特許 5966547 干渉縞解析方法、干渉縞解析装置、投影露光装置、及びデバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5966547

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】干渉縞解析方法、干渉縞解析装置、投影露光装置、及びデバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 11/00 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   G01M11/00 L

【請求項の数】9

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2012-91658(P2012-91658)

(22)【出願日】2012年4月13日

(65)【公開番号】特開2013-221770(P2013-221770A)

(43)【公開日】2013年10月28日

【審査請求日】2015年4月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100072718

【弁理士】

【氏名又は名称】古谷 史旺

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】朱 郁葱

(72)【発明者】

【氏名】内川 清

【審査官】 森口 正治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−３４５２４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ １１／００−１１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

干渉縞の撮像を繰り返して複数フレームの縞画像を取得する測定手順と、
前記干渉縞の位相が１周期変化する期間中において取得される前記縞画像のフレーム数が整数枚となり、且つ、フレーム方向にかけて変化するフレームキャリアの周波数が前記干渉縞を生成する装置のドリフト周波数よりも高い所定周波数となるように、前記複数フレームの縞画像の取得期間中に前記干渉縞の位相を変化させ、前記フレームキャリアを前記複数フレームの縞画像へ重畳する重畳手順と、
前記フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像に対して前記フレーム方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルを取得する変換手順と、
前記フーリエスペクトルから前記所定周波数に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、当該スペクトルの周波数を前記所定周波数の分だけ原点側へとシフトさせる抽出手順と、
シフト後の前記スペクトルに対して前記フレーム方向の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像を復元する復元手順と、
復元後の前記複数フレームの縞画像のうち特定フレームの縞画像に基づき、当該縞画像における干渉縞の位相分布を算出する位相算出手順と、
を含むことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項2】

請求項１の干渉縞解析方法において、
前記変換手順は、前記複数フレームの縞画像に対して前記フレーム方向のフーリエ変換を施す他に、空間方向のフーリエ変換を行って前記フーリエスペクトルを取得し、
前記復元手順は、シフト後の前記スペクトルに対して前記フレーム方向の逆フーリエ変換を施す他に、前記空間方向の逆フーリエ変換を行うことで、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像を復元する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項3】

請求項１の干渉縞解析方法において、
前記重畳手順は、二次元の格子を有する透過型回折格子を、２つの格子線が延びる方向とは異なる方向で、且つ前記２つの格子線が延びる方向のそれぞれで変化する前記フレームキャリアの周波数において、一方の格子線の方向における第１の周波数に対して他方の格子線の方向における第２の周波数が整数倍となるように移動させることで前記干渉縞の位相を変化させ、
前記抽出手順は、前記変換手順により取得した前記フーリエスペクトルから前記第１の周波数に近い周波数を有したスペクトル、及び前記第２の周波数に近い周波数を有したスペクトルを各々抽出する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の干渉縞解析方法において、
前記復元手順では、
前記複数フレームの縞画像の各々の実部及び虚部を復元し、
前記位相算出手順では、
前記特定フレームの縞画像の実部及び虚部に基づき、その縞画像における干渉縞の位相分布を算出する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項5】

請求項４に記載の干渉縞解析方法において、
前記位相算出手順では、
複数の前記特定フレームの縞画像の実部及び虚部に基づき、それら縞画像の各々における干渉縞の位相分布を算出する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の干渉縞解析方法において、
前記フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像を複製して並べることにより、前記フレームキャリアの重畳された縞画像のフレーム数を倍増させる複製手順を更に備え、
前記変換手順では、
フレーム数の倍増された前記縞画像を前記フーリエ変換に使用する
ことを特徴とする干渉縞解析方法。

【請求項7】

干渉縞の撮像を繰り返して複数フレームの縞画像を取得する測定手段と、
前記干渉縞の位相が１周期変化する期間中において取得される前記縞画像のフレーム数が整数枚となり、且つ、フレーム方向にかけて変化するフレームキャリアの周波数が前記干渉縞を生成する装置のドリフト周波数よりも高い所定周波数となるように、前記複数フレームの縞画像の取得期間中に前記干渉縞の位相を変化させ、前記フレームキャリアを前記複数フレームの縞画像へ重畳する重畳手段と、
前記フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像に対して前記フレーム方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルを取得する変換手段と、
前記フーリエスペクトルから前記所定周波数に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、当該スペクトルの周波数を前記所定周波数の分だけ原点側へとシフトさせる抽出手段と、
シフト後の前記スペクトルに対して前記フレーム方向の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像を復元する復元手段と、
復元後の前記複数フレームの縞画像のうち特定フレームの縞画像に基づき、当該縞画像における干渉縞の位相分布を算出する位相算出手段と、
を備えたことを特徴とする干渉縞解析装置。

【請求項8】

請求項７に記載の干渉縞解析装置を備えたことを特徴とする投影露光装置。

【請求項9】

請求項８に記載の投影露光装置によりデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、干渉縞を解析してその位相分布を算出する干渉縞解析方法、干渉縞解析装置、投影露光装置、及びデバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

投影露光装置の波面収差評価には、干渉縞解析が利用される。干渉縞解析手法としては、従来、位相シフト干渉法（非特許文献１）、フーリエ変換法（非特許文献２）、４Ｄテクノロジー位相シフト干渉法（非特許文献３）等が周知である。

【0003】

位相シフト干渉法は、干渉縞の位相を３通り以上にシフトさせて３枚以上の縞画像を取得し、それらを所定の方程式に当てはめることにより、干渉縞の位相分布を既知とするものである。

【0004】

フーリエ変換法は、干渉縞へ所定周波数の空間キャリアを与えて１枚の縞画像を取得し、その縞画像へ空間方向のフーリエ変換を施してフーリエスペクトルを取得し、そのフーリエスペクトルから所定周波数に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、そのスペクトルの周波数を所定周波数の分だけ原点の側へシフトさせ、シフト後のスペクトルに対して空間方向の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された縞画像を復元し、その縞画像から干渉縞の位相分布を算出するものである。

【0005】

４Ｄテクノロジー位相シフト干渉法は、位相シフト干渉法の応用であり、位相分布を既知とするために必要な複数枚の縞画像（４枚の縞画像）を１ショットで取得するものである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】J. H. Bruning, D. R. Herriott, J. E. Gallagher, D. P. Rosenfeld, A. D. White, and D. J. Brangaccio, "Digital Wavefront Measuring Interferometer for Testing OpticalSurfaces and Lenses," Appl. Opt. 13, 2693-2703 (1974)

