JP3230094B2 - Method for measuring optical characteristics of projection optical system, apparatus for measuring optical characteristics, exposure method, and mask - Google Patents
Method for measuring optical characteristics of projection optical system, apparatus for measuring optical characteristics, exposure method, and maskInfo
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は投影光学系の光学特性の
計測に関するものであり、特に半導体素子等の製造のた
めのリソグラフィ工程に用いられる投影型露光装置の精
度を検査するためのものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to measurement of optical characteristics of a projection optical system, and more particularly to inspection of the accuracy of a projection type exposure apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor device or the like. is there.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、最良結像位置（ベストフォーカ
ス）の計測には、投影光学系の光軸方向の複数の位置に
おいて（フォーカス位置を変えて）感光基板上に所定の
形状のパターンを投影露光し、この感光基板上に形成さ
れたパターン像の大きさ、例えば直線状パターンの線幅
を走査型電子顕微鏡等を用いて計測する方法があった。
これは、所定のピッチで配列された１：１のライン・ア
ンド・スペースパターンを基板上に転写し、複数のフォ
ーカス位置における転写像の線幅を計測する。そしてそ
の結果からフォーカス変化による線幅変化の割合を演算
する。そして、その前後で線幅変化が最も小さいフォー
カス位置をベストフォーカスとして求めていた。2. Description of the Related Art Conventionally, to measure the best image forming position (best focus), a pattern of a predetermined shape is projected on a photosensitive substrate at a plurality of positions in the optical axis direction of a projection optical system (by changing the focus position). There is a method in which the size of a pattern image formed on the photosensitive substrate after exposure is measured, for example, the line width of a linear pattern using a scanning electron microscope or the like.
In this method, a 1: 1 line and space pattern arranged at a predetermined pitch is transferred onto a substrate, and the line width of a transferred image at a plurality of focus positions is measured. Then, the ratio of the line width change due to the focus change is calculated from the result. Then, the focus position where the line width change is the smallest before and after that is determined as the best focus.
【０００３】また、複数種類の線幅をもったライン・ア
ンド・スペースパターンの設けられたフォトマスクを用
いてフォーカス位置を変化させながら感光基板上にパタ
ーン像を形成し、最も微細なパターンまで解像している
フォーカス位置を光学顕微鏡等を用いて観察し、その位
置をベストフォーカスとしていた。さらに、特開平１−
１８７８１７号公報等に開示されたような方法もある。
これは、フォーカス位置を変えて図４に示すような形状
のパターン像８を感光基板上に形成し、光ビームをパタ
ーン上で走査してパターンからの回折光を検出する構成
のアライメント系を用いてこのパターン像の長さＬを計
測する。そしてこの長さＬが最も長くなるフォーカス位
置をベストフォーカスとして求めるというものである。Further, a pattern image is formed on a photosensitive substrate while changing the focus position using a photomask provided with line and space patterns having a plurality of types of line widths, and the finest pattern is solved. The focus position where the image was formed was observed using an optical microscope or the like, and the position was set as the best focus. Further, JP-A-1-
There is also a method as disclosed in Japanese Patent No. 187817.
This uses an alignment system having a configuration in which a pattern image 8 having a shape as shown in FIG. 4 is formed on a photosensitive substrate by changing a focus position, and a light beam is scanned on the pattern to detect diffracted light from the pattern. The length L of the pattern image of the lever is measured. Then, the focus position where the length L is the longest is obtained as the best focus.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記の走査型電子顕微
鏡を用いて線幅を測定する方法は、あらゆる方向のパタ
ーン線幅を高精度に計測することができるが、装置を排
気する必要があるため計測に時間がかかるという問題が
あった。また光学顕微鏡を用いる方法は、あらゆる方向
のパターン像について解像しているか否かを観察するこ
とが可能であるが、やはり時間が長くかかる上、作業者
による個人差が発生しやすいという問題点があった。According to the method for measuring the line width using the above-mentioned scanning electron microscope, the pattern line width in any direction can be measured with high accuracy, but it is necessary to evacuate the apparatus. For this reason, there is a problem that measurement takes time. The method using an optical microscope can observe whether or not a pattern image in any direction is resolved. However, it takes a long time, and individual differences among workers are likely to occur. was there.
【０００５】特開平１−１８７８１７号公報等に開示さ
れた方法においては、パターン像の長さの計測方向と平
行な方向にその長手方向が配置されたパターン像のベス
トフォーカスは計測可能であり、その結果は長さを計測
したパターン像とほぼ平行に、ほぼ同じ線幅及びピッチ
で設けられたライン・アンド・スペースパターンの像の
ベストフォーカスとよく対応がとれている。上記の方法
においては、長さの計測手段の例としてアライメント光
学系を流用しているので、パターン像の長さの計測方向
は、アライメント光学系の計測方向となる。つまり、結
像面内において投影光学系の光軸が通過する点を原点と
してＸ軸，Ｙ軸の各座標軸を設定したとき、アライメン
ト光学系の光ビームの走査方向がＸ、及びＹ方向であれ
ば、パターンの計測方向もＸ、及びＹ方向である。In the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-187817, the best focus of a pattern image whose longitudinal direction is arranged in a direction parallel to the direction of measuring the length of the pattern image can be measured. The results correspond well to the best focus of the image of the line and space pattern provided substantially in parallel with the pattern image whose length has been measured and with substantially the same line width and pitch. In the above method, since the alignment optical system is used as an example of the length measuring means, the measurement direction of the length of the pattern image is the measurement direction of the alignment optical system. That is, when the X-axis and Y-axis coordinate axes are set with the point at which the optical axis of the projection optical system passes in the image plane as the origin, whether the scanning direction of the light beam of the alignment optical system is the X or Y direction. For example, the measurement directions of the pattern are also the X and Y directions.
