(57)【要約】【課題】投影光学系のフレアを簡便に精度良く計測する計測方法を提供する。【解決手段】本発明の計測方法は、光透過部１２及び遮光部１１を有する計測パターン１０が形成された計測マスクＭ１を用いてフレアを計測する計測方法であって、光透過部１２からの直接光が光量センサーＦＳのセンサー開口部２０に入射するように、計測マスクＭ１上の第１の照明領域を規定し、計測マスクＭ１上の第１の照明領域を照明して光量センサーＦＳの第１の出力を検出し、光透過部１２からの直接光がセンサー開口部２０に入射するように、かつ、計測パターン１０の周囲のマスク開口部１８からの直接光がセンサー開口部２０の外側に入射するように、第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、計測マスクＭ１上の第２の照明領域を照射して光量センサーＦＳの第２の出力を検出し、第１の出力及び第２の出力に基づいてフレアを計測する。【選択図】図２
2009200288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過部及び遮光部を有する計測パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、
前記光透過部からの直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記計測マスク上の第１の照明領域を規定し、
前記計測マスク上の前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、
前記光透過部からの直接光が前記センサー開口部に入射するように、かつ、前記計測パターンの周囲のマスク開口部からの直接光が該センサー開口部の外側に入射するように、前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、
前記計測マスク上の前記第２の照明領域を照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、
前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記第１の照明領域及び前記第２の照明領域は、可変視野絞りを用いて規定されることを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項３】
前記光量センサーは、前記センサー開口部を複数備え、
前記計測パターンは、複数の前記センサー開口部と同じ数だけ設けられ、
複数の前記計測パターンの投影像が複数の前記センサー開口部と重なり合うように配置してフレアを計測することを特徴する請求項１又は２記載の計測方法。
【請求項４】
前記計測マスクには、前記遮光部及び前記光透過部からなる前記計測パターンが複数形成され、
複数の前記計測パターンにおいて、少なくとも前記遮光部又は前記光透過部のいずれか一方の大きさは異なり、
複数の前記計測パターンを用いて、前記光量センサーの出力を校正することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の計測方法。
【請求項５】
遮光部を有する計測パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、
光量センサーのセンサー開口部の全面に直接光を入射させるように前記遮光部を第１の位置に配置して、可変視野絞りを用いて該センサー開口部及び該センサー開口部の周囲を含む前記計測マスク上の第１の照明領域を規定し、
前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、
前記センサー開口部の少なくとも一部を遮蔽するように前記遮光部を第２の位置に配置して、前記可変視野絞りを用いて該センサー開口部及び該センサー開口部の周囲を含む前記第１の照明領域を規定し、
前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、
前記遮光部を前記第２の位置に配置して、前記可変視野絞りを用いて前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、
前記第２の照明領域を照明して、前記光量センサーの第３の出力を検出し、
前記第１の出力、前記第２の出力、及び、前記第３の出力に基づいてフレアを計測することを特徴とする計測方法。
【請求項６】
計測パターン及び参照パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、
前記参照パターンの光透過部からの直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記計測マスク上の該参照パターンを配置し、
前記参照パターンを照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、
前記計測パターンの光透過部からの直接光が前記センサー開口部に入射するように、かつ、該計測パターンのマスク開口部からの直接光が該センサー開口部の外側に入射するように、前記計測マスク上の該計測パターンを配置し、
前記計測パターンを照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、
前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測することを特徴とする計測方法。
【請求項７】
可変視野絞りを用いてフレアを計測する計測方法であって、
直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記可変視野絞りを用いて第１の照明領域を規定し、
前記可変視野絞りにより規定された前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、
前記直接光が前記センサー開口部及び該センサー開口部の周囲に入射するように、前記可変視野絞りを用いて前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、
前記可変視野絞りにより規定された前記第２の照明領域を照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、
前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測することを特徴とする計測方法。
【請求項８】
光源からの光でマスクのパターンを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、
請求項１乃至７のいずれか一に記載の計測方法を実施するためのフレア計測部と、を有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】
本発明は、フレアを計測する計測方法、及び、その計測方法を実行するフレア計測部を有する露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路を製造するためのリソグラフィー工程では、投影露光装置が用いられる。投影露光装置は、マスク（レチクル）上に形成された回路パターンを、投影光学系を介してフォトレジストが塗布されたウエハ（感光基板）上の各ショット領域に投影して露光する。
【０００３】
近年、集積回路の微細化に伴い、投影光学系に対して投影転写パターンの線幅均一性の要求が厳しくなっている。そのため、従来は無視することができた投影光学系のフレアによる線幅均一性の悪化が問題となりつつある。
【０００４】
光学系で発生するフレアには、大きく分けて、ローカルフレアとロングレンジフレアがある。ローカルフレアは、光学部材（レンズ等）の表面やコーティング膜で入射光に対して小さな角度範囲に発生する前方散乱光に起因する結像には望ましくない迷光である。ロングレンジフレアは、光学部材の反射防止膜表面での反射に起因する結像には望ましくない迷光である。後述のとおり、本実施例において、ローカルフレア及びロングレンジフレアについて、簡便かつ高精度な計測方法について説明する。
【０００５】
半導体露光装置においては、一層の微細化及び高集積化の要求を達成するため、露光光源の短波長化が進行している。いわゆるローカルフレアは、レンズ表面の細かな形状誤差や、硝材の屈折率不均一性により生じる高周波成分に起因している。
