光学試験表面の形状を判定する方法及び装置
【課題】光学試験表面の誤差と適合光学系の誤差とを分離することを可能にする方法及び装置を提供する。
【解決手段】光学試験表面１４の形状を判定する方法は、測定ビーム３０の波面を適合光学系２０により光学試験表面１４の所望の形状に適合させ、光学試験表面１４の形状を適合済測定ビームにより干渉測定するステップと、適合済測定ビームを光学試験表面に種々の入射角で照射し、測定ビームの波面を光学試験表面１４との相互作用後にそれぞれ測定するステップと、個々の入射角ごとに測定された波面からの干渉測定結果に対する適合光学系２０の影響を確定するステップと、光学試験表面の形状を、適合光学系２０の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより判定するステップとを含む。
【解決手段】光学試験表面１４の形状を判定する方法は、測定ビーム３０の波面を適合光学系２０により光学試験表面１４の所望の形状に適合させ、光学試験表面１４の形状を適合済測定ビームにより干渉測定するステップと、適合済測定ビームを光学試験表面に種々の入射角で照射し、測定ビームの波面を光学試験表面１４との相互作用後にそれぞれ測定するステップと、個々の入射角ごとに測定された波面からの干渉測定結果に対する適合光学系２０の影響を確定するステップと、光学試験表面の形状を、適合光学系２０の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより判定するステップとを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学試験表面の形状を判定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２０１１年２月１８日付けで出願された独国特許出願公開第１０ ２０１１ ００４ ３７６．４号の優先権を主張する。この特許出願の全開示を参照により本願に援用する。
【０００３】
回転対称性からの偏差が従来の干渉計のダイナミクスを明らかに超える高精度光学自由曲面の形状は、いわゆる補償システム（Ｃシステム）を用いて測定される。以下で適合光学系（adaptation optics）とも称するこのような補償システムは、例えば平面波面又は球面波面を有する入射波から、被測定自由曲面の所望の形状と同一の波面を有する波を形成するよう構成される。多くの場合、計算機ホログラム（ＣＧＨ）又は複数のＣＧＨの組み合わせが適合光学系として用いられる。
【０００４】
２つのＣＧＨからなる適合光学系を用いる場合、特許文献１に記載のように、球面較正ミラーを用いた適合光学系の部分的な較正が可能である。しかしながら、未知の偏差が残る。
【０００５】
回転対称球面は、回転平均化を用いて高精度で測定される。回転平均化は、それぞれ異なる試料の回転位置での一連の測定値の記録及び処理を意味すると理解される。回転平均化は、非対称試料と適合光学系のシステム誤差とを分離することを可能にする。回転対称誤差は分離することができず、複雑な理論的バジェット考察により評定しなければならない。回転平均化は、さらに、不完全な干渉計コンポーネントの結果としての干渉計ビーム経路における僅かな偏差に起因して生じる短波誤差の平均化も達成する。自由曲面では、回転対称性がないことにより回転平均化を実施することが不可能である。これに起因して、適合光学系の回転対称誤差及び非対称誤差の両方が不確定のままとなり、バジェット考察により評定しなければならない。さらに、干渉計で生じる短波誤差の平均化が省かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１２８８２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、特に光学試験表面の誤差と適合光学系の誤差とを分離することを可能にする方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明によれば、光学試験表面の形状を判定する方法であって、測定ビームの波面を適合光学系により光学試験表面の所望の形状に適合させ、光学試験表面の形状を適合済測定ビームにより干渉測定する方法により達成される。さらに、適合済測定ビームは、光学試験表面に種々の入射角で照射され、測定ビームの波面は、光学試験表面との相互作用後に、すなわち種々の入射角のそれぞれに関して測定される。さらに、個々の入射角ごとに測定された波面からの干渉測定結果に対する適合光学系の影響が確定され、光学試験表面の形状が、適合光学系の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより判定される。
【０００９】
例えばミラー又はレンズ等の光学素子の光学有効表面を、光学試験表面と称する。好ましくは、測定ビームの波長の測定は、測定ビームが光学試験表面との相互作用後に適合光学系と再度相互作用した後に行われる。
【００１０】
換言すれば、本発明の基本概念は、適合光学系及び光学試験表面を備えるシステムを種々の画角で測定するというものである。通常の干渉法では、試験光線が試験表面に垂直に差し込むが、本発明による方法では、種々の入射角で測定が行われる。種々の入射角で、試験光線は横方向に異なる位置で個々の表面を通過する。コンポーネントから出る波面の個別寄与の横方向シアリング（lateral shearing）が生じる。
【００１１】
本発明に従って測定を行うことにより、種々の入射角で、波面全体に対する関連の個々の光学表面の寄与を分離することができる。光学試験表面の誤差と適合光学系の誤差との分離が、このようにして可能である。さらに、短波干渉計誤差を平均化することができる。
【００１２】
本発明による一実施形態によれば、光学分岐デバイスにより、参照ビームが測定ビームから分岐される。干渉測定結果に対する分岐デバイスの影響は、個々の入射角ごとに測定された波面から確定され、光学試験表面の形状の確定中に、分岐デバイスの確定された影響が干渉測定結果から除去される。
【００１３】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、測定ビームの波面の測定は、検出器カメラにより記録された干渉パターンを評価することにより実施される。測定ビームの個別光線は、検出器カメラにおける個々の測定点に割り当てられる。さらに、レイトレーシングを用いて、個別光線の突入点（break-through points）のシミュレーション座標が、入射角の関数として適合光学系の少なくとも１つの光学表面に関して提供され、干渉測定結果に対する適合光学系の影響の確定中に、突入点の座標が考慮される。これに関連して、適合光学系の光学表面は、適合光学系と相互作用する波の波面を変える全表面、例えば回折構造を有するＣＧＨの表面等を意味すると理解される。レイトレーシングは、所望の状態の干渉計、適合光学系、及び光学試験表面を備えるシステムで行われることが好ましい。
【００１４】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、波面は、レイトレーシングにより入射角の関数としてシミュレートされ、シミュレーション中に考慮した波面に対する適合光学系の少なくとも１つの光学表面の寄与がそれにより変更され、シミュレーション結果を測定波面と比較することにより、少なくとも１つの光学表面の寄与が確定される。さらに、確定された寄与は、干渉測定結果に対する適合光学系の影響を確定する際に用いられる。
【００１５】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学試験表面の所望の形状は自由曲面である。これに関して、自由曲面は、回転対称性を有さない表面を意味すると理解される。特に、自由曲面は、表面の少なくとも１つの点において各回転対称面から５μｍ以上の偏差を有する。換言すれば、自由曲面は、少なくとも１つの点において全回転対称面から５μｍ以上ずれるという点で全回転対称面とは異なる表面により表すことができる。
【００１６】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合済測定ビームの照射時に、光学試験表面に対する入射角は２次元で変更される。入射角の２次元変化は、測定ビームのビーム方向が光学試験表面に対する垂線に対応しない２つの傾斜軸に関する傾斜により変更されることを意味すると理解される。
【００１７】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学試験表面は、マイクロリソグラフィ用の光学素子により形成される。特に、光学素子は、マイクロリソグラフィ用の投影露光機械（projection exposure tool）の一部として、例えば、該機械の投影対物光学系又は照明系の一部として働く。本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学素子はＥＵＶミラーとして構成される。
【００１８】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合光学系は、回折光学素子、特にＣＧＨを備える。
【００１９】
さらに、本発明によれば、光学試験表面の形状を判定する装置が提供される。本装置は、測定ビームの波面を光学試験表面の所望の形状に適合させる適合光学系を備える。本装置は、光学試験表面の形状を干渉測定するよう構成される。本発明による装置は、適合済測定ビームを種々の入射角で光学試験表面に照射する入射角変更デバイスと、評価デバイスとをさらに備える。評価デバイスは、光学試験表面との相互作用後に種々の入射角で測定された測定ビームの波面からの干渉測定結果に対する適合光学系の影響を確定し、且つ適合光学系の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより光学試験表面の形状を判定するよう構成される。
【００２０】
