(57)【要約】【課題】回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、被検光学系の波面収差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を通過した計測用の光束を回折格子１０に入射させ、回折格子１０から生じる干渉縞２２（ｉ）に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差を求める波面計測方法において、回折格子１０が回折格子１０の周期方向に関して、回折格子１０の１ピッチ移動する間に、干渉縞２２（ｉ）の光強度分布の計測を複数回行い、複数回計測された干渉縞２２（ｉ）の光強度分布のそれぞれに対応する投影光学系ＰＯの波面情報を算出し、算出された投影光学系ＰＯの複数の波面情報を平均化して、投影光学系ＰＯの波面収差を求める。【選択図】図２
2011108974.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回折格子に入射させ、前記回折格子から生じる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差を求める波面計測方法において、
前記回折格子が該回折格子の周期方向に関して、前記回折格子の１ピッチ移動する間に、前記干渉縞の光強度分布の計測を複数回行い、
複数回計測された前記干渉縞の光強度分布のそれぞれに対応する前記被検光学系の波面情報を算出し、
算出された前記被検光学系の複数の波面情報を平均化して、前記被検光学系の波面収差を求める
ことを特徴とする波面計測方法。
【請求項２】
前記干渉縞は、前記光束を前記回折格子で分割して得られる複数の光束の干渉縞であることを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
【請求項３】
前記光強度分布の計測回数は少なくとも３回であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の波面計測方法。
【請求項４】
前記回折格子は互いに直交する第１及び第２の方向に同じピッチの周期性を持つ２次元格子であり、前記回折格子の移動方向は前記第１の方向に４５°で交差する方向であ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計測方法。
【請求項５】
前記回折格子の前記周期方向のピッチをｐ、前記光強度分布の計測回数をＮ回として（Ｎは２以上の整数）、前記回折格子の移動量はｐ／Ｎである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計測方法を用いることを特徴とする露光方法。
【請求項７】
計測用パターン及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子に入射させ、前記回折格子から生じる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差を求める波面計測装置において、
前記干渉縞の光強度分布を検出する検出器と、
前記回折格子を前記回折格子の周期方向に移動する移動機構と、
前記検出器によって検出される前記干渉縞の光強度分布を記憶する記憶装置と、
前記移動機構により前記回折格子を前記周期方向に移動させて、前記検出器による前記干渉縞の光強度分布の検出及び該検出結果の前記記憶装置による記憶を、前記回折格子が前記回折格子の１ピッチ移動する間に複数回繰り返させる制御装置と、
前記複数回検出されて記憶された前記干渉縞の光強度分布のそれぞれに対応する前記被検光学系の波面情報を算出し、算出された前記被検光学系の複数の波面情報を平均化して、前記被検光学系の波面収差を求める演算装置と、
を備えることを特徴とする波面計測装置。
【請求項８】
前記検出器は、前記光束を前記回折格子で分割して得られる複数の光束の干渉縞を検出し、
前記演算装置は、前記被検光学系を通過する光束の差分波面を求めることを特徴とする請求項７に記載の波面計測装置。
【請求項９】
前記光強度分布の計測回数は少なくとも３回であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の波面計測装置。
【請求項１０】
前記回折格子は互いに直交する第１及び第２の方向に同じピッチの周期性を持つ２次元格子であり、
前記移動機構は、前記回折格子を前記第１の方向に４５°で交差する方向に移動することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の波面計測装置。
【請求項１１】
前記回折格子の周期方向のピッチをｐ、前記光強度分布の計測回数をＮ回として（Ｎは２以上の整数）、
前記移動機構は、前記回折格子を前記光強度分布の計測毎にｐ／Ｎだけ移動することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の波面計測装置。
【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を計測するために、請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の波面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計測技術、及びその波面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光については現状ではそれを透過する光学材料がないため、ＥＵＶ露光装置の照明光学系及び投影光学系は、特定のフィルタ等を除いて反射光学部材から構成される。
