JP4432307B2 - Measurement method, projection optical system adjustment method, exposure apparatus adjustment method, exposure apparatus, device manufacturing method, and reticle - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子又は薄膜磁気ヘッドなどの電子デバイス（マイクロデバイス）を製造する際にリソグラフィ工程で使用される露光装置の特性を計測する場合などに適用して好適な物体上のパターン寸法の測定方法に関し、特に、高速に測定を行うことができる測定方法、その測定方法を用いた投影光学系の調整方法、その測定方法を用いた露光装置の調整方法、そのような調整方法により調整される露光装置、及び、そのような露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子又は薄膜磁気ヘッドなどの電子デバイス（以後、単にマイクロデバイス又は半導体装置と言う）の製造工程の中のリソグラフィ工程においては、例えば、露光条件や投影光学系の特性を評価したり設定・変更したりする場合、フォトレジスト膜を評価し種類を決定したり変更したりする場合、あるいは、フォトレジスト膜の成膜条件を評価し設定・変更したりする場合など、様々な場合において、物体、例えばデバイスパターンが転写されるウエハやガラスプレートなどの基板など（以後、単にウエハ又は基板と言う）に形成されたパターンの幅や長さなどの寸法を測定する必要が生じる。
そのような場合、この半導体装置のパターンの寸法は、通常、測長用の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope:ＳＥＭ）（以下、単に測長ＳＥＭと言う）により測定されている。
【０００３】
例えば、露光装置の露光条件を評価し設定する場合には、例えば所定のテスト用パターン、評価用パターンが形成されたレチクルを用いて、その評価用のパターンの像を投影光学系を介してフォトレジストの塗布されたウエハ上に投影露光し、ウエハ上にパターンを転写する。そして、そのウエハを現像した後に得られるレジストパターンの線幅などの寸法を測長ＳＥＭで計測することにより、ベストフォーカス位置や最適露光量を検出する。
次に、検出したベストフォーカス位置及び最適露光量で所定の収差計測用のパターンの像をウエハ上に投影露光し、再び測長ＳＥＭによりパターンの線幅を計測し、投影光学系の光学特性としてコマ収差などの収差を求めている。
即ち、所定のパターンの像をウエハ上に投影露光し測長ＳＥＭによる計測を行うことでベストフォーカス位置を求め、この求められたベストフォーカス位置で収差計測用のパターンの像をウエハ上に投影露光し、再び測長ＳＥＭによる計測を行うことで投影光学系の残存収差を計測していた。
なお、ベストフォーカス位置や最適露光量の決定では、測長ＳＥＭでなく、露光装置のアライメントセンサ（光学センサ）などを用いてウエハ上に形成されたパターンの寸法測定が行っている場合もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような測長ＳＥＭにおいては、ステージ位置決め精度はせいぜい１〜２μｍであり、また、１５０ｎｍ以下の寸法を測定する高倍率の状態では、検出視野（測定視野、視野範囲と言う場合もある）も１〜２μｍ角程度の範囲となり、ステージ精度だけではＳＥＭ検出視野内に被測定物を入れることが出来ない。例えば、０．１μｍの５本のライン＆スペースという評価用パターンを被測定物とする場合、この被測定物は０．９μｍの幅しかなく、このステージ精度では、５本線（評価用パターン）を視野内中央に映し出すどころか、画面に何も映らない状態となる可能性も低くない。
このため、通常は、ステージ移動後、低倍率で広い範囲を映し出し、粗いアライメントを行った後、高倍率にして被測定対象（被測定物である評価用パターンの少なくとも一部）を再度アライメントし、測定を行うという方法をとっている。
【０００５】
しかしながら、このような従来のパターンの寸法測定方法においては、１箇所の計測を行うために、最初のステージ移動・位置決めに２秒、低倍率及び高倍率でのパターン認識及びアライメントに６秒、オートフォーカシング（ＡＦ）に１秒、そしてパターンの寸法測定に３秒という約１２秒の時間がかかり、測定自身よりも、被測定対象を視野内に捉えるための処理に時間が費やされ、これにより測定時間が長くなるという問題がある。
【０００６】
また、例えば露光装置の光学系のコマ収差の評価を行う場合には、例えば図８に示すように、５本のラインを有するコマ収差評価用パターン４２をウエハ上に形成し、この両側のライン４３，４４の線幅を測定し、この差分に基づいてコマ収差の指標となる値（線幅異常値又は線幅差と呼ばれる）を算出していた。しかしながら、このような測長ＳＥＭの検出視野２１に対して十分広い範囲に配置されている２本の被測定対象（４３，４４）を各々測長するためには、図８に示すように、例えばステージを移動して各測定対象毎に２回に分けて視野範囲２１を設定して測長を行わなければならず、処理に時間がかかることとなっていた。
【０００７】
近年の半導体露光装置の解像力評価においては、ウエハ１枚で１０００点を越える個所の測定を求められることは通常であり、中には１００００点を越える箇所の測定を要求される場合がある。そのような測定を行う場合、このような１箇所の測定時間が長いという問題や、測定箇所が増加するというような問題は非常に重要であり、改善が望まれている。
例えば、１箇所の測定に前述したように１２秒かかるとすると、１０００点の測定には３時間２０分、１００００点の測定には３３時間の時間がかかることになり、半導体装置の開発、製造を迅速に行う上での大きな障害となることは明らかである。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、物体に形成されたパターンの寸法の測定時間を短縮可能な測定方法を提供することである。また、本発明は物体上の測定対象のパターンを測定装置の検出範囲内により短時間で設定可能な測定方法を提供することも目的とする。さらに、本発明は複数の測定対象のパターンの寸法をそれぞれ測定するときにパターンの検出回数、即ち物体と測定装置の検出範囲との相対移動の回数を減らすことができる測定方法を提供することも目的とする。
また、本発明の他の目的は、物体上のパターンの寸法測定を短時間で行い、第１面に配置されるパターンの像を第２面上に投影する投影光学系の光学特性に関連する情報を求める測定方法を提供することである。さらに、本発明はこの測定方法を用いる投影光学系の調整方法、及びこの調整方法により光学特性などが調整された露光装置を提供することも目的とする。また、この露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することも目的とする。
さらに、本発明の別の目的は、物体上のパターンの寸法測定を短時間で行い、デバイスパターン（マスクパターン）を感応物体上に転写する露光装置の特性を求める測定方法を提供することである。また、この測定方法を用いる露光装置の調整方法を提供することも目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項１に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、前記物体（２０）の所定範囲（２２）内に測定装置の検出範囲（２１）を設定した場合に、該検出範囲（２１）内に必ず測定対象のパターン（３３，３７）が含まれるような所定のパターン（３０，３４）を形成し、前記検出範囲（２１）が前記所定範囲（２２）内となるように前記物体（２０）と前記検出範囲（２１）とを相対移動し、前記相対移動により前記検出範囲（２１）内に少なくとも一部が設定された前記所定のパターン（３０，３４）から前記測定対象のパターン（３３，３７）を選択し、前記選択された測定対象のパターン（３３，３７）の所定箇所の寸法を測定する。（図１〜図５参照）
【００１０】
好適には、請求項２に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０，３４）は前記物体（２０）上で少なくとも前記所定範囲（２２）に形成されるとともに、前記所定範囲（２２）は前記物体（２０）上で少なくとも一方向（例えば、物体上でパターン寸法を測定すべき所定方向を含む）に関して前記検出範囲（２１）よりも広く設定される。（図２、４参照）
また好適には、請求項３に記載の発明の如く、前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記物体（２０）と前記検出範囲（２１）との相対的な位置決め精度、及び前記検出範囲（２１）の大きさに基づいて決定する。（図２，４参照）
【００１１】
このような構成の第１の観点の測定方法によれば、物体上に例えば測定装置の位置決め精度などに基づいて決定された所定の範囲に所定のパターンを形成しているため、測定装置に物体を搭載してこの形成されているパターンを目標として位置決めを行った場合には、位置がずれていたとしても、精度の範囲内であれば、検出範囲はそのパターンを形成した範囲内に維持される。そして、そのパターンは、どのような場所であっても検出範囲で切り出した時には測定対象のパターンを含むものであるから、測定対象のパターンは、この位置決めをして設定された検出範囲の中にも、当然含まれているものである。従って、新たな位置調整やパターン探索などを行う必要なく、捉えたパターンの中から単に測定対象のパターンを選択するのみで、所望の箇所の長さを測定することができる。
【００１２】
また、本発明の第２の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項４に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、前記物体（２０）と測定装置の検出範囲（２１）との相対移動によって、前記物体（２０）上に形成される所定のパターン（３０，３４）のうち測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲（２１）内に設定されるように、物体（２０）上で少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する前記測定対象のパターンの形成範囲を、前記物体（２０）と前記検出範囲（２１）との相対的な位置決め精度、及び前記検出範囲（２１）の大きさに応じて前記検出範囲（２１）よりも広く設定する。（図２，４参照）
【００１３】
また好適には、請求項５に記載の発明の如く、前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記検出範囲を規定する所定方向に関して式（２）を満たす長さＣの範囲である。
【００１４】
【数２】
Ｃ≧２×Ａ＋Ｂ …（２）
但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される、前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度、
Ｂは、前記検出範囲（２１）の前記所定方向の長さ
【００１５】
このような構成の第２の観点の測定方法によれば、物体上に、測定装置の検出範囲と物体との相対的な位置決め精度及び測定装置の検出範囲に基づいて決定された、その検出範囲より広い範囲に測定対象のパターンが形成されるように、その測定対象のパターンを含む所定のパターンを形成している。したがって、物体と検出範囲の相対移動によって決定される検出範囲内には、測定対象のパターンの少なくとも一部が含まれることとなり、一度の位置決めを行えば、新たな位置調整やパターン探索などを行う必要なく、測定対象のパターンを検出範囲内において検出することができ、１回の位置合わせで測定対象のパターンの所定の箇所の長さを測定することができる。
【００１６】
また、本発明の第３の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項６に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成されたパターン（３０，３４）の寸法を測定する方法において、前記物体（２０）と測定装置の検出範囲（２１）との相対移動によって、前記物体（２０）上に形成される所定のパターン（３０，３４）のうち測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲（２１）内に設定されるように、前記物体（２０）上で少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する前記測定対象のパターンの形成範囲の長さＣを、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体（２０）と前記検出範囲（２１）との相対的な位置決め精度をＡ、前記検出範囲（２１）の前記所定方向の長さをＢとして、Ｃ≧２Ａ＋Ｂなる関係を満たすように設定する。
【００１７】
このような構成の第３の観点の測定方法によれば、物体上に、測定装置の検出範囲と物体との相対的な位置決め精度Ａ及び検出範囲の幅（長さ）Ｂに基づいて決定された範囲Ｃ≧２Ａ＋Ｂに測定対象のパターンが形成されるように、その測定対象のパターンを含む所定のパターンを形成しているため、測定装置においてこのパターンを目標として位置決めを行った場合には、その測定対象のパターンの一部は測定装置の検出範囲内に含まれることとなる。従って、何度も位置調整やパターン探索などを行う必要なく、最初の位置合わせで検出範囲内に測定対象のパターンを捉え、直ちに測定を行うことができる。
【００１８】
これら第１〜第３の観点の測定方法に関し、好適には、請求項７に記載の発明の如く、前記測定対象のパターンは、前記物体（２０）上で少なくとも所定方向に関する寸法が実質的に等しい複数のパターン要素（３１，３５）を前記所定方向に配列したものであり、前記検出範囲（２１）内に設定される前記複数のパターン要素の少なくとも１つで前記所定方向の寸法が測定される。（図２，４参照）
また好適には、請求項８に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０，３４）は少なくとも前記測定対象のパターン（３０，３４の両側を除くライン）を構成する前記複数のパターン要素（３１，３５）が実質的に同一条件で形成されるように、前記所定方向に関して前記測定対象のパターンの両側にそれぞれパターン要素（３０，３４の両側のライン３１，３５）を有する。
【００１９】
また好適には、請求項１３に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０，３４）は、前記物体（２０）上で少なくとも所定方向に関する寸法が実質的に等しい多数のパターン要素（３１，３５）を前記所定方向に配列したものであり、前記測定対象のパターンは、前記多数のパターン要素（３１，３５）のうち少なくとも両端に配置されるパターン要素を除く複数のパターン要素からなる。
また好適には、請求項１４に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０）は、前記多数のパターン要素（３１）が近接して形成される密集パターンである。
また好適には、請求項１５に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０）は、前記多数のパターン要素（３１）がそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンであり、かつ前記所定方向にほぼ同一間隔で配列される。
【００２０】
また好適には、請求項１６に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３４）は、前記多数のパターン要素（３５）が互いに所定距離以上離れて配置される孤立パターンである。
また好適には、請求項１７に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３４）は、前記多数のパターン要素（３５）がそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンであり、かつ前記物体（２０）と前記検出範囲（２１）との相対移動によって前記多数のパターン要素（３５）の少なくとも１つが線幅測定可能に前記検出範囲（２１）内に設定されるような間隔で配列される。
【００２１】
また、本発明の第４の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項９に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、前記物体（２０）上で所定方向に関して両端を除く一部のみが測定対象となる所定のパターン（３０，３４）のうち、少なくとも前記測定対象のパターンを前記所定方向に配列される複数のパターン要素（３１，３５）で構成するとともに、前記複数のパターン要素（３１，３５）が実質的に同一条件で形成され、かつ前記物体（２０）と測定装置の検出範囲（２１）との相対移動によって前記測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲（２１）内に設定されるように前記所定のパターン（３０，３４）を形成し、前記検出範囲（２１）内に設定される前記複数のパターン要素の少なくとも１つで前記所定方向の寸法を測定する。
【００２２】
ここで、請求項８、９に記載の測定方法において、測定対象のパターンを構成する複数のパターン要素を実質的に同一条件で形成するとは、例えば物体上に形成されるその複数のパターン要素の寸法（線幅など）が設計値よりも細くなる、あるいは太くなるときに、各パターン要素でその寸法の変化量がほぼ等しくなるようにその複数のパターン要素を形成することを意味する。そこで、一例としては第１面（物体面）に配置される測定用パターンの像を第２面（像面）上に投影する投影光学系を介してその第２面に配置される物体の感応層に測定用パターンの投影像を転写する露光工程を経て所定のパターンを物体上に形成するとき、その転写時に複数のパターン要素に対する投影光学系の光学特性の影響を実質的に同一とすればよい。
【００２３】
好適には、請求項１０に記載の発明の如く、前記複数のパターン要素（３１，３５）はそれぞれ前記所定方向に関する寸法が実質的に等しい。
また好適には、請求項１１に記載の発明の如く、前記測定対象のパターンの両側に配置されるパターン要素はそれぞれ前記測定対象のパターンを構成する前記複数のパターン要素（３１，３５）と実質的に同一形状である。
また好適には、請求項１２に記載の発明の如く、前記複数のパターン要素（３１，３５）はそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンである。
【００２４】
このような構成の第４の観点の測定方法によれば、物体上に、少なくとも測定対象のパターンが実質的に同一条件で形成される複数のパターン要素で構成され、かつ物体と検出範囲との相対移動によって少なくとも一部が検出範囲内に設定されるような範囲に測定対象のパターンが形成されるように、測定対象のパターンを含む所定のパターンを形成している。従って、前記相対移動によって実質的に同一条件で形成される複数のパターン要素の少なくとも１つが検出範囲内に含まれることとなり、一度の位置決めを行えば、新たな位置調整やパターン探索などを行う必要なく、適切な測定対象のパターンを検出範囲内において検出することができ、１回の位置合わせで測定対象のパターンの所定の箇所の長さを測定することができる。
また、第１〜第４の観点の測定方法に関し、測定装置は光学式でもよいが、好適には、請求項１８に記載の発明の如く測定装置を電子顕微鏡（ＳＥＭなど）とする。
【００２５】
また、これら第１〜第４の観点の測定方法において、好適には、請求項１９に記載の発明の如く、前記所定のパターン（３０，３４）は、第１面（物体面）に測定用パターンが配置される投影光学系を介して第２面（像面）に配置される前記物体（２０）の感応層に前記測定用パターンの投影像を転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの寸法に基づいて前記投影光学系の光学特性に関連する第１情報（例えば収差、線幅異常値（線幅差）、ベストフォーカス、焦点深度、ＣＤフォーカス、転写パターンの忠実度など）を求める。
また好適には、請求項２０に記載の発明の如く、前記露光工程にて前記所定のパターン（３０，３４）と異なり、かつ互いにほぼ平行な２本の線状パターン（４３，４４）からなる他のパターン（４０）を前記物体（２０）上に形成するとともに、前記２本の線状パターンの線幅をそれぞれ測定し、該測定された２つの線幅に基づいて前記第１情報と異なる前記投影光学系の光学特性に関連する第２情報（例えばコマ収差、線幅異常値（線幅差）など）を求める。（図６（Ａ）参照）
また好適には、請求項２１に記載の発明の如く、前記測定用パターンの転写によって少なくとも前記測定対象のパターンが複数のパターン要素からなる前記所定のパターンを形成するとともに、前記転写時に前記複数のパターン要素に対する前記投影光学系の光学特性の影響が実質的に同一となるように前記測定用パターンの構成が決定される。
【００２６】
また、本発明の第５の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項２２に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成された複数のパターンの寸法をそれぞれ測定する方法において、前記物体（２０）上に少なくとも２つの測定対象のパターンを含む所定のパターン（４０〜４２）を、前記物体（２０）と測定装置の検出範囲（２１）との相対移動によって該検出範囲（２１）内に前記少なくとも２つの測定対象のパターンが設定されるように形成し、前記相対移動により前記検出範囲（２１）内に設定されたパターンから前記少なくとも２つの測定対象のパターン（４３，４４）を選択し、前記選択された核測定対象のパターン（４３，４４）の所定箇所の寸法を測定する。
【００２７】
好適には、請求項２３に記載の発明の如く、前記所定のパターン（４０〜４２）は、前記物体（２０）上で寸法を測定すべき所定方向に関して前記測定装置の検出範囲（２１）と大きさが同程度以下の所定範囲に、前記少なくとも２つの測定対象のパターンを含む測定用パターンを転写する露光工程を経て形成される。また好適には、請求項２４に記載の発明の如く、前記所定のパターン（４０〜４２）は、複数本の線状パターンがほぼ平行に配列され、かつ前記線状パターンの本数が４本以下であり、前記少なくとも２つの測定対象のパターンは、前記所定のパターン（４０〜４２）のうち両端に配置される２本の線状パターンを含む。
【００２８】
また好適には、請求項２５に記載の発明の如く、前記所定のパターン（４０〜４２）は、前記少なくとも２つの測定対象のパターンの１つ又は複数を含む測定用パターンを複数回、前記物体（２０）上に転写する露光工程を経て形成され、前記複数回の転写のうちの任意の転写である第１の転写で形成される１つの測定対象のパターンと、前記複数回の転写のうちの前記第１の転写とは異なる任意の転写である第２の転写で形成される１つの測定対象のパターンとが少なくとも前記物体（２０）上で寸法を測定すべき所定方向に関して前記測定装置の検出範囲（２１）と大きさが同程度以下の所定範囲（２２）内に形成される。
【００２９】
また好適には、請求項２６に記載の発明の如く、前記所定のパターン（４０〜４２）は、前記第１転写で形成されるほぼ平行な複数本の線状パターンと、前記第２転写で形成されるほぼ平行な複数本の線状パターンとでその長手方向をほぼ一致させ、かつ隣接配置したものであり、前記少なくとも２つの測定対象のパターンは、前記各複数本の線状パターンで両端に配置される２つの線状パターンのうち、他の複数本の線状パターンと隣接した一方の線状パターンを含む。
また好適には、請求項２７に記載の発明の如く、前記複数本の線状パターンはその本数が少なくとも５本である
【００３０】
このような構成の第５の観点の測定方法によれば、２つの測定対象のパターンが、測定装置の検出範囲の中に同時的に含まれるようにパターンを形成している。従って、一度検出範囲を適切に設定すれば、２つの測定対象のパターンの所定の箇所の長さをほぼ同時的に測定することができる。
【００３１】
また、本発明の第６の観点によれば、本発明の測定方法は、請求項２８に記載の発明の如く、物体（２０）上に形成された複数のパターンの寸法をそれぞれ測定する方法において、前記複数のパターンのうちの任意の２つのパターンである第１及び第２パターンについて、前記物体と測定装置の検出範囲（２１）との相対移動によって、第１パターンの中の所定の測定対象のパターンと前記第２パターンの中の所定の測定対象のパターンとが少なくとも前記検出範囲内に設定されるように、前記物体上に形成し、前記相対移動により前記検出範囲内に設定されたパターンから前記２つの測定対象のパターンを選択し、前記選択された各測定対象のパターンの所定箇所の寸法を測定する。
【００３２】
好適には、請求項２９に記載の発明の如く、前記第１及び第２パターンは、それぞれ同一又は異なる測定用パターンを前記物体の感応層に転写する露光工程を経て形成されたパターンであって、特に、前記第１パターンと前記第２パターンとはそれぞれ異なる転写動作で形成される。
また好適には、請求項３０に記載の発明の如く、前記第１及び第２パターンはそれぞれほぼ平行な複数本の線状パターンからなり、かつ前記物体上で長手方向がほぼ一致して隣接配置され、前記２つの測定対象のパターンは、前記第１及び第２パターンの各々で両端に配置される２つの線状パターンのうち、他のパターンと隣接する線状パターンである。
【００３３】
このような構成の第６の観点の測定方法によれば、物体上に形成される複数のパターンのうち少なくとも２つのパターンに各々含まれる２つの測定対象のパターンが、測定装置の検出範囲の中に同時的に含まれるようにしている。従って、一度検出範囲を適切に設定すれば、２つの測定対象のパターンの所定の箇所の長さをほぼ同時的に測定することができる。
【００３４】
また、第５及び第６の観点の測定方法に関し、測定装置は光学式でもよいが、好適には、請求項３１に記載の発明の如く測定装置を電子顕微鏡（ＳＥＭなど）とする。
また好適には、請求項３２に記載の発明の如く、前記物体上のパターンは、第１面に測定用パターンが配置される投影光学系を介して第２面に配置される前記物体の感応層に前記測定用パターンの投影象を転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの測定結果に基づいて前記投影光学系に光学特性に関連する情報（例えば、収差線幅異常値（線幅差）、ベストフォーカス、焦点深度、ＣＤフォーカス、転写パターンの忠実度など）を求める。
【００３５】
また、第１〜第６の各観点の測定方法において、前記物体上のパターンは、露光工程によって感応層に形成される測定用パターンの潜像でもよいが、好適には、請求項３３に記載の発明の如く、前記物体上のパターンは、前記露光工程によって前記感応層に前記測定用パターンが転写された前記物体を現像する工程を経て形成される凹凸パターン（レジストパターン、あるいは現像工程に加えてエッチング工程を経て形成されるエッチングパターンなど）とし、前記測定対象のパターンの寸法測定に先立って前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方を特定する。
なお、凸凹パターンの凹部と凸部の少なくとも一方を特定するために、例えば測定対象のパターンを検出して得られる画像信号の微分波形、あるいはその画像信号のコントラストなどを用いることができる。
【００３６】
また、本発明の第７の観点によれば、本発明の投影光学系の調整方法は、請求項３５に記載の発明の如く、前記請求項１９〜２１、３２〜３４のいずれかに記載の測定方法を用いて測定された前記光学特性の関連情報に基づいて前記投影光学系の光学特性を調整する。
なお、第７の観点の調整方法は投影光学系の製造工程だけでなく、投影光学系が組み込まれた光学装置（露光装置など）の納入先での立ち上げ時、又はメンテナンス時などにも適用できる。また、前記光学特性の調整では、投影光学系を構成する少なくとも１つの光学素子の位置（他の光学素子との間隔を含む）や傾斜などを変更するだけでもよいし、特に光学素子がレンズエレメントであるときはその偏芯を変更したり、あるいは光軸を中心として回転させてもよい。さらに、上記光学素子の調整だけでなく、投影光学系の光学素子の交換あるいは再加工などを行ってその光学特性を調整してもよい。前者では、投影光学系の光学素子単位でその交換を行ってもよいし、あるいは複数の鏡筒を有する投影光学系ではその鏡筒単位で交換を行ってもよい。後者では、投影光学系の少なくとも１つの光学素子を再加工してもよく、特にレンズエレメントでは必要に応じてその表面を非球面に加工してもよい、また、光学素子は、レンズエレメントなどの屈折光学素子だけでなく、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あるいは投影光学系の収差（ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板などでもよい。
【００３７】
また、本発明の第８の観点によれば、本発明の露光装置は、請求項３６に記載の発明の如く、前記請求項３５に記載の調整方法を用いて前記光学特性が調整された投影光学系を備える。
なお、前記請求項３５に記載の調整方法を用いて光学特性が調整された投影光学系を組み込む光学装置は露光装置に限られるものではない。
【００３８】
また、本発明の第９の観点によれば、本発明のデバイス製造方法は、請求項３７に記載の発明の如く、前記請求項３６に記載の露光装置を用いてデバイスパターンを感応物体（２０）上に転写する工程を含む。
【００３９】
第１〜第６の観点の測定方法において、好適には、本発明の測定方法においては、請求項３８に記載の発明の如く、前記物体（２０）上のパターンは、露光装置を用いて測定用パターンを前記物体（２０）の感応層に転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの寸法に基づいて前記露光装置の所定の特性（例えばステッピング精度、照度分布など）を求める。
好適には、請求項３９に記載の発明の如く、前記物体（２０）上のパターンは、前記露光工程によって前記感応層に前記測定用パターンが転写された前記物体（２０）を現像する工程を経て形成される凹凸パターン（レジストパターン、あるいはエッチングパターンなど）であり、前記測定対象のパターンの寸法測定に先立って前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方を特定する。この場合、凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方の特定を、凹凸パターンを撮像して得られる画像信号の微分波形と、該画像信号のコントラストとの少なくとも一方に基づいて行なうことができる。
【００４０】
また、本発明の第１０の観点によれば、本発明の露光装置の調整方法は、請求項４１に記載の発明の如く、前記請求項３８〜４０のいずれかに記載の測定方法を用いて測定された前記所定の特性に基づいて前記露光装置を調整する。
なお、第１０の観点の調整方法は露光装置の製造工程だけでなく、露光装置の納入先であるデバイス製造工場などでの立ち上げ時、又はメンテナンス時などにも適用できる。
また、第１〜第６の観点の測定方法における物体と測定装置の検出範囲との相対移動では、物体と検出範囲との少なくとも一方を移動すればよい。さらに検出範囲の移動では、物体上に照射される検出ビーム（電子ビームなど）を偏向させる、物体上に検出ビームを照射する照射系を移動する、あるいはその両方を組み合わせればよい。従って、請求項３、４に記載の発明における相対的な位置決め精度は、物体のみ移動するときは物体を載置するステージの位置決め精度、検出範囲のみを移動するときは検出ビームを偏向させる精度と照射系の位置決め精度との少なくとも一方から決定される位置決め精度、物体と検出範囲の両方を移動するときは双方の位置決め精度から決定される位置決め精度となる。
