JP2013214637A - 波面計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【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を通過した光束を２次元の回折格子１０に入射させ、回折格子１０から発生する光束による干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面情報を求める波面計測方法であって、回折格子１０と計測用レチクル４とを、Ｘ方向及びＹ方向で位相に換算した間隔が１８０°異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させて、その相対移動量に対応させて干渉縞２２の強度分布を複数回計測し、この計測結果から投影光学系ＰＯを通過した光束のシアリング波面を求める。
【選択図】図２

Description

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情報を計測する波面計測技術、この波面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。

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。

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）。

特開２０１１−１０８６９６号公報

従来の位相シフト法で２次元の回折格子を用いたときには、回折格子から元の波面の復元に必要な回折光以外の種々の方向及び次数の回折光が射出され、これら多数の回折光が重なって干渉縞が形成される。このため、干渉縞に例えば高次干渉光ノイズが混入し、復元される波面の精度が低下する恐れがあった。

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、被検光学系の波面情報を高精度に計測することを目的とする。

本発明の第１及び第２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光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいてその被検光学系の波面情報を求める波面計測方法が提供される。そして、第１の態様の波面計測方法は、その回折格子とその計測用マスクとを、その第１方向及びその第２方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔が互いに異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させながら、その回折格子とその計測用マスクとの相対移動量に対応させてその干渉縞の強度分布を複数回計測することと、その干渉縞の強度分布の複数回の計測結果からその被検光学系を通過した光束のその第１方向へのシアリング波面及びその第２方向へのシアリング波面を求めることと、を含むものである。

また、第２の態様の波面計測方法は、その回折格子とその計測用マスクとを、その第１方向及びその第２方向の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲を含む領域内で、２次元的に相対移動させながら、その回折格子とその計測用マスクとの相対移動量に対応させてその干渉縞の強度分布を実質的に連続して計測することと、その干渉縞の強度分布の計測結果からその被検光学系を通過した光束のその第１方向へのシアリング波面及びその第２方向へのシアリング波面を求めることと、を含むものである。

また、第３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、第１の態様又は第２の態様の波面計測方法を用いる露光方法が提供される。
また、第４の態様及び第５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光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいてその被検光学系の波面情報を求める波面計測装置が提供される。そして、第４の態様の波面計測装置は、その干渉縞の強度分布を検出する検出器と、その回折格子とその計測用マスクとをその第１方向及びその第２方向に相対移動する移動装置と、その回折格子とその計測用マスクとを、その移動装置を介してその第１方向及びその第２方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔が互いに異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させながら、その検出器によってその回折格子とその計測用マスクとの相対移動量に対応させてその干渉縞の強度分布を複数回計測させる制御装置と、その干渉縞の強度分布の複数回の計測結果からその被検光学系を通過した光束のその第１方向へのシアリング波面及びその第２方向へのシアリング波面を求める演算装置と、を備えるものである。

また、第５の態様の波面計測装置は、その干渉縞の強度分布を検出する検出器と、その回折格子とその計測用マスクとをその第１方向及びその第２方向に相対移動する移動装置と、その移動装置を介して、その回折格子とその計測用マスクとを、その第１方向及びその第２方向の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲を含む領域内で、２次元的に相対移動させながら、その検出器によってその回折格子とその計測用マスクとの相対移動量に対応させてその干渉縞の強度分布を実質的に連続して計測させる制御装置と、その干渉縞の強度分布の計測結果からその被検光学系を通過した光束のその第１方向へのシアリング波面及びその第２方向へのシアリング波面を求める演算装置と、を備えるものである。

また、第６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、第４の態様又は第５の態様の波面計測装置を備える露光装置が提供される。
また、第７の態様によれば、第３の態様の露光方法又は第６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。

本発明の第１の態様又は第４の態様によれば、回折格子と計測用マスクとを、第１方向及び第２方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔が１８０°異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させ、このときに複数回計測される干渉縞の強度分布を用いて、第１方向及び第２方向のシアリング波面を求めている。従って、高次干渉光等の影響を軽減させて、被検光学系の波面情報を高精度に計測できる。

また、本発明の第２の態様又は第５の態様によれば、回折格子と計測用マスクとを、第１方向及び第２方向の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲を含む領域内で、２次元的に相対移動させ、このときに実質的に連続して計測される干渉縞の強度分布を用いて、第１方向及び第２方向のシアリング波面を求めている。従って、高次干渉光等の影響を軽減させて、被検光学系の波面情報を高精度に計測できる。

第１の実施形態に係る波面収差計測装置を備えた露光装置を示す図である。 （Ａ）は図１中の投影光学系ＰＯ及び計測本体部８を示す図、（Ｂ）は図２（Ａ）のピンホールアレー６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。 （Ａ）は図２（Ａ）の回折格子から発生する複数の回折光の一例を示す図、（Ｂ）は回折格子の移動方法の一例を示す図、（Ｃ）は回折格子の移動経路の第１の例を示す図、（Ｄ）は回折格子の移動経路の第２の例を示す図、（Ｅ）は位相が１８０°（π）異なる２つの計測点の組み合わせの例を示す図、（Ｆ）は影響が低減される次数の回折光のスペクトルを示す図である。 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。 （Ａ）は計測順序の第１の例を示す図、（Ｂ）は図５（Ａ）の位相シフト量を示す図、（Ｃ）は計測順序の第２の例を示す図、（Ｄ）は図５（Ｃ）の位相シフト量を示す図である。 （Ａ）は計測順序の第３の例を示す図、（Ｂ）は計測順序の第４の例を示す図、（Ｃ）は計測順序の第５の例を示す図である。 （Ａ）は位相がπ（１８０°）異なる２つの計測点の例を示す図、（Ｂ）は位相が２π異なる２つの計測点の例を示す図、（Ｃ）は位相が２方向に２π異なる２つの計測点の例を示す図である。 （Ａ）は第２の実施形態に係る波面計測方法における回折格子の移動経路の第１の例を示す図、（Ｂ）は回折格子の移動経路の第２の例を示す図である。 （Ａ）は第３の実施形態に係る波面計測方法における回折格子の移動経路の第１の例を示す図、（Ｂ）は回折格子の移動経路の第２の例を示す図である。 （Ａ）は計測本体部の第１変形例を示す図、（Ｂ）は計測本体部の第２変形例を示す図である。 （Ａ）は第４の実施形態に係る投影光学系ＰＯ及び計測本体部８Ａを示す図、（Ｂ）は図１１（Ａ）のピンホールアレー６Ａ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１１（Ａ）の回折格子の一部を示す拡大図、（Ｅ）は図１１（Ａ）中の干渉縞の一例を示す図である。 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。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。
図１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θstx 、θsty 、及びθstz 方向として説明を行う。

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の波面収差情報を計測する波面計測装置８０を備えている。

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（固定レチクルブラインド及び可動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。

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。

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θstz 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。

図１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。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上の露光領域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。

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。

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。

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。

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。

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θstz 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。

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θstx 方向、θsty 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。
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の波面収差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の波面収差計測時には、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。波面計測装置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を処理して投影光学系ＰＯの波面収差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は求めた波面収差情報を主制御系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。

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。

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を同期して駆動することによって、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。

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、まず波面計測装置８０を用いて投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測する必要がある。
以下、本実施形態の露光装置ＥＸが備える波面計測装置８０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。投影光学系ＰＯの波面収差計測時には、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。

図２（Ａ）は、投影光学系ＰＯの波面収差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の主制御系１６により制御され、撮像素子１４の検出信号は演算装置１２に供給される。なお、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に対して移動するようにしてもよい。

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。

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。

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の波面収差を計測することができる。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。

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。
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で形成された複数の幅がほぼＰｓ／（２β）の正方形の開口パターン６ａよりなるパターンを使用することも可能である。この場合にも、開口パターン６ａを矩形としてそのＸ方向、Ｙ方向の周期が異なっていてもよい。

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。

図２（Ｄ）に示すように、回折格子１０の遮光膜１０ｂ中に照明光ＥＬを通す多数の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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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の強度分布の情報を図１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）ΔＷ_x（又はφ_x）、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）ΔＷ_y（又はφ_y）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ΔＷ_x，ΔＷ_y（φ_x，φ_y）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を主制御系１６に供給する。

