(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と被検面からの光との干渉を用いて前記被検面の非球面形状を測定する測定装置において、
球面収差を有する波面を生成する基準波面生成ユニットと、
前記参照光を生成し、変形可能な参照面を有する光学部材と、前記参照面からの参照光と前記基準波面生成ユニットを通過し前記被検面を反射した光とが干渉した光を検出する第１撮像手段と、を有する干渉計と、
基準面を有する原器と、前記参照面からの光と前記基準面からの光とが干渉した光を検出する第２撮像手段と、を有する前記参照面の変形量を測定する変形量モニタ干渉計と、
を有し、前記参照光の波面が非球面となるように前記参照面を変形させ、前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段が前記干渉した光を検出することで前記参照面の形状を測定しながら前記被検面の形状を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記基準波面生成ユニットが生成する波面は動径の４次以上の成分のみを含み、前記参照面からの波面は動径の６次以上の成分のみを含むことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記基準波面生成ユニットは、複数のレンズと、
前記複数のレンズのうち２つのレンズの距離を調整する調整手段とを有し、
前記調整手段による調整によって前記球面収差を発生していることを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記基準波面生成ユニットはアルバレズレンズを有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記アルバレズレンズが生成する波面は、動径の６次以上の成分のみを含むことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記基準波面生成ユニットは前記アルバレズレンズを複数有し、各アルバレズレンズが生成する波面は互いに異なることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項７】
前記アルバレズレンズが生成する波面は、動径の４次以上の成分のみを含むことを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項８】
前記調整手段は、
前記レンズを移動する移動手段と、
前記レンズの位置情報をモニタする位置情報モニタ手段と、を有することを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項９】
前記レンズの移動量に基づいて、前記基準波面生成ユニットが生成する波面を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記参照面からの光と前記基準面からの光との干渉縞を形成する光の波長と前記被検面の形状の測定に用いられる光の波長とは異なることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は測定装置に関し、被検物として球面から非球面にわたる広範囲な面形状に対応し高精度で被検物の面形状を測定する際に好適なものである。
【０００２】
この他本発明は、マスク上のパターンを感光性の基板に転写し、半導体素子を製造する等のリソグラフィ工程で使用される投影光学系を構成する各光学素子（レンズ、フィルター等）の球面や非球面等の面形状を高精度に測定する際に好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
光学系におけるイノベーションは常に新しい光学素子、あるいは自由度の導入によってもたらされている。この中で非球面の導入による光学性能の改善は天体望遠鏡の昔から追及されてきた項目の一つであるが、近年、加工法や計測法の改善により、最も精度が要求される半導体素子製造用の半導体露光装置に導入されるところにいたった。
【０００４】
半導体露光装置における非球面の効果は大きく分けて３つある。第一の効果は光学素子の枚数の削減である。短波長化に伴い半導体露光装置の光学系には石英や蛍石といった高価な材料を使用せざるを得なくなってきた。非球面の効果による光学素子の枚数の削減は製作面及びコスト面で非常に効果が大きい。第二の効果はコンパクト化である。非球面の効果として光学系を小型化することが可能となって、やはり製作及びコストに対する影響が無視できないほど大きい。第３の効果は高性能化である。高ＮＡ化や、低収差化でますます要求精度の高くなっている光学系の性能を達成する手段として非球面の果たす役割は非常に重要となっている。
【０００５】
また、最近ではパターンの微細化の加速に伴って次世代を担う露光方式としてＥＵＶを用いる方式が本命視されている。ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）では従来の光露光で用いられてきた光の波長の１／１０以下の１３．４ｎｍという短い波長の光を用いて、反射結像光学系によりレチクル上の像をウェハーに転写する。ＥＵＶの領域では波長が短すぎる為、光が透過する光学部材（透過材料）が存在せず、光学系はレンズを用いないミラーのみの構成となる。しかしながら、ＥＵＶの領域では反射材料も限られており、１面あたりのミラーの反射率は７０％弱しかない。従って、従来のレンズを用いた光学系の様に２０枚を越えるような光学系の構成は光利用効率の面から不可能で、なるべく少ない枚数で所定の性能を満足する結像光学系を構成しなければならない。
