JP2003156832A - 収差計測用フォトマスク、収差計測方法、収差計測用装置および装置の製造方法 - Google Patents

収差計測用フォトマスク、収差計測方法、収差計測用装置および装置の製造方法

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JP2003156832A
JP2003156832A JP2001357850A JP2001357850A JP2003156832A JP 2003156832 A JP2003156832 A JP 2003156832A JP 2001357850 A JP2001357850 A JP 2001357850A JP 2001357850 A JP2001357850 A JP 2001357850A JP 2003156832 A JP2003156832 A JP 2003156832A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない労力で、かつフィールド内を細分化
してレンズの収差を計測できる収差計測用フォトマス
ク、収差計測方法、収差計測用装置および装置の製造方
法を提供する。 【解決手段】 本発明の収差計測用フォトマスク５は、
露光光を透過する基板１と、複数の計測パターン形成領
域において基板１の表面に形成された複数の計測用開口
パターン２ａと、計測パターン形成領域において基板１
の裏面に形成されかつ複数の計測用開口パターン２ａの
各々への露光光の各入射角度を実質的に異ならせるため
の裏面開口パターン３ａを有する遮光膜３と、単数もし
くは複数の参照パターン形成領域において基板１の表面
に形成された複数の参照パターン２ｂとを備え、参照パ
ターン形成領域における基板１の裏面は、複数の参照パ
ターン２ｂへの露光光の各入射角度が実質的に同じとな
るように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、収差計測用フォト
マスク、収差計測方法、収差計測用装置および装置の製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路における高集積化
および微細化には目覚しいものがある。それに伴い、半
導体基板（以下、単にウェハと称する）上に形成される
回路パターンの微細化も急速に進んできている。
【０００３】中でも、フォトリソグラフィ技術がパター
ン形成における基本技術として広く認識されるところで
ある。よって、今日までに種々の開発、改良がなされて
きている。しかし、パターンの微細化はとどまるところ
を知らず、パターンの解像度向上への要求もさらに強い
ものとなってきている。
【０００４】このフォトリソグラフィ技術とは、ウェハ
上に塗布されたフォトレジストにフォトマスク（原画）
上のパターンを転写し、その転写されたフォトレジスト
を用いて下層の被エッチング膜をパターニングする技術
である。
【０００５】このフォトレジストの転写時においては、
フォトレジストに現像処理が施されるが、この現像処理
によって光の当った部分のフォトレジストが除去される
タイプをボジ型、光の当らない部分のフォトレジストが
除去されるタイプをネガ型のフォトレジストという。
【０００６】一般に、縮小露光方法を用いたフォトリソ
グラフィ技術における解像限界Ｒ（ｎｍ）は、 Ｒ＝ｋ1・λ／（ＮＡ） と表わされる。ここで、λは使用する光の波長（ｎ
ｍ）、ＮＡはレンズの投影光学系の開口数、ｋ1は結像
条件およびレジストプロセスに依存する定数である。
【０００７】上式からわかるように、解像限界Ｒの向上
を図るためには、すなわち微細パターンを得るために
は、ｋ1とλとの値を小さくし、ＮＡの値を大きくする
方法が考えられる。つまり、レジストプロセスに依存す
る定数を小さくするとともに、短波長化や高ＮＡ化を進
めればよいのである。
【０００８】これらのうち、光源の短波長化は技術的に
難しく、同一波長での高ＮＡ化によることが必要となっ
ている。しかし、高ＮＡ化を進めると、光の焦点深度δ
（δ＝ｋ2・λ／（ＮＡ）2）が浅くなり、形成パターン
の形状、寸法精度の劣化を招くといった問題がある。
【０００９】係るフォトリソグラフィ技術において、フ
ォトマスクのパターンを高い精度でフォトレジストに転
写するには、投影レンズの収差などを考慮したパターン
設計を行なう必要がある。そのためには、投影レンズの
収差などを正確に計測することが必要である。
【００１０】従来の投影レンズの収差の計測方法として
は、以下の文献１に示される方法がある。
【００１１】文献１：H.Nomura et.al.,“Higher order
aberration measurement with printed patterns unde
r extremely reduced σ illumination”,Proc. SPIE V
ol.3679,(1999),pp.358-367 この方法では、以下の文献２に記載されたようにフォト
マスクを用いてパターンを形成することで収差が測定さ
れる。以下、この測定方法について説明する。
【００１２】文献２：H.Nomura et.al.,“Overlay Erro
r due to Lens Coma and Asymmetric Illumination Dep
endence on Pattern Feature”,Proc. SPIE Vol.3332,p
p.199-210 図１７は、上記文献に記載された収差測定方法に用いら
れるフォトマスクのパターンと収差計測用パターンとの
構成を示す図である。また図１８は、上記文献２に記載
された収差計測用パターンの形成方法を工程順に示す概
略断面図である。
【００１３】図１８（ａ）を参照して、まず半導体基板
１２１ａ上にフォトレジスト１２１ｂが塗布されたウェ
ハ１２１が準備される。
【００１４】図１８（ｂ）を参照して、ウェハ１２１の
フォトレジスト１２１ｂに、図１７（ａ）に示すフォト
マスク１０５Ａのパターンが露光される。この１回目の
露光により、フォトレジスト１２１ｂは選択的に感光す
る。なお、フォトレジスト１２１ｂの感光した部分を白
抜きで示し、かつ感光していない部分を右斜め下向きの
ハッチングで示している。
【００１５】図１８（ｃ）を参照して、さらにフォトレ
ジスト１２１ｂに、図１７（ｂ）に示すフォトマスク１
０５Ｂのパターンが露光される。この２回目の露光によ
り、フォトレジスト１２１ｂは選択的に感光する。な
お、この露光で感光していないフォトレジスト１２１ｂ
の部分を左斜め下向きのハッチングで示している。領域
Ｒ１を拡大して示す図が図１８（ｄ）であり、領域Ｒ２
を拡大して示す図が図１８（ｅ）である。
【００１６】この後、フォトレジスト１２１ｂが現像さ
れ、１回目および２回目の露光で感光していない領域
（クロスハッチングで示す領域）のみが残存して、図１
８（ｆ）に示すようなレジストパターン１２１ｂが形成
される。このレジストパターン１２１ｂは、平面的に見
ると図１７（ｃ）のような形状を有している。
【００１７】なお、図１８（ｆ）は図１７（ｃ）のＸＶ
ＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線の断面に対応する。
【００１８】このように従来の方法では、２重露光によ
り、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンの一
部以外を消失させることで、Ｌ／Ｓパターンの一部のみ
が抜き出される。抜き出されたＬ／Ｓパターンと大寸法
で形成されたパターンとの相対的な移動量を、ピッチお
よび方向の異なる多くのＬ／Ｓパターンについて計測
し、この移動量のピッチによる変化から奇収差が求めら
れる。
【００１９】また偶収差は、ピッチおよび方向の異なる
多くのＬ／Ｓパターンの解像フォーカスレンジからベス
トフォーカスを求め、このベストフォーカスのピッチお
よび方向による変化から求められる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、投影光学系のレンズ収差を求めるために、文献
１の図４および図５に示すように非常に多数の計測を行
なう必要があり、大きな手間が掛かると言う問題があっ
た。
【００２１】また、ピッチの大きいパターンの移動量・
ベストフォーカスの検出のためには、瞳絞りを小さくし
て露光を行う必要があり、露光の手間も大きくなると言
う問題もあった。
【００２２】また、瞳中心部近傍の収差を求めるには、
瞳絞りを極度に小さくして露光を行う必要があり、商用
の露光機では実行できないという問題もあった。
【００２３】また、あるフィールド１点で計測を行なう
ためのパターン種が多数となるため、大きなマスク領域
が必要となり、フィールド内を細かく調べることができ
ない。具体的には、文献１の図３に示すように８ｍｍを
３分割する程度でしか計測することができないと言う問
題もあった。
【００２４】それゆえ本発明の目的は、少ない労力で、