【０００６】
ローカルフレアは、レンズ表面における形状誤差の存在を考慮しない場合、波長の逆数の２乗に比例する。このため、露光波長が短波長化するに従い、ローカルフレアによる影響は大きくなる。最新の投影露光装置では、露光波長が２００ｎｍ以下のＡｒＦレーザー光（１９３ｎｍ）を採用した短波長光源化が実現されている。
【０００７】
このような短波長に対応するレンズ材料として、蛍石（ＣａＦ２）が用いられている。しかし、蛍石レンズは、合成石英（ＳｉＯ２）に比べて複屈折が生じやすく、また、屈折率不均一性の高周波成分や表面粗さが大きい。短波長化と硝材の上記性質に起因して、露光パターンに依存した局所的なローカルフレアの発生により、投影像のパターン形状及び線幅の変化が確認され、これが問題となっている。
【０００８】
特に、転写パターンの線幅に対するローカルフレアの影響を定量的に把握するには、フレアの影響を、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間の距離をパラメータとして測定することが必要である。このため、ラインパターンの周辺に複数の種類の円形開口部を設けたパターンを露光し、ラインパターンの線幅と開口部の大きさとの関係から、距離をパラメータとしてローカルフレアを定量化する方法が開示されている。（特許文献１参照。）。本文献によれば、ローカルフレアとしてパターンの線幅に特に影響する距離は、１μｍから数１０μｍの範囲であることが理解できる。
【０００９】
ロングレンジフレアは、ローカルフレアがパターンの周辺部１μｍから数十μｍの範囲に存在するのに対して、もっと広い範囲、例えば百μｍから十ｍｍ以上の範囲に分布する。したがって、ロングレンジフレアに場合は、ローカルフレアのように、マスクパターンの粗密差によるＣＤ誤差の原因になることはない。しかし、マスクの透過面積比率が高い場合には、露光領域の外側まで拡がったフレア分布となる。
【００１０】
この場合、ウエハ上のある１つのショットに対し、隣接する他のショットによって発生するロングレンジフレアは重ね合わされる。このため、フレアの量が大きくなり、投影パターンのコントラスト低下の原因となる。また、ショットの大きさによっては、重ね合わされ方が異なるため、周辺の隣接ショットからのフレア分布によって、ショット内のＣＤばらつきの原因となる。
【００１１】
フレアの計測方法として、多くの方法が知られている。例えば、非特許文献１には、ローカルフレア（「ミッドレンジフレア」とも呼ばれる）の計測用パターンと測定結果が開示されている。この方法は、フレアによって、バッドパターンと呼ばれる遮光部にどれだけの光量が回り込むかを、オーバー露光によりパッドパターン部のレジストが消失する露光量から定量化するものである。
【００１２】
また、レジストに対する露光を行う方法以外に、露光の代わりに光量センサーをウエハステージ上に配置する方法も提案されている。この方法は、レジストの消失からバッドパターン部のフレア量を判定する代わりに、センサーを用いて光量を測定し、フレア量を算出する方法であるこのような方法は、例えば、特許文献２に開示されている。
【００１３】
特にローカルフレアに着目したセンサーによる高精度な計測方法として、矩形形状の開口部を有するセンサーと、開口部から所定の距離離れた範囲を遮光するフレア計測用パターンを用いることが、例えば、特許文献３に開示されている。特許文献３には、レジストに露光する方法と同様な定義で、簡単かつ高精度のローカルフレア測定方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−６４０２４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９１１９号公報
【特許文献３】特願２００７−０５１９３４号公報
【非特許文献１】０．８５ＮＡ  ＡｒＦ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．５０４０，ｐｐ７８９−８００  ２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、従来から行われているような、レジストを塗布したウエハ上のパターンを露光する方法の場合、いくつかのプロセスを経るため、結果を得るのに時間がかかっていた。また、結果がレジストプロセスの影響を受けるため、高精度の計測を行うにはプロセスの誤差を小さくする必要があり、手間がかかる上、ある値以上の精度を得ることが困難であった。
【００１５】
近年、フレアに対する要求が厳しくなり、フレアを極力低減させた装置を提供する場合には、計測精度も大きな課題である。レジストのパターン消失の露光量からフレアを定量化する方法によれば、フレアの少ない装置においては、パッドの消失に必要な露光量が大きくなり、レジストの感度の線形性が無くなる場合がある。また、レジストが完全に消失した状態の判断が難しく、計測精度の向上に限界がある。
【００１６】
一方、レジストを用いない方法として、上述のとおり、フレアの光量をステージ上に配置された光量センサーで測定する方法がある。しかし、投影光学系のフレアが小さくなると、センサーの入射する光量が小さくなり、精度良く計測することが難しくなる。
【００１７】
フレアの計測においては、マスクを透過して回折や反射されることなく直接像面へ到達する０次光と、フレア計測用のパターンで遮光された部分に、投影光学系のフレアによって回り込むわずかな光を計測している。光量センサーは、ウエハ面上の照度である透過光を測定するために、最適な光量が入射するように調整される。これは、センサーの感度や入射光に対する出力電圧の線形性などから決定される。
【００１８】
例えば、１％のフレア光を測定する場合には、センサーに入射する光は１００分の１になる。このため、線形性が悪い範囲において用いられる場合には、フレアの測定精度が悪くなる。また、センサーに入射する光量が小さいと、信号に対するノイズの比率が大きくなり、結果的に測定精度が悪くなる場合もある。
【００１９】
ローカルフレアをセンサーで正確に計測する場合、受光面の開口部の形状と大きさに制限があるため、センサーに入る光量が小さくなり、高精度な計測が困難となる。つまり、センサーの受光部は、パッドパターンより小さくすることが不可欠である。このため、ローカルフレアを距離のパラメータとして計測するには、受光部とパッドの遮光部の距離を、１μｍ程度は確保する必要がある。
【００２０】
例えば、パッドパターンの大きさが２μｍ程度のとき、受光部の大きさは１μｍ以下であることが要求される。出願人の検討によれば、１μｍ程度の開口部からセンサーに入射する光量では、ノイズの影響で殆ど信号が得られず、目的とする精度の良い計測ができないことが解っている。
【００２１】
このため、光量を確保して計測精度を改善させるには、開口部を大きくする必要がある。または、複数個のパッドパターンとセンサー開口部の組を複数個配置することにより、開口面積を稼ぐ方法がある。
【００２２】
ただし、単純に開口の面積を大きくしただけでは、ローカルフレアを正確に計測することはできない。開口部の幅は１μｍ程度にする必要がある。このため、開口部の幅に直交する長さ方向を長くして開口面積を稼ぐことや、複数の開口部を設けるなどの方法がある。しかし、このような方法では、センサー開口部の全体が大きくなるという問題がある。
【００２３】
そこで、本発明は、投影光学系のフレアを簡便に精度良く計測する計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の一側面としての計測方法は、光透過部及び遮光部を有する計測パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、前記光透過部からの直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記計測マスク上の第１の照明領域を規定し、前記計測マスク上の前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、前記光透過部からの直接光が前記センサー開口部に入射するように、かつ、前記計測パターンの周囲のマスク開口部からの直接光が該センサー開口部の外側に入射するように、前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、前記計測マスク上の前記第２の照明領域を照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測する。
