JP3256678B2 - レンズの収差測定方法 - Google Patents
レンズの収差測定方法Info
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- G01M11/02—Testing optical properties
- G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
- G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
- G01M11/0264—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested by using targets or reference patterns
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- 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
- G03F7/70591—Testing optical components
- G03F7/706—Aberration measurement
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- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィ工程
に用いられるレンズの収差測定方法に関するものであ
る。
に用いられるレンズの収差測定方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスを作製するために用いら
れる縮小転写露光装置の投影レンズ収差を評価する方法
として、現在様々な方法が提案され、実際の評価に用い
られている。代表的な収差としては、以下に示す球面収
差、非点収差、コマ収差があげられる。
れる縮小転写露光装置の投影レンズ収差を評価する方法
として、現在様々な方法が提案され、実際の評価に用い
られている。代表的な収差としては、以下に示す球面収
差、非点収差、コマ収差があげられる。
【０００３】球面収差は、転写するパターンの大きさに
よってフォーカスがずれる現象である。従って、球面収
差の評価には、例えば０．２５μｍパターンに対するフ
ォーカス位置と２．０μｍパターンに対するフォーカス
位置を測定し、両フォーカス差を球面収差の大きさを表
す指標として用いることが多い。しかし、大きなパター
ンはフォーカス裕度が広い、即ち、広いフォーカス範囲
で均一なパターン形成ができる為、逆に正確にベストフ
ォーカス位置を決定することが難しい。
よってフォーカスがずれる現象である。従って、球面収
差の評価には、例えば０．２５μｍパターンに対するフ
ォーカス位置と２．０μｍパターンに対するフォーカス
位置を測定し、両フォーカス差を球面収差の大きさを表
す指標として用いることが多い。しかし、大きなパター
ンはフォーカス裕度が広い、即ち、広いフォーカス範囲
で均一なパターン形成ができる為、逆に正確にベストフ
ォーカス位置を決定することが難しい。
【０００４】非点収差は、パターンの方向によってベス
トフォーカス位置がずれる現象である。この収差を評価
する方法としては、［ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１４６３（１
９９１）， ｐ．２９４］で示される評価法が一般的に
用いられている。この測定方法は、縦、横、斜め方向に
向いたパターンをフォーカス条件を徐々に変えながら微
少ステップで露光し、光学顕微鏡を用いて各方向で最も
良好に解像しているフォーカス条件を比較する方法であ
る。しかし、この評価法も球面収差の評価と同様に、パ
ターンサイズが大きくなると高精度な測定が困難になる
傾向がある。従って、限界解像度付近のサイズのパター
ンに対してしか有効ではない。
トフォーカス位置がずれる現象である。この収差を評価
する方法としては、［ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．１４６３（１
９９１）， ｐ．２９４］で示される評価法が一般的に
用いられている。この測定方法は、縦、横、斜め方向に
向いたパターンをフォーカス条件を徐々に変えながら微
少ステップで露光し、光学顕微鏡を用いて各方向で最も
良好に解像しているフォーカス条件を比較する方法であ
る。しかし、この評価法も球面収差の評価と同様に、パ
ターンサイズが大きくなると高精度な測定が困難になる
傾向がある。従って、限界解像度付近のサイズのパター
ンに対してしか有効ではない。
【０００５】コマ収差は、パターンのサイズによって転
写位置がずれる現象である。この収差の評価には、５本
棒パターンの両端パターンで転写後のサイズに差が出る
現象を利用し、このサイズ差を指標として一般に用いて
いる。また、近年では、大きなパターンと小さなパター
ンの相対転写位置ずれを、重ね合せ検査装置を用いて測
定する方法も行われている（特願平９−３０５９１
７）。
写位置がずれる現象である。この収差の評価には、５本
棒パターンの両端パターンで転写後のサイズに差が出る
現象を利用し、このサイズ差を指標として一般に用いて
いる。また、近年では、大きなパターンと小さなパター
ンの相対転写位置ずれを、重ね合せ検査装置を用いて測
定する方法も行われている（特願平９−３０５９１
７）。
【０００６】以上述べてきた測定方法は、実際のデバイ
スパターンを露光する時に採用される照明条件や露光条
件を用いて、実際のデバイスパターンに採用されるデザ
インルールに近い評価パターンを露光し、実際のデバイ
スパターンへの影響を評価する為に行われることが一般
的である。
スパターンを露光する時に採用される照明条件や露光条
件を用いて、実際のデバイスパターンに採用されるデザ
インルールに近い評価パターンを露光し、実際のデバイ
スパターンへの影響を評価する為に行われることが一般
的である。
【０００７】しかし、このような測定方法では、様々な
収差が複雑に影響し合い、そこから得られた評価結果
は、「パターンＡよりもパターンＢの方が収差の影響が
小さい」とか「露光装置Ａよりも露光装置Ｂの方が収差
が小さい」と言った相対評価を示すことに止まっている
のが現実である。
収差が複雑に影響し合い、そこから得られた評価結果
は、「パターンＡよりもパターンＢの方が収差の影響が
小さい」とか「露光装置Ａよりも露光装置Ｂの方が収差
が小さい」と言った相対評価を示すことに止まっている
のが現実である。
【０００８】今日では投影レンズの収差による影響が無
視できない状況にきている。従って、高精度な評価技術
による投影レンズの性能強化もさることながら、収差を
考慮した光学シミュレーションによるプロセスマージン
予測に対する要求が大きくなりつつあり、従来の相対評
価ではなく、絶対評価が収差評価にも強く求められてい
る。ここで言う収差の絶対評価とは、何らかの収差の表
現理論に基いて、各収差を表わす係数の絶対値を測定
し、シミュレーションへの導入を可能にすることであ
る。
視できない状況にきている。従って、高精度な評価技術
による投影レンズの性能強化もさることながら、収差を
考慮した光学シミュレーションによるプロセスマージン
予測に対する要求が大きくなりつつあり、従来の相対評
価ではなく、絶対評価が収差評価にも強く求められてい
る。ここで言う収差の絶対評価とは、何らかの収差の表
現理論に基いて、各収差を表わす係数の絶対値を測定
し、シミュレーションへの導入を可能にすることであ
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のレ
