KR20090122886A - 측정방법, 측정장치 및 광학계의 제조방법 - Google Patents

측정방법, 측정장치 및 광학계의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 참조면을 가진 광학계와 검출면을 가진 검출부를 포함하고, 상기 광학계에 의해 상기 검출면 위에 형성된 측정 대상체 및 기준면 중 한쪽으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출하는 측정장치를 이용해서, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정방법을 제공한다.

Description

측정방법, 측정장치 및 광학계의 제조방법{MEASUREMENT METHOD, MEASUREMENT APPARATUS, AND METHOD OF MANUFACTURING OPTICAL SYSTEM}
본 발명은 측정방법, 측정장치 및 광학계의 제조방법에 관한 것이다.
광학계의 투과파면 또는 반사파면(광학 특성)을 측정할 때에, 종래부터 간섭계가 이용되고 있다. 간섭계는, 광학계의 파면을 고정밀도로 측정하는 것이 가능하기 때문에, 파면 수차를 엄밀하게 관리할 필요가 있는 광학계의 파면의 측정에 매우 적합하다. 특히, 포토리소그라피 기술을 이용해서 미세패턴화된 반도체 디바이스를 제조하는 노광장치의 투영 광학계는 서브나노미터 차수로 파면 수차를 관리하는 것이 요구되고 있기 때문에, 이러한 광학계에서는 간섭계를 이용한 파면 측정이 중요해진다.
또, 근래에는, 노광광이 단파장화하고 있기 때문에, 노광장치의 투영 광학계에는, 파면 수차만이 아니고, 광학계의 굴절면 및 반사면의 표면 조도(면형상 오차)나 광학계의 광학 재료의 내부 굴절률 분포에 기인해서 발생하는 플레어(의 영향)도 관리하는 것이 요구되고 있다. 단, 플레어는, 투영 광학계를 구성하는 광학 소자의 면형상 오차 및 내부 굴절률 분포 가운데, 특히, 높은 공간 주파수의 미세 한 파동 성분에 기인해서 발생한다. 따라서, 이러한 플레어를 저감시키기 위해서는, 투영 광학계를 구성하는 광학 소자의 면형상 오차나 내부 굴절률 분포를 높은 공간 주파수 성분까지 고정밀도로 측정하는 것이 필요하다.
간섭계를 이용해서 광학 소자의 면형상 오차나 광학계의 투과 파면을 높은 공간 주파수의 미세한 파동 성분까지 고정밀도로 측정 및 평가하기 위해서는, 간섭계(그의 광학계)에 고유한 파면 오차(소위 시스템 오류)와 측정 대상면의 형상 오차를 분리시키는 것이 중요하다.
시스템 오류와 측정 대상면의 형상 오차를 분리하는 방법에 관해서는, 일본국 공개 특허 평5-223537호 공보에 제안되어 있다. 예를 들어, 측정 대상면의 측정 영역을 랜덤하게 변위시켜 파면을 여러 차례 측정하는 파면 평균화법이 제안되어 있다. 또, 간섭계의 광축에 대해서 측정 대상면을 회전 및 시프트시킨 상태로 파면을 측정해서 회전 비대칭 성분과 회전 대칭 성분을 별도로 산출하는 방법(이하, 「회전/시프트법」이라 칭함)도 제안되어 있다.
간섭계를 이용해서 측정되는 파면 중 높은 공간 주파수의 미세한 파동 성분에 주목했을 경우, 그의 위상 진폭은 간섭계에 사용되는 광원의 파장과 비교해서 충분히 작다. 이와 관련해서, 간섭계에 고유한 파면 오차의 높은 공간 주파수의 파동 성분은, 측정 대상면의 형상에 따라 간섭계(그의 광학계)를 개재시킨 공액 관계가 변화하기 때문에, 검출부에 의해 검출되는 위상 진폭의 양이 변화한다. 예를 들어, 피조형 간섭계(Fizeau interferometer)의 경우, 피조면과 측정 대상면과의 사이의 거리가 변화하면, 즉, 개별의 측정 대상면 간에 곡률 반경이 다르면, 피조 면으로부터 검출부까지의 광로 길이도 변화한다. 그 결과, 이러한 광로 길이의 변화에 따라서 다른 위상 진폭(위상 진폭 특성)이 검출되어 버린다.
따라서, 간섭계에 고유한 파면 오차를 높은 공간 주파수의 파동 성분까지 고정밀도로 분리하기 위해서는, 측정 대상면(그의 형상)이 바뀔 때마다, 측정 대상면과 같은 곡률 반경을 가지는 기준면(또는 측정 대상면)을 이용해서 파면 평균화법이나 회전/시프트법을 수행할 필요가 있다.
그러나, 파면 평균화법에서는, 평균화할 복수개의 파면(파면 데이터)이 랜덤할 필요가 있지만, 측정 대상면마다 이러한 파면 변동과 견줄만한 참조면을 제조하는 것은 현실적으로는 매우 곤란하고, 측정 대상면의 형상이 제한되어 버린다. 또, 그러한 참조면을 제조할 수 있었다고 해도, 요구되는 교정 정밀도(즉, 시스템 오류를 분리하는 정밀도)에 비례해서 평균화 횟수를 증가시켜야만 하기 때문에, 측정 시간이 상당히 길어져 버린다고 하는 문제가 있다.
또한, 파면 평균화법과 회전/시프트법은 모두 각종 크기 및 형상(예컨대, 회전 대칭 형상이나 회전 비대칭 형상)을 지닌 측정 대상면을 간섭계의 광축에 대해서 구동시키는 구동 기구가 필요하다. 이러한 구동 기구는 예를 들어 구동 오차에 기인하는 형상 오차나 자세 변화에 따른 중력 변형 등을 측정 대상면마다 최적화할 필요가 있어, 장치 구성의 복잡화 및 장치 비용의 증대를 초래한다.
