JP3082747B2

JP3082747B2 - 露光装置の評価方法

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Publication number: JP3082747B2
Application number: JP16120898A
Authority: JP
Inventors: 直生安里; 伸二石田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-06-09
Filing date: 1998-06-09
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JPH11354411A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造工
程における光リソグラフィ工程に使用される露光装置の
評価方法に関し、特に、露光装置のコマ収差を高精度で
測定することができる露光装置の評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光リソグラフィの限界延長を
目的として、位相シフトマスクの開発が進められてい
る。位相シフトマスクとは、マスク透過光（反射型のマ
スクにおいてはマスク反射光）の一部分の位相を１８０
゜変化させるマスクである。

【０００３】図１５は渋谷−レベンソン方式位相シフト
マスクを示す断面図である。なお、渋谷−レベンソン方
式とは発明者の名前であり、Alternating Phase Shift
Maskともいう。図１５に示すように、合成石英等からな
る透明基板２１の片面上に、クロム等の遮光材料からな
る遮光膜２２が選択的に形成されており、これにより、
透明領域２３ａと遮光領域２３ｂとが交互に形成されて
いる。また、隣り合う透明領域２３ａのうち一方の透明
領域２３ａを覆う領域には、ＣＶＤＳｉＯ₂、スパッタ
ＳｉＯ₂又はＳＯＧ（Spin On Glass）からなる透明膜２
４が形成されている。なお、波長がλである露光用光の
透明膜２４に対する屈折率をｎとしたとき、透明膜２４
の膜厚ｔをｔ＝λ／｛２（ｎ−１）｝としている。

【０００４】このように構成された位相シフトマスクに
おいては、透明膜２４が形成された領域を透過した透過
光と、透明膜２４が形成されていない領域を透過した透
過光との間に、１８０゜の位相差を発生させる。従っ
て、互いに１８０゜異なる位相を有する隣り合う透過光
同士が干渉することにより、マスク転写像のコントラス
トを向上させることができる。このように、位相シフト
マスクは解像度及び焦点深度の改善に有効であるしか
し、位相シフトマスクは投影レンズの収差の影響を著し
く受けやすく、特に、渋谷−レベンソン方式位相マスク
を使用した露光において、コマ収差によりパターンが非
対称に変形することは公知である。従って、近時、露光
装置の収差、特に、コマ収差の正確な測定及び管理が必
要になっている。

【０００５】ところで、レンズの収差は、装置メーカの
製造ラインにおいて完全に調整されている。そして、露
光装置を半導体装置の製造ラインに設置した後にも、レ
ンズの収差が再確認されており、異常が確認されると、
その場で微調整される。

【０００６】コマ収差の測定方法としては、投影レンズ
のコマ収差を再現性良く容易に測定することができる方
法が開示されている（特開平５−１１８９５７号公
報）。この測定方法は、投影レンズを介して得られる所
望のレチクルパターンの空間像の強度分布を直接計測す
る方法である。即ち、開口パターンの転写像において
は、その振幅分布において、光の振動が０に収束する際
に、０を通り越して負（逆位相）及び正の方向に振動し
ながら収束することにより、メインピークの左右にサブ
ピークが発生する。そして、所定の方向（Ｙ方向）に延
びる開口部（透明領域）を透過する光強度分布におい
て、Ｙ方向に直交するＸ方向にコマ収差が存在すると、
左右のサブピークの高さが異なったものとなる。そこ
で、サブピークの高さの差（強度差）を測定することに
より、コマ収差を求めることができる。

【０００７】他に、ハーフトーン位相マスクを使用した
コマ収差測定方法が開示されている（特開平９−２５７
６４６号公報）。透過強度がＴであるハーフトーン位相
マスクにおいては、結像面での光の振幅は、ハーフトー
ン部で−√Ｔとなり、オーバーシュートもこの−√Ｔを
中心に振動する。従って、メインパターンの隣の第１の
オーバーシュート部においては、光強度の値が小さくな
らず、サイドローブといわれるサブピークを発生させ
る。そして、コマ収差によりサイドローブに大きな強度
差が発生するので、この強度差を測定することによりコ
マ収差を求めることができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
５−１１８９５７号公報に記載された方法においては、
メインピークの左右に発生するサブピークは、０をベー
スとして振動するので、振動の２乗で与えられる光強度
としては極めて小さい値となる。従って、光強度の差に
基づいてコマ収差を求めても、その測定誤差が大きくな
る。

