JPH02157844A

JPH02157844A - 露光条件測定用マスク並びに該マスクを用いた露光条件測定方法及び装置

Info

Publication number: JPH02157844A
Application number: JP63313623A
Authority: JP
Inventors: Muneki Hamashima; 宗樹浜島; Masahiro Nei; 正洋根井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-12-12
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1990-06-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、半導体集積回路の製造工程、特にリソグラフ
ィー工程において、露光装置を用いてマスクに形成され
たパターンを投影光学系を介して感光基板上に転写する
際に、露光装置の適正な露光条件を測定するだめのマス
クと、この露光条件測定用マスクを用いた露光条件測定
方法及び装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程にお
いて、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露
光装置くステッパー）は中心的役割を担うようになって
いる。この種のステ・ツバ−では、マスク或いはレチク
ル（以下、レチクルと呼ぶ）に描かれた半導体素子の回
路パターンを投影レンズを介して感光基板（ウェハ）上
に転写し、ウェハ上に半導体素子の回路パターンを形成
している。この際、投影レンズの最良結像面（最適な焦
点位置）を正確に検出して、ウェハが正確に投影レンズ
の最適焦点位置に設定されるようにウェハの高さ位置、
つまり投影レンズの光軸方向（Ｚ方向）の位置を調整し
ないと、レチクルパターンの投影像がウェハ上で正確に
結像せず、ウェハ上ではポケたパターンが形成され、所
謂解像不良という問題が起こる。また、１シヨツト毎の
露光時間を正確に設定しないと、ウェハ上に形成される
回路パターンの線幅と設計線幅との間にずれが生じ、所
期の特性を満足する半導体素子を得ることができなくな
る。このようにステッパーを起動させる際に、投影レン
ズの最適焦点位置や最適露光時間等の露光条件を正確に
設定しないと、歩留まり等が低下するという問題が生じ
る。

そこで、従来では１シヨツト毎に露光条件、っまりウェ
ハの高さ位置と露光時間との少なくとも一方を変えなが
ら、例えば回路パターンの最小線幅より細いマークを含
み、線幅の異なる複数の矩形状マークから成る基阜パタ
ーンを１頃次ウェハ上に転写する。そして、ウェハにマ
トリックス状に形成された基阜パターンのレジスト像の
線幅を、走査型電子顕微鏡によるＳＥＭ測長測定法レビ
カメラ（ｒＴＶ）による画像処理法、或いはスポット光
をレジスト像に照射してその散乱光を検出する方法等を
用いて検出する。これにより、ウェハ上に解像されるレ
ジスト像の最小線幅等から、投影レンズの最適焦点位置
と最適露光時間とが算出される。

または、上述した基準パターンでの露光時間変化に伴う
矩形状マークの線幅変化量と比較して、露光時間変化に
対する長さの変化の感度が数十倍高い連続的に線幅が変
化する直線状パターン、例えばクサビ型パターンを、１
シヨツト毎にウェハの高さ位置と露光時間との少なくと
も一方を変えながら順次ウェハ上に転写する。そして、
ウェハにマトリックス状に形成されたクサビ型パターン
のレジスト像の所定のパターン長さく線幅が連続的に変
化する方向に関する長さ）を、画像処理法等の上記いず
れかの検出方法を用いて測定する。

尚、本検出方法では予め露光時間をバラメークとして転
写すべきバクーンの線幅とクサビ型パタンのパターン長
さとを計測し、露光時間と回路パターンの線幅及びパタ
ーン長さとの関係を求め、この関係を初期条件として記
憶しておく。これにより、同一露光時間でウェハの高さ
位置だけを変えて形成されたレジスト像のパターン長さ
のうち、パターン長さが最も長くなるウェハの高さ位置
を最適焦点位置として求める。次に、この最適焦点位置
で露光時間だけを変えて形成されたレジスト像のパター
ン長さと、上記初期条件とに基づいて最適露光時間を算
出し、ステッパーの最適な露光条件を測定する方法も提
案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如き従来の技術において、ＳＥＭ
測長測定法る線幅検出方法では走査型電子顕微鏡自体が
高価で、しかもウェハ装着時に排気等が必要となる。画
像処理法や散乱光検出法による線幅検出方法では投影レ
ンズの開口数（Ｎ、Ａ、）の増大に伴い、転写すべきパ
ターン線幅がザブ・ミクロン程度になると線幅検出が困
難となる上に、露光時間変化に伴うレジスト像の線幅変
化量が少なく、測定誤差が増大して正確に露光条件を算
出することができなくなる。また、クサビ型パターンの
パターン長さを検出する方法では、同一露光時間でウェ
ハの高さ位置だけを変えて形成したレジスト像での高さ
位置変化に応じたパターン長さの変化量が露光時間毎に
異なるため、任意の露光時間で形成したレジスト像での
パターン長さの変化量から、正確な最適焦点位置を求め
ることができないという問題点があった。さらに、金属
膜等の下地及びレジスト層の種類、膜厚等に応じて初期
条件が変動するため、同一初期条件で簡便に正確な最適
露光時間を算出することができず、正確な最適露光時間
を算出するには下地の種類等に応じてウェハ毎に初期条
件のキャリブレーションを行っておかねばならないとい
う問題点もあった。

また、上記方法はいずれも基準パターン或いはクサビ型
パターンを露光条件を変えなからウェハ上に転写し、ウ
ェハ上にマトリックス状に形成されたレジスト像の線幅
或いはパターン長さを検出しているため、最適な露光条
件を算出するのに時間がかかるという問題点もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高精度、
高速に下地やレジストの種類等に対応した最適露光条件
を算出できると共に、露光装置のセットアツプタイムも
短縮できる露光条件測定用マスク並びに該マスクを用い
た露光条件測定方法及び装置を得ることを目的としてい
る。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、ステッ
パーによって、回路パターンを投影レンズＰＬを介して
ウェハＷ上に転写する際に、ステッパーの適正な露光条
件を測定するために、クロム等の遮光部と光透過部とに
よって形成された基準パターンＲＰＣ露光条件測定用バ
クーン〕を有するレチクルＲ〔露光条件測定用マスク〕
であって、Ｙ方向に関する遮光部で形成された１０本の
線条マークＩ’？Ｐ１〜ＲＰＩＯの線幅ＲＬＩ〜ＲＬＩ
Ｏと、その配列間［Ｒ３１〜Ｒ５９とが共に規則的に変
化し、且つ線条マークＲＰＩ−ＲＰＩＯの線幅ＲＬ１〜
ＲＬＩＯの中で最小となる線幅ＲＬＩＯと、配列間隔Ｒ
３Ｉ〜Ｒ３９の中で最小となる配列間隔Ｒ８９とが共に
、投影レンズＰＬの解像できる限界の線幅と略一致する
ように基準パターンＲＰを形成する。

