JPH11142291A - 光学装置の検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検物としての光学装置を通過した光束と、
この光束の一部から生成される参照光との干渉光を検出
する検査装置において、その干渉光の位相を高精度に検
出する。 【解決手段】 被検光学系３を通過した光束Ｌがプレー
ト８に形成されたピンホール１０上に点像を形成する。
その点像からの計測光Ｌｍと、その点像からの光束の内
でピンホール１０で回折された参照光Ｌｒとの干渉光を
観察系１５で受光し、その干渉光によって形成される干
渉縞を撮像素子２０で撮像する。プレート８を光束Ｌを
横切る方向、又は光束Ｌの光路に沿った方向に振動させ
ることによってヘテロダイン干渉光を生成し、その干渉
縞の各部の位相を高精度に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の光学装置の
波面収差等の光学特性の検査を行うための検査方法及び
検査装置に関し、特に紫外光やＸ線等を用いてマスクパ
ターンを基板上に転写する露光装置の投影光学系の検査
を行う場合に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造するためのリソグラ
フィ工程で使用されている露光装置においては、半導体
素子等の微細度が益々向上するのに対応すべく、マスク
パターンの像をウエハ等の基板上に転写する投影光学系
の結像特性を更に高めることが求められている。このた
めには、投影光学系の波面収差の状態を高精度に計測す
る必要があり、従来よりその波面検査用として、露光光
とは異なるＨｅ−Ｎｅレーザ光よりなる検査光を用いた
トワイマングリーン干渉計やフィゾー干渉計が使用され
ていた。この測定法は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光の持つ非常
に高い可干渉性を利用して、被検光学系を通過した光束
と別の参照面からの光束とを干渉させることで、被検光
学系を通過した光束の波面の状態を測定するものであ
る。

【０００３】ところが、このように異なる光路の２つの
光束を用いる計測法では、振動等の影響で干渉縞が不規
則に変動し易い、高精度な基準平面波を作るために高精
度で大型の光学部品が必要になる、２つの光路の調整が
難しいといった不都合がある。そこで、被検光学系（光
学装置）を通過した光束の一部から参照光を生成するポ
イント・ディフラクション干渉計（ＰＤＩ：例えば特開
昭５７−６４１３９号公報参照）が提案されている。ポ
イント・ディフラクション干渉計であれば、計測光と参
照光との光路はほぼ同じであるため、例えば可干渉性の
あまりよくない露光光であってもそのまま検査光として
も使用できると共に、光路の調整も容易である。

【０００４】特に、最近は露光光（露光エネルギービー
ム）として、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎ
ｍ）のような紫外光の他に、ＡｒＦエキシマレーザ光
（波長１９３ｎｍ）のような遠紫外光も使用されつつあ
る。また、軟Ｘ線（波長：数１０ｎｍ〜１ｎｍ程度）、
更には硬Ｘ線（波長：１ｎｍ程度以下）を露光光として
使用することも検討されている。このような短波長の露
光光に対しては、透過率の良好な硝材が少ないため、所
定の多層の反射コーティングを施した凹面鏡や平面鏡等
を組み合わせた投影光学系の使用が検討されている。な
お、例えばＡｒＦエキシマレーザ光については、透過用
の硝材として石英や蛍石等が知られているが、これらの
硝材を使用する場合には透過率を高くするために透過コ
ーティングの性能を高める必要がある。このような反射
コーティグ、又は透過コーティングの特性も含めて投影
光学系の波面検査を行うためには、検査光として露光光
を使用する必要があり、このためにもポイント・ディフ
ラクション干渉計が好適である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く露光装置の
投影光学系の波面検査を行う際には、ポイント・ディフ
ラクション干渉計であれば、検査光として露光光がその
まま使用できると共に、光路の調整も容易である。とこ
ろが、従来のポイント・ディフラクション干渉計で得ら
れる干渉縞は静止しているため、或る２つの計測点間の
干渉縞の位相差を高精度に計測することは困難であっ
た。そのために、波面検査の精度を高めることが困難で
あり、且つ検査結果の再現性もあまりよくないという不
都合があった。即ち、従来のポイント・ディフラクショ
ン干渉計は、種々の利点を有するにも拘らず、精度面で
は必ずしも十分ではなかった。

【０００６】同様に、ポイント・ディフラクション干渉
計以外の干渉計であっても、検出光として実際に被検光
学系に照射される照明光（露光光等）を使用して、被検
光学系を通過した光束の一部から参照光を生成するよう
な干渉計（例えばゾーンプレート干渉計）においては、
得られる干渉縞のＳＮ比が悪くなり易いため、所望の計
測点での干渉縞の位相を高精度に検出できる手法が待た
れていた。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、被検物としての
光学装置を通過した光束とこの光束の一部から生成され
る参照光との干渉光の位相を高精度に検出できる光学装
置の検査方法を提供することを第１の目的とする。更に
本発明は、検出用の照明光としてあまり可干渉性の良好
でない光束が使用された場合でも、干渉光の位相の２次
元的な分布を高精度に検出できる光学装置の検査方法を
提供することを第２の目的とする。

【０００８】更に本発明は、そのような検査方法を実施
できる光学装置の検査装置、又はそのような検査方法を
実施できる露光装置を提供することを第３の目的とす
る。また、本発明は、そのような検査方法を用いて投影
光学系を高精度に検査することができる露光装置の製造
方法を提供することを第４の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光学
装置の検査方法は、光学装置を通った光束の波面検査を
行う検査方法であって、被検物である光学装置（５）に
光束（紫外光、Ｘ線等）を通すステップと、その光学装
置を通った光束を運動中の回折要素（１０）に通して、
その光学装置を通った光束の一部から回折光を発生させ
るステップと、を具備してなるものである。斯かる本発
明によれば、例えばその光学装置（５）を通過した光束
から分岐される２つの光束の干渉光が検出されるため、
その光束の可干渉性があまり良好でない場合でもその干
渉光のコトラストが良好であり、その干渉光の２次元的
な位相分布を高精度に検出することができる。更に、そ
の回折要素（１０）が運動していると、その干渉光の位
相が変化するため、その干渉光の位相分布が例えばヘテ
ロダイン干渉方式で高精度に検出される。

