JP4125113B2

JP4125113B2 - Interfering device

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Publication number: JP4125113B2
Application number: JP2002370727A
Authority: JP
Inventors: 福之蔵本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP2004198381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置に関する。
【０００２】
特に２次元の干渉縞強度分布から、被検面での形状誤差、或いは被検物、例えば被検レンズの透過波面収差の測定を行う際に好適な干渉装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、面形状の測定や物体のホモジニティ（均質性）の測定に光の干渉を利用した干渉測定装置（干渉装置）が用いられている。
【０００４】
図７は従来の干渉測定装置の要部概略図である。図７において光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、ＸＹＺステージ３に設けたＴＳレンズ５に至る。ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１２からの指令により高精度にＸＹＺ３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（ＰＺＴアクチュエータ）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置される。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、後述する波面計測時にはＣＣＤカメラ１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【０００５】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１からの光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ反射率５％程度の反射光を発生する。以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【０００６】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＸＹＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。
【０００７】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面の収差計測時には、ＲＳミラー９の曲率中心位置と像側集光点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされる。
【０００８】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、光学リレー１１によって、拡散板２０上に前記参照光束と前記被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。
【０００９】
拡散板２０は、駆動手段Ｍで回転する事でスペックル等の光学ノイズを平均化するために用いられている。拡散板２０で拡散された干渉縞は、ズームレンズ２１によりＣＣＤカメラ１２上に伝達され、ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ１３に転送される。
【００１０】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相を算出する。干渉縞の位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。
【００１１】
被検レンズ７の透過波面収差は、干渉縞の位相差として求められ、必要に応じＴＳレンズ５の最終面５ａの面誤差等に起因するシステムオフセットの減算を行われる。
【００１２】
以上で、被検レンズ７の透過波面収差の測定が終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
被検レンズの透過波面収差或いは、被検面の形状誤差を干渉縞の位相として求める従来の方法は、次のような課題があった。
【００１４】
即ち、被検レンズの瞳あるいは被検面から結像系（干渉計）を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を処埋系でデジタル信号へと変換する一連の干渉縞の測定過程における干渉縞の空間周波数に依存したコントラスト特性によって、算出される干渉縞の位相分布に振幅低下が発生し、被検レンズの透過波面収差或いは被検面の形状誤差と、干渉縞の位相分布に誤差が発生することがあった。
【００１５】
この為特に、高空間周波数領域における被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状の測定誤差が大きく、高空間周波数まで正確な値が必要となる例えば半導体露光装置用の投影レンズ等の計測が正しく行えなかった。
【００１６】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉測定装置の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の干渉装置の特徴は次のとおりである。
◎被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを用いて干渉縞を得る光学手段と、前記被検光束と前記参照光束との光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子で前記干渉縞を走査して前記撮像素子で撮像した複数の干渉縞から位相分布を算出する処理系と、を有する干渉装置において、
前記処理系が算出した前記位相分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。
【００２０】
図１は実施形態１で用いる干渉測定装置の要部概略図である。光源（光源手段）１を射出した光束はハーフミラー２を透過し、ＸＹＺステージ３に保持されたＴＳレンズ５に至る。
【００２１】
ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１３からの指令により高精度にＸＹＺ方向の３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（光路長差変化素子）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置されている。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、被検物（被検レンズ）７の波面計測時にはＣＣＤカメラ（撮像素子）１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【００２２】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面（参照面）５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１から放射される光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ５％程度の反射を発生するようにしている。
【００２３】
以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【００２４】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。
【００２５】
以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。本実施形態１では、ＴＳレンズ５とＲＳミラー９により、所謂、フィゾー型干渉計の構成を用いているが、干渉計の構成は例えばトワイマングリーン型等の非共通光路型、あるいは点回折型やシア型（シアリング型）の干渉計でも構わない。
【００２６】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面収差の計測時にはＲＳミラー９の曲率中心と像側焦点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされている。
【００２７】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、瞳結像レンズ１１と空間フィルター５０を介して、ＣＣＤカメラ１２上に参照光束と被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。空間フィルター５０は、瞳結像レンズ１１中のＴＳレンズ５の焦点６との共役面上に設置している。この空間フィルタ５０はＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに起因するナイキスト周波数以上の空間周波数成分を遮光し、所謂エリアシングを防ぐために用いている。ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは処理系としての制御コンピュータ１３に転送される。
【００２８】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し、干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相（位相差分布）を算出する。干渉縞から位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。算出された位相差分布は、必要に応じ、ＴＳレンズ５の最終面５ａの誤差等に起因するシステムオフセットを減算する。
【００２９】
尚、光源１から被検物７を介して撮像素子１２に至る光路中に設けている光学部材は、光学手段の一要素を構成している。
【００３０】
以上により、干渉測定装置による被検物７の干渉縞位相分布（波面収差）の測定の手続きを終了する。
【００３１】
このとき得られる干渉縞位相分布（測定値）は、干渉測定装置のＭＴＦによって振幅が低下している。
【００３２】
そこで本実施形態では、このときの測定値を制御コンピュータ１３内の補正手段によって、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって補正している。
【００３３】
次に本実施形態の干渉測定装置で得られる測定値を干渉測定装置が有するＭＴＦによって補正する方法について図２を参照しながら説明する。
【００３４】
本実施形態における干渉測定装置のＭＴＦは、瞳結像レンズ１１、空間フィルタ５０の内径等から計算によって、既に得ている。
【００３５】
Ｍ１は干渉測定装置によって測定された被検物７の測定値の干渉縞位相分布（位相差分布）を表す。この測定値Ｍ１に対し、最小二乗法等を用いて多項式フィッティングを行うことにより、多項式成分Ｚ１と多項式残渣成分Ｒ１に分離する。多項式としてはＺＥＲＮＩＫＥ多項式等を用いている。
【００３６】
次に、残渣成分Ｒ１に対し２次元フーリエ変換（フーリエ変換）を行う事で周波数分布（測定結果空間周波数分布）ＲＦ１を得る。ここで残渣成分Ｒ１を用いるのは、透過波面瞳端部或いは被検面端部の極端な変化による不要周波数生成物を抑える為である。ＭＴＦ１は干渉測定装置のＭＴＦ空間周波数分布である。
【００３７】
周波数分布（空間周波数分布）ＭＴＦ１は、前記周波数分布ＲＦ１と同一スケールの空間周波数面上に、前記干渉測定装置のＭＴＦ分布（ＭＴＦ空間周波数分布）を展開したものである。
【００３８】
周波数分布ＲＦ２は干渉測定装置のＭＴＦの補正後の残渣波面周波数分布を表し、周波数分布ＲＦ１を周波数分布ＭＴＦ１で除算し、
ＲＦ２＝ＲＦ１／ＭＴＦ１
と表される。
【００３９】
この補正は、ＭＴＦで補正しようとする領域の波面収差周波数成分振幅が１／２π波長より十分小さい場合に適用される。以下数式を用いて前記ＭＴＦ補正の原理について説明する。
【００４０】
簡単のため、被検物の被検光束の波面として単一空間周波数の分布を有する波面を考え、参照光束の波面は完全に平面であるとする。このとき、被検光束の複素振幅Ｅ_test、參照光束複素振幅Ｅ_refは、
Ｅ_test（ｘ,ｙ）＝Ｅ₀ｅｘｐ(ｉａcos(２πｉｆｘ))
Ｅ_ref（ｘ,ｙ）＝Ｅ₀ｅｘｐ(ｉωｔ)
と表される。
【００４１】
ここで、Ｅ₀は電磁振幅、ｘは空間座標、ｔは時間、ｆは波面の空間周波数、ωはフリンジスキャンの周波数を表す。
【００４２】
これら前記被検光束と前記参照光束による干渉縞強度は、Ｉ₀を入射光束の強度とすると、

