JP2010109160A - 測定装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成で高精度に被検光学系の波面収差を測定することができる測定装置を提供する。
【解決手段】 被検光学系の波面収差を測定する測定装置が、マスク及び被検光学系を透過した光を反射して被検光学系に入射させる反射光学素子と、ピンホール、開口を透過した光の干渉縞を検出する検出器とを有する。マスクは、１つのピンホールとピンホールよりも大きな径の１つの開口とが点対称に配置された組を少なくとも３つ有し、各組の対称の中心が共通である。３つの組のうち、２組においてそれぞれ形成された被検光と、他の組において形成せれた参照光とを干渉させるか、３つの組のうち、１組において形成された被検光と、他の２組においてそれぞれ形成された参照光とを干渉させる。
【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の分野において、ＬＳＩ等の集積回路、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等の半導体デバイスを製造する際、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介してウエハ等の基板に転写する。かかる投影露光装置は、レチクルのパターンを正確にウエハに転写することが要求されるため、結像性能の良い、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。

近年では、光源波長に対して、半導体デバイスのパターンの微細化が進んでいるため、該パターンの解像度が投影光学系の収差に対して敏感になってきている。そのため、投影光学系を装置内に設置して、実際に露光を行えるように装置を組んだ状態で、投影光学系の光学特性（例えば、波面収差）を高精度に測定する必要がある。

露光装置上において投影光学系の波面収差を測定する測定装置としては、特に、省スペースを実現する小型な測定装置であることが好ましい。そこで、点回折干渉計（ＰＤＩ）やシアリング干渉計（Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）などのシングルパス干渉計（特許文献１乃至３参照）やダブルパス干渉計（特許文献４参照）が提案されている。
特開２００５−１５９２１３号公報 特開２０００−９７６６６号公報 特開２００３−１６１６７２号公報 特開２００３−１４４１５号公報

特許文献１乃至３のそれぞれに記載のシングルパス干渉計では、被検光学系の像側に干渉縞の測定器を配置している。測定器を像側に配置すると、被検光学系が高ＮＡの場合や、被検光学系の下に液体が満たされている場合などには、物理的な制約が多い。また、それらの場合に、干渉縞の歪み、瞳周縁部での光量低下が顕著になるために測定精度が低下してしまう。

一方、特許文献４に記載のダブルパス干渉計では、被検光学系の像側に反射光学素子を配置するのみでよいので簡易な構成となる。しかし、マスクに一組の大小ピンホールのみを用いており、ピンホールで光量が制限されるために測定器の撮像面上の光量が不足し、測定精度が低下するという問題がある。また、外乱の影響を受けやすい。

そこで、簡易な構成で高精度に被検光学系の波面収差を測定することができる測定装置、露光装置及びその露光装置を用いたデバイス製造方法、被検面の形状を測定する測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面としての測定装置は、被検光学系の波面収差を測定する測定装置において、光源からの光を用いて、被照明面に配置されたマスクを照明する照明光学系と、前記マスク及び前記被検光学系を透過した光を反射して、前記被検光学系に入射させる反射光学素子と、前記マスクを透過した光による干渉縞を検出する検出器とを有し、前記マスクは、１つのピンホールと前記ピンホールよりも大きな径の１つの開口とが点対称に配置された組を少なくとも３つ有し、各組の対称の中心が共通であり、１組のピンホール及び開口について、前記ピンホール及び前記被検光学系を透過した後、前記反射光学素子で反射されて前記被検光学系及び前記開口を透過した光を被検光とし、前記開口及び前記被検光学系を透過した後、前記反射光学素子で反射されて前記被検光学系及び前記ピンホールを透過した光を参照光として、前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記被検光と、他の少なくとも１組において形成された前記参照光とを干渉させるか、前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも１組において形成された前記被検光と、他の少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記参照光とを干渉させることを特徴とする。

本発明の第２の側面としての測定装置は、被検面の形状を測定する測定装置において、光源からの光を用いて、被照明面に配置されたマスクを照明する照明光学系と、前記マスクを透過した光による干渉縞を検出する検出器とを有し、前記マスクは、１つのピンホールと前記ピンホールよりも大きな径の１つの開口とが点対称に配置された組を少なくとも３つ有し、各組の対称の中心が共通であり、１組のピンホール及び開口について、前記ピンホールを透過した後、前記被検面で反射されて前記開口を透過した光を被検光とし、前記開口を透過した後、前記被検面で反射されて前記ピンホールを透過した光を参照光として、前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記被検光と、他の少なくとも１組において形成された前記参照光とを干渉させるか、前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも１組において形成された前記被検光と、他の少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記参照光とを干渉させることを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成で高精度に被検光学系の波面収差又は被検面の形状を測定することができる。

