(57)【要約】【課題】測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定することができる測定方法を提供する。【解決手段】被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、前記測定面における前記被検光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定ステップと、前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された瞳透過率分布に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、を有することを特徴とする測定方法を提供する。【選択図】図１
2010016057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、
測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記測定面における前記被検光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された瞳透過率分布に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項２】
被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、
第１の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定面とは異なる第２の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の測定面と前記第２の測定面との距離を取得する取得ステップと、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差、前記第２の測定ステップで測定された波面収差及び前記取得ステップで取得された前記第１の測定面と前記第２の測定面との距離に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項３】
前記第２の測定ステップでは、前記被検光学系の波面収差を測定するための干渉パターンを撮像する撮像素子を前記第１の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定したときの位置から移動させて、前記第２の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定することを特徴とする請求項２に記載の測定方法。
【請求項４】
被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、
測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記被検光学系の波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を変更して、前記位相差を変更するたびに前記測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差、前記第２の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで変更した位相差の変更量に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項５】
前記第２の測定ステップでは、前記被検光学系の波面収差を測定する干渉計の光路に位相フィルタを配置して、前記被検光学系の波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を変更することを特徴とする請求項４に記載の測定方法。
【請求項６】
前記決定ステップは、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された波面収差に基づいて、空間周波数ごとに前記被検光学系の波面収差の振幅補正値を算出する補正値算出ステップと、
前記補正値算出ステップで算出された振幅補正値を用いて前記第１の測定ステップ及び前記第２の測定ステップで測定された波面収差を補正する補正ステップと、
を含み、
前記補正ステップで補正された波面収差に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定することを特徴とする請求項２又は４に記載の測定方法。
【請求項７】
被検光学系で発生するフレアを測定する測定装置であって、
測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定部と、
前記測定面における前記被検光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定部と、
前記第１の測定部及び前記第２の測定部の測定結果から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出部と、
を有し、
前記算出部は、
前記第１の測定部によって測定された波面収差及び前記第２の測定部によって測定された瞳透過率分布に基づいて前記被検光学系の瞳関数を決定し、前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出することを特徴とする測定装置。
【請求項８】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置であって、
前記投影光学系で発生するフレアを測定する測定装置と、
前記測定装置によって測定されたフレアに基づいて、前記露光装置に設定可能なパラメータを調整する調整部と、
を有し、
前記測定装置は、
測定面における前記投影光学系の波面収差を測定する第１の測定部と、
前記測定面における前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定部と、
前記第１の測定部及び前記第２の測定部の測定結果から前記投影光学系で発生するフレアを算出する算出部と、
を有し、
前記算出部は、
前記第１の測定部によって測定された波面収差及び前記第２の測定部によって測定された瞳透過率分布に基づいて前記投影光学系の瞳関数を決定し、前記投影光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記投影光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記投影光学系で発生するフレアを算出することを特徴とする露光装置。
【請求項９】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置を用いた露光方法であって、
前記投影光学系で発生するフレアを測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定されたフレアに基づいて、前記露光装置に設定可能なパラメータを調整する調整ステップと、
前記調整ステップでパラメータが調整された露光装置を用いて、前記基板を露光する露光ステップと、
を有し、
前記測定ステップは、
測定面における前記投影光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記測定面における前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された瞳透過率分布に基づいて、前記投影光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記投影光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記投影光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記投影光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、
を有することを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
請求項８に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の製造方法。
【請求項１１】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系を備える露光装置に用いられるレチクルのパターンを設計する設計方法であって、
測定面における前記投影光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記測定面における前記投影光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された瞳透過率分布に基づいて、前記投影光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、
前記決定ステップで決定された前記投影光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記投影光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記基板に形成すべき目標パターンが形成されるように、前記レチクルのパターンを設計する設計ステップと、
