JPH03155112A

JPH03155112A - 露光条件測定方法

Info

Publication number: JPH03155112A
Application number: JP1294590A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Takatsu; 紀彦高津; Kyoichi Suwa; 恭一諏訪; Shinichi Nakamura; 信一中村; Hiroaki Hosokawa; 細川　博昭; Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1989-11-13
Filing date: 1989-11-13
Publication date: 1991-07-03
Also published as: US5434026A

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露光条件を決定する方法に関し、特
に投影型露光装置（アライナ−ステッパー等）における
フォーカス条件を正確に設定するのに好適な測定方法に
関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程では、通常レ
チクル（マスクと同義）と呼ばれるガラス原版に描かれ
た回路パターンを、ウエノ＼上に所定膜厚（１〜２μｍ
程度）゛で塗布されたレジスト層に焼付けた後、現像処
理により除去されなかったレジスト層をマスクとして、
ウェハにフォトエツチングを含む各種プロセスを施して
いる。特に露光（焼付）工程では、レチクルパターンを
高分解能でウェ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（ステッパ
ー）が多用されるようになっている。

この種のステッパーは、レチクルとウェハとを正確に位
置合わせした後、投影レンズを介してレチクルパターン
をウェハ（レジスト層）へ露光するもので、最近では高
集積化、微細化の進む半導体デバイスの製造要求から、
露光用照明光の波長を４３６ｎｍ（ｇ線）から３６５ｎ
ｍ（ｉ線）、或いは２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ
）へと短波長化したり、高開口数（Ｎ、　Ａ、　）の投
影レンズの開発が行われている。

現在、半導体素子製造の実用的なステッパーとして、露
光波長４３６ｎｍ（ｇ線）、開口数０゜５４で１１５縮
小の投影レンズを搭載し、最小線幅０．６５μｍ（レチ
クル上で３．２５μｍ）以下の解像力を露光フィールド
内の全域（１５Ｘ１５ｍｍ角）で確保するものが得られ
ている。さらに、高集積化によるチップサイズの大面積
化に伴って露光フィールドも拡大し、そのフィールドサ
イズは例えば２０Ｘ２０ｍｍ角程度に達している。

さて、大きい開口数の投影レンズは必然的に焦点深度が
浅くなる上、露光時のベストフォーカス位置に対するウ
ェハ表面のずれ量（デフォーカス量）によっては、現像
処理によりレジスト像の一部が除去される、所謂膜減り
が生じ、レジスト像のイメージコントラストが低下し得
る。このような膜減りがレジスト層の厚さ方向に生じる
場合は、現像後のレジスト像の膜厚が薄くなることにな
って、このレジスト像をマスクとする次のエツチング工
程において不利、即ちレジスト像（マスク）があっても
下地層が除去（エツチング）され得る。

また、レジスト像の長さ方向に膜減りが生じる場合はレ
ジスト像の両端が除去されて、長さ方向のパターン寸法
が短くなってしまう。

このことは製造されるデバイスの品質にもかかわること
なので、膜減りが生じないデフォーカス量、即ちインフ
ォーカス側（ベストフォーカス位置に対して投影レンズ
側）、及びアウトフォーカス側（同ウェハ側）のフォー
カス位置を測定し、デフォーカス特性として膜減りが生
じないフォーカス範囲（投影レンズの膜減りに関する焦
点深度）を知ることは、ウェハプロセス上イメージコン
トラストが高いレジスト像、換言すれば所期の特性を満
足するデバイス（半導体素子）を得るためにも重要であ
る。

そこで、このような膜減りしないフォーカス範囲を求め
るため、従来ではウェハへの試し焼きを行った後、ウェ
ハを現像し、レジスト像の形成状態を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）や光学顕微鏡等で観察している。具体的には
、所定線幅の直線状パターン（バーパターン）が一定ピ
ツチで配列されたライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）
パターンを用い、最適な露光量（露光時間）でフォーカ
ス条件のみを一定量（例えば０．２μｍ）ずつ変化させ
て順次ウェハへ露光を行う。そして、現像後にウェハ上
のショット領域（投影レンズの露光フィールドに対応）
内に形成されたＬ’／Ｓパターンのレジスト像を、ＳＥ
Ｍや光学顕微鏡を用いてＩＴＶカメラで観察する。特に
レジスト像が厚さ方向に膜減りしているか否かをＳＥＭ
を用いて観察する場合は、長さ方向と略垂直な方向（短
手方向）に試料（レジスト像）を切断して、断面観察用
サンプルを作成する必要がある。次に、レジスト像の形
成状態（膜厚、パターン長さ等）から膜減りしていない
イン及びアウトフォーカス側の位置を求め、そのフォー
カス範囲をもって投影レンズの膜減りに関する焦点深度
とすることが行われている。

〔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投影レン
ズの露光フィールド全域、例えばフィールドセンタ及び
その外周付近に位置する複数点の各々で膜減りしないフ
ォーカス範囲を測定するには、各測定点毎に上述した測
定動作を繰り返し行わなければならず、さらにレジスト
像の形成状態を光学顕微鏡や専用測定機（ＳＥＭ等）で
観察するため、処理速度が極めて遅いといった問題があ
る。

また、光学顕微鏡を用いてｒＴＶカメラでレジスト像を
観察する場合は、顕微鏡のフォーカス合わせを厳密に行
う必要があり、作業者の疲労は計り知れないものがある
。一方、ＳＥＭ等の専用の測定機を使用する場合は、比
較的高精度にレジスト像の観察を行うことが可能である
が、試料となるウェハ（断面観察用に切断したもの）を
高真空室に入れてからレジスト像の観察を行うものであ
るため、断面観察用サンプルの作成、排気系操作等に時
間がかかり、測定のスループットが低いという問題があ
る。

特に広い露光フィールドの投影レンズでは、その露光フ
ィールド内の全域にわたって膜減りしないで解像できる
フォーカス範囲を簡便に計測する必要性が生じている。

しかしながら、このような投影レンズでは露光フィール
ド内の測定点（１０〜２０点）が増加し、現在のところ
露光フィールド全域で膜減りしないフォーカス範囲の測
定を行うことは労力的にも時間的にも不可能である。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高精度、
高速に投影レンズの露光フィールド全域で膜減りが生じ
ないフォーカス条件を測定する方法を提供することを目
的とする。

