JP2008218577A - 測定装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検光学系に発生するローカルフレアを短時間で高精度に測定することができる測定装置を提供する。
【解決手段】被検光学系の像面に配置された測定部と、前記被検光学系の物体面に配置された測定マスクとを備え、前記測定部は、スリット形状の像側開口部を有する遮光板と、前記像側開口部を通過した光の光量を測定する光量センサーとを有し、前記測定マスクは、前記被検光学系の像面に前記像側開口部の面積よりも大きな投影像を形成する矩形形状の遮光部と、前記遮光部の両側に配置された物体側開口部とを含む測定パターンを有し、前記投影像が前記像側開口部を覆う状態において、前記測定部が光量を測定することによって前記被検光学系で発生するフレアを測定することを特徴とする測定装置を提供する。
【選択図】図７

Description

本発明は、被検光学系で発生するフレアを測定する測定装置に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する。近年の半導体デバイスの微細化に伴って、ウエハに転写されるパターンの線幅均一性の要求が厳しくなってきているため、従来は無視することができた投影光学系で発生するフレアによる線幅均一性の劣化が問題となってきている。ここで、フレアとは、レチクルのパターンの結像に悪影響を与える迷光（例えば、様々な場所で多重反射を繰り返してウエハに到達する光）である。

光学系で発生するフレアは、ロングレンジフレアとローカルフレア（ミドルレンジフレア）に大別できる。但し、近年、線幅均一性の劣化として問題となっているフレアはローカルフレアであるため、以下では、ローカルフレアについて説明する。

ローカルフレアは、レンズ（光学部材）表面の細かな形状誤差や硝材の屈折率不均一性の高周波成分に起因している。また、ローカルフレアの発生量は入射光の波長の逆数の２乗に比例するため、露光光の短波長化が進むにつれて線幅均一性に与える影響が大きくなる。近年の露光装置では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）を採用し、このように短波長化された露光光に対応するレンズ硝材として蛍石（ＣａＦ_２）が用いられている。但し、蛍石は合成石英（ＳｉＯ_２）よりも複屈折を生じやすく、また、表面粗さや屈折率不均一性の高周波成分が大きい。このような露光光の短波長化及び蛍石（硝材）の性質によって、ローカルフレアの発生量は増大する傾向にあり、かかるローカルフレアがパターンの線幅に与える影響を定量的に把握する（即ち、ローカルフレアを高精度に測定する）必要がある。

ローカルフレアがパターンの線幅に与える影響を定量的に把握するためには、ローカルフレアが発生する入射光の位置と影響を受けるパターンの位置との距離をパラメータとして、ローカルフレアを測定すればよい。そこで、ラインパターンの周辺に複数種類の円形形状の開口部を配置した測定パターンを露光して、ラインパターンの線幅と開口部の大きさとの関係から、ローカルフレアを定量的に測定する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、パッドパターンと呼ばれる遮光部を有する測定パターンをオーバー露光して、パッドパターンに相当するレジストが消失するまでの露光量から、パッドパターンに回り込むローカルフレアを定量的に測定する技術も提案されている（非特許文献１参照）。

また、パッドパターンの代わりにラインパターンとその周辺に透過部を配置した測定パターンを露光して、露光したラインパターンの線幅の変化から、ローカルフレアを定量的に測定する技術も提案されている（特許文献２参照）。

更に、レジストを露光する代わりに、光量センサーを用いてパッドパターンに相当する位置の光量を測定して、パッドパターンに回り込むローカルフレアを定量的に測定する技術も提案されている（特許文献３参照）。
特開２００４−６４０２４号公報 特開２００４−２９６６４８号公報 特開２００６−８０２４５号公報 ０．８５ＮＡ ＡｒＦ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｐｒｏｃ． ＳＰＩＥ， Ｖｏｌ． ５０４０ ｐｐ７８９−８００ ２００３

しかしながら、従来技術では、ローカルフレアを短時間で高精度に測定することができなかった。例えば、非特許文献１に開示された技術のように、パッドパターン（測定パターン）をレジストに露光してローカルフレアを測定する場合、幾つかのプロセスを経るため、測定結果を得るまでに時間がかかってしまう。また、測定結果がレジストプロセスの影響を受けたり、パッドパターンに相当するレジストが完全に消失した状態の判断が難しかったりするため、ローカルフレアを高精度に測定することが困難である。更に、ローカルフレアの発生が少ない光学系では、パッドパターンに相当するレジストの消失に必要な露光量が大きくなり、レジスト感度の線形性がなくなってしまう場合がある。