【０００９】また、特開平９−２５７６４６号公報に記
載された方法を使用すると、通常のマスクを使用する場
合よりも容易に高精度でコマ収差を求めることができる
が、要求されるコマ収差の測定精度を満足することはで
きない。

【００１０】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、露光装置におけるコマ収差を高精度で容易
に測定することができる露光装置の評価方法を提供する
ことを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る露光装置の
評価方法は、第１の露光用光と、前記第１の露光用光に
対して１８０゜の位相差を有する第２の露光用光とを、
露光装置の光学系を介して試験板の表面に形成された感
光性樹脂膜に照射する工程と、前記感光性樹脂膜を現像
して前記第１の露光用光により露光された第１パターン
と、前記第２の露光用光により露光され前記第１パター
ンから所定の方向に離間して形成された第２パターンを
得る工程と、前記第１パターンの前記所定の方向におけ
る幅と前記第２パターンの前記所定の方向における幅と
の差を測定し、この差に基づいて前記光学系のコマ収差
を求める工程と、を有することを特徴とする。

【００１２】前記第１及び第２の露光用光は、透明基板
と、前記透明基板上に形成された遮光膜と、前記遮光膜
に選択的に設けられた第１の開口部及び第２の開口部
と、前記第１の開口部及び第２の開口部のいずれか１方
を覆う透明膜と、を有する位相シフトマスクに入射光を
透過させることにより得られるものとすることができ
る。また、前記入射光は前記位相シフトマスクに対して
直交する方向に透過させることが好ましい。

【００１３】更に、前記第１及び第２の露光用光は、透
明基板と、前記透明基板上に形成された遮光膜と、前記
遮光膜に選択的に設けられた第１の開口部及び第２の開
口部と、を有するマスクに斜入射光を透過させることに
より得られるものであってもよく、前記斜入射光は輪帯
照明から発するものであることが好ましい。

【００１４】本発明に係る他の露光装置の評価方法は、
３以上の露光用光が配列され、隣り合う露光用光の位相
が互いに１８０゜異なると共に最も外側に位置する第１
の露光用光と第２の露光用光とが同位相である露光用光
群を、露光装置の光学系を介して試験板の表面に形成さ
れた感光性樹脂膜に照射する工程と、前記感光性樹脂膜
を現像して前記第１の露光用光により露光された第１パ
ターンと、前記第２の露光用光により露光され前記第１
パターンから所定の方向に離間して形成された第２パタ
ーンを得る工程と、前記第１パターンの前記所定の方向
における幅と前記第２パターンの前記所定の方向におけ
る幅との差を測定し、この差に基づいて前記光学系のコ
マ収差を求める工程と、を有することを特徴とする。

【００１５】本願発明の第１発明においては、互いに１
８０゜異なる位相を有する第１の露光用光と第２の露光
用光とを露光装置の光学系を介して感光性樹脂膜に照射
し、これを現像することにより第１のパターン及び第２
のパターンを得る。そして、第１のパターン及び第２の
パターンの幅の寸法差（実測値）を測定し、予め求めら
れたコマ収差と寸法差（理論値）との関係に基づいて、
実際に測定した寸法差から光学系のコマ収差を求める。

【００１６】このように、１８０゜異なる位相を有する
１組の露光用光を使用して感光性樹脂膜を露光すると、
同一位相を有する１組の露光用光を使用した場合と比較
して、光の強度差が大きくなるので、得られるパターン
幅の寸法差は約２倍となる。即ち、微小なコマ収差が存
在する場合であっても、パターン幅の寸法差が顕著に現
れる。従って、実測した寸法差に基づいてコマ収差を求
めることにより、同一位相を有する１組の露光用光を使
用した場合と比較して、極めて高い測定精度を得ること
ができる。

【００１７】なお、３以上の露光用光が配列されている
場合には、隣り合う露光用光の位相差が１８０゜からず
れると、焦点位置が変化して、感光性樹脂膜に形成され
る隣り合うパターンに寸法差が発生するので、寸法差に
基づいて求められるコマ収差に誤差が生じることにな
る。しかし、本願発明の第２発明においては、３以上の
露光用光のうち、最も外側に位置する露光用光を同位相
として、最も外側の露光用光により露光された第１及び
第２パターンの寸法差に基づいて、コマ収差を求める。
これにより位相エラーがコマ収差に影響しないようにす
ることができ、第１発明と同様に、高精度で容易にコマ
収差を求めることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例に係る露光
装置の評価方法について、添付の図面を参照して具体的
に説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施例に係る
露光装置の評価方法において使用されるコマ収差測定用
マスクの一部を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１
（ａ）のＡ−Ａ線に沿う方向の断面図である。但し、図
１（ａ）においては、透明膜等が形成された面を上面と
して図示している。

