(57)【要約】【課題】大型で高精度な計測用の光学系を用いることなく、被検光学系の波面収差特性を高精度に計測する。【解決手段】投影光学系ＰＬの波面収差計測方法において、投影光学系ＰＬを通過した光束を、中心を通る面内に回折格子３０Ａが形成されたガラス球１９Ａに照射し、ガラス球１９Ａの回折格子３０Ａから発生する複数の光束のシアリング干渉による干渉縞を撮像素子２１によって計測し、その計測結果から投影光学系ＰＬの波面収差を求める。【選択図】図２
2010206047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系の波面収差計測方法において、
前記光学系を通過した光束を、中心を通る面内又はその近傍に回折格子が形成された球状部材に照射する工程と、
前記球状部材の前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞を計測する工程と、
前記干渉縞の計測結果に基づいて、前記光学系の波面収差情報を求める工程と、
を含むことを特徴とする波面収差計測方法。
【請求項２】
前記光学系を通過した光束を、中心を通る面内又はその近傍に、互いに異なる角度に傾斜した回折格子が形成された複数の球状部材に照射する工程と、
複数の前記球状部材の前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて、前記光学系の波面収差情報に含まれる計測誤差情報を求める工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
【請求項３】
前記球状部材を回転させ、前記回折格子を異なる複数の角度に傾斜させる工程と、
前記光学系を通過した光束を、前記回折格子が前記異なる複数の角度に傾斜した前記球状部材に順次照射する工程と、
前記異なる複数の角度に傾斜した前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて、前記光学系の波面収差情報に含まれる計測誤差情報を求める工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測方法。
【請求項４】
前記干渉縞は、前記光学系の瞳面又はこの共役面で検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波面収差計測方法。
【請求項５】
光学系の波面収差計測装置において、
前記光学系を通過した光束が照射され、中心を通る面内又はその近傍に回折格子が形成された球状部材と、
前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞を計測する計測装置と、
前記計測装置の計測結果から前記光学系の波面収差情報を求める演算装置と、
を備えることを特徴とする波面収差計測装置。
【請求項６】
前記光学系を通過した光束が照射され、中心を通る面内又はその近傍に、互いに異なる角度に傾斜した前記回折格子が形成された複数の前記球状部材を備え、
前記演算装置は、前記計測装置によって計測される、複数の前記球状部材の前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて、前記光学系の波面収差情報に含まれる計測誤差情報を求めることを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
【請求項７】
前記球状部材を回転させ、前記回折格子を異なる複数の角度に傾斜させる傾斜機構を備え、
前記演算装置は、前記計測装置によって計測される、前記異なる複数の角度に傾斜した前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて、前記光学系の波面収差情報に含まれる計測誤差情報を求めることを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
【請求項８】
前記計測装置は、前記干渉縞を前記光学系の瞳面又はこの共役面で検出する撮像素子を有することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の波面収差計測装置。
【請求項９】
前記計測装置は、前記球状部材を透過した光束を伝送する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバで伝送された光束を受光する複数の受光素子とを有することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の波面収差計測装置。
【請求項１０】
回折格子が中心を通る面内又はその近傍に形成されたことを特徴とする球状部材。
【請求項１１】
前記回折格子は、１次元又は２次元の振幅型の回折格子であることを特徴とする請求項１０に記載の球状部材。
【請求項１２】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の波面収差計測方法を用いて前記投影光学系の波面収差を計測することを特徴とする露光方法。
【請求項１３】
露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置において、
請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の波面収差計測装置を備え、
前記波面収差計測装置で前記投影光学系の波面収差を計測することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系の波面収差特性を計測する波面収差計測技術、この波面収差計測技術を用いる際に使用可能な球状部材、及びその波面収差計測技術を用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体デバイス又は液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写露光するために、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置等の露光装置が使用されている。これらの露光装置において、レチクルのパターンの像を高精度に露光するためには、投影光学系の例えば波面収差で表される結像特性を所定の状態に維持する必要がある。そのためには、投影光学系の波面収差を例えばオンボディで高精度に計測する必要がある。
【０００３】
従来の波面収差計測装置としては、レチクル面のピンホールから射出した球面波を、被検光学系である投影光学系に通した後、計測用の対物レンズを用いて平面波に変換し、その平面波をマイクロレンズアレイによって波面分割し、波面分割した各光束を集光して撮像素子上に多数のスポット光を形成する、シャック・ハルトマン（Shack-Hartmann）方式の計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