【０００３】
また、ＥＵＶ光を用いる投影光学系の波面収差は例えば０．５ｎｍＲＭＳ程度以下であることが求められており、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。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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６９５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のシアリング干渉方式の計測装置では、投影光学系の波面を計測する際に、本来、回折格子の位置によらずに一定のはずの波面の計測結果が回折格子の位置によって異なり、その計測結果の差が要求される計測精度よりも大きくなる恐れがあった。
また、シアリング波面を得るために、回折格子以外の光学素子でずらした波面を干渉させることは可視光や紫外光では可能であるが、波長の短いＥＵＶ光では非常に困難である。そのため、ＥＵＶ光を用いる波面計測装置では回折格子を使用する必要がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、例えば回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、被検光学系の波面収差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】
【０００７】
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回折格子に入射させ、その回折格子から生じる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差を求める波面計測方法において、その回折格子が該回折格子の周期方向に関して、その回折格子の１ピッチ移動する間に、その干渉縞の光強度分布の計測を複数回行い、複数回計測されたその干渉縞の光強度分布のそれぞれに対応するその被検光学系の波面情報を算出し、算出されたその被検光学系の複数の波面情報を平均化して、その被検光学系の波面収差を求める波面計測方法が提供される。
【０００８】
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
収差を計測するために、本発明の波面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、計測用パターン及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子に入射させ、その回折格子から生じる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差を求める波面計測装置において、その干渉縞の光強度分布を検出する検出器と、その回折格子をその回折格子の周期方向に移動する移動機構と、その検出器によって検出されるその干渉縞の光強度分布を記憶する記憶装置と、その移動機構によりその回折格子をその周期方向に移動させて、その検出器によるその干渉縞の光強度分布の検出及び該検出結果のその記憶装置による記憶を、その回折格子がその回折格子の１ピッチ移動する間に複数回繰り返させる制御装置と、その複数回検出されて記憶されたその干渉縞の光強度分布のそれぞれに対応するその被検光学系の波面情報を算出し、算出されたその被検光学系の複数の波面情報を平均化して、その被検光学系の波面収差を求める演算装置と、を備える波面計測装置が提供される。
【０００９】
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を計測するために、本発明の波面計測装置を備える露光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回折格子を周期方向に１ピッチ移動させる間に複数回干渉縞を検出し、例えば各干渉縞から得られる波面を平均化して得られる波面より、被検光学系の波面収差が求められる。従って、平均化効果によって、回折格子の位置によらずに、被検光学系の波面収差を高精度に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の一例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）の回折格子１０の一部を示す拡大図、（Ｃ）は回折格子１０を斜め方向にＰｇ／Ｎずらした状態を示す図、（Ｄ）は計測されたｉ番目の干渉縞の一例を示す図である。
【図３】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４】第１実施例の計測結果を示す図であり、（Ａ）は、各回の計測結果から復元した波面のゼルニケ（Zernike）係数を示す図、（Ｂ）は、計測結果のうち順次一つおきの計測結果を平均して得られる波面のゼルニケ係数を示す図、（Ｃ）は、計測結果のうち順次４回の連続する計測結果を平均して得られる波面のゼルニケ係数を示す図である。