【００２５】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、遮光部を有する計測パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、光量センサーのセンサー開口部の全面に直接光を入射させるように前記遮光部を第１の位置に配置して、可変視野絞りを用いて該センサー開口部及び該センサー開口部の周囲を含む前記計測マスク上の第１の照明領域を規定し、前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、前記センサー開口部の少なくとも一部を遮蔽するように前記遮光部を第２の位置に配置して、前記可変視野絞りを用いて該センサー開口部及び該センサー開口部の周囲を含む前記第１の照明領域を規定し、前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、前記遮光部を前記第２の位置に配置して、前記可変視野絞りを用いて前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、前記第２の照明領域を照明して、前記光量センサーの第３の出力を検出し、前記第１の出力、前記第２の出力、及び、前記第３の出力に基づいてフレアを計測する。
【００２６】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、計測パターン及び参照パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法であって、前記参照パターンの光透過部からの直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記計測マスク上の該参照パターンを配置し、前記参照パターンを照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、前記計測パターンの光透過部からの直接光が前記センサー開口部に入射するように、かつ、該計測パターンのマスク開口部からの直接光が該センサー開口部の外側に入射するように、前記計測マスク上の該計測パターンを配置し、前記計測パターンを照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測する。
【００２７】
また、本発明の他の側面としての計測方法は、可変視野絞りを用いてフレアを計測する計測方法であって、直接光が光量センサーのセンサー開口部に入射するように、前記可変視野絞りを用いて第１の照明領域を規定し、前記可変視野絞りにより規定された前記第１の照明領域を照明して、前記光量センサーの第１の出力を検出し、前記直接光が前記センサー開口部及び該センサー開口部の周囲に入射するように、前記可変視野絞りを用いて前記第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定し、前記可変視野絞りにより規定された前記第２の照明領域を照射して、前記光量センサーの第２の出力を検出し、前記第１の出力及び前記第２の出力に基づいてフレアを計測する。
【００２８】
また、本発明の他の側面としての露光装置は、光源からの光でマスクのパターンを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板に投影する投影光学系と、上記計測方法を実施するためのフレア計測部と、を有する。
【００２９】
本発明の他の特徴及び目的は、以下の実施例において説明される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、フレアを簡便かつ高精度に計測可能な計測方法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】
【００３１】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。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。
【００３２】
本実施例では、スキャニング型ステッパーに本発明を適用した形態について説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３３】
まず、本実施例における計測装置の基本的構成について説明する。図１は、本実施例における計測装置１の概略構成図である。
【００３４】
計測装置１において、ＩＬは照明光学系である。照明光学系ＩＬの光源部としては、ＫｒＦエキシマレーザー(発振波長２４８ｎｍ)、ＡｒＦエキシマレーザー(発振波長１９３ｎｍ)、Ｆ２エキシマレーザー(発振波長１５７ｎｍ)、または、水銀ランプ(ｉ線)等が用いられる。
【００３５】
Ｍ１は計測マスクである。計測マスクＭ１には、光透過領域と遮光領域によって所望のパターンが形成されている。計測マスクＭ１は、マスクステージＭＳに設置される。光源からの照明光は、照明光学系ＩＬにより、計測マスクＭ１上で均一になるように照射される。
【００３６】
ＭＢはマスキングブレードである。マスキングブレードＭＢは、照明光学系ＩＬの内部に配置され、光源からの光による計測マスクＭ１上の照明領域（照明範囲）を定める可変視野絞りである。
【００３７】
計測マスクＭ１に形成されたパターンは、照明光学系ＩＬによって照明され、投影光学系ＰＬ（投影系レンズユニット）により例えば４分の１又は５分の１の縮尺でウエハステージＷＳ上に投影される。ウエハステージＷＳは、ウエハ（基板）を保持する。また、ウエハステージＷＳ上には、センサー開口部２０を有する光量センサーＦＳが設置されている。この光量センサーＦＳを用いて、計測マスクＭ１上に描画されたフレア計測パターンを、投影光学系ＰＬによって像面に投影する。
【００３８】
ＰＡはステージ位置調整部である。ステージ位置調整部ＰＡは、センサー開口部２０の位置を水平方向に調整し、遮光部とセンサー開口部との相対的な位置を調整可能である。ウエハステージＷＳ上に配置された光量センサーＦＳのセンサー開口部２０は、ステージ位置調整部ＰＡにより、計測パターンの投影像が形成される位置に移動可能である。このため、光量センサーＦＳを用いて光量を計測することにより、不図示のウエハへの露光や現像のプロセスを用いることなく、短時間かつ高精度にフレア計測を行うことができる。
【００３９】
ＦＭはフレア計測部である。フレア計測部ＦＭは、センサー開口部２０に入射する光量からフレアを計測する。フレア計測部ＦＭは、後述の各実施例に説明されるとおり、参照光計測時及びフレア計測時に検出された光量センサーＦＳの各出力に基づいて、フレアを計測する。
【００４０】
ここで、直接光とは、計測マスクＭ１を通過した光がセンサー開口部２０に直接入射する光すなわち０次光のことをいう。このとき、計測パターンの投影像は、センサー開口部２０に形成されることになる。
【００４１】
フレア光は、照明光学系ＩＬ、計測マスクＭ１、及び、投影光学系ＰＬにおいて発生している。フレアの種類は、その発生原因や像面での分布によって、ローカルフレア又はロングレンジフレアに分類される。
【００４２】
ローカルフレアとは、光学部材の表面形状誤差の高周波成分やコーティング膜の不連続性、レンズ内部での屈折率の不均一性の高周波成分に起因し、入射光に対して小さい角度範囲内に拡がったフレアである。ローカルフレアの像面での分布は、フレアの拡がり角が小さいため、入射光の極周辺（1μｍから数十μｍ以内の範囲)に分布する。
【００４３】
一方、ロングレンジフレアとは、光学部材表面間における反射や散乱に起因し、入射光に対してローカルフレアよりも広い範囲に分布する。
【００４４】
本実施例によれば、投影光学系ＰＬによって発生するロングレンジフレアやローカルフレアを、光量センサーＦＳによって簡便な方法で、かつ、精度良く計測する計測装置を提供することができる。
（実施例１）
次に、実施例１におけるフレア計測パターンと光量センサー開口部の関係について説明する。図２は、実施例１における計測パターンと光量センサー開口部の位置関係を示したものである。図２は、フレア計測パターンの説明図であり、フレア計測パターン（その投影像）とセンサー開口部の位置関係を示している。
【００４５】
本実施例の計測パターン１０は、正方形の遮光部１１と、その中心に配置された光透過部１２によって構成される。計測パターン１０は、投影光学系ＰＬによって縮小投影される。
