JPH02294643A

JPH02294643A - 露光条件測定用マスク

Info

Publication number: JPH02294643A
Application number: JP1116473A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川; Hirotaka Tateno; 立野　博貴
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-05-10
Filing date: 1989-05-10
Publication date: 1990-12-05

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、半導体素子や液晶表示素子等を製造するため
の露光装置を用いて、所望の露光条件を決定するための
レチクル（マスクと同義）に関し、特に投影型露光装置
におけるフォーカス条件や露光エネルギー量の条件を設
定するのに好適なレチクルに関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子製造のリソグラフィー工程では、レチクルパ
ターンを高分解能でウエハ上に転写する装置として、ス
テップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置、
所謂ステッパーが多用されるようになってきている。こ
の種のステッパーでは、半導体素子の高集積化に応じて
投影レンズの開口数（Ｎ．Ａ．）を大きくし、デバイス
パターンの最小線幅をサブ・ミクロン（０．５〜０．６
５μｍ）程度で形成しているが、大きい開口数の投影レ
ンズは必然的に焦点深度が浅くなる。このため、投影レ
ンズの最良結像面を正確に検出し、最良結像面とウエハ
面とを一致させて露光を行わないと、ウエハ上ではボケ
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。従って、フォーカス条件や露光エネルギー量（露光
時間）の条件を正確に設定しないと、所期の特性を満足
する半導体素子を得ることができない。そこで、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、長
さ変化の感度が数十倍高いクサビ状マークを平行に複数
配列した露光条件測定パターンを、フォーカス位置と露
光時間との少なくとも一方の条件を変えなからウエハ上
に転写する。次に、第ｌＯ図（Ａ）に示すように細長い
帯状のスポット光ＳＰで、ウエハに形成されたレジスト
像ＲＰｍを長手方向（線幅が変化する方向）に相対走査
して、レジスト像ＲＰｍから発生する回折光又は散乱光
を光電検出する。第１０図（Ｂ）は、回折光強度に応じ
た光電信号Ｓとスポット光ＳＰの走査位置との関係を示
すもので、この信号波形を適当なスライスレベルＳＬａ
で２値化してレジスト像ＲＰｍのパターン長さＬａを検
出する。そして、同様の動作で計測した各レジスト像の
パターン長さＬａに基づいて、同一露光時間のショット
中で最もパターン長さＬａが長くなっているレジスト像
のフォーカス位置及び、そのフォーカス位置でのショッ
ト中でパターン長さＬａが、予め設定したおいたパター
ン長さになると予想される露光１をもって、最適な露光
条件とする方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の如き従来の技術では、スポット光でクサビ状のレ
ジスト像を長手方向に相対走査し、レジスト像から発生
する回折光を光電検出しているが、この回折光は主に、
以下■〜■に記す位相及び強度が異なる反射光が互いに
干渉しあって発生する。

■空気とレジスト層との境界面での反射光■空気とウエ
ハとの境界面での反射光 ■レジスト層とウエハとの境界面での反射光つまり、ス
ポットスキャン方向（長手方向）の位置（走査位置）に
応じてレジスト像の断面形状が異なると、その断面形状
に応じて上記■〜■に記した反射光の位相及び強度も変
化し、これら反射光の干渉の仕方も変化することになる
。このことは、レジスト像での光の回折効率がレジスト
像の断面形状に依存していることを意味する。例えば、
第ｌＯ図（Ａ）中に示したクサビ状のレジスト像ＲＰｍ
では、像中心からその両端に向かってパターン幅及び高
さ（膜厚）が共に変化していくので、レジスト像での光
の回折効率もその断面形状に応じて変化する、即ち第１
０図（Ｂ）に示した如く光電信号Ｓの波形も断面形状、
即ち走査位置に応じて大きく変化する。このため、第ｌ
Ｏ図ＣＢ）中に点線で示すようなスライスレベルＳＬｂ
を設定すると、このスライスレベルＳＬｂにより検出さ
れるパターン長さＬｂはパターン長さＬａと大きく異な
る。このようにクサビ状マークは長さ変化の感度は高い
が、その信号処理が困難となって計測精度が大幅に低下
するという問題点がある。また、この種のレジスト像、
或いはレジスト像をマスクとしてエッチング処理により
形成される下地薄膜のパターンは、各種基板処理工程、
特に洗浄工程においてウエハから剥離し易く、このよう
に剥離したパターンは異物として他の場所に再付着し、
その付着した位置の回路パターンに悪影響を及ぼすとい
う問題点もある。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、波形処理
精度の低下、レジスト像或いは下地薄膜パターンの剥離
等を防止でき、スルーブットや歩留まり等を低下させる
ことなく、高精度、高速に露光条件を測定するのに好適
な露光条件測定用マスク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為本発明においては、表面にレ
ジスト層を塗布したウエハＷに所定のエネルギー量でパ
ターンを露光する装置を用いて、ウエハＷへの露光条件
を測定するためのレチクルであって、遮光部又は光透過
部で形成された連続的若しくは段階的に線幅が変化する
直線状マークを、長手方向に関する位置とマーク長さｌ
とのいずれか一方を異ならせながら、平行に短手方向に
配列した基準パターンＲＭを形成する。または、遮光部
又は光透過部で形成され、例えばＹ方向に対して所定角
度だけ傾いた矩形状マークを、この矩形状マークの傾き
方向（長手方向）に関する位置と、傾き方向と直交する
方向（短手方向）に関する線幅Ｄとのいずれか一方を異
ならせながら、平行にＸ方向に配列した２組の直線状マ
ーク群ＴＰ１．，ＴＰ２を有し、この２組の直線状マー
ク群ＴＰＩ，ＴＰ２の傾き方向がＸ方向に関して略対称
となるように基準パターンＲＭ’を形成する。

