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WO2010134487A1 - 波面計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

波面計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置 Download PDF

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Publication number
WO2010134487A1
WO2010134487A1 PCT/JP2010/058283 JP2010058283W WO2010134487A1 WO 2010134487 A1 WO2010134487 A1 WO 2010134487A1 JP 2010058283 W JP2010058283 W JP 2010058283W WO 2010134487 A1 WO2010134487 A1 WO 2010134487A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
grating
light
optical system
projection optical
wavefront
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2010/058283
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直正 白石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Publication of WO2010134487A1 publication Critical patent/WO2010134487A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement

Definitions

  • the present invention relates to a measurement technique for measuring wavefront information of a projection optical system, and an exposure technique using this measurement technique.
  • a reticle pattern or the like is transferred and exposed onto a wafer (or glass plate or the like) coated with a photoresist via a projection optical system.
  • An exposure apparatus is used for this purpose.
  • this exposure apparatus in order to maintain the imaging characteristics such as aberration of the projection optical system in a predetermined state, it is necessary to accurately measure the imaging characteristics of the projection optical system. Therefore, for example, a measuring apparatus that measures the wavefront aberration of the projection optical system on-body has been proposed.
  • a device employing a shearing method or a PDI (Point Diffraction I Interferometer) method for example, see Patent Document 1).
  • An apparatus employing the Shack-Hartmann method is also known (see, for example, Patent Document 2).
  • a minute aperture (transmission) pattern about the resolution limit of the projection optical system is arranged on the object plane side of the projection optical system. Then, the light that has passed through the aperture pattern and collected by the projection optical system is interfered or imaged by a predetermined method on the image plane side of the projection optical system, and projected based on the interference fringes and the position information of the image. It measures the aberration of the optical system.
  • a double diffraction grating type shearing method has been proposed (see, for example, Patent Document 3). This is because a first diffraction grating is arranged on the object plane side of the projection optical system, and a second diffraction grating having a pitch twice the pitch of the image of the first diffraction grating is arranged on the image plane side of the projection optical system. And measuring the light intensity distribution of interference fringes of a plurality of pairs of diffracted light beams of different orders obtained through the first diffraction grating, the projection optical system, and the second diffraction grating, and the projection optical system from the measurement result The wavefront aberration is obtained.
  • the amount of light used for wavefront information measurement is limited by a small aperture arranged on the object plane side of the projection optical system, and interference fringes or The amount of light in the image decreases. Therefore, in order to ensure a sufficient amount of light and perform highly accurate wavefront information measurement, it is necessary to increase the measurement time, and there is a problem that high-speed measurement is difficult.
  • the pitch of the first diffraction grating disposed on the object plane side of the projection optical system and the second diffraction disposed on the image plane side Since the ratio with the pitch of the grating is not appropriate, interference components due to higher-order diffracted light generated from the second diffraction grating are likely to be mixed in the interference fringes on the light receiving surface. And since this higher-order diffracted light acts as noise light, there is a problem that the measurement accuracy of wavefront aberration is lowered.
  • an aspect of the present invention includes a wavefront measurement method capable of measuring wavefront information such as wavefront aberration of a projection optical system with high accuracy, an exposure method including the wavefront measurement method, and a wavefront measurement device and the same.
  • An object is to provide an exposure apparatus.
  • a method for measuring wavefront information of a projection optical system wherein a first grating is arranged on the object plane side of the projection optical system, and the image plane side of the projection optical system A second grating having a pitch 1 ⁇ 2 of the pitch of the image of the first grating, illuminating the first grating with illumination light, the first grating, the projection optical system, And a wavefront measuring method for receiving an interference fringe formed by the illumination light via the second grating and obtaining wavefront information of the projection optical system based on the received interference fringe.
  • an exposure method for illuminating a pattern with illumination light and exposing an object with the illumination light through the pattern and a projection optical system wherein the wavefront measurement according to the first aspect is performed.
  • the method to determine the wavefront information of the projection optical system adjusting the projection optical system based on the obtained wavefront information of the projection optical system, and via the adjusted projection optical system and the pattern And illuminating the object with the illumination light.
  • an apparatus for measuring wavefront information of a projection optical system the first grating disposed on the object plane side of the projection optical system, and the image plane of the projection optical system
  • a second grating disposed on the side and having a pitch that is half the pitch of the image of the first grating, an illumination system that illuminates the first grating with illumination light, the first grating,
  • the projection optical system, a photoelectric sensor for detecting the intensity distribution of the interference fringes formed by the illumination light via the second grating, and wavefront information of the projection optical system is obtained based on the detection result of the photoelectric sensor
  • a wavefront measuring device including an arithmetic device is provided.
  • an exposure apparatus that illuminates a pattern with illumination light, and exposes an object through the pattern with the illumination light, wherein the image of the pattern illuminated with the illumination light is
  • the projection optical system that projects onto an object, and the wavefront measuring device according to a third aspect used for obtaining wavefront information of the projection optical system, and illuminates the pattern using the illumination system of the wavefront measuring device
  • An exposure apparatus is provided.
  • a device manufacturing method including exposing a substrate using the exposure method or exposure apparatus of the present invention and processing the exposed substrate. .
  • wavefront information can be measured with high accuracy.
  • FIG. 1 is a diagram showing optical paths of interference light and zero-order light composed of two pairs of diffracted light in FIG. 2, and (B) is ⁇ first-order diffracted light on the pupil plane of projection optical system PL in FIG.
  • C) is a diagram showing the outline of interference fringes on the light receiving surface of the image sensor of FIG. 3 (A), (D) is a diagram showing a part of the phase distribution of the + 1st order diffracted light, and (E) is FIG.
  • FIG. 5F is a diagram illustrating a part of the phase distribution of the ⁇ 1st order diffracted light
  • FIG. It is a flowchart which shows an example of the operation
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning exposure type exposure apparatus 100 including a scanning stepper according to the present embodiment.
  • an exposure apparatus 100 uses an exposure light source (not shown) and illumination light (exposure light) IL from the exposure light source to expose a pattern surface (here, the lower surface) of a reticle R (mask) in an illumination region 18R.
  • illumination optical system ILS for illuminating with.
  • the exposure apparatus 100 forms an image of the pattern in the illumination area 18R of the reticle R in the exposure area 18W on the surface of the wafer W (substrate) under the illumination light IL with the reticle stage RST that moves the reticle R.
  • It includes a projection optical system PL, a wafer stage WST for positioning and moving the wafer W, a main control system 2 comprising a computer that controls the overall operation of the apparatus, and other drive systems.
  • the Z axis is taken in parallel with the optical axis AX of the projection optical system PL
  • the X axis and the Y axis are taken in two orthogonal directions in a plane perpendicular to the Z axis (substantially parallel to the horizontal plane in the present embodiment)
  • X The description will be made assuming that the rotation (inclination) directions around axes parallel to the axis, the Y axis, and the Z axis are the ⁇ x, ⁇ y, and ⁇ z directions, respectively.
  • the direction parallel to the Y axis (Y direction) is the scanning direction of reticle R and wafer W during scanning exposure.
  • an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) is used.
  • Other exposure light sources include an ultraviolet pulse laser light source such as a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), a harmonic generation light source of a YAG laser, a harmonic generation device of a solid laser (semiconductor laser, etc.), or a discharge lamp such as a mercury lamp. Etc. can also be used.
  • the illumination optical system 10 includes an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator (a fly-eye lens, a rod integrator, a diffractive optical element, etc.) as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890.
  • the illumination optical system 10 illuminates the illumination area 18R on the pattern area of the reticle R defined and opened / closed by the reticle blind with an illumination light IL with a substantially uniform illuminance distribution.
  • the illumination area 18R has a rectangular shape elongated in the X direction (non-scanning direction).
  • the intensity distribution of the illumination light IL on the pupil plane (a plane conjugate to the exit pupil) in the illumination optical system ILS is not suitable depending on the illumination conditions such as normal illumination, dipole or quadrupole illumination, or annular illumination.
  • the setting mechanism shown in the figure can be switched to a circular area centered on the optical axis, two or four partial areas decentered from the optical axis, or a ring-shaped area centered on the optical axis.
  • a pattern (circuit pattern) in the illumination region 18R of the reticle R is given a predetermined projection magnification ⁇ (for example, 1/1) via the telecentric projection optical system PL on both sides (or one side on the wafer W side). And a projection area 18W (an area conjugate to the illumination area 18R) on one shot area SA of the wafer W.
  • the pattern surface of the reticle R is disposed on the object surface of the projection optical system PL, and the surface (exposure surface) of the wafer W is disposed on the image surface of the projection optical system PL.
  • the projection optical system PL is a refractive system, a catadioptric system or the like can also be used.
  • the wafer W (substrate) is obtained by applying a photoresist (photosensitive material) on a disk-shaped base made of, for example, silicon and having a diameter of 200 mm or 300 mm.
  • a reticle R is sucked and held on a reticle stage RST via a reticle holder (not shown), and the reticle stage RST is placed on an upper surface of the reticle base 12 parallel to the XY plane via an air bearing.
  • the reticle stage RST can move on the reticle base 12 at a constant speed in the Y direction, and can finely adjust the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the ⁇ z direction.
  • Two-dimensional position information including at least the position of the reticle stage RST in the X direction and the Y direction and the rotation angle in the ⁇ z direction includes, for example, an X-axis laser interferometer 14X and a Y-axis two-axis laser interferometer 14YA, 14YB and the measurement result is supplied to the stage drive system 4 and the main control system 2.
  • the stage drive system 4 controls the position, speed, and rotation angle of the reticle stage RST via a drive mechanism (not shown) based on the position information and control information from the main control system 2.
  • wafer W is held on wafer stage WST.
  • Wafer stage WST has an XY stage 24 that moves in the X and Y directions via an air bearing on the upper surface of wafer base 26 parallel to the XY plane, and wafer holder 20.
  • a Z tilt stage 22 that holds the wafer W by suction.
  • the Z tilt stage 22 is based on the measurement values of an oblique incidence type multi-point autofocus sensor (not shown) having the same configuration as that disclosed in, for example, US Pat. No. 5,448,332.
  • a wafer side interferometer system including, for example, a biaxial laser interferometer 36XP, 36XF of the X axis and a biaxial laser interferometer 36YA, 36YB of the Y axis.
  • Two-dimensional position information of wafer stage WST including the position in the Y direction and the rotation angle in the ⁇ z direction is measured, and the measurement result is supplied to stage drive system 4 and main control system 2.
  • the stage drive system 4 is based on the position information and the control information from the main control system 2 and the two-dimensional position of the wafer stage WST (XY stage 24) via a drive mechanism (such as a linear motor) (not shown). To control.
  • the position measurement result (not shown) is supplied to the alignment control system 6.
  • the alignment control system 6 aligns the reticle R and the wafer W based on the measurement result.
  • a reference member (not shown) on which a reference mark for determining the positional relationship (baseline) between the pattern image of the reticle R and the detection center of the wafer alignment system ALG is formed. ) Is also fixed.
  • a Y-axis wavefront measuring unit 30Y and an X-axis wavefront measuring unit 30X are provided on the Z tilt stage 22.
  • a glass plate 32 that has an upper surface disposed at the same height as the image plane of the projection optical system PL and transmits the illumination light IL is fixed above the wavefront measuring units 30Y and 30X.
  • On the upper surface of the glass plate 32a of the wavefront measuring unit 30Y there is formed a Y-direction diffraction grating 34Y in which line patterns of light shielding films (light shielding portions) and transmission portions are alternately arranged at a predetermined pitch P2 in the Y direction.
  • X is a line pattern of light shielding films (light shielding portions) and transmission portions alternately arranged at a pitch P2 in the X direction (the same pitch as the diffraction grating 34Y in the Y direction).
  • Directional diffraction grating 34X is formed.
  • the diffraction gratings 34X and 34Y may be smaller than the exposure area 18W. Note that the diffraction gratings 34X and 34Y are sufficiently larger than the resolution limit (about 0.1 ⁇ m) of the projection optical system PL, and can be, for example, about 100 ⁇ m square or more.
  • the wavefront measurement unit 30Y measures information on the intensity distribution (light intensity distribution) of interference fringes (Y-axis shearing wavefront) formed by a plurality of diffracted lights emitted from the diffraction grating 34Y as described later, and the measurement result Is supplied to the wavefront information calculation unit 7.
  • the wavefront measuring unit 30X measures information on the intensity distribution of interference fringes (X-axis shearing wavefront) formed by a plurality of diffracted lights emitted from the diffraction grating 34X, and the measurement result is used as the wavefront information calculation unit 7. To supply.
  • the wavefront information calculation unit 7 calculates the wavefront aberration of the projection optical system PL using the intensity distribution information (details will be described later), and supplies the measured wavefront aberration to the main control system 2.
  • the positions in the Z direction of the plurality of predetermined lenses constituting the projection optical system PL, and the inclination angles in the ⁇ x and ⁇ y directions Is also provided with an imaging characteristic correction mechanism (not shown) for correcting imaging characteristics such as distortion, magnification error, coma aberration, and the like (wavefront aberration) of the projection optical system PL.
  • an imaging characteristic correction mechanism for correcting imaging characteristics such as distortion, magnification error, coma aberration, and the like (wavefront aberration) of the projection optical system PL.
  • the imaging characteristic correction mechanism is driven. For example, the wavefront aberration remaining when the imaging characteristic correction mechanism is driven is measured using the wavefront measurement unit 30Y or the like, and the drive amount of the imaging characteristic correction mechanism is determined based on the measurement result. It is corrected.
  • the reticle R and the wafer W are projected at a projection magnification ⁇ in the Y direction.
  • the pattern image of the reticle R is scanned and exposed in the shot area SA.
  • the wafer stage WST is driven to move the wafer W stepwise in the X and Y directions, and the scanning exposure operation is repeated, so that the reticle is applied to each shot area on the wafer W by the step-and-scan method.
  • An R pattern image is exposed.
  • the Y-axis wavefront measuring unit 30Y and the X-axis wavefront measuring unit 30X have the same basic configuration except that the wavefront shearing directions are orthogonal. Therefore, in the following, a measurement apparatus that mainly uses the Y-axis wavefront measurement unit 30Y will be described.
  • the reticle R on the reticle stage RST is exchanged with the test reticle R1 by a reticle loader system (not shown).
  • Y-direction diffraction gratings 28Y alternately arranged in the X direction, and a line pattern of light shielding films (light shielding portions) at the same pitch P1 in the X direction (elongated light shielding areas extending in the X direction).
  • X-direction diffraction gratings 28 ⁇ / b> X in which transmission portions (elongated transmission areas extending in the X direction) are alternately arranged are formed.
  • the diffraction gratings 28X and 28Y may be smaller than the illumination area 18R.
  • the diffraction grating 28Y is disposed at the measurement position in the illumination region 18R, and when the wavefront measuring unit 30X is used, the diffraction grating 28X is used.
  • the size of the diffraction gratings 28X and 28Y is desirably larger than the diffraction gratings 34X and 34Y by about the reciprocal of the projection magnification ⁇ of the projection optical system. Therefore, if the diffraction gratings 34X and 34Y are, for example, 100 ⁇ m square, and the magnification of the projection optical system is 1/4, it is desirable that the diffraction gratings 28X and 28Y have a size of about 400 ⁇ m square. That is, in this embodiment and other embodiments to be described later, unlike a device employing the conventional shearing method, PDI method, and Shack-Hartmann method, a minute aperture of the resolution limit is provided on the object plane side of the projection optical system. There is no need. Therefore, there is no loss of light quantity due to this minute aperture, and accordingly, a large quantity of light can be obtained in the image sensor 38 to be described later, and wavefront information can be measured at high speed and with high accuracy.