【０００６】
現在、ＥＵＶの実験機で用いられているのは３枚または４枚構成のミラー系でＮＡが０．１前後のものであるが、将来的には６枚のミラー系構成でＮＡ０．２５から０．３０前後のシステムがターゲットとなっている。このような高性能の光学系を少ない枚数で実現する手段として、実際に高精度な非球面を加工し、計測し、所定の面形状の光学素子を得ることが従来技術の壁を打ち破るために必須の技術となってきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、高性能が得られる設計値が得られても従来の非球面の加工では非球面の計測精度に限界があり、所定の値以上の非球面量を持った面は加工できないという問題点があった。該所定の値は所望の精度で計測できる範囲によって定められる。よく知られているように、計測と加工は一体のものであり、良い計測精度がなければ精密な加工を行うことは不可能である。
【０００８】
球面形状の計測の技術は光学素子の計測で最も通常に用いられる技術であるため汎用の装置も製品として存在しており、絶えざる精度向上の努力により精度も大幅に向上している。しかしながら測定波長の１０倍以上の大きな非球面量になると干渉縞の間隔が細かくなりすぎて球面計測と同じ計測精度を出すことが困難となる。通常、大きな非球面方法として機械的あるいは光学的なプローブを用いて非球面の表面を計測する方法も知られている。しかしながらプローブ法は種々の形状の非球面に対応できるフレキシビリティは備えているものの、プローブ自体の計測限界や、プローブの位置計測の安定性などに問題があり、干渉計測法ほどの精度を出すことが困難である。
【０００９】
本発明は非球面の形状を球面と同じ精度で測定が可能で、かつ種々の面形状の測定に対応できる測定装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の測定装置は、参照光と被検面からの光との干渉を用いて前記被検面の非球面形状を測定する測定装置において、
球面収差を有する波面を生成する基準波面生成ユニットと、
前記参照光を生成し、変形可能な参照面を有する光学部材と、前記参照面からの参照光と前記基準波面生成ユニットを通過し前記被検面を反射した光とが干渉した光を検出する第１撮像手段と、を有する干渉計と、
基準面を有する原器と、前記参照面からの光と前記基準面からの光とが干渉した光を検出する第２撮像手段と、を有する前記参照面の変形量を測定する変形量モニタ干渉計と、
を有し、前記参照光の波面が非球面となるように前記参照面を変形させ、前記第１撮像手段及び前記第２撮像手段が前記干渉した光を検出することで前記参照面の形状を測定しながら前記被検面の形状を測定することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記基準波面生成ユニットが生成する波面は動径の４次以上の成分のみを含み、前記参照面からの波面は動径の６次以上の成分のみを含むことを特徴としている。
【００１２】
請求項３の発明は請求項１または２の発明において、
前記基準波面生成ユニットは、複数のレンズと、
前記複数のレンズのうち２つのレンズの距離を調整する調整手段とを有し、前記調整手段による調整によって前記球面収差を発生していることを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項の発明において、
前記基準波面生成ユニットはアルバレズレンズを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は請求項４の発明において、
前記アルバレズレンズが生成する波面は、動径の６次以上の成分のみを含むことを特徴としている。
【００１５】
請求項６の発明は請求項４の発明において、
前記基準波面生成ユニットは前記アルバレズレンズを複数有し、各アルバレズレンズが生成する波面は互いに異なることを特徴としている。
【００１６】
請求項７の発明は請求項４の発明において、
前記アルバレズレンズが生成する波面は、動径の４次以上の成分のみを含むことを特徴としている。
【００１７】
請求項８の発明は請求項３の発明において、
前記調整手段は、
前記レンズを移動する移動手段と、
前記レンズの位置情報をモニタする位置情報モニタ手段とを有することを特徴としている。
【００１８】
請求項９の発明は請求項８の発明において、
前記レンズの移動量に基づいて、前記基準波面生成ユニットが生成する波面を演算する演算手段を有することを特徴としている。
【００１９】
請求項１０の発明は請求項１乃至９のいずれか１項の発明において、
前記参照面からの光と前記基準面からの光との干渉縞を形成する光の波長と前記被検面の形状の測定に用いられる光の波長とは異なることを特徴としている。
【００３１】
【発明の実施の形態】
