JP2010206033A - 波面収差計測装置、該装置の校正方法、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばシアリング干渉方式で波面計測を行う場合の計測誤差を求める。
【解決手段】計測用パターン及び投影光学系ＰＯを通過した照明光ＥＬを回折格子１０を介して分割し、分割した光束を干渉させて得られる干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差を計測する波面計測装置８の校正方法であって、投影光学系ＰＯの物体面側に校正用パターン７を配置し、投影光学系ＰＯの像面側にその計測用パターンに対応するパターンが形成された校正用格子１１を配置し、校正用パターン７及び投影光学系ＰＯを通過した光束を校正用格子１１及び回折格子１０を介して受光し、この受光結果に基づいて計測誤差を求める。
【選択図】図３

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収差情報を計測する波面収差計測装置、その校正方法、及びその波面収差計測装置を備えた露光装置に関する。

半導体デバイス等の微細化に応じて、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）を用いる露光装置（ＥＵＶ露光装置）も開発されている。ＥＵＶ光については現状ではそれを透過する光学材料がないため、ＥＵＶ露光装置の照明光学系及び投影光学系は、特定のフィルタ等を除いて反射光学部材から構成される。

また、ＥＵＶ光を用いる投影光学系の波面収差は例えば０．５ｎｍＲＭＳ程度以下であることが求められており、投影光学系の波面収差の計測精度は０．１ｎｍＲＭＳ程度が要求されている。このように高精度な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又は一つ若しくは複数のスリットパターンを配置し、そ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回折格子に通し、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２００６−２６９５７８号公報

従来のシアリング干渉方式の計測装置では、回折格子や撮像素子の僅かな傾斜（チルト）に起因する非点収差が被検波面に混入して計測誤差要因となる恐れがあった。また、ＥＵＶ露光装置は一般に真空チャンバ内に設置されるため、例えばその計測装置をＥＵＶ露光装置に組み込んだ場合に、その露光装置中の計測装置の回折格子及び撮像素子の実際の傾斜角を計測することは困難である。

本発明は、このような事情に鑑み、例えばシアリング干渉方式で波面計測を行う場合の計測誤差を求めることができる校正方法及び波面収差計測装置、並びにこの波面収差計測装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。

本発明による波面収差計測装置の校正方法は、計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子を介して分割し、分割したその光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置の校正方法であって、その被検光学系の物体面側に、その計測用マスクと異なる第１の校正用マスクを配置し、その被検光学系の像面側にその計測用マスクのパターンに対応するパターンが形成された第２の校正用マスクを配置し、その第１の校正用マスク及びその被検光学系を通過した光束をその第２の校正用マスク及びその回折格子を介して受光し、該受光結果に基づいてその波面収差計測装置の計測誤差情報を求めるものである。

また、本発明による波面収差計測装置は、計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子を介して分割し、分割したその光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいてその被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置であって、その干渉縞を検出する受光器と、その被検光学系の物体面側にその計測用マスクと異なる第１の校正用マスクを配置する第１のマスク配置部と、その被検光学系の像面側にその計測用マスクのパターンに対応するパターンが形成された第２の校正用マスクを配置する第２のマスク配置部と、その第１の校正用マスク及びその被検光学系を通過した光束をその第２の校正用マスク及びその回折格子を介してその受光器で受光させ、その受光器の受光結果に基づいて計測誤差情報を求める制御部と、を備えるものである。

また、本発明による露光装置は、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情報を計測するために、本発明の波面収差計測装置を備えるものである。

本発明によれば、第１の校正用マスク及び被検光学系を通過した光束を第２の校正用マスク及び回折格子を介して受光することで、第２の校正用マスクは被検光学系に収差がない場合の計測用マスクの理想的な像として作用する。従って、その受光結果より、被検光学系以外の部材に起因する収差量である計測誤差情報を求めることができ、この結果を用いて例えばシアリング干渉方式の波面収差計測装置の校正を行うことができる。

