(57)【要約】  試験対象物（１２）の光学表面（１４）の形状を測定する方法が提供される。本方法は、測定波（１８）を発生させる干渉測定デバイス（１６）を設けるステップと、干渉測定デバイス（１６）及び試験対象物（１２）を相互に対して種々の測定位置に連続して配置し、光学表面（１４）の種々の領域（２０）が測定波（１８）により照明されるようにするステップと、測定デバイス（１６）の位置座標を試験対象物（１２）に対して種々の測定位置で測定するステップと、測定位置のそれぞれで測定デバイス（１６）を用いて、光学表面（１４）の各領域（２０）との相互作用後の測定波（１８）の波面を干渉測定することにより、表面領域測定値を得るステップと、測定位置のそれぞれにおける干渉測定デバイス（１６）の測定された位置座標に基づきサブ表面測定値を計算合成することにより、光学表面（１４）の実際の形状を判定するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験対象物の光学表面の形状を測定する方法であって、
測定波を発生させる干渉測定デバイスを設けるステップと、
該干渉測定デバイス及び前記試験対象物を相互に対して種々の測定位置に連続して配置し、前記光学表面の種々の領域が前記測定波により照明されるようにするステップと、
前記測定デバイスの位置座標を前記試験対象物に対して前記種々の測定位置で測定するステップと、
前記測定位置のそれぞれで前記測定デバイスを用いて、前記光学表面の各領域との相互作用後の前記測定波の波面を干渉測定することにより、表面領域測定値を得るステップと、
前記測定位置のそれぞれにおける前記干渉測定デバイスの測定された位置座標に基づきサブ表面測定値を計算合成することにより、前記光学表面の実際の形状を判定するステップとを含む
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記種々の測定位置で照明される前記光学表面の領域は、相互に重複し、
前記サブ表面測定値は、該サブ表面測定値の重複部分を相互にフィッティングしてフィッティング結果を前記測定デバイスの前記測定された位置座標に基づき補正することにより、計算合成される方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、
前記測定位置における前記試験対象物に対する前記干渉測定デバイスの前記位置座標は、少なくとも３つの距離測定レーザ干渉計を前記測定デバイスに装着された少なくとも１つの逆反射体に向けることにより測定され、
前記少なくとも３つのレーザ干渉計は、位置測定中に相互に固定された位置関係にある方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記距離測定レーザ干渉計はそれぞれ、２つの傾斜軸に対して傾斜させることができるよう取り付けられる方法。
【請求項５】
請求項３または４に記載の方法において、少なくとも３つの逆反射体が前記干渉測定デバイスに装着され、各測定レーザ干渉計は異なる逆反射体に向けられる方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記干渉測定デバイスの前記位置座標は、前記レーザ干渉計間の距離の知識に基づき該レーザ干渉計により測定された距離から求められ、
該レーザ干渉計間の距離は、前記３つの距離レーザ測定干渉計にまたがる平面外の場所に配置される第４距離測定レーザ干渉計により測定され、
前記少なくとも１つの逆反射体までの距離は、前記４つのレーザ干渉計のそれぞれにより測定され、
前記レーザ干渉計間の距離は、そこから数学的に求められる方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法において、前記干渉測定デバイスは、座標測定機により前記試験対象物に対して位置決めされる方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法において、
位置決め装置が、前記種々の測定位置に前記干渉測定デバイスを配置するために該測定デバイスを前記試験対象物に対して位置決めし、
前記位置決め装置は、少なくとも１つの軸に対して前記測定デバイスを傾斜させるよう構成される方法。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の方法において、
位置決め装置が、前記測定デバイスを前記種々の測定位置に配置するために前記干渉測定デバイスを前記試験対象物に対して位置決めし、
前記光学表面のさらに他の特性が、前記位置決め装置により前記試験対象物に対して同じく位置決めされた追加の測定デバイスにより測定される方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法において、前記干渉測定デバイスは、インターフェログラムを記録するよう構成された検出装置と、少なくとも１つの曲面ミラーを含み、前記光学試験表面を前記検出装置に結像するよう構成された結像光学系とを備える方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記干渉測定デバイスは、請求項１２から１５のいずれか１項に従って構成される方法。
【請求項１２】
試験対象物の光学表面の形状を測定するよう構成された干渉測定デバイスであって、
インターフェログラムを記録するよう構成された検出装置と、
少なくとも１つの曲面ミラーを含み、前記光学試験表面を前記検出装置に結像するよう構成された結像光学系とを備える
干渉測定デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の干渉測定デバイスにおいて、
前記結像光学系は２つの波面形成表面を有し、
該２つの波面形成表面は、前記光学表面を前記検出装置に結像するのに利用される光路が前記２つの波面形成表面間に位置する焦点を含むよう構成される干渉測定デバイス。
【請求項１４】
請求項１２または１３に記載の干渉測定デバイスにおいて、前記結像光学系は少なくとも１つの放物面ミラーを含む干渉測定デバイス。
【請求項１５】
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の干渉測定デバイスにおいて、前記結像光学系は、前記光学表面を前記検出装置に結像するのに利用される光路が前記曲面ミラーに２回当たるよう構成される干渉測定デバイス。
【請求項１６】
試験波の波面を光学試験表面の目標形状に適合させるよう構成された波形整形表面を有する波形整形素子を検定する方法であって、
前記波形整形面の種々の領域に測定波を連続して照射するステップと、
照射領域毎に、前記波形整形表面の各領域との相互作用後の前記測定波の波面を測定するステップと、
前記測定した波面を計算合成するステップと、
前記合成した波面を解析することにより、目標波形整形効果からの前記波形整形表面の波形整形効果の偏差を求めるステップとを含む
方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の方法において、
前記測定波は、前記波形整形表面の各領域との相互作用後に拡大結像光学系を通過する方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の方法において、
前記測定は、前記測定波を前記波形整形素子に指向させる照明光学系と、前記波形整形表面との相互作用後の前記測定波の波面を測定する検出光学系とを備える測定装置により行われ、
前記測定装置及び前記波形整形素子を前記種々の領域の照射間で相互にシフトさせることにより、前記波形整形表面の前記種々の領域に前記測定波が連続して照射される方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の方法において、前記測定装置は、座標測定機により保持され且つ前記波形整形素子に対して位置決めされる方法。
【請求項２０】
請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法において、
前記波形整形表面は回折構造を含み、
前記測定波の波面は、各波形整形領域の前記回折構造における正の回折次数及び負の回折次数での回折後に測定される方法。
【請求項２１】
光学表面を有する光学素子であって、前記光学表面は、０．０１５ｍｍ〜２ｍｍの空間波長を有する目標形状に対する前記光学表面の実際の形状の変動が１００ｐｍＲＭＳ以下に制限されるように、非球状目標形状に適合される光学素子。
【請求項２２】
請求項２１に記載の光学素子において、前記光学表面は、０．０１５ｍｍ〜３０ｍｍの空間波長を有する前記目標形状に対する前記光学表面の実際の形状の変動が１００ｐｍＲＭＳ以下に制限されるように、前記非球状目標形状に適合される光学素子。
【請求項２３】
請求項２１または２２に記載の光学素子において、前記光学表面の前記目標形状は、回転対称性を有さない自由曲面であり、前記目標形状は、そのベストフィット球面から５μｍ以上の偏差を有する光学素子。
【請求項２４】
請求項２１または２２に記載の光学素子において、前記光学表面の前記目標形状は、回転対称非球面であり、前記目標形状は、そのベストフィット球面から５００μｍ以上の偏差を有する光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子を製造し、且つ例えば干渉計等の測定装置を用いて光学素子を試験する技術分野に関する。特に、本発明は、試験対象物の光学表面の形状を測定する方法、試験対象物の光学表面の形状を測定するよう構成された干渉測定デバイス、波形整形面を有する波形整形素子を検定する（qualifying）方法、及び上記方法又は上記干渉測定デバイスを用いて製造された光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子は、例えば、天文学で用いられる望遠鏡、又はマイクロリソグラフィ法において、マスク若しくはレチクルに配置された構造等の構造をウェーハ上のレジスト等の放射線感応基板に結像するために用いられる投影光学系等の、光学系で用いられる光学レンズ又は光学ミラーであり得る。このような光学系の性能は、光学表面を光学系の設計者により決定された目標形状を有するよう加工又は製造できる精度に応じて主に変わる。このような製造では、加工した光学表面の形状をその目標形状と比較し、加工表面と目標表面との差を求める必要がある。続いて、光学表面は、加工表面と目標表面との差が例えば所定の閾値を超える場所をさらに加工され得る。
【０００３】
従来の方法では、非球面形状であり得る光学試験表面が、干渉計の入射測定光のビーム経路内に配置される。干渉計は、補償システムとも称する波形整形素子を備え、これは、測定光が光学表面の各場所に実質的に垂直に入射するよう測定光のビームを整形するものである。したがって、測定光の波面は、測定光が垂直に入射する光学表面の表面形状と実質的に同じ形状を有する。補償システムは、ヌルレンズ、ヌルレンズ系、Ｋシステム、及びヌルコレクタとも称する。このような補償システムに関する背景情報は、例えば非特許文献１の第１２章から入手可能である。
【０００４】
複雑な非球面を試験するために、多くの場合、計算機ホログラム（ＣＧＨ）が補償システムとして用いられる。光学試験表面の形状の高精密測定を得るために、測定干渉計のキャビティ内における素子の全製造誤差を正確に把握しなければならない。代替的に、較正非球面をこのような誤差の較正に用いることができる。しかしながら、多くの場合、このような較正非球面は利用可能でない。場合によっては、ミラーに先行する透過型ＣＧＨ（CGH operated in transmission followed by a mirror）が干渉計を較正するための較正物として用いられる。しかしながら、較正ＣＧＨの精度は補償システムの精度よりも低い。較正ＣＧＨを、誤差の別の原因となるミラーに位置合わせすることがさらに必要である。