さらに、基準パターンＲＭ，ＲＭ’において、複数の直
線状マーク又は矩形状マークが互いに少なくとも一部つ
ながるように形成する。

〔作　　用〕

本発明では、長手（スポットスキャン）方向に関する位
置とマーク長さとのいずれか一方を異ならせて、連続的
若しくは段階的に線幅が変化するマーク像を配列したレ
ジスト像を感光基板に形成している。このため、レジス
ト像から発生する回折光又は散乱光分布が平均化され、
回折光又は散乱光強度に応じた光電信号の波形を滑らか
にすることができる。従って、光電信号の波形処理のた
めのスライスレベルを簡単に設定でき、さらに波形処理
精度の低下を防止することかできる。また、レジスト像
を構成するクサビ状のマーク像が互いに少なくとも一部
つながるように形成されるので、洗浄工程等におけるレ
ジスト像或いは下地薄膜パターンの剥離を防止できる。

〔実　施　例〕

以下、第１図、第２図を参照して本発明の第１実施例に
よるレチクル及び、このレチクルを適用するのに好適な
ステッパーの概略的な構成について詳述する。

第１図（Ａ）は、露光条件を測定するのに好適なレチク
ルＲのパターン形状の一例を示すもので、パターン領域
ＰＡにはデバイスパターンＤＰＩ〜ＤＰ４と共に、十字
状のスクライブライン相当領域（図中の斜線部）内の複
数位置、例えば中心とスクライブライン相当領域の各端
部との計５ケ所にマーク領域ＭＡａ−ＭＡｅが形成され
ている。

マーク領域ＭＡａ．＝ＭＡｅには、長手方向に関するマ
ーク長さ！が異なる、即ちマーク長さ１ｅ　２ｓ・・・
，　ｊ７　ｎ　　（但し、１１＞１２＞−−−−＞（！
ｎ、ｎ≧２）となるように、クロム等の遮光部（但し、
ネガレジストを用いる時は光透過部）で形成されたクサ
ビ状マークを、平行に短手方向に配列した露光条件測定
パターンＲＭが設けられている。この露光条件測定パタ
ーンＲＭとしては、例えば第１図（Ｂ）、（Ｃ）に示す
ような基準パターンＲＭＩ．ＲＭ２が用いられ、本実施
例では共にｎ＝２として形成されている。基準パターン
ＲＭＩはＹ方向のマーク長さが１１．ｌ２となるクサビ
状マークを交互にＸ方向に配列し、基準パターンＲＭ２
は長さＪｌ，ｊ７２のクサビ状マークを４本ずつ交互に
Ｘ方向に配列したもので、共に４本ずつ一定周期あけて
形成される。尚、露光条件測定パターンＲＭは投影レン
ズＰＬの露光フィールドに入るように形成すれば良く、
例えばアライメントマークと同様にパターン領域ＰＡに
付随して形成しても良い。また、本実施例のようなデバ
イスレチクルを用いる代わりに、パターン領域内に露光
条件測定パターンのみが形成されたテス１・レチクルを
用いても良い。

次に、第２図を参照して本実施例によるレチクルＲを適
用するのに好適なステッパーの概略的な構成について詳
述する。第２図において、超高圧水銀ランプを露光用光
源とする照明装置１は、ｇ線（波長４　３　６　ｎｍ）
、ｉ線（波長３　６　５　ｎｍ）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を発生する。

この照明光ＩＬは露光量制御用のシャッター（例えば、
４枚羽根のロータリー・シャッター）２を通った後、ミ
ラー４を介して不図示のオプチカルインテグレータ（フ
ライアイレンズ）、可変ブラインド５ａ等を有する照明
光学系５に入射する。駆動部３はシャッター２を回転駆
動するもので、照明装置１の発光強度が略一定であると
、この駆動部３でシャッター２の開時間を制御すること
により常に一定の露光量が得られる。照明光学系５で光
束の一様化等が行われた照明光ＩＬは、全反射ミラー６
を介して主コンデンサーレンズＣＬに入射し、レチクル
ステージＲＳに載置されたレチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａを均一な照度で照明する。レチクルＲは駆動部７によ
って水平面内で２次元的（回転も含む）に微動され、そ
の位置はレーザ干渉計８によって、例えば０．０２μｍ
程度の分解能で常時検出される。ここで、可変ブライン
ド５ａ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５ａ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）を任意に選択でき、露光条件測
定パターンＲＭのみを照明することが可能となっている
。但し、デバイスレチクルＲの代わりにテストレチクル
を用いる場合には、可変ブラインド５ａを開閉させる必
要はなくなる。

