JP2009068922A - 測定装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を測定。
【解決手段】被検光学系に入射する光の偏光状態を互いに異なる少なくとも２つの偏光状態に制御する第１の偏光制御部と、撮像面を有する撮像センサと第１の偏光制御部と被検光学系との間又は被検光学系と撮像センサとの間に配置されて光の波面を分割する波面分割部と、被検光学系と撮像センサとの間に配置され、光軸周りに回転可能な位相差板を含み、光の偏光状態を制御する第２の偏光制御部と、少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて複数の干渉パターンが順次に撮像面に形成されるように位相差板の回転を制御する制御部と、撮像センサで撮像された複数の干渉パターンに基づいて被検光学系の光学特性を算出する処理部とを有することを特徴とする測定装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、露光装置が従来から使用されている。露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。

露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、近年の半導体デバイスの高密度化・高集積化の要求に伴い、露光装置には高い解像度が求められ、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいる。例えば、露光光の短波長化においては、超高圧水銀ランプに代わって、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）が露光光源として用いられてきている。投影光学系の高ＮＡ化においては、投影光学系とウエハとの間の空間を純水などの１よりも大きい屈折率を有する液体で満たして投影光学系のＮＡを増大させる液浸露光技術が注目されている。

一方、露光装置の高解像度化が進むにつれて、投影光学系の光学特性の測定及び調整や補正には厳しい要求がなされている。例えば、露光装置を輸送する際に発生するレンズ位置の僅かな変化による光学特性の変化や露光中の熱による光学特性の変化についても、これらを正確に測定して調整することが求められている。従って、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、かかる投影光学系の光学特性を露光装置において測定し、光学特性を最適な状態に調整することが必要である。但し、ここでの光学特性は、露光光の偏光に依存せず、従来の波面収差と同様に、理想状態との位相の差を示し、以下では、「無偏光収差」と称する。

また、投影光学系の高ＮＡ化に伴って、露光光の偏光状態が重要になってきているため、露光光の偏光を制御する必要がある。但し、露光光の偏光状態が所望の偏光状態となるように照明光学系で制御したとしても、レンズの保持、レンズ内の熱による歪み、複屈折を有する硝材の使用、ミラーでの反射などに起因して、投影光学系での偏光状態が変化することがある。従って、投影光学系での偏光状態を正確に把握する必要性も高まっている。投影光学系の複屈折に起因する光学特性は、露光光の偏光に依存するため、以下では、「偏光収差」と称する。偏光収差には、複屈折によるリタデーションと方位（進相軸及び遅相軸）が含まれる。但し、偏光収差の表現方法としては、リタデーションと方位以外にも、ストークスパラメータ、ジョーンズ行列、ミュラー行列など様々なものが知られている。

このように、近年の露光装置においては、投影光学系の光学特性として、露光光の偏光に依存しない無偏光収差と露光光の偏光に依存する偏光収差とを、短時間で高精度に測定することが必須となってきている。そこで、光学系の無偏光収差や偏光収差を測定する技術が幾つか提案されている（特許文献１乃至７参照）。

例えば、特許文献１乃至３は、参照波面と被検波面との干渉を利用した測定専用の干渉計を用いた技術を開示している。特許文献４は、無偏光収差を測定する収差測定ユニットと、偏光収差を概算する偏光変換ユニットとを用いた技術を開示している。特許文献５は、投影光学系の偏光収差としてミュラー行列を算出する技術を開示している。特許文献６及び７は、干渉計を用いて投影光学系の偏光収差を測定する技術を開示している。
特開平２−１１６７３２号公報 特開２００２−７１５１５号公報 特開２００４−２５７８５４号公報 再公表ＷＯ２００３／０２８０７３号 特開２００５−１１６７３２号公報 特開２００４−６１５１５号公報 特開２００６−２３７６１７号公報

しかしながら、従来技術では、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）とを同時に、且つ、短時間で高精度に測定することができなかった。特に、近年では、露光光によって光学系が加熱され、無偏光収差及び偏光収差が経時的に変化してしまうため、かかる変化に対応して無偏光収差及び偏光収差を更に短時間で測定する必要がある。また、半導体デバイスの微細化が進んでいることで、無偏光収差及び偏光収差の測定に要求される測定精度も厳しさを増している。

例えば、特許文献１乃至３に開示されている測定専用の干渉計は、光路が長く複雑で、コモンパスでないため振動の影響を無視できないことに加えて、露光光はコヒーレント長が非常に短いため露光装置上での測定に適用することは難しい。

特許文献４は、収差測定ユニット及び偏光変換ユニットを用いて、互いに直交する２つの直線偏光から光学系の光学特性を測定する技術を提案しているが、互いに直交する２つの直線偏光だけでは、投影光学系の偏光収差を正確に測定することはできない。また、収差測定ユニット及び偏光変換ユニットは、撮像素子としてＣＣＤを有し、かかるＣＣＤを露光装置に対して挿脱するため、露光装置における光軸とＣＣＤとの位置関係が変動して光学特性を高精度に測定できない可能性がある。更に、収差測定ユニットと偏光変換ユニットとを測定前にアライメントする必要があるため、アライメント精度によっては無偏光収差と偏光収差との対応関係にずれが生じてしまう場合がある。また、特許文献４には、収差測定ユニットと偏光変換ユニットの２台のユニットを必要とするため、コストが高くなってしまうという課題もある。

特許文献５に開示された技術は、被検光学系の後段に、位相子、偏光子、受光素子を順に配置し、位相子を回転させて強度変化を検出することで被検光学系の偏光状態を検出する一般的な技術を応用したものである。特許文献５は、偏光収差としてミュラー行列を正確に算出することができるものの、無偏光収差を測定する技術を開示していない。

特許文献６及び７は、上述したように、干渉計を用いて投影光学系の偏光収差を測定する技術を開示しており、特に、シアリング干渉を利用している。但し、特許文献６及び７は、偏光収差を測定する技術を開示しているものの、測定条件や無偏光収差を測定する技術を開示しない。光検出器の前段に偏光子を配置する場合には、入射光の偏光状態と偏光子の回転角との関係によって、光量が大きく変化する。例えば、入射光が直線偏光である場合、偏光方向が偏光子の透過軸と一致していれば光量が最も多くなるが、偏光方向が偏光子の透過軸と直交していれば光量が最も少なくなる。複屈折量が少ない場合には、光量が特に小さくなる。測定精度と光量は大きく関係しているため、最適な測定条件でなければ光学特性を高精度に測定することができない。

更に、特許文献６及び７に開示された技術は、偏光収差を測定する際の基準となる基準偏光収差を露光装置において測定できるシステムではない。従って、基準偏光収差の経時的な変化に対応できないため、投影光学系の偏光収差を高精度に測定することができない。また、別の測定系で基準偏光収差を予め測定したとしても、投影光学系を露光装置に搭載した際のレンズの変形や露光光による熱変化等の影響によって露光装置上での基準偏光収差と異なっているため、偏光収差を高精度に測定することができない。

