WO2010092750A1

WO2010092750A1 - 波面収差測定方法及びその装置

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Publication number: WO2010092750A1
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Inventors: 吉武康裕; ▲吉▼田実; 岡恵子
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Abstract

　焦点距離に比べ視野の広い，広角のレンズの波面収差をシャックハルトマンセンサで測定する場合，波面の傾きがシャックハルトマンセンサの傾き許容値を超えるため，測定ができない。シャックハルトマンセンサをレンズの瞳位置で傾け，上記許容値内に収まるように制御する。同一位置を重複させながらステップ＆リピートで撮像し，重複スポットが重なるよう合成することにより，瞳径の大きなレンズの波面収差を測定する。

Description

波面収差測定方法及びその装置

　本発明は、半導体光学検査装置やプリント板レーザ加工装置等の光学装置に搭載されたレンズの波面収差測定方法及びその装置に関する。

　半導体ウエハの光学検査装置は，ウエハ上の異物を検出し，異物個数を管理するための装置である。半導体の製造工程に応じて管理したい異物サイズが異なるため，検査装置には光学的倍率可変機能が備わっている。光学的倍率を拡大すると，より小さな異物が検出可能になるが，一方でセンサで検出できる視野も小さくなるため，スループットが小さくなる。従って，半導体ラインでは，特に微細な異物管理が必要な工程に限り，倍率を拡大して検査を行っている。検査装置の検出系は，対物レンズと結像レンズから構成されており，倍率変化は一般的に，結像レンズの焦点距離を変えることによって行っている。

　大量のウエハを製造するラインでは，複数の光学検査装置が使用されている。各製造工程で異物個数の許容値が予め設定されており，許容値を超えると製造装置のクリーニング等，対応策がとられる。ここで，光学検査装置Ａ，Ｂの感度（検出可能な異物サイズ）が異なると，許容値を検査装置毎に設定しなければならず，検査装置運用の大きな障害となる。光学検査装置の感度は，検出系のレンズの結像性能に大きく依存する。従って，光学検査装置の感度差を低減するためには，レンズ単体の結像性能，特に波面収差の管理を行う必要がある。

　レンズの波面収差測定方法としては，特許文献１（特開２００４－１４７６４号公報）に記載のように，シャックハルトマンセンサを用いる方法が知られている。シャックハルトマンセンサとは，センサに入射する光の波面（位相分布）をアレイレンズで分割，集光し，複数スポットの配列像として２次元センサで撮像するセンサであり，スポット配列の位置ずれから波面収差係数を算出する。

　波面収差，または波面収差係数の算出方法は，例えば，上記した特許文献１（特開２００４－１４７６４号公報）や特許文献２（特開２００６－３００１６号公報）に開示されている。シャックハルトマンセンサによる波面収差測定は，光路の空気の温度変化や振動等の環境変化に影響されにくい点と，非球面レンズ等で生じる測定波長以上の局所的な波面変化にも対応できる点で，従来，主流であった干渉計による方式と比べ，有利である。この公知例では，露光装置の投影レンズが測定対象となっている。一方，光学検査装置の検出系のレンズは，対物レンズと結像レンズより成る。

　上述のように，倍率可変のため，結像レンズの焦点距離が変化する。これは結像レンズを交換するか，ズームレンズにすることによって実現される。波面収差は，投影レンズのように，対物レンズと結像レンズを１セットで測定することもできるが，得られた収差は，対物レンズで発生したプラスの収差を，結像レンズのマイナスの収差でキャンセルされた結果かも知れない。この場合，異なる焦点距離の結像レンズに変えると，収差が大きく変化する可能性がある。従って，対物レンズ単体の収差測定が望ましい。対物レンズ単体では結像しない（無限系である）ので，上記公知例とは異なる構成での測定方法が必要となる。

　プリント板用のレーザ加工装置においても，上記の半導体用光学検査装置の対物レンズと同様，無限系のｆθレンズが使われている。この装置は，ｆθレンズの瞳位置に設置されたガルバノミラーで平行光を偏向し，ｆθレンズに入射させることで，プリント基板上を集光ビームで走査する。ｆθレンズは，ガルバノミラーによる光の偏向角θとｆθレンズの焦点距離の積ｆθでプリント基板上のビーム位置が決まるよう，意図的な歪みを与えられたレンズである。ｆθレンズも結像レンズではないので，従来の結像型と異なる測定法が必要となる。レーザ加工装置において，ｆθレンズの収差は，集光ビームの走査位置毎の加工形状に影響を及ぼすので，走査範囲で均一な加工形状を得るには，収差（波面収差）を管理する必要がある。