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、被検光学系ＴＯＳの光学特性を測定する測定装置の構成を示す概略図である。本実施例では、露光装置内に測定装置を組み込んだ状態で、露光装置の投影光学系を被検光学系ＴＯＳとして、その投影光学系の波面収差を測定する。図１に示すように、測定装置１は、照明光学系１０、ミラー３０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０及び検出器６０を有する。マスク２０はハーフミラー４０と被検光学系ＴＯＳとの間の、照明光学系１０の被照明面に配置される。

光源１２は露光装置の光源と同様な光源を使用し、例えば、波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを光源として使用する。

照明光学系１４はマスク２０をケーラー照明する光学系である。デバイスパターンをウエハに転写する際の露光装置の照明光学系を用いることができる。照明光学系１４は、照明光学系の瞳面における光強度分布（有効光源）を形成する光学系（例えばプリズム、回折光学素子、ＣＧＨ、開口絞りなど）や、オプティカルインテグレータ（ハエの目レンズなど）、集光光学系などを含む。

マスク２０は、被検光学系ＴＯＳの物体面に配置される物体側マスクである。図２にマスク２０の平面図を示す。図２に示すように、マスク２０は、２次元平面上に周期的に配置された複数のピンホールと複数の開口を有する。ピンホール及び開口の配置については後述するように、マスク２０の少なくとも１つのピンホールからの光束と少なくとも１つの開口からの光束とが可干渉性を有する距離に配置されている。なお、以下において、ピンホール２１はマスク２０に配置されるピンホールを総称するものとする。同様に、開口２２はマスク２０に配置されるピンホールよりも大きな径の開口を総称するものとする。

ピンホール２１の直径Ｄは被検光学系ＴＯＳの物体側の開口数をＮＡｏｂ、光源１２の波長をλとすると、以下の数式１を満たす。

ピンホール２１の直径Ｄは、被検光学系ＴＯＳの物体側ＮＡを元にした回折限界以下の径である。従って、ピンホール２１を通過した光（参照光）の波面は理想球面波となる。開口２２の直径は、投影光学系を透過した光が、開口２２を通過する際に被検光学系ＴＯＳの収差を失わない程度の大きさである。本実施例ではピンホール２１の直径は０．１μｍ程度、開口２２の直径は数μｍ程度である。ただし、ピンホールまたは開口の全てが同一の径でなくてもよい。

マスク２０のある開口を透過した光（図１の太実線で示す）は、被検光学系ＴＯＳを透過し、反射光学素子としてのミラー３０に入射する。ミラー３０は被検光学系ＴＯＳを透過した光を反射し、反射した光（図１の点線で示す）を被検光学系ＴＯＳに光を入射させ、さらにマスク２０へ入射させる。

なお、マスク２０のある開口を透過して、ミラー３０で反射した光はあるピンホールに、あるピンホールを透過してミラー３０で反射した光はある開口に集光されるように、ミラー３０とマスク２０が配置されている。ミラー３０としては球面ミラーを用いることができる。

ハーフミラー４０及び結像レンズ５０は被検光学系ＴＯＳを透過してミラー３０で反射した後、マスク２０を透過した光を検出器６０に導く役割がある。

検出器６０は、ＣＣＤカメラ等の光電変換素子で構成される撮像素子である。検出器６０は、マスク２０のピンホールからのの光束と開口からの光束とによって形成される干渉パターンを検出する。検出器６０で検出された干渉縞のデータは演算処理部（算出部）に送られ、被検光学系の波面収差などが算出される。

以下、照明光学系１０、マスク２０及びミラー３０の関係について詳細に説明する。

まず、照明光学系１０について説明する。露光装置において、レチクルを照明する光束の空間コヒーレンスが高い場合には、レチクルに描画されたパターンを通過した光束同士が干渉し、かかるパターンをウエハ（基板）上に転写できなくなる。従って、レチクルを照明する光束の空間コヒーレンスは、ハエの目レンズなどを用いることによって下げられている。換言すれば、照明光学系１０は、空間コヒーレンスが下げられ、干渉計にとって干渉性が低い光束でマスク２０を照明することになる。そのため、基板の露光用の照明光学系を用いた場合でも高コントラストの干渉縞を得るためには、マスクのピンホール及び開口、有効光源分布を適切に設定する必要がある。

ここで、光源１０の波長をλ、照明光学系の焦点距離をｆとし、ｆλで規格化された座標を（ε，η）として、有効光源分布をｕ（ε，η）と表す。マスク２０の座標を（ｘ，ｙ）とすると、マスク２０の原点（０，０）に対する可干渉性（所謂、相互強度Γ）の分布は以下の数式２で表される。数式２は、Ｖａｎ Ｃｉｔｔｅｒｔ‐Ｚｅｒｎｉｋｅの定理と言われ、相互強度は有効光源分布をフーリエ変換することで求められる。なお、（ε，η）、（ｘ，ｙ）は直交座標である。

