JP3344403B2 - 光学収差の測定用マスク及び光学収差の測定方法 - Google Patents
光学収差の測定用マスク及び光学収差の測定方法Info
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- G01M11/02—Testing optical properties
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- 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
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- Analytical Chemistry (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は投影露光装置等の光
学系の収差を測定する技術に関し、特に球面収差、非点
収差、像面湾曲等のいわゆる偶関数収差を測定するため
の測定用マスクと、当該測定用マスクを用いた光学収差
の測定方法に関するものである。
学系の収差を測定する技術に関し、特に球面収差、非点
収差、像面湾曲等のいわゆる偶関数収差を測定するため
の測定用マスクと、当該測定用マスクを用いた光学収差
の測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光学レンズ等の光学系の収差を測定する
方法として、像面上のフォーカス位置を測定し、得られ
たベストフォーカス位置とその像面上の位置との相関に
基づいて所要の演算を行なう方法が知られている。この
ような方法をここではベストフォーカス法と称するが、
このベストフォーカス法を行うためには、測定対象とし
ての光学系を用いて基準となる測定用パターンをパター
ン像として像面に結像する際に、前記像面のフォーカス
位置を光学系の光軸方向に沿って微小に相違させた複数
の像面についてそれぞれ転写パターン像を形成する。そ
の上で、得られた複数の像面での各パターン像を高倍率
光学顕微鏡、電子顕微鏡等により観察し、ベストフォー
カス状態のパターン像を与える像面を検出する。これに
より、検出された像面の光軸方向の位置がベストフォー
カス位置として測定される。そして、この測定されたベ
ストフォーカス位置を用いて所定の演算を行うことで、
偶関数収差、すなわち、球面収差、非点収差、像面湾曲
の測定が可能になる。
方法として、像面上のフォーカス位置を測定し、得られ
たベストフォーカス位置とその像面上の位置との相関に
基づいて所要の演算を行なう方法が知られている。この
ような方法をここではベストフォーカス法と称するが、
このベストフォーカス法を行うためには、測定対象とし
ての光学系を用いて基準となる測定用パターンをパター
ン像として像面に結像する際に、前記像面のフォーカス
位置を光学系の光軸方向に沿って微小に相違させた複数
の像面についてそれぞれ転写パターン像を形成する。そ
の上で、得られた複数の像面での各パターン像を高倍率
光学顕微鏡、電子顕微鏡等により観察し、ベストフォー
カス状態のパターン像を与える像面を検出する。これに
より、検出された像面の光軸方向の位置がベストフォー
カス位置として測定される。そして、この測定されたベ
ストフォーカス位置を用いて所定の演算を行うことで、
偶関数収差、すなわち、球面収差、非点収差、像面湾曲
の測定が可能になる。
【０００３】このベストフォーカス法では、測定用パタ
ーンを結像して得られるパターン像のベストフォーカス
位置を検出する方法として、前記したように高倍率光学
顕微鏡や電子顕微鏡を利用して作業者がパターン像を目
視で観察し、当該パターン像の形状劣化や寸法変動が最
も少ない状態のパターン像をベストフォーカスであると
判定している。例えば、独立したテストパターンの場合
には、転写パターン像の寸法変動量が一定値以内のも
の、また、転写パターン像を感光性レジストに形成した
ときには当該感光性レジストのレジスト膜減りが顕著で
ないと判定される範囲の中間値のもの、をそれぞれベス
トフォーカスと定義する。また、ラインアンドスペース
のテストパターンの場合には、前記項目にラインパター
ンが分離されている転写パターン像の範囲のものを加え
ている。
ーンを結像して得られるパターン像のベストフォーカス
位置を検出する方法として、前記したように高倍率光学
顕微鏡や電子顕微鏡を利用して作業者がパターン像を目
視で観察し、当該パターン像の形状劣化や寸法変動が最
も少ない状態のパターン像をベストフォーカスであると
判定している。例えば、独立したテストパターンの場合
には、転写パターン像の寸法変動量が一定値以内のも
の、また、転写パターン像を感光性レジストに形成した
ときには当該感光性レジストのレジスト膜減りが顕著で
ないと判定される範囲の中間値のもの、をそれぞれベス
トフォーカスと定義する。また、ラインアンドスペース
のテストパターンの場合には、前記項目にラインパター
ンが分離されている転写パターン像の範囲のものを加え
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな作業者によるベストフォーカスの測定技術では、全
てのパターン像を観察し、かつパターン像を相互に比較
した上でベストフォーカスを決定する必要があるため
に、測定の自動化が困難であり、測定に時間がかかると
いう問題がある。また、作業者の個人差による測定誤差
が生じ易く、高精度の測定が困難になるという問題もあ
る。
うな作業者によるベストフォーカスの測定技術では、全
てのパターン像を観察し、かつパターン像を相互に比較
した上でベストフォーカスを決定する必要があるため
に、測定の自動化が困難であり、測定に時間がかかると
いう問題がある。また、作業者の個人差による測定誤差
が生じ易く、高精度の測定が困難になるという問題もあ
る。
【０００５】なお、本発明と同様に光学系の収差を測定
する技術として、特開平１１−２３７３１０号公報、特
開平１０−２３２１８３号公報にそれぞれ記載の技術が
ある。しかしながら、前者の技術は、収差の測定を行う
ための測定用マスクのパターンとして、所要の演算式で
定義される周期に基づいて配列されるパターンを形成す
る必要があり、当該パターンを形成することが難しい。
また、当該パターンを用いて形成されるパターン像のジ
ャストフォーカス位置を測定する際には、各パターンの
スペース幅を電子顕微鏡を用いて測定する手法を採用し
ているため、前記した問題を完全に払拭するまでには至
っていない。また、後者の技術は、同一ライン幅のライ
ンアンドスペースパターンを露光して得られるパターン
像のライン幅差に基づいて収差を測定しているが、この
技術はコマ収差、すなわち奇関数収差を測定するもので
あり、本発明において対象とするような偶関数収差を測
定する技術ではない。したがって、いずれの公報の技術
も本発明の前記した課題を解消するための技術を示唆す
るものではない。
する技術として、特開平１１−２３７３１０号公報、特
開平１０−２３２１８３号公報にそれぞれ記載の技術が
ある。しかしながら、前者の技術は、収差の測定を行う
ための測定用マスクのパターンとして、所要の演算式で
定義される周期に基づいて配列されるパターンを形成す
る必要があり、当該パターンを形成することが難しい。
また、当該パターンを用いて形成されるパターン像のジ
ャストフォーカス位置を測定する際には、各パターンの
スペース幅を電子顕微鏡を用いて測定する手法を採用し
ているため、前記した問題を完全に払拭するまでには至
っていない。また、後者の技術は、同一ライン幅のライ
ンアンドスペースパターンを露光して得られるパターン
像のライン幅差に基づいて収差を測定しているが、この
技術はコマ収差、すなわち奇関数収差を測定するもので
あり、本発明において対象とするような偶関数収差を測
定する技術ではない。したがって、いずれの公報の技術
も本発明の前記した課題を解消するための技術を示唆す
るものではない。
【０００６】本発明の目的は、ベストフォーカス位置の
測定を自動化し、短時間でかつ高精度にベストフォーカ
ス位置の測定を実現し、これにより光学収差を迅速かつ
正確に測定することを可能にした光学収差の測定用マス
クと測定方法を提供するものである。
測定を自動化し、短時間でかつ高精度にベストフォーカ
ス位置の測定を実現し、これにより光学収差を迅速かつ
正確に測定することを可能にした光学収差の測定用マス
クと測定方法を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の光学収差の測定
用マスクは、光学収差を測定する光学系により測定用マ
スク上の測定用パターンを露光し、当該露光により得ら
れたパターン像から当該光学系のベストフォーカス位置
を測定し、その測定されたベストフォーカス位置に基づ
いて前記光学系の光学収差を測定するための測定用マス
クであって、前記測定用パターンは、所要のピッチで配
列される複数本のラインで構成されるライン部を含んで
構成され、かつ前記複数本のラインは一方から他方に向
けて当該ライン幅が順次大きくなるように構成されてい
ることを特徴とする。