　上記のシャックハルトマンセンサを用いた波面収差測定では，測定対象レンズの収差の他に，測定光学系のレンズアレイやリレーレンズの収差を含んだ収差が測定される。そこで，特許文献１（特開２００４－１４７６４号公報）では，測定対象レンズを干渉計他，別手段で単体計測を行っておき，測定光学系収差を含んだデータから，単体での対象レンズのデータを差し引くことによって，測定光学系収差を算出する手法が開示されている。

　一方，特許文献２（特開２００６－３００１６号公報）では，測定対象レンズのみを，回転等，姿勢変化させて２回測定し，各測定値の差分を求めることにより，測定光学系の収差をキャンセルし，測定対象レンズのみの収差を算出する方法が開示されている。

特開２００４－１４７６４号公報特開２００６－３００１６号公報

　上記の，光学検査装置の対物レンズやレーザ加工装置のｆθレンズは，それ単体では結像しない，無限系のレンズである。図１２に無限系の対物レンズ２の波面収差をシャックハルトマンセンサ４で測定する場合の構成を示す。集光レンズ１０でＡ点に集光された光は，対物レンズ２に入射し，平行光となった後，瞳（絞り）２１に入射，その後，リレーレンズ３０１とリレーレンズ３０２を備えて構成されるリレーレンズ３００を介していったん集光された後，平行光となってシャックハルトマンセンサ４で検出される。

　リレーレンズ３００は，一方で，瞳２１をシャックハルトマンセンサ４上に結像する。視野端での波面収差を測定するため，集光レンズ１０は，光軸からＬの距離にあるＡ点に集光し，この点を波面収差測定の測定点とする。この時，瞳２１に入射する平行光４１０の角度αは，対物レンズ２の焦点距離ｆ１と距離Ｌを用いて，
ｔａｎα＝Ｌ／ｆ１　　・・・（数１）
で表すことができる。

　一方，リレーレンズ３００の縮小倍率Ｍは，瞳２１の径Ｄｅｐがシャックハルトマンセンサ４の検出エリアＳで検出されるために，次式を満たす必要がある。
    Ｍ < Ｓ／Ｄｅｐ　　・・・（数２）
対物レンズ２の開口率をＮＡで表すと，瞳径Ｄｅｐは下記となる。
    Ｄｅｐ＝２＊ｆ１＊ＮＡ　　・・・（数３）
この時，シャックハルトマンセンサ４に入射する角度βは次式で得られる。
    ｔａｎβ ＝ｔａｎα／Ｍ　　・・・（数４）
ここで，対物レンズ２の焦点距離を５０ｍｍ，ＮＡを０．５，視野端距離Ｌを５ｍｍとすると，（数３）より，瞳径Ｄｅｐ＝２＊５０＊０．５＝５０ｍｍとなる。シャックハルトマンセンサ４の検出エリアＳを１５ｍｍとすると，（数２）より縮小倍率Ｍ＝１５／５０＝０．３となる。（数１）より，ｔａｎα＝５／５０＝０．１となるので，シャックハルトマンセンサ４への入射角βは，最低でも（数４）より，ｔａｎβ＝０．１／０．３＝０．３３となり，角度βは１８.４度となる。

　ここで，シャックハルトマンセンサ４への入射角の制限を図１３を用いて説明する。図１３はシャックハルトマンセンサ４の内部を示す図である。シャックハルトマンセンサ４に入射した波面４００はアレイレンズ４１により分割される。波面４００の（ξ，η）の位置に入射した光線４０１は，次式により，２次元センサ４２上で（ξ，η）の位置に対してΔＸ（ξ，η）だけずれた位置に集光される。

ここに，Ｗは波面の位相分布，ｆ４はアレイレンズ４１の焦点距離である。

　一方で，測定可能な波面の傾きθは，アレイレンズ４１が２次元センサ４２上にスポットとして結像されるために，３度程度以下である必要がある。したがって上記のように，シャックハルトマンセンサ４への入射角が１８.４度となると，３度程度以下という条件が満たされなくなるために測定不可能となる。すなわち、対物レンズ２の瞳２１をリレーレンズ３００でシャックハルトマンセンサ４へ結像する一般的な方法では，対物レンズ２の波面収差を測定することはできない。そこで，本発明の目的は，リレーレンズ使用時の，シャックハルトマンセンサへの入射角制限をクリアする波面収差を測定する手法を与えることとする。

　次に，もう１つの課題に関して説明する。上述の特許文献２（特開２００６－３００１６号公報）では，例えば９０度回転させて２回測定し，シャックハルトマンセンサ上の位置ずれの差分を求める方式であるが，対象が例えば，球面収差のような回転対称な収差の場合，差分がゼロとなり，収差を算出することができない。そこで，本発明の別の目的は，回転対称な収差に対しても，測定光学系の収差を補正することができる測定手法を与えることとする。

