(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照面を有する光学系を用いて、被検面からの反射光と前記参照面からの反射光との干渉パターンに基づいて前記被検面の形状を測定する方法であって、
前記光学系の光軸と前記被検面の中心軸とが第１角度をなす第１位置で前記被検面を前記被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第１データを取得する第１工程と、
前記光学系の光軸と前記被検面の中心軸とが第２角度をなす第２位置で前記被検面を前記被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第２データを取得する第２工程と、
前記複数の第１データを平均して前記被検面の第１回転平均形状データを算出し、前記複数の第２データを平均して前記被検面の第２回転平均形状データを算出する第３工程と、
前記複数の第１データ、前記第１回転平均形状データ及び前記第２回転平均形状データから前記参照面の形状データと前記被検面の形状データとを算出する第４工程と、
を含み、
前記第４工程は、
前記第１回転平均形状データと前記第２回転平均形状データとの差分から前記第１位置又は前記第２位置での前記被検面の回転対称成分を算出し、算出された前記第１位置での前記被検面の回転対象成分を前記第１回転平均形状データから減算するか、又は、算出された前記第２位置での前記被検面の回転対象成分を前記第２回転平均形状データから減算することによって前記参照面の形状データを算出する工程と、
前記複数の第１データと前記算出された参照面の形状データとから前記第１位置での前記複数の回転角度位置における被検面の形状データを算出する工程と、
前記算出された前記第１位置での前記複数の回転角度位置における被検面の形状データを同一の回転角度位置における被検面の複数の形状データに変換する工程と、
前記変換された被検面の複数の形状データの平均を算出する工程と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１工程及び前記第２工程において、前記被検面の回転軸が前記被検面の中心軸と一致するように前記被検面を駆動することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記複数の第１データ、第１回転平均形状データ及び第２回転平均形状データを、前記光学系のディストーション誤差を低減するように補正する工程をさらに含み、
前記補正された複数の第１データ、前記補正された第１回転平均形状データ及び前記補正された第２回転平均形状データを前記第４工程で使用することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
参照面を有する光学系と、被検面を駆動するステージと、前記被検面からの反射光と前記参照面からの反射光との干渉パターンを撮像する撮像素子と、前記光学系、前記ステージ及び前記撮像素子を制御するとともに、前記撮像された干渉パターンに基づいて前記被検面の形状を算出する制御部とを備え、前記被検面の形状を測定する装置であって、
前記制御部は、
前記光学系の光軸と前記被検面の中心軸とが第１角度をなす第１位置で前記被検面を前記被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第１データを取得する第１取得手段と、
前記光学系の光軸と前記被検面の中心軸とが第２角度をなす第２位置で前記被検面を前記被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第２データを取得する第２取得手段と、
前記複数の第１データを平均して前記被検面の第１回転平均形状データを算出し、前記複数の第２データを平均して前記被検面の第２回転平均形状データを算出する第１算出手段と、
前記複数の第１データ、前記第１回転平均形状データ及び前記第２回転平均形状データから前記参照面の形状データと前記被検面の形状データとを算出する第２算出手段と、
を含み、
前記第２算出手段は、
前記第１回転平均形状データと前記第２回転平均形状データとの差分から前記第１位置又は前記第２位置での前記被検面の回転対称成分を算出し、算出された前記第１位置での前記被検面の回転対象成分を前記第１回転平均形状データから減算するか、又は、算出された前記第２位置での前記被検面の回転対象成分を前記第２回転平均形状データから減算することによって前記参照面の形状データを算出する手段と、
前記複数の第１データと前記算出された参照面の形状データとから前記第１位置での前記複数の回転角度位置における被検面の形状データを算出する手段と、
前記算出された前記第１位置での前記複数の回転角度位置における被検面の形状データを同一の回転角度位置における被検面の複数の形状データに変換する手段と、
