JP6105731B2 - 回折光学素子及び測定方法 - Google Patents

Description

本願は、独国特許出願第１０２０１２２１７８００．７号、２０１２年９月２８日出願、及び米国特許仮出願第６１／７０７０１４号、２０１２年９月２８日出願に基づいて優先権を主張する。この独国特許出願及びこの米国特許仮出願の全開示を、参照する形で本明細書に含める。

発明の背景
本発明は、光学素子の光学面の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定する方法、こうした方法を実行するための回折光学素子、光学素子を製造する方法、並びにこうした光学素子に関するものである。

意図した形状からの実際形状の偏差を測定する装置は、米国特許出願公開第２０１０／０１７７３２１号明細書（特許文献１）に記載されている。この装置は、測定波を発生させるための干渉計を具え、この測定波の波面は、回折格子によって光学面の意図した非球面形状に適合する。この非球面測定波の波面は、この光学面での反射後に干渉計測法によって評価され、このプロセスにおいて、光学面の実際形状の、意図した形状からの偏差が測定される。

この場合、上記回折格子は、例えばコンピュータ発生ホログラム（ＣＧＨ：computer-generated hologram）とすることができ、このＣＧＨは、例えばレイ・トレーシング（光線追跡）法のような適切な計算法によってシミュレート（模擬計算）した干渉計の設計を利用して発生され、このプロセスでは、回折格子が干渉計装置のビーム経路中で所望の機能を有するように、回折格子の位相関数を計算する。従って、計算した回折格子の位相関数から、その回折格子を製造することができる。

形状測定の精度はＣＧＨの精度に依存する。ここで、決め手となるものは、できる限り正確な製造ではなく、むしろ、ＣＧＨにおいてあり得るすべての誤差の、できる限り正確な測定である。既知の誤差は、検査対象の形状を測定する際に、計算によって除去することができる。従って、ＣＧＨが基準を形成する。回転対称な非球面の場合、回転対称でないすべての誤差は完全に較正することができるが、自由形状の表面の場合、即ち、回転対称でない非球面の場合、すべてのＣＧＨ誤差が形状測定に影響を与える。その結果、ＣＧＨの測定の精度についての要求の急激な増加がある。このプロセスでは、ＣＧＨの回折構造の歪み、即ち、回折構造の意図した位置に対する横方向位置、及びＣＧＨのプロファイルの形状を、非常に正確に知ることが重要である。しかし、従来技術において既知の測定機器を用いて測定することができるこれらのパラメータの測定精度は、絶えず増加する要求を満たすものではない。

光学面を高精度で測定するための他の既知の装置は、直列に配置された２つのＣＧＨを使用し、その結果、測定配置に必要な労力が増加する。

米国特許出願公開第２０１０／０１７７３２１号明細書

Donald C. O’Shea et al., "Diffractive optics: design, fabrication, and test" 2004, The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers, 29〜35ページ H. Kleemann et al., "Combination of blazed and laterally blazed structures", Diffractive Optics and Micro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), paper DTuC7, 2004

基になる目的
本発明の目的は、上述した問題を解決することにあり、特に、あらゆる形状の光学面、特に、回転対称でない非球面の光学面を、改善された精度で測定するための方法及び回折光学素子を提供することにある。

本発明による解決策
一例として、本発明によれば、上述した目的は、基板、及びこの基板上に配置された回折構造パターンを有する回折光学素子によって達成される。この回折構造パターンは、この構造上に放射される平面波または球面波の入力波を、少なくとも４つの別個の出力波に変換し、これらの出力波のうち少なくとも１つは非球面波であり、これらの出力波のうち少なくとも他の１つは球面波であり、これらの出力波のうち少なくとも他の２つのそれぞれは、平面波または球面波である。

このように、本発明によれば、上述した出力波が、単一の回折光学素子、即ち単一の基板上に配置された回折構造パターンのみを用いて発生する。従って、この回折光学素子は、いくつかの変形例により構成することができる。第１変形例によれば、回折光学素子上に放射される波が平面波であり、出力波は、少なくとも１つの非球面波及び少なくとも３つの球面波を含む。第２変形例によれば、回折光学素子上に放射される波が球面波であり、出力波は、少なくとも１つの非球面波及び少なくとも３つの球面波を含む。第３変形例によれば、回折光学素子上に放射される波が平面波であり、出力波は、少なくとも１つの球面波及び少なくとも２つの平面波を含む。第４変形例によれば、回折光学素子上に放射される波が球面波であり、出力波は、少なくとも１つの球面波及び少なくとも２つの平面波を含む。１つの好適例によれば、第１及び第２変形例の場合、上記球面波の強度が、３０％未満だけ、特に１０％未満だけ、互いに異なる。

上記平面波または球面波の入力波は、まとめて球面波と称することもでき、この場合、平面波は、無限大の半径を有する球面波の特殊な場合と見なす。上記非球面出力波は、測定される光学面に適合した測定波とすることができ、この測定波は、表面を干渉計測手段によって測定する際に、この表面上に放射される。他の出力波は較正波と称することもできる。

上記回折光学素子は、特に、コンピュータで発生したホログラム（ＣＧＨ）として具体化することができる。なお、上記回折構造パターンは、位相格子または回折格子と称することもできるが、これは、規則的な光子を必ずしも意味するものではないことを理解すべきであり、特に、屈曲を有することができる線構造を意味し、これらの屈曲は、原則的に、形状の点で互いに偏差があり、かつ相互間で可変の距離を有することができる。以上に説明したように、この回折構造パターンは、回折光学素子の基板上に配置され、即ち、１つの基板上のみに配置されている。従って、この回折構造パターンは、異なる基板上に配置された複数の副パターンで構成されない。

上述したように別個の出力波を発生する回折構造パターンは、複合符号化位相格子とすることができる。本願における意味では、球面波は球形波面を有する波動であり、即ち、波面が少なくとも球面部分によって形成される波動である。

本願における意味では、非球面波は、その波面があらゆる理想球面から、特に当該波面に最も良く合う球面から少なくとも１０λの偏差を有する波動であり、ここにλは、上記回折構造パターン上に放射される入力波の波長である。換言すれば、非球面波が有する少なくとも１点が、あらゆる理想球面から少なくとも１０λだけの偏差を有する。波長が５００nmであれば、本願における意味での非球面波は、あらゆる理想球面から少なくとも５μmの偏差を有する。本願における意味では、非球面波は、回転対称な波面を有する波動、即ち従来の意味での非球面波、及び回転対称でない波面を有する波動、即ち、その波面がいわゆる自由形状の面を有する波動を、共に含む。

１つの好適例によれば、上記非球面波が自由形状面の形態の波面を有し、この波面は、あらゆる理想球面から少なくとも１mmの偏差を有する。

ここで、「別個の出力波」とは、これらの出力波が異なる伝搬方向を有し、従って、互いに独立して検出することができ、あるいは、互いに独立して反射させて回折光学素子に戻すことができ、このため、これらの出力波を干渉計測システムにおいて別個に測定することができることを意味するものと理解すべきである。

形状の干渉計測用に従来採用されているＣＧＨに比べれば、本発明による回折光学素子は、本発明によれば、少なくとも３つの追加的な平面または球面出力波が、非球面出力波に加えて発生する点で異なる。上述した従来のＣＧＨでは、１つ以上の非球面波に加えて、２つだけの平面波または球面波が、異なる回折次数で発生する。

直列に配置された２つのＣＧＨを用いる場合、球面及び非球面によって形成され、従って、同様に非球形である波動が、通常、２番目のＣＧＨ上に放射される。平面波または球面波がこのＣＧＨ上に放射されるものとすれば、このプロセスでは、単一の平面波または球面波でない波動が発生する。