さらに、ステッパーによって、回路パターンを投影レン
ズＰＬを介してウェハＷ上に転写する際に、１０本の線
条マークＲＰＩ〜ＲＰＩＯから成る基準パターンＲＰを
有するレチクルＲを用いて、ステッパーの適正な露光条
件を測定する装置において、基準パターンＴ？Ｐが転写
され、１０本の線条マークＲＰＩ〜ＲＰＩＯのうち線条
マークＲＰ。

まで解像された基準パターンＲＰのレジスト像ＷＰが形
成されたウェハＷを保持するＸ−Ｙステージ９とＺステ
ージ１０とを有するウェハステージＷＳ（１１保持手段
〕と；ウェハステージＷＳに保持されたウェハＷ上のレ
ジスト像ＷＰのビデオ信号■Ｓを発生するウェハ・アラ
イメント（Ｗ（１゜Ａ）系１４〜２２と、ＷＧＡ系から
出力されるビデオ（３号ｖＳを処理して、レジスト像Ｗ
　Ｐの最小線幅に相当する線条マークＲＰＮのマーク像
〔凸部）ＷＰＮ（評価値Ｎ）と、線幅ＷＬＩ−ＷＬＮ１
と配列間隔ＷＳＩ〜ＷＳＮ−，とのＬ／Ｓ比礼１／　（
ＷＬＩ　＋　ＷＳＩ）・・・・ＪＬＮ−＋／　（ＷＬｓ
−＋　＋ＷＳｓ−＋）の中の少なくとも１つとを求め、
この検出結果をレジスト像ＷＰの形成情報ＲＺとして発
生ずる画像信号処理回路２３とを有するパターン検出装
置ＰＤＤ　（パターン検出手段〕と；パターン検出装置
ＰＤＤからの形成情報ＲＺに基づいて、ステッパーの最
適な露光条件として投影レンズＰＬの最適焦点位ｉＺｂ
と最適露光時間Ｔｂとを算出すると共に、この最適露光
条件に応じてステッパーの露光処理条件を制御する主制
御装置２５〔演算手段〕とを設ける。

〔作　用〕

本発明によれば、所定方向に関する複数の遮光部或いは
光透過部の線幅と、その配列間隔との少なくとも一方が
規則的に変化し、且つこの線幅と配列間隔との少なくと
も一方の最小値が投影光学系の解像できる限界の線幅と
略一致、若しくは限界線幅より小さくなるように形成さ
れた露光条件測定用パターンを有するマスクを用いる。

そして、感光基板上に形成された露光条件測定用パター
ンのレジスト像の所定の形成状態として、所定方向に遮
光部或いは光透過部による複数の凸部或いは凹部を有す
るレジスト像での最小線幅となる凸部或いは凹部と、こ
の凸部或いは凹部の線幅と配列間隔との比とを検出する
ことによって、投影光学系の最適焦点位置と最適露光時
間とを算出すると共に、この最適露光条件に基づいてス
テッパーの露光処理条件を制御するように構成している
。このため、投影光学系の解像限界の線幅を検出する必
要がなく、しかも露光条件測定用パターンの転写及びそ
のレジスト像の形成状態を検出する回数が少なくて済み
、高精度、高速に下地やレジストの種類等に対応した最
適露光条件を算出でき、さらにステッパーのセノトアノ
プクイムを短縮することができる。

〔実　施　例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する
。第１図は本発明の第１実施例による露光条件測定装置
を備えたステッパーの概略的な構成を示す平面図である
。

第１図において、超裔圧水銀ランプ、エキシマレーザ光
源等の露光用の照明光′ｔＡ１は、ｇ線、ｉ線或いは紫
外線パルス光等のレジスト層を感光するような波長（露
光波長）の照明光ＩＬを発生し、この照明光ＩＬは照明
光の光路の閉鎖、開放を行うシャッター２を通った後、
フライアイレンズ等を含む照明光学系４に至る。シャッ
ター２は駆動部３により照明光の透過及び遮断を制御す
るように駆動される。照明光学系４において一様化等を
行われた照明光ＩＬは、ミラー５、リレーレンズ６ａ、
６ｂ及び可変ブラインド７を通った後、ミラー８を介し
てコンデンサーレンズＣＬに至り、コンデンサーレンズ
ＣＬはレチクルステージＲ３に真空吸着されたレチクル
Ｒのパターン領域ＰＡを均一な照度で照明する。可変ブ
ラインド７の面はレチクルＲと結像関係にあるので、可
変ブラインド５を構成する可動ブレードを開閉させて開
口位置、形状を変えることにより、レチクルＲの観測、
視野（露光時は照明視野）を任意に選択することができ
る。

ここで、本実施例では露光条件測定用パターンとして、
第２図に示すような基準パターンｌ？Ｐが、実デバイス
の回路パターンと共に、パターン領域ＰＡ内のスクライ
ブライン相当頑域或いはパターン領域ＰＡに付随して、
クロム等の遮光部と光透過部（レチクルＲのガラス材）
とによりレチクルＲに形成されている。尚、本実施例で
は可変ブラインド７を開閉動作させることにより、この
基準パターンＲＰのみを照明することが可能となってい
る。また、実デバイス用のレチクルＲを用いる代わりに
、基準パターンＲＰのみが形成されたテストレチクルを
用いても良く、この場合には可変ブラインド７を開閉さ
せる必要がな（なる。７１パターンＲＰは、クロムで形
成された１０本の線条マークＲＰＩ〜ＲＰＩＯがそれぞ
れＸ方向に伸びて平行に配列され、Ｙ　ｊｉ　ｍに関す
る線条マークＲＰ１〜ＲＰＩＯの線幅ＲＬＩ〜ＲＬＩＯ
がＲＬＩ＞ＲＬ２＞・・・・・・＞ＲＬＩＯなる関係を
満たし、その配列間隔Ｒ３ｌ−Ｒ３９がＲ３Ｉ＞Ｒ３２
＞・旧・・〉Ｒ３９なる関係を満たすように共に規則的
に変化し、且つ線幅ＲＬＩＯが投影レンズＰＬの解像で
きる限界の線幅と略一致するように形成されている。さ
らに、本実施例では特に線条マークＲＰＩ〜ＲＰ１０の
線幅と配列間隔との比が、ＲＬＩ　／　（ＲＬＩ　＋　
Ｒ３１）＝・・・＝　ＲＬ９／（ＲＬ９＋Ｒ３９）　（
或いは、（ＩＩＬＩ／Ｒ３Ｉ）−・・・−（１？Ｌ９／
Ｒ５９））なる関係を満たし、この比が所定の比率とな
るように構成されている。