【００１０】また、本発明による第２の光学装置の検査
方法は、光学装置を通った光束の波面検査を行う検査方
法であって、被検物である光学装置（３）に光束を通す
ステップと、その光学装置を通った光束の一部を回折し
た回折光とその光学装置を通った他の光束との位相差を
変化させるステップと、その回折光とその他の光束との
位相差を変化させる間に、その回折光とその他の光束と
の干渉光を検出するステップと、を具備してなるもので
ある。斯かる本発明においても、その回折光とその光学
装置を通った光束との干渉光の位相が変化するため、例
えば初期状態での干渉光と、位相を所定角度（例えば９
０°）変化させたときの干渉光とを用いることによっ
て、その干渉光の位相（ひいては位相分布）が高精度に
検出される。

【００１１】次に、本発明による第１の光学装置の検査
装置は、被検物である光学装置（３）を通った光束の光
路上に配置され、該光束の一部から回折光を発生させる
回折要素（１０）と、その回折要素を運動させる駆動装
置（１２）と、その回折要素の運動中にその回折光とそ
の光学装置を通った他の光束との干渉光を受光する検出
装置（１５）と、を具備してなるものである。斯かる検
査装置によって本発明の第１の検査方法が実施される。

【００１２】また、本発明による第２の光学装置の検査
装置は、被検物である光学装置（３）を通った光束の光
路上に配置され、該光束の一部から回折光を発生させる
回折要素（１０）と、その回折光とその光学装置を通っ
た他の光束との位相差を変化させる装置（１２；２２，
２３）と、この装置によってその位相差を変化させてい
る間に、その回折光とその他の光束との干渉光を検出す
る検出装置（１５）と、を具備してなるものである。斯
かる検査装置によって本発明の第２の検査方法が実施さ
れる。

【００１３】また、本発明による第３の光学装置の検査
装置は、被検物としての光学装置（３）を通過（透過、
又は反射）した光束（紫外光、Ｘ線等）の光路上に配置
されたピンホール状の回折部材（１０）と、この回折部
材を振動させる駆動系（１２）と、この駆動系を介して
回折部材（１０）を振動させたときに被検物（３）を通
過した光束と回折部材（１０）によって発生する回折光
とのヘテロダイン干渉光を受光する検出系（１５）と、
を有し、その検出系の検出信号に基づいてその光学装置
の光学特性を検出するものである。

【００１４】斯かる本発明によれば、光学装置（３）を
通過した計測光としての光束と、この光束の一部から回
折部材（１０）によって発生する参照光としての回折光
との干渉光が検出される。この際に、回折部材（１０）
を光学装置（３）からの光束の進行方向を横切る方向
（Ｄ１）、又はその進行方向（Ｄ２）に振動させること
によって、その参照光の位相が変化してヘテロダイン干
渉光が得られる。例えば検出系（１５）によって２箇所
でそのヘテロダイン干渉光を光電変換し、得られる２つ
の検出信号（光ビート信号）の位相を比較することによ
って、その２箇所間での干渉光の位相差を高分解能で高
精度に検出できる。従って、本発明の第１の検査方法が
使用できる。また、この検査装置（以下の検査装置も同
様）は干渉計ともみなすことができる。

【００１５】その被検物が例えば露光装置用の投影光学
系である場合、本発明ではその被検物を通過した光束の
一部を参照光としているため、その露光装置で使用され
る露光光の可干渉性が例えばＸ線のように悪い場合で
も、その露光光を検査用の光束として使用できる。これ
によって、その被検物内のコーティング膜の影響を含め
た測定を行うことができる。また、そのヘテロダイン干
渉光をＣＣＤ型の２次元撮像素子で受光し、各画素から
の撮像信号の位相を比較することによって、その被検物
内の波面の位相の分布を細かいピッチで検出できる。

【００１６】また、本発明による第４の光学装置の検査
装置は、被検物としての光学装置（３）を通過した光束
より互いに光路の異なる２つの光束を発生する光路分割
系（２２）と、この光路分割系から発生する２つの光束
（Ｌ₀,Ｌ₁)の内の一方の光束の光路上に配置されたピン
ホール状の回折部材（１０）と、光路分割系（２２）を
連続移動させる駆動系（２３）と、この駆動系を介して
光路分割系（２２）を連続移動させたときに光路分割系
（２２）から発生する他方の光束と回折部材（１０）に
よって発生する回折光とのヘテロダイン干渉光を受光す
る検出系（１５）と、を有し、その検出系の検出信号に
基づいてその光学装置の光学特性を検出するものであ
る。

【００１７】斯かる本発明の第４の検査装置によれば、
その光路分割系（２２）としては例えば回折格子が使用
され、この回折格子をピッチ方向に連続移動させると、
この回折格子から発生する回折光の波面も移動して、周
波数変調が行われる。その波面の位相の変化速度は回折
光の次数によって異なるため、その回折格子から異なる
方向に発生する２つの光束の干渉光はヘテロダイン干渉
光となり、２つの計測点間での位相差を高精度に検出で
きる。従って、本発明の第１の検査方法が使用できる。

【００１８】次に、本発明の第５の光学装置の検査装置
は、被検物としての光学装置（３）を通過した光束を回
折して互いに回折次数の異なる２つの光束（Ｌ₀,Ｌ₁)を
発生する所定ピッチの回折格子（２２）と、この回折格
子から発生する２つの光束の内の一方の光束の光路上に
配置されたピンホール状の回折部材（１０）と、回折格
子（２２）を移動させる駆動系（２６）と、この駆動系
を介して回折格子（２２）をその所定ピッチの１／ｎず
つ（ｎは３以上の整数）所定回数ステップ移動させたと
きにそれぞれ回折格子（２２）から発生する２つの光束
（Ｌ₀,Ｌ₁)の内の他方の光束と回折部材（１０）によっ
て発生する回折光との干渉光を受光する検出系（１５）
と、を有し、その検出系の検出信号に基づいてその光学
装置の光学特性を検出するものである。

