JP5558768B2 - 測定装置、光源装置、干渉測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光源から射出された光束の波長の初期波長からの変動量を測定する測定装置に関する。

従来から、機械ステージの相対変位や屈折率を測定するための測定装置として、干渉計が用いられている。干渉計は、一般的に、波長を基準として測定を行う。このため、光源の波長が変動すると、測定誤差が生じる。

そこで、従来は、（１）光路長差を零になるように構成することで光源波長変動による誤差を原理的に発生させないこと、又は、（２）波長安定レーザを用いることにより、測定誤差を抑制すること、のいずれかの手法が採られていた。

ところが、例えば、使用目的上光路長差が零にできない干渉測定装置において測定誤差を抑制するには、波長を安定化することしか方策がない。例えば特許文献１には、波長安定機能が内蔵された光通信用光源について記載されている。しかし、特許文献２に記載されているように、波長安定レーザは高価であるため、測定装置を安価に構成することができない。

また、ウエッジ板等により光路長差に傾斜を付与し、表面裏面反射光を干渉させて干渉縞を発生させ、干渉縞の明暗分布を考慮して受光素子を配置して、波長ずれに伴って明暗の位置の変化を固定された受光素子で検出する構成が特許文献３に開示されている。特許文献３では、この構成により波長ずれを高分解能で検出することを提案している。

特開２００２−３１９７３７号公報 特開２００３−２０２２０３号公報 特開２００６−０１０４９９号公報

しかしながら、ウエッジ板の厚さは波長程度の寸法で精度を出すことは通常はできない。このため、受光素子の位置と干渉縞の位置の関係によって明暗の変化を一番敏感に検出できるように調整・設置する必要がある。逆に、このような箇所は外部環境（温度変動、振動の印加等）によりずれる虞があり、更なる安定した方法を必要としていた。また更に追加すれば、ガラス等で作成されたウエッジ板は熱膨張の影響で表裏面の光路長差が変動するため、その影響をどのように除去するかについても課題となる。

そこで本発明は、波長の変動量を高精度に測定できる測定装置、光源装置、干渉測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法を提供する。

本発明の一側面としての測定装置は、光源から射出された光束の波長の初期波長からの変動量を測定する測定装置であって、前記光源から射出された前記光束を二光束に分割し、該二光束を合成して互いに位相が異なる複数の干渉光を生成する光学系であって、第一の回折格子部材と、第二の回折格子部材と、前記二光束のうちの一方の光路長と他方の光路長との間に差を与えるように前記第一の回折格子部材と前記第二の回折格子部材との間隔を保持するスペーサとを含む光学系と、前記光学系により生成された前記複数の干渉光をそれぞれ検出する複数の光電センサと、前記複数の光電センサの出力に基づいて前記変動量を求める演算ユニットと、を有し、前記光学系において、前記第一の回折格子部材は、前記二光束を生成する第１回折格子と、第３回折格子とを含み、前記第二の回折格子部材は、前記第一の回折格子部材とは対向して配置され、かつ第２回折格子と第４回折格子とを含み、前記二光束のうちの一方は、前記第２回折格子により回折され、前記第３回折格子により回折され、かつ前記第４回折格子を透過し、前記二光束のうちの他方は、前記第４回折格子により回折され、前記第４回折格子を射出した前記二光束は、互いに干渉して前記複数の干渉光を生成する、ことを特徴とする。
本発明の他の側面としての測定装置は、光源から射出された光束の波長の初期波長からの変動量を測定する測定装置であって、前記光源から射出された前記光束を二光束に分割し、該二光束を合成して互いに位相が異なる複数の干渉光を生成する光学系であって、第一の回折格子部材と、第二の回折格子部材と、前記二光束のうちの一方の光路長と他方の光路長との間に差を与えるように前記第一の回折格子部材と前記第二の回折格子部材との間隔を保持するスペーサとを含む光学系と、前記光学系により生成された前記複数の干渉光をそれぞれ検出する複数の光電センサと、前記複数の光電センサの出力に基づいて前記変動量を求める演算ユニットと、を有し、前記光学系において、前記第一の回折格子部材は、前記二光束を生成する第１回折格子と、第３回折格子と、第１反射素子とを含み、前記第二の回折格子部材は、前記第一の回折格子部材とは対向して配置され、かつ第２回折格子と、第４回折格子と、第２反射素子とを含み、前記二光束のうちの一方は、前記第２回折格子により回折され、前記第１反射素子により反射され、前記第３回折格子により回折され、かつ前記第３回折格子を透過し、前記二光束のうちの他方は、前記第２反射素子により反射され、かつ前記第３回折格子により回折され、前記第３回折格子を射出した前記二光束は、互いに干渉して前記複数の干渉光を生成する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての光源装置は、可干渉性の光束を射出する光源装置であって、前記光束を射出する光源と、前記光源から射出された前記光束を分割する分割部と、前記分割部により分割された光束が入射する上述の測定装置と、前記測定装置からの出力に基づいて、前記光源から射出される前記光束の波長変動が低減するように、該光源を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての干渉測定装置は、被測定物の変位量を測定する干渉測定装置であって、可干渉性の光束を射出する光源と、前記光源から射出された前記光束の一部が入射し、前記変位量を測定する干渉測定部と、前記光源から射出された前記光束の他の一部が入射する上述の測定装置と、前記干渉測定部は、前記測定装置からの出力に基づいて、前記変位量を測定する、ことを特徴とする。