본 발명은 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면(light beam wavefront)을 고정밀도(예를 들어, 고공간 주파수의 파동 성분까지)로 단시간에 측정할 수 있는 측정방법 및 측정장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 참조면을 가진 광학계와 검출면을 가진 검출부를 포함하고, 상기 광학계에 의해 상기 검출면 위에 형성된 측정 대상체 및 기준면 중 한쪽으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출하는 측정장치를 이용해서, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정방법에 있어서, 상기 기준면을 배치해서, 해당 기준면으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 광학계에 기인하는 파면 오차를 측정하는 제1측정스텝; 상기 측정 대상체를 배치해서, 해당 측정 대상체로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 제2측정스텝; 상기 기준면으로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 기준면과 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제1위상전달특성을 산출하는 제1산출스텝; 상기 측정 대상체로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 측정 대상체와 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제2위상전달특성을 산출하는 제2산출스텝; 상기 제1측정스텝에서 측정된 상기 파면 오차를 푸리에-변환해서 제1파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제3산출스텝; 상기 제2측정스텝에서 측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 푸리에-변환해서 제2파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제4산출스텝; 상기 제1산출스텝에서 산출된 상기 제1위상전달특성 및 상기 제3산출스텝에서 산출된 상기 제1파워 스펙트럼 밀도에 의거해서, 상기 제1측정스텝에 있어서의 상기 광학계에 기인하는 파면 오차의 기준 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제5산출스텝; 상기 제5산출스텝에서 산출된 상기 기준 파워 스펙트럼 밀도 및 상기 제2산출스텝에서 산출된 상기 제2위상전달특성에 의거해서, 상기 제2측정 스텝에 있어서의 상기 광학계에 기인하는 파면 오차의 제3파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제6산출스텝; 및 상기 제4산출스텝에서 산출된 상기 제2파워 스펙트럼 밀도로부터 상기 제6산출 스텝에서 산출된 상기 제3파워 스펙트럼 밀도를 분리함으로써, 상기 제2측정 스텝에서 측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 보정하는 보정스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정방법이 제공된다.
본 발명의 추가의 특징은 첨부 도면을 참조한 이하의 예시적인 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
이하, 첨부 도면을 참조해서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 또, 각 도면에 있어서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 그에 대한 중복되는 설명은 생략한다.
제1실시형태
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 측정장치(1)를 나타낸 개략도이다. 측정장치(1)는 측정 대상체(측정 대상면)에 의해 형성되는 광속 파면(이하, 이 파면을 「측정 대상체의 파면」이라 칭함), 즉, 측정 대상체의 형상(면형상)을 측정한다.
측정장치(1)는 기본적으로는 피조형 간섭계의 구성을 지닌다. 보다 구체적으로는, 측정장치(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 광원(10), 투광계(20), 결상 광학계(30), 검출부(40), 및 처리부(50)를 포함한다. 단, 투광계(20)는 빔 확대기(beam expander)(22), 빔 분할기(24), 및 참조면(26a)을 가지는 피조 렌즈(Fizeau lens)(26)를 포함한다.
광원(10)에 의해 사출된 광속은, 빔 확대기(22)에 의해 소망의 광속 크기를 지닌 평행 광속으로 변환되어 빔 분할기(24)에 입사한다. 빔 분할기(24)에 의해 반사된 광속은, 피조 렌즈(26)에 입사해서 참조면(26a)에 의해 참조광속과 피검광속으로 분리된다. 보다 상세하게는, 피조 렌즈(26)의 참조면(26a)에 의해 반사된 광속이 참조광속으로서 기능하는 한편, 피조 렌즈(26)의 참조면(26a)을 투과해서 측정 대상면(MS) 또는 측정 대상면(MS)의 위치에 배치된 기준면(SS)에 의해 반사된 광속은 피검광속으로서 기능한다.
피조 렌즈(26)의 참조면(26a)에 의해 반사된 참조광속 및 측정 대상면(MS)에 의해 반사된 피검광속은, 피조 렌즈(26)를 다시 투과해서, 결상 광학계(30)에 의해 소망의 광속 크기를 지닌 것으로 변환되어 검출면을 가진 검출부(40)에 입사한다.
검출부(40)의 검출면에서는, 피검광속과 참조광속 간의 간섭(중첩)에 의해 측정 대상면(MS)의 형상에 대응한 간섭 패턴(간섭 무늬)이 형성되어, 검출된다. 이때, 피조 렌즈(26) 또는 측정 대상면(MS)을 광축 방향으로 미소량만큼 구동시켜 간섭 패턴의 위상을 변조함으로써, 위상 변조량(phase modulation amount)이 다른 복수개의 간섭 패턴을 검출한다. 또한, 복수개의 화소로 구성되는 촬상면을 가지는 CCD 등의 촬상 소자를 검출부(40)로서 사용한다.
검출부(40)에 의해 검출된 간섭 패턴은 처리부(50)에 보내져, 예컨대, 위상 회복 알고리즘 등을 이용해서 측정 대상면(MS)의 형상(형상 데이터)으로 변환된다. 이때, 측정 대상면(MS)의 형상을 높은 공간 주파수의 파동 성분까지 고정밀도로 측정하기 위해서는, 측정장치(1)(그의 광학계)에 고유한 파면 오차와 측정 대상 면(MS)의 형상 오차를 높은 공간 주파수 성분까지 분리할 필요가 있다. 이러한 요구에 부응하기 위해서, 이하에 설명하는 바와 같이, 측정 대상면(MS)과 같은 곡률 반경을 가지는 기준면(또는 측정 대상면(MS))을 이용해서, 측정장치(1)(그의 광학계)에 고유한 파면 오차를 측정할 필요가 있다.
투광계(20)는, 전술한 것처럼, 빔 확대기(22)와 빔 분할기(24)와 피조 렌즈(26)를 포함하는 공통 광로를 가진다. 이러한 공통 광로에 삽입된 광학 소자의 제조 오차 등에 기인하는 파면 오차는, 참조면(26a)에 의해 참조광속과 피검광속으로 분할(진폭 분할)된다. 따라서, 이것이 일어나면, 파면 오차의 오차 정보가 각각, 참조면(26a)을 기점으로 해서 참조광속 및 피검광속에 의해 (상이한 광로를 통해서) 검출부(40)에 전파된다.
공간 주파수가 높은 성분(예를 들어, 제르니케(Zernike) 다항식의 169번째항 또는 그 이상의 성분), 즉, 파동의 진폭이 광원(10)으로부터의 광속의 파장(λ)과 비교해서 충분히 작은 약(弱)위상 성분은, 공간을 통해 전파하는 거리(전파거리)에 따라 파동의 진폭이 변동한다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 공간 피치(p) 및 파도 진폭(a)의 파면(W)이 X=0에 존재하고 있다고 가정하자. 파면(W)이 X=(n-1/2)·p2/λ(n = 1, 2, 3, ...)만큼 전파한 위치에서는, 파동의 진폭이 최소로 된다. 또, 파면(W)이 X=n·p2/λ(n은 홀수임)만큼 전파한 위치에서는, 파동의 진폭이 X=0과 같게 되지만, 파도의 위상은 X=0에서 π반전한다. 또, 파면(W)이 X=n·p2/λ(n는 짝수임)만큼 전파한 위치에서는, 파동의 진폭과 위상이 모두 X=0의 것과 같게 된다. 이와 같이 해서, 파동의 진폭은, 전파거리에 따라 주기적으로 변동하고, 그 변동 주기는, 파면(W)의 공간 피치(p) 및 광원(10)으로부터의 광속의 파장(λ)에 따라서 변한다. 도 2는 파면 오차 중 약위상 성분의 전파를 설명하기 위한 도면이다.
