JP2000114158A - 露光条件測定方法及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体デバイス製造の際のリソグラフィー工
程において露光量を適切に設定して高集積度のパターン
が容易に得られる露光条件測定方法及びそれを用いた露
光装置を得ること。 【解決手段】 レチクル上のパターンを互いに異なる露
光条件で感光基板上に転写して複数の感光パターンを形
成する工程と、前記複数の感光パターンからの輝度情報
を光電変換素子上に投影する投影工程と、前記投影工程
によって得られる画像信号から前記各感光パターンの周
波数成分を算出する工程と、前記各感光パターンの周波
数成分に基づいて前記パターンを前記感光基板に転写す
る際の最適露光条件を決定する工程とを有する露光条件
測定方法において、前記感光パターンは１方向に周期性
を有するパターンで、該感光パターンの計測方向と該光
電変換素子の配列方向の１方向とが平行でないまたは直
交しない角度に設定すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光条件測定方法
及びそれを用いた露光装置に関し、LSI 等を製造するリ
ソグラフィー工程において使用される露光装置における
最適フォーカス位置及び最適露光量の測定方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、LSI 製造の際のリソグラフィー工
程において使用される露光装置はLSIの回路パターンの
集積度が高まり、転写すべきパターンの線幅もサブミク
ロンの領域になっているので、その投影レンズの解像力
を安定して維持していくためには、最良のフォーカス位
置と最適露光量、即ち最適の露光条件を正確に設定する
ことが極めて重要になっている。

【０００３】従来は、試し焼きとして、１ショット毎に
露光条件即ちフォーカス位置と露光量（シャッター時
間）の少なくとも一方を順次変えて、感光基板に露光
後、感光基板を現像して直線状のパターンの線幅を光学
顕微鏡や線幅測定装置で計測して最良のフォーカス位置
と最適の露光量、即ち最適の露光条件を決定していた。

【０００４】例えばステップアンドリピート方式の露光
装置においては、ウエハ上のショット領域の配列の横方
向についてはフォーカス値を一定にして露光量（シャッ
ター時間）を一定量ずつ変えて露光を行い、ショット領
域の配列の縦方向については露光量を一定にしてフォー
カス値を一定量ずつ変えて露光する。

【０００５】これを現像後に、形成された各ショット内
のラインアンドスペースのレジストパターンの線幅を走
査型電子顕微鏡によるSEM 測長等により検出し、露光装
置の最良焦点位置（ベストフォーカス）と最適露光量を
決定していた。

【０００６】一方、特開平８−７８３０７号公報では、
周期性をもつパターン、例えばＬ＆Ｓパターンをレチク
ルに構成した露光条件測定レチクルを用いて、このパタ
ーンのレジスト像を例えばCCD 等の光電変換装置で撮像
した画像信号に対して、FFT演算の処理を施し周波数成
分を検出することにより露光条件を測定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】レジストパターンをCC
D 等の光電変換装置で撮像して露光条件を測定する場合
に、露光光の照明によるブリーチングの影響でレジスト
が変化しパターンの強度分布の低下を招き、測定精度が
劣化するという問題があった。さらには、投影レンズの
解像度向上に伴い転写する測定用パターンもサブミクロ
ンの領域になり現状の画素分解能では十分な精度が得ら
れないという問題があった。

【０００８】上記問題を軽減するされる方法として、画
素分解能を上げる方法がある。画素分解能を向上するこ
とは光学倍率を向上させる方法とあるいはA/D 変換装置
の分解能を向上することで実現することができる。しか
し、この場合には変更規模が大きくなり、装置全体が複
雑化してくる。

【０００９】本発明は、レチクル面上のパターンをウエ
ハ面上に露光転写するときの最適露光量を高精度に決定
し、高解像度のパターンが容易に得られる露光条件測定
方法及びそれを用いた露光装置の提供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の露光条件測定方
法は、 (1-1) レチクル上のパターンを互いに異なる露光条件で
感光基板上に転写して複数の感光パターンを形成する工
程と、前記複数の感光パターンからの輝度情報を光電変
換素子上に投影する投影工程と、前記投影工程によって
得られる画像信号から前記各感光パターンの周波数成分
を算出する工程と、前記各感光パターンの周波数成分に
基づいて前記パターンを前記感光基板に転写する際の最
適露光条件を決定する工程とを有する露光条件測定方法
において、前記感光パターンは１方向に周期性を有する
パターンで、該感光パターンの計測方向と該光電変換素
子の配列方向の１方向とが平行でないまたは直交しない
角度に設定することを特徴としている。