そこで、本発明は、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を、短時間で高精度に測定することができる測定装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検光学系の光学特性を測定する測定装置であって、前記被検光学系に入射する光の偏光状態を互いに異なる少なくとも２つの偏光状態に制御する第１の偏光制御部と、撮像面を有する撮像センサと、前記第１の偏光制御部と前記被検光学系との間又は前記被検光学系と前記撮像センサとの間に配置されて光の波面を分割する波面分割部と、前記被検光学系と前記撮像センサとの間に配置され、光軸周りに回転可能な位相差板を含み、光の偏光状態を制御する第２の偏光制御部と、前記少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて複数の干渉パターンが順次に前記撮像面に形成されるように前記位相差板の回転を制御する制御部と、前記撮像センサで撮像された複数の干渉パターンに基づいて前記被検光学系の光学特性を算出する処理部とを有することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を、短時間で高精度に測定することができる測定装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る実施例１の露光装置１の構成を示す概略ブロック図である。露光装置１は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクルのパターンをウエハ（基板）に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１は、光源からの光を用いてレチクルを照明し、レチクルとウエハとをスキャンしながら、基板基準位置に配置されたウエハにレチクルのパターンを投影して露光する。ここで、基板基準位置は、投影光学系３０の焦点位置（即ち、投影光学系３０の像面）と同じである。このように、露光装置１は、光源と、かかる光源からの光を用いてレチクルを照明する照明光学系１０とを含む照明装置と、レチクルを支持及び駆動するレチクルステージと、投影光学系３０と、ウエハを支持及び駆動するウエハステージとを有する。露光装置１は、照明光学系１０を調整する照明系制御部９０及び投影光学系３０を調整する投影系制御部１００を更に有する。なお、投影光学系３０は、屈折系であっても、反射屈折系であってもよい。

また、露光装置１は、被検光学系としての投影光学系３０の光学特性を測定する測定装置を備える。かかる測定装置は、実施例１では、シアリング干渉計を構成し、第１の偏光制御部１２を含む照明光学系１０と、測定用レチクル２０と、コリメータレンズ４０と、波面分割部５０と、第２の偏光制御部６０と、検出部７０と、処理部８０とから構成される。

シアリング干渉計は、回折格子を用いて、図２に示すように、被検光学系としての投影光学系３０を通過した光の２つのずれた（シアされた）波面を重ね合わせ、その光路長差から干渉パターン（干渉縞）を得る干渉計である。図２に示す波面のシア量Ｓに応じて干渉パターンが変化する。ここで、図２は、シアリング干渉計を説明するための図である。

測定装置は、具体的には、投影光学系３０の光学特性として、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を測定する。無偏光収差とは、被検光学系である投影光学系３０に入射する光の偏光状態に依存しない収差（例えば、波面収差）である。また、偏光収差とは、被検光学系である投影光学系３０に入射する光の偏光状態に依存する収差（例えば、複屈折のリタデーションと方位）である。偏光収差には、ジョーンズ行列、ミュラー行列など種々の表現方法が知られている。

例えば、投影光学系３０の光学特性である偏光収差をジョーンズ行列で表現した場合、以下の式１で表される。

露光装置の投影光学系には、一般的に、複屈折量の小さい硝材が用いられるため、Ｊ_１２及びＪ_２１成分は小さい。但し、露光装置に要求される性能が厳しくなっている現在では、数式１に示す対角成分も正確に測定（算出）し、投影光学系３０の偏光収差をより高精度に測定する必要がある。露光装置１に備えられた測定装置は、後述するように、Ｊ_１２及びＪ_２１成分を含む全ての成分を高精度に測定（算出）することが可能である。

投影光学系３０の光学特性を測定する際には、投影光学系３０の物体面に配置されたレチクルを測定用レチクル２０に交換し、投影光学系３０の像面（基板基準位置）側にコリメータレンズ４０、波面分割部５０、第２の偏光制御部６０及び検出部７０を配置する。

測定用レチクル２０は、ピンホールやスリットなどの開口部２２を有する。開口部２２は、照明光学系１０からの光に含まれる照明光学系１０の収差を除去し、収差のない理想的な波面を生成する。

コリメータレンズ４０は、投影光学系３０を透過した光を略平行光にする。

波面分割部５０は、被検光学系である投影光学系３０を通過した光の波面を分割する。波面分割部５０によって、投影光学系３０を通過した光の波面を分割して干渉させるシアリング干渉計を構成することが可能となる。波面分割部５０は、測定用レチクル２０に応じて、回折格子（１次元回折格子、２次元回折格子、振幅格子、位相格子）、平行平板、半透明反射基板、複数のミラー、プリズム等を使用する。

ここで、図３を参照して、測定用レチクル２０の構成と波面分割部５０の構成との組み合わせを説明する。

図３（ａ）は、測定用レチクル２０としてピンホールの開口部２２を有するレチクルを、波面分割部５０として２次元回折格子を用いる場合を示している。この場合、後述する検出部７０で検出される１つの干渉パターン（干渉縞）からＸ方向及びＹ方向のシア干渉パターンの情報を得ることができる。

なお、波面分割部５０としての２次元回折格子は、図４（ａ）に示すようなクロス回折格子、図４（ｂ）に示すような市松回折格子、図４（ｂ）に示す市松回折格子を４５°回転させた市松回折格子などを用いることができる。但し、図４（ｂ）に示す市松回折格子の回転角度は４５°に限定されず、いかなる回転角度であってもよい。例えば、検出部７０を構成するＣＣＤの画素の並び方向と回折格子で発生する回折光の方向とが重ならないように回転角度を設定することで、ＣＣＤの画素で発生する誤差要因を排除し、検出部７０において波面を高精度に検出することができる。更に、波面分割部５０としての２次元回折格子は、振幅格子であっても位相格子であってもよい。

図３（ｂ）は、測定用レチクル２０としてピンホールの開口部２２を有するレチクルを、波面分割部５０として１次元回折格子を用いる場合を示している。この場合、１つの１次元回折格子を用いてＸ方向にシアした干渉パターンを検出し、かかる１次元回折格子に直交した１次元回折格子を用いてＹ方向にシアした干渉パターンを検出する。２つの方向の干渉パターンを得るために、互いに直交する２つの１次元回折格子を用いることが必要となる。なお、１次元回折格子は、２次元回折格子と同様に、振幅格子でも位相格子でもよい。

図３（ｃ）は、測定用レチクル２０としてスリットの開口部２２を有するレチクルを、波面分割部５０として１次元回折格子を用いる場合を示している。測定用レチクル２０としてスリットの開口部２２を有するレチクルを用いることによって、検出部７０で検出される光の光量を増加させることが可能となる。なお、測定用レチクル２０のスリットの方向は、波面分割部５０として用いられる１次元回折格子の方向と合わせる必要がある。従って、Ｘ方向のスリットを有する測定用レチクル２０とＸ方向の１次元回折格子を用いてＸ方向にシアした干渉パターンを検出し、Ｙ方向のスリットを有する測定用レチクル２０とＹ方向の１次元回折格子を用いてＹ方向にシアした干渉パターンを検出する。２つの方向の干渉パターンを得るために、互いに直交する２つの１次元回折格子を用いることが必要となる。