平面または球面出力波を、本発明による回折光学素子上に放射する際に、上記非球面出力波に加えて、上述した種類の少なくとも３つの追加的な出力波を発生することは、この回折光学素子を、製造誤差について、これらの追加的な出力波を用いて測定することを可能にする。従って、この回折光学素子を用いたその後の光学面の測定中に、この製造誤差の影響を計算によって測定値から除外することも可能である。その結果、形状、特に非球面の光学面の形状を測定する測定精度を向上させることができる。

本発明による１つの好適例によれば、上記構造パターンは、少なくとも２つの追加的な出力波が平面波であり、これらの出力波の伝搬方向が、入力波の入射方向に対して互いに対称であるように構成されている。１つの変形例によれば、２つの平面出力波が、直線格子において、例えば＋１次及び−１次の回折のように、同じ次数で正及び負の回折次数である。

本発明による他の好適例によれば、上記構造パターンは、上記別個の出力波が、第１波動対を形成する２つの平面出力波に加えて、２つの追加的な平面波を第２波動対の形で有するように構成され、これらの追加的な平面波の伝搬方向は、上記入射方向に対して同様に互いに対称であり、第１波動対の伝搬方向が張る平面が、第２波動対の伝搬方向が張る平面と一致しないように構成されている。特に、第１波動対の伝搬方向が張る平面が、第２波動対の伝搬方向が張る平面にほぼ直交する。これに関連して、「ほぼ直交する」とは、少なくとも８０°、特に少なくとも８５°、少なくとも８９°または約９０°の角度を意味する。

本発明による他の好適例によれば、上記回折構造パターンの点ｉ毎に、角度α_iが、第１差分ベクトルと第２差分ベクトルとの間の角度によって定義され、第１差分ベクトルは、点ｉから出る非球面波の波動ベクトルｋ_i(A)と、点ｉに当たる入力波の波動ベクトルｋ_i(in)との差分によって定義され、第２差分ベクトルは、点ｉから出る少なくとも１つの球面波の波動ベクトルｋ_i(S)と、点ｉに当たる入力波の波動ベクトルｋ_i(in)との差分によって定義される。さらに、上記回折構造パターンは、角度α_iの絶対値を、当該回折構造パターンのすべての点ｉにわたって平均して、当該回折構造パターンに平行な平面上に射影した値が、５°より大きく、特に１０°より大きいように構成されている。上記波動ベクトルは、「ｋベクトル」とも称され、波動の波面に直交するベクトルである。換言すれば、角度ωが５°より大きく、ここにωは次式のように定義される：

ここに、Ｎは、上記平均値を求める点ｉの数を表す。また、他の言葉で表現すれば、角度ωは、角度α_i ^xyの、上記回折光学素子の空間座標ｉ全体にわたる平均値によって定義され、即ち、
であり、ここに、α_i ^xyは、ｘｙ平面上に射影した、差分ベクトル[ｋ_i(A)−ｋ_i(in)]と差分ベクトル[ｋ_i(S)−ｋ_i(in)]との間の角度である。

ここで、上記平均値は、上記構造パターンによってカバーされる領域、即ち、上記回折光学素子の光学的実効領域全体にわたって求められる。入力波の伝搬方向をｚ方向と称し、従って、ｘｙ平面は入力波の伝搬方向に直交する平面である。

本発明による他の実施形態によれば、上記非球面波を発生するための構造パターンの回折効率が、上記少なくとも１つの球面波を発生するための構造パターンの回折効率よりも少なくとも５０％大きい。その結果、上記非球面波の強度は、上記少なくとも１つの球面波の強度よりも少なくとも５０％大きくなる。１つの変形例によれば、上記少なくとも１つの非球面波を発生するための回折効率が、上記少なくとも１つの球面波を発生するための回折効率よりも、少なくとも７０％、特に少なくとも１００％大きい。このことは、例えば金属化された較正ミラーを用いることによって補償することができる。１つの好適例によれば、上記少なくとも４つの出力波の回折効率の合計が３０％より大きい。

本発明の他の好適例によれば、上記構造パターンは、上記非球面出力波の放射電力が、上記球面または平面出力波のそれぞれの放射電力よりも大きくなるように構成されている。換言すれば、上記構造パターン中で、非球形波面を有する出力波を、球面または平面の波面を有する残り３つの出力波よりも強く重み付けする。１つの好適例によれば、非球形波面を有する出力波の放射電力は、入力波の放射電力の少なくとも３０％、特に約４０％であるのに対し、球面または平面の波面を有する残り３つの出力波の各々は、入力波の放射電力の１５％〜２５％、特に約２０％である。

本発明による他の好適例によれば、上記構造パターンは、当該構造パターン上に放射される入力波が少なくとも５つの出力波に変換され、これらの出力波のうち４つが球面波として具現されるように構成されている。上記少なくとも５つの出力波のうち他の１つは、非球面波、特に自由形状波である。

本発明による他の好適例によれば、上記出力波のそれぞれが、互いに対して配向された平均伝搬方向を有し、ここで、４つの球面出力波の平均伝搬方向どうしが、これらの出力波を（２つずつ）対にした各対において、上記非球面出力波の平均伝搬方向によって規定される軸線に対して互いに対称に配置されない。これに関連して、「対称でない」とは、対称配置に比べて少なくとも１°、特に５°の偏差が存在することを意味するものと理解すべきである。上記平均伝搬方向は、各出力波の異なる伝搬方向を強度で重み付け平均して出る伝搬方向である。１つの変形例によれば、この条件が、上記回折光学素子上のすべての点の少なくとも９０％に当てはまる。

本発明による他の好適例によれば、上記回折構造パターンが多レベルの位相格子を具えている。当業者が良く知っているように、多レベル位相格子とは、最高レベルと最低レベルとの間に少なくとも１つの中間レベルを有する位相格子を意味するものと理解すべきである。従って、こうした位相格子は少なくとも３つのレベルを有する。異なる好適例によれば、４つ以上のレベルを設けることができる。いわゆるブレーズド位相格子は、その外形が傾斜面によって表現されるくらい多数のレベルを有する。多レベル位相格子の使用は、複合符号化によって生じる回折効率の損失を部分的に補償するか、さらには過度に補償することを可能にする。本願における意味では、多レベル位相格子はこうしたブレーズド位相格子も意味するものと理解すべきである。当業者は、多レベル位相格子についての背景情報を、Donald C. O’Shea他によるハンドブック“Diffractive optics: design, fabrication, and test”2004, The Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers（非特許文献１）の29〜35ページより得ることができる。本願における意味での多レベル位相格子は、特に、例えばH. Kleemann et al., “Combination of blazed and laterally blazed structures”, Diffractive Optics and Micro-Optics, OSA Technical Digest (Optical Society of America), paper DTuC7, 2004（非特許文献２）に記載されているような横方向ブレーズド位相格子も意味するものと理解すべきである。

本発明によれば、基板、及びこの基板上に配置された回折格子を具えた回折光学素子がさらに提供される。この回折格子は、互いに距離をおいて配置された格子線を有し、この回折格子の平均周期距離は、隣り合う格子線間の中心間距離の各々を、回折格子全体にわたって平均した値によって決まる。これらの格子線は波状の形状を有し、格子線の波状の平均周期は、回折格子の平均周期距離の３倍〜２０倍の領域内にあり、格子線の長手方向を横切る向きの格子線の変動は、回折格子の平均周期距離の０．１倍〜３倍の領域内に入る幅を有する。