【００１１】特に、 (1-1-1) 前記光電変換素子は２次元に配列され、該光電
変換素子より得られるパターン像の撮像信号に対して所
定の大きさの２次元のウィンドウを複数設定し、前記パ
ターン像の設定されたウィンドウにおいて１方向への積
算によって得られる第１の１次元信号を算出し、各ウィ
ンドウ毎に、前記１次元信号を合成して、第２の１次元
信号を算出する工程を有すること。 (1-1-2) 前記感光基板は、レジストが塗布されたウエハ
であること。 (1-1-3) 前記感光パターンは、現像工程後に形成される
レジストパターンであること。 (1-1-4) 前記感光パターンは、現像する工程前にレジス
ト層に形成される潜像であること。 (1-1-5) 前記各感光パターンの周波数成分のうち前記周
期性を有するパターンで決まる基本周波数のパワーに基
づいて前記最適露光条件を決定すること。 (1-1-6) 前記露光条件は露光量であること等を特徴とし
ている。

【００１２】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1) の、露光条件測定方法を用いて最適露
光条件を求めて、第１物体面上のパターンを第２物体面
上に投影していることを特徴としている。

【００１３】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1) の、露光条件測定方法を用いて最適露
光条件を求めて、その露光量でレチクル面上のパターン
をウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエハを現像処
理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とし
ている。 (3-2) 構成(2-1) の、露光装置を用いて、レチクル面上
のパターンをウエハ面上に投影露光し、その後、該ウエ
ハを現像処理工程を介してデバイスを製造していること
を特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の露光条件測定方法は現像
された各測定用のレジストパターンを光電変換素子で撮
像する時に測定用パターンの周波数検出方向と該光電変
換素子の配列方法の１方向とが平行でないあるいは直交
しない角度に設定することを特徴としている。

【００１５】また、前記光電変換素子は２次元に配列さ
れ、該光電変換素子より得られるパターン像の撮像信号
に対し、所定の大きさの２次元のウィンドウを複数設定
し、前記パターン像の設定されたウィンドウにおいて１
方向への積算によって得られる第１の１次元信号を算出
し、各ウィンドウ毎に、前記１次元信号を合成して第２
の１次元信号を算出する工程と、その合成された画像信
号に対して、前記各感光パターンの周波数成分を算出す
る工程とを有することを特徴としている。

【００１６】次に本発明の実施形態について説明する。

【００１７】図１は本発明の露光条件測定方法を有した
露光装置のうちの、レジストパターン測定装置を示す要
部概略図である。図中、W'は現像したウエハであり、そ
の表面にはレジストパターンM'が形成されている。１０
１は投影レンズであり、レチクルR 面上のパターンをウ
エハW に縮小投影するとともにウエハW'上のレジストパ
ターンM'を光電変換手段１０５面上に拡大して結像す
る。その光軸AXをXYZ 座標のZ 方向とする。１００はウ
エハステージであり、ウエハW'を吸着し、これをX,Y お
よび Z方向に移動させる。

【００１８】１０３は部分照明系であり、ウエハW'上の
レジストパターンM'を照明する。１０２はビームスプリ
ッタであり、ウエハW'上のレジストパターンM'からの反
射光を、側方へ反射する。１０４は検出光学系であり、
投影レンズ１０１と共に拡大光学系を形成し、レジスト
パターンM'を所定の倍率で２次元の光電変換手段１０５
の撮像面に結像させる。光電変換手段１０５は、例えば
ITV 、２次元イメージセンサ等であり、撮像した像を電
気信号に変換する。

【００１９】１０６はA/D 変換手段であり、光電変換手
段１０５からの信号を拡大光学系の結像倍率および光電
変換手段１０５の撮像面の画素ピッチにより定まるサン
プリングピッチλs により２次元の撮像面上の画素のXY
方向のアドレスに対応した２次元離散電気信号列に変換
する。１０７は投影積算装置であり、図５に示すパター
ン(M) を含むような２次元のウィンドウWx1 を設定して
いる。

