JP3259190B2 - 投影光学系のディストーション検査方法 - Google Patents
投影光学系のディストーション検査方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子、又は液晶
表示素子等の製造時に使われる投影露光装置等に組み込
まれた超精密投影光学系のディストーション（倍率誤
差、投影像の歪曲収差）等を計測する方法に関するもの
である。
表示素子等の製造時に使われる投影露光装置等に組み込
まれた超精密投影光学系のディストーション（倍率誤
差、投影像の歪曲収差）等を計測する方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、投影露光装置内の投影光学系は極
めてきびしい規格のもとで設計、製造が行なわれてい
る。特に投影光学系のディストーション特性について
は、投影露光装置に組み込んだ状態で最も良好になるよ
うに調整される。この際、そのディストーション特性は
いくつかの公知の方法のうちの１つで計測される。そこ
でそれらの公知の方法について以下説明する。
めてきびしい規格のもとで設計、製造が行なわれてい
る。特に投影光学系のディストーション特性について
は、投影露光装置に組み込んだ状態で最も良好になるよ
うに調整される。この際、そのディストーション特性は
いくつかの公知の方法のうちの１つで計測される。そこ
でそれらの公知の方法について以下説明する。
【０００３】 特公昭６３−３８６９７号公報 この公報に開示された方法は、テストレチクル上に形成
された主バーニア（主尺）と副バーニア（副尺）とを、
感光基板（ダミーウェハ等）のレジスト層に重ね焼き
し、現像した後のレジストパターン（主尺、副尺）のず
れ量を目視検査するものである。具体的にはテストレチ
クルＲｔの中心点とパターン形成領域内の測定したい複
数点との夫々に、主バーニアパターンＢｍと副バーニア
パターンＢｓとを接近させて形成する。検査にあたって
は、レチクルＲｔの全面を感光基板上の一定位置に露光
した後、中心点の主バーニアパターンＢｍの投影像が、
先に露光された他の複数点の副バーニアパターンＢｓの
各位置に重なるように、感光基板を順次移動させては露
光することを繰り返す。その移動はレーザ干渉計等の高
精度測長器を備えた精密移動ステージによって行なわ
れ、またその移動量はレチクルＲｔ上の中心点と他の複
数点との設計上の間隔に対応して一義的に決められてお
り、その間隔分に応じた距離だけ移動ステージを精密に
移動させてから、感光基板上に先に露光されている副バ
ーニアパターンＢｓの位置に、中心点の主バーニアパタ
ーンＢｍの投影像を露光する。
された主バーニア（主尺）と副バーニア（副尺）とを、
感光基板（ダミーウェハ等）のレジスト層に重ね焼き
し、現像した後のレジストパターン（主尺、副尺）のず
れ量を目視検査するものである。具体的にはテストレチ
クルＲｔの中心点とパターン形成領域内の測定したい複
数点との夫々に、主バーニアパターンＢｍと副バーニア
パターンＢｓとを接近させて形成する。検査にあたって
は、レチクルＲｔの全面を感光基板上の一定位置に露光
した後、中心点の主バーニアパターンＢｍの投影像が、
先に露光された他の複数点の副バーニアパターンＢｓの
各位置に重なるように、感光基板を順次移動させては露
光することを繰り返す。その移動はレーザ干渉計等の高
精度測長器を備えた精密移動ステージによって行なわ
れ、またその移動量はレチクルＲｔ上の中心点と他の複
数点との設計上の間隔に対応して一義的に決められてお
り、その間隔分に応じた距離だけ移動ステージを精密に
移動させてから、感光基板上に先に露光されている副バ
ーニアパターンＢｓの位置に、中心点の主バーニアパタ
ーンＢｍの投影像を露光する。
【０００４】現像後の感光基板には、レチクルＲｔ上の
中心点に対応する主バーニアパターンのレジスト像の周
辺に主バーニアパターンと副バーニアパターンとが重な
り合ったレジスト像が複数ケ所に形成される。その重な
り合ったバーニアのレジスト像を目視（顕微鏡）によっ
て読み取ると、その点での重ね合わせ誤差量が求まる。
移動ステージの送りが十分に正確であれば、バーニアの
読み値（重ね合わせ誤差量）はその点でのディストーシ
ョン量に相当したものとなる。そこで重なり合ったバー
ニアレジスト像を各点で読むことによって、各点でのデ
ィストーション量（偏差量）を求め、投影光学系の投影
視野全体でのディストーション特性を確認している。
中心点に対応する主バーニアパターンのレジスト像の周
辺に主バーニアパターンと副バーニアパターンとが重な
り合ったレジスト像が複数ケ所に形成される。その重な
り合ったバーニアのレジスト像を目視（顕微鏡）によっ
て読み取ると、その点での重ね合わせ誤差量が求まる。
移動ステージの送りが十分に正確であれば、バーニアの
読み値（重ね合わせ誤差量）はその点でのディストーシ
ョン量に相当したものとなる。そこで重なり合ったバー
ニアレジスト像を各点で読むことによって、各点でのデ
ィストーション量（偏差量）を求め、投影光学系の投影
視野全体でのディストーション特性を確認している。
【０００５】 特開昭５９−９４０３２号公報 この公報に開示された方法は、先の従来例と異なり、
感光基板への焼き付けを不要としたものであり、投影露
光装置内の移動ステージ上に微小スリット開口付きの光
電センサーを設け、投影されたレチクルパターンの一部
を直接光電検出するようにしたものである。具体的に
は、テストレチクル上の設計で決められた複数の位置の
夫々にスリット状のマークを形成しておき、このレチク
ルの全面を投影光学系によって移動ステージ側へ投影す
る。そして投影された各マークの像が光電センサーで検
出されるように移動ステージを移動させ、その位置をレ
ーザ干渉計で計測することによって、各マークの投影位
置が求まる。その後、計測された各マーク位置と、レチ
クル上でのマーク配置との関係から、計算によって投影
光学系のディストーション特性を求めている。
感光基板への焼き付けを不要としたものであり、投影露
光装置内の移動ステージ上に微小スリット開口付きの光
電センサーを設け、投影されたレチクルパターンの一部
を直接光電検出するようにしたものである。具体的に
は、テストレチクル上の設計で決められた複数の位置の
夫々にスリット状のマークを形成しておき、このレチク
ルの全面を投影光学系によって移動ステージ側へ投影す
る。そして投影された各マークの像が光電センサーで検
出されるように移動ステージを移動させ、その位置をレ
ーザ干渉計で計測することによって、各マークの投影位
置が求まる。その後、計測された各マーク位置と、レチ
クル上でのマーク配置との関係から、計算によって投影
光学系のディストーション特性を求めている。
【０００６】 特開昭６３−１７７４２１号公報 この公報に開示された方法は、上記、の従来技術の光
電センサーの代りに、スリット状の発光マークを移動ス
テージ上に設け、この発光マークを投影光学系を介して
レチクル側へ逆投影し、移動ステージを移動させてレチ
クル上のマークを発光マーク像で走査し、レチクルを透
過した光量を露光用照明光学系内に設けた光電センサー
で受光する方式を用いるものである。そしてこの発光マ
ークとレチクル上の複数のマークの夫々とが重なる移動
ステージの座標位置をレーザ干渉計で計測し、計測座標
値とレチクル上のマーク配置とに基づいてディストーシ
ョン特性を計測している。
電センサーの代りに、スリット状の発光マークを移動ス
テージ上に設け、この発光マークを投影光学系を介して
レチクル側へ逆投影し、移動ステージを移動させてレチ
クル上のマークを発光マーク像で走査し、レチクルを透
過した光量を露光用照明光学系内に設けた光電センサー
で受光する方式を用いるものである。そしてこの発光マ
ークとレチクル上の複数のマークの夫々とが重なる移動
ステージの座標位置をレーザ干渉計で計測し、計測座標
値とレチクル上のマーク配置とに基づいてディストーシ
ョン特性を計測している。
【０００７】 その他の手法 他の方法として、予め位置のわかっている複数のマーク
が形成されたテストレチクルを、投影光学系を介して感
光基板上に露光し、現像後に生成された各マークのレジ
スト像の位置関係を、高精度な測定装置で直接計測し、
その計測値をレチクル上の各マークの設計位置と比較す
ることでディストーション特性を求めることも可能であ
る。また現像を伴なわない方法として、感光基板のレジ
スト層に露光されたマークの潜像、又は感光基板の表面
にレジスト層の代りに形成されたフォトクロミック層に
露光して可視化されたマーク像を検出することも可能で
ある。
が形成されたテストレチクルを、投影光学系を介して感
光基板上に露光し、現像後に生成された各マークのレジ
スト像の位置関係を、高精度な測定装置で直接計測し、
その計測値をレチクル上の各マークの設計位置と比較す
ることでディストーション特性を求めることも可能であ
る。また現像を伴なわない方法として、感光基板のレジ
スト層に露光されたマークの潜像、又は感光基板の表面
にレジスト層の代りに形成されたフォトクロミック層に
露光して可視化されたマーク像を検出することも可能で
ある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の各従
来技術には、それぞれ以下のような欠点、又は問題点が
存在する。まず、の技術においては、感光基板を載置
するステージを２次元的に繰り返しステップ移動させて
一部重複露光するため、各ステップ移動位置へのステー
ジの静止精度やヨーイング精度等がディストーション量
の計測値に誤差となって含まれてしまう。さらに、テス
トレチクルＲｔ上の中心部の主バーニアパターンＢｍか
ら周辺部の副バーニアパターンＢｓまでの距離は、最大
５０mm程度と長くなるため、テストレチクル製造時のバ
ーニアパターンの描画誤差（配置誤差）が大きくなるこ
とがあり、これがディストーション量の計測値に誤差と
なって含まれてくる。このようなレチクル製造時の誤差
分は、予め別の高精度な測定装置を用いて計測してお
き、ディストーション量の算出時に補正値とすれば相殺
されることになるが、その補正量の精度分、換言すれば
高精度な測定装置の計測精度分の誤差は残留してしま
う。
来技術には、それぞれ以下のような欠点、又は問題点が
存在する。まず、の技術においては、感光基板を載置
するステージを２次元的に繰り返しステップ移動させて
一部重複露光するため、各ステップ移動位置へのステー
ジの静止精度やヨーイング精度等がディストーション量
の計測値に誤差となって含まれてしまう。さらに、テス
トレチクルＲｔ上の中心部の主バーニアパターンＢｍか
ら周辺部の副バーニアパターンＢｓまでの距離は、最大
５０mm程度と長くなるため、テストレチクル製造時のバ
ーニアパターンの描画誤差（配置誤差）が大きくなるこ