また、本発明のレチクル（Ｒ）は、露光装置によって物体（２０）上に転写されるパターン（３０，３４，４０）を有するレチクルであって、前記パターンは、前記物体上に転写された状態での寸法を所定の測定装置によって計測するに際し、前記物体上において、少なくとも一方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に関して前記測定装置の検出範囲（２１）よりも広いパターンであることを特徴とする。この場合において、前記パターンは、互いに平行な複数の線状パターンからなるものとすることができる。また、前記パターンの大きさは、少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する大きさが、前記物体上において、前記検出範囲の前記所定方向に関する大きさよりも広いものとしてもよい。また、前記パターンの大きさは、前記測定装置における前記検出範囲と前記物体との相対的な位置決め精度と、前記検出範囲とに基づいて決定してもよい。この場合、好適には、前記パターンの大きさは、前記物体上における前記所定方向に関する長さＣが、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度Ａと、前記検出範囲の前記所定方向の長さＢとにより、Ｃ≧２×Ａ＋Ｂと表される関係を満たすように設定する。また、前記パターンは、複数の線状パターンが互いに所定距離以上離れて配置される孤立パターンであってもよく、好適には、前記所定距離は、前記線状パターンの線幅の３倍以上に設定される。
【００４１】
なお、本欄においては、記載した課題を解決するための手段の各構成に対して、添付図面に示されている対応する構成に付された符号を対応付けて記載したが、これはあくまでも理解を容易にするためのものであって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後述する実施の形態の態様に限定されることを示すものではない。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の測定方法の一実施の形態の測定方法について、図１〜図７及び図９を参照して説明する。
【００４３】
まず、本実施の形態の測定方法において使用する本発明の測定装置としての測長用走査型電子顕微鏡（測長ＳＥＭ）の基本構成及び動作原理について図１を参照して説明する。
図１は、その測長ＳＥＭ１０の基本構成を示す図である。
測長ＳＥＭ１０は、電子銃１１、収束レンズ１２、偏向コイル１３、対物レンズ１４、対物レンズ絞り１５、二次電子検出器１６、映像増幅器１７、表示装置１８及び制御装置１９を有する。
【００４４】
このような構成の測長ＳＥＭ１０においては、電子銃１１で発生した電子ビーム（測定装置の検出ビーム）を、２段ないし数段の収束レンズ１２で細く絞り、偏向コイル１３の磁界により偏向し、対物レンズ１４及び対物レンズ絞り１５によりウエハ上に適切な光量で焦点を結ぶようにコントロールして、本発明の物体としての試料(ウエハ）２０の表面に照射しＸ，Ｙの２方向に走査する。
電子線ビームがウエハ２０に入射すると、試料を構成する原子と衝突して、数種の放射線を発生する。このとき発生する二次電子は、二次電子検出器１６に印加された加速電圧（通常、測長ＳＥＭでは１０ＫＶ）の正の電位に引かれて、また反射電子は自らエネルギーで、いずれも二次電子検出器１６表面に塗布された蛍光面に衝突して光に変換され、光電子倍増管（ＰＭＴ）で増幅され、電気信号に変換される。
【００４５】
この電気信号は、さらに映像増幅器１７で増幅されたあと、観察用及び撮影用のＣＲＴなどの表示装置１８に輝度変調信号或いは偏向信号として出力される。
そして、制御装置１９の制御により、電子ビームによるウエハ面上走査と同期して表示装置１８の画面を走査し、輝度信号を二次電子信号で変調することにより、表示装置１８の画面上にＳＥＭ像を形成することができる。
なお、図示しないが、測長ＳＥＭ１０は、その他にウエハを載置してＸ−Ｙ面で自在に移動するＸＹステージと、ウエハをアライメントするアライメント系２４とを備えており、これによりステージ上に載置したウエハを所望の位置に精度よく移動させる。
また、測長ＳＥＭ１０においては、電子ビームが通過する光学系を制御することにより試料２０上での電子ビームの走査範囲、即ち測定対象を検出する本発明の検出範囲（以後、視野範囲と言う場合もある）を、例えば大きさを維持したままその位置を微調整できるようになっており、ウエハの移動とともにこの視野範囲を微調整することにより、ウエハ及び測長ＳＥＭ１０の視野範囲の相対的な位置関係を調整する。
【００４６】
なお、図１の側長ＳＥＭでは、ウエハ２０上に電子ビームを照射する照射系（１１〜１５）の少なくとも一部、即ち光学系（対物レンズ１４など）を制御し、ウエハ２０上での電子ビームの走査範囲（側長ＳＥＭ１０の検出範囲又は視野範囲）の位置を変更するものとしたが、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、照射系の少なくとも一部をＸ−Ｙ面と平行に移動可能として前述の走査範囲の位置を変更してもよい。
【００４７】
次に、図９を参照して本実施形態で使用する露光装置の概略構成を説明する。この露光装置は、例えばステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式の縮小投影露光装置（ステッパー又はスキャナー）である。
この露光装置は、照明系ＩＬ、マスクとしてのレチクルＲを保持するレチクルステージＲＳ、投影光学系ＰＬ、投影光学系ＰＬの光学特性（例えば収差、投影倍率など）を調整する調整装置５、ウエハＷを保持して２次元移動するウエハステージＷＳ、及びＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースなどを含んで構成されるワークステーション（又はマイクロコンピュータ）からなり、調整装置５を含む装置全体を統括制御する制御装置６などを備えている。
【００４８】
図９において、ウエハステージＷＳが配置されるベース１は、露光装置が設置されるクリーンルーム内の床面（又はフレームキャスターなど）上に不図示の防振装置を介して配置されている。また、投影光学系ＰＬはベース１上に設置されるコラム２に固定され、レチクルステージＲＳが配置されるベース４は、コラム２に設置されるコラム３に設けられている。
また、照明系ＩＬは露光用照明光を発生する光源と、オプティカルインテグレータ、可変視野絞り（レチクルブラインド又はマスキングブレードとも呼ばれる）、及びコンデンサーレンズなどを含み、光源からの照射光をレチクルＲに照射する照射領域を均一な照度分布で照明する。
【００４９】
さらに、投影光学系ＰＬはレチクルステージＲＳの下方に配置され、レチクルＲを通過した照明光を、表面にフォトレジスト層（感応層）が形成されたウエハやガラスプレートなどの基板（本発明の感応物体であり、以下ではウエハとも呼ぶ）Ｗ上に投射する。即ち、投影光学系ＰＬは第１面（物体面）に配置されるレチクルＲのパターンの投影像を、第２面（像面）に配置されるウエハＷ上に投影する。本実施形態では、投影光学系ＰＬは投影倍率が１／４又は１／５である両側テレセントリックな縮小系であって、特に複数の屈折光学素子（レンズエレメント）からなる屈折系である。このため、照射系ＩＬによってレチクルＲが照明光で照明されると、レチクルＲ上で照明領域内のパターンが投影光学系ＰＬにより縮小されてウエハＷ上に投影され、ウエハＷのフォトレジスト層にそのパターンの縮小像が転写される。
【００５０】
また、調整装置５は制御装置６からの指令などに基づき、投影光学系ＰＬを構成する複数の光学素子のうち少なくとも１つ（本例では５つ）の光学素子をそれぞれ３つのアクチュエータ（ピエゾ素子など）で駆動して、投影光学系ＰＬの光軸方向に関する各光学素子の位置（他の光学素子との間隔を含む）や傾斜を変更し、投影光学系ＰＬの光学特性（結像特性を含む）、例えば投影倍率、ディストーション、コマ収差、側面湾曲、及び球面収差などを調整できるようになっている。なお、調整装置５で調整可能な光学特性の種類や数はこれに限定されるものではなく、例えば要求される投影光学系ＰＬの結像性能、レチクルＲのパターンやその照明条件などに応じて決定すればよい、また、調整装置５は光学特性を調整するために、アクチュエータを用いて光学素子を駆動する方式を採用するものとしたが、これ以外の方式、例えば投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を交換する方式、あるいは投影光学系ＰＬの一部で屈折率を変更する方式などを用いてもよい。
【００５１】
ところで、本実施形態では図９の露光装置を用い、試料２０上に形成すべき評価用パターン（本発明の所定のパターンであり、本実施形態では図２の密集パターン３０、又は図４の孤立パターン３４）と同一形状で、投影光学系ＰＬの投影倍率の逆数倍だけ拡大された測定用パターン（不図示）を形成したレチクルＲを照明光で照明するとともに、投影光学系ＰＬを介して試料２０となるウエハのフォトレジスト層にその測定用パターンの縮小像を転写する露光工程、及び露光装置とインラインで接続される不図示のコータ・ディベロッパーにそのウエハを搬送して、フォトレジスト層に測定用パターンの縮小像が転写されたウエハを現像する工程を経て、ウエハ２０上に凹凸パターン（レジストパターン）として評価用パターン（３０、３４）が形成される。
【００５２】
なお、評価用パターンを構成する複数のライン（パターン要素）に対応するレチクルＲの測定用パターンの各ラインを遮光部とし、かつポジ型のフォトレジストを用いると、前述の露光工程及び現像工程を経て、ウエハ２０上にラインが凸部となる評価用パターン（３０、３４）が形成される。以下では、ラインが凸部となる評価用パターンの使用を前提として説明を行う。なお、ラインが凹部となる評価用パターンを用いてもよい。また、測定用パターンのラインを光透過部としてもよいし、あるいはネガ型のフォトレジストを用いてもよい。
【００５３】
さて、前述の如く評価用パターンが形成されたウエハ２０は試料として図１の側長ＳＥＭ１０に移送され、この側長ＳＥＭ１０にてその評価用パターンの少なくとも一部、即ち本実施形態では評価用パターンのうち実質的に同一条件で形成される一部のパターンを測定対象とし、ウエハ２０を保持するＸＹステージの移動による、ウエハ２０と側長ＳＥＭ１０の検出範囲（電子ビームの走査範囲）との相対移動によって、その検出範囲内に設定される測定対象のパターンの少なくとも一部で寸法測定が行われていることになる。このとき、ＸＹステージの移動の代わりに、あるいはこれと組み合わせて、前述した検出範囲の移動（位置変更）を行うようにしてもよい。
【００５４】
ここで、本実施形態では図２、図４に示すように、ウエハ２０上に形成される評価用パターン（３０、４０）は、本発明のパターン要素としてＹ方向を長手方向とするライン（線状パターン）をＸ方向に配列したものであり、ウエハ２０上で少なくとも複数のラインが配列されるＸ方向（本発明の所定方向）に関する各ラインの寸法（線幅）が実質的に等しくなっている。また、本実施形態では評価用パターンのうち少なくとも測定対象のパターンを構成する複数のパターン要素（ライン）が実質的に同一条件で形成されるように、ウエハ２０上でパターン寸法を測定すべき所定方向（即ち、本例では複数のラインが配列されるＸ方向）に関して、評価用パターンのうち少なくとも両端に配置されるラインを除くその一部のみを測定対象をする、換言すれば、ウエハ２０上で所定方向に関して測定対象のパターンの両側にそれぞれパターンが設けられる評価用パターンを用いることとし、かつウエハ２０と側長ＳＥＭ１０の検出範囲２１との相対移動によって、ウエハ２０上で測定対象となる評価用パターンの一部（即ち、測定対象のパターン）を構成する複数のラインの少なくとも１つが必ずその検出範囲２１内に設定されるようになっている（詳細後述）。さらに、ウエハ２０上で評価用パターンの少なくとも一部が形成される所定範囲（本実施形態では、評価用パターンのうち測定対象のパターンが形成される範囲）は、少なくとも一方行（即ち、ウエハ２０上でパターン寸法を測定すべき所定方向（Ｘ方向）を少なくとも含み、本実施形態ではＸ方向とＹ方向の両方）に関して前述の検出範囲２１よりも広く設定されている。
【００５５】
なお、図２、図４では複数のラインが配列されるＸ方向と直交するＹ方向に関する各ラインの寸法（長さ）も実質的に等しくなっている。また、本実施形態では評価用パターンの全体を複数のパターン要素（ライン）で構成するものとしたが、測定対象のパターンのみを複数のパターン要素で構成するだけでよい。さらに、本実施形態では評価用パターンのうち測定対象のパターンとそれ以外のパターンとでその構成（形状、寸法、ピッチ、デューティなど）を同一としているが、両者でその構成を互いに異ならせてもよい。
【００５６】
次に、具体的な評価用パターン及びこれを用いた測定方法について説明する。
まず、評価用パターンとして密集パターンを用いてその寸法を測定する密集線評価の方法について説明する。
密集線評価の場合には、まず評価用パターンとして、図２に示すような、試料上でＸ方向の寸法（線幅）が同一で、かつＹ方向を長手方向としてその寸法（長さ）が同一となるライン（線状パターン）をＸ方向に連続的に多数配置した密集パターン３０を用いる。
【００５７】
この密集線評価用パターン３０は、具体的には、例えば線幅０．１μｍのライン３１が、同じく０．１μｍの間隔をおいて連続して配置されている周期パターンである。なお、本実施形態では評価用パターン３０の全体ではなくその一部のみを測定対象とし、かつ測定対象のパターンを構成するラインが複数本になるとともに、評価用パターン３０のうち少なくとも測定対象のパターンを構成するその複数本のラインがそれぞれ実質的に同一条件で形成される。
即ち、ウエハ２０上で寸法を測定すべき所定方向（Ｘ方向）に関して、評価用パターンの３０のうち少なくとも両端に配置される２本のライン以外で、実質的に同一条件で形成される複数本のライン３１のみが測定対象となる、換言すれば、ウエハ２０上で所定方向に関して、実質的に同一条件で形成される複数本のライン３１からなる測定対象のパターンの両側にそれぞれパターン（本例では少なくとも１本のライン）が設けられることになる。
【００５８】
さらに、ウエハ２０と側長ＳＥＭ１０の検出範囲２１との相対移動によってその検出範囲２１内に必ず測定対象のパターンの少なくとも一部（複数本のライン３１の少なくとも１本）が設定されるように、ウエハ２０上で所定方向（Ｘ方向）に関する評価用パターン３０の形成範囲の大きさ、即ち評価用パターンのうち測定対象とする複数本のライン３１が配置される範囲（以下、単に配置範囲、又は測定対象のパターンの形成範囲とも呼ぶ）３２の大きさが決定される。このとき、配置範囲３２の大きさはウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め精度、及び検出範囲２１の大きさに基づいて決定することが好ましい。また、配置範囲３２の大きさ、及び評価用パターン３０（正確には、測定対象となる複数本のライン３１）の形成条件（線幅、ピッチなど）から一義的に配置範囲３２内に含まれるライン３１の本数が決まることになる。
【００５９】
ここで、本実施形態では評価用パターン３０のうち少なくとも測定対象のパターンを構成する複数本のライン３１を実質的に同一条件で形成するものとした。これは、測定対象のパターンに異なる条件で形成されたライン３１が混在していると、前述の検出範囲２１内に存在する複数本のライン３１から所定条件で形成されたラインを選び出さなければならず、測定時間の大幅な短縮が難しくなるためである。このため、本実施形態では、例えばウエハ２０上で所定方向（Ｘ方向）に関する、測定対象のパターンを構成する複数本のラインの線幅が設計値よりも細くなる、あるいは太くなるときに、その複数本のラインでそれぞれその線幅の変化量がほぼ等しくなるように、評価用パターン３０（少なくとも測定対象のパターン）をウエハ２０上に形成する。
【００６０】
具体的には、図９の露光装置を用いて測定用パターンの投影像をウエハ２０上に転写するとき、投影光学系ＰＬによって、測定対象のパターンを構成する複数本のライン３１に対応する測定用パターンの各ラインの投影像を、光学的な性質が実質的に同一となるようにウエハ２０上に投影する、即ち測定対象のパターンを構成する複数本のライン３１に対する投影光学系ＰＬの光学特性の影響が実質的に同一となるようにウエハ２０上に評価用パターン３０を形成する。本実施形態では、上記投影像の光学的な性質（測定対象となるラインに対する光学特性の影響）が実質的に同一となるように、レチクルＲの測定用パターンの構成を決定する（具体的には、測定用パターンとして多数のラインからなるライン・｝アンド・スペースパターンを用いる）、即ち評価用パターン３０を多数のラインで構成することで、少なくとも両端のラインを除くその一部に、実質的に同一条件で形成される複数本のライン３１が存在することになる、換言すれば、測定対象のパターンを構成する複数本のライン３１の両側にそれぞれパターンを設けることで、その複数本のライン３１は光学的な影響がほぼ等しくなって実質的に同一条件で形成されることになる。
【００６１】
ところで、本実施形態では図２に示すように、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め精度から決定される、ウエハ２０上でその検出範囲２１が設定される可能性がある範囲２２に加えて、検出範囲２１のサイズ（大きさ）を考慮して前述した配置範囲３２（その長さＣ）を設定している。具体的には、配置範囲３２は、Ｘ，Ｙ各方向において、各々次式（３）で長さＣが規定される範囲となる。
【００６２】
【数３】
Ｃ＞２Ａ＋Ｂ …（３）
但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め精度、
Ｂは、検出範囲２１のＸ，Ｙ方向の長さ
である。
【００６３】
ここで、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め精度がＸ方向とＹ方向とで異なるときは、位置決め精度Ａの値を買えて配置範囲３２のＸ方向と長さとＹ方向の長さとをそれぞれ独立に決定すればよい。
また、本実施形態ではウエハ２０上で寸法を測定すべきＸ方向と異なるＹ方向（測定対象となるラインの長手方向）に関し、評価用パターン３０の各ラインの寸法を配置範囲３２の長さＣよりも長く設定しているが、評価用パターン３０のうち少なくとも測定対象となるラインの寸法が配置範囲３２の長さＣと同程度以上であればよい。但し、評価用パターン３０は密集パターンなので、例えば光近接効果などにより、Ｙ方向（長手方向）のラインの長さが設定値よりも短くなる、あるいは各ラインのＹ方向の端部でその線幅が細くなることがある。そこで、ラインの長さ又は線幅の変化を見込んで、測定対象となるラインを、その長さが配置範囲３２の長さＣよりも長くなるように形成しておくことが望ましい。このとき、図９の露光装置で評価用パターン３０の形成に用いられるレチクルＲの測定用パターンでラインの長さを設計値よりも長くしておけばよい。
【００６４】
なお、本実施の形態においては、測長ＳＥＭ１０の検出視野２１は、一辺０．８μｍの正方形領域であり、ステージの位置決め精度はＸＹ各方向に±１．６μｍである。従って、ラインの配置範囲３２は、ＸＹ各方向に、その長さＣが４μｍ以上となるように設定されることとなる。図２に示した密集線評価用パターン３０では、Ｘ方向にはほぼ４μｍ、Ｙ方向には、これよりさらに１μｍ程度長い範囲に、ライン３１が形成されている。
【００６５】
次いで、ＸＹステージの移動によるウエハのアライメント及び測長ＳＥＭ１０側の視野範囲の調整を行い、そのアライメント結果とウエハ２０上での評価用パターン３０の位置情報とに基づいてＸＹステージを移動するとともに、ウエハ２０上の評価用パターン３０、即ち測定対象となるライン（凸部）の表面に電子ビームの焦点がほぼ一致するように側長ＳＥＭ１０の焦点調整を行う。その結果、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め誤差を考慮したとしても、測長ＳＥＭ１０の検出範囲（電子ビームの走査範囲）２１は前述の配置範囲３２内のいずれかの場所を捉えることとなり、その検出視野２１内には測定対象となる複数本のライン３１の少なくとも１本、即ち本実施形態では図３に示すようにその複数本のライン３１のうち５本が設定される。
【００６６】
このような測定対象のパターンの少なくとも一部（５本のライン３１）が検出されたら、Ｘ方向に関してその全体が検出視野２１に含まれている３本のライン３１のうち少なくとも１本、例えば検出視野２１のほぼ中央付近のライン３３を測定対象として選択するとともに、その測定対象となるライン３３の画像のコントラストなどを調整し、そのライン３３の画像信号を用いて所定箇所の寸法（線幅など）の測定を行う。このとき、検出視野２１内で中央付近のライン３３以外のライン３１を測定対象としてもよいし、複数本のラインを測定対象として選択してもよい。なお、ウエハのアライメント精度（位置検出精度）に起因して生じる評価用パターン３０と検出範囲２１との相対的な位置決め誤差が無視できない程度であるときは、そのアライメント精度をも考慮して前述の配置範囲３２の長さＣを設定することが望ましい。
【００６７】
なお、本実施形態で測定対象となるライン３３の線幅を測定するとき、図３に示した検出視野２１内でライン３１間に存在する凹部をライン３３として誤検出するのを防止するために、凹凸パターンであるその３本のライン３１の凹部と凸部の少なくとも一方を特定する必要がある。そこで、例えば検出視野２１内の測定対象となるライン３１を検出して得られる画像信号の微分波形、あるいはその画像のコントラストなどに基づいて、ライン３３をその両側に存在する凹部と区別してその画像を特定し、その後にこの特定した画像を用いて線幅を測定することが望ましい。
【００６８】
このように、本実施の形態による密集線の測長処理においては、ＸＹステージの位置決め精度などを考慮した配置範囲３２内に設定される複数本のライン３１がいずれも測定対象となるように評価用パターン３０が形成されている。従って、測長ＳＥＭ１０において、ウエハ２０と検出範囲２１との相対移動によりウエハ２０に形成される評価用パターン３０と検出範囲２１との相対的な位置決めが行われ、その評価用パターン３０のうち少なくとも測定対象となる複数本のライン３１を検出範囲２１内に捉えることができる。そして、その複数本のライン３１を検出して得られる画像から任意のライン（３３）を測定対象として選択し、直ちに測長を行うことができる。
従って、従来行っていたような、低倍率及び高倍率でのパターン認識を用いた数回の測長対象のパターンの探索処理を行う必要がなくなり、大幅に１点の測長時間を短縮することができる。
【００６９】
次に、評価用パターンとして孤立パターンを用いてその寸法を測定する孤立線評価の方法について説明する。
孤立線評価の場合には、評価用パターンとして、図４に示すような、ウエハ２０上でＸ方向の寸法（線幅）が同一で、かつＹ方向を長手方向としてその寸法（長さ）が同一となるライン（線状パターン）を孤立として扱えるピッチ（間隔）でＸ方向に配置した孤立パターン３４を用いる。ここで、孤立として扱えるピッチ（間隔）は、目安としてラインの線幅の３倍程度以上である。
【００７０】
なお、評価用パターン３４は前述の評価用パターン３０と同様に、その全体ではなく一部のみが測定対象となり、かつ測定対象のパターンを構成するラインが複数本になるとともに、評価用パターン３４のうち少なくとも測定対象のパターンを構成するその複数本のライン３５がそれぞれ実質的に同一条件で形成される。即ち、ウエハ２０上で所定方向（Ｘ方向）に関して、評価用パターン３４のうち少なくとも両端に配置される２本のライン以外で実質的に同一条件で形成される複数本のライン３５のみが測定対象となる、と換言すれば、ウエハ２０上で所定方向に関して、実質的に同一条件で形成される複数本のライン３５からなる測定対象のパターンの両側にそれぞれパターン（本例では少なくとも１本のライン）が設けられる。
【００７１】
さらに、ウエハ２０と検出範囲２１との相対移動によってその検出範囲２１内に必ず測定対象のパターンの少なくとも一部(複数本のライン３５の少なくとも１本）が設定されるように、ウエハ２０上で所定方向（Ｘ方向）に関する評価用パターン３４の形成範囲の大きさ、即ち評価用パターンのうち測定対象とする複数本のライン３５が配置される範囲（測定対象のパターンの形成範囲）３６の大きさが決定される。このとき、配置範囲３６の大きさ、及び配置範囲３６内に含まれるライン３５の本数は、前述の配置範囲３２と全く同様に決定される。
【００７２】
このライン３５のピッチは、測長ＳＥＭ１０の検出視野２１のサイズに基づいて、測長ＳＥＭ１０においてこの孤立線評価用パターン３４に対して位置決めを行った場合に、検出視野２１に、最低状態で１本のライン３５が、線幅を測定可能な状態で観測されるピッチに設定する。
本実施の形態においては、前述したように、検出視野２１のサイズは１辺０．８μｍの正方形であり、またライン３５の幅は０．１μｍなので、ライン間に０．６μｍの間隔をおいて、即ち０．７μｍのピッチでラインを配置すれば、ライン３５に対してどのように検出視野２１が設定されたとしても、少なくとも１本のライン３５は、その両側のスペース部分とともに線幅が計測可能な状態で観測されることとなる。
なお、このピッチは、このような最低１本のラインが線幅計測可能となるピッチ以下で、プロセス上孤立線として扱えるピッチであれば、任意のピッチに設定してよい。
【００７３】
また、孤立線評価用パターン３４のラインの配置範囲３６は、密集線評価用パターン３０の場合と同様に、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め精度から決定される、ウエハ２０上でその検出範囲２１が設定される可能性がある範囲２２に加えて、検出範囲２１のサイズを考慮してその長さＣが設定されている。具体的には、配置範囲３６は、Ｘ，Ｙ各方向において、各々上記式（３）で長さＣが規定される範囲となる。より具体的には、本実施の形態においては、前述した密集線評価用パターン３０の場合と同様に、４μｍ×４μｍより広い範囲となる。図４に示した孤立線評価用パターン３４は、Ｘ方向及びＹ方向にほぼ４μｍのパターンとなっている。
【００７４】
次いで、ＸＹステージの移動によるウエハのアライメント及び測長ＳＥＭ１０側の視野範囲の調整を行い、そのアライメント結果とウエハ２０上での評価用パターン３４の位置情報に基づいてＸＹステージを移動するとともに、ウエハ２０上の評価用パターン３４、即ち測定対象となるライン（凸部）の表面に電子ビームの焦点がほぼ一致するように測長ＳＥＭ１０の焦点調整を行う。その結果、ウエハ２０と検出範囲２１との相対的な位置決め誤差を考慮したとしても、測長ＳＥＭ１０の検出範囲（電子ビームの走査範囲）２１は前述の配置範囲３６内のいずれかの場所を捉えることとなり、その検出視野２１内には測定対象となる複数本のライン３５の少なくとも１本、即ち実施形態では図５に示すように１本のライン３７のみが設定される。
このような測定対象のパターンの少なくとも一部が検出されたら、その１本のライン３７を測定対象としてせんたくするとともに、その測定対象となるライン３７の画像コントラストなどを調整し、そのライン３７の画像信号を用いて所定箇所の寸法(線幅など)の測定を行う。
【００７５】
なお、ウエハのアライメント精度（位置検出精度）に起因して生じる評価用パターン３４と検出範囲２１との相対的な位置決め誤差が無視できない程度であるときは、そのアライメント精度をも考慮して前述の配置範囲３６の長さＣを設定することが望ましい。また、測定対象となるライン３７の線幅を測定するとき、図５に示した検出視野２１内でライン３７の両側に存在する凹部を、凸部であるライン３７として誤検出するのを防止するために、その凹部と凸部の少なくとも一方を特定する必要がある。そこで、例えば検出視野２１内の測定対象となるライン３７を検出して得られる画像信号の微分波形、あるいはその画像のコントラストなどに基づいて、ライン３７をその両側に存在する凹部と区別してその画像を特定し、その後にこの特定した画像を用いて線幅を測定することが望ましい。
【００７６】
このように、本実施の形態においては、孤立線の測長処理においても、ＸＹステージの位置決め精度などを考慮した配置範囲３６内に設定される少なくとも１本のライン３５がいずれも測定対象となるように評価用パターン３４が形成されている。従って、測長ＳＥＭ１０においてウエハ２０と検出範囲２１との相対移動によりウエハ２０に形成される評価用パターン３４との検出範囲２１との相対的な位置決めが行われ、その評価用パターン３４のうち少なくとも測定対象となる少なくとも１本のライン３５を検出範囲２１内に捉えることができる。そして、その少なくとも１本のライン３５を検出して得られる画像から任意のライン（３７）を測定対象として選択し、直ちに測長を行うことができる。
従って、この場合も、従来行っていたような、低倍率及び高倍率でのパターン認識を用いた数回の測長対象のパターンの探索処理を行う必要がなくなり、大幅に１点の測長時間を短縮することができる。
【００７７】
次に、コマ収差評価の方法について説明する。
コマ収差の評価は、２本のライン（線状パターン）の線幅を比較することによりコマ収差の指標（線幅異常値又は線幅差と呼ばれる）を得て評価とするものであり、少なくとも測定対象となるその２本のラインを含む評価用パターン（所定のパターン）を用いて評価が行われる。
ここで、試料（ウエハ）２０上に形成すべきコマ収差評価用パターン（図６、図７）は、この評価用パターンと同一形状で、かつ投影光学系ＰＬの投影倍率の逆数倍だけ拡大された測定用パターン（不図示）を形成したレクチルＲを図９の後光装置で用いる露光工程、及び現像工程を経て、ウエハ２０上に凹凸パターン（レジストパターン）として形成される。以下では、ラインが凸部となる評価用パターンの使用を前提として説明を行う。そして、前述の如く評価用パターンが形成されたウエハ２０は試料として図１の測長ＳＥＭ１０に移送され、この測長ＳＥＭ１０にて測定対象となる２本のラインの線幅が測定される。
【００７８】
なお、コマ収差評価用パターンは、ウエハ２０上で寸法（線幅）を測定すべき所定方向（測定対象となる２本のラインが配列される方向）に関して、測長ＳＥＭ１０の検出範囲２１と大きさが同程度以下の所定範囲に形成される。但し、その所定方向と直交する方向（測定対象となる２本のラインの長手方向）に関する所定範囲の大きさ、即ちその２本のラインの寸法（長さ）は検出範囲２１よりも広く設定されている。
【００７９】
さて、第１のコマ収差評価方法では、評価用パターンとして、測定対象の２本のライン４３，４４が測長ＳＥＭ１０の検出視野２１内で同時に検出されるように配置されたパターン（４０、４１）を用いる。具体的には、図６（Ａ）に示すような、測定対象となる２本のライン４３，４４をほぼ平行に並べて配置したパターン４０、又は、図６（Ｂ）に示すような、２本ライン４３，４４の間に、新たな１本のライン４５を、この３本のラインがほぼ平行となるように配置したパターン４１を用いる。図示していないが、２本のライン４３、４４の間に新たな２本のラインを、この４本のラインがほぼ平行となるように配置したパターンを用いてもよい。
【００８０】
本実施の形態においては、前述したように、検出視野２１のサイズは１辺０．８μｍの正方形であり、またラインの幅は０．１μｍ、ライン間のスペースも０．１μｍなので、図６（Ａ）に示すようにライン４３，４４を並べたパターン４０の場合でパターン幅０．３μｍ、図６（Ｂ）に示すようにライン４３，４４の間に１本のライン４５を配置したパターン４１でパターン幅０．５μｍ、また、図示しないがライン４３，４４の間に２本のライン４５を配置したパターンでパターン幅０．７μｍとなり、いずれも検出視野２１により一度の観測で測長が可能な範囲である。
【００８１】
さて、コマ収差評価用パター（４０，４１）が形成されたウエハ２０は、測長ＳＥＭ１０の図示せぬＸＹステージ上にローディングされる。
次いで、ＸＹステージを移動してウエハのアライメント及び測長ＳＥＭ１０側の視野範囲の調整を行い、そのアライメント結果とウエハ２０上でのコマ収差評価用パターンの位置情報とに基づいてＸＹステージを移動するとともに、測定対象となる２本のライン４３、４４の表面に電子ビームの焦点がほぼ一致するように測長ＳＥＭ１０の焦点調整を行う。
続いて、低倍率、例えば５，０００倍から２０，０００倍の低倍率で画像を観察し、パターンを認識してコマ収差評価用パターン（４０，４１）を探索する。
【００８２】
