JP2008510146A - 大きなアスペクト比を有するコンポーネントの干渉計測定のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

逆転技術（または自己較正技術）を組み合わせる方法および装置である。上記方法および装置は、パーツの運動に用いられるステージングの誤差とは独立なパーツ形状に関する低い空間周波数の測定と、小さなアパーチャの干渉計測定とを提供することにより、大きなパーツにおいて高い空間周波数の情報を提供する。低い空間周波数は、個々のサブアパーチャを縫合してパーツ全体の高い分解能のフルマップを与える際に、個々のサブアパーチャの干渉計測定データに加えられるべき剛体の運動（例えば、チップ運動、傾斜運動、および、ピストン運動）を確立するために用いられる。複数のサブアパーチャの間のオーバーラップは要求されない。

Description

（本発明の分野）
本発明は、概して干渉計測定方法に関し、特に、大きなアスペクト比（すなわち、１より大きなアスペクト比）を有する大きな表面を測定するための干渉計測定装置および干渉計測定方法に関する。

（本発明の背景）
本発明は、１よりもはるかに大きなアスペクト比（およびその均等物）を有する大きな構造の高い空間分解能を測定するための干渉計測定方法における基本的な問題を解決する。典型的な用途は、スティックミラーの測定、または、リングの幅がリングの直径と比べて小さい場合のリングの円状の平坦面（ｃｉｒｃｕｌａｒ ｆｌａｔｎｅｓｓ）の測定であり得る。

光学素子の製造分野において、大きな平坦面に対して精密かつ高分解能の測定を行なうことは、長年にわたる問題である。同様な問題は、大きな凸型球面状または非球面状の光学素子、あるいは、非常に大きな内角を被覆する球面状の光学素子（例えば、半球状の光学素子）に対しても現れる。別の一般的な問題は、大きなスロープを有する光学素子（例えば、天文学、リソグラフィ等に用いられる光学素子）の測定である。

この問題に対する１つの解決策は、サブアパーチャ縫合（ｓｕｂ−ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ）である。図１は、Ｇｏｌｉｎｉ，Ｄｏｎａｌｄ、Ｆｏｒｂｅｓ，ＧｒｅｇおよびＭｕｒｐｈｙ，Ｐａｕｌの名で２００３年６月２６日に刊行され、Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｅｌｆ−ｃａｌｉｂｒａｔｅｄ ｓｕｂ−ａｐｅｒｔｕｒｅ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｇｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔと題された、特許文献１からのものであり、適切なパターンで配置されオーバーラップし合う多数のサブアパーチャ（１２）を測定することにより、大きなアパーチャ光学素子（１４）を測定することを示している。干渉計のいずれかのパーツは、測定の間に運動させられる。この運動は、オーバーラップし合う領域におけるデータを数学的に一致させ、サブアパーチャの間に関係を確立するにあたり、誤差を導く。Ａｓｓｏｕｆｉｄによる論文（非特許文献１）およびその引用文献、ならびに、上述のＧｏｌｉｎｉ他の明細書において議論されているように、上記のような方法は、干渉計測定の一般的な誤差のすべてを被り、さらには、縫合に特有のなんらかの誤差を被り得る。個々の測定における小さな誤差から生じる大きなばらつきは、オーバーラップし合う領域における不完全性を引き起こし得る。上述のＡｓｓｏｕｆｉｌｄ他の論文は、オーバーラップし合うサブアパーチャの２次元アレイが存在する場合（例えば、図１）に、サブアパーチャの測定の間で変動する誤差の伝播が低減することを指摘している。彼らは、シンクロトロンミラー（ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｍｉｒｒｏｒ）を測定する特定の場合に対し、単一線のサブアパーチャが測定されるときに、誤差の伝播を示した。それらの場合、これらの誤差は、「２重オーバーラップ（ｄｏｕｂｌｅ ｏｖｅｒｌａｐ）」によって低減される。

従来技術に照らすと、本発明の主要な対象は、大きなアスペクト比を有するパーツを干渉計測定するための数学的に安定な方法と装置とを提供することである。

本発明の別の対象は、低い分解能と高い分解能との測定を用いることにより、高いアスペクト比の表面をより正確に測定し得る方法と装置とを提供することである。上記測定は、それらの数学的な扱いにおいて、オーバーラップを用いることなしに、サブアパーチャの干渉計測定の組み合わせを許容する一方で、ステージングの組織的な誤差を部分的に補償する。