〔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
ジスト層が形成されたウェハＷを投影レンズＰＬの最良
結像面に配置することによって、レチクルＲに形成され
たパターンを所定の露光エネルギー量でウェハＷに露光
する装置を用いてつエバＷへの露光条件を測定する際、
ウェハＷ上の異なる複数のショット領域ＳＡの夫々に、
テストレチクルＴＲ上の予め定められた複数の位置に形
成された第１パターンＲＭ、、ＲＰ、を、露光条件を変
えながら順次露光（第１露光）を行うようにする。そし
て、ウェハＷ上のショット領域ＳＡ内に形成された第１
パターンの潜像の少なくとも一部に対して、ショット領
域毎に露光条件を変えながら、第２露光として第２パタ
ーンＲＭ２、ＲＰ２の重ね合わせ露光（２重露光）を行
うようにする。次に、第１及び第２パターンの重ね合わ
せ露光によってレジスト層に形成されるレジスト像の形
成状態、即ちフォーカス位置毎のショット領域内のレジ
スト像の有無を検出するようにし、レジスト像が存在す
るフォーカス範囲を投影レンズＰＬの膜減りに関する焦
点深度として決定することとした。

〔作　用〕

本発明においては、以下に述べる２つの原理を用いてい
る。第１の原理は、第１露光によって形成された第１パ
ターンのレジスト像に厚さ方向の膜減りが生じる場合、
その第１露光によってレジスト層に形成される第１パタ
ーンの潜像に対して、露光量に関する条件を適切に設定
して第２パターンの重ね合わせ露光（第２露光）、即ち
略均一な光強度分布をもつ光ビームによる均一露光（以
下、単にフラッド露光と呼ぶ）を行うと、重ね合わせ露
光（２重露光）によってレジスト層に形成されるべき第
１パターンのレジスト像がなくなる（現像処理により除
去される）ことである。つまり、第１露光によって形成
されるレジスト像で膜減りが生じているか否かを、上記
２重露光後に形成されるレジスト像の有無で判断できる
という原理を利用している。

また、第２の原理はＬ／Ｓパターンをデフォーカス状態
で転写すると、両端（外側２本）のバーパターンを除い
た残りのバーパターンでのコントラストが急激に低下す
る。このため、現像後のレジスト像においては両端のバ
ーパターンに比べて残りのバーパターンの長さ方向の寸
法が極端に短くなることをである。つまり、第１露光で
形成される第１パターンの潜像に対して第２パターンの
重ね合わせ露光（第２露光）を行い、第１パターンの潜
像のうち両端のバーパターンのみを２重露光する。この
際、感光基板上での第１パターンの長さ方向の寸法を、
レジスト像の長さ変化に対する許容値と略等しくなるよ
うに設定すれば、レジスト像の長さ変化が許容値を越え
ているか否かを、上記２重露光後に形成されるレジスト
像（両端のバーパターンを除く）の有無で判断できると
いう原理を利用している。

この結果、レジスト像の有無を検出するだけで、広い露
光フィールドを有する投影光学系であっても、スルーブ
ツトを低下させることなく、高精度、高速に露光フィー
ルド全域での膜減りに関する焦点深度を簡便に測定する
ことが可能となる。

〔実　施　例〕

第６図は、本発明の第１の実施例による方法を適用する
のに好適なステッパーの概略的な構成を示す平面図であ
って、超高圧水銀ランプを露光用照明光源とする照明装
置ｌは、ｇ線或いはｉ線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
あって、照明装置ｌ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において照度均一化、光束の一様化等が行
われた照明光ＩＬは、全反射ミラー６で反射されてコン
デンサーレンズＣＬに入射し、レチクルステージＲ３に
載置されたレチクルＲのパターン領域ＰＡを均一な照度
で照明する。レチクルＲは駆動部８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７によって、例えば０．０２μｍ程度の分解能で
常時検出される。レチクルＲの初期設定は、レチクル周
辺のアライメントマーク（不図示）を光電検出するレチ
クルアライメント系ＲＡからのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージＲ３を微動することによって行わ
れる。

パターン領域ＰＡを通過した照明光ＩＬは、例えば２０
Ｘ２０ｍｍ角の露光フィールドを有する両側（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
ーンの像を、表面にポジ型レジスト層が形成されたウェ
ハＷ上に投影する。ウェハＷは不図示のウェハ・ホルダ
ー（θテーブル）を介してウェハステージＷＳ上に載置
され、ウェハステージＷＳは駆動部ＭＴによりステップ
・アンド・リピート方式でＸＳＹ方向に２次元移動する
と共に、投影レンズＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に微動す
るように構成されている。また、ウェハステージＷＳの
Ｘ、Ｙ方向の位置はレーザ干渉計９によって、例えば０
．０２μｍ程度の分解能で常時検出され、ウェハステー
ジＷＳの端部にはレーザ干渉計９からのレーザビームを
反射する移動鏡９ｍが固定されている。

第７図（Ａ）は、本実施例で用いるのに好適なテストレ
チクルＴＲのパターン形状の一例を示すものである。露
光フィールドＩＦ（パターン領域ＰＡ）内には、レチク
ル中心と外周付近の複数位置、例えば３Ｘ３の配置（中
心と４隅及び４辺の各中心）で計９ケ所にマーク領域Ｍ
Ａ、〜ＭＡ。

が形成されている。マーク領域ＭＡ、−ＭＡ、の各々に
は、少なくとも１組のＬ／Ｓパターン（第１パターン）
ＲＭ、と、第１パターンＲＭ、の全面を覆い得る、その
パターンより大きな光透過部（第２パターン＞ＲＭ、と
が設けられている。

第７図（Ｂ）は、第１パターンＲＭ、及び第２パターン
ＲＭＩの概略的な構成を示すもので、第１パターンＲＭ
、はバーパターンを５本ずつピッチＰでＸＳＹ方向に配
列し、この２組のＬ／ＳパターンをＹ方向に並べたもの
である。第１パターンＲＭ、のピッチＰは、膜減りに関
する焦点深度の測定を希望するピッチ、例えば投影レン
ズの設計上の解像力（解像線幅）、又はデバイスパター
ンの最小線幅に応じたピッチとすれば良い。本実施例で
は投影レンズＰＬの解像力を考慮して、ピッチＰを６μ
ｍ（ウェハＷ上で１．２μｍ）、即ちバーパターンの線
幅を３μｍ（ウェハＷ上で０゜６μｍ）に設定する。ま
た、点線で示すようにマーク領域ＭＡを仮想的にＸ方向
で２分割したうちの一方の透明窓を、そのまま第２パタ
ーンＲＭ２として用いるものとする。