コマ収差評価用パターン（４０，４１）が探索されたら、それらが視野中心となるようにアライメントを行い、今度は１００，０００倍程度の高倍率で画像を観察し、検出視野２１内にコマ収差評価用パターン（４０、４１）のうち少なくとも測定対象となる２本のライン４３，４４を捉える。さらに、検出視野２１内でコマ収差評価用パターン（４０、４１）から測定対象となる２本のライン４３，４４を選択するとともに、ライン４３、４４の画像のコントラストなどを調整し、２本のライン４３、４４でそれぞれその画像信号を用いて所定箇所の寸法（線幅など）の測定を行う。
そして、これら２本のラインの線幅の差に基づいて、コマ収差の程度を示す所望の指標値を算出し、評価値として出力する。
【００８３】
このように本実施の形態においては、コマ収差の評価時に、測長対象の２本のラインが測長ＳＥＭ１０の検出視野２１に同時に観測可能な範囲に配置されたコマ収差評価用パターン（４０，４１）を用いており、コマ収差の評価は、被測定物を視野内に持ってくる処理を１度行うのみで達成される。従って、５本線の両側の線を測長対象としていたために、２度のそのような処理を行わなければならなかった従来の方法に比べて、大幅に測長時間を短縮することができる。
【００８４】
次に、第２のコマ収差評価の方法について説明する。
第２のコマ収差評価の方法においては、評価用パターンとしては従来と同様に５本のラインを有するコマ収差評価用パターン４２を用い、この５本のラインの両側の２本のライン４３，４４を測長対象とするものであるが、これをウエハ上に投影露光して形成する際に、隣接するコマ収差評価用パターン４２の間において、一方のコマ収差評価用パターン４２のライン４４と、他方のコマ収差評価用パターン４２のライン４３とが、測長ＳＥＭ１０の検出視野２１内に同時に観測されるように配置して形成するものである。
具体的には、図７に示すように、第１のコマ収差評価用パターン４２−１の右端のライン４４と、第２のコマ収差評価用パターン４２−２の左端のライン４３とが、検出視野２１に同時に含まれるようにほぼ平行に配置し、これを同時に観測して各線幅を測定し、コマ収差の評価を行うものである。
【００８５】
本実施の形態においては、前述したように、検出視野２１のサイズは１辺０．８μｍの正方形であり、またラインの幅は０．１μｍなので、図７に示すように、第１のコマ収差評価用パターン４２−１と第２のコマ収差評価用パターン４２−２を、換言すれば、第１のコマ収差評価用パターン４２−１の右端のライン４４と第２のコマ収差評価用パターン４２−２の左端のライン４３とを、０．３μｍ〜０．５μｍ程度の間隔に配置することにより、これらの２本のラインにより構成されるパターンの幅は、０．５μｍ〜０．７μｍとなり、測長ＳＥＭ１０の検出視野２１により一度の観測で測長が可能な範囲となる。
【００８６】
ここで、図７に示した収差評価用パターンをウエハ２０上に形成する場合、そのコマ収差評価用パターンと同一形状で、投影光学系ＰＬの投影倍率の逆数倍だけ拡大した測定用パターンが形成されるレクチルを図９の露光装置で用いてもよいが、本例では図８に示したコマ収差評価用パターン４２と同一形状で、投影倍率の逆数倍だけ拡大した測定用パターンが形成されるレクチルを図９の露光装置で用いるものとする。そして、第１転写動作でウエハ２０上に形成される測定用パターンの転写像（例えば評価用パターン４２−１に対応）と、第２転写動作でウエハ２０上に形成される測定用パターンの転写像（例えば評価用パターン４２−２に対応）との、その配列方向（線幅の測定方向）に関する間隔が、例えば、０．３〜０．５μｍ程度となるように、図９の露光装置を用いて測定用パターンを２回、ウエハ２０上に転写する。
【００８７】
さらに、この露光工程にてフォトレジスト層に測定用パターンが転写されたウエハを現像する工程を経て、ウエハ２０上に凹凸パターン（レジストパターン）として図７に示したコマ収差評価用パターンが形成される。なお、図７では２つの評価用パターンを近接して形成するものとしたが、３つ以上の評価用パターンをそれぞれ測定対象となるラインがほぼ平行となるようにその配列方向に近接して並べて配置してもよい。
【００８８】
次に、図７に示したコマ収差評価用パターンを形成したウエハを、測長ＳＥＭ１０の図示せぬＸＹステージ上にローディングする。
次いで、ＸＹステージを移動してウエハのアライメント及び測長ＳＥＭ１０側の視野範囲の調整を行い、そのアライメント結果とウエハ２０上でのコマ収差評価用パターンの位置情報とに基づいてＸＹステージを移動するとともに、測定対象となる２本のライン４３、４４の表面に電子ビームの焦点がほぼ一致するように測長ＳＥＭ１０の焦点調整を行う。
続いて、低倍率、例えば５，０００倍から２０，０００倍の低倍率で画像を観察し、パターンを認識して測長目標物である２つのコマ収差評価用パターン（図７）の間隔の中心を探索する。
【００８９】
２つの隣接して形成されたコマ収差評価用パターン（図７）が探索されたら、その間隔の中心が視野中心となるようにアライメントを行い、今度は１００，０００倍程度の高倍率で画像を観察し、検出視野２１に第１のコマ収差評価用パターン４２−１の右端のライン４４と第２のコマ収差評価用パターン４２−２の左端のライン４３を捉える。
そして、これらのライン４３，４４を捉えたら、画像のコントラストなどの調整を行い、ライン４３，４４の例えば線幅などの所定の箇所の長さの計測を行う。
そして、これら２本のラインの線幅の差に基づいて、コマ収差の程度を示す所望の指標値を算出し、評価値として出力する。
【００９０】
このように本実施の形態においては、２つのコマ収差評価用パターン４２を近接して形成し、隣接する２本のラインを測長対象の２本のラインとして測長ＳＥＭ１０の検出視野２１において同時に観測し、各ラインの線幅を測定し、コマ収差の評価を行っている。従って、この場合も、被測定物を視野内に持ってくる処理を１度行うのみで達成され、１つのコマ収差評価用パターン４２の両側の線を測長対象としていたために、２度のそのような処理を行わなければならなかった従来の方法に比べて、大幅に測長時間を短縮することができる。
【００９１】
正確には、２つのコマ収差評価用パターンの各々で両端に配置されるラインの各線幅を測定しなければならないので、従来では４回の測定が必要であるのに対し、図７の評価用パターンでは３回の測定で済むことになる。但し、通常はウエハ２０上に多数の評価用パターンが形成されているので、この多数の評価用パターンをその測定対象となるラインがほぼ平行となるように一列に並べて配置して上記測定方法を適用すると、従来の方法に比べて大幅に測定時間を短縮できることは明らかである。
また前述した２つのコマ収差評価方法でも、図２、図４を用いて説明した測定方法と同様に、ウエハ２０上で評価用パターンが凹凸パターンとして形成される。このため、コマ収差評価用パターンのうち測定対象となる２本のライン４３、４４（凸部）として隣接した凹部を誤検出するのを防止するために、検出視野２１内で凹部と凸部の少なくとも一方を特定する必要がある。そこで、例えば、検出視野２１内の測定対象パターンを検出して得られる画像信号の微分波形、あるいはその画像のコントラストなどに基づいて、測定対象となる各ラインをその両側に存在する凹部と区別してその画像を特定し、その後にこの特定した画像を用いて線幅を測定することが望ましい。
【００９２】
ところで、上記実施形態では、図９の露光装置を用い、投影光学系ＰＬを介してウエハ２０上にレチクルＲの測定用パターンを転写する露光工程を経て、前述した各評価用パターン（図２、図４、図６、図７）がウエハ２０上に形成される。そこで、例えば投影光学系ＰＬの光軸方向に関するウエハ２０の位置を順次変えながら、ステップ・アンド・リピート方式でウエハ２０上にレチクルＲの測定用パターンを複数回転写し、ウエハ２０上の異なる領域にそれぞれ図２又は図４に示した評価用パターン（３０又は３４）を形成する。そして、上記実施形態と全く同様に図１の測長ＳＥＭ１０を用い、ウエハ２０上の各領域にその光軸方向の位置（フォーカス位置）を異ならせて形成された評価用パターンのうち測定対象となるパターン（ライン３３又は３７）の線幅を測定し、例えばこの測定した線幅を縦軸、フォーカス位置を横軸としてその関係（ＣＤフォーカス）を、投影光学系ＰＬの光学特性に関連する情報として求めるようにしてもよい。これによれば、上記実施形態で説明した測定方法を用いて、投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報を従来よりも短時間で得ることができる。
【００９３】
なお、ここでは投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報としてＣＤフォーカスを求めるものとしたが、これ以外、例えば各種収差、ベストフォーカス、焦点深度、あるいはウエハ上に転写されるパターンの忠実度などを求めてもよい。さらに、図６、図７に示した評価用パターン（４０〜４２）を用いてコマ収差、又は線幅異常値（線幅差）などを投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報として求めてもよい。また、前述した各評価用パターンの測定結果から求める投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報は１つに限られるものではなく、１つの評価用パターンの測定結果に基づいて互いに異なる複数の光学特性の関連情報を得るようにしてもよい。
【００９４】
また、図９の露光装置を用いて互いに構成が異なる複数の評価用パターンをそれぞれウエハ２０上に形成し、上記実施形態と全く同様に図１に測長ＳＥＭを用いて測定対象となるパターンの寸法を測定し、各評価用パターンで得られる寸法に基づいて投影光学系ＰＬの異なる光学特性に関連する複数の情報を求めるようにしてもよい。例えば、図２に示した評価用パターン３０及び図６（Ａ）に示した評価用パターン４０にそれぞれ対応する２つの測定用パターンをレチクルＲに形成するとともに、図９の露光装置を用いてその複数の測定用パターンをウエハ２０上に転写し、ウエハ２０上に２つの評価用パターン３０，４０を形成する。
【００９５】
そして、図１の測長ＳＥＭ１０を用いて評価用パターン３０，４０のうち測定対象となるパターン（ライン）３３，４３，４４の線幅を測定し、評価用パターン３０で測定されたライン３３の線幅に基づいて投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学特性に関連する第１の情報（例えば収差、ＣＤフォーカス、ベストフォーカス、焦点深度、パターン忠実度など）を求めるとともに、評価用パターン４０で測定されたライン４３，４４の線幅に基づいて第１の情報と異なる投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学特性に関連する第２情報（例えばコマ収差、線幅異常値など）を求めるようにしてもよい。これによれば、上記実施形態で説明した測定方法を用いて、投影光学系ＰＬの複数の光学特性にそれぞれ関連する情報を従来よりも短時間で得ることができる。
【００９６】
なお、ウエハ２０に形成する複数の評価用パターンの組み合わせやその種類（数）は評価用パターン３０，４０に限られるものではなく任意で構わない。例えば、評価用パターン３０，４０に評価用パターン３４を加えた３つの評価用パターン、あるいは評価用パターン４０の代わりに評価用パターン３４を用いた２つの評価用パターン３０、３４をウエハ２０上に形成してもよい。
特に後者では、評価用パターン３０で測定されるライン３３の線幅に基づき、密集パターンにおける、投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学特性に関連する第１情報を求めるとともに、評価用パターン３４で測定されるライン３７の線幅に基づき、孤立パターンにおける、投影光学系ＰＬの好くなくとも１つの光学特性に関連する第２情報を求めるようにしてもよい。このとき、密集パターンにおける第１情報と孤立パターンにおける第２情報とは、それぞれ同一の光学特性（例えばベストフォーカスなど）に関連するものでもよい。
【００９７】
さらに、図９の露光装置を用いて前述した評価用パターン（３０，３４、４０〜４２）の少なくとも１つをウエハ２０上に形成するとき、露光装置によるウエハ２０の露光条件、換言すれば、その少なくとも１つの評価用パターンの形成に用いられるレチクルＲの測定用パターンのウエハ２０への転写条件（例えば、レチクルＲの照明条件（照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布、コヒーレンスファクターσ値など）や投影光学系ＰＬの開口数などを含む）の少なくとも１つを変化させながら、ウエハ２０上にレチクルＲの測定用パターンを複数回転写し、ウエア２０上の異なる領域にそれぞれ同一の少なくとも１つの評価用パターンを形成する。
【００９８】
そして、上記実施形態と全く同様に図１の測長ＳＥＭを用い、ウエハ２０上の各領域に露光条件を異ならせて形成された評価用パターンのうち測定対象となるパターンの寸法を測定し、各領域毎に得られる評価用パターンの寸法に基づいて、露光条件毎に投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学特性に関連する情報を求めるようにしてもよい。例えば、露光条件としてレチクルＲの照明条件を変更し、通常照明、小σ照明、輪帯照明、及び４極照明の４つの条件でそれぞれレチクルＲを照明するものとし、各露光条件でそれぞれ少なくとも１つの評価用パターン（ここでは評価用パターン４０とする）をウエハ２０上に形成する。そして、ウエハ２０に形成された各評価用パターン４０のうち測定対象となるライン４３，４４の各線幅を測定し、この測定した線幅に基づいて露光条件（照明条件）毎に、例えばコマ収差（又は線幅異常値）を求めるようにしてもよい。これによれば、上記実施形態で説明した測定方法を用いて、露光条件毎に投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学特性に関連する情報を従来よりも短時間で得ることができる。
【００９９】
さて、上記実施形態で説明した測定方法を用いて、図９に示した露光装置の所定の特性として投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報が求められると、例えばオペレータが露光装置の入力装置（キーボードなど）を介して制御装置６に光学特性の関連情報を入力することで、露光装置の調整（投影光学系ＰＬの光学特性の調整）が行われる。具体的には、調整装置６がその光学特性の関連情報に基づく制御装置６からの指令に基づき、投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を駆動する。これにより、露光装置ではウエハＷ上に転写すべきレチクルのデバイスパターン（回路パターンなど）やその転写条件（露光条件）などに応じた最適な光学特性に投影光学系ＰＬが設定されることになる。これによれば、露光装置の所定の特性（投影光学系ＰＬの光学特性など）を従来よりも短時間で調整することができる。
【０１００】
なお、上記実施形態の測定方法を用いて、露光装置の所定の特性として投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報が求められる場合、調整装置５などによる投影光学系ＰＬの光学特性の自動調整ではなく、例えば作業員などが手動で光学素子の位置調整などを行って、光学特性を調整してもよい。また、投影光学系ＰＬはその調整が露光装置に組み込まれた後に行われてもよいし、あるいは露光装置に組み込まれる前に行われてもよい。このとき、露光装置に組み込まれる前に投影光学系ＰＬ単体でその調整を行い、かつ露光装置に投影光学系ＰＬを組み込んだ後にもその調整を行うようにしてもよい。これによれば、露光装置の製造工程における投影工学系ＰＬの組立てや調整などに要する時間を従来よりも大幅に短縮でき、露光装置の出荷納期を短縮することが可能となる。
【０１０１】
また、上記実施形態の測定方法を用いる投影光学系ＰＬの調整方法は、投影光学系ＰＬの製造工程、又は露光装置の製造工程だけでなく、露光装置の納入先であるデバイス製造工程などでの立ち上げ時、又はメンテナンス時などでも用いることができる。
さらに、投影光学系ＰＬの調整では、投影光学系ＰＬを構成する少なくとも１つの光学素子の位置（他の光学素子との感覚を含む）や傾斜などを変更するだけでもよいし、特に光学素子がレンズエレメントである時は、その偏芯を変更したり、あるいは光軸を中心として回転させてもよい。
【０１０２】
さらに、投影光学系ＰＬの光学素子の調整だけでなく、投影光学系ＰＬの光学素子の交換、又は再加工などを行ってその光学特性を調整してもよい。
前者では、投影光学系ＰＬの光学素子単位でその交換を行ってもよいし、あるいは複数の鏡筒を有する投影光学系ではその鏡筒単位で交換を行ってもよい。このとき、投影光学系ＰＬそのものを交換してもよい。
後者では、投影光学系ＰＬの少なくとも１つの光学素子を再加工してもよく、特にレンズエレメントなどでは必要に応じてその表面を非球面に加工してもよい。
また、この光学素子は、レンズエレメントなどの屈折光学素子だけでなく、例えば凹面鏡などの反射光学素子、あるいは投影光学系の収差（ディストーション、球面収差など）、特にその非回転対称成分を補正する収差補正板などでもよい。但し、投影光学系ＰＬの光学素子の再加工又は交換が必要なときは、投影光学系ＰＬを露光装置に組み込む前に再加工又は交換を行うことが好ましい。
【０１０３】
また、上記実施形態の測定方法を用いて求める露光装置の所定の特性は、投影光学系ＰＬの光学特性の関連情報に限られるものではなく、例えばウエハステージＷＳのステッピング精度やレチクルＲ又はウエハＷ上での照明光の照度分布などでもよいし、特に図９の露光装置がレチクルＲとウエハＷとを同期移動する走査露光方式であるときは、レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとの同期精度などでもよい。
なお、露光装置の所定の特性として照度分布を求めたときは、例えば露光装置の照明光学系を構成する少なくとも１つの光学素子（オプティカルインテグレータ、あるいは照度分布補正用のパターン板など）を移動して照度分布を補正するとよい。
【０１０４】
さらに、上記実施形態の測定方法を用いて露光装置の所定の特性（投影光学系ＰＬの光学特性など）を求めるものとしたが、マイクロデバイスなどの製造工程で用いられる露光装置以外のリソグラフィ装置、例えばコータ・ディベロッパでフォトレジストをウエハに塗布するコータでの塗布むら、あるいはフォトレジストにパターンが転写されたウエハを現像するディベロッパでの現像むらなどを所定の特性としても求めてもよく、この求めた所定の特性に基づいてコータ又はディベロッパでの処理条件を調整するとよい。
また、上記実施形態の測定方法を用いて光学特性が求められる、あるいは光学特性が調整される光学系を組み込む光学装置は、露光装置に限られるものではないし、その光学系も投影光学系ＰＬに限られるものではない。
【０１０５】
また、上記実施形態で説明した各評価用パターンは、その線幅が１種類であるものとしたが、１つの評価用パターンにつき、例えば線幅（又はピッチなど）が異なる複数の評価用パターンを形成してもよい。これにより、各線幅（又はピッチなど）でそれぞれ露光装置の所定の特性（投影光学系ＰＬの光学特性など）を求めることができる。このとき、図９の露光装置でウエハＷ上に転写すべきデバイスパターンと線幅（又はピッチなど）が同一の評価用パターンを形成し、このデバイスパターンに最適な投影光学系ＰＬの光学特性などを求めることが好ましい。
【０１０６】
なお、上記実施形態における測定対象となるパターンで測定される寸法は線幅に限られるものではなく長さなどでもよい。
さらに、上記実施形態における評価用パターンは、レジストパターンに限られるものではなく、例えば現像工程に加えてエッチング工程を経てウエハ上に形成されるエッチングパターンなどでもよい。
また、上記実施形態では、測定装置として測長ＳＥＭなどの電子顕微鏡を用いるものとしたが、測定装置は電子顕微鏡に限られるものではなく、電子ビーム以外の検出ビームを用いてもよい。
【０１０７】
また、図９の露光装置で投影光学系ＰＬは縮小系であるものとしたが、等倍系あるいは拡大系のいずれでもよい。
さらに、投影光学系ＰＬは屈折系のみならず反射屈折系あるいは反射系のいずれでもよい。
また、図９の露光装置はステッパー又はスキャナーであるものとしたが、これに限られるものではなく、ミラープロジェクション方式やプロキシミティ方式などの露光装置でもよい。
さらに、図９の露光装置で用いる露光用照明光は連続光あるいはパルス光のいずれでもよいし、波長や光源の種類などにも特に限定されず、例えば紫外域光、遠紫外光、真空紫外光、ＥＵＶ光、Ｘ線、及び電子線やイオンビームなどの荷電粒子線のいずれでもよい。
また、図９の露光装置はマイクロデバイス、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤなど）、マイクロマシン、ＤＮＡチップ、及びプラズマディスプレイ又は有機ＥＬなどの表示装置などの製造で用いられるだけでなく、レチクル又はマスクの製造などで用いてもよい。
【０１０８】
ところで、図９の露光装置の製造工程では、上記実施形態の測定方法を用いて、複数の光学素子が鏡筒内に組み込まれた投影光学系ＰＬの光学特性を計測し、この計測された光学特性に基づいて投影光学系ＰＬを調整するとともに、その光学特性が調整された投影光学系ＰＬを露光装置に組み込む。即ち、防振装置で支持されるベース１上に設置されるコラム２に投影光学系ＰＬを固定する。
さらに、多数の光学素子（オプチカルインテグレータなどの含む）から構成される照明光学系の一部をコラム２に設置される架台に固定し、かつ残りをコラム２とは別のコラムに固定するとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージＲＳ、ウエハステージＷＳ及びその駆動系（リニアモータなど）に配線や配管を接続する。そして、照明光学系や投影光学系ＰＬなどが組み込まれた露光装置を用いてレチクルの測定用パターンをウエハ上に転写する露光工程、及び現像工程を経てウエハに形成される前述の評価用パターンの寸法を、上記実施形態の測定方法を用いて測定するとともに、この測定結果に基づいて露光装置の所定の特性（照明光学系及び投影光学系ＰＬの光学特性、照度分布など）を調整し、更に総合調整（電気調整、動作確認など）を行う。これにより、図９に示した露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度などが管理されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
【０１０９】
また、マイクロデバイスなどの製造工程は、前述の如く光学特性が調整された投影光学系ＰＬを有する露光装置（図９）を用いて、デバイスパターンを、表面にフォトレジスト層が形成されたウエハ（感応物体）上に転写する工程などを含む。例えば、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計されたデバイスの回路パターン（デバイスパターン）を有するレチクルを製作する工程、シリコン材料からウエハを製作する工程、図９の露光装置を用いてレチクルのデバイスパターンをウエハに転写する工程、デバイス組立工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などを含む）、及び検査工程などを経て製造される。
【０１１０】
なお、本実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって本発明を何ら限定するものではない。本実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含み、また、任意好適な種々の改変が可能である。
【０１１１】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、被測定対象のパターンを測長ＳＥＭの視野範囲に効率よく捉えることができ、もって、基板等の物体上に形成されたパターンの寸法をより短時間に計測することができる測定方法を提供することができる。特に、物体上の測定対象のパターンを測定装置の検出範囲内により短時間で設定可能な測定方法を提供することができる。また、複数の測定対象のパターンの寸法をそれぞれ測定するときにパターンの検出回数、即ち物体と測定装置の検出範囲との相対移動の回数を減らすことができる測定方法を提供することができる。
また、物体上に形成されたパターンの寸法の計測を短時間で行い、もって投影光学系の特性を高速に計測し評価し調整することができる投影光学系の調整方法を提供することができる。即ち、第１面に配置されるパターンの像を第２面上に投影する投影光学系の光学特性に関連する情報の測定を短時間で行う本発明に関わる測定方法を用い、もって短時間で投影光学系を調整することのできる投影光学系の調整方法を提供することができる。
【０１１２】
また、基板に形成されたパターンの寸法の計測を短時間で行い、もって露光装置の特性を高速に計測し評価し調整することができる露光装置の調整方法を提供することができる。即ち、物体上のパターンの寸法測定を短時間で行いデバイスパターン（マスクパターン）を感応物体上に転写する露光装置の特性を求める測定方法を用いて、短時間で露光装置を調整することのできる露光装置の調整方法を提供することができる。
また、そのような露光装置を用いて所望のデバイスを適切に製造するデバイス製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態に関わる測長ＳＥＭの基本構成及び動作原理を説明するための図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態の測定方法における密集線評価の際に用いる評価用パターンを示す図である。
【図３】図３は、図２に示す密集線評価用パターンを形成したウエハをステージに登載して位置決めした時に、検出視野に観測されるパターンを示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態の測定方法における孤立線評価の際に用いる評価用パターンを示す図である。
【図５】図５は、図４に示す孤立線評価用パターンを形成したウエハをステージに登載して位置決めした時に、検出視野に観測されるパターンを示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施の形態の測定方法におけるコマ収差評価の際に用いる評価用パターンを示す図である。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態の測定方法におけるコマ収差評価の際の測定対象パターンの取り込み状態を説明するための図である。
【図８】図８は、従来の自動測長方法におけるコマ収差評価の際に用いる評価用パターン及び測長方法を示す図である。
【図９】図９は、本実施形態で使用する露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０…測長ＳＥＭ
１１…電子銃
１２…収束レンズ
１３…偏向コイル
１４…対物レンズ
１５…対物レンズ絞り
１６…二次電子検出器
１７…映像増幅器
１８…表示装置
１９…制御装置
２１…検出視野
２２…ステージ位置決め精度の範囲
３０…密集線評価用パターン
３４…孤立線評価用パターン
４０，４１，４２…コマ収差評価用パターン
３１，３５，４５…ライン
３２，３６…ライン配置範囲
３３，３７，４３，４４…測長対象パターン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is applied to, for example, measuring characteristics of an exposure apparatus used in a lithography process when manufacturing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element, a liquid crystal display element, a plasma display element, or a thin film magnetic head. In particular, a method for measuring a pattern dimension on an object, in particular, a measurement method capable of performing measurement at high speed, a projection optical system adjustment method using the measurement method, and an exposure apparatus adjustment method using the measurement method The present invention relates to an exposure apparatus adjusted by such an adjustment method, and a device manufacturing method using such an exposure apparatus.
[0002]
[Prior art]
In a lithography process in a manufacturing process of an electronic device (hereinafter simply referred to as a micro device or a semiconductor device) such as a semiconductor element, a liquid crystal display element, a plasma display element, or a thin film magnetic head, for example, exposure conditions and projection optical systems When evaluating or setting / changing characteristics, when evaluating or changing the type of a photoresist film, or when changing the film formation conditions of a photoresist film, etc. In various cases, it is necessary to measure dimensions such as width and length of a pattern formed on an object, for example, a substrate such as a wafer or a glass plate to which a device pattern is transferred (hereinafter simply referred to as a wafer or a substrate). Occurs.
In such a case, the dimension of the pattern of the semiconductor device is usually measured by a scanning electron microscope (SEM) for length measurement (hereinafter simply referred to as a length measurement SEM).
[0003]
For example, when the exposure conditions of the exposure apparatus are evaluated and set, for example, using a reticle on which a predetermined test pattern and an evaluation pattern are formed, an image of the evaluation pattern is photo-exposed via the projection optical system. Projection exposure is performed on a resist-coated wafer, and a pattern is transferred onto the wafer. Then, the best focus position and the optimum exposure amount are detected by measuring a dimension such as a line width of the resist pattern obtained after developing the wafer with a length measurement SEM.