【００２０】１０８はFFT 演算手段であり、入力した電
気信号列S(x)を離散フーリエ変換して空間周波数領域に
変換し，そのフーリエ係数を高速に演算する。

【００２１】１１０は制御手段であり、全体の動作を制
御したり、ベストフォーカス位置を決定したり、最適露
光量を決定したりする。

【００２２】図１に示すように現像後のウエハW'をウエ
ハステージ１００に載置し、照明系１０３を動作させ、
投影レンズ１０１により、ウエハW'上のレジストパター
ン（感光パターン）M'を照明する。照明されたレジスト
パターンM'からの光は投影レンズ１０１を逆行し、ビー
ムスプリッタ１０２、検出光学系１０４を介して光電変
換手段１０５の撮像面に結像する。そこでウエハW'上の
レジストパターンM'の像が所定の倍率で光電変換手段１
０５の撮像面上に得られる。これは感光パターンM'を光
電変換手段１０５の撮像面に結像する撮像工程である。

【００２３】光電変換手段１０５によってレジストパタ
ーンMx' 又はMy' は光電変換され、電気信号列の画像信
号として順次出力され、A/D 変換手段１０６によって、
拡大光学系の結像倍率および撮像面の画素ピッチにより
定まるサンプリングピッチλs により２次元の撮像面の
画素のXY方向のアドレスに対応した２次元離散電気信号
列(X,Y) に変換される。

【００２４】２次元離散電気信号列を(X,Y) とすると、
A/D 変換手段１０６を介し、投影積算手段１０７からは
X 方向に離散的な電気信号列が順次FFT 演算手段１０８
へ出力する。電気信号列は撮像面の計測方向の１列単位
で出力する（これを１次元電気信号列S(x)と定義す
る）。この工程が光電変換手段から計測方向に沿って１
次元電気信号列を順次出力する工程である。

【００２５】FFT 演算手段１０８は入力した１次元電気
信号列S(x)を離散フーリエ変換し、１次元電気信号列S
(x)を空間周波数領域に変換し、そのフーリエ係数を高
速に算出する。その手法は公知の N点(N=2) の高速フー
リエ変換（以下FFT と呼ぶ）によるものであり、サンプ
リング周波数fsを１に正規化したときに空間周波数f(k)
k/N の複素フーリエ係数X(k)は、

【００２６】

【数１】 と表され、その周波数強度E(k)は、 E(k)＝［Re{X_y(k)}² ＋Im{X_y(k)}²]^1/2 (2) と表される。ただし、j は虚数単位、Re{X(k)}，Im{X
(k)}は各々複素数X(k)の実部、虚部を表す。

【００２７】ここでパターン(M) の計測方向のパターン
ピッチをλp とすると光電変換素子上の配列方向のパタ
ーンピッチλp'との関係は以下のようになる。

【００２８】λp=λp'COS θ この場合、空間周波数f_1p=λs ／λp'の強度は大とな
り、また、f_1p の第n 高調波f_np ＝_n・f_1p （n ＝2,3,4,
・・・・・)の強度も大となる関係がある。

【００２９】図２は本発明の露光装置のうちの露光条件
即ちベストフォーカス及び最適露光量を決定しようとす
る露光装置の要部概略図である。

【００３０】本露光装置はフォーカス位置制御手段及び
露光制御手段を有する。図中、２１５は水銀ランプなど
の露光光源、２１４は開閉可能なシャッター、２１２は
ハーフミラー、２１１はミラー、Ｌ１，Ｌ２は照明光学
系である。

【００３１】Rはレチクルであり、その上には回路パタ
ーンや試し焼き用の測定用パターン（図４）を形成して
いる。W はウエハ（感光基板）であり、その表面にはレ
ジストを塗布している。１０１は投影レンズ（縮小投影
レンズ）であり、レチクルR上の回路パターン等をウエ
ハW 上に縮小して転写する。その光軸AXを Z方向とする
XYZ 座標系を設定する。１００はウエハステージであ
り、ウエハW を吸着し、これをX,Y および Z方向に移動
させる。なお、レチクルR は投影レンズ１０１の光軸に
対して垂直な面内に配置している。