露光装置においては近年、投影光学系の開口数（ＮＡ）として非常に大きい値が要求されるようになっている。そのように大きい開口数の投影光学系の波面収差を、従来のシャック・ハルトマン方式の計測装置で高精度に計測するためには、計測用の対物レンズを大型化する必要がある。しかしながら、対物レンズが大型化すると、それを含む計測装置を例えば露光装置のステージに組み込むことが困難になる。
【０００６】
さらに、シャック・ハルトマン方式では、計測用の対物レンズの波面収差が計測結果に直接影響するため、投影光学系の波面収差の計測精度を向上するためには、計測用の対物レンズの波面収差等の光学特性をさらに向上させる必要がある。しかしながら、対物レンズの大型化を抑制して、かつ光学特性を向上させるのは困難である。
本発明は、このような課題に鑑み、大型で高精度な計測用の光学系を用いることなく、被検光学系の波面収差特性を高精度に計測できる波面収差計測技術、この波面収差計測技術を適用する際に使用可能な球状部材、及びこの波面収差計測技術を用いる露光技術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】
本発明による光学特性計測方法は、光学系の波面収差計測方法において、その光学系を通過した光束を、中心を通る面内又はその近傍に回折格子が形成された球状部材に照射する工程と、その球状部材のその回折格子から発生する複数の光束による干渉縞を計測する工程と、その干渉縞の計測結果に基づいて、その光学系の波面収差情報を求める工程と、を含むものである。
【０００８】
また、本発明による光学特性計測装置は、光学系の波面収差計測装置において、その光学系を通過した光束が照射され、中心を通る面内又はその近傍に回折格子が形成された球状部材と、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞を計測する計測装置と、その計測装置の計測結果からその光学系の波面収差情報を求める演算装置と、を備えるものである。
【０００９】
また、本発明による球状部材は、回折格子が中心を通る面内又はその近傍に形成されたものである。
また、本発明による露光方法は、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、本発明の波面収差計測方法を用いてその投影光学系の波面収差を計測するものである。
【００１０】
また、本発明による露光装置は、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光装置において、本発明の波面収差計測装置を備え、その波面収差計測装置でその投影光学系の結像特性を計測するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光学系（被検光学系）からの光束は入射方向に関わらず、同じ入射角で球状部材に入射して、その中の回折格子で複数の光束（０次光、±１次回折光等）に回折される。さらに、回折された複数の光束も同じ射出角で球状部材から射出される。即ち、回折格子から射出される複数の光束は、回折格子の周期に応じて正確に回折されて射出される。従って、その複数の光束によって形成される干渉縞を検出することによって、大型で高精度な計測用の光学系を用いることなく、例えば大きい開口数を持つ光学系に対しても高精度に波面収差特性を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】投影光学系ＰＬの波面収差を計測中の波面収差測定器１８を示す一部を切り欠いた図である。
【図３】ガラス球１９Ａの製造工程の説明図であり、（Ａ）は一方の半球に格子を形成した状態を示す斜視図、（Ｂ）は格子に遮光膜を埋め込んだ状態を示す斜視図、（Ｃ）は２つの半球を接合した状態を示す斜視図、（Ｄ）は接合面のほぼ全面に回折格子が形成された例を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）は第２のガラス球１９Ｂを介して計測中の要部を示す断面図、（Ｂ）は第３のガラス球１９Ｃを介して計測中の要部を示す断面図である。
【図５】（Ａ）はシアリング波面の計測結果の一例を示す図、（Ｂ）は第１のガラス球中の回折格子を示す拡大図、（Ｃ）は第２のガラス球中の回折格子を示す拡大図である。
【図６】（Ａ）は波面収差測定器の校正動作の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は波面計測方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】第１の実施形態の変形例を示す一部を切り欠いた図である。
【図８】第２の実施形態の波面収差測定器を示す一部を切り欠いた図である。
【図９】第２の実施形態の変形例を示す一部を切り欠いた図である。
【図１０】（Ａ）は第３の実施形態の波面収差測定器を示す拡大図、（Ｂ）は図１０（Ａ）の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は本実施形態の露光装置の概略構成を示す。図１において、露光用の光源１としてＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されているが、その他にＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）又は水銀ランプ等も使用できる。光源１から射出されるほぼ直線偏光の照明光（露光光）ＩＬは、周知のビーム送光系２を介して、例えば回転可能な１／２波長板及び１／４波長板等からなり、照明光ＩＬの偏光状態を異なる方向の直線偏光又は円偏光等に変換する偏光状態可変部３に入射する。
【００１４】
偏光状態可変部３を通過した照明光ＩＬは、光束の断面形状を変化させるためのビーム形状可変部４を介して、マイクロフライアイレンズ（又はフライアイレンズ）５に入射する。マイクロフライアイレンズ５の射出面（照明光学系の瞳面）に多数の二次光源からなる面光源が形成される。なお、マイクロフライアイレンズ５の代わりに、回折光学素子やロッドインテグレータ（内面反射型インテグレータ）等のオプティカルインテグレータを使用しても良い。また、その照明光学系の瞳面には、通常照明、輪帯照明、２極照明、変形照明等の種々の照明に切り替えるための可変開口絞り部（不図示）が設置されている。
【００１５】
マイクロフライアイレンズ５から射出された照明光ＩＬは、第１リレー光学系６、レチクルブラインド７、第２リレー光学系８Ａ、コンデンサ光学系８Ｂ、及び光路折り曲げ用のミラー９を介して、転写用のパターンが形成されたレチクルＲを均一な照度分布で照明する。ビーム送光系２からコンデンサ光学系８Ｂ及びミラー９までの部材を含んで照明光学系ＩＬＳが構成されている。光源１、偏光状態可変部３、及びビーム形状可変部４の動作は、コンピュータよりなり装置全体の動作を統括制御する主制御系１１内の照明系制御部によって制御されている。
【００１６】
照明光ＩＬのもとで、レチクルＲのパターンは投影光学系ＰＬを介してレジストが塗布されたウエハＷ上に転写露光される。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。