通常の球面を測定する干渉計は精度及び測定再現性などに長足の進歩を見せている。最近では測定再現性で０．１ｎｍに近づこうという精度を見せるまでになっており、ＥＵＶ時代の計測装置としても使用出来る位のレベルに達している。
【００３２】
これに対し非球面の面形状の計測は非球面自体の要望があったにも拘らず、誤差要因が多いと言うことで、精度も要求を満たしていなかった。本発明の実施形態はこの球面と非球面との乖離をなくすことを特徴としている。このため、本発明の実施形態では精度上の達成値を球面波にすることを目標として、球面計測用の光学配置を基礎に非球面を計測する構成を用いている。
【００３３】
尚、本発明において非球面とは球面又は平面でないことを意味している。
【００３４】
本発明の実施形態では、非球面の波面を、参照光の波面と物体光の波面から、正確に合成して作っている。このとき参照光の波面は弾性変形ミラーで作成し、物体光の波面は光学系の収差をもとに発生させている。
【００３５】
参照光側は弾性変形ミラーを用いて自由に形状を作成できるため、所望の波面を作成することが容易である。
【００３６】
物体光側の基準波面の作成には様々な方法を用いることが出来るが、以下の考えをもとに光学系の収差を発生させることにより、汎用性の高いシステムを構築することが出来る。
【００３７】
最近の半導体製造装置における高精度な駆動の実現、及び計算機の発達は基準位置の収差さえはっきりしておれば、該基準位置からオープンループで各エレメントを駆動した後に発生する収差を正確に知ることを可能とする。本発明はこの点を考慮して非球面が球面からのずれと言う形で定義される以上、該非球面を収差とみなし、該収差量を収差発生光学系（基準波面発生ユニット）で発生させることによって、所望の非球面形状を持つ波面を発生させている。
【００３８】
本実施形態では任意の形状の非球面を、汎用で検出できることのできる干渉計を提供している。
【００３９】
本実施形態では、参照光側の波面を変形させるシステムを有し、この波面変形に弾性変形ミラー（参照面）を用いることを特徴としている。
【００４０】
また参照光側の弾性変形ミラーの形状をモニターするための基準面を有し、弾性変形ミラーと基準面間で弾性変形量モニタ干渉計を構成することを特徴としている。
【００４１】
さらに、参照光側の弾性変形ミラーで作成した波面と、物体光側で発生させた基準波面によって、種々の非球面計測を行っている。
【００４２】
参照光側で用いる弾性変形ミラーは、例えば薄いガラス板をアクチュエーターやピエゾで制御することにより、自由にミラー形状（面形状）を変化させることが出来る変形可能な構成となっている。この弾性変形ミラーを参照面として用いることにより、所望の参照波面を作成している。また、この弾性変形ミラーの面形状をモニターするために、基準面(例えば平面ミラーや球面原器、非球面原器等、原器を複数有し)を有し、この弾性変形ミラーと基準面とで干渉計を構成することによって、変形量を精度良くモニターしている。また、弾性変形ミラーの面形状のモニターには、計測波長と異なる波長を用いることで、変形量をモニターしながら、非球面形状の計測を行うことを可能としている。
【００４３】
尚、弾性変形ミラーの面形状のモニターで計測波長と同一の波長の光を用いても良い。
【００４４】
一方物体光側では、非球面形状の計測の基準となる波面を作成する。この基準波面は光学系の収差を基準波面作成ユニット（基準波面生成ユニット）によってコントロールして作成する。
【００４５】
次に物体光側で光学系の収差によって基準波面を作成（生成）する場合に関して、説明する。図１の基準波面作成ユニット３では、非球面を特徴づける非球面形状の各次数を、球面収差の発生やアルバレズレンズの組み合わせなどで独立に制御する。対象となる光学系は共軸であることが多いことから、光学素子は回転対称性を持っていることが多い。従って球面からのずれは光軸からの距離（動径）をＲとした時、動径Ｒの４乗以上の偶数項で表わされる場合が通常である。特に重要なのは動径Ｒの４乗の項であるが、４乗の項は収差で言うと球面収差に相当する。そのため、基準波面作成ユニット３では、球面収差を故意に所望の値発生させて、非球面の形状が持っている成分に対応する波面を形成させる。但し、一般に非球面は動径Ｒの４乗だけでは表わすことができない場合が多いため、４乗以上の高次の項に関しては各次数ごとにアルバレズレンズを利用して制御できる収差を発生させることで、所望の非球面を構成する波面を合成することも可能であるし、また、アルバレズレンズで４次以上の総ての波面を発生させることも可能である。
【００４６】
本実施形態では、参照光側と物体光側でそれぞれ非球面波面を作成し、この波面をもとに観察面７１で波面を干渉させることによって、任意の非球面形状の測定を可能としている。したがって、参照光の波面を弾性変形ミラーによって任意に変形させることが出来ること、物体光側には、非球面形状測定の基準波面を作成する「基準波面発生ユニット」を具備することを特徴としている。
【００４７】
本実施形態では、参照光側で弾性変形ミラー、物体光側で基準波面発生ユニットを用いることによって、両者の波面を調整して合成するため、種々の非球面波面を容易に作成することが出来る。従って、装置自体を基準として様々な非球面を測定することができるために、極めて汎用性を持つ装置を構成している。また、汎用性があるにも拘らず干渉計測法であるために球面を測定するのと同じ精度が達成できるため、従来より高精度で非球面の面形状を測定することが困難であった非球面の面形状を高精度に測定することができる。