とがあり、これがディストーション量の計測値に誤差と
なって含まれてくる。このようなレチクル製造時の誤差
分は、予め別の高精度な測定装置を用いて計測してお
き、ディストーション量の算出時に補正値とすれば相殺
されることになるが、その補正量の精度分、換言すれば
高精度な測定装置の計測精度分の誤差は残留してしま
う。
【０００９】またの従来技術では、多数回の一部重複
露光を必須とするので、全ての重複露光が完了するまで
比較的長い時間がかかる。測定のために露光作業時間が
長くなるのは、オペレータの負担、スループットの低下
があることもさることながら、移動ステージの位置測定
に使われるレーザ干渉計の安定性（空気ゆらぎ等）に起
因した位置決め精度の劣化（ドリフト）の影響をそのま
ま受けるという点で大きな問題点となる。
露光を必須とするので、全ての重複露光が完了するまで
比較的長い時間がかかる。測定のために露光作業時間が
長くなるのは、オペレータの負担、スループットの低下
があることもさることながら、移動ステージの位置測定
に使われるレーザ干渉計の安定性（空気ゆらぎ等）に起
因した位置決め精度の劣化（ドリフト）の影響をそのま
ま受けるという点で大きな問題点となる。
【００１０】次の、の従来技術においては、の技
術で必須の現像処理がないだけオペレータの負担は軽減
されるが、移動ステージの走り精度、レーザ干渉計の安
定性、レチクル上のマークの配置誤差等の問題について
は、の技術の場合と全く同じに発生することになる。
さらに、の技術でも、ステージの移動回数が多く、
このため、全てのマーク（例えば２００ケ所程度）の位
置を計測し終るまで、かなりの時間がかかることにな
る。
術で必須の現像処理がないだけオペレータの負担は軽減
されるが、移動ステージの走り精度、レーザ干渉計の安
定性、レチクル上のマークの配置誤差等の問題について
は、の技術の場合と全く同じに発生することになる。
さらに、の技術でも、ステージの移動回数が多く、
このため、全てのマーク（例えば２００ケ所程度）の位
置を計測し終るまで、かなりの時間がかかることにな
る。
【００１１】の従来技術のうち、潜像等を検出する場
合は、現像処理が省略される点では楽であるが、潜像の
検出精度の向上が課題となるばかりでなく、先のの技
術と同様、移動ステージの走り精度レーザ干渉計の時間
的安定性、レチクルマークの配置誤差等も、さけられな
い問題として残っていた。以上、従来のディストーショ
ン計測では、露光装置側の問題として移動ステージのス
テップ移動精度や走り精度（レーザ干渉計の不安定要因
も含む）が共通した欠点となっている。さらにの技術
では露光作業に多大の時間が必要になり、、、の
技術では計測作業に多大の時間が必要になるといった問
題点があった。
合は、現像処理が省略される点では楽であるが、潜像の
検出精度の向上が課題となるばかりでなく、先のの技
術と同様、移動ステージの走り精度レーザ干渉計の時間
的安定性、レチクルマークの配置誤差等も、さけられな
い問題として残っていた。以上、従来のディストーショ
ン計測では、露光装置側の問題として移動ステージのス
テップ移動精度や走り精度（レーザ干渉計の不安定要因
も含む）が共通した欠点となっている。さらにの技術
では露光作業に多大の時間が必要になり、、、の
技術では計測作業に多大の時間が必要になるといった問
題点があった。
【００１２】そこで本発明は、それらの問題点を解決
し、精度を向上させたディストーション検査方法を提供
することを目的とする。
し、精度を向上させたディストーション検査方法を提供
することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決する為の手段】そこで本発明においては、
テストレチクル上の計測用マークを感光性基板（フォト
レジスト層、又はフォトクロミック層で被覆された基
板）へ重ね合わせ露光する回数を最低限２回にするよう
にし、その間、移動ステージの移動は１回だけにするよ
うにした。すなわち本発明では、検査すべき投影光学系
の視野内でディストーション量を測定すべき複数の点の
夫々に対応したマスク（レチクルＲ）の各位置に、第１
の計測用パターン（ＢＭｘ、又はＢＭｙ）と第２の計測
用パターン（ＢＳｘ、又はＢＳｙ）との一対を、一方向
（Ｘ方向、又はＹ方向）に一定量の間隔ΔＴ（ΔＸ、又
はΔＹ）で接近して設けたマスクを感光基板（ウェハ
Ｗ）へ投影露光する第１工程を実施する。その後、ただ
ちにマスクと感光基板とを相対的に間隔ΔＴで決まる量
だけ移動（マスクを移動させるときはΔＴ、ウェハＷを
移動させるときは投影倍率Ｍを考慮してＭ・ΔＴ）させ
てから、同じマスクのパターンを感光基板へ投影露光す
る第２工程を実施する。間隔ΔＴはマスク上では１mm程
度であるため、第１工程の露光と第２工程の露光との間
の時間的な間隔は、マスクやウェハの移動時間のみであ
り、通常は１秒以内である。その後、感光基板上に形成
された第１計測用パターンと第２計測パターンとの重ね
合わせ像（非測定方向に横ずれしていてもよい）の相対
的なずれ量を、投影視野の互いに異なる複数の像高点の
夫々について測定する。この測定値は、ディストーショ
ン曲線上の対応する像高点での微小幅ΔＴに関する微分
値、換言すればある像高点におけるディストーション曲
線上の傾き量になっている。
テストレチクル上の計測用マークを感光性基板（フォト
レジスト層、又はフォトクロミック層で被覆された基
板）へ重ね合わせ露光する回数を最低限２回にするよう
にし、その間、移動ステージの移動は１回だけにするよ
うにした。すなわち本発明では、検査すべき投影光学系
の視野内でディストーション量を測定すべき複数の点の
夫々に対応したマスク（レチクルＲ）の各位置に、第１
の計測用パターン（ＢＭｘ、又はＢＭｙ）と第２の計測
用パターン（ＢＳｘ、又はＢＳｙ）との一対を、一方向
（Ｘ方向、又はＹ方向）に一定量の間隔ΔＴ（ΔＸ、又
はΔＹ）で接近して設けたマスクを感光基板（ウェハ
Ｗ）へ投影露光する第１工程を実施する。その後、ただ
ちにマスクと感光基板とを相対的に間隔ΔＴで決まる量
だけ移動（マスクを移動させるときはΔＴ、ウェハＷを
移動させるときは投影倍率Ｍを考慮してＭ・ΔＴ）させ
てから、同じマスクのパターンを感光基板へ投影露光す
る第２工程を実施する。間隔ΔＴはマスク上では１mm程
度であるため、第１工程の露光と第２工程の露光との間
の時間的な間隔は、マスクやウェハの移動時間のみであ
り、通常は１秒以内である。その後、感光基板上に形成
された第１計測用パターンと第２計測パターンとの重ね
合わせ像（非測定方向に横ずれしていてもよい）の相対
的なずれ量を、投影視野の互いに異なる複数の像高点の
夫々について測定する。この測定値は、ディストーショ
ン曲線上の対応する像高点での微小幅ΔＴに関する微分
値、換言すればある像高点におけるディストーション曲
線上の傾き量になっている。
【００１４】そして次に、測定されたずれ量を像高値の
順番に順次積算することで、その像高点でのディストー
ション量を算出する工程を実施する。ここで言う積算と
は、例えばある像高点でのディストーション量を、その
点よりも小さい像高点の夫々で測定された値の加算値と
して求めることを意味する。
順番に順次積算することで、その像高点でのディストー
ション量を算出する工程を実施する。ここで言う積算と
は、例えばある像高点でのディストーション量を、その
点よりも小さい像高点の夫々で測定された値の加算値と
して求めることを意味する。
【００１５】
【作用】本発明の原理を図１を参照して説明する。図１
（Ａ）は、投影光学系の視野の中心、すなわち光軸から
の像高をＸ軸（横軸）にとり、ディストーション量Ｄ
（ｘ）を縦軸にとったディストーション特性の一例であ
る。レチクル上に形成される計測用パターンはＸ方向に
一定間隔Ｓｘ（例えばレチクル上で５mm）で複数個配置
され、各計測用パターン内で重ね合わせすべきパターン
同士はＸ方向にΔＸ（ΔＸ<<Ｓｘ）だけ離れているもの
とする。感光基板上に最初に露光された計測用パターン
群（Ｘ軸上に間隔Ｓｘで位置する）は、図１（Ａ）のよ
うなディストーション特性を伴って転写されている。こ
こでディストーション量Ｄ（ｘ）は、本来、理想格子点
に転写されるべき点像が、その理想格子点に対して投影
視野内で光軸から離れる方向に変位したときに正の値を
取り、逆に光軸に近づく方向に変位したとき負の値を取
るものとする。
（Ａ）は、投影光学系の視野の中心、すなわち光軸から
の像高をＸ軸（横軸）にとり、ディストーション量Ｄ
（ｘ）を縦軸にとったディストーション特性の一例であ
る。レチクル上に形成される計測用パターンはＸ方向に
一定間隔Ｓｘ（例えばレチクル上で５mm）で複数個配置
され、各計測用パターン内で重ね合わせすべきパターン
同士はＸ方向にΔＸ（ΔＸ<<Ｓｘ）だけ離れているもの
とする。感光基板上に最初に露光された計測用パターン
群（Ｘ軸上に間隔Ｓｘで位置する）は、図１（Ａ）のよ
うなディストーション特性を伴って転写されている。こ
こでディストーション量Ｄ（ｘ）は、本来、理想格子点
に転写されるべき点像が、その理想格子点に対して投影
視野内で光軸から離れる方向に変位したときに正の値を
取り、逆に光軸に近づく方向に変位したとき負の値を取
るものとする。
【００１６】次にレチクルと感光基板とを相対的にΔＸ
だけずらして再び露光を行なう。このとき、感光基板上
に転写される計測用パターン群は、図１（Ｂ）中の破線
で示したディストーション特性Ｄ（ｘ＋ΔＸ）を伴って
露光される。こうして、ΔＸの変位を与えた重ね合せ露
光によって、Ｘ方向に間隔Ｓｘで形成された２つのパタ
ーンのＸ方向のずれ量を、間隔Ｓｘ毎の各位置ｘ0 、ｘ
1 、ｘ2 ……について計測する。それによって図１
（Ｃ）のようなデータが得られる。各位置ｘ0 、ｘ1 、
ｘ2 ……の夫々でのずれ量Ｄ'(ｘ）は、その位置におけ
る２つのディストーション特性Ｄ（ｘ）とＤ（ｘ＋Δ
Ｘ）との差分に相当するものであり、換言するとディス
トーション特性Ｄ（ｘ）上での微分係数（傾き量）に対
応している。
だけずらして再び露光を行なう。このとき、感光基板上
に転写される計測用パターン群は、図１（Ｂ）中の破線
で示したディストーション特性Ｄ（ｘ＋ΔＸ）を伴って
露光される。こうして、ΔＸの変位を与えた重ね合せ露
光によって、Ｘ方向に間隔Ｓｘで形成された２つのパタ
ーンのＸ方向のずれ量を、間隔Ｓｘ毎の各位置ｘ0 、ｘ
1 、ｘ2 ……について計測する。それによって図１
（Ｃ）のようなデータが得られる。各位置ｘ0 、ｘ1 、
ｘ2 ……の夫々でのずれ量Ｄ'(ｘ）は、その位置におけ
る２つのディストーション特性Ｄ（ｘ）とＤ（ｘ＋Δ
Ｘ）との差分に相当するものであり、換言するとディス
トーション特性Ｄ（ｘ）上での微分係数（傾き量）に対
応している。
【００１７】そこでこれらのデータに基づいて、図１
（Ｄ）のような積分を行なう。すなわち、位置ｘn での
