JP2022551063A - 表面形状を干渉測定する計測装置 - Google Patents

Abstract

被検物（１４）の表面（１２）の形状を干渉測定する計測装置（１０）は、入力波（４２）を供給する放射源と、回折により入力波から、被検物（１４）に指向され且つ自由曲面の形態の波面を有する被検波（６６）及び少なくとも１つの較正波（７０）を生成するよう構成された、多重符号化回折光学素子（６０）であり、較正波は非回転対称形状（６８ｆ）の波面を有し、相互に横断する向きの横断面に沿った較正波（７０）の波面の断面はそれぞれ湾曲形状を有し、且つ異なる横断面における湾曲形状は開口パラメータが異なる、多重符号化回折光学素子（６０）とを備える。さらに、計測装置は、参照波（４０）を較正物（７４）との相互作用後の較正波と重畳させることにより形成された較正インターフェログラムを取得する取得デバイス（４６）を備える。

Description

本願は、２０１９年９月３０日付けの独国特許出願公開第１０ ２０１９ ２１４ ９７９．０号の優先権を主張する。上記特許出願の全開示を参照により本願に援用する。

本発明は、被検物の表面の形状を干渉測定する計測装置、回折光学素子を較正する方法、被検物の表面の形状を干渉測定する方法、及びマイクロリソグラフィ露光装置の投影レンズ用の光学素子に関する。

マイクロリソグラフィ光学素子等の被検物の表面形状の高精度の干渉計測のために、多くの場合は回折光学装置がいわゆるゼロ光学系として用いられる。この場合、被検波の波面が、被検波の個別光線が表面の目標形状に全ての場所で垂直に入射しそこで反射して逆行するように、回折素子により目標形状に適合される。目標形状からの偏差は、参照波を反射した被検波と重畳することにより求めることができる。用いられる回折素子は、例えば計算機ホログラム（ＣＧＨ）であり得る。

形状計測の精度は、ＣＧＨの精度に応じて変わる。ここでの決定的要因は、ＣＧＨのできる限り正確な作製では必ずしもなく、ＣＧＨで生じ得る全ての誤差の最も正確な計測である。既知の誤差は、試験片の形状の計測時に算出することができる。よって、ＣＧＨは参照を形成する。回転対称非球面では全ての非回転対称誤差の較正が高精度で可能だが、自由曲面、すなわち回転対称でない非球面の場合、全てのＣＧＨ誤差が形状計測に影響を及ぼす。結果として、ＣＧＨの計測の精度に関する要件は大幅に増加する。ＣＧＨの回折構造の歪み、すなわち回折構造の目標位置に対するその横方向位置と、ＣＧＨのプロファイル形状とを高精度で把握することが重要である。しかしながら、従来技術から既知の計測デバイスを用いてこれらのパラメータを求めることができる計測精度は、高まり続ける要件にとって十分ではない。

特許文献１は、複素符号化ＣＧＨを有するそのような計測装置を記載している。フィゾー素子を用いて、光波が最初に参照波及び被検波に分割される。被検波は、続いて複素符号化ＣＧＨにより、表面の目標形状に適合した波面を有する被検波と球面又は平面波面を有する較正波とに変換される。この目的で、ＣＧＨは適当な構成の回折構造を含む。較正波を用いてＣＧＨが較正される。その後、被検物が被検位置に配置され、被検波での計測が実行される。被検波は、被検物の表面で反射してＣＧＨにより再変換され、フィゾー素子を通過後に参照波と重畳される。平面で取得されたインターフェログラムから表面の形状を測定することが可能である。ＣＧＨの較正は精度を向上させるが、これは高度な用途には必ずしも十分ではない。

独国特許出願公開第１０ ２０１２ ２１７ ８００号明細書

本発明の目的は、上記課題を解決し且つ特に自由曲面の形態の光学面の形状を高精度で測定することを可能にする、導入部で述べたタイプの計測装置及び計測方法を提供することである。

上記目的は、本発明によれば、例えば、被検物の表面の形状を干渉測定する計測装置であって、入力波を供給する放射源と、回折により入力波から、被検物に指向され且つ自由曲面の形態の波面を有する被検波及び非回転対称形状の波面を有する少なくとも１つの較正波を生成するよう構成された、多重符号化回折光学素子とを備えた計測装置により達成することができる。相互に横断する向きの横断面に沿った較正波の波面の断面は、それぞれ湾曲形状を有する。異なる横断面における湾曲形状は、ここでは開口パラメータが異なる。さらに、計測装置は、参照波を較正物との相互作用後の較正波と重畳させることにより形成された較正インターフェログラムを取得する取得デバイスを備える。

自由曲面は、任意の回転対称非球面からの偏差が５μｍを超える、特に１０μｍを超える形状を意味すると理解されたい。さらに、自由曲面は、任意の球面からの偏差が０．０５ｍｍ以上、特に０．１ｍｍ以上、１ｍｍ以上、又は５ｍｍ以上である。特に、計測装置は、較正波との重畳により形成されたインターフェログラムを考慮して、参照波を被検物の表面との相互作用後の被検波と重畳させることにより取得されたインターフェログラムを評価することにより、表面の形状を測定する評価デバイスを備える。

非回転対称な波面を有する較正波の本発明による設計は、以下で被検波面差とも称する被検波の波面と較正波の波面との間の差を最小化することを可能にする。

本発明は、被検波の波面形状からの較正波の形状の偏差が小さいほど、生成される自由曲面被検波に対する回折光学素子の較正の品質が高くなるという知見に基づく。その理由は、較正波及び被検波の相互の類似性が高いほど、較正波及び被検波の生成を担う多重符号化回折光学素子の部分構造の類似性が高くなるからである。回折光学素子の製造中に、部分構造が同様であれば製造誤差も同様となり、それらの溝幅プロファイルの差は比較的小さい。