【００４８】
次に本発明の実施形態を図を用いて説明する。
【００４９】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の要部概略図である。図１は被検面としての非球面の表面形状測定法を示している。本実施形態１は参照光側に弾性変形ミラー２１を用い、物体光側に基準波面発生ユニット（基準波面生成ユニット）３を用い、両者の非球面波面を用いて、被検面５の非球面形状を測定するものである。そして、特に参照光側の弾性変形ミラー２１では非球面の高次（波面の動径Ｒの６乗以上、即ち６次以上）の波面を作成し、物体光側の基準波面作成ユニット３では球面収差を発生させ、波面の動径Ｒの４乗以上の基準波面を作成する場合を示している。
【００５０】
尚、波面の動径Ｒの次数の発生は任意であっても良い。
【００５１】
図１に示す干渉計は通常トワイマン・グリーンの干渉計といわれる構成をとっている。レーザ光源１からコリメートされた光（平行光）が干渉計に入るところから図は始まっている。レーザ光源としてはＨｅＮｅ、Ａｒ、ＨｅＣｄ、ＹＡＧの高調波など公知のレーザを用いることができる。
【００５２】
コリメートされてきた光Ｌａは先ずビームスプリッタ１１で波面が分割され、参照光として参照面を形成する弾性変形ミラー２１へ行く参照光路と、被検面５のある物体光路とに分割される。
【００５３】
その後参照光と物体光をビームスプリッタ１１で合波し、レンズ６１を介して、ＣＣＤ等の撮像手段（観察面）、（検出器）、（受光手段）７１上に干渉情報を形成し、これを受光し、これより被検面５の面形状を測定している。
【００５４】
まず、参照光側の光路について説明する。
【００５５】
参照光路に行った光はビームスプリッタ１２を通過し、弾性変形ミラー（参照ミラー）２１で反射して、再びビームスプリッタ１１に戻ってくる。高精度な計測精度を得るためには位相計測をすることが必須となるのでＰＭＩ（Phase Measuring Interferometer）と言われる手法が適用される。例えば図１の構成では参照ミラー２１が波長オーダで光軸方向に微小駆動されている。
【００５６】
この弾性変形ミラー２１は、図２に示したように、例えば薄いガラス板２１ａをアクチュエーターやピエゾ等の駆動部材２１ｂを駆動手段２１ｃで制御することにより、自由にミラー形状（反射面形状）を変化させ、所望の非球面波面を作成している。
【００５７】
この弾性変形ミラー２１を用いるためには、この変形量を精度良くモニターする必要がある。ピエゾやアクチュエーターの精度では計測精度が不十分のため、本システムは、図１に示すように、参照面の変形量をモニターするためのもう１つの干渉計（変形量モニター干渉計）（参照面測定干渉計）１０１を参照面側に具備している。被検面５の非球面形状を計測しながら、参照面の弾性変形ミラー２１の変形量を随時モニターするためには、非球面の計測波長とは異なる波長を用いることが必要である。
【００５８】
非球面形状と弾性変形量の測定精度を比較すると、非球面形状の方がより高い精度が要求される。一般的に、波長の短い方が精度良く測定することが出来るため、、光源１は変形量モニター干渉計１０１側の光源２より波長が短いレーザー光源を用いる場合を図１に示している。
【００５９】
また、非球面計測と変形量モニターに異なる波長を用いることで、リアルタイムに測定することが出来るため、ピエゾやアクチュエーターの不安定成分を常に検出し、フィードバックをかけることが出来るメリットもある。
【００６０】
尚、随時モニタする必要がないときは光源１と光源２からの光束の波長は同一であっても良い。
【００６１】
以下に、この変形量モニター干渉計１０１について、説明する。光源１より波長の長い光を放射する光源２からの光Ｌａ２をコリメートし、ビームスプリッタ１３で反射させたのち、もう１つのビームスプリッタ１２で、波面を参照面である弾性変形ミラー２１側と、基準面２２である平面ミラー側に分割する。
【００６２】
弾性変形ミラー２１からの光は再びビームスプリッタ１２に戻って反射し、一方基準面２２である平面ミラーから反射した光はビームスプリッタ１２を透過する。この２つの波面を干渉させ、レンズ６２、ＣＣＤ７２を通して参照面２１の弾性変形量を面変形量モニタ手段１０３でモニターする。ここで用いたビームスプリッタ−１２は、参照面２１の弾性変形量のモニターに用いる光源２からの光の波面を２つに分割し、非球面計測に用いる光源１からの光Ｌａの波長は透過するもの（ダイクロイックミラー）である。
【００６３】
さらに、基準面としてあらかじめ素性（面形状）の分かっている平面ミラー２２を用い、上記に説明した参照光側の変形量モニター干渉計１０１によって変形量をモニターしながら、基準面（平面ミラー）２２と弾性変形ミラー２１を一致させることで、弾性変形ミラー２１の平面キャリブレーションを行う。そして、キャリブレーション後、ピエゾやアクチュエーターによって、弾性変形ミラーの表面形状を変化させ、所望の非球面波面を形成している。
【００６４】
次に、図１の物体光側の光路について説明する。
