(57)【要約】【課題】波面変換素子の製作誤差の影響が抑えられた非球面形状測定方法を提供する。【解決手段】被検非球面の近似球面と等価な設計形状をした基準球面（１１ｓ）、被検非球面の設計形状と等価な第１波面（Ａ）を生成するための第１回折パターンが形成された第１回折光学素子（１ａ）、基準球面の設計形状と等価な第２波面（Ｓ）を生成するための第２回折パターンが第１回折パターンと等しい製造条件の工程を経て形成された第２回折光学素子（１ｓ）をそれぞれ用意し、第１回折光学素子を用いて被検非球面の干渉測定し、第１波面と被検非球面との間の差異を示す第１データを取得し、第２回折光学素子を用いて基準球面を干渉測定し、第２波面と基準球面との間の差異を示す第２データを取得し、第１データ及び第２データに基づけば、第１回折パターンと第２回折パターンとの等しく生じたパターン形成誤差成分に依らず被検非球面の相対形状が求まる。【選択図】      図２ 
2005156446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検非球面の近似球面と等価な設計形状をした基準球面、
前記被検非球面の設計形状と等価な第１波面を生成するための第１回折パターンが形成された第１回折光学素子、
前記基準球面の設計形状と等価な第２波面を生成するための第２回折パターンが、前記第１回折パターンと等しい製造条件の工程を経て形成された第２回折光学素子
をそれぞれ用意する手順と、
前記第１回折光学素子を用いて前記被検非球面を干渉測定し、前記第１波面と前記被検非球面との間の差異を示す第１データを取得する手順と、
前記第２回折光学素子を用いて前記基準球面を干渉測定し、前記第２波面と前記基準球面との間の差異を示す第２データを取得する手順と、
前記第１データ及び前記第２データに基づく演算を行い、前記第１回折パターン及び前記第２回折パターンそれぞれのパターン形成誤差に依らずに、前記基準球面を基準とした前記被検非球面の相対形状を求める手順と
を有したことを特徴とする非球面形状測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の非球面形状測定方法において、
前記工程前に、前記第１回折光学素子の基板単体及び前記第２回折光学素子の基板単体を用いた干渉測定を行い、前記第１回折光学素子の基板誤差と前記第２回折光学素子の基板誤差との差異を示す第３データを取得する手順をさらに有し、
前記被検非球面の相対形状を求める手順では、
前記第１データ及び前記第２データ並びに前記第３データに基づく演算を行い、前記パターン形状誤差と、前記第１回折光学素子及び前記第２回折光学素子のそれぞれの基板誤差とに依らずに、前記基準球面を基準とした前記被検非球面の形状を求める
ことを特徴とする非球面形状測定方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の非球面形状測定方法において、
前記等しい製造条件の工程は、
少なくとも、共通のエッチング装置、共通の露光装置、共通のパターン位置測定装置の何れか１つを用いた工程である
ことを特徴とする非球面形状測定方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の非球面形状測定方法において、
前記第１回折光学素子は、
平行光束である入射波面を前記第１波面に変換するよう設計された前記第１回折パターンを有した透過型回折光学素子であり、
前記第２回折光学素子は、
平行光束である入射波面を前記第２波面に変換するよう設計された前記第２回折パターンを有した透過型回折光学素子である
ことを特徴とする非球面形状測定方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の非球面形状測定方法において、
前記第１回折光学素子は、
前記被検非球面と等価な入射波面を垂直反射して前記第１波面を生成するよう設計された前記第１回折パターンを有した反射型回折光学素子であり、
前記第２回折光学素子は、
前記基準球面と等価な入射波面を垂直反射して前記第２波面を生成するよう設計された前記第２回折パターンを有した反射型回折光学素子である
ことを特徴とする非球面形状測定方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の非球面形状測定方法を適用して被検非球面の形状を測定し、
前記測定された形状に基づき、投影光学系の少なくとも１部の調整、及び／又は投影光学系の少なくとも１部の光学素子の加工を行う
ことを特徴とする投影光学系の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非球面レンズや非球面ミラーなどの表面（つまり回転対称な非球面）の形状を測定する非球面形状測定方法、及び、非球面レンズや非球面ミラーを有した投影光学系を製造する投影光学系の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能で知られる投影光学系には、非球面レンズや非球面ミラーなどの光学素子が用いられることがある。投影光学系の製造時、それら非球面の形状を高精度に測定する必要がある。
非球面形状測定は、次のように行われる（非特許文献１，非特許文献２，非特許文献３など）。
【０００３】
フィゾー型干渉計から射出する測定光束に対し、透過性の参照面を有したフィゾー部材、被検非球面を有した被検物がこの順で挿入される。
また、フィゾー部材と被検物との間には、測定光束を適正な状態で被検物に入射させるために、ヌル素子が挿入される。
ヌル素子は、測定光束の波面を、被検非球面の設計形状と等価な波面に変換する波面変換素子（又は波面変換光学系）である。設計形状と等価な波面とは、設計形状どおりに製作された非球面に対し垂直かつ同位相で入射するような波面のことである。
【０００４】
この状態でフィゾー型干渉計が出力するデータは、参照面の形状を基準とした被検非球面の形状のデータである。よって、参照面の形状が既知であれば、そのデータから被検非球面の形状が求まる。