【０００６】いまここで、例えばパターン像の長さを計
測してそのパターンのベストフォーカスを求め、その結
果から投影光学系の像面湾曲や非点収差量を計測しよう
とした場合、投影光学系のサジタル方向の像（Ｓ像）の
ベストフォーカスとメリジオナル方向の像（Ｍ像）のベ
ストフォーカスとの差を求める必要がある。この場合、
上記の各座標軸のほぼ軸上の領域に存在するパターン像
は、そのＳ像、及びＭ像の長手方向がいずれも計測方向
と一致するので収差量の計測には好都合であった。しか
しながら、例えば露光領域内の４隅において、その長手
方向が計測方向と一致したパターン像の長さを計測した
としても、これらのパターン像は投影光学系のサジタル
方向、及びメリジオナル方向に対していずれも４５°傾
斜したものである。つまり、計測されるベストフォーカ
スはＳ像、Ｍ像の平均的なものとなり、２つのベストフ
ォーカスの間に差は生じず非点収差量の計測は不可能で
あった。Here, for example, when the length of a pattern image is measured and the best focus of the pattern is obtained, and the field curvature and the amount of astigmatism of the projection optical system are measured from the result, the projection optical system It is necessary to find the difference between the best focus of the image in the sagittal direction (S image) and the best focus of the image in the meridional direction (M image). in this case,
The pattern images existing in the regions substantially on the respective coordinate axes described above were convenient for measuring the amount of aberration because the longitudinal directions of the S image and the M image coincide with the measurement directions. However, for example, even if the length of the pattern image whose longitudinal direction coincides with the measurement direction is measured at the four corners in the exposure area, these pattern images are not reflected in the sagittal direction or the meridional direction of the projection optical system. Are also inclined by 45 °. That is, the measured best focus is an average of the S image and the M image, and no difference occurs between the two best focuses, so that the astigmatism amount cannot be measured.
【０００７】また、フォトマスク内に長さの計測方向に
対して傾斜したパターンが存在する場合、このパターン
の像のベストフォーカスは、従来のパターン像を計測す
ることによっては計測できなかった。本発明は、あらゆ
る方向に伸びた直線状パターンの像についてのベストフ
ォーカスの計測を可能とするとともに、パターン像のベ
ストフォーカスから投影光学系の像面湾曲や非点収差量
等の収差の計測を可能とすることを目的とする。Further, when a pattern inclined in the length measuring direction exists in the photomask, the best focus of the pattern image cannot be measured by measuring the conventional pattern image. The present invention enables measurement of the best focus for an image of a linear pattern extending in all directions, and measurement of aberrations such as field curvature and astigmatism of a projection optical system from the best focus of a pattern image. The purpose is to make it possible.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
では、マスクに形成されたパターンを、投影光学系を介
して所定面上に転写し、転写された前記パターンの像の
長さを計測して、前記投影光学系の光学特性を測定する
光学特性測定方法において、前記パターンは、直線状で
あり、前記パターンの長手方向を、前記長さを計測する
方向に対して所定角度傾斜させた。請求項１４に記載の
本発明では、マスクに形成された直線状パターンを、投
影光学系を介して所定面上に投影し、前記所定面上に投
影された前記直線状パターンの長さを計測する際、前記
パターンの長手方向を、前記長さを計測する方向に対し
て所定角度傾斜させた。請求項１５に記載の本発明で
は、パターンが形成されたマスクを照明する照明光学系
と、前記パターンの像を所定面上に転写する投影光学系
と、前記投影光学系を介して転写された前記所定面上に
おける前記パターンの像の長さを計測する計測手段とを
有する光学特性測定装置において、前記所定面上に転写
されたパターンは、直線状であり、前記パターンの長手
方向を前記計測手段が計測する前記長さの計測方向に対
して所定角度傾斜させた。請求項１９に記載の本発明で
は、投影光学系を介して所定面上に転写されたパターン
の像の長さを計測して、投影光学系の光学特性を測定す
る際に用いられ、前記所定面上に転写される前記パター
ンが形成されたマスクにおいて、前記パターンは、直線
状パターンであって、前記パターンの長手方向を、前記
長さを計測する方向に対して所定角度傾斜させた。According to the first aspect of the present invention, a pattern formed on a mask is transferred onto a predetermined surface via a projection optical system, and the length of the transferred image of the pattern is transferred. And measuring the optical characteristics of the projection optical system, wherein the pattern is linear, and the longitudinal direction of the pattern is inclined at a predetermined angle with respect to the direction in which the length is measured. I let it. According to the present invention, the linear pattern formed on the mask is projected onto a predetermined surface via a projection optical system, and the length of the linear pattern projected on the predetermined surface is measured. At this time, the longitudinal direction of the pattern was inclined at a predetermined angle with respect to the direction in which the length was measured. In the present invention according to claim 15, an illumination optical system for illuminating a mask on which a pattern is formed, a projection optical system for transferring an image of the pattern onto a predetermined surface, and a projection optical system transferred via the projection optical system An optical characteristic measuring device having a measuring unit for measuring a length of an image of the pattern on the predetermined surface, wherein the pattern transferred on the predetermined surface is linear, and the longitudinal direction of the pattern is measured. The length is inclined by a predetermined angle with respect to the length measuring direction measured by the means. In the invention according to claim 19, the length of the image of the pattern transferred onto the predetermined surface via the projection optical system is measured to measure the optical characteristics of the projection optical system, and the predetermined length is used. In the mask on which the pattern to be transferred on the surface is formed, the pattern is a linear pattern, and a longitudinal direction of the pattern is inclined at a predetermined angle with respect to a direction in which the length is measured.