　上記目的を達成するため，本発明では，リレーレンズを介さず，直接，対物レンズの瞳位置にシャックハルトマンセンサを設置する構成とする。これにより，シャックハルトマンセンサへの入射角を小さくすることができる。しかし，上記したように、許容値である３度以下にはできないので，シャックハルトマンセンサを，波面の傾き方向に傾斜させる。これにより，シャックハルトマンセンサへの入射角制限３度以下をクリアすることができる。

　また，瞳径は，シャックハルトマンセンサ中の２次元センサの検出視野を超えるので，シャックハルトマンセンサを走査することによって，瞳径全域をカバーする。シャックハルトマンセンサの走査方法としては，２次元センサをステップ＆リピートで２次元的に走査する方法と，瞳径をカバーする１次元センサにより，１次元的に走査する方法がある。

　前者では，走査ステージのピッチングとヨーイングが，瞳全域合成時のスポット集光位置の誤差に影響するので，走査ステージのピッチングとヨーイングを３軸のレーザ測長器，またはオートコリメータで計測し，誤差を補正する方式とする。後者は，走査ステージのピッチずれ，ヨーイングが誤差となるので，２軸のレーザ測長器で計測し，誤差を補正する方式とする。これらの手法により，センサの検出視野を超える瞳全域の波面収差を高精度に測定することができる。

　シャックハルトマンセンサへの入射角制限をクリアする別の発明は，視野端で生じる瞳位置での波面の傾きを，瞳位置に設置したガルバノミラーで補正することにより，対物レンズ視野全域の測定点に対して，シャックハルトマンセンサへの入射角βを常に０にする。これにより，リレーレンズで瞳を，センサ検出視野内に収まるよう縮小結像しても，入射角制限をクリアすることができる。

　測定光学系の収差を測定するための発明としては，点光源で発生する球面波を，他の光学系を介さず，直接シャックハルトマンセンサで測定することにより，シャックハルトマンセンサ自身の収差によるスポット光位置ずれのデータを測定し，このデータを，対物レンズ測定時のデータから差し引く。これにより，対物レンズのみの波面収差を算出することができ，従来例では不可能だった，回転対称の波面収差も高精度に測定することが可能になる。

　本発明によれば、シャックハルトマンセンサへの入射角を小さくできるので，無限系の対物レンズの波面収差の測定がシャックハルトマンセンサで可能となり，従来の干渉計に比べて，環境に影響されにくい測定が可能になる。また，シャックハルトマンセンサ自身の波面収差を点光源で，直接測定することにより，測定対象のレンズのみの高精度な波面収差測定が可能になる。

　上記手段により，レンズの波面収差を管理することにより，半導体光学検査装置やプリント基板レーザ加工装置の異物検出感度や加工形状が均一化され，半導体ラインでの複数の光学検査装置の運用効率が向上し，レーザ加工の品質が向上するといった効果が得られる。

第１の実施例における波面収差測定装置の概略の構成を示す正面の-断面図である。第１の実施例における，対物レンズの瞳上の２次元センサの撮像の様子を示す瞳面の平面図である。対物レンズ２が搭載される回転ステージ２２と集光点Ａの関係を示す瞳面の平面図である。アレイレンズの収差を測定する場合の波面収差測定装置の概略の構成を示す正面の-断面図である。本発明の第２の実施例における波面収差測定装置の概略の構成を示す正面の-断面図である。第２の実施例における，対物レンズの瞳上の２次元センサの撮像の様子を示す瞳面の平面図である。ステージにピッチングがある場合の，２次元センサ上の集光スポット位置ずれを説明するシャックハルトマンセンサの平面の断面図である。本発明の第３の実施例における波面収差測定装置の概略の構成を示す正面の-断面図である。ステージにヨーングがある場合に，対物レンズの瞳上を１次元センサで撮像する領域を示す対物レンズの瞳面の平面図であるレーザ測定器で１軸ステージとレーザ測定器のヨーイングを計測する状態を示す１軸ステージの平面図である。本発明の第４の実施例における波面収差測定装置の概略の構成を示す正面の-断面図である。対物レンズの波面収差をリレーレンズを介して測定するための概略構成を示す光学系の正面の略断面図である。波面に局所的な傾きがある場合にアレイレンズにより２次元センサ上に集光される位置を示すシャックハルトマンセンサの平面の断面図である。