ここで、有効光源分布における発光部の位置を（εｊ，ηｊ）（ｊは自然数）とする。また、マスク２０における複数のピンホール２１の位置を（ｘｉ，ｙｉ）（ｉは自然数）、複数の開口２２の位置を（Ｘｋ，Ｙｋ）（ｋは自然数）とする。その場合、以下の数式３が成り立つとき、（ｘｉ，ｙｉ）にあるピンホールからの光束と（Ｘｋ，Ｙｋ）にある開口からの光束とが可干渉性を有し、それらの光束による干渉縞のコントラストが高くなる。なお、ｎは整数である。

そこで、数式３に基づいて、本実施例では図２及び図３に示すマスクと、図４に示す有効光源分布を用いる。

図３に示すように、マスク２０のピンホールと開口は、隙間なく並べられた仮想の正六角形の頂点に交互に配置されている。また、１つのピンホールと、そのピンホールよりも大きな径の１つの開口とを一組として、そのピンホール及び開口は、点Ｐを対称の中心として点対称に配置されている。具体的には、ピンホール２１ａと開口２２ａの一組が点Ｐを対称の中心として点対称に配置されている。また、ピンホール２１ｂ及び開口２２ｂの組、ピンホール２１ｃ及び開口２２ｃの組、ピンホール２１ｄ及び開口２２ｄの組も同様である。

ミラー３０は、仮にマスク２０のＰ点で光が透過すると考えたときに、Ｐ点を透過した光が被検光学系ＴＯＳにより集光される位置とミラー３０の焦点位置（曲率中心）が一致するように配置される。被検光学系ＴＯＳの物体側の座標原点を点Ｐの位置とし、被検光学系ＴＯＳの像側の座標原点をＰ点の透過光が被検光学系ＴＯＳで集光される位置とする。

マスク２０上の開口の位置が（４Ｘ，４Ｙ）のとき、その位置の開口を透過した光が被検光学系ＴＯＳ（４倍縮小系）で集光されると、集光位置は像面上で（−Ｘ，−Ｙ）となる。１度被検光学系ＴＯＳを透過した光がミラー３０で反射されて集光されると、その集光位置は像面上で（Ｘ，Ｙ）となり、被検光学系ＴＯＳを再度透過して、物体面上で（−４Ｘ，−４Ｙ）の位置に集光する。例えば、開口２２ａを通って、被検光学系ＴＯＳを通り、ミラー３０で反射された後、再度被検光学系ＴＯＳを通る光は、Ｐ点を中心に、開口２２ａとは点対称な位置（ピンホール２１ａ）に集光される。また、同様に、開口２２ｂ（２２ｃ）を通った光は被検光学系ＴＯＳを透過し、ミラー３０で反射され、再度被検光学系ＴＯＳを透過し、ピンホール２１ｂ（２１ｃ）を通る。これらの光は参照波であり、ピンホール２１を通ることで理想球面波となる。一方、ピンホール２１ｄを通る光は被検光学系ＴＯＳを透過し、ミラー３０で反射され、再度被検光学系ＴＯＳを透過し、開口２２ｄを通る。この光は被検光であり、被検光学系ＴＯＳを透過する前にピンホール２１ｄを透過しているため、照明光学系の収差の影響を受けず、被検光学系ＴＯＳを透過した後に開口２２ｄを透過しているため、被検光学系ＴＯＳの収差を含んだ波面となる。

照明光学系１０は、マスク２０を照明して高コントラストな干渉縞を形成するために、有効光源分布を調整し、マスク２０を通過した光束の可干渉距離及び可干渉方向を制御して所望の光束同士のみを干渉させている。換言すれば、照明光学系１０は、マスク２０のピンホール２１からの光束と、ピンホール２１に隣接する開口２２からの光束のみが可干渉性を有する有効光源分布を形成する。例えば、照明光学系１４は、図４（ａ）乃至図４（ｅ）に示すような有効光源分布を形成する。これらの有効光源分布は、開口２２ｄからの光束と、ピンホール２１のうち開口２２ｄから同じ距離だけ離れた３方向のピンホール２１ａ乃至２１ｃからの光束のみとが可干渉性を有するように形成されている。

具体的には、図４（ａ）の有効光源分布を用いるとき、相互強度は図５のように六回対称の位置にピークをもつ。原点の位置に開口２２ｄ、ピークの位置にピンホール２１ａ乃至２１ｃが配置されているため、開口２２ｄからの光束とピンホール２１ａ乃至２１ｃからの光束が干渉する。また、図５の相互強度から、ピンホール２１のうちピンホール２１ａ乃至２１ｃ以外のピンホールからの光束と、開口２２ｄからの光束とはほとんど干渉しない。このような、隣接する開口とピンホールからの光束のみが干渉する関係は、２１ａ〜ｃと２２ｄに限られず、マスクの各ピンホール及び各開口について成り立つ。つまり、当該開口及びピンホールを一組として、４つの組のうち、３組においてそれぞれ形成された被検光と、他の１組において形成された前記参照光とを干渉させる。または、４つの組のうち、１組において形成された被検光と、他の３組においてそれぞれ形成された参照光とを干渉させる。