【図５】第２実施例において、順次８回の連続する計測結果を平均して得られる波面のゼルニケ係数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態の一例につき図面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。
【００１３】
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ＩＬＳ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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
レチクルＲの照明領域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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、演算装置１２に接続された記憶装置１２ｍ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。
【００２１】
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。
【００２２】
また、演算装置１２は、撮像素子１４の検出信号から得られる光強度分布から例えばフーリエ変換法により波面（位相分布）を求める第１演算部１２ａと、Ｎ回計測した波面（Ｎは２以上の整数）を平均化する第２演算部１２ｂと、平均化された波面から波面収差情報としてのゼルニケ（Zernike)係数を求める第３演算部１２ｃとを備えている。なお、第１演算部１２ａ〜第３演算部１２ｃは、それぞれコンピュータのソフトウェア上の機能でもよく、又は互いに別体の演算装置でもよい。
【００２３】
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。演算装置１２は撮像素子１４の検出信号から投影光学系ＰＯの波面収差を求め、求めた波面収差を主制御系１６に供給する。
また、その波面収差計測時には、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パターン６（実際には微小なミラー）が形成されている。ピンホールパターン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。
【００２４】
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のピンホールパターン６が設置され、ピンホールパターン６が照明光ＥＬで照明される。ピンホールパターン６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。
【００２５】
ピンホールパターン６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、ピンホールパターン６の直径は１００ｎｍ程度又はこれより小さい。
また、図２（Ａ）において、ピンホールパターン６の投影光学系ＰＯによる像６ＳＰ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。
【００２６】
回折格子１０には、図２（Ｂ）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方向にそれぞれ同じピッチＰｇで形成されている。ピンホールパターン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（Ｄ）に示すようなシアリング干渉の干渉縞（フーリエ像）２２（ｉ）（後述のｉ番目の干渉縞）が形成される。
【００２７】
回折格子１０のピッチ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（ｉ）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のピッチ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。
【００２８】
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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。
【００２９】
Ｌｇ＝２ｎ×Ｐｇ2／λ  …（４）
式（４）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（ｉ）の強度分布を図１の演算装置１２の第１演算部１２ａに取り込み、その強度分布をフーリエ変換することで、投影光学系ＰＯの波面ＷＦとこれをずらした波面ＷＦＳとの差分波面（シアリング波面）の位相分布（フーリエ像の縞の歪み）が求められる。さらに第１演算部１２ａは、例えばそのシアリング波面（位相分布）を積分して投影光学系ＰＯの波面ＷＦ（位相分布）を求めることができる。第３演算部１２ｃは、その波面ＷＦに基づいて、投影光学系ＰＯの波面ＷＦの例えば５次〜３６次のゼルニケ多項式Ｚｉの係数（ゼルニケ係数）
を求めることができる。
【００３０】
なお、回折格子１０は像面１８の上方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。
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３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。