【００１９】図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、
透明基板１の片面上に遮光膜２が形成されている。遮光
膜２には透明基板１の一方の端面から対向する端面に至
る方向（Ｙ方向）に延びる２本の開口部２ａ及び２ｂが
設けられている。また、一方の開口部２ｂを覆う領域に
は、位相シフタとしてＳＯＧ（Silicon On Glass）から
なる透明膜３が形成されている。このようにして、渋谷
−レベンソン方式位相シフトマスク４が構成されてい
る。

【００２０】なお、本実施例においては、開口部２ａ及
び２ｂの幅及び隣り合う開口部２ａと開口部２ｂとの間
における遮光膜２の幅は、夫々１．２５μｍとしてい
る。従って、縮小率が５倍である露光装置においては、
結像面上では夫々０．２５μｍとなる。また、ＫｒＦエ
キシマレーザ光（波長λ：２４８ｎｍ）に対するＳＯＧ
膜の屈折率ｎは１．４８であるので、波長λ及びＳＯＧ
膜の屈折率ｎを数式ｔ＝λ／｛２（ｎ−１）｝に代入し
てＳＯＧ膜の膜厚ｔを算出すると、ｔ＝２４８／｛２
（１．４８−１）｝＝２５８となる。従って、ＳＯＧ膜
（透明膜３）の膜厚を２５８ｎｍとすることにより、開
口部２ａを透過する透過光と、開口部２ｂを透過する透
過光との間に１８０゜の位相差を発生させている。

【００２１】次に、本発明の第１の実施例に係る露光装
置の評価方法について説明する。先ず、コマ収差と、図
１に示すマスク４の開口部２ａ及び２ｂを透過した透過
光により露光されその後の現像により得られる開口パタ
ーンの寸法差との関係を予め求めておく。この寸法差
は、スレッシュホルドモデル（Threshold model）を使
用して、即ち、所定の光強度Ｉ_th以上の強度を有する光
が照射された領域の感光性樹脂膜が現像により溶出し、
光強度Ｉ_th未満の強度を有する光が照射された領域の感
光性樹脂膜が残存すると仮定する条件で、渋谷−レベン
ソン方式位相シフトマスク４を透過する光強度分布のシ
ュミレーション結果により求めることができる。

【００２２】このコマ収差と寸法差との関係は、例え
ば、以下に示すようになる。図２は縦軸に感光性樹脂膜
に形成された隣り合う開口パターン幅の寸法差（開口部
２ｂを透過する光により得られる開口パターンの幅−開
口部２ａを透過する光により得られる開口パターンの
幅）をとり、横軸に光強度分布シュミレーションにより
求めたＸ方向コマ収差をとって、寸法差とコマ収差との
関係を示すグラフ図である。なお、図２において、実線
５は渋谷−レベンソン方式位相シフトマスク４を使用し
た場合に得られるコマ収差と寸法差との関係を示し、破
線６は通常の２本の開口部を有するマスクを使用した場
合に得られるコマ収差と寸法差との関係を示している。
また、スレッシュホルドモデルの光強度Ｉ_thとしては、
コマ収差が０である場合に開口パターンの幅が設計通り
に０．２５μｍとなるような光強度としている。

【００２３】次に、本評価用マスクを評価対象の露光装
置に設置し、この露光装置を使用して、表面に感光性樹
脂膜が形成された基板の表面を露光する。但し、図１
（ａ）及び図１（ｂ）に示すマスクを使用すると、開口
部２ａ及び２ｂが延びる方向（Ｙ方向）に直交するＸ方
向のみのコマ収差が測定される。しかし、露光装置の評
価においては、露光領域内の同一箇所において、Ｘ方向
とＹ方向との２方向の収差を測定する必要がある。従っ
て、本評価用マスクとしては、Ｙ方向に延びる２本の開
口部とＸ方向に延びる２本の開口部とからなる１組の測
定パターンが、所望の位置（収差測定箇所）に１０ｎｍ
の寸法精度で設けられたマスクを使用する。