【非特許文献１】R.N.Smartt,"Zone plate interferometer",Appl.Opt.13,1093-1099,1974
【非特許文献２】T.Yatagai and H.Saito,"Measurement of an aspherical mirror using zone-plate interferometry",in Preprints of the Annual Meeting of Japan Society of Applied Physics p.116,1976
【非特許文献３】K.Nakagawa,"Holographic zone-plate interferometer for testing aspheric surfaces",Jpn.J.Opt.14,365-376,1985
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ヌル素子の生成する波面にはヌル素子の製作誤差に起因する誤差成分が重畳している。よって、フィゾー型干渉計が出力するデータにも誤差が重畳する。
このため、ヌル素子を用いた非球面形状測定を高精度化するためには、ヌル素子の製作誤差を抑えなければならなかった。
そこで本発明は、ヌル素子などの波面変換素子を用いつつもその波面変換素子の製作誤差の影響が抑えられた、又は影響を殆ど受けない非球面形状測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、確実に高性能な投影光学系を製造することのできる投影光学系の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の非球面形状測定方法は、被検非球面の近似球面と等価な設計形状をした基準球面、前記被検非球面の設計形状と等価な第１波面を生成するための第１回折パターンが形成された第１回折光学素子、前記基準球面の設計形状と等価な第２波面を生成するための第２回折パターンが、前記第１回折パターンと等しい製造条件の工程を経て形成された第２回折光学素子をそれぞれ用意する手順と、前記第１回折光学素子を用いて前記被検非球面を干渉測定し、前記第１波面と前記被検非球面との間の差異を示す第１データを取得する手順と、前記第２回折光学素子を用いて前記基準球面を干渉測定し、前記第２波面と前記基準球面との間の差異を示す第２データを取得する手順と、前記第１データ及び前記第２データに基づく演算を行い、前記第１回折パターン及び前記第２回折パターンそれぞれのパターン形成誤差に依らずに、前記基準球面を基準とした前記被検非球面の相対形状を求める手順とを有したことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の非球面形状測定方法は、請求項１に記載の非球面形状測定方法において、前記工程前に、前記第１回折光学素子の基板単体及び前記第２回折光学素子の基板単体を用いた干渉測定を行い、前記第１回折光学素子の基板誤差と前記第２回折光学素子の基板誤差との差異を示す第３データを取得する手順をさらに有し、前記被検非球面の相対形状を求める手順では、前記第１データ及び前記第２データ並びに前記第３データに基づく演算を行い、前記パターン形状誤差と、前記第１回折光学素子及び前記第２回折光学素子それぞれの基板誤差とに依らずに、前記基準球面を基準とした前記被検非球面の形状を求めることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の非球面形状測定方法は、請求項１又は請求項２に記載の非球面形状測定方法において、前記等しい製造条件の工程は、少なくとも、共通のエッチング装置、共通の露光装置、共通のパターン位置測定装置の何れか１つを用いた工程であることを特徴とする。
請求項４に記載の非球面形状測定方法は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の非球面形状測定方法において、前記第１回折光学素子は、平行光束である入射波面を前記第１波面に変換するよう設計された前記第１回折パターンを有した透過型回折光学素子であり、前記第２回折光学素子は、平行光束である入射波面を前記第２波面に変換するよう設計された前記第２回折パターンを有した透過型回折光学素子であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の非球面形状測定方法は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の非球面形状測定方法において、前記第１回折光学素子は、前記被検非球面と等価な入射波面を垂直反射して前記第１波面を生成するよう設計された前記第１回折パターンを有した反射型回折光学素子であり、前記第２回折光学素子は、前記基準球面と等価な入射波面を垂直反射して前記第２波面を生成するよう設計された前記第２回折パターンを有した反射型回折光学素子であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の投影光学系の製造方法は、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の非球面形状測定方法を適用して被検非球面の形状を測定し、前記測定された形状に基づき、投影光学系の少なくとも１部の調整、及び／又は投影光学系の少なくとも１部の光学素子の加工を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ヌル素子などの波面変換素子を用いつつもその波面変換素子の製作誤差の影響が抑えられた、又は影響を殆ど受けない非球面形状測定方法が実現する。
また、本発明によれば、確実に高性能な投影光学系を製造することのできる投影光学系の製造方法が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
以下、図１、図２を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、波面変換素子として透過型ゾーンプレート（請求項における透過型回折光学素子に対応。）を用いて非球面形状測定を行うものである。