【００３２】２０３は半導体レーザなどの高輝度光源で
あり、２０４は照明光学系である。２０５、２０６は折
曲げミラー、２０７はフォーカス位置検出光学系、２０
８は２次元位置検出素子であり、CCD などで構成してい
る。２０９はフォーカス制御回路である。以上の２０３
〜２０９の各要素はフォーカス位置制御手段の一要素を
構成している。

【００３３】フォーカス位置制御手段の作用を説明す
る。光源２０３から射出した光は照明光学系２０４より
ピンホールを通過し、その光束は折曲げミラー２０５で
方向を変えられた後、ウエハW の表面に浅い角度で入射
する。ウエハW の測定点で反射した光束は折曲げミラー
２０６で方向を変えられた後、フォーカス位置検出光学
系２０７を介して２次元位置検出素子２０８に入射す
る。２次元位置検出素子２０８はその受光面上の入射位
置を検知する。

【００３４】ウエハW の Z方向の位置変化は、２次元位
置検出素子２０８上で入射位置のずれとして検出できる
ため，２次元位置検出素子２０８からの出力信号に基づ
いてフォーカス制御回路２０９がウエハステージ１００
の Z方向の位置を制御する。

【００３５】次に露光量制御手段について説明する。２
１３は照度を検出するためのセンサーである。２１０は
積算露光制御回路であり、シャッター２１４を開放中、
センサー２１３からの照度信号を積算して露光を制御す
る。シャッター２１４、ハーフミラー２１２、センサー
２１３、積算露光制御回路２１０等は露光制御手段の一
要素を構成している。

【００３６】この露光制御手段の作用を説明する。シャ
ッター２１４が開放になると、光源２１５からの光はレ
チクルR を照射し、投影レンズ１０１によってウエハW
上にレチクルR 上の回路パターン等が露光される。同時
にハーフミラー２１２によって一部分割された露光光は
センサー２１３に達し、センサー２１３で露光量の照度
を測定し、積算露光制御回路２１０が露光量を時間的に
積算し、露光量が所定の量に達するとシャッター２１４
を閉じて露光を終了させる。

【００３７】試し焼きについて説明する。図２の露光装
置に試し焼きレチクルR をセットする。試し焼きレチク
ルR 上には図４に示す測定用パターン（パターン）M を
形成している。測定用パターンM はクロムの不透明膜の
中にこの膜面上の一方向（X方向又はY 方向＝計測方
向）に垂直な方向に伸びる一定線幅の開口を該計測方向
に一定周期λp で複数個並べて成っている。図４中、Mx
は計測方向 Xのフォーカス及び露光条件を決定するため
のパターンであり、Myは計測方向 Yのそれを決定するた
めのパターンである。

【００３８】この時、パターン(M) の計測方向と光電変
換素子の配列方向が角度θ（θ≠０°，９０°）傾くよ
うに設定されている。また、その角度は、図示されてい
ない光電変換素子を保持するホルダーを回転駆動させる
ことにより任意に設定できる。

【００３９】そしてポジ型のレジストを塗布したウエハ
W をウエハステージ１００にセットし、レチクルR をス
テップアンドリピート方式でウエハW 上に順次露光（転
写）して測定用パターンM の像である感光パターンM'を
形成する。

【００４０】このとき前記のフォーカス位置制御手段及
び露光制御手段を用いて、 X方向のショットではショッ
ト毎に露光量を変えて露光し、 Y方向のショットではシ
ョット毎にフォーカス位置を一定量ずつ変えて（ウエハ
W の位置を光軸方向に種々と変えて）露光し、所定数の
ショットをすれば試し焼きは終わる。この工程はレチク
ルR 上のパターンを異なるフォーカス位置で露光量を変
化させて感光基板上に転写して複数の感光パターンを形
成する工程である。

【００４１】試し焼きの終わったウエハW は現像する。
W'を現像の終わったウエハとする。図３は現像したウエ
ハW'のレジストパターン（感光パターン）M'の部分拡大
図である。このうち、図３(A) 〜(C) はベストフォーカ
ス位置のショットにおけるレジストパターンM'の一部拡
大図、図３(D) 〜(F) はベストフォーカスからずれてい
る、所謂デフォーカス位置におけるショットのレジスト
パターンM'の一部拡大図を示す。ベストフォーカス位置
ではレジストパターンM'の角部が直角に形成されている
が、デフォーカス位置ではレジストパターンM'の角部が
丸まっている。

