(57)【要約】【課題】２次元の回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、不要な回折光の影響を抑制して、被検光学系の波面情報を高精度に計測する。【解決手段】計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯを通過した光束を２次元の回折格子１０に入射させ、回折格子１０から発生する光束による干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差情報を求める波面収差計測方法であって、回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に互いに異なる移動量で移動させて、干渉縞２２の強度分布を（Ｌ＋Ｍ）回計測し（Ｌは計測対象の次数の波面の数、Ｍは非計測対象の次数の波面の数）、その計測結果から計測対象の次数の波面情報を求める。【選択図】図２
2011142279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を互いに直交する第１方向及び第２方向に周期性を持つ２次元の回折格子を介して分割し、分割した前記光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測方法であって、
前記干渉縞のうち計測対象の次数の波面の数をＬ（Ｌは２以上の整数）、前記計測対象とは異なる次数の波面の数をＭ（Ｍは１以上の整数）として、
前記回折格子を実質的に前記第１方向及び前記第２方向に互いに異なる移動量で移動させて、前記干渉縞の光強度分布を（Ｌ＋Ｍ）回計測する工程と、
前記干渉縞の光強度分布の（Ｌ＋Ｍ）個の計測結果より前記計測対象の次数の波面を求める工程と、
前記計測対象の次数の波面より前記被検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】
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１である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】
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１３である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】
前記計測用マスクには前記第１方向及び前記第２方向に対応する方向に周期性を持つ第１の市松格子が形成され、
前記回折格子は第２の市松格子であり、
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１である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５】
前記回折格子の前記第１方向及び前記第２方向の周期は互いに等しいことを特徴とする請求項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。
【請求項６】
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基板を露光する露光方法において、
前記投影光学系の波面収差情報を計測するために、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の波面収差計測方法を用いることを特徴とする露光方法。
【請求項７】
前記露光光はＥＵＶ光であり、
前記露光光を前記計測用の光束として使用することを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
【請求項８】
計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を互いに直交する第１方向及び第２方向に周期性を持つ２次元の回折格子を介して分割し、分割した前記光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置であって、
前記干渉縞の光強度分布を検出する受光器と、
前記回折格子を前記第１方向及び前記第２方向に移動する移動機構と、
前記受光器の検出結果より前記被検光学系の波面収差情報を求める制御装置と、
を備え、
前記干渉縞のうち計測対象の次数の波面の数をＬ（Ｌは２以上の整数）、前記計測対象とは異なる次数の波面の数をＭ（Ｍは１以上の整数）として、
前記制御装置は、
前記移動機構を介して前記回折格子を実質的に前記第１方向及び前記第２方向に互いに異なる移動量で移動させ、それぞれ前記受光器を介して（Ｌ＋Ｍ）回計測される前記干渉縞の光強度分布の計測結果より前記計測対象の次数の波面を求め、該計測対象の次数の波面より前記被検光学系の波面収差情報を求めることを特徴とする波面収差計測装置。
【請求項９】
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１であることを特徴とする請求項８に記載の波面収差計測装置。
【請求項１０】
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１３であることを特徴とする請求項８に記載の波面収差計測装置。
【請求項１１】
前記計測用マスクには前記第１方向及び前記第２方向に対応する方向に周期性を持つ第１の市松格子が形成され、
前記回折格子は第２の市松格子であり、
前記計測対象の次数の波面の数Ｌは４、前記計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１であることを特徴とする請求項８に記載の波面収差計測装置。
【請求項１２】
前記回折格子の前記第１方向及び前記第２方向の周期は互いに等しいことを特徴とする請求項８から請求項１１のいずれか一項に記載の波面収差計測装置。
【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基板を露光する露光装置において、
前記投影光学系の波面収差情報を計測するために、請求項８から請求項１２のいずれか一項に記載の波面収差計測装置を備え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、例えばシアリング干渉で生成される干渉縞に基づいて被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測技術、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】
半導体デバイス等の微細化に応じて、露光装置においては解像度を高めるために露光光の短波長化が進み、最近では露光光として波長が１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線を含む極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:以下、ＥＵＶ光という）を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）も開発されている。ＥＵＶ光が使用される反射光学部材よりなる投影光学系の波面収差の計測精度は０．１ｎｍＲＭＳ程度が要求されている。