【非特許文献2】M. Takeda, H. Ina, and S. Kobayashi, "Fourier-transform method of fringe-pattern analysis for computer-based topography and interferometry,” J. Opt. Aoc. Am 72, 156-160 (1982)

【非特許文献3】J. C. Wyant, "Vibration insensitive interferometric optical testing," in Frontiers in Optics, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2004), paper CTuB2.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、位相シフト干渉法は、複数枚の縞画像を順次に取得するので、干渉計のドリフト（例えば振動）の影響を受け易い。

【0008】

また、フーリエ変換法は、干渉縞へ所定周波数の空間キャリアを与える必要があるので、光学系校正が難しいという問題がある。

【0009】

また、４Ｄテクノロジー位相シフト干渉法は、複数枚の縞画像をワンショットで取得するために、干渉計の構成に大幅な変更を加える必要がある。

【0010】

そこで本発明は、簡単かつ高精度に干渉縞を解析することのできる干渉縞解析方法、干渉縞解析装置、それを使用した投影露光装置、デバイスの製造方法を提供すること目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の干渉縞解析方法の一態様は、干渉縞の撮像を繰り返して複数フレームの縞画像を取得する測定手順と、前記干渉縞の位相が１周期変化する期間中において取得される前記縞画像のフレーム数が整数枚となり、且つ、フレーム方向にかけて変化するフレームキャリアの周波数が前記干渉縞を生成する装置のドリフト周波数よりも高い所定周波数となるように、前記複数フレームの縞画像の取得期間中に前記干渉縞の位相を変化させ、前記フレームキャリアを前記複数フレームの縞画像へ重畳する重畳手順と、前記フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像に対して前記フレーム方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルを取得する変換手順と、前記フーリエスペクトルから前記所定周波数に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、当該スペクトルの周波数を前記所定周波数の分だけ原点側へとシフトさせる抽出手順と、シフト後の前記スペクトルに対して前記フレーム方向の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像を復元する復元手順と、復元後の前記複数フレームの縞画像のうち特定フレームの縞画像に基づき、当該縞画像における干渉縞の位相分布を算出する位相算出手順と、を含む。

【0012】

本発明の干渉縞解析装置の一態様は、干渉縞の撮像を繰り返して複数フレームの縞画像を取得する測定手段と、前記干渉縞の位相が１周期変化する期間中において取得される前記縞画像のフレーム数が整数枚となり、且つ、フレーム方向にかけて変化するフレームキャリアの周波数が前記干渉縞を生成する装置のドリフト周波数よりも高い所定周波数となるように、前記複数フレームの縞画像の取得期間中に前記干渉縞の位相を変化させ、前記フレームキャリアを前記複数フレームの縞画像へ重畳する重畳手段と、前記フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像に対して前記フレーム方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルを取得する変換手段と、前記フーリエスペクトルから前記所定周波数に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、当該スペクトルの周波数を前記所定周波数の分だけ原点側へとシフトさせる抽出手段と、シフト後の前記スペクトルに対して前記フレーム方向の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像を復元する復元手段と、復元後の前記複数フレームの縞画像のうち特定フレームの縞画像に基づき、当該縞画像における干渉縞の位相分布を算出する位相算出手段と、を備える。

【0013】

本発明の投影露光装置の一態様は、本発明の干渉縞解析装置の一態様を備える。

【0014】

本発明のデバイスの製造方法の一態様は、本発明の投影露光装置の一態様によりデバイスを製造する。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、簡単かつ高精度に干渉縞を解析することのできる干渉縞解析方法、干渉縞解析装置、それを使用した投影露光装置、デバイスの製造方法が実現する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態の波面収差測定装置の構成図。

【図2】干渉縞の位相変化と撮像タイミングとの関係を示す図。

【図3】第１実施形態のステップＳ２〜Ｓ５を説明する図。

【図4】第２実施形態のステップＳ２〜Ｓ７を説明する図。

【図5】シミュレーションの条件を説明する図。

【図6】シミュレーションの結果を示す図。

【図7】二次元の透過型回折格子の格子線方向と移動方向との関係を示す図。

【図8】２種類の干渉縞の間におけるキャリア周波数の差異を説明する図。

【図9】第４実施形態のフーリエスペクトルＧを説明する図。

【図10】平面ミラー１５の面形状をフィゾー型干渉計で測定する装置の構成図。

【図11】光学系１５の波面収差をフィゾー型干渉計で測定する装置の構成図。

【図12】凹面ミラー１５の面形状をフィゾー型干渉計で測定する装置の構成図。

【図13】第５実施形態の投影露光装置の構成図。

【図14】デバイスの製造方法を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態として、干渉縞解析装置の一種である波面収差測定装置を説明する。

【0018】

以下、波面収差測定装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の波面収差測定装置の構成図である。図１に示すとおり波面収差測定装置には、照明装置１０と、ピンホール板１８と、被検物としての投影光学系１５と、透過型回折格子１９と、撮像素子１６と、移動機構３０と、制御装置１００と、演算装置２００とが備えられる。

【0019】

照明装置１０から射出した照明光は、投影光学系１５の物体面に配置されたピンホール板１８を照明する。照明されたピンホール板１８では、理想的な波面を有した光束が発生する。この光束は、投影光学系１５へ入射すると、投影光学系１５を透過してから、投影光学系１５の像面に向かって集光し、その像面近傍に配置された透過型回折格子１９へ入射する。透過型回折格子１９へ入射した光束は、互いに同じ波面を有した２つの光束に横ずらし（シア）され、透過型回折格子１９の背後に配置された撮像素子１６上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の位相分布は、投影光学系１５を透過した光束のシア方向に亘る波面形状を表す。

【0020】

ここで、透過型回折格子１９は、移動機構３０によって格子線と交差する方向にかけて移動可能である。この移動により干渉縞の位相が変化する。

【0021】

制御装置１００は、移動機構３０を介して干渉縞の位相を変化させながら、撮像素子１６を繰り返し駆動し、干渉縞の画像（縞画像）を複数フレームに亘って取得する。これら複数フレームの縞画像は、演算装置２００へ取り込まれる。

【0022】

演算装置２００は、制御装置１００から取り込んだ複数フレームの縞画像に対して演算を施し、特定フレーム又は各フレームにおける干渉縞の位相分布を求めると、その位相分布に基づき投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0023】

なお、以上の波面収差測定装置では、後述するとおり制御装置１００が複数フレームの縞画像に対してフレームキャリアを重畳させるので、干渉縞へ空間キャリアを重畳させる必要は無い。