【００３１】
まず、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、レチクルステージＲＳＴを駆動して、計測用レチクル４のピンホールパターン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パターン６の像の位置に移動する。
【００３２】
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ｉ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からピンホールパターン６に照明光ＥＬを照射し、回折格子１０から発生する０次光及び１次回折光によるｉ番目のシアリング干渉の干渉縞２２（ｉ）の光強度分布を撮像素子１４で検出し、当該検出信号を演算装置１２の第１演算部１２ａに供給する。
【００３３】
次のステップ１１０において、第１演算部１２ａは、その干渉縞２２（ｉ）の光強度分布を記憶装置１２ｍに記憶する。次のステップ１１２において、主制御系１６は、パラメータｉが予め定められた計測回数を示すＮ（Ｎは２以上の整数）に達したか否かを判断する。この段階では、パラメータｉはＮより小さく、パラメータｉ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ｉに値１を加算する。
【００３４】
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２（Ｃ）に示すように、計測本体部８の回折格子１０をＸ軸及びＹ軸に４５°で交差する方向Ｄに、かつＸ軸に沿った移動量がＰｇ／Ｎ（ピッチの１／Ｎ）となるように移動する。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ｉ番目のシアリング干渉の干渉縞２２（ｉ）の光強度分布の検出、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。従って、回折格子１０の方向Ｄに対する最終的な移動量は（Ｎ−１）Ｐｇ／Ｎとなる。
【００３５】
その後、ステップ１１２において、パラメータｉ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の第１演算部１２ａは、記憶装置１２ｍから順次ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の干渉縞の光強度分布の情報を読み出し、その光強度分布からフーリエ変換法でＸ方向、Ｙ方向の２枚の差分波面を求め、２枚の差分波面から投影光学系ＰＯの波面ＷＦｉ（位相分布）を求める。即ち、ステップ１１２においては、投影光学系ＰＯのｉ＝１〜ＮのＮ個の波面ＷＦｉ（位相分布）が求められる。
【００３６】
次のステップ１２０において、演算装置１２の第２演算部１２ｂが投影光学系ＰＯのＮ個の波面ＷＦｉを平均化した波面ＷＦａを求める。この後、ステップ１２２において、演算装置１２の第３演算部１２ｃが、その平均化された波面ＷＦａから５次〜３６次のゼルニケ係数ａｋ(波面収差)を求める。ここで求められたゼルニケ係数ａｋ(波面収差)は主制御系１６に供給される。
【００３７】
次のステップ１２４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１２６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１２８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。
【００３８】
このように本実施形態の露光装置１００においては、回折格子１０を周期方向に１ピッチ（Ｐｇ）移動させる間に複数回（Ｎ回）干渉縞を検出し、各干渉縞から波面（位相分布）を求め、得られた波面を平均化して、被検光学系の波面収差を求めるようにしている。これにより、回折格子１０を用いて波面収差を求める場合であっても、例えば計測回数Ｎを増加させることで、要求される精度で波面収差を求めることができる。
【００３９】
［第１実施例］
次に、実際に波面収差計測装置３０を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を計測した結果である第１実施例につき図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して説明する。
この第１実施例においては、図２（Ａ）の光学系（実際には反射光学系である）において、計測用レチクル４のピンホールパターン６の直径を１００ｎｍとして、２次元の回折格子１０を、投影光学系ＰＯの像面１８から１４８μｍ下方に配置されて、ピッチＰｇが１．０μｍの２次元格子が形成された厚さ３００μｍのタンタル（Ｔａ）の薄膜（メンブレン）とした。そして、回折格子１０からの回折光による干渉縞を撮像素子１４で受光し、検出された光強度分布を演算装置１２に取り込み波面復元を行った。
【００４０】
また、この第１実施例において、ウエハステージＷＳＴを駆動し、回折格子１０を４分の１ピッチ（０．２５μｍ）ずつ移動させながら、全部で９枚の干渉縞を計測した。従って、この第１実施例は、図３のステップ１１２における整数Ｎが４の場合に相当する。そして、各干渉縞の光強度分布からそれぞれ波面（位相分布）を求め、各波面から５次〜３５次のゼルニケ多項式Ｚｉの係数（ゼルニケ係数）を求めた結果が、図４（Ａ）に示されている。図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図４（Ｃ）の横軸は、ゼルニケ多項式Ｚｉであり、縦軸は対応するゼルニケ係数（単位は照明光の波長λ）である。