ンズ収差の測定方法は、収差の相対評価を行うに止ま
り、絶対評価を行うことができなかった。本発明は上記
従来の課題に対してなされたものであり、レンズ収差の
絶対評価を精度良く行うことが可能な測定方法を提供す
ることを目的とする。
ンズ収差の測定方法は、収差の相対評価を行うに止ま
り、絶対評価を行うことができなかった。本発明は上記
従来の課題に対してなされたものであり、レンズ収差の
絶対評価を精度良く行うことが可能な測定方法を提供す
ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の一態様に係る
レンズの収差測定方法は、照明光を、照明光学系を介し
てホトマスクに照射し、前記ホトマスクに形成され、周
期パターンを含むマークを、投影光学系を介して基板上
に投影し、前記ホトマスクに形成されたマークの周期パ
ターンに対応し、下記式１の条件を満たす周期パターン
を含む評価マークを、前記基板上に形成し、前記評価マ
ークを測定し、この結果に基づいて、前記投影レンズの
収差を測定する。 λ／｛NA（１−σ）｝ ≦ Ｐ１ ≦ ３λ／｛NA（１＋σ）｝ （式１） Ｐ１：評価マークの周期パターンの周期 ＮＡ：投影レンズの開口数 λ：照明光の波長 σ：照明光学系のコヒーレンスファクター
レンズの収差測定方法は、照明光を、照明光学系を介し
てホトマスクに照射し、前記ホトマスクに形成され、周
期パターンを含むマークを、投影光学系を介して基板上
に投影し、前記ホトマスクに形成されたマークの周期パ
ターンに対応し、下記式１の条件を満たす周期パターン
を含む評価マークを、前記基板上に形成し、前記評価マ
ークを測定し、この結果に基づいて、前記投影レンズの
収差を測定する。 λ／｛NA（１−σ）｝ ≦ Ｐ１ ≦ ３λ／｛NA（１＋σ）｝ （式１） Ｐ１：評価マークの周期パターンの周期 ＮＡ：投影レンズの開口数 λ：照明光の波長 σ：照明光学系のコヒーレンスファクター
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】（作用）実際のデバイスパターンにおいて
は、パターンのサイズや形状の違いによって予想される
転写位置と実際に転写される位置の間にずれが生じる、
パターンの大きさや密度によって解像できるフォーカス
範囲がシフトする、パターンの向きによって解像できる
フォーカス範囲がシフトする等の問題が予想される。し
かし、これらの問題は、投影レンズの収差，２次光源の
強度むら，照明テレセンずれ，照明コヒーレンスファク
ター等が複雑に関わり合っているため、実際のデバイス
パターンでどのような変化が生じるのかを事前に予想す
ることが難しい。
は、パターンのサイズや形状の違いによって予想される
転写位置と実際に転写される位置の間にずれが生じる、
パターンの大きさや密度によって解像できるフォーカス
範囲がシフトする、パターンの向きによって解像できる
フォーカス範囲がシフトする等の問題が予想される。し
かし、これらの問題は、投影レンズの収差，２次光源の
強度むら，照明テレセンずれ，照明コヒーレンスファク
ター等が複雑に関わり合っているため、実際のデバイス
パターンでどのような変化が生じるのかを事前に予想す
ることが難しい。
【００１６】本発明では、これら諸問題の原因となる要
因のうち、投影レンズの収差のみに帰着した絶対評価を
短時間に高精度に行なうことが可能である。すなわち、
波面収差の偶関数成分と奇関数成分を分離して測定する
ことができ、簡単な測定と簡単な計算式によって、コマ
収差、球面収差、非点収差を算出することができ、実際
のデバイスパターンのシミュレーションにフィードバッ
クできる形でのレンズ収差係数を算出することができ
る。また、特定の条件内で任意の波面収差の測定が可能
となるため、従来では不可能であった高次の収差に対し
ても評価が可能となる。
因のうち、投影レンズの収差のみに帰着した絶対評価を
短時間に高精度に行なうことが可能である。すなわち、
波面収差の偶関数成分と奇関数成分を分離して測定する
ことができ、簡単な測定と簡単な計算式によって、コマ
収差、球面収差、非点収差を算出することができ、実際
のデバイスパターンのシミュレーションにフィードバッ
クできる形でのレンズ収差係数を算出することができ
る。また、特定の条件内で任意の波面収差の測定が可能
となるため、従来では不可能であった高次の収差に対し
ても評価が可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、パターン転写の基本構成と、
パターン形成におけるレンズ収差の様子を説明する。
参照して説明する。まず、パターン転写の基本構成と、
パターン形成におけるレンズ収差の様子を説明する。
【００１８】図１は、ホトマスク上のパターンを基板上
に転写する様子を示した模式図である。照明光学系１に
よってホトマスク２を照明し、投影光学系３を介してホ
トマスク２上のパターンを基板４上へ転写している。
に転写する様子を示した模式図である。照明光学系１に
よってホトマスク２を照明し、投影光学系３を介してホ
トマスク２上のパターンを基板４上へ転写している。
【００１９】しかし、実際の投影光学系には図２に示す
ような収差が存在し、フォーカスずれ、パターンのボケ
や変形、或いは位置ずれが発生する。図２において、１
１および１５は理想波面、１２および１６は収差がある
場合の波面、１３はレンズ、１４および２０は結像位
置、１７は波面収差、１８は理想光線、１９は収差があ
る場合の光線、２１は縦収差、２２は横収差を表してい
る。すなわち、収差の無い理想的な波面１１および１５
に対して、実際の波面１２および１６はずれていること
が考えられる。この理想波面１５と実際の波面１６の差
が波面収差１７であり、この波面収差の形状が収差関数
である。
ような収差が存在し、フォーカスずれ、パターンのボケ
や変形、或いは位置ずれが発生する。図２において、１
１および１５は理想波面、１２および１６は収差がある
場合の波面、１３はレンズ、１４および２０は結像位
置、１７は波面収差、１８は理想光線、１９は収差があ
る場合の光線、２１は縦収差、２２は横収差を表してい
る。すなわち、収差の無い理想的な波面１１および１５
に対して、実際の波面１２および１６はずれていること
が考えられる。この理想波面１５と実際の波面１６の差
が波面収差１７であり、この波面収差の形状が収差関数
である。
【００２０】この時、投影レンズの瞳関数Ｐ（Ｒ，θ）
は、 Ｐ（Ｒ，θ）＝Ｐideal （Ｒ） exp｛２πｉＷ（Ｒ，θ）｝ （式３） と表すことができる。ここで示すＷ（Ｒ，θ）は波面収
差の収差関数と呼ばれ、瞳面上の点（Ｒ，θ）で、波面
が理想波面からどの位前後しているかを表している。た
だし、ＲはＮＡで規格化されている。
は、 Ｐ（Ｒ，θ）＝Ｐideal （Ｒ） exp｛２πｉＷ（Ｒ，θ）｝ （式３） と表すことができる。ここで示すＷ（Ｒ，θ）は波面収
差の収差関数と呼ばれ、瞳面上の点（Ｒ，θ）で、波面
が理想波面からどの位前後しているかを表している。た
だし、ＲはＮＡで規格化されている。
【００２１】この収差関数は、その解析により、ザイデ
ルの５収差（球面収差、非点収差、コマ収差、像面わん
曲、歪曲）と言われる現象に分けることができる。（式
３）では、像面上の特定の位置における瞳関数として表
現したが、実際の収差関数は、瞳面上の位置（Ｒ，θ）
と像面上の位置（ｒ，φ）の関数である。従って、ザイ
デルの５収差は、局所的な評価を必要とするものと、露
光領域全体での評価を必要とするものに分けることがで
きる。前者は、球面収差、非点収差、コマ収差で、後者
は、像面わん曲、歪曲である。像面わん曲は、露光領域
内でのフォーカス測定から、その面内分布として表現す
