JP5629991B2 - 露光装置の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置の調整方法に関し、特に、ベストフォーカスの決定方法、及びそれを用いた像面傾斜の判定方法に関する。

半導体製造において、フォトリソグラフィーの処理に用いられる装置として縮小投影露光機（通称ステッパー）が主に用いられている。ステッパーは、原版（マスク又はレティクルと称される）上の回路パターンを５対１に縮小して焼き付けるため、レンズ性能の維持管理が品質安定化のために必須となっている。

レンズ成分の一種である像面傾斜や像面湾曲（以下、像面傾斜／湾曲と称す）はウエハ露光時における寸法精度やパターン形状に影響を及す。特に、高精度を必要とするアナログ回路においては、露光ショットの一部にでも悪影響を及ぼすレンズ成分が存在すれば、ウエハ全面において寸法変動を起こし、歩留りの低下となって顕在化する。

従来、レンズ性能の精度測定方法としてステッパー自体に組み込まれた精度測定用ツールを用いて、精度維持管理する手法が広く利用されている。この手法は、特別なテストマスクを用いてウエハ上にパターンを焼き付けてステッパーで測定することにより精度を測定する手法である。

また、これとは別に、テストマスクを用いて焼付けを行い寸法測定などによって精度を測定する手法も既に知られている（例えば特許文献１，２を参照）。
また、レンズ性能の精度確認においては、テストマスクによって焼付けされた複数のパターンについて、そのパターン底部（ボトム）の寸法を測定し、得られた寸法値よりレンズ性能について推し量る手法が開示されている（例えば特許文献３を参照）。

図１１、図１２、図１３は、従来技術の像面傾斜／湾曲モニタリングに用いられる一般的なテストパターンを説明するための図である。図１１（Ａ）は残しパターンの平面図、図１１（Ｂ）は抜きパターンの平面図、図１２は図１１のＢ−Ｂ位置での複数の残しパターンの断面図、図１３は図１１のＣ−Ｃ位置での複数の抜きパターンの断面図である。ここではテストパターンとして孤立ライン（ＩＳＯ）形状の残しパターン（Ｐｏｓｉ型）と抜きパターン（Ｎｅｇａ型）について説明する。孤立ラインとは隣り合うライン間の間隔が当該ライン幅の５倍以上の場合をいう。

基板１０１上にレジスト１０３が形成されて、残しパターン１０５と抜きパターン１０７が形成されている。
図１２（ａ）、図１３（ａ）は理想的な残しパターン１０５、抜きパターン１０７の形状（プロファイル）を示しており、パターン上面（ＴＯＰ）とパターン底面（ＢＯＴＴＯＭ）が１：１に仕上がっている。

しかし、このような残しパターン１０５、抜きパターン１０７の形状は物理的にはありえず、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）に示されるようなテーパー形状（ＴＯＰ部がＢＯＴＴＯＭ部に比べて狭くなる台形）が最も良い形状となる。

また、残しパターン１０５、抜きパターン１０７のテーパー形状において最も理想的な形状は、先に示した台形である。これは、残しパターン１０５、抜きパターン１０７をマスクにして基板１０１のエッチングを行なう場合に寸法の制御性が最も優れているからである。

図１２（ｃ）、図１３（ｃ）は、フォーカスポイントがレンズから遠い場合に発生する残しパターン１０５、抜きパターン１０７の形状を示す。図１２（ｃ）において符号１０５ａで示される部分、及び、図１３（ｃ）において符号１０７ａで示される部分は、一般的にはパターンの裾引きと称されており、露光エネルギーが少ない場合に発生しやすい。

図１２（ｄ）、図１３（ｄ）は、図１２（ｄ）及び図１３（ｄ）とは逆に、フォーカスポイントがレンズから近い場合に発生する残しパターン１０５、抜きパターン１０７の形状を示す。図１２（ｄ）において、残しパターン１０５のパターン上部のレジストが寸法Ｌ１だけ膜減りしている。図１３（ｄ）では、抜きパターン１０７はレジスト１０３の底面に到達せず、抜きパターン１０７の下にレジスト１０３が寸法Ｌ２だけ残存している。

パターン寸法を測定する従来の手法においては、パターン底部の寸法のみを測定することにより、その最大寸法を示す点をベストフォーカスと判断し、マスク内に複数存在するパターンに基づいてレンズ成分である像面傾斜／湾曲を計算して判定している。
しかし、ベストフォーカスをパターン底部の寸法のみで規定することは精度の面で不十分な場合があった。なぜなら、レジストの特性、膜厚、現像条件などによってパターン底部の寸法が最大となるフォーカス点がベストフォーカスから外れている場合が存在するからである。

