(57)【要約】【課題】参照面及び被検面の熱変形による測定誤差を高精度に補正する干渉計測装置及び測定方法を提供すること。【解決手段】参照面からの反射光と被検面からの反射光を比較測定することで、前記被検面の面形状を測定する干渉計測装置において、光源強度、温度、気圧を検出するための検出手段を有し、該検出手段により取得した情報に基づいて、予め作成しておいた数式モデルに従って前記参照面と被検面の熱変形形状を算出し、該熱変形形状を用いて測定波面より得られる被検面形状データを補正する補正演算装置を有するように構成する。【選択図】図１
2006220471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照面からの反射光と被検面からの反射光を比較測定することで、前記被検面の面形状を測定する干渉計測装置において、
光源強度、温度、気圧を検出するための検出手段を有し、該検出手段により取得した情報に基づいて、予め作成しておいた数式モデルに従って前記参照面と被検面の熱変形形状を算出し、該熱変形形状を用いて測定波面より得られる被検面形状データを補正する補正演算装置を有することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
前記数式モデルのデータを入力する入力手段と、該入力手段により入力されたデータを保存する記録手段を有し、前記被測定物の形状や配置、材料に対応した数式モデルを呼び出し可能であることを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
【請求項３】
参照面からの反射光と被検面からの反射光を比較測定することで、前記被検面の面形状を測定する干渉計測方法において、
光源強度、温度、気圧を検出し、該検出した情報に基づいて、予め作成しておいた数式モデルに従って前記参照面と被検面の熱変形形状を算出し、該熱変形形状を用いて測定波面より得られる被検面形状データを補正することを特徴とする干渉計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置等の高精度光学機器に用いられるレンズ及びミラーの面形状を極めて高い精度で測定する干渉計測方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高精度光学機器に用いられるレンズやミラーの面形状を高精度に測定する手段として、干渉計測装置が広く使用されている。干渉計測装置は自身が持つ高精度球面や高精度平面等の参照面からの反射光を基準として、被検面からの反射光との比較測定を行うものである。
【０００３】
そのため、参照レンズや被測定物、これらの支持部材に温度変化が生じると、参照面や被検面が熱変形するため、測定誤差になる。
【０００４】
従来技術として、特許文献１において、温度変化による測定誤差を抑えるために参照面と被検面を恒温チャンバに入れることで、耐環境攪乱性を高める技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−８８５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、測定精度の高精度化に伴って必要な温調精度は益々高くなっており、温度を良好に保つことが困難になっているという問題がある。
【０００７】
これに加えて、高精度な干渉計測装置では、空気揺らぎを抑制するために減圧環境で使用されており、減圧環境では空気の対流による伝熱が微弱であるため、温度を精密に制御することは更に困難になっている。
【０００８】
又、干渉計測装置で高精度な測定を行うためには、測定波面より得られたデータから干渉計測装置の持つシステムエラーを補正する必要があり、前記高精度球面や高精度平面等の参照面を別途校正しているが、校正時と測定時では、校正原器と被測定物の形状や配置、材料の違いから、伝熱状態が異なり、参照レンズの温度分布に僅かに違いが生じる。このため、校正時の参照面形状と測定時の参照面形状が異なり、測定誤差になるという問題が生じてきている。
【０００９】
従来、精度上余り問題にならなかったこれらの点が近年或いは将来、計測精度が高精度化するにつれて、益々重要となってくると考えられる。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、参照面及び被検面の熱変形による測定誤差を高精度に補正する干渉計測装置及び干渉測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を達成するため、本発明に係る第１の発明は、参照面からの反射光と被検面からの反射光を比較測定することで、前記被検面の面形状を測定する干渉計測装置において、光源強度、温度、気圧を検出するための検出手段を有し、該検出手段により取得した情報に基づいて、予め作成しておいた数式モデルに従って前記参照面と被検面の熱変形形状を算出し、該熱変形形状を用いて測定波面より得られる被検面形状データを補正する補正演算装置を備えるようにした。
