JP2000097616A

JP2000097616A - 干渉計

Info

Publication number: JP2000097616A
Application number: JP10268794A
Authority: JP
Inventors: Jacobsen Bruce; ジェイコブセンブルース; Takashi Genma; 隆志玄間; Jun Suzuki; 順鈴木; Tadashi Nagayama; 匡長山
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】コヒーレンス長が非常に短い光源を使用する光
学系であっても、高い測定精度で波面収差を測定するこ
とのできる干渉計を提供する。【解決手段】光源から放射された光束を用いて、被検光
学系の波面収差を測定するための干渉計において、前記
光源からの光束を球面波に変換する第１のピンホールを
有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光
学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、少なくと
も第１及び第２の光束に分割する第二光学手段と、前記
ピンホールとは異なる第２のピンホールを有し、前記第
１の光束を、前記第２のピンホールで回折させる第三光
学手段と、を有し、前記第２のピンホールで回折させら
れた前記第１の光束と、前記第２の光束と、を干渉させ
ることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉
計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系の波面収差
を測定するための干渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光学系の波面収差を測定するための装置
としては、干渉計を応用したものが従来から知られてい
る。例えば、これらの干渉計は、フィゾー干渉計やトワ
イマングリーン干渉計であった。また、ピンホールから
の回折光を用いるポイントディフラクション干渉計が、
特開昭５７−６４１３９号公報に公開されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】現在、最も高い波面精
度が要求されている光学系の一つとして、半導体露光装
置の縮小投影レンズが挙げられる。この縮小投影レンズ
は、半導体露光装置の露光光源波長に対して波面収差を
最適化されているため、波面収差の測定には露光光源を
用いることが必要になる。

【０００４】しかし、半導体露光装置の露光光源である
水銀ランプのｉ線や、ＫｒＦ，ＡｒＦ，Ｆ２エキシマレ
ーザはコヒーレンス長が非常に短く、フィゾー干渉計を
用いて波面収差を計測することが出来ない。一方、トワ
イマングリーン干渉計では、縮小投影レンズ（被検光学
系）を含む測定光路の光路長と参照光路の光路長とを一
致させれば、干渉縞を得ることが出来る。しかし、参照
光路長は１ｍ以上になるため、空気揺らぎなどの外乱の
影響を受けてしまい、必要とされているλ／１００とい
う高い測定精度を実現することは出来ない。

【０００５】また、ポイントディフラクション干渉計
は、コヒーレンスの高い光源を必要としないため、干渉
性の問題はない。しかし、従来例では、被検光学系に入
射する波面の精度が悪いことと、波面分割素子（例え
ば、回折格子）で発生する波面収差のために、高い測定
精度を実現できなかった。本発明は、上記問題点に鑑み
なされたもので、コヒーレンス長が非常に短い光源を使
用する光学系であっても、高い測定精度で波面収差を測
定することのできる干渉計を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源から放射された光束を用いて、被
検光学系の波面収差を測定するための干渉計において、
前記光源からの光束を球面波に変換する第１のピンホー
ルを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第
一光学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、少な
くとも第１及び第２の光束に分割する第二光学手段と、
前記ピンホールとは異なる第２のピンホールを有し、前
記第１の光束を、前記第２のピンホールで回折させる第
三光学手段と、を有し、前記第２のピンホールで回折さ
せられた前記第１の光束と、前記第２の光束と、を干渉
させることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干
渉計を提供する。

【０００７】また、光源から放射された光束を用いて、
被検光学系の波面収差を測定するための干渉計におい
て、前記光源からの光束を球面波に変換するピンホール
を有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一
光学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、反射
し、再び前記被検光学系へ戻す反射手段と、前記反射手
段からの出射光束を、少なくとも第１及び第２の光束に
分割する第二光学手段と、前記第１の光束を、回折さ
せ、球面波を発生させる第三光学手段と、を有し、前記
第３光学手段で回折させられた前記第１の光束と、前記
第２の光束と、を干渉させることによって、干渉縞を得
ることを特徴とする干渉計も提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】上述の様に、本発明では、ピンホ
ールによって回折した理想的な球面波を被検光学系に入
射させることにより、波面測定精度を向上させている。
また、測定光路中に新たに較正用ピンホールを挿入して
被検光学系以外の光学系で発生している波面収差を測定
し、それを減算することにより、測定精度を向上させる
ことを可能にしている。

【０００９】また、較正用ピンホールを用いずに高精度
球面鏡を用いて、被検光学系以外の光学系で発生してい
る波面収差を較正するための干渉計の構成も考案した。

【００１０】

【実施例】〔第一実施例〕第一実施例を、図１を用いて
説明する。本実施例は、半導体露光装置の縮小投影レン
ズの波面収差を測定するための干渉計である。つまり、
被検光学系を縮小投影レンズとしたときの実施例であ
る。