また、像面傾斜／湾曲をモニタリングする場合において、孤立パターン底部の最大寸法値を示すポイントをベストフォーカス点とする手法は、露光量がオーバーの場合には適切に測定できる。しかし、露光量がアンダーの場合には、一般的にベストフォーカス点は最小寸法値を示すポイントになるので、当該従来手法は正確な測定ができない。
また、適正露光量の場合には、パターン底部の寸法が特段のピークを持たずに複数の領域範囲で平坦なプロットとなるため、パターン底部の最大寸法点がベストフォーカスであると判断することは困難である。

また、残しパターン（Ｐｏｓｉ型）と抜きパターン（Ｎｅｇａ型）を同じ露光条件で焼付けすることは困難であり、どちらかのパターンに最適な露光条件で焼付けを行なうこととなる。
しかし、仮に残しパターンに最適な条件で露光すれば、抜きパターンは露光不足となりパターンが正常に形成できない恐れがあった。
したがって、従来の手法を用いた像面傾斜／湾曲の測定は、精度が悪いという問題があった。

本発明は、適切なベストフォーカスを得ることができ、像面傾斜／湾曲の測定精度を向上させることができる露光装置の調整方法を提供することを目的とする。

本発明に係る露光装置の調整方法は、テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、上記テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成するテストパターン形成工程と、複数の上記テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、上記テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する比率算出工程と、上記比率算出工程で算出した複数の上記比率のうち最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、をその順に含む。

本発明において、上記テストパターン形成工程で、１箇所の上記テストパターンとして等間隔に配置された３本以上の棒状パターンを形成し、上記パターン寸法測定工程で、上記３本以上の棒状パターンのうち両端の上記棒状パターンを除く上記棒状パターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法を測定する例を挙げることができる。

また、上記テストパターン形成工程で、４本以上の上記棒状パターンからなる上記テストパターンを形成し、上記比率算出工程で、１箇所の上記テストパターンについて、複数の上記棒状パターンについて得られた複数の上記比率の平均値をそのテストパターンの上記比率とするようにしてもよい。

また、上記テストパターン形成工程で、１箇所の上記テストパターンとして上記棒状パターンの配列が９０度回転して配置された棒状パターン群をさらに備えたものを形成するようにしてもよい。

上記ベストフォーカス決定工程の後、第２テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、上記テストパターン用マスク原版を用いて上記ベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、上記第２テスト基板上の複数個所にそれぞれ第２テストパターンを形成する第２テストパターン形成工程と、複数の上記第２テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第２パターン寸法測定工程と、上記第２テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第２比率算出工程と、上記第２比率算出工程で算出した複数の上記第２テストパターンの複数の上記比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、第３テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、上記テストパターン用マスク原版を用いて上記ベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、上記第３テスト基板上の複数個所にそれぞれ第３テストパターンを形成する第３テストパターン形成工程と、複数の上記第３テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第３パターン寸法測定工程と、上記第３テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第３比率算出工程と、上記第３比率算出工程で算出した複数の上記第３テストパターンの複数の上記比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、上記判断対象平均値が上記平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、上記判断対象平均値が上記所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順にさらに含むようにしてもよい。

上記判断基準値決定工程は、上記平均基準値に替えて、上記第２比率算出工程で算出した複数の上記第２テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、上記判断対象値算出工程は、上記判断対象平均値に替えて、上記第３比率算出工程で算出した複数の上記第３テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、上記像面傾斜判定工程は、上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断するようにしてもよい。

また、上記判断基準値決定工程は、上記平均基準値に加えて、上記第２比率算出工程で算出した複数の上記第２テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、上記判断対象値算出工程は、上記判断対象平均値に加えて、上記第３比率算出工程で算出した複数の上記第３テストパターンの複数の上記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、上記像面傾斜判定工程は、上記判断対象平均値が上記平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ上記判断対象標準偏差値が上記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、それ以外の場合は異常と判断するようにしてもよい。

上記平均基準値から所定範囲は、例えば「０.５〜０.８」までの範囲である。
上記標準偏差基準値は、例えば「０.３」である。

上記テストパターン用マスク原版として、露光領域の中央に上記テストパターンを形成するための開口を備えているものを用いる例を挙げることができる。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、正方形の最大露光領域の四隅に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、Ｙ軸方向に長い長方形の最大露光領域の四隅に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、最大露光領域内でＹ軸上において中央でＸ軸上において最もマイナス及びプラスの位置に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。
さらに、上記テストパターン用マスク原版として、最大露光領域内でＸ軸上において中央でＹ軸上において最もマイナス及びプラスの位置に上記テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにしてもよい。