求めるべきディストーション量をＦ（ｘn ）としたと
き、Ｆ（ｘn ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）＋Ｄ'(ｘ1 ）……＋Ｄ'
(ｘn ）｝・Ｓｘ／ΔＸの代数和の演算を行なう。ここ
でｎは投影視野の中心点を零とした計測点の順番（０、
１、２……）を表わし、Ｆ（ｘ0 ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）｝・
Ｓｘ／ΔＸ、Ｆ（ｘ1 ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）＋Ｄ'(ｘ1 ）｝
・Ｓｘ／ΔＸとなる。以上の計算で得られた各位置
ｘ 0 、ｘ1 、ｘ2 ……での積算値Ｆ（ｘ）をプロットし
た特性は、ディストーション特性Ｄ（ｘ）、又はＤ（ｘ
＋ΔＸ）に他ならない。
（Ｄ）のような積分を行なう。すなわち、位置ｘn での
求めるべきディストーション量をＦ（ｘn ）としたと
き、Ｆ（ｘn ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）＋Ｄ'(ｘ1 ）……＋Ｄ'
(ｘn ）｝・Ｓｘ／ΔＸの代数和の演算を行なう。ここ
でｎは投影視野の中心点を零とした計測点の順番（０、
１、２……）を表わし、Ｆ（ｘ0 ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）｝・
Ｓｘ／ΔＸ、Ｆ（ｘ1 ）＝｛Ｄ'(ｘ0 ）＋Ｄ'(ｘ1 ）｝
・Ｓｘ／ΔＸとなる。以上の計算で得られた各位置
ｘ 0 、ｘ1 、ｘ2 ……での積算値Ｆ（ｘ）をプロットし
た特性は、ディストーション特性Ｄ（ｘ）、又はＤ（ｘ
＋ΔＸ）に他ならない。
【００１８】このように、レチクルと感光基板とを相対
的にΔＸだけ移動させて重ね合わせ露光すると、形成さ
れた２つのパターンの位置ずれ量はディストーション特
性（曲線）上の傾き量として計測される。一般にこの種
の投影光学系のディストーションは元々、極めて小さい
ので、測定すべき点の数はなるべく多くした方がよい。
また、各測定点でのパターンの位置ずれ量も極めて小さ
いので、分解能が極めて高い測定センサーや測定方式を
用いることが必要となる。
的にΔＸだけ移動させて重ね合わせ露光すると、形成さ
れた２つのパターンの位置ずれ量はディストーション特
性（曲線）上の傾き量として計測される。一般にこの種
の投影光学系のディストーションは元々、極めて小さい
ので、測定すべき点の数はなるべく多くした方がよい。
また、各測定点でのパターンの位置ずれ量も極めて小さ
いので、分解能が極めて高い測定センサーや測定方式を
用いることが必要となる。
【００１９】
【実施例】次に本発明の第１の実施例について、図２〜
図５を参照して説明する。図２は本実施例で使われるレ
チクルＲ上に形成される各種パターンの配置を示す。レ
チクルＲ上のパターン形成領域は矩形枠状の遮光帯ＳＢ
によって区画されている。そして、遮光帯ＳＢの外側で
レチクルＲの周囲の３ケ所には、投影露光装置（以下、
ステッパーと呼ぶ）へ装着する際の位置決め（レチクル
アライメント）に使われるレチクルマークＲＭ1 、ＲＭ
2 、ＲＭ3 が形成されている。
図５を参照して説明する。図２は本実施例で使われるレ
チクルＲ上に形成される各種パターンの配置を示す。レ
チクルＲ上のパターン形成領域は矩形枠状の遮光帯ＳＢ
によって区画されている。そして、遮光帯ＳＢの外側で
レチクルＲの周囲の３ケ所には、投影露光装置（以下、
ステッパーと呼ぶ）へ装着する際の位置決め（レチクル
アライメント）に使われるレチクルマークＲＭ1 、ＲＭ
2 、ＲＭ3 が形成されている。
【００２０】パターン形成領域内には、９×９のマトリ
ックス状に８１個の計測用パターン群ＭＰが形成されて
いる。各パターン群ＭＰはＸ方向に間隔Ｓｘ、Ｙ方向に
間隔Ｓｙで配列され、そのうち１つのパターン群ＭＰは
レチクルＲの中心点、すなわち投影光学系の光軸が通る
点に配置される。また１つのパターン群ＭＰは電子線露
光装置（ＥＢ露光装置）の１フィールドの大きさ（例え
ば５mm角）よりも小さなサイズで作られており、１つの
パターン群ＭＰ内のパターン要素は、ＥＢ露光装置の電
子ビームによるラスター走査、ベクター走査等によって
一度に描画されて作られる。ただし、レチクルＲ上の全
てのパターン群ＭＰを描画するため、ＥＢ露光装置の精
密移動ステージはＸ方向にピッチＳｘ、Ｙ方向にピッチ
Ｓｙずつステップ移動しては、各ステップ位置でパター
ン群ＭＰを描画する。
ックス状に８１個の計測用パターン群ＭＰが形成されて
いる。各パターン群ＭＰはＸ方向に間隔Ｓｘ、Ｙ方向に
間隔Ｓｙで配列され、そのうち１つのパターン群ＭＰは
レチクルＲの中心点、すなわち投影光学系の光軸が通る
点に配置される。また１つのパターン群ＭＰは電子線露
光装置（ＥＢ露光装置）の１フィールドの大きさ（例え
ば５mm角）よりも小さなサイズで作られており、１つの
パターン群ＭＰ内のパターン要素は、ＥＢ露光装置の電
子ビームによるラスター走査、ベクター走査等によって
一度に描画されて作られる。ただし、レチクルＲ上の全
てのパターン群ＭＰを描画するため、ＥＢ露光装置の精
密移動ステージはＸ方向にピッチＳｘ、Ｙ方向にピッチ
Ｓｙずつステップ移動しては、各ステップ位置でパター
ン群ＭＰを描画する。
【００２１】さて、１つのパターン群ＭＰ内には、図２
中の円内に拡大して示すように、同一寸法の３つのパタ
ーン要素領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹが含まれている。
パターン要素領域ＣＰＡは計測中心となる部分であり、
この領域ＣＰＡの中心点に対して、領域ＣＰＸの中心点
はＸ方向にΔＸだけ離れ、領域ＣＰＹの中心点はＹ方向
にΔＹだけ離れている。
中の円内に拡大して示すように、同一寸法の３つのパタ
ーン要素領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹが含まれている。
パターン要素領域ＣＰＡは計測中心となる部分であり、
この領域ＣＰＡの中心点に対して、領域ＣＰＸの中心点
はＸ方向にΔＸだけ離れ、領域ＣＰＹの中心点はＹ方向
にΔＹだけ離れている。
【００２２】各領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹ内に形成さ
れるパターン要素は、本実施例では図３に示したよう
に、１次元の格子パターンとする。領域ＣＰＡ内には、
Ｘ方向に一定のピッチで形成された格子パターンＢＭｘ
と、Ｙ方向に一定のピッチで形成された格子パターンＢ
Ｍｙ（外形寸法はＢＭｘと同じ）とが互いに９０°の関
係で設けられる。領域ＣＰＸ内には、格子パターンＢＭ
ｘからＸ方向にΔＸだけ間隔をあけるとともに、Ｙ方向
にＹｍだけオフセットさせた位置にパターンＢＭｘと全
く同じ形状、構造の格子パターンＢＳｘが設けられる。
さらに領域ＣＰＹ内には、格子パターンＢＭｙからＹ方
向にΔＹだけ間隔をあけるとともに、Ｘ方向にＸｍだけ
オフセットさせた位置にパターンＢＭｙと全く同じ格子
パターンＢＳｙが設けられる。これら格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＭｙ、ＢＳｘ、ＢＳｙのピッチ方向と直交する方
向の幅はＤｓであり、本実施例ではＸｍ＝Ｙｍ＞Ｄｓに
設定される。
れるパターン要素は、本実施例では図３に示したよう
に、１次元の格子パターンとする。領域ＣＰＡ内には、
Ｘ方向に一定のピッチで形成された格子パターンＢＭｘ
と、Ｙ方向に一定のピッチで形成された格子パターンＢ
Ｍｙ（外形寸法はＢＭｘと同じ）とが互いに９０°の関
係で設けられる。領域ＣＰＸ内には、格子パターンＢＭ
ｘからＸ方向にΔＸだけ間隔をあけるとともに、Ｙ方向
にＹｍだけオフセットさせた位置にパターンＢＭｘと全
く同じ形状、構造の格子パターンＢＳｘが設けられる。
さらに領域ＣＰＹ内には、格子パターンＢＭｙからＹ方
向にΔＹだけ間隔をあけるとともに、Ｘ方向にＸｍだけ
オフセットさせた位置にパターンＢＭｙと全く同じ格子
パターンＢＳｙが設けられる。これら格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＭｙ、ＢＳｘ、ＢＳｙのピッチ方向と直交する方
向の幅はＤｓであり、本実施例ではＸｍ＝Ｙｍ＞Ｄｓに
設定される。
【００２３】このようなレチクルＲをステッパーに装着
して露光する場合、本実施例では図４に示すようにずら
し露光が行なわれる。フルフィールドを利用するステッ
パーの場合、レチクルＲ上のパターンは上下反転、左右
反転の鏡像関係で感光基板へ転写される。しかしなが
ら、説明を簡単にするため、図４では図３のパターン配
置をそのまま感光基板へ露光したものとして示してあ
る。図４は、１つのパターン群ＭＰについてのみ示す
が、レチクルＲ上の他のパターン群ＭＰについても全く
同じである。まず、最初の露光によって、図４中に実線
で示すように３つのパターン要素領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、
ＣＰＹが感光基板上に転写される。そして２回目の露光
のとき（図４中に１点鎖線で示す状態）には感光基板が
Ｘ方向にΔＸ’だけ精密に移動され、さらに３回目の露
光のとき（図４中に破線で示す状態）には、１回目の露
光位置から感光基板がＹ方向にΔＹ’だけ移動される。
これによって、１回目に露光された領域ＣＰＡの像の位
置には、領域ＣＰＸ、ＣＰＹの各像が丁度重なり合って
転写される。感光基板の移動量ΔＸ’、ΔＹ’はレチク
ルＲ上の領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの各間隔ΔＸ、Δ
Ｙに対応したものであり、ステッパーの投影光学系の投
影倍率をＭ（１／５縮小の場合、Ｍ＝５）とすると、Δ
Ｘ＝Ｍ・ΔＸ’、ΔＹ＝Ｍ・ΔＹ’に定められる。
して露光する場合、本実施例では図４に示すようにずら
し露光が行なわれる。フルフィールドを利用するステッ
パーの場合、レチクルＲ上のパターンは上下反転、左右
反転の鏡像関係で感光基板へ転写される。しかしなが
ら、説明を簡単にするため、図４では図３のパターン配
置をそのまま感光基板へ露光したものとして示してあ
る。図４は、１つのパターン群ＭＰについてのみ示す
が、レチクルＲ上の他のパターン群ＭＰについても全く
同じである。まず、最初の露光によって、図４中に実線
で示すように３つのパターン要素領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、
ＣＰＹが感光基板上に転写される。そして２回目の露光
のとき（図４中に１点鎖線で示す状態）には感光基板が
Ｘ方向にΔＸ’だけ精密に移動され、さらに３回目の露
光のとき（図４中に破線で示す状態）には、１回目の露