【００１９】斯かる本発明の第５の検査装置によれば、
回折格子（２２）をピッチ方向に移動することによって
回折光の位相が変化し、得られる干渉光の位相も変化す
る。そして、回折格子（２２）の位置を複数の位置に変
えてときに得られるその干渉光の強度を演算することに
よって、その干渉光の位相を高精度に検出できる。従っ
て、本発明の第２の検査方法が使用できる。

【００２０】次に、本発明による露光装置の製造方法
は、投影光学系（ＰＬ）を介して、マスク（Ｒ）に形成
されたパターンの像を基板（Ｗ）上に転写する露光装置
の製造方法であって、その検査対象の光学系としての投
影光学系に露光光を通すステップと、その投影光学系か
ら出射された露光光を回折要素（１０）に通すステップ
であって、その回折要素の運動中にその投影光学系から
出射された露光光の一部から回折光を発生させるステッ
プと、を含む検査調整ステップを具備するものである。
斯かる製造方法によれば、本発明の検査方法によって、
その露光光の可干渉性が低い場合でも、実際に露光する
状態で高精度にその投影光学系の波面収差等が検査でき
るため、この検査結果に基づいてその投影光学系を高精
度に組み立てることができる。

【００２１】次に、本発明による露光装置は、投影光学
系（ＰＬ）を介して、マスク（Ｒ）に形成されたパター
ンの像を基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、検
査対象の光学装置としてのその投影光学系から出射した
露光光の光路上に配置され、該露光光の一部から回折光
を発生させる回折要素（１０；２２）と、この回折要素
を運動させる駆動装置（１２；２３）と、この回折要素
の運動中にその回折光とその投影光学系から出射した他
の露光光との干渉光を受光する検出装置（１５）と、を
有する光学検査装置（６２）を具備してなるものであ
る。斯かる露光装置によれば、本発明の検査方法が使用
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
につき図１及び図２を参照して説明する。本例は、ステ
ッパーのような投影露光装置に装着される投影光学系の
波面検査を行うためのポイント・ディフラクション干渉
計に本発明を適用したものである。

【００２３】図１は、光学装置の検査装置としての本例
のポイント・ディフラクション干渉計（ＰＤＩ）を示
し、この図１において、波面検査の対象である被検光学
系３として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ）、Ｆ₂ レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の紫外光、又
は波長１０ｎｍ程度以下のＸ線を露光光とする投影露光
装置の投影光学系が設置されている。本例の投影光学系
は、反射系のみで構成された結像系であり、マスクパタ
ーン（不図示）からの露光光は、第１ミラー４、凹面鏡
５、凸面鏡６、凹面鏡５、及び第２ミラー７を経てレジ
ストが塗布されたウエハ（不図示）に至り、このウエハ
上にマスクパターン像が投影されるように構成されてい
る。また、ミラー４，７、凹面鏡５、及び凸面鏡６の各
反射面には紫外光、又はＸ線に対する反射率を高めるた
めの多層の反射コーティング膜が形成されており、本例
ではこれらの多層の反射コーティング膜の特性、及び反
射面の微細な凹凸の影響を含めた波面収差の測定を行う
ために、検査用の光束として露光光そのものを使用す
る。

【００２４】なお、露光光としてＸ線を使用するとき
に、検査用の光束としてＨｅ−Ｎｅレーザ光を使用する
ものとすると、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光は多層の反射膜の上
層で反射されてしまい、下層の反射膜に起因する波面の
悪化等を検出することができなくなる。また、Ｈｅ−Ｎ
ｅレーザ光の波長はＸ線の波長の１００倍程度であるた
め、反射面の凹凸等の検査精度がかなり低下する。この
点でも露光光そのものを使用する本例のポイント・ディ
フラクション干渉計が有利である。

【００２５】図１において、紫外光源、又はＸ線源を備
えた光源系１から射出された露光光と同じ波長域の光束
Ｌは、小さい円形開口が形成されたパターン板２を照明
し、パターン板２内の開口を通過した光束Ｌは、被検光
学系３を介してポイント・ディフラクション用のプレー
ト８上にその開口の像（点像）を形成する。プレート８
は、光束Ｌを透過する基板より形成され、プレート８の
入射面には光束Ｌに対する透過率が５％以下で、且つ僅
かに光束Ｌを透過する膜９が形成され、この膜９の一部
に光束Ｌを透過するピンホール１０が形成されている。
本例では、被検光学系３による点像はほぼピンホール１
０上に形成され、入射する光束Ｌの一部はピンホール１
０で回折されて参照光Ｌｒになり、残りの光束はピンホ
ール１０を含む領域を透過して計測光Ｌｍとなり、参照
光Ｌｒ及び計測光Ｌｍは干渉光として観察系１５に入射
する。

【００２６】この場合、ピンホール１０はその点像より
も小さく形成されており、ピンホール１０から発生する
回折光としての参照光Ｌｒの波面は、その点像に対して
理想的な球面波Ｗｒとなる。この球面波Ｗｒと、計測光
Ｌｍの波面Ｗｍとを干渉させて得られる干渉縞の位相分
布を観察系１５で観察することによって、計測光Ｌｍの
波面Ｗｍ、即ち被検光学系３を通過した光束の波面の歪
み（球面収差等）が計測される。観察系１５において、
参照光Ｌｒ及び計測光Ｌｍよりなる干渉光は、マイクロ
チャネルプレート（ＭＣＰ）１６に入射する。マイクロ
チャネルプレート１６は、それぞれ入射するビームのエ
ネルギーに応じた量の電子線を発生する微小なエレメン
トを多数２次元的に密に配列したものであり、マイクロ
チャネルプレート１６の射出面に電子線の照射によって
例えば可視域の蛍光を発する蛍光板１７が配置され、蛍
光板１７から発生した蛍光は対物レンズ１９を介して、
ＣＣＤ型等の２次元の撮像素子２０の撮像面に干渉縞を
形成する。