【０００５】
ＣＧＨの形態の補償システムにより生成された波面の中空間周波数偏差は、例えば電子ビーム描画プロセスにより生じ得る。個別描画フィールドが相互にシフトされることで、ＣＧＨ構造が部分毎にその目標位置から横方向にずれる。さらに他の理由として、ＣＧＨの局所的な製造誤差、例えば、突出した構造部品、肩角度の変更、異物、又は他の欠陥があり得る。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ダニエル・マラカラ著、「オプティカル・ショップ・テスティング（Optical Shop Testing）」第二版（ジョン・ワイリー・アンド・サンズ（１９９２））
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、上記課題を解決するとともに、光学試験表面の、特にＥＵＶ放射線（１００ｎｍ未満、特に１３．５ｎｍの波長を有する極紫外線）を用いた投影リソグラフィシステムで用いられるよう構成された光学素子の形状のより精密な測定を特に可能にする、測定方法及び測定デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様によれば、試験対象物の光学表面の形状を測定する方法が提供される。本方法は、測定波を発生させる干渉測定デバイスを設けるステップと、干渉測定デバイス及び光学表面を相互に対して種々の測定位置に連続して配置し、光学表面の種々の領域が測定波により照明されるようにするステップと、測定デバイスの位置座標を試験対象物に対して種々の測定位置で測定するステップとを含む。さらに、表面領域測定値が、測定位置のそれぞれで測定デバイスを用いて、光学表面の各領域との相互作用後の測定波の波面を干渉測定することにより得られる。本発明による方法は、測定位置のそれぞれにおける干渉測定デバイスの測定された位置座標に基づき表面領域測定値を計算合成することにより、光学表面の実際の形状を判定するステップをさらに含む。一実施形態によれば、光学表面の各領域の形状は、各領域との相互作用後の測定波の波面から判定され、種々の領域で判定された形状がサブ表面（sub-surface）測定値を構成する。
【０００９】
換言すれば、本発明の第１態様によれば、試験対象物の光学表面の形状は、光学表面の種々の２次元領域を連続して測定する２次元測定干渉測定デバイスを用いて測定され、その測定をサブ開口（sub-aperture）測定とも称し得る。種々の領域はそれぞれに隣接する領域と重複してもよいが、これは必須ではない。
【００１０】
サブ開口測定毎に、測定デバイス及び試験対象物は相互に種々の測定位置に配置される。これは、例えば、試験対象物及び／又は測定デバイスをサブ開口測定間で測定波の伝播方向に対して横方向にずらすことにより実施することができる。
【００１１】
試験対象物に対する測定デバイスの位置座標は、測定位置毎に測定される。位置座標は、３次元空間内の座標、例えば直交座標である。傾斜角は、この状況では位置座標と見なされない。一実施形態によれば、位置座標が測定される測定精度は０．１μｍよりも高い。
【００１２】
サブ開口測定で判定される形状は、測定位置における干渉測定デバイスの測定された位置座標に基づいて計算合成される。本発明によるこの計算合成は、ステッチングとも称し得るが、従来のステッチングとは異なる。
【００１３】
従来のステッチングでは、干渉サブ表面結果は、重複領域の結果を相互にフィッティングすることにより合成されるにすぎない。従来のステッチングでは、個別サブ開口領域で測定された形状の系統測定誤差が、サブ開口毎に累計され得る。光学表面が例えば１，０００個の領域に分割され、個別領域の形状が１ｎｍの精度でそれぞれ測定される場合、従来のステッチングの場合、測定誤差は光学表面全体で１μｍにまでなり得る。このような誤差累積は、サブ開口測定値を計算合成する際に、試験対象物に対する干渉測定デバイスの測定された位置座標を考慮することにより防止される。測定された位置座標は、サブ開口測定の測定形状の合成に関する位置基準としての役割を果たす。このようにして、光学表面の測定形状における遠距離測定誤差を回避することができる。
【００１４】
本発明による計算合成は、光学表面を別個に測定すべき多数の領域に分割することを可能にする。このようにして、測定すべき光学表面の目標形状が測定波の波面と同一でない場合でも、全サブ開口測定に同じ波面を有する共通の測定波を用いることが可能である。例えば、以下で説明するように、光学表面の目標形状が非球面又は自由曲面である場合、測定波を平面波面又は球面波面を有する構成とすることができる。球面波面の場合、波面は、光学試験表面の目標形状に対するベストフィット球面の形状を有し得る。
【００１５】
光学試験表面の領域は非常に小さくすることができる。領域のサイズは、測定波の波面に対する測定領域内の試験表面の実際の形状の偏差が、干渉測定装置を用いた測定に十分なほど小さく保たれるよう選択することができる。特に、偏差を測定波の光の波長の１倍未満（below one time）に保つことができる。このように、例えば計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態の複雑な波形整形素子が、測定波の波面の再整形に必要ない。
【００１６】
本発明による方法は、大幅に向上した精度での、特にＥＵＶリソグラフィで用いるのに必要な精度での、非球面又は自由曲面の形状の測定を可能にする。０．０１ｍｍを超える空間波長を有する目標形状に対する光学表面の実際の形状の変動を、高精度で測定することができる。
【００１７】
本願における非球面は、回転対称性を有する非球状の形状を指し、「自由球面」という用語は、回転対称性を有さない非球状の形状を指す。
【００１８】
空間内の単一の点のみに対する距離を測定する距離測定レーザ干渉計とは対照的に、干渉測定デバイスは、各測定位置で光学表面の２次元領域を測定する面干渉計（areal interferometer）である。
【００１９】
本発明による一実施形態では、試験対象物の光学表面に対する干渉測定デバイスの傾斜角も、サブ表面測定値の計算合成において考慮される。好ましくは、測定デバイスの傾斜は、測定波の波面が測定すべき各領域における試験表面の目標形状と位置合わせされるよう各測定位置で調整される。一変形形態によれば、傾斜は、測定波の光線が目標形状に対して平均して垂直に又は概ね垂直に試験表面に衝突するよう調整される。
【００２０】
本発明によるいくつかの実施形態では、種々の測定位置で照明される光学表面の領域は、相互に重複し、サブ表面測定値は、サブ表面測定値の重複部分をフィッティングしてフィッティング結果を測定デバイスの測定された位置座標に基づき補正することにより、計算合成される。一変形形態によれば、干渉測定デバイスの測定された位置座標を用いて、サブ表面測定の位置オフセットがフィッティング結果内で求められ、求められた位置オフセットがフィッティング結果において補正される。
【００２１】
本発明による特定の実施形態では、光学表面の１００個を超える、特に５００個を超える、例えば約１，０００個を超える領域が測定される。
【００２２】
本発明によるいくつかの実施形態では、測定位置における試験対象物に対する干渉測定デバイスの位置座標は、少なくとも３つの距離測定レーザ干渉計を測定デバイスに装着された少なくとも１つの逆反射体に向けることにより測定され、少なくとも３つのレーザ干渉計は、位置測定中に相互に固定された位置関係にある。レーザ干渉計は、試験対象物に対して既知の位置に配置される、例えば試験対象物用の保持デバイスに固定されることが好ましい。本発明のいくつかの実施形態では、逆反射体は球形態である。
【００２３】
この座標測定の原理は、全地球測位システム（ＧＰＳ）から当業者に既知である。レーザ干渉計のビーム原点及び逆反射体の形態の測定点により規定される基準点が、四面体を形成する。種々の測定位置で干渉測定デバイスの位置座標を測定するためのこの原理の適用は、０．１μｍ以内の精度での位置座標の決定を可能にする。
【００２４】
このような精度は、干渉測定デバイスの位置決め（positioning：測位）では従来達成されていない。座標測定機等の位置決めデバイスは、各次元ｘ、ｙ、及びｚにつき１つずつ、複数の直列配置された距離測定干渉計を用いた位置決めを監視する。この場合、各距離測定干渉計が位置座標の１次元を測定する。
【００２５】
干渉測定デバイスに対する逆反射体の位置は既知であり、特に、その位置は測定デバイスに対して固定される。距離測定レーザ干渉計は、レーザ干渉計と目標対象物上の単一の点との間の距離を測定するよう構成される。この目的で、距離レーザ干渉計は、目標対象物が点状に照明されるように最小発散度のレーザビームを放出する。各レーザ干渉計は、反射ビームと出射ビームとの間の位相シフトを求めることにより逆反射体までの距離を測定して、単一位相シフト値を得る。波面測定干渉計とは対照的に、距離測定レーザ干渉計では、伝播方向を横断する方向の移相分布の解析が行われない。
【００２６】
本発明による特定の実施形態では、距離測定レーザ干渉計はそれぞれ、２つの傾斜軸に対して傾斜させることができるよう取り付けられる。傾斜軸は、各放出レーザビームの方向に対して横方向に配置されることが好ましい。一実施形態によれば、距離レーザ干渉計は、自動ビーム追跡を行うよう構成されたレーザトレーサの一部である。これにより、レーザビームは、逆反射体を移動させると逆反射体に自動的に追従する。
【００２７】
本発明によるいくつかの実施形態では、少なくとも３つの逆反射体が干渉測定デバイスに装着され、各測定レーザ干渉計は異なる逆反射体に向けられる。３つの逆反射体の位置関係を把握すべきである。換言すれば、各逆反射体を、各距離測定レーザ干渉計と関連付ける。これは、逆反射体が関連のレーザ干渉計の方に最適に向くような測定デバイスにおける各逆反射体の配置を可能にする。このようにして、測定デバイスは、測定レーザ干渉計がそのレーザビームを各逆反射体に当てることを可能にしたまま、大きな角度で傾斜させることができる。
【００２８】
本発明によるいくつかの実施形態では、干渉測定デバイスの位置座標は、レーザ干渉計間の距離の知識に基づきレーザ干渉計により測定された距離から求められる。レーザ干渉計間の距離は、３つの距離レーザ測定干渉計にまたがる平面外の場所に配置される第４距離測定レーザ干渉計により測定され、少なくとも１つの逆反射体までの距離は、４つのレーザ干渉計のそれぞれにより測定され、レーザ干渉計間の距離は、そこから数学的に求められる。レーザ干渉計間の距離は、較正ルーチンで測定することができる。好ましくは、干渉測定デバイスの移動範囲内の複数の場所が較正中に測定される。測定された相対位置の重複判定（over-determination）により、レーザ干渉計により規定される相互に対する基準点の位置をオフセットに加えて求めることができる。較正ルーチンは、独国特許第３２０５  ３６２号明細書に従って行うことができ、該文献は参照により本明細書に援用される。
【００２９】
本発明によるいくつかの実施形態では、干渉測定デバイスは、座標測定機により光学試験対象物に対して位置決めされる。座標測定機（ＣＭＭ）は、複数の業界において製造及び組立プロセスで用いられているデバイスであり、当業者には既知である。座標測定機は、通常は各自由度で１０μｍ以内、特に約１μｍ、特に０．５μｍ〜１０μｍの位置決め精度を有する位置決め装置である。座標測定機の精度により測定デバイスの位置が分かっているので、干渉測定値を経時的に統合することが可能であることにより、時定数が短い周囲空気の屈折率の変動を平均化することができる。したがって、空気の屈折率を十分に一定に保つための空気の調整要件が緩和される。