【００１１】半導体露光装置の露光光源と同一の光源１
から出射した準単色光は、ミラー２及び不図示のビーム
エキスパンダなどを透過した後、集光レンズ３によって
ピンホール４上に集光される。ピンホール４は、測定光
の波長程度の直径の円形開口である。本実施例において
は、ピンホール４は、クロムなどの金属膜或いは誘電体
多層膜からなる薄膜４ａを石英ガラス板４ｂの表面に蒸
着し、ピンホール４ｃをエッチングなどにより薄膜のほ
ぼ中心部に形成することによって製作されている。図２
は、その拡大図である。

【００１２】光源がＫｒＦ，ＡｒＦ，Ｆ２などのエキシ
マレーザである場合、これらは、パルスレーザであるた
め、１０〜２０ｎｓｅｃという短時間に強いエネルギー
を照射する。そのため、ピンホールの材質は、パルスレ
ーザのピークパワーに対して十分に耐久性のあるもので
なければならない。ピンホール４ｃで回折させた光は、
理想的な球面波となり、測定光として被検光学系６に入
射する。本実施例においては、測定光は、縮小光学系５
により、被検光学系６の物体面位置（通常レチクルが配
置される位置）に集光されている。

【００１３】測定光は、被検光学系６の瞳面をカバーす
るだけの発散角を持って、被検光学系６に入射しなけれ
ばならない。この条件は、ピンホール４ｃの直径をφ、
測定波長をλ、被検レンズ６の入射側開口数をＮＡ、縮
小光学系５の倍率をｍとしたときに、 φ＜λ／（ｍ・ＮＡ）（Ａ）と表わすことが出来る。ピンホールの透過率を考慮する
と、現実には、 λ／２＜φ＜λ／（ｍ・ＮＡ）（Ｂ）が条件になる。

【００１４】被検光学系６を透過後、被検光学系６の像
面位置（通常ウェハが配置される位置）に集光した測定
光は、第一対物レンズ７、ハーフミラー８、第２対物レ
ンズ９を介してマスク１１上に拡大結像される。拡大結
像が必要になるのは、被検レンズ６が半導体露光装置用
縮小光学系の場合、像面位置に出来る像の大きさが波長
オーダーの極めて小さなものになり、拡大結像しない
と、後述するマスク・ピンホール１１ａの製作が困難に
なるのを防ぐためである。

【００１５】マスク１１と第２対物レンズ９との間に
は、回折格子１０が設置されており、測定光は複数の回
折光に分割される。マスク１１は、測定光の波長オーダ
の小さなピンホール１１ａと波長の数十から数百のオー
ダの比較的大きいウィンドウ１１ｂとからなる。ピンホ
ール１１ａとウィンドウ１１ｂとは、測定光の波長の数
百倍離れている。図４は、マスク１１の拡大図である。
本実施例においては、０次回折光がピンホール１１ａに
集光し、１次回折光がウインドウ１１ｂの中央に集光
し、他の回折光はマスク１１でカットされるように、回
折格子１０が形成されている。ピンホール１１ａで回折
された光は、理想的な球面波となり、測定の参照波面と
して用いられる。一方、ウインドウ１１ｂを透過した光
は、不変であり、被検波面として使われる。

【００１６】参照波面と被検波面とは、レンズ１２によ
って撮像素子１３に重畳され、干渉縞を形成する。レン
ズ１２は、被検光学系６の瞳面を撮像素子１３の検出面
上に結像する役目も果している。干渉縞画像はコンピュ
ータ１９により解析され、被検光学系６の持つ波面収差
が求められる。干渉縞を高精度で解析するために、回折
格子１０を圧電素子などを用いて光軸に垂直かつ回折格
子の直線の向きと垂直な方向に、回折格子の周期の１／
４程度ずつ平行にシフトした時の干渉縞画像を複数枚用
いる。干渉縞の解析は、縞走査法として公知の処理手順
に行われる。

【００１７】ここで、被検光学系６の瞳面を照射するた
めには、通常、広い回折角を持つ小さなピンホールの作
成が必要になる。波長オーダーのピンホールの製作は非
常に難しい。また、小さなピンホールを用いる場合、撮
像素子１３で十分な明るさの干渉縞画像を得るために
は、非常に強い照射強度でピンホール４ａを照明する必
要が生じる。前述したクロム膜で形成されたピンホール
は、強い光を照射すると膜が破損される恐れがある。

【００１８】縮小光学系５は、ピンホールの破損を防ぐ
ためのものである。例えば、縮小倍率を１／１０とする
と、ピンホールの大きさが１０倍になり、製作が容易に
なるとともに、照射強度は１／１００倍になり、ピンホ
ール膜の耐久性の問題も解決される。本実施例のように
光源１がパルス光源の場合には、上述のピンホール破損
防止方法以外にも、パルスの分割により光源側ピンホー
ル４ａの照射強度のピーク値を下げる方法がある。