光位置から感光基板がＹ方向にΔＹ’だけ移動される。
これによって、１回目に露光された領域ＣＰＡの像の位
置には、領域ＣＰＸ、ＣＰＹの各像が丁度重なり合って
転写される。感光基板の移動量ΔＸ’、ΔＹ’はレチク
ルＲ上の領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの各間隔ΔＸ、Δ
Ｙに対応したものであり、ステッパーの投影光学系の投
影倍率をＭ（１／５縮小の場合、Ｍ＝５）とすると、Δ
Ｘ＝Ｍ・ΔＸ’、ΔＹ＝Ｍ・ΔＹ’に定められる。
【００２４】以上のようにして、３つの領域ＣＰＡ、Ｃ
ＰＸ、ＣＰＹの各像が重なって露光された感光基板上の
部分には、図５に示すように４つの格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＭｙ、ＢＳｘ、ＢＳｙの各像が整列して転写さ
れ、感光基板を現像することによって、各格子パターン
がレジスト像（凹凸パターン）として出現する。ここで
感光基板上の格子パターンＢＳｘ、ＢＭｘのＸ方向の位
置ずれ量と、格子パターンＢＳｙ、ＢＭｙのＹ方向の位
置ずれ量とを計測することによって、そのパターン群Ｍ
Ｐが位置する投影視野内の点でのディストーション変化
率（傾き量）が、Ｘ方向とＹ方向との両方に関して求め
られる。
ＰＸ、ＣＰＹの各像が重なって露光された感光基板上の
部分には、図５に示すように４つの格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＭｙ、ＢＳｘ、ＢＳｙの各像が整列して転写さ
れ、感光基板を現像することによって、各格子パターン
がレジスト像（凹凸パターン）として出現する。ここで
感光基板上の格子パターンＢＳｘ、ＢＭｘのＸ方向の位
置ずれ量と、格子パターンＢＳｙ、ＢＭｙのＹ方向の位
置ずれ量とを計測することによって、そのパターン群Ｍ
Ｐが位置する投影視野内の点でのディストーション変化
率（傾き量）が、Ｘ方向とＹ方向との両方に関して求め
られる。
【００２５】以上の説明から明らかなように、３つの領
域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの各像が重ね焼きされるた
め、図５に示すような格子パターン配列を得るには、レ
チクルＲ上の領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々は、ク
ロム等で全面的に遮光層にしておき、その中に格子パタ
ーンＢＳ、ＢＭの各スリットを透明部として刻設してお
く必要がある。これは感光基板上のレジスト層がポジ
型、ネガ型のいずれの場合も同じである。
域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの各像が重ね焼きされるた
め、図５に示すような格子パターン配列を得るには、レ
チクルＲ上の領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々は、ク
ロム等で全面的に遮光層にしておき、その中に格子パタ
ーンＢＳ、ＢＭの各スリットを透明部として刻設してお
く必要がある。これは感光基板上のレジスト層がポジ
型、ネガ型のいずれの場合も同じである。
【００２６】本実施例の場合、図２のレチクルＲを用い
るとしたので、感光基板上に転写された１ショットの領
域（実際はΔＸ’、ΔＹ’だけ大きくなる）内には、図
５のような重ね合わせ部分がＸ、Ｙ方向にそれぞれ間隔
Ｓｘ、Ｓｙで各９個ずつ、計８１個形成される。それら
の重ね合せ部分のうち、レチクルＲの中心（ショット中
心）に位置するものを基準として、Ｘ方向に並んだ重ね
合せ部分内の格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘ（レジスト
像）の各位置ずれ量を計測すると、先に図１で示したよ
うに、投影視野内のＸ軸方向に関するディストーション
特性Ｆ（ｘ）が求まる。同様に、ショット中心に位置す
る重ね合わせ部分を基準としてＹ方向に並んだ重ね合わ
せ部分内の格子パターンＢＭｙ、Ｂｓｙ（レジスト像）
の各位置ずれ量を計測すると、投影視野内のＹ軸方向に
関するディストーション特性が求まる。
るとしたので、感光基板上に転写された１ショットの領
域（実際はΔＸ’、ΔＹ’だけ大きくなる）内には、図
５のような重ね合わせ部分がＸ、Ｙ方向にそれぞれ間隔
Ｓｘ、Ｓｙで各９個ずつ、計８１個形成される。それら
の重ね合せ部分のうち、レチクルＲの中心（ショット中
心）に位置するものを基準として、Ｘ方向に並んだ重ね
合せ部分内の格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘ（レジスト
像）の各位置ずれ量を計測すると、先に図１で示したよ
うに、投影視野内のＸ軸方向に関するディストーション
特性Ｆ（ｘ）が求まる。同様に、ショット中心に位置す
る重ね合わせ部分を基準としてＹ方向に並んだ重ね合わ
せ部分内の格子パターンＢＭｙ、Ｂｓｙ（レジスト像）
の各位置ずれ量を計測すると、投影視野内のＹ軸方向に
関するディストーション特性が求まる。
【００２７】ここで、格子パターン、要素領域ＣＰＡ、
ＣＰＸ、ＣＰＹ、間隔Ｓｘ、Ｓｙ、ΔＸ、ΔＹ等の具体
的な寸法の一例をあげる。この種のステッパーの投影光
学系は１／５縮小の場合、投影視野として感光基板上で
３０mm程度の直径を有し、それに内接する最大の正方形
の一辺の寸法は約２１mmである。そこで１ショット内に
９×９個のパターン群ＭＰの像を均等に配列するとなる
と、感光基板上でのパターン群ＭＰの像の間隔Ｓｘ／
Ｍ、Ｓｙ／Ｍは約2.５mmにすればよい。
ＣＰＸ、ＣＰＹ、間隔Ｓｘ、Ｓｙ、ΔＸ、ΔＹ等の具体
的な寸法の一例をあげる。この種のステッパーの投影光
学系は１／５縮小の場合、投影視野として感光基板上で
３０mm程度の直径を有し、それに内接する最大の正方形
の一辺の寸法は約２１mmである。そこで１ショット内に
９×９個のパターン群ＭＰの像を均等に配列するとなる
と、感光基板上でのパターン群ＭＰの像の間隔Ｓｘ／
Ｍ、Ｓｙ／Ｍは約2.５mmにすればよい。
【００２８】すなわち、レチクルＲ上では間隔Ｓｘ、Ｓ
ｙを１2.５mmにすればよい。一方、感光基板上に形成さ
れる格子パターンＢＳｘ、ＢＳｙ、ＢＭｘ、ＢＭｙのレ
ジスト像はライン・アンド・スペースのピッチとして２
μｍ、線幅として１μｍ程度が安定に転写できる。そこ
で格子パターンとしての格子本数を４０本、格子の長さ
を４０μｍ程度にすると、１つの格子パターンの感光基
板上での寸法は約８０×４０μｍになり、これはレチク
ル上では0.４×0.２mmになる。ちなみに、図３で示した
幅Ｄｓがレチクル上で0.２mmになる。そこで図３中の間
隔Ｘｍ、Ｙｍをレチクル上で0.３mmにすると、要素領域
ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々のレチクル上での寸法は
ほぼ１×１mm角になる。従って領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、Ｃ
ＰＹ内の各格子パターンのＸ、Ｙ方向の間隔ΔＸ、ΔＹ
は、レチクル上で１mm以上あればよいことになり、各領
域間のスペースを考慮しても、1.２mm程度で十分であ
る。このことから、１つのパターン群ＭＰを構成する３
つの領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹのレチクル上での全体
的な寸法は、2.２×2.２mm角の範囲内に納まり、ＥＢ露
光装置の１フィールドのサイズよりも小さくできる。ま
た、１つのパターン群ＭＰの投影像の大きさは、１／５
縮小のとき感光基板上で0.４４×0.４４mm角であり、図
４のようにΔＸ’、ΔＹ'(0.２４mm）だけずらして重ね
合わせ露光したときの専有面積は、感光基板上で0.６８
×0.６８mm角の範囲に納まる大きさである。そのため、
図４のような重ね合わせ露光部分（0.６８mm角）を、１
ショット内に密に配列するとなると、３つの領域ＣＰ
Ａ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々の像が重なった部分のＸ方
向、Ｙ方向の間隔（ピッチ）、すなわちＳｘ／Ｍ、Ｓｙ
／Ｍは約１mm程度にできる。従って１ショット内（投影
視野内）で約１mm間隔毎にディストーション量の変化率
が計測できることになる。
ｙを１2.５mmにすればよい。一方、感光基板上に形成さ
れる格子パターンＢＳｘ、ＢＳｙ、ＢＭｘ、ＢＭｙのレ
ジスト像はライン・アンド・スペースのピッチとして２
μｍ、線幅として１μｍ程度が安定に転写できる。そこ
で格子パターンとしての格子本数を４０本、格子の長さ
を４０μｍ程度にすると、１つの格子パターンの感光基
板上での寸法は約８０×４０μｍになり、これはレチク
ル上では0.４×0.２mmになる。ちなみに、図３で示した
幅Ｄｓがレチクル上で0.２mmになる。そこで図３中の間
隔Ｘｍ、Ｙｍをレチクル上で0.３mmにすると、要素領域
ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々のレチクル上での寸法は
ほぼ１×１mm角になる。従って領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、Ｃ
ＰＹ内の各格子パターンのＸ、Ｙ方向の間隔ΔＸ、ΔＹ
は、レチクル上で１mm以上あればよいことになり、各領
域間のスペースを考慮しても、1.２mm程度で十分であ
る。このことから、１つのパターン群ＭＰを構成する３
つの領域ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹのレチクル上での全体
的な寸法は、2.２×2.２mm角の範囲内に納まり、ＥＢ露
光装置の１フィールドのサイズよりも小さくできる。ま
た、１つのパターン群ＭＰの投影像の大きさは、１／５
縮小のとき感光基板上で0.４４×0.４４mm角であり、図
４のようにΔＸ’、ΔＹ'(0.２４mm）だけずらして重ね
合わせ露光したときの専有面積は、感光基板上で0.６８
×0.６８mm角の範囲に納まる大きさである。そのため、
図４のような重ね合わせ露光部分（0.６８mm角）を、１
ショット内に密に配列するとなると、３つの領域ＣＰ
Ａ、ＣＰＸ、ＣＰＹの夫々の像が重なった部分のＸ方
向、Ｙ方向の間隔（ピッチ）、すなわちＳｘ／Ｍ、Ｓｙ
／Ｍは約１mm程度にできる。従って１ショット内（投影
視野内）で約１mm間隔毎にディストーション量の変化率
が計測できることになる。
【００２９】ところで、レチクルＲと感光基板の相対的
な移動によって、全てのパターン群ＭＰの像が一斉にΔ
Ｘ’、ΔＹ’だけ移動することになるので、投影視野の
中心点（像高値が零の点）を挾んでＸ軸、Ｙ軸の夫々の
正方向と負方向とでは、計測される各格子パターンの位