　点光源を用いて無限系の対物レンズの波面収差を測定するシャックハルトマン型測定装置において，対物レンズの瞳位置において，シャックハルトマンセンサを，点光源の位置に応じて波面と平行になるよう傾斜し，走査する。走査時のピッチング，ヨーイングを補正し，集光スポット位置を求め，これにより波面収差係数を算出する。
本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。

本発明の第１の実施例を、図１～図４に基づいて説明する。図１は本実施例の全体構成図である。１１は平行光を発射する光源、１２はビームエキスパンダ、１０は集光レンズ、１３は折り曲げミラーでビームエキスパンダ１２を通過した光の光路を集光レンズ１０の方向に折り曲げる。１４はステージで、光源１１、ビームエキスパンダ１２、折り曲げミラー１３、集光レンズ１０を載置して少なくとも１軸方向に移動可能な構成を有している。

　２は対物レンズ、２２は対物レンズ２を保持して回転可能な回転ステージ、２２１は取り付け部材で対物レンズ２を回転ステージ２２に固定している。回転ステージ２２は対物レンズ２を保持した状態で図示していない駆動機構により図面に垂直な方向に移動集光レンズ１０の光軸から完全に外れた位置に退避可能になっている。４はシャックハルトマンセンサ、４１は微小なレンズ４１０１，４１０２，４１０３，４１０４を平面内に多数（図１には４個の例を示したが、もっと多数の微小なレンズを並べても良い）アレイ状に配列して構成したアレイレンズ、４２は２次元センサ、４３は少なくとも１軸方向に移動可能なステージ、４４はゴニオステージ、４３１はステージ４３に固定された支持部材でシャックハルトマンセンサ４を支持している。

　ゴニオステージ４４は図示していないＺステージで図面の上下方向に移動可能に指示されている。５１は制御系で、ステージ１４、回転ステージ２２、ゴニオステージ４４、ステージ４３を制御する。５２は処理系で、制御系５１の制御信号を用いてシャックハルトマンセンサ４の２次元センサ４２からの出力信号を処理する。

　以上のような構成において、ステージ１４に搭載された光源１１から出射した平行光は，ビームエキスパンダ１２により拡大された後，集光レンズ１０によって，測定点Ａ点に集光される。Ａ点を出射した光は，被測定レンズである対物レンズ２に入射し，Ａ点の位置に応じて傾斜した平行光４１０となって，対物レンズ２の瞳２１に設置されたシャックハルトマンセンサ４に入射する。

　シャックハルトマンセンサ４の傾斜角αは，上述の（数１）を用いて，対物レンズ２の焦点距離ｆ１と光軸とＡ点の距離Ｌより得られる。傾斜角αは，制御系５１がステージ１４の位置を得て算出し，ゴニオステージ４４を傾斜角αとなるよう制御する。平行光４１０の一部は，アレイレンズ４１によって分割され，各部の波面の傾きに応じて，２次元センサ４２上に集光スポットとして撮像される。次に制御系５１は，ステージ４３を駆動して，瞳２１と傾斜角αを成す面の次の撮像位置にシャックハルトマンセンサ４を移動させ，平行光４１０の別の部分を撮像する。この操作を繰り返して，瞳２１全ての撮像を行う。

　次に図２（ａ）乃至（ｅ）を用いて，撮像方法に関して説明する。図２（ａ）は，ステージ４３が第１の位置にある時の瞳２１の領域上の２次元センサ４２による撮像範囲４２１０を示す。同様に，図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はステージ４３が第２，第３，第４の位置における撮像範囲４２２０，４２３０，４２４０を示す。第１から第４の位置における各撮像範囲４２１０,４２２０，４２３０および４２４０は、それぞれは一部領域が重なるように設定されている。

　格子４２１２は，その交点４２０２がアレイレンズ４１を構成する各微小レンズそれぞれの設計上（理想状態）の集光スポット位置を示す。実際の集光スポット４２１１は，収差のために，この位置からずれてしまう。処理系５２は，各画像で集光スポットの重心位置を求めた後，各画像の重複スポット配列４２１３，４２１４，４２２４，４２３３の座標が一致するよう，各スポット配列に回転移動，平行移動を施し，繋ぎ合わせ，最終的に図２（ｅ）に示すような位置ずれが補正されて合成されたスポット配列４５０を得る。このように，回転移動，平行移動で合わせ込むことにより，ステージ４３による移動時のヨーイング，ピッチングが補正される。