【００４６】
このとき、計測パターン１０（その投影像）の光透過部１２が光量センサーＦＳのセンサー開口部２０の中（センサー開口部の上方）に位置するように、ステージ位置調整部ＰＡを用いてウエハステージＷＳの位置調整を行う。計測パターン１０の周辺には、投影光学系ＰＬのフレアを計測する目的で、フレアの発生の元となる光を透過するためのマスク開口部１８が設けられている。
【００４７】
次に、計測パターン１０を用いたフレアの計測方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、図２で説明した計測パターン１０を用いたフレアの計測方法を示したものである。
【００４８】
まず、図３に示されるように、マスキングブレードＭＢを駆動させて、測定対象である計測パターン１０の遮光部１１のみが照明されるよう調整する。すなわち、光透過部１２からの直接光が光量センサーＦＳのセンサー開口部２０に入射するように、計測マスクＭ１上の第１の照明領域を規定する。なお、本明細書中における以後の説明では、図中に示されたＭＢは、マスキンブブレードＭＢによって規定された照明領域（照明範囲）をいうものとする。
【００４９】
そして、照明光学系ＩＬで計測パターン１０を照明する。このとき、遮光部１１の中の光透過部１２も同時に照明される。このため、センサー開口部２０には、光透過部１２を透過した光が入射する。このときの光量センサーＦＳの出力を第１の出力Ｉ１とする。このように、計測マスクＭ１上の第１の照明領域を照明して、光量センサーＦＳの第１の出力Ｉ１を検出する。
【００５０】
次に、マスキングブレードＭＢを開いて、照明範囲を大きくする。このため、遮光部１１の周辺のマスク開口部１８も同時に照明されることになる。このとき、センサー開口部２０に入射する光は、光透過部１２から直接入射する直接光（０次光）の光に加え、マスク開口部１８を透過して投影光学系ＰＬで発生するフレアによって入射する光が追加される。このときの光量センサーＦＳの出力をＩ２とする。
【００５１】
このように、光透過部１２からの直接光がセンサー開口部２０に入射するように、かつ、計測パターン１０の周囲のマスク開口部１８からの直接光がセンサー開口部２０の外側に入射するように、第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定する。そして、計測マスクＭ１上の第２の照明領域を照射して、光量センサーＦＳの第２の出力Ｉ２を検出する。
投影光学系ＰＬで発生するフレアは、第１の出力Ｉ１及び第２の出力Ｉ２に基づいて計測される。
【００５２】
本実施例では、第１の照明領域及び第２の照明領域は、マスキングブレードＭＢ（可変視野絞り）を用いて規定されるが、これに限定されるものではない。
【００５３】
以上のフレアの計測方法は、フレア計測部ＦＭで実行される。フレア計測部ＦＭは、参照光計測時に検出した光量である第１の出力Ｉ１と、フレア計測時に検出した光量である第２の出力Ｉ２に基づいてフレアを測定する。
【００５４】
光量センサーＦＳに入射するフレア光は、光量センサーＦＳの第２の出力Ｉ２と第１の出力Ｉ１の差であるＩ２−Ｉ１に相当する。通常、投影光学系ＰＬのフレア率は、０次入射する光に対するフレア光の比率で定義される。光透過部１２の像面上での面積をＳ１、センサー開口部２０の面積をＳ２とすると、投影光学系ＰＬのフレア率は、(Ｓ１／Ｓ２)×(Ｉ２−Ｉ１)／Ｉ１で定義される。
【００５５】
次に、本実施例の計測パターン１０を用いた場合に高精度のフレア測定が可能となる理由について説明する。図４は、一般的な光量センサーの入射光量とセンサー出力の関係を示したグラフである。縦軸は光量センサーＦＳの出力電圧であり、横軸は光量センサーＦＳに入射する光量である。
【００５６】
図４に示されるように、光量センサーＦＳの出力は、３つの領域Ａ、Ｂ、Ｃに分類される。領域Ａは，光量が小さくて充分な信号が得られず、Ｓ／Ｎ比が悪い領域である。領域Ｂは、入射光量に対してノイズの影響が無く、入力に対する出力の線形性が良い領域である。領域Ｃは、入射光量が大きく、光量に対して光量センサーＦＳの出力の線形性が悪くなり、出力が飽和傾向になる領域である。
【００５７】
従来のフレア計測方法では、センサーの開口部全体を照明して、光量を測定していた。この計測方法では、次のステップにおいて、遮光パターンでセンサー開口部を完全に覆い、遮光パターンの周辺部のマスク開口部から、フレアとなってセンサーに入射する光量を測定する。そして、これらの２つの測定値の比率から、フレア率が定義される。
【００５８】
投影光学系ＰＬのフレアが小さい場合、例えば１％以下のフレアを測定する場合には、上述のような２回の測定値の間で１００倍以上の光量差が生じることがある。ノイズの影響を減らして、精度良く計測するには、フレア測定時にセンサーに入射する光量を増やし、図４の領域Ａではなく領域Ｂで測定する必要がある。
【００５９】
参照光としての透過光計測時に、フレア計測時の１００倍以上の光が入射した場合、光量センサーＦＳの出力は領域Ｃで測定されることになる。図４に示されるように、領域Ｃにおいては、２つのセンサー出力の関係は線形性がない。このため、この測定方法では、フレアを正確に求めることはできない。
【００６０】
一方、光量センサーＦＳの線形性の良い領域Ｂで参照光を計測すると、フレア測定時には、光量が１００分の１以下になってしまう。このとき、光量センサーＦＳの出力は領域Ａで測定されることになる。このため、光量センサーＦＳの出力は、ノイズの影響により測定結果の再現性が悪くなり、結果として、フレア計測精度が悪化する。
【００６１】
これに対し、本実施例におけるフレア計測方法では、参照光測定時及びフレア測定時の両方において、図４に示される領域Ｂで光量を測定することができる。計測パターン１０における光透過部１２の大きさは、参照光測定時において、図４の領域Ｂの範囲になるように設定される。
【００６２】
本実施例では、フレア測定時には、参照光に加えて投影光学系ＰＬからのフレアが追加される。しかし、光量としては図４の領域Ｂで計測することができる。
【００６３】
フレア量が小さい場合、参照光計測時の出力Ｉ１とフレア計測時の出力Ｉ２の２つの測定結果の差が小さくなる。しかし、この場合、センサー開口部２０の面積Ｓ２に対するフレア計測パターンの光透過部１２の（像面上での）面積Ｓ１の面積比を小さくすればよい。このとき、参照光に対するフレア光の相対的な光量がその面積比分だけ増大するため、充分な測定分解能が得られる。このため、極めてわずかなフレアを高精度に測定することができる。
【００６４】
また、光量センサーＦＳの出力の線形性を正確に確認する目的で、センサー出力校正用のパターンを形成してもよい。図５は、センサー出力校正用のパターンを示す。図５に示されるように、計測マスクＭ１には、遮光部１１の外形が同一で、光透過部１２ａ、１２ｂの大きさのみが異なる２種類の計測パターン１０１、１０２が形成されている。このような複数の計測パターン１０１、１０２を用いて、光量センサーＦＳの出力を校正することができる。なお、センサー出力校正用のパターンとして、３種類以上の計測パターンを形成してもよい。
【００６５】
このとき、光透過部１２ａ、１２ｂのそれぞれの面積は予め測定しておく。また、マスキングブレードＭＢを用いて、遮光部１１（及び、光透過部１２ａ、１２ｂ）のみを照明する。
【００６６】
２つの計測パターン１０１、１０２の計測結果を、それぞれ、Ｉ１１,Ｉ１２とする。計測パターン１０１の光透過部１２ａの面積に対する計測パターン１０２の光透過部１２ｂの面積がａ％大きいとすると、センサー出力の差Ｉ２−Ｉ１がａ％大きくなる。この面積の比率ａ％を、測定する対象のフレアと同程度に設定すれば、事前にキャリブレーションができる。このため、光量センサーＦＳの出力の線形性が悪い場合でも、精度良い計測が可能になる。
【００６７】
ロングレンジフレアを計測するための計測パターンは、図２に示される遮光部１１の中心付近に光透過部１２を配置する構成以外にも、本発明の目的を達成する範囲内で、いくつかの構成が考えられる。
（実施例２）
次に、実施例２における計測パターンの構成について説明する。図６は、実施例２における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【００６８】