【００１９】図７を用いて、この実施例を説明する。光
源１から出射した光をハーフミラー８４で分割する。ハ
ーフミラーの反射率は３８％、透過率は６２％程度が望
ましい。ハーフミラー８４で反射した光に比べて、ハー
フミラー８４を透過してプリズムミラー８５ａ、８５ｂ
及び８５ｃで反射した後ハーフミラーを透過してきた光
束は、時間的に遅延している。遅延時間ｔ１は、このル
ープの光路長Ｌ１を光速度ｃで割った値になる。遅延時
間ｔ１は、光源１のパルス持続時間よりも長くなるよう
に選ばなくてはならない。レンズ９０は、ビームの断面
内での強度分布や波長分布が一致しない場合に、それら
を平均化するための光学系である。これにより、ループ
を通過したビームは、上下左右が反転されている。

【００２０】第２ループは更に大きな光路長Ｌ２を持
ち、ループを一回転する毎にビームがシフトするように
ハーフミラー８６とプリズムミラー８７ａ、８７ｂ及び
８７ｃとが配置されている。第２ループによる遅延時間
ｔ２はＬ２／ｃであり、ループを１回回転する毎にｔ２
だけ遅れたパルスが得られる。ｔ２はｔ１よりも大きな
値になるように選ぶ。

【００２１】これらの光学系を用いた場合のパルス変化
の様子を、図８に示す。パルスの持続時間を伸ばすこと
と同等の効果が選られ、ピークパワーが減少しているこ
とがわかる。ピンホール膜の破壊に寄与するのはパルス
のピークパワーであるので、このループ光学系はピンホ
ールの耐久性向上に大きな効果をもたらした。尚、この
ループ光学系は光源１とミラー２の間に挿入されてい
る。

【００２２】前述までの測定方法では、被検波面は光源
側ピンホール４ａと検出側ピンホール１１ａの間のすべ
ての光学系の収差の影響を受けている。具体的には、測
定結果Ｗ０は、縮小光学系５の波面収差Ｗｒと被検光学
系６の波面収差Ｗｔと第一対物レンズ７から回折格子１
０までからなる検出光学系の波面収差Ｗｐとの和で表さ
れる。

【００２３】Ｗ０＝Ｗｒ＋Ｗｔ＋Ｗｐ（１）縮小光学系の波面収差Ｗｒ及び検出光学系の波面収差Ｗ
ｐは、極力小さくすることが望ましい。そのため、これ
らの光学系は、均質性のよい材料を用いて高精度に製作
されている。被検光学系６が半導体露光装置用縮小光学
系である場合には、波面収差測定の要求精度はきわめて
高く、ＷｒとＷｐとの影響を無視することが出来ない。
そこで、これらの影響を取り除く方法を、図５及び図６
を用いて説明する。

【００２４】まず、検出光学系の波面収差Ｗｐを測定す
る方法について説明する。使用光の波長オーダの直径を
持つ開口からなる第一キャリブレーションピンホール２
５を、被検光学系６の像面位置に配置する。この時、第
一キャリブレーションピンホール２５で回折した波面
は、理想的な球面波である。従って、ここで、撮像素子
１３上に形成される干渉縞は、検出光学系で発生した波
面収差Ｗｐを表すことになる。

【００２５】Ｗ１＝Ｗｐ（２）次に、第一キャリブレーションピンホール２５を取り除
き、使用光の波長オーダの直径をもつ開口からなる第二
キャリブレーションピンホール２７を、被検光学系６の
物体面位置に設置する。第二キャリブレーションピンホ
ール２７からは理想的な球面波が発生するので、この
時、得られる干渉縞は、被検光学系６の波面収差Ｗｔと
検出光学系の波面収差Ｗｐとの和を表す。

【００２６】Ｗ２＝Ｗｔ＋Ｗｐ（３）以上２回の測定を行うことにより、被検光学系６の波面
収差Ｗｔのみを求めることが出来る。具体的には、式
（２）及び（３）を用いて、Ｗｔ＝Ｗ２−Ｗｐ＝Ｗ２−Ｗ１（４）を求めればよい。式（４）の計算は、コンピュータで波
面収差の測定結果を減算することにより容易に行われ
る。

【００２７】縮小光学系や検出光学系の持つ波面収差が
時間的に変動しないのであれば、上記の較正方法は、一
度だけ行っておけばよい。縮小光学系の波面収差ＷｒはＷｒ＝Ｗ０−Ｗ２で求められる。検出光学系の波面収差はＷ１であるの
で、これらの情報をコンピュータ内に貯えておき、通常
の測定結果Ｗ０からＷｒとＷｐを減算すれば、被検レン
ズの波面収差Ｗｔを１回の測定だけで求めることが出来
る。キャリブレーションピンホールを用いた較正のため
の測定は、定期的に行うだけで十分である。