を有することを特徴とする設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定方法、測定装置、露光装置、露光方法、デバイスの製造方法及び設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて微細な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）に形成された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。近年では、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である。
【０００３】
投影光学系などの光学系で発生するフレアは、光学部材（レンズ等）の表面やコーティング膜で発生する前方散乱光に起因するローカルフレアと、光学部材のコーティング膜での反射に起因するロングレンジフレアとに大別される。但し、線幅均一性の劣化に影響するフレアはローカルフレアであるため、以下では、ローカルフレアをフレアと称して説明する。
【０００４】
フレアの測定方法としては、例えば、Ｋｉｒｋ法が知られている（非特許文献１参照）。図１０及び図１１を参照して、従来のフレアの測定方法であるＫｉｒｋ法について説明する。図１０は、Ｋｉｒｋ法で用いられる測定パターンＭＰを示す図であって、図１０（ａ）は、測定パターンＭＰの概略上面図、図１０（ｂ）は、測定パターンＭＰの概略断面図である。また、図１１（ａ）乃至（ｄ）は、測定パターンＭＰを露光することで基板上に形成されるレジストパターンを示す概略断面図である。
【０００５】
Ｋｉｒｋ法では、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、遮光膜で形成されたボックスパターンＢＰと、ボックスパターンＢＰを取り囲むクリアフィールドＣＦとを有する測定パターンＭＰを露光して、基板上にレジストパターンを形成する。この際、露光量（露光時間）を変化させることで、基板上に形成されるボックスパターンＢＰに相当するレジストパターンの断面形状は、図１１（ａ）乃至（ｄ）に示すように変化する。そこで、露光量を増加させて、ボックスパターンＢＰに相当するレジストパターン以外のレジストが抜けたとき（図１１（ｂ））の露光量αと、ボックスパターンＢＰに相当するレジストパターンがフレアの影響で消失するとき（図１１（ｄ））の露光量βを求める。そして、露光量βに対する露光量αの割合（比）（α／β×１００［％］）をフレアとしていた。
【０００６】
また、互いに異なる複数のパターンを有する測定パターンを用いて、飛距離の異なるフレアをそれぞれ測定する方法も知られている。更には、測定パターンを露光してレジストパターンを形成するのではなく、測定パターンの空中像（光学像）をセンサで検出してフレアを測定する方法も知られている。
【０００７】
一方、投影光学系の波面収差を測定して、かかる波面収差に起因するフレアを算出する方法も提案されている（非特許文献２及び３参照）。具体的には、測定した波面収差、或いは、かかる波面収差から得られるＰＳＤ（Ｐｏｗｅｒ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）又はＰＳＦ（Ｐｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を光学（結像）シミュレータに入力してフレアを算出している。
【０００８】
このような方法では、１つの波面収差（即ち、１つの測定面における投影光学系の波面収差）からフレアの飛距離や方向性に関する情報を得ることができる。更には、レチクルのパターンや照明条件などを含む様々な露光条件に対するフレアを算出することができる。また、算出可能なフレアの飛距離の限界は、波面収差の測定時の空間分解能で決まり、かかる空間分解能は、主に、干渉パターン（干渉縞）を撮像するセンサの画素サイズで決まる。
【非特許文献１】０．８５ＮＡ  ＡｒＦ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，  Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，  Ｖｏｌ．５０４０  ｐｐ７８９−８００  ２００３
【非特許文献２】Ｆｕｌｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｌｕｍｎ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＵＶ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｔｏｏｌｓ，  Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ２００４，  Ｖｏｌ.５３７７  ｐ.１９６０
【非特許文献３】Ｎｅｗ  ｐａｒａｄｉｇｍ  ｉｎ  Ｌｅｎｓ  ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ  ｆｏｒ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ  ｓｃａｎｎｅｒ：ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，  Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ２００４，  Ｖｏｌ．５３７７  ｐ.１６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、測定パターンを露光してフレアを測定する方法やセンサで空中像を検出してフレアを測定する方法では、様々な露光条件に対するフレアを測定する場合に、露光条件ごとにフレアを測定しなければならないため、測定負荷が増大してしまう。また、フレアの方向性に関する情報を得るためには、更に多くの測定が必要となる。
【００１０】
一方、波面収差からフレアを算出する方法では、波面収差の空間周波数の測定限界によってフレア飛距離の測定限界が決まる。これは、フレアの飛距離は波面収差の空間周波数に比例するためである。飛距離の長いフレアを求めるためには、波面収差の測定時の空間分解能を向上させると共に、波面収差を測定する測定装置の高周波成分の劣化又は高周波の測定ノイズを低減する必要があるとされている。但し、本発明者が鋭意検討した結果、空間分解能を十分に高く、且つ、高周波成分の劣化を低減させて波面収差を測定したとしても、１つの高分解能な波面収差だけでは、飛距離が長い（２０μｍ以上）フレアを求める場合に精度が不足することが分かった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定することができる測定方法及び測定装置を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面としての測定方法は、被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、前記測定面における前記被検光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定ステップと、前記第１の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで測定された瞳透過率分布に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の第２の側面としての測定方法は、被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、第１の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、前記第１の測定面とは異なる第２の測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第２の測定ステップと、前記第１の測定面と前記第２の測定面との距離を取得する取得ステップと、前記第１の測定ステップで測定された波面収差、前記第２の測定ステップで測定された波面収差及び前記取得ステップで取得された前記第１の測定面と前記第２の測定面との距離に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第３の側面としての測定方法は、被検光学系で発生するフレアを測定する測定方法であって、測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、前記被検光学系の波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を変更して、前記位相差を変更するたびに前記測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第２の測定ステップと、前記第１の測定ステップで測定された波面収差、前記第２の測定ステップで測定された波面収差及び前記第２の測定ステップで変更した位相差の変更量に基づいて、前記被検光学系の瞳関数を決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定された前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第４の側面としての測定装置は、被検光学系で発生するフレアを測定する測定装置であって、測定面における前記被検光学系の波面収差を測定する第１の測定部と、前記測定面における前記被検光学系の瞳透過率分布を測定する第２の測定部と、前記第１の測定部及び前記第２の測定部の測定結果から前記被検光学系で発生するフレアを算出する算出部と、を有し、前記算出部は、前記第１の測定部によって測定された波面収差及び前記第２の測定部によって測定された瞳透過率分布に基づいて前記被検光学系の瞳関数を決定し、前記被検光学系の瞳関数を用いて結像計算を行って前記被検光学系の像面に形成される光強度分布を求め、前記光強度分布から前記被検光学系で発生するフレアを算出することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、例えば、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定する測定方法及び測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、本発明の理解を深めるために、投影光学系（被検光学系）の波面収差のみからフレアを算出する方法では、飛距離が長い（２０μｍ以上）フレアを高精度に求めることが困難である理由を説明する。