【０００９】[0009]
【作用】本発明ではパターン像の長さの計測に使用する
アライメント系の計測方向に対して、計測対象であるパ
ターン像の長手方向を所定の角度に傾けるので、任意の
方向のパターン像のベストフォーカスを計測することが
できる。特に、投影光学系のＳ像、Ｍ像に見合った方向
に計測用のパターンを配置するれば、Ｓ像、Ｍ像のベス
トフォーカスを計測することが可能となる。In the present invention, the longitudinal direction of the pattern image to be measured is inclined at a predetermined angle with respect to the measurement direction of the alignment system used for measuring the length of the pattern image. Focus can be measured. In particular, if the measurement pattern is arranged in a direction corresponding to the S image and the M image of the projection optical system, the best focus of the S image and the M image can be measured.
【００１０】[0010]
【実施例】図５は本発明の第１の実施例による方法を適
用するのに好適な露光装置の概略的な構成を示す図であ
る。光源１１はレジストを感光するような波長（露光波
長）の照明光を発生し、この照明光は第１コンデンサー
レンズ１２を通った後、シャッター１３を通って第２コ
ンデンサーレンズ１４に至る。この第２コンデンサーレ
ンズ１４によってフォトマスク（レチクル）Ｒは均一に
照明される。両側若しくは片側テレセントリックな投影
光学系１５は、レチクルＲに描かれたパターンの像を１
／５、或いは１／１０に縮小し、その像をレジストの塗
布された感光基板（ウェハ）Ｗ上に投影する。ウェハＷ
はＺステージ１６上に載置され、投影光学系１５の光軸
方向に移動可能となっている。FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus suitable for applying the method according to the first embodiment of the present invention. The light source 11 generates illumination light having a wavelength (exposure wavelength) such that the resist is exposed. After passing through the first condenser lens 12, the illumination light passes through the shutter 13 and reaches the second condenser lens 14. The photomask (reticle) R is uniformly illuminated by the second condenser lens 14. The two-sided or one-sided telecentric projection optical system 15 converts the image of the pattern drawn on the reticle R into one.
The image is reduced to ５ or 1/10, and the image is projected on a photosensitive substrate (wafer) W coated with a resist. Wafer W
Is mounted on a Z stage 16 and is movable in the optical axis direction of the projection optical system 15.
【００１１】さて、この露光装置は、レチクルＲとウェ
ハＷとの位置合わせ（アライメント）を行うための装置
として種々のアライメント光学系を有している。その１
つとしてＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のレーザ・
ステップ・アライメント系２０がある。このアライメン
ト系２０は、ミラー２０ａ，２０ｂ及び投影光学系１５
を介し、スポット光（シートビーム）をウェハＷ上に形
成されたアライメント用のパターン（回折格子パター
ン）に照射して、このパターンからの回折光（又は散乱
光）を受光して光電検出する。この光電信号と不図示の
位置検出装置からのウェハＷの位置信号とに基づいて、
ウェハＷ上のアライメント用のパターンのＹ方向の位置
を検出する。尚、アライメント系２０はウェハＷのＹ方
向の位置のみを検出するためのもので、実際にはＸ方向
の位置を検出するためのアライメント系も同様に配置さ
れている。図５にはＹ方向検出用のミラー２０ａに対応
したＸ方向検出用のアライメント系２１のミラー２１ａ
のみを示してある。本発明の実施例では、連続的もしく
は段階的に線幅が変化する直線状のパターンを複数のフ
ォーカス位置をもってウェハ上に転写し、上記のアライ
メント光学系を利用してパターンからの回折光を検出す
る。そしてその回折光による光電信号からパターンの長
さを求め、パターンの長さが最も長くなるフォーカス位
置を投影光学系のベストフォーカスとする。The exposure apparatus has various alignment optical systems as an apparatus for performing alignment (alignment) between the reticle R and the wafer W. Part 1
One is a TTL (through-the-lens) laser.
There is a step alignment system 20. The alignment system 20 includes mirrors 20 a and 20 b and a projection optical system 15.
, A spot light (sheet beam) is irradiated onto an alignment pattern (diffraction grating pattern) formed on the wafer W, and diffracted light (or scattered light) from this pattern is received and photoelectrically detected. Based on this photoelectric signal and a position signal of the wafer W from a position detection device (not shown),
The position of the alignment pattern on the wafer W in the Y direction is detected. Note that the alignment system 20 is for detecting only the position of the wafer W in the Y direction, and an alignment system for detecting the position of the wafer W in the X direction is actually arranged similarly. FIG. 5 shows a mirror 21a of an alignment system 21 for X-direction detection corresponding to a mirror 20a for Y-direction detection.