【００４１】
図４（Ａ）において、各ゼルニケ多項式Ｚｉの位置にある９個の棒グラフが、それぞれ９枚の干渉縞から得られたゼルニケ係数の値である。この段階では、計測結果はばらついており、回折格子１０の位置によって波面の計測結果が異なり、計測再現性があまり良好でないことが分かる。
次に、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の計測結果を用いて、１番目及び３番目の波面の平均、２番目及び４番目の波面の平均、…のように、回折格子１０を２分の１ピッチずつずらして計測された波面を平均化することにより求めた波面のゼルニケ係数を示す。図４（Ａ）と比較すると分かるように、図４（Ｂ）の処理結果は、ばらつきは小さくなっているが、平均を取った各組との間にゼルニケ係数のばらつきが存在する。従って、回折格子１０の位置による計測再現性にはばらつきが残っている。
【００４２】
次に、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）の計測結果を用いて、１番目、２番目、３番目、及び４番目の波面の平均、２番目、３番目、４番目、及び５番目の波面の平均、…のように、回折格子１０を実質的に１ピッチ動かす間に４枚連続して計測された波面を平均化することにより求めた波面のゼルニケ係数を示す。図４（Ｃ）の処理結果では、平均を取った各組との間においてもばらつきは殆どなくなっている。この結果は回折格子１０の位置によって計測結果が異なる影響を除去できていることを示している。従って、Ｎ＝４の場合には、図３の計測動作によって、回折格子１０の位置による計測結果のばらつきの影響を低減できることが分かる。
【００４３】
［第２実施例］
次に、実際に波面収差計測装置３０を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を計測した結果
である第２実施例につき図５を参照して説明する。
この第２実施例においては、図２（Ａ）の光学系（実際には反射光学系である）において、計測用レチクル４のピンホールパターン６の直径を１００ｎｍとして、２次元の回折格子１０を、投影光学系ＰＯの像面１８から１９９μｍ上方に配置されて、ピッチＰｇが１．６４μｍの２次元格子が形成されたタンタル（Ｔａ）の薄膜（メンブレン）とした。そして、回折格子１０からの回折光による干渉縞を撮像素子１４で受光し、検出された光強度分布を演算装置１２に取り込み波面復元を行った。
【００４４】
また、この第１実施例において、ウエハステージＷＳＴを駆動し、回折格子１０を８分の１ピッチ（０．２０５μｍ）ずつ移動させながら、全部で２７枚の干渉縞を計測した。従って、この第２実施例は、図３のステップ１１２における整数Ｎが８の場合に相当する。そして、各干渉縞の光強度分布からそれぞれ波面（位相分布）を求め、各波面から５次〜３５次のゼルニケ多項式Ｚｉの係数（ゼルニケ係数）を求めた。この第２実施例の場合、各干渉縞から復元した波面は回折格子１０の位置によってばらつき、計測再現性は０．１３ｎｍＲＭＳであった。
【００４５】
この第２実施例では、回折格子１０を１ピッチ動かす間に８枚の干渉縞が計測されるので、その２７個の波面の計測結果のうち、１番目から８番目、２番目から９番目、…のように、８回連続して計測された波面の平均の波面を求め、この平均の波面から求めたゼルニケ係数を図５に示す。図５においても、横軸は５次〜３５次までのゼルニケ多項式Ｚｉ、縦軸は各次数に対応するゼルニケ係数（単位はλ）を示している。この図５から明らかであるように、ゼルニケ係数（波面収差）のばらつきは殆どなくなっている。このときの計測再現性は０．００２ｎｍＲＭＳと大きく向上している。従って、Ｎ＝８の場合にも、図３の計測動作によって、回折格子１０の位置による計測結果のばらつきの影響を大きく低減できることが分かる。
【００４６】
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による波面計測方法は、回折格子１０が回折格子１０の周期方向（Ｘ方向及びＹ方向）に関して、回折格子１０の１ピッチ分だけ移動する間に、投影光学系ＰＯを介して回折格子１０によって得られる干渉縞２２（ｉ）の光強度分布の計測を複数回行い（ステップ１０８〜１１６）、複数回計測された干渉縞２２（ｉ）の光強度分布のそれぞれに対応する被検光学系ＰＯの波面を算出し（ステップ１１８）、算出された被検光学系ＰＯの複数の波面を平均化して（ステップ１２０）、被検光学系ＰＯの波面のゼルニケ係数（波面収差）を求めるものである（ステップ１２２）。
【００４７】
