JPH0231142A - 線幅測定方法及び該方法を用いた露光装置の検査方法 - Google Patents

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、感光基板の感光層に焼き付けによって形成さ
れるパターンの線幅等を測定する方法、及び焼き付けに
使用する露光装置の各種精度等を検査する方法に関し、
特に半導体素子等を製造する際のりソゲラフイエ程で必
要とされる線幅測定や露光装置（アライナ−、ステッパ
ー等）の精度（位置ずれ）確認の方法に関するものであ
る。

〔従来の技術］ 半導体素子の製造現場では、通常、フォトマスクやレチ
クルと呼ばれる原版に形成された回路パターン等を半導
体ウェハ上に１〜２μｍ厚で塗布されたレジスト層に焼
き付け、それを現像することでフォトエツチングを行な
い、現像によって除去されなかったレジスト層をマスク
として、半導体ウェハに各種プロセスを施している。こ
のフォトエツチングの工程を、一般にフォトリソグラフ
ィ、マイクロリソグラフィと呼ぶ、この工程では、フォ
トマスクやレチクルを高解像力を有する露光装置の照明
系の下にセットし、レジスト付のウェハを、そのフォト
マスク又はレチクル（以下レチクルと総称する）の下に
セットし、レチクルとウェハを正確に位置合わせした後
、レチクルのパターンをウェハへ露光している。この種
の露光装置は、年々高集積度化、微細化の進む半導体デ
バイスの製造要求から、フォトマスクとウェハを重ね合
わせて、ウェハを一括露光するコンタクト方式又はプロ
キシミティ方式のアライナ−、フォトマスクのパターン
像を等倍の反射ミラー光学系でウェハ上へ投影しつつ、
フォトマスクとウェハとを一体にしてミラー光学系に対
してリニアスキャンさせるミラープロジェクション方式
のアライナ−１そして、レチクルのパターン像を縮小投
影レンズで１／１０％１１５程度に縮小してウェハ上に
投影露光し、１回の露光が終るとウェハを次の領域ヘス
チッピングさせては露光することを繰り返すステップア
ンドリピート方式のアライナ−１所謂ステツパーへと時
代とともに進歩を続けてきた。

現在、はとんどの半導体製造現場では、多数台のステッ
パーが稼動しており、半導体素子の中で最も集積率を要
求される半導体メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、あるいは
高密度で均一な特性を要求される半導体盪像素子、表示
素子（ＣＯＤカメラ、液晶テレビ）等の製造の主力をに
なっている。特に現在のステッパーは、投影レンズの開
口数（Ｎ。

Ａ、）−を０．５程度に大きくしたり、露光用の照明光
の波長を４３６ｎｍ（ｇ線）から３６５ｎｍ（ｊ線）、
あるいは２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ）へと短波
長化したりすることによって、投影できる像の最小線幅
（解像力）をサブミクロン（１μｍ以下）にすることを
可能とした。このことはほんの数年前までは不可能と思
われていたことであり、サブミクロン領域でのりソグラ
フイは、スルーブツト、取扱いの点で問題が残るものの
電子線描画装置（ＥＢ露光装置）、又はＸ線露光装置に
置きかわるものと考えられてきた。

現在、半導体の製造現場で使われている実用的なステッ
パーとして、露光波長を４３６ｎｍ（ｇ線）、開口数０
．５で１１５１ｉ１小の投影レンズを搭載して、最小線
幅０．８μｍ（レチクル上で４μｍ）の解像力を投影フ
ィールド内の全域（１５×１５ｍｍ角）で確保するもの
が得られている。さらに実験段階にあるエキシマステッ
パー（波長２４８ｎｍのエキシマレーザ光を露光光とす
るもの）では、投影レンズの開口数が０．４以下と小さ
いにもかかわらず、投影フィールド内全域で０．６μｍ
（レチクル上で３μｍ）の線幅解像力が得られている。

このように年々微細化されるリソグラフィ工程では、転
写されたパターンの寸法（線幅等）が実際にどれぐらい
であるのかを高精度に測定することが、しばしば行なわ
れる。これは製造されるデバイスの品質にもかかわるこ
となので、計測したパターン線幅に基づいて、ステッパ
ーの露光条件等を修正したり、投影レンズの光学特性を
チエツクしたりして、製造管理の目やすにするためでも
ある。その他、パターン線幅の測定は、各種の実験や評
価の際に必要不可欠な作業である。

また、ステッパー等の露光装置は、レチクルとウェハと
の位置合わせを高精度に行なうため、最小線幅の数分の
１、ないしｌ／１０程度の総合位置合わせ精度を有する
機械系を備えている。この機械系は、レチクルとウェハ
の位置合わせ（アライメント）を検出するための各種ア
ライメントセンサー系、ウェハを正確にステッピングさ
せるたメツウェハステージ系、及びレチクルを正確にセ
ラ＋−するためのレチクルステージ系等を中心にして構
成されている。

これらアライメントセンサー系、ウェハステージ系、レ
チクルステージ系には、いずれも固有の精度があり、そ
れら精度をチエツクする必要がある。そのための１つの
手法として、先に述べた線幅測定時と同様に、ウェハ上
にレチクルのパターンを焼き付け、現像後のレジスト像
を計測（又は目視）することが知られている。

従来より、焼き付けられたパターンのレジスト像（レジ
ストに形成されたパターン形状）の線幅は、レジスト像
を光学顕微鏡を介してｉＴＶカメラで観察し、その画像
信号を解析してパターンエツジ間の寸法を計測して求め
る方式、ウエノ＼上のレジスト像をレーザスポット光（
数μｍ幅）で走査し、レジスト像のパターンエツジから
の散乱光強度とスポット光走査位置との相関から求める
方式、又はレジスト像を電子ビームのスポットで走査し
、レジスト像からの二次電子強度とビームスポット走査
位置との相関から求める方式（ＳＥＭ方式）等があった
。

また、露光装置の精度をチエツクするためには、特別な
バーニアパターンの入ったテストレチクルを用意し、こ
のテストレチクル上のバーニアの主尺と副尺とがウェハ
上で重なるように、ウェハを一定量だけ位置ずれさせて
二重露光を行ない、そのウェハを現像して得られたバー
ニアのレジスト像を顕微鏡で観察したり、あるいは特開
昭６２−３２６１４号公報に開示されているように、間
隔をおいて２本の平行な直線状パターン（回折格子型）
を焼き付け、現像後その２本の直線状パターンの間隔を
露光装置のアライメントセンサー系で自己計測したりす
ることが行なわれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の線幅測定の３つの方式のうち、ｉＴ■カメラ
ヲ用いる方式とレーザスポット光を用いる方式において
・は、光の回折現象があるため、例えば１本の線状パタ
ーンのレジスト像の幅を単に検出するのみでは自ずと分
解能に限界が生じる。

特にレーザスポット光方式ではスポットサイズが回折限
界以下にならないため、スポットサイズ以下の線幅に対
しては測定が不可能であった。さらにｉＴＶカメラ方式
も簡便ではあるものの、レジスト像を拡大観察するため
の顕微鏡の対物レンズの性能がそのまま分解能や測定精
度を左右するといった問題がある。

また電子ビーム方式（ＳＥＭ方式）は試料となるウェハ
を高真空室に入れてからレジスト像の計測を行なうため
、排気系操作の時間がかかり、測定のスループットが低
く、装置が高価であるといった問題があった。

そこで本発明の１つの目的は、光学的な簡便な測定装置
を用いた場合でも、微細なパターンの線幅（またはパタ
ーンエツジ間隔）を高速に、しかも高分解能で測定する
方法を得ることにある。

また、露光装置の精度チエツク時に、従来のようにバー
ニアを使う方法は、目視によってバーニア目盛りの読み
取りを行なうため自動化が困難であり、作業者の疲労を
伴うとともに処理速度が遅いといった問題があった。さ
らに、２本の直線状パターンの間隔を計る方法では、そ
れら直線パターンのレジスト像間隔を直接光学的（又は
電子線的）に検知するため、レジスト像を検知する計測
センサーに高い精度が要求されるとともに、上記線幅測
定の場合と同様の問題が含まれてしまう。

そこで本発明の他の目的は、露光装置の精度等を検査す
る際、焼き付けられたレジスト像の位置ずれ量を直接計
測せずとも、高精度に装置の精度、特性をチエツクする
検査方法を得ることにある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明においては、線幅測定、露光装置の検査時の位置
ずれ測定のいずれの場合も、まず初めに、マスク（レチ
クル）に形成された第１の直線状パターン（Ｔ　Ｐ　）
　　：　Ｍ　ａ　％　Ｍ　ｂ　−、Ｍ　ｃ　）を感光基
板（ウェハ）のレジスト層に露光した後、第２の直線状
パターン（ＴＰｚ　　：　Ｎａ５ＮｂＳＮｃ）を第１の
直線状パターンと所定の角度（θ）で交差するように重
ね合わせ露光、すなわち２重露光する工程を共通に含ん
でいる。その交差角度はなるべ（小さくすること（例え
ば４５°以下）が望ましいが、極端に小さい角度（例え
ば１°以下）にすると〜２つの直線状パターンによる重
ね合わせ部分が線状に長くなりすぎて、寸法測定ができ
なくなることもある。

さて、第１もしくは第２の直線状パターンのレジスト上
での線幅を測定するためには、２重露光後その感光基板
を現像してフォトエツチングし、２重露光によって形成
されたレジスト像（レジストの微小な凹凸パターン）を
生成する。このレジスト像は、第１及び第２の直線状パ
ターンの夫々をライン・アンド・スペース状の複数本に
した場合、くさび状のモアレパターンとなる。

そして光学的な目視観察、又は自動計測装置によって、
例えばくさび状のレジスト像の長さ寸法（Ｌａ）を計測
する。

ここで測定すべき直線状パターンのレジスト像としての
実際の線幅を２、設計上の線幅を２０、そのときに生成
されるくさび状のレジスト像の設計上の長さ寸法をＬａ
ｏとすると、実際の線幅２は、−例として ＩＶ、−ｚｏ　＋２Δ２ θ ＝１６　−　　（Ｌａ−Ｌａ　ｏ）　　・ｓｉｎの演算
によって求める。

