(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、被検光学系の波面情報に関する光学特性を効率的に計測する。【解決手段】投影光学系の光学特性を求める計測方法であって、計測用レチクルから射出された光を投影光学系及び回折格子を通過させて干渉縞を形成するステップ１０４と、干渉縞の光強度分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換成分から０次光成分を中心とする所定半径の円の内部の空間周波数成分を抽出するステップ１０６〜１１０と、その円の内部の空間周波数成分を逆フーリエ変換して投影光学系の瞳面における光量分布を求めるステップ１１２，１１４と、を有する。【選択図】図３
2013217723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の光学特性を求める計測方法であって、
光射出部から射出された光を前記被検光学系及び該被検光学系の上流側又は下流側に配置された回折格子を通過させて干渉縞を形成し、
前記干渉縞の光量分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報から前記回折格子の０次光成分を含む所定の空間周波数成分を抽出し、
前記所定の空間周波数成分を逆フーリエ変換して前記被検光学系の射出瞳と共役な面又はこの近傍の面よりなる第１面の光量分布の情報を求める、
ことを特徴とする光学特性計測方法。
【請求項２】
前記第１面の光量分布の情報は、前記光量分布の中心位置及び前記光量分布の平均的な半径の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学特性計測方法。
【請求項３】
前記被検光学系の前記第１面に開口絞りが設置され、
前記第１面の光量分布の情報は、前記開口絞りの開口の形状の情報を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学特性計測方法。
【請求項４】
前記干渉縞の光量分布から前記被検光学系の波面情報を求め、
求められた前記波面情報を前記第１面の光量分布の情報を用いて求め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光学特性計測方法。
【請求項５】
前記干渉縞を形成するときに、前記光射出部から射出された光を前記被検光学系を介して前記被検光学系の下流側に配置された前記回折格子に照射し、前記回折格子から発生する複数の光束を干渉させ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光学特性計測方法。
【請求項６】
前記干渉縞を形成するときに、前記光射出部から射出され光を前記被検光学系の上流側に配置された前記回折格子を介して前記被検光学系に照射し、前記被検光学系から発生する複数の光束を干渉させ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光学特性計測方法。
【請求項７】
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、
前記投影光学系の光学特性を計測するために、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学特性計測方法を用いることを特徴とする露光方法。
【請求項８】
被検光学系の光学特性を求める計測装置であって、
前記被検光学系の上流側又は下流側に配置された回折格子と、
前記被検光学系及び前記回折格子を通過する光を射出する光射出部と、
前記被検光学系及び前記回折格子を通過した光によって形成される干渉縞の光量分布を検出する検出器と、
前記検出器で検出された光量分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報から前記回折格子の０次光成分を含む所定の空間周波数成分を抽出する第１演算と、前記第１演算により抽出された前記所定の空間周波数成分を逆フーリエ変換して前記被検光学系の射出瞳と共役な面又はこの近傍の面よりなる第１面の光量分布の情報を求める第２演算と、を行う演算装置と、
を備えることを特徴とする光学特性計測装置。
【請求項９】
前記第１面の光量分布の情報は、前記光量分布の中心位置及び前記光量分布の平均的な半径の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項８に記載の光学特性計測装置。
【請求項１０】
前記被検光学系は、前記第１面に設置された開口絞りを有し、
前記第１面の光量分布の情報は、前記開口絞りの開口の形状の情報を含むことを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の光学特性計測装置。
【請求項１１】
前記演算装置は、前記干渉縞の光量分布から前記被検光学系の波面情報を求める第３演算を行うとともに、前記第３演算で求められる前記波面情報を前記第２演算で求められる前記第１面の光量分布の情報を用いて求めることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか一項に記載の光学特性計測装置。
【請求項１２】
前記回折格子は、前記被検光学系の下流側に配置され、
前記検出器は、前記光射出部から射出され前記被検光学系を介して前記回折格子から発生する複数の光束の干渉縞の光量分布を検出する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光学特性計測装置。
【請求項１３】
前記回折格子は、前記被検光学系の上流側に配置され、
前記検出器は、前記光射出部から射出され前記回折格子を介して前記被検光学系から発生する複数の光束の干渉縞の光量分布を検出する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光学特性計測装置。
【請求項１４】
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、
前記投影光学系の光学特性を計測するために、請求項８から請求項１３のいずれか一項に記載の光学特性計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項７に記載の露光方法を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、
前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検光学系の波面情報に関する光学特性を計測する光学特性計測技術、この光学特性計測技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等を製造するためのリソグラフィー工程で使用される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ＡｒＦ又はＫｒＦエキシマレーザのような遠紫外域から真空紫外域にかけての波長のレーザ光を用いる露光装置が使用されている。さらに、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）を露光光として用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）も開発されている。これらの露光装置においては、投影光学系の波面収差を高精度に計測する必要がある。