【００２７】蛍光板１７上にはマイクロチャネルプレー
ト１６の入射面に形成されている紫外光、又はＸ線によ
る干渉縞に比例するエネルギー分布の可視光による干渉
縞が形成されると共に、蛍光板１７と撮像素子２０の撮
像面とは共役であるため、この撮像面にはマイクロチャ
ネルプレート１６の入射面に形成される干渉縞と相似の
干渉縞が形成される。撮像素子２０の撮像信号Ｓはコン
ピュータよりなる制御装置１３に供給されており、制御
装置１３では、その撮像信号Ｓを処理して干渉縞の各部
の所定の基準点に対する位相差を検出する。

【００２８】なお、光束ＬがＡｒＦエキシマレーザ光、
又はＦ₂ レーザ光のような紫外光である場合には、ＣＣ
Ｄ型撮像素子であれば或る程度の感度を有するため、マ
イクロチャネルプレート１６の代わりに直接その撮像素
子を配置するようにしてもよい。また、光束ＬがＸ線で
ある場合には、マイクロチャネルプレート１６の代わり
にＸ線蛍光板を配置し、この裏面に撮像素子を配置する
ようにしてもよい。

【００２９】さて、撮像素子２０からは参照光Ｌｒと計
測光Ｌｍとを干渉させた干渉縞の撮像信号Ｓが出力され
るが、その干渉縞が静止している状態では２点間の位相
差を高精度に検出するのは困難である。特に、図１の構
成において、被検光学系３の結像性能が良好で波面収差
がほとんど無い状態では、計測光Ｌｍも参照光Ｌｒとほ
とんど同一の球心を有する球面波となるために、干渉縞
はほとんど発生しない。このような場合でも、２点間の
位相差を高精度に検出するために、本例ではプレート８
を振動させることによって、参照光Ｌｒと計測光Ｌｍと
の干渉光を、強度が時間と共に変動するヘテロダイン干
渉光にする。

【００３０】そのため、プレート８には支持具１１を介
して加振器１２が接続され、制御装置１３が発振回路１
４を介して加振器１２を駆動することによって、プレー
ト８が入射する光束Ｌを横切る方向Ｄ１に所定の振幅で
振動するように構成されている。プレート８の振動の振
幅は、入射する光束Ｌにより形成される点像からピンホ
ール１０が外れない程度に設定され、その振動の周波数
は撮像素子２０が１画面分の撮像信号を順次読み出すた
めのサンプリング周波数よりも十分に低く設定されてい
る。加振器１２としては、ボイスコイルモータや圧電素
子等が使用できる。このようにプレート８を入射する光
束Ｌを横切る方向Ｄ１に振動させると、参照光Ｌｒの球
面波Ｗｒの中心がその方向Ｄ１に振動するため、得られ
る干渉縞（図１の場合にはほぼ明暗の変化）もその方向
Ｄ１に振動する。従って、その振動中でプレート８が一
方向に移動しているときには、その干渉縞もその方向に
移動するため、制御装置１３ではそれに同期して撮像素
子２０から順次１画面分の撮像信号を読み出して内部の
画像メモリに格納していく。その後、制御装置１３は、
内部の画像メモリから例えば２つの計測点に対応する撮
像信号（ほぼ正弦波状に変化する信号）を読み出し、こ
れら２つの撮像信号の位相差を求めることによって、２
つの計測点での干渉縞の位相差が高精度に求められる。

【００３１】なお、プレート８は、入射する光束Ｌの光
路に沿った方向Ｄ２に振動させてもよい。このようにプ
レート８（ピンホール１０）を方向Ｄ２に振動させる
と、撮像素子２０の撮像面には同心円状の干渉縞が形成
され、この干渉縞が中心から湧き出るように、或いは吸
い込まれるように流れる。そこで、例えばその干渉縞の
位相が３６０°変化するまでの間に、撮像素子２０を介
して例えば数枚の干渉縞の像を撮像して、制御装置１３
でその数枚の干渉縞を解析することで、２次元の位相分
布を求めることができる。この際に、例えば数枚の干渉
縞の各計測点の撮像信号を正弦波状の関数で補完するこ
とによって、位相分布を高精度に求めることができる。
同様に、各画素間の位相も補完することによって、計測
点の分解能も向上できる。

【００３２】図２（ａ）は、図１でプレート８を光束Ｌ
の光路に沿った方向Ｄ２に振動する場合に、或る時点で
撮像素子２０によって観察される干渉縞２１を示し、こ
の図２（ａ）において、干渉縞２１は同心円状に変化す
るが、一部が被検光学系３の波面収差によって歪んでい
る。このとき、例えば中心から同じ距離にあり、且つ円
周方向に９０°離れた２つの計測点Ａ及びＢでの位相差
を計測する場合、その干渉縞を撮像して得られる撮像信
号より、計測点Ａ及びＢの画素から読み出される撮像信
号を時系列に配列すると、それぞれ図２（ｂ）及び
（ｃ）に示す撮像信号ＳＡ及びＳＢが得られる。実際に
は撮像信号は所定の時間間隔で離散的に得られており、
撮像信号ＳＡ，ＳＢは得られた撮像信号を正弦波で近似
したものである。この場合、２つの撮像信号ＳＡ，ＳＢ
の位相差Δφは極めて高い分解能で、且つ高精度に算出
できるため、結果として計測点Ａ及びＢの間の干渉縞の
位相差Δφも高精度に計測できることになる。更に、例
えば図２（ａ）の干渉縞２１の中心の位相を基準とし
て、他の計測点での位相差を求めることによって、干渉
縞２１の各点での位相分布が高精度に求められ、この位
相分布より図１の被検光学系３の波面検査が行われる。