図３（ｄ）は、測定用レチクル２０としてピンホールの開口部２２を有するレチクルを、波面分割部５０として半透明反射基板を用いる場合を示している。この場合、１つの干渉パターンから動径方向のシア情報を得ることができる。

波面分割部５０は、図１に示すように、投影光学系３０と検出部７０との間に配置してもよいし、図５に示すように、測定用レチクル２０と投影光学系３０との間に配置してもよい。図５では、波面分割部５０として、半透明反射基板を用いている。この場合、波面分割部５０の半透明反射基板で反射された光と半透明反射基板を透過した光とが干渉して干渉パターンを形成するラジアルシアリング干渉計が構成される。ここで、図５は、本発明に係る実施例１の露光装置１の別の構成を示す概略ブロック図である。

第２の偏光制御部６０は、投影光学系３０と検出部７０との間に配置される。第２の偏光制御部６０は、光軸周りに回転可能な位相差板６２と、固定された偏光子６４と、制御部６６とを含み、投影光学系３０を通過した光の偏光状態を制御する。なお、制御部６６は、後述するように、第１の偏光制御部１２によって生成される少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて、複数の干渉パターンが順次に検出部７０としての撮像センサの撮像面に形成されるように、位相差板６２の回転を制御する。

検出部７０は、例えば、ＣＣＤ等の撮像面を有する撮像センサで構成され、投影光学系３０、コリメータレンズ４０、波面分割部５０、第２の偏光制御部６０を通過した光を検出する。

処理部８０は、検出部７０としての撮像センサで撮像された複数の干渉パターンに基づいて投影光学系３０の光学特性を算出する。換言すれば、処理部８０は、後述する投影光学系３０の光学特性（無偏光収差及び偏光収差）の測定に関して必要となる算出処理を実行する。

以下、投影光学系３０の光学特性の測定について具体的に説明する。まず、照明光学系１０に配置された第１の偏光制御部１２において、投影光学系３０に入射する光の偏光状態として、互いに異なる少なくとも２つの偏光状態を生成する。このように、第１の偏光制御部１２は、投影光学系３０に入射する光の偏光状態を互いに異なる少なくとも２つの偏光状態に制御する機能を有する。

照明光学系１０からの光は、測定用レチクル２０の開口部２２を通過して理想波面となり、投影光学系３０を透過して投影光学系３０の収差情報を含む波面に変化する。投影光学系３０の収差情報を含む波面は、波面分割部５０で分割され、第２の偏光制御部６０を通過する。そして、波面分割部５０で分割された２つの波面の光路長差から得られる干渉パターンを検出部７０で検出（撮像）する。

検出部７０で得られた干渉パターン情報は処理部８０で解析され、投影光学系３０の収差に起因した位相情報が算出される。なお、干渉パターン情報から投影光学系３０の位相情報を算出する算出方法としては、例えば、位相シフト法、ＦＦＴ法、電子モアレ法など、様々な算出方法を用いることができる。但し、本実施例のようなシアリング干渉計の場合、処理部８０で算出される位相情報は、分割された２つの波面の差分波面（差分位相）である。また、検出部７０で検出された干渉パターンから得られる波面は、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とが混在した波面である。従って、１つの偏光状態の光から得られる波面情報だけでは、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離することができない。

そこで、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離するために、第２の偏光制御部６０として、光軸周りに回転可能な位相差板６２と、光軸周りに回転不可能な偏光子６４を設けている。なお、偏光子６４は、投影光学系３０の光軸周りに回転しないように固定されている。そして、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２において２つの偏光状態の光を生成し、かかる２つの偏光状態のそれぞれについて、偏光子６４は光軸周りに回転させないで固定のまま、位相差板６２を光軸周りに回転させる。これにより、検出部７０で少なくとも４つの検出結果を得る。少なくとも４つの検出結果を得ることにより、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離する（即ち、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差の両方を測定する）ことが可能となる。

偏光状態を高精度に測定するためには、変化しない基準となる方位情報(基準軸)が必要である。このように、偏光子６４を固定することによって、偏光状態の基準軸を得ることができるため、常に高精度な偏光状態の計測が可能となる。

例えば、偏光子６４が投影光学系３０と検出部７０との間に配置されている場合、入射偏光をＬ、投影光学系３０のジョーンズ行列をＪ、位相差板６２の位相差をφ、位相差板の回転角をα、偏光子６４の回転角をβとする。この場合、検出部７０で検出される光の波面（測定波面）ＷＰは、以下の式２で表される。

ＷＰ＝ｆ（Ｌ，Ｊ，α，φ，β）・・・（式２）
例えば、位相差板６２として１／２λ板を用いて、偏光子６４の回転角、つまり透過軸をθ°とすると、以下のような４つの測定条件で測定した結果から投影光学系３０の光学特性を算出する。ここで、４つの測定条件は、偏光制御部１２で互いに異なる２つの直線偏光（θ＋４５°，θ−４５°）を生成し、偏光子６４を固定して位相差板６２（１／２λ板）をθ°，θ＋４５°と回転させた場合である。かかる４つの測定条件の場合における波面ＷＰ１乃至ＷＰ４は、式３で表される。

ＷＰ１＝ｆ（θ＋４５，Ｊ，θ，１／２λ，θ）
ＷＰ２＝ｆ（θ−４５，Ｊ，θ，１／２λ，θ）
ＷＰ３＝ｆ（θ＋４５，Ｊ，θ＋４５，１／２λ，θ）
ＷＰ４＝ｆ（θ−４５，Ｊ，θ＋４５，１／２λ，θ）
・・・（式３）
計測の一例として、４つの測定条件（波面ＷＰ１乃至ＷＰ４）で投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離して算出することができる。ここで、偏光子の透過軸θに対して直交する２つの入射偏光は±４５°と異なっている。

投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離して算出する算出方法を説明する。ここでは、説明を簡単にするために、まず、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を配置せず、４つの入射偏光を用いる場合について説明する。無偏光収差は、上述したように、入射する光の偏光状態に依存しないため、どの偏光方向の光を用いても変化しない。一方、偏光収差は、入射する光の偏光方向、位相差板６２の位相差及び回転角に応じて変化する。従って、４つの入射偏光に対して測定される波面（測定波面）は、以下の式４で表される。

０°偏光波面＝無偏光収差＋偏光収差（０°）
９０°偏光波面＝無偏光収差＋偏光収差（９０°）
４５°偏光波面＝無偏光収差＋偏光収差（４５°）
−４５°偏光波面＝無偏光収差＋偏光収差（−４５°）
・・・（式４）
偏光収差である複屈折の方位に関して、進相軸と遅相軸は直交する関係になっている。従って、進相軸が０°方向である場合には、遅相軸は９０°方向である。同様に、進相軸が４５°方向である場合には、遅相軸は−４５°方向である。