【０００３】
従来の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等を配置し、こ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直交する方向に周期性を持つ２次元の回折格子に通し、この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。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、非特許文献２参照）。
【０００４】
また、従来の別の干渉縞の解析方法として、２次元の回折格子とピンホール等とを所定の経路に沿って２次元的に相対移動しながら干渉縞の複数の画像を検出し、得られた複数の画像から２つの方向の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（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M. Takeda, H. Ina and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry": J. Opt. Soc. Am. /Vol.72, No. 1/ pp. 156-160 (1982)
【非特許文献２】K. A. Goldberg and J. Bokor, "Fourier-transform method of phase-shift determination": APPLIED OPTICS /Vol.40, No. 17/ pp.2886-2894 (2001)
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０８６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のシアリング干渉方式の計測装置において、フーリエ変換法又は位相シフト法で元の波面を復元する際には、予め例えば投影光学系の像面に配置されて、投影光学系の瞳面（射出瞳と共役な面）と共役な面における光量分布を計測可能な別の計測装置を用いて、その瞳面又はその近傍にある開口絞りの開口の像の形状（有効計測エリア）を求めておくことが好ましい。
【０００８】
しかしながら、このように別の計測装置を用いて有効計測エリアを求める場合には、計測装置の交換時間等が必要になるため、投影光学系の波面収差の計測時間が長くなる恐れがあった。
本発明の態様は、このような事情に鑑み、回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、被検光学系の光学特性を効率的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、被検光学系の光学特性を求める計測方法が提供される。この光学特性計測方法は、光射出部から射出された光を被検光学系及び該被検光学系の上流側又は下流側に配置された回折格子を通過させて干渉縞を形成し、その干渉縞の光量分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報からその回折格子の０次光成分を含む所定の空間周波数成分を抽出し、その所定の空間周波数成分を逆フーリエ変換してその被検光学系の射出瞳と共役な面又はこの近傍の面よりなる第１面の光量分布の情報を求めるものである。
【００１０】
また、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、その投影光学系の光学特性を計測するために、第１の態様の光学特性計測方法を用いる露光方法が提供される。
また、第３の態様によれば、被検光学系の光学特性を求める計測装置が提供される。この光学特性計測装置は、その被検光学系の上流側又は下流側に配置された回折格子と、その被検光学系及びその回折格子を通過する光を射出する光射出部と、その被検光学系及びその回折格子を通過した光によって形成される干渉縞の光量分布を検出する検出器と、その検出器で検出された光量分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報からその回折格子の０次光成分を含む所定の空間周波数成分を抽出する第１演算と、その第１演算により抽出されたその所定の空間周波数成分を逆フーリエ変換してその被検光学系の射出瞳と共役な面又はこの近傍の面よりなる第１面の光量分布の情報を求める第２演算とを行う演算装置と、を備えるものである。
【００１１】
また、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、その投影光学系の光学特性を計測するために、第３の態様の光学特性計測装置を備える露光装置が提供される。
また、第５の態様によれば、第２の態様の露光方法又は第４の態様の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、その露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の態様によれば、その所定の空間周波数成分を逆フーリエ変換して光量分布を求めているため、回折格子を用いて得られる干渉縞に基づいて、被検光学系の波面情報に関する光学特性を効率的に計測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は第１の実施形態に係る特性計測装置を備えた露光装置を示す図、（Ｂ）は図１（Ａ）中の演算装置を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）は図１中の投影光学系及び計測本体部を示す図、（Ｂ）は図２（Ａ）のピンホールアレーの一部を示す拡大図、（Ｃ）は計測用レチクルの別のパターンの例の一部を示す拡大図、（Ｄ）は図２（Ａ）の回折格子の一部を示す拡大図、（Ｅ）は図２（Ａ）の干渉縞の一例を示す図である。
【図３】投影光学系の光学特性の計測動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】（Ａ）は複数の回折光により形成される干渉縞の一例を示す図、（Ｂ）は図４（Ａ）の干渉縞の光強度分布に対応する空間周波数成分を示す図、（Ｃ）は０次光を含む空間周波数成分を逆フーリエ変換して得られる光強度分布を示す図である。
【図５】計測本体部の第１変形例を示す図である。
【図６】（Ａ）は第２変形例に係る投影光学系及び計測本体部を示す図、（Ｂ）は図６（Ａ）のピンホールアレーの一部を示す拡大図、（Ｃ）は計測用レチクルの別のパターンの例の一部を示す拡大図、（Ｄ）は図６（Ａ）の回折格子の一部を示す拡大図、（Ｅ）は図６（Ａ）中の干渉縞の一例を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る特性計測装置の計測本体部を示す図である。
