JP4830400B2 - 波面収差測定装置、投影露光装置、及び投影光学系の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＵＶＬ(EUVL：Extreme UltraViolet Lithography)用の投影光学系など、光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置、投影光学系を搭載した投影露光装置、及び投影光学系の製造方法に関する。

ＥＵＶＬ用の投影光学系は主に反射型で構成されるので、その波面収差測定にシアリング干渉の原理を適用することが考えられる（特許文献１などを参照）。
この波面収差測定では、被検光学系の物体面にマスクが配置される。マスクには、微小開口（ピンホール）が設けられている。これを照明すると、理想球面波が発生する。それを測定光として被検光学系へ入射させると、被検光学系からは、被検光学系の波面収差により波面の歪んだ光が射出する。その光は、被検光学系の後側焦点面に置かれた回折格子でシア（横ずらし）され、ＣＣＤ撮像素子上に干渉縞を形成する。この干渉縞を位相シフト法やフーリエ変換法（非特許文献１などを参照）で解析すれば、波面収差を知ることができる。

ところで、この測定では、ＥＵＶ光源として、レーザプラズマ光源（LPP：Laser Produced Plasm）、放電プラズマ光源（DPP：Discharge Produced Plasma)といった低輝度光源が用いられるので、ピンホールで光を制限してしまうと、測定光の光量が不足し、干渉縞の輝度も不足するので、その検出が困難になる。
このため、ピンホールの代わりに、ピンホール径と同等の幅を持ち、かつ非シア方向に長いスリットを用いて光量を稼ぐことが考えられる。スリットにて発生する光の波面は、スリットの長手方向にかけては理想球面とならないが、スリット及び回折格子の配置方向を変えて少なくとも２つの干渉縞を検出すれば、波面収差の情報が得られるはずである。
特開２００３−８６５０１号公報 Applied Optics vol.23, 1760, 1984

しかしながら、スリットは長手方向に光を回折しないので、被検光学系の瞳全体を測定光で満たすことができない。これでは、必要な情報を含んだ良好な干渉縞を生起させることができない。
この問題を回避するには、マスク上の照明シグマ値を１に設定すればよいが、シグマ値は照明系の設計上、０．８が限度である。また、マスクを照明する光の角度を振り、シグマ値を擬似的に向上させることも考えられるが、これでは照明系の設計負荷が大きくなる。

そこで本発明は、被検光学系の波面収差の情報を確実に取得することのできる波面収差測定装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、投影光学系の波面収差の情報を確実に取得することのできる投影露光装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高性能な投影光学系を確実に製造することのできる投影光学系の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の波面収差測定装置は、被検光学系の物体面に配置され、点光源群生成用の微小開口群が間隙をおいて複数形成されたマスクと、前記マスクを照明光で照明する照明系と、前記微小開口群から射出し前記被検光学系を通過した光束を、複数にシアする回折格子と、前記シアされた複数の光束同士が成す干渉縞を検出する検出部とを備え、前記被検光学系の後側焦点面から前記回折格子までの変位Ｌｇ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記照明光の波長λは、任意の整数Ｎに対し、（Ｐｇ²／λ）×（Ｎ−０．２）≦Ｌｇ≦（Ｐｇ²／λ）×（Ｎ＋０．２）の式を満たすことを特徴とする。

なお、前記複数の微小開口群は、周期的に配置されてもよい。
また、前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記被検光学系の倍率Ｍは、Ｐｄ＝（１／Ｍ）×Ｐｇの式を満たすことが望ましい。

或いは、前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記被検光学系の倍率Ｍ、前記後側焦点面から前記回折格子までの変位Ｌｇ、前記後側焦点面から前記検出部までの変位Ｌｃは、Ｐｄ＝（１／Ｍ）×｛Ｐｇ／（１−Ｌｇ／Ｌｃ）｝の式を満たすことが望ましい。
また、前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記微小開口群の前記シア方向の幅Ｗは、Ｗ／Ｐｄ＜０．８の式を満たすことが望ましい。

また、前記微小開口群内でシア方向に隣接する微小開口同士の中心間隔Ｌ、前記照明系の開口数ＮＡ’、前記マスクの照明シグマ値σ、前記照明光の波長λは、１次第１種ベッセル関数の零点Ｘ₀に対し、Ｌ＝｛Ｘ₀／（２π）｝×｛λ／（σ×ＮＡ’）｝の式を満たすことが望ましい。
また、前記照明光の波長λは、１１ｎｍ＜λ＜１４ｎｍの式を満たしてもよい。

また、前記照明系の光源は、レーザプラズマ光源又は放電プラズマ光源によって構成されてもよい。
また、本発明の投影露光装置は、露光用マスクのパターンを被露光物へ転写する投影光学系と、前記露光用マスクを照明する露光用照明系と、前記投影光学系の波面収差を測定するための本発明の何れかの波面収差測定装置とを備えたことを特徴とする。

なお、前記露光用照明系の少なくとも一部は、前記波面収差測定装置の前記照明系に兼用されてもよい。
また、本発明の投影光学系の製造方法は、本発明の何れかの波面収差測定装置を用いて投影光学系の波面収差を測定する手順と、前記測定の結果に応じて前記投影光学系を調整する手順とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、被検光学系の波面収差の情報を確実に取得することのできる波面収差測定装置が実現する。
また、本発明によれば、投影光学系の波面収差の情報を確実に取得することのできる投影露光装置が実現する。
また、本発明によれば、高性能な投影光学系を確実に製造することのできる投影光学系の製造方法が実現する。