上記第２テストパターン及び上記第３テストパターンとして、上記テストパターン用マスク原版を用いた上記第２テスト基板及び上記第３テスト基板への中央露光ショット及びＸ軸方向に±１つだけ隣接した露光ショットのものを用いる例を挙げることができる。
また、上記第２テストパターン及び上記第３テストパターンとして、上記テストパターン用マスク原版を用いた上記第２テスト基板及び上記第３テスト基板への中央露光ショット及びＹ軸方向に±１つだけ隣接した露光ショットのものを用いるようにしてもよい。

本発明の露光装置の調整方法では、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振ってテスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成するテストパターン形成工程と、複数のテストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、テストパターンごとにＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する比率算出工程と、比率算出工程で算出した複数の比率のうち最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、をその順に含むようにした。
残しパターンからなるテストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）をベストフォーカスを求める際の指標とすることにより、露光量がアンダーのフォーカス領域においてもＴＯＰ寸法は最大となるため上記比率のピークを得ることができる。同様に、適正露光のフォーカス領域においても、上記比率を指標とするため、問題なくベストフォーカスの判断が可能となる。フォーカスを振ったときの上記比率のうち最も大きい値は、テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の差が最も小さい、すなわち最もフォーカスが適切な設定である場合に相当する。
さらに、残しパターンに特化した露光条件で行なうことによってより最適な方法とすることができる。
レジストパターンにおいて、残しパターンと抜きパターンを同じ露光時間でマスク寸法どおりに仕上げることは物理的に困難であり、一般的にはどちらかのパターンに特化した露光時間で加工されている。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ： Scanning Electron Microscope）等で寸法測定を行なう場合においては、２次電子像が比較的容易にキャッチすることができる残しパターンを用いることで対応可能となる。

本発明において、テストパターン形成工程で、１箇所のテストパターンとして等間隔に配置された３本以上の棒状パターンを形成し、パターン寸法測定工程で、３本以上の棒状パターンのうち両端の棒状パターンを除く棒状パターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法を測定するようにすれば、測定対象となる棒状パターンについて光の回りこみによる寸法変動幅を小さくすることができ、レンズ成分以外の光源やレジストの感光特性等によるパターン寸法ばらつきを低減できる。
さらに、テストパターン形成工程で、４本以上の棒状パターンからなるテストパターンを形成し、比率算出工程で、１箇所のテストパターンについて、複数の棒状パターンについて得られた複数の比率の平均値をそのテストパターンの比率とするようにすれば、平均化効果によって寸法測定時の測定異常の恐れを低減できる。

また、テストパターン形成工程で、１箇所のテストパターンとして棒状パターンの配列が９０度回転して配置された棒状パターン群をさらに備えたているようにすれば、レンズの偏光による影響を含めての測定が可能になる。

ベストフォーカス決定工程の後、第２テスト基板上の複数個所にそれぞれ第２テストパターンを形成する第２テストパターン形成工程と、複数の第２テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第２パターン寸法測定工程と、第２テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第２比率算出工程と、第２比率算出工程で算出した複数の第２テストパターンの複数の比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、を含むことにより、レンズ性能の像面傾斜／湾曲を管理するための基準値が得られる。

その後、第３テスト基板上の複数個所にそれぞれ第３テストパターンを形成する第３テストパターン形成工程と、複数の第３テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第３パターン寸法測定工程と、第３テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第３比率算出工程と、第３比率算出工程で算出した複数の第３テストパターンの複数の比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、判断対象平均値が平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、判断対象平均値が所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順に含むことにより、レンズ性能の像面傾斜／湾曲を管理できる。
さらに、ベストフォーカス決定工程で得た適切なベストフォーカスにより第２テストパターン及び第３テストパターンを形成するので、像面傾斜／湾曲の測定精度を向上させることができる。

判断基準値決定工程は、平均基準値に替えて、第２比率算出工程で算出した複数の第２テストパターンの複数の比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、判断対象値算出工程は、判断対象平均値に替えて、第３比率算出工程で算出した複数の第３テストパターンの複数の比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、像面傾斜判定工程は、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断するようにしても、同様に、レンズ性能の像面傾斜／湾曲を精度よく管理できる。

また、平均値と標準偏差値の両方を用い、像面傾斜判定工程は、判断対象平均値が平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は正常と判断すれば、より厳密な像面傾斜／湾曲の管理ができる。

テストパターン用マスク原版として、露光領域の中央にテストパターンを形成するための開口を備えているようにすれば、レンズ成分の影響が最も少ないと考えられるレンズ中央部を利用してテストパターンを形成することができるので、ベストフォーカスの算出精度、及び像面傾斜／湾曲の測定精度を向上させることができる。