本発明の実施形態の一例につき図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光装置１００の全体構成を概略的に示す図である。露光装置１００は、露光用の照明光ＥＬ（露光光）として、波長が１００ｎｍ程度以下で例えば１１〜１５ｎｍ程度の範囲内のＥＵＶ光（Extreme Ultraviolet Light)を用いるＥＵＶ露光装置である。照明光ＥＬの波長は一例として１３．５ｎｍである。図１において、露光装置１００は、照明光ＥＬを発生するレーザプラズマ光源と、その照明光ＥＬでミラー２を介してレチクルＲ（マスク）のパターン面（ここでは下面）上の照明領域を照明する照明光学系とを含む照明装置ＩＬＳと、レチクルＲをレチクルホルダＲＨを介して保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲの照明領域内のパターンの像をレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（感光基板）上に投影する投影光学系ＰＯとを備えている。さらに、露光装置１００は、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御系１６と、ステージの駆動機構（不図示）等とを備え、ウエハステージＷＳＴには投影光学系ＰＯの波面収差を計測する波面計測装置８が装着されている。

本実施形態では、照明光ＥＬとしてＥＵＶ光が使用されているため、照明光学系ＩＬＳ及び投影光学系ＰＯは、特定のフィルタ等（不図示）を除いて複数のミラー等の反射光学部材より構成され、レチクルＲも反射型である。その反射光学部材は、例えば、石英（又は高耐熱性の金属等）よりなる部材の表面を所定の曲面又は平面に高精度に加工した後、その表面に例えばモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）との多層膜（ＥＵＶ光の反射膜）を形成して反射面としたものである。また、レチクルＲは例えば石英の基板の表面に多層膜を形成して反射面とした後、その反射面に、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、又はクロム（Ｃｒ）等のＥＵＶ光を吸収する材料よりなる吸収層によって転写用のパターンを形成したものである。

また、ＥＵＶ光の気体による吸収を防止するため、露光装置１００はほぼ全体として箱状の真空チャンバ（不図示）内に収容されている。
以下、図１において、ウエハステージＷＳＴが移動する面（本実施形態ではほぼ水平面）内で図１の紙面に垂直にＸ軸を、図１の紙面に平行にＹ軸を取り、その面に垂直にＺ軸を取って説明する。本実施形態では、レチクルＲ上での照明光ＥＬの照明領域は、Ｘ方向（非走査方向）に細長い円弧状であり、露光時にレチクルＲ及びウエハＷは投影光学系ＰＯに対してＹ方向（走査方向）に同期して走査される。

先ず、照明装置ＩＬＳ中の照明光学系は、オプティカルインテグレータ、可変開口絞り、レチクルブラインド、及びコンデンサ光学系等から構成されている。また、投影光学系ＰＯは、物体面（第１面）のパターンの縮小像を像面（第２面）に形成し、投影光学系ＰＯの投影倍率βは例えば１／４であり、像側の開口数ＮＡは例えば０．２５である。この場合、投影光学系ＰＯの物体側の開口数ＮＡinは０．０６２５（＝０．２５／４）である。

投影光学系ＰＯは、一例として、６枚の例えば非球面のミラーＭ１〜Ｍ６を不図示の鏡筒で保持することによって構成され、物体面（レチクルＲのパターン面）側に非テレセントリックで、像面（ウエハＷの表面）側にほぼテレセントリックの反射光学系である。また、投影光学系ＰＯ内に開口絞り（不図示）が設けられている。なお、投影光学系ＰＯの構成は任意である。レチクルＲの照明領域で反射された照明光ＥＬが、投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上の露光領域（照明領域と共役な領域）に、レチクルＲのパターンの一部の縮小像を形成する。

ウエハＷ上の１つのダイ（ショット領域）を露光するときには、照明光ＥＬが照明装置ＩＬＳによりミラー２を介してレチクルＲの照明領域に照射され、レチクルＲとウエハＷとは投影光学系ＰＯに対して投影倍率β（縮小倍率）に従った所定の速度比でＹ方向に同期して移動する（同期走査される）。このようにして、レチクルＲのパターンの像はウエハＷ上の一つのダイに露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動した後、ウエハＷ上の次のダイに対してレチクルＲのパターンが走査露光される。このようにステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のダイに対して順次レチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、本実施形態の波面計測装置８の構成及び投影光学系ＰＯの波面収差の計測原理につき説明する。ウエハステージＷＳＴ内の波面計測装置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、この回折格子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、波面計測装置８の校正時に使用される校正用格子１１とを備えている。さらに、波面計測装置８は、その校正時に、回折格子１０の上方の投影光学系ＰＯの像面と同じ高さの位置に校正用格子１１を設置する回転モータを含む駆動機構１２を備えている。撮像素子１４の検出信号は主制御系１６内の演算部に供給される。