【図８】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【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４を参照して説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの全体構成を概略的に示す。露光装置ＥＸは、一例としてスキャニングステッパー（スキャナー）よりなる走査露光型の投影露光装置である。図１（Ａ）において、露光装置ＥＸは投影光学系ＰＯ（投影ユニットＰＵ）を備えており、以下においては、投影光学系ＰＯの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、これに直交する面（ほぼ水平面に平行な面）内でレチクルとウエハとが相対走査される方向（走査方向）に沿ってＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向（非走査方向）に沿ってＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθx 、θy 、及びθz 方向として説明を行う。
【００１５】
露光装置ＥＸは、照明系ＩＬＳ、照明系ＩＬＳからの露光用の照明光（露光光）ＥＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから射出された照明光ＥＬをウエハＷ（基板）に投射する投影光学系ＰＯを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、装置全体の動作を制御するコンピュータよりなる主制御系１６、及び投影光学系ＰＯの開口絞りＡＳの像（開口像）の形状情報及び／又は波面収差情報を計測する特性計測装置８０を備えている。
【００１６】
照明系ＩＬＳは、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、光源と、照明光学系とを含み、照明光学系は、回折光学素子又は空間光変調器等を含み通常照明、複数極照明、又は輪帯照明等のための光量分布を形成する光量分布形成光学系、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、視野絞り（固定及び可動のレチクルブラインド）、並びにコンデンサ光学系（いずれも不図示）等を有する。照明系ＩＬＳは、視野絞りで規定されたレチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向に細長いスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＥＬによりほぼ均一な照度で照明する。
【００１７】
照明光ＥＬとしては、一例としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられている。なお、照明光としては、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＹＡＧレーザ若しくは固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波、又は水銀ランプの輝線（ｉ線等）なども使用できる。
レチクルＲはレチクルステージＲＳＴの上面に真空吸着等により保持され、レチクルＲのパターン面には、回路パターン及びアライメントマークが形成されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含むステージ駆動系（不図示）によって、ＸＹ平面内で微少駆動可能であると共に、走査方向（Ｙ方向）に指定された走査速度で駆動可能となっている。
【００１８】
レチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθz 方向の回転角を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計７２によって、移動鏡７４（又は鏡面加工されたステージ端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計７２の計測値は、主制御系１６に送られる。主制御系１６は、その計測値に基づいて上記のステージ駆動系を制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。
【００１９】
図１（Ａ）において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒６０と、鏡筒６０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＯとを含む。投影光学系ＰＯは、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４倍、１／５倍などの縮小倍率）を有する。投影光学系ＰＯは、屈折系又は反射屈折系である。投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯ（射出面と共役な面）には開口数ＮＡを規定する開口絞りＡＳが設置されている（図２（Ａ）参照）。なお、開口絞りＡＳは瞳面ＰＰＯの近傍の面に配置されていてもよい。
【００２０】
照明系ＩＬＳからの照明光ＥＬによってレチクルＲの照明領域ＩＡＲが照明されると、レチクルＲを通過した照明光ＥＬにより、投影ユニットＰＵ（投影光学系ＰＯ）を介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲのパターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲと共役な領域）に形成される。ウエハＷは、例えばシリコン等からなる直径が２００ｍｍから４５０ｍｍ程度の円板状の基材の表面に、フォトレジスト（感光剤）を所定の厚さ（例えば数１０〜２００ｎｍ程度）で塗布した基板を含む。
【００２１】
また、本実施形態では、投影光学系ＰＯの結像特性を補正するために、例えば米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書に開示されているように、投影光学系ＰＯ中の所定の複数の光学素子の光軸方向の位置、及び光軸に垂直な平面内の直交する２つの軸の回りの傾斜角を制御する結像特性補正装置２が設けられている。結像特性の補正量に応じて結像特性補正装置２を駆動することで、投影光学系ＰＯの結像特性が所望の状態に維持される。
【００２２】
また、露光装置ＥＸは、液浸法を適用した露光を行うため、投影光学系ＰＯを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ６６を保持する鏡筒６０の下端部の周囲を取り囲むように、局所液浸装置の一部を構成するノズルユニット６２が設けられている。ノズルユニット６２は、露光用の液体Ｌｑ（例えば純水）を供給可能な供給口と、液体Ｌｑを回収可能な多孔部材（メッシュ）が配置された回収口とを有する。ノズルユニット６２の供給口は、供給流路及び供給管６４Ａを介して、液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置（不図示）に接続されている。
【００２３】
