(57)【要約】      （修正有）【課題】フォトマスクを用いて露光装置の検査を行う際に、高精度な転写パターンを形成し、回折光検出データを取得し、高精度の検査結果を得ることが可能な露光装置の検査方法、及び露光装置を提供する。【解決手段】露光装置の検査方法では、両端間に位置するパターンと異なるパターン幅を有する第１ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第１のパターン群２０１と、第２ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第２のパターン群２０２とを有するフォトマスク１１２に、光軸に対し傾いた方向から前記フォトマスク上に照明して、前記第１及び第２のパターン群からそれぞれ第１及び第２の回折光を発生させる。ウエハ上に、前記第１の回折光による第１の像と、前記第２の回折光による第２の像とを結像させ、第１の像と前記第２の像との間の相対距離を測定し、前記相対距離に基づいて、前記露光装置の投影光学系の状態を検査する。【選択図】図３
2012064786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第１のパターン群と、前記第１のパターン群と平行に前記第１ピッチと異なる第２ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第２のパターン群とを有し、前記第１のパターン群の両端に位置するパターンが、前記第１のパターン群の両端間に位置するパターンと異なるパターン幅を有するフォトマスク、を露光装置にセットし、
前記露光装置の光源からの照明光を、前記露光装置の光軸に対し第１の角度傾いた方向から、前記露光装置の照明光学系を介して前記フォトマスク上に照射して、前記第１及び第２のパターン群からそれぞれ、第１及び第２の回折光を発生させ、
前記第１及び第２の回折光を、前記露光装置の投影光学系を介してウエハ上に投影し、前記ウエハ上に、前記第１の回折光による第１の像と、前記第２の回折光による第２の像とを結像させ、
前記第１の像と前記第２の像との間の相対距離を測定し、
前記相対距離に基づいて、前記投影光学系の状態を検査する、
露光装置の検査方法であって、
前記第１の角度は、前記第１の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し対称に拡散され、前記第２の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し非対称に拡散されるよう設定されることを特徴とする露光装置の検査方法。
【請求項２】
前記第１のパターン群の両端に位置するパターンのパターン幅は、前記第１のパターン群の両端間に位置するパターンのパターン幅よりも太いことを特徴とする請求項１に記載の露光装置の検査方法。
【請求項３】
前記フォトマスクは更に、前記第１のパターン群をピッチ方向に挟むように配置された補助パターンを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置の検査方法。
【請求項４】
前記第２ピッチは、前記第１ピッチの２倍であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の露光装置の検査方法。
【請求項５】
前記第２の回折光の＋１次回折光は、前記光軸に平行な方向に拡散されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の露光装置の検査方法。
【請求項６】
前記フォトマスクは更に、前記第１及び第２のパターン群のピッチ方向に、前記第１及び第２のパターン群と鏡面対称となるよう配置された第３及び第４のパターン群を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の露光装置の検査方法。
【請求項７】
第１ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第１のパターン群と、前記第１のパターン群と平行に前記第１ピッチと異なる第２ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第２のパターン群とを有し、前記第１のパターン群の両端に位置するパターンが、前記第１のパターン群の両端間に位置するパターンと異なるパターン幅を有するテンプレート、を露光装置にセットし、
前記露光装置の光源からの照明光を、前記露光装置の光軸に対し第１の角度傾いた方向から、前記露光装置の照明光学系を介して前記テンプレート上に照射して、前記第１及び第２のパターン群からそれぞれ、第１及び第２の回折光を発生させ、
前記第１及び第２の回折光を、前記露光装置の投影光学系を介してセンサ上に投影し、前記センサ上に、前記第１の回折光による第１の像と、前記第２の回折光による第２の像とを結像させ、
前記センサにより検出された前記第１及び第２の回折光の検出データに基づいて、前記第１の像と前記第２の像との間の相対距離を測定し、