［第１実施形態］
第１実施形態を説明する。本実施形態は、波面収差測定機能を搭載したＥＵＶＬ用の投影露光装置の実施形態である。波面収差測定は、例えば、投影露光装置の稼働時の適当なタイミングで行われる。
図１は、本装置の概略構成図である。

図１に示すように、本装置には、ＥＵＶＬ用の照明光学系１１、マスクステージ１２、測定用反射型マスク２０、マスクステージの駆動機構１２ｃ、ＥＵＶＬ用の投影光学系ＴＯ、回折格子Ｇ、回折格子の駆動機構１３ｃ、ＣＣＤ撮像素子１７、ウエハステージ１９、ウエハステージの駆動機構１９ｃなどが備えられる。
測定用反射型マスク２０は、例えば、露光用反射型マスク２０Ｅと共にマスクステージ１２によって支持されており、測定時にのみ本装置の光路（投影光学系ＴＯの物体面）へ挿入される。図１では、測定時の様子を示した。

回折格子Ｇは、駆動機構１３ｃにより、測定時にのみ本装置の光路（投影光学系ＴＯの像側）へ挿入される。その挿入面は、投影光学系ＴＯの像面（後側焦点面）から所定距離だけずれている。
ＣＣＤ撮像素子１７は、例えば、ウエハ１８と共にウエハステージ１９によって支持されており、測定時にのみ本装置の光路（像面及び回折格子Ｇよりも後側）へ挿入される。

照明光学系１１は、ＬＰＰやＤＰＰなどからなるＥＵＶ光源を備える。この光源は、空間コヒーレンスが低い。照明光学系１１は、露光時に、ＥＵＶ光源から発せられたＥＵＶ光（例えば波長１３・５ｎｍのＥＵＶ光）で、露光用反射型マスク２０Ｅをケーラー照明すると共に、測定時、測定用反射型マスク２０を照明する。なお、本装置には、測定用の照明光学系が備えられてもよいが、ここでは、照明光学系１１をそのまま測定に使用することとする。

測定時、測定用反射型マスク２０が照明されると、測定用反射型マスク２０上の開口で測定光束が生起する。その測定光束は、投影光学系ＴＯへ入射すると、投影光学系ＴＯの各光学面を経由した後、その投影光学系ＴＯの波面収差の情報を含んだ波面となって、投影光学系ＴＯの像側へ射出し、回折格子Ｇを介してＣＣＤ撮像素子１７へ入射する。回折格子Ｇへ入射した光束は、複数の回折光にシア（横ずらし）されるので、ＣＣＤ撮像素子１７上にはそれら回折光同士が成す干渉縞（シアリング干渉縞）Ｆが現れる。この干渉縞Ｆは、ＣＣＤ撮像素子１７によって撮像され、ＣＣＤ撮像素子１７から出力される画像データ（干渉縞Ｆの輝度分布情報）は、不図示のコンピュータへ取り込まれる。

なお、このような干渉縞Ｆの検出は、シア方向（横ずらし方向）をＸ方向に設定した状態と、シア方向をＹ方向に設定した状態とのそれぞれにおいて行われる。シア方向をＸ方向に設定するには、回折格子Ｇの格子線の方向をＹ方向に設定すればよく、シア方向をＹ方向に設定するには、回折格子Ｇの格子線の方向をＸ方向に設定すればよい。図１では、シア方向をＸ方向に設定したときの様子を示した。

また、シア方向がＸ方向であるときと、シア方向がＹ方向であるときとでは、測定用反射型マスク２０の開口パターンの配置方向も９０°異なる。その詳細は、後述する。
不図示のコンピュータは、シア方向をＸ方向に設定して検出した干渉縞Ｆの画像データに基づき、その干渉縞Ｆに対応する波面（Ｘ方向のシア波面）の形状を求める。それには、位相シフト法やフーリエ変換法などが適用される。因みに、位相シフト法を適用する場合は、回折格子Ｇをシア方向（Ｘ方向）へ微動させるなどして干渉縞Ｆの位相をシフトさせつつ、干渉縞Ｆの画像データを複数フレーム分取得しておけばよい。

同様に、コンピュータは、シア方向をＹ方向に設定して検出した干渉縞Ｆの画像データに基づき、Ｙ方向のシア波面の形状を求める。
さらに、Ｘ方向のシア波面とＹ方向のシア波面とに基づき、コンピュータは、投影光学系ＴＯの波面収差を求める。その際には、差分ツェルニケフィッティングや積分法などが適用される。

ここで、本装置では、投影光学系ＴＯの像面から回折格子Ｇまでの変位Ｌｇ、回折格子Ｇの格子ピッチＰｇ、測定波長λは、任意の整数Ｎに対し、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｌｇ＝（Ｐｇ²／λ）×Ｎ …（１）
この式（１）は、Talbot条件とも呼ばれており、回折格子Ｇのフーリエ像をＣＣＤ撮像素子１７上に形成するための条件式である。なお、式（１）では、回折格子ＧからＣＣＤ撮像素子１７までの距離は、Ｌｇと比較して十分に長いと見なした。このTalbot条件の詳細は、「応用光学１（鶴田）」（ｐ178-181，培風館，1990年）に記載されている。