例えば、投影光学系３０の複屈折の進相軸が０°方向である場合、０°方向の直線偏光を投影光学系３０に入射させると、複屈折の進相軸と入射偏光とが一致するため、波面は無偏光収差から全体的にリタデーションの量だけ進む。一方、９０°方向の直線偏光を投影光学系３０に入射させると、複屈折の遅相軸と入射偏光とが一致するため、波面は無偏光収差から全体的にリタデーションの量だけ遅れる。波面が進んだときを＋、波面が遅れたときを−とすると、以下の式５で表されるように、偏光波面の符号が反転する関係になっている。なお、４５°の入射偏光と−４５°の入射偏光との関係も同様であると考えられる。

偏光収差（０°）＝−偏光収差（９０°）
偏光収差（４５°）＝−偏光収差（４５°）
・・・（式５）
従って、式４を以下の式６で表すように変形することができる。

０°入射波面＝無偏光収差＋偏光収差（０°）
９０°入射波面＝無偏光収差−偏光収差（０°）
４５°入射波面＝無偏光収差＋偏光収差（４５°）
−４５°入射波面＝無偏光収差−偏光収差（４５°）
・・・（式６）
式６を参照するに、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを以下の式７で表すように分離することができる。

無偏光収差＝（０°入射波面＋９０°入射波面）／２
＝（４５°入射波面＋（−４５°入射波面））／２
＝（０°入射波面＋９０°入射波面＋４５°入射波面＋（−４５°入射波面）／４）
偏光収差（０°）＝（０°入射波面−９０°入射波面）／２
偏光収差（４５°）＝（４５°入射波面−（−４５°入射波面））／２
・・・（式７）
このように、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離するためには、偏光状態（偏光方向）の異なる複数の光を用いて計測することが重要であることがわかる。

０°の直線偏光、９０°の直線偏光、４５°の直線偏光と−４５°の直線偏光を用いて波面を測定すれば、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離することができる（式７参照）。ここでは、４つの入射偏光を用いる場合について説明したが、式７からも明らかなように、−４５°入射波面は、０°入射波面、９０°入射波面及び４５°入射波面の３つの波面から算出することができる。従って、０°、９０°及び４５°の３つの入射偏光を用いて波面を測定することで、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを分離して算出することができる。

第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を配置せずに入射偏光を変更することで測定した波面と、第２の偏光制御部６０を配置し、偏光子の透過軸θ＝０°として測定した波面ＷＰ１乃至ＷＰ４との対応は、以下の式８で表される。

０°入射波面＝ＷＰ１＋ＷＰ２
９０°入射波面＝ＷＰ３＋ＷＰ４
４５°入射波面＝ＷＰ１＋ＷＰ３
−４５°入射波面＝ＷＰ２＋ＷＰ４
・・・（式８）
従って、無偏光収差、偏光収差（０°）及び偏光収差（４５°）を以下の式９で表されるように算出することができる。

無偏光収差＝（（ＷＰ１＋ＷＰ２）＋（ＷＰ３＋ＷＰ４））／２
偏光収差（０°）＝（（ＷＰ１＋ＷＰ２）−（ＷＰ３＋ＷＰ４））／２
偏光収差（４５°）＝（（ＷＰ１＋ＷＰ３）−（ＷＰ２＋ＷＰ４））／２
・・・（式９）
このように、実施例１の露光装置１に備えられた測定装置は、偏光子６４を固定した状態で投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差の両方を測定することができる。また、偏光子６４（θ°）に対して、θ＋４５°の直線偏光とθ−４５°の直線偏光を用いることで、検出部７０で検出される光の光量が最も有利な測定条件で測定することが可能である。換言すれば、固定された偏光子６４に対して、入射偏光の偏光方向を最適な条件に設定することで、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を高精度に測定することができる。

例えば、偏光子６４の透過軸が０°であり、入射直線偏光の偏光方向が０°である場合、検出部７０で検出される光の光量は非常に大きく、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を良好に測定することができる。但し、偏光子６４の透過軸を９０°回転させると、漏れ光成分だけが検出されるため、複屈折量が小さい場合には光量が非常に小さくなり、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を高精度に測定することができない。なお、漏れ光成分は、ジョーンズ行列の対角成分Ｊ_１２及びＪ_２１（式１参照）に対応している。

そこで、実施例１の露光装置１に備えられた測定装置においては、入射直線偏光（即ち、少なくとも２つの直線偏光）の偏光方向は、偏光子６４の透過軸と異なっている。特に、入射直線偏光の偏光方向は、偏光子６４の透過軸に対して４５°異なっていることが好ましい。これにより、偏光子６４の透過軸と入射直線偏光の偏光方向とが一致している場合より光量が小さいものの、全ての測定条件において、良好な光量を得ることが可能となる。その結果、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を高精度に測定することができる。

ここでは、第２の偏光制御部６０の位相差板６２として１／２λ板を用いる場合について説明した。但し、位相差板６２の位相差は、１／２λ限定されるものではなく、位相差板６２として１／２λ以外の位相差を持つ位相板や、フレネルロムなど他の光学素子を用いても同様の効果を得ることができる。また、上述した測定条件は一例であって、少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて、位相差板６２を回転させることによって少なくとも４つの検出結果を得るための測定条件は様々ある。また、入射偏光の条件も上記に限ったものではなく、別の角度の直線偏光を用いても良いし、円偏光など直線偏光以外の光を使ってもよい。更に、入射偏光の数や位相差板６２の回転角の数（即ち、測定条件）を増加させ、測定波面の数を増やすことで、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を更に高精度に算出することが可能となる。

このようにして算出された投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差は、上述したように、２つの波面の差分位相である。従って、真の無偏光収差と偏光収差を算出するためには、積分処理が必要となる。無偏光収差の場合には、差分位相からも算出できるが、偏光収差の場合には、少なくとも１つの基準複屈折情報が必要である。別途測定したデータを用いてもよいが、保持方法、測定環境、熱収差など、実際の測定条件と異なるという課題がある。偏光収差を高精度に測定するためには、基準複屈折情報も同じ環境で高速に測定する必要がある。

基準複屈折情報は以下のように計測する。基準複屈折を測定する場合は、波面分割部５０を光路から取り出す（即ち、波面分割部５０を光路上に配置しない）だけでよい。波面分割部５０を光路から取り出すことによって、投影光学系３０の像面側には、コリメータレンズ４０及び第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）が配置されることになり、投影光学系３０の偏光強度を測定する測定装置が構成される。

投影光学系３０の偏光強度を測定する際には、まず、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２において、入射直線偏光を形成する。照明光学系１０からの入射直線偏光は、投影光学系３０を透過すると、投影光学系３０の偏光収差によって楕円偏光になる。そして、位相差板６２を少なくとも３つの回転角に回転させ、各回転角について、偏光子６４を通過した光の光強度分布を検出部７０で検出する。

このように、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を用いて、投影光学系３０を通過した光の楕円偏光の偏光状態を解析することで、投影光学系３０の偏光収差を得ることができる。但し、位相差板６２を回転させずに互いに異なる複数の入射偏光を入射して偏光強度を測定してもよいし、互いに異なる複数の入射偏光を入射すると共に位相差板６２を回転させることで偏光強度の測定結果（測定条件）を増やしてもよい。