ることができる。一方、歪曲は露光領域内での転写位置
ずれ分布として測定することができる。
ルの５収差（球面収差、非点収差、コマ収差、像面わん
曲、歪曲）と言われる現象に分けることができる。（式
３）では、像面上の特定の位置における瞳関数として表
現したが、実際の収差関数は、瞳面上の位置（Ｒ，θ）
と像面上の位置（ｒ，φ）の関数である。従って、ザイ
デルの５収差は、局所的な評価を必要とするものと、露
光領域全体での評価を必要とするものに分けることがで
きる。前者は、球面収差、非点収差、コマ収差で、後者
は、像面わん曲、歪曲である。像面わん曲は、露光領域
内でのフォーカス測定から、その面内分布として表現す
ることができる。一方、歪曲は露光領域内での転写位置
ずれ分布として測定することができる。
【００２２】局所的な収差（球面収差、非点収差、コマ
収差）は、収差関数を級数展開で表した時のＲに関する
各項に相当している。方向性の無いＲ4 の項の係数は球
面収差を表し、直交する２方向でＲ2 の項の係数に差が
ある場合は非点収差を表している。また、Ｒ3 の項の係
数はコマ収差を表している。さらに高次の係数に関して
は、高次の球面収差、高次の非点収差、高次のコマ収差
として表現されている。収差を評価することは、収差関
数を級数展開した時のＲに関する各項の係数を測定する
ことである。
収差）は、収差関数を級数展開で表した時のＲに関する
各項に相当している。方向性の無いＲ4 の項の係数は球
面収差を表し、直交する２方向でＲ2 の項の係数に差が
ある場合は非点収差を表している。また、Ｒ3 の項の係
数はコマ収差を表している。さらに高次の係数に関して
は、高次の球面収差、高次の非点収差、高次のコマ収差
として表現されている。収差を評価することは、収差関
数を級数展開した時のＲに関する各項の係数を測定する
ことである。
【００２３】本発明では、照明条件とマスク上のパター
ンを限定することにより、高精度な収差測定を可能にし
ている。ラインアンドスペースパターンによる回折光の
分布を瞳面上で図示すると、照明コヒーレンスファクタ
ーσとの関係から、図３のように表すことができる。図
３において、３１は投影レンズの開口数、３２は照明光
学系の開口数、３６は０次回折光、３７、３８、３９は
それぞれ＋１次回折光、＋２次回折光、＋３次回折光、
３５、３４、３３はそれぞれ−１次回折光、−２次回折
光、−３次回折光を表している。照明光学系のコヒーレ
ンスファクターσは、投影光学系の開口数３１（ＮＡ
obj ）と照明光学系の開口数３２（ＮＡill ）より、 σ＝ＮＡill /ＮＡobj ( 4) 。
ンを限定することにより、高精度な収差測定を可能にし
ている。ラインアンドスペースパターンによる回折光の
分布を瞳面上で図示すると、照明コヒーレンスファクタ
ーσとの関係から、図３のように表すことができる。図
３において、３１は投影レンズの開口数、３２は照明光
学系の開口数、３６は０次回折光、３７、３８、３９は
それぞれ＋１次回折光、＋２次回折光、＋３次回折光、
３５、３４、３３はそれぞれ−１次回折光、−２次回折
光、−３次回折光を表している。照明光学系のコヒーレ
ンスファクターσは、投影光学系の開口数３１（ＮＡ
obj ）と照明光学系の開口数３２（ＮＡill ）より、 σ＝ＮＡill /ＮＡobj ( 4) 。
【００２４】ライン幅とスペース幅の比を１対１にした
ラインアンドスペースパターンでは、回折の原理により
零次以外の偶数次の回折光は存在しない。従って、この
ようなパターンによる回折光の次数は、・・・・，−
５，−３，−１，０，＋１，＋３，＋５，・・・・とな
るため、０次光と±１次光の３光束のみでパターンを形
成しようとすると、±３次光が投影光学系の開口数（Ｎ
Ａobj 、以降ＮＡとする）の外側に存在し、±１次光が
ＮＡの内側に存在すればよいことになる。このような条
件は、パターンの周期Ｐが、 λ／｛ＮＡ（１−σ）｝≦Ｐ≦３λ／｛ＮＡ（１＋σ）｝ （式１） で表される範囲である。ただし、λは照明光の波長であ
る。
ラインアンドスペースパターンでは、回折の原理により
零次以外の偶数次の回折光は存在しない。従って、この
ようなパターンによる回折光の次数は、・・・・，−
５，−３，−１，０，＋１，＋３，＋５，・・・・とな
るため、０次光と±１次光の３光束のみでパターンを形
成しようとすると、±３次光が投影光学系の開口数（Ｎ
Ａobj 、以降ＮＡとする）の外側に存在し、±１次光が
ＮＡの内側に存在すればよいことになる。このような条
件は、パターンの周期Ｐが、 λ／｛ＮＡ（１−σ）｝≦Ｐ≦３λ／｛ＮＡ（１＋σ）｝ （式１） で表される範囲である。ただし、λは照明光の波長であ
る。
【００２５】一方、ライン幅とスペース幅の比が１対１
以外のラインアンドスペースパターンでは、±２次光も
存在するため、３光束のみでパターンを形成しようとす
ると、±２次光が投影光学系の開口数ＮＡの外側に存在
し、±１次光がＮＡの内側に存在すればよいことにな
る。このような条件は、パターンの周期Ｐが、 λ／｛ＮＡ（１−σ）｝≦Ｐ≦２λ／｛ＮＡ（１＋σ）｝ （式２） で表される範囲である。
以外のラインアンドスペースパターンでは、±２次光も
存在するため、３光束のみでパターンを形成しようとす
ると、±２次光が投影光学系の開口数ＮＡの外側に存在
し、±１次光がＮＡの内側に存在すればよいことにな
る。このような条件は、パターンの周期Ｐが、 λ／｛ＮＡ（１−σ）｝≦Ｐ≦２λ／｛ＮＡ（１＋σ）｝ （式２） で表される範囲である。
【００２６】周期パターンの場合、±１次の回折光の中
心が到達する瞳面上での中心からの距離Ｒは、パターン
の周期Ｐに反比例するので、σとＰの代わりにσとＲの
関係を図４に示す。σの値が０．５以上では式１を満た
す条件が存在しないことがわかる。また、この領域内で
パターンの周期Ｐが小さくなり、式２の領域に入ると、
ライン幅とスペース幅の比が１対１である必要はない。
これは、式２の領域では、マスクの寸法制御が必要ない
ことを表している。
心が到達する瞳面上での中心からの距離Ｒは、パターン
の周期Ｐに反比例するので、σとＰの代わりにσとＲの
関係を図４に示す。σの値が０．５以上では式１を満た
す条件が存在しないことがわかる。また、この領域内で
パターンの周期Ｐが小さくなり、式２の領域に入ると、
ライン幅とスペース幅の比が１対１である必要はない。
これは、式２の領域では、マスクの寸法制御が必要ない
ことを表している。
【００２７】具体的に、波長λを０．２４８μｍ（クリ
プトンフロライドエキシマレーザー）、ＮＡ＝０．６と
すると、適用可能なラインアンドスペースパターンの周
期は、図１３のようになる。
プトンフロライドエキシマレーザー）、ＮＡ＝０．６と
すると、適用可能なラインアンドスペースパターンの周
期は、図１３のようになる。
【００２８】ラインアンドスペースパターンを０．５以
下の小σ条件で露光することは、従来の半導体デバイス
の製造ではあまり用いられていない。また、現実的な値
で最も小さい０．１５σで考えると、０．２５μｍ以下
のデザインルールの半導体デバイス製造をターゲットに
している露光装置に対して、収差評価にデザインルール
よりも大きなパターンを用いることは従来にはない方法
である。
下の小σ条件で露光することは、従来の半導体デバイス
の製造ではあまり用いられていない。また、現実的な値
で最も小さい０．１５σで考えると、０．２５μｍ以下
のデザインルールの半導体デバイス製造をターゲットに
している露光装置に対して、収差評価にデザインルール
よりも大きなパターンを用いることは従来にはない方法
である。
【００２９】式１或いは式２の条件内にあるラインアン
ドスペースパターンによる回折光の分布を図５に示す。