【０００３】
このように高精度な波面収差の計測装置として、投影光学系の物体面に一つ若しくは複数のピンホール又は一つ若しくは複数のスリットパターンを配置し、そのピンホール等から発生する球面波等を投影光学系及び回折格子に通し、回折格子から発生する複数の回折光による横ずれした波面の干渉縞を撮像素子で受光するシアリング干渉方式の計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような計測装置における従来の干渉縞の解析方法として、干渉縞から発生する特定次数の回折光を用いて波面情報を抜き出すフーリエ変換法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、従来の別の干渉縞の解析方法として、直交する方向にそれぞれ周期性を持つ２つの１次元の回折格子を使用し、２つの回折格子をそれぞれ周期方向に走査して、干渉縞の明暗の時間変化からシアリング波面を求め、この２つのシアリング波面から元の波面を復元する位相シフト法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２６９５７８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K. A. Goldberg and J. Bokor, "Fourier-transform method of phase-shift determination": APPLIED OPTICS /Vol.40, No. 17/ pp.2886-2894 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の干渉縞の解析方法のうちのフーリエ変換法では、干渉縞に輝度むらがあるとそれが計測誤差になるという問題がある。
また、従来の位相シフト法では、１次元の回折格子を用いて２方向に走査する必要があり、計測時間が長くなるとともに、２回の走査の間に回折格子の高さが僅かに変化することによって、非点収差の誤差が発生するという問題があった。また、単に２次元の回折格子を用いると、不要な回折光が多数発生して、波面の復元に必要な回折光に起因する光強度分布のみを抽出するのが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、２次元の回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、不要な回折光の影響を抑制して、被検光学系の波面情報を高精度に計測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の態様によれば、計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を互いに直交する第１方向及び第２方向に周期性を持つ２次元の回折格子を介して分割し、分割したその光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測方法が提供される。この波面収差計測方法は、その干渉縞のうち計測対象の次数の波面の数をＬ（Ｌは２以上の整数）、その計測対象とは異なる次数の波面の数をＭ（Ｍは１以上の整数）として、その回折格子を実質的にその第１方向及びその第２方向に互いに異なる移動量で移動させて、その干渉縞の光強度分布を（Ｌ＋Ｍ）回計測する工程と、その干渉縞の光強度分布の（Ｌ＋Ｍ）個の計測結果よりその計測対象の次数の波面を求める工程と、その計測対象の次数の波面よりその被検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。
【００１０】
また、本発明の第２の態様によれば、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基板を露光する露光方法において、その投影光学系の波面収差情報を計測するために、本発明の波面収差計測方法を用いる露光方法が提供される。
また、本発明の第３の態様によれば、計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を互いに直交する第１方向及び第２方向に周期性を持つ２次元の回折格子を介して分割し、分割したその光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置が提供される。この波面収差計測装置は、その干渉縞の光強度分布を検出する受光器と、その回折格子をその第１方向及びその第２方向に移動する移動機構と、その受光器の検出結果よりその被検光学系の波面収差情報を求める制御装置と、を備え、その干渉縞のうち計測対象の次数の波面の数をＬ（Ｌは２以上の整数）、その計測対象とは異なる次数の波面の数をＭ（Ｍは１以上の整数）として、その制御装置は、その移動機構を介してその回折格子を実質的にその第１方向及びその第２方向に互いに異なる移動量で移動させ、それぞれその受光器を介して（Ｌ＋Ｍ）回計測されるその干渉縞の光強度分布の計測結果よりその計測対象の次数の波面を求め、該計測対象の次数の波面よりその被検光学系の波面収差情報を求めるものである。
【００１１】
また、本発明の第４の態様によれば、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基板を露光する露光装置において、その投影光学系の波面収差情報を計測するために、本発明の波面収差計測装置を備える露光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、２次元の回折格子を２次元的に移動させて（Ｌ＋Ｍ）回、干渉縞の強度分布を計測しているため、この計測結果から、Ｌ個の計測対象の次数の波面に対応する波面情報を求めることができる。従って、不要な回折光の影響を抑制して、被検光学系の波面情報を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の波面収差計測装置３０を備えた露光装置を示す一部が切り欠かれた図である。
【図２】（Ａ）は図１中の投影光学系ＰＯ及び計測本体部８を透過光学系として示す図、（Ｂ）は図２（Ａ）のピンホールアレー６の一部を示す拡大図、（Ｃ）はピンホールアレーの別の例の一部を示す拡大図、（Ｄ）は図２（Ａ）の回折格子１０の一部を示す拡大図、（Ｅ）は図２（Ａ）中の干渉縞２２の一例を示す図である。
【図３】（Ａ）は図２（Ａ）の回折格子１０から発生する複数の回折光のスペクトルの一例を示す図、（Ｂ）は回折格子１０の移動方法の一例を示す図、（Ｃ）は第１実施例の回折格子１０の移動経路を示す図である。
【図４】投影光学系ＰＯの波面収差の計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図５】第２実施例の回折格子１０の移動経路を示す図である。
【図６】（Ａ）は計測本体部の第１変形例を示す図、（Ｂ）は計測本体部の第２変形例を示す図である。