【００４２】図５は図１の露光装置において測定用パタ
ーン(M) が光電変換素子面１０５上に結像したパターン
像と光電変換素子の配列を示した説明図、およびその時
の画像処理ウィンドウ(Wx1,Wx2,Wy1,Wy2) を示してい
る。図６は本発明に係るパターンの測定原理を説明する
図で、測定用パターン６０２が１次元に配列された光電
変換素子６０１上に結像された状態を示している。６０
１は１次元に配列された光電変換素子で６０２はパター
ン像である。

【００４３】測定パターン６０２の計測方向と光電変換
素子６０１の配列方向とのなす角度はθになっている。
この時測定パターン像６０２は計測方向にΔX だけ異な
る位置にある。これは１次元に配列された光電変換素子
６０１上で検出するとΔX'となり、ΔX とは次のような
関係がある。

【００４４】ΔX ＝ΔX'COS θ光電変換素子６０１の配
列ピッチをP とすると従来は計測方向と配列方向が一致
しているので分解能はP であるが、計測方向と配列方向
とが角度をなすことにより分解能がP・COS θとなり、分
解能が実質的に向上する。

【００４５】次に本実施形態における測定パターンの画
像処理について図５，図７，図８を用いて説明する。

【００４６】図７は第１のウィンドウ(Wx1) に対して積
算した第１の画像信号列と第２のウィンドウ(Wx2) に対
して積算した画像信号列と第２の画像信号列とを合成し
た第３の画像信号列を示す説明図、図８は第１のウィン
ドウに対して積算した第１の画像信号列と第２のウィン
ドウに対して積算した画像信号列と第２の画像信号列と
を合成した第３の画像信号列よりパワースペクトルを算
出するフローチャート図である。

【００４７】まず図８のフローチャートについて説明す
る。

【００４８】［ステップ７０１］撮像手段（１０５）に
よって２次元の電気信号に変換されたパターン像は、図
１のA/D 変換手段１０６によって、投影光学系（１０
１）と検出光学系（１０４）の光学倍率および撮像面の
画素ピッチにより定まるサンプリングピッチλs により
２次元の装置上の画素のXY方向のアドレスに対応した２
次元離散電気信号列に変換される。

【００４９】［ステップ７０２］図１の投影積算手段１
０７は、図５で示すパターン(Mx)を含むような所定の２
次元のウィンドウWx1 を設定する。

【００５０】［ステップ７０３］図５で示すy 方向にウ
ィンドウWx1 内で画素積算を行ない、図７(A) に示すX
方向に離散的な電気信号列s1(x) を出力する。

【００５１】［ステップ７０４］図５で示すパターン(M
x)を含むような所定の２次元のウィンドウWx2 を設定す
る。

【００５２】［ステップ７０５］図５で示すy 方向にウ
ィンドウWx2 内で画素積算を行ない、図７(B) で示すX
方向に離散的な電気信号列s2(x) を出力する。

【００５３】［ステップ７０６］上記離散電気信号列s1
(x) とs2(x) より以下の算出式から図７(C) に示すよう
な合成信号列s(x2) を作成する。

【００５４】

【数２】 ［ステップ７０７］図１のFFT 演算手段１０８は、入力
した電気信号列s(x)を離散フーリエ変換し、s(x)を空間
周波数領域に変換し、そのフーリエ係数を高速に演算す
るものである。その手法は、前述した如くである。

【００５５】［ステップ７０８］そのときの空間周波数
fkのパワースペクトルekを前述した算出式で求めること
ができる。

【００５６】図９は、フォーカスを種々と変えて露光し
た時のパターンをCCD カメラで撮像した投影積算信号の
一例を示すものである。図１０〜図１２はその信号をFF
T 演算装置で離散フーリエ変換した周波数強度の説明図
である。