ビームスプリッタ１１で波面が分割され、物体光路に分けられた光は基準波面発生ユニット３に入射する。基準波面発生ユニット３の構成は種々考えられるが、図１の構成では主として波面の動径Ｒの４乗に対応する波面を、基準波面発生ユニット３の中にある光学系の光軸方向の位置を調整し、球面収差を発生させている。
【００６５】
ここではまず球面収差の発生法について説明する。図１中３２は第１のレンズ、３３は第２のレンズである。レンズ３２は図１の構成ではビームスプリッタ１１から入射してくる平行光を点Ａに結像する作用をする。レンズ３２は軸上付近のごく小さい範囲だけ収差を補正しておけばよいので、収差量をきわめて小さく抑えることができる。またたとえレンズ３２の収差が微小のこっていても、微小量であるためオフセット処理でキャンセルすることが可能である。以降の説明ではレンズ３２の収差は無視することができるとして話を進める。
【００６６】
レンズ３３は有限物点に対して収差の良く補正されたレンズである。例えば顕微鏡の対物レンズのようなもので、所定の物像位置関係で収差が良く補正されている。該レンズ３３の結像は従って、所定の関係から外れた位置設定になっていると収差を多く発生する。干渉計の光学配置では軸上しか使用しないので、所定の関係からずれて発生する収差は光軸に関し回転対称な収差、即ち球面収差となる。
【００６７】
従ってレンズ３２によって形成される結像点Ａの位置がレンズ３３の収差が補正されるべき物点の位置と一致しておれば、レンズ３３を通過後に形成される結像位置における収差は極めてよく補正されている。図中Ｂで示されている点は後続のコリメータ４の収差が最もよく補正されている位置である。
【００６８】
点Ｂの位置が点Ａのレンズ３３による結像位置に合致すると、図１を構成する総ての光学要素が最も収差の小さくなる配置されたことになる。このようにレンズ３２、３３、コリメータ４が収差の最も良く補正される状態となった時、図１の干渉計は「基準状態」に配置されていると定義する。
【００６９】
基準状態についての記述を先に進めると、レンズ３３によって点Ｂに結像した光は次いでコリメータ４に入射し、コリメータ４によって発散波を収束波に変換されて被検物体５に向かう。コリメータ４は結像点Ｂに対して収差補正されている光学系であるため、収束波は収差のない（収差の極めて少ない）波面となって被検物体５に向かう。即ち基準状態は球面の測定を行うのに適した配置となっている。基準状態で被検物体としてあらかじめ素性のわかっている基準球面を配置すればレンズ３２からコリメータ４にいたる測定光学系の収差のオフセットを求めることができる。即ち、基準状態は被検面として球面の測定に適した状態であり、なおかつ測定系のオフセットをとる役割を果たす。なお、オフセットの取り方については"Optical Shop Testing"(Malacara編)等に詳しいので、ここでは詳述しない。
【００７０】
次いで非球面の測定について説明する。本発明者が測定対象となる非球面の形状を分析したところ、非球面の形状は回転対称型の光学系の場合、波面の動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、…の順番に低次から近似を行っていくことが効率的なことが判明した。従って、物体光側の基準波面と参照光側の弾性ミラーによる波面を作成する際、測定できる範囲内に入るまで動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、…の順番に低次から波面を合成している。
【００７１】
図１に示した実施形態１では、物体光側において基準波面発生ユニット３で球面収差を故意に発生させ、非球面の主に動径Ｒの４乗の項を発生させ（正確には動径Ｒの４乗だけでなく動径Ｒの４乗以上の高次項も発生する）、参照光側において弾性変形ミラー２１を用いて動径Ｒの６乗以上（６次以上）の高次を発生させ、両者の波面によって種々の非球面波面を作成できる構成となっている。
【００７２】
ここで物体光側の基準波面発生ユニット３による球面収差の発生は以下の手順で行われる。レンズ３３は前に説明したように、レンズ３２の結像点Ａが所定の物点位置に来た時のみ点Ｂでの収差が補正される。従って、レンズ３２を光軸方向に動かして点Ａの位置をレンズ３３の収差が取れる位置からずらすと、結像点の位置は点Ｂからずれて、しかも球面収差が発生したものとなる。
【００７３】
この間の様子を示したのが図３である。図３（ａ）はレンズ３３の収差が良く補正されるレンズ配置で、レンズ３２によって形成される結像位置点Ａがレンズ３３の収差の取れている点３３ｐに結像し、点３３ｑに結像している。基準状態では点３３ｑがコリメータ４の収差の補正されている物点位置Ｂに一致している。次いで図３（ｂ）に示すようにレンズ３２を右に動かすことによって結像位置Ａを点３３ｐ１の位置にずらす。ずらした結果、レンズ３３による結像位置は点３３ｑ１に移動する。点３３ｐ１と点３３ｑ１は収差の取れた関係からずれているので球面収差が発生している。本実施形態ではこの球面収差を非球面の基準波面に利用している。コリメータ４との関係からレンズ３２とレンズ３３を一体として左側に移動すれば、レンズ３３による結像位置を球面収差が発生した状態を保ったままで点Ｂに一致させることができる。一体として移動できるのはレンズ３２に入射する光束が平行光束であることによる。
【００７４】