一方、位置ずれ測定のときは、２重露光の後、くさび状
のレジスト像を現像により形成し、２つの直線状パター
ンの両端側にできる２つのくさび状のレジスト像の長さ
寸法（Ｌｅ、Ｌｆ）を計測する。

２つの直線状パターンの相対的な位置ずれ量（ΔＹ）は
、−例として θ ΔＹ＝（Ｌｆ−Ｌｅ）ｔａｎ−の演算により求められる
。

この位置ずれ量を知ることで、露光装置の重ね合わせ精
度、ステッピング精度、ステージの直交度、マスクの回
転量、及び投影光学系の光学特性（デイスト−ジョン、
倍率誤差等）を容易に検査することができる。

〔作　用〕

本発明では、テストレチクル（あるいはデバイスレチク
ル）等を用いたテスト露光により微細な線幅のパターン
を感光基板に露光し、その微細なパターンのレジスト像
の線幅又は位置ずれを直接計測するのではなく、２重露
光によって作られた２つの直線状パターン（エツジ）の
交点の移動量を計測して間接的に線幅や位置ずれ量を求
めようとするものである。

従来、解像力等をチエツクするためのラインアンドスペ
ースパターンは、線幅を、例えばウェハ上で０９１μｍ
ずつかえた複数組をレチクル上に形成しておき、このラ
インアンドスペースパターンが、どの程度の線幅のとこ
ろまで分離しているかをチエツクするように使われてい
た。この場合、ラインアンドスペースの線幅が小さくな
れば小さくなる程、光の回折現象が顕著になって、投影
光学系自体の真の解像力が特定しにくくなっていた。

また露光装置の各種精度チエツクの際の位置ずれ計測の
場合も、より高分解能な計測が必要なときは、レジスト
像自体の線幅を細くする等の必要性があった。

このように、もともと細い線幅のパターンをレチクルに
形成しておき、そのパターンを感光基板に露光する方式
は、それだけレチクルパターンからの回折光の回折角が
大きくなって、投影レンズへ入射する回折光成分が減少
するため、感光基板上に形成されるレジスト像の像質を
悪化させることになる。

本発明では、第１５第２の直線状パターンを、例えば鋭
角で交差するように２重露光する方法を採るため、第１
、第２の直線状パターンの重ね合わせで生じるくさび状
レジスト像は、もともとくさび状のレチクルパターン（
このパターンからは回折角の大きい高次回折光が発生す
る）を露光して得られるレジスト像にくらべて、高次回
折光の影響を受けなくなり、像質が向上する。

〔実施例〕

次に本発明の各実施例を説明するが、その前に本実施例
の方法に好適に使用されるステッパーの構造を第２図を
参照して簡単に説明する。テストレチクル、又はデバイ
スレチクル（以下単にレチクルＲと呼ぶ）は、ｘ、ｙ、
θ方向に微動するレチクルステージＲ３に保持される。

レチクルＲの下面にはパターン領域ＰＡが形成され、コ
ンデンサーレンズ系ＣＬを含む照明光学系からの露光光
の照射により、この領域ＰＡの像が投影レンズＰＬを介
して感光基板としてのウェハＷ上の１つのシ目ット領域
に結像投影される。投影レンズＰＬは少なくともウェハ
側がテレセンドリンク系とな、ており、投影レンズＰＬ
の瞳（入射瞳、又は射出瞳）ｅＰには照明光学系によっ
て光源像が形成される。

さて、レチクルステージＲ３は、レチクルＲのアライメ
ントマークを観察するレチクルアライメント用の顕微ｍ
ｌ、マーク像の光電的処理回路（レチクルアライメント
系）２、レチクルアライメント制御回路３、及びレチク
ルステージ駆動系４を介して所定の位・置、例えばパタ
ーン領域ＰＡの中心点が投影レンズＰＬの光軸を通る位
置に自動的にアライメントされる。

一方、ウェハステージＳＴは、レーザ干渉式測長器（以
下干渉計に呼ぶ）６により２次元的な座標値が逐次検出
され、この座標値に基づいてウェハステージ制御回路７
がｘ、ｙ駆動モータ５をサーボ制御することで０．０２
〜０．０４μｍ程度の精度で正確に位置決めされる。

ウェハステージＳＴのステツピングやアライメントのた
めの移動は、全て主制御系８がらの指令に基づいて制御
される。この主制御系８は干渉計６からの座標計測値も
入力し、各種アライメントの際のウェハの位置をモニタ
ーする。

さて、第２図に示した装置では、ウェハＷ上のアライメ
ントマーク、又はレジスト像を検出するために２種類の
ウェハマーク検出系が設けられている。１つは、対物レ
ンズ１０を介して投影レンズＰＬにＨｅ−Ｎｅレーザ光
等の非感光波長のビームを入射させてウェハＷ上にスボ
ント光（微小な円形又はスリット状）を形成するととも
に、ウェハＷ上のマーク（レジスト像）からの光情報を
投影レンズＰＬ、対物レンズ１０を介して光電検出スる
ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のウェハアライメン
ト系１１である。このＴＴＬアライメント系１１による
光電信号は、スボ・ント光に対してウェハＷ（ウェハス
テージＳＴ）を一方向にスキャンさせることでマーク波
形となって信号処理回路１２に入力する。信号処理回路
１２は、ＴＴＬアライメント系１１からの光電信号波形
のレヘルを、干渉計６からの位置計測パルス（例えば０
．０１μｍ毎に１パルス）信号に応答してアナログ−デ
ジタルサンプリングし、内部のメモリに格納する。そし
て記憶された信号波形のプロフィールからマーク（又は
レジスト像）の特徴的な部分（パターンエツジ等）の位
置を求め、その位置情報を主制御系８へ出力する。

もう１つのウェハマーク検出系は投影レンズＰＬの外側
に固定配置された対物レンズ１４を介してウェハＷ上の
パターン（マーク、レジスト像等）を観察する。ｆｆ−
Ａｘｉｓ方式のウェハアライメント系１５である。

ウェハアライメント系１５には、レジスト層に対して非
感光性で、比較的ブロードな波長分布をもつ照明光源（
タングステンランプ、水銀ランプ等と色フィルターとの
組み合わせ）がウェハ上のパターン観察用の自己照明系
として組み込まれているとともに、単一波長、もしくは
互いにわずかに異なる複数の波長のコヒーレントビーム
のスポット光（微小円形又はスリット状）を対物レンズ
１４を介してウェハＷ上に集光するためのレーザビーム
送光系も組み込まれている。

観察用の自己照明系を用いた場合は、ウェハＷ上のレジ
スト像やマークは、対物レンズ１４を介してアライメン
ト系１５内に設けられたＩＴＶカメラによって明視野像
、もしくは空間フィルター（正反射光カット）を介した
暗視野像として邊像面に結像し、その画像信号波形が、
信号処理回路１６に出力される。またレーザビーム送光
系を用いた場合は、ＴＴＬアライメント系１１と同様に
、ウェハステージＳＴをスキャンさせてウェハＷ上のマ
ークやレジスト像からの光情報（散乱光、回折光等）を
対物レンズ１４の瞳と共役に配置された光電素子（フォ
トマルチプライヤ−、シリコンフォトダイオード等）で
受光し、ステージスキャンに伴なう光電信号波形を干渉
計６からの位置検出パルスに同期してメモリに取込み、
その波形情報を信号処理回路１６に出力する。信号処理
回路１６は画像信号又は光電信号の波形を解析して、マ
ーク、又はレジスト像の特徴的な部分の位置を検出し、
その位置情報を主制御系８へ出力する。

さて、第３図は本発明の実施例による方法を実行するた
めに用意されたテストレチクルＲのパターン配置を示す
平面図である。テストレチクルＲの３辺には、第２図中
のレチクルアライメント系２によって検出されるレチク
ルアライメントマークＲＭ＋　、ＲＭｔ　−ＲＭ３が形
成され、この３ケ所のマークＲＭ、、ＲＭＺ　、ＲＭ、
を基準としてレチクルＲの中央に矩形のパターン領域Ｐ
Ａが形成される０本実施例ではパターン領域ＰＡの中心
部、４隅、及び４辺の中央部の計９ケ所にマーク領域Ｍ
Ａ、　、ＭＡｚ　、ＭＡｓ　、ＭＡ、　、ＭＡｓ　、Ｍ
Ａ＆　、ＭＡ？　、ＭＡ＋＋　、ＭＡｑが形成される。

パターン領域ＰＡの中心部のマーク領域ＭＡ、を中心に
、各マーク領域はＸ方向にピッチＳＸで配置され、Ｘ方
向にピッチｓｙで配置される。

そして中心部のマーク領域ＭＡＳには、Ｘ軸に対して右
上がりの直線状パターン群ＴＰ、と、Ｘ軸に対して左上
がりの直線状パターン群ＴＰ、の一対が形成される。そ
の他のマーク領域ＭＡ、−ＭＡ　ａ　、Ｍ　Ａ　ｂ〜Ｍ
Ａ、の夫々には、マーク領域ＭＡ、内のパターン群ＴＰ
、　、ＴＰ、と同じものをＸ方向に入れ替えて形成しで
ある。第３図では代表してマーク領域ＭＡ、のみの直線
状パターン群ＴＰ、　５Ｔｐｔを示しである。

尚、第３図のようなパターン配置のテストレチクルＲは
、投影露光視野内の９ケ所での解像力（線幅）をチエツ
クすることが可能であるが、マーク領域をさらに任意の
位置に設定してパターン群Ｔ　Ｐ　＋　、Ｔ　Ｐ　ｔを
形成することで、任意の位置での解像力がチエツクでき
る。また直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰｔは予め決ま
った線幅のライン・アンド・スペース状（ピッチは必ら
ずしもｌ：ｌである必要はない）に形成され、その長手
方向（はぼＸ方向）は数十μｍ〜１００μｍ程度もあれ
ば十分である。さらに１つのマーク領域内に形成するパ
ターン群ＴＰ、、ＴＰ、のＸ方向の間隔も任意のもので
よいが、設計上予め求めておく必要がある。ここではパ
ターン群ＴＰ、　、ＴＰ８のＸ方向の間隔をＤｙとする
。