さて、パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、両側
（若しくは片側）テレセントリックな投影レンズＰＬに
入射し、投影レンズＰＬはパターン領域ＰＡに形成され
た回路パターンと、スクライブライン相当領域に形成さ
れた基準パターンＲＰの像を、ポジ形レジストが塗布さ
れたウニへＷ上に投影する。尚、本実施例において照明
光ＩＬはケーラー照明であり、投影レンズＰＬの瞳ＰＬ
ａ内の中心に光源像として結像されている。ウェハＷは
、投影レンズＰＬの光軸ＡＸと略垂直な面（座標系ＸＹ
）内で２次元的に移動するｘ−ｙステージ９と、Ｘ−Ｙ
ステージ９上に設けられ、光軸ＡＸに沿った方向（Ｘ方
向）に移動するＺステージ１０とを有するウェハステー
ジＷＳ上にウェハホルダ（不図示）を介して載置されて
いる。

ウェハステージＷＳは駆動部１１によってＸ、Ｙ方向に
移動すると共に、駆動部１２によってＸ方向に移動する
ように構成されている。また、ウェハステージＷＳの２
次元的な位置は、レーザ光波干渉測長器（レーザ干渉計
）１３によって、例えば０．０２μｍの分解能で常時検
出されるように構成されている。

また、第１図中に示したウェハＷ上のアライメントマー
クを拡大観察し、ウェハＷのグローバル・アライメント
を行うアライメント系として、投影レンズＰＬと別設さ
れたオフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系（Ｗ
ＧＡ系）が設けられている。このＷＧＡ系は、ライトガ
イド（光ファイバー）１４から所定の波長幅を有する照
明光を発生し、この照明光はレンズ系１５を介してビー
ムスプリッタ−１６に入射する。ビームスプリッタ−１
６を通過した後、照明光はミラー１７で反射されて対物
レンズ１８に入射し、ウェハＷ上のアライメントマーク
等を照射する。尚、照明光はレジスト層に対して極めて
感度の低い波長（非露光波長）になるように選ばれてい
る。この照明光としては、水銀放電灯、ハロゲンランプ
等からの光が利用でき、マーク検出に必要な波長域に対
してブロードなスペクトル分布があるもの、複数の峻鋭
なスペクトルがあるもののいずれであっても良い、特に
、異なる複数のスペクトルを同時に発生するレーザ光源
を用いると、光量が大きくなるので光電検出時のＳ／Ｎ
比が上がる。また、対物レンズ１８は少なくとも物体側
（ウェハＷ側）がテレセントリック系であり、照明光の
波長域に関して色消しく収差補正）されている。さて、
アライメントマークからの光はビームスプリッタ−１７
等を介してリレーレンズ系１９に入射する。リレーレン
ズ系１９は、アライメントマークの像を所定形状、例え
ば所定間隔で平行に形成された２つの矩形状マークから
成る指標マーク２０ａを有する指標板（焦点板）２０に
再結像する。レンズ系２１は、アライメントマークの像
と指標マーク２０ａとを同時にＩＴＶ、ＣＣＤカメラ等
の撮像素子２２の受光面上に結像する。本実施例のＷＧ
Ａ系は、アライメントマークの代わりに基準パターンＲ
Ｐのレジスト像ＷＰを拡大観察し、レンズ系２１によっ
てレジスト像ＷＰの像を指標マーク２０ａと共に撮像素
子２２の受光面上に結像し、第３図に示すようなレジス
ト像ｗｐは表示用のブラウン管モニタ２６上で画像とし
て映し出される。

そして、撮像素子２２は第３図に示すレジスト像ｗｐ、
即ち１０本の線条マークＲＰＩ−ＲＰＩＯのうち、ウェ
ハＷ上に形成された線条マークＲＰＩ〜ＲＰ、のマーク
像ＷＰＩ〜ｗｐ、の像を走査線ＶＬに沿って電気的に走
査し、レジスト像ＷＰのビデオ信号ＶＳを画像信号処理
装置２３に出力する。この際、−本の走査線ＶＬだけで
はＳ／Ｎ比の点で不利なので、ｌｉ！で示したビデオサ
ンプリング領域ＶＳＡに入る複数の水平走査線によって
得られるビデオ信号のレベルを、水平方向の同一位置に
ある各画素毎に垂直方向に加算平均すると良い。また、
マーク像ＷＰＩ〜ＷＰＮの本数を表すＮの値、言い換え
れば撮像素子２２によるレジスト像ＷＰの走査方向のエ
ツジの数を表す２Ｎの値は、最適露光条件で形成された
レジスト像ｗｐで最大（本実施例ではＮ＝１０）となる
。尚、このマーク像の本数を表すＮの値は実質的に投影
レンズＰＬの結像性能を評価するものであるから、以下
評価値Ｎと呼ぶことにする。さらに、この時マーク像Ｗ
ＰＩ〜ＷＰ、は適正な配列間隔で形成され、所定方向（
Ｙ方向）に関するレジスト像ＷＰのライン・アンド・ス
ペース（Ｌ／Ｓ）比、即ちマーク像ＷＰＩ〜ＷＰ、Ｉで
の線幅ＷＬＩ〜ＷＬＮ−１と配列間隔ＷＳ　１−ＷＳｓ
−１との比（以下、簡単にＬ／Ｓ比と呼ぶ）ＷＬＩ／（
ＷＬＩ　＋ＷＳ１）、・・・、札Ｎ−１／　（ＷＬＨ−
１＋　ＷＳＮ−＋　）は、ウェハの処理プロセスに応じ
た最適な比率となる。

次に、画像信号処理回路２３の具体的な回路構成のブロ
ック図を第４図に示す。第４図に示すように撮像素子２
２から出力されたビデオ信号ＶＳは１分離回路２３ａに
入力され、水平同期信号Ｓｌと画像信号ＧＳとに分離さ
れる。水平同期信号Ｓ１はタイミング信号発生回路２３
ｂに出力され、タイミング信号発生回路２３ｂにおいて
水平同期信号Ｓ１と、クロック回路２３Ｃからのクロッ
ク信号Ｓ２とにより変換開始信号Ｓ３が生成される。

この変換開始信号Ｓ３はアナログ−デジタル変換器（Ａ
ＤＣ）２３ｄに出力され、ＡＤＣ２３ｄは画像信号Ｏ３
を変換開始信号Ｓ３でデジタル値に変換、つまり第３図
に示した走査線ＶＬ上の各画素毎のレベルをデジタル値
に変換し、このデジタル信号を画像情報ＧＺとしてメモ
リ２’３ｅに格納する。演算処理ユニノ）２３ｆは、第
５図に示すように所定の演算処理によって設定されたス
ライスレベルＳＬで、メモリ２３ｅに格納されたレジス
ト像ｗｐの画像情報ＧＺ（画像信号ＧＳ　１）を処理す
る。そして、マーク像ＷＰ　１−ＷＰ、の各エツジを検
出することにより、レジスト像ＷＰの形成状態として評
価値ＮとＬ／Ｓ比（ＷＬＩ／ＷＩＩＩ）・・、（イＬＮ
−＋／ＷＰＨ−＋）　（但し、ＷＰｗ　＝　ＷＬｓ　＋
　ＷＳｓとする）の中の少なくとも１つとを求め、この
検出結果をレジスト像ＷＰの形成情報ＲＺとして出力す
る。従って、本実施例ではＷＧＡ系（１４〜２２）と画
像信号処理回路２３とによって、レジスト像ＷＰの形成
悄＊［！Ｒｚを発生するパターン検出装置ＰＤＤが構成
される。