かつフィールド内を細分化してレンズの収差を計測でき
る収差計測用フォトマスク、収差計測方法、収差計測用
装置および装置の製造方法を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明の収差計測用フォ
トマスクは、露光装置の投影光学系のレンズ収差を計測
するための収差計測用フォトマスクであって、基板と、
複数の計測パターンと、遮光膜と、複数の参照パターン
とを備えている。基板は、露光光を透過し、かつ計測パ
ターン形成領域および参照パターン形成領域を有してい
る。複数の計測パターンは、計測パターン形成領域にお
いて基板の表面に形成されている。遮光膜は、計測パタ
ーン形成領域において基板の裏面に形成され、かつ複数
の計測パターンの各々への露光光の各入射角度を実質的
に異ならせるための裏面開口パターンを有している。複
数の参照パターンは、参照パターン形成領域において基
板の表面に形成されている。参照パターン形成領域にお
ける基板の裏面は、複数の参照パターンへの露光光の各
入射角度が実質的に同じとなるように構成されている。
【００２６】本発明の収差計測用フォトマスクによれ
ば、裏面開口パターンにより、複数の計測パターンの各
々への露光光の各入射角度を実質的に異ならせることが
できる。これにより、複数の計測パターンの各々を感光
体に対して斜め方向から結像させることができる。斜め
方向からの入射により結像する計測パターンの像は、投
影レンズに収差があると感光体の表面において位置ずれ
を生じる。よって、この計測パターンの結像により形成
される転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写
パターンとの比較で測定することにより、投影レンズの
収差を計測することができる。このように簡単に投影レ
ンズの収差を計測することができるため、従来例よりも
少ない労力で収差を計測することができる。
【００２７】また、計測パターン形成領域の各々につい
て収差を計測することができるため、フィールド内の多
数の点での収差の計測が可能である。よって、フィール
ド内での詳細な収差の分布の把握を行なうことができ
る。
【００２８】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、裏面開口パターンの差し渡し寸法の１／２
が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、裏面開
口パターンの中心位置に正対する基板の表面の点から裏
面開口パターンを見込んだ見込み角の半角をφとしたと
き、ｓｉｎ（φ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たしている。
【００２９】上記においてｓｉｎ（φ）が（ＮＡ／Ｍ）
／５を超えると、照明光の角度範囲φが広くなりすぎ
て、瞳の局所的な性質を検出することが困難となる。
【００３０】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の計測パターンの各々の寸法の１／２
が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、計測パ
ターンの中心位置に正対する基板の裏面の点から前記計
測パターンを見込んだ見込み角の半角をζとしたとき、
ｓｉｎ（ζ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たしている。
【００３１】上記においてｓｉｎ（ζ）が（ＮＡ／Ｍ）
／５を超えると、計測パターンの寸法が大きくなりす
ぎ、そのパターンの結像に寄与する瞳の範囲が大きくな
ってしまい、位相差計測における瞳内分解能が低下し、
計測収差の精度が劣化する。
【００３２】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、
マスク裏面に照射される照明の角度拡がりの半角の正弦
の投影光学系の収束光線の最大入射角の正弦、すなわち
ＮＡ、との比をσとしたとき、裏面開口パターンの中心
位置に正対する前記基板の表面の点を中心として、ｓｉ
ｎ（α）≦（ＮＡ／Ｍ）×σを満たす見込み角２αの範
囲内に複数の計測パターンの少なくともいくつかが位置
している。
【００３３】上記範囲内には裏面開口パターンから照明
が届くため、計測パターンがこの範囲内に位置していれ
ばその計測パターンを照明することができる。
【００３４】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の参照パターンの各パターンの中心位置
は、複数の計測パターンの各パターンの中心位置と同じ
配置を有している。
【００３５】これにより、ずらし２重露光により複数の
参照パターン夫々と複数の計測パターン夫々とを良好に
重ね合せることができる。
【００３６】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の参照パターンが配置された領域の任意
の点に正対する基板の裏面の対向点を中心として、基板
の表面から見込んだ見込み角βが、縮小投影倍率をＭと
し、開口数をＮＡとしたとき、ｓｉｎ（β）≧（ＮＡ／
Ｍ）×σを満たす基板の裏面の領域において遮光膜は一
定の開口率で開口している。
【００３７】これにより、複数の参照パターンへの露光
光の各入射角度が実質的に同じとなるように構成するこ
とができる。
【００３８】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、計測パターン形成領域において基板の裏面に
形成され、かつ複数の計測パターンの各々への露光光の
各入射角度を実質的に異ならせるための裏面開口パター
ンは円形である。
【００３９】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の計測パターンの各々の外形は正方形で
ある。
【００４０】このように計測パターンとしてボックスパ
ターンを用いることができる。上記の収差計測用フォト
マスクにおいて好ましくは、複数の参照パターンの各々
の外形は正方形である。
【００４１】このように参照パターンとしてボックスパ
ターンを用いることができる。上記の収差計測用フォト
マスクにおいて好ましくは、複数の計測パターンの各々
が正方格子をなす点上に配置されており、正方格子をな
す点のピッチＰの１／２を正方格子をなす点に正対する
基板の裏面から見込んだ見込み角δが、縮小投影倍率を
Ｍとし、開口数をＮＡとしたとき、ｓｉｎ（δ）≦（Ｎ
Ａ／Ｍ）／５を満たしている。
【００４２】これにより、複数の計測用開口パターン２
ａを密集して配置することができ、瞳内の位相分布を高
い分解能で計測すること、すなわち高精度の収差計測が
可能である。
【００４３】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方格子をなす点のピッチＰが、縮小投影倍
率をＭとしたとき、Ｐ／Ｍ≧２０μｍを満たしている。
【００４４】Ｐ／Ｍが２０μｍより小さいと、重ね合せ
検査機が隣り合う２つの計測用開口パターン２ａに対応
する転写パターンを、別々のパターンとして認識するこ
とができない。
【００４５】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方形の寸法Ｉb1が、縮小投影倍率をＭとし
たとき、Ｉb1／Ｍ≧５μｍを満たしている。
【００４６】計測パターンの寸法Ｉb1が上記条件を満た
さない程度に小さいと、重ね合せ検査機が計測パターン
の転写パターンを計測することができない。
【００４７】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方形の寸法Ｉb2が、縮小投影倍率をＭとし
たとき、Ｉb2／Ｍ≧５μｍを満たしている。
【００４８】参照パターンの寸法Ｉb2が上記条件を満た
さない程度に小さいと、重ね合せ検査機が参照パターン
の転写パターンを計測することができない。
【００４９】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、計測パターンと参照パターンとのいずれか一
方はbox-in-box型マークのインナーボックスパターンに
対応し、他方はアウターボックスパターンに対応してい
る。
【００５０】これにより、容易に位置ずれ量を測定する
ことができる。本発明の収差計測方法は、上記の収差計
測用フォトマスクの複数の計測パターンを感光体に転写
する工程と、転写されたパターンの位置ずれ量を計測す
る工程と、位置ずれ量に原理的に比例する等位相面の傾
きを算出し、算出された等位相面の傾き情報を用いて波
面収差を求める工程とを備えている。
【００５１】本発明の収差計測方法によれば、裏面開口
パターンにより、複数の計測パターンの各々への露光光
の各入射角度を実質的に異ならせることができる。これ
により、複数の計測パターンの各々を感光体に対して斜
め方向から結像させることができる。斜め方向からの入
