JP4125113B2 - 干渉装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置に関する。
【０００２】
特に２次元の干渉縞強度分布から、被検面での形状誤差、或いは被検物、例えば被検レンズの透過波面収差の測定を行う際に好適な干渉装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、面形状の測定や物体のホモジニティ（均質性）の測定に光の干渉を利用した干渉測定装置（干渉装置）が用いられている。
【０００４】
図７は従来の干渉測定装置の要部概略図である。図７において光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、ＸＹＺステージ３に設けたＴＳレンズ５に至る。ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１２からの指令により高精度にＸＹＺ３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（ＰＺＴアクチュエータ）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置される。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、後述する波面計測時にはＣＣＤカメラ１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【０００５】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１からの光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ反射率５％程度の反射光を発生する。以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【０００６】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＸＹＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。
【０００７】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面の収差計測時には、ＲＳミラー９の曲率中心位置と像側集光点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされる。
【０００８】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、光学リレー１１によって、拡散板２０上に前記参照光束と前記被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。
【０００９】
拡散板２０は、駆動手段Ｍで回転する事でスペックル等の光学ノイズを平均化するために用いられている。拡散板２０で拡散された干渉縞は、ズームレンズ２１によりＣＣＤカメラ１２上に伝達され、ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ１３に転送される。
【００１０】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相を算出する。干渉縞の位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。
【００１１】
被検レンズ７の透過波面収差は、干渉縞の位相差として求められ、必要に応じＴＳレンズ５の最終面５ａの面誤差等に起因するシステムオフセットの減算を行われる。
【００１２】
以上で、被検レンズ７の透過波面収差の測定が終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
被検レンズの透過波面収差或いは、被検面の形状誤差を干渉縞の位相として求める従来の方法は、次のような課題があった。
【００１４】
即ち、被検レンズの瞳あるいは被検面から結像系（干渉計）を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を処埋系でデジタル信号へと変換する一連の干渉縞の測定過程における干渉縞の空間周波数に依存したコントラスト特性によって、算出される干渉縞の位相分布に振幅低下が発生し、被検レンズの透過波面収差或いは被検面の形状誤差と、干渉縞の位相分布に誤差が発生することがあった。
【００１５】
この為特に、高空間周波数領域における被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状の測定誤差が大きく、高空間周波数まで正確な値が必要となる例えば半導体露光装置用の投影レンズ等の計測が正しく行えなかった。
【００１６】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉測定装置の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の干渉装置の特徴は次のとおりである。
◎被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを用いて干渉縞を得る光学手段と、前記被検光束と前記参照光束との光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子で前記干渉縞を走査して前記撮像素子で撮像した複数の干渉縞から位相分布を算出する処理系と、を有する干渉装置において、
前記処理系が算出した前記位相分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。
【００２０】
図１は実施形態１で用いる干渉測定装置の要部概略図である。光源（光源手段）１を射出した光束はハーフミラー２を透過し、ＸＹＺステージ３に保持されたＴＳレンズ５に至る。
【００２１】
ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１３からの指令により高精度にＸＹＺ方向の３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（光路長差変化素子）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置されている。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、被検物（被検レンズ）７の波面計測時にはＣＣＤカメラ（撮像素子）１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【００２２】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面（参照面）５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１から放射される光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ５％程度の反射を発生するようにしている。
【００２３】
以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【００２４】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。
【００２５】
以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。本実施形態１では、ＴＳレンズ５とＲＳミラー９により、所謂、フィゾー型干渉計の構成を用いているが、干渉計の構成は例えばトワイマングリーン型等の非共通光路型、あるいは点回折型やシア型（シアリング型）の干渉計でも構わない。
【００２６】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面収差の計測時にはＲＳミラー９の曲率中心と像側焦点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされている。
【００２７】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、瞳結像レンズ１１と空間フィルター５０を介して、ＣＣＤカメラ１２上に参照光束と被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。空間フィルター５０は、瞳結像レンズ１１中のＴＳレンズ５の焦点６との共役面上に設置している。この空間フィルタ５０はＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに起因するナイキスト周波数以上の空間周波数成分を遮光し、所謂エリアシングを防ぐために用いている。ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは処理系としての制御コンピュータ１３に転送される。