【0024】

また、以上の波面収差測定装置では、ピンホール板１８に形成されるピンホールの個数は、単一であっても複数であってもよい。因みに、ピンホールの個数を複数化すれば、投影光学系１５を透過する光束の強度を高め、縞画像のＳＮ比を高めることができる。

【0025】

また、以上の波面収差測定装置では、透過型回折格子１９に形成される格子は、一次元格子であっても、二次元格子であってもよい。因みに、格子を二次元格子とすれば、投影光学系１５を透過した光束を２方向にかけて同時にシアすることができる。この場合、撮像素子１６上に２種類の干渉縞が重ねて形成される。これら２種類の干渉縞は、投影光学系１５の透過光束の波面の互いに異なる方向の形状を表す。なお、以下の説明では簡単のため、透過型回折格子１９の格子は一次元格子であると仮定する。

【0026】

また、以上の波面収差測定装置では、ピンホール板１８、投影光学系１５、回折格子１９の各々が透過型で構成されているが、これらの要素の少なくとも１部は反射型で構成されてもよい。因みに、投影光学系１５が反射型である場合は、他の要素も反射型で構成されることが望ましい。

【0027】

以下、制御装置１００の動作を詳しく説明する。

【0028】

制御装置１００は、移動機構３０を介して干渉縞の位相を少なくとも１周期分変化させながら、撮像素子１６を介して干渉縞の撮像を繰り返し、複数フレームの干渉縞を取得すると、それら複数フレームの干渉縞を演算装置２００へ送出する。

【0029】

撮像の繰り返し期間中、制御装置１００は、位相の変化ピッチと撮像の繰り返しピッチ（フレーム周期）との関係を、図２（ａ）、（ｂ）に示すとおり干渉縞の位相が１周期変化する期間内の撮像回数が整数Ｎとなるように設定する。なお、図２において「ｇ」は縞画像、「ｊ」は縞画像のフレーム番号、「Ｉｎ」は縞画像上の着目座標の画素値を示している。

【0030】

また、制御装置１００は、干渉縞の位相の変化波形（正弦波）を確実に検出できるよう、干渉縞の位相が１周期変化する期間中のフレーム数Ｎを十分に大きな値に設定する（例えばＮ＝８）。

【0031】

また、制御装置１００は、１フレーム内の露光時間を、フレーム間で共通に設定する。また、制御装置１００は、１フレーム内の露光時間を、干渉縞のパターンを十分なＳＮ比で検出できるよう、適当な値に設定する。

【0032】

後述するとおり、本実施形態の演算装置２００は干渉縞の位相分布をフレーム毎に求めるので、位相分布の算出対象フレームを多数フレームとする場合、制御装置１００は、位相変化の周期数ｍを１より大きくすればよく、位相分布の算出対象フレームを１フレームのみとする場合、制御装置１００は、位相変化の周期数ｍを１に設定すればよい。

【0033】

また、後述するとおり、本実施形態の演算装置２００は縞画像のフレーム数を演算によって倍増させるので、制御装置１００は、位相変化の周期数ｍを整数に設定することが望ましい。

【0034】

以上の結果、制御装置１００は、トータルでＮｍフレームの縞画像ｇ_１、…、ｇ_Ｎｍを取得する（図５（ｂ）の実線参照）。これらの縞画像ｇ_１、…、ｇ_Ｎｍの各々は、以下の式で表される。

【0035】

【数1】

【0036】

なお、（ｘ，ｙ）は、縞画像上の座標であり、ｊは、フレーム番号であり、ａ（ｘ，ｙ，ｊ）は、第ｊフレームの縞画像における背景成分であり、ｂ（ｘ，ｙ，ｊ）は、その縞画像における干渉縞のコントラストであり、ψ（ｘ，ｙ，ｊ）は、その縞画像における干渉縞の位相分布である。

【0037】

また、式（１）は、式（２）のとおり書き換えることができる。

【0038】

【数2】

【0039】

なお、ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）は、第ｊフレームの縞画像における信号成分である。この信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）を既知とすれば、位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ）を既知とすることができる。

【0040】

以下、演算装置２００の動作を説明する。演算装置２００は、以下のステップＳ１〜ステップＳ６を順に実行する。

【0041】

ステップＳ１：演算装置２００は、制御装置１００からＮｍフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｎｍ）を取り込むと、図２（ｂ）に点線で示したとおり、これらＮｍフレーム分の縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｎｍ）をＭ回に亘って複製し、かつ順に並べることにより、ＮｍＭフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，ＮｍＭ）を用意する。なお、Ｍは、１以上の整数であって、例えば、Ｍ＝３２に設定される。

【0042】

これによって、トータルでＫフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｋ）が得られる（但し、Ｋ＝ＮｍＭ）。図２（ｂ）において、実線で示すフレームは実測されたフレームであり、点線で示すフレームは複製されたフレームである。

【0043】

因みに、このステップＳ１において縞画像のフレーム数を倍増させるのは、後述するフーリエ変換の精度を高めるためである。よって、実測されたフレーム数が十分に多かった場合、このステップＳ１は省略が可能である。

【0044】

ここで、ステップＳ１で用意されたＫフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｋ）のうち、ｓ番目の座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に着目すると、その着目座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に関するＫフレーム分の画素値ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，１）、…、ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，Ｋ）には、ｊ方向にかけて周波数Ｋ／Ｎで変化するキャリアが重畳されている（図２（ａ）の波形を参照。）。これは、他の座標についても同様であって、座標間でキャリアの位相は異なるものの、座標間でキャリアの周波数は共通である。以下、このように、ｊ方向にかけて変化するキャリアを「フレームキャリア」と称し、フレームキャリアの周波数Ｋ／Ｎを「キャリア周波数Ｋ／Ｎ」と称す。

【0045】

なお、このキャリア周波数Ｋ／Ｎは、波面収差測定装置のドリフト周波数よりも十分に高いものとする。これを実現するため、上述した制御装置１００は、位相の変化ピッチと撮像の繰り返しピッチとの関係を、最適な関係に設定したものと仮定する。

【0046】

ステップＳ２：演算装置２００は、図３符号Ｓ２で示すとおり、Ｋフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｋ）のうち、ｓ番目の着目座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に関するＫフレーム分の画素値ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，１）、…、ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，Ｋ）を参照し、それらＫフレーム分の画素値ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，１）、…、ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，Ｋ）に対してｊ方向のフーリエ変換（一次元のフーリエ変換）を施す。これによって、演算装置２００は、フーリエスペクトルＧ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）を取得する。このフーリエスペクトルＧ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）は、以下の式（３）で表される。

