JP2001230179A - 露光装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光の経路に依存した投影光学系の光透過率の変
動を特定する。 【解決手段】照明光学系１から射出した光を、有限の周
期で透光部と遮光部が繰り返され、かつ該透光部と遮光
部の比が複数与えられた回折格子パターンであって周囲
を遮光領域で遮られた光透過パターンを含む光学部材に
よりパターンが形成されたフォトマスク３に導き、フォ
トマスク３を通過した回折光を投影光学系４に照射させ
てパターンをウェハ５上に転写し、ウェハ５上に転写さ
れた回折光のパターン像に基づいて、投影光学系４の光
の経路に依存した透過率の変化を測定するものであっ
て、フォトマスク３とウェハ５が投影光学系４に関して
非共役な状態でパターン転写する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子製造に
使用する投影露光装置の検査方法に係わり、特に露光装
置の投影光学系の性能を検査するための露光装置の検査
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの回路パターンの製造に
は、リソグラフィ技術が一般に使用される。リソグラフ
ィ工程に使用される投影露光装置では、照明光学系から
射出された光が、回路パターンが描画されたフォトマス
クに入射する。そして、フォトマスクを通過した光は投
影光学系により集光される。そして、一般にはフォトレ
ジストが塗布された感光基板、具体的には例えばシリコ
ンウェハ上にフォトマスクの回路パターンが結像投影さ
れる。

【０００３】ところで、形成すべき半導体デバイスパタ
ーンが微細になってくると露光装置に求められる性能も
厳しくなる。露光装置の性能は、その装置を構成する種
々の光学部品により定まるものではあるが、半導体デバ
イスのパターンが微細になるにつれて、フォトマスクに
おける光の回折が顕著になる。パターンが周期的になる
場合、離散的な回折光が発生し、また周期が小さくなる
ほど回折角が大きくなることが知られている。微細な周
期パターンを形成するためには、光軸から遠ざかる方向
に進行する１次回折光を捕捉し、ウェハ上に集光する必
要があるので、投影光学系の直径を大きくする必要があ
る。

【０００４】ところで、投影光学系を構成する投影レン
ズが大きくなってくると、光の経路に依存した光の透過
率が変化する問題が生じる。露光波長に対して比較的大
きなパターンを露光する場合には、光の回折角は大きく
ないため、投影レンズの光軸近傍を通る光だけが結像に
寄与する。すなわちパターン結像に用いられる０次回折
光及び１次回折光はほぼ同じ経路を通過する。従って、
各回折光の強度は投影光学系の透過率変動の影響を受け
ず、フォトマスク上のパターンの形状によってのみ決定
される。

【０００５】これに対して微細パターンを露光する場合
には、回折角が大きいため、０次回折光と１次回折光の
経路は異なる。従って、投影光学系内の透過率が光の経
路に依存して変動する場合、ウェハに到達する回折光は
その影響を受け、強度が変化する。

【０００６】投影レンズの設計上、投影光学系内の透過
率変動は起きないようになっている。光の経路に依存し
た透過率変動は、例えばレンズ表面に付着した汚れやレ
ンズ材の結晶欠陥等で発生し得る不具合であるが、露光
装置を分解することなくこの現象を測定する方法はこれ
まで考案されていない。

【０００７】上記光の経路依存の透過率変動は、０次回
折光及び１次回折光の強度を変化させる。通常の露光方
法で半導体デバイスパターンを作成する場合、ウェハ上
のレジストパターンはこれら回折光の干渉により形成さ
れるため、上記透過率変動は露光装置のパターン結像能
力に影響を与え、微細パターンの転写能力が低下すると
考えられる。

【０００８】微細な周期パターンを０次回折光と１次回
折光の干渉により形成させる場合、干渉により発生する
光は明部と暗部を構成する。明度の度合いはコントラス
トという量で表され、明暗がはっきり分かれている場合
に、“コントラストが高い”といい、また、干渉光のコ
ントラストが高いほど、ウェハ上への上記パターンの転
写が容易になる。換言すれば、微細パターンが結像可能
なフォーカス裕度及び露光量裕度を広くするために、コ
ントラストは高い方が望ましい。コントラストは互いに
干渉する光のそれぞれの強度によって定められる。

【０００９】上記不具合が起きないものと仮定して回路
パターンを設計してしまうと、ウェハ上に形成される干
渉光のコントラストが充分高くなく、その結果パターン
が形成されない恐れがある。パターンの微細化が進行
し、シミュレーションを駆使したリソグラフィ設計が重
要な意味を持ち始めた今日では、このような予想外の不
具合が露光装置にあることは好ましくない。露光装置の
組立の過程で問題点を除去しておくか、あるいはその不
具合量を予め測定しておき、シミュレーションに取り入
れる必要がある。

【００１０】従来一般に行われていたコントラストの測
定の一例を図１８を用いて説明する。図１８はある露光
量Ｄで露光したときの、形成されるレジストパターン
（左図）と、相対的な光強度Ｉ（＝１／Ｄ）（右図）と
の関係を示している。コントラストは、光強度ピークに
おける光強度Ｉ₁と、ピーク間の光強度極小での値Ｉ₅を
用いて次式で表される。

【００１１】（コントラスト）＝（Ｉ₁−Ｉ₅）／（Ｉ₁
＋Ｉ₅） すなわち、（コントラスト）＝（１／Ｄ₁−１／Ｄ₅）／
（１／Ｄ₁＋１／Ｄ₅）＝（Ｄ₅−Ｄ₁）／（Ｄ₅＋Ｄ₁） ここで、Ｉ₁は光強度がピークとなる強度Ｉ₅は光強度ピ
ーク間の極小での強度である。しかしながら、この図１
に示した方法では、コントラストの低下の有無は確認で
きるものの、コントラスト低下の原因を特定するのは非
常に困難である。

【００１２】回折光強度の変化が原因となるもう一つの
現象は、回折光強度の重心が投影光学系の中心からずれ
ることによるウェハでのフォーカスに依存したパターン
の位置ずれである。ライン＆スペースパターンを例に取
ると、１次回折光は０次回折光を対称点として＋１次及
び−１次の２つが生じる。＋１次と−１次の回折光の強
度に差がある場合、パターンが形成される位置がウェハ
のデフォーカス量に依存して横ずれする。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにパター
ン露光で生じる回折光の強度が不均一となる原因は、投
影光学系の光透過率の部分的な変動である。しかしなが
ら、従来のコントラスト測定では、コントラストの低下
の有無は確認できるものの、コントラスト低下の原因を
特定するのは非常に困難である。