本発明による装置の一実施形態によれば、入射角変更デバイスは調整可能な偏向ミラーを備える。偏向ミラーにより、適合済測定ビームを種々の入射角で光学試験表面に照射することができる。
【００２１】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、入射角偏光デバイスは、偏向ミラーと、測定ビームの伝播方向に対して横方向に相互にシフトさせた複数の異なる位置から、測定ビームを偏向ミラーに照射するよう構成された測定ビーム発生デバイスとを備える。一変形形態によれば、測定ビーム発生デバイスは、測定ビームを放出する出口開口と、測定ビームの伝播方向に対して横方向に出口開口を移動させるよう構成された並進デバイスとを備える。測定ビーム発生デバイスは、可撓性導波管、特に光ファイバを含むことができ、導波管の端には出口開口が配置される。別の変形形態によれば、測定ビーム発生デバイスは、相互に横方向に変位して配置された複数の放射源を備える。
【００２２】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、入射角変更デバイスは少なくとも１つの屈折素子を備える。別の実施形態によれば、入射角変更デバイスは、偏向ミラーの隣に少なくとも１つの反射素子を備える。
【００２３】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合光学系は、測定ビームと適合光学系との相互作用により参照ビーム及び物体ビームを発生させるよう構成された２つの回折構造を備え、物体ビームは、光学試験表面の所望の形状に適合した波面を有する。参照ビームは、反射性参照素子の参照表面に適合した波面を有することができ、例えば、参照ビームの波面は、球面フィゾーレンズにおける反射のために球状であり得る。一変形形態によれば、適合光学系は、例えば計算機ホログラムの形態の、測定ビームのビーム経路内に連続して配置された２つの回折光学素子を備える。別の変形形態によれば、適合光学系は、二値化（double coded）計算機ホログラム等の二値化回折光学素子を備え得る。
【００２４】
さらに別の実施形態によれば、本発明による装置は、上掲の実施形態のいずれかによる方法を実施するよう構成される。
【００２５】
本発明による方法の上掲の実施形態に関して特定した特徴を、本発明による装置に準用することができる。逆に、本発明による装置の上掲の実施形態に関して特定した特徴を、本発明による方法に準用することができる。本発明の実施形態のこれら及び他の特徴は、特許請求の範囲並びに明細書及び部面に記載される。個々の特徴は、本発明の実施形態として単独で又は組み合わせて実施してもよく、又は他の応用分野で実施してもよい。さらに、個々の特徴は、本願及び／又は継続出願の係属中に保護を請求する、それ自体が保護可能な有利な実施形態を表し得る。
【００２６】
本発明の上記の及びさらに他の有利な特徴は、添付の概略図面を参照して以下の発明を実施するための形態に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】測定ビームを種々の入射角で光学表面に照射することにより光学表面の形状を判定する装置であって、干渉計ユニット及びキャビティユニットを備える装置の本発明による一実施形態の概略断面図である。
【図２】入射角εでの入射測定ビームの反射を示す、図１に示す光学表面の拡大断面図である。
【図３】図１に示す実施形態と比較して異なる干渉計ユニットの実施形態を有する、光学表面の形状を判定する装置の本発明によるさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図４】図３に示す実施形態と比較して異なる干渉計ユニットの実施形態を有する、光学表面の形状を判定する装置の本発明によるさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図５】図１、図３、及び図４のいずれか１つに示す装置で使用される本発明によるキャビティユニットのさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図６】図１、図３、及び図４のいずれか１つに示す装置で使用される本発明によるキャビティユニットのさらに別の実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下で説明する例示的な実施形態では、相互に機能的又は構造的に同様である要素には、可能な限り同一又は同様の参照符号を付けてある。したがって、特定の例示的な実施形態の個々の要素の特徴を理解するためには、他の例示的な実施形態の説明又は本発明の概説を参照すべきである。
【００２９】
投影露光機械の説明を容易にするために、図中、図示のコンポーネントの各相対位置を示す直交ｘｙｚ座標系が明記されている。図１において、ｙ方向は図平面から垂直に延び、ｘ方向は右側に延び、ｚ方向は下側に延びる。
【００３０】
図１は、光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明による一実施形態を示し、光学試験表面１４は、極紫外（ＥＵＶ）波長域の放射線を反射する光学素子１２の反射面の形態である。光学試験表面１４は、いわゆる自由曲面として構成され、すなわち回転対称性を有さず、特に少なくとも１つの点において各回転対称面から５μｍ以上の偏差を有する。換言すれば、自由曲面は、全回転対称面から少なくとも１つの点において５μｍ以上ずれると言う点で全回転対称面とは異なる表面により表すことができる。装置１０により測定される光学素子１２は、例えば、マイクロリソグラフィ用の投影露光機械のミラー、特に該機械の投影対物光学系又は照明系のミラーであり得る。
【００３１】
装置１０は、干渉計ユニット２４、キャビティユニット２１、及び評価デバイス２６を備える。キャビティユニット２１は、フィゾー板２２、回折光学素子２０の形態の補償システム（Ｃシステム）、及び保持デバイス１６を備える。保持デバイス１６は、被測定光学素子１２、回折光学素子２０、及びフィゾー板２２を保持して、上記コンポーネントが剛性キャビティを形成するようにする役割を果たす。この目的で、保持デバイス１６は、被測定光学素子１２、回折光学素子２０、及びフィゾー板２２を支持するために、素子ホルダ１８−１、１８−２、及び１８−３がそれぞれ突出する複数の保持柱１９を備える。キャビティユニット２１内の素子は、測定後に交換することができ、他の被測定光学素子及び対応の回折光学素子を保持デバイス１６にその後挿入できるようになっている。
【００３２】
干渉計ユニット２４は、干渉測定を行うのに十分なコヒーレンスを有する測定放射線を発生させる放射源２７を備える。測定放射線は、可視又は不可視波長域にあり得る。例えば、測定放射線は、約６３３ｎｍの波長を有するヘリウムネオンレーザの光であり得る。放射源２７には、光ファイバの形態の導波管２８が取り付けられ、その端から測定放射線が発散測定ビーム３０の形態で最初に出射する。測定ビーム３０は、最初にコリメータ３１を通過し、コリメータ３１により上記測定ビームが平行拘束に変換される。測定ビーム３０は、続いて調整可能な偏向ミラー３２により、フィゾー板２２、回折光学素子２０、及び被測定光学素子１２から形成されたキャビティの方向に偏向される。
【００３３】
偏向ミラー３２での反射後、測定ビーム３０は、調整可能なスプリッタミラー３６を通過してからフィゾー板２２に当たり、フィゾー板２２の下側にあるフィゾー面４２において入射測定ビーム３０の強度の一部が反射され参照ビーム４４を形成する。測定ビーム３０の非反射部分は、計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態であり適合光学系として働く回折光学素子２０を通過する。この目的で、回折光学素子２０は、測定ビーム３０の波面を光学試験表面１４の所望の形状に適合させるよう構成され、光学試験表面１４は、上述のように、回転対称性を有さない自由曲面として構成される。調整可能な偏向ミラー３２は、測定ビームが光学試験表面１４に垂直に当たるようここでは設定される。適合光学系は、異なる構成とすることもでき、例えば、連続して配置されたＣＧＨの形態の２つの回折素子により形成することもできる。
【００３４】
光学試験表面１４での測定ビーム３０の反射後、測定ビーム３０は、回折光学素子２０、フィゾー板２２を再度通過してから参照ビーム４４と共に調整可能なスプリッタミラー３６により干渉計ユニット２４の検出アームへ反射される。検出アームは、コリメータ４６、アパーチャ４８、接眼レンズ５０、及び２次元分解放射線検出器（two-dimensionally resolving radiation detector）の形態のカメラ５２を備える。カメラ５２において重畳することにより、測定ビーム３０及び参照ビーム４４はインターフェログラムを生成し、そこから、測定された光学試験表面１４の所望の形状からのその偏差が確定される。光学試験表面１４の所望の形状が既知であるので、光学試験表面１４の実際の形状は確定された偏差から導出される。
【００３５】
図１に示す干渉計ユニット２４と、図３及び図４に関して続いて説明する干渉計ユニットとは、いわゆるサブアパーチャ測定ステッチング干渉計（subaperture-measuring stitching interferometer）として設計される。本実施形態では、測定ビームは、被測定光学試験表面１４の部分領域のみを対象とする。したがって、光学試験表面１４は、干渉計ユニット２４を変位させることにより重複部分で測定される。この目的で、干渉計ユニット２４は、干渉計ユニット２４を矢印２５で示すようにｘｙ平面内で変位させる変位デバイスを備える。測定された表面部分の測定結果は、続いて計算により合成される。代替的に、干渉計ユニット２４は、全面測定干渉計として設計することもできる。この場合、測定ビーム３０の断面は、光学試験表面１４全体を対象とするのに十分なほど大きい。サブアパーチャ測定ステッチング干渉計が、より高い局所分解能を可能にする一方で、全面測定干渉計としての設計は、干渉計ユニット２４の光学系により導入されるアーチファクトを平均化して所要測定時間を短縮することを可能にする。