投影光学系ＰＯの波面収差計測時には、ウエハステージＷＳＴを駆動して波面計測装置８の回折格子１０の上方に投影光学系ＰＯの露光領域が設定される。主制御系１６内の演算部は撮像素子１４の検出信号から投影光学系ＰＯの波面収差を求める。さらに、波面計測装置８の校正時に、主制御系１６は、駆動機構１２を介して回折格子１０の上方に校正用格子１１を配置して波面収差を計測する（詳細後述）。

また、その波面収差計測時には、不図示のレチクルローダ系を介してレチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲが計測用レチクル４と交換され、計測用レチクル４のパターン面が照明装置ＩＬＳの照明領域に設定される。計測用レチクル４のパターン面には後述のピンホールアレー６及び校正用パターン７が形成されている。ピンホールアレー６及び校正用パターン７は、一例として、ＥＵＶ光の反射膜上にピンホールとなる部分を除いて吸収層を形成することによって製造できる。計測用レチクル４は、波面計測装置８の一部とみなすことも可能である。以下の説明では、便宜上、計測用レチクル４及び投影光学系ＰＯを１つの光軸上に配置された透過光学系で表現する。しかしながら、この計測原理は反射光学系でも同様に成立する。

図２（Ａ）は、図１の波面計測装置８で投影光学系ＰＯの波面収差を計測中の光学系を透過光学系で表現したものである。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。
図２（Ｂ）に拡大図で示すように、ピンホールアレー６は、複数個のピンホール６ａを含むピンホール群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。この場合、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を投影光学系ＰＯを介して投影した像（ピンホール群の像６ＳＰ）のＸ方向、Ｙ方向の周期はＰｓである。個々のピンホール６ａの直径は、次のように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） …（１）
ここで、波長λを１３．５ｎｍ、開口数ＮＡinを０．０６２５とすると、回折限界はほぼ１０８ｎｍとなるため、ピンホール６ａの直径は１００ｎｍ程度又はこれより小さい。
また、ピンホール群６Ｓ内での複数のピンホール６ａの間隔は、一例として照明光ＥＬのコヒーレンス係数が０となる距離以上であればよい。波長λ及び照明光学系の開口数ＮＡ_ILを用いて、コヒーレンス係数が０となる最短距離は０．６１λ／ＮＡ_IL、即ちこの場合には１３２ｎｍ程度になる。このような多数のピンホール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、照明光ＥＬの空間的コヒーレンス長以上である。本実施形態のように空間的コヒーレンシィが低いレーザプラズマ光源を使用する場合、照明光学系の射出側の開口数ＮＡ_IL及び波長λを用いて、その空間的コヒーレンス長は高々、λ／ＮＡ_IL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／ＮＡ_IL≒λ／ＮＡin …（２）
この場合、波長λを１３．５ｎｍ、開口数ＮＡinを０．０６２５とすると、空間的コヒーレンス長はほぼ２１６ｎｍとなるため、周期Ｐｓ／βは２００ｎｍ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、製造技術上の問題もあるため、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（２）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には、図２（Ｄ）に示すように、遮光膜（又は吸収層）を背景として照明光ＥＬを通す多数の開口パターン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、実際には製造上の限界もあるため、例えば数１００ｎｍ〜数μｍ程度で、例えば１μｍ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。

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（３）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 …（４）
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２００６−２６９５７８号公報に開示されている。

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群の像６ＳＰからの光束Ｅ１が到達する場合に、他のピンホール群の像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（５）の代わりに次の近似式を使用してもよい。
Ｐｓ＝Ｐｇ×ｍ …（６）
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（４）及び式（６）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の強度分布を図１の主制御系１６の演算部に取り込み、その強度分布をフーリエ変換することでシアリング波面の位相分布（フーリエ像の縞の歪み）が求められる。さらにその演算部は、その位相分布から投影光学系ＰＯの波面、ひいてはその波面収差を求めることができる。