となる。
【００４３】
ここで波面振幅ａは十分小さいとしてａの一次の項までの近似で表している。ＭＴＦによる強度振幅変化（劣化率）をＭ（ｆ）とすると、制御コンピュータ１３で取得される干渉縞強度画像は、
Ｉ_meas(ｘ,ｔ)＝Ｉ₀(１＋sin(ωt)＋Ｍ(ｆ)ａcos(２πｆｘ)cos(ωｔ))
となる。
【００４４】
フリンジスキャンは干渉縞変化のｃｏｓ変調成分、ｓｉｎ変調成分を摘出して位相を算出するため、制御コンピュータ１３において計算される位相は、
【００４５】
【数１】

【００４６】
となる。
【００４７】
つまり、被検光束の波面の振幅ａがＭＴＦによる強度振幅劣化Ｍ（ｆ）だけ減少して算出される事になる。
【００４８】
従って、干渉縞位相分布を空間周波数ごとにそれぞれのＭＴＦ１で除算する事で、干渉測定装置のＭＴＦに起因する測定誤差の補正を行うことが可能となる。言い換えると、振幅のゲインのうち所望の領域（この場合は干渉測定装置のＭＴＦに起因してゲインが落ちてしまう領域）のゲインを増幅する、或いは振幅のゲインのうち所望の領域のゲインを下げることが可能となる。
【００４９】
補正後の周波数分布ＲＦ２に対し逆フーリエ交換を行い、実空間上の残渣波面Ｒ２を得る。これに最初に分離した多項式成分Ｚ１を加えることで、測定値Ｍ１に対する干渉測定装置のＭＴＦの補正が完了し、補正された波面収差分布Ｍ２が得られ、これによって透過波面収差分布Ｍ２の測定が終了する。このときの測定値Ｍ２を表示手段ＤＳに表示している。
【００５０】
ＭＴＦによる補正の効果を図３に示す。破線が補正前の測定波面周波数分布Ｍ１、鎖線が干渉測定装置のＭＴＦ（ＭＴＦ１）を表す。従来、破線で表されていた測定波面周波数分布Ｍ１は、ＭＴＦにより真値である実線の測定値Ｍ２へと補正される。干渉測定装置のＭＴＦ劣化が大きい場合には、特に高周波領域での振幅劣化が顕著となり、２割から３割も残渣波面のＲＭＳの増加が発生する。
【００５１】
尚、以上の演算は制御コンピュータ１３内又は外部に設けた演算手段ＣＰによって行っている。
【００５２】
本実施形態ではこのように測定値Ｍ１を干渉測定装置によるＭＴＦによって補正することによって、被検物の波面収差を高精度測定することを容易にしている。
【００５３】
（実施形態２）
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００５４】
実施形態２は、干渉測定装置でパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞のコントラストを測定することにより、干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、透過波面収差の測定値を補正している。被検レンズの透過波面収差の測定方法、ＭＴＦの補正方法については実施形態１で述べたので省略する。
【００５５】
図４に実施形態２の干渉測定装置におけるＭＴＦの測定方法を示す。基本的な構成は図１に示した透過波面収差の測定系と同一であるが、被検レンズ７の代わりに、ＴＳレンズ５の焦点面に曲率中心を有するＲＳミラー１５を配置している。この構成は所謂システムエラー状態であり、ＴＳレンズ５の最終面５ａの形状誤差とＲＳミラー１５の形状誤差に応じた干渉縞がＣＣＤカメラ１２上に形成される。
【００５６】
ＭＴＦの測定時にシステムエラーの構成をとるのは、干渉縞空間周波数依存以外の干渉縞コントラスト劣化を最低限に抑えるためである。尚、本実施形態の構成は、球面形状測定用の干渉計構成と同一である。球面形状測定装置の場合には、ＲＳミラー１５の代わりに、球面形状サンプル、即ち被検面を用いても構わない。
【００５７】
前記干渉縞は、ｘｙｚステージ３を駆動する事で、ティルト及びパワー成分を発生させることが可能である。光軸方向の駆動でパワー成分を発生させ、光軸と垂直方向の駆動でティルト成分を発生させている。
【００５８】
まず、ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される参照光束とＲＳミラー１５で反射される被検光束の２光束による干渉縞をＮＵＬＬ状態とするように、ｘｙｚステージ３を調整する。
【００５９】
次に光軸方向にｚステージを駆動し、パワー成分による干渉縞（波面変化）を発生させる。測定半径のＮＡと測定半径で規格化された暗中心からの半径ｒ及びｚステージ駆動量Δｚによって発生するパワー成分の波面は、
【００６０】
【数２】

【００６１】
と近似される。従ってこの被極光束にパワー成分が加わった場合の干渉縞は、
【００６２】
【数３】

【００６３】
となるため、干渉縞の空間周波数は半径ｒの関数として、
【００６４】
【数４】

【００６５】
と表され、瞳中心を空間周波数０として、干渉縞画像の座標を空間周波数座標に変換する事ができる，
この関係を用い、測定半径ｒのＮＡにおいてナイキスト周波数となるようにｘｙｚステージ３を駆動量Δｚ駆動すればよい。
【００６６】
ｚステージ駆動が終了した後、干渉縞の測定を行う。圧電素子４を駆動させる事で被検光束、参照光束間に光路長差を与え、所謂フリンジスキャンを行う。得られた複数毎の干渉縞画像により透過波面収差測定時と同様に波面の計算を行うと共に、制御コンピュータ１３内の演算手段により干渉縞画像によりコントラストの計算を行う。コントラストの計算に必要な背景光強度分布は、光源１からの光束を遮光するなどして別途予め測定している。
【００６７】
干渉縞のコントラストの計算は、画素ごとにフリンジスキャンつまり時間変化に対する強度変化から、例えばＳＩＮ関数でフィッティングする事により算出している。強度変化の最大値、最小値を摘出してコントラストを計算しても良い。コントラストの計算は、有効領城中の全画素について行っている。
【００６８】
測定した波面収差は、微分する事で空間周波数の座標確認に用いている。
【００６９】
各画素において計算されたコントラスト分布は、そのまま分布上各点の空間周波数分布（２次元空間周波数）となっているため、任意のＭＴＦ算出のために２次元関数フィッテイングを行う。本実施形態では、関数式に２次元のＭｏｆｆａｔ関数を用いている。
【００７０】
Moffat2D(x,y,k₀,k₁,k₂,k₃,k₄)=(k₀/(1+(x/k₁)²)^k2)×(1/(1+(y/k₃)²)^k4)
ここで、ｘ，ｙは空間周波数、ｋ₀〜ｋ₄はフィッティングパラメータを表す。この関数は空間周波数０において値ｋ₀をとるため、フィッティング終了後、ｋ₀＝１とする事で規格化を行い、コントラスト分布からＭＴＦへの変換を行う。
【００７１】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定を行っている。計測結果のＭＴＦの補正は実施形態１と同様に行っている。
【００７２】
（実施例３）
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００７３】
実施形態３では、平行平板を用い干渉測定装置でティルト縞のコントラストを測定することにより干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、測定値を補正している。
【００７４】
図５は実施形態３における平面基板の面形状を測定するための干渉測定装置の概略図である。
【００７５】
実施形態２と異なる主たる点はＴＳレンズの代わりにＴＦ基板（透過基準板）１６、ＲＳミラーの代わりにＲＦ基板（反射基準板）１７を用い、参照光束のＴＦ反射光束及び被検光束のＲＦ反射光束共に平行光束である点である。ＲＦ基板１７としているが、検査用の平面基板を用いても構わない。
【００７６】
ＴＦ基板１６は高精度に光軸方向の駆動が可能な圧電素予４上に設置されており、ＲＦ基板１７は光軸に垂直な２方向の角度調整が可能な煽りステージ１８に設置され、制御コンピュータ１３により駆動可能となっている。
【００７７】
ティルト縞によりＭＴＦを測定する際には、まずティルト成分が最小となるように煽りステージ１８を調整する。調整後の干渉縞状態をＮＵＬＬと称す。
【００７８】
ＮＵＬＬにおいて干渉縞コントラストの計算を行う。計算方法については、実施形態２と同様、縞走査を行い、画素ごとの干渉縞の強度変化に対してＳＩＮフィッティングを行っている。
【００７９】
干渉縞のコントラストは干渉計の有効領域内の複数画素において計算し、結果を平均化する事でより高精度な測定を行っている。
【００８０】
以上でＮＵＬＬにおける干渉縞コントラストＶ（０）を得る。
【００８１】
次に煽りステージ１８を駆動し、ティルト縞を発生させる。この時、煽りステージ１８は光軸（ｚ）垂直方向のｘ或いはｙ方向に駆動しＣＣＤカメラ１２の画素配列方向に沿った干渉縞を発生させている。ここではｘ方向にステージを駆動する。この状態において、ＮＵＬＬと同様に干渉縞のコントラストを計算する。
【００８２】
コントラストの計算の際には同時に波面の算出も行う。算出された波面のティルト成分を、回帰分析等により計算することにより、ティルト縞のＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに対する空間周波数ｋ_xを計算できる。
【００８３】
以上で、干渉縞空間周波数ｋ_xにおける干渉縞のコントラストＶ（ｋ_x）を得る。以下、空間周波数ｋ_xがＣＣＤカメラ１２のナイキスト周波数（干渉縞１本／２画素）まで測定を続ける。
【００８４】
これら一連の測定結果を図６に示した。複数のティルト状態のコントラストを測定することにより得られる離散コントラストデータは、ＮＵＬＬにおける干渉縞のコントラストの値で規格化を行い、ＭＴＦに変換する。図６の黒丸は変換後のＭＴＦデータを示す。変換後の離散ＭＴＦデータに対して、最小二乗法等により関数フィッティングを行う。被検レンズのＮＡ或いは被検面形状の半径によって前記空間周波数は変化するため、フィッティングにより関数化すれば補正の際に必要なＭＴＦ分布の作成が容易になる。
【００８５】
図６の破線は、フィッティング後の関数である。使用する関数は次式で表されるＭｏｆｆａｔ関数等を用いればよい。
【００８６】
Ｍｏｆｆａｔ(ｘ,ｋ₀,ｋ₁)＝(１／(１＋(ｘ／ｋ₀)²)^k1)
ここで、ｘは空間周波数、ｋ₀，ｋ₁，ｋ₂はフィッティングパラメータである。
【００８７】
本実施形態では被検レンズの瞳結像系としてコヒーレント結像を用いているが、瞳結像系にインコヒーレント結像が含まれる干渉測定装置においては、例えば理想光学系のインコヒーレント光学系のＭＴＦを表す。
【００８８】
【数５】