なお、図１０（Ａ）の計測本体部の第１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。
また、本実施形態のように照明光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）のような紫外光が使用される場合には、図１０（Ｂ）の第２変形例で示すように、回折格子１０を投影光学系ＰＯの像面１８に配置することも可能である。この場合には、上記のタルボ条件は満たす必要がない。

また、図２（Ａ）の回折格子１０から発生する複数の回折光のスペクトルは図３（Ａ）に示すようになる。図３（Ａ）において、回折格子１０から発生する０次光Ｌ０、Ｘ方向の±１次回折光ＬＸ１，ＬＸ(-1)、±２次回折光ＬＸ２，ＬＸ(-2)等、Ｙ方向の±１次回折光ＬＹ１，ＬＹ(-1)、±２次回折光ＬＹ２，ＬＹ(-2)等、及びＸ方向、Ｙ方向の両方に±１次の回折光Ｌ(1,1)，Ｌ(-1,1)，Ｌ(1,-1)，Ｌ(-1,-1)が表示されている。これらの回折光のうちで、シア波面ΔＷ_x，ΔＷ_yを求めるために有効な回折光は、０次光Ｌ０、±１次回折光ＬＸ(1)，ＬＸ(-1)、及び±１次回折光ＬＹ(1)，ＬＹ(-1)のみであるため、本実施形態では、以下のようにして不要な回折光同士の干渉縞（高次干渉光ノイズ）を除去して、実質的に必要な回折光の干渉縞のみを抽出する。

本実施形態では位相シフト法で干渉縞２２を解析するため、一例として計測用レチクル４（ピンホールアレー６）を静止させた状態で、駆動素子９によって回折格子１０をＸ方向及び／又はＹ方向に移動し、回折格子１０の移動量（ピンホールアレー６に対する相対移動量）が所定量になるときに撮像素子１４で干渉縞２２の光量分布（強度分布）を計測するという動作をＫ回（ここでは、Ｋは２以上の整数）繰り返す。そして、ｋ回目（ｋ＝１〜Ｋ）の計測時の回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向への移動量を、図３（Ｂ）に示すようにΔＸk，ΔＹkとして、撮像素子１４の各画素で計測される干渉縞２２の光量（干渉縞強度）をＩ_kとする。各画素に関して、全部でＫ回計測される干渉縞強度Ｉ_kに後述の演算を施すことによって個々の画素の位置における投影光学系ＰＯのシア波面φ_x，φ_yを求める。また、そのＸ方向及びＹ方向の移動量を、回折格子１０の周期Ｐｇを２π（ｒａｄ）又は３６０°とした位相シフト量δ_x，δ_yに換算すると次のようになる。なお、以下では単位のない位相は（ｒａｄ）である。
δ_x＝２π×ΔＸｋ／Ｐｇ …（Ａ７），δ_y＝２π×ΔＹｋ／Ｐｇ …（Ａ８）

本実施形態では、ｋ回目の計測時の回折格子１０のＸ方向及びＹ方向の位相シフト量（δ_x，δ_y）は、図３（Ｃ）の原点（０，０）を通過して位相シフト量（δ_x，δ_y）の変化量が同じ第１の経路３１Ａ（ここでは、Ｘ方向に反時計回りに４５°で交差する方向３２Ｂに平行な経路）、第１の経路３１Ａを＋Ｘ方向に位相π（１８０°）だけ平行にずらした第２の経路３１Ｂ（方向３２Ｃに平行な経路）、及び第１の経路３１Ａを＋Ｙ方向に位相π（１８０°）だけ平行にずらした第３の経路３１Ｃ（方向３２Ａに平行な経路）のいずれかの位置の計測点ＭＰにある。一例として、位相シフト量（δ_x，δ_y）は原点（０，０）を中心として±πの範囲内で変化するものとしている。なお、位相シフト量（δ_x，δ_y）は原点以外の任意の位置を中心として±πの範囲内で変化するものとしてもよい。経路３１Ａ〜３１Ｃは、例えば回折格子１０の中心点の移動経路とみなすことも可能である。さらに、本実施形態では、３つの経路３１Ａ〜３１Ｃにおいて隣接する２つの計測点ＭＰのＸ方向、Ｙ方向の位相シフト量の差は、それぞれ４以上の整数ｎを用いて（２π／ｎ，２π／ｎ）である。

なお、回折格子１０のＸ方向又はＹ方向の位相シフト量が２π異なる計測点では、計測誤差がないときには干渉縞の光量分布は同じである。このため、図３（Ｃ）の３つの経路３１Ａ〜３１Ｃの代わりに、図３（Ｄ）に示すように、第１の経路３１Ａ及び第１の経路３１Ａを＋Ｘ方向（又は＋Ｙ方向でもよい）に位相π（１８０°）だけ平行にずらした第２の経路３１Ｄに沿って位相シフト量（δ_x，δ_y）を変化させてもよい。

そのような経路３１Ａ〜３１Ｃ（又は３１Ａ，３１Ｄ）を用いることによって、所定の高次干渉光ノイズを除去できることについて説明する。ここで、ｋ回目の位相シフト量が（δ_x，δ_y）である計測時に得られる高次干渉光ノイズを含む干渉縞強度をＩとして、この干渉縞強度Ｉ及びその計測時に対してＹ方向の位相シフト量を±πだけ変化させた計測時に得られる干渉縞強度Ｉ_±πを次のように表す。

ここで、ｎ_x,ｎ_y,ｍ_x,ｍ_yは回折光の次数を表す整数、φ_{ｍx,ｍy;ｎx,ｎy}は、Ｘ方向ｍ_x次でＹ方向ｍ_y次の回折光と、Ｘ方向ｎ_x次でＹ方向ｎ_y次の回折光との位相差、Ａ_{ｍx,ｍy;ｎx,ｎy}は、Ｘ方向ｍ_x次でＹ方向ｍ_y次の回折光と、Ｘ方向ｎ_x次でＹ方向ｎ_y次の回折光との干渉縞の強度の振幅であり、Ａ_O,Oはバイアスである。

Ｙ方向の回折光の次数差（Ｙ方向次数差）（ｍ_y−ｎ_y）が奇数の場合、式（２）は次の式（３）になり、その次数差（ｍ_y−ｎ_y）が偶数の場合、式（２）は次の式（４）になる。

これらの式のうち式（３）はバイアス以外の項が式（１）と符号が逆になっており、式（４）は式（１）と等しい。これは、Ｙ方向の位相シフト量がδ_y及びδ_y±πの計測時に得られる干渉縞強度の和を取れば、Ｙ方向次数差が奇数である高次干渉光は除去できることを意味する。これをＸ方向のシア波面（Ｘシア波面）を求めるための演算において適用すれば、Ｙ方向次数差が奇数の高次干渉光ノイズを全て除去できることになる。Ｙ方向のシア波面（Ｙシア波面）についても、同様にＸ方向の位相シフト量がδ_x及びδ_x±πの干渉縞強度の和を取れば、Ｘ方向の回折光の次数差（Ｘ方向次数差）が奇数である高次干渉光ノイズを全て除去できる。

以上より、各計測時の位相シフト量（計測点）を決める際、図３（Ｅ）に示すように、Ｘ方向の位相シフト量がδ_x及びδ_x±πの計測点ＭＰａ，ＭＰｂ及びＭＰｃ，ＭＰｄという計測点の対３３ＹＡ，３３ＹＢを作り、Ｙ方向の位相シフト量がδ_y及びδ_y±πの計測点ＭＰａ，ＭＰｃ及びＭＰｂ，ＭＰｄという計測点の対３３ＸＡ，３３ＸＢを作るようにアルゴリズムを決定し、計測点の対３３ＹＡ，３３ＹＢで得られる干渉縞強度の和を取り、計測点の対３３ＸＡ，３３ＸＢで得られる干渉縞強度の和を取ることにより、各々シア方向に直交する方向の回折光次数差が奇数の高次干渉光ノイズが全て除去される。