【００３６】
しかしながら、上述の干渉測定により判定された光学試験表面１４の形状の精度は、本例の場合は回折光学素子２０により形成される適合光学系の精度により制限される。換言すれば、適合光学系における誤差、すなわち波面適合の不正確さが、干渉測定結果に含まれる。以下で説明する措置は、適合光学系誤差を干渉測定結果から除去することを可能にする。
【００３７】
上述の措置によれば、調整可能な偏向ミラー３２は、図２に示す入射測定ビーム３０ａの入射角εを２次元的に変更するよう種々の連続した傾斜位置に配置される。この目的で、調整可能な偏向ミラー３２をｙ軸及びｘ軸の両方に対して傾斜させる。図１は、例として、両矢印によりｙ軸に対する傾斜運動３４を示す。
【００３８】
入射測定ビーム３０ａを光学試験表面１４に対する垂線２９に対して角度εだけ傾斜させるよう調整可能な偏向ミラー３２を傾斜させた場合、光学試験表面１４での反射により発生した戻り測定ビーム３０ｂは、垂線２９に対して角度−εだけ傾斜する。これにより、戻り測定ビーム３０ｂは、フィゾー板２２及び回折光学素子２０を通過する際に横方向にずれる。詳細には、横方向オフセットは、光学表面５４−１として示すフィゾー板２２の上側ではΔｘ１であり、光学表面５４−２として示す参照表面４２を形成するフィゾー板２２の下側ではΔｘ２であり、光学表面５４−３として示す回折光学素子２０の上側ではΔｘ３であり、光学表面５４−４として示す回折光学素子２０の下側ではΔｘ４である。換言すれば、個々の光学表面から生じる全波面への個別寄与の横方向シアリングが生じる。調整可能なスプリッタミラー３６は、戻り測定ビーム３０ｂの変更方向への対応した傾斜運動３８により適合される。
【００３９】
ｘ方向及びｙ方向の個々の傾斜位置εに関して、カメラ５２で測定された各波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）がカメラ画素ｘｋ及びｙｋの関数として記録される。波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、往路及び復路での（while passing in and returning）、干渉計ユニット２４の外部の光学表面ｉの全部の個別波面寄与からなる。図１に示す例示的な実施形態では、表面ｉは、表面５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、及び光学試験表面１４を含む。以下が適用される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
式中、Ｗε，ｉ（ｘｉ，ｙｉ）は、突入点ｘｉ，ｙｉへ進む際の表面ｉの個別寄与であり、Ｗ′εｉ（ｘ′ｉ，ｙ′ｉ）は、突入点ｘ′ｉ，ｙ′ｉへ戻る際の表面ｉの個別寄与であり、Ｎは、干渉計ユニット２４の外部の表面ｉの数である。方程式（１）は、図５及び図６に示す実施形態に対応して適用可能であり、これを続いて説明する。入射角εの変更時に測定ビームの横方向シアリングが生じる各キャビティユニットにおける全表面の、個別波面寄与が解析され得る。
【００４２】
ｘ方向及びｙ方向で変更した種々の入射角εを有する一連の波形Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、カメラ５２により検出された各干渉パターンを評価することにより記録される。ε＝０での光学表面ｉの個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が、続いて評価デバイス２６により記録された波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）から反復して求められる。これは、種々のアルゴリズムで実施することができる。
【００４３】
本発明の実施形態による第１アルゴリズムによれば、測定ビーム３０の個別光線は、検出器カメラ５２における個々の測定点に、すなわち個々のカメラ画素（ｘｋ，ｙｋ）に割り当てられる。各カメラ画素（ｘｋ，ｙｋ）に割り当てられた個別光線は、光学表面ｉを備える光学系を通して対応のカメラ画素を照明する放射線の経路を特定する。続いて、レイトレーシングにより、光学表面ｉに対する個別光線の突入点のシミュレーション座標が、入射角εの関数として提供される。レイトレーシングは、完全な光学系で、すなわち所望の状態の干渉計ユニット２４及び光学表面ｉで実施される。続いて、突入点の座標を考慮して、ε＝０で測定された波面測定結果に対する個々の光学表面ｉの影響Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が反復して求められる。反復の結果として、個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）の変更時に突入点が変わらないと想定される。
【００４４】
本発明によるアルゴリズムのさらに別の実施形態によれば、波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、レイトレーシングにより入射角εの関数としてシミュレートされる。シミュレーション中に考慮された光学表面ｉの寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）はここで変更される。シミュレーション結果を測定された波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）と比較することにより、光学表面の寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が求められる。換言すれば、このアルゴリズムによれば、表面寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）の反復がレイトレーシングプログラムを直接用いて実施される。この場合、表面寄与は、シミュレーションが測定結果に対応するまで補間により、例えばスプラインにより点毎に変更される。
【００４５】
最後に、ε＝０で測定された波面に基づき計算された光学試験表面１４の形状が、光学試験表面１４から生じない個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）を除去することにより補正される。
【００４６】
設計変形形態による図１に示す装置１０は、以下で説明するように構成される。装置１０は、ベストフィット球面からのずれが５ｍｍ以下である自由曲面を測定するよう設計される。回折光学素子２０の通常のサイズとして、４インチ、６インチ、９インチ、及び１２インチが挙げられる。単一の測定サブアパーチャにおいて測定されるサブアパーチャの直径は、２５ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲内にある。４個〜１，０００個のサブアパーチャ測定値を相互にステッチングすることができる。入射角εは、０．５°〜５°で変わり得る。傾斜から得られる個々の素子の測定ビームの横方向シアリングは、各素子の直径の２％〜２０％であり得る。
【００４７】
図３は、光学素子１２の光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明によるさらに別の実施形態を示す。図３に示す装置１０は、図１に示す実施形態のキャビティ２１及び干渉計ユニット３２４を備える。
【００４８】
干渉計３２４は、図１を参照して説明したタイプの放射源２７及び導波管２８を備え、これらが合わせて測定ビーム発生デバイスを形成する。測定放射線は、発散測定ビーム３０の形態で導波管２８の端から出射する。測定ビーム３０が導波管２８から出射する場所を、出口開口５６と称する。測定ビーム３０は、スプリッタミラー３６４の形態の偏向ミラーによりキャビティユニット２１の方向へ偏向され、屈折コリメータ３６６を通過した後に、いわゆる入射測定ビーム３０ａとしてフィゾー板２２に当たる。屈折コリメータは、１つ又は複数のレンズを備え得る。
【００４９】
図２に示すような入射測定ビーム３０ａの入射角εは、図３に示す実施形態において、出口開口５６を含む導波管２８の端を、出口開口５６から出射する測定ビーム３０の伝播方向に関して、すなわち図３の座標系のｙｚ平面において横方向に並進させることにより変更される。導波管２８の端の並進運動は、図３に両矢印３６２で示され、並進デバイスにより行われる。運動３６２は、出口開口５６から出射する測定ビーム３０をその伝播方向に関して横方向にシフトさせるよう行われる。このシフトが、フィゾー板２２に対する入射測定測定ビーム３０ａの傾斜をもたらす。
【００５０】
光学試験表面１４での入射測定ビーム３０ａの反射後にキャビティユニット２１から出る戻り測定ビーム３０ｂは、参照ビーム４４と共にコリメータ３６６を逆方向に通過した後、スプリッタミラー３６４を通過して干渉計ユニット３２４の検出アームに入る。干渉計ユニット３２４の検出アームは、図１に関して上述した干渉計ユニット２４の検出アームに相当し、アパーチャ４８、屈折接眼レンズ５０、及びカメラ５２を備え、カメラ５２に評価デバイス２６が取り付けられる。屈折接眼レンズ５０は、１つ又は複数のレンズを備え得る。カメラ５２により検出された信号の評価は、図１の実施形態に関して上述したように行われる。
【００５１】
図３に示す干渉計ユニット３２４の実施形態の変形形態では、横方向に並進可能な導波管２８は、横方向に相互に変位して配置される複数の放射源に置き換えられる。種々の入射角εは、対応の放射源のオンオフを切り替えることにより得られる。
【００５２】