Next, a predetermined aberration measurement pattern image is projected and exposed on the wafer at the detected best focus position and optimum exposure amount, and the line width of the pattern is again measured by the length measurement SEM, and the optical characteristics of the projection optical system are measured. We are looking for aberrations such as coma.
That is, an image of a predetermined pattern is projected and exposed on a wafer, and a best focus position is obtained by measuring with a length measuring SEM, and an image of an aberration measurement pattern is projected and exposed on the wafer at the obtained best focus position. Then, the residual aberration of the projection optical system is measured by measuring again with the length measuring SEM.
In determining the best focus position and the optimum exposure amount, the dimension of the pattern formed on the wafer may be measured using an alignment sensor (optical sensor) of an exposure apparatus instead of the length measurement SEM.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such a length measurement SEM, the stage positioning accuracy is 1 to 2 μm at most, and in a high magnification state in which a dimension of 150 nm or less is measured, it may be called a detection field (measurement field or field range). ) Is in the range of about 1 to 2 μm square, and the object to be measured cannot be placed in the SEM detection field only with the stage accuracy. For example, when an evaluation pattern of five lines and spaces of 0.1 μm is used as an object to be measured, the object to be measured has a width of only 0.9 μm. With this stage accuracy, five lines (an evaluation pattern) are used. Rather than projecting in the center of the field of view, it is not unlikely that nothing will appear on the screen.
For this reason, usually, after moving the stage, a wide range is projected at a low magnification, and after rough alignment, the object to be measured (at least a part of the evaluation pattern that is the object to be measured) is aligned again at a high magnification. The method of measuring is taken.
[0005]
However, in such a conventional pattern dimension measuring method, in order to perform measurement at one place, the initial stage movement / positioning is 2 seconds, the pattern recognition and alignment at low magnification and high magnification are 6 seconds, and auto Focusing (AF) takes about 12 seconds, 1 second for pattern measurement, and 3 seconds for pattern measurement, and more time is spent on processing to capture the object to be measured in the field of view than the measurement itself. There is a problem that the measurement time becomes long.
[0006]
For example, when evaluating the coma aberration of the optical system of the exposure apparatus, a coma aberration evaluation pattern 42 having five lines is formed on the wafer as shown in FIG. The line widths 43 and 44 were measured, and based on this difference, a value serving as an index of coma aberration (called an abnormal line width value or a line width difference) was calculated. However, in order to measure each of the two objects to be measured (43, 44) arranged in a sufficiently wide range with respect to the detection visual field 21 of such a length measurement SEM, as shown in FIG. For example, the stage must be moved and the field-of-view range 21 must be set in two steps for each measurement object, and length measurement must be performed, which takes time.
[0007]
In recent years, in the evaluation of the resolving power of a semiconductor exposure apparatus, it is usually required to measure over 1000 points with one wafer, and in some cases, it is required to measure over 10,000 points. When such measurement is performed, such a problem that the measurement time at one place is long and a problem that the number of measurement places increases are very important, and improvement is desired.
For example, if it takes 12 seconds to measure at one location, it takes 3 hours and 20 minutes to measure 1000 points, and 33 hours to measure 10000 points. Obviously, it will be a major obstacle to the speed of the process.
[0008]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a measurement method capable of shortening the measurement time of the dimension of a pattern formed on an object. It is another object of the present invention to provide a measurement method capable of setting a pattern to be measured on an object within a detection range of a measurement apparatus in a short time. Furthermore, the present invention also provides a measurement method capable of reducing the number of times of pattern detection, that is, the number of relative movements between the object and the detection range of the measurement device when measuring the dimensions of a plurality of patterns to be measured. Objective.
Another object of the present invention relates to the optical characteristics of a projection optical system that measures the size of a pattern on an object in a short time and projects an image of the pattern arranged on the first surface onto the second surface. It is to provide a measurement method for obtaining information. Another object of the present invention is to provide a projection optical system adjustment method using this measurement method, and an exposure apparatus in which optical characteristics and the like are adjusted by this adjustment method. Another object of the present invention is to provide a device manufacturing method using this exposure apparatus.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a measurement method for measuring characteristics of a pattern on an object in a short time and obtaining characteristics of an exposure apparatus that transfers a device pattern (mask pattern) onto a sensitive object. . Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus adjustment method using this measurement method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the measuring method of the present invention measures the dimension of the pattern formed on the object (20) as in the invention of claim 1. When the detection range (21) of the measuring device is set within the predetermined range (22) of the object (20), the pattern (33, 37) to be measured is always in the detection range (21). A predetermined pattern (30, 34) to be included is formed, and the object (20) and the detection range (21) are relatively moved so that the detection range (21) is within the predetermined range (22). Then, the measurement target pattern (33, 37) is selected from the predetermined pattern (30, 34) at least a part of which is set within the detection range (21) by the relative movement, and the selected measurement is performed. Target pattern (33, 37) Measuring the dimensions of the predetermined portion. (See Figs. 1-5)
[0010]
Preferably, as in the invention described in claim 2, the predetermined pattern (30, 34) is formed on the object (20) in at least the predetermined range (22) and the predetermined range (22). Is set wider than the detection range (21) with respect to at least one direction on the object (20) (for example, including a predetermined direction in which a pattern dimension is to be measured on the object). (See Figures 2 and 4)
Further preferably, as in the invention according to claim 3, the pattern formation range of the measurement target includes relative positioning accuracy between the object (20) and the detection range (21), and the detection range ( 21) is determined based on the size of 21). (See Figures 2 and 4)
[0011]
According to the measurement method of the first aspect having such a configuration, since the predetermined pattern is formed on the object in a predetermined range determined based on, for example, the positioning accuracy of the measurement apparatus, the object is applied to the measurement apparatus. When positioning is performed with this pattern as a target, even if the position is shifted, the detection range is maintained within the range where the pattern is formed as long as it is within the accuracy range. The And since the pattern includes the pattern to be measured when cut out in the detection range at any location, the pattern to be measured is also in the detection range set by this positioning, Of course it is included. Therefore, it is possible to measure the length of a desired location by simply selecting a measurement target pattern from the captured patterns without the need for new position adjustment or pattern search.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, the measuring method of the present invention is the method for measuring the dimension of the pattern formed on the object (20) as in the invention described in claim 4, wherein the object (20) and a detection range (21) of the measuring device, relative to the detection range (21), at least a part of the pattern to be measured among the predetermined patterns (30, 34) formed on the object (20) is the detection range. As set in (21), the formation range of the pattern to be measured in at least a predetermined direction on which the dimension is to be measured on the object (20) is defined by the object (20) and the detection range (21). It is set wider than the detection range (21) according to the relative positioning accuracy and the size of the detection range (21). (See Figures 2 and 4)
[0013]
Preferably, as in the invention described in claim 5, the formation range of the pattern to be measured is a range of a length C that satisfies the expression (2) with respect to a predetermined direction that defines the detection range.
[0014]
[Expression 2]
C ≧ 2 × A + B (2)
However, A is the relative positioning accuracy of the object and the detection range represented by ± A with respect to a predetermined target position,
B is the length of the detection range (21) in the predetermined direction
[0015]
According to the measurement method of the second aspect having such a configuration, the detection range determined on the object based on the relative positioning accuracy between the detection range of the measurement device and the object and the detection range of the measurement device. A predetermined pattern including the measurement target pattern is formed so that the measurement target pattern is formed in a wider range. Therefore, the detection range determined by the relative movement between the object and the detection range includes at least a part of the pattern to be measured. Once positioning is performed, new position adjustment or pattern search is performed. The pattern of the measurement target can be detected within the detection range without necessity, and the length of a predetermined portion of the pattern of the measurement target can be measured by one alignment.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, the measuring method of the present invention measures the dimensions of the pattern (30, 34) formed on the object (20) as in the invention described in claim 6. In the method, at least one of the patterns to be measured among the predetermined patterns (30, 34) formed on the object (20) by relative movement between the object (20) and the detection range (21) of the measuring device. The length C of the pattern formation range of the measurement target with respect to at least a predetermined direction whose dimensions should be measured on the object (20) is set to a predetermined target position so that the portion is set within the detection range (21). , Where A is the relative positioning accuracy of the object (20) and the detection range (21) represented by ± A, and B is the length in the predetermined direction of the detection range (21). Set to satisfy the relationship 2A + B To.
[0017]
According to the measurement method of the third aspect having such a configuration, it is determined on the object based on the relative positioning accuracy A between the detection range of the measurement apparatus and the object and the width (length) B of the detection range. Since a predetermined pattern including the measurement target pattern is formed so that the measurement target pattern is formed in a range C ≧ 2A + B, when positioning is performed with this pattern as a target in the measurement apparatus, A part of the pattern to be measured is included in the detection range of the measuring device. Therefore, it is possible to capture the pattern to be measured within the detection range at the first alignment and perform measurement immediately without having to repeatedly perform position adjustment and pattern search.
[0018]
With regard to the measurement methods according to the first to third aspects, preferably, as in the invention according to claim 7, the pattern to be measured has a dimension substantially at least in a predetermined direction on the object (20). A plurality of equal pattern elements (31, 35) are arranged in the predetermined direction, and the dimension in the predetermined direction is measured by at least one of the plurality of pattern elements set in the detection range (21). The (See Figures 2 and 4)
Further preferably, as in the invention described in claim 8, the predetermined pattern (30, 34) includes at least the plurality of pattern elements (lines excluding both sides of the measurement target) (the lines excluding both sides). 31 and 35) have pattern elements (lines 31 and 35 on both sides of 30 and 34) on both sides of the pattern to be measured, respectively, with respect to the predetermined direction so that they are formed under substantially the same conditions.
[0019]
Preferably, as in the invention described in claim 13, the predetermined pattern (30, 34) includes a plurality of pattern elements (31, 34) having dimensions substantially equal in at least a predetermined direction on the object (20). 35) are arranged in the predetermined direction, and the pattern to be measured includes a plurality of pattern elements excluding pattern elements arranged at least at both ends of the plurality of pattern elements (31, 35).