  • the diffraction gratings 28Y and 28X may be formed on a part of an evaluation substrate (not shown) fixed at a position adjacent to the reticle on the reticle stage RST in the scanning direction, for example. Further, even if only one of the wavefront measuring unit 30X and the wavefront measuring unit 30Y is used, the aberration of the projection optical system can be measured with high performance. Therefore, when there is a restriction on the installation space, it is sufficient to provide either wavefront measurement unit.
  • FIG. 2 shows a state in which the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured using the wavefront measuring unit 30Y.
  • the projection optical system PL is an aperture disposed on the pupil plane PPL between the front group lens system PLa, the rear group lens system PLb, and the front group lens system PLa and the rear group lens system PLb.
  • the optical system including the stop AS is represented by an optical system, but the configuration of the projection optical system PL is arbitrary.
  • the pitch of the diffraction grating 28Y and the like is shown by enlarging the pitch.
  • a diffraction grating 28Y having a pitch (period) P1 in the Y direction formed on the pattern surface of the test reticle R1 is disposed on the object plane G1 of the projection optical system PL in the illumination area 18R in FIG. .
  • the diffusion plate 10 may be installed above the test reticle R1 as indicated by a dotted line.
  • the projection magnification ⁇ from the object plane of the projection optical system PL to the image plane is between the numerical aperture NAin on the object plane side of the projection optical system PL and the numerical aperture NA on the image plane side of the projection optical system PL.
  • the numerical aperture NA of the projection optical system PL is, for example, about 0.8 to 0.9.
  • NAin ⁇ ⁇ NA (2)
  • the pitch P1 of the diffraction grating 28Y is preferably set within the following range, where ⁇ is the wavelength of the illumination light IL.
  • the pitch P1 is about 3.6 to 182 ⁇ m from the equation (3A).
  • the illumination light IL and the diffracted light are represented by their principal rays.
  • the diffraction grating 28Y is irradiated with the illumination light IL along the optical axis AX.
  • the distance in the Y direction between the principal rays of the diffracted beams B (+1) and B (-1) on the pupil plane PPL of the projection optical system PL is the shear amount (positional deviation) of the two wavefronts causing shearing interference. Amount) ⁇ y.
  • the shear amount ⁇ y is as follows with the numerical aperture NAin of the projection optical system PL as a unit.
  • Equation (3) Equation (3)
  • NAin / 100 ⁇ ⁇ y ⁇ NAin / 2 (3B) the shear amount ⁇ y of the two wavefronts on the pupil plane PPL is 1 / number of the numerical aperture NAin (corresponding to the radius of the aperture of the aperture stop AS) from the equation (3B). It is in the range of 100 to 1/2. If the shear amount ⁇ y is smaller than the lower limit of the equation (3B), the shear amount is small, so that the influence of measurement noise on the measurement accuracy of the wavefront aberration is increased. If the shear amount ⁇ y is larger than the upper limit of the equation (3B), The required accuracy of wavefront aberration, particularly the measurement accuracy of higher-order wavefront aberration, is not sufficient.
  • the pitch P1 of the diffraction grating 28Y is more preferably in the following range. 8 ⁇ ⁇ / NAin ⁇ P1 ⁇ 100 ⁇ ⁇ / NAin (5A)
  • the shear amount ⁇ y is less affected by noise and is within a preferable range in terms of accuracy as follows.
  • NAin / 50 ⁇ ⁇ y ⁇ NAin / 4 5B
  • the area irradiated with the illumination light IL on the diffraction grating 28Y may be narrowed down to a predetermined narrow range by the blind in the illumination optical system ILS in FIG.
  • Y on the upper surface of the glass plate 32a of the wavefront measuring unit 30Y is placed on the image plane G2 of the projection optical system PL so that at least part of the position of the image of the diffraction grating 28Y by the projection optical system PL overlaps.
  • a diffraction grating 34Y having a pitch (period) P2 is arranged in the direction.
  • a CCD or CMOS type two-dimensional image sensor 38 having a light receiving surface is disposed in an area irradiated with a large number of diffracted lights (including zero-order light) generated from the diffraction grating 34Y.
  • the signal is supplied to the wavefront information calculation unit 7 of FIG.
  • a wavefront measuring unit 30Y is configured to include a glass plate 32a (diffraction grating 34Y), an image sensor 38, and a casing 31 that supports them, and the wavefront measuring unit 30Y is fixed to the upper part of wafer stage WST (Z tilt stage 22).
  • the pitch P2 of the diffraction grating 34Y is set to 1 ⁇ 2 of the image pitch by the projection optical system PL of the diffraction grating 28Y. Accordingly, when the projection magnification ⁇ of the projection optical system PL is used, the following is obtained.
  • the pitch P2 of the diffraction grating 34Y is calculated from Expression (6). It becomes about 0.45 to 23 ⁇ m.
  • the ratio (duty ratio) between the width D2Ya of the light shielding part 34Ya and the width D2Yb of the transmission part 34Yb in the periodic direction is preferably 1: 1 as follows. In this case, even-order diffracted light such as second order and fourth order is not generated from the diffraction grating 34Y. In practice, since the ratio of even-order diffracted light may only be reduced, the following equation (8) may only be established approximately.
  • D2Ya: D2Yb 1: 1 (7)
  • the 0th-order light B (0) and the ⁇ 1st-order diffracted lights B (+1) and B (-1) generated from the diffraction grating 28Y on the object plane G1 are reflected on the image plane G2 via the projection optical system PL. Incident on 34Y.
  • the 0th-order light B (0,0) is emitted from the diffraction grating 34Y in the ⁇ Z direction, and the diffraction angle ⁇ 2 of the + 1st-order diffracted light B (0, + 1) depends on the wavelength ⁇ of the illumination light IL and the diffraction grating 34Y.
  • the pitch P2 is used as follows, and the diffraction angle of the ⁇ 1st order diffracted light B (0, ⁇ 1) is ⁇ 2.
  • the shearing interference lights C1 and C2 interfere with the + 1st order diffracted light B (+1) and the -1st order diffracted light B (-1), which are laterally shifted in the Y direction by the shear amount ⁇ y on the pupil plane PPL of the projection optical system PL, respectively.
  • the image pickup device 38 receives the light as an interference wavefront formed in this manner.
  • each diffracted light is represented not only as a principal ray but also as a light bundle having a numerical aperture (angle range), and what is shown is its boundary line (outer boundary). It is.
  • the ⁇ first-order diffracted beams B (+1) and B ( ⁇ 1) emitted from the diffraction grating 28Y are as shown in FIG. 3B on the pupil plane PPL of the projection optical system PL.
  • the light receiving surface of the image sensor 38 When applied to an exposure apparatus, as an example, the light receiving surface of the image sensor 38 is disposed at a position several mm away from the diffraction grating 34Y in the Z direction.
  • the numerical aperture NA of the projection optical system PL is as large as 0.8 or more, and the size of the diffraction grating 34Y in the X direction and Y direction is as small as about 0.1 mm. Therefore, the light receiving surface of the image sensor 38 can be regarded as a surface substantially conjugate with the pupil plane PPL of the projection optical system PL. Therefore, one point on the light receiving surface of the image sensor 38 corresponds to one point in the pupil plane PPL of the projection optical system PL.
  • the shape of this light / dark distribution can be imaged by the image sensor 38, and information (wavefront information) of the wavefront WF of the projection optical system PL can be calculated based on the obtained signal.
  • the wavefront WF is restored from the intensity distribution of the interference fringe C1f of the shearing interference light C1
  • 1, -1) are respectively diffracted light B (+1) and diffracted light B (-1) before passing through the diffraction grating 34Y, and they are shifted from each other by ⁇ y in the Y direction.
  • the diffracted light B (+1,0) and diffracted light B (-1, -1) irradiated on the image sensor 38 are shifted from each other. They have wavefront aberrations that are mutually shifted in the Y direction according to the amount ⁇ y.
  • phase distribution of the diffracted light B (+1,0) on a straight line passing through the optical axis AX on the image sensor 38 in FIG. 3A and parallel to the Y axis is, for example, the phase ⁇ (+1) in FIG. ),
  • the phase distribution of the diffracted light B (-1, -1) on the straight line is, as shown in FIG. 3E, the phase ⁇ ( ⁇ 1) obtained by moving the phase ⁇ (+1) by the shear amount ⁇ y. ) Therefore, the phase distribution of the interference fringe C1f of the shearing interference light C1 in the region on the light receiving surface of the image sensor 38 corresponding to the straight line is as shown in FIG.
  • phase ⁇ (+1) and the phase ⁇ ( ⁇ 1), the phase ⁇ (phase difference) is zero when there is no wavefront aberration, but when there is wavefront aberration, the wavefront WF at two positions separated by the shear amount ⁇ y.
  • the phase ⁇ is not zero based on the phase difference between the two).
  • This phase ⁇ can be obtained from the intensity distribution of the interference fringe C1f (the light intensity detected for each of the plurality of pixels of the image sensor 38). Therefore, by integrating (accumulating) the phase ⁇ , the phase ⁇ (+1) of the + 1st order diffracted light B (+1), and thus the phase distribution of the wavefront WF of the projection optical system PL can be restored. Can be requested.
  • the intensity of the interference fringes C1f and C2f changes periodically as light and dark as a whole.
  • the phases of the diffracted light B (+1) and the diffracted light B (-1) are shifted in opposite directions due to the relative movement of the diffraction grating 28Y and the diffraction grating 34Y, and the sum of the phase shifts is ⁇ .
  • a dark pattern appears as it is close to / 2 (an odd multiple), and it appears as a bright pattern when it is close to ⁇ (an integral multiple) of the phase shift.
  • the wavefront information calculation unit 7 in FIG. 1 can obtain the intensity distribution of the interference fringes C1f and C2f, and can obtain the wavefront WF of the projection optical system PL, and hence the wavefront aberration, from the intensity distribution.
  • the wavefront aberration can be obtained as follows. First, while relatively moving the diffraction grating 28Y and the diffraction grating 34Y in the Y direction, the intensity distribution of the interference fringes C1f and C2f formed on the image sensor 38 is measured and stored in the storage device. Further, as an example, every time the diffraction grating 28Y moves by a distance corresponding to 1/16 of one pitch, the intensity distribution is measured, and one pitch, that is, 16 measurements are performed.
  • the sinusoidal wave at each point (position of each pixel) on the image sensor 38 Since the intensity distribution of the interference fringes C1f and C2f changes sinusoidally with respect to the relative position change between the diffraction grating 28Y and the diffraction grating 34Y, the sinusoidal wave at each point (position of each pixel) on the image sensor 38.
  • the phase [rad] is calculated.
  • the phase corresponding to the position change of one pitch of the diffraction grating 28Y is 2 ⁇ [rad].
  • the light receiving surface of the image sensor 38 can be regarded as substantially conjugate with the pupil plane PPL of the projection optical system PL. Therefore, the relative value of the phase of each point on the image sensor 38 corresponds to the difference amount of the wavefront aberration of the projection optical system PL.
  • the unit of the difference amount here is [rad]. If this is multiplied by ⁇ / 2 ⁇ ( ⁇ is the wavelength of the detection light), the wavefront aberration in length can be calculated.
  • the image sensor 38 includes 0th-order light B (0,0) and ⁇ 1st-order diffracted lights B (0, + 1) and B (0, ⁇ 1) emitted from the diffraction grating 34Y. ) Is also irradiated.
  • these lights B (0,0), B (0, + 1), and B (0, -1) are lights composed of single diffracted light. That is, these single diffracted lights are not light produced by interference between diffracted lights like shearing interference light. Therefore, the intensity distribution of the light formed on the image sensor 38 by the light B (0,0), B (0, + 1), B (0, -1) is the diffraction grating 28Y and the diffraction grating as described above.
  • the relative movement in the Y direction of 34Y does not change at all. Therefore, even if these diffracted lights are irradiated onto the image sensor 38, the measurement accuracy of the wavefront aberration does not decrease.
  • the image sensor 38 has a pair of ⁇ 1st order diffracted light B (+ 1, ⁇ 1) and ⁇ 2nd order diffracted light B ( ⁇ 1, ⁇ 2) parallel and chief rays overlap. Further, the image sensor 38 is irradiated as shearing interference light. However, since the intensity of the ⁇ 2nd order diffracted light B (-1, ⁇ 2) is small or substantially zero, the measurement accuracy of the wavefront aberration is not lowered by this. The same applies to the pair of + 1st order diffracted light B (-1, + 1) and + 2nd order diffracted light B (+ 1, + 2).
  • shearing interference light by higher order diffracted light (for example, -3rd order light by diffraction grating 34Y of -1st order light generated from diffraction grating 28Y and diffraction grating 28Y) Diffraction of the + 1st order light generated from the diffraction grating 34Y of the + 1st order light generated from the diffraction grating 34Y, and the + 1st order light generated from the diffraction grating 28Y of the -1st order light generated from the diffraction grating 28Y.
  • higher order diffracted light for example, -3rd order light by diffraction grating 34Y of -1st order light generated from diffraction grating 28Y and diffraction grating 28Y
  • the diffracted light of the -3rd order light by the grating 34Y is an even-order diffracted light by the diffraction grating 34Y, the intensity is small or the intensity is substantially zero. As a result, the measurement accuracy of the wavefront aberration is not lowered.
  • the adverse effects caused by the diffracted lights other than the shearing interference lights C1 and C2 suitable for the measurement of the wavefront information are substantially reduced. This is because the pitch P1 of the diffraction grating 28Y arranged on the object plane side and the pitch P2 of the diffraction grating 34Y arranged on the image plane side are optimized.
  • the interference fringes formed on the image sensor 38 do not include a so-called striped light / dark pattern in which light and dark are repeated with a predetermined period. Absent.
  • the sign of the amplitude of these higher-order diffracted lights is the diffraction grating 28Y with respect to the pitch of the diffraction grating 28Y composed of the light shielding part 28Ya and the transmission part 28Yb.
  • the transmission portion 28Yb varies depending on the ratio of the width D1Yb.
  • the diffraction grating 28Y in order to optimize the intensity and phase of high-order diffracted light from the diffraction grating 28Y and form a good interference fringe on the image sensor 38, the diffraction grating 28Y
  • the relationship of the width D1Yb of the transmission part with respect to the pitch P1 is preferably as follows. 0.1 ⁇ P1 ⁇ D1Yb ⁇ 0.4 ⁇ P1 (12)
  • the width D1Yb of the transmission part 28Yb is larger than 0.4 ⁇ P1
  • the third-order diffracted light from the diffraction grating 28Y has a relatively high intensity and has an opposite phase compared to the first-order diffracted light.
  • step 101 of FIG. 4 the test reticle R1 is loaded on the reticle stage RST, and the diffraction grating 28Y in the Y direction is moved to the measurement position as shown in FIG. 2, and the diffraction grating 28Y stops at that position.
