JP2010025609A - Wavefront generation optical system and wavefront aberration measuring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、球面光波を生成する波面生成光学系、及び被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置に関する。 The present invention relates to a wavefront generating optical system that generates a spherical light wave, and a wavefront aberration measuring apparatus that measures the wavefront aberration of a test optical system.
波面収差測定装置、干渉測定装置などの光学測定装置(特許文献1等を参照)では、測定光を生成するための光学素子としてピンホールマスクが使用されることがある。ピンホールマスクから射出する光束(透過光束)は、ピンホールを照明する光束(照明光束)の波面形状に拘わらず、ピンホール位置を波源とした理想球面波となるからである。 In an optical measurement device (see Patent Document 1 or the like) such as a wavefront aberration measurement device or an interference measurement device, a pinhole mask may be used as an optical element for generating measurement light. This is because the light beam (transmitted light beam) emitted from the pinhole mask becomes an ideal spherical wave with the pinhole position as the wave source, regardless of the wavefront shape of the light beam (illumination light beam) that illuminates the pinhole.
因みに、半導体露光装置の投影レンズ、顕微鏡対物レンズなどの中には物体側開口数が1.0を超えるもの(液浸レンズ)があり、これらのレンズを測定する際にはピンホールマスクの透過光束の有効な開口数を大きくするためにピンホールの半径を極めて小さくする必要がある。
しかしながら、ピンホールの半径を一定以上小さくすると、照明光束の偏光状態によって透過光束の波面形状が著しく悪化する可能性のあることが判明した。 However, it has been found that if the radius of the pinhole is made smaller than a certain value, the wavefront shape of the transmitted light beam may be significantly deteriorated depending on the polarization state of the illumination light beam.
そこで本発明の目的は、照明光束の偏光状態に依らず良好な波面形状の光束を生成することのできる波面生成光学系、及び開口数の高い被検光学系を高精度に測定するのに適した波面収差測定装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is suitable for measuring a wavefront generating optical system capable of generating a light beam having a good wavefront shape regardless of the polarization state of the illumination light beam and a test optical system having a high numerical aperture with high accuracy. Another object is to provide a wavefront aberration measuring apparatus.
本発明を例示する波面生成光学系は、球面光波生成用のピンホールマスクと、前記ピンホールマスクの射出側に配置される補償用位相板とを備え、前記補償用位相板が入射光の互いに異なる2つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、前記ピンホールマスクが入射光の前記2つの偏光成分に与える位相ずれ分布を相殺又は低減する分布に設定されていることを特徴とする。 A wavefront generating optical system that exemplifies the present invention includes a pinhole mask for generating a spherical light wave, and a compensation phase plate disposed on the exit side of the pinhole mask, and the compensation phase plate is configured to transmit incident light to each other. The phase shift distribution given to two different polarization components is set to a distribution that cancels or reduces the phase shift distribution given to the two polarization components of incident light by the pinhole mask.
また、本発明を例示する波面収差測定装置は、上記の波面生成光学系と、前記波面生成光学系の前記ピンホールマスクを照明することにより前記波面生成光学系に測定光束を生成させる照明光学系と、前記波面生成光学系により生成された測定光束であって被検光学系を通過した測定光束の波面形状を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする。 In addition, a wavefront aberration measuring apparatus exemplifying the present invention includes the above-described wavefront generation optical system and an illumination optical system that causes the wavefront generation optical system to generate a measurement light beam by illuminating the pinhole mask of the wavefront generation optical system And detection means for detecting the wavefront shape of the measurement light beam generated by the wavefront generation optical system and passed through the optical system to be measured.
本発明によれば、照明光束の偏光状態に依らず良好な波面形状の光束を生成することのできる波面生成光学系、及び開口数の高い被検光学系を高精度に測定するのに適した波面収差測定装置が実現する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is suitable for measuring a wavefront generating optical system capable of generating a light beam having a favorable wavefront shape regardless of the polarization state of the illumination light beam and a test optical system having a high numerical aperture with high accuracy. A wavefront aberration measuring apparatus is realized.
[第1実施形態]
以下、本発明の第1実施形態を説明する。本実施形態は、マッハツェンダー干渉計による波面収差測定装置の実施形態である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. This embodiment is an embodiment of a wavefront aberration measuring apparatus using a Mach-Zehnder interferometer.
