(57)【要約】    【課題】  より高精度な波面収差を測定できる干渉測定方法を提供する。    【解決手段】  干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、光学部材と第１の平行平板部材の隙間および光学部材と第２の平行平板部材の隙間に、光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、測定ビームを第１の平行平板部材に向けて照射する工程と、測定ビームを第１の平行平板部材の入射面で部分的に反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、第１の平行平板部材を透過したビームを、オイル層および前記光学部材を透過させた後、第２の平行平板部材に入射させる工程と、第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面でビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、第１の反射ビームと第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、を有する構成とする。【選択図】  図１
2006220577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって  、前記光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程  と、
前記光学部材と前記第１の平行平板部材の隙間、および、前記光学部材と前記第２の平行平板部材の隙間に、前記光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、
測定ビームを前記第１の平行平板部材に向けて照射する工程と、
前記測定ビームを前記第１の平行平板部材の入射面で部分的に反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、
前記第１の平行平板部材を透過したビームを、前記光学部材を通して前記第２の平行平板部材に入射させる工程と、
前記第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面で前記ビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、
前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、
前記干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、
を有することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項２】
干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、
前記第２の平行平板部材に面して、前記第１の平行平板部材とは反対側に、反射部材を配置する工程と、
前記光学部材と前記第１の平行平板部材の隙間、および、前記光学部材と前記第２の平行平板部材の隙間に、前記光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、
測定ビームを前記第１の平行平板部材に向けて照射する工程と、
前記測定ビームを前記反射部材の入射面で反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、
前記第１の平行平板部材を透過したビームを、前記光学部材を通して前記第２の平行平板部材に入射させる工程と、
前記第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面で前記ビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、
前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、
前記干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、
を有することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項３】
干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、
前記第１の平行平板部材に面して、前記第２の平行平板部材とは反対側に、透過性部材を配置する工程と、
前記光学部材と前記第１の平行平板部材の隙間、および、前記光学部材と前記第２の平行平板部材の隙間に、前記光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、
測定ビームを前記透過性部材に向けて照射する工程と、
前記測定ビームを前記透過性部材の入射面で反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、
前記透過性部材を透過したビームを、前記第１の平行平板部材および前記光学部材を通して前記第２の平行平板部材に入射させる工程と、
前記第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面で前記ビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、
前記第１の反射ビームと前記第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、