　ここで，図３により，対物レンズ２が搭載される回転ステージ２２の機能に関して説明する。対物レンズ２の波面収差は，対物レンズ２の光軸２００に対する相対位置である，測定点Ａ（集光レンズ１０の集光点Ａ）によって変わるため，対物レンズ２の視野内の全域で測定する必要がある。これに対して，ゴニオステージ４４は１軸の傾斜ステージであり，対物レンズ２の特定の半径方向の測定点Ａの位置に対して，傾斜角が制御される。これ以外の測定点設定を行うため，対物レンズ２を回転ステージ２２で回転させる。例えば，制御系５１が回転ステージ２２を２２．５度おきに回転させることにより，対物レンズ２の視野内を概ね全て測定することができる。

　即ち、図３に示したケースの場合、回転ステージ２２をある位置に固定した状態でゴニオステージ４４を１軸方向に順次傾斜させていくことにより軸２００１に沿った方向で複数の測定点２００１１、２００１２、２００１３・・・２００１ｎにおける波面収差を測定し、次に回転ステージ２２を２２．５度回転させた後に固定した状態で同様にゴニオステージ４４を同様に１軸方向に順次傾斜させていくことにより軸２００２に沿った方向で複数の測定点２００２１，２００２２，２００２３・・・２００２ｎにおける波面収差を測定する。これを回転ステージを２２．５度ピッチで回転させながら繰り返すことで、対物レンズ２の視野２０１内を概ね全ての領域に渡って波面収差を測定することができる。

　次に，図４により，アレイレンズ４１の収差に起因する集光スポット位置ずれを補正する補正法について説明する。先ず、図示していない機構により回転ステージ２２を集光レンズ１０の光軸から退避させた状態で、制御系５１が図面の上下方向に移動可能なＺステージ４６を駆動し，測定点Ａから発散する球面波１００がアレイレンズ４１全体に入射する位置に移動する。

　今，アレイレンズ４１の中心を（０，０）とするアレイレンズ４１の配列を（ｉ，ｊ），測定点Ａからアレイレンズ４１までの距離をＲ，アレイレンズのＸ，Ｙ方向のピッチをΔＰｘ，ΔＰｙとすると，（ｉ，ｊ）番目のアレイレンズの集光スポットの格子点上の理想値ΔＸ0（ｉ，ｊ），ΔＹ0（ｉ，ｊ），は，次式で与えられる。
ΔＸ0（ｉ，ｊ）＝ΔＰｘ＊ｉ＊ｆ４／Ｒ　・・・（数６）
ΔＹ0（ｉ，ｊ）＝ΔＰｙ＊ｉ＊ｆ４／Ｒ　・・・（数７）
ここに，ｆ４はアレイレンズ４１の焦点距離である。

　２次元センサ４２で実際に測定された集光スポットの位置ずれをΔＸｓ（ｉ，ｊ），ΔＹｓ（ｉ，ｊ）とすると，アレイレンズ４１の収差起因の位置ずれΔＸａ（ｉ，ｊ），ΔＹａ（ｉ，ｊ）は，次式で得られる。
    ΔＸａ（ｉ，ｊ）＝ΔＸｓ（ｉ，ｊ）－ΔＸ0（ｉ，ｊ）　・・・（数８）
    ΔＹａ（ｉ，ｊ）＝ΔＹｓ（ｉ，ｊ）－ΔＹ0（ｉ，ｊ）　・・・（数９）
　処理系５２は，ΔＸａ（ｉ，ｊ），ΔＹａ（ｉ，ｊ）の値を記憶しておき，上述の対物レンズ２の測定時の集光スポット位置ずれΔＸ（ｉ，ｊ），ΔＹ（ｉ，ｊ）を次式により補正する。
    ΔＸm（ｉ，ｊ）＝ΔＸ（ｉ，ｊ）－ΔＸａ（ｉ，ｊ）　・・・（数１０）
    ΔＹm（ｉ，ｊ）＝ΔＹ（ｉ，ｊ）－ΔＹａ（ｉ，ｊ）　・・・（数１１）
　以上の処理により，アレイレンズ４１の収差の影響を受けない，対物レンズ２の波面収差の測定が可能になる。

本発明の第２の実施例を，図５～図７を用いて説明する。図５は，ステージ２３のヨーイング，ピッチングにより発生する誤差を補正する波面収差測定装置の構成を示す。基本的な構成は、図１に示した第１の実施例と同じであり、同じ部品には同じ番号を付している。本実施例においては、ゴニオステージ４４に載置したステージ４３にオートコリメータ４５を取り付けた点が図１に示した第１の実施例と異なる。オートコリメータ４５は，ステージ４３のヨーイング角ω，ピッチング角γを計測し，処理系５２に信号を送る。

