JP6774039B2 - 波面計測方法及び装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

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所定配列の複数のピンホール等を配置し、これらの複数のピンホール等から発生する光束を投影光学系、及び直交する２つの方向に周期的に配列された多数の矩形状の開口パターンを有する回折格子に通し、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（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１７３４６１号公報

従来のシアリング干渉方式の計測装置では、回折格子の複数の開口パターンから高次回折光が比較的高い光強度で射出されるとともに、投影光学系の物体面の複数のピンホールのからの高次回折光も投影光学系を通過するため、受光される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の態様の波面計測方法は、被検光学系の波面情報を獲得する波面計測方法であって、少なくとも第１方向において周期性を持つ光量分布の光束でその光学系を照射することと；少なくともその第１方向と対応する方向において周期性を持つ回折格子に、その被検光学系を通過したその光束を入射させることと；その回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞を用いて、その光学系の波面情報を獲得することと，を含み、その被検光学系を照射することは、光射出部を介したその光束でその光学系を照射することを含み、その回折格子は、その第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、その第１部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、その第２部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、その第３部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、その第１部分のその第１幅は、その第３部分のその第３幅よりも広く、その第２部分のその第２幅は、その第４部分のその第４幅よりも狭いか、又はその第１幅、その第２幅、その第３幅及びその第４幅はそれぞれ異なる、波面計測方法である。
又は、その波面計測方法において、その光射出部は、光を通過させる複数の第１部分；およびその第１方向においてその複数の第１部分のうちの２つの第１部分の間に配置され、光を遮光する第２部分を含み、その２つの第１部分のうちの１つのその第１方向における幅と、その２つの第１部分のうちのその１つと異なる１つのその第１方向における幅とは互いに異なっていてもよい。
本発明の別の波面計測方法は、被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、第１方向の光量分布として、正弦波状の分布のうち少なくとも１周期分の分布を有する光束をその被検光学系に照射することと、その被検光学系を通過した光束を少なくともその第１方向に対応する方向に周期性を持つ回折格子に入射させることと、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ことと、を含む波面計測方法である。
また、本発明の第２の態様によれば、被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、光射出部から射出された光束をその被検光学系に照射することと、その被検光学系を通過した光束を、少なくとも第１方向に周期性を持ち、かつその第１方向の透過率分布が正弦波状の分布を有する回折格子に入射させることと、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ことと、を含む波面計測方法が提供される。
また、本発明の各態様において、その回折格子は、少なくともその第１方向に周期性を持ち、かつその第１方向の１周期内にその第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、その第１方向に正弦波状の透過率分布を有することが好ましい。

第３の態様によれば、被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、第１方向の光量分布として、正弦波状の分布のうち少なくとも１周期分の分布を有する光束をその被検光学系に照射することと、その被検光学系を通過した光束を少なくともその第１方向に対応する方向に周期性を持つ回折格子に入射させることと、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ことと、を含む波面計測方法が提供される。

第４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５の態様の波面計測装置は、被検光学系の波面情報を獲得するように構成された波面計測装置において、第１方向において、少なくとも一周期に対応する光量分布を有する光束を射出するように構成された光射出部と、その光射出部から射出されその光学系を通過したその光束が入射し、少なくともその第１方向に対応する方向で周期性を持つ回折格子と、その回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞の強度分布を検出するように構成された検出器と、その検出器による検出結果を用いて、その光学系の波面情報を獲得するように構成された演算ユニットと、を含み、その回折格子は、その第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、その第１部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、その第２部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、その第３部分のその第１方向側に配置され、その第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、その第１部分のその第１幅は、その第３部分のその第３幅よりも広く、その第２部分のその第２幅は、その第４部分のその第４幅よりも狭いか、又はその第１幅、その第２幅、その第３幅及びその第４幅はそれぞれ異なるものである。
又は、その波面計測装置において、その光射出部は、光を通過させる複数の第１部分；およびその第１方向においてその複数の第１部分のうちの２つの第１部分の間に配置され、光を遮光する第２部分を含み、その２つの第１部分のうちの１つのその第１方向における幅と、その２つの第１部分のうちのその１つと異なる１つのその第１方向における幅とは互いに異なっていてもよい。
本発明の別の波面計測装置は、被検光学系の波面情報を求める波面計測装置であって、
第１方向の光量分布として正弦波状の分布のうち少なくとも１周期分の分布を有する光束を射出する光射出部と、その光射出部から射出されてその被検光学系を通過したその光束を入射し、少なくともその第１方向に対応する方向に周期性を持つ回折格子と、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞の強度分布を検出する検出器と、その検出器の検出結果に基づいてその被検光学系の波面情報を求める演算装置と、を備える波面計測装置である。
また、第６の態様によれば、光射出部から射出された光束に基づいて、被検光学系の波面情報を求める波面計測装置であって、その光射出部から射出されてその被検光学系を通過した光束を入射し、少なくとも第１方向に周期性を持ち、かつその第１方向の透過率分布が正弦波状の分布を有する回折格子と、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞の強度分布を検出する検出器と、その検出器の検出結果に基づいてその被検光学系の波面情報を求める演算装置と、を備える波面計測装置が提供される。