さて、パターン領域ＰＡを通過した照明光ＴＬ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はデバイスパターンや露光条件
測定パターンＲＭの像を、レジスト層を塗布したウエハ
Ｗに投影する。ウエハＷは不図示のウエノいホルダー（
θテーブル）を介してウエハステージＷＳに載置され、
ウエハステージＷＳは駆動部９によりステップ・アンド
・リピート方式でＸ，Ｙ方向に２次元移動し、、且つ光
軸方向（Ｚ方向）に微動するように構成される。

また、ウエハステージＷＳのＸ，Ｙ方向の位置はレーザ
干渉計１０によって、例えば０．０２μｍの分解能で常
時検出され、ウエハステージＷＳの端部にはレーザ干渉
計１０からのレーザビームを反射する移動鏡１０ｍが固
定されている。

また、第２図中にはレジスト層に対して非感光性の光源
１１ａからの光を、ミラー１ｌｂを介し゛て投射光学系
１１ｃにより結像光束１ｌとしてウエハＷへ斜め（ウエ
ハ面に対して５゜〜２０゜）に投射し、その反射光束ｌ
２をレンズ１１ｄ１平行平板ガラス（ブレーンパラレル
）１１ｅ及び、スリットＩｆｆを介して光電検出器１１
ｇで受光する斜入射光式焦点検出系（ＡＦセンサー）１
１が設けられている。このＡＦセンサーｌ１の詳細な構
成等については、例えば特開昭６Ｃｌ−１６８１１２号
公報に開示されている。ＡＦセンサー１１は、レチクル
パターンが最もコントラスト良く結像する面（最良結像
面）に対するウエハ表面のＺ方向のずれ量（デフォーカ
ス量）を検出し、最良結像面とウエハ表面（レジスト面
）とを正確に一致させるものである。尚、本実施例では
ＡＦセンサーｌｌのキヤリプレーション、即ち最良結像
面を零点基準とするためのプレーンパラレル１１ｅの角
度調整が行われておらず、ＡＦセンサー１ｌは設計上の
ベストフォーカス位置を零点基準としてウエハＷの２方
向への移動量を検出する。

さらに、ステッパーにはウエハＷ上に形成された各種パ
ターン（アライメントマーク等）を検出するためのＴ　
Ｔ　Ｌ　（Ｔｔ＋ｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｌｅｎｓ）方式
のレーザ・ステップ・アライメント（Ｌ　Ｓ　Ａ）系が
設けられている。第２図に示すように、Ｈ　ｅ−Ｎ　ｅ
　，Ａｒイオン等のレーザ光源１２ａから発生する直線
偏光のレーザビームは、ビームエクスパンダー１２ｂで
所定のビーム径に拡大された後、シリンドリ力ルレンズ
１２ｃにより細長い楕円ビームに整形される。この楕円
ビームはミラー１２ｄで反射され、レンズ１２ｅ、偏光
ビームスプリッタ−１２ｆ、及び１７４波長板１２ｇを
通った後、ミラー１２ｈを介して対物レンズ１２１に入
射する。

さらに、ミラー１２ｊで反射されたレーザビームは一度
スリット状に収束した後、ミラー１２ｋを介して投影レ
ンズＰＬの入射瞳ＰＬａに至り、投影レンズＰＬの軸外
部分からウエハＷ上へ垂直に照射され、ウエハＷ上で細
長い帯状のスポット光（シ一トビーム）ＳＰｙとなる。

スポット光ＳＰｙは投影レンズＰＬの露光フィールド内
でＸ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに向かって形成されると
共に、Ｘ軸上の光軸ＡＸから所定距離だけ離れたところ
に形成される。また、スポット光ＳＰｙでウエハマーク
（回折格子マーク）をＹ方向に相対走査すると、回折格
子マークからは正反射光（０次回折光）以外に散乱光や
回折光（１次光以上）が生じ、これら光情報は投影レン
ズＰＬ等を逆進し、入射瞳ＰＬａと略共役に配置され、
回折光（又は散乱光）分布に合わせた開口を有する空間
フィルター１２１に達する。空間フィルター１２１にお
いて回折光（又は散乱光）のみが抽出され、集光レンズ
１２ｍを介して光電検出器（受光素子）１２ｎの受光面
に集光される。受光素子１２ｎは受光強度（光量）に応
じた光電信号Ｓｒを、アライメント信号処理回路（以下
、ＡＳＣと呼ぶ）１４へ出力する。尚、第２図では説明
を簡単にするためにＬＳＡ系１２のみを示したが、実際
にはＸ方向の位置を検出するもう１組のＬＳＡ系１３も
配置され、第２図ではミラー１２ｋに対応したミラー１
３ｋのみを示してある。ＡＳＣ　１　４はレーザ干渉計
１０からの位置情報も入力し、ウエハステージＷＳの単
位移動量、例えば０．０２μｍ毎に発生するアップ・ダ
ウンパルス信号に同期して光電信号Ｓｒの波形をサンプ
リングし、所定の演算処理によってマークのＹ方向の走
査位置を検出する。主制御装置ｌ５はＡＳＣ　１　４や
ＡＦセンサー１１からの位置情報等に基づいて、投影レ
ンズＰＬのベストフォーカス位置と最適露光量とを算出
し、ステッパーの露光条件をオートセットする他、上述
したＡＦセンサー１１、ＬＳＡ系１２等を含むステッパ
ー全体の動作を統括制御する。