  • control unit i in the main control system 2 sets the integer control parameter i to 1 (step 102), drives the wafer stage WST, and moves the diffraction grating 34Y in the Y direction of the wavefront measuring unit 30Y to the diffraction grating 28Y. Move to the position of the image (measurement position) (step 103). After the wavefront measuring unit 30Y (diffraction grating 34Y) is stopped at that position, irradiation of the illumination light IL to the diffraction grating 28Y is started from the illumination optical system ILS (step 104).
  • shearing interference light C1 first two diffracted lights B (+1) obtained via the diffraction grating 28Y, the projection optical system PL, and the diffraction grating 34Y is obtained.
  • B 0
  • B -1, -1 interference fringes C1f, zero-order light B (0,0)
  • shearing interference light C2 second two diffracted lights B (-1,0).
  • the main control system 2 determines whether or not the control parameter i has reached a predetermined integer N (N is an integer of 4 or more, for example) (step 106). Since i ⁇ N at this stage, the operation proceeds to step 107, and the main control system 2 adds 1 to the control parameter i. Thereafter, reticle stage RST is driven via stage drive system 4, and in FIG. 3A, test reticle R1 (diffraction grating 28Y) is moved by, for example, P1 / (2N) in the moving direction MY in the -Y direction ( Step 108), the operation returns to Step 105.
  • N is an integer of 4 or more, for example
  • the phases of the first-order diffracted beams B (+1) and B (-1) change by 2 ⁇ / (2N) [rad] in the opposite directions, respectively, so that the phase of the interference fringe C1f is 2 ⁇ / N [rad]. Only changes.
  • the intensity distribution of the interference fringes C1f and C2f of the shearing interference lights C1 and C2 obtained through the diffraction grating 28Y, the projection optical system PL, and the diffraction grating 34Y and the 0th-order light B (0,0) is obtained by the imaging device 38.
  • the intensity distribution of only the interference fringe C1f obtained from the measurement result is stored in the storage unit of the wavefront information calculation unit 7 as the light intensity I1 (x, y) for each pixel.
  • the intensity distribution of the entire interference fringe can be stored and used for the following processing.
  • the test reticle R1 (diffraction grating 28Y) moves in the moving direction MY in step 108 by only P1 / (2N), and in step 105 the interference fringes C1f of the shearing interference light C1.
  • the control parameter i reaches N in step 106, the operation proceeds to step 111, and the irradiation of the illumination light IL is stopped.
  • the wavefront information calculation unit 7 determines the position of each pixel of the image sensor 38 from the measurement result of the intensity distribution of the N interference fringes C1f in step 105 (light intensity Ii-1 (x, y)).
  • the phase ⁇ (x, y) of the interference fringe C1f at (x, y) is calculated.
  • the integer N 4
  • the light intensity for each pixel of the interference fringe to be measured is I0 (x, y), I1 (x, y), I2 (x, y), and I3 ( x, y)
  • the phase ⁇ (x, y) can be calculated as follows.
  • the interference fringes of the present embodiment are the wavefront (difference wavefront) of the shearing interference light C1, and the phase ⁇ (x, y) is normally in the range of ⁇ ⁇ , and therefore the equation (13) can be used as it is.
  • the phase ⁇ (x, y) exceeds the range of ⁇ ⁇ , a known phase connection may be performed.
  • the wavefront information calculation unit 7 integrates (or integrates) the phase ⁇ (x, y) in the Y direction, and the + 1st order diffracted light B (+1) on the pupil plane PPL of the projection optical system PL.
  • Phase distribution that is, the wavefront WF is obtained.
  • the wavefront aberration can be obtained by expanding the wavefront WF by, for example, Zernike's polynomials and obtaining coefficients of respective orders.
  • the information on the wavefront aberration thus obtained is supplied to the main control system 2, and the measurement of the wavefront aberration is completed.
  • the main control system 2 corrects the driving amount of the imaging characteristic correction mechanism using, for example, information on the wavefront aberration.
  • Step 101 to step 113 can be performed at any stage before and after the wafer W exposure operation. For example, it can be performed at the time of exchanging the reticle, after the exposure of a predetermined number of lots of wafers W using a specific reticle, or during the maintenance of the exposure apparatus.
  • the interference fringes C1f of the shearing interference light C1 and the interference fringes C2f of the shearing interference light C2 are basically the same interference fringes.
  • the two interference fringes are formed on the image sensor 38 so as to be shifted in the Y direction by a predetermined distance corresponding to the shear amount ⁇ y on the pupil plane PPL. Therefore, in order to measure a higher frequency component in the wavefront information of the projection optical system PL with higher accuracy, a process (single image) that numerically converts two interference fringes shifted in the Y direction into one interference fringe. In some cases, it may be desirable to perform the processing.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a one-dimensional numerical filter NF suitable for single image processing.
  • the horizontal axis in FIG. 5 is the position in the Y direction, and the vertical axis is the value V (Y) at the position Y.
  • the numerical filter NF has a positive value V1 at two points YP1 and YM1 that are ⁇ y / 2 apart from the reference point YC in the ⁇ Y direction.
  • the signal detected by the image sensor 38 is convoluted using this numerical filter NF, whereby the interference fringe can be converted into a single image.
  • the ratio of the values V1, V2, and V3 of the numerical filter NF is not limited to the above, and the ratio may be set according to the necessity of the high frequency component of the wavefront information.
  • the single image forming process can also be performed by Fourier-transforming the signal detected by the image sensor 38, performing high-frequency emphasis processing on the result, and inversely transforming the result. Effects and the like of this embodiment are as follows.
  • the wavefront aberration measuring apparatus is an apparatus for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL, and the diffraction grating 28Y disposed on the object plane side of the projection optical system PL and the image of the projection optical system PL.
  • a diffraction grating 34Y that is disposed on the surface side and has a pitch P2 that is 1/2 of the image pitch ⁇ ⁇ P1 of the diffraction grating 28Y, an illumination optical system ILS that illuminates the diffraction grating 28Y with the illumination light IL, and a diffraction grating 28Y,
  • a wavefront information calculation unit 7 (calculation device) that calculates the wavefront aberration of the projection optical system PL based on the detection result of the image sensor 38.
  • the diffraction grating 28Y is disposed on the object plane side of the projection optical system PL (step 101), and on the image plane side of the projection optical system PL.
  • the diffraction grating 34Y is arranged (step 103), the diffraction grating 28Y is illuminated with the illumination light IL (step 104), and interference fringes formed by the illumination light via the diffraction grating 28Y, the projection optical system PL, and the diffraction grating 34Y.
  • C1f and C2f are received (step 105), and the wavefront aberration of the projection optical system PL is obtained based on the received interference fringes (steps 112 and 113).
  • the size of the diffraction grating 28Y disposed on the object side of the projection optical system PL can be made sufficiently larger than the resolution limit of the projection optical system PL. That is, according to the present embodiment, unlike a device that employs the conventional shearing method, PDI method, and Shack-Hartmann method, the amount of light can be reduced by providing a minute aperture of the resolution limit on the object plane side of the projection optical system. A significant drop can be prevented. Therefore, a large amount of light can be obtained in the image sensor 38, and wavefront information can be measured at high speed and with high accuracy.
  • the detected first interference fringes C1f are ⁇ 1st order diffracted light B ( ⁇ 1, ⁇ 1) from the diffraction grating 34Y by ⁇ 1st order diffracted light (first order light) from the diffraction grating 28Y, and
  • a second interference fringe C2f to be detected is an interference fringe of the shearing interference light C1 with the 0th order light B (+1,0) from the diffraction grating 34Y by the + 1st order diffracted light (first order light) from the diffraction grating 28Y.
  • the wavefront aberration of the projection optical system PL can be measured by the shearing interferometry.
  • the detected interference fringes C1f and C2f do not include a so-called fringe pattern in which light and dark are repeated with a predetermined period.
  • the pitch P2 of the diffraction grating 34Y is 1 ⁇ 2 of the pitch of the image of the diffraction grating 28Y, and the shearing interference lights C1 and C2 are composed of two diffracted lights traveling in the same direction, and have the pitch P2.
  • the lattice pattern of the lattice 34Y is not reflected on the image sensor 38. Therefore, the wavefront of the projection optical system PL can be accurately restored from the intensity distribution of the interference fringes C1f (or C2f) regardless of the distance from the diffraction grating 34Y to the image sensor 38.
  • the diffraction grating 28Y is moved by P1 / (2N) in the periodic direction (step 108), and the intensity distribution of the interference fringe C1f of the shearing interference light C1 is measured (step 105). Is repeated several times. Therefore, by calculating the measurement results of the plurality of times (step 112), even when the intensity (amplitude) of the interference fringe C1f differs for each pixel of the image sensor 38, the phase distribution of the interference fringe C1f is accurately obtained. Can do.
  • the intensity distribution of the interference fringe C1f may be measured a plurality of times while the diffraction grating 28Y on the object plane side is stationary and the diffraction grating 34Y on the image plane side is moved in the periodic direction.
  • the calculation formula of the expression (13) for obtaining the phase ⁇ (x, y) of the interference fringe C1f is substantially the diffraction grating 28Y within the light receiving surface of the image sensor 38 that receives the interference fringe C1f. It is also possible to detect that a change in the amount of light with respect to the movement of (or the diffraction grating 34Y) in the periodic direction is detected and to obtain the phase ⁇ (x, y) based on the detection result.
  • the influence of the 0th-order light B (0,0) generated from the diffraction grating 34Y can be offset. Then, by integrating the phase ⁇ (x, y), the wavefront and wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained.
  • the exposure apparatus 100 of the present embodiment illuminates the pattern of the reticle R with the illumination light IL from the illumination optical system ILS, and exposes the wafer W with the illumination light IL through the pattern and the projection optical system PL.
  • the exposure apparatus that includes the wavefront aberration measuring apparatus of the present embodiment, and the illumination optical system ILS is used as the illumination system of the measuring apparatus. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be measured on-body with high accuracy, and there is no need to separately provide an illumination system for the measuring device.
  • the exposure method of the present embodiment is an exposure method in which the pattern of the reticle R is illuminated with the illumination light IL, and the wafer W is exposed with the illumination light IL through the pattern and the projection optical system PL.
  • the wavefront aberration of the projection optical system PL is obtained using an aberration measurement method. Therefore, the wavefront aberration of the projection optical system PL can be obtained with high accuracy.
  • FIG. 8 shows a comparative example in which the pitch of the diffraction grating on the image plane side of the projection optical system PL is set to twice the pitch of the diffraction grating image on the object plane side of the projection optical system PL. The description will be given with reference. In FIG. 8, parts corresponding to those in FIG.
  • the diffraction grating 28Y having the pitch P1 is illuminated with the illumination light IL in the Y direction arranged on the object plane G1 of the projection optical system PL having a projection magnification ⁇ ( ⁇ is, for example, 1/4, 1/5, etc.).
  • the 0th-order light B (0) 0 and ⁇ 1st-order diffracted lights B (+1) and B ( ⁇ 1) are emitted from the diffraction grating 28Y toward the projection optical system PL.
  • a diffraction grating 34AY formed with a pitch P3 in the Y direction is arranged on the glass plate 32A on the image plane G2 of the projection optical system PL, and the pitch P3 is 2 of the image pitch of the diffraction grating 28Y as follows. Is double.
  • the ratio (duty ratio) between the width of the light shielding portion and the width of the light transmitting portion of the diffraction grating 34AY is approximately 1: 1, and the intensity of the even-order diffracted light generated from the diffraction grating 34AY is extremely small.
  • FIG. 8 also shows ⁇ 2nd order diffracted lights B (0, + 2) and B (0, ⁇ 2) with extremely small intensity due to 0th order light B (0).
  • the + 1st order diffracted light B (+ 1, + 1) and the ⁇ 1st order diffracted light B (0, ⁇ 1) which are ⁇ 1st order light among the many diffracted lights generated from the diffraction grating 34AY, are in the same direction.
  • the shearing interference light CA1 travels, and similarly, the + 1st order diffracted light B (0, + 1) and the ⁇ 1st order diffracted light B ( ⁇ 1, ⁇ 1) travel in the same direction to become shearing interference light CA2, and an image sensor (not shown). It constitutes the main component of the interference fringes formed on the top.
  • the third-order and higher-order diffracted light generated from the diffraction grating 34AY is also shearing interference light.
  • the interference fringes of the third-order or higher-order odd-numbered shearing interference lights CA1 to CA4 generated from the diffraction grating 34AY are formed as noise on the imaging device (not shown), the wavefront aberration of the projection optical system PL Is difficult to obtain with high accuracy.
  • FIG. 6 shows a measuring apparatus for wavefront aberration of the projection optical system PL of this embodiment.
  • a diffraction grating 28Y having a pitch P1 is arranged in the Y direction on the object plane G1 of the projection optical system PL, and the glass plate 32a (glass plate 32) of the wavefront measuring unit 30AY is placed on the image plane G2 of the projection optical system PL.
  • Diffraction grating 34Y is disposed.
  • the pitch in the Y direction of the diffraction grating 34Y is 1 ⁇ 2 of the pitch of the image of the diffraction grating 28Y.
  • the exposure apparatus exposes a liquid Lq (for example, pure water) that transmits the illumination light IL over a partial space between the lowermost optical element L1 of the projection optical system PL and the glass plate 32 or the entire surface of the glass plate 32. ) Is supplied and recovered.
  • the local liquid immersion mechanism recovers the liquid by supplying Lq only to the space between the optical element L1 and a partial area of the wafer.
  • the local liquid immersion mechanism includes a ring-shaped nozzle head 53 surrounding the space on the bottom surface of the optical element L1, a liquid supply device 54 and a pipe 55 for supplying the liquid Lq to the supply port 53a of the nozzle head 53, and a nozzle head.
  • a liquid recovery device 56 and a pipe 57 for recovering (suctioning) the liquid Lq from the 53 recovery ports 53b are provided.
  • a local liquid immersion mechanism for example, a mechanism disclosed in US Patent Application Publication No. 2005/0248856, 2007/242247, or European Patent Application No. 1420298 is used. May be.
  • the wavefront measuring unit 30AY fixed to the wafer stage WST includes a glass plate 32a (diffraction grating 34Y), a lens 51 that collects a plurality of diffracted lights generated from the diffraction grating 34Y to some extent, and a lens.
  • Channels 31Aa and 31Ab for allowing the liquid Lq to pass through are formed in part of the bottom surface of the glass plate 32a on the top surface of the housing 31A.
  • the liquid Lq is supplied between the optical element L1 of the projection optical system PL and the glass plate 32a (diffraction grating 34Y) as in the case of exposure. Further, the liquid Lq is also filled between the glass plate 32a and the lens 51 through the flow paths 31Aa and 31Ab.
  • the diffraction grating 28Y is illuminated with the illumination light IL, and shearing interference light C1 (0th-order light B (+1,0) and ⁇ 1) generated through the diffraction grating 28Y, the projection optical system PL, and the diffraction grating 34Y is generated.
  • Next-order diffracted light B (-1, -1)) and shearing interference light C2 (0th-order light B (-1,0) and + 1st-order diffracted light B (+ 1, + 1)) are received by the image sensor 38. From the intensity distribution of the interference fringes of the shearing interference lights C1 and C2, the wavefront aberration of the projection optical system PL is obtained with high accuracy under the same conditions as in the case of performing exposure by the liquid immersion method as in the first embodiment.
  • the diffraction grating 28Y and the diffraction grating 34Y are one-dimensional diffraction gratings.