다음에, 측정 대상면(MS)이 소정의 곡률 반경(오목면)을 가지는 경우에 있어서의 측정장치(1)에 대해서 고려한다. 투광계(20)의 공통 광로에서 발생한 파면 오차 가운데, 파동의 진폭이 광원(10)으로부터의 광속의 파장에 비해서 충분히 작은 약위상 성분에 주목한다. 파면 오차를 참조광속과 피검광속으로 분할하는 피조 렌즈(26)의 참조면(26a)은, 측정장치(1)의 귀로 검출 광학계에 대해서 약위상 성분의 기점, 즉, 물점이 된다. 단, 귀로 검출 광학계는 피조 렌즈(26)의 참조면(26a)과 검출부(40) 간의 광로에 삽입된 광학계에 의해 구성된다. 따라서, 피조 렌즈(26), 빔 분할기(24) 및 결상 광학계(30)에 의해 구성되는 귀로 검출 광학계의 물점위치는 참조광속의 광로(참조 광로)와 피검광속의 광로(피검광로) 간에 다르다. 그 결과, 참조광속 및 피검광속의 공액상도 물점의 어긋남에 대응해서 다른 위치에 결상된다.
도 3A는 측정 대상면(MS)이 오목면인 경우의 참조 광로에 있어서의 참조면(26ar)과 측정 대상면(MS), 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 그들의 공액상면과의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 3B는, 측정 대상면(MS)이 오목면인 경우의 피검광로에 있어서의 참조면(26am)과 측정 대상면(MS), 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 그들의 공액상면과의 위치 관계를 나타낸 도면으로, 참조 면(26am)으로부터 측정 대상면(MS)까지의 왕로를 나타낸 전개도이다. 단, 도 3A 및 도 3B에서는, 간략화를 위해, 빔 분할기(24)의 도시를 생략하고 있다.
도 3A에 있어서, 참조부호 (26ar')는 귀로 검출 광학계에 의해 결상되는 참조면(26ar)에 대한 공액상면을 나타낸다. 또, 참조부호 (MS')는 귀로 검출 광학계에 의해 결상되는 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면을 나타낸다. 참조부호 (dr)은 측정장치(1)의 검출부(40)에 있어서의 공액상면(26ar'), (MS') 간의 위치 어긋남량을 나타낸다. 참조부호 (PL1)은 참조면(26ar)을 물체면으로서 사용하는 참조광속의 근축광선을 나타낸다. 참조부호 (PL2)는 측정 대상면(MS)을 물체면으로서 사용하는 피검광속의 근축광선을 나타낸다. 참조부호 (CP)는 피조 렌즈(26)를 투과한 광속의 집광위치를 나타낸다.
한편, 도 3B에 있어서, 참조부호 (26am')는 측정 대상면(MS)을 개재한 참조면(26am)에 대한 공액상면을 나타낸다. 또, 참조부호 (26am")는 귀로 검출 광학계에 의해 결상되는 참조면(26am)에 대한 공액상면(26am')에 대한 공액상면을 나타낸다. 참조부호 (dm)은 측정장치(1)의 검출부(40)에 있어서의 공액상면(26am"), (MS') 간의 위치 어긋남량을 나타낸다. 참조부호 (PL3)은 참조면(26am)을 물체면으로서 사용하는 피검광속의 근축광선을 나타낸다.
피조형 간섭계로서 기능하는 측정장치(1)는, 참조 광로에 있어서의 참조면(26ar)에 대한 공액상면(26dr')과 피검광로에 있어서의 참조면(26am)에 대한 공액상면(26am")을 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')으로부터 대칭적으로 이간된 위치에서 형성하는 특성을 가진다.
검출부(40)를 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')에 일치시킨 상태에 있어서의 파동 성분은 도 4A에 나타낸 바와 같은 위상전달특성(위상전달함수)을 가진다. 여기서, 위상전달특성이란, (위상 전달율) = (파면이 X만큼 전파한 위치에서의 파동의 진폭)/(X=0인 위치, 즉, 참조면(26a)에 인접한 면에서의 파동의 진폭)을 공간 주파수마다 산출해서 얻어진 특성을 의미한다. 도 4A에서는, 파동 진폭의 공간 주파수(공간 피치의 역수)를 가로축에 나타내고, 파동 진폭의 전달율을 세로축에 나타내고 있다.
도 4A를 참조하면, 검출부(40)에 있어서는 공간 주파수에 따라서 원래의 파동의 진폭 성분이 재현되거나 감쇠하거나, 혹은, 파동의 위상이 반전한다. 도 5A는 검출부(40)를 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')과 일치시킨 상태에서 검출(측정)한 파면을 푸리에-변환함으로써 얻어진 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 공간 주파수에 대해서 플롯한 그래프이다. 도 5A를 참조하면, 도 4A에 나타낸 위상전달특성이 -1이 되는 공간 주파수에서 피검광속과 참조광속 간의 위상차는 상대적인 최대값을 가진다. 도 4A에 나타낸 위상전달특성이 +1이 되는 공간 주파수에서 피검광속과 참조광속 간의 위상차는 상대적인 최소값을 가진다.
검출부(40)를 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')과 일치시키기 위해서는, 구동계(도시 생략)를 개재해서 검출부(40)를 광축 방향으로 구동함으로써 포커스 조정을 수행할 필요가 있을 뿐이다. 대안적으로는, 구동계(도시 생략)를 개재해서 결상 광학계(30)를 광축 방향으로 구동함으로써, 또는 결상 광학계(30)와 빔 분할기(24)와의 사이 혹은 결상 광학계(30)와 검출부(40)와의 사이의 광로 길이를 변경함으로써 포커스 조정을 수행해도 된다. 그러나, 이러한 경우에는, 포커스 조정을 실시한 후의 광학 배치를 이용해서 위상전달함수를 산출할 필요가 있다.
다음에, 측정 대상면(MS)이 소정의 곡률 반경(볼록면)을 가지는 경우에 있어서의 측정장치(1)에 대해서 고려한다.
도 6A는 측정 대상면(MS)이 볼록면인 경우의 참조 광로에 있어서의 참조면(26ar)과 측정 대상면(MS), 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 그들의 공액상면과의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 6B는 측정 대상면(MS)이 볼록면인 경우의 피검광로에 있어서의 참조면(26am)과 측정 대상면(MS), 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 공액상면과의 위치 관계를 나타낸 도면으로, 참조면(26am)으로부터 측정 대상면(MS)까지의 왕로를 나타낸 전개도이다.