射により結像する計測パターンの像は、投影レンズに収
差があると感光体の表面において位置がずれて形成され
る。よって、この計測パターンの結像により形成される
転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写パター
ンとの比較で測定することにより、投影レンズの収差を
計測することができる。このように簡単に投影レンズの
収差を計測することができるため、従来例よりも少ない
労力で収差を計測することができる。
【００５２】また、複数の計測パターン形成領域の各々
について収差を計測することができるため、フィールド
内の多数の点での投影光学系のレンズ収差の計測が可能
である。よって、フィールド内での投影光学系のレンズ
収差の分布を詳細に求めることができる。
【００５３】上記の収差計測方法において好ましくは、
転写されたパターンの位置ずれ量を計測する工程は、収
差計測用フォトマスクを用いて１回目の露光をした後、
収差計測用フォトマスクに対して感光体をずらして２回
目の露光をすることにより、１回目および２回目のいず
れか一方の露光により感光体に転写された計測パターン
の転写パターンと１回目および２回目のいずれか他方の
露光により感光体に転写された参照パターンの転写パタ
ーンとの相互の位置ずれ量を測定する工程を有する。
【００５４】このように２重露光を行なうことにより、
計測パターンの転写パターンと参照パターンの転写パタ
ーンとの相互の位置ずれ量を容易に計測することができ
る。
【００５５】上記の収差計測方法において好ましくは、
転写されたパターンの位置ずれ量を計測する工程は、座
標計測装置を用いて、座標計測装置の持つ基準に対する
転写されたパターンの位置のずれ量を計測する工程を有
する。
【００５６】これにより、位置ずれ計測用パターンの形
状の制約が少なくなり、形状設計の自由度が高くなる。
【００５７】上記の収差計測方法において好ましくは、
座標計測装置は、投影露光装置である。
【００５８】これにより、位置ずれ計測用パターンの形
状の制約が少なくなり、形状設計の自由度が高くなると
ともに、座標計測装置を別途準備する必要がなくなる。
【００５９】上記の収差計測方法において好ましくは、
計測パターンの転写パターンと参照パターンの転写パタ
ーンとのいずれか一方はbox-in-box型マークのインナー
ボックスパターンであり、他方はアウターボックスパタ
ーンであり、インナーボックスパターンとアウターボッ
クスパターンとの位置ずれ量が重ね合せ検査機で計測さ
れる。
【００６０】これにより、重ね合せ位置ずれ量の計測が
容易となる。上記の収差計測方法において好ましくは、
複数の計測パターンをフォーカスを変えて感光体に転写
したときの各フォーカスでの瞳内位相分布を計測し、ベ
ストフォーカスでの瞳内位相分布を基準としたデフォー
カスでの瞳内位相分布を算出し、デフォーカスによる瞳
内位相分布の変化をあらわす回転放物面の中心をもって
瞳中心位置を特定する工程をさらに備えている。
【００６１】これにより、裏面開口パターンと計測パタ
ーンとの位置ずれを較正することができ、高精度の投影
光学系のレンズ収差計測が可能となる。
【００６２】本発明の収差計測用装置は、露光装置の投
影光学系のレンズ収差を計測するための収差計測用フォ
トマスクを備えた収差計測用装置であって、パターンが
形成された収差計測用フォトマスクと、収差計測用フォ
トマスクを露光光で照射するための照明光学系と、収差
計測用フォトマスクのパターンの像を感光体上に投影す
る投影光学系とを備えている。収差計測用フォトマスク
は、基板と、複数の計測パターンと、遮光膜と、複数の
参照パターンとを備えている。基板は、露光光を透過
し、かつ計測パターン形成領域および参照パターン形成
領域を有している。複数の計測パターンは、計測パター
ン形成領域において基板の表面に形成されている。遮光
膜は、計測パターン形成領域において基板の裏面に形成
され、かつ複数の計測パターンへの露光光の各入射角度
を実質的に異ならせるための裏面開口パターンを有して
いる。複数の参照パターンは、参照パターン形成領域に
おいて基板の表面に形成されている。参照パターン形成
領域における基板の裏面は、複数の参照パターンへの露
光光の各入射角度が実質的に同じとなるように構成され
ている。
【００６３】本発明の収差計測用装置によれば、裏面開
口パターンにより、複数の計測パターンの各々への露光
光の各入射角度を実質的に異ならせることができる。こ
れにより、複数の計測パターンの各々を感光体に対して
斜め方向から結像させることができる。斜め方向からの
入射により結像する計測パターンの像は、投影レンズに
収差があると感光体の表面においてずれた位置に形成さ
れる。よって、この計測パターンの結像により形成され
る転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写パタ
ーンとの比較で測定することにより、投影レンズの収差
を計測することができる。このように簡単に投影レンズ
の収差を計測することができるため、従来例よりも少な
い労力で収差を計測することができる。
【００６４】また、複数の計測パターン領域の各々につ
いて収差を計測することができるため、フィールド内の
多数の点での収差の計測が可能である。よって、フィー
ルド内での収差分布を詳細に求めることができる。
【００６５】本発明の装置の製造方法は、上記の収差計
測方法を用いている。これにより、少ない労力で、かつ
フィールド内のレンズ収差の分布を詳細に計測すること
ができるため、高精度に形成可能なパターンをあらかじ
め知ることで、そのようなパターンのみにより装置のパ
ターンを構成することが出来る。
【００６６】上記の装置の製造方法において好ましく
は、収差計測方法を用いて形成される装置は半導体装置
である。
【００６７】上記の装置の製造方法は、薄膜磁気ヘッド
や液晶表示素子のような装置の製造にも適しているが、
半導体装置の製造にも適している。
【００６８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。
【００６９】（実施の形態１）まず、本実施の形態の収
差計測方法の原理について説明する。
【００７０】図１は、本発明の実施の形態１における収
差計測方法の原理を説明するための模式図である。図１
を参照して、本実施の形態のフォーカスモニタ方法で用
いられるフォトマスク５は、露光光を透過する基板１
と、基板１の表面に形成された複数の計測用開口パター
ン２ａを有する遮光膜２と、基板１の裏面に形成された
裏面開口パターン３ａを有する遮光膜３とを有してい
る。
【００７１】裏面開口パターン３ａは、複数の計測用開
口パターン２ａに共通して１つ設けられており、複数の
計測用開口パターン２ａへの露光光の各入射角度を実質
的に異ならせるように構成・配置されている。
【００７２】収差計測においては、まずフォトマスク５
の裏面から露光光が照射される。露光光は、裏面開口パ
ターン３ａを通過して、複数の計測用開口パターン２ａ
の各々を異なる入射角度で照射する。この後、複数の計
測用開口パターン２ａの各々で回折された回折光は、投
影レンズ１９ａ、瞳面絞り２５、投影レンズ１９ｂを順
に通過して半導体基板２１ａ上の感光体（フォトレジス
ト）２１ｂに像を結ぶ。
【００７３】このとき、投影レンズ１９ａ、１９ｂに収
差があると、フォトレジスト２１ｂに対して斜め方向に
入射して結像する計測用開口パターン２ａの像がフォト
レジスト２１ｂの表面において収差がない場合の位置か
らずれて形成される。図中では、収差により位置ずれを
生じた結像の様子を実線で示しており、収差がない時の
結像の様子を点線で示している。この計測用開口パター
ン２ａの転写パターンの位置ずれ量を測定することによ
り、投影レンズ１９ａ、１９ｂの収差を計測することが
できる。
【００７４】フォトマスク５の表面には、計測用開口パ
ターン２ａとしてたとえば３０μｍ程度のボックスパタ
ーンを、たとえば１００μｍ程度のピッチで２０００μ
ｍ程度の範囲に格子状に配置したものを１組（これを計
測パターン領域と呼ぶ）として、あるフィールドポイン
トで見たレンズ収差（瞳内位相誤差分布）が計測され
る。また、この計測パターン領域を露光フィールド内に
多数配置することで、露光フィールド各点でのレンズ収
差を計測することが可能となる。
【００７５】よって、このフォトマスク５においては、
複数の計測用開口パターン２ａの各々について位相誤差
を計測することができるため、瞳面の各位置における位
相誤差の分布すなわち収差を知ることもできる。
【００７６】このように本実施の形態では、投影レンズ
１９ａ、１９ｂの収差を計測するための工程を従来例よ
りも少なくすることができ、少ない労力で収差を計測す
ることができる。
【００７７】また、フィールド内の多数の点での収差の
計測が可能であるため、フィールド内での収差分布を詳
細に把握することができる。