基準波面発生ユニット３による球面収差の発生量はレンズ３２の結像点の移動量及び、移動方向で量及び符号の双方をコントロールすることができる。従って、動径Ｒの４乗の項は可変量として扱うことができる．本実施形態で目的の１つとするのはオングストロームオーダーまでの測定精度が可能な高精度な測定である。厳密にいうとレンズ３２，３３の位置調整によって発生する収差は動径Ｒの４乗の項だけではないが、レンズ３２，３３の位置さえ精密にわかっていれば、その値をコンピュータで計算することにより、高次の項まで正確に発生する収差を計算することができる。計算された値は高次項も含め、基準波面の値として用いられる。
【００７５】
したがって、参照光側の弾性変形ミラー２１による波面と物体光側の基準波面発生ユニット３による基準波面とを作成する際、参照光側の弾性変形ミラー２１の形状変化による非球面の波面作成、および物体面側ではレンズ３２，３３の位置調整による球面収差の発生を行い、これにより非球面形状が測定できる範囲内に入るまで動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、…の順番に低次から波面を合成していくことで、種々の非球面形状を測定している。
【００７６】
また、図１に示した本実施形態１では、レンズ３２の位置検出を行うために、レンズ３２の鏡筒の位置をモニタするレーザ干渉計(位置情報モニター手段)１０２を用いている。具体的にはレンズ３２の鏡筒を移動させる機械部品３２−１に位置をモニタするレーザ干渉計１０２からの光束３２−２が入射している。レーザ干渉計の代わりにマグネスケールやエンコーダ等の位置検出素子を使うことも可能で、該モニタ機能を用いて演算手段１０４で計算を行うことにより発生する収差量を正確に知ることができる。
【００７７】
一方、レーザ干渉計１０２でモニタできるのはあくまで相対変位量なので、基準となる位置は別途決定する必要がある。基準となる位置を決定するためには前述の「基準状態」を利用する。光学系を基準状態におき、被検物体位置に素性のわかっている基準球面を置く、この状態で収差が予め分かっている基準球面のデータに最も近くなるようにレンズ３２，３３、コリメータ４、基準球面の位置を調整する。
【００７８】
調整した後にある許容値以内に入った状態で、レンズ３２，３３、コリメータ４の調整を終了する。この位置が位置検出素子（レーザ干渉計１０２）の基準位置となる。該基準位置からの駆動量が与える収差の発生量は、駆動量の測定精度から定まる精度で正確に計算することができる。レーザ干渉計１０２を用いれば駆動精度はナノメートルオーダまで可能であるため、発生する収差の値を知るには十分な精度である。
【００７９】
図１にはレンズ３２にしか位置検出素子が示されていないが、その他の光学素子３３，４，２１などにも同様に位置検出素子が配置されている。
【００８０】
なお、ここでは、弾性変形ミラーのキャリブレーションおよび変形量モニター時の基準面として平面ミラーを用いたが、あらかじめ非球面量が測定されている複数の球面原器または非球面原器を用いても良い。
【００８１】
例えば図９に示すように球面量または非球面量が測定されている複数の原器Ａ〜Ｄを用い、その中から１つを選択して（光路内に）用いても良い。
【００８２】
さらに、本実施形態において、物体光側ではレンズ３２，３３の位置調整による球面収差の発生によって基準波面を作成する場合を説明した。球面収差の発生方法はこれに限ったものではなく、図４に例として示したような方法でも良い。本実施形態では基準波面発生ユニット３内のレンズ１３３が平行光入射に対して収差を発生させる機能を持っている。
【００８３】
図４（Ａ）はレンズ１３３を構成する２つのレンズ１３３ａ，１３３ｂの間隔ｄを制御することによって球面収差の発生量を制御する方式である。間隔ｄの変化に伴う結像位置の変化はレンズ１３３全体を移動することによって調整する。また間隔ｄの基準位置は先の実施形態と同じくレンズ１３３とコリメータ４、基準球面を用いて、同じような基準状態を求めることによって行う。
【００８４】
図４（Ｂ）はレンズ１３３の後側の位置に厚さを連続的に変えることのできる全体として平行平板と成る楔形の２つのプリズム部材１３４，１３５を挿入した例である。平行平板の厚さを可変にするには２枚の同じ角度を持つウェッジ１３４，１３５を組み合わせ、光軸０ａと直交する方向に動かすことによって目的を達成することができる。この場合の基準位置の調整も先の実施形態と同じく基準状態をいったん達成することによって求めることができる。
【００８５】
図４（Ｃ）は厚さの異なる複数の平行平板を離散的に変えて球面収差を制御する例である。この場合には該平行平板の厚さを正確に測定することを利用して、発生する球面収差を求めることができる。
【００８６】
本実施形態では以上の構成により弾性変形ミラー２１を介した参照波面と、基準波面発生ユニット３，コリメーター４を通過し，被検面５で反射し，元の光路を戻った被検波面（信号波面）と、をビームスプリッター１１で合成し，レンズ６１によってＣＣＤ等の撮像手段（受光手段）７１上に干渉波面を形成し，該撮像手段７１からの信号（干渉信号）によって被検面５の面形状（面情報）を測定している。尚、これらの各要素は被検面測定干渉計を構成している。
【００８７】
（実施形態２）