用マスクは、光学収差を測定する光学系により測定用マ
スク上の測定用パターンを露光し、当該露光により得ら
れたパターン像から当該光学系のベストフォーカス位置
を測定し、その測定されたベストフォーカス位置に基づ
いて前記光学系の光学収差を測定するための測定用マス
クであって、前記測定用パターンは、所要のピッチで配
列される複数本のラインで構成されるライン部を含んで
構成され、かつ前記複数本のラインは一方から他方に向
けて当該ライン幅が順次大きくなるように構成されてい
ることを特徴とする。
【０００８】本発明の前記測定用マスクの一つの形態と
して、前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ対
をなして対向配置される第１ライン部と、前記対をなす
第１ライン部の内側においてＸ方向及びＹ方向にそれぞ
れ対をなして対向配置される第２ライン部とで構成さ
れ、前記各第１ライン部は単一のラインで構成され、前
記各第２ライン部は前記複数本のラインで構成され、か
つ前記複数本のラインのライン幅が同一方向に向けて順
次増大されている構成とする。また、他の形態として、
前記ライン部はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ対をなして
対向配置され、前記複数本のラインのライン幅は互いに
反対方向に向けて順次増大されている構成とする。
して、前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ対
をなして対向配置される第１ライン部と、前記対をなす
第１ライン部の内側においてＸ方向及びＹ方向にそれぞ
れ対をなして対向配置される第２ライン部とで構成さ
れ、前記各第１ライン部は単一のラインで構成され、前
記各第２ライン部は前記複数本のラインで構成され、か
つ前記複数本のラインのライン幅が同一方向に向けて順
次増大されている構成とする。また、他の形態として、
前記ライン部はＸ方向及びＹ方向にそれぞれ対をなして
対向配置され、前記複数本のラインのライン幅は互いに
反対方向に向けて順次増大されている構成とする。
【０００９】また、本発明の光学収差の測定方法は、光
学収差を測定する光学系により測定用マスク上の測定用
パターンを露光し、当該露光により得られたパターン像
から当該光学系での前記測定用パターンのベストフォー
カス位置を測定し、その測定されたベストフォーカス位
置に基づいて前記光学系の光学収差を測定する方法にお
いて、前記測定用パターンは、所要のピッチで配列され
る複数本のラインで構成されるライン部を含んで構成さ
れ、かつ前記複数本のラインは一方から他方に向けて当
該ライン幅が順次大きくなるように構成され、前記ベス
トフォーカス位置は前記ライン部に対応する前記パター
ン像のライン幅の変化に基づいて測定することを特徴と
する。
学収差を測定する光学系により測定用マスク上の測定用
パターンを露光し、当該露光により得られたパターン像
から当該光学系での前記測定用パターンのベストフォー
カス位置を測定し、その測定されたベストフォーカス位
置に基づいて前記光学系の光学収差を測定する方法にお
いて、前記測定用パターンは、所要のピッチで配列され
る複数本のラインで構成されるライン部を含んで構成さ
れ、かつ前記複数本のラインは一方から他方に向けて当
該ライン幅が順次大きくなるように構成され、前記ベス
トフォーカス位置は前記ライン部に対応する前記パター
ン像のライン幅の変化に基づいて測定することを特徴と
する。
【００１０】ここで、本発明における前記ベストフォー
カス位置の測定方法としては、前記ライン部は、Ｘ方向
及びＹ方向にそれぞれ対をなして対向配置される第１ラ
イン部と、前記対をなす第１ライン部の内側においてＸ
方向及びＹ方向にそれぞれ対をなして対向配置される第
２ライン部とで構成され、前記各第１ライン部は単一の
ラインで構成され、前記各第２ライン部は前記複数本の
ラインで構成され、前記第１及び第２の各ライン部に対
応して形成される前記パターン像について、前記複数本
のラインの配列方向に走査を行って走査信号を得るとと
もに、当該走査信号から前記第１ライン部同士の中央位
置と前記第２ライン部同士の中央位置を測定し、これら
第１及び第２の各ライン部同士の中央位置のずれ量に基
づいて前記ベストフォーカス位置を測定する。あるい
は、前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向に向けてそれぞ
れ対をなして対向配置されており、かつ前記複数本のラ
インのライン幅が同一方向に向けて順次増大され、各ラ
イン部により形成される前記パターン像について、前記
複数本のラインの配列方向に走査を行って走査信号を得
るとともに、当該走査信号から前記ライン部の中心位置
を求め、かつこの中心位置から得られる前記各ライン部
の間隔寸法に基づいて前記ベストフォーカス位置を測定
する。さらに、前記ライン部により形成される前記パタ
ーン像について、前記複数本のラインの配列方向に走査
を行って走査信号を得るとともに、当該走査信号から得
られる前記ライン部のライン幅に基づいて前記ベストフ
ォーカス位置を測定する。
カス位置の測定方法としては、前記ライン部は、Ｘ方向
及びＹ方向にそれぞれ対をなして対向配置される第１ラ
イン部と、前記対をなす第１ライン部の内側においてＸ
方向及びＹ方向にそれぞれ対をなして対向配置される第
２ライン部とで構成され、前記各第１ライン部は単一の
ラインで構成され、前記各第２ライン部は前記複数本の
ラインで構成され、前記第１及び第２の各ライン部に対
応して形成される前記パターン像について、前記複数本
のラインの配列方向に走査を行って走査信号を得るとと
もに、当該走査信号から前記第１ライン部同士の中央位
置と前記第２ライン部同士の中央位置を測定し、これら
第１及び第２の各ライン部同士の中央位置のずれ量に基
づいて前記ベストフォーカス位置を測定する。あるい
は、前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向に向けてそれぞ
れ対をなして対向配置されており、かつ前記複数本のラ
インのライン幅が同一方向に向けて順次増大され、各ラ
イン部により形成される前記パターン像について、前記
複数本のラインの配列方向に走査を行って走査信号を得
るとともに、当該走査信号から前記ライン部の中心位置
を求め、かつこの中心位置から得られる前記各ライン部
の間隔寸法に基づいて前記ベストフォーカス位置を測定
する。さらに、前記ライン部により形成される前記パタ
ーン像について、前記複数本のラインの配列方向に走査
を行って走査信号を得るとともに、当該走査信号から得
られる前記ライン部のライン幅に基づいて前記ベストフ
ォーカス位置を測定する。
【００１１】そして、本発明の光学収差の測定方法とし
て、前記ベストフォーカス位置の測定方法によって測定
されたＸ方向及びＹ方向の各ベストフォーカス位置に基
づいて前記光学系の非点収差を測定する。また、前記ラ
イン部は、前記パターン像の像面上のほぼ全域に対応す
るように前記測定用マスク上に配置されており、前記各
ライン部に対応して形成される前記パターン像のベスト
フォーカス位置から前記光学系の像面湾曲を測定する。
さらに、前記ライン部は、前記複数のラインのピッチ寸
法が異なる複数のライン部として構成されており、前記
複数の各ライン部に対応して形成される複数の前記パタ
ーン像のそれぞれのベストフォーカス位置から前記光学
系の球面収差を測定する。
て、前記ベストフォーカス位置の測定方法によって測定
されたＸ方向及びＹ方向の各ベストフォーカス位置に基
づいて前記光学系の非点収差を測定する。また、前記ラ
イン部は、前記パターン像の像面上のほぼ全域に対応す
るように前記測定用マスク上に配置されており、前記各
ライン部に対応して形成される前記パターン像のベスト
フォーカス位置から前記光学系の像面湾曲を測定する。
さらに、前記ライン部は、前記複数のラインのピッチ寸
法が異なる複数のライン部として構成されており、前記
複数の各ライン部に対応して形成される複数の前記パタ
ーン像のそれぞれのベストフォーカス位置から前記光学
系の球面収差を測定する。
【００１２】以上の本発明の測定用マスクを用いた光学
収差の測定方法では、測定用マスクに形成される測定用
パターンのライン部を所要のピッチでしかも一方向に向
けて順次ライン幅が変化するように並列配置された複数
のラインで構成しているので、測定用パターンの投影像
がデフォーカスされたときにライン幅の小さいラインに
対応するフォトレジストパターンが形成されることはな
く、パターン認識装置によって当該ライン部のライン幅
変化に伴う信号変化を検出することで、測定用パターン
のデフォーカスないしベストフォーカスを自動的に検出
することが可能になる。そのため、従来のような高倍率
光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視によりベ
ストフォーカス位置を確認するような作業は不要にな
り、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の発生を