【００１２】
又、本出願に係る第２の発明は、前記数式モデルのデータを入力する入力手段と、該入力手段により入力されたデータを保存する記録手段を有し、前記被測定物の形状や配置、材料に対応した数式モデルを呼び出し可能にした。
【００１３】
又、本出願に係る第３の発明は、参照面からの反射光と被検面からの反射光を比較測定することで、前記被検面の面形状を測定する干渉計測方法において、光源強度、温度、気圧を検出し、該検出した情報に基づいて、予め作成しておいた数式モデルに従って前記参照面と被検面の熱変形形状を算出し、該熱変形形状を用いて測定波面より得られる被検面形状データを補正するようにした。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように構成された本出願に係る第１及び第３の発明によれば、参照面及び被検面の熱変形形状を数式モデルに従って算出することで、温度変化による測定誤差を高精度に補正することができる。
【００１５】
又、本出願に係る第２の発明によれば、被測定物の形状や配置、材料に対応した数式モデルを呼び出すことで、種々の被測定物に対して測定誤差を補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
＜実施の形態１＞
図１に本発明の実施の形態１を示す。
【００１７】
図1において、１０１は光源であるところのレーザ、１０２は射出したレーザ光の一部を反射し残りを透過する半透過鏡、１０３はレーザ光を一旦集光して発散させる集光レンズ、１０４はレーザ光の進行方向を変化させるビームスプリッタ、１０５、１１１は発散するレーザ光を平行光に変換するコリメータレンズ、１０６は参照レンズ、１０７は被測定物、１０８は参照レンズ１０６の支持部材、１０９は被測定物１０７の支持部材、１１０は減圧すると共に温度調整された減圧チャンバ、１１２は撮像素子であるところのＣＣＤカメラ、１１３は電子化された画像データを処理する２次元画像演算装置、２０１は参照面１０６ａ及び被検面１０７ａの熱変形形状を演算し、２次元画像演算装置１１３により得られる被検面形状データを補正する補正演算装置、２０２は光量モニタ、２０３は温度センサ、２０４は気圧センサである。
【００１８】
光源１０１から射出されたレーザ光は、半透過鏡１０２により一部が透過し、集光レンズ１０３で一旦集光された後発散し、ビームスプリッタ１０４の作用で進行方向を折り曲げられ、コリメータレンズ１０５で平行光となり、参照レンズ１０６に入射する。参照レンズ１０６の参照面１０６ａからの反射光は、参照用波面として用いられる。参照用波面は、再びコリメータレンズ１０５に入射し集光され、ビームスプリッタ１０４を透過し、コリメータレンズ１１１で平行光に変換され、ＣＣＤカメラ１１２に入射する。
【００１９】
一方、参照面１０６ａを透過した透過光は、測定用波面として用いられる。測定用波面は、被検面１０７ａで反射され、再び参照レンズ１０６、コリメータレンズ１０５、ビームスプリッタ１０４、コリメータレンズ１１１を経てＣＣＤカメラ１１２に入射する。
【００２０】
参照用波面と測定用波面との干渉により、ＣＣＤカメラ１１２で干渉縞が検出され、２次元画像演算装置１１３において画像データを処理し、補正演算装置２０１に出力する。
【００２１】
又、光源１０１から射出され、半透過鏡１０２で反射した反射光は、光量モニタ２０２に入射し、光強度が検出され補正演算装置２０１に出力する。
【００２２】
温度センサ２０３ａ〜ｅはそれぞれ参照レンズ１０６、被測定物１０７、支持部材１０８、１０９、減圧チャンバ１１０内部の気体、の温度を検出し、補正演算装置２０１に出力する。
【００２３】
気圧センサ２０４は、減圧チャンバ１１０内部の気圧を検出し、補正演算装置２０１に出力する。
【００２４】
但し、温度センサ２０３及び気圧センサ２０４は、レーザ光路を遮らない位置に配置する。
【００２５】
補正演算装置２０１は、光量モニタ２０２、温度センサ２０３、気圧センサ２０４より情報を得て、後述するように、参照面１０６ａ及び被検面１０７ａの熱変形形状を算出し、２次元画像演算装置１１３により処理された被検面形状データを補正する。
【００２６】
尚、補正演算装置２０１には、参照レンズ１０６、被測定物１０７、支持部材１０８、１０９の熱変形特性に対応した数式モデルや、熱変形を算出するために必要な物性値等のデータが保存されている。
【００２７】
続いて、参照面１０６ａ及び被検面１０７ａの熱変形形状の計算方法について説明する。
【００２８】
熱変形形状は、参照レンズ１０６及び被測定物１０７、支持部材１０８、１０９の温度分布がわかれば計算可能であるため、先ず、これらの温度分布を数式モデルに従って計算する。