図５は本発明の実施形態２の要部概略図である。本実施形態は，被検面として非球面の測定法を示している。本実施形態２は参照光側に弾性変形ミラー２１を用い、物体光側に基準波面発生ユニット３を用い、両者の非球面波面を用いて、被検面５の非球面形状を測定するもので、基本的な構成は実施形態１と同じである。
【００８８】
本実施形態が実施形態１と異なるところは、物体光側の「基準波面作成ユニット」３で球面収差を発生させるとき動径Ｒの４乗以上、の他にさらにアルバルツレンズを用いて動径Ｒの６乗の波面を作成し、参照光側の弾性変形ミラー２１では動径Ｒの８乗以上の高次の波面を作成することである。
【００８９】
実施形態１では、物体光側の基準波面作成ユニット３におけるレンズ３２の位置調整によって主に動径Ｒの４乗の項の収差である球面収差を発生させる場合を説明した。しかし、実際の非球面は、このような動径Ｒの４乗の項のみで表わしきれるものではなく、より高次の項の導入も必要となる場合がある。レンズ３２の位置調整だけで動径Ｒの６乗以上の高次の収差を自由に制御し、非球面の基準波面とすることが難しい場合がある。
【００９０】
そこで、本実施形態２では実際の非球面に存在する高次の形状を有する収差を発生させるため、アルバレズレンズ３１を利用している。
【００９１】
以下にアルバレズレンズ３１について説明する。
【００９２】
アルバレズレンズ３１は図６に示すように同一形状の２枚組のレンズ３１ａ１，３１ａ２で、ｆ（ｘ，ｙ）で示される非球面形状をした面が対抗して近接して配置されたものである。２枚のレンズ３１ａ１，３１ａ２の相対ずれがゼロである場合には、アルバレズレンズ３１は平行平板と同じ働きをする。ｆ（ｘ，ｙ）の形を適当に選択すれば２枚のレンズ３１ａ１，３１ａ２の一方を光軸０ａ方向と垂直のｙ方向にΔ、他方をーΔ駆動することにより高次の収差を自由に発生させることができる．例えばｙ方向にずらして６乗の特性を出すアルバレズレンズの形状ｆ（ｘ，ｙ）は
ｆ（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ6ｙ＋ｙ7／７）
とすると、互いに±Δだけｙ方向にずれたアルバレズレンズの透過波面Ｗ（ｘ，ｙ）は、硝材の屈折率をｎとすると
Ｗ（ｘ，ｙ）≒２ａΔ（ｎ−１）（ｘ6＋ｙ6）
となり、ずらし量Δに比例した波面を形成させることができる。ずらし量Δを説明したようにプラスとマイナスに対称に構成すると、ずらし量Δの偶数次の項が消えてずらし量Δの非線形の効果を抑えることができる．発生する収差の量はずらし量Δを制御することによって調整することができる．
アルバレズレンズ３１を特徴付ける非球面形状ｆ（ｘ，ｙ）を理想的に作ることは困難であるため、製作誤差をキャリブレーションする必要がある．キャリブレーションの際には球面収差の場合と同じく基準状態と素性のわかっている基準面を用いて、測定を行いオフセット量を計算する．オフセット量はｆ（ｘ，ｙ）の誤差、ずれ量Δから発生する非線形効果等も含めて補正する。またアルバレズレンズの位置は位置検出素子を各アルバレズレンズに装着して検出を行う。
【００９３】
ここで説明したのは波面の動径Ｒの６乗の項の説明であったが、更に８乗の項、１０乗の項も別のアルバレズレンズを挿入することによって制御することができる．挿入すべきアルバレズレンズの数は対象となる非球面の形状によって異なる。図５では３１が動径Ｒの６乗の項を発生させるアルバレズレンズに対応している。
【００９４】
以上のように本実施形態２によって、参照光側に弾性変形ミラー２１を用い、物体光側に基準波面発生ユニット３を用い、両者の非球面波面を用いて、被検面５の非球面形状を測定するものであって、特に物体光側の「基準波面作成ユニット３」では球面収差を発生することにより主に動径Ｒの４乗（正確には高次も発生する）、さらにアルバルツレンズ３１を用いて動径Ｒの６乗の波面を作成し、参照光側の弾性変形ミラー２１では高次（動径Ｒの８乗以上）の波面を作成することによって、種々の非球面測定を可能にしている。
【００９５】
（実施形態３）
図７は本発明の実施形態３の要部概略図である。
【００９６】
本実施形態の基本的な構成は実施形態１，２と同じで、参照光側に弾性変形ミラー２１を用い、物体光側に基準波面発生ユニット３を用い、両者で作成した非球面波面を用いて被検面５の非球面形状を測定するものである。特に本実施形態３は物体光側に２つのアルバレズレンズ３１ａ，３１ｂを用いたことを特徴としている。
【００９７】
本実施形態では「基準波面作成ユニット３」で球面収差を発生することにより主に動径Ｒの４乗以上に比例する球面収差の発生量を制御し、さらにアルバレズレンズ３１ａが動径Ｒの６乗に比例する波面、もう１つのアルバレズレンズ３１ｂが動径Ｒの８乗に比例する波面を作成し、参照光側の弾性変形ミラー２１では動径Ｒの１０乗以上の高次の波面を作成することによって、種々の非球面測定を可能にしている。アルバレズレンズ３１ａ，３１ｂの基準位置は実施形態１と同じくレンズ３２，３３とコリメータ４、基準球面を用いて、同じような基準状態を実現した上でアルバレズレンズを挿入していってオフセットを求めることができる。
【００９８】
尚、実施例２と同様に、挿入するアルバレズレンズの数は、対象となる非球面形状によって異なり、複数有する。
【００９９】
（実施形態４）
図８は本発明の実施形態４の要部概略図である。
【０１００】