また、テストパターン用マスク原版として、正方形の最大露光領域の四隅や、Ｙ軸方向に長い長方形の最大露光領域の四隅、最大露光領域内でＹ軸上において中央でＸ軸上において最もマイナス及びプラスの位置、最大露光領域内でＸ軸上において中央でＹ軸上において最もマイナス及びプラスの位置などに、テストパターンを形成するための開口をさらに備えているものを用いるようにすれば、第２テストパターン及び第３テストパターンの個数を増やすことができ、像面傾斜／湾曲の測定精度を向上させることができる。

また、第２テストパターン及び第３テストパターンとして、テストパターン用マスク原版を用いた第２テスト基板及び第３テスト基板への中央露光ショット及びＸ軸方向に±１つだけ隣接した露光ショットのもの、又は、中央露光ショット及びＹ軸方向に±１つだけ隣接した露光ショットのものを用いるようにすれば、テスト基板周縁部における基板のそり、ステッパーのステージの傾斜等の要因の懸念を排除でき、像面傾斜／湾曲の測定精度を向上させることができる。

露光装置の像面傾斜／湾曲の測定を行なう一実施例の最初の工程からベストフォーカスを決定するまでの工程までのフローチャートである。 図１の続きの工程を示すフローチャとであり、像面傾斜／湾曲の判断基準値を決定するまでの工程を示す。 図２の続きの工程を示すフローチャとであり、像面傾斜／湾曲の判定を行なう工程を示す。 同実施例で用いるステッパーレンズの縮小露光後の最大露光領域と、テストパターン用マスク原版（以下レティクルと称す）におけるパターン配置可能領域を説明するための図である。 同実施例で用いるレティクルにおけるテストパターンの配置を説明するためのレイアウト図である。 図５のテストパターン用マスク原版のテストパターン用開口を拡大して示す平面図である。 テスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図を示す。 露光装置の一例を説明するための概略的な斜視図である。 フォーカスを振ってテストパターンを形成した時の、フォーカスポイントと、テストパターンのＴＯＰ寸法及びＢＯＴＴＯＭ寸法、並びに比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）との関係を示す図である。 ウエハでの露光ショット位置を示す図である。 従来技術の像面傾斜／湾曲モニタリングに用いられる一般的なテストパターンを説明するための平面図である。（Ａ）は残しパターン、（Ｂ）は抜きパターンを示す。 図１１のＢ−Ｂ位置での残しパターンの断面図である。 図１１のＣ−Ｃ位置での抜きパターンの断面図である。

図１、図２及び図３は、露光装置の像面傾斜／湾曲の測定を行なう一実施例を説明するためのフローチャートである。図１はベストフォーカスを決定するまでの工程を示す。図２は、図１の続きの工程を示し、像面傾斜／湾曲の判断基準値を決定するまでの工程を示す。図３は、図２の続きの工程を示し、像面傾斜／湾曲の判定を行なう工程を示す。
図４は、この実施例で用いるステッパーレンズの縮小露光後の最大露光領域と、テストパターン用マスク原版（以下レティクルと称す）におけるパターン配置可能領域を説明するための図である。
図５は、この実施例で用いるレティクルにおけるテストパターンの配置を説明するためのレイアウト図である。
図６は、図５のテストパターン用マスク原版のテストパターン用開口を拡大して示す平面図である。
図７は、テスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ位置での断面図を示す。
図８は、露光装置の一例を説明するための概略的な斜視図である。

まず、図４〜図７を参照して、ステッパーレンズの最大露光領域、レティクル、テストパターンについて説明する。
図４に示すように、縮小投影倍率１：５のステッパーにおいて、その最大露光領域は直径がΦ３１.１２２ｍｍ（ミリメートル）である。正方形（スクエア）の最大露光領域は２２.０ｍｍ×２２.０ｍｍが最大となり、長方形（レクタングラー）の最大露光領域は１８.０ｍｍ×２５.０ｍｍが最大となる。

図５は、６インチマスク（レティクル）の代表的な寸法である２２ｍｍ角サイズ（レティクルサイズとしては１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）でテストパターンの配置を示している。正方形の最大露光領域のサイズはウエハ上で２２.０ｍｍ×２２.０ｍｍ（レティクル上で１１０ｍｍ×１１０ｍｍ）、長方形の最大露光領域のサイズはウエハ上で１８.０ｍｍ×２５.０ｍｍ（レティクル上は９０ｍｍ×１２５ｍｍ）である。