本実施形態の投影光学系ＰＬを構成する所定の光学部材、例えばレンズエレメント１４Ａ，１４Ｂは、不図示のレンズ枠及びＺ方向に伸縮可能な３箇所の駆動素子１３Ａ，１３Ｂを介して鏡筒に支持されている。主制御系１１内の結像特性制御部が、駆動系１２を介して駆動素子１３Ａ，１３Ｂを駆動することによって、レンズエレメント１４Ａ，１４ＢのＺ方向の位置、並びにＸ軸及びＹ軸の周りの傾斜角を制御できる。これによって、投影光学系ＰＬの所定の結像特性（例えば波面収差）を補正できる。なお、駆動可能なレンズエレメント１４Ａ，１４Ｂの位置及び個数は、制御対象の結像特性に応じて任意に設定可能である。
【００１７】
次に、レチクルＲはレチクルステージＲＳＴ上に保持され、レチクルステージＲＳＴはレーザ干渉計（不図示）の計測値に基づいて、レチクルベース（不図示）上の光軸ＡＸに垂直な平面内でレチクルＲの移動又は位置決めを行う。一方、ウエハＷはウエハステージＷＳＴ上に保持され、ウエハステージＷＳＴはレーザ干渉計（不図示）の計測値に基づいて、ウエハベースＷＢ上の光軸ＡＸに垂直な平面内で連続移動及びステップ移動を行う。また、ウエハステージＷＳＴには、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させるために、ウエハＷのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺステージ機構も組み込まれている。
【００１８】
露光時には、主制御系１１内の露光制御部の制御のもとで、不図示のアライメント系によってレチクルＲとウエハＷとのアライメントが行われた後、偏光状態可変部３によって照明光ＩＬの偏光状態が所定状態に設定される。その後、光源１の発光を開始して、レチクルＲのパターンを一括露光方式又は走査露光方式で投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の１つのショット領域に転写する動作と、光源１の発光を停止して、ウエハＷをステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が転写される。また、本実施形態の露光装置が国際公開第９９／４９５０４号パンフレットに示すような液浸型である場合には、投影光学系ＰＬとウエハＷとの間に不図示の液体供給機構から純水等の液体が供給される。
【００１９】
さて、このような露光に際しては、投影光学系ＰＬの結像特性が所定の状態に調整されている必要がある。そのためには、先ずその結像特性を高精度に計測する必要がある。そこで、ウエハベースＷＢ上にウエハステージＷＳＴと並列に計測ステージＭＳＴが移動可能に載置され、計測ステージＭＳＴには、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための波面収差測定器１８が、Ｚ駆動部２６によってＺ方向の位置が調整できるように設置されている。主制御系１１には、波面収差測定器１８の制御等を行う計測部１７が接続されている。
【００２０】
計測部１７は、波面収差測定器１８から供給される検出信号を処理して投影光学系ＰＬの波面収差の情報を求め、求めた情報を主制御系１１内の結像特性制御部に供給する。なお、波面収差測定器１８は、計測ステージＭＳＴに着脱可能に設定されてもよい。また、ウエハステージＷＳＴに波面収差測定器１８を設置してもよい。計測ステージＭＳＴには、レチクルＲのアライメントマークの像の位置を検出する空間像計測系（不図示）も設けられている。
【００２１】
本実施形態において投影光学系ＰＬの波面収差を計測する際には、図２に示すように、レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲの代わりにテストレチクルＲ１がロードされる。図２において、テストレチクルＲ１のパターン面には、複数の同じ直径のピンホール１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ等が形成されており、照明光ＩＬの照射によって、ピンホール１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ等からそれぞれ光束ＬＡ等よりなる球面波が投影光学系ＰＬに向けて射出される。ピンホール１５Ａの直径は、一例として２０〜１００μｍ程度であり、投影光学系ＰＬの倍率が１／４である場合には、ピンホール１５Ａの像の直径は５〜２５μｍ程度である。ここでは光軸ＡＸ上にあるピンホール１５Ａからの光束ＬＡを用いるものとする。光束ＬＡよりなる球面波は、投影光学系ＰＬの瞳面（開口絞りの配置面）上で、投影光学系ＰＬに波面収差がないときには点線で示す平面波１６となり、波面収差があるときには実線で示す非平面波１６Ａとなる。
【００２２】
さらに、計測ステージＭＳＴ上の凹部に波面収差測定器１８が設置されている。波面収差測定器１８は、複数（図２では４個）の同じ大きさのほぼ完全な球体であるガラス球１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄを備え、各ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心（球心）を通るようにそれぞれＸＺ平面内の異なる方向に同じ周期（ピッチ）で、振幅型の回折格子３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄが形成されている。ガラス球１９Ａ〜１９Ｄは、それぞれ照明光ＩＬを透過する石英又は蛍石（ＣａＦ2 ）等のガラスの球体の中心を通るように回折格子を形成したものである。ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの直径は例えば１〜数ｍｍ程度であり、回折格子３０Ａ〜３０Ｄの周期は、例えば投影光学系ＰＬの解像限界の周期の数倍よりも大きい。回折格子３０Ａ〜３０Ｄの遮光部の周期方向の幅と光透過部の周期方向の幅との比（デューティ比）はほぼ１：１である。後述のように、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄは極めて高精度に製造できる。
【００２３】
この場合、ガラス球１９Ａは、主に計測用に用いられ、このガラス球１９Ａ内の回折格子３０ＡはＸＹ平面に平行であり、その周期方向はＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）である。また、ガラス球１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、主に校正（キャリブレーション）用に用いられ、これらのガラス球１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄは、それぞれガラス球１９ＡをＹ軸に平行な軸の周りに反時計回りに例えば−２０°、２０°、４０°程度回転した状態と同じである。回折格子３０Ａの周期、及びガラス球１９Ａ〜１９Ｄ内の回折格子３０Ａ〜３０Ｄの周期方向のＸ軸に対する傾斜角の情報は、既知のパラメータとして計測部１７の記憶部に記憶されている。なお、各ガラス球１９Ｂ〜１９Ｄの回折格子３０Ｂ〜３０Ｄの周期方向（Ｘ軸に対する傾斜角）は任意であり、周期方向が異なるガラス球１９Ｂ等の個数も任意である。