また、本発明の他の側面としての露光装置は、基板を露光する露光装置であって、原版または前記基板を搭載して移動するステージと、前記ステージの変位量を測定する上述の干渉測定装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明の他の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて基板を露光する工程と、前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、波長の変動量を高精度に測定できる測定装置、光源装置、干渉測定装置、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することができる。

本実施例における干渉測定装置のブロック図である。 本実施例における別の干渉測定装置のブロック図である。 実施例１における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１（波長ずれ測定装置）の構成図である。 実施例２における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２（波長ずれ測定装置）の構成図である。 実施例２における回折格子ＧＢＳ１〜ＧＢＳ４及び光電センサＰＤの構成図である。 実施例２における回折格子ＧＢＳ４の構成図である。 実施例２における波長ずれ検出センサの製造方法のフローである。 実施例２における別の波長ずれ検出センサの製造方法のフローである。 実施例３における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３（波長ずれ測定装置）の構成図である。 本実施例における露光装置の概略構成図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。

まず、本実施例における干渉測定装置の構成について説明する。図１は、本実施例の干渉測定装置のブロック図である。

光源ＬＤは、可干渉性の光束を射出する。光源ＬＤから射出してビームスプリッタＢＳ１に入射した光束の一部は、ビームスプリッタＢＳ１を透過し、被測定物の位置を測定するためのメインの干渉測定装置（干渉計）に導入される。メインの干渉測定装置は、光源ＬＤから射出された光束の一部を取り込み、被測定物の変位量を測定する干渉測定部である。

図１に示されるように、本実施例におけるメインの干渉測定装置（干渉測定部）は、ビームスプリッタＢＳ、コーナーキューブＣＣ０、ＣＣ１、光電センサＰＤ０（光検出器）、及び、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ１から構成されている。

干渉測定装置は、図１中の矢印方向に相対移動するステージＳＴＧ上に固定配置されたコーナーキューブＣＣ１（被測定物）の移動量（位置）を測定する。このような干渉測定装置は、被測定物の変位量や屈折率等を測定するために用いられ、図１のようなマイケルソン干渉計以外にも、例えばフィゾー干渉計やマッハツェンダー干渉計として構成可能である。

この干渉測定装置では、ビームスプリッタＢＳへ入射した入射光束の一部は、ビームスプリッタＢＳで反射してコーナーキューブＣＣ０に入射する。一方、入射光束の他の一部は、ビームスプリッタＢＳを透過して、可動のステージＳＴＧ上に設けられたコーナーキューブＣＣ１に入射する。コーナーキューブＣＣ０、ＣＣ１からの二光束は、ビームスプリッタＢＳで合成され、光電センサＰＤ０を介して電気信号に変換される。光電センサＰＤ０からの出力信号は演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ１に入力され、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ１によりステージＳＴＧの移動量が算出される。

このメインの干渉測定装置は、図１に示される構成に限定されるものではなく、その目的に応じて適宜変更可能である。

光源ＬＤから射出してビームスプリッタＢＳ１に入射した光束の他の一部は、ビームスプリッタＢＳ１で反射する。その反射光束は、波長ずれ検出センサＷＬＣＤに導入される。このように、ビームスプリッタＢＳ１は、光源ＬＤから射出された光束を分割する光束分割部として機能する。

波長ずれ検出センサＷＬＣＤは、光源波長（光源ＬＤから射出される光束の波長）の初期値からの相対ずれを検出する。このように、波長ずれ検出センサＷＬＣＤは、光源ＬＤから射出された光束の他の一部を取り込み、光束の干渉位相ずれ信号（干渉信号）を出力する波長ずれ測定装置である。

波長ずれ検出センサＷＬＣＤは、干渉位相測定光学系から構成され、複数の干渉信号を出力するように構成されている。波長ずれ検出センサＷＬＣＤからの出力される複数の干渉信号は、後段の演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２に導入され、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２により波長ずれ量が算出される。なお本実施例では、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２を波長ずれ検出センサＷＬＣＤとは別に構成しているが、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２を波長ずれ検出センサＷＬＣＤの内部に設けてもよい。この場合、波長ずれ検出センサＷＬＣＤにより波長ずれ量が算出される。

図１に示される干渉測定装置は、波長ずれ量を光源ＬＤの駆動電流や温度の制御部、光源内部の回折格子やミラーの位置制御部等にフィードバックし、波長ずれ量が元の値を保つように（波長ずれ量が小さくなるように）制御する。具体的には、駆動部ＤＲＩＶＥＲは、上記のようなフィードバック制御を実行するため、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２からの出力信号に基づいて、光源ＬＤの動作を制御する。

このように、干渉測定装置は、波長ずれ測定装置ＷＬＣＤから出力される干渉位相ずれ信号に基づいて、光源ＬＤから射出される光束の波長変動を抑制するように、光源ＬＤの駆動電流及び温度を制御する制御装置を有する。本実施例において、この制御装置は、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２及び駆動部ＤＲＩＶＥＲにより構成される。

