JP2007005541A - 投影光学系の検査装置、及び投影光学系の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 投影光学系の光学特性をより正確に且つ容易に検査することができる投影光学系の検査装置、及び当該投影光学系の製造方法を提供する。
【解決手段】 干渉計装置３は、基準レンズ３７により光源１から射出される光から、測定光及び参照光を生成し、投影光学系ＰＬを介した測定光と参照光とを干渉させて投影光学系ＰＬの光学性能を検査する。調整装置２は、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な面に配置された点回折ピンホール３０に入射する光束を傾けることにより、投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を所定の分布に設定する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、投影光学系の検査装置、及び投影光学系の製造方法に係り、特にリソグラフィー工程において用いられてマスクに形成されたパターンの像を基板に投影する露光装置に設けられる投影光学系の検査装置、及び投影光学系の製造方法に関する。

半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスの製造においては、マスクやレチクル（以下、これらを総称する場合はマスクという）に形成されたパターンの像をフォトレジスト等の感光剤が塗布されたウェハやガラスプレート等（以下、これらを総称する場合は基板という）に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、例えば極めて微細なパターンが形成される半導体素子等を製造する場合に多用されるステッパー等の一括露光型の投影露光装置と、例えば大面積の液晶表示素子を製造する場合に多用されるステップ・アンド・スキャン方式等の走査露光型の投影露光装置とに大別されるが、通常これらの露光装置の何れもがマスクのパターン像を基板に転写するための投影光学系を備える。

一般的にマイクロデバイスは複数のパターンが層状に形成されて製造されるため、露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する際には、投影されるマスクのパターン像と基板上に既に形成されているパターンとの正確な位置合わせを行った上で、マスクのパターン像を高解像度で忠実に基板上へ投影しなければならない。従って、投影光学系は収差が良好に抑えられ、高い解像度を有する極めて優れた光学性能が要求される。

投影光学系の解像度を高めるためには、露光時にマスクを照明する照明光を短波長化するとともに、投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）を高く設定する必要がある。照明光を短波長化すると、投影光学系のレンズとして使用することができる硝材が制限されるため、投影光学系の設計の自由度が低下するとともに、投影光学系自体が高価になってしまう。そこで、近年においては、投影光学系と基板との間に気体（空気又は窒素ガス）よりも屈折率の高い液体を充満させることで解像度を向上させた液浸式の投影光学系が案出されている。以下の特許文献１には、液浸式の投影光学系の光学性能を検査する検査装置が開示されている。
国際公開第０５／０１０９６０号パンフレット

ところで、上記の特許文献１に開示された検査装置を用いて投影光学系の光学性能を検査する場合に、投影光学系の特性上、投影光学系の瞳面（投影光学系の物体面又は像面に対する光学的フーリエ変換面）において、その中心部で得られる光量よりも周辺部の光量が低下して光量むらが生じてしまうことがある。この光量むら（瞳面の中心部の光量と周辺部の光量との差）が検査装置に設けられるセンサのダイナミックレンジを越えると、計測波面の一部が欠けてしまって正確な計測を行うことができないという問題が生ずる。また、光量むらによって干渉縞のコントラストが悪化する箇所が生じてしまい、これによっても正確な計測を行うことができないという問題が生ずる。

上記の光量むらは投影光学系の高Ｎ．Ａ．化によるものと考えられるが、今後設計される投影光学系は解像度の向上のためにＮ．Ａ．がより高く設定されると予測される。このため、投影光学系の瞳面における光量むらは現状よりも悪化する虞がある。また、投影光学系の性能を向上させるために、屈折光学素子のみを用いたジオプトリック系ではなく、反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプトリック系）として投影光学系を設計することも検討されている。この反射屈折系の投影光学系では、開口数（ＮＡ）を大きくできるが、その分だけ余計に上記の光量むらが生ずる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、投影光学系の光学特性をより正確に且つ容易に検査することができる投影光学系の検査装置、及び当該投影光学系の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。
上記課題を解決するために、本発明の検査装置は、測定光を射出する光源（１）と、検査対象の投影光学系（ＰＬ）を介した前記測定光を光電検出する光電検出器（４０）とを備え、前記光電検出器の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を検査する検査装置（３）において、前記投影光学系の瞳面における前記測定光の光量分布を所定の分布に設定する光量設定手段（２７等）を備えることを特徴としている。
この発明によると、光量設定手段により投影光学系の瞳面における測定光の光量分布が所定の分布に設定された状態で投影光学系の光学特性が検査される。
本発明の投影光学系の製造方法は上記の検査装置を用いて製造される。

本発明によれば、投影光学系の瞳面における測定光の光量分布が所定の分布に設定された状態で投影光学系の光学特性が検査されるため、投影光学系の光学特性をより正確に且つ容易に検査することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による投影光学系の検査装置、及び投影光学系の製造方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による検査装置の全体構成の概略を示す図である。尚、以下の説明においては、図中にＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｙ軸及びＺ軸が紙面に対して平行となるよう設定され、Ｘ軸が紙面に対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１において、１は所定形状の断面を有する光束を射出する光源であり、例えばＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）である。光源１から射出される光束は調整装置２を介して干渉計装置３に供給される。詳細は後述するが、調整装置２は主制御装置１５の制御の下で、被検査対象としての投影光学系ＰＬの瞳面における測定光の光量分布を所定の分布に設定するものである。

干渉計装置３は、光源１から供給される光束から参照光と測定光とを生成し、測定光を被検査対象としての投影光学系ＰＬに供給するとともに、投影光学系ＰＬを介した測定光と参照光とを干渉させて得られる干渉光の干渉縞を検出する。干渉計装置３は干渉縞の検出結果を主制御装置１５に出力する。主制御装置１５は干渉計装置３から出力された検出結果（干渉縞そのもの）を不図示のモニタに表示し、又は検出結果を解析して投影光学系ＰＬにおいて生ずる波面収差を数値的に求めて、得られた数値をモニタに表示する。