非回転対称の波面を有する較正波を生成するように回折光学素子を構成することにより、被検波面差を最小限に保つことが可能となる。これによりさらに、較正波により求められる較正データを用いて高精度で被検波に対する回折光学素子の製造誤差の効果を予測することができる。

上述のように、相互に横断する向きの横断面に沿った較正波の波面の断面は、それぞれ湾曲形状を有し、異なる横断面における断面形状は開口パラメータが異なる。特に、横断面は相互に対して垂直な向きである。

一実施形態によれば、２つの異なる横断面における湾曲形状は、湾曲方向が異なる。

さらに別の実施形態によれば、湾曲形状は、円形状のセグメントにそれぞれ近似し、開口パラメータは円半径である。これは、異なる断面における湾曲形状がそれぞれ円形状のセグメントを有するか又は円形状のセグメントに近似する、特に湾曲形状が円形状のセグメントにそれぞれ対応することを意味すると理解されたい。

さらに別の実施形態によれば、湾曲形状は放物線形状のセグメントにそれぞれ近似し、開口パラメータは放物線開口である。これは、異なる断面における湾曲形状がそれぞれ放物線形状のセグメントに対応するか又は放物線形状のセグメントに近似することを意味する。放物線形状のセグメントは、特に放物線の頂点領域を含み、特にセグメントは放物線の対称な頂点領域を有する。

さらに別の実施形態によれば、較正波の波面は非点形状を有する。

さらに別の実施形態によれば、較正波の非回転対称形状は、以下で回転面とも称する対称軸について対称な面の回転軸に対する回転により形成された、回転体の表面の一部の形状に対応する。この回転体の表面の一部は、平面について対称性を有し、したがって鏡面対称とも称することができる。第１変形実施形態によれば、回転面は円形であり、回転軸は対称軸と真に平行である。この場合、得られる回転体はトーラスである。第２変形実施形態によれば、回転面は非回転対称、例えば楕円形である。

さらに別の実施形態によれば、較正波の波面は、任意の回転対称形状からの偏差が５０μｍ以上、特に１００μｍ以上である。

さらに別の実施形態によれば、回折光学素子は、回折により入力波から被検波に加えて少なくとも３つの較正波を生成するよう構成される。

上記目的は、例えば、被検物の表面の形状を干渉測定するための自由曲面の形態の波面を有する被検波を生成するよう構成された回折光学素子を較正する方法によっても達成することができる。本発明による方法は、回折光学素子に多重符号化を与え、多重符号化での回折により被検波に加えて較正物に指向された較正波が生成されるように入力波を放射するステップであり、較正波は非回転対称形状の波面を有するステップを含む。さらに、本発明による方法は、較正波が較正物の表面の異なる領域にそれぞれ実質的に垂直に入射するように、異なる較正位置に較正物を配置するステップを含む。さらに、本発明による方法は、参照波を異なる較正位置での較正物との相互作用後の較正波と重畳させることにより生成された較正インターフェログラムを取得し比較するステップを含む。

本発明による方法によれば、較正物は、較正波が較正物の表面の異なる領域にそれぞれ実質的に垂直に入射するように異なる較正位置に配置される。さらに、異なる較正位置で生成された較正インターフェログラムは、相互に比較される。換言すれば、種々の較正位置で、較正物の異なるサブアパーチャに較正波が照射される。適当な評価アルゴリズムにより種々の較正インターフェログラムの全体を評価することにより、較正波の波面誤差を較正物の形状誤差から分離することができる。

一実施形態によれば、較正物の種々の較正位置は、較正物のシフト及び傾斜の組合せにより設定される。さらに、異なる較正位置で生じるリトレース誤差を計算により考慮することができる。

さらに、本発明は、被検物の表面の形状を干渉測定する方法を提供する。この方法は、多重符号化回折光学素子を用意するステップであり、多重符号化回折光学素子は、回折により入力波から、被検物に指向され且つ自由曲面の形態の波面を有する被検波及び少なくとも１つの較正波を生成するよう構成されるステップと、前述の実施形態又は変形実施形態の１つに従って回折光学素子を較正するステップと、参照波を被検物の表面との相互作用後の被検波と重畳させることにより生成された計測インターフェログラムを取得するステップと、較正インターフェログラムを考慮して、計測インターフェログラムの評価により被検物の表面の形状を確認するステップとを含む。

一実施形態によれば、複数の類似だが異なる自由曲面を検査する目的で、全ての被検波面差、すなわち被検波及び較正波の波面間の差の全体を、例えば実現された被検波面差を全ての被検自由曲面の被検波面差の平均値として選択することにより小さく保つことができる。

さらに、本発明は、複数の表面の各形状を干渉測定する方法を提供する。表面はそれぞれ自由曲面の形態を有し、ベストフィット球面からの各自由曲面の偏差の非点収差成分が７０％～９０％、特に７５％～８５％である。本発明による方法は、表面の干渉測定による形状計測結果を均一な較正面により較正するステップであり、ベストフィット球面からの均一な較正面の偏差が、複数の表面の非点収差成分の平均値に対応する非点収差成分を有するステップを含む。

非点収差成分の定義に関しては、特に独国特許出願公開第１０ ２０１３ ２２６ ６６８号を参照されたい。計測された表面は、上記非点収差成分により相互に類似しているが相互に異なる。換言すれば、較正面をそれぞれ用いて複数の表面の各形状を測定するためには、単一の較正面しか必要ない。表面の形状計測結果の判定は、上述の干渉計測方法と同様にそれぞれ実行することができ、較正波は、上記均一な較正面にそれぞれ適合される。

上述のように、ベストフィット球面からの均一な較正面の偏差は、複数の表面の非点収差成分の平均値に対応する非点収差成分を有する。つまり、均一な較正面に割り当てられた非点収差成分は、上記平均値からの偏差が１０％以下、特に５％以下である。