図４は、照明光学系１４が形成する有効光源分布の一例を示す概略図である。なお、黒円の中の白色の部分が発光部である。また、有効光源分布はマスク２０面上における光の角度分布にも相当し、ｘ´方向、ｙ´方向は図２及び３に示すｘ方向、ｙ方向にそれぞれ対応する。これらの有効光源分布で、例えばピンホール２１ｄと、開口２２ａ乃至２２ｃを含む領域を照明する場合を考える。マスク２０からの光が被検光学系ＴＯＳを透過してミラー３０で反射し、再度被検光学系ＴＯＳを透過した後、ピンホール２１a、２１b、２１cを通ったそれぞれの光と、開口２２ｄを通った光とは互いに干渉する。

さらに、図４（ａ）乃至（ｅ）に示す有効光源分布で、マスク２０の全面を照明した場合は、例えば、ピンホール２１a、２１b、２１cを通った各光と開口２２ｄを通った光との干渉縞の中心が

の整数倍だけ６方向にずれて重ね合わされる。ｄａは隣接するピンホールと開口との距離である。この結果、図６に示すような干渉縞が検出器６０上に形成される。

距離ｄａは十分に小さく、ピンホール群は高密度に配置されているため、測定光量を増加させて測定精度を上げることができる。なお、ピンホール及び開口を配置（照明）する領域を大きくすることで更に光量を増加させることができる。ただし、ピンホール２１a、２１b、２１cを通ったそれぞれの光と、開口２２ｄを通った光との干渉縞のピークがずれて足し合わされるため、その領域を大きくするにつれてコントラストが低下してしまう場合がある。従って、マスク２０のピンホール及び開口を配置する（照明する）範囲は、干渉縞のピッチの１／１０以内にすることが好ましい。

演算処理部（算出部）は、検出器６０で撮像される干渉縞から被検光学系ＴＯＳの波面収差の位相情報を算出する。その算出のために電子モアレ法やフーリエ変換法を使用する。これらの方法を用いれば、１つの干渉縞から被検光学系ＴＯＳの波面収差の位相情報を取り出すことができ、被検光学系ＴＯＳの波面収差を短時間で測定することができる。電子モアレ法を用いる場合には、干渉縞と同じ周波数で、複数の位相（例えば０、９０°、１８０°、２７０°）のｃｏｓ関数を用いる。それぞれの関数を干渉縞に掛け合わせ、フーリエ変換やａｒｃｔａｎの演算を行うことで、波面収差が得られる。このとき、用いるｃｏｓ関数は３種類であり、それぞれ１２０度異なる方向の周波数をもっている。フーリエ変換法を用いる場合には、干渉縞をフーリエ変換した際にフーリエ空間上で６回対称なピークが現れるため、そのうちの１２０度毎に存在する３つのピーク付近の情報を用いればよい。電子モアレ法、フーリエ変換法により、３つの波面収差が得られ、測定誤差が全くない場合には３つの波面収差は等しい。但し、測定誤差がある場合は３つの波面収差が異なることが多いため、３つの波面収差の平均値を算出するなどして測定誤差を低減させることが好ましい。

測定装置のシステムエラーとして、ミラー３０の製造誤差や結像レンズ５０の収差があるが、予めそれらを計測しておき、測定された波面収差から差し引いて、被検光学系ＴＯＳの波面収差を求めても良い。

また、照明光学系１０が図７（ａ）乃至図７（ｃ）に示すような有効光源分布を形成して、マスク２０を照明しても測定が可能である。具体的には、図７（ａ）乃至図７（ｃ）のうちいずれかの有効光源分布でマスク２０を照明して、ダブルパス干渉計を構成し、隣接するピンホールと開口とのそれぞれを透過した光束同士を干渉させると、高コントラストの干渉縞を形成することができる。そして、検出器６０で干渉縞を撮像することによって、被検光学系ＴＯＳの波面収差を求めることができる。図８（ａ）乃至図８（ｃ）に示す有効光源、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示す有効光源、図１０（ａ）乃至図１０（ｃ）に示す有効光源についても同様である。

具体的には、図７〜図１０の各図における（ａ）に示す有効光源分布を用いてピンホール２２ｄを通過した光束と開口２１ｂを通過した光束との可干渉性を高めて干渉パターンを検出する。また、図７〜図１０の各図における（ｂ）に示す有効光源分布を用いてピンホール２２ｄを通過した光束と開口２１ｃを通過した光束との可干渉性を高めて干渉パターンを検出する。さらに、図７〜１０の各図における（ｃ）に示す有効光源分布を用いてピンホール２２ｄを通過した光束と開口２１ａを通過した光束との可干渉性を高めて干渉パターンを検出する。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のそれぞれの有効光源で照明した場合は、それぞれ、干渉縞が１方向にしか出ない。そのため、例えば、フーリエ変換法による解析では、３つの干渉パターンのフーリエスペクトルはどれもピークを２つもち、それらは離れているので誤差要因が少ないことから測定精度が向上する。