また、特許文献２に開示された技術のように、露光されたラインパターンの線幅の変化からローカルフレアを測定する場合、ローカルフレアが小さくなると、それに比例して露光されたラインパターンの線幅の変化も小さくなってしまう。レジストパターンの線幅は、ローカルフレア以外にも、線幅測定精度やプロセス、装置起因のフォーカス誤差など様々な誤差要因によって変化する。従って、露光されたラインパターンの線幅の変化から、微小なローカルフレアによる線幅の変化のみを抽出し、ローカルフレアを高精度に測定することには限界がある。

また、特許文献３に開示された技術のように、光量センサーを用いてローカルフレアを測定する場合も、光量センサーの直上に配置される開口部の大きさ及び形状によっては、ローカルフレアを高精度に測定できない。換言すれば、レジストを露光する際に使用していたパッドパターンをそのまま使用して、光量センサーによってパッドパターンの投影像が形成される位置の光量を測定しても、ローカルフレアを高精度に測定することはできない。この場合、光量センサーの直上に配置される開口部の大きさをパッドパターンの投影像よりも小さくすることが不可欠となる。距離をパラメータとしてローカルフレアを測定するためには、例えば、パッドパターンの投影像の大きさが２μｍ程度であると、光量センサーの直上に配置される開口部の大きさは１μｍ以下であることが要求される。しかしながら、１μｍ程度の大きさの開口部を通過する光の量では、ノイズの影響などで殆ど信号（Ｓ／Ｎ比）が得られず、ローカルフレアを高精度に測定することができない。

光量を確保して測定精度を向上させるためには、光量センサーの直上に配置される開口部の大きさを大きくすることが考えられる。但し、開口部を単純に大きくするだけでは、かかる開口部の大きさに応じてパッドパターンも大きくする必要があるため、１μｍ程度の近い距離から発生するローカルフレアを測定することができない。

そこで、本発明は、被検光学系に発生するローカルフレアを短時間で高精度に測定することができる測定装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検光学系の像面に配置された測定部と、前記被検光学系の物体面に配置された測定マスクとを備え、前記測定部は、スリット形状の像側開口部を有する遮光板と、前記像側開口部を通過した光の光量を測定する光量センサーとを有し、前記測定マスクは、前記被検光学系の像面に前記像側開口部よりも縦横の寸法が大きい投影像を形成する矩形形状の遮光部と、前記遮光部の両側に配置された物体側開口部とを含む測定パターンを有し、前記投影像が前記像側開口部を覆う状態において、前記測定部が光量を測定することによって前記被検光学系で発生するフレアを測定することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検光学系に発生するローカルフレアを短時間で高精度に測定することができる測定装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての測定装置１の構成を示す概略断面図である。測定装置１は、被検光学系ＴＯＳで発生するフレアを測定する測定装置である。測定装置１は、本実施形態では、露光装置に用いられる投影光学系を被検光学系ＴＯＳとし、かかる投影光学系で発生するローカルフレアを測定する。ローカルフレアは、拡がり角が小さく、被検光学系ＴＯＳの像面において、入射光の極周辺（１μｍ乃至数十μｍ以内の範囲）に分布する。測定装置１は、図１に示すように、照明装置１０と、測定マスク２０と、測定部３０とを備える。

照明装置１０は、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）水銀ランプ（ｉ線）等を光源とし、測定マスク２０を照明する。

測定マスク２０は、被検光学系ＴＯＳの物体面に配置される。測定マスク２０は、後述するように、照明装置１０からの光を遮光する遮光部（遮光領域）と、照明装置１０からの光を透過する物体側開口部（透過領域）とを含む測定パターンを有する。

測定部３０は、被検光学系ＴＯＳの像面に配置される。測定部３０は、スリット形状の開口部（像側開口部）３２２を有する遮光板３２０と、開口部３２２を通過した光の光量を測定する光量センサー３４０とを有する。測定部３０は、後述するように、測定マスク２０の遮光部の投影像が遮光板３２０の開口部３２２を覆う状態において、開口部３２２を通過する光の光量を測定する。