液浸法によるウエハＷの露光時に、その液体供給装置から送出された液体Ｌｑは、図１（Ａ）の供給管６４Ａ及びノズルユニット６２の供給流路を流れた後、その供給口より照明光ＥＬの光路空間を含むウエハＷ上の液浸領域（液浸空間）に供給される。また、液浸領域からノズルユニット６２の回収口を介して回収された液体Ｌｑは、回収流路及び回収管６４Ｂを介して液体回収装置（不図示）に回収される。なお、液浸タイプの露光装置としない場合には、上記の局所液浸装置は設けなくともよい。
【００２４】
また、ウエハステージＷＳＴは、不図示の複数のエアパッドを介して、ベース盤ＷＢのＸＹ面に平行な上面に非接触で支持されている。また、ウエハステージＷＳＴは、例えば平面モータ、又は直交する２組のリニアモータを含むステージ駆動系１７によってＸ方向及びＹ方向に駆動可能である。露光装置ＥＸは、ウエハステージＷＳＴの位置情報を計測するためにレーザ干渉計よりなるウエハ干渉計７６及び／又はエンコーダシステム（不図示）を含む位置計測システムを備えている。
【００２５】
ウエハステージＷＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びθz 方向の回転角を含む）は、その位置計測システムによって例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出され、その計測値は主制御系１６に送られる。主制御系１６は、その計測値に基づいてステージ駆動系１７を制御することで、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度を制御する。
【００２６】
ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体７０と、ステージ本体７０上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体７０内に設けられて、ステージ本体７０に対するウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）のＺ方向の位置、及びθx 方向、θy 方向のチルト角を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。ウエハテーブルＷＴＢの中央の上部には、ウエハＷを真空吸着等によってほぼＸＹ平面に平行な吸着面上に保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。
【００２７】
ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同一面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（又は保護部材）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きい円形の開口が形成された高平面度の平板状のプレート体６８が設けられている。
また、ウエハステージＷＳＴの上部に、上面がプレート対６８の表面とほぼ同じ高さになるように、投影光学系ＰＯの光学特性を計測するための計測本体部８（詳細後述）が装着されている。そして、投影光学系ＰＯの光学特性計測時には、一例としてレチクルステージＲＳＴにレチクルＲの代わりに、計測用レチクル４がロードされる。特性計測装置８０は、照明系ＩＬＳ、計測用レチクル４、計測本体部８、計測本体部８の撮像素子１４（図２（Ａ）参照）から出力される撮像信号ＤＳを処理して投影光学系ＰＯの光学特性情報を求める演算装置１２、及び計測本体部８の動作を制御する主制御系１６を有する。演算装置１２は求めた光学特性情報を主制御系１６に供給する。主制御系１６は、必要に応じてその計測された光学特性の中の波面収差を補正するように、結像特性補正装置２を介して投影光学系ＰＯの結像特性を補正する。
【００２８】
さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行うためのアライメント系、及びウエハＷの表面のＺ位置（フォーカス位置）の分布を計測するオートフォーカスセンサを有する。オートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構を駆動することで、露光中にウエハＷの表面を投影光学系ＰＯの像面に合焦される。
【００２９】
ウエハＷの露光時に、基本的な動作として、ウエハＷのアライメントが行われた後、ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向への移動（ステップ移動）によって、ウエハＷの露光対象のショット領域が投影光学系ＰＯの露光領域の手前に移動する。そして、主制御系１２の制御のもとで、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＯによる像でウエハＷの当該ショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期して駆動し、投影光学系ＰＯに対してレチクルＲ及びウエハＷを例えば投影倍率を速度比としてＹ方向に走査することによって、当該ショット領域の全面にレチクルＲの転写用パターンの像が走査露光される。このようにステップ移動と走査露光とを繰り返すことによって、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。
【００３０】
このような露光に際しては、投影光学系ＰＯの光学特性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、まず特性計測装置８０を用いてその光学特性を高精度に計測する必要がある。本実施形態では、投影光学系ＰＯの光学特性として、一例として、投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯの開口絞りＡＳの開口の像（開口像又はこの光量分布）の形状を計測する。そして、この計測結果を用いて、投影光学系ＰＯの波面収差を計測する。
【００３１】
以下、本実施形態の露光装置ＥＸが備える特性計測装置８０の構成、及び投影光学系ＰＯの光学特性の計測方法につき説明する。投影光学系ＰＯの光学特性計測時には、レチクルステージＲＳＴに計測用レチクル４がロードされる。計測用レチクル４のパターン面には、一例として複数の規則的に配列されたピンホールアレー６が形成されている。そして、投影光学系ＰＬの露光領域に計測本体部８の上部が移動し、照明系ＩＬＳから射出された照明光ＥＬがピンホールアレー６及び投影光学系ＰＯを介して計測本体部８に入射する。また、露光装置ＥＸが液浸型であるときには、投影光学系ＰＯの波面収差計測時にも投影光学系ＰＯと計測本体部８との間に液体Ｌｑを供給してもよい。ただし、液体Ｌｑを供給することなく、投影光学系ＰＯの波面収差を計測してもよい。
【００３２】
図２（Ａ）は、投影光学系ＰＯの光学特性の計測時の計測用レチクル４、投影光学系ＰＯ、及び計測本体部８の配列の一例を示す。図２（Ａ）において、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（不図示）と、この保持部材に対して回折格子１０をＸ方向及びＹ方向に微小量（回折格子１０の１周期〜２周期程度の距離）駆動するピエゾ素子等の２軸の駆動素子９と、を備えている。駆動素子９の駆動量は図１（Ａ）の主制御系１６により制御され、撮像素子１４の撮像信号ＤＳは演算装置１２に供給される。なお、後述のようにシアリング波面をフーリエ変換法で求める場合には駆動素子９を備える必要はない。一方、シアリング波面を位相シフト法で求める場合には回折格子１０と計測用レチクル４とを相対移動するために駆動素子９があると有利である。しかしながら、位相シフト法を用いる場合でも、駆動素子９を備えることなく、ウエハステージＷＳＴによって回折格子１０を計測用レチクル４に対して移動するか、又はレチクルステージＲＳＴで計測用レチクル４を移動してもよい。