また、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差をより高精度に測定（算出）するためには、例えばコリメータレンズ４０の収差などの、所謂システム収差を分離する必要がある。システム収差を測定するためには、例えば、基板基準位置にピンホールを配置し、投影光学系３０の収差情報を除いた状態で、上述した干渉パターンと偏光強度を測定すればよい。

具体的には、投影光学系３０の物体面にピンホールを配置した場合及び基板基準位置にピンホールを配置した場合において、波面分割部５０を光路上に配置して干渉パターンを測定し、波面分割部５０を光路から取り出して偏光強度を測定する。そして、投影光学系３０の物体面にピンホールを配置した場合において測定された収差から、基板基準位置にピンホールを配置した場合において測定されたシステム収差を減算することで、投影光学系３０の収差を正確に測定（算出）することができる。

露光装置１においては、測定装置によって測定された（即ち、処理部８０によって算出された）投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差に基づいて照明光学系１０及び投影光学系３０の少なくとも一方を調整、制御する。投影光学系３０の無偏光収差はレンズの形状や面間隔に依存するため、投影系制御部１００は、測定装置によって測定された投影光学系３０の無偏光収差に基づいて、例えば、投影光学系３０を構成するレンズの形状や面間隔などを調整する。また、投影系制御部１００は、測定装置によって測定された投影光学系３０の偏光収差に基づいて、例えば、偏光収差が小さくなるように、投影光学系３０を構成するレンズの保持状態を変化させたりする。一方、照明系制御部９０は、測定装置によって測定された投影光学系３０の偏光収差に基づいて、例えば、照明光がウエハ上に最適な状態で導光されるように、照明光学系１０における面内偏光状態や照明分布などを調整する。

最終的には、ウエハ面上で無偏光収差及び偏光収差が最小になっていることが好ましい。従って、投影光学系３０の光学特性（無偏光収差と偏光収差）の測定と、照明光学系１０及び投影光学系３０の調整とを繰り返して、無偏光収差及び偏光収差が最小になるようにしてもよい。

このように、実施例１の露光装置１に備えられた測定装置は、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を、短時間で高精度に測定することができる。

図６は、本発明に係る実施例２の露光装置１Ａの構成を示す概略ブロック図である。露光装置１Ａは、実施例１の露光装置１と同様な構成及び機能を有するが、露光装置１Ａに備えられた測定装置の構成が異なる。かかる測定装置は、投影光学系３０の光学特性として、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を測定し、ポイントディフラクション干渉計（ＰＤＩ）を構成する。ポイントディフラクション干渉計はコモンパス干渉計であるため、光路や構成が単純であり、振動による影響を受けにくい。なお、図６では、照明系制御部９０及び投影系制御部１００の図示を省略している。

実施例２の露光装置１Ａに備えられた測定装置は、照明光学系１０と、測定用レチクル２０と、コリメータレンズ４０と、波面分割部５０Ａと、第２の偏光制御部６０と、検出部７０と、処理部８０と、ウエハ側測定用パターン１１０とから構成される。

投影光学系３０の光学特性を測定する際には、投影光学系３０の物体面に配置されたレチクルを測定用レチクル２０に交換し、測定用レチクル２０と投影光学系３０との間に波面分割部５０Ａを配置する。また、基板基準位置近傍にウエハ側測定用パターン１１０を配置する。

波面分割部５０Ａは、被検光学系としての投影光学系３０に入射する光の波面を分割する機能を有する。波面分割部５０Ａは、本実施形態では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、１次元回折格子５０２Ａで構成される。なお、図７（ａ）に示す１次元回折格子５０２Ａと図７（ｂ）に示す１次元回折格子５０２Ａとは、格子方向が互いに直交している。換言すれば、図７（ａ）に示す１次元回折格子５０２Ａと図７（ｂ）に示す１次元回折格子５０２Ａとは、互いに９０°回転させた状態を示している。但し、波面分割部５０Ａは、１次元回折格子５０２Ａに限定されるものではなく、例えば、ＣＧＨ（計算機ホログラム）などを用いてもよい。ここで、図７は、波面分割部５０Ａとしての１次元回折格子の構成を示す図である。

ウエハ側測定用パターン１１０は、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、ピンホール１１２と、窓１１４とを有する。なお、図８（ａ）に示すウエハ側測定用パターン１１０と図８（ｂ）に示すウエハ側測定用パターン１１０とは、ピンホール１１２と窓１１４の配置方向が互いに直交している。換言すれば、図８（ａ）に示すウエハ側測定用パターン１１０と図８（ｂ）に示すウエハ側測定用パターン１１０とは、互いに９０°回転させた状態を示している。ここで、図８は、ウエハ側測定用パターン１１０の構成を示す図である。

波面分割部５０Ａとしての１次元回折格子５０２Ａ及びウエハ側測定用パターン１１０を配置する際には、１次元回折格子５０２Ａの格子方向とウエハ側測定用パターン１１０のピンホール１１２と窓１１４の配置方向とを一致させる必要がある。また、１次元回折格子５０２Ａの格子ピッチやスリットサイズ、ウエハ側測定用パターン１１０のピンホール１１２などの具体的な寸法は、測定精度などに応じて適宜最適化される。

まず、１次元回折格子５０２Ａを図７（ａ）に示す状態で測定用レチクル２０と投影光学系３０との間に配置し、ウエハ側測定用パターン１１０を図８（ａ）に示す状態で基板基準位置近傍に配置する。照明光学系１０からの光は、測定用レチクル２０の開口部２２を通過して、照明光学系１０の収差を含まない理想波面となる。測定用レチクル２０の開口部２２を通過した光は、１次元回折格子５０２Ａで２つに分割され、若干ずれた波面となって投影光学系３０に入射する。かかる２つの光の波面は、投影光学系３０の波面収差によって変化する。投影光学系３０から射出する２つの光のうち一方の光は、ウエハ側測定用パターン１１０のピンホール１１２を通過して、再び理想波面となる。一方、投影光学系３０から射出する２つの光のうち他方の光は、ウエハ側測定用パターン１１０の窓１１４を通過する。窓１１４を通過した光の波面は、投影光学系３０の収差情報を含んでいる。

ピンホール１１２を通過した理想波面と、窓１１４を通過した投影光学系３０の収差情報を含む波面とは、コリメータレンズ４０によって略平行光となり、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を通過して検出部７０で検出される。これにより、１つの干渉パターンを得ることができる。

次いで、１次元回折格子５０２Ａを９０°回転させて図７（ｂ）に示す状態で測定用レチクル２０と投影光学系３０との間に配置し、ウエハ側測定用パターン１１０を９０°回転させて図８（ｂ）に示す状態で基板基準位置近傍に配置する。そして、同様に、ピンホール１１２を通過した理想波面及び窓１１４を通過した投影光学系３０の収差情報を含む波面から１つの干渉パターンを得る。

このようにして得られた２つの干渉パターンを合成することで、投影光学系３０の収差変化である波面情報を得ることができる。

なお、実施例１と同様に、第２の偏光制御部６０において、偏光子６４は、投影光学系３０と検出部７０との間に固定されている。また、位相差板６２は、投影光学系３０と検出部７０との間に配置され、光軸周りに回転可能に構成されている。