前記干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、
を有することを特徴とする干渉測定方法。
【請求項４】
請求項１または２または３に記載の干渉測定方法において、
前記オイル層の厚さは、0.05mm以上であることを特徴とする干渉測定方法。
【請求項５】
請求項１または２または３に記載の干渉測定方法において、
前記第１の平行平板部材と前記第２の平行平板部材は、保持部材によって前記第１の平行平板部材と前記第２の平行平板部材の位置関係を保持または調整可能に固定されていることを特徴とする干渉測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材の波面を高精度に干渉測定する方法に関し、特に、半導体露光装置や半導体測定装置に用いるための光学部材の干渉測定に有用である。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体の高密度化に伴って、その製造に用いられる露光装置や測定装置等の高精度化への要求が著しい。これらの装置の高精度化を実現するには、その光学系を高精度に製造する必要がある。そのためには、光学系を構成する光学部品の元となる光学部材の屈折率均質性が高精度に測定される必要がある。屈折率均質性は光学部材の波面収差を干渉測定により精度よく測定することができる。
【０００３】
光学部材の干渉測定を行なうための干渉測定装置として、代表的なフィゾー干渉計を図５に示す。図５において、(a)は光学部材がセットされた状態、(b)は光学部材がセットされていない状態を示す。図５の(a)および(b)において、1は被測定物である光学部材、3および4は透過性の平行平板部材、2は光学部材とほぼ同じ屈折率を有するオイル、6は透過性部材、7は反射部材、5はコヒーレント光の測定ビームを示す。
【０００４】
測定は次の通り行なう。まず、光学部材はセットせずに、２個の平行平板部材3および4を接近させ、両者の隙間をオイル2で満たした状態とする。オイルの屈折率は、光学部材1とほぼ同じ値とする。この様子を図５(b)に示す。この状態で測定ビーム5を透過性部材6に入射させる。入射した測定ビーム5の一部は透過性部材6の第一面6aで反射され反射ビーム5aとなる。透過性部材6を透過した測定ビーム5は平行平板部材3、オイル2、平行平板部材4の順に透過し、反射部材7の第1面7aで反射され反射ビーム5bとなる。反射ビーム5bは、再び平行平板部材4、オイル2、平行平板部材3、透過性部材6の順に透過し、反射ビーム5aと合わさって干渉し、干渉ビームとなる。この干渉ビームを撮像素子に入射させて撮像し、その干渉縞の状態を解析することで、光学部材1がセットされていない状態における第１の波面収差が測定される。
【０００５】
次に、光学部材1を２個の平行平板部材3および4の間にセットし、光学部材1と平行平板部材3の隙間、および、光学部材1と平行平板部材4の隙間をオイル2で満たしてオイル層を形成する。オイル層を形成するのは、光学部材の表面状態による影響を除去するためである。この様子を図５(a)に示す。この状態で測定ビーム5を透過性部材6に入射させる。入射した測定ビーム5の一部は透過性部材6の第一面6aで反射され反射ビーム5aとなる。透過性部材6を透過した測定ビーム5は平行平板部材3、オイル2、光学部材1、オイル2、平行平板部材4の順に透過し、反射部材7の第1面7aで反射され反射ビーム5bとなる。反射ビーム5bは、再び平行平板部材4、オイル2、光学部材1、オイル2、平行平板部材3、透過性部材6の順に透過し、反射ビーム5aと合わさって干渉し、干渉ビームとなる。この干渉ビームを撮像素子に入射させて撮像し、その干渉縞の状態を解析することで、光学部材1がセットされた状態における第２の波面収差が測定される。
【０００６】
次に、第２の波面収差データから第１の波面収差データを減算する。これにより、干渉計やオイル等による影響を除去して、光学部材の内部均質性に依存した波面収差が導き出せる。
【０００７】
上記説明では、測定ビーム5は透過性部材6の第一面6aで反射されて反射ビーム5aが形成されるように記載したが、測定ビーム5が透過性部材6の第二面6bで反射されて反射ビーム5aが形成される構成もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、干渉による波面収差の測定精度は干渉光路長が長くなるに従って低下する。図５に示す干渉測定方法の場合、干渉光路長は、透過性部材6の第１面6aと反射部材7の第1面7aとの間の距離と定義される。従来は、図５に示す干渉測定方法で光学部材の波面収差を行なってきたが、更に高い測定精度への要求を満たすことは難しかった。
【０００９】
本発明は上記問題を解決し、より高精度な波面収差を測定できる干渉測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明者らが研究した結果、光学部材を平行平板部材に挟んだ状態とし、一方から測定ビームを照射する構成とすることで、干渉光路長を短くすることができ、その結果、高精度に干渉測定が行なえることを見出し、本発明を成すに至った。
【００１１】