Only is shown. In the embodiment of the present invention, a linear pattern whose line width changes continuously or stepwise is transferred onto a wafer with a plurality of focus positions, and diffracted light from the pattern is detected using the above-described alignment optical system. I do. Then, the length of the pattern is obtained from the photoelectric signal based on the diffracted light, and the focus position where the length of the pattern is the longest is determined as the best focus of the projection optical system.
【００１２】図１は本発明の第１の実施例による結像位
置測定方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。レチクル上には、長手方向の長さがＬ0 であり、
幅方向の長さがＷである菱形のパターン１が幅方向にピ
ッチＰ0 で複数配置されており、これら複数のパターン
１から成るパターン群２は同じく幅方向に互いに間隔Ｐ
1 をもって配置されている。さらにこれらパターン群２
中の各パターン１は、そのパターンの長手方向が矢印で
示すパターンの長さを計測する方向に対して角度θだけ
傾斜しており、各パターン１のエッジを結ぶ直線は、長
さの計測方向と垂直な方向にほぼ一致している。このレ
チクル上には、線幅Ｗ0 の１：１ライン・アンド・スペ
ースパターン３がピッチＰ0 で、且つパターン１と同様
に長さの計測方向に対して角度θだけ傾斜してパターン
群２の近傍に配置してある。但し、このパターン３は、
従来の測定方法である走査型電子顕微鏡等を用いたベス
トフォーカスの計測に使用するものであり、本発明の構
成となるものではない。また、パターン群２同志の間隔
Ｐ1 はＰ0 の整数倍とした。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pattern to be measured by an imaging position measuring method according to a first embodiment of the present invention. On the reticle, the length in the longitudinal direction is L 0 ,
A plurality of rhombic patterns 1 each having a length W in the width direction are arranged at a pitch P 0 in the width direction, and a pattern group 2 including the plurality of patterns 1 is similarly spaced from each other in the width direction by an interval P
It is arranged with one . Furthermore, these pattern groups 2
Each pattern 1 in the middle has its longitudinal direction inclined by an angle θ with respect to the direction in which the length of the pattern indicated by the arrow is measured. And almost coincide with the direction perpendicular to. On this reticle, a 1: 1 line-and-space pattern 3 having a line width W 0 is arranged at a pitch P 0 and, similarly to the pattern 1, is inclined by an angle θ with respect to the length measurement direction to form a pattern group 2. In the vicinity of. However, this pattern 3
It is used for measuring the best focus using a scanning electron microscope or the like, which is a conventional measuring method, and does not constitute the configuration of the present invention. The distance P 1 pattern group 2 each other is an integral multiple of P 0.
【００１３】ここで、パターンを傾斜させる角度θにつ
いて若干説明する。パターンを傾斜させる角度は、投影
光学系の最大露光領域内の任意の位置で、ベストフォー
カスを計測したい方向に応じて任意に決定すればよい。
しかし、投影光学系の非点収差を計測する場合には以下
の要領で決定する。計測すべきパターンの長手方向は、
投影光学系の最大露光領域内で投影光学系の光軸が通る
位置を中心として、その中心からパターンの配置される
位置への放射方向（サジタル方向）と、その放射方向に
垂直な方向（メリジオナル方向）にほぼ一致するように
配置する。即ち、ベストフォーカスを計測したい任意の
位置におけるパターンは、投影光学系のＳ像とＭ像であ
る。収差量はこのＳ像とＭ像とのベストフォーカス位置
の差を求めればよい。つまりこの場合のパターンの傾斜
角度θは、パターンの長手方向が光軸からの放射方向に
対して平行、及び垂直となるような角度とすればよい。Here, the angle θ at which the pattern is inclined will be described briefly. The angle at which the pattern is inclined may be arbitrarily determined at an arbitrary position within the maximum exposure area of the projection optical system according to the direction in which the best focus is to be measured.
However, when measuring the astigmatism of the projection optical system, it is determined in the following manner. The longitudinal direction of the pattern to be measured is
A radiation direction (sagittal direction) from the center of the position where the optical axis of the projection optical system passes within the maximum exposure area of the projection optical system to the position where the pattern is arranged, and a direction perpendicular to the radiation direction (meridional) Direction). That is, the patterns at any position where the best focus is to be measured are the S image and the M image of the projection optical system. For the amount of aberration, the difference between the best focus positions of the S image and the M image may be obtained. That is, the inclination angle θ of the pattern in this case may be an angle such that the longitudinal direction of the pattern is parallel and perpendicular to the radiation direction from the optical axis.
【００１４】本発明の場合、ライン・アンド・スペース
パターン３のピッチとくさびパターンのピッチとを等し
くしてあるので、回折光の発生する方向（回折角）はい
ずれのパターンからの場合も等しくなる。よって投影光
学系に収差等が残存している場合にも、収差によるベス
トフォーカスの変化の影響がいずれのパターンにおいて
もほぼ等しくなり、収差による計測誤差が小さくなると
いう利点がある。さらに、パターン１の長さＬ0 を長く
することにより、図１に断面Ｃ1 Ｃ2 で示すような、パ
ターン１の長手方向に対して垂直な方向のパターンの数
が増加し、この数がライン・アンド・スペースパターン
３の数とほぼ同数であれば、回折光の出方（回折角、光
量比）がパターン３に近づく効果がある。In the case of the present invention, since the pitch of the line-and-space pattern 3 and the pitch of the wedge pattern are made equal, the direction in which diffracted light is generated (diffraction angle) is the same regardless of the pattern. . Therefore, even when aberrations and the like remain in the projection optical system, the effect of the change of the best focus due to the aberration is almost equal in any pattern, and there is an advantage that the measurement error due to the aberration is reduced. Further, by increasing the length L 0 of the pattern 1, the number of patterns in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the pattern 1 as shown by the cross section C 1 C 2 in FIG. If the number is the same as the number of the line-and-space patterns 3, there is an effect that the way of diffracted light (diffraction angle, light amount ratio) approaches the pattern 3.