Preferably, as in the invention described in claim 14, the predetermined pattern (30) is a dense pattern in which the multiple pattern elements (31) are formed close to each other.
Preferably, as in the invention described in claim 15, the predetermined pattern (30) is a linear pattern in which the multiple pattern elements (31) each have a longitudinal direction in a direction perpendicular to the predetermined direction. And are arranged at substantially the same interval in the predetermined direction.
[0020]
Preferably, as in the invention described in claim 16, the predetermined pattern (34) is an isolated pattern in which the multiple pattern elements (35) are arranged apart from each other by a predetermined distance or more.
Preferably, as in the invention described in claim 17, the predetermined pattern (34) is a linear pattern in which the multiple pattern elements (35) each have a longitudinal direction in a direction orthogonal to the predetermined direction. And at least one of the multiple pattern elements (35) is set in the detection range (21) so that a line width can be measured by relative movement between the object (20) and the detection range (21). Arranged at intervals.
[0021]
According to a fourth aspect of the present invention, the measuring method of the present invention is a method for measuring a dimension of a pattern formed on an object (20) as in the invention of claim 9, wherein the object (20) A plurality of pattern elements (31) in which at least the pattern to be measured is arranged in the predetermined direction among the predetermined patterns (30, 34) in which only a part excluding both ends with respect to the predetermined direction is the measurement target. , 35), the plurality of pattern elements (31, 35) are formed under substantially the same conditions, and the measurement is performed by relative movement between the object (20) and the detection range (21) of the measurement device. The predetermined patterns (30, 34) are formed so that at least a part of the target pattern is set in the detection range (21), and the plurality of patterns set in the detection range (21) are formed. In at least one emission element measuring the predetermined dimension.
[0022]
Here, in the measurement methods according to claims 8 and 9, forming a plurality of pattern elements constituting a pattern to be measured under substantially the same condition means, for example, that the plurality of pattern elements formed on an object This means that when a dimension (such as a line width) becomes thinner or thicker than a design value, the pattern elements are formed such that the amount of change in the dimension is approximately equal for each pattern element. Therefore, as an example, the sensitivity of the object arranged on the second surface via the projection optical system that projects the image of the measurement pattern arranged on the first surface (object surface) onto the second surface (image surface). When a predetermined pattern is formed on an object through an exposure process for transferring a projected image of a measurement pattern onto a layer, the influence of the optical characteristics of the projection optical system on the plurality of pattern elements is substantially the same at the time of transfer. Good.
[0023]
Preferably, as in the invention described in claim 10, the plurality of pattern elements (31, 35) have substantially the same dimensions in the predetermined direction.
Preferably, as in the invention described in claim 11, pattern elements arranged on both sides of the pattern to be measured are substantially the same as the plurality of pattern elements (31, 35) constituting the pattern to be measured. Are identical in shape.
Preferably, as in the invention described in claim 12, each of the plurality of pattern elements (31, 35) is a linear pattern whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the predetermined direction.
[0024]
According to the measurement method of the fourth aspect having such a configuration, at least the pattern to be measured is formed on the object by a plurality of pattern elements formed under substantially the same conditions, and the object and the detection range A predetermined pattern including the measurement target pattern is formed so that the measurement target pattern is formed in a range in which at least a part is set within the detection range by relative movement. Therefore, at least one of a plurality of pattern elements formed under substantially the same conditions by the relative movement is included in the detection range, and once positioning is performed, it is necessary to perform new position adjustment, pattern search, or the like. In addition, an appropriate pattern to be measured can be detected within the detection range, and the length of a predetermined portion of the pattern to be measured can be measured by one alignment.
In addition, regarding the measuring methods of the first to fourth aspects, the measuring device may be an optical type, but preferably the measuring device is an electron microscope (SEM or the like) as in the invention described in claim 18.
[0025]
In the measurement methods of the first to fourth aspects, preferably, the predetermined pattern (30, 34) is used for measurement on the first surface (object surface) as in the invention described in claim 19. Formed through an exposure step of transferring the projected image of the measurement pattern to the sensitive layer of the object (20) disposed on the second surface (image surface) via the projection optical system on which the pattern is disposed, and the measurement First information related to the optical characteristics of the projection optical system based on the size of the target pattern (for example, aberration, abnormal line width (line width difference), best focus, depth of focus, CD focus, transfer pattern fidelity, etc. )
Preferably, as in the invention described in claim 20, the exposure step comprises two linear patterns (43, 44) which are different from the predetermined pattern (30, 34) and are substantially parallel to each other. Another pattern (40) is formed on the object (20), and the line widths of the two linear patterns are respectively measured, and differ from the first information based on the two measured line widths. Second information (for example, coma aberration, abnormal line width value (line width difference), etc.) related to the optical characteristics of the projection optical system is obtained. (See FIG. 6 (A))
Preferably, as in the invention described in claim 21, at least the pattern to be measured forms the predetermined pattern composed of a plurality of pattern elements by transferring the measurement pattern, and at the time of the transfer, the plurality of patterns The configuration of the measurement pattern is determined so that the influence of the optical characteristics of the projection optical system on the pattern element is substantially the same.
[0026]
According to a fifth aspect of the present invention, the measuring method of the present invention is a method for measuring the dimensions of a plurality of patterns formed on an object (20) as in the invention described in claim 22. A predetermined pattern (40 to 42) including at least two patterns to be measured on the object (20) is moved to the detection range (21) by relative movement between the object (20) and the detection range (21) of the measurement apparatus. 21) the at least two measurement target patterns are set, and the at least two measurement target patterns (43, 44) are set from the patterns set in the detection range (21) by the relative movement. ) And measure the size of a predetermined portion of the selected pattern (43, 44) to be measured.
[0027]
Preferably, as in the invention described in claim 23, the predetermined pattern (40 to 42) has a detection range (21) of the measuring device with respect to a predetermined direction in which a dimension is to be measured on the object (20). It is formed through an exposure process in which a measurement pattern including the at least two patterns to be measured is transferred to a predetermined range whose size is approximately equal to or less. Preferably, as in the invention described in claim 24, in the predetermined pattern (40 to 42), a plurality of linear patterns are arranged substantially in parallel, and the number of the linear patterns is four or less. The at least two patterns to be measured include two linear patterns arranged at both ends of the predetermined patterns (40 to 42).
[0028]
Preferably, as in the invention described in claim 25, the predetermined pattern (40 to 42) is a measurement pattern including one or more of the at least two patterns to be measured a plurality of times. (20) One measurement target pattern formed by the first transfer, which is an arbitrary transfer of the plurality of transfers, formed through an exposure process to be transferred on, and among the plurality of transfers The pattern of the object to be measured formed on the second transfer, which is an arbitrary transfer different from the first transfer of the first transfer, is at least in a predetermined direction in which the dimension is to be measured on the object (20). The detection range (21) is formed within a predetermined range (22) whose size is equal to or less than that of the detection range (21).
[0029]
Preferably, as in the invention described in claim 26, the predetermined patterns (40 to 42) are formed by a plurality of substantially parallel linear patterns formed by the first transfer and the second transfer. A plurality of substantially parallel linear patterns to be formed are substantially aligned in the longitudinal direction and adjacent to each other, and the at least two measurement target patterns are both ends of each of the plurality of linear patterns. One of the two linear patterns arranged adjacent to the other linear pattern is included.
In a preferred embodiment, the number of the plurality of linear patterns is at least five.
[0030]
According to the measurement method of the fifth aspect having such a configuration, the patterns are formed so that the two patterns to be measured are simultaneously included in the detection range of the measurement apparatus. Therefore, once the detection range is appropriately set, the lengths of the predetermined portions of the two measurement target patterns can be measured almost simultaneously.
[0031]
According to a sixth aspect of the present invention, the measuring method of the present invention is a method for measuring the dimensions of a plurality of patterns formed on an object (20) as in the invention described in claim 28. The predetermined measurement object in the first pattern is obtained by relative movement between the object and the detection range (21) of the measurement apparatus with respect to the first and second patterns which are arbitrary two of the plurality of patterns. And a pattern that is formed on the object so that at least the predetermined measurement target pattern in the second pattern is set within the detection range, and is set within the detection range by the relative movement The two patterns to be measured are selected from the above, and the dimension of a predetermined portion of each of the selected patterns to be measured is measured.
[0032]
Preferably, as in the invention described in claim 29, the first and second patterns are patterns formed through an exposure process in which the same or different measurement patterns are transferred to the sensitive layer of the object. In particular, the first pattern and the second pattern are formed by different transfer operations.
Preferably, as in the invention described in claim 30, the first and second patterns are each composed of a plurality of linear patterns that are substantially parallel to each other, and are arranged adjacent to each other so that their longitudinal directions substantially coincide with each other on the object. The two patterns to be measured are linear patterns adjacent to other patterns among the two linear patterns arranged at both ends of each of the first and second patterns.
[0033]
According to the measurement method of the sixth aspect having such a configuration, two patterns to be measured included in at least two patterns among the plurality of patterns formed on the object are within the detection range of the measurement apparatus. Are included at the same time. Therefore, once the detection range is appropriately set, the lengths of the predetermined portions of the two measurement target patterns can be measured almost simultaneously.
[0034]
Further, regarding the measuring methods of the fifth and sixth aspects, the measuring device may be an optical type, but preferably the measuring device is an electron microscope (SEM or the like) as in the invention described in claim 31.
Further preferably, as in the invention described in claim 32, the pattern on the object is sensitive to the object arranged on the second surface via a projection optical system in which the measurement pattern is arranged on the first surface. Information that is formed through an exposure process for transferring the projection image of the measurement pattern to the layer and that is related to optical characteristics in the projection optical system based on the measurement result of the pattern to be measured (for example, aberration line width abnormal value ( Line width difference), best focus, depth of focus, CD focus, transfer pattern fidelity, etc.).
[0035]
Further, in the measurement methods according to the first to sixth aspects, the pattern on the object may be a latent image of a measurement pattern formed on the sensitive layer by an exposure process. As described above, the pattern on the object is a concavo-convex pattern (resist pattern or development process) formed through a process of developing the object having the measurement pattern transferred to the sensitive layer by the exposure process. An etching pattern formed through an etching process), and at least one of the concave and convex portions of the concave / convex pattern is specified prior to measuring the dimension of the pattern to be measured.
In order to specify at least one of the concave and convex portions of the concave / convex pattern, for example, a differential waveform of an image signal obtained by detecting a pattern to be measured, or a contrast of the image signal can be used.
[0036]
  According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a projection optical system adjustment method according to the present invention.35As in the invention described in claim 19, the claims 19-21, 32~ 34The optical characteristic of the projection optical system is adjusted based on the related information of the optical characteristic measured using the measurement method according to any one of.
  The adjustment method of the seventh aspect is applied not only to the manufacturing process of the projection optical system, but also at the time of start-up at the delivery destination of an optical apparatus (such as an exposure apparatus) incorporating the projection optical system or during maintenance. it can. Further, in the adjustment of the optical characteristics, it is only necessary to change the position (including the interval with other optical elements) or the inclination of at least one optical element constituting the projection optical system. In particular, the optical element is a lens element. In such a case, the eccentricity may be changed, or the optical axis may be rotated. Furthermore, in addition to the adjustment of the optical elements, the optical characteristics may be adjusted by replacing or reworking the optical elements of the projection optical system. In the former case, the replacement may be performed in units of optical elements of the projection optical system, or in the projection optical system having a plurality of lens barrels, the replacement may be performed in units of the lens barrels. In the latter case, at least one optical element of the projection optical system may be reprocessed. In particular, the surface of the lens element may be processed into an aspheric surface as necessary. The optical element may be a lens element or the like. Not only a refractive optical element but also a reflecting optical element such as a concave mirror, or an aberration correction plate for correcting aberrations (distortion, spherical aberration, etc.) of the projection optical system, particularly its non-rotationally symmetric component, etc.
[0037]
  According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus according to the present invention.36As in the invention described in claim 1.35A projection optical system in which the optical characteristics are adjusted using the adjustment method described in (1).
  In addition, the claim35The optical apparatus incorporating the projection optical system whose optical characteristics have been adjusted using the adjustment method described in (1) is not limited to the exposure apparatus.
[0038]
  According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a device manufacturing method according to the present invention.37As in the invention described in claim 1.36And transferring the device pattern onto the sensitive object (20) using the exposure apparatus described in (1).
[0039]
  Of the first to sixth viewpointsMeasurementIn the method, preferably in the measurement method of the invention, the claim38As described above, the pattern on the object (20) is formed through an exposure process in which a measurement pattern is transferred to a sensitive layer of the object (20) using an exposure apparatus, and the pattern of the measurement target pattern is measured. Based on the dimensions, predetermined characteristics (for example, stepping accuracy, illuminance distribution, etc.) of the exposure apparatus are obtained.
  Preferably, the claim39As described in the invention, the pattern on the object (20) is a concavo-convex pattern formed through a process of developing the object (20) having the measurement pattern transferred to the sensitive layer by the exposure process ( A resist pattern or an etching pattern), and at least one of a concave portion and a convex portion of the concave-convex pattern is measured prior to measuring the dimension of the pattern to be measured.SetTheIn this case, at least one of the concave and convex portions of the concavo-convex pattern can be specified based on at least one of the differential waveform of the image signal obtained by imaging the concavo-convex pattern and the contrast of the image signal.
[0040]
  According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus adjustment method according to the present invention.41As in the invention described in claim 1.Any of 38-40The exposure apparatus is adjusted based on the predetermined characteristic measured using the measurement method described in (1).
  Note that the adjustment method of the tenth aspect can be applied not only to the manufacturing process of the exposure apparatus but also to the start-up or maintenance at a device manufacturing factory to which the exposure apparatus is delivered.
  In addition, measurement of the first to sixth viewpointsConstantIn the relative movement between the object and the detection range of the measurement apparatus in the method, at least one of the object and the detection range may be moved. Further, the detection range may be moved by deflecting the detection beam (electron beam or the like) irradiated on the object, moving the irradiation system for irradiating the detection beam on the object, or a combination of both. Therefore, the relative positioning accuracy in the inventions according to claims 3 and 4 includes the positioning accuracy of the stage on which the object is placed when moving only the object, and the accuracy of deflecting the detection beam when moving only the detection range. Positioning accuracy determined from at least one of the irradiation system positioning accuracy and positioning accuracy determined from both positioning accuracy when moving both the object and the detection range.
  The reticle (R) of the present invention is a reticle having a pattern (30, 34, 40) transferred onto an object (20) by an exposure apparatus, and the pattern is transferred onto the object. When measuring the dimensions in (2) with a predetermined measuring device, the pattern is wider than the detection range (21) of the measuring device in at least one direction (X direction, Y direction) on the object. In this case, the pattern may be composed of a plurality of linear patterns parallel to each other. In addition, the size of the pattern may be such that at least the size in a predetermined direction in which the dimension is to be measured is wider than the size in the predetermined direction of the detection range on the object. Further, the size of the pattern may be determined based on a relative positioning accuracy between the detection range and the object in the measurement apparatus and the detection range. In this case, preferably, the size of the pattern is a relative value between the object and the detection range in which a length C in the predetermined direction on the object is represented by ± A with respect to a predetermined target position. The positioning accuracy A and the length B in the predetermined direction of the detection range are set so as to satisfy the relationship represented by C ≧ 2 × A + B. The pattern may be an isolated pattern in which a plurality of linear patterns are arranged apart from each other by a predetermined distance. Preferably, the predetermined distance is at least three times the line width of the linear pattern. Is set.
[0041]
In addition, in this column, the reference numerals given to the corresponding configurations shown in the attached drawings are described in association with the configurations of the means for solving the described problems, but this is only understood. However, it is not intended to indicate that the means according to the present invention is limited to the embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A measurement method according to an embodiment of the measurement method of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0043]
First, the basic configuration and operating principle of a length-measuring scanning electron microscope (length-measuring SEM) as a measuring apparatus of the present invention used in the measuring method of the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the length measurement SEM 10.
The length measuring SEM 10 includes an electron gun 11, a converging lens 12, a deflection coil 13, an objective lens 14, an objective lens aperture 15, a secondary electron detector 16, a video amplifier 17, a display device 18, and a control device 19.
[0044]
In the length measuring SEM 10 having such a configuration, the electron beam (detection beam of the measuring device) generated by the electron gun 11 is narrowed by a two-stage or several-stage converging lens 12 and deflected by the magnetic field of the deflection coil 13, The objective lens 14 and the objective lens aperture 15 are controlled so as to focus on the wafer with an appropriate amount of light, and the surface of the sample (wafer) 20 as an object of the present invention is irradiated and scanned in two directions of X and Y. .
When the electron beam is incident on the wafer 20, it collides with atoms constituting the sample and generates several types of radiation. The secondary electrons generated at this time are attracted to the positive potential of the acceleration voltage (usually 10 KV in the length measurement SEM) applied to the secondary electron detector 16, and the reflected electrons are energy by themselves. The secondary electron detector 16 collides with the fluorescent surface applied on the surface and is converted into light, amplified by a photomultiplier tube (PMT), and converted into an electric signal.
[0045]
This electric signal is further amplified by the video amplifier 17 and then output as a luminance modulation signal or a deflection signal to a display device 18 such as a CRT for observation and photographing.
Then, under the control of the control device 19, the screen of the display device 18 is scanned in synchronization with the scanning on the wafer surface by the electron beam, and the luminance signal is modulated by the secondary electron signal, so that the SEM is displayed on the screen of the display device 18. An image can be formed.
Although not shown, the length measuring SEM 10 is further provided with an XY stage on which a wafer is placed and moved freely on the XY plane, and an alignment system 24 for aligning the wafer. The mounted wafer is accurately moved to a desired position.
In the length measuring SEM 10, the scanning range of the electron beam on the sample 20 by controlling the optical system through which the electron beam passes, that is, the detection range of the present invention for detecting the measurement target (hereinafter referred to as the visual field range). For example, the position can be finely adjusted while maintaining the size, and the visual field range of the wafer and the length measuring SEM 10 can be adjusted relative to each other by finely adjusting the visual field range as the wafer moves. Adjust the positional relationship.
[0046]
1 controls at least a part of an irradiation system (11 to 15) for irradiating an electron beam onto the wafer 20, that is, an optical system (such as the objective lens 14), thereby controlling the electrons on the wafer 20. The position of the beam scanning range (detection range or field-of-view range of the side length SEM10) is changed, but instead of or in combination with it, at least a part of the irradiation system can be moved parallel to the XY plane. As described above, the position of the scanning range may be changed.
[0047]
Next, a schematic configuration of an exposure apparatus used in the present embodiment will be described with reference to FIG. This exposure apparatus is, for example, a step-and-repeat type or step-and-scan type reduction projection exposure apparatus (stepper or scanner).
The exposure apparatus includes an illumination system IL, a reticle stage RS that holds a reticle R as a mask, a projection optical system PL, an adjustment apparatus 5 that adjusts optical characteristics (for example, aberration, projection magnification, etc.) of the projection optical system PL, and a wafer W. And a work station (or microcomputer) including a wafer stage WS that moves two-dimensionally while holding the CPU, ROM, RAM, I / O interface, etc., and controls the entire apparatus including the adjusting device 5 A control device 6 is provided.
[0048]
In FIG. 9, a base 1 on which a wafer stage WS is arranged is arranged on a floor surface (or a frame caster or the like) in a clean room where an exposure apparatus is installed via a vibration isolator (not shown). The projection optical system PL is fixed to a column 2 installed on the base 1, and the base 4 on which the reticle stage RS is arranged is provided on the column 3 installed on the column 2.
The illumination system IL includes a light source that generates exposure illumination light, an optical integrator, a variable field stop (also called a reticle blind or masking blade), a condenser lens, and the like, and irradiates the reticle R with light emitted from the light source. Illuminate the illuminated area with a uniform illuminance distribution.
[0049]
Further, the projection optical system PL is arranged below the reticle stage RS, and the illumination light that has passed through the reticle R is converted into a substrate such as a wafer or a glass plate (photosensitive layer of the present invention) on which a photoresist layer (sensitive layer) is formed. An object, which will also be referred to as a wafer below) and projected onto W. That is, the projection optical system PL projects the projection image of the pattern of the reticle R disposed on the first surface (object surface) onto the wafer W disposed on the second surface (image surface). In the present embodiment, the projection optical system PL is a double-sided telecentric reduction system having a projection magnification of 1/4 or 1/5, and in particular, is a refractive system composed of a plurality of refractive optical elements (lens elements). For this reason, when the reticle R is illuminated with illumination light by the irradiation system IL, the pattern in the illumination area is reduced on the reticle R by the projection optical system PL and projected onto the wafer W, and is applied to the photoresist layer of the wafer W. A reduced image of the pattern is transferred.
[0050]
Further, the adjusting device 5 has at least one (five in this example) optical elements among the plurality of optical elements constituting the projection optical system PL based on commands from the control device 6, and three actuators (piezo elements). Etc.) to change the position (including the distance from other optical elements) and the inclination of each optical element in the optical axis direction of the projection optical system PL, and change the optical characteristics (imaging characteristics) of the projection optical system PL. Including, for example, projection magnification, distortion, coma, side curvature, and spherical aberration. The types and number of optical characteristics that can be adjusted by the adjusting device 5 are not limited to this. For example, depending on the required imaging performance of the projection optical system PL, the pattern of the reticle R, the illumination conditions thereof, and the like. The adjustment device 5 adopts a method of driving an optical element using an actuator in order to adjust the optical characteristics. However, other methods, for example, at least one of the projection optical system PL are used. A method of exchanging two optical elements or a method of changing the refractive index by a part of the projection optical system PL may be used.
[0051]
By the way, in the present embodiment, the exposure apparatus of FIG. 9 is used, and the evaluation pattern to be formed on the sample 20 (the predetermined pattern of the present invention. In this embodiment, the dense pattern 30 of FIG. 2 or the isolated pattern of FIG. The reticle R having the same shape as the pattern 34) and formed with a measurement pattern (not shown) enlarged by a reciprocal of the projection magnification of the projection optical system PL is illuminated with illumination light, and via the projection optical system PL. An exposure process for transferring a reduced image of the measurement pattern to the photoresist layer of the wafer to be the sample 20, and the wafer is transported to a coater / developer (not shown) connected in-line with the exposure apparatus to form a photoresist layer. Through the process of developing the wafer on which the reduced image of the measurement pattern is transferred, the evaluation pattern (30, 3) is formed on the wafer 20 as an uneven pattern (resist pattern). ) Is formed.
[0052]
  If each line of the measurement pattern of the reticle R corresponding to a plurality of lines (pattern elements) constituting the evaluation pattern is used as a light shielding portion and a positive photoresist is used, the exposure process and the development process described above are performed. As a result, an evaluation pattern (30, 34) is formed on the wafer 20 so that the line is a convex portion. Below, the line isConvexThe description will be made on the assumption that the evaluation pattern used as a part is used. In addition, you may use the pattern for evaluation from which a line becomes a recessed part. Further, the measurement pattern line may be used as a light transmission portion, or a negative photoresist may be used.
[0053]
Now, the wafer 20 on which the evaluation pattern is formed as described above is transferred as a sample to the side length SEM 10 of FIG. 1, and at this side length SEM 10, at least a part of the evaluation pattern, that is, the evaluation pattern in this embodiment. Of the wafer 20 and the detection range (electron beam scanning range) of the side length SEM 10 due to the movement of the XY stage that holds the wafer 20. By the movement, the dimension measurement is performed on at least a part of the pattern to be measured set within the detection range. At this time, instead of the movement of the XY stage or in combination with this, the movement (position change) of the detection range described above may be performed.