従って、照明光学系１０の偏光制御部１２で互いに異なる少なくとも２つの偏光状態の光（入射偏光）を生成し、かかる２つの偏光状態の光のそれぞれについて、位相差板６２を回転させることで、少なくとも４つの波面（測定波面）を得ることができる。これにより、処理部８０は、実施例１と同様に、４つの波面から投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を算出することができる。

このように、実施例２の露光装置１Ａに備えられた測定装置は、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を、短時間で高精度に測定することができる。なお、かかる測定装置は、ポイントディフラクション干渉計を構成しているため、１つの波面に対して２つの測定方向が必要となる。従って、４つの波面を得るためには、それぞれ２つの測定方向の測定が必要となり、合計で８回の測定が必要となる。

実施例１の露光装置１に備えられた測定装置はシアリング干渉計を構成し、投影光学系３０の差分波面を測定していた。一方、実施例２の露光装置１Ａに備えられた測定装置は、ピンホール１１２を通過した理想波面と窓１１４を通過した収差波面との干渉パターンを測定しているため、測定された収差波面が投影光学系３０の収差情報となる。従って、偏光収差を算出する際に基準複屈折を必要とせず、検出部７０で干渉パターンを検出するだけで投影光学系３０の光学特性である無偏光収差と偏光収差を算出することができる。換言すれば、波面分割部５０を光路から取り出して偏光強度を測定する必要がないため、波面分割部５０を駆動する駆動部が不要となり、測定装置の構成を簡易にすることができる。

また、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差をより高精度に測定するためには、投影光学系３０の収差と、例えばコリメータレンズ４０の収差などの、所謂システム収差とを分離する必要がある。システム収差を測定するためには、例えば、ウエハ側測定用パターン１１０の窓１１４をピンホールに置換して、上述した測定を行えばよい。システム収差を減算することで、投影光学系３０の収差を正確に測定することができる。

なお、実施例２では、照明光学系１０、測定用レチクル２０（開口部２２）、１次元回折格子５０２Ａの順で配置しているが、照明光学系１０、１次元回折格子５０２Ａ、測定用レチクル２０（開口部２２）の順で配置してもよい。換言すれば、測定用レチクル２０（開口部２２）と１次元回折格子５０２Ａの配置順が逆になっていてもよい。この場合、測定用レチクル２０には、ウエハ側測定用パターン１１０と同様に、ピンホールと窓とを形成し、１次元回折格子５０２Ａで分割された２つの光のうち、１つはピンホール、もう１つは窓に入射するようにする。更に、測定用レチクル２０のピンホールを通過した光は、ウエハ側測定用パターン１１０の窓１１４を通過し、測定用レチクル２０の窓を通過した光は、ウエハ側測定用パターンのピンホール１１２を通過するようにする。これにより、干渉する２つの波面の光量バランスをそろえることができ、コントラストの高い干渉パターンを得ることができる。

図９は、本発明に係る実施例３の露光装置１Ｂの構成を示す概略ブロック図である。露光装置１Ｂは、実施例１の露光装置１と同様な構成及び機能を有するが、露光装置１Ｂに備えられた測定装置の構成が異なる。かかる測定装置においては、投影光学系３０の物体面側（即ち、レチクル側）に、波面分割部５０、偏第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）及び検出部７０が配置されている。換言すれば、露光装置１Ｂに備えられた測定装置は、投影光学系３０の物体面側でシアリング干渉計を構成し、投影光学系３０の光学特性として、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差を測定する。投影光学系３０の物体面側で構成されるシアリング干渉計はコモンパス干渉計であるため、光路や構成が単純であり、振動による影響を受けにくい。なお、図６では、照明系制御部９０及び投影系制御部１００の図示を省略している。

実施例３の露光装置１Ｂに備えられた測定装置は、照明光学系１０と、測定用レチクル２０と、波面分割部５０と、第２の偏光制御部６０と、検出部７０と、処理部８０と、反射鏡１２０とから構成される。実施例３の露光装置１Ｂに備えられた測定装置は、投影光学系３０を通過した光を反射鏡１２０で反射させ、投影光学系３０を再度通過させた波面を、投影光学系３０の物体面に配置された検出部７０で検出する。なお、シアリング干渉計において、かかる波面が差分波面であるため、干渉パターンと偏光強度の両方を測定する必要がある。

実施例３の露光装置１Ｂに備えられた測定装置は、実施例１及び実施例２のような投影光学系３０の像面側（ウエハ側）に構成された測定装置と比較して、投影光学系３０を２回通過した光を検出するため、投影光学系３０の収差量が２倍になるという利点がある。近年、投影光学系の収差量は極めて小さくなってきているため、収差量を拡大して検出できることは大きな利点となる。また、投影光学系３０の物体面側から射出する光は開口数が小さいため、コリメートしやすく、構成部材の配置上の自由度を向上させることができるという利点もある。

波面分割部５０としては、実施例１と同様に、回折格子を用いている。波面分割部５０は、光路に挿脱可能に構成されている。波面分割部５０が光路に配置されている場合には検出部７０で干渉パターンを検出することができ、波面分割部５０が光路から取り出されている場合には検出部７０で光強度を検出することができる。

投影光学系３０の光学特性を測定する際には、まず、波面分割部５０を光路に配置する。照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で生成された入射偏光は、測定用レチクル２０の開口部２２を通過して理想波面となる。測定用レチクル２０の開口部２２を通過した光は、投影光学系３０を通過して投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差とを含む波面になる。投影光学系３０の像面側から射出された光は反射鏡１２０で反射され、投影光学系３０を再び通過して、投影光学系３０の物体面側から射出する。投影光学系３０の物体面側から射出した光の波面は、波面分割部５０で分割され、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を通過して、干渉パターンとして検出部７０で検出される。

なお、実施例１と同様に、第２の偏光制御部６０において、偏光子６４は、投影光学系３０と検出部７０との間に固定されている。また、位相差板６２は、投影光学系３０と検出部７０との間に配置され、光軸周りに回転可能に構成されている。

従って、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で互いに異なる少なくとも２つの偏光状態の光（入射偏光）を生成し、かかる２つの偏光状態の光のそれぞれについて、位相差板６２を回転させることで、少なくとも４つの干渉パターンを得ることができる。

次に、波面分割部５０を光路から取り除き、偏光強度を測定する。具体的には、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で所定の入射偏光を生成し、位相差板６２を回転させて強度変化を検出する。そして、少なくとも１つの偏光収差データを算出し、基準複屈折とする。

次いで、処理部８０において、干渉パターンから得られた差分波面と、偏光強度から得られた基準複屈折に基づいて投影光学系３０の光学特性である無偏光収差と偏光収差を算出する。

このように、実施例３の露光装置１Ｂに備えられた測定装置は、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学特性である無偏光収差と偏光収差（複屈折のリタデーションと方位）の両方を、短時間で高精度に測定することができる。