【００１５】上記のようなパターン群２を、シリコン基
板上にポジレジストを塗布したウェハ上にフォーカス位
置を変えながら露光し、現像処理する。その後、特開平
１−１８７８１７号公報等に示すような方法で各フォー
カス位置のパターン１の計測方向の長さＬ1 を計り、パ
ターンの長さＬ1 が最大となるフォーカス位置を近似に
より求め、そのフォーカス位置をベストフォーカスとす
る。The pattern group 2 as described above is exposed and developed on a wafer having a silicon substrate coated with a positive resist while changing the focus position. Thereafter, scale length L 1 of the measuring directional pattern 1 of the focus position by a method as shown in JP-A 1-187817 discloses, requested by approximating the focus position where the length L 1 of the pattern is maximum, The focus position is set as the best focus.
【００１６】ところで、各フォーカス位置で露光したパ
ターン像の長さを計測する際に、ベストフォーカスから
のずれ量が大きすぎるものについては、パターン像が消
失していることがある。このような場合は計測エラーと
して、そのフォーカス位置でのパターン像の長さに関す
る情報はないものとすればよい。しかし、基板上にレジ
ストの残渣がある場合には、計測系がそれに合わせて信
号を増幅し、本来のレチクル上のパターンの長さから決
まるウェハ上のパターン像の長さよりも長い値で計測さ
れてしまう場合がある。これを防ぐために、ウェハ上の
パターン像の長さがレチクル上のパターンの長さから決
まる所定の値を越えた場合には、その計測結果を無効と
判断すればよい。このとき、図４に示すようなパターン
８の計測方向の長さＬと、図１に示すような傾斜したパ
ターン１の計測方向の長さＬ1 とが等しくなるようにし
ておくと、パターンの長さの最大値を揃えることができ
て便利である。By the way, when measuring the length of the pattern image exposed at each focus position, if the deviation from the best focus is too large, the pattern image may disappear. In such a case, it may be determined that there is no information on the length of the pattern image at the focus position as a measurement error. However, if there is a resist residue on the substrate, the measurement system amplifies the signal accordingly and measures with a value longer than the length of the pattern image on the wafer, which is determined by the original length of the pattern on the reticle. In some cases. To prevent this, when the length of the pattern image on the wafer exceeds a predetermined value determined by the length of the pattern on the reticle, the measurement result may be determined to be invalid. At this time, if the length L of the pattern 8 in the measurement direction as shown in FIG. 4 is equal to the length L 1 of the inclined pattern 1 in the measurement direction as shown in FIG. This is convenient because the maximum length can be aligned.
【００１７】以上の計測の結果をライン・アンド・スペ
ースパターンの長さを計測した場合と比較してみると、
パターン１のベストフォーカスは、同様の方法によって
求めたライン・アンド・スペースパターン３のベストフ
ォーカスに対して一様にオフセットがあったが、そのオ
フセットのばらつきは極めて小さいものであった。これ
は、本実施例による計測方法によってベストフォーカス
を求めれば、従来の走査型電子顕微鏡等を用いたベスト
フォーカスの結果と大差ないことを表し、本実施例によ
る計測方法によって求めたベストフォーカスに基づいて
非点収差、像面湾曲、像面傾斜等を求めた場合にも、そ
の結果は誤差が極めて小さいことを意味する。When the result of the above measurement is compared with the case where the length of the line and space pattern is measured,
The best focus of the pattern 1 had an offset uniformly with respect to the best focus of the line and space pattern 3 obtained by the same method, but the variation of the offset was extremely small. This means that if the best focus is obtained by the measurement method according to the present embodiment, there is not much difference from the result of the best focus using the conventional scanning electron microscope or the like, and based on the best focus obtained by the measurement method according to the present embodiment. Even when astigmatism, curvature of field, inclination of the image plane, and the like are obtained, the result means that the error is extremely small.
【００１８】図２は本発明の第２の実施例による結像位
置計測方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。このパターン４は、図１に示す第１の実施例と同
様、長手方向の長さがＬ0 の菱形パターンをピッチＰ0
で複数配置し、長さの計測方向に対して角度θだけ傾け
たものである。但し、１つのパターン群の各パターン４
のエッジを結ぶ直線は、パターン４の長手方向に対して
ほぼ垂直な方向に一致している。この場合、パターン４
の長手方向に対して垂直な方向の断面を考えると、どの
位置においてもピッチ一定、本数一定の回折格子とな
る。このため、図１に示すライン・アンド・スペースパ
ターン３と比べて回折光の出方が同じようになり、投影
光学系の収差の影響によるベストフォーカスの計測誤差
は極めて小さい。また、本実施例の場合も、ベストフォ
ーカスの計測方法は、第１の実施例による計測方法と全
く同様である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a pattern to be measured by the imaging position measuring method according to the second embodiment of the present invention. This pattern 4 is formed by forming a rhombic pattern having a length L 0 in the longitudinal direction at a pitch P 0 as in the first embodiment shown in FIG.