【００２４】
これらのガラス球１９Ａ〜１９Ｄは、それぞれの中心がＸ軸に平行な軸に沿って所定間隔で配列されるように、支持部材３１によって連結され、支持部材３１は、ガイド部材３３に沿って駆動機構（不図示）によりＸ方向に移動する可動部３２に固定されている。図１の計測部１７が、その駆動機構を介して可動部３２、ひいてはガラス球１９Ａ〜１９ＤのＸ方向の位置を制御する。なお、図２では、ガラス球１９Ａが左から２番目に配置されているが、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの配置の順序は任意である。
【００２５】
また、計測ステージＭＳＴ上の凹部の中央に、計測対象のピンホール（ここではピンホール１５Ａ）の像を形成した光束をほぼ平行光束に変換するコリメータレンズ（対物レンズ）２０が配置され、コリメータレンズ２０の下方に、そのほぼ平行光束に変換された照明光を受光する多数の画素がＸ方向、Ｙ方向に所定周期で配列されたＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等の２次元の撮像素子２１が固定されている。コリメータレンズ２０は支持部材（不図示）を介してその凹部に固定されている。
【００２６】
この場合、コリメータレンズ２０の前側焦点にその計測対象のピンホール１５Ａの像が合致するように、計測ステージＭＳＴが位置決めされる。さらに、コリメータレンズ２０の前側焦点（ピンホール１５Ａの像）にガラス球１９Ａ〜１９Ｄのいずれか（図２ではガラス球１９Ａ）の中心が合致するように、可動部３２を介して支持部材３１が位置決めされる。また、コリメータレンズ２０の後側焦点面に撮像素子２１の撮像面が配置される。従って、投影光学系ＰＬの瞳面と、撮像素子２１の撮像面とはほぼ共役であり、撮像素子２１の各画素には、投影光学系ＰＬの瞳面内の領域をＸ方向、Ｙ方向に所定周期で分割した多数の領域内の対応する領域、又はその近傍の領域を通過した照明光が入射する。
【００２７】
ガラス球１９Ａ〜１９Ｄ、支持部材３１、可動部３２、コリメータレンズ２０、及び撮像素子２１を含んで波面収差測定器１８が構成されている。計測部１７は、撮像素子２１の撮像信号（検出信号）を処理して、投影光学系ＰＬの波面収差の情報を求める。
ここで、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）を参照して、ガラス球１９Ａの製造方法の一例につき説明する。先ず、図３（Ａ）に示すように、２つのガラス製の半球１９Ａ１及び１９Ａ２を製造した後、一方の半球１９Ａ１の円形断面である接合面１９Ａｂ上に、例えばエッチングによって、接合面１９Ａｂの中心１９Ａｃを通り所定のｘ方向に沿って周期Ｐｘで配列された多数の矩形の凹部３４ａよりなる位相格子３４を形成する。次に、図３（Ｂ）に示すように、半球１９Ａ１の位相格子３４の全部の凹部３４ａにクロム等の金属膜よりなる遮光膜３０Ａａを堆積することで、位相格子３４を振幅型の回折格子３０Ａとする。これは、例えば接合面１９Ａｂ上にフォトレジストを塗布し、露光によって凹部３４ａのフォトレジストを除去した後、その上に遮光膜を蒸着してから、そのフォトレジストを除去することで行われる。
【００２８】
その後、半球１９Ａ１の接合面１９Ａｂに、例えば照明光を透過する極めて薄く塗布された接着剤を介して、半球１９Ａ２の円形断面を接合することによって、図３（Ｃ）に示すように、中心１９Ａｃを通りｘ方向に周期性を持つ回折格子３０Ａが形成されたガラス球１９Ａが完成する。中心１９Ａｃはガラス球１９Ａの球心でもある。なお、半球１９Ａ１，１９Ａ２は例えば圧着によって接合することも可能である。そして、図３（Ｃ）のｘ方向が図２のＸ方向に平行になるように、ガラス球１９Ａが波面収差測定器１８の支持部材３１に取り付けられる。
【００２９】
なお、図３（Ｄ）に示すように、ガラス球１９Ａの半球１９Ａ１，１９Ａ２の接合面のほぼ全面にｘ方向に所定周期の回折格子３０ＡＥを形成してもよい。図２の他のガラス球１９Ｂ〜１９Ｄもガラス球１９Ａと同様に製造できる。
図２に戻り、投影光学系ＰＬの波面収差の計測時には、テストレチクルＲ１の例えばピンホール１５Ａの像の位置にコリメータレンズ２０の前側焦点があり、その像の位置にほぼガラス球１９Ａの中心が位置決めされる。この場合、ピンホール１５Ａの像を形成する光束ＬＡがガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａに入射すると、回折格子３０Ａからは０次光Ａ０、＋１次回折光ＡＡ、及び−１次回折光ＡＢが射出される。射出された０次光Ａ０及び１次回折光ＡＡ，ＡＢはガラス球１９Ａを通過した後、コリメータレンズ２０を介してＸ方向に相対的に位置ずれしたほぼ平行光束となって撮像素子２１の撮像面に入射する。その撮像面には、０次光Ａ０及び１次回折光ＡＡ，ＡＢのＸ方向のシアリング干渉による図５（Ａ）に示す干渉縞（シアリング波面）３５が形成される。従って、干渉縞３５の光量分布（強度分布）を撮像素子２１を介して計測し、干渉縞３５の位相分布を求めることで、投影光学系ＰＬを通過した光束ＬＡの波面の位相分布を求めることができる。その位相分布から投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。
【００３０】
この場合、図２において、ピンホール１５Ａから射出された光束ＬＡのうち、投影光学系ＰＬを介して光軸ＡＸに対して大きい傾斜角でガラス球１９Ａに入射する光も、傾斜角が小さい光と同様に、ガラス球１９Ａの表面に対する入射角はほぼ０であるため、そのままの光路で、かつ少ない光量損失でガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａに入射する。さらに、光束ＬＡはガラス球１９Ａのほぼ中心に集光されるため、その中心を通過する回折格子３０Ａから発生する０次光Ａ０及び回折光ＡＡ，ＡＢのガラス球１９Ａの表面からの射出角はほぼ０である。従って、０次光Ａ０及び回折光ＡＡ，ＡＢはほぼ回折格子３０Ａによる回折作用のみを受けて、少ない光量損失でガラス球１９Ａからコリメータレンズ２０に入射する。さらに、０次光Ａ０及び回折光ＡＡ，ＡＢは、ガラス球１９Ａのほぼ中心から発生しているため、コリメータレンズ２０としては、単に前側焦点付近からの光束を平行光束に変換するだけの小さい安価なレンズを使用できる。
【００３１】
一方、例えば回折格子３０Ａが平板状のガラス板に形成されている場合には、投影光学系ＰＬから大きい傾斜角で入射する光束の０次光、及び回折格子３０Ａから大きい回折角で発生する回折光等はそのガラス板の裏面で全反射して検出されない恐れがある。これに対して、本実施形態ではガラス球１９Ａの作用によって、投影光学系ＰＬからの光束及びこれらの回折格子３０Ａによる回折光の全てがそのままコリメータレンズ２０に入射するため、投影光学系ＰＬの開口数が大きい場合でも、シアリング波面を高精度に生成できる。
【００３２】