また、投影光学系３０の無偏光収差と偏光収差をより高精度に測定するためには、投影光学系３０の収差と、例えばコリメータレンズ４０の収差などの、所謂システム収差とを分離する必要がある。システム収差を測定するためには、例えば、投影光学系３０の物体面側に反射鏡１２０を配置して、上述したように、干渉パターン及び偏光強度を測定すればよい。

具体的には、投影光学系３０の物体面側に反射鏡１２０を配置した場合及び投影光学系３０の像面側に反射鏡１２０を配置した場合において、波面分割部５０を光路上に配置して干渉パターンを測定し、波面分割部５０を光路から取り出して偏光強度を測定する。そして、投影光学系３０の像面側に反射鏡１２０を配置した場合において測定された収差から、投影光学系３０の物体面側に反射鏡１２０を配置した場合において測定されたシステム収差を減算することで、投影光学系３０の収差を正確に測定することができる。

なお、実施例３の露光装置１Ｂに備えられた測定装置の構成は、図９に示す構成に限定されず、例えば、図１０に示すように、投影光学系３０の物体面側においても一度集光させる構成であってもよい。この場合、投影光学系３０の物体面側における集光点よりも前段に波面分割部５０として回折格子を配置し、集光点近傍に次数選択窓１３０を配置する。

次数選択窓１３０は、波面分割部５０としての回折格子によって回折（分割）される光のうち、測定に必要な次数の光のみを選択する機能を有し、例えば、±１次光のみを取り出すような窓で構成される。このように、次数選択窓１３０を用いて、測定に必要な次数の光のみを選択的に取り出す（例えば、０次光や高次光を除去して±１次光のみを取り出す）ことで、投影光学系の無偏光収差と偏光収差を更に高精度に測定（算出）することが可能となる。なお、次数選択窓１３０は、偏光強度を測定する際には必要ないため、波面分割部５０としての回折格子と同期して光路から取り出すことができるように構成する。ここで、図１０は、本発明に係る実施例３の露光装置１Ｂの別の構成を示す概略ブロック図である。

また、図５に示したように、波面分割部５０として半透明反射基板を照明光学系１０と投影光学系３０との間に配置した場合でも、投影光学系３０の物体面側に反射鏡１２０を配置させることで、投影光学系３０の物体面側に測定装置を構成することが可能である。更に、図６に示したように、波面分割部５０Ｂとして１次元回折格子５０２Ａを照明光学系１０と投影光学系３０との間に配置した場合でも、投影光学系３０の物体面側に反射鏡１２０を配置させればよい。これにより、投影光学系３０の物体面側に測定装置を構成することが可能である。

実施例４では、上述した測定装置を照明光学系の光学特性（無偏光収差と偏光収差）の測定に適用した場合について説明する。この場合、かかる測定装置は、投影光学系に入射する光（照明光）が所望の偏光状態になっているかどうかを確認するセンサとしても使用することも可能である。

照明光学系１０の光学特性を測定する測定装置は、図１１に示すように、照明光測定用レチクル１５０を含んで構成される。なお、照明光測定用レチクル１５０は、本実施形態では、コリメータレンズ４０を有する。また、かかる測定装置は、波面分割部５０と、第２の偏光制御部６０と、検出部７０と、処理部８０とを有する。波面分割部５０としては、実施例１と同様に、回折格子を用いており、光路に挿脱可能に構成されている。これにより、波面分割部５０としての回折格子が光路に配置されている場合には干渉パターンを測定することが可能となり、波面分割部５０としての回折格子が光路から取り出されている場合には偏光強度を測定することが可能となる。ここで、図１１は、照明光学系１０の光学特性を測定する測定装置に含まれる照明光測定用レチクル１５０を示す図である。

レチクルは、一般的に、約６ｍｍの厚さを有し、そのレチクルの下面から約６ｍｍの位置にペリクルを有する。従って、レチクルは、全体として、約１２ｍｍの厚さを有する。この１２ｍｍの範囲内に収まるように、レンズやミラーを配置すると、投影光学系３０を動かすことなく、投影光学系３０に入射する光の偏光状態をレチクル位置で測定することが可能となる。

照明光学系１０の光学特性である無偏光収差と偏光収差を測定する際には、まず、波面分割部５０を光路に配置する。照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で生成された入射偏光は、照明光測定用レチクル１５０に含まれるコリメータレンズ４０やミラーによって平行光となる。照明光測定用レチクル１５０から射出した光は、波面分割部５０で分割され、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を通過して、干渉パターンとして検出部７０で検出される。

なお、第２の偏光制御部６０において、偏光子６４は、投影光学系３０と検出部７０との間に固定されている。また、位相差板６２は、投影光学系３０と検出部７０との間に配置され、光軸周りに回転可能に構成されている。

従って、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で互いに異なる少なくとも２つの偏光状態の光（入射偏光）を生成し、かかる２つの偏光状態の光のそれぞれについて、位相差板６２を回転させることで、少なくとも４つの干渉パターンを得ることができる。

次に、波面分割部５０を光路から取り除き、偏光強度を測定する。具体的には、照明光学系１０の第１の偏光制御部１２で所定の入射偏光を生成し、位相差板６２を回転させて強度変化を検出する。そして、少なくとも１つの偏光収差データを算出し、基準複屈折とする。

次いで、処理部８０において、干渉パターンから得られた差分波面と、偏光強度から得られた基準複屈折に基づいて照明光学系１０の光学特性である無偏光収差と偏光収差を算出する。

このように、照明光測定用レチクル１５０を用いることで、投影光学系３０の光学特性だけではなく、照明光学系１０の光学特性も測定することが可能となる。照明光学系１０及び投影光学系３０の光学特性を個別に測定することができれば、照明光学系１０を調整した場合には照明光学系１０の光学特性のみを測定したり、照明光学系１０及び投影光学系３０の光学特性をシミュレーションに適用したりすることができる。換言すれば、照明光学系１０及び投影光学系３０の光学特性を個別に測定することで、種々の応用が可能となり、測定精度の向上や測定時間の短縮なども可能となる。

なお、投影光学系３０に入射する光（照明光）の偏光状態を測定する場合には、波面分割部５０を光路に配置せず、コリメータレンズ４０、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）及び検出部７０の組み合わせで測定する。

照明光測定用レチクル１５０におけるレンズやミラーの配置は、図１１に示す配置に限定されず、例えば、ミラーの後段にコリメータレンズ４０を配置してもよい。また、偏光子６４は、ブリュースター角に配置したミラーやＰＢＳに置換することも可能である。また、検出部７０は、アライメントスコープを用いてもよい。

実施例５では、上述した測定装置を露光装置以外の光学系の光学特性（無偏光収差と偏光収差）の測定に適用した場合について説明する。

図１２は、本発明に係る実施例５の測定装置３００の構成を示す概略ブロック図である。測定装置３００は、被検光学系ＴＯの光学特性（無偏光収差と偏光収差）を測定する測定装置である。測定装置３００は、図１２に示すように、照明光学系３１０と、第１の偏光制御部３１２と、波面分割部５０と、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）と、検出部７０と、処理部８０とを有する。なお、照明光学系３１０は、照明光学系１０と実質的に同じ機能を有し、第１の偏光制御部３１２は、第１の偏光制御部１２と実質的に同じ機能を有する。