置ずれ量の符号は反転する。すなわち、常に主尺となる
格子パターンＢＭｘ（ＢＭｙ）に対して副尺となる格子
パターンＢＳｘ（ＢＳｙ）の位置ずれ量を計測する場
合、投影視野中心（ショット中心）を通るＸ軸上に存在
する各測定点でのディストーション変化率Ｄ'(ｘ）は図
６に示すように、像高値が零の点（ショット中心）を挾
んでほぼ点対称の関係になる。尚、図６は、図１（Ｃ）
に示した特性のエンベロープを示したものである。
な移動によって、全てのパターン群ＭＰの像が一斉にΔ
Ｘ’、ΔＹ’だけ移動することになるので、投影視野の
中心点（像高値が零の点）を挾んでＸ軸、Ｙ軸の夫々の
正方向と負方向とでは、計測される各格子パターンの位
置ずれ量の符号は反転する。すなわち、常に主尺となる
格子パターンＢＭｘ（ＢＭｙ）に対して副尺となる格子
パターンＢＳｘ（ＢＳｙ）の位置ずれ量を計測する場
合、投影視野中心（ショット中心）を通るＸ軸上に存在
する各測定点でのディストーション変化率Ｄ'(ｘ）は図
６に示すように、像高値が零の点（ショット中心）を挾
んでほぼ点対称の関係になる。尚、図６は、図１（Ｃ）
に示した特性のエンベロープを示したものである。
【００３０】また、変化率Ｄ'(ｘ）は、図１（Ｃ）に示
すように、ΔＸ（又はΔＸ')のずらしによって像高値が
零の位置ｘ0 でも微小な値を取る。しかしながら、位置
ｘ0での変化率の値Ｄ'(ｘ0 ）は積分演算上で現われる
定数項とみなせるので、他の測定位置ｘ1 、ｘ2 ……の
夫々での値Ｄ'(ｘ1 ）、Ｄ'(ｘ2 ）……からＤ'(ｘ0）
を引いたものを以降の積算演算に使ったり、あるいは積
算によって得られた図１（Ｄ）の特性から一率にＦ（ｘ
0 ）の値を差し引くことによって、像高値が零の点での
ディストーション量を零にする規格化が可能である。こ
のことから、レチクルＲの中心点に１つのパターン群Ｍ
Ｐを設けておくことには大きな意義がある。その中心点
のパターン群ＭＰの重ね合わせ露光によって得られた格
子パターンＢＭ、ＢＳの位置ずれ量、すなわち変化率
Ｄ'(ｘ0 ）には、レチクルの製造時に決められた間隔Δ
Ｘ、ΔＹとレチクルと感光基板との実際のずらし量Δ
Ｘ’、ΔＹ’との間の誤差量（移動誤差分）のみが含ま
れるのである。これに対して中心点以外のパターン群Ｍ
Ｐで計測された変化率には、移動誤差分とディストーシ
ョン量変化率との両方が重畳して含まれている。
すように、ΔＸ（又はΔＸ')のずらしによって像高値が
零の位置ｘ0 でも微小な値を取る。しかしながら、位置
ｘ0での変化率の値Ｄ'(ｘ0 ）は積分演算上で現われる
定数項とみなせるので、他の測定位置ｘ1 、ｘ2 ……の
夫々での値Ｄ'(ｘ1 ）、Ｄ'(ｘ2 ）……からＤ'(ｘ0）
を引いたものを以降の積算演算に使ったり、あるいは積
算によって得られた図１（Ｄ）の特性から一率にＦ（ｘ
0 ）の値を差し引くことによって、像高値が零の点での
ディストーション量を零にする規格化が可能である。こ
のことから、レチクルＲの中心点に１つのパターン群Ｍ
Ｐを設けておくことには大きな意義がある。その中心点
のパターン群ＭＰの重ね合わせ露光によって得られた格
子パターンＢＭ、ＢＳの位置ずれ量、すなわち変化率
Ｄ'(ｘ0 ）には、レチクルの製造時に決められた間隔Δ
Ｘ、ΔＹとレチクルと感光基板との実際のずらし量Δ
Ｘ’、ΔＹ’との間の誤差量（移動誤差分）のみが含ま
れるのである。これに対して中心点以外のパターン群Ｍ
Ｐで計測された変化率には、移動誤差分とディストーシ
ョン量変化率との両方が重畳して含まれている。
【００３１】ところで、投影視野内の任意の測定点にお
けるディストーションの大きさと方向を求める場合、そ
の測定点で得られたＸ方向のディストーション量Ｆ（ｘ
n ）とＹ方向のディストーション量Ｆ（ｙn ）との両方
をベクトル合成すればよい。こうして、投影視野内の多
数の測定点でのディストーション・ベクトルをコンピュ
ータの計算により求め、そのベクトルを矢印の長さと方
向とで表示するようにすれば、投影視野内のディストー
ション特性の傾向が面として視覚上で確認することがで
きる。もちろん、図１（Ｄ）に示した１次元のディスト
ーション特性をグラフィックスによって表示してもよ
い。
けるディストーションの大きさと方向を求める場合、そ
の測定点で得られたＸ方向のディストーション量Ｆ（ｘ
n ）とＹ方向のディストーション量Ｆ（ｙn ）との両方
をベクトル合成すればよい。こうして、投影視野内の多
数の測定点でのディストーション・ベクトルをコンピュ
ータの計算により求め、そのベクトルを矢印の長さと方
向とで表示するようにすれば、投影視野内のディストー
ション特性の傾向が面として視覚上で確認することがで
きる。もちろん、図１（Ｄ）に示した１次元のディスト
ーション特性をグラフィックスによって表示してもよ
い。
【００３２】さて、図５に示したような格子パターンＢ
Ｍ、ＢＳ間の位置ずれ量（ディストーションによる分）
は極めて小さな値である。そのため、位置ずれ量の計測
にあたってはナノ・メータ・オーダの分解能を有する計
測センサーが必要となる。図７は、そのような要求にみ
あう位置ずれ検出装置の一例を示し、基本的な構成は特
開昭６２−５６８１８号公報に開示されているので、こ
こでは簡単に説明する。この図７で感光基板Ｗ上の１組
の格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘをＢＰとすると、可干渉
性の２本のレーザビームＬＢ１、ＬＢ２は対物レンズＧ
１を介して平行光束となって基板Ｗ上に対称的に傾斜し
て投射される。傾斜方向は格子パターンのピッチ方向と
一致している。このときビームＬＢ１とＬＢ２とは一定
の周波数差Δｆをもっている。このとき格子パターンＢ
Ｐから垂直に回折光が発生するように、２本のビームＬ
Ｂ１、ＬＢ２の入射角が設定される。ビームＬＢ１の投
射によって垂直に発生した回折光（１次光）と、ビーム
ＬＢ２の投射によって垂直に発生した回折光（１次光）
とは、互いに干渉して差周波数Δｆで強度変調されたビ
ート光ＢＴとなって対物レンズＧ１、レンズ系Ｇ２へ戻
り、ビームスプリッタＢＳＭで分割され、一方はアパー
チャ板ＡＰｍを介して光電センサーＤＴｍで受光され、
他方はアパーチャ板ＡＰｓを介して光電センサーＤＴｓ
で受光される。アパーチャ板ＡＰｍ、ＡＰｓは対物レン
ズＧ１、レンズ系Ｇ２によって感光基板Ｗと共役に配置
されるアパーチャ板ＡＰｍには格子パターンＢＭｘから
のビート光ＢＴのみを透過させる開口が設けられ、アパ
ーチャ板ＡＰｓには格子パターンＢＳｘからのビート光
ＢＴのみを透過させる開口が設けられる。光電センサー
ＤＴｍ、ＤＴｓはいずれも周波数Δｆの正弦波状の交流
信号を出力し、両信号は位置ずれ検出系１００に印加さ
れる。２つの交流信号は、格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘ
のＸ方向の位置ずれ量に応じた位相差をもつため、その
位相差を検出系１００で高精度に測定する。検出系１０
０はデジタルコンピュータ等を含み、２つの交流信号の
波形をサンプリングした後、フーリエ積分の手法によっ
て位相差φを求め、それを位置ずれ量へ換算する。ここ
でフーリエ積分による位相差計測の分解能を±0.７２°
とすると、格子パターンのピッチＰｇを２μｍとし、ビ
ート光ＢＴとして１次回折光を使う場合、位相差φの±
１８０°のレンジは、位置ずれ量として±Ｐｇ／４に相
当するから、位置ずれ量の計測分解能は、（±Ｐｇ／
４）×（0.７２／１８０）＝±Ｐｇ／１０００となり、
±２nmが得られる。またビート光をＢＴとして３次回折
光を使うように、ビームＬＢ１、ＬＢ２の入射角を設定
すると、位相差φが±１８０°のレンジに対する位置ず
れ量は、±Ｐｇ／４に対して１／３にされ、計測分解能
は±Ｐｇ／３０００にも及ぶ。
Ｍ、ＢＳ間の位置ずれ量（ディストーションによる分）
は極めて小さな値である。そのため、位置ずれ量の計測
にあたってはナノ・メータ・オーダの分解能を有する計
測センサーが必要となる。図７は、そのような要求にみ
あう位置ずれ検出装置の一例を示し、基本的な構成は特
開昭６２−５６８１８号公報に開示されているので、こ
こでは簡単に説明する。この図７で感光基板Ｗ上の１組
の格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘをＢＰとすると、可干渉
性の２本のレーザビームＬＢ１、ＬＢ２は対物レンズＧ
１を介して平行光束となって基板Ｗ上に対称的に傾斜し
て投射される。傾斜方向は格子パターンのピッチ方向と
一致している。このときビームＬＢ１とＬＢ２とは一定
の周波数差Δｆをもっている。このとき格子パターンＢ
Ｐから垂直に回折光が発生するように、２本のビームＬ
Ｂ１、ＬＢ２の入射角が設定される。ビームＬＢ１の投
射によって垂直に発生した回折光（１次光）と、ビーム
ＬＢ２の投射によって垂直に発生した回折光（１次光）
とは、互いに干渉して差周波数Δｆで強度変調されたビ
ート光ＢＴとなって対物レンズＧ１、レンズ系Ｇ２へ戻
り、ビームスプリッタＢＳＭで分割され、一方はアパー
チャ板ＡＰｍを介して光電センサーＤＴｍで受光され、
他方はアパーチャ板ＡＰｓを介して光電センサーＤＴｓ
で受光される。アパーチャ板ＡＰｍ、ＡＰｓは対物レン
ズＧ１、レンズ系Ｇ２によって感光基板Ｗと共役に配置
されるアパーチャ板ＡＰｍには格子パターンＢＭｘから
のビート光ＢＴのみを透過させる開口が設けられ、アパ
ーチャ板ＡＰｓには格子パターンＢＳｘからのビート光
ＢＴのみを透過させる開口が設けられる。光電センサー
ＤＴｍ、ＤＴｓはいずれも周波数Δｆの正弦波状の交流
信号を出力し、両信号は位置ずれ検出系１００に印加さ
れる。２つの交流信号は、格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘ
のＸ方向の位置ずれ量に応じた位相差をもつため、その
位相差を検出系１００で高精度に測定する。検出系１０
０はデジタルコンピュータ等を含み、２つの交流信号の
波形をサンプリングした後、フーリエ積分の手法によっ
て位相差φを求め、それを位置ずれ量へ換算する。ここ
でフーリエ積分による位相差計測の分解能を±0.７２°
とすると、格子パターンのピッチＰｇを２μｍとし、ビ
ート光ＢＴとして１次回折光を使う場合、位相差φの±
１８０°のレンジは、位置ずれ量として±Ｐｇ／４に相
当するから、位置ずれ量の計測分解能は、（±Ｐｇ／
４）×（0.７２／１８０）＝±Ｐｇ／１０００となり、
±２nmが得られる。またビート光をＢＴとして３次回折
光を使うように、ビームＬＢ１、ＬＢ２の入射角を設定
すると、位相差φが±１８０°のレンジに対する位置ず
れ量は、±Ｐｇ／４に対して１／３にされ、計測分解能
は±Ｐｇ／３０００にも及ぶ。
【００３３】さて、図８は、図１に示したレチクルＲを