【００８９】
を前記Ｍｏｆｆａｔ関数に乗じてフィッティングする事で、インコヒーレント光学系特有の周波数０で傾きを有するコントラスト劣化特性を表現することが可能である。
【００９０】
以上で、ＣＣＤカメラ１２の水平方向に対するＭＴＦの算出が終了する。
【００９１】
次に、同様の手続きによりＣＣＤカメラ１２の垂直方向に対するＭＴＦを測定し、干渉測定装置のＭＴＦ測定が完了する。
【００９２】
補正用のＭＴＦ分布（２次元空間周波数の分布）は、水平方向、垂直方向のＭＴＦ関数をＨ（ｋ_x）、Ｖ（ｋ_y）として、双方を乗算することにより
ＭＴＦ（ｋ_x,ｋ_y）＝Ｈ（ｋ_x）×Ｖ（ｋ_y）
なる関係を用いて作成する。
【００９３】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定が完了する。計測値のＭＴＦによる補正は実施形態１と同様に行えばよい。
【００９４】
以上のように各実施形態によれば、従来の干渉測定装置のＭＴＦ特性によって、低下していた高周波成分の被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状誤差を補正し、正確な測定を行うことができる。
【００９５】
また、干渉測定装屋上で発生するティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞から干渉測定装置の、被検光学系の瞳あるいは被検面形状か瞳結像系を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を制御系でデジタル信号へと変換される一連の測定過程におけるＭＴＦを測定する事で、前記補正に用いるＭＴＦを高精度に測定する事ができる。
【００９６】
また、上記の実施形態においては、レンズ、ミラー等の光学素子の形状を測定するための干渉（測定）装置について記載したが、本発明はこの限りではなく、本実施形態によって形状を測定された光学素子に適用しても良い。あるいは本実施形態の干渉装置を用いて形状を測定された光学素子を用いた光学機器、例えば露光装置、顕微鏡等の精密光学機器、さらには、その露光装置を用いて基板を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程とを有するデバイスの製造方法に適用しても良い。
【００９７】
［実施態様１］
被検物を介した光を用いて干渉縞を形成する干渉装置であって、
前記干渉縞から得られる位相差分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【００９８】
［実施態様２］
前記補正手段が、前記位相差分布の第1周波数成分と前記第1周波数成分より空間周波数の高い第２周波数成分のうち、前記第1周波数成分のゲインを略一定に保ち、前記第２周波数成分のゲインを補正することを特徴とする実施態様１記載の干渉装置。
【００９９】
［実施態様３］
前記補正手段が、前記第２周波数成分のゲインを増幅することを特徴とする実施態様２記載の干渉装置。
【０１００】
［実施態様４］
前記位相差分布に基づいて、前記被検物の形状を導く手段を有することを特徴とする実施態様１乃至３いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０１】
［実施態様５］
前記干渉縞を形成する２つの光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様１乃至４いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０２】
［実施態様６］
被検物を介した光束を用いて干渉縞を得る光学手段と、該干渉縞を撮像する為の撮像素子と、前記撮像素子で撮像される前記干渉縞から前記複数の光束の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を該干渉装置におけるＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１０３】
［実施態様７］
前記被検物が被検レンズであるときはその瞳と、前記撮像素子は共役関係となっていることを特徴とする実施態様６の干渉装置。
【０１０４】
［実施態様８］
前記干渉装置におけるＭＴＦは、前記被検面から又は前記被検物が被検レンズのときは、該被検レンズの瞳から前記撮像素子に至り、該撮像素子で撮影される干渉縞情報を処理系でデジタル信号へと変換する一連の測定過程におけるものであることを特徴とする実施態様６又は７の干渉装置。
【０１０５】
［実施態様９］
前記干渉縞を形成する複数の光束の互いの光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様６乃至８いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０６】
［実施態様１０］
前記ＭＴＦを、前記干渉縞を形成する光束をティルト或いはパワー成分の波面変化を与えた際の干渉縞コントラストの干渉縞空間周波数に対する劣化率から算出する決算手段を有していることを特徴とする実施態様６乃至９いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０７】
［実施態様１１］
前記補正手段は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様６乃至１０乃至いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０８】
［実施態様１２］
前記ＭＴＦに基づく補正は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６乃至１０いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０９】
［実施態様１３］
前記ティルトしたときの干渉縞によるＭＴＦの測定は、前記撮像素子に対し、水平方向、垂直方向の干渉縞を含む少なくとも２方向について行う事を特徴とする実施態様１０の干渉装置。
【０１１０】
［実施態様１４］
前記ティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞によるＭＴＦの測定において、干渉縞の空間周波数を、測定値のティルト成分或いは、パワー成分の微分値から算出することを特徴とする実施態様１０又は１１の干渉装置。
【０１１１】
［実施態様１５］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出することを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１２】
［実施態様１６］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出するとき、該関数式にＭｏｆｆａｔ関数を用いることを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１３】
［実施態様１７］
前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１４】
［実施態様１８］
前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行うとき、多項式としてＺＥＲＮＩＫＥ多項式を用いる事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１５】
［実施態様１９］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって、補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１１６】
［実施態様２０］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦを、該被検光束又は／及び該参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率から算出する演算手段を有していることを特徴とする干渉装置。
【０１１７】
［実施態様２１］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１８】
［実施態様２２］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数分布を該干渉装置の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算することによって行っていることを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１９】
［実施態様２３］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率は、前記撮像素子面上における水平方向と垂直方向について行うことを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２０】
［実施態様２４］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率の算出は、前記干渉波面のティルト成分又はパワー成分の微分値から求めていることを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２１】
［実施態様２５］
実施態様１乃至２４に記載の干渉装置を用いて形状を測定した光学素子。
【０１２２】
［実施態様２６］
実施態様２５に記載の光学素子を備える光学機器。
【０１２３】
［実施態様２７］
実施態様２５に記載の光学素子を備える露光装置。
【０１２４】
［実施態様２８］
実施態様２７記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の概略構成図である。
【図２】本発明に係るＭＴＦの補正手続きを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係るＭＴＦの補正による透過波面収差周波数分布変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態２の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態３の概略構成図である。
【図６】本発明に係るティルト縞によるＭＴＦの測定を示す図である。
【図７】従来の干渉測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１光源手段
２ハーフミラー
３ＸＹＺステージ
４圧電素子
５ＴＳレンズ
６焦点
７被検物
８焦点
９ＲＳミラー
１０ＸＹＺステージ
１１瞳結像レンズ
１２ＣＣＤカメラ
１３制御コンピュータ
１５ＲＳミラー
１６ＴＦ基板
１７ＲＦ基板
１８ステージ
５０空間フィルター
Ｍ１測定結果干渉縞位相
Ｚ１測定結果干渉縞位相多項式成分
Ｒ１測定結果干渉縞位相残渣成分
ＲＦ１測定結果干渉縞位相残渣成分の空間周波数分布
ＭＴＦ１干渉計ＭＴＦ空間周波数分布
ＲＦ２補正結果透過波面収差残渣成分の空間周波数分布
Ｒ２補正結果透過波面収差残渣成分
Ｍ２補正結果透過波面収差分布
Ｅ_test（ｘ，ｔ）被検光束複素振幅
Ｅ_ref（ｘ，ｔ）参照光束複素振幅
Ｅ０電場振幅
ａ波面振幅
ｆ波面空間周波数
ω フリンジスキャン周波数
Ｍ（ｆ）空間周波数ｆにおけるＭＴＦ
Ｗ_def デフォーカス波面
Δｚデフォーカス
ＮＡ測定光束のＮＡ
ｒ測定光束半径
ｋ干渉縞空間周波数
Ｖ被検面振幅
ｋ_x 水平方向空間周波数
ｋ_y 垂直方向空間周波数[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an interference apparatus that can measure the surface shape of a test surface, the homogeneity of an object, and the like with high accuracy.
[0002]
In particular, the present invention relates to an interference apparatus suitable for measuring a shape error on a test surface or a transmitted wavefront aberration of a test object, for example, a test lens, from a two-dimensional interference fringe intensity distribution.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, an interference measuring device (interference device) using interference of light has been used for measuring the surface shape and measuring the homogeneity of an object.
[0004]
FIG. 7 is a schematic diagram of a main part of a conventional interference measuring apparatus. In FIG. 7, the light beam emitted from the light source 1 passes through the half mirror 2 and reaches the TS lens 5 provided on the XYZ stage 3. The XYZ stage 3 can be independently driven on the XYZ 3 axes with high accuracy by a command from the control computer 12. On the XYZ stage 3, a TS lens 5 for generating a light beam having a desired NA is installed via a piezoelectric element (PZT actuator) 4. A voltage can be applied to the piezoelectric element 4 from the control computer 13, and high-accuracy fringe scanning synchronized with the CCD camera 12 is possible during wavefront measurement described later.
[0005]
Here, the TS lens 5 has the same radius of curvature of the final surface 5a and the distance between the final surface 5a and the focal point 6 and is provided with an antireflection film for the wavelength of the light beam from the light source 1 in addition to the final surface 5a. Only the reflected light having a reflectance of about 5% is generated. Hereinafter, the light beam reflected by the final surface 5a of the TS lens 5 is referred to as a reference light beam.
[0006]
The optical axis direction is adjusted by the XYZ stage 3 so that the focal point 6 of the TS lens 5 coincides with the object plane of the test lens 7, and the light beam transmitted through the test lens 7 is on the image plane of the test lens 7. And then reflected by a spherical RS mirror (reference mirror) 9. Hereinafter, the light beam reflected by the RS mirror 9 is referred to as a test light beam.
[0007]
Here, like the TS lens 5, the RS mirror 9 is provided on the XYZ stage 10 that can be controlled by the control computer 13, and the curvature center position of the RS mirror 9 and the image-side converging point 8 are measured when measuring the aberration of the transmitted wavefront. Adjustments in the XYZ directions are made to match.
[0008]
The reference light beam and the test light beam are combined by the TS lens 5 to have the same optical path and reflected by the half mirror 2, and the optical relay 11 causes the optical path 11 to have a difference in optical path length between the reference light beam and the test light beam. Interference fringes corresponding to the above are formed.
[0009]
The diffusion plate 20 is used to average optical noise such as speckles by rotating with the driving means M. The interference fringes diffused by the diffusion plate 20 are transmitted onto the CCD camera 12 by the zoom lens 21, and the interference fringe image data captured by the CCD camera 12 is transferred to the control computer 13.
[0010]
In the control computer 13, the plurality of interference fringe image data when the piezoelectric element 4 is driven and the interference fringes are scanned are captured, and the phase of the interference fringes is calculated. The phase of the interference fringes is calculated using a phase recovery algorithm for reducing error transmission such as stage vibration characteristics.
[0011]
The transmitted wavefront aberration of the lens 7 to be measured is obtained as a phase difference of interference fringes, and the system offset caused by the surface error of the final surface 5a of the TS lens 5 is subtracted as necessary.
[0012]
This completes the measurement of the transmitted wavefront aberration of the lens 7 to be examined.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional method for obtaining the transmitted wavefront aberration of the test lens or the shape error of the test surface as the phase of the interference fringes has the following problems.
[0014]