ここで、例えばウェハＷ上に互いに直交するように２つ
のレジスト像ＷＰが形成されている場合、パターン検出
装置ＰＤＤはモニタ２６上に映し出されたｌフレーム分
の画像を取り込み、ｌフレーム分の画像情報をメモリ２
３ｅに格納しても、またどちらか一方のレジスト像ＷＰ
の画像情報のみをメモリ２３ｅに格納するようにしても
良い。但し、１フレ一ム分の画像情報をメモリ２３ｅに
格納する場合、演算処理ユニノ）２３　ｆは１フレ一ム
分の画像↑ｎ報から、どちらか一方の画像情報のみをソ
フトウェア的に検出できるように構成される。本実施例
では、モニタ２６上に実際にはレジスト像ＷＰと指標マ
ーク２０ａとが同時に映し出されるため、レジスト像Ｗ
Ｐの画像情報ＧＺのみをメモリ２３ｅに格納する。

また、第１図中に示したようにウェハ表面にピンホール
、スリット等の像を形成するため、投光器２４ａから発
生ずる所定波長（非露光波長）のスリット光像を、ミラ
ー２４ｂ、レンズ２４ｃを介して光軸ＡＸに対して斜め
方向より供給する照射光学系と、そのスリット光像のウ
ェハ表面での反射光束を、レンズ２４ｄ、２４ｇ、平行
平板ガラス（プレーンパラレル）２４（＋、及びミラー
２４ｒを介して受光器２４ｈにより受光する受光光学系
とを有する斜入射光方式の焦点検出装置２４が設けられ
ている。この焦点検出装置２４の構成等については、例
えば本願出願人が先に出願した特開昭６０−１６８１１
２号公報に開示されており、投影レンズＰＬの最適焦点
位置に対するウェハ表面のずれ量（デフォーカス量）を
検出し、ウェハＷと投影レンズＰＬとの合焦状態を検出
する機能を有するものである。但し、本実施例では焦点
検出装置２４のキャリブレーション、即ち最適焦点位置
を雰点基準とするためのプレーンパラレル２４ｅの角度
調整が行われておらず、ウェハＷのＺ方向への（絶対）
移動量のみが検出されるようになっている。さらに、主
制御装置２５は画像信号処理回路２３から出力されるレ
ジスト像ｗｐの形成情報ＲＺに基づいて、投影レンズＰ
　Ｌの最適焦点位置と最適露光時間とを算出すると共に
、この最適露光条件に応じてＺステージｌＯを駆動して
最適焦点位置にウェハＷを設定する駆動部１２と、シャ
ッター２を開閉させて露光時間を調整する駆動部３とを
制御する他に、上述したパターン検出装置ＰＤＤ、焦点
検出装置２４等を含むステンパー全体の動作を統括制御
する。

従って、レジスト像ＷＰが形成されたウェハＷを５Ｍ７
ｆｔするウェハステージＷＳと、レジスト像ＷＰの形成
債ｆＤＲＺを発生するＷＧＡ系（１４〜２２）と画像信
号処理装置２３とから成るパターン検出装置ＰＤＤと、
形成情報ＲＺから投影レンズＰＬの最適焦点位置と最適
露光時間とを算出する主側？１１１装置２５とによって
露光条件ポリ定装置が構成され、これにより第１図に示
したステッパーは露光条件測定機能を有することとなる
。

次に、本実施例の動作を各図面を参照して説明する。そ
こで、第１図において主制御装置２５は、ｌショット毎
に駆動部１２を介してＺステージ１０を駆動して、例え
ば設計値から投影レンズＰＬの最適焦点位置と思われる
位置を中心とする大数μｍの範囲でウェハＷを０．５μ
ｍ毎にＺ方向に移動させ、畜さ位置Ｚのみを変えながら
基準パターンＲＰを所定の露光時間ＴＯでウェハＷ上に
転写する。この際、ウェハＷの高さ位置Ｚ　（即ち、Ｚ
方向への移動量）は焦点検出装置２４によって検出され
、主側ｆｆｆｌｌ装置２５は焦点検出装置２４の検出信
号でウェハＷの高さ位置をモニターしながら、正確にウ
ェハＷを０．５μｍ毎にＺ方向に移動させている。次に
、ウェハＷを上記大数μｍの範囲内の所定の高さ位置Ｚ
Ｏに固定したまま、ｌショット毎に駆動部３によりシャ
ッター２の開閉動作を制御し、露光時間Ｔのみを変えな
がら基準パターンＲＰをウェハＷ上に転写する。そして
、このように高さ位置Ｚと露光時間Ｔとの各々を１回ず
つ変えながら基準パターンｒ２Ｐが転写されたウェハＷ
は、所定のレジスト像形成条件で現像処理等が施され、
複数の基準パターンＲＰのレジスト像ＷＰが形成された
後、再びウェハステージＷＳ上にａ置される。次に、パ
ターン検出装置ＰＤＤを用い、レジスト像ＷＰ毎に評価
値ＮとＬ／Ｓ比（ＷＬＩ　／Ｗｌ’ｌ）　、・・・、（
響Ｌ□＋／Ｗｈ−＋）の各々とを検出し、この検出結果
をレジスト像ｗｐの形成情報ＲＺとして主制御装置２５
へ出力する。尚、デフォーカス状態で形成されたレジス
ト像ＷＰと、最適な露光時間より長い露光時間（オーバ
ー露光）で形成されたレジスト像ＷＰの画像信号ＧＳ２
、ＧＳ３をそれぞれ第６ａ図、第６ｂ図に示しておく。

第６ａ図から明らかなようにデフォーカス状態で形成さ
れたレジスト像ＷＰでは、第５図に示した画像１３号Ｇ
Ｓｌでの評価値（Ｎ＝１０）と比較して、同一のスライ
スレベルＳＬで検出される画像信号ＧＳ２での評価値（
Ｎ＝８＞が減少していることがわかる。また、第６ｂ図
に示すようにオーバー露光で形成されたレジスト像ＷＰ
では、画像信号０３１でのＬ／Ｓ比、例えば（１４Ｌ１
／ＷＰＩ）と比較して、スライスレベルＳＬで検出すれ
る画像信号ＧＳ３でのＬ／Ｓ比（ＷＬＩ／ＷＰＩ）が小
さくなっていることがわかる。