【００２８】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し、干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相（位相差分布）を算出する。干渉縞から位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。算出された位相差分布は、必要に応じ、ＴＳレンズ５の最終面５ａの誤差等に起因するシステムオフセットを減算する。
【００２９】
尚、光源１から被検物７を介して撮像素子１２に至る光路中に設けている光学部材は、光学手段の一要素を構成している。
【００３０】
以上により、干渉測定装置による被検物７の干渉縞位相分布（波面収差）の測定の手続きを終了する。
【００３１】
このとき得られる干渉縞位相分布（測定値）は、干渉測定装置のＭＴＦによって振幅が低下している。
【００３２】
そこで本実施形態では、このときの測定値を制御コンピュータ１３内の補正手段によって、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって補正している。
【００３３】
次に本実施形態の干渉測定装置で得られる測定値を干渉測定装置が有するＭＴＦによって補正する方法について図２を参照しながら説明する。
【００３４】
本実施形態における干渉測定装置のＭＴＦは、瞳結像レンズ１１、空間フィルタ５０の内径等から計算によって、既に得ている。
【００３５】
Ｍ１は干渉測定装置によって測定された被検物７の測定値の干渉縞位相分布（位相差分布）を表す。この測定値Ｍ１に対し、最小二乗法等を用いて多項式フィッティングを行うことにより、多項式成分Ｚ１と多項式残渣成分Ｒ１に分離する。多項式としてはＺＥＲＮＩＫＥ多項式等を用いている。
【００３６】
次に、残渣成分Ｒ１に対し２次元フーリエ変換（フーリエ変換）を行う事で周波数分布（測定結果空間周波数分布）ＲＦ１を得る。ここで残渣成分Ｒ１を用いるのは、透過波面瞳端部或いは被検面端部の極端な変化による不要周波数生成物を抑える為である。ＭＴＦ１は干渉測定装置のＭＴＦ空間周波数分布である。
【００３７】
周波数分布（空間周波数分布）ＭＴＦ１は、前記周波数分布ＲＦ１と同一スケールの空間周波数面上に、前記干渉測定装置のＭＴＦ分布（ＭＴＦ空間周波数分布）を展開したものである。
【００３８】
周波数分布ＲＦ２は干渉測定装置のＭＴＦの補正後の残渣波面周波数分布を表し、周波数分布ＲＦ１を周波数分布ＭＴＦ１で除算し、
ＲＦ２＝ＲＦ１／ＭＴＦ１
と表される。
【００３９】
この補正は、ＭＴＦで補正しようとする領域の波面収差周波数成分振幅が１／２π波長より十分小さい場合に適用される。以下数式を用いて前記ＭＴＦ補正の原理について説明する。
【００４０】
簡単のため、被検物の被検光束の波面として単一空間周波数の分布を有する波面を考え、参照光束の波面は完全に平面であるとする。このとき、被検光束の複素振幅Ｅtest、參照光束複素振幅Ｅrefは、
Ｅtest（ｘ,ｙ）＝Ｅ0ｅｘｐ(ｉａcos(２πｉｆｘ))
Ｅref（ｘ,ｙ）＝Ｅ0ｅｘｐ(ｉωｔ)
と表される。
【００４１】
ここで、Ｅ0は電磁振幅、ｘは空間座標、ｔは時間、ｆは波面の空間周波数、ωはフリンジスキャンの周波数を表す。
【００４２】
これら前記被検光束と前記参照光束による干渉縞強度は、Ｉ0を入射光束の強度とすると、
となる。
【００４３】
ここで波面振幅ａは十分小さいとしてａの一次の項までの近似で表している。ＭＴＦによる強度振幅変化（劣化率）をＭ（ｆ）とすると、制御コンピュータ１３で取得される干渉縞強度画像は、
Ｉmeas(ｘ,ｔ)＝Ｉ0(１＋sin(ωt)＋Ｍ(ｆ)ａcos(２πｆｘ)cos(ωｔ))
となる。
【００４４】
フリンジスキャンは干渉縞変化のｃｏｓ変調成分、ｓｉｎ変調成分を摘出して位相を算出するため、制御コンピュータ１３において計算される位相は、
【００４５】
【数１】
【００４６】
となる。
【００４７】
つまり、被検光束の波面の振幅ａがＭＴＦによる強度振幅劣化Ｍ（ｆ）だけ減少して算出される事になる。
【００４８】
従って、干渉縞位相分布を空間周波数ごとにそれぞれのＭＴＦ１で除算する事で、干渉測定装置のＭＴＦに起因する測定誤差の補正を行うことが可能となる。言い換えると、振幅のゲインのうち所望の領域（この場合は干渉測定装置のＭＴＦに起因してゲインが落ちてしまう領域）のゲインを増幅する、或いは振幅のゲインのうち所望の領域のゲインを下げることが可能となる。
【００４９】
補正後の周波数分布ＲＦ２に対し逆フーリエ交換を行い、実空間上の残渣波面Ｒ２を得る。これに最初に分離した多項式成分Ｚ１を加えることで、測定値Ｍ１に対する干渉測定装置のＭＴＦの補正が完了し、補正された波面収差分布Ｍ２が得られ、これによって透過波面収差分布Ｍ２の測定が終了する。このときの測定値Ｍ２を表示手段ＤＳに表示している。
【００５０】
ＭＴＦによる補正の効果を図３に示す。破線が補正前の測定波面周波数分布Ｍ１、鎖線が干渉測定装置のＭＴＦ（ＭＴＦ１）を表す。従来、破線で表されていた測定波面周波数分布Ｍ１は、ＭＴＦにより真値である実線の測定値Ｍ２へと補正される。干渉測定装置のＭＴＦ劣化が大きい場合には、特に高周波領域での振幅劣化が顕著となり、２割から３割も残渣波面のＲＭＳの増加が発生する。
【００５１】
尚、以上の演算は制御コンピュータ１３内又は外部に設けた演算手段ＣＰによって行っている。
【００５２】
本実施形態ではこのように測定値Ｍ１を干渉測定装置によるＭＴＦによって補正することによって、被検物の波面収差を高精度測定することを容易にしている。
【００５３】
（実施形態２）
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００５４】
実施形態２は、干渉測定装置でパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞のコントラストを測定することにより、干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、透過波面収差の測定値を補正している。被検レンズの透過波面収差の測定方法、ＭＴＦの補正方法については実施形態１で述べたので省略する。
【００５５】
図４に実施形態２の干渉測定装置におけるＭＴＦの測定方法を示す。基本的な構成は図１に示した透過波面収差の測定系と同一であるが、被検レンズ７の代わりに、ＴＳレンズ５の焦点面に曲率中心を有するＲＳミラー１５を配置している。この構成は所謂システムエラー状態であり、ＴＳレンズ５の最終面５ａの形状誤差とＲＳミラー１５の形状誤差に応じた干渉縞がＣＣＤカメラ１２上に形成される。
【００５６】
ＭＴＦの測定時にシステムエラーの構成をとるのは、干渉縞空間周波数依存以外の干渉縞コントラスト劣化を最低限に抑えるためである。尚、本実施形態の構成は、球面形状測定用の干渉計構成と同一である。球面形状測定装置の場合には、ＲＳミラー１５の代わりに、球面形状サンプル、即ち被検面を用いても構わない。
【００５７】
前記干渉縞は、ｘｙｚステージ３を駆動する事で、ティルト及びパワー成分を発生させることが可能である。光軸方向の駆動でパワー成分を発生させ、光軸と垂直方向の駆動でティルト成分を発生させている。
【００５８】
まず、ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される参照光束とＲＳミラー１５で反射される被検光束の２光束による干渉縞をＮＵＬＬ状態とするように、ｘｙｚステージ３を調整する。
【００５９】
次に光軸方向にｚステージを駆動し、パワー成分による干渉縞（波面変化）を発生させる。測定半径のＮＡと測定半径で規格化された暗中心からの半径ｒ及びｚステージ駆動量Δｚによって発生するパワー成分の波面は、
【００６０】
【数２】
【００６１】
と近似される。従ってこの被極光束にパワー成分が加わった場合の干渉縞は、
【００６２】
【数３】
【００６３】
となるため、干渉縞の空間周波数は半径ｒの関数として、
【００６４】
【数４】
【００６５】
と表され、瞳中心を空間周波数０として、干渉縞画像の座標を空間周波数座標に変換する事ができる，
この関係を用い、測定半径ｒのＮＡにおいてナイキスト周波数となるようにｘｙｚステージ３を駆動量Δｚ駆動すればよい。
【００６６】
ｚステージ駆動が終了した後、干渉縞の測定を行う。圧電素子４を駆動させる事で被検光束、参照光束間に光路長差を与え、所謂フリンジスキャンを行う。得られた複数毎の干渉縞画像により透過波面収差測定時と同様に波面の計算を行うと共に、制御コンピュータ１３内の演算手段により干渉縞画像によりコントラストの計算を行う。コントラストの計算に必要な背景光強度分布は、光源１からの光束を遮光するなどして別途予め測定している。
【００６７】
干渉縞のコントラストの計算は、画素ごとにフリンジスキャンつまり時間変化に対する強度変化から、例えばＳＩＮ関数でフィッティングする事により算出している。強度変化の最大値、最小値を摘出してコントラストを計算しても良い。コントラストの計算は、有効領城中の全画素について行っている。