【００１９】
露光装置における結像（レチクルとウエハとの関係）は、以下の式１で示される部分的コヒーレント結像で説明される。
【００２０】
【数１】
2010016057.tif 000003
【００２１】
式１において、Γ（ｕ１，ｕ２）は、有効光源のフーリエ変換で与えられる。ａ（ｕ１）・ａ＊（ｕ２）は、物体（露光装置においてはレチクル）の瞳透過率（振幅透過率）で与えられる。また、Ｆ（ｖ−ｕ１）及びＦ（ｖ−ｕ２）は、物点から像点への振幅伝達関数であって、光学系の瞳関数のフーリエ変換で与えられる。なお、瞳関数は、点光源から入射される光の射出瞳での波面を表し、それぞれの光学系に固有な関数であるが、有効光源及び物体の瞳透過率は、露光条件と等価になるように任意に設定することができる。従って、光学系の瞳関数が求まれば、式１に基づいて、任意の露光条件における像分布を算出することができる。
【００２２】
ここで、瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）は、以下の式２で示されるように、瞳透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）と、瞳波面収差Ｗ（ｘ，ｙ）に依存する項との積で表される。
【００２３】
【数２】
2010016057.tif 000004
【００２４】
従って、瞳関数Ｐ（ｘ，ｙ）を求めるためには、瞳透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）及び瞳波面収差Ｗ（ｘ，ｙ）が必要である。ここで、瞳透過率分布Ｔ（ｘ，ｙ）及び瞳波面収差Ｗ（ｘ，ｙ）のそれぞれは、光学系の瞳面における透過率分布及び波面収差を表す。
【００２５】
フレアを求める場合には、瞳透過率分布及び瞳波面収差について、空間的に高周波の情報が必要となる。特に、飛距離が長いフレアを求める場合には、空間分解能の高い波面収差の情報が必要であることは従来から知られていた。但し、光学系を構成する光学部材（レンズなど）の表面、硝材及びコーティング膜などの透過率分布の高周波成分は一般的に小さいため、従来は、高い空間分解能で瞳透過率分布を測定することはなく、瞳透過率分布の高周波成分を考慮していなかった。
【００２６】
しかしながら、光学系を構成する光学部材の表面、硝材及びコーティング膜などの透過率分布の高周波成分が小さくても、フレアの要因である高周波の位相誤差形状がある場合には、瞳透過率分布の高周波成分は小さいとは言えない。これは、光学系を構成する光学部材のそれぞれの透過率分布を掛け合わせたものと光学系の瞳透過率分布とは、光の波動光学的な性質によって、一致しないからである。
【００２７】
光学部材に形状誤差や屈折率誤差がある場合、光学部材を通過した直後の光波は形状誤差や屈折率誤差に倣った形状の位相誤差を含んでいるが、かかる位相誤差は、光の波動光学的な性質によって、光波が伝搬していく間に変化してしまう。例えば、光波の伝搬中に、位相の凹凸の一部又は全部が振幅の凹凸に変化したり、凹凸の向きが変化したりする。従って、光学部材に高周波の透過率分布がなくても、伝搬中の光波には高周波の振幅分布が生じる。位相情報及び振幅情報が光波の伝搬中に変化する典型的な現象として、Ｔａｌｂｏｔ  ｉｍａｇｅが知られている。かかる現象は、波長λの光が空間周期Ｌの透過率分布を伝搬（通過）する際に、位相の凹凸と振幅（強度）の凹凸とがＬ２／（２λ）の間隔（伝搬距離ごとに）で繰り返し現れる現象である。
【００２８】
このような光の波動光学的な性質を考慮すると、各光学部材の透過率分布の高周波成分が小さくても、各光学部材の位相誤差によって、瞳面などのある１つの測定面（観察面）においては高周波の透過率分布が生じる。特に、飛距離の長いフレアに関する情報、即ち、空間的に高周波の情報については、位相の凹凸が振幅の凹凸に変化する伝搬距離が短くなるため、瞳透過率分布が無視できなくなる。
【００２９】
波面収差の測定においては、一般的に、ある１つの測定面、例えば、光学系の瞳面にピントをあわせた状態で測定を行い、位相誤差として波面収差を得ている。但し、このようにして得られた波面収差のみからフレアを算出すると、同じ測定面における高周波の瞳透過率分布が考慮されていないため、飛距離が長い（２０μｍ以上）フレアを十分な精度で求めることができない。
【００３０】
そこで、本発明では、フレアの飛距離に対して十分な空間分解能を有する瞳波面収差と瞳透過率分布の両方を含む瞳関数を求め、かかる瞳関数を用いてフレアを算出する。これにより、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に求めることが可能となる。例えば、Ｋｉｒｋ法で用いられるような測定パターン（図１０参照）を物体の振幅透過率とすることで、Ｋｉｒｋ法で測定されるフレアと同等なフレアを求めることができる。また、振幅透過率を変える（測定パターンを変えることに相当）ことで、飛距離の異なるフレアを求めることができる。更に、レチクルのパターンや照明条件などを含む任意の露光条件に対して、フレアを含んだ光学像を評価することが可能であり、結像に対するフレアを直接的に求めることができる。
【００３１】
また、第１の実施形態で説明するように、測定面は瞳面に限らず、任意の測定面における波面収差及び瞳透過率分布から決定される瞳関数を用いてフレアを求めることができる。
【００３２】
また、第２の実施形態で説明するように、複数の測定面における波面収差を用いてフレアを求めることができる。
【００３３】
また、第３の実施形態で説明するように、０次光と±１次光との位相差を既知量だけ変更させながら波面収差を複数回測定し、かかる複数の波面収差を用いてフレアを求めることができる。
【００３４】
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。
［第１の実施形態］
第１の実施形態では、投影光学系などの被検光学系の任意の測定面（観察面）における波面収差及び瞳透過率分布を測定し、かかる波面収差及び瞳透過率分布から被検光学系で発生するフレアを求める。
【００３５】
被検光学系の波面収差及び瞳透過率分布は、１つの測定装置で測定してもよいし、それぞれの測定に特化した２つの測定装置で個別に測定してもよい。ここでは、被検光学系の波面収差と瞳透過率分布の両方を１つの測定装置で測定する場合を例に説明する。
【００３６】
また、被検光学系の波面収差の測定には、様々な測定方法を適用することができるが、ここでは、干渉計を用いた測定方法を適用する。干渉計は、トワイマングリーン型干渉計、フィゾー型干渉計、点回折干渉計（ＰＤＩ）、シアリング干渉計、線回折干渉計（ＬＤＩ）などを含むが、ＰＤＩを例に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一側面としての測定装置１の構成を示す概略図である。測定装置１は、被検光学系ＯＳの波面収差を測定する機能と、被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を測定する機能とを備え、被検光学系ＯＳで発生するフレアを測定する。なお、測定装置１において、被検光学系ＯＳは、ベンチＢＨによって保持及び固定される。
【００３８】
また、測定装置１を構成する光学系や被検光学系ＯＳに不純物（例えば、パーティクルやコンタミ）が付着すると、測定精度の劣化を招いたり、新たなフレアの要因になったりする可能性がある。従って、測定装置１及び被検光学系ＯＳを配置する環境（少なくとも測定装置１及び被検光学系ＯＳの光路）は、窒素などの不活性ガスでパージされていることが好ましい。
【００３９】
測定装置１は、図１に示すように、光源１０２と、ビームスプリッター１０４と、引き回し光学系１０６と、ピンホール１０８ａを有するピンホール板１０８と、引き回し光学系１１０と、ピンホール１１２ａを有するピンホールミラー１１２とを有する。更に、測定装置１は、瞳結像光学系１１４と、空間フィルタ１１６と、撮像素子１１８と、駆動機構１２０と、受光素子１２２と、駆動機構１２４と、遮光板１２６と、駆動機構１２８と、制御部１３０とを備える。
【００４０】
光源１０２は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用する。光源１０２からの光は、ビームスプリッター１０４で被検光と参照光とに分割される。
【００４１】
ビームスプリッター１０４からの被検光は、引き回し光学系１０６を介して、ピンホール板１０８のピンホール１０８ａに集光される。また、ビームスプリッター１０４からの参照光は、引き回し光学系１１０を介して、ピンホールミラー１１２のピンホール１１２ａに集光される。なお、ピンホールミラー１１２は、被検光学系ＯＳを通過する被検光に対して、角度を有して（即ち、被検光がピンホールミラー１１２に垂直に入射しないように）配置される。
【００４２】