【００３３】
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。ピンホールアレー６は、計測用レチクル４の平板状のガラス基板のパターン面（下面）の金属膜よりなる遮光膜６ｂ中に周期的に形成された複数のピンホール６Ｓよりなる。
【００３４】
図２（Ｂ）に示すように、ピンホールアレー６は、複数のピンホール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。ここで、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の投影光学系ＰＯによる像（複数のピンホールの像６ＳＰ）のＸ方向、Ｙ方向の周期はＰｓである。なお、ピンホールアレー６のＸ方向、Ｙ方向の周期は異なっていてもよい。個々のピンホール６Ｓの直径は、一例として以下のように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。
【００３５】
ピンホール６Ｓの直径≦λ／（２ＮＡin）  …（Ａ１）
ここで、波長λを１９３ｎｍ、開口数ＮＡinをほぼ０．２５とすると、回折限界はほぼ４００ｎｍとなるため、ピンホール６Ｓの直径は例えば４００ｎｍ程度又はこれより小さい。実際には、一つのピンホール６Ｓを用いるのみでも投影光学系ＰＯの波面収差を計測できるため、一つのピンホール６Ｓのみを使用してもよい。ただし、このような多数のピンホール６Ｓ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。
【００３６】
また、ピンホールアレー６の周期Ｐｓ／βは、例えば照明光ＥＬの空間的コヒーレンス長以上である。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、一例として高々、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  …（Ａ２）
この場合、波長λを１９３ｎｍ、開口数ＮＡinを０．２５とすると、空間的コヒーレンス長はほぼ８００ｎｍとなるため、周期Ｐｓ／βは例えば８００ｎｍ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、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（Ａ２）の条件は十分に満たされる。
【００３７】
なお、ピンホールアレー６の代わりに、図２（Ｃ）に示すように、例えば遮光膜中にＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｓ／βで形成されて、Ｘ軸に対して４５°傾斜した複数の正方形の開口パターン６ａよりなる斜め市松格子状のパターン６Ｈを使用することも可能である。本実施形態では、以下で説明するように回折格子１０が市松格子状であるため、パターン６Ｈが使用可能である。なお、開口パターン６ａの幅を例えば１／２程度に小さくしてもよい。
【００３８】
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の格子面が配置され、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は、平板状のガラス基板の一面の金属膜等の遮光膜１０ｂ中にＸ方向、Ｙ方向に周期的に開口パターン１０ａを形成したものである。
【００３９】
図２（Ｄ）に示すように、回折格子１０の遮光膜１０ｂ中に、一例として照明光ＥＬを通す多数のＸ軸に対して４５°で傾斜したほぼ正方形の開口パターン１０ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｇで斜め市松格子状に形成されている。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。回折格子１０に関しても、Ｘ方向、Ｙ方向の周期が異なっていてもよい。なお、回折格子１０の開口パターンは斜め市松格子状の他に、通常の市松格子状に形成されていてもよい。
【００４０】
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、例えば数１００ｎｍ〜数μｍ程度で、例えば１μｍ〜数μｍ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の開口パターン１０ａの形成面の像面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。
【００４１】
（１／Ｌｇ）＋｛１／（Ｌｃ−Ｌｇ）｝＝λ／（２ｎＰｇ2）  …（Ａ３）
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（Ａ３）の代わりに次の近似式を使用することができる。
【００４２】
Ｌｇ＝２ｎ×Ｐｇ2／λ  …（Ａ４）
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２０１１−１０８６９６号公報に開示されている。
【００４３】
Ｐｓ＝｛Ｐｇ／（１−Ｌｇ／Ｌｃ）｝ｍ  …（Ａ５）
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の像６ＳＰからの光束Ｅ１が到達する場合に、他のピンホールの像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。
【００４４】
なお、Ｌｇ／Ｌｃは１よりもかなり小さい値であるため、式（Ａ５）の代わりに次の近似式を使用してもよい。
Ｐｓ＝Ｐｇ×ｍ  …（Ａ６）
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。
【００４５】
式（Ａ４）及び式（Ａ６）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（撮像信号ＳＤ）を図１（Ａ）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の開口像、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，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及び投影光学系ＰＯの開口像の情報を主制御系１６に供給する。なお、Ｘ方向及びＹ方向のシア波面を求める代わりに、Ｘ方向に対して４５°で交差する方向及びこの方向に直交する方向のシア波面を求め、これらの直交する２つの方向のシア波面から投影光学系ＰＯの波面を求めることもできる。この場合、Ｘ方向及びＹ方向に４５°で交差する２つの方向のシア波面からＸ方向及びＹ方向のシア波面を求めてもよい。
【００４６】