この式（１）が満たされれば、ＣＣＤ撮像素子１７上に形成される干渉縞Ｆのパターンが鮮明なストライプ状になるので、上述したフーリエ変換法又は位相シフト干渉法によりシア波面を高精度に取得することができる。
仮に、この式（１）が満たされず、回折格子Ｇの配置面が像面に一致していた場合（Ｌｇ＝０）には、干渉縞Ｆのパターンがぼんやりしたワンカラーになってしまうので、上述したフーリエ変換法の適用は不可能となり、位相シフト法しか適用できない。

一方、この式（１）が完全に満たされなくとも、回折格子Ｇの配置面が式（１）を満たす位置から若干しかずれていない場合には、フーリエ像は形成されるので、シア波面の解析は可能である。そのずれ量の許容範囲は、±２０％程度である。
したがって、実際は、式（１）の代わりに、以下の式（２）が満たされていれば十分である。

（Ｐｇ²／λ）×（Ｎ−０．２）≦Ｌｇ≦（Ｐｇ²／λ）×（Ｎ＋０．２） …（２）
なお、式（１），（２）中の整数Ｎは、正数、負数の何れをもとりうる。つまり、回折格子Ｇは、像面よりも後側（ＣＣＤ撮像素子１７の側）に配置されてもよいし、像面よりも前側（投影光学系ＴＯの側）に配置されてもよい。
次に、測定用反射型マスク２０の開口パターンを説明する。

図２（ａ）は、測定用反射型マスク２０の開口パターンの平面図である。図２（ａ）の左側に示すのが、シア方向がＸ方向であるときの開口パターンである。領域Ｅは、測定対象物点１つ分の領域である。
図２（ａ）に示すとおり、開口パターンは、非シア方向（Ｙ方向）へ向けて線状に並ぶドット群Ｄからなる。なお、図２（ａ）では、実際よりもドット数を少なく表している。

また、個々のドットの径（ドット径）φは、理想球面波を生成するために、例えば、φ＜λ／（２ＮＡ）／Ｍの式を満たす。但し、λは測定波長、ＮＡは投影光学系ＴＯの開口数、Ｍは投影光学系ＴＯの倍率であり、例えば、λ＝１３．５，ＮＡ＝０．２５，Ｍ＝１／４ならば、φ＜１０８ｎｍである。
また、この開口パターンと共に使用される格子線パターン（シア方向をＸ方向にするための格子線パターン）は、図２（ｂ）の左側に示すとおり、その格子線を非シア方向（Ｙ方向）に一致させている。なお、図２では、実際よりも格子線数を少なく表している。

このようなドット群Ｄによると、Ｙ方向に長いスリットと略同様に、光量を稼ぐことができる。よって、干渉縞Ｆの光量を高め、シア波面の算出精度を高めることができる。
しかも、ドット群Ｄは、スリットとは異なり、非シア方向（Ｙ方向）にも光を回折するするので、たとえマスク上の照明シグマ値が小さくとも、投影光学系ＴＯの瞳全体を測定光束で満たすことができる。よって、必要な情報の全てが干渉縞Ｆに反映される。

なお、シア方向がＹ方向であるときの開口パターンは、図２（ａ）の右側に示すとおりであり、それと共に使用される格子線パターンは、図２（ｂ）の右側に示すとおりである。
以上、本装置によれば、光源がＬＰＰやＤＰＰなどの低輝度光源であるにも拘わらず、投影光学系ＴＯの波面収差の情報を確実に取得することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、測定用反射型マスク２０の開口パターンにある。シア方向がＸ方向であるときの開口パターンと、シア方向がＹ方向であるときの開口パターンとは配置方向が９０°異なるだけなので、ここでは、前者のみを説明する。

図３は、本実施形態の開口パターン（Ｘ方向の測定用）を説明する図である。領域Ｅは、測定対象物点１つ分の領域である。
図３に示すように、この開口パターンは、非シア方向（Ｙ方向）へ向けて線状に並ぶドット群Ｄを、複数個、シア方向（Ｘ方向）へ間隙をおいて周期配置したものである。
ドット群Ｄの配置ピッチＰｄは、マスク上の可干渉距離よりも十分に大きい。よって、複数のドット群Ｄが個別に形成する各干渉縞は、ＣＣＤ撮像素子１７上でインコヒーレントに重なり合う。

しかも、ドット群Ｄの配置ピッチＰｄは、回折格子Ｇの格子ピッチＰｇを物体面へ投影したものに相当する。すなわち、以下の式（３）を満たす。
Ｐｄ＝（１／Ｍ）×Ｐｇ…（３）
例えば、回折格子Ｇの格子ピッチＰｇ＝１μｍ，投影光学系ＴＯの倍率Ｍ＝１／４であるとき、配置ピッチＰｄ＝４μｍに設定すればよい。

このとき、複数のドット群Ｄが個別に形成する各干渉縞の位相は、略一致する。よって、ＣＣＤ撮像素子１７上の干渉縞Ｆは、そのコントラストを殆ど低下させずに、ドット群Ｄが複数化された分だけ、その光量を増大させる。
但し、正確には、複数のドット群Ｄが個別に形成する各干渉縞の位相は、若干だけずれている。その若干のずれを完全に抑えるためには、式（３）に代えて以下の式（４）を用いればよい。