【００２８】続いて、測定時に行う光学系のアライメン
ト装置について、図９を用いて説明する。本実施例の干
渉計では、光源ピンホール４ａから出射した光を検出ピ
ンホール１１ａに集光しないと、測定が出来ない。その
ため、光学系のアライメントが非常に重要である。被検
光学系６の波面収差は、光軸上のみならず、軸外におい
ても測定する必要があるため、光源部は、ステージ２３
上に設置され、水平面内（被検光学系６の光軸と垂直方
向）及び垂直方向に移動可能になっている。検出側光学
系も、同様にステージ２４上に設置されており、水平面
内及び垂直方向に移動可能である。

【００２９】被検光学系６が基準位置に設置された後、
ステージ２３は、水平方向及び光軸方向の所定の位置に
移動する。移動量はコンピュータで指示され、ステージ
２３の位置は不図示のレーザ測長装置で精密に計測され
る。この時、光源ピンホール４ａから出射した光の一部
は、ハーフミラー８を透過し、ミラー１６で反射され、
測定光路Ａ２中に挿入されたミラー２２を介して、集光
レンズ１２によって撮像素子１３上にスポットを結像す
る。このスポットの基準位置からのずれ量はステージ２
４の位置ずれ量を表すので、この情報を用いてステージ
２４を移動することにより、水平方向のアライメントを
行うことが出来る。

【００３０】しかし、この装置では、アライメントの分
解能は撮像素子１３の画素サイズによって決まるため、
測定光を検出ピンホール１１ａに照射するには、感度が
不十分である。そこで、本実施例では、ピンホール４ａ
から出射した光は、集光レンズ１７により４分割ディテ
クタ１８上にも集光するようにしている。４分割ディテ
クタを用いると、撮像素子のみを用いた従来の装置に比
べて高い分解能で位置ずれを測定できる。そのため、こ
の情報を基にステージ２４の位置を修正すれば、測定光
を検出ピンホール１１ａ上に集光することが可能にな
る。本実施例では検出器として４分割ディテクタを用い
たが、ＰＳＤなど他の手段を用いてもよい。ステージ２
４の位置もまた不図示のレーザ測長機によって計測され
ている。

【００３１】光軸方向の位置ずれは、結像レンズ１２を
用いて、形成されたスポット像の大きさを判断すること
により、測定することが出来る。しかし、最終的には、
一回測定を行い、干渉縞を解析して、フォーカス成分を
計算し、その情報を基に光軸方向にステージを移動する
という方法で、精密に行っている。本実施例中では、４
分割ディテクタ１８は、アライメント装置としてだけで
はなく、能動光学系のディテクタとしても用いられてい
る。前述の様に、４分割ディテクタ１８を用いると、光
学系の横ずれを検出することが出来る。横ずれの原因に
はアライメント誤差だけではなく、振動などの外乱も含
まれる。本装置は、不図示の除振装置の上に設置されて
いるが、外部からの振動を完全に取り除くことは難し
い。特に、水平方向の振動は、干渉縞のコントラストを
低減させ、測定自体を不可能にすることもある大きな問
題である。

【００３２】本実施例では、４分割ディテクタ１８から
得た信号を用いて、光学系の横ずれ量をコンピュータ２
０でリアルタイムで計算し、それを打ち消すように光源
ピンホール４ａの位置を移動させている。これにより、
振動の影響を打ち消すことができる。ここで、ピンホー
ルの移動量はコンピュータ２０から指示され、ピンホー
ルの移動は圧電素子２１を用いて行われている。本実施
例では、光源ピンホール４ａを移動することにより振動
の影響を打ち消しているが、このことは、光源ピンホー
ルのみが振動していたということを意味する訳ではな
い。光源部２３、被検光学系６及び検出系２４の相対関
係の変化を、光源ピンホール４ａの移動のみで補償して
いるのであり、被検光学系６や検出系２４を移動するこ
とでも同様の効果が得られる。本実施例では、高速応答
を可能にするため、重量の軽い光源ピンホール４ａを移
動させている。