【００３３】このように本例によれば、プレート８（ピ
ンホール１０）を振動させることによってヘテロダイン
干渉光を得ているため、ポイント・ディフラクション干
渉計の実際の露光光を用いて計測できるという利点を活
かした上で、干渉縞の位相分布を高精度に計測すること
ができる。次に、本発明の第２の実施の形態につき図３
及び図４を参照して説明する。図１の実施の形態では、
参照光Ｌｒと計測光Ｌｍとが同じような波面になるた
め、被検光学系３の結像特性が良好である場合には干渉
縞ができなくなり、検出感度が低下する恐れがあった。
そこで、本例では特開昭５７−６４１３９号公報に開示
されているように、被検光学系による点像に対して参照
光の球心を相対的にシフトさせると共に、本発明による
ヘテロダイン化の技術を適用する。

【００３４】図３は、光学装置の検査装置としての本例
のポイント・ディフラクション干渉計（ＰＤＩ）を示
し、この図１に対応する部分に同一符号を付して示す図
３において、被検光学系３とピンホール１０を有するプ
レート８との間に回折格子２２が配置され、更に回折格
子２２とプレート８との間に回折格子２２からの０次光
及び＋ｎ次回折光（ｎは１以上の整数）以外の回折光を
遮光するための遮光板２４が配置されている。光束Ｌが
Ｘ線である場合で波長が特に短いときには回折格子２２
としてＸ線回折を起こす結晶が使用できる。

【００３５】そして、パターン板２の開口を通過した光
束Ｌは、被検光学系３によって集光されて回折格子２２
に至り、回折格子２２を透過した０次光Ｌ₀ は、プレー
ト８の表面の小さい透過率を有する膜上に点像を形成す
る。その点像から発散する光束の内で、プレート８上の
膜を透過した光束としての計測光Ｌｍは観察系１５に入
射する。一方、光束Ｌによる回折格子２２からの＋ｎ次
回折光Ｌ₁ は、プレート８のピンホール１０上に集光さ
れ、ピンホール１０で回折される球面波よりなる参照光
Ｌｒは、計測光Ｌｍと共に干渉光として観察系１５に入
射する。本例では、計測光Ｌｍの波面の球心（点像）と
参照光Ｌｒの波面の球心とが十分に離れているため、被
検光学系３に収差が無いときに得られる干渉縞は平行等
間隔の縞となる。そして、被検光学系３に球面収差があ
るときにはその縞の間隔が乱れるため、波面検査が容易
になる。

【００３６】但し、本例においても干渉縞が静止してい
ると、異なる計測点間での位相差の検出を高精度に行う
のが困難である。そこで、図３において、回折格子２２
にリニアモータ等の駆動部２３を設け、干渉縞の計測時
に回折格子２２をピッチ方向に一定の速度Ｖで移動する
ことによって＋ｎ次回折光Ｌ₁ を周波数変調（位相変調
とも言える）して、ヘテロダイン干渉光を得る。

【００３７】図４は、回折格子２２の移動によって＋ｎ
次回折光Ｌ₁ が変調される様子を示し、先ず図４（ａ）
の状態では、光束Ｌの波長をλ、回折格子２２のピッチ
をＰとして、＋ｎ次回折光Ｌ₁ の回折角θは、次式を満
たしている。 Ｐ・sin θ＝ｎ・λ （１） また、図４（ａ）の時点で位置２７における０次光Ｌ₀
の波面、及び＋１次回折光Ｌ₁ の波面２５の位相は等し
いものとして、その位相をφ₀ とすると、位置２７での
０次光Ｌ₀ 、及び＋１次回折光Ｌ₁ の振幅Ｄはsin(φ₀)
と表すことができる。次に、図４（ａ）の状態から時間
ｔが経過した状態を図４（ｂ）とすると、回折格子２２
はピッチ方向にａ（＝Ｖ・ｔ）だけ移動しているため、
＋１次回折光Ｌ₁ の波面２５の位相の進み量をφとする
と、進み量φは次のようになる。

【００３８】φ＝２π・ｎ・ａ／Ｐ ＝２π（ｎ・Ｖ／Ｐ）ｔ （２） また、光束Ｌの周波数をｆとすると、図４（ｂ）の位置
２７での０次光の振幅はsin(２π・ｆｔ＋φ₀)となり、
＋１次回折光Ｌ₁ の振幅Ｄ’は次のようになる。

【００３９】 Ｄ’＝sin(２π・ｆｔ＋φ₀ −φ） ＝sin{２π（ｆ−ｎ・Ｖ／Ｐ）ｔ＋φ₀) （３） これより、回折格子２２からの＋１次回折光Ｌ₁ よりな
る参照光Ｌｒは、計測光Ｌｍに対してｎ・Ｖ／Ｐだけ周
波数変調を受けていることになり、参照光Ｌｒ及び計測
光Ｌｍよりなるヘテロダイン干渉光の強度は周波数ｎ・
Ｖ／Ｐで正弦波状に変化する。従って、観察系１５内の
撮像素子２０（図１参照）でその周波数ｎ・Ｖ／Ｐより
も高い周波数で干渉縞の撮像信号をサンプリングするこ
とによって、得られる干渉縞の各部の位相（例えば干渉
縞の中心を基準とした位相差）を高精度に検出できる。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態につき図
５を参照して説明する。図３の実施の形態では、回折格
子２２を移動してヘテロダイン干渉光を生成したが、本
例では回折格子２２を所定のステップ量ずつ移動しては
干渉縞を撮像するものであり、図５において図３に対応
する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略す
る。