前記相対距離に基づいて、前記投影光学系の状態を検査する、
露光装置の検査方法であって、
前記第１の角度は、前記第１の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し対称に拡散され、前記第２の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し非対称に拡散されるよう設定されることを特徴とする露光装置の検査方法。
【請求項８】
第１ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第１のパターン群と、前記第１のパターン群と平行に前記第１ピッチと異なる第２ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第２のパターン群とを有し、前記第１のパターン群の両端に位置するパターンが、前記第１のパターン群の両端間に位置するパターンと異なるパターン幅を有するテンプレートと、
照明光を発生する光源と、
前記照明光を、露光装置の光軸に対し第１の角度傾いた方向から、前記テンプレート上に照射して、前記第１及び第２のパターン群からそれぞれ第１及び第２の回折光を発生させる照明光学系と、
前記第１及び第２の回折光を投影するためのセンサと、
前記第１及び第２の回折光を前記センサ上に投影し、前記センサ上に、前記第１の回折光による第１の像と、前記第２の回折光による第２の像とを結像させる投影光学系と、
前記センサにより検出された前記第１及び第２の回折光の検出データに基づいて、前記第１の像と前記第２の像との間の相対距離を測定する測定部と、
前記相対距離に基づいて、前記投影光学系の状態を検査する検査部とを備え、
前記照明光学系は、前記第１の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し対称に拡散され、前記第２の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し非対称に拡散されるよう、前記第１の角度を設定することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、露光装置の検査方法、及び露光装置に関し、例えば、露光装置の焦点位置を検出及び補正して露光を行う方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
投影露光装置で微細パターンを形成する際には、その焦点位置が正しく設定されていないといわゆるフォーカスぼけ状態になり、微細パターンを形成することができない。特に近年、転写パターンの微細化が進むにつれて、焦点位置の設定精度が非常に重要となってきている。
【０００３】
例えば、デザインルールが４０ｎｍ程度のデバイスを製造する際の焦点深度は、１００ｎｍ程度である。焦点位置の設定精度は、焦点深度の５分の１よりも精度良く設定できることが望ましいため、上記のデバイスの製造時には、少なくとも２０ｎｍの精度で焦点位置を設定できることが望ましい。
【０００４】
また、焦点位置の設定は、単に繰り返し精度が良いと言うだけでなく、真の焦点位置を精度良く測定できなければ不十分である。従って、上記のデバイスの製造時には、少なくとも２０ｎｍの精度で焦点位置を測定したりモニターできることが望まれる。そのため、本技術分野では、露光により形成された転写パターンから焦点位置をモニターできる技術が開発されてきた。
【０００５】
例えば、位相シフトパターンを用いた方法が知られている。この方法では、フォトマスク上に基準パターンと位相シフトパターンを形成し、このフォトマスクを用いて露光処理を行う。そして、両パターンから生じた転写パターン同士の位置ずれ量を、合わせずれ検査装置で測定することで、焦点位置をモニターする。
【０００６】
この方法には、１回の露光で、焦点位置を測定するための検査パターンを形成し、焦点位置を求めることができるという利点がある。しかしながら、この方法では、フォトマスク上に位相シフトパターンを形成する必要があるため、マスクコストが上昇してしまうという問題がある。
【０００７】
また、合わせずれ検査装置による焦点位置のモニタリングを、通常のクロムによる遮光膜パターンで形成されたマスクパターンにより行う方法も知られている。この方法では、照明中心が光軸上に位置する状態と、照明中心が光軸上から外れた箇所に位置する状態とで、露光処理を行う。そして、これらの露光処理から生じた転写パターン同士の位置ずれ量を、合わせずれ検査装置で測定することで、焦点位置をモニターする。
【０００８】
この方法には、フォトマスク上に位相シフトパターンを形成する必要がないという利点がある。しかしながら、この方法では、検査パターンを形成するのに二重露光を行う必要があり、露光時間の増加により生産性が低下するという問題がある。また、２回の露光の間、ウェハを高精度で同じ位置に維持し続けなければならず、高精度でウェハの位置を維持し続けることが難しいという問題がある。
【０００９】