第１図（ａ）、（ｂ）はそれらパターン群ＴＰ、　、Ｔ
Ｐ、の詳細な形状を示す平面図である。パターン群ＴＰ
、は、Ｘ軸に対して角度θ／２だけ右上りの幅２で長さ
Ｈの３本の線状遮光パターンＭａ、Ｍｂ、Ｍｅを透明部
に間隔！で配列したものである。パターン群Ｔ　Ｐ　ｔ
は、Ｘ軸に対して角度θ／２だけ左上り（右下り）の幅
２で長さＨの３本の線状遮光パターンＮａ％Ｎｂ、Ｎｃ
を透明部に間隔ｌで配列したものである。ここでパター
ン群ＴＰ、　、ＴＰ、の中心位置は、それぞれ、線状パ
ターンＭｂ、Ｎｂの長手方向の中心点Ｑ、、Ｑｔとし、
これら中心点Ｑ、　、Ｑ、のテストレチクルＲ上でのＸ
座標値は、１つのマーク領域内においては一致しており
、Ｘ座標値はＤｙだけ差があるものとする。

ここで直線状パターン群ＴＰ＋　５ＴＰｔの成す角度は
θであり、原理的にはこの角度θが一定であればよい訳
であるが、後の計測の便を考えると、はじめから、パタ
ーン群ＴＰ、、ＴＰ、をＸ軸に対して一定の角度±θ／
２（Ｘ軸を基準に反時計回りを正）だけ傾けておいた方
がよい。

次に本発明の第１の実施例による線幅測定の方法を説明
するが、この方法を実施するのに好適なりソグラフィシ
ステムについて第４図を参照して説明しておく、第４図
は第２図に示したステッパー本体１００とコータ・デベ
ロッパー（レジスト塗布部と現像部を一体にもつ装置で
、以下Ｃ，［＋。

と呼ぶ）１２０とをインラインで結合した様子を示し、
Ｃ，Ｄ、　１２０に本実施例の方法の実施を効率よく行
なうための改良がなされている。まず、これから露光し
ようとするウェハはＣ，０，１２０の位置Ｆ、に載置さ
れた後、レジス１４布、乾操部１２１をへて、バッファ
位置Ｆｔで待期する。ステッパー本体１００が露光動作
を始めると、ウェハは位置Ｆ２からステッパー１００の
ロードポジションＦ、に搬送され、ウェハステージＳＴ
上に受は渡され、露光が行なわれる。露光後のウェハは
ステージＳＴから取り出され、アンロードポジシリンＦ
４をへて、Ｃ，０，１２０の分岐ポジシコンＦ、を通っ
て現像部１２２へ送られ、ここで現像されたウェハはＣ
，０，１２０のティク・アウトポジションＦ、に保存さ
れる。ここで特別に改良した点は、レジスト塗布部１２
１と現像部１２２との間にリニアなガイドレール１２３
を設け、このガイドレール１２３に沿って、ウェハを保
持して一次元に移動する搬送アーム１２４を設けたこと
である。アーム１２４は、現像部１２２から出てきたウ
ェハを保持した状態で所定量をもち上げ、ガイドレール
１２３に沿って第４図中で右方へ移動し、そのウェハを
分岐ポジションＦ、に受渡す。

このためアーム１２４は上下動、回転運動可能に構成さ
れている０分岐ポジションＦ、に受は渡された現像済み
ウェハは、ポジションＦ、からバッファ位置Ｆ８へ搬送
され、再びステッパー本体１００ヘローデイングされる
。

従って、このようなＣ，０，１２０とインラインを組む
ことによって、露光後に現像したウェハをただちにステ
ッパー本体１００へ戻し、レジスト像の観察や各種計測
をステッパーのアライメント系を用いて実施することが
できる。

男」ｊ口ＩＪＬ但 さて、第３図に示したテストレチクルＲを第２図のステ
ッパー本体１００のレチクルステージＲ３にセットし、
レチクルアライメント系２により、テストレチクルＲを
所定の位置にアライメントする。ステッパー１００は予
め定められている露光シーケンスに従って、ステップア
ンドリピート方式でテストレチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａの投影像をウェハＷ上のレジスト層に順次焼き付けて
いく　（ファーストプリント）。このとき、ウェハＷ上
の１つのショット領域には第３図に示した９ケ所ノマ一
ク領域Ｍ　Ａ　Ｉ−Ｍ　Ａ　ｑがレジスト層に潜像とし
て転写される６次に今露光を行なった各ショット領域に
対して同一のテストレチクルＲを用いて重ね焼き（セカ
ンドプリント）を行なう。

この時、初めに露光したシックＤｉ域に対して、これか
ら投影しようとするパターン領域ＦＡの投影像をＸ方向
にｍ−Ｄｙ（ただしｍは投影レンズＰＬの縮小率で１７
５、ｌ／１０等）だけ正確にずらして重ね合わせ露光を
行なう。この操作によって、ウェハの１つのショット領
域内のレジスト層には、９ケ所のマーク領域ＭＡ、〜Ｍ
　Ａ　９の夫々において、パターン群ＴＰ、とＴＰ、と
が第１図（ｃ）のように２重露光された潜像が形成され
る。尚、ここでファーストプリント時とセカンドプリン
ト時とで、ステッパー本体１００はほぼ同一の露光量で
シャッター制御を行なうものとする。

その後、このウェハＷをＣ，Ｄ、　１２０へ送り、所定
の現像工程をへてから搬送アーム１２４によりステッパ
ー本体１００へ戻し、ウェハステージＳ下上に載置する
。そして、例えばｏｆ［−ＡｘｉＳ方式のウェハアライ
メント系１５の対物レンズ１４の視野内にウェハＷ上に
レジスト像（微小凹凸のパターン）となって現われた第
１図（Ｃ）のくさび状のパターンを位置決めし、ＩＴＶ
カメラを介してテレビ画面上で観察する。

このときテレビ画面上には第１図（Ｃ）中に斜線部で示
したくさび状パターンＩＲ，、ＩＲ，、ＩＲ，が映像化
される。くさび状パターンｒＲｔ、ＩＲｚ、ＩＲｓは本
実施例の場合は２重露光によって全く露光されなかった
部分であり、レジスト層がポジレジストのときはくさび
状パターン■Ｒ，、ＩＲ，、ＩＲｓの形でレジスト層が
残って凸部となり、ネガレジストのときはくさび状パタ
ーンＩＲ，，ＩＲ窓、ＩＲｓの形でレジスト層が除去さ
れ凹部となる。

上記ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のアライメント系１５が第１
図（Ｃ）のようなくさび状パターンＩＲ、、ＩＲ，、Ｉ
Ｒ，のＸ方向の長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｅ、、Ｌｆを計測で
きる構成になっている場合は、その長さ寸法を精密に測
定し、前もって測定しておいた線状パターンのレジスト
像における幅のデータ（基準値）との関係から、実際に
露光された線状パターンの線幅を演算する。

ここで第５図を参照して線幅変化を求める原理を説明す
る。第５図はレチクルＲ上の線幅２の直線状パターンＭ
ａの投影像Ｍａ″　と直線状パターンＮａの投影像Ｎａ
’　　とが重なった一部分を示す図で、レジスト層に形
成されるべき理想的な線幅をｉ゛　とする。

２本の像Ｍａ’　、Ｎａ’　が交わる角度はθであり、
理想的な線幅ｌ″に対してともに２Δ２だけ変化したレ
ジスト像が形成されたものとする。

線幅ｌ′の状態では、２本の投影像Ｍａ’　、Ｎａｏの
内側のエツジは交点ｖＩで交わり、線幅が！°から２′
＋２Δ２に変化した状態では、交点Ｖ８で交わり、幾何
学的な交点はｖｌからＶ、へ距ａｔ　ｃ　ｔだけ移動す
る。

距離Ｃｔと交差角度θとの関係は、第６図に簡単に示す
ように、線幅変化量Δ！を変数とした三角関数で表わさ
れ、（１）式のように表わされる。

Δ１ Ｃ１−・・・・・・・・・・・・（１）θ ｉｎ ところが実際にレジスト像となったときは、幾何学的な
交点Ｖ＋、Ｖｚの部分（（さび先端部）は多少まるめら
れるため、くさび状のレジスト像の先端Ｕ、、Ｕ、はそ
れぞれ交点Ｖ、、Ｖ、から距＠Ｄだけずれた位置に形成
される。しかしながら、先端Ｕ　ｌ、　Ｕ　ｔの距Ｍｃ
ｏは一定の範囲内ではＣ０−Ｃ７が正確に再現される。

第５図は、くさび状パターンの１つの頂角に着目したも
のであるが、第１図（ｃ）に示したレジスト像のくさび
状パターンＩＲ，の場合は、Ｘ方向に左右対称形である
ため、線幅変化がおこると、両側の頂角として形成され
るくさび先端部は互いに逆方向に移動することになる。

そこで理想的な線幅２゛でレジスト像が形成されている
ときのくさび状パターンＩＲ，のＸ方向の長さＬａをａ
、線幅変化量をΔ２とすると、この線幅変化によるパタ
ーンＩＲ，の長さ変化量Δａは、（１）式をもとに、（
２）式で現わされる。

２Δｌ Δａ””２Ｃｏ　＝２ＣＴ　＝ θ ！Ｉｎ ・・・、・・・・・・（２） ここで正負の符号は、長さａが本来の値よりも短い（Δ
ａが負）ときは線幅変化量２Δ２だけ線幅の絶対値が太
くなったことを現わす、また二の（２）式は（３）式の
ように変形できる。