図４は、光学素子１２の光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明によるさらに別の実施形態を示す。図４に示す装置は、干渉計ユニットの構成のみが図３に示す装置と異なる。参照符号４２４で示す図４による干渉計ユニットが図３に示す干渉計ユニット３２４とは異なる点は、屈折コリメータ３６６及び屈折接眼レンズ５０の両方が反射素子で、すなわちそれぞれ放物面ミラー４６６、４５０で置き換えられることである。
【００５３】
コリメータ３６６及び接眼レンズ５０の屈折性を用いる干渉計３２４を屈折望遠鏡と称し得るが、干渉計３２４をミラー望遠鏡と称し得る。ミラー望遠鏡の利点として、放物面ミラー４６６及び４５０がそれぞれ１つのミラーのみにより構成され得るので、干渉反射がなく関連する光学表面の数が最小化されることが挙げられる。このようにして、測定結果に対する個々の光学表面の誤差寄与の解析が促進される。
【００５４】
図５は、図１、図３、及び図４に示す装置１０のいずれかにおいて、これらの図に示すキャビティユニット２１の代わりに用いることができるキャビティユニットのさらに別の実施形態５２１を示す。キャビティユニット５２１は、キャビティユニット２１の単一の回折素子２０の代わりに二重回折素子系７０を備えることが、キャビティユニット２１とは異なる。回折素子系７０は、入射測定ビーム３０ａのビーム経路内に連続して配置された計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態の２つの回折素子５２０ａ及び５２０ｂを備え、入射測定ビームが最初に第１回折素子５２０を通過した後に第２光学素子５２０ｂを通過するようになっている。キャビティユニット５２１はさらに、フィゾー板２２の代わりに球面フィゾーレンズ５２２を備える点がキャビティユニット２１とは異なる。フィゾーレンズ５２２は、ここでは、入射測定ビーム３０ａのビーム経路内で回折素子５２０ａ及び５２０ｂの後に配置される。
【００５５】
入射測定ビーム３０ａは回折素子系７０を通過し、回折素子系７０は、適合光学系として働き、光学試験表面１４の所望の形状に適合された波面を有する入射物体ビーム５３０ａを＋１次回折次数で発生させるよう構成される。素子系７０は、球面波面を有する参照ビーム５４４を−１次回折次数で発生させるようさらに構成される。参照ビーム５４４は、フィゾーレンズ５２２の球面参照表面５４２に垂直に当たることで、そのまま反射された後に素子系７０を逆方向に通過して干渉計ユニットに入る。
【００５６】
図５に示すビーム経路の場合にように、干渉計ユニットにより入射角が０°に調整される場合、入射物体ビーム５３０ａは、球面フィゾーレンズ５２２を通過して光学素子１２の試験表面１４に垂直に当たる。入射物体ビーム５３０ａは、試験表面１４においてそのまま反射され、戻り物体ビーム５３０ｂとして逆方向にフィゾーレンズ５２２及び回折素子系５７０を通過し、戻り測定ビーム３０ｂとして干渉計ユニットに入る。
【００５７】
上記測定アルゴリズムを用いて、回折素子系５７０の２つの回折光学素子５２０ａ及び５２０ｂのそれぞれの個別波形寄与Ｗε，ｉ（ｘｉ，ｙｉ）を求めることができる。方程式（１）を参照すると、Ｎは、入射角εの変更時にビーム３０ａ及び物体ビーム５３０ａを含む測定ビームの横方向シアリングが生じるキャビティユニット５２１における表面の数である。
【００５８】
図６は、図５に示すキャビティユニット５２１の代わりに用いることができるキャビティユニットの別の実施形態６２１を示す。キャビティユニット６２１は、単一の回折光学素子６２０が二重回折素子系５７０の代わりに用いられる点がキャビティユニット５２１とは異なる。回折光学素子６２０は、複素コーディング（complexly coded）ＣＧＨとも称する二値化ＣＧＨの形態で二値化される。このような二値化回折光学素子６２０は、同一表面上に配置された２つの回折構造を備える。第１回折構造の一次回折次数は、球面参照ビーム５４４を発生させ、第２回折構造の一次回折次数は、光学試験表面１４の所望の形状に適合された波面を有する入射物体ビーム５３０ａを発生させる。
【００５９】
キャビティユニット５２１及び６２１において、光学素子１２の参照表面５４２及び試験表面１４は、相互に直接対向して配置されるので、比較的小さなキャビティを形成する。したがって、測定が振動及び大気乱流の影響を非常に受け難い。キャビティユニットは、いわゆる三点試験法及び回転シフト法等の当業者に既知の較正手順を用いて、光学素子１２を球面を有する較正素子で置き換えることにより較正することができる。フィゾーレンズ５２２自体は、フィゾーレンズ５２２が引き起こす残余誤差を低減するために測定プロセスにおいて回転させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光学試験表面の形状を判定する装置
１２ 光学素子
１４ 光学試験表面
１６ 保持デバイス
１８−１ 素子ホルダ
１８−２ 素子ホルダ
１８−３ 素子ホルダ
１９ 保持柱
２０ 回折光学素子
２１ キャビティユニット
２２ フィゾー板
２４ 干渉計ユニット
２５ 変位デバイス
２６ 評価デバイス
２７ 放射源
２８ 導波管
２９ 垂線
３０ 測定ビーム
３０ａ 入射測定ビーム
３０ｂ 戻り測定ビーム
３１ コリメータ
３２ 調整可能な偏向ミラー
３４ 傾斜運動
３６ 調整可能なスプリッタミラー
３８ 傾斜運動
４０ 並進運動
４２ 参照表面
４４ 参照ビーム
４６ コリメータ
４８ アパーチャ
５０ 接眼レンズ
５２ カメラ
５４−１ 光学表面
５４−２ 光学表面
５４−３ 光学表面
５４−４ 光学表面
５６ 出口開口
７０ 回折素子系
３２４ 干渉計ユニット
３６２ 並進運動
３６４ スプリッタミラー
３６６ コリメータ
４２４ 干渉計ユニット
４５０ 放物面ミラー
４６６ 放物面ミラー
５２０ａ 第１回折光学素子
５２０ｂ 第２回折光学素子
５２１ キャビティユニット
５２２ 球面フィゾーレンズ
５３０ａ 入射物体ビーム
５３０ｂ 戻り物体ビーム
５４２ 参照表面
５４４ 参照ビーム
５７０ 二重回折素子系
６２０ 二値化回折光学素子
６２１ キャビティユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学試験表面の形状を判定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願は、２０１１年２月１８日付けで出願された独国特許出願公開第１０ ２０１１ ００４ ３７６．４号の優先権を主張する。この特許出願の全開示を参照により本願に援用する。
【０００３】
回転対称性からの偏差が従来の干渉計のダイナミクスを明らかに超える高精度光学自由曲面の形状は、いわゆる補償システム（Ｃシステム）を用いて測定される。以下で適合光学系（adaptation optics）とも称するこのような補償システムは、例えば平面波面又は球面波面を有する入射波から、被測定自由曲面の所望の形状と同一の波面を有する波を形成するよう構成される。多くの場合、計算機ホログラム（ＣＧＨ）又は複数のＣＧＨの組み合わせが適合光学系として用いられる。
【０００４】
２つのＣＧＨからなる適合光学系を用いる場合、特許文献１に記載のように、球面較正ミラーを用いた適合光学系の部分的な較正が可能である。しかしながら、未知の偏差が残る。
【０００５】
回転対称球面は、回転平均化を用いて高精度で測定される。回転平均化は、それぞれ異なる試料の回転位置での一連の測定値の記録及び処理を意味すると理解される。回転平均化は、非対称試料と適合光学系のシステム誤差とを分離することを可能にする。回転対称誤差は分離することができず、複雑な理論的バジェット考察により評定しなければならない。回転平均化は、さらに、不完全な干渉計コンポーネントの結果としての干渉計ビーム経路における僅かな偏差に起因して生じる短波誤差の平均化も達成する。自由曲面では、回転対称性がないことにより回転平均化を実施することが不可能である。これに起因して、適合光学系の回転対称誤差及び非対称誤差の両方が不確定のままとなり、バジェット考察により評定しなければならない。さらに、干渉計で生じる短波誤差の平均化が省かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１２８８２９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記課題を解決し、特に光学試験表面の誤差と適合光学系の誤差とを分離することを可能にする方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、本発明によれば、光学試験表面の形状を判定する方法であって、測定ビームの波面を適合光学系により光学試験表面の所望の形状に適合させ、光学試験表面の形状を適合済測定ビームにより干渉測定する方法により達成される。さらに、適合済測定ビームは、光学試験表面に種々の入射角で照射され、測定ビームの波面は、光学試験表面との相互作用後に、すなわち種々の入射角のそれぞれに関して測定される。さらに、個々の入射角ごとに測定された波面からの干渉測定結果に対する適合光学系の影響が確定され、光学試験表面の形状が、適合光学系の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより判定される。
【０００９】
例えばミラー又はレンズ等の光学素子の光学有効表面を、光学試験表面と称する。好ましくは、測定ビームの波長の測定は、測定ビームが光学試験表面との相互作用後に適合光学系と再度相互作用した後に行われる。
【００１０】
換言すれば、本発明の基本概念は、適合光学系及び光学試験表面を備えるシステムを種々の画角で測定するというものである。通常の干渉法では、試験光線が試験表面に垂直に差し込むが、本発明による方法では、種々の入射角で測定が行われる。種々の入射角で、試験光線は横方向に異なる位置で個々の表面を通過する。コンポーネントから出る波面の個別寄与の横方向シアリング（lateral shearing）が生じる。
【００１１】