【００１４】
本測定は、図１（ａ），（ｂ）に示す基板測定、図２（ａ）に示す非球面測定、図２（ｂ）に示す球面測定、及び不図示の演算からなる。なお、図１（ａ），（ｂ）に示す基板測定は、省略することも可能であるが（詳細は後述）、以下では基板測定が行われることを前提として説明する。
先ず、本測定に当たり用意されるものについて説明する。
【００１５】
用意されるものは、既知形状の球面原器（請求項における基準球面に対応。）（図２（ｂ）の符号１１ｓ）、透過型の非球面用ゾーンプレート（図２（ａ）の符号１ａ）、透過型の球面用ゾーンプレート（図２（ｂ）１ｓ）である。
球面原器１１ｓは、被検非球面（図２（ａ）の符号１１ａ）の近似球面と等価な設計形状をしている。その形状は、別途公知の方法（点回折干渉計を使用した測定や、回転や横ずらしなどの複数回測定など）により測定される。
【００１６】
非球面用ゾーンプレート１ａに形成される回折パターン（図２の符号Ｐａ）は、平行光束が入射すると、その平行光束の波面を、被検非球面１１ａの設計形状と等価な透過波面Ａ（請求項における第１波面に対応。）に変換するよう設計される。
球面用ゾーンプレート１ｓに形成される回折パターン（図２の符号Ｐｓ）は、平行光束が入射すると、その平行光束の波面を、球面原器１１ｓの設計形状と等価な透過波面Ｓ（請求項における第２波面に対応。）に変換するよう設計される。
【００１７】
ここで、非球面用ゾーンプレート１ａ、球面用ゾーンプレート１ｓの製造時、それらの回折パターンＰａ，Ｐｓの形成には、露光装置を用いた露光工程、エッチング装置を用いたエッチング工程、パターン位置測定装置を用いたパターン位置測定工程などが関わる。
本測定の非球面用ゾーンプレート１ａの回折パターンＰａ、球面用ゾーンプレート１ｓの回折パターンＰｓは、共通のエッチング装置で形成されたものである。
【００１８】
このような回折パターンＰａの形成誤差のうちエッチング装置のエッチングむら（一般に装置固有である。）に起因する成分（所謂「偏り誤差」）と、回折パターンＰｓの形成誤差のうち、エッチング装置のエッチングむら（一般に装置固有である。）に起因する誤差成分（所謂「偏り誤差」）とは、互いに等しくなる。
また、球面原器１１ｓの設計形状は被検非球面１１ａの近似球面と等価なので、非球面用ゾーンプレート１ａの回折パターンＰａと、球面用ゾーンプレート１ｓの回折パターンＰｓとは、似たものとなり、その凹凸分布が近くなる。よって、回折パターンＰａ，Ｐｓの形成誤差のうち、エッチングむら以外の原因で生じる誤差成分（所謂「ばらつき誤差」）は、互いに同程度になる。
【００１９】
よって、本測定では、回折パターンＰａの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）と、回折パターンＰｓの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）とを等しいとみなせる。
次に、基板測定について説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示す基板測定は、回折パターンＰａの形成前の非球面用ゾーンプレート（基板１ａ’）及び回折パターンＰｓの形成前の球面用ゾーンプレート（基板１ｓ’）を用いた干渉測定である。
【００２０】
基板測定では、図１（ａ），（ｂ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、フィゾーフラット２０（図１中符号２０ａが参照面）及び折り返しミラー３０がこの順で挿入される。このとき、参照面２０ａと折り返しミラー３０とが向き合う。
そして、フィゾーフラット２０と折り返しミラー３０との間に図１（ａ）に示すように基板１ａ’を挿入し、折り返しミラー３０における反射光束Ｌ３０と、参照面２０ａにおける反射光束Ｌ２０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データｄａをフィゾー型干渉計１０から取り込む。
【００２１】
このデータｄａは、基板１ａ’を往復する測定光束の波面に対しその基板１ａ’が与える形状誤差（つまり、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差）Ｗｋａを示す。但し、データｄａには、参照面２０ａの形状誤差、折り返しミラー３０の形状誤差も含まれる。
また、基板１ａ’に代えて図１（ｂ）に示すように基板１ｓ’を挿入し、折り返しミラー３０における反射光束Ｌ３０と、参照面２０ａにおける反射光束Ｌ２０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データｄｓをフィゾー型干渉計１０から取り込む。
【００２２】
このデータｄｓは、基板１ｓ’を往復する測定光束の波面に対しその基板１ｓ’が与える形状誤差（つまり、球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差）Ｗｋｓを示す。但し、データｄｓには、参照面２０ａの形状誤差、折り返しミラー３０の形状誤差も含まれる。
そして、以上のとおり取り込まれたデータｄａ，ｄｓの差のデータＤ３が求められる。データＤ３は、後述する演算に利用される。
【００２３】
なお、データＤ３は、式（１）のとおり表される。
Ｄ３＝ｄａ−ｄｓ
＝Ｗｋａ−Ｗｋｓ    ・・・（１）
つまり、データＤ３においては、参照面２０ａの形状誤差、折り返しミラー３０の形状誤差は消去されており、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａと球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓとの差異（相対誤差）のみが表れる（請求項の第３データである。）。
【００２４】
次に、非球面測定について説明する。
図２（ａ）に示す非球面測定は、非球面用ゾーンプレート１ａを用いた被検非球面１１ａの干渉測定である。