【0047】

【数3】

【0048】

但し、Ａはフーリエ変換後のａであり、Ｃはフーリエ変換後のｃであり、ｆは、フーリエ空間上の座標（周波数）である。

【0049】

この式（３）から明らかなとおり、フーリエスペクトルＧ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）の０次フーリエ成分には、信号成分ｃは反映されていないのに対して、１次フーリエスペクトル及び−１次フーリエスペクトルの各々には、信号成分ｃがキャリア周波数Ｋ／Ｎだけシフトした状態で反映されている。

【0050】

ステップＳ３：演算装置２００は、図３符号Ｓ３に示すとおり、フーリエスペクトルＧ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）から１次フーリエスペクトル（キャリア周波数Ｋ／Ｎを中心とした所定周波数域のスペクトル）を切り出し、そのスペクトルをキャリア周波数Ｋ／Ｎの分だけ原点側へとシフトさせることにより、信号スペクトルＣ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）を取得する。これによって、着目座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）の画素値ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，１）、…、ｇ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，Ｋ）から、背景成分aが除去されたことになる。

【0051】

ステップＳ４：演算装置２００は、図３符号Ｓ４に示すとおり、信号スペクトルＣ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｆ）に対してｊ方向の逆フーリエ変換を施すことにより、着目座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に関する信号成分ｃ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ）を復元する。この信号成分ｃ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ）は、実部と虚部とを有する。

【0052】

ステップＳ５：演算装置２００は、図３符号Ｓ５に示すとおり、信号成分ｃ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ）のうち、算出対象フレームのフレーム番号ｊ_ｕ（ｊ_ｕ：１〜Ｎｍの範囲内の任意の整数）に対応する値ｃ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）を参照し、その値ｃ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）を以下の式（４）又は式（５）へ当てはめることにより、位相ψ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）を求める。この位相ψ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）は、第ｊ_ｕフレームの着目座標（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）に関する位相である。

【0053】

【数4】

【0054】

【数5】

【0055】

なお、式（５）におけるｉｍ［Ａ］は、Ａの虚部を示し、ｒｅ［Ａ］は、Ａの実部を示す。

【0056】

ステップＳ６：演算装置２００は、座標番号ｓを変化させながら以上のステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返すことにより、全ての座標番号ｓの各々に関する位相ψ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）を求める。これらの位相ψ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕ）の集合が、第ｊ_ｕフレームに関する位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）である。演算装置２００は、この位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を波面収差の単位に換算し、必要に応じてツェルニケ多項式に展開することで、投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0057】

以上、本実施形態の波面収差測定装置は、干渉縞の撮像を繰り返して複数フレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、ｇ（ｘ，ｙ，２）、…を取得する測定手順と、前記複数フレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、ｇ（ｘ，ｙ，２）、…の取得期間中に前記干渉縞の位相を変化させ、フレーム方向（ｊ方向）にかけて所定周波数（Ｋ／Ｎ）で変化するフレームキャリアを前記複数フレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、ｇ（ｘ，ｙ，２）、…へ重畳させる重畳手順と、フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、ｇ（ｘ，ｙ，２）、…に対してフレーム方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルＧ（ｘ，ｙ，ｆ）を取得する変換手順（ステップＳ２）と、前記フーリエスペクトルＧ（ｘ，ｙ，ｆ）から前記所定周波数（Ｋ／Ｎ）に近い周波数を有したスペクトルを抽出し、そのスペクトルの周波数を前記所定周波数（Ｋ／Ｎ）の分だけ原点側へとシフトさせる抽出手順（ステップＳ３）と、シフト後の前記スペクトルＣ（ｘ，ｙ，ｆ）に対してフレーム方向（ｊ方向）の逆フーリエ変換を施すことにより、余分な成分の除去された前記複数フレームの縞画像ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）を復元する復元手順（ステップＳ４）と、復元後の前記複数フレームの縞画像ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）のうち特定フレームの縞画像ｃ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）に基づき、その縞画像における干渉縞の位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を算出する位相算出手順（ステップＳ５）とを実行する。

【0058】

すなわち、本実施形態の波面収差測定装置は、従来の位相シフト干渉法と同様、干渉縞の位相の異なる複数フレームの縞画像を、順次に取得する。

【0059】

したがって、本実施形態の波面収差測定装置は、従来の位相シフト干渉法と同様の利点を有している。すなわち、本実施形態の波面収差測定装置によると、装置構成を複雑化する必要が無く、また干渉縞へ空間キャリアを与える必要も無い。

【0060】

その一方で、本実施形態の波面収差測定装置で取得される複数フレームの縞画像には、従来の位相シフト干渉法と同様、装置のドリフト成分が重畳されている。

【0061】

しかしながら、本実施形態の波面収差測定装置では、複数フレームの縞画像のフレーム方向（ｊ方向）にかけて重畳したフレームキャリアを利用し、それら縞画像に含まれる余分な成分をフーリエ空間上で除去してから、特定フレームにおける干渉縞の位相分布を求める。

【0062】

したがって、本実施形態の波面収差測定装置では、従来の４Ｄテクノロジー位相シフト干渉法又は従来のフーリエ変換法と同様の利点がある。すなわち、本実施形態の波面収差測定装置では、装置ドリフトの影響を受けることはない。因みに、従来の位相シフト干渉法の演算式（３バケット法、９バケット法の式など）は、干渉縞の位相分布がフレーム間で共通であるということを前提としているので、位相分布の算出結果がドリフトの影響を受けてしまう。

【0063】

以上の結果、本実施形態の波面収差測定装置によると、干渉縞の解析を簡単かつ高精度に行うことができる。

【0064】

なお、本実施形態の波面収差測定装置の前記重畳手順では、前記干渉縞を生成する装置のドリフト周波数よりも前記所定周波数が高くなるように、前記位相の変化ピッチと前記撮像の繰り返しピッチとの関係を設定する。よって、本実施形態の波面収差測定装置は、装置のドリフトの影響を簡単に排除することができる。

【0065】

また、本実施形態の波面収差測定装置の前記復元手順（ステップＳ４）では、前記複数フレームの縞画像の各々の実部及び虚部を復元し、前記位相算出手順（ステップＳ５）では、前記特定フレームの縞画像の実部及び虚部に基づき、その縞画像における干渉縞の位相分布を算出した。よって、本実施形態の波面収差測定装置は、特定フレームにおける干渉縞の位相分布を確実に算出することができる。