干渉計装置３は、ステージ４上に保持されている。ステージ４は、ＸＹ平面内において移動可能であるとともに、Ｚ方向に沿って移動可能に構成され、更に姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転）を変更することができるように構成されている。ステージ４の一端には移動鏡４ａ，４ｂが取り付けられており、移動鏡４ａの鏡面に対応してレーザ干渉計５が設けられており、移動鏡４ｂに対してレーザ干渉計６が設けられている。尚、図１では図示を簡略化しているが、移動鏡４ａはＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。

また、レーザ干渉計５は、Ｙ軸に沿って移動鏡４ａにレーザ光を照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計及びＸ軸に沿って移動鏡４ａにレーザ光を照射するＸ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｙ軸用の１個のレーザ干渉計及びＸ軸用の１個のレーザ干渉計によりステージ４のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｙ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ステージ４のＺ軸回りの回転角が計測される。

更に、レーザ干渉計６は、移動鏡４ｂに対してレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、ステージ４の表面のＺ方向の位置及び姿勢を検出する。尚、図１においてはレーザ干渉計６及び移動鏡４ｂを１つのみ図示しているが、実際にはそれぞれ３つ設けられており、ステージ４のＺ方向の位置及び傾き（Ｘ軸及びＹ軸回りの回転角）が検出されている。

レーザ干渉計５によって検出されたステージ４のＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸回りの回転角を示す情報、並びにレーザ干渉計６によって検出されたステージ４のＺ座標、Ｘ軸回りの回転角、及びＹ軸回りの回転角を示す情報は、主制御装置１５に出力される。主制御装置１５は出力されてきたこれらの情報をモニターしつつ、駆動コントローラ７へ制御信号を出力してステージ４の位置及び姿勢を制御する。

干渉計装置３の−Ｚ方向には被検査対象としての投影光学系ＰＬが配置され、干渉計装置３で生成された測定光が投影光学系ＰＬに供給される。投影光学系ＰＬの像面側には反射部材８が配置されている。この反射部材８は、投影光学系ＰＬ及び液体ｗを介した測定光を反射して再度投影光学系ＰＬに導くためのものである。ここで、反射部材８について説明する。

図２は、反射部材８の構成を示す図であり、（ａ）は反射部材８の断面図であって、（ｂ）は反射部材８の上面斜視図である。図２に示す通り、反射部材８は、ホルダ９とホルダ９の上面である平坦面９ａに複数形成された反射球面部材１０とを含んで構成される。ホルダ９の平坦面９ａ上の反射球面部材１０は、Ｘ方向及びＹ方向の両方向に配列形成されている。例えば、図２（ｂ）に示す通り、Ｘ方向に３列、Ｙ方向に３列配列形成されて合計９個形成されている。

ホルダ９は、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる平板状の部材である。また、反射球面部材１０は、半球状部材にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着して形成されたものであり、図２（ａ），（ｂ）に示す通り、その平面端部を平坦面９ａに向けた状態でホルダ９の平坦面９ａに取り付けられる。尚、反射部材８は、鋼球等の球状部材にクロム（Ｃｒ）等の金属を蒸着して形成した反射球部材と、この反射球部材と径が等しい半球状の凹部が形成されたホルダとを含み、ホルダに形成された凹部に反射球部材を嵌合して反射球部材をホルダに取り付けた構成としても良い。また、かかる構成において、反射球部材の取り付けは、接着剤等を用いても良いし、ホルダを磁石等で形成して脱着（交換）可能にしても良い。

反射球面部材１０は、平坦面９ａから０．１〜１ｍｍ程度突出した状態で設けられる。尚、平坦面９ａに対する反射球面部材１０の突出量は、図２（ａ）に示す通り、光学素子Ｌ３（投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子（図３参照））とホルダ９の平坦面９ａとの間隔よりは小さくなるように設定される。

また、図２（ａ）に示す通り、ホルダ９は反射球面部材１０が取り付けられた平坦面９ａを投影光学系ＰＬに向けて配置されており、例えば平坦面９ａが投影光学系ＰＬの像面と一致するように配置される。これにより、反射球面部材１０は投影光学系ＰＬに向かって凸状となり、投影光学系ＰＬの像面と投影光学系ＰＬとの間に配置される。このような配置とするのは、以下の理由による。つまり、投影光学系ＰＬの光学性能を検査するときには強度の高い測定光が用いられるため、投影光学系ＰＬの像面の位置においては測定光が集光されて強度が更に高まる。

このため、測定光の強度によっては投影光学系ＰＬと反射部材８との間に供給された液体ｗが沸騰して気泡が生じる虞がある。液体ｗ中に気泡が生ずると、測定光の波面が乱されて投影光学系ＰＬの光学性能を正確に検査することができなくなる。これを防止するために、反射球面部材１０を投影光学系ＰＬの像面と投影光学系ＰＬとの間に配置し、測定光が集光されて検査に悪い影響を及ぼすほど強度が高まる前に反射球面部材１０で反射することで気泡等の発生を防止している。

反射部材８はステージ１１に保持されている。ステージ１１の上面と反射部材８の平坦面９ａとはほぼ面一になっている。ステージ１１は、ステージ４と同様に、ＸＹ平面内において移動可能であるとともに、Ｚ方向に沿って移動可能に構成され、更に姿勢（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の回りの回転）を変更することができるように構成されている。ステージ１１の一端には移動鏡１２ａ，１２ｂが取り付けられており、移動鏡１２ａの鏡面に対面してレーザ干渉計１３が設けられ、移動鏡１２ｂに対してレーザ干渉計１４が設けられている。