防止し、高精度な光学収差の測定が実現可能になる。
収差の測定方法では、測定用マスクに形成される測定用
パターンのライン部を所要のピッチでしかも一方向に向
けて順次ライン幅が変化するように並列配置された複数
のラインで構成しているので、測定用パターンの投影像
がデフォーカスされたときにライン幅の小さいラインに
対応するフォトレジストパターンが形成されることはな
く、パターン認識装置によって当該ライン部のライン幅
変化に伴う信号変化を検出することで、測定用パターン
のデフォーカスないしベストフォーカスを自動的に検出
することが可能になる。そのため、従来のような高倍率
光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視によりベ
ストフォーカス位置を確認するような作業は不要にな
り、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の発生を
防止し、高精度な光学収差の測定が実現可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明における収差を測定す
る対象としての投影露光装置１００である。水銀ランプ
１０１、反射鏡１０２、フライアイレンズ１０３、絞り
１０４、コンデンサレンズ１０５等で照明光学系１０６
が構成され、この照明光学系１０６によりマスクステー
ジ１０７上に載置された測定用マスク（フォトマスク）
Ｍが照明される。前記マスクステージ１０７の下側に
は、ここでの収差の測定対象となる縮小型の投影光学系
（投影レンズ）１０８が配置されており、前記測定用マ
スクＭに形成されている後述する測定用パターンは前記
投影光学系１０８によってウェハステージ１０９上に載
置された測定用ウェハＷの表面に縮小状態に結像され
る。前記測定用ウェハＷの表面には図には表れないフォ
トレジストが塗布されており、当該フォトレジストを現
像することにより、結像された測定用パターンがフォト
レジストパターンとして形成される。また、前記ウェハ
ステージ１０９は同図に矢印で示すように平面ＸＹ方向
に移動可能であるとともに、前記投影光学系１０８の光
軸方向（Ｚ方向）にも移動可能であり、特にウェハステ
ージ１０９をＺ方向に移動させることで、前記測定用ウ
ェハＷの表面のフォトレジストに、前記投影光学系１０
８に対するフォーカス位置を変化させた状態で前記測定
用パターンを結像した複数のフォトレジストパターンを
得ることが可能になる。
参照して説明する。図１は本発明における収差を測定す
る対象としての投影露光装置１００である。水銀ランプ
１０１、反射鏡１０２、フライアイレンズ１０３、絞り
１０４、コンデンサレンズ１０５等で照明光学系１０６
が構成され、この照明光学系１０６によりマスクステー
ジ１０７上に載置された測定用マスク（フォトマスク）
Ｍが照明される。前記マスクステージ１０７の下側に
は、ここでの収差の測定対象となる縮小型の投影光学系
（投影レンズ）１０８が配置されており、前記測定用マ
スクＭに形成されている後述する測定用パターンは前記
投影光学系１０８によってウェハステージ１０９上に載
置された測定用ウェハＷの表面に縮小状態に結像され
る。前記測定用ウェハＷの表面には図には表れないフォ
トレジストが塗布されており、当該フォトレジストを現
像することにより、結像された測定用パターンがフォト
レジストパターンとして形成される。また、前記ウェハ
ステージ１０９は同図に矢印で示すように平面ＸＹ方向
に移動可能であるとともに、前記投影光学系１０８の光
軸方向（Ｚ方向）にも移動可能であり、特にウェハステ
ージ１０９をＺ方向に移動させることで、前記測定用ウ
ェハＷの表面のフォトレジストに、前記投影光学系１０
８に対するフォーカス位置を変化させた状態で前記測定
用パターンを結像した複数のフォトレジストパターンを
得ることが可能になる。
【００１４】図２は前記測定マスクＭと、当該測定マス
クＭに形成されている測定用パターンＰ１の第１の実施
形態のパターン図である。前記測定用パターンＰ１は、
測定用マスクＭの表面に光を透過しないクロム等の金属
箔をパターン形成して構成されており、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ対をなして所要の間隔で対向配置した４本
の外側の第１ライン部ＰＬ１と、前記第１ライン部ＰＬ
１の各内側領域において同様にＸ方向及びＹ方向にそれ
ぞれ対をなして対向配置した内側の第２ライン部ＰＬ２
とで構成されている。ここで、前記各第１ライン部ＰＬ
１は、それぞれ１本の太いライン、ここではライン幅が
３μｍのラインとして構成されている。また、前記各第
２ライン部ＰＬ２は、ライン幅方向に所定のピッチ寸法
で並列に配置した複数のラインＬ１〜Ｌ７の集合体とし
て構成されており、特に同図のＸ方向に対向配置されて
いる一対のＸ方向第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｘ）で
は、複数のラインＬ１〜Ｌ７は、同図の右側方向のライ
ンＬ１ほどライン幅が小さくなるように構成されてお
り、また、同図のＹ方向に対向配置されている一対のＹ
方向第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｙ）は、前記Ｘ方向第
２ライン部ＰＬ２ｘを垂直方向に向けた構成であるので
図示は省略するが、複数のラインのうち同図の上方向に
行くラインほどライン幅が小さくなるように構成されて
いる。ここでは、各第２ライン部ＰＬ２は７本のライン
Ｌ１〜Ｌ７の集合で構成されており、各ラインＬ１〜Ｌ
７のピッチｐｔは０．５μｍとされ、各ライン幅は右側
または上側からＬ１＝０．１μｍ、Ｌ２＝０．１５μ
ｍ、Ｌ３＝０．２μｍ、Ｌ４＝０．２５μｍ、Ｌ５＝
０．３μｍ、Ｌ６＝０．３５μｍ、Ｌ７＝０．４μｍに
形成されている。
クＭに形成されている測定用パターンＰ１の第１の実施
形態のパターン図である。前記測定用パターンＰ１は、
測定用マスクＭの表面に光を透過しないクロム等の金属
箔をパターン形成して構成されており、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ対をなして所要の間隔で対向配置した４本
の外側の第１ライン部ＰＬ１と、前記第１ライン部ＰＬ
１の各内側領域において同様にＸ方向及びＹ方向にそれ
ぞれ対をなして対向配置した内側の第２ライン部ＰＬ２
とで構成されている。ここで、前記各第１ライン部ＰＬ
１は、それぞれ１本の太いライン、ここではライン幅が
３μｍのラインとして構成されている。また、前記各第
２ライン部ＰＬ２は、ライン幅方向に所定のピッチ寸法
で並列に配置した複数のラインＬ１〜Ｌ７の集合体とし
て構成されており、特に同図のＸ方向に対向配置されて
いる一対のＸ方向第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｘ）で
は、複数のラインＬ１〜Ｌ７は、同図の右側方向のライ
ンＬ１ほどライン幅が小さくなるように構成されてお
り、また、同図のＹ方向に対向配置されている一対のＹ
方向第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｙ）は、前記Ｘ方向第
２ライン部ＰＬ２ｘを垂直方向に向けた構成であるので
図示は省略するが、複数のラインのうち同図の上方向に
行くラインほどライン幅が小さくなるように構成されて
いる。ここでは、各第２ライン部ＰＬ２は７本のライン
Ｌ１〜Ｌ７の集合で構成されており、各ラインＬ１〜Ｌ
７のピッチｐｔは０．５μｍとされ、各ライン幅は右側
または上側からＬ１＝０．１μｍ、Ｌ２＝０．１５μ
ｍ、Ｌ３＝０．２μｍ、Ｌ４＝０．２５μｍ、Ｌ５＝
０．３μｍ、Ｌ６＝０．３５μｍ、Ｌ７＝０．４μｍに
形成されている。
【００１５】そして、前記測定用マスクＭにおいては、
前記測定用パターンＰ１は、図２に示したように前記測
定用マスクＭの光軸中心位置を含むほぼ全領域内にわた
って平面ＸＹ方向に均等な間隔で配置されている。ある
いは、図示は省略するが、光軸を中心とする同心円上の
位置に放射状に配置されている。
前記測定用パターンＰ１は、図２に示したように前記測
定用マスクＭの光軸中心位置を含むほぼ全領域内にわた
って平面ＸＹ方向に均等な間隔で配置されている。ある
いは、図示は省略するが、光軸を中心とする同心円上の
位置に放射状に配置されている。
【００１６】以上の構成の測定用マスクＭを用いた光学
収差の測定方法を説明する。図１に示した投影露光装置
１００のマスクステージ１０７に図２の測定用マスクＭ
を載置する。また、ウェハステージ１０９上に、表面に
フォトレジストを塗布した測定用ウェハＷを載置する。
そして、前記照明光学系１０６により前記測定用マスク
Ｍを照明し、縮小型の投影光学系１０８により測定用マ
スクＭの測定用パターンＰ１を測定用ウェハＷの表面に
縮小した状態で結像し、露光する。このとき、図１に矢
印で示したように、ウェハステージ１０９をＸＹ方向に
移動して測定用ウェハＷ上での測定用パターンの露光位
置を変化させるとともに、Ｚ方向、すなわち投影光学系
１０８の光軸方向に沿って微小寸法単位で測定用ウェハ