また、図１（Ｂ）に示すように、一例として、演算装置１２は、撮像素子１４から供給される撮像素子ＤＳ（検出信号）を取り込み、例えば図４（Ａ）に示す干渉縞２２の光強度分布（光量分布）を空間的にフーリエ変換してＸ方向及びＹ方向の空間周波数（ｆｘ，ｆｙ）のスペクトルＳＰＩ（図４（Ｂ）参照）を求める第１演算部１２ａ、及びそのスペクトルＳＰＩ（フーリエ変換成分）から０次光Ｌ０を中心として所定の半径ｆｒ１の円の内部の成分である逆変換対象部ＬＣ（図４（Ｂ）参照）を抽出する第２演算部１２ｂを有する。なお、図４（Ｂ）の空間周波数（ｆｘ，ｆｙ）の原点は、実際には例えば０次光Ｌ０の位置にあってもよい。また、演算装置１２は、逆変換対象部ＬＣを逆フーリエ変換して投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯの開口絞りＡＳの開口の像（開口像）ＡＰＩ（図４（Ｃ）参照）の光量分布を求める第３演算部１２ｃ、並びにその光量分布の中心ＣＰ（例えば光量重心）のＸ方向及びＹ方向の座標（ｃｘ，ｃｙ）と、開口像ＡＰＩの輪郭ＡＰＩｂ（光強度がある閾値レベルよりも小さくなる位置）の中心ＣＰからの平均的な半径ｒｚとを求める第４演算部１２ｄを有する。なお、開口像ＡＰＩは投影光学系ＰＯの瞳像ともみなすことができる。そして、開口像ＡＰＩを既知の倍率で伸縮することによって、実質的に投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯにおける光量分布が得られるため、開口像ＡＰＩの光量分布を求めることは、瞳面ＰＰＯにおける光量分布を求めることと等価である。
【００４７】
図４（Ｂ）のスペクトルＳＰＩにおいて、０次光Ｌ０の中心から第１方向（ｆｘ軸に時計回りに４５°で交差する方向）に沿った±１次回折光ＬＡ１，ＬＡ（−１）の中心までの互いに等しい距離をＦＡ１、０次光Ｌ０の中心から第１方向に直交する第２方向に沿った±１次回折光ＬＢ１，ＬＢ（−１）の中心までの互いに等しい距離をＦＢ１とすると、本実施形態ではＦＡ１＝ＦＢ１である。一例として次式のように、その逆変換対象部ＬＣを規定する半径ｆｒ１をその０次光の中心と１次回折光の中心までの距離ＦＡ１（＝ＦＢ１）の中央（１／２）に設定する。
ｆｒ１＝ＦＡ１／２  …（Ａ７）
【００４８】
これによって、逆変換対象部ＬＣにはほぼ０次光成分のみが含まれるため、投影光学系ＰＯの開口像ＡＰＩの光量分布を高精度に求めることができる。なお、得られる開口像ＡＰＩの光量分布（例えばＸ軸（相対位置）に沿った光強度ＩＮＴ（相対強度））が十分に大きい場合には、逆変換対象部ＬＣの半径ｒは、式（Ａ７）のｆｒ１より小さくしてもよい。また、±１次回折光の光量が小さい場合には、逆変換対象部ＬＣの半径ｒを、式（Ａ７）のｆｒ１より大きくしてもよい。
【００４９】
図１（Ｂ）において、演算装置１２は、さらに撮像信号ＤＳからシア波面ΔＷｘ，ΔＷｙを求める第５演算部１２ｅ、シア波面ΔＷｘ，ΔＷｙから投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯにおける光束の波面を求める第６演算部１２ｆ、及びその波面から投影光学系ＰＯの波面収差を求めて主制御系１６に供給する第７演算部１２ｇを有する。第４演算部１２ｄで求められた開口像ＡＰＩの中心ＣＰの座標（ｃｘ，ｃｙ）及び平均的な半径ｒｚは、有効計測エリアの形状の情報として第７演算部１２ｇに供給されるとともに、主制御系１６にも供給される。主制御系１６では、開口像ＡＰＩの情報から開口絞りＡＳの開口の状態を検査できる。
【００５０】
また、第７演算部１２ｇは、一例として、波面収差を表す際に使用されるツェルニケ(Zernike) 多項式の原点をその中心ＣＰの座標（ｃｘ，ｃｙ）として、ツェルニケ多項式の半径方向の範囲を規定する円（規格化円）の半径を開口像ＡＰＩの半径ｒｚとする。そして、第７演算部１２ｇは、そのように規定したｉ次（ｉは例えば１〜３７までの整数）ツェルニケ多項式の係数（ｉ次のツェルニケ係数Ｚｉ）によって、第６演算部１２ｆから供給される投影光学系ＰＯの波面を表して、投影光学系ＰＯの波面収差を求める。この際に、本実施形態では、特性計測装置８０の計測本体部８からの情報のみによって開口像ＡＰＩの情報（中心ＣＰ及び半径）を高精度に求めることができるため、投影光学系ＰＯの波面収差をツェルニケ係数Ｚｉを用いて効率的に、かつ高精度に求めることができる。
【００５１】
なお、図５の計測本体部の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。
以下、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、特性計測装置８０を用いて投影光学系ＰＯの光学特性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。
【００５２】
先ず、ステップ１０２において、図１（Ａ）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を照明系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。そして、照明系ＩＬＳから計測用レチクル４に照明光ＥＬを照射し、計測用レチクル４のピンホールアレー６から射出される照明光ＥＬで投影光学系ＰＯを介して回折格子１０を照明し、回折格子１０からの複数の回折光によって計測本体部８の撮像素子１４の受光面に干渉縞２２を形成する。
【００５３】
そして、演算装置１２の第１演算部１２ａは、撮像素子１４の撮像信号ＳＤから干渉縞２２の光量分布（光強度分布）を撮像素子１４の画素単位で求め（ステップ１０６）、さらにその光量分布を空間的にフーリエ変換して例えば図４（Ｂ）に示す空間周波数（ｆｘ，ｆｙ）のスペクトルＳＰＩを求める（ステップ１０８）。さらに、第２演算部１２ｂはそのスペクトルＳＰＩのうちから０次光Ｌ０を中心として半径ｆｒ１の逆変換対象部ＬＣを切り出し（ステップ１１０）、第３演算部１２ｃは、逆変換対象部ＬＣを逆フーリエ変換して例えば図４（Ｃ）に示す開口像ＡＰＩの光量分布（逆フーリエ変換成分）を求め（ステップ１１２）、第４演算部１２ｄは、開口像ＡＰＩの中心ＣＰの座標（ｃｘ，ｃｙ）及び平均的な半径ｃｚを求めて第７演算部１２ｇ及び主制御系１６に供給する（ステップ１１４）。
【００５４】
そして、ステップ１１６において、演算装置１２の第５演算部１２ｅは、一例として撮像素子１４の撮像素子ＳＤから求められる干渉縞２２の光量分布を空間的にフーリエ変換して得られる空間周波数（ｆｘ，ｆｙ）のスペクトルＳＰＩから２方向の±１次回折光ＬＡ１，ＬＡ（−１），ＬＢ１，ＬＢ（−１）の成分を取り出し、これらの成分から投影光学系ＰＯのＸ方向、Ｙ方向のシア波面ΔＷｘ，ΔＷｙを求める。さらに、ステップ１１８において、第６演算部１２ｆは、そのシア波面ΔＷｘ，ΔＷｙから投影光学系ＰＯの波面を求める。これに応じて、第７演算部１２ｇは、開口像ＡＰＩの中心（ｃｘ，ｃｙ）及び半径ｃｚによって規格化した所定範囲の次数ｉのツェルニケ多項式を用いて、その投影光学系ＰＯの波面を表すツェルニケ係数Ｚｉを求める。
【００５５】