第７の態様によれば、被検光学系の波面情報を求める波面計測装置であって、第１方向の光量分布として正弦波状の分布のうち少なくとも１周期分の分布を有する光束を射出する光射出部と、その光射出部から射出されてその被検光学系を通過したその光束を入射し、少なくともその第１方向に対応する方向に周期性を持つ回折格子と、その回折格子から発生する複数の光束による干渉縞の強度分布を検出する検出器と、その検出器の検出結果に基づいてその被検光学系の波面情報を求める演算装置と、を備える波面計測装置が提供される。

第８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、上述の態様の波面計測装置を備える露光装置が提供される。
第９の態様によれば、上述の態様の露光方法又は上述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。

本発明の態様によれば、回折格子の透過率分布又は被検光学系に入射する光束の光量分布が正弦波状の分布を有するため、回折格子から射出される高次回折光等の影響が低減される。従って、高次干渉光等の影響が低減されて、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）中のピンホールアレーの一部を示す拡大図、（Ｃ）は図２（Ａ）中の回折格子１０のパターンの一部を示す拡大図、（Ｄ）は回折格子１０の透過率分布の一例を示す図、（Ｅ）は図２（Ａ）中の干渉縞の一例を示す図である。 （Ａ）は回折格子１０中の格子パターンユニットを示す拡大図、（Ｂ）はＸ方向に一次元の格子パターンユニットを示す拡大図、（Ｃ）はＹ方向に一次元の格子パターンユニットを示す拡大図である。 （Ａ）は３種類の格子パターンユニットの遮光部及び透過部の線幅の組み合わせの一例を示す図、（Ｂ）は回折格子１０から射出される回折光の強度を示す図、（Ｃ）は周期面光源を用いた場合の回折光間の可干渉度を示す図である。 （Ａ）は変形例の格子パターンユニットを示す拡大図、（Ｂ）は別の変形例の格子パターンユニットを示す拡大図である。 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。 第１変形例の回折格子パターンの一部を示す拡大図である。 （Ａ）は第２変形例の回折格子パターンの一部を示す拡大図、（Ｂ）は図９（Ａ）中の格子パターンユニットを示す拡大図、（Ｃ）は回折光間の可干渉度の一例を示す図である。 （Ａ）は第２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１０（Ａ）の射出パターンユニットを示す拡大図、（Ｃ）は格子パターンユニットのＹ方向の透過率分布を示す図、（Ｄ）は格子パターンユニットのＸ方向の透過率分布を示す図、（Ｅ）は図１０（Ａ）の回折格子の一部を示す拡大図、（Ｆ）は図１０（Ａ）中の干渉縞の一例を示す図である。 （Ａ）は２種類の射出パターンユニットの遮光部及び透過部の線幅の組み合わせの一例を示す図、（Ｂ）は射出パターンから射出される回折光間の可干渉度を示す図である。 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６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θx 、θy 、及びθz 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θz 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４０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θz 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θx 方向、θy 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（不図示）、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（不図示）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を同期して駆動して、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められている必要がある。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ＤＰ１（詳細後述）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。

駆動素子９は、後述のように位相シフト法でシアリング波面を求める場合に使用される。ただし、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。さらに、位相シフト法ではなく、フーリエ変換法でシアリング波面を求める場合には、駆動素子９を備えることなく、計測中に回折格子１０と計測用レチクル４とを相対移動する必要もない。

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６ａ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６ａ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６ａＰ）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６ａ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６ａ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６ａ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６ａ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６ａ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。

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方向に周期的に格子パターンユニット１１Ｓを形成したものである。

図２（Ｃ）に示すように、回折格子１０の遮光膜１０ｂ中に複数の格子パターンユニット１１ＳをＸ方向及びＹ方向に周期Ｐｇで配列した２次元の格子パターンＤＰ１が形成されている。格子パターンＤＰ１中のＸ方向及びＹ方向の格子パターンユニット１１Ｓの配列数は、実際には図２（Ｃ）の配列よりもかなり多い。格子パターンユニット１１Ｓは、遮光膜１０ｂ中にＸ方向及びＹ方向の平均的な透過率分布がほぼ正弦波の１周期分の変化となるように、大きさが様々な多数の矩形（正方形でもよい）の開口パターン１１Ｓａを形成したものである。このため、回折格子１０（格子パターンＤＰ１）のＹ方向の平均的な透過率ＴＹの分布は、図２（Ｄ）に示すように周期Ｐｇの正弦波状の分布である。同様に、回折格子１０のＸ方向の平均的な透過率ＴＸの分布も周期Ｐｇの正弦波状の分布である。なお、回折格子１０の正弦波状の透過率分布のＸ方向及びＹ方向の周期が互いに異なっていてもよい。このように、格子パターンＤＰ１は、その透過率分布として、正弦波状の透過率分布を有するため擬似正弦格子パターンと称することができる。以下、格子パターンＤＰ１を擬似正弦格子パターンＤＰ１と称する場合がある。

