JP2009277712A - 測定装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で空間コヒーレンスを測定する。
【解決手段】測定装置は、照明系によって照明される被照明面における空間コヒーレンスを測定する。測定装置は、少なくとも３つのピンホールを有し前記被照明面に配置される測定マスクと、前記少なくとも３つのピンホールからの光によって形成される干渉パターンを検出する検出部と、前記検出部によって検出された干渉パターンをフーリエ変換して得られるフーリエスペクトルに基づいて前記被照明面における空間コヒーレンスを求める演算部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間コヒーレンスを測定する測定装置およびそれが組み込まれた露光装置に関する。

半導体デバイス等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程では、主に光リソグラフィにおいて、露光装置の投影光学系の高ＮＡ化や露光光の短波長化が進んでいる。しかし、高ＮＡ化により解像力は向上するものの、焦点深度が減少する。よって、更に微細なパターンの形成を考えると、投影光学系の高ＮＡ化だけでは、安定した量産が困難になってきた。そこで、照明光学系の最適化による解像特性の向上、いわゆる変形照明法が注目されている。

近年では、照明光学系のＮＡと投影光学系のＮＡとの比であるσ値の最適化だけでなく、個々の原版パターンに対して有効光源形状が最適化される傾向にある。変形照明には、例えば、輪帯照明、４重極照明、２重極照明などがある。

しかしながら、照明モードを変更すると光路が変化するので、照明光学系を構成する光学素子の反射防止膜の不均一性や光学素子の偏心などに起因して原版面（投影光学系の物体面）における空間コヒーレンスが変化する。このような空間コヒーレンスの変化は、投影光学系の像面に形成される像の良否に大きな影響を与える。そのため、空間コヒーレンスを把握し、それを原版の設計や有効光源分布の決定に反映させることが重要である。

空間コヒーレンスの測定法としては、次の３つの方法が知られている。第１の方法は、ヤングの干渉法あるいはダブルピンホール法と言われる方式である（非特許文献１参照）。第２の方法は、シアリング干渉法である、第３の方法は、あるパターンの像の変化から空間コヒーレンスを測定する方法である。

第１の方法であるヤングの干渉法の原理図を図１７に示す。２つのピンホールを有する板６１を光源６０で照射し、板６１の後方に設置されたスクリーン６２において該２つのピンホールからの光を干渉させ、そのコントラストから空間コヒーレンスが求められる。第１の方法の応用例が特許文献１に記載されている。

第２の方法であるシアリング干渉法の原理図を図１８に示す。図１８は、マイケルソン型干渉計の構造を模式的に示す図である。マイケルソン型干渉計において、入射光７０は、ハーフミラー７１に入射すると、基準プリズムミラー７２に向かう光７０ａと、可動プリズムミラー７３に向かう光７０ｂに分割される。それぞれのミラーで反射された光７０ｃ、７０ｄはハーフミラー７１に戻り、重ね合わせられて、スクリーン７４に干渉縞を形成する。

２つの光の光学距離が等しくなるように基準プリズムミラー７２と可動プリズムミラー７３を設置し、可動プリズムミラー７３をＹ軸方向に移動すると、反射光７０ｄもその距離だけ移動して反射光７０ｃと重ね合わされる。このとき干渉縞のコントラストは空間コヒーレンスに対応して変化するので、可動プリズムミラー７３のＹ軸方向への移動距離と、干渉縞のコントラストの変化を観測することにより、空間コヒーレンスを測定できる。第２の方法の応用例が特許文献２、３に記載されている。

第３の方法の一例が特許文献４に記載されている。特許文献４には、菱形形状のパターンを投影し、その像の大きさを測定することによって空間コヒーレンスを測定することが記載されている。
ＪＯＳＥＰＨ Ｗ． ＧＯＯＤＭＡＮ，"統計光学" 特開平７−３１１０９４号公報 特開平９−３３３５７号公報 特公平６−６３８６８号公報 特開平１０−２６０１０８号公報