Are arranged at an angle and are inclined by an angle θ with respect to the length measurement direction. However, each pattern 4 of one pattern group
Are aligned in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the pattern 4. In this case, pattern 4
Considering the cross section in the direction perpendicular to the longitudinal direction, the diffraction grating has a constant pitch and a constant number at any position. Therefore, compared with the line and space pattern 3 shown in FIG. 1, the way of diffracted light is the same, and the measurement error of the best focus due to the influence of the aberration of the projection optical system is extremely small. Also in the case of the present embodiment, the best focus measuring method is exactly the same as the measuring method according to the first embodiment.
【００１９】上記の第１，第２の実施例によるパターン
は、いずれも１回の露光で感光基板上に転写されるもの
としたが、以下に述べるように２回に分けて露光する構
成のものでも構わない。図３は本発明の第１の実施例に
よる結像位置測定方法の計測対象であるパターンの構成
の変形例を示す図である。図３（Ｃ）に示すパターン７
の長さや幅、ピッチ等の形状や配置は、図１に示すパタ
ーン１と全く同じであるが、パターンを感光基板上に転
写する際に矩形状のパターン５，６を交差させて２度に
分けて露光することとした。即ち、最初に図３（Ａ）に
示すパターン５を感光基板上に露光し、続いて図３
（Ｂ）に示すようにパターン５にパターン６を重ねて露
光する。その後、感光基板を現像処理すると図３（Ｃ）
に示すパターン７を得ることができる。また、パターン
像の長さの計測方法も、前述の第１の実施例と全く同様
である。尚、図２に示すようなパターンも上記の方法で
転写できることは言うまでもない。The patterns according to the first and second embodiments are all transferred onto the photosensitive substrate by one exposure. However, as described below, the exposure is divided into two parts. It doesn't matter. FIG. 3 is a diagram showing a modification of the configuration of the pattern to be measured by the imaging position measuring method according to the first embodiment of the present invention. Pattern 7 shown in FIG.
1 is exactly the same as the pattern 1 shown in FIG. 1 except that the rectangular patterns 5 and 6 intersect each other when the pattern is transferred onto the photosensitive substrate. Exposure was performed separately. That is, first, the pattern 5 shown in FIG. 3A is exposed on the photosensitive substrate, and then the pattern 5 shown in FIG.
As shown in (B), the pattern 6 is superposed on the pattern 5 and exposed. After that, when the photosensitive substrate is subjected to a developing treatment, FIG.
Can be obtained. The method of measuring the length of the pattern image is exactly the same as that of the first embodiment. It goes without saying that the pattern as shown in FIG. 2 can be transferred by the above method.
【００２０】上記の第１の実施例のパターン１は、各パ
ターンの長手方向の先端を結ぶ直線の方向が長さの計測
方向に対して垂直となっている。つまり、パターン１は
計測方向に垂直な断面のいずれの位置においても所定の
ピッチで配列しているので、長さを計測する際に信号が
出やすい。一方、第２の実施例のパターン４は、ウェハ
上に像を作る際に投影光学系の球面収差の影響を受けに
くいといった特徴がある。特に図３に示すパターン７の
ように２回に分けて形成すれば、回路形成用のパターン
と同形状のパターン５とパターン６との合成であるの
で、球面収差の影響が同様であり、考慮する必要はなく
なる。In the pattern 1 of the first embodiment, the direction of a straight line connecting the longitudinal ends of the patterns is perpendicular to the length measuring direction. That is, since the pattern 1 is arranged at a predetermined pitch at any position of the cross section perpendicular to the measurement direction, a signal is easily output when measuring the length. On the other hand, the pattern 4 of the second embodiment has a feature that it is hardly affected by the spherical aberration of the projection optical system when forming an image on the wafer. In particular, if the pattern is formed in two steps as in the pattern 7 shown in FIG. 3, the pattern 5 and the pattern 6 having the same shape as the pattern for circuit formation are synthesized, and the influence of the spherical aberration is the same. You don't have to.
【００２１】以上の実施例では、光ビームをパターン上
で走査するアライメント系を利用してパターンの長さを
計測したが、これに限定されることはなく、例えばＩＴ
Ｖ等のイメージセンサーからの画像信号を処理すること
によってパターンの長さを計測するようにしても構わな
い。また、レジスト上のパターン像は潜像であってもよ
い。その他、光磁気記録媒体にパターン像を記録し、偏
光顕微鏡等を含んだ観察系でその像を観察し、画像処理
等を行って像の長さを計測したり、パターン像をＣＣＤ
等の撮像素子上に投影してその画素によって像の長さを
計測したりしても構わない。In the above embodiment, the length of the pattern is measured by using the alignment system for scanning the light beam on the pattern. However, the present invention is not limited to this.
The length of the pattern may be measured by processing an image signal from an image sensor such as V. Further, the pattern image on the resist may be a latent image. In addition, a pattern image is recorded on a magneto-optical recording medium, the image is observed with an observation system including a polarizing microscope, and image processing is performed to measure the length of the image.