次に、主制御装置２５は形成情報ＲＺに基づいて第、７
　ａ図、第７ｂ図に示すような関係をそれぞれ算出する
。第７ａ図は、露光時間ＴＯで高さ位置Ｚのみを変えて
形成されたレジスト像ＷＰでの評価値Ｎと高さ位Ｈｚと
の関係を表す図である。

尚、同図には説明を簡単にするため、露光時間Ｔ１、Ｔ
２で形成されたレジスト像ＷＰでの評価値Ｎと高さ位置
２との関係も一緒に示しておく。また、第７ｂ図は高さ
位Ｈｚｏで露光時間Ｔのみを変えて形成されたレジスト
像ＷＰでのＬ／Ｓ比（−Ｌｉ／ＷＰｉ）と露光時間Ｔと
の関係を表す図である。

但し、Ｌ／Ｓ比（ＷＬｉ／綽Ｐｉ）はレジスト像ｗｐ毎
にＬ／Ｓ比（ＷＬＩ／讐Ｐ１）、・・・１（讐ＬＨ−１
／ＷＰＮ−１）の各比を平均化した値である。また、同
図にも説明を簡単にするため、高さ位置Ｚ１、Ｚ２で形
成されたレジスト像ｗｐでのＬ／Ｓ比（ＷＬｉ／ｉｉ）
と露光時間Ｔとの関係を一緒に示しておく。

さて、第７ａ図に示すように評価値Ｎは、露光時間Ｔ（
例えば、Ｔｏ−Ｔ２等）に関係なく、常に一定の高さ位
置で形成されたレジスト像ＷＰで最大となることがわか
る。ここで、一般に転写すべきパターン線幅の微細化に
よる投影レンズＰＬの開口数（Ｎ、Ａ、）の増大に伴っ
て焦点深度は浅くなるため、デフォーカス量が大きくな
る程、解像できるパターン線幅も太くなる。本実施例で
はこのデフォーカス量とパターン線幅との略リニアな関
係に基づき、線幅が次第に細くなる線条マークＲＰ１〜
ＲＰＩＯのうち、どの線条マークまで解像されるか（即
ち、評価値Ｎ）を検出することによって、投影レンズＰ
Ｌの最適焦点位置を検出する。

従って、露光時間Ｔに関係なく最適焦点位置で形成され
たレジスト像ＷＰでは評価値Ｎが最大となる・ことから
、この評価値Ｎが最大となる高さ位置が最適焦点位置と
なる。そこで、主制御装置２５は第７ａｔＺに示した評
価値Ｎと高さ位置Ｚとの関係に基づいて評価値Ｎが最大
となる高さ位置を求め、この位置を最適焦点位置ｚｂと
して記憶する。

また、一般に最適な露光時間とは、たとえ最良結像面と
ウェハ表面とがずれていても、露光時間に応したパター
ン線幅の変化が最小となる点と定義される。従って、第
７ｂ図に示すように高さ位置ＺＯ−２２等に関係なく、
露光時間Ｔに応したパターン線幅変化、即ちレチクルＲ
に形成された基準パターンＲＰでの線幅と配列間隔との
比と同じＬ／Ｓ比（ＷＬｒ／ＷＰｒ）でレジスト像ｗｐ
が形成される露光時間が適正となる。このため、このＬ
／Ｓ比（礼ｒ／ＷＰｒ）は予め基準パターンＲＰの設計
値或いは基準パターンＲＰを実測することによって求め
られ、主側Ｗ　装置２５に入力されている。そこで、主
制御装置２５はこのＬ／Ｓ比（ＷＬｒ／ＷＰｒ）と第７
ｂ図に示したＬ／Ｓ比（讐Ｌｉ／ＷＰｉ）と露光時間Ｔ
との関係とに基づいて、このＬ／Ｓ比（ＷＬｒ／ＷＰｒ
）となる露光時間を求め、この値を最適露光時間Ｔｂと
して記憶する。以上のように最適焦点位置ｚｂ及び最適
露光時間Ｔｂが算出され、以後ウェハ、つまり下地やレ
ジスト層の種類、厚さ等の変化に応じて、上述と同様の
動作を繰り返し行うことによって、常にウェハに応した
最適露光条件が精度良く高速に算出される。

次に、主制御装置２５は最適焦点位置ｚｂに基づいて、
第１図中に示した焦点検出装置２４のキャリブレーショ
ン、つまり最適焦点値Ｈｚｂを零点基準とするためのブ
レーンパラレル２４８の角度調整を行い、焦点検出装置
２４がデフォーカス量に応じた検出信号を出力するよう
に調整する。

そして、主制御装置２５は焦点検出装置２４の検出信号
に基づいて駆動部１２を介して２ステージ１０を駆動し
、ｌショット毎にウェハ表面と最良結像面とを一致させ
ると共に、最適露光時間Ｔｂに応じて駆動部３を介して
シャッター２を開閉させ、ステッパーの露光処理条件を
制御しながらレチクルＲに形成された回路パターンを順
次ウェハ・Ｗ上に転写する。この結果、レチクルパター
ンは常にウェハに応じた最適露光条件でウェハＷ上に転
写され、ウェハＷ上には所期の線幅でレチクルパターン
のレジスト像が形成される。

以上の通り、本発明の一実施例では高さ位ＦｆｆＺと露
光時間Ｔとの各々を１回ずつ変えながら基準パターンＲ
ＰをウェハＷ上に転写し、各レジスト像ｗｐ毎の評価値
ＮとＬ／Ｓ比（Ｗｔ、ｉ／饅Ｐｉ）　（形成情報ＲＺ）
から第７ａ図及び第７ｂ図に示した関係を算出すること
によって、最適焦点値２ｚｂと最適露光時間Ｔｂとを求
めていたが、本発明による露光条件の測定方法は上記方
法に限られるものではない０例えば、予めｌショット毎
に高さ位置Ｚと露光時間Ｔとの少なくとも一方を変えな
がら、７５準パターンＲＰをマトリックス状にウェハＷ
上に転写して、上述と同様の動作で各レジスト像ＷＰの
評価値ＮとＬ　／　Ｓ比（ＷＬｉ／−Ｐｉ）とを検出す
る。

この露光時間Ｔと高さ位置Ｚをそれぞれパラメータとす
る第７ａ図、第７ｂ図に示したような関係を、初期デー
タとして主制御装置２５に記４Ｑさ廿ておく。この際、
主制御装置２５に記憶させておく情報しよ上記初期デー
タに限られず、必要ならば第５図に示したレジスト像Ｗ
Ｐの画像信号ＧＳｌ等の波形データそのものを記憶させ
ておいても良い。そして、本実施例のように露光条件を
ルーチンワーク的に決定する時には、所定の露光条件で
１回だけ転写された基準パターンＲＰのレジスト像ＷＰ
での評価値とＬ／Ｓ比とを検出する。次に、この評価値
と第７ａ図に示したような初期データとから、この評価
値が検出されるようにレジスト像ＷＰが形成される露光
時間と高さ位置との組み合わせを全て求める。同様に、
このＬ／Ｓ比と第７ｂ図に示したような初期データとか
ら、このＬＺＳ比となるようにレジスト像ＷＰが形成さ
れる露光時間と高さ位置との組み合わせを全て求める。