尚、図１では図示を簡略化しているが、移動鏡１２ａはＸ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡及びＹ軸に垂直な鏡面を有する移動鏡から構成されている。また、レーザ干渉計１３は、Ｙ軸に沿って移動鏡１２ａにレーザ光を照射する２個のＹ軸用のレーザ干渉計及びＸ軸に沿って移動鏡１２ａにレーザ光を照射するＸ軸用のレーザ干渉計より構成され、Ｙ軸用の１個のレーザ干渉計及びＸ軸用の１個のレーザ干渉計によりステージ１１のＸ座標及びＹ座標が計測される。また、Ｙ軸用の２個のレーザ干渉計の計測値の差により、ステージ１１のＺ軸回りの回転角が計測される。

レーザ干渉計１４は、移動鏡１２ｂの表面に対してレーザ光を照射し、その反射光を検出することによって、ステージ１１の表面のＺ方向の位置及び姿勢を検出する。尚、図１においてはレーザ干渉計１４及び移動鏡１２ｂの各々を１つのみ図示しているが、実際には３つ設けられており、ステージ１１のＺ方向の位置及び傾き（Ｘ軸及びＹ軸回りの回転角）が検出されている。

レーザ干渉計１３によって検出されたステージ１１のＸ座標、Ｙ座標、及びＺ軸回りの回転角を示す情報、並びにレーザ干渉計１４によって検出されたステージ１１のＺ座標、Ｘ軸回りの回転角、及びＹ軸回りの回転角を示す情報は、主制御装置１５に出力される。主制御装置１５は出力されてきたこれらの情報をモニターしつつ、駆動コントローラ１６へ制御信号を出力してステージ１１の位置及び姿勢を制御する。かかる制御により、反射部材８はホルダ９の平坦面９ａが投影光学系ＰＬの像面と一致するように配置される。

また、本実施形態においては、被検査対象の投影光学系ＰＬが液浸式のものであるため、投影光学系ＰＬの像面側（投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子Ｌ３（図２参照）と反射部材８との間）に液体ｗが供給される。尚、投影光学系ＰＬに含まれる光学素子のうちの最も像面側に位置する光学素子Ｌ３と反射部材８との間は、数ｍｍ程度の間隔である。この液体ｗは、例えば純水である。液体ｗとして純水を用いる理由は、気体（空気又は窒素ガス）よりも屈折率が高く投影光学系ＰＬの開口数を向上させることができるとともに、ＡｒＦエキシマレーザ光に対する吸収が少ないからである。

本実施形態の検査装置は、投影光学系ＰＬの像面側に液体ｗを供給するために、液体供給装置１７と液体回収装置１８とを備える。液体供給装置１７は、投影光学系ＰＬと反射部材８との間の少なくとも一部を液体ｗで満たすためのものであって、液体ｗを収容するタンク、加圧ポンプ等を備えて構成される。この液体供給装置１７には供給管１９の一端部が接続されており、供給管１９の他端部には供給ノズル２０が接続されている。これら供給管１９及び供給ノズル２０を介して投影光学系ＰＬと反射部材８との間の空間に液体ｗが供給される

液体回収装置１８は、吸引ポンプ、回収した液体ｗを収容するタンク等を備える。液体回収装置１８には回収管２１の一端部が接続され、回収管２１の他端部には回収ノズル２２が接続されている。投影光学系ＰＬと反射部材８との間の空間に供給された液体ｗは、回収ノズル２２及び回収管２１を介して液体回収装置１８に回収される。これら液体供給装置１７及び液体回収装置１８は、主制御装置１５により制御される。

つまり、投影光学系ＰＬと反射部材８との間の空間に液体ｗを供給する際に、主制御装置１５は液体供給装置１７及び液体回収装置１８のそれぞれ対して制御信号を出力し、単位時間当たりの液体ｗの供給量及び回収量を制御する。かかる制御により、液体ｗは投影光学系ＰＬと反射部材８との間に必要十分な量だけ供給される。尚、本実施形態においては、投影光学系ＰＬと反射部材８が備えるホルダ９の平坦面９ａとの間の液体ｗをステージ上方で回収しているが、ステージ１１に取り付けられたホルダ９の周囲に回収部を設けてもよいし、それらを併用してもよい。

また、主制御装置１５には、被検査対象としての投影光学系ＰＬの設計データ（特性データ）を入力する入力装置２３が接続されている。投影光学系ＰＬに光量の分布を有しない測定光を入射したときに投影光学系ＰＬの瞳面に形成される光量分布は投影光学系ＰＬの設計データにより求めることができる。このため、入力装置２３は、調整装置２で設定すべき投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を主制御装置１５が求める際に必要となる投影光学系ＰＬの設計データを主制御装置１５に入力するために設けられる。

この入力装置２３は、例えばキーボードで実現することもでき、またフレキシブルディスク等の磁気ディスク、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（登録商標）−Ｒ等の光ディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）等の情報記録媒体に記録された情報を読み出すドライブ装置を用いることもできる。また、例えば投影光学系ＰＬの設計データを有するコンピュータと、主制御装置１５とを有線又は無線で相互に接続し、コンピュータから主制御装置１５に転送する形態としても良い。

以上、本発明の一実施形態による検査装置の全体構成の概略について説明したが、次に検査装置が備える調整装置２及び干渉計装置３の構成について説明する。図３は、本発明の一実施形態による検査装置が備える調整装置２及び干渉計装置３の構成を示す図である。尚、図３においては、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付している。