これに関して、図３（Ｃ）の経路３１Ａ上の間隔が（２π／ｎ，２π／ｎ）の全部の計測点ＭＰは、それぞれ経路３１Ｂ又は３１Ｃ上にＹ方向又はＸ方向の位相シフト量の差がπとなる計測点ＭＰが存在する。逆に、経路３１Ｂ，３１Ｃ上の間隔が（２π／ｎ，２π／ｎ）の全部の計測点ＭＰも、それぞれ経路３１Ａ上にＹ方向又はＸ方向の位相シフト量の差がπとなる計測点ＭＰが存在する。従って、３つの経路３１Ａ〜３１Ｃに沿って間隔（２π／ｎ，２π／ｎ）の計測点ＭＰを設定し、Ｘ方向又はＹ方向の位相差がπの計測点で得られる干渉縞強度の和を取ることによって、シア方向に直交する方向の回折光次数差が奇数の高次干渉光ノイズが全て除去されるため、投影光学系ＰＯの波面収差を高精度に計測できる。
次に、Ｘシア波面についてシア方向に平行な干渉光のみ考える。ｍy＝ｎyの場合、式（１）は、次の式（５）になる。式（５）を展開すると式（６）になる。

残したい干渉光は０次と±１次の干渉光であり、それ以外の高次干渉光は調和高次光とみなすことができる。式（６）の干渉縞強度を下記のｉ番目の計測時に得られる干渉縞強度Ｉ_i（ｘ，ｙ，α_i）で置き直し、１次元で考える。なお、この式に関しては、参考文献「Phase shifting for nonsinusoidal waveforms with phase-shift errors： Hibino et al., J. Opt. Soc. Am. A，Vol. 12, No. 4/April (1995)」がある。

ここで、ｓ₀(x, y)はバイアス、s_ｌ(x, y) cos[α_i -φ_l(x, y)]は残したい成分、それ以降の項は除去したい高次調和光成分である。φ_l(x, y)は計測したいシア波面の位相であり、α_iは位相シフト間隔で、式（８）で表される。Ｋは計測回数（干渉縞強度の計測枚数）である。このとき、Ｘシア波面又はＹシア波面の位相φは、Ｋ回の干渉縞強度Ｉ_iを用いて次のように計算できる。なお、係数（サンプリング振幅）ａ_i及びｂ_iは式（１０）を満たす必要がある。

式（７）を式（９）に代入して回折光次数のｍ次毎に式（１０）の条件を纏めると以下の式（１１）になる。
なお、δ_k,lはクロネッカのデルタで、ｋ＝ｌのとき１、それ以外は０になる。回折光次数のｊ次まで式（１１）を成立させたい場合、ｍ＝ｎ−ｐとおくと、式（１２）が得られる。なお、ｎは、図３（Ｃ）又は図３（Ｄ）に示すように、位相が±π（範囲で２π）の間におけるＸ方向及びＹ方向の計測点（サンプリング点）の分割数である。

式（１２） を使って調和高次光を除去する条件を考えると、図３（Ｆ）の回折光の次数ｐ毎のパワースペクトルＰＳで示すように、ｐ次回折光を除去するときには（ｎ−ｐ）次回折光も除去される。しかしながら、１次回折光はシア波面を求めるために必要であるため、（ｎ−１）次回折光も除去できないことになる。
すなわち、j 次まで除去したいなら、位相が２πの間での計測点の分割数ｎ（計測点間の位相シフト差が２π／ｎ）は、次の条件を満たす必要がある。

ｊ≦ｎ−２， すなわち ｎ≧ｊ＋２ …（Ａ９）
言い換えると、シア波面を位相シフト法で求めるための計測点ＭＰの配置（位相シフトアルゴリズム）を作成する際、除去したい最大の高次回折光成分の次数をｊとすれば、位相が２πの間での計測点の分割数ｎを（ｊ＋２）として、位相シフト間隔を２π／（ｊ＋２）とすればよい。これはＸシア波面、Ｙシア波面のそれぞれに適用できる。例えば２次の高次光まで除去したい場合、ｎは４になるため、位相シフト間隔はπ／２（＝２π／４）とすればよい。

また、図３（Ｃ）の経路３１Ａ〜３１Ｃ（経路３１Ａ，３１Ｄも同様）は、Ｘ方向（Ｙ方向）に４５°で交差しているため、経路３１Ａ上にある計測点ＭＰは、Ｙ方向及びＸ方向に位相がπ離れた計測点ＭＰが存在する。従って、経路３１Ａ〜３１Ｃに沿った計測点ＭＰを用いることによって、全体として少ない数の計測点ＭＰを用いて除去可能な高次回折光成分の次数ｊを大きくできる。

また、シア方向に直交する方向の次数差が奇数である高次光を除去するには、位相２πの分割数ｎは偶数である必要がある。このとき、経路３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに沿った計測点ＭＰの数はそれぞれ（ｎ＋１）、（ｎ／２＋１）、（ｎ／２＋１）であるため、計測点ＭＰの個数（干渉縞２２の計測回数）Ｋは、次のように（２ｎ＋３）となる。
Ｋ＝（ｎ＋１）＋（ｎ／２＋１）＋（ｎ／２＋１）＝２ｎ＋３ …（１３）

ただし、経路３１Ａの両端の計測点ＭＰは実質的に等価（形成される干渉縞の光量分布が同じ）であり、経路３１Ｃの両端の計測点ＭＰは経路３１Ｂの両端の計測点ＭＰと実質的に等価であるため、実際の計測回数Ｋは、少なくとも２ｎであればよい。
また、経路３１Ａ〜３１Ｃに沿ったｋ番目の計測点ＭＰに関して撮像素子１４の各画素で計測される干渉縞強度をＩ_kとして、同じ強度を示す１周期（２π）ずれて計測された２つの干渉縞が３組あることを考慮して導入した重みｗ_kを用いると、演算装置１２は、Ｘシア波面φ_x及びＹシア波面φ_xを次のように計算できる。

ここで、ｉ_k,ｊ_kは整数で、（ｉ_k２π／ｎ，ｊ_k２π／ｎ）はｋ番目の計測時のＸ方向、Ｙ方向の位相シフト量（δ_x，δ_y）である。また、重みｗ_kは上記の３組で計６つの干渉縞に関しては１／２で、それ以外は1 となる。
また、計測される干渉縞のＸ方向、Ｙ方向のコントラストＣ_x，Ｃ_yは次のように計算できる。これらのコントラストからＸシア波面及びＹシア波面の質を評価できる。

具体的に、図５（Ａ）に示すように、ｎ（分割数）＝４（ｊ＝２）の場合、計測点の数（計測回数）Ｋは１１であり、ｋ回目（ｋ＝１〜１１）の計測時の回折格子１０の位相シフト量（δ_x，δ_y）及び重みｗ_kは図５（Ｂ）のようになる。また、計測順序は、経路３１Ｃの計測点ＭＰ１から順次計測点ＭＰ２〜ＭＰ１１となる。

この場合、Ｘシア波面については、Ｙ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｙ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｘ方向の次数差が２次の干渉光が除去できる。Ｙシア波面については、Ｘ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｘ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｙ方向の次数差が２次の干渉光が除去できる。
また、式（１４Ａ）、（１４Ｂ）のシア波面φ_x，φ_yは以下のＮｘからＤｙを用いて式（１９）になる。なお、以下の式（１７Ａ）〜（１７Ｄ）をまとめて式（１７）とも呼ぶ。コントラストＣ_x，Ｃ_yは、式（１７）、（１８）を用いて式（２０）になる。
Ｎｘ＝Ｉ₂＋Ｉ₅−Ｉ₇−Ｉ₁₀ …（１７Ａ）
Ｄｘ＝（１／２）（Ｉ₁−Ｉ₃−Ｉ₄＋２Ｉ₆−Ｉ₈−Ｉ₉＋Ｉ₁₁） …（１７Ｂ）
Ｎｙ＝−Ｉ₂＋Ｉ₅−Ｉ₇＋Ｉ₁₀ …（１７Ｃ）
Ｄｙ＝（１／２）（−Ｉ₁＋Ｉ₃−Ｉ₄＋２Ｉ₆−Ｉ₈＋Ｉ₉−Ｉ₁₁） …（１７Ｄ）
Ｂ＝｛Ｉ₂＋Ｉ₅−Ｉ₇−Ｉ₁₀＋（１／２）（Ｉ₁−Ｉ₃−Ｉ₄＋２Ｉ₆−Ｉ₈−Ｉ₉＋Ｉ₁₁）｝／２ …（１８）
φ_x＝ｔａｎ^-1（Ｎｘ／Ｄｘ），φ_y＝ｔａｎ^-1（Ｎｙ／Ｄｙ） …（１９）
Ｃ_x＝（Ｎｘ²＋Ｄｘ²）^1/2／Ｂ，Ｃ_y＝（Ｎｙ²＋Ｄｙ²）^1/2／Ｂ …（２０）