【００６８】
測定した波面収差は、微分する事で空間周波数の座標確認に用いている。
【００６９】
各画素において計算されたコントラスト分布は、そのまま分布上各点の空間周波数分布（２次元空間周波数）となっているため、任意のＭＴＦ算出のために２次元関数フィッテイングを行う。本実施形態では、関数式に２次元のＭｏｆｆａｔ関数を用いている。
【００７０】
Moffat2D(x,y,k0,k1,k2,k3,k4)=(k0/(1+(x/k1)2)k2)×(1/(1+(y/k3)2)k4)
ここで、ｘ，ｙは空間周波数、ｋ0〜ｋ4はフィッティングパラメータを表す。この関数は空間周波数０において値ｋ0をとるため、フィッティング終了後、ｋ0＝１とする事で規格化を行い、コントラスト分布からＭＴＦへの変換を行う。
【００７１】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定を行っている。計測結果のＭＴＦの補正は実施形態１と同様に行っている。
【００７２】
（実施例３）
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００７３】
実施形態３では、平行平板を用い干渉測定装置でティルト縞のコントラストを測定することにより干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、測定値を補正している。
【００７４】
図５は実施形態３における平面基板の面形状を測定するための干渉測定装置の概略図である。
【００７５】
実施形態２と異なる主たる点はＴＳレンズの代わりにＴＦ基板（透過基準板）１６、ＲＳミラーの代わりにＲＦ基板（反射基準板）１７を用い、参照光束のＴＦ反射光束及び被検光束のＲＦ反射光束共に平行光束である点である。ＲＦ基板１７としているが、検査用の平面基板を用いても構わない。
【００７６】
ＴＦ基板１６は高精度に光軸方向の駆動が可能な圧電素予４上に設置されており、ＲＦ基板１７は光軸に垂直な２方向の角度調整が可能な煽りステージ１８に設置され、制御コンピュータ１３により駆動可能となっている。
【００７７】
ティルト縞によりＭＴＦを測定する際には、まずティルト成分が最小となるように煽りステージ１８を調整する。調整後の干渉縞状態をＮＵＬＬと称す。
【００７８】
ＮＵＬＬにおいて干渉縞コントラストの計算を行う。計算方法については、実施形態２と同様、縞走査を行い、画素ごとの干渉縞の強度変化に対してＳＩＮフィッティングを行っている。
【００７９】
干渉縞のコントラストは干渉計の有効領域内の複数画素において計算し、結果を平均化する事でより高精度な測定を行っている。
【００８０】
以上でＮＵＬＬにおける干渉縞コントラストＶ（０）を得る。
【００８１】
次に煽りステージ１８を駆動し、ティルト縞を発生させる。この時、煽りステージ１８は光軸（ｚ）垂直方向のｘ或いはｙ方向に駆動しＣＣＤカメラ１２の画素配列方向に沿った干渉縞を発生させている。ここではｘ方向にステージを駆動する。この状態において、ＮＵＬＬと同様に干渉縞のコントラストを計算する。
【００８２】
コントラストの計算の際には同時に波面の算出も行う。算出された波面のティルト成分を、回帰分析等により計算することにより、ティルト縞のＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに対する空間周波数ｋxを計算できる。
【００８３】
以上で、干渉縞空間周波数ｋxにおける干渉縞のコントラストＶ（ｋx）を得る。以下、空間周波数ｋxがＣＣＤカメラ１２のナイキスト周波数（干渉縞１本／２画素）まで測定を続ける。
【００８４】
これら一連の測定結果を図６に示した。複数のティルト状態のコントラストを測定することにより得られる離散コントラストデータは、ＮＵＬＬにおける干渉縞のコントラストの値で規格化を行い、ＭＴＦに変換する。図６の黒丸は変換後のＭＴＦデータを示す。変換後の離散ＭＴＦデータに対して、最小二乗法等により関数フィッティングを行う。被検レンズのＮＡ或いは被検面形状の半径によって前記空間周波数は変化するため、フィッティングにより関数化すれば補正の際に必要なＭＴＦ分布の作成が容易になる。
【００８５】
図６の破線は、フィッティング後の関数である。使用する関数は次式で表されるＭｏｆｆａｔ関数等を用いればよい。
【００８６】
Ｍｏｆｆａｔ(ｘ,ｋ0,ｋ1)＝(１／(１＋(ｘ／ｋ0)2)k1)
ここで、ｘは空間周波数、ｋ0，ｋ1，ｋ2はフィッティングパラメータである。
【００８７】
本実施形態では被検レンズの瞳結像系としてコヒーレント結像を用いているが、瞳結像系にインコヒーレント結像が含まれる干渉測定装置においては、例えば理想光学系のインコヒーレント光学系のＭＴＦを表す。
【００８８】
【数５】
【００８９】
を前記Ｍｏｆｆａｔ関数に乗じてフィッティングする事で、インコヒーレント光学系特有の周波数０で傾きを有するコントラスト劣化特性を表現することが可能である。
【００９０】
以上で、ＣＣＤカメラ１２の水平方向に対するＭＴＦの算出が終了する。
【００９１】
次に、同様の手続きによりＣＣＤカメラ１２の垂直方向に対するＭＴＦを測定し、干渉測定装置のＭＴＦ測定が完了する。
【００９２】
補正用のＭＴＦ分布（２次元空間周波数の分布）は、水平方向、垂直方向のＭＴＦ関数をＨ（ｋx）、Ｖ（ｋy）として、双方を乗算することにより
ＭＴＦ（ｋx,ｋy）＝Ｈ（ｋx）×Ｖ（ｋy）
なる関係を用いて作成する。
【００９３】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定が完了する。計測値のＭＴＦによる補正は実施形態１と同様に行えばよい。
【００９４】
以上のように各実施形態によれば、従来の干渉測定装置のＭＴＦ特性によって、低下していた高周波成分の被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状誤差を補正し、正確な測定を行うことができる。
【００９５】
また、干渉測定装屋上で発生するティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞から干渉測定装置の、被検光学系の瞳あるいは被検面形状か瞳結像系を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を制御系でデジタル信号へと変換される一連の測定過程におけるＭＴＦを測定する事で、前記補正に用いるＭＴＦを高精度に測定する事ができる。
【００９６】
また、上記の実施形態においては、レンズ、ミラー等の光学素子の形状を測定するための干渉（測定）装置について記載したが、本発明はこの限りではなく、本実施形態によって形状を測定された光学素子に適用しても良い。あるいは本実施形態の干渉装置を用いて形状を測定された光学素子を用いた光学機器、例えば露光装置、顕微鏡等の精密光学機器、さらには、その露光装置を用いて基板を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程とを有するデバイスの製造方法に適用しても良い。
【００９７】
［実施態様１］
被検物を介した光を用いて干渉縞を形成する干渉装置であって、
前記干渉縞から得られる位相差分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【００９８】
［実施態様２］
前記補正手段が、前記位相差分布の第1周波数成分と前記第1周波数成分より空間周波数の高い第２周波数成分のうち、前記第1周波数成分のゲインを略一定に保ち、前記第２周波数成分のゲインを補正することを特徴とする実施態様１記載の干渉装置。
【００９９】
［実施態様３］
前記補正手段が、前記第２周波数成分のゲインを増幅することを特徴とする実施態様２記載の干渉装置。
【０１００】
［実施態様４］
前記位相差分布に基づいて、前記被検物の形状を導く手段を有することを特徴とする実施態様１乃至３いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０１】
［実施態様５］
前記干渉縞を形成する２つの光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様１乃至４いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０２】
［実施態様６］
被検物を介した光束を用いて干渉縞を得る光学手段と、該干渉縞を撮像する為の撮像素子と、前記撮像素子で撮像される前記干渉縞から前記複数の光束の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を該干渉装置におけるＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１０３】
［実施態様７］
前記被検物が被検レンズであるときはその瞳と、前記撮像素子は共役関係となっていることを特徴とする実施態様６の干渉装置。