【００２４】その後、基板の表面の感光性樹脂膜を現像
することにより、マスクのＹ方向に延びる開口部を透過
した光により形成されたＹ方向開口パターン、及びマス
クのＸ方向に延びる開口部を透過した光により形成され
たＸ方向開口パターンを得る。その後、得られたＹ方向
開口パターンについて、Ｘ方向に隣り合う２本のパター
ンの幅（Ｘ方向長さ）を測定し、その寸法差を算出する
と共に、Ｘ方向パターンについて、Ｙ方向に隣り合う２
本のパターンの幅（Ｙ方向長さ）を測定し、その寸法差
を算出する。

【００２５】その後、図２に示すように予め求められた
コマ収差と寸法差との関係に基づいて、実際に測定した
寸法差からレンズ（光学系）のコマ収差を求める。この
ようにして、評価対象の露光装置による露光領域の各点
について、コマ収差を測定することができる。

【００２６】なお、例えば１辺が２２ｍｍである露光領
域の各位置におけるコマ収差を測定する場合に、２ｍｍ
間隔で測定するとすると、１１×１１＝１２１（箇所）
の測定点についてＸ方向及びＹ方向の２方向で、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）により測定する必要がある。従っ
て、従来においては、コマ収差を測定するために極めて
多数の工程が必要であった。しかし、近時、半導体製造
ラインにおいて寸法管理用に使用されているＣＤ−ＳＥ
Ｍによると、半導体基板上のアライメントマーク及び測
定パターンの画像を記録し、作業者が立ち会うことなく
全ての測定点について自動でデータを収集することがで
きるようになっている。従って、本実施例に示すよう
に、実際に現像された開口パターンの寸法を測定する方
法を使用することにより、極めて容易に露光装置を評価
することができる。

【００２７】また、図２に示すように、渋谷−レベンソ
ン方式位相シフトマスクを使用して寸法差とコマ収差と
の関係を求めた場合、通常のマスクを使用した場合と比
較して、約２倍の寸法差を得ることができる。即ち、コ
マ収差が０．１０λである場合に、渋谷−レベンソン方
式位相シフトマスクを使用すると、得られる開口パター
ン幅の寸法差は０．０４５μｍとなるのに対して、通常
のマスクを使用すると得られる開口パターン幅の寸法差
（絶対値）は約０．０２μｍとなる。本実施例において
は、渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクを使用し
て、寸法差からコマ収差を得るので、通常のマスクを使
用した場合と比較して、より一層高精度で収差を求める
ことができる。

【００２８】位相シフトマスクを使用した場合に、通常
のマスクを使用した場合と比較して、高精度にコマ収差
を求めることができる理由について、以下に、更に詳細
に説明する。図３（ａ）は１本の開口部を有するマスク
を示す断面図であり、図３（ｂ）は縦軸に１本の開口部
を有するマスクを透過した光の振幅をとり、横軸に位置
をとって、光の振幅と位置との関係を示すグラフ図であ
る。また、図４（ａ）は２本の開口部を有するマスクを
示す断面図であり、図４（ｂ）は縦軸に２本の開口部を
有するマスクを透過した光の振幅をとり、横軸に位置を
とって、光の振幅と位置との関係を示すグラフ図であ
る。更に、図５（ａ）は渋谷−レベンソン方式位相シフ
トマスクを示す断面図であり、図５（ｂ）は縦軸に渋谷
−レベンソン方式位相シフトマスクを透過した光の振幅
をとり、横軸に位置をとって、光の振幅と位置との関係
を示すグラフ図である。

【００２９】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、
透明基板３１の片面上に遮光膜３２が形成され、この遮
光膜３２に所定の方向（Ｙ方向）に延びる１本の開口部
３２ａが形成されたマスク３４ａを使用した場合に、Ｙ
方向に直交するＸ方向にコマ収差が存在すると、Ｙ方向
に延びる開口部３２ａの両側方における振幅のオーバー
シュート大きさが互いに異なったものとなる。但し、こ
の振幅のオーバーシュートは０近傍のものであり、その
２乗で表される光強度としては、極めて小さくなる。図
３（ａ）に示すマスクを使用した場合に、開口部３２ａ
の左右のオーバーシュート部における振幅を、夫々−
ａ、−ｂとすると、開口部３２ａの左右における光強度
の差ΔＩ_aは下記数式１により表される。