本実施例では、投影レンズＰＬの縮小率αと第１パター
ンＲＭ、と第２パターンＲＭ、との間隔ΔＸとを考慮し
、第２露光において第１露光時の各ステッピング位置に
対してウェハステージＷＳをＸ方向にα・ΔＸだけシフ
トさせる。この結果、ショット領域毎に第１露光でレジ
スト層に形成された第１パターンＲＭ、の潜像に対して
、第２パターンＲＭ、の投影像を正確に重ね合わせてフ
ラッド露光を行うものとする。また、第２露光では第７
図（Ｂ）に示した第２パターンＲＭ、を用いるものとし
たが、このような第２パターンＲＭ。

を特別に用いなくとも良い。例えば、レチクル交換を行
って回路パターンが描かれていないレチクル（素ガラス
）を用いる、或いはレチクルを搬出してレチクルなしで
露光を行い、第１パターンＲＭ、の潜像のみでなくショ
ット領域ＳＡの全面をフラッド露光するようにしても良
い。

ところで、この種のステッパーには、ウェハ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
るためのアライメントセンサーが設けられている。本実
施例では、例えば特開昭６０−１３０７４２号公報に開
示されているように、投影レンズＰＬを介してウェハＷ
上にスリット状のスポット光を回折格子マークと略平行
に形成し、ステージスキャンによってマークから発生す
る光情報、特に回折光や散乱光を再び投影レンズＰＬを
介して抽出するＴＴＬ方式のレーザ・ステップ・アライ
メント（ＬＳＡ）系が設けられている。

ここでは説明を簡単にするため、第６図中にはＹ方向の
位置を検出するＬＳＡ系（Ｙ−ＬＳＡ系）ＩＯのみを示
し、Ｘ−ＬＳＡ系についてはＹ−ＬＳＡ系ｌＯのミラー
１０ｍに対応するミラー１１ｍのみを示しておく。尚、
Ｘ、Ｙ−ＬＳＡ系のスポット光は、露光フィールドＩＦ
内で互いに直交してＹ１Ｘ方向に伸び、且つ光軸ＡＸに
向かって形成されると共に、Ｘ、Ｙ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。

Ｙ−ＬＳＡ系！０は、回折光（又は散乱光）強度に応じ
た光電信号ＳＲをアライメント信号処理回路（以下、Ａ
ＳＣと呼ぶ）１４に出力し、ここでマークのプロフィー
ルに対応した波形に基づいてマークのＹ方向の走査位置
が検出される。この際、ＡＳＣ１４はウェハステージＷ
Ｓの単位移動量（０，０２μｍ）毎にレーザ干渉計９か
ら発生するアップ・ダウンパルスに同期して光電信号Ｓ
Ｒをサンプリングし、各サンプリング値をデジタル値に
変換してメモリに番地順に記憶させた後、所定の演算処
理によってマークの走査位置を検出する。さて、Ｙ−Ｌ
ＳＡ系１０のスポット光ＳＰでウェハ表面を相対走査（
スキャン）する場合、ウェハＷ上にレジスト像（レジス
ト層の微小凹凸による段差エツジ）がなければ回折光は
発生しない。このことから、本実施例ではＹ−ＬＳＡ系
１０とＡＳＣ１４とを用い、ウェハＷからの戻り光（回
折光）、即ち光電検出器からの出力（光電信号ＳＲ）の
有無を調べることで、後述するようにレジスト像の有無
を自動計測することが可能となっている。

また、第６図中には投影レンズＰＬから一定間隔で機械
的に固定され、ＩＴＶＳＣＣＤカメラ等の撮像素子によ
りアライメントマークを拡大観察するオフ・アクシス方
式のアライメント系（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅ　Ａｌｉｇ
ｎｍｅｎｔ　：　Ｆ　Ｉ　Ａ系）１３も示されている。

ＦＩＡ系１３は、ウェハＷと共役に配置される指標板（
焦点板）の指標マークとアライメントマークとを同時に
観察し、撮像素子からの画像信号の波形に基づいて指標
マークに対するマーク像のずれを求め、マーク像が指標
マークの中心に位置した時のＦＩＡ系１３のマーク中心
検出位置に関する情報を出力するものである。

さらに、ステッパーにはレジスト層に対して非感光性の
光を結像光束としてウェハＷへ斜め（ウェハ面に対して
５＠〜２０’）に投射する投射光学系１２ａと、平行平
板ガラス（ブレーンパラレル）等を含み、ウェハＷから
の反射光束を受光する受光光学系１２ｂとから成る斜入
射光式焦点検出系（ＡＦセンサー）１２が設けられてい
る。ＡＦセンサー１２の構成等については、例えば特開
昭６０−１６８１１２号公報に開示されており、ＡＦセ
ンサー１２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）に対するウェハ表面の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
ェハ表面（レジスト面）とを正確に一致させるものであ
る。尚、レジスト層での薄膜干渉等を考慮して照明光は
多波長レーザ或いは白色光であることが望ましい。

本実施例では、ＡＦセンサー１２のキャリブレーション
、即ち最良結像面を零点基準とするためのプレーンパラ
レルの角度調整が行われておらず、ＡＦセンサー１２は
設計上のベストフォーカス位置を零点基準としてウェハ
ＷのＺ方向への移動量を検出する。本実施例における第
１及び第２露光時には、このＡＦセンサー１２を用いて
フォーカス条件のオフセット量を変えていく、つまりウ
ェハＷのＺ方向へのシフト量を順次設定していくことに
なる。

上記の如く構成されたステッパー（第６図）は、レジス
ト塗布装置、現像装置等の各種処理ユニットを有するコ
ータ・デイベロツバ−（不図示）とインラインで結ばれ
、本実施例による方法を実施するのに好適なりソグラフ
ィ・システムを構成している。このリソグラフィ・シス
テムについては、例えば特開平１−１７９３１７号公報
に開示されており、レジスト塗布工程、露光工程、現像
工程の順にウェハＷを搬送する主搬送装置と別設され、
搬送中又は処理ユニット中のウェハＷを所望の位置まで
搬送可能な副搬送装置を有している。このため、コータ
・デイベロツバ−で現像されたウェハＷを、副搬送装置
により直ちにステッパー本体ヘ戻し、アライメントセン
サー（ＬＳＡ系等）を用いてレジスト像の観察や各種計
測を行うことが可能となっている。