ピンホール板１０８を通過した被検光は、被検光学系ＯＳを通過して、ピンホールミラー１１２で反射される。ピンホールミラー１１２で反射された被検光とピンホールミラー１１２のピンホール１１２ａを通過した参照光とは、瞳結像光学系１１４及び空間フィルタ１１６を介して、撮像素子１１８の上で干渉して干渉パターン（干渉縞）を形成する。かかる干渉パターンは、撮像素子１１８によって検出される。なお、撮像素子１１８は、駆動機構１２０によって、被検光学系ＯＳ（瞳結像光学系１１４）の光軸方向に移動可能に構成されている。
【００４３】
ここで、撮像素子１１８は、被検光学系ＯＳで発生する飛距離の長いフレアの測定（算出）を可能にするために、十分に高い空間分解能を有するＣＣＤ、例えば、縦横に２０００以上の画素を有するＣＣＤを使用することが好ましい。但し、画素数の不十分なＣＣＤを撮像素子１１８として使用する場合には、図２に示すようなマスク１４０を空間フィルタ１１６の位置に配置すればよい。マスク１４０は、図２に示すように、０次光を透過する透過部１４２と、ナイキスト周波数未満の回折光を遮光する遮光部１４４と、ナイキスト周波数以上の回折光を透過する透過部１４６とを有する。これにより、撮像素子１１８として使用するＣＣＤが有する画素のナイキスト周波数以上に相当する飛距離のフレアを算出（測定）することが可能となる。図２は、マスク１４０の構成を示す概略図である。
【００４４】
また、撮像素子１１８は、伝達関数などによる高周波成分の劣化の少ないＣＣＤを使用することが好ましい。但し、高周波成分を劣化させてしまうＣＣＤを撮像素子１１８として使用する場合であっても、ノイズが十分に小さければ、高周波成分の劣化を補正することも可能である。
【００４５】
受光素子１２２は、駆動機構１２４によって、ピンホール板１０８と被検光学系ＯＳとの間の光路に挿脱可能に構成され、ピンホール板１０８のピンホール１０８ａを通過して被検光学系ＯＳに入射する光の光量分布を検出する。
【００４６】
遮光板１２６は、駆動機構１２８によって、ビームスプリッター１０４とピンホールミラー１１２との間の光路に挿脱可能に構成される。遮光板１２６は、ビームスプリッター１０４とピンホールミラー１１２との間の光路に挿入された場合に、ビームスプリッター１０４からの参照光を遮光する。これにより、ピンホールミラー１１２で反射された被検光の光量分布を撮像素子１１８で検出することが可能となる。
【００４７】
制御部１３０は、ＣＰＵやメモリを含み、測定装置１の動作や処理を制御する。例えば、制御部１３０は、駆動機構１２０、１２４及び１２８を介して、撮像素子１１８の移動や受光素子１２２及び遮光板１２６の光路への挿脱を制御して、撮像素子１１８や受光素子１２２から位相情報及び光量分布情報を取得する。また、制御部１３０は、被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出する算出部として機能する。具体的には、制御部１３０は、後述するように、被検光学系ＯＳの波面収差や瞳透過率分布などに基づいて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。そして、制御部１３０は、かかる瞳関数を用いて結像計算を行って被検光学系ＯＳの像面に形成される光強度分布を求め、かかる光強度分布から被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出する。
【００４８】
図３を参照して、第１の実施形態における被検光学系ＯＳで発生するフレアの測定方法について説明する。かかる測定方法は、制御部１３０が測定装置１の各部を統括的に制御することによって実行される。
【００４９】
まず、ステップＳ３０２では、任意の測定面（観察面）における被検光学系ＯＳの波面収差を測定する（第１の測定ステップ）。ステップＳ３０４では、ステップＳ３０２と同じ測定面における被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を測定する（第２の測定ステップ）。なお、第１の実施形態では、被検光学系ＯＳの波面収差を測定してから被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を測定しているが、被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を測定してから被検光学系ＯＳの波面収差を測定してもよい。換言すれば、ステップＳ３０２及びＳ３０４では、同一の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差及び瞳透過率分布を測定できればよい。
【００５０】
次に、ステップＳ３０６では、ステップＳ３０２及びＳ３０４で測定された被検光学系ＯＳの波面収差及び瞳透過率分布に基づいて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。
【００５１】
次に、ステップＳ３０８では、ステップＳ３０６で決定された被検光学系ＯＳの瞳関数を用いて結像計算を行って被検光学系ＯＳの像面に形成される光強度分布を求め、かかる光強度分布から被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出する。
【００５２】
以下、図３に示すフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００５３】
ステップＳ３０２及びＳ３０４の被検光学系ＯＳの波面収差及び瞳透過率分布の測定について説明する。駆動機構１２０を介して、被検光学系ＯＳの任意の測定面の共役位置に撮像素子１１８を配置し、被検光学系ＯＳの波面収差を撮像素子１１８で測定する。このように、撮像素子１１８は、被検光学系ＯＳの波面収差を測定する第１の測定部として機能する。また、駆動機構１２８を介して、ビームスプリッター１０４とピンホールミラー１１２との間の光路に遮光板１２６を挿入し、被検光学系ＯＳを通過してピンホールミラー１１２で反射された被検光の光量分布を撮像素子１１８で検出する。更に、駆動機構１２４を介して、ピンホール板１０８と被検光学系ＯＳとの間の光路に受光素子１２２を挿入し、被検光学系ＯＳに入射する被検光の光量分布を受光素子１２２で検出する。そして、撮像素子１１８で検出した光量分布と受光素子１２２で検出した光量分布との比から被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を取得する。このように、撮像素子１１８及び受光素子１２２は、協同して、被検光学系ＯＳの瞳透過率分布を測定する第２の測定部として機能する。なお、撮像素子１１８及び受光素子１２２に入射する光の強度分布については、入射する光が点光源に近いため、ピント位置が問題になるような高周波の分布は小さく、緩やかな強度分布とみなしてよい。
【００５４】
なお、第１の実施形態では、瞳結像光学系１１４を用いているが、瞳結像光学系１１４を用いずに伝搬計算を行って任意の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差及び瞳透過率分布を求めてもよい。また、第１の実施形態では、撮像素子１１８及び受光素子１２２に入射する光の強度分布の高周波成分が小さい（即ち、無視できる）場合を説明した。但し、撮像素子１１８及び受光素子１２２に入射する光の強度分布の高周波成分が無視できない場合であっても、被検光学系ＯＳの複数方位回転測定や複数の測定値を平均化して高周波成分を求めるなどの各種校正法を適用して瞳透過率分布を求めればよい。
【００５５】
ステップＳ３０６の被検光学系ＯＳの瞳関数の決定について説明する。ここでは、ステップＳ３０２において、被検光学系ＯＳの瞳面に測定面を設定した場合と、被検光学系ＯＳの瞳面以外の面に測定面を設定した場合とに分けて説明する。被検光学系ＯＳの瞳面に測定面を設定した場合には、式２に基づいて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。また、被検光学系ＯＳの瞳面以外の面に測定面を設定した場合には、式２における瞳波面収差及び瞳透過率分布を、任意の測定面において測定した波面収差及び透過率分布に置き換えて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。なお、式２における瞳波面収差及び瞳透過率分布を、任意の測定面における波面収差及び透過率分布に置き換えられる理由については後述する。
【００５６】
ステップＳ３０８の被検光学系ＯＳで発生するフレアの算出について説明する。ステップＳ３０６で決定された瞳関数を用いて、例えば、輪帯形状の有効光源とＫｉｒｋ法で用いられるような測定パターン（図１０参照）を設定し、結像計算によりＫｉｒｋ法を再現して、被検光学系ＯＳで発生するフレアを求める。
【００５７】
ここで、ステップＳ３０６において、任意の測定面における波面収差及び瞳透過率分布を用いて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定することができることについて説明する。
【００５８】
被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅のある空間周波数ｆ＝（ｆｘ，ｆｙ）で振動する成分に着目すると、成分Ｐｋ（ｘ）は、以下の式３で表される。
【００５９】
【数３】
2010016057.tif 000005
【００６０】
式３において、Ａは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＡは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。Ｂは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＢは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。