なお、図１に示される干渉測定装置において、光源ＬＤ、ビームスプリッタＢＳ１、波長ずれ測定装置ＷＬＣＤ、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２及び駆動部ＤＲＩＶＥＲは、光源装置として機能する。

このように、図１に示される干渉測定装置では、波長ずれ検出センサＷＬＣＤにより光源ＬＤの波長ずれを検出し、この波長ずれが小さくなるように、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲ２及び駆動部ＤＲＩＶＥＲを用いて光源ＬＤの動作を制御する。このような制御により、光源ＬＤから射出する光束の波長ずれの発生を抑制することができ、光源波長を安定化させることが可能となる。

次に、本実施例における別の干渉測定装置の構成について説明する。図２は、本実施例の別の干渉測定装置のブロック図である。

図２に示される干渉測定装置では、波長ずれ検出センサＷＬＣＤからの干渉位相ずれ信号を光源波長情報して後段の演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲに出力する。演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲには、波長ずれ検出センサＷＬＣＤから出力された干渉位相ずれ信号に基づいて、光束の波長の変動量を算出する波長ずれ算出部を備える。

また、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲは、メインの干渉測定装置（干渉測定部）で得られた干渉信号（干渉縞の変化量、干渉位相の情報、及び、波長の最新情報等）に基づいて、被測定物の相対的な変位量を算出する。さらに、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲには、変位量補正部が設けられている。変位量補正部は、波長ずれ算出部にて算出された波長の変動量を用いて、メインの干渉測定装置（干渉測定部）により測定された被測定物の変位量を補正する。

なお、図２に示される演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲの諸機能は、干渉測定装置の上位の装置がその機能を備えるように構成されている場合もある。この場合、演算ユニットＰＲＯＣＥＳＳＯＲからは、例えば、演算波長情報、干渉縞のカウント値、及び、位相情報等が出力される。

次に、本実施例の干渉測定装置に設けられる波長ずれ検出センサの構成について詳細に説明する。

まず、本発明の実施例１における波長ずれ検出センサについて説明する。図３は、本実施例における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１の構成図である。図３に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１（波長ずれ測定装置）は、偏光ビームスプリッタを用いて構成される。

波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１は、光学素子として、１／２波長板ＨＷＰ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２、コーナーキューブＣＣ２、ＣＣ３、及び、１／４波長板ＱＷＰ、非偏光ビームスプリッタＮＢＳ、偏光板ＰＯＬ１、偏光板ＰＯＬ２を備える。また、スペーサ部材ＳＰ、光電センサＰＤＡ＋、光電センサＰＤＢ＋を備える。

ビームスプリッタＢＳ１で反射した光束は、直線偏光の方位の状態に応じて、１／２波長板ＨＷＰにて適宜偏光面を回転し、４５°方位の偏光面にしてから偏光ビームスプリッタＰＢＳ２へ入射する。偏光ビームスプリッタＰＢＳ２へ入射した入射光束は、Ｓ偏光の反射光とＰ偏光の透過光からなる二光束に分割される。このＳ偏光の反射光はコーナーキューブＣＣ２に入射し、このＰ偏光の透過光はコーナーキューブＣＣ３に入射する。

コーナーキューブＣＣ２、ＣＣ３に入射した二光束は、コーナーキューブＣＣ２、ＣＣ３で反射し、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２に再入射して合成される。このように、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２は、光源から射出された光束を二光束に分割し、この二光束を合成する。これら２光束は互いに偏光面を直交させているため所謂干渉光にはなっていないが、１／４波長板ＱＷＰを透過後、互いの位相差に応じて偏光面の方位が変化する直線偏光光束に変換され、非偏光ビームスプリッタＮＢＳにて等質の２光束に分割される。そして、透過光は偏光板ＰＯＬ１により明暗のタイミングを付与され コサインの信号光（＝Ａ相信号）として光電素子ＰＤＡ＋に入射する。一方、反射光は偏光板ＰＯＬ２により明暗のタイミングを付与され、コサインの信号光（＝Ｂ相信号）として光電素子ＰＤＢ＋に入射する。

本実施例では、偏光ビームスプリッタＰＢＳ２により分割された二光束の光路長差が一定になるようにスペーサ部材ＳＰが設けられている。具体的には、スペーサ部材ＳＰは、ビームスプリッタＢＳ２とコーナーキューブＣＣ２との間隔を保持している。

光電センサＰＤＡ＋、ＰＤＢ＋は、入射した干渉光に基づいてそれぞれ干渉位相ずれ信号（干渉信号）を出力するが、互いに位相差が９０°になっている。これらの干渉位相ずれ信号は不図示の演算ユニットに入力され、波長ずれが検出される。
演算ユニットは、Ａ相信号及びＢ相信号を用いてアークタンジェント演算（ｔａｎ^−１）を行うことにより、干渉位相φを算出する。この干渉位相φを継続的に測定すれば、干渉位相φのずれを求めることができる。このため、光源波長のずれを測定することが可能となる。

本実施例の波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１では、ビームスプリッタＢＳ２とコーナーキューブＣＣ２、ＣＣ３を構成する際に、安定なスペーサ部材ＳＰを用いて二光束の光路長差が与えられている。一般的に、光路長差をＬ_０（ｎｍ）、位相ずれをΔφ（ｒａｄ）、光源の初期波長をλ_０（ｎｍ）、波長ずれをΔλ（ｎｍ）とすると、式（１）のように表される。