【００４１】図５は、本例のポイント・ディフラクショ
ン干渉計を示し、この図５において、回折格子２２を透
過する０次光Ｌ₀ の一部が、プレート８の膜を透過して
波面Ｗｍを有する計測光Ｌｍとなり、回折格子２２から
の＋ｎ次回折光（ｎは１以上の整数）Ｌ₁ の一部が、プ
レート８上のピンホール１０によって回折されて球面波
Ｗｒよりなる参照光Ｌｒとなる。そして、参照光Ｌｒと
計測光Ｌｍとを合成して得られる干渉縞が図３の観察系
１５内の撮像素子で撮像される。

【００４２】また、本例の回折格子２２は、例えばピエ
ゾ素子等からなる駆動素子２６に固定され、駆動素子２
６によって回折格子２２をピッチ方向に微少量ずつステ
ップ移動できるように構成されている。本例では、回折
格子２２のピッチをＰとしたとき、一例として回折格子
２２が初期状態で静止しているときに干渉縞を撮像し、
次に回折格子２２をＰ／４（位相差では９０°）だけピ
ッチ方向に移動した後に干渉縞を撮像する。この場合、
回折格子２２が各点で静止しているときに生成される干
渉縞はホモダイン干渉光ともみなすことができる。そし
て、回折格子２２が初期状態での所望の計測点での干渉
縞の位相をΘとすると、回折格子２２が初期状態でのそ
の計測点での干渉縞の強度Ｉ（０）、及びＰ／４だけ移
動した後のその干渉縞の強度Ｉ（９０）は、所定の振幅
Ｉ₀ を用いて次のように表すことができる。

【００４３】 なお、強度Ｉ（０），Ｉ（９０）には実際にはオフセッ
ト分が含まれているが、このオフセット分は例えば所定
の領域内の画素の撮像信号を平均化することで算出でき
る。そこで、（４）式、（５）式ではそのオフセットは
差し引いてあるものとする。そこで、（４）式を（５）
式で除算すると次のようになる。

【００４４】tan Θ＝Ｉ（０）／Ｉ（９０） これより、その計測点での位相Θは、次のように２つの
強度Ｉ（０），Ｉ（９０）から計算できる。 Θ＝arctan｛Ｉ（０）／Ｉ（９０）｝ （６） 従って、２つの干渉縞の撮像信号を用いて、（６）式よ
りその干渉縞の各部での位相を計算できるため、結果と
して位相分布を高精度に計算できる。

【００４５】なお、実際には干渉縞の直流成分も正確に
求めるために、０°、９０°、１８０°、２７０°で干
渉縞を撮像することが望ましい。このためには、図５に
おいて、回折格子２２が初期状態にあるとき、回折格子
２２をＰ／４だけ移動した状態、回折格子２２をＰ／２
だけ移動した状態、及び回折格子２２を３Ｐ／４だけ移
動した状態でそれぞれ干渉縞を撮像すればよい。初期状
態における所望の計測点での干渉縞の位相をΘとする
と、所定のオフセットＤＣを用いて位相が０°、９０
°、１８０°、２７０°での干渉縞の各強度Ｉ（０），
Ｉ（９０），Ｉ（１８０），Ｉ（２７０）は次のように
なる。

【００４６】 Ｉ（１８０）＝Ｉ₀ sin(Θ＋１８０°）＋ＤＣ ＝−Ｉ₀ sin Θ＋ＤＣ （９） Ｉ（２７０）＝Ｉ₀ sin(Θ＋２７０°）＋ＤＣ ＝−Ｉ₀ cos Θ＋ＤＣ （１０） これらの式より次式が得られる。

【００４７】 tan Θ＝｛Ｉ（０）−Ｉ（１８０）／｛Ｉ（９０）−Ｉ（２７０）｝ 従って、その計測点での位相Θは、次のように４つの強
度Ｉ（０）〜Ｉ（２７０）から正確に計算できる。 Θ＝arctan{(Ｉ（０)-Ｉ（１８０))/(Ｉ（９０)-Ｉ（２７０))｝ （１１） なお、上記の実施の形態では、図１に示すように、被検
光学系３として反射系よりなる投影光学系が使用されて
いるが、被検光学系は屈折系、又は反射屈折系であって
もよいのは言うまでもない。また、被検光学系として
は、点像を形成しない（焦点を結ばない）光学系であっ
てもよい。この場合には、被検光学系とピンホール１０
との間に収差が無視できる程小さい、或いは収差が高精
度に計測されている収束光学系を配置して、点像を形成
すればよい。

【００４８】また、被検光学系３としては、投影光学系
以外の照明系や、他の観察光学系等も使用できる。更
に、本発明はポイント・ディフラクション型のみなら
ず、被検光学系（被検物）を通過した光束の一部を参照
光にする干渉計全般に適用できるものである。次に、本
発明の第４の実施の形態につき図６を参照して説明す
る。本例は、露光装置に本発明による光学装置の検査装
置を備えたものである。

【００４９】図６は、上述した検査装置としてのポイン
ト・ディフラクション干渉計（ＰＤＩ）を備えた本例の
投影露光装置を示し、この図６において、露光光ＥＬと
して波長５〜１５ｎｍに発振スペクトルを有する軟Ｘ線
領域のＥＵＶ(Extreme UltraViolet)光を用いて、ステ
ップ・アンド・スキャン方式でウエハＷを露光する投影
露光装置の概略構成が示されている。図示していない
が、露光光ＥＬはＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiat
ion)リング、又はレーザ・プラズマ光源から発振され
る。

【００５０】図６において、露光光ＥＬは照明光学系
（折り曲げミラーＭのみを図示）によって、所定の入射
角Θ（例えば５０ｍｒａｄ程度）でレチクルＲに照射さ
れると共に、レチクルＲ上での照明領域が円弧状に規定
される。レチクルＲは、モリブデン（Ｍｏ）とケイ素
（Ｓｉ）とが交互に積層された多層膜からなる反射層上
に、ＥＵＶ光を吸収する薄膜を塗布し、その薄膜をパタ
ーンニングしたものである。レチクルＲはレチクルステ
ージＲＳＴに保持されており、レチクルＲで反射された
露光光ＥＬは、投影光学系ＰＬを通ってウエハＷ上に投
射される。