That is, in a series of interference fringe measurement processes in which an interference fringe image photographed on an image sensor through an imaging system (interferometer) from a pupil or a surface of a subject lens is converted into a digital signal by a processing system. Due to the contrast characteristics depending on the spatial frequency of the interference fringes, the amplitude drop occurs in the calculated phase distribution of the interference fringes, the transmitted wavefront aberration of the test lens or the shape error of the test surface, and the error in the phase distribution of the interference fringes May occur.
[0015]
Therefore, in particular, the measurement error of the transmitted wavefront aberration or the shape of the test surface in the high spatial frequency region is large, and an accurate value up to a high spatial frequency is required. For example, measurement of a projection lens for a semiconductor exposure apparatus, etc. I couldn't do it correctly.
[0016]
An object of the present invention is to provide an interference measuring apparatus capable of measuring the surface shape of a test surface, the homogeneity of an object, and the like with high accuracy.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The features of the interference device of the present invention are as follows.
◎Optical means for obtaining interference fringes using a test light beam through a test object and a reference light beam through a reference surface, and an optical path length difference changing element for changing a difference in optical path length between the test light beam and the reference light beam And an imaging device that images the interference fringes, and a processing system that calculates the phase distribution from the plurality of interference fringes imaged by the imaging device by scanning the interference fringes with the optical path length difference changing element. In
It has a correction means which corrects the phase distribution calculated by the processing system based on the MTF of the interference device.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0019]
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described.
[0020]
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of an interference measuring apparatus used in the first embodiment. The light beam emitted from the light source (light source means) 1 passes through the half mirror 2 and reaches the TS lens 5 held by the XYZ stage 3.
[0021]
  The XYZ stage 3 can be driven independently with respect to the three axes in the XYZ directions with high accuracy by a command from the control computer 13. On the XYZ stage 3, a TS lens 5 that generates a light beam having a desired NA is installed via a piezoelectric element (optical path length changing element) 4. A voltage can be applied to the piezoelectric element 4 from the control computer 13, and a CCD camera is used for measuring the wavefront of the test object (test lens) 7.(Image sensor)12 is capable of high-accuracy fringe scanning synchronized with 12.
[0022]
  Here, the TS lens 5 has a radius of curvature of the final surface 5a and the final surface.(Reference plane)The distance between 5a and the focal point 6 is the same, and an antireflection film is applied to the wavelength of the light beam emitted from the light source 1 in addition to the final surface 5a, so that about 5% of reflection is generated only from the final surface 5a. .
[0023]
Hereinafter, the light beam reflected by the final surface 5a of the TS lens 5 is referred to as a reference light beam.
[0024]
The optical axis direction is adjusted by the Z stage 3 so that the focal point 6 of the TS lens 5 coincides with the object plane of the test lens 7, and the light beam transmitted through the test lens 7 is on the image plane of the test lens 7. And then reflected by a spherical RS mirror (reference mirror) 9.
[0025]
Hereinafter, the light beam reflected by the RS mirror 9 is referred to as a test light beam. In the first embodiment, a so-called Fizeau interferometer configuration is used by the TS lens 5 and the RS mirror 9. Or a shear type interferometer may be used.
[0026]
Here, like the TS lens 5, the RS mirror 9 is provided on an XYZ stage 10 that can be controlled by the control computer 13, and the center of curvature of the RS mirror 9 coincides with the image-side focal point 8 when measuring transmitted wavefront aberration. Adjustments in the XYZ directions are made.
[0027]
The reference light beam and the test light beam are combined by the TS lens 5 to be in the same optical path, reflected by the half mirror 2, and passed through the pupil imaging lens 11 and the spatial filter 50 onto the CCD camera 12 and the target light beam. Interference fringes are formed according to the optical path length difference of the inspection light beam. The spatial filter 50 is installed on a conjugate plane with the focal point 6 of the TS lens 5 in the pupil imaging lens 11. The spatial filter 50 is used to shield a spatial frequency component equal to or higher than the Nyquist frequency caused by the pixel pitch of the CCD camera 12 and prevent so-called aliasing. Interference fringe image data captured by the CCD camera 12 is transferred to a control computer 13 as a processing system.
[0028]
In the control computer 13, the piezoelectric element 4 is driven, the plurality of interference fringe image data when the interference fringe is scanned is taken in, and the phase (phase difference distribution) of the interference fringes is calculated. For calculating the phase from the interference fringes, a phase recovery algorithm for reducing error transmission such as stage vibration characteristics is used. The calculated phase difference distribution subtracts a system offset caused by an error of the final surface 5a of the TS lens 5 as necessary.
[0029]
The optical member provided in the optical path from the light source 1 through the test object 7 to the image sensor 12 constitutes one element of the optical means.
[0030]
Thus, the procedure for measuring the interference fringe phase distribution (wavefront aberration) of the test object 7 by the interference measuring apparatus is completed.
[0031]
The amplitude of the interference fringe phase distribution (measured value) obtained at this time is lowered by the MTF of the interference measuring apparatus.
[0032]
Therefore, in the present embodiment, the measurement value at this time is corrected by the correction means in the control computer 13 so that the light beam from the light source means enters the image sensor through the test object, and interference fringes are obtained by the image sensor. Thus, the interference fringes are corrected by MTF in a series of measurement processes in which signal processing is performed by the processing system.
[0033]
Next, a method for correcting a measurement value obtained by the interference measurement apparatus of the present embodiment using the MTF included in the interference measurement apparatus will be described with reference to FIG.
[0034]
The MTF of the interference measuring apparatus in the present embodiment has already been obtained by calculation from the pupil imaging lens 11, the inner diameter of the spatial filter 50, and the like.
[0035]
M1 represents the interference fringe phase distribution (phase difference distribution) of the measurement value of the test object 7 measured by the interference measuring apparatus. The measured value M1 is separated into a polynomial component Z1 and a polynomial residue component R1 by performing polynomial fitting using a least square method or the like. As a polynomial, a ZERNIKE polynomial or the like is used.
[0036]
  Next, a two-dimensional Fourier transform is performed on the residue component R1.(Fourier transform)By doing the frequency distribution(Measurement result spatial frequency distribution)Obtain RF1. The reason why the residual component R1 is used here is to suppress unwanted frequency products due to an extreme change in the transmitted wavefront pupil end or the test surface end. MTF1 is the MTF spatial frequency distribution of the interference measuring apparatus.
[0037]
  Frequency distribution(Spatial frequency distribution)MTF1 is a spatial frequency having the same scale as the frequency distribution RF1.surfaceAbove, MTF distribution of the interference measuring device(MTF spatial frequency distribution)Is expanded.
[0038]
  The frequency distribution RF2 represents the residual wavefront frequency distribution after correction of the MTF of the interference measuring apparatus, and the frequency distribution RF1TheFrequency distribution MTF1Divide by,
RF2 = RF1 / MTF1
It is expressed.
[0039]
This correction is applied when the wavefront aberration frequency component amplitude in the region to be corrected by the MTF is sufficiently smaller than ½π wavelength. Hereinafter, the principle of the MTF correction will be described using mathematical expressions.
[0040]
For simplicity, a wavefront having a single spatial frequency distribution is considered as the wavefront of the test light beam of the test object, and the wavefront of the reference light beam is assumed to be completely flat. At this time, the complex amplitude E of the test light beam_test, Illumination beam complex amplitude E_refIs
E_test(X, y) = E₀exp (iacos (2πifx))
E_ref(X, y) = E₀exp (iωt)
It is expressed.
[0041]
Where E₀Is the electromagnetic amplitude, x is the spatial coordinate, t is the time, f is the spatial frequency of the wavefront, and ω is the fringe scan frequency.
[0042]
The interference fringe intensity due to the test light beam and the reference light beam is expressed as I₀Is the intensity of the incident light flux,