このように本実施形態の波面収差測定器１８によれば、ほぼガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａの回折作用のみを受けて発生する０次光Ａ０及び回折光ＡＡ，ＡＢによるシアリング波面を高精度に検出できる。しかしながら、投影光学系ＰＬに入射する光束ＬＡ及び回折格子３０Ａ自体に起因する波面の計測誤差は残存している。この計測誤差は、（ａ）光束ＬＡの偏光状態（例えば直線偏光の場合の偏光方向）に起因するベクトル効果による計測誤差、及び（ｂ）光束ＬＡと回折格子３０Ａを構成する遮光膜（金属膜）との相互作用に起因する電磁場効果による計測誤差を含んでいる。
【００３３】
そこで、以下では光束ＬＡ及び回折格子３０Ａに起因する計測誤差を求めて、波面収差測定器１８の校正を行う動作の一例につき図６（Ａ）のフローチャートを参照して説明する。この校正動作は、主制御系１１及び計測部１７によって制御される。
先ず、図６（Ａ）のステップ１０１において、図２に示すように、レチクルステージＲＳＴ上にテストレチクルＲ１（計測用レチクル）をロードし、テストレチクルＲ１の例えばピンホール１５Ａを投影光学系ＰＬの物体面の計測点（ここでは例えば光軸ＡＸ）に配置する。そして、計測ステージＭＳＴを駆動して、投影光学系ＰＬの像面側に波面収差測定器１８を移動し、テストレチクルＲ１のピンホール１５Ａの投影光学系ＰＬによる像（この段階では照明光ＩＬは照明されていない）の位置に波面収差測定器１８のコリメータレンズ２０の前側焦点を合わせる。このためには、例えばピンホール１５Ａの像の位置を、予め計測ステージＭＳＴ内の空間像計測系で検出しておいてもよい。
【００３４】
次のステップ１０２において、波面収差測定器１８の可動部３２を駆動して、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄのうちのｎ番目（ここでは１番目）のガラス球１９Ａの中心をピンホール１５Ａの像の位置（計測位置）に移動して、照明光ＩＬによってピンホール１５Ａを含む領域を照明する。この結果、ピンホール１５Ａから射出されて投影光学系ＰＬを通過した光束ＬＡはガラス球１９Ａに入射し、ガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａによる０次光及び１次回折光のシアリング干渉による干渉縞が撮像素子２１上に形成される。次のステップ１０３において、撮像素子２１を介してその干渉縞の光量分布を計測し、この計測結果から計測部１７が投影光学系ＰＬの波面の位相分布Ｗ１を求める（波面計測）。
【００３５】
次のステップ１０４において、計測部１７は、全部のガラス球１９Ａ〜１９Ｄについてステップ１０３の波面計測が終了したかどうかを判定する。ここでは全部の波面計測が終了していないため、動作はステップ１０２に戻り、可動部３２を駆動して、図４（Ａ）に示すように、２番目のガラス球１９Ｂの中心をピンホール１５Ａの像の位置に移動し、ピンホール１５Ａから射出されて投影光学系ＰＬを通過した光束ＬＡをガラス球１９Ｂに照射する。そして、ガラス球１９Ｂ内の回折格子３０Ｂによる０次光Ｂ０及び１次回折光ＢＡ，ＢＢのシアリング波面の光量分布を撮像素子２１によって計測し、この計測結果から投影光学系ＰＬの波面の位相分布Ｗ２を求める（ステップ１０３）。
【００３６】
その後、３番目のガラス球１９Ｃについてもステップ１０２、１０３の動作を繰り返す。即ち、図４（Ｂ）に示すように、ガラス球１９Ｃの中心をピンホール１５Ａの像の位置に移動し、ガラス球１９Ｃ内の回折格子３０Ｃによる０次光Ｃ０及び１次回折光ＣＡ，ＣＢのシアリング波面の光量分布を撮像素子２１によって計測し、この計測結果から投影光学系ＰＬの波面の位相分布Ｗ３を求める。同様に４番目のガラス球１９Ｄについてもステップ１０２、１０３を繰り返し、ガラス球１９Ｄ内の回折格子３０Ｄによる０次光及び１次回折光のシアリング波面の光量分布から投影光学系ＰＬの波面の位相分布Ｗ４を求める。
【００３７】
次のステップ１０４においては、全部のガラス球１９Ａ〜１９Ｄについて波面計測が終了したため、動作はステップ１０５に移行し、計測部１７は、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄを用いて４回計測された波面（計測波面）の位相分布Ｗ１〜Ｗ４を用いて、ピンホール１５Ａからの光束ＬＡ及び回折格子３０Ａ（３０Ａ〜３０Ｄ）に起因するベクトル効果及び電磁場効果による計測誤差（校正データ）Ｓを求める。
【００３８】
ここで一例として、ベクトル効果及び電磁場効果による計測誤差Ｓは、ピンホール１５Ａからの光束ＬＡに対するガラス球１９Ａ〜１９Ｄ内の回折格子３０Ａ〜３０Ｄの実質的な周期に比例しているものとする。また、図５（Ｂ）に示すように、回折格子３０Ａを用いた場合の光束ＬＡに対する周期はＰｘであるため、このときに計測される波面の位相分布Ｗ１を、次のように真の位相分布Ｗ０と計測誤差Ｓとに分け、計測誤差Ｓを周期Ｐｘに比例するｋ・Ｐｘ（ｋは未知の比例係数）とする。
【００３９】
Ｗ１＝Ｗ０＋Ｓ＝Ｗ０＋ｋ・Ｐｘ  …（１）
次に、ガラス球１９Ｂを用いた場合には、図５（Ｃ）に示すように、回折格子３０ＢのＸ軸に対する既知の傾斜角をθＢとすると、回折格子３０Ｂの光束ＬＡに対する見かけ上の周期ＰｘＢは次のように小さくなる。
ＰｘＢ＝Ｐｘ・cos θＢ＜Ｐｘ  …（２）
従って、回折格子３０Ｂからの１次回折光ＢＡ，ＢＢの回折角は回折格子３０Ａからの１次回折光ＡＡ，ＡＢの回折角よりも大きくなる。さらに、その見かけ上の周期ＰｘＢを用いると、回折格子３０Ｂを用いて計測された波面の位相分布Ｗ２は次のようになる。
【００４０】
Ｗ２＝Ｗ０＋ｋ・ＰｘＢ＝Ｗ０＋cos θＢ・Ｓ  …（３）
式（１）との式（３）との差分を計算することにより、計測誤差Ｓは次のようになる。
Ｓ＝（Ｗ１−Ｗ２）／（１−cos θＢ）  …（４）
なお、この計測誤差Ｓ及び既知の周期Ｐｘから未知の係数ｋの値を求めてもよい。この計測誤差Ｓは校正データとして計測部１７の記憶部に記憶される（ステップ１０６）。なお、計測誤差（校正データ）Ｓは、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬの偏光状態（偏光方向等）、及び照明条件（２極照明等）に応じて個別に計測して記憶される。ここでは計測誤差Ｓが周期Ｐｘに比例すると仮定したため、ガラス球１９Ａ，１９Ｂに関する計測結果のみを用いて計測誤差Ｓを求めることができる。しかしながら、計測誤差Ｓが例えば３つの未知数を用いて表される場合には、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの計測結果を用いてその３つの未知数を決定し、この３つの未知数から計測誤差Ｓを求めてもよい。
【００４１】
次に、１回目のガラス球１９Ａの回折格子３０Ａを用いて計測された投影光学系ＰＬの波面の式（１）の位相分布Ｗ１からその校正データＳを差し引くことで、投影光学系ＰＬの真の位相分布Ｗ０（真の波面）を求めることができる（ステップ１０７）。この波面を用いることで計測誤差Ｓを除いた投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。