【0066】

なお、本実施形態の波面収差測定装置の前記位相算出手順（ステップＳ５）では、前記特定フレームの縞画像の実部及び虚部に基づき、その画像の各々における干渉縞の位相分布を算出したが（つまり算出対象フレーム数を単数としたが）、複数の前記特定フレームの縞画像の実部及び虚部に基づき、それら縞画像の各々における干渉縞の位相分布を算出してもよい（つまり算出対象フレーム数を複数化してもよい）。

【0067】

何れにせよ、本実施形態の波面収差測定装置は、干渉縞の位相分布がフレーム間で共通であるということを前提とせずに、干渉縞の位相分布をフレーム毎に求める。

【0068】

したがって、本実施形態の波面収差測定装置は、特定フレームについて算出した位相分布にドリフト成分（周波数の高いドリフト成分）が残留したとしても、例えば、その位相分布を波面収差の単位に換算してからツェルニケ多項式で展開することで、ドリフト成分を除去できる可能性がある。

【0069】

また、本実施形態の波面収差測定装置の前記重畳手順では、前記干渉縞の位相変化が１周期となる期間中における前記縞画像の取得フレーム数が整数となるように、前記位相の変化ピッチと前記撮像の繰り返しピッチとの関係を設定する。また、本実施形態の波面収差測定装置では、フレームキャリアの重畳された前記複数フレームの縞画像を複製して並べることにより、フレームキャリアの重畳された縞画像のフレーム数を倍増させる複製手順（ステップＳ１）を更に実行し、前記変換手順（ステップＳ２）では、フレーム数の倍増された前記縞画像を前記フーリエ変換に使用する。

【0070】

したがって、本実施形態の波面収差測定装置では、位相分布の算出精度を低下させることなく、実測すべき縞画像のフレーム数を抑えることができる。

【0071】

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態として、第１実施形態の変形例を説明する。第１実施形態との相違点は、上述したステップＳ２〜ステップＳ６の代わりに、以下のステップＳ２〜ステップＳ７を実行する点にある。

【0072】

ステップＳ２：演算装置２００は、図４符号Ｓ２に示すとおり、Ｋフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｋ）のうち、第ｊフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，ｊ）を参照し、その第ｊフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，ｊ）に対してｘｙ方向（空間方向）のフーリエ変換（二次元のフーリエ変換）を施し、フーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｊ）を取得する。このフーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｊ）は、式（６）で表される。

【0073】

【数6】

【0074】

なお、（Ｘ，Ｙ）はフーリエ変換後の（ｘ，ｙ）であり、Ｃはフーリエ変換後のｃである。

【0075】

さらに、演算装置２００は、フレーム番号ｊを変化させながらフーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｊ）の取得を繰り返すことにより、全てのフレーム番号ｊに関するフーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，１）、…、Ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｋ）を取得する。

【0076】

ステップＳ３：演算装置２００は、図４符号Ｓ３に示すとおり、Ｋ個のフーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，１）、…、Ｇ（Ｘ，Ｙ，Ｋ）のうち、ｔ番目の着目座標（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）に関するＫフレーム分の画素値Ｇ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，１）、…、Ｇ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，Ｋ）を参照し、それらＫフレーム分の画素値Ｇ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，１）、…、Ｇ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，Ｋ）に対してｊ方向のフーリエ変換を施し、フーリエスペクトルＧ’（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）を取得する。このフーリエスペクトルＧ’ （Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）は、以下の式（７）で表される。

【0077】

【数7】

【0078】

但し、Ａ’はフーリエ変換後のＡであり、Ｃ’はフーリエ変換後のＣであり、ｆは、フーリエ空間上の座標（周波数）である。

【0079】

さらに、演算装置２００は、座標番号ｔを変化させながらフーリエスペクトルＧ’（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）の取得を繰り返すことにより、全ての座標番号ｔに関するフーリエスペクトルＧ’ （Ｘ_１，Ｙ_１，ｆ）、…、Ｇ’ （Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｆ）を取得する。

【0080】

ステップＳ４：演算装置２００は、図４符号Ｓ４に示すとおり、ｔ番目の着目座標（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ）のフーリエスペクトルＧ’ （Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）から１次フーリエスペクトル（キャリア周波数Ｋ／Ｎを中心とした所定周波数域のスペクトル）を切り出し、そのスペクトルをキャリア周波数Ｋ／Ｎの分だけ原点側へとシフトさせることにより、信号スペクトルＣ’（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）を取得する。

【0081】

さらに、演算装置２００は、座標番号ｔを変化させながら信号スペクトルＣ’（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）の取得を繰り返すことにより、全ての座標番号ｔに関する信号スペクトルＣ’（Ｘ_１，Ｙ_１，ｆ）、…、Ｃ’（Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｆ）を取得する。

【0082】

ステップＳ５：演算装置２００は、図４符号Ｓ５に示すとおり、座標番号ｔの信号スペクトルＣ’（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｆ）に対してｊ方向の逆フーリエ変換を施し、信号成分ｃ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｊ）を取得する。

【0083】

さらに、演算装置２００は、座標番号ｔを変化させながら信号成分ｃ（Ｘ_ｔ，Ｙ_ｔ，ｊ）の取得を繰り返すことにより、全ての座標番号ｔに関する信号成分ｃ（Ｘ_１，Ｙ_１，ｊ）、…、ｃ（Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｊ）を取得する。

【0084】

ステップＳ６：演算装置２００は、図４符号Ｓ６に示すとおり、信号成分ｃ（Ｘ_１，Ｙ_１，ｊ）、…、ｃ（Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｊ）のうち、算出対象フレームのフレーム番号ｊ_ｕ（ｊ_ｕ：１〜Ｎｍの範囲内の任意の整数）に関する信号成分ｃ（Ｘ_１，Ｙ_１，ｊ_ｕ）、…、ｃ（Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｊ_ｕ）を参照すると、これらの信号成分ｃ（Ｘ_１，Ｙ_１，ｊ_ｕ）、…、ｃ（Ｘ_ｔｍａｘ，Ｙ_ｔｍａｘ，ｊ_ｕ）に対してｘｙ方向の逆フーリエ変換を施すことにより、フレーム番号ｊ_ｕに関する信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を復元する。

【0085】

ステップＳ７：演算装置２００は、図４符号Ｓ７に示すとおり、フレーム番号ｊ_ｕに関する信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を式（４）又は式（５）へ当てはめることにより、フレーム番号ｊ_ｕに関する位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を求める。演算装置２００は、この位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を波面収差の単位に換算し、必要に応じてツェルニケ多項式に展開することで、投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0086】