【００１４】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、光の経路に依存し
た投影光学系の光透過率の変動を特定することができる
露光装置の検査方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光装置の
検査方法は、照明光学系から射出した光を、有限の周期
で透光部と遮光部が繰り返され、かつ該透光部と遮光部
の比が複数与えられた回折格子パターンであって周囲を
遮光領域で遮られた光透過パターンを含む光学部材によ
りパターンが形成されたフォトマスクに導き、前記フォ
トマスクを通過した回折光を投影光学系に照射させて前
記パターンをウェハ上に転写し、前記ウェハ上に転写さ
れた回折光のパターン像に基づいて、前記投影光学系の
光の経路に依存した透過率の変化を測定するものであっ
て、前記フォトマスクと前記ウェハが前記投影光学系に
関して非共役な状態でパターン転写することを特徴とす
る。

【００１６】本発明の望ましい形態を以下に示す。

【００１７】（１）前記投影光学系のウェハ側の開口数
をＮＡ，前記露光装置のコヒーレンスファクタをσ、露
光波長をλ、前記フォトマスクの倍率をＭとしたとき、
前記回折格子パターンの周期は、ｐ＞Ｍλ／ＮＡ（１＋
σ）を満たす。

【００１８】（２）前記光透過パターンは半径ｒの円形
をなし、前記フォトマスクの厚さをｄ、露光波長をλ、
露光波長λにおける前記フォトマスクの材質の屈折率を
ｎとすると、０．４（ｎｄλ）^1/2≦ｒ≦（ｎｄλ）^1/2
を満たす。

【００１９】（３）前記フォトマスクと前記ウェハの前
記投影光学系に関する非共役な状態は、パターン露光に
用いられる前記フォトマスクの光学部材が配置される表
面とは反対側の表面に、前記光学部材の遮光部を配置す
ることにより実現する。

【００２０】（４）前記光透過パターンの遮光部は半透
明部であり、該半透明膜と前記透光部を通過した光の位
相が互いに異なる。

【００２１】（５）前記光透過パターンの周囲の遮光領
域は、該光透過パターンから少なくとも１２００μｍ以
上の距離までの領域に配置されてなる。

【００２２】（６）回折パターンはライン＆スペースパ
ターン、２次元格子パターン、縦方向と横方向の周期が
等しい正方格子パターン、市松格子パターン、あるいは
正六角形の遮光部あるいは透光部が蜂の巣状に配置され
た六方格子状パターンである。

【００２３】（７）（６）の２次元格子パターンは、円
形の透光パターンが２次元格子として配置されてなる。

【００２４】（８）（６）の２次元格子パターンは、円
形の遮光パターンが２次元格子として配置されてなる。

【００２５】（作用）本発明では、露光装置の投影光学
系の検査において、通常のパターン露光と同様に、光源
から射出した光をフォトマスクに導き、該フォトマスク
を通過した光を投影光学系に照射させ、該フォトマスク
のパターン像をウェハ上に転写する。

【００２６】本発明のパターン転写では、フォトマスク
に有限の周期で透光部と遮光部が繰り返された回折パタ
ーンの周囲を遮光領域で遮った光透過パターンが形成さ
れているため、照明光学系からの光をフォトマスクに通
すことにより、回折光が得られる。

【００２７】また、フォトマスクとウェハが投影光学系
に関して非共役な状態となる。これにより、回折光を０
次からそれ以上の高次回折光まで分離した状態で、かつ
回折光成分が充分な大きさを持った状態でパターン転写
が行える。本発明では、投影光学系のウェハ側の開口数
をＮＡ，露光装置のコヒーレンスファクタをσ、露光波
長をλ、マスクの倍率をＭとしたとき、回折格子パター
ンの周期をｐ＞Ｍλ／ＮＡ（１＋σ）とする。これによ
り、１次回折光をウェハ上に転写することができ、光強
度分布を検査することができる。

【００２８】このようにして得られたウェハ上のパター
ンを観察することにより、投影光学系の光の経路に依存
した光透過率の変化を測定することができる。

【００２９】具体的には、透光部と遮光部の比を変えて
転写されたパターンをそれぞれ重ね合わせ、光強度分布
の等高強度線図を得ることにより、投影光学系の経路に
依存した光透過率を検査することができる。

【００３０】さらに望ましくは、上記回折パターンが形
成されたフォトマスクをハーフトーンマスクにより構成
する。そして、回折パターンを透光部と、透光部に対し
て位相を変化させた半透明位相シフト部により構成す
る。ここにおいて、回折格子のデューティー比を調節し
て０次回折光の強度が弱まり、０次回折光によるパター
ンが転写されなくすることができる。この場合、１次回
折光のみを観察することができ、露光装置の光学系の光
軸に近い１次回折光成分が観察可能となる。

【００３１】また、フォトマスクをウェハの投影光学系
に関する非共役な状態を、パターン露光に用いられる前
記フォトマスクの光学部材が配置される表面とは反対側
の表面に、前記光学部材の遮光部を配置することにより
実現する。すなわち、フォトマスクをパターン露光の場
合とは表裏逆にして露光装置のマスクホルダに装着する
ことにより、パターン露光に用いられる露光装置の構成
をそのままにして、非常に簡便に非共役状態を発生させ
ることができる。もちろん、フォトマスク又はウェハの
少なくとも一方の位置を共役な位置から光軸方向に移動
させてもよい。

【００３２】また、光透過パターンを半径ｒの円形と
し、前記フォトマスクの厚さをｄ、露光波長をλ、露光
波長λにおける前記フォトマスクの材質の屈折率をｎと
すると、 ０．４（ｎｄλ）^1/2≦ｒ≦（ｎｄλ）^1/2 を満たすような条件に設定する。これにより、光透過パ
ターンをピンホールと見た場合のピンホールカメラとし
ての分解能を高めることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００３４】（第１実施形態）図１は本発明の第１実施
形態に係る検査の対象とする露光装置の全体構成を示す
図である。本実施形態では、ＫｒＦエキシマレーザ縮小
投影露光装置（λ：２４８ｎｍ、ＮＡ：０．６，σ：
０．３，マスクの倍率Ｍ：４）の検査を行う場合を例に
とって説明する。

【００３５】図１は本実施形態の検査対象とする縮小投
影露光装置の全体構成を示す図である。図１に示すよう
に、光源１と、フォトマスク３と、投影光学系４と、ウ
ェハ５とが、これらの順に露光光２の光路に沿って配列
されて露光装置を構成している。

【００３６】図２は上記露光装置に組み込まれるフォト
マスク３を示す図である。図２（ａ）の全体構成平面図
に示すように、フォトマスク３には光透過パターンとし
てピンホールパターン２２が配置されている。そして、
このピンホールパターン２２の周囲は遮光領域２３とな
っている。ピンホールパターン２２の直径は８０μｍで
ある。

【００３７】図２（ｂ）はフォトマスク３のピンホール
パターン２２の一部を拡大した図である。図２（ｂ）に
示すように、フォトマスク３のピンホールパターン２２
にはライン＆スペースパターンからなる回折パターン２
４が形成されている。この回折パターン２４は遮光部２
５と透光部２６からなり、周期は１．６μｍで、遮光部
２５の幅と透光部２６の幅の比が１：１である。