図６に示される計測パターン１０ａにおいて、遮光部は、遮光部１３（第１の遮光部）及び遮光部１４（第２の遮光部）に分割されている。また、遮光部１３、１４の間（中央部）には、矩形の光透過部１５が配置されている。
【００６９】
このとき、遮光部１３，１４及び光透過部１５を含んだ計測パターン１０ａの全体の大きさは、図６に示されるように、センサー開口部２０の直径より大きく設定される。実施例２の計測パターン１０ａを用いた場合の測定手順は、図３で説明したステップと同じである。すなわち、マスキングブレードＭＢによって計測パターン１０ａのみを照明する参照光測定のステップと、マスキングブレードＭＢを開放して照明領域全体を照明し、フレア光を追加したフレア光測定のステップとを有する。
【００７０】
実施例２の計測パターン１０ａと実施例１の計測パターン１０との相違点は、センサー開口部２０の周辺部にも光を入射させるか否かという点である。実施例１では光透過部１２がセンサー開口部２０の中心に位置しているのに対し、実施例２では、図６に示されるように、光透過部１５がセンサー開口部２０の中心だけでなく周辺においても光を入射させている。
【００７１】
フレアは、一般的に、直接光（０次光）の入射位置近傍に拡がる光量が大きく、距離が離れるに従って強度は減少していく傾向がある。このため、計測パターンの遮光部の大きさとセンサー開口部の大きさとの差が小さい場合、例えば、その差が１μｍから十μｍ程度の場合には、センサー開口部２０の中のフレア光の分布が均一にならない。このため、センサー開口部２０の中心の強度が周辺部より低い分布となる場合がある。
【００７２】
このような場合には、図６に示される実施例２の計測パターン１０ａを用いれば、センサー開口部の平均的なフレア分布に対応させることができる。
（実施例３）
次に、実施例３における計測パターンの構成について説明する。図７は、実施例３における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【００７３】
実施例３は、実施例２と同じ目的で構成されたものである。図７に示されるように、実施例３における計測パターン１０ｂは、遮光部１６及び光透過部１７を有する。光透過部１７は、遮光部１６に対して扇型に配置されている。このため、センサー開口部２０の中心から周辺までほぼ平均的な参照光を入射することができる。この結果、センサー開口部２０内に不均一なフレア光分布がある場合でも、平均的なフレア光を計測することが可能となる。
【００７４】
平均的なフレア光を計測するという目的を達成するための計測パターンとしては、図６及び図７に示した構成以外にも考えられる。例えば、光透過部を複数に分割して配置することも可能である。ただし、分割された複数の光透過部の大きさは、露光波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたとき、λ／ＮＡよりも充分大きくし、光透過部の回折によるロスの影響を最小化する必要がある。
（実施例４）
次に、実施例４における計測パターンの構成及び計測方法について説明する。実施例４は、遮光部を有する計測パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法である。
【００７５】
図８（ａ）、（ｂ）は、実施例４における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【００７６】
図８に示されるように、実施例４の計測パターン１０ｃは、光透過部を有しない。遮光部１９そのものが計測パターン１０ｃを構成する。本実施例における計測方法は、投影光学系ＰＬのロングレンジフレアの計測方法であるが、実施例１乃至３における計測方法とは異なる。
【００７７】
図８（ａ）に示されるように、まず、遮光部１９の像位置から、センサー開口部２０をずらして配置する。このとき、センサー開口部２０は、遮光部１９によって完全に遮光されない位置に設定されている。また、マスキングブレードＭＢによってセンサー開口部２０及びその周囲のみを照明するように設定されている。
【００７８】
すなわち、光量センサーＦＳのセンサー開口部２０の全面に直接光を入射させるように遮光部１９を第１の位置に配置して、マスキングブレードＭＢを用いてセンサー開口部２０及びその周囲を含む計測マスクＭ１上の第１の照明領域を規定する。
【００７９】
この状態において、第１の照明領域を照明して、光量センサーＦＳの第１の出力Ｉ０を検出する。
【００８０】
次に、図８（ｂ）に示されるように、遮光部１９によってセンサー開口部２０の一部を遮光する。マスキングブレードＭＢは、図８（ａ）と同じように、センサー開口部２０及びその周囲のみを照明するように設定されている。すなわち、センサー開口部２０の少なくとも一部を遮蔽するように遮光部１９を第２の位置に配置して、マスキングブレードＭＢを用いてセンサー開口部２０及びその周囲を含む第１の照明領域を規定する。
【００８１】
このように、第１の出力Ｉ０の測定時と同じ照明領域（第１の照明領域）を照明して、光量センサーＦＳの第２の出力Ｉ１を検出する。
【００８２】
最後に、第１の出力Ｉ０、第２の出力Ｉ１の測定時と比べてマスキングブレードＭＢを広げる。すなわち、第２の出力Ｉ１の測定時と同じ第２の位置に遮光部１９を配置して、マスキングブレードＭＢを用いて第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定する。この状態で、第２の照明領域を照明して、光量センサーＦＳの第３の出力Ｉ２を検出する。
【００８３】
このように、第２の照明領域（照明範囲の全体）を照射すると、投影光学系ＰＬのロングレンジフレアが発生する。このロングレンジフレアが加わった状態で、光量センサーＦＳの第３の出力Ｉ２を計測する。第３の出力Ｉ２は、第２の出力Ｉ１に対して、ロングレンジフレア分が加算された値である。
【００８４】
このように、フレア計測部ＦＭは、センサー開口部２０に入射した光量に応じた光量センサーＦＳの第１の出力Ｉ０、第２の出力Ｉ１、及び、第３の出力Ｉ２に基づいてフレアを計測する。
【００８５】
実施例１で説明したように、フレア率は、(Ｓ１/Ｓ２)×(Ｉ２-Ｉ１)／Ｉ１で定義される。本実施例の測定結果において、光量センサーＦＳの線形性が出力Ｉ１から出力Ｉ０までの範囲で保証されている場合、面積比Ｓ１／Ｓ２は、Ｉ１／Ｉ０に対応する。
【００８６】
したがって、フレア率は、この３つの測定値に基づいて、(Ｉ２−Ｉ１)／Ｉ０で定義することができる。これにより、本実施例のように、光透過部を有しない（遮光部のみの）測定パターンであっても、高精度のフレア計測が可能になる。
【００８７】
更には、センサー開口部２０を全く遮光しなくても、フレア計測を行うことが可能である。この場合、フレア率を定義する(Ｉ２−Ｉ１)／Ｉ０において、遮光部１９によってセンサー開口部２０の一部が遮光された状態での計測が不要となる。このとき、Ｉ１＝Ｉ０となり、この場合のフレア率は、(Ｉ２−Ｉ０)／Ｉ０となる。
（実施例５）
次に、実施例５における計測方法及びその構成について説明する。実施例４は、マスキングブレードを用いてフレアを計測する計測方法である。
【００８８】
上記実施例では、フレア計測パターンが形成されたマスクを用いた。ただし、これに代えて、計測マスクを用いずに、マスキングブレードを用いて同様の目的を達成することもできる。このような計測装置では、光源からの光による照明領域を定めるマスキングブレードと、マスキングブレードで定められた照明領域を通過してセンサー開口部に入射する光量に基づいてフレアを測定するフレア計測部とを有する。
【００８９】
マスキングブレードは、参照光測定時において、センサー開口部全体に直接光（０次光）を入射させるように照明範囲を定める。また、マスキングブレードは、フレア測定時において、センサー開口部及びセンサー開口部の周囲でフレアの発生元となる範囲を含むように照明範囲を定める。
【００９０】
図１４は、実施例５における計測マスクを用いずにロングレンジフレアを計測する計測方法を示したものである。
【００９１】
図１４に示されるように、参照光計測時には、マスキングブレードＭＢの開口部をセンサー開口部２０全体の光が入射する最低限の大きさで、センサー開口部２０の極周辺を照明する。すなわち、直接光が光量センサーＦＳのセンサー開口部２０に入射するように、マスキングブレードＭＢを用いて第１の照明領域を規定する。そして、マスキングブレードＭＢにより規定された第１の照明領域を照明して、光量センサーＦＳの第１の出力Ｉ１を検出する。
【００９２】