[0054]
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 4, the evaluation patterns (30, 40) formed on the wafer 20 are lines (lines) whose longitudinal direction is the Y direction as the pattern elements of the present invention. Pattern) are arranged in the X direction, and the dimension (line width) of each line in the X direction (a predetermined direction of the present invention) in which at least a plurality of lines are arranged on the wafer 20 is substantially equal. Yes. In the present embodiment, a predetermined pattern dimension is to be measured on the wafer 20 so that at least a plurality of pattern elements (lines) constituting the pattern to be measured among the evaluation patterns are formed under substantially the same conditions. With respect to the direction (that is, the X direction in which a plurality of lines are arranged in this example), only a part of the evaluation pattern excluding lines arranged at both ends is measured, in other words, on the wafer 20. In this case, an evaluation pattern in which patterns are provided on both sides of a pattern to be measured with respect to a predetermined direction is used, and an evaluation to be a measurement target on the wafer 20 by relative movement between the wafer 20 and the detection range 21 of the side length SEM 10. The detection range 21 is always at least one of the plurality of lines constituting a part of the pattern for use (ie, the pattern to be measured). It is adapted to be set to (described in detail later). Furthermore, a predetermined range in which at least a part of the evaluation pattern is formed on the wafer 20 (in this embodiment, a range in which the pattern to be measured is formed in the evaluation pattern) is at least one row (that is, the wafer 20). The pattern size is set wider than the above-described detection range 21 with respect to at least a predetermined direction (X direction) in which the pattern dimension is to be measured and in this embodiment (both in the X direction and the Y direction).
[0055]
2 and 4, the dimensions (lengths) of the respective lines in the Y direction orthogonal to the X direction in which a plurality of lines are arranged are substantially the same. In the present embodiment, the entire evaluation pattern is composed of a plurality of pattern elements (lines), but only the pattern to be measured need only be composed of a plurality of pattern elements. Furthermore, in this embodiment, the measurement target pattern and the other patterns in the evaluation pattern have the same configuration (shape, dimension, pitch, duty, etc.), but the configuration may be different from each other. Good.
[0056]
Next, a specific evaluation pattern and a measurement method using the same will be described.
First, a dense line evaluation method for measuring the dimensions using a dense pattern as an evaluation pattern will be described.
In the case of dense line evaluation, first, as an evaluation pattern, the dimension (line width) in the X direction on the sample is the same as shown in FIG. 2, and the dimension (length) is the longitudinal direction in the Y direction. A dense pattern 30 in which a number of identical lines (linear patterns) are continuously arranged in the X direction is used.
[0057]
More specifically, the dense line evaluation pattern 30 is a periodic pattern in which, for example, lines 31 having a line width of 0.1 μm are continuously arranged at intervals of 0.1 μm. In the present embodiment, not the entire evaluation pattern 30 but a part thereof is a measurement target, and there are a plurality of lines constituting the measurement target pattern, and at least the measurement target pattern of the evaluation pattern 30 Are formed under substantially the same conditions.
That is, with respect to a predetermined direction (X direction) on which a dimension is to be measured on the wafer 20, a plurality of lines formed under substantially the same conditions except for two lines arranged at least at both ends of the evaluation pattern 30. Only the line 31 of the measurement target is measured, in other words, the patterns (in this example) are respectively formed on both sides of the pattern of the measurement target composed of a plurality of lines 31 formed on the wafer 20 in substantially the same condition with respect to a predetermined direction. Then, at least one line) is provided.
[0058]
Further, at least a part of the pattern to be measured (at least one of the plurality of lines 31) is always set in the detection range 21 by relative movement between the wafer 20 and the detection range 21 of the side length SEM 10. The size of the formation range of the evaluation pattern 30 in the predetermined direction (X direction) on the wafer 20, that is, a range in which a plurality of lines 31 to be measured are arranged in the evaluation pattern (hereinafter simply referred to as an arrangement range or The size of 32 is also determined. At this time, the size of the arrangement range 32 is preferably determined based on the relative positioning accuracy between the wafer 20 and the detection range 21 and the size of the detection range 21. Further, it is uniquely included in the arrangement range 32 from the size of the arrangement range 32 and the formation conditions (line width, pitch, etc.) of the evaluation pattern 30 (more precisely, a plurality of lines 31 to be measured). The number of lines 31 is determined.
[0059]
Here, in this embodiment, a plurality of lines 31 constituting at least the pattern to be measured among the evaluation patterns 30 are formed under substantially the same conditions. This is because if the line 31 formed under different conditions is mixed in the pattern to be measured, a line formed under the predetermined condition must be selected from the plurality of lines 31 existing in the detection range 21 described above. This is because it is difficult to significantly reduce the measurement time. For this reason, in the present embodiment, for example, when the line widths of a plurality of lines constituting the pattern to be measured relating to a predetermined direction (X direction) on the wafer 20 become thinner or thicker than the design value, An evaluation pattern 30 (at least a measurement target pattern) is formed on the wafer 20 so that the amount of change in the line width of each of the plurality of lines is substantially equal.
[0060]
Specifically, when the projection image of the measurement pattern is transferred onto the wafer 20 using the exposure apparatus of FIG. 9, the measurement corresponding to the plurality of lines 31 constituting the pattern to be measured is performed by the projection optical system PL. The projection image of each line of the pattern for projection is projected onto the wafer 20 so that the optical properties thereof are substantially the same, that is, the optical of the projection optical system PL for the plurality of lines 31 constituting the pattern to be measured. An evaluation pattern 30 is formed on the wafer 20 so that the influence of characteristics is substantially the same. In the present embodiment, the configuration of the measurement pattern of the reticle R is determined so that the optical properties of the projection image (the influence of the optical properties on the measurement target line) are substantially the same (specifically, Uses a line-and-space pattern consisting of a large number of lines as a measurement pattern), that is, the evaluation pattern 30 is composed of a large number of lines, so that at least a part thereof excluding the lines at both ends is substantially In other words, there are a plurality of lines 31 formed under the same condition, in other words, by providing patterns on both sides of the plurality of lines 31 constituting the pattern to be measured, No. 31 is formed under substantially the same conditions with almost equal optical influence.
[0061]
By the way, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the detection range 21 is determined on the wafer 20 and is determined from the relative positioning accuracy between the wafer 20 and the detection range 21. In addition, the aforementioned arrangement range 32 (its length C) is set in consideration of the size (size) of the detection range 21. Specifically, the arrangement range 32 is a range in which the length C is defined by the following equation (3) in each of the X and Y directions.
[0062]
[Equation 3]
C> 2A + B (3)
However, A is a relative positioning accuracy of the wafer 20 and the detection range 21 represented by ± A with respect to a predetermined target position,
B is the length of the detection range 21 in the X and Y directions
It is.
[0063]
Here, when the relative positioning accuracy between the wafer 20 and the detection range 21 is different between the X direction and the Y direction, the value of the positioning accuracy A can be purchased and the X direction and length of the arrangement range 32 and the length in the Y direction are determined. Can be determined independently.
In the present embodiment, the dimensions of each line of the evaluation pattern 30 are set to the length C of the arrangement range 32 with respect to the Y direction (longitudinal direction of the line to be measured) different from the X direction whose dimensions are to be measured on the wafer 20. However, it is sufficient that at least the dimension of the measurement target line in the evaluation pattern 30 is equal to or larger than the length C of the arrangement range 32. However, since the evaluation pattern 30 is a dense pattern, the length of the line in the Y direction (longitudinal direction) becomes shorter than the set value due to, for example, the optical proximity effect, or the line width at the end of each line in the Y direction. May become thinner. Therefore, it is desirable to form a line to be measured so that the length is longer than the length C of the arrangement range 32 in consideration of a change in the length or line width of the line. At this time, the length of the line in the measurement pattern of the reticle R used for forming the evaluation pattern 30 in the exposure apparatus of FIG. 9 may be set longer than the design value.
[0064]
In the present embodiment, the detection visual field 21 of the length measurement SEM 10 is a square region having a side of 0.8 μm, and the stage positioning accuracy is ± 1.6 μm in each XY direction. Accordingly, the line arrangement range 32 is set so that its length C is 4 μm or more in each of the XY directions. In the dense line evaluation pattern 30 shown in FIG. 2, the line 31 is formed in a range approximately 4 μm in the X direction and about 1 μm longer in the Y direction.
[0065]
Next, the alignment of the wafer by the movement of the XY stage and the adjustment of the visual field range on the length measuring SEM 10 side are performed, and the XY stage is moved based on the alignment result and the position information of the evaluation pattern 30 on the wafer 20. The focus adjustment of the side length SEM 10 is performed so that the focus of the electron beam substantially coincides with the surface of the evaluation pattern 30 on the wafer 20, that is, the surface of the line (convex portion) to be measured. As a result, even if the relative positioning error between the wafer 20 and the detection range 21 is taken into consideration, the detection range (electron beam scanning range) 21 of the length measurement SEM 10 captures any location in the arrangement range 32 described above. Accordingly, at least one of the plurality of lines 31 to be measured, that is, five of the plurality of lines 31 in the present embodiment are set in the detection visual field 21 as shown in FIG.
[0066]
When at least a part (five lines 31) of the pattern to be measured is detected, at least one of the three lines 31 included in the detection visual field 21 in the X direction, for example, detection is performed. A line 33 near the center of the visual field 21 is selected as a measurement target, the contrast of the image of the line 33 to be measured is adjusted, and the dimensions (line width, etc.) of a predetermined location are adjusted using the image signal of the line 33. ). At this time, the line 31 other than the line 33 near the center in the detection visual field 21 may be set as the measurement target, or a plurality of lines may be selected as the measurement target. When the relative positioning error between the evaluation pattern 30 and the detection range 21 caused by the wafer alignment accuracy (position detection accuracy) is not negligible, the above-described alignment accuracy is also taken into consideration. It is desirable to set the length C of the arrangement range 32.
[0067]
In addition, when measuring the line width of the line 33 to be measured in the present embodiment, in order to prevent erroneous detection of the concave portion existing between the lines 31 in the detection visual field 21 shown in FIG. It is necessary to specify at least one of the concave portion and the convex portion of the three lines 31 that are the concave / convex pattern. Therefore, for example, based on the differential waveform of the image signal obtained by detecting the line 31 to be measured in the detection visual field 21 or the contrast of the image, the line 33 is distinguished from the recesses on both sides thereof. After that, it is desirable to measure the line width using the identified image.
[0068]
As described above, in the dense line length measurement processing according to the present embodiment, evaluation is performed so that a plurality of lines 31 set in the arrangement range 32 in consideration of the positioning accuracy of the XY stage are all measured. A working pattern 30 is formed. Accordingly, in the length measurement SEM 10, the relative positioning between the evaluation pattern 30 formed on the wafer 20 and the detection range 21 is performed by relative movement between the wafer 20 and the detection range 21, and at least one of the evaluation patterns 30. A plurality of lines 31 to be measured can be captured within the detection range 21. Then, an arbitrary line (33) can be selected as a measurement target from an image obtained by detecting the plurality of lines 31, and the length can be measured immediately.
Therefore, it is not necessary to perform the process of searching for the pattern to be measured several times using the pattern recognition at the low magnification and the high magnification, which has been conventionally performed, and the measurement time for one point can be greatly shortened. Can do.
[0069]
  Next, an isolated line evaluation method for measuring the size of an isolated pattern as an evaluation pattern will be described.
  In the case of isolated line evaluation, as an evaluation pattern, the dimension (line width) in the X direction on the wafer 20 is the same as shown in FIG. 4 and the dimension (length) is the longitudinal direction in the Y direction. The same line (lineConditionPattern) in the X direction at a pitch (interval) that can be treated as isolatedSolitaryA standing pattern 34 is used. Can be treated as isolated hereRuAs a guide, the pitch (interval) is about three times or more the line width.
[0070]
The evaluation pattern 34 is the same as the above-described evaluation pattern 30, but only a part of the evaluation pattern 34 is a measurement target, and there are a plurality of lines constituting the measurement target pattern. Among these, at least the plurality of lines 35 constituting the pattern to be measured are formed under substantially the same conditions. That is, with respect to a predetermined direction (X direction) on the wafer 20, only a plurality of lines 35 formed under substantially the same conditions other than two lines arranged at least at both ends of the evaluation pattern 34 are measured. In other words, each pattern (at least one line in this example) is formed on both sides of the pattern to be measured, which is composed of a plurality of lines 35 formed under substantially the same conditions in a predetermined direction on the wafer 20. ) Is provided.
[0071]
Further, on the wafer 20, the relative movement between the wafer 20 and the detection range 21 always sets at least a part of the pattern to be measured (at least one of the plurality of lines 35) within the detection range 21. The size of the formation range of the evaluation pattern 34 in the predetermined direction (X direction), that is, the size of the range (the formation range of the measurement target pattern) 36 in which a plurality of lines 35 to be measured are arranged in the evaluation pattern. Is determined. At this time, the size of the arrangement range 36 and the number of lines 35 included in the arrangement range 36 are determined in the same manner as the arrangement range 32 described above.
[0072]
The pitch of the line 35 is 1 in the detection visual field 21 in the lowest state when the measurement SEM 10 positions the isolated line evaluation pattern 34 based on the size of the detection visual field 21 of the measurement SEM 10. The line 35 is set to a pitch that is observed in a state where the line width can be measured.
In the present embodiment, as described above, the size of the detection visual field 21 is a square having a side of 0.8 μm and the width of the line 35 is 0.1 μm, so that an interval of 0.6 μm is provided between the lines. In other words, if the lines are arranged with a pitch of 0.7 μm, the line width of the at least one line 35 is measured together with the space portions on both sides of the line 35 no matter how the detection visual field 21 is set. It will be observed in a possible state.
Note that this pitch may be set to any pitch as long as it is a pitch that can be handled as an isolated line in the process, and is equal to or less than a pitch at which at least one line can be measured in line width.
[0073]
Also, the line arrangement range 36 of the isolated line evaluation pattern 34 is determined on the wafer 20, which is determined from the relative positioning accuracy between the wafer 20 and the detection range 21, as in the case of the dense line evaluation pattern 30. In addition to the range 22 in which the detection range 21 may be set, the length C is set in consideration of the size of the detection range 21. Specifically, the arrangement range 36 is a range in which the length C is defined by the above formula (3) in each of the X and Y directions. More specifically, in the present embodiment, as in the case of the dense line evaluation pattern 30 described above, the range is wider than 4 μm × 4 μm. The isolated line evaluation pattern 34 shown in FIG. 4 is a pattern of approximately 4 μm in the X direction and the Y direction.
[0074]
Next, the alignment of the wafer by the movement of the XY stage and the adjustment of the visual field range on the length measuring SEM 10 side are performed, and the XY stage is moved based on the alignment result and the positional information of the evaluation pattern 34 on the wafer 20. The focus adjustment of the length measuring SEM 10 is performed so that the focus of the electron beam substantially coincides with the surface of the evaluation pattern 34 on 20, that is, the surface of the line (convex portion) to be measured. As a result, even if the relative positioning error between the wafer 20 and the detection range 21 is taken into consideration, the detection range (electron beam scanning range) 21 of the length measurement SEM 10 captures any location within the arrangement range 36 described above. Accordingly, at least one of the plurality of lines 35 to be measured, that is, in the embodiment, only one line 37 is set in the detection visual field 21 as shown in FIG.
When at least a part of the pattern to be measured is detected, the line 37 is selected as the measurement target, and the image contrast of the line 37 to be measured is adjusted, and the line 37 The dimensions (line width, etc.) of a predetermined location are measured using the image signal.
[0075]
When the relative positioning error between the evaluation pattern 34 and the detection range 21 caused by the wafer alignment accuracy (position detection accuracy) is not negligible, the alignment accuracy is also taken into consideration. It is desirable to set the length C of the arrangement range 36. Further, when measuring the line width of the line 37 to be measured, it is possible to prevent the concave portions present on both sides of the line 37 in the detection visual field 21 shown in FIG. Therefore, it is necessary to specify at least one of the concave portion and the convex portion. Therefore, for example, based on the differential waveform of the image signal obtained by detecting the line 37 to be measured in the detection visual field 21 or the contrast of the image, the line 37 is distinguished from the concave portions existing on both sides thereof. After that, it is desirable to measure the line width using the identified image.
[0076]
As described above, in the present embodiment, even in the measurement process of the isolated line, at least one line 35 set in the arrangement range 36 in consideration of the positioning accuracy of the XY stage is the measurement target. Thus, the evaluation pattern 34 is formed. Accordingly, relative positioning of the evaluation pattern 34 formed on the wafer 20 by the relative movement between the wafer 20 and the detection range 21 in the length measurement SEM 10 is performed, and at least the evaluation pattern 34 of the evaluation pattern 34 is at least. At least one line 35 to be measured can be captured within the detection range 21. Then, an arbitrary line (37) can be selected as a measurement target from an image obtained by detecting the at least one line 35, and length measurement can be performed immediately.
Accordingly, in this case as well, there is no need to perform the process of searching for the pattern to be measured several times using the pattern recognition at the low magnification and the high magnification, which has been conventionally performed, and the measurement time for one point is greatly increased. Can be shortened.
[0077]
Next, a method for evaluating coma aberration will be described.
The evaluation of coma aberration is obtained by obtaining an index of coma aberration (referred to as an abnormal value of line width or a line width difference) by comparing the line widths of two lines (linear patterns). Evaluation is performed using an evaluation pattern (predetermined pattern) including the two lines to be measured.
Here, the coma aberration evaluation pattern (FIGS. 6 and 7) to be formed on the sample (wafer) 20 has the same shape as the evaluation pattern and is enlarged by a reciprocal of the projection magnification of the projection optical system PL. The reticle R on which the measurement pattern (not shown) is formed is formed as a concavo-convex pattern (resist pattern) on the wafer 20 through an exposure process and a development process that are used in the rear light device of FIG. In the following, description will be made on the assumption that a pattern for evaluation in which a line is a convex portion is used. Then, the wafer 20 on which the evaluation pattern is formed as described above is transferred to the length measurement SEM 10 of FIG. 1 as a sample, and the line widths of the two lines to be measured are measured by the length measurement SEM 10.
[0078]
The coma aberration evaluation pattern is larger than the detection range 21 of the length measurement SEM 10 with respect to a predetermined direction in which the dimension (line width) is to be measured on the wafer 20 (the direction in which two lines to be measured are arranged). Are formed in a predetermined range of the same degree or less. However, the size of the predetermined range in the direction orthogonal to the predetermined direction (the longitudinal direction of the two lines to be measured), that is, the dimension (length) of the two lines is set wider than the detection range 21. ing.
[0079]
In the first coma aberration evaluation method, patterns (40, 41) arranged so that the two lines 43 and 44 to be measured are simultaneously detected in the detection visual field 21 of the length measurement SEM 10 as an evaluation pattern. ) Is used. Specifically, as shown in FIG. 6 (A), a pattern 40 in which two lines 43 and 44 to be measured are arranged substantially in parallel, or two lines as shown in FIG. 6 (B). A pattern 41 in which one new line 45 is arranged between the lines 43 and 44 so that the three lines are substantially parallel to each other is used. Although not shown, a pattern in which two new lines are arranged between the two lines 43 and 44 so that the four lines are substantially parallel may be used.
[0080]
In the present embodiment, as described above, the size of the detection visual field 21 is a square having a side of 0.8 μm, the line width is 0.1 μm, and the space between the lines is also 0.1 μm. In the case of the pattern 40 in which the lines 43 and 44 are arranged as shown in A), the pattern width is 0.3 μm, and as shown in FIG. 6B, the pattern 41 in which one line 45 is arranged between the lines 43 and 44. The pattern width is 0.5 μm, and the pattern width is 0.7 μm in a pattern in which two lines 45 are arranged between the lines 43 and 44 (not shown). It is a range.
[0081]
Now, the wafer 20 on which the coma aberration evaluation putters (40, 41) are formed is loaded on an XY stage (not shown) of the length measurement SEM10.
Next, the XY stage is moved to adjust the wafer alignment and the visual field range on the length measurement SEM 10 side, and move the XY stage based on the alignment result and the positional information of the coma aberration evaluation pattern on the wafer 20. At the same time, the focus adjustment of the length measuring SEM 10 is performed so that the focus of the electron beam substantially coincides with the surfaces of the two lines 43 and 44 to be measured.
Subsequently, the image is observed at a low magnification, for example, a low magnification of 5,000 to 20,000 times, the pattern is recognized, and the coma aberration evaluation pattern (40, 41) is searched.
[0082]
When the coma aberration evaluation patterns (40, 41) are searched, alignment is performed so that they are the center of the field of view, and this time, the image is observed at a high magnification of about 100,000 times, and the coma aberration is detected in the detection field of view 21. At least two lines 43 and 44 to be measured are captured from the evaluation patterns (40 and 41). Further, two lines 43 and 44 to be measured are selected from the coma aberration evaluation pattern (40 and 41) in the detection visual field 21, and the contrast of the image of the lines 43 and 44 is adjusted to adjust the two lines. The lines 43 and 44 measure the dimensions (line width, etc.) at predetermined locations using the image signals.
Based on the difference between the line widths of these two lines, a desired index value indicating the degree of coma is calculated and output as an evaluation value.
[0083]
As described above, in the present embodiment, at the time of evaluating the coma aberration, the coma aberration evaluation pattern (40, 2), in which two lines to be measured are arranged in a range that can be simultaneously observed in the detection visual field 21 of the length measuring SEM 10. 41) is used, and the evaluation of coma aberration can be achieved by performing the process of bringing the object to be measured into the field of view only once. Therefore, since the lines on both sides of the five lines are to be measured, the measurement time can be significantly shortened compared to the conventional method in which such processing has to be performed twice.
[0084]
Next, the second method for evaluating coma aberration will be described.
In the second coma aberration evaluation method, the coma aberration evaluation pattern 42 having five lines is used as the evaluation pattern as in the conventional case, and the two lines 43 and 44 on both sides of the five lines are used. , The line 44 of one coma aberration evaluation pattern 42 between adjacent coma aberration evaluation patterns 42 when forming this by projecting exposure on a wafer, The other line 43 of the coma aberration evaluation pattern 42 is disposed and formed so as to be simultaneously observed in the detection visual field 21 of the length measurement SEM 10.
Specifically, as shown in FIG. 7, the first coma aberration evaluation pattern 42 is used.-1And the second coma aberration evaluation pattern 42.-2The leftmost line 43 is arranged substantially in parallel so as to be included in the detection visual field 21 at the same time, and is observed at the same time to measure each line width to evaluate the coma aberration.
[0085]
In the present embodiment, as described above, the size of the detection visual field 21 is a square having a side of 0.8 μm and the width of the line is 0.1 μm. Therefore, as shown in FIG. Evaluation pattern 42-1And a second coma aberration evaluation pattern 42-2In other words, the first coma aberration evaluation pattern 42.-1And the second coma aberration evaluation pattern 42.-2By arranging the leftmost line 43 of the pattern at an interval of about 0.3 μm to 0.5 μm, the width of the pattern constituted by these two lines becomes 0.5 μm to 0.7 μm. The detection field 21 of the SEM 10 is in a range where the length can be measured by one observation.
[0086]
Here, when the aberration evaluation pattern shown in FIG. 7 is formed on the wafer 20, a measurement pattern having the same shape as the coma aberration evaluation pattern and enlarged by a reciprocal of the projection magnification of the projection optical system PL is obtained. The formed reticle may be used in the exposure apparatus of FIG. 9, but in this example, a measurement pattern having the same shape as the coma aberration evaluation pattern 42 shown in FIG. 8 and enlarged by a reciprocal of the projection magnification is formed. Assume that such a reticle is used in the exposure apparatus of FIG. Then, a transfer image of the measurement pattern formed on the wafer 20 in the first transfer operation (for example, the evaluation pattern 42).-1And a transfer image of the measurement pattern formed on the wafer 20 in the second transfer operation (for example, the evaluation pattern 42).-29) with the exposure apparatus of FIG. 9 so that the interval in the arrangement direction (line width measurement direction) is, for example, about 0.3 to 0.5 μm, Transfer onto the wafer 20.