図1は、本実施形態の波面収差測定装置の構成図である。図1に示すとおり本実施形態の波面収差測定装置にはレーザ光源11、ビームエキスパンダ12、偏光板13、ビームスプリッタBS1、BS2、球面波生成用の透過型ピンホールマスク14、複屈折素子からなる補償板16、ミラーM1、M2、撮像素子17などが配置される。このうちピンホールマスク14と補償板16との間には、測定対象である被検光学系15が配置される。被検光学系15は、不図示の支持機構によって支持されている。
FIG. 1 is a configuration diagram of a wavefront aberration measuring apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the wavefront aberration measuring apparatus of the present embodiment includes a
ここで被検光学系15は物体側開口数が1以上である液浸系顕微鏡対物レンズ(無限遠系)であり、被検光学系15の使用波長域は可視光(約400nm〜約700nm)であると仮定する。
Here, the test
レーザ光源11は、被検光学系15の使用波長又はその近傍波長のレーザ光を出射する。レーザ光源11から射出するレーザ光は、直線偏光した光である。そのレーザ光は、ビームエキスパンダ12により径の太い光束に変換され、平面波となって偏光板13へ入射する。
The
ここで偏光板13の透過軸の方向は、入射光束の偏光方向が図1中に符号yで示す方向となるように設定されていると仮定する。偏光板13を透過した光束は、ビームスプリッタBS1により2つの光束に分岐する。
Here, it is assumed that the direction of the transmission axis of the polarizing
ビームスプリッタBS1にて分岐した一方の光束は、ピンホールマスク14を正面から照明する。その照明光束のうち、ピンホールマスク14のピンホールを通過した光束は、球面波となり物体側から被検光学系15へ入射する。なお、被検光学系15の物体側の焦点面はピンホールマスク14の近傍に位置しており、被検光学系15の光軸は、ピンホールマスク14に形成されたピンホールの中心線と一致している。
One light beam branched by the beam splitter BS1 illuminates the
被検光学系15に入射した光束は、被検光学系15の収差の影響を受けてその波面形状を変化させてから被検光学系15の像側へ射出する。その光束は、補償板16へ入射し、その補償板16の複屈折作用を受けてその波面形状を変化させてからミラーM1へ入射する。その光束は、ミラーM1にて反射した後にビームスプリッタBS2へ入射すると、ビームスプリッタBS2を反射し、撮像素子17へ入射する。
The light beam incident on the test
以下、ビームスプリッタBS1、ピンホールマスク14、被検光学系15、補償板16、ミラーM1、ビームスプリッタBS2を順に経由してから撮像素子17へ入射する以上の光束を「測定光束」と称す。
Hereinafter, the light beam that passes through the beam splitter BS1, the
ビームスプリッタBS1にて分岐した他方の光束は、ミラーM2へ入射し、そのミラーM2にて反射してからビームスプリッタBS2へ入射する。その光束は、ビームスプリッタBS2を透過した後に撮像素子17へ入射する。以下、ビームスプリッタBS1、ミラーM2、ビームスプリッタBS2を順に経由してから撮像素子17へ入射する以上の光束を「参照光束」と称す。
The other light beam branched by the beam splitter BS1 enters the mirror M2, is reflected by the mirror M2, and then enters the beam splitter BS2. The light beam passes through the beam splitter BS2 and then enters the
撮像素子17へ入射した参照光束は、撮像素子17へ入射した測定光束と共に撮像素子17上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の輝度分布は、測定光束と参照光束との波面の差を表す。撮像素子17は、その干渉縞を撮像して画像データを生成すると、その画像データを不図示のコンピュータへ出力する。コンピュータは、その画像データを解析して被検光学系15の波面収差(被検光学系15を通過する前後における測定光束の波面変形量)を算出する。
The reference light beam incident on the
図2は、光軸を含み図1の紙面と平行な平面で本実施形態のピンホールマスク14の周辺を切断してできる断面の模式図である。ここではピンホールマスク14、被検光学系15のみを説明し、補償板16については後に詳述する。
FIG. 2 is a schematic view of a cross section obtained by cutting the periphery of the
図2に示すとおりピンホールマスク14は、ピンホール14cに相当する円形開口を有した遮光膜14bを透明基板14a上に形成してなり、透明基板14aの形状誤差が測定光束に影響しないよう遮光膜14bの側を被検光学系15に向けている。なお、遮光膜14bは一定の厚さを有しているので、ピンホール14cの形状は円筒形となる。
As shown in FIG. 2, the
ピンホールマスク14の透明基板14aは、レーザ光源11(図1参照)の波長に対して透明な基板(例えばガラス基板)であり、ピンホールマスク14の遮光膜14bは、レーザ光源11(図1参照)の波長に対して不透明な膜(例えばクロム膜)である。このようなピンホールマスク14の作製には、例えばフォトリソグラフィーを適用することができる。なお、ピンホールマスク14と被検光学系15との間の光路は、油などの浸液20で満たされている。
The
以下、各部の設計データを次のとおり仮定する。 Hereinafter, the design data of each part is assumed as follows.
・被検光学系15の物体側開口数…1.4
・被検光学系15の像側の屈折率…1(=空気の屈折率)
・レーザ光源11の波長…535nm
・ピンホールマスク14の照明光束…ピンホールマスク14へ垂直入射する平面波
・ピンホールマスク14の光源側の屈折率…1(=空気の屈折率)
・ピンホールマスク14の透明基板14aの屈折率…1.5
・ピンホールマスク14の遮光膜14bの屈折率…2.75+4.46i
・ピンホールマスク14の遮光膜14bの厚さ…200nm
・ピンホールマスク14のピンホール14cの直径…200nm
・浸液20の屈折率…1.5
以上の設計データによると、被検光学系15の物体側開口数は1以上なので、ピンホールマスク14の透過光束の有効な開口数も1以上にする必要がある。
-Object-side numerical aperture of
Refractive index on the image side of the test
The wavelength of the laser light source 11: 535 nm
Illuminating luminous flux of the pinhole mask 14: plane wave perpendicularly incident on the
-Refractive index of the
-Refractive index of the
-Thickness of the
-Diameter of
-Refractive index of
According to the above design data, since the object-side numerical aperture of the
ここで、周知のフーリエ光学によれば、半径rのピンホールを波長λの平面波で垂直に照明した場合、ピンホールの透過光束のうち回折角がゼロである回折光の振幅は最も大きく、回折角が大きい回折光ほど振幅は小さくなり、開口数にして約0.61×λ/rに相当する方向へ回折する回折光の振幅は0となる。 Here, according to the well-known Fourier optics, when a pinhole having a radius r is vertically illuminated with a plane wave having a wavelength λ, the amplitude of the diffracted light having a diffraction angle of zero among the transmitted light fluxes of the pinhole is the largest. The larger the folding angle, the smaller the amplitude, and the amplitude of the diffracted light diffracted in the direction corresponding to the numerical aperture of about 0.61 × λ / r becomes zero.