【００３８】なお、本実施形態では、投影光学系４のウ
ェハ５側の開口数をＮＡ，露光装置のコヒーレンスファ
クタをσ、露光波長をλ、マスクの倍率をＭとしたと
き、回折格子パターンの周期はｐ＞Ｍλ／ＮＡ（１＋
σ）を満たす。これにより、０次回折光と１次回折光を
分離してウェハ５上に転写することができるため、０次
回折光に干渉されずに光強度分布を検査することができ
る。

【００３９】以上に示したフォトマスク３を、図１に示
すように、パターンが形成された面を照明光学系１側に
配置されるように設置してパターン露光を行う。通常、
パターン露光の場合にはウェハ５側に実パターン形成面
がくるように設置される。本実施形態のように実パター
ン露光とは表裏逆にしてフォトマスク３をマスクホルダ
に装着することにより、投影光学系４に対してウェハ５
とフォトマスク３を共役でない状態にすることができ
る。なお、ウェハ５上には図示しないレジストが塗布さ
れている。

【００４０】図３はパターン露光により得られるレジス
トパターンを模式的に示す平面図である。図３に示すよ
うに、破線で囲まれた光到達可能領域３１内が、照明光
学系１からフォトマスク３、投影光学系４を介して通過
する光が到達可能な領域である。これは、投影光学系４
を構成する瞳４ａにより投影光学系４を通過する光が絞
られるからであり、この光到達可能領域３１を規定する
境界線が瞳４ａの外縁に対応する。

【００４１】図１に示すように、瞳４ａ内を０次回折光
６、＋１次回折光７ａ及び−１次回折光７ｂが通過する
ため、ウェハ５には０次回折光パターン３２と±１次回
折光パターン３３ａ及び３３ｂが生じる。これら回折光
パターン３２，３３ａ及び３３ｂは露光装置の照明光学
系１から射出される光の断面形状の相似形であり、照明
の大きさを表すコヒーレンスファクタσの値を反映した
大きさとなっている。

【００４２】また、回折光６，７ａ及び７ｂそれぞれの
強度を反映した像がウェハ５上に形成される。±１次回
折光７ａ及び７ｂは、部分的に投影光学系４の瞳４ａ周
辺の絞りによって遮られ、欠けた形状となっている。こ
の欠けた形状から、投影光学系４の有効な大きさとし
て、瞳の大きさを知ることができる。

【００４３】このようなレジストパターンを例えば光学
顕微鏡で観察し、レジストパターンが形成されている領
域とレジストパターンが形成されていない領域とで境界
線を定める。具体的には、回折光パターン３２，３３ａ
及び３３ｂとそれ以外の領域との間の境界線がここで定
められる境界線となる。

【００４４】以上に示したパターン露光を、露光量を変
えて複数回行う。本実施形態では一例として５回の露光
を行う。５回の露光により得られるレジストパターンの
平面図を図４に示す。４１〜４５で示されたのが各露光
量におけるレジストパターンの平面図である。レジスト
パターン４１は最も露光量が低い場合、４２，４３…と
なるにつれて露光量が増加し、レジストパターン４５が
最も露光量が高い場合である。

【００４５】図４に示すように、露光量を変えることに
より、回折光パターン３２，３３ａ及び３３ｂの大きさ
は異なることが分かる。低い露光量ではほとんど見えて
いない１次回折光パターン３３ａ及び３３ｂが露光量を
増加させることによりはっきりと見えてくる。このよう
に露光量が異なると、回折パターン３２，３３ａ及び３
３ｂの境界線も異なってくる。

【００４６】このように露光量を変えて得られた５種類
のレジストパターン４１〜４５に基づいて、＋１次回折
光と−１次回折光の強度差を求める。具体的には、予め
ある基準となる回折光パターンの形状（以下、基準パタ
ーンと呼ぶ）を定める。そして、着目する回折光パター
ンがこの基準パターンと同じ形状となったときの露光量
を測定する。例えば、＋１次回折光パターン３３ａが基
準となったときの露光量をＭ_a、−１次回折光パターン
３３ｂが基準となったときの露光量をＭ_bとする。

【００４７】そして、得られた露光量Ｍ_a及びＭ_ｂか
ら、その基準パターンを形成するための光強度を見る。
光強度の比は露光量の比の逆数と考えられる。従って、
＋１次回折光パターン３３ａを基準形状に仕上げる光強
度をＩ_a、−１次回折光パターン３３ｂを基準形状に仕
上げる光強度をＩ_bとすると、１／Ｍ_a：１／Ｍ_b＝Ｉa：
Ｉbとなる。例えばＭ_a：１／Ｍ_b＝９：１０であった場
合、回折光強度の比Ｉ_a：Ｉ_b＝１／９：１／１０＝１
０：９となる。

【００４８】理想的な投影光学系であれば、＋１次回折
光及び−１次回折光ともに強度が等しいため、この回折
光強度Ｉ_a及びＩ_bは等しくなる。一方、投影光学系を構
成するレンズ表面に付着した汚れやレンズ材の結晶欠陥
等が生じていると、その部位における光強度は低くな
る。＋１次回折光及び−１次回折光は投影光学系の内部
を通過したのであるから、投影光学系の２つの経路間で
透過率これらの原因により透過率が異なり、その違いを
比で表すと１０：９であるということが明らかになる。
従って、露光量Ｍ_a及びＭ_ｂに基づいて投影光学系の透
過率を検査することが可能となる。

【００４９】このように本実施形態によれば、フォトマ
スクに有限の周期で透光部と遮光部が繰り返された回折
パターンの周囲を遮光領域で遮り、かつパターン形成面
を実パターン露光とは表裏逆に配置して照明光学系から
の光をフォトマスクに通すことにより、フォトマスクと
ウェハが投影光学系に関して非共役な状態で投影光学系
の経路に依存した光透過率の変化を測定することができ
る。

【００５０】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。ライン＆スペースパターンとして透光部と遮光
部の比が１：１のものを用いたが、これに限定されず、
±１次回折光が生じるようないかなる比率に設定しても
よい。

【００５１】また、単一のパターンを用いて露光量を変
化させて検査を行ったが、他の方法で光強度の比を測定
しても良い。例えば、同一の周期を持つ同一形状のパタ
ーンを複数用意し、各パターンのデューティー比、すな
わちパターンの周期に対する透光部の比を変えてパター
ン露光を行っても良い。この場合、異なるデューティー
比のパターンをそれぞれ１枚のフォトマスクに形成する
ことにより、１回の露光で投影光学系を検査することが
可能となる。

【００５２】図５はこのデューティー比を変化させる手
法を採用することにより１回の露光で済む原理を説明す
るための図である。図５（ａ）〜（ｄ）に示した５１ａ
〜５１ｄは１枚のフォトマスクに形成されたマスクパタ
ーンを示すもので、各マスクパターン５１ａ〜５１ｄに
より得られるウェハ上のレジストパターンを模式的に表
したのが図５（ｅ）〜（ｈ）である。