  • two-dimensional diffraction formed as a diffraction grating 28Y and a diffraction grating 34Y at a predetermined pitch in, for example, the X direction and the Y direction.
  • a grid may be used. 2
  • the ratio (duty ratio) between the width in the Y direction of the light shielding portion 28Ya of the diffraction grating 28Y on the object plane of the projection optical system PL and the width in the Y direction of the transmissive portion 28Yb is approximately equal. It is also possible to set it to 1: 1.
  • the intensity of even-order diffracted light such as second-order and fourth-order generated from the diffraction grating 28Y becomes weak.
  • the duty ratio of the diffraction grating 28Y is set to approximately 1: 1, a phase shift pattern in which the phases of the two adjacent transmitting portions 28Yb are 0 and ⁇ [rad] can be used.
  • this phase shift pattern is used, the 0th-order light B (0) from the diffraction grating 28Y becomes almost 0, so the ratio of noise light to the finally obtained interference fringes decreases.
  • the electronic device When an electronic device (or microdevice) such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus 100 (exposure method) of the above embodiment, the electronic device has functions and performances of the electronic device as shown in FIG. Step 221 for performing design, Step 222 for manufacturing a reticle (mask) based on this design step, Step 223 for manufacturing a substrate (wafer) as a base material of the device and applying a resist, and the exposure apparatus of the above-described embodiment
  • Substrate processing step 224 including a step of exposing a reticle pattern to the substrate (photosensitive substrate) by (exposure method), a step of developing the exposed substrate, a heating (curing) and etching step of the developed substrate, and a device assembly step ( (Including processing processes such as dicing, bonding, and packaging) 5, and an inspection step 226, and the like.
  • this device manufacturing method uses the exposure apparatus 100 (exposure method) of the above-described embodiment to transfer an image of a reticle pattern onto a substrate (wafer), and the transferred substrate to an image of the pattern. (Step 224).
  • the wavefront aberration of the projection optical system PL of the exposure apparatus can be measured with high accuracy before and after the exposure process or during the exposure process. Since the PL imaging characteristic can be maintained with high accuracy, the electronic device can be manufactured with high accuracy.
  • the present invention can be applied not only when the above-described scanning exposure type exposure apparatus is used but also when a batch exposure type exposure apparatus such as a stepper is used. Furthermore, the present invention can be applied to the case where the wavefront aberration of a projection optical system of an EUV exposure apparatus that uses extreme ultraviolet light (Extreme Ultraviolet Light) having a wavelength of about 100 nm or less as exposure light is measured.
  • the optical system is composed of reflective optical elements except for a predetermined filter and the like, and the reticle is also of a reflective type.
  • a reflective grating or the like in which a large number of minute dot patterns that reflect EUV light are periodically arranged is used, and a substrate that absorbs EUV light instead of the diffraction grating 34Y.
  • a lattice or the like in which openings are periodically provided may be used.
  • the local immersion exposure apparatus provided with the local immersion mechanism has been described as an example.
  • the liquid is only in the local space between the projection optical system and the object (part of the object).
  • the present invention can be applied not only to a local immersion type that interposes a liquid but also to an immersion exposure type exposure apparatus that immerses the entire object in a liquid. Further, the present invention can also be applied to an immersion type exposure apparatus in which an immersion area between the projection optical system and the substrate is held by an air curtain around the projection area.
  • the present invention is disclosed in, for example, US Pat. No. 6,590,634, US Pat. No. 5,969,441, US Pat. No. 6,208,407, etc.
  • the present invention can also be applied to an exposure apparatus and an exposure method that include a measurement stage having marks, sensors, and the like.
  • the wavefront measurement units 30X and 30Y may be provided on the measurement stage.
  • the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to exposure apparatuses for manufacturing various devices such as imaging devices (CCDs, etc.), micromachines, thin film magnetic heads, MEMS (Microelectromechanical Systems), and DNA chips. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.
  • a mask photomask, reticle, etc.
  • R1 ... Test reticle, RST ... Reticle stage, PL ... Projection optical system, W ... Wafer, WST ... Wafer stage, C1, C2 ... Shearing interference light, 2 ... Main control system, 7 ... Wavefront information calculation unit, 28Y ... Diffraction grating 30Y, 30AY ... Y-axis wavefront measuring unit, 34X ... diffraction grating, 38 ... imaging device, 51 ... lens

Landscapes

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Abstract

　投影光学系の波面情報を計測する方法は、投影光学系の物体面側にピッチＰ１の第１回折格子を配置し、投影光学系ＰＬの像面側に、第１回折格子の投影光学系による像のピッチの１／２のピッチＰ２を持つ第２回折格子を配置し、照明光で第１回折格子を照明し、第１回折格子、投影光学系及び第２回折格子を介した照明光によって形成される２対の回折光よりなるシアリング干渉光の干渉縞を受光し、受光した干渉縞に基づいて投影光学系の波面情報を求める。投影光学系の波面情報を高精度に計測することができる。

Description

波面計測方法及び装置、並びに露光方法及び装置
　この出願は２００９年５月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／２１３,２１９号の優先権の利益を主張し、米国仮特許出願第６１／２１３，２１９号の全ての開示を援用して本文の記載の一部とする。
　本発明は、投影光学系の波面情報を計測する計測技術、及びこの計測技術を用いる露光技術に関する。
　例えば半導体デバイス等のマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するためのフォトリソグラフィ工程中で、レチクルのパターン等を投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写露光するために露光装置が使用される。この露光装置において、投影光学系の収差等の結像特性を所定状態に維持するためには、投影光学系の結像特性を正確に計測する必要がある。そこで、例えばオンボディで投影光学系の波面収差を計測する計測装置が提案されている。
　従来の計測装置として、例えばシアリング法やＰＤＩ（Point Diffraction Interferometer）法を採用した装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、シャックハルトマン法を採用した装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。これらの装置では、いずれも投影光学系の物体面側にその投影光学系の解像限界程度の微小な開口（透過）パターンを配置する。そして、この開口パターンを透過し投影光学系により集光された光を、投影光学系の像面側において所定の方法で干渉または結像させ、その干渉縞や像の位置情報に基づいて、投影光学系の収差を計測するものである。
　また、シアリング法の改良として、二重回折格子型シアリング法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。これは、投影光学系の物体面側に第１の回折格子を配置し、投影光学系の像面側に第１の回折格子の像のピッチの２倍のピッチを持つ第２の回折格子を配置し、第１の回折格子、投影光学系、及び第２の回折格子を介して得られる異なる次数の複数対の回折光の干渉縞の光強度分布を計測し、この計測結果から投影光学系の波面収差を求めるものである。
米国特許第６５７３９９７号明細書 特開２００２－２５０６７７号公報 特開２００８－２６３２３２号公報
　従来のシアリング法、ＰＤＩ法及びシャックハルトマン法を採用した装置では、波面情報の計測に使用される光の量が、投影光学系の物体面側に配置した微小な開口により制限され、干渉縞または像の光量が低下する。そのため、十分な光量を確保し、高精度の波面情報計測を行うには計測時間を増加させる必要があり、高速な計測が行ない難いという問題があった。
　また、二重回折格子型シアリング干渉方式の波面収差計測装置においては、投影光学系の物体面側に配置される第１の回折格子のピッチと、像面側に配置される第２の回折格子のピッチとの比が適当でないため、受光面において干渉縞中に第２の回折格子から発生する高次の回折光による干渉成分が混入し易い。そして、この高次の回折光はノイズ光として作用するため、波面収差の計測精度が低下するという問題があった。
　このような事情に鑑み、本発明の態様は、投影光学系の波面収差等の波面情報を高精度に計測することができる波面計測方法及びそれを含む露光方法、並びに波面計測装置及びそれを含む露光装置を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様に従えば、投影光学系の波面情報を計測する方法であって、その投影光学系の物体面側に第１の格子を配置し、その投影光学系の像面側に、その第１の格子の像のピッチの１／２のピッチを持つ第２の格子を配置し、照明光でその第１の格子を照明し、その第１の格子、その投影光学系、及びその第２の格子を介したその照明光によって形成される干渉縞を受光し、受光したその干渉縞に基づいてその投影光学系の波面情報を求める波面計測方法が提供される。
　本発明の第２の態様に従えば、照明光でパターンを照明し、その照明光でそのパターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法であって、第１の態様に従う前記波面計測方法を用いて投影光学系の波面情報を求めることと、求められた前記投影光学系の波面情報に基づいて前記投影光学系を調整することと、前記調整された投影光学系及び前記パターンを介して前記物体を前記照明光で照明することとを備える露光方法が提供される。
　本発明の第３の態様に従えば、投影光学系の波面情報を計測する装置であって、その投影光学系の物体面側に配置される第１の格子と、その投影光学系の像面側に配置され、その第１の格子の像のピッチの１／２のピッチを持つ第２の格子と、照明光でその第１の格子を照明する照明系と、その第１の格子、その投影光学系、及びその第２の格子を介したその照明光によって形成される干渉縞の強度分布を検出する光電センサと、その光電センサの検出結果に基づいてその投影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。
　本発明の第４の態様に従えば、照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターンを介して物体を露光する露光装置であって、前記照明光で照明されたパターンの像を前記物体上に投影する前記投影光学系と、前記投影光学系の波面情報を求めるために用いる第３の態様に従う波面計測装置とを備え、前記波面計測装置の前記照明系を用いて前記パターンを照明する露光装置が提供される。