And the like, and the length of the image may be measured by the pixel.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、任意の方
向のパターンについて光学特性を計測できるので、パタ
ーンの長さの計測方向に対して斜め方向のパターンを有
するレチクルを用いた露光を行う際にも容易に光学特性
を計測することができる。また、投影光学系のサジタル
方向の像、及びメリジオナル方向の像の各ベストフォー
カスが精度よく計測でき、像面湾曲や非点収差を計測す
るのに好都合である。As described above, according to the present invention, the optical characteristics of a pattern in an arbitrary direction can be measured, so that exposure using a reticle having a pattern oblique to the direction of measuring the length of the pattern can be performed. When performing the measurement, the optical characteristics can be easily measured. Further, each best focus of the image in the sagittal direction and the image in the meridional direction of the projection optical system can be accurately measured, which is convenient for measuring the curvature of field and astigmatism.
【図１】本発明の第１の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成を示す図FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a pattern to be measured by an imaging position measuring method according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成を示す図FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a pattern to be measured by an imaging position measuring method according to a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成の変形例を示す図FIG. 3 is a diagram showing a modification of the configuration of a pattern to be measured by the imaging position measuring method according to the first embodiment of the present invention.
【図４】従来の測定方法におけるパターンと測定方向を
示す図FIG. 4 is a diagram showing a pattern and a measurement direction in a conventional measurement method.
【図５】本発明の実施例を適用するのに好適な露光装置
の概略的な構成を示す図FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus suitable for applying an embodiment of the present invention.
Ｗ0 ライン・アンド・スペースパターンの幅 Ｗ パターンの幅 Ｐ0 パターンのピッチ Ｐ1 パターン群の間隔 θ 長さの計測方向とパターンの長手方向との角度 Ｌ0 パターンの長手方向の長さ Ｌ1 パターンの長さとして計測される長さ Ｌ 従来の計測方法に使用されるパターンの長さW 0 Line and space pattern width W Pattern width P 0 Pattern pitch P 1 Pattern group interval θ Angle between length measurement direction and pattern longitudinal direction L 0 Pattern longitudinal direction length L 1 Length measured as pattern length L Length of pattern used in conventional measurement method
Claims (23)
系を介して所定面上に転写し、転写された前記パターン
の像の長さを計測して、前記投影光学系の光学特性を測
定する光学特性測定方法において、 前記パターンは、直線状であり、 前記パターンの長手方向は、前記長さを計測する方向に
対して所定角度傾斜していることを特徴とする光学特性
測定方法。An optical characteristic of the projection optical system is measured by transferring a pattern formed on a mask onto a predetermined surface via a projection optical system, measuring a length of the transferred image of the pattern. An optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein the pattern is linear, and a longitudinal direction of the pattern is inclined at a predetermined angle with respect to a direction in which the length is measured.
線幅が変化することを特徴とする請求項１に記載の光学
特性測定方法。2. The method according to claim 1, wherein the line width of the pattern changes continuously or stepwise.
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学特性測
定方法。3. The method according to claim 1, wherein the pattern is a rhombus pattern.
方向に所定のピッチをもって複数個配置され、前記複数
個のパターンの長手方向における先端を結ぶ直線が、前
記計測方向と垂直な方向に対してほぼ平行であることを
特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光
学特性測定方法。4. A plurality of the patterns are arranged at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the longitudinal direction, and a straight line connecting the tips of the plurality of patterns in the longitudinal direction is perpendicular to the measuring direction. 4. The method for measuring optical characteristics according to claim 1, wherein the optical characteristics are substantially parallel to each other.
方向に所定のピッチをもって複数個配置され、前記複数
個のパターンの長手方向における先端を結ぶ直線が、前
記長手方向と直交する方向に対してほぼ平行であること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の
光学特性測定方法。5. A plurality of the patterns are arranged at a predetermined pitch in a direction orthogonal to the longitudinal direction, and a straight line connecting the tips in the longitudinal direction of the plurality of patterns is aligned with the direction orthogonal to the longitudinal direction. 4. The method for measuring optical characteristics according to claim 1, wherein the optical characteristics are substantially parallel to each other.
系の光学特性を測定すべき方向に応じたものであること
を特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の
光学特性測定方法。6. The optical characteristic according to claim 1, wherein the inclination angle of the pattern is in accordance with a direction in which the optical characteristic of the projection optical system is to be measured. Measuring method.
域内で該光学系の光軸が通る位置を中心として、その中
心から離れた位置への放射方向に対して、該パターンの
長手方向がほぼ平行又は垂直に配置されることを特徴と
する請求項１から請求項６のいずれかに記載の光学特性
測定方法。7. The pattern is arranged such that, in a projection area of the projection optical system, a center of a position where an optical axis of the optical system passes is centered on a radiation direction to a position away from the center. The optical characteristic measuring method according to any one of claims 1 to 6, wherein are arranged substantially in parallel or vertically.
置されることを特徴とする請求項１から請求項７のいず
れかに記載の光学特性測定方法。8. An optical characteristic measuring method according to claim 1, wherein a photosensitive substrate or an image sensor is arranged on said predetermined surface.