よって、仮に、振幅のばらつきの許容量を最大振幅の3/4以内と仮定したならば、ピンホールの透過光束の有効な開口数は約0.47×λ/rとなる。よって、その仮定の下で有効な開口数を1以上にしようとしたならば、ピンホールの半径rを波長λの47%以下にする必要がある(条件1)。 Therefore, if it is assumed that the allowable variation in amplitude is within 3/4 of the maximum amplitude, the effective numerical aperture of the transmitted light through the pinhole is about 0.47 × λ / r. Therefore, if it is attempted to increase the effective numerical aperture to 1 or more under the assumption, the radius r of the pinhole needs to be 47% or less of the wavelength λ (Condition 1).
その点、上記設計データによると、ピンホール14cの半径は100nmであり、これはレーザ光源11の波長(535nm)の47%以下である。つまり、上記設計データによると、条件1が満たされる。
In that respect, according to the above design data, the radius of the pinhole 14c is 100 nm, which is 47% or less of the wavelength (535 nm) of the
なお、ここでは振幅のばらつきの許容量を最大振幅の3/4以内と仮定したが、最大振幅の1/2以内と厳しくしてもよい。その仮定の下で有効な開口数を1以上にしようとしたならば、ピンホールの半径rを波長λの35%以下にする必要がある(条件2)。 Here, it is assumed that the allowable variation in amplitude is within 3/4 of the maximum amplitude, but it may be as severe as within 1/2 of the maximum amplitude. If the effective numerical aperture is to be made 1 or more under the assumption, the radius r of the pinhole needs to be 35% or less of the wavelength λ (Condition 2).
その点、上記設計データによると、ピンホール14cの半径は100nmであり、これはレーザ光源11の波長(535nm)の35%以下である。つまり、上記設計データによると、条件2が満たされる。
In that respect, according to the above design data, the radius of the pinhole 14c is 100 nm, which is 35% or less of the wavelength (535 nm) of the
図3は、ピンホールマスク14の透過光束の波面形状を示すデータである。このデータは、上記設計データをFDTD法で解析して得たものであって、透過光束の十分な遠方における波面形状のデータである。
FIG. 3 is data showing the wavefront shape of the transmitted light flux of the
図3の符号Δは、理想球面波を基準とした相対位相を示しており、Δが正であること(図の上方向)は、理想球面波と比較して位相が進行していることを示している。符号yは照明光束の偏光方向を示しており、符号xは照明光束の偏光方向とは90°異なる偏光方向を示している。 The symbol Δ in FIG. 3 indicates the relative phase with reference to the ideal spherical wave, and that Δ is positive (upward in the figure) indicates that the phase is advanced compared to the ideal spherical wave. Show. Reference sign y indicates the polarization direction of the illumination light beam, and reference sign x indicates a polarization direction that is 90 ° different from the polarization direction of the illumination light beam.
図3に示すように、ピンホールマスク14の透過光束の波面形状は回転対称ではなく、照明光束の偏光方向(ここではy方向)に依存している。具体的に、その波面形状は、波面を構成する回折光の回折角をθとおいたときに、概ねcos2θに比例した方位角依存性を持つ鞍形である。
As shown in FIG. 3, the wavefront shape of the light beam transmitted through the
したがって、ピンホールマスク14の透過光束をそのまま測定光束として使用すると、被検光学系15(図1参照)の波面収差を正確に測定することが難しくなる。特に問題が大きいのは、図1の偏光板13を回転させて照明光束の偏光方向を変化させながら測定を行う場合である。その場合、測定結果の変化が、被検光学系15の収差に依るものなのか、それとも透過光束の波面形状の変化によるものなのかを区別できないからである。また、照明光束を直線偏光から非偏光へと変化させた場合にも透過光束の波面形状が変形するので、同様の困難が生じる。
Therefore, if the transmitted light beam of the
図4は、ピンホールマスク14の透過光束の波面形状が回転対称とならない理由を説明する図であり、その透過光束の波面を正面から(光軸方向から)見た模式図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the reason why the wavefront shape of the transmitted light beam of the
図4の符号yは照明光束の偏光方向を示しており、符号xは照明光束の偏光方向とは90°異なる偏光方向を示している。また、図4の符号Syは、光軸を含みy方向と平行な平面で波面を切断してできる断面であり、符号Sxは、光軸を含みx方向と平行な平面で波面を切断してできる断面である。 The symbol y in FIG. 4 indicates the polarization direction of the illumination light beam, and the symbol x indicates the polarization direction that is 90 ° different from the polarization direction of the illumination light beam. The sign S y in Figure 4, the y-direction and parallel to a plane including the optical axis is a cross-section is cut at the wavefront, symbols S x is cut wavefront in the x-direction and parallel to a plane including the optical axis It is a cross section made.
ここで、透過光束の波面を構成する回折光のうち、回折角の大きさが互いに等しい4つの回折光Lφ1、Lφ2、Lr1、Lr2に着目する。回折光Lφ1、Lφ2は、断面Sxへの回折光であり、回折光Lr1、Lr2は、断面Syへの回折光である。 Here, attention is paid to four diffracted lights Lφ 1 , Lφ 2 , Lr 1 , and Lr 2 having the same diffraction angle among the diffracted lights constituting the wavefront of the transmitted light flux. The diffracted lights Lφ 1 and Lφ 2 are diffracted lights to the cross section S x , and the diffracted lights Lr 1 and Lr 2 are diffracted lights to the cross section S y .
前述したとおり照明光束の偏光方向はy方向なので、断面Sxへの回折光Lφ1、Lφ2の偏光方向は、ピンホール14cの円周方向(φ方向)に相当する。一方、断面Syへの回折光Lr1、Lr2の偏光方向は、ピンホール14cの動径方向(r方向)に相当する。 Since the polarization direction of the illumination light beam is the y direction as described above, the polarization direction of the diffracted lights Lφ 1 and Lφ 2 to the cross section S x corresponds to the circumferential direction (φ direction) of the pinhole 14c. On the other hand, the polarization direction of the diffracted lights Lr 1 and Lr 2 to the cross section S y corresponds to the radial direction (r direction) of the pinhole 14c.