しかしながら、第１の方法であるヤングの干渉法は、２つのピンホールの間隔が固定されているために、複数点の空間コヒーレンスを得るには多数回のピンホールの交換が必要であり、そのために長時間を要するという欠点がある。第２の方法であるシアリング干渉法は、高精度な光学系を要求するほか、装置の小型化が難しいために空間的な制約の大きい露光装置への搭載が困難であるという欠点を有する。第３の方法は、主にσ（照明光学系で円形の照明をしたときの開口数ＮＡｉｌｌと投影光学系の開口数ＮＡｐｌとの比（ＮＡｉｌｌ／ＮＡｐｌ））を測定するための方法である。第３の方法は、像の大きさを測定し、これを予め参照用としてもっているテーブルと比較しなければならないという欠点がある。また、第３の方法には、有効光源分布が円ではなく、複雑な形状になると、それに適合したテーブルが必要となるという欠点や、像の大きさの測定だけでは空間コヒーレンスの複雑な分布の測定が困難であるという欠点もある。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、例えば、簡単な構成で空間コヒーレンスを測定することを目的とする。

本発明の第１の側面は、照明系によって照明される被照明面における空間コヒーレンスを測定する測定装置に係り、前記測定装置は、少なくとも３つのピンホールを有し前記被照明面に配置される測定マスクと、前記少なくとも３つのピンホールからの光によって形成される干渉パターンを検出する検出部と、
前記検出部によって検出された干渉パターンをフーリエ変換して得られるフーリエスペクトルに基づいて前記被照明面における空間コヒーレンスを求める演算部とを備える。

本発明の第２の側面は、照明系によって原版を照明し該原版のパターンを投影光学系によって基板に投影し該基板を露光する露光装置に係り、前記露光装置には、前記照明系によって照明される被照明面における空間コヒーレンスを測定するように、上記の測定装置が組み込まれている。

本発明によれば、例えば、簡単な構成で空間コヒーレンスを測定することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、図面において、同一の要素には同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、原版のパターンを投影光学系３０によって基板に投影して該基板を露光する露光装置に組み込まれている。ここで、原版は、投影光学系３０の物体面に配置され、基板は投影光学系３０の像面に配置される。投影光学系３０の物体面は、照明光学系によって照明される被照明面であるとも言える。

第１実施形態の測定装置は、投影光学系３０の物体面における空間コヒーレンスを測定するように構成される。露光装置は、投影光学系３０と、投影光学系３０の物体面に原版を配置するための原版位置決め機構と、投影光学系３０の像面に基板を配置するための基板位置決め機構と、物体面（被照明面）に配置される原版を照明する照明系１０とを備える。測定装置は、投影光学系３０の物体面に配置される測定マスク２０と、投影光学系３０の像面に配置される検出部４０とを備える。測定マスク２０は、典型的には、原版位置決め機構によって位置決めされる。検出部４０は、典型的には、基板位置決め機構によって位置決めされる。

照明系１０は、基板の露光時は原版を照明し、空間コヒーレンスの測定時は測定マスク２０を照明する。照明系１０は、例えば、光源部１１と、照明光学系１２とを含む。光源部１１としては、基板の露光用の光源部と同様の光源部を使用することができる。よって、光源部１１は、基板の露光用の光源と兼用されうる。光源部１１としては、例えば、発振波長が約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや、発振波長が約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、発振波長が約１３．５ｎｍのＥＵＶ光源などを使用することができるが、これらに制限されるものではない。照明光学系１２は、原版および測定マスク２０をケーラー照明するように構成される。照明光学系１２は、例えば、蝿の目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリットなどを含み、後述するように、目的とする有効光源形状を形成する機能を有する。

測定マスク２０は、複数のピンホール２１を有する。ここで、ピンホールは、狭義には透過孔を意味する。しかしながら、この明細書および特許請求の範囲では、全面のうち微小な局所領域に入射した光のみを反射するように構成された反射型測定マスクにおける当該局所領域もピンホールの範疇に含まれるものとする。

検出部４０は、測定マスク２０の複数のピンホール２１から射出された光によって投影光学系３０の像面に形成される干渉パターンを検出（撮像）する。検出部４０は、光電変換素子を含む。ここで、検出部４０は、光電変換素子としてＣＣＤイメージセンサ等のイメージセンサを有することが好ましいが、例えば、単画素の光電変換素子や、ＣＣＤリニアセンサ等のリニアセンサ等であってもよい。光電変換素子として単画素の光電変換素子や、ＣＣＤリニアセンサ等のリニアセンサが使用される場合には、それらを走査することによって干渉パターン４０を撮像することができる。

露光装置において、照明系１０が原版を照明する光の空間コヒーレンスが高い場合には、原版のパターンを通過した光同士が干渉し、原版のパターンを基板に転写することができなくなる。したがって、原版を照明する光の空間コヒーレンスは、蝿の目レンズなどを用いることによって下げられている。測定装置は、露光装置において、原版が配置される面における空間コヒーレンスを測定するように構成されている。