一方、フレア計測時には、マスキングブレードＭＢの開口部を照明範囲全体（第２の照明領域）に広げる。すなわち、直接光がセンサー開口部２０及びその周囲に入射するように、マスキングブレードＭＢを用いて第１の照明領域より広い第２の照明領域を規定する。そして、マスキングブレードＭＢにより規定された第２の照明領域を照射して、光量センサーＦＳの第２の出力Ｉ２を検出する。第１の出力Ｉ１及び第２の出力Ｉ２に基づいてフレアを計測することができる。
【００９３】
センサー開口部２０の周辺又は開口部内に遮光部の像が全く存在しないため、センサー開口部２０には０次光の極近傍の位置に到達するフレアから、照射面内全体に広がるロングレンジフレアまで存在する。この方法では、ロングレンジフレア又はローカルフレアなどのように、フレアの種類を分類して計測することはできないが、全てのフレアの合計を計測することは可能である。
【００９４】
上記実施例では、ロングレンジフレアの計測パターンとセンサー開口部の一例として、計測パターンの遮光部は正方形、センサー開口部は円形であるとして説明した。ただし、計測パターンやセンサー開口部の形状は、上記実施例で説明した事項以外のものを採用してもよい。例えば、円形の遮光部を有するフレア計測パターンや、正方形のセンサー開口部であっても、本発明の目的を達成することができる。
【００９５】
次に、実施例１乃至４において説明した投影光学系ＰＬのロングレンジフレアを計測するための計測マスクの構成を説明する。図９は、本実施例の一例としての計測マスク３１を示したものである。
【００９６】
ロングレンジフレアは、照明領域３０全体に広がるフレアであるため、計測パターン１０以外の領域は、光を透過するように配置される。図１に示される本実施例の計測装置は、スキャニング型の露光装置に用いられる。このため照射範囲は、通常、スキャン方向の幅が狭い矩形形状となっている。図９に示されるように、矩形の照明範囲全体が光を透過し、ロングレンジフレアの照明領域３０内の分布を測定する目的で、一方向に複数の計測パターン１０が配置されている。
【００９７】
以上のとおり、実施例１乃至４では、ウエハステージ上に開口部を有する光量センサーと、開口部の一部に透過部を有する遮光部からなる計測パターンを計測マスク面上に配置する。計測パターンの投影像によって遮光された部分に存在するフレア光量を、光量センサーを用いることによって、フレアが小さい投影光学系であっても短時間に精度良く計測することが可能となる。
【００９８】
フレア計測用の計測パターンは、一部に光を透過する部分を含んだ遮光パターンである。計測マスク上に形成された計測パターンを、投影光学系によって像面に投影する。そして、光量センサーの開口部について、フレア計測パターンの投影像の位置にほぼ重なるようにステージを移動し、センサー出力を読み取る。
【００９９】
フレア計測パターンの周辺には、フレア発生の要因となるためのマスク開口部が配置されている。ここで、マスク開口部とフレア計測パターンに含まれる透過部はいずれも、クロム等の遮光部材の無い部分であるため、外観上に違いは無い。ただし、計測パターンの透過部は、透過部を通過した光が直接センサー開口部に入射する０次光である点で、マスク開口部とは異なる機能を有する。
【０１００】
投影光学系のフレアを計測する手順は、以下のとおりである。まず、フレア計測パターンの透過部を透過する光のみが投影光学系を通過するように、照明範囲を規定する。光量センサーの開口部を、透過部の像にほぼ一致する位置にステージを駆動させ、参照光としての０次光の光量を計測する。
【０１０１】
次に、照明範囲を拡大し、例えば、有効照明領域全体を照射する。このとき、フレア計測パターンの透過部だけでなく、周辺のマスク開口部も照明される。光量センサーの開口部には、光透過部から直接入射する光に加え、マスク開口部を透過し投影光学系によって発生するフレア光も入射する。
【０１０２】
この場合のセンサーの出力は、透過部からの直接光と、周辺のマスク開口部からのフレア光の合計となっている。２つの測定間では、センサー出力の差が小さく、かつ、フレア計測時も充分な光量が入射している。このため、ノイズの影響やリニアリティの悪化がなく、精度の良い計測が可能となる。この方法でのフレア光の量は、２つの計測結果の差分に相当し、投影光学系のフレア率は、この差分に、光透過部の像とセンサー開口部の面積比をかけたものを、１回目の出力で割った値である。
【０１０３】
この計測方法では、投影光学系のフレア率が小さくなると、２回の測定の差が小さくなり、測定できるフレア率の分解能が大きくなってしまう。このため、フレア計測パターンの透過部の面積を、光量センサーがノイズの影響が無いレベルで、かつ、センサー出力のリニアリティが確保できる範囲で、できるだけ小さくすることが望ましい。これは、フレア光が光透過部の像とセンサー開口部の面積比分だけ拡大されるためであり、この面積比は２分の１以下であることが望ましい。
（実施例６）
次に、投影光学系ＰＬのローカルフレアを計測する計測パターンの構成及び計測方法について説明する。図１０は、実施例６における計測パターン（ローカルフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【０１０４】
計測パターン４０は、スリット状のセンサー開口部２１を遮光するための遮光部４１と、遮光部４１を挟むようにその両側に設けられたマスク開口部４２，４３を有する。また、遮光部４１の長さ方向の両端には、光透過部４４，４５が配置されている。
【０１０５】
ここで、実施例１乃至４におけるロングレンジフレアを計測する計測パターンと機能の点での比較を行うと、実施例６のマスク開口部４２，４３は、投影光学系ＰＬのローカルフレアを発生させる機能を有する。光透過部４４，４５は、参照光計測用の０次光を透過し、透過させた０次光をセンサー開口部２１に入射させる。
【０１０６】
遮光部４１の長さＬ１は、光量を確保するため、幅２ａに比べて充分長く設定されている。長さＬ１は、幅２ａに比べて少なくとも１０倍以上であることが望ましい。また、計測パターン４０の開口部長さＬ２は、遮光部４１の長さＬ１と同程度の長さを有する。
【０１０７】
マスク開口部４２，４３は、遮光部４１によって２つの領域に分離される。マスク開口部４２，４３の幅は、２ｂと表されている。光透過部４４，４５は、幅が２ｃ、長さがＬ４と表される。なお、上記の数値は、比較のため、像面上の数値として定義されている。
【０１０８】
図１０に示されるように、光量センサーＦＳのセンサー開口部２１は、矩形のスリットである。センサー開口部２１の幅２ｔは、計測パターン投影像の幅２ａと比べて、所定の大きさ、例えば１μｍ程度小さい。
【０１０９】
また、センサー開口部２１の長さＬ３は、幅２ａに比べて充分長く、例えば１０倍以上長く設定されている。また、長さＬ１と長さＬ３の関係は、Ｌ１＜Ｌ３となるように、センサー開口部２１は、遮光部４１の長さより長く設定されている。
【０１１０】
光透過部４４，４５に関して、幅２ｃは、センサー開口部２１の幅２ｔより長い。長さ方向では、２×Ｌ４＋Ｌ１＞Ｌ３を満たすように設定され、遮光部４１によって遮光されるセンサー開口部２１の両端には、参照光が完全に入射する。
【０１１１】
次に、図１０及び図１１を参照して、投影光学系ＰＬのローカルフレアを計測する方法を説明する。実施例６は、計測パターン及び参照パターンが形成された計測マスクを用いてフレアを計測する計測方法である。
【０１１２】
図１１は、実施例６における参照光計測時に用いられる参照パターンを示したものである。参照パターンは、参照光計測時における計測のため、計測パターンの光透過部及び遮光部と同一のパターンが形成されている。
【０１１３】
図１１に示されるように、参照パターン４６としては、計測パターン４０に配置されたものと同じ寸法の光透過部４４，４５が、長さ方向にＬ１だけ離れて配置されている。このように、参照パターンは、計測パターンの光透過部及び遮光部と同一のパターンが形成されている。つまり、参照パターン４６は、計測パターン４０から、マスク開口部４２，４３は除いたものと同じパターンに相当する。
【０１１４】
まず、参照パターン４６の光透過部４４，４５の投影像がセンサー開口部２１に対して長さ方向で対称になり、かつ、光透過部４４，４５が完全にスリット開口部の幅方向も照明できるように、位置及び回転方向の位置関係を調整する。このように、参照パターン４６の光透過部４４、４５からの直接光が光量センサーＦＳのセンサー開口部２１に入射するように、計測マスクＭ１上の参照パターン４６を配置する。