本発明のその他の対象は、添付の図面と関連して読んだときに、以下の詳細な記述において、部分的に明らかになり、その他のものは、以下の詳細な記述に現れ得る。
米国特許出願公開第２００３／０１１７６３２号明細書 Ｌａｈｓｅｎ Ａｓｓｏｕｆｉｄ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂｒａｙ，Ｊｕｎ Ｑｉａｎ，Ｄｅｍｉｎｇ Ｓｈｕ、３Ｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｘ−ｒａｙ ｓｙｎｃｈｒｏｔｒｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｍｉｒｒｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．４７８２，２００２，ｐ．２１−２８

（本発明の概要）
本発明は、逆転技術（または自己較正技術）を組み合わせることにより、高いアスペクト比を有するパーツを正確に測定するための方法および装置に関する。上記方法および装置は、パーツを運動させるのに用いられるステージングの組織的な誤差とは独立なパーツ形状に関する低い空間周波数の測定と共に、小さなアパーチャの干渉計測定を提供することにより、大きなパーツにおいて高い空間周波数の情報を提供する。

低い空間周波数は、個々のサブアパーチャを縫合してパーツ全体の高い分解能のフルマップを与える際に、個々のサブアパーチャの干渉計測定データに加えられるべき剛体の運動（例えば、平面状の物体のチップ（ｔｉｐ）運動、傾斜（ｔｉｌｔ）運動、およびピストン運動）を確立するために用いられる。複数のサブアパーチャの間のオーバーラップは要求されない。

一局面において、本発明は、測定サブシステムに対する運動のためにパーツが搭載され、その後、第１の測定サブシステムを用いることにより、および、干渉計の移動またはその他類似のものを用いることにより、パーツの表面全体にわたる低い空間分解能の測定データが取得される方法に関する。

その後、高い空間分解能の測定データは、第２の干渉計測定サブシステム（好ましくは、フィゾー干渉計またはトワイマン・グリーン干渉計）を用いることにより、テスト中のパーツのサブアパーチャにわたって取得される。

その後、第１および第２のサブシステムによって取得されたデータが加工され、パーツの誤差から測定サブシステムに対するパーツの搭載および運動に起因する誤差運動が分離され、第１の測定サブシステムからの低い空間周波数情報を用いることにより、第２の測定サブシステムからの高い空間周波数の測定の方向が定義される。

別の局面において、本発明は、測定装置に関し、上記測定装置は、測定サブシステムに対してパーツを搭載および運動させるための機械的な配置と、パーツの表面全体にわたって低い空間分解能の測定データを取得するための第１の測定サブシステムと、テスト中のパーツのサブアパーチャにわたる高い空間分解能の測定データを取得するための第２の干渉計測定サブシステムと、第１および第２のサブシステムによって取得されたデータを加工することにより、パーツの誤差から測定サブシステムに対するパーツの搭載および運動に用いられる機械的な配置の誤差運動を分離し、第１の測定サブシステムからの低い空間周波数の情報を用いることにより、第２の測定サブシステムからの高い空間周波数の方向を定義するためのプログラムされるデバイスとを備える。

本発明の構造、動作、測定方法は、それらの他の対象および利点と共に、図面と関連して詳細な記述を読むことにより、最もよく理解される。複数の図面において、各パーツは、割り当てられた番号またはラベルを有しており、上記番号またはラベルは、様々な図面において、同じものを識別する。

（詳細な記述）
本発明は、高いアスペクト比のパーツを測定サブシステムに対して保持および運動させる機械的な配置によって導かれる測定誤差がパーツ自身から分離され得る干渉計測定の装置および方法に関する。

本発明は、特定の例、すなわち、リング上の環状表面の平坦面の測定を参照することにより、最もよく理解され得る。図２は、この場合に本発明を実施する装置を示している。リング１００は、ロータリーテーブル１０１上に搭載される。ロータリーテーブル１０１にまたがる機械的な構造１０５は、３つの識別子（１０４，１０６）を保持する。上記識別子は、構造１０５に対し、テスト中の表面の移動を測定する。これらの識別子のうちの２つ（１０４）は、リング１００の運動を測定し、識別子１０６は、ロタリーテーブル１０１の回転軸上の標的を測定する。識別子は、干渉計測定のプローブ、平面鏡の干渉計、キャパシタンスゲート、光学的な三角測量センサ、誘導性のプローブ、移動干渉計、ＬＶＤＴ、または、その他任意の適切なゲートであり得る。構造１０５はまた、小さなアパーチャ干渉計１０３（好ましくは、フィゾー干渉計）をも保持する。