測定装置１は、後述するように、スリット形状の開口部３２２によって規定された範囲の光量（即ち、開口部３２２に投影された測定マスク２０の測定パターンの投影像の光量）を測定部３０で測定する。これにより、測定装置１は、レジストに対する露光プロセス及び現像プロセスを経ることなく、被検光学系ＴＯＳに発生するローカルフレアを短時間で高精度に測定することができる。

以下、測定マスク２０及び測定部３０について詳細に説明する。まず、測定マスク２０について説明する。図２は、測定マスク２０を示す概略上視図である。測定マスク２０は、本実施形態では、図２に示すように、複数の測定パターン２１０（測定パターン２１０Ａ１乃至２１０Ａ３、２１０Ｂ１乃至２１０Ｂ３及び２１０Ｃ１乃至２１０Ｃ３）を有する。測定マスク２０は、本実施形態では、３つ（Ｘ方向）×３つ（Ｙ方向）の９つの測定パターン２１０を有しているが、９つの測定パターン２１０を有する必要性はない。例えば、測定マスク２０をＹ方向に走査する場合には、Ｙ方向には１組の測定パターン２１０を配置すればよい。但し、Ｘ方向に関しては、被検光学系ＴＯＳの複数の像高に対するローカルフレアを測定するために、ローカルフレアを測定する測定点に対応して複数の測定パターン２１０を配置することが好ましい。

図３は、測定マスク２０の測定パターン２１０を示す概略拡大図である。測定パターン２１０は、図３に示すように、矩形形状の遮光部２１２と、遮光部２１２の両側に配置された開口部（物体側開口部）２１４（２１４ａ及び２１４ｂ）とを有する。

遮光部２１２は、被検光学系ＴＯＳの像面上に、遮光板３２０の開口部３２２よりも縦横の寸法が大きい投影像を形成する。遮光部２１２は、測定マスク２０を通過する光の光量を確保するために、幅方向（第１の方向）の長さ２ａに対して、幅方向に直交する方向（第２の方向）の長さＬ１が十分に長くなるように設定される。具体的には、遮光部２１２の幅方向に直交する方向の長さＬ１は、幅方向の長さ２ａに対して、１０倍以上長いことが好ましい。

開口部２１４は、幅方向に長さ２ｂを有し、幅方向に直交する方向に遮光部２１２の長さＬ１と同程度の長さＬ２を有する。従って、開口部２１４は、遮光部２１２によって、２つの開口部２１４ａ及び２１４ｂに分離される。

被検光学系ＴＯＳの縮小倍率がβである場合、被検光学系ＴＯＳの像面に投影される測定パターン２１０（遮光部２１２）の投影像は、幅方向の長さを２ａ’、幅方向に直交する方向の長さをＬ１’とすると、２ａ’＝２βａ、Ｌ１’＝βＬ１の関係を有する。

次に、測定部３０について説明する。図４は、測定部３０を示す概略上視図であって、測定部３０の遮光板３２０の開口部３２２を示している。遮光板３２０の開口部３２２の幅方向の長さｔは、測定パターン２１０（遮光部２１２）の投影像の幅方向の長さ２ａ’よりも短く、例えば、１μｍ程度短い。開口部３２２の幅方向に直交する方向の長さＬ３は、測定パターン２１０（遮光部２１２）の投影像の幅方向の長さ２ａ’よりも十分に長く、例えば、投影像の幅方向の長さ２ａ’の１０倍以上長いことが好ましい。また、開口部３２２の幅方向に直交する方向の長さＬ３は、測定パターン２１０（遮光部２１２）の投影像の幅方向に直交する方向の長さＬ１’と同程度又は長さＬ１’よりも短い。

ここで、被検光学系ＴＯＳで発生するローカルフレアについて説明する。座標（０，０）の位置に入射する光（入射光）に対する座標（Ｘ，Ｙ）の位置でのローカルフレアの割合を示す関数をＧ（Ｘ，Ｙ）とする。換言すれば、Ｇ（Ｘ，Ｙ）は、座標（０，０）の位置に入射する光によって発生する座標（Ｘ，Ｙ）の位置でのローカルフレアを示す。また、座標（ｘ’，ｙ’）の位置での入射光の理想的な強度分布を示す関数をＴ（ｘ’，ｙ’）とする。被検光学系ＴＯＳの像面上の点（ｘ，ｙ）においてローカルフレアを測定する場合、点（ｘ，ｙ）におけるローカルフレアの強度比Ｉ（ｘ，ｙ）は、以下の数式１に示すように、開口部上の任意の点（ｘ’，ｙ’）から発生するローカルフレアの積分量で表される。