【０１１５】
そして、照明光学系ＩＬを用いて計測マスクＭ１上の参照パターン４６（光透過部４４，４５）を照明して、光量センサーの第１の出力Ｉ１を検出する。
【０１１６】
次に、図１０の計測パターン４０について、マスク開口部４２，４３及び光透過部４４，４５がセンサー開口部２１と対称になるようにステージを移動させる。
【０１１７】
計測パターン４０の光透過部４４、４５からの直接光がセンサー開口部２１に入射するように、かつ、計測パターン４０のマスク開口部４２、４３からの直接光がセンサー開口部２１の外側に入射するように、計測マスクＭ１上の計測パターン４０を配置する。
【０１１８】
そして、計測パターン４０を照射して、光量センサーＦＳの第２の出力Ｉ２を検出する。
【０１１９】
第２の出力Ｉ２には、参照光として光透過部４４，４５から直接センサーＦＳに入射する光に、マスク開口部４２，４３からの光の一部が、投影光学系ＰＬからのローカルフレアとなって加わっている。
【０１２０】
フレア計測部ＦＭは、参照光計測時に参照パターン４６を用いて検出された第１の出力Ｉ１と、フレア計測時に計測パターン４０を用いて検出された第２の出力Ｉ２とに基づいてフレアを計測する。
【０１２１】
センサー開口部２１は、幅が２ｔの矩形形状であるため、センサー開口部２１に入射された参照光の、センサー開口部２１全体に対する面積比は、センサー開口部２１の長さＬ３と、遮光部４１の長さＬ１の比になる。つまり、参照光の比率は、（Ｌ３−Ｌ１）／Ｌ３となる。以上から、投影光学系ＰＬのローカルフレアは、（Ｌ３−Ｌ１）×（Ｉ２−Ｉ１）／Ｌ３／Ｉ１で求められる。
【０１２２】
光量センサーＦＳの入射光量とセンサー出力の関係から、センサーのノイズの影響や出力の線形性悪化の影響を受けない計測が可能なことは、図４で説明したロングレンジフレアの計測と全く同じ理由である。
【０１２３】
また、計測パターンの光透過部４４，４５の大きさは、センサー出力の線形性が保証できる範囲で、できる限り小さい方が望ましい。これは、上述のように、ローカルフレアの計測分解度を上げる意味に加え、光透過部４４，４５から発生するローカルフレアの計測への影響を無視できるレベルまで小さくするためである。もちろん、回折による光量ロスの影響があるため、光透過部４４、４５は、露光波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたとき、λ／ＮＡより大きくすることが必要である。
【０１２４】
ローカルフレア計測パターンも、本実施例は１つの例を示したに過ぎず、本発明の目的が達成される範囲内で、いろいろな種類のパターンを配置することができる。
【０１２５】
本実施例では、計測パターンの遮光部が１本であるときの一例を説明した。ただし、ローカルフレア計測の場合、センサー開口部２１の幅は小さい方が望ましく、１つのセンサー（スリット）では精度良く計測するための光量を確保できない場合がある。その場合は、図１２に示されるように、光量センサーＦＳはセンサー開口部２１を複数備え、それぞれの開口部に対して計測パターン５０を対応する位置に配置する。すなわち、計測パターン５０は、複数のセンサー開口部２１と同じ数だけ設けられ、複数の計測パターン５０の投影像が複数のセンサー開口部２１と重なり合うように配置されている。
【０１２６】
図１２は、複数のセンサー開口部２１に対応するローカルフレア計測のための計測パターン５０を示したものである。計測パターン５０は複数形成されており、異なる遮光幅を有する複数の遮光部５１と、異なる開口幅を有する複数のマスク開口部５２を含む。また、遮光部５１の両端には、光透過部５３が配置されている。複数の光透過部５３の大きさをそれぞれ変えてもよい。複数の計測パターン５０において、少なくとも遮光部５１又は光透過部５３のいずれか一方の大きさは異なるように構成されている。
【０１２７】
ローカルフレアの強度は、０次光入射位置からの距離の関数として表される。しかし、計測パターンを固定した場合、例えば図９に示される計測パターン４０では、ａμｍからｂμｍまでのローカルフレアの積算情報しか得ることができない。そこで、複数の幅のパターンを併用することによって、ローカルフレアの分布を知ることが可能となる。
【０１２８】
実施例６におけるローカルフレアの計測では、１μｍの位置でのフレアを測定するため、センサー開口部を単純には大きくできない。開口部の面積が小さいと、フレア光に限らず直接光でも充分な光量が得られない可能性があるため、幅を細く（１μｍ程度）した状態で、直交方向に長くして矩形形状とすることで開口面積を稼ぎ、また、これを複数本用意して面積を稼ぐ必要がある。
【０１２９】
ローカルフレアを計測するには、通常、この開口部をフレア計測パターンの遮光部で覆い、周辺のマスク開口部から入射するフレア光を測定している。本実施例による精度向上のための測定方法では、センサー開口部の一部に、直接光が入射するように計測パターンの光透過部を設ける。
【０１３０】
１回目の測定では、参照光として、計測パターンの周囲のマスク開口部を照明せず、透過部を通過する光のみを計測する。２回目の測定では、周囲のマスク開口部も同時に照明することで、直接光とローカルフレアの合計を計測する。このとき、事前に計測パターン光透過部の、センサー開口部に対する面積比を算出しておくと、２回の出力の差からローカルフレアが計算できる。
【０１３１】
計測パターンの透過部からの光も、投影光学系を通過する時にローカルフレアを発生させるため、この分は計測の誤差となる。従って、透過部の面積は、センサーがノイズの影響を受けず、かつ、入射光に対して出力のリニアリティが確保できる範囲で、できるだけ小さいことが望ましい。また、ローカルフレアは、距離が離れると小さくなる性質があるため、センサー開口部の長手方向の端に配置することが望ましい。
【０１３２】
センサーの開口部が複数ある場合は、それぞれ１つ１つの開口部に対して、同様に透過部を含んだ同一のフレア計測パターンを配置する。複数個の開口部からの光を合わせることで、開口幅の幅が狭いローカルフレア計測においても精度良い計測が可能となる。
【０１３３】
所定のフレア計測パターンに対して、光透過部の大きさだけを変更した複数種類のパターンをあらかじめ用意し、実際に実験によってセンサーのノイズやリニアリティを評価した後、最も誤差が小さい光透過部のパターンを決定しても良い。また、計測パターンの遮光部の大きさが異なる複数の計測パターンを用いることで、フレアの分布の情報が得られる。ただし、それぞれのパターン毎にフレアは変化するため、パターン毎に光透過部の大きさを最適化することが望ましい。
（露光装置）
次に、上記実施例の計測方法を実施するフレア計測部を備えた露光装置について説明する。
【０１３４】
図１３は、本発明の一側面としての露光装置２０１の構成を示す概略断面図である。露光装置２０１は、計測装置１を備えている。
【０１３５】
露光装置２０１は、投影光学系ＰＬのウエハ２４０側にある最終レンズ面とウエハ２４０との間の少なくとも一部に供給される液体ＷＴを介して、レチクル２２０（マスク）に形成された回路パターンをウエハ２４０に露光する液浸露光装置である。ただし、本実施例における露光装置は、液浸露光装置に限定されるものではない。
【０１３６】
露光装置２０１は、図１３に示すように、照明装置２１０、マスクステージＭＳ、投影光学系ＰＬ、ウエハステージＷＳ、液体給排機構２６０、及び、図示しない制御部を有する。マスクステージＭＳには、レチクル２２０及び計測マスクＭ１が載置されている。また、ウエハステージＷＳには、ウエハ２４０及び光量センサーＦＳが載置されている。図示しない制御部は、照明装置２１０、マスクステージＭＳ、ウエハステージＷＳ、液体給排機構２６０を制御可能に接続されている。
【０１３７】
照明装置２１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル２２０を照明し、光源部２１２と、照明光学系ＩＬとを有する。
【０１３８】
光源部２１２は、例えば、光源として、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を使用することができる。ただし、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。
【０１３９】
照明光学系ＩＬは、レチクル２２０及び計測マスクＭ１を照明する光学系である。
【０１４０】