また、フォトマスク上に２種類のパターン群を形成し、このフォトマスクを用いて焦点位置をモニターする方法も知られている。この方法には、フォトマスク上に位相シフトパターンを形成する必要がなく、且つ、二重露光を行う必要もないという利点がある。しかしながら、この方法では、両パターン群から形成される２種類の転写パターンの転写精度が共に良好でないと、焦点位置の測定精度が十分に得られないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１４２３８５号公報
【特許文献２】特開２００９−２６８２７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Proc. SPIE vol.2726 (1996) p.236
【非特許文献２】第４８回応用物理学会関係連合会講演予稿集No.2 (2001/03) p.733
【非特許文献３】Jpn. J. Appl. Phys. VOL.37 (1998) p.3553
【非特許文献４】Applied Optics, VOL.38, NO.13 (1999) p.2800
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、複数種類のパターン群を有するフォトマスク又はテンプレートを用いて露光装置の検査を行う際に、各パターン群から高精度な転写パターンを形成又は高精度な回折光検出データを取得し、高精度の検査結果を得ることが可能な露光装置の検査方法、及び露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一の態様の露光装置の検査方法では、例えば、第１ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第１のパターン群と、前記第１のパターン群と平行に前記第１ピッチと異なる第２ピッチで並んだ複数のストライプ形状のパターンを含む第２のパターン群とを有し、前記第１のパターン群の両端に位置するパターンが、前記第１のパターン群の両端間に位置するパターンと異なるパターン幅を有するフォトマスク、を前記露光装置にセットする。更に、前記方法では、前記露光装置の光源からの照明光を、前記露光装置の光軸に対し第１の角度傾いた方向から、前記露光装置の照明光学系を介して前記フォトマスク上に照射して、前記第１及び第２のパターン群からそれぞれ、第１及び第２の回折光を発生させる。更に、前記方法では、前記第１及び第２の回折光を、前記露光装置の投影光学系を介してウエハ上に投影し、前記ウエハ上に、前記第１の回折光による第１の像と、前記第２の回折光による第２の像とを結像させる。更に、前記方法では、前記第１の像と前記第２の像との間の相対距離を測定し、前記相対距離に基づいて、前記投影光学系の状態を検査する。そして、前記方法では、前記第１の角度は、前記第１の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し対称に拡散され、前記第２の回折光の０次回折光と＋１次回折光が、前記光軸に対し非対称に拡散されるよう設定される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態における露光装置の検査方法について説明するための機器構成図である。
【図２】第１実施形態における照明コヒーレンシーと軸外れ量について説明するための平面図である。
【図３】第１実施形態で使用するフォトマスクの構成を示した平面図である。
【図４】第１及び第２のパターン群による照明光の回折について説明するための断面図である。
【図５】第１実施形態で使用するフォトマスクの第１変形例を示した平面図である。
【図６】第１実施形態で使用するフォトマスクの第２変形例を示した平面図である。
【図７】第１実施形態で使用するフォトマスクの第３変形例を示した平面図である。
【図８】第２実施形態における露光装置の検査方法について説明するための機器構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における露光装置の検査方法について説明するための機器構成図である。
【００１７】
図１の露光装置は、光源１０１と、アパーチャステージ１０２と、照明レンズＥ1を有する照明光学系１０３と、マスクステージ１０４と、投影レンズＥ2を有する投影光学系１０５と、ウエハステージ１０６と、測定部１０７と、検査部１０８とを備える。
【００１８】
図１には更に、アパーチャステージ１０２にセットされたアパーチャ１１１と、マスクステージ１０４にセットされたフォトマスク１１２と、ウエハステージ１１３にセットされたウエハ１１３が示されている。アパーチャ１１１は、照明光を遮光する遮光部Ａ1と、照明光が透過可能な光通過孔Ａ2により構成されている。
【００１９】
図１の露光装置は、光源１０１の照明波長が１３．５ｎｍで、投影光学系１０５の開口数ＮＡPが０．２５の投影露光装置となっている。フォトマスク１１２及び投影光学系１０５は、透過型でも反射型でも構わないが、本実施形態では反射型を採用する。ただし、図１では、作図の便宜上、フォトマスク１１２及び投影光学系１０５は、透過型となっている。