図５は、ローカルフレアを測定するための従来の測定パターン１０００を示す概略上視図である。測定パターン１０００は、被検光学系ＴＯＳの物体面に配置され、遮光部としてのパッドパターン１０１０と、開口部としてのウィンドウ１０２０とを有する。パッドパターン１０１０の中心座標を（０，０）とし、パッドパターン１０１０を１辺の長さが２ｅの正方形、ウィンドウ１０２０を１辺の長さが２ｆの正方形とすると、中心座標（０，０）におけるローカルフレアＩｅｆ（０，０）は、以下の数式２で表される。

但し、Ｔ（ｘ，ｙ）＝１ ｅ＜｜ｘ｜＜ｆ、且つ、ｅ＜｜ｙ｜＜ｆ
Ｔ（ｘ，ｙ）＝０ 上記以外のｘ、ｙの範囲

数式２を参照するに、ローカルフレアＩｅｆ（０，０）は、パッドパターン１０１０の１辺の半分の長さｅと、ウィンドウ１０２０の１辺の半分の長さｆによって定義される。換言すれば、ローカルフレアＩｅｆ（０，０）は、入射光に対して、ｅμｍからｆμｍの範囲に発生するローカルフレアの総量となる。

図５に示す従来の測定パターン１０００に対して、パッドパターン１０１０の中心座標（０，０）の位置に光量センサーを配置して光量を測定すれば、原理的には、ローカルフレアを測定することが可能である。しかしながら、パッドパターン１０１０の中心座標（０，０）の位置での光量を測定するためには、光量センサーの直上に配置される遮光板の開口部の面積を小さくしなければならない。その結果、光量センサーに入射する光の光量が小さくなり、電気的なノイズの影響によってＳ／Ｎ比が得られず、ローカルフレアを高精度に測定することができない。

そこで、光量センサーの直上に配置される遮光板の開口部を大きくすることが考えられる。但し、図６に示すように、光量センサーの直上に配置される遮光板の開口部１１３０の面積を等方的に拡大すると、ローカルフレアの測定に必要な光量を確保することができるが、どの範囲に発生したローカルフレアであるかを定義することができない。図６は、従来の測定パターン１０００と測定パターン１０００のパッドパターン１０１０に応じて面積を拡大させた開口部１１３０を有する遮光板とを重ね合わせた状態を示す図である。

開口部１１３０の大きさが、測定したいローカルフレアの範囲、例えば、１μｍ乃至２μｍと比べて大きくなると、開口部１１３０の場所によって光量センサーに入射するローカルフレアの範囲が変わってくる。開口部１１３０を１辺が２ｄ（ｄ＜ｅ＜＜ｆ、且つ、ｄ＞＞１）の正方形であるとすると、光量センサーの中心部分には、入射光に対してｅμｍ以上離れたローカルフレアしか入射しない。従って、１μｍ乃至２μｍに存在するローカルフレアを正確に測定することができない。

また、例えば、ｅ−ｄ＝２μｍとすれば、開口部１１３０の周辺部分には２μｍの位置に発生するローカルフレアが入射するが、２次元的に全方位から同じ距離のローカルフレアを測定することができない。このように、開口部１１３０の面積を単に大きくしただけでは、ローカルフレアを正確に測定することができない。換言すれば、ローカルフレアを高精度に測定するためには、測定パターンの形状及び遮光板の開口部の形状を最適化する必要がある。

これに対して、本実施例では、図７に示すように、遮光板３２０の開口をスリット形状の開口部３２２とし、測定パターン２１０の矩形形状の遮光部２１２の縦横の寸法を開口部３２２より大きくしている。このように構成することで、開口部の面積を大きくして光量センサーへ入る光量を確保することができ、且つ、ローカルフレアの値を位置に関する情報として取得できるので、ローカルフレアの分布の範囲を特定できる。従って、本実施形態では、位置に関するローカルフレアの分布を精度よく測定することが可能である。