従って、本発明は第一に、干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、光学部材と第１の平行平板部材の隙間および光学部材と第２の平行平板部材の隙間に、光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、測定ビームを第１の平行平板部材に向けて照射する工程と、測定ビームを第１の平行平板部材の入射面で部分的に反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、第１の平行平板部材を透過したビームを、光学部材を通して第２の平行平板部材に入射させる工程と、第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面でビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、第１の反射ビームと第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は第二に、干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、第２の平行平板部材に面して、第１の平行平板部材とは反対側に、反射部材を配置する工程と、光学部材と第１の平行平板部材の隙間、および、光学部材と第２の平行平板部材の隙間に、光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、測定ビームを第１の平行平板部材に向けて照射する工程と、測定ビームを反射部材の入射面で反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、第１の平行平板部材を透過したビームを、光学部材を通して第２の平行平板部材に入射させる工程と、第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面でビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、第１の反射ビームと第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は第三に、干渉により光学部材の波面収差を測定する干渉測定方法であって、光学部材を第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の間に配置する工程と、第１の平行平板部材に面して、第２の平行平板部材とは反対側に、透過性部材を配置する工程と、光学部材と第１の平行平板部材の隙間、および、光学部材と第２の平行平板部材の隙間に、光学部材とほぼ等しい屈折率を有するオイルを充填してオイル層を形成する工程と、測定ビームを透過性部材に向けて照射する工程と、測定ビームを前記透過性部材の入射面で反射させて第１の反射ビームを形成する工程と、透過性部材を透過したビームを、第１の平行平板部材および前記光学部材を通して第２の平行平板部材に入射させる工程と、第２の平行平板部材の入射面とは反対側の面で前記ビームを反射させて第２の反射ビームを形成する工程と、第１の反射ビームと第２の反射ビームを干渉させて干渉ビームとする工程と、干渉ビームの干渉縞を解析する工程と、を有することを特徴とする。
【００１４】
これらの構成とすることで、干渉光路長を短くでき、その結果、高精度に干渉測定を行なうことを可能とする。
また、本発明は第四に、請求項１または２または３に記載の干渉測定方法において、オイル層の厚さは、0.05mm以上であることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、オイルの表面張力により光学部材や平行平板部材に撓みが発生して干渉測定の精度が低下するのを防ぐことを可能とする。
また、本発明は第五に、請求項１または２または３に記載の干渉測定方法において、第１の平行平板部材と第２の平行平板部材は、保持部材によって第１の平行平板部材と第２の平行平板部材の位置関係を保持または調整可能に固定されていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成とすることで、オイル層の厚さを容易に調整することを可能とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、干渉光路長を従来の干渉測定方法に比べて短くできるので、より高い精度で光学部材の波面収差の干渉測定ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の干渉測定方法について説明するが、本発明は実施するための最良の形態に限られるものではない。
本発明による干渉測定方法を図1に沿って説明する。図１において、(a)は光学部材がセットされた状態、(b)は光学部材がセットされていない状態を示す。図１の(a)および(b)において、1は被測定物である光学部材、3および4は光透過性の平行平板部材、2は光学部材とほぼ同じ屈折率を有するオイル、5はコヒーレント光の測定ビームを示す。
【００１９】
本発明の干渉測定は次の通り行なう。まず、光学部材はセットせずに、２個の平行平板部材3および4の隙間をオイル2で満たした状態とする。この状態で測定用ビーム5を平行平板部材3に入射させる。その様子を図１(b)に示す。入射した測定ビーム5の一部は平行平板部材3の第一面3aで反射され反射ビーム5aとなる。平行平板部材3を透過した測定ビーム5は平行平板部材3、オイル2、平行平板部材4の順に進み、平行平板部材4の第２面4aで反射され反射ビーム5bとなる。反射ビーム5bは、再び平行平板部材4、オイル2、平行平板部材3の順に進み、反射ビーム5aと合わさって干渉し干渉ビームとなる。干渉ビームを撮像素子に入射させて撮像し、その干渉縞の状態を解析することで、光学部材1が無い状態での第１の波面収差が測定される。
【００２０】