次に、図１の露光装置を用いた露光工程中では、例えば定期的に図６（Ｂ）のフローチャートで示す計測動作によって、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。即ち、先ず図６（Ｂ）のステップ１１０において、ステップ１０１と同様に、図２に示すように、テストレチクルＲ１を投影光学系ＰＬの物体面に配置し、その像面側に波面収差測定器１８を移動する。そして、ピンホール１５Ａ〜１５Ｃ等のうちの計測対象のピンホールの像の位置（計測位置）に波面収差測定器１８のコリメータレンズ２０の前側焦点を移動し、その計測位置にガラス球１９Ａの中心を移動し、その計測対象のピンホールに照明光を照射する（ステップ１１１）。次のステップ１１２において、ステップ１０３と同様に、ガラス球１９Ａの回折格子３０Ａを介して形成されるシアリング波面の光量分布を撮像素子２１で計測する。そして、計測部１７がその光量分布から投影光学系ＰＬの波面の位相分布Ｗ１を求める。次のステップ１１３において、計測部１７は、その位相分布Ｗ１から記憶してある校正データＳを差し引くことで、投影光学系ＰＬの波面の真の位相分布を求め、この位相分布から波面収差を高精度に求めることができる。
【００４２】
なお、図２の支持部材３１に、ガラス球１９ＡをＺ軸に平行な軸の周りに９０°回転した構成で周期方向がＹ方向の回折格子が形成されたガラス球を設けておき、このガラス球を介して投影光学系ＰＬの波面とこの波面をＹ方向にずらした波面とのシアリング波面を計測してもよい。
本実施形態の作用効果等は次の通りである。
【００４３】
（１）本実施形態では、波面収差測定器１８及び計測部１７を含む計測装置によって投影光学系ＰＬの波面収差を計測している。即ち、その計測装置は、投影光学系ＰＬを通過した光束が照射され、中心を通る面内に回折格子３０Ａが形成されたガラス球１９Ａと、回折格子３０Ａから発生する０次光及び１次回折光のシアリング干渉による干渉縞の光量分布を計測する撮像素子２１と、その計測結果から投影光学系ＰＬの波面収差を求める計測部１７とを備えている。
【００４４】
また、その計測装置による波面収差の計測方法は、投影光学系ＰＬを通過した光束を、ガラス球１９Ａに照射するステップ１１１と、ガラス球１９Ａの回折格子３０Ａから発生する０次光及び１次回折光の干渉縞を計測するステップ１１２と、その干渉縞の計測結果（光量分布）から投影光学系ＰＬの波面収差を求めるステップ１１３と、を含んでいる。
この実施形態によれば、投影光学系ＰＬからの光束は入射方向に関わらず、同じ入射角でガラス球１９Ａに入射し、その中の回折格子３０Ａで複数の光束（０次光、±１次回折光等）に回折される。さらに、その複数の光束は、回折格子３０Ａから射出された方向に沿ってガラス球１９Ａから射出される。従って、投影光学系ＰＬを通過した照明光の波面収差は、ガラス球１９Ａで実質的に変化しないため、大型で高精度な計測用の光学系を用いることなく、大きい開口数を持つ投影光学系ＰＬに対しても高精度に波面収差を計測できる。
【００４５】
なお、本実施形態ではその干渉縞の光量分布を計測しているが、その干渉縞の位相分布等を計測し、この計測結果から投影光学系ＰＬの波面収差を求めてもよい。
また、ガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａは、ガラス球１９Ａの中心を通る面の近傍に形成されていてもよい。即ち、レチクルステージＲＳＴと計測ステージＭＳＴとの通常の位置決め誤差によって、テストレチクルＲ１の例えばピンホール１５Ａの像がガラス球１９Ａの中心から外れたとしても、その像の全体が回折格子３０Ａに照射される範囲内での回折格子３０Ａの位置ずれ量は許容される。このような回折格子３０Ａが形成されたガラス球１９Ａは、容易に極めて高精度に製造可能である。
【００４６】
（２）また、ガラス球１９Ａと撮像素子２１との間には、撮像素子２１の撮像面を投影光学系ＰＬの瞳面の共役面にするコリメータレンズ２０が配置されている。従って、投影光学系ＰＬの瞳面上の光束同士を相対的に横にずらしてシアリング干渉させて得られる干渉縞と等価な干渉縞を計測できるため、その計測結果から投影光学系ＰＬの元の波面を容易に復元できる。さらに、コリメータレンズ２０は、ガラス球１９Ａの中心からの光をほぼ平行光束に変換する程度の光学性能を有するのみでよく、小型で安価なレンズを使用できる。
【００４７】
（３）また、本実施形態は、投影光学系ＰＬを通過した光束を、異なる角度に傾斜した回折格子３０Ａ，３０Ｂがその中心を通る面内（又はこの近傍）に形成された２つのガラス球１９Ａ，１９Ｂに照射するステップ１０２と、その２つのガラス球１９Ａ，１９Ｂの回折格子３０Ａ，３０Ｂから発生する複数の光束による干渉縞の光量分布を計測するステップ１０３と、その２つの光量分布の情報から波面収差測定器１８の計測誤差を求めるステップ１０５とを含んでいる。これにより、照明光ＩＬ及びガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａにおけるベクトル効果及び電磁場効果による計測誤差を求めることができるため、波面収差測定器１８の校正を高精度に行うことができる。従って、その後の計測工程ではその計測誤差を補正することによって、計測精度を向上できる。
【００４８】
（４）また、本実施形態のガラス球１９Ａは、回折格子３０Ａがその中心（球心）を通る面内又は形成されたものである。このガラス球１９Ａを用いて波面収差測定器１８を構成できる。なお、回折格子３０Ａは、ガラス球１９Ａの中心を通る面の近傍に形成されていてもよい。
また、回折格子３０Ａは、１次元の振幅型の平面状の回折格子であるため、０次光が比較的大きい光量で発生する。従って、０次光と１次回折光とによるシアリング波面を計測できる。なお、ガラス球１９Ａ内に回折格子３０Ａの代わりに２次元の振幅型の回折格子を形成しておいてもよい。この２次元の回折格子を用いることで、投影光学系ＰＬの波面とこの波面をＸ方向及びＹ方向の両方にシフトした波面とのシアリング波面の干渉縞の光量分布を計測できる。
【００４９】
なお、位相格子であっても、例えば凸部と凹部との周期方向の幅の比（デューティ比）を１：１からずらすか、又は凸部と凹部との位相差を１８０°からずらすことによって、０次光を発生させることができる。従って、このように０次光が発生する位相格子であれば、ガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａの代わりに使用することが可能である。
さらに、ガラス球１９Ａ内の回折格子からの＋１次回折光と−１次回折光とのシアリング波面を計測するような場合には、ガラス球１９Ａ内の回折格子として、０次光が発生しない位相格子を使用してもよい。
【００５０】
（５）また、本実施形態の波面収差測定器１８で液浸型の露光装置の投影光学系ＰＬの波面収差を計測する場合には、図２のガラス球１９Ａ及びコリメータレンズ２０を液浸露光用の液体に浸すことが可能である。この場合、その液体とガラス球１９Ａとの間で光束の光路が実質的に変化しないため、液浸時の投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に計測できる。