【０１０４】
［実施態様８］
前記干渉装置におけるＭＴＦは、前記被検面から又は前記被検物が被検レンズのときは、該被検レンズの瞳から前記撮像素子に至り、該撮像素子で撮影される干渉縞情報を処理系でデジタル信号へと変換する一連の測定過程におけるものであることを特徴とする実施態様６又は７の干渉装置。
【０１０５】
［実施態様９］
前記干渉縞を形成する複数の光束の互いの光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様６乃至８いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０６】
［実施態様１０］
前記ＭＴＦを、前記干渉縞を形成する光束をティルト或いはパワー成分の波面変化を与えた際の干渉縞コントラストの干渉縞空間周波数に対する劣化率から算出する決算手段を有していることを特徴とする実施態様６乃至９いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０７】
［実施態様１１］
前記補正手段は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様６乃至１０乃至いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０８】
［実施態様１２］
前記ＭＴＦに基づく補正は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６乃至１０いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０９】
［実施態様１３］
前記ティルトしたときの干渉縞によるＭＴＦの測定は、前記撮像素子に対し、水平方向、垂直方向の干渉縞を含む少なくとも２方向について行う事を特徴とする実施態様１０の干渉装置。
【０１１０】
［実施態様１４］
前記ティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞によるＭＴＦの測定において、干渉縞の空間周波数を、測定値のティルト成分或いは、パワー成分の微分値から算出することを特徴とする実施態様１０又は１１の干渉装置。
【０１１１】
［実施態様１５］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出することを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１２】
［実施態様１６］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出するとき、該関数式にＭｏｆｆａｔ関数を用いることを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１３】
［実施態様１７］
前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１４】
［実施態様１８］
前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行うとき、多項式としてＺＥＲＮＩＫＥ多項式を用いる事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１５】
［実施態様１９］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって、補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１１６】
［実施態様２０］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦを、該被検光束又は／及び該参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率から算出する演算手段を有していることを特徴とする干渉装置。
【０１１７】
［実施態様２１］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１８】
［実施態様２２］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数分布を該干渉装置の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算することによって行っていることを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１９】
［実施態様２３］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率は、前記撮像素子面上における水平方向と垂直方向について行うことを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２０】
［実施態様２４］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率の算出は、前記干渉波面のティルト成分又はパワー成分の微分値から求めていることを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２１】
［実施態様２５］
実施態様１乃至２４に記載の干渉装置を用いて形状を測定した光学素子。
【０１２２】
［実施態様２６］
実施態様２５に記載の光学素子を備える光学機器。
【０１２３】
［実施態様２７］
実施態様２５に記載の光学素子を備える露光装置。
【０１２４】
［実施態様２８］
実施態様２７記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の概略構成図である。
【図２】 本発明に係るＭＴＦの補正手続きを示すフローチャートである。
【図３】 本発明に係るＭＴＦの補正による透過波面収差周波数分布変化を示すグラフである。
【図４】 本発明の実施形態２の概略構成図である。
【図５】 本発明の実施形態３の概略構成図である。
【図６】 本発明に係るティルト縞によるＭＴＦの測定を示す図である。
【図７】 従来の干渉測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光源手段
２ ハーフミラー
３ ＸＹＺステージ
４ 圧電素子
５ ＴＳレンズ
６ 焦点
７ 被検物
８ 焦点
９ ＲＳミラー
１０ ＸＹＺステージ
１１ 瞳結像レンズ
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 制御コンピュータ
１５ ＲＳミラー
１６ ＴＦ基板
１７ ＲＦ基板
１８ ステージ
５０ 空間フィルター
Ｍ１ 測定結果干渉縞位相
Ｚ１ 測定結果干渉縞位相多項式成分
Ｒ１ 測定結果干渉縞位相残渣成分
ＲＦ１ 測定結果干渉縞位相残渣成分の空間周波数分布
ＭＴＦ１ 干渉計ＭＴＦ空間周波数分布
ＲＦ２ 補正結果透過波面収差残渣成分の空間周波数分布
Ｒ２ 補正結果透過波面収差残渣成分
Ｍ２ 補正結果透過波面収差分布
Ｅtest（ｘ，ｔ） 被検光束複素振幅
Ｅref（ｘ，ｔ） 参照光束複素振幅
Ｅ０ 電場振幅
ａ 波面振幅
ｆ 波面空間周波数
ω フリンジスキャン周波数
Ｍ（ｆ） 空間周波数ｆにおけるＭＴＦ
Ｗdef デフォーカス波面
Δｚ デフォーカス
ＮＡ 測定光束のＮＡ
ｒ 測定光束半径
ｋ 干渉縞空間周波数
Ｖ 被検面振幅
ｋx 水平方向空間周波数
ｋy 垂直方向空間周波数
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置に関する。
【０００２】
特に２次元の干渉縞強度分布から、被検面での形状誤差、或いは被検物、例えば被検レンズの透過波面収差の測定を行う際に好適な干渉装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、面形状の測定や物体のホモジニティ（均質性）の測定に光の干渉を利用した干渉測定装置（干渉装置）が用いられている。
【０００４】
図７は従来の干渉測定装置の要部概略図である。図７において光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、ＸＹＺステージ３に設けたＴＳレンズ５に至る。ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１２からの指令により高精度にＸＹＺ３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（ＰＺＴアクチュエータ）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置される。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、後述する波面計測時にはＣＣＤカメラ１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【０００５】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１からの光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ反射率５％程度の反射光を発生する。以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【０００６】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＸＹＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。