次に、第３図を併用して本実施例の動作について説明す
る。尚、予め露光条件測定パターンＲＭのみが照明され
るように可変ブラインド５ａを駆動制御し、レチクルＲ
の照明視野を調整しておく。

第２図に示したステッパーにおいて、主制御装置１５は
フォーカス位置と露光時間との少なくとも一方の条件を
変えて、例えば所定膜厚のポジレジストを塗布したベア
シリコン基板（ウエハＷ）に、レチクルＲのパターン領
域ＰＡ、即ち基準パターンＲＭＩの像を、ステップ・ア
ンド・リピート方式でマトリックス状に転写する。この
際、マトリックス状に設定されるショット配列において
、Ｘ方向に並ぶショット領域についてはフォーカス位置
を一定に保ったまま、露光漫に一定量ずつオフセットを
与えるため、シャッター２によりＸ方向のショット位置
に応じて露光時間を、例えば１０ｍｓｅｃずつ変えてい
く。一方、Ｙ方向に並ぶショット領域については露光量
を一定に保ったまま、フォーカス位置に一定量ずつオフ
セットを与えるため、ＡＦセンサーｌ１でフォーカス位
置をモニターしながら、駆動部９によりウエハステージ
ＷＳをＺ方向へ微動し、Ｙ方向のショット位置に応じて
フォーカス位置を、例えば０．２５μｍずつ変えていく
。尚、Ｘ，Ｙ方向の中心にある各ショット列では、適正
と思われる露光時間（例えば、２００ｍｓｅｃ）と、設
計上のベストフォーカス位置（ＡＦセンサー１１の零点
基準）とが設定され、これらショット列を中心としてそ
れぞれＸ、Ｙ方向に正負のオフセット量が設定される。

次に、上記の如く基準パターンＲＭＩが転写されたウエ
ハＷは、コータ・ディベロッパ−（不図示）で現像処理
が施された後、再びステッパーへ搬入される。主制御装
置１５はＬＳＡ系１２を用い、現像後に形成された各シ
ョット領域内のレジスト像ＲＰのパターン長さＩ４を計
測する。そこで、この計測動作を第３図（Ａ）〜（Ｃ）
を用いて簡単に説明する。第３図（Ａ）に示すように、
スポット光ＳＰｙでレジスト像ＲＰＩをＹ方向に相対走
査すると、長さＲＶ、ｌ２’のレジストパターンＲＰ１
ａ，ＲＰｌｂの略Ｙ方向に伸びる各エッジからは散乱光
が発生し、この散乱光は投影レンズＰＬ等を介して光電
検出器１２ｎで受光される。

この際、レジストパターンＲＰ１ａ．ＲＰｌｂが回折格
子マークに近似した周期構造となっている場合、その周
期に対応した回折光成分も発生し、この回折光も光電検
出器１２ｎにより受光される。

光電検出器１２ｎはこれら散乱光や回折光を、その光強
度（光量）に応じた光電信号レベルに変換し、この光情
報（光電信号Ｓｒ）をＡ．ＳＣＩ４へ出力する。第３図
（Ｂ）は、回折光を受光した時の光電信号レベルの変化
とスポット光ＳＰｙの走査位置（ウエハステージＷＳの
移動位置）との関係を示すもので、レジストパターンの
Ｙ方向の中心部で回折光が最も多く受光され、両側の先
端部へ行くに従って受光量が少なくなる。ＡＳＣ　ｌ　
４はこの光電信号Ｓｒの波形を取り込み、スライスレベ
ルＳＬで２値化してレジスト像ＲＰＩのパターン長さＬ
ｙを検出し、このレーザ干渉計１０の分解能で検出され
たパターン長さＬｙを主制御装置１５へ出力する。

ここで、レジストパターンＲＰ１ａ，ＲＰ１ｂはその両
端での形状が略同一であり、第３図（Ｃ）に示すように
パターンＲＰＩａは、パターンＲＰ１ｂの中心部に２つ
の台形状パターンを向かい合わせてつなげたもの（図中
の斜線部）を挿入した形状であると考えられる。従って
、レジストパターンＲＰｌａ，ＲＰ１ｂからの光電信号
８Ｓ２において、上記台形状パターン（斜線部）から発
生する回折光強度に応じた光電信号を、光電信号Ｓ２の
中心に挿入したものが光電信号Ｓｌとなる。