次に、波面計測装置８の校正（キャリブレーション）を行う場合には、計測用レチクル４の校正用パターン７が照明光ＥＬの照明領域に配置され、図１の駆動機構１２によって回折格子１０の上方の像面１８に校正用格子１１が配置される。
図３（Ａ）は、波面計測装置８の校正を行うときの波面計測装置８の配置を示す。図３（Ａ）の校正用パターン７は、図３（Ｂ）に示すように、複数のピンホール７ａを含むピンホール群７ＳをＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｃａ／β（βは投影光学系ＰＯの投影倍率）で配置したものである。ピンホール７ａの大きさ及びピンホール群７Ｓ内のピンホール７ａの間隔は、図２（Ｂ）のピンホール６ａと同じである。また、校正用パターン７の投影光学系ＰＯによる像（ピンホール群の像７ＳＰ）の周期Ｐｃａは、回折格子１０の周期Ｐｇ、回折格子１０の像面１８からの距離Ｌｇ、撮像素子１４の受光面の像面１８からの距離Ｌｃ、及び半整数ｘを用いて次の条件を満たすように設定される。

ここで、整数ｉ（ｉ＝１，２，３，４，…）を用いて半整数ｘは次のように表すことができる。
ｘ＝ｉ＋０．５ …（８）
また、校正用格子１１には、図３（Ｃ）に示すように、遮光膜（又は吸収層）を背景として照明光ＥＬを通す多数の開口パターン１１ａがＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｃｂで形成されている。校正用格子１１の周期Ｐｃｂは、図３（Ｄ）に示す回折格子１０の周期Ｐｇ、距離Ｌｇ、及び距離Ｌｃを用いて次の条件を満たすように設定される。

式（５）と式（９）との比較より、式（９）の校正用格子１１の周期Ｐｃｂは、投影光学系ＰＯの収差計測時に使用されるピンホールアレー６の像の式（５）の周期Ｐｓのｍ分の１（整数分の１）であることが分かる。これは、校正用格子１１の周期Ｐｃｂをピンホールアレー６の像の周期Ｐｓの可能な最小値と等しくすることを意味している。なお、次式のように、校正用格子１１の周期Ｐｃｂをピンホールアレー６の像の周期Ｐｓと等しく設定することも可能である。

Ｐｃｂ＝Ｐｓ …（１０）
式（７）が成立する場合、図３（Ａ）において、撮像素子１４上の干渉縞２２上の或る点２２ａに、校正用パターン７の一つのピンホール群の像７ＳＰからの光束Ｅ１が到達する場合に、他のピンホール群の像７ＳＰからの光束Ｅ３は回折格子１０によって遮光されて、高いコントラストの干渉縞２２は形成されない。言い換えると、校正用パターン７及び投影光学系ＰＯを通過した照明光ＥＬは、投影光学系ＰＯの波面収差の情報を含まない照明光として校正用格子１１を照明する。この場合、校正用格子１１は、実質的に計測用のピンホールアレー６の理想的な像、即ち投影光学系ＰＯからの波面収差のない光束として作用するため、撮像素子１４の検出信号を処理することによって、投影光学系ＰＯ以外の波面計測装置８（校正用格子１１及び／又は撮像素子１４の傾斜角のずれ等）のシステム誤差に相当する計測誤差を求めることができる。

次に、波面計測装置８の計測誤差を求めて波面計測装置８の校正を行う方法の一例につき図４（Ａ）のフローチャートを参照して説明する。その方法は主制御系１６によって制御される。この校正は例えば定期的に実行される。
先ず、図４（Ａ）のステップ１０１で、図１において不図示のレチクルローダ系を介してレチクルステージＲＳＴのレチクルＲを計測用レチクル４と交換した後、レチクルステージＲＳＴを駆動することによって、図３（Ａ）に示すように計測用レチクル４の校正用パターン７を投影光学系ＰＯの物体面に配置し、投影光学系ＰＯの像面側に波面計測装置８の回折格子１０が配置される。次に、駆動機構１２を介して、回折格子１０の上方の投影光学系ＰＯの像面１８に校正用格子１１を設定する（ステップ１０２）。その後、照明光ＥＬを校正用パターン７に照射して、波面計測装置８の撮像素子１４上に形成される干渉縞２２の強度分布を計測する（ステップ１０３）。その強度分布に基づいて、主制御系１６の演算部は例えばフーリエ変換法によって波面を求める（ステップ１０５）。