【００５３】マスクパターン５１ａ〜５１ｄは、遮光領
域２３内に直径８０μｍのホールパターン２２が形成さ
れている点は共通しているが、それぞれのデューティー
比が異なる。パターン５１ａから順にデューティー比が
低くなっている。従って、パターン５１ａが最もデュー
ティー比が高く、５１ｄが最も低い。

【００５４】このような４種類のデューティー比を持
ち、かつ周期の同じパターン５１ａ〜５１ｄによりパタ
ーンを転写すると、図５（ｅ）〜（ｈ）に示すように、
それぞれのレジストパターンの形状が異なってくる。具
体的には、回折光パターン３２，３３ａ及び３３ｂの形
状が異なってくる。回折光パターン３２，３３ａ及び３
３ｂは、図３では円形で示されているが、このように円
形になるのは照明光学系から照射される光が円形の照射
領域を有している場合である。実際の照明光学系は複数
の点光源の集合により構成されており、詳細に示すと図
５（ｅ）〜（ｈ）のようになる。

【００５５】従って、回折光パターン３２，３３ａ及び
３３ｂは複数の円形パターンの集合により構成される。
デューティー比を高くする、すなわち透光部を大きくと
ることにより、ホールパターン２２を通過する光量も多
くなり、光強度も高くなる。このように、デューティー
比によってウェハに到達する光強度を変えることができ
る。従って、これらパターン５１ａ〜５１ｄで露光する
ことにより、複数の露光量で同一パターンを露光するの
と同様の情報を光強度に関して得ることができる。な
お、この変形例では１枚のフォトマスクにデューティー
比の異なるパターンを複数配置する場合を示したが、複
数のフォトマスクに配置してもよいことはもちろんであ
る。

【００５６】また、本実施形態では回折パターン２４の
周期を１．６μｍとしたが、これに限定されるものでは
ない。また、本実施形態のように単一の周期を持つ単一
の回折パターンではなく、複数周期の複数の回折パター
ンによれば、さらに詳細な検査が可能となる。複数周期
の回折パターンを用いて検査を行う変形例を図６を用い
て説明する。

【００５７】図６（ａ）〜（ｄ）に示した６１ａ〜６１
ｄは１枚のフォトマスクに形成されたマスクパターンを
示すものであり、各マスクパターン６１ａ〜６１ｄによ
り得られるウェハ上のレジストパターンを模式的に表し
たのが図６（ｅ）〜（ｈ）である。

【００５８】マスクパターン６１ａ〜６１ｄは遮光領域
２３内に直径８０μｍのホールパターン２２が形成され
ている点は共通しているが、それぞれのパターンの周期
が異なる。パターン６１ａから順に周期が小さくなって
いる。従って、パターン６１ａが最もパターン周期が大
きく、６１ｄが最も小さい。なお、各パターン６１ａ〜
６１ｄの持つ回折パターンのデューティー比はそれぞれ
１：１と共通している。

【００５９】このような４種類のパターン周期を持ち、
かつ同一のデューティー比を持つパターン６１ａ〜６１
ｄによりパターンを転写すると、図６（ｅ）〜（ｈ）に
示すように、それぞれのレジストパターンにおける±１
次回折光パターン３３ａ及び３３ｂの転写位置が異なっ
てくる。これは、前述の通り回折格子の周期を変えるこ
とにより、±１次回折光７ａ及び７ｂの経路を変えるこ
とができる原理に基づく。従って、投影光学系４の中で
も±１次回折光７ａ及び７ｂの経路は異なる。このよう
な異なる経路を通過した±１次回折光７ａ及び７ｂを測
定するということは、投影光学系４を構成するレンズの
中心近傍を通過した光から周辺近傍を通過した光までを
測定することに等しい。

【００６０】このような光経路の違いはレジストパター
ン上でも同様である。フォトマスク３通過後に直進する
成分は光到達可能領域３１の中心近傍に照射され、フォ
トマスク３通過後に大きな回折角をもって進む成分は光
到達可能領域３１の周辺部分に照射される。従って、図
５（ｅ）〜（ｈ）に示すように複数位置に形成された回
折光パターン３３ａ及び３３ｂを観察することにより、
投影光学系の半径方向に複数の光強度の情報を得ること
を意味する。このように、複数の周期パターンを用いる
ことにより、投影光学系に関してより多くの情報を得る
ことができる。

【００６１】なお、光到達可能領域３１により示される
円形領域の半径方向についてすべての径をカバーするよ
うに回折パターンの周期を複数設けることにより、半径
方向についてすべての径における投影光学系の情報を得
ることができる。また、これら複数の周期を持つパター
ンを１枚のフォトマスクに設けることにより、１回の露
光でこのような多くの情報を得ることができ、検査時間
が短縮化され、測定も簡便となる。

【００６２】また、本実施形態では図において上下方向
にラインの長手方向が配置されたパターンを示したが、
これに限定されるものではない。複数の方向にラインの
長手方向が配置されたパターンを使用することにより、
投影光学系に関してさらに詳細な情報を得ることができ
る。

【００６３】図７はラインの長手方向を複数の方向に配
置したパターンを用いて検査を行う原理を示す図であ
る。図７（ａ）に示すように、１枚のフォトマスク７０
上に同一直径８０μｍのピンホールパターン７１ａ〜７
１ｄが形成されている。これらピンホールパターン７１
ａ〜７１ｄ内にはそれぞれ回折パターンが形成されてい
る。なお、これらパターン７１ａ〜７１ｄ以外の領域は
遮光領域７３である。また、図７（ａ）にはパターン７
１ａ〜７１ｄ内の回折パターン７２ａ〜７２ｄを拡大し
て示してある。この回折パターン７２ａ〜７２ｄの拡大
図を見ても分かるように、各回折パターン７２ａ〜７２
ｄは遮光部７４及び透光部７５からなるライン＆スペー
スパターンであり、同一周期で同一のデューティー比を
持つ。各回折パターン７２ａ〜７２ｄでそれぞれ異なる
のはライン＆スペースパターンのライン長方向が異なる
ことである。

【００６４】この図７（ａ）に示すフォトマスク７０に
より形成されるレジストパターンを模式的に示したのが
図７（ｂ）である。パターン７１ａ〜７１ｄにより転写
されるパターンはそれぞれ７６ａ〜７６ｄに対応する。
図７（ｂ）からも分かるように、光到達可能領域３１内
には０次回折光パターン３２及び±１次回折光パターン
３３ａ及び３３ｂが形成される。±１次回折光パターン
３３ａ及び３３ｂは０次回折光パターン３２を挟んで回
折パターンのライン長方向に垂直な方向にずれた位置に
形成される。従って、回折パターンのライン長方向を変
えることで、形成される位置が異なるのが分かる。