第３図（Ｂ）に示した光電信号Ｓｒは、これら光電信号
Ｓｌ，Ｓ２が合成され、しかも各レジストパターン間の
干渉による変化を受けた波形となる。

この結果、光電信号Ｓｒの波形は滑らかなものとなる、
換言すれば単調増加、単調減少する波形となるため、ス
ライスレベルＳＬを簡単に設定できるようになると共に
、パターン長さＬＹの計測精度が向上することになる。

また、長さｌＶｌ２’のレジストパターンＲＰ１ａ，Ｒ
Ｐｌｂが複数本ずつ、スポットスキャン方向（Ｙ方向）
に伸びて形成されることから、スポット光ＳＰｙか相対
走査した時、複数本ずつのレジストパターンＲＰ１ａ，
ＲＰｌｂの各々からの散乱光や回折光を同時に受光する
ことになるため、レチクル製造誤差によって基準パター
ンＲＭＩの各クサビ状マークの長さがわずかにばらつい
ていたとしても、その影響は平均化されることになり、
レチクル製造時の長さ誤差の影響を受け難くなる。

さて、主制御装置１５は上述と同様の動作を繰り返し行
い、各ショット領域毎にパターン長さＬｙを計測する。

そして、この計測結果に基づいて同一露光量のショット
中でパターン長さＬｙが最も長くなると推定されるフォ
ーカス位置を、ベストフォーカス位置として選び、ベス
トフォーカス位置のショット中でパターン長さＬｙが、
予め設定したおいたパターン長さＬｐとなると予想され
る露光量を最適露光量として選び出す。尚、予め同一露
光量のショット中でパターン長さが最も長くなると推定
されるフォーカス位置を求めておき、そのベストフォー
カス位置で露光量のみを変えながら、基準パターンＲＭ
Ｉと所定線幅のライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パ
ターンとを同時に転写する。そして、このショット中で
Ｌ／Ｓパターンのレジスト像の線幅が所定線幅になって
いるショット領域を選び、この選ばれたショット領域内
にＬ／Ｓパターンと同時に形成されたレジスト像のパタ
ーン長さを、上述した基準となるパターン長さＬｐとし
て記憶しておく。この時、適当なレジスト膜厚毎にパタ
ーン長さＬｐを求めておき、主制御装置ｌ５に記憶させ
ておくことが望ましい。

以上のようにフォーカス条件と露光量の条件とが決定さ
れると、主制御装置１５はＡＦセンサー１１においてベ
ストフォーカス位置が零点基準となるように、プレーン
パラレルｌｉｅの傾斜角を調整すると共に、最適露光量
に応じてシャッター２の開時間を算出し、この開時間に
基づいて駆動部３を制御する。これより、ステッパーに
おける露光条件のオートセットが完了し、レチクルＲの
パターン領域ＰＡ全面が照明されるように可変ブライン
ド５３を駆動した後、最適露光条件でレチクルパターン
をウエハＷに露光する。

以上の通り本発明の第１実施例では、露光条件測定パタ
ーンＲＭとして基準パターンＲＭＩ，ＲＭ２（第１図（
Ｂ）、（Ｃ））を用いていたが、第４図（Ａ）、（Ｂ）
、第５図（Ａ）〜（Ｃ）、及び第６図（Ａ）、（Ｂ）に
示す基準パターンＲＭ３〜ＲＭ９を用いても、本実施例
と全く同様の効果を得ることができる。特に、第５図（
Ａ）〜（Ｃ）及び第６図（Ａ）、（Ｂ）に示した基準パ
ターンＲＭ５〜ＲＭ９では、そのレジスト像或いはエッ
チング処理によって形成される下地薄膜パターンと、ウ
エハＷとの接触面積が増加するため、しノジスト像等が
ウエハＷから剥離し難くなるという効果も得ることがで
きる。

基準パターンＲＭ３（第４図（Ａ））は、クサビ状マー
クを３本ずつ長手（スポットスキャン）方向に所定量だ
けずらしながら、短手方向に一定周期あけて配列したも
のである。基準パターンＲＭ４（第４図（Ｂ））は、ク
サビ状マークを３本毎にスポットスキャン方向に所定量
だけずらしながら、短手方向に一定周期あけて配列した
ものである。