θ ２Δ１３−Δａ　・ｓｉｎ　−・・・・・・・・・　（
３）二のことから、適当な直線状のレジスト像のパター
ン線幅を２゜とし、そのときのくさび状パターンＩＲ，
の長さ寸法Ｌａがａｏであることを予め基準データとし
て記憶しておけば、形成されたくさび状パターンＩＲ，
の長さａ゛を実測し、次の（４）式に代入することで、
その直線状パターンのレジスト像の線幅ｌ′を求めるこ
とができる。

Ｎ’　−Ｌ　＋２Δ２ θ ＝ｎｏ　　　（ａ’　　−８０）ｓｉｎ・・・・・・・
・・　（４） ここで線幅ｉｏに対する長さａｏを求めておくことは、
第５図で示した幾何学的な交点Ｖ、　　（Ｖ２）と実際
のくさび先端０１（Ｕｌ）の距離りを求めることに相当
する。

この距ｊｌｌＤば、２重露光する際の露光量、投影レン
ズＰＬとウェハＷの焦点ずれ等の要因によって多少変化
し得るが、１回目の露光と２回目の露光とで露光条件（
ｎ光量、焦点合わせ等）を同一にしておけば、同じ厚さ
のレジスト層に対してはほぼ一定値になる。

また線幅測定にあたって、第１図（ｃ）中のくさび状パ
ターンＩＲｚ（又はＴＲ３）を用いることもできる。こ
のことを第７図を参照して説明する。第７図（ａ）は２
つの直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰ、が理想的な位置
関係で重ね合わせ露光されたときのくさび状パターンＩ
Ｒｇの様子を示し、このパターンＩＲ，のＸ方向の寸法
Ｌｅを実測値ｅ１として求めれば、先の各式に基づいて
容易に線幅を知ることができる。ところがこの場合、２
つの直線状パターン群ＴＰ、、　Ｔｐｚの重ね合わせが
Ｘ、又はＸ方向にｙＩからｙｔにずれて、第７図（ｂ）
のようになると、線幅変化が零であるにもかかわらず、
くさび状パターンＩＲ，は■Ｒ２″のように寸法Ｌｅは
６１　よりも小さな値ｅ寡になってしまう、そこでくさ
び状パターンＩＲ（又はＩＲ，）単独で線幅を求めよう
とする場合は、くさび状パターンＩＲ２°のＸ方向の幅
ｙ２と長さＣ８を実測し、重ね合わせのずれ量Δｙ−３
’＋−ｙｚを求め、この位置ずれ量Δｙに起因したくさ
び先端の移動量 θ Δｅｙｅ、−ｅ、−Δｙ◆ｃＯｔ を算出する。

そして、この世Δｅだけ実測値ｅ！を補正してから先の
（４）式と同様にして線幅を求めればよい。また２ケ所
のくさび状パターンＩＲ，、ＴＲ１に着目した場合、重
ね合わせ露光時にパターン群ＴＰ、とＴＰ、が本来の位
置からＸ、又はＸ方向にずれて重ね焼きされると、左側
のレジスト像としてのくさび状パターンＩＲ，の寸法Ｌ
ｅと、右側のくさび状パターンＩＲ，の寸法Ｌｆとは相
補的な関係で長さ変化する。すなわち、パターンＩＲ，
の寸法ＬｅがΔｅだけ短くなると、パターンＩＲ，の寸
法ＬｆがΔｅだけ長くなる。

そこで２つのくさび状パターンＩＲ，、ＩＲ。

の寸法Ｌｅ、Ｌｆを実測して、その和をくさび状パター
ンの長さとして求めるようにすれば、重ね合わせ時の位
置ずれの影響はキャンセルされ、その和の値（Ｌｅ＋Ｌ
ｆ）は１１１５１変化のみに応じて変化する値となる。

以上のことからも明らかなように、第１図（Ｃ）におい
てくさび状パターンＩＲ工、ＩＲ，の寸法Ｌｅ、Ｌｆを
計ってその和を求めることは、２つのパターン■Ｒ２と
ＩＲｓの先端の間隔距離Ｌｂを計ることと同等のことで
あり、距離Ｌｂを実測してもよい。

このように、角度θで交差する２本の直線状パターン（
暗部又は明部）が完全に重なってできる平行四辺形の長
さ寸法においては、重ね合わせ露光時の位置ずれの影響
が除かれ、その長さ寸法を変化させる要因は線幅変化の
みとなる。

また、予めわかっている線幅１０に対応したくさび状パ
ターンＩＲ，の長さａｏを求め、Ｃ１ζ００の関係から
、実測した長さａｏと長さａｏとを使って任意の線幅２
′を求めるだけでなく、いくつかの線幅ｆ、　、ｆ、・
・・に対する長さａｌ、ａ２・・・を予め求め、このデ
ータから線幅２の変化とくさび状パターンの寸法Ｌａの
変化との関係を解析しておいて、−二の関係を参照して
、実測した長さａｏから線幅！″を求めてもよい。さら
に求めるべき線幅を持つパターンをレジスト層につくる
レチクル上のパターンと、２重露光される２つのパター
ン群ＴＰ、　、Ｔｐｉとは必らずしも同一のもの、ある
いは同一寸法の別のパターンである必要はない。

尚、第１図（Ｃ）のようなくさび状のレジスト像は、第
１図（ａ）、（ｂ）に示した３本の直線状パターンで形
成することに限られるものではなく、パターン群ＴＰ、
、ＴＰ、とじて少なくとも１本の直線状パターンがあれ
ば十分である。

ただし、重ね合わせすべき２つのパターン群ＴＰ１とＴ
　Ｐ　ｔ　とでは、直線状パターンの本数は揃えておい
た方がよい。

またレジスト像として形成されたくさび状パターンｒＲ
，ｉＲ，、ＩＲｓの長さを計測する手段は、第２図に示
した露光装置のアライメントセンサーを用いてもよいし
、又は別の測定装置を用意してもよい。

そこで、ウェハ上で線幅０．８μｍのライン・アンド・
スペースの繰り返しパターンのレジスト像を第２図のよ
うな投影露光装置で転写したときの線幅測定の実験例を
述べる。

投影露光装置は、露光光の波長がｇ線で、投影レンズの
開口数（Ｎ、Ａ、）が０．４５のものを使用し、ベアシ
リコン基板（ウェハ）に１．０μｍ厚にポジレジストを
塗布したものを用意し、テストレチクルＲ上の直線状パ
ターン群ＴＰ、　、ＴＰ、は、ウェハ上で０．８μｍの
線幅となるようなライン（暗部）がウェハ上で０．８μ
ｍの幅となるように５本並べたパターンとし、パターン
群ＴＰ、　、ＴＰ、の成す角度θが３°になるようにし
て、上述のように重ね焼きを行なった。この重ね焼きの
際、重ね合わせすべきシゴットに対しては、１回目の露
光量と２回目の露光量とが同一になるようにしたままで
、ショット毎にそれぞれの露光量を一緒に（例えばシャ
ッター時間にして１０ｍＳ　ｅ　ｃずつ）変化させて複
数のショットの夫々に重ね合わせ露光を行なった。その
後、第４図に示したようなＣ，Ｄ、　ｌ　２０により現
像を行ない、基板上に形成された第１図（Ｃ）のような
レジストパターンを、光学顕微鏡を用いて拡大し、ＪＴ
Ｖカメラで受像して観察した。

ここではレジストパターンのうち、くさび状パターンＩ
Ｒ，の長さ寸法Ｌａを、それぞれの露光量変化に対応し
て求めた。

同時に、くさび状パターンＴＲ，の寸法Ｌａが２０μｍ
　（ａｏ　）のとき、レジストパターンの線幅（ライン
幅）が０．７８μｍ（ｊ！ｏ）であることを電子ビーム
測長機（ＳＥＭ方式）により基準データとして求めた。

そして、くさび状パターンｌＲ１の長さ寸法Ｌａが、２
２．５μｍ（ａ’）となっていることを光学顕微鏡で計
測し、そのくさび部分をつくっている線状パターンの線
幅を電子ビーム測長機で実測したところ、０．８４７μ
ｍになっていた。

一方、上記（４）式にθ＝３°、ａ０＝２０μｍ１２゜
＝　０．７８μｍ、ａ’　＝２２．５μｍを代入して計
算すると、線幅値（ｌｏ）として０．８４５μｍの値が
得られ、これは電子ビーム測長機による実測値とよく一
致していることがわかった。

また、シリコン基板上に１μｍの厚さでアルミニウムを
スパッタしたウェハに、５μｍ厚にポジレジストを塗布
し、上記の露光条件と同じに重ね焼きを行なったところ
、電子ビーム測長機による線幅実測値と（４）式による
計算値とがよく一致していることが確認された。

以上の実施例によれば、テストレチクルＲに設けた直線
状パターン群ＴＰ、とＴＰ、との重ね焼きを、露光量を
変化させつつ実行し、現像後にくさび状パターンの長さ
寸法Ｌａを、その露光量の変化毎に実測して、各露光量
毎の線幅値（ｉ゛）を求めれば、最適な露光量（例えば
シャッター時間）を迅速に求めることができる。

星又立災旌■ 第３図に示したテストレチクルＲのパターン配置からも
明らかなように、直線状パターン群ＴＰ１とＴＰ、の重
ね合わせは、１シヨツト領域内で９ケ所（ＭＡ、−ＭＡ
！　）にできることから、その９ケ所の各々におけるく
さび状パターンの長さ寸法を計測して線幅を算出するこ
とで、投影レンズＰＬの露光視野内での像面傾斜や像面
湾曲を検査することもできる。

そのためには、ステップアンドリピート方式で重ね焼き
する際、各ショット毎には露光量を一定にしておき、シ
ョット毎にフォーカス位置（投影レンズＰＬとウェハＷ
の間隔）を、例えば０．２〜０．５μｍずつ変えていく
ようにすればよい、そして、各ショット内で同一の位置
のくさび状パターンＩＲＩ　　（又はＪＲ，、ＩＲ，）
の長さを計測して、フォーカス位置の変化に対する線幅
の変化を求める。これをショット内の９ケ所の夫々につ
いて実施すると、例えば第８図のような特性グラフが描
ける。第８図で横軸は算出した線幅値２゛縦軸はフォー
カス位置Ｚを表わす。実線で示した曲線Ｇ、はショット
領域の中心のマーク領域ＭＡ、での特性を示し、他の破
線で示した曲線Ｇｔ１Ｇ、は他のマーク領域での特性を
示す０曲線Ｇ。