【０００７】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面の収差計測時には、ＲＳミラー９の曲率中心位置と像側集光点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされる。
【０００８】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、光学リレー１１によって、拡散板２０上に前記参照光束と前記被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。
【０００９】
拡散板２０は、駆動手段Ｍで回転する事でスペックル等の光学ノイズを平均化するために用いられている。拡散板２０で拡散された干渉縞は、ズームレンズ２１によりＣＣＤカメラ１２上に伝達され、ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ１３に転送される。
【００１０】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相を算出する。干渉縞の位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。
【００１１】
被検レンズ７の透過波面収差は、干渉縞の位相差として求められ、必要に応じＴＳレンズ５の最終面５ａの面誤差等に起因するシステムオフセットの減算を行われる。
【００１２】
以上で、被検レンズ７の透過波面収差の測定が終了する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
被検レンズの透過波面収差或いは、被検面の形状誤差を干渉縞の位相として求める従来の方法は、次のような課題があった。
【００１４】
即ち、被検レンズの瞳あるいは被検面から結像系（干渉計）を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を処埋系でデジタル信号へと変換する一連の干渉縞の測定過程における干渉縞の空間周波数に依存したコントラスト特性によって、算出される干渉縞の位相分布に振幅低下が発生し、被検レンズの透過波面収差或いは被検面の形状誤差と、干渉縞の位相分布に誤差が発生することがあった。
【００１５】
この為特に、高空間周波数領域における被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状の測定誤差が大きく、高空間周波数まで正確な値が必要となる例えば半導体露光装置用の投影レンズ等の計測が正しく行えなかった。
【００１６】
本発明は、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉測定装置の提供を目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の干渉装置の特徴は次のとおりである。
◎被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを用いて干渉縞を得る光学手段と、前記被検光束と前記参照光束との光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子で前記干渉縞を走査して前記撮像素子で撮像した複数の干渉縞から位相分布を算出する処理系と、を有する干渉装置において、
前記処理系が算出した前記位相分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の各実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について説明する。
【００２０】
図１は実施形態１で用いる干渉測定装置の要部概略図である。光源（光源手段）１を射出した光束はハーフミラー２を透過し、ＸＹＺステージ３に保持されたＴＳレンズ５に至る。
【００２１】
ＸＹＺステージ３は制御コンピュータ１３からの指令により高精度にＸＹＺ方向の３軸において独立な駆動が可能となっている。ＸＹＺステージ３上には圧電素子（光路長差変化素子）４を介し、所望のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズ５が設置されている。圧電素子４には制御コンピュータ１３から電圧の印加が可能となっており、被検物（被検レンズ）７の波面計測時にはＣＣＤカメラ（撮像素子）１２に同期した高精度な縞走査が可能となっている。
【００２２】
ここでＴＳレンズ５は最終面５ａの曲率半径と最終面（参照面）５ａ−焦点６間の距離が等しく、最終面５ａ以外に光源１から放射される光束の波長に対する反射防止膜を施す事で、最終面５ａからのみ５％程度の反射を発生するようにしている。
【００２３】
以下ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される光束を参照光束と称す。
【００２４】
ＴＳレンズ５の焦点６が被検レンズ７の物体面と一致するようにＺステージ３により光軸方向の調整がなされおり、被検レンズ７を透過した光束は、被検レンズ７の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）９により反射される。
【００２５】
以下、ＲＳミラー９により反射される光束を被検光束と称す。本実施形態１では、ＴＳレンズ５とＲＳミラー９により、所謂、フィゾー型干渉計の構成を用いているが、干渉計の構成は例えばトワイマングリーン型等の非共通光路型、あるいは点回折型やシア型（シアリング型）の干渉計でも構わない。
【００２６】
ここで、ＲＳミラー９はＴＳレンズ５と同様、制御コンピュータ１３により制御可能なＸＹＺステージ１０上に設けられ、透過波面収差の計測時にはＲＳミラー９の曲率中心と像側焦点８が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされている。
【００２７】
前記参照光束と、前記被検光束は、ＴＳレンズ５で合波され同一光路となりハーフミラー２で反射され、瞳結像レンズ１１と空間フィルター５０を介して、ＣＣＤカメラ１２上に参照光束と被検光束の光路長差に応じた干渉縞を形成する。空間フィルター５０は、瞳結像レンズ１１中のＴＳレンズ５の焦点６との共役面上に設置している。この空間フィルタ５０はＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに起因するナイキスト周波数以上の空間周波数成分を遮光し、所謂エリアシングを防ぐために用いている。ＣＣＤカメラ１２で撮像された干渉縞画像データは処理系としての制御コンピュータ１３に転送される。
【００２８】
制御コンピュータ１３では、圧電素子４を駆動し、干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相（位相差分布）を算出する。干渉縞から位相の算出にはステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。算出された位相差分布は、必要に応じ、ＴＳレンズ５の最終面５ａの誤差等に起因するシステムオフセットを減算する。
【００２９】
尚、光源１から被検物７を介して撮像素子１２に至る光路中に設けている光学部材は、光学手段の一要素を構成している。
【００３０】
以上により、干渉測定装置による被検物７の干渉縞位相分布（波面収差）の測定の手続きを終了する。
【００３１】
このとき得られる干渉縞位相分布（測定値）は、干渉測定装置のＭＴＦによって振幅が低下している。
【００３２】
そこで本実施形態では、このときの測定値を制御コンピュータ１３内の補正手段によって、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって補正している。
【００３３】
次に本実施形態の干渉測定装置で得られる測定値を干渉測定装置が有するＭＴＦによって補正する方法について図２を参照しながら説明する。
【００３４】
本実施形態における干渉測定装置のＭＴＦは、瞳結像レンズ１１、空間フィルタ５０の内径等から計算によって、既に得ている。
【００３５】
Ｍ１は干渉測定装置によって測定された被検物７の測定値の干渉縞位相分布（位相差分布）を表す。この測定値Ｍ１に対し、最小二乗法等を用いて多項式フィッティングを行うことにより、多項式成分Ｚ１と多項式残渣成分Ｒ１に分離する。多項式としてはＺＥＲＮＩＫＥ多項式等を用いている。