【００３０】
本発明によるいくつかの実施形態では、例えば上記座標測定機の形態の位置決め装置が、種々の測定位置に干渉測定デバイスを配置するために測定デバイスを試験対象物に対して位置決めし、この位置決め装置は、少なくとも１つの軸に対して、特に２つの軸に対して測定デバイスを傾斜させるよう構成される。このようにして、測定デバイスを、測定波が試験表面の各領域に本質的に垂直に当たるよう各測定位置で傾斜させることができる。この機能は、回転傾斜継手を用いて行うことができる。代替形態として、カルダン継手を用いることができる。位置決め装置の傾斜機能は、測定中に試験対象物を同じ傾斜位置で維持することを可能にし、したがって、試験対象物の重力関連変形及びそれに対応する測定結果の補正を回避することができる。
【００３１】
本発明による特定の実施形態では、位置決め装置は、干渉測定デバイスを種々の測定位置に配置するために測定デバイス及び試験対象物を相互に対して位置決めし、位置決め装置は、測定デバイス及び試験対象物を少なくとも４つの軸で相互に対して位置決めするよう構成される。例えば、位置決め装置は、ｚ軸と平行な回転軸等の１つの軸で試験対象物を位置決めし、２つの並進軸ｘ及びｙ並びに回転軸θ等の３つの軸で測定デバイスを位置決めするよう構成され得る。このような４軸位置決め装置は、非球面の試験に適している。一実施形態によれば、位置決め装置は、測定デバイス及び試験対象物を５つの軸で相互に対して位置決めするよう構成される。このような５軸位置決め装置の実施形態は、２つの並進軸及ｘびｙ等の２つの軸で試験対象物を位置決めし、１つの並進軸ｚ並びに２つの回転軸θ及びφ等の３つの軸で測定デバイスを位置決めするよう構成され得る。このような５軸位置決め装置は、自由曲面の試験に適している。
【００３２】
本発明によるいくつかの実施形態では、位置決め装置は、干渉測定デバイスを種々の測定位置に配置するために測定デバイスを試験対象物に対して位置決めし、光学表面のさらに他の特性が、位置決め装置により試験対象物に対して同じく位置決めされた追加の測定デバイスにより測定される。さらに他の特性の測定は、形状測定の前又は後に行うことができる。追加の測定デバイスは、第１測定デバイスに加えて位置決め装置に取り付けることができる。この場合、位置決め装置は２つの測定アームを有する。代替的に、さらに他の特性を測定するために、第１位置決め装置を追加の位置決め装置で置き換えてもよい。このような追加の測定デバイスの一例は、通常は１μｍ×１μｍ又は１０μｍ×１０μｍの小さな面積で光学表面の表面粗度を測定する粗度センサ、例えばＡＦＭ測定ヘッドである。さらに別の代替的な実施形態では、複数の測定機能を同時に行うことができる複合測定デバイスが用いられる。
【００３３】
本発明によるいくつかの実施形態では、干渉測定デバイスは、インターフェログラムを記録するよう構成された検出装置と、少なくとも１つの曲面ミラーを含み、光学試験表面を検出装置に結像するよう構成された結像光学系とを備える。干渉測定デバイスにおける少なくとも１つの曲面ミラーを備える結像光学系の使用について、以下でより詳細に説明する。
【００３４】
本発明の第２態様によれば、試験対象物の光学表面の形状を測定するよう構成された干渉測定デバイスが提供される。干渉測定デバイスは、インターフェログラムを記録するよう構成された検出装置と、少なくとも１つの曲面ミラーを含み、光学試験表面を検出装置に結像するよう構成された結像光学系とを備える。
【００３５】
本発明の一実施形態によれば、結像光学系はミラー素子のみから構成される。光学試験表面を検出装置に結像するための少なくとも１つの曲面ミラーを含む結像光学系の使用は、結像誤差が最小化された光学設計を可能にする。少なくとも１つの曲面ミラーの使用により、結像光学系を非常に少数の光学コンポーネントで設計することが可能となり、これらのコンポーネントは、良好な粗度特性及び形状特性で製造することができる。さらに、少なくとも１つの曲面ミラーの使用は、結像光学系の個々の光学素子を相互に対して非常に安定した構成で配置することができるよう結像光学系を設計することを可能にし、このような結像光学系は位置合わせの影響をほぼ受けない（alignment insensitive to a large extent）。
【００３６】
本発明によるいくつかの実施形態では、干渉測定デバイスは、光学表面の種々の領域を連続して（subsequently）測定するよう構成され、さらに、個別領域の測定値を計算合成することにより光学表面全体の形状を判定するよう構成された評価装置を備える。個別領域の測定値を計算合成する様々な実施形態に関しては、本発明の第１態様に関する上記説明を参照されたい。
【００３７】
本発明による特定の実施形態では、結像光学系は２つの波面形成表面を備え、これらは、光学表面を検出装置に結像するのに利用される光路が２つの波面形成表面間に位置する焦点を含むよう構成される。２つの波面形成表面は、単一のミラーの２つの異なる部分であってもよく、又は２つの別個のミラーに位置付けられてもよい。
【００３８】
本発明によるいくつかの実施形態では、結像光学系は、少なくとも１つの非平面ミラー、特に少なくとも１つの放物面ミラーを収容する。代替的に、少なくとも１つの非平面ミラーは球面ミラーであってもよい。
【００３９】
本発明による特定の実施形態では、結像光学系は、光学表面を検出装置に結像するのに利用される光路が曲面ミラー、特に放物面ミラーに２回当たるよう構成される。一実施形態によれば、コマ補償効果を有するミラーが対称的に利用され、これについてはより詳細に後述する。
【００４０】
本発明による特定の実施形態では、結像光学系は、回転可能に取り付けられる平面ミラーをさらに備える。このように、平面ミラーは、平面ミラーの凹凸効果を平均化するために干渉測定中に回転させることができる。これは、平面形状からのミラーの形状の偏差に起因する干渉測定に対する効果を、ミラーの回転により平均化することができることを意味する。特に、平面ミラーの中〜高周波数の形状偏差を平均化することができる。好適な実施形態によれば、結像光学系の光路における平面ミラーの配置は、曲面ミラーから反射した光が曲面ミラーに反射し戻されて曲面ミラーに２回当たるようなものとされる。
【００４１】
本発明によるいくつかの実施形態では、結像光学系は、光学表面を検出装置に１：１の結像比で、つまり等倍で結像するよう構成される。さらに別の実施形態によれば、結像光学系は、相互に対向配置された２つのミラーを備える。本実施形態の一変形形態では、２つのミラーの焦点距離比は、したがって結像比も、１：２である。
【００４２】
本発明による特定の実施形態では、結像光学系は、焦点の同じ側に配置されているが相互に対して傾斜している２つのミラーを備える。
【００４３】
本発明によるいくつかの実施形態では、結像光学系は、異なる焦点距離の２つのミラーを備え、第２ミラーは第１ミラーの中央部の領域に配置され、第１ミラーの中央部が第１ミラーの光軸に沿って伝播する波に関して第２ミラーにより遮蔽されるようになっている。
【００４４】
本発明の第３態様によれば、試験波の波面を光学試験表面の目標形状に適合させるよう構成された波形整形表面を有する波形整形素子を検定する方法が提供される。本検定方法によれば、波形整形面の種々の領域に測定波が連続して照射される。照射領域毎に、波形整形表面の各領域との相互作用後の測定波の波面が測定される。さらに、測定された波面が計算合成され、合成された波面が解析されることにより、目標波形整形効果からの波形整形表面の波形整形効果の偏差が求められる。
【００４５】
換言すれば、本発明の第３の態様によれば、例えば計算機ホログラム（ＣＧＨ）を備える波形整形素子が、入射波の波面に対するその効果に関して検定される。このような波形整形素子は、試験波の波面を目標形状からのその偏差に関して測定すべき光学試験表面の目標形状に適合させるために、通常は干渉測定装置により用いられる。光学試験表面の目標形状は、例えば、試験波の波面の長距離変更を必要とする非球面形状であり得る。波形整形素子は、目標波形整形効果と実際には異なる波形整形効果を有する。目標波形整形効果からの実際の波形整形効果の偏差は、検定方法で検定されるものとする。
【００４６】
本検定方法によれば、波形整形素子に領域単位で測定波が照射され、領域毎に、波形整形素子との相互作用後の測定波の波面が例えば干渉計を用いて求められる。この領域別測定をサブ開口測定とも称し得る。領域単位の測定により、測定フィールドの直径を非常に小さく保つことができるので、波形整形素子の長距離波面形成効果を補償せずに波面検出が可能である。非球面の目標波面形状効果の場合、サブ開口が小さいことにより、検定測定のために非球面性を補正する必要がない。
【００４７】
中空間周波数偏差を得るために、長距離偏差のフィッティングが測定結果に対して行われ、フィッティング結果が減算される。その後、それぞれ２次元波面分布である種々の領域で測定した波面が計算合成される。これは、例えば、波面分布のうち関連領域の重複部分に対応する部分を相互にフィッティングすることにより行うことができ、これをステッチングとも称する。合成波面をその後用いて、目標波形整形効果からの波形整形表面の、有利には波形整形表面全体の波形整形効果の偏差が求められる。
【００４８】
事実上、波形整形素子は領域単位で検定され、測定結果が合成される。波形整形素子の波形整形表面を検定測定用の個別領域に分割することで、単一の測定で波形整形表面全体を測定する場合に可能な精度と比較して、領域毎により高い測定精度を得ることが可能である。したがって、測定を領域単位に分割してから測定値を合成するという本発明の概念は、波形整形素子を、目標波形整形効果からのその波形整形効果の偏差に関して高精度で検定することを可能にする。
【００４９】
特に、本発明による検定方法は、ＣＧＨの波面形成効果のその目標効果からの中空間周波数偏差の絶対的検定を可能にする。この文脈での「絶対的」は、基準表面を参照せずに測定結果が特定されることを意味する。この文脈での「中空間周波数」は、当業者には既知の、古典的なゼルニケ多項式Ｚ１〜Ｚ３６によりカバーされる周波数を超える空間周波数を指す。
【００５０】
本発明による検定方法は、およそ２００ｍｍの直径を有する通常のＣＧＨの直径の１／１００未満である０．０１ｍｍ〜２ｍｍの空間周期に対応する空間周波数範囲内の偏差の絶対的検定を可能にする。さらに、ＣＧＨの直径の１／１００〜１倍の範囲内の空間波長を有する低空間周波数偏差を、本発明による検定方法により測定することができる。空間周波数の下限は、通常は１μｍ〜１０μｍの範囲内にあるＣＧＨの局所構造周期により与えられる。さらに、本検定方法は、ＣＧＨの中空間周波数構造偏差をスカラー回折挙動からの偏差であるいわゆる「厳密効果（rigorous effects）」から分離することを可能にする。
【００５１】
すでに上述したように、一実施形態によれば、連続して照射された波形整形表面の領域は、相互に重複しており、測定波形の計算合成は、測定波面の重複部分を相互にフィッティングすることにより行われる。上述のように、検定すべき波形整形素子は、ＣＧＨ等の回折素子を備える。代替的に、波形整形素子は、レンズ、自由曲面の非球面でもあり得る。
【００５２】