【００５７】パターンピッチとサンプリングピッチの比
率で決まる基本周波数f_1p,f_2p の基本周波数強度につい
てはどのフォーカス位置においても大きくなることが分
かる。最適焦点位置では、ラインとスペースの比率、即
ちレチクル(R) に構成されているＬ＆Ｓパターンのデュ
ーティが１：１であるならば、レジストパターンにおい
ても基本周波数g_1p ＝2 λs λp'のパワーが大きくな
り、g_np ＝_n・g_1p （n ＝2,3,4,・・・・・ ）のパワーも大き
くなる。ただし、デフォーカス状態では、ラインアンド
スペースのデューティが１：１でなくなるため基本周波
数f_1p のn 倍、この場合だとf_3p での周波数のパワーが
大きくなり、最適焦点位置で最小となる。

【００５８】従って、基本周波数f_1p のn 倍の周波数の
中から任意に選択し、その周波数のパワーが最小となる
フォーカス位置を検出することで最適焦点位置が検出で
きる。図１７に示すようにフォーカス位置と周波数強度
(f_3p) の関係が得られ、このときの周波数強度の最小値
に対応したフォーカス位置が最適焦点位置となる。

【００５９】また、この時選択された周波数(f_3p) のパ
ワーのその時の他の基本周波数のパワー（例えばg_1p や
g_2p ）に対する比率が最小となる時を最適焦点位置とし
ても良い。このように各ショットで他の基本周波数のパ
ワーで規格化することにより、ショット間の違い、例え
ば照明光量やレジスト厚さの違いによる反射光量の差に
よる誤差を低減できる。

【００６０】図１３は、露光量を種々と変えて露光した
時のパターンをCCD カメラで撮像した投影積算信号を示
すものである。図１４〜図１６はその信号をFFT 演算装
置で離散フーリエ変換した周波数強度の説明図である。

【００６１】フォーカスの場合と同様に、基本周波数f
_1p,f_2p の基本周波数強度については露光量にかかわら
ず大きくなることが分かる。

【００６２】最適露光量についても最適フォーカス位置
と同様に、ラインアンドスペースのデューティが１：１
に最も近づいた状態、すなわち空間周波数f_3p の周波数
成分のパワーが最小となる露光量として定義できる。図
１８は露光量を変えた時の周波数強度(f_3p）を示した説
明図である。周波数強度の最小値に対応する露光量が最
適露光量となる。もちろん、前述したように各ショット
において他の基本周波数のパワーで規格しても良い。

【００６３】また、最適焦点位置または最適露光量の場
合は、ラインアンドスペースのデューティが１：１にな
るため基本周波数g_1p,g_2p の周波数強度が最大となるの
で、基本周波数g_1p またはg_2p の周波数強度が最大とな
るフォーカス位置および露光量として定義してもよい
し、基本周波数同士のパワーを比較して、例えば、g_1p
とg_2p とを比較し、ある所望の関係になった時を最適焦
点位置または最適露光量として定義しても良い。

【００６４】算出されたフォーカス値は図２におけるフ
ォーカス制御手段２０９にフィードバックすることによ
りウエハ(W) を常にベストフォーカス位置に設定するこ
とができる。露光量についても図２における積算露光制
御手段（２１０）にフィードバックすることで最適露光
量に設定可能である。

【００６５】以上の様に最適焦点位置および最適露光量
が算出されレジスト種類、膜厚の変化に応じて、上の処
理を繰り返し行なうことで常に最適露光条件が算出され
る。実施形態１においては現像後のレジストパターンを
検出するようにしたが、現像前の潜像を検出するように
しても最適焦点位置および最適露光量を決定できる。潜
像を検出するようにすれば現像工程を省くことができる
ので、投影露光装置上で露光条件が自動測定できセット
アップタイムを大幅に短縮できる。

【００６６】また、図４に示した測定用パターンM はX
方向およびY 方向に配列しているので、同一位置でX 方
向とY 方向の最適フォーカス位置を検出することで投影
光学系の非点収差を計測できる。すなわち、図５で示す
パターン(My)のレジストパターンを含むような所定の２
次元のウィンドウを設定した後に、図５で示すX 方向に
ウィンドウWy内で画素積算を行ない、Y 方向に離散的な
電気信号列s(y)を出力する。同様に入力した電気信号列
s(y)を離散フーリエ変換し、s(y)を空間周波数領域に変
換し、そのフーリエ係数を算出することでY 方向のフォ
ーカス検出ができるようにして、互いに方向が異なるパ
ターンの最適焦点位置を検出して投影レンズのレジスト
プロセスを介した際の実際の非点収差が計測できる。