ロータリーテーブル１０１の回転において、識別子（１０４）およびフィゾー干渉計が、テスト中のパーツとロータリーテーブル１０１におけるベアリングの誤差運動との両方の変化を記録することは、直ちに理解される。この場合、パーツの誤差は、エストラー（Ｅｓｔｌｅｒ）の周知の面運動逆転測定（Ｅｓｔｌｅｒによって１９８７年５月に公的に記述されたが、１９９６年まで出版されなかった（Ｅｖａｎｓ Ｃｈｒｉｓ Ｊ，Ｈｏｃｋｅｎ Ｒ．Ｊ．およびＥｓｔｌｅｒ Ｗ．Ｔ．「Ｓｅｌｆ−ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ：ｒｅｖｅｒｓａｌ，ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ，ｅｒｒｏｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ， ａｎｄ 「ａｂｓｏｌｕｔｅ ｔｅｓｔｉｎｇ」」、ＣＩＲＰ Ａｎｎａｌｓ，Ｖｏｌ ４５／２，１９９６ ｐｐ６１７〜６３４を参照のこと））を用いることにより、ベアリングの誤差運動から分離され得る。この逆転は（２つの別個の測定を備える)は、図３Ａおよび３Ｂを参照することにより、理解され得る。上記図面では、便宜上、識別子（１０４，１０６）の出力は、Ｉ_１〜Ｉ_６で示されている。マーク（＋）は、リング１００が測定１と測定２との間で１８０度だけ回転していることを示すために、パーツおよびロータリーテーブルの上に示されている。例えば、Ｉ_１およびＩ_４が同じ識別子からの出力であることは、明白である。

パーツの誤差（円状の平坦面）を方位角θの関数としてＰ（θ）とし、主軸の傾斜の誤差をＴ（θ）とし、主軸の軸運動の誤差をＡ（θ）とし、測定が行なわれる半径をｒとする。
Ａ（θ）＝Ｉ_２＝Ｉ_５
および
Ｉ_１＝Ｐ（θ）＋Ａ（θ）＋ｒＴ（θ）
Ｉ_３＝Ｐ（θ＋１８０）＋Ａ（θ）−ｒＴ（θ）
Ｉ_４＝Ｐ（θ＋１８０）＋Ａ（θ）＋ｒＴ（θ）
Ｉ_６＝Ｐ（θ）＋Ａ（θ）−ｒＴ（θ）
したがって、

ここに、上付きの添え字１８０は、データが１８０度回転されたことを示している。さらに、

である。

回転軸に対するパーツの傾斜は、１回転ごとに、パーツの運動を記録する識別子１０４に記録される移動を変化させ、これら信号は、１８０度位相ずれし得ることに注意されたい。したがって、これらは、所望の信号から容易に差し引かれる。同様に、パーツの傾斜は、１回転ごとに、小さなアパーチャ干渉計１０３によって記録される傾斜を変化させ、それらは、周知の方法を用いることにより、データの外に容易にフィルタされ得る。

識別子（１０４，１０６）の出力を用いる上述の方法は、パーツのプロファイル（図４、２００）を生成し、角度の関数としてベアリングの傾斜を生成する。特定の角度（θ_ｉ）でこの情報を用いると、小さなアパーチャ干渉計１０３によって記録された個々のサブアパーチャ（例えば、２００，２０１等）は、ピストン運動、チップ運動、傾斜運動に関して調整され、パーツ表面の変動に関する領域情報を与える。局所的なピストン運動、チップ運動、傾斜運動のそれぞれに対して調整される個々のサブアパーチャのプロファイルを一旦有すると、これら局所的なプロファイルは、測定が行なわれる位置の関数として、局所的なプロファイルをプロットすることにより、パーツの全領域を構成するように用いられ得る。オーバーラップが起こる場所において、オーバーラップするデータは平均化されるが、従来の縫合方法のようにオーバーラップは要求されない。この方法によると、局所的なプロファイルのデータにおいて、誤差の伝播は、逆転を用いることで得られる従来の知識によって拘束されるために、排除される。本質的に、低い空間周波数の測定は、高い周波数の測定が行なわれるサブアパーチャの方向に関する情報を提供する。