照明光学系１２は、アパーチャやＣＧＨ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）などを用いて、輪帯（図２（ａ））、四重極（図２（ｂ））、２重極（図２ｃ）などの有効光源分布を形成する。

以下、照明系による照明と投影光学系の物体面における空間コヒーレンスとの関係、特に、有効光源分布と投影光学系の物体面における空間コヒーレンスとの関係について説明する。

光源１１が発生する光の波長をλ、照明光学系１２の焦点距離をｆとし、ｆλで規格化された座標を（ε，η）とし、有効光源分布をｕ（ε，η）とする。測定マスク２０の座標を（ｘ，ｙ）とすると、原点（０，０）に対する空間コヒーレンス（いわゆる相互強度Γ（ｘ，ｙ））の分布は、式（３）で表される。

・・・（３）
ここで、式（３）は、Ｖａｎ Ｃｉｔｔｅｒｔ―Ｚｅｒｎｉｋｅの定理と言われ、空間コヒーレンスが有効光源分布をフーリエ変換することで求められることを意味する。例えば、輪帯（図２（ａ））、四重極（図２（ｂ））、２重極（図２（ｃ））の有効光源分布によって光量一定の条件で測定マスク２０を照明するとき、測定マスク２０上における空間コヒーレンスは、それぞれ図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）となる。また、上述のように、測定マスク２０はケーラー照明されるため、式（３）で表現される空間コヒーレンスは、理論上は測定マスク２０上の全照明領域で成立する。

ここで、測定マスク２０に形成された空間コヒーレンスを測定するためのピンホール２１の個数を３つとして説明を続ける。３つのピンホール２１は、不等間隔で直線上に配置され、それぞれの位置がＰ０（ｘ０，ｙ０）、Ｐ１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２）であり、式（４）を満たすものとする。

・・・（４）
照明系１０で測定マスク２０を照明し、３つのピンホール２１を透過した光が投影光学系３０を通過して検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、式（５）で表される。

・・・（５）
ここで、Ａは比例定数、Ｘは検出部４０の検出位置座標を示すベクトル、Γ_ｉｊは測定マスク２０が配置された面（物体面）内の（ｘｊ−ｘｉ，ｙｊ−ｙｉ）における空間コヒーレンス値、ｋは２π／λである。Ｌ_ｉｊはＰｉ（ｘｉ，ｙｉ）とＰｊ（ｘｊ，ｙｊ）から検出部４０による検出位置までの光学距離の差を示すベクトルであり、（ｘｊ−ｘｉ，ｙｊ−ｙｉ）に比例する。また、ｉ，ｊは０〜２の整数、λは光源１１が発生する光の波長である。

検出部４０で検出される干渉パターンに基づいて測定マスク２０が配置された面における空間コヒーレンスの分布を取得するために、フーリエ変換が使用される。演算部５０は、１つの干渉パターンをフーリエ変換することによって、測定マスク２０が配置された面内の複数の位置における空間コヒーレンスを求める。フーリエ変換の際に投影光学系３０の開口数（ＮＡ）によって干渉パターンが歪んでいる場合には、そのＮＡを考慮に入れて座標変換を行い、データを補間してからフーリエ変換を行えばよい。式（５）に示す干渉パターンのフーリエ変換は、式（６）で表される。このフーリエ変換によってフーリエスペクトルが得られる。

・・・（６）
周波数がゼロの近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦ０、光学距離の差Ｌ_ｉｊに相当する周波数（干渉パターンが有する周波数）の近傍におけるフーリエスペクトルの値（フーリエ空間で正負に信号が出るが、どちらか一方の絶対値とする。）をＦ_ｉｊとすると、式（７）のようになる。

・・・（７）
式（７）により式（８）が得られる。演算部５０は、測定マスク２０が配置された面内の位置（ｘｊ−ｘｉ，ｙｊ−ｙｉ）における空間コヒーレンス値Γ_ｉｊを式（８）に従って求める。

・・・（８）
３つのピンホール２１を有する測定マスク２０を使用した場合において、上記の計算によって３箇所（原点に対称であると考えると６箇所）の空間コヒーレンス値が得られる。

検出部４０で検出する干渉パターンは、投影光学系３０の焦点位置と検出部４０の検出面との距離をｈ、投影光学系３０の倍率をＸ、測定マスク２０のピンホール間の距離をｐとすると、式（９）で表される。