本実施形態の基本的な構成は実施形態１，２と同じで、参照光側に弾性変形ミラー２１を用い、物体光側に基準波面発生ユニット３を用い、両者の非球面波面を用いて、被検面５の非球面形状を測定するものである。本実施形態は物体光側のアルバレズレンズ３１ａに動径Ｒの４乗の収差発生を負担させている。
【０１０１】
本実施形態ではレンズ３３が平行光を収差なく結像させる機能を持っている。図中、アルバレズレンズ３１ａが動径Ｒの４乗に比例する球面収差の発生量を制御する．アルバレズレンズの基準位置は実施形態１と同じくレンズ３２，３３とコリメータ４、基準球面を用いて、同じような基準状態を実現した上でアルバレズレンズ３１ａを挿入していってオフセットを求めることができる．
そして、参照光側に配置した弾性変形ミラー２１を用いることによって、物体光側のアルバレズレンズ３１ａで発生しない動径Ｒの６乗以上の高次項に比例する収差の発生を行う。
【０１０２】
尚、実施例２、実施例３と同様に、挿入するアルバレズレンズの数は、対象となる非球面形状によって異なる。
【０１０３】
(実施形態５)
図１０は本発明の実施形態５の要部概略図である。
【０１０４】
本実施形態は実施形態１に比べて参照光の波面を変形させる参照波面変形システムとして弾性変形ミラーの代わりにアルバレズレンズ３１と平面ミラー（反射部材）２１ａを用いている点が異なっているだけであり，その他の構成は同じである。
【０１０５】
本実施形態において，アルバレズレンズ３１を波面の動径の次数に合わせて複数用いても良い。
【０１０６】
尚、本実施形態においてアルバレズレンズ３１の代わりに波面の動径の所定の次数を発生させることができるＣＧＨ（Computer Generated Hologram）を用いても良い。この場合複数のＣＧＨを所望の波面に応じて取替え、あるいは切換え可能な構成にしてもよい。
【０１０７】
以上述べたように本実施形態によれば、参照光側に波面を変形させることができるシステムを用い物体光側に基準波面発生ユニットを用い、波面を調整して合成するため、種々の基準波面を非球面の形状ごとに作成することができる。
【０１０８】
また、装置自体が基準となるため、原器として装置を使うことができる。更に本実施形態は基準として発生させる波面を高精度に可変制御できるため、様々な非球面を測定に対応することができ、極めて汎用性が高い。又、汎用性があるにも拘らず干渉計測法であるために球面を測定するのと同じ精度で非球面を測定することができる。
【０１０９】
本実施形態によれば、従来より設計値としては存在したが実際には加工が困難であった非球面光学素子を容易に製作することができる。又、ＥＵＶのように精度が厳しい上に、使うことのできる枚数が限られている光学系で、従来、実際には加工計測上の観点から適用することのできなかった範囲にある非球面を持つ光学素子を利用できる。この他、本実施形態によればＥＵＶだけでなく従来のＵＶ、ＤＵＶ、ＶＵＶ領域の露光装置における非球面にも適用することができる。又、非球面を用いることにより光学系のフレキシビリティが増したことで、高精度の半導体露光装置を達成することができる。
【０１１０】
また、本実施形態によれば半導体露光装置だけでなく、他の光学装置にも同様に適用することができる．
以上の各実施形態の干渉計のうちの１つを用いて作成された光学素子を第１の物体（レチクル）上に形成されたパターンを第２の物体（ウエハ）上に結像させて露光する投影露光装置における投影光学系に用いている。
【０１１１】
これによって高い光学性能の投影光学系の製造を容易にしている。
【０１１２】
【発明の効果】
本発明によれば非球面の形状を球面と同じ精度で測定が可能で、かつ種々の面形状の測定に対応できる測定装置及びそれを用いられた光学素子を用いた半導体露光装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の非球面測定の測定装置の実施形態１の要部概略図
【図２】 図１の変形ミラーの概要図
【図３】 図１の一部分の球面収差の発生を示す説明図
【図４】 本発明に係る種々の球面収差を発生する為の説明図
【図５】 本発明の非球面測定の測定装置の実施形態２の要部概略図
【図６】 図５のアルバレズレンズの原理説明図
【図７】 本発明の非球面測定の測定装置の実施形態３の要部概略図
【図８】 本発明の非球面測定の測定装置の実施形態４の要部概略図
【図９】 図１の一部分の変形例
【図１０】 本発明の非球面測定の測定装置の実施形態５の要部概略図
【符号の説明】
１１，１２，１３ ビームスプリッタ
２１ 参照面の弾性変形ミラー
２２ 基準面
３ 基準波面発生ユニット
３２，３３ レンズ
４ コリメータ
５ 被検物体
６１，６２ 結像レンズ
７１，７２ ＣＣＤ
３１ａ，３１ｂ アルバレズレンズ
【図１】
0004785263.tif 000002
【図２】
0004785263.tif 000003
【図３】
0004785263.tif 000004
【図４】
0004785263.tif 000005
【図５】
0004785263.tif 000006
【図６】
0004785263.tif 000007
【図７】
0004785263.tif 000008
【図８】
0004785263.tif 000009
【図９】
0004785263.tif 000010
【図１０】
0004785263.tif 000011