上で線幅値２”が最も小さくなったフォーカス位置Ｚ１
がショットセンターでのベストフォーカス点であり、同
様に曲線Ｇ、　、Ｇ、上で最も線幅値が小さくなったフ
ォーカス位置Ｚｔ、Ｚｓが、そのショット内の計測点で
のベストフォーカス点である。ショットセンターのベス
トフォーカス点Ｚ、に対する他の点のベストフォーカス
点２．．２、等を比較することで、像面傾斜、像面湾曲
等が検査できる。この検査は第２図、第４図に示したス
テンパー１００を用いて自動的に実行することも可能で
あるが、このことは後で詳述する。

気１夏災施■ 上述の実施例では、第３図に示したように、はぼＸ方向
にのみ伸びた直線状パターン群ＴＰ、、ＴＰ、を用いる
ものとした。一般にこの種の投影レンズは極めて高い解
像力を有するが、露光視野内の軸外の任意の像高点では
、その解像力は等方的に一定ではなく、わずかながら異
なった値（例えば０．ｌｌ１ｍ以下）を示すことがある
。これは投影レンズのディストーシゴンの一種である。

そこで、露光視野内でのある点について、２次元（ｘ、
Ｘ方向）の線幅測定を行なうのに好適なレチクルＲのパ
ターンを、第９図を参照して説明する。

第９図は第３図に示したテストレチクルＲの各マーク領
域ＭＡｎ内に形成されるパターンを示す。

直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰ、ｔの形状、交差角度
は、いままで説明したものと全く同じであるが、その中
心Ｑ、、Ｑ、がＸ方向にＫｘ、Ｘ方向にＫｙだけずれる
ように配列され、中心Ｑ１とＱｚを結ぶ線分を、ｘ、ｙ
軸の夫々に対して４５°となるように、すなわちＫｘ−
Ｋｙとなるように、マーク領域ＭＡｎ中の斜め右下の部
分に形成しておく。そして、Ｘ方向の線幅測定に使うた
めの２つの直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰ、を、４５
゜の中心線ｊに関して直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰ
、の夫々と線対称に配置する。従ってパターン群ＴＰ３
　、ＴＰ４の相対的な交差角度はパターン群Ｔ　Ｐ　＋
　、Ｔ　Ｐ　ｔ　と同様にθとなり、パターン群ＴＰｉ
　、”ｒｐ、の各中心Ｑ、　、Ｑ、を結ぶ線分もｘ、ｙ
軸に対して４５°で、中心Ｑ３、Ｑ４はｘ１ｙ方向にＫ
ｘＳＫｙだけずれている。

このようなマーク領域ＭＡｎを設けた場合、１回目の露
光に対して２回目の露光は、ウェハＷ上の重ね合わせ露
光すべき１つのショット領域（１回目の潜像が形成され
ている）と、マーク領域ＭＡｎの投影像とを相対的にｘ
、ｙ軸に対して４５°方向に（Ｋｘ、Ｋｙ）だけずらす
ようにすればよい。

従って、ｍを縮小率とすると、２回目の重ね焼きのため
のステッピング座標（直を、１回目のステッピング座標
値に対して（ｍ−Ｋｘ、ｍ−Ｋｙ）だけオフセットさせ
ておけばよく、これはステッパー１００の主制御系８に
よって自動的に実行可能である。あるいは、ステッピン
グ座標は変えないで、レチクルＲを保持するレチクルス
テージＲ３をｘ、Ｘ方向に（Ｋｘ、Ｋｙ）だけ駆動系４
によって移動させてから、２回目の露光を行なっでもよ
い。

尚、第９図に示した各直線状パターン群の配置は、第３
図の場合と同様に、マーク領域Ｍ　Ａ　ｌ〜ＭＡ、　、
ＭＡ、〜Ｍ　Ａ　ｑの夫々については同一にし、中心の
マーク領域ＭＡＳについては、パターン群ＴＰ、とＴＰ
、の配置、及びパターン群ＴＰ、とＴＰ、の配置を入れ
かえておくとよい。これは後述する各種精度チエツクの
ための重ね焼きの操作において極めて有効だからである
。

■土至ｌ施班 いままで説明した実施例では、テストレチクルＲ上に、
互いの交差角度がθとなるような２組の直線状パターン
を予め設けて重ね焼きを行なったが、単一の直線状パタ
ーンのみを用いても、同様に重ね焼きによる（さび状パ
ターンＩＲ，（ＩＲｚ、ＩＲ３）を形成することができ
る。第１０図は、そのために必要なマーク領域ＭＡｎ中
の直線状パターン群ＴＰの配列の一例を示し、第１１図
はその重ね焼きを実行するのに好適なステッパー本体の
レチクルステージＲ３付近の構成を示す。

まず、テストレチクルＲ内の各マーク領域、特に中心の
マーク領域Ｍ　’Ａ　ｓ以外のところに、第１Ｏ図に示
すように、十分長い直線状パターン群ＴＰを形成する。

このパターン群ＴＰは、ライン・アンド・スペースの本
数を多くする（もちろん１本でも可能である）とともに
、その中心点Ｑ０とレチクルＲの中心ＲＣを結ぶ線分に
対して直交する方向に伸びるように形成される。従って
、各マーク領域ＭＡｎ毎に直線状パターン群ＴＰの長手
方向はＸ、ｙ軸に対してまちまちの角度になる。

尚、中心のマーク領域Ｍ　Ａ　ｓについては、直線状パ
ターン群ＴＰの方向性を任意に定めてよいが、好ましく
はＸ方向に伸びた直線状パターンとする。

このようなテストレチクルＲを、第１１図のようにレチ
クルステージＲ３上にセットし、まずレチクルアライメ
ント系２を用いて、レチクルマークＲＭｚ、ＲＭｓを検
出して、ｘ、Ｘ方向及び回転方向について正確にレチク
ルＲを位置決めする。

この実施例では、レチクルステージＲ３の位置は、３つ
の干渉計２０．２１．２２で逐次検出されるように構成
し、干渉計２０．２１によって、レチクルステージＲ３
の回転量とＸ方向の変位量を計測し、干渉計２２によっ
てＸ方向の変位量を計測する。

レチクルの位置決めが完了すると、駆動系４は干渉系２
０．２１．２２による各計測値を初期値として保持し、
この初期値に対してテストレチクルＲが第１０図に示す
ように、はぼ−θ／２だけ回転するように、レチクルス
テージＲ３を干渉計２０．２１．２２の計測値に基づい
てサーボ制御する。この際、本実施例では、レチクルＲ
の中心ＲＣを原点としてレチクルステージＲ３を回転さ
せるものとする。また、その回転量は正確に一θ／２で
ある必要はない。レチクルＲが負方向に回転し終ったら
、その時の回転位置を干渉計２０．２１から読み取り、
第１の回転角α、として記憶した後、１回目の露光を行
なう。

そして２回目の露光の際は、レチクルステージＲ３を初
期位置からほぼ＋θ／２だけ回転させた後、その時の回
転位置を第２の回転角α２として記憶してから重ね焼き
を行なう、この場合、１回目と２回目の露光において、
ステッピング位置は同一でよい。

以上の操作によって、ショット領域内の各マーク領域Ｍ
Ａｎに対応する位置には、投影レンズの露光視野（円形
）内で接線方向に伸びるくさび状パターンＩＲＩ　　（
ＩＲｌ　、Ｉｎｓ　）が形成され、露光視野内で放射方
向の線幅測定が可能となる。

線幅測定は第１図（ｃ）の場合と同様にくさび状パター
ンＩＲ１の長さ寸法Ｌａを実測して、（４）式から求め
ればよい訳だが、交差角度θについては、重ね焼きの際
に記憶した第１の回転角αと第２の回転角α□の差（α
１−α２）を代入することになる。

尚、第１１図に示すように、干渉計２０．２１．２２を
有するレチクルステージＲ５が設けられたステッパーで
は、第３図、第９図のようなテストレチクルＲを用いた
重ね焼きの際に、レチクルステージＲ３を極めて正確に
距ＭＤｙ、又は（Ｋｘ、Ｋｙ）だけ移動させることがで
きるので、１回目と２回目の露光において、ことさらス
テッピング位置を変えなくてもよいことは明らかである
。

星ｌ五皇旌■ 次に、重ね合わせ露光を使った位置ずれ計測を説明する
が、この位置ずれ計測の手法はステッパーの各種精度、
すなわちウェハステージＳＴのステッピング精度、アラ
イメント系を用いた位置合わせ（重ね合わせ）精度、投
影レンズのデイスト−シラン（倍率誤差も含む）等を検
査するのに極めて有効であり、ステッパー自身が、それ
ら精度を自己診断して精度管理の最適化を実現するため
にも使用可能である。

まず、第１２図を参照して、その原理を説明する。第１
２図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ第１図（ａ）、（ｂ）
に示したのと同様の直線状パターン群ＴＰ、　、ＴＰ、
を示し、互いの交差角度はθである。ただし直線状パタ
ーン群Ｔ　Ｐ　ｒ　、Ｔ　Ｐ　ｚの長さＨは、ここでは
第１図の場合の丁度半分であるものとする。