図３に示す通り、調整装置２は、干渉計装置３に設けられる点回折ピンホール３０（詳細は後述する）の近傍に配置されている。尚、点回折ピンホール３０は、投影光学系ＰＬの物点及び像点と共役な位置に配置されている。この調整装置２は、第１レンズ２６、平行平面板２７、第２レンズ２８、及び制御装置２９を含んで構成される。第１レンズ２６は、光源１側の焦点が、例えば光源１の射出端（図示省略）に配置されている。また、第２レンズ２８は、干渉計装置３側の焦点が、例えば干渉計装置３に設けられる点回折ピンホール３０（詳細は後述する）の開口に配置されている。これら第１レンズ２６及び第２レンズ２８より、例えば光源１の射出端と干渉計装置３の点回折ピンホール３０の開口位置とは共役になっている。

平行平面板２７は、その２つの面が光源１から射出される光束の光軸と交差するように第１レンズ２６と第１レンズ２８との間の光路上に配置される。この平行平面板２７は、通過する光束の光軸を傾けるために設けられる。前述したとおり、例えば光源１の射出端と干渉計装置３の点回折ピンホール３０の開口の位置とが共役になっているため、第１レンズ２６と第２レンズ２８との間に平行平面板２７を設けても、点回折ピンホール３０の開口に対する光束の入射位置がずれることはない。尚、第１レンズ２６、平行平面板２７、及び第２レンズ２８は、投影光学系ＰＬが備える光学素子と同様の硝材（例えば、合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）等の硝材）を用いて形成されている。

制御装置２９は、図１に示す主制御装置１４の制御の下で、光源１から射出される光束の光軸に対する平行平面板２７の傾き角を設定するとともに、光軸（平行平面板２７により傾けられる前の光軸）の周りで平行平面板２７を回転させる。これにより、投影光学系ＰＬの瞳面における測定光の光量の分布が所定の分布に設定される。

干渉計装置３は、図３に示す通り、点回折ピンホール３０、レンズ３１、コリメートレンズ３２、折り曲げミラー３３、ビームスプリッタ３４、折り曲げミラー３５，３６、基準レンズ３７、リレーレンズ３８，３９、及びセンサ４０を含んで構成される。点回折ピンホール３０は、前述した通り、投影光学系ＰＬの物点及び像点と共役な位置に配置されている。前述した調整装置２が備える平行平面板２７を傾けて回転させることにより、点回折ピンホール３０には光束の光軸が傾いた状態で入射する。

レンズ３１は、点回折ピンホール３０を介して入射される光束を一度集光し、コリメートレンズ３２はレンズ３１で集光された光束を平行光束に変換する。折り曲げミラー３３は、コリメートレンズ３２を介した−Ｙ方向に進む光束を＋Ｚ方向に偏向する。ビームスプリッタ３４は、折り曲げミラー３３で偏向されて＋Ｚ方向に進む光束を透過させるとともに、折り曲げミラー３５から−Ｚ方向に進む光束を＋Ｙ方向に反射する。折り曲げミラー３５はビームスプリッタ３４を透過して＋Ｚ方向に進む光束を−Ｙ方向に偏向し、折り曲げミラー３６は折り曲げミラー３５で偏向されて−Ｙ方向に進む光束を−Ｚ方向に偏向する。

基準レンズ３７は＋Ｚ方向に凸となるよう配置されたメニスカスレンズであり、参照光及び測定光を生成するために設けられる。この基準レンズ３７は、投影光学系ＰＬ側の面が球面に設定された基準面３７ａであり、折り曲げミラー３６で偏向されて−Ｚ方向に進む光束は基準面３７ａに対して垂直に入射する。基準面３７ａを透過した光束は測定光として用いられ、基準面３７ａで反射された光束は参照光として用いられる。尚、図１に示した主制御装置１５は、基準レンズ３７の焦点が投影光学系ＰＬの物体面ＯＰに配置されるよう、レーザ干渉計６の検出結果をモニタしつつ駆動コントローラ７を介してステージ４のＺ方向の位置を制御する。

リレーレンズ３８，３９は、折り曲げミラー３６，３５を順に介してビームスプリッタ３４で反射された光束（参照光と測定光との干渉光）をリレーするレンズである。干渉計装置３に設けられたレンズ３１、コリメートレンズ３２、基準レンズ３７、及びリレーレンズ３８，３９は投影光学系ＰＬが備える光学素子と同様の硝材（例えば。合成石英又は蛍石等の硝材）を用いて形成されている。

センサ４０は、干渉光を検出するものであり、例えば二次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の光電変換素子を用いることができる。このように、図３に示す干渉計装置３においては、フィゾー型の干渉計が構成されている。センサ４０の検出結果は図１に示した主制御装置１５に出力される。尚、図３においては、便宜上、投影光学系ＰＬに設けられる光学素子のうち、最も物体面側に配置される光学素子Ｌ１、及び最も像面側に配置される光学素子Ｌ２，Ｌ３を図示しているが、実際には十数〜数十個の光学素子が設けられている。液体供給装置１７からの液体ｗは、光学素子Ｌ３と反射部材８との間に供給される。

次に、図１〜図３を参照しつつ以上説明した構成の検査装置を用いて被検査対象としての投影光学系ＰＬの光学性能の検査する検査方法について説明する。まず、光軸に対する平行平面板２７の傾き角が「０」に設定されており、光軸（平行平面板２７により傾けられる前の光軸）の周りに平行平面板２７を回転させない場合について説明する。検査が開始されると、最初に主制御装置１５は液体供給装置１７及び液体回収装置１８に対して制御信号を出力する。これにより、液体供給装置１７からの液体ｗが供給管１９及び供給ノズル２０を介して投影光学系ＰＬと反射部材８との間の空間に供給され、更にこの空間に供給された液体ｗが回収ノズル２２及び回収管２１を介して液体回収装置１８に回収され、所定量の液体ｗが常時投影光学系ＰＬと反射部材８との間を満たすように流れる。