【００７８】次に、本実施の形態における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの構成について具体的に説明
する。
【００７９】図２は、本発明の実施の形態１における収
差計測方法に用いられるフォトマスクの構成を示す概略
断面図である。図２を参照して、このフォトマスク５
は、計測パターン形成領域と参照パターン形成領域とを
有している。計測パターン形成領域には、上述したよう
に基板１の表面には複数の計測用開口パターン２ａが、
裏面には裏面開口パターン３ａが各々形成されている。
【００８０】複数の計測用開口パターン２ａは、たとえ
ば図３に示すように正方格子状に配置されている。つま
り、複数の計測用開口パターン２ａの各々の中心位置が
正方格子をなす点（正方格子点）上に配置されている。
また、裏面開口パターン３ａは、たとえば図４に示すよ
うに複数の計測用開口パターン２ａに共通して１つ設け
られており、たとえば円形である。
【００８１】図５を参照して、裏面開口パターン３ａの
差し渡し寸法（直径）ｄ１の１／２（半径）は、縮小投
影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、裏面開口パターン
３ａの中心位置Ｃ１に正対する基板１の表面の点Ｏ１か
ら裏面開口パターン３ａを見込んだ見込み角の半角をφ
としたとき、ｓｉｎ（φ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たし
ていることが好ましい。瞳の局所的な性質を検出するた
めには、照明光の角度範囲φを狭くする必要がある。ｓ
ｉｎ（φ）が（ＮＡ／Ｍ）／５を超えると、照明光の角
度範囲φが広くなりすぎて、瞳の局所的な性質を検出す
ることが困難となる。上記の投影倍率Ｍは４であること
が好ましい。
【００８２】また、複数の計測用開口パターン２ａの各
々の寸法Ｉb1の１／２は、計測用開口パターン２ａの中
心位置Ｃ２に正対する基板１の裏面の点Ｏ２から計測用
開口パターン２ａを見込んだ見込み角の半角をζとした
とき、ｓｉｎ（ζ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たしている
ことが好ましい。ｓｉｎ（ζ）が（ＮＡ／Ｍ）／５を超
えると、計測パターンの寸法が大きくなりすぎ、そのパ
ターンの結像に寄与する瞳の範囲が大きくなってしま
い、位相差計測における瞳内分解能が低下し、計測収差
の精度が劣化する。上記の投影倍率Ｍは４であることが
好ましく、開口数ＮＡは０．７であることが好ましい。
【００８３】また、複数の計測用開口パターン２ａの各
々が正方格子をなす点上に配置されており、図３に示す
ような正方格子をなす点のピッチＰの１／２を、図５に
示すように正方格子点Ｃ２に正対する基板１の裏面の点
Ｏ２から見込んだ見込み角δが、ｓｉｎ（δ）≦（ＮＡ
／Ｍ）／５を満たしていることが好ましい。これによ
り、複数の計測用開口パターン２ａを密集して配置する
ことができる。
【００８４】また、正方格子点のピッチＰが、Ｐ／Ｍ≧
２０μｍを満たしていることが好ましい。Ｐ／Ｍが２０
μｍより小さいと、重ね合せ検査機が隣り合う２つの計
測用開口パターン２ａに対応する転写パターンを、２つ
に分けて認識することができない。
【００８５】図６を参照して、照明の角度拡がりをσと
したとき、裏面開口パターン３ａの中心位置Ｃ１に正対
する基板１の表面の点Ｏ１を中心として、ｓｉｎ（α）
≦（ＮＡ／Ｍ）×σを満たす見込み角２αの範囲内に複
数の計測用開口パターン２ａのいくつかが位置している
ことが好ましい。上記範囲内には裏面開口パターン３ａ
から照明が届くため、計測用開口パターン２ａがこの範
囲内に位置していればその計測用開口パターン２ａを照
明することができる。
【００８６】図２を参照して、参照パターン形成領域に
は、基板１の表面に遮光膜２により形成された複数の参
照パターン２ｂが形成されている。また、基板１の裏面
は、複数の参照パターン２ｂの各々への露光光の各入射
角度が実質的に同じとなるように構成されており、具体
的には複数の参照パターン２ｂの各々への露光光の入射
を遮る遮光膜は形成されていない。
【００８７】複数の参照パターン２ｂは、たとえば図７
に示すように正方格子状に配置されている。つまり、複
数の参照パターン２ｂの各々の中心位置が正方格子点上
に配置されている。また、正方格子点上に配置された複
数の参照パターン２ｂの各パターンの中心位置は、正方
格子点上に配置された複数の計測用開口パターン２ａの
各パターンの中心位置と同じ配置を有している。このた
め、複数の参照パターン２ｂを複数の計測用開口パター
ン２ａに重ねると、複数の参照パターン２ｂの各パター
ンの中心位置は、複数の計測用開口パターン２ａの各パ
ターンの中心位置に合致する。
【００８８】図８を参照して、複数の参照パターン２ｂ
が配置された参照パターン配置領域内の任意の点Ｐ１に
正対する基板１の裏面の点Ｐ２を中心として、基板１の
表面から見込んだ見込み角βが、ｓｉｎ（β）≧（ＮＡ
／Ｍ）×σを満たす範囲内においては遮光膜が存在しな
い。これにより、遮光膜が参照パターン２ｂへの露光光
の入射を遮ることを防止できる。
【００８９】なお、上記のｓｉｎ（β）≧（ＮＡ／Ｍ）
×σを満たす範囲内は、一定の開口率で開口していれば
参照パターン２ｂへ露光光を照射することができるた
め、この範囲内の基板１の裏面には半遮光膜などが形成
されていてもよい。
【００９０】なお、複数の計測用開口パターン２ａの各
々の外形は正方形であり、複数の参照パターン２ｂの各
々の外形は正方形であることことが好ましい。また、計
測用開口パターン２ａの正方形状の寸法Ｉb1（図３、
５）がＩb1／Ｍ≧５μｍを満たし、参照パターン２ｂの
正方形状の寸法Ｉb2（図７、８）がＩb2／Ｍ≧５μｍを
満たすことが好ましい。計測用開口パターン２ａおよび
参照パターン２ｂの各々の寸法Ｉb1、Ｉb2が上記条件を
満たさない程度に小さいと、重ね合せ検査機が計測用開
口パターン２ａおよび参照パターン２ｂの各転写パター
ンを計測することができない。
【００９１】計測用開口パターン２ａと参照パターン２
ｂとのいずれか一方はbox-in-box型マークのインナーボ
ックスパターンに対応し、他方はアウターボックスパタ
ーンに対応することが好ましい。
【００９２】なお上記において「正対する」とは、基板
１の表面の点と裏面の点とが光軸方向に対向しているこ
とを意味している。
【００９３】次に、本実施の形態における収差計測方法
に用いられる収差計測用装置の構成について具体的に説
明する。
【００９４】図９は、本発明の実施の形態１における収
差計測用装置の構成を示す概略図である。図９を参照し
て、この収差計測用装置は、縮小投影露光装置（ステッ
パ）と同様の構成を有し、かつフォトマスク５上のパタ
ーンを縮小してウェハ２１表面のフォトレジスト２１ｂ
に投射するものである。このフォーカスモニタ用装置
は、光源１１からフォトマスク５のパターンまでの照明
光学系と、フォトマスク５のパターンからウェハ２１ま
での投射光学系とを有している。
【００９５】照明光学系は、光源である水銀ランプ１１
と、反射鏡１２と、集光レンズ１８と、フライアイレン
ズ１３と、絞り１４と、集光レンズ１６ａ、１６ｂ、１
６ｃと、ブラインド絞り１５と、反射鏡１７とを有して
いる。また投射光学系は投影レンズ１９ａ、１９ｂと、
瞳面絞り２５とを有している。
【００９６】その露光動作においては、まず水銀ランプ
１１から発せられた光１１ａは、反射鏡１２により、た
とえばｇ線（波長：４３６ｎｍ）のみが反射されて、単
波長の光となる。次に、光１１ａは、集光レンズ１８を
通過して、フライアイレンズ１３の各フライアイ構成レ
ンズ１３ａの各々に入射し、その後に絞り１４を通過す
る。
【００９７】ここで、光１１ｂは、１個のフライアイ構
成レンズ１３ａによって作り出された光路を示し、光１
１ｃはフライアイレンズ１３によって作り出される光路
を示している。
【００９８】絞り１４を通過した光１１ａは、集光レン
ズ１６ａ、ブラインド絞り１５および集光レンズ１６ｂ
を通過して、反射鏡１７により所定角度で反射される。
【００９９】反射鏡１７により反射された光１１ａは、
集光レンズ１６ｃを透過した後、所定のパターンが形成
されたフォトマスク５の全面を均一に照射する。この
後、光１１ａは投影レンズ１９ａ、１９ｂにより所定の
倍率に縮小され、半導体基板２１ａ上のフォトレジスト
２１ｂを露光する。
【０１００】次に、本実施の形態における具体的な収差
計測方法について説明する。図１０は、本発明の実施の
形態１における収差計測方法を説明するための図であ
る。図１０を参照して、本実施の形態の収差計測方法で
は、図９に示す収差計測用装置により、図２〜図８に示
すフォトマスク５のパターンが、フォトレジスト２１ｂ
に露光される。この露光では、計測用開口パターン２ａ
はフォトレジスト２１ｂ表面に対して斜め方向からの回
折光により結像され、参照パターン２ｂはフォトレジス
ト２１ｂ表面に対して垂直方向からの回折光により結像
される。
【０１０１】この１回目の露光の後、ウェハ２１をｘ−