Ｐｄ＝（１／Ｍ）×｛Ｐｇ／（１−Ｌｇ／Ｌｃ）｝…（４）
但し、Ｌｇは、図４に示すとおり、投影光学系ＴＯの像面から回折格子Ｇまでの変位であり、Ｌｃは、投影光学系ＴＯの像面からＣＣＤ撮像素子１７までの変位である。因みに、回折格子Ｇが像面よりも後側に配置されたときには、（Ｌｇ／Ｌｃ）は正の値となり、回折格子Ｇが像面よりも前側に配置されたときには、（Ｌｇ／Ｌｃ）は負の値となる。

この式（４）を用いれば、干渉縞Ｆのコントラスト低下を、より確実に防ぐことができる。
ここで、本実施形態では、式（３）又は式（４）が満たされるので、複数のドット群Ｄの像の配置ピッチは、格子ピッチＰｇと略一致する。
このため、仮に、本実施形態において式（２）が満たされずに、回折格子Ｇの配置面が像面に一致していた（つまりＬｇ＝０であった）場合には、ドット群Ｄの像の明部暗部に回折格子Ｇの格子が略同周期で重なってしまう。その場合、干渉縞Ｆのパターンがワンカラーになるだけでなく、微小な像変位に伴い干渉縞Ｆのカラー（明るさ）が大きく変化するので、干渉縞Ｆのパターンが不安定になってしまう。

しかも、干渉縞Ｆがワンカラーであるときは、シア波面の取得に位相シフト法しか適用できないが、そのために回折格子Ｇを微動させると、像変位も少なからず生じてしまうので、干渉縞Ｆのパターンには、位相シフトによる明暗の変動と、像変位による明暗の変動とが同時に生じてしまう。このような干渉縞Ｆを検出しても、像変位による変動成分と位相シフトによる変動成分とを分離して抽出することは困難である。

ゆえに、本実施形態において式（２）を満たすことは、波面収差測定を実質不可能にしないためにも、非常に重要である。
［第３実施形態］
第３実施形態を説明する。ここでは、第２実施形態との相違点のみ説明する。相違点は、測定用反射型マスク２０の開口パターンにある。シア方向がＸ方向であるときの開口パターンと、シア方向がＹ方向であるときの開口パターンとは、配置方向が９０°異なるだけなので、ここでは、前者のみを説明する。

図５は、本実施形態の開口パターン（Ｘ方向の測定用）を説明する図である。領域Ｅは、測定対象物点１つ分の領域である。
図５に示すように、本実施形態の開口パターンは、非シア方向（Ｙ方向）に長い帯状に並ぶドット群Ｄを、複数個、シア方向（Ｘ方向）へ間隙をおいて周期配置したものである。ドット群Ｄの配置ピッチＰｄは、式（３）又は式（４）を満たす。

このような開口パターンによると、干渉縞Ｆのコントラストは低下するものの、ドット群Ｄの形成領域を帯状にした分だけ、その光量を増大させることができる。
例えば、ドット群Ｄの配置ピッチＰｄ＝４μｍ、ドット径φ＝１００ｎｍ、ドット群Ｄ内で隣接するドット同士の中心間隔２００ｎｍ、ドット群Ｄのシア方向の幅Ｗ＝２μｍに設定する。このとき、ドット群Ｄ内のシア方向（Ｘ方向）のドット数を、約１０個に増やすことができる。仮に、領域Ｅの幅を２００μｍとすると、領域Ｅ内に、１０×１０００＝１００００個のドットからなるドット群Ｄを、５０周期配置することができる。このとき、領域Ｅ内のドットの総数は、５０万個となる。

したがって、本実施形態によれば、干渉縞Ｆのコントラストは低下するものの、単一開口で測定する場合の５０万倍の光量増大が可能になる。
ここで、本実施形態で干渉縞Ｆのコントラストが低下する理由は、次のとおりである。すなわち、式（３）又は式（４）を満たすような配置ピッチＰｄで配置された複数ドットが成す干渉縞同士は、位相が一致するが、その配置ピッチＰｄからずれた配置ピッチで配置された複数ドットが成す干渉縞同士は、位相はずれる。しかも、配置ピッチのずれが大きいほど、位相のずれも大きくなる。

このため、ドット群Ｄのシア方向の幅Ｗがドット系φに近づくほどコントラストが向上し、ドット群Ｄのシア方向の幅Ｗが配置ピッチＰｄに近づくほど光量が増大する。よって、幅Ｗは、コントラストの低下量が問題とならない程度の適切な大きさに選定されることが望ましい。
図６は、配置ピッチＰｄに対する幅Ｗの比（デューティー比Ｒ＝Ｗ／Ｐｄ）と、干渉縞強度との関係を示す図である。図６には、デューティー比Ｒ＝０％，２５％，５０％，７５％の４つの場合の干渉縞強度を示した。なお、ここでは、回折格子Ｇで発生した２次以降の次数の回折光を無視した。