基準パターンＲＭ５〜ＲＭ７（第５図（Ａ）〜（Ｃ））
は、第１図（Ａ）、（Ｂ）及び第４図（Ａ）に示した基
準パターンＲＭＩ〜ＲＭ３の各クサビ状マークの一部を
互いにつなげたものである。基準パターンＲＭ８（第６
図（Ａ））は、２本のクサビ状マークを３組ずつ、２本
のクサビ状マークの先端間隔を異ならせながら互いに向
かい合わせ、短手力向に一定周期あけて配列したもので
ある。基準パターンＲＭ９（第６図（Ｂ））は、２本の
クサビ状マークを３組ずつ、２本のクサビ状マークの先
端間隔を一定に維持したまま、各先端位置を長手方向に
所定量だけずらしながら互いに向かい合わせ、短手方向
に一定周期あけて配列したものである。尚、基準パター
ンＲＭ８，ＲＭ９を用いる場合は、２本のクサビ像の先
端間隔を計測し、この先端間隔をパターン長さＬｙとし
て用いる。尚、スポットスキャン方向と垂直な方向に関
する線幅が段階的に変化する直線状パターン、或いは同
様に垂直方向の線幅が段階的に変化する複数のドットマ
ークをスポットスキャン方向に配列したパターンを、ク
サビ状マークの代わりに用いても良い。従って、露光条
件測定パターンＲＭはピッチ、配列、本数等に関係なく
、スポットスキャン方向に関する位置とマーク長さとの
いずれか一方を異ならせながら、複数の連続的若しくは
段階的に線幅が変化する直線状マークを配列したパター
ンであれば良い。

即ち、レジスト像からの回折光（又は散乱光）強度に応
じた光電信号の波形が滑らかになる、換言すればレジス
ト像からの回折光（又は散乱光）分布において平均化効
果があるように直線状マークを配列すれば良い。

次に、第７図〜第９図を参照して本発明の第２実施例に
ついて説明する。尚、本実施例でも第１実施例と同様の
ステッパー（第２図）を使用するものとする。

第７図（Ａ）は、本実施例によるレチクル（テストレチ
クルＴＲ）のパターン形状の一例を示すもので、パター
ン領域ＰＡには中心と外周付近の複数位置、例えば３×
３の配置（レチクル中心と４隅及び４辺の各中心）で計
９ケ所にマーク領域ＭＡ１〜ＭＡ９が形成されている。

このマーク領域ＭＡＩ〜ＭＡ９には、クロム等の遮光部
で形成され、Ｙ方向に対してそれぞれ−θ／２、＋θ／
２だけ傾いた矩形状マークを、Ｘ方向に複数配列した２
組の直線状マーク群ＴＰＩ，ＴＰ２から成る露光条件測
定パターンＲＭ’が設けられている。

この露光条件測定パターンＲＭ’としては、例えば第７
図（Ｂ）〜（Ｄ）に示すような基準パターンＲＭ　ａ　
−　Ｒ　Ｍ　ｃが用いられる。基準パターンＲＭａは、
矩形状マークの傾き方向と直交する方向（短手方向）に
関する線幅Ｄを異ならせる、即ち線幅Ｄ　１．　Ｄ２，
・・・・，Ｄｎ　（Ｄ　ｌ　＞Ｄ２”＞−−−−＞Ｄｎ
，ｎ≧２）となるように、矩形状マークをＸ方向に複数
配列した２組の直線状マーク群ＴＰｌａ，ＴＰ２ａから
成り、本実施例ではｎ＝３として矩形状マークを３本ず
つ、Ｘ方向に一定周期あけて配列してものである。基準
パターンＲＭｂは、矩形状マークの傾き方向（長手方向
）に関する位置を異ならせる、即ち矩形状マークを３本
ずつ平行に長手方向に所定員だけずらしながら、Ｘ方向
に配列した２組の直線状マーク群ＴＰ１ｂ，ＴＰ２ｂか
ら成る。基準パターンＲＭｃは、基準パターンＲＭｂ（
第７図（Ｃ））と同一構成で、しかも矩形状マークが互
いに一部つながるように２組の直線状マーク群ＴＰｉｃ
．，ＴＰ２ｃを形成したものである。尚、基準パターン
ＲＭａ−ＲＭｃは、いずれも２組の直線状マーク群ＴＰ
Ｉ．ＴＰ２がＹ方向にΔｙｐだけ離れ、且つ２組の直線
状マーク群ＴＰＩ，ＴＰ２を重ね合わせた時、交差角θ
が例えばθ＝３゜程度となるように形成される。

次に、上述した第２図、及び第８図、第９図を併用して
本実施例の動作について説明する。第２図に示したステ
ッパーにおいて、主制御装置Ｉ５は第１実施例と同様の
動作で、フォーカス位置と露光時間との少なくとも一方
の条件を変えながら、例えばアルミニウム膜（下地薄膜
）上に所定膜厚のポジレジストを塗布したシリコン基板
（ウエハＷ）に、テストレチクルＴＲのパターン領域Ｐ
Ａ、即ち基準パターンＲＭｂの像を、ステップ・アンド
・リピート方式でマトリックス状に転写する。

この結果、レジスト層には第８図（Ａ）に示すような直
線状マーク群ＴＰ１ｂの潜像ＴＰ１ｂ’が形成される。

尚、レジスト層には直線状マーク群ＴＰ２ｂの潜像も同
時に形成されるが、この潜像は用いない（後述ずる２重
露光を行わない）ので、ここでは図示していない。次に
、ウエハＷ上にマトリックス状に形成されたショット領
域の各々に対して、上述した第１回目の露光時と全く同
じ露光条件で第２回目の露光（２重露光）を実行する。