本発明によるいくつかの実施形態では、測定波は、波形整形表面の各領域との相互作用後に拡大結像光学系を通過する。拡大結像光学系は、非拡大結像の場合には波面検出器が取り込むことができない中空間周波数波面成分の測定を可能にする。拡大結像光学系は、中空間周波数波面成分をそれぞれより小さな局部周波数で結像することで、波面の測定に用いられる波面検出器により取り込むことができるようにする。拡大結像光学系の結像縮尺は、関心の空間周波数領域に適合させることができる。より大きな空間周波数範囲をカバーするために、異なる空間周波数領域での測定値を相互に合成することができる。
【００５３】
一実施形態によれば、拡大結像光学系は測定間で回転され、測定値の可変波面成分は結像光学系に起因する（attributed to）。このようにして、結像光学系が誘発した誤差を測定結果から排除することができる。
【００５４】
いくつかの実施形態によれば、拡大結像光学系は、結像において波面を保存するために４ｆ結像光学系として構成される。ここで用いるのに適した変形形態によれば、４ｆ結像光学系は、異なる焦点距離を有する２つのレンズを収容する。
【００５５】
本発明による特定の実施形態によれば、波面測定は、測定波を波形整形素子に指向させる照明光学系と、波形整形表面との相互作用後の測定波の波面を測定する検出光学系とを備える測定装置により行われる。一実施形態によれば、照明光学系及び検出光学系は相互に剛接続される。測定装置及び波形整形素子を種々の領域の照射間で相互にシフトさせることにより、波形整形表面の種々の領域に測定波が連続して照射される。これにより、波形整形素子及び／又は測定装置をシフトさせることができる。代替的又は付加的に、波形整形素子を測定間で回転させてもよい。
【００５６】
本発明によるいくつかの実施形態では、測定装置は、座標測定機により保持され、座標測定機により波形整形素子に対して位置決めされる。座標測定機は、本願で何度か説明されており、より詳細にはそちらを参照してもよい。
【００５７】
本発明によるいくつかの実施形態では、波形整形表面は回折構造を含み、測定波の波面は、各波形整形領域の回折構造における正の回折次数及び負の回折次数での回折後に測定される。一変形形態によれば、正の回折次数及び負の回折次数は、同じ絶対値であるが異なる符号、例えば＋１及び−１である。代替的に、絶対値が異なる回折次数及び逆符号を用いてもよい。正の回折次数及び負の回折次数を生成するために、波形整形素子を２回測定することができ、その際に波形整形素子を測定間で１８０度回転させる。
【００５８】
本発明による特定の実施形態では、正の回折次数及び負の回折次数に関して測定された波面は相互から減算される。この減算の結果は、回折構造の中空間周波数偏差のうち、回折次数の符号と共に符号が反転する（reverse their sign with the sign of the diffraction order）全中空間周波数偏差を含む。回折次数の符号と共に符号が不変の(maintain their sign with the sign of the diffraction order)中空間周波数偏差は、減算で消える。
【００５９】
付加的又は代替的に、正の回折次数及び負の回折次数に関して測定された波面を加算することができる。この場合、回折次数の符号の変化と共に符号が不変の（maintaining their sign with the a change  of sign of the diffraction order）中空間周波数偏差は総和に残るが、符号が変化する偏差は消える。異なる符号の回折次数での波面の測定は、搬送周波数ＣＧＨの場合に特に有用である。このような搬送周波数ＣＧＨは、当該技術分野において既知であり、高い線密度で交互に並んで位置決めされた２つの異なるタイプの回折素子により形成され得る。
【００６０】
さらに他の実施形態によれば、測定は、種々の波長の測定波で行われ、波長依存偏差を分離するためにその結果が解析される。特に、厳密効果はかなりの波長依存を示す。種々の波長で測定された厳密効果の比較により、厳密効果の非常に精密な解析が可能となる。
【００６１】
さらに、本発明の第１態様による測定方法を実施するよう構成された測定装置と、本発明の第３態様による検定方法を実施するよう構成された検定装置とが、本発明により提供される。本発明による各方法の上記実施形態に含まれる特徴は、本発明による各装置に移行することができ、またその逆も同様である。したがって、そこから得られる装置の実施形態は、明確に本発明の開示の範囲内にあるものとする。
【００６２】
さらに、本発明の第４態様によれば、光学素子が提供され、この光学素子が有する光学表面は、０．０１５ｍｍ〜２ｍｍの空間波長を有する目標形状に対する光学表面の実際の形状の変動が１００ｐｍＲＭＳ（平方二乗平均化）以下に制限されるように、非球状目標形状に適合される。ＲＭＳ値は、当業者が熟知しているように、光学表面上の複数の局所振幅Ａｌから算出される。
【００６３】
このような光学素子は、例えば、本発明の第１態様による測定方法及び／又は本発明の第２態様による干渉測定デバイスを用いて製造することができる。さらに、上記光学素子は、本発明の第３態様による検定方法を用いて検定した波形整形素子を備える干渉測定装置を用いて製造することができる。検定方法により求められた目標波形整形効果からの波形整形表面の波形整形効果の偏差は、干渉測定装置を用いて光学素子の形状を干渉測定する際に考慮される。
【００６４】
本発明の第１態様による測定方法、本発明の第２態様による干渉測定装置、及び／又は本発明の第３態様による検定方法により検定した波形整形素子を用いる測定装置を用いることで、光学素子の光学表面の実際の形状の偏差を非球状目標形状に対して測定する際の精度を、上記公差が満たされ得るように光学表面を続いて加工できるようなものとすることができる。現在利用可能な光学素子は、これらの仕様を満たしていない。
【００６５】
本発明によるいくつかの実施形態では、光学素子の光学表面は、０．０１５ｍｍ〜３０ｍｍの空間波長を有する目標形状に対する光学表面の実際の形状の変動が、１００ｐｍＲＭＳ以下、特に５０ｐｍＲＭＳ以下、又は１０ｐｍＲＭＳ以下に制限されるように、非球状目標形状に適合される。０．０１５ｍｍ〜３０ｍｍの空間波長を有する変動を、中空間周波数変動とも称する。
【００６６】
本発明による光学素子の一実施形態では、光学表面の目標形状は、回転対称性を有さない自由曲面であり、目標形状は、そのベストフィット球面から５μｍ以上、特に２０μｍ以上の偏差を有する。これは、目標形状が目標形状の少なくとも１つの場所においてベストフィット球面から５μｍ以上又は２０μｍ以上ずれていることを意味する。本発明の変形形態によれば、目標形状は、そのベストフィット球面から５μｍ〜１０ｍｍ、特に１ｍｍ以下の偏差を有する。
【００６７】
本発明による光学素子の代替的な実施形態では、光学表面の目標形状は回転対称非球面を有し、目標形状は、そのベストフィット球面から５００μｍ以上、特に２．５ｍｍ以上の偏差を有する。したがって、目標形状は、目標形状の少なくとも１つの場所でそのベストフィット形状から５００μｍ以上又は２．５ｍｍ以上ずれている。
【００６８】
本発明による光学素子のさらに別の実施形態では、光学表面の目標形状は、回転対称非球面の偏心部分として構成され、目標形状は、そのベストフィット球面から５００μｍ以上の偏差を有する。回転対称非球面のこのような偏心部分を、「軸外非球面」とも称し得る。一実施形態では、偏心部分は、回転対称非球面の頂点を含まない。
【００６９】
さらに別の実施形態によれば、光学素子は、マイクロリソグラフィ用途に十分な公差、特に極紫外線（ＥＵＶ）を用いたマイクロリソグラフィ用途に十分な公差に製造される。上記公差を有する光学素子は、マイクロリソグラフィ用の露光機（exposure tool）の投影光学系で例えば用いることができる。光学素子の公差は、例えば米国特許出願公開第２００７／００５８２６９号明細書から得ることができ、該出願は参照により本明細書に援用される。
【００７０】
本発明によるいくつかの実施形態では、光学素子は、透過レンズとして構成され、他の実施形態ではミラーとして構成される。ミラーとしての構成の場合、光学素子は、マイクロリソグラフィ用のＥＵＶ投影露光機で用いることができる。
【００７１】
本発明の上記及び他の有利な特徴は、以下の概略図を参照して以下の本発明の例示的な実施形態の詳細な説明からより明確となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】干渉測定デバイスを含む光学表面の形状を測定する測定装置の実施形態を示す。
【図２】較正構成の図１による測定装置を示す。
【図３】図１による測定装置における信号処理アーキテクチャを概略的に示す。
【図４】同じく干渉測定デバイスを含む光学表面の形状を測定する測定装置のさらに別の実施形態を示す。
【図５】図１の実施形態又は図３の実施形態による測定装置に含まれる干渉測定デバイスの第１実施形態を示し、干渉測定デバイスの光路を平行光線の形態で示す。
【図６】図４の干渉測定デバイスの光路を光学表面１４の像を形成する光線の形態で示す。
【図７】本発明による第２実施形態の干渉測定デバイスを示す。
【図８】本発明による第３実施形態の干渉測定デバイスを示す。
【図９】本発明による第４実施形態の干渉測定デバイスを示す。
【図１０】本発明による較正方法を用いて較正した波形整形素子を用いて試験対象物の光学表面の形状を測定する、さらに別の測定装置を示す。
【図１１】図１０に示す測定装置が用いる波形整形素子を較正するための本発明による較正方法を実施する、検定装置の第１実施形態を示す。
【図１２】本発明による較正方法を実施する検定装置の第２実施形態を示す。
【図１３】図１１又は図１２に示す検定装置を試験対象物に対して位置決めする位置決め装置を示す。
【図１４】回転対称非球面を有する本発明による光学素子の第１実施形態の断面図を示す。
【図１５】図１４に示す光学素子の上面図を示す。
【図１６】軸外非球面の形態の本発明による光学素子の第２実施形態を上面図で示す。
【図１７】自由曲面を有する本発明による光学素子の第３実施形態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
以下で説明する本発明の実施形態において、機能及び構造が同様であるコンポーネントは可能な限り同一又は同様の参照符号で示す。したがって、特定の実施形態の個々のコンポーネントの特徴を理解するためには、他の実施形態の説明又は発明の概要を参照すべきである。
【００７４】
図１は、試験対象物１２の光学表面１４の形状を測定する測定装置１０を概略的に示す。試験対象物１２は、例えば、ミラー又は透過光学レンズ等であり得る。測定装置１０は、位置決め装置２２、干渉測定デバイス１６、及び対象物ホルダ４８を備える。位置決め装置２２は、測定ヘッドとして構成された干渉測定デバイス１６及び対象物ホルダ４８により保持された試験対象物１２を相互に対して位置決めするよう構成される。
【００７５】
干渉測定デバイス１６は、試験対象物１２の光学表面１４に指向させる測定波１８を発生させる。干渉測定デバイス１６は、図５〜図９に関してより詳細に後述する複数の実施形態に従って構成され得る。
【００７６】
測定装置１０は、光学表面１４のその目標形状からの偏差を測定するよう構成され、目標形状は、非球面又はいわゆる自由曲面であり得る。本願の文脈における非球面の場合、目標形状は非球状だが対称軸に対して概ね対称である。一実施形態によれば、非球面の目標形状は、そのベストフィット球面から５００μｍ以上の偏差を有する。
【００７７】