図７において、測定部３０を用いてローカルフレアを測定する際の測定値Ｉａｂは、以下の数式３で表される。

但し、Ｔ（ｘ’，ｙ’）＝１ ａ＜｜ｘ’｜＜ｂ、且つ、｜ｙ’｜＜Ｌ１／２
Ｔ（ｘ’，ｙ’）＝０ 上記以外のｘ’、ｙ’の範囲

また、ｄｘとｄｙの積分範囲は、遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２の範囲であるため、中心を原点とすると、｜ｘ｜＜ｔ／２、且つ、｜ｙ｜＜Ｌ３／２となる。

図７に示す測定パターン２１０（遮光部２１２）と遮光板３２０（開口部３２２）との関係において、開口部３２２の幅方向の長さｔが測定するローカルフレアの最小距離よりも短く（例えば、１μｍ以下）、且つ、ｙ＞ｂの場合には、Ｇ（ｂ）→０とする。ローカルフレアは、入射光からの距離が離れるにつれて小さくなる傾向がある。従って、入射光から十分に離れた距離、例えば、５０μｍ乃至１００μｍでは、無視できるくらい小さいとすると、数式３は以下の数式４に近似できる。

Ｇ（ｘ’，ｙ’−ｙ）のｙ’−ｙは、｜ｙ’−ｙ｜＞ｂでは０となる。従って、Ｌ１＞Ｌ３＋２ｂの場合には、ｄｙに関する積分は単にＬ３倍することと等価であるため、分母のＬ３と相殺されて数式４が得られる。

このように、測定部３０を用いてローカルフレアを測定する際の測定値Ｉａｂは、図５に示した従来の測定パターン１０００におけるパッドパターン１０１０の中心座標（０，０）で得られるローカルフレアＩｅｆ（数式２）と同じ式に近似される。

数式４に示す測定値Ｉａｂは、ａμｍ乃至ｂμｍの範囲に存在するローカルフレアを測定したことを意味する。図８に示すように、遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２をＹ方向に複数の微小領域３２２Ａに分割した場合を考える。微小領域３２２Ａは、図５に示した従来の測定パターン１０００のパッドパターン１０１０に相当する。本実施形態では、微小領域３２２ＡをＹ方向に積算することによって光量を確保し、測定精度を向上させている。本実施形態の測定パターン２１０の遮光部２１２は、図５に示す従来の測定パターン１０００のパッドパターン１０１０と異なり、Ｙ方向に拡がったスリット形状を有する。また、予めオフセットとして２つのパターンによるローカルフレアの差を取得することによって測定部３０を用いてローカルフレアを測定する際の測定値Ｉａｂを補正することが可能である。具体的には、図５に示す測定パターン１０００（但し、パッドパターン１０１０の１辺は２ａ、ウィンドウ１０２０の１辺は２ｂとする）を用いてローカルフレアＩ１を測定する。次いで、図３に示す測定パターン２１０（即ち、パッドパターン１０１０をＹ方向に拡大した遮光部を有する測定パターン）を用いてローカルフレアＩ２を測定する。そして、測定部３０を用いてローカルフレアを測定する際の測定値Ｉａｂに対して、Ｉ１／Ｉ２の比をかければよい。ここで、図８は、数式４に示す測定値Ｉａｂの意味を説明するための図である。

本実施形態では、測定パターン２１０の遮光部２１２の幅方向に直交する方向の長さＬ１と遮光板３２０の開口部３２２の幅方向に直交する方向の長さＬ３との関係をＬ１＞Ｌ３＋２ｂとして説明した。但し、遮光板３２０の開口部３２２の幅方向に直交する方向の長さＬ３が開口部３２２の幅方向の長さｔに対して十分に長い場合には、必ずしも上述した関係を有する必要はない。Ｌ１がＬ３と同じ又はＬ１＞Ｌ３であれば、測定精度に与える影響が小さいため同じ効果を得ることができる。

図９は、被検光学系ＴＯＳの像面に形成される測定パターン２１０の投影像の光強度分布（断面）を示す図である。遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２を、測定パターン２１０の投影像に対して、開口部３２２の幅方向に移動させながら光量を光量センサー３４０で測定すると、図９に示すような光強度分布が得られる。遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２が測定パターン２１０の遮光部２１２で遮光されている領域での光量をＥ１とする。光量Ｅ１は、測定パターン２１０に対応するローカルフレアの強度に相当する。また、遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２が測定パターン２１０の遮光部２１２で遮光されていない領域での光量をＥ２とする。このとき、ローカルフレア率は、Ｅ１／Ｅ２×１００［％］で表すことができる。但し、測定パターン２１０（遮光部２１２）の方向と遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２の方向が精度よく一致していないと、光量Ｅ１を正しく測定することができない。例えば、測定パターン２１０の遮光部２１２と遮光板３２０の開口部３２２とが、開口部３２２の長手方向にずれている場合には、光量Ｅ１は実際よりも大きい値で測定されてしまう。このような場合には、測定パターン２１０（遮光部２１２）又は遮光板３２０（開口部３２２）を移動させながら光量Ｅ１を測定し、最小値を光量Ｅ１として採用すればよい。