Ｗの位置を変化させながら順次露光を実行する。例え
ば、この例では、ベストフォーカス位置と推測される位
置を含んで、測定用ウェハＷのＺ方向位置を０．１μｍ
単位で＋１．０から−１．０の範囲で変化させる。
収差の測定方法を説明する。図１に示した投影露光装置
１００のマスクステージ１０７に図２の測定用マスクＭ
を載置する。また、ウェハステージ１０９上に、表面に
フォトレジストを塗布した測定用ウェハＷを載置する。
そして、前記照明光学系１０６により前記測定用マスク
Ｍを照明し、縮小型の投影光学系１０８により測定用マ
スクＭの測定用パターンＰ１を測定用ウェハＷの表面に
縮小した状態で結像し、露光する。このとき、図１に矢
印で示したように、ウェハステージ１０９をＸＹ方向に
移動して測定用ウェハＷ上での測定用パターンの露光位
置を変化させるとともに、Ｚ方向、すなわち投影光学系
１０８の光軸方向に沿って微小寸法単位で測定用ウェハ
Ｗの位置を変化させながら順次露光を実行する。例え
ば、この例では、ベストフォーカス位置と推測される位
置を含んで、測定用ウェハＷのＺ方向位置を０．１μｍ
単位で＋１．０から−１．０の範囲で変化させる。
【００１７】しかる上で、露光した測定用ウェハのフォ
トレジストを現像し、フォトレジストに露光された測定
用パターンをフォトレジストパターンＰＰとして顕像化
する。これにより、図３に示すように、測定用ウェハＷ
の表面には、異なるＺ方向位置においてそれぞれ露光し
た測定用パターンＰ１に対応する顕像化された複数のフ
ォトレジストパターンＰＰが形成されることになる。そ
して、この測定用ウェハＷを従来から広く利用されてい
る図外のパターン認識装置にセットし、顕像化したフォ
トレジストパターンＰＰに対して計測を行う。なお、こ
のパターン認識装置は、例えばフォトレジストパターン
ＰＰに対して光ビームを走査し、その際にフォトレジス
トパターンＰＰによって低減される光ビームの反射光量
に基づいて当該光ビームの走査方向のフォトレジストパ
ターンＰＰのパターン幅を計測し、さらにはパターン形
状を認識するものである。
トレジストを現像し、フォトレジストに露光された測定
用パターンをフォトレジストパターンＰＰとして顕像化
する。これにより、図３に示すように、測定用ウェハＷ
の表面には、異なるＺ方向位置においてそれぞれ露光し
た測定用パターンＰ１に対応する顕像化された複数のフ
ォトレジストパターンＰＰが形成されることになる。そ
して、この測定用ウェハＷを従来から広く利用されてい
る図外のパターン認識装置にセットし、顕像化したフォ
トレジストパターンＰＰに対して計測を行う。なお、こ
のパターン認識装置は、例えばフォトレジストパターン
ＰＰに対して光ビームを走査し、その際にフォトレジス
トパターンＰＰによって低減される光ビームの反射光量
に基づいて当該光ビームの走査方向のフォトレジストパ
ターンＰＰのパターン幅を計測し、さらにはパターン形
状を認識するものである。
【００１８】すなわち、前記パターン認識装置を用い
て、測定用ウェハＷにフォトレジストパターンＰＰとし
て顕像化された測定用パターンについてそれぞれ前記し
た測定を行う。図４はその測定結果の一部を示す図であ
り、Ｘ方向に対向配置されている一対の第１ライン部Ｐ
Ｌ１及び第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｘ）について図示
している。図４は、前記測定用パターンＰ１がベストフ
ォーカスで測定用ウェハＷに露光された場合を示してお
り、太い幅寸法をした第１ライン部ＰＬ１はほぼ投影光
学系の縮小率に準じたライン幅のラインとしてフォトレ
ジストパターンＰＰ１が得られている。また、複数のラ
インの集合からなる第２ライン部ＰＬ２においても、複
数の各ラインに対応するパターンのフォトレジストパタ
ーンＰＰ２が得られている。そのため、これらフォトレ
ジストパターンとして形成されている第１ライン部ＰＰ
１と第２ライン部ＰＰ２をＸ方向に光ビームＬＢにより
走査し、その測定用ウェハＷの表面の反射光を受光して
得られる信号Ｓは、各フォトレジストパターンＰＰ１，
ＰＰ２を走査しているときに低レベルの信号になる。そ
して、この信号のうち、低レベルになる部分に基づい
て、第１ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２のそれぞ
れの中心位置Ｃ１１，Ｃ１２とＣ２１，Ｃ２２を算出
し、さらにこれらの中心位置からＸ方向に対向配置され
た第１ライン部ＰＰ１同士の中央位置Ｃ１と第２ライン
部ＰＰ２同士の中央位置Ｃ２を算出する。このベストフ
ォーカス状態では、露光された第１ライン部ＰＰ１と第
２ライン部ＰＰ２の各フォトレジストパターンに形状の
崩れが生じていないため、第１ライン部と第２ライン部
の各中央位置Ｃ１，Ｃ２は一致することになる。
て、測定用ウェハＷにフォトレジストパターンＰＰとし
て顕像化された測定用パターンについてそれぞれ前記し
た測定を行う。図４はその測定結果の一部を示す図であ
り、Ｘ方向に対向配置されている一対の第１ライン部Ｐ
Ｌ１及び第２ライン部ＰＬ２（ＰＬ２ｘ）について図示
している。図４は、前記測定用パターンＰ１がベストフ
ォーカスで測定用ウェハＷに露光された場合を示してお
り、太い幅寸法をした第１ライン部ＰＬ１はほぼ投影光
学系の縮小率に準じたライン幅のラインとしてフォトレ
ジストパターンＰＰ１が得られている。また、複数のラ
インの集合からなる第２ライン部ＰＬ２においても、複
数の各ラインに対応するパターンのフォトレジストパタ
ーンＰＰ２が得られている。そのため、これらフォトレ
ジストパターンとして形成されている第１ライン部ＰＰ
１と第２ライン部ＰＰ２をＸ方向に光ビームＬＢにより
走査し、その測定用ウェハＷの表面の反射光を受光して
得られる信号Ｓは、各フォトレジストパターンＰＰ１，
ＰＰ２を走査しているときに低レベルの信号になる。そ
して、この信号のうち、低レベルになる部分に基づい
て、第１ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２のそれぞ
れの中心位置Ｃ１１，Ｃ１２とＣ２１，Ｃ２２を算出
し、さらにこれらの中心位置からＸ方向に対向配置され
た第１ライン部ＰＰ１同士の中央位置Ｃ１と第２ライン
部ＰＰ２同士の中央位置Ｃ２を算出する。このベストフ
ォーカス状態では、露光された第１ライン部ＰＰ１と第
２ライン部ＰＰ２の各フォトレジストパターンに形状の
崩れが生じていないため、第１ライン部と第２ライン部
の各中央位置Ｃ１，Ｃ２は一致することになる。
【００１９】一方、図５は、測定用パターンＰ１がデフ
ォーカス、すなわちピントずれが生じている状態で測定
用ウェハＷに露光された場合を示している。ここでは、
太い幅寸法をした第１ライン部ＰＬ１は特にフォトレジ
ストパターンの崩れは生じていないが、複数のラインの
集合からなる第２ライン部ＰＰ２においては、複数のラ
インのうちライン幅の小さい図示右側のラインＬ１で
は、デフォーカスによる露光光の分散によってフォトレ
ジストに対する露光強度の低下が著しくなり、結果とし
てフォトレジストパターンとして顕像化されなくなる。
そのため、第２ライン部ＰＰ２のフォトレジストパター
ンは、顕像化されないラインが生じることによって全体
としてのライン幅が低減されることになる。そのため、
第１ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２を光ビームに
よりＸ方向に走査して得られる信号Ｓに基づいて、第１
ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２のそれぞれの中心
位置Ｃ１１，Ｃ１２とＣ２１，Ｃ２２を算出し、さらに
これらの中心位置からＸ方向に対向配置された第１ライ
ン部ＰＰ１同士の中央位置Ｃ１と第２ライン部ＰＰ２同
士の中央位置Ｃ２を算出する。この場合には、第２ライ
ン部ＰＰ２においては、前記したように各フォトレジス
トパターンにデフォーカスによる形状の崩れが生じてい
るため、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置Ｃ２は同図
の左方向に変位されることになり、第１ライン部と第２
ライン部のそれぞれの中央位置Ｃ１，Ｃ２との間にずれ
ｄｘが生じるようになる。
ォーカス、すなわちピントずれが生じている状態で測定
用ウェハＷに露光された場合を示している。ここでは、
太い幅寸法をした第１ライン部ＰＬ１は特にフォトレジ
ストパターンの崩れは生じていないが、複数のラインの
集合からなる第２ライン部ＰＰ２においては、複数のラ
インのうちライン幅の小さい図示右側のラインＬ１で
は、デフォーカスによる露光光の分散によってフォトレ
ジストに対する露光強度の低下が著しくなり、結果とし
てフォトレジストパターンとして顕像化されなくなる。
そのため、第２ライン部ＰＰ２のフォトレジストパター
ンは、顕像化されないラインが生じることによって全体
としてのライン幅が低減されることになる。そのため、
第１ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２を光ビームに