図３（Ａ）は、回折格子１０中の一つの格子パターンユニット１１Ｓを示す。格子パターンユニット１１Ｓの透過率分布は、図３（Ｂ）に示すＸ方向に周期Ｐｇで形成された１次元の格子パターンユニット１１ＳＸの正弦波状の透過率分布と、図３（Ｃ）に示すＹ方向に周期Ｐｇで形成された１次元の格子パターンユニット１１ＳＹの正弦波状の透過率分布との積に等しい。格子パターンユニット１１ＳＸは、Ｘ方向に線幅Ｌｉ（ｉ＝１〜７）の遮光部ＬＸＡと線幅Ｓｉの透過部ＳＸＡとからなる部分パターンを線幅比（Ｌｉ／Ｓｉ）を次第に変化させながら７個配列して、１周期を７分割したパターンである。同様に、格子パターンユニット１１ＳＹは、Ｙ方向に線幅Ｌｉ（ｉ＝１〜７）の遮光部ＬＹＡと線幅Ｓｉの透過部ＳＹＡとからなる部分パターンを７個配列した７分割のパターンである。格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの７つの部分パターンの線幅Ｌｉ，Ｓｉの一例を図４（Ａ）の左側の表に示す。各部分パターンは幅が一定の１１４３ｎｍで周期Ｐｇはほぼ８μｍ（＝１１４３μｍ×７）である。

また、格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの１周期内の分割数を多くするほど、透過率分布をより正弦波に近づけることができる。このため、格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹとして、１周期（ここでは８μｍ）を９分割又は１１分割したパターンを使用して、格子パターンユニット１１Ｓの透過率分布を、９分割又は１１分割等の格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの透過率分布の積の透過率分布としてもよい。図４（Ａ）の中央の表は、９分割する場合の遮光部及び透過部の線幅Ｌｉ，Ｓｉの一例を示し、図４（Ａ）の右側の表は、１１分割する場合の遮光部及び透過部の線幅Ｌｉ及びＳｉの一例を示す。また、図４（Ａ）の線幅Ｌｉ，Ｓｉでは透過部の最小線幅が１００ｎｍである。

また、図４（Ｂ）は、照明光ＥＬの照射によって回折格子１０の擬似正弦格子パターンＤＰ１から発生する０次光及び１次、２次、３次等の回折光の強度（回折強度）の計算結果を示す。図４（Ｂ）には、擬似正弦格子パターンＤＰ１の格子パターンユニット１１Ｓとして、１周期をそれぞれ７分割、９分割、及び１１分割したパターンを使用した場合の回折強度が示されている。この回折強度から、１周期を７分割、９分割、及び１１分割したパターンを使用した場合には、０次光及び１次回折光の他にそれぞれ７次、９次、及び１１次の回折光が発生することが分かる。

これに関して、図４（Ｃ）には、図２（Ｂ）のピンホールアレー６のような周期的面光源からの光束を投影光学系ＰＯを介して回折格子１０に入射させた場合の、回折格子１０からの０次光と他の１次、２次、３次等の回折光との可干渉度（コヒーレンス）の計算結果を示す。図４（Ｃ）に示すように、回折光の次数が大きくなるほど可干渉度が低下していることが分かる。シアリング干渉で必要になるのは、０次光と±１次回折光との干渉縞であり、これ以外の干渉縞は少ないことが好ましい。そして、図４（Ｂ）に示すように、格子パターンユニット１１Ｓから発生する回折強度は、７分割〜１１分割のパターンでは、それぞれ７次〜１１次の回折強度が大きくなるが、図４（Ｃ）に示すように、前述した図２（Ｂ）のピンホールアレー６、投影光学系ＰＯを介して回折格子１０に入射させた場合、回折格子１０から発生する０次光と７次〜１１次の回折光との可干渉度は低くなる。このため、０次光と７次〜１１次の回折光との干渉縞の強度はかなり小さくなり、本実施形態の擬似正弦格子パターンＤＰ１から発生する有効な回折光はほぼ０次光及び１次回折光のみとなり、ノイズ光の割合を大幅に低減できるため、シアリング波面の計測を高精度に行うことができる。

本実施形態において、格子パターンユニット１１Ｓの１周期内の部分パターンの分割数は奇数個であっても偶数個であってもよい。計測精度によって、１周期内の部分パターンの分割数を奇数個又は偶数個に設定することが可能である。さらに、図４（Ａ）の例では、１周期内の複数の部分パターンの幅は同じであるが、複数の部分パターンの幅を次第に変化させることも可能である。