次に、主制御装置１５は、レーザ干渉計１３の検出結果をモニタしつつ駆動コントローラ１６を介してステージ１１をＸＹ面内で移動させ、反射部材８に形成された反射球面部材１０の各々が投影光学系ＰＬに対して所定の位置に配置されるよう位置決めする。このとき、主制御装置１５は、レーザ干渉計１４の検出結果をモニタしつつ反射部材８のホルダ９の平坦面９ａが投影光学系ＰＬの像面と一致するように、ステージ１１のＺ方向の位置及び姿勢を制御する。

ステージ１１の位置決めが完了すると、主制御装置１５は、レーザ干渉計５の検出結果をモニタしつつ、ＸＹ平面内における基準レンズ３７の焦点の位置が最初の検査位置に配置されるように駆動コントローラ７を介してステージ４を駆動し、ＸＹ平面内においてステージ４を位置決めする。これと同時に主制御装置１５は、レーザ干渉計６の検出結果をモニタしつつ、ステージ４のＺ方向の位置及び姿勢を制御して、Ｚ方向における基準レンズ３７の焦点位置が投影光学系ＰＬの物体面ＯＰ内に含まれるようステージ４を制御する。

以上の処理が完了すると、主制御装置１５は光源１に制御信号を出力して光源１を発光させる。光源１が発光すると、光源１から−Ｙ方向に進む光束は調整装置２を介して点回折ピンホール３０から干渉計装置３内に入射し、干渉計装置３が備えるレンズ３１に導かれる。レンズ３１に導かれた光束は、コリメートレンズ３２を介して平行光に変換された後、折り曲げミラー３３に入射し、＋Ｚ方向に偏向される。この光束はビームスプリッタ３４を透過して折り曲げミラー３５で−Ｙ方向に偏向され、更に折り曲げミラー３６で−Ｚ方向に偏向された後、基準レンズ３７に入射する。

光束が基準レンズ３７に入射すると、基準レンズ３７の基準面３７ａに垂直に入射し、光束の一部が透過し、残りが反射される。基準面３７ａを透過した光束は、測定光として干渉計装置３から射出され、投影光学系ＰＬの物体面ＯＰの位置に集光する。集光した測定光は球面波状に広がりながら投影光学系ＰＬに入射し光学素子Ｌ１，Ｌ２等を介して光学素子Ｌ３に入射し、光学素子Ｌ３から投影光学系ＰＬの像面側に射出される。

投影光学系ＰＬから射出された測定光は液体ｗを透過して反射球面部材１０で反射される。反射球面部材１０で反射された測定光は、液体ｗ及び投影光学系ＰＬを逆向きに順に進んで干渉計装置３に設けられた基準レンズ３７に入射する。基準レンズ３７に入射した測定光及び基準レンズ３７の基準面３７ａで生成される参照光は、折り曲げミラー３６，３５を順に介してビームスプリッタ３４で反射され、リレーレンズ３８，３９を順に介してセンサ４０で受光される。センサ４０には投影光学系ＰＬを介した測定光と投影光学系ＰＬを介していない参照光とが入射されるため、センサ４０にはそれらの干渉光が入射し投影光学系ＰＬの光学性能（残存収差等）に応じた干渉縞が検出される。この検出結果は主制御装置１５へ出力されて干渉縞そのものが不図示のモニタに表示され、又は主制御装置１５により解析されて投影光学系ＰＬにおいて生ずる波面収差を示す数値がモニタに表示される。

次に、主制御装置１５はレーザ干渉計５の検出結果をモニタしつつ、ＸＹ平面内における基準レンズ３７の焦点の位置が次の検査位置に配置するように、駆動コントローラ７を介してステージ４を駆動し、ＸＹ平面内においてステージ４を位置決めする。ステージ４のＸＹ平面内の位置を変えたときにも、主制御装置１５はレーザ干渉計６の検出結果をモニタしつつ、ステージ４のＺ方向の位置及び姿勢を制御して、Ｚ方向における基準レンズ３７の焦点位置が投影光学系ＰＬの物体面ＯＰ内に含まれるようにする。

ステージ４の位置決めが完了すると、最初の検査位置における検査と同様に、光源１からの光束に基づいて測定光と参照光とが生成され、測定光が投影光学系ＰＬ及び液体ｗを順に介して反射球面部材１０に入射する。このとき、測定光が入射する反射球面部材１０は、ＸＹ平面内における基準レンズ３７の焦点の現在の位置に応じた位置に配置されている反射球面部材１０であり、最初の検査位置に配置されたときに用いたものとは異なるものである。反射球面部材１０に入射した測定光は、反射されて液体ｗ及び投影光学系ＰＬを再び逆方向に進んで干渉計装置３に入射し、干渉計装置３が備えるセンサ４０において測定光と参照光との干渉光が検出される。以下同様にして、ステージ４をＸＹ面内で移動させて順次各検査位置での検査が行われる。

投影光学系ＰＬの瞳面中央部においては、多重反射等の影響によって光量分布にばらつきが生じているものの、このばらつきは干渉計装置３に設けられたセンサ４０のダイナミックレンジの範囲内であり、投影光学系ＰＬの光学性能を検査する上で許容できるばらつきである。これに対し、投影光学系ＰＬの瞳面における端部において極端に光量が低下している場合がある。この場合、瞳面中央部における最大光量と瞳面端部における最低光量との差がセンサ４０のダイナミックレンジを越えてしまい正確な検査を行うことができなくなる可能性がある。そこで、本実施形態では、調整装置２により光源１から射出された光束を傾けて干渉計装置３が備える点回折ピンホール３０に入射させることにより、投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を所定の分布にしている。