よりＸ方向に走査して得られる信号Ｓに基づいて、第１
ライン部ＰＰ１と第２ライン部ＰＰ２のそれぞれの中心
位置Ｃ１１，Ｃ１２とＣ２１，Ｃ２２を算出し、さらに
これらの中心位置からＸ方向に対向配置された第１ライ
ン部ＰＰ１同士の中央位置Ｃ１と第２ライン部ＰＰ２同
士の中央位置Ｃ２を算出する。この場合には、第２ライ
ン部ＰＰ２においては、前記したように各フォトレジス
トパターンにデフォーカスによる形状の崩れが生じてい
るため、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置Ｃ２は同図
の左方向に変位されることになり、第１ライン部と第２
ライン部のそれぞれの中央位置Ｃ１，Ｃ２との間にずれ
ｄｘが生じるようになる。
【００２０】前記したデフォーカスがさらに顕著になる
と、図６のように、第２ライン部ＰＰ２においては、図
示左方向に向けてより太いラインに対するデフォーカス
の影響が生じるようになり、同図右側のラインから複数
本のラインにわたるライン、ここではラインＬ１，Ｌ２
についてフォトレジストパターンが顕像化されなくな
り、第２ライン部ＰＰ２のフォトレジストパターンのラ
イン幅はさらに低減されることになる。そのため、Ｘ方
向の光ビームＬＢの走査により得られる信号Ｓに基づい
て前記と同様な計測を行うと、第１ライン部ＰＰ１同士
の中央位置Ｃ１と、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置
Ｃ２とのずれ量ｄｘはさらに大きなものになる。
と、図６のように、第２ライン部ＰＰ２においては、図
示左方向に向けてより太いラインに対するデフォーカス
の影響が生じるようになり、同図右側のラインから複数
本のラインにわたるライン、ここではラインＬ１，Ｌ２
についてフォトレジストパターンが顕像化されなくな
り、第２ライン部ＰＰ２のフォトレジストパターンのラ
イン幅はさらに低減されることになる。そのため、Ｘ方
向の光ビームＬＢの走査により得られる信号Ｓに基づい
て前記と同様な計測を行うと、第１ライン部ＰＰ１同士
の中央位置Ｃ１と、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置
Ｃ２とのずれ量ｄｘはさらに大きなものになる。
【００２１】このように、デフォーカス量が大きくなる
と、第２ライン部ＰＰ２のライン幅はさらに低減される
ことになり、結果として第１ライン部ＰＰ１同士の中央
位置Ｃ１と、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置２との
ずれ量ｄｘは、デフォーカス量が大きくなるのに伴って
増大することになる。このデフォーカスに伴う前記ずれ
量ｄｘは、ベストフォーカス位置に対して測定用ウェハ
Ｗが測定用マスクＭに近づく方向、あるいは遠ざかる方
向のいずれについてもほぼ同様に生じることになる。そ
こで、図７に示すように、露光時における測定用ウェハ
ＷのＺ方向の位置を横軸にとり、前記測定した第１ライ
ン部同士と第２ライン部同士の各中央位置のずれ量ｄｘ
を縦軸にプロットし、これらプロットの包絡線を得るこ
とにより、当該包絡線のピークが得られ、このピークが
得られるときの測定用ウェハＷのＺ方向位置がＸ方向で
のベストフォーカス位置として得られることになる。な
お、前記説明は測定用パターンＰ１のＸ方向についてで
あるが、同図に示すように、Ｙ方向についても同様にし
て得られるずれ量ｄｙをプロットし、その包絡線を得る
ことができ、そのピーク位置からＹ方向でのベストフォ
ーカス位置を得ることができる。通常、光学系では非点
収差が存在しているため、Ｘ方向とＹ方向ではそれぞれ
のベストフォーカス位置が相違しており、同図ではこの
ことが表れている。
と、第２ライン部ＰＰ２のライン幅はさらに低減される
ことになり、結果として第１ライン部ＰＰ１同士の中央
位置Ｃ１と、第２ライン部ＰＰ２同士の中央位置２との
ずれ量ｄｘは、デフォーカス量が大きくなるのに伴って
増大することになる。このデフォーカスに伴う前記ずれ
量ｄｘは、ベストフォーカス位置に対して測定用ウェハ
Ｗが測定用マスクＭに近づく方向、あるいは遠ざかる方
向のいずれについてもほぼ同様に生じることになる。そ
こで、図７に示すように、露光時における測定用ウェハ
ＷのＺ方向の位置を横軸にとり、前記測定した第１ライ
ン部同士と第２ライン部同士の各中央位置のずれ量ｄｘ
を縦軸にプロットし、これらプロットの包絡線を得るこ
とにより、当該包絡線のピークが得られ、このピークが
得られるときの測定用ウェハＷのＺ方向位置がＸ方向で
のベストフォーカス位置として得られることになる。な
お、前記説明は測定用パターンＰ１のＸ方向についてで
あるが、同図に示すように、Ｙ方向についても同様にし
て得られるずれ量ｄｙをプロットし、その包絡線を得る
ことができ、そのピーク位置からＹ方向でのベストフォ
ーカス位置を得ることができる。通常、光学系では非点
収差が存在しているため、Ｘ方向とＹ方向ではそれぞれ
のベストフォーカス位置が相違しており、同図ではこの
ことが表れている。
【００２２】以上の方法により、測定用マスクに形成し
た複数の測定用パターンのそれぞれについてＸ方向、Ｙ
方向の各ベストフォーカス位置を測定することが可能に
なる。したがって、図２に示した測定用マスクＭに形成
された複数個の測定用パターンＰ１のうち、例えば、投
影光学系１０８の光軸上に位置される一つの測定用パタ
ーンにより測定用ウェハＷ上に形成されるフォトレジス
トパターンについて、前記したようにＸ方向およびＹ方
向のベストフォーカス位置を測定し、このベストフォー
カス位置を所定の演算式に代入して演算を行うことで、
図８に示すように、前記投影光学系１０８の光軸上にお
けるＸ方向とＹ方向のベストフォーカス位置のずれ量で
ある、非点収差を得ることが可能になる。あるいは、複
数の測定用パターンの各ベストフォーカス位置の平均を
とってＸ方向、Ｙ方向のベストフォーカス位置を求めて
非点収差を得るようにしてもよい。
た複数の測定用パターンのそれぞれについてＸ方向、Ｙ
方向の各ベストフォーカス位置を測定することが可能に
なる。したがって、図２に示した測定用マスクＭに形成
された複数個の測定用パターンＰ１のうち、例えば、投
影光学系１０８の光軸上に位置される一つの測定用パタ
ーンにより測定用ウェハＷ上に形成されるフォトレジス
トパターンについて、前記したようにＸ方向およびＹ方
向のベストフォーカス位置を測定し、このベストフォー
カス位置を所定の演算式に代入して演算を行うことで、
図８に示すように、前記投影光学系１０８の光軸上にお
けるＸ方向とＹ方向のベストフォーカス位置のずれ量で
ある、非点収差を得ることが可能になる。あるいは、複
数の測定用パターンの各ベストフォーカス位置の平均を
とってＸ方向、Ｙ方向のベストフォーカス位置を求めて
非点収差を得るようにしてもよい。
【００２３】また、図２に示した測定用マスクＭのよう
に、測定用マスクの各ショット面のほぼ全面に配置され
ている複数の測定用パターンＰ１のそれぞれについての
Ｘ方向及びＹ方向のベストフォーカス位置を測定し、こ
れらのベストフォーカス位置を所定の演算式に代入して
演算を行うことで、図９に示すように、投影光学系のＺ
軸上でのＸ方向及びＹ方向の各座標位置でのベストフォ
ーカス位置である像面湾曲を得ることが可能になる。
に、測定用マスクの各ショット面のほぼ全面に配置され
ている複数の測定用パターンＰ１のそれぞれについての
Ｘ方向及びＹ方向のベストフォーカス位置を測定し、こ
れらのベストフォーカス位置を所定の演算式に代入して
演算を行うことで、図９に示すように、投影光学系のＺ
軸上でのＸ方向及びＹ方向の各座標位置でのベストフォ
ーカス位置である像面湾曲を得ることが可能になる。
【００２４】一方、球面収差を測定する場合には、第２
ライン部ＰＬ２を構成する複数のラインＬ１〜Ｌ７のピ
ッチ寸法を相違させた複数の測定用パターンを形成す
る。すなわち、図２に示した測定用パターンＰ１の例で
は、第２ライン部ＰＬ２の複数のラインＬ１〜Ｌ７のピ
ッチｐｔは０．５μｍ（５００ｎｍ）であるが、例えば
図１０のように、ピッチｐｔが３００ｎｍ、３５０ｎ
ｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎ
ｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍと８種類のピッチが異なる
第２ライン部でそれぞれ構成される８個の測定用パター
ンＰ１１〜Ｐ１８を測定用マスクＭに配置する。なお、
この例では最大幅のラインＬ７のライン幅を０．３μｍ
（３００ｎｍ）とし、以下ラインＬ１に向けてライン幅
を徐々に小さくしている。そして、図１０には、最小ピ
ッチであるピッチ３００ｎｍの測定用パターンＰ１１と
最大ピッチであるピッチ９００ｎｍの測定パターンＰ１
８を例示している。
ライン部ＰＬ２を構成する複数のラインＬ１〜Ｌ７のピ
ッチ寸法を相違させた複数の測定用パターンを形成す
る。すなわち、図２に示した測定用パターンＰ１の例で
は、第２ライン部ＰＬ２の複数のラインＬ１〜Ｌ７のピ
ッチｐｔは０．５μｍ（５００ｎｍ）であるが、例えば