また、図３（Ａ）の格子パターンユニット１１Ｓの代わりに、図５（Ａ）に示すように、格子パターンユニット１１Ｓを構成する種々の大きさの矩形の開口パターン１１Ｓａを同じ面積の円形の開口パターン１１ＳＡａで置き換えた構成の格子パターンユニット１１ＳＡを使用してもよい。さらに、格子パターンユニット１１Ｓの透過率分布は、Ｘ方向、Ｙ方向の格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの透過率分布の積であるが、図５（Ｂ）に示すように、Ｘ方向、Ｙ方向の格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの透過率分布の和の正弦波状の透過率分布を持つ格子パターンユニット１１ＳＢを使用することもできる。格子パターンユニット１１ＳＢは、格子パターンユニット１１ＳＸ，１１ＳＹの透過部の和のパターンを作成した後、このパターン内の矩形の開口パターンを同じ面積の円形の開口パターン１１ＳＢａで置き換え、そのパターン内の矩形の遮光パターンを同じ面積の円形の遮光パターン１１ＳＢｂで置き換えたものである。

図２（Ａ）において、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の擬似正弦格子パターンＤＰ１から発生する０次光（０次回折光）２０、Ｘ方向の±１次回折光（不図示）、及びＹ方向の±１次回折光２０Ａ，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１μｍ〜１０μｍ程度に設定される。図４（Ａ）の３つの例では、周期Ｐｇは８
μｍである。
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の擬似正弦格子パターンＤＰ１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６ａＰからの光束Ｅ１が到達する場合に、他のピンホールの像６ａＰ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８μｍ、ｍを２とすると、ピンホールアレー６の像の周期Ｐｓは１６μｍ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６４μｍ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）Ｗｘ、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）Ｗｙ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Ｗｘ，Ｗｙ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７（Ａ）の計測本体部の第１変形例で示すように、回折格子１０のパターンは、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７（Ｂ）の第２変形例で示すように、回折格子１０のパターンを投影光学系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。

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６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。本実施形態では一例として位相シフト法を用いてシアリング波面を求める。位相シフト法については、例えば特開２０１１−１０８６９６号公報に開示されている。なお、フーリエ変換法でシアリング波面を求めることも可能である。

先ず、図６のステップ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。そして、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（ステップ１０４）。

次に、主制御系１６は、制御用のパラメータｋの値を１に初期化し、駆動素子９を用いて回折格子１０のＸ方向、Ｙ方向の移動量（位相シフト量）を１回目の計測点の値に設定し、照明系ＩＬＳからの照明光ＥＬで計測用レチクル４を照明する（ステップ１０６）。そして、計測用レチクル４から射出された照明光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Ｉｋを撮像素子１４で検出する（ステップ１０８）。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）。

次に、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（例えば４以上の整数）に達したか否かを判断し（ステップ１１２）、パラメータｋがＫより小さいときに動作はステップ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。そして、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回目の計測点における値に合わせる（ステップ１１６）。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Ｉｋ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。

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Ｉｋ（ｋ＝１〜Ｋ）の情報を読み出し、これらの強度分布Ｉｋを用いて、Ｘ方向のシア波面Ｗｘ及びＹ方向のシア波面Ｗｙを計算する。このシア波面の計算方法は、例えば特開２０１１−１０８６９６号公報に開示されている。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。

そして、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（ステップ１２０）。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。また、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（ステップ１２２）。この後、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１２４）、ウエハステージＲＳＴ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（ステップ１２６）。

この際に、回折格子１０の擬似正弦格子パターンＤＰ１から射出されるのは０次光と±１次回折光が大部分であり、高次干渉光の量が大幅に低減されているため、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。従って、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。

本実施形態の露光装置ＥＸは、計測用レチクル４のピンホールアレー６から射出された光束に基づいて、投影光学系ＰＯの波面情報を求める波面計測装置８０を備えている。そして、波面計測装置８０は、ピンホールアレー６から射出されて投影光学系ＰＯを通過した光束が入射するとともに、Ｘ方向及びＹ方向に周期性を持ち、かつＸ方向及びＹ方向の透過率分布が正弦波状の分布を有する回折格子１０と、回折格子１０から発生する複数の光束による干渉縞２２の強度分布を検出する撮像素子１４（検出器）と、撮像素子１４の検出結果に基づいて投影光学系ＰＯの波面情報を求める演算装置１２と、を備えている。

また、波面計測装置８０を用いて投影光学系ＰＯの波面情報を求める波面計測方法は、計測用レチクル４のピンホールアレー６から射出された光束を投影光学系ＰＯに照射するステップ１０６と、投影光学系ＰＯを通過した光束をＸ方向及びＹ方向に周期性を持ちＸ方向及びＹ方向の透過率分布が正弦波状の分布を有する回折格子１０に入射させるステップ１０８と、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ステップ１２０と、を含んでいる。