主制御装置ＭＣ３は、コータ・デイベロツバ−の各種処
理条件（現像条件等）の設定やシステム内を搬送される
ウェハの管理を行ったり、ＡＦセンサー１２からの位置
情報、及びＡＳＣ１４からのレジスト像の形成状態に基
づいてステッパーのフォーカス条件を算出する他、上述
したＹ−ＬＳＡ系１Ｏ１ＦＩＡ系１３等を含むステッパ
ー（リソグラフィ・システム）全体の動作を統括制御す
るものである。

次に、本発明の第１の実施例で用いる原理について第１
図〜第５図を参照して説明する。ここでは、所定線幅の
Ｌ／Ｓパターンをシリコン・ウェハ上のポジ型レジスト
に露光する場合について述べる。

第１図は、最適露光量でフォーカス条件のみを変えてＬ
／Ｓパターンの露光を行った時、現像後に得られるレジ
スト像のピッチ方向の断面図、及びその断面における光
強度（露光量）分布を示す図である。ここでは説明を簡
単にするため、第１図（Ａ）〜（Ｃ）の各フォーカス条
件を、デフォーカス量０μｍ（ベストフォーカス）、＋
１μｍ１＋２μｍ（インフォーカス側を十とする）に設
定している。また、各図の縦軸（光強度の値）はベスト
フォーカス時の光強度を１００とした相対値で表してい
る。

さて、ポジ型レジストでは光が当たった所（例、えば図
中の位置ａｔ）のレジスト層が現像時の溶解性が良（な
るため、現像処理によってそのレジスト層は除去され、
光が当たっていない所（例えば図中の位置ｂ＋）のレジ
スト層だけが残る。従って、第１図（Ａ）に示すように
ベストフォーカス位置では、レジスト層が存在する部分
と除去された部分との比が１：ｌとなると共に、レジス
ト層の上端部で膜減り（厚さ方向の膜減り）が起きず、
理想的なレジスト像が形成されると言える。

これに対して、第１図（Ｃ）ではデフォーカス（＋２μ
ｍ）した分だけ、Ｌ／Ｓパターンの投影像のコントラス
トが悪くなる。このため、第１図（Ａ）の位置ｂ１での
光強度（相対値）がＯであるのに対して、第１図（Ｃ）
の位置す、での値は約２０となり、位置す、は明るくな
る（換言すれば、露光される）ことが分かる。この結果
、位置ｂ１のレジスト層にも溶解性が生じることになっ
て、現像後のレジスト像の上端部には膜減りが生じる。

一方、第１図（Ｂ）でも第１図（Ｃ）と同様に位置ｂ１
での光強度は０でないが、レジスト像の上端部では膜減
りが生じていない。以上のことから、第１図（Ｂ）での
デフォーカス量（＋１μｍ）がインフォーカス側の膜減
り開始位置となることが分かる。

第２図は、シリコンウェハ上に塗布したポジ型レジスト
の感度特性の一例を示す図である。レジスト感度特性グ
ラフとは、フラッド露光を行った時の露光量Ｅ（光強度
）に対するレジスト層の残膜率を示すもので、第２図で
は露光量Ｅ８でレジスト像が膜減りを開始し、露光量Ｅ
ＴＨでレジスト層が完全に除去されることを示している
。従って、第１図に示したパターン露光時の露光量分布
が分かると、その分布とレジスト感度特性グラフとを対
応させることによって、レジスト層に形成されるＬ／Ｓ
パターンのレジスト像の形成状態（例えば膜厚等）、即
ち膜減りの有無を推測することが可能となる。

次に、上述のことについて第３図〜第５図を用いて詳し
く説明する。第３図は、フォーカス条件を変えて露光量
Ｅ０でＬ／Ｓパターンを露光した時、レジスト層に生じ
るピッチ方向の露光量分布を示す図である。第４図、第
５図は、フォーカス条件を変えて露光量Ｅ０でＬ／Ｓパ
ターンを露光（第１露光）した後、さらにその潜像に対
して露光量Ｅ１、Ｅ２　　（但し、ＥＨ＜Ｅｌ　＜Ｅｘ
　）でフラッド露光（第２露光）した時、レジスト層に
生じるピッチ方向の露光量分布を示す図である。第３図
〜第５図の各々では、フォーカス条件としてデフォーカ
ス量を０、＋１１＋２μｍに設定している。また、縦軸
は露光量を、横軸はピッチ方向の位置を表し、さらに縦
軸にはレジスト感度特性グラフ（第２図）に示したレジ
スト層が膜減りを開始する露光量Ｅ１４、及びレジスト
層が完全に除去される露光量ＥＴＨも示しである。

さて、第３図（Ａ）ではデフォーカス量が０μｍ（ベス
トフォーカス）であるため、レジスト層内で露光量が最
小となる部分（Ｌ／Ｓパターンの遮光部に対応し、例え
ば図中の位置Ｃ，）での露光量Ｅユ、。（Ｅｌ。＃０）
は、明らかにＥｌ、ｌよりも低くなっており、レジスト
像には膜減りが生じないことが分かる。一方、第３図（
Ｂ）では位置ＣＩでの露光量Ｅ　、ｓがＥ　ｗ＋　、ａ
　’　Ｅ　１．Ｉとなっていることから、このデフォー
カス量（＋１μｍ）がインフォーカス側で膜減りが生じ
ない限界のフォーカス条件となる。また、第３図（Ｃ）
では位置Ｃ１での露光量Ｅ７．がＥイくＥ。ｉ　ｎ　＜
　Ｅ　ＴＨとなり、しかもＥＨとＥＴＨの略中間の値と
なっている。

このため、レジスト層は厚さ方向にその膜厚の約半分の
所まで膜減りすると推測できる。

第４図では、Ｌ／Ｓパターンの潜像に対して露光量Ｅ１
で第２露光を行っているので、ウェハ上のショット領域
の全面、例えば第１露光時の露光量が最小となる部分（
位置Ｃ，）のレジスト層でも、露光量Ｅ１がオフセット
として乗ることになる。従って、第４図（Ａ）では位置
Ｃ１での露光量Ｅ。１゜（Ｅ、１、＃Ｅ、）がＥ８を上
回り、若干膜減りしたレジスト像が形成されることにな
る。