なお、照明光学系１０が（ａ）〜（ｃ）の３つの有効光源分布を形成しているが、例えば、図７〜図１０の各図における（ａ）に示す１つの有効光源分布を形成して、被検光学系ＴＯＳを回転させてもよい。また、（ａ）〜（ｃ）のいずれか１つの有効光源分布を回転させてもよい。

また、可干渉性を制御するために、図４に示す有効光源分布の代わりに、図１１に示す回折格子などの光分割手段又はＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）などを用いてもよい。また、図７〜図１０の有効光源分布の代わりに、図１２に示す３つの回折格子をそれぞれ用いても良い。図１１及び図１２の白線は透過部を表す。回折格子の透過部のピッチ（回折格子ピッチ）をＰｇ、回折格子とマスク２０との距離をＬｇとすると、回折格子ピッチＰｇ及び距離Ｌｇは、以下の数式４を満たす。
（数４）
Ｐｇ＝（ｍ＊λ＊Ｌｇ）／（ｎ＊ｄ）
なお、ｄはマスク２０におけるピンホール間の距離であり、λは光源部１０からの光束の波長、ｎ及びｍは定数（１、２、３・・・）である。

また、隣接していないピンホール及び開口からの光束を干渉させ、干渉縞のピッチを短くすることにより、干渉縞のフーリエスペクトルのピーク同士を遠ざけることで計測精度向上を図っても良い。

波面収差計測は、被検光学系ＴＯＳの物体面のある１点の波面収差に限らず、マスク２０とミラー３０を動かすことで、物体面における任意の点で被検光学系ＴＯＳの波面収差を計測することができる。そのためには、物体面の任意の点がＰ点に合うようにマスク２０を駆動し、Ｐ点の透過光が被検光学系ＴＯＳで集光されるとする位置にミラー３０の焦点位置が合うようにミラー３０を駆動すればよい。

また、露光装置内に測定装置を組み込んだ状態での測定に限らず、露光装置外で投影光学系の波面収差を測定してもよいし、露光装置の投影光学系以外の光学系の波面収差を測定してもよい。

さらに、測定装置１に被検光学系ＴＯＳのレンズ間隔などを調整する調整部を設け、被検光学系ＴＯＳの波面収差を低減するフィードバック制御機構を設けてもよい。例えば、被検光学系ＴＯＳの波面収差を測定し、その測定結果を用いて演算部が補正部のアクチュエータの駆動量を算出して、算出された駆動量だけアクチュエータを駆動する。

さらに、当該調整を実行した後、波面収差が調整された被検（投影）光学系を用いて、デバイスのパターンが描かれたレチクルを照明し、レチクルのパターンの像をウエハに投影する露光処理を行う。さらに、現像及びエッチング処理などの周知の工程を経て、半導体デバイス等のデバイスを形成することにより、デバイスを製造する。

以上のように、本実施例によれば、ダブルパス干渉計を構成することにより簡易な構成でありながら、被検光学系の光学特性を高精度に測定することができる。また、露光光源などの空間コヒーレンスの低い光源を用いた場合でも当該光学特性をより高精度に測定することができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例ではマスク２０の代わりに、図１３に示すマスク２０Ａを用いる。また、マスク２０Ａの構成に応じて照明光学系が所定の有効光源分布を形成する。

図１３にマスク２０Ａの平面図を示す。マスク２０Ａは、２次元平面上に周期的に配置された複数のピンホールと複数の開口を有する。図１４に示すように、隣接する１つのピンホールと１つの開口を１つの対として、ｘ方向（第１の方向）に複数の対が等間隔で並べられ、ｘ方向に対して垂直なｙ方向（第２の方向）にも複数の対が等間隔で並べられている。ここで、ピンホールと開口とは距離ｄｂを隔てて配置されている。

また、１つのピンホールと、そのピンホールよりも大きな径の１つの開口とを一組として、各ピンホールと各開口は、点Ｑを共通の対称の中心として点対称に配置されている。具体的にはピンホール２３ａと開口２４ａの１組が点Ｑを対称の中心として点対称に配置されている。また、ピンホール２３ｂ及び開口２４ｂの組、ピンホール２３ｃ及び開口２４ｃの組も同様である。

マスク２０Ａのピンホールの直径及び開口の直径は、マスク２０のピンホール及び開口と同様である。従って、マスク２０Ａのピンホールを通過した光の波面は理想球面波となる。また、マスク２０Aの開口の径は、透過光が被検光学系ＴＯＳの収差を失わない程度の大きさである。