・・・（９）
そのため、干渉パターンの周波数が検出部４０のナイキスト周波数を越えず、かつ十分な光強度が得られる位置に検出部４０が設置される。具体的には、検出器４０の検出間隔をｇとすると、式（１０）を満たす位置に検出部４０が配置される。

・・・（１０）
なお、検出部４０として干渉パターン自体を検出する光電変換素子を使用する変わりに、レジストを感光させることによってレジストに形成される像の深さを計測する検出部を用いていてもよい。

また、演算部５０は、空間コヒーレンスの測定結果に基づいて照明系１０を調整してもよい。即ち、空間コヒーレンスの測定結果を照明系１０にフィードバックしてもよい。

投影光学系３０のような光学系は必須ではなく、図４に例示するような構成としてもよい。このとき、式（１０）を満たす位置に検出部４０が配置される。ここでＸ＝１、ｈは計測マスク２０と検出部４０との距離である。また、測定マスク２０と検出部４０は一体となっていてもよい。或いは、測定マスク２０は、検出部４０に対して嵌め込み可能かつ交換可能な構成としてもよい。

以上のように、第１実施形態によれば、簡易な構成でありながら、原版が配置される面における空間コヒーレンスを短時間で、簡単に、高精度で測定することができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明の第２実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、測定マスクとして測定マスク２０ａを使用する。なお、ここで言及しない事項については、第１実施形態に従いうる。測定マスク２０ａは、１つの直線上に配置されていない３つのピンホール２１ａを有する。ここで、３つのピンホール２１ａの位置をＰａ０（ｘａ０，ｙａ０）、Ｐａ１（ｘａ１，ｙａ１）、Ｐａ２（ｘａ２，ｙａ２）とする。

照明系１０で測定マスク２０ａを照明し、３つのピンホール２１ａを透過した光が投影光学系３０を通過して検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、式（１１）で表される。

・・・（１１）
ここで、Γ_ａｉｊは、測定マスク２０ａが配置される面内の（ｘａｊ−ｘａｉ，ｙａｊ−ｙａｉ）における空間コヒーレンス値である。ＬａｉｊはＰａｉ（ｘａｉ，ｙａｉ）とＰａｊ（ｘａｊ，ｙａｊ）から検出部４０による検出位置までの光学距離の差のベクトルであり、（ｘａｊ−ｘａｉ，ｙａｊ−ｙａｉ）に比例する。また、ｉ，ｊは０〜２の整数である。

演算部５０は、第１実施形態と同様に、検出部４０によって検出された干渉パターンを解析して空間コヒーレンスを求める。以下、解析の方法を説明する。演算部５０は、検出部４０によって検出された干渉パターンをフーリエ変換する。フーリエ変換は、式（１２）で表される。このフーリエ変換によってフーリエスペクトルが得られる。

・・・（１２）
周波数がゼロの近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦａ０、光学距離の差Ｌａｉｊに相当する周波数（干渉パターンが有する周波数）の近傍におけるフーリエスペクトルの値（フーリエ空間で正負に信号が出るが、どちらか一方の絶対値とする。）をＦａｉｊとすると、式（１３）のようになる。

・・・（１３）
式（１３）より式（１４）が得られる。演算部５０は、測定マスク２０ａが配置された面内の（ｘａｊ−ｘａｉ，ｙａｊ−ｙａｉ）における空間コヒーレンス値Γ_ａｉｊを式（１４）に従って求める。

・・・（１４）
３つのピンホール２１ａを有する測定マスク２０ａを使用した場合において、上記の計算によって３箇所（原点に対称であると考えると６箇所）の空間コヒーレンス値が得られる。

［第３実施形態］
図６は、本発明の第３実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、測定マスクとして測定マスク２０ｂを使用する。なお、ここで言及しない事項については、第１又は第２実施形態に従いうる。

測定マスク２０ｂは、相対位置が異なる４つのピンホール２１ｂを有する。ここで、４つのピンホール２１ｂの位置をＰｂ０（ｘｂ０，ｙｂ０）、Ｐｂ１（ｘｂ１，ｙｂ１）、Ｐｂ２（ｘｂ２，ｙｂ２）、Ｐｂ３（ｘｂ３，ｙｂ３）とする。相対位置とは、２つのピンホールがそれぞれ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）の位置にあるとき、（Ｘ２−Ｘ１，Ｙ２−Ｙ１）を意味する。