図６に明らかなとおり、デューティー比Ｒ＝０％であるときには、コントラストが最も高く、デューティー比Ｒ＝７５％であるときには、コントラストが最も低くなっていることがわかる。しかし、デューティー比Ｒ＝７５％であっても、或る一定のコントラストが得られている。
したがって、ドット群Ｄのシア方向の幅Ｗは、デューティー比Ｒ＝Ｗ／Ｐｄが０％〜８０％の範囲に収まるように選定されればよい。つまり、ドット群Ｄのシア方向の幅Ｗ、配置ピッチＰｄは、少なくとも以下の式（５）を満たす。

Ｗ／Ｐｄ＜０．８ …（５）
［第４実施形態］
第４実施形態を説明する。ここでは、第３実施形態（図５参照）との相違点のみ説明する。相違点は、シア方向をＸ方向に設定したときの干渉縞と、シア方向をＹ方向に設定したときの干渉縞とを同時に検出する点にある。そのため、本実施形態では、測定用反射型マスク２０の開口パターンと、回折格子Ｇの格子線パターンとが、それぞれ二次元のパターンとなっている。

図７は、本実施形態の開口パターンを示す図である。領域Ｅは、測定対象物点１つ分の領域である。
図７に示すとおり、本実施形態の開口パターンは、方形状に並ぶドット群Ｄを、複数個、２つのシア方向（Ｘ方向及びＹ方向）へ間隙をおいて周期配置したものである。
この開口パターンと共に使用される格子線パターン（シア方向をＸ方向及びＹ方向にするための格子線パターンである。）は、図８に示すとおり、その格子線を２つのシア方向（Ｘ方向及びＹ方向）に一致させたグリッド状のパターンである。

ドット群Ｄの一方のシア方向（Ｘ方向）の配置ピッチＰｄ_Xと、格子パターンの同方向（Ｘ方向）の格子ピッチＰｇ_Xとは、第３実施形態におけるＰｄ，Ｐｇと同様の条件を満たす。
また、ドット群Ｄの他方のシア方向（Ｙ方向）の配置ピッチＰｄ_Yと、格子パターンの同方向（Ｙ方向）の格子ピッチＰｇ_Yとは、第３実施形態におけるＰｄ，Ｐｇと同様の条件を満たす。

また、ドット群Ｄの一方のシア方向（Ｘ方向）の幅Ｗ_Xと、配置ピッチＰｄ_Xとは、第３実施形態におけるＷ，Ｐｄと同様の条件を満たす。
また、ドット群Ｄの他方のシア方向（Ｙ方向）の幅Ｗ_Yと、配置ピッチＰｄ_Yとは、第３実施形態におけるＷ，Ｐｄと同様の条件を満たす。
因みに、Ｘ方向のシア比とＹ方向のシア比とを同じにした方がコンピュータの演算負荷を抑えることができるので、Ｐｇ_X＝Ｐｇ_Yであることが望ましい。このとき、Ｐｄ_X＝Ｐｄ_Y，Ｗ_X＝Ｗ_Yである。

このような開口パターン及び格子線パターンを利用すれば、シア方向をＸ方向に設定したときの干渉縞と、シア方向をＹ方向に設定したときの干渉縞とを、同時かつ確実に検出することができる。
なお、図９に示すとおり、各ドット群Ｄの配置方向を４５°回転させて、ドット群Ｄの形成領域を市松状にしてもよい。その場合、例えば、図１０に示すようにドット数を増やすこともできるので、光量の増大に有利である。

［ドット群内で隣接するドット同士の中心間隔について］
上述した各実施形態において、ドット群内で隣接するドット同士の中心間隔について説明する。
先ず、ドット群内で隣接するドット同士の中心間隔は、なるべく狭い方が多数配置することができるので光量的に有利だが、狭すぎると、隣接するドット同士が干渉して、スペックルや低周波数の濃淡（ノイズ）が干渉縞に重畳する可能性がある。

その一方で、干渉縞の輝度分布のうち、非シア方向の成分については、波面収差の算出に不要である。よって、非シア方向に限っては、干渉縞にノイズが重畳しても構わない。
したがって、ドット群内で非シア方向に隣接するドット同士の中心間隔は、なるべく狭い（つまりドット径に近い）ことが望ましく、ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔は、可干渉性が低くなるような適切な距離に設定されることが望ましい。

図１１は、測定用反射型マスク２０上の２点間距離に対する可干渉度の曲線である。この曲線は、照明光学系の開口数ＮＡ’＝０．０６２５，照明シグマ値σ＝０．８，測定波長λ＝１３．５の条件下で得られる曲線である。
図１１の曲線を大まかに見ると、２点間距離が広くなるに従って可干渉度は低下するが、曲線を詳細に見ると、たとえ２点間距離が狭くとも可干渉度がゼロとなる可能性のあることがわかる。図１１では、距離が１６４ｎｍ，３０２ｎｍであるときに、可干渉度が極小となっている。

よって、この条件下では、ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌは、Ｌ＝１６４ｎｍ，又はＬ＝３０２ｎｍに設定すればよい。
さて、一般の条件下では、この曲線は、１次第１種ベッセル関数と、測定波長λ、照明光学系の開口数ＮＡ’、照明シグマ値σとによって表される。１次第１種ベッセル関数Ｊ₁（Ｘ）の零点を、Ｘ₀（＝３．７３２，７．０６，１０．１７４，…）とおくと、この曲線が極小をとるのは、距離＝Ｘ₀／（２π）×λ／σＮＡ’のときである。