【００２０】
ここで、図１の露光装置の動作について説明する。
【００２１】
光源１０１から発生した照明光は、アパーチャ１１１の光通過孔Ａ2を通過し、照明光学系１０３を介してフォトマスク１１２上に照射される。図１では、露光装置の光軸が、Ｚで示されている。本実施形態では、光通過孔Ａ2は、光軸Ｚから外れた位置に配置されている。これにより、照明光は、光軸Ｚに対し角度α傾いた方向から、フォトマスク１１２上に照射される。
【００２２】
図１では、フォトマスク１１２上に入射する照明光（入射光）が、Ｉで示され、照明光Ｉの回折により発生した回折光の０次回折光及び＋１次回折光が、それぞれＤ0及びＤ+1で示されている。図１に示すように、０次回折光Ｄ0の拡散角は、αとなる。また、図１において、＋１次回折光Ｄ+1の拡散角は、βで示されている。回折光は、投影光学系１０５を介してウエハ１１３上に投影される。これにより、ウエハ１１３上に、回折光による像（フォーカスパターン）が結像される。
【００２３】
本実施形態では更に、測定部１０７が、当該像に関する測定を行い、検査部１０８が、この測定結果に基づいて、投影光学系１０５の状態を検査する。具体的には、検査部１０８は、投影光学系１０５の焦点位置が正しく設定されているか否かを検査する。測定部１０７及び検査部１０８による処理の詳細については、後述する。
【００２４】
図２は、図１の露光装置の照明コヒーレンシーσと、光源１０１の軸外れ量Δについて説明するための平面図である。
【００２５】
照明コヒーレンシーσは、照明光学系１０３の開口数をＮＡiとし、投影光学系１０５の開口数をＮＡPとすると、σ＝ＮＡi／ＮＡpで求めることができる。本実施形態では、図２に示すように、照明コヒーレンシーσは、最大０．８５まで拡大可能となっている。本実施形態では、光軸Ｚから外れた位置の光通過孔Ａ2から照明光を照射する際の照明コヒーレンシーσを、０．３に設定する。
【００２６】
また、光源１０１の軸外れ量Δは、光源１０１の光軸Ｚからのずれ量を表す。本実施形態では、照明コヒーレンシーσの設定値と、軸外れ量Δの設定値との関係が、図２に示すように定められる。図２において、光軸Ｚを表す点は、照明コヒーレンシーσを表す円の外側に位置している。
【００２７】
図３は、第１実施形態で使用するフォトマスク１１２の構成を示した平面図である。
【００２８】
図３に示すように、フォトマスク１１２は、第１のパターン群２０１と、第２のパターン群２０２とを有している。
【００２９】
第１のパターン群２０１は、第１ピッチＰ1で等間隔に平行に並んだ複数のストライプ形状のパターンＬ1を含んでいる。第１のパターン群２０１は、これらのパターンＬ1をラインパターンとするＬＳ（ラインアンドスペース）パターンを構成している。
【００３０】
一方、第２のパターン群２０２は、第１ピッチＰ1と異なる第２ピッチＰ2で等間隔に平行に並んだ複数のストライプ形状のパターンＬ2を含んでいる。第２のパターン群２０２は、これらのパターンＬ2をラインパターンとするＬＳパターンを構成しており、第１のパターン群２０１と平行に配置されている。本実施形態では、第２ピッチＰ2は、第１ピッチＰ1よりも長いピッチ、具体的には、第１ピッチＰ1の２倍に設定されている。
【００３１】
また、図３では、第１のパターン群２０１のパターンＬ1のうち、両端に位置するパターンがＬ1Aで示され、両端間に位置するパターンがＬ1Bで示されている。本実施形態では、パターンＬ1Aの幅Ｗ1Aは、パターンＬ1Bの幅Ｗ1Bと異なっており、具体的には、パターンＬ1Bの幅Ｗ1Bよりも太く設定されている。一方、本実施形態では、第２のパターン群２０２のパターンＬ2の幅Ｗ2は、全て同じ値に設定されている。
【００３２】
図３には、フォトマスク１１２の主面に平行で、互いに直交するＸ方向及びＹ方向が示されている。Ｘ方向は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２のピッチ方向を示し、Ｙ方向は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２を構成するパターンＬ1，Ｌ2が延びる方向を示している。
【００３３】
本実施形態では、第２のパターン群２０２は、モニターパターンとして使用され、第１のパターン群２０１は、モニター用の基準パターンとして使用される。
【００３４】
図４は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２による照明光Ｉの回折について説明するための断面図である。
【００３５】
図４(Ａ)には、第１のパターン群２０１上に照射光Ｉが入射することで、第１のパターン群２０１から回折光が発生する様子が示されている。図４(Ａ)に示す回折光は、本開示の第１の回折光の例である。図４(Ａ)では、当該回折光に含まれる０次回折光及び＋１次回折光が、それぞれＤ0及びＤ+1で示されている。
【００３６】