【００５１】投影光学系ＰＬは、レチクル側が非テレセ
ントリックで、ウエハ側がテレセントリックであり、投
影倍率は１／４である。更に投影光学系ＰＬは、複数の
反射光学素子のみからなる反射系であり、図６では４枚
のミラーＭ１〜Ｍ４から構成されている。第１ミラーＭ
１と第４ミラーＭ４とはその反射面が非球面であり、第
２ミラーＭ２はその反射面が平面であり、第３ミラーＭ
３はその反射面が球面である。４枚のミラーＭ１〜Ｍ４
はいずれもその表面にモリブデンとケイ素とが交互に積
層された多層膜からなる反射層が形成されている。ま
た、第４ミラーＭ４の一部に露光光ＥＬを通す孔が形成
されており、第１ミラーＭ１で反射された露光光ＥＬが
第２ミラーＭ２に到達できるようになっている。

【００５２】ウエハＷはウエハステージＷＳＴに載置さ
れている。露光光ＥＬに対してレチクルＲを相対移動す
ると共に、レチクルＲの移動に同期してウエハＷを露光
光ＥＬに対して相対移動して、レチクルＲの回路パター
ンの像をウエハＷ上に転写するために、レチクルステー
ジＲＳＴとウエハステージＷＳＴとは、それぞれ不図示
の駆動系によって投影光学系ＰＬの倍率に応じた速度比
で駆動される。

【００５３】また、本例では、レチクルステージＲＳＴ
のレチクルＲに対して走査方向の近傍に、図１のパター
ン板２の役割を果たすために露光光ＥＬを反射するため
のスポット部が形成されたプレート６１が固定されてい
る。更に、ウエハステージＷＳＴは、走査方向、及びこ
の走査方向に直交する方向にステップ移動する機能をも
備えていると共に、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ
の近傍には、図１のピンホール１０を有するプレート
８、観察系１５、及び加振器１２等からなる光学検査装
置６２が設置されている。そして、投影光学系ＰＬの波
面収差を検査する際には、露光光ＥＬの照射領域にプレ
ート６１が移動し、投影光学系ＰＬを通過した露光光Ｅ
Ｌの照射領域に光学検査装置６２が移動して、第１の実
施の形態で説明した手順で干渉光が撮像される。即ち、
本例の投影露光装置は、ポイント・ディフラクション干
渉計（ＰＤＩ）として動作し、これによって実際に露光
を行う状態における投影光学系ＰＬの波面収差が高精度
に計測される。

【００５４】なお、図６の光学検査装置６２は、ウエハ
ステージＷＳＴに対して着脱自在に構成しておき、投影
光学系ＰＬの検査時に装着するようにしてもよい。ま
た、図６ではＥＵＶ光を用いる投影露光装置を示した
が、例えばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、又はＡｒＦ（波
長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザを露光光ＥＬとして
用い、複数の屈折光学系のみからなる屈折光学系、又は
少なくとも１つの反射光学素子（凹面鏡、ミラー等）と
複数の屈折光学素子とを組み合わせた反射屈折光学系を
投影光学系ＰＬとして用いる投影露光装置であってもよ
い。更には、露光光ＥＬとしてＦ₂ レーザ光（波長１５
７ｎｍ）を使用して、投影光学系ＰＬとして反射系、又
は反射屈折系を使用する投影露光装置であってもよい。

【００５５】また、本発明は半導体素子、液晶表示素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド、レチクル
等を製造するために用いられる露光装置に適用できる。
また、露光装置内で投影光学系以外の光学系（照明光学
系、アライメント光学系等）を検査する場合にも適用で
きる。なお、露光装置は、投影光学系の倍率に応じた速
度比でマスクと基板とを同期移動する走査型露光装置で
もよいし、あるいはマスクと基板とを静止させた状態で
マスクのパターンの全面に照明光を照射し、そのパター
ンを基板上に転写する一括型露光装置でもよい。また、
本発明は、露光装置以外の投影光学装置等の検査や製造
を行う場合にも適用できると共に、種々の光学装置の検
査や製造を行う場合に適用できる。

【００５６】また、例えば図６の投影露光装置は、複数
の光学素子から構成される照明光学系、及び投影光学系
ＰＬを露光装置本体に組み込んでその光学調整を行うと
共に、多数の機械部品からなるレチクルステージＲＳＴ
やウエハステージＷＳＴを露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続し、更に光学検査装置６２等を用いて総
合調整（電気調整、動作確認等）を行うことで製造する
ことができる。なお、その投影露光装置の製造は温度、
及びクリーン度等が管理されたクリーンルーム内で行う
ことが望ましい。

【００５７】このように、本発明は上述の実施の形態に
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。

【００５８】

【発明の効果】本発明の第１の光学装置の検査方法によ
れば、ヘテロダイン干渉光が得られるため、被検物とし
ての光学装置を通過した光束とこの光束の一部から生成
される参照光との干渉光の位相を高精度に検出できる利
点がある。また、被検物を通過した光束から参照光（回
折光）を生成しているため、検出用の照明光としてあま
り可干渉性の良好でない光束も使用できる。従って、特
に紫外光やＸ線のような露光光のもとで使用される投影
光学系の波面検査を本発明の検査方法を用いて行う場合
に、その露光光を検査用の照明光として使用できるた
め、実際に使用される条件での収差を高精度に評価でき
る。

【００５９】また、得られる干渉縞を２次元の撮像素子
で撮像して、各画素の位相を検出することによって、干
渉光の位相の２次元的な分布を高精度に検出できる。次
に、本発明の第２の光学装置の検査方法によれば、干渉
光の位相を所定量ずつ変化させているため、得られる検
出信号を演算することによって所望の計測点での干渉縞
の位相を高精度に検出できる利点がある。また、検出用
の照明光としてあまり可干渉性の良好でない光束も使用
できる。