次に、光学部材1を２個の平行平板部材3および4の間にセットし、光学部材1と平行平板部材3の隙間、および、光学部材1と平行平板部材4の隙間をオイル2で満たす。この状態で測定ビーム5を平行平板部材3に入射させる。その様子を図１(a)に示す。入射した測定ビーム5の一部は平行平板部材3の第一面3aで反射され反射ビーム5aとなる。平行平板部材3を透過した測定ビーム5はオイル2、光学部材1、オイル2、平行平板部材4の順に進み、平行平板部材4の第２面4aで反射され反射ビーム5bとなる。反射ビーム5bは、再び平行平板部材4、オイル2、光学部材1、オイル2、平行平板部材3の順に進み、反射ビーム5aと合わさって干渉し干渉ビームとなる。この干渉ビームを撮像素子に入射させて撮像し、その干渉縞の状態を解析することで、光学部材1がセットされた状態での第２の波面収差が測定される。
【００２１】
次に、第２の波面収差データから第１の波面収差データを減算する。これにより、干渉計やオイル等による影響を除去して、光学部材内部の均質性に依存した波面収差が導き出せる。
【００２２】
図１からわかる通り、本発明の干渉測定方法における干渉光路長は、平行平板部材3の第１面3aと平行平板部材4の第２面4aの間の距離に相当する。これは、図３に示した従来の干渉測定方法の干渉測定距離に比べてはるかに短い。図５に示した従来の干渉測定方法においては、透過性部材6と光反射部材7により測定ビームを反射させる構成のため、干渉光路長が長いのに対して、図１に示した本発明の干渉測定方法においては、透過性部材と光反射部材を必要とせず、平行平板部材により測定ビームを反射させる構成のため、干渉光路長が短くて済む。既に説明した通り、干渉による波面収差の測定においては干渉光路長が短い方が測定精度が高く、本発明の干渉測定方法は従来の干渉測定方法に比べて精度が高いことがわかる。
【００２３】
次に、図２に本発明の別の態様について説明する。図２においては、保持部材8によって、平行平板部材3および4を保持する。これにより平行平板部材3および4の間の距離および平行度の位置関係を保持するように固定することが可能となる。
【００２４】
平行平板部材3および4の間の距離は、光学部材1と平行平板部材3の隙間、および、光学部材1と平行平板部材4の隙間が、共に0.05mmを下回らないように保持することが望ましい。これより隙間が小さくなると、オイルの表面張力の影響で光学部材や平行平板部材に撓みが発生し、干渉測定の精度が低下するからである。また、逆に隙間が大き過ぎると、それに伴ってオイルが多量に必要となり、温度変化等による屈折率バラツキが干渉測定精度に悪影響を与える。従って、オイルの厚さが0.05mmより大きい適当な厚さとすることが好ましい、保持調整手段8を用いることで、このような厚さに容易に調整することを可能とする。
【００２５】
なお、図３および図４に本発明の別の態様について示す。これらの態様においては、図１に示した構成に比べて、それぞれ、反射部材および透過性部材が加えられた構成となっている。これらの構成においても、従来技術に比べて干渉光路長を短くでき、その結果、より高精度に干渉測定を行なうことが可能である。
（実施例）
図１に示した干渉測定方法により、投影光学系10セット分の光学部材の波面収差を測定した。測定された波面収差の程度に応じてクラス分けした後、これらをレンズ形状に加工して投影レンズを10セット組み立てた。次に、これらの投影光学系のストレール値を測定したところ、ストレール値と波面収差のクラスとは相関を示した。即ち、本発明による光学部材の干渉測定結果と、それらの光学部材により構成された光学系の光学性能の間には強い相関があることがわかる。即ち、本発明の干渉測定方法によれば、光学部材を高精度に干渉測定できることがわかる。
（比較例）
図５に示した干渉測定方法により、投影光学系10セット分の光学部材の波面収差を測定した。次に、波面収差の程度に応じてクラス分けした後、これらをレンズ形状に加工して投影レンズを10セット組み立てた。次に、これらの投影光学系のストレール値を測定したところ、ストレール値と波面収差のクラスとは相関を示したものの、相関係数は実施例の場合よりかなり小さい値であった。
即ち、従来の光学部材の干渉測定結果と、それらの光学部材により構成された光学系の光学性能の間の相関は、本発明の干渉測定方法を用いた場合に比べて小さいことがわかる。即ち、従来の干渉測定方法では、本発明に比べて光学部材測定が高精度にはできないことがわかる。
【００２６】
上記の結果より、本発明の干渉測定方法によれば、より高精度に干渉測定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
高い精度を要求される光学機器、特にフォトリソグラフィー用露光装置の光学部品の波面収差を高精度に干渉測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の干渉測定方法を示す概念図である。
【図２】本発明の干渉測定方法の別の態様を示す概念図である。
【図３】本発明の干渉測定方法の別の態様を示す概念図である。
【図４】本発明の干渉測定方法の別の態様を示す概念図である。
【図５】従来の干渉測定方法を示す概念図である。
【００２９】
干渉測定装置のフリンジスキャンを説明する概念図である。
【符号の説明】
【００３０】
1  光学部材
2  オイル
3平行平板部材
4平行平板部材
5測定ビーム
6透過性部材
7反射部材
8保持調整手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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