　また、本発明の第５の態様に従えば、本発明の露光方法又は露光装置を用いて基板を露光することと、露光された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。
　本発明の波面計測方法又は装置によれば、波面情報の計測を高精度に行うことができる。
実施形態の一例で使用される露光装置を示す斜視図である。 図１の波面計測ユニット３０Ｙを用いて投影光学系の波面収差を計測中に発生する多数の回折光の光路を示す断面図である。 （Ａ）は図２中の２対の回折光よりなる干渉光及び０次光の光路を示す図、（Ｂ）は図３（Ａ）の投影光学系ＰＬの瞳面上の±１次回折光を示す図、（Ｃ）は図３（Ａ）の撮像素子の受光面上の干渉縞の輪郭を示す図、（Ｄ）は＋１次回折光の位相分布の一部を示す図、（Ｅ）は－１次回折光の位相分布の一部を示す図、（Ｆ）は干渉縞の位相分布の一部を示す図である。 投影光学系の波面収差を計測する動作の一例を示すフローチャートである。 単一像化処理に適した１次元数値フィルターＮＦの一例を示す図である。 第２の実施形態において、波面計測ユニット３０ＡＹを用いて投影光学系の波面収差を計測している状態を示す断面図である。 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。 実施形態に対する比較例の多数の回折光の光路を示す図である。
　［第１の実施形態］
　以下、本発明の第１の実施形態につき図１～図５を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係るスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置１００の概略構成を示す。図１において、露光装置１００は、露光光源（不図示）と、この露光光源からの露光用の照明光（露光光）ＩＬによりレチクルＲ（マスク）のパターン面（ここでは下面）を照明領域１８Ｒで照明する照明光学系ＩＬＳとを備えている。さらに、露光装置１００は、レチクルＲを移動するレチクルステージＲＳＴと、照明光ＩＬのもとでレチクルＲの照明領域１８Ｒ内のパターンの像をウエハＷ（基板）の表面の露光領域１８Ｗに形成する投影光学系ＰＬと、ウエハＷの位置決め及び移動を行うウエハステージＷＳＴと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系２と、その他の駆動系等とを備えている。
　以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面に平行）内の直交する２方向にＸ軸及びＹ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。本実施形態では、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向である。
　上記の露光光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）が使用されている。露光光源としては、その外にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ等の放電ランプなども使用することができる。
　照明光学系１０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、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、ロッドインテグレータ、回折光学素子など）等を含む照度均一化光学系、固定及び可変のレチクルブラインド（固定及び可変の視野絞り）、並びにコンデンサ光学系等を含んでいる。照明光学系１０は、レチクルブラインドで規定及び開閉されるレチクルＲのパターン領域上の照明領域１８Ｒを照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。照明領域１８Ｒは一例としてＸ方向（非走査方向）に細長い長方形である。また、通常照明、２極若しくは４極照明、又は輪帯照明等の照明条件に応じて、照明光学系ＩＬＳ内の瞳面（射出瞳と共役な面）における照明光ＩＬの強度分布が、不図示の設定機構によって光軸を中心とする円形領域、光軸から偏心した２つ若しくは４つの部分領域、又は光軸を中心とする輪帯状領域等に切り換えられる。
　照明光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内のパターン（回路パターン）は、両側（又はウエハＷ側に片側）テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、ウエハＷの一つのショット領域ＳＡ上の露光領域１８Ｗ（照明領域１８Ｒと共役な領域）に投影される。通常の露光時には、レチクルＲのパターン面は投影光学系ＰＬの物体面上に配置され、ウエハＷの表面（露光面）は投影光学系ＰＬの像面上に配置される。投影光学系ＰＬは屈折系であるが、その他に反射屈折系等も使用可能である。また、ウエハＷ（基板）は、例えばシリコンよりなる直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍ等の円板状の基材上にフォトレジスト（感光材料）を塗布したものである。
　図１において、レチクルＲはレチクルホルダ（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴ上に吸着保持され、レチクルステージＲＳＴはレチクルベース１２のＸＹ平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルベース１２上でＹ方向に一定速度で移動可能であり、かつＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角の微調整を行うことができる。レチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含む２次元的な位置情報は、例えばＸ軸のレーザ干渉計１４Ｘと、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計１４ＹＡ，１４ＹＢとを含むレチクル側干渉計システムによって計測され、その計測結果がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージＲＳＴの位置、速度、及び回転角を制御する。
　一方、ウエハＷは、ウエハステージＷＳＴ上に保持され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハベース２６のＸＹ平面に平行な上面をエアベアリングを介してＸ方向、Ｙ方向に移動するＸＹステージ２４と、ウエハホルダ２０を介してウエハＷを吸着保持するＺチルトステージ２２とを備えている。Ｚチルトステージ２２は、例えば米国特許第５，４４８，３３２号明細書等に開示されるものと同様の構成の斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（不図示）の計測値に基づいて、ウエハＷの表面（又は他の面）が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、Ｚチルトステージ２２の上部（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の位置（フォーカス位置）、及びθｘ、θｙ方向の回転角を制御する。
　また、例えばＸ軸の２軸のレーザ干渉計３６ＸＰ，３６ＸＦ及びＹ軸の２軸のレーザ干渉計３６ＹＡ，３６ＹＢを含むウエハ側干渉計システムによって、Ｚチルトステージ２２（ウエハＷ）の少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角を含むウエハステージＷＳＴの２次元的な位置情報が計測され、計測結果がステージ駆動系４及び主制御系２に供給される。ステージ駆動系４は、その位置情報及び主制御系２からの制御情報に基づいて、不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介して、ウエハステージＷＳＴ（ＸＹステージ２４）の２次元的な位置を制御する。
　また、投影光学系ＰＬの＋Ｙ方向の側面に配置されたオフアクシス方式で例えば画像処理方式のウエハアライメント系ＡＬＧの計測結果、及びレチクルアライメント系（不図示）によって計測されるレチクルＲのアライメントマーク（不図示）の位置の計測結果はアライメント制御系６に供給される。アライメント制御系６はその計測結果に基づいてレチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行う。Ｚチルトステージ２２上のウエハＷの近傍には、レチクルＲのパターンの像とウエハアライメント系ＡＬＧの検出中心との位置関係（ベースライン）を求めるための基準マークが形成された基準部材（不図示）も固定されている。
　また、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するために、Ｚチルトステージ２２上に、Ｙ軸の波面計測ユニット３０Ｙ及びＸ軸の波面計測ユニット３０Ｘが設けられている。波面計測ユニット３０Ｙ，３０Ｘの上部に、その上面が投影光学系ＰＬの像面と同じ高さに配置されて照明光ＩＬを透過するガラス板３２が固定されている。波面計測ユニット３０Ｙのガラス板３２ａの上面には、Ｙ方向に所定ピッチＰ２で遮光膜（遮光部）のラインパターンと透過部を交互に配置したＹ方向の回折格子３４Ｙが形成されている。また、波面計測ユニット３０Ｘのガラス板３２ｂの上面には、Ｘ方向にピッチＰ２（Ｙ方向の回折格子３４Ｙと同じピッチ）で遮光膜（遮光部）のラインパターンと透過部を交互に配置したＸ方向の回折格子３４Ｘが形成されている。
　回折格子３４Ｘ，３４Ｙは、露光領域１８Ｗよりも小さい形状でよい。なお、回折格子３４Ｘ，３４Ｙは、投影光学系ＰＬの解像限界（０．１μｍ程度）に比べて、十分に大きく、例えば１００μｍ角程度以上の大きさとすることもできる。
　波面計測ユニット３０Ｙは、後述のように回折格子３４Ｙから射出される複数の回折光によって形成される干渉縞（Ｙ軸のシアリング波面）の強度分布（光強度分布）の情報を計測し、計測結果を波面情報演算部７に供給する。同様に、波面計測ユニット３０Ｘは、回折格子３４Ｘから射出される複数の回折光によって形成される干渉縞（Ｘ軸のシアリング波面）の強度分布の情報を計測し、計測結果を波面情報演算部７に供給する。波面情報演算部７は、その強度分布の情報を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を求め（詳細後述）、計測された波面収差を主制御系２に供給する。
　また、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ものと同様の、投影光学系ＰＬを構成する所定の複数のレンズのＺ方向の位置、及びθｘ、θｙ方向の傾斜角を制御することによって、投影光学系ＰＬのディストーション、倍率誤差、及びコマ収差等（波面収差）の結像特性を補正する結像特性補正機構（不図示）も備えられている。この場合、予め投影光学系ＰＬに入射する照明光ＩＬの積算照射量と結像特性の変動量との関係が求められており、この関係に基づいてその結像特性の変動量を抑制するようにその結像特性補正機構が駆動される。そして、例えばその結像特性補正機構を駆動したときに残存している波面収差が上記の波面計測ユニット３０Ｙ等を用いて計測され、この計測結果に基づいてその結像特性補正機構の駆動量が補正される。
　露光時には、レチクルＲの照明領域１８Ｒ内のパターンの投影光学系ＰＬによる像をウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上に露光しつつ、レチクルＲとウエハＷとをＹ方向に投影倍率βを速度比として同期して移動することで、当該ショット領域ＳＡにレチクルＲのパターンの像が走査露光される。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する動作と、その走査露光動作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上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。
　次に、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための計測装置の構成につき説明する。なお、Ｙ軸の波面計測ユニット３０Ｙと、Ｘ軸の波面計測ユニット３０Ｘとは、波面のシアリング方向が直交している点が異なるのみでその基本的な構成は同様である。そこで、以下では主にＹ軸の波面計測ユニット３０Ｙを用いる計測装置につき説明する。先ず、投影光学系ＰＬの波面収差計測時には、不図示のレチクルローダ系によって、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲがテストレチクルＲ１と交換される。テストレチクルＲ１のパターン領域には、アライメントが完了した状態で、Ｙ方向に所定のピッチＰ１で遮光膜（遮光部）のラインパターン（Ｙ方向に延在する細長い遮光エリア）と透過部（Ｙ方向に延在する細長い透過エリア）が交互に配置されたＹ方向の回折格子２８Ｙと、Ｘ方向に同じピッチＰ１で遮光膜（遮光部）のラインパターン（Ｘ方向に延在する細長い遮光エリア）と透過部（Ｘ方向に延在する細長い透過エリア）が交互に配置されたＸ方向の回折格子２８Ｘとが形成されている。回折格子２８Ｘ，２８Ｙは照明領域１８Ｒより小さい形状でよい。波面計測ユニット３０Ｙを用いる場合には、回折格子２８Ｙが照明領域１８Ｒ内の計測位置に配置され、波面計測ユニット３０Ｘを用いる際には、回折格子２８Ｘが使用される。
　回折格子２８Ｘ，２８Ｙの大きさは、回折格子３４Ｘ，３４Ｙに対して、投影光学系の投影倍率βの逆数倍程度に大きいことが望ましい。従って、回折格子３４Ｘ，３４Ｙをたとえば１００μｍ角の大きさとし、投影光学系の倍率を１／４倍とすれば、回折格子２８Ｘ，２８Ｙの大きさは、４００μｍ角程度の大きさとすることが望ましい。
　すなわち、本実施形態及び後述する他の実施形態では、従来のシアリング法、ＰＤＩ法及びシャックハルトマン法を採用した装置とは異なり、投影光学系の物体面側に解像限界程度の微小開口を設ける必要がない。よって、この微小開口による光量損失もなく、従って、後述する撮像素子３８において大光量を得ることができ、高速かつ高精度な波面情報の計測が可能になる。
　なお、回折格子２８Ｙ及び２８Ｘは、例えばレチクルステージＲＳＴ上のレチクルに対して走査方向に隣接する位置に固定された評価用基板（不図示）の一部に形成されていてもよい。
　また、波面計測ユニット３０Ｘ及び波面計測ユニット３０Ｙは、そのどちらか一方のみであっても、投影光学系の収差を高性能に計測できる。従って、設置スペースに制約がある場合等には、どちらかの波面計測ユニットを設ければ十分である。
　図２は、波面計測ユニット３０Ｙを用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測している状態を示す。なお、以下では説明の便宜上、投影光学系ＰＬを前群レンズ系ＰＬａと、後群レンズ系ＰＬｂと、前群レンズ系ＰＬａと後群レンズ系ＰＬｂとの間の瞳面ＰＰＬに配置された開口絞りＡＳとを備える光学系で表すものとするが、投影光学系ＰＬの構成は任意である。また、図２等においては、回折格子２８Ｙ等はそのピッチを実際よりも拡大して表している。
　図２において、図１の照明領域１８Ｒ内の投影光学系ＰＬの物体面Ｇ１には、テストレチクルＲ１のパターン面に形成されたＹ方向にピッチ（周期）Ｐ１の回折格子２８Ｙが配置されている。回折格子２８Ｙを照明する図１の照明光学系ＩＬＳは通常照明に設定され、回折格子２８Ｙに照射される照明光ＩＬのコヒーレンスファクタ（＝照明光ＩＬの開口数／投影光学系ＰＬの物体面側の開口数ＮＡｉｎ＝σ値）は、一例として次の範囲に設定される。
　σ値＝０．８～１　…（１）
　これによって、回折格子２８Ｙから発生する回折光は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬ上のほぼ全面（８０～１００％）に広がるようになる。なお、照明光学系ＩＬＳから射出される照明光ＩＬのσ値を大きくするために、テストレチクルＲ１の上方に点線で示すように拡散板１０を設置してもよい。
　この場合、投影光学系ＰＬの物体面側の開口数ＮＡｉｎと、投影光学系ＰＬの像面側の開口数ＮＡとの間には、投影光学系ＰＬの物体面から像面への投影倍率β（例えばβ＝１／４又は１／５等）を用いて次の関係がある。また、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡは例えば０．８～０．９程度である。
　ＮＡｉｎ＝β×ＮＡ　…（２）
　照明光ＩＬの波長をλとして、回折格子２８ＹのピッチＰ１は次の範囲内に設定されることが好ましい。
　４×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦２００×λ／ＮＡｉｎ　…（３Ａ）
　本実施形態では、波長λは１９３ｎｍであるため、一例として投影倍率βを１／４、開口数ＮＡを０．８５とすると、式（３Ａ）よりピッチＰ１は、３．６～１８２μｍ程度になる。
　また、図２では、照明光ＩＬ及び回折光をそれらの主光線で代表させている。そして、回折格子２８Ｙに照明光ＩＬが光軸ＡＸに沿って照射され、回折格子２８Ｙからは０次光Ｂ(0) 、＋１次回折光Ｂ(+1)、－１次回折光Ｂ(-1)、及び２次以上の回折光（不図示）が投影光学系ＰＬに向けて射出される。
　また、＋１次回折光Ｂ(+1)の回折角θ１は、sin θ１＝λ／Ｐ１で規定され、－１次回折光Ｂ(-1)の回折角は－θ１である。本実施形態では、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬ上における回折光Ｂ(+1)及びＢ(-1)の主光線のＹ方向の間隔が、シアリング干渉する２つの波面のシア量（位置ずれ量）δｙとなる。そのシア量δｙは、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡｉｎを単位として次のようになる。