さらに、本発明によれば、自由曲面の形態の目標形状を有し且つ目標形状からの実際形状の偏差の二乗平均平方根が１００ｐｍ以下である光学面を有する、マイクロリソグラフィ露光装置の投影レンズ用の光学素子であって、目標形状はそのベストフィット球面からの最大偏差が０．１ｍｍ～２０ｍｍの範囲にある光学素子が提供される。特に、目標形状からの実際形状の偏差の二乗平均平方根は、２０ｐｍ以下、特に１０ｐｍ以下である。二乗平均平方根は、略してＲＭＳとしても知られている。マイクロリソグラフィ露光装置は、放射源と、マスクを照射する照明系と、マスク構造を基板に結像する投影レンズとを備える。さらに、目標形状は、任意の回転対称非球面からの偏差が５μｍ以上、特に１０μｍ以上である。

ベストフィット球面からの最大偏差の点において、目標形状は、０．１ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下の偏差値を有する。換言すれば、任意の球面からの目標形状の最大偏差は０．１ｍｍ以上だが、ベストフィット球面からの偏差は２０ｍｍ以下である。一実施形態によれば、目標形状のそのベストフィット球面からの最大偏差は、１ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上である。さらに別の実施形態によれば、最大偏差は８ｍｍ以下である。

一変形実施形態によれば、ベストフィット球面は、目標形状からの最大偏差が最小である球面を意味すると理解され得る。代替として、ベストフィット回転対称参照面を、偏差の二乗平均平方根の最小化により、又は平均偏差の最小化により求めることもできる。自由曲面は、回転対称性のない非球面を意味すると理解される。

さらに別の実施形態によれば、光学素子は、ＥＵＶ波長域のマイクロリソグラフィ露光装置用のミラー素子として構成される。ＥＵＶ波長域（極紫外波長域）は、１００ｎｍ未満の波長域、特に約１３．５ｎｍ又は約６．８ｎｍの波長を意味すると理解される。

本発明による計測装置の上記実施形態、例示的な実施形態、又は変形実施形態等に関して特定した特徴は、本発明による較正方法又は形状を干渉測定する本発明による方法に適宜適用することができ、その逆でもある。本発明による実施形態のこれら及び他の特徴は、図面の説明及び特許請求の範囲で説明される。個々の特徴は、本発明の実施形態として別個に又は組み合わせて実施することができる。さらに、これらの特徴は、独立して保護可能であり必要な場合は本願の係属中又は決定後にのみ保護が求められる有利な実施形態を表すことができる。

本発明の上記の及びさらに他の有利な特徴を、添付の概略図を参照して以下の本発明による例示的な実施形態の詳細な説明に示す。

被検物の光学面の目標形状に適合した被検波を生成する回折光学素子を用いて光学面の形状を干渉測定する計測装置の実施形態を示す。 被検波に加えて較正波を生成するための多重符号化回折構造パターンを有する図１に示す回折光学素子を示す。 第１較正波を用いた第１較正物の計測中の図２に示す回折光学素子を示す。 第２較正波を用いた第１較正物の計測中の図２に示す回折光学素子を示す。 第３較正波を用いた第１較正物の計測中の図２に示す回折光学素子を示す。 被検物の光学面の計測中の図２に示す回折光学素子を示す。 不利な特殊な場合が生じた場合の図３ａに示す第１較正波及び図３ｃに示す被検波の図を示す。 第１表面部分を明示したリングトーラスの実施形態を示す。 図４の線Ｖ－Ｖに沿った断面図である。 図４の線ＶＩ－ＶＩに沿った断面図である。 さらに別の表面部分を明示した図４に示すリングトーラスを示す。 図７の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩに沿った断面図である。 図７の線ＩＸ－ＩＸに沿った断面図である。 図４に示すリングトーラスを破断図で示す。 一表面部分を明示した楕円スピンドルトーラスの実施形態を示す。 図１１の線ＸＩＩ－ＸＩＩに沿った断面図である。 図１１の線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩに沿った断面図である。 図１に示す回折光学素子及び第１較正位置に配置された較正物を示す。 図１に示す回折光学素子及び第２較正位置に配置された較正物を示す。 異なる較正位置で照射された表面を示した較正物の上面図を示す。 第１断面での図１に示す被検物の光学面の例示的な目標形状、較正波の例示的な非回転対称形状、及び目標形状に対してベストフィットする円形状を示す。 第２断面での図１に示す被検物の光学面の例示的な目標形状、較正波の例示的な非回転対称形状、及び目標形状に対してベストフィットする円形状を示す。 マイクロリソグラフィ露光装置の投影レンズの光学素子の光学面の例示的な実施形態を示す。

以下に記載する例示的な実施形態又は実施形態又は変形実施形態において、相互に機能的又は構造的に同様の要素にはできる限り同一又は同様の参照符号を付す。したがって、特定の例示的な実施形態の個々の要素の特徴を理解するために、本発明の他の例示的な実施形態の説明又は概説を参照されたい。

説明を容易にするために、デカルトｘｙｚ座標系が図示されており、この座標系から図示のコンポーネントの各位置関係が見てとれる。図１では、ｘ方向が図の平面に対して垂直に延びる、ｙ方向は上向きに延び、ｚ方向は右向きに延びる。

図１は、本発明の例示的な実施形態における干渉計測装置１０を示す。計測装置１０は、光学素子の形態の被検物１４の表面１２の形状の干渉測定に適している。これは、目標形状からの表面１２の実際形状の偏差を確認することにより達成される。

被検物１４は、例えば光学レンズ素子又はミラーの形態で設計することができる。図示の場合、被検物１４は、ＥＵＶリソグラフィ用の凹面ミラー、すなわちＥＵＶ波長域の露光波長を用いるマイクロリソグラフィ投影露光装置で用いるように、特に投影露光装置の投影レンズで用いるように設計されたミラーである。ＥＵＶ波長域は、１００ｎｍ未満の波長に及び、特に約１３．５ｎｍ及び／又は約６．８ｎｍの波長に関する。