また、図５（Ｃ）に示すように、ｎ（分割数）＝６（ｊ＝４）の場合、計測点の数Ｋは１５であり、ｋ回目（ｋ＝１〜１５）の計測時の回折格子１０の位相シフト量（δ_x，δ_y）及び重みｗ_kは図５（Ｄ）のようになる。また、計測順序は、経路３１Ｃの計測点ＭＰ１から順次計測点ＭＰ２〜ＭＰ１５となる。
この場合、Ｘシア波面については、Ｙ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｙ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｘ方向の次数差が４次の干渉光が除去できる。Ｙシア波面については、Ｘ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｘ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｙ方向の次数差が４次の干渉光が除去できる。シア波面φ_x，φ_y及びコントラストＣ_x，Ｃ_yは式（１４Ａ）〜（１６Ｂ）で計算できる。

また、ｎ（分割数）＝８（ｊ＝６）の場合、計測点の数Ｋは１９であり、Ｘシア波面については、Ｙ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｙ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｘ方向の次数差が６次の干渉光が除去できる。Ｙシア波面については、Ｘ方向の次数差が奇数である高次干渉光と、Ｘ方向の次数が等しい干渉光のうち、Ｙ方向の次数差が６次の干渉光が除去できる。シア波面φ_x，φ_y及びコントラストＣ_x，Ｃ_yは式（１４Ａ）〜（１６Ｂ）で計算できる。以下、どのようなｎ（分割数）に関しても同様に計測点ＭＰの配置を設定でき、シア波面及びコントラストを計算できる。

以下、本実施形態の露光装置ＥＸにおいて、波面計測装置８０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４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。
先ず、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、計測用レチクル４のピンホールアレー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。

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ｋの値を１にセットし（初期化し）、駆動素子９を用いて回折格子１０の位相シフト量を１回目の計測点（図５（Ａ）の場合には計測点ＭＰ１）の値に設定する。次のステップ１０８において、照明装置ＩＬＳからピンホールアレー６に照明光ＥＬを照射し、回折格子１０から発生する０次光を含む複数の回折光によるｋ回目（ここでは１回目）のシアリング干渉の干渉縞２２の強度分布Ｉ_kを撮像素子１４で検出する。検出結果は演算装置１２内の記憶装置に記憶される（ステップ１１０）。

次のステップ１１２において、主制御系１６は、パラメータｋが予め定められた計測回数を示すＫに達したか否かを判断する。この段階では、パラメータｋはＫより小さいため、動作はステップ１１４に移行して、主制御系１６はパラメータｋの値に１を加算する。
次のステップ１１６において、主制御系１６は、駆動素子９を介して計測本体部８の回折格子１０をＸ方向にΔＸｋ及びＹ方向にΔＹｋだけ移動して、位相シフト量をｋ回目の計測点ＭＰでの値に合わせる。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ｋ番目のシアリング干渉の干渉縞２２の強度分布Ｉ_k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、Ｋ回、例えば図５（Ａ）の場合には計測点ＭＰ１〜ＭＰ１１に関して繰り返される。

その後、ステップ１１２において、パラメータｋがＫ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は、内部の記憶装置からＫ個の干渉縞の強度分布Ｉ_k（ｋ＝１〜Ｋ）の情報を読み出し、上記の計測毎の回折格子１０の移動量ΔＸｋ，ΔＹｋの組み合わせ（移動経路）に応じて予め求められているｋ番目の位相シフト量及び重みｗ_kと強度分布Ｉ_kとを用いて、式（１４Ａ）、（１４Ｂ）よりＸ方向のシア波面φ_x及びＹ方向のシア波面φ_yを計算する。このシア波面は、撮像素子１４の各画素の検出信号（光強度）毎に計算される位相分布である。

次のステップ１２０において、演算装置１２は、Ｘ方向及びＹ方向のシア波面より投影光学系ＰＯを通過する照明光の波面を求め、さらにこの波面から波面収差を求める。ここで求められた波面収差の情報は主制御系１６に供給される。
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。
この際に、波面計測装置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。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の波面計測装置８０は、計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯを通過した光束をＸ方向及びＹ方向に周期性を持つ２次元の回折格子１０に入射させ、回折格子１０から発生する複数の光束による干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面情報を求める。そして、波面計測装置８０は、干渉縞２２の強度分布を検出する撮像素子１４と、回折格子１０と計測用レチクル４とをＸ方向及びＹ方向に相対移動する駆動素子９（移動装置）と、回折格子１０と計測用レチクル４とを、駆動素子９を介してＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔がπ（１８０°）異なる少なくとも２つの平行な経路３１Ａ〜３１Ｃ（又は３１Ａ，３１Ｄ）に沿って相対移動させながら、駆動素子９によって回折格子１０と計測用レチクル４との相対移動量に対応させて干渉縞２２の強度分布を複数回計測させる主制御系１６と、干渉縞２２の強度分布の複数回の計測結果から投影光学系ＰＯを通過した光束のＸ方向及びＹ方向のシア波面（シアリング波面）φ_x及びφ_yを求める演算装置１２と、を備えている。

また、波面計測装置８０による投影光学系ＰＯの波面計測方法は、回折格子１０と計測用レチクル４とを、Ｘ方向及びＹ方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔がπ（１８０°）異なる少なくとも２つの平行な経路３１Ａ〜３１Ｃ（又は３１Ａ，３１Ｄ）に沿って相対移動させながら、回折格子１０と計測用レチクル４との相対移動量に対応させて干渉縞２２の強度分布を複数回計測するステップ１０８，１１６と、干渉縞２２の強度分布の複数回の計測結果から投影光学系ＰＯを通過した光束のＸ方向及びＹ方向のシア波面を求めるステップ１１８と、を有する。

本実施形態によれば、２次元の回折格子１０を計測用レチクル４に対してＸ方向及びＹ方向で位相に換算した間隔がπ異なる３つの平行な経路３１Ａ〜３１Ｃ、又は２つの平行な経路３１Ａ，３１Ｄに沿って２次元的に移動する間に複数回、干渉縞２２の強度分布を計測し、この計測結果からＸ方向及びＹ方向へのシア波面を求めている。従って、高次干渉光等の影響を軽減させて、投影光学系ＰＯの波面情報を効率的に、かつ高精度に計測できる。

また、本実施形態では、２次元の回折格子１０を経路３１Ａ〜３１Ｃ（３１Ａ，３１Ｄ）に沿って１回移動して得られる複数の干渉縞強度を用いて、位相シフト解析を行うことによって、波面計測を行うことができる。これにより、回折格子１０等に付着する異物等による輝度むらに影響されない計測が可能となる。また、１種類の回折格子１０を１回移動するのみでよいため、非点収差の誤差が実質的に発生しない状態で波面計測が可能となる。

また、本実施形態では、干渉縞２２の強度分布の計測回数がＫ回の場合に、式（１４Ａ）、（１４Ｂ）からＸ方向、Ｙ方向のシア波面φ_x，φ_yを求めている。従って、計算が容易である。
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。また、本実施形態の露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＯの波面収差を計測するために波面計測装置８０を備えている。

従って、露光装置の投影光学系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。
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。