Δφ＝２π×Ｌ_０×｛１／λ_０−１／（λ_０＋Δλ）｝ … （１）
また、式（１）を変形し、Δλ＜＜λ_０として近似すると、式（１’）のように表される。

Δλ＝（Δφ×λ_０ ^２）／（２π×Ｌ_０） … （１’）
ここで、Ｌ_０に１００００μｍ、Δφ／２πに１／４０９６、λ_０に０．８５μｍをそれぞれ式（１’）に代入すると、Δλは０．００１７ｐｍとなる。Δλは、波長ずれ検出分解能に相当する。即ち、「位相ずれ１／４０９６×２πあたり、波長ずれが０．００１７ｐｍ」の関係で検出することができる。

以上のとおり、本実施例の波長ずれ測定装置によれば、安定なスペーサ部材を使用することで二光束の光路長差が一定となるように保持されているため、光源の波長ずれを高精度に測定することができる。更に望ましくは、スペーサ内部空間を真空状態や乾燥空気封入にすることで湿度依存性も除去できる。

次に、本発明の実施例２における波長ずれ検出センサについて説明する。図４は、本実施例における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２（波長ずれ測定装置）の構成図である。図４に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２（波長ずれ測定装置）では、スペーサ部材ＳＰが２枚の回折格子プレート（ガラス基板Ｇ１、Ｇ２：透明基板）により挟まれている。このように、二光束の光路差の基準となるスペーサ部材ＳＰを用いることにより二光束の光路長差を形成するマッハツェンダー干渉計の波長ずれ検出センサが構成されている。

図４に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２には、光学素子としてのガラス基板Ｇ１（第一の回折格子プレート）の裏面に、透過型の回折格子ＧＢＳ１及び反射型の回折格子ＧＢＳ３（これらをまとめて「第一の回折格子」という。）が設けられている。そして、スペーサ部材ＳＰで形成された間隔（ギャップＧ）を隔てて、ガラス基板Ｇ１に対向するように、光学素子としてのガラス基板Ｇ２（第二の回折格子プレート）が配置されている。ガラス基板Ｇ２には、反射型の回折格子ＧＢＳ２及び透過型の回折格子ＧＢＳ４（これらをまとめて「第二の回折格子」という。）が設けられている。

スペーサ部材ＳＰは、二光束の光路長差が一定になるように、ガラス基板Ｇ１とガラス基板Ｇ２との間隔（ギャップＧ）を保持する。なお、本実施例において、ギャップＧは、例えば５〜１０ｍｍに設定されているが、これに限定されるものではない。

ここで、スペーサ部材ＳＰは、低膨張材料を用いて形成されることが望ましい。例えば、０．１ｐｐｍ／℃の特性を有する低膨張材料を用いてギャップＧ＝１０ｍｍのスペーサ部材ＳＰを形成した場合、光路長差は２０ｍｍとなり、１℃の温度変動で光路長差は２ｎｍ変動する。同一条件で、例えば０．０２ｐｐｍ／℃の特性を有する低膨張材料を用いれば、光路長差の変動をさらに抑制することができる。このとき、温度を一定に保持するように、例えば温度変動が０．１℃の範囲になるように制御することが望ましい。本実施例のように、スペーサ部材ＳＰの両側を回折格子で挟んだ光学系は、スペーサ部材ＳＰの材料の熱膨張のみを考慮すればよいため、極めて安定している。

ビームスプリッタＢＳ１で反射してガラス基板Ｇ１に入射した光束は、回折格子ＧＢＳ１にて、０次光と１次回折光、及び、その他の光に分離される。

回折格子ＧＢＳ１の０次光は、ガラス基板Ｇ２の上面の回折格子ＧＢＳ２にて反射１次回折され、ガラス基板Ｇ１の下面の回折格子ＧＢＳ３にて反射−１次回折される。この光は、ガラス基板Ｇ２の上面の回折格子ＧＢＳ４に入射し、０次光として回折格子ＧＢＳ４を透過する。一方、回折格子ＧＢＳ１の１次光は、ガラス基板Ｇ２の上面の回折格子ＧＢＳ４にて、透過１次回折され、回折格子ＧＢＳ４を透過する。

回折格子ＧＢＳ４を透過して合成された二光束は互いに干渉し、複数の光電センサＰＤ（光検出器）に入射する（図では２つの光電センサＰＤＡ＋、ＰＤＢ＋が記載されている。）。光電センサＰＤは、この干渉光に基づいて光束の干渉位相ずれを出力する。

次に、回折格子ＧＢＳ４及び光電センサＰＤの構成について詳細に説明する。図５は、本実施例における回折格子ＧＢＳ１〜ＧＢＳ４及び光電センサＰＤの構成図である。また、図６は、本実施例における回折格子ＧＢＳ４の構成図である。