光学被検物１４は、ホルダ（図示せず）により計測装置１０に取り付けられる。計測装置１０は、目標形状が自由曲面である光学面１２を計測するよう構成される。本文中では、自由曲面は、任意の回転対称非球面からの偏差が５μｍを超える、特に１０μｍを超える形状を意味すると理解されたい。さらに、自由曲面は、任意の球面からの偏差が０．１ｍｍ以上、特に１ｍｍ以上又は５ｍｍ以上である。

干渉計測装置１０は、干渉計１６を備え、干渉計１６はさらに、光源１８、ビームスプリッタ３４、及び干渉計カメラの形態の取得デバイス４６を含む。光源１８は、照明放射線２０を生成し、この目的で、例えばレーザビーム２４を生成するヘリウムネオンレーザ等のレーザ２２を含む。照明放射線２０は、干渉計測を実行するのに十分なコヒーレント光を有する。ヘリウムネオンレーザの場合、照明放射線２０の波長は約６３３ｎｍである。しかしながら、照明放射線２０の波長は、電磁放射線の可視及び不可視波長域の他の波長でもあり得る。

レーザビーム２４は、コヒーレント光の発散ビーム３０がアパーチャから出るように集束レンズ素子２６により絞り２８に集束される。発散ビーム３０の波面は実質的に球面である。発散ビーム３０は、レンズ群３２によりコリメートされ、その結果として照明放射線２０が本例では実質的に平面状の波面で生成される。照明放射線２０は、干渉計１６の光軸５６に沿って伝播してビームスプリッタ３４を通過する。

照明放射線２０は、続いてフィゾー面３８を有するフィゾー素子３６に入射する。照明放射線２０の光の一部は、フィゾー面３８で参照波４０として反射される。フィゾー面３８を通過する照明放射線２０の光は、以下で入力波４２と称する到来計測波として平面波面４４で光軸５６に沿ってさらに伝播し、複素符号化回折光学素子６０に入射する。計測装置１０の他の実施形態において、入力波４２の波面も球面であり得る。

回折光学素子６０は、照明放射線２０の波長を透過する基板６２と、基板５２に配置された計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態の回折構造パターン６４とを含む。

第１実施形態において、構造パターン６４は、入力波４２が構造パターン６４で自由曲面の形態の被検波６６と非回転対称形状の少なくとも１つの較正波６８（図２参照）とに分割されるように構成される。概して、非回転対称形状は、任意の回転対称形状からの偏差が５０μｍ以上である形状を意味すると理解されたい。変形実施形態によれば、非回転対称形状は、任意の回転対称非球面からの偏差が５μｍを超える。さらに、非回転対称形状は、自由曲面の上記定義による形状を有し得る。任意の回転対称形状からの偏差が５０μｍ以上であるという一般的な特徴に加えてさらに他のパラメータを特徴とする、非回転対称形状の種々の実施形態を以下で説明する。

参照波４０を生成するフィゾー素子３６を有する図１に示す干渉計測装置１０の代替として、参照波は、例えば独国特許出願公開第１０ ２０１５ ２０９ ４９０号の図１に示すように回折光学素子６０で生成されて、参照ミラーで反射されることもできる。

図２に示す実施形態において、較正波６８に加えて、２つのさらなる較正波７０及び７２が構造パターン６４で生成される。較正波７０及び７２は、それぞれが平面波面又は球面波面を有し得る。一実施形態によれば、さらなる較正波７０及び７２の一方又は両方が、較正波６８のように、非回転対称形状、但し較正波６８とは異なるタイプの非回転対称形状をそれぞれ有する。

被検波６６は、図１にも示されており、これを用いて被検物１４の光学面１２の実際形状が計測される。この目的で、被検波６６は、光学面１２の目標形状に適合した波面を有する。上述のように、被検波６６は自由曲面の形状を有する。

被検物１４を図１に示すように被検波６６のビーム経路に配置して計測する前に、計測装置１０は、まず較正モードで作動される。このモードでは、図３ａに概略的に示すように、被検物１４ではなく第１較正物７４が回折光学素子６０に対して出力波側に、正確には第１較正波６８のビーム経路に最初に配置される。誤差偏差を除いて、較正波６８の形状は、較正物７４の較正面７６の形状に対応し、換言すれば、較正物７４の較正面７６の形状は、較正波６８の上記非回転対称の目標形状に適合される。よって、この非回転対称の目標形状は、較正波６８及び較正物７４の両方の目標形状となる。

較正波６８は、較正物７４の較正面７６に入射し、それによりそこで反射して逆行する。反射した較正波６８は、回折光学素子６０を再度通過し、ビームスプリッタ３４での反射後に、取得デバイス４６のレンズ系４８により取得デバイス４６のカメラチップ５２の取得面５０へ指向される（較正波６８を被検波６６に置き換えて図１を参照）。

参照波４０との重畳により較正干渉パターンが取得面５０で生成され、このパターンから、較正波６８のその目標波面からの偏差が評価デバイス５４により求められる。しかしながら、これは、目標形状からの較正物７４の任意の偏差が無視できる程度であるという仮定の下で行われる。よって、較正波６８の実際の波面は、較正物により高精度で測定される。較正波６８のその目標波面からの偏差は、較正偏差Ｋ１として評価デバイス５４に記憶される。

図１４ａ、図１４ｂ、及び図１５に示す較正偏差Ｋ１の測定の変形実施形態によれば、較正物７４は、複数の異なる較正位置で計測される。この目的で、較正物７４は、較正面７６の直径が較正波６８の直径より５％以上、特に１０％以上大きい、すなわち較正波６８が中心に照射された場合に対応する非照射周辺領域が較正面７６に残るように構成されることが好ましい。