図４(Ａ)に示す０次回折光Ｄ0及び＋１次回折光Ｄ+1は、投影光学系１０５を介してウエハ１１３上に投影される。これにより、これらの回折光による像が、ウエハ１１３上に結像される。当該像は、本開示の第１の像の例である。
【００３７】
一方、図４(Ｂ)には、第２のパターン群２０２上に照射光Ｉが入射することで、第２のパターン群２０２から回折光が発生する様子が示されている。図４(Ｂ)に示す回折光は、本開示の第２の回折光の例である。図４(Ｂ)では、当該回折光に含まれる０次回折光、＋１次回折光、及び−１次回折光が、それぞれＤ0、Ｄ+1、及びＤ-1で示されている。なお、本実施形態では、第２のパターン群２０２から＋２次回折光Ｄ+2は発生しない。
【００３８】
図４(Ｂ)に示す０次回折光Ｄ0及び＋１次回折光Ｄ+1は、投影光学系１０５を介してウエハ１１３上に投影される。これにより、これらの回折光による像が、ウエハ１１３上に結像される。当該像は、本開示の第２の像の例である。
【００３９】
図４(Ａ)及び(Ｂ)では、図１と同様に、照射光Ｉの入射角がαで示されている。
【００４０】
本実施形態では、照射光Ｉの入射角αは、図４(Ａ)に示す０次回折光Ｄ0と＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚに対し対称に拡散され、図４(Ｂ)に示す０次回折光Ｄ0と＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚに対し非対称に拡散されるよう設定される。よって、図４(Ａ)では、＋１次回折光Ｄ+1の拡散角はαとなり、図４(Ｂ)では、＋１次回折光Ｄ+1の拡散角はα以外の値となる。
【００４１】
なお、本実施形態では、図４(Ｂ)の＋１次回折光Ｄ+1は、光軸Ｚと平行な方向に拡散される。よって、図４(Ｂ)の＋１次回折光Ｄ+1の拡散角は、０度となる。
【００４２】
図４(Ａ)及び(Ｂ)に示すような回折光は、第１及び第２ピッチＰ1，Ｐ2や入射角αを、所定の値に設定することで発生させることが可能である。以下、再び図１を参照し、第１及び第２ピッチＰ1，Ｐ2や入射角αが満たすべき条件について説明する。
【００４３】
なお、図１の露光装置は縮小露光装置であるため、以下に記載する種々の寸法は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２がウエハ１１３上に転写された際に投影倍率で縮小された後の寸法で表記されている。
【００４４】
図１には、フォトマスク１１２上に入射角αで入射する照射光Ｉと、拡散角αで拡散される０次回折光Ｄ0と、拡散角βで拡散される＋１次回折光Ｄ+1が示されている。角度α及び角度βにより、＋１次回折光Ｄ+1の回折角は、α＋βと表される。
【００４５】
図１に示す０次回折光Ｄ0及び＋１次回折光Ｄ+1が、第１のパターン群２０１又は第２のパターン群２０２からの回折光である場合、これらの回折光は、共に投影レンズＬ2の中に入射しなければならない。しかしながら、β≠０の場合には、sinβがＮＡpよりも大きくなると、＋１次回折光Ｄ+1は投影レンズＬ2を通ることができない。よって、β≠０の場合には、sinαがＮＡiに等しく、且つsinβがＮＡpに等しくなるとき、回折角α＋βは最大角となる。
【００４６】
β≠０は、第１のパターン群２０１からの回折光において成り立つ条件である（第２のパターン群２０２からの回折光では、β＝０）。よって、第１のパターン群２０１からの回折光においては、sinαがＮＡiに等しく、且つsinβがＮＡpに等しくなるとき、＋１次回折光Ｄ+1の回折角α＋βが最大角となる。
【００４７】
よって、照射光Ｉの波長をλとすると、第１ピッチＰ1は、次の式（１）を満たすよう設定しなければならない。
【数１】
2012064786.tif 000003
【００４８】
なお、角度α及び角度βの値は、光源１０１に拡がりがある場合には、光軸Ｚに最も近い値を採用する。
【００４９】
また、第１のパターン群２０１は、モニター用の基準パターンであるため、第１のパターン群２０１から得られる像は、焦点位置が振れても位置が変化しないことが望ましい。そのためには、図４(Ａ)で説明したように、角度αと角度βがほぼ等しくなるよう、第１ピッチＰ1を設定すればよい。即ち、第１ピッチＰ1を、次の式（２）を満たすように設定すればよい。
【数２】
2012064786.tif 000004
【００５０】
この場合には、０次回折光Ｄ0と＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚに対し対称に拡散されるため、結像位置が焦点位置からずれても、ウエハ１１３の面内方向における像の位置は、常に一定になる。なお、角度αの値は、光源１０１に拡がりがある場合には、光源１０１の中心における値を採用する。
【００５１】
本実施形態では、λ＝１３．５ｎｍ、sinα＝０．２５×０．５＝０．１２５であるため、第１ピッチＰ1は５４ｎｍに設定される。よって、第１のパターン群２０１は、２７ｎｍＬＳパターンとなる。
【００５２】
一方、第２ピッチＰ2は、第１ピッチＰ1の２倍に設定されるため、１０８ｎｍに設定される。よって、第２のパターン群２０２は、５４ｎｍＬＳパターンとなる。