なお、本実施形態では、計測用レチクル４を静止させて回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に移動しているが、回折格子１０を静止させて、計測用レチクル４をＸ方向、Ｙ方向に移動させながら、干渉縞２２の強度分布を計測し、この計測結果からＸ方向、Ｙ方向のシア波面を求めても良い。
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、本発明は、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、本発明は、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。

次に、上記の実施形態の変形例につき説明する。
上記実施形態では、駆動素子９を用いて回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に移動する際に、Ｚ方向の振動外乱の影響を受ける恐れがある。そこで、Ｚ方向の振動外乱の影響を低減させる方法につき説明する。
まず、分割数がｎの場合のｋ回目の干渉縞の計測時における回折格子１０の位相シフト量（δ_x，δ_y）は（ｉ_k２π／ｎ，ｊ_k２π／ｎ）であるため、このときに得られる干渉縞強度Ｉ_kを以下のように表す。

また、干渉縞強度の計測開始からＫ回目の計測終了までの間に、周期νでＺ方向に振動する外乱が存在するとし、この振動外乱の振幅をεとする。このとき、干渉縞強度の計測回数Ｋを奇数であるとすると、実際の位相シフト量には次の誤差が発生する。
誤差＝ε×sin [{(ｋ−(Ｋ＋１)／２)／(Ｋ−１)}２πν]
このときの干渉縞強度Ｉ_k’を以下の式（３８）で表す。また、振動外乱の振幅εが十分小さいものとして（ε≪１）、式（３８）をテーラー展開すると式（３９）が得られる。

また、図５（Ａ）の例（分割数ｎ＝４）において、式（３９）を用いると、ｋ回目の計測点ＭＰで計測される振動外乱の影響を受けた干渉縞強度Ｉ_k’（ｋ＝１〜１１）は以下のようになる。

式（４３）のＩ_k’を、式（１７Ａ）〜（１７Ｄ）のＩ_kに代入すると以下の式（４４）が得られる。なお、Ｏ（ε²）の項は、ほぼ振動外乱の振幅εの２乗で表される項である。式（４４）を式（１９）に代入することにより、振動外乱による位相誤差を含むシア波面φ_x及びφ_yは式（４５）となる。

すなわち、図５（Ａ）の例のようにｎ＝４の場合に、計測点ＭＰ１〜ＭＰ１１の順に計測順序を設定することによって、振動外乱の影響を振幅εの２乗のオーダーまで低減できることが分かる。
なお、分割数ｎ＝４の例では、１１個の計測点の計測順序を、図６（Ａ）のＭＰ１〜ＭＰ１１の順序に設定しても、振動外乱の影響をεの２乗のオーダーまで低減することができる。ただし、図６（Ａ）の例でも、各計測点ＭＰ１〜ＭＰ１１は、Ｘ軸に対して４５°で交差するＹ方向の位相が互いにπだけ異なる３つの平行な経路のいずれかの上にある点は同じである。

また、分割数ｎ＝６の例では、１５個の計測点の計測順序を、図６（Ｃ）のＭＰ１〜ＭＰ１５の順序に設定しても、振動外乱の影響をεの２乗のオーダーまで低減することができる。ただし、図６（Ｃ）の例でも、各計測点ＭＰ１〜ＭＰ１５は、Ｘ軸に対して４５°で交差するＹ方向の位相が互いにπだけ異なる３つの平行な経路のいずれかの上にある点は同じである。
同様に、分割数ｎが６以上の場合にも、振動外乱の影響をεの２乗のオーダーまで低減できる計測順序がある。

次に、分割数ｎ＝４の場合（Ｘ方向、Ｙ方向の位相シフト量の差がπ／２）では、干渉縞２２の光量分布を計測するときの回折格子１０の位置（計測点）を、図６（Ｂ）の変形例で示す計測点ＭＰ１〜ＭＰ９よりなる９点に設定してもよい。この変形例では、ｋ回目（ｋ＝１〜９）の回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の位相シフト量（δ^k _x，δ^k _y）は次のようになり、干渉縞は９回計測される。ただし、図６（Ｃ）の変形例でも、各計測点ＭＰ１〜ＭＰ９は、Ｘ軸に対して４５°で交差するＹ方向の位相が互いにπだけ異なる３つの平行な経路のいずれかの上にある点は図５（Ａ）の例と同じである。

この計測順序で計測された干渉縞強度Ｉ_kは以下の通りである。

式（５２）を用いて、投影光学系ＰＯのＸ方向、Ｙ方向のシア波面φ_x，φ_yは次式から計算できる。

また、式（５２）の干渉縞強度Ｉ_kを用いて、Ｘシア波面及びＹシア波面のコントラストＣ_x，Ｃ_yを以下の式から計算でき、これらのコントラストからシア波面の質を評価できる。

次に、この変形例において、Ｚ方向の振動外乱の影響を低減させる方法につき説明する。ｋ回目の干渉縞の計測時における回折格子１０の位相シフト量（δ^k _x，δ^k _y）を用いて、このときに得られる干渉縞強度Ｉ_kを以下の式（５８）で表す。

ここで、Ｋ回の計測を行い、ｌ（エル）回目の計測時の位相シフト量（δ^l _x，δ^l _y）が（０，０）であるとする。そして、干渉縞の計測開始から計測終了までの間に、ｌ回目の計測時の回折格子１０のＺ位置に対して、周期νでＺ方向に振動する外乱が存在するとし、この振動外乱の振幅をεとする。このとき、ｋ回目の計測時の位相シフト量には次の誤差がのることになる。
誤差＝ε×sin [{(ｋ−ｌ)／(Ｋ−１)}２πν]
このときの干渉縞強度Ｉ_k’は以下の式（５９）で表すことができる。また、振動外乱の振幅εが十分小さいものとして（ε≪１）、式（５９）をテーラー展開すると式（６０）が得られる。

次に、振幅εのオーダー（１次のオーダー）の振動項を除去する条件を求める。振動はｌ番目を中心に対称になるので、（ｌ−ｍ）回目の計測と（ｌ＋ｍ）回目の計測とで打ち消せると予想できる（ｍは０以外の整数）。（ｌ−ｍ）回目と（ｌ＋ｍ）回目とで計測される干渉縞強度それぞれ下記の通りである。

振幅εのオーダーの振動項を相殺できる位相シフト量（δ^l-m _x，δ^l-m _y）と（δ^l+m _x，δ^l+m _y）との組み合わせを考える。（ｌ＋ｍ）回目は（ｌ−ｍ）回目からπの整数倍位相シフトしている場合、すなわち
δ^l+m _x＝δ^l-m _x＋ｐπ …（６１Ａ）， δ^l+m _y＝δ^l-m _y＋ｑπ …（６１Ｂ）
となるとき（ｐ，ｑは整数）、（ｌ＋ｍ）回目に計測される干渉光強度は下記の式（６２）の通りである。ここで、εの２次のオーダー以上の項は省略した。ｐ，ｑ共に奇数のとき、式（６２）は式（６３）となり、式（６１）より干渉光強度Ｉ_l-m’との差を取るとεの振動項を相殺できることが分かる。また、ｐ，ｑ共に偶数のとき、式（６２）は式（６４）となり、式（６１）より干渉光強度Ｉ_l-m’との和を取るとεの振動項を相殺できることが分かる。

ここで、ｐ，ｑ共に奇数のときを考える。正弦波は２π周期であるため、｜ｐ｜＝｜ｑ｜＝１としてよい。式（６１）及び（６３）より、以下の式（６５）のようにＩ_l-m’とＩ_l+m’との差で振動項を除去できる。
また、（ｌ−ｍ）回目と（ｌ＋ｍ）回目との計測で以下の式（６６）のように位相シフト量を設定し、その干渉光強度をそれぞれＩ_l-m’とＩ_l+m’とおくと、その差は以下の式（６７）となる。式（６５）と式（６７）とを使うと、以下の式（６８）のようにＸシア波面とＹシア波面とを分離できる。

すなわち、位相シフト量（δ_x，δ_y）が式（６２）と式（６６）とを満たすような４つの干渉縞があれば、振動項を除去してＸシア波面とＹシア波面とを分離できる計測順序（アルゴリズム）が作成できる。これは、例えば図７（Ａ）に示すように、計測点ＭＰＡを（ｌ−ｍ）回目に、計測点ＭＰＢを（ｌ＋ｍ）回目に、計測点ＭＰＣを（ｌ−ｎ）回目に、計測点ＭＰＤを（ｌ＋ｎ）回目に計測することを意味する。