【００３０】

【数１】ΔＩ_a＝ｂ²−ａ²

【００３１】また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよ
うに、遮光膜３２にＹ方向に延びる２本の開口部３２ｂ
及び３２ｃが設けられたマスク３４ｂを使用した場合に
は、一方の開口部３２ｂのオーバーシュートは、他方の
開口部３２ｃのメインのピークに重なり、他方の開口部
３２ｃにおけるオーバーシュートは開口部３２ｂのメイ
ンのピークに重なる。従って、メインのピークの大きさ
をｃとして、開口部の左右におけるオーバーシュートの
差から、開口部３２ｂを介して透過する光と開口部３２
ｃを介して透過する光との光強度差を算出すると、この
光強度の差ΔＩ _bは下記数式２により表される。

【００３２】

【数２】 ΔＩ_b＝（ｃ−ａ）²−（ｃ−ｂ）² ＝２（ｂ−ａ）ｃ＋ａ²−ｂ² ＝（ａ−ｂ）（２ｃ−ａ−ｂ）

【００３３】一方、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すよ
うに、透明基板１の片面上にＹ方向に延びる２本の開口
部２ａ及び２ｂが設けられた遮光膜２が形成され、開口
部２ｂを覆う領域に透明膜３が形成された渋谷−レベン
ソン方式位相シフトマスク４を使用した場合には、開口
部２ｂを介して透明基板１と透明膜３を透過する光は、
開口部２ａを介して透明基板１のみを透過する光に対し
て、位相が１８０゜反転している。従って、開口部２ａ
を介して透過する光と開口部２ｂを介して透過する光と
の光強度差を算出すると、この光強度の差ΔＩ_cは下記
数式３により表される。

【００３４】

【数３】 ΔＩ_c＝（ｃ＋ｂ）²−（ｃ＋ａ）² ＝２（ｂ−ａ）ｃ＋ｂ²−ａ² ＝（ｂ−ａ）（２ｃ＋ａ＋ｂ）

【００３５】上記数式１乃至３に示すように、渋谷−レ
ベンソン方式位相シフトマスクを使用すると、通常のマ
スクを使用した場合と比較して、光強度差が大きくなる
ことが示される。

【００３６】次に、図４（ａ）に示す２本の開口部を有
するマスク３４ｂと、図５（ａ）に示す渋谷−レベンソ
ン方式位相シフトマスク４とについて、開口部を介して
透過する光の強度をシュミレーションした場合について
説明する。図６及び図７は縦軸に相対光強度をとり、横
軸に位置をとって、光強度と位置との関係を示すグラフ
図である。但し、図６は２本の開口部を有するマスク３
４ｂを使用した場合、図７は渋谷−レベンソン方式位相
シフトマスク４を使用した場合について示し、２本の開
口部の幅は夫々結像面上で０．２５μｍとなる幅として
いる。また、図６及び７において、横軸の０ｎｍの位置
はマスクの遮光膜に設けられた２本の開口部の中心に対
応し、縦軸の相対光強度は、十分に広い透明領域を透過
する光の強度を１として規格化した値である。なお、図
中で、実線７はレンズのコマ収差を０λとした場合、１
点鎖線８はコマ収差を０．０５λとした場合を示し、破
線９はコマ収差を０．１λとした場合を示す。

【００３７】図６及び７に示すように、いずれのマスク
を使用した場合においても、コマ収差により、２本の開
口部を介して透過する光の強度には差が生じているが、
特に、渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクを使用す
ると、コマ収差による光強度分布の変化が大きくなって
いる。

【００３８】このように、渋谷−レベンソン方式位相シ
フトマスクを使用すると、レンズのコマ収差によって２
本の開口部を介して透過する光の強度差が大きくなるの
で、図２に示すように、透過光が基板上の感光性樹脂膜
に照射されて現像されることにより得られる２本の開口
パターン幅の差が、通常のマスクよりも大きくなる。従
って、図２に示す寸法差とコマ収差との関係に基づい
て、渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクを使用して
得られた２本の開口パターン幅の寸法差からレンズのコ
マ収差を求める本実施例方法は、通常のマスクを使用す
る場合と比較して高精度でコマ収差を求めることができ
る。

【００３９】例えば、ＣＤ−ＳＥＭの測定で、２本の開
口パターン幅の寸法差に５ｎｍの誤差があるとすると、
通常のマスクを使用した場合には、５ｎｍの寸法差は
０．０２６λのコマ収差に相当するが、渋谷−レベンソ
ン方式位相シフトマスクを使用した場合には、５ｎｍの
寸法差は０．０１１λのコマ収差に相当する。これは、
本実施例によると、５ｎｍの測定誤差が発生した場合に
おいても、コマ収差のずれが極めて小さいことを示して
いる。