[0087]
Further, through the process of developing the wafer having the measurement pattern transferred to the photoresist layer in this exposure process, the coma aberration evaluation pattern shown in FIG. 7 is formed on the wafer 20 as an uneven pattern (resist pattern). The In FIG. 7, two evaluation patterns are formed close to each other. However, three or more evaluation patterns are arranged close to each other in the arrangement direction so that the lines to be measured are substantially parallel to each other. You may arrange.
[0088]
Next, the wafer on which the coma aberration evaluation pattern shown in FIG. 7 is formed is loaded onto an XY stage (not shown) of the length measurement SEM 10.
Next, the XY stage is moved to adjust the wafer alignment and the visual field range on the length measurement SEM 10 side, and move the XY stage based on the alignment result and the positional information of the coma aberration evaluation pattern on the wafer 20. At the same time, the focus adjustment of the length measuring SEM 10 is performed so that the focus of the electron beam substantially coincides with the surfaces of the two lines 43 and 44 to be measured.
Subsequently, the image is observed at a low magnification, for example, a low magnification of 5,000 to 20,000 times, the pattern is recognized, and an interval between two coma aberration evaluation patterns (FIG. 7) as a length measurement target is detected. Explore the center.
[0089]
When two adjacent coma aberration evaluation patterns (FIG. 7) are searched, alignment is performed so that the center of the interval becomes the center of the visual field, and this time, the image is obtained at a high magnification of about 100,000 times. Observing and detecting the first coma aberration evaluation pattern 42 in the detection visual field 21-1And the second coma aberration evaluation pattern 42.-2The leftmost line 43 is captured.
And if these lines 43 and 44 are caught, adjustments, such as a contrast of an image, are performed and the length of predetermined places, such as line width, of lines 43 and 44 is measured.
Based on the difference between the line widths of these two lines, a desired index value indicating the degree of coma is calculated and output as an evaluation value.
[0090]
As described above, in this embodiment, two coma aberration evaluation patterns 42 are formed close to each other, and two adjacent lines are set as two lines to be measured in the detection visual field 21 of the length measurement SEM 10 at the same time. Observe and measure the line width of each line to evaluate coma. Therefore, in this case as well, the process of bringing the object to be measured into the field of view is achieved only once, and the lines on both sides of one coma aberration evaluation pattern 42 are the objects of length measurement. Compared with the conventional method which had to perform such processing, the measurement time can be greatly shortened.
[0091]
To be exact, each line width of the lines arranged at both ends must be measured in each of the two coma aberration evaluation patterns, so that the conventional measurement requires four measurements, whereas the evaluation pattern shown in FIG. With a pattern, only three measurements are required. However, since a large number of evaluation patterns are usually formed on the wafer 20, the above measurement method is performed by arranging the large number of evaluation patterns in a line so that the lines to be measured are substantially parallel. When applied, it is clear that the measurement time can be greatly shortened compared to the conventional method.
In the two coma aberration evaluation methods described above, the evaluation pattern is formed as an uneven pattern on the wafer 20 as in the measurement method described with reference to FIGS. For this reason, in order to prevent erroneous detection of adjacent concave portions as two lines 43 and 44 (convex portions) to be measured in the coma aberration evaluation pattern, the concave and convex portions are detected in the detection visual field 21. It is necessary to specify at least one of them. Therefore, for example, based on the differential waveform of the image signal obtained by detecting the measurement target pattern in the detection visual field 21 or the contrast of the image, each line to be measured is distinguished from the concave portions existing on both sides thereof. It is desirable to specify the image and then measure the line width using the specified image.
[0092]
By the way, in the above-described embodiment, each of the above-described evaluation patterns (FIG. 2, FIG. 2) is performed through an exposure process of transferring the measurement pattern of the reticle R onto the wafer 20 via the projection optical system PL using the exposure apparatus of FIG. 4, 6, and 7) are formed on the wafer 20. Therefore, for example, while sequentially changing the position of the wafer 20 in the optical axis direction of the projection optical system PL, the measurement pattern of the reticle R is transferred onto the wafer 20 a plurality of times by the step-and-repeat method, and is transferred to different areas on the wafer 20. The evaluation patterns (30 or 34) shown in FIG. 2 or FIG. 4 are formed. Then, using the measurement SEM 10 of FIG. 1 in exactly the same manner as in the above-described embodiment, the measurement target of the evaluation patterns formed by changing the position (focus position) in the optical axis direction in each region on the wafer 20 The line width of the pattern (line 33 or 37) to be measured is measured. For example, the measured line width is the vertical axis and the focus position is the horizontal axis, and the relationship (CD focus) is related to the optical characteristics of the projection optical system PL. You may make it ask as. According to this, it is possible to obtain related information on the optical characteristics of the projection optical system PL in a shorter time than before by using the measurement method described in the above embodiment.
[0093]
Here, the CD focus is obtained as the related information of the optical characteristics of the projection optical system PL, but other than this, for example, various aberrations, best focus, depth of focus, fidelity of the pattern transferred onto the wafer, etc. You may ask for it. Further, using the evaluation patterns (40 to 42) shown in FIGS. 6 and 7, the coma aberration, the abnormal line width (line width difference), or the like may be obtained as the related information of the optical characteristics of the projection optical system PL. Good. Further, the related information of the optical characteristics of the projection optical system PL obtained from the measurement results of the respective evaluation patterns described above is not limited to one, but a plurality of different optical characteristics based on the measurement results of one evaluation pattern. The related information may be obtained.
[0094]
Also, a plurality of evaluation patterns having different configurations are formed on the wafer 20 using the exposure apparatus of FIG. 9, and the pattern to be measured is measured using the length measurement SEM in FIG. The dimensions may be measured, and a plurality of pieces of information related to different optical characteristics of the projection optical system PL may be obtained based on the dimensions obtained from each evaluation pattern. For example, two measurement patterns corresponding to the evaluation pattern 30 shown in FIG. 2 and the evaluation pattern 40 shown in FIG. 6A are formed on the reticle R, and the exposure apparatus shown in FIG. A plurality of measurement patterns are transferred onto the wafer 20, and two evaluation patterns 30 and 40 are formed on the wafer 20.
[0095]
Then, the line widths of the patterns (lines) 33, 43, 44 to be measured among the evaluation patterns 30, 40 are measured using the length measurement SEM 10 of FIG. 1, and the line 33 measured by the evaluation pattern 30 is measured. First information (for example, aberration, CD focus, best focus, depth of focus, pattern fidelity, etc.) related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL is obtained based on the line width and measured with the evaluation pattern 40. Second information (for example, coma aberration, abnormal line width value, etc.) related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL different from the first information is obtained based on the line widths of the lines 43 and 44. Also good. According to this, information related to each of the plurality of optical characteristics of the projection optical system PL can be obtained in a shorter time than in the past using the measurement method described in the above embodiment.
[0096]
Note that the combination and the type (number) of a plurality of evaluation patterns formed on the wafer 20 are not limited to the evaluation patterns 30 and 40 and may be arbitrary. For example, three evaluation patterns obtained by adding the evaluation pattern 34 to the evaluation patterns 30 and 40 or two evaluation patterns 30 and 34 using the evaluation pattern 34 instead of the evaluation pattern 40 are formed on the wafer 20. It may be formed.
In particular, in the latter case, first information related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL in the dense pattern is obtained based on the line width of the line 33 measured by the evaluation pattern 30, and measured by the evaluation pattern 34. Based on the line width of the line 37, second information related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL in the isolated pattern may be obtained. At this time, the first information in the dense pattern and the second information in the isolated pattern may be related to the same optical characteristic (for example, best focus).
[0097]
Furthermore, when at least one of the above-described evaluation patterns (30, 34, 40 to 42) is formed on the wafer 20 using the exposure apparatus of FIG. 9, the exposure conditions of the wafer 20 by the exposure apparatus, in other words, Transfer conditions of the measurement pattern of the reticle R used to form the at least one evaluation pattern to the wafer 20 (for example, illumination conditions of the reticle R (light quantity distribution of illumination light on the pupil plane of the illumination optical system, coherence) The measurement pattern of the reticle R is transferred onto the wafer 20 a plurality of times while changing at least one of the factor σ value and the like) and the numerical aperture of the projection optical system PL. At least one evaluation pattern is formed.
[0098]
Then, using the length measurement SEM of FIG. 1 in exactly the same manner as in the above embodiment, the dimensions of the pattern to be measured are measured among the evaluation patterns formed by changing the exposure conditions in each region on the wafer 20, Information related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL may be obtained for each exposure condition based on the dimension of the evaluation pattern obtained for each region. For example, the illumination condition of the reticle R is changed as an exposure condition, and the reticle R is illuminated under four conditions of normal illumination, small σ illumination, annular illumination, and quadrupole illumination, and at least one is set for each exposure condition. Two evaluation patterns (here, referred to as evaluation patterns 40) are formed on the wafer 20. Then, the line widths of the lines 43 and 44 to be measured among the evaluation patterns 40 formed on the wafer 20 are measured, and, for example, coma aberration for each exposure condition (illumination condition) based on the measured line width. (Or an abnormal line width value) may be obtained. According to this, it is possible to obtain information related to at least one optical characteristic of the projection optical system PL for each exposure condition in a shorter time than before using the measurement method described in the above embodiment.
[0099]
Now, using the measurement method described in the above embodiment, when the relevant information on the optical characteristics of the projection optical system PL is obtained as the predetermined characteristics of the exposure apparatus shown in FIG. Adjustment information of the exposure apparatus (adjustment of the optical characteristics of the projection optical system PL) is performed by inputting information related to the optical characteristics to the control device 6 via a keyboard or the like. Specifically, the adjustment device 6 drives at least one optical element of the projection optical system PL based on a command from the control device 6 based on the related information on the optical characteristics. Thereby, in the exposure apparatus, the projection optical system PL is set to optimum optical characteristics according to the device pattern (circuit pattern, etc.) of the reticle to be transferred onto the wafer W and the transfer conditions (exposure conditions). . According to this, predetermined characteristics of the exposure apparatus (such as the optical characteristics of the projection optical system PL) can be adjusted in a shorter time than before.
[0100]
When the measurement method of the above embodiment is used and related information on the optical characteristics of the projection optical system PL is obtained as the predetermined characteristics of the exposure apparatus, the automatic adjustment of the optical characteristics of the projection optical system PL by the adjustment device 5 or the like is performed. Alternatively, for example, an operator or the like may manually adjust the position of the optical element to adjust the optical characteristics. The projection optical system PL may be adjusted after being incorporated into the exposure apparatus, or may be performed before being incorporated into the exposure apparatus. At this time, the adjustment may be performed by the projection optical system PL alone before being incorporated into the exposure apparatus, and the adjustment may be performed after the projection optical system PL is incorporated into the exposure apparatus. According to this, the time required for assembling and adjusting the projection engineering system PL in the manufacturing process of the exposure apparatus can be greatly shortened compared to the conventional case, and the delivery date of the exposure apparatus can be shortened.
[0101]
Further, the adjustment method of the projection optical system PL using the measurement method of the above embodiment is not only in the manufacturing process of the projection optical system PL or the manufacturing process of the exposure apparatus, but also in the device manufacturing process to which the exposure apparatus is delivered. It can also be used during startup or maintenance.
Further, in the adjustment of the projection optical system PL, the position (including feeling with other optical elements) or the inclination of at least one optical element constituting the projection optical system PL may be changed. When it is a lens element, its eccentricity may be changed, or it may be rotated about the optical axis.
[0102]
Further, not only the adjustment of the optical elements of the projection optical system PL, but also the optical characteristics of the projection optical system PL may be adjusted by exchanging or reworking the optical elements.
In the former case, the replacement may be performed in units of optical elements of the projection optical system PL, or in the projection optical system having a plurality of lens barrels, the replacement may be performed in units of the lens barrels. At this time, the projection optical system PL itself may be exchanged.
In the latter case, at least one optical element of the projection optical system PL may be reworked. In particular, the surface of a lens element or the like may be processed into an aspherical surface as necessary.
This optical element is not only a refractive optical element such as a lens element, but also, for example, a reflective optical element such as a concave mirror, or an aberration (distortion, spherical aberration, etc.) of a projection optical system, particularly an aberration that corrects its non-rotationally symmetric component. A correction plate or the like may be used. However, when it is necessary to rework or replace the optical elements of the projection optical system PL, it is preferable to rework or replace the projection optical system PL before incorporating it into the exposure apparatus.
[0103]
In addition, the predetermined characteristics of the exposure apparatus obtained using the measurement method of the above embodiment are not limited to the information related to the optical characteristics of the projection optical system PL. For example, the stepping accuracy of the wafer stage WS, the reticle R or the wafer W The illuminance distribution of the illumination light above may be used. In particular, when the exposure apparatus shown in FIG. 9 is a scanning exposure method in which the reticle R and the wafer W are moved synchronously, the synchronization accuracy between the reticle stage RS and the wafer stage WS, etc. But you can.
When the illuminance distribution is obtained as a predetermined characteristic of the exposure apparatus, for example, at least one optical element (such as an optical integrator or an illuminance distribution correction pattern plate) constituting the illumination optical system of the exposure apparatus is moved. It is recommended to correct the illuminance distribution.
[0104]
Further, the predetermined characteristics of the exposure apparatus (such as the optical characteristics of the projection optical system PL) are obtained using the measurement method of the above embodiment, but a lithography apparatus other than the exposure apparatus used in the manufacturing process of a microdevice, For example, unevenness in coating with a coater that applies a photoresist to a wafer with a coater / developer, or uneven development with a developer that develops a wafer with a pattern transferred to the photoresist may be obtained as a predetermined characteristic. The processing conditions in the coater or developer may be adjusted based on the predetermined characteristics.
In addition, an optical apparatus that incorporates an optical system whose optical characteristics are required using the measurement method of the above embodiment or whose optical characteristics are adjusted is not limited to an exposure apparatus, and the optical system is also used as the projection optical system PL. It is not limited.
[0105]
Further, each evaluation pattern described in the above embodiment is assumed to have one line width, but for each evaluation pattern, for example, a plurality of evaluation patterns having different line widths (or pitches) are provided. It may be formed. Thereby, predetermined characteristics (such as the optical characteristics of the projection optical system PL) of the exposure apparatus can be obtained for each line width (or pitch). At this time, an evaluation pattern having the same line width (or pitch, etc.) as the device pattern to be transferred onto the wafer W is formed by the exposure apparatus of FIG. 9, and the optical characteristics of the projection optical system PL optimum for this device pattern, etc. Is preferably obtained.
[0106]
In addition, the dimension measured with the pattern used as the measuring object in the said embodiment is not restricted to a line width, A length etc. may be sufficient.
Furthermore, the evaluation pattern in the above embodiment is not limited to a resist pattern, and may be, for example, an etching pattern formed on a wafer through an etching process in addition to a development process.
Moreover, in the said embodiment, although electron microscopes, such as length measurement SEM, shall be used as a measuring device, a measuring device is not restricted to an electron microscope, You may use detection beams other than an electron beam.
[0107]
Further, in the exposure apparatus of FIG. 9, the projection optical system PL is a reduction system, but it may be an equal magnification system or an enlargement system.
Further, the projection optical system PL may be not only a refractive system but also a catadioptric system or a reflective system.
Further, although the exposure apparatus of FIG. 9 is a stepper or a scanner, the exposure apparatus is not limited to this, and may be an exposure apparatus such as a mirror projection system or a proximity system.
Furthermore, the illumination light for exposure used in the exposure apparatus of FIG. 9 may be either continuous light or pulsed light, and is not particularly limited by the wavelength or the type of light source, for example, ultraviolet light, far ultraviolet light, vacuum ultraviolet light. , EUV light, X-rays, and charged particle beams such as electron beams and ion beams.
9 is used in the manufacture of microdevices such as semiconductor devices, liquid crystal display devices, thin film magnetic heads, imaging devices (CCDs, etc.), micromachines, DNA chips, and display devices such as plasma displays or organic ELs. It may be used not only in the manufacture of reticles or masks.
[0108]
By the way, in the manufacturing process of the exposure apparatus of FIG. 9, the optical characteristics of the projection optical system PL in which a plurality of optical elements are incorporated in the lens barrel are measured using the measurement method of the above embodiment, and the measured optical The projection optical system PL is adjusted based on the characteristics, and the projection optical system PL whose optical characteristics are adjusted is incorporated in the exposure apparatus. That is, the projection optical system PL is fixed to the column 2 installed on the base 1 supported by the vibration isolator.
Furthermore, a part of an illumination optical system composed of a large number of optical elements (including an optical integrator) is fixed to a gantry installed in the column 2, and the rest is fixed to a column different from the column 2, Wiring and piping are connected to reticle stage RS, wafer stage WS, and its drive system (linear motor, etc.), which are made up of a large number of mechanical parts. Then, the above-described evaluation pattern formed on the wafer through the exposure process and the development process in which the reticle measurement pattern is transferred onto the wafer using an exposure apparatus incorporating an illumination optical system, a projection optical system PL, and the like. The dimensions are measured using the measurement method of the above-described embodiment, and predetermined characteristics of the exposure apparatus (optical characteristics of the illumination optical system and the projection optical system PL, illuminance distribution, etc.) are adjusted based on the measurement results, and further Perform general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). Thereby, the exposure apparatus shown in FIG. 9 can be manufactured. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room in which the temperature and cleanliness are controlled.
[0109]
In addition, the manufacturing process of the microdevice or the like is performed by using an exposure apparatus (FIG. 9) having the projection optical system PL whose optical characteristics are adjusted as described above, and a wafer (with a photoresist layer formed on the surface) (FIG. 9). And the like, and the like. For example, in a semiconductor device, a process for designing the function and performance of the device, a process for producing a reticle having a circuit pattern (device pattern) of the designed device, a process for producing a wafer from a silicon material, and the exposure apparatus of FIG. Is manufactured through a process of transferring a reticle device pattern onto a wafer, a device assembly process (including a dicing process, a bonding process, a package process, etc.) and an inspection process.
[0110]
In addition, this Embodiment was described in order to make an understanding of this invention easy, and does not limit this invention at all. Each element disclosed in the present embodiment includes all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention, and various suitable modifications are possible.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the pattern to be measured can be efficiently captured in the field-of-view range of the length measurement SEM, and the dimension of the pattern formed on the object such as the substrate can be measured in a shorter time. It is possible to provide a measurement method that can be performed. In particular, it is possible to provide a measurement method capable of setting a pattern to be measured on an object within a detection range of the measurement apparatus in a shorter time. In addition, it is possible to provide a measurement method that can reduce the number of times of pattern detection, that is, the number of relative movements between the object and the detection range of the measurement apparatus when measuring the dimensions of a plurality of measurement target patterns.
In addition, it is possible to provide a projection optical system adjustment method capable of measuring the dimensions of a pattern formed on an object in a short time, thereby measuring, evaluating, and adjusting the characteristics of the projection optical system at high speed. That is, by using the measurement method according to the present invention, which measures the information related to the optical characteristics of the projection optical system that projects the image of the pattern arranged on the first surface onto the second surface, in a short time. It is possible to provide a projection optical system adjustment method capable of adjusting the projection optical system.
[0112]
In addition, it is possible to provide an exposure apparatus adjustment method capable of measuring a dimension of a pattern formed on a substrate in a short time, thereby measuring, evaluating, and adjusting characteristics of the exposure apparatus at high speed. That is, the exposure apparatus can be adjusted in a short time by using a measurement method for measuring the characteristics of the pattern on the object in a short time and determining the characteristics of the exposure apparatus that transfers the device pattern (mask pattern) onto the sensitive object. An exposure apparatus adjustment method can be provided.
In addition, a device manufacturing method for appropriately manufacturing a desired device using such an exposure apparatus can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a basic configuration and an operating principle of a length measuring SEM according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an evaluation pattern used in dense line evaluation in the measurement method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a pattern observed in a detection visual field when a wafer on which the dense line evaluation pattern shown in FIG. 2 is formed is placed on a stage and positioned.
FIG. 4 is a diagram showing an evaluation pattern used in isolated line evaluation in the measurement method according to one embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a pattern observed in a detection visual field when a wafer on which an isolated line evaluation pattern shown in FIG. 4 is formed is placed on a stage and positioned. FIG.
FIG. 6 is a diagram showing an evaluation pattern used when evaluating coma aberration in the measurement method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram for explaining a state in which a measurement target pattern is captured during coma aberration evaluation in the measurement method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an evaluation pattern and a length measurement method used for evaluating coma aberration in a conventional automatic length measurement method.
FIG. 9 is a view showing the schematic arrangement of an exposure apparatus used in the present embodiment.
[Explanation of symbols]
10 ... Length measuring SEM
11 ... electron gun
12 ... Convergent lens
13. Deflection coil
14 ... Objective lens
15 ... Objective lens aperture
16 ... Secondary electron detector
17 ... Video amplifier
18 ... Display device
19 ... Control device
21. Detection field of view
22: Range of stage positioning accuracy
30 ... Pattern for dense line evaluation
34 ... Isolated line evaluation pattern
40, 41, 42 ... Coma aberration evaluation pattern
31, 35, 45 ... line
32, 36 ... Line arrangement range
33, 37, 43, 44 ... Length measurement target pattern

Claims (46)

物体上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、
前記物体の所定範囲内に測定装置の検出範囲を設定した場合に、該検出範囲内に必ず測定対象のパターンが含まれるような所定のパターンを形成し、
前記検出範囲が前記所定範囲内となるように前記物体と前記検出範囲とを相対移動し、
前記相対移動により前記検出範囲内に少なくとも一部が設定された前記所定のパターンから前記測定対象のパターンを選択し、
前記選択された測定対象のパターンの所定箇所の寸法を測定する測定方法であり、
前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記検出範囲を規定する所定方向に関して式（１）を満たす長さＣの範囲である測定方法。
【数１】
Ｃ≧２×Ａ＋Ｂ …（１）
但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される、前記物体と前記検出範
囲との相対的位置決め精度、
Ｂは、前記検出範囲の前記所定方向の長さ In a method for measuring a dimension of a pattern formed on an object,
When the detection range of the measurement device is set within the predetermined range of the object, a predetermined pattern is formed so that the pattern to be measured is always included in the detection range,
Relatively moving the object and the detection range so that the detection range is within the predetermined range;
Selecting the measurement target pattern from the predetermined pattern at least a part of which is set within the detection range by the relative movement;
A measurement method for measuring a dimension of a predetermined portion of the selected pattern to be measured ;
The measurement method is a measurement method in which a pattern formation range of the measurement target is a range of a length C that satisfies Expression (1) with respect to a predetermined direction that defines the detection range.
[Expression 1]
C ≧ 2 × A + B (1)
However, A represents the object and the detection range represented by ± A with respect to a predetermined target position.