この前者と後者とで共通する露光時間と高さ位置との組
み合わせを検出し、基準パターンＲＰが転写された際の
露光時間Ｔと高さ位置Ｚとを決定する。この結果、１回
だけ基準パターンＲＰをウェハＷ上に転写するだけで、
この露光条件と初期データとに基づいて最適な露光条件
を算出することができる。これに伴って、レチクルＲの
スクライブライン相当領域等に形成され、実デバイスの
回路パターンと共にウェハＷ上に形成された複数の基準
パターンＲＰのレジス１−像ＷＰのうち、任意の１つの
レジスト像ＷＰでの評価値とＬ／Ｓ比とを検出すること
によって、レチクルパターンが転写される際の露光条件
を簡単にチエツク（露光条件の良否判断）することがで
きる。この際、共通する露光時間Ｔと高さ位ＷＺとの組
み合わせが複数検出され得る場合には、基準パターンＲ
Ｐを露光時間と高さ位置とを変えて複数回（例えば２〜
３回）転写するだけで、同様に露光時間Ｔと高さ位置Ｚ
との組み合わせを決定でき、正確に露光条件を算出する
ことができる。また、レジスト像ｗｐの評価値ＮとＬ／
Ｓ比（ＷＬｉ／ＷＰｉ）を検出しなくとも、レジスト像
ＷＰの画像信号の波形データそのものを用い、予め入力
されているレジスト像ＷＰの画像信号波形のサンプルデ
ータとの相関演算を行い、最も一致するサンプルデータ
を検出すれば、より高速に最適露光条件のｌγ出及び露
光条件のチエツクを行うことができる。さらに、予めウ
ェハに応じた上記初期データを主制御装置２５に入力し
ておけば、ウェハの変化に対応することができ、上述と
同様の効果が得られる。

また、本実施例では精度向上の点からレジスト像ＷＰの
Ｌ／Ｓ比（ＷＬＩ　／ＷＰＩ）　、・・・、　（ＷＬＮ
−１／ｗｐＮ−）を全て検出し、これらの検出値を平均
化したＬＺＳ比（ＷＬｉ／ＷＰｔ）を用いているが、こ
のＬ／Ｓ比（ＷＬｉ／ＷＰｉ）としてはレジスト像ｗｐ
のＬ／Ｓ比（−Ｌｌ／ＷＰＩ）、・・・、　（ＷＬＨ−
＋　／　ＷＰＮ−＋）の中の少なくとも１つを用いれば
良い。例えば、ウェハや露光条件等の諸条件に応じて、
レジスト像ＷＰでの検出すべきＬ／Ｓ比の数を決定し、
これらのＬ／Ｓ比を平均化した値をＬ／Ｓ比札ｉ　／　
（ＷＬｉ　＋　ＷＳｔ）として用いたり、或いは検出精
度の点から最も太い線幅ＷＬＩと配列間隔ｗｓｉとでの
Ｌ／Ｓ比（匈Ｌｌ／ＷＰ１）のみを検出し、この値をＬ
／Ｓ比（ＷＬｉ／ＷＰｉ）として用いても良い、この際
、−ａに線幅が太いパターンの方が焦点位置変動に対し
てパターンエツジのだれ等の影響が少ないため、後者の
方法を用いると焦点位置変化に依存せずに最適露光時間
を決定することができる。

また、これに伴って本実施例のように１０本の線条マー
クＲＰＩ〜ＲＰＩＯが線幅ＲＬＩ−ＲＬ９と配列間隔Ｒ
３Ｉ〜Ｒ３９との比が所定の比率となると共に、その比
がＲＬＩ／　（ＲＬＩ　＋　Ｒ３Ｉ）　＝・・・−ＲＬ
９／　（ＲＬ９　＋　Ｒ３９）なる関係を満たすように
、基準パターンＲＰを形成する必要はない。遮光部或い
は透過部によって形成されるパターンでの所定方向に関
するマークの線幅と配列間隔との少なくとも一方が規則
的に変化し、且つマーク線幅と配列間隔との少なくとも
一方の最小値が投影レンズＰＬが解像できる線幅と略一
致、若しくは限界線幅より小さくなるように形成されて
いれば良い。例えば、第８ａ［ｉｌ〜第８ｄ図に示すよ
うな４（１定パターンＲＰａ−ＲＰｄを基準パターンＲ
Ｐの代わりに用いても同様の効果を得ることができるの
は明らかである。ここで、第８ａ図に示した測定パター
ンＲＰａは、線状マークの配列方向に関して線幅が一定
で配列間隔のみが規則的に変化するように形成されてい
る。この測定パターンＲＰａを用いると、レチクル設計
が容易となると共に、このレジスト像の画像信号の波形
が多少牟純化されて信号処理の点でを利となる。また、
第８ｂ図に示した測定パターンＲＰｂは、線幅と配列間
隔とが等しくなるように形成されたｍ木の線条マークが
、その線幅が規則的に変化するように繰り返し配列され
たパターンである。この測定パターンＲＰｂを用いると
、同一線幅のｍ本の線条マークに対して平均化処理を行
うことができ、評価値ＮとＬ／Ｓ比（ＷＬｉ／ＷＰｉ）
の検出精度を向上さきることができる。さらに、第８Ｃ
図に示した測定パターンＲＰｃは、２組の基準パターン
ＲＰを互いに直交するように組み合わせた（Ｌ型）パタ
ーンである。この測定パターンＲＰｃを用いると、同一
位置でＸＳＹ両方向の評価値Ｎを検出することができ、
投影レンズＰＬの非点収差やウェハステージＷＳ（ウェ
ハ表面）の傾き等を求めることができる。また、第８ｄ
図に示した測定パターンＲＰｄば、複数の環状マークが
同心円状に配列されると共に、環状マークの線幅若しく
はその配列間隔が半径方向に関して規則的に変化するよ
うに形成されたパターンである。この測定パターンＲＰ
ｄを用いても、測定パターンＲＰｃと同様に投影レンズ
ＰＬの非点収差やウェハステージＷＳの傾き等を求める
ことができる。尚、これら測定パターンＲＰ　ａ　−Ｒ
Ｐ　ｄや）！Ｓ準パターンＲＰを構成する線条マーク等
は、クロム等の遮光部であっても透過部（レチクルＲの
ガラス材〉であっても良い。また、この線条マーク等の
本数は１０本である必要はないが、精度向上の点からそ
の零敗が多い方が明らかに有利であるから、本実施例の
ように投影レンズＰＬの解像力に応じて１０本程度設け
ることが望ましい。