　δｙ＝２・sin θ１＝２・λ／Ｐ１　…（４）
　式（４）を式（３Ａ）に代入すると次の関係が得られる。
　ＮＡｉｎ／１００≦δｙ≦ＮＡｉｎ／２　…（３Ｂ）
　即ち、式（３Ａ）が成立する場合には、式（３Ｂ）から瞳面ＰＰＬ上での２つの波面のシア量δｙは開口数ＮＡｉｎ（開口絞りＡＳの開口の半径に相当する）の１／１００～１／２の範囲内となる。シア量δｙが式（３Ｂ）の下限より小さいとシア量が少ないため、計測ノイズが波面収差の計測精度に及ぼす影響が大きくなり、また、シア量δｙが式（３Ｂ）の上限より大きいと、求められる波面収差の精度、特に高次の波面収差の計測精度が十分ではなくなる。
　なお、回折格子２８ＹのピッチＰ１はさらに以下の範囲であることがより好ましい。
　８×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦１００×λ／ＮＡｉｎ　…（５Ａ）
　この場合には、シア量δｙは次のように、ノイズの影響を受け難く、かつ精度的にも好ましい範囲となる。
　ＮＡｉｎ／５０≦δｙ≦ＮＡｉｎ／４　…（５Ｂ）
　なお、図１の照明光学系ＩＬＳ内のブラインドによって、回折格子２８Ｙ上で照明光ＩＬが照射される領域を所定の狭い範囲に絞るようにしてもよい。
　次に、図２において、回折格子２８Ｙの投影光学系ＰＬによる像の位置と少なくとも一部が重なるように、投影光学系ＰＬの像面Ｇ２上に波面計測ユニット３０Ｙのガラス板３２ａの上面のＹ方向にピッチ（周期）Ｐ２の回折格子３４Ｙが配置される。さらに、回折格子３４Ｙから発生する多数の回折光（０次光を含む）が照射される領域に受光面を持つ例えばＣＣＤ又はＣＭＯＳ型の２次元の撮像素子３８が配置され、撮像素子３８の検出信号が図１の波面情報演算部７に供給されている。ガラス板３２ａ（回折格子３４Ｙ）、撮像素子３８、及びこれらを支持する筐体３１を含んで波面計測ユニット３０Ｙが構成され、波面計測ユニット３０ＹはウエハステージＷＳＴ（Ｚチルトステージ２２）の上部に固定されている。この場合、回折格子３４ＹのピッチＰ２は、回折格子２８Ｙの投影光学系ＰＬによる像のピッチの１／２に設定されている。従って、投影光学系ＰＬの投影倍率βを用いると次のようになる。
　Ｐ２＝β×Ｐ１／２　…（６）
　回折格子２８ＹのピッチＰ１の範囲が式（３Ａ）である場合、一例として投影倍率βを１／４、開口数ＮＡを０．８５とすると、式（６）より回折格子３４ＹのピッチＰ２は、０．４５～２３μｍ程度になる。
　また、回折格子３４Ｙは、周期方向における遮光部３４Ｙａの幅Ｄ２Ｙａと、透過部３４Ｙｂの幅Ｄ２Ｙｂとの比（デューティ比）が次のように１：１であることが好ましい。この場合には、回折格子３４Ｙから２次、４次等の偶数次数の回折光は発生しない。なお、実用的には、偶数次数の回折光の割合が減少するだけでもよいため、以下の式（８）は近似的に成立するのみでもよい。
　Ｄ２Ｙａ：Ｄ２Ｙｂ＝１：１　…（７）
　物体面Ｇ１上の回折格子２８Ｙから発生する０次光Ｂ(0) 及び±１次回折光Ｂ(+1)，Ｂ(-1)は、投影光学系ＰＬを介して像面Ｇ２上の回折格子３４Ｙに入射する。回折格子３４Ｙからは、入射する０次光Ｂ(0) の０次光Ｂ(0,0)及び±１次回折光Ｂ(0,+1)，Ｂ(0,-1)と、入射する＋１次回折光Ｂ(+1)の０次光Ｂ(+1,0)、±１次回折光Ｂ(+1,+1)，Ｂ(+1,-1)、及び＋２次回折光Ｂ(+1,+2)と、入射する－１次回折光Ｂ(-1)の０次光Ｂ(-1,0)、±１次回折光Ｂ(-1,+1)，Ｂ(-1,-1)、及び－２次回折光Ｂ(-1,-2)とが射出される。なお、式（７）がほぼ成立しているため、回折格子３４Ｙによる２次回折光Ｂ(+1,+2)，Ｂ(-1,-2)及び４次以上の偶数次の回折光の強度は極めて小さい。そこで、煩雑さを避けるために、これらの強度の弱い回折光の一部については図示を省略している。
　また、０次光Ｂ(0,0)は回折格子３４Ｙから－Ｚ方向に射出され、＋１次回折光Ｂ(0,+1)の回折角θ２は、照明光ＩＬの波長λ及び回折格子３４ＹのピッチＰ２を用いて次のようになり、－１次回折光Ｂ(0,-1)の回折角は－θ２になる。
　sin θ２＝λ／Ｐ２　…（８）
　さらに、＋１次回折光Ｂ(+1)の回折格子３４Ｙによる０次光Ｂ(+1,0)の回折角(－Ｚ方向に対する角度）θ２１は、式（６）及び式（８）の関係を用いて次のようになる。すなわち、＋１次回折光Ｂ(+1)と対称な－１次回折光Ｂ(-1)の回折格子３４Ｙによる０次光Ｂ(-1,0)の回折角は－θ２１であるので、sin θ２１＝－λ／（β・Ｐ１）である。この式に、式（６）及び式（８）を適用すると式（９)が得られる。式（９）の両辺を比較することで、回折角θ２１の絶対値は近似的に回折角θ２の１／２となる。
　sin θ２１＝－λ／（β・Ｐ１）＝－λ／（２・Ｐ２）＝－sin θ２／２　…（９）
　この場合、＋１次回折光Ｂ(+1)の回折格子３４Ｙによる＋１次回折光Ｂ(+1,+1)の回折角θ２ｘは次の関係を満たす。
　sin θ２ｘ－sin θ２１＝λ／Ｐ２　…（１０）
　式（９）と式（１０）とを比較して、回折角θ２ｘは次のように０次光Ｂ(-1,0)の回折角（－θ２１）に等しくなる。
　sin θ２ｘ＝λ／（２・Ｐ２）＝－sin θ２１　…（１１）
　従って、回折格子３４Ｙから射出される＋１次回折光Ｂ(+1,+1)及び０次光Ｂ(-1,0)は、平行でかつ主光線が重なっており、それらが互いに干渉することによりシアリング干渉光Ｃ２が生じる。同様に、回折格子３４Ｙから射出される０次光Ｂ(+1,0)及び－１次回折光Ｂ(-1,-1)は、平行でかつ主光線が重なっており、それらが互いに干渉することによりシアリング干渉光Ｃ１が生じる。シアリング干渉光Ｃ１及びＣ２は、それぞれ投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬ上でシア量δｙだけＹ方向に横ずれした＋１次回折光Ｂ(+1)と－１次回折光Ｂ(-1)とが干渉して形成された干渉波面として撮像素子３８に受光される。
　図３（Ａ）は、照明光ＩＬが所定の開口数を持つ光束であることを考慮して、図２に示した回折光Ｂ(+1,0)，Ｂ(-1,-1)，Ｂ(-1,0)，Ｂ(+1,+1)を示した図である。すなわち、図３（Ａ）においては、各回折光は主光線のみでなく、開口数（角度範囲）を持った光線束として表されており、図示されているのはその境界線（外側境界）である。図３（Ａ）において、回折格子２８Ｙから射出された±１次回折光Ｂ(+1)及びＢ(-1)は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬ上では図３（Ｂ）に示すようにＹ方向にシア量δｙだけ離れたほぼ円形の領域を通過している。そして、図３（Ａ）の撮像素子３８に入射する０次光Ｂ(+1,0)と－１次回折光Ｂ(-1,-1)とが重なったシアリング干渉光Ｃ１、０次光Ｂ(0,0)、及び＋１次回折光Ｂ(+1,+1)と０次光Ｂ(-1,0)とが重なったシアリング干渉光Ｃ２は、それぞれ図３（Ｃ）に示すようにＹ方向に位置ずれしたほぼ円形の領域に照射され、その結果、撮像素子３８の受光面上に干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆが現れる。
　なお、露光装置に適用する場合には、一例として、撮像素子３８の受光面は回折格子３４ＹからＺ方向に数ｍｍ離れた位置に配置される。そして、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが０．８以上と大きく、回折格子３４ＹのＸ方向及びＹ方向の大きさが０．１ｍｍ程度と小さい。従って、撮像素子３８の受光面は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬと実質的に共役な面とみなす事ができる。よって、撮像素子３８の受光面上の１点は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬ内の１点に対応する。
　投影光学系ＰＬの収差がない状態では、投影光学系ＰＬの瞳ＰＰＬにおいてシア量δｙだけ離れた＋１次回折光Ｂ(+1)の光路と－１次回折光Ｂ(-1)の光路との間に収差、すなわち位相差がない。このため、撮像素子３８の受光面上のシアリング干渉光Ｃ１，Ｃ２の干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆは全面で一様な光強度となる。
　一方、投影光学系ＰＬに収差がある状態では、シア量δｙだけ離れた＋１次回折光Ｂ(+1)の光路と－１次回折光Ｂ(-1)の光路との間に、収差に応じた位相差が生じる。従って、この位相差に応じて、干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆには、それぞれ、ゆるやかな明暗の分布が生じる。すなわち、この位相差が半波長の整数倍に近い場合は、＋１次回折光Ｂ(+1)と－１次回折光Ｂ(-1)が干渉して暗くなり、位相差が波長の整数倍に近い場合は、＋１次回折光Ｂ(+1)と－１次回折光Ｂ(-1)が干渉して明るくなる傾向がある。
　従って、この明暗の分布の形状を撮像素子３８で撮像し、得られた信号に基づいて投影光学系ＰＬの波面ＷＦの情報（波面情報）を算出することもできる。
　シアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆの強度分布から波面ＷＦを復元するものとした場合、シアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆを形成する２つの回折光Ｂ(+1,0)及び回折光Ｂ(-1,-1)は、回折格子３４Ｙを通る前は、それぞれ回折光Ｂ(+1)及び回折光Ｂ(-1)であり、それらは相互にＹ方向にδｙだけずれて投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬを通過してきた光である。
　　従って、波面ＷＦが一定の周期を有する理想的な波面であるとすると、撮像素子３８に照射される回折光Ｂ(+1,0)及び回折光Ｂ(-1,-1)は、このずれ量δｙに応じて相互にＹ方向にシフトした波面収差を持っている。
　図３（Ａ）の撮像素子３８上の光軸ＡＸを通りＹ軸に平行な直線上での回折光Ｂ(+1,0)の位相分布は、例えば図３（Ｄ）の位相φ（＋１）となり、その直線上での回折光Ｂ(-1,-1)の位相分布は、図３（Ｅ）に示すように、位相φ（＋１）をシア量δｙだけ移動した位相φ（－１）となる。従って、その直線に対応する撮像素子３８の受光面上の領域におけるシアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆの位相分布は、図３（Ｆ）に示すように、位相φ（＋１）と位相φ（－１）との差分の位相Δφとなる（波面収差がない場合には位相Δφ（位相差）はゼロであるが、波面収差が存在する場合にはシア量δｙだけ離れた二つの位置における波面ＷＦの位相の差に基づいて位相Δφがゼロとならない）。この位相Δφは、干渉縞Ｃ１ｆの強度分布（撮像素子３８の複数の画素毎に検出される光強度）から求めることができる。従って、その位相Δφを積分（積算）することによって、＋１次回折光Ｂ(+1)の位相φ（＋１）、ひいては投影光学系ＰＬの波面ＷＦの位相分布を復元でき、この位相分布から波面収差を求めることができる。
　また、このとき回折格子２８Ｙと回折格子３４ＹとがＹ方向に相対移動すると、干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆの強度が全体として周期的に明暗に変化する。これは、回折格子２８Ｙと回折格子３４Ｙの相対移動により、回折光Ｂ(+1)と回折光Ｂ(-1)の位相が逆方向にずれるからであり、それらの位相のずれの和がλ／２（の奇数倍）に近くなると暗いパターンとして現れ、それらの位相のずれのλ（の整数倍）に近くなると明るいパターンとして現れるからである。実際には、投影光学系ＰＬには瞳面ＰＰＬ上の波面（位相分布）ＷＦで示すように或る程度の波面収差が残存しているため、回折格子２８Ｙと回折格子３４Ｙを相対移動する前でも、干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆには上述の如く波面ＷＦに応じた強度分布が生じる。
　そして、この強度分布は、回折格子２８Ｙと回折格子３４ＹとのＹ方向への相対移動に伴ない正弦関数的に変化する。そこで、図１の波面情報演算部７では、干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆの強度分布を求め、この強度分布から投影光学系ＰＬの波面ＷＦ、ひいては波面収差を求めることもできる。
　詳細は後述するが、具体的には、一例として、以下の如く波面収差を求める事ができる。先ず、回折格子２８Ｙと回折格子３４ＹとをＹ方向へ相対移動しつつ、撮像素子３８上に形成される干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆの強度分布を計測し、これを記憶装置に記憶する。さらに、一例として回折格子２８Ｙの１ピッチの１／１６に相当する距離だけ移動する毎に、強度分布の計測を行ない、１ピッチ分、すなわち１６回の計測を行う。
　干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆの強度分布は、回折格子２８Ｙと回折格子３４Ｙとの相対位置変化に対して正弦波的に変化するので、撮像素子３８上の各点（各画素の位置）におけるその正弦波の位相［ｒａｄ］を算出する。ここで回折格子２８Ｙの１ピッチの位置変化に相当する位相は２π［ｒａｄ］である。
　上述の如く、撮像素子３８の受光面は、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬと実質的に共役とみなせる。よって、撮像素子３８上の各点の位相の相対値が、投影光学系ＰＬの波面収差の差分量に相当する。ここでの差分量の単位は［ｒａｄ］である。これにλ／２π（λは検出光の波長）を掛ければ、長さを単位とした波面収差が算出できる。
　なお、図２に示した如く、撮像素子３８には、回折格子３４Ｙから射出される０次光Ｂ(0,0)及び±１次回折光Ｂ(0,+1)，Ｂ(0,-1)も照射される。しかし、これらの光Ｂ(0,0)，Ｂ(0,+1)，Ｂ(0,-1)は、単独の回折光からなる光である。すなわち、これらの単独の回折光は、シアリング干渉光のように回折光同士が干渉して生じた光ではない。よって、これらの光Ｂ(0,0)，Ｂ(0,+1)，Ｂ(0,-1)が撮像素子３８上に形成する光の強度分布は、上記の如き回折格子２８Ｙと回折格子３４ＹのＹ方向への相対移動によっては、全く変化しない。従って、これらの回折光が撮像素子３８上に照射されても、波面収差の計測精度が低下することは無い。
　また、図２に示した如く、撮像素子３８には、－１次回折光Ｂ(+1,-1)及び－２次回折光Ｂ(-1,-2)のペアも、平行かつ主光線が重なったシアリング干渉光として撮像素子３８上に照射されることになる。しかし、－２次回折光Ｂ(-1,-2)は、強度が小さいか、あるいは強度が実質的に０であるため、これによって波面収差の計測精度が低下することは無い。これは、＋１次回折光Ｂ(-1,+1)及び＋２次回折光Ｂ(+1,+2)のペアについても同様である。
　また、図２には図示していないが、より高次の回折光によるシアリング干渉光（例えについても、回折格子２８Ｙから発生した－１次光の回折格子３４Ｙによる－３次光と回折格子２８Ｙから発生した＋１次光の回折格子３４Ｙによる－２次光のペアや、回折格子２８Ｙから発生した－１次光の回折格子３４Ｙによる－４次光と回折格子２８Ｙから発生した＋１次光の回折格子３４Ｙによる－３次光のペア）は、いずれも一方の回折光は、回折格子３４Ｙによる偶数次の回折光であるために、その強度が小さい、あるいは強度が実質的に０であるため、これによって波面収差の計測精度が低下することは無い。
　このように、本実施形態及び後述する他の実施形態において、撮像素子３８に照射される回折光のうち、波面情報の計測に適したシアリング干渉光Ｃ１およびＣ２以外の回折光による悪影響を実質的に受けないのは、物体面側に配置する回折格子２８ＹのピッチＰ１と像面側に配置した回折格子３４ＹのピッチＰ２とが最適化されているためである。
　なお、本実施形態及び後述する他の実施形態においては、撮像素子３８上に形成される干渉縞は、所定長さの周期を持って明暗が繰り返される、いわゆる縞模様の明暗パターンを含むものではない。
　なお、以上では煩雑化を避けるために説明を省略したが、実際には、図２の投影光学系ＰＬの物体面に配置する回折格子２８Ｙからも、高次の回折光は発生する。そして、これらの高次の回折光も、投影光学系ＰＬを透過して像面に配置された回折格子３４Ｙに照射され、これにより再度回折されて撮像素子３８に照射される。
　これらの高次の回折光の振幅の符号、すなわち位相の０またはπ［ｒａｄ］は、一般的な回折理論が示す通り、遮光部２８Ｙａ及び透過部２８Ｙｂよりなる回折格子２８Ｙのピッチに対する回折格子２８Ｙの透過部２８Ｙｂの幅Ｄ１Ｙｂの比率によって変化する。
　本実施形態及び後述する他の実施形態においては、回折格子２８Ｙからの高次の回折光の強度や位相を最適化し、撮像素子３８上に良好な干渉縞を形成するために、回折格子２８Ｙの透過部の幅Ｄ１Ｙｂの、ピッチＰ１に対する関係を、次のようにすることが望ましい。
　０．１×Ｐ１≦Ｄ１Ｙｂ≦０．４×Ｐ１　…（１２）
　一方、これに反して、例えば透過部２８Ｙｂの幅Ｄ１Ｙｂが０．４×Ｐ１より大きいと、回折格子２８Ｙからの３次回折光は、強度が比較的大きい上に１次回折光に比べて逆位相となり、撮像素子３８上にノイズとなる干渉成分を生じさせてしまう。逆に、透過部２８Ｙｂの幅Ｄ１Ｙｂが０．１×Ｐ１より小さいと回折格子２８Ｙを透過する光量が減少し、高速かつ高精度な波面情報の計測が困難になる。
　以下、図４のフローチャートを参照して、図２のテストレチクルＲ１の回折格子２８Ｙ及び波面計測ユニット３０Ｙを含む計測装置を用いて、オンボディで投影光学系ＰＬの波面収差を計測する動作の一例につき説明する。この動作は主制御系２によって制御されるとともに、例えば露光工程中に定期的に実行される。