上記回折格子の平均周期距離は、格子線を横切る向きに測る。波状の格子線とは、これらの格子線が上向き及び下向きに偏位し、即ち、格子線の長手方向を横切る向きに、それぞれの直線に対して偏位することを意味するものと理解すべきである。ここで、波状の周期は、偏位毎に変動し得る。ここで、格子線の長手方向を横切る向きの格子線の変動の幅は、それぞれの格子線の想定される直線形状からの、即ち、それぞれの格子線に最も良く合う直線からの偏位の幅を意味するものと理解すべきである。特に、この変動の幅は、格子線の形状を定める波の振幅の２倍である。

本発明による他の好適例によれば、上記回折格子が、上記基板の少なくとも２０％をカバーする。基板が平板状に設計されている場合、基板の上側及び下側のそれぞれの２０％が、この回折格子によってカバーされる。

本発明による他の実施形態によれば、上記回折格子の格子線の少なくとも９０％、特に少なくとも９５％または少なくとも９９％が、連続線として具体化され、これらの連続線は、回折格子のエッジ領域間に中断なしに延び、即ち、これらの線は、回折格子によってカバーされる基板の領域内では終端しない。

本発明による他の好適例によれば、上記回折格子は、当該回折格子における１mmのエッジ長を有する正方形の測定領域内で、５０μmのエッジ長を有するあらゆる正方形部分領域にわたって平均した上記格子線のストライプ密度が、２０線対／mm未満の幅に及ぶ変動を有するように構成されている。正方形の部分領域内のストライプ密度を測定する方法の一例によれば、最初に、上記格子線の幅と、一辺が隣の格子線に隣接する中間的空間の幅との合計を、各格子線に沿って１μm毎に測定する。これにより測定された値の逆数を求め、従って、ストライプ密度は、関係する測定点毎に確立される。ストライプ密度の値を、関係する部分領域内のすべての測定点にわたって平均する。このことは、上記正方形の測定領域内のすべての部分領域について発生し、即ち、２０×２０＝４００個の部分領域について発生し、このため、平均ストライプ密度は部分領域毎に測定される。一例として、平均したストライプ密度は約２００線／mmであり、このストライプ密度は、１９０〜２１０線／mmの幅内で変動する。

他の好適例によれば、上記構造パターンは、上記少なくとも４つの別個の出力波に加えて、リトロー（Littrow）反射の参照波も、当該構造パターン上に放射される入力波からの参照波として発生するように構成され、この参照波は、干渉計測中に参照波として用いることができる。

上述した好適例及び変形例において説明した特徴は、個別に、あるいは組み合わせて、波状の格子線を有する回折光学素子に移行することができる。

さらに、本発明によれば、基板、及びこの基板上に配置された回折構造パターンを有する回折光学素子が提供される。この回折構造パターンは、当該構造パターン上に放射される平面波または球面波の入力波を、各々が球形波面を有する少なくとも３つの別個の出力波に変換するように構成されている。

上述した好適例及び変形例において説明した特徴は、個別に、あるいは組み合わせて、波状の格子線を有する回折光学素子に移行することができる。特に、この回折光学素子は、上述した少なくとも４つの出力波を発生する回折光学素子の好適例からの特徴を含むことができる。

本発明によれば、光学素子の光学面の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定する他の方法が提供される。この方法は、次のステップ、即ち：入力波を発生するステップと、この入力波のビーム経路中に回折光学素子を配置するステップと、この回折光学素子との相互作用によって、上記入力波を少なくとも３つの別個の出力波に変換するステップとを含み、これらの出力波のうち１つは測定波であり、上記光学面の意図した形状に適合し、非球形波面を有し、これらの出力波のうち少なくとも他の２つは較正波である。この方法は、これら少なくとも２つの較正波の各々を用いて、上記回折光学素子の較正補正値を決定するステップと、上記適合した測定波のビーム経路中に上記光学面を配置するステップと、上記光学面との相互作用後に、上記適合した測定波の波面を測定するステップとをさらに含み、上記適合した測定波の波面は、上記回折光学素子を、上記入力波に対して、上記較正補正値の決定中と同様に配向させて測定する。さらに、上記方法によれば、決定した較正補正値を用いて、測定した波面を補正する。

換言すれば、上記方法によれば、上記回折光学素子は、入力波の伝搬方向に対して所定の向きに配置されて、較正補正値を決定し、この較正補正値は、上記少なくとも２つの較正波の各々を分析することによって決まる。上記適合した測定波の波面を測定する際に、この向きは不変である。また、換言すれば、上記測定波を発生して分析する際、及び上記較正波を発生して分析する際に、入力波は、上記回折光学素子の局所座標系内で同じ入射方向を有する。特に、上記出力波は、上記入力波と上記回折光学素子との相互作用によって同時に発生する。

上述したように、「別個の出力波」とは、これらの出力波が異なる伝搬方向を有し、従って、互いに独立して検出することができ、あるいは、互いに独立して反射させて上記回折光学素子に戻すことができることを意味するものと理解すべきである。

上記回折光学素子を、入力波に対して、上記較正補正値を決定する期間中と同様に配向させて、上記適合した測定波の波面を測定することは、上記回折光学素子の、製造誤差についての特に精密な較正を可能にする、というのは、決定した較正補正値を、上記適合した測定波の波面の測定値に直接適用することができるからである。配向が不変のままであるので、決定した較正補正値は、上記測定波の発生に関係する上記回折光学素子の製造誤差を正確に反映する。換言すれば、測定された較正補正値と、上記測定波を発生する上記回折光学素子上の構造の現実の偏差との間の偏差に起因して、上記波面の補正に誤差は導入されず、この偏差は、上記回折光学素子の異なる配向に起因する。

好適例によれば、上記回折光学素子を、入力波に対して、上記較正補正値を決定する期間中と同じ位置に配置して、上記適合した測定波の波面を測定する。このことは、上記適合した測定波の波面を測定する際に、上記回折光学素子の配向及び位置が共に不変のままであることを意味する。

上記少なくとも２つの較正波は、第１較正波及び第２較正波を含む。上記回折光学素子の較正補正値は、これらの第１較正波及び第２較正波を用いて決定される。

他の好適例によれば、上記較正補正値を決定するステップが、上記較正波のうち第１のものから第１較正補正値を決定し、上記較正波のうち第２のものから第２較正補正値を決定し、これらの第１較正補正値及び第２較正補正値は、上記回折光学素子を、入力波に対して配向させて決定され、即ち、上記回折光学素子の配向は、上記第１較正補正値の決定と上記第２較正補正値の決定との間で不変である。

他の実施形態によれば、上記回折光学素子が複合符号化位相格子を具えている。こうした複合符号化位相格子は、少なくとも３つの位相関数ｆ₁〜ｆ₃で構成され、これにより、個別の位相関数ｆ₁〜ｆ₃毎に、それぞれの回折波が発生し、これらの回折波が上述した出力波を形成する。位相関数ｆ₁〜ｆ₃毎に発生したこれらの回折波の各々が、位相格子ｆ_Gにおいて１次の回折次数で発生する。本願による複合符号化位相格子の特性は、後の好適な実施形態の詳細な説明において詳細に説明する。複合符号化位相格子の使用は、上記出力波が異なる強度を有するように上記回折光学素子を構成することを可能にする。このことは、この複合符号化位相格子内の個別の位相関数ｆ₁〜ｆ₃に異なる重みを割り当てることによって行うことができる。

好適例によれば、上記少なくとも３つの出力波の各々が、上記回折光学素子において同じ回折次数で発生する。特に、上記少なくとも３つの出力波の各々が、上記回折光学素子において、１次の回折次数で、特に＋１次の回折次数で発生する。本願で説明する複合符号化格子の場合、＋１次の回折次数の波動のみが上記出力波を形成する。上記出力波を１次の回折次数で発生する際には、平面または球面形状のような単純な幾何学的形状を有する較正波を発生することができる。こうした単純な幾何学的形状により、適切な較正物体を高精度で製造することができるので、正確な較正を達成することができる。