異なる較正位置を設定するには、較正物７４を位置決めデバイス（図示せず）により傾斜及び特にシフトの組合せで変位させる。図１４ａは、較正波６８が較正面７６の実質的に中心に入射する較正物７４の第１較正位置を示す。較正波６８の個別光線は、この場合は較正面７６に実質的に垂直に入射する。

図１４ｂは、第１較正位置から開始して較正物７４を下方に傾斜させる（すなわちｘ軸に対して傾斜させる）ことにより設定される結果として、較正波６８を照射された較正面の領域が例えば較正波６８の直径の５％以上又は１０％以上上方にシフトする、第２較正位置を示す。ここでも、較正波６８の個別光線は較正面に実質的に垂直に入射する。これを確実にするために、較正物７４のｙｚ平面での適当なシフトが上記傾斜に加えて行われる。

以下でより詳細に説明するように、較正面７６の、したがって同じく較正波７０の波面の断面形状は、例えば円形又は放物線状である。傾斜及びシフトの適当な組合せにより、図１４ｂに示す第２較正位置でも、円形及び放物線状の断面形状の両方の場合に、較正波６８の個別光線による実質的に垂直な照射をもたらすことができる。円形の断面形状の場合、傾斜及びシフトの組合せを「球面化」とも称する。

図１５は、異なる較正位置で較正波６８を照射した各面を較正面７６の平面図で示す。図１４ａを参照して説明した中心較正位置をＰ１で示し、図１４ｂを参照して説明した下方傾斜較正位置をＰ２で示す。ｙｚ平面でのシフトと同時に較正物７４を適切に上方に傾斜させることにより、Ｐ３で示す較正位置を設定することができる。さらに、Ｐ４及びＰ５で示す較正位置は、較正物７４をｘｙ平面で同時にシフトさせながら較正物を左右に傾斜させる（すなわち、ｙ軸に関して傾斜させる）ことにより設定することができる。

一実施形態によれば、これらのさらなる較正位置Ｐ２～Ｐ５のいくつか又は全てについて、場合によっては較正位置Ｐ１と類似のさらなる較正位置について、対応する較正インターフェログラムが記録される。適当な評価アルゴリズムを用いて評価デバイス５４により記録された全ての較正インターフェログラムの評価により、このとき較正波６８の波面誤差を較正物７４の形状誤差から分離することができる。換言すれば、この実施形態によれば、目標形状からの較正物７４の実際の偏差を考慮することができ、較正波６８の実際の波面及び較正偏差Ｋ１をこうしてさらに高い精度で測定することができる。較正偏差Ｋ１の精度をさらに向上させるために、種々の較正位置Ｐ１～Ｐ５で起こるリトレース誤差、すなわち干渉計測装置１０の光学ユニット内の被検波６６のビーム経路に応じた光学ユニットのレンズ誤差により蓄積した誤差を、計算により考慮することができる。

一実施形態によれば、異なる較正インターフェログラムの評価中に、異なる較正位置Ｐ１～Ｐ５にあり且つ較正面７６の各サブアパーチャを照明する較正波６８の波面部分が、既知のようにスティッチング法により組み合わせられる。

較正波６８により測定された較正偏差Ｋ１に加えて、図２に示す実施形態によるさらなる較正波７０及び７２を用いてさらなる較正偏差Ｋ２及びＫ３を測定することができる。較正波７０及び７２の伝播方向は、相互に異なり且つ較正波６８の伝播方向と異なる。較正偏差Ｋ２及びＫ３は、較正面８０を有する図３ｂに示す較正物７８を較正波７０のビーム経路に配置すること及び較正面８４を有する図３ｃに示す較正物８２を較正波７２のビーム経路に配置することにより、較正偏差Ｋ１の測定と同様に測定される。

確認された較正偏差Ｋ１～Ｋ３を評価することにより、較正波６８、７０、及び７２を生成する回折光学素子６０の回折構造パターン６４の位相関数の歪みのｘ及びｙ座標を次に確認することができる。さらに、回折構造パターン６４を有する回折光学素子６０の基板表面の形状及び／又はプロファイル偏差を、較正偏差Ｋ１～Ｋ３から求めることができる。こうして得られた歪み座標と形状及び／又はプロファイル誤差とから、回折構造パターン６４全体のｘ及びｙ座標の歪みと形状及び／又はプロファイル偏差とが続いて推測される。これらの偏差データは、評価デバイス５４に記憶され、以下に述べる被検物１４の表面形状の計測中に被検波６６を補正するのに用いられる。

この目的で、被検物１４は、図１及び図３ｄに示すように、被検波６６がオートコリメーションで光学面１２に入射してそこで反射されるように被検波６６のビーム経路に配置される。反射した波は、続いて回折光学素子６０を逆戻りして戻り被検波６６として干渉計１６に入る。戻り被検波６６は、取得面５０で参照波４０に干渉することにより、テストインターフェログラムを生成する。テストインターフェログラムは、評価デバイス５４により評価され、光学面１２のその目標形状からの実際形状の偏差がそこから確認される。較正面の計測中に確認済みの全ての偏差データが評価で考慮される。

図３ｅは、極８６と称する場所で較正波と被検波との間の回折方向が一致する不利な特殊な場合を示すが、これは、非回転対称形状を有する較正波の本発明による構成により可能となる自由度により回避することができる。この不利な特殊な場合を、被検物１４の表面１２の形状に適合した被検波６６の個別光線６６－１～６６－６と、第１較正物７４ａの不利な実施形態の較正面７６ａに適合した較正波６８ａの個別光線６８ａ－１～６８ａ－６とを同時に図示することにより、図３ｅに示す。