【００５３】
ここで、再び図４を参照し、露光装置の検査方法について説明する。
【００５４】
本実施形態では、上記のように、第１ピッチＰ1が５４ｎｍに設定され、第２ピッチＰ2が１０８ｎｍに設定される。そして、照明光Ｉの入射角αが、sinα＝０．１２５となる角度に設定される。これにより、第１のパターン群２０１からの０次回折光Ｄ0と＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚに対し対称に拡散され（図４(Ａ)）、第２のパターン群２０２からの０次回折光Ｄ0と＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚに対し非対称に拡散される（図４(Ｂ)）。
【００５５】
図４(Ａ)及び(Ｂ)では、露光装置の焦点位置のずれ量が、δｆで示され、結像位置のずれ量が、δｘで示されている。
【００５６】
図４(Ａ)では、Ｄ0とＤ+1が対称に拡散されるため、焦点位置が変化しても、ウエハ１１３の面内方向における像の位置は、ほとんど変化しない。これに対し、図４(Ｂ)では、Ｄ0とＤ+1が非対称に拡散されるため、焦点位置が変化すると、像の位置が、ウエハ１１３の面内方向に変化する。
【００５７】
そこで、本実施形態では、測定部１０７（図１）が、図４(Ａ)の像と図４(Ｂ)の像との間の相対距離を測定する。当該相対距離は例えば、ウエハ１１３上に予めレジスト膜を形成しておき、ウエハ１１３上にこれらの像を結像させることで、第１及び第２のパターン群２０１，２０２をレジスト膜上に転写し、レジスト膜上の転写パターンを測定対象とすることで測定可能である。
【００５８】
次に、本実施形態では、検査部１０８（図１）が、上記相対距離に基づいて、投影光学系１０５の状態を検査する。具体的には、検査部１０８は、投影光学系１０５の焦点位置が正しく設定されているか否かを検査する。
【００５９】
これにより、本実施形態では、焦点位置が正しく設定されているか否かを検査し、これに基づき、いわゆるフォーカスぼけ状態を回避することが可能となる。本実施形態には例えば、フォトマスク１１２上に位相シフトパターンを形成する必要がなく、且つ、二重露光を行う必要もないという利点がある。
【００６０】
なお、本実施形態では、第２ピッチＰ2を、第１ピッチＰ1の２倍以外の値に設定しても構わない。ただし、第２ピッチＰ2を、第１ピッチＰ1の２倍に設定することには、第２のパターン群２０２からの＋１次回折光Ｄ+1が、光軸Ｚと平行な方向に拡散され、露光装置の設計上好都合であるという利点がある。
【００６１】
ここで、再び図３を参照し、第１のパターン群２０１の両端に位置するパターンＬ1Aについて説明する。
【００６２】
本実施形態では、第１のパターン群２０１は、２７ｎｍＬＳパターンを構成し、第２のパターン群２０２は、５４ｎｍＬＳパターンを構成しており、第１のパターン群２０１の各パターンＬ1の幅は、第２のパターン群２０２の各パターンＬ2の幅に比べて、細く設定されている。
【００６３】
そのため、第１のパターン群２０１のパターンＬ1の幅を、全て同じ値（２７ｎｍ）に設定してしまうと、第１のパターン群２０１の両端のパターンＬ1Aの転写精度が、焦点位置や露光量によって大きく変動してしまい、場合によっては、これらのパターンＬ1Aが転写されないことがある。
【００６４】
そこで、本実施形態では、第１のパターン群２０１の両端に位置するパターンＬ1Aの幅Ｗ1Aを、第１のパターン群２０１の両端間に位置するその他のパターンＬ1Bの幅Ｗ1Bよりも太く設定する。これにより、本実施形態では、第１のパターン群２０１の両端のパターンＬ1Aの転写精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
本実施形態によれば、転写精度に問題のあるパターンＬ1Aの転写精度を向上させることで、第１及び第２のパターン群２０１，２０２の転写精度を共に良好にすることが可能となる。これにより、本実施形態では、焦点位置の測定精度を向上させ、高精度の検査結果を得ることが可能となる。
【００６６】
パターンＬ1Aの幅Ｗ1Aを、パターンＬ1Bの幅Ｗ1Bに対しどの程度太くするかは、必要とする転写精度に応じて適宜調整可能である。本実施形態では、パターンＬ1Aの幅Ｗ1Aを、パターンＬ1Bの幅Ｗ1Bよりも１０％〜３０％程度、例えば、２０％程度太く設定する。パターンＬ1Bの幅Ｗ1Bが２７ｎｍの場合、これより２０％太いパターンＬ1Aの幅Ｗ1Aは、約３２ｎｍである。本発明者らによる検討結果によれば、幅Ｗ1Aを幅Ｗ1Bよりも２０％程度太めることで、良好な転写精度が得られることが判明している。
【００６７】
なお、第２のパターン群２０２については、このような調整は実施しても実施しなくても構わないが、本実施形態では実施しない。即ち、第２のパターン群２０２のパターンＬ2の幅は、全て同じ値に設定する。理由は、パターンＬ2はパターンＬ1よりも太く、第２のパターン群２０２の両端のパターンは、第１のパターン群２０１の両端のパターンに比べて、その転写精度の悪化がさほど問題とならないからであり、更には、第２のパターン群２０２の両端のパターンを太らせることによる測定精度の悪化が問題となる可能性があるからである。