また、本実施例では第６ａ図、第６ｂ図に示したレジス
ト像ＷＰの画像信号ＧＳ２、ＧＳ３から評価値Ｎを検出
して最適焦点位置を求めていたが、最適焦点位置の検出
方法は上記方法に限られるものではない。例えば、本実
施例と同様の動作で第９ａ図、第９ｂ図に示すように、
基準パターンＲＰと測定パターンＲＰａとのレジスト像
の画像１３号ＧＳ４、ＧＳ５を検出する。そして、この
信号波形のピーク値とボトム値或いはピーク値のみの包
路線（図中の点線）から、第９Ｃ図に示すような包路線
の振幅と解像されるパターン線幅との関係を求める。第
９Ｃ図は、第９ａ図に示した画像信号ＧＳ４での包路線
の振幅とパターン線幅との関係を示しており、同図から
明らかなように包路線の振幅はパターン線幅が細くなる
につれである位置から急激に減少する。そこで、第９Ｃ
図に示した信号を所定の演算によって定められたスライ
スレベルＳＬＯで処理し、ウェハＷ上に解像されたマー
ク像ＷＰＩ〜ＷＰＮのうち、このスライスレベルＳＬＯ
となる包路線の振幅に相当するパターン線幅のマーク像
ＷＰＫを検出する。この検出値Ｋを評価値Ｎの代わりに
用いても最適焦点位置を算出することができ、本実施例
と同様の効果を得ることができる。

さらに、基準パターン検出手段いは測定パターン・ＲＰ
ａ−ＲＰｄのうち、いずれかのパターンがパターン領域
ＰＡ内の中心と外周付近の複数位置（例えば、中心、４
隅、及び４辺の各中心の計９ケ所）に設けられたレチク
ルＲを、所定の露光条件で１回だけウェハＷ上に転写し
、上述と同＋ｉの動作で複数のレジスト像の各々での評
価値Ｎ（或いはＫ）を検出する。そして、第７ａ図に示
した評価値Ｎと高さ位置Ｚとの関係に基づいて、この評
価値Ｎからレジスト像が形成された位置でのデフォーカ
ス量を算出する。同様に、他のレジスト像でのデフォー
カス量を算出することによって、そりの方向（凸か凹）
は不明であるが、ｆＪ　”ｆ＋−に投影レンズＰＬの像
面湾曲或いは像面傾斜を求めることができる。この時、
第８ｃ図、第８ｄ図に示した測定パターンＲＰｃ、ＲＰ
ｄをレチクルＲに設けておけば、像面湾曲等と同時に投
影レンズＰＬの非点収差も求めることができる。但し、
このような像面湾曲等の検出を行う場合、露光時間Ｔの
違いによって評価値Ｎは若干影響を受けるため、予め露
光時間Ｔの差による評価（ＩＮの違いを校正しておく必
要がある。

さらに、以下の方法を用いることによって像面湾曲のそ
りの方向を特定することができる。上述したような複数
位置（９ケ所）に露光条件測定用パターンが形成された
レチクルＲを、露光時間Ｔは一定のまま高さ位置Ｚのみ
を少なくとも２回変えてウェハＷ上に転写する。そして
、先ずそり方向を特定すべき高さ位置（第１位置とする
）で形成されたショット領域内の９つのレジスト像での
各々の評価値Ｎ１．・・・・・・、Ｎ９を求める。次に
、例えば正方向（投影レンズＰＬ側）にウェハＷを移動
させ、所定の高さ位置（第２位ｒａ、）で形成されたシ
ョット領域内の９つのレジスト像での各々の評価値Ｎｌ
’、、・・・・・、Ｎ９′を検出する。そして、第１位
置と第２位置とでの評価ｆａ　ＮＯ差（Ｎ１−Ｎｌ’）
、・・・・・・、（Ｎ９−Ｎ９’）の各々での符号を調
べることにより、そり方向を特定すべき第１位置でのそ
り方向く凸か凹か）を判別することができる。即ち、評
価値Ｎの差の符号が正であるならばそり方向は負方向（
凸）、逆に負であるならば正方向（凹）と判別すること
ができる。

また、本実施例ではパターン検出手段として、ステッパ
ーが備えている画像処理方式のＷＧＡ系（ウェハ・アラ
イメント系）を用いていたが、本発明で用いるパターン
検出手段はＷＧＡ系に限られるものではない。例えば、
レチクルマークとウェハマークとを投影レンズＰＬを介
して重ね合わせて同時に観察し、両方のマーク像を光電
検出するＴＴＲ（スルー・ザ・レチクル）方式のグイ・
パイ・グイ・アライメント系、投影レンズＰＬを介して
スポット光（シートビーム）をウェハマークに照射して
マークからの回折光又は散乱光を光電検出するＴＴＬ　
（スルー・ザ・レンズ）方式のレーザ・ステップ・アラ
イメント系、或いはガルバノミラ−等の振動鏡によって
細長く伸びた楕円形のスポット光をウェハマーク上に微
小振動させ、マークからの回折光又は散乱光を光電検出
するオフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系等を
用いても、本実施例と同様の効果を得ることができるの
は明らかである。さらに、パターン検出手段として、特
にステッパーのアライメント系を用いる必要なく、光電
測定の一種であるスリットスキャン法、或いはレーザビ
ーム走査による反射光または散乱光検出法を用いた微小
寸法測定装置等の検査装置を用いても良い。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、所定方向に関する遮光部
或いは透過部の線幅と、この遮光部或いは透過部の配列
間隔との少なくとも一方が規則的に変化し、且つこの線
幅と配列間隔との少なくとも一方の最小値が投影光学系
の解像できる限界の線幅と略一致、若しくは限界線幅よ
り小さくなるように形成された露光条件１ｆｉｌｌ定用
パターンを有するマスクを用い、このパターンのレジス
ト像での最小線幅のマーク像（評価値Ｎ）と、線幅と配
列間隔との比（Ｌ／Ｓ比）とを検出することによって最
適な露光条件を算出している。このため、投影光学系の
最適焦点位置と最適露光時間とを各々独立に、他方の露
光条件の影響を受けることなく精度良く算出することが
でき、しかも露光条件を簡単にチエツクすることができ
る。さらに、露光条件を変えてマトリックス状に露光条
件測定用パターンを感光基板上に転写するａ・要がない
ので、このパターンを転写する回数及びそのレジスト像
の形成状態を検出する回数を凍らすことができ、最ｉ！
！露光条件の算出時間を短縮することができる。