【００６１】
露光装置におけるフレア率は数パーセント以下であるため、空間周波数ｆの瞳透過率の変動及び波面収差の変動は十分に小さく、Ａ＜＜１、Ｂ＜＜１と近似することができる。かかる近似によって、式３は、以下の式４で表すことができる。
【００６２】
【数４】
2010016057.tif 000006
【００６３】
ここで、成分Ｐｋ（ｘ）の空間周波数ｆについてのフーリエ変換が像位置での光の振幅に相当し、かかる振幅の絶対値の二乗（パワー）が像位置での光の強度に相当する。式４を参照するに、第１項は振動していないため０次回折光成分に相当し、空間振動を表す第２項及び第３項は±１次回折光成分に相当する。被検光学系ＯＳで発生するフレアは回折光成分の強度であるため、回折光成分に相当する式４の第２項及び第３項と考えることができる。式４の第２項及び第３項のパワーは（Ａ２＋Ｂ２）であり、フレアＦｌａｒｅはパワーに比例するため、以下の式５で表すことができる。但し、式５において、Ｃは定数である。
【００６４】
【数５】
2010016057.tif 000007
【００６５】
次に、式４で表された空間周波数ｆの成分をピント面位置をずらし（デフォーカスし）、測定面を被検光学系ＯＳの瞳面からずれた任意の位置に設定して測定することを考える。かかる測定面における複素振幅のある空間周波数ｆ＝（ｆｘ，ｆｙ）で振動する成分に着目すると、成分Ｐｄｅｆｋ（ｘ）は、式３及び式４と同様にして、以下の式６で表される。
【００６６】
【数６】
2010016057.tif 000008
【００６７】
式６において、Ａｄｅｆは、被検光学系ＯＳの測定面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＡｄｅｆは、被検光学系ＯＳの測定面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。Ｂｄｅｆは、被検光学系ＯＳの測定面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＢｄｅｆは、被検光学系ＯＳの測定面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。
【００６８】
式６で表される被検光学系ＯＳの測定面における複素振幅と被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅との関係について説明する。被検光学系ＯＳの瞳面から測定面の位置をずらすと、デフォーカスにより０次回折光成分と±１次回折光成分との間に位相差が生じる。０次回折光成分に対する±１次回折光成分の位相差をφdefとすると、成分Ｐｋ（ｘ）をデフォーカスした成分Ｐφｄｅｆｋ（ｘ）は、式４の第２項及び第３項に位相差をかけることにより、以下の式７で表される。
【００６９】
【数７】
2010016057.tif 000009
【００７０】
Ａ＜＜１、Ｂ＜＜１の近似によって、式７は、以下の式８で表すことができる。
【００７１】
【数８】
2010016057.tif 000010
【００７２】
式４と式８とを比較するに、第２項及び第３項が異なっている。これは、被検光学系ＯＳの瞳面からずれた測定面では、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅Ｐｋ（ｘ）と異なる複素振幅Ｐφｄｅｆｋ（ｘ）となることを示している。ここで、複素振幅Ｐφｄｅｆｋ（ｘ）が被検光学系ＯＳの瞳面の複素振幅に相当すると仮定してフレアＦｌａｒｅｄｅｆを求めると、式５と同様にして、以下の式９で表される。
【００７３】
【数９】
2010016057.tif 000011
【００７４】
このように、被検光学系ＯＳの測定面の位置が変化しても、式９で表されるように、振幅項の振幅の二乗と位相項の振幅の二乗との和は変化しない。なお、単一周波成分の空間振動の振幅とＲＭＳとは比例関係にある。従って、式５及び式９の振幅Ａ及びＢのそれぞれを、複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）のＲＭＳ、複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）のＲＭＳとしても、定数Ｃが変わるだけで同じ議論となる。各飛距離及び方位のフレアは、各空間周波数における瞳透過率分布のＲＭＳの二乗と波面収差のＲＭＳの二乗との和に比例する。また、各空間周波数における瞳透過率分布のＲＭＳの二乗と波面収差のＲＭＳの二乗との和は、測定面の位置を変更しても変わらない。その結果、任意の測定面における波面収差及び瞳透過率分布に基づいて決定した瞳関数を用いて結像計算を行えば、被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出することができる。
【００７５】
なお、第１の実施形態では、測定した波面収差や瞳透過率分布をそのまま用いて瞳関数を決定しているが、測定した波面収差や瞳透過率分布に対して必要な処理（補正処理など）を施した波面収差データや瞳透過率分布データを用いて瞳関数を決定してもよい。例えば、ある範囲の飛距離のフレアを測定（算出）にするような場合には、測定した波面収差からＺｅｒｎｉｋｅ関数の低次項で表されるような緩やかな分布を減算した波面収差データや周波成分フィルタリングを行った波面収差データを用いてもよい。また、コーティングされた光学部材への光の入射角に対する透過率の変化などに起因する緩やかな透過率分布を分離して被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出したい場合には、測定した瞳透過率分布から緩やかな成分を減算した瞳透過率分布データを用いてもよい。
【００７６】
また、第１の実施形態では、輪帯形状の有効光源とＫｉｒｋ法で用いられるような測定パターン（図１０参照）を設定してＫｉｒｋ法を再現する場合を例に説明したが、任意の有効光源（有効光源分布）及び測定パターンを設定することが可能である。例えば、実際の半導体デバイスの製造工程における有効光源とレチクルのパターンを設定して結像計算を行うことで、投影光学系などの被検光学系ＯＳで発生するフレアの影響を考慮した線幅変化を算出することもできる。
【００７７】
また、測定装置１は、後述するように、露光装置に備えられていてもよい。これにより、投影光学系などの被検光学系ＯＳで発生するフレアを定期的に測定し、かかる測定結果に基づいて露光装置を管理（調整）することが可能となる。
【００７８】
このように、第１の実施形態によれば、チクルのパターンや照明条件などを含む様々な露光条件に対するフレアを飛距離や方向性の異なる成分ごとに測定することができる。換言すれば、第１の実施形態によれば、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定することができる。
［第２の実施形態］
第２の実施形態では、投影光学系などの被検光学系の互いに異なる複数の測定面における波面収差を測定し、かかる波面収差（複数の波面収差）から被検光学系で発生するフレアを求める。第２の実施形態では、被検光学系の瞳透過率分布の高周波成分を測定しないため、例えば、瞳透過率分布の高周波成分を高精度に測定することが困難な場合であっても、被検光学系で発生するフレアを高精度に求めることができる。
【００７９】
第２の実施形態では、測定装置１は、受光素子１２２及び遮光板１２６を有していなくてもよく、図４に示すように、撮像素子１１８を被検光学系ＯＳの光軸方向に駆動する駆動機構１２０を有していればよい。換言すれば、測定装置１は、被検光学系ＯＳの測定面（ピント位置）を変更できるように構成されていればよい。但し、被検光学系ＯＳの測定面を変更する際には、撮像素子１１８を所定量（所定の距離）だけ駆動するように駆動機構１２０を制御するなどして、被検光学系ＯＳの波面収差を測定した際の各測定面間の距離を取得できるように構成する必要がある。図４は、測定装置１の一部の構成を示す概略図であって、撮像素子１１８を駆動して被検光学系ＯＳの測定面を変更している状態を示している。
【００８０】
図５を参照して、第２の実施形態における被検光学系ＯＳで発生するフレアの測定方法について説明する。かかる測定方法は、制御部１３０が測定装置１の各部を統括的に制御することによって実行される。
【００８１】
まず、ステップＳ５０２では、駆動機構１２０を介して、被検光学系ＯＳの第１の測定面（観察面）の共役位置に撮像素子１１８を配置する。
【００８２】
次に、ステップＳ５０４では、ステップＳ５０２で被検光学系ＯＳの第１の測定面の共役位置に配置された撮像素子１１８で被検光学系ＯＳの波面収差を測定する。換言すれば、第１の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差を測定する（第１の測定ステップ）。
【００８３】
次に、ステップＳ５０６では、駆動機構１２０を介して、撮像素子１１８を被検光学系ＯＳ（瞳結像光学系１１４）の光軸方向に所定の距離だけ移動（デフォーカス）させて、第１の測定面と異なる第２の測定面の共役位置に撮像素子１１８を配置する。
【００８４】
次に、ステップＳ５０８では、第２の測定面の共役位置に配置された撮像素子１１８で被検光学系ＯＳの波面収差を測定する。換言すれば、第２の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差を測定する（第２の測定ステップ）。
【００８５】