一方、第４図（Ｂ）では露光量Ｅｍｌ。がＥＨ＜Ｅ、１
、＜ＥＴＨとなり、しかもＥＨとＥＴ＋（の略中間の値
となっている。このため、レジスト像はその膜厚の約半
分の所まで膜減りすると推測できる。また、第４図（Ｃ
）では露光量Ｅ、、１゜がＥ７□より少し低くなってい
るので、わずかにレジスト層が残るだけであると推測で
きる。一方、第５図においても第４図と全く同様に考え
ることができ、第５図（Ａ）では膜厚が約半分となった
レジスト像が残り、第５図（Ｂ）ではわずかにレジスト
層が残り、さらに第５図（Ｃ）では完全にレジスト層が
除去されることになる。

以上のことから、第２露光（フラッド露光）の露光量を
適切に選択することによって、第１露光（パターン露光
）により形成されるレジスト像で膜減りが生じているか
否かを、第２露光後のレジスト層の有無というレジスト
像の存在だけで判断できる。つまり、レジスト像の有無
によって膜減りを開始するデフォーカス量（フォーカス
位置）を求めることが可能となる。ここで、本実施例で
は膜減りに関するフォーカス条件を求めるため、第１露
光での露光量の条件は最適露光量に設定されることは言
うまでもない。

本実施例では上述した原理を用いて、フォーカス条件を
変えながら第１露光（パターン露光）及び第２露光（フ
ラッド露光）を行った後、現像処理によって形成される
レジスト像の有無を検出することで、レジスト像が存在
するフォーカス範囲から投影レンズの膜減りに関する焦
点深度（膜減りしないフォーカス範囲）を知ろうとする
ものである。

そこで、次に本実施例による測定方法について説明する
が、この方法を実施するのにあたって本実施例では、予
め第１露光での露光量Ｅ、、、（最適露光量）と、露光
フィールドＩＦ内の一点、例えば露光フィールドセンタ
での膜減りに関する焦点深度とを求めておくものとする
。

ステッパーでの最適露光量Ｅ、３．の測定方法としては
、例えば第７図（Ａ）に示したテストレチクルＴＲのウ
ェハＷへの試し焼きを行った後、ウェハＷを現像してバ
ーパターンの線幅を光学顕微鏡や専用の線幅測定装置で
計測し、設計上の線幅値との比較を行うことによって決
定する方法が知られているので、ここでは説明を省略す
る。また、例えば特開平１−１８７８１７号公報に開示
されているように、露光量変化に伴うバーパターンの線
幅変化量と比較して、長さ変化の感度が数十倍高いくさ
び状マークを用いて最適露光量を決定するようにしても
良い。一方、露光フィールドセンタでの膜減りに関する
焦点深度については、例えばＬ／ＳパターンのウェハＷ
への試し焼きを行った後、ＳＥＭを用いてフォーカス条
件毎のレジスト像の膜減りの有無を観察することによっ
て、膜減りに関する焦点深度（本実施例では１．０μｍ
とする）を決定すれば良い。

次に、第８図〜第１１図を参照して露光フィールドＩＦ
の全域、即ちテストレチクルＴＲのマーク領域ＭＡ、〜
ＭＡｉに対応したフィールド内の各測定点での膜減りに
関する焦点深度の測定方法について説明する。第６図に
示したステッパーにおいて、主制御装置ＭＣ３は露光量
を予め求めておいた最適露光量Ｅ１．１で一定とし、フ
ォーカス条件（ウェハの高さ位置）のみを変えながら、
テストレチクルＴＲの投影像をステップ・アンド・リピ
ート方式でウェハＷ上にマトリックス状に転写する（第
１露光）。この結果、レジスト層のショット領域ＳＡの
各々には、第１パターンＲＭの潜像が形成されることに
なる。次に、第１露光時の各ステッピング位置に対して
ウェハステージＷＳをＸ方向にα・ΔＸだけシフトさせ
、第１パターンＲＭ、の潜像に対して第２パターンＲＭ
。

の投影像を重ね合わせながら、ウェハＷ上にマトリック
ス状に形成されたショット領域ＳＡの各々に対して、露
光量Ｅ、、６とフォーカス位置ｆ゛との少なくとも一方
の条件を変えて第２露光としてのフラッド露光（２重露
光）を実行する。

ここで、第２露光に際してウェハステージＷＳをＸ方向
にα・ΔＸだけシフトさせずとも、第１露光終了後、直
ちにレーザ干渉計７で位置をモニターしながら、テスト
レチクルＴＲをＸ方向にΔＸだけ駆動すれば、第２露光
時のステッピング位置を補正（シフト）する必要がなく
なる。−また、当然のことながら第１及び第２露光では
、ショット領域ＳＡの各々でのフォーカス位置ｆを同一
条件に設定しである。さらに、第１露光では露光量Ｅ１
，１を最適露光量で一定とし、フォーカス条件のみを変
えているのに対して、第２露光ではフォーカス条件と共
に露光量Ｅ２ｎｄ　も変えながら露光を行っている。こ
のため、第１露光においては第２露光時の露光量のオフ
セット設定に備え、同一のフォーカス条件で複数回（こ
こではｍ回）露光を行っておくようにする。

さて、第８図に示すように第２露光では、ウェハＷ上で
Ｘ、Ｘ方向に、例えばｍｘｎのマトリックス状にショッ
ト領域ＳＡを設定し、ショット領域毎に露光条件を変え
ながらフラッド露光を実行している。このようにマトリ
ックス状に設定されるショット配列において、Ｘ方向に
延びるショット列の各々（例えばショット領域ＳＡ０〜
ＳＡ、。

の計量側）については、フォーカス位置ｆを一定に保っ
たまま、第２露光量Ｅ　ｔｓ＋１に一定量ΔＥｐずつオ
フセットを与える。具体的には、第２露光量をＥ　＊＊
ａ　＝ＥＴ＋４　１・ΔＥｐ　（ｉ＝０．　　ｌ。

・・、ｍ−１）とし、ｍ個の露光量でフラッド露光を行
うように、第６図に示した駆動部３によりシャッター２
の開時間を制御する。そして、Ｘ方向のショット位置に
応じて露光時間を、例えば１０ｍ５ｅｃ　（オフセット
量ΔＥｐに対応）ずつ変えていく。第８図では、Ｘ方向
のショット配列の左から右へ順次、露光時間を１０ｍ５
ｅｃずつ短く設定している。但し、ＥＴ□はレジスト感
度特性グラフ（第２図）で説明したように、ウェハ上の
レジスト層が完全に除去される露光量である。