【００６５】このように、複数の方向に回折格子が形成
されたフォトマスクを用いることにより、光到達可能領
域３１内においてその中心から複数の方向の位置に対応
する投影光学系の透過率を測定することができる。

【００６６】なお、図７に示した例では４種類の方向に
ライン長方向が配置されたパターンを用いて説明した
が、これに限定されないことはもちろんである。例え
ば、光到達可能領域３１のすべての周縁部をカバーする
方向に回折パターンのライン長方向を配置することによ
り、投影光学系を構成するレンズを、その中心から見て
すべての方向について検査することが可能となる。ま
た、１枚のフォトマスクにこれら複数の周期パターンを
配置する必要がないことは、デューティー比を異ならし
めた図５に示す変形例の場合と同様である。

【００６７】（第２実施形態）図８〜図１０は本発明の
第２実施形態に係る露光装置の検査方法を説明するため
の図である。本実施形態では、第１実施形態と同様に、
ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置（λ：２４８ｎ
ｍ、ＮＡ：０．６，σ：０．３，マスクの倍率Ｍ：４）
の検査を行う場合を例にとって説明する。従って、露光
装置の構成についての詳細な説明は省略する。本実施形
態の特徴点は、検査に用いられるフォトマスクに描画さ
れたピンホール中の回折格子の形状にある。第１実施形
態ではピンホールパターン内にライン＆スペースパター
ンが配置されたが、本実施形態では正方格子パターンが
配置される。

【００６８】図８は本実施形態で使用されるフォトマス
ク８０の全体構成を示す図である。なお、第１実施形態
で用いられるフォトマスク３の代わりにフォトマスク８
０を配置することにより図１に示す露光装置に本実施形
態を適用することができる。図８（ａ）に示すように、
１５ｃｍ×１５ｃｍのフォトマスク８０には、ピンホー
ルパターン８１がそれぞれ等間隔に配置されている。各
ピンホールパターン８１の直径は第１実施形態と同じく
８０μｍであり、最も近くに位置する他のパターン８１
との距離は１２００μｍとなるように配置されている。

【００６９】ピンホールパターン８１の直径を８０μ
ｍ、各ピンホールパターン８１同士の距離を１２００μ
ｍとした理由を説明する。

【００７０】本実施形態におけるピンホールパターン８
１は、原理的にはピンホールカメラと同じである。ピン
ホールカメラの分解能はピンホールの半径をｒ、ピンホ
ールから像を写す面までの光路長をｌ、光の波長をλと
したとき、 ｒ＝（ｌλ）^1/2 を満たす場合に最適になることは広く知られている。本
実施形態の場合、ウェハ７上に転写されるパターン像
は、投影光学系に関して共役な位置、すなわちマスクの
表側において高い分解能であればよい。従って、上記の
光路長ｌとして、フォトマスク３の厚さｄとフォトマス
ク３本体を構成するガラスの屈折率ｎの積を取ることに
より、高分解能の像が得られる。但し、本実施形態では
必ずしも分解能が最高である必要はなく、次式を満たし
ていれば充分である。

【００７１】０．４（ｎｄλ）^1/2≦ｒ≦（ｎｄλ）^1/2 本実施形態の場合、ｎ＝１．５、ｄ＝６．３５ｍｍ、λ
＝２４８ｎｍであるため、ピンホールパターン８１の直
径＝８０μｍは上式を満たしていることが分かる。

【００７２】上記の条件で露光した場合図９のいける、
回折光到達可能領域９１の直径は、約３００μｍとな
る。すなわち、別々のピンホールパターンの像が互いに
重ならないために、別々のパターンが転写される位置は
ウェハ上で少なくとも３００ｍｍだけ離れていなければ
ならない。本実施形態ではマスクの倍率Ｍ＝４であるか
ら、フォトマスク上のピンホールパターン同士の間隔は
１２００μｍ以上でなければならない。フォトマスク８
０上のピンホールパターン配列はこの条件を満たしてい
る。

【００７３】図８（ｂ）はフォトマスク８０に配置され
るピンホールパターン８１近傍を拡大して示した図であ
り、図８（ｃ）はその一部をさらに拡大して示した図で
ある。図８（ｂ）及び（ｃ）に示すように、このピンホ
ールパターン８１は遮光部８２と方形の透光部８３から
なる。

【００７４】遮光部８２はマトリクス状に配置された透
光部８３がそれぞれ離間して配置されるようにライン状
に図の上下方向及び左右方向に延び、格子形状をなして
いる。これにより、Ｘ方向及びＹ方向の２方向に対して
回折格子としての機能を有する。遮光部８２のライン幅
をｋ、透光部８３の１辺の長さをａとすると、ｋ＝０．
８μｍ、ａ＝０．８μｍであり、パターン周期は１．６
μｍとなる。

【００７５】このように、図８（ｂ）及び（ｃ）に示さ
れたピンホールパターン８１が複数配置されているた
め、投影光学系内の透過率変動の露光領域内での変化を
観察することが可能となる。

【００７６】以上に示されたフォトマスク８０を用い
て、第１実施形態と同様に投影光学系に関してウェハ５
とフォトマスク８０が非共役な状態でパターン露光を行
う。また、第１実施形態と同様に、異なる露光量で複数
回露光する。

【００７７】図９は上記露光により得られるレジストパ
ターンを模式的に示す図である。図９に示すように、光
到達可能領域９１内が、照明光学系１からフォトマスク
７０、投影光学系４を介して通過する光がウェハ５に到
達可能な領域である。本実施形態のフォトマスク８０に
設けられた回折パターンは２方向に周期性のある格子パ
ターンであるため、一の方向のみならず、その一の方向
に垂直な方向にも１次回折光が生じる。従って、ウェハ
５には１つの０次回折光パターン９２と４つの１次回折
光パターン９３〜９６が生じる。これら回折光パターン
９２〜９６は露光装置の照明光学系１から射出される光
の断面形状の相似形である。また、回折光それぞれの強
度を反映した像がウェハ５上に形成される。１次回折光
９３〜９６は部分的に投影光学系４の瞳４ａ周辺の絞り
によって遮られ、欠けた形状となっている。この欠けた
形状から、投影光学系４の有効な大きさとして、瞳の大
きさを知ることができる。

【００７８】このようなレジストパターンを例えば光学
顕微鏡で観察し、レジストパターンが形成されている領
域とレジストパターンが形成されていない領域とで境界
線を定める。具体的には、回折光パターン９２〜９６と
それ以外の領域との間の境界線がここで定められる境界
線となる。

【００７９】以上に示したパターン露光を、露光量を変
えて複数回行うことにより、図１０に示すような形成面
積の異なるレジストパターンを得ることができる。図１
０は、計６回の露光により得られるレジストパターンの
平面図である。レジストパターン１０１は最も露光量が
低い場合、１０２，１０３…となるにつれて露光量が増
加し、レジストパターン１０６が最も露光量が高い場合
である。図１０に示すように、露光量を変えることによ
り、１次回折光パターン９３〜９６の大きさは異なって
くる。低い露光量ではほとんど見えていない１次回折光
パターン９３〜９６が露光量を増加させることによりは
っきり見えてくるのが分かる。このように、露光量が異
なると回折光パターン９３〜９６の境界線も異なってく
る。