次に、ｐ，ｑ共に偶数のときを考える。正弦波は２π周期であるため、｜ｐ｜＝｜ｑ｜＝２、｜ｐ｜＝２，ｑ＝０、あるいはｐ＝０，｜ｑ｜＝２であればよい。すなわち、（ｌ−ｍ）回目の計測時と（ｌ＋ｍ）回目の計測時とで位相シフト量の差は±２π又は０である。位相シフト量を−πとπとの間で定義すると、位相シフト量（δ^l-m _x，δ^l-m _y）はどちらの成分も±π又は０である。式（６１）及び（６４）より、以下の式（６９）のようにＩ_l-m’とＩ_l+m’との和で振動項を除去できる。また、ｌ回目の干渉縞強度の２倍は式（７０）となる。

式（６９）と式（７０）とを使って、バイアス成分ａを消去し、Ｘシア波面とＹシア波面とを分離する。例えば、（δ^l-m _x，δ^l-m _y）＝（±π，０）のとき、式（６９）は以下の式（７２）となるため、式（７０）との差でＹシア波面を取り出すことができる。これは、例えば図７（Ｂ）に示すように、Ｘ方向において、計測点ＭＰＡを（ｌ−ｍ）回目に、計測点ＭＰＢを（ｌ＋ｍ）回目に、計測点ＭＰＣ（位相シフト量が０）をｌ回目に計測することを意味する。同様に、Ｙ方向において、計測点ＭＰＤを（ｌ−ｍ）回目に、計測点ＭＰＥを（ｌ＋ｍ）回目に、計測点ＭＰＣ（位相シフト量が０）をｌ回目に計測することになる。

また、（δ^l-m _x，δ^l-m _y）＝±（±π，±π）のとき、式（６９）は上記の式（７３）となるため、式（７１）との差を取ればＹシア波面を取り出すことができ、式（７２）との差を取ればＸシア波面を取り出すことができる。これは、例えば図７（Ｃ）に示すように、計測点ＭＰＡを（ｌ−ｍ）回目に、計測点ＭＰＢを（ｌ＋ｍ）回目に、計測点ＭＰＣを（ｌ−ｎ）回目に、計測点ＭＰＤを（ｌ＋ｎ）回目に計測することを意味する。

このようにこの変形例では、振動外乱の振幅εのオーダー（１次のオーダー）の振動項を除去するためには、上記の干渉縞の組み合わせが必要である。すなわち、全ての干渉縞を無駄なく使うためには、計測回数Ｋは奇数で、かつ位相シフト量が（０，０）となるときの計測順序ｌは（Ｋ＋１）／２であることが好ましい。
また、振動外乱がｌ（エル）回目の計測時を基準に振動していると仮定した場合、ｌ回目の計測時刻と（ｌ−ｍ）回目の計測時刻との差Δｔ１と、（ｌ＋ｍ）回目の計測時刻とｌ回目の計測時刻との差Δｔ２とは等しいことが好ましい。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態につき図８（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態の露光装置ＥＸ及び波面計測装置８０の構成は第１の実施形態（図１）と同じであるが、投影光学系ＰＯのシア波面を計測する動作が異なっている。
図８（Ａ）は、本実施形態において、投影光学系ＰＯのシア波面を求めるために、計測用レチクル４に対して回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に移動するときの回折格子１０の移動経路３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃを示す。経路３１Ａ〜３１Ｃは、第１の実施形態の図３（Ｃ）の経路３１Ａ〜３１Ｃと同じである。なお、本実施形態では、回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の周期をＰとして、回折格子１０の移動方向であるＸ方向及びＹ方向をそれぞれξ方向及びη方向とする。

図８（Ａ）において、ξ方向（Ｘ方向）に４５°で交差する経路３１Ａに対して経路３１Ｂ，３１Ｃはξ方向（又はη方向（Ｙ方向））に位相が±πだけシフトしている。この場合、回折格子１０のξ方向、η方向の位相シフト量δ_x，δ_yはそれぞれ以下のようになる。
δ_x＝２πξ／Ｐ， δ_y＝２πη／Ｐ

また、経路３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに沿った方向の回折格子１０の変位を位相に換算して表す変数をｓ１，ｓ３，ｓ２、回折格子１０の位相シフト量が経路３１Ａ〜３１Ｃ上にあるときに演算装置１２の各画素で計測される干渉縞の光量分布（干渉縞強度）をＩ（ｓｉ）（ｉ＝１〜３）として、本実施形態の演算装置１２は、投影光学系ＰＯのＸシア波面ΔＷ_x及びＹシア波面ΔＷ_yを以下の線積分を含む式で計算する。

式（８１Ａ）、（８１Ｂ）において、変数ｓｉは経路３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｂではそれぞれｓ１，ｓ２，ｓ３となり、変数ｓ１，ｓ２，ｓ３の線積分の範囲は、それぞれ経路３１Ａに沿った範囲（±２^1/2π）、経路３１Ｃに沿った範囲（０〜２^1/2π）、及び経路３１Ｂに沿った範囲（０〜２^1/2π）である。また、式（８１Ａ）、（８１Ｂ）において、ｓｉｎ（２πξ／Ｐ）等はシア波面計測のために付加する重み正弦波（余弦波）である。なお、以下ではシア波面をφ_x及びφ_yとも表す。

また、経路３１Ａ，３１Ｃ，３１Ｂに沿って計測される干渉縞強度Ｉ（ｓｉ）（ｓｉ＝ｓ１，ｓ２，ｓ３）は次の通りである。

この式を用いて式（８１Ａ）の分母、分子を計算すると次のようになる。

この式からＸシア波面φ_xは次のように計算できる。
φ_x＝ｔａｎ^-1（−Ｘ_S／Ｘ_C） …（８４）
式（８２Ａ）〜（８２Ｃ）を用いて式（８１Ｂ）の分母、分子を計算すると次のようになる。また、Ｘ方向及びＹ方向のコントラストＣ_x，Ｃ_yは次のように計算できる。

式（８５）からＹシア波面φ_yは次のように計算できる。
φ_y＝ｔａｎ^-1（−Ｙ_S／Ｘ_C） …（８５）

なお、本実施形態においても、図８（Ａ）の３つの平行な経路３１Ａ〜３１Ｃの代わりに、図８（Ｂ）の２つの平行な経路３１Ａ，３１Ｄを使用し、経路３１Ａ，３１Ｄに沿って干渉縞強度を線積分としてシア波面を計算してもよい。
また、線積分の代わりに、例えば経路３１Ａ〜３１Ｃを移動方向に所定幅の多くの区間に分けて、区間毎の積の積算値を計算してもよい。
本実施形態によれば、高次干渉ノイズ光の影響を軽減して高精度に投影光学系ＰＯのシア波面、ひいては波面収差を求めることができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態につき図９（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。本実施形態の露光装置ＥＸ及び波面計測装置８０の構成は第１の実施形態（図１）と同じであるが、投影光学系ＰＯのシア波面を計測する動作が異なっている。
図９（Ａ）は、本実施形態において、投影光学系ＰＯのシア波面を求めるために、計測用レチクル４に対して２次元の回折格子１０をＸ方向、Ｙ方向に移動するときの回折格子１０の移動経路を示す。なお、本実施形態では、回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の周期をＰとして、回折格子１０の周期方向（Ｘ方向及びＹ方向）に平行な移動方向であるＸ方向及びＹ方向をそれぞれξ方向及びη方向とする。

図９（Ａ）において、本実施形態では、ξ方向、η方向において回折格子１０の１周期（Ｐ）の範囲を計測範囲として、回折格子１０の移動量がその計測範囲の全面を覆うように回折格子１０を２次元的に移動する。そして、回折格子１０の移動量が（ξ，η）の位置で計測される干渉縞強度をＩ（ξ，η）として、本実施形態の演算装置１２は、投影光学系ＰＯのＸシア波面ΔＷ_x及びＹシア波面ΔＷ_yを以下の面積分を含む式で計算する。