【００３６】
次に、残渣成分Ｒ１に対し２次元フーリエ変換（フーリエ変換）を行う事で周波数分布（測定結果空間周波数分布）ＲＦ１を得る。ここで残渣成分Ｒ１を用いるのは、透過波面瞳端部或いは被検面端部の極端な変化による不要周波数生成物を抑える為である。ＭＴＦ１は干渉測定装置のＭＴＦ空間周波数分布である。
【００３７】
周波数分布（空間周波数分布）ＭＴＦ１は、前記周波数分布ＲＦ１と同一スケールの空間周波数面上に、前記干渉測定装置のＭＴＦ分布（ＭＴＦ空間周波数分布）を展開したものである。
【００３８】
周波数分布ＲＦ２は干渉測定装置のＭＴＦの補正後の残渣波面周波数分布を表し、周波数分布ＲＦ１を周波数分布ＭＴＦ１で除算し、
ＲＦ２＝ＲＦ１／ＭＴＦ１
と表される。
【００３９】
この補正は、ＭＴＦで補正しようとする領域の波面収差周波数成分振幅が１／２π波長より十分小さい場合に適用される。以下数式を用いて前記ＭＴＦ補正の原理について説明する。
【００４０】
簡単のため、被検物の被検光束の波面として単一空間周波数の分布を有する波面を考え、参照光束の波面は完全に平面であるとする。このとき、被検光束の複素振幅Ｅtest、參照光束複素振幅Ｅrefは、
Ｅtest（ｘ,ｙ）＝Ｅ0ｅｘｐ(ｉａcos(２πｉｆｘ))
Ｅref（ｘ,ｙ）＝Ｅ0ｅｘｐ(ｉωｔ)
と表される。
【００４１】
ここで、Ｅ0は電磁振幅、ｘは空間座標、ｔは時間、ｆは波面の空間周波数、ωはフリンジスキャンの周波数を表す。
【００４２】
これら前記被検光束と前記参照光束による干渉縞強度は、Ｉ0を入射光束の強度とすると、
【００４３】
ここで波面振幅ａは十分小さいとしてａの一次の項までの近似で表している。ＭＴＦによる強度振幅変化（劣化率）をＭ（ｆ）とすると、制御コンピュータ１３で取得される干渉縞強度画像は、
Ｉmeas(ｘ,ｔ)＝Ｉ0(１＋sin(ωt)＋Ｍ(ｆ)ａcos(２πｆｘ)cos(ωｔ))
となる。
【００４４】
フリンジスキャンは干渉縞変化のｃｏｓ変調成分、ｓｉｎ変調成分を摘出して位相を算出するため、制御コンピュータ１３において計算される位相は、
【００４５】
【数１】
となる。
【００４７】
つまり、被検光束の波面の振幅ａがＭＴＦによる強度振幅劣化Ｍ（ｆ）だけ減少して算出される事になる。
【００４８】
従って、干渉縞位相分布を空間周波数ごとにそれぞれのＭＴＦ１で除算する事で、干渉測定装置のＭＴＦに起因する測定誤差の補正を行うことが可能となる。言い換えると、振幅のゲインのうち所望の領域（この場合は干渉測定装置のＭＴＦに起因してゲインが落ちてしまう領域）のゲインを増幅する、或いは振幅のゲインのうち所望の領域のゲインを下げることが可能となる。
【００４９】
補正後の周波数分布ＲＦ２に対し逆フーリエ交換を行い、実空間上の残渣波面Ｒ２を得る。これに最初に分離した多項式成分Ｚ１を加えることで、測定値Ｍ１に対する干渉測定装置のＭＴＦの補正が完了し、補正された波面収差分布Ｍ２が得られ、これによって透過波面収差分布Ｍ２の測定が終了する。このときの測定値Ｍ２を表示手段ＤＳに表示している。
【００５０】
ＭＴＦによる補正の効果を図３に示す。破線が補正前の測定波面周波数分布Ｍ１、鎖線が干渉測定装置のＭＴＦ（ＭＴＦ１）を表す。従来、破線で表されていた測定波面周波数分布Ｍ１は、ＭＴＦにより真値である実線の測定値Ｍ２へと補正される。干渉測定装置のＭＴＦ劣化が大きい場合には、特に高周波領域での振幅劣化が顕著となり、２割から３割も残渣波面のＲＭＳの増加が発生する。
【００５１】
尚、以上の演算は制御コンピュータ１３内又は外部に設けた演算手段ＣＰによって行っている。
【００５２】
本実施形態ではこのように測定値Ｍ１を干渉測定装置によるＭＴＦによって補正することによって、被検物の波面収差を高精度測定することを容易にしている。
【００５３】
（実施形態２）
次に本発明の実施形態２について説明する。
【００５４】
実施形態２は、干渉測定装置でパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞のコントラストを測定することにより、干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、透過波面収差の測定値を補正している。被検レンズの透過波面収差の測定方法、ＭＴＦの補正方法については実施形態１で述べたので省略する。
【００５５】
図４に実施形態２の干渉測定装置におけるＭＴＦの測定方法を示す。基本的な構成は図１に示した透過波面収差の測定系と同一であるが、被検レンズ７の代わりに、ＴＳレンズ５の焦点面に曲率中心を有するＲＳミラー１５を配置している。この構成は所謂システムエラー状態であり、ＴＳレンズ５の最終面５ａの形状誤差とＲＳミラー１５の形状誤差に応じた干渉縞がＣＣＤカメラ１２上に形成される。
【００５６】
ＭＴＦの測定時にシステムエラーの構成をとるのは、干渉縞空間周波数依存以外の干渉縞コントラスト劣化を最低限に抑えるためである。尚、本実施形態の構成は、球面形状測定用の干渉計構成と同一である。球面形状測定装置の場合には、ＲＳミラー１５の代わりに、球面形状サンプル、即ち被検面を用いても構わない。
【００５７】
前記干渉縞は、ｘｙｚステージ３を駆動する事で、ティルト及びパワー成分を発生させることが可能である。光軸方向の駆動でパワー成分を発生させ、光軸と垂直方向の駆動でティルト成分を発生させている。
【００５８】
まず、ＴＳレンズ５の最終面５ａで反射される参照光束とＲＳミラー１５で反射される被検光束の２光束による干渉縞をＮＵＬＬ状態とするように、ｘｙｚステージ３を調整する。
【００５９】
次に光軸方向にｚステージを駆動し、パワー成分による干渉縞（波面変化）を発生させる。測定半径のＮＡと測定半径で規格化された暗中心からの半径ｒ及びｚステージ駆動量Δｚによって発生するパワー成分の波面は、
【００６０】
【数２】
と近似される。従ってこの被極光束にパワー成分が加わった場合の干渉縞は、
【００６２】
【数３】
となるため、干渉縞の空間周波数は半径ｒの関数として、
【００６４】
【数４】
と表され、瞳中心を空間周波数０として、干渉縞画像の座標を空間周波数座標に変換する事ができる，
この関係を用い、測定半径ｒのＮＡにおいてナイキスト周波数となるようにｘｙｚステージ３を駆動量Δｚ駆動すればよい。
【００６６】
ｚステージ駆動が終了した後、干渉縞の測定を行う。圧電素子４を駆動させる事で被検光束、参照光束間に光路長差を与え、所謂フリンジスキャンを行う。得られた複数毎の干渉縞画像により透過波面収差測定時と同様に波面の計算を行うと共に、制御コンピュータ１３内の演算手段により干渉縞画像によりコントラストの計算を行う。コントラストの計算に必要な背景光強度分布は、光源１からの光束を遮光するなどして別途予め測定している。
【００６７】
干渉縞のコントラストの計算は、画素ごとにフリンジスキャンつまり時間変化に対する強度変化から、例えばＳＩＮ関数でフィッティングする事により算出している。強度変化の最大値、最小値を摘出してコントラストを計算しても良い。コントラストの計算は、有効領城中の全画素について行っている。
【００６８】
測定した波面収差は、微分する事で空間周波数の座標確認に用いている。
【００６９】
各画素において計算されたコントラスト分布は、そのまま分布上各点の空間周波数分布（２次元空間周波数）となっているため、任意のＭＴＦ算出のために２次元関数フィッテイングを行う。本実施形態では、関数式に２次元のＭｏｆｆａｔ関数を用いている。
【００７０】
Moffat2D(x,y,k0,k1,k2,k3,k4)=(k0/(1+(x/k1)2)k2)×(1/(1+(y/k3)2)k4)
ここで、ｘ，ｙは空間周波数、ｋ0〜ｋ4はフィッティングパラメータを表す。この関数は空間周波数０において値ｋ0をとるため、フィッティング終了後、ｋ0＝１とする事で規格化を行い、コントラスト分布からＭＴＦへの変換を行う。
【００７１】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定を行っている。計測結果のＭＴＦの補正は実施形態１と同様に行っている。
【００７２】
（実施例３）
次に本発明の実施形態３について説明する。
【００７３】
実施形態３では、平行平板を用い干渉測定装置でティルト縞のコントラストを測定することにより干渉測定装置におけるＭＴＦを算出し、測定値を補正している。
【００７４】
図５は実施形態３における平面基板の面形状を測定するための干渉測定装置の概略図である。
【００７５】
実施形態２と異なる主たる点はＴＳレンズの代わりにＴＦ基板（透過基準板）１６、ＲＳミラーの代わりにＲＦ基板（反射基準板）１７を用い、参照光束のＴＦ反射光束及び被検光束のＲＦ反射光束共に平行光束である点である。ＲＦ基板１７としているが、検査用の平面基板を用いても構わない。
【００７６】
ＴＦ基板１６は高精度に光軸方向の駆動が可能な圧電素予４上に設置されており、ＲＦ基板１７は光軸に垂直な２方向の角度調整が可能な煽りステージ１８に設置され、制御コンピュータ１３により駆動可能となっている。