非球面測定では、図２（ａ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、フィゾーフラット５０（図２中符号５０ａが参照面）、非球面用ゾーンプレート１ａ、及び被検非球面１１ａがこの順で挿入される。このとき、回折パターンＰａと被検非球面１１ａとが向き合う。
【００２５】
そして、非球面用ゾーンプレート１ａにおける反射光束（非球面用ゾーンプレート１ａの回折パターンＰａの側における反射光束）Ｌ１ａと、被検非球面１１ａにおける反射光束Ｌ１１ａとを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤａ’をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤａ’は、被検非球面１１ａの形状情報Ｗｗを示す。但し、データＤａ’には、回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａも含まれ、Ｄａ’＝Ｗｗ−Ｗｚａである。
【００２６】
また、非球面用ゾーンプレート１ａにおける反射光束（非球面用ゾーンプレート１ａの回折パターンＰａの側における反射光束）Ｌ１ａと、参照面５０ａにおける反射光束Ｌ５０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤａ”をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤａ”には、参照面５０ａの形状誤差Ｗｆ、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａが含まれ、Ｄａ”＝Ｗｆ＋Ｗｋａである。
【００２７】
そして、以上のとおり取り込まれたデータＤａ’，Ｄａ”の差のデータＤ１が求められる。なお、データＤ１は、式（２）のとおり表される。
Ｄ１＝Ｄａ’−Ｄａ”
＝（Ｗｗ−Ｗｚａ）−（Ｗｆ＋Ｗｋａ）
＝Ｗｗ−（Ｗｚａ＋Ｗｋａ）−Ｗｆ      ・・・（２）
つまり、データＤ１は、非球面用ゾーンプレート１ａの製作誤差（回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａ＋非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａ）と、被検非球面１１ａの形状との間の差異を示す（請求項の第１データである。）。
【００２８】
次に、球面測定について説明する。
図２（ｂ）に示す球面測定は、球面用ゾーンプレート１ｓを用いた球面原器１１ｓの干渉測定である。
球面測定では、図２（ｂ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、非球面測定で用いたのと同じフィゾーフラット５０（図２中符号５０ａが参照面）、球面用ゾーンプレート１ｓ、及び球面原器１１ｓが、この順で挿入される。このとき、回折パターンＰｓと球面原器１１ｓとが向き合う。
【００２９】
そして、球面用ゾーンプレート１ｓにおける反射光束（非球面用ゾーンプレート１ｓの回折パターンＰｓの側における反射光束）Ｌ１ｓと、球面原器１１ｓにおける反射光束Ｌ１１ｓとを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｓ’をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤｓ’は、球面原器１１ｓの形状情報Ｗｒを示す。但し、データＤｓ’には、回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓも含まれ、Ｄｓ’＝Ｗｒ−Ｗｚｓである。
【００３０】
また、球面用ゾーンプレート１ｓにおける反射光束（非球面用ゾーンプレート１ｓの回折パターンＰｓの側における反射光束）Ｌ１ｓと、参照面５０ａにおける反射光束Ｌ５０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｓ”をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤｓ”には、参照面５０ａの形状誤差Ｗｆ、球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓが含まれ、Ｄｓ”＝Ｗｆ＋Ｗｋｓである。
【００３１】
そして、以上のとおり取り込まれたデータＤｓ’，Ｄｓ”の差のデータＤ２が求められる。なお、データＤ２は、式（３）のとおり表される。
Ｄ２＝Ｄｓ’−Ｄｓ”
＝（Ｗｒ−Ｗｚｓ）−（Ｗｆ＋Ｗｋｓ）
＝Ｗｒ−（Ｗｚｓ＋Ｗｋｓ）−Ｗｆ      ・・・（３）
つまり、データＤ２は、球面用ゾーンプレート１ｓの製作誤差（回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓ＋球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓ）と、球面原器１１ｓの形状との間の差異を示す（請求項の第２データである。）。
【００３２】
次に、演算について説明する。
被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”は、上記取得したデータＤ１，Ｄ２，Ｄ３，及び、既知である球面原器１１ｓの形状情報Ｗｒを、式（４）に当てはめることにより求められる。
”Ｗｗ”＝Ｄ１−Ｄ２＋Ｄ３＋Ｗｒ  ・・・（４）
なお、この式（４）によれば、回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａと、回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓとが相殺される（詳細は後述する式（５）参照）。
【００３３】
また、この式（４）によれば、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａと、球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓとが共に消去される（詳細は後述する式（５）参照。）。
また、この式（４）によれば、フィゾーフラット５０の参照面５０ａの形状誤差Ｗｆが消去される（詳細は後述する式（５）参照）。