一方、第８図に示したショット配列で、Ｘ方向に延びる
ショット列の各々（例えばショット領域ＳＡ、□〜ＳＡ
、の計ｎ個）については、第２露光量Ｅ！＠。を一定に
保ったまま、フォーカス位置ｆに一定量Δｆずつオフセ
ットを与える。具体的には、ＡＦセンサー１２でフォー
カス位置ｆをモニターしながら、駆動部９によりウェハ
ステージＷＳをＺ方向へ微動する。そして、設計上のベ
ストフォーカス位置（ＡＦセンサー１２の零点基準）を
中心とする士数μｍの範囲で、Ｘ方向のショット位置に
応じて（ショット配列の上から下へ）、フォーカス位置
ｆをアウトフォーカス側からインフォーカス側へ、例え
ば０．１ａｍ（オフセット量Δｆ）ずつ変えていく。第
８図では、Ｘ方向のショット配列の中心のショットでの
フォーカス条件をベストフォーカス位置に設定し、この
ショットを中心としてショット配列の下、上方向へ千０
．１、−０．１μｍずつオフセット量（デフォーカス量
）が設定される。

このように２重露光が完了したウェハＷは、ステッパー
とインラインで結ばれたコータ・ディベロツパーで現像
処理が施された後、再びステ・ソノクーへ搬入されてウ
ェハステージＷＳに載置される。

次に、主制御装置ＭＣ８はレーザ干渉計９でウェハステ
ージＷＳの位置をモニターしながら、ウェハＷをＬＳＡ
系のマーク検出位置（スポット形成位置）に送り込み、
ＬＳＡ系のスポット光を用いてショット領域ＳＡ毎に９
つの測定点（マーク領域ＭＡ、〜ＭＡ、に対応）を順次
走査し、ショット領域ＳＡ内の各測定点でのレジスト像
の有無を検出する。この際、ウェハＷ上のショット領域
ＳＡ及び、そのショット領域ＳＡ内の測定点（２組のＬ
／Ｓパターン）の位置は、レーザ干渉計９からの位置情
報（ステージ座標値）によって区別される。

さて、第９図（Ａ）に示すようにＹ−ＬＳＡ系１０のス
ポット光ＳＰでウェハＷ上をＹ方向へ順次走査する時、
膜減りが生じないフォーカス条件のショット領域（測定
点）ではレジスト像が残っている。このため、そのレジ
スト像の段差エツジ（レジスト層の微小凹凸）から発生
する回折光が光電検出器に入り、Ｙ−ＬＳＡ系ＩＯは回
折光強度に応じた光電信号をＡＳＣ１４へ出力すること
になる。一方、膜減りが生じるフォーカス条件のショッ
ト領域では、現像処理によってレジスト像（段差エツジ
）が除去されてなくなるので、回折光が発生せず、Ｙ−
ＬＳＡ系ＩＯは光電信号を出力しない。従って、Ｙ−Ｌ
ＳＡ系ｌＯとＡＳＣＩ４とを用いて光電信号ＳＲの出力
の有無を調へることで、簡単にしかも高速にレジスト像
の有無を検出することができる。

特に本実施例においては、ウェハＷ上の各測定点で２組
のＬ／Ｓパターンのレジスト像がＹ方向に並んで形成さ
れる。このため、ステージスキャンによりスポット光Ｓ
Ｐで測定点を走査すると、２組のレジスト像の各々から
回折光や散乱光が発生する。特にスポットスキャン方向
に伸びた段差エツジから発生する回折光は光電検出器で
受光され、Ｙ−ＬＳＡ系ＩＯは第９図（Ｂ）に示すよう
な光電信号ＳＲ，を出力する。尚、本実施例では２組の
レジスト像のパターン幅ｄ及びパターン長さｌがスポッ
ト光ＳＰのビーム幅ＢＷと略一致するように、第１パタ
ーンＲＭ、の各種寸法が定められているものとする。こ
のため、スポットスキャン方向に伸びる段差エツジの長
さのみの違いによって、光電信号ＳＲ，は２つの異なる
ピーク値を持つ波形となる。従って、ＡＳＣ１４におい
て光電信号ＳＲ，の波形を所定のスライスレベルＳＬ０
で処理すれば、光電信号ＳＲ，の波形上の２つのピーク
値の有無から２組のレジスト像の各々の有無を同時に検
出できることになる。尚、Ｘ−ＬＳＡ系のスポット光（
第９図（Ａ）中の点線）を用いる場合は、当然ながら２
組のレジスト像の有無を別々に検出しなければならない
。

ここで、第２露光量Ｅ　ｚｎａとレジスト像の有無との
関係を考えてみると、第２露光ＪｉＥｚ−ａがＥ０□と
なる場合、ベストフォーカス位置にて露光されたショッ
ト領域であっても、現像後にはそのショット領域内の全
ての測定点でレジスト像が完全に除去される。一方、第
２露光量Ｅ２．、が０となる場合には、当然のことなが
らフォーカス条件に関係なく、ショット領域内の全ての
測定点でレジスト像が除去されずに残る。従って、第２
露光量ｋｄが露光量Ｅ１□より小さい適当な値となった
時にレジスト像が現われ始め、第２露光量がその露光量
より小さくなればなる程、レジスト像が残るフォーカス
範囲が徐々に広がることになる。また、第１及び第２露
光でのフォーカス条件とレジスト像の有無との関係を考
えてみると、第１露光時のデフォーカス量が小さい程、
ウェハＷ上での光強度のコントラストが強くなる。この
ことは、デフォーカス量が０μｍ（ベストフォーカス）
となる場合に、現像後に残るレジスト層（第１パターン
ＲＭ　＋の遮光部に対応）の溶解性が最も小さ（なるこ
とを意味している。従って、第８図に示したショット配
列において第２露光量Ｅ　２　ｎ　ｄが異なるＹ方向の
ショット列の各々では、このベストフォーカス位置を略
中心としてレジスト像が残っていくことになる。以上の
ことは、ＬＳＡ系によるレジスト像の有無の検出結果を
まとめた第１Ｏ図から明らかである。第１０図は、ショ
ット領域ＳＡ内の一測定点での第２露光時の露光条件と
レジスト像の有無との関係を示すもので、ここではショ
ットセンタ（マーク領域ＭＡ、に対応）において、第２
露光量Ｅ２，４毎にレジスト像が存在するフォーカス範
囲（デフォーカス量）を表している。但し、第１０図で
は第２露光量ＥｌｅｄがＥＴＨ−（ｍ−９）　・ΔＥｐ
となった時、第１パターンＲＭ、のレジスト像が除去さ
れずに現れ始めたと仮定している。