図６に示されるように、回折格子ＧＢＳ４は、４つの領域ＧＢＳ４−Ａ＋、ＧＢＳ４−Ｂ＋、ＧＢＳ４−Ａ−、ＧＢＳ４−Ｂ−を有する。これら４つの領域毎に、各回折格子の位置は、相対的に１／４ピッチずつずらして形成されている。領域ＧＢＳ４−Ａ＋と領域ＧＢＳ４−Ａ−は、互いに逆位相に構成され、領域ＧＢＳ−Ｂ＋と領域ＧＢＳ−Ｂ−も互いに逆位相に構成されている。また、領域ＧＢＳ−Ａ＋と領域ＧＢＳ−Ｂ＋は、互いに１／４ピッチだけずらして構成されている。

回折格子ＧＢＳ１から入射される１次回折光は、回折格子ＧＢＳ４の４つの各領域において１次回折される際に、格子の位置に応じて波面の位置がずれる。このため、回折格子ＧＢＳ４の各領域から射出された１次回折光の波面位相は、９０度ずつ位相がずれている。一方、回折格子ＧＢＳ３から入射してきた光束は、回折格子ＧＢＳ４をそのまま透過するため、特に作用は生じず、回折格子ＧＢＳ１から入射した光束と光路が重なり合う。このようにして、回折格子ＧＢＳ１、ＧＢＳ３から入射した二光束は干渉する。

図５に示される光電センサＰＤは、４つの領域ＰＤ−Ａ＋、ＰＤ−Ｂ＋、ＰＤ−Ａ−、ＰＤ−Ｂ−を有する。光電センサＰＤの各領域は、回折格子ＧＢＳ４の４つの各領域に対応するように配置されている。このため、光電センサＰＤの４つの領域ＰＤ−Ａ＋、ＰＤ−Ｂ＋、ＰＤ−Ａ−、ＰＤ−Ｂ−におけるそれぞれの出力部からは、互いに位相が９０度ずつずれた正弦波信号が出力される。

干渉測定装置の演算ユニットは、光電センサＰＤから出力された４つの位相差信号に基づいて、Ａ相信号及びＢ相信号を生成する。Ａ相信号は、光電センサＰＤの２つの領域ＰＤ−Ａ＋、ＰＤ−Ａ−からの出力信号の差動信号である。また、Ｂ相信号は、光電センサＰＤの他の２つの領域ＰＤ−Ｂ＋、ＰＤ−Ｂ−からの出力信号の差動信号である。

演算ユニットは、Ａ相信号及びＢ相信号を用いてアークタンジェント演算（ｔａｎ^−１）を行うことにより、干渉位相φを算出する。この干渉位相φを継続的に測定すれば、干渉位相φのずれを求めることができる。このため、光源波長のずれを測定することが可能となる。

図４に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２においても、図３の波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１と同様に、位相ずれΔφ及び波長ずれΔλは、それぞれ、式（１）及び式（１’）で表される。光路長差Ｌ０を１００００μｍ、位相ずれΔφ／２πを１／４０９６、光源の初期波長λ０を０．８５μｍとすると、波長ずれ検出分解能に相当する波長ずれΔλは０．０１７ｐｍとなる。

なお、波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２では、回折格子ＧＢＳ１、ＧＢＳ２、ＧＢＳ３、ＧＢＳ４の格子ピッチは同一の値に設定されている。また、これらの回折格子は、透過又は反射の機能を果たせばよい。このため、本実施例では、反射型の回折格子又は透過型の回折格子と述べているが、両者の性能を満たすものであれば、同じ格子断面構造を採用してもよい。

図４に示されるように、回折格子ＧＢＳ１の回折光が回折格子ＧＢＳ４に到達するまでの光路は、スペーサ部材ＳＰで形成されたギャップＧを斜めに進行する部分のみである。一方、回折格子ＧＢＳ１で０次透過した光束が回折格子ＧＢＳ４に到達するまでの光路は、ギャップＧを斜めに進行する光路と上下が逆で同じ長さの部分と、ギャップＧを垂直に２回通過する部分である。このため、これら二光束の光路長差は、ギャップＧの２倍の長さに相当し、極めてわかりやすい構成となる。例えば、ギャップＧの長さを５ｍｍに設定すれば、二光束の光路長差は１０ｍｍとなる。

このギャップＧは、低膨張のスペーサ部材ＳＰをガラス基板Ｇ１、Ｇ２の両側から挟んで構成されている。このため、部品点数が少なく構成がシンプルで、接着剤を使用する必要がなく、波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２の全体が極めて安定的に構成される。また、ギャップＧの間は、ガラス材ではなく乾燥空気等が充填された領域である。このため、ギャップＧの長さが経時的に変化するおそれも少ない。

以上の点で、図４に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２は、図３の波長ずれ検出センサＷＬＣＤ１に比べて優れている。また、光源波長の絶対値ではなく波長ずれのみに着目する場合、スペーサ部材ＳＰのギャップＧの精度は重要ではない。

なお、波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２において、位相差を付与する方法として、回折格子ＧＢＳ４は４つの領域に波面分割されている。しかしこれに限定されるものではなく、分割数は例えば２つ又は３つでもよい。また、１次回折光は、回折格子の位置により波面の位相をずらせるため、回折格子ＧＢＳ１、ＧＢＳ２、ＧＢＳ３のいずれかを波面分割することによっても同様の効果を得ることができる。