【００６８】
以下、第１実施形態で使用するフォトマスク１１２の種々の変形例について説明する。
【００６９】
（１）第１変形例
図５は、フォトマスク１１２の第１変形例を示した平面図である。
【００７０】
図５のフォトマスク１１２は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２に加え、第１のパターン群２０１をピッチ方向に挟むように配置された補助パターン２１１を有している。これらの補助パターン２１１は、ウエハ１１３には転写されない非解像の微細なパターンであり、ＳＲＡＦ（Sub-Resolution Assist Feature）パターンと呼ばれる。
【００７１】
補助パターン２１１は例えば、パターンＬ1Aの幅Ｗ1Aを太らせるだけでは、十分な転写精度が得られない場合に有効である。
【００７２】
（２）第２変形例
図６は、フォトマスク１１２の第２変形例を示した平面図である。
【００７３】
図６のフォトマスク１１２は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２に加え、第３及び第４のパターン群２０３，２０４を有している。第３及び第４のパターン群２０３，２０４は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２のピッチ方向に、第１及び第２のパターン群２０１，２０２と鏡面対称となるよう配置されている。図６では、この鏡面対称性に関する対称面が、符号Ｍで示されている。
【００７４】
図６では、パターンＬ1及びＬ2に対応する第３及び第４のパターン群２０３，２０４のパターンが、それぞれＬ3及びＬ4で示されている。更には、パターンＬ1A及びＬ1Bに対応する第３のパターン群２０３のパターンが、それぞれＬ3A及びＬ3Bで示されている。
【００７５】
図６では、第１のパターン群２０１は、３７本のパターンＬ1により構成され、第２のパターン群２０２は、１９本のパターンＬ2により構成されている。同様に、第３のパターン群２０３は、３７本のパターンＬ3により構成され、第４のパターン群２０４は、１９本のパターンＬ4により構成されている。
【００７６】
第２変形例では、図４(Ａ)の像と図４(Ｂ)の像との間の相対位置を測定する方法として、いわゆるバーインバー方式による光学測定を採用することが可能である。バーインバー方式では、第１のパターン群２０１と第３のパターン群２０３との中間点と、第２のパターン群２０２と第４のパターン群２０４との中間点を測定し、これらの中間点間の距離を測定することで、上記相対位置を測定することができる。
【００７７】
（３）第３変形例
図７は、フォトマスク１１２の第３変形例を示した平面図である。
【００７８】
図７では、第１及び第２のパターン群２０１，２０２の各パターンＬ1，Ｌ2が、四角形の環状の形状を有しており、これらのパターンＬ1，Ｌ2が、同心円状に配置されている。図７のフォトマスク１１２は、バーインバー方式のパターンをＸ方向とＹ方向に配置したようなパターンを有している。
【００７９】
よって、第３変形例では、バーインバー方式による光学測定を、Ｘ方向とＹ方向の両方に適用することが可能である。これにより、第３変形例では、Ｘ方向及びＹ方向の両方向において焦点位置を調整することが可能となっている。
【００８０】
以上のように、本実施形態では、フォトマスク１１２は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２を有しており、第１のパターン群２０１は、第１ピッチＰ1で並んだ複数のパターンＬ1を含み、第２のパターン群２０２は、第１のパターン群２０１と平行に第１ピッチＰ1と異なる第２ピッチＰ2で並んだ複数のパターンＬ2を含んでいる。更に、本実施形態では、第１のパターン群２０１の両端に位置するパターンＬ1Aが、第１のパターン群２０１の両端間に位置するパターンＬ1Bと異なるパターン幅を有している。
【００８１】
本実施形態によれば、このようなフォトマスク１１２を用いて露光装置の検査を行うことにより、パターンＬ1Aの転写精度の問題を解決し、第１及び第２のパターン群２０１，２０２から高精度な転写パターンを形成することが可能となる。これにより、本実施形態では、高精度の検査結果を得ることが可能となる。
【００８２】
以下、第１実施形態の変形例である第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８３】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態における露光装置の検査方法について説明するための機器構成図である。
【００８４】