図１０のように、ピッチｐｔが３００ｎｍ、３５０ｎ
ｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎ
ｍ、８００ｎｍ、９００ｎｍと８種類のピッチが異なる
第２ライン部でそれぞれ構成される８個の測定用パター
ンＰ１１〜Ｐ１８を測定用マスクＭに配置する。なお、
この例では最大幅のラインＬ７のライン幅を０．３μｍ
（３００ｎｍ）とし、以下ラインＬ１に向けてライン幅
を徐々に小さくしている。そして、図１０には、最小ピ
ッチであるピッチ３００ｎｍの測定用パターンＰ１１と
最大ピッチであるピッチ９００ｎｍの測定パターンＰ１
８を例示している。
【００２５】そして、前記測定用マスクＭを用いて非点
収差の測定時と同様に測定用ウェハＷに対して露光を行
い、現像してフォトレジストパターンを得る。このと
き、測定用パターンの各ピッチの違いに応じて測定用マ
スクによる照明光の回折角度に違いが生じるため、図１
１のように、測定用マスクＭを照明する照明光学系１０
６の光が投影光学系１０８に対して異なる径方向を透過
された状態で測定用パターンＰ１１〜Ｐ１８の結像が行
われ、それぞれの測定用パターンＰ１１〜Ｐ１８に対応
するフォトレジストパターンＰＰ１１〜ＰＰ１８が形成
されることになる。その上で、各測定用パターンＰ１１
〜Ｐ１８に対応して形成される各フォトレジストパター
ンＰＰ１１〜ＰＰ１８に対して、前記したと同様にパタ
ーン認識装置による光ビームの走査を行い、パターン測
定を実行する。このとき、ピッチが異なる測定用パター
ン毎にパターン計測を行なってそれぞれにおけるずれ量
ｄｘ，ｄｙを求め、しかる上で図１２に示すように、各
ピッチ毎の測定用パターンのＸ方向、Ｙ方向の各ベスト
フォーカス位置を測定する。なお、同図にはピッチｐｔ
が３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍにおけるずれ量
ｄｘの例を示しているが、他のピッチ、及びＹ方向のず
れ量ｄｙについても同様である。これにより、図１１に
示したように、投影光学系１０８のそれぞれ異なる径位
置で結像された測定用パターンのベストフォーカス位置
が得られることになり、これらのベストフォーカス位置
を所定の演算式に代入して演算を行うことで、投影光学
系の球面収差を得ることが可能になる。
収差の測定時と同様に測定用ウェハＷに対して露光を行
い、現像してフォトレジストパターンを得る。このと
き、測定用パターンの各ピッチの違いに応じて測定用マ
スクによる照明光の回折角度に違いが生じるため、図１
１のように、測定用マスクＭを照明する照明光学系１０
６の光が投影光学系１０８に対して異なる径方向を透過
された状態で測定用パターンＰ１１〜Ｐ１８の結像が行
われ、それぞれの測定用パターンＰ１１〜Ｐ１８に対応
するフォトレジストパターンＰＰ１１〜ＰＰ１８が形成
されることになる。その上で、各測定用パターンＰ１１
〜Ｐ１８に対応して形成される各フォトレジストパター
ンＰＰ１１〜ＰＰ１８に対して、前記したと同様にパタ
ーン認識装置による光ビームの走査を行い、パターン測
定を実行する。このとき、ピッチが異なる測定用パター
ン毎にパターン計測を行なってそれぞれにおけるずれ量
ｄｘ，ｄｙを求め、しかる上で図１２に示すように、各
ピッチ毎の測定用パターンのＸ方向、Ｙ方向の各ベスト
フォーカス位置を測定する。なお、同図にはピッチｐｔ
が３００ｎｍ、６００ｎｍ、９００ｎｍにおけるずれ量
ｄｘの例を示しているが、他のピッチ、及びＹ方向のず
れ量ｄｙについても同様である。これにより、図１１に
示したように、投影光学系１０８のそれぞれ異なる径位
置で結像された測定用パターンのベストフォーカス位置
が得られることになり、これらのベストフォーカス位置
を所定の演算式に代入して演算を行うことで、投影光学
系の球面収差を得ることが可能になる。
【００２６】以上のように、本発明の収差の測定方法で
は、測定用マスクＭに形成される測定用パターンＰ１
（Ｐ１１〜Ｐ１８）の第２ライン部ＰＬ２を所要のピッ
チでしかも一方向に向けて順次ライン幅が変化するよう
に並列配置された複数のラインＬ１〜Ｌ７で構成し、測
定用パターンＰ１の投影像がデフォーカスされたときに
ライン幅の小さいラインに対応するフォトレジストパタ
ーンが形成されないように構成しているので、パターン
認識装置によって当該第２ライン部ＰＬ２のライン幅の
変化に伴う信号変化を検出することにより測定用パター
ンＰ１のデフォーカスないしベストフォーカスを自動的
に検出することが可能になる。これにより、従来のよう
な高倍率光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視
によりベストフォーカス位置を確認するような作業は不
要になり、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の
発生を防止し、高精度な光学収差の測定が実現できる。
は、測定用マスクＭに形成される測定用パターンＰ１
（Ｐ１１〜Ｐ１８）の第２ライン部ＰＬ２を所要のピッ
チでしかも一方向に向けて順次ライン幅が変化するよう
に並列配置された複数のラインＬ１〜Ｌ７で構成し、測
定用パターンＰ１の投影像がデフォーカスされたときに
ライン幅の小さいラインに対応するフォトレジストパタ
ーンが形成されないように構成しているので、パターン
認識装置によって当該第２ライン部ＰＬ２のライン幅の
変化に伴う信号変化を検出することにより測定用パター
ンＰ１のデフォーカスないしベストフォーカスを自動的
に検出することが可能になる。これにより、従来のよう
な高倍率光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視
によりベストフォーカス位置を確認するような作業は不
要になり、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の
発生を防止し、高精度な光学収差の測定が実現できる。
【００２７】ここで、本発明にかかる測定用マスクに形
成する測定用パターンとして、次のようなパターンを採
用することも可能である。図１３は本発明の第２の実施
形態の測定用マスクの測定用パターンＰ２であり、この
測定用パターンＰ２は、前記第１の実施形態の図２に示
した測定用パターンＰ１において、外側の第１ライン部
ＰＬ１を省略し、内側の第２ライン部ＰＬ２のみで構成
した測定用パターンである。すなわち、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ対向するように各一対の第２ライン部ＰＬ
２Ｒ，ＰＬ２ＬとＰＬ２Ｕ，ＰＬ２Ｄを形成しており、
各第２ライン部はそれぞれ所定のピッチで配列される複
数のラインＬ１〜Ｌ７で構成されている。また、各複数
のラインはそれぞれライン幅が順次変化された構成であ
ることも同じである。ただし、この実施形態ではＸ方向
に対向する各第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌでは、ラ
インＬ１〜Ｌ７のライン幅が増大する方向が対称方向に
向けられており、左右外側のラインＬ１のライン幅が小
さく、内側のラインＬ７のライン幅が大きくなってい
る。また、図示は省略するがＹ方向の第２ライン部ＰＬ
２Ｕ，ＰＬ２Ｄにおいても同様であり、では上下外側の
ライン幅が小さく、内側のライン幅が大きくなってい
る。
成する測定用パターンとして、次のようなパターンを採
用することも可能である。図１３は本発明の第２の実施
形態の測定用マスクの測定用パターンＰ２であり、この
測定用パターンＰ２は、前記第１の実施形態の図２に示
した測定用パターンＰ１において、外側の第１ライン部
ＰＬ１を省略し、内側の第２ライン部ＰＬ２のみで構成
した測定用パターンである。すなわち、Ｘ方向及びＹ方
向にそれぞれ対向するように各一対の第２ライン部ＰＬ
２Ｒ，ＰＬ２ＬとＰＬ２Ｕ，ＰＬ２Ｄを形成しており、
各第２ライン部はそれぞれ所定のピッチで配列される複
数のラインＬ１〜Ｌ７で構成されている。また、各複数
のラインはそれぞれライン幅が順次変化された構成であ
ることも同じである。ただし、この実施形態ではＸ方向
に対向する各第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌでは、ラ
インＬ１〜Ｌ７のライン幅が増大する方向が対称方向に
向けられており、左右外側のラインＬ１のライン幅が小
さく、内側のラインＬ７のライン幅が大きくなってい
る。また、図示は省略するがＹ方向の第２ライン部ＰＬ
２Ｕ，ＰＬ２Ｄにおいても同様であり、では上下外側の
ライン幅が小さく、内側のライン幅が大きくなってい
る。
【００２８】この第２の実施形態の測定用パターンで
は、例えば、図１４（ａ）に示すように、測定用パター
ンＰ２のＸ方向について、パターン認識装置において第
１の実施形態と同様に光ビームＬＢにより走査を行な
い、左右の各第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン
幅の中心位置Ｃ３１，Ｃ３２を求める。その上で、両第
２ライン部の中心位置Ｃ３１，Ｃ３２の間隔寸法Ｌｘを