It becomes.
[0043]
Here, the wavefront amplitude a is assumed to be sufficiently small, and is expressed by approximation up to the first order term of a. Intensity amplitude change by MTF(Deterioration rate)Is M (f), the interference fringe intensity image acquired by the control computer 13 is
I_meas(x, t) = I₀(1 + sin (ωt) + M (f) acos (2πfx) cos (ωt))
It becomes.
[0044]
Since the fringe scan extracts the cos modulation component and the sin modulation component of the interference fringe change and calculates the phase, the phase calculated in the control computer 13 is
[0045]
[Expression 1]

[0046]
It becomes.
[0047]
That is, the amplitude a of the wavefront of the test light beam is calculated by being reduced by the intensity amplitude deterioration M (f) due to MTF.
[0048]
Therefore, by dividing the interference fringe phase distribution by the respective MTF 1 for each spatial frequency, it becomes possible to correct the measurement error caused by the MTF of the interference measuring apparatus. In other words, the gain in the desired region (in this case, the region where the gain drops due to the MTF of the interference measuring apparatus) is amplified or the gain in the desired region is reduced. It becomes possible.
[0049]
Inverse Fourier exchange is performed on the corrected frequency distribution RF2 to obtain a residual wavefront R2 in real space. By adding the polynomial component Z1 first separated to this, the correction of the MTF of the interference measuring apparatus with respect to the measurement value M1 is completed, and a corrected wavefront aberration distribution M2 is obtained, whereby the transmitted wavefront aberration distribution M2 is measured. finish. The measured value M2 at this time is displayed on the display means DS.
[0050]
The effect of correction by MTF is shown in FIG. The broken line represents the measurement wavefront frequency distribution M1 before correction, and the chain line represents the MTF (MTF1) of the interference measurement apparatus. Conventionally, the measured wavefront frequency distribution M1 represented by a broken line is corrected by the MTF to a solid line measured value M2 that is a true value. When the MTF deterioration of the interference measuring apparatus is large, the amplitude deterioration is particularly remarkable in a high frequency region, and the RMS of the residual wavefront is increased by 20 to 30%.
[0051]
The above calculation is performed by calculation means CP provided inside or outside the control computer 13.
[0052]
In the present embodiment, the measurement value M1 is corrected by the MTF by the interference measuring apparatus as described above, thereby facilitating highly accurate measurement of the wavefront aberration of the test object.
[0053]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0054]
In the second embodiment, the interference fringe contrast when the wavefront change of the power component is given by the interference measurement device is measured, thereby calculating the MTF in the interference measurement device and correcting the measured value of the transmitted wavefront aberration. Since the method for measuring the transmitted wavefront aberration of the test lens and the method for correcting the MTF have been described in the first embodiment, they will be omitted.
[0055]
FIG. 4 shows a method for measuring MTF in the interference measuring apparatus according to the second embodiment. The basic configuration is the same as that of the transmitted wavefront aberration measurement system shown in FIG. 1, but an RS mirror 15 having a center of curvature is arranged in the focal plane of the TS lens 5 instead of the lens 7 to be tested. This configuration is a so-called system error state, and interference fringes corresponding to the shape error of the final surface 5 a of the TS lens 5 and the shape error of the RS mirror 15 are formed on the CCD camera 12.
[0056]
The reason for adopting a system error configuration when measuring the MTF is to minimize interference fringe contrast deterioration other than interference fringe spatial frequency dependence. The configuration of this embodiment is the same as the configuration of the interferometer for measuring the spherical shape. In the case of a spherical shape measuring apparatus, a spherical shape sample, that is, a test surface may be used instead of the RS mirror 15.
[0057]
The interference fringes can generate a tilt and a power component by driving the xyz stage 3. A power component is generated by driving in the optical axis direction, and a tilt component is generated by driving in a direction perpendicular to the optical axis.
[0058]
First, the xyz stage 3 is adjusted so that an interference fringe caused by two light beams of the reference light beam reflected by the final surface 5a of the TS lens 5 and the test light beam reflected by the RS mirror 15 is in a NULL state.
[0059]
Next, the z stage is driven in the direction of the optical axis, and interference fringes due to power components(Wavefront change)Is generated. The wavefront of the power component generated by the radius r from the dark center normalized by the measurement radius NA and the measurement radius and the z stage drive amount Δz is
[0060]
[Expression 2]