【図７】（Ａ）は第２の実施形態の投影光学系ＰＯ及び計測本体部８Ａを透過光学系として示す図、（Ｂ）は図７（Ａ）のピンホールアレー６Ａの一部を示す拡大図、（Ｃ）はピンホールアレーの別の例の一部を示す拡大図、（Ｄ）は図７（Ａ）の回折格子１０Ａの一部を示す拡大図、（Ｅ）は図７（Ａ）中の干渉縞２２Ａの一例を示す図である。
【図８】（Ａ）は回折格子１０Ａから発生する複数の回折光のスペクトルの一例を示す図、（Ｂ）は回折格子１０Ａの移動経路の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
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１００の全体構成を概略的に示す図である。露光装置１００は、露光用の照明光ＥＬ（露光光）として、波長が１００ｎｍ程度以下で例えば１１〜１５ｎｍ程度の範囲内のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light)を用いるＥＵＶ露光装置である。照明光ＥＬの波長は一例として１３．５ｎｍである。図１において、露光装置１００は、照明光ＥＬを発生するレーザプラズマ光源と、その照明光ＥＬでミラー２を介してレチクルＲ（マスク）のパターン面（ここでは下面）の照明領域を照明する照明光学系とを含む照明装置ＩＬＳと、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲの照明領域内のパターンの像をレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（感光基板）の上面に投影する投影光学系ＰＯとを備えている。さらに、露光装置１００は、ウエハベースＷＢの上面でウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御系１６と、投影光学系ＰＯの波面収差を計測する波面収差計測装置３０と、その他の駆動系等とを備えている。ウエハステージＷＳＴに、波面収差計測装置３０（詳細後述）のうちの計測本体部８が装着されている。
【００１５】
本実施形態では、照明光ＥＬとしてＥＵＶ光が使用されているため、照明光学系及び投影光学系ＰＯは、特定のフィルタ等（不図示）を除いて複数のミラー等の反射光学部材より構成され、レチクルＲも反射型である。その反射光学部材は、例えば、石英（又は高耐熱性の金属等）よりなる部材の表面を所定の曲面又は平面に高精度に加工した後、その表面に例えばモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との多層膜（ＥＵＶ光の反射膜）を形成して反射面としたものである。また、レチクルＲは例えば石英の基板の表面に多層膜を形成して反射面とした後、その反射面に、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はクロム（Ｃｒ）等のＥＵＶ光を吸収する材料よりなる吸収層によって転写用のパターンを形成したものである。
【００１６】
また、ＥＵＶ光の気体による吸収を防止するため、露光装置１００はほぼ全体として箱状の真空チャンバ（不図示）内に収容されている。
以下、図１において、ウエハステージＷＳＴが移動する面（本実施形態ではほぼ水平面）内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取り、その面に垂直にＺ軸を取って説明する。本実施形態では、レチクルＲのパターン面での照明光ＥＬの照明領域は、Ｘ方向（非走査方向）に細長い円弧状であり、露光時にレチクルＲ及びウエハＷは投影光学系ＰＯに対してＹ方向（走査方向）に同期して走査される。
【００１７】
先ず、照明装置ＩＬＳ中の照明光学系は、オプティカルインテグレータ、可変開口絞り、レチクルブラインド、及びコンデンサ光学系等から構成されている。照明装置ＩＬＳからの照明光ＥＬが、ミラー２を介してレチクルＲのパターン面のＸ方向に細長い円弧状の照明領域を下方から斜めに均一な照度分布で照明する。
レチクルＲは、レチクルステージＲＳＴの底面に静電チャックＲＨを介して吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値及び主制御系１６の制御情報に基づいて、駆動系（不図示）によってＹ方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ方向及びθｚ方向（Ｚ軸に平行な軸の回りの回転方向）等にも微小量駆動される。
【００１８】
レチクルＲで反射された照明光ＥＬが、投影光学系ＰＯを介してウエハＷの上面の露光領域（照明領域と共役な領域）に、レチクルＲのパターンの一部の像を形成する。投影光学系ＰＯは、物体面（第１面）のパターンの縮小像を像面（第２面）に形成し、投影光学系ＰＯの投影倍率βは例えば１／４であり、その像側の開口数ＮＡは例えば０．２５である。
【００１９】
投影光学系ＰＯは、一例として、６枚の例えば非球面のミラーＭ１〜Ｍ６を不図示の鏡筒で保持することによって構成され、物体面（レチクルＲのパターン面）側に非テレセントリックで、像面（ウエハＷの表面）側にほぼテレセントリックの反射光学系である。投影光学系ＰＯ内の瞳面の近傍に開口絞り（不図示）が設けられている。また、投影光学系ＰＯには、所定のミラーの位置及び傾斜度を調整して波面収差を補正する結像特性補正機構（不図示）も設けられている。なお、投影光学系ＰＯの構成は任意である。
【００２０】
一方、ウエハＷは、静電チャック（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの上部に吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、レーザ干渉計（不図示）の計測値及び主制御系１６の制御情報に基づいて、ウエハステージ制御系１７及び駆動機構（不図示）によってＸ方向及びＹ方向に所定ストロ−クで駆動され、必要に応じてθｚ方向等にも駆動される。また、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うアライメント系（不図示）が備えられている。
【００２１】
ウエハＷを露光するときには、照明光ＥＬが照明装置ＩＬＳによりレチクルＲの照明領域に照射され、レチクルＲとウエハＷとは投影光学系ＰＯに対して投影倍率β（縮小倍率）に従った所定の速度比でＹ方向に同期して移動する（同期走査される）。このようにして、レチクルＲのパターンの像はウエハＷの一つのショット領域（ダイ）に露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動した後、ウエハＷの次のショット領域に対してレチクルＲのパターンが走査露光される。このようにステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの複数のショット領域に対して順次レチクルＲのパターンの像が露光される。
【００２２】
このような露光に際しては、投影光学系ＰＯの波面収差が所定の許容範囲内に収まっている必要がある。そのためには、まず投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測する必要がある。