また、マスクの複数位置に露光条件測定用パターンを形
成しておけば、簡便に投影光学系の像面湾曲や像面傾斜
、或いは非点収差等を求めることができる。さらに、本
発明による露光条件測定用パターンは実デバイスの回路
パターンと同程度のパターン列を用いるので、感光基板
上でのパターンの露光状態を検出してプロセスでの露光
条件の良否判断をする上でも有効である。この結果、高
精度、高速に感光基板に対応した最適露光条件を算出で
きると共に、ステッパーのセットアツプタイムも短縮で
きる露光条件測定用マスク並びに酸マスクを用いた露光
条件測定方法及び装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による露光条件測定装置を備えたステッ
パーの概略的な構成を示す平面図、第２図は本発明によ
る露光条件測定用パターンの概略的な構成の一例を示す
図、第３図は露光条件測定用パターンのレジスト像の画
像処理の説明に供する図、第４図はパターン検出手段を
構成する画像信号処理回路の具体的な回路構成を示すブ
ロック図、第５図は最適な露光条件で形成された露光条
件測定用パターンのレジスト像の画像信号の波形を表す
図、第６ａ図はデフォーカス状態で形成された露光条件
測定用パターンのレジスト像の画像信号の波形の一例を
表す図、第６ｂ図はオーバー露光で形成された露光条件
測定用パターンのレジスト像の画像信号の波形の一例を
表す図、第７ａ図は露光条件測定用パターンのレジスト
像での評価値と感光基板の高さ位置との関係を表す図、
第７ｂ図は露光条件測定用パターンのレジスト像での線
幅と配列間隔との比と露光時間との関係を表す図、第８
ａ図〜第８ｄ図は本発明による地形状の露光条件測定用
パターンの概略的な構成を示す図、第９ａ図、第９ｂ図
は露光条件測定用パターンのレジスト像の画像信号の別
の処理方法の説明に供する図、第９Ｃ図は露光条件測定
用パターンのレジスト像の画像信号での包路線の振幅と
解像されるパターン線幅との関係を表す図である。〔主要部分の符号の説明〕２・・・シャッター、３・・・シャック−駆動部、７・
・可変ブラインド、９・・・Ｘ−Ｙステージ、ＩＯ・・
Ｚステージ、１４〜２２・・・ウェハ・アライメント系
、２３ａ〜２３「・・・画像信号処理回路、２４ａ〜２
４ｈ・・・焦点検出装置、２５・・・主側間装Ｔ、Ｒ・
・・レチクル、ＰＡ・・・パターン領域、Ｒ３・・・レ
チクルステージ、ＰＬ・・・投影レンズ、Ｐ　Ｌ　ａ・
・・入射瞳、ＡＸ・・・光軸、ＩＬ・・・照明光１、Ｗ
・・・ウェハ、ＷＳ・・ウェハステージ、ＲＰ、ＲＰａ
−ＲＰｄ・・・露光条件ｄ（り定用パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）露光装置によって、所定のパターンを投影光学系
を介して感光基板上に露光する際に、該露光装置の適正
な露光条件を測定するために、遮光部或いは光透過部に
よって形成された露光条件測定用パターンを有するマス
クであって、所定方向に関する前記遮光部或いは光透過部の線幅と、
前記遮光部或いは光透過部の配列間隔との少なくとも一
方が規則的に変化し、且つ該線幅と配列間隔との少なく
とも一方の最小値が、前記投影光学系の解像できる限界
の線幅と略一致、若しくは該限界線幅より小さくなるよ
うに前記露光条件測定用パターンを形成したことを特徴
とする露光条件測定用マスク。
（２）露光装置によって、所定のパターンを投影光学系
を介して感光基板上に露光する際に、遮光部或いは光透
過部によって形成された露光条件測定用パターンを有す
るマスクを用い、該露光装置の適正な露光条件を測定す
る方法において、所定方向に関する前記遮光部或いは光
透過部の線幅と、前記遮光部或いは光透過部の配列間隔
との少なくとも一方が規則的に変化し、且つ該線幅と配
列間隔との少なくとも一方の最小値が、前記投影光学系
の解像できる限界の線幅と略一致、若しくは該限界線幅
より小さくなるように形成された前記露光条件測定用パ
ターンを前記感光基板上に転写する第１工程と；前記感光基板上に形成された前記露光条件測定用パター
ンのレジスト像での前記所定方向に関する所定の形成状
態を、パターン検出手段によって検出する第２工程と；該第２工程において、前記パターン検出手段により検出
された前記形成状態に基づいて、演算手段が前記投影光
学系の最良結像面と最適な露光時間との少なくとも一方
を算出する第３工程とを含むことを特徴とする露光条件
測定用マスクを用いた露光条件測定方法。
（３）露光装置によって、所定のパターンを投影光学系
を介して感光基板上に転写する際に、遮光部或いは光透
過部によって形成された露光条件測定用パターンを有す
るマスクを用い、該露光装置の適正な露光条件を測定す
る装置において、所定方向に関する前記遮光部或いは光
透過部の線幅と、前記遮光部或いは光透過部の配列間隔
との少なくとも一方が規則的に変化し、且つ該線幅と配
列間隔との少なくとも一方の最小値が、前記投影光学系
の解像できる限界の線幅と略一致、若しくは該限界線幅
より小さくなるように形成された前記露光条件測定用パ
ターンが転写され、前記露光条件測定用パターンのレジ
スト像が形成された前記感光基板を保持する基板保持手
段と；該基板保持手段に保持された前記感光基板上のレ
ジスト像での前記所定方向に関する所定の形成状態を検
出するパターン検出手段と；該パターン検出手段から出力される前記レジスト像の形
成状態の検出信号に基づいて、前記投影光学系の最良結
像面と最適な露光時間との少なくとも一方を算出する演
算手段とを備えたことを特徴とする露光条件測定用マス
クを用いた露光条件測定装置。
（４）前記演算手段は、前記形成状態に基づいて前記投
影光学系による前記パターンの結像状態と、前記露光時
間との少なくとも一方の良否を判断することを特徴とす
る請求項第３項記載の露光条件測定用マスクを用いた露
光条件測定装置。
（５）前記パターン検出手段は、前記形成状態として、
前記所定方向に複数の凸部或いは凹部を有する前記露光
条件測定用パターンのレジスト像での最小線幅となる該
凸部或いは凹部と、該凸部或いは凹部の線幅と配列間隔
との比とを検出することを特徴とする請求項第３項又は
第４項記載の露光条件測定用マスクを用いた露光条件測
定装置。
（６）前記パターン検出手段は、前記マスクと前記感光
基板との位置合わせを行う前記露光装置のアライメント
系であることを特徴とする請求項第３項乃至第５項記載
の露光条件測定用マスクを用いた露光条件測定装置。
（７）前記演算手段は、前記最良結像面と最適な露光時
間との少なくとも一方に基づいて、前記露光装置の露光
処理条件を制御する制御手段を有することを特徴とする
請求項第６記載の露光条件測定用マスクを用いた露光条
件測定装置。