テストパターンは、レティクル中央に１点（Ｐ１）、Ｘ軸上、Ｙ軸上の最大露光領域にＰ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５として各１点（計４点）、Ｘ方向２２.０ｍｍ、Ｙ方向２２.０ｍｍのスクエア領域のコーナー（四隅）にＰ６，Ｐ７，Ｐ８，Ｐ９として各１点（計４点）、Ｘ方向１８.０ｍｍ、Ｙ方向２５.０ｍｍのスクエア領域のコーナーにＰ１０，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３として各１点（計４点）、合計して１３点のテストパターンに配置されている。この実施例では、露光装置（ステッパー）の最大露光領域内においてレンズ性能を保証するために最低必要とされる一般的なテストパターン配置を用いた。ただし、テストパターンの配置は、これに限定されるものではなく、テストパターンの配置及び個数は任意である。

図６は、レティクルにおける各テストパターンのテストパターン用開口を拡大して示している。
この実施例では、テストパターン用開口１は、５本の棒状パターン用開口３を１組とした２組の棒状パターン用開口配列１ａ，１ｂからなる。棒状パターン用開口配列１ａ，１ｂにおいて、５本の棒状パターン用開口３は、同じ幅寸法をもち、その幅寸法と同じ寸法の間隔をもって互いに平行に配列されている。棒状パターン用開口配列１ｂは棒状パターン用開口配列１ａに対して９０度回転して配置されている。一般的に、レンズ性能を把握する場合においては偏光による影響を含める必要があるため、棒状パターン用開口配列１ａ，１ｂのセットが必要とされる。棒状パターン用開口配列１ａ，１ｂのうち片方だけのテストパターン用開口では測定精度が下がる。

図７は、図５及び図６を参照して説明したレティクルを用いてテスト基板上に形成したテストパターンを説明するための図である。
基板５上に残しパターンからなるテストパターン７が形成されている。テストパターン７は、図６に示したテストパターン用開口１に対応して、５本の棒状パターン９を１組とした２組の棒状パターン配列７ａ，７ｂを備えている。図７（Ａ）の平面図において、網掛け部は棒状パターン９のパターンＴＯＰを示している。
図７（Ｂ）に示すように、棒状パターン９の断面形状は、ＴＯＰ寸法がＢＯＴＴＯＭ寸法よりも小さい台形である。棒状パターン配列７ａのうち両端に位置する棒状パターン９については、パターン配列の外側に向かってテーパー形状がきつくなる（角度が緩くなる）傾向がある。図７（Ｂ）では棒状パターン配列７ａの断面のみを示しているが、棒状パターン配列７ｂの棒状パターン幅方向の断面も図７（Ｂ）と同様である。

図８を参照して露光装置について説明する。露光装置は、ウエハトラック１１、露光機１３、寸法測定器１５及び解析ワークステーション１７を備えている。
ウエハトラック１１は、テスト基板を収容しており、テスト基板を露光機１３と寸法測定器１５に搬送する。
露光機１３は、テスト基板へのレジストの塗布、露光、現像を行なって、テスト基板上にテストパターンを形成する。

寸法測定器１５は、例えばＳＥＭであり、テスト基板上に形成されたテストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法を測定する。
解析ワークステーション１７は、寸法測定器１５で測定したテストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法に基づいてＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）の算出をしたり、複数のテストパターンの上記比率に基づいて、ベストフォーカスの決定、平均値の算出、シグマ（ばらつき、標準偏差）の算出をしたり、上記比率の平均値及びシグマに基づいて像面傾斜／湾曲の判定を行なったりする。

図１、図２及び図３を参照して、露光装置の像面傾斜／湾曲の測定を行なう一実施例の動作を説明する。
まず、図１を参照してベストフォーカスを決定するまでの工程について説明する。

ステップＳ１１：像面傾斜／湾曲が問題となるレベルに達しているかどうか、換言すれば露光装置に対する調整が必要かどうかを判断するために基準となる像面傾斜の値を決定する必要がある。露光装置１台ごとにレンズの癖が異なるため、同じ材料、プロセスでも基準値は異なる場合がある。基準値を求めるためには、レンズ成分の影響が最も少ないと考えられるレンズ中央部を利用するため、レティクル中央に配置されているテストパターンＰ１（図５参照）のみをテスト基板（ウエハ）に焼付けする。このとき、フォーカスを例えば０.１μｍ（マイクロメートル）刻みで振って露光する。一連の動作としては、テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、レティクル（テストパターン用マスク原版）を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなるテストパターンを形成する。焼付けが完了したテスト基板においては、図７に示したテストパターン７がフォーカスを振った露光ショット分だけ焼き付けられている。ここではレティクル中央に配置されているテストパターンのみを焼き付けたが、レティクル中の他のテストパターンも焼き付けてもよい。