참조면(26ar)에 대한 공액상면(26ar')은, 측정 대상면(MS)(의 형상)에 관계없이 항상 같은 위치에 형성된다. 그러나, 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')과 참조면(26am)에 대한 공액상면(26am'), (26am")은, 측정 대상면(MS)(의 형상)에 따라 변화한다. 따라서, 측정장치(1)의 검출부(40)에 있어서의 공액상면(26ar'), (MS') 간의 위치 어긋남량(dr2) 및 측정장치(1)의 검출부(40)에 있어서의 공액상면(26am"), (MS') 간의 위치 어긋남량(dm2)도 변화한다.
검출부(40)를 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')과 일치시킨 상태에 있어서의 파동 성분은 도 4B에 나타낸 바와 같은 위상전달특성(위상전달함수)을 가진다. 도 5B는 검출부(40)를 측정 대상면(MS)에 대한 공액상면(MS')과 일치시킨 상태에서 검출(측정)한 파면을 푸리에-변환함으로써 얻어진 파워 스펙트럼 밀도(PSD) 를 공간 주파수에 대해서 플롯한 그래프이다. 도 4B 및 도 5B를 참조하면, (PSD)가 극값을 가지는 공간 주파수는, 전술한 경우와 마찬가지로, 위상전달특성에 대응하고 있다.
이와 같이 해서, 개별의 측정 대상면(MS) 간에 곡률 반경이 다른 경우, 즉, 참조면(26a)과 측정 대상면(MS) 간의 거리(참조면(26a)과 측정 대상면(MS) 간의 간격)가 측정 대상면(MS)의 형상에 따라 변화할 경우, 피검광로에 있어서의 파동의 성분의 주파수 특성이 변화한다. 그 결과, 측정장치(1)에 고유한 파면 오차 중 높은 공간 주파수의 파동 성분의 주파수 특성이 변화한다. 이러한 상황에 대처하기 위하여, 측정 대상면(MS)마다 변화하는 측정장치(1)의 파면 오차를 정밀하게 측정해서, 해당 측정된 파면 오차를 분리(제거)할 필요가 있다. 그러나, 측정 대상면(MS)마다 파면 오차를 분리(제거)하기 위한 측정은 그 측정 시간이 상당히 길게 되어버린다. 또, 측정 대상면(MS)의 형상(측정 대상체의 크기)에 따라서는, 내포된 물리적인 제약으로 인해, 파면 오차를 분리(제거)하기 위한 측정을 실시할 수 없는 일도 있다.
이들 단점을 해소하기 위하여, 측정장치(1)는 도 7의 순서도에 나타낸 측정방법을 수행한다. 이 측정방법은, 측정 대상면(MS)의 파면(형상)을 측정하는 데 이용되며, 측정장치(1)에 고유한 파면 오차의 파동 성분을 교정(분리)함으로써, 피측정면(MS)마다의 파면 오차를 측정할 필요성을 미연에 방지할 수 있다. 또, 도 7의 순서도에 나타낸 측정방법은, 그의 주된 역할뿐만 아니라 제어부로서도 기능하는 처리부(50)에 의해 측정장치(1)의 각 부를 통괄적으로 제어함으로써 실행된다. 이것은, 처리부(50)가 측정 대상면(MS)의 파면의 산출에 관한 처리를 실시하는 것뿐만 아니라, 측정장치(1) 전체를 제어하는 것을 의미한다. 예를 들어, 처리부(50)는, 기준면(SS)을 배치해서, 기준면(SS)으로부터의 피검광속과 참조면(26a)로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 검출부(40)에 의해 검출함으로써 측정장치(1)의 파면 오차를 측정하도록 제어를 수행한다. 마찬가지로, 처리부(50)는, 측정 대상면(MS)을 배치해서, 측정 대상면(MS)으로부터의 피검광속과 참조면(26a)으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 검출부(40)에 의해 검출함으로써 측정 대상면(MS)의 파면을 측정하도록 제어를 수행한다.
스텝 S702(제1측정스텝)에서는, 측정 대상면(MS)을 배치할 위치에 기준면(SS)을 배치해서(즉, 기준면을 이용해서), 측정장치(1)의 파면 오차(W1)를 측정한다. 파면 오차의 측정은, 예를 들어, 파면 평균화법이나 회전/시프트법(기준면을 회전시키거나 시프트시키거나 하면서 측정하는 방법) 등으로 실시한다.
스텝 S704(제3산출스텝)에서는, 스텝 S702에서 측정된 파면 오차(W1)를 푸리에-변환해서, 파워 스펙트럼 밀도(제1파워 스펙트럼 밀도)(PSD1)(도 5A에 나타낸 바와 같은 파워 스펙트럼 밀도)를 산출한다.
스텝 S706에서는, 기준면(SS)을 이용해서 파면 오차(W1)를 측정했을 때의 측정장치(1)의 광학 배치에 의거해서, 참조면(26a)에 대한 공액상면(그의 위치)와, 참조 광로와 피검광로에서에서의 기준면(SS)에 대한 공액상면을 산출한다. 그리고, 측정장치(1)의 검출부(40)에 있어서의 공액상면 간의 광축 방향의 위치 어긋남량(예를 들어, 도 3A 및 도 3B에 나타낸 바와 같은 위치 어긋남량(dr) 및 (dm))을 산출한다. 단, 기준면(SS)을 이용해서 파면 오차(W1)를 측정했을 때의 측정장치(1)의 광학 배치란, 스텝 S702에 있어서의 측정장치(1)를 구성하는 광학계(단, 예컨대, 기준면이나 검출부(40) 등을 포함함)의 배치를 의미한다.
스텝 S708(제1산출스텝)에서는, 기준면을 이용해서 파면 오차(W1)를 측정했을 때의 그의 파동 성분의 위상전달함수(PF1)(예를 들어, 도 4A에 나타낸 바와 같은 위상전달함수)를 공간 주파수 성분마다 산출한다. 이때, 스텝 S706에서 산출된 공액상면간의 위치 어긋남량에 의거해서, 위상전달함수(PF1)를 산출한다. 단, 위상전달함수(제1위상 전달특성)(PF1)는, 기준면(SS)으로부터 참조면(26a)을 개재해서 검출부(40)에 이르는 광로를 주행하는 광속의 위상의 전달 특성이며, 이것은 기준면(SS)과 참조면(26a) 간의 거리에 의존한다.
또한, 스텝 S706 및 S708은 스텝 S702 및 S704와 병행해서 수행해도 되고, 또는 스텝 S702 및 S704 전에 수행해도 된다.
스텝 S710(제5산출스텝)에서는, 참조면(26a)의 근접면에 있어서의 측정장치(1)의 파면 오차의 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD0)를 산출한다. 구체적으로는, 스텝 S704 및 S708의 각각에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도(PSD1) 및 위상전달함수(PF1)에 의거해서, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD0)를 산출한다. 도 8은 스텝 S710에서 산출되는 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD0)의 일례를 나타낸다.