ｙステージによりｘ−ｙ面内で矢印ｓ方向に移動させて
（ずらして）２回目の露光が行なわれる。この２回目の
露光は、１回目の露光と同様に行なわれ、かつ１回目の
露光による複数の計測用開口パターン２ａの各々の露光
領域に、２回目の露光による複数の参照パターン２ｂの
露光領域が重なるようにして行なわれる。このような２
重ずらし露光により、box-in-box型のマークパターンが
フォトレジスト２１ｂに露光される。
【０１０２】より具体的には、１回目の露光で、図１１
（ａ）に示すようにインナーボックスパターンである計
測用開口パターン２ａがフォトレジスト２１ｂに露光さ
れる。この後、上述したようにウェハ２１が移動され
る。この後、２回目の露光で、図１１（ｂ）に示すよう
に計測用開口パターン２ａが露光された領域にアウター
ボックスパターンとなる参照パターン２ｂが露光され
る。
【０１０３】この後、フォトレジスト２１ｂが現像され
る。これにより、図１２（ａ）、（ｂ）に示すようなイ
ンナーボックスパターン２２がアウターボックスパター
ン２３内に位置するbox-in-boxのパターンがフォトレジ
スト２１ｂに形成される。
【０１０４】ここで、上記のbox-in-boxのインナーボッ
クスパターン２２を形成する光学像を形成する光線は図
１０に示したように斜め方向からフォトレジスト２１ｂ
に入射され、アウターボックスパターン２３を形成する
光学像を形成する光線は光軸対して対称に等方的にフォ
トレジスト２１ｂに入射される。このため、インナーボ
ックスパターン２２は収差により位置ずれを起こすが、
アウターボックスパターン２３は収差により位置ずれを
起こさない。よって、投影レンズ１９ａ、１９ｂに収差
がある場合には、アウターボックスパターン２３の位置
に対してインナーボックスパターン２２の位置がずれる
ことになる。
【０１０５】なお、図１２（ｂ）中では収差がない場合
のインナーボックスパターン２２の位置を点線で示して
おり、収差がある場合のインナーボックスパターン２２
の位置を実線で示している。
【０１０６】次に、このようにして形成されたインナー
ボックスパターン２２とアウターボックスパターン２３
との間隔ｘ１、ｘ２がたとえば重ね合せ検査機（ＫＬ
Ａ）により測定される。それらの値から収差がない場合
のインナーボックスパターン２２とアウターボックスパ
ターン２３との間隔ｘ３（＝（ｘ１＋ｘ２）／２）が求
められる。この間隔ｘ３と間隔ｘ１またはｘ２との差を
求めることでインナーボックスパターン２２およびアウ
ターボックスパターン２３の横移動量（位置ずれ量）を
知ることができる。
【０１０７】この位置ずれ量は等位相面の傾きに比例す
るため、この位置ずれ量から等位相面の傾きを算出する
ことができる。そして、この等位相面の傾きを用いて数
値積分計算処理（線積分）により、瞳内の理想光学系に
比較したときの位相分布、すなわち波面収差を求めるこ
とができる。また、露光フィールド内に配置された複数
の計測パターン領域について同様に波面収差を計測する
ことにより、露光フィールド内のレンズ収差の分布を知
ることができる。
【０１０８】また、図１１においては、フォトレジスト
２１ｂを二重露光した後に現像する場合について説明し
たが、露光した後に現像する工程を２回繰返すことでフ
ォトレジスト２１ｂがパターニングされてもよい。つま
り、１回目の露光→１回目の現像→ウェハ２１の移動→
２回目の露光→２回目の現像の工程でフォトレジスト２
１ｂがパターニングされてもよい。
【０１０９】図１３は、露光した後に現像する工程を２
回繰返す工程を示す図である。図１３（ａ）を参照し
て、まず１回目の露光により、フォトレジスト２１ｂに
インナーボックスパターンとなる計測用開口パターン２
ａが露光される。この後に１回目の現像が行なわれる。
これにより、図１３（ｂ）に示すようにフォトレジスト
２１ｂにインナーボックスパターン２２が形成される。
このインナーボックスパターン２２が形成された状態で
ウェハ２１がｘ−ｙ面内で横方向に移動させられる。そ
して、図１３（ｃ）に示すように２回目の露光としてイ
ンナーボックスパターン２２が形成された領域に重ねて
アウターボックスパターンとなる参照パターン２ｂの露
光が行なわれる。この後、フォトレジスト２１ｂに２回
目の現像を行なうことにより、図１２（ａ）、（ｂ）に
示すようにアウターボックスパターン２３が形成され
る。
【０１１０】次に、上記の１回目の露光と２回目の露光
との間でウェハ２１を移動させるときの、ウェハ２１の
位置合わせ誤差を補正する方法について説明する。
【０１１１】ずらし２重露光においては、ウェハ２１か
ら見た１回目の露光時の計測用開口パターン２ａのパタ
ーン中心と２回目の露光時の参照パターン２ｂのパター
ン中心とが一致するようにウェハ２１を移動させる必要
がある。上記のインナーボックスパターン２２とアウタ
ーボックスパターン２３との相互の位置ずれにより収差
を検出する本方法では、このウェハ移動量の誤差による
ずれも収差として認識されるため、実際の収差の計測に
誤差を生じることになる。
【０１１２】そこで、位置合わせ誤差を補正するための
補助パターン（図示せず）をフォトマスク５上に形成
し、この補助パターンを用いて位置合わせ誤差が測定さ
れる。たとえば、１回目の露光によりフォトレジストに
形成された補助パターンの転写パターンと２回目の露光
により形成された補助パターンの転写パターンとの距離
から位置合わせ誤差を導くことができる。後は、この位
置合わせ誤差を位置ずれ量から差し引くことにより、ウ
ェハ２１の位置合わせ誤差を補正することができる。
また、フォーカスを複数（少なくとも２点）変えて、各
フォーカスでの瞳内位相分布（波面収差の分布）を計測
することにより、ベストフォーカス位置での瞳内位相分
布を基準としたデフォーカスによる瞳内位相分布を算出
することができる。このデフォーカスによる瞳内位相分
布である回転放物面の中心をもって瞳中心位置を特定す
ることができる。
【０１１３】たとえば、瞳内のある点を原点とした場
合、瞳内の各位置における位置ずれ量（移動量）の分布
では、図１４に示すように移動量の変化を示す線と横軸
との交点が原点からずれる。この場合、位相は移動量の
積分値であるため、瞳内の各位置における位相の分布は
図１５に示す回転放物面のようになり、やはり回転放物
面と横軸との交点は原点からずれることになる。そこ
で、この回転放物面の中心位置（ピーク位置）をもって
瞳中心位置を特定することで、裏面開口パターン３ａと
計測用開口パターンとの位置ずれを較正することができ
る。
【０１１４】なお、図１５では、瞳内のある直線状の位
置のみの測定であるから瞳内位相分布は放物線で表され
ているが、瞳の面内全体の位置で測定すれば瞳内位相分
布は回転放物面となる。
【０１１５】なおフォトマスク５は、図１６に示すよう
に参照パターン形成領域において基板１の裏面に半遮光
膜４を設けた構成であってもよい。この半遮光膜４によ
り、フォトマスク５を透過した後の露光光の光強度を計
測パターン形成領域と参照パターン形成領域とで同じに
することができる。これ以外の構成については図２に示
す構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同
一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１６】（実施の形態２）上記実施の形態１では、
位置ずれ量測定用のパターンとして、box-in-box型のマ
ークを重ね合せ検査機で測定する場合について説明した
が、フォトレジストに形成されたパターンの位置はステ
ッパで計測されてもよい。つまり、ステッパは、通常、
下地パターンとの位置決めのために座標を計測する機能
を有しているため、フォトレジストに形成されたパター
ンの位置をこの座標計測機能により測定することができ
る。
【０１１７】この場合、位置ずれ量測定用のパターンの
形状は、重ね合せ検査機で検査可能な形状（たとえばbo
x-in-box型のマーク）に限定されず、ステッパ用の座標
計測マークパターンとして用いられる形状とすることも
できる。
【０１１８】なお、これ以外の各部の構成、収差計測方
法などは、実施の形態１と同様であるため、その説明を
省略する。
【０１１９】（実施の形態３）上記実施の形態２では、
ステッパが有する座標計測機能を用いて位置ずれ量を測
定する場合について説明したが、フォトレジストに形成
されたパターンの位置はステッパとは別に準備された座
標計測装置により計測されてもよい。
【０１２０】この場合、位置ずれ量測定用のパターンの
形状は、ステッパ用の座標計測マークパターンとして用
いられる形状に限定されず、座標計測装置により計測可
能な形状（たとえば十字形状の線パターン）とすること
もできる。
【０１２１】なお、これ以外の各部の構成、収差計測方
法などは、実施の形態１と同様であるため、その説明を
省略する。
【０１２２】また、上記実施の形態１〜３においては、
輪帯照明、４重極照明などの変形照明が用いられてもよ