ステップＳ１２：テスト基板上に形成された各テストパターンについて棒状パターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する。ここで、図７に示した１０本の棒状パターン９のうち、棒状パターン配列７ａの両端に位置する棒状パターン９，９、及び棒状パターン配列７ｂの両端に位置する棒状パターン９，９を除いた６本の棒状パターン９についてＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する。

ステップＳ１３：テストパターンにおける棒状パターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する。テストパターンごとに６本の棒状パターン９についてＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法を測定したので、テストパターンごとに６つの比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）が得られる。各テストパターンについて、それらの６つの比率の平均値をそのテストパターンの比率とする。これにより、平均化効果によって寸法測定時の測定異常の恐れを低減できる。

ステップＳ１４：ステップＳ１３で得られたテストパターンごとの比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）のうち、最も値が大きい比率を求める。最も値が大きい比率に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとして決定する。

図９は、フォーカスを振ってテストパターンを形成した時の、フォーカスポイントと、テストパターンのＴＯＰ寸法及びＢＯＴＴＯＭ寸法、並びに比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）との関係を示す図である。横軸はフォーカスポイント（μｍ）、縦左軸はＴＯＰ寸法及びＢＯＴＴＯＭ寸法（μｍ）、縦右軸は比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を示す。ここで、ＴＯＰ寸法は上記の６本の棒状パターン９について測定したテストパターンごとのＴＯＰ寸法の平均値、ＢＯＴＴＯＭ寸法は上記の６本の棒状パターン９について測定したテストパターンごとのＢＯＴＴＯＭ寸法の平均値、比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）は、ステップＳ１３で得られたテストパターンごとの比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）である。

ＴＯＰ寸法（ＴＯＰ）の変曲点Ｐ１０１と、ＢＯＴＴＯＭ寸法（ＢＯＴＴＯＭ）の変曲点Ｐ１０２と、比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）（Ｒａｔｉｏ）の変曲点Ｐ１０３とで、フォーカスポイントは互いに異なっている。比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）はＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法との差に応じて変化するので、フォーカスを振ったときの比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）のうち最も大きい値は、テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の差が最も小さい、すなわち最もフォーカスが適切な設定である場合に相当する。

次に、図２を参照して、像面傾斜／湾曲の判断基準値を決定するまでの工程について説明する。
ステップＳ２１：レティクルに配置されている全テストパターンＰ１〜Ｐ１３（図５参照）を第２テスト基板（ウエハ）に焼付けする。このとき、図１を参照して算出したベストフォーカスで露光する。一連の動作としては、第２テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、第２テスト基板上の複数個所にそれぞれ第２テストパターンを形成する。焼付けが完了した第２テスト基板は図１０のようなレイアウトで焼付けされる。第２テスト基板上に形成される第２テストパターンの構成は図７に示したテストパターン７と同様である。

ステップＳ２２：第２テスト基板上に形成された第２テストパターンについて棒状パターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する。ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の測定を行なう第２テストパターンは、平均化するために、第２テスト基板中央付近の任意３ショット分以上を用いることが望ましい。この実施例においては、例えば、図１０に示すＸ軸方向に並ぶショットＰ１１０，Ｐ１１１，Ｐ１１２内のテストパターンを測定しても良いし、Ｙ軸方向に並ぶショットＰ１１０，Ｐ１１３，Ｐ１１４内の第２テストパターンを測定しても良い。ウエハ中央付近に限定して測定する理由は、ウエハ周辺部においてはウエハの反り、ステッパーのステージの傾斜等の要因が一般的に懸念されるからである。また、ショットＰ１１０〜Ｐ１１４内のテストパターンを測定してもかまわない。測定対象となる全ポイント（例えばこの実施例においてはウエハショット３点Ｘ１３点＝３９ポイント）の第２テストパターンについて、ステップＳ１２と同様にしてＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する。それらのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法に基づいて、ステップ１３と同様にして各第２テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する。

ステップＳ２３：ステップＳ２２で算出した複数の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）のアベレージ（平均値）とシグマ（ばらつき、標準偏差）を求め、それらの値を露光装置の平均基準値、標準偏差基準値として決定する。基準値決定に当たって、この実施例において、例えば、平均値は０.６５、シグマは０.３を基準値として決定した。