【００５１】
（６）また、本実施形態の露光方法（又は露光装置）は、照明光ＩＬでレチクルＲを照明し、照明光ＩＬでレチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法（又は露光装置）において、上記の波面収差測定器１８及び計測部１７を用いて、図６（Ｂ）の計測方法（計測工程）によって投影光学系ＰＬの波面収差を計測している。従って、例えば定期的にその計測方法を実行し、計測された波面収差を補正するように投影光学系ＰＬの結像特性を補正することによって、投影光学系ＰＬの結像特性を常に高精度に維持できる。
【００５２】
なお、本実施形態では、可動部３２によってガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心を順次計測位置に移動している。その代わりに、図７の変形例の波面収差測定器１８Ａで示すように、コリメータレンズ２０及び撮像素子２１側を移動してもよい。
図２に対応する部分に同一符号を付した図７において、投影光学系ＰＬの物体面側にはテストレチクルＲ２にＸ軸に沿って一列に形成されたピンホール１５Ａ〜１５Ｄが配置されている。なお、ピンホール１５Ａ〜１５Ｄは、実際にはほぼ同じ計測点とみなすことができる程度の狭い範囲、即ちアイソプラナチズムが成り立つ範囲内に形成されている。また、波面収差測定器１８Ａにおいて、複数のそれぞれ回折格子３０Ａ〜３０Ｄが形成されたガラス球１９Ａ〜１９Ｄが、計測ステージＭＳＴ上の凹部内にＸ軸に平行な軸に沿って一列に支持部材３１Ａで支持され、支持部材３１Ａは計測ステージＭＳＴに固定されている。ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心の間隔は、テストレチクルＲ２のピンホール１５Ａ〜１５Ｄからの光束ＬＡ〜ＬＤによって形成される像の間隔と同じである。
【００５３】
また、計測ステージＭＳＴの凹部のガラス球１９Ａ〜１９Ｄの下方に順次コリメータレンズ２０及び撮像素子２１が配置されている。その凹部の底面にＸ軸に沿ってガイド部材３３Ａが固定され、ガイド部材３３Ａに沿って駆動機構（不図示）でＸ方向に移動可能に可動部３２Ａが配置され、可動部３２Ａに撮像素子２１及びコリメータレンズ２０が支持されている。この場合、図１の計測部１７と同様の計測部がその駆動機構を介して可動部３２Ａを移動することで、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄのうちの任意のガラス球の下方にコリメータレンズ２０及び撮像素子２１を設置可能である。この他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００５４】
この変形例の波面収差測定器１８Ａの校正を行う場合には、図７に示すように、テストレチクルＲ２のピンホール１５Ａ〜１５Ｄの投影光学系ＰＬによる像の位置にそれぞれガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心が合致するように、計測ステージＭＳＴを移動する。そして、可動部３２Ａを駆動して、先ずガラス球１９Ｂの下方にコリメータレンズ２０及び撮像素子２１を移動し、図６（Ａ）のステップ１０３と同様に、ガラス球１９Ｂの回折格子３０Ｂからの０次光Ｂ０及び１次回折光ＢＡ，ＢＢによるシアリング干渉で形成される干渉縞（シアリング波面）の光量分布を撮像素子２１を介して計測し、この計測結果から投影光学系ＰＬの波面（位相分布）を求める。さらに可動部３２Ａを駆動し、ガラス球１９Ａ，１９Ｃ，１９Ｄの下方に順次コリメータレンズ２０及び撮像素子２１を移動して、それぞれシアリング波面の光量分布を計測して投影光学系ＰＬの波面を求める。その後、ステップ１０５と同様に、波面収差測定器１８Ａの計測誤差Ｓを求めることができる。さらに、投影光学系ＰＬの通常の波面収差の計測時には、ガラス球１９Ａの下方にコリメータレンズ２０及び撮像素子２１を移動して投影光学系ＰＬの波面を計測し、この計測結果をその計測誤差Ｓで補正すればよい。
【００５５】
この変形例の波面収差測定器１８Ａによれば、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心とピンホール１５Ａ〜１５Ｄの像との位置ずれ量がほぼ同じであり、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄを用いたときの計測誤差の変動が少ない。さらに、コリメータレンズ２０及び撮像素子２１の位置決め精度は、図２のガラス球１９Ａ〜１９Ｄの位置決め精度に比べて粗くともよいため、可動部３２Ａの制御が容易である。従って、波面収差測定器１８Ａの校正を迅速に行うことができる。
【００５６】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態につき図８を参照して説明する。本実施形態の波面収差測定器も、図１の計測ステージＭＳＴに波面収差測定器１８の代わりに組み込むことで、投影光学系ＰＬの波面収差を計測できる。なお、図８において図７に対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５７】
図８は、本実施形態の波面収差測定器１８Ｂで投影光学系ＰＬからの光束を検出する状態を示す図である。図８において、異なる傾斜角の回折格子３０Ａ〜３０Ｄが形成されたガラス球１９Ａ〜１９Ｄが支持部材３１Ａを介して計測ステージＭＳＴに支持されている。また、計測ステージＭＳＴ上の凹部内でガイド部材３３Ａに沿って移動可能に配置された可動部３２Ａ上に撮像素子２１が固定され、撮像素子２１上に多数の紫外光を伝播できる光ファイバを束ねた光ファイバオプティックプレート３６が固定されている。光ファイバオプティックプレート３６の多数の光ファイバの入射端は、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄのうち任意の一つのガラス球（図８ではガラス球１９Ｂ）の−Ｚ方向の外面を非接触で覆うように配置され、それらの多数の光ファイバの射出端はそれぞれ撮像素子２１の対応する１つ又は複数個の画素の前面に配置されている。さらに、光ファイバオプティックプレート３６の入射端は、可動部３２Ａを駆動して光ファイバオプティックプレート３６をＸ方向に移動しても、光ファイバオプティックプレート３６とガラス球１９Ａ〜１９Ｄとが接触しないように配置されている。この他の構成は図７の波面収差測定器１８Ａと同様である。
【００５８】