本発明に従って測定を行うことにより、種々の入射角で、波面全体に対する関連の個々の光学表面の寄与を分離することができる。光学試験表面の誤差と適合光学系の誤差との分離が、このようにして可能である。さらに、短波干渉計誤差を平均化することができる。
【００１２】
本発明による一実施形態によれば、光学分岐デバイスにより、参照ビームが測定ビームから分岐される。干渉測定結果に対する分岐デバイスの影響は、個々の入射角ごとに測定された波面から確定され、光学試験表面の形状の確定中に、分岐デバイスの確定された影響が干渉測定結果から除去される。
【００１３】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、測定ビームの波面の測定は、検出器カメラにより記録された干渉パターンを評価することにより実施される。測定ビームの個別光線は、検出器カメラにおける個々の測定点に割り当てられる。さらに、レイトレーシングを用いて、個別光線の突入点（break-through points）のシミュレーション座標が、入射角の関数として適合光学系の少なくとも１つの光学表面に関して提供され、干渉測定結果に対する適合光学系の影響の確定中に、突入点の座標が考慮される。これに関連して、適合光学系の光学表面は、適合光学系と相互作用する波の波面を変える全表面、例えば回折構造を有するＣＧＨの表面等を意味すると理解される。レイトレーシングは、所望の状態の干渉計、適合光学系、及び光学試験表面を備えるシステムで行われることが好ましい。
【００１４】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、波面は、レイトレーシングにより入射角の関数としてシミュレートされ、シミュレーション中に考慮した波面に対する適合光学系の少なくとも１つの光学表面の寄与がそれにより変更され、シミュレーション結果を測定波面と比較することにより、少なくとも１つの光学表面の寄与が確定される。さらに、確定された寄与は、干渉測定結果に対する適合光学系の影響を確定する際に用いられる。
【００１５】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学試験表面の所望の形状は自由曲面である。これに関して、自由曲面は、回転対称性を有さない表面を意味すると理解される。特に、自由曲面は、表面の少なくとも１つの点において各回転対称面から５μｍ以上の偏差を有する。換言すれば、自由曲面は、少なくとも１つの点において全回転対称面から５μｍ以上ずれるという点で全回転対称面とは異なる表面により表すことができる。
【００１６】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合済測定ビームの照射時に、光学試験表面に対する入射角は２次元で変更される。入射角の２次元変化は、測定ビームのビーム方向が光学試験表面に対する垂線に対応しない２つの傾斜軸に関する傾斜により変更されることを意味すると理解される。
【００１７】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学試験表面は、マイクロリソグラフィ用の光学素子により形成される。特に、光学素子は、マイクロリソグラフィ用の投影露光機械（projection exposure tool）の一部として、例えば、該機械の投影対物光学系又は照明系の一部として働く。本発明によるさらに別の実施形態によれば、光学素子はＥＵＶミラーとして構成される。
【００１８】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合光学系は、回折光学素子、特にＣＧＨを備える。
【００１９】
さらに、本発明によれば、光学試験表面の形状を判定する装置が提供される。本装置は、測定ビームの波面を光学試験表面の所望の形状に適合させる適合光学系を備える。本装置は、光学試験表面の形状を干渉測定するよう構成される。本発明による装置は、適合済測定ビームを種々の入射角で光学試験表面に照射する入射角変更デバイスと、評価デバイスとをさらに備える。評価デバイスは、光学試験表面との相互作用後に種々の入射角で測定された測定ビームの波面からの干渉測定結果に対する適合光学系の影響を確定し、且つ適合光学系の確定された影響を干渉測定結果から除去することにより光学試験表面の形状を判定するよう構成される。
【００２０】
本発明による装置の一実施形態によれば、入射角変更デバイスは調整可能な偏向ミラーを備える。偏向ミラーにより、適合済測定ビームを種々の入射角で光学試験表面に照射することができる。
【００２１】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、入射角偏光デバイスは、偏向ミラーと、測定ビームの伝播方向に対して横方向に相互にシフトさせた複数の異なる位置から、測定ビームを偏向ミラーに照射するよう構成された測定ビーム発生デバイスとを備える。一変形形態によれば、測定ビーム発生デバイスは、測定ビームを放出する出口開口と、測定ビームの伝播方向に対して横方向に出口開口を移動させるよう構成された並進デバイスとを備える。測定ビーム発生デバイスは、可撓性導波管、特に光ファイバを含むことができ、導波管の端には出口開口が配置される。別の変形形態によれば、測定ビーム発生デバイスは、相互に横方向に変位して配置された複数の放射源を備える。
【００２２】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、入射角変更デバイスは少なくとも１つの屈折素子を備える。別の実施形態によれば、入射角変更デバイスは、偏向ミラーの隣に少なくとも１つの反射素子を備える。
【００２３】
本発明によるさらに別の実施形態によれば、適合光学系は、測定ビームと適合光学系との相互作用により参照ビーム及び物体ビームを発生させるよう構成された２つの回折構造を備え、物体ビームは、光学試験表面の所望の形状に適合した波面を有する。参照ビームは、反射性参照素子の参照表面に適合した波面を有することができ、例えば、参照ビームの波面は、球面フィゾーレンズにおける反射のために球状であり得る。一変形形態によれば、適合光学系は、例えば計算機ホログラムの形態の、測定ビームのビーム経路内に連続して配置された２つの回折光学素子を備える。別の変形形態によれば、適合光学系は、二値化（double coded）計算機ホログラム等の二値化回折光学素子を備え得る。
【００２４】
さらに別の実施形態によれば、本発明による装置は、上掲の実施形態のいずれかによる方法を実施するよう構成される。
【００２５】
本発明による方法の上掲の実施形態に関して特定した特徴を、本発明による装置に準用することができる。逆に、本発明による装置の上掲の実施形態に関して特定した特徴を、本発明による方法に準用することができる。本発明の実施形態のこれら及び他の特徴は、特許請求の範囲並びに明細書及び部面に記載される。個々の特徴は、本発明の実施形態として単独で又は組み合わせて実施してもよく、又は他の応用分野で実施してもよい。さらに、個々の特徴は、本願及び／又は継続出願の係属中に保護を請求する、それ自体が保護可能な有利な実施形態を表し得る。
【００２６】
本発明の上記の及びさらに他の有利な特徴は、添付の概略図面を参照して以下の発明を実施するための形態に示される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】測定ビームを種々の入射角で光学表面に照射することにより光学表面の形状を判定する装置であって、干渉計ユニット及びキャビティユニットを備える装置の本発明による一実施形態の概略断面図である。
【図２】入射角εでの入射測定ビームの反射を示す、図１に示す光学表面の拡大断面図である。
【図３】図１に示す実施形態と比較して異なる干渉計ユニットの実施形態を有する、光学表面の形状を判定する装置の本発明によるさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図４】図３に示す実施形態と比較して異なる干渉計ユニットの実施形態を有する、光学表面の形状を判定する装置の本発明によるさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図５】図１、図３、及び図４のいずれか１つに示す装置で使用される本発明によるキャビティユニットのさらに別の実施形態の概略断面図である。
【図６】図１、図３、及び図４のいずれか１つに示す装置で使用される本発明によるキャビティユニットのさらに別の実施形態の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下で説明する例示的な実施形態では、相互に機能的又は構造的に同様である要素には、可能な限り同一又は同様の参照符号を付けてある。したがって、特定の例示的な実施形態の個々の要素の特徴を理解するためには、他の例示的な実施形態の説明又は本発明の概説を参照すべきである。
【００２９】
投影露光機械の説明を容易にするために、図中、図示のコンポーネントの各相対位置を示す直交ｘｙｚ座標系が明記されている。図１において、ｙ方向は図平面から垂直に延び、ｘ方向は右側に延び、ｚ方向は下側に延びる。
【００３０】
図１は、光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明による一実施形態を示し、光学試験表面１４は、極紫外（ＥＵＶ）波長域の放射線を反射する光学素子１２の反射面の形態である。光学試験表面１４は、いわゆる自由曲面として構成され、すなわち回転対称性を有さず、特に少なくとも１つの点において各回転対称面から５μｍ以上の偏差を有する。換言すれば、自由曲面は、全回転対称面から少なくとも１つの点において５μｍ以上ずれると言う点で全回転対称面とは異なる表面により表すことができる。装置１０により測定される光学素子１２は、例えば、マイクロリソグラフィ用の投影露光機械のミラー、特に該機械の投影対物光学系又は照明系のミラーであり得る。