図３ｅに見られるように、関連する回折光学素子６０ａの回折構造パターン６４ａの極８６と称する点から出る、図示の不利な実施形態における（被検波６６の）個別光線６６－４及び（較正波６８の）６８ａ－４は、同じ経路に沿って進む。極８６では、関連する回折構造パターン６４ａの２つの関連する位相関数間の差はゼロであり、回折構造パターン６４ａの溝間隔が比較的大きくなる。これらはさらに、回折強度に悪影響を及ぼし得る。簡単に言うと、この場合は、回折構造パターン６４ａのギャップにつながる。既に上述したように、非回転対称形状、特に非点形状を用いて較正波６８に利用可能な較正波６８の構成の自由度により、このような極を回避することができる。

一実施形態によれば、複数の光学面１２の目標形状が、それぞれ自由曲面の形態を有し、７０％～９０％の値のベストフィット球面からの各自由曲面の偏差の各非点収差成分を有するという点で同様であるとき、かかる複数の光学面の各形状の干渉計測のために、均一な較正面を用いて形状計測結果を較正することができる。この場合、均一な較正面は、ベストフィット球面からの較正面の偏差が複数の光学面の非点収差成分の平均値に対応する非点収差成分を有するように構成することができる。

較正波６８及び関連する較正物７４の上記非回転対称形状の種々の実施形態を、図４～図１３を参照して以下で説明する。上述のように、非回転対称形状は、任意の回転対称形状からの偏差が５０μｍ以上であることを特徴とする。以下に示す非回転対称形状の実施形態は、較正波７０及び７２等の、回折光学素子６０の回折構造パターン６４で生成されるさらに他の較正波で用いることができる。

図４～図１３に示す実施形態の全てにおいて、以下では６８ｆと称する較正波６８の非回転対称形状は、図１０に示す回転体８８の表面８９の一部の形状に対応する。この回転体８８は、対称軸９２について対称な回転面９０を回転軸９４周りに回転させることにより形成される。図示の実施形態において、対称軸は回転軸９４と平行に配置される。代替的な実施形態において、対称軸９２は、回転軸９４に対して非平行に整列させることもできる。その軸対称性から「鏡面対称」と表すこともできる回転面９０は、例えば、回転対称、したがって円形（回転面９０ａ参照）、又は楕円等の非回転対称（回転軸９４に対して垂直な半長軸を有する回転面９０ｂ及び回転軸９４に対して垂直な半短軸を有する回転面９０ｃ参照）であるよう構成され得る。

回転軸９４と対称軸９２との間の距離は、回転体８８の半径Ｒである。半径Ｒは、回転面９０ａの半径ｒ又は対称軸９２に対して垂直な回転面９０ｂ若しくは９０ｃの半軸より大きいか、これらと等しいか、又は小さい場合がある。円形の回転面９０ａの場合、回転体８８に関してＲ＞ｒでは図１０に示すリングトーラスが得られ、Ｒ＝ｒではホーントーラスとして知られるものが得られ、Ｒ＜ｒではスピンドルトーラスとして知られるものが得られる。円形の回転面９０ａの場合、本発明によればＲ≠０が当てはまる。

楕円形の回転面９０ｂ及び９０ｃの場合、Ｒ＞aでは「楕円リングトーラス」、Ｒ＝ａでは「楕円ホーントーラス」、Ｒ＜ａでは「楕円スピンドルトーラス」とここでは称する類似の立体が得られる。楕円形の回転面９０ｂ又は９０ｃの場合、Ｒ＝０の場合も許容される。Ｒ＝０の「楕円スピンドルトーラス」の例を図１１に示す。

図４及び図７では、リングトーラスの形態の図１０に示す回転体８８の表面８９からの２つの異なる部分が、例としてそれぞれ較正波６８の非回転対称形状６８ｆとして選択されている。この形状６８ｆは、図４にＶ－Ｖで示す線又は図７にＶＩＩＩ－ＶＩＩＩで示す線を通る鏡面に対してそれぞれ鏡面対称である。図４に示す実施形態において、選択された部分はリングトーラスの外側にあり、したがって凸形状を有する。

図５は、図４の右側部分に示す非回転対称形状６８ｆの画像の線Ｖ－Ｖに沿った断面図を示し、図６は、上記画像の線ＶＩ－ＶＩに沿った断面図を示す。換言すれば、図５及び図６は、相互に対して垂直に配置された横断面に沿った、正確には１つは１ｙｚ平面、１つはｘｚ平面に沿った較正波６８の波面の実施形態の断面を示す。これら２つの横断面のそれぞれで、波面の形状６８ｆは円形状、したがって湾曲形状を有する。円形状は、湾曲方向が同じであり、各自の半径の形態の開口パラメータｒ_１又はｒ_２が異なる。

図７に示す実施形態において、選択された部分はリングトーラスの内側にあり、したがって鞍形を有する。図８は、図７の右側部分に示す非回転対称形状６８ｆの画像の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩに沿った断面図を示し、図９は、上記画像の線ＩＸ－ＩＸに沿った断面を示す。

図５及び図６と同様に、図８及び図９は、相互に対して垂直に配置された横断面に沿った、正確には１つはｙｚ平面、１つはｘｚ平面に沿った図７に示す較正波６８の波面の実施形態の断面を示す。ここでも、波面は、これら２つの横断面のそれぞれで円形状、したがって湾曲形状を有する。円形状は、湾曲方向が異なり、したがって開口パラメータが既に異なり、具体的には符号の半径が異なり（ｒ_１＞０又はｒ_２＜０）、さらに、２つの半径の絶対値も異なる（|ｒ_１|＜|ｒ_２|）。

Ｒ＝０の「楕円スピンドルトーラス」の形態の図１１に示す回転体８８の実施形態において、回転体８８の前側で選択された部分６８ｆは、図５に示す部分と同様に凸形状を有するが、放物線状の断面プロファイルである。部分６８ｆの形状は、ＸＩＩ－ＸＩＩで示す線を通る鏡面に対して鏡面対称である。