以下、本実施形態の波面収差計測装置３０の構成及び投影光学系ＰＯの波面収差の計測方法につき説明する。波面収差計測装置３０は、ウエハステージＷＳＴのウエハＷの近傍に設けられた計測本体部８と、計測本体部８からの検出信号を処理する演算装置１２とを備えている。また、本実施形態では、計測本体部８を投影光学系ＰＯに対して移動するために使用されるウエハステージＷＳＴ（移動機構）も、波面収差計測装置３０の一部を構成している。
【００２３】
まず、計測本体部８は、ＸＹ平面にほぼ平行に配置されて、２次元の格子パターンが形成された回折格子１０と、回折格子１０からの複数の回折光によるシアリング干渉の干渉縞を検出するＣＣＤ型又はＣＭＯＳ型等の２次元の撮像素子１４と、回折格子１０及び撮像素子１４を保持する保持部材８ａとを備えている。撮像素子１４の検出信号は演算装置１２に供給される。
【００２４】
投影光学系ＰＯの波面収差計測時には、ウエハステージＷＳＴを駆動して計測本体部８の回折格子１０の上方に投影光学系ＰＯの露光領域が設定される。さらに、不図示のレチクルローダ系を介してレチクルステージＲＳＴで保持されるレチクルＲが計測用レチクル４と交換され、計測用レチクル４のパターン面が照明装置ＩＬＳの照明領域に設定される。計測用レチクル４のパターン面にはピンホールアレー６が形成されている。ピンホールアレー６は、一例として、ＥＵＶ光の反射膜上にピンホールとなる部分を除いて吸収層を形成することによって製造できる。計測用レチクル４は、波面収差計測装置３０の一部とみなすことも可能である。以下の説明では、便宜上、計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯを１つの光軸上に配置された透過光学系で表現する。しかしながら、この計測原理は反射光学系でも同様に成立する。
【００２５】
図２（Ａ）は、図１の計測本体部８で投影光学系ＰＯの波面収差を計測中の光学系を透過光学系で表現したものである。図２（Ａ）の光学系は、シアリング干渉を行うタルボ(Talbot)干渉計である。図２（Ａ）において、投影光学系ＰＯの物体面に計測用レチクル４のピンホールアレー６が設置され、ピンホールアレー６が照明光ＥＬで照明される。
図２（Ｂ）に拡大図で示すように、ピンホールアレー６は、複数個のピンホール６ａ（実際には微小ミラーである）を含むピンホール群６ＳをＸ方向、Ｙ方向に周期（ピッチ）Ｐｓ／βで配列したものである。この場合、βは投影光学系ＰＯの投影倍率であり、ピンホールアレー６を投影光学系ＰＯを介して投影した像（ピンホール群の像６ＳＰ）のＸ方向、Ｙ方向の周期はＰｓである。個々のピンホール６ａの直径は、次のように一例として回折限界以下程度である。照明光ＥＬの波長λ、投影光学系ＰＯの物体側の開口数ＮＡinを用いると、回折限界はλ／（２ＮＡin）である。
【００２６】
ピンホール６ａの直径≦λ／（２ＮＡin）  …（１）
ここで、波長λを１３．５ｎｍ、開口数ＮＡinを０．０６２５とすると、回折限界はほぼ１０８ｎｍとなるため、ピンホール６ａの直径は１００ｎｍ程度又はこれより小さい。
また、ピンホール群６Ｓ内での複数のピンホール６ａの間隔は、一例として照明光ＥＬのコヒーレンス係数が０となる距離以上であればよい。波長λ及び照明光学系の開口数ＮＡILを用いて、コヒーレンス係数が０となる最短距離は０．６１λ／ＮＡIL、即ちこの場合には１３２ｎｍ程度になる。このような多数のピンホールが周期的に形成されたピンホールアレー６を使用することで、撮像素子１４上での干渉縞の光量が大きくなるため、高いＳＮ比でシアリング干渉方式の波面計測を行うことができる。
【００２７】
また、ピンホールアレー６の周期Ｐｓ／βは、照明光ＥＬの空間的コヒーレンス長以上である。本実施形態のように空間的コヒーレンシィが低いレーザプラズマ光源を使用する場合、照明光学系の射出側の開口数ＮＡIL及び波長λを用いて、その空間的コヒーレンス長は高々、λ／ＮＡILである。従って、周期Ｐｓ／βは次の条件を満たせばよい。
Ｐｓ／β≧λ／ＮＡIL≒λ／ＮＡin  …（２）
この場合、波長λを１３．５ｎｍ、開口数ＮＡinを０．０６２５とすると、空間的コヒーレンス長はほぼ２１６ｎｍとなるため、周期Ｐｓ／βは２００ｎｍ程度より大きければよい。ただし、後述のようにピンホールアレー６の像の周期Ｐｓは、さらに所定の条件を満たす必要があるとともに、製造技術上の問題もあるため、周期Ｐｓは例えば１μｍ程度以上となる。この場合、投影倍率βを１／４とすると、ピンホールアレー６の周期Ｐｓ／βはほぼ４μｍ程度以上となり、式（２）の条件は十分に満たされる。
【００２８】
また、図２（Ａ）において、ピンホールアレー６の投影光学系ＰＯによる像が像面１８上に形成され、この像面１８から−Ｚ方向に距離Ｌｇの位置に回折格子１０が配置され、この下方で像面１８から距離Ｌｃの位置に撮像素子１４の受光面が配置される。
回折格子１０には、図２（Ｄ）に示すように、遮光膜（又は吸収層）を背景として照明光ＥＬを通す多数の開口パターン１０ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｇで形成されている。ピンホールアレー６を通過した照明光ＥＬが投影光学系ＰＯを介して回折格子１０に入射し、回折格子１０から発生する０次光（０次回折光）２０、＋１次回折光２０Ａ、及び−１次回折光２０Ｂ等によって撮像素子１４の受光面に、図２（Ｅ）に示すようなシアリング干渉の干渉縞（フーリエ像）２２が形成される。
【００２９】
回折格子１０の周期Ｐｇは、回折光の所望の横ずれ量（シア量）に応じて設定されるが、実際には製造上の限界もあるため、例えば数１００ｎｍ〜数μｍ程度で、例えば１μｍ程度に設定される。
この場合、撮像素子１４の受光面に干渉縞２２が形成されるためには、回折格子１０の像面１８からの距離Ｌｇ、及び撮像素子１４の受光面の像面１８からの距離Ｌｃは、露光波長λ、回折格子１０の周期Ｐｇ、及びタルボ次数ｎを用いて、次の条件（タルボ条件）を満たす必要がある。なお、タルボ条件（Talbot条件）の詳細は、「応用光学１（鶴田）」（ｐ.178-181，培風館，１９９０年）に記載されている。
【００３０】
2011142279.tif 000003
なお、ｎ＝０，０．５，１，１．５，２，…である。即ち、タルボ次数ｎは整数又は半整数である。
本実施形態では、Ｌｃ≫Ｌｇが成立するため、式（３）の代わりに次の近似式を使用することができる。
【００３１】
Ｌｇ＝２ｎ×Ｐｇ2／λ  …（４）
さらに、撮像素子１４上に干渉縞が高いコントラストで形成されるためには、ピンホールアレー６の像の周期Ｐｓは、周期Ｐｇ、距離Ｌｇ、距離Ｌｃ、及び所定の整数ｍ（例えば２又は４）を用いて次の条件を満たす必要がある。この条件については、例えば特開２００６−２６９５７８号公報に開示されている。
【００３２】
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この条件は、図２（Ａ）において、撮像素子１４上の干渉縞２２上の或る点２２ａに、ピンホールアレー６の一つのピンホール群の像６ＳＰからの光束Ｅ１が到達する場合に、他のピンホール群の像６ＳＰからの光束Ｅ２も達する条件である。言い換えると、この条件によって、高いコントラストの干渉縞２２が形成される。