　図６（ａ）乃至（ｅ）に，ヨーイング誤差ω，ピッチング誤差γが生じた場合の撮像の様子を示す。図６（ａ）乃至（ｄ）に示した状態は、図２（ａ）乃至（ｄ）に示したものと撮像の条件が基本的には同じであり，図６（ａ）にはステージ４３が第１の位置にある時の対物レンズ２の瞳２１の領域上の２次元センサ４２による撮像範囲４２１０を示す。同様に，図６（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はステージ４３が第２，第３，第４の位置における撮像範囲６２２０，６２３０，６２４０を示す。格子６２１２は，その交点６２０２がアレイレンズ４１を構成する各微小レンズ（図１に示した４１０１，４１０２，４１０３，４１０４）それぞれの設計上（理想状態）の集光スポット位置を示す。実際の集光スポット６２１１（図６（ａ）乃至（ｄ）で●で示した位置）は，収差のために，この位置からずれてしまう。

　オートコリメータ４５からの信号を受けた処理系５２は，計測したヨーング誤差ωにより，次式で座標変換し，図６（ｂ）に示すように撮像範囲６２５０のずれを修正してスポット６２５２の配列を補正する。

　次に，ステージ４３のピッチング誤差γと２次元センサ４２上の誤差εの関係を図７を用いて説明する。この場合，実施例１で説明したような画像間で重複スポット配列を重複させて撮像することは不要となる。２次元センサ４２が，ステージ４３のピッチングによりγだけ傾く時，ステージ４３に固定された支持部材４３１で支持されている２次元センサ４２上のシフト量εは次式で得られる。
ε＝ｆ４＊ｔａｎγ　・・・（数１３）
ここに，ｆ４はアレイレンズ４１の焦点距離である。処理系５２は，オートコリメータ４５で測定されたピッチング角γからシフト量εを算出し，図６（ｄ）に示すようにスポット配列４２６０を補正する。

　このようにオートコリメータ４５でステージ４３の移動誤差を計測することで，ステージ４３の各位置で撮像して得た画像におけるスポット配列誤差を補正でき、この誤差を個性した各画像を合成することにより、図６（ｅ）に示すような位置ずれが補正されて合成されたスポット配列６５０を得ることができる。

本発明の第３の実施例を図８，図９により説明する。図８は，瞳２１の画像を取得する別の装置構成を示す。第１の実施例と同じ構成については、同じ番号を付している。第３の実施例において第１及び第２の実施例と異なる点は、レンズアレイ４１１を固定して対物レンズ２の瞳２１の全面をカバーする点である。すなわち、レンズアレイ４１１を対物レンズ２の瞳２１の全面をカバーする領域に多数の微小レンズ４１１１，４１１２，４１１３・・・を格子状に配列して構成し、このレンズアレイ４１１を固定部材４３２を介してゴニオステージ４４に固定して１次元センサ４２１を一方向に走査してレンズアレイ４１１の各微小レンズ４１１１，４１１２，４１１３・・・によるそれぞれの集光スポットを撮像する点である。

　１次元センサ４２１は図８で紙面に垂直な方向に瞳２１の直径以上の撮像範囲をもち，１軸ステージ４３０に搭載されている。１軸ステージ４３０の移動距離は，レーザ測長器４５１により計測される。１軸ステージ４３０の駆動は制御系５１により行われ，処理系５２は，レーザ測長器４５１の位置信号を元に，レンズアレイ４１１で撮像された１次元像を２次元画像に合成する。これにより，１方向の１回の走査で，２次元ＣＣＤでは直接撮像が不可能な大きな瞳の像を撮像することができる。ここで，図９に１次元センサ４２１の撮像領域４２１５の軌跡を示す。１軸ステージ４３０にヨーイング誤差が発生すると，撮像領域の回転誤差４２１７が生じる。

　図１０には，１軸ステージ４３０の平面図を示す。レーザ測長器４５１は，２軸のビームで計測するため，１軸ステージ４３０のヨーイング角δが計測可能である。処理系５２は計測したヨーイング角δから，画像合成時に撮像領域の回転誤差４２１７を補正する。これによって，１軸ステージ４３０が高精度でないステージであっても，正確な波面収差の測定が可能となる。なお，１次元センサ４２１を使用する場合，１軸ステージ４３０のピッチングの影響は走査方向の１画素内に留まるため，波面収差測定精度への影響は殆ど無い。

本発明の第４の実施例を図１１により説明する。図１１は，測定点Ａが軸外にある場合に発生する波面の傾きを常に一定方向に補正する波面収差測定装置の構成を示す。第１の実施例と同じ構成については、同じ番号を付している。