[0061]
Is approximated by Therefore, the interference fringes when the power component is added to this polarized light flux is
[0062]
[Equation 3]

[0063]
Therefore, the spatial frequency of the interference fringes is a function of the radius r,
[0064]
[Expression 4]

[0065]
The coordinates of the interference fringe image can be converted into spatial frequency coordinates with the pupil center as the spatial frequency 0,
Using this relationship, the xyz stage 3 may be driven by the drive amount Δz so that the Nyquist frequency is obtained at the NA of the measurement radius r.
[0066]
After the z stage driving is completed, the interference fringes are measured. By driving the piezoelectric element 4, an optical path length difference is given between the test light beam and the reference light beam, and so-called fringe scanning is performed. The wavefront is calculated from the obtained interference fringe images for each of the plurality of interference fringe images in the same manner as when measuring the transmitted wavefront aberration, and the contrast is calculated from the interference fringe images by the calculation means in the control computer 13. The background light intensity distribution necessary for the contrast calculation is separately measured in advance by shielding the light beam from the light source 1.
[0067]
The contrast of the interference fringes is calculated by fitting, for example, with a SIN function from the fringe scan, that is, the intensity change with respect to the time change for each pixel. The contrast may be calculated by extracting the maximum value and the minimum value of the intensity change. The contrast is calculated for all pixels in the effective castle.
[0068]
The measured wavefront aberration is differentiated and used for spatial frequency coordinate confirmation.
[0069]
The contrast distribution calculated for each pixel remains unchanged.Of each point on the distributionSpatial frequency distribution(Two-dimensional spatial frequency)BecauseanyTwo-dimensional function fitting is performed for MTF calculation. In this embodiment,Function expressionTwo dimensionsofThe Moffat function is used.
[0070]
Moffat2D (x, y, k₀, k₁, k₂, k_Three, k_Four) = (k₀/ (1+ (x / k₁)²)^k2) × (1 / (1+ (y / k_Three)²)^k4)
Where x and y are spatial frequencies and k₀~ K_FourRepresents a fitting parameter. This function has the value k at zero spatial frequency.₀After fitting, k₀Normalization is performed by setting = 1, and conversion from contrast distribution to MTF is performed.
[0071]
As described above, the MTF of the interference measuring apparatus is measured. The MTF correction of the measurement result is performed in the same manner as in the first embodiment.
[0072]
(Example 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0073]
In the third embodiment, the MTF in the interference measurement apparatus is calculated by measuring the contrast of the tilt stripes using the parallel plate and the interference measurement apparatus, and the measurement value is corrected.
[0074]
FIG. 5 is a schematic diagram of an interference measuring apparatus for measuring the surface shape of a planar substrate in the third embodiment.
[0075]
The main difference from the second embodiment is that a TF substrate (transmission reference plate) 16 is used instead of the TS lens, and an RF substrate (reflection reference plate) 17 is used instead of the RS mirror, and the TF reflected light beam of the reference light beam and the RF of the test light beam are used. The point is that both the reflected light beam is a parallel light beam. Although the RF substrate 17 is used, a flat substrate for inspection may be used.
[0076]
The TF substrate 16 is installed on the piezoelectric element 4 that can be driven in the optical axis direction with high accuracy, and the RF substrate 17 is installed on the turning stage 18 that can adjust the angle in two directions perpendicular to the optical axis. It can be driven by the control computer 13.
[0077]
When measuring the MTF using the tilt stripe, first, the stage 18 is adjusted so that the tilt component is minimized. The interference fringe state after adjustment is referred to as NULL.
[0078]
Interference fringe contrast is calculated in NULL. As for the calculation method, as in the second embodiment, fringe scanning is performed, and SIN fitting is performed with respect to changes in the intensity of interference fringes for each pixel.
[0079]
The contrast of the interference fringes is calculated at a plurality of pixels in the effective area of the interferometer, and the results are averaged to perform more accurate measurement.
[0080]
Thus, the interference fringe contrast V (0) in NULL is obtained.
[0081]
Next, the turning stage 18 is driven to generate a tilt stripe. At this time, the turning stage 18 is driven in the x or y direction perpendicular to the optical axis (z) to generate interference fringes along the pixel array direction of the CCD camera 12. Here, the stage is driven in the x direction. In this state, the contrast of interference fringes is calculated in the same manner as NULL.
[0082]
When calculating the contrast, the wavefront is calculated at the same time. By calculating the tilt component of the calculated wavefront by regression analysis or the like, the spatial frequency k with respect to the pixel pitch of the CCD camera 12 in the tilt stripes._xCan be calculated.
[0083]
Thus, the interference fringe spatial frequency k_xFringe contrast V (k_x) Hereinafter, spatial frequency k_xThe measurement continues until the Nyquist frequency of the CCD camera 12 (one interference fringe / 2 pixels).
[0084]
The series of measurement results are shown in FIG. Discrete contrast data obtained by measuring the contrast in a plurality of tilt states is normalized with the interference fringe contrast value in NULL and converted to MTF. The black circles in FIG. 6 indicate the converted MTF data. Function fitting is performed on the converted discrete MTF data by the method of least squares or the like. Since the spatial frequency changes depending on the NA of the test lens or the radius of the test surface shape, the MTF distribution required for correction can be easily created by making a function by fitting.
[0085]
The broken line in FIG. 6 is a function after fitting. A function to be used may be a Moffat function represented by the following equation.
[0086]
Moffat (x, k₀, k₁) = (1 / (1+ (x / k₀)²)^k1)
Where x is the spatial frequency and k₀, K₁, K₂Is a fitting parameter.
[0087]
In this embodiment, coherent imaging is used as the pupil imaging system of the lens to be examined. However, in an interferometer that includes incoherent imaging in the pupil imaging system, for example, an incoherent optical system of an ideal optical system is used. Represents MTF.
[0088]
[Equation 5]