스텝 S712(제2측정스텝)에서는, 기준면(SS)을 측정 대상면(MS)과 교환하고(즉, 측정 대상면(MS)을 배치하고), 측정 대상면(MS)의 형상(면형상)을 검출함으로써 파면(W2)을 측정한다. 또한, 측정 대상면(MS)은 기준면(SS)과는 다른 곡률 반 경 및 형상을 지닐 수 있다.
스텝 S714(제4산출스텝)에서는, 스텝 S712에서 측정된 파면(W2)을 푸리에-변환해서, 파워 스펙트럼 밀도(제2파워 스펙트럼 밀도)(PSD2)를 산출한다.
스텝 S716(제2산출스텝)에서는, 측정 대상면(MS)의 파면(W2)을 측정했을 때의 측정장치(1)의 광학 배치에 의거해서, 측정 대상면(MS)의 파면(W2)을 측정했을 때의 위상전달함수(PF2)(예를 들어, 도 4B에 나타낸 바와 같은 위상전달함수)를 산출한다. 그러나, 위상전달함수(PF2)는, 측정 대상면(MS)의 파면(W2)을 푸리에-변환함으로써 얻어진 파워 스펙트럼 밀도(PSD2)의 공간 주파수 특성으로부터 산출(추정)해도 된다. 단, 위상전달함수(제2위상전달특성)(PF2)는, 측정 대상면(MS)으로부터 참조면(26a)을 개재해서 검출부(40)에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이며, 이것은 측정 대상면(MS)과 참조면(26a) 간의 거리에 의존한다.
스텝 S718(제6산출스텝)에서는, 측정 대상면(MS)의 파면(W2)을 측정했을 때의 측정장치(1)의 파면 오차의 파동 성분의 파워 스펙트럼 밀도(제3파워 스펙트럼 밀도)(PSD02)(도 5B에 나타낸 바와 같은 파워 스펙트럼 밀도)를 산출한다. 구체적으로는, 스텝 S710 및 S716에서 산출된 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD0) 및 위상전달함수(PF2)에 의거해서, 파워 스펙트럼 밀도(PSD02)를 산출한다.
스텝 S720(보정 스텝)에서는, 스텝 S714에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도(PSD2)로부터 스텝 S718에서 산출된 파워 스펙트럼 밀도(PSD02)를 분리(제거)한다. 즉, 파워 스펙트럼 밀도(PSD2)로부터 파워 스펙트럼 밀도(PSD02)를 분리함으로써, 스텝 S7l2에서 측정된 측정 대상면(MS)의 파면을 보정한다.
이와 같이 해서, 전술한 측정방법에 의하면, 측정 대상면(MS)의 높은 공간 주파수의 파동 성분과 측정장치(1)에 고유한 파면 오차의 파동 성분을 분리해서, 측정 대상면(MS)의 파동 성분만을 추출할 수 있다. 또, 1개 이상의 기준면을 이용해서 측정장치(1)의 파면 오차를 높은 공간 주파수까지 일단 측정하면, 측정 대상면(MS)의 곡률 반경 및 형상이 바뀌었을 경우에도, 측정 대상면(MS)의 파동 성분만을 추출할 수 있다. 보다 구체적으로는, 측정 대상면(MS)의 외형 데이터와 측정장치(1)의 광학 배치(광학계의 설계 데이터)를 이용한 광선 추적 등에 의해, 측정 대상면(MS)을 측정했을 때의 높은 공간 주파수의 파동 성분의 위상전달함수 및 측정장치(1)의 파면 오차의 주파수 특성을 산출해서 분리(제거)한다.
또한, 여기에서는, 1개 이상의 기준면을 이용해서 측정장치(1)의 파면 오차를 측정하고 있지만, 측정 대상면(MS)을 기준면으로서 이용해서 측정장치(1)의 파면 오차를 측정함으로써 마찬가지로 측정 대상면(MS)의 파동 성분만을 추출할 수 있다.
이와 같이 해서, 제1실시형태에 있어서의 측정장치(1) 및 측정방법에 의하면, 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 고정밀도(예를 들어, 높은 공간 주파수의 파동 성분까지)로 단시간에 측정할 수 있다.
제2실시형태
제2실시형태에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 평탄한 측정 대상면(MSF)의 파면(형상)을 측정하는 측정장치(1A)에 대해서 설명한다.
측정장치(1A)는 기본적으로는 피조형 간섭계의 구성을 가진다. 구체적으로는, 측정장치(1A)는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 광원(10), 투광계(20), 결상 광학계(30), 검출부(40) 및 처리부(50)를 포함한다. 단, 투광계(20)는 빔 확대기(22), 빔 분할기(24), 및 참조면(28a)을 가지는 투과 평면 렌즈(28)를 포함한다.
광원(10)에서 사출된 광속은, 빔 확대기(22)에 의해 소망의 광속 크기의 평행 광속으로 변환되어 빔 분할기(24)에 입사한다. 빔 분할기(24)에 의해 반사된 광속은, 투과 평면 렌즈(28)에 입사해서 참조면(28a)에 의해서 참조광속과 피검광속으로 분리된다. 상세하게는, 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)에 의해 반사된 광속이 참조광속으로 기능하는 한편, 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)을 투과해서 측정 대상면(MSF) 또는 해당 측정 대상면(MSF)의 위치에 배치된 기준면(SSF)에 의해 반사된 광속이 피검광속으로 기능한다.
이하, 측정장치(1A)에 있어서의 측정방법에 대해서 설명한다. 이 측정방법은, 측정 대상면(MSF)의 파면(형상)을 측정하는 데 이용되며, 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차의 파동 성분을 교정(분리)함으로써 측정 대상면(MSF)마다의 파면 오차의 측정을 생략하는 것이 가능해진다. 또, 이 측정방법은, 그의 주된 역할뿐만 아니라 제어부로서도 기능하는 처리부(50)에 의해 측정장치(1)의 각 부를 통괄적으로 제어함으로써 실행된다.
첫번째로, 기준면(SSF)을 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)으로부터 거 리(d1)만큼 멀어진 위치에 배치해서(즉, 기준면(SSF)을 이용해서), 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차(W31)를 측정한다.
두번째로, 기준면(SSF)을 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)으로부터 거리(d2)만큼 멀어진 위치에 배치해서, 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차(W32)를 측정한다.
세번째로, 파면 오차(W31) 및 (W32)를 각각 푸리에-변환해서, 파워 스펙트럼 밀도(PSD31) 및 (PSD32)를 산출한다.