【００３３】本実施例では、４分割ディテクタ１８は、
更に、被検光学系６のディストーション計測にも用いら
れている。光源部ピンホール４ａが被検光学系６の光軸
上から水平にｘの位置に置かれるように、ステージ２３
を移動したとき、縮小倍率１／ｍ倍の被検光学系６によ
って像面位置内に出来る像は、理想的には、光軸からｘ
／ｍの距離にあるはずである。しかし、被検光学系６が
歪曲収差を持つ場合には、結像位置は光軸と直交する方
向にシフトする。このシフトした量を計測するのが、デ
ィストーション計測である。本実施例では、ステージ２
３及び２４の位置を高精度にレーザ干渉計で計測しなが
ら、像面位置に形成された像の位置ずれを４分割ディテ
クタを用いて計測することにより、ディストーション計
測を実現している。ディストーション計測時には、前述
の能動光学シークエンスは停止するか、圧電素子による
光源ピンホールの移動量まで考慮してディストーション
計算を行う必要がある。４分割ディテクタ１８を用いる
ことにより、ナノメータ・オーダでの測定が実現可能で
ある。〔第二実施例〕本発明の第２実施例を、図１０を用いて
説明する。本実施例は、第一実施例とは異なり、被検光
学系内で測定光を往復させる干渉計である。

【００３４】光源２８から出射された単色光は、ミラー
２９及び不図示のビームエキスパンダなどを透過した
後、集光レンズ３０によってハーフミラー３１で反射
後、マスク３２上に集光される。マスク３２は、第一実
施例の光源ピンホール４と検出ピンホール１１とを一体
化したものである。マスク３２は、測定光の波長オーダ
の小さなピンホールと、波長の数十から数百のオーダの
比較的大きいウィンドウとからなり、前述の集光光束
は、小さなピンホール上に集光される。

【００３５】ピンホールで回折させた光は、理想的な球
面波となり、回折格子３３の０次透過光のみが測定光と
して被検光学系３７に入射する。この測定光は、被検光
学系３７の瞳面を十分にカバーしていなければならな
い。他の次数の回折光は絞り５１によりカットされる。
図１０に示す実施例では、絞り５１は、被検光学系３７
の入射側（下側）に置かれているが、出射側（上側）の
集光点に設置してもよい。また、回折格子３３を、被検
光学系３７と射出側（上側）の集光点との間に設置する
ことも可能である。

【００３６】被検光学系３７を透過した測定光は、極め
て高精度に製作された球面ミラー３８で反射され、再び
被検光学系３７を透過し、検出光学系に入射する。第一
対物レンズ３６、ハーフミラー３５、第２対物レンズ３
４によりポイント像をマスク３２上に再結像すること、
回折格子３３のある次数の光をマスク３２上に集光し回
折波面を参照波面にすること、マスク３２のウインドウ
を透過した別の次数の波面を被検波面にすること、それ
以外の次数はマスク３２でカットされることは、第一実
施例と同じである。

【００３７】本実施例においては、マスク３２や回折格
子３３などによる反射光が撮像素子４５に入射する可能
性がある。そのための解決手段として、これらの素子
を、光軸に対して若干傾斜させて設置する場合がある。
また、被検光学系６の瞳面を撮像素子４５の検出面に結
像することが望ましいのは、第一実施例と同じである
が、実現が不可能な場合には、球面ミラー３８の反射面
を撮像素子４５の検出面に結像することにしてもよい。
本装置による測定結果は、被検光学系６を往復すること
によって生じた波面収差を表しているので、被検光学系
６の片道だけを通過した波面収差を求めるには、測定結
果を２で割る必要があることは言うまでもない。

【００３８】アライメント光学系の構成も第一実施例と
同じである。また、本実施例の場合には振動の影響を補
償するために、球面ミラー３８の位置を能動的に動かし
ている。干渉縞画像を高精度で解析するためには、第一
実施例と同様に、回折格子３３を圧電素子３３ａなどを
用いてシフトした時の複数の干渉縞画像を用いることも
可能である。しかし、本実施例では、以下に示すような
異なる手法を用いている。

【００３９】回折格子３３を用いる場合、回折格子３３
のピッチをＧ、回折格子３３とマスク３２との距離をｚ
とし、測定波長をλとすると、マスク３２上での基準光
と測定光の間隔ｄは、ｄ＝ｚ tan｛arcsin（λ／Ｇ）｝≒λｚ／Ｇとなる。測定光を、焦点距離ｆのレンズ４４で平行光に
して撮像素子４５に入射させる場合、レンズ４４の焦点
距離をｆとすると、レンズ透過後の参照波面と被検波面
とのなす角θは、 θ＝arctan（ｄ／ｆ）と表わされる。従って、撮像素子４５上での干渉縞の周
期Ｔは、Ｔ＝λ／ sinθ＝λ／ sin｛arctan（ｄ／ｆ）｝≒λｆ
／ｄ≒ｆＧ／ｄｚと表わすことが出来る。この式は、干渉縞の周期Ｔが回
折格子のピッチなどから事前に知ることが出来る量であ
ること、測定時の被測定物の位置決めなどによって変化
する量ではないことを示しており、このことから、干渉
縞周期Ｔを撮像素子の画素間隔ｐの整数倍になる様に干
渉計を構成することが容易であることが分かる。すなわ
ち、Ｔ＝ｆＧ／ｄｚ＝Ｎｐとなるように干渉計を構成することが出来る。Ｎは整数
である。