他の好適例によれば、上記出力波のそれぞれが、互いに対して配向された平均伝搬方向を有し、上記少なくとも２つの較正波の伝搬方向が、上記測定波の平均伝搬方向によって規定される軸線に対して、互いに非対称に配置され、即ち、互いに対称に配置されない。こうした非対称な配置により、上記測定波の位置における干渉光またはスプリアス光の発生を回避することができる。

他の好適例によれば、上記較正波の少なくとも１つが球面波である。本発明の他の好適例によれば、少なくとも２つ、あるいは少なくとも３つの較正波が球面波である。

本発明の好適例によれば、上記入力波が平面波または球面波であり、上記入力波が、上記回折光学素子との相互作用によって少なくとも４つの別個の出力波に変換され、上記出力波のうち少なくとも他の１つは、球形波面を有する較正波であり、上記出力波のうち少なくとも他の２つは、各々が平面または球面の波面を有する較正波である。上記回折光学素子の較正補正値は、上記３つの較正波を用いて決定される。

上述した本発明による好適例のいずれかにおいて、上記方法に関して以上及び以下に述べる特徴は、上述した本発明による好適例のいずれにおいても、本発明による回折光学素子に移行することができ、特に、入力波を少なくとも４つの別個の出力波に変換するように構成された回折光学素子に移行することができ、その逆も成り立つ。特に、本発明による回折光学素子は、上記４つの出力波を発生するように構成することができ、このことは、上記回折光学素子を、他の出力波を用いて較正補正値を決定する期間中と同様に入力波に対して配向させて、光学面と相互作用した後の上記非球面波の波面を測定することができるように行う。他の好適例によれば、上記回折光学素子が、上記４つの出力波を同時に発生するように構成され、特に、上記出力波の各々を１次の回折次数で発生するように構成されている。

さらに、本発明によれば、光学素子の光学面の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定する方法が提供される。１つの好適例では、本発明による方法が、次のステップ、即ち：平面または球面の入力波を発生するステップと、この入力波のビーム経路中に回折光学素子を配置するステップと、この回折光学素子との相互作用によって、この入力波を少なくとも４つの別個の出力波に変換するステップとを含み、これらの出力波のうち少なくとも１つは測定波であり、上記光学素子の光学面の意図した形状に適合し、非球形波面を有し、上記出力波のうち少なくとも他の１つは、球形波面を有する較正波であり、上記出力波のうち少なくとも他の２つは較正波であり、各々が平面または球面の波面を有する。さらに、本発明による方法によれば、上記較正波を用いて、上記回折光学素子の較正補正値を決定し、上記適合した測定波のビーム経路中で上記光学面を測定し、上記適合した測定波の波面を、上記光学面との相互作用後に測定する。さらに、上記較正補正値を用いて、測定した波面を補正する。このように、補正した波面を用いて、光学素子の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定することができる。

本発明による方法において用いる上記回折光学素子は、特に、上述した好適例の１つにより具体化することができる。本発明による１つの好適例によれば、上記較正補正値を決定するために、１つ以上の較正物体を上記較正波のビーム経路中に配置し、この較正物体との相互作用後に、上記較正波の干渉計測による評価を行う。

さらに、本発明によれば、光学素子を製造する方法が提供される。１つの好適例では、この方法は、５００mmより大きい直径を有する光学面を有する光学素子を製造するステップを含む。さらに、１つの回折光学素子のみを用いた干渉計測によって、この光学面の意図した形状に対する実際形状を、意図した形状からの実際形状の偏差が０．０５nmの精度で測定されるような精度で測定し、これらの偏差は、ｄ／１００〜ｄ／５の振動波長を有する振動に由来し、意図した形状は自由形状面であり、回転対称な非球面の各々から５μmより大きい偏差を有する。さらに、上記光学面は、上記干渉計測の結果に基づく当該光学面の機械的処理によって、意図した形状に適合させる。この場合、上記光学面を意図した形状に適合させることは、この干渉計測の測定精度の範囲内で行う。

光学面の実際形状干渉計測は、特に、本発明による好適例の１つにおいて上述した測定方法を実行することによって行うことができる。上記製造方法において用いられる上記回折光学素子は、特に、上述した好適例の１つにおいて具体化することができる。

さらに、本発明によれば、５００mmより大きい直径ｄを有する光学面が提供される、ここで、この光学面の実際形状は、意図した形状からの偏差が０．０５nm以下、特に０．０２nm以下であるように、意図した形状に適合し、この偏差は、ｄ／１００〜ｄ／５の振動波長を有する振動に由来する。ここで、上記意図した形状は自由面であり、回転対称な非球面の各々から５μmより大きい、特に１０μmより大きい偏差を有する。

一例として、上記光学素子はＥＵＶミラーとして具体化することができる。特に、意図した形状に最も良く合う回転対称の非球面からの、意図した形状の偏差は、５μmより大きく、特に１０μmより大きい。好適例によれば、上記光学面が１０００mmより大きい直径を有することができ、すべての振動が１mm〜５０mmの振動波長に関係することができる。

本発明による他の好適例によれば、上記意図した形状が、あらゆる球面から少なくとも１mmの偏差を有する。その結果、上記光学面は、大型または強度のある自由面になる。

他の好適例によれば、上記意図した形状からの実際形状の偏差が、上記光学面上のあらゆる点における、意図した形状からの実際形状の偏差の最大振幅によって定義される。

本発明による好適例の、上述した特徴及び他の特徴は共に、特許請求の範囲及び図面の説明において説明する。これら個別の特徴は、単独でも組合せでも、本発明の実施形態として実現することができる。さらに、これらの特徴は、独立して保護可能である有利な好適例を記述することができ、適切であれば、本願の係属中または係属後のみに、それらの保護を特許請求する。

以下の本発明による好適な実施形態の詳細な説明では、本発明の上記及び他の有利な特徴を、添付した概略的な図面を参照しながら説明する。

回折光学素子を有する干渉計測システムの断面図である。 第１実施形態において、回折光学素子で入力波を回折させることによって発生する出力波を、図１による断面図中に示す図である。 図２の出力波を方位空間内に示す図である。 図２による出力波のうち２つの、波動ベクトルどうしの角度関係を示す図である。 図２による、回折光学素子の回折構造パターンの組成を示す図である。 球形波面を有する出力波のうち１つを用いた、回折光学素子の較正を示す図である。 平面出力波を用いた、回折光学素子の他の較正を示す図である。 回折光学素子の他の実施形態で入力波を回折させることによって発生する出力波を、図１による断面図中に示す図である。 図８の出力波を方位空間内に示す図である。 図８による、回折光学素子の回折構造パターンの組成を示す図である。 図１による干渉計測システムにおいて、図９による回折光学素子を用いた際の回折効率及びコントラストを示す図である。 図８による回折光学素子の位相格子の一部分のサイズ比を、回折光学素子全体に対して示す図である。 図８の位相格子の格子線の波状形状を示す図である。 図１３の位相格子の格子線のうち１つを示す図である。 回折光学素子の他の実施形態において、回折を用いて発生した出力波を方位空間内に示す図である。 回折光学素子の他の実施形態において、回折を用いて発生した出力波を方位空間内に示す図である。 本発明による他の実施形態において、多レベル位相格子として具体化した回折光学素子の回折構造パターンを示す図である。 本発明により製造した光学素子の上面図である。 図１８の光学素子の断面図である。

本発明による好適な実施形態の詳細な説明
以下に説明する好適な実施形態では、機能的または構造的に互いに類似した要素には、できる限り同一または同様の符号を与える。従って、特定の好適な実施形態の個別要素の特徴を理解するためには、他の好適な実施形態、あるいは本発明の概要を参照すべきである。