また、第７演算部１２ｇは、そのようにして求めたツェルニケ係数Ｚｉを例えば予め設定されている目標値Ｚｉ０と比較することによって、投影光学系ＰＯの波面収差を求め、求めた波面収差の情報を主制御系１６に供給する（ステップ１２０）。次のステップ１２２において、主制御系１６は、必要に応じて、結像特性補正装置２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Ｒをロードし、ステップ１２６においてウエハステージＷＳＴに順次載置されるウエハＷの複数のショット領域にレチクルＲのパターン像を走査露光する。
【００５６】
この際に、特性計測装置８０によって投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測できるため、常に投影光学系ＰＯの結像特性を所望の状態に維持して高精度に露光を行うことができる。さらに、投影光学系ＰＯの露光領域ＩＡ内の複数の位置に計測本体部８を移動してそれぞれ開口像ＡＰＩの中心の座標（ｃｘ，ｃｙ）を計測することによって、露光領域ＩＡ内での投影光学系ＰＯのテレセントリック性の精度を求めることも可能である。
【００５７】
本実施形態の効果等は以下の通りである。
本実施形態の特性計測装置８０は、投影光学系ＰＯ（被検光学系）の光学特性を求める装置である。特性計測装置８０は、投影光学系ＰＯの下流側に配置された回折格子１０と、投影光学系ＰＯ及び回折格子１０を通過する光を射出する計測用レチクル４（光射出部）と、投影光学系ＰＯ及び回折格子１０を通過した光によって形成される干渉縞の光量分布（光強度分布）を検出する撮像素子１４（検出器）と、撮像素子１４により検出された光量分布を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報から回折格子１０からの０次光成分を中心として半径ｆｒ１の円の内部の逆変換対象部ＬＣを抽出する演算と、その逆変換対象部ＬＣ（空間周波数成分）を逆フーリエ変換して、投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯ（第１面）における光量分布と等価な開口像ＡＰＩの光量分布の情報（中心位置（ｃｘ，ｃｙ）及び半径ｃｚ）を求める演算とを行う演算装置１２と、を備えている。
【００５８】
また、特性計測装置８０を用いて投影光学系ＰＯの光学特性を求める計測方法は、計測用レチクル４から射出された光を投影光学系ＰＯ及び回折格子１０を通過させて干渉縞２２を形成するステップ１０４と、干渉縞２２の光量分布（光強度分布）を計測し、この計測結果を空間的にフーリエ変換し、得られたフーリエ変換情報から逆変換対象部ＬＣを抽出するステップ１０６〜１１０と、その逆変換対象部ＬＣを逆フーリエ変換して投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯにおける光量分布と等価な開口像ＡＰＩの光量分布を求めるステップ１１２，１１４と、を有する。
【００５９】
本実施形態によれば、逆変換対象部ＬＣの空間周波数成分を逆フーリエ変換して開口像ＡＰＩの光量分布を求めているため、別途、投影光学系ＰＯの開口数情報を計測する装置等を用いることなく、回折格子１０を用いて得られる干渉縞に基づいて、投影光学系ＰＯの波面情報に関する光学特性を効率的に計測できる。
さらに、本実施形態では、開口像ＡＰＩの情報を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を求めているため（ステップ１１６〜１２０における第５演算部１２ｅ〜第７演算部１２ｇの動作）、特性計測装置８０のみを用いて高精度に投影光学系ＰＯの波面収差を求めることができる。
【００６０】
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の光学特性を計測するために、本実施形態の光学特性計測方法を用いている。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＯの光学特性を計測するために特性計測装置８０を備えている。
従って、投影光学系ＰＯの瞳面ＰＰＯの光量分布（開口絞りＡＳの開口の形状）の情報を効率的に高精度に計測でき、オンボディの計測本体部８を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を露光波長で高精度に評価できる。従って、計測された波面収差を補正することによって、高精度に露光を行うことができる。
【００６１】
また、その波面収差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、高性能の投影光学系を製造できる。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。
【００６２】
なお、本実施形態では、投影光学系ＰＯの開口像ＡＰＩの光量分布（瞳面ＰＰＯの光量分布）の他に投影光学系ＰＯの波面収差を計測しているが、必ずしも投影光学系ＰＯの波面収差を計測する必要はない。また、開口像ＡＰＩの光量分布の情報として、その中心位置（ｃｘ，ｃｙ）及び半径ｒｚを計測しているが、例えばその中心位置（ｃｘ，ｃｙ）のみを計測するだけでもよい。この場合でも、例えば露光領域ＩＡ内の複数の位置で開口像ＡＰＩの中心位置を計測することで、上述のように投影光学系ＰＯのテレセントリック性の精度を求めることができる。さらに、開口像ＡＰＩの半径ｒｚを計測するのみでもよい。これによって、投影光学系ＰＯの実際の開口数を求めることができる。また、開口像ＡＰＩの半径ではなく、輪郭の形状を正確に求めてもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、フーリエ変換法で投影光学系ＰＯのシア波面（波面）を求めているが、例えば特開２０１１−１０８６９６号公報に開示されているように、位相シフト法によって、計測用レチクル４に対して回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に所定量ずつ移動しながら干渉縞２２の画像を撮像し、撮像された複数の画像からシア波面を求めてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、ピンホールアレー６が形成された計測用レチクル４からの光で投影光学系ＰＯ及び回折格子１０を照明しているが、計測用レチクル４の代わりに発光ダイオード等の光源を配置し、この光源からの光で投影光学系ＰＯ及び回折格子１０を照明することも可能である。
また、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、上記の実施形態は、周期的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、上記の実施形態は、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。
【００６５】
次に、上記の実施形態では、回折格子１０には市松格子が形成されているが、図６（Ａ）〜（Ｅ）の第２変形例で示すように、いわゆるクロス格子が形成された回折格子１０Ａを使用してもよい。以下、図６（Ａ）〜（Ｅ）において、図２（Ａ）〜（Ｅ）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。