以上のことから、本実施例では第１０図を用いて、予め
求めておいたショットセンタでの膜減りに関する焦点深
度と同等の焦点深度を持つことになる第２露光ＪＩ　Ｅ
　２．　ａを求める。本実施例ではその焦点深度を１．
　０μｍと仮定しているので、第２露光量Ｅ２１．はＥ
ＴＨ（ｍ　　４）　　・ΔＥｐとなる。これにより、第
２露光において露光量ＥＴＩ＋＝（ｍ−４）　・ΔＥｐ
でフラッド露光を行えば、第１露光で膜減りが生じてい
るレジスト像は、現像処理によって除去されることにな
り、第１露光で膜減りが生じていないレジスト像だけが
、現像後も除去されずに残ることになる。そこで、次に
第８図に示したショット配列の中から、第２露光量ＥＴ
Ｈ（ｍ−４）　　・ΔＥｐでフラッド露光されたＹ方向
のショット列を選び出す。その後、このショット列（シ
ョット領域ＳＡ、□、〜５Ａ＝−ａ）でのレジスト像の
有無に基づいて、ショット領域ＳＡ（露光フィールドＩ
Ｆに対応）内の各測定点でレジスト像が存在するフォー
カス条件を求め、このフォーカス範囲を投影レンズＰＬ
の膜減りに関する焦点深度として決定する。これより、
露光フィールドＩＦの全域での厚さ方向の膜減りに関す
る焦点深度を簡単に知ることができる。

この際、第１パターンＲＭ、の２組のＬ／Ｓパターンに
対応して、同一測定点では２つ（Ｘ、　Ｙ方向）の膜減
りに関する焦点深度が検出されるので、この２つの測定
値を平均化した値をもってその測定点での膜減り焦点深
度とする。また、露光フィールドＩＦ内の測定点、即ち
テストレチクルＴＲのマーク領域の数を増やせば、より
精密な膜減りに関する焦点深度を求めることができる。

このように露光フィールド内の測定点が増えても、本実
施例ではレジスト像の有無を検出するだけで良く、しか
もＬＳＡ系による高速測定が可能であるため、スループ
ットの低下等の要因となることはない。従って、本実施
例による方法は測定点が多い程、その高速性を発揮でき
ると言え、特に広い露光フィールドの投影レンズに対し
て有効である。尚、レジストや下地の種類、膜厚等の条
件が異なる場合でも、上記動作を繰り返し行うことによ
って、同様に各条件における露光フィールド全域での膜
減りに関する焦点深度を簡単に求めることができる。

さて、本実施例ではステッパーのアライメントセンサー
（ＬＳＡ系）を用いてレジスト像の有無を検出している
ため、ステッパーのフォーカス条件のオートセットを行
うことが可能となる。まず、露光フィールドＩＦ内の９
つの測定点の各々での膜減りに関する焦点深度の中心値
（フォーカス位置）を求め、この平均値をベストフォー
カス位置（最良結像面）として決定する。その後、ＡＦ
センサー１２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（不図示）の傾斜角を調
整すれば良い。この結果、パターン露光時にはＡＦセン
サー１２を用いることで、■ショット毎に最良結像面と
ショット領域表面とを正確に一致させることができる。

さらに、本実施例では膜減りに関する焦点深度、即ちイ
ンフォーカス側（又はアウトフォーカス側）でレジスト
像が存在する限界のフォーカス位置に基づいて、例えば
投影レンズＰＬの像面湾曲、像面傾斜、或いは非点収差
等も求めることができる。

また、本実施例による方法に好適な第１パターンＲＭ、
は、第７図（Ｂ）中に示したＬ／Ｓパタ−ンに限られる
ものではなく、少なくとも１本のバーパターンが本数、
ピッチ、配列方向等に関係なく設けられていれば良い。

特にバーパターンでなくとも、少なくとも一部に直線状
マークを有するパターンであっても構わない。第１１図
は、本実施例で好適な第１パターンの形状の変形例を示
す図である。第１１図（Ａ）は、露光フィールドＩＦ内
でバーパターンのピッチ方向がサジタル方向（Ｓ方向）
及びメリディオナル方向（Ｍ方向）の各々と一致する２
組のＬ／Ｓパターンを、第１パターンとしてパターン領
域ＰＡ内の９ケ所に配置したテストレチクルＴＲ’　を
示すものである。

この場合、Ｓ、Ｍ方向に配列されるＬ／Ｓパターンのレ
ジスト像の有無を各々独立して検出することによって、
投影レンズのＳ及びＭ方向に関する膜減り焦点深度と同
時に、投影レンズＰＬの非点収差をも知ることができる
。この時、各測定点での膜減りに関する焦点深度は非点
収差を考慮して決定され、具体的にはＳ及びＭ方向の膜
減り焦点深度を平均化したものとなる。第１１図（Ｂ）
は、投影レンズＰＬの設計上の解像力より細いバーパタ
ーンを含み、ピッチＰ＋−Ｐｈの順に細くなるように配
列されたに個のＬ／Ｓパターンから成る、所謂解像力チ
ャートを示す図である。このような解像力チャートを用
いる場合には、露光フィールドＩＦ内の同一測定点にお
いてピッチ（線幅）毎に膜減りに関する焦点深度を計測
することができる。しかも、設計上の解像力より細い線
幅のバーパターンを有するので、その線幅での膜減りに
関する焦点深度とから、投影レンズＰＬの真の実力（プ
ロセス上での実際の解像力）を決定できる。