０次光４２と±１次光４３、４４は投影レンズの開口数
に対応した円４１の内部に存在し、各光束の内部では波
面収差はほぼ一定であると仮定すると、３光束の波面収
差はそれぞれ３点（Ｐ-1，Ｏ，Ｐ+1）で代表することが
できる。
ドスペースパターンによる回折光の分布を図５に示す。
０次光４２と±１次光４３、４４は投影レンズの開口数
に対応した円４１の内部に存在し、各光束の内部では波
面収差はほぼ一定であると仮定すると、３光束の波面収
差はそれぞれ３点（Ｐ-1，Ｏ，Ｐ+1）で代表することが
できる。
【００３０】この３点の波面収差は、デフォーカスに対
して図６に示す関係が得られる。デフォーカスは、元々
の波面収差の波面関数に、Ｒ2 デフォーカス量に相当す
る係数を掛けた項を加えることと等価であり、また、定
数項を加えることは収差的には何の意味も持たない。従
って、元々の波面収差５１が如何なる形状であっても、
デフォーカス５２を変化させることで、０次光の波面収
差５３と±１次光の波面収差５４，５５の関係が直線状
に並ぶ条件を得ることができる。この時がフォーカスが
最も合った状態、即ちこのパターンに対するベストフォ
ーカス( ジャストフォーカス) である。また、これら３
点から最小２乗フィッティングした直線５６の傾きがこ
のときのパターン位置ずれ量に比例し、この直線からの
標準偏差がパターンのボケ具合を反映している。
して図６に示す関係が得られる。デフォーカスは、元々
の波面収差の波面関数に、Ｒ2 デフォーカス量に相当す
る係数を掛けた項を加えることと等価であり、また、定
数項を加えることは収差的には何の意味も持たない。従
って、元々の波面収差５１が如何なる形状であっても、
デフォーカス５２を変化させることで、０次光の波面収
差５３と±１次光の波面収差５４，５５の関係が直線状
に並ぶ条件を得ることができる。この時がフォーカスが
最も合った状態、即ちこのパターンに対するベストフォ
ーカス( ジャストフォーカス) である。また、これら３
点から最小２乗フィッティングした直線５６の傾きがこ
のときのパターン位置ずれ量に比例し、この直線からの
標準偏差がパターンのボケ具合を反映している。
【００３１】このように、３光束のみでラインアンドス
ペースパターンを結像させることにより、基準フォーカ
ス位置を予め決めておけば、基準フォーカスとジャスト
フォーカスとの差から、０次光の波面収差を零としたと
きの±１次光の波面収差の平均値を決定することができ
る。また、パターンの位置ずれ量から、±１次光の波面
収差の差を決定することができる。
ペースパターンを結像させることにより、基準フォーカ
ス位置を予め決めておけば、基準フォーカスとジャスト
フォーカスとの差から、０次光の波面収差を零としたと
きの±１次光の波面収差の平均値を決定することができ
る。また、パターンの位置ずれ量から、±１次光の波面
収差の差を決定することができる。
【００３２】この波面収差の平均値は収差関数の偶関数
成分（特に、球面収差や非点収差）を表し、波面収差の
差は収差関数の奇関数成分（特に、コマ収差）を表わし
ている。
成分（特に、球面収差や非点収差）を表し、波面収差の
差は収差関数の奇関数成分（特に、コマ収差）を表わし
ている。
【００３３】よく調整された投影レンズにおいては、レ
ンズの中心付近での波面収差はほとんど零であり、リソ
グラフィ特性の低下の原因となる波面収差は専らレンズ
の周辺部に集中しているものと考えられる。従って、動
径距離Ｒ（最大値は１）ができる限り大きな範囲まで含
まれる条件ほど、収差評価には優れた条件であると言え
る。
ンズの中心付近での波面収差はほとんど零であり、リソ
グラフィ特性の低下の原因となる波面収差は専らレンズ
の周辺部に集中しているものと考えられる。従って、動
径距離Ｒ（最大値は１）ができる限り大きな範囲まで含
まれる条件ほど、収差評価には優れた条件であると言え
る。
【００３４】基板上に塗布されたレジスト膜に評価パタ
ーンを転写し、このレジストパターンを用いて測定する
場合は、レジストを可能な限り薄膜にした方が好まし
い。超薄膜のレジストを使用することで、レジストの化
学的な特性による測定結果への影響を低減し、レジスト
の種類によらず一定の結果が得られる利点がある。
ーンを転写し、このレジストパターンを用いて測定する
場合は、レジストを可能な限り薄膜にした方が好まし
い。超薄膜のレジストを使用することで、レジストの化
学的な特性による測定結果への影響を低減し、レジスト
の種類によらず一定の結果が得られる利点がある。
【００３５】以下、コマ収差、球面収差、非点収差の測
定についてそれぞれ説明する。まず、コマ収差の測定に
ついて説明する。図７に示すパターンを全面に配置した
ホトマスクをシフトさせて二重露光すると、図８に示す
評価用パターンを得ることができる。１回目に露光した
パターン６１は幅２．０μｍのパターン６２と照明コヒ
ーレンスファクターσ及び式１から限定されるラインア
ンドスペースパターン６３で構成され、２回目に露光し
たパターン６４はパターン６２を覆うパターン６５と、
ラインアンドスペースパターン６３の一部分を覆うパタ
ーン６６で構成されている。図８に示す評価パターンに
対しては、通常の重ね合せ評価装置を用いて、外側の
２．０μｍパターン７１とラインアンドスペースパター
ン７２の相対的な転写位置ずれ量を測定することができ
る。
定についてそれぞれ説明する。まず、コマ収差の測定に
ついて説明する。図７に示すパターンを全面に配置した
ホトマスクをシフトさせて二重露光すると、図８に示す
評価用パターンを得ることができる。１回目に露光した
パターン６１は幅２．０μｍのパターン６２と照明コヒ
ーレンスファクターσ及び式１から限定されるラインア
ンドスペースパターン６３で構成され、２回目に露光し
たパターン６４はパターン６２を覆うパターン６５と、
ラインアンドスペースパターン６３の一部分を覆うパタ
ーン６６で構成されている。図８に示す評価パターンに
対しては、通常の重ね合せ評価装置を用いて、外側の
２．０μｍパターン７１とラインアンドスペースパター
ン７２の相対的な転写位置ずれ量を測定することができ
る。
【００３６】ゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式での３
次コマ収差Ｚ7 及びＺ8 は Ｗ（Ｒ，θ）＝Ｚ7 （３Ｒ2 −２）Ｒ cosθ ＋Ｚ8 （３Ｒ2 −２）Ｒ sinθ （式５） で表わされる。
次コマ収差Ｚ7 及びＺ8 は Ｗ（Ｒ，θ）＝Ｚ7 （３Ｒ2 −２）Ｒ cosθ ＋Ｚ8 （３Ｒ2 −２）Ｒ sinθ （式５） で表わされる。
【００３７】２．０μｍパターン７１の転写位置ずれ
は、式５の原点付近の傾きに相当するため、２．０μｍ
パターン７１に対するラインアンドスペースパターン７
２の相対的な転写位置ずれ量に相当する収差関数は、式
５の原点での傾きを零とした式で表される。このときの
直行する２方向での収差関数は、 ＷX （Ｒ）＝Ｚ7 （３Ｒ2 −２）Ｒ ＷY （Ｒ）＝Ｚ8 （３Ｒ2 −２）Ｒ （式６） のように表される。
は、式５の原点付近の傾きに相当するため、２．０μｍ
パターン７１に対するラインアンドスペースパターン７
２の相対的な転写位置ずれ量に相当する収差関数は、式
５の原点での傾きを零とした式で表される。このときの
直行する２方向での収差関数は、 ＷX （Ｒ）＝Ｚ7 （３Ｒ2 −２）Ｒ ＷY （Ｒ）＝Ｚ8 （３Ｒ2 −２）Ｒ （式６） のように表される。
【００３８】大きなパターンの位置ずれ量は、式６の原
点付近での傾きに相当するため、大きなパターンからの
相対位置から収差を測定するためには、式６の原点での
接線を式６から引いた形を用いると都合がよい。したが