【００６７】さらに露光領域内の中心と外周位置の複数
位置に測定用パターンを設けることで投影レンズのレジ
ストプロセスを介した際の実際の像面湾曲と像面傾きを
検出することができる。ただし、精度向上の点でＬ＆Ｓ
のマーク本数はFFT 処理をする上でも多い方が望まし
く、少なくとも１０本以上は必要である。

【００６８】前述の処理では、フーリエ変換後のパワー
を評価したが、その位相を検出すればレジストパターン
の非対称性も検知でき投影レンズの露光領域内の各位置
におけるコマ収差も計測できる。

【００６９】このような投影レンズの収差を検出する際
は、回路パターンを実際に露光するレジストでなくても
良く感光する材料であれば良い。例えば光磁気材やフォ
トクロ材であっても良い。

【００７０】実施形態１では、ウエハに測定用パターン
を露光する際も、またレジストパターンを検出する際も
縮小投影レンズもしくは露光装置を用いたが、レジスト
パターンを検出する際は別の観察光学系で行なっても良
い。それにより計測結果に対する投影レンズ自体の収差
の影響を低減できる。

【００７１】また、実施形態１では、投影光学系を用い
た時の露光条件を求めたが、投影光学系を用いないプロ
ミキシティ露光の時の露光条件でも良く、その時は焦点
位置の代わりにマスクとウエハとの間隔を変える。

【００７２】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、レチクル面上のパターンをウエハ面
上に露光転写するときの最適露光量を高精度に決定し、
高解像度のパターンが容易に得られる露光条件測定方法
及びそれを用いた露光装置を達成することができる。

【００７３】特に本発明によれば、計測パターンの計測
方向に対し光電変換素子の配列方向を平行でないまたは
直角でない所定の角度傾けさせた状態で該光電変換素子
上にパターンを結像し該画像を取り込むことにより、画
素分解能以下で高精度でパターンを測定することが可能
となる。例えば、今まで検出分解能を向上するためにA/
D 変換装置の分解能を上げる等ハードウエアの変更が必
須であったが、本測定方法によりコストのかからない簡
易な構成で最適露光条件の計測精度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による露光条件測定装置の構成を示す
図

【図２】 露光装置におけるフォーカス検出と露光量制
御の部分的概略図

【図３】 レジストに形成されたパターンの断面図

【図４】 本発明の露光条件測定方法の計測対象である
マスクに構成するパターンを示す図

【図５】 本発明によるウエハ上に形成されたパターン
と２次元のウィンドウの関係を示す図

【図６】 本発明の装置において測定パターン像と光電
変換素子の配列を説明する図

【図７】 第１のウィンドウに対して積算した第１の画
像信号列と第２のウィンドウに対して積算した画像信号
列と第２の画像信号列とを合成した第３の画像信号列を
示す図

【図８】 第１のウィンドウに対して積算した第１の画
像信号列と第２のウィンドウに対して積算した画像信号
列と第２の画像信号列とを合成した第３の画像信号列よ
りパワースペクトルを算出するフローチャート図

【図９】 フォーカスを変えて露光した時のパターンを
CCD カメラで撮像した投影積算信号の一例を示す図

【図１０】 デフォーカス（−）した位置で転写したパ
ターンの投影積算信号をFFT 演算装置で離散フーリエ変
換して、縦軸を周波数強度、横軸に空間周波数をプロッ
トした図

【図１１】 デフォーカス（＋）した位置で転写したパ
ターンの投影積算信号をFFT 演算装置で離散フーリエ変
換して、縦軸を周波数強度、横軸に空間周波数をプロッ
トした図