様々な計算、データの低減、運動の制御、インターフェース、および、上述の一般的なハウスキーピング機能は、図２において１０８として示されている適切にプログラミングされた汎用コンピュータ、または、その均等物（例えば、ＤＳＰ）を介することにより、周知の方法で実行され得る。図５は、本発明の方法に関するハイレベルフローチャートを示している。

この特定の用途において、テスト中のパーツにおけるコーンの誤差は、小さなアパーチャ干渉計において、変動しない誤差成分を生成する。上記誤差成分は、傾斜と、コーンの誤差に比例する高次の曲率と、干渉計のアパーチャに対するパーツ半径の比である。小さなアパーチャのすべてのデータセットの平均は、
コーンによって導かれる誤差；
平均的な半径のプロファイル；および
干渉計の基準平坦面における誤差（干渉計がフィゾー干渉計のときは、伝送平坦面としても知られる）
ここに、平均的な半径のプロファイルは、傾斜と比較して、高い空間周波数を参照し、データからフィルタされ得る。干渉計の基準フラットは、多くの周知の技術（上述のＥｖａｎｓ他を参照のこと）によって較正され得、その較正は、平均化されたデータから差し引かれ得る。当業者は、ロータリーテーブル上に搭載された較正用のアーチファクトを用いることにより、基準平坦面における時間に依存する変化（例えば、変化する温度によって引き起こされる）が補償され得ることを直ちに理解し得る。

標的（１０２）として搭載されたそのような較正用のアーチファクトは、小さなアパーチャ干渉計（１０３）を標的（１０２）に沿って運動させることにより、コーンの誤差を測定する代替的なアプローチを提供する。ここで、ロータリーテーブルが回転すると、標的と回転軸との間の直角度の不足は、回転の関数として傾斜を生成する。標的は、傾斜の変動を最小化するように調整され得る。その後、干渉計は、基準（伝送）平坦面が標的に対して平行になるように調整される。ここで、干渉計は、リングを測定するために、所定の位置に動かされ得る。干渉計の運動がピッチの誤差に依存しない場合、測定された回転に関する不変性の傾斜は、パーツに関連する。代替的に、干渉計が動かされる際に傾斜が測定され、適切な補正が適用され得る。

例えば、スティックミラーの表面は、直定規の逆転によって導かれるプロファイルに沿って、小さなアパーチャ干渉計のデータを縫合することにより、測定され得る。

さらに、識別子（１０４）と干渉計（１０３）とを動かすことにより、様々なサイズのリングに適合させるための設備が提供され得る。

当業者は、記述された発明とその変形とを、その教示に基づいて理解し得る。また、それらの変形は、本目的の範囲に含まれることが意図されている。

図１は、大きな表面を測定するためにサブアパーチャ縫合を利用する従来技術を示している。 図２は、データの操作、低減、制御、および計算を実行するようにプログラムされた汎用コンピュータと並べて、本発明の一実施形態の立面図および平面図を示している。 図３Ａは、本発明に利用される逆転の原理を示している。 図３Ｂは、本発明に利用される逆転の原理を示している。 図４は、本発明を介して測定されるパーツのプロファイルに関する動的な図である。 図５は、本発明にしたがう方法のハイレベルフローチャートである。

Claims (20)