前記変換された被検面の複数の形状データの平均を算出する手段と、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記被検面の回転軸が前記被検面の中心軸と一致するように前記ステージの駆動を制御することを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の第１データ、第１回転平均形状データ及び第２回転平均形状データを、前記光学系のディストーション誤差を低減するように補正する補正手段をさらに含み、
前記第２算出手段は、前記補正された第１データ、前記補正された第１回転平均形状データ及び前記補正された第２回転平均形状データを使用することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学レンズ等の被検面の形状を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
干渉計によって光学的な面の形状を測定する手法として、フィゾー干渉計が一般的である。フィゾー干渉計では、基準となる参照面との相対測定を行うが、その測定精度がλ／２０未満を求められる高精度測定の場合、被検面形状と参照面形状との分離を行う必要がある。
【０００３】
測定対象物の被検面を移動させながら形状データを取得し、得られた形状データを用いて被検面とシステムエラー形状を分離する従来の技術が特許文献１に開示されている。図１及び図２に参照面１に対する被検面２の位置が互いに異なる２つの測定位置を示す。
【０００４】
図１に示す第１位置は、光学系の光軸１１と、被検面２の中心位置と曲率中心を通る被検面の中心軸１０とが一致する位置とする。図２に示す第２位置は、被検面２を円弧に沿って傾けた状態、即ち光学系の光軸１１から被検面の中心軸１０がγだけ傾いている状態を示す。
【０００５】
図３に被検面の形状を算出するフローを示す。ステップ１０１では、第１位置において、ステージのθzステージを用いて被検面２を被検面の中心軸１０に対して回転させ、ｎ個の第１データＡ１〜Ａｎを測定する。ステップ１０２では、第１０１の工程で測定したｎ個の第１データＡ１〜Ａｎを単純平均し、第１回転平均形状データＡを求める。第１回転平均形状データＡは、参照面形状データと、第１位置における被検面の中心軸１０を中心とした被検面の回転対称成分の和となる。ステップ１０３では、第２位置において、ステージのθzステージを用いて被検面２を被検面の中心軸に対して回転させ、ｍ個の第２データＢ１〜Ｂｍを測定する。ステップ１０４では、第１０３の工程で測定したｍ個の第２データＢ１〜Ｂｍを単純平均し、第２回転平均形状データＢを求める。第２回転平均形状データＢは、参照面形状データと、第２位置における被検面の中心軸１０を中心とした被検面の回転対称成分の和となる。
【０００６】
ステップ１０５では、被検面の回転対称成分を算出する。第１回転平均形状データＡと第２回転平均形状データＢの差をとると、参照面形状データが相殺され第１位置及び第２位置における被検面の回転対称成分の差分となる。回転対称成分が有する同心円状の等高線の性質を用いて披検面形状の回転対称成分を算出する。ステップ１０６では、第１位置で測定した第１データの一つＡ１から参照面形状データ及び被検面形状の回転対称成分を減算し、被検面形状の回転非対称成分を求める。ステップ１０７では、被検面形状の回転対称成分と回転非対称成分との和をとることにより、被検面の形状を求める。
【特許文献１】特許第３１４６５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、被検面を測定する際に、撮像素子、空気、振動、ステージ駆動等に起因する不規則で不安定な回転非対称のノイズが存在していることがある。その場合、ノイズの影響を受けた干渉パターンから形状データが求められ、その形状データから被検面の形状データと参照面の形状データとを分離する演算を行うことになる。安定していないノイズは被検面の形状と分離することができずに、ノイズ成分の一部が被検面の形状データに残ってしまうという問題が発生していた。また、不規則で不安定なノイズによって測定の再現性、安定した測定に懸念が生じていた。さらに、ノイズの影響によって実際とは異なる形状を算出し、それを用いて面形状補正加工を行うと、設計形状から大幅にずれた面を加工してしまう問題も生じていた。
【０００８】
本発明は、不規則で不安定な回転非対称のノイズの影響が低減された被検面の形状を測定する方法及び装置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】
【０００９】