測定し、この間隔寸法Ｌｘを縦軸にプロットする。前記
したように、ベストフォーカスでは両第２ライン部ＰＬ
２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン幅は大きいが、フォーカスのず
れ量が大きくなるのに従って図１４（ｂ）のように、両
第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン幅は小さくな
るので、前記間隔寸法Ｌｘも小さくなり、間隔寸法Ｌｘ
はベストフォーカスで最大となる。したがって、プロッ
トにより得られる包絡線から間隔寸法Ｌｘのピークを得
ることで、ベストフォーカス位置を得ることが可能にな
る。この方法では、第１の実施形態に比較すると、第１
ライン部ＰＬ１が不要であるため、測定用パターンＰ２
が簡易化できるとともに、ベストフォーカス位置を得る
際のパターン認識装置での処理工程数が低減できるた
め、高速な処理が可能になる。
は、例えば、図１４（ａ）に示すように、測定用パター
ンＰ２のＸ方向について、パターン認識装置において第
１の実施形態と同様に光ビームＬＢにより走査を行な
い、左右の各第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン
幅の中心位置Ｃ３１，Ｃ３２を求める。その上で、両第
２ライン部の中心位置Ｃ３１，Ｃ３２の間隔寸法Ｌｘを
測定し、この間隔寸法Ｌｘを縦軸にプロットする。前記
したように、ベストフォーカスでは両第２ライン部ＰＬ
２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン幅は大きいが、フォーカスのず
れ量が大きくなるのに従って図１４（ｂ）のように、両
第２ライン部ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌのライン幅は小さくな
るので、前記間隔寸法Ｌｘも小さくなり、間隔寸法Ｌｘ
はベストフォーカスで最大となる。したがって、プロッ
トにより得られる包絡線から間隔寸法Ｌｘのピークを得
ることで、ベストフォーカス位置を得ることが可能にな
る。この方法では、第１の実施形態に比較すると、第１
ライン部ＰＬ１が不要であるため、測定用パターンＰ２
が簡易化できるとともに、ベストフォーカス位置を得る
際のパターン認識装置での処理工程数が低減できるた
め、高速な処理が可能になる。
【００２９】また、図１５は本発明の第３の実施形態の
測定用パターンＰ３であり、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれ
について、前記第１の実施形態の測定用パターンのう
ち、第２ライン部ＰＬ２のみを単一に用いて構成したも
のである。すなわち、Ｘ方向の第２ライン部ＰＬ２ｘは
複数本のラインＬ１〜Ｌ７を、またＹ方向の第２ライン
部ＰＬ２ｙは複数本のラインＬ１〜Ｌ７をそれぞれ第１
の実施形態の測定用パターンと同様に所定のピッチでか
つライン幅を徐々に増大した状態で形成したものであ
る。この測定用パターンＰ３では、前記した説明から判
るように、ベストフォーカスでは第２ライン部ＰＬ２
ｘ，ＰＬ２ｙのライン幅は大きく、フォーカスのずれ量
が大きくなるのに従って第２ライン部ＰＬ２ｘ，ＰＬ２
ｙのライン幅は小さくなる。したがって、パターン認識
装置において第１の実施形態と同様に光ビームにより走
査を行ない、第２ライン部ＰＬ２ｘ，ＰＬ２ｙのライン
幅を測定し、このライン幅のピークを得ることで、ベス
トフォーカス位置を得ることが可能になる。この方法で
は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて単一の第２ラ
イン部のみで構成できるため、測定用パターンＰ３がさ
らに簡易化できるとともに、ベストフォーカス位置を得
る際のパターン認識装置での処理工程数が低減できるた
め、さらに高速な処理が可能になる。
測定用パターンＰ３であり、Ｘ方向、Ｙ方向のそれぞれ
について、前記第１の実施形態の測定用パターンのう
ち、第２ライン部ＰＬ２のみを単一に用いて構成したも
のである。すなわち、Ｘ方向の第２ライン部ＰＬ２ｘは
複数本のラインＬ１〜Ｌ７を、またＹ方向の第２ライン
部ＰＬ２ｙは複数本のラインＬ１〜Ｌ７をそれぞれ第１
の実施形態の測定用パターンと同様に所定のピッチでか
つライン幅を徐々に増大した状態で形成したものであ
る。この測定用パターンＰ３では、前記した説明から判
るように、ベストフォーカスでは第２ライン部ＰＬ２
ｘ，ＰＬ２ｙのライン幅は大きく、フォーカスのずれ量
が大きくなるのに従って第２ライン部ＰＬ２ｘ，ＰＬ２
ｙのライン幅は小さくなる。したがって、パターン認識
装置において第１の実施形態と同様に光ビームにより走
査を行ない、第２ライン部ＰＬ２ｘ，ＰＬ２ｙのライン
幅を測定し、このライン幅のピークを得ることで、ベス
トフォーカス位置を得ることが可能になる。この方法で
は、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれにおいて単一の第２ラ
イン部のみで構成できるため、測定用パターンＰ３がさ
らに簡易化できるとともに、ベストフォーカス位置を得
る際のパターン認識装置での処理工程数が低減できるた
め、さらに高速な処理が可能になる。
【００３０】ここで、前記実施形態の説明では、測定用
パターンをＸ方向、Ｙ方向に配置してＸ方向及びＹ方向
のベストフォーカス位置を測定し、この測定結果に基づ
いて光学収差を測定しているが、測定用パターンをＸ方
向又はＹ方向に対して４５°、あるいは２２．５°回転
したパターンとして形成し、これらの方向におけるベス
トフォーカス位置を測定することによって、さらに高次
の光学収差、特に非点収差を測定することも可能であ
る。
パターンをＸ方向、Ｙ方向に配置してＸ方向及びＹ方向
のベストフォーカス位置を測定し、この測定結果に基づ
いて光学収差を測定しているが、測定用パターンをＸ方
向又はＹ方向に対して４５°、あるいは２２．５°回転
したパターンとして形成し、これらの方向におけるベス
トフォーカス位置を測定することによって、さらに高次
の光学収差、特に非点収差を測定することも可能であ
る。
【００３１】また、このような多方向でのベストフォー
カスの測定を実現するためには、例えば第４の実施形態
の測定用パターンとして、図１６（ａ）に示すように、
径方向に等しいピッチで配置され、外径側から内径側に
ライン幅が順次増大する複数の円環状パターンで測定用
パターンＰ４を構成するようにしてもよい。この測定用
パターンＰ４を用いれば、フォトレジストに対して露光
を行い、フォトレジストパターンを形成した後に、任意
の方向に光ビームを走査して測定用パターンの径寸法を
測定することで、当該任意の方向のベストフォーカス位
置を測定し、光学収差を測定することが可能である。な
お、円環状発明の詳細な説明の他にも、多角環状パター
ン、例えば図１６（ｂ）のような八角形パターンＰ５を
採用してもよい。
カスの測定を実現するためには、例えば第４の実施形態
の測定用パターンとして、図１６（ａ）に示すように、
径方向に等しいピッチで配置され、外径側から内径側に
ライン幅が順次増大する複数の円環状パターンで測定用
パターンＰ４を構成するようにしてもよい。この測定用
パターンＰ４を用いれば、フォトレジストに対して露光
を行い、フォトレジストパターンを形成した後に、任意
の方向に光ビームを走査して測定用パターンの径寸法を
測定することで、当該任意の方向のベストフォーカス位
置を測定し、光学収差を測定することが可能である。な
お、円環状発明の詳細な説明の他にも、多角環状パター
ン、例えば図１６（ｂ）のような八角形パターンＰ５を
採用してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように本発明の測定用マス
クを用いることにより、測定用パターンのライン部のラ
イン幅をベストフォーカス位置とデフォーカス位置とで
異なるライン幅として得ることが可能になる。したがっ
て、光学収差の測定に際して必要とされる測定用パター
ンのベストフォーカス位置を、パターン認識装置によっ
て当該ライン部のライン幅の変化に伴う信号変化を検出
することにより自動的に検出することが可能になる。こ
れにより、光学収差を測定するに際して、従来のような
高倍率光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視に
よりベストフォーカス位置を確認するような作業は不要
になり、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の発
生を防止し、高精度な光学収差の測定が実現できる。
クを用いることにより、測定用パターンのライン部のラ
イン幅をベストフォーカス位置とデフォーカス位置とで
異なるライン幅として得ることが可能になる。したがっ
て、光学収差の測定に際して必要とされる測定用パター
ンのベストフォーカス位置を、パターン認識装置によっ
て当該ライン部のライン幅の変化に伴う信号変化を検出
することにより自動的に検出することが可能になる。こ
れにより、光学収差を測定するに際して、従来のような