非球面は、いわゆる軸上非球面とすることができ、その場合、試験下にある軸方向表面１４は回転対称非球面の頂点を含む。代替的に、試験下にある光学表面１４は、いわゆる「軸外非球面」とすることもでき、その場合、頂点を含まない偏心部分が試験対象となる。自由曲面の場合、光学表面１４の目標形状は回転対称性を有さない。自由曲面の実施形態によれば、目標形状は、そのベストフィット球面から５μｍ以上、別の実施形態によれば２０μｍ以上の偏差を有する。
【００７８】
位置決め装置２２は、測定デバイス１６及び試験対象物１４を後述するような５つの軸で相互に位置合わせするよう構成されるので、非球面及び自由曲面の両方を試験するのに適している。位置決め装置２２の５つの軸は、３つの並進軸及び２つの傾斜軸を含む。図１に示す実施形態では、対象物ホルダ４８を、図１に示す座標系に従ってｘ方向及びｙ方向の両方に移動させることができ、干渉測定デバイス１６を、ｚ方向に移動させ且つ後述するような２つの軸に関して傾斜させることができる。位置決め装置２２は、本願でより詳細に説明するいわゆる座標測定機として構成され得る。
【００７９】
位置決め装置２２は、フレーム２３を備え、これは、ベース板２８、２つの鉛直バー２４、及び鉛直バー２４を接続するクロスバー２６により形成される。位置決め装置２２は、対象物ホルダ４８をｘ方向及びｙ方向に移動させる移動機構をさらに備える。移動機構は、両矢印４４で示すようにベース板２８上でｘ方向に移動させることができる第１スライド４２と、両矢印４７で示すように第１スライド４２上でｙ方向に可動である第２スライド４６とにより構成される。
【００８０】
位置決め装置２２は、測定ヘッド位置決めデバイス３０をさらに備え、これは、干渉測定デバイス１６の形態の測定ヘッドを鉛直方向に、つまり両矢印３２で示すようにｚ軸の方向に移動させるよう構成される。さらに、測定ヘッド位置決めデバイス３０は、測定ヘッドを回転軸３４に関して回転させるよう構成され、この回転軸３４は、ｘｙ平面内に、したがってｚ軸に対して横方向に配置される。回転軸３４に関する回転運動Θを、図１に両矢印３６で示す。
【００８１】
測定ヘッド位置決めデバイス３０の力学は、ｚ軸と平行な第２回転軸３８に関する回転軸３４の回転をさらに可能にする。回転軸３８に関するこの回転運動φを両矢印４０で示す。測定ヘッド位置決めデバイス３０内の機構は、測定デバイス１６を回転軸３４の周りで回転させる回転機構全体を回転軸３８の周りで回転させることができるよう構成される。したがって、回転軸３４は、ｘｙ平面内の任意の回転位置に配置することができる。
【００８２】
測定装置１０の動作において、光学表面１４の種々の重複領域２０が測定波１８により連続して照明される。照明される光学表面１４の領域２０毎に、干渉測定デバイス１６を傾斜させ、測定波１８が本質的に垂直入射で光学表面１４の照明領域２０に当たるようにする。光学表面１４の形状が照明領域２０内で測定波の形状とは異なるので、測定波１８は、各場所で照明領域に完璧に垂直入射で当たらない。測定波１８の傾斜は、測定波１８が照明領域２０の中心で９０°の角度で光学表面１４に当たるよう調整することができる。代替的に、測定波１８の傾斜は、照明領域２０に対する平均入射角が９０°であるよう調整することができる。
【００８３】
光学表面１４が非球面の形状を有する場合、またさらに自由曲面の形状を有する場合、光学表面１４の平均法線は領域２０毎に異なる。測定ヘッド位置決めデバイス３０の傾斜機構は、これらの角度全部を、入射測定波１８の角度を適宜調整するために位置合わせすることを可能にする。
【００８４】
光学表面１４の測定中、対象物ホルダ４８をｘｙ平面内で移動させ、測定デバイス１６を適宜傾斜させることで、光学表面１４の領域２０それぞれが連続して測定波１８により照明されるようにする。各傾斜設定は、測定される各領域２０における光学表面１４の所与の目標形状から算出される。領域２０は、光学表面１４の、特に光学表面１４全体の関心区域をカバーするよう選択され、領域２０は、それぞれに隣接する領域２０と重複している。
【００８５】
測定デバイス１６のための傾斜機構は、試験対象物１２が全形状測定プロセス中に同じ傾斜位置に留まることを可能にする。この傾斜位置は、マイクロリソグラフィ用の投影露光システムに取り付けられる際の対象物１２の傾斜位置に対応することが好ましい。傾斜位置の変化は、対象物１２の光学特性を投影露光システムの動作にとって深刻な程度まで変え得るので、これは重要である。
【００８６】
光学表面１４の特定の領域２０が測定波１８により照明され、領域２０の形状が干渉測定デバイス１６により測定される、各測定ステップにおいて、干渉測定デバイス１６の傾斜位置及び測定デバイス１６と試験物体１２との間の位置関係が、図３に示す評価デバイス７６により記録される。これにより、測定デバイス１６の傾斜位置は、各測定位置で用いられる位置決め装置２２の傾斜設定から得られる。
【００８７】
各測定位置での測定デバイス１６と試験対象物１２との間の位置関係は、試験対象物１２に対する測定デバイス１６の位置座標を位置測定システム５１の３つのレーザトレーサ５０を用いて測定することにより求められる。３つのレーザトレーサ５０は、対象物ホルダ４８の周りの種々の位置で対象物ホルダ４８に固定される。各レーザトレーサ５０は、距離測定レーザ干渉計５２及び傾斜機構から構成され、傾斜機構は、傾斜運動を両矢印５６で示す第１鉛直傾斜軸５４及と、第１傾斜軸５４に対して横方向であり傾斜運動を両矢印６０で示す第２傾斜軸５８とに関して、レーザ干渉計５２を傾斜させるよう構成される。
【００８８】
干渉測定デバイス１６の各測定位置において、３つの距離測定レーザ干渉計５２が、測定デバイス１６に固定された逆反射体６２までの距離を測定する。図１に示す実施形態では、逆反射体６２は球形態で構成される。測定デバイス１６がとる角度範囲に応じて、複数の逆反射体６２を測定デバイス１６に、例えば各レーザトレーサ５０につき１つの逆反射体６２を配置することができる。各距離測定レーザ干渉計５２が最小発散度のレーザビームを放出することにより、逆反射体６２が点状に照明される。各レーザ干渉計５２と逆反射体６２との間の距離は、放射されたレーザビームと逆反射体６２から反射し戻されたビームとの間の位相シフトから求められる。
【００８９】
図２に示す各レーザ干渉計５２のレーザ放出点６４は、基準点を規定する。３つのレーザ干渉計５２の関連の基準点６４と、逆反射体６２により規定される測定点とは、四面体を形成する。基準点間の距離は、例えば後述する較正手順から把握される。
【００９０】
基準点と測定点との間の測定距離は、測定点の位置座標を基準点に関して求めることを可能にする。この測定の原理は、ＧＰＳ（全地球測位システム）でも用いられており、例えば独国特許第３２０５３６２号明細書から既知である。この原理の使用は、測定デバイス１６の位置座標を測定デバイス１６の各測定点で測定することを可能にする。
【００９１】
図２は、対象物ホルダ４８に配置され、位置測定システム５１の較正に用いられるさらに別のレーザトレーサ５０ｃを有する、測定システム１０を示す。較正に用いられるレーザトレーサ５０ｃは、突出アーム７０により保持され、そのレーザ放出点６４ｃが３つのレーザトレーサ５０のレーザ放出点６４にまたがる平面６６外に位置付けられるようになっている。較正ルーチンにおいて、逆反射体６２までの距離は、レーザトレーサ５０のそれぞれ及び追加のレーザトレーサ５０ｃにより測定される。
【００９２】
図２は、逆反射体６２に指向させたレーザトレーサ５０及び５０ｃのレーザビーム６８及び６８ｃを示す。較正ルーチン中、干渉測定デバイス１６の移動範囲内の複数の場所の位置が、４つのレーザトレーサ５０及び５０ｃにより測定される。例えば独国特許第３２０５３６２号明細書に記載のように、測定された相対位置の重複判定により、３つのレーザ放出点６４の相対位置が求められる。
【００９３】
このようにして、レーザ放出点６４の形態の上記基準点間の距離が把握され、これを測定装置１０の動作中に逆反射体６２の位置座標の上記測定の基礎として用いることができる。任意に、対象物ホルダ４８は、図２に示す鉛直回転軸４９に関して回転可能であり得る。
【００９４】
図３は、図１に示す測定装置１０の動作中の信号処理を示す概略図である。干渉測定デバイス１６及び対象物ホルダ４８は、相互に対して種々の測定位置に連続して配置され、各測定位置で、対象物ホルダ４８により保持された光学表面１４の異なる領域２０が測定波１８により照明されるようになっている。すでに上述したように、対象物ホルダ４８は、それにより、２つの傾斜自由度Θ及びφと１つの並進自由度ｚとで位置決め装置２２により適切に調整される。
【００９５】
さらに、対象物ホルダ４８は、位置決め装置２２によりｘ及びｙで位置決めされる。各測定位置で、光学表面１４の各領域２２との相互作用後の測定波１８の波面は、測定デバイス１６によって干渉により求められる。求められた波面から、光学表面４０の各領域２０の形状が判定されて評価デバイス７６に転送される。
【００９６】
各測定位置において、対象物ホルダ４８に対する測定デバイス１６の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、プロセッサ７２により求められる。プロセッサ７２は、上述のレーザトレーサ５０により測定された距離からこれらの位置座標を求め、位置座標を評価デバイス７６に転送する。測定デバイス１６及び対象物ホルダ４８の位置決めは、コントローラ７４により制御され、コントローラ７４は、測定デバイス１６及び対象物ホルダ４８がとる傾斜及び位置座標を含む各位置設定を位置決め装置２２に転送する。
【００９７】
コントローラ７４は、各測定位置における位置設定を評価デバイス７６にも転送する。評価デバイス７６は、測定デバイス１６により判定された種々の領域２０の形状を、プロセッサ７２により供給された測定された位置座標と測定位置毎にコントローラ７４により転送された位置設定とに基づき合成する。
【００９８】
光学表面１４の種々の重複領域２０で行われる干渉測定を、サブ開口測定とも称し得る。測定された位置座標に基づくサブ開口測定値の計算合成は、サブ開口測定値の重複部分を相互にフィッティングすることにより、より厳密には、種々の領域２０に関連付けた測定形状を相互にフィッティングし、傾斜結果を測定デバイス１６の測定位置座法に基づき補正することにより、適宜行うことができる。
【００９９】
重複部分の相互のフィッティングをステッチングとも称し得る。ステッチングは、重複部分を相互にフィッティングすることに関して当業者には既知であるが、本発明により提案されるような測定された位置座標を考慮していない。
【０１００】
通常、光学表面１４は、上述のように別個に測定された後で計算合成される約１００個の領域２０に分割される。
【０１０１】
図４は、光学表面の形状を測定する測定装置のさらに別の実施形態１１０の領域を示す。測定装置１１０が図１に示す測定装置１０と異なるのは、位置決め装置２２の構成だけであり、これは図４によれば参照符号１２２で示される。位置決め装置間の相違を強調するために、レーザトレーサ５０等の図１にすでに示した要素は図４に示していない。位置決め装置１２２も座標測定機として構成することができる。
【０１０２】
測定装置１１０は、干渉測定デバイス１６、対象物ホルダ１４８、及び位置決め装置１２２を備える。位置決め装置１２２は、両矢印１５０で示すように、対象物ホルダ１４８を鉛直ｚ軸と平行な回転軸４９に関して回転させるよう構成される。さらに、干渉測定デバイス１６は、両矢印４７で示すようにｙ方向に、また両矢印３２で示すようにｚ方向に移動させることができる。さらに、位置決め装置１２２は、測定装置１６のθ傾斜をｘ軸と平行な回転軸１３４に関して行うよう構成される。傾斜運動を両矢印１３６で示す。