って、 ＷX （Ｒ）＝Ｚ7 ・３Ｒ3 、 ＷY （Ｒ）＝Ｚ8 ・３Ｒ3 （式７） 上記式７を式６の代わりに用いる。
点付近での傾きに相当するため、大きなパターンからの
相対位置から収差を測定するためには、式６の原点での
接線を式６から引いた形を用いると都合がよい。したが
って、 ＷX （Ｒ）＝Ｚ7 ・３Ｒ3 、 ＷY （Ｒ）＝Ｚ8 ・３Ｒ3 （式７） 上記式７を式６の代わりに用いる。
【００３９】また、このラインアンドスペースパターン
に対する動径距離Ｒは、以下に示す周期Ｐの関数 Ｒ＝λ／（Ｐ・ＮＡ） （式８） で示され、その時の波面収差Ｗも相対位置ずれを（δX
,δY ）とすると、 （ＷX ,ＷY ）＝（δX ／２Ｐ,δY ／２Ｐ） （式９） で表わされる。
に対する動径距離Ｒは、以下に示す周期Ｐの関数 Ｒ＝λ／（Ｐ・ＮＡ） （式８） で示され、その時の波面収差Ｗも相対位置ずれを（δX
,δY ）とすると、 （ＷX ,ＷY ）＝（δX ／２Ｐ,δY ／２Ｐ） （式９） で表わされる。
【００４０】従って、ゼルニケの３次のコマ収差を表わ
す係数は、 Ｚ7 〜（４Ｐ2 ／３）（ＮＡ／λ）3 δｘ Ｚ8 〜（４Ｐ2 ／３）（ＮＡ／λ）3 δy （式１０） で表すことができる。
す係数は、 Ｚ7 〜（４Ｐ2 ／３）（ＮＡ／λ）3 δｘ Ｚ8 〜（４Ｐ2 ／３）（ＮＡ／λ）3 δy （式１０） で表すことができる。
【００４１】さらに、高次の収差まで測定する為には、
ラインアンドスペースパターン６３の周期を式１及び式
２に示す条件内で変えた複数の評価パターンを用意し、
測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ3 ＋ｂＲ5 ＋ｃＲ7 ＋・・・ （式１１） に最小自乗フィッティングを行なうようにすればよい。
ラインアンドスペースパターン６３の周期を式１及び式
２に示す条件内で変えた複数の評価パターンを用意し、
測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ3 ＋ｂＲ5 ＋ｃＲ7 ＋・・・ （式１１） に最小自乗フィッティングを行なうようにすればよい。
【００４２】次に、球面収差の測定について説明する。
図１０に示すパターンを露光量を固定したままマイクロ
ステップで徐々にフォーカス位置を変えながらレジスト
を塗布した基板上に露光する。このパターンは、照明コ
ヒーレンスファクターσと式１から限定される範囲内
で、周期の異なる２種類のパターン（小さい方の周期を
Ｐ1 とし、大きい方の周期をＰ2 とする）で構成され、
それぞれ縦と横に並んだパターンとなっている。露光量
は、すべてのパターンでライン幅とスペース幅の比が１
対１に形成される露光量よりもやや少ない値に設定す
る。
図１０に示すパターンを露光量を固定したままマイクロ
ステップで徐々にフォーカス位置を変えながらレジスト
を塗布した基板上に露光する。このパターンは、照明コ
ヒーレンスファクターσと式１から限定される範囲内
で、周期の異なる２種類のパターン（小さい方の周期を
Ｐ1 とし、大きい方の周期をＰ2 とする）で構成され、
それぞれ縦と横に並んだパターンとなっている。露光量
は、すべてのパターンでライン幅とスペース幅の比が１
対１に形成される露光量よりもやや少ない値に設定す
る。
【００４３】このようにして作製した試料をＳＥＭを用
いて測定すると、各パターンのスペース幅は、フォーカ
スの変化に従い極大値を持ち、±デフォーカスに対して
対称な変化が観測される。この傾向は、照明コヒーレン
スファクターを小さく設定するほど、或いはレジスト膜
厚を薄くするほど顕著になることがわかっている。この
スペース幅の寸法変動をフォーカス位置に対する２次関
数で最小自乗フィッティングし、その極大値をこのパタ
ーンに対するジャストフォーカスとして決定することが
できる。デフォーカス時の寸法変動は、必ずしも±デフ
ォーカスで対称に変化するとは限らない。むしろ一般的
には対称に変化しない。しかし、σを小さくすると±デ
フォーカスでの寸法変動の対称性が増す傾向がある。こ
の現象は図５と図６を用いると容易に理解することがで
きる。
いて測定すると、各パターンのスペース幅は、フォーカ
スの変化に従い極大値を持ち、±デフォーカスに対して
対称な変化が観測される。この傾向は、照明コヒーレン
スファクターを小さく設定するほど、或いはレジスト膜
厚を薄くするほど顕著になることがわかっている。この
スペース幅の寸法変動をフォーカス位置に対する２次関
数で最小自乗フィッティングし、その極大値をこのパタ
ーンに対するジャストフォーカスとして決定することが
できる。デフォーカス時の寸法変動は、必ずしも±デフ
ォーカスで対称に変化するとは限らない。むしろ一般的
には対称に変化しない。しかし、σを小さくすると±デ
フォーカスでの寸法変動の対称性が増す傾向がある。こ
の現象は図５と図６を用いると容易に理解することがで
きる。
【００４４】周期パターンによる回折光は、瞳面でそれ
ぞれの回折次数に対応し、照明σと同一形状の回折光分
布を持つ。０次光と±１次光の三光束のみで転写パター
ンが結像される場合、各回折光において照明σ形状内で
波面収差がほぼ一定であると仮定すると、各回折光を代
表する点Ｏ，点Ｐ+1，点Ｐ-1での波面収差はフォーカス
位置の変化に伴い、図６に示すような変化を示す。即
ち、どこかのフォーカス位置で点Ｏ，点Ｐ+1，点Ｐ-1の
３点の波面収差は必ず直線状に並び、±デフォーカスに
伴い点Ｐ+1と点Ｐ-1の波面収差が対称に変化する。この
直線状に並んだ時のフォーカス位置がジャストフォーカ
スである。また、パターンの解像性は３点の波面収差を
直線で近似した時の近似直線からの分散にほぼ反比例し
ているため、同じだけプラスマイナスにデフォーカスし
た時の解像性は常に等しい。しかし、同一σ内での波面
収差に分布がある場合は、この条件から外れるため、±
デフォーカス時の対称性が劣化してくることがわかる。
従って、同一σ内での波面収差を一定値に近づけるため
にはσを小さく絞れば良く、すなわちσを小さくすると
±デフォーカスでの寸法変動の対称性が増すことがわか
る。
ぞれの回折次数に対応し、照明σと同一形状の回折光分
布を持つ。０次光と±１次光の三光束のみで転写パター
ンが結像される場合、各回折光において照明σ形状内で
波面収差がほぼ一定であると仮定すると、各回折光を代
表する点Ｏ，点Ｐ+1，点Ｐ-1での波面収差はフォーカス
位置の変化に伴い、図６に示すような変化を示す。即
ち、どこかのフォーカス位置で点Ｏ，点Ｐ+1，点Ｐ-1の
３点の波面収差は必ず直線状に並び、±デフォーカスに
伴い点Ｐ+1と点Ｐ-1の波面収差が対称に変化する。この
直線状に並んだ時のフォーカス位置がジャストフォーカ
スである。また、パターンの解像性は３点の波面収差を
直線で近似した時の近似直線からの分散にほぼ反比例し
ているため、同じだけプラスマイナスにデフォーカスし
た時の解像性は常に等しい。しかし、同一σ内での波面
収差に分布がある場合は、この条件から外れるため、±
デフォーカス時の対称性が劣化してくることがわかる。
従って、同一σ内での波面収差を一定値に近づけるため
にはσを小さく絞れば良く、すなわちσを小さくすると
±デフォーカスでの寸法変動の対称性が増すことがわか
る。
【００４５】また、パターンが解像するフォーカスの範
囲で表わされるフォーカス裕度は、パターンの周期が大
きくなるほど急激に広くなる。すなわちこれは、パター
ンが大きくなるとジャストフォーカス決定精度が急激に
低下することを表わしている。しかし、σを小さくして
ゆくと、ジャストフォーカス位置でのパターンコントラ
ストは増加するが、フォーカス裕度が狭くなる傾向があ
る。このようにσを小さく設定することによって、ジャ
ストフォーカス位置の決定精度は良くなることがわか