遮光板３２０の開口部３２２が一本のスリットだけでは光量が不十分な場合には、図１０に示すような複数の測定パターン２１０を有する測定マスク２０Ａと、複数のスリット形状の開口部３２２を含む遮光板３２０を有する測定部３０Ｂとを用いればよい。これにより、光量センサー３４０で受光される光量を増加させることができる。上述したように、入射光から十分に離れている位置、例えば、入射光から５０μｍ乃至１００μｍ以上離れている位置においては、ローカルフレアは無視できるレベルになっている。従って、遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２に近接した開口部以外の影響は無視してよい。ここで、図１０は、測定マスク２０Ａを示す概略上視図である。図１１は、測定部３０Ｂを示す概略上視図である。

また、図１２に示すような測定マスク２０Ｂを用いてもよい。測定マスク２０Ｂは、隣接する測定パターン２１０の開口部２１４ａと開口部２１４ｂとを接続した開口部２１４ｃと、遮光部２１２とを交互に有する。これにより、複数の測定パターン２１０を配置する場合の配置領域を小さくすることができる。ここで、図１２は、測定マスク２０Ｂを示す概略上視図である。

また、図１３（ａ）乃至図１３（ｄ）に示すように、遮光部２１２の幅及び開口部２１４の幅が異なる測定パターン２１０を含む複数の測定マスク２０Ｃ乃至２０Ｅを用いてもよい。これにより、測定パターン２１０の寸法に対応するローカルフレアの空間分布の範囲を選択的に測定することが可能となる。ある測定パターンに対するローカルフレアの測定値は、測定パターンの遮光部２１２の幅方向の長さ２ａ及び開口部２１４の幅方向の長さ２ｂによって決定されるａμｍからｂμｍの範囲に存在するローカルフレアＩａｂを測定することに対応する。ここで、ａ及びｂをパラメータとして複数のローカルフレアＩａｂを測定すると、Ｉａｂは、ローカルフレア分布を示す関数Ｇ（ｘ，ｙ）の積分であるから、Ｉをローカルフレア分布の範囲として距離の関数であるａ及びｂで近似することも可能である。ローカルフレアの空間的な分布が等方的であるとすれば、ローカルフレアの測定値（積算値）Iを微分することによって、分布の関数Ｇ（ｒ）を求めることも可能である。ここで、図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、測定マスク２０Ｃ乃至２０Ｅを示す概略上視図である。

また、上述した測定パターンの差によるオフセット補正も、図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示す遮光部２１２の幅及び開口部２１４の幅が異なる測定パターン２１０の組み合わせに対して実施すればよい。これにより、遮光部２１２の幅及び開口部２１４の幅が異なる測定パターン２１０に対するローカルフレア毎に補正することができる。

本実施形態では、遮光板３２０におけるスリット形状の開口部３２２の長手方向がＹ方向である場合を説明した。但し、図１４に示すような測定パターン２１０を９０度回転させた測定パターン２１０’を含む測定マスク２０Ｆと、図１５に示すようなスリット形状の開口部３２２を９０度回転させた開口部３２２’を含む遮光板３２０を有する測定部３０Ｆとを用いてもよい。測定マスク２０Ｆは、長手方向がＹ方向である遮光部２１２を含む測定パターン２１０と、長手方向がＸ方向である遮光部２１２を含む測定パターン２１０’とを有する。測定部３０Ｆは、長手方向がＹ方向であるスリット形状の開口部３２２と、長手方向がＸ方向であるスリット形状の開口部３２２’とを含む遮光板３２０を有する。ここで、図１４は、測定マスク２０Ｆを示す概略上視図である。図１５は、測定部３０Ｆを示す概略上視図である。