【図１２】 最適焦点位置で転写したパターンの投影積
算信号をFFT 演算装置で離散フーリエ変換して、縦軸を
周波数強度、横軸に空間周波数をプロットした図

【図１３】 露光量を変えて転写したパターンをCCD カ
メラで撮像した投影積算信号の一例を示す図

【図１４】 露光量が少ない場合のパターンの投影積算
信号をFFT 演算装置で離散フーリエ変換して、縦軸を周
波数強度、横軸に空間周波数をプロットした図

【図１５】 露光量が多い場合のパターンの投影積算信
号をFFT 演算装置で離散フーリエ変換して、縦軸を周波
数強度、横軸に空間周波数をプロットした図

【図１６】 最適露光量で投影積算信号をFFT 演算装置
で離散フーリエ変換して、縦軸を周波数強度、横軸に空
間周波数をプロットした図

【図１７】 縦軸を周波数強度、横軸にフォーカス位置
をプロットした図

【図１８】 縦軸を周波数強度、横軸に露光量をプロッ
トした図

【符号の説明】

１００ ウエハステージ １０１ 投影レンズ １０２ ビームスプリッター １０３ 照明系 １０４ 検出光学系 １０５ 光電変換手段 １０６ A/D 変換手段 １０７ 投影積算手段 １０８ FFT 演算手段 １０９ 周波数強度検出手段 １１０ 制御手段 ２０３ 高輝度光源 ２０４ 照明光学系 ２０５，２０６ 折り曲げミラー ２０７ フォーカス位置検出光学系 ２０８ ２次元位置検出素子 ２０９ フォーカス制御回路 ２１０ 積算露光制御回路 ２１１ ミラー ２１２ ハーフミラー ２１３ センサー ２１４ シャッター ２１５ 露光光源 L1,L2 照明光学系 W ウエハ W' 焼付け、現像したウエハ M 測定用パターン（パターン） M' レジストパターン R レチクル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レチクル上のパターンを互いに異なる露光
   条件で感光基板上に転写して複数の感光パターンを形成
   する工程と、前記複数の感光パターンからの輝度情報を
   光電変換素子上に投影する投影工程と、 前記投影工程によって得られる画像信号から前記各感光
   パターンの周波数成分を算出する工程と、前記各感光パ
   ターンの周波数成分に基づいて前記パターンを前記感光
   基板に転写する際の最適露光条件を決定する工程とを有
   する露光条件測定方法において、前記感光パターンは１
   方向に周期性を有するパターンで、該感光パターンの計
   測方向と該光電変換素子の配列方向の１方向とが平行で
   ないまたは直交しない角度に設定することを特徴とする
   露光条件測定方法。
2. 【請求項２】前記光電変換素子は２次元に配列され、該
   光電変換素子より得られるパターン像の撮像信号に対し
   て所定の大きさの２次元のウィンドウを複数設定し、前
   記パターン像の設定されたウィンドウにおいて１方向へ
   の積算によって得られる第１の１次元信号を算出し、各
   ウィンドウ毎に、前記１次元信号を合成して、第２の１
   次元信号を算出する工程を有することを特徴とする請求
   項１に記載の露光条件測定方法。
3. 【請求項３】前記感光基板は、レジストが塗布されたウ
   エハであることを特徴とする請求項１に記載の露光条件
   測定方法。
4. 【請求項４】前記感光パターンは、現像工程後に形成さ
   れるレジストパターンであることを特徴とする請求項１
   に記載の露光条件測定方法。
5. 【請求項５】前記感光パターンは、現像する工程前にレ
   ジスト層に形成される潜像であることを特徴とする請求
   項１に記載の露光条件測定方法。
6. 【請求項６】前記各感光パターンの周波数成分のうち前
   記周期性を有するパターンで決まる基本周波数のパワー
   に基づいて前記最適露光条件を決定することを特徴とす
   る請求項１記載の露光条件測定方法。
7. 【請求項７】前記露光条件は露光量であることを特徴と
   する請求項１に記載の露光条件測定方法。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか１項記載の露光
   条件測定方法を用いて最適露光条件を求めて、第１物体
   面上のパターンを第２物体面上に投影していることを特
   徴とする露光装置。
9. 【請求項９】請求項１から７のいずれか１項記載の露光
   条件測定方法を用いて最適露光条件を求めて、その露光
   量でレチクル面上のパターンをウエハ面上に投影露光
   し、その後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイス
   を製造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
10. 【請求項１０】請求項８記載の露光装置を用いて、レチ
    クル面上のパターンをウエハ面上に投影露光し、その
    後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
    ていることを特徴とするデバイスの製造方法。