照明系１０で測定マスク２０ｂを照明し、４つのピンホール２１ｂを透過した光が投影光学系３０を通過して検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、式（１５）で表される。

・・・（１５）
ここで、Γ_ｂｉｊは、測定マスク２０ｂが配置される面内の（ｘｂｊ−ｘｂｉ，ｙｂｊ−ｙｂｉ）における空間コヒーレンス値である。Ｌ_ｂｉｊはＰｂｉ（ｘｂｉ，ｙｂｉ）とＰｂｊ（ｘｂｊ，ｙｂｊ）から検出部４０の検出面までの光学距離の差のベクトルであり、（ｘｂｊ−ｘｂｉ，ｙｂｊ−ｙｂｉ）に比例する。また、ｉ，ｊは０〜３の整数である。

演算部５０は、検出部４０によって検出された干渉パターンを解析して空間コヒーレンスを求める。以下、解析の方法を説明する。演算部５０は、検出部４０によって検出された干渉パターンをフーリエ変換する。フーリエ変換は、式（１６）で表される。このフーリエ変換によってフーリエスペクトルが得られる。

・・・（１６）
周波数がゼロの近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦｂ０、光学距離の差Ｌ_ｂｉｊに相当する周波数（干渉パターンが有する周波数）の近傍におけるフーリエスペクトルの値（フーリエ空間で正負に信号が出るが、どちらか一方の絶対値とする。）をＦ_ｂｉｊとすると、式（１７）のようになる。

・・・（１７）
式’（１７）より式（１８）が得られる。演算部５０は、測定マスク２０ｂが配置された面内の位置（ｘｂｊ−ｘｂｉ，ｙｂｊ−ｙｂｉ）における空間コヒーレンス値Γ_ｂｉｊを式（１８）に従って求める。

・・・（１８）
４つのピンホール２１ｂを有する測定マスク２０ｂを使用した場合において、上記の計算によって６箇所（原点に対称であると考えると１２箇所）の空間コヒーレンス値が得られる。これは４つのうち２つを選ぶ場合の数に相当する。

上記の例から容易に推測できるように、ピンホールの数を増やすことで空間コヒーレンスの測定点を増やすことができる。具体的には、ピンホールの数をＮとすると、測定点の数はＮ（Ｎ−１）／２となる。ただし、２つのピンホールをそれぞれ透過した光が形成する干渉パターンのフーリエスペクトルが重ならない位置にピンホールを配置する必要がある。しかし、後述するように、干渉パターンの光強度を増大させる目的でピンホールを相対的に同じ位置に配置するときは、この条件に含まれない。

［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、測定マスクとして測定マスク２０ｃを使用する。なお、ここで言及しない事項については、第１、第２又は第３実施形態に従いうる。

第４実施形態では、検出部４０の検出面に形成される干渉パターンの光強度を増大させる目的で、測定マスク２０ｃの３つのピンホール２１ｃは、相対位置が同じにされている。３つのピンホール２１ｃは、１つの直線上の位置であるＰｃ０（ｘｃ０，ｙｃ０）、Ｐｃ１（ｘｃ１，ｙｃ１）およびＰｃ２（ｘｃ２，ｙｃ２）に配置されている。ここで、ｘｃ２＝２ｘｃ１−ｘｃ０、ｙｃ２＝２ｙｃ１−ｙｃ０であり、Ｐｃ０とＰｃ１との相対位置は、Ｐｃ１とＰｃ２との相対位置と同じである。

照明系１０で測定マスク２０ｃを照明し、３つのピンホール２１ｃを透過した光が投影光学系３０を通過して検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、式（１９）で表される。

・・・（１９）
Ｐｃ０とＰｃ１との相対位置がＰｃ１とＰｃ２との相対位置と同じであるのでＬｃ０１＝Ｌｃ１２であり、また、３つのピンホール２１ｃは近接しているのでΓ_ｃ０１＝Γ_ｃ１２としてよい。この条件に従って式（１９）から式（２０）が得られる。

・・・（２０）
式（２０）より、Γ_ｃ０１に掛かる周波数の強度が第１実施形態と比較して、２倍になっていることが分かる。式（２０）に示される干渉パターンのフーリエ変換は、式（２１）で表される。このフーリエ変換によってフーリエスペクトルが得られる。