装着して、ディストーション検査されるステッパーの概
略的な構成を示し、レチクルＲはレチクルマークＲ
Ｍ1 、ＲＭ2 、ＲＭ3 をレチクルアライメント系ＲＡ
１、ＲＡ２、ＲＡ３の夫々で検出することによって、投
影レンズＰＬの光軸ＡＸに対してアライメントされる。
このステッパーには投影レンズＰＬのみを介して、感光
基板としてのウェハＷ上のアライメントマーク等を検出
するＴＴＬ方式のアライメント系ＴＷＡｘ、ＴＷＡｙが
設けられる。また投影レンズＰＬの視野を介することな
くウェハマークを検出するオフ・アクシス方式のアライ
メント系ＯＷＡも設けられる。ウェハＷは、Ｘ、Ｙ方向
に２次元移動するウェハステージＷＳＴ上に載置され、
その座標位置は、レーザ干渉計ＩＦＭｘ、ＩＦＭｙ、Ｉ
ＦＭθによって計測される。従って、レチクルＲとウェ
ハＷとを相対的にΔＸ’、又はΔＹ’だけ移動させると
きは、干渉計ＩＦＭｘ、ＩＦＭｙ（又はＩＦＭθ）の測
長値に基づいてウェハステージＷＳＴを駆動制御する。
装着して、ディストーション検査されるステッパーの概
略的な構成を示し、レチクルＲはレチクルマークＲ
Ｍ1 、ＲＭ2 、ＲＭ3 をレチクルアライメント系ＲＡ
１、ＲＡ２、ＲＡ３の夫々で検出することによって、投
影レンズＰＬの光軸ＡＸに対してアライメントされる。
このステッパーには投影レンズＰＬのみを介して、感光
基板としてのウェハＷ上のアライメントマーク等を検出
するＴＴＬ方式のアライメント系ＴＷＡｘ、ＴＷＡｙが
設けられる。また投影レンズＰＬの視野を介することな
くウェハマークを検出するオフ・アクシス方式のアライ
メント系ＯＷＡも設けられる。ウェハＷは、Ｘ、Ｙ方向
に２次元移動するウェハステージＷＳＴ上に載置され、
その座標位置は、レーザ干渉計ＩＦＭｘ、ＩＦＭｙ、Ｉ
ＦＭθによって計測される。従って、レチクルＲとウェ
ハＷとを相対的にΔＸ’、又はΔＹ’だけ移動させると
きは、干渉計ＩＦＭｘ、ＩＦＭｙ（又はＩＦＭθ）の測
長値に基づいてウェハステージＷＳＴを駆動制御する。
【００３４】また、図７に示した位置ずれ検出系は、図
８中のＴＴＬ方式のアライメント系ＴＷＡｘ、ＴＷＡ
ｙ、又はオフ・アクシス方式のアライメント系ＯＷＡ内
に組み込むことができる。その場合、ステッパーとコー
ター・デベロッパーとをインライン化しておけば、レチ
クルＲの装着からディストーション検査までの一連の工
程を自動化することができ、ステッパーが自らディスト
ーションをチェックする機能、すなわちセルフチェック
の無人化が達成される。
８中のＴＴＬ方式のアライメント系ＴＷＡｘ、ＴＷＡ
ｙ、又はオフ・アクシス方式のアライメント系ＯＷＡ内
に組み込むことができる。その場合、ステッパーとコー
ター・デベロッパーとをインライン化しておけば、レチ
クルＲの装着からディストーション検査までの一連の工
程を自動化することができ、ステッパーが自らディスト
ーションをチェックする機能、すなわちセルフチェック
の無人化が達成される。
【００３５】次に本発明の第２の実施例による測定方式
を説明するが、ここでは基本的に特開平２−３１１４２
号公報に開示されているような技術を利用する。図９
は、Ｘ方向用の主バーニアとしての格子パターンＢＭｘ
と副バーニアとしての格子パターンＢＳｘとを表わし、
パターンＢＭｘとＢＳｘの各中心点Ｃｍ、ＣｓはＸ方向
にΔＸだけ離れている。本実施例では２つの格子パター
ンＢＭｘ、ＢＳｘの各投影像を重ね合わせ露光する際、
中心点Ｃｍ、Ｃｓ同士がほぼ完全に一致するように設定
されている。
を説明するが、ここでは基本的に特開平２−３１１４２
号公報に開示されているような技術を利用する。図９
は、Ｘ方向用の主バーニアとしての格子パターンＢＭｘ
と副バーニアとしての格子パターンＢＳｘとを表わし、
パターンＢＭｘとＢＳｘの各中心点Ｃｍ、ＣｓはＸ方向
にΔＸだけ離れている。本実施例では２つの格子パター
ンＢＭｘ、ＢＳｘの各投影像を重ね合わせ露光する際、
中心点Ｃｍ、Ｃｓ同士がほぼ完全に一致するように設定
されている。
【００３６】さて、本実施例では、図９の場合、格子パ
ターンＢＳｘのラインアンドスペースがＹ軸に対してθ
だけ傾いている。また格子パターンＢＳｘの遮光ライン
（斜線部）の幅Ｐｃとスペースの幅Ｐｄとは、それぞれ
格子パターンＢＭｘのスペースの幅Ｐｂと遮光ライン
（斜線分）の幅Ｐａとに対応したものとなっている。さ
らに格子パターンＢＭｘの中心点を通る線ＬＬ上でのス
ペース部の間隔（ピッチ）はｇm であり、格子パターン
ＢＳｘの中心点を通る線ＬＬ上での遮光ライン部の間隔
（ピッチ）はｇs である。本実施例では説明を簡単にす
るため、Ｐａ＝Ｐｄ、Ｐｂ＝Ｐｃ、ｇm ＝ｇs とする。
また格子パターンＢＳｘの各ライン、スペースの傾き角
θはレチクルパターンの描画が可能な程度に小さな値、
例えば２〜３°程度に定められている。
ターンＢＳｘのラインアンドスペースがＹ軸に対してθ
だけ傾いている。また格子パターンＢＳｘの遮光ライン
（斜線部）の幅Ｐｃとスペースの幅Ｐｄとは、それぞれ
格子パターンＢＭｘのスペースの幅Ｐｂと遮光ライン
（斜線分）の幅Ｐａとに対応したものとなっている。さ
らに格子パターンＢＭｘの中心点を通る線ＬＬ上でのス
ペース部の間隔（ピッチ）はｇm であり、格子パターン
ＢＳｘの中心点を通る線ＬＬ上での遮光ライン部の間隔
（ピッチ）はｇs である。本実施例では説明を簡単にす
るため、Ｐａ＝Ｐｄ、Ｐｂ＝Ｐｃ、ｇm ＝ｇs とする。
また格子パターンＢＳｘの各ライン、スペースの傾き角
θはレチクルパターンの描画が可能な程度に小さな値、
例えば２〜３°程度に定められている。
【００３７】このような格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘが
形成されたレチクルを用いて、ポジレジスト層が塗布さ
れたウェハＷ上に重ね合わせ露光を行ない、現像すると
図１０に示すように、くさび状のレジストパターンＰｒ
1 、Ｐｒ2 が出現する。このくさび状レジストパターン
Ｐｒ1 、Ｐｒ2 は、格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの各遮
光ラインの重ね合わせによって、２回の露光で全く感光
されなかった部分である。くさび状のレジストパターン
Ｐｒ1 とＰｒ2 とのＹ方向の長さＫ1 、Ｋ2 は、２つの
格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの各中心点Ｃｍ、Ｃｓが完
全に一致するように重ね合わせ露光されたとき、等しく
なる。尚、１本のくさび状レジストパターンの頂角はθ
であり、レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向の全
長は、レチクル上の格子パターンの長さＤｓに対応し
て、Ｄｓ’となる。投影倍率の値をＭとすると、理想的
にはＤｓ＝Ｍ・Ｄｓ’になるがレジスト層への露光量の
与え方、現像条件等によって長さＤｓ’は理想値に対し
て若干短くなる。
形成されたレチクルを用いて、ポジレジスト層が塗布さ
れたウェハＷ上に重ね合わせ露光を行ない、現像すると
図１０に示すように、くさび状のレジストパターンＰｒ
1 、Ｐｒ2 が出現する。このくさび状レジストパターン
Ｐｒ1 、Ｐｒ2 は、格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの各遮
光ラインの重ね合わせによって、２回の露光で全く感光
されなかった部分である。くさび状のレジストパターン
Ｐｒ1 とＰｒ2 とのＹ方向の長さＫ1 、Ｋ2 は、２つの
格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの各中心点Ｃｍ、Ｃｓが完
全に一致するように重ね合わせ露光されたとき、等しく
なる。尚、１本のくさび状レジストパターンの頂角はθ
であり、レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向の全
長は、レチクル上の格子パターンの長さＤｓに対応し
て、Ｄｓ’となる。投影倍率の値をＭとすると、理想的
にはＤｓ＝Ｍ・Ｄｓ’になるがレジスト層への露光量の
与え方、現像条件等によって長さＤｓ’は理想値に対し
て若干短くなる。
【００３８】さて図１０のようなレジストパターンが得
られた段階で、くさび状レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ
2 のＹ方向の全長Ｄｓ’を測定し、それを２等分する線
ＬＬ’の位置、すなわちＤｓ’／２を算出する。次にレ
ジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ 2 の夫々のＹ方向の長さＫ
1 、Ｋ2 を測定する。本実施例の場合、２つの格子パタ
ーンＢＭｘ、ＢＳｘの各中心点Ｃｍ、Ｃｓが完全に一致
したときはＫ1 ＝Ｋ2になり、ディストーション量、も
しくは位置ずらし量ΔＸに対する誤差分によって、実際
の重ね合わせ位置がΔＸよりもわずかに小さいときはＫ
1 ＞Ｋ2 になり、逆にΔＸよりもわずかに大きいときは
Ｋ1 ＜Ｋ2 になる。まずＫ1 ＝Ｋ2 のときは、図１０中
に示したレジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向に関
する中心点ＬccがＤｓ’／２となる中心線ＬＬ’と合致
するはずである。またレジストパターンＰｒ1 とＰｒ2
との間には、Ｙ方向にＤｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）の幅でぬ
け領域が存在する。
られた段階で、くさび状レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ
2 のＹ方向の全長Ｄｓ’を測定し、それを２等分する線
ＬＬ’の位置、すなわちＤｓ’／２を算出する。次にレ
ジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ 2 の夫々のＹ方向の長さＫ
1 、Ｋ2 を測定する。本実施例の場合、２つの格子パタ
ーンＢＭｘ、ＢＳｘの各中心点Ｃｍ、Ｃｓが完全に一致
したときはＫ1 ＝Ｋ2になり、ディストーション量、も
しくは位置ずらし量ΔＸに対する誤差分によって、実際
の重ね合わせ位置がΔＸよりもわずかに小さいときはＫ
1 ＞Ｋ2 になり、逆にΔＸよりもわずかに大きいときは
Ｋ1 ＜Ｋ2 になる。まずＫ1 ＝Ｋ2 のときは、図１０中
に示したレジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向に関
する中心点ＬccがＤｓ’／２となる中心線ＬＬ’と合致
するはずである。またレジストパターンＰｒ1 とＰｒ2
との間には、Ｙ方向にＤｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ）の幅でぬ