또, 기준면(SSF)을 투과 평면 렌즈(28)로부터 거리(d1)만큼 멀어진 위치에 배치했을 경우에 있어서의 높은 공간 주파수 성분의 위상전달함수(PF31)를 산출한다. 마찬가지로, 기준면(SSF)을 투과 평면 렌즈(28)로부터 거리(d2)만큼 멀어진 위치에 배치했을 경우에 있어서의 높은 공간 주파수 성분의 위상전달함수(PF32)를 산출한다. 또한, 위상전달함수(PF31) 및 (PF32)는 각각, 전술한 것처럼, 기준면(SSF)을 투과 평면 렌즈(28)로부터 거리(d1) 또는 (d2)만큼 멀어진 위치에 배치한 경우에 있어서의 측정장치(1A)의 광학 배치로부터 산출할 수 있다. 도 10은 이와 같이 해서 산출되는 위상전달함수(PF31) 및 (PF32)의 일례를 나타낸다. 그리고, 파워 스펙트럼 밀도(PSD31), (PSD32) 및 위상전달함수(PF31), (PF32)에 의거해서, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD03)를 산출한다.
여기서, 기준면(SSF)을 2개의 위치(참조면(28a)으로부터 거리(d1) 및 (d2)만 큼 멀어진 위치)에 배치해서 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차(W31) 및 (W32)를 측정하는 이유를 설명한다. 기준면(SSF)을 참조면(28a)으로부터 거리(d1)만큼 멀어진 위치에 배치해서 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차(W31)를 측정하는 것만으로는, 도 10에 나타낸 위상전달함수(PF31)의 불감대(dead zone)(α)의 공간 주파수에서 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD03)의 산출이 불가능하게 된다. 도 10에 나타낸 위상전달함수(PF31) 및 (PF32)의 위상전달특성이 0이 되는 불감대(α) 및 (β)가 동일한 공간 주파수에서 얻어지지 않도록, 거리(d1) 및 (d2)를 설정함으로써 측정장치(1A)의 파면 오차를 측정한다. 이것에 의해, 위상전달함수(PF31) 및 (PF32)의 불감대(α) 및 (β)를 상보해서 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD03)를 산출하는 것이 가능해진다.
마지막으로, 측정 대상면(MSF)을 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)으로부터 거리(d1)만큼 멀어진 위치에 배치해서, 측정 대상면(MSF)의 형상(면형상)을 검출함으로써 파면(W33)을 측정한다. 또, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD03) 및 위상전달함수(PF31)에 의거해서, 측정 대상면(MSF)을 측정했을 때의 측정장치(1A)의 파면 오차의 파동 성분의 파워 스펙트럼 밀도(PSD033)를 산출한다. 그리고, 측정 대상면(MSF)의 파면(W33)을 푸리에-변환함으로써 얻어진 파워 스펙트럼 밀도(PSDW33)로부터 파워 스펙트럼 밀도(PSD033)를 분리(제거)한다.
단, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD03)는 기준면(SSF) 대신에 측정 대상 면(MSF)을 이용해서 산출해도 된다. 또, 여기에서는, 측정 대상면(MSF)을 투과 평면 렌즈(28)의 참조면(28a)으로부터 거리(d1)만큼 멀어진 위치에 배치했다. 단, 참조면(28a)으로부터 임의의 거리만큼 멀어진 위치에 측정 대상면(MSF)을 배치해도, 이 배치에 있어서의 위상전달함수를 이용해서 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 한, 측정장치(1A)에 고유한 파면 오차의 높은 공간 주파수 성분을 분리(제거)할 수 있다.
이와 같이 해서, 제2실시형태에 의한 측정장치(1A) 및 측정방법에 의하면, 측정 대상체에 의해서 형성되는 광속 파면을 고정밀도(예를 들어, 높은 공간 주파수의 파동 성분까지)로 단시간에 측정할 수 있다.
제3실시형태
제3실시형태에서는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 투과광학계로서 기능하는 측정 대상 렌즈(ML)에 의해 형성되는 광속 파면(투과 파면 수차)을 측정하는 측정장치(1B)에 대해서 설명한다.
측정장치(1B)는, 기본적으로는, 피조형 간섭계의 구성을 가진다. 보다 구체적으로는, 측정장치(1B)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 광원(10), 투광계(20), 결상 광학계(30), 검출부(40), 처리부(50) 및 반사 미러(70), (80)를 포함한다. 단, 투광계(20)는 빔 확대기(22), 빔 분할기(24), 및 참조면(26a)을 가지는 피조 렌즈(26)를 포함한다.
측정장치(1B)는, 측정 대상 렌즈(ML)의 파면 수차를 왕복 광로로 측정하기 위해서, 반사 미러(70), (80)를 포함한다. 피조 렌즈(26)를 투과한 광속은 측정 대상 렌즈(ML)에 입사한다. 측정 대상 렌즈(ML)를 통과한 광속은, 반사 미러(70)에 의해 반사되어 측정 대상 렌즈(ML)를 다시 통과해서 피조 렌즈(26)로 되돌아온다. 측정 대상 렌즈(ML)의 파면 수차만을 높은 공간 주파수까지 고정밀도로 측정하기 위해서는, 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차(파면 수차)와 측정 대상 렌즈(ML)의 파면 수차를 분리할 필요가 있다. 이 필요성에 부응하기 위하여, 반사 미러(70)에 대한 측정 대상 렌즈(ML)를 경유한 공액상면(70')의 위치에 반사 미러(80)를 배치해서, 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차(파면 수차)를 측정한다. 이 동작에 의해, 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차(파면 수차)의 파면 위상이 반사 미러(70)와 반사 미러(80) 사이에 유지된다. 이것에 의해, 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차(파면 수차)를 고정밀도로 분리하는 것이 가능해진다.
그러나, 반사 미러(70), (80)가 측정 대상 렌즈(ML)를 개재해서 서로 공액이 되지 않는 경우더라도, 제3실시형태에서는, 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차(파면 수차)를 고정밀도로 분리할 수 있다.
이하, 측정장치(1B)에 있어서의 측정방법에 대해서 설명한다. 이러한 측정방법은, 측정 대상 렌즈(ML)의 파면(투과 파면 수차)을 측정하는 측정방법이며, 이것은 그의 주된 역할뿐만 아니라 제어부로서도 기능하는 처리부(50)에 의해 측정장치(1)의 각 부를 통괄적으로 제어함으로써 실행된다.
첫번째로, 반사 미러(80)를 피조 렌즈(26)에 대향해서 배치한다. 단, 반사 미러(80)는 측정 대상 렌즈(ML)를 개재시킨 반사 미러(70)에 대한 공액상면(70')의 위치와는 일치하고 있지 않고, 공액상면(70')으로부터 광축 방향으로 어긋난 위치에 배치된다. 이 상태에서(즉, 반사 미러(80)를 이용해서), 측정장치(1B)에 고유한 파면 데이터(W41)를 측정한다.