よって、回折光Lφ1、Lφ2の偏光方向がピンホール14cの壁面に対して成す角度と、回折光Lr1、Lr2の偏光方向がピンホール14cの壁面に対して成す角度とは、互いに異なる。 Therefore, the angle formed by the polarization direction of the diffracted lights Lφ 1 and Lφ 2 with respect to the wall surface of the pinhole 14c and the angle formed by the polarization direction of the diffracted lights Lr 1 and Lr 2 with respect to the wall surface of the pinhole 14c are mutually different. Different.
したがって、回折光Lφ1、Lφ2がピンホール14cから与えられる位相量と、回折光Lr1、Lr2がピンホール14cから与えられる位相量とは、互いに異なる。 Therefore, the phase amount given by the diffracted lights Lφ 1 and Lφ 2 from the pinhole 14c is different from the phase quantity given by the diffracted lights Lr 1 and Lr 2 from the pinhole 14c.
つまり、ピンホールマスク14が各回折光に与える位相量は、その回折光の偏光方向に依存する。このようなピンホールマスク14の偏光依存性が、透過光束の波面形状を非回転対称にする理由である。因みに、ピンホール14cの形状誤差が仮にゼロであったとしても、透過光束の波面形状は非回転対称になる。
That is, the phase amount that the
以下、図4に示した回折光Lr1、Lr2のようにr方向(ピンホール14cの動径方向)に偏光する光を「r偏光成分Lr」と称し、回折光Lφ1、Lφ2のようにφ方向(ピンホール14cの円周方向)に偏光する光を「φ偏光成分Lφ」と称す。 Hereinafter, the light polarized in the r direction (radial direction of the pinhole 14c) like the diffracted lights Lr 1 and Lr 2 shown in FIG. 4 is referred to as “r-polarized component Lr”, and the diffracted lights Lφ 1 and Lφ 2 The light polarized in the φ direction (circumferential direction of the pinhole 14c) is referred to as “φ polarization component Lφ”.
図5は、ピンホールマスク14がr偏光成分Lrに与える位相Δrの分布と、ピンホールマスク14がφ偏光成分Lφに与える位相Δφの分布とを示すデータである。このデータも、上記設計データをFDTD法で解析して得たものであり、ここではr方向の分布のみを示した。図5の横軸は、回折角θを、開口数の単位(n・sinθ)で表したものであり、図5の縦軸は、位相Δr、Δφを、理想球面波を基準とした相対位相(位相進行量)で表したものである。
FIG. 5 is data showing the distribution of the phase Δr that the
なお、図5において回折角θがゼロである回折光が他の回折光とやや異なる傾向を示しているのは、ピンホールマスク14の遮光膜14bを透過する光線が若干ながら存在するからであるが、遮光膜14bが十分に厚い場合には無視できる。
In FIG. 5, the diffracted light having a diffraction angle θ of zero tends to be slightly different from the other diffracted light because there is a slight amount of light that passes through the
また、参考までに、ピンホールマスク14がr偏光成分Lrに与える振幅Irの分布と、φ偏光成分Lφに与える振幅Iφの分布とを比較するデータを図6に示した。このデータも、上記設計データをFDTD法で解析して得たものであり、ここではr方向の分布のみを示した。
For reference, FIG. 6 shows data comparing the distribution of the amplitude Ir given to the r-polarized component Lr by the
図5に示すとおり、位相Δrの分布と位相Δφの分布とは互いに異なり、位相Δrと位相Δφとの間では位相Δrの方が進行している。また、位相Δrと位相Δφとの間の位相差Δ’は、回折角θが大きいほど顕著であり、特に回折角θが最大であるとき(ここでは開口数1.35に相当するとき)の位相差Δ’は、0.45rad(=0.07λ)にも及ぶ。 As shown in FIG. 5, the distribution of the phase Δr and the distribution of the phase Δφ are different from each other, and the phase Δr advances between the phase Δr and the phase Δφ. Further, the phase difference Δ ′ between the phase Δr and the phase Δφ is more conspicuous as the diffraction angle θ is larger, and particularly when the diffraction angle θ is maximum (here, when the numerical aperture is 1.35). The phase difference Δ ′ reaches 0.45 rad (= 0.07λ).