以上、本実施形態では、j方向のフーリエ変換にｘｙ方向のフーリエ変換を組み合わせ、余分な成分の除去をｘｙｊ方向のフーリエ空間上で行う点において第１実施形態とは異なるが、第１実施形態と同様の効果が得られる。

【0087】

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態として、第２実施形態の変形例を説明する。第２実施形態との相違点は、上述したステップＳ２〜Ｓ７の代わりに、以下のステップＳ２〜Ｓ５を順に実行する点にある。

【0088】

ステップＳ２：演算装置２００は、Ｋフレームの縞画像ｇ（ｘ，ｙ，１）、…、ｇ（ｘ，ｙ，Ｋ）に対して、ｘｙｊ方向のフーリエ変換（＝三次元のフーリエ変換）を施し、フーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｆ）を取得する。このフーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｆ）は、式（８）で表される。

【0089】

【数8】

【0090】

ステップＳ３：演算装置２００は、フーリエスペクトルＧ（Ｘ，Ｙ，ｆ）から1次フーリエスペクトル（キャリア周波数Ｋ／Ｎを中心とした所定周波数域のスペクトル）を切り出し、そのスペクトルをキャリア周波数Ｋ／Ｎの分だけ原点側へとシフトさせることにより、信号スペクトルＣ（Ｘ，Ｙ，ｆ）を取得する。

【0091】

ステップＳ４：演算装置２００は、信号スペクトルＣ（Ｘ，Ｙ，ｆ）に対してｘｙｊ方向の逆フーリエ変換を施し、信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）を復元する。

【0092】

ステップＳ５：演算装置２００は、信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ）のうち、算出対象フレームのフレーム番号ｊ_ｕ（ｊ_ｕ：１〜Ｎｍの範囲内の任意の整数）に対応する信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を取得すると、この信号成分ｃ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を式（４）又は式（５）へ当てはめることにより、第ｊ_ｕフレームにおける位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を求める。演算装置２００は、この位相分布ψ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）を波面収差の単位に換算し、必要に応じてツェルニケ多項式に展開することで、投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0093】

以上、本実施形態では、j方向のフーリエ変換とｘｙ方向のフーリエ変換とを一括して行う点において第２実施形態とは異なるが、第２実施形態と同様の効果が得られる。

【0094】

［シミュレーション結果］
以下、本発明の実施例として、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態のシミュレーション結果を説明する。第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態の間では、原理は共通なので、シミュレーション結果も共通である。このシミュレーションは、以下の条件（１）、（２）、（３）で行われた。

【0095】

（１）波面収差測定装置のドリフトとして、チルト方向のドリフトを発生させた。

【0096】

（２）Ｎ＝８、Ｋ＝３２に設定した。

【0097】

（３）特定フレームの位相分布を算出した後、その位相分布を波面収差の単位に換算してからツェルニケ多項式で展開し、Ｚ_５、…、Ｚ_９の項の係数を算出した。

【0098】

ここで、係数Ｚ_５は、０°及び９０°方向の非点収差の成分を示す係数であり、係数Ｚ_６は、±４５°方向の非点収差の成分を示す係数であり、係数Ｚ_７は、３次のコマ収差（Ｘ成分）を示す係数であり、係数Ｚ_８は、３次のコマ収差（Y成分）を示す係数であり、係数Ｚ_９は、３次の球面収差を示す係数である。これらの係数Ｚ_５、…、Ｚ_９は、チルト成分とは独立した成分であるため、実施例の縞解析精度が高ければ、上述したドリフトの影響を受けないはずである。

【0099】

図５は、シミュレーションの過程で生成された一部の縞画像である。シミュレーションで発生させたドリフトは、チルト方向のドリフトであったので、図５に示すとおり、これらの縞画像の間では、縞の本数及び縞の方向の組み合わせに差異が現れている。

【0100】

図６は、シミュレーション結果を示す図である。図６において点線で囲った部分、すなわち「ドリフト有り」×「実施例」が、実施例のデータである。

【0101】

図６において「ドリフト無し」は、実施例のシミュレーションにおいてドリフトをゼロとしたときのデータであり、「従来例」は、位相シフト干渉法（９バケット法）のデータである。

【0102】

図６における「ドリフト無し」×「実施例」のデータと、「ドリフト有り」×「実施例」のデータとを比較すると、殆ど差異が無い。よって、実施例の縞解析がドリフトの影響を受けてないことが解る。

【0103】

一方、図６における「ドリフト無し」×「従来例」のデータと、「ドリフト有り」×「従来例」のデータとを比較すると、大きな差異が現れている。よって、従来例の縞解析がドリフトの影響を受けていることが解る。

【0104】

また、図６における「ドリフト無し」×「従来例」のデータと、「ドリフト無し」×「実施例」のデータを比較すると、差異が無い。つまり、ドリフトが無い場合には、実施例の縞解析結果と従来例の縞解析結果とは同じになることが解る。

【0105】

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態として、第１実施形態の変形例を説明する。ここでは、第１実施形態との相違点のみを説明する。

【0106】

先ず、本実施形態では、図７（ａ）に示すとおり透過型回折格子１９の格子として二次元格子が採用される。この場合、撮像素子１６上には、２種類の干渉縞が重ねて形成される。これら２種類の干渉縞は、投影光学系１５の透過光束の波面の互いに異なる方向の形状を表す。

【0107】

また、本実施形態の移動機構３０は、透過型回折格子１９の移動方向を、図７（ｂ）に示すとおり、透過型回折格子１９の２つの格子線方向に対して互いに異なる角度（つまり４５°以外の角度）で交差するように設定する。

【0108】

このような移動方向を採用すれば、図７（ｂ）に示すとおり、一方の格子線に関する透過型回折格子１９の移動ピッチＰａと、他方の格子線に関する透過型回折格子１９の移動ピッチＰｂとに差異が与えられるので、図８（ａ）、（ｂ）に示すとおり、２種類の干渉縞の一方（第１干渉縞）に重畳するフレームキャリアのキャリア周波数Ｋ／Ｎａと、他方（第２干渉縞）に重畳するフレームキャリアのキャリア周波数Ｋ／Ｎｂとの間に差異が与えられる。その結果、第１干渉縞の信号成分ｃａの周波数（Ｋ／Ｎａの近傍）と、第２干渉縞の信号成分ｃｂの周波数（Ｋ／Ｎｂの近傍）との間にも差異が与えられる。なお、図７、８の例では、Ｐａ＝３Ｐｂとしたので、Ｋ／Ｎａ＝３Ｋ／Ｎｂとなっている。