[0089]
By multiplying by the Moffat function, it is possible to express the contrast deterioration characteristic having an inclination at the frequency 0 unique to the incoherent optical system.
[0090]
This completes the calculation of the MTF in the horizontal direction of the CCD camera 12.
[0091]
Next, the MTF in the vertical direction of the CCD camera 12 is measured by the same procedure, and the MTF measurement of the interference measuring apparatus is completed.
[0092]
MTF distribution for correction(2D spatial frequency distribution)Is the horizontal and vertical MTF functions H (k_x), V (k_yAsBy multiplying both
MTF (k_x, k_y) = H (k_x) X V (k_y)
Create using the relationship
[0093]
This completes the measurement of the MTF of the interference measuring apparatus. Correction of the measured value by MTF may be performed in the same manner as in the first embodiment.
[0094]
As described above, according to each embodiment, accurate measurement is performed by correcting the transmission wavefront aberration or the test surface shape error of the test lens of the high-frequency component, which has been reduced, by the MTF characteristics of the conventional interference measurement apparatus. be able to.
[0095]
In addition, from the interference fringe when the tilt or power component wavefront change generated on the interference measurement equipment is applied, the pupil of the test optical system or the shape of the test surface or the pupil imaging system on the image sensor By measuring the MTF in a series of measurement processes in which the interference fringe image photographed in step 1 is converted into a digital signal by the control system, the MTF used for the correction can be measured with high accuracy.
[0096]
In the above embodiment, an interference (measurement) device for measuring the shape of an optical element such as a lens or a mirror has been described. However, the present invention is not limited to this, and the shape is measured by this embodiment. You may apply to an optical element. Alternatively, an optical device using an optical element whose shape has been measured using the interference device of the present embodiment, for example, an exposure device, a precision optical device such as a microscope, and a step of exposing the substrate using the exposure device; You may apply to the manufacturing method of the device which has the process of developing the exposed board | substrate.
[0097]
[Embodiment 1]
An interference device that forms interference fringes using light passing through a test object,
An interference apparatus comprising correction means for correcting a phase difference distribution obtained from the interference fringes based on an MTF of the interference apparatus.
[0098]
[Embodiment 2]
The correction means keeps the gain of the first frequency component substantially constant among the first frequency component of the phase difference distribution and the second frequency component having a spatial frequency higher than the first frequency component, and the second frequency component The interference apparatus according to Embodiment 1, wherein the gain is corrected.
[0099]
[Embodiment 3]
The interference apparatus according to claim 2, wherein the correction unit amplifies the gain of the second frequency component.
[0100]
[Embodiment 4]
The interference apparatus according to any one of embodiments 1 to 3, further comprising means for guiding the shape of the test object based on the phase difference distribution.
[0101]
[Embodiment 5]
5. The interference apparatus according to claim 1, further comprising: an optical path length difference changing element that changes an optical path length difference between two light beams forming the interference fringes.
[0102]
[Embodiment 6]
Optical means for obtaining interference fringes using light fluxes through the test object, an image sensor for imaging the interference fringes, and a phase difference distribution of the plurality of light fluxes from the interference fringes imaged by the image sensor In an interference device having a processing system to calculate,
An interference apparatus comprising correction means for correcting the phase difference distribution based on MTF in the interference apparatus.
[0103]
[Embodiment 7]
The interference device according to Embodiment 6, wherein when the object to be inspected is a lens to be inspected, the pupil and the imaging element are in a conjugate relationship.
[0104]
[Embodiment 8]
The MTF in the interference device processes interference fringe information captured by the image sensor from the test surface or when the test object is a test lens, from the pupil of the test lens to the image sensor. 8. The interference device according to