測定マスク２０Ｆ及び測定部３０Ｆを用いてＸ方向に関するローカルフレアを測定する場合を考える。この場合、測定パターン２１０における遮光部２１２の投影像の位置に遮光板３２０開口部３２２の位置を合わせて、光量センサー３４０をＸ方向にステップさせながらローカルフレアを測定する。一方、測定マスク２０Ｆ及び測定部３０Ｆを用いてＹ方向に関するローカルフレアを測定する場合には、測定パターン２１０’における遮光部２１２の投影像の位置に遮光板３２０開口部３２２’の位置を合わせて、同様に測定する。

測定マスク２０Ｆ及び測定部３０Ｆを用いる場合には、例えば、Ｘ方向のローカルフレアを測定している時に、Ｙ方向のローカルフレアを測定するための開口部３２２’に光が入射しないように配置することが重要である。従って、測定パターン２１０の投影像の位置に対して、十分に距離が離れるようにする必要がある。そこで、測定パターン２１０と測定パターン２１０’とが直交するように（図１４参照）、開口部３２２と開口部３２２’とを配置することが好ましい。但し、測定パターン２１０の配置領域や光量センサー３４０の大きさに余裕がある場合には、それぞれが同時に近接しないような位置に自由に配置すればよい。

図１４に示す測定マスク２０Ｆは、Ｘ方向及びＹ方向に１つの遮光部２１２を有しているが、上述したように、Ｘ方向及びＹ方向の各々に複数の遮光部２１２を有していてもよい。また、遮光部２１２の幅や開口部２１４の幅が異なる複数の測定パターン２１０を配置してもよい。

このように、測定装置１によれば、被検光学系ＴＯＳに発生するローカルフレアを短時間で高精度に測定することができる。

以下、測定装置１を適用した露光装置について説明する。図１６は、本発明の一側面としての露光装置５００の構成を示す概略断面図である。露光装置５００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル５２０のパターンをウエハ５４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置５００は、ステップ・アンド・リピート方式も適用することができる。露光装置５００は、照明装置５１０と、レチクル５２０及び測定マスク２０を支持するレチクルステージ５２５と、投影光学系５３０と、ウエハ５４０及び測定部３０を支持するウエハステージ５４５とを有する。なお、露光装置５００において、照明装置５１０、測定マスク２０、測定部３０は、上述した測定装置１を構成する。

照明装置５１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル５２０及び測定マスク２０を照明し、光源部５１２と、照明光学系５１４とを有する。

光源部５１２は、例えば、光源としてエキシマレーザーを使用する。エキシマレーザーは、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーなどを含む。但し、光源部５１２の光源はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約３６５ｎｍの水銀のｉ線などを使用してもよい。

照明光学系５１４は、レチクル５２０及び測定マスク２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、位相板、回折光学素子、絞り等を含む。

レチクル５２０は、回路パターンを有し、レチクルステージ５２５に支持及び駆動される。レチクル５２０から発せられた回折光は、投影光学系５３０を介して、ウエハ５４０に投影される。露光装置５００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル５２０とウエハ５４０を走査することによって、レチクル５２０のパターンをウエハ５４０に転写する。

レチクルステージ５２５は、レチクル５２０及び測定マスク２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向にレチクルステージ５２５を駆動することでレチクル５２０及び測定マスク２０を移動させることができる。

投影光学系５３０は、レチクル５２０のパターンをウエハ５４０に投影する光学系である。投影光学系５３０は、照明装置５１０、測定マスク２０及び測定部３０で構成される測定装置１によって、高精度にローカルフレアが測定され、かかる測定結果に基づいて発生するローカルフレアが低減するように調整される。但し、測定装置１の測定結果に基づいて、レチクル５２０のパターン（線幅）を逆補正して、ウエハ５４０上に転写されたときに所望のパターンが得られるようにしてもよい。

本実施形態では、基板としてウエハ５４０を用いる。但し、ウエハ５４０の代わりにガラスプレート、その他の基板を用いることもできる。ウエハ５４０には、フォトレジストが塗布されている。

ウエハステージ５４５は、ウエハ５４０及び測定部３０を支持し、例えば、リニアモーターを利用してウエハ５４０及び測定部３０を駆動する。

投影光学系５３０で発生するローカルフレアを測定するための測定装置を構成する測定マスク２０及び測定部３０は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明（構成及び測定動作）は省略する。また、レチクル５２０の一部に、上述したローカルフレアを測定するための測定パターンを入れてもよい。