被検光学系ＴＯの光学特性を測定する際には、まず、波面分割部５０を光路に配置する。第１の偏光制御部３１２で生成された入射偏光は、被検光学系ＴＯを通過して被検光学系ＴＯの光学特性を含む波面になる。被検光学系ＴＯから射出された光は、波面分割部５０で分割され、第２の偏光制御部６０（位相差板６２及び偏光子６４）を通過して、干渉パターンとして検出部７０で検出される。

なお、第２の偏光制御部６０において、偏光子６４は、被検光学系ＴＯと検出部７０との間に固定されている。また、位相差板６２は、被検光学系ＴＯと検出部７０との間に配置され、光軸周りに回転可能に構成されている。

従って、第１の偏光制御部３１２で互いに異なる少なくとも２つの偏光状態の光（入射偏光）を生成し、かかる２つの偏光状態の光のそれぞれについて、位相差板６２を回転させることで、少なくとも４つの測定波面を得ることができる。

次に、波面分割部５０を光路から取り除き、偏光強度を測定する。具体的には、第１の偏光制御部３１２で所定の入射偏光を生成し、位相差板６２を回転させて強度変化を検出する。そして、少なくとも１つの偏光収差データを算出し、基準複屈折とする。

次いで、処理部８０において、干渉パターンから得られた差分波面と、偏光強度から得られた基準複屈折に基づいて被検光学系ＴＯの光学特性である無偏光収差と偏光収差を算出する。

なお、波面分割部５０を配置する位置は、図１２に示す位置に限定するものではなく、第２の偏光制御部６０の後段に配置してもよいし、被検光学系ＴＯの前段に配置してもよい。

このように、測定装置３００は、露光装置の投影光学系や照明光学系の光学特性に限らず、他の光学系や光学素子（レンズ、回折光学素子など）の光学特性を、短時間で高精度に測定することができる。

次に、図１３及び図１４を参照して、露光装置１、１Ａ又は１Ｂを利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。上述したように、露光装置１、１Ａ又は１Ｂが用いる照明光学系１０及び投影光学系３０の無偏光収差及び偏光収差は最小になるように調整されているため、露光装置１、１Ａ又は１Ｂは優れた露光性能を発揮することができる。従って、露光装置１、１Ａ又は１Ｂは、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体デバイス、液晶デバイスなど）を提供することが可能である。

図１３は、デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１４は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１、１Ａ又は１Ｂによってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１、１Ａ又は１Ｂを使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明に係る実施例１の露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 シアリング干渉計を説明するための図である。 図１に示す露光装置の測定装置において、測定用レチクルの構成と波面分割部の構成との組み合わせを説明するための図である。 図１に示す露光装置の測定装置において、波面分割部としての２次元回折格子の一例を示す図である。 本発明に係る実施例１の露光装置の別の構成を示す概略ブロック図である。 本発明に係る実施例２の露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 図６に示す露光装置の測定装置において、波面分割部としての１次元回折格子の構成を示す図である。 図６に示す露光装置の測定装置において、ウエハ側測定用パターンの構成を示す図である。 本発明に係る実施例３の露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明に係る実施例３の露光装置の別の構成を示す概略ブロック図である。 照明光学系の光学特性を測定する測定装置に含まれる照明光測定用レチクルを示す図である。 本発明に係る実施例５の測定装置の構成を示す概略ブロック図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１３に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明光学系
１２ 第１の偏光制御部
２０ 測定用レチクル
２２ ピンホール
３０ 投影光学系
４０ コリメータレンズ
５０ 波面分割部
６０ 第２の偏光制御部
６２ 位相差板
６４ 偏光子
６６ 制御部
７０ 検出部
８０ 処理部
９０ 照明系制御部
１００ 投影系制御部
１Ａ 露光装置
５０Ａ 波面分割部
５０２Ａ １次元回折格子
１１０ ウエハ側測定用パターン
１１２ ピンホール
１１４ 窓
１Ｂ 露光装置
１２０ 反射鏡
１３０ 次数選択窓
１５０ 照明光測定用レチクル
３００ 測定装置
３１０ 照明光学系
３１２ 第１の偏光制御部
ＴＯ 被検光学系

Claims (11)

1. 被検光学系の光学特性を測定する測定装置であって、
   前記被検光学系に入射する光の偏光状態を互いに異なる少なくとも２つの偏光状態に制御する第１の偏光制御部と、
   撮像面を有する撮像センサと、
   前記第１の偏光制御部と前記被検光学系との間又は前記被検光学系と前記撮像センサとの間に配置されて光の波面を分割する波面分割部と、
   前記被検光学系と前記撮像センサとの間に配置され、光軸周りに回転可能な位相差板を含み、光の偏光状態を制御する第２の偏光制御部と、
   前記少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて複数の干渉パターンが順次に前記撮像面に形成されるように前記位相差板の回転を制御する制御部と、
   前記撮像センサで撮像された複数の干渉パターンに基づいて前記被検光学系の光学特性を算出する処理部とを有することを特徴とする測定装置。
2. 前記処理部は、前記被検光学系の光学特性として、前記被検光学系に入射する光の偏光状態に依存しない無偏光収差と、前記被検光学系に入射する光の偏光状態に依存する偏光収差とを算出することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記第２の偏光制御部は、偏光子を含み、
   前記偏光子は、固定されていることを特徴とした請求項１又は２記載の測定装置。
4. 前記第２の偏光制御部は、偏光子を含み、
   前記制御部は、前記少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて複数の干渉パターンが順次に前記撮像面に形成されるように、前記偏光子は回転させないで、前記位相差板を回転させることを特徴とした請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記第１の偏光制御部は、前記被検光学系に入射する光の偏光状態を互いに異なる少なくとも２つの直線偏光に制御し、
   前記第２の偏光制御部は、偏光子を含み、
   前記少なくとも２つの直線偏光の偏光方向は、前記偏光子の透過軸の方向と異なることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記少なくとも２つの直線偏光の偏光方向は、前記偏光子の透過軸の方向と４５°異なることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
7. 前記制御部は、前記少なくとも２つの偏光状態の光のそれぞれについて少なくとも２つの干渉パターンが順次に前記撮像面に形成されるように前記位相差板の回転を制御し、
   前記処理部は、前記撮像センサで撮像された少なくとも４つの干渉パターンに基づいて前記被検光学系の光学特性を算出することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記波面分割部は、光路に挿脱可能に構成され、
   前記処理部は、前記波面分割部が光路に配置された場合に前記撮像センサで撮像された干渉パターン及び前記波面分割部が光路に配置されていない場合に前記撮像センサで撮像された光強度分布に基づいて前記被検光学系の光学特性を算出することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の測定装置。
9. 光源からの光を用いてレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系及び前記照明光学系の少なくとも一方を被検光学系として光学特性を測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の測定装置であることを特徴とする露光装置。
10. 前記照明光学系を調整する照明系制御部及び前記投影光学系を調整する投影系制御部の少なくとも一方を更に有し、
    前記処理部によって算出された前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方の光学特性に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
11. 請求項９又は１０記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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