・・・（２１）
周波数がゼロの近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦｃ０、光学距離の差（Ｌｃ０１）に相当する周波数（干渉パターンが有する周波数）の近傍におけるフーリエスペクトルの値（フーリエ空間で正負に信号が出るが、どちらか一方の絶対値とする。）をＦｃ０１とすると、式（２２）のようになる。

・・・（２２）
式（２２）より式（２３）が得られる。演算部５０は、測定マスク２０ｃが配置された面内の位置（ｘｃ１−ｘｃ０，ｙｃ１−ｙｃ０）における空間コヒーレンス値Γ_ｃ０１を式（２３）に従って求める。

・・・（２３）
Γ_ｃ０２に関しては、演算部５０は、第１実施形態と同様に、式（８）に従って求める。

第４実施形態では、３つのピンホールによって２箇所（原点に対称であると考えると４箇所）の空間コヒーレンス値を測定することができ、Γ_ｃ０１については、測定強度が第１実施形態における場合の２倍となり、測定が容易になる。

［第５実施形態］
図８は、本発明の第５実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、測定マスクとして測定マスク２０ｄを使用する。なお、ここで言及しない事項については、第１乃至第４実施形態に従いうる。

第５実施形態では、検出部４０の検出面に形成される干渉パターンの光強度を増大させる目的で、測定マスク２０ｄの４つのピンホール２１ｄは、相対位置が同じにされている。４つのピンホール２１ｄは、平行四辺形の頂点位置であるＰｄ０（ｘｄ０，ｙｄ０）、Ｐｄ１（ｘｄ１，ｙｄ１）、Ｐｄ２（ｘｄ２，ｙｄ２）、Ｐｄ３（ｘｄ３，ｙｄ３）に配置されている。ここで、ｘｄ３＝ｘｄ２＋ｘｄ１−ｘｄ０，ｙｄ３＝ｙｄ２＋ｙｄ１−ｙｄ０であり、Ｐｄ０とＰｄ１との相対位置がＰｄ２とＰｄ３との相対位置と同じであり、Ｐｄ０とＰｄ２との相対位置がＰｄ１とＰｄ３との相対位置と同じである。

照明系１０で測定マスク２０ｄを照明し、４つのピンホール２１ｄを透過した光が投影光学系３０を通過して検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、式（２４）で表される。

・・・（２４）
ここで、Γ_ｄｉｊは、測定マスク２０ｄが配置される面内の（ｘｄｊ−ｘｄｉ，ｙｄｊ−ｙｄｉ）の空間コヒーレンス値である。Ｌ_ｄｉｊは、Ｐｄｉ（ｘｄｉ，ｙｄｉ）とＰｄｊ（ｘｄｊ，ｙｄｊ）から検出部４０の検出位置までの光学距離の差のベクトルであり、（ｘｄｊ−ｘｄｉ，ｙｄｊ−ｙｄｉ）に比例する。また、ｉ，ｊは、０〜３の整数である。

Ｐｄ０とＰｄ１との相対位置がＰｄ２とＰｄ３との相対位置と同じであり、Ｐｄ０とＰｄ２との相対位置がＰｄ１とＰｄ３との相対位置と同じであるｍｐで、Γ_ｄ０１＝Γ_ｄ２３、Ｌ_ｄ０１＝Ｌ_ｄ２３、Γ_ｄ０２＝Γ_ｄ１３、Ｌ_ｄ０２＝Ｌ_ｄ１３となる。よって、式（２４）は、式（２５）のように書ける。

・・・（２５）
式（２５）より、Γ_ｄ０１及びΓ_ｄ０２に掛かる周波数の強度が第３実施形態と比較して、２倍になっていることが分かる。

式（２５）に示される干渉パターンのフーリエ変換は、式（２６）で表される。このフーリエ変換によってフーリエスペクトルが得られる。

・・・（２６）
周波数がゼロの近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦｄ０、光学距離の差（Ｌｄ０１及びＬｄ０２）に相当する周波数（干渉パターンが有する周波数におけるフーリエスペクトルの値（フーリエ空間で正負に信号が出るが、どちらか一方の絶対値とする。）をＦｄ０１及びＦｄ０２とすると、式（２７）のようになる。

・・・（２７）
式（２７）より式（２８）が得られる。演算部５０は、測定マスク２０ｄが配置された面内の（ｘｄ１−ｘｂ０，ｙｂ１−ｙｂ０）、（ｘｄ２−ｘｂ０，ｙｂ２−ｙｂ０）における空間コヒーレンス値Γ_ｄを式（２８）に従って求める。