次に、点回折ピンホール３０における光量分布の設定方法について説明する。点回折ピンホール３０は、光源１から射出される光束のうちの、光量分布が少なくて投影光学系ＰＬの光学性能を検査する上で好適な光束を切り出す働きを果たしている。点回折ピンホール３０に光束が入射すると、回折現象によって光量分布が大きくなる。図４は、点回折ピンホール３０に光束を垂直入射させた場合に得られる光量分布のシミュレーション結果を示す図である。図４においては、横軸に点回折ピンホール上における位置（規格化した位置）をとり、縦軸に光量を取っている。尚、図４において、横軸が「１」又は「−１」を通る光束は、投影光学系ＰＬの瞳面端部を通過する光束を示している。図４を参照すると、回折現象によって、点回折ピンホール３０の周辺部における光量が、中央部における光量の６０％程度になっていることが分かる。

本実施形態では、この分布を利用して点回折ピンホール３０における光量分布を所定の分布に設定している。図５は、点回折ピンホール３０における光量分布の設定方法説明するための図である。図５（ａ）において実線で示す通り、点回折ピンホール３０に対して垂直に入射する光束ＦＬ１が点回折ピンホール３０に入射すると、光軸ＡＸを中心として対称的に広がりながら伝播する光束ＦＬ１１となる。この光束ＦＬ１１の光束は、図中において符号Ｋ１を付して示す光量分布を有する。尚、この光量分布Ｋ１は光軸ＡＸの周りで回転対称である。

これに対し、図５（ａ）において破線で示す通り、平行平面板２７を傾けることにより点回折ピンホール３０に光軸が一方向に傾いた状態の光束ＦＬ２が入射すると、点回折ピンホール３０からの光束は光束ＦＬ１が入射した場合と同様に広がりながら伝播する光束となる。しかしながら、この光束ＦＬ１２の分布は、図中符号Ｋ２を付して示す通り、光軸を傾けた方向とは逆方向に光軸ＡＸに関して非対称な分布となる。

次に、図５（ｂ）に示す通り、点回折ピンホール３０に対する光束の傾き角は維持したまま平行平面板２７を光軸の周りで回転させて点回折ピンホール３０に対する光束の入射方向を変えると、点回折ピンホール３０を透過した光束（光量分布Ｋ２）も光軸ＡＸの周りで回転することになる。この結果として光量分布が平均化され、図５（ｃ）に示す通り、光軸ＡＸに関して対称な光量分布Ｋ３を得ることができる。

以上により得られた光量分布Ｋ３は、図５（ｃ）に示す通り、光軸ＡＸ上の光量が低く、周辺で光軸ＡＸから所定の距離で光量が最大になり、更に距離が離れると光量が少なくなる分布となる。前述した通り、点回折ピンホール３０に対して垂直に光束を入射させた場合には、投影光学系ＰＬの瞳面における端部の光量が低下する。このため、点回折ピンホール３０からの光束が、投影光学系ＰＬの瞳面における端部に相当する箇所の光量が高くなる光量分布となれば、投影光学系ＰＬの瞳面の端部を含めた全面において光量をほぼ一定とすることができる。

光量分布Ｋ３（投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布）は、点回折ピンホール３０の径及び点回折ピンホール３０に対する光束の入射角（平行平面板２７の傾き角）を変えることで変化させることができる。例えば、点回折ピンホール３０の径を変えると、光量が最大になる部分の光軸ＡＸからの距離を変えることができ、また点回折ピンホール３０に対する光束の入射角を変えることで、光軸ＡＸ上における光量と最大光量との差を変えることができる。

図６は、点回折ピンホール３０に対する光束の入射角を変化させた場合に得られる光量分布のシミュレーション結果を示す図である。尚、図６においては、図４と同様に横軸に位置（規格化された位置）をとり、縦軸に光量をとっており、そのスケールは図４と同様である。図６において、点線で示したグラフは点回折ピンホール３０に対する入射角を０．４°に設定したときに得られる光量分布を示しており、破線で示したグラフは点回折ピンホール３０に対する入射角を０．５２に設定したときに得られる光量分布を示しており、実線で示したグラフは点回折ピンホール３０に対する入射角を０．８°に設定したときに得られる光量分布を示している。これらのグラフから、点回折ピンホール３０に対する光束の入射角を大きくするほど光軸ＡＸ上の光量（投影光学系ＰＬの瞳面中心の光量）が低くなり、光軸ＡＸ上における光量と最大光量との差が大きくなるのが分かる。

点回折ピンホール３０上における光量分布の設定は、入力装置２３から入力された投影光学系ＰＬの設計データを用いて主制御装置１５が行う。具体的には、主制御装置１５は、入力された設計データからシミュレーションにより投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を求め、この光量分布が解消されるように調整装置２に設けられた平行平面板２７の傾き角を求める。また、被検査対象としての投影光学系ＰＬの瞳面の大きさが、投影光学系ＰＬ毎に大きく異なることは希であるが、瞳面の大きさが異なるものにも対応することができるように、点回折ピンホール３０として開口径が可変なものを干渉計装置３に備え、上記のシミュレーション結果に応じて点回折ピンホール３０の開口の径を可変させることが望ましい。

次に、投影光学系ＰＬを検査する場合の動作について説明する。検査が開始されると、まず主制御装置１５は、入力装置２３から被検査対象としての投影光学系ＰＬの設計データを読み込む。そして、読み込んだ設計データからシミュレーションを行って投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を求める。次いで、主制御装置１５は、求めた光量分布に基づいて調整装置２に制御信号を出力する。これにより、調整装置２に設けられる平行平面板２７は、所定の角度に傾けられる。