図１２は、図１１の右側部分に示す非回転対称形状６８ｆの画像の線ＸＩＩ－ＸＩＩに沿った断面図を示し、図１３は、上記画像の線ＸＩＩＩ－ＸＩＩＩに沿った断面図を示す。換言すれば、図１２及び図１３は、相互に対して垂直に配置された横断面に沿った、正確には１つはｙｚ平面、１つはｘｚ平面に沿った較正波６８の波面の実施形態の断面を示す。これら２つの横断面のそれぞれで、波面の形状６８ｆは、放物線形状９６－１又は９６－２の頂点領域９８にそれぞれ近似し、したがって湾曲形状を有する。

図１２に示す放物線形状９６－１は、ｚ＝ａ_１ｙ^２＋ｂ_１と記述することができ、図１３に示す放物線形状９６－２は、ｚ＝ａ_２ｘ^２＋ｂ_２と記述することができ、この場合はｂ_１＝０及びｂ_２＝０である。放物線開口の形態の放物線形状の開口パラメータａ_１及びａ_２は、相互に異なる（ａ_２＜ａ_１）。よって、図１１に示す実施形態の較正波６８の波面は、非点形状を有する。

図１６ａ及び図１６ｂにおいて、光学面１２の例示的な目標形状１２ａを、較正波６８の非回転対称形状６８ｆ及びベストフィット円形状１００と共に図１２又は図１３の各断面図で、すなわち２つの相互に直交する断面で示す。説明を目的として、図１２及び図１３のように、放物線形状９６－１及び９６－２の各頂点領域９８に近似した形状が較正波６８の非回転対称形状６８ｆとして選択される。図１６ａ及び図１６ｂに示すベストフィット円形状１００は、目標形状１２ａにベストフィットする球面の断面図をそれぞれ表し、したがって同じ半径を有する。

図１６ａ及び図１６ｂの２つの断面図における光学面１２の目標形状１２ａと較正波６８の形状６８ｆとの間の振れ１０２－１又は１０２－１、すなわち最大偏差をこのとき考慮した場合、目標形状１２ａとベストフィット円形状１００との間の対応する振れ１０２ａ―１又は１０２ａ－２に比べて上記振れは大幅に小さくなることが明らかとなる。この振れの低減により、非対称形状６８ｆを有する本発明による較正波６８の使用は、従来技術で通常用いられるような球面較正波の使用に比べて回折光学素子６０の達成可能な較正精度の大幅な向上を可能にする。

図１７において、図１の被検物１４として指定されるタイプの光学素子の光学面１２を、ｙｚ平面で概略的に示す。特に、光学素子１４は、マイクロリソグラフィ露光装置の投影レンズの素子、特にＥＵＶ波長域用のミラー素子である。

実際形状の光学面１２に加えて、光学面の目標形状１２ａと目標形状１２ａにベストフィットする球面１０４の断面図とを、図１６ａと同様に図１７に示す。２次元偏差Ｄ（ｘ，ｙ）で表す目標形状１２ａからの光学面１２の実際形状の偏差を、大幅に拡大して概略的に示し、ｘ及びｙは表面１２上の座標を示す。

光学面１２の全体で確認された偏差Ｄ（ｘ，ｙ）の二乗平均平方根は、１００ｐｍ以下、特に２０ｐｍ以下である。これに対し、目標形状１２ａは、ベストフィット球面１０４に比べて０．１ｍｍ～２０ｍｍの範囲の最大偏差Δを有し、すなわち最大偏差Δは０．１以上且つ２０ｍｍ以下である。特に、範囲の下限値は１ｍｍ又は５ｍｍであり、上限値は特に８ｍｍであり得る。

ｘｚ平面における光学素子１４の光学面１２の断面では、光学面１２は、Ｄ（ｘ，ｙ）で表される偏差を除いて図１６ｂに示す目標形状１２ａに沿って延びる。ベストフィット球面１０４からの目標形状１２ａの最大偏差は、この断面では図１７に示す断面の偏差Δより小さい。この実施形態において、図１７に示す断面での最大偏差は、他のどの断面におけるよりも大きい。したがって、図１７に示す最大偏差Δは、既に上述したように、ベストフィット球面に対する最大偏差Δとみなされる。

ｘｚ平面の目標形状１２ａ（図１６ａ）は、ｙｚ平面の目標形状１２ａ（図１６ｂ）とは大きく異なるので、目標形状１２ａは、任意の回転対称非球面からの３次元形態の偏差が大きい。本実施形態によれば、任意の回転対称非球面からの目標形状１２ａの最大偏差は、５μｍ以上、特に１０μｍ以上である。

例示的な実施形態、実施形態、又は変形実施形態の上記説明は、例として示すと理解されたい。それにより行われる開示は、第１に当業者が本発明及びそれに関連する利点を理解できるようにし、第２に当業者の理解では自明でもある記載の構造及び方法の変更及び修正を包含する。したがって、添付の特許請求の範囲の記載に従って本発明の範囲内に入る限りの全てのそのような変更及び修正、並びに等価物は、特許請求の範囲の保護の対象となることが意図される。

１０ 干渉計測装置
１２ 光学面
１２ａ 目標形状
１４ 被検物
１６ 干渉計
１８ 光源
２０ 照明放射線
２２ レーザ
２４ レーザビーム
２６ 集束レンズ素子
２８ 絞り
３０ 発散ビーム
３２ レンズ群
３４ ビームスプリッタ
３６ フィゾー素子
３８ フィゾー面
４０ 参照波
４２ 入力波
４４ 平面波面
４６ 取得デバイス
４８ レンズ系
５０ 取得面
５２ カメラチップ
５４ 評価デバイス
５６ 光軸
６０ 回折光学素子
６０ａ 不利な実施形態の回折光学素子
６２ 基板
６４ 回折構造パターン
６４ａ 不利な実施形態の回折構造パターン
６６ 被検波
６６－１～６６－６ 被検波６６の個別光線
６８ 較正波
６８ａ－１～６８ａ－６ 較正波６８ａの個別光線
６８ｆ 非回転対称形状
７０ 較正波
７２ 較正波
７４ 第１較正物
７４ａ 不利な実施形態の第１較正物
７６ 較正面
７６ａ 較正物７６の較正面
７８ 第２較正物
８０ 較正面
８２ 第３較正物
８４ 較正面
８６ 極
８８ 回転体
８９ 表面
９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ 回転面
９２ 対称軸
９４ 回転軸
９６－１、９６－２ 放射線形状
９８ 頂点領域
１００ ベストフィット円形状
１０２－１、１０２－２ 非回転対称較正波の使用時の振れ
１０２ａ－１、１０２ａ－２ 球面較正波の使用時の振れ
１０４ ベストフィット球面