よって仮に、偏光板13を90°だけ回転させ、ピンホールマスク14の照明光束の偏光方向をy方向からx方向へと変化させた場合、ピンホールマスク14の透過光束の波面は最大で0.45rad(=0.07λ)だけ変形する。このような波面変形量は、被検光学系15にとって無視できないレベルである。
Therefore, if the
図7は、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布を示すデータである。このデータは、図5のデータを基に算出されたものであり、ここでr方向の分布のみを示した。図7の横軸は図5の横軸と同じであり、図7の縦軸は、位相差Δ’(=Δr−Δφ)である。
FIG. 7 shows data indicating the distribution of the phase difference Δ ′ that the
製造者は、図7に示した位相差Δ’の分布に応じて補償板16の凹凸パターンを設計することにより、ピンホールマスク14の偏光依存性を抑制する。
The manufacturer suppresses the polarization dependence of the
図8は、補償板16を光軸方向から見た模式図である。
FIG. 8 is a schematic view of the
補償板16は、レーザ光源11(図1参照)の波長に対して透明な基板(例えばガラス基板)上に、レーザ光源1(図1参照)の波長未満のピッチで凹凸パターンを形成してなる構造性複屈折素子であり、その凹凸パターンの形成面を、図2に示したとおり被検光学系15とは反対の側に向けている(但し、図2に示した凹凸パターンは、実際のものと同じとは限らない。)。このような補償板16の作製には、例えばフォトリソグラフィーを適用することができる。
The
また、補償板16の配置先は、図2に示したとおり検光学系15の瞳の近傍である。補償板16の配置先は、例えば、被検光学系15の像側かつなるべく被検光学系15に近い位置とされる。このようにして補償板16の配置先を被検光学系15の瞳の近傍とすれば、補償板16に対する光線の入射角度が小さくなるので、補償板16の光軸方向の配置自由度を高くすることができると共に、補償板16の性能を最大に高めることができる。
Further, the arrangement place of the
また、補償板16における凹凸の形成ピッチ(構造周期)は、補償板16の全面に亘りほぼ一様であり、凹凸パターンの凹部と凸部との段差も、補償板16の全面に亘り一様である。
Further, the formation pitch (structure period) of the unevenness in the
以下、補償板16の設計データを次のとおり仮定する。
Hereinafter, the design data of the
・補償板16の屈折率…1.5
・補償板16の凹部の屈折率…1(=空気の屈折率)
・補償板16の凹凸の形成ピッチ…250nm
・補償板16の凹部と凸部との段差…350nm
但し、補償板16の遅相軸の方向は、位相差Δ’の符号(図7参照)に応じて設定され、その凹凸パターンのデューティー比(凸部の幅:凹部の幅)の分布は、位相差Δ’の大きさ分布(図7参照)に応じて設定される。
-Refractive index of
-Refractive index of the concave portion of the
-Concavity and convexity formation pitch of
-Step between concave and convex of
However, the direction of the slow axis of the
図7に示したとおり、位相差Δ’の符号は「正」である。これは、ピンホールマスク14がφ偏光成分Lφよりもr偏光成分Lrの位相を進行させる傾向にあることを示している。したがって、補償板16の遅相軸の方向は、図8中に細線で示すとおりr方向に設定される。
As shown in FIG. 7, the sign of the phase difference Δ ′ is “positive”. This indicates that the
また、図7に示したとおり、位相差Δ’の大きさは回折角θ、つまりr方向の位置に依存するので、補償板16の凹凸パターンのデューティー比は、r位置の異なる複数の領域A1、A2、A3の間で互いに異なる値に設定される。
Further, as shown in FIG. 7, since the magnitude of the phase difference Δ ′ depends on the diffraction angle θ, that is, the position in the r direction, the duty ratio of the concavo-convex pattern of the
先ず、領域A1は、補償板16の最外周に位置する輪帯状の領域であって、開口数が1.3超に相当する回折光の入射領域である。図7に示すとおり領域A1に対する入射光束にはピンホールマスク14から0.4〜0.5rad程度の位相差Δ’が付与されているので、領域A1が入射光束に与える位相差Δ”も0.4〜0.5rad程度であることが望ましい。
First, the region A1 is a ring-shaped region located on the outermost periphery of the
そこで、領域A1における凹凸パターンのデューティー比は、1:1に設定される。前述したとおり凸部の屈折率は1.5、凹部の屈折率は1、凹部と凸部との段差は350nmであるので、デューティー比が1:1である領域A1が入射光束に与える位相差Δ”は35nm、すなわち0.065λ(=0.4rad)程度となる。 Therefore, the duty ratio of the concavo-convex pattern in the region A1 is set to 1: 1. As described above, since the refractive index of the convex portion is 1.5, the refractive index of the concave portion is 1, and the step between the concave portion and the convex portion is 350 nm, the phase difference given to the incident light beam by the region A1 having a duty ratio of 1: 1. Δ ″ is 35 nm, that is, about 0.065λ (= 0.4 rad).
次に、領域A2は、領域A1の内側に位置する輪帯状の領域であって、開口数が1.15〜1.3に相当する回折光の入射領域である。図7に示すとおり領域A2に対する入射光束にはピンホールマスク14から0.15〜0.4rad程度の位相差Δ’が付与されているので、領域A2が入射光束に与える位相差Δ”も0.15〜0.4rad程度であることが望ましい。
Next, the region A2 is a ring-shaped region located inside the region A1, and is an incident region of diffracted light corresponding to a numerical aperture of 1.15 to 1.3. As shown in FIG. 7, since the phase difference Δ ′ of about 0.15 to 0.4 rad is given from the
そこで、領域A2における凹凸パターンのデューティー比は、1:3に設定される。前述したとおり凸部の屈折率は1.5、凹部の屈折率は1、凹部と凸部との段差は350nmであるので、凹凸パターンのデューティー比が1:3である領域A2が入射光束に与える位相差Δ”は0.045λ(=0.28rad)程度となる。 Therefore, the duty ratio of the concavo-convex pattern in the region A2 is set to 1: 3. As described above, since the refractive index of the convex portion is 1.5, the refractive index of the concave portion is 1, and the step between the concave portion and the convex portion is 350 nm, the region A2 where the duty ratio of the concave and convex pattern is 1: 3 is the incident light flux. The phase difference Δ ″ to be applied is about 0.045λ (= 0.28 rad).
次に、領域A3は、領域A2の内側の円状の領域であって、開口数が1.15未満に相当する回折光の入射領域である。図7に示すとおり領域A3に対する入射光束にはピンホールマスク14から0〜0.15rad程度の位相差Δ’しか付与されていないので、領域A3が入射光束に与える位相差Δ”も0〜0.15rad程度でよい。
Next, the region A3 is a circular region inside the region A2, and is a diffracted light incident region corresponding to a numerical aperture of less than 1.15. As shown in FIG. 7, since the incident light flux to the area A3 is only given a phase difference Δ ′ of about 0 to 0.15 rad from the
そこで、領域A3における凹凸パターンのデューティー比は、0:1に設定される。このような領域A3が入射光束に与える位相差Δ”はゼロとなる。 Therefore, the duty ratio of the concavo-convex pattern in the region A3 is set to 0: 1. The phase difference Δ ″ that the region A3 gives to the incident light flux is zero.