高倍率光学顕微鏡や電子顕微鏡を用いて作業者が目視に
よりベストフォーカス位置を確認するような作業は不要
になり、作業者の個人差や経験差等による測定誤差の発
生を防止し、高精度な光学収差の測定が実現できる。
【図１】本発明の光学収差の測定対象となる投影露光装
置の概念構成図である。
置の概念構成図である。
【図２】本発明の測定マスクの第１の実施形態の測定用
パターン図である。
パターン図である。
【図３】測定用ウェハに形成されたフォトレジストパタ
ーンを説明する図である。
ーンを説明する図である。
【図４】ベストフォーカス位置でのフォトレジストパタ
ーンを示す図である。
ーンを示す図である。
【図５】フォーカス位置がずれたフォトレジストパター
ンを示す図である。
ンを示す図である。
【図６】フォーカス位置のずれ量が大きいフォトレジス
トパターンを示す図である。
トパターンを示す図である。
【図７】ベストフォーカス位置を測定する方法を説明す
る図である。
る図である。
【図８】非点収差の測定方法を説明する図である。
【図９】像面湾曲の測定方法を説明する図である。
【図１０】球面収差を測定するための測定用マスクの測
定用パターン図である。
定用パターン図である。
【図１１】球面収差の測定方法を説明する図である。
【図１２】球面収差を測定する際のベストフォーカス位
置を測定する方法を説明する図である。
置を測定する方法を説明する図である。
【図１３】本発明の測定用マスクの第２の実施形態の測
定用パターン図である。
定用パターン図である。
【図１４】第２の実施形態の測定用パターンでのフォー
カス位置を測定する方法を説明する図である。
カス位置を測定する方法を説明する図である。
【図１５】本発明の測定用マスクの第３の実施形態の測
定用パターン図である。
定用パターン図である。
【図１６】本発明の測定用マスクの第４の実施形態の測
定用パターン図である。
定用パターン図である。
１００ 投影露光装置 １０１ 水銀ランプ １０２ 反射鏡 １０３ フライアイレンズ １０４ 絞り １０５ コンデンサレンズ １０６ 照明光学系 １０７ マスクステージ １０８ 投影光学系 １０９ ウェハステージ Ｍ 測定用マスク Ｗ 測定用ウェハ Ｐ１〜Ｐ５，Ｐ１１〜Ｐ１８ 測定用パターン ＰＬ１ 第１ライン部 ＰＬ２（ＰＬ２ｘ，ＰＬ２ｙ，ＰＬ２Ｒ，ＰＬ２Ｌ，Ｐ
Ｌ２Ｕ，ＰＬ２Ｄ） 第２ライン部 Ｌ１〜Ｌ７ ライン ＬＢ 光ビーム Ｓ 信号 Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２ パ
ターン中心 Ｃ１，Ｃ２ 中央位置 Ｌｘ 間隔寸法
Ｌ２Ｕ，ＰＬ２Ｄ） 第２ライン部 Ｌ１〜Ｌ７ ライン ＬＢ 光ビーム Ｓ 信号 Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２ パ
ターン中心 Ｃ１，Ｃ２ 中央位置 Ｌｘ 間隔寸法
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 1/08
Claims (11)
- 【請求項１】 光学収差を測定する光学系により測定用
マスク上の測定用パターンを露光し、当該露光により得
られたパターン像から当該光学系のベストフォーカス位
置を測定し、その測定されたベストフォーカス位置に基
づいて前記光学系の光学収差を測定するための測定用マ
スクであって、前記測定用パターンは、所要のピッチで
配列される複数本のラインで構成されるライン部を含ん
で構成され、かつ前記複数本のラインは一方から他方に
向けて当該ライン幅が順次大きくなるように構成されて
いることを特徴とする光学収差の測定用マスク。 - 【請求項２】 前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向にそ
れぞれ対をなして対向配置される第１ライン部と、前記
対をなす第１ライン部の内側においてＸ方向及びＹ方向
にそれぞれ対をなして対向配置される第２ライン部とで
構成され、前記各第１ライン部は単一のラインで構成さ
れ、前記各第２ライン部は前記複数本のラインで構成さ
れ、かつ前記複数本のラインのライン幅が同一方向に向
けて順次増大されていることを特徴とする請求項１に記
載の光学収差の測定用マスク。 - 【請求項３】 前記ライン部はＸ方向及びＹ方向にそれ
ぞれ対をなして対向配置され、前記複数本のラインのラ
イン幅は互いに反対方向に向けて順次増大されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の光学収差の測定用マス
ク。 - 【請求項４】 前記ライン部は、前記Ｘ方向又はＹ方向
に対して４５°、あるいは２２．５°で回転配置された
ライン部を含んでいることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の光学収差の測定用マスク。 - 【請求項５】 光学収差を測定する光学系により測定用
マスク上の測定用パターンを露光し、当該露光により得
られたパターン像から当該光学系での前記測定用パター
ンのベストフォーカス位置を測定し、その測定されたベ
ストフォーカス位置に基づいて前記光学系の光学収差を
測定する方法において、前記測定用パターンは、所要の
ピッチで配列される複数本のラインで構成されるライン
部を含んで構成され、かつ前記複数本のラインは一方か
ら他方に向けて当該ライン幅が順次大きくなるように構
成され、前記ベストフォーカス位置は前記ライン部に対
応する前記パターン像のライン幅の変化に基づいて測定
することを特徴とする光学収差の測定方法。 - 【請求項６】 前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向にそ
れぞれ対をなして対向配置される第１ライン部と、前記
対をなす第１ライン部の内側においてＸ方向及びＹ方向
にそれぞれ対をなして対向配置される第２ライン部とで
構成され、前記各第１ライン部は単一のラインで構成さ
れ、前記各第２ライン部は前記複数本のラインで構成さ
れ、前記第１及び第２の各ライン部に対応して形成され
る前記パターン像について、前記複数本のラインの配列
方向に走査を行って走査信号を得るとともに、当該走査
信号から前記第１ライン部同士の中央位置と前記第２ラ
イン部同士の中央位置を測定し、これら第１及び第２の
各ライン部同士の中央位置のずれ量に基づいて前記ベス
トフォーカス位置を測定することを特徴とする請求項５
に記載の光学収差の測定方法。 - 【請求項７】 前記ライン部は、Ｘ方向及びＹ方向に向
けてそれぞれ対をなして対向配置されており、かつ前記
複数本のラインのライン幅は互いに反対方向に向けて順
次増大され、各ライン部により形成される前記パターン
像について、前記複数本のラインの配列方向に走査を行
って走査信号を得るとともに、当該走査信号から前記ラ
イン部の中心位置を求め、かつこの中心位置から得られ
る前記各ライン部の間隔寸法に基づいて前記ベストフォ
ーカス位置を測定することを特徴とする請求項５に記載
の光学収差の測定方法。 - 【請求項８】 前記ライン部により形成される前記パタ
ーン像について、前記複数本のラインの配列方向に走査
を行って走査信号を得るとともに、当該走査信号から得
られる前記ライン部のライン幅に基づいて前記ベストフ
ォーカス位置を測定することを特徴とする請求項５に記
載の光学収差の測定方法。 - 【請求項９】 前記測定されたＸ方向及びＹ方向の各ベ
ストフォーカス位置に基づいて前記光学系の非点収差を
測定することを特徴とする請求項６に記載の光学収差の
測定方法。 - 【請求項１０】 前記ライン部は、前記パターン像の像
面上のほぼ全域に対応するように前記測定用マスク上に
配置されており、前記各ライン部に対応して形成される
前記パターン像のベストフォーカス位置から前記光学系
の像面湾曲を測定することを特徴とする請求項５ないし
８のいずれかに記載の光学収差の測定方法。 - 【請求項１１】 前記測定用パターンの前記ライン部
は、前記複数のラインのピッチ寸法が異なる複数のライ
ン部として構成されており、前記複数の各ライン部に対
応して形成される複数の前記パターン像のそれぞれのベ
ストフォーカス位置から前記光学系の球面収差を測定す
ることを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載
の光学収差の測定方法。
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| JP2000063311A JP3344403B2 (ja) | 2000-03-03 | 2000-03-03 | 光学収差の測定用マスク及び光学収差の測定方法 |
| KR10-2001-0010796A KR100394379B1 (ko) | 2000-03-03 | 2001-03-02 | 광학수차 측정용 마스크 및 광학수차 측정방법 |
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|---|---|
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