두번째로, 파면 데이터(W41)를 푸리에-변환해서, 파워 스펙트럼 밀도(PSD41)를 산출한다. 또, 반사 미러(80)를 포함하는 측정장치(1B)의 광학 배치에 의거해서, 파면 데이터(W41)를 측정할 때의 높은 공간 주파수 성분의 위상전달함수(PF41)를 산출한다. 또한, 파워 스펙트럼 밀도(PSD41) 및 위상전달함수(PF41)에 의거해서, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD04)를 산출한다.
세번째로, 측정 대상 렌즈(ML)를 개재시킨 반사 미러(70)에 대한 공액상면(70')의 위치에 반사 미러(80)를 배치했을 경우에 있어서의 위상전달함수(PF42)를 산출한다. 그리고, 기준 파워 스펙트럼 밀도(PSD04) 및 위상전달함수(PF42)에 의거해서, 측정 대상 렌즈(ML)의 투과 파면을 측정할 때의 측정장치(1B)에 고유한 파면 오차의 파동 성분의 파워 스펙트럼 밀도(PSD042)를 산출한다.
마지막으로, 반사 미러(80)를 측정장치(1B)의 광로로부터 퇴피시키고, 반사 미러(70)를 이용해서 측정 대상 렌즈(ML)의 파면(투과 파면)(W42)을 측정한다. 그리고, 측정 대상 렌즈(ML)의 파면(W42)을 푸리에-변환함으로써 얻어진 파워 스펙트럼 밀도(PSD42)로부터 파워 스펙트럼 밀도(PSD042)를 분리(제거)한다.
이와 같이 해서, 측정 대상 렌즈(ML)의 투과 파면을 측정하는 경우에도, 측정장치(1B)의 파면 오차를 고정밀도로 분리(제거)함으로써, 측정 대상 렌즈(ML)에 기인하는 높은 공간 주파수의 파동 성분만을 추출할 수 있다.
이와 같이 해서, 제3실시형태에 의한 측정장치(1B) 및 측정방법은, 측정 대상 렌즈(ML)에 의해 형성되는 광속 파면(투과 파면 수차)을 고정밀도(예를 들어, 높은 공간 주파수의 파동 성분까지)로 단시간에 측정할 수 있다.
제4실시형태
제4실시형태에서는, 노광장치에 이용되는 투영 광학계의 제조방법에 대해서 설명한다. 투영 광학계는 렌즈나 미러 등의 복수개의 광학 소자로 구성되어 있다.
우선, 제1실시형태에 의한 측정장치(1) 및 측정방법이나 제2실시형태에 의한 측정장치(1A) 및 측정방법을 이용해서, 투영 광학계를 구성하는 광학 소자의 형상(파면)을 높은 공간 주파수 성분까지 고정밀도로 측정한다. 제1실시형태에 의한 측정장치(1) 및 측정방법이나 제2실시형태에 의한 측정장치(1A) 및 측정방법에 의해 얻어진 측정 결과에 의거해서, 광학 소자의 형상 오차가 저감되도록, 광학 소자의 형상을 가공한다. 단, 광학 소자의 형상의 측정과 가공은, 이러한 광학 소자의 형상 오차가 소망의 규격치 이하로 감소될 때까지 반복한다. 그리고, 형상 오차가 소망의 규격치 이하로 된 광학 소자를 조합해서 투영 광학계를 조립한다.
다음에, 제3실시형태에 의한 측정장치(1B) 및 측정방법을 이용해서, 상기 조립된 투영 광학계의 투과 파면(파면 수차)을 높은 공간 주파수 성분까지 고정밀도로 측정한다. 그리고, 제3실시형태에 의한 측정장치(1B) 및 측정방법에 의해 얻어진 측정 결과에 의거해서, 투영 광학계의 파면 수차가 저감되도록, 투영 광학계를 구성하는 광학 소자 간의 간격과 광학 소자의 편심을 조정한다. 단, 투영 광학계의 투과 파면(파면 수차)의 측정과 조정은, 파면 수차가 소망의 규격치 이하로 감 소될 때까지 반복한다.
제1실시형태, 제2실시형태 및 제3실시형태에 의한 측정장치 및 측정방법을 이용함으로써, 투영 광학계의 파면 수차를 높은 공간 주파수의 파동 성분까지 고정밀도로 측정할 수 있다. 따라서, 우수한 결상 성능을 지닌 투영 광학계를 제조할 수 있다. 또, 이러한 투영 광학계를 이용한 노광장치는, 우수한 노광 성능을 실현하므로, 높은 처리량(throughput)으로 경제성 양호하게 고품위의 디바이스(예컨대, 반도체 디바이스, 액정 표시 디바이스 등)를 제공한다. 이러한 디바이스는, 노광장치를 이용해서 레지스트(감광제)가 도포된 기판(예를 들어, 웨이퍼, 유리판 등)을 노광하는 공정과, 노광된 기판을 현상하는 공정과, 그 외의 주지의 공정에 의해 제조된다.
이상, 본 발명을 예시적인 실시예를 참조해서 설명하였지만, 본 발명은 이들 개시된 예시적인 실시예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 후술하는 클레임의 범위는 이러한 변형과 등가의 구성 및 기능을 모두 망라하도록 최광의로 해석되어야 할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 의한 측정장치를 나타낸 모식도;
도 2는 파면 오차 중 약위상 성분의 전파를 설명하기 위한 도면.