第２の実施形態では、少なくとも、互いに異なる２つの測定面において被検光学系ＯＳの波面収差を測定することが必要となる。但し、所定の回数だけステップＳ５０６及びＳ５０８を繰り返し、測定面を変更しながら３つ以上の複数の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差を測定してもよい。
【００８６】
次に、ステップＳ５１０では、ステップＳ５０６で撮像素子１１８を移動させた距離（即ち、第１の測定面と第２の測定面との距離）を取得する。
【００８７】
次に、ステップＳ５１２では、ステップＳ５０４及びＳ５０８で測定された被検光学系ＯＳの波面収差及びステップＳ５１０で取得された撮像素子１１８を移動させた距離に基づいて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。
【００８８】
次に、ステップＳ５１４では、ステップＳ５１２で決定された被検光学系ＯＳの瞳関数を用いて結像計算を行って被検光学系ＯＳの像面に形成される光強度分布を求め、かかる光強度分布から被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出する。
【００８９】
以下、図５に示すフローチャートの各ステップについて詳細に説明する。
【００９０】
ステップＳ５０２及びステップＳ５０６の撮像素子１１８の配置、ステップＳ５０４及びＳ５０８の被検光学系ＯＳの波面収差の測定については、第１の実施形態で説明した図３に示すフローチャートのステップＳ３０２と同じである。
【００９１】
ステップＳ５１２の被検光学系ＯＳの瞳関数の決定について説明する。ここでは、任意の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差を、互いに異なる複数の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差から得られる補正値を用いて補正して、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。また、互いに異なる複数の測定面における波面収差から任意の測定面における瞳透過率分布を求め、かかる瞳透過率分布と同一測定面における被検光学系ＯＳの波面収差とを用いて瞳関数を決定してもよい。なお、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する具体的な方法及び原理については後述する。
【００９２】
ステップＳ５１４の被検光学系ＯＳで発生するフレアの算出について説明する。ステップＳ５１２で決定された瞳関数を用いて、例えば、輪帯形状の有効光源とＫｉｒｋ法で用いられるような測定パターン（図１０参照）を設定し、結像計算によりＫｉｒｋ法を再現して、被検光学系ＯＳで発生するフレアを求める。
【００９３】
ここで、互いに異なる複数の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差から被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する方法及び原理について説明する。
【００９４】
任意の測定面（観察面）における複素振幅は、上述したように、式６及び式８で表される。被検光学系ＯＳの波面収差、即ち、位相のみ測定すると、ある空間周波数ｆで振動する成分については、式６及び式８の位相に関する部分、即ち、以下の式１０のような波面Ｗｄｅｆｆ（ｘ）が測定される。
【００９５】
【数１０】
2010016057.tif 000012
【００９６】
式１０において、Ｂｄｅｆは、被検光学系ＯＳの任意の測定面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＢｄｅｆは、被検光学系ＯＳの同一の測定面（上述した任意の測定面）における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。Ａは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＡは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の振幅項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。Ｂは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の振幅である。φＢは、被検光学系ＯＳの瞳面における複素振幅の位相項についての空間振動（空間周波数ｆ）の初期位相である。φｄｅｆは、測定面が瞳面からデフォーカスしたことで０次回折光成分と±１次回折光成分との間に生じた位相差である。
【００９７】
式１０を空間周波数ｆについてフーリエ変換して回折光に相当する成分のパワーを求めると、以下の式１１が得られる。
【００９８】
【数１１】
2010016057.tif 000013
【００９９】
式１１は、デフォーカスによって生じた０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆに対して、パワーが三角関数で振動することを示している。また、振動の中心は、式１１の第１項（（Ａ２＋Ｂ２）／２）である。従って、位相差φｄｅｆを変化させながら複数の波面収差を測定し、各空間周波成分の波面収差のパワーを位相差φｄｅｆに対してプロットすると、三角関数で振動するグラフが得られ、その振動中心の２倍は式５及び式９の（Ａ２＋Ｂ２）と同じである。
【０１００】
なお、撮像素子１１８を移動させた距離に対して生じる０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆは、空間周波数ｆによって異なる。従って、所望のフレアの飛距離の範囲に対応する空間周波数ｆの範囲にわたって式１１で表される振動の中心が求められるように、測定数と測定面の位置を設定すればよい。これにより、着目する空間周波数帯における空間周波数ｆについて振幅項の空間周波数成分の振幅Ａと位相項の空間周波数成分の振幅Ｂとに関する量（Ａ２＋Ｂ２）を求めることができる。
【０１０１】
また、１つの空間周波数ｆに相当するフレアに着目する場合を考える。この場合、第１の測定における０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆ第１に対して、第２の測定における０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆ第２をπ／２だけずらして第２の測定を行えばよい。これにより、第１の測定及び第２の測定における位相差及びパワーは、以下の式１２及び式１３で表され、第１の測定におけるパワーと第２の測定におけるパワーを加算することで（Ａ２＋Ｂ２）を求めることができる。
【０１０２】
【数１２】
2010016057.tif 000014
【０１０３】
【数１３】
2010016057.tif 000015
【０１０４】
従って、１つの空間周波数ｆに着目すると、互いに異なる２つの測定面における波面収差から（Ａ２＋Ｂ２）を求めることができる。
【０１０５】
このように、２つ以上の複数の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差から振幅項の空間周波数成分の振幅Ａと位相項の空間周波数成分の振幅Ｂとに関する量（Ａ２＋Ｂ２）を求めることができる。そして、振幅項の空間周波数成分の振幅Ａと位相項の空間周波数成分の振幅Ｂとに関する量（Ａ２＋Ｂ２）に基づいて、被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出することができる。例えば、波面収差の空間周波数分布において、そのパワーが（Ａ２＋Ｂ２）となるように波面収差を補正して被検光学系ＯＳの瞳関数を決定することで、瞳透過率分布を考慮したフレアを算出することができる。また、式９から１つの測定面における振幅項の空間周波数成分の振幅を求め、同一の測定面における波面収差をフーリエ変換し、そのパワーを空間周波数ごとに調節して逆フーリエ変換してもよい。これにより、フレアを算出するための擬似的な瞳透過率データを生成することができる。
【０１０６】
被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する具体的な方法について、被検光学系ＯＳの波面収差を補正する方法を例に説明する。
【０１０７】
まず、被検光学系ＯＳの波面収差を補正する補正値を求めるために、ステップＳ５０４及びＳ５０８で測定された複数の波面収差のそれぞれをフーリエ変換し、空間周波数を周波数ごとに分割して、それぞれの周波数（領域）のパワーを求める。なお、周波数ごとの分割に関しては、フレアの方向性を無視してよい場合には、原点を中心とする円弧状に分割すればよい。また、フレアの方向性を無視できない場合、例えば、ある方向のライン・アンド・スペースパターンに対するフレアを算出する場合には、更に方向についても分割する。
【０１０８】
それぞれの周波数（領域）のパターンを、測定面又は位相差φｄｅｆに対してプロットすると三角関数で振動するので、その振動の中心の値を求める。かかる中心値の２倍を、ある測定面における波面収差のパワー値で割ったものの平方根を補正値（振幅補正値）とする（即ち、補正値算出を行う）。そして、同一の測定面における波面収差をフーリエ変換して得られる複素振幅分布の振幅項に補正値をかけて逆フーリエ変換することによって補正し、補正した波面収差を用いて被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。なお、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定するために必要な瞳透過率分布は、例えば、別途測定した低周波の瞳透過率分布や、各光学部品の透過率から求められる透過率分布などを用いることができる。