したがって、ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌは、以下の式（６）を満たせばよい。
Ｌ＝｛Ｘ₀／（２π）｝×｛λ／（σ×ＮＡ’）｝…（６）
特に、小さい方の零点（Ｘ₀＝３．７３２，又はＸ₀＝７．０６）によって与えられる値にＬを設定すれば、スペックルや低周波数のノイズを防ぎながら、ドットの配置密度を高めることができる。

以上のことを各実施形態に当てはめると、次のとおりとなる。
先ず、第１実施形態（図２）、第２実施形態（図３）は、シア方向をＸ方向に設定したときの干渉縞と、シア方向をＹ方向に設定したときの干渉縞とを別々に検出するものであり、ドット群Ｄは、複数のドットを非シア方向にしか配列していなかった。
したがって、第１実施形態（図２）、第２実施形態（図３）では、ドット群内で隣接するドット同士の中心間隔Ｌを、ドット径φと同程度の狭い距離（１００ｎｍ〜１５０ｎｍ）に設定してもよい。但し、現実には、ドット同士が接触すると、互いに隣接するドット間において光の漏れ込みが生じ、独立に回折波を生起させることができないので、ドット群内で隣接するドット同士の中心間隔Ｌは、ドット径φよりも若干大きめの１２０〜１５０ｎｍとするのが望ましい。

次に、第３実施形態（図５）は、シア方向をＸ方向に設定したときの干渉縞と、シア方向をＹ方向に設定したときの干渉縞とを別々に検出するものであり、ドット群Ｄは、複数のドットをシア方向と非シア方向との双方に配列していた。
したがって、第３実施形態（図５）では、ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌを、干渉度がゼロとなるような距離（１６４ｎｍ）に設定し、ドット群内で非シア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌを、ドット径φと同程度の狭い距離（１００ｎｍ〜１５０ｎｍ）に設定すればよい（但し、現実には、ドット径φよりも若干大きめの１２０〜１５０ｎｍとするのが望ましい。）。このようなドットの配列の一例を、図１２に示した。

次に、第４実施形態（図７，図９，図１０）は、シア方向をＸ方向に設定したときの干渉縞と、シア方向をＹ方向に設定したときの干渉縞とを同時に検出するものであり、ドット群Ｄは、複数のドットを２つのシア方向（Ｘ方向及びＹ方向）の双方に配列していた。
したがって、第４実施形態（図７，図９，図１０）では、ドット群内で２つのシア方向（Ｘ方向及びＹ方向）に隣接するドット同士の中心間隔Ｌを、それぞれ干渉度がゼロとなる距離１６４ｎｍに設定すればよい。このようなドット配列の一例を、図１３に示した。因みに、図１３では、ドットの配列を三角格子状にしてある。この配列によると、設計を容易にし、かつドット数を稼ぐことができる。

［ドット径について］
上述した各実施形態におけるドット径について補足する。
説明では、ドット径φがφ＜λ／（２ＮＡ）／Ｍの式を満たしたが、被検光学系ＴＯの瞳全体が測定光束で満たされる範囲であれば、大きめに設定することもできる。
例えば、投影光学系ＴＯの物体側開口数ＮＡ＝０．０６２５、照明シグマ値σ＝０．８の場合、０．０６２５×０．２＝０．０１２５程度に波面が広がっていれば瞳全体が満たされるので、ドット径φを或る程度大きくすることも可能である。

但し、ドット径φが大きすぎると、照明光学系１１の収差が除去しきれず、測定光束の波面が乱れるので、それにより、波面収差測定の精度が低下する可能性がある。
よって、瞳全体を満たし、かつ波面の乱れを防ぐためには、ドット径φは、φ＝１５０〜２００ｎｍ程度であることが望ましい。例えば、図１３に示した配置パターンを採用し、φ＝１００ｎｍ→φ＝１５０ｎｍにすれば、波面の乱れを抑えつつ干渉縞Ｆの光量を２倍にすることができる。

なお、波面の乱れを許容するのであれば、ドット径φに対する条件は緩やかになり、φ＜λ／｛２×ＮＡ×（１−σ）｝≒５４０ｎｍとなる。但し、この場合は、残存した収差を除去するための校正が必要となる。例えば、ドット径φ＝１００ｎｍに設定して校正用波面を予め測定しておけば、通常の測定でドット径φ＝５４０ｎｍに設定しても、校正用波面のデータを用いれば、波面の乱れによる測定精度の低下を抑えることができる。

［その他］
なお、以上の各図では、ドット群Ｄ内のドット配列を規則的にしたが、ランダムであっても構わない。
また、以上の各実施形態では、反射型マスクを用いたが、同様の開口パターンを有した透過型マスクを利用することもできる（反射型マスクの開口は、光を反射する反射面からなるのに対し、透過型マスクの開口は、光を透過する透過面からなる。）。

また、以上の各実施形態では、投影露光装置の照明光学系を波面収差測定にそのまま用いたが、少なくとも、空間コヒーレンスの低い光源と、その光源から射出した光束をマスク上へ集光する集光光学系とを用いれば、同様の波面収差測定を行うことができる。
また、以上の各実施形態では、ＥＵＶＬ用の投影露光装置を説明したが、露光波長の異なる他の投影露光装置に変形することもできる。