また、本実施形態のシアリング干渉方式の波面収差計測装置３０（波面計測装置）は、計測用レチクル４（ピンホールパターン６）及び投影光学系ＰＯ（被検光学系）を通過した照明光ＥＬを回折格子１０を介して分割し、分割した照明光ＥＬを干渉させて得られる干渉縞２２（ｉ）に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差を計測する計測装置であって、干渉縞２２（ｉ）の光強度分布を検出する撮像素子１４（検出器）と、回折格子１０をこの周期方向に移動するウエハステージＷＳＴ（移動機構）と、撮像素子１４によって検出される干渉縞の光強度分布を記憶する記憶装置１２ｍと、ウエハステージＷＳＴにより回折格子１０を周期方向に移動させて、撮像素子１４による干渉縞の光強度分布の検出及びこの検出結果の記憶装置１２ｍによる記憶を、回折格子１０が１ピッチ分移動する間に複数回繰り返させる主制御系１６（制御装置）と、複数回検出されて記憶された干渉縞の光強度分布のそれぞれに対応する被検光学系ＰＯの波面情報を算出し、算出された被検光学系ＰＯの複数の波面情報を平均化して、被検光学系ＰＯの波面収差を求める演算装置１２と、を備えている。
【００４８】
本実施形態によれば、回折格子１０を周期方向に１ピッチ移動させる間に複数回干渉縞
を検出し、各干渉縞から波面（位相分布）を求め、得られた波面を平均化して、被検光学系ＰＯの波面収差を求める。従って、回折格子１０を用いて波面収差を求める場合であっても、高精度に波面収差を求めることができる。
（２）また、撮像素子１４は、光束を回折格子１０で分割して得られる複数の光束のシアリング干渉の干渉縞を検出し、演算装置１２は、被検光学系ＰＯを通過する光束の差分波面を求める。従って、簡単な構成でオンボディで投影光学系ＰＯの波面収差を計測できる。
【００４９】
（３）また、本実施形態において、回折格子１０を１ピッチ移動させる間に回折格子１０を移動させる回数（ステップ１１２の整数Ｎ）は、少なくとも３回であることが好ましい。これによって、平均化効果が高まり、計測再現性が向上する。
（４）また、回折格子１０は互いに直交するＸ方向（第１方向）及びＹ方向に同じピッチＰｇの周期性を持つ２次元格子であり、ウエハステージＷＳＴは、回折格子１０をＸ方向に４５°で交差する方向に移動する。従って、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に対して平均化効果が得られる。
【００５０】
（５）また、本実施形態では、干渉縞の計測回数をＮ回として、Ｘ方向、Ｙ方向の周期Ｐｇの回折格子１０を各計測毎にＰｇ／Ｎだけ移動している。従って、容易に計測を行うことができる。
なお、各計測毎に回折格子１０をほぼＰｇ／Ｎだけ移動するようにしてもよい。
（６）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。
【００５１】
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、投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測できるため、この計測結果に基づいて例えば結像特性補正機構（不図示）を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を補正することによって、投影光学系ＰＯの波面収差を許容範囲内に維持できる。従って、投影光学系ＰＯを介してレチクルＲのパターンの像を高精度にウエハに露光できる。
【００５２】
なお、本実施形態の波面収差計測装置３０で投影光学系ＰＯの波面収差を計測した結果を用いることによって、高性能の投影光学系ＰＯを製造することも可能である。また、投影光学系ＰＯの波面収差の計測結果から、露光装置１００においてレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光する際の所定のパラメータの最適化を行うことも可能である。
なお、上記の実施形態では、次のような変形が可能である。
【００５３】
図２（Ａ）の計測本体部８において、回折格子１０と撮像素子１４との間に特定の次数の回折光だけで干渉縞を形成させるための次数選択窓を配置してもよい。この構成の干渉計でも、図３の計測動作によって高精度に投影光学系ＰＯの波面収差を計測できる。
上記の実施形態では、回折格子１０には２次元の周期的パターンが形成されているため、１回の計測で投影光学系ＰＯの２次元の波面を求めることができる。しかしながら、回折格子１０の代わりに例えばＸ方向にのみ周期性を持つパターンが形成されたＸ軸の１次元の回折格子を使用してもよい。このとき、各計測毎に回折格子をＸ方向にピッチの１／Ｎずつ移動すればよい。
【００５４】
この場合、この回折格子を用いた計測後に、Ｙ方向に周期性を持つパターンが形成されたＹ軸の１次元の回折格子を用いた計測を行うことによって、投影光学系ＰＯの２次元の波面を求めることができる。
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。
【００５５】
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。
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。
【００５６】
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】
【００５７】
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…ピンホールパターン、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
【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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