【００３４】
因みに、形状誤差Ｗｆの消去が可能となったのは、球面測定（図２（ｂ）参照）と非球面測定（図２（ａ））との間で共通の参照面５０ａが用いられたからである。
次に、本測定の効果について説明する。
本測定の演算で使用した式（４）の右辺は、上述した式（１），（２），（３）より、次式（５）で表される。
Ｄ１−Ｄ２＋Ｄ３＋Ｗｒ
＝［Ｗｗ−（Ｗｚａ＋Ｗｋａ）−Ｗｆ］−［Ｗｒ−（Ｗｚｓ＋Ｗｋｓ）−Ｗｆ］＋［Ｗｋａ−Ｗｋｓ］＋Ｗｒ
＝Ｗｗ＋（Ｗｚｓ−Ｗｚａ）      ・・・（５）
ここで、上述したとおり、本測定では、回折パターンＰａの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）と、回折パターンＰｓの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）とが等しいとみなせる。よって、回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａと、回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓとを互いに等しいとみなせる。つまり、（Ｗｚｓ−Ｗｚａ）≒０である。よって、式（５’）が成り立つ。
Ｄ１−Ｄ２＋Ｄ３＋Ｗｒ≒Ｗｗ    ・・・（５’）
したがって、本測定によれば、回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａ、回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓ、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａ、球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓの何れにも依らず、被検非球面１１ａの形状が求まる。すなわち、非球面用ゾーンプレート１ａの製作誤差、及び球面用ゾーンプレート１ｓの製作誤差の影響を殆ど受けない非球面形状測定が可能となる。
【００３５】
なお、本測定では、非球面測定（図２（ａ）参照）、球面測定（図２（ｂ）参照）の他に、基板測定（図１（ａ），（ｂ））を行うとしたが、その基板測定を省略することもできる。
但し、省略した場合にはデータＤ３が取得できないので、非球面用ゾーンプレート１ａの基板誤差Ｗｋａと球面用ゾーンプレート１ｓの基板誤差Ｗｋｓとを消去することはできない。よって、その場合の非球面形状測定は、回折パターンＰａのパターン形成誤差Ｗｚａ、回折パターンＰｓのパターン形成誤差Ｗｚｓに依らない非球面形状測定、すなわち、
非球面用ゾーンプレート１ａの製作誤差及び球面用ゾーンプレート１ｓの製作誤差の影響が抑えられた非球面形状測定となる。
【００３６】
なお、本測定において、基板測定時（図１（ａ），（ｂ）参照）の基板１ａ’と基板１ｓ’との配置関係、非球面測定時（図２（ａ）参照）の非球面用ゾーンプレート１ａと球面測定時（図２（ｂ）参照）の球面用ゾーンプレート１ｓとの配置関係、エッチング装置における基板１ａ’と基板１ｓ’との配置関係は、互いに同じである。
また、非球面用ゾーンプレート１ａの製造で用いられる露光装置と、球面用ゾーンプレート１ｓの製造で用いられる露光装置とを共通化し、露光装置における基板１ａ’と基板１ｓ’との配置関係を前記各配置関係と同じとしてもよい。
【００３７】
このとき、回折パターンＰａの形成誤差のうち露光装置のパターン位置むら（一般に装置固有である。）に起因する成分（所謂「偏り誤差」）と、回折パターンＰｓの形成誤差のうち、露光装置のパターン位置むら（一般に装置固有である。）に起因する誤差成分（所謂「偏り誤差」）とが互いに等しくなるので、被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”はさらに高精度に求まる。
【００３８】
また、非球面用ゾーンプレート１ａの製造で用いられるパターン位置測定装置と、球面用ゾーンプレート１ｓの製造で用いられるパターン位置測定装置とを共通化し、パターン位置測定装置における基板１ａ’と基板１ｓ’との配置関係を前記各配置関係と同じとしてもよい。
このとき、回折パターンＰａの形成誤差のうちパターン位置測定装置のパターン位置測定むら（一般に装置固有である。）に起因する成分（所謂「偏り誤差」）と、回折パターンＰｓの形成誤差のうち、パターン位置測定装置のパターン位置測定むら（一般に装置固有である。）に起因する誤差成分（所謂「偏り誤差」）とが互いに等しくなるので、被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”はさらに高精度に求まる。
【００３９】
なお、共通化される装置が多いほど精度が高まる。また、他の装置と比較するとエッチング装置を共通化することが最も効果的である。
［第２実施形態］
以下、図３、図４を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、波面変換素子として反射型ゾーンプレート（請求項における反射型回折光学素子に対応。）を用いて非球面形状測定を行うものである。
【００４０】
なお、ここでは、第１実施形態の測定との相違点についてのみ説明し、その他の点については説明を省略する。
先ず、本測定に当たり用意されるものについて説明する。
本測定では、透過型の非球面用ゾーンプレート１ａに代えて、反射型の非球面用ゾーンプレート（図４（ａ）の符号２ａ）が用意され、透過型の球面用ゾーンプレート１ｓに代えて、反射型の球面用ゾーンプレート（図４（ｂ）の符号２ｓ）が用意される。
【００４１】
非球面用ゾーンプレート２ａに形成される回折パターン（図４の符号Ｐｒａ）は、被検非球面１１ａの設計形状と等価な波面の光束が入射すると、その光束を垂直に反射して同じ波面形状の反射波面Ａｒ（請求項における第１波面に対応。）を生成するよう設計される。