【００４０】干渉縞の情報を正しく計測するには、干渉
縞の周波数が撮像素子４５のナイキスト周波数よりも低
くなければならない。この条件は、Ｔ≧２ｐと表わされるので、Ｎは２以上の整数でなくてはならな
い。撮像素子４５上での干渉縞の周期Ｔがｐの整数倍で
ある場合には、一般的な位相シフト干渉法の解析式を空
間座標に適用することにより、位相分布を求めることが
出来る。例えば、干渉縞の同位相線と垂直方向に撮像素
子の画素が並んでおり、Ｔ＝４ｐの場合には、図１６に
示すように、ｎ番目の画素からの出力Ｉ(n)は、Ｉ(n) ＝Ａ＋Ｂ sinφ Ｉ(n+1) ＝Ａ＋Ｂ sin（φ＋π／２）＝Ａ＋Ｂ cosφ Ｉ(n+2) ＝Ａ＋Ｂ sin（φ＋π）＝Ａ−Ｂ sinφ Ｉ(n+3) ＝Ａ＋Ｂ sin（φ＋３π／２）＝Ａ−Ｂ cosφ と表される。従って、ｎ〜ｎ＋３番目の画素における平
均位相φは、 φ＝arctan｛（Ｉ(n) −Ｉ(n+2) ）｝／｛（Ｉ(n+1) −
Ｉ(n+3) ）｝によって求めることが出来る。

【００４１】干渉縞の解析は、フーリエ変換法を用いる
ことによっても行うことが出来る。本実施例では、コン
ピュータ４６が複数の解析プログラムを有しており、最
適な解析方法を用いて計測を行うことが可能になってい
る。次に、図１１を用いて、光学系の較正方法について
説明する。上記までの方法で得られた計測結果には、被
検光学系３７の波面収差だけではなく、検出光学系（３
３から３６）の波面収差が重畳している。これらの波面
収差の影響を取り除くため、高精度に製作された球面ミ
ラー５２を用いる。球面ミラー５２を被検光学系３７の
代わりに設置して、計測を行うと、その結果は、検出光
学系（３３から３６）の波面収差を表す。この結果をコ
ンピュータ内に保存しておき、図１０に示した干渉計の
構成で計測した結果から減算することにより、被検光学
系３７の波面収差のみを計測することが出来る。較正用
球面ミラー５２の曲率半径Ｒ５２と測定用球面ミラー３
８の曲率半径Ｒ３８との間には、Ｒ５２＝Ｍ・Ｍ・Ｒ３８の関係があることが望ましい。ここで、Ｍは被検光学系
３７に図で上側から光を入射させた場合の倍率である。
半導体露光装置の場合、Ｍは１／４〜１／６のものが多
い。〔第三実施例〕本実施例は、第二実施例と同じく、測定
光が被検光学系内を往復する装置であり、光源部ピンホ
ールと検出ピンホールとをハーフミラーを介して分離し
たことを特徴とするものである。以下において、図１２
を参照しながら説明を行う。

【００４２】光源５４から出射した単色光は、ミラー５
５及び不図示のビームエキスパンダなどを透過した後、
集光レンズ５６によって測定光の波長オーダの小さな光
源ピンホール５７上に集光される。ピンホールで回折し
た光は、理想的な球面波としてコリメータレンズ５９に
入射し、第一対物レンズ６３で被検光学系６４の物体面
位置に集光される。被検光学系６４を透過した光は、極
めて高精度な球面ミラー６５により反射され、再び被検
光学系６４を透過する。この測定光が、ハーフミラー６
１で反射された後、回折格子７３、マスク７４で参照波
面と被検波面とに分離され、撮像素子７６上に干渉縞を
形成する。プロセスは第一、第二実施例と全く同じであ
るので省略する。

【００４３】被検光学系６４の瞳面を撮像素子７６の検
出面に結像することが望ましいが、実現が不可能な場合
には、球面ミラー６５の反射面を撮像素子７６の検出面
に結像するのでもよい点も、第二実施例と同じである。
回折格子７３のシフトを用いた干渉縞の解析方法や、４
分割ディテクタ７０を用いたアライメント方法も全く同
じである。また、本実施例においては、光源ピンホール
５７を能動的に動かして振動などの外乱の影響を排除し
ているが、これは第一実施例と同じである。

【００４４】本実施例が第二実施例と異なる点は、像面
位置に絞りを置いて、不要な回折光を除去する必要がな
い点である。図１３に示す計測装置は、図１２に示す干
渉計の較正方法を示したものである。第二実施例と同様
に、高精度な球面ミラー８２を用いて較正を行う。較正
方法は第二実施例と同じであるが、本実施例において
は、更に計測精度を上げるために、工夫が設けられてい
る。球面ミラーを用いて装置の較正を行う場合に、精度
を決定するのは、球面ミラーの面精度である。面精度が
悪ければ、それ以上の精度で較正を行うことは出来な
い。とは言え、高精度な面を製作するのは極めて難しい
ため、本実施例では、測定した面精度データを用いて装
置の較正を行う方式を採っている。