この場合、ｙ軸に沿った一次元の例で説明すると、校正用パターン７、投影光学系ＰＯ、及び回折格子１０を介してシアリング干渉によって計測される被検波面Ｗ’（ｙ）のシア波面は｛Ｗ’（ｙ＋Δｙ）−Ｗ’（ｙ）｝である。なお、Δｙはシア量である。また、タルボ干渉計よりなる波面計測装置８のシステム誤差を計測誤差Ｓとすると、ステップ１０５で求められる波面の計測結果Ｗ_T1は、次のようになる。

Ｗ_T1＝｛Ｗ’（ｙ＋Δｙ）−Ｗ’（ｙ）｝＋Ｓ …（１１）
この場合、校正用パターン７の像の周期Ｐｃａは式（７）の条件を満たしており、上述のように被検波面Ｗ’（ｙ）には投影光学系ＰＯの収差情報は含まれないため、シア波面｛Ｗ’（ｙ＋Δｙ）−Ｗ’（ｙ）｝はほぼ０となる。従って、計測結果Ｗ_T1は次のように計測誤差Ｓのみとなる。

Ｗ_T1＝Ｓ …（１２）
そこで、主制御系１６の演算部はステップ１０４で求めた計測結果Ｗ_T1である計測誤差Ｓを校正データとして主制御系１６内の記憶部に記憶する（ステップ１０５）。その後、図１の駆動機構１２によって校正用格子１１は照明光ＥＬが照射されない位置に退避される。

その後、露光中に投影光学系ＰＯの波面収差を計測する場合には、図４（Ｂ）のステップ１１０で、図２（Ａ）に示すように計測用レチクル４のピンホールアレー６が計測用パターンとして投影光学系ＰＯの物体面に配置され、投影光学系ＰＯの像面側に波面計測装置８の回折格子１０が配置される。次に、照明光ＥＬをピンホールアレー６に照射して、波面計測装置８の撮像素子１４上に形成される干渉縞２２の強度分布を計測する（ステップ１１１）。さらに、その強度分布に基づいて、主制御系１６の演算部は例えばフーリエ変換法によって波面である計測結果Ｗ_T2を求める（ステップ１１２）。

この場合も、ｙ軸に沿った一次元の例で説明すると、ピンホールアレー６、投影光学系ＰＯ、及び回折格子１０を介してシアリング干渉によって計測される被検波面は、投影光学系ＰＯの真の波面Ｗ（ｙ）とシステム誤差に相当する部分とに分かれる。従って、真の波面Ｗ（ｙ）のシア波面｛Ｗ（ｙ＋Δｙ）−Ｗ（ｙ）｝を用いると、計測結果Ｗ_T2は次のようにシア波面と計測誤差Ｓとの和になる。

Ｗ_T2＝｛Ｗ（ｙ＋Δｙ）−Ｗ（ｙ）｝＋Ｓ …（１３）
そこで、主制御系１６の演算部では、計測結果Ｗ_T2からステップ１０５で記憶されている計測誤差（校正データ）Ｓを差し引くことで、次のように投影光学系ＰＯの真の波面のシア波面Ｗ₀ を求めることができる（ステップ１１３）。
Ｗ₀ ＝Ｗ_T2−Ｓ＝Ｗ（ｙ＋Δｙ）−Ｗ（ｙ） …（１４）
このシア波面Ｗ₀ を用いることによって、主制御系１６の演算部は投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。

本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態のシアリング干渉方式の波面計測装置８は、計測用レチクル４のピンホールアレー６（計測用マスク）及び投影光学系ＰＯ（被検光学系）を通過した照明光ＥＬを回折格子１０を介して分割し、分割した照明光ＥＬを干渉させて得られる干渉縞２２に基づいて投影光学系ＰＯの波面収差を計測する計測装置であって、干渉縞２２を検出する２次元の撮像素子１４と、投影光学系ＰＯの物体面側にピンホールアレー６と異なる校正用パターン７（第１校正用マスク）を配置するレチクルステージＲＳＴ（第１のマスク配置部）と、投影光学系ＰＯの像面側に計測用レチクル４のピンホールアレー６に対応するパターンが形成された校正用格子１１（第２校正用マスク）を配置する駆動機構１２（第２のマスク配置部）と、校正用パターン７及び投影光学系ＰＯを通過した光束を校正用格子１１及び回折格子１０を介して撮像素子１４で受光させ、この受光結果に基づいて計測誤差を求める主制御系１６（演算部）と、を備えている。