球面用ゾーンプレート２ｓに形成される回折パターン（図４の符号Ｐｒｓ）は、基準球面１１ｓの設計形状と等価な波面の光束が入射すると、その光束を垂直に反射して同じ波面形状の反射波面Ｓｒ（請求項における第２波面に対応。）を生成するよう設計される。
【００４２】
本測定の非球面用ゾーンプレート２ａの回折パターンＰｒａ、球面用ゾーンプレート２ｓの回折パターンＰｒｓは、共通のエッチング装置で形成されたものである。
よって、本測定でも、回折パターンＰｒａの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）と、回折パターンＰｒｓの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）とを等しいとみなせる。
次に、基板測定について説明する。
【００４３】
図３（ａ），（ｂ）に示す基板測定は、回折パターンＰｒａの形成前の非球面用ゾーンプレート（基板２ａ’）及び回折パターンＰｒｓの形成前の球面用ゾーンプレート（基板２ｓ’）を用いた干渉測定である。
基板測定では、図３（ａ），（ｂ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、フィゾーフラット２０（図３中符号２０ａが参照面）及び基板２ａ’がこの順で挿入される。このとき、基板２ａ’のパターン形成面（＝回折パターンの形成されるべき面）と参照面２０ａとが向き合う。
【００４４】
そして、基板２ａ’のパターン形成面における反射光束Ｌ２ａ’と、参照面２０ａにおける反射光束Ｌ２０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データｄｒａをフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータｄｒａは、基板２ａ’のパターン形成面を反射する測定光束の波面に対しその基板２ａ’が与える形状誤差（つまり、非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差）Ｗｒｋａを示す。但し、データｄｒａには、参照面２０ａの形状誤差も含まれる。
【００４５】
また、基板２ａ’に代えて図３（ｂ）に示すように基板２ｓ’を挿入し、基板２ｓ’のパターン形成面における反射光束Ｌ２ｓ’と、参照面２０ａにおける反射光束Ｌ２０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データｄｒｓをフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータｄｒｓは、基板２ｓ’のパターン形成面を反射する測定光束の波面に対しその基板２ｓ’が与える形状誤差（つまり、球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差）Ｗｒｋｓを示す。但し、データｄｒｓには、参照面２０ａの形状誤差も含まれる。
【００４６】
そして、以上のとおり取り込まれたデータｄｒａ，ｄｒｓの差のデータＤｒ３が求められる。データＤｒ３は、後述する演算に利用される。
なお、データＤｒ３は、式（６）のとおり表される。
Ｄｒ３＝ｄｒａ−ｄｒｓ
＝Ｗｒｋａ−Ｗｒｋｓ    ・・・（６）
つまり、データＤｒ３においては、参照面２０ａの形状誤差は消去されており、非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａと球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓとの差異（相対誤差）のみが表れる（請求項の第３データである。）。
【００４７】
次に、非球面測定について説明する。
図４（ａ）に示す非球面測定は、非球面用ゾーンプレート２ａを用いた被検非球面１１ａの干渉測定である。
非球面測定では、図４（ａ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、フィゾーフラット５０（図４中符号５０ａが参照面）、ヌルレンズ６０、及び被検非球面１１ａがこの順で挿入される。このとき、ヌルレンズ６０の最終面と被検非球面１１ａとが向き合う。
【００４８】
ヌルレンズ６０は、測定光束の波面を被検非球面１１ａの設計形状と等価な波面に変換するよう予め設計されたものである。因みに、このヌルレンズ６０の誤差は本測定に影響しないので（後述する式（７）参照。）、その製作精度は問わない。
そして、被検非球面１１ａにおける反射光束Ｌ１１ａと、参照面５０ａにおける反射光束Ｌ５０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｒａ’をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
【００４９】
このデータＤｒａ’は、被検非球面１１ａの形状情報Ｗｗを示す。但し、データＤｒａ’には、参照面５０ａの形状誤差、ヌルレンズ６０の誤差も含まれる。
また、被検非球面１１ａに代えて非球面用ゾーンプレート２ａを図４（ａ）点線枠内に示すごとく挿入し、非球面用ゾーンプレート２ａにおける反射光束Ｌ２ａと、参照面５０ａにおける反射光束Ｌ５０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｒａ”をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
【００５０】
このデータＤｒａ”には、参照面５０ａの形状誤差、非球面用ゾーンプレート２ａの製作誤差（つまり、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａ＋非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａ）が含まれる。
そして、以上のとおり取り込まれたデータＤｒａ’，Ｄｒａ”の差のデータＤｒ１が求められる。なお、データＤｒ１は、式（７）のとおり表される。
Ｄｒ１＝Ｄｒａ’−Ｄｒａ”
＝Ｗｗ−（Ｗｒｚａ＋Ｗｒｋａ）      ・・・（７）