【００３１】
装置１０は、干渉計ユニット２４、キャビティユニット２１、及び評価デバイス２６を備える。キャビティユニット２１は、フィゾー板２２、回折光学素子２０の形態の補償システム（Ｃシステム）、及び保持デバイス１６を備える。保持デバイス１６は、被測定光学素子１２、回折光学素子２０、及びフィゾー板２２を保持して、上記コンポーネントが剛性キャビティを形成するようにする役割を果たす。この目的で、保持デバイス１６は、被測定光学素子１２、回折光学素子２０、及びフィゾー板２２を支持するために、素子ホルダ１８−１、１８−２、及び１８−３がそれぞれ突出する複数の保持柱１９を備える。キャビティユニット２１内の素子は、測定後に交換することができ、他の被測定光学素子及び対応の回折光学素子を保持デバイス１６にその後挿入できるようになっている。
【００３２】
干渉計ユニット２４は、干渉測定を行うのに十分なコヒーレンスを有する測定放射線を発生させる放射源２７を備える。測定放射線は、可視又は不可視波長域にあり得る。例えば、測定放射線は、約６３３ｎｍの波長を有するヘリウムネオンレーザの光であり得る。放射源２７には、光ファイバの形態の導波管２８が取り付けられ、その端から測定放射線が発散測定ビーム３０の形態で最初に出射する。測定ビーム３０は、最初にコリメータ３１を通過し、コリメータ３１により上記測定ビームが平行拘束に変換される。測定ビーム３０は、続いて調整可能な偏向ミラー３２により、フィゾー板２２、回折光学素子２０、及び被測定光学素子１２から形成されたキャビティの方向に偏向される。
【００３３】
偏向ミラー３２での反射後、測定ビーム３０は、調整可能なスプリッタミラー３６を通過してからフィゾー板２２に当たり、フィゾー板２２の下側にあるフィゾー面４２において入射測定ビーム３０の強度の一部が反射され参照ビーム４４を形成する。測定ビーム３０の非反射部分は、計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態であり適合光学系として働く回折光学素子２０を通過する。この目的で、回折光学素子２０は、測定ビーム３０の波面を光学試験表面１４の所望の形状に適合させるよう構成され、光学試験表面１４は、上述のように、回転対称性を有さない自由曲面として構成される。調整可能な偏向ミラー３２は、測定ビームが光学試験表面１４に垂直に当たるようここでは設定される。適合光学系は、異なる構成とすることもでき、例えば、連続して配置されたＣＧＨの形態の２つの回折素子により形成することもできる。
【００３４】
光学試験表面１４での測定ビーム３０の反射後、測定ビーム３０は、回折光学素子２０、フィゾー板２２を再度通過してから参照ビーム４４と共に調整可能なスプリッタミラー３６により干渉計ユニット２４の検出アームへ反射される。検出アームは、コリメータ４６、アパーチャ４８、接眼レンズ５０、及び２次元分解放射線検出器（two-dimensionally resolving radiation detector）の形態のカメラ５２を備える。カメラ５２において重畳することにより、測定ビーム３０及び参照ビーム４４はインターフェログラムを生成し、そこから、測定された光学試験表面１４の所望の形状からのその偏差が確定される。光学試験表面１４の所望の形状が既知であるので、光学試験表面１４の実際の形状は確定された偏差から導出される。
【００３５】
図１に示す干渉計ユニット２４と、図３及び図４に関して続いて説明する干渉計ユニットとは、いわゆるサブアパーチャ測定ステッチング干渉計（subaperture-measuring stitching interferometer）として設計される。本実施形態では、測定ビームは、被測定光学試験表面１４の部分領域のみを対象とする。したがって、光学試験表面１４は、干渉計ユニット２４を変位させることにより重複部分で測定される。この目的で、干渉計ユニット２４は、干渉計ユニット２４を矢印２５で示すようにｘｙ平面内で変位させる変位デバイスを備える。測定された表面部分の測定結果は、続いて計算により合成される。代替的に、干渉計ユニット２４は、全面測定干渉計として設計することもできる。この場合、測定ビーム３０の断面は、光学試験表面１４全体を対象とするのに十分なほど大きい。サブアパーチャ測定ステッチング干渉計が、より高い局所分解能を可能にする一方で、全面測定干渉計としての設計は、干渉計ユニット２４の光学系により導入されるアーチファクトを平均化して所要測定時間を短縮することを可能にする。
【００３６】
しかしながら、上述の干渉測定により判定された光学試験表面１４の形状の精度は、本例の場合は回折光学素子２０により形成される適合光学系の精度により制限される。換言すれば、適合光学系における誤差、すなわち波面適合の不正確さが、干渉測定結果に含まれる。以下で説明する措置は、適合光学系誤差を干渉測定結果から除去することを可能にする。
【００３７】
上述の措置によれば、調整可能な偏向ミラー３２は、図２に示す入射測定ビーム３０ａの入射角εを２次元的に変更するよう種々の連続した傾斜位置に配置される。この目的で、調整可能な偏向ミラー３２をｙ軸及びｘ軸の両方に対して傾斜させる。図１は、例として、両矢印によりｙ軸に対する傾斜運動３４を示す。
【００３８】
入射測定ビーム３０ａを光学試験表面１４に対する垂線２９に対して角度εだけ傾斜させるよう調整可能な偏向ミラー３２を傾斜させた場合、光学試験表面１４での反射により発生した戻り測定ビーム３０ｂは、垂線２９に対して角度−εだけ傾斜する。これにより、戻り測定ビーム３０ｂは、フィゾー板２２及び回折光学素子２０を通過する際に横方向にずれる。詳細には、横方向オフセットは、光学表面５４−１として示すフィゾー板２２の上側ではΔｘ１であり、光学表面５４−２として示す参照表面４２を形成するフィゾー板２２の下側ではΔｘ２であり、光学表面５４−３として示す回折光学素子２０の上側ではΔｘ３であり、光学表面５４−４として示す回折光学素子２０の下側ではΔｘ４である。換言すれば、個々の光学表面から生じる全波面への個別寄与の横方向シアリングが生じる。調整可能なスプリッタミラー３６は、戻り測定ビーム３０ｂの変更方向への対応した傾斜運動３８により適合される。
【００３９】
ｘ方向及びｙ方向の個々の傾斜位置εに関して、カメラ５２で測定された各波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）がカメラ画素ｘｋ及びｙｋの関数として記録される。波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、往路及び復路での（while passing in and returning）、干渉計ユニット２４の外部の光学表面ｉの全部の個別波面寄与からなる。図１に示す例示的な実施形態では、表面ｉは、表面５４−１、５４−２、５４−３、５４−４、及び光学試験表面１４を含む。以下が適用される。
【００４０】
【数１】
【００４１】
式中、Ｗε，ｉ（ｘｉ，ｙｉ）は、突入点ｘｉ，ｙｉへ進む際の表面ｉの個別寄与であり、Ｗ′εｉ（ｘ′ｉ，ｙ′ｉ）は、突入点ｘ′ｉ，ｙ′ｉへ戻る際の表面ｉの個別寄与であり、Ｎは、干渉計ユニット２４の外部の表面ｉの数である。方程式（１）は、図５及び図６に示す実施形態に対応して適用可能であり、これを続いて説明する。入射角εの変更時に測定ビームの横方向シアリングが生じる各キャビティユニットにおける全表面の、個別波面寄与が解析され得る。
【００４２】
ｘ方向及びｙ方向で変更した種々の入射角εを有する一連の波形Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、カメラ５２により検出された各干渉パターンを評価することにより記録される。ε＝０での光学表面ｉの個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が、続いて評価デバイス２６により記録された波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）から反復して求められる。これは、種々のアルゴリズムで実施することができる。
【００４３】
本発明の実施形態による第１アルゴリズムによれば、測定ビーム３０の個別光線は、検出器カメラ５２における個々の測定点に、すなわち個々のカメラ画素（ｘｋ，ｙｋ）に割り当てられる。各カメラ画素（ｘｋ，ｙｋ）に割り当てられた個別光線は、光学表面ｉを備える光学系を通して対応のカメラ画素を照明する放射線の経路を特定する。続いて、レイトレーシングにより、光学表面ｉに対する個別光線の突入点のシミュレーション座標が、入射角εの関数として提供される。レイトレーシングは、完全な光学系で、すなわち所望の状態の干渉計ユニット２４及び光学表面ｉで実施される。続いて、突入点の座標を考慮して、ε＝０で測定された波面測定結果に対する個々の光学表面ｉの影響Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が反復して求められる。反復の結果として、個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）の変更時に突入点が変わらないと想定される。
【００４４】
本発明によるアルゴリズムのさらに別の実施形態によれば、波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）は、レイトレーシングにより入射角εの関数としてシミュレートされる。シミュレーション中に考慮された光学表面ｉの寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）はここで変更される。シミュレーション結果を測定された波面Ｗε（ｘｋ，ｙｋ）と比較することにより、光学表面の寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）が求められる。換言すれば、このアルゴリズムによれば、表面寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）の反復がレイトレーシングプログラムを直接用いて実施される。この場合、表面寄与は、シミュレーションが測定結果に対応するまで補間により、例えばスプラインにより点毎に変更される。