・・・（２８）
Γ_ｄ１２、Γ_ｄ０３に関しては、演算部５０は、第３実施形態と同様に、式（１８）に従って求める。

第５実施形態では、４つのピンホールによって４箇所（原点に対称であると考えると８箇所）の空間コヒーレンス値を測定することができ、Γ_ｄ０１、Γ_ｄ０２については、測定強度が第３実施形態における場合の２倍となる。

また、４つ以上のピンホールを用いて、ピンホールの相対位置を同じにすることで、検出部４０で検出する干渉パターンの光強度をさらに上げることもできる。例えば、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、ピンホールを２次元周期的に配置することができる。それによって、干渉パターンの光強度が増大し、ノイズなどの外乱に強くなるため、測定精度が向上し、測定が容易になる。図９（ａ）は、第１方向に沿うように等間隔で配列された第１線群と、前記第１方向に直交するように等間隔で配列された第２線群との交点にピンホールが配置された例である。図９（ｂ）は、第１方向に沿うように等間隔で配列された第１線群と、第２方向（第２方向は第１方向に対して６０度をなす。）に沿うように等間隔で配列された第２線群と、第３方向（第３方向は前記第１方向および前記第２方向の双方に対して６０度をなす。）に沿うように等間隔で配列された第３線群との交点にピンホールが配置された例である。

ここで、ピンホールの総数をＮ、周波数がｖの干渉パターンを形成するために寄与するピンホールの総数をＮｐ（１つのペアを２と数える）とする。また、干渉パターンのフーリエスペクトルの周波数がゼロ近傍における値をＦ０、周波数ｖ近傍におけるフーリエスペクトルの値をＦｐとする。演算器５０は、空間コヒーレンスΓ_ｐを式（２９）に従って求めることができる。

・・・（２９）
周波数がｖの干渉パターンの強度は、Ｎｐに比例している。

ピンホールの相対位置が異なる複数のマスクを用いることで、空間コヒーレンスの測定点を増やすことができる。例えば、図１０（ａ）と図１０（ｂ）に示すようなピンホールパターンを用いて測定すると、測定位置はそれぞれ図１１（ａ）、図１１（ｂ）のようになる。よって、得られる空間コヒーレンスの位置は、図１１（ｃ）のようになり、測定点が増大し、測定位置の密度が上がることが分かる。

また、照明光学系の有効光源分布に合わせて測定点を決定し、ピンホールの配置を決定しても良い。

測定マスクを回転又は移動させてピンホールの相対位置を変更して干渉パターンを測定することで、測定点を増大させることもできる。この測定装置は、測定マスクを回転又は移動させる駆動機構を備えうる。

［第６実施形態］
図１２は、本発明の第６実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。この測定装置は、露光装置におけるシグマ（σ）を測定するように露光装置に組み込まれている。この測定装置は、測定マスクとして測定マスク２０ｅを使用する。なお、ここで言及しない事項については、第１乃至第５実施形態に従いうる。

シグマ（σ）とは、照明光学系１２によって円形領域を照明をしたときの開口数ＮＡｉｌｌと投影光学系３０の開口数ＮＡｐｌとの比（ＮＡｉｌｌ／ＮＡｐｌ）である。開口数がＮＡｉｌｌの円形状の有効光源分布で測定マスク２０ｅをケーラー照明したとき、基準点からの距離をｒとすると、空間コヒーレンスは、式（３０）で表される。

・・・（３０）
ここでＪ_１は、第１次のベッセル関数である。また、Γは、ｒ＝０の値で規格化されている。

空間コヒーレンスが点対称であると仮定すると、式（３０）のΓを測定するために、測定マスク２０ｅのピンホールは、図１３に例示するように、それぞれのピンホール間距離、角度をほぼ線形に変化させた位置に配置されうる。４つのピンホールをそれぞれＱ１、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４とすると、図１３では、Ｑ１―Ｑ２、Ｑ１―Ｑ３、Ｑ１―Ｑ４、Ｑ２―Ｑ３、Ｑ２―Ｑ４、Ｑ３―Ｑ４間距離がそれぞれ、Ｒ、１．５Ｒ、２Ｒ、１．２５Ｒ、２．５５Ｒ、１．７Ｒとされている。

このときピンホールを透過した光が検出部４０の検出面に形成する干渉パターンは、図１４に示すようになり、そのフーリエスペクトルは、図１５に示すようになる。ここでフーリエスペクトルは、絶対値の対数で表示されている。