つまり、データＤｒ１は、非球面用ゾーンプレート２ａの製作誤差（つまり、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａ＋非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａ）と、被検非球面１１ａの形状との間の差異を示す（請求項の第１データである。）。
【００５１】
次に、球面測定について説明する。
図４（ｂ）に示す球面測定は、球面用ゾーンプレート２ｓを用いた球面原器１１ｓの干渉測定である。
球面測定では、図４（ｂ）に示すように、フィゾー型干渉計１０から射出する測定光束（平行光束である。）に対し、フィゾーレンズ７０（図４中符号７０ａが参照面）及び球面原器１１ｓがこの順で挿入される。このとき、参照面７０ａと球面原器１１ｓとが向き合う。
【００５２】
そして、球面原器１１ｓにおける反射光束Ｌ１１ｓと、参照面７０ａにおける反射光束Ｌ７０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｒｓ’をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤｒｓ’は、球面原器１１ｓの形状情報Ｗｒを示す。但し、データＤｒｓ’には、参照面７０ａの形状誤差も含まれる。
【００５３】
また、球面原器１１ｓに代えて球面用ゾーンプレート２ｓを図４（ｂ）点線枠内に示すごとく挿入し、球面用ゾーンプレート２ｓにおける反射光束Ｌ２ｓと、参照面７０ａにおける反射光束Ｌ７０とを干渉させ、その干渉によって生起する干渉縞の位相分布データＤｒｓ”をフィゾー型干渉計１０から取り込む。
このデータＤｒｓ”には、参照面７０ａの形状誤差、球面用ゾーンプレート２ｓの製作誤差（つまり、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差Ｗｒｚｓ＋球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓ）が含まれる。
【００５４】
そして、以上のとおり取り込まれたデータＤｒｓ’，Ｄｒｓ”の差のデータＤｒ２が求められる。なお、データＤｒ２は、式（８）のとおり表される。
Ｄｒ２＝Ｄｒｓ’−Ｄｒｓ”
＝Ｗｒ−（Ｗｒｚｓ＋Ｗｒｋｓ）      ・・・（８）
つまり、データＤｒ２は、球面用ゾーンプレート２ｓの製作誤差（つまり、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差Ｗｒｚｓ＋球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓ）と、球面原器１１ｓの形状との間の差異を示す（請求項の第２データである。）。
【００５５】
次に、演算について説明する。
被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”は、上記取得したデータＤｒ１，Ｄｒ２，Ｄｒ３，及び、既知である球面原器１１ｓの形状情報Ｗｒを、式（９）に当てはめることにより求められる。
”Ｗｗ”＝Ｄｒ１−Ｄｒ２＋Ｄｒ３＋Ｗｒ    ・・・（９）
なお、式（９）によれば、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａと、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差成分Ｗｒｚｓとが相殺される（詳細は後述する式（１０）参照）。
【００５６】
また、この式（９）によれば、非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａと、球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓとが共に消去される（詳細は後述する式（１０）参照。）。
次に、本測定の効果について説明する。
本測定の演算で使用した式（９）の右辺は、上述した式（６），（７），（８）より、次式（１０）で表される。
Ｄｒ１−Ｄｒ２＋Ｄｒ３＋Ｗｒ
＝［Ｗｗ−（Ｗｒｚａ＋Ｗｒｋａ）］−［Ｗｒ−（Ｗｒｚｓ＋Ｗｒｋｓ）］＋［Ｗｒｋａ−Ｗｒｋｓ］＋Ｗｒ
＝Ｗｗ＋（Ｗｒｚｓ−Ｗｒｚａ）      ・・・（１０）
ここで、本測定でも、回折パターンＰｒａの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）と、回折パターンＰｒｓの形成誤差（偏り誤差及びばらつき誤差）とが等しいとみなせる。よって、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａと、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差成分Ｗｒｚｓとを互いに等しいとみなせる。つまり、（Ｗｒｚｓ−Ｗｒｚａ）≒０である。よって、式（１０’）が成り立つ。
Ｄｒ１−Ｄｒ２＋Ｄｒ３＋Ｗｒ≒Ｗｗ    ・・・（１０’）
したがって、本測定によれば、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａ、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差Ｗｒｚｓ、非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａ、球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓの何れにも依らず、被検非球面１１ａの形状が求まる。すなわち、非球面用ゾーンプレート２ａの製作誤差、及び球面用ゾーンプレート２ｓの製作誤差の影響を殆ど受けない非球面形状測定が可能となる。
【００５７】
なお、本測定では、非球面測定（図４（ａ）参照）、球面測定（図４（ｂ）参照）の他に、基板測定（図３（ａ），（ｂ））を行うとしたが、その基板測定を省略することもできる。
但し、省略した場合にはデータＤｒ３が取得できないので、非球面用ゾーンプレート２ａの基板誤差Ｗｒｋａと球面用ゾーンプレート２ｓの基板誤差Ｗｒｋｓとを消去することはできない。よって、その場合の非球面形状測定は、回折パターンＰｒａのパターン形成誤差Ｗｒｚａ、回折パターンＰｒｓのパターン形成誤差Ｗｒｚｓに依らない非球面形状測定、すなわち、非球面用ゾーンプレート２ａの製作誤差、及び球面用ゾーンプレート２ｓの製作誤差の影響が部分的に抑えられた非球面形状測定となる。