embodiment

6 or 7, wherein the interference device is in a series of measurement processes for conversion into a digital signal by the system.
[0105]
[Embodiment 9]
The interference apparatus according to any one of Embodiments 6 to 8, further comprising an optical path length difference changing element that changes a difference in optical path length between a plurality of light beams forming the interference fringes.
[0106]
[Embodiment 10]
And a settlement means for calculating the MTF from the deterioration rate of the interference fringe contrast with respect to the interference fringe spatial frequency when the light flux forming the interference fringe is tilted or the wavefront of the power component is changed. The interference device according to any one of Embodiments 6 to 9.
[0107]
[Embodiment 11]
The interference device according to any one of embodiments 6 to 10, wherein the correction unit performs the correction on a spatial frequency plane obtained by performing Fourier transform on a measurement value obtained by measurement with the interference device.
[0108]
[Embodiment 12]
In the correction based on the MTF, the spatial frequency distribution of the measurement result on the spatial frequency plane obtained by Fourier transforming the measurement value obtained by the measurement by the interference device is divided by the MTF in the spatial frequency distribution at each point in the distribution. The interference device according to any one of Embodiments 6 to 10, wherein the interference device is performed by the following.
[0109]
[Embodiment 13]
The interference apparatus according to Embodiment 10, wherein the MTF measurement by the interference fringes when tilted is performed in at least two directions including the interference fringes in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the imaging device.
[0110]
[Embodiment 14]
In the MTF measurement using interference fringes when the wavefront change of the tilt or power component is given, the spatial frequency of the interference fringes is calculated from the tilt component of the measurement value or the differential value of the power component. 10 or 11 interference devices.
[0111]
[Embodiment 15]
By performing function fitting on the MTF measured for a plurality of spatial frequencies in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and multiplying the obtained two functional expressions in the horizontal direction and the vertical direction, arbitrary 2 The interference device according to any one of embodiments 6 to 14, wherein the MTF is calculated in a dimensional spatial frequency.
[0112]
[Embodiment 16]
By performing function fitting on the MTF measured for a plurality of spatial frequencies in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and multiplying the obtained two functional expressions in the horizontal direction and the vertical direction, arbitrary 2 The interference device according to any one of embodiments 6 to 14, wherein when calculating the MTF at a dimensional spatial frequency, a Moffat function is used as the functional expression.
[0113]
[Embodiment 17]
The MTF correction of the phase difference distribution is performed by separating the interference fringes into a polynomial component and a polynomial residue component obtained by polynomial fitting, and a measurement result space on a spatial frequency plane obtained by Fourier transforming the polynomial residue component. 17. The interference device according to any one of embodiments 6 to 16, wherein the frequency distribution is performed by dividing the frequency distribution by the MTF in the spatial frequency distribution at each point in the distribution.
[0114]
[Embodiment 18]
The interference fringes are separated into a polynomial component and a polynomial residue component obtained by polynomial fitting, and the measurement result spatial frequency distribution on the spatial frequency plane obtained by Fourier transforming the polynomial residue component is expressed as the space of each point on the distribution. 17. The interference device according to any one of embodiments 6 to 16, wherein a ZERNIKE polynomial is used as a polynomial when performing division by MTF in a frequency distribution.
[0115]
[Embodiment 19]
Optical means for forming a test light beam through the test object and a reference light beam through the reference surface from the light beam emitted from the light source means, and combining both to form an interference wave front; and the test light beam; An optical path length change element that changes the optical path length difference of the reference light beam, an image sensor that captures an interference fringe based on the interference wavefront, and a phase difference distribution of the interference wavefront from the interference fringe imaged by the image sensor An interference device having a processing system for
The phase difference distribution is a series of a series of processes in which a light beam from the light source means enters the imaging element through the test object, obtains an interference fringe with the imaging element, and performs signal processing on the interference fringe with the processing system. An interference apparatus comprising correction means for correcting by MTF in a measurement process.
[0116]
[Embodiment 20]
Optical means for forming a test light beam through the test object and a reference light beam through the reference surface from the light beam emitted from the light source means, and combining both to form an interference wave front; and the test light beam; An optical path length change element that changes the optical path length difference of the reference light beam, an image sensor that captures an interference fringe based on the interference wavefront, and a phase difference distribution of the interference wavefront from the interference fringe imaged by the image sensor An interference device having a processing system for
MTF in a series of measurement processes in which a light beam from the light source means enters the imaging element through the test object, obtains an interference fringe with the imaging element, and performs signal processing on the interference fringe with the processing system, An interference device characterized by having a calculation means for calculating from a deterioration rate in a spatial frequency of interference fringe contrast when a wavefront change of a tilt component or a power component is given to the test light beam or / and the reference light beam .
[0117]
[Embodiment 21]
The interference according to the nineteenth embodiment, wherein the correction by the MTF of the phase difference distribution by the correcting means is performed on a spatial frequency plane obtained by Fourier transforming the measured value of the test object obtained by the interference device. apparatus.
[0118]
[Embodiment 22]
The MTF correction of the phase difference distribution by the correction means divides the spatial frequency distribution obtained by Fourier transform of the measured value of the test object obtained by the interference device by the MTF in the spatial frequency distribution of the interference device. The interference device according to embodiment 19, wherein the interference device is performed by:
[0119]
[Embodiment 23]
The deterioration rate of the interference fringe contrast in the spatial frequency when a wavefront change of a tilt component is applied to the test light beam and / or the reference light beam is performed in the horizontal direction and the vertical direction on the imaging element surface. Embodiment 21. The interference device of embodiment 20.
[0120]
[Embodiment 24]
The calculation of the degradation rate at the spatial frequency of the interference fringe contrast when a wavefront change of the tilt component or power component is given to the test light beam or / and the reference light beam is obtained from the differential value of the tilt component or power component of the interference wavefront. The interference device according to embodiment 20, wherein the interference device is obtained.
[0121]
[Embodiment 25]
25. An optical element whose shape is measured using the interference device according to any one of Embodiments 1 to 24.
[0122]
[Embodiment 26]
An optical apparatus comprising the optical element according to Embodiment 25.
[0123]
[Embodiment 27]
An exposure apparatus comprising the optical element according to Embodiment 25.
[0124]
[Embodiment 28]
A device manufacturing method, comprising: exposing a substrate using the exposure apparatus according to embodiment 27; and developing the exposed substrate.
[0125]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the interference apparatus which can measure the surface shape of a to-be-tested surface, the homogeneity of an object, etc. with high precision can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing an MTF correction procedure according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a change in transmitted wavefront aberration frequency distribution by MTF correction according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing MTF measurement by tilt stripes according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a conventional interference measuring apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Light source means
2 Half mirror
3 XYZ stage
4 Piezoelectric elements
5 TS lens
6 Focus
7 Test object
8 Focus
9 RS mirror
10 XYZ stage
11 Pupil imaging lens
12 CCD camera
13 Control computer
15 RS mirror
16 TF substrate
17 RF substrate
18 stages
50 spatial filters
M1 measurement result interference fringe phase
Z1 measurement result interference fringe phase polynomial component
R1 measurement result interference fringe phase residue component
RF1 measurement result Spatial frequency distribution of interference fringe phase residue component
MTF1 Interferometer MTF spatial frequency distribution
RF2 correction result Spatial frequency distribution of residual wavefront aberration components
R2 Correction result Transmission wavefront aberration residual component
M2 correction result transmitted wavefront aberration distribution
E_test(X, t) Test beam complex amplitude
E_ref(X, t) Reference beam complex amplitude
E0 electric field amplitude
a Wavefront amplitude
f Wavefront spatial frequency
ω fringe scan frequency
M (f) MTF at spatial frequency f
W_def  Defocused wavefront
Δz defocus
NA NA of measured beam
r Measurement beam radius
k Interference fringe spatial frequency
V Test surface amplitude
k_x  Horizontal spatial frequency
k_y  Vertical spatial frequency

Claims

Optical means for obtaining interference fringes using a test light beam through a test object and a reference light beam through a reference surface, and an optical path length difference changing element for changing a difference in optical path length between the test light beam and the reference light beam And an imaging device that images the interference fringes, and a processing system that calculates the phase distribution from the plurality of interference fringes imaged by the imaging device by scanning the interference fringes with the optical path length difference changing element. In
An interference apparatus, comprising: correction means for correcting the phase distribution calculated by the processing system based on an MTF of the interference apparatus.

The MTF in the interference apparatus, wherein, when or the specimen from the specimen is of the lens is led from the pupil of該被test lens to said imaging device, information of the interference fringes captured by the image pickup element interference device according to claim 1, characterized in that in a series of measurement process of converting into a digital signal by the processing system to.

When tilt or the light flux forming the interference fringes gave wavefront change in the power components, the degradation rate for the spatial frequencies of the contrast of the interference fringes, that it has a calculation means for calculating the MTF The interference apparatus according to claim 1 or 2 , characterized in that:

The interference device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the correction unit performs the measurement on a spatial frequency plane obtained by performing Fourier transform on a measurement value obtained by measurement with the interference device.

Correction, the measurement results spatial frequency distribution on the spatial frequency plane obtained by measurements taken by the measurement by the interference device and a Fourier transform, is divided by the MTF in the spatial frequency distribution of each point on the distribution based on the MTF 5. The interference apparatus according to claim 4 , wherein

4. The interference apparatus according to claim 3 , wherein the MTF measurement by the interference fringes when tilted is performed in at least two directions including the interference fringes in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the image sensor.

By performing function fitting on the MTF measured for a plurality of spatial frequencies in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and multiplying the obtained two functional expressions in the horizontal direction and the vertical direction, arbitrary 2 the MTF at the dimensional spatial frequency, the interference device of any one of claims 1 to 6, wherein the calculating.

By performing function fitting on the MTF measured for a plurality of spatial frequencies in the horizontal direction and the vertical direction, respectively, and multiplying the obtained two functional expressions in the horizontal direction and the vertical direction, arbitrary 2 The interference apparatus according to claim 7 , wherein when the MTF is calculated at a dimensional spatial frequency, a Moffat function is used as the functional expression.

The correction of the phase distribution by MTF is performed by separating the interference fringes into a polynomial component and a polynomial residue component obtained by polynomial fitting, and a measurement result spatial frequency obtained by Fourier transforming the polynomial residue component. distribution, interference device of any one of claims 1 to 8, characterized in that by dividing the MTF at the spatial frequency distribution of each point on the distribution.

The interference fringes are separated into a polynomial component and a polynomial residue component obtained by polynomial fitting, and the measurement result spatial frequency distribution on the spatial frequency plane obtained by Fourier transforming the polynomial residue component is expressed as the space of each point on the distribution. 10. The interference apparatus according to claim 9 , wherein a ZERNIKE polynomial is used as a polynomial when dividing by MTF in a frequency distribution.