く、また通常照明が用いられてもよい。
【０１２３】なお、上記実施の形態１〜３の収差計測方
法により得られた投影光学系のレンズ収差に基づいて、
その収差のもとでも高精度のパターン形成が可能なレイ
アウト設計をすることで、その設計にかかるマスクパタ
ーンを転写し、転写されたレジストパターンを用いて下
層の膜にエッチング、イオン注入などの処理を施すこと
により精度良く所望の半導体装置を製造することができ
る。
【０１２４】また、本発明のフォーカスモニタ方法を利
用することで、半導体装置以外に、薄膜磁気ヘッドや液
晶表示素子などの他の装置も精度良く形成することがで
きる。
【０１２５】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【０１２６】
【発明の効果】本発明の収差計測用フォトマスクによれ
ば、裏面開口パターンにより、複数の計測パターンの各
々への露光光の各入射角度を実質的に異ならせることが
できる。これにより、複数の計測パターンの各々を感光
体に対して斜め方向から結像させることができる。斜め
方向からの入射により結像する計測パターンの像は、投
影レンズに収差があると感光体の表面において位置ずれ
を生じる。よって、この計測パターンの結像により形成
される転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写
パターンとの比較で測定することにより、投影レンズの
収差を計測することができる。このように簡単に投影レ
ンズの収差を計測することができるため、従来例よりも
少ない労力で収差を計測することができる。
【０１２７】また、計測パターン形成領域の各々につい
て収差を計測することができるため、フィールド内の多
数の点での収差の計測が可能である。よって、フィール
ド内での詳細な収差の分布の把握を行なうことができ
る。
【０１２８】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、裏面開口パターンの差し渡し寸法の１／２
が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、裏面開
口パターンの中心位置に正対する基板の表面の点から裏
面開口パターンを見込んだ見込み角の半角をφとしたと
き、ｓｉｎ（φ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たしている。
上記においてｓｉｎ（φ）が（ＮＡ／Ｍ）／５を超える
と、照明光の角度範囲φが広くなりすぎて、瞳の局所的
な性質を検出することが困難となる。
【０１２９】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の計測パターンの各々の寸法の１／２
が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、計測パ
ターンの中心位置に正対する基板の裏面の点から計測パ
ターンを見込んだ見込み角の半角をζとしたとき、ｓｉ
ｎ（ζ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たしている。上記にお
いてｓｉｎ（ζ）が（ＮＡ／Ｍ）／５を超えると、計測
パターンの寸法が大きくなりすぎ、そのパターンの結像
に寄与する瞳の範囲が大きくなってしまい、位相差計測
における瞳内分解能が低下し、計測収差の精度が劣化す
る。
【０１３０】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、
マスク裏面に照射される照明の角度拡がりの半角の正弦
の投影光学系の収束光線の最大入射角の正弦、すなわち
ＮＡ、との比をσとしたとき、裏面開口パターンの中心
位置に正対する基板の表面の点を中心として、ｓｉｎ
（α）≦（ＮＡ／Ｍ）×σを満たす見込み角２αの範囲
内に複数の計測パターンの少なくともいくつかが位置し
ている。上記範囲内には裏面開口パターンから照明が届
くため、計測パターンがこの範囲内に位置していればそ
の計測パターンを照明することができる。
【０１３１】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の参照パターンの各パターンの中心位置
は、複数の計測パターンの各パターンの中心位置と同じ
配置を有している。これにより、ずらし２重露光により
複数の参照パターン夫々と複数の計測パターン夫々とを
良好に重ね合せることができる。
【０１３２】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の参照パターンが配置された領域の任意
の点に正対する基板の裏面の対向点を中心として、基板
の表面から見込んだ見込み角βが、縮小投影倍率をＭと
し、開口数をＮＡとしたとき、ｓｉｎ（β）≧（ＮＡ／
Ｍ）×σを満たす基板の裏面の領域において遮光膜は一
定の開口率で開口している。これにより、複数の参照パ
ターンへの露光光の各入射角度が実質的に同じとなるよ
うに構成することができる。
【０１３３】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、計測パターン形成領域において基板の裏面に
形成され、かつ複数の計測パターンの各々への露光光の
各入射角度を実質的に異ならせるための裏面開口パター
ンは円形である。
【０１３４】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の計測パターンの各々の外形は正方形で
ある。このように計測パターンとしてボックスパターン
を用いることができる。
【０１３５】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の参照パターンの各々の外形は正方形で
ある。このように参照パターンとしてボックスパターン
を用いることができる。
【０１３６】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、複数の計測パターンの各々が正方格子をなす
点上に配置されており、正方格子をなす点のピッチＰの
１／２を正方格子をなす点に正対する基板の裏面から見
込んだ見込み角δが、縮小投影倍率をＭとし、開口数を
ＮＡとしたとき、ｓｉｎ（δ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満
たしている。これにより、複数の計測用開口パターン２
ａを密集して配置することができ、瞳内の位相分布を高
い分解能で計測すること、すなわち高精度の収差計測が
可能である。
【０１３７】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方格子をなす点のピッチＰが、縮小投影倍
率をＭとしたとき、Ｐ／Ｍ≧２０μｍを満たしている。
Ｐ／Ｍが２０μｍより小さいと、重ね合せ検査機が隣り
合う２つの計測用開口パターン２ａに対応する転写パタ
ーンを、別々のパターンとして認識することができな
い。
【０１３８】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方形の寸法Ｉb1が、縮小投影倍率をＭとし
たとき、Ｉb1／Ｍ≧５μｍを満たしている。計測パター
ンの寸法Ｉb1が上記条件を満たさない程度に小さいと、
重ね合せ検査機が計測パターンの転写パターンを計測す
ることができない。
【０１３９】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、正方形の寸法Ｉb2が、縮小投影倍率をＭとし
たとき、Ｉb2／Ｍ≧５μｍを満たしている。参照パター
ンの寸法Ｉb2が上記条件を満たさない程度に小さいと、
重ね合せ検査機が参照パターンの転写パターンを計測す
ることができない。
【０１４０】上記の収差計測用フォトマスクにおいて好
ましくは、計測パターンと参照パターンとのいずれか一
方はbox-in-box型マークのインナーボックスパターンに
対応し、他方はアウターボックスパターンに対応してい
る。これにより、容易に位置ずれ量を測定することがで
きる。
【０１４１】本発明の収差計測方法によれば、裏面開口
パターンにより、複数の計測パターンの各々への露光光
の各入射角度を実質的に異ならせることができる。これ
により、複数の計測パターンの各々を感光体に対して斜
め方向から結像させることができる。斜め方向からの入
射により結像する計測パターンの像は、投影レンズに収
差があると感光体の表面において位置がずれて形成され
る。よって、この計測パターンの結像により形成される
転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写パター
ンとの比較で測定することにより、投影レンズの収差を
計測することができる。このように簡単に投影レンズの
収差を計測することができるため、従来例よりも少ない
労力で収差を計測することができる。
【０１４２】また、複数の計測パターン形成領域の各々