도 3A 및 도 3B는 측정 대상면이 오목면인 경우의 참조 광로 및 피검광로의 각각에 있어서의 참조면과 측정 대상면, 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 그들의 공액상면 간의 위치 관계를 나타낸 도면;
도 4A 및 도 4B는 위상전달특성(위상전달함수)의 예를 나타낸 도면;
도 5A 및 도 5B는 파워 스펙트럼 밀도의 예를 나타낸 도면;
도 6A 및 도 6B는 측정 대상면이 볼록면인 경우의 참조 광로 및 피검광로의 각각에 있어서의 참조면과 측정 대상면, 그리고 귀로 검출 광학계에 의해 형성된 그들의 공액상면 간의 위치 관계를 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 일 측면에 의한 측정방법을 설명하기 위한 순서도;
도 8은 도 7의 스텝 S710에서 산출된 기준 파워 스펙트럼 밀도의 일례를 나타낸 그래프;
도 9는 본 발명의 일 측면에 의한 측정장치를 나타낸 모식도;
도 10은 도 9에 나타낸 측정장치에 의해 산출된 위상전달함수의 일례를 나타낸 도면;
도 11은 본 발명의 일 측면에 의한 측정장치를 나타낸 모식도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 측정장치 10: 광원
20: 투영계 22: 빔 확대기
24: 빔 분할기 26a: 참조면
26: 피조 렌즈 30: 결상 광학계
40: 검출부 50: 처리부

Claims (10)

  1. 참조면을 가진 광학계와 검출면을 가진 검출부를 포함하고, 상기 광학계에 의해 상기 검출면 위에 형성된 측정 대상체 및 기준면 중 한쪽으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출하는 측정장치를 이용해서, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정방법에 있어서,
    상기 기준면을 배치해서, 해당 기준면으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 광학계에 기인하는 파면 오차를 측정하는 제1측정스텝;
    상기 측정 대상체를 배치해서, 해당 측정 대상체로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 제2측정스텝;
    상기 기준면으로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 기준면과 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제1위상전달특성을 산출하는 제1산출스텝;
    상기 측정 대상체로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 측정 대상체와 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제2위상전달특성을 산출하는 제2산출스텝;
    상기 제1측정스텝에서 측정된 상기 파면 오차를 푸리에-변환해서 제1파워 스 펙트럼 밀도를 산출하는 제3산출스텝;
    상기 제2측정스텝에서 측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 푸리에-변환해서 제2파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제4산출스텝;
    상기 제1산출스텝에서 산출된 상기 제1위상전달특성 및 상기 제3산출스텝에서 산출된 상기 제1파워 스펙트럼 밀도에 의거해서, 상기 제1측정스텝에 있어서의 상기 광학계에 기인하는 파면 오차의 기준 파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제5산출스텝;
    상기 제5산출스텝에서 산출된 상기 기준 파워 스펙트럼 밀도 및 상기 제2산출스텝에서 산출된 상기 제2위상전달특성에 의거해서, 상기 제2측정스텝에 있어서의 상기 광학계에 기인하는 파면 오차의 제3파워 스펙트럼 밀도를 산출하는 제6산출스텝; 및
    상기 제4산출스텝에서 산출된 상기 제2파워 스펙트럼 밀도로부터 상기 제6산출 스텝에서 산출된 상기 제3파워 스펙트럼 밀도를 분리함으로써, 상기 제2측정 스텝에서 측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 보정하는 보정스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1파워 스펙트럼 밀도, 상기 제2파워 스펙트럼 밀도 및 상기 제3파워 스펙트럼 밀도는 공간 주파수마다 산출되고,
    상기 보정 스텝에서는, 상기 공간 주파수마다, 상기 측정 대상체의 파면을 보정하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1측정스텝에서는, 상기 제1산출스텝에서 산출되는 상기 제1위상전달특성에 불감대를 발생시키지 않도록, 상기 참조면과 상기 기준면과의 거리를 설정하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1산출스텝에서는, 상기 제1측정스텝에 있어서의 상기 기준면, 상기 참조면, 상기 광학계 및 상기 검출부의 배치에 의거해서, 상기 제1위상전달특성을 산출하고,
    상기 제2산출스텝에서는, 상기 제2측정스텝에 있어서의 상기 측정 대상체, 상기 참조면, 상기 광학계 및 상기 검출부의 배치에 의거해서, 상기 제2위상전달특성을 산출하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1산출스텝에서는, 상기 기준면에 의해 형성되는 광속 파면의 파워 스펙트럼 밀도에 의거해서, 상기 제1위상전달특성을 산출하고,
    상기 제2산출스텝에서는, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면의 파워 스펙트럼 밀도에 의거해서, 상기 제2위상전달특성을 산출하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측정 대상체는 볼록면, 오목면 및 평탄면 중 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 측정 대상체는 투과광학계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정방법.
  8. 참조면을 가진 광학계와 검출면을 가진 검출부를 포함하고 상기 광학계에 의해 상기 검출면에 형성되는 측정 대상체 또는 기준면으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정장치에 있어서,
    상기 기준면을 배치해서, 해당 기준면으로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 광학계에 기인하는 파면 오차를 측정하도록, 그리고, 상기 측정 대상체를 배치해서, 해당 측정 대상체로부터의 피검광속과 상기 참조면으로부터의 참조광속 간의 간섭 패턴을 상기 검출부에 의해 검출함으로써 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하도록 제어를 행하는 제어부; 및
    상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면의 산출에 관한 처리를 수행하는 처리부를 포함하되,
    상기 처리부는,
    상기 기준면으로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 기준면과 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제1위상전달특성을 산출하고,
    상기 측정 대상체로부터 상기 참조면을 개재해서 상기 검출부에 이르는 광로에 있어서의 광속의 위상의 전달 특성이면서 상기 측정 대상체와 상기 참조면과의 거리에 의존하는 제2위상전달특성을 산출하며,
    측정된 상기 파면 오차를 푸리에-변환해서 제1파워 스펙트럼 밀도를 산출하고,
    측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 푸리에-변환해서 제2파워 스펙트럼 밀도를 산출하며,
    상기 제1위상전달특성 및 상기 제1파워 스펙트럼 밀도에 의거해서, 상기 광학계에 기인하는 파면 오차를 측정했을 때의 기준 파워 스펙트럼 밀도를 산출하고,
    상기 기준 파워 스펙트럼 밀도 및 상기 제2위상전달특성에 의거해서, 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 측정했을 때의 상기 광학계에 기인하는 파면 오차의 제3파워 스펙트럼 밀도를 산출하며,
    상기 제2파워 스펙트럼 밀도로부터 상기 제3파워 스펙트럼 밀도를 분리함으로써, 상기 제2측정스텝에서 측정된 상기 측정 대상체에 의해 형성되는 광속 파면을 보정하는 것을 특징으로 하는 광속 파면의 측정장치.
  9. 복수개의 광학 소자를 포함하는 광학계를 제조하는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 규정된 측정방법을 이용해서 상기 복수개의 광학 소자에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정스텝;
    상기 측정스텝에서 얻어진 측정 결과에 의거해서, 상기 복수개의 광학 소자 에 의해 형성되는 광속 파면 오차가 저감되도록, 상기 복수개의 광학 소자의 각각을 가공하는 가공스텝; 및
    상기 가공스텝에서 가공된 상기 복수개의 광학 소자를 조립함으로써 광학계를 제조하는 제조스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는, 광학계의 제조방법.
  10. 복수개의 광학 소자를 포함하는 광학계를 제조하는 방법에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 규정된 측정방법을 이용해서 상기 광학계에 의해 형성되는 광속 파면을 측정하는 측정스텝; 및
    상기 측정스텝에서 얻어진 측정 결과에 의거해서, 상기 광학계에 의해 형성되는 광속 파면 오차가 저감되도록, 상기 복수개의 광학 소자간의 간격 및 상기 복수개의 광학소자의 편심의 적어도 한쪽을 조정하는 조정스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학계의 제조방법.
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