図9は、補償板16が入射光束に与える位相差Δ”の分布を示す図であり、ここではr方向の分布のみを示した。図9の横軸は図7の横軸と同じであり、図9の縦軸は、φ偏光成分Lφの位相を基準としたr偏光成分Lrの位相遅延量で位相差Δ”を表したものである。なお、図9中に点線で示したのは、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布である。
FIG. 9 is a diagram showing the distribution of the phase difference Δ ″ that the
図9に示すとおり補償板16が入射光束に与える位相差Δ”の分布は、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布と似た形状になっており、両者の分布の差は、有効な開口数の範囲内(ここでは開口数1.40以下)において0.025λ以内に収まっている。
As shown in FIG. 9, the distribution of the phase difference Δ ″ that the
したがって、ピンホールマスク14と補償板16とからなる波面生成光学系の全体が入射光束のr偏光成分Lrとφ偏光成分Lφとの間に与える位相差は、0.025λ以内に収まる。この値は、ピンホールマスク14の単体が入射光束のr偏光成分Lrとφ偏光成分Lφとの間に与える位相差Δ’(図7参照)の約1/3以下である。
Therefore, the phase difference that the entire wavefront generating optical system including the
したがって、ピンホールマスク14に補償板16を組み合わせて使用する本装置では、ピンホールマスク14の偏光依存性が測定に与える影響を約1/3以下に抑えることができる。したがって、本装置の測定精度は、確実に高まる。
Therefore, in this apparatus using the
なお、本実施形態では、凹凸パターンのデューティー比のr方向の分布カーブを階段状(図9参照)としたが、折れ線状又は曲線状にしてもよい。何れの場合であっても、補償板16が入射光束に与える位相差Δ”の分布カーブを、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布カーブに近づけることが望ましい。
In this embodiment, the distribution curve in the r direction of the duty ratio of the concavo-convex pattern is stepped (see FIG. 9), but may be a polygonal line or a curved line. In any case, it is desirable to make the distribution curve of the phase difference Δ ″ that the
また、本実施形態では、補償板16の凹凸パターンがピンホールマスク14の設計データに応じて設定されたが、ピンホールマスク14の実測データに応じて設定されてもよい。或いは、ピンホールマスク14の設計データと実測データとの双方に応じて設定されてもよい。因みに、ピンホールマスク14の実測データは、本装置の製造者が電子顕微鏡などの精密な形状測定装置によりピンホールマスク14又はそのサンプルから取得すればよい。補償板16の凹凸パターンをピンホールマスク14の実測データに応じて設定すれば、ピンホールマスク14の偏光依存性が測定に与える影響だけでなく、ピンホールマスク14の形状誤差が測定に与える影響をも抑えることができる。
In the present embodiment, the concave / convex pattern of the
なお、補償板16の凹凸パターンをピンホールマスク14の実測データに応じて設定する場合、製造者は、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布を、r方向(θ方向)とφ方向との双方に亘って調べることが望ましい。
When the concave / convex pattern of the
また、本実施形態の補償板16には、ピンホールマスク14が入射光束に与える位相差Δ’の分布を低減(又は相殺)する機能のみが付与されたが、その機能と共に、ピンホールマスク14が入射光束に付与する波面の理想球面からのずれを低減(又は相殺)する機能が付与されてもよい。或いは、理想球面からのずれを低減(又は相殺)する機能が付与された別の補償板を補償板16とは別に用意し、それを補償板16と共に使用してもよい。
Further, the
また、本実施形態のピンホールマスク14は透過型のピンホールマスクであったが、反射型のピンホールマスクを使用してもよい。
Further, although the
また、本実施形態の波面収差測定装置には、マッハツェンダー干渉計の原理が適用されたが、他の原理が適用されてもよい。 Further, although the principle of the Mach-Zehnder interferometer is applied to the wavefront aberration measuring apparatus of the present embodiment, other principles may be applied.
また、本実施形態の波面収差測定装置の被検光学系は、顕微鏡対物レンズであったが、フォトリソグラフィー用投影光学系など、他の種類の結像光学系であってもよい。但し、何れの場合も、補償板16の配置先は被検光学系の瞳の近傍であることが望ましい。また、本装置は、被検光学系の物体側開口数が1以上である場合(つまり被検光学系が液浸レンズである場合)に特に有効である。
Further, the optical system to be tested of the wavefront aberration measuring apparatus according to the present embodiment is a microscope objective lens, but may be another type of imaging optical system such as a projection optical system for photolithography. However, in any case, it is desirable that the
[第2実施形態]
以下、本発明の第2実施形態を説明する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described.