【０１０９】
このように、第２の実施形態によれば、レチクルのパターンや照明条件などを含む様々な露光条件に対するフレアを飛距離や方向性の異なる成分ごとに測定することができる。換言すれば、第２の実施形態によれば、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定することができる。
［第３の実施形態］
第３の実施形態では、被検光学系の波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を既知量だけ変更させながら被検光学系の波面収差を測定し、かかる波面収差から被検光学系で発生するフレアを求める。第３の実施形態では、被検光学系の瞳透過率分布の高周波成分を測定しないため、例えば、瞳透過率分布の高周波成分を高精度に測定することが困難な場合であっても、被検光学系で発生するフレアを高精度に求めることができる。更に、第３の実施形態では、第２の実施形態とは異なり、空間周波数に関わらず一定の位相差を生じさせることができるため、少ない測定回数で広範囲の空間周波数についてのフレアを高精度に求めることができる。
【０１１０】
第３の実施形態では、測定装置１は、被検光学系ＯＳの波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を変更させるために、図６に示すように、複数の位相フィルタ１７０を有する。かかる複数の位相フィルタ１７０は、例えば、制御部１３０に制御された図示しないターレットによって、空間フィルタ１１６の位置に交換可能に配置される。複数の位相フィルタ１７０のそれぞれは、互いに異なる既知量の位相差を被検光学系ＯＳの波面収差を反映する光の０次光と±１次光に与える。従って、複数の位相フィルタ１７０のうちどの位相フィルタを空間フィルタ１１６の位置に配置したかによって、０次光と±１次光との位相差の変更量（即ち、変更した位相差）がわかるようになっている。図６は、測定装置１の一部の構成を示す概略図であって、位相フィルタ１７０を空間フィルタ１１６の位置に配置して被検光学系ＯＳの波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差を変更している状態を示している。
【０１１１】
また、第３の実施形態では、測定装置１は、受光素子１２２及び遮光板１２６を有していなくてもよい。
【０１１２】
図７を参照して、第３の実施形態における被検光学系ＯＳで発生するフレアの測定方法について説明する。かかる測定方法は、制御部１３０が測定装置１の各部を統括的に制御することによって実行される。
【０１１３】
まず、ステップＳ７０２では、駆動機構１２０を介して、被検光学系ＯＳの任意の測定面（観察面）の共役位置に撮像素子１１８を配置する。
【０１１４】
次に、ステップＳ７０４では、ステップＳ７０２で被検光学系ＯＳの任意の測定面の共役位置に配置された撮像素子１１８で被検光学系ＯＳの波面収差を測定する。換言すれば、任意の測定面における被検光学系ＯＳの波面収差を測定する（第１の測定ステップ）。
【０１１５】
次に、ステップＳ７０６では、空間フィルタ１１６の位置に複数の位相フィルタ１７０のうち所定の位相フィルタを配置する。これにより、被検光学系ＯＳの波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差が所定の位相フィルタに対応する既知量だけ変更される。具体的には、着目する全ての空間周波数で、第１の測定における０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆ第１に対して、第２の測定における０次回折光成分と±１次回折光成分との位相差φｄｅｆ第２をπ／２だけ変更する位相フィルタを配置する。
【０１１６】
次に、ステップＳ７０８では、空間フィルタ１１６の位置に複数の位相フィルタ１７０のうち所定の位相フィルタを配置した状態で、被検光学系ＯＳの波面収差を測定する（第２の測定ステップ）。ステップＳ７０４及びＳ７０８で測定された２つの波面収差から、式１３及び式１４に基づいて、振幅項の各空間周波数成分の振幅Ａと位相項の各空間周波数成分の振幅Ｂに関する量（Ａ２＋Ｂ２）を求めることが可能となる。
【０１１７】
次に、ステップＳ７１０では、ステップＳ７０６で変更した被検光学系ＯＳの波面収差を反映する光の０次光と±１次光との位相差の変更量を取得する。
【０１１８】
次に、ステップＳ７１２では、ステップＳ７０４及びＳ７０８で測定された被検光学系ＯＳの波面収差及びステップＳ７１０で取得された位相差に基づいて、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定する。ステップＳ７１２では、図５に示すフローチャートのステップＳ５１２（第２の実施形態）と同様にして、被検光学系ＯＳの瞳関数を決定することが可能である。
【０１１９】
次に、ステップＳ７１４では、ステップＳ５１２で決定された被検光学系ＯＳの瞳関数を用いて結像計算を行って被検光学系ＯＳの像面に形成される光強度分布を求め、かかる光強度分布から被検光学系ＯＳで発生するフレアを算出する。
【０１２０】
このように、第３の実施形態によれば、レチクルのパターンや照明条件などを含む様々な露光条件に対するフレアを飛距離や方向性の異なる成分ごとに測定することができる。換言すれば、第３の実施形態によれば、測定負荷の増大を低減しながらも、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレア（飛距離が１μｍ乃至数百μｍ程度のフレア）を高精度に測定することができる。
［第４の実施形態］
第４の実施形態では、測定装置１を適用した露光装置について説明する。図８は、本発明の一側面としての露光装置４００の構成を示す概略図である。
【０１２１】
露光装置４００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のパターンをウエハなどの基板に転写する投影露光装置である。但し、露光装置４００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
【０１２２】
露光装置４００は、照明装置４１０と、レチクル４２０を載置するレチクルステージ４２５と、投影光学系４３０と、ウエハ４４０を載置するウエハステージ４４５と、主制御部４５０と、測定装置１とを備える。なお、測定装置１は、被検光学系としての投影光学系４３０で発生するフレアを測定し、測定結果を主制御部４５０に送る。測定装置１の詳細な構成及び動作は、上述した通りであるため、ここでの詳細な説明は省略する。
【０１２３】
照明装置４１０は、転写用のパターンが形成されたレチクル４２０を照明する装置であって、光源部４１２と、照明光学系４１４とを有する。
【０１２４】
光源部４１２は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源部４１２は、エキシマレーザーに限定されず、波長約１５７のＦ２レーザー、或いは、１つ又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプを使用してもよい。
【０１２５】
照明光学系４１４は、光源部４１２からの光でレチクル４２０を照明する光学系である。照明光学系４１４は、例えば、ビーム整形光学系、インコヒーレント化光学系、光均一化光学系、有効光源形状規定光学系などを含む。
【０１２６】
レチクル４２０は、ウエハ４４０に転写すべきパターン（回路パターン）を有し、レチクルステージ４２５に支持及び駆動される。レチクル４２０から発せられた回折光は、投影光学系４３０を介して、ウエハ４４０に投影される。
【０１２７】
レチクルステージ４２５は、レチクル４２０を支持し、例えば、リニアモーターなどを利用して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びその軸周りにレチクル４２０を駆動する。レチクルステージ４２５は、レチクル４２０のパターンをウエハ４４０に転写する場合には、投影光学系４３０の物体面にレチクル４２０を配置する。また、レチクルステージ４２５は、投影光学系４３０で発生するフレアを測定する場合には、投影光学系４３０の物体面からレチクル４２０を退避させる。この際、投影光学系４３０の物体面には、図示しない駆動機構によって、ピンホールミラー１１２が配置される。
【０１２８】
投影光学系４３０は、レチクル４２０のパターンをウエハ４４０に投影する光学系である。投影光学系４３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
【０１２９】
ウエハ４４０は、レチクル４２０のパターンが投影（転写）される基板であって、感光剤（レジスト）が塗布されている。但し、ウエハ４４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。
【０１３０】
ウエハステージ４４５は、ウエハ４４０及びピンホール板１０８を支持し、例えば、リニアモーターを利用して、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びその軸周りにウエハ４４０及びピンホール板１０８を駆動する。ウエハステージ４４５は、レチクル４２０のパターンをウエハ４４０に転写する場合には、投影光学系４３０の像面にウエハ４４０を配置する。また、ウエハステージ４４５は、投影光学系４３０で発生するフレアを測定する場合には、投影光学系４３０の像面にピンホール板１０８を配置する。
【０１３１】