この２つのパターン群Ｔ　Ｐ　ｌ、　Ｔ　Ｐ　ｔは、例
えば同一レチクル内に所定の間隔をあけて設けられてい
る。

第１２図（ｅ）、（ｅ）、（ｇ）は、２つのパターン群
’ｒｐ、　、ＴＰｔを２重露光した場合であり、ウェハ
ステージＳＴ、又はレチクルステージＲ３による所定量
（Ｄｙ、Ｋｘ、Ｋｙ等）の位置ずらしを伴ったものであ
る。第１２図（ｃ）は位置ずらしによって２つのパター
ン群ＴＰ、　、ＴＰｚ′ｂ＜Ｘ、Ｘ方向の夫々について
正確に重ね合わされた状Ｕ（ずれ量ΔＸ−Δｙ−０）を
示し、この時ウェハＷのレジスト層に形成されるくさび
状パターンＩ　Ｒｔ　−Ｉ　Ｒｓは第１２図（ｄ）のよ
うになる。第１図の場合は、中央に平行四辺形状のくさ
び状パターンＩＲ，が存在したが、ここでは直線状パタ
ーン群Ｔ　Ｐ　＋　、　Ｔ　Ｐ　ｚの長さＨを半分にし
たため、第１図（ｃ）で示した左右のくさび状パターン
と同形のものだけが形成される。第１２図（ｄ）の場合
は位置ずれ量は零であるから、左右のくさび状パターン
ＩＲ１、ＩＲｓのＸ方向の寸法Ｌｅ、Ｌｆは等しくなる
。しかし、第１２図（ｅ）に示すように、２重露光時に
２つのパターン群ＴＰ、、ＴＰオが相対的にＸ方向のみ
に誤差ΔＹをもって重ね合わされたものとすると、現像
後のくさび状パターンＩＲ，の寸法Ｌｅは、第１２図（
ｆ）に示すように位置ずれ量が零だったとΔＬｘ きにくらぺて　　　　　だけ短くなり、くさび状ΔＬｘ パターンＩＲ，の寸法Ｌｆは　　　　　だけ長くなる、
もちろん、誤差ΔＹの方向によっては長短関係が逆にな
ることもある。従って、例えば寸法ＬｅとＬｆの差を求
め、その差が正か負かによって、誤差ΔＹの正負を知る
ことができる。

また、２重露光時に、２つのパターン群ＴＰ。

、ＴＰ、が相対的にＸ方向のみに位置ずれを起した場合
は、第１２図（ｇ）、（ｈ）に示すように、左右のくさ
び状パターンＩＲ，、ＩＲ，は同量だけ寸法変化するた
め、寸法Ｌｅ、Ｌｆの差は零のままである。

このため、第１２図（ａ）、（ｂ）のように、はぼＸ方
向に伸びた２つの直線状パターン群ＴＰ＋、ＴＰｔによ
る２重露光では、重ね合わせ時のＸ方向の誤差ΔＹ酸成
分みが判読できる。従って、２次元方向について位置ず
れ計測をしたい場合は、第９図に示したように、２方向
についてそれぞれ直線状パターン群を用意しておけばよ
い。

さて、第１２図（ｆ）のような左右のくさび状パターン
ＩＲ，とＩＲ，の寸法Ｌｅ、Ｌｆを計測した後は、第１
３図に示した幾何学的な解析から、次の（５）式によっ
て位置ずれ量（誤差）ΔＹを求めることができる。

θ ΔＹ−（Ｌｆ−Ｌｅ）　　・ｔａｎ θ ＝ΔＬ　ｘ−ｊａｎ　−−（５） 尚、本実施例では露光条件（露光量、フォーカス位置）
や現像条件によって線幅が変化しても、寸法Ｌｅ、Ｌｒ
の変化量は互いに等しくなるため、寸法差ΔＬｘは変化
せず、もっばら２重露光時の重ね合わせのずれ量のみに
比例するといった特有の効果が得られる。

また、第１１１ｉＵ　（ｃ）に示したレジスト像におい
ても全く同様であって、両側のくさび状パターンｆＲ，
、ＪＲ，の寸法り、ｅｓＬ、ｒを計測して差を求めれば
、位置ずれ量ΔＹが計算できる。

ここでテストレチクルＲには、例えば第１４図（ａ）、
（ｂ）のように、パターン群Ｔ　Ｐ　ｔとＴＰ、を互い
に９０°で交差するように配置したマーク領域ＭＡｐと
、パターン群ＴＰ、とＴＰ。

を互いに９０゛で交差するように配置したマーク領域Ｍ
Ａｓとが互いに異なる複数の位置に形成される。ここで
各パターン群ＴＰ、　、ＴＰ、　、ＴＰ３、ＴＰ４のｘ
、ｙ軸に対する傾きは、第９図の場合と同じとする。ま
た各マーク領域ＭＡｐ、ＭＰｓ内の各直線状パターン群
は、第１４図（Ｃ）、（ｄ）に示すようにＸ、又はＸ方
向にマルチ配列にして、くさび状パターン（モアレパタ
ーン）ＩＲ２、ＩＲ，がある繰返し周期で整列した回折
格子状となるようにしてもよい。

さて、第１５図はステッパーのステッピング精度の測定
方法を説明する図である。

第１５図（ａ）は１回目の露光による１つのショット領
域Ｓ　Ａ　Ｉを示し、シゴット内でＸ方向にＸｌだけ離
れた２つの位置Ｊ、に、すなわち第３図に示したレチク
ルＲのパターン中でマーク領域ＭＡ、とＭＡ、に対応す
る位置に、それぞれ第１４図（ａ）、（ｂ）に示したマ
ーク領域ＭＡｐ、ＭＡｓの潜像を形成する。１回目の露
光後、ウェハステージＳＴをＸ方向にＸｌだけ正確にス
テッピングさせてから、２回目の露光を行なう。すると
、ショット領域ＳＡ、内の位置Ｋに作られたマーク領域
ＭＡｓの潜像の上に、レチクルＲ上のマーク領域ＭＡｐ
の投影像が２重露光される。この様子を第１５図（ｂ）
に誇張して示す。第１５図（ｂ）で、破線で示した２回
目のショット領域Ｓ　Ａ　ｚｏは、理想的にステッピン
グが行なわれ、ステップエラー（ΔＸ、ΔＹ）が零の場
合である。

もしステッピングエラーが生じると、２回目のショット
領域ＳＡ、は位置にでわずがなｘ、Ｘ方向の位置ずれ量
Δｘ１ΔＹとなって現われる。

そこで２重露光後のウェハを現像すると、位置Ｋにでき
たマーク領域ＭＡｓのレジスト像ＭＡＳ゛には、パター
ン群Ｔ　Ｐ　ｓとＴＰ、の重ね合わせによるくさび状パ
ターンｒＲｘと、パターン群ＴＰ、とＴＰｔの重ね合わ
せによるくさび状パターン［Ｒｙが、第１２図（ｆ）の
ように形成される。このくさび状パターンＩＲχ、ＩＲ
ｙがら、第１２図で説明したように寸法Ｌｅ、Ｌｆの差
ΔＬｘを求めれば、（５）式に基づいてそれぞれＸ方向
とＸ方向の位置ずれ量ΔＸ、ΔＹが計算できる。

同様にショット領域内の上下（Ｘ方向）２ケ所にＹ、た
け離してマーク領域ＭＡＲ，ＭＡｓを設けておけば、Ｘ
方向のステッピングエラーが検査できる。

尚、第３図にも示したように、Ｘ方向、及びＸ方向にＸ
、（２・Ｓｘ）、Ｙ、（２・Ｓｙ）だけ離れたマーク会
！域は、それぞれ３組あるので、シップＤＩ域内の３ケ
所に２重露光で作られたくさび状パターンＩＲｘ、ＩＲ
Ｙが形成される０例えばＸ方向のステッピングにおいて
は、第３図中のマーク領域Ｍ　Ａ　＋　とＭＡｆｆ　、
マーク領域ＭＡ。

とＭＡ、　、及びマーク領域ＭＡ、とＭＡ、の夫々が２
重露光され、ショッＤｉ域ＳＡ、内でＸ方向にほぼｍｍ
−３ｙ（は縮小率）だけ間隔をあけてくさび状パターン
の像ＭＡｓ’　が形成される。そこで、これら３組の像
ＭＡｓ’　の夫々についてｘ１ｙ方向のステッピングエ
ラー（ΔＸ、ΔＹ）を求めて比較すると、ウェハステー
ジＳＴのステッピング時のヨーイング（ｘ−ｙ平面内で
の微小回転）も検査できる。

星ｌ見！施斑 次に、投影レンズの倍率誤差やデイスト−ジョンの検査
方法を第１６図を参照して説明する。第１６図（ａ）に
示すように、１回目の露光時に、ショット領域ＳＡ、の
中心、すなわち投影レンズＰＬの光軸ＡＸが通るレチク
ルセンターＲＣ近傍の位置Ｊに第１４図（ａ）、又は（
Ｃ）のようなマーク領域ＭＡｐが露光され、同時にショ
ット領域ＳＡ、の隅の位置Ｋに第１４図（ｂ）又は（ｄ
）のようなマーク領域ＭＡｓが露光されるようなテスト
レチクル（第９図のマーク領域ＭＡｎを第３図のように
配列したレチクルでも同様）を用意する。投影レンズに
倍率誤差やデイスト−シランがあると、本来位置Ｋに露
光されるべきマーク領域ＭＡｓは（ΔＸ１ΔＹ）だけず
れた位置Ｋ”に露光される。そこで２回目の露光時には
、位置ＪとＫの設計上の距離に相当するステップピッチ
（Ｘ−、Ｙｚ　）だけウェハステージＳＴを移動させ、
２重露光を行なう。

このようにすると、ショット領域Ｓ　Ａ　ｒの隅にでき
たマーク領域の像ＭＡｓ’　には、第１５図（ｃ）と同
じくさび状パターンＩＲｘ、ＩＲ７ができ、全く同様に
して位置ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）を求めることができる。

このずれ量（ΔＸ１ΔＹ）は、その点における投影レン
ズの倍率誤差量、デイスト−シラン量と等しい。

以上のことを、シッット領域ＳＡ、内の任意の位置で行
なうことで、投影レンズの視野内の光軸ＡＸを中心とし
たデイスト−ジョン（倍率誤差）量が検査できる。

尚、第１６図（ａ）に示したステップピッチ（ｘ、　、
Ｙ、）は、第３図中に示したマーク領域の間隔（Ｓｘ、
Ｓｙ）に対して、Ｘ、−ｍ−３ｘ、Ｙｘ　＝ｍ−３ｙの
関係になっている。また第９図のマーク領域ＭＡｎを有
するテストレチクルＲの場合は、中心のマーク領域Ｍ　
Ａ　ｓと他のマーク領域とで各直線状パターンの傾きを
相補的にしておくだけで、同様のデイスト−ジョン計測
にそのまま使用できる。