【００８０】このように露光量を変えて得られた６種類
のレジストパターン１０１〜１０６に基づいて、各１次
回折光９３〜９６の強度比を求める。なお、強度比を求
める工程は第１実施形態と同様であるので詳細な説明は
省略する。

【００８１】このように、本実施形態では格子状回折パ
ターンを配置したフォトマスクを用いて検査を行う。こ
れにより、第１実施形態と同様の効果を奏する他、一の
方向とさらにそれに垂直な方向に関しての投影光学系の
情報を得ることができ、測定時間を短縮することができ
る。さらに、第１実施形態の場合よりも投影光学系に関
して多くの情報を得ることができる。

【００８２】（第３実施形態）図１１及び図１２は本発
明の第３実施形態に係る露光装置の検査方法を説明する
ための図である。本実施形態では、第１実施形態と同様
に、ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置（λ：２４
８ｎｍ、ＮＡ：０．６，σ：０．３，マスクの倍率Ｍ：
４）の検査を行う場合を例にとって説明する。従って、
露光装置の構成についての詳細な説明は省略する。本実
施形態の特徴点は、検査に用いられるフォトマスクに描
画されたピンホール中の回折格子の形状にある。第１及
び第２実施形態ではピンホールパターン内にライン＆ス
ペースパターンあるいは正方格子状パターンが配置され
たが、本実施形態では蜂の巣状パターンが配置される。

【００８３】図１１は本実施形態で使用されるフォトマ
スクの要部を示す図である。図１１（ａ）に示すよう
に、遮光領域１１１に囲まれて直径８０μｍのピンホー
ルパターン１１２が配置されている。なお、本実施形態
ではフォトマスクの全体構成は示さないが、単一のピン
ホールパターン１１２のみが形成されていても、複数の
ピンホールパターン１１２が形成されていても構わな
い。

【００８４】図１１（ｂ）は図１１（ａ）に示すピンホ
ールパターン１１１内を拡大して示した図である。この
ピンホールパターン１１１は遮光部１１３と円形の透光
部１１４からなる。

【００８５】透光部１１４はピンホールパターン１１１
内に多数形成されており、各透光部１１４同士が３方向
に周期性を持つように配置されている。すなわち、透光
部１１４はある一の方向１１５に等間隔に配置され、か
つこの方向１１５に対して６０°の角度を持った方向１
１６に等間隔に配置され、さらに方向１１５に対して１
２０°の角度を持った方向１１７に等間隔に配置され
る。これら１１５〜１１７の方向に等間隔に配置された
隣接する透光部１１４を通過した光同士の干渉により回
折現象が起きる。なお、各透光部１１４同士を区切る６
角形の境界線は便宜上付したもので、この境界線上を含
めて透光部１１４以外の領域はすべて遮光部１１３であ
る。

【００８６】以上に示すピンホールパターン１１２が配
置されたフォトマスクを用い、第１，第２実施形態と同
様に検査を行う。具体的には、異なる露光量で複数回露
光を行う。これにより得られたレジストパターンの一例
を図１２に示す。図１２に示すように、光到達可能領域
１２１内が、照明光学系１からフォトマスク、投影光学
系４を介して通過する光が到達可能な領域である。本実
施形態のフォトマスクに設けられた蜂の巣状パターンは
３方向に周期性を持つため、３方向に回折現象が生じ
る。従って、ウェハ５には１つの０次回折光パターン１
２２と６つの１次回折光パターン１２３〜１２８が生じ
る。

【００８７】このようなレジストパターンを例えば光学
顕微鏡で観察する。この観察結果に基づいて、第１ある
いは第２実施形態と同様の手法を用いて光強度の比を求
めることにより、第１あるいは第２実施形態と同様に投
影光学系の光の経路に依存した透過率の比を求めること
ができる。

【００８８】このように、本実施形態では第１，２実施
形態と同様の効果を奏する他、３方向に周期性を持った
パターンを用いて検査を行うので、３方向に１次回折光
パターンを得ることができ、第１，２実施形態よりも投
影光学系に関するさらに多くの情報を得ることができ
る。

【００８９】（第４実施形態）図１３〜図１５は本発明
の第４実施形態に係る露光装置の検査方法を説明するた
めの図である。本実施形態では、第１実施形態と同様
に、ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置（λ：２４
８ｎｍ、ＮＡ：０．６，σ：０．３，マスクの倍率Ｍ：
４）の検査を行う場合を例にとって説明する。従って、
露光装置の構成についての詳細な説明は省略する。本実
施形態の特徴点は、位相シフトマスクを用いて検査を行
う点にある。

【００９０】図１３は本実施形態で使用されるフォトマ
スク１３１の全体構成を示す図である。なお、第１実施
形態で用いられるフォトマスク３の代わりにフォトマス
ク１３１を配置することにより図１に示す露光装置に本
実施形態を適用することができる。図１３に示すよう
に、フォトマスク１３１は直径８０μｍのピンホールパ
ターン１３２が配置され、このピンホールパターン１３
２外は遮光部１３３となっている。なお、この遮光部１
３３は少なくともピンホールパターン１３２から１２０
０μｍ離間した位置まで形成されている。

【００９１】ピンホールパターン１３２内は、ハーフト
ーン位相シフト部１３４及び透光部１３５からなる。透
光部１３５は複数の方形パターンからなり、格子状に配
置されている。ハーフトーン位相シフト部１３４のパタ
ーン幅と透光部１３５のパターン幅の比は１：１であ
り、パターン周期は３．２μｍである。ハーフトーン位
相シフト部１３４の光透過率は６％であり、透光部１３
５を通過した光と位相差が１８０°生じるようになって
いる。

【００９２】以上に示されたフォトマスク１３１を用い
て、第１実施形態と同様に投影光学系に関してウェハ５
とフォトマスク１３１が非共役な状態でパターン露光を
行う。具体的には、実パターン露光の場合とはパターン
形成面の表裏を逆にして露光装置のマスクホルダに装着
して露光を行う。また、第１実施形態と同様に、異なる
露光量で複数回露光する。

【００９３】図１４（ａ）は上記露光により得られるレ
ジストパターンを模式的に示す図である。図１４（ａ）
に示すように、光到達可能領域１４１内が、照明光学系
１からフォトマスク１３１，投影光学系４を介して通過
する光がウェハ５に到達可能な領域である。本実施形態
のフォトマスク１３１に設けられた回折パターンは２方
向に周期性のある格子パターンであるため、一の方向の
みならず、その一の方向に垂直な方向にも１次回折光が
生じる。従って、ウェハ５には４つの１次回折光パター
ン１４２〜１４５が生じる。これら１次回折光パターン
１４２〜１４５は露光装置の照明光学系１から射出され
る光の断面形状の相似形である。