説明を促進するために、図面中にはデカルトｘｙｚ座標系を示し、この座標系は、図面中に示す構成要素のそれぞれの位置関係を明らかにする。図１では、ｘ方向は、図面の平面に対して垂直に、図面に入るように延び、ｙ方向は上向きに延び、そしてｚ方向は右に向かって延びる。

図１は、本発明による一実施形態における干渉計測システムを示す。干渉計測システム１０は、光学素子１４の形態の試験物体の光学面１２の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定するのに適している。例として、光学素子１４は、光学レンズ素子またはミラーの形態で具体化することができる。図示する場合では、光学素子１４がＥＵＶリソグラフィー用の凹面鏡であり、即ち、マイクロリソグラフィー投影露光装置において、ＥＵＶ波長範囲内の露光波長で設計されている。ＥＵＶ波長範囲は、１００nm未満の波長に及び、特に、約１３．５nm及び／または約６．８nmの波長に関係する。光学素子１４は、図面中には図示しないホルダを用いて、計測システム１０内に組み立てられる。発明の概要においてより詳細に説明したように、光学面１２の意図した非球面の形状は、回転対称の非球面、あるいは自由面の形状を有することができる。

干渉計測システム１０は、干渉計１６を具え、干渉計１６は、光源１８、ビームスプリッタ３４、及び干渉計カメラ４５を具えている。光源１８は、照射２０を発生し、この目的で、ヘリウムネオンレーザーのようなレーザー２１を具えて、レーザービーム２２を発生する。照射２０は、干渉計測を実行するのに十分なコヒーレント光を発生する。ヘリウムネオンレーザーの場合、照射２０の波長は約６３３nmである。しかし、照射２０の波長は、電磁放射の可視及非可視の波長範囲内で異なる波長を有することもできる。

レーザービーム２２は、フォーカスレンズ素子２４によって、コヒーレント光の発散ビームが開口から出るように、絞り２６上に焦点を結ぶ。発散ビーム２８の波面はほぼ球面である。発散ビーム２８は、レンズ素子群３０によってコリメート（視準合わせ）され、その結果、本実施形態の場合、ほぼ平面の波面によって照射２０が発生する。照射２０は、干渉計１６の光軸に沿って伝搬して、ビームスプリッタ３４を通過する。

その直後に、照射２０は、フィゾー（Fizeau）領域３８を有するフィゾー素子３６上に入射する。照射２０の一部は、フィゾー領域３８で反射して反射波４０になる。フィゾー素子３６を通過した照射２０の光は、平面の波面４４を有する入力波４２として、光軸３２に沿って伝搬して、回折光学素子５０に入射する。計測システム１０の他の実施形態では、入力波４２の波面を球面にすることもできる。

照射２０の波長に関連して、回折光学素子５０は、透過基板５２、及び基板５２上に配置された、コンピュータ発生ホログラム（ＣＧＨ）の形態の回折構造パターン５４を具えている。

第１実施形態では、図２に示すように、構造パターン５４は、入力波４２が、構造パターン５４における回折によって、非球面出力波５６、球面出力波５８、及び平面出力波６０に変換されるように構成されている。以下で明らかにするように、この球面出力波及び平面出力波６０は、較正波として機能する。

出力波５６は、図１にもプロットし、光学素子１４の光学面１２の実際形状を測定するための測定波として機能する。この目的のために、出力波５６は、光学面１２の意図した形状に適合する波面を有する。従って、出力波５６は適合測定波とも称する。上述したように、出力波５６は非球面であり、従って、回転対称の非球形波面、あるいは自由形状面の形態の波面を有する。明細書の概要部分で既に説明したように、本願における意味での自由形状面は回転対称でない。

図４に、入力波４２の波動ベクトルｋ_i(in)、球面出力波５８の波動ベクトルｋ_i(S)、及び非球面出力波５６の波動ベクトルｋ_i(A)を、回折構造パターン５４上の空間座標ｉ(x, y)において、２つの断面図で示し、その１つの(a)ではｙｚ断面内に示し、(b)ではｘｙ断面内に示す。ここで、回折構造パターン５４はｘｙ平面内に配置されている。差分ベクトル[ｋ_i(A)−ｋ_i(in)]と差分ベクトル[ｋ_i(S)−ｋ_i(in)]との間の角度を、角度α_iと称する。(a)にプロットした角度α_i ^xzは、α_iのｘｚ平面上への射影であり、(b)にプロットした角度α_i ^xyは、α_iのｘｙ平面上への射影である。

角度α_i ^xy、即ちｘｙ平面上に射影した角度α_iの絶対値の、回折構造パターン５４の空間座標ｉ(x, y)全体にわたる平均値を、角度ωと称する。一実施形態によれば、角度ωが５°より大きい。従って、次式が適用される：

ここで、Ｎは、平均値を求める点ｉの数を表す。他の実施形態によれば、ωが１０°より大きいか、１５°より大きい。

図５に示すように、図２による構造パターン５４は、複合符号化位相格子ｆ_Gを具え、複合符号化位相格子ｆ_Gは、種々の位相関数ｆ₁からｆ₄を含んで、種々の位相関数ｆ₁〜ｆ₄の個別のもの毎に、それぞれの回折波が発生する。図５に示す例示は、関数ｆ₁〜ｆ₄の輪郭線を示す。これらの位相関数の輪郭線が、それぞれの回折格子の格子線に相当する。図５に示すｆ_Gの例示は、図２による構造パターン５４を大きく拡大した部分を示す。換言すれば、複合符号化位相格子ｆ_Gは、位相関数ｆ₁〜ｆ₄によって規定される回折格子の各々によって、１次の回折次数の互いに独立した対応する回折波が発生する効果を、入力波４２に対して有する。この複合符号化位相格子ｆ_Gは、個別の位相関数ｆ₁〜ｆ₄が一点に重なったいくつかのＣＧＨであるものと想像することができる。こうした関数の重ね合わせは、演算Ｓ＝Ｗ₁×exp(ｉ×ｆ₁)＋Ｗ₂×exp(ｉ×ｆ₂)＋Ｗ₃×exp(ｉ×ｆ₃)＋Ｗ₄×exp(ｉ×ｆ₄)に相当する。個別の寄与分の強さは、重みＷ₁〜Ｗ₄によって設定される。ｉは虚数単位である。本発明による一実施形態によれば、バイナリ位相格子、即ちｆ_G＝０またはπを用いて、複合符号化位相格子ｆ_Gを実現する。

上記バイナリ位相格子には、次式が当てはまる：Re{Ｓ}＞０ならばｆ_G＝πであり、さもなければｆ_G＝０である。本発明の他の実施形態によれば、連続位相格子を用いて、複合符号化位相格子ｆ_Gを実現する。この場合、次式が当てはまる：
個別の位相関数ｆ₁、ｆ₂、ｆ₃及びｆ₄の回折効率は異なる大きさを有し；本実施形態では、位相関数ｆ₁及びｆ₂の各々が、３５％の重みＷ₁またはＷ₂付きで含まれ、位相関数ｆ₃及びｆ₄の各々が、１５％の重みＷ₃またはＷ₄付きで含まれる。

図５による位相格子ｆ_Gの位相関数ｆ₁は、非球面出力波５６を発生する。位相格子ｆ_Gの位相関数ｆ₂は、球面出力波５８を発生する。位相関数ｆ₁及びｆ₂に対応する格子周期は、図２による回折構造パターン５４全体にわたって空間的に変化する。