以上の処理が終了すると、主制御装置１５は液体供給装置１７及び液体回収装置１８に対して制御信号を出力し、所定量の液体ｗで投影光学系ＰＬと反射部材８との間を満たす。これと並行して主制御装置１５は、ＸＹ平面内におけるステージ１１の位置決めを行うとともに、ＸＹ平面内におけるステージ４を位置決めする。次いで、主制御装置１５は、調整装置２に制御信号を出力して平行平面板２７の回転（光軸周りの回転）を開始させる。

以上の処理が完了すると、主制御装置１５は光源１に制御信号を出力して光源１を発光させる。光源１が発光すると、光源１から−Ｙ方向に進む光束は調整装置２を介した後で所定の角度をもって点回折ピンホール３０に入射し、干渉計装置３の内部を伝播して基準レンズ３７に入射する。基準レンズ３７の基準面３７ａに垂直に入射し、光束の一部が透過し、残りが反射される。基準面３７ａを透過した光束は、測定光として干渉計装置３から射出され、投影光学系ＰＬの物体面ＯＰの位置に集光する。集光した測定光は球面波状に広がりながら投影光学系ＰＬに入射し光学素子Ｌ１，Ｌ２等を介して光学素子Ｌ３に入射し、光学素子Ｌ３から投影光学系ＰＬの像面側に射出される。

投影光学系ＰＬから射出された測定光は液体ｗを透過して反射球面部材１０で反射される。反射球面部材１０で反射された測定光は、液体ｗ及び投影光学系ＰＬを逆向きに順に進んで干渉計装置３に設けられた基準レンズ３７に入射する。基準レンズ３７に入射した測定光及び基準レンズ３７の基準面３７ａで生成される参照光は、干渉計装置３の内部を伝播してセンサ４０で受光される。ここで、平行平面板２７が１回転するのに要する時間は、センサ４０の受光時間よりも十分短く設定されている。このため、平行平面板２７によって点回折ピンホール３０における光量分布（投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布）を変化させてもセンサ４０で受光される測定光及び参照光は十分平均化されることになる。以下同様にして、ステージ４をＸＹ面内で移動させて順次各検査位置での検査が行われる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、投影光学系ＰＬの瞳面における測定光の光量分布を所定の分布に設定して投影光学系ＰＬを検査しているため、投影光学系の光学性能をより正確に検査することができる。また、解像度の向上のために今後投影光学系ＰＬのＮ．Ａ．がより高く設定されて投影光学系ＰＬの瞳面における光量むらが現状よりも悪化した場合にも対応することができる。更に、投影光学系ＰＬの性能を向上させるために、反射光学素子と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプトリック系）とした投影光学系ＰＬを検査する場合にも対応することができる。

また、本実施形態によれば、平行平面板２７を回転させるだけで投影光学系ＰＬの瞳面の光量分布を所定の分布に設定することができるため、例えば光減衰素子等の光学素子を用いる場合に比べて光源１から射出される光の光量を低下させることなく効率良く使用することができる。更に、投影光学系ＰＬの光学性能を検査する際に、液体ｗの対流により測定光の波面が乱されることなく、また液体ｗによる測定光の吸収も僅かであるため、液浸式の投影光学系の光学性能を正確に検査することができる。また更に、投影光学系ＰＬの検査は、ＸＹ面内におけるステージ４の僅かな移動のみで行うことができるため、極めて容易に検査を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、平行平面板２７を回転させて投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を回転対称な光量分布に設定していた。しかしながら、設定する光量分布は必ずしも回転対称なものに限られず回転非対称な分布であっても良い。つまるところ、投影光学系ＰＬの特性に応じて設定するのが望ましい。また、上記実施形態では、液浸式の投影光学系ＰＬの光学性能を検査する場合を例に挙げて説明したが、本発明は液浸式の投影光学系ＰＬの光学性能を検査に制限されず、投影光学系一般の検査にも適用することができる。

また、上記実施形態においては、ホルダ９の平坦面９ａ上に複数の反射球面部材１０が形成された反射部材８を用いて投影光学系ＰＬを検査する場合を例に挙げて説明したが、１つの反射球面部材１０のみが形成された反射部材８を用いて投影光学系ＰＬを検査することも可能である。かかる場合には、ステージ１１を移動させて１つの反射球面部材１０の位置を設定し、この反射球面部材１０の位置に応じてステージ４の位置決めして検査を行う。

また、上記実施形態においては、ホルダ９の平坦面９ａ上に複数の反射球面部材１０が形成された反射部材８を用いて検査していたが、この反射部材８に代えて国際公開第０５／０１０９６０号パンフレットに開示されている折り返し反射部材を１つ又は複数用いて検査することもできる。ここにいう折り返し反射部材とは、合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）等の硝材からなり、一端側に平面部が形成され、この平面部に対向する端部に反射球面部が形成された部材である。折り返し反射部材の平面部を投影光学系ＰＬの像面に一致させた状態で検査が行われる。

また、上記実施形態では、干渉計装置３に設けられた基準レンズ２７により測定光を投影光学系ＰＬの物体面ＯＰ内の１点に集光させていたが、国際公開第０５／０１０９６０号パンフレットに開示されている通り、基準レンズ２７に代えて複数のゾーンプレートが形成された光学部材を配置するとともに、リレーレンズ３８，３９間に開口の形成位置が可変なブラインド機構を設けた構成としてもよい。かかる構成にすることで、投影光学系ＰＬの物体面ＯＰ内の複数点に測定光を集光させることができるとともに、物体面ＯＰ内の複数点に集光された測定光のうちの何れをセンサ４０で受光するかを選択することができる。これにより、ステージ４，１１の位置決めを一旦行えば、その後にステージ４，１１を移動させることなくブラインド機構により開口の形成位置を可変させるだけで投影光学系ＰＬを検査することが可能となる。