ここでは、第1実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、補償板の配置箇所が被検光学系15の像側から物体側に変更された点にある。
Here, only differences from the first embodiment will be described. The difference is that the arrangement position of the compensation plate is changed from the image side of the test
図10は、光軸を含み図1の紙面と平行な平面で本実施形態のピンホールマスク14の周辺を切断してできる断面の模式図である。図10に示すとおり、本実施形態の補償板16’は、ピンホールマスク14と被検光学系15との間に配置されており、その凹凸パターンを被検光学系15の側へ向けている。
FIG. 10 is a schematic view of a cross section obtained by cutting the periphery of the
このように補償板16’の配置先を被検光学系15の瞳から離す場合は、その配置自由度が低下するので注意が必要である。また、補償板16’の凹凸パターンは、補償板16’の配置先に適したものに予め設定されている必要がある。すなわち、製造者は、ピンホールマスク14の透過光束が補償板16’の配置先に形成する波面の位相差Δ’の分布を求め、その位相差Δ’の分布に応じて補償板16’の凹凸パターンを設定する必要がある。
In this way, care should be taken when placing the
そこで、本実施形態の補償板16’は、ピンホールマスク14に対して予め位置決めされ、かつ固定されているものとする。図10の符号24は、補償板16’とピンホールマスク14とを互いに固定してなる波面生成光学系である。波面生成光学系24は、例えばピンホールマスク14と補償板16’とを外周側から固定するリング枠20を有し、そのリング枠20によりピンホールマスク14と補償板16’との間隔を一定に保つ。
Therefore, it is assumed that the
また、波面生成光学系24においてピンホールマスク14と補償板16’との間隙の少なくとも光路部分は、浸液20で満たされている。但し、光路部分のみを浸液20で満たすのは難しいので、ピンホールマスク14と補償板16’との間隙の全てが浸液20で満たされ、その間隙は、外気(空気)の進入を防ぐためにリング枠20によって密閉されていることが望ましい。
In the wavefront generating
また、補償板16’と被検光学系15との間の光路も浸液20で満たされる。但し、補償板16’の表面に形成された微細な凹部の内部は空気のままとし、全ての凸部の表面は、間隙ができないよう透明カバー24bによって密着した状態で覆われる。この透明カバー24bは、少なくともレーザ光源11(図1参照)の波長に対して透明な平行平面板(例えばガラス板)である。この透明カバー24bも、リング枠20によって補償板16’と共に外周側から保持される。
The optical path between the
[第3実施形態]
以下、第3実施形態を説明する。本実施形態は、シャックハルトマン式波面収差測定装置の校正に関する実施形態である。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment will be described. The present embodiment is an embodiment relating to calibration of a Shack-Hartmann wavefront aberration measuring apparatus.
図11は、本実施形態の波面収差測定装置の測定時における構成図である。図11に示すとおり本実施形態の波面収差測定装置にはレーザ光源31、ビームエキスパンダ32、偏光板13、ピンホールマスクの機能を有したテストレチクルRt、検出光学系31が配置される。検出光学系31には、リレーレンズ34、マイクロレンズアレイ36、撮像素子37が配置される。
FIG. 11 is a configuration diagram at the time of measurement of the wavefront aberration measuring apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 11, a
測定時には、テストレチクルRtと検出光学系31との間に被検光学系35が配置される。被検光学系35は、例えば、フォトリソグラフィー用の投影光学系である。
At the time of measurement, the test
レーザ光源31は、被検光学系35の使用波長又はその近傍波長のレーザ光を出射する。レーザ光源31から射出するレーザ光は、直線偏光した光である。レーザ光源31を射出したレーザ光は、ビームエキスパンダ32により径の太い光束に変換され、平面波となって偏光板33へ入射する。偏光板33を透過した光束は、テストレチクルRtを照明する。その照明光束のうち、テストレチクルRtを通過した光束は球面波となり、測定光束として物体側から被検光学系35へ入射する。なお、被検光学系35の物体側焦点面は、テストレチクルRtの近傍に位置している。
The
被検光学系35から射出した光束は、被検光学系35の像面上に結像した後に再び発散し、リレーレンズ34により平行光束に変換され、マイクロレンズアレイ36に入射する。マイクロレンズアレイ36に入射した平行光束は波面分割され、撮像素子37上に2次像アレイを形成する。撮像素子37は、それら2次像アレイを撮像して画像データを生成すると、その画像データを不図示のコンピュータへ出力する。コンピュータは、その画像データと予め記憶した校正データ(後述)とに基づき、被検光学系35の波面収差(被検光学系35を通過する前後における測定光束の波面変形量)を算出する。
The light beam emitted from the test
図12は、本実施形態の波面収差測定装置の校正時における構成図である。 FIG. 12 is a configuration diagram at the time of calibration of the wavefront aberration measuring apparatus of the present embodiment.
校正対象は、リレーレンズ34である。校正時には、テストレチクルRt及び被検光学系35は光路から外され、その代わりに球面波生成用の透過型ピンホールマスク14’と、複屈折素子である補償板16”とが配置される。
The calibration target is the
ピンホールマスク14’の配置先は、リレーレンズ34の前側焦点面であり、補償板16”の配置先は、そのリレーレンズ34の瞳の近傍、すなわちリレーレンズ34とマイクロレンズアレイ36との間の平行光束中である。
The
ピンホールマスク14’は、第1実施形態のピンホールマスク14と同様の構成をしており、ピンホールマスク14’の透明基板は、レーザ光源31の波長に対して透明な基板であり、ピンホールマスク14’の遮光膜は、レーザ光源31の波長に対して不透明な膜である。
The
補償板16”は、第1実施形態の補償板16と同様の構成をしており、補償板16”の凹凸パターンの遅相軸の方向は、ピンホールマスク14’がr偏光成分Lrに与える位相とφ偏光成分Lφに与える位相との遅進関係に応じて設定され、補償板16”の凹凸パターンのデューティー比の分布は、ピンホールマスク14’が入射光束に与える位相差Δ’の分布に応じて設定される。これらの設定により、ピンホールマスク14’の偏光依存性を抑える働きが補償板16”に付与される。
The
そして校正では、図12に示す状態で撮像素子37から画像データがコンピュータへ出力される。コンピュータは、その画像データに基づきリレーレンズ34の校正データ(リレーレンズ34を通過する前後における光束の波面変形量)を生成して記憶する。
In the calibration, image data is output from the
以上の校正では、ピンホールマスク14’と共に補償板16”が使用されるので、ピンホールマスク14’の偏光依存性が校正に与える影響を抑えることができる。したがって、この校正では、校正データを高精度に取得することができる。したがって、図11に示した状態で行われる測定も、高精度化される。
In the above calibration, the
なお、本実施形態では、リレーレンズ34の開口数について説明しなかったが、リレーレンズ34の開口数が1以上である場合(リレーレンズ34が液浸レンズである場合)は、リレーレンズ34とピンホールマスク14’との間の光路は浸液で満たされる。因みに本実施形態も、リレーレンズ34の開口数が1以上である場合に特に効果が高い。
Although the numerical aperture of the
また、本実施形態では、シャックハルトマン式波面収差測定装置の校正に第1実施形態と同様の波面生成光学系(すなわち補償板の配置先が被検光学系の瞳の近傍である波面生成光学系)を適用したが、第2実施形態と同様の波面生成光学系(すなわち補償板の配置先がピンホールマスクの近傍である波面生成光学系)を適用してもよい。 In this embodiment, the same wavefront generating optical system as that of the first embodiment is used for calibration of the Shack-Hartmann wavefront aberration measuring apparatus (that is, the wavefront generating optical system in which the compensator is disposed near the pupil of the test optical system). However, a wavefront generating optical system similar to that of the second embodiment (that is, a wavefront generating optical system in which the compensator is disposed near the pinhole mask) may be applied.