【０１０３】
したがって、位置決め装置１２２は、３つの軸が３次元空間内の干渉測定デバイスの位置決め用で、１つの軸が対象物ホルダ１４８の回転用である、４軸位置決め装置である。位置決め装置１２２は、水平ガイドトラック１２９を有する２つのベース板１２８を備える。水平ガイドトラック１２９内で、２つの鉛直バー１２４がｙ方向に摺動可能である。鉛直バー１２４はさらに、シャフト１３５がｚ方向に摺動可能な鉛直ガイドトラック１２５を備える。シャフト１３５は、回転軸１３４の周りを回転可能である。
【０１０４】
図５〜図８は、図１〜図４に示す測定デバイス１６の本発明による種々の実施形態を示す。上述のように、干渉測定デバイス１６は、試験対象物１２の光学表面１４の領域２０を照明する測定波１８を発生させるよう構成される。
【０１０５】
図５は、干渉測定デバイス１６の第１実施形態２１６を示す。測定デバイス２１６は、図示しない光源が発生させた測定光２２２を送出する光ファイバ２２０を備える。光源は、例えば、６３２．８ｎｍの波長でコヒーレント光を放出するヘリウムネオンレーザであり得る。代替的に、異なる波長のコヒーレント光も測定光２２２として用いることができる。
【０１０６】
測定光２２２は、ファイバ２２０から拡散ビームとして出射して、コリメータ２２４によりコリメートされた後で第１ビームスプリッタ２５０及び第２ビームスプリッタ２２６を通る。その後、測定光２２２は、入射測定光２２２ａの平面波の形態で試験対象物１２の光学表面１４に向かって伝播する。入射測定光２２２ａの波面は、領域２０の目標形状のベストフィット球面の形状も有し得る。
【０１０７】
入射測定光２２２ａの伝播方向及び試験対象物１２は、入射測定光２２２ａの単光線が、試験下にある光学表面１４に対して平均して垂直に又は少なくとも概ね垂直に光学表面１４の各領域２０に衝突するよう相互に位置合わせされる。代替的に、位置合わせは、領域２０の中央部分が入射測定光２２２ａにより垂直に照明されるようなものであり得る。
【０１０８】
光学表面１４への衝突前に、入射測定光２２２ａは、フィゾー表面２３０を有するフィゾー素子２２８に入る。入射測定光２２２ａの一部は、基準光２３２としてフィゾー表面２３０により反射される。残りの入射測定光２２２ａは、光学表面１４の各領域２０で反射され、その後は反射測定光２２２ｂと称する。
【０１０９】
フィゾー素子２２８から分かり得るように、干渉測定デバイス２１６はフィゾー干渉計の形態で設けられる。また、トワイマン・グリーン干渉計、マイケルソン干渉計、マッハ・ツェンダー干渉計、点回折干渉計、及び任意の他の適当なタイプの干渉計も代わりに用いることができる。
【０１１０】
反射測定光２２２ｂ及び基準光２３２は、その強度の一部が（with a portion of their intensity）ビームスプリッタ２２６により反射され、結像光学系を通って進み、結像光学系は、光学表面１４の領域２０を検出装置２４４の検出表面に結像するよう構成されたミラー光学系の形態である。検出装置２４４は、カメラの形態で設けられ、入射光の波面に対して約２０°〜３０°傾斜している。
【０１１１】
基準光２３２及び反射測定光２２２ｂは、検出装置２４４の検出表面に干渉パターンを生成する。複数の干渉パターンを評価し、試験領域２０の面積内の光学表面４０の形状を判定する。判定された形状を光学表面１４の既知の目標形状と比較し、目標形状からの実際の形状の偏差を求め、それにより光学表面の実際の形状を判定する。
【０１１２】
光学表面１４を検出装置２４４に結像するミラー光学系は、大型放物面ミラー２３４の形態の曲面ミラー及び平面傾斜ミラー２４０を備える。放物面ミラー２３４及びミラー２４０は、反射測定光２２２ｂが放物面ミラー２３４の軸２３５に対して２つの対称配置部分で放物面ミラー２３４に当たるよう配置される。対称配置部分を、以下で第１波面形成表面２３６及び第２波面形成表面２３８と称する。第１波面形成表面２３６での反射後、光２２２ｂは、平面傾斜ミラー２４０により第２波面形成表面２３８へ反射される。したがって、平面傾斜ミラー２４０は、中間焦点２４２に配置され、ピンホールが設けられる。一実施形態では、平面ミラー２４０は回転可能に取り付けられる。干渉測定中、ミラー２４０は、平面形状からの平面ミラーの偏差に起因した測定中の誤差を平均化するために回転される。
【０１１３】
放物面ミラー２３４の対称利用には、コマ補償効果があり、大きな視野を検出装置２４４に結像することを可能にする。したがって、光学表面１４上の領域２０を大きなサイズに選択することができる。この文脈での放物面ミラー２３４の対称利用のコマ補償効果は、試験対象物１２及び／又はフィゾー素子２２８が最適に位置合わせされていないことにより、反射測定光２２２ｂ及び／又は基準光２３２が第１波面形成表面２３６に衝突する前に放物面ミラー２３４の軸２３５と平行に伝播しない場合に発生する、コマに言及したものである。したがって、放物面ミラーの対称利用は、試験対象物１２又はフィゾー素子２２８の位置ずれが測定の精度に大きく影響しないという点で、よりロバストな形状測定を可能にする。
【０１１４】
干渉測定デバイス２１６は、距離測定レーザ光２４８を発生させてビームスプリッタ２５０を用いて試験対象物１２の光学表面１４に指向させる距離センサ２４６をさらに備える。距離センサ２４６を用いて、干渉測定の実施前に測定デバイス２１６に対して試験対象物１２が位置合わせされる。
【０１１５】
図５は、平行光線の形態の干渉測定デバイス２１６の光路を示す。このような平行光線は、試験対象物の光学表面１４に表面凹凸がない場合に存在する。この場合、光の１００％が平行光線として進む。図６は、表面１４を検出装置２４４に結像する光線の形態の干渉測定デバイス２１６の光路を示し、例示的な表面点２６０ａ、２６０ｂ、及び２６０ｃがこの経路で結像されることを示す。
【０１１６】
現実には、光路は図５に示す平行光線経路と図６に示す結像光線経路との混合である。放物面ミラー２３４の対称利用は、平行光線経路及び結像光線経路の両方に上記コマ補償効果を及ぼす。測定装置２１６の光学系は、光学表面１４を検出装置２４４に１：１の結像比で、つまり等倍で結像する。
【０１１７】
図７は、干渉測定デバイス１６の第２実施形態３１６を示す。本実施形態及び以下の実施形態において、図４に示す測定デバイス２１６と同一又は同様の要素は同じ参照符号で示し、再度明確に言及しない。測定デバイス３１６は、１：２の結像比を、したがって１：２の焦点距離比も有する結像光学系を備える。
【０１１８】
測定デバイス３１６は、相互に対向した２つの放物面ミラーである大型の第１放物面ミラー３３４ａ及び小型の第２放物面ミラー３３４ｂを備える。反射測定光２２２ｂは、最初に第１放物面ミラー３３４ａの偏心部分にある第１波面形成表面３３６に衝突し、中間焦点３４２に集束した後で、第２放物面ミラー３３４ｂの偏心部分の形態の第２波面形成表面３３８で反射される。２つの放物面ミラー３３４ａ及び３３４ｂは、中間焦点３４２の両側に位置付けられる。
【０１１９】
図８は、干渉測定デバイス１６の第３実施形態４１６を示し、これも２つの放物面ミラーである試験表面１４の側に配置された第１放物面ミラー４３４ａ及び検出装置２４４の側に配置された第２放物面ミラー４３４ｂを備える。放物面ミラー４３４ａ及び４３４ｂは、異なる焦点距離を有し、平面傾斜ミラー２４０が中間焦点４４２に配置される。放物面ミラー４３４ａ及び４３４ｂは、焦点４４２の同じ側に配置される。配置の幾何学的形状は、第２放物面ミラー４３４ｂを焦点４４２の周りで回転させることにより最適化される。放物面ミラー４３４ａ及び４３４ｂの偏心部分は、各波面形成表面４３６及び４３８を形成する。
【０１２０】
図９は、干渉測定デバイス１６の第４実施形態５１６を示す。この場合、ファイバ２２０から出射した測定光２２２は、ビームスプリッタ５２６を通り、続いて結像光学系の第１放物面ミラー５３４ａ及び平面ミラー５５２を介して進んだ後に、試験対象物１２の光学表面１４に衝突する。
【０１２１】
ビームスプリッタ５２６は、第１放物面ミラー５３４ａから来る測定光２２２ｂを第２放物面ミラー５３４ｂに向けて反射する。放物面ミラー間の焦点５４２は、ビームスプリッタ５２６と第１放物面ミラー５３４ａよりも小さい第２放物面ミラー５３４ｂとの間に位置付けられる。ピンホール板５４３が焦点５４２に配置される。
【０１２２】
２つの放物面ミラー５３４ａ及び５３４ｂは、同じ方向を向いており、第２放物面ミラー５３４ｂは、第１放物面ミラー５３４ａの軸５３５の方向で第１放物面ミラー５３４ａに向かって進む光に対して、第１放物面ミラー５３４ａの一部を覆い、第１放物面ミラー５３４ａのうち第１波面形成表面５３６を形成する部分は、第２放物面ミラー５３４ｂにより覆われないままである。第２放物面ミラー５３４ｂの偏心部分は、測定光２２２ｂの反射用の第２波面形成表面５３８を形成する。
【０１２３】
放物面ミラーの代わりに、球面ミラーも図５〜図９に示す干渉測定デバイスに用いることができる。さらに、例えば測定装置２４４の傾斜を減らすために純粋な放物形ではない形状を有する非球面ミラーを用いることができる。
【０１２４】
図１に示す位置決め装置２２及び図４に示す位置決め装置１２２には、測定デバイス１６に加えて１つ又は複数の追加の測定ヘッドを設けることができる。このような追加の測定ヘッドは、例えば、通常は１μｍ×１μｍ又は１０μｍ×１０μｍの小さな面積内の粗度を測定することが可能な粗度センサ、例えばＡＦＭ測定ヘッドであり得る。代替的に、複数の測定機能を同時に、例えば形状測定及び粗度測定を行うことができる複合測定デバイスを用いることができる。
【０１２５】
図１０は、試験対象物１２の光学試験表面１４の目標形状からの実際の形状の偏差を干渉測定するのに用いられるさらに別の測定装置６１０を示す。試験対象物１２は、図示しない試験片ホルダに取り付けられる。測定装置６１０は、図５に示す測定装置２１６とは対照的に、計算機ホログラム（ＣＧＨ）等の回折波形整形構造６４９を備える波形整形素子６４６を備え、回折波形整形構造６４９は、試験波の波面を試験対象物１２の光学表面１４の目標形状に適合させるよう構成される。測定装置６１０について以下で詳細に説明する。光学表面１４の形状の非常に精密な測定を達成するために、波形整形素子６４６は、測定装置６１０において波形整形素子を用いる前に本発明に従って較正される。本発明による較正方法は、図１１〜図１３を参照して後述する。
【０１２６】
第１例において、構成済みの波形整形素子６４６を用いて光学表面１４の形状を測定する測定装置６１０の動作を説明する。測定装置６１０は、干渉計６１６を備え、この干渉計６１６は、光源ユニット６１８、ビームスプリッタ６３４、及び干渉計カメラ６５８を備える。光源ユニット６１８は、６３２．８ｎｍの波長でコヒーレント光のレーザビーム６２２を放出するレーザ６２１、例えばヘリウムネオンレーザを備える。レーザビーム６２２を、集束レンズ６２４により空間フィルタ６２６のピンホール開口に集束させ、コヒーレント光の拡散ビーム６２８がピンホールから出射するようにする。拡散ビーム２８の波面は、図示の実施形態では実質的に球状である。
【０１２７】
拡散ビーム６２８は、レンズ素子群６３０によりコリメートされて実質的に平面状の波面を有する照明ビーム６１９を形成する。照明ビーム６１９は、干渉計６１６の光軸６３２に沿って進み、ビームスプリッタ６３４を通る。
【０１２８】
図１０に示す干渉計６１６は、フィゾー干渉計である。しかしながら、本発明がこのような干渉計に限定されないことに留意されたい。任意の他のタイプの干渉計、例えば、トワイマン・グリーン干渉計、マイケルソン干渉計、マッハ・ツェンダー干渉計、点回折干渉計、及び任意の他の適当なタイプの干渉計を用いることができる。