フーリエスペクトルの信号Ｓ１〜Ｓ６は、それぞれ、Ｑ１とＱ２、Ｑ１とＱ３、Ｑ１とＱ４、Ｑ２とＱ３、Ｑ２とＱ４、Ｑ３とＱ４の透過光が、ある空間コヒーレンスにより検出部４０の検出面で干渉したことを示す。フーリエスペクトルの信号Ｓ１〜Ｓ６の値は、空間コヒーレンスの大きさに依存する。

第３実施形態と同様に、演算器５０は、図１５の信号Ｓ１〜Ｓ６を用いて、式（１１）に従って計算を行うことができる。これにより、図１６のように、距離のみに依存した空間コヒーレンスΓを得ることができる。演算器５０は、Γの値からシグマを計算することができる。ここで測定点は上述した距離、すなわち、ｒ＝Ｒ、１．５Ｒ、２Ｒ、１．２５Ｒ、２．５５Ｒ、１．７Ｒである。

［第６実施形態］
本発明の第６実施形態は、第１乃至第５実施形態の演算部５０に対して照明系１０を制御する機能を追加したものである。演算部５０は、前述のようにして得られる空間コヒーレンスを求めるほか、該空間コヒーレンスに基づいて照明系１０における有効光源分布を制御する制御部として機能する。

本発明の第１実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 有効光源分布を例示する図である。 光学系の物体面における空間コヒーレンスを示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例としての測定装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第３実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第４実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第５実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 ピンホールパターンを例示する図である。 ピンホールパターンを例示する図である。 空間コヒーレンスの測定位置を例示する図である。 本発明の第６実施形態としての測定装置および露光装置の概略構成を示す図である。 ピンホールパターンを例示する図である。 干渉パターンを例示する図である。 干渉パターンのフーリエスペクトルを例示する図である。 空間コヒーレンスを例示する図である。 ヤングの干渉計を模式的に示す図である。 シアリング干渉計の原理を示す図である。

符号の説明

１０ 照明系
１１ 光源部
１２ 照明光学系
２０ 測定マスク
３０ 投影光学系
４０ 検出部
５０ 演算部

Claims (11)

1. 照明系によって照明される被照明面における空間コヒーレンスを測定する測定装置であって、
   少なくとも３つのピンホールを有し前記被照明面に配置される測定マスクと、
   前記少なくとも３つのピンホールからの光によって形成される干渉パターンを検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された干渉パターンをフーリエ変換して得られるフーリエスペクトルに基づいて前記被照明面における空間コヒーレンスを求める演算部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記演算部は、周波数がゼロの近傍における前記フーリエスペクトルの値と前記干渉パターンが有する周波数の近傍における前記フーリエスペクトルの値との比を計算することによって前記被照明面における空間コヒーレンスを求める、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記測定マスクが有するピンホールの総数をＮ、前記干渉パターンのうち周波数がｖの干渉パターンを形成するために寄与するピンホールの総数をＮｐ、周波数がゼロの近傍における前記フーリエスペクトルの値をＦ０、周波数がｖの近傍における前記フーリエスペクトルの値をＦｐとしたときに、前記演算部は、式（１）に従って空間コヒーレンスΓ_ｐを求める、
   ・・・（１）
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
4. 前記少なくとも３つのピンホールは、不等間隔で配置された３つのピンホールを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記少なくとも３つのピンホールは、１つの直線上に位置しない３つのピンホールを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 前記少なくとも３つのピンホールは、前記被照明面に形成される干渉パターンの光強度を増大させるように配置されたピンホールを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の測定装置。
7. 前記測定マスクを駆動する駆動機構を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の測定装置。
8. 前記被照明面を照明する光の波長をλ、前記ピンホールの間隔をｐ、前記測定マスクと前記検出部との距離をｈ、前記検出部の検出間隔をｇとするとき、式（２）を満たす、
   ・・・（２）
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
9. 前記測定マスクのピンホールは、前記ピンホールの間隔および方向をほぼ線形に変化させた位置のそれぞれに配置されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の測定装置。
10. 照明系によって原版を照明し該原版のパターンを投影光学系によって基板に投影し該基板を露光する露光装置であって、
    前記照明系によって照明される被照明面における空間コヒーレンスを測定するように、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の測定装置が組み込まれている、
    ことを特徴とする露光装置。
11. 前記測定装置によって測定される空間コヒーレンスに基づいて前記照明系における有効光源分布が制御される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。