マスク２０Ａにおいても、少なくとも１つのピンホールからの光束と少なくとも１つの開口からの光束とが可干渉性を有する距離に配置されている。

ミラー３０は、仮にマスク２０ＡのＱ点で光が透過すると考えたときに、Ｑ点を透過した光が被検光学系ＴＯＳにより集光される位置とミラー３０の焦点位置が一致するように配置される。被検光学系ＴＯＳの物体側の座標原点を点Ｑの位置とし、被検光学系ＴＯＳの像側の座標原点をＱ点の透過光が被検光学系ＴＯＳで集光される位置とする。

例えば、開口２４ａ、２４ｂと、ピンホール２３ｃを含む領域を照明する場合を考える。開口２４ａを通って、被検光学系ＴＯＳを通り、ミラー３０で反射された後、再度被検光学系ＴＯＳを通る光は、Ｑ点を対称の中心として、開口２４ａとは点対称な位置（ピンホール２３ａ）に集光される。また、同様に、開口２４ｂを通った光は被検光学系ＴＯＳを透過し、ミラー３０で反射され、再度被検光学系ＴＯＳを透過し、ピンホール２３ｂを通る。これらの光は参照波であり、ピンホールを通ることで理想球面波となる。

一方、ピンホール２３ｃを通る光は被検光学系ＴＯＳを透過し、ミラー３０で反射され、再度被検光学系ＴＯＳを透過し、開口２４ｃを通る。この光は被検光であり、被検光学系ＴＯＳを透過する前にピンホール２３ｃを透過しているため、照明光学系の収差の影響を受けず、被検光学系ＴＯＳを透過した後に開口２４ｃを透過しているため、被検光学系ＴＯＳの収差を含んだ波面となる。

照明光学系１０は、マスク２０Ａを通過した光束の可干渉距離及び可干渉方向を考慮して、有効光源分布を形成する。照明光学系１０は、マスク２０Ａのピンホールからの光束は、そのピンホールに隣接する開口からの光束のみと可干渉性を有するように有効光源分布を形成する。

例えば、照明光学系１４は、図１５（ａ）乃至図１５（ｅ）に示すような有効光源分布を形成する。黒円の中の白色の部分が発光部である。これらの有効光源分布で、開口２４ａ、２４ｂと、ピンホール２３ｃを含む領域を照明した場合、開口２４ｃからの光束と、開口２４ｃから同じ距離だけｘ、ｙ方向に離れたピンホール２３ａと２３ｂからの光束のみとが可干渉性を有する。つまり、開口２４ｃからの光束と、ピンホール２３ａと２３ｂ以外のピンホールからの光束とはほとんど干渉しない。これは、２３ａ、ｂと２４ｃに限らず、マスク２０Ａの各ピンホール及び各開口についても同様である。

上述のように、これらの有効光源分布で、ピンホール２３ａ、２３ｂを通ったそれぞれの参照光と開口２４ｃを通った被検光とは互いに干渉して干渉縞を形成する。つまり、当該開口及びピンホールを一組として、３つの組のうち、２組においてそれぞれ形成された被検光と、他の１組において形成された前記参照光とを干渉させる。または、３つの組のうち、１組において形成された被検光と、他の２組においてそれぞれ形成された参照光とを干渉させる。しかし、開口を通過した光束同士は可干渉性が低く、干渉しない。従って、マスク２０Ａの開口を通過した光束同士の干渉による測定精度への影響は小さい。

検出器６０は、被検光学系ＴＯＳを透過後に開口（例えば２４ｃ）を通る光束と、ピンホール（例えば２３ａ、２３ｂ）を通る２つの光束との、３つの光束により形成される干渉パターンを１単位として複数の干渉パターンが重なった干渉縞を検出（撮像）する。

検出器６０上では、上記の３つの光束が距離３ｄｂ（ｄｂは隣接するピンホールと開口の距離）の整数倍だけＸ方向及びＹ方向にずれて重ね合わされた干渉パターンを形成する。図１６は、図１５（ａ）乃至（ｅ）に示す有効光源分布でマスク全面を照明した場合に、被検光学系ＴＯＳを透過した後マスク２０Ａを通過した光束が形成する干渉パターンを示す図である。この場合は、図１６に示すような４回回転対称なパターンとなる。図１６は被検光学系ＴＯＳの収差が無い場合であるが、被検光学系ＴＯＳの収差がある場合はこのパターンとは異なったパターンとなる。

距離ｄｂは十分に小さく、ピンホール群は高密度に配置されているために測定精度を下げることなく、光量を増加させることができる。なお、ピンホールの数を増やすことで更に光量を増加させることができるが、干渉パターンもずれて足し合わされるため、ピンホールを配置する範囲（面積）が広がるにつれてコントラストが低下してしまう。従って、マスク２０Ａのピンホール及び開口を配置する（照明する）範囲は、干渉縞ピッチの１／１０以内にすることが好ましい。