【００４５】
最後に、ε＝０で測定された波面に基づき計算された光学試験表面１４の形状が、光学試験表面１４から生じない個別寄与Ｗｉ（ｘｉ，ｙｉ）を除去することにより補正される。
【００４６】
設計変形形態による図１に示す装置１０は、以下で説明するように構成される。装置１０は、ベストフィット球面からのずれが５ｍｍ以下である自由曲面を測定するよう設計される。回折光学素子２０の通常のサイズとして、４インチ、６インチ、９インチ、及び１２インチが挙げられる。単一の測定サブアパーチャにおいて測定されるサブアパーチャの直径は、２５ｍｍ〜２５０ｍｍの範囲内にある。４個〜１，０００個のサブアパーチャ測定値を相互にステッチングすることができる。入射角εは、０．５°〜５°で変わり得る。傾斜から得られる個々の素子の測定ビームの横方向シアリングは、各素子の直径の２％〜２０％であり得る。
【００４７】
図３は、光学素子１２の光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明によるさらに別の実施形態を示す。図３に示す装置１０は、図１に示す実施形態のキャビティ２１及び干渉計ユニット３２４を備える。
【００４８】
干渉計３２４は、図１を参照して説明したタイプの放射源２７及び導波管２８を備え、これらが合わせて測定ビーム発生デバイスを形成する。測定放射線は、発散測定ビーム３０の形態で導波管２８の端から出射する。測定ビーム３０が導波管２８から出射する場所を、出口開口５６と称する。測定ビーム３０は、スプリッタミラー３６４の形態の偏向ミラーによりキャビティユニット２１の方向へ偏向され、屈折コリメータ３６６を通過した後に、いわゆる入射測定ビーム３０ａとしてフィゾー板２２に当たる。屈折コリメータは、１つ又は複数のレンズを備え得る。
【００４９】
図２に示すような入射測定ビーム３０ａの入射角εは、図３に示す実施形態において、出口開口５６を含む導波管２８の端を、出口開口５６から出射する測定ビーム３０の伝播方向に関して、すなわち図３の座標系のｙｚ平面において横方向に並進させることにより変更される。導波管２８の端の並進運動は、図３に両矢印３６２で示され、並進デバイスにより行われる。運動３６２は、出口開口５６から出射する測定ビーム３０をその伝播方向に関して横方向にシフトさせるよう行われる。このシフトが、フィゾー板２２に対する入射測定測定ビーム３０ａの傾斜をもたらす。
【００５０】
光学試験表面１４での入射測定ビーム３０ａの反射後にキャビティユニット２１から出る戻り測定ビーム３０ｂは、参照ビーム４４と共にコリメータ３６６を逆方向に通過した後、スプリッタミラー３６４を通過して干渉計ユニット３２４の検出アームに入る。干渉計ユニット３２４の検出アームは、図１に関して上述した干渉計ユニット２４の検出アームに相当し、アパーチャ４８、屈折接眼レンズ５０、及びカメラ５２を備え、カメラ５２に評価デバイス２６が取り付けられる。屈折接眼レンズ５０は、１つ又は複数のレンズを備え得る。カメラ５２により検出された信号の評価は、図１の実施形態に関して上述したように行われる。
【００５１】
図３に示す干渉計ユニット３２４の実施形態の変形形態では、横方向に並進可能な導波管２８は、横方向に相互に変位して配置される複数の放射源に置き換えられる。種々の入射角εは、対応の放射源のオンオフを切り替えることにより得られる。
【００５２】
図４は、光学素子１２の光学試験表面１４の形状を判定する装置１０の本発明によるさらに別の実施形態を示す。図４に示す装置は、干渉計ユニットの構成のみが図３に示す装置と異なる。参照符号４２４で示す図４による干渉計ユニットが図３に示す干渉計ユニット３２４とは異なる点は、屈折コリメータ３６６及び屈折接眼レンズ５０の両方が反射素子で、すなわちそれぞれ放物面ミラー４６６、４５０で置き換えられることである。
【００５３】
コリメータ３６６及び接眼レンズ５０の屈折性を用いる干渉計３２４を屈折望遠鏡と称し得るが、干渉計３２４をミラー望遠鏡と称し得る。ミラー望遠鏡の利点として、放物面ミラー４６６及び４５０がそれぞれ１つのミラーのみにより構成され得るので、干渉反射がなく関連する光学表面の数が最小化されることが挙げられる。このようにして、測定結果に対する個々の光学表面の誤差寄与の解析が促進される。
【００５４】
図５は、図１、図３、及び図４に示す装置１０のいずれかにおいて、これらの図に示すキャビティユニット２１の代わりに用いることができるキャビティユニットのさらに別の実施形態５２１を示す。キャビティユニット５２１は、キャビティユニット２１の単一の回折素子２０の代わりに二重回折素子系７０を備えることが、キャビティユニット２１とは異なる。回折素子系７０は、入射測定ビーム３０ａのビーム経路内に連続して配置された計算機ホログラム（ＣＧＨ）の形態の２つの回折素子５２０ａ及び５２０ｂを備え、入射測定ビームが最初に第１回折素子５２０を通過した後に第２光学素子５２０ｂを通過するようになっている。キャビティユニット５２１はさらに、フィゾー板２２の代わりに球面フィゾーレンズ５２２を備える点がキャビティユニット２１とは異なる。フィゾーレンズ５２２は、ここでは、入射測定ビーム３０ａのビーム経路内で回折素子５２０ａ及び５２０ｂの後に配置される。
【００５５】
入射測定ビーム３０ａは回折素子系７０を通過し、回折素子系７０は、適合光学系として働き、光学試験表面１４の所望の形状に適合された波面を有する入射物体ビーム５３０ａを＋１次回折次数で発生させるよう構成される。素子系７０は、球面波面を有する参照ビーム５４４を−１次回折次数で発生させるようさらに構成される。参照ビーム５４４は、フィゾーレンズ５２２の球面参照表面５４２に垂直に当たることで、そのまま反射された後に素子系７０を逆方向に通過して干渉計ユニットに入る。
【００５６】
図５に示すビーム経路の場合にように、干渉計ユニットにより入射角が０°に調整される場合、入射物体ビーム５３０ａは、球面フィゾーレンズ５２２を通過して光学素子１２の試験表面１４に垂直に当たる。入射物体ビーム５３０ａは、試験表面１４においてそのまま反射され、戻り物体ビーム５３０ｂとして逆方向にフィゾーレンズ５２２及び回折素子系５７０を通過し、戻り測定ビーム３０ｂとして干渉計ユニットに入る。
【００５７】
上記測定アルゴリズムを用いて、回折素子系５７０の２つの回折光学素子５２０ａ及び５２０ｂのそれぞれの個別波形寄与Ｗε，ｉ（ｘｉ，ｙｉ）を求めることができる。方程式（１）を参照すると、Ｎは、入射角εの変更時にビーム３０ａ及び物体ビーム５３０ａを含む測定ビームの横方向シアリングが生じるキャビティユニット５２１における表面の数である。
【００５８】
図６は、図５に示すキャビティユニット５２１の代わりに用いることができるキャビティユニットの別の実施形態６２１を示す。キャビティユニット６２１は、単一の回折光学素子６２０が二重回折素子系５７０の代わりに用いられる点がキャビティユニット５２１とは異なる。回折光学素子６２０は、複素コーディング（complexly coded）ＣＧＨとも称する二値化ＣＧＨの形態で二値化される。このような二値化回折光学素子６２０は、同一表面上に配置された２つの回折構造を備える。第１回折構造の一次回折次数は、球面参照ビーム５４４を発生させ、第２回折構造の一次回折次数は、光学試験表面１４の所望の形状に適合された波面を有する入射物体ビーム５３０ａを発生させる。
【００５９】
キャビティユニット５２１及び６２１において、光学素子１２の参照表面５４２及び試験表面１４は、相互に直接対向して配置されるので、比較的小さなキャビティを形成する。したがって、測定が振動及び大気乱流の影響を非常に受け難い。キャビティユニットは、いわゆる三点試験法及び回転シフト法等の当業者に既知の較正手順を用いて、光学素子１２を球面を有する較正素子で置き換えることにより較正することができる。フィゾーレンズ５２２自体は、フィゾーレンズ５２２が引き起こす残余誤差を低減するために測定プロセスにおいて回転させることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 光学試験表面の形状を判定する装置
１２ 光学素子
１４ 光学試験表面
１６ 保持デバイス
１８−１ 素子ホルダ
１８−２ 素子ホルダ
１８−３ 素子ホルダ
１９ 保持柱
２０ 回折光学素子
２１ キャビティユニット
２２ フィゾー板
２４ 干渉計ユニット
２５ 変位デバイス
２６ 評価デバイス
２７ 放射源
２８ 導波管
２９ 垂線
３０ 測定ビーム
３０ａ 入射測定ビーム
３０ｂ 戻り測定ビーム
３１ コリメータ
３２ 調整可能な偏向ミラー
３４ 傾斜運動
３６ 調整可能なスプリッタミラー
３８ 傾斜運動
４０ 並進運動
４２ 参照表面
４４ 参照ビーム
４６ コリメータ
４８ アパーチャ
５０ 接眼レンズ
５２ カメラ
５４−１ 光学表面
５４−２ 光学表面
５４−３ 光学表面
５４−４ 光学表面
５６ 出口開口
７０ 回折素子系
３２４ 干渉計ユニット
３６２ 並進運動
３６４ スプリッタミラー
３６６ コリメータ
４２４ 干渉計ユニット
４５０ 放物面ミラー
４６６ 放物面ミラー
５２０ａ 第１回折光学素子
５２０ｂ 第２回折光学素子
５２１ キャビティユニット
５２２ 球面フィゾーレンズ
５３０ａ 入射物体ビーム
５３０ｂ 戻り物体ビーム
５４２ 参照表面
５４４ 参照ビーム
５７０ 二重回折素子系
６２０ 二値化回折光学素子
６２１ キャビティユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学試験表面の形状を判定する方法であって、
測定ビームの波面を適合光学系により前記光学試験表面の所望の形状に適合させ、前記光学試験表面の前記形状を適合済測定ビームにより干渉測定するステップと、