図８の波面収差測定器１８Ｂの校正を行う場合には、テストレチクルＲ２のピンホール１５Ａ〜１５Ｄの像の位置にそれぞれガラス球１９Ａ〜１９Ｄの中心を合致させる。そして、可動部３２Ａを駆動して、先ずガラス球１９Ｂの下方に光ファイバオプティックプレート３６及び撮像素子２１を移動し、図６（Ａ）のステップ１０３と同様に、ガラス球１９Ｂの回折格子３０Ｂからの０次光及び１次回折光によるシアリング波面の光量分布を撮像素子２１を介して計測し、この計測結果から投影光学系ＰＬの波面（位相分布）を求める。さらに可動部３２Ａを駆動し、ガラス球１９Ａ，１９Ｃ，１９Ｄの下方に順次、光ファイバオプティックプレート３６及び撮像素子２１を移動して、それぞれシアリング波面の光量分布を計測して投影光学系ＰＬの波面を求める。その後、ステップ１０５と同様に、波面収差測定器１８Ａの計測誤差Ｓを求めることができる。さらに、通常の投影光学系ＰＬの波面収差の計測時には、ガラス球１９Ａの下方に光ファイバオプティックプレート３６及び撮像素子２１を移動して投影光学系ＰＬの波面を計測し、この計測結果をその計測誤差Ｓで補正すればよい。
【００５９】
この実施形態によれば、図７のコリメータレンズ２０に比べて光ファイバオプティックプレート３６は小型化できるため、波面収差測定器１８Ｂを小型化できる。
なお、図９の変形例の波面収差測定器１８Ｃで示すように、ガラス球１９Ａ〜１９Ｄから射出される全部の光束を受光できる光ファイバオプティックプレート３６Ａを配置し、光ファイバオプティックプレート３６の射出端の全面を覆う撮像面を持つ撮像素子２１Ａを設けてもよい。この変形例によれば、図８の波面収差測定器１８Ｂと比較して、光ファイバオプティックプレート３６Ａ及び撮像素子２１Ａを移動する必要がないため、波面収差測定器１８Ｃの校正を短時間に行うことができる。
【００６０】
なお、この実施形態においては、図８の光ファイバオプティックプレート３６又は図９の光ファイバオプティックプレート３６Ａの入射端に、ＡｒＦエキシマレーザ光等の紫外光の照射によって蛍光を発する蛍光膜を塗布してもよい。これによって、光ファイバオプティックプレート３６又は３６Ａとしては、可視光を伝播する安価な光ファイバ束を使用できるため、波面収差測定器の製造コストを低減できる。
【００６１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態につき図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態の波面収差測定器も、図２の計測ステージＭＳＴに波面収差測定器１８の代わりに組み込むことで、投影光学系ＰＬの波面収差を計測できる。なお、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）において図２に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００６２】
図１０（Ａ）は本実施形態の波面収差測定器１８Ｄを示す拡大図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）の側面図である。図１０（Ａ）において、回折格子３０Ａが中心１９Ａｃを通るように形成されたガラス球１９Ａが、Ｙ軸に平行な軸の周りに回転可能に支持されている。ガラス球１９Ａの下方にコリメータレンズ２０及び撮像素子２１が配置されている。
また、図１０（Ｂ）に示すように、Ｙ軸に平行な回転軸２２Ａ，２２Ｂによってガラス球１９ＡはＹ方向の両端部で支持され、回転軸２２Ａ，２２Ｂは不図示のフレームに軸受２３Ａ，２３Ｂを介して回転可能に支持されている。また、回転軸２２Ａを回転する回転モータ２４と、回転軸２２Ｂ（ガラス球１９Ａ）の回転角を計測するロータリエンコーダ２５とが設けられている。ロータリエンコーダ２５は、回転軸２２Ｂの端部に固定されたスケール板２５ａと、不図示のフレームに固定された検出部２５ｂとから構成されている。ガラス球１９Ａ、コリメータレンズ２０、撮像素子２１、回転軸２２Ａ，２２Ｂ、回転モータ２４、及びロータリエンコーダ２５を含んで波面収差測定器１８Ｄが構成されている。
【００６３】
ロータリエンコーダ２５の検出部２５ｂの検出信号及び撮像素子２１の撮像信号（検出信号）が計測部１７に供給され、検出部２５ｂで計測されるガラス球１９Ａの回転角及び主制御系（不図示）からの制御情報に応じて、計測部１７は回転モータ２４を介してガラス球１９Ａを回転する。また、計測部１７は、撮像素子２１の撮像信号から投影光学系ＰＬの波面の位相分布を計測する。
【００６４】
図１０（Ａ）の波面収差測定器１８Ｄの校正を行うときには、テストレチクルのピンホール（不図示）からの光束ＬＡによって形成される像の位置にガラス球１９Ａの中心を移動する。その後、回転モータ２４を介してガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａの周期方向のＸ軸に対する傾斜角θを０（図２の回折格子３０Ａと同じ傾斜角）に設定し、回折格子３０Ａからの０次光Ａ０及び１次回折光ＢＡ，ＢＢによるシアリング波面の光量分布を撮像素子２１を介して計測し、この計測結果から投影光学系の波面を計測する。
【００６５】
さらに、回転モータ２４を介してガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａの傾斜角θを順次、図２のガラス球１９Ｂ〜１９Ｄ内の回折格子３０Ｂ〜３０Ｄと同じ傾斜角に設定し、それぞれ投影光学系の波面を計測することで、波面収差測定器１８Ｄの校正を行うことができる。その後、ガラス球１９Ａ内の回折格子３０Ａの傾斜角θを０に設定することで、投影光学系ＰＬの波面計測を行うことができる。
【００６６】
この実施形態によれば、一つのガラス球１９Ａの傾斜角を複数の角度に設定してそれぞれシアリング波面の計測を行うことで波面収差測定器１８Ｄの校正を行うことができるため、波面収差測定器１８Ｄを小型化できる。
なお、この実施形態では、ガラス球１９Ａの回転角をロータリエンコーダ２５で計測しているが、その他に、図１０（Ｂ）の回転軸２２Ｂにポリゴンミラーを設け、このポリゴンミラーに反射されるレーザ光を検出することによって、回転軸２２Ｂの回転角を計測してもよい。
【００６７】
なお、本実施形態によれば、偏光状態可変部で照明光ＩＬの偏光状態を変更し、変更された偏光状態の照明光ＩＬを用いて、投影光学系ＰＬの波面収差（偏光波面収差）を計測することもできる。
なお、本発明は、露光装置の投影光学系だけでなく、照明光学系を測定対象とすることができる。また、投影光学系、照明光学系だけでなく、各種の光学装置、例えば、加工装置、検査装置等の光学系を測定対象にすることも可能である。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスやマスク自体を製造するための露光装置にも広く適用できる。
【００６８】
このように本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００６９】
ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、１７…計測部、１８，１８Ａ〜１８Ｄ…波面収差測定器、１９Ａ〜１９Ｄ…ガラス球、２０…コリメータレンズ、２１，２１Ａ…撮像素子、３０Ａ〜３０Ｄ…回折格子、３２…可動部、３６，３６Ａ…光ファイバオプティックプレート
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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