【0109】

また、本実施形態の移動機構３０は、ステップＳ１において縞画像のフレーム数を倍増させる都合上、第１干渉縞に関するキャリア周波数Ｋ／Ｎａと、第２干渉縞に関するキャリア周波数Ｋ／Ｎｂとの関係が整数倍となるように透過型回折格子１９の移動方向を設定する（なお、図７、図８の例では両者のキャリア周波数の関係を３倍としたが、その関係を２倍とし、２種類の干渉縞の間のフレーム数の差異を抑えてもよいことは言うまでもない。）。

【0110】

したがって、本実施形態のステップＳ２では、図９に示すようなフーリエスペクトルＧが取得されることになる。このフーリエスペクトルＧには、図９に示すとおり１次フーリエスペクトルが２つ現れる。一方の１次フーリエスペクトル（図９（ａ））は、周波数Ｋ／Ｎａの近傍のスペクトルであって、他方の１次フーリエスペクトル（図９（ｂ））は、周波数Ｋ／Ｎｂの近傍のスペクトルである。前者のスペクトルは、第１干渉縞の信号成分ｃａを表しており、後者のスペクトルは、第１干渉縞の信号成分ｃｂを表している。

【0111】

そこで、本実施形態のステップＳ３では、フーリエスペクトルＧから、キャリア周波数Ｋ／Ｎａを中心とした所定周波数域のスペクトルを切り出すと共に、キャリア周波数Ｋ／Ｎｂを中心とした所定周波数域のスペクトルを切り出す。

【0112】

また、本実施形態のステップＳ３では、前者のスペクトルをキャリア周波数Ｋ／Ｎａの分だけ原点側へとシフトさせることにより、信号スペクトルＣａを取得すると共に、後者のスペクトルをキャリア周波数Ｋ／Ｎｂの分だけ原点側へとシフトさせることにより、信号スペクトルＣｂを取得する。

【0113】

また、本実施形態のステップＳ４〜Ｓ５では、ステップＳ３で取得した信号スペクトルＣａ、Ｃｂの各々に対して個別に処理を施すことにより、第１干渉縞に関する位相ψａ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕｓ）と、第２干渉縞に関する位相ψｂ（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ，ｊ_ｕｓ）とを個別に求める。

【0114】

また、本実施形態のステップＳ６では、座標番号ｉを変化させながらステップＳ２〜ステップＳ５を繰り返すことにより、第１干渉縞の位相分布ψａ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）と、第２干渉縞の位相分布ψｂ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）とを個別に求め、これら２種類の位相分布ψｂ（ｘ，ｙ，ｊ_ｕ）に基づき、投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0115】

以上、本実施形態では、透過型回折格子１９の移動方向を最適化するだけで、第１干渉縞のキャリア周波数と第２干渉縞のキャリア周波数との間に適切な差異を与えることができる。よって、本実施形態では、第１干渉縞及び第２干渉縞のキャリア周波数の差異を利用することにより、同一フレーム内に重畳したこれら２種類の干渉縞を分離して解析することができる。

【0116】

なお、本実施形態は、第１実施形態の変形例であるが、第２実施形態又は第３実施形態も同様に変形することができる。

【0117】

［干渉計の変形例］
なお、上述した実施形態では、干渉縞解析装置として、シアリング干渉計を利用した波面収差測定装置を説明したが、利用する干渉計の種類や測定対象の異なる干渉縞解析装置にも本発明は適用が可能である。例えば、図１０、図１１、図１２の何れかに示すような干渉縞解析装置にも本発明は適用が可能である。

【0118】

図１０に示すのは、平面ミラー１５の面形状をフィゾー型干渉計で測定する装置である。図１０に示すとおり、この装置には、レーザ光源１１と、ビームエキスパンダ１２と、ビームスプリッタ１３と、参照物としての平行平板１４と、被検物としての平面ミラー１５と、撮像素子１６と、移動機構３０とが配置される。

【0119】

レーザ光源１１から射出したレーザ光は、ビームエキスパンダ１２によって径の太い光束となった後に、ビームスプリッタ１３を透過し、平行平板１４へ入射する。平行平板１４へ入射した光束は、平行平板１４の参照面１４ａを反射する光束（参照光束）と、参照面１４ａを透過する光束（測定光束）とに分離される。

【0120】

参照面１４ａを反射した参照光束は、ビームスプリッタ１３へ入射する。一方、参照面１４ａを透過した測定光束は、平面ミラー１５の被検面１５ａにて反射してから、平行平板１４を透過してビームスプリッタ１３へ入射する。

【0121】

ビームスプリッタ１３へ入射した測定光束及び参照光束は、互いの光路を統合させ、ビームスプリッタ１３を反射した後、撮像素子１６の上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の位相分布は、参照面１４ａの形状を基準とした被検面１５ａの形状を表す。

【0122】

なお、平行平板１４は、移動機構３０によって光軸方向（参照光束と測定光束との光路長差が変化する方向）にかけて移動可能である。

【0123】

図１１に示すのは、光学系１５の波面収差をフィゾー型干渉計で測定する装置である。図１１において、図１０に示す要素と同じ機能の要素には同じ符号を付した。図１１に示す装置では、参照物としてフィゾーレンズ１４が配置され、被検物として光学系１５が配置されている。また、図１１に示す装置の測定対象は、光学系１５を透過した光束の波面であるので、光学系１５の透過光束の光路を折り返す折り返し凹面ミラー１７が配置される。

【0124】

図１１において、レーザ光源１１から射出したレーザ光は、ビームエキスパンダ１２によって径の太い光束となった後に、ビームスプリッタ１３を透過し、フィゾーレンズ１４へ入射する。フィゾーレンズ１４へ入射した光束は、フィゾーレンズ１４のフィゾー面１４ａを反射する光束（参照光束）と、フィゾー面１４ａを透過する光束（測定光束）とに分離される。

【0125】

フィゾー面１４ａを反射した参照光束は、ビームスプリッタ１３へ入射する。一方、フィゾー面１４ａを透過した測定光束は、光学系１５を透過した後に折り返し凹面ミラー１７の反射面１７ａにて反射し、光学系１５へ戻ると、光学系１５、フィゾーレンズ１４ａを順に透過してビームスプリッタ１３へ入射する。

【0126】

ビームスプリッタ１３へ入射した測定光束及び参照光束は、互いの光路を統合させ、ビームスプリッタ１３を反射した後、撮像素子１６の上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の位相分布は、フィゾー面１４ａの形状を基準とした透過光束の波面の形状を表す。なお、反射面１７ａの形状は、装置の校正データとして予め測定されているものとする。