本実施形態によれば、回折格子１０の擬似正弦格子パターンＤＰ１から発生するのは主に０次光と±１次回折光であり、２次以上の高次回折光の強度が大幅に低減している。このため、回折格子１０から発生する０次光及び１次回折光よりなる干渉縞の強度分布から高精度に投影光学系ＰＯのＸ方向及びＹ方向へのシア波面を求めることができる。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。また、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、露光装置ＥＸにおいてオンボディで投影光学系ＰＯのフルフィールドでの波面収差を高精度に計測できる。

なお、本実施形態では以下のような変形が可能である。
先ず、本実施形態の回折格子１０の擬似正弦格子パターンＤＰ１はＸ方向、Ｙ方向に周期性を持つ２次元のパターンであるが、例えば投影光学系ＰＯのＸ方向のシア波面を求めるだけでよい場合には、擬似正弦格子パターンとして、図３（Ｂ）のＸ方向の格子パターンユニット１１ＳＸをＸ方向に周期的に配列したパターンを使用できる。同様に、Ｙ方向のシア波面を求めるだけでよい場合には、擬似正弦格子パターンとして、図３（Ｃ）のＹ方向の格子パターンユニット１１ＳＹをＹ方向に周期的に配列したパターンを使用できる。

また、図２（Ａ）の回折格子１０のパターンとして、図８の第１変形例の擬似正弦格子パターンＤＰ２を使用してもよい。擬似正弦格子パターンＤＰ２は、Ｙ方向に周期３Ｐｇで、複数の格子パターンユニット１１ＭＹを形成したものである。この場合、擬似正弦格子パターンＤＰ２のＹ方向の平均的な透過率分布は周期Ｐｇの正弦波状である。そして、各格子パターンユニット１１ＭＹは、図８中の拡大図Ｂで示すように、正弦波状の透過率分布の１周期Ｐｇを７分割した部分パターン（遮光部ＬＹＡ及び透過部ＳＹＡ）よりなる
格子パターンユニット１１ＳＹと、１周期Ｐｇを９分割した部分パターン（遮光部ＬＹＢ及び透過部ＳＹＢ）よりなる格子パターンユニット１１ＴＹと、１周期Ｐｇを１１分割した部分パターン（遮光部ＬＹＣ及び透過部ＳＹＣ）よりなる格子パターンユニット１１ＵＹとをＹ方向に並べて形成された３種混合パターンである。

この擬似正弦格子パターンＤＰ２（３種混合パターン）から発生する回折光の強度は、図４（Ｂ）に示すように、０次光及び１次回折光の強度が大きく、２次以上の回折光の強度はほぼ０となっている。従って、擬似正弦格子パターンＤＰ２が形成された回折格子を投影光学系ＰＯの像面側に配置してシアリング波面の計測を行う場合、形成される干渉縞中の高次干渉光のノイズがほぼ０になるため、極めて高精度にシアリング波面の計測を行うことができる。

また、図２（Ａ）の回折格子１０のパターンとして、図９（Ａ）の第２変形例の擬似正弦格子パターンＤＰ３を使用してもよい。擬似正弦格子パターンＤＰ３は、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ周期２Ｐｇで、複数の格子パターンユニット１１Ｍ２を形成したものである。この場合、擬似正弦格子パターンＤＰ３のＸ方向及びＹ方向の平均的な透過率分布はそれぞれ周期Ｐｇの正弦波状である。そして、各格子パターンユニット１１Ｍ２は、図９（Ｂ）の拡大図で示すように、正弦波状のＸ方向及びＹ方向の透過率分布の１周期Ｐｇをそれぞれ７分割した部分パターンの積（又は和でもよい。以下同様）に相当する２次元の格子パターンユニット１１Ｓと、１周期Ｐｇを９分割した部分パターンの積に相当する２次元の格子パターンユニット１１Ｔと、１周期Ｐｇを１１分割した部分パターンの積に相当する格子パターンユニット１１Ｕと、１周期Ｐｇを１３分割した部分パターンの積に相当する格子パターンユニット１１Ｗと、をＸ方向及びＹ方向に並べて形成された４種混合の２次元パターンである。

この２次元の擬似正弦格子パターンＤＰ３（４種混合パターン）から発生する回折光の強度は、Ｘ方向及びＹ方向の両方で２次以上の回折光の強度がほぼ０となる。従って、擬似正弦格子パターンＤＰ３が形成された回折格子を投影光学系ＰＯの像面側に配置してシアリング波面の計測を行う場合、形成される干渉縞中の高次干渉光のノイズがほぼ０になるため、極めて高精度にＸ方向及びＹ方向のシアリング波面の計測を行うことができる。