本発明の第１の側面は、参照面を有する光学系を用いて、被検面からの反射光と参照面からの反射光との干渉パターンに基づいて被検面の形状を測定する方法である。被検面の形状を測定する方法は、光学系の光軸と被検面の中心軸とが第１角度をなす第１位置で被検面を被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第１データを取得する第１工程と、光学系の光軸と被検面の中心軸とが第２角度をなす第２位置で被検面を被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第２データを取得する第２工程と、複数の第１データを平均して前記被検面の第１回転平均形状データを算出し、複数の第２データを平均して被検面の第２回転平均形状データを算出する第３工程と、第１データ、第１回転平均形状データ及び第２回転平均形状データから参照面の形状データと被検面の形状データとを算出する第４工程と、を含む。第４工程は、第１回転平均形状データと第２回転平均形状データとの差分から第１位置又は第２位置での被検面の回転対称成分を算出し、算出された第１位置での被検面の回転対象成分を第１回転平均形状データから減算するか、又は、算出された第２位置での被検面の回転対象成分を第２回転平均形状データから減算することによって参照面の形状データを算出する工程と、複数の第１データと算出された参照面の形状データとから第１位置での複数の回転角度位置における被検面の形状データを算出する工程と、算出された第１位置での複数の回転角度位置における被検面の形状データを同一の回転角度位置における被検面の複数の形状データに変換する工程と、変換された被検面の複数の形状データの平均を算出する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の側面は、参照面を有する光学系と、被検面を駆動するステージと、被検面からの反射光と参照面からの反射光との干渉パターンを撮像する撮像素子と、光学系、ステージ及び撮像素子を制御するとともに、撮像された干渉パターンに基づいて被検面の形状を算出する制御部とを備え、被検面の形状を測定する装置である。制御部は、記光学系の光軸と被検面の中心軸とが第１角度をなす第１位置で被検面を被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第１データを取得する第１取得手段と、光学系の光軸と被検面の中心軸とが第２角度をなす第２位置で被検面を被検面の中心軸に対して複数の回転角度回転させた位置で測定された複数の第２データを取得する第２取得手段と、複数の第１データを平均して被検面の第１回転平均形状データを算出し、複数の第２データを平均して被検面の第２回転平均形状データを算出する第１算出手段と、複数の第１データ、第１回転平均形状データ及び第２回転平均形状データから参照面の形状データと被検面の形状データとを算出する第２算出手段と、を含む。第２算出手段は、第１回転平均形状データと第２回転平均形状データとの差分から第１位置又は第２位置での被検面の回転対称成分を算出し、算出された第１位置での被検面の回転対象成分を第１回転平均形状データから減算するか、又は、算出された第２位置での被検面の回転対象成分を第２回転平均形状データから減算することによって参照面の形状データを算出する手段と、複数の第１データと算出された参照面の形状データとから第１位置での複数の回転角度位置における被検面の形状データを算出する手段と、算出された第１位置での複数の回転角度位置における被検面の形状データを同一の回転角度位置における被検面の複数の形状データに変換する手段と、変換された被検面の複数の形状データの平均を算出する手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、不規則で不安定な回転非対称のノイズの影響が低減された被検面の形状を測定する方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明に係る被検面の形状を測定する方法及び装置の一例を図１、図２、図４、図５、図６、図７を用いて説明する。
【００１３】
図５に、本実施形態で被検面の形状を測定する装置として使用するフィゾー型干渉計システムを示す。本フィゾー型干渉計システムは、光源４と、半透鏡５と、参照面１を含むフィゾーレンズ６と、結像レンズ９と、撮像素子３と、制御部７と、被検面２を駆動するステージ８とを有する。光源４、半透鏡５、フィゾーレンズ６及び結像レンズ９は参照面１を有する光学系を構成している。撮像素子３は、被検面２からの反射光と参照面１からの反射光との干渉パターンを撮像する。ステージ８は、xステージ、yステージ、zステージ、前記x,yステージに垂直な軸を回転軸として被検物を回転するθzステージ、被検物の曲率中心を軸として被検物を傾けるθxステージを含む。制御部７は、光学系、ステージ８及び撮像素子３を制御するとともに、撮像された干渉パターンに基づいて被検面２の形状を算出する。
【００１４】