【００６０】また、本発明の第１、第３、若しくは第４
の光学装置の検査装置、又は本発明の露光装置によれ
ば、本発明の第１の光学装置の検査方法が使用できると
共に、本発明の第２、又は第５の光学装置の検査装置に
よれば、本発明の第２の光学装置の検査方法が使用でき
る。更に、本発明の露光装置の製造方法によれば、本発
明の第１の光学装置の検査方法を使用しているため、投
影光学系の光学特性が高精度に検査できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。

【図２】 第１の実施の形態で得られる干渉縞、及びそ
の干渉縞の２点で得られる撮像信号を示す図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態の干渉計を示す構
成図である。

【図４】 （ａ）はその第２の実施の形態の或る時点で
の０次光と＋ｎ次回折光とを示す図、（ｂ）は図４
（ａ）の状態から回折格子２２が移動することによって
＋ｎ次回折光の波面が進む様子を示す図である。

【図５】 本発明の第３の実施の形態の干渉計の要部を
示す拡大図である。

【図６】 本発明の第４の実施の形態の投影露光装置の
要部を示す一部を断面とした構成図である。

【符号の説明】 １…光源系、３…被検光学系、８…ポイント・ディフラ
クション用のプレート、９…低い透過率の膜、１０…ピ
ンホール、Ｌｍ…計測光、Ｌｒ…参照光、１２…加振
器、１５…観察系、２０…撮像素子、２２…回折格子、
２３…駆動部、２６…駆動素子、ＰＬ…投影光学系、Ｒ
…レチクル、Ｗ…ウエハ、６２…光学検査装置

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学装置を通った光束の波面検査を行う
   検査方法であって、被検物である光学装置に光束を通す
   ステップと、 前記光学装置を通った光束を運動中の回折要素に通し
   て、前記光学装置を通った光束の一部から回折光を発生
   させるステップと、を具備してなることを特徴とする光
   学装置の検査方法。
2. 【請求項２】 光学装置を通った光束の波面検査を行う
   検査方法であって、被検物である光学装置に光束を通す
   ステップと、 前記光学装置を通った光束の一部を回折した回折光と前
   記光学装置を通った他の光束との位相差を変化させるス
   テップと、 前記回折光と前記他の光束との位相差を変化させる間
   に、前記回折光と前記他の光束との干渉光を検出するス
   テップと、を具備してなることを特徴とする光学装置の
   検査方法。
3. 【請求項３】 光学装置の検査装置であって、 被検物である光学装置を通った光束の光路上に配置さ
   れ、該光束の一部から回折光を発生させる回折要素と、 前記回折要素を運動させる駆動装置と、 前記回折要素の運動中に前記回折光と前記光学装置を通
   った他の光束との干渉光を受光する検出装置と、を具備
   してなることを特徴とする光学装置の検査装置。
4. 【請求項４】 光学装置の検査装置であって、 被検物である光学装置を通過した光束の光路上に配置さ
   れたピンホール状の回折部材と、 該回折部材を振動させる駆動系と、 該駆動系を介して前記回折部材を振動させたときに前記
   被検物を通過した光束と前記回折部材によって発生する
   回折光とのヘテロダイン干渉光を受光する検出系と、を
   有し、 前記検出系の検出信号に基づいて前記光学装置の光学特
   性を検出することを特徴とする光学装置の検査装置。
5. 【請求項５】 光学装置の検査装置であって、 被検物である光学装置を通過した光束より互いに光路の
   異なる２つの光束を発生する光路分割系と、 該光路分割系から発生する２つの光束の内の一方の光束
   の光路上に配置されたピンホール状の回折部材と、 前記光路分割系を連続移動させる駆動系と、 該駆動系を介して前記光路分割系を連続移動させたとき
   に前記光路分割系から発生する他方の光束と前記回折部
   材によって発生する回折光とのヘテロダイン干渉光を受
   光する検出系と、を有し、 前記検出系の検出信号に基づいて前記光学装置の光学特
   性を検出することを特徴とする光学装置の検査装置。
6. 【請求項６】 光学装置の検査装置であって、 被検物である光学装置を通過した光束を回折して互いに
   回折次数の異なる２つの光束を発生する所定ピッチの回
   折格子と、 該回折格子から発生する２つの光束の一方の光束の光路
   上に配置されたピンホール状の回折部材と、 前記回折格子を移動させる駆動系と、 該駆動系を介して前記回折格子を前記所定ピッチの１／
   ｎずつ（ｎは３以上の整数）所定回数ステップ移動させ
   たときにそれぞれ前記回折格子から発生する２つの光束
   の他方の光束と前記回折部材によって発生する回折光と
   の干渉光を受光する検出系と、を有し、 前記検出系の検出信号に基づいて前記光学装置の光学特
   性を検出することを特徴とする光学装置の検査装置。
7. 【請求項７】 投影光学系を介して、マスクに形成され
   たパターンの像を基板上に転写する露光装置の製造方法
   であって、 検査対象の光学装置としての前記投影光学系に露光光を
   通すステップと、 前記投影光学系から出射された露光光を回折要素に通す
   ステップであって、前記回折要素の運動中に前記投影光
   学系から出射された露光光の一部から回折光を発生させ
   るステップと、を含む検査調整ステップを具備すること
   を特徴とする露光装置の製造方法。
8. 【請求項８】 投影光学系を介して、マスクに形成され
   たパターンの像を基板上に転写する露光装置であって、 検査対象の光学装置としての前記投影光学系から出射し
   た露光光の光路上に配置され、該露光光の一部から回折
   光を発生させる回折要素と、 前記回折要素を運動させる駆動装置と、 前記回折要素の運動中に前記回折光と前記投影光学系か
   ら出射した他の露光光との干渉光を受光する検出装置
   と、を有する光学検査装置を具備してなることを特徴と
   する露光装置。