Relative positioning accuracy with the enclosure,
B is the length of the detection range in the predetermined direction 前記所定のパターンは前記物体上で少なくとも前記所定範囲に形成されるとともに、前記所定範囲は前記物体上で少なくとも一方向に関して前記検出範囲よりも広く設定される請求項１に記載の測定方法。  The measurement method according to claim 1, wherein the predetermined pattern is formed in at least the predetermined range on the object, and the predetermined range is set wider than the detection range in at least one direction on the object. 前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記物体と前記検出範囲との相対的な位置決め精度及び前記検出範囲の大きさに基づいて決定する請求項１又は２に記載の測定方法。  The measurement method according to claim 1, wherein the formation range of the pattern to be measured is determined based on a relative positioning accuracy between the object and the detection range and a size of the detection range. 物体上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、
前記物体と測定装置の検出範囲との相対移動によって、前記物体上に形成される所定のパターンのうち測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲内に設定されるように、前記物体上で少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する前記測定対象のパターンの形成範囲の長さＣを、前記物体と前記検出範囲との相対的な位置決め精度Ａ及び前記検出範囲の所定方向の長さＢに応じて、式Ｃ≧２×Ａ＋Ｂを満たすように前記検出範囲よりも広く設定する測定方法。In a method for measuring a dimension of a pattern formed on an object,
The relative movement between the object and the detection range of the measuring device causes the measurement target pattern to be set within the detection range so that at least a part of the predetermined pattern formed on the object is set within the detection range. The length C of the measurement target pattern formation range at least in a predetermined direction whose dimensions are to be measured depends on the relative positioning accuracy A between the object and the detection range and the length B in the predetermined direction of the detection range. The measurement method is set wider than the detection range so as to satisfy the formula C ≧ 2 × A + B. 物体上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、
前記物体と測定装置の検出範囲との相対移動によって、前記物体上に形成される所定のパターンのうち測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲内に設定されるように、前記物体上で少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する前記測定対象のパターンの形成範囲の長さＣを、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的な位置決め精度をＡ、前記検出範囲の前記所定方向の長さをＢとして、Ｃ≧２Ａ＋Ｂなる関係を満たすように設定する測定方法。In a method for measuring a dimension of a pattern formed on an object,
The relative movement between the object and the detection range of the measuring device causes the measurement target pattern to be set within the detection range so that at least a part of the predetermined pattern formed on the object is set within the detection range. The length C of the measurement target pattern formation range in at least a predetermined direction whose dimensions are to be measured is expressed as ± A with respect to a predetermined target position, and the relative positioning accuracy between the object and the detection range is expressed. A, a measurement method in which the length of the detection range in the predetermined direction is B and is set so as to satisfy the relationship C ≧ 2A + B. 前記測定対象のパターンは、前記物体上で少なくとも所定方向に関する寸法が実質的に等しい複数のパターン要素を前記所定方向に配列したものであり、前記検出範囲内に設定される前記複数のパターン要素の少なくとも１つで前記所定方向の寸法が測定される請求項１〜５のいずれかに記載の測定方法。The pattern to be measured is a pattern in which a plurality of pattern elements having substantially equal dimensions in at least a predetermined direction on the object are arranged in the predetermined direction, and the plurality of pattern elements set in the detection range The measurement method according to claim 1 , wherein at least one of the dimensions in the predetermined direction is measured. 前記所定のパターンは少なくとも前記測定対象のパターンを構成する前記複数のパターン要素が実質的に同一条件で形成されるように、前記所定方向に関して前記測定対象のパターンの両側にそれぞれパターン要素を有する請求項６に記載の測定方法。 Wherein the predetermined pattern has at least such that the plurality of pattern elements constituting the measurement object pattern is formed in substantially the same conditions, respectively pattern elements on both sides of the measurement target pattern with respect to the predetermined direction Item 7. The measuring method according to Item 6 . 物体上に形成されたパターンの寸法を測定する方法において、
前記物体上で所定方向に関して両端を除く一部のみが測定対象となる所定のパターンのうち、少なくとも前記測定対象のパターンを前記所定方向に配列される複数のパターン要素で構成するとともに、前記複数のパターン要素が実質的に同一条件で形成され、かつ前記物体と測定装置の検出範囲との相対移動によって前記測定対象のパターンの少なくとも一部が前記検出範囲内に設定されるように前記所定のパターンを形成し、前記検出範囲内に設定される前記複数のパターン要素の少なくとも１つで前記所定方向の寸法を測定する測定方法であり、
前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記検出範囲を規定する所定方向に関して、式Ｃ≧２×Ａ＋Ｂ（但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度、Ｂは、前記検出範囲の前記所定方向の長さ）を満たす長さＣの範囲である測定方法。In a method for measuring a dimension of a pattern formed on an object,
Of the predetermined pattern that is a measurement target for only a part of the object excluding both ends with respect to a predetermined direction, at least the pattern of the measurement target is composed of a plurality of pattern elements arranged in the predetermined direction, The predetermined pattern is formed such that pattern elements are formed under substantially the same conditions, and at least a part of the pattern to be measured is set within the detection range by relative movement between the object and the detection range of the measurement apparatus. And measuring the dimension in the predetermined direction with at least one of the plurality of pattern elements set within the detection range ,
The pattern formation range of the measurement target is an expression C ≧ 2 × A + B with respect to a predetermined direction defining the detection range (where A is the object represented by ± A with respect to a predetermined target position and the detection The relative positioning accuracy with respect to the range, and B is a range of the length C that satisfies the length of the detection range in the predetermined direction) . 前記複数のパターン要素はそれぞれ前記所定方向に関する寸法が実質的に等しい請求項８に記載の測定方法。The measurement method according to claim 8 , wherein each of the plurality of pattern elements has substantially the same dimension in the predetermined direction. 前記測定対象のパターンの両側に配置されるパターン要素はそれぞれ前記測定対象のパターンを構成する前記複数のパターン要素と実質的に同一形状である
請求項７〜９のいずれかに記載の測定方法。Pattern elements arranged on both sides of the measurement target pattern have substantially the same shape as the plurality of pattern elements constituting the measurement target pattern.
The measuring method in any one of Claims 7-9 . 前記複数のパターン要素はそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンである請求項６〜１０のいずれかに記載の測定方法。The measurement method according to claim 6 , wherein each of the plurality of pattern elements is a linear pattern whose longitudinal direction is a direction orthogonal to the predetermined direction. 前記所定のパターンは、前記物体上で少なくとも所定方向に関する寸法が実質的に等しい多数のパターン要素を前記所定の方向に配列したものであり、前記測定対象のパターンは、前記多数のパターン要素のうち少なくとも両端に配置されるパターン要素を除く複数のパターン要素からなる請求項１〜６のいずれかに記載の測定方法。The predetermined pattern is a pattern in which a large number of pattern elements having substantially the same dimensions in at least a predetermined direction on the object are arranged in the predetermined direction. The measuring method according to claim 1 , comprising at least a plurality of pattern elements excluding pattern elements arranged at both ends. 前記所定のパターンは、前記多数のパターン要素が近接して形成される密集パターンである請求項１２に記載の測定方法。The measurement method according to claim 12 , wherein the predetermined pattern is a dense pattern in which the plurality of pattern elements are formed close to each other. 前記所定のパターンは、前記多数のパターン要素がそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンであり、かつ前記所定方向にほぼ同一間隔で配列される請求項１３に記載の測定方法。14. The measurement according to claim 13 , wherein the predetermined pattern is a linear pattern in which the plurality of pattern elements each have a direction perpendicular to the predetermined direction as a longitudinal direction, and are arranged at substantially the same interval in the predetermined direction. Method. 前記所定のパターンは、前記多数のパターン要素が互いに所定距離以上離れて配置される孤立パターンである請求項１２に記載の測定方法。The measurement method according to claim 12 , wherein the predetermined pattern is an isolated pattern in which the multiple pattern elements are arranged apart from each other by a predetermined distance. 前記所定のパターンは、前記多数のパターン要素がそれぞれ前記所定方向と直交する方向を長手方向とする線状パターンであり、かつ前記物体と前記検出範囲との相対移動によって前記多数のパターン要素の少なくとも１つが線幅測定可能に前記検出範囲内に設定されるような間隔で配列される請求項１５に記載の測定方法。The predetermined pattern is a linear pattern in which the multiple pattern elements each have a longitudinal direction in a direction orthogonal to the predetermined direction, and at least of the multiple pattern elements by relative movement between the object and the detection range. The measurement method according to claim 15 , wherein one is arranged at an interval such that one is set within the detection range so that a line width can be measured. 前記測定装置は電子顕微鏡である請求項１〜１６のいずれかに記載の測定方法。The measuring method according to claim 1 , wherein the measuring device is an electron microscope. 前記所定のパターンは、第１面に測定用パターンが配置される投影光学系を介して第２面に配置される前記物体の感応層に前記測定用パターンの投影像を転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの寸法に基づいて前記投影光学系の光学特性に関連する第１情報を求める請求項１〜１７のいずれかに記載の測定方法。The predetermined pattern is subjected to an exposure process in which a projection image of the measurement pattern is transferred to a sensitive layer of the object disposed on the second surface via a projection optical system in which the measurement pattern is disposed on the first surface. The measurement method according to claim 1, wherein first information related to optical characteristics of the projection optical system is obtained based on a dimension of the pattern to be measured. 前記露光工程にて前記所定のパターンと異なり、かつ互いにほぼ平行な２本の線状パターンからなる他のパターンを前記物体上に形成するとともに、前記２本の線状パターンの線幅をそれぞれ測定し、該測定された２つの線幅に基づいて前記第１情報と異なる前記投影光学系の光学特性に関連する第２情報を求める請求項１８に記載の測定方法。In the exposure step, another pattern consisting of two linear patterns which are different from the predetermined pattern and are substantially parallel to each other is formed on the object, and the line widths of the two linear patterns are measured respectively. The measurement method according to claim 18 , wherein second information related to optical characteristics of the projection optical system different from the first information is obtained based on the two measured line widths. 前記測定用パターンの転写によって少なくとも前記測定対象のパターンが複数のパターン要素からなる前記所定のパターンを形成するとともに、前記転写時に前記複数のパターン要素に対する前記投影光学系の光学特性の影響が実質的に同一となるように前記測定用パターンの構成が決定される請求項１８又は１９に記載の測定方法。By transferring the measurement pattern, at least the pattern to be measured forms the predetermined pattern composed of a plurality of pattern elements, and the influence of the optical characteristics of the projection optical system on the plurality of pattern elements during the transfer is substantial. The measurement method according to claim 18 or 19 , wherein the configuration of the measurement pattern is determined so as to be identical to each other. 物体上に形成された複数のパターンの寸法をそれぞれ測定する方法において、
前記物体上に少なくとも２つの測定対象のパターンを含む所定のパターンを、前記物体と測定装置の検出範囲との相対移動によって該検出範囲内に前記少なくとも２つの測定対象のパターンが設定されるように形成し、
前記相対移動により前記検出範囲内に設定されたパターンから前記少なくとも２つの測定対象のパターンを選択し、
前記選択された該測定対象のパターンの所定箇所の寸法を測定する測定方法であり、
前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記検出範囲を規定する所定方向に関して、式Ｃ≧２×Ａ＋Ｂ（但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度、Ｂは、前記検出範囲の前記所定方向の長さ）を満たす長さＣの範囲である測定方法。In a method for measuring the dimensions of a plurality of patterns formed on an object,
A predetermined pattern including at least two measurement target patterns on the object is set in the detection range by relative movement between the object and the detection range of the measurement apparatus. Forming,
Selecting the at least two patterns to be measured from the patterns set within the detection range by the relative movement;
A measuring method for measuring a dimension of a predetermined portion of the selected pattern to be measured ;
The pattern formation range of the measurement target is an expression C ≧ 2 × A + B with respect to a predetermined direction defining the detection range (where A is the object represented by ± A with respect to a predetermined target position and the detection The relative positioning accuracy with respect to the range, and B is a range of the length C that satisfies the length of the detection range in the predetermined direction) . 前記所定のパターンは、前記物体上で寸法を測定すべき所定方向に関して前記測定装置の検出範囲と大きさが同程度以下の所定範囲に、前記少なくとも２つの測定対象のパターンを含む測定用パターンを転写する露光工程を経て形成される
請求項２１に記載の測定方法。The predetermined pattern is a measurement pattern including the at least two measurement target patterns in a predetermined range having a size equal to or less than a detection range of the measurement apparatus with respect to a predetermined direction in which a dimension is to be measured on the object. Formed through a transfer exposure process
The measurement method according to claim 21 . 前記所定のパターンは、複数本の線状パターンがほぼ平行に配列され、かつ前記線状パターンの本数が４本以下であり、前記少なくとも２つの測定対象のパターンは、前記所定のパターンのうち両端に配置される２本の線状パターンを含む請求項２２に記載の測定方法。In the predetermined pattern, a plurality of linear patterns are arranged substantially in parallel, and the number of the linear patterns is four or less, and the at least two measurement target patterns are both ends of the predetermined pattern. The measurement method according to claim 22 , comprising two linear patterns arranged on the surface. 前記所定のパターンは、前記少なくとも２つの測定対象のパターンの１つ又は複数を含む測定用パターンを複数回、前記物体上に転写する露光工程を経て形成され、前記複数回の転写のうちの任意の転写である第１の転写で形成される１つの測定対象のパターンと、前記複数回の転写のうちの前記第１の転写とは異なる任意の転写である第２の転写で形成される１つの測定対象のパターンとが少なくとも前記物体上で寸法を測定すべき所定方向に関して前記測定装置の検出範囲と大きさが同程度以下の所定範囲内に形成される請求項２１に記載の測定方法。The predetermined pattern is formed through an exposure process in which a measurement pattern including one or more of the at least two patterns to be measured is transferred onto the object a plurality of times. One pattern to be measured formed by the first transfer that is the first transfer and one formed by the second transfer that is an arbitrary transfer different from the first transfer of the plurality of transfers The measurement method according to claim 21 , wherein two measurement target patterns are formed in a predetermined range having a size equal to or less than a detection range of the measurement device with respect to at least a predetermined direction in which a dimension is to be measured on the object. 前記所定のパターンは、前記第１転写で形成されるほぼ平行な複数本の線状パターンと、前記第２転写で形成されるほぼ平行な複数本の線状パターンとでその長手方向をほぼ一致させ、かつ隣接配置したものであり、前記少なくとも２つの測定対象のパターンは、前記各複数本の線状パターンで両端に配置される２つの線状パターンのうち、他の複数本の線状パターンと隣接した一方の線状パターンを含む請求項２４に記載の測定方法。The predetermined pattern has substantially the same longitudinal direction as a plurality of substantially parallel linear patterns formed by the first transfer and a plurality of substantially parallel linear patterns formed by the second transfer. The at least two patterns to be measured are the plurality of other linear patterns among the two linear patterns arranged at both ends of each of the plurality of linear patterns. The measurement method according to claim 24 , comprising one linear pattern adjacent to the line pattern. 前記複数本の線状パターンはその本数が少なくとも５本である請求項２５に記載の測定方法。The measurement method according to claim 25 , wherein the number of the plurality of linear patterns is at least five. 物体上に形成された複数のパターンの寸法をそれぞれ測定する方法において、
前記複数のパターンのうち少なくとも第１及び第２パターンを、前記物体と測定装置の検出範囲との相対移動によって前記第１パターンのうち測定対象のパターンと前記第２パターンのうち測定対象のパターンとが少なくとも前記検出範囲内に設定されるように前記物体上に形成し、前記相対移動により前記検出範囲内に設定されたパターンから前記２つの測定対象のパターンを選択し、前記選択された各測定対象のパターンの所定箇所の寸法を測定する測定方法であり、
前記測定対象のパターンの形成範囲は、前記検出範囲を規定する所定方向に関して、式Ｃ≧２×Ａ＋Ｂ（但し、Ａは、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度、Ｂは、前記検出範囲の前記所定方向の長さ）を満たす長さＣの範囲である測定方法。In a method for measuring the dimensions of a plurality of patterns formed on an object,
At least the first and second patterns of the plurality of patterns, and the measurement target pattern of the first pattern and the measurement target pattern of the second pattern by relative movement between the object and the detection range of the measurement device. Is formed on the object so as to be set at least within the detection range, and the two measurement target patterns are selected from the patterns set within the detection range by the relative movement, and the selected measurement It is a measurement method for measuring the dimensions of a predetermined portion of the target pattern ,
The pattern formation range of the measurement target is an expression C ≧ 2 × A + B with respect to a predetermined direction defining the detection range (where A is the object represented by ± A with respect to a predetermined target position and the detection The relative positioning accuracy with respect to the range, and B is a range of the length C that satisfies the length of the detection range in the predetermined direction) . 前記第１及び第２パターンはそれぞれ同一又は異なる測定用パターンを前記物体の感応層に転写する露光工程を経て形成されるとともに、前記第１パターンと前記第２パターンとはそれぞれ異なる転写動作で形成される請求項２７に記載の測定方法。The first and second patterns are formed through an exposure process of transferring the same or different measurement patterns to the sensitive layer of the object, and the first pattern and the second pattern are formed by different transfer operations. The measurement method according to claim 27 . 前記第１及び第２パターンはそれぞれほぼ平行な複数本の線状パターンからなり、かつ前記物体上で長手方向がほぼ一致して隣接配置され、前記２つの測定対象のパターンは、前記第１及び第２パターンの各々で両端に配置される２つの線状パターンのうち、他のパターンと隣接した一方の線状パターンを含む請求項２８に記載の測定方法。Each of the first and second patterns includes a plurality of linear patterns that are substantially parallel to each other, and are arranged adjacent to each other so that the longitudinal directions thereof substantially coincide on the object, and the two patterns to be measured are the first and second patterns, The measurement method according to claim 28 , wherein one of the two linear patterns arranged at both ends of each of the second patterns includes one linear pattern adjacent to the other pattern. 前記測定装置は電子顕微鏡である請求項２１〜２９に記載の測定方法。 30. The measuring method according to claim 21 , wherein the measuring device is an electron microscope. 前記物体上のパターンは、第１面に測定用パターンが配置される投影光学系を介して第２面に配置される前記物体の感応層に前記測定用パターンの投影象を転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの測定結果に基づいて前記投影光学系に光学特性に関連する情報を求める請求項２１〜３０のいずれかに記載の測定方法。The pattern on the object includes an exposure step of transferring a projection image of the measurement pattern onto a sensitive layer of the object disposed on the second surface via a projection optical system in which the measurement pattern is disposed on the first surface. The measurement method according to any one of claims 21 to 30 , wherein information relating to optical characteristics is obtained from the projection optical system based on a measurement result of the pattern to be measured. 前記物体上のパターンは、前記露光工程によって前記感応層に前記測定用パターンが転写された前記物体を現像する工程を経て形成される凹凸パターンであり、前記測定対象のパターンの寸法測定に先立って前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方を特定する請求項１８〜２０、３１のいずれかに記載の測定方法。The pattern on the object is a concavo-convex pattern formed through a step of developing the object having the measurement pattern transferred to the sensitive layer by the exposure step, and prior to measuring the dimension of the pattern to be measured. 32. The measuring method according to claim 18 , wherein at least one of the concave and convex portions of the concave / convex pattern is specified. 前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方の特定は、前記凹凸パターンを撮像して得られる画像信号の微分波形と、該画像信号のコントラストとの少なくとも一方に基づいて行われる請求項３２に記載の測定方法。At least one of a particular between the concave part and the convex part of the concavo-convex pattern includes a differential waveform of the image signal obtained by imaging the concavo to claim 32 which is performed based on at least one of the contrast of the image signal The measuring method described. 請求項１８〜２０、３１〜３３のいずれかに記載の測定方法を用いて測定された前記光学特性の関連情報に基づいて前記投影光学系の光学特性を調整する投影光学系の調整方法。A projection optical system adjustment method for adjusting the optical characteristics of the projection optical system based on the related information of the optical characteristics measured using the measurement method according to any one of claims 18 to 20 , 31 to 33 . 請求項３４に記載の調整方法を用いて前記光学特性が調整された投影光学系を備える露光装置。 An exposure apparatus comprising a projection optical system in which the optical characteristics are adjusted using the adjustment method according to claim 34 . 請求項３５に記載の露光装置を用いてデバイスパターンを感応物体上に転写する工程を含むデバイス製造方法。36. A device manufacturing method including a step of transferring a device pattern onto a sensitive object using the exposure apparatus according to claim 35 . 前記物体上のパターンは、露光装置を用いて測定用パターンを前記物体の感応層に転写する露光工程を経て形成され、前記測定対象のパターンの寸法に基づいて前記露光装置の所定の特性を求める請求項１〜１７、２１〜３０のいずれかに記載の測定方法。The pattern on the object is formed through an exposure process in which a measurement pattern is transferred to the sensitive layer of the object using an exposure apparatus, and predetermined characteristics of the exposure apparatus are obtained based on the dimensions of the pattern to be measured. The measurement method according to claim 1 . 前記物体上のパターンは、前記露光工程によって前記感応層に前記測定用パターンが転写された前記物体を現像する工程を経て形成される凹凸パターンであり、前記測定対象のパターンの寸法測定に先立って前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方を特定する請求項３７に記載の測定方法。The pattern on the object is a concavo-convex pattern formed through a step of developing the object having the measurement pattern transferred to the sensitive layer by the exposure step, and prior to measuring the dimension of the pattern to be measured. The measurement method according to claim 37 , wherein at least one of the concave portion and the convex portion of the concave-convex pattern is specified. 前記凹凸パターンの凹部と凸部との少なくとも一方の特定は、前記凹凸パターンを撮像して得られる画像信号の微分波形と、該画像信号のコントラストとの少なくとも一方に基づいて行なわれる請求項３８に記載の測定方法。At least one of a particular between the concave part and the convex part of the concavo-convex pattern includes a differential waveform of the image signal obtained by imaging the concavo to claim 38 which is performed based on at least one of the contrast of the image signal The measuring method described. 請求項３７〜３９のいずれかに記載の測定方法を用いて測定された前記所定の特性に基づいて前記露光装置を調整する露光装置の調整方法。 40. An exposure apparatus adjustment method for adjusting the exposure apparatus based on the predetermined characteristic measured using the measurement method according to claim 37 . 露光装置によって物体上に転写されるパターンを有するレチクルであって、
前記パターンは、前記物体上に転写された状態での寸法を所定の測定装置によって計測するに際し、前記物体上において、少なくとも一方向に関して前記測定装置の検出範囲よりも広いパターンであって、前記パターンの大きさは、前記物体上における前記所定方向に関する長さＣが、所定の目標位置に対して±Ａで表される前記物体と前記検出範囲との相対的位置決め精度Ａと、前記検出範囲の前記所定方向の長さＢとにより、Ｃ≧２×Ａ＋Ｂと表される関係を満たすように設定されていることを特徴とするレチクル。A reticle having a pattern transferred onto an object by an exposure apparatus,
The pattern, when measuring the dimensions of a state that has been transferred on the object by a predetermined measuring apparatus, on the object, I wide pattern der than the detection range of the measuring device with respect to at least one direction, wherein The size of the pattern includes a relative positioning accuracy A between the object and the detection range in which a length C in the predetermined direction on the object is represented by ± A with respect to a predetermined target position, and the detection range. The reticle is set so as to satisfy the relationship represented by C ≧ 2 × A + B by the length B in the predetermined direction . 前記パターンは、互いに平行な複数の線状パターンからなることを特徴とする請求項４１記載のレチクル。42. A reticle according to claim 41 , wherein the pattern comprises a plurality of linear patterns parallel to each other. 前記パターンの大きさは、少なくとも寸法を測定すべき所定方向に関する大きさが、前記物体上において、前記検出範囲の前記所定方向に関する大きさよりも広いことを特徴とする請求項４１または４２記載のレチクル。43. The reticle according to claim 41 or 42, wherein the size of the pattern is at least a size related to a predetermined direction in which a dimension is to be measured, and is larger than a size related to the predetermined direction of the detection range on the object. . 前記パターンの大きさは、前記測定装置における前記検出範囲と前記物体と
の相対的な位置決め精度と、前記検出範囲とに基づいて決定されることを特徴とする請求項４１〜４３のいずれか一項に記載のレチクル。The size of the pattern, the relative positioning accuracy between the detection range and the object in the measuring device, any one of claims 41 to 43, characterized in that is determined based on said detection range The reticle according to item. 前記パターンは、複数の線状パターンが互いに所定距離以上離れて配置される孤立パターンである請求項４２〜４４のいずれかに記載のレチクル。 45. The reticle according to claim 42 , wherein the pattern is an isolated pattern in which a plurality of linear patterns are arranged apart from each other by a predetermined distance. 前記所定距離は、前記線状パターンの線幅の３倍以上に設定されている請求項４５記載のレチクル。46. A reticle according to claim 45 , wherein the predetermined distance is set to be not less than three times the line width of the linear pattern.
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