次に、本実施例における波長ずれ検出センサの製造方法について説明する。図７は、本実施例における波長ずれ検出センサの製造方法のフローである。

まず、ステップＳ１０１において、透明基板（ガラス基板）の片面にレジストを塗布し、半導体露光装置により２μｍ程度の回折格子パターンを露光する。その後、現像及びエッチング工程を経て回折格子パターン（透明）を形成する。

次に、ステップＳ１０２において、光を反射回折させる部位にアルミニウム等の金属膜を成膜する。通常は全面にアルミニウムを蒸着し、フォトリソグラフィ工程により透過部のみをエッチングで除去する。

ステップＳ１０３において、回折格子パターンが形成された透明基板（ガラス基板）から５ｍｍ×１０ｍｍ程度の２枚の回折格子プレートに切り出す。切り出した２枚の回折格子プレートは、ステップＳ１０４において、その内側を回折格子パターン面にして５ｍｍ程度の厚さの額縁状のスペーサ部材ＳＰの両側に貼り合わせる。

このとき、２枚の回折格子プレートの相互のアジマス方向の角度合わせを行い、干渉信号のコントラストが良好になるように調整しながら張り合わせる。回折格子プレートを貼り合わせる際、低吸湿で極低膨張の接着剤を採用することが望ましい。

また、スペーサ部材ＳＰと回折格子とにより閉ざされた空間が外部と繋がっている場合、気圧変動や湿度変動等により、密度や屈折率等が変化して誤差の要因となる。このため、スペーサ部材ＳＰに設けた排気穴部より空気を排出して封止することで、この空間を真空に近い状態とするか又は乾燥空気を封入することが望ましい。波長ずれ検出センサは、スペーサ部材ＳＰを用いることなく構成することもできる。

図８は、本実施例における別の波長ずれ検出センサの製造方法のフローである。図８のフローは、スペーサ部材ＳＰを用いずにガラス基板の両面に回折格子を形成する方法を示している。

まず、ステップＳ２０１において、厚手の透明基板（ガラス基板）の両面にレジストを塗布し、半導体露光装置で２μｍ程度の回折格子パターンを露光する。その後、現像及びエッチング工程を経て回折格子パターン（透明）を形成する。

次に、ステップＳ２０２において、反射回折させる部位にアルミニウム等の金属膜を成膜する。通常は全面にアルミニウムを蒸着し、フォトリソグラフィ工程により透過部のみをエッチングして除去する。ステップＳ２０３において、回折格子パターンを形成した透明基板を５ｍｍ×１０ｍｍ程度に切り出して、これをそのまま回折格子プレートとして用いる。

スペーサ部材ＳＰを用いずに回折格子プレートを形成する場合、図８に示される方法に代えて、２枚の透明基板の片面に回折格子パターンを形成し、これらを背中合わせに貼り合わせてもよい。

なお、光路長差を付与する材料は、石英ガラス等の透明基板であるため、低膨張材（石英）自体が劣化することがある。このため、温度測定による基準光路長の補償を行うことが望ましい。

本実施例における波長ずれ測定装置（回折格子プレート）の製造方法によれば、ガラス基板の両側に光学系が形成されているため、良好な形状安定性及び信頼性を得ることができる。

以上のとおり、本実施例の波長ずれ測定装置によれば、二光束の光路長差が一定となるように保持されているため、光源の波長ずれを高精度に測定することができる。

次に、本発明の実施例３における波長ずれ測定装置について説明する。図９は、本実施例における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３（波長ずれ測定装置）の構成図である。図９に示される波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３（波長ずれ測定装置）は、スペーサ部材ＳＰが２枚の回折格子プレート（ガラス基板Ｇ３、Ｇ４）により挟まれている。

波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３は、光学素子としてのガラス基板Ｇ１１（第一の回折格子プレート）に、２つの回折格子ＧＢＳ１１、ＧＢＳ１３（第一の回折格子）、及び、反射素子Ｒ１（第一の反射素子）が設けられている。同様に、光学素子としてのガラス基板Ｇ１２（第二の回折格子プレート）には、２つの回折格子ＧＢＳ１２、ＧＢＳ１４（第二の回折格子）、及び、反射素子Ｒ２（第二の反射素子）が設けられている。

波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３において、回折格子ＧＢＳ１１〜ＧＢＳ１４の機能は、実施例２の回折格子ＧＢＳ１〜４と同様である。ただし、実施例３におけるガラス基板Ｇ１１、Ｇ１２には、２つの回折格子の間に、反射素子Ｒ１、Ｒ２がそれぞれ設けられている。

反射素子Ｒ１は、回折格子ＧＢＳ１１で分割された二光束の一方を反射する。また、反射素子Ｒ２は、この二光束の他方を反射する。すなわち、反射素子Ｒ１は、反射回折格子である回折格子ＧＢＳ１２からの光束を反射回折格子である回折格子ＧＢＳ１４へ向けて反射する。また、反射素子Ｒ２は、透過回折格子である回折格子ＧＢＳ１１からの光束を透過回折格子である回折格子ＧＢＳ１３へ向けて反射する。

図９に示されるように、波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３において、二光束の光路長差は、実施例２の波長ずれ検出センサＷＬＣＤ２と同様に、スペーサ部材ＳＰの間隔（ギャップＧ）の２倍となる。