また、上記の実施形態は、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、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。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態につき図１０（Ａ）〜図１１（Ｂ）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が正弦波状の透過率分布を持ち、回折格子には通常の複数の開口パターンが形成されている。以下、図１０（Ａ）〜図１１（Ｂ）において、図２（Ａ）〜図２（Ｄ）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１０（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４Ａ、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４Ａには、Ｘ方向及びＹ方向に周期Ｐｓ／β（βは投影倍率）で複数の射出パターンユニット７Ｓを配列した構成で、Ｘ方向及びＹ方向の平均的な透過率分布が周期Ｐｓ／βの正弦波状の格子パターン（以下、擬似正弦格子パターンと称する）ＬＰ１が形成されている。図１０（Ｂ）に示すように、一つの射出パターンユニット７Ｓは、図２（Ｃ）の回折格子１０の格子パターンユニット１１Ｓと同様に、遮光膜７ｂ中に大きさが異なる複数の矩形（正方形であってもよい）の開口パターン７Ｓａを形成したものである。射出パターンユニット７ＳのＹ方向及びＸ方向の平均的な透過率分布ＴＹ及びＴＸは、図１０（Ｃ）及び（Ｄ）に示
すように周期Ｐｓ／βの正弦波状である。

また、計測本体部８Ａの回折格子１０Ａには、図１０（Ｅ）に示すように、遮光膜１０ｂ中に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。従って、計測本体部８Ａの撮像素子１４の受光面には、０次光２０、＋１次回折光２０Ａ、及び−１次回折光２０Ａ等による干渉縞２２（図１１（Ｆ）参照）が形成される。
本実施形態において、図１０（Ｂ）の計測用レチクル４Ａの射出パターンユニット７Ｓとして、１周期を９分割した部分パターンよりなるパターンを使用した場合に、回折格子１０Ａから射出される０次光と１次、２次、３次等の回折光との可干渉度を計算した結果を図１１（Ｂ）に示す。また、この場合の射出パターンユニット７Ｓの９分割した部分の遮光部及び透過部の線幅Ｌｉ，Ｓｉ（ｎｍ）の例を図１１（Ａ）に示す。図１１（Ａ）の右側の例は最小線幅が１００ｎｍの例であり、左側の例は最小線幅が４００ｎｍの例である。これら２つの例は、各部分パターンの線幅がほぼ３５５６ｎｍで、周期Ｐｓ／βがほぼ３２μｍ（＝３５５６ｎｍ×９）の例である。

そして、図１１（Ｂ）には、最小線幅が１００ｎｍ及び４００ｎｍの射出パターンユニットよりなる擬似正弦格子パターンＬＰ１を用いた場合の可干渉度が示されている。図１１（Ｂ）より、１次光との可干渉度が大きく、９次以外の回折光との可干渉度はほぼ０であることが分かる。また、９次の回折光との可干渉度が比較的大きいが、回折格子１０Ａから発生する９次の回折光の強度はかなり小さいため、高次干渉光は大幅に低減される。この結果、本実施形態においても、位相シフト法又はフーリエ変換法によって、投影光学系ＰＯのＸ方向、Ｙ方向のシア波面を高精度に求めることができる。

また、本実施形態の波面計測装置は、Ｘ方向及びＹ方向（又はこれらのうち一つの方向）の光量分布として正弦波状の分布（このうちの１周期分の分布でもよい）を有する光束を射出する射出パターンユニット７Ｓを有する計測用レチクル４Ａ（光射出部）と、計測用レチクル４Ａから射出されて投影光学系ＰＯを通過した光束（照射工程を経た光束）が入射する（入射工程を実行する）とともに、Ｘ方向及びＹ方向（又はこれらのうちの一つの方向）に周期性を持つ回折格子１０Ａと、回折格子１０Ａから発生する複数の光束による干渉縞２２の強度分布を検出する撮像素子１４（検出器）と、撮像素子１４の検出結果に基づいて投影光学系ＰＯの波面情報を求める（波面情報を求める工程を実行する）演算装置（図１の演算装置１２と同様の演算装置）と、を備えている。
本実施形態によれば、投影光学系ＰＯに入射する光束の光量分布が正弦波状の分布を有するため、回折格子１０Ａから射出される高次回折光等の影響が低減される。従って、高次干渉光等の影響が低減されて、投影光学系ＰＯの波面情報を高精度に計測できる。

なお、本実施形態においても、計測用レチクル４Ａの擬似正弦格子パターンＬＰ１としてＸ方向又はＹ方向に正弦波状の透過率分布を持つ１次元のパターンを使用してもよい。さらに、擬似正弦格子パターンＬＰ１として、図８（Ａ）に示すように、１周期内の分割数が異なる複数の射出パターンユニット（格子パターンユニット１１ＳＹ，１１ＴＹ，１１ＵＹに相当するパターン）を組み合わせた混合パターンを使用してもよい。また、図９（Ａ）に示すように、Ｘ方向及びＹ方向で１周期内の分割数が異なる複数の射出パターンユニット（格子パターンユニット１１Ｓ〜１１Ｗに相当するパターン）を組み合わせた混合パターンを使用してもよい。