前記適合済測定ビームを前記光学試験表面に種々の入射角で照射し、前記測定ビームの前記波面を前記光学試験表面との相互作用後にそれぞれ測定するステップと、
個々の入射角ごとに測定された前記波面からの干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定するステップと、
前記光学試験表面の前記形状を、前記適合光学系の確定された影響を前記干渉測定結果から除去することにより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、
光学分岐デバイスにより、参照ビームが前記測定ビームから分岐され、前記干渉測定結果に対する前記分岐デバイスの影響が、前記個々の入射角ごとに測定された前記波面から確定され、前記光学試験表面の前記形状の確定中に、前記分岐デバイスの確定された影響が前記干渉測定結果から除去される方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記測定ビームの前記波面の測定は、検出器カメラにより記録された干渉パターンを評価することにより実施され、前記測定ビームの個別光線が、前記検出器カメラにおける個々の測定点に割り当てられ、さらに、レイトレーシングを用いて、前記個別光線の突入点のシミュレーション座標が、前記入射角の関数として前記適合光学系の少なくとも１つの光学表面に関して提供され、前記干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響の確定中に、前記突入点の前記座標が考慮される方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記波面は、レイトレーシングにより前記入射角の関数としてシミュレートされ、シミュレーション中に考慮した前記波面に対する前記適合光学系の前記少なくとも１つの光学表面の寄与がそれにより変更され、シミュレーション結果を前記測定波面と比較することにより、前記少なくとも１つの光学表面の寄与が確定され、前記確定された寄与は、前記干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定する際に用いられる方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記光学試験表面の前記所望の形状は自由曲面である方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記適合済測定ビームの照射時に、前記光学試験方面に対する前記入射角は２次元で変更される方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
前記光学試験表面はマイクロリソグラフィ用の光学素子により形成される方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記光学素子はＥＵＶミラーとして構成される方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
前記適合光学系は回折光学素子を含む方法。
【請求項１０】
光学試験表面の形状を判定する装置であって、
測定ビームの波面を前記光学試験表面の所望の形状に適合させる適合光学系であり、前記装置は前記光学試験表面の前記形状を干渉測定するよう構成された適合光学系と、
適合済測定ビームを種々の入射角で前記光学試験表面に照射する入射角変更デバイスと、
前記光学試験表面との相互作用後に前記種々の入射角で測定された前記測定ビームの前記波面からの干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定し、且つ前記適合光学系の確定された影響を前記干渉測定結果から除去することにより前記光学試験表面の前記形状を判定するよう構成された評価デバイスと
を備える装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記入射角変更デバイスは調整可能な偏向ミラーを含む装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の装置において、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成された装置。
【請求項１】
光学試験表面の形状を判定する方法であって、
測定ビームの波面を適合光学系により前記光学試験表面の所望の形状に適合させ、前記光学試験表面の前記形状を適合済測定ビームにより干渉測定するステップと、
前記適合済測定ビームを前記光学試験表面に種々の入射角で照射し、前記測定ビームの前記波面を前記光学試験表面との相互作用後にそれぞれ測定するステップと、
個々の入射角ごとに測定された前記波面からの干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定するステップと、
前記光学試験表面の前記形状を、前記適合光学系の確定された影響を前記干渉測定結果から除去することにより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、
光学分岐デバイスにより、参照ビームが前記測定ビームから分岐され、前記干渉測定結果に対する前記分岐デバイスの影響が、前記個々の入射角ごとに測定された前記波面から確定され、前記光学試験表面の前記形状の確定中に、前記分岐デバイスの確定された影響が前記干渉測定結果から除去される方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記測定ビームの前記波面の測定は、検出器カメラにより記録された干渉パターンを評価することにより実施され、前記測定ビームの個別光線が、前記検出器カメラにおける個々の測定点に割り当てられ、さらに、レイトレーシングを用いて、前記個別光線の突入点のシミュレーション座標が、前記入射角の関数として前記適合光学系の少なくとも１つの光学表面に関して提供され、前記干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響の確定中に、前記突入点の前記座標が考慮される方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の方法において、
前記波面は、レイトレーシングにより前記入射角の関数としてシミュレートされ、シミュレーション中に考慮した前記波面に対する前記適合光学系の前記少なくとも１つの光学表面の寄与がそれにより変更され、シミュレーション結果を前記測定波面と比較することにより、前記少なくとも１つの光学表面の寄与が確定され、前記確定された寄与は、前記干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定する際に用いられる方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法において、前記光学試験表面の前記所望の形状は自由曲面である方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法において、
前記適合済測定ビームの照射時に、前記光学試験方面に対する前記入射角は２次元で変更される方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法において、
前記光学試験表面はマイクロリソグラフィ用の光学素子により形成される方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記光学素子はＥＵＶミラーとして構成される方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法において、
前記適合光学系は回折光学素子を含む方法。
【請求項１０】
光学試験表面の形状を判定する装置であって、
測定ビームの波面を前記光学試験表面の所望の形状に適合させる適合光学系であり、前記装置は前記光学試験表面の前記形状を干渉測定するよう構成された適合光学系と、
適合済測定ビームを種々の入射角で前記光学試験表面に照射する入射角変更デバイスと、
前記光学試験表面との相互作用後に前記種々の入射角で測定された前記測定ビームの前記波面からの干渉測定結果に対する前記適合光学系の影響を確定し、且つ前記適合光学系の確定された影響を前記干渉測定結果から除去することにより前記光学試験表面の前記形状を判定するよう構成された評価デバイスと
を備える装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、
前記入射角変更デバイスは調整可能な偏向ミラーを含む装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の装置において、
請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成された装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９８１９７（Ｐ２０１２−１９８１９７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２９７７８（Ｐ２０１２−２９７７８）
【出願日】平成２４年２月１４日（２０１２．２．１４）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２９７７８（Ｐ２０１２−２９７７８）
【出願日】平成２４年２月１４日（２０１２．２．１４）
【出願人】（５０３２６３３５５）カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー (435)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]