また、その波面計測装置８の校正方法は、投影光学系ＰＯの物体面側に校正用パターン７を配置し（ステップ１０１）、投影光学系ＰＯの像面側に校正用格子１１を配置し（ステップ１０２）、校正用パターン７及び投影光学系ＰＯを通過した光束を校正用格子１１及び回折格子１０を介して受光し、この受光結果に基づいて波面計測装置８の計測誤差を求めるものである（ステップ１０３〜１０５）。

本実施形態によれば、校正用パターン７及び投影光学系ＰＯを通過した光束を回折格子１０に照射して得られる光束は、投影光学系ＰＯの波面収差の情報を実質的に含まない。また、校正用格子１１は、実質的に投影光学系ＰＯの収差がない場合のピンホールアレー６の理想的な像の強度分布を生成している。従って、この校正用格子１１を介して回折格子１０を照明することで、投影光学系ＰＯ以外の部分に起因する波面収差である計測誤差を容易に求めることができる。従って、例えば定期的に計測誤差を求めることで、波面計測装置８の校正を容易に行うことができる。

（２）また、ピンホールアレー６の周期Ｐｓ／βは式（５）のβ倍であり、校正用パターン７の周期Ｐｃａ／βは式（７）のβ倍である。従って、校正用パターン７はピンホールアレー６と同様に容易に製造できるとともに、校正用パターン７と回折格子１０とを組み合わせることで、投影光学系ＰＯの波面収差の情報を含まない光束を高精度に生成できる。

なお、校正用パターン７の像の周期Ｐｃａは正確に式（７）を満たす必要はなく、近似的に式（７）を満たすのみでもよい。
（３）また、ピンホールアレー６は周期的なパターンであり、校正用格子１１は、投影光学系ＰＯの像面１８に配置され、校正用格子１１の周期Ｐｃｂは、ピンホールアレー６の像の周期と同一か、又は整数分の１である。従って、校正用格子１１は、投影光学系ＰＯが無収差である場合のピンホールアレー６の理想的な像とみなすことが可能であり、校正用格子１１を用いることで計測誤差のみを容易に計測できる。

（４）また、本実施形態の露光装置１００は、照明光ＥＬ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を露光する露光装置において、投影光学系ＰＯの波面収差を計測するために、上記の波面計測装置８を備えている。従って、オンボディで投影光学系ＰＯの波面収差を効率的に計測できるとともに、例えば定期的に校正を行うことによって、常に高精度にその波面収差を計測できる。

また、本実施形態の波面計測装置８で投影光学系ＰＯの波面収差を計測した結果を用いることによって、高性能の投影光学系ＰＯを製造することも可能である。また、投影光学系ＰＯの波面収差の計測結果から、露光装置１００においてレチクルＲのパターンをウエハＷ上に露光する際の所定のパラメータの最適化を行うことも可能である。
なお、上記の実施形態では、次のような変形が可能である。

（１）先ず、投影光学系ＰＯの物体面側の計測用マスクとして、図２（Ｂ）の複数のピンホールをＸ方向、Ｙ方向に周期的に配列したピンホールアレー６の代わりに、図２（Ｃ）に示すように、単一のピンホール６ａをＸ方向、Ｙ方向に周期Ｐｓ／βで配列したピンホールアレー６Ｈを計測用マスクとして使用することも可能である。
さらに、ピンホールアレー６の代わりに、一つのピンホール６ａのみを用いることも可能であり、この場合には干渉縞の強度は低下するが、式（２）の条件は必要ない。

（２）また、波面計測装置の校正を行うために投影光学系ＰＯの物体面側に配置される校正用パターンとしては、図３（Ｂ）に示す周期的な校正用パターン７の代わりに、図５（Ｂ）に示すように、ランダムに多数のピンホール７ＤＡａが形成された校正用パターン７Ｄを使用してもよい。図５（Ｂ）において、ピンホール７Ｄａの大きさ及び間隔の最小値は、図３（Ｂ）の校正用パターン７を構成するピンホール群７Ｓ内のピンホール７ａの大きさ及びその間隔の最小値と同じである。