【００３３】
なお、Ｌｇ／Ｌｃは１よりもかなり小さい値であるため、式（５）の代わりに次の近似式を使用してもよい。
Ｐｓ＝Ｐｇ×ｍ  …（５Ａ）
この式において周期Ｐｇを１μｍ、ｍを２とすると、ピンホールアレー６の像の周期Ｐｓは２μｍとなる。この場合、投影倍率βを１／４として、ピンホールアレー６の周期は８μｍとなる。
【００３４】
例えば式（４）及び式（５Ａ）の条件のもとで、撮像素子１４の受光面に形成される干渉縞２２の強度分布の情報を図１の演算装置１２に取り込み、その強度分布に後述の演算を施すことで、投影光学系ＰＯの波面とこれをＸ方向にずらした波面とのシアリング波面（以下、Ｘ方向のシア波面という）ΔＷX、及び投影光学系ＰＯの波面とこれをＹ方向にずらした波面とのシアリング波面（Ｙ方向のシア波面）ΔＷYを求めることができる。さらに、演算装置１２は、これらのシア波面ΔＷX及びΔＷYから投影光学系ＰＯの波面、ひいてはその波面収差を求め、この波面収差の情報を主制御系１６に出力する。
【００３５】
なお、図６（Ａ）の第１変形例で示すように、回折格子１０は、投影光学系ＰＯの像面１８の上方に距離Ｌｇの位置に配置することも可能である。この場合には、距離Ｌｇを負の値として扱えばよい。
また、特に照明光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）のような紫外光が使用される場合には、光学系を透過系として、図６（Ｂ）の第２変形例で示すように、回折格子１０を投影光学系ＰＯの像面１８に配置することも可能である。この場合には、上記のタルボ条件は満たす必要がない。
【００３６】
また、図２（Ａ）の回折格子１０から発生する主な複数の回折光のスペクトルは図３（Ａ）に示すようになる。図３（Ａ）において、回折格子１０から発生する０次光Ｌ０、Ｘ方向の±１次回折光ＬＸ１，ＬＸ(-1)、±２次回折光ＬＸ２，ＬＸ(-2)、±３次回折光ＬＸ３，ＬＸ(-3)、Ｙ方向の±１次回折光ＬＹ１，ＬＹ(-1)、±２次回折光ＬＹ２，ＬＹ(-2)、±３次回折光ＬＹ３，ＬＹ(-3)、及びＸ方向、Ｙ方向の両方に±１次の回折光Ｌ(1,1)，Ｌ(-1,1)，Ｌ(1,-1)，Ｌ(-1,-1)よりなる１７個の回折光が表されている。これら１７個の回折光のうちで、シア波面ΔＷX，ΔＷYを求めるために有効な次数（計測対象の次数）の回折光は、±１次回折光ＬＸ１，ＬＸ(-1)、及び±１次回折光ＬＹ１，ＬＹ(-1)の４個である。
【００３７】
従って、Ｘ方向、Ｙ方向のシア波面を求める場合の計測対象の次数の波面の数Ｌ（Ｌは２以上の整数）は４である。さらに、図３（Ａ）の１７個の回折光の寄与を全部考慮する場合、数Ｌと計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍ（Ｍは１以上の整数）との和は次のように１７であり、数Ｍは１３である。
Ｌ＋Ｍ＝１７  …（６Ａ）
また、図３（Ａ）において、±１次を超える次数の回折光の光量が小さいと仮定して、点線の枠ＬＸＹで囲まれた９個の回折光の寄与のみを考慮することも可能である。この場合にも、Ｘ方向、Ｙ方向のシア波面を求めるものとすると、計測対象の次数の波面の数Ｌは４である。そして、この数Ｌと、計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍとの和は次のように９であり、数Ｍは５である。
【００３８】
Ｌ＋Ｍ＝９  …（６Ｂ）
さらに、図３（Ａ）の点線の枠ＬＸＹ内で、Ｘ方向、Ｙ方向に±１次の回折光Ｌ(1,1)，Ｌ(-1,1)，Ｌ(1,-1)，Ｌ(-1,-1)の光量が小さいと仮定して、０次光Ｌ０、±１次回折光ＬＸ１，ＬＸ(-1)、及び±１次回折光ＬＹ１，ＬＹ(-1)の寄与のみを考慮することも可能である。この場合には、シア波面を求めるのに有効な計測対象の次数の波面の数Ｌは４であり、計測対象とは異なる次数（ここでは０次光Ｌ０）の波面の数Ｍは１であり、数Ｌと数Ｍとの和は次のように５である。
【００３９】
Ｌ＋Ｍ＝５  …（６Ｃ）
なお、例えばＸ方向のシア波面ΔＷXのみを求めることも可能であり、この場合には、計測対象の次数（±１次回折光ＬＸ１，ＬＸ(-1)）の波面の数Ｌは２となる。
以下、本実施形態の露光装置１００において、波面収差計測装置３０を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を計測する動作の一例につき図４のフローチャートを参照して説明する。この計測動作は主制御系１６によって制御される。
【００４０】
先ず、ステップ１０２において、図１のレチクルステージＲＳＴに計測用レチクル４をロードし、計測用レチクル４のピンホールアレー６を照明装置ＩＬＳの照明領域に移動する。次のステップ１０４おいて、ウエハステージ制御系１７を介してウエハステージＷＳＴを駆動し、図２（Ａ）に示すように、計測本体部８の回折格子１０の中心をピンホールアレー６の像の中心に移動する。
【００４１】
次のステップ１０６において、主制御系１６は、制御用のパラメータｋの値を１にセットする（初期化する）。次のステップ１０８において、照明装置ＩＬＳからピンホールアレー６に照明光ＥＬを照射し、回折格子１０から発生する０次光を含む複数の回折光によるｋ番目のシアリング干渉の干渉縞２２の強度分布Ｉkを撮像素子１４で検出する。検出結果は演算装置１２内の記憶装置に記憶される（ステップ１１０）。
【００４２】
次のステップ１１２において、主制御系１６は、パラメータｋが予め定められた計測回数を示すＮに達したか否かを判断する。この計測回数Ｎは、次のように、上記の計測対象の次数の波面の数Ｌと計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍとの和に等しく設定されている。
Ｎ＝Ｌ＋Ｍ  …（６Ｄ）
この段階では、パラメータｋはＮより小さく、パラメータｋはＮではないため、動作はステップ１１４に移行して、主制御系１６はパラメータｋの値に１を加算する。
【００４３】
次のステップ１１６において、主制御系１６は、ウエハステージ制御系１７を介してウエハステージＷＳＴを駆動して、図３（Ｂ）に示すように、計測本体部８の回折格子１０をＸ方向にΔＸｋ及びＹ方向にΔＹｋだけ移動する。この場合、一例として、１回目の計測時の移動量ΔＸ１及びΔＹ１は（０，０）とみなされる。ただし、１回目の計測時の移動量ΔＸ１及びΔＹ１を（０，０）以外の値に設定することも可能であり、このためには、パラメータｋの初期値を０として、最初の計測値を無視すればよい。また、各計測時の移動量ΔＸｋ及び移動量ΔＹｋは通常は互いに異なっているが、Ｎ回の移動中に１回程度は移動量ΔＸｋと移動量ΔＹｋとが一致してもよい。言い換えると、移動量ΔＸｋと移動量ΔＹｋとは実質的に互いに異なっていればよい。さらに、２回目以降の計測時の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋの一方が０の場合もあり得る。
【００４４】
この後、ステップ１０８に戻り、回折格子１０から発生する回折光によるｋ番目のシアリング干渉の干渉縞２２の強度分布Ｉkの検出、及びこの光強度分布の記憶（ステップ１１０）を繰り返す。このステップ１０８及び１１０は、Ｎ回繰り返される。