【００５８】
なお、本測定において、基板測定時（図３（ａ），（ｂ）参照）の基板２ａ’と基板２ｓ’との配置関係、非球面測定時（図４（ａ）参照）の非球面用ゾーンプレート２ａと球面測定時（図４（ｂ）参照）の球面用ゾーンプレート２ｓとの配置関係、エッチング装置における基板２ａ’と基板２ｓ’との配置関係は、互いに同じである。
また、非球面用ゾーンプレート２ａの製造で用いられる露光装置と、球面用ゾーンプレート２ｓの製造で用いられる露光装置とを共通化し、露光装置における基板２ａ’と基板２ｓ’との配置関係を前記各配置関係と同じとしてもよい。
【００５９】
このとき、回折パターンＰｒａの形成誤差のうち露光装置のパターン位置むら（一般に装置固有である。）に起因する成分（所謂「偏り誤差」）と、回折パターンＰｒｓの形成誤差のうち、露光装置のパターン位置むら（一般に装置固有である。）に起因する誤差成分（所謂「偏り誤差」）とが互いに等しくなるので、被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”はさらに高精度に求まる。
【００６０】
また、非球面用ゾーンプレート２ａの製造で用いられるパターン位置測定装置と、球面用ゾーンプレート２ｓの製造で用いられるパターン位置測定装置とを共通化し、パターン位置測定装置における基板２ａ’と基板２ｓ’との配置関係を前記各配置関係と同じとしてもよい。
このとき、回折パターンＰｒａの形成誤差のうちパターン位置測定装置のパターン位置測定むら（一般に装置固有である。）に起因する成分（所謂「偏り誤差」）と、回折パターンＰｒｓの形成誤差のうち、パターン位置測定装置のパターン位置測定むら（一般に装置固有である。）に起因する誤差成分（所謂「偏り誤差」）とが互いに等しくなるので、被検非球面１１ａの形状”Ｗｗ”はさらに高精度に求まる。
【００６１】
なお、共通化される装置が多いほど精度が高まる。また、他の装置と比較するとエッチング装置を共通化することが最も効果的である。
［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態は、上記各実施形態の何れかの測定を適用し、非球面レンズ及び／又は非球面ミラーを有した投影光学系を製造するものである。
【００６２】
この製造の手順は、次の各手順を含む。
投影光学系に組み込むべき各光学素子の光学面を加工する。
加工された各光学面の面精度を測定する。このとき、光学面の設計形状が非球面であれば、上記各実施形態の何れかの測定を適用する。
測定された面精度が許容範囲に収まっていない光学面については、加工する手順に戻る。
【００６３】
投影光学系を組み立てる。このとき、測定された面精度に基づき、組み立て後の投影光学系の収差が許容範囲に収まるよう調整を行う。
このような製造の手順によれば、たとえ非球面の測定以外の各手順が従来どおりであったとしても、非球面の測定が、上述したごとく、周知の波面変換素子を用いて確実に精度高く行われるので、確実に高性能な投影光学系が製造される。
【００６４】
因みに、本実施形態の投影光学系は、例えば図５に示すような投影露光装置に搭載される。投影光学系が確実に高性能化されれば、この投影露光装置も確実に高性能化される。
投影露光装置において、マスク２０１は、マスクホルダ２０２を介して、マスクステージ２０３上に後述するウエハ２０７と平行に保持されている。
マスクステージ２０３は、不図示の駆動系の作用により、マスク面に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はマスク移動鏡２０４を用いた測長干渉計２０５によって計測され、かつ位置制御される。
【００６５】
照明光学系２００からマスク２０１を介して照射された光は、投影光学系２０６を介して、ウエハ２０７上にマスクパターンの像を形成する。
ウエハ２０７は、ウエハホルダ２０８を介して、ウエハステージ２０９上にマスク２０１と平行に保持されている。
ウエハステージ２０９は、不図示の駆動系の作用により、ウエハ面に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウエハ移動鏡２１０を用いた測長干渉計２１１によって計測され、かつ位置制御される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態の基板測定を説明する図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の非球面測定を説明する図であり、（ｂ）は第１実施形態の球面測定を説明する図である。
【図３】第２実施形態の基板測定を説明する図である。
【図４】（ａ）は第２実施形態の非球面測定を説明する図である、（ｂ）は第２実施形態の球面測定を説明する図である。
【図５】一般の投影露光装置を説明する図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ａ  透過型の非球面用ゾーンプレート
１ｓ  透過型の球面用ゾーンプレート
２ａ  反射型の非球面用ゾーンプレート
２ｓ  反射型の球面用ゾーンプレート
１１ａ  被検非球面
１１ｓ  球面原器
１０  干渉計
２０，５０  フィゾーフラット
２０ａ，５０ａ，７０ａ  参照面
３０  折り返しミラー
Ｐａ，Ｐｓ，Ｐｒａ，Ｐｒｓ  回折パターン
６０  ヌルレンズ
７０  フィゾーレンズ
２００  照明光学系
２０１  マスク
２０２  マスクホルダ
２０３  マスクステージ
２０４  マスク移動鏡
２０５，２１１  測長干渉計
２０６  投影光学系
２０７  ウエハ
２０８  ウエハホルダ
２０９  ウエハステージ
２１０  ウエハ移動鏡
【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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