図１に、光学系の光軸１１と被検面の中心軸１０とが第１角度をなす第１位置における参照面１と被検面２との配置状態を示す。本実施形態では、第１位置は光学系の光軸１１と被検面の中心軸１０が一致する位置としている。図２に、光学系の光軸１１と被検面の中心軸１０とが第２角度をなす第２位置における参照面１と被検面２との配置状態を示す。第２位置は、ステージ８のθxステージを用いて被検面２を円弧に沿って傾けた状態、即ち光学系の光軸１１から被検面の中心軸１０がγだけ傾いている状態である。
【００１５】
図４に、被検面の形状を測定する方法のフローチャートを示す。
【００１６】
第１工程としてのステップ１では、制御部７の制御手段７６が、第１位置において、ステージ８のθzステージを用いて被検面２を被検面の中心軸１０に対して複数（ｎ個）の回転角度だけ回転させる。そして、制御部７の第１取得手段７１が、被検面２を複数（ｎ個）の回転角度回転させた位置で測定された複数（ｎ個）の第１データＡ１〜Ａｎを取得する。この時、回転角度α１〜αｎを不図示の記憶手段に記録しておく。
【００１７】
制御手段７６は、ステージ８のθzステージを用いて被検面２を複数（ｎ個）の回転角度だけ回転させる際、被検面２の回転軸が被検面の中心軸１０と一致するように、ステージ８の駆動を制御することが好ましい。ステージ８の駆動量は、マスク機能等を用いて形状データの中心座標を算出し、中心位置のズレ量から駆動量を算出させる。
【００１８】
ステップ２では、制御部７の算出手段７３が、ステップ１で取得したｎ個の第１データＡ１〜Ａｎを単純平均し、被検面２の第１回転平均形状データＡを算出する。第１回転平均形状データＡは、参照面１の形状データと、第１位置における被検面の中心軸１０を中心とした被検面２の回転対称成分との和である。
【００１９】
第２工程としてのステップ３では、制御手段７６が、第２位置において、ステージ８のθzステージを用いて被検面２を被検面の中心軸１０に対して複数（ｍ個）の回転角度だけ回転させる。そして、制御部７の第２取得手段７２が、被検面２を複数（ｍ個）の回転角度回転させた位置で測定された複数（ｍ個）の第２データＢ１〜Ｂｍを取得する。制御手段７６は、ステージ８のθzステージを用いて被検面２を複数（ｍ個）の回転角度だけ回転させる際も、ステップ１と同様に、被検面２の回転軸が被検面の中心軸１０と一致するように、ステージ８の駆動を制御することが好ましい。
【００２０】
ステップ４は、算出手段７３が、ステップ３で取得したｍ個の第２データＢ１〜Ｂｍを単純平均し、被検面２の第２回転平均形状データＢを算出する。第２回転平均形状データＢは、参照面１の形状データと、第２位置における被検面の中心軸１０を中心とした被検面２の回転対称成分の和である。ステップ２及びステップ４は、ｎ個の第１データ及びｍ個の第２データから被検面２の第１回転平均形状データＡ及び第２回転平均形状データＢをそれぞれ算出する第３工程を構成する。
【００２１】
ステップ５では、制御部７のディストーション手段７５が、第１データＡ１〜Ａｎ、第１回転平均形状データＡ及び第２回転平均形状データＢを、光学系のディストーション誤差を低減するように補正する。ディストーション補正値は予め測定して得られている値か、設計値を用い得る。制御部７の分離手段７４（第２算出手段）は、第１データＡ１〜Ａｎ、第１回転平均形状データＡ及び第２回転平均形状データＢから参照面１の形状データと被検面２の形状データを分離して算出する第４工程において、ディストーション誤差が補正されたデータを使用する。
【００２２】
ステップ６では、分離手段７４が被検面２の回転対称成分を算出する。第１回転平均形状データＡと第２回転平均形状データＢとの差をとると、参照面形状データが相殺され、第１位置及び第２位置における被検面の回転対称成分の差分となる。回転対称成分が有する同心円状の等高線の性質を用いて披検面形状の回転対称成分を算出する。
【００２３】
同心円状の等高線の性質を用いた回転対称成分の算出方法を、図７を用いて説明する。図７の実線が第１回転平均形状データＡの回転平均形状ＲＩ１、点線が第２回転平均形状データＢの回転平均形状ＲＩ２を示す。それぞれの同半径の位置は同心円状の等高線となる。ＡとＢ、ＣとＤはそれぞれ第１の回転平均形状の同等高線上でＲＩ１Ａ、ＲＩ１Ｂと表す。また、ＢとＤ、ＡとＣはそれぞれ第２の回転平均形状の同等高線上でＲＩ２Ａ、ＲＩ２Ｂと表す。図７では第１の回転平均形状と第２の回転平均形状の差分なので、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤはそれぞれＲＩ１Ａ−ＲＩ２Ｂ、ＲＩ１Ａ−ＲＩ２Ａ、ＲＩ１Ｂ−ＲＩ２Ｂ、ＲＩ１Ｂ−ＲＩ２Ａとなる。未知数がＲＩ１Ａ、ＲＩ１Ｂ、ＲＩ２Ａ、ＲＩ２Ｂの４つで、方程式が実質３つできるので、ＲＩ１Ａを基準としたＲＩ１Ｂ、ＲＩ２Ａ、ＲＩ２Ｂを求めることができる。これを全面について行うと、被検面形状の回転対称成分が求められる。
【００２４】