[本発明を例示する波面生成光学系等の補足]
なお、本発明を例示する上述した波面生成光学系において、前記補償用位相板は、前記波面生成光学系の使用波長未満のピッチで凹凸パターンが形成された構造性複屈折素子であってもよい。
[Supplement of Wavefront Generating Optical System etc. Exemplifying the Present Invention]
In the above-described wavefront generating optical system illustrating the present invention, the compensation phase plate may be a structural birefringent element in which a concavo-convex pattern is formed at a pitch less than the use wavelength of the wavefront generating optical system. .
また、前記補償用位相板が前記2つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、光軸の周りに回転対称な分布であってもよい。 Further, the phase shift distribution given to the two polarization components by the compensating phase plate may be a rotationally symmetric distribution around the optical axis.
また、前記ピンホールマスクに形成されたピンホールの半径rは、前記ピンホールマスクの使用波長λに対してr<0.47λの式を満たしてもよい。 Further, the radius r of the pinhole formed in the pinhole mask may satisfy the equation r <0.47λ with respect to the wavelength λ used for the pinhole mask.
また、本発明を例示する上述した波面収差測定装置において、前記波面生成光学系の前記補償用位相板の配置先は、前記被検光学系の瞳の近傍であってもよい。 In the above-described wavefront aberration measuring apparatus exemplifying the present invention, the compensation phase plate of the wavefront generating optical system may be disposed near the pupil of the optical system to be measured.
また、前記被検光学系の物体側開口数は、1以上であってもよい。 The object-side numerical aperture of the optical system to be tested may be 1 or more.
11…レーザ光源11、12…ビームエキスパンダ、13…偏光板、BS1、BS2…ビームスプリッタ、14…ピンホールマスク、16…補償板、M1、M2…ミラー、17…撮像素子、15…被検光学系
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記補償用位相板が入射光の互いに異なる2つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、
前記ピンホールマスクが入射光の前記2つの偏光成分に与える位相ずれ分布を相殺又は低減する分布に設定されている
ことを特徴とする波面生成光学系。 A pinhole mask for generating a spherical light wave, and a compensation phase plate disposed on the exit side of the pinhole mask,
The phase shift distribution that the compensating phase plate gives to two different polarization components of incident light is:
A wavefront generating optical system, wherein the pinhole mask is set to a distribution that cancels or reduces a phase shift distribution given to the two polarization components of incident light.
前記補償用位相板は、
前記波面生成光学系の使用波長未満のピッチで凹凸パターンが形成された構造性複屈折素子である
ことを特徴とする波面生成光学系。 The wavefront generating optical system according to claim 1,
The compensation phase plate is
A wavefront generating optical system, wherein the wavefront generating optical system is a structural birefringent element in which a concavo-convex pattern is formed with a pitch less than a wavelength used by the wavefront generating optical system.
前記補償用位相板が前記2つの偏光成分に与える位相ずれ分布は、
光軸の周りに回転対称な分布である
ことを特徴とする波面生成光学系。 The wavefront generating optical system according to claim 1 or 2,
The phase shift distribution given to the two polarization components by the compensation phase plate is:
A wavefront generating optical system characterized by having a rotationally symmetric distribution around the optical axis.
前記ピンホールマスクに形成されたピンホールの半径rは、前記ピンホールマスクの使用波長λに対してr<0.47λの式を満たす
ことを特徴とする波面生成光学系。 In the wavefront generating optical system according to claim 1,
A wavefront generating optical system characterized in that a radius r of a pinhole formed in the pinhole mask satisfies an expression of r <0.47λ with respect to a use wavelength λ of the pinhole mask.
前記波面生成光学系の前記ピンホールマスクを照明することにより前記波面生成光学系に測定光束を生成させる照明光学系と、
前記波面生成光学系により生成された測定光束であって被検光学系を通過した測定光束の波面形状を検出する検出手段と、
を備えたことを特徴とする光学系の波面収差測定装置。 The wavefront generating optical system according to any one of claims 1 to 4,
An illumination optical system that generates a measurement light beam in the wavefront generation optical system by illuminating the pinhole mask of the wavefront generation optical system;
Detection means for detecting the wavefront shape of the measurement light beam generated by the wavefront generation optical system and passed through the test optical system;
A wavefront aberration measuring device for an optical system, comprising:
前記波面生成光学系の前記補償用位相板の配置先は、
前記被検光学系の瞳の近傍である
ことを特徴とする波面収差測定装置。 In the wavefront aberration measuring device according to claim 5,
The placement destination of the compensation phase plate of the wavefront generating optical system is:
A wavefront aberration measuring apparatus, wherein the wavefront aberration measuring apparatus is in the vicinity of the pupil of the test optical system.
前記被検光学系の物体側開口数は、
1以上である
ことを特徴とする波面収差測定装置。 In the wavefront aberration measuring device according to claim 5 or 6,
The object-side numerical aperture of the test optical system is
A wavefront aberration measuring apparatus characterized by being 1 or more.
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