【００４０】なお、本発明において使用するマスクとし
ては、互いに１８０゜異なる位相を有する１組の露光用
光が得られるマスクであれば、その構造は特に限定する
ものではなく、第１の実施例と同様の方法により、高精
度でコマ収差を求めることができる。

【００４１】図８（ａ）は本発明の第２の実施例に係る
露光装置の評価方法において使用されるコマ収差測定用
マスクの一部を示す平面図であり、図８（ｂ）は図８
（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う方向の断面図である。但し、図
８（ａ）においては、透明膜等が形成された面を上面と
して図示している。

【００４２】図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、
透明基板１１の片面上に遮光膜１２が形成されている。
遮光膜１２には透明基板１１の一方の端面から対向する
端面に至る方向（Ｙ方向）に延びる３本の開口部１２
ａ、１２ｂ及び１２ｃが設けられている。また、中央の
開口部１２ｂを覆う領域には、位相シフタとして透明膜
１３が形成されている。

【００４３】このように構成された渋谷−レベンソン方
式位相シフトマスク１４を使用しても、第１の実施例と
同様の方法でレンズのコマ収差を求めることができる。
但し、このように３本以上の開口部を有する位相シフト
マスクを使用した場合には、位相差が１８０゜からずれ
ると、焦点位置が変化して位相が異なる隣り合う開口パ
ターンの寸法差が発生する。従って、位相エラーが発生
すると、位相差が０゜である開口部と位相差が１８０゜
である開口部との間で寸法差が発生するので、寸法差に
基づいて求められるコマ収差に誤差が生じることにな
る。

【００４４】そこで、第２の実施例においては、マスク
上の遮光膜に設けられた最も外側に存在する２本の開口
部を透過する光を同位相として、この２本の開口部を透
過する光により得られる開口パターン幅の寸法差に基づ
いて、コマ収差を求める。これにより位相エラーがコマ
収差に影響しないようにすることができ、第１の実施例
と同様に、高精度で容易にコマ収差を求めることができ
る。なお、３本を超える開口部を有するマスクを使用し
た場合であっても同様に、最も外側に存在する２本の開
口部を透過する光を同位相として、この最も外側におけ
る２本の開口部を透過する光により得られる開口パター
ン幅の寸法差を測定することにより、高精度でコマ収差
を求めることができる。

【００４５】なお、パターン寸法が微細化されるほど、
２本の開口部を介して透過する光により得られる開口パ
ターン幅の寸法差は大きくなる。従って、結像面上にお
いて解像限界に近い寸法、即ち、渋谷−レベンソン方式
位相シフトマスクにおいては、約０．１３μｍの幅を有
する開口パターンが得られるマスクを使用することが原
理的には好ましい。しかし、開口パターンが解像限界に
近いと、感光性樹脂膜の形状が劣化して、エッジラフネ
スの悪化及び裾引き現象が生じるので、実際には、解像
限界度の約１．５乃至２．５倍の幅を有する開口パター
ンが得られるマスクを使用することが好ましい。

【００４６】図９は本発明の第３の実施例に係る露光装
置の評価方法を示す断面図である。また、図１０（ａ）
は本発明の第３の実施例に係る露光装置の評価方法にお
いて使用されるコマ収差測定用マスクの一部を示す平面
図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＣ−Ｃ線に沿
う方向の断面図である。但し、図１０（ａ）において
は、遮光膜が形成された面を上面として図示している。

【００４７】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すよう
に、透明基板１６の片面上に遮光膜１７が形成されてい
る。遮光膜１７には透明基板１６の一方の端面から対向
する端面に至る方向（Ｙ方向）に延びる２本の開口部１
７ａ及び１７ｂが設けられている。

【００４８】第３の実施例においては、図９に示すよう
に、渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクの代わり
に、２本の開口部が設けられた遮光膜１７を有するマス
ク１９を介して、斜入射照明（off-axis illuminatio
n）条件で感光性樹脂膜を露光する。このように、変形
照明ともいわれる斜入射照明により、マスク１９に直交
する方向に対して斜めの方向から光１０を入射させる超
解像手法を利用すると、位相シフタを使用することなく
２本の開口部１７ａ及び１７ｂを介して透明基板１６を
透過した光に位相差が生じる。従って、斜入射照明の条
件に合わせて、開口部１７ａと開口部１７ｂとの間の寸
法を最適化し、開口部１７ａを介して透過した光１０ａ
と開口部１７ｂを介して透過した光１０ｂとの間に１８
０゜の位相差を生じさせると、渋谷−レベンソン方式位
相シフトマスクを使用した第１及び第２の実施例と同様
に、高精度でコマ収差を求めることができる。