レチクル２２０は、原版であり、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、マスクステージＭＳに支持及び駆動されている。レチクル２２０から発せられた回折光は、投影光学系ＰＬを介し、ウエハ２４０上に投影される。レチクル２２０とウエハ２４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２０１は、ステップ・アンド・スキャン方式であるため、レチクル２２０とウエハ２４０を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル２２０のパターンをウエハ２４０上に転写する。
【０１４１】
マスクステージＭＳは、図示しないレチクルチャックを介してレチクル２２０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、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にマスクステージＭＳを駆動することでレチクル２２０を移動することができる。露光装置２０１は、レチクル２２０とウエハ２４０を図示しない制御部によって同期した状態で走査する。ここで、レチクル２２０又はウエハ２４０の面内で走査方向をＹ軸、それに垂直な方向をＸ軸、レチクル２２０又はウエハ２４０の面に垂直な方向をＺ軸とする。また、マスクステージＭＳは計測マスクＭ１を支持している。
【０１４２】
投影光学系ＰＬは、レチクル２２０面上のパターンを像面上に縮小投影する投影光学系である。
【０１４３】
本実施形態では、基板としてウエハ２４０を使用しているが、液晶基板またはガラスプレートを使用することもできる。ウエハ２４０には、感光材としてのフォトレジストが塗布されている。
【０１４４】
ウエハステージＷＳは、図示しないウエハチャックによってウエハ２４０を支持する。ウエハステージＷＳは、マスクステージＭＳと同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ２４０を移動する。また、ウエハステージＷＳの上には、光量センサーＦＳが設けられている。不図示のフレア計測部は、計測マスクＭ１からの光量を光量センサーＦＳで検出することにより、上述のフレアの計測方法を実施することができる。
【０１４５】
液体給排機構２６０は、給排ノズル２６２を介して、投影光学系ＰＬとウエハ２４０との間に液体ＷＴを供給する。詳細には、投影光学系ＰＬの最もウエハ２４０側の最終レンズ面とウエハ２４０との間に液体ＷＴを供給すると共に、供給した液体ＷＴを回収する。即ち、投影光学系ＰＬとウエハ２４０の表面で形成される間隙は、液体給排機構２６０から供給される液体ＷＴで満たされている。液体ＷＴは、本実施形態では、純水である。ただし、特に純水に限定するものではなく、露光光の波長に対して高い透過特性及び高い屈折率特性を有し、投影光学系ＰＬやウエハ２４０に塗布されているフォトレジストに対して化学的安定性の高い液体を使用することができる。
【０１４６】
図示しない制御部は、ＣＰＵ、メモリを有し、露光装置２０１の動作を制御する。制御部は、照明装置２１０、マスクステージＭＳ（即ち、マスクステージＭＳの図示しない移動機構）、ウエハステージＷＳ（即ち、ウエハステージの図示しない移動機構）、液体給排機構２６０と電気的に接続されている。制御部は、例えば、露光時のウエハステージＷＳの駆動方向等の条件に基づいて、液体ＷＴの供給と回収、或いは、停止の切り替え及び液体ＷＴの給排量を制御する機能も有する。
【０１４７】
露光において、光源部２１２から発せられた光束は、照明光学系ＩＬによりレチクル２２０を照明する。レチクル２２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系ＰＬにより、液体ＷＴを介してウエハ２４０に結像される。露光装置２０１が用いる投影光学系ＰＬは、優れた結像性能を有し、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体デバイス、液晶デバイスなど）を提供することができる。
【０１４８】
以上、本発明について、実施例に基づいて具体的に説明した。ただし、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲内において適宜変更が可能である。
【０１４９】
例えば、上記実施例では、フレア計測パターンが形成されたマスクが用いられることを説明した。ただし、これに代えて、マスクステージＭＳに光の透過する部分を設け、そこにフレア計測パターンを形成した光学部材を採用してもよい。
【０１５０】
以上のとおり、上記実施例によれば、フレアを簡便かつ高精度に計測可能な計測装置を提供することができる。特に、本実施例では、ステージ上に開口部を有する光量センサーと、マスク面上にセンサー開口部の少なくとも一部に直接光（０次光）を透過投影するように配置された遮光部を備えた計測パターンを有する。光量センサーにより、計測パターンをセンサー開口部に投影した投影像の光量が計測される。計測パターンに光透過部を設けることで、投影光学系のフレアが小さい場合も、フレア計測時にセンサーに入射する光量が、ノイズの影響が無いレベルに引き上げられる。また、参照光計測時とフレア計測時の光量の差が小さくなるため、センサーの入射光に対する出力の線形性が良い範囲を使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１５１】
【図１】本実施例における計測装置の概略構成図である。
【図２】実施例１における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【図３】本実施例におけるロングレンジフレアの計測方法を示す図である。
【図４】本実施例における入射光量に対するセンサー出力を示すグラフである。
【図５】本実施例におけるセンサー出力の校正用のパターンを示す図である。
【図６】実施例２における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【図７】実施例３における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【図８】実施例４における計測パターン（ロングレンジフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【図９】本実施例におけるマスクの一例を示す図である。
【図１０】実施例６における計測パターン（ローカルフレア計測パターン）とセンサー開口部との位置関係を示す図である。
【図１１】実施例６における参照光計測時に用いられる参照パターンを示す図である。
【図１２】実施例６における複数のセンサー開口部に対応する複数の計測パターンを示す図である。
【図１３】本実施例における露光装置の概略図である。
【図１４】本実施例５における計測マスクを用いない計測方法を示す図である。
【符号の説明】
【０１５２】
ＦＭ    フレア計測部
ＩＬ    照明光学系
ＭＢ    マスキングブレード
Ｍ１    計測マスク
ＭＳ    マスクステージ
ＰＡ    ステージ位置調整部
ＰＬ    投影光学系
ＦＳ    光量センサー
ＷＳ    ウエハステージ
１０、４０、５０、１０１、１０２    計測パターン
１１，１３，１４，１６，１９、４１、５１    遮光部
１２，１５，１７、４４，４５、５３    光透過部
１８、４２、４３、５２    マスク開口部
２０、２１    センサー開口部
４６    参照パターン
【図１】
2009200288.tif 000003
【図２】
2009200288.tif 000004
【図３】
2009200288.tif 000005
【図４】
2009200288.tif 000006
【図５】
2009200288.tif 000007
【図６】
2009200288.tif 000008
【図７】
2009200288.tif 000009
【図８】
2009200288.tif 000010
【図９】
2009200288.tif 000011
【図１０】
2009200288.tif 000012
【図１１】
2009200288.tif 000013
【図１２】
2009200288.tif 000014
【図１３】
2009200288.tif 000015
【図１４】
2009200288.tif 000016