この際、第１回目の露光でレジスト層に形成された潜像
ＴＰ　１　ｂ’に対して、直線状マーク群ＴＰ２ｂの投
影像が正しく　（交差角θで）重ね合わされるように、
投影レンズＰＬの縮小率ｍと、直線状マーク群ＴＰｌｂ
とＴＰ２ｂとの間隔Δｙｐとを考慮し、第１回目の露光
時の各ステッピング位置に対してウエハステージＷＳを
Ｙ方向にｍ・Δｙｐだけシフトさせながら、各ショット
領域に対してパターン領域ＰＡの像を転写する。

さて、上記の如く２重露光が行われたウエハＷは現像処
理が施された後、再びステッパーへ搬入される。第８図
（Ｂ）に示すように、ウェハＷ上のショット領域の各々
には、第４図（Ａ）に示した基準パターンＲＭ３に類似
したレジスト像ＲＰ’が形成されている。そこで、主制
御装置１５は第ｌ実施例と同様の動作で、ＬＳＡ系１２
により各ショット領域内のレジスト像ＲＰ’のパターン
長さを計測する。そして、この計測結果に基づいてベス
トフォーカス位置及び最適露光量を決定し、この最適露
光条件に応じてステッパーの露光条件をオートセットす
る。尚、レジスト像ＲＰ’から得られる光電信号は、第
１実施例と同様にＹ方向に所定量だけずれた３種類のレ
ジストパターンの各々からの光電信号が合成され、しが
も各レジストパターン間の干渉による変化を受けた波形
となっている。このため、本実施例では上記第１実施例
と同様の効果が得られる他、矩形状マークの使用によっ
てレチクル製造時の負担が低減され、さらにその製造精
度の向上も期待できる。また、第１実施例のようにクサ
ビ状マークをウェハＷ上へ露光すると、先端付近では線
幅が微細になり過ぎて空間周波数が高まり、特に投影露
光法では光の回折現象によって先端付近のレジスト像は
著しく乱れた形状（解像不良）となることがあり得る。

しかし、本実施例では２組の直線状マーク群ＴＰＩ，Ｔ
Ｐ２を用いて２重露光するので、上記回折現象は極めて
少なく、交差角θが小さくても十分な解像が得られ、同
時に交差角θを小さくしたことによる線幅変化に対する
計測感度の増大という相乗効果が得られる。

以上の通り本発明の第２実施例では、露光条件測定パタ
ーンＲＭ’として基準パターンＲＭａ〜ＲＭｃ（第７図
（Ｂ）〜（Ｄ））を用いていたが、露光条件測定パター
ンＲＭ’は第１実施例で適用できる基準パターン（例え
ば、ＲＭＩ〜ＲＭ９）と略同一形状のレジスト像を、２
重露光法で形成できる２組の直線状マーク群であれば良
い。また、本実施例では２組の直線状マーク群ＴＰＩ，
ＴＰ２で２重露光を行っていたが、基準パターンＲＭＩ
，ＲＭ２（第１図（Ａ）、（Ｂ））と同一形状或いは類
似したレジスト像を形成する場合には、特に２組の直線
状マーク群を用いる必要はない。例えば、Ｙ方向に伸び
た矩形状マークを３本ずっＸ方向の線幅を異ならせなが
ら、Ｘ方向に複数配列した直線状マーク群を１組だけレ
チクルに設ける。そして、レーザ干渉計８でモニターし
ながらレチクルを回転させ、直線状マーク群をＹ方向に
対して＋θ／２だけ傾ける。次に、直線状マーク群の第
１回目の露光を行ってレジスト層に潜像を形成した後、
Ｘ，Ｙ方向に位置ずれしないようにレーザ干渉計８でモ
ニターしながら、今度は直線状マーク群をＹ方向に対し
てーθ／２だけ傾けて第２回目の露光（２重露光）を行
う。この結果、第２回目の露光において直線状マーク群
の投影像が、潜像に対して正しく　（交差角θで）重ね
合わされて転写され、レジスト層には基準パターンＲＭ
Ｉに類似したレジスト像が形成されることになる。尚、
１組の直線状マーク群を回転させて２重露光を行うため
、各矩形状マークの長手方向のマーク長さを、形成すべ
きレジスト像の所望のパターン長さより十分長くしてお
くことが望ましい。この方法によれば、２組の直線状マ
ーク群の機能を１組の直線状マーク群で共用させるため
、レチクル製造時の矩形状マークの線幅誤差が本質的に
除去されるようになる。