【００４９】なお、入射光の入射角度（マスクに直交す
る方向とマスクに入射する光１０とがなす角）をθ
（゜）とし、入射光の波長をλ（μｍ）とすると、Ｓｉ
の透過光１０ａと透過光１０との間の位相差を１８０゜
とするための開口部間のピッチＰ（μｍ）は下記数式４
により表される。

【００５０】

【数４】Ｐ＝λ／（２ｓｉｎθ）

【００５１】但し、実際の斜入射照明を使用した場合に
は、入射光の入射角度θは１点ではなくある範囲を有し
ているので、最小入射角度をθ_min、最大入射角度をθ
_maxとすると、マスクの遮光膜に設ける開口部間の適切
なピッチＰ（μｍ）は下記数式５により表される。

【００５２】

【数５】λ／（２ｓｉｎθ_max）＜Ｐ＜λ（２ｓｉｎθ
_min）

【００５３】図１１乃至図１３は、縦軸に相対光強度を
とり、横軸に位置をとって、相対光強度と位置との関係
を示すグラフ図である。但し、図１１乃至図１３は、２
本の開口部１７ａ及び１７ｂの幅を夫々０．２５μｍ、
開口部間の距離を０．２５μｍとした図１０に示すマス
ク１９と、レンズが集光する能力に対応する開口数ＮＡ
が０．５であるレンズとを使用した場合について示して
いる。また、図１１乃至図１３において、横軸の０ｎｍ
の位置は２本の開口部１７ａと開口部１７ｂとの間の中
心に対応している。更に、図１１は光中央のσの０．３
相当分を遮光し、σが０．５−０．８である輪帯照明を
使用した場合、図１２は光中央のσの０．５相当分を遮
光し、σが０．３−０．７５である輪帯照明を使用した
場合を示し、図１３はσが０．８である通常照明を使用
した場合について示している。なお、図中で、実線７は
レンズのコマ収差を０λとした場合、１点鎖線８はコマ
収差を０．０５λとした場合を示し、破線９はコマ収差
を０．１λとした場合を示す。

【００５４】図１４は縦軸に感光性樹脂膜に形成された
隣り合う開口パターン幅の寸法差をとり、横軸に光強度
分布シュミレーションにより求めたコマ収差をとって、
寸法差とコマ収差との関係を示すグラフ図である。図１
４中において、実線２０ａ、１点鎖線２０ｂ及び破線２
０ｃは、夫々、図１１、図１２及び図１３において与え
られた条件での寸法差とコマ収差との関係を示してい
る。図１１乃至図１４に示すように、輪帯照明を使用し
て、中央の遮光率を高くするほど、コマ収差による光強
度分布の変化が大きくなっている。即ち、中央の遮光率
がより一層高い輪帯照明を使用して露光装置により露光
すると、コマ収差によって得られる感光性樹脂膜の開口
パターン幅の寸法差が大きくなるので、寸法差からコマ
収差を求める場合の測定精度を向上させることができ
る。

【００５５】なお、本発明方法は、紫外線露光装置のみ
ではなく、等倍又は縮小のＸ線露光装置等に対しても、
同様に使用することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
１８０゜異なる位相を有する１組の露光用光、又は３以
上の露光用光のうち、最も外側に位置する露光用光を同
位相とすると共に、隣り合う露光用光が全て互いに１８
０゜異なる露光用光群を使用して感光性樹脂膜を露光す
るので、露光装置の光学系を透過した後の光の強度差が
大きくなる。従って、実測した寸法差に基づいてコマ収
差を求めることにより、極めて高い測定精度を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施例に係る露光装置
の評価方法において使用されるコマ収差測定用マスクの
一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に
沿う方向の断面図である。

【図２】縦軸に開口パターン幅の寸法差をとり、横軸に
コマ収差をとって、寸法差とコマ収差との関係を示すグ
ラフ図である。

【図３】（ａ）は１本の開口部を有するマスクを示す断
面図であり、（ｂ）は縦軸に振幅をとり、横軸に位置を
とって、光の振幅と位置との関係を示すグラフ図であ
る。

【図４】（ａ）は２本の開口部を有するマスクを示す断
面図であり、（ｂ）は縦軸に振幅をとり、横軸に位置を
とって、光の振幅と位置との関係を示すグラフ図であ
る。

【図５】（ａ）は渋谷−レベンソン方式位相シフトマス
クを示す断面図であり、（ｂ）は縦軸に振幅をとり、横
軸に位置をとって、光の振幅と位置との関係を示すグラ
フ図である。