る。例えば、シミュレーションによると、σを０．１５
とした場合、測定可能なパターン周期の最大値は約０．
９５μｍであると言える。
囲で表わされるフォーカス裕度は、パターンの周期が大
きくなるほど急激に広くなる。すなわちこれは、パター
ンが大きくなるとジャストフォーカス決定精度が急激に
低下することを表わしている。しかし、σを小さくして
ゆくと、ジャストフォーカス位置でのパターンコントラ
ストは増加するが、フォーカス裕度が狭くなる傾向があ
る。このようにσを小さく設定することによって、ジャ
ストフォーカス位置の決定精度は良くなることがわか
る。例えば、シミュレーションによると、σを０．１５
とした場合、測定可能なパターン周期の最大値は約０．
９５μｍであると言える。
【００４６】ゼルニケ多項式での４次の球面収差Ｚ9 は Ｗ（Ｒ）＝Ｚ9 ・（６Ｒ4 −６Ｒ2 ＋１） （式１２） で表される。
【００４７】しかし、フォーカス差から収差を評価しよ
うと試みるには、式１２の第２項、すなわちＲ2 の項は
フォーカスと区別がつきにくいため、 Ｗ（Ｒ）＝Ｚ9 ・６Ｒ4 ＋Ｃ （式１３） 上記式１３を式１２の代わりに用いると都合がよい。た
だし、Ｃは任意定数である。
うと試みるには、式１２の第２項、すなわちＲ2 の項は
フォーカスと区別がつきにくいため、 Ｗ（Ｒ）＝Ｚ9 ・６Ｒ4 ＋Ｃ （式１３） 上記式１３を式１２の代わりに用いると都合がよい。た
だし、Ｃは任意定数である。
【００４８】一方、図１１に示すように、周期Ｐ1 のラ
インアンドスペースパターンに対する±１次光の動径距
離を±Ｒ1 、周期Ｐ2 のラインアンドスペースパターン
に対する±１次光の動径距離±Ｒ2 、測定されたフォー
カス位置をδ1 、δ2 とすると、 （ＮＡ2 ／２λ）δ1 Ｒ1 2 ＝６Ｚ9 Ｒ1 4 ＋Ｃ （ＮＡ2 ／２λ）δ2 Ｒ2 2 ＝６Ｚ9 Ｒ2 4 ＋Ｃ （式１４） という関係が得られる。
インアンドスペースパターンに対する±１次光の動径距
離を±Ｒ1 、周期Ｐ2 のラインアンドスペースパターン
に対する±１次光の動径距離±Ｒ2 、測定されたフォー
カス位置をδ1 、δ2 とすると、 （ＮＡ2 ／２λ）δ1 Ｒ1 2 ＝６Ｚ9 Ｒ1 4 ＋Ｃ （ＮＡ2 ／２λ）δ2 Ｒ2 2 ＝６Ｚ9 Ｒ2 4 ＋Ｃ （式１４） という関係が得られる。
【００４９】測定されたフォーカス差がδF ＝δ2 −δ
1 であるため、式１４からＺ9 は以下の式 Ｚ9 ＝（δF ／１２λ）（ＮＡ2 ／（Ｒ2 2 −Ｒ1 2 ）） （式１５） で表すことができる。
1 であるため、式１４からＺ9 は以下の式 Ｚ9 ＝（δF ／１２λ）（ＮＡ2 ／（Ｒ2 2 −Ｒ1 2 ）） （式１５） で表すことができる。
【００５０】さらに、高次の収差まで測定する為には、
ラインアンドスペースパターンの周期を式１或いは式２
に示す条件内で変えた２種類以上の評価パターンを用意
し、測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ4 ＋ｂＲ6 ＋ｃＲ8 ＋・・・ （式１６） に最小自乗フィッティングすることで可能である。
ラインアンドスペースパターンの周期を式１或いは式２
に示す条件内で変えた２種類以上の評価パターンを用意
し、測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ4 ＋ｂＲ6 ＋ｃＲ8 ＋・・・ （式１６） に最小自乗フィッティングすることで可能である。
【００５１】次に、非点収差の測定について説明する。
図１２に示すパターンを露光量を固定したままマイクロ
ステップで徐々にフォーカス位置を変えながらレジスト
を塗布した基板上に露光する。このパターンは、照明コ
ヒーレンスファクターσと式１或いは式２から限定され
る周期パターンを縦に並べたパターン１１１、横に並べ
たパターン１１２、斜め４５度方向に並べたパターン１
１３、斜め−４５度方向に並べたパターン１１４で構成
されている。
図１２に示すパターンを露光量を固定したままマイクロ
ステップで徐々にフォーカス位置を変えながらレジスト
を塗布した基板上に露光する。このパターンは、照明コ
ヒーレンスファクターσと式１或いは式２から限定され
る周期パターンを縦に並べたパターン１１１、横に並べ
たパターン１１２、斜め４５度方向に並べたパターン１
１３、斜め−４５度方向に並べたパターン１１４で構成
されている。
【００５２】ゼルニケの非点収差を表わすＺ5 、Ｚ6 の
項は以下の式 Ｗ（Ｒ，θ）＝Ｚ5 ・Ｒ2 cos２θ＋Ｚ6 ・Ｒ2 sin２θ （式１７） で表わされる。
項は以下の式 Ｗ（Ｒ，θ）＝Ｚ5 ・Ｒ2 cos２θ＋Ｚ6 ・Ｒ2 sin２θ （式１７） で表わされる。
【００５３】球面収差の測定の際と同様に、各方向のパ
ターンでのジャストフォーカス位置を測定し、縦パター
ン１１１と横パターン１１２のフォーカス差をδＦ5 、
＋４５度パターン１１３と−４５゜パターン１１４のフ
ォーカス差をδＦ6 とすると、Ｚ5 、Ｚ6 は Ｚ5 ＝（δＦ5 ／４λ）（ＮＡ2 ） Ｚ6 ＝（δＦ6 ／４λ）（ＮＡ2 ） （式１８） で表わすことができる。
ターンでのジャストフォーカス位置を測定し、縦パター
ン１１１と横パターン１１２のフォーカス差をδＦ5 、
＋４５度パターン１１３と−４５゜パターン１１４のフ
ォーカス差をδＦ6 とすると、Ｚ5 、Ｚ6 は Ｚ5 ＝（δＦ5 ／４λ）（ＮＡ2 ） Ｚ6 ＝（δＦ6 ／４λ）（ＮＡ2 ） （式１８） で表わすことができる。
【００５４】さらに、高次の収差まで測定する為には、
パターンの周期を式１に示す条件内で変えた複数種類の
評価パターンを用意し、測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ2 ＋ｂＲ4 ＋ｃＲ6 ＋・・・ （式１９） に最小自乗フィッティングすることで可能である。
パターンの周期を式１に示す条件内で変えた複数種類の
評価パターンを用意し、測定結果を以下の式 Ｗ（Ｒ）＝ａＲ2 ＋ｂＲ4 ＋ｃＲ6 ＋・・・ （式１９） に最小自乗フィッティングすることで可能である。
【００５５】以下、本発明の幾つかの具体例について説
明する。まず、第１の具体例について説明する。クリプ
トンフロライドエキシマレーザー光を光源とし、投影レ
ンズの開口数ＮＡが０．６の露光装置を用い、照明光学
系のコヒーレンスファクターσを０．３として、図７に
示すパターンを全面に配置したホトマスクを用いて露光
位置をシフトさせて二重露光した。反射防止膜（シプレ
ー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚で塗布し、ポジ形ホトレジス
ト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗布したウ
エハ基板上に、パターン６１を露光量１６ｍＪ／ｃｍ2
で露光し、続けてパターン６４を重ねて露光量１０ｍＪ
／ｃｍ2 で露光し、二重露光後に０．２１規定のＴＭＡ
Ｈ現像液を用いて現像を行い、図８に示す評価用パター
ンを得た。
明する。まず、第１の具体例について説明する。クリプ
トンフロライドエキシマレーザー光を光源とし、投影レ
ンズの開口数ＮＡが０．６の露光装置を用い、照明光学
系のコヒーレンスファクターσを０．３として、図７に
示すパターンを全面に配置したホトマスクを用いて露光
位置をシフトさせて二重露光した。反射防止膜（シプレ
ー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚で塗布し、ポジ形ホトレジス
ト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗布したウ