【０１２９】
照明ビーム６１９は、フィゾー表面６３８を有するフィゾー素子６３６に入る。照明ビーム６１９の光の一部は、基準波６４０としてフィゾー表面６３８により反射される。フィゾー素子６３６を通る照明ビーム６２０の光は、平面波面６４２を有し、ビーム経路内に配置された回折光学素子の形態の波形整形素子６４６に対して以下で入射波６２０として示される。
【０１３０】
任意に、フィゾー素子６３６を通った照明ビーム６１９の光を変換する予備整形光学系を、入射波６２０に球面波面を与えるためにビーム経路内に配置することができる。しかしながら、図１０に示す例では、入射光波６２０は平面波である。波形整形素子６４６は、回折表面６４８を備え、この回折表面６４８は、回折波形整形構造６４９を備える。
【０１３１】
回折波形整形構造６４９はホログラムであり、これは、写真乾板を、基準光と光学試験表面１２の目標形状に対応する表面を有する光学表面から反射された光とで露光することにより生成することができ、又はレイトレーシング等のコンピュータが関与する方法を用いて対応する回折格子を計算し、計算した回折格子を基板６５０の表面上にプロットすることにより生成される計算機ホログラム（ＣＧＨ）であってもよい。回折格子は、例えば、リソグラフィ法により形成することができる。
【０１３２】
入射波６２０は、波形整形素子６４６の回折表面６４８で回折される。そこから得られる回折波を適合波６４４と称し、これは光学試験表面１４の目標形状に適合した波面を有する。したがって、適合波６４４は、オートコリメーションで光学試験表面１４に入射し、そこで反射される。反射適合波６４４の波面は、光学試験表面１２の目標形状からのその実際の形状の偏差に関する情報を含む。代替的な実施形態では、適合波６４４は、光学試験表面１４を通って後続のミラーにより反射される。
【０１３３】
図１０にさらに示すように、光学試験表面１４と相互作用した適合波６４４は、本質的に入射波６２０のビーム経路内に戻り、フィゾー素子６３６を通り、反射適合波６４４の一部はビームスプリッタ６３４により反射される。ビームスプリッタ６３４により反射された適合波６４４は、干渉計絞り（interferometer stop）６５７を含むカメラ６５８の対物レンズ系６５６を通してカメラチップ６５４の感光表面６５２に結像され、光学試験表面１４がカメラチップ６５４に結像される。
【０１３４】
基準波６４０の一部も、ビームスプリッタ６３４によりカメラチップ６５４の感光表面６５２へ反射される。基準波６４０及び反射適合波６４４は、感光表面６５２上に干渉パターンを生成する。基準波６４０及び適合波６４４の重畳により発生した波を、干渉パターンを生成する残留波と称する。干渉測定装置６１０は、評価デバイス６６０をさらに備え、これは、光学試験表面１４の目標形状からの実際の形状の偏差分布を、測定した干渉パターンに基づき求めるよう構成される。
【０１３５】
図１１は、図１０に示す測定装置６１０で用いられる波形整形素子６４６を較正するための、本発明による一実施形態の検定装置７１０を示す。上述のように、波形整形素子６４６は、回折波形整形構造６４９を備える回折表面６４８の形態の、例えば計算機ホログラムの形態の波形整形表面を有する。測定装置６１０において、回折表面６４８は、入射波６２０の波面を光学試験表面１４の目標形状に適合させる機能を果たす。したがって、回折表面は、目標波形整形効果、すなわち入射波６２０の波面を光学試験表面１４の目標形状に精密に適合させる効果を有する。
【０１３６】
図１０は、回折波形整形素子を備える測定装置の一般的概念を示すことを意図している。以下で説明する本発明による較正方法を用いて、図１０に示す測定装置６１０又はこのような測定装置の他の変形形態で用いられる回折波形整形素子を較正することができる。有利には、参照により全体を本明細書に援用する米国特許出願公開第２００９／０１２８８２９号明細書に示す測定装置に収容されている回折素子４８が、本発明による較正方法を用いて較正される。
【０１３７】
本発明による較正方法により、目標波形整形効果からの回折表面６４８の実際の波形整形効果の偏差が以下で説明するように求められる。この偏差情報は、測定された干渉パターンに基づき光学試験表面１４の実際の形状を判定する際に、測定装置６１０の評価デバイス６６０により考慮される。
【０１３８】
図１１に示すように、検定装置７１０は、測定波７２２を発生させる照明ユニット７１２を備える。一実施形態によれば、測定波７２２は、測定装置６１０の入射波６２０と同じ波面を有する構成である。この場合、測定波７２２は平面波である。照明ユニット７１２は、６３２．８ｎｍの波長でレーザビーム光を放出するヘリウムネオンレーザ等のレーザを備える。レーザ光を、集束レンズ７１６により空間フィルタ７１８のピンホール開口に集束させ、コヒーレント光の拡散ビームがピンホールから出射するようにする。拡散ビームは、コリメータ７２０によりコリメートされて測定波７２２を形成する。
【０１３９】
測定波７２２の光の一部は、ビームスプリッタ７２４により分割されて基準波７２８を形成し、基準波７２８は、コリメーティングレンズ７３０により光ファイバ７３２に入射結合される。ビームスプリッタ７２４を通過する測定波７２２の光は、回折表面６４８の形態の波形整形表面を有する波形整形素子６４６を通る。測定波７２２の横方向の拡大は、測定波７７２の光が回折表面６４８の領域のみを照射するよう制限される。測定波７７２により照射される領域は、例えば１ｍｍ×１ｍｍサイズの正方形とすることができ、回折表面６４８の総区域は２００ｍｍの直径を有し得る。
【０１４０】
波形整形素子６４６を透過後、測定波７２２の波面は、回折表面６４８の波形整形効果により変更される。測定装置６１０における適合波６４６に類似して、波形整形素子６４６を透過後の測定波７２２を以下で適合測定波７２３と称する。適合測定波７３２は、続いて拡大結像光学系７３４に入り、拡大結像光学系７３４は、回折表面６４８の照明領域を検出カメラ７４０の検出表面７４２に拡大縮尺で結像するよう構成される。図示の場合の倍率はβ＝−１０である。結像光学系７３４は、適合測定波７２３の波面の形状が結像光学系７３４を通る際に保存されるよう構成される。
【０１４１】
拡大結像光学系７３４は、当業者に既知のいわゆる４ｆ結像光学系として構成される。４ｆ結像光学系の構成及び機能に関しては、フライマン及びグロス著、「両側テレセントリック光学系における位相分布の伝播（Propagation of the Phase Distribution through double telecentric optical systems）」、Ｏｐｔｉｋ１０５、１０５巻、２号（１９９７年）、６９〜７３頁を参照されたい。
【０１４２】
図１１に示す拡大結像光学系７３４は、顕微鏡対物系７３６と、正の屈折力を有するレンズ又はレンズ群７３８とを備える。光ファイバ７３２の端が結像光学系７３４内に配置されることで、基準波７２８が適合測定波７２３と共に検出カメラ７４０の検出表面７４２上でインターフェログラムを生成するようになる。検定装置７１０の動作中、位相シフトを引き起こすためにビームススプリッタ７２４を両矢印７２６で示すように前後に移動させる。インターフェログラムが種々の位相設定について記録され、そこから適合波７２３の波面の形状が評価デバイス７４４により判定される。この波面は、回折表面６４８の照明領域の波形整形効果を表す。
【０１４３】
続いて、波形整形素子６４６を測定波７２２の伝播方向に対して横方向にシフトさせて、回折表面６４８の第２領域が測定波７２２により照明されるようにするが、第１領域及び第２領域は重複部分を有する。上記波面測定を第２領域で繰り返す。続いて、波形整形素子６４６を両矢印７４６で示すように横方向に段階的にシフトさせ、回折表面６４８全体が重複領域で連続して照明されるようにする。照明領域毎に、各波面が測定される。波形整形素子６４６のこの領域別測定をサブ開口測定とも称し得る。
【０１４４】
続いて、各領域で測定された波面は、評価デバイス７４４により計算合成される。これは、回折表面６４８の各照明領域の重複部分に対応する測定波面の部分を相互にフィッティングすることにより行われる。この計算合成をステッチングとも称し得る。
【０１４５】
目標波形整形効果からの回折表面６４８の波形整形効果の偏差は、ステッチングした波面から評価デバイス７４４により求められる。これは、測定波面を所与の回折表面６４８に関して予測される波面と比較することにより行われる。予測波面は、回折表面６４８の目標波形整形効果を規定するその設計から算出することができる。
【０１４６】
通常、目標波形整形効果からの回折表面６４８の波形整形効果の偏差は、古典的なゼルニケ多項式により記述され得る平面波に対する目標波面の偏差よりも大幅に高い周波数を有する。これらの偏差を中空間周波数偏差とも称する。本発明による一実施形態では、中空間周波数偏差は、測定しステッチングした波面にゼルニケ多項式を数学的にフィッティングし、フィッティングした波面を測定しステッチングした波面から減算することにより求められる。この動作では、ゼルニケ多項式Ｚ１〜Ｚ３６のみを考慮すれば十分である。この減算の結果は、目標波形整形効果からの回折表面６４８の波形整形効果の偏差を表す。
【０１４７】
図１２は、さらに別の実施形態８１０における本発明による検定装置を示す。本実施形態が図１１に示す実施形態７１０と異なるのは、以下で言及する詳細のみである。基準波７２８を拡大結像光学系７３４に誘導するファイバの代わりに、検定装置８１０は、基準波７２８を波形整形素子６４６の周りで誘導するコーナキューブ８３２を備える。
【０１４８】
続いて、基準波７２８は、コリメータ８３３によりコリメートされ、反射板８３５を用いて適合測定波７２３と重畳される。コーナキューブ８３２は、種々の位相でインターフェログラムを得るために、両矢印８２６で示すように入射基準波７２８の方向に前後に移動される。検定装置８１０において、照明ユニット７１２と、結像光学系７３４を含む検出ユニットと、検出カメラ７４０とは、剛性フレーム８４８により相互に接続される。
【０１４９】
図１３は、検定装置８１０を３つの直交並進次元ｘ、ｙ、及びｚで位置決めする位置決め装置８５０を示す。この構成では、照明ユニット７１２及び検出ユニットをサブ開口測定間でシフトさせるが、波形整形素子６４６は静止したままである。位置決め装置８５０として、波形整形素子６４６を保持するテーブル８５４と、検定装置８１０を保持する位置決めアーム８５３を担持するポータル８５２とを有する、座標測定機が用いられる。
【０１５０】
波形整形ＣＧＨ効果の中空間周波数偏差を照明ユニット７１２の光学系及び結像光学系７３４の偏差から分離するために、測定された中空間周波数偏差が平均化される。有利にはさらに、平均化を改善するために、波形整形素子６４６は種々の回転角で測定される。この目的で、波形整形素子６４６は、図１１に両矢印７４６で示すように入射測定波７２２に対して傾斜させることができるように取り付けられる。
【０１５１】
全部の不変波面成分が検定装置７１０又は８１０に起因し、可変成分が波形整形素子６４６に起因する。平均化された測定結果は、検定装置７１０又は８１０の中空間周波数偏差を実質的に含む。これらは、その後全部の単一測定値から減算することができ、波形整形素子６４６の中空間周波数偏差が絶対的に把握される。
【０１５２】
さらに別の実施形態では、結像光学系７３４のみを回転させ、単一測定結果を平均化する。得られる平均値は、結像光学系７３４の実質的に回転対称の偏差を含む。結像光学系７３４の中空間周波数偏差が主に平均化される。この平均値を単一値から減算することで、結像光学系７３４の中空間周波数偏差が絶対的に得られる。このように、中空間周波数偏差が把握され、これらを以降の測定で考慮するこができる。アナログ手順を照明ユニット７１２に対して用いてもよい。