【００４５】球面ミラー８２は、回転テーブル８３上に
設置されており、０度位置で計測を行った後、１８０度
回転した位置で第二の測定を行う。その後、像面位置に
ミラー８４を挿入し、第三の測定（所謂、キャッツアイ
測定）を行う。これら３回の測定結果を解析することに
より、球面ミラー８２の絶対形状を知ることが出来る。
本測定装置では、装置上でこの測定を可能にすることに
より、較正精度を格段に向上させている。

【００４６】具体的には、本装置により測定された球面
ミラー８２の面精度の影響をコンピュータ７８で減算す
ることにより、光学系で生じている収差のみを正しく求
めている。本実施例では、ミラー８４を挿入することに
よりキャッツアイ測定を実現しているが、球面ミラー８
２が光軸方法に移動可能であれば、球面ミラー８２自身
を用いてキャッツアイ測定を行うことも可能である。

【００４７】本方式による測定精度の向上手法は、測定
用球面ミラー６５の面精度較正にも用いることが可能で
あることは言うまでもない。測定用球面ミラー６５はス
テージ６６上に搭載されているので、ステージを光軸方
向に測定用球面ミラー６５の曲率半径分だけ移動し、キ
ャッツアイ測定の配置を取ることは比較的容易である。

【００４８】図１４は、本実施例の干渉計の組立調整方
法について示したものである。第一対物レンズ６３の位
置に置かれた極めて高精度な平面ミラー８１からの反射
光を計測することにより、コリメータレンズ５９、第２
対物レンズ７２、その他ミラー等で生じている波面収差
を知ることが出来る。この情報を基に、例えば、コリメ
ータレンズの調整を行ったり、ミラーのホールドによる
歪みを取り除いたりすることが可能になる。

【００４９】図１５に示す本実施例の干渉計の組立調整
方法では、コーナーキューブミラー８０を設置してい
る。コーナーキューブミラー８０で反射した光は入射方
向に戻るという性質を利用して、光源ピンホール５７と
共役な位置に検出ピンホール７４や４分割ディテクタ７
０を配置することが出来る。尚、上記各実施例の光源側
のピンホールは、ファイバーの端面であってもよい。つ
まり、光源側のピンホールは、点光源とみなせる程度の
ものであれば、何でもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によって、コヒー
レンス長が非常に短い光源を使用する光学系であって
も、高い測定精度で波面収差を測定することのできる干
渉計を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による第一実施例の波面収差測
定用干渉計を示す図である。

【図２】図２は、ピンホールの構成を示す図である。

【図３】図３は、マスクの構成を示す図である。

【図４】図４は、第一実施例での参照波面及び被検波面
形成方法を示す図である。

【図５】図５は、第一実施例の干渉計の較正を示す図で
ある。

【図６】図６は、第一実施例の干渉計の較正を示す図で
ある。

【図７】図７は、第一実施例でのパルス遅延光学系の構
成を示す図である。

【図８】図８は、第一実施例でのパルス遅延光学系の効
果を示す図である。

【図９】図９は、本発明による第一実施例の波面収差測
定用干渉計を示す図である。

【図１０】図１０は、本発明による第二実施例の波面収
差測定用干渉計を示す図である。

【図１１】図１１は、第二実施例の干渉計の較正を示す
図である。

【図１２】図１２は、本発明による第三実施例の波面収
差測定用干渉計を示す図である。

【図１３】図１３は、第三実施例の干渉計の較正を示す
図である。

【図１４】図１４は、第三実施例の干渉計の較正を示す
図である。

【図１５】図１５は、第三実施例の干渉計の較正を示す
図である。

【図１６】図１６は、干渉縞と撮像素子との関係を示す
図である。

【符号の説明】

１、２８、５４：光源３、３０、５６：集光レンズ４、５７：光源ピンホール５：縮小光学系６、３７、６４：被検光学系７、３６、６３：第一対物レンズ８、３５、６２：ハーフミラー９、３４、７２：第二対物レンズ１０、３３、７３：回折格子１１、３２、７４：マスク１２、４４、７５：結像レンズ１３、４５、７６：撮像素子１８、４３、７０：４分割ディテクタ３８、６５：球面ミラー２５、２７：較正用ピンホール５２、８２：較正用球面ミラー１９、４８、７８：干渉縞解析用コンピュータ２０、４６、７９：能動システム制御用コンピュータ９０：干渉縞９１：撮像素子１ライン拡大図