その後、ステップ１１２において、パラメータｋがＮに達しているときには、動作はステップ１１８に移行する。そして、演算装置１２は、内部の記憶装置からＮ個の干渉縞の強度分布Ｉk（ｋ＝１〜Ｎ）の情報を読み出し、上記の各計測毎の回折格子１０の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋの組み合わせ（移動経路）に応じて予め求められているｋ番目の係数の組であるＡk，Ｂk，Ａ’k，Ｂ’k（ｋ＝１〜Ｎ）と強度分布Ｉkとを用いて、次式よりＸ方向のシア波面ΔＷX及びＹ方向のシア波面ΔＷYを計算する。このシア波面は、撮像素子１４の各画素の検出信号（光強度）毎に計算される位相分布である。
【００４５】
2011142279.tif 000005
次のステップ１２０において、演算装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のシア波面より投影光学系ＰＯを通過する照明光の波面を求め、さらにこの波面から波面収差を求める。ここで求められた波面収差の情報は主制御系１６に供給される。次のステップ１２２において、主制御系１６は、必要に応じて、図示しない結像特性補正機構を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を補正する。この後、ステップ１２４においてレチクルステージＲＳＴに実際の露光用のレチクル４をロードし、ステップ１２６においてウエハステージＲＳＴに順次載置されるウエハの複数のショット領域にレチクル４のパターン像を走査露光する。
次に、上記の計測動作における回折格子１０の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋ（ｋ＝１〜Ｎ）の組み合わせ（移動経路）、及びこの移動経路に対する係数の組（Ａk，Ｂk，Ａ’k，Ｂ’k）（ｋ＝１〜Ｎ）の複数の実施例につき説明する。
【００４６】
［第１実施例］
この第１実施例では、図３（Ａ）の回折光のうち、計測対象の次数の波面の数Ｌは４、計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは１３であり、式（６Ａ）及び（６Ｄ）が成立しているため、ステップ１１２における計測回数Ｎは１７である。また、Ｎ回の各計測時のステップ１１６における回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋに応じたＸ方向、Ｙ方向のシア波面の位相の変化をδXk，δYkとする（ｋ＝１〜Ｎ）。この場合、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの＋１次回折光と−１次回折光との干渉縞の位相をΔＷXn1，ΔＷYn1、それら干渉縞の位相の変化をδXn1k，δYn1kとすると、この位相の変化は次のようになる。
【００４７】
δXn1k＝２δXk，  δYn1k＝２δYk  …（８Ａ）
また、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの０次光と３次回折光との干渉縞の位相をΔＷXn2，ΔＷYn2、それらの干渉縞の位相の変化をδXn2k，δYn2kとすると、この位相の変化は次のようになる。
δXn2k＝３δXk，  δYn2k＝３δYk  …（８Ｂ）
また、Ｘ方向の１次回折光とＹ方向の±１次回折光との干渉縞の位相をΔＷXYn1，ΔＷXYn2、それらの干渉縞の位相の変化をδXYn1k，δXYn2kとすると、この位相の変化は次のようになる。
【００４８】
δXYn1k＝δXk−δYk，  δXYn2k＝δXk＋δYk  …（８Ｃ）
このとき、図２（Ａ）の干渉縞２２のｋ番目に計測される強度分布Ｉkは次のように表される。なお、干渉縞の直流成分ＤＣ及び干渉縞の強度の振幅ａ〜ｈはそれぞれ未知の定数である。
Ｉk＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX+δXk)＋ｂcos(ΔＷY+δYk)＋ｃcos(ΔＷXn1+δXn1k)＋ｄcos(ΔＷYn1+δYn1k)＋ｅcos(ΔＷXn2+δXn2k)＋ｆcos(ΔＷYn2+δYn2k)＋ｇcos(ΔＷXYn1+δXYn1k)＋ｈcos(ΔＷXYn2+δXYn2k)  …（９）
式（８Ａ）〜（８Ｃ）を用いると、式（９）は次の行列とベクトルとの演算式で書き換えることができる。
【００４９】
2011142279.tif 000006
この式（１０）を解くことによって、ＤＣ，ａcos(ΔＷX)，ａsin(ΔＷX)，ｂcos(ΔＷY)，ｂcos(ΔＷY)をそれぞれ算出できる。従って、計測対象とは異なる次数の回折光（ノイズ回折光）の影響を受けることなく、シア波面ΔＷXとシア波面ΔＷYとを分離した形で求めることができる。
【００５０】
また、この実施例では、ステップ１１６における２回目以降の計測時における回折格子１０の移動量ΔＸｋと移動量ΔＹｋとの比を、図３（Ｂ）に示すように、回折格子１０の移動方向のＸ軸に対する角度θを用いて次のように設定する。なお、ｔａｎθ＝Ａとおいている。
ΔＸｋ：ΔＹｋ＝１：ｔａｎθ＝１：Ａ  …（８Ｄ）
この場合、角度θ（ｒａｄ）は、次のようにπ、π／２、及びπ／４の整数倍にはならないように選択される。なお、ｋ１は任意の整数である。
【００５１】
θ≠ｋ１・π，θ≠ｋ１・π／２，θ≠ｋ１・π／４  …（８Ｅ）
また、ｋ＝２〜９の範囲では、回折格子１０の周期Ｐｇに対して、移動量ΔＸｋ＝Ｐｇ／８、移動量ΔＹｋ＝Ａ×Ｐｇ／８である。この場合、干渉縞２２のＸ方向の移動量Ｐｇ／８に対応する位相シフト量δＸｋ（ｒａｄ）及びＹ方向の移動量Ａ×Ｐｇ／８に対応する位相シフト量δＹｋ（ｒａｄ）は次のようになる。
【００５２】
δＸｋ＝π／４，δＹｋ＝Ａ×π／４  （ｋ＝２〜９）  …（８Ｆ）
従って、１回目から９回目の計測時までの回折格子１０の移動による位相シフト量（δＸｋ，δＹｋ）の積算値は、（０，０），（π／４，Ａ×π／４），（π／２，Ａ×π／２），…，（４π，Ａ×４π）となる。このＸ方向、Ｙ方向の位相シフト量の積算値を周期Ｐｇ単位で表した図が図３（Ｃ）である。
【００５３】
また、一例として、図３（Ｃ）に示すように、Ａ＝１．２５として、上記の式（１０）を解いてａcos(ΔＷX)，ａsin(ΔＷX)，ｂcos(ΔＷY)，ｂcos(ΔＷY)を求めることによって、Ｘ方向のシア波面ΔＷX及びＹ方向のシア波面ΔＷYは次のようになる。
【００５４】
2011142279.tif 000007
この場合、式（７Ａ）における係数Ａ1＝−０．０００２，…，Ａ17＝０．０００２，Ｂ1＝０．０００６，…，Ｂ17＝０．０００６であり、式（７Ｂ）における係数Ａ’1＝−０．０００２，…，Ａ’17＝−０．０００２，Ｂ’1＝−０．０００１，…，Ｂ’17＝０．０００１である。
【００５５】
［第２実施例］