感光基板上に転写され、 前記パターンの像の長さは、前記感光基板上を光ビーム
で走査し、前記光ビームの走査によって発生した前記パ
ターンの像からの散乱光又は回折光を受光して求めら
れ、 前記長さを計測する方向は、前記光ビームの走査方向で
あることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか
に記載の光学特性測定方法。9. The pattern is transferred onto a photosensitive substrate disposed on the predetermined surface, and the length of the pattern image is generated by scanning the photosensitive substrate with a light beam and scanning the light beam. The scattered light or the diffracted light from the image of the pattern is received, and the direction in which the length is measured is a scanning direction of the light beam. The method for measuring optical properties according to any of the above items
値を超えた時に、計測結果を無効にすることを特徴とす
る請求項９に記載の光学特性測定方法。10. The method according to claim 9, wherein the measurement result is invalidated when the measured length of the image of the pattern exceeds a predetermined value.
された所定幅の第１直線状パターンを前記所定面上に転
写した後、前記第１直線状パターンに対して、所定幅の
第２直線状パターンを交差させて転写することにより形
成されることを特徴とする請求項３に記載の光学特性測
定方法。11. The rhombic pattern is obtained by transferring a first linear pattern having a predetermined width formed on the mask onto the predetermined surface, and then transferring the second linear pattern having a predetermined width to the first linear pattern. 4. The method for measuring optical characteristics according to claim 3, wherein the optical pattern is formed by transferring the pattern in a crossed manner.
と、前記第２直線状パターンとを有することを特徴とす
る請求項１１に記載の光学特性測定方法。12. The method according to claim 11, wherein the mask has the first linear pattern and the second linear pattern.
内の少なくとも１点の焦点位置と、前記投影光学系の像
面湾曲と、前記投影光学系の非点収差量と、前記投影光
学系の球面収差との少なくとも１つであることを特徴と
する請求項１から請求項１２のいずれかに記載の光学特
性測定方法。13. The optical characteristics include: a focal position of at least one point in an image plane of the projection optical system; a field curvature of the projection optical system; an astigmatism amount of the projection optical system; 13. The method for measuring optical characteristics according to claim 1, wherein the method is at least one of spherical aberration of an optical system.
投影光学系を介して所定面上に転写し、 前記所定面上に転写された前記直線状パターンの長さを
計測する際、前記パターンの長手方向が、前記長さを計
測する方向に対して、所定角度傾斜していることを特徴
とする光学特性測定方法。14. A linear pattern formed on a mask,
Transferred onto a predetermined surface via a projection optical system, and when measuring the length of the linear pattern transferred onto the predetermined surface, the longitudinal direction of the pattern is relative to the direction in which the length is measured. An optical characteristic measuring method characterized by being inclined at a predetermined angle.
照明光学系と、 前記パターンの像を所定面上に転写する投影光学系と、 前記投影光学系を介して転写された前記所定面上におけ
る前記パターンの像の長さを計測する計測手段とを有す
る光学特性測定装置において、 前記所定面上に転写されたパターンは、直線状であり、 前記パターンの長手方向は、前記計測手段が計測する前
記長さの計測方向に対して所定角度傾斜していることを
特徴とする光学特性測定装置。15. An illumination optical system that illuminates a mask on which a pattern is formed, a projection optical system that transfers an image of the pattern onto a predetermined surface, and a projection optical system that transfers the image of the pattern via the projection optical system. An optical characteristic measuring device having a measuring unit for measuring a length of the image of the pattern, wherein the pattern transferred on the predetermined surface is linear, and the longitudinal direction of the pattern is measured by the measuring unit. An optical characteristic measuring device, wherein the optical characteristic measuring device is inclined at a predetermined angle with respect to the length measuring direction.
に線幅が変化することを特徴とする請求項１５に記載の
光学特性測定装置。16. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 15, wherein the line width of the pattern changes continuously or stepwise.
ることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の
光学特性測定装置。17. The optical characteristic measuring apparatus according to claim 15, wherein the pattern is a wedge-shaped pattern.
であることを特徴とする請求項１５から請求項１７のい
ずれかに記載の光学特性測定装置。18. The optical characteristic measuring device according to claim 15, wherein said optical characteristic measuring device is a projection exposure device.
たパターンの像の長さを計測して、前記投影光学系の光
学特性を測定する際に用いられ、前記所定面上に転写さ
れるパターンが形成されたマスクにおいて、 前記パターンは、直線状であり、 前記パターンの長手方向は、前記長さを計測する方向に
対して所定角度傾斜していることを特徴とするマスク。19. A method for measuring the length of an image of a pattern transferred onto a predetermined surface via a projection optical system to measure optical characteristics of the projection optical system, and transferring the image onto the predetermined surface. A mask in which a pattern to be formed is formed, wherein the pattern is linear, and a longitudinal direction of the pattern is inclined at a predetermined angle with respect to a direction in which the length is measured.
に線幅が変化することを特徴とする請求項１９に記載の
マスク。20. The mask according to claim 19, wherein the line width of the pattern changes continuously or stepwise.
ることを特徴とする請求項２０に記載のマスク。21. The mask according to claim 20, wherein said pattern is a wedge-shaped pattern.
する請求項１９から請求項２１のいずれかに記載のマス
ク。22. The mask according to claim 19, which is used for a projection exposure apparatus.
記載のマスクに形成された前記パターンの像を、前記投
影光学系を介して所定面上に転写する露光方法。23. An exposure method for transferring an image of the pattern formed on the mask according to any one of claims 19 to 21 onto a predetermined surface via the projection optical system.
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