エハ基板上に、パターン６１を露光量１６ｍＪ／ｃｍ2
で露光し、続けてパターン６４を重ねて露光量１０ｍＪ
／ｃｍ2 で露光し、二重露光後に０．２１規定のＴＭＡ
Ｈ現像液を用いて現像を行い、図８に示す評価用パター
ンを得た。
【００５６】この評価パターンは、横２５ｍｍ×縦８ｍ
ｍの露光領域内で３３点（１１×３）用意されており、
通常のオーバーレイ検査装置を用いて測定した。その結
果を図９に示す。位置ずれベクトルは最大２０ｎｍを示
した。この最大値δx ＝２０ｎｍを式９に代入し、本露
光装置のコマ収差を０．１２λと算出できた。
ｍの露光領域内で３３点（１１×３）用意されており、
通常のオーバーレイ検査装置を用いて測定した。その結
果を図９に示す。位置ずれベクトルは最大２０ｎｍを示
した。この最大値δx ＝２０ｎｍを式９に代入し、本露
光装置のコマ収差を０．１２λと算出できた。
【００５７】次に、第２の具体例について説明する。反
射防止膜（シプレー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚、ポジ型ホ
トレジスト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗
布したウエハ基板上に、図１０に示すパターンを露光量
１０ｍＪ／ｃｍ2 で固定したままマイクロステップで露
光した。具体的には、クリプトンフロライドエキシマレ
ーザー光を光源とし、投影レンズの開口数ＮＡが０．６
の露光装置を用い、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ーσを０．１５として、フォーカスを０．０１μｍずつ
変化させながら露光した。１０ｍＪ／ｃｍ2 の露光量
は、０．３０μｍラインアンドスペースパターンや０．
４５μｍラインアンドスペースパターンを１：１で形成
する露光量よりもやや少なめである。
射防止膜（シプレー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚、ポジ型ホ
トレジスト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗
布したウエハ基板上に、図１０に示すパターンを露光量
１０ｍＪ／ｃｍ2 で固定したままマイクロステップで露
光した。具体的には、クリプトンフロライドエキシマレ
ーザー光を光源とし、投影レンズの開口数ＮＡが０．６
の露光装置を用い、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ーσを０．１５として、フォーカスを０．０１μｍずつ
変化させながら露光した。１０ｍＪ／ｃｍ2 の露光量
は、０．３０μｍラインアンドスペースパターンや０．
４５μｍラインアンドスペースパターンを１：１で形成
する露光量よりもやや少なめである。
【００５８】ＳＥＭを用いてスペース幅を測長し、フォ
ーカス変化による寸法変動をフォーカス位置に対する２
次関数で最小自乗フィッティングし、その極大値をこの
パターンに対するジャストフォーカスとした。全種類の
パターンでジャストフォーカスを比較すると、パターン
９１とパターン９２のジャストフォーカスの平均値とパ
ターン９３とパターン９４の平均値の差δＦが１２０ｎ
ｍであった。この測定結果を式１５へ代入することによ
って、Ｚ9 は０．０２λと計算することができた。
ーカス変化による寸法変動をフォーカス位置に対する２
次関数で最小自乗フィッティングし、その極大値をこの
パターンに対するジャストフォーカスとした。全種類の
パターンでジャストフォーカスを比較すると、パターン
９１とパターン９２のジャストフォーカスの平均値とパ
ターン９３とパターン９４の平均値の差δＦが１２０ｎ
ｍであった。この測定結果を式１５へ代入することによ
って、Ｚ9 は０．０２λと計算することができた。
【００５９】次に、第3 の具体例について説明する。反
射防止膜（シプレー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚、ポジ型ホ
トレジスト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗
布したウエハ基板上に、図１２に示すパターンを露光量
１０ｍＪ／ｃｍ2 で固定したままマイクロステップで露
光した。具体的には、クリプトンフロライドエキシマレ
ーザー光を光源とし、投影レンズの開口数ＮＡが０．６
の露光装置を用い、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ーσを０．１５として、フォーカスを０．０１μｍずつ
変化させながら露光した。
射防止膜（シプレー製ＡＲ３）を６０ｎｍ厚、ポジ型ホ
トレジスト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．３μｍ厚で塗
布したウエハ基板上に、図１２に示すパターンを露光量
１０ｍＪ／ｃｍ2 で固定したままマイクロステップで露
光した。具体的には、クリプトンフロライドエキシマレ
ーザー光を光源とし、投影レンズの開口数ＮＡが０．６
の露光装置を用い、照明光学系のコヒーレンスファクタ
ーσを０．１５として、フォーカスを０．０１μｍずつ
変化させながら露光した。
【００６０】ジャストフォーカス位置を測定した結果、
縦パターン１１１と横パターン１１２のフォーカス差δ
Ｆ5 は６０ｎｍで、＋４５度パターン１１３と−４５度
パターン１１４のフォーカス差δＦ6 は８０ｎｍであっ
た。この測定結果を式１８に代入して、それぞれＺ5 ＝
０．０２λ、Ｚ6 ＝０．０３λと算出できた。
縦パターン１１１と横パターン１１２のフォーカス差δ
Ｆ5 は６０ｎｍで、＋４５度パターン１１３と−４５度
パターン１１４のフォーカス差δＦ6 は８０ｎｍであっ
た。この測定結果を式１８に代入して、それぞれＺ5 ＝
０．０２λ、Ｚ6 ＝０．０３λと算出できた。
【００６１】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して
実施することが可能である。
が、本発明はこれらの実施形態に限定されるものでな
く、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して
実施することが可能である。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、簡単な測定と簡単な計
算式によって、コマ収差、球面収差、非点収差を算出す
ることができ、投影レンズの収差のみに帰着したレンズ
収差の絶対評価を短時間で高精度に行なうことが可能と
なる。
算式によって、コマ収差、球面収差、非点収差を算出す
ることができ、投影レンズの収差のみに帰着したレンズ
収差の絶対評価を短時間で高精度に行なうことが可能と
なる。
【図１】ホトマスク上のパターンを基板上に転写する様
子を模式的に示した図。
子を模式的に示した図。
【図２】投影レンズの波面収差と基板上の光線がずれる
様子を模式的に示した図。
様子を模式的に示した図。
【図３】投影レンズの瞳面上におけるレンズの開口数と
コヒーレンスファクターσのときの回折光の関係を示し
た図。
コヒーレンスファクターσのときの回折光の関係を示し
た図。
【図４】本発明において式１及び式２の条件を満たす範
囲を示した図。
囲を示した図。
【図５】本発明における瞳面上での回折光について示し
た図。
た図。
【図６】本発明における波面収差とフォーカス位置との
関係を模式的に示した図。
関係を模式的に示した図。
【図７】本発明のコマ収差の測定に用いるホトマスク上
のパターンを示した図。
のパターンを示した図。
【図８】図７のパターンを用いて形成されたパターンを