】１１口むｉ桝 次に、いままで説明してきたくさび状のレジストパター
ンＩＲ，、ｒＲ，、ＩＲ，の長さ寸法をステンパー本体
１００で自動計測する例について説明する。

この自動計測には、第２図に示したステッパーに設けら
れているｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のウェハアライメント系
１５とＴＴＬ方式のアライメント系１１との２つが使用
可能である。第１７図（Ａ）、（Ｂ）は、ウェハアライ
メント系１５によるくさび状パターンＩＲ，の寸法計測
の様子を示し、ＶＡはｉＴＶカメラ（顕微鏡１４）にょ
る撮像視野であり、Ｒｆ、、Ｒｆ、は、顕微鏡の観察光
路中に設けられて、デバイスウェハ上のアライメントマ
ークと位置合わせされる平行な線状の基準マークである
。また撮像視野ＶＡ内のＳＬ、、Ｓ　Ｌ　１はｉＴＶカ
メラの走査線である。まず、計測すべきくさび状パター
ンＩＲ，の長手方向が走査線ＳＬ、　、ＳＬ、と平行に
なるように設定し、ウェハステージＳＴを制御して視野
ＶＡの中心（基準マークＲｆ、）よりも左側にくさび状
パターンＩＲ，の像が位置するようにする。そのときの
ウェハステージＳＴの位置を干渉計６から読み取り、Ｘ
ａとして記憶する。信号処理回路１６はｉＴＶカメラか
らの走査線毎の画像信号を入力し、垂直方向に加算平均
する。このとき、１本の走査線の画像信号中で、基準マ
ークＲｒｌよりも左側に何らかのレベル変化（エツジ散
乱によるレベル低下等）が生じているときは、その画像
信号を順次加算し、レベル変化がないときは、その画像
信号を加算しないように処理する０例えば第１７図（Ａ
）で示した走査線ＳＬ、については、基準マークＲｆ、
の左側では大きなレベル変化を生じないため、走査線Ｓ
Ｌ、の画像信号は加算しないようにする。一方、走査線
Ｓ　Ｌ　ｔについては、基準マークＲｆ、の左側で、く
さび状パターンＩＲ，のエツジ（レジスト層の段差）と
交差するため、このエツジ部で散乱が生じて画像信号の
レベルが大きく低下する。従って走査線ＳＬ、のように
、くさび状パターンＩＲ，上を走査したときの画像信号
は加算される。こうして加算された画像信号は、水平方
向の画素毎に平均値が求められ、第１７図（Ａ）の下段
のような信号波形を得る。

そしてこの信号波形のレベル変化から、基準マークＲｆ
、とＲｆ２のＸ方向の中点と、くさび状パターンＩＲ，
の先端との距離ΔＰ１を計測する。

次にウェハステージＳＴをＸ方向に移動させ、第１７図
（Ｂ）のようにくさび状パターンＩＲ。

の他方の先端が視野ＶＡ内に位置するように位置決めし
、その時のステージＳＴの位置をｘｂとして記憶する。

そしてこの場合、基準マークＲｆ　ｚの右側で（さび状
パターン■Ｒ１上を走査する走査線からの画像信号を順
次加算して平均化する。

これによって第１７図（Ｂ）の下段のような信号波形が
得られ、基準マークＲｆ、とＲｆ、の中点とくさび状パ
ターンＩＲ，の他方の先端との距離ΔＰ２を計測する。

そして、計測した各値Ｘａ、Ｘｂ、ΔｐＨΔＰ、から（
６）式によって長さＬａを算出する。

Ｌａ＝＋＝　（Ｘａ−Ｘｂ）　＋ΔＰ、＋ΔＰ２・・・
・・・・・・　（６） ただし、ΔＰＩは第１７図（Ａ）のようにくさび状パタ
ーンＩＲ＋　の右側の先端部が基準マークＲｆ、　、Ｒ
ｆｔの中心より右にあるときを正とし、左にあるときを
負とし、ΔＰ８も第１７図（Ｂ）のようなときは正とし
、くさび状パターンＩＲ。

の左側の先端が基準マーク中心より右にあるときは負と
する。

尚、マニュアルで計測する場合は、基準マークＲｆ、と
Ｒｆ、の中心にくさび状パターンＩＲの左右の先端部が
位置するようにウェハステージＳＴをＸ方向に移動させ
たときの移動量を求めれば、その移動量が長さＬａに相
当する。

以上、ｉＴＶカメラを用いたウェハアライメント系１５
によるくさび状パターン（レジスト層）の計測では、明
視野観察像を画像信号にしていたが、対物レンズ１４の
軸外から斜めに照明光（非感光性の白色光）を落射させ
、くさび状パターンからのエツジ散乱光を対物レンズ１
４を介してｉＴＶカメラで観察してもよい。

第１８図はＴＴＬ方式のアライメント系１１によるくさ
び状パターンの計測の様子を示す。アライメント系１１
は先にも説明した通り、スリット状のスポット光ＳＰを
投影レンズＰＬを介してウェハＷ上に投射し、ウェハ上
のレジストパターンからの戻り光を投影レンズＰＬの瞳
ａｐと共役に配置した光電素子で受光する方式である。

尚、ｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のウェハアライメント系１５
についても、対物レンズ１４を介してウェハ上にスリッ
ト状のスポット光を投射している場合は同じ構成にする
ことができる。

さて、ＴＴＬアライメント系１１の具体的な構成につい
ては、例えば特開昭６１−１２８１０６号公報等に開示
されているので、ここでは詳細な説明を省略するが、ウ
ェハ上のパターンからの回折光や散乱光を光電検出する
ものである。

ところでウェハ上に形成されたくさび状パターンＩＲ，
、ＩＲ，、ＩＲ２は、複数本のライン・アンド・スペー
ス状のパターン群ＴＰ、　、ＴＰ。

の２重露光で作られるため、くさびの長手方向と直交す
る方向に関しては、一定の周期構造となっている。この
周期構造を、特開昭６１−１２８１０６号公報に開示さ
れているような回折格子マークの周期構造と同様にして
おくと、第１８図（ａ）に示すようにＸ方向に伸びたス
ポット光ＳＰとくさび状パターンＩＲ，（長手方向とＸ
軸が一致）とをＸ方向に相対走査したときに、アライメ
ント系１１によって受光可能な回折光（±１次、±２次
光等）が発生する。

第１８図（ｂ）は、その回折光を受光する光電素子から
の光電信号波形を表わし、信号波形のＸ方向の長さを信
号処理回路１２によって計算し、くさび状パターンＩＲ
，の長さＬｅとする。尚、くさび状パターン配列アの各
くさび状パターンのＸ方向のピッチは一定であるが、Ｘ
方向については順次デエーティ（凹凸の寸法比）が変化
するため、Ｘ方向のスポット走査中は回折効率が変化し
て、くさびの先端側では信号レベルが低下する。

以上のように、ステッパーに設けられた各種アライメン
ト系を用いて、くさび状パターンＩＲ。

、ＩＲ，、ＩＲＥの寸法を自動計測できるようにしてお
くと、第４図に示したようなＣ，０，１２０とのインラ
イン化によって、はぼ無人で線＄Ｍ？ｊｌＩ定や精度検
査が可能となる。このため、例えばステッパー立上げ時
や、処理すべきデバイスウェハのロフトが変った時等に
、テストレチクルＲと試し焼き用のウェハをローディン
グし、２重露光を行なって線幅や精度を自己計測し、以
後の実デバイス露光時の基礎データとして保存しておく
ことができる。これは所謂、オートセットアツプｍ能と
も呼ばれ、ステッパー等の露光装置の状態を常に一定に
保つ上で極めて有用な機能である。

こうして自動計測によって得られた基礎データは、ステ
ッパーのベストフォーカス位置の決定、ウェハ表面と投
影レンズの間隔を計測して焦点合わせを行なうためのフ
ォーカスセンサーのオフセフ）Ｊｌの決定、デイスト−
シランを考慮したステッピング位置（露光位置）の微小
オフセフ）１の決定、投影倍率を微小量だけ調整する機
構（例えば投影レンズ内の空気間隔の圧力制御等）への
オフセット量の決定、あるいは実デバイス製造時の重ね
合わせ誤差に対する補正量の決定等に使われる。

尚、くさび状パターンＩＲ，、ｌＲ１５［Ｒ３は有機物
質であるため、紫外域の光を照射して螢光やリン光を発
生させることもできる。そこで、現像されたウェハをス
テージＳＴに！！置し、ステッパーの露光用照明系等を
用いて、テストレチクルのない状態で一定時間だけ露光
光（ｇ線、ｉ線、エキシマレーザ光等）をウェハに照射
した後、ただちにｏｆｆ−Ａｘｉｓ方式のウェハアライ
メント系１５で、螢光やリン光で発光するくさび状のレ
ジストパターンを光電検出してもよい。

丈■血■実Ｕ くさび状パターンの光電的な検出には、第１９図に示す
ように微小円形スポット光ＳＰ’　をＸ方向に高速走査
しつつ、Ｘ方向にゆっくりウェハステージＳＴを移動さ
せ、この間に、例えばくさび状パターンＩＲ，から生じ
るエツジ散乱光の信号波形（ピーク）の変化とＸ方向の
走査位置の変化とに基づいてくさび状パターンの長さを
計測してもよい０例えば１つのくさびパターンに着目す
ると、くさびパターンの２つの斜辺の夫々で生じるエツ
ジ散乱光のピーク位置のＸ方向の間隔は、Ｘ方向のステ
ージ移動位置に応じて変化する。そこでそのＸ方向の少
なくとも２ケ所で、エツジ散乱光の２つのピーク間隔値
を求め、演算によってくさびパターンの長さを知ること
もできる。