について収差を計測することができるため、フィールド
内の多数の点での投影光学系のレンズ収差の計測が可能
である。よって、フィールド内での投影光学系のレンズ
収差の分布を詳細に求めることができる。
【０１４３】上記の収差計測方法において好ましくは、
転写されたパターンの位置ずれ量を計測する工程は、収
差計測用フォトマスクを用いて１回目の露光をした後、
収差計測用フォトマスクに対して感光体をずらして２回
目の露光をすることにより、１回目および２回目のいず
れか一方の露光により感光体に転写された計測パターン
の転写パターンと１回目および２回目のいずれか他方の
露光により感光体に転写された参照パターンの転写パタ
ーンとの相互の位置ずれ量を測定する工程を有する。こ
のように２重露光を行なうことにより、計測パターンの
転写パターンと参照パターンの転写パターンとの相互の
位置ずれ量を容易に計測することができる。
【０１４４】上記の収差計測方法において好ましくは、
転写されたパターンの位置ずれ量を計測する工程は、座
標計測装置を用いて、座標計測装置の持つ基準に対する
転写されたパターンの位置のずれ量を計測する工程を有
する。これにより、位置ずれ計測用パターンの形状の制
約が少なくなり、形状設計の自由度が高くなる。
【０１４５】上記の収差計測方法において好ましくは、
座標計測装置は、投影露光装置である。これにより、位
置ずれ計測用パターンの形状の制約が少なくなり、形状
設計の自由度が高くなるとともに、座標計測装置を別途
準備する必要がなくなる。
【０１４６】上記の収差計測方法において好ましくは、
計測パターンの転写パターンと参照パターンの転写パタ
ーンとのいずれか一方はbox-in-box型マークのインナー
ボックスパターンであり、他方はアウターボックスパタ
ーンであり、インナーボックスパターンとアウターボッ
クスパターンとの位置ずれ量が重ね合せ検査機で計測さ
れる。これにより、重ね合せ位置ずれ量の計測が容易と
なる。
【０１４７】上記の収差計測方法において好ましくは、
複数の計測パターンをフォーカスを変えて感光体に転写
したときの各フォーカスでの瞳内位相分布を計測し、ベ
ストフォーカスでの瞳内位相分布を基準としたデフォー
カスでの瞳内位相分布を算出し、デフォーカスによる瞳
内位相分布の変化をあらわす回転放物面の中心をもって
瞳中心位置を特定する工程をさらに備えている。これに
より、裏面開口パターンと計測パターンとの位置ずれを
較正することができ、高精度の投影光学系のレンズ収差
計測が可能となる。
【０１４８】本発明の収差計測用装置によれば、裏面開
口パターンにより、複数の計測パターンの各々への露光
光の各入射角度を実質的に異ならせることができる。こ
れにより、複数の計測パターンの各々を感光体に対して
斜め方向から結像させることができる。斜め方向からの
入射により結像する計測パターンの像は、投影レンズに
収差があると感光体の表面においてずれた位置に形成さ
れる。よって、この計測パターンの結像により形成され
る転写パターンの位置ずれ量を参照パターンの転写パタ
ーンとの比較で測定することにより、投影レンズの収差
を計測することができる。このように簡単に投影レンズ
の収差を計測することができるため、従来例よりも少な
い労力で収差を計測することができる。
【０１４９】また、複数の計測パターン領域の各々につ
いて収差を計測することができるため、フィールド内の
多数の点での収差の計測が可能である。よって、フィー
ルド内での収差分布を詳細に求めることができる。
【０１５０】本発明の装置の製造方法は、上記の収差計
測方法を用いている。これにより、少ない労力で、かつ
フィールド内のレンズ収差の分布を詳細に計測すること
ができるため、高精度に形成可能なパターンをあらかじ
め知ることができ、そのようなパターンのみにより装置
のパターンを構成することができる。
【０１５１】上記の装置の製造方法において好ましく
は、収差計測方法を用いて形成される装置は半導体装置
である。上記の装置の製造方法は、薄膜磁気ヘッドや液
晶表示素子のような装置の製造にも適しているが、半導
体装置の製造にも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
の原理を説明するための図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの構成を概略的に示す断面図
である。
【図３】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの計測パターン形成領域の表
面を概略的に示す平面図である。
【図４】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの計測パターン形成領域の裏
面を概略的に示す平面図である。
【図５】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの計測パターン形成領域を拡
大して示す概略断面図である。
【図６】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの計測パターン形成領域を拡
大して示す概略断面図である。
【図７】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの参照パターン形成領域の表
面を概略的に示す平面図である。
【図８】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられるフォトマスクの参照パターン形成領域を拡
大して示す概略断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態１における収差計測方法
に用いられる収差計測用装置の構成を示す概略図であ
る。
【図１０】 本発明の実施の形態１における収差計測方
法のずらし２重露光の様子を説明するための概略図であ
る。
【図１１】 本発明の実施の形態１における収差計測方
法のずらし２重露光の様子を詳細に説明するための概略
断面図である。
【図１２】 本発明の実施の形態１における収差計測方
法の位置ずれ量測定の様子を詳細に説明するための概略
断面図および平面図である。
【図１３】 本発明の実施の形態１における収差計測方
法で露光と現像とを２回繰返す様子を詳細に説明するた
めの概略断面図である。
【図１４】 パターンの移動量と瞳における各部の位置
との関係を示す図である。
【図１５】 位相と瞳における各部の位置との関係を示
す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態１における収差計測方
法に用いられるフォトマスクの他の構成を概略的に示す
断面図である。
【図１７】 従来の収差計測方法に用いられるフォトマ
スクのパターンと、それによりフォトレジストに形成さ
れた測定用パターンとを示す平面図である。
【図１８】 従来の収差計測方法において２重露光によ
りフォトレジストに測定用パターンを形成する様子を示
す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 基板、２，３ 遮光膜、２ａ 計測用開口パター
ン、２ｂ 参照パターン、３ 裏面遮光膜、３ａ 裏面
開口パターン、４ 半遮光膜、５ フォトマスク、１１
水銀ランプ、１２ 反射鏡、１３ フライアイレン
ズ、１３ａ フライアイ構成レンズ、１４ 照明絞り、
１５ ブラインド絞り、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 集光
レンズ、１７反射鏡、１８ 集光レンズ、１９ａ，１９
ｂ 投影レンズ、２１ ウェハ、２１ａ 半導体基板、
２１ｂ フォトレジスト、２２ インナーボックスパタ
ーン、２３アウターボックスパターン。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光装置の投影光学系のレンズ収差を計
    測するための収差計測用フォトマスクであって、 露光光を透過し、かつ計測パターン形成領域および参照
    パターン形成領域を有する基板と、 前記計測パターン形成領域において前記基板の表面に形
    成された複数の計測パターンと、 前記計測パターン形成領域において前記基板の裏面に形
    成され、かつ前記複数の計測パターンの各々への露光光
    の各入射角度を実質的に異ならせるための裏面開口パタ
    ーンを有する遮光膜と、 前記参照パターン形成領域において前記基板の表面に形
    成された複数の参照パターンとを備え、 前記参照パターン形成領域における前記基板の裏面は、
    前記複数の参照パターンへの露光光の各入射角度が実質
    的に同じとなるように構成されている、収差計測用フォ
    トマスク。
  2. 【請求項２】 前記裏面開口パターンの差し渡し寸法の
    １／２が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、