　レーザ加工装置用のｆθレンズのように，瞳面２１と対物レンズ２との間に充分なスペースがある場合，瞳面２１１の位置にガルバノミラー６０を設置することができる。制御系５１１は，ステージ１４の位置信号（図示していないレーザ測長器などのポジションセンサでステージ１４の位置を検出して得た信号）から，測定点Ａの光軸までの距離Ｌを算出し，（数１）を用いて，瞳面での波面の傾斜角α（図１参照）を得，反射光６０１が常に光軸６００の方向に向くよう，ガルバノミラー６０の角度φを制御する。具体的には，傾斜角αに対してガルバノミラーをα／２だけ傾けることにより，反射光６０１を光軸６００の方向に向くよう制御できる。反射光６０１は，固定ミラー６１，リレーレンズ３０１１，固定ミラー６２，リレーレンズ３０２１を介して，シャックハルトマンセンサ４に平行光として入射する。

　この構成において、シャックハルトマンセンサ４は図示していない支持部材により支持されている。リレーレンズ３０１１とリレーレンズ３０２１は，図１２に示したリレーレンズ３０１および３０２と同じ構成を取り，リレーレンズ３０１１と瞳面２１１の光軸上の距離はリレーレンズ３０１１の焦点距離f２（図１２参照），リレーレンズ３０２１とアレイレンズ４１との距離は，リレーレンズ３０２１の焦点距離f３，リレーレンズ３０１１，３０２１の光軸上の距離はf２+f３で設置されている。これにより，アレイレンズ４１は，瞳面２１１と共役な関係となり，アレイレンズ４１に，全体の傾斜角がゼロで，瞳面２１１上と等しい位相分布をもつ波面が入射する。リレーレンズ３０１１とリレーレンズ３０２１による倍率は，（数２）を満たすように決められる。

　本実施例によれば，測定点Ａの位置に応じて，シャックハルトマンセンサ４を移動させる必要がなく，常に固定位置に設定すれば良い。ガルバノミラー６０を制御するだけなので，実施例１～３に比べて簡単な構成で，軸外の波面収差測定が可能となる。

　以上説明したように、本発明によれば、半導体ウエハ製造ラインにおいて，感度に機差のない光学検査装置を実現するためのレンズ管理を行うことができる。また，プリント基板用のレーザ加工装置においても，走査範囲全ての加工形状の均一性を保証するレンズ管理を行うことができる。さらに，ハードディスク，液晶やプラズマテレビ，有機ＥＬ等の基板用の欠陥検査やレーザ加工，レーザ修正等においても，感度，加工形状の均一性確保に適用することにより，これらのデバイスの高歩留まり生産が可能になる。

１０・・・集光レンズ　　１１・・・光源　　１２・・・ビームエキスパンダ　　１３・
・・　折り曲げミラー　　１４・・・ステージ　　１５・・・２次元センサ　　２・・・対物レンズ　　２１・・・瞳　　２１１・・・瞳面　　２２・・・回転ステージ　　２００・・・光軸　　３０１・・・リレーレンズ　　３０２・・・リレーレンズ　　４・・・シャックハルトマンセンサ　　４１・・・アレイレンズ　　４２・・・２次元センサ　　
４２１・・・１次元センサ　　４３０・・・１軸ステージ　　４５１・・・レーザ測長器
　　４３・・・ステージ　　４４・・・ゴニオステージ　　４５・・・オートコリメータ
　　４６・・・Ｚステージ　　５１・・・制御系　　５２・・・処理系　　６０・・・ガルバノミラー　　６１・・・折り曲げミラー　　６２・・・折り曲げミラー