【００２９】
温度分布を得るために用いる数式モデルは、参照レンズ１０６及び被測定物１０７、支持部材１０８、１０９の形状とこれらの部材の周りに存在する空気を、或る有限な要素に分割してモデル化し、有限要素法等を用いて計算する。要素の分割数は最終的に必要な精度と、演算装置の計算速度等を加味して決められる。
【００３０】
光量モニタ２０２、温度センサ２０３、気圧センサ２０４より得られる情報は、有限要素法の計算で用いる境界条件の基礎データとなる。
【００３１】
光量モニタ２０２により検出される光源強度は、レーザ光が透過及び反射する際に生じる発熱を計算するために使用される。レーザ光が物質を透過及び反射すると、その一部が熱エネルギとして物質に吸収されるため、その熱吸収率を予め知っておけば、光源強度を用いてレーザ光が入射する部分の発熱量が分かる。
【００３２】
温度センサ２０３により検出される温度は、測定箇所に対応する数式モデル上の点を温度固定するために使用される。
【００３３】
気圧センサ２０４により検出される気圧は、気圧の変化による気体伝熱のパラメータ変動を求めるために使用される。大気圧の状態から次第に気圧を下げると、温度差による対流が発生しにくくなるため、空気の伝熱量が次第に低下する。更に気圧を下げると、空気の分子の影響が現れ、大気圧とは異なる伝熱現象が見られるようになる。このような気圧の変化による気体伝熱のパラメータを予め測定し記録しておくことで、減圧チャンバ内の気圧を取得することにより、空気の伝熱量を計算できる。
【００３４】
以上のように計算することで、各サンプリング周期の参照レンズ１０６及び被測定物１０７、支持部材１０８、１０９の温度分布を得ることができる。
【００３５】
続いて、得られた温度分布をもとに参照面１０６ａ及び被検面１０７ａの熱変形を計算する。計算方法は温度分布を計算した際と同様に有限要素法等を用いて計算できる。
【００３６】
尚、熱変形を計算するために用いる数式モデルは、温度分布を計算するために用いる数式モデルと異なっていても良く、両者の計算の性質を加味して、形状及び要素数を決定することが望ましい。
【００３７】
又、熱変形の計算は、測定中に逐次行っても良いし、熱変形に係る情報のみを経時的に取得しておいて、干渉計測終了後に一括して行っても良い。
【００３８】
以上のように計算することで、各サンプリング周期の参照面１０６ａ及び被検面１０７ａの熱変形形状を得ることができる。
【００３９】
続いて、計算した熱変形形状を用いて測定波面を補正する方法について説明する。
【００４０】
先ず、参照面で反射する際の収差（面形状）を公知の校正方法（例えば、３点測定法等）によって得る。このように得られる面形状Ｒｒｏは基準温度時の参照面形状Ｒｒと基準温度からの温度差によって生じる熱変形分Ｒｒ’が合わされた状態として、次の形で表される。
Ｒｒｏ＝Ｒｒ＋Ｒｒ’                                               ・・・・（１）
ここで、Ｒｒ’は補正演算装置２０１にて算出することできる。
【００４１】
続いて、被検面を測定する際の測定波面をＤｍとすると、Ｄｍは次のように表すことができる。
Ｄｍ＝Ｒｍ＋Ｒｍ’’−（Ｒｒ＋Ｒｒ’’）                              ・・・・（２）
ここで、Ｒｍは基準温度時に被検面で反射する際の収差（面形状）であり、’’の付いた項は測定時に基準温度との温度差によって生じる熱変形分であり、補正演算装置２０１にて算出することができる。
【００４２】
（１）及び（２）からＲｍは、
Ｒｍ＝Ｄｍ＋Ｒｒｏ−Ｒｒ’−Ｒｍ’’＋Ｒｒ’’                       ・・・・（３）
として計算できる。
【００４３】
従来方法では、’や’’の付いた項は取り除くことができないため、測定誤差として含まれていたが、本発明によれば、熱変形形状を算出することで、熱変形による計測誤差を高精度に補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る干渉計測装置の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０１    レーザ光源
１０２    半透過鏡
１０３    集光レンズ
１０４    ビームスプリッタ
１０５、１１２  コリメータレンズ
１０６    参照レンズ
１０６ａ  参照面
１０７    被測定物
１０７ａ  被検面
１０８    校正原器
１０８ａ  校正原器面
１０９、１１０  支持部材
１１１    減圧チャンバ
１１３    ＣＣＤカメラ
２０１    補正演算装置
２０２  光量モニタ
２０３ａ〜ｅ  温度センサ
２０４    気圧センサ
【図１】
2006220471.tif 000003