位相格子ｆ_Gの他の位相関数ｆ₃及びｆ₄は、位相波（Ｐ）を発生するための直線格子であり、それぞれ＋１次及び−１次の回折次数である。従って、位相関数ｆ₃は、入力波４２に対して＋／−ｙ方向に偏向された平面出力波を発生するためのｙ直線格子として構成される。図２にプロットした平面出力波６０_y ⁺¹及び６０_y ^-1は、＋１次及び−１次の回折次数のｙ直線格子によって発生した波動である。位相関数ｆ₄によって形成されるｘ直線格子によって発生する平面出力波６０_x ⁺¹及び６０_x ^-1は、図２において選択した断面に起因して図２では見ることができないが、その代わりに図３に示す。

図３に、上記出力波を、図２による回折構造パターン５４の中心によって生成される有向空間内に示す。有向空間内のｘ及びｙ座標は、伝搬方向のベクトルのｘ及びｙ座標であり、１に正規化されている。次式が当てはまる：−１≦ｘ≦１、−１≦ｙ≦１、かつｘ²＋ｙ²≦１。

出力波６０_y ⁺¹及び６０_y ^-1は、非球面出力波５６に対して＋ｙ及び−ｙ方向にオフセットし、出力波６０_x ⁺¹及び６０_x ^-1は、非球面出力波５６に対して−ｙ方向及び＋ｘまたは−ｘ方向にオフセットしている。出力波６０_x ⁺¹及び６０_x ^-1は同様な平面波であり、＋１次及び−１次の回折次数のｘ直線格子として構成された位相関数ｆ₄によって発生する。球面出力波５８の伝搬方向は、非球面出力波５６の伝搬方向に比べて、＋ｘ及び＋ｙ方向に傾斜している。

図１に示すように、非球面出力波５６のビーム経路中に配置された光学素子１４を測定する前に、計測システム１０を最初に較正モードで動作させる。このモードでは、最初に、光学素子１４の代わりに較正球面６２を、回折光学素子５０に対して出力波側に配置し、正確には、図６に示すように球面出力波５８のビーム経路中に配置する。

球面出力波５８は較正球面６２に入射し、較正球面６２の形状は事前に明確に決定されている。この明確な決定は、例えば、当業者に知られているシアリング（せん断）技術を用いるか、同様の既知の三点試験を用いて行うことができる。

較正球面６２における反射後に、球面出力波５８は回折光学素子５０を通過し、干渉計カメラ４５のレンズ系４６によって、干渉計カメラ４５のカメラチップ４８の検出領域４７上に指向される。参照波４０との重ね合わせによって、干渉パターンが検出領域４７上に発生し、この干渉パターンから、球面出力波５８の、意図した理想的な球面波の形の波面からの偏差が、評価装置４９を用いて測定される。従って、出力波５８の実際波面は、較正球面６２を用いて明確に測定される。球面出力波５８の、意図した波面からの偏差は、較正偏差Ｋ１として記憶される。

その直後に、上記較正球面を、回折光学素子５０の出力波側ビーム経路から再び除去して、その代わりに、図７に示すように、平面鏡６４を、平面出力波６０_y ⁺¹、６０_y ^-1、６０_x ⁺¹、及び６０_x ^-1のそれぞれのビーム経路中に順次配置し、出力波６０_y ⁺¹については図７の(a)に、出力波６０_y ^-1については(b)に示す。各場合において、平面鏡６４は、適切な出力波６０_y ⁺¹、６０_y ^-1、６０_x ⁺¹または６０_x ^-1が当該平面鏡上で反射して、入力波４２のビーム経路中の回折光学素子５０を通過した後に、計測システム１０の干渉計１６に戻り、カメラチップ４８の検出領域４７上で参照波４０と干渉するように配置されている。

カメラチップ４８は、２つの出力波６０_y ⁺¹及び６０_y ^-1毎に、それぞれの干渉パターンを記録する。以上に説明したように、２つの出力波６０_y ⁺¹及び６０_y ^-1は、位相関数ｆ₃によって形成されるｙ直線格子における＋１次及び−１次の回折によって発生する。２つの出力波６０_y ⁺¹と６０_y ^-1を評価装置４９内で互いに組み合わせて、その結果、位相関数ｆ₃の歪みのｘ座標が、回折光学素子５０上の回折構造パターン５４の領域全体にわたって確立される。一実施形態によれば、この場合に、これら２つの干渉パターンの差を求める。

２つの出力波６０_x ⁺¹及び６０_x ^-1についても、同じ評価が生じる。その結果、回折構造パターン５４の領域全体にわたる位相関数ｆ₄の歪みのｙ座標が、回折光学素子５０上に確立される。その直後に、こうして得られた歪みの座標から、回折構造パターン５４全体の歪みのｘ座標及びｙ座標を推定する。この歪みベクトル場を、追加的な較正偏差Ｋ２として記憶して、球面出力波５８及び非球面出力波５６を補正するために役立てる。

さらに、出力波６０_y ⁺¹と６０_y ^-1、及び出力波６０_x ⁺¹と６０_x ^-1、及び球面出力波５８の干渉パターンを、例えば合計することによって互いに組み合わせることができ、従って、この組合せを用いて回折光学素子５０の、回折構造パターン５４を有する基板表面の形状または外形の偏差を確立することができるようにする。このように確立した形状及び外形の偏差は、追加的な較正偏差Ｋ２として記憶することもできる。

最後に、光学素子１４の光学面１２を、計測システム１０を用いて測定する。この目的のために、光学素子１４の形態の試験物体を、図１に示すように、非球面出力波５６のビーム経路中に配置して、非球面出力波５６が、オートコリメート（自動視準化）状態で光学面１２上に入射して、この光学面上で反射するようにする。直後に、この反射波は、回折光学素子５０を通って、戻り測定波６６として干渉計１６に戻る。戻り測定波６６は、検出面４７上で参照波４０と干渉し、これによりインターフェログラムが発生する。このインターフェログラムを、評価装置４９を用いて評価し、この評価を用いて、光学面１２の実際形状の、意図した形状からの偏差を確立する。この評価中には、以前に確立したすべての較正偏差を考慮に入れる。

較正偏差Ｋ１及びＫ２を用いて、上記方法は、基板５０の基板誤差、及び回折構造パターン５４の歪みの結果としての誤差を除外することを可能にする。さらに、較正偏差Ｋ３を用いて、上記方法は、回折構造パターン５４の形状または外形の歪みの誤差を低減することを可能にする。

図８〜１２に、図１の計測システム１０内で使用される回折光学素子５０の他の実施形態を示す。図８に示すように、回折光学素子５０の回折構造パターン５４は、構造パターン５４における回折によって、入力波４２が、非球面出力波５６に加えて、さらに３つの球面出力波７０、７２及び７４に変換されるように構成され、これらの出力波も、図２の回折構造パターンによって発生する。

図９に、出力波５６、７０、７２及び７４を有向空間内に示す。こうした照射から、球面出力波７０、７２及び７４が非球面出力波５６の周りに配置されるものと推論することができる。ここでは、球面出力波７０、７２及び７４が三角形を形成する。非球面出力波５６の方向ベクトルが、この三角形内に存在することが有利である。

図１０に、図８による構造パターン５４の複合符号化位相格子ｆ_Gの組成を示す。図５のように、位相格子ｆ_Gの図１０に表示する部分は、対応する構造パターン５４を大きく拡大した部分である。図示するものはすべて、５０μmのエッジ長を有する正方形部分である。図１２に示すように、一実施形態による回折光学素子５０は、５００mmのエッジ長を有する正方形基板５２上に配置されている。この実施形態では、回折構造パターン５４が円形であり、基板５２の大半をカバーする。