尚、本発明の第１１第２実施例では露光条件測定パター
ンＲＭ，ＲＭ’が形成されたレチクルを、ｇ線、ｉ線等
を露光用光源とするステッパーに適用していたが、Ｄｅ
ｅｐＵ　Ｖ光、例えば波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマ
レーザ光を光源とするステツパーに適用しても、同様の
効果を得ることができるのは明らかである。また、露光
条件測定パターンＲＭ，’　ＲＭ’として、単にクサビ
状マークを互いに一部つなげて複数配列したパターン、
或いは第９図（Ａ）、（Ｂ）に示す基準パターンＲＭｄ
，ＲＭｅを用いる場合には、上述した第１、第２実施例
のような光電信号の波形を滑らかにするという効果は得
られない。しかしながら、レジスト像或いは下地薄膜パ
ターンのウエハＷからの剥離防止という効果は得られ、
剥離したパターンが異物として再付着することによる悪
影響、例えば歩留まりの低下等は十分防止することがで
きる。実際、第２実施例で用いたウエハＷに対して基準
パターンＲＭｄ，ＲＭｅを焼き付けた時、これらパター
ンのレジスト像の剥離及び、このレジスト像をマスクと
するエッチングによって形成されたアルミニウムパター
ンの剥離は共にみられなかったウ〔発明の効果〕以上のように本発明によれば、レジスト像での光の回折
効率がその断面形状に応じて変化しても、これを要因と
する光電信号レベルの走査位置に応じた変化を低減でき
る、即ち信号波形を滑らかなものにできる。このため、
波形処理のためのスライスレベルを簡単に設定でき、レ
ジスト像のパターン長さの計測を高速化、高精度化する
ことが可能となる。また、現像或いはエッチング処理に
よって形成されるレジスト像或いは下地薄膜パターンの
剥離も防止することができる。この結果、スループット
や歩留まり等を低下させることな《、高精度、高速に露
光条件を測定するのに好適な露光条件測定用マスクを実
現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の第１実施例による露光条件を測
定するのに好適なレチクルのパターン形状の一例を示す
概略図、第１図（Ｂ），（Ｃ）は本発明の第１実施例に
よるレチクルに形成される露光条件測定パターンの形状
の一例を示す平面図、第２図は本発明の第１、第２実施
例によるレチクルを適用するのに好適な露光装置の概略
的な構成を示す平面図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）は第１実
施例におけるレジスト像のパターン長さの計測動作の説
明に供する概略図、第４図（Ａ），（Ｂ）、第５図（Ａ
）〜（Ｃ）及び第６図（Ａ），（Ｂ）は第１実施例によ
るレチクルに形成される露光条件測定パターンの他の形
状を示す平面図、第７図（Ａ＞は本発明の第２実施例に
よる露光条件を測定するのに好適なレチクルのパターン
形状の一例を示す概略図、第７図（Ｂ）〜（Ｄ）は本発
明の第２実施例によるレチクルに形成される露光条件測
定パターンの形状の一例を示す平面図、第８図（Ａ．）
，　（Ｂ）は本発明の第２実施例における２重露光動作
の説明に供する概略図、第９図（Ａ）、（Ｂ）は現像或
いはエッチング処理によって形成されるレジスト像或い
は下地薄膜パターンの剥離を防止するのに好適な露光条
件測定パターンの形状の一例を示す平面図、第１０図（
Ａ）〜（Ｃ）は従来技術の説明に供する図である。〔主要部分の符号の説明〕２・・・シャッター　５ａ・・・可変ブラインド、１１
ａ〜Ｉｌｇ−＝ＡＦセンサー　１２ａ　〜１２ｎ，１３
・・・レーザ・ステップ・アライメント系、１４アライ
メント信号処理回路、１５・・・主制御装置、Ｒ・・・
レチクル、ＴＲ・・・テストレチクル、ＰＡ・・・パタ
ーン領域、Ｗ−・・ウエハ、Ｍ．Ａ　ａ　−ＭＡ　ｅ，
　ＭＡ１〜ＭＡ９・・・マーク領域、ＲＭＩ〜ＲＭ９，
ＲＭａ−ＲＭｅ・・・露光条件測定パターン、ＴＰＩ，
ＴＰ２・・・直線状マーク群、ＲＰ，ＲＰ’・・・レジ
スト像、ＳＰｙ・・・スポット光。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面にレジスト層を塗布した感光基板に所定のエ
ネルギー量でパターンを露光する装置を用いて、該感光
基板への露光条件を測定するためのマスクであって、連
続的若しくは段階的に線幅が変化する直線状マークを、
所定の第１方向に関する該直線状マークの位置とマーク
長さとのいずれか一方を異ならせながら、略平行に前記
第１方向と略直交する第２方向に複数配列したことを特
徴とする露光条件測定用マスク。
（２）前記複数の直線状マークは、互いに少なくとも一
部がつながるように形成されることを特徴とする請求項
第１項記載の露光条件測定用マスク。
（３）表面にレジスト層を塗布した感光基板に所定のエ
ネルギー量でパターンを露光する装置を用いて、該感光
基板への露光条件を測定するためのマスクであって、所
定の第１方向に対して所定角度傾いた矩形状マークを、
該矩形状マークの傾き方向に関するマーク位置と、該傾
き方向と略直交する方向に関するマーク線幅とのいずれ
か一方を異ならせながら、略平行に前記第１方向と略直
交する第２方向に複数配列した直線状マーク群を２組有
し、該２組の直線状マーク群の傾き方向が前記第２方向
に関して略対称となるように形成したことを特徴とする
露光条件測定用マスク。