次に、図３を参照して、像面傾斜／湾曲の判定を行なう工程について説明する。
ステップＳ３１：レティクルに配置されている全テストパターンＰ１〜Ｐ１３（図５参照）を第３テスト基板（ウエハ）に焼付けする。このとき、図１を参照して算出したベストフォーカスで露光する。一連の動作としては、第３テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてベストフォーカスで複数個所に露光した後、現像を行なって、第３テスト基板上の複数個所にそれぞれ第３テストパターンを形成する。焼付けが完了した第３テスト基板は図１０のようなレイアウトで焼付けされる。第３テスト基板上に形成される第３テストパターンの構成は図７に示したテストパターン７と同様である。

ステップＳ３２：第３テスト基板上に形成された第３テストパターンについて棒状パターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する。第２テスト基板を第３テスト基板に替えてステップＳ３２の動作と同様にして、測定対象となる全ポイントの第３テストパターンについて、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定し、各第３テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する。

ステップＳ３３：ステップＳ３２で算出した複数の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）のアベレージ（平均値）とシグマ（ばらつき、標準偏差）を算出し、それらの値を露光装置の判断対象平均基準値、判断対象標準偏差基準値とする。

ステップＳ３４：ステップＳ３３で算出した判断対象平均値がステップＳ２３で算出した平均基準値（０.６５）から所定範囲（±０.１５）以内にあるかどうかを判定する。また、ステップＳ３３で算出した判断対象標準偏差値とステップＳ２３で算出した標準偏差基準値（０.３）を比較する。判断対象平均値が平均基準値の所定範囲（０.５０〜０.８０）以内にあり、かつ、判断対象標準偏差値が標準偏差基準値以下の場合は露光装置の像面傾斜／湾曲の値が正常（Ｙｅｓ）と判断し、それ以外の場合は異常（Ｎｏ）と判断する。正常（Ｙｅｓ）と判断した場合は、露光装置の像面傾斜／湾曲の測定を終了する。異常（Ｎｏ）と判断した場合はステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５：露光装置の調整を行なう。ここで行なう調整は、例えば、像面傾斜補正、レンズディストーション補正、レベリング基準面補正などである。装置の調整後、ステップＳ３１に戻る。

以上、本発明の実施例を説明したが、数値、材料、配置等は一例であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、テストパターン、第２テストパターン及び第３テストパターンは図７に示すものに限定されない。例えば、これらのテストパターンは、同じ線幅で、その線幅と同じ間隔をもって配置された少なくとも３本の棒状パターンからなるものであれば、両端に配置された棒状パターンを除いて棒状パターンのＴＯＰ寸法及びＢＯＴＴＯＭ寸法を測定することにより、測定対象となる棒状パターンについて光の回りこみによる寸法変動幅を小さくすることができ、レンズ成分以外の光源やレジストの感光特性等によるパターン寸法ばらつきを低減できる。また、これらのテストパターンは１本の棒状パターンからなるものであってもよい。

また、テストパターン、第２テストパターン及び第３テストパターンについて、各テストパターンで複数の棒状パターンについてＴＯＰ寸法及びＢＯＴＴＯＭ寸法を測定する場合、各テストパターンで比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を必ずしも平均化しなくてもよい。
また、テストパターン、第２テストパターン及び第３テストパターンは必ずしも棒状パターンからなるものに限定されず、他の形状のパターンからなるものであってもよい。

また、比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）に替えて、比率（ＢＯＴＴＯＭ寸法／ＴＯＰ寸法）を用いてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、比率算出工程で算出した複数の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）のうち最も値が小さい比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。

また、テストパターンごとにＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する比率算出工程に替えて、テストパターンごとにＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）を算出する差算出工程を用いてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、差算出工程で算出した複数の差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）のうち最も値が小さい差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。

上記差算出工程は、差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）に替えて、差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出するようにしてもよい。この場合、ベストフォーカス決定工程は、差算出工程で算出した複数の差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）のうち最も値が大きい差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）に対応するテストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとする。

上記差算出工程で、差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）又は差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）を用いる場合、第２比率算出工程、判断基準値決定工程、第３比率決定工程、及び判断対象値算出工程で、比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）に替えて、差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）又は差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）を用いる。

比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）に替えて、比率（ＢＯＴＴＯＭ寸法／ＴＯＰ寸法）を用いる局面、差（ＢＯＴＴＯＭ寸法−ＴＯＰ寸法）を用いる局面、差（ＴＯＰ寸法−ＢＯＴＴＯＭ寸法）を用いる局面のいずれにおいても、比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を用いる局面と同じ効果が得られる。

本発明は、露光装置におけるレンズの像面傾斜／湾曲の調整に適用できる。

１ テストパターン用開口
１ａ，１ｂ 棒状パターン用開口配列
３ 棒状パターン用開口３
５ テスト基板
７ テストパターン
７ａ，７ｂ 棒状パターン配列
９ 棒状パターン
Ｐ１〜Ｐ１３ テストパターン配置位置
Ｐ１０１ ＴＯＰ寸法の変曲点
Ｐ１０２ ＢＯＴＴＯＭ寸法の変曲点
Ｐ１０３ 比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）の変曲点
Ｐ１１０〜Ｐ１１４ 露光ショット