【0127】

図１２に示すのは、凹面ミラー１５の面形状をフィゾー型干渉計で測定する装置である。図１２において、図１０に示す要素と同じ機能の要素には同じ符号を付した。図１２に示す装置では、参照物としてフィゾーレンズ１４が配置され、被検物として凹面ミラー１５が配置されている。

【0128】

図１２において、レーザ光源１１から射出したレーザ光は、ビームエキスパンダ１２によって径の太い光束となった後に、ビームスプリッタ１３を透過し、フィゾーレンズ１４へ入射する。フィゾーレンズ１４へ入射した光束は、フィゾーレンズ１４のフィゾー面１４ａを反射する光束（参照光束）と、フィゾー面１４ａを透過する光束（測定光束）とに分離される。

【0129】

フィゾー面１４ａを反射した参照光束は、ビームスプリッタ１３へ入射する。一方、フィゾー面１４ａを透過した測定光束は、凹面ミラー１５の被検面１５ａにて反射した後に、フィゾーレンズ１４を透過してビームスプリッタ１３へ入射する。

【0130】

ビームスプリッタ１３へ入射した測定光束及び参照光束は、互いの光路を統合させ、ビームスプリッタ１３を反射した後、撮像素子１６の上に干渉縞を生起させる。この干渉縞の位相分布は、フィゾー面１４ａの形状を基準とした被検面１５ａの形状を表す。

【0131】

［第５実施形態］
以下、本発明の第５実施形態として、第１実施形態と同様の波面収差測定機能が搭載された投影露光装置を説明する。

【0132】

図１３は、投影露光装置の構成図である。図１３に示すとおり、投影露光装置には、照明装置１０と、マスクステージ２０と、投影光学系１５と、ウエハステージ２１と、制御装置１００と、演算装置２００とが備えられる。このうちウエハステージ２１には、計測ユニット６０が搭載され、計測ユニット６０には、第１実施形態と同様の透過型回折格子１９、移動機構３０、撮像素子１６が備えられる。

【0133】

投影露光時、マスクステージ２０は、マスク（レチクル）４０を保持して投影光学系１５の物体面へ配置し、ウエハステージ２１は、ウエハ（基板）５０を保持して投影光学系１５の像面へ配置する。この状態で照明装置１０が駆動されると、マスク４０のパターンが投影光学系１５によってウエハ５０へ転写される。

【0134】

波面収差測定時、マスクステージ２０は、マスク４０の代わりにピンホール板１８を保持して投影光学系１５の物体面へ配置し、ウエハステージ２１は、ウエハ５０の代わりに計測ユニット６０を投影光学系１５の像面側へ配置する。この状態では、照明装置１０、ピンホール板１８、投影光学系１５、透過型回折格子１９、移動機構３０、撮像素子１６の位置関係は、第１実施形態におけるそれらの位置関係と同じである。

【0135】

よって、この状態で照明装置１０が駆動されると、撮像素子１６上には、投影光学系１５の波面収差を反映した干渉縞が形成され、移動機構３０が駆動されると、その干渉縞の位相が変化する。

【0136】

波面収差測定時、制御装置１００は、第１実施形態の制御装置と同様の手順で複数フレームの縞画像を取得し、演算装置２００は、第１実施形態の演算装置と同様の手順で投影光学系１５の波面収差を評価する。

【0137】

したがって、本実施形態の投影露光装置は、第１実施形態の波面収差測定装置と同様、投影光学系１５の波面収差を簡単かつ高精度に評価することができる。

【0138】

また、本実施形態の投影露光装置は、投影露光時に使用されるのと同じ照明装置１０を使用して投影光学系１５の波面収差測定を行うので、波面収差の評価精度は高い。

【0139】

なお、本実施形態の投影露光装置では、前述した波面収差の測定は、物体面上の複数の物点の各々について行われることが望ましい。測定対象となる物点を移動させるには、物体面上のピンホール板１８の位置と、像面上の計測ユニット６０の位置とをそれぞれシフトさせればよい。

【0140】

また、本実施形態の投影露光装置には、投影光学系１５のアラインメント機能が搭載されることが望ましい。その場合、投影光学系１５のアライメント内容に波面収差の評価結果を反映させるとよい。このようにすれば、投影露光装置の性能を長期間に亘って維持することが可能である。

【0141】

また、本実施形態の投影露光装置の演算装置２００は、第１実施形態の演算装置と同じ処理を実行したが、第２実施形態又は第３実施形態の演算装置と同じ処理を実行してもよい。

【0142】

また、本実施形態の投影露光装置では、ピンホール板１８に形成されるピンホールの個数は、単一であっても複数であってもよい。因みに、ピンホールの個数を複数化すれば、投影光学系１５を透過する光束の強度を高めることができる。

【0143】

また、本実施形態の投影露光装置では、透過型回折格子１９に形成される格子は、一次元格子であっても、二次元格子であってもよい。

【0144】

また、本実施形態の投影露光装置において、透過型回折格子１９の格子を二次元格子とする場合、投影光学系１５の波面収差評価に第４実施形態と同じ方法を採用してもよい。

【0145】

また、本実施形態の投影露光装置では、マスク２０、ピンホール板１８、投影光学系１５、回折格子１９の各々が透過型で構成されているが、これらの要素の少なくとも１部は反射型で構成されてもよい。因みに、投影光学系１５が反射型である場合は、他の要素も反射型で構成されることが望ましい。

【0146】

［第６実施形態］
以下、第６実施形態として、第５実施形態の投影露光装置を利用したデバイスの製造方法を説明する。

【0147】

第５実施形態の投影露光装置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１４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マスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、第５実施形態の投影露光装置によりマスクのパターンを基板（感応基板）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。

【0148】

上述したとおり、第５実施形態の投影露光装置は高性能であるので、本実施形態で製造されたデバイスも高性能となる。

【0149】

［補足］
なお、上述した実施形態では、干渉縞解析の対象を、干渉計の生成する干渉縞としたが、ホログラム記録装置で記録されたホログラム干渉縞としてもよいことは言うまでもない。

【符号の説明】

【0150】

１１…レーザ光源、１２…ビームエキスパンダ、１３…ビームスプリッタ、１４…平行平板、１５…平面ミラー、１６…撮像素子、３０…移動機構、１０…照明装置、１８…ピンホール板、１９…透過型回折格子、１５…投影光学系、２０…マスクステージ、４０…マスク、６０…計測ユニット、５０…ウエハ、２１…ウエハステージ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】