    前記裏面開口パターンの中心位置に正対する前記基板の
    表面の点から前記裏面開口パターンを見込んだ見込み角
    の半角をφとしたとき、ｓｉｎ（φ）≦（ＮＡ／Ｍ）／
    ５を満たしていることを特徴とする、請求項１に記載の
    収差計測用フォトマスク。
  3. 【請求項３】 前記複数の計測パターンの各々の寸法の
    １／２が、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとし、
    前記計測パターンの中心位置に正対する前記基板の裏面
    の点から前記計測パターンを見込んだ見込み角の半角を
    ζとしたとき、ｓｉｎ（ζ）≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満た
    していることを特徴とする、請求項１または２に記載の
    収差計測用フォトマスク。
  4. 【請求項４】 縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡと
    し、マスク裏面に照射される照明の角度拡がりの半角の
    正弦のＮＡとの比をσとしたとき、前記裏面開口パター
    ンの中心位置に正対する前記基板の表面の点を中心とし
    て、ｓｉｎ（α）≦（ＮＡ／Ｍ）×σを満たす見込み角
    ２αの範囲内に前記複数の計測パターンの少なくともい
    くつかが位置していることを特徴とする、請求項１〜３
    のいずれかに記載の収差計測用フォトマスク。
  5. 【請求項５】 前記複数の参照パターンの各パターンの
    中心位置は、前記複数の計測パターンの各パターンの中
    心位置と同じ配置を有することを特徴とする、請求項１
    〜４のいずれかに記載の収差計測用フォトマスク。
  6. 【請求項６】 前記複数の参照パターンが配置された領
    域に位置する任意の点に正対する前記基板の裏面の対向
    点を中心として、前記基板の表面から見込んだ見込み角
    βが、縮小投影倍率をＭとし、開口数をＮＡとしたと
    き、ｓｉｎ（β）≧（ＮＡ／Ｍ）×σを満たす前記基板
    の裏面の領域において前記遮光膜は一定の開口率で開口
    していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに
    記載の収差計測用フォトマスク。
  7. 【請求項７】 前記計測パターン形成領域において前記
    基板の裏面に形成され、かつ前記複数の計測パターンの
    各々への露光光の各入射角度を実質的に異ならせるため
    の裏面開口パターンは、円形であることを特徴とする、
    請求項１〜６のいずれかに記載の収差計測用フォトマス
    ク。
  8. 【請求項８】 前記複数の計測パターンの各々の外形は
    正方形であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれ
    かに記載の収差計測用フォトマスク。
  9. 【請求項９】 前記複数の参照パターンの各々の外形は
    正方形であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれ
    かに記載の収差計測用フォトマスク。
  10. 【請求項１０】 前記複数の計測パターンの各々が正方
    格子をなす点上に配置されており、前記正方格子をなす
    点のピッチＰの１／２を前記正方格子をなす点に正対す
    る前記基板の裏面から見込んだ見込み角δが、縮小投影
    倍率をＭとし、開口数をＮＡとしたとき、ｓｉｎ（δ）
    ≦（ＮＡ／Ｍ）／５を満たすことを特徴とする、請求項
    １〜９のいずれかに記載の収差計測用フォトマスク。
  11. 【請求項１１】 前記正方格子をなす点のピッチＰが、
    縮小投影倍率をＭとしたとき、Ｐ／Ｍ≧２０μｍを満た
    すことを特徴とする、請求項１０に記載の収差計測用フ
    ォトマスク。
  12. 【請求項１２】 前記正方形の寸法Ｉb1が、縮小投影倍
    率をＭとしたとき、Ｉb1／Ｍ≧５μｍを満たすことを特
    徴とする、請求項８に記載の収差計測用フォトマスク。
  13. 【請求項１３】 前記正方形の寸法Ｉb2が、縮小投影倍
    率をＭとしたとき、Ｉb2／Ｍ≧５μｍを満たすことを特
    徴とする、請求項９に記載の収差計測用フォトマスク。
  14. 【請求項１４】 前記計測パターンと前記参照パターン
    とのいずれか一方はbox-in-box型マークのインナーボッ
    クスパターンに対応し、他方はアウターボックスパター
    ンに対応することを特徴とする、請求項８または９に記
    載の収差計測用フォトマスク。
  15. 【請求項１５】 請求項１〜１１のいずれかに記載の前
    記収差計測用フォトマスクの前記複数の計測パターンを
    感光体に転写する工程と、 転写されたパターンの位置ずれ量を計測する工程と、 前記位置ずれ量に原理的に比例する等位相面の傾きを算
    出し、算出された前記等位相面の傾き情報を用いて波面
    収差を求める工程とを備えた、収差計測方法。
  16. 【請求項１６】 前記転写されたパターンの位置ずれ量
    を計測する前記工程は、前記収差計測用フォトマスクを
    用いて１回目の露光をした後、前記収差計測用フォトマ
    スクに対して前記感光体をずらして２回目の露光をする
    ことにより、１回目および２回目のいずれか一方の露光
    により前記感光体に転写された前記計測パターンの転写
    パターンと１回目および２回目のいずれか他方の露光に
    より前記感光体に転写された前記参照パターンの転写パ
    ターンとの相互の位置ずれ量を測定する工程を有するこ
    とを特徴とする、請求項１５に記載の収差計測方法。
  17. 【請求項１７】 前記転写されたパターンの位置ずれ量
    を計測する前記工程は、座標計測装置を用いて、前記座
    標計測装置の持つ基準に対する前記転写されたパターン
    の位置のずれ量を計測する工程を有することを特徴とす
    る、請求項１５に記載の収差計測方法。
  18. 【請求項１８】 前記座標計測装置は、投影露光装置で
    あることを特徴とする、請求項１７に記載の収差計測方
    法。
  19. 【請求項１９】 前記計測パターンの転写パターンと前
    記参照パターンの転写パターンとのいずれか一方はbox-
    in-box型マークのインナーボックスパターンであり、他
    方はアウターボックスパターンであり、前記インナーボ
    ックスパターンと前記アウターボックスパターンとの位
    置ずれ量を重ね合せ検査機で計測することを特徴とす
    る、請求項１６に記載の収差計測方法。
  20. 【請求項２０】 前記複数の計測パターンをフォーカス
    を変えて感光体に転写したときの各フォーカスでの瞳内
    位相分布を計測し、ベストフォーカスでの前記瞳内位相
    分布を基準としたデフォーカスでの前記瞳内位相分布を
    算出し、前記デフォーカスによる前記瞳内位相分布の変
    化をあらわす回転放物面の中心をもって瞳中心位置を特
    定する工程をさらに備えた、請求項１５〜１９のいずれ
    かに記載の収差計測方法。
  21. 【請求項２１】 露光装置の投影光学系のレンズ収差を
    計測するための収差計測用フォトマスクを備えた収差計
    測用装置であって、 パターンが形成された収差計測用フォトマスクと、 前記収差計測用フォトマスクを露光光で照射するための
    照明光学系と、 前記収差計測用フォトマスクのパターンの像を感光体上
    に投影する投影光学系とを備え、 前記収差計測用フォトマスクは、 露光光を透過し、かつ計測パターン形成領域および参照
    パターン形成領域を有する基板と、 前記計測パターン形成領域において前記基板の表面に形
    成された複数の計測パターンと、 前記計測パターン形成領域において前記基板の裏面に形
    成され、かつ前記複数の計測パターンへの露光光の各入
    射角度を実質的に異ならせるための裏面開口パターンを
    有する遮光膜と、 前記参照パターン形成領域において前記基板の表面に形
    成された複数の参照パターンとを備え、 前記参照パターン形成領域における前記基板の裏面は、
    前記複数の参照パターンへの露光光の各入射角度が実質
    的に同じとなるように構成されている、収差計測用装
    置。
  22. 【請求項２２】 請求項１５〜２０のいずれかに記載の
    収差計測方法を用いたことを特徴とする、装置の製造方
    法。
  23. 【請求項２３】 前記収差計測方法を用いて形成される
    前記装置は半導体装置であることを特徴とする、請求項
    ２２に記載の装置の製造方法。
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