【０１５３】
本発明による検定方法の一実施形態によれば、検定測定は２回行われ、波形整形素子６４６を２つの測定間で１８０°回転させる。このように、一方の測定は、試験下にある波形整形素子６４６の回折構造６４９上の測定波７２２の、正の回折次数で、例えば＋１次の回折次数で発生した適合測定波７２３に基づく。第２測定は、試験下にある波形整形素子６４６の回折構造６４９上の測定波７２２の、負の回折次数で、例えば−１次の回折次数で発生した適合測定波７２３に基づく。
【０１５４】
図１４は、凸面ミラーの形態の本発明に従って製造された光学素子１２の光学表面の第１実施形態１４ａの断面図を示す。光学表面１４ａは、回転対称非球面の形態に構成された非球面目標形状９１０ａに適合される。目標形状９１０ａは、回転対称軸９１４ａに関して回転対称であり、回転対称軸９１４ａは、通常は目標形状９１０ａのベストフィット球面９１２ａの回転対称軸としての役割も果たす。目標形状９１０ａは、そのベストフィット球面９１２ａから５００μｍ以上の偏差Δを有する。これは、目標形状９１０ａが目標形状９１０ａの少なくとも１つの場所でそのベストフィット球面９１２ａから５００μｍ以上ずれることを意味する。
【０１５５】
目標形状９１０ａは、次式で表すことができ、これは「非球面方程式」として当業者には既知である。
【０１５６】
【数１】
2013504762.tif 000003
【０１５７】
この方程式中、ｚは、光軸又は対称軸９１４ａからの距離ｒにおける目標形状９１０ａの表面のｚ座標を表し、ｃは非球面の曲率であり、ｋはコーニック係数であり、αｉはさらに他の係数である。目標形状９１０ａの例示的な実施形態は上記方程式に関する以下のパラメータを特徴とする。
Ｒ＝＋６６８．５５２１ｍｍ
ｃ＝１／ｒ＝１．４９５５７×１０−３ｍｍ−１
ｋ＝０
α１＝０
α２＝２．９４６３１５×１０−９ｍｍ−３
α３＝８．３３３４６８×１０−１４ｍｍ−５
α４＝１．０８０２９５１０×１０−１７ｍｍ−７
【０１５８】
非球面の別の例は、国際公開第２００６／０７７１４５号パンフレットに含まれており、該文献は参照により本明細書に援用される。
【０１５９】
図１５は、目標形状９１０ａの外周と共に図１４に示す光学表面１４ａの底面図を示す。図１６は、本発明に従って製造された光学素子１２の光学表面の第２実施形態１４ｂを示す。光学表面１４ｂは、いわゆる「軸外非球面」であり、回転対称非球面の偏心部分として構成される。回転対称非球面の例として、図１５の光学表面１４ａの外周を図１６に説明のために示す。図示されていない光学表面１４ｂの目標形状も、そのベストフィット球面から５００μｍ以上の偏差を有する。
【０１６０】
図１７は、本発明に従って製造された光学素子１２の光学表面の第３実施形態１４ｃの断面図を示す。光学表面１４ｃは、回転対称性を有さない目標形状９１０ｃに適合させた、いわゆる自由曲面である。図１７は、目標形状９１０ｃのベストフィット球面９１２ｃをさらに示す。説明のために、ベストフィット球面９１２ｃの回転軸９１４ｃを図示する。光学表面１４ｃは、そのベストフィット球面９１２から５μｍ以上の偏差Δを有する。
【０１６１】
目標形状９１０ｃは、種々の数学的関数、例えば以下の形態のスプライン又は単純なｘｙ多項式により表すことができる。
【０１６２】
【数２】
2013504762.tif 000004
【０１６３】
式中、ｚは矢高であり、ｎ＋ｍ≦１０又は≦２０である。このような表現は、当業者に既知のＣｏｄｅ  ｖ等の多くの光学設計プログラムにより支援される。
【０１６４】
本発明によれば、図１４〜図１７に示すタイプのいずれかであり得る光学素子１２が提供される。この光学素子１２の光学表面１４は、一実施形態によれば０．０１５ｍｍ〜２ｍｍの空間波長、別の実施形態によれば０．０１５ｍｍ〜３００ｍｍの空間波長を有する目標形状に対する光学表面の実際の形状の偏差が、１００ｐｍＲＭＳ以下、特に５０ｐｍＲＭＳ以下に制限されるように、各非球状目標形状９１０に適合される。
【０１６５】
光学素子１２は、例えば、上述の実施形態のいずれかにおける本発明による測定方法及び測定装置により製造することができる。測定装置を用いて、上記仕様を満たすべく光学素子の製造中にさらに処理すべき光学素子の部分が判定される。
【０１６６】
上述のように、本発明による光学素子１２は、１００ｐｍＲＭＳ、特に５０ｐｍＲＭＳの最大値に制限される上記空間波長範囲内の目標形状９１０に対するその光学表面１４の実際の形状の偏差を特徴とする。
【０１６７】
目標形状９１０に対する光学表面１４の実際の形状の偏差は、以下のように規定される：目標形状からの実際の形状の偏差Ｄ（ｘ，ｙ）を、光学表面１４上の場所（ｘ，ｙ）の関数として求める。所与の場所（ｘ０，ｙ０）における偏差Ｄ（ｘ，ｙ）を、フーリエ変換の実施により空間領域から周波数領域へ変換することで、関数ｄ（ｖ）が得られ、ここでｖは周波数である。
【０１６８】
本発明による一実施形態において０．０１５ｍｍ及び２ｍｍである最小空間波長λｍｉｎ及び最大空間波長ｍａｘを、周波数領域における最大周波数ｖｍａｘ及び最小周波数ｖｍｉｎに変換する。続いて、最大周波数ｖｍａｘ〜最小周波数ｖｍｉｎの周波数領域における関数ｄ（ｖ）の最大振幅を求める。この振幅値は、光学表面１４の場所（ｘ０，ｙ０）における最大振幅を反映し、したがって局所振幅Ａｌとも称する。続いて、光学表面１４上の複数の場所について局所振幅Ａｌを求める。
【０１６９】
本発明による光学素子１２を検定するために、上記空間波長範囲内の目標形状９１０からの実際の形状１４の長波偏差が、複数の局所振幅ＡｌのＲＭＳ（平方二乗平均化）値、特に光学表面の任意の場所における局所振幅ＡｌのＲＭＳにより規定される。
【０１７０】
本発明は、例示的な実施形態を用いて説明したがこれに限定されない。当業者は、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の範囲及びその均等物から逸脱せずに変形及び変更を想到するであろう。
【符号の説明】
【０１７１】
１０  測定装置
１２  試験対象物
１４  光学表面
１６  干渉測定デバイス
１８  測定波
２０  光学表面の領域
２２  位置決め装置
２３  フレーム
２４  鉛直バー
２６  クロスバー
２８  ベース板
３０  測定ヘッド位置決めデバイス
３２  両矢印
３４  回転軸
３６  両矢印
３８  回転軸
４０  両矢印
４２  第１スライド
４４  両矢印
４６  第２スライド
４７  両矢印
４８  対象物ホルダ
４９  回転軸
５０  レーザトレーサ
５０ｃ  レーザトレーサ
５１  位置測定システム
５２  距離測定レーザ干渉計
５２ｃ  距離測定レーザ干渉計
５４  第１傾斜軸
５６  両矢印
５８  第２傾斜軸
６０  両矢印
６２  逆反射板
６４  レーザ放出点
６４ｃ  レーザ放出点
６６  平面
６８  レーザビーム
６８ｃ  レーザビーム
７０  突出アーム
７２  プロセッサ
７４  コントローラ
７６  評価デバイス
１１０  測定装置
１２２  位置決め装置
１２４  鉛直バー
１２５  鉛直ガイドトラック
１２８  ベース板
１２９  ガイドトラック
１３４  回転軸
１３５  回転可能シャフト
１３６  両矢印
１４８  対象物ホルダ
１５０  両矢印
２１６  干渉測定デバイス
２２０  ファイバ
２２２  測定光
２２２ａ  入射測定光
２２２ｂ  反射測定光
２２４  コリメータ
２２６  ビームスプリッタ
２２８  フィゾー素子
２３０  フィゾー表面
２３２  基準光
２３４  放物面ミラー
２３５  放物面ミラーの軸
２３６  第１波面形成表面
２３８  第２波面形成表面
２４０  平面傾斜ミラー
２４２  焦点
２４４  検出装置
２４６  距離センサ
２４８  距離測定レーザ光
２５０  ビームスプリッタ
２６０ａ  表面点
２６０ｂ  表面点
２６０ｃ  表面点
３１６  干渉測定デバイス
３３４ａ  第１放物面ミラー
３３４ｂ  第２放物面ミラー
３３６  第１波面形成表面
３３８  第２波面形成表面
３４２  中間焦点
４１６  干渉測定デバイス
４３４ａ  第１放物面ミラー
４３４ｂ  第２放物面ミラー
４３６  第１波面形成表面
４４８  第２波面形成表面
４４２  焦点
５１６  干渉測定デバイス
５２６  ビームスプリッタ
５３４ａ  第１放物面ミラー
５３４ｂ  第２放物面ミラー
５３５  放物面ミラーの軸
５３６  第１波面形成表面
５３８  第２波面形成表面
５４２  焦点
５４３  ピンホール
５５２  平面ミラー
６１０  測定装置
６１６  干渉計
６１８  光源ユニット
６１９  照明ビーム
６２０  入射波
６２１  レーザ
６２２  レーザビーム
６２４  集束レンズ
６２６  空間フィルタ
６２８  発散ビーム
６３０  レンズ素子群
６３２  光軸
６３４  ビームスプリッタ
６３６  フィゾー素子
６３８  フィゾー表面
６４０  基準波
６４２  平面波面
６４４  適合波
６４５  単光線
６４６  波形整形素子
６４８  回折表面
６４９  回折波形整形構造
６５０  基板
６５２  感光表面
６５４  カメラチップ
６５６  対物レンズ系
６５７  干渉計絞り
６５８  カメラ
６６０  評価デバイス
７１０  検定装置
７１２  照明ユニット
７１４  レーザ
７１６  集束レンズ
７１８  空間フィルタ
７２０  コリメータ
７２２  測定波
７２３  適合測定波
７２４  ビームスプリッタ
７２６  両矢印
７２８  基準波
７３０  コリメーティングレンズ
７３２  光ファイバ
７３４  拡大結像光学系
７３６  顕微鏡対物系
７３８  レンズ
７４０  検出器カメラ
７４２  検出表面
７４４  評価デバイス
７４６  両矢印
８１０  検定装置
８２６  両矢印
８３２  コーナキューブ
８３３  コリメータ
８３５  反射板
８４８  フレーム
８５０  位置決め装置
８５２  ポータル
８５３  位置決めアーム
８５４  テーブル
９１０  目標表面
９１２  ベストフィット球面
９１４  対称回転軸
【図１】
2013504762.tif 000005
【図２】
2013504762.tif 000006
【図３】
2013504762.tif 000007
【図４】
2013504762.tif 000008
【図５】
2013504762.tif 000009
【図６】
2013504762.tif 000010
【図７】
2013504762.tif 000011
【図８】
2013504762.tif 000012
【図９】
2013504762.tif 000013
【図１０】
2013504762.tif 000014
【図１１】
2013504762.tif 000015
【図１２】
2013504762.tif 000016
【図１３】
2013504762.tif 000017
【図１４】
2013504762.tif 000018
【図１５】
2013504762.tif 000019
【図１６】
2013504762.tif 000020
【図１７】
2013504762.tif 000021
【国際調査報告】
2013504762.tif 000022
2013504762.tif 000023
2013504762.tif 000024
2013504762.tif 000025
2013504762.tif 000026