【図６】縦軸に相対光強度をとり、横軸に位置をとっ
て、光強度と位置との関係を示すグラフ図である。

【図７】縦軸に相対光強度をとり、横軸に位置をとっ
て、光強度と位置との関係を示すグラフ図である。

【図８】（ａ）は本発明の第２の実施例に係る露光装置
の評価方法において使用されるコマ収差測定用マスクの
一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に
沿う方向の断面図である。

【図９】本発明の第３の実施例に係る露光装置の評価方
法を示す断面図である。

【図１０】（ａ）は本発明の第３の実施例に係る露光装
置の評価方法において使用されるコマ収差測定用マスク
の一部を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線
に沿う方向の断面図である。

【図１１】縦軸に相対光強度をとり、横軸に位置をとっ
て、相対光強度と位置との関係を示すグラフ図である。

【図１２】縦軸に相対光強度をとり、横軸に位置をとっ
て、相対光強度と位置との関係を示すグラフ図である。

【図１３】縦軸に相対光強度をとり、横軸に位置をとっ
て、相対光強度と位置との関係を示すグラフ図である。

【図１４】縦軸に開口パターン幅の寸法差をとり、横軸
にコマ収差をとって、寸法差とコマ収差との関係を示す
グラフ図である。

【図１５】渋谷−レベンソン方式位相シフトマスクを示
す断面図である。

【符号の説明】

１，１１，１６，２１，３１；透明基板２，１２，１７，２２，３２；遮光膜２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１７ａ，１７
ｂ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ；開口部３，１３，２４；透明膜４，１４，１９，３４ａ，３４ｂ；マスク１０，１０ａ，１０ｂ；光２３ａ；透明領域２３ｂ；遮光領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G01M 11/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の露光用光と、前記第１の露光用光
に対して１８０゜の位相差を有する第２の露光用光と
を、露光装置の光学系を介して試験板の表面に形成され
た感光性樹脂膜に照射する工程と、前記感光性樹脂膜を
現像して前記第１の露光用光により露光された第１パタ
ーンと、前記第２の露光用光により露光され前記第１パ
ターンから所定の方向に離間して形成された第２パター
ンを得る工程と、前記第１パターンの前記所定の方向に
おける幅と前記第２パターンの前記所定の方向における
幅との差を測定し、この差に基づいて前記光学系のコマ
収差を求める工程と、を有することを特徴とする露光装
置の評価方法。
【請求項２】前記第１及び第２の露光用光は、透明基
板と、前記透明基板上に形成された遮光膜と、前記遮光
膜に選択的に設けられた第１の開口部及び第２の開口部
と、前記第１の開口部及び第２の開口部のいずれか１方
を覆う透明膜と、を有する位相シフトマスクに入射光を
透過させることにより得られるものであることを特徴と
する請求項１に記載の露光装置の評価方法。
【請求項３】前記入射光は前記位相シフトマスクに対
して直交する方向に透過させることを特徴とする請求項
２に記載の露光装置の評価方法。
【請求項４】前記第１及び第２の露光用光は、透明基
板と、前記透明基板上に形成された遮光膜と、前記遮光
膜に選択的に設けられた第１の開口部及び第２の開口部
と、を有するマスクに斜入射光を透過させることにより
得られるものであることを特徴とする請求項１に記載の
露光装置の評価方法。
【請求項５】前記斜入射光は輪帯照明から発するもの
であることを特徴とする請求項４に記載の露光装置の評
価方法。
【請求項６】３以上の露光用光が配列され、隣り合う
露光用光の位相が互いに１８０゜異なると共に最も外側
に位置する第１の露光用光と第２の露光用光とが同位相
である露光用光群を、露光装置の光学系を介して試験板
の表面に形成された感光性樹脂膜に照射する工程と、前
記感光性樹脂膜を現像して前記第１の露光用光により露
光された第１パターンと、前記第２の露光用光により露
光され前記第１パターンから所定の方向に離間して形成
された第２パターンを得る工程と、前記第１パターンの
前記所定の方向における幅と前記第２パターンの前記所
定の方向における幅との差を測定し、この差に基づいて
前記光学系のコマ収差を求める工程と、を有することを
特徴とする露光装置の評価方法。