　先ず図４のステップ１０１において、レチクルステージＲＳＴ上にテストレチクルＲ１がロードされ、図２に示すようにＹ方向の回折格子２８Ｙが計測位置に移動され、その位置で回折格子２８Ｙは静止する。次に、主制御系２内の制御部で、整数の制御パラメータｉを１に設定し（ステップ１０２）、ウエハステージＷＳＴを駆動し、波面計測ユニット３０ＹのＹ方向の回折格子３４Ｙを回折格子２８Ｙの像の位置（計測位置）に移動する（ステップ１０３）。その位置で波面計測ユニット３０Ｙ（回折格子３４Ｙ）を静止させた後、照明光学系ＩＬＳから回折格子２８Ｙに対する照明光ＩＬの照射が開始される（ステップ１０４）。
　次のステップ１０５において、図３（Ａ）に示すように、回折格子２８Ｙ、投影光学系ＰＬ、及び回折格子３４Ｙを介して得られるシアリング干渉光Ｃ１（第１の２つの回折光Ｂ(+1,0)及びＢ(-1,-1)の干渉光）の干渉縞Ｃ１ｆ、０次光Ｂ(0,0)、及びシアリング干渉光Ｃ２（第２の２つの回折光Ｂ(-1,0)及びＢ(+1,+1)の干渉光）の干渉縞Ｃ２ｆを含む干渉縞全体の強度分布（光強度分布）を撮像素子３８及び波面情報演算部７によって計測し、この計測結果から例えば一方の干渉縞Ｃ１ｆのみの強度分布を求め、得られた強度分布を波面情報演算部７の記憶部に記憶する。撮像素子３８の各画素のＸ方向、Ｙ方向の座標を（ｘ，ｙ）として、その計測結果は各画素毎の光強度Ｉ0(x,y)として記憶される。
　なお、一方の干渉縞Ｃ１ｆのみの強度分布の代わりに、例えば、上述の干渉縞全体の強度分布を記憶して、以下の処理に使用することもできる。
　次に、主制御系２は制御パラメータｉが所定の整数Ｎ（Ｎは例えば４以上の整数）に達したかどうかを判定する（ステップ１０６）。この段階ではｉ＜Ｎであるため、動作はステップ１０７に移行し、主制御系２は制御パラメータｉに１を加算する。その後、ステージ駆動系４を介してレチクルステージＲＳＴを駆動し、図３（Ａ）において、テストレチクルＲ１（回折格子２８Ｙ）を例えば－Ｙ方向の移動方向ＭＹにＰ１／（２Ｎ）だけ移動し（ステップ１０８）、動作はステップ１０５に戻る。これによって、１次回折光Ｂ(+1)，Ｂ(-1)の位相が逆方向にそれぞれ２π／（２Ｎ）［ｒａｄ］だけ変化するため、干渉縞Ｃ１ｆの位相は、２π／Ｎ［ｒａｄ］だけ変化する。
　そして、回折格子２８Ｙ、投影光学系ＰＬ、及び回折格子３４Ｙを介して得られるシアリング干渉光Ｃ１，Ｃ２の干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆ、及び０次光Ｂ(0,0)の強度分布を撮像素子３８及び波面情報演算部７によって計測し、計測結果から得られる干渉縞Ｃ１ｆのみの強度分布を各画素毎の光強度Ｉ1(x,y)として波面情報演算部７の記憶部に記憶する。なお、一方の干渉縞Ｃ１ｆのみの強度分布の代わりに、例えば、干渉縞全体の強度分布を記憶して、以下の処理に使用することもできる。
　その後、制御パラメータｉがＮに達するまで、ステップ１０８におけるテストレチクルＲ１（回折格子２８Ｙ）の移動方向ＭＹへのＰ１／（２Ｎ）だけの移動と、ステップ１０５におけるシアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆの強度分布の計測、及びこの計測結果である各画素毎の光強度Ｉi-1(x,y)（ｉ＝１，２，…，Ｎ）の記憶とが繰り返される。そして、ステップ１０６で制御パラメータｉがＮに達したときに、動作はステップ１１１に移行して、照明光ＩＬの照射が停止される。
　次のステップ１１２において、波面情報演算部７は、ステップ１０５におけるＮ回の干渉縞Ｃ１ｆの強度分布の計測結果（光強度Ｉi-1(x,y)）から、撮像素子３８の各画素の位置（ｘ，ｙ）における干渉縞Ｃ１ｆの位相Δφ（ｘ，ｙ）を計算する。一例として、整数Ｎが４である場合には、計測される干渉縞の各画素毎の光強度はＩ0(x,y)，Ｉ1(x,y)，Ｉ2(x,y)，及びＩ3(x,y)となり、位相Δφ（ｘ，ｙ）は次のように計算できる。
　Δφ（ｘ，ｙ）＝arctan｛（Ｉ3(x,y)－Ｉ1(x,y)）／（Ｉ0(x,y)－Ｉ2(x,y)）｝＝arctan（ｂ／ａ）　…（１３）
　この演算には差分演算が含まれているため、０次光Ｂ(0,0)の影響はより完全に相殺される。なお、Ｎの値が４以外の場合には、それに応じた計算式が使用される。また、arctanの主値は通常は－π／２～π／２の範囲であるが、式（１３）の場合には、数ａ，ｂの符号から位相の象限が判定できるため、位相を－π～π（又は０から２π等）の範囲内で特定できる。本実施形態の干渉縞はシアリング干渉光Ｃ１の波面（差分波面）であり、通常は位相Δφ（ｘ，ｙ）は±πの範囲内であるため、式（１３）をそのまま使用できる。なお、位相Δφ（ｘ，ｙ）が±πの範囲を超える場合には、周知の位相つなぎを行えばよい。
　次のステップ１１３において、波面情報演算部７は、その位相Δφ（ｘ，ｙ）をＹ方向に積分（又は積算）して、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける＋１次回折光Ｂ(+1)の位相分布、即ち波面ＷＦを求める。さらに、この波面ＷＦを例えばゼルニケ多項式(Zernike's polynomials)で展開し、各次数の係数を求めることによって、波面収差を求めることができる。このようにして求められた波面収差の情報は主制御系２に供給され、波面収差の計測が終了する。なお、主制御系２では、例えばその波面収差の情報を用いて上記の結像特性補正機構の駆動量を補正する。これによって、投影光学系ＰＬの結像特性を常に良好な状態に維持できる。ステップ１０１～ステップ１１３は、ウエハＷの露光動作の前後であれば、任意の段階で行うことができる。例えば、レチクルの交換時、特定のレチクルを用いて所定のロット数のウエハＷの露光が終了した後、あるいは露光装置のメンテナンス時に行うことができる。
　ところで、シアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆとシアリング干渉光Ｃ２の干渉縞Ｃ２ｆは、基本的には同一の干渉縞である。そして、撮像素子３８上には、この２つの干渉縞が瞳面ＰＰＬ上のシア量δｙに対応する所定距離だけＹ方向にずれて形成されている。そこで、投影光学系ＰＬの波面情報のうちより高周波な成分をより精度良く計測するためには、Ｙ方向にずれた２つの干渉縞を数値的に１つの干渉縞に変換する処理（単一像化処理）を行なうことが望ましい場合もある。
　この単一像化処理の一例としては、波面情報演算部７において、撮像素子３８で検出された信号（２次元画像情報）に対し、図５に示す如き数値フィルターを用いたコンボリューション演算を行うと良い。
　図５は、単一像化処理に適した１次元数値フィルターＮＦの一例を示す図である。図５の横軸はＹ方向の位置、縦軸は位置Ｙにおける値Ｖ（Ｙ）である。数値フィルターＮＦは、基準点ＹＣから±Ｙ方向にδｙ／２離れた２点ＹＰ１，ＹＭ１で正の値Ｖ１を持つ。そして、そこからさらにδｙ離れた２点ＹＰ２，ＹＭ２で負の値Ｖ２を持ち、さらにδｙ離れた２点ＹＰ３，ＹＭ３で正の値Ｖ３を持ち、Ｙ軸上の上記以外の点での値は０である。また、Ｖ３＝０．２×Ｖ１及びＶ２＝－０．４×Ｖ１とする。
　波面情報演算部７において、この数値フィルターＮＦを用いて撮像素子３８で検出された信号をコンボリューションすることにより、干渉縞の単一像化処理を行なうことができる。なお、数値フィルターＮＦの値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の比は、上記に限定されるものではなく、波面情報の高周波成分の必要度に応じて比を設定すれば良い。
　なお、単一像化処理は、撮像素子３８で検出された信号をフーリエ変換し、その結果に対して高周波強調処理を行ない、その結果をフーリエ逆変換することによっても、行なうことができる。
　本実施形態の作用効果等は以下の通りである。
　（１）本実施形態の波面収差の計測装置は、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する装置において、投影光学系ＰＬの物体面側に配置される回折格子２８Ｙと、投影光学系ＰＬの像面側に配置され、回折格子２８Ｙの像のピッチβ・Ｐ１の１／２のピッチＰ２を持つ回折格子３４Ｙと、照明光ＩＬで回折格子２８Ｙを照明する照明光学系ＩＬＳと、回折格子２８Ｙ、投影光学系ＰＬ、及び回折格子３４Ｙを介した照明光ＩＬによって形成される複数の回折光（０次光を含む）の干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆを含む干渉縞の強度分布を検出する撮像素子３８と、撮像素子３８の検出結果に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を求める波面情報演算部７（演算装置）と、を備えている。
　また、その計測装置を用いた投影光学系ＰＬの波面収差を計測する方法は、投影光学系ＰＬの物体面側に回折格子２８Ｙを配置し（ステップ１０１）、投影光学系ＰＬの像面側に回折格子３４Ｙを配置し（ステップ１０３）、照明光ＩＬで回折格子２８Ｙを照明し（ステップ１０４）、回折格子２８Ｙ、投影光学系ＰＬ、及び回折格子３４Ｙを介した照明光によって形成される干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆを受光し（ステップ１０５）、受光した干渉縞に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を求めている（ステップ１１２，１１３）。
　本実施形態によれば、投影光学系ＰＬの物体側に配置される回折格子２８Ｙの大きさを、投影光学系ＰＬの解像限界に比べて十分に大きくとることができる。
　すなわち、本実施形態によれば、従来のシアリング法、ＰＤＩ法及びシャックハルトマン法を採用した装置とは異なり、投影光学系の物体面側に解像限界程度の微小開口を設けることによる、光量の大幅な低下を防ぐことができる。よって、撮像素子３８において大光量を得る事ができ、高速高精度な波面情報の計測が可能になる。
　また、投影光学系ＰＬの物体側に配置する回折格子２８ＹのピッチＰ１と、像面側に配置する回折格子３４ＹのピッチＰ２との関係を最適化したため、回折格子３４Ｙから発生する高次の回折光に起因するノイズの影響を抑え、投影光学系ＰＬの波面情報を高精度に計測できる。
　（２）また、検出される第１の干渉縞Ｃ１ｆは、回折格子２８Ｙからの－１次回折光（１次光）による回折格子３４Ｙからの－１次回折光Ｂ(-1,-1)と、回折格子２８Ｙからの＋１次回折光（１次光）による回折格子３４Ｙからの０次光Ｂ(+1,0)とのシアリング干渉光Ｃ１の干渉縞であり、検出される第２の干渉縞Ｃ２ｆは、回折格子２８Ｙからの＋１次回折光による回折格子３４Ｙからの＋１次回折光Ｂ(+1,+1)と、回折格子２８Ｙからの－１次回折光による回折格子３４Ｙからの０次光Ｂ(-1,0)とのシアリング干渉光Ｃ２の干渉縞である。従って、投影光学系ＰＬの波面収差をシアリング干渉法で計測できる。
　（３）また、その検出される干渉縞Ｃ１ｆ，Ｃ２ｆは、所定長の周期で明暗が繰り返される、いわゆる縞模様を含まない。これは、回折格子３４ＹのピッチＰ２が、回折格子２８Ｙの像のピッチの１／２であり、シアリング干渉光Ｃ１，Ｃ２がそれぞれ同じ方向に進む２つの回折光よりなり、上記ピッチＰ２を有する回折格子３４Ｙの格子パターンが撮像素子３８上に反映されなくなるからである。従って、回折格子３４Ｙから撮像素子３８までの距離に関係なく、干渉縞Ｃ１ｆ（又はＣ２ｆ）の強度分布から投影光学系ＰＬの波面を正確に復元できる。
　（４）また、本実施形態では、回折格子２８Ｙを周期方向にＰ１／（２Ｎ）だけ移動して（ステップ１０８）、シアリング干渉光Ｃ１の干渉縞Ｃ１ｆの強度分布を計測すること（ステップ１０５）を複数回繰り返している。従って、その複数回の計測結果を演算処理することで（ステップ１１２）、干渉縞Ｃ１ｆの強度（振幅）が撮像素子３８の画素毎に異なる場合でも、干渉縞Ｃ１ｆの位相分布を正確に求めることができる。
　なお、物体面側の回折格子２８Ｙを静止させておき、像面側の回折格子３４Ｙを周期方向に移動しながら、その干渉縞Ｃ１ｆの強度分布を複数回計測してもよい。
　（５）また、干渉縞Ｃ１ｆの位相Δφ（ｘ，ｙ）を求めるための式（１３）の計算式は、実質的に干渉縞Ｃ１ｆを受光する撮像素子３８の受光面内で、回折格子２８Ｙ（又は回折格子３４Ｙ）の周期方向への移動に対する光量の変化を検出し、この検出結果に基づいて、位相Δφ（ｘ，ｙ）を求めているとみなすこともできる。その光量の変化を検出することによって、回折格子３４Ｙから発生する０次光Ｂ(0,0)の影響を相殺できる。そして、その位相Δφ（ｘ，ｙ）を積分することで、投影光学系ＰＬの波面、及び波面収差を求めることができる。
　（６）また、本実施形態の露光装置１００は、照明光学系ＩＬＳからの照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬ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ＰＬの波面収差を求めるために、本実施形態の波面収差の計測装置を備え、照明光学系ＩＬＳをその計測装置の照明系として用いている。従って、投影光学系ＰＬの波面収差をオンボディで高精度に計測できるとともに、計測装置用の照明系を別途備える必要がない。
　また、本実施形態の露光方法は、照明光ＩＬでレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、本実施形態の波面収差の計測方法を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を求めている。従って、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に求めることができる。
　［比較例］
　上記の実施形態とは異なり、投影光学系ＰＬの像面側の回折格子のピッチを投影光学系ＰＬの物体面側の回折格子の像のピッチの２倍に設定した比較例につき、図８を参照して説明する。図８において、図２に対応する部分には同一の符号を付している。
　図８において、投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）の投影光学系ＰＬの物体面Ｇ１上に配置されたＹ方向にピッチＰ１の回折格子２８Ｙが照明光ＩＬで照明され、回折格子２８Ｙから０次光Ｂ(0) 及び±１次回折光Ｂ(+1)，Ｂ(-1)が投影光学系ＰＬに向けて射出される。また、投影光学系ＰＬの像面Ｇ２上に、ガラス板３２Ａ上にＹ方向にピッチＰ３で形成された回折格子３４ＡＹが配置され、ピッチＰ３は次のように回折格子２８Ｙの像のピッチの２倍である。
　Ｐ３＝β×Ｐ１×２　…（１４）
　また、回折格子３４ＡＹの遮光部の幅と光透過部の幅との比（デューティ比）はほぼ１：１であり、回折格子３４ＡＹから発生する偶数次の回折光の強度は極めて小さい。
　回折格子３４ＡＹからは、入射する０次光Ｂ(0) の０次光Ｂ(0,0)、±１次回折光Ｂ(0,+1)，Ｂ(0,-1)、及び±３次回折光Ｂ(0,+3)，Ｂ(0,-3)等と、入射する＋１次回折光Ｂ(+1)の０次光Ｂ(+1,0)、±１次回折光Ｂ(+1,+1)，Ｂ(+1,-1)、及び＋３次回折光等（不図示）と、入射する－１次回折光Ｂ(-1)の０次光Ｂ(-1,0)、±１次回折光Ｂ(-1,+1)，Ｂ(-1,-1)、及び－３次回折光等（不図示）とが射出される。なお、図８には０次光Ｂ(0) による極めて強度の小さい±２次回折光Ｂ(0,+2)，Ｂ(0,-2)も示してある。
　ここで、回折格子３４ＡＹから発生する多数の回折光のうちの±１次光である、＋１次回折光Ｂ(+1,+1)及び－１次回折光Ｂ(0,-1)が同じ方向に進むシアリング干渉光ＣＡ１となり、同様に、＋１次回折光Ｂ(0,+1)及び－１次回折光Ｂ(-1,-1)が同じ方向に進むシアリング干渉光ＣＡ２となり、撮像素子（不図示）上に形成される干渉縞の主成分を構成する。
　しかし、この比較例においては、回折格子３４ＡＹから発生する３次及びそれ以上の奇数次の回折光もシアリング干渉光となる。例えば、－１次回折光Ｂ(+1,-1)及び－３次回折光Ｂ(0,-3)のペアと、＋３次回折光Ｂ(0,+3)及び＋１次回折光Ｂ(-1,+1)のペアがこれに該当する。
　従って、撮像素子（不図示）上には、これら回折格子３４ＡＹから発生する３次以上の奇数次のシアリング干渉光ＣＡ１～ＣＡ４の干渉縞がノイズとして形成されるため、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に求めることが困難である。
　［第２の実施形態］
　本発明の第２の実施形態につき図６を参照して説明する。本実施形態は、液浸法で露光を行う露光装置の投影光学系の波面収差を計測するために本発明を適用したものであり、図６において、図２に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
　図６は、本実施形態の投影光学系ＰＬの波面収差の計測装置を示す。図６において、投影光学系ＰＬの物体面Ｇ１上にＹ方向にピッチＰ１の回折格子２８Ｙが配置され、投影光学系ＰＬの像面Ｇ２上に、波面計測ユニット３０ＡＹのガラス板３２a（ガラス板３２）の回折格子３４Ｙが配置されている。回折格子３４ＹのＹ方向のピッチは、回折格子２８Ｙの像のピッチの１／２である。また、露光装置は、投影光学系ＰＬの最下端の光学素子Ｌ１とガラス板３２との間の一部の空間またはガラス板３２の全面上に、照明光ＩＬを透過する液体Ｌｑ（例えば純水）を供給して回収する局所液浸機構を備えている。局所液浸機構はウエハＷの露光中は、光学素子Ｌ１とウエハの一部の領域との間の空間にのみ液体をＬｑを供給して回収する。
　局所液浸機構は、一例として、光学素子Ｌ１の底面の空間を囲むリング状のノズルヘッド５３と、ノズルヘッド５３の供給口５３ａに液体Ｌｑを供給する液体供給装置５４及び配管５５と、ノズルヘッド５３の回収口５３ｂから液体Ｌｑを回収（吸引）する液体回収装置５６及び配管５７とを備えている。なお、なお、局所液浸機構としては、例えば米国特許出願公開第２００５／０２４８８５６号、同第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている機構を使用してもよい。
　また、不図示のウエハステージＷＳＴに固定された波面計測ユニット３０ＡＹは、ガラス板３２ａ（回折格子３４Ｙ）と、回折格子３４Ｙから発生する複数の回折光を或る程度集光するレンズ５１と、レンズ５１を支持するレンズホルダ５２と、その集光された複数の回折光を受光する２次元の撮像素子３８と、ガラス板３２ａ、レンズホルダ５２、及び撮像素子３８を支持する筐体３１Ａとを備えている。筐体３１Ａの上面のガラス板３２ａの底面の一部に、液体Ｌｑを通過させるための流路３１Ａａ，３１Ａｂが形成されている。