図５（Ａ）は、ピンホールアレー６及び図５（Ｂ）の校正用パターン７Ｄが形成された計測用レチクル４Ａを用いる波面計測装置８Ａを示す。図５（Ａ）において、校正用パターン７Ｄ以外の構成は図３（Ａ）の波面計測装置８と同様である。波面計測装置８Ａの計測誤差を計測してその校正を行う場合には、図５（Ａ）に示すように、投影光学系ＰＯの物体面側に校正用パターン７Ｄが配置され、投影光学系ＰＯの像面１８に校正用格子１１が配置される。この場合、校正用パターン７Ｄの投影光学系ＰＯによる像は、像面１８上にランダムに配置される多数のピンホールの像７ＤａＰであるため、校正用格子１１は、実質的に投影光学系ＰＯの波面収差の影響がない照明光ＥＬで照明される。従って、撮像素子１４の検出信号を用いることで、投影光学系ＰＯ以外の光学部材に起因する波面である計測誤差を求めることができ、ひいては波面計測装置８Ａの校正を正確に行うことができる。

なお、投影光学系ＰＯ（被検光学系）の物体面側の校正用パターンとしては、ランダムな校正用パターン７Ｄのみならず、Ｘ方向、Ｙ方向に周期性の無い任意の非周期的なパターンを使用することが可能である。
また、その校正用パターンとしては、照明光ＥＬをランダムに拡散する拡散板等も使用可能である。

（３）また、上記の実施形態の波面計測装置８では、投影光学系ＰＯの像面１８と撮像素子１４との間（像面１８の下方）に回折格子１０を配置している。しかしながら、図６の波面計測装置８Ｂで示すように、投影光学系ＰＯの像面１８と投影光学系ＰＯとの間（像面１８の上方）に回折格子１０を配置しても、同様にシアリング干渉による波面計測を行うことができる。ただし、この場合には、式（３）及び式（５）における像面１８と回折格子１０との距離Ｌｇを負の値とみなす必要がある。この場合に波面計測装置８Ｂの校正を行うためには、例えば図６のピンホールアレー６の代わりに図３（Ａ）の校正用パターン７を配置して、投影光学系ＰＯの像面１８上に図３（Ａ）の校正用格子１１を配置すればよい。

（４）上記の実施形態では、波面計測中には回折格子１０を静止させ、一つの干渉縞の強度分布からフーリエ変換法で波面を求めているが、例えば図２（Ａ）の回折格子１０をＹ方向に所定量（例えば周期Ｐｇの１／４）ずつ移動させながら撮像素子１４によって複数個の干渉縞の強度分布を取り込んでもよい。この場合には、位相シフト法によって波面を求めることができる。これは波面計測装置８等の校正を行う場合も同様である。

（５）上記の実施形態では、回折格子１０には２次元の周期的パターンが形成されているため、１回の計測で投影光学系ＰＯの２次元の波面を求めることができる。しかしながら、回折格子１０の代わりに例えばＸ方向にのみ周期性を持つパターンが形成されたＸ軸の１次元の回折格子を使用してもよい。この場合、この回折格子を用いた計測後に、Ｙ方向に周期性を持つパターンが形成されたＹ軸の１次元の回折格子を用いた計測を行うことによって、投影光学系ＰＯの２次元の波面を求めることができる。

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、上述の実施形態では、ＥＵＶ光源としてレーザプラズマ光源を用いるものとしたが、これに限らず、ＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation)リング、ベータトロン光源、ディスチャージド光源（放電励起プラズマ光源、回転型放電励起プラズマ光源など）、Ｘ線レーザなどのいずれを用いても良い。

また、図１の実施形態では、露光光としてＥＵＶ光を用い、複数枚のミラーから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例である。例えば露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）等を用いて反射屈折系又は屈折系からなる投影光学系を用いる場合にも、その波面収差を計測するために本発明を適用可能である。