また、上記実施形態では、投影光学系ＰＬの像面側に反射部材を配置して投影光学系ＰＬの光学性能を検査する場合について説明した。しかしながら、国際公開第０５／０１０９６０号パンフレットに開示されている通り、投影光学系ＰＬの像面側に投影光学系ＰＬを透過した光の波面収差を測定する検査装置にも本発明を適用することができる。この検査装置は、マイクロフライアイ等の波面分割素子を用いて投影光学系ＰＬを透過した光の波面を分割し、この光をＣＣＤ等の撮像素子で撮像することにより投影光学系ＰＬの波面収差を測定するものである。

尚、上記実施形態においては、光源１がＡｒＦエキシマレーザ光源の場合を例に挙げて説明したが、ＡｒＦエキシマレーザ光源以外に、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を射出する超高圧水銀ランプ、又はＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（波長１４６ｎｍ）、ＹＡＧレーザの高周波発生装置、若しくは半導体レーザの高周波発生装置を用いることができる。更に、光源としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。

また、上記実施形態では投影光学系ＰＬに設けられる光学素子Ｌ１〜Ｌ３等、調整装置２に設けられる第１レンズ２６、平行平面板２７、及び第２レンズ２８、並びに干渉計装置３に設けられるレンズ３１、コリメートレンズ３２、基準レンズ３７、及びリレーレンズ３８，３９等の硝材として合成石英又は蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）を用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これらは、光源１，５０から射出される光束の波長に応じて蛍石（フッ化カルシウム：ＣａＦ_２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化バリウム（ＢａＦ_２）、フッ化ストロンチウム（ＳｒＦ_２）、ＬｉＣＡＦ（コルキライト：ＬｉＣａＡｌＦ_６）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ_６）、ＬｉＭｇＡｌＦ_６、ＬｉＢｅＡｌＦ_６、ＫＭｇＦ_３、ＫＣａＦ_３、ＫＳｒＦ_３等のフッ化物結晶又はこれらの混晶、又フッ素や水素等の物質をドープした石英硝子等の真空紫外光を透過する光学材料から選択される。尚、所定の物質をドープした石英硝子は、露光光の波長が１５０ｎｍ程度より短くなると透過率が低下するため、波長が１５０ｎｍ程度以下の真空紫外光を露光光ＩＬとして用いる場合には、光学素子の光学材料としては、蛍石（フッ化カルシウム）、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウム、ＬｉＣＡＦ（コルキライト）、ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ_６）、ＬｉＭｇＡｌＦ_６、ＬｉＢｅＡｌＦ_６、ＫＭｇＦ_３、ＫＣａＦ_３、ＫＳｒＦ_３等のフッ化物結晶又はこれらの混晶が使用される。

尚、例えば露光光としてＦ_２レーザを用いる場合には、Ｆ_２レーザは純水を透過しないので、液体としては過フッ化ポリエーテル等のフッ素系の液体を用いればよい。

本発明の一実施形態による検査装置の全体構成の概略を示す図である。 反射部材８の構成を示す図であり、（ａ）は反射部材８の断面図であって、（ｂ）は反射部材８の上面斜視図である。 本発明の一実施形態による検査装置が備える調整装置２及び干渉計装置３の構成を示す図である。 点回折ピンホール３０に光束を垂直入射させた場合に得られる光量分布のシミュレーション結果を示す図である。 点回折ピンホール３０における光量分布の設定方法説明するための図である。 点回折ピンホール３０に対する光束の入射角を変化させた場合に得られる光量分布のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１…光源、２…調整装置、９ａ…平坦面、１０…反射球面部材、１５…主制御装置、２７…平行平面板、２９…制御装置、４０…センサ、ＰＬ…投影光学系、ｗ…液体

Claims (11)

1. 測定光を射出する光源と、検査対象の投影光学系を介した前記測定光を光電検出する光電検出器とを備え、前記光電検出器の検出結果に基づいて前記投影光学系の光学特性を検査する検査装置において、
   前記投影光学系の瞳面における前記測定光の光量分布を所定の分布に設定する光量設定手段を備えることを特徴とする検査装置。
2. 前記光量設定手段は、前記光源と前記投影光学系との間の光路上であって、前記投影光学系の瞳面と光学的に共役な共役面又はその近傍に配置されていることを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記光量設定手段は、前記共役位置における前記測定光の光軸を傾ける光学部材を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の検査装置。
4. 前記光量設定手段は、前記光学部材に入射する前記測定光の光軸の周りで前記光学部材を回転させる回転機構を備えることを特徴とする請求項３記載の検査装置。
5. 前記光量設定手段は、前記投影光学系の設計上の光学特性を示す特性データに基づいて、前記測定光の光量分布を設定することを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の検査装置。
6. 前記投影光学系の像面側に配置される反射球面部を備え、
   前記光電検出器は、前記投影光学系と前記反射球面部との間の少なくとも一部に供給された液体を介して前記反射球面部で反射した測定光を光電検出することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の検査装置。
7. 前記反射球面部は、前記投影光学系に向かって凸状であって、
   前記反射球面部の周囲には平坦部が形成され、
   前記反射球面部及び前記平坦部と、前記投影光学系との間に前記液体が供給されることを特徴とする請求項６記載の検査装置。
8. 前記反射球面部は、前記投影光学系の像面とほぼ平行に複数配置されていることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の検査装置。
9. 前記光電検出器は、前記測定光と参照光との干渉光を光電検出することを特徴とする請求項１から請求項８の何れか一項に記載の検査装置。
10. 前記光源検出器の検出結果に基づいて、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請求項１から請求項９の何れか一項に記載の検査装置。
11. 請求項１から請求項１０の何れか一項に記載の検査装置を用いて製造される投影光学系の製造方法。
    

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