この第２実施例では、図３（Ａ）の回折光のうち、計測対象の次数の波面の数Ｌは４、計測対象とは異なる次数の波面の数Ｍは５であり、式（６Ｂ）及び（６Ｄ）が成立しているため、ステップ１１２における計測回数Ｎは９である。従って、図３（Ａ）の回折光のうちで点線の枠ＬＸＹ内の±１次以下の回折光のみが支配的であると仮定されている。また、ステップ１１６における回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋに応じたＸ方向、Ｙ方向のシア波面の位相の変化をδXk，δYkとすると（ｋ＝１〜Ｎ）、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれの＋１次回折光と−１次回折光との干渉縞の位相の変化δXn1k，δYn1kに関して上記の式（８Ａ）が成立している。また、Ｘ方向の１次回折光とＹ方向の±１次回折光との干渉縞の位相の変化δXYn1k，δXYn2kに関して、上記の式（８Ｃ）が成立している。
【００５６】
このとき、図２（Ａ）の干渉縞２２のｋ番目に計測される強度分布Ｉkは、式（９）において定数ｅ，ｆをそれぞれ０とした式で表されるとともに、式（１０）に対応して、９行×９列の行列と要素が９個のベクトルとの演算式が成立する。この演算式を解くことによって、Ｘ方向、Ｙ方向のシア波面の関数ａcos(ΔＷX)，ａsin(ΔＷX)，ｂcos(ΔＷY)，ｂcos(ΔＷY)をそれぞれ算出できるため、これらの関数からシア波面を計算できる。
【００５７】
また、この実施例においても、ステップ１１６における２回目以降の計測時における回折格子１０の移動量ΔＸｋと移動量ΔＹｋとの比を、式（８Ｄ）と同様に次のように設定する。
ΔＸｋ：ΔＹｋ＝１：ｔａｎθ＝１：Ａ  …（１２Ａ）
なお、角度θ（ｒａｄ）については、式（８Ｅ）の関係が成立している。また、ｋ＝２〜９の範囲では、回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の周期Ｐｇに対して、移動量ΔＸｋ＝Ｐｇ／８、移動量ΔＹｋ＝Ａ×Ｐｇ／８である。このとき、干渉縞２２のＸ方向の移動量Ｐｇ／８に対応する位相シフト量δＸｋ（ｒａｄ）及びＹ方向の移動量Ａ×Ｐｇ／８に対応する位相シフト量δＹｋ（ｒａｄ）は次のようになる。
【００５８】
δＸｋ＝π／４，δＹｋ＝Ａ×π／４  （ｋ＝２〜９）  …（１２Ｂ）
従って、１回目から９回目の計測時までの回折格子１０の移動による位相シフト量（δＸｋ，δＹｋ）の積算値は、（０，０），（π／４，Ａ×π／４），（π／２，Ａ×π／２），…，（２π，Ａ×２π）となる。このＸ方向、Ｙ方向の位相シフト量の積算値を周
期Ｐｇ単位で表した図が図５である。
【００５９】
また、一例として、図５に示すように、Ａ＝０．８として、上記の式（１０）に対応する式を解いてａcos(ΔＷX)，ａsin(ΔＷX)，ｂcos(ΔＷY)，ｂcos(ΔＷY)を求めることによって、Ｘ方向のシア波面ΔＷX及びＹ方向のシア波面ΔＷYは次のようになる。
【００６０】
2011142279.tif 000008
【００６１】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の波面収差計測装置３０による波面収差計測方法は、計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯ（被検光学系）を通過した光束を互いに直交するＸ方向（第１方向）及びＹ方向（第２方向）に周期（ピッチ）Ｐｇを持つ２次元の回折格子１０を介して分割し、分割した光束による干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差を計測する方法である。この方法は、回折格子１０を実質的にＸ方向及びＹ方向に互いに異なる移動量ΔＸｋ，ΔＹｋで移動させて、干渉縞２２の光強度分布を（Ｌ＋Ｍ）回計測するステップ１０８〜１１６と（Ｌは計測対象の次数の波面の数、Ｍは計測対象と異なる次数の波面の数）、干渉縞２２の光強度分布の（Ｌ＋Ｍ）個の計測結果よりその計測対象の次数の回折光である、Ｘ方向の±１次回折光、及びＹ方向の±１次回折光の波面（シア波面ΔＷX，ΔＷY）を求めるステップ１１８と、そのシア波面より投影光学系ＰＯの波面収差を求めるステップ１２０と、を有する。
【００６２】
また、波面収差計測装置３０は、干渉縞２２の強度分布を検出する撮像素子１４（検出器）と、回折格子１０をＸ方向及びＹ方向に移動するウエハステージＷＳＴ（移動機構）と、回折格子１０をウエハステージＷＳＴを介してＸ方向及びＹ方向へ実質的に互いに異なる移動量で移動させながら、それぞれ撮像素子１４を介して（Ｌ＋Ｍ）回計測される干渉縞２２の強度分布よりその計測対象の次数の波面を求め、この計測対象の次数の波面より投影光学系ＰＯの波面収差を求める演算装置１２とを備えている。
【００６３】
本実施形態によれば、２次元の回折格子１０を２次元的に移動させて（Ｌ＋Ｍ）回、干渉縞２２の強度分布を計測しているため、この計測結果から、Ｌ個の計測対象の次数の波面に対応する波面情報を求めることができる。従って、不要な回折光の影響を抑制して、投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測できる。
また、本実施形態では、２次元の回折格子１０の１回の走査データから上記の計測方法を用いて、位相シフト解析を行うことによって、波面計測を行うことができる。これにより、回折格子１０等に付着する異物等による輝度むらに影響されない計測が可能となる。また、１種類の回折格子１０を１回走査するのみでよいため、非点収差の誤差が発生しない状態で波面計測が可能となる。
【００６４】
（２）本実施形態では、回折格子１０のＸ方向及びＹ方向の周期は互いに等しいため、計測対象の次数の波面を求める演算が容易であるが、回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の周期は互いに異なっていてもよい。
（３）また、本実施形態の露光方法は、照明光ＥＬ（露光光）でレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＥＬでそのパターン及び投影光学系ＰＯを介してウエハＷ（基板）を露光する露光方法において、投影光学系ＰＯの波面収差を計測するために、本実施形態の波面計測方法を用いている。
【００６５】
また、本実施形態の露光装置１００は、投影光学系ＰＯの波面収差を計測するために波面収差計測装置３０を備えている。
従って、露光装置の投影光学系ＰＯの波面収差を露光波長で高精度に評価できる。また、この計測結果を投影光学系ＰＯの各光学部材のアラインメントに使用することで、優れた性能の投影光学系を製造することもできる。さらに、オンボディで投影光学系ＰＯのフルフィールドでの干渉計データを取得し、投影光学系ＰＯの光学部材の波面収差を計測することで、露光装置の重要なパラメータをモニタするための最適化ソリューションを提供することができる。
【００６６】
なお、上記の実施形態では、計測用レチクル４にピンホールアレー６（光源）が形成されている場合の干渉計における波面解析を説明したが、本発明は、周期面光源を用いたインコヒーレント照明計測系にも適用できる。また、本発明は、単一ピンホールを用いたコヒーレント照明計測系にも適用できる。