干渉光は、反射素子Ｒ１による反射光と反射素子Ｒ２による反射光とを第一の回折格子であるＧＢＳ１３で合成することにより生成され、光電センサＰＤへ向けて射出される。本実施例における波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３では、干渉光（受光）が入射光と同じ側に射出される。このため、光電センサＰＤは、入射光側（ビームスプリッタＢＳ１と同じ側）に設けられている。

回折格子ＧＢＳ１３は、実施例２の回折格子ＧＢＳ４と同様に、４つの領域に分けられている。本実施例においても、実施例２と同様、４つの領域から射出される光束（干渉信号）に基づいて、光束の位相ずれΔφ及び波長ずれΔλが式（１）及び式（１’）で表される。

本実施例では、ガラス基板Ｇ１１に形成された回折格子ＧＢＳ１１、ＧＢＳ１３はいずれも透過回折格子である。また、ガラス基板Ｇ１２に形成された回折格子ＧＢＳ１２、ＧＢＳ１４はいずれも反射回折格子である。波長ずれ検出センサＷＬＣＤ３は、実施例２と同様の製造方法にて構成されるが、透過回折格子と反射回折格子は、厳密には段差等の微細構造が異なる。このため、本実施例によれば、実施例２よりも回折格子構造の形成が容易となる。

以上のとおり、本実施例の波長ずれ測定装置においても、二光束の光路長差が一定となるように保持されているため、光源の波長ずれを高精度に測定することができる。

次に、本発明の実施例における露光装置の構成について説明する。以下に説明する露光装置には、上記実施例１乃至３のいずれの波長ずれ測定装置を適用することもできる。

図１０は、本実施例における露光装置１００の概略構成図である。露光装置１００は、上述の干渉測定装置（波長ずれ測定装置）を備えている。

１は照明装置である。照明装置１は、レチクル（原版）のパターンを照明する照明光学系を構成し、その内部に光源及びシャッタ（不図示）を備える。２はレチクル（原版）である。レチクル２には回路パターンが描かれている。照明装置１を用いてレチクル２に光を照射することにより、レチクル２の上に形成された回路パターンがウエハ９上に投影される。

３はレチクルステージ（第１のステージ）である。レチクルステージ３は、その上にレチクル２を搭載して移動するために設けられている。４はレチクル位置測定部（干渉測定装置）である。レチクル位置測定部４は、レチクルステージ３の上に搭載されたレチクル２の位置（レチクルステージ３の位置）を測定する。５は投影露光レンズである。投影露光レンズ５は、焼付け用の投影光学系を構成し、レチクル２のパターンをウエハ（基板）に投影する。

６はウエハステージ（第２のステージ）である。ウエハステージ６は、焼付け対象であるウエハ９（基板）を搭載し、ウエハ９の面内方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動する。７はレーザ干渉計（干渉測定装置）であり、ウエハステージ６の位置を計測する。８はウエハチャックであり、ウエハ９を吸着保持する。１０はオートフォーカスユニットであり、ウエハ９のピント位置を計測する。

以上のとおり、本実施例の露光装置１００は、レチクルステージ３又はウエハステージ６の少なくとも一方の位置を測定する干渉測定装置を備える。この干渉測定装置には、上述の波長ずれ測定装置が設けられている。

また、デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）は、上記実施例の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

以上のとおり、本実施例によれば、二光束の光路長差が一定となる構成を備えることにより光源波長の変動を測定できる。このため、安価で高精度な波長ずれ測定装置、光源装置、干渉測定装置、及び、露光装置を提供することが可能となる。また、本実施例によれば、上記露光装置を用いて製造されるデバイス製造方法を提供することができる。

また、本実施例によれば、安価で簡便な光学系を付加するだけで、光源波長のずれを検出して測定値を補正することで、高精度かつ安定性の高い測定装置を実現することができる。

例えば、波長ずれの測定のため、二光束の光路長差が１０ｍｍで固定であるマイケルソン干渉計に波長８５０ｎｍの光束を入射させる。ここで、干渉位相ずれを１／４０９６周期の分解能で測定した場合、０．０１８ｐｍの波長ずれが測定可能である。このとき、メインの干渉測定装置において、二光束の光路長差が５ｍｍであるとすると、０．１ｎｍのステップで測定値を補正できるため、光源波長が変動しても測定値の誤差を０．１ｎｍ以下にすることが可能である。

本実施例における波長ずれ測定装置は、サブナノメートルの変位を検出する必要がある産業用機械ステージ、高精度形状測定装置、顕微鏡ステージ、高精度機械加工装置、半導体製造装置等にも利用される。また、波長ずれセンサ単独としては、レーザダイオードの経時変化による波長変動を測定し寿命を予測する装置としても適用できる。一般に、レーザダイオードの寿命は、出力が一定となるように電流を制御して長時間点灯させ、電流の変化量が基準値を超えたことで判定される。一方、レーザの波長変動に基づく寿命判定については、精密な測定技術がないために詳細な知見が得られていなかった。

以上、本発明の実施例について具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例として記載された事項に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内で適宜変更が可能である。