図１０に示すように、図８による構造パターン５４の複合符号化位相格子ｆ_Gは、個別の関数ｆ₁〜ｆ₄を含む。入力波４２が回折光学素子５０上に放射されると、個々の位相関数ｆ₁〜ｆ₄毎に、適切な回折によって別個の出力波が発生する。

非球面出力波５６の波面は、測定される光学素子１４の光学面１２の意図した形状に適合し、非球面出力波５６は位相関数ｆ₁において発生する。非球面出力波５６は測定波として機能する。非球面出力波７０は位相関数ｆ₂において発生し、球面出力波７２は位相関数ｆ₃において発生し、球面出力波７４は位相関数ｆ₄において発生する。４０％の重みにより、位相関数ｆ₁は残りの位相関数ｆ₂〜ｆ₄の２倍の強さに重み付けされ、ｆ₂〜ｆ₄の各々の重みは２０％である。３つの球面出力波７０、７２、及び７４も較正波と称することができる。

適切な図面では、図１１に、第１に、図８による回折光学素子５０の、単一回の通過中の回折効率Ｅを示し、第２に、回折光学素子５０を２回通過する間の、干渉計測システムのカメラチップ４８によって記録された干渉パターンのコントラストＣを、第１に、非球面出力波５６（ＦＦ）について、第２に、球面出力波７０、７２及び７４（ＳＰ１、ＳＰ２及びＳＰ３）について示す。これらの図では、対応する回折効率またはコントラストを、非球面出力波５６（ＦＦ）を発生する位相関数ｆ₁の重みに応じてプロットしている。これらの図は、フィゾー素子３６が０．４％を反射し、非球面領域の光学面１２が４％を反射し、球面出力波７０、７２及び７４の各々に適合した較正球面の光学面が８０％を反射する実施形態に関するものである。これらの図より、図１０によるｆ₁の重み４０％の場合、このことが、単一回の通過において、２５％よりわずかに小さい回折効率を生じさせつつ、コントラストは９０％をわずかに超えることが明らかになる。従って、球面出力波７０、７２及び７４のコントラストは、ほぼ８５％になる。

図２による回折光学素子５０を用いた光学素子１４の光学面１２の測定と同様に、図８による回折光学素子５０を用いる際に、計測システム１０は最初に較正モードで動作する。この目的のために、球面出力波７０、７２及び７４に適合した較正球面を、出力波７０、７２及び７４のそれぞれのビーム経路中に対応する順に配置し、各々の出力波を干渉計測法によって測定する。この干渉計測の結果を、球面出力波７０、７２及び７４毎の較正測定データとして評価装置４９内に記憶する。

これに続く、非球面出力波５６を用いた、光学素子１４の形態の試験物体の光学面１２の測定では、これにより得られた測定データを、評価装置４９によって、記憶している較正測定データを考慮に入れて評価する。球面出力波７０、７２及び７４の測定中に得られた較正測定データを考慮に入れているので、光学面１２の測定結果において、回折光学素子５０の製造誤差を補正することができ、その結果、光学面１２の形状を高精度で測定することができる。ここで補正することができる製造誤差は、回折構造パターン５４を有する回折光学素子５０の基板表面の形状または外形の偏差、及び回折構造パターン５４における歪み効果を含む。

従って、回折構造パターン５４の歪み誤差の明示的な測定を省略することができる。３つの球面波を用いた光学面１２の形状測定値を構成する選択肢は、より良好な誤差量を達成することを可能にする。特に、このことは、回折構造パターン５４の形状または外形の偏差が、球面出力波７０、７２及び７４及び非球面出力波５６において、非常に類似した偏差を生成することに起因する。従って、これらの形状または外形の偏差は、その大部分を補正することができる。

図８による実施形態では、回折構造パターン５４によって形成される回折格子は、１mmのエッジ長を有する回折格子の正方形の測定領域内で、５０μmのエッジ長を有する任意の正方形の部分領域にわたって平均した格子線のストライプ密度が、１ミリメートル当たり２０ライン未満の幅に及ぶ変化を有するように構成されている。

一例として、以下で図１２を参照して説明するように、格子線のストライプ密度の変化を確立することができる。回折構造パターン５４は、回折光学素子５０の基板５２上に配置され、一実施形態によれば、回折構造パターン５４が、約５００mmの直径を有する円形形状を有して、各々が１mmの辺長を有する個別の正方形領域ＭＦに再分割される。さらに、測定領域ＭＦは、それぞれが５０μmの辺長を有する個々の正方形部分領域ＴＦに再分割される。

正方形部分領域ＴＦ内では、各格子線ＧＬに沿った測定点ｉにおいて、それぞれの周期距離ｄ_iが確立され、これらの測定点の各々は１μmだけ分離されている。周期距離ｄ_iは、測定点ｉにおける格子線ＧＬの幅と、一辺が隣の格子線に隣接する、隣の格子線までの空間の幅との合計より生じる。その逆数を求めることによって、測定した周期距離ｄ_iをストライプ密度値Ｄ_iに変換する。こうして得られたストライプ密度Ｄ_iの値を、関係する部分領域ＴＦ内のすべての格子線ＧＬのすべての測定点ｉにわたって平均する。

このことは、正方形の測定領域ＭＦ内のすべての部分領域ＴＦについて行い、即ち、４００個の部分領域について行う。従って、測定領域ＭＦ内のすべての部分領域ＴＦについて、平均ストライプ密度Ｄ_Mが測定される。上記の仕様によれば、個々の部分領域ＴＦについての、平均ストライプ密度Ｄ_Mの変化は、１ミリメートル当たり２０ライン未満の幅を有する。その結果、測定領域ＭＦ内の種々の部分領域ＴＦについて確立した平均ストライプ密度Ｄ_Mは、１ミリメートル当たり２０線対未満だけ変化する。一例として、すべての部分領域ＴＦにわたる平均ストライプ密度Ｄ_Mが１ミリメートル当たり２００ラインであれば、上述した仕様によれば、このストライプ密度は、最大でも１ミリメートル当たり１９０〜２１０ラインの範囲内で変化する。

図１３及び１４に、図８による実施形態における回折構造パターン５４の他の特性を示す。ここで、図１３は、回折構造パターン５４によって形成される回折格子の、５０μmの辺長を有する正方形部分を示し、図１４は、図１３からの、格子線ＧＬのうち１本が含まれる部分Ａを示す。

図１３に示す回折格子は、平均周期距離ｐを有し、平均周期距離ｐは、隣接する格子線ＧＬ間の中心間距離の各々を、回折格子全体にわたって平均することによって定まる。図１２を参照して上述したように確立した周期距離ｄ_iを平均することによって、平均周期距離を測定することもできる。

格子線ＧＬは波状の形態を有し、より正確には、格子線の波状の平均周期λが、回折格子の平均周期距離の３倍〜２０倍の領域内に入るようにする。さらに、格子線ＧＬは、それらの長手方向を横切る方向に、幅Δにわたる変化を有し、幅Δは、回折格子の平均周期距離ｐの０．１倍〜３倍の領域内に入る。

図１４に示すように、幅Δは、対応する格子線ＧＬのエッジ境界を直線の境界線７６によって近似し、波状のピーク及び波状の谷における当該格子線ＧＬの偏位を、対応する近似境界線７６に対して測定することによって測定することもできる。これらの偏位の合計、即ち、波状のピークにおける偏位δ１と波状の谷における偏位δ２との合計が、変化の幅Δになる。しかし、幅Δは、補助直線７８を、一方の側から、この格子線に隣接するまで、この格子線に向かって押すことによって測定することもできる。同様に、格子線ＧＬのエッジ境界と補助直線７８との間の最大距離が、幅Δに相当する。