また、以上の各実施形態では、露光機能と測定機能との双方を搭載した投影露光装置を説明したが、各実施形態の何れかの測定機能を搭載した波面収差測定装置を構成することも可能である。因みに、その波面収差測定装置は、投影光学系の組み立て調整などに利用される（第５実施形態を参照）。
図１４には、空間コヒーレンスの低い光源Ｘ₀と、集光ミラーＭ１と、透過型マスクＭ’とを用いた波面収差測定装置を示した。光源Ｘ₀には、被検光学系ＴＯの使用波長に応じて適切な光源が用いられる。例えば、使用光がＥＵＶ光の場合、ＬＰＰやＤＰＰを用いることが可能であり、使用波長が可視域〜紫外域である場合、ハロゲンランプを用いることも可能である。

また、以上の各実施形態では、ドット群の形成されたマスクを用いたが、そのドット群の形成領域と同じパターンで拡散面が形成された拡散板を用いてもよい。その場合、スペックルを抑えるために、必要に応じて照明光の角度を振ってもよい。
また、第２実施形態（図３）、第３実施形態（図５）、第４実施形態（図７，図９，図１０）では、配置ピッチＰｄに対する条件式として、式（３）を用いたが、式（３）の代わりに、以下の式（７）を用いてもよい。

Ｐｄ＝｛１／（２Ｍ）｝×Ｐｇ …（７）
因みに、その場合、ＣＣＤ撮像素子１７上では、０次回折光と＋１次回折光とによる干渉縞と、０次回折光と−１次回折光とによる干渉縞とは打ち消され、＋１次回折光と−１次回折光とによる干渉縞が現れる。
また、以上の各実施形態では、波面収差の情報を含む光同士が成す干渉縞（シアリング干渉縞）を検出する波面収差測定を説明したが、波面収差の情報を含む光と、波面収差の情報を含まない光とが成す干渉縞（点回折干渉縞）を検出する波面収差測定にも、本発明は適用可能である。その場合、回折格子とＣＣＤ撮像素子との間に、一部の回折光を理想球面波へ変換するマスク（ドットマスク）を挿入すればよい。

［第５実施形態］
第５実施形態を説明する。本実施形態は、投影光学系の製造方法の実施形態である。
図１５は、投影光学系の製造方法の手順を示すフローチャートである。
先ず、投影光学系の光学設計をする（ステップＳ１０１）。ここで設計されるのは、例えば、図１中に符号ＴＯで示すようなＥＵＶＬ用の投影光学系である。このステップＳ１０１において、投影光学系内の各光学部材（ミラー）の各面形状が決定される。

各光学部材が加工される（ステップＳ１０２）。そして、加工された各光学部材の面形状を測定しつつその面精度誤差が小さくなるまで加工が繰り返される（ステップＳ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４）。
その後、全ての光学部材の面精度誤差が許容範囲内に収まると（ステップＳ１０４ＯＫ）光学部材を完成させ、それら光学部材によって投影光学系を組み立てる（ステップＳ１０５）。

組み立て後、投影光学系の波面収差を測定する。この測定には、上述した波面収差測定装置が適用される（ステップＳ１０６）、その測定結果に応じて各光学部材の間隔調整や偏心調整などを行い（ステップＳ１０８）、波面収差が許容範囲内に収まった時点（ステップＳ１０７ＯＫ）で、投影光学系を完成させる。
このように、ステップＳ１０６における測定で上述した波面収差測定装置を利用すれば、投影光学系の波面収差を確実に測定することができるので、高性能な投影光学系を確実に製造することができる。

また、この投影光学系を投影露光装置に搭載すると、高性能な投影露光装置が確実に得られる。さらに、その投影露光装置によれば、高性能なデバイスを製造することができる。

マスクの実施例を以下に示す。
測定波長λ＝１３．５ｎｍ，
照明光学系の開口数ＮＡ’＝０．０６２５，
投影光学系の開口数ＮＡ＝０．２５，
投影光学系の倍率Ｍ＝１／４，
照明シグマ値σ＝０．８，
領域Ｅの幅＝４００μｍ，
回折格子の格子ピッチＰｇ＝１μｍ，
シア比＝（λ／Ｐｇ）／（２ＮＡ）＝１／３７，
ドット径φ＝１００ｎｍ，
ドット群の配置ピッチＰｄ＝４μｍ，
ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌ＝１６４ｎｍ，
ドット群内で非シア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌ＝１２０ｎｍ，
このうち、ドット径φは、φ＜λ／（２ＮＡ）／Ｍの式を満たしているので、個々のドットは理想球面波を生成することが可能である。

また、ドット群内でシア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌ＝１６４ｎｍは、マスク上の可干渉度がゼロとなる最短距離＝０．６１×λ／（σＮＡ’）である。ドット群内で非シア方向に隣接するドット同士の中心間隔Ｌ＝１２０ｎｍは、ドット径φ＝１００ｎｍに近い値である。
また、ドット群の配置ピッチＰｄ，回折格子の格子ピッチＰｇは、式（３）を満たすので、干渉縞のコントラストを高く保つことができる。