ステップ７では、分離手段７４が、参照面１の形状データと第１位置における被検面２の回転対称成分との和である第１回転平均形状データＡからステップ６で算出された被検面形状の回転対称成分を減算し、参照面の形状データを算出する。
【００２５】
ステップ８では、分離手段７４が、ステップ１で取得された第１データＡ１〜Ａｎからステップ７で算出された参照面の形状データを減算し、ｎ個の回転角度位置における被検面２の形状データを算出する。
【００２６】
ステップ９では、分離手段７４が、ステップ８で算出されたｎ個の回転角度位置における被検面２の形状データを、同一の回転角度位置における被検面の複数の形状データに変換する。同一の回転角度位置は、例えば回転角度が０°となる位置である。被検面２を回転角度α１〜αｎだけ回転させて取得された第１データＡ１〜Ａｎのそれぞれを回転角度α１〜αｎ分だけ座標系を逆回転させたデータに変換する。つまり、被検面２を+α１回転させて取得された第１データＡ１は、当該第１データＡ１の座標系を-α１回転させた座標系のデータに変換する。
【００２７】
回転角度α１〜αnがπ/２,π,３π/２以外の場合は、回転前の１画素が回転後の１画素に１:１では対応しない。その場合、回転後の１画素を、回転前の形状データから補間することにより求める。これを全画素について行う。
【００２８】
ステップ１０では、分離手段７４が、ステップ９で変換された同一の回転角度位置例えば回転角度０°位置における被検面のｎ個の形状データの平均を算出し、算出した平均データを被検面形状データとする。
【００２９】
本実施形態は、第１角度をなす状態が光学系の光軸１１と被検面の中心軸１０とが一致する状態であるとして説明した。しかし、第１角度をなす状態が光学系の光軸１１と被検面の中心軸１０とが一致する位置でない場合でも、同様の座標変換を行って演算を行えばよい。
【００３０】
本実施形態において、被検面２を第１位置と第２位置に移動させたが、被検面２の移動に換えて、参照面側に駆動ステージを設け、参照面１を移動させることもできる。
【００３１】
本実施形態において、第２位置で複数の第２データを取得したが、第２データは単一のデータであってもよい。
【００３２】
本実施形態は被検面の回転対称成分を求める演算で説明したが、これに限られることなく、第１角度をなす状態と第２角度をなす状態とで得られた形状データを用いる全ての測定において適用できる。
【００３３】
本実施形態では、フィゾー型干渉計を使用することとしたが、これに限られることなく、振幅分割型と呼ばれる他の干渉計について同様に適用できる。
【００３４】
本実施形態では、第１位置及び第２位置で取得したデータを用いて演算をする場合について説明したが、これに限られることなく、３箇所以上の測定位置で得られたデータを用いる場合においても同様に適用できる。
【００３５】
本実施形態では、被検面が球面である場合について説明したが、これに限られることなく、被検面が平面であっても適用できる。
【００３６】
本実施形態は被検面を１回転させながら形状データを得て、被検面の回転非対称成分の情報をなくした（参照面と被検面の回転対称成分のみの情報にした）。しかし、あらかじめ被検面の回転非対称が分かっている場合にはそれぞれの角度状態より被検面の回転非対称成分を引いてもよい。
【００３７】
本発明の被検面の形状を測定する方法又は装置を用いて測定した光学部品を露光装置の投影光学系又は照明光学系に用いれば、従来よりも性能の良い露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】光学系の光軸と被検面の中心軸が一致している第１角度をなす状態を示す図。
【図２】被検面を円弧に沿って傾けた状態、即ち光学系の光軸から被検面の中心軸がγだけ傾いている第２角度をなす状態を示す図。
【図３】従来技術における被検面の形状を測定する方法のフローチャート。
【図４】本発明に係る被検面の形状を測定する方法の一例を示すフローチャート。
【図５】本発明に係る被検面の形状を測定する装置の一例としてのフィゾー干渉計を示す図。
【図６】図５における制御部７の構成を示す図。
【図７】同心円状の等高線の性質を用いた演算の説明図。
【符号の説明】
【００３９】
１：参照面、２：被検面、３：撮像素子、４：光源、５：半透鏡、６：フィゾーレンズ、７：制御部、７１：第１取得手段、７２：第２取得手段、７３：算出手段、７４：分離手段、７４：ディストーション補正手段、７６：制御手段、８：ステージ、９：結像レンズ、１０：被検面の中心軸、１１：光学系の光軸
【図１】
0004950783.tif 000002
【図２】
0004950783.tif 000003
【図３】
0004950783.tif 000004
【図４】
0004950783.tif 000005
【図５】
0004950783.tif 000006
【図６】
0004950783.tif 000007
【図７】
0004950783.tif 000008