Claims (14)

1. 被検物（１４）の表面（１２）の形状を干渉測定する計測装置（１０）であって、
   入力波（４２）を供給する放射源と、
   回折により前記入力波から、前記被検物（１４）に指向され且つ自由曲面の形態の波面を有する被検波（６６）及び少なくとも１つの較正波（７０）を生成するよう構成された、多重符号化回折光学素子（６０）であり、
   前記較正波は非回転対称形状（６８ｆ）の波面を有し、
   相互に横断する向きの横断面に沿った前記較正波（７０）の前記波面の断面はそれぞれ湾曲形状を有し、且つ
   異なる横断面における前記湾曲形状は開口パラメータが異なる、多重符号化回折光学素子（６０）と、
   参照波（４０）を較正物（７４）との相互作用後の前記較正波と重畳させることにより形成された較正インターフェログラムを取得する取得デバイス（４６）と
   を備えた計測装置。
2. 請求項１に記載の計測装置において、
   ２つの前記異なる横断面の前記湾曲形状は、湾曲方向が異なる計測装置。
3. 請求項２に記載の計測装置において、
   前記湾曲形状は円形状のセグメントにそれぞれ近似し、前記開口パラメータは円半径である計測装置。
4. 請求項３に記載の計測装置において、
   前記湾曲形状は放物線形状のセグメントにそれぞれ近似し、前記開口パラメータは放物線開口である計測装置。
5. 請求項２～４のいずれか１項に記載の計測装置において、
   前記較正波の前記波面は非点形状を有する計測装置。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の計測装置において、
   前記較正波（７０）の前記非回転対称形状（６８ｆ）は、対称軸（９２）について対称な面（９０、９０ａ、９０ｂ、９０ｃ）を回転軸（９４）周りに回転させることにより形成される回転体（８８）の表面の一部の形状に対応する計測装置。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の計測装置において、
   前記較正波（７０）の前記波面は、任意の回転対称形状からの偏差が５０μｍ以上である計測装置。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の計測装置において、
   前記回折光学素子（６０）は、回折により前記入力波から、前記被検波に加えて少なくとも３つの較正波（６８、７０、７２）を生成するよう構成される計測装置。
9. 被検物（１４）の表面（１２）の形状を干渉測定するための自由曲面の形態の波面を有する被検波（６６）を生成するよう構成された回折光学素子（６０）を較正する方法であって、
   前記回折光学素子（６０）に多重符号化を与え、該多重符号化での回折により前記被検波に加えて較正物（７４）に指向された較正波（７０）が生成されるように入力波（４２）を放射するステップであり、
   前記較正波は非回転対称形状（６８ｆ）の波面を有するステップと、
   前記較正波が前記較正物（７４）の表面（７６）の異なる領域にそれぞれ実質的に垂直に入射するように、異なる較正位置（Ｐ１、Ｐ２）に前記較正物を配置するステップと、
   参照波（４０）を前記異なる較正位置での前記較正物との相互作用後の前記較正波（７０）と重畳させることにより生成された較正インターフェログラムを取得し比較するステップと
   を含む方法。
10. 請求項９に記載の方法において、
    前記較正物の前記異なる較正位置は、前記較正物（７４）のシフト及び傾斜の組合せにより設定される方法。
11. 被検物（１４）の表面（１２）の形状を干渉測定する方法であって、
    多重符号化回折光学素子（６０）を用意するステップであり、該多重符号化回折光学素子（６０）は、回折により入力波（４２）から、前記被検物に指向され且つ自由曲面の形態の波面を有する被検波及び少なくとも１つの較正波（７０）を生成するよう構成されるステップと、
    請求項９又は１０に記載のように前記回折光学素子を較正するステップと、
    前記参照波（４０）を前記被検物の前記表面との相互作用後の前記被検波（６６）と重畳させることにより生成された計測インターフェログラムを取得するステップと、
    較正インターフェログラムを考慮して、前記計測インターフェログラムの評価により前記被検物の前記表面の前記形状を確認するステップと
    を含む方法。
12. 複数の表面の各形状を干渉測定する方法であって、前記表面は自由曲面の形状をそれぞれ有し、ベストフィット球面からの各自由曲面の偏差の非点収差成分が７０％～９０％である方法において、
    前記表面の干渉測定による形状計測結果を均一な較正面により較正するステップであり、ベストフィット球面からの前記均一な較正面の偏差が、前記複数の表面の前記非点収差成分の平均値に対応する非点収差成分を有するステップ
    を含む方法。
13. 自由曲面の形態の目標形状（１２ａ）を有し且つ該目標形状からの実際形状の偏差の二乗平均平方根が１００ｐｍ以下である光学面（１２）を有する、マイクロリソグラフィ露光装置の投影レンズ用の光学素子（１４）であって、
    前記目標形状は、そのベストフィット球面（１０４）からの最大偏差が０．１ｍｍ～２０ｍｍの範囲にあり、且つ
    前記目標形状（１２ａ）は、任意の回転対称非球面からの偏差が５μｍ以上である光学素子。
14. 請求項１３に記載の光学素子において、
    ＥＵＶ波長域のマイクロリソグラフィ露光装置のミラー素子として構成された光学素子。

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