【００９４】また、本実施形態で用いられるハーフトー
ンマスクの場合、透光部１３５とハーフトーン位相シフ
ト部１３４との間で位相が１８０°ずれており、かつ、
両者の幅の比が１：１であるから、発生する０次回折光
の強度は非常に弱くなり、ウェハ上には転写されない。

【００９５】このようなレジストパターンを例えば光学
顕微鏡で観察し、レジストパターンが形成されている領
域とレジストパターンが形成されていない領域とで境界
線を定める。具体的には、１次回折光パターン１４２〜
１４５とそれ以外の領域との間の境界線がここで定めら
れる境界線となる。

【００９６】以上に示したパターン露光を、露光量を変
えて複数回行うことにより、パターン形成領域の異なる
レジストパターンを複数得ることができる。このように
露光量を変えて得られた複数のレジストパターンに基づ
いて各１次回折光１４２〜１４５の強度比を求める。な
お、強度比を求める工程は第１実施形態と同様であるの
で詳細な説明は省略する。

【００９７】以上のようにハーフトーンマスクを用いて
検査を行う利点を図１５を用いて説明する。図１５は本
実施形態における１次回折光の経路を模式的に示す図で
ある。フォトマスクが上記構成の場合、直進する０次回
折光の強度は非常に弱いため、ウェハ５上でフォトレジ
ストを感光させない。なお、図１５では０次回折光は省
略している。１次回折光はある定まった角度で４方向に
発生し、それぞれ別の経路を辿ってウェハ５上に到達
し、フォトレジストを感光させる。

【００９８】本実施形態では、０次回折光が発生しない
ことにより、第１〜第３実施形態の方法では０次回折光
の存在により求めることが困難な１次回折光の成分を測
定可能である。比較のため、ハーフトーンマスクではな
く透光部と遮光部のみから形成された通常のマスクを用
いた場合のレジストパターンを図１４（ｂ）に模式的に
示す。図１４（ｂ）に示すように、１次回折光パターン
１４２〜１４５は０次回折光パターン１４６とウェハ５
上でオーバーラップする領域が生じる。このオーバーラ
ップ領域は、１次回折光のうち、光学系の中心軸に近い
部分を通る光により形成された領域である。このよう
に、０次回折光と１次回折光がオーバーラップする部分
では、１次回折光パターン１４２〜１４５のみを観察す
ることができない。従って、この部分から投影光学系４
の光透過率に関する情報を得ることができない。これに
対して本実施形態のようにハーフトーンマスクを用いれ
ば、０次回折光成分は非常に弱い成分となり、０次回折
光パターン１４６は形成されない。従って、図１４
（ｂ）に示されたようなオーバーラップ領域も生じるこ
とが無く、投影光学系４の中心に近い領域に到達する１
次回折光が通過した経路の光透過率を測定できる。

【００９９】なお、ピンホールパターン１３２の形状、
ピンホールパターン１３２内の回折パターンの形状、向
きやσ値等は上記に示した値に限定されないことはもち
ろんであり、ハーフトーンマスクであって回折光を生じ
させるものであればいかなるフォトマスクを用いても良
い。また、ハーフトーン位相シフト部１３４と透光部１
３５の位相差は必ずしも１８０°である必要はなく、９
０°の位相差等であってもよい。

【０１００】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はない。上記実施形態においては１次回折光のみを用い
て測定する場合を示したが、２次回折光以上の高次回折
光を用いて測定することも可能である。但し、１次回折
光に比較して光強度が低いため、例えば周期パターンの
デューティー比εを高くして用いる等することにより測
定に利用可能である。また、０次回折光も測定に用いる
ことは可能である。この場合、予めシミュレーション等
により０次回折光と１次回折光との光強度比を算出して
おき、この光強度比に基づいて、実際にパターンを転写
して得られる０次回折光パターンと１次回折光パターン
を比較すればよい。

【０１０１】また、第１実施形態の図７に示す変形例で
は、異なるライン長方向を有する回折パターンを４個の
ピンホールパターン７１ａ〜７１ｄとして別個に配置し
たが、１個のピンホールパターンに複数のライン長方向
を持つ回折パターンを配置しても良い。図１６はこの変
形例を示す図である。図１６（ａ）のマスクパターン１
６１は２種類のライン長方向を持つ回折パターン１６１
ａ及び１６１ｂを遮光領域１６１ｃ内に配置したもの
で、図１３（ｂ）のマスクパターン１６２は４種類のラ
イン長方向を持つ回折パターン１６２ａ〜１６２ｄを遮
光領域１６２ｅ内に配置したものである。図１６（ａ）
に示すマスクパターン１６１により転写されたレジスト
パターンは、０次回折光パターン３２と４つの１次回折
光パターン３３ａ〜３３ｄが形成され、図１６（ｂ）に
示すマスクパターン１３２により転写されたレジストパ
ターンは、０次回折光パターン３２と８つの１次回折光
パターン３３ａ〜３３ｈが形成される。

【０１０２】このように、１つのピンホールパターンに
複数のライン長方向を有する回折パターンを配置して検
査を行うことにより、図７に示す変形例と同様の効果を
奏する他、さらに際立った効果を奏する。すなわち、図
７に示す変形例の場合は、得られるレジストパターンを
４つ合成することにより投影光学系について、投影光学
系の中心から８方向の情報を得たが、図１３に示す例の
場合、レジストパターンを合成することなく単一のレジ
ストパターンから複数方向の情報を得ることができる。
従って、レジストパターンから得られる画像を合成する
際の各画像間の誤差の影響を受けずに検査が行え、従っ
て高精度の検査が可能となる。

【０１０３】また、フォトマスクに配置されるパターン
として円形のピンホールパターンを用いたが、これに限
定されるものではない。フォトマスクの変形例を図１７
に示す。図１７（ａ）に示すように、フォトマスク１７
１ａ内に三角形のホールパターン１７２が形成されたも
のや、（ｂ）に示すように、フォトマスク１７１ｂ内に
四角形のホールパターン１７３が形成されたもの、さら
には（ｃ）に示すようにフォトマスク１７１ｃ内に楕円
形のホールパターン１７４が形成されたもの等、ホール
パターンから所定の距離だけ周囲が遮光部で遮られたピ
ンホールパターンであれば何でもよい。これらホールパ
ターンの形状の大きさが円形のホールパターンと同じで
あれば、上記実施形態と同様の回折光が発生し、同様の
レジストパターンが得られる。

【０１０４】また、ピンホールパターン内部に配置され
る回折格子としてライン＆スペースパターン、正方格子
パターン及び蜂の巣状パターンの場合を示したが、これ
らに限定されるものではない。例えば市松格子状パター
ンや、これらパターンの遮光部と透光部を反転させたピ
ラーパターン等、離散的な回折光を生じさせる回折パタ
ーンであれば何でもよい。