【００７７】
ティルト縞によりＭＴＦを測定する際には、まずティルト成分が最小となるように煽りステージ１８を調整する。調整後の干渉縞状態をＮＵＬＬと称す。
【００７８】
ＮＵＬＬにおいて干渉縞コントラストの計算を行う。計算方法については、実施形態２と同様、縞走査を行い、画素ごとの干渉縞の強度変化に対してＳＩＮフィッティングを行っている。
【００７９】
干渉縞のコントラストは干渉計の有効領域内の複数画素において計算し、結果を平均化する事でより高精度な測定を行っている。
【００８０】
以上でＮＵＬＬにおける干渉縞コントラストＶ（０）を得る。
【００８１】
次に煽りステージ１８を駆動し、ティルト縞を発生させる。この時、煽りステージ１８は光軸（ｚ）垂直方向のｘ或いはｙ方向に駆動しＣＣＤカメラ１２の画素配列方向に沿った干渉縞を発生させている。ここではｘ方向にステージを駆動する。この状態において、ＮＵＬＬと同様に干渉縞のコントラストを計算する。
【００８２】
コントラストの計算の際には同時に波面の算出も行う。算出された波面のティルト成分を、回帰分析等により計算することにより、ティルト縞のＣＣＤカメラ１２の画素ピッチに対する空間周波数ｋxを計算できる。
【００８３】
以上で、干渉縞空間周波数ｋxにおける干渉縞のコントラストＶ（ｋx）を得る。以下、空間周波数ｋxがＣＣＤカメラ１２のナイキスト周波数（干渉縞１本／２画素）まで測定を続ける。
【００８４】
これら一連の測定結果を図６に示した。複数のティルト状態のコントラストを測定することにより得られる離散コントラストデータは、ＮＵＬＬにおける干渉縞のコントラストの値で規格化を行い、ＭＴＦに変換する。図６の黒丸は変換後のＭＴＦデータを示す。変換後の離散ＭＴＦデータに対して、最小二乗法等により関数フィッティングを行う。被検レンズのＮＡ或いは被検面形状の半径によって前記空間周波数は変化するため、フィッティングにより関数化すれば補正の際に必要なＭＴＦ分布の作成が容易になる。
【００８５】
図６の破線は、フィッティング後の関数である。使用する関数は次式で表されるＭｏｆｆａｔ関数等を用いればよい。
【００８６】
Ｍｏｆｆａｔ(ｘ,ｋ0,ｋ1)＝(１／(１＋(ｘ／ｋ0)2)k1)
ここで、ｘは空間周波数、ｋ0，ｋ1，ｋ2はフィッティングパラメータである。
【００８７】
本実施形態では被検レンズの瞳結像系としてコヒーレント結像を用いているが、瞳結像系にインコヒーレント結像が含まれる干渉測定装置においては、例えば理想光学系のインコヒーレント光学系のＭＴＦを表す。
【００８８】
【数５】
を前記Ｍｏｆｆａｔ関数に乗じてフィッティングする事で、インコヒーレント光学系特有の周波数０で傾きを有するコントラスト劣化特性を表現することが可能である。
【００９０】
以上で、ＣＣＤカメラ１２の水平方向に対するＭＴＦの算出が終了する。
【００９１】
次に、同様の手続きによりＣＣＤカメラ１２の垂直方向に対するＭＴＦを測定し、干渉測定装置のＭＴＦ測定が完了する。
【００９２】
補正用のＭＴＦ分布（２次元空間周波数の分布）は、水平方向、垂直方向のＭＴＦ関数をＨ（ｋx）、Ｖ（ｋy）として、双方を乗算することにより
ＭＴＦ（ｋx,ｋy）＝Ｈ（ｋx）×Ｖ（ｋy）
なる関係を用いて作成する。
【００９３】
以上で、干渉測定装置のＭＴＦの測定が完了する。計測値のＭＴＦによる補正は実施形態１と同様に行えばよい。
【００９４】
以上のように各実施形態によれば、従来の干渉測定装置のＭＴＦ特性によって、低下していた高周波成分の被検レンズの透過波面収差或いは被検面形状誤差を補正し、正確な測定を行うことができる。
【００９５】
また、干渉測定装屋上で発生するティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞から干渉測定装置の、被検光学系の瞳あるいは被検面形状か瞳結像系を介し撮像素子上で撮影される干渉縞画像を制御系でデジタル信号へと変換される一連の測定過程におけるＭＴＦを測定する事で、前記補正に用いるＭＴＦを高精度に測定する事ができる。
【００９６】
また、上記の実施形態においては、レンズ、ミラー等の光学素子の形状を測定するための干渉（測定）装置について記載したが、本発明はこの限りではなく、本実施形態によって形状を測定された光学素子に適用しても良い。あるいは本実施形態の干渉装置を用いて形状を測定された光学素子を用いた光学機器、例えば露光装置、顕微鏡等の精密光学機器、さらには、その露光装置を用いて基板を露光する工程と、その露光された基板を現像する工程とを有するデバイスの製造方法に適用しても良い。
【００９７】
［実施態様１］
被検物を介した光を用いて干渉縞を形成する干渉装置であって、
前記干渉縞から得られる位相差分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【００９８】
［実施態様２］
前記補正手段が、前記位相差分布の第1周波数成分と前記第1周波数成分より空間周波数の高い第２周波数成分のうち、前記第1周波数成分のゲインを略一定に保ち、前記第２周波数成分のゲインを補正することを特徴とする実施態様１記載の干渉装置。
【００９９】
［実施態様３］
前記補正手段が、前記第２周波数成分のゲインを増幅することを特徴とする実施態様２記載の干渉装置。
【０１００】
［実施態様４］
前記位相差分布に基づいて、前記被検物の形状を導く手段を有することを特徴とする実施態様１乃至３いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０１】
［実施態様５］
前記干渉縞を形成する２つの光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様１乃至４いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０２】
［実施態様６］
被検物を介した光束を用いて干渉縞を得る光学手段と、該干渉縞を撮像する為の撮像素子と、前記撮像素子で撮像される前記干渉縞から前記複数の光束の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を該干渉装置におけるＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１０３】
［実施態様７］
前記被検物が被検レンズであるときはその瞳と、前記撮像素子は共役関係となっていることを特徴とする実施態様６の干渉装置。
【０１０４】
［実施態様８］
前記干渉装置におけるＭＴＦは、前記被検面から又は前記被検物が被検レンズのときは、該被検レンズの瞳から前記撮像素子に至り、該撮像素子で撮影される干渉縞情報を処理系でデジタル信号へと変換する一連の測定過程におけるものであることを特徴とする実施態様６又は７の干渉装置。
【０１０５】
［実施態様９］
前記干渉縞を形成する複数の光束の互いの光路長差を変化させる光路長差変化素子を有することを特徴とする実施態様６乃至８いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０６】
［実施態様１０］
前記ＭＴＦを、前記干渉縞を形成する光束をティルト或いはパワー成分の波面変化を与えた際の干渉縞コントラストの干渉縞空間周波数に対する劣化率から算出する決算手段を有していることを特徴とする実施態様６乃至９いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０７】
［実施態様１１］
前記補正手段は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様６乃至１０乃至いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０８】
［実施態様１２］
前記ＭＴＦに基づく補正は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６乃至１０いずれか１項記載の干渉装置。
【０１０９】
［実施態様１３］
前記ティルトしたときの干渉縞によるＭＴＦの測定は、前記撮像素子に対し、水平方向、垂直方向の干渉縞を含む少なくとも２方向について行う事を特徴とする実施態様１０の干渉装置。
【０１１０】
［実施態様１４］
前記ティルト或いはパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞によるＭＴＦの測定において、干渉縞の空間周波数を、測定値のティルト成分或いは、パワー成分の微分値から算出することを特徴とする実施態様１０又は１１の干渉装置。
【０１１１】
［実施態様１５］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出することを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１２】
［実施態様１６］
複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出するとき、該関数式にＭｏｆｆａｔ関数を用いることを特徴とする実施態様６から１４のいずれか１項の干渉装置。