図６（Ａ）は、本変形例の光学特性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を示す図である。この例では、計測用レチクル４には、図６（Ｂ）に示すように、遮光膜６Ａｂ中にピンホール６ＳをＸ方向、Ｙ方向に周期（ピッチ）Ｐｓ／βでクロス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６（Ｃ）のクロス格子状に遮光パターン６ａを配列したパターン６ＡＨ、又は単一のピンホールを使用可能である。
【００６６】
また、計測本体部８Ａの回折格子１０Ａには、図６（Ｄ）に示すように、遮光膜１０Ａｂ中に複数のほぼ幅がＰｇ／２の正方形状の開口パターン１０ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｇで形成されている。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２０Ａ、及び−１次回折光２０Ａ等による干渉縞２２Ａ（図６（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、０次光、Ｘ軸上の２つの回折光、及びＹ軸上の２つの回折光等を含んでいる。
【００６７】
この変形例においても、上記の実施形態の図３の計測動作と同様の動作によって、投影光学系ＰＯの開口像ＡＰＩ（瞳面ＰＰＯ）の光量分布、及びＸ方向、Ｙ方向のシア波面（波面収差）を求めることができる。
また、第１の実施形態及びこの変形例を例えば液浸法で露光を行う露光装置のように高いＮＡ（開口数）を持つ露光装置に適用する場合、例えば図２（Ａ）の計測本体部８の像面１８と回折格子１０との間、又は図６（Ａ）の計測本体部８Ａの像面１８と回折格子１０Ａとの間に、光束を平行光束に変換するレンズを配置して、その平行光束の光路中に回折格子１０又は１０Ａを配置してもよい。
また、第１の実施形態及びこの変形例において、計測用レチクル４のピンホールアレー６，６Ａの代わりに単一のピンホールを使用してもよい。
【００６８】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態につき図７を参照して説明する。本実施形態は、ＰＤＩ(Point Diffraction Interferometer)方式の干渉計を備えた計測本体部を持つ特性計測装置に本発明を適用したものである。ＰＤＩ方式の干渉計については、例えば米国特許（ＵＳＰ）第６，５７３，９９７号明細書に記載されている。
【００６９】
図７は、本実施形態の投影光学系ＰＯ及び計測本体部８Ｃを示す。図７において、不図示の照明系からの照明光ＥＬによって計測用レチクル４Ｃのピンホール４Ｃａが照明され、ピンホール４Ｃａから射出される照明光ＥＬが、投影光学系ＰＯの上流側に配置された回折格子１０Ｃに形成されたＹ方向に所定周期の１次元の格子パターン１０Ｃａに入射する。格子パターン１０Ｃａからの０次光Ｌ０及び−１次回折光ＬＹ（−１）は投影光学系ＰＯ（被検光学系）を介して、それぞれ投影光学系ＰＯの像面に配置された検出用のガラス板３０に形成されたピンホール３０ａ及び３０ｂを照射する。そして、ピンホール３０ａ及び３０ｂから射出される０次光Ｌ０及び−１次回折光ＬＹ（−１）は、２次元の撮像素子１４の受光面にＹ方向に変化する光量分布を持つ干渉縞３１を形成する。
【００７０】
撮像素子１４から出力される撮像信号を図１（Ｂ）の演算装置１２と同様の演算装置で処理する。すなわち、その撮像信号から得られる光量分布の空間的なフーリエ変換成分のうち、０次光を中心とする又は０次光を含む所定範囲の逆変換対象部を逆フーリエ変換することによって、投影光学系ＰＯの開口像の光量分布（瞳面又はこの近傍に配置された開口絞りＡＳの開口の形状）を求めることができる。そして、そのフーリエ変換成分のうちの１次回折光等の成分から投影光学系ＰＯのシア波面を求めることができる。このように、ＰＤＩ方式の干渉計を使用する場合にも、逆変換対象部を用いることによって、上記の実施形態と同様の効果が得られる。なお、回折格子１０Ｃは、２次元の回折格子であってもよい。
【００７１】
また、上記の実施形態の計測装置及び方法は、タルボ干渉計及びＰＤＩ方式の干渉計以外の任意の干渉計を用いて干渉縞を検出して被検光学系の光学特性を計測する場合に適用可能である。
また、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する場合、この電子デバイスは、図８に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００７２】
言い替えると、上記のデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて、マスクのパターンを介して基板（ウエハＷ）を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程（即ち、基板のレジストを現像し、そのマスクのパターンに対応するマスク層をその基板の表面に形成する現像工程、及びそのマスク層を介してその基板の表面を加工（加熱及びエッチング等）する加工工程）と、を含んでいる。
【００７３】
このデバイス製造方法によれば、投影光学系ＰＯの光学特性の計測時間を短縮して、露光精度を高く維持でき、レチクルのパターンを高精度に基板に露光できるため、電子デバイスを効率的に高精度に製造できる。
なお、上記の実施形態の計測方法及び装置は、ステッパー型の露光装置の投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。
【００７４】
また、上記の実施形態では、露光用の照明光ＥＬ（露光光）としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等を用いて屈折系又は反射屈折系等からなる投影光学系を使用する露光装置において、投影光学系の光学特性を計測している。しかしながら、上記の実施形態の計測方法及び装置は、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（例えば１３．５ｎｍ）のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light)を用いて、反射系からなる投影光学系を使用する露光装置（ＥＵＶ露光装置）において、投影光学系の光学特性を計測する場合にも適用できる。ＥＵＶ露光装置に適用する場合には、計測本体部の計測用レチクルも反射型である。
【００７５】
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光学特性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】
【００７６】
ＥＸ…露光装置、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、６，６Ａ…ピンホールアレー、８，８Ａ…計測本体部、９…駆動素子、１０，１０Ａ…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、８０…特性計測装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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