また、第３図に示したようなパターン配列を持ったレチ
クルＲの場合は、レチクルアライメント系２の精度（特
にローテーション量）も定量的にチエツクするこ七がで
きる。

レチクルＲは、レチクルアライメント系２によってマー
クＲＭ、　、ＲＭ、の２ケ所でローテーションが除去さ
れるように位置決めされる。ところがレチクルアライメ
ント系２にオフセントやドリフトが生じていると、レチ
クルＲはローテーションを伴って位置決めされる。そこ
で例えばレチクルＲ上の２ケ所のマーク領域ＭＡ、　、
ＭＡ４の２重露光によるレジスト像を使って、この２ケ
所におけるＸ方向の位置ずれ量ΔＹを求め、その差を計
算することによって、レチクルアライメント系２の残存
ローテーション誤差を知ること力（できる。尚、この際
、ウエノλステージＳ’ｌま２回目の露光時にＸ方向に
距離Ｄｙ（又はＫｙ）だレナ移動されるが、このときス
テージＳＴにヨーインク゛が発生すると不都合なので、
ステージＳＴのヨーイング量を計測する差動干渉計を設
け、そのヨーイング量の分だけ計算上で補正すれば、正
確なレチクルローテーション誤差が求まる。

さらに上述の各実施例では２重露光すべき２つの直線状
パターン群Ｔ　Ｐ　＋　、Ｔ　Ｐ　ｔは同一のレチクル
内に所定の間隔で設けられるものとしたが、別々のレチ
クルの夫々に一方ずつを同−位置己こ形成するようにし
、１枚目のレチクルの露光後、２枚目のレチクルに交換
して２回目の露光を行なってもよい、この場合はレチク
ル交換時のアライメント誤差を含んだ重ね合わせ精度も
チエ・ンクできる。

また、各実施例におけるくさび状パターンは、現像後の
レジストパターンとしたが、２重露光直後にレジスト層
に形成されたくさび状の潜像を光学的に検出してもよい
。この場合、レジスト層で感光した部分と感光しなかっ
た部分とで光学的なコントラスト（屈折率、反射率等）
が異なるという物理現象を使うことになる。

第２０図は２つの直線状パターン群の変形例を示し、パ
ターン群ＴＰ、″、ＴＰ、″の各直線パターンの長手方
向はＸ軸方向と完全に一致しているが、２重露光時に互
いに交差し合うほぼＸ方向に伸びたエツジＥａ、Ｅｂが
Ｘ軸に対してθ／２だけ傾くように作られている。この
ような直線状パターン群ＴＰ、°、ＴＰ、°を２重露光
しても、同様のくさび状パターンを形成することができ
る。

また、２重露光による線幅測定や位置ずれ測定は、投影
光学系を用いた露光装置以外に、紫外線、Ｘ線を露光光
として用いたプロキシミテイ方式のＸ線ステッパーでも
同様に実行可能である。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、はぼ直線状のパターン（マスク
上で暗部又は明部）の２つを、所定の交差角度で交わる
ように２重露光して、くさび状のレジスト像を作るため
、もともとくさび状に形成されたマスクパターンを１回
の露光のみで転写する場合にくらべて、くさび先端部の
レジスト像の再現性が極めてよいといった効果が得られ
る。もともとくさび状のマスクパターンの場合は、先端
になればなる程、その線幅が細くなり、空間周波数の上
昇に伴なう結像に寄与しない回折現象が現われやすく、
十分な解像力で転写できないといった問題がある。

また本発明では、単純な直線状パターンのみでよいため
に、そのパターンをマスク上に形成するのは極めて容易
である。

さらに本発明で使われる位置ずれ測定では、位置ずれ量
をモアレパターン（くさび状）の長さに変換して検出し
、その交換率（長さ変化量／位置ずれ量）を１／ｌａｎ
θ倍にしたため、ｔａｎθが１より小さい範囲では極め
て高精度な計測力（可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法による２重露光の原理を説明する
図、第２図は投影型露光装置の構成を示す図、第３図は
第１の実施例に好適に使用されるテストレチクルのパタ
ーン形状を示す平面図、第４図は第２図の露光装置とレ
ジスト塗布、現像装置をインライン化した場合の構成を
示す図、第５図、第６図、第７図は線幅測定の様子を説
明する図、第８図は線幅測定を応用した像面傾斜、像面
湾曲の検査方法を説明する図、第９図は２方向の線幅測
定や位置ずれ測定を可能とするレチクル上のパターン形
状を示す図、第１０図は単一の直線状パターンを用いた
線幅測定に好適なパターン形状を示す図、第１１図は露
光装置のレチクルステージ部分の構造を示す斜視図、第
１２図は２重露光によって位置ずれ測定を行なう方法を
模式的に説明する図、第１３図は位置ずれ測定時の計算
の原理を説明する図、第１４図は位置ずれ測定用にテス
トレチクル内に形成された直線状パターンの各種形状を
示す図、第１５図はステッピング精度の検査方法を説明
する図、第１６図は倍率、デイスト−ジョンの検査方法
を説明する図、第１７図（Ａ）、（Ｂ）はｉＴＶカメラ
によるレジスト像（（さび状パターン）の寸法計測の様
子を示す図、第１８図はスリント状スポント光の走査に
よるレジスト像の寸法計測の様子を示す図、第１９図は
円形スポット光による寸法計測の一例を示す図、第２０
図は直線状パターン群の他の形状を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ＴＰｌＴＰｌ、、ＴＰ！、ＴＰｌ″、ＴＰ。 ＴＰ、　、ＴＰ、・・・・・・直線状パターン群θ・・
・・・・交差角度 Ｒ・・・・・・レチクル Ｗ・・・・・・ウェハ ＩＲ，、ＩＲｔ　、ＩＲｓ ・・・・・・くさび状パターン（レジスト像）Ｌａ、Ｌ
ｂ、Ｌｅ、Ｌｆ・・・・・・レジスト像の寸法第８図 第７ 第１０図 く（ 口 （ｂつ （ｅ） （ｆ） 第７２図 第７５図 第１６図 第７７図（Ａ） 第７７図（Ｂ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）マスク中に光透過部もしくは光遮へい部として形
   成された所定幅の第１の直線状パターンを感光基板上の
   レジスト層に露光する第１工程と；該レジスト層に露光
   された第１の直線状パターンのレジスト像と所定の角度
   で交差するように、所定幅の第２の直線状パターンを前
   記第１の直線状パターンのレジスト像に重ね合わせ露光
   する第２工程と； 前記第１の直線状パターンと前記第２の直線状パターン
   との重なりによって形成されたレジスト像の寸法を計測
   する第３工程と； 該計測値と前記２つの直線状パターンの交差角度とに基
   づいて、前記第１の直線状パターンもしくは第２の直線
   状パターン、あるいはそれと同等のパターンのレジスト
   像の線幅を算出する第４工程とから成ることを特徴とす
   る線幅測定方法。
2. （２）前記第２工程で重ね合わせ露光が行なわれた後、
   前記感光基板上のレジスト層を現像する工程を含み、前
   記第３工程は、該現像によってレジスト層中に生じた前
   記レジスト像の微小凹凸の段差エッジ間の寸法を計測す
   ることを特徴とする請求項第１項記載の方法。
3. （３）前記第２工程において、前記第１の直線状パター
   ンのレジスト像と前記第２の直線状パターンとの各エッ
   ジが交差する角度を９０°以下の鋭角にし、前記第３工
   程は前記重ね合わせによって形成されたレジスト像中の
   鋭角部の頂点と所定の基準点との距離を実測することを
   特徴とする請求項第１項又は第２項記載の方法。
4. （４）前記第１の直線状パターンと第２の直線状パター
   ンとを同一のマスク上の異なる部分に、前記所定の角度
   だけ互いに傾けて形成したことを特徴とする請求項第１
   項記載の方法。
5. （５）前記第１の直線状パターンと第２の直線状パター
   ンとは、それぞれほぼ平行に複数本を設け、前記第２工
   程において該複数本の第１及び第２の直線状パターンの
   重ね合わせ露光によるモアレパターンのレジスト像を形
   成することを特徴とする請求項第１項記載の方法。
6. （６）マスクのパターンを感光基板へ転写する露光装置
   を用いてマスク中に光透過部もしくは先遮へい部として
   形成された所定幅の第１の直線状パターンを感光基板上
   のレジスト層に露光する第１工程と； 前記マスク中の前記第１の直線状パターンとは異なる位
   置に、前記第１の直線状パターンと所定の角度で交差す
   るように形成された所定幅の第２の直線状パターンが、
   前記レジスト層に露光された第１の直線状パターンのレ
   ジスト像と重なり合うまで前記マスクと感光基板とを前
   記露光装置内で所定量だけ相対移動させる第２工程と； 該相対移動の後、前記露光装置により前記第２の直線状
   パターンを前記第１の直線状パターンのレジスト像に重
   ね合わせ露光する第３工程と；前記第１の直線状パター
   ンと前記第２の直線状パターンとの重なりによって形成
   されたレジスト像の寸法を計測する第４工程と； 該計測値と前記２つの直線状パターンの交差角度とに基
   づいて、前記第１の直線状パターンと第２の直線状パタ
   ーンとの重ね合わせ時の位置ずれ量を算出する第５工程
   とを含み、該位置ずれ量に基づいて前記露光装置の精度
   を検査することを特徴とする露光装置の検査方法。
7. （７）前記第１の直線状パターンと第２の直線状パター
   ンのそれぞれは、平行な複数本で構成されるとともに長
   手方向の寸法がほぼ等しく定められ、該複数本の第１の
   直線状パターンと該複数本の第２の直線状パターンとを
   重ね合わせ露光したときに、該直線状パターンの両端側
   から中心に向けて線幅が細くなるくさび形状に形成され
   る２つのレジスト像の長さを前記計測値として計測する
   ことを特徴とする請求項第６項記載の方法。