図１５及び１６に、回折ストライプパターン５４の他の実施形態によって発生する出力波の描写を、有向空間内に示す。両実施形態では、中央に配置され、測定波として機能する非球面出力波５６に加えて、較正波として機能するさらに４つの別個の出力波７０、７２、７４及び８０が、入力波４２から、ストライプパターン５４における回折によって発生する。ここで、球面出力波７０、７２、７４及び８０は、非球面出力波の周りに対称に存在しないように配置され、即ち、有向空間内に図示する平面内で、それぞれの点を非球面出力波５６に対して鏡像化することによって規定される、それぞれの反対「空間」が自由なままである。換言すれば、球面出力波７０、７２、７４及び８０のそれぞれの平均伝搬方向を２つずつ対にした各々が、非球面出力波５６の平均伝搬方向によって規定される軸線に対して対称に配置されない。

図１５による実施形態では、球面出力波８０及び７０が、有向空間内に図示する平面内で、非球面出力波５６の伝搬方向を横切る向きに配置された対称軸について、球面出力波７２及び７４と対称に配置される。図１６による実施形態では、こうした対称性は失われているが、球面出力波７０及び７４、並びに７２及び７６の各々が、有向空間内に図示する平面内で、非球面出力波５６を通って延びる直線上に配置されている。

４つの球面出力波の使用は、３つの球面出力波のみの使用に比べて、光学素子１４の光学面１２の形状測定値の較正中に、追加的な自由度に起因する格子欠陥に対する感度を最小にする構成を見出すことを可能にする。

上述した実施形態の１つにおける回折光学素子５０の一変形例によれば、図１７に示すように、回折構造パターン５４が、図１０の位相パターンｆ_Gの例を用いた多レベル位相格子として具体化される。当業者が良く知っているように、多レベル位相格子とは、最高レベルと最低レベルとの間に少なくとも１つの中間レベルを有する位相格子を意味するものと理解すべきである。従って、こうした位相格子は少なくとも３つのレベルを有し、図１７に示す実施形態では４つのレベルが設けられている。多レベル位相格子の使用は、複合符号化によって生じる回折効率の損失を部分的に補償するか、さらには過度に補償することを可能にする。

図１８及び１９に、本発明により製造される光学素子１４の実施形態を、レンズ素子またはミラーの形態で、特にＥＵＶ投影露光装置用のミラーの形態で示す。光学素子１４は、自由形状面として形成された光学面１２を有する。製造中に、光学素子１４の光学面１２は、最初に、意図した自由形状面の形態の所定形状を、製造精度に応じて近似するように作製する。直後に、近似面１２を、本発明による実施形態の１つにおける回折光学素子５０を用いた干渉計測システム１０を用いて測定し、従って、この表面の、意図した形状からの偏差を高精度で測定する。測定結果に基づいて、表面１２が以下に指定する仕様を有するように、この表面の適切な点をさらに処理する。

光学素子１４を上面図で示す図１８では、略円形である光学面１２の直径ｄを識別することができる。図示する実施形態では、直径ｄが約６００mmである。図１９に、光学素子１４の軸８０に沿った、この光学素子の概略断面図を示す。軸８０は、の光学面１２の意図した形状８４に最も良く合う回転対称の非球面８２の回転軸であり、図面中ではｚ方向に配置されている。既に上述したように、意図した形状８４は、自由形状面の形態を有し、従って回転対称ではない。図１９に示す光学面１２の、意図した形状８４からの偏差を大きな倍率で示し、例示目的で概略的に示す。

本実施形態では、意図した形状８４の、最も良く合う回転対称な非球面からの最大偏差Δが約６μmであり、従って５μmより大きい。光学面１２の実際形状の、意図した形状８４からの偏差は、２次元偏差Ｄ(x, y)によって記述され、ここに、ｘ及びｙは光学面１２上の座標を表す。偏差Ｄ(x, y)は、ｄ／１００、即ち約５mm〜ｄ／５、即ち約１００mmの振動波長を有する振動に由来し、最大でも０．０５nmである。

偏差Ｄ(x, y)を、フーリエ変換を用いて実空間から周波数空間に変換すれば、関数ｄ(v)が得られ、ここにｖは周波数を表す。従って、上記に指定した振動波長の境界値に相当する周波数間の領域内では、関数ｄ(v)の振幅は最大でも０．０５nmである。

参照符号のリスト
１０ 干渉計測システム
１２ 光学面
１４ 光学素子
１６ 干渉計
１８ 光源
２０ 照明放射
２１ レーザー
２２ レーザービーム
２４ フォーカスレンズ
２６ 止め具
２８ 発散ビーム
３０ レンズ素子グループ
３２ 光軸
３４ ビームスプリッタ
３６ フィゾー素子
３８ フィゾー領域
４０ 参照波
４２ 入力波
４４ 平面波面
４５ 干渉計カメラ
４６ レンズ系
４７ 検出領域
４８ カメラチップ
４９ 評価装置
５０ 回折光学素子
５２ 基板
５４ 回折構造パターン
５６ 非球面出力波
５８ 球面出力波
６０_x ⁺¹ 平面出力波
６０_x ^-1 平面出力波
６０_y ⁺¹ 平面出力波
６０_y ^-1 平面出力波
６２ 較正球
６４ 平面鏡
６６ 戻り測定波
７０ 球面出力波
７２ 球面出力波
７４ 球面出力波
７６ 近似境界直線
８０ 回転軸
８２ 最も良く合う回転対称非球面
８４ 意図した形状

Claims (6)

1. 光学素子の光学面の実際形状の、意図した形状からの偏差を測定する方法であって、
   入力波を発生するステップと、
   前記入力波のビーム経路中に回折光学素子を配置し、前記入力波を、前記回折光学素子との相互作用によって、少なくとも３つの別個の出力波に変換するステップであって、前記出力波のうち１つは測定波であり、前記光学面の前記意図した形状に適合し、非球形波面を有し、前記出力波のうち少なくとも他の２つは較正波であるステップと、
   前記少なくとも２つの較正波の各々を用いて、前記回折光学素子の較正補正値を決定するステップと、
   前記光学面を、前記適合した測定波のビーム経路中に配置し、前記測定波の波面を、前記光学面との相互作用後に測定するステップであって、前記適合した測定波の波面を、前記較正補正値を決定するステップ中と同様に前記入力波に対して配向された前記回折素子を用いて測定するステップと、
   前記決定した較正補正値を用いて、前記測定した波面を補正するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記回折光学素子が、複合符号化位相格子を具えていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記少なくとも３つの出力波の各々を、前記回折光学素子において、１次の回折次数で発生することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記出力波の各々が、当該出力波の異なる伝搬方向を強度で重み付け平均して出る伝搬方向である平均伝搬方向を有し、前記出力波の前記平均伝搬方向は、前記少なくとも２つの較正波が、前記測定波の前記平均伝搬方向によって規定される軸線に対して互いに非対称に配置されるように、互いに対して配向されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 前記較正波のうち少なくとも１つが球面波であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 光学素子を製造する方法であって、
   ５００mmより大きい直径ｄを有する光学面を有する前記光学素子を製造するステップと、
   １つの回折光学素子のみを用いた請求項１に記載の方法によって、前記光学面の意図した形状に対する当該光学面の実際形状を、前記意図した形状からの前記実際形状の偏差が０．０５nmの精度で測定されるような精度で測定するステップであって、前記偏差は、ｄ／１００〜ｄ／５の振動波長を有する振動に由来し、前記意図した形状は自由形状面であり、回転対称な非球面の各々から５μmより大きい偏差を有するステップと、
   前記干渉計測の結果に基づいて、前記光学面を機械的に処理することによって、前記光学面を前記意図した形状に適合させるステップと
   を含むことを特徴とする方法。