示した図。
示した図。
【図９】コマ収差の測定結果における位置ずれ分布につ
いて示した図。
いて示した図。
【図１０】本発明における球面収差の測定に用いるホト
マスク上のパターンを示した図。
マスク上のパターンを示した図。
【図１１】図１０のパターンを用いて測定されたフォー
カス位置が示す波面収差と球面収差との関係について示
した図。
カス位置が示す波面収差と球面収差との関係について示
した図。
【図１２】本発明における非点収差の測定に用いるホト
マスク上のパターンを示した図。
マスク上のパターンを示した図。
【図１３】コヒーレンスファクターσに対するラインア
ンドスペースパターンの適用可能な周期の範囲について
示した図。
ンドスペースパターンの適用可能な周期の範囲について
示した図。
１…照明光学系 ２…ホトマスク ３…投影光学系 ４…基板 １１、１５…理想波面 １２、１６…収差がある場合の波面 １３…レンズ １４、２０…結像位置 １７…波面収差 １８…理想光線 １９…収差がある場合の光線 ２１…縦収差 ２２…横収差 ３１、４１…投影レンズの開口数 ３２…照明光学系の開口数 ３３…−３次回折光 ３４…−２次回折光 ３５、４４…−１次回折光 ３６、４２…０次回折光 ３７、４３…＋１次回折光 ３８…＋２次回折光 ３９…＋３次回折光 ５１…収差関数 ５２…デフォーカスを表す収差関数 ５３…０次回折光の波面収差 ５４…＋１次回折光の波面収差 ５５…−１次回折光の波面収差 ６１…１回目の露光パターン ６２、７１…大きいパターン ６３…ラインアンドスペースパターン ６４…２回目の露光パターン ６５…パターン６２を覆うパターン ６６…パターン６３の一部を覆うパターン ７２…パターン６３の一部分のパターン ９１、９１、９３、９４…ラインアンドスペースパター
ン １１１、１１２、１１３、１１４…ラインアンドスペー
スパターン
ン １１１、１１２、１１３、１１４…ラインアンドスペー
スパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 G01M 11/02 G03F 9/00 H01L 21/027
Claims (14)
- 【請求項１】 照明光を、照明光学系を介してホトマス
クに照射し、 前記ホトマスクに形成され、周期パターンを含むマーク
を、投影光学系を介して基板上に投影し、 前記ホトマスクに形成されたマークの周期パターンに対
応し、下記式１の条件を満たす周期パターンを含む評価
マークを、前記基板上に形成し、 λ／｛NA（１−σ）｝ ≦ Ｐ１ ≦ ３λ／｛NA（１＋σ）｝ （式１） Ｐ１：評価マークの周期パターンの周期 ＮＡ：投影レンズの開口数 λ：照明光の波長 σ：照明光学系のコヒーレンスファクター 前記評価マークを測定し、この結果に基づいて、前記投
影レンズの収差を測定する ことを特徴とするレンズの収
差測定方法。 - 【請求項２】 前記ホトマスクに形成されたマークの周
期パターンは、ライン アンド スペースパターンである
ことを特徴とする請求項１に記載のレンズの収差測定方
法。 - 【請求項３】 前記ホトマスクに形成されたマークの周
期パターンのライン幅とスペース幅とは、ほぼ等しいこ
とを特徴とする請求項２に記載のレンズの収差測定方
法。 - 【請求項４】 前記評価マークの周期パターンの周期Ｐ
１は、 λ／｛NA（１−σ）｝ ≦ Ｐ１ ≦ ２λ／｛NA（１＋σ）｝ の条件を、さらに満たすことを特徴とする請求項１に記
載の レンズの収差測定方法。 - 【請求項５】 前記ホトマスクに形成されたマークの周
期パターンは、ライン アンド スペースパターンであ
り、 前記ホトマスクに形成されたマークの周期パターンのラ
イン幅とスペース幅とは、異なることを特徴とする請求
項４に記載の レンズの収差測定方法 - 【請求項６】 前記ホトマスクに形成されたマークは、
前記周期パターンが形成された開口を有する開口パター
ンをさらに含み、 前記評価マークは、前記ホトマスクに形成されたマーク
の開口パターンに対応した開口パターンをさらに含むこ
とを特徴とする請求項１に記載の レンズの収差測定方法 - 【請求項７】 前記評価マークの開口パターンの位置
と、この評価マークの周期パターンの位置との差を測定
し、この結果に基づいて、前記投影レンズのコマ収差を
測定することを特徴とする請求項６に記載のレンズの収
差測定方法 - 【請求項８】 前記ホトマスクに形成されたマークは、
第２の周期パターンをさらに含み、 前記評価マークは、前記ホトマスクに形成されたマーク
の第２の周期パターンに対応し、下記式２の条件を満た
す第２の周期パターンをさらに含むことを特徴とする請
求項１に記載の レンズの収差測定方法 λ／｛NA（１−σ）｝ ≦ Ｐ２ ≦ ３λ／｛NA（１＋σ）｝ （式２） Ｐ２：評価マークの第２の周期パターンの周期。ただ
し、Ｐ２はＰ１と異なる。 - 【請求項９】 前記評価マークの周期パターンの位置
と、この評価マークの第２の周期パターンの位置との差
を測定し、この結果に基づいて、前記投影レンズのコマ
収差を測定することを特徴とする請求項８に記載のレン
ズの収差測定方法。 - 【請求項１０】 前記評価マークを、前記基板上にフォ
ーカスを変えて複数形成することを特徴とする請求項８
に記載のレンズの収差測定方法。 - 【請求項１１】 前記評価マークの周期パターンのジャ
ストフォーカスと、この評価マークの第２の周期パター
ンのジャストフォーカスとの差を測定し、この結果に基
づいて、前記投影レンズの球面収差を測定することを特
徴とする請求項１０に記載のレンズの収差測定方法。 - 【請求項１２】 前記ホトマスクに形成されたマーク
は、第３の周期パターンをさらに含み、 前記評価マークは、前記ホトマスクに形成されたマーク
の第３の周期パターンに対応し、前記周期Ｐ１とほぼ同
じ周期Ｐ３を有し、方向が異なる第３の周期パターンを
さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の レンズの
収差測定方法 - 【請求項１３】 前記評価マークを、前記基板上にフォ
ーカスを変えて複数形成することを特徴とする請求項１
２に記載のレンズの収差測定方法 - 【請求項１４】 前記評価マークの周期パターンのジャ
ストフォーカスと、前記評価マークの第３の周期パター
ンのジャストフォーカスとの差を測定し、この結果に基
づいて、前記投影レンズの非点収差を測定することを特
徴とする請求項１３に記載のレンズの収差測定方法。
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|---|---|---|---|
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| JP03747398A JP3256678B2 (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | レンズの収差測定方法 |
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| JP03747398A Expired - Fee Related JP3256678B2 (ja) | 1998-02-19 | 1998-02-19 | レンズの収差測定方法 |
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- 1999-02-18 US US09/251,997 patent/US6130747A/en not_active Expired - Lifetime
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