式（９１Ａ）、（９１Ｂ）において、面積分の範囲は図９（Ａ）の計測範囲の全面である。

ただし、実用的には、面積分の代わりに、離散化して計測したデータの積算を行ってもよい。このためには、図９（Ａ）の計測範囲をξ方向、η方向にＮ分割して（Ｎは例えば１０以上の整数）、ξ方向、η方向にｉ番目及びｊ番目の計測点ＭＰ（ｉ，ｊ）の座標を（ξ_i，η_j）とする（ｉ＝０〜Ｉ；ｊ＝０〜Ｊ）。そして、回折格子１０の位相シフト量が計測点ＭＰ（ｉ，ｊ）にあるときに計測される干渉縞強度をＩ（ξ_i，η_j）とすると、演算装置１２は、次式からシア波面ΔＷ_x及びΔＷ_yを計算できる。次式の積算は、図９（Ａ）の全部の計測点ＭＰ（ｉ，ｊ）で実行される。なお、このように離散化した積分では、面積は台形公式又はシンプソンの公式から計算してもよい。

図９（Ａ）では計測範囲は１７×１７点（＝２８９点）に分割されているが、分割数は任意である。

また、積分を簡略化するために、図９（Ｂ）のξ方向に平行な２つの列３５Ａ，３５Ｂに沿った１次元積分（又は積算）からＸシア波面を計算し、η方向に平行な２つの行３６Ａ，３６Ｂに沿った１次元積分（又は積算）からＹシア波面を計算してもよい。
さらに、より積分を簡略化するために、図９（Ｂ）のξ方向に平行な一つの列３５Ａに沿った１次元積分（又は積算）からＸシア波面を計算し、η方向に平行な一つの行３６Ａに沿った１次元積分（又は積算）からＹシア波面を計算してもよい。

このように本実施形態の波面計測装置８０は、計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯを通過した光束をＸ方向及びＹ方向に周期性を持つ２次元の回折格子１０に入射させ、回折格子１０から発生する複数の光束による干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面情報を求める。そして、波面計測装置８０は、干渉縞２２の強度分布を検出する撮像素子１４と、回折格子１０と計測用レチクル４とをＸ方向及びＹ方向に相対移動する駆動素子９（移動装置）と、回折格子１０と計測用レチクル４とを、駆動素子９を介してＸ方向（ξ方向）及びＹ方向（η方向）の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ２π（３６０°）の計測範囲内で、２次元的に相対移動させながら、回折格子１０と計測用レチクル４との相対移動量に対応させて干渉縞の光量分布を実質的に連続して計測させる主制御系１６と、実質的に連続して計測される干渉縞２２の光量分布の計測結果から投影光学系ＰＯを通過した光束のＸ方向及びＹ方向のシア波面を求める演算装置１２と、を備えている。

本実施形態によれば、高次干渉光ノイズ光の影響を軽減して高精度に投影光学系ＰＯのシア波面、ひいては波面収差を求めることができる。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態につき図１１（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明する。本実施形態の波面収差計測装置の基本的な構成は図１の波面計測装置８０と同様であるが、本実施形態では、計測用レチクルのパターン（光源）及び回折格子のパターンが斜め市松格子である点が異なっている。以下、図１１（Ａ）〜（Ｅ）において、図２（Ａ）〜図２（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１１（Ａ）は、本実施形態の波面収差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。本実施形態では、計測用レチクル４には、図１１（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で市松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８（Ｃ）の市松格子状に遮光パターン６ａを配列したパターン６ＡＨを使用可能である。

また、計測本体部８Ａの回折格子１０Ａには、図１１（Ｄ）に示すように、遮光膜１０Ａｂ中に開口パターン１０ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｇで市松格子状に形成されている。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２０ＡＡ、及び−１次回折光２０ＡＢ等による干渉縞２２Ａ（図１１（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。

本実施形態においても、第１の実施形態の図４の計測動作と同様の動作によって、投影光学系ＰＯのＸ方向のシア波面ΔＷ_x及びＹ方向のシア波面ΔＷ_yを求めることができる。なお、本実施形態の回折格子１０Ａは斜め市松格子であるが、通常の市松格子であってもよい。
なお、上記の実施形態の計測方法及び装置は、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。

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１２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。

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。

このデバイス製造方法によれば、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、上記の実施形態の波面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波面収差を計測する場合にも適用できる。
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、投影光学系の波面収差を計測している。しかしながら、上記の実施形態の波面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、投影光学系の波面収差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。

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。

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…ピンホールアレー、８…計測本体部、９…駆動素子、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、８０…波面計測装置

Claims (31)

1. 計測用マスク及び被検光学系を通過した光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、
   前記回折格子と前記計測用マスクとを、前記第１方向及び前記第２方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔が互いに異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させながら、前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を複数回計測することと、
   前記干渉縞の強度分布の複数回の計測結果から前記被検光学系を通過した光束の前記第１方向へのシアリング波面及び前記第２方向へのシアリング波面を求めることと、
   を含むことを特徴とする波面計測方法。
2. 前記回折格子の前記第１方向の周期と前記第２方向の周期とは互いに等しく、
   前記少なくとも２つの平行な経路は、前記第１方向に４５°傾斜した方向に平行である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。
3. 前記少なくとも２つの平行な経路は、前記第１方向及び前記第２方向の位相に換算した前記相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲内で、前記第１方向に４５°傾斜した方向に平行で前記計測範囲の中心を通る第１経路、前記計測範囲内で前記第１経路に対して前記第２方向に位相に換算した間隔が＋１８０°異なるとともに前記第１経路に平行な第２経路、及び前記計測範囲内で前記第１経路に対して前記第２方向に位相に換算した間隔が−１８０°異なるとともに前記第１経路に平行な第３経路を含むことを特徴とする請求項２に記載の波面計測方法。
4. 前記干渉縞の強度分布の計測は、前記第１方向及び前記第２方向の少なくとも一方に沿った前記相対移動量が位相に換算して３６０°／（ｊ＋２）（ｊは２以上の整数）だけ異なるように配列された少なくとも２（ｊ＋２）個の計測点で行われ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。
5. 前記干渉縞の強度分布の計測は、前記第１方向及び前記第２方向の位相に換算した前記相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲内でＫ回（Ｋは８以上の整数）行われ、前記相対移動量が前記計測範囲の中心にあるときにａ回目（ａは２以上でＫより小さい整数）の計測が行われ、前記相対移動量が前記中心に対して対称な第１及び第２の計測点にあるときに、それぞれ（ａ−ｂ）回目（ｂは１以上でａより小さい整数）及び（ａ＋ｂ）回目の計測が行われることを特徴とする請求項４に記載の波面計測方法。
6. 前記干渉縞の強度分布の計測回数をＫ（Ｋは８以上の整数）、前記干渉縞の強度分布のｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）の画素毎の計測結果をＩ_ｋ、前記相対移動の経路に応じて定まるｋ番目の係数をＡ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ａ’_ｋ，Ｂ’_ｋとして、前記第１方向へのシアリング波面ΔＷ_x及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_yを次式
   

   

   より個別に計算することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の波面計測方法。
7. 前記干渉縞の強度分布を複数回計測するときに、前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を実質的に連続的に計測し、
   前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面を求めることは、前記干渉縞の強度分布の計測値に前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置に応じた係数を掛けて得られる値を、前記少なくとも２つの経路に沿って積分することを含む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。
8. 前記回折格子の前記第１方向の周期及び前記第２方向の周期を共通のＰ、前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置をξ及びη、前記少なくとも２つの経路のうちｉ番目（ｉは１以上の整数）の経路に沿った方向の相対位置をｓｉ、前記相対位置がｓｉにあるときに計測される前記干渉縞の強度分布の画素毎の計測値をＩ（ｓｉ）として、前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_x及びΔＷ_yを線積分を含む次式
   

   