Claims

平面内で移動可能な第１のテーブル手段と、
該第１のテーブル手段に載置されて点光源を形成する点光源形成手段と、
測定対象である被検査レンズを載置して回転可能な第２のテーブル手段と、
前記点光源形成手段で形成された点光源から出射して前記第２のテーブル手段に載置された被検査レンズを透過した光を検出するシャックハルトマンセンサと、
前記光を検出したシャックハルトマンセンサからの出力信号を処理して前記被検査レンズの波面収差を求める信号処理手段と、
を備えた波面収差測定装置であって、
調整手段を更に備え、該調整手段により、前記点光源形成手段の点光源から出射して前記第２のテーブル手段に載置された被検査レンズを透過した光を該被検査レンズの瞳面または該瞳面と共役な面において前記点光源の位置に応じて前記シャックハルトマンセンサで検出するように前記シャックハルトマンセンサの傾き及び位置または前記被検査レンズを透過した光の光路を調整することを特徴とする波面収差測定装置。
前記調整手段は、前記被検査レンズの瞳面に対する前記シャックハルトマンセンサの傾き角を調整するゴニオステージと前記被検査レンズの瞳面における前記シャックハルトマンセンサの位置を調整する平面内で移動可能なテーブルとを備えていることを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。　　
前記調整手段は、前記点光源から出射して前記第２のテーブル手段に載置された被検査レンズを透過した光が前記被検査レンズの光軸に沿って進むように前記被検査レンズの瞳面において前記透過した光の光路を調整する回動可能なミラーと、該回動可能なミラーで光路を調整された光を透過して前記瞳面と共役な面を形成するリレーレンズとを有し、該リレーレンズにより形成された前記瞳面と共役な面に前記シャックハルトマンセンサを設置したことを特徴とする請求項１記載の波面収差測定装置。
点光源を形成する点光源形成手段と、
該点光源形成手段を載置して平面内で移動可能な第１のテーブル手段と、
測定対象である被検査レンズを載置する第２のテーブル手段と、
前記点光源形成手段で形成された点光源から出射して前記第２のテーブル手段に載置された被検査レンズを透過した光を検出するシャックハルトマンセンサと、
該シャックハルトマンセンサを支持する支持手段と、
前記光を検出したシャックハルトマンセンサからの出力信号を処理して前記被検査レンズの波面収差を求める信号処理手段と、
全体を制御する制御手段と
を備えた波面収差測定装置であって、
前記支持手段は前記シャックハルトマンセンサを載置して１軸の周りに遥動可能なゴニオステージを有し、前記制御手段は前記点光源形成手段で形成された点光源の位置に応じて前記ゴニオステージを駆動して前記シャックハルトマンセンサの傾き角度を制御することを特徴とする波面収差測定装置。
前記制御手段は該第１のテーブル手段を駆動して前記点光源形成手段を前記被検査レンズの物面内で移動させるとともに，該点光源形成手段により形成された点光源と前記第２のテーブル手段に載置された被検レンズの光軸との距離に応じて前記ゴニオステージを駆動して前記シャックハルトマンセンサを傾斜させることを特徴とする請求項４項記載の波面収差測定装置。
前記ゴニオステージ上に設置された第３のテーブル手段を更に備え、前記支持手段は、前記第３のテーブル手段を介して前記シャックハルトマンセンサを支持し、前記制御手段は前記点光源形成手段で形成された点光源の位置に応じて前記ゴニオステージを駆動して前記シャックハルトマンセンサの傾き角度を制御するとともに前記第３のテーブル手段を駆動して前記シャックハルトマンセンサの位置を制御することを特徴とする請求項４記載の波面収差測定装置。
光源から発射された光を集光させて点光源を形成し、
該点光源から出射して被検査レンズを透過した光をシャックハルトマンセンサで検出し、前記透過した光を検出したシャックハルトマンセンサからの出力信号を処理して前記被検査レンズの波面収差を求める
波面収差測定方法であって、
前記点光源から出射して前記被検査レンズを透過した光を該被検査レンズの瞳面または該瞳面と共役な面において前記シャックハルトマンセンサで検出するように前記シャックハルトマンセンサの傾き及び位置または前記被検査レンズを透過した光の光路を調整することを特徴とする波面収差測定方法。
前記被検査レンズを透過した光を該被検査レンズの瞳面または該瞳面と共役な面において前記シャックハルトマンセンサで検出するように前記シャックハルトマンセンサの位置を調整することを、前記シャックハルトマンセンサをゴニオステージに載置して該ゴニオステージの傾き角を制御して前記被検査レンズの瞳面に対する前記シャックハルトマンセンサの傾き角を調整することを特徴とする請求項７記載の波面収差測定方法。
前記被検査レンズを透過した光を該被検査レンズの瞳面または該瞳面と共役な面において前記シャックハルトマンセンサで検出するように前記シャックハルトマンセンサの位置を調整することを、前記シャックハルトマンセンサをゴニオステージに搭載した少なくとも一軸方向に移動可能なテーブルに載置して該ゴニオステージの傾き角を制御して前記テーブルで該ゴニオステージの位置を制御することを特徴とする請求項７記載の波面収差測定方法。
前記被検査レンズを透過した光を該被検査レンズの瞳面または該瞳面と共役な面において前記シャックハルトマンセンサで検出するように前記被検査レンズを透過した光の光路を調整することを、前記点光源から出射して前記被検査レンズを透過した光が前記被検査レンズの光軸に沿って進むように前記被検査レンズの瞳面において回動可能なミラーを用いて前記透過した光の光路を調整し、該光路を調整された光をリレーレンズを透過させることにより前記瞳面と共役な面を形成し、該形成した共役な面に配置した前記シャックハルトマンセンサで前記透過した光を検出することを特徴とする請求項７記載の波面収差測定方法。