露光装置５００の動作において、まず、投影光学系５３０で発生するローカルフレアを測定する。投影光学系で発生するローカルフレアは、上述したように、測定装置１を構成する照明装置５１０、測定マスク２０及び測定部３０を用いて測定される。次いで、かかる測定結果に基づいて投影光学系５３０のフレア良否が判定される。装置を長期間使用することによって、光学系の一部に異物が付着してフレアが変化することがあるが、本測定によってフレアの変化を定期的にモニターすることが可能となる。ローカルフレアの測定結果に変化がある場合には、光学系のクリーニングによって回復することも可能である。

次いで、レチクル５２０のパターンをウエハ５４０に露光する。光源部５１２から発せられた光束は、照明光学系５１４によってレチクル５２０を照明する。レチクル５２０のパターンを反映する光は、投影光学系５３０によってウエハ５４０上に結像する。露光装置５００が使用する投影光学系５３０は、上述したように、従来よりも発生するローカルフレアが少なく、優れた結像能力を達成する。従って、露光装置５００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１７及び図１８を参照して、露光装置５００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１７は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイスの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１８は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置５００によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重の回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置５００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す測定装置の測定マスクを示す概略上視図である。 図２に示す測定マスクの測定パターンを示す概略拡大図である。 図１に示す測定装置の測定部を示す概略上視図である。 ローカルフレアを測定するための従来の測定パターンを示す概略上視図である。 図５に示す従来の測定パターンとかかる測定パターンのパッドパターンに応じて面積を拡大させた開口部を有する遮光板とを重ね合わせた状態を示す図である。 図３に示す測定パターンと図４に示す測定部（遮光板）とを重ね合わせた状態を示す図である。 数式４に示す測定値Ｉａｂの意味を説明するための図である。 図３に示す測定パターンの投影像の光強度分布（断面）を示す図である。 図１に示す測定装置に適用可能な測定マスクを示す概略上視図である。 図１に示す測定装置に適用可能な測定部を示す概略上視図である。 図１に示す測定装置に適用可能な測定マスクを示す概略上視図である。 図１に示す測定装置に適用可能な複数の測定マスクを示す概略上視図である。 図１に示す測定装置に適用可能な測定マスクを示す概略上視図である。 図１に示す測定装置に適用可能な測定部を示す概略上視図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１７に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 測定装置
１０ 照明装置
２０ 測定マスク
２１０ 測定パターン
２１２ 遮光部
２１４ 開口部
３０ 測定部
３２０ 遮光板
３２２ 開口部
３４０ 光量センサー
ＴＯＳ 被検光学系
５００ 露光装置
５１４ 照明光学系
５２０ レチクル
５３０ 投影光学系
５４０ ウエハ

Claims (7)

1. 被検光学系の像面に配置された測定部と、
   前記被検光学系の物体面に配置された測定マスクとを備え、
   前記測定部は、スリット形状の像側開口部を有する遮光板と、前記像側開口部を通過した光の光量を測定する光量センサーとを有し、
   前記測定マスクは、前記被検光学系の像面に前記像側開口部よりも縦横の寸法が大きい投影像を形成する矩形形状の遮光部と、前記遮光部の両側に配置された物体側開口部とを含む測定パターンを有し、
   前記投影像が前記像側開口部を覆う状態において、前記測定部が光量を測定することによって前記被検光学系で発生するフレアを測定することを特徴とする測定装置。
2. 前記像側開口部は、第１の方向の長さに対して、前記第１の方向に直交する第２の方向の長さが１０倍以上長いことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記遮光板は、スリット形状の複数の像側開口部を有し、
   前記測定マスクは、前記被検光学系の像面に前記像側開口部よりも縦横の寸法が大きい投影像を形成する矩形形状の遮光部と、前記遮光部の両側に配置された物体側開口部とを含む複数の測定パターンを有し、
   前記複数の測定パターンの各々の遮光部の投影像が前記複数の像側開口部の各々を覆う状態において、前記測定部が光量を測定することによって前記被検光学系で発生するフレアを測定することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
4. 前記測定マスクは、幅の異なる複数の遮光部を有することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
5. 前記測定マスクは、幅の異なる複数の物体側開口部を有することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
6. 光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系を被検光学系として、前記被検光学系で発生するフレアを測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定装置であることを特徴とする露光装置。
7. 請求項６記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。

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