1. パーツの表面を測定するための干渉計測定方法であって、該方法は、
   測定サブシステムに対する運動のために、パーツを搭載するステップと、
   第１の測定サブシステムを用いることにより、パーツの表面全体にわたる低い空間分解能の測定データを取得するステップと、
   第２の干渉計測定サブシステムを用いることにより、テスト中のパーツのサブアパーチャにわたる高い空間分解能の測定データを取得するステップと、
   該第１および第２のサブシステムによって取得されたデータを加工することにより、該パーツの誤差から該測定サブシステムに対する該パーツの搭載および運動に起因する誤差運動を分離し、該第１の測定サブシステムからの低い空間周波数の情報を用いることにより、該第２の測定サブシステムからの高い空間周波数の測定の方向を定義するステップと
   を包含する、方法。
2. 前記パーツが運動させられる際に、前記第２の干渉計測定サブシステムに対し、該パーツを方向付けるステップをさらに包含する、請求項１に記載の干渉計測定方法。
3. 前記パーツは、前記第１および第２の測定サブシステムに対してその角度方向を１８０度を含む所定の角度だけ変化させるために搭載されたロータリーテーブル上に搭載される、請求項１に記載の干渉計測定方法。
4. 前記第１の測定サブシステムは、移動測定干渉計を備える、請求項１に記載の干渉計測定方法。
5. 前記第２の測定サブシステムは、フィゾー干渉計を備える、請求項１に記載の干渉計測定方法。
6. ロータリーテーブルの誤差からパーツの誤差を分離するための前記動作は、エストラーの面運動逆転測定を用いることを含む、請求項３に記載の干渉計測定方法。
7. 高い空間周波数のための前記第２の測定サブシステムは、トワイマン・グリーン干渉計である、請求項１に記載の干渉計測定方法。
8. 前記第２の干渉計サブシステムを較正するために、前記ロータリーテーブル上に搭載される基準アーチファクトを提供することをさらに含む、請求項３に記載の干渉計測定方法。
9. 前記第２の干渉計測定サブシステムは、前記基準アーチファクトの観測からテスト中のパーツの測定に移される、請求項８に記載の干渉計測定方法。
10. 前記第２の干渉計サブシステムが前記基準アーチファクトの観測からテスト中のパーツの測定に移される際の該第２の干渉計測定サブシステムの角度の誤差運動は、測定され、結果として生じるデータは、パーツの最終的な測定を補正するように用いられる、請求項９に記載の干渉計測定方法。
11. パーツの表面を測定するための干渉計測定システムであって、該システムは、
    測定サブシステムに対してパーツを搭載して運動させるための機械的な配置と、
    該パーツの表面全体にわたる低い空間分解能の測定データを取得するための第１の測定サブシステムと、
    テスト中のパーツのサブアパーチャにわたる高い空間分解能の測定データを取得するための第２の干渉計測定サブシステムと、
    該第１および第２のサブシステムによって取得されたデータを加工することにより、該パーツの誤差から該測定サブシステムに対する該パーツの搭載および運動に用いられる該機械的な配置の誤差運動を分離し、該第１の測定サブシステムからの低い空間周波数の情報を用いることにより、該第２の測定サブシステムからの高い空間周波数の方向を定義するためにプログラムされるデバイスと
    を備える、システム。
12. 前記第２の干渉計測定サブシステムに対し、前記パーツを搭載および運動させるために、該パーツの方向が前記機械的な配置に対して変化することを可能にする機械的なマニピュレータをさらに含む、請求項１１に記載の干渉計測定システム。
13. 前記機械的な配置は、前記第１および第２の測定サブシステムに対して前記パーツの方向を１８０度を含む所定の角度だけ変化させるためのロータリーテーブル上に搭載されるロータリーテーブルを備える、請求項１１に記載の干渉計測定方法。
14. 前記第１の測定サブシステムは、移動測定干渉計を備える、請求項１１に記載の干渉計測定システム。
15. 前記第２の測定サブシステムは、フィゾー干渉計を備える、請求項１１に記載の干渉計測定システム。
16. 前記デバイスは、ロータリーテーブルの誤差からパーツの誤差を分離させるために、エストラーの面運動逆転測定方法を用いてプログラムされる、請求項１３に記載の干渉計測定システム。
17. 高い空間周波数のための前記第２の測定サブシステムは、トワイマン・グリーン干渉計である、請求項１１に記載の干渉計測定システム。
18. 前記第２の干渉計測定サブシステムを較正するために、前記ロータリーテーブル上に搭載される基準アーチファクトをさらに含む、請求項１３に記載の干渉計測定システム。
19. 前記第２の干渉計測定サブシステムは、前記基準アーチファクトの観測からテスト中のパーツの測定に移されるように配置される、請求項１８に記載の干渉計測定システム。
20. 前記第２の干渉計測定サブシステムが前記基準アーチファクトの観測からテスト中のパーツの測定に移される際の該第２の干渉計測定サブシステムの角度の誤差運動は、測定され、結果として生じるデータは、パーツの最終的な測定を補正するように用いられる、請求項１９に記載の干渉計測定システム。

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