【０１０５】さらに、上記実施形態では、露光量を変化
させて複数得られた転写パターンを画像処理し、各画像
を重ね合わせることにより等高強度線図を得たが、これ
に限定されるものではない。例えば、検査露光により得
られたレジストパターンの膜厚から光強度分布を求め、
このように得られる各パターンの強度分布を重ね合わせ
ることにより光強度分布の等高強度線図を得ることもで
きる。この光強度分布の等高強度線図に基づいて投影光
学系の光透過率を得ることができる。なお、この手法に
よる場合には露光量とレジストパターンの膜厚が比例関
係、あるいはそれに近い関係のレジストを用いるのが好
ましい。

【０１０６】さらに、露光装置の検査対象として、Ｋｒ
Ｆエキシマレーザを光源を用いたが、例えばｉ線あるい
はＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ₂エキシマレーザ等を光源
とした場合でも本発明と同様の効果を奏することはもち
ろんである。また、マスクの倍率Ｍや、ＮＡも本実施形
態に示す値に限定されない。また、露光装置の検査用マ
スクとしてフォトマスク３を説明したが、実際のパター
ン露光に用いられる実パターンを検査用のピンホールパ
ターンとは表裏逆の面に配置してもよい。このようにす
ることにより、実際のパターン露光を行いその都度検査
用パターンを用いてリアルタイムで簡便に投影光学系の
光透過率を観察することができる。この場合、ピンホー
ルパターンと実パターンは干渉し合わない程度に離間し
て配置するのが望ましい。

【０１０７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、光
の経路に依存した投影光学系の光透過率の変動を特定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る検査の対象とする
露光装置の全体構成を示す図。

【図２】同実施形態に係る露光装置に組み込まれるフォ
トマスク３の全体構成を示す図。

【図３】同実施形態に係るパターン露光により得られる
レジストパターンを示す平面図。

【図４】同実施形態に係る５種類の露光量による５回の
パターン露光により得られるレジストパターンを示す平
面図。

【図５】デューティー比を変化させる手法により検査を
行う同実施形態の変形例を示す図。

【図６】複数周期の回折パターンを用いて検査を行う同
実施形態の変形例を示す図。

【図７】複数の方向にライン長方向を持つ回折パターン
を用いて検査を行う同実施形態の変形例を示す図。

【図８】本発明の第２実施形態で使用されるフォトマス
クの全体構成を示す図。

【図９】同実施形態に係るパターン露光により得られる
レジストパターンを模式的に示す図。

【図１０】同実施形態に係る６種類の露光量による６回
の露光により得られるレジストパターンの平面図。

【図１１】本発明の第３実施形態で使用されるフォトマ
スクの要部を示す平面図。

【図１２】同実施形態に係るパターン露光により得られ
るレジストパターンを模式的に示す図。

【図１３】本発明の第３実施形態に係る露光装置の検査
に用いられるフォトマスクの平面図。

【図１４】同実施形態に係る検査方法により形成された
レジストパターン形状を他の実施形態と比較して示す
図。

【図１５】同実施形態に係る検査における１次回折光の
光経路を示す模式図。

【図１６】本発明のフォトマスクに形成されるピンホー
ルパターンの変形例を示す平面図。

【図１７】本発明のフォトマスクの変形例を示す平面
図。

【図１８】従来のコントラスト測定手法を説明するため
の図。

【符号の説明】

１…照明光学系 ２…露光光 ３，２１，７０，８０，１３１…フォトマスク ４…投影光学系 ４ａ…瞳 ５…ウェハ ６…０次回折光 ７ａ…＋１次回折光 ７ｂ…−１次回折光 ２２，７１ａ〜７１ｄ，８１，１１２，１３２…ピンホ
ールパターン ２３，７３，１１１，１６１ｃ，１６２ｅ…遮光領域 ２４，７２ａ〜７２ｄ，１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ
〜１６２ｄ…回折パターン ２５，７４，８２，１１３，１３３…遮光部 ２６，７５，８３，１１４，１３５…透光部 ３１，９１，１２１，１４１…光到達可能領域 ３２，９２，１２２，１４６…０次回折光パターン ３３ａ…＋１次回折光パターン ３３ｂ…−１次回折光パターン ５１ａ〜５１ｄ，６１ａ〜６１ｄ，１６１，１６２…マ
スクパターン ６２ｅ〜６２ｈ，７６ａ〜７６ｄ，１０１〜１０６…レ
ジストパターン ９３〜９６，１２３〜１２８，１４２〜１４５…１次回
折光パターン １３４…ハーフトーン位相シフト部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光学系から射出した光を、有限の周
   期で透光部と遮光部が繰り返され、かつ該透光部と遮光
   部の比が複数与えられた回折格子パターンであって周囲
   を遮光領域で遮られた光透過パターンを含む光学部材に
   よりパターンが形成されたフォトマスクに導き、 前記フォトマスクを通過した回折光を投影光学系に照射
   させて前記パターンをウェハ上に転写し、 前記ウェハ上に転写された回折光のパターン像に基づい
   て、前記投影光学系の光の経路に依存した透過率の変化
   を測定するものであって、 前記フォトマスクと前記ウェハが前記投影光学系に関し
   て非共役な状態でパターン転写することを特徴とする露
   光装置の検査方法。
2. 【請求項２】 前記投影光学系のウェハ側の開口数をＮ
   Ａ，前記露光装置のコヒーレンスファクタをσ、露光波
   長をλ、前記フォトマスクの倍率をＭとしたとき、前記
   回折格子パターンの周期は、 ｐ＞Ｍλ／ＮＡ（１＋σ） を満たす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。
3. 【請求項３】 前記光透過パターンは半径ｒの円形をな
   し、前記フォトマスクの厚さをｄ、露光波長をλ、露光
   波長λにおける前記フォトマスクの材質の屈折率をｎと
   すると、 ０．４（ｎｄλ）^1/2≦ｒ≦（ｎｄλ）^1/2 を満たす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。
4. 【請求項４】 前記フォトマスクと前記ウェハの前記投
   影光学系に関する非共役な状態は、パターン露光に用い
   られる前記フォトマスクの光学部材が配置される表面と
   は反対側の表面に、前記光学部材の遮光部を配置するこ
   とにより実現する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。
5. 【請求項５】 前記光透過パターンの遮光部は半透明部
   であり、該半透明膜と前記透光部を通過した光の位相が
   互いに異なる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。
6. 【請求項６】 前記透過率の変化の測定は、前記光透過
   パターンから得られるレジストパターンのレジストの形
   成領域と非形成領域との境界線を等高強度線とし、該等
   高強度線を異なる条件で複数求め、得られた複数の等高
   強度線を重ね合わせることにより等高強度線図を得るこ
   とにより測定される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。