け領域が存在する。
【００３９】このことから、中心線ＬＬ’に対する中心
線ＬccのＹ方向の偏差量が、２つの格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＳｘの重ね合わせ時のＸ方向の位置合わせ誤差分
（ディストーションによる誤差分も含む）に比例する。
中心線Ｌccと中心線ＬＬ’とのＹ方向の偏差量をΔＹｃ
とすると、次式で表わされる。 ΔＹｃ＝（Ｄｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ））／２＋Ｋ1 −Ｄｓ’／２…（１） あるいは、 ΔＹｃ＝Ｄｓ’／２−（Ｋ2 ＋（Ｄｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ））／２）…（２） 式（１）はくさび状レジストパターンＰｒ1 側から求め
る式であり、式（２）はくさび状レジストパターンＰｒ
2 側から求める式である。上記式（１）、（２）はいず
れも式（３）のようにまとめられる。
線ＬccのＹ方向の偏差量が、２つの格子パターンＢＭ
ｘ、ＢＳｘの重ね合わせ時のＸ方向の位置合わせ誤差分
（ディストーションによる誤差分も含む）に比例する。
中心線Ｌccと中心線ＬＬ’とのＹ方向の偏差量をΔＹｃ
とすると、次式で表わされる。 ΔＹｃ＝（Ｄｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ））／２＋Ｋ1 −Ｄｓ’／２…（１） あるいは、 ΔＹｃ＝Ｄｓ’／２−（Ｋ2 ＋（Ｄｓ’−（Ｋ1 ＋Ｋ2 ））／２）…（２） 式（１）はくさび状レジストパターンＰｒ1 側から求め
る式であり、式（２）はくさび状レジストパターンＰｒ
2 側から求める式である。上記式（１）、（２）はいず
れも式（３）のようにまとめられる。
【００４０】ΔＹｃ＝（Ｋ1 −Ｋ2 ）／２…（３） さらにくさび状レジストパターンの頂角θから、２つの
格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘのＸ方向の位置合わせ時の
誤差分をΔＤｘとすると、 ΔＤｘ≒ΔＹｃ・sin θ…（４） で表わされる。ここで頂角θが３°程度とすると、偏差
量ΔＹｃはＸ方向の誤差量ΔＤｘを約２０倍に拡大した
ものとして得られる。従ってくさび状レジストパターン
Ｐｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向の寸法Ｋ1 、Ｋ2 の測定分解能
が、例えば0.０２μｍ程度得られているものとすると、
それはＸ方向の誤差量計測に換算して約１nmの分解能と
いうことになる。
格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘのＸ方向の位置合わせ時の
誤差分をΔＤｘとすると、 ΔＤｘ≒ΔＹｃ・sin θ…（４） で表わされる。ここで頂角θが３°程度とすると、偏差
量ΔＹｃはＸ方向の誤差量ΔＤｘを約２０倍に拡大した
ものとして得られる。従ってくさび状レジストパターン
Ｐｒ1 、Ｐｒ2 のＹ方向の寸法Ｋ1 、Ｋ2 の測定分解能
が、例えば0.０２μｍ程度得られているものとすると、
それはＸ方向の誤差量計測に換算して約１nmの分解能と
いうことになる。
【００４１】そこで図９に示した格子パターンＢＭｘ、
ＢＳｘを、図２、又は図３に示したパターン要素領域Ｃ
ＰＡ、ＣＰＸの夫々に形成しておけば、第１の実施例と
同様にＸ方向に関するディストーション量の変化率が高
精度に測定できる。Ｙ方向に関しても同じ原理でディス
トーション量の変化率が測定できる。なお、図１０に示
したくさび状レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 の寸法計
測には、図８に示したステッパーのＴＴＬ方式のアライ
メント系ＴＷＡｘ、又はＴＷＡｙ、あるいはオフ・アク
シス方式のアライメント系ＯＷＡ等を使うとよい。その
場合、レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 が周期構造をも
つことを利用して、スリット状のレーザスポットをウェ
ハＷ上に投射するアライメント系を組み込み、その周期
構造によって発生する回折光の強度変化を、スリット状
のレーザスポットとウェハ（レジストパターンＰｒ1 、
Ｐｒ2 ）との相対走査に同期して光電検出する方式（例
えば特開平２−３１１４２号公報に開示）を採用すると
よい。
ＢＳｘを、図２、又は図３に示したパターン要素領域Ｃ
ＰＡ、ＣＰＸの夫々に形成しておけば、第１の実施例と
同様にＸ方向に関するディストーション量の変化率が高
精度に測定できる。Ｙ方向に関しても同じ原理でディス
トーション量の変化率が測定できる。なお、図１０に示
したくさび状レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 の寸法計
測には、図８に示したステッパーのＴＴＬ方式のアライ
メント系ＴＷＡｘ、又はＴＷＡｙ、あるいはオフ・アク
シス方式のアライメント系ＯＷＡ等を使うとよい。その
場合、レジストパターンＰｒ1 、Ｐｒ2 が周期構造をも
つことを利用して、スリット状のレーザスポットをウェ
ハＷ上に投射するアライメント系を組み込み、その周期
構造によって発生する回折光の強度変化を、スリット状
のレーザスポットとウェハ（レジストパターンＰｒ1 、
Ｐｒ2 ）との相対走査に同期して光電検出する方式（例
えば特開平２−３１１４２号公報に開示）を採用すると
よい。
【００４２】本実施例の場合も、くさび状レジストパタ
ーンＰｒ1 、Ｐｒ2 を現像によって出現させるものとし
たが、２つの格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの重ね合わせ
像のレジスト層における潜像あるいはフォトクロミック
層に出現した像を検出するようにしてもよい。あるいは
図８に示したステッパーのウェハステージＷＳＴ上に固
設された基準板ＦＭの表面（投影視野以上の面積）にフ
ォトクロミック層を形成しておき、ここにレチクル上の
各パターンを重ね合わせ露光し、可視化像を作るように
し、その可視化像をオフ・アクシス方式のアライメント
系ＯＷＡで検出するようにしてもよい。フォトクロミッ
ク層に紫外線でマンクロパターンの像を投影して焼き付
けた後、その像の適、不適を観察用顕微鏡で観察し、不
適の場合にはフォトクロミック層に強力な可視光を照射
して像を消去することは、特公昭４１−１０５５０号公
報で知られているので、その技術を利用すればよい。
ーンＰｒ1 、Ｐｒ2 を現像によって出現させるものとし
たが、２つの格子パターンＢＭｘ、ＢＳｘの重ね合わせ
像のレジスト層における潜像あるいはフォトクロミック
層に出現した像を検出するようにしてもよい。あるいは
図８に示したステッパーのウェハステージＷＳＴ上に固
設された基準板ＦＭの表面（投影視野以上の面積）にフ
ォトクロミック層を形成しておき、ここにレチクル上の
各パターンを重ね合わせ露光し、可視化像を作るように
し、その可視化像をオフ・アクシス方式のアライメント
系ＯＷＡで検出するようにしてもよい。フォトクロミッ
ク層に紫外線でマンクロパターンの像を投影して焼き付
けた後、その像の適、不適を観察用顕微鏡で観察し、不
適の場合にはフォトクロミック層に強力な可視光を照射
して像を消去することは、特公昭４１−１０５５０号公
報で知られているので、その技術を利用すればよい。
【００４３】以上、本発明の各実施例では、ΔＸ、又は
ΔＹのずらし露光の際、ウェハステージＷＳＴを移動す
るとしたが、レチクルＲ側を移動させてもよい。この場
合、レチクルＲを保持するレチクルステージの移動位置
を計測する測長器（エンコーダ、ポテンショメータ、又
はレーザ干渉計）を用いて、レチクルＲを比較的高精度
にΔＸ、ΔＹだけ移動させることが望ましい。また、フ
ルフィールドタイプの投影光学系の投影視野内では、一
般に光軸ＡＸから同一の像高点であれば、どの点でも同
じディストーション量をもつため、Ｘ方向のみの計測に
よって代表的にディストーション特性を調べるようにし
てもよい。その場合の露光動作は２回でよいことにな
る。さらにマスク上に形成する第１、及び第２の計測用
パターンは極めて接近して配置されるため、ＥＢ描画装
置による描画誤差も極めて少ない。しかしながら、マス
ク上に形成される第１、第２の計測用パターンの対を、
マスク上のほぼ全面の複数ケ所に描画する場合、各位置
の間隔（Ｓｘ、Ｓｙ）はマスク上ではＥＢ描画装置の１
フィールドのサイズよりも大きくなってしまう。このた
め、計測パターン対の夫々の配置誤差の問題が考えられ
る。しかしながら、その配置誤差は仮りに存在していた
としても、実用上大きな誤差とはならない。なぜなら、
計測パターンのわずかな配置誤差があっても、その誤差
量自体はマスクと感応基板との相対移動量ΔＴ（ΔＸ、
ΔＹ）にくらべて格段に小さく、かつその計測点での微
分値（傾き）も通常１よりは小さいためである。さらに
複数の計測用パターン対のマスク上での配置誤差は、予
め精密に計測しておく必要もなく、必要であれば２重露
光された感応基板上のパターン像の位置（像高値）とし
て実測すればよいだけである。
ΔＹのずらし露光の際、ウェハステージＷＳＴを移動す
るとしたが、レチクルＲ側を移動させてもよい。この場
合、レチクルＲを保持するレチクルステージの移動位置
を計測する測長器（エンコーダ、ポテンショメータ、又
はレーザ干渉計）を用いて、レチクルＲを比較的高精度
にΔＸ、ΔＹだけ移動させることが望ましい。また、フ
ルフィールドタイプの投影光学系の投影視野内では、一
般に光軸ＡＸから同一の像高点であれば、どの点でも同
じディストーション量をもつため、Ｘ方向のみの計測に
よって代表的にディストーション特性を調べるようにし
てもよい。その場合の露光動作は２回でよいことにな
る。さらにマスク上に形成する第１、及び第２の計測用
パターンは極めて接近して配置されるため、ＥＢ描画装
置による描画誤差も極めて少ない。しかしながら、マス
ク上に形成される第１、第２の計測用パターンの対を、
マスク上のほぼ全面の複数ケ所に描画する場合、各位置
の間隔（Ｓｘ、Ｓｙ）はマスク上ではＥＢ描画装置の１
フィールドのサイズよりも大きくなってしまう。このた
め、計測パターン対の夫々の配置誤差の問題が考えられ
る。しかしながら、その配置誤差は仮りに存在していた
としても、実用上大きな誤差とはならない。なぜなら、
計測パターンのわずかな配置誤差があっても、その誤差
量自体はマスクと感応基板との相対移動量ΔＴ（ΔＸ、
ΔＹ）にくらべて格段に小さく、かつその計測点での微
分値（傾き）も通常１よりは小さいためである。さらに
複数の計測用パターン対のマスク上での配置誤差は、予
め精密に計測しておく必要もなく、必要であれば２重露
光された感応基板上のパターン像の位置（像高値）とし