ＬＤ：光源
ＢＳ、ＢＳ０、ＢＳ１、ＢＳ２：ビームスプリッタ
ＣＣ０、ＣＣ１、ＣＣ２、ＣＣ３：コーナーキューブ
ＧＢＳ１、ＧＢＳ２、ＧＢＳ３、ＧＢＳ４：回折格子
ＰＤ：光電センサ
Ｇ１、Ｇ２：透明基板
ＳＰ：スペーサ部材
ＷＬＣＤ、ＷＬＣＤ１、ＷＬＣＤ２、ＷＬＣＤ３：波長ずれ検出センサ（波長ずれ測定装置）
１：照明装置
２：レチクル（原版）
３：レチクルステージ
４：レチクル位置測定部（干渉測定装置）
５：投影露光レンズ
６：ウエハステージ
７：レーザ干渉計（干渉測定装置）
８：ウエハチャック
９：ウエハ（基板）
１０：オートフォーカスユニット
１００：露光装置

Claims (10)

1. 光源から射出された光束の波長の初期波長からの変動量を測定する測定装置であって、
   前記光源から射出された前記光束を二光束に分割し、該二光束を合成して互いに位相が異なる複数の干渉光を生成する光学系であって、第一の回折格子部材と、第二の回折格子部材と、前記二光束のうちの一方の光路長と他方の光路長との間に差を与えるように前記第一の回折格子部材と前記第二の回折格子部材との間隔を保持するスペーサとを含む光学系と、
   前記光学系により生成された前記複数の干渉光をそれぞれ検出する複数の光電センサと、
   前記複数の光電センサの出力に基づいて前記変動量を求める演算ユニットと、を有し、
   前記光学系において、
   前記第一の回折格子部材は、前記二光束を生成する第１回折格子と、第３回折格子とを含み、
   前記第二の回折格子部材は、前記第一の回折格子部材とは対向して配置され、かつ第２回折格子と第４回折格子とを含み、
   前記二光束のうちの一方は、前記第２回折格子により回折され、前記第３回折格子により回折され、かつ前記第４回折格子を透過し、
   前記二光束のうちの他方は、前記第４回折格子により回折され、
   前記第４回折格子を射出した前記二光束は、互いに干渉して前記複数の干渉光を生成する、
   ことを特徴とする測定装置。
2. 光源から射出された光束の波長の初期波長からの変動量を測定する測定装置であって、
   前記光源から射出された前記光束を二光束に分割し、該二光束を合成して互いに位相が異なる複数の干渉光を生成する光学系であって、第一の回折格子部材と、第二の回折格子部材と、前記二光束のうちの一方の光路長と他方の光路長との間に差を与えるように前記第一の回折格子部材と前記第二の回折格子部材との間隔を保持するスペーサとを含む光学系と、
   前記光学系により生成された前記複数の干渉光をそれぞれ検出する複数の光電センサと、
   前記複数の光電センサの出力に基づいて前記変動量を求める演算ユニットと、を有し、
   前記光学系において、
   前記第一の回折格子部材は、前記二光束を生成する第１回折格子と、第３回折格子と、第１反射素子とを含み、
   前記第二の回折格子部材は、前記第一の回折格子部材とは対向して配置され、かつ第２回折格子と、第４回折格子と、第２反射素子とを含み、
   前記二光束のうちの一方は、前記第２回折格子により回折され、前記第１反射素子により反射され、前記第４回折格子により回折され、かつ前記第３回折格子を透過し、
   前記二光束のうちの他方は、前記第２反射素子により反射され、かつ前記第３回折格子により回折され、
   前記第３回折格子を射出した前記二光束は、互いに干渉して前記複数の干渉光を生成する、
   ことを特徴とする測定装置。
3. 前記スペーサは、前記二光束の光路の外側に配置されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の測定装置。
4. 前記スペーサは、透明基板を含み、前記第一の回折格子部材は、前記透明基板の両面のうち一方の面に接着剤を介さずに設けられ、前記第二の回折格子部材は、前記透明基板の他方の面に接着剤を介さずに設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の測定装置。
5. 前記第４回折格子は、複数の回折格子を含み、前記複数の干渉光は、該複数の回折格子を介してそれぞれ生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
6. 前記第３回折格子は、複数の回折格子を含み、前記複数の干渉光は、該複数の回折格子を介してそれぞれ生成される、ことを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
7. 可干渉性の光束を射出する光源装置であって、
   前記光束を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記光束を分割する分割部と、
   前記分割部により分割された光束が入射する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置と、
   前記測定装置からの出力に基づいて、前記光源から射出される前記光束の波長変動が低減するように、該光源を制御する制御手段と、を有することを特徴とする光源装置。
8. 被測定物の変位量を測定する干渉測定装置であって、
   可干渉性の光束を射出する光源と、
   前記光源から射出された前記光束の一部が入射し、前記変位量を測定する干渉測定部と、
   前記光源から射出された前記光束の他の一部が入射する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置と、
   前記干渉測定部は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の測定装置からの出力に基づいて、前記変位量を測定する、ことを特徴とする干渉測定装置。
9. 基板を露光する露光装置であって、
   原版または前記基板を搭載して移動するステージと、
   前記ステージの変位量を測定する請求項８に記載の干渉測定装置と、を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。