図９（Ａ）のような混合パターンよりなる擬似正弦格子パターン（周期的な正弦波状の輝度分布を持つ面光源）からの光束で投影光学系ＰＯを介して回折格子１０Ａを照明した場合、回折格子１０Ａからの０次光と１次、２次等の回折光との可干渉度は、図９（Ｃ）に示すように、１次回折光との可干渉度が大きく、他の回折光との可干渉度はほぼ０となる。従って、シアリング干渉法でより高精度に投影光学系ＰＯの波面収差を計測すること
ができる。

なお、回折格子１０Ａのパターンは市松格子状であってもよい。さらに、計測用レチクル４Ａに擬似正弦格子パターンＬＰ１を設けた状態で、回折格子１０Ａとしても擬似正弦格子パターンが形成された回折格子を使用してもよい。
また、上記の実施形態において、計測用レチクル４Ａの代わりに、輝度分布が正弦波状の光源（光射出部）を使用してもよい。

なお、本発明は、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。

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、露光装置ＥＸの投影光学系の結像特性を目標とする状態に高精度に維持できるため、電子デバイスを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。
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。
また、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む２０１２年５月３０日付け提出の日本国特許出願第２０１２−１２３８１３号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。

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、ＬＰ１…格子パターン、ＤＰ１〜ＤＰ３…格子パターン、ＷＢ…ウエハベース、４…計測用レチクル、６…ピンホールアレー、７Ｓ…射出パターンユニット、８…計測本体部、９…駆動素子、１０…回折格子、１１Ｓ…格子パターンユニット、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 (26)