特開平６−３０２４９２号公報 特開平９−３６０２３号公報 再表２００６／０５９３７７号公報

Claims (5)

1. テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、テストパターン用マスク原版を用いてフォーカスを振って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記テスト基板上の複数個所にそれぞれ残しパターンからなる第１テストパターンを形成するテストパターン形成工程と、
   複数の前記第１テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定するパターン寸法測定工程と、
   前記第１テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する比率算出工程と、
   前記比率算出工程で算出した複数の前記比率のうち最も値が大きい比率に対応する第１テストパターンについて露光した時のフォーカスポイントをベストフォーカスとするベストフォーカス決定工程と、
   前記ベストフォーカス決定工程の後、
   第２テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、前記テストパターン用マスク原版を用いて前記ベストフォーカスで複数の露光を行って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記第２テスト基板上の複数個所にそれぞれ第２テストパターンを形成する第２テストパターン形成工程と、
   複数の露光箇所について前記第２テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第２パターン寸法測定工程と、
   前記第２テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第２比率算出工程と、
   前記第２比率算出工程で算出した複数の前記第２テストパターンの複数の前記比率の平均値を平均基準値として算出する判断基準値決定工程と、
   第３テスト基板上にポジ型レジストを塗布し、前記テストパターン用マスク原版を用いて前記ベストフォーカスで複数の露光を行って複数個所に露光した後、現像を行なって、前記第３テスト基板上の複数個所にそれぞれ第３テストパターンを形成する第３テストパターン形成工程と、
   複数の露光箇所について前記第３テストパターンのＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法をそれぞれ測定する第３パターン寸法測定工程と、
   前記第３テストパターンごとに、ＴＯＰ寸法とＢＯＴＴＯＭ寸法の比率（ＴＯＰ寸法／ＢＯＴＴＯＭ寸法）を算出する第３比率算出工程と、
   前記第３比率算出工程で算出した複数の前記第３テストパターンの複数の前記比率の平均値を判断対象平均値として算出する判断対象値算出工程と、
   前記判断対象平均値が前記平均基準値から所定範囲以内にある場合は正常と判断し、前記判断対象平均値が前記所定範囲にない場合は異常と判断する像面傾斜判定工程と、をその順に含み、
   前記テストパターン用マスク原版は、露光装置のレンズ中央部に対応する位置に配置されている第１テストパターン用開口と、前記第１テストパターン用開口とは異なる位置で前記露光装置の最大露光領域内に配置されている第２テストパターン用開口とを備えており、
   前記第１テストパターンは前記テストパターン用マスク原版の前記第１テストパターン用開口に対応するパターンであり、
   前記第２テストパターンは前記第１テストパターン用開口に対応するパターン及び前記第２テストパターン用開口に対応するパターンであり、
   前記第３テストパターンは前記第２テストパターンの形成に用いられた前記第１テストパターン用開口及び前記第２テストパターン用開口と同じ前記第１テストパターン用開口及び前記第２テストパターン用開口に対応するパターンである、露光装置の調整方法。
2. 前記判断基準値決定工程は、前記平均基準値に替えて、前記第２比率算出工程で算出した複数の前記第２テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、
   前記判断対象値算出工程は、前記判断対象平均値に替えて、前記第３比率算出工程で算出した複数の前記第３テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、
   前記像面傾斜判定工程は、前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値よりも大きい場合は異常と判断する、請求項１に記載の露光装置の調整方法。
3. 前記判断基準値決定工程は、前記平均基準値に加えて、前記第２比率算出工程で算出した複数の前記第２テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を標準偏差基準値として算出し、
   前記判断対象値算出工程は、前記判断対象平均値に加えて、前記第３比率算出工程で算出した複数の前記第３テストパターンの複数の前記比率の標準偏差を判断対象標準偏差値として算出し、
   前記像面傾斜判定工程は、前記判断対象平均値が前記平均基準値から所定範囲以内にあり、かつ前記判断対象標準偏差値が前記標準偏差基準値以下の場合は正常と判断し、それ以外の場合は異常と判断する、請求項１に記載の露光装置の調整方法。
4. 前記平均基準値から所定範囲は「０.５〜０.８」までの範囲である請求項１又は３に記載の露光装置の調整方法。
5. 前記標準偏差基準値は「０.３」である請求項２又は３に記載の露光装置の調整方法。

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