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長山匡東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内Ｆターム(参考） 2F064 AA09 BB03 CC04 EE05 FF01 FF03 FF05 GG13 GG20 GG22 GG49 HH03 HH06 HH08 JJ01 JJ06 JJ15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源から放射された光束を用いて、被検光
学系の波面収差を測定するための干渉計において、前記光源からの光束を球面波に変換する第１のピンホー
ルを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第
一光学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、少なくとも第１及び
第２の光束に分割する第二光学手段と、前記ピンホールとは異なる第２のピンホールを有し、前
記第１の光束を、前記第２のピンホールで回折させる第
三光学手段と、を有し、前記第２のピンホールで回折させられた前記第１の光束
と、前記第２の光束と、を干渉させることによって、干
渉縞を得ることを特徴とする干渉計。
【請求項２】前記第一光学手段は、前記被検光学系の物
体面位置側に配置され、前記第三光学手段は、前記被検光学系の像面位置側に配
置されることを特徴とする請求項１記載の干渉計。
【請求項３】前記第二光学手段は、回折格子を含むこと
を特徴とする請求項１又は２記載の干渉計。
【請求項４】前記回折格子は、光軸に垂直な方向に移動
可能であることを特徴とする請求項３記載の干渉計。
【請求項５】前記第二光学手段は、拡大結像光学系を含
むことを特徴とする請求項１乃至４記載の干渉計。
【請求項６】前記第三光学手段は、前記第２のピンホー
ルの他に、前記第２の光束のみを透過させるウインドウ
を設けられた板を有することを特徴とする請求項１乃至
５記載の干渉計。
【請求項７】前記第一光学手段の前記第１のピンホール
の直径φが、測定波長をλ、被検レンズの入射側開口数
をＮＡ、第一光学手段の倍率をｍとしたときに、 λ／２＜φ＜λ／（ｍ・ＮＡ）の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至６記載
の干渉計。
【請求項８】前記第一光学手段の光路中に集光点があ
り、該集光点に第３のピンホールを挿入することを特徴
とする請求項１乃至７記載の干渉計。
【請求項９】前記集光点に前記第３のピンホールを挿入
したときの波面計測結果を保存する計算機を有している
ことを特徴とする請求項８記載の干渉計。
【請求項１０】前記第三光学手段の光路中に集光点があ
り、該集光点に第４のピンホールを挿入することを特徴
とする請求項１乃至９記載の干渉計。
【請求項１１】前記集光点に前記第４のピンホールを挿
入したときの波面計測結果を保存する計算機を有してい
ることを特徴とする請求項１０記載の干渉計。
【請求項１２】前記第一光学手段は、第一ステージ上に
設置され、前記第二光学手段及び第三光学手段は、第二ステージ上
に設置されており、前記第一ステージと前記第二ステージとは、前記被検光
学系に対して移動可能であることを特徴とする請求項１
乃至１１記載の干渉計
【請求項１３】前記第一ステージと前記第二ステージと
は、連動して移動することを特徴とする請求項１２記載
の干渉計。
【請求項１４】前記第一ステージと第二ステージとの位
置を測定するレーザ干渉計を有していることを特徴とす
る請求項１２又は１３記載の干渉計。
【請求項１５】前記光源のコヒーレンス長は、前記被検
光学系の物像間距離の１／１０以下であることを特徴と
する請求項１乃至１４記載の干渉計。
【請求項１６】光源から放射された光束を用いて、被検
光学系の波面収差を測定するための干渉計において、前記光源からの光束を球面波に変換するピンホールを有
し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光学
手段と、前記被検光学系からの出射光束を、反射し、再び前記被
検光学系へ戻す反射手段と、前記反射手段からの出射光束を、少なくとも第１及び第
２の光束に分割する第二光学手段と、前記第１の光束を、回折させ、球面波を発生させる第三
光学手段と、を有し、前記第３光学手段で回折させられ
た前記第１の光束と、前記第２の光束と、を干渉させる
ことによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉計。
【請求項１７】前記反射手段は、高精度に製作された球
面鏡であることを特徴とする請求項１６記載の干渉計。
【請求項１８】前記ピンホールは、前記第三光学手段の
球面波を発生させることも兼ねていることを特徴とする
請求項１６又は１７記載の干渉計。
【請求項１９】前記第三光学手段の球面波を発生させる
手段は、前記ピンホールと異なるピンホールであること
を特徴とする請求項１６又は１７記載の干渉計。
【請求項２０】前記第一光学手段のピンホール及び前記
第三光学手段のピンホールは、共に被検光学系の像面位
置側に配置されていることを特徴とする請求項１８又は
１９記載の干渉計。
【請求項２１】前記第一光学手段のピンホール及び前記
第三光学手段のピンホールは、共に被検光学系の物体面
位置側に配置されていることを特徴とする請求項１８又
は１９記載の干渉計。