主制御部４５０は、図示しないＣＰＵやメモリを含み、露光装置４００の動作や処理を制御する。主制御部４５０は、測定装置１の制御部１３０と共同して、投影光学系４３０で発生するフレアの測定に関する動作や処理を制御することも可能である。また、主制御部４５０は、測定装置１の測定結果（投影光学系４３０で発生するフレア）に基づいて、露光装置４００に設定可能なパラメータを調整する調整部として機能する。具体的には、主制御部４５０は、測定装置１の測定結果に基づいて、所望の線幅のパターンがウエハ４４０に転写されるように、露光装置４００に設定可能なパラメータを調整する。露光装置４００に設定可能なパラメータとは、例えば、照明光学系４１４によって形成される有効光源形状や偏光状態を規定（調整）するためのパラメータや投影光学系４３０を構成する光学素子の位置及び姿勢を規定（調整）するためのパラメータなどを含む。
【０１３２】
露光装置４００の動作において、まず、投影光学系４３０で発生するフレアを測定する。投影光学系４３０で発生するフレアは、上述したように、測定装置１を用いて測定され、レチクルのパターンや照明条件などを含む様々な露光条件に対するフレアを測定することができる。投影光学系４３０で発生するフレアが測定されると、かかる測定結果に基づいて、露光装置４００に設定可能なパラメータが調整される。測定装置１は、上述したように、飛距離が長いフレアを含む広範囲のフレアを高精度に測定することができる。従って、露光装置４００においては、所望の線幅のパターンがウエハ４４０に転写されるように、露光装置４００に設定可能なパラメータを高精度に調整することが可能である。
【０１３３】
次いで、レチクル４２０のパターンをウエハ４４０に露光する。光源部４１２からの光は、照明光学系４１４を介して、レチクル４２０を照明する。レチクル４２０のパターンを反映する光は、投影光学系４３０を介して、ウエハ４４０の上に結像する。露光装置４００は、上述したように、所望の線幅のパターンがウエハ４４０に転写されるように、種々のパラメータが調整されているため、優れた露光性能を実現する。従って、露光装置４００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイスなど）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置４００を用いてレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。
【０１３４】
なお、投影光学系４３０でフレアが発生する場合、ウエハ４４０に転写されるパターンの線幅は、レチクル４２０のパターンの周囲の開口領域、詳細には、パターンの周囲の開口領域の大きさ及び透過率分布によって変化する。従って、レチクル４２０の設計値を調整することで、所望の線幅のパターンをウエハ４４０に転写することが可能となる。
【０１３５】
以下、図９を参照して、レチクル４２０のパターンを設計する設計方法について説明する。かかる設計方法は、測定装置１の制御部１３０や露光装置４００の主制御部４５０で実行することが可能であるが、他の処理装置で実行してもよいことは言うまでもない。
【０１３６】
まず、ステップＳ９０２では、測定装置１（第１の実施形態乃至第３の実施形態）によって投影光学系４３０で発生するフレアを測定する。
【０１３７】
ステップＳ９０４では、レチクル４２０のパターンや照明条件などを含む露光条件を設定し、ステップＳ９０２でフレアを測定する際に得られた投影光学系４３０の瞳関数に用いて結像計算を行って、ウエハ４４０に転写されるパターンをシミュレーションする。
【０１３８】
次に、ステップＳ９０６では、シミュレーションによって得られたウエハ４４０に転写されるパターンと所望のパターン（ウエハ４４０に形成すべき目標パターン）との差（例えば、パターンの線幅差など）が許容範囲内であるかどうかを判定する。
【０１３９】
シミュレーションによって得られたウエハ４４０に転写されるパターンと所望のパターンとの差が許容範囲内であると判定された場合には、ステップＳ９０８に進む。一方、シミュレーションによって得られたウエハ４４０に転写されるパターンと所望のパターンとの差が許容範囲内ではないと判定された場合には、ステップＳ９１０に進む。
【０１４０】
ステップＳ９０８では、ステップＳ９０４で設定したレチクル４２０のパターンをレチクル４２０の設計値として出力する。
【０１４１】
ステップＳ９１０では、所望のパターン（ウエハ４４０に形成すべき目標パターン）に近づくように、レチクル４２０のパターンを調整する（即ち、パターン形状及びパターンの周囲の開口領域を調整する）。そして、ステップＳ９０４に戻って、ステップＳ９１０で調整されたレチクル４２０のパターンを設定し、ウエハ４４０に転写されるパターンをシミュレーションする。この際、照明条件などを含む他の露光条件は、以前のステップＳ９０４で設定した条件と同じ条件を設定する。
【０１４２】
ここでは、レチクル４２０のパターンのみを調整することでレチクル４２０のパターンを設計しているが、レチクル４２０のパターン以外の露光条件を含めてレチクル４２０のパターンを設計することもできる。
【０１４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】図１は、本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す測定装置において、画素数の不十分なＣＣＤを撮像素子として使用する場合に、空間フィルタの位置に配置されるマスクの構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における被検光学系で発生するフレアの測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示す測定装置１の一部の構成を示す概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における被検光学系で発生するフレアの測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図１に示す測定装置１の一部の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における被検光学系で発生するフレアの測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の一側面としての設計方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来のフレアの測定方法であるＫｉｒｋ法について説明するための図であって、かかるＫｉｒｋ法で用いられる測定パターンの概略上面図及び概略断面図である。
【図１１】図１０に示す測定パターンを露光することで基板上に形成されるレジストパターンを示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１４５】
１                          測定装置
１０２                      光源
１０４                      ビームスプリッター
１０６                      引き回し光学系
１０８                      ピンホール板
１０８ａ                    ピンホール
１１０                      引き回し光学系
１１２                      ピンホールミラー
１１２ａ                    ピンホール
１１４                      瞳結像光学系
１１６                      空間フィルタ
１１８                      撮像素子
１２０                      駆動機構
１２２                      受光素子
１２４                      駆動機構
１２６                      遮光板
１２８                      駆動機構
１３０                      制御部
１４０                      マスク
１４２                      透過部
１４４                      遮光部
１４６                      透過部
１７０                      位相フィルタ
ＯＳ                        被検光学系
４００                      露光装置
４１０                      照明装置
４２０                      レチクル
４２５                      レチクルステージ
４３０                      投影光学系
４４０                      ウエハ
４４５                      ウエハステージ
４５０                      主制御部
【図１】
2010016057.tif 000016
【図２】
2010016057.tif 000017
【図３】
2010016057.tif 000018
【図４】
2010016057.tif 000019
【図５】
2010016057.tif 000020
【図６】
2010016057.tif 000021
【図７】
2010016057.tif 000022
【図８】
2010016057.tif 000023
【図９】
2010016057.tif 000024
【図１０】
2010016057.tif 000025
【図１１】
2010016057.tif 000026