また、本実施例を、第２実施形態（図３），第３実施形態（図５），第４実施形態（図７），第４実施形態（図９）に当てはめたときのドット総数は、図１６に示すとおりである。
なお、図１６において、
Ｎ_zone＝ドット群の数，
Ｎｄ＝ドット群内のドット数，
Ｎ_tot＝ドット総数＝Ｎ_zone×Ｎｄ，
である。因みに、図３，図５ではＮ_zone＝領域Ｅの幅／Ｐｄであり、図７，図９ではＮ_zone＝（領域Ｅの幅／Ｐｄ）²である。この図１６から明らかなとおり、単一開口を使用した場合の３３万〜３４０万倍もの光量増大が可能である。

波面収差測定機能を搭載したＥＵＶＬ用の投影露光装置の概略構成図である。 第１実施形態の開口パターン及び格子線パターンを説明する図である。 第２実施形態の開口パターンを説明する図である。 Ｌｇ，Ｌｃなどを説明する図である。 第３実施形態の開口パターンを説明する図である。 幅Ｗの割合（デューティー比）と干渉縞強度との関係を示す図である。 第４実施形態の開口パターンを説明する図である。 第４実施形態の格子線パターンを説明する図である。 第４実施形態の開口パターンの変形例を示す図である。 第４実施形態の開口パターンの別の変形例を示す図である。 測定用反射型マスク２０上の２点間の距離に対する可干渉度の曲線である。 第３実施形態（図５）のドット群の部分拡大図である。 第４実施形態（図７，図９，図１０）のドット群の部分拡大図である。 空間コヒーレンスの低い光源Ｘ₀と、集光ミラーＭ１と、透過型マスクＭ’とを用いた波面収差測定装置の概略構成図である。 第５実施形態の投影光学系の製造方法の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態（図３），第３実施形態（図５），第４実施形態（図７），第４実施形態（図９，図１０）に対し実施例１を当てはめたときのドット総数を示す図である。

符号の説明

１１…照明光学系，１２…マスクステージ，２０…測定用反射型マスク，１２ｃ…駆動機構，ＴＯ…投影光学系，Ｇ…回折格子，１３ｃ…駆動機構，１７…ＣＣＤ撮像素子，１９…ウエハステージ，１８…ウエハ，２０Ｅ…露光用反射型マスク，１９ｃ…駆動機構，Ｆ…干渉縞

Claims (11)

1. 被検光学系の物体面に配置され、点光源群生成用の微小開口群が間隙をおいて複数形成されたマスクと、
   前記マスクを照明光で照明する照明系と、
   前記微小開口群から射出し前記被検光学系を通過した光束を、複数にシアする回折格子と、
   前記シアされた複数の光束同士が成す干渉縞を検出する検出部とを備え、
   前記被検光学系の後側焦点面から前記回折格子までの変位Ｌｇ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記照明光の波長λは、任意の整数Ｎに対し、
   （Ｐｇ²／λ）×（Ｎ−０．２）≦Ｌｇ≦（Ｐｇ²／λ）×（Ｎ＋０．２）
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
2. 請求項１に記載の波面収差測定装置において、
   前記複数の微小開口群は、
   周期的に配置される
   ことを特徴とする波面収差測定装置。
3. 請求項２に記載の波面収差測定装置において、
   前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記被検光学系の倍率Ｍは、
   Ｐｄ＝（１／Ｍ）×Ｐｇ
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
4. 請求項２に記載の波面収差測定装置において、
   前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記回折格子の格子ピッチＰｇ、前記被検光学系の倍率Ｍ、前記後側焦点面から前記回折格子までの変位Ｌｇ、前記後側焦点面から前記検出部までの変位Ｌｃは、
   Ｐｄ＝（１／Ｍ）×｛Ｐｇ／（１−Ｌｇ／Ｌｃ）｝
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
5. 請求項２〜請求項４の何れか一項に記載の波面収差測定装置において、
   前記複数の微小開口群のシア方向の配置ピッチＰｄ、前記微小開口群の前記シア方向の幅Ｗは、
   Ｗ／Ｐｄ＜０．８
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の波面収差測定装置において、
   前記微小開口群内でシア方向に隣接する微小開口同士の中心間隔Ｌ、前記照明系の開口数ＮＡ’、前記マスクの照明シグマ値σ、前記照明光の波長λは、１次第１種ベッセル関数の零点Ｘ₀に対し、
   Ｌ＝｛Ｘ₀／（２π）｝×｛λ／（σ×ＮＡ’）｝
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の波面収差測定装置において、
   前記照明光の波長λは、
   １１ｎｍ＜λ＜１４ｎｍ
   の式を満たすことを特徴とする波面収差測定装置。
8. 請求項７に記載の波面収差測定装置において、
   前記照明系の光源は、
   レーザプラズマ光源又は放電プラズマ光源である
   ことを特徴とする波面収差測定装置。
9. 露光用マスクのパターンを被露光物へ転写する投影光学系と、
   前記露光用マスクを照明する露光用照明系と、
   前記投影光学系の波面収差を測定するための請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の波面収差測定装置と
   を備えたことを特徴とする投影露光装置。
10. 請求項９に記載の投影露光装置において、
    前記露光用照明系の少なくとも一部は、
    前記波面収差測定装置の前記照明系に兼用される
    ことを特徴とする投影露光装置。
11. 請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の波面収差測定装置を用いて投影光学系の波面収差を測定する手順と、
    前記測定の結果に応じて前記投影光学系を調整する手順と
    を含むことを特徴とする投影光学系の製造方法。

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