実施例１と同様に、検出器６０で得られる干渉パターンから被検光学系ＴＯＳの波面収差の位相情報を取得する際には、電子モアレ法やフーリエ変換法を使用する。電子モアレ法を用いる場合には、干渉パターンにかけるｃｏｓ関数は２種類であり、それぞれＸ方向及びＹ方向に周波数をもち、互いに位相の異なる関数である。これらの関数を干渉縞に掛け合わせ、フーリエ変換やａｒｃｔａｎの演算を行うことで、波面収差が得られる。フーリエ変換法を用いる場合には、干渉パターンをフーリエ変換した際にフーリエ空間上で４回対称なピークが現れるため、そのうちの直交する２つのピーク付近の情報を用いればよい。電子モアレ法、フーリエ変換法により、２つの波面収差を得られるが、測定誤差が全くない場合には、２つの波面収差は等しい。但し、実際には測定誤差があり、２つの波面収差が異なることが多いため、２つの波面収差を平均するなどして測定誤差を低減させることが好ましい。

また、照明光学系１０が図１７（ａ）、（ｂ）に示すような有効光源分布でマスク２０を照明して、ダブルパス干渉計を構成し、被検光学系の波面収差の測定精度を向上させることができる。図１８（ａ）、（ｂ）に示す有効光源、図１９（ａ）、（ｂ）に示す有効光源、図２０（ａ）、（ｂ）に示す有効光源についても同様である。

具体的には、図１７〜図２０の各図における（ａ）に示す有効光源分布を用いてピンホール２３ｂを通過した光束と開口２４ｃを通過した光束との可干渉性を高めて干渉パターンを検出する。また、図１７〜図２０の各図における（ｂ）に示す有効光源分布を用いてピンホール２３ａを通過した光束と開口２４ｃを通過した光束との可干渉性を高めて干渉パターンを検出する。

なお、照明光学系１０が（ａ）、（ｂ）の２つの有効光源分布を形成しているが、例えば、図１７〜図２０の各図における（ａ）に示す１つの有効光源分布を形成して、被検光学系ＴＯＳを回転させてもよい。また、（ａ）、（ｂ）のいずれか１つの有効光源分布を回転させてもよい。

また、実施例１と同様に、照明光学系１０が形成する有効光源分布ではなく、図２１に示すような光分割部である回折格子を照明光学系１０とマスク２０Ａとの間に配置して可干渉性を制御してもよい。回折格子は、マスク２０Ａにおけるピンホールからの光束と、そのピンホールのＸ方向及びＹ方向に隣接する開口からの光束のみが干渉性を有するように配置された透過部を有する。ここで、図２１は、光分割部の一例としての回折格子の概略平面図である。

また、光分割部として、図２２（ａ）、（ｂ）に示す２つの回折格子を光路内に切替えて配置することによって被検光学系の波面収差の測定精度を向上させても良い。ここで、図２１は、光分割部の一例としての回折格子の概略平面図である。

実施例１と比較して、検出器６０で検出される干渉縞は、縞のピッチが形成される方向が直交しているため、容易に解析することができ、より精度が高い。

以上のように、本実施例の測定装置によれば、簡易な構成でありながら、被検光学系の光学特性を高精度に測定することができる。また、露光光源などの空間コヒーレンスの低い光源を用いた場合でも当該光学特性をより高精度に測定することができる。

図２３は、本発明の第３の実施例における測定装置の構成を示す概略図である。本実施例における測定装置１Ａは、凹面球面ミラーＲＯＳの被検面の形状を測定する。測定装置１Ａは少なくとも照明光学系１０、ハーフミラー４０、結像レンズ５０、検出器６０を有する。

照明光学系１０はマスク２０Ｂをケーラー照明し、マスク２０Ｂは照明光学系１０の被照明面であって、かつ、球面ミラーＲＯＳの焦点面に配置される。

マスク２０Ｂは、実施例１又は２のようにマスク２０又は２０Ａと同じ構成を用いることができ、対称の中心Ｐ（Ｑ）点は球面ミラーＲＯＳの焦点と一致して配置される。

照明光学系１０は、実施例１又は２のようにマスク２０Ｂの隣接するピンホール及び開口からの光束のみが可干渉性を有するように、図４、図７〜１０、図１５、図１７〜２０のような有効光源分布を形成する。また、上述のように有効光源分布を形成する代わりに回折格子を用いてもよい。

本実施例では、照明光学系１０がマスク２０Ｂを照明すると、開口を透過した光（図２３中の太実線）は球面ミラーＲＯＳで反射され、反射光（図２３の点線）がピンホールを透過する。この光は理想球面波（参照光）となる。