図８の露光装置は、テンプレートステージ３０１と、ベース３０２と、アライメントセンサ３０３と、ＵＶ（ultraviolet）光源３０４と、ウエハステージ３０５、イメージセンサ３０６と、測定部３０７と、検査部３０８とを備える。図８の露光装置では更に、ＵＶ光源３０４とテンプレートステージ３０１との間に、図１の照明光学系１０３と同様の照明光学系（図示せず）が配置され、テンプレートステージ３０１とウエハステージ３０５との間に、図１の投影光学系１０５と同様の照明光学系（図示せず）が配置されている。
【００８５】
図８には更に、テンプレートステージ３０１にセットされたテンプレート３１１が示されている。図８では、テンプレート３１１上に設けられた凹凸パターンが、Ｔで示されている。テンプレート３１１は、凹凸パターンＴが設けられた主面が下面、その逆面が上面となるよう、テンプレートステージ３０１にセットされる。テンプレートステージ３０１は、その上方に位置するベース３０２に取り付けられている。
【００８６】
ウエハステージ３０５は、ウエハをセットするためのステージである。また、ＵＶ光源３０４は、ウエハ上に形成されたレジスト膜にＵＶ光を照射して、レジスト膜を硬化するための光源である。また、アライメントセンサ３０３は、テンプレート３１１上やウエハ上のアライメントマークを検出するためのセンサである。本実施形態では、ウエハステージ３０５上のウエハ位置に、イメージセンサ３０６が配置されている。
【００８７】
図１の露光装置が、フォトマスク１１２を用いて露光を行う装置であるのに対し、図８の露光装置は、テンプレート３１１を用いて露光を行う装置となっている。図８の露光装置では、テンプレート３１１が露光装置内に組み込まれている。
【００８８】
第２実施形態では、第１実施形態で説明した方法と同様の方法により、露光装置の検査を行うことが可能である。ただし、第２実施形態では、図４(Ａ)に示す回折光と、図４(Ｂ)に示す回折光は、イメージセンサ３０６上に投影される。これにより、図４(Ａ)の回折光による像と、図４(Ｂ)の回折光による像が、イメージセンサ３０６上に結像される。
【００８９】
そして、第２実施形態では、測定部３０７が、イメージセンサ３０６により検出されたこれらの回折光の検出データに基づいて、これらの像の間の相対距離を測定する。更に、検査部３０８が、測定された相対距離に基づいて、上記の投影光学系の状態を検査する。第２実施形態には、レジスト膜上に露光しなくとも、イメージセンサ３０６上に露光することで、焦点位置を測定できるという利点がある。
【００９０】
なお、第２実施形態では、第１実施形態で説明した第１及び第２のパターン群２０１，２０２を、凹凸パターンＴによりテンプレート３１１上に予め設けておく。
【００９１】
以上のように、本実施形態では、テンプレート３１１は、第１及び第２のパターン群２０１，２０２を有しており、第１のパターン群２０１は、第１ピッチＰ1で並んだ複数のパターンＬ1を含み、第２のパターン群２０２は、第１のパターン群２０１と平行に第１ピッチＰ1と異なる第２ピッチＰ2で並んだ複数のパターンＬ2を含んでいる。更に、本実施形態では、第１のパターン群２０１の両端に位置するパターンＬ1Aが、第１のパターン群２０１の両端間に位置するパターンＬ1Bと異なるパターン幅を有している。
【００９２】
本実施形態によれば、このようなテンプレート３１１を用いて露光装置の検査を行うことにより、パターンＬ1Aの転写精度の問題を解決し、第１及び第２のパターン群２０１，２０２から高精度な転写パターンを形成することが可能となる。これにより、本実施形態では、高精度の検査結果を得ることが可能となる。
【００９３】
なお、第１及び第２実施形態で使用する照明光の波長は、１３．５ｎｍや、紫外線領域の波長に限定されない。例えば、これらの実施形態における露光装置の検査方法は、１９３ｎｍ、２４８ｎｍ、又は３６５ｎｍ等の任意の波長の照明光でも、第１及び第２のパターン群２０１，２０２のサイズを調整することで実行可能である。
【００９４】
また、第１及び第２実施形態では、投影光学系の焦点位置の検査について説明したが、これらの実施形態は例えば、投影光学系の収差の検査にも適用可能である。
【００９５】
以上、本発明の具体的な態様の例を、第１及び第２実施形態により説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９６】
１０１  光源
１０２  アパーチャステージ
１０３  照明光学系
１０４  マスクステージ
１０５  投影光学系
１０６  ウエハステージ
１０７  測定部
１０８  検査部
１１１  アパーチャ
１１２  フォトマスク
１１３  ウエハ
２０１  第１のパターン群
２０２  第２のパターン群
２０３  第３のパターン群
２０４  第４のパターン群
２１１  補助パターン
３０１  テンプレートステージ
３０２  ベース
３０３  アライメントセンサ
３０４  ＵＶ光源
３０５  ウエハステージ
３０６  イメージセンサ
３０７  測定部
３０８  検査部
３１１  テンプレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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