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。

実施形態の一例の波面計測装置を備えた露光装置を示す一部を切り欠いた図である。 （Ａ）は図１中の投影光学系ＰＯ及び波面計測装置８を透過光学系として示す図、（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）はピンホールアレーの別の例を示す拡大図、（Ｄ）は図２（Ａ）の回折格子１０の一部を示す拡大図、図２（Ｅ）は計測される干渉縞の一例を示す図である。 （Ａ）は波面計測装置の校正を行う場合の光学系の配置を示す図、（Ｂ）は図３（Ａ）の校正用パターン７の一部を示す拡大図、（Ｃ）は図３（Ａ）の校正用格子１１の一部を示す拡大図、（Ｄ）は図３（Ａ）の回折格子１０の一部を示す拡大図である。 （Ａ）は波面計測装置の校正方法の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は波面収差の計測方法の一例を示すフローチャートである。 （Ａ）は実施形態の変形例の波面計測装置及び投影光学系を透過光学系として示す図、（Ｂ）は図５（Ａ）の校正用パターン７Ｄの一部を示す拡大図である。 実施形態の別の変形例の波面計測装置及び投影光学系を示す図である。

ＩＬＳ…照明装置、Ｒ…レチクル、ＰＯ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、４…計測用レチクル、６…ピンホールアレー、７…校正用パターン、８，８Ａ，８Ｂ…波面計測装置、１０…回折格子、１１…校正用格子、１２…駆動機構、１４…撮像素子、１６…主制御系、１８…像面

Claims (10)

1. 計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子を介して分割し、分割した前記光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置の校正方法であって、
   前記被検光学系の物体面側に、前記計測用マスクと異なる第１の校正用マスクを配置し、
   前記被検光学系の像面側に前記計測用マスクのパターンに対応するパターンが形成された第２の校正用マスクを配置し、
   前記第１の校正用マスク及び前記被検光学系を通過した光束を前記第２の校正用マスク及び前記回折格子を介して受光し、該受光結果に基づいて前記波面収差計測装置の計測誤差情報を求めることを特徴とする波面収差計測装置の校正方法。
2. 前記計測用マスクは、長さをＰＭ、整数をｍで表したとき、周期ＰＭ×ｍで配列された周期的なパターンを有し、
   前記第１の校正用マスクは、半整数をｘで表したとき、前記計測用マスクの前記周期的なパターンの配列方向と同じ方向に、周期ＰＭ×ｘを持つ周期的なパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測装置の校正方法。
3. 前記第１の校正用マスクは、非周期的なパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測装置の校正方法。
4. 前記計測用マスクは周期的なパターンを有し、
   前記第２の校正用マスクは、前記被検光学系の像面に配置され、前記計測用マスクのパターンの前記被検光学系による像の周期と同一か、又は整数分の１の周期のパターンを有す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収差計測装置の校正方法。
5. 計測用マスク及び被検光学系を通過した計測用の光束を回折格子を介して分割し、分割した前記光束を干渉させて得られる干渉縞に基づいて前記被検光学系の波面収差情報を計測する波面収差計測装置であって、
   前記干渉縞を検出する受光器と、
   前記被検光学系の物体面側に前記計測用マスクと異なる第１の校正用マスクを配置する第１のマスク配置部と、
   前記被検光学系の像面側に前記計測用マスクのパターンに対応するパターンが形成された第２の校正用マスクを配置する第２のマスク配置部と、
   前記第１の校正用マスク及び前記被検光学系を通過した光束を前記第２の校正用マスク及び前記回折格子を介して前記受光器で受光させ、前記受光器の受光結果に基づいて計測誤差情報を求める制御部と、
   を備えることを特徴とする波面収差計測装置。
6. 前記計測用マスクは、長さをＰＭ、整数をｍで表したとき、周期ＰＭ×ｍを持つ周期的なパターンを有し、
   前記第１の校正用マスクは、半整数をｘで表したときて、前記計測用マスクの前記周期的なパターンの配列方向と同じ方向に、周期ＰＭ×ｘを持つ周期的なパターンを有することを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
7. 前記第１の校正用マスクは、非周期的なパターンを有することを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
8. 前記計測用マスクは周期的なパターンを有し、
   前記第２の校正用マスクは、前記計測用マスクのパターンの前記被検光学系による像の周期と同一か、又は整数分の１の周期のパターンを有し、
   前記第２のマスク配置部は、前記第２の校正用マスクを、前記被検光学系の像面に配置することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の波面収差計測装置。
9. 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情報を計測するために、請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の波面収差計測装置を備えることを特徴とする露光装置。
10. 前記露光光はＥＵＶ光であり、
    前記波面収差計測装置は、前記露光光を前記計測用の光束として使用することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。

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