て実測すればよいだけである。
【００４４】
【発明の効果】以上、本発明によれば従来のようにある
像高点でのディストーション量を直接計測するのではな
く、第１の計測用パターンと第２の計測用パターンとの
ずれ量（このずれ量は、ある像高点におけるディストー
ション曲線上の傾き量、あるいは、ディストーション曲
線上での微分値に対応する）を計測できるだけ、マスク
と感応基板とを微動させて少なくとも２回の重ね合わせ
露光を行なえばよいので、露光作業は従来の方法よりも
格段に軽減され、作業時間も短縮される。またマスクと
感応基板との相対移動量も小さくてよく、しかも１回目
の露光と２回目の露光との間も極めて短いので、移動ス
テージの位置計測センサー（レーサ干渉計等）の誤差も
最小限に押えられ、実用上皆無と考えてよい。
像高点でのディストーション量を直接計測するのではな
く、第１の計測用パターンと第２の計測用パターンとの
ずれ量（このずれ量は、ある像高点におけるディストー
ション曲線上の傾き量、あるいは、ディストーション曲
線上での微分値に対応する）を計測できるだけ、マスク
と感応基板とを微動させて少なくとも２回の重ね合わせ
露光を行なえばよいので、露光作業は従来の方法よりも
格段に軽減され、作業時間も短縮される。またマスクと
感応基板との相対移動量も小さくてよく、しかも１回目
の露光と２回目の露光との間も極めて短いので、移動ス
テージの位置計測センサー（レーサ干渉計等）の誤差も
最小限に押えられ、実用上皆無と考えてよい。
【図１】本発明の原理を説明する図である。
【図２】本発明の実施例として好適なレチクルのパター
ン配置を示す平面図である。
ン配置を示す平面図である。
【図３】図２中の１ケ所のパターン群の内部配置を示す
平面図である。
平面図である。
【図４】パターン群の重ね合わせの方法を説明する図で
ある。
ある。
【図５】重ね合わせ露光によって得られたパターン形状
を示す図である。
を示す図である。
【図６】ディストーション特性の一例を示すグラフであ
る。
る。
【図７】図５のパターンを計測するための光学的計測手
段の一例を示す図である。
段の一例を示す図である。
【図８】代表的なステッパーの構成を示す斜視図であ
る。
る。
【図９】第２の実施例によるパターン形状を示す図であ
る。
る。
【図１０】第２の実施例によって得られたレジスト像の
形状を示す図である。
形状を示す図である。
Ｒ レチクル ＣＰＡ、ＣＰＸ、ＣＰＹ 計測用パターン形成領域 ＢＳｘ、ＢＳｙ、ＢＭｘ、ＢＭｙ 計測用パターン ＰＬ 投影レンズ Ｗ ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── 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 - 11/08 G03F 1/00 - 1/16 H01L 21/30 G01B 11/00 - 11/30
Claims (8)
- 【請求項１】マスクに形成されたパターンの像を感光基
板に転写するための投影光学系のディストーションを検
査する方法において、 前記マスクは、第１の計測用パターンと、前記第１の計
測用パターンに対して所定間隔離して配置された第２の
計測用パターンとをそれぞれ複数備え、 複数の前記第１の計測用パターンを、前記投影光学系を
介して所定面に投影する第１工程と、 前記マスクと前記所定面とを相対移動させた後、複数の
前記第２の計測用パターンを、前記投影光学系を介して
前記所定面に投影する第２工程と、 前記第１の計測用パターンと前記第２の計測用パターン
との相対的なずれ量を、前記所定面における前記投影光
学系の投影視野内の互いに異なる位置でそれぞれ測定す
る第３工程と、 前記第３工程で測定されたずれ量を積算し、前記投影光
学系の投影視野内における任意位置のディストーション
量を算出する第４工程とを含むことを特徴とする投影光
学系のディストーション検査方法。 - 【請求項２】前記第３工程は、前記ずれ量を、前記投影
光学系の投影視野内の互いに異なる像高点のそれぞれで
測定し、 前記第４工程は、前記ずれ量を像高値の順番に積算した
値を、その像高点でのディストーション量として算出す
ることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。 - 【請求項３】前記第１の計測用パターンは、第１の方向
に配列された第１格子パターンと、前記第１の方向と交
差する第２の方向に配列された第２格子パターンとを有
し、 前記第２の計測用パターンは、前記第１の方向に配置さ
れ、かつ前記第１格子パターンに対して第１の所定間隔
離して配置される第３格子パターンと、前記第２の方向
に配置され、かつ前記第２格子パターンに対して第２の
所定間隔離して配置される第４格子パターンとを有する
ことを特徴とする請求項１または請求項 ２に記載の検査
方法。 - 【請求項４】前記第１工程は、前記第１格子パターンと
前記第２格子パターンとを、前記投影光学系を介して同
時に前記所定面に投影し、 前記第２工程は、前記マスクと前記所定面とを前記第１
の所定間隔に対応する量に基づいて相対移動させた後、
前記第３格子パターンを、前記投影光学系を介して前記
所定面に投影する工程と、前記マスクと前記所定面とを
前記第２の所定間隔に対応する量に基づいて相対移動さ
せた後、前記第４格子パターンを、前記投影光学系を介
して前記所定面に投影する工程とを有することを特徴と
する請求項３に記載の検査方法。 - 【請求項５】前記第３工程は、前記第１格子パターンと
前記第３格子パターンとの位置ずれ量及び前記第２格子
パターンと前記第４格子パターンとの位置ずれ量を測定
し、 前記第４工程は、前記第１の方向におけるディストーシ
ョン特性と、前記第２の方向におけるディストーション
特性とを算出する工程と、算出された前記ディストーシ
ョン特性のそれぞれを合成して、グラフィックス表示す
る工程とを有することを特徴とする請求項３に記載の検
査方法。 - 【請求項６】前記第１の計測用パターンは、格子パター
ンであり、 前記第２の計測用パターンは、 前記第１の計測用パター
ンに対して、所定角度傾斜して形成された格子パターン
であり、 前記第２の工程は、前記第１の工程で前記所定面に投影
された前記第１の計測用パターンに対して、前記第２の
計測用パターンを重ね合わせ露光し、 前記第３の工程は、重ね合わせ露光によって形成された
くさび状のパターンに基づいて、前記ずれ量を測定する
ことを特徴とする請求項１に記載の検査方法。 - 【請求項７】マスクに形成されたパターンの像を感光基
板に転写するための投影光学系のディストーションを検
査する方法において、 前記マスクは、第１の計測用パターンと、前記第１の計
測用パターンに対して所定間隔離して配置された第２の
計測用パターンとをそれぞれ複数備え、 複数の前記第１の計測用パターンを、前記投影光学系を
介して所定面に投影する第１工程と、 前記マスクと前記所定面とを相対移動させた後、複数の
前記第２の計測用パターンを、前記投影光学系を介して
前記所定面に投影する第２工程と、 前記第１の計測用パターンと前記第２の計測用パターン
との相対的なずれ量を、前記所定面における前記投影光
学系の投影視野内の互いに異なる位置でそれぞれ測定す
る第３工程と、 前記第３工程で測定されたずれ量に基づいて、前記投影
光学系の投影視野内におけるディストーション特性上の
傾き量を算出する第４工程とを含むことを特徴とする投
影光学系のディストーション検査方法。 - 【請求項８】前記第３工程は、前記ずれ量を前記投影光
学系の投影視野内の互いに異なる像高点のそれぞれで測
定することを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25610392A JP3259190B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 投影光学系のディストーション検査方法 |
| US08/126,393 US5402224A (en) | 1992-09-25 | 1993-09-24 | Distortion inspecting method for projection optical system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25610392A JP3259190B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 投影光学系のディストーション検査方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06109588A JPH06109588A (ja) | 1994-04-19 |
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ID=17287934
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|---|---|---|---|
| JP25610392A Expired - Fee Related JP3259190B2 (ja) | 1992-09-25 | 1992-09-25 | 投影光学系のディストーション検査方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259190B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6947119B2 (en) | 2002-07-30 | 2005-09-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Distortion measurement method and exposure apparatus |
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1992
- 1992-09-25 JP JP25610392A patent/JP3259190B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6947119B2 (en) | 2002-07-30 | 2005-09-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Distortion measurement method and exposure apparatus |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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