【００６７】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図７及び図８を参照して説明する。本実施形態の波面収差計測装置の基本的な構成は図１の波面収差計測装置３０と同様であるが、本実施形態では、計測用レチクルのパターン（光源）及び回折格子のパターンが市松格子である点が異なっている。以下、図７（Ａ）〜図７（Ｄ）において、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
【００６８】
図７（Ａ）は、本実施形態の波面収差計測装置の計測本体部８Ａ、計測用レチクル４、及び投影光学系ＰＯを透過光学系として示す図である。本実施形態では、計測用レチクル４には、図７（Ｂ）に示すように、ピンホール群６ＳをＸ方向、Ｙ方向に周期（ピッチ）Ｐｓ／βで市松格子状に配列したピンホールアレー６Ａが形成されている。この場合にも、ピンホールアレー６Ａの代わりに、図７（Ｃ）の市松格子状のピンホールアレー６ＡＨを使用可能である。
【００６９】
また、計測本体部８Ａの回折格子１０Ａには、図７（Ｄ）に示すように、開口パターン１０ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｇで市松格子状に形成されている。従って、計測本体部８Ａの撮像素子１４の受光面には、０次光２０Ａ、＋１次回折光２０ＡＡ、及び−１次回折光２０ＡＢ等による干渉縞２２Ａ（図７（Ｅ）参照）が形成される。
回折格子１０Ａからの複数の回折光のスペクトルは、図８（Ａ）に示すように、０次光Ｌ０、Ｘ軸上の２つの回折光ＬＡ，ＬＢ、及びＹ軸上の２つの回折光ＬＣ，ＬＤが支配的である。そこで、計測対象の次数の波面の数Ｌを４、計測対象と異なる次数の波面の数Ｍを１とする。
【００７０】
本実施形態においても、図４の計測動作と同様の動作によって、投影光学系ＰＯのＸ方向のシア波面ΔＷX及びＹ方向のシア波面ΔＷYを求める。この場合、図４のステップ１１２に対応する工程における干渉縞２２Ａの強度分布Ｉkの計測回数Ｎ（＝Ｌ＋Ｍ）は５である。また、ステップ１１６に対応する工程における１回目〜５回目の回折格子１０ＡのＸ方向、Ｙ方向の移動量（ΔＸｋ，ΔＹｋ）に対応するシア波面ΔＷX，ΔＷYの位相の変化を（０，０），（δ2X，δ2Y），…，（δ5X，δ5Y）とする。このとき、干渉縞２２Ａのｋ回目に計測される強度分布Ｉk（ｋ＝１〜５）は、未知の直流成分ＤＣ及び係数ａ，ｂを用いて次のようになる。
【００７１】
Ｉ1＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX)＋ｂcos(ΔＷY)             …（２１Ａ）
Ｉ2＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX+δ2X)＋ｂcos(ΔＷY+δ2Y)   …（２１Ｂ）
Ｉ3＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX+δ3X)＋ｂcos(ΔＷY+δ3Y)   …（２１Ｃ）
Ｉ4＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX+δ4X)＋ｂcos(ΔＷY+δ4Y)   …（２１Ｄ）
Ｉ5＝ＤＣ＋ａcos(ΔＷX+δ5X)＋ｂcos(ΔＷY+δ5Y)   …（２１Ｅ）
これらの式（２１Ａ）〜（２１Ｅ）は次の行列とベクトルとの演算式で表すことができる。
【００７２】
2011142279.tif 000009
この式（２２）からａcos(ΔＷX)，ａsin(ΔＷX)を算出できるため、これらを用いて、Ｘ方向のシア波面ΔＷXは次の式（２３Ａ）となる。同様に式（２２）からｂcos(ΔＷY)，ｂcos(ΔＷY)を算出できるため、これらを用いて、Ｙ方向のシア波面ΔＷYは次の式（２３Ｂ）となる。
【００７３】
2011142279.tif 000010
一例として、図４のステップ１１６に対応する工程における１回目の計測時の回折格子１０ＡのＸ方向、Ｙ方向の移動量（ΔＸｋ，ΔＹｋ）を（０，０）とする。また、２回目以降の計測時における回折格子１０Ａの移動量ΔＸｋと移動量ΔＹｋとの比を１：ｔａｎθと一定とする（ｋ＝２〜５）。ｔａｎθ（＝Ａ）については式（８Ｅ）が成立している。
【００７４】
また、ｋ＝２〜５の範囲では、回折格子１０ＡのＸ方向、Ｙ方向の周期Ｐｇに対して、移動量ΔＸｋ＝Ｐｇ／４、移動量ΔＹｋ＝Ａ×Ｐｇ／４である。また、移動量（ΔＸｋ，ΔＹｋ）に対応する干渉縞の位相の変化（位相シフト量）をδX，δYとすると、δX＝π／２、δY＝Ａ×π／２であり、式（２１Ａ）〜（２１Ｅ）における位相の変化は次のようになる。
【００７５】
δkX＝（ｋ−１）δX，  δkY＝（ｋ−１）δY  …（２４）
これらの位相シフト量の積算値を周期Ｐｇを単位として表した図（回折格子１０Ａの移動経路）が図８（Ｂ）である。また、図８（Ｂ）に示すように、Ａ＝１／２とした場合には、式（２４）を式（２２）に適用することによって、式（２３Ａ）、（２３Ｂ）に対応してＸ方向、Ｙ方向のシア波面ΔＷX，ΔＷYは次のようになる。
【００７６】
2011142279.tif 000011
【００７７】
なお、本発明は、タルボ干渉計以外の任意の干渉計を用いてシアリング干渉等による干渉縞を検出して被検光学系の波面収差を計測する場合に適用可能である。
また、上述の実施形態では、ＥＵＶ光源としてレーザプラズマ光源を用いるものとしたが、これに限らず、ＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation)リング、ベータトロン光源、ディスチャージド光源（放電励起プラズマ光源、回転型放電励起プラズマ光源など）、Ｘ線レーザなどのいずれを用いても良い。
【００７８】
また、図１の実施形態では、露光光としてＥＵＶ光を用い、複数枚のミラーから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例である。例えば露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等を用いて反射屈折系又は屈折系からなる投影光学系を用いる場合にも、その波面収差を計測するために本発明を適用可能である。
【００７９】
さらに、本発明は、露光装置の投影光学系以外の光学系、例えば顕微鏡の対物レンズ、又はカメラの対物レンズ等の波面収差を計測する場合にも適用可能である。
なお、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】
【００８０】
ＩＬＳ…照明装置、Ｒ…レチクル、ＲＳＴ…レクチルステージ、ＰＯ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＷＢ…ウエハベース、４…計測用レチクル、６…ピンホールアレー、８…計測本体部、１０…回折格子、１２…演算装置、１４…撮像素子、１６…主制御系、１７…ウエハステージ制御系、３０…波面収差計測装置、１００…露光装置
【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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