1. 物体の像を形成する被検光学系の波面情報を求める波面計測方法であって、
   前記被検光学系の前記物体側に配置された光射出部から射出された少なくとも第１方向に周期的な光量分布の光束を前記被検光学系に照射することと、
   前記被検光学系を通過した光束を、少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子に入射させることと、
   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ことと、
   を含む波面計測方法。
2. 前記回折格子は、前記第１方向に関して、光を透過する第１部分と光を遮光する第２部分とを交互にＮ対（Ｎは２以上の整数）配列した領域を有し、かつ隣接する前記第１部分と前記第２部分との幅の比が次第に変化している請求項１に記載の波面計測方法。
3. 前記回折格子は、前記第１方向に関して、前記正弦波状の透過率分布の１周期分の幅内に、光を透過する第１部分と光を遮光する第２部分とを交互にＮ対配列した第１領域と、前記１周期分の幅内に、光を透過する第３部分と光を遮光する第４部分とを交互にＮ１対（Ｎ１は２以上で、Ｎと異なる整数）配列した第２領域とを有する請求項２に記載の波面計測方法。
4. 前記整数Ｎは奇数又は偶数である請求項２又は３に記載の波面計測方法。
5. 前記回折格子は、前記第１方向に直交する第２方向にも周期性を持ち、かつ前記第２方向の透過率分布が正弦波状の透過率分布を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波面計測方法。
6. 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乃至５のいずれか一項に記載の波面計測方法を用いる露光方法。
7. 物体の像を形成する被検光学系の波面情報を、前記被検光学系の前記物体側に配置された光射出部から射出された少なくとも第１方向に周期的な光量分布の光束に基づいて求める波面計測装置であって、
   前記光射出部から射出されて前記被検光学系を通過した光束を入射し、少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子と、
   前記回折格子から発生する複数の光束による干渉縞の強度分布を検出する検出器と、
   前記検出器の検出結果に基づいて前記被検光学系の波面情報を求める演算装置と、
   を備える波面計測装置。
8. 前記回折格子は、前記第１方向に関して、光を透過する第１部分と光を遮光する第２部分とを交互にＮ対（Ｎは２以上の整数）配列した領域を有し、隣接する前記第１部分と前記第２部分との幅の比が次第に変化している請求項７に記載の波面計測装置。
9. 前記回折格子は、前記第１方向に関して、前記正弦波状の透過率分布の１周期分の幅内に、光を透過する第１部分と光を遮光する第２部分とを交互にＮ対配列した第１領域と、前記１周期分の幅内に、光を透過する第３部分と光を遮光する第４部分とを交互にＮ１対（Ｎ１は２以上で、Ｎと異なる整数）配列した第２領域とを有する請求項８に記載の波面計測装置。
10. 前記整数Ｎは奇数又は偶数である請求項８又は９に記載の波面計測装置。
11. 前記回折格子は、前記第１方向に直交する第２方向にも周期性を持ち、かつ前記第２方向の透過率分布が正弦波状の透過率分布を有する請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の波面計測装置。
12. 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７乃至１１のいずれか一項に記載の波面計測装置を備える露光装置。
13. 請求項６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。
14. 請求項１２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。
15. 被検光学系の波面情報を獲得する波面計測方法であって、
    少なくとも第１方向において周期性を持つ光量分布の光束で前記被検光学系を照射することと；
    少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子に、前記被検光学系を通過した前記光束を入射させることと；
    前記回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面情報を獲得することと、を含み、
    前記被検光学系を照射することは、光射出部を介した前記光束で前記被検光学系を照射することを含み、
    前記回折格子は、
    前記第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、
    前記第１部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、
    前記第２部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、
    前記第３部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、
    前記第１部分の前記第１幅は、前記第３部分の前記第３幅よりも広く、
    前記第２部分の前記第２幅は、前記第４部分の前記第４幅よりも狭い、
    波面計測方法。
16. 前記第１方向の光量分布は、複数周期の分布を有する請求項１５に記載の波面計測方法。
17. 前記回折格子は、前記第４部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第５幅を有し、光を通過させる第５部分と、前記第５部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第６幅を有し、光を遮光する第６部分とをさらに含み、
    前記第５部分の前記第５幅は、前記第３部分の前記第３幅よりも広く、
    前記第６部分の前記第６幅は、前記第４部分の前記第４幅よりも狭い請求項１５又は１６に記載の波面計測方法。
18. 前記回折格子は、前記第１方向と交差する第２方向において周期性を持つ光量分布の光束を射出する、請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の波面計測方法。
19. 被検光学系の波面情報を獲得する波面計測方法であって、
    少なくとも第１方向において周期性を持つ光量分布の光束で前記被検光学系を照射することと；
    少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子に、前記被検光学系を通過した前記光束を入射させることと；
    前記回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面情報を獲得することと、を含み、
    前記被検光学系を照射することは、光射出部を介した前記光束で前記被検光学系を照射することを含み、
    前記回折格子は、
    前記第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、
    前記第１部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、
    前記第２部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、
    前記第３部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、
    前記第１幅、前記第２幅、前記第３幅及び前記第４幅はそれぞれ異なる、
    波面計測方法。
20. 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１５乃至１９のいずれか一項に記載の波面計測方法を用いる露光方法。
21. 被検光学系の波面情報を獲得するように構成された波面計測装置において、
    第１方向において、少なくとも１周期に対応する光量分布を有する光束を射出するように構成された光射出部と、
    前記光射出部から射出され前記被検光学系を通過した前記光束が入射し、少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子と、
    前記回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞の強度分布を検出するように構成された検出器と、
    前記検出器による検出結果を用いて、前記被検光学系の波面情報を獲得するように構成された演算ユニットと、を含み、
    前記回折格子は、
    前記第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、
    前記第１部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、
    前記第２部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、
    前記第３部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、
    前記第１部分の前記第１幅は、前記第３部分の前記第３幅よりも広く、
    前記第２部分の前記第２幅は、前記第４部分の前記第４幅よりも狭い、
    波面計測装置。
22. 前記光射出部から射出される前記光束の前記第１方向の光量分布は、複数周期の分布を有する請求項２１に記載の波面計測装置。
23. 前記回折格子は、前記第４部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第５幅を有し、光を通過させる第５部分と、前記第５部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第６幅を有し、光を遮光する第６部分とをさらに含み、
    前記第５部分の前記第５幅は、前記第３部分の前記第３幅よりも広く、
    前記第６部分の前記第６幅は、前記第４部分の前記第４幅よりも狭い、
    請求項２１又は２２に記載の波面計測装置。
24. 前記回折格子は、前記第１方向と交差する第２方向において周期性を持つ光量分布の光束を射出する、請求項２１乃至２３のいずれか一項に記載の波面計測装置。
25. 被検光学系の波面情報を獲得するように構成された波面計測装置において、
    第１方向において、少なくとも１周期に対応する光量分布を有する光束を射出するように構成された光射出部と、
    前記光射出部から射出され前記被検光学系を通過した前記光束が入射し、少なくとも前記第１方向に周期性を持ち、かつ前記第１方向の１周期内に前記第１方向に沿って複数の透過部と複数の遮光部とが交互に配列されて、前記第１方向に正弦波状の透過率分布を有する回折格子と、
    前記回折格子から発生する複数の光束によって形成される干渉縞の強度分布を検出するように構成された検出器と、
    前記検出器による検出結果を用いて、前記被検光学系の波面情報を獲得するように構成された演算ユニットと、を含み、
    前記回折格子は、
    前記第１方向に沿った第１幅を有し、光を通過させる第１部分と、
    前記第１部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第２幅を有し、光を遮光する第２部分と、
    前記第２部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第３幅を有し、光を通過させる第３部分と、
    前記第３部分の前記第１方向側に配置され、前記第１方向に沿って第４幅を有し、光を遮光する第４部分とを含み、
    前記第１幅、前記第２幅、前記第３幅及び前記第４幅はそれぞれ異なる、
    波面計測装置。
26. 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２１乃至２５のいずれか一項に記載の波面計測装置を備える露光装置。

Images