　本実施形態で投影光学系ＰＬの波面収差を計測する場合には、露光時と同様に、投影光学系ＰＬの光学素子Ｌ１とガラス板３２ａ（回折格子３４Ｙ）との間に液体Ｌｑが供給され、さらに流路３１Ａａ，３１Ａｂを通してガラス板３２ａとレンズ５１との間にも液体Ｌｑが満たされる。そして、回折格子２８Ｙが照明光ＩＬで照明され、回折格子２８Ｙ、投影光学系ＰＬ、及び回折格子３４Ｙを通過して発生するシアリング干渉光Ｃ１（０次光Ｂ(+1,0)及び－１次回折光Ｂ(-1,-1)）とシアリング干渉光Ｃ２（０次光Ｂ(-1,0)及び＋１次回折光Ｂ(+1,+1)）とが撮像素子３８で受光される。そのシアリング干渉光Ｃ１，Ｃ２の干渉縞の強度分布から第１の実施形態と同様に、さらに液浸法で露光を行う場合と同じ条件で投影光学系ＰＬの波面収差が高精度に求められる。
　なお、上記の実施形態では、回折格子２８Ｙ及び回折格子３４Ｙは１次元の回折格子であるが、回折格子２８Ｙ及び回折格子３４Ｙとして例えばＸ方向及びＹ方向に所定ピッチで形成された２次元の回折格子を使用してもよい。
　また、上記の図２の実施形態において、投影光学系ＰＬの物体面上の回折格子２８Ｙの遮光部２８ＹａのＹ方向の幅と透過部２８ＹｂのＹ方向の幅との比（デューティ比）をほぼ１：１に設定することも可能である。この場合には、回折格子２８Ｙから発生する２次、４次等の偶数次の回折光の強度が弱くなる。さらに、回折格子２８Ｙのデューティ比をほぼ１：１に設定する場合に、隣り合う２つの透過部２８Ｙｂの位相が０及びπ［ｒａｄ］となる位相シフトパターンとすることも可能である。この位相シフトパターンを用いる場合には、回折格子２８Ｙからの０次光Ｂ(0)がほぼ０になるため、最終的に得られる干渉縞に対するノイズ光の割合が減少する。
　また、上記の実施形態の露光装置１００（露光方法）を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図７に示すように、電子デバイスの機能・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レチクル（マスク）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）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（露光方法）によりレチクルのパターンを基板（感光基板）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。
　言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置１００（露光方法）を用いてレチクルのパターンの像を基板（ウエハ）に転写することと、転写された基板をそのパターンの像に応じて処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態によれば、例えば、上記露光工程の前後または、露光工程中に、露光装置の投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に計測でき、この計測結果から投影光学系ＰＬ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、本発明は、上述の走査露光型の露光装置を用いる場合の他に、ステッパー等の一括露光型の露光装置を用いる場合にも適用できる。
　さらに、本発明は、露光光として波長１００ｎｍ程度以下の極端紫外光（Extreme Ultraviolet Light:ＥＵＶ光）を用いるＥＵＶ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。ＥＵＶ露光装置では、光学系は所定のフィルター等を除いて反射光学素子から構成され、レチクルも反射型である。従って、上記の回折格子２８Ｙの代わりに、例えばＥＵＶ光を反射する多数の微小なドットパターンを周期的に配置した反射型の格子等を使用し、回折格子３４Ｙの代わりにＥＵＶ光を吸収する基板に周期的に開口を設けた格子等を使用してもよい。
　上記第２の実施形態では、局所液浸機構を備えた局所液浸露光装置を例に挙げて説明したが、投影光学系と物体（物体の一部）との間の局所的空間だけに液体を介在させる局所液浸型のみならず、物体全体を液体に浸漬するタイプの液浸露光型の露光装置にも適用することができる。また、投影光学系と基板との間の液浸領域をその周囲のエアーカーテンで保持する液浸型の露光装置にも適用することができる。
　また、本発明は、例えば米国特許第６,５９０,６３４号明細書、米国特許第５,９６９,４４１号明細書、米国特許第６,２０８,４０７号明細書などに開示されるように、複数のステージを備えるマルチステージ型の露光装置または露光方法、あるいは、例えば国際公開第１９９９／２３６９２号パンフレット、米国特許第６,８９７,９６３号明細書などに開示されるように、計測部材（基準マーク、センサなど）を有する計測ステージを備える露光装置及び露光方法を用いる場合にも適用することができる。計測ステージを備える露光装置の場合には、波面計測ユニット３０Ｘ，３０Ｙは、計測ステージに設けてもよい。
　また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の露光工程にも適用することができる。
　本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許及び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。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。
　Ｒ１…テストレチクル、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｃ１，Ｃ２…シアリング干渉光、２…主制御系、７…波面情報演算部、２８Ｙ…回折格子、３０Ｙ，３０ＡＹ…Ｙ軸の波面計測ユニット、３４Ｘ…回折格子、３８…撮像素子、５１…レンズ

Claims (35)

  1. 　投影光学系の波面情報を計測する方法において、
    　前記投影光学系の物体面側に第１の格子を配置し、
    　前記投影光学系の像面側に、前記第１の格子の像のピッチの１／２のピッチを持つ第２の格子を配置し、
    　照明光で前記第１の格子を照明し、
    　前記第１の格子、前記投影光学系、及び前記第２の格子を介した前記照明光によって形成される干渉縞を受光し、
    　受光した前記干渉縞に基づいて前記投影光学系の波面情報を求める、
    ことを特徴とする波面計測方法。
  2. 　前記干渉縞は、前記第１の格子からの＋１次回折光が前記第２の格子を照明することにより発生する前記第２の格子からの１次回折光と、前記第１の格子からの－１次回折光が前記第２の格子を照明することにより発生する前記第２の格子からの０次回折光との干渉成分を含むことを特徴とする請求項１に記載の波面計測方法。
  3. 　前記干渉縞は、縞模様を含まないことを特徴とする請求項２に記載の波面計測方法。
  4. 　前記第１の格子又は前記第２の格子を周期方向に移動しながら、前記干渉縞を複数回検出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計測方法。
  5. 　前記干渉縞を受光する受光面内で、前記第１の格子又は前記第２の格子の周期方向への移動に対する光量の変化を検出し、
    　該検出結果に基づいて、前記投影光学系の波面情報を求めることを特徴とする請求項４に記載の波面計測方法。
  6. 　前記第１の格子は、前記照明光を透過する第１透過部と、前記照明光を遮光する第１遮光部とが、ピッチＰ１の周期で繰り返されるとともに、
    　前記第１透過部の幅は、前記ピッチＰ１の、０．１倍以上、０．４倍以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の波面計測方法。
  7. 　前記第２の格子は、前記照明光を透過する第２透過部と、前記照明光を遮光する第２遮光部を有し、
    　前記第２透過部の幅と前記第２遮光部の幅の比は、１：１であ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。
  8. 　前記照明光の波長をλ、前記投影光学系の前記物体面側の開口数をＮＡinとして、前記第１の格子の前記ピッチＰ１は、
    　４×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦２００×λ／ＮＡｉｎ
    の範囲内であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の波面計測方法。
  9. 　前記第１の格子の前記ピッチＰ１は、
    　８×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦１００×λ／ＮＡｉｎ
    を満たすことを特徴とする請求項８に記載の波面計測方法。
  10. 　前記干渉縞に基づいて前記投影光学系の波面情報を求めるに際し、前記干渉縞に対して単一像化処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の波面計測方法。
  11. 　さらに、前記投影光学系から前記第２の格子までの前記照明光の光路、及び前記第２の格子から所定面までの前記照明光の光路に前記照明光を透過する液体を供給することを含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の波面計測方法。
  12. 　前記第１の格子を照明する前記照明光のコヒーレンスファクタは０．８～１であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の波面計測方法。
  13. 　照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光する露光方法において、
    　請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の波面計測方法を用いて前記投影光学系の波面情報を求め、
    　求められた前記投影光学系の波面情報に基づいて前記投影光学系を調整し、
    　調整された前記投影光学系及び前記パターンを介して前記物体を前記照明光で照明することを特徴とする露光方法。
  14. 　前記投影光学系から前記第２の格子までの前記照明光の光路、及び前記第２の格子から所定面までの前記照明光の光路に前記照明光を透過する液体を供給することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
  15. 　前記第１の格子には、前記遮光部及び前記光透過部が所定方向に延在して交互に配置されており、前記所定方向と直交する方向に前記第１の格子を前記第２の格子に相対して移動しながら、前記干渉縞を検出することを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の露光方法。
  16. 　前記パターンと前記物体を前記所定方向と直交する方向に同期して移動しながら、前記物体を前記照明光で照明することを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
  17. 　投影光学系の波面情報を計測する装置において、
    　前記投影光学系の物体面側に配置される第１の格子と、
    　前記投影光学系の像面側に配置され、前記第１の格子の像のピッチの１／２のピッチを持つ第２の格子と、
    　照明光で前記第１の格子を照明する照明系と、
    　前記第１の格子、前記投影光学系、及び前記第２の格子を介した前記照明光によって形成される干渉縞の強度分布を検出する光電センサと、
    　前記光電センサの検出結果に基づいて前記投影光学系の波面情報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。
  18. 　前記干渉縞は、前記第１の格子からの＋１次回折光が前記第２の格子を照明することにより発生する前記第２の格子からの１次回折光と、前記第１の格子からの－１次回折光が前記第２の格子を照明することにより発生する前記第２の格子からの０次回折光との干渉成分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. 　前記干渉縞は、縞模様を含まないことを特徴とする請求項１７に記載の波面計測装置。
  20. 　前記第１の格子又は前記第２の格子を周期方向に移動するステージを備え、
    　前記演算装置は、前記ステージによって前記第１の格子又は前記第２の格子を前記周期方向に移動したときに、前記光電センサを介して複数回計測される前記干渉縞の強度分布に基づいて前記波面情報を求めることを特徴とする請求項１７から請求項１９のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  21. 　前記第１の格子は、前記照明光を透過する第１透過部と、前記照明光を遮光する第１遮光部とが、ピッチＰ１の周期で繰り返されるとともに、
    　前記第１透過部の幅は、前記ピッチＰ１の、０．１倍以上、０．４倍以下であることを特徴とする請求項１７から請求項２０のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  22. 　前記第２の格子は、前記照明光を透過する第２透過部と、前記照明光を遮光する第２遮光部を有し、
    　前記第２透過部の幅と前記第２遮光部の幅の比は、１：１であることを特徴とする請求項１７から請求項２１のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  23. 　前記照明光の波長をλ、前記投影光学系の前記物体面側の開口数をＮＡinとして、前記第１の格子の前記ピッチＰ１は、
    　４×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦２００×λ／ＮＡｉｎ
    を満たすことを特徴とする請求項１７から請求項２２のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  24. 　前記第１の格子の前記ピッチＰ１は、
    　８×λ／ＮＡｉｎ≦Ｐ１≦１００×λ／ＮＡｉｎ
    を満たすことを特徴とする請求項２３に記載の波面計測装置。
  25. 　前記演算装置は、前記光電センサの検出結果である前記干渉縞の強度分布に対し、単一像化処理を行う単一像化ユニットを有することを特徴とする請求項１７から請求項２４のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  26. 　前記投影光学系から前記第２の格子までの前記照明光の光路、及び前記第２の格子から所定面までの前記照明光の光路に前記照明光を透過する液体を供給する液体供給装置を備えることを特徴とする請求項１７から請求項２５のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  27. 　前記照明系は、前記第１の格子をコヒーレンスファクタが０．８～１の前記照明光で照明することを特徴とする請求項１７から請求項２６のいずれか一項に記載の波面計測装置。
  28. 　照明光でパターンを照明し、前記照明光で前記パターンを介して物体を露光する露光装置において、
    　前記照明光で照明されたパターンの像を前記物体上に投影する前記投影光学系と、
    　前記投影光学系の波面情報を求めるために用いる請求項１７から請求項２７のいずれか一項に記載の波面計測装置と、を備え、
    　前記波面計測装置の前記照明系を用いて前記パターンを照明することを特徴とする露光装置。
  29. 　さらに、前記物体を保持しつつ移動する第１ステージを備え、前記第２の格子及び光電センサが前記第１ステージに設けられていることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
  30. 　さらに、前記投影光学系から前記第２の格子までの前記照明光の光路、及び前記第２の格子から所定面までの前記照明光の光路に前記照明光を透過する液体を供給する液体供給装置を備えることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
  31. 　前記第１の格子には、遮光部及び光透過部が所定方向に延在して交互に配置されていることを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
  32. 　前記第１の格子は、遮光部及び光透過部が交互に配置された一対の格子を含み、一方の格子の前記遮光部及び前記光透過部が所定方向に延在し、他方の格子の前記遮光部及び前記光透過部が前記所定方向と直交する方向に延在することを特徴とする請求項２８に記載の露光装置。
  33. 　さらに、前記パターンを保持しつつ移動可能な第２ステージを備え、
    　露光時には第２ステージに保持された前記パターン及び第１ステージに保持された前記物体を走査方向に同期移動しながら前記照明光で前記パターンを照明して前記パターン及び投影光学系を介して物体を露光し、波面計測時には第２ステージに第１格子を保持して、第１ステージに設けられた第２の格子又は第２ステージに保持された第１の格子を前記走査方向に移動しながら、前記波面計測装置が前記投影光学系の波面情報を求めることを特徴とする請求項２９に記載の露光装置。
  34. 　請求項１３から請求項１６のいずれか一項に記載の露光方法を用いて基板を露光することと、露光された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
  35. 　請求項２８から請求項３３のいずれか一項に記載の露光装置を用いて基板を露光することと、露光された前記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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