【０１１３】
［実施態様１７］
前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行う事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１４】
［実施態様１８］
前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行うとき、多項式としてＺＥＲＮＩＫＥ多項式を用いる事を特徴とする実施態様６から１６のいずれか１項の干渉装置。
【０１１５】
［実施態様１９］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該位相差分布を、該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって、補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。
【０１１６】
［実施態様２０］
光源手段から射出された光束より、被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを形成し、双方を合波し干渉波面を形成する光学手段と、該被検光束と該参照光束の光路長差を変化させる光路長差変化素子と、該干渉波面に基づく干渉縞を撮像する撮像素子と、該撮像素子で撮影される干渉縞から該干渉波面の位相差分布を計算する処理系とを有する干渉装置において、
該光源手段からの光束が該被検物を介し、該撮像素子に入射し、該撮像素子で干渉縞を得て、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦを、該被検光束又は／及び該参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率から算出する演算手段を有していることを特徴とする干渉装置。
【０１１７】
［実施態様２１］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１８】
［実施態様２２］
前記補正手段による前記位相差分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉装置で得られた被検物の測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数分布を該干渉装置の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算することによって行っていることを特徴とする実施態様１９の干渉装置。
【０１１９】
［実施態様２３］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率は、前記撮像素子面上における水平方向と垂直方向について行うことを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２０】
［実施態様２４］
前記被検光束又は／及び前記参照光束にティルト成分又はパワー成分の波面変化を与えたときの干渉縞コントラストの空間周波数における劣化率の算出は、前記干渉波面のティルト成分又はパワー成分の微分値から求めていることを特徴とする実施態様２０の干渉装置。
【０１２１】
［実施態様２５］
実施態様１乃至２４に記載の干渉装置を用いて形状を測定した光学素子。
【０１２２】
［実施態様２６］
実施態様２５に記載の光学素子を備える光学機器。
【０１２３】
［実施態様２７］
実施態様２５に記載の光学素子を備える露光装置。
【０１２４】
［実施態様２８］
実施態様２７記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記露光された基板を現像する工程を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【０１２５】
【発明の効果】
本発明によれば、被検面の面形状や物体のホモジニティ等を高精度に測定することができる干渉装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１の概略構成図である。
【図２】 本発明に係るＭＴＦの補正手続きを示すフローチャートである。
【図３】 本発明に係るＭＴＦの補正による透過波面収差周波数分布変化を示すグラフである。
【図４】 本発明の実施形態２の概略構成図である。
【図５】 本発明の実施形態３の概略構成図である。
【図６】 本発明に係るティルト縞によるＭＴＦの測定を示す図である。
【図７】 従来の干渉測定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１ 光源手段
２ ハーフミラー
３ ＸＹＺステージ
４ 圧電素子
５ ＴＳレンズ
６ 焦点
７ 被検物
８ 焦点
９ ＲＳミラー
１０ ＸＹＺステージ
１１ 瞳結像レンズ
１２ ＣＣＤカメラ
１３ 制御コンピュータ
１５ ＲＳミラー
１６ ＴＦ基板
１７ ＲＦ基板
１８ ステージ
５０ 空間フィルター
Ｍ１ 測定結果干渉縞位相
Ｚ１ 測定結果干渉縞位相多項式成分
Ｒ１ 測定結果干渉縞位相残渣成分
ＲＦ１ 測定結果干渉縞位相残渣成分の空間周波数分布
ＭＴＦ１ 干渉計ＭＴＦ空間周波数分布
ＲＦ２ 補正結果透過波面収差残渣成分の空間周波数分布
Ｒ２ 補正結果透過波面収差残渣成分
Ｍ２ 補正結果透過波面収差分布
Ｅtest（ｘ，ｔ） 被検光束複素振幅
Ｅref（ｘ，ｔ） 参照光束複素振幅
Ｅ０ 電場振幅
ａ 波面振幅
ｆ 波面空間周波数
ω フリンジスキャン周波数
Ｍ（ｆ） 空間周波数ｆにおけるＭＴＦ
Ｗdef デフォーカス波面
Δｚ デフォーカス
ＮＡ 測定光束のＮＡ
ｒ 測定光束半径
ｋ 干渉縞空間周波数
Ｖ 被検面振幅
ｋx 水平方向空間周波数
ｋy 垂直方向空間周波数
Claims (10)
- 被検物を介した被検光束と参照面を介した参照光束とを用いて干渉縞を得る光学手段と、前記被検光束と前記参照光束との光路長差を変化させる光路長差変化素子と、前記干渉縞を撮像する撮像素子と、前記光路長差変化素子で前記干渉縞を走査して前記撮像素子で撮像した複数の干渉縞から位相分布を算出する処理系と、を有する干渉装置において、
前記処理系が算出した前記位相分布を、前記干渉装置のＭＴＦに基づいて補正する補正手段を有することを特徴とする干渉装置。 - 前記干渉装置におけるＭＴＦは、前記被検物から又は前記被検物が被検レンズの場合には、該被検レンズの瞳から前記撮像素子に至り、該撮像素子で撮影される干渉縞の情報を前記処理系でデジタル信号へと変換する一連の測定過程におけるものであることを特徴とする請求項１の干渉装置。
- 前記干渉縞を形成する光束にティルトまたはパワー成分の波面変化を与えた場合の、その干渉縞のコントラストの空間周波数に対する劣化率から、前記ＭＴＦを演算する演算手段を有していることを特徴とする請求項１又は２の干渉装置。
- 前記補正手段は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上で行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項の干渉装置。
- 前記ＭＴＦに基づく補正は、前記干渉装置で測定によって得た測定値をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算することによって行うことを特徴とする請求項４の干渉装置。
- 前記ティルトしたときの干渉縞によるＭＴＦの測定は、前記撮像素子に対し、水平方向、垂直方向の干渉縞を含む少なくとも２方向について行うことを特徴とする請求項３の干渉装置。
- 複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の干渉装置。
- 複数の空間周波数に対して測定したＭＴＦを水平方向、垂直方向の２方向に対してそれぞれ関数フィッティングを行い、得られた水平方向、垂直方向の２つの関数式を乗算する事により、任意の２次元空間周波数において前記ＭＴＦを、算出するとき、該関数式にＭｏｆｆａｔ関数を用いることを特徴とする請求項７の干渉装置。
- 前記位相分布のＭＴＦによる補正は、前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算することによって行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項の干渉装置。
- 前記干渉縞を、多項式フィッティングして得られる多項式成分と多項式残渣成分に分離し、前記多項式残渣成分をフーリエ変換して得られる空間周波数面上の測定結果空間周波数分布を、分布上各点の空間周波数分布におけるＭＴＦで除算する事によって行うとき、多項式としてＺＥＲＮＩＫＥ多項式を用いることを特徴とする請求項９の干渉装置。
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