   より個別に計算することを特徴とする請求項７に記載の波面計測方法。
9. 計測用マスク及び被検光学系を通過した光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、
   前記回折格子と前記計測用マスクとを、前記第１方向及び前記第２方向の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲を含む領域内で、２次元的に相対移動させながら、前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を実質的に連続して計測することと、
   前記干渉縞の強度分布の計測結果から前記被検光学系を通過した光束の前記第１方向へのシアリング波面及び前記第２方向へのシアリング波面を求めることと、
   を含むことを特徴とする波面計測方法。
10. 前記回折格子と前記計測用マスクとを前記領域内で２次元的に相対移動させることは、前記計測範囲内で、前記第１方向及び第２方向にそれぞれ位相に換算して１８０°以下の間隔で前記第１方向及び前記第２方向に設定された複数の経路に沿って、前記回折格子と前記計測用マスクとを相対移動することを含むことを特徴とする請求項９に記載の波面計測方法。
11. 前記回折格子と前記計測用マスクとを前記領域内で２次元的に相対移動させることは、前記計測範囲内で、前記第１方向及び第２方向に平行な経路に沿ってそれぞれ１回ずつ前記回折格子と前記計測用マスクとを相対移動することを含む請求項９に記載の波面計測方法。
12. 前記回折格子の前記第１方向の周期及び前記第２方向の周期を共通のＰ、前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置をξ及びη、前記相対位置が（ξ，η）にあるときに計測される前記干渉縞の強度分布の画素毎の計測値をＩ（ξ，η）として、前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_x及びΔＷ_yを、前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動の全部の経路に関する面積分を含む次式
    

    

    より個別に計算することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の波面計測方法。
13. 前記面積分を、前記経路に沿って設定される複数の計測点で計測される前記干渉縞の強度分布の値の加重積算値として求めることを特徴とする請求項１２に記載の波面計測方法。
14. 前記回折格子の格子パターンは市松格子であることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の波面計測方法。
15. 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１４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。
16. 計測用マスク及び被検光学系を通過した光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面情報を求める波面計測装置であって、
    前記干渉縞の強度分布を検出する検出器と、
    前記回折格子と前記計測用マスクとを前記第１方向及び前記第２方向に相対移動する移動装置と、
    前記回折格子と前記計測用マスクとを、前記移動装置を介して前記第１方向及び前記第２方向の少なくとも一方で位相に換算した間隔が互いに異なる少なくとも２つの平行な経路に沿って相対移動させながら、前記検出器によって前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を複数回計測させる制御装置と、
    前記干渉縞の強度分布の複数回の計測結果から前記被検光学系を通過した光束の前記第１方向へのシアリング波面及び前記第２方向へのシアリング波面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。
17. 前記回折格子の前記第１方向の周期と前記第２方向の周期とは互いに等しく、
    前記少なくとも２つの平行な経路は、前記第１方向に４５°傾斜した方向に平行であるであることを特徴とする請求項１６に記載の波面計測装置。
18. 前記少なくとも２つの平行な経路は、前記第１方向及び前記第２方向の位相に換算した前記相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲内で、前記第１方向に４５°傾斜した方向に平行で前記計測範囲の中心を通る第１経路、前記計測範囲内で前記第１経路に対して前記第２方向に位相に換算した間隔が＋１８０°異なるとともに前記第１経路に平行な第２経路、及び前記計測範囲内で前記第１経路に対して前記第２方向に位相に換算した間隔が−１８０°異なるとともに前記第１経路に平行な第３経路を含むことを特徴とする請求項１７に記載の波面計測装置。
19. 前記制御装置は、
    前記干渉縞の強度分布の計測を、前記第１方向及び前記第２方向の少なくとも一方に沿った前記相対移動量が位相に換算して３６０°／（ｊ＋２）（ｊは２以上の整数）だけ異なるように配列された少なくとも２（ｊ＋２）個の計測点で行わせることを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の波面計測装置。
20. 前記干渉縞の強度分布の計測回数をＫ（Ｋは８以上の整数）、前記干渉縞の強度分布のｋ番目（ｋ＝１〜Ｋ）の画素毎の計測結果をＩ_ｋ、前記相対移動の経路に応じて定まるｋ番目の係数をＡ_ｋ，Ｂ_ｋ，Ａ’_ｋ，Ｂ’_ｋとして、
    前記演算装置は、前記第１方向へのシアリング波面ΔＷ_x及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_yを次式
    

    

    より個別に計算することを特徴とする請求項１６から請求項１９のいずれか一項に記載の波面計測装置。
21. 前記制御装置は、
    前記干渉縞の強度分布を複数回計測するときに、前記検出器によって前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を実質的に連続的に計測させ、
    前記演算装置は、
    前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面を求めるために、前記干渉縞の強度分布の計測値に前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置に応じた係数を掛けて得られる値を、前記少なくとも２つの経路に沿って積分することを特徴とする請求項１６から請求項１８のいずれか一項に記載の波面計測装置。
22. 前記回折格子の前記第１方向の周期及び前記第２方向の周期を共通のＰ、前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置をξ及びη、前記少なくとも２つの経路のうちｉ番目（ｉは１以上の整数）の経路に沿った方向の相対位置をｓｉ、前記相対位置がｓｉにあるときに計測される前記干渉縞の強度分布の画素毎の計測値をＩ（ｓｉ）として、
    前記演算装置は、前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_x及びΔＷ_yを線積分を含む次式
    

    

    より個別に計算することを特徴とする請求項２１に記載の波面計測装置。
23. 計測用マスク及び被検光学系を通過した光束を互いに交差する第１方向及び第２方向に周期性を持つ回折格子に入射させ、前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面情報を求める波面計測装置であって、
    前記干渉縞の強度分布を検出する検出器と、
    前記回折格子と前記計測用マスクとを前記第１方向及び前記第２方向に相対移動する移動装置と、
    前記移動装置を介して、前記回折格子と前記計測用マスクとを、前記第１方向及び前記第２方向の位相に換算した相対移動量の幅がそれぞれ３６０°の計測範囲を含む領域内で、２次元的に相対移動させながら、前記検出器によって前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動量に対応させて前記干渉縞の強度分布を実質的に連続して計測させる制御装置と、
    前記干渉縞の強度分布の計測結果から前記被検光学系を通過した光束の前記第１方向へのシアリング波面及び前記第２方向へのシアリング波面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。
24. 前記制御装置は、
    前記回折格子と前記計測用マスクとを前記領域内で２次元的に相対移動させるために、前記移動装置を介して、前記計測範囲内で、前記第１方向及び第２方向にそれぞれ位相に換算して１８０°以下の間隔で前記第１方向及び前記第２方向に設定された複数の経路に沿って、前記回折格子と前記計測用マスクとを相対移動させることを特徴とする請求項２３に記載の波面計測装置。
25. 前記制御装置は、
    前記回折格子と前記計測用マスクとを前記領域内で２次元的に相対移動させるために、前記移動装置を介して、前記計測範囲内で、前記第１方向及び第２方向に平行な経路に沿ってそれぞれ１回ずつ前記回折格子と前記計測用マスクとを相対移動させることを特徴とする請求項２３に記載の波面計測装置。
26. 前記回折格子の前記第１方向の周期及び前記第２方向の周期を共通のＰ、前記回折格子の前記計測用マスクに対する前記第１方向及び前記第２方向の相対位置をξ及びη、前記相対位置が（ξ，η）にあるときに計測される前記干渉縞の強度分布の画素毎の計測値をＩ（ξ，η）として、
    前記演算装置は、前記第１方向及び前記第２方向へのシアリング波面ΔＷ_x及びΔＷ_yを、前記回折格子と前記計測用マスクとの相対移動の全部の経路に関する面積分を含む次式
    

    

    より個別に計算することを特徴とする請求項２３から請求項２５のいずれか一項に記載の波面計測装置。
27. 前記演算装置は、
    前記面積分を、前記経路に沿って設定される複数の計測点で計測される前記干渉縞の強度分布の値の加重積算値として求めることを特徴とする請求項２６に記載の波面計測装置。
28. 前記回折格子の格子パターンは市松格子であることを特徴とする請求項１６から請求項２７のいずれか一項に記載の波面計測装置。
29. 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１６から請求項２８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。
30. 請求項１５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。
31. 請求項２９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。

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