さらに、ピンホールを透過した光が球面ミラーＲＯＳで反射され、開口を透過する。この光は球面ミラーＲＯＳの面形状の情報を持った波面（被検光）となる。これらの２つの光はハーフミラー４０で反射され、結像レンズ５０を通り、検出器６０上で干渉縞を形成する。この干渉縞を電子モアレ法もしくはフーリエ変換法等を用いて解析することで球面ミラーＲＯＳの面形状を測定することができる。そして、計測された面形状を用いて、球面ミラーＲＯＳを加工することができる。

以上のように、本実施例の測定装置によれば、簡易な構成でありながら、被検物の面形状を高精度に測定することができる。また、露光光源などの空間コヒーレンスの低い光源を用いた場合でも当該光学特性をより高精度に測定することができる。

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。

本発明の第１の実施例における測定装置の概略図である。 マスク２０の平面図である。 マスク２０の構成を説明するための図である。 有効光源分布を示す図である。 マスク２０上の可干渉性を表す図である。 マスク２０を用いた場合に撮像される干渉縞を表す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 光分割手段の一例としての回折格子を表す図である。 光分割手段の一例としての回折格子を表す図である。 マスク２０Ａの平面図である。 マスク２０Ａの構成を説明するための図である。 有効光源分布を示す図である。 マスク２０Ａを用いた場合に撮像される干渉縞を表す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 有効光源分布を示す図である。 光分割手段の一例としての回折格子を表す図である。 光分割手段の一例としての回折格子を表す図である。 本発明の第３の実施例における測定装置の概略図である。

符号の説明

１０ 照明光学系
１２ 光源
２０ マスク
２０Ａ マスク
２０Ｂ マスク
２１ａ〜ｄ ピンホール
２２ａ〜ｄ 開口
２３ａ〜ｃ ピンホール
２４ａ〜ｃ 開口
３０ ミラー
４０ ハーフミラー
５０ 結像レンズ
６０ 検出器
ＴＯＳ 被検光学系
ＲＯＳ 球面ミラー

Claims (6)

1. 被検光学系の波面収差を測定する測定装置において、
   光源からの光を用いて、被照明面に配置されたマスクを照明する照明光学系と、
   前記マスク及び前記被検光学系を透過した光を反射して、前記被検光学系に入射させる反射光学素子と、
   前記マスクを透過した光による干渉縞を検出する検出器とを有し、
   前記マスクは、１つのピンホールと前記ピンホールよりも大きな径の１つの開口とが点対称に配置された組を少なくとも３つ有し、各組の対称の中心が共通であり、
   １組のピンホール及び開口について、前記ピンホール及び前記被検光学系を透過した後、前記反射光学素子で反射されて前記被検光学系及び前記開口を透過した光を被検光とし、前記開口及び前記被検光学系を透過した後、前記反射光学素子で反射されて前記被検光学系及び前記ピンホールを透過した光を参照光として、
   前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記被検光と、他の少なくとも１組において形成された前記参照光とを干渉させるか、
   前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも１組において形成された前記被検光と、他の少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記参照光とを干渉させることを特徴とする測定装置。
2. 前記ピンホール及び前記開口は、正六角形の頂点に交互に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記マスクにおいて、第１の方向にピンホール及び開口の対が複数、前記第１の方向とは垂直な第２の方向にピンホール及び開口の対が複数、配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 光源からの光を用いてレチクルを照明し、投影光学系を介してレチクルのパターンの像を基板に投影する露光装置において、
   前記被検光学系としての前記投影光学系の波面収差を測定する請求項１乃至３の何れか１項に記載の測定装置と、
   前記測定装置による測定結果を用いて、前記投影光学系の波面収差を調整する調整部とを有することを特徴とする露光装置。
5. 請求項４に記載の露光装置を用いて、前記投影光学系の波面収差を調整する調整ステップと、
   前記調整ステップを実行した後、請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   該露光された基板を現像するステップと、
   該現像された基板からデバイスを形成するステップとを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
6. 被検面の形状を測定する測定装置において、
   光源からの光を用いて、被照明面に配置されたマスクを照明する照明光学系と、
   前記マスクを透過した光による干渉縞を検出する検出器とを有し、
   前記マスクは、１つのピンホールと前記ピンホールよりも大きな径の１つの開口とが点対称に配置された組を少なくとも３つ有し、各組の対称の中心が共通であり、
   １組のピンホール及び開口について、前記ピンホールを透過した後、前記被検面で反射されて前記開口を透過した光を被検光とし、前記開口を透過した後、前記被検面で反射されて前記ピンホールを透過した光を参照光として、
   前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記被検光と、他の少なくとも１組において形成された前記参照光とを干渉させるか、
   前記少なくとも３つの組のうち、少なくとも１組において形成された前記被検光と、他の少なくとも２組においてそれぞれ形成された前記参照光とを干渉させることを特徴とする測定装置。

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