第１１図（Ｃ）は、特にＬＳＡ系を用いて本実施例によ
る測定を自動的に行うのに好適なＬＳＡパターンの一例
を示すものである。通常、ＬＳＡパターンは複数のドツ
トマーク（例えばウニ／％上で４×４μｍ）をスポット
光ＳＰの長手方向に一部ピッチ（同８μｍ）で配列した
ものである。そこで、ＬＳＡパターンＲＭａは複数本（
パターン線幅に応じて決定され、図では５本）のバーパ
ターン（長さ４μｍ）をスポットスキャン方向に一部ピ
ッチで配列すると共に、そのＬ／Ｓパターン（上記ドツ
トマークに対応）をスポットスキャン方向と垂直な方向
にピッチ８μｍで形成したものである。これより、ＬＳ
Ａ系によるレジスト像・の検出精度の向上が期待できる
。第１１図（Ｄ）は、Ｓ（又はＭ）方向の膜減りに関す
る焦点深度を求めるのに好適なＬＳＡパターンの一例を
示すものであって、ＬＳＡパターンＲＭｂは第１１図（
Ｃ）に示したＬ／Ｓパターンのピッチ方向をＳ（又はＭ
）方向と一致させて配列したものである。

以上の通り本実施例では、ウェハＷ上の全てのショット
領域ＳＡ　（９測定点）について、そのレジスト像の有
無を検出していた。しかしながら、例えばショットセン
タの測定点についてのみレジスト像の有無を検出して第
１０図に示した関係を求め、第２露光量Ｅ２．４を決定
する。次に、この第２露光量Ｅ２，４で露光されたショ
ット列（第８図）の中から、予め求めておいたフィール
ドセンタでの膜減りに関する焦点深度に基づいて、いく
つか（２個程度）のショット領域ＳＡを選択し、この選
択したショット領域ＳＡについてのみ、残りの８つの測
定点でのレジスト像の有無を検出するようにしても良い
。本実施例では上記焦点深度が１．　０μｍであること
から、ここではイン及びアウトフォーカス側のフォーカ
ス条件が１個ずつ選択されるように、デフォーカス量が
±０．５μｍに設定されたショット領域を選択すること
が望ましい。第１２図（Ａ）、（Ｂ）は、デフォーカス
量±０．５μｍで形成されたショット領域内のレジスト
像の有無を示す図であって、共にショット領域ＳＡ（露
光フィールドＩＦ）の外周付近で一部のレジスト像が欠
落していることが分かる。

一般に、露光フィールド内の全ての測定点でレジスト像
が存在するならば、膜減りに関する光学性能が十分満足
できる投影レンズであると判断できる。一方、第１２図
（Ａ）、（Ｂ）に示す如くレジスト像が欠落していると
、フィールド周辺での光学性能が不十分であると言える
。この結果、実際の焦点深度を求めることはできないが
、計測すべきショット領域（測定点）の数を大幅に減ら
すことができ、非常に簡便に投影レンズの膜減りに関す
る光学性能を知る（評価する）ことが可能となる。

また、本実施例では第１露光によってレジスト層に形成
された潜像に対して第２露光（フラッド露光）を行い、
現像後のレジスト像の有無を検出することで、投影レン
ズＰＬの膜減りに関する焦点深度を求めていた。しかし
ながら、第２露光を行う代わりにエツチング処理を施す
ようにし、本実施例のように第２露光量Ｅ　２ａｄに相
当するエツチング時間を適切に定めれば、同様にエツチ
ング後に形成されるパターン像（下地パターン）の有無
から膜減りに関する焦点深度を求めることができる。

次に、本発明の第２の実施例について説明するが、本実
施例による方法を適用するのに好適なりソグラフィ・シ
ステム（ステッパー）は第１の実施例（第６図）と同一
構成であるので、ここでは説明を省略する。また、第１
の実施例では投影レンズＰＬの厚さ方向の膜減りに関す
る焦点深度の測定方法について述べたが、本実施例はデ
フ−オーカスによるレジスト像の長さ方向の膜減り、換
言すれば長さ方向の寸法変化に関するフォーカス条件を
測定するものである。そこで、本実施例の測定方法を説
明するにあたって、まず本実施例で用いる原理について
第１３図、第１４図を参照して説明する。

第１３図は、最適露光量でフォーカス条件のみを変えて
Ｌ／Ｓパターン（５本のバーパターン）の露光を行った
時、現像後に形成されるレジスト像を示す図である。こ
こでは、第１３図（Ａ）〜（Ｃ）の各フォーカス条件を
、デフォーカス量０、＋１、＋２μｍに設定している。

第１３図に示す如く、どのフォーカス条件でも５本のバ
ーパターンが形成されているが、第１３図（Ｂ）、（Ｃ
）では５本のうち両端（外側２本）を除く内側３本のバ
ーパターンで長手方向の寸法が短くなっている。これは
、内側３本のバーパターンについては各バーパターンの
両側に別のバーパターンが存在しており、デフォーカス
させた時に内側３本のバーパターンの投影像のコントラ
ストが急激に悪化するためである。これに対して両端の
バーパターンについては、各バーパターンの一方の側（
外側）にはバーパターンが存在しないので、内側３本の
バーパターンと比較してデフォーカスさせた時のコント
ラストの低下が緩やかになる。このため、外側２本のバ
ーパターンでは長手方向に関してパターン長さがほとん
ど変化せず、長さ方向の寸法変化は内側３本のバーパタ
ーンに良く現れることが分かる。第１４図は、第１３図
と同一の露光条件でＬ／Ｓパターンを露光した時、現像
後に形成されるレジスト像を示す図である。但し、第１
３図と比較してＬ／Ｓパターンの長手方向の寸法を短く
設定しである。第１３図（Ａ）、（Ｂ）と同様に、第１
４図（Ａ）では５本共バーパターンの寸法が変化してお
らず、第１４図（Ｂ）では内側３本のバーパターンの寸
法が短くなっている。

また、第１４図（Ｃ）では第１３図（Ｃ）と異なって、
内側３本のバーパターンが完全になくなっている。つま
り、デフォーカス量を２μｍに設定した場合には、レジ
スト像の長手方向のパターン長さが最初の長さ（Ｌ／Ｓ
パターンの設定寸法）以上に変化したことが分かる。

以上のことから、デバイスを製造する上でレジスト像の
長さ方向の寸法変化をどの程度まで許容するのかを決定
し、その長さ変化に関する許容値りと投影レンズＰＬの
縮小率αに基づいて、Ｌ／Ｓパターンの長手方向のパタ
ーン長さＨ（Ｈ＝Ｌ／α）を適宜設定すれば、レジスト
像のパターン長さが許容値り以上に変化しているか否か
を、Ｌ／Ｓパターンのレジスト像の有無というレジスト
像の存在だけで判断することが可能となる。

本実施例では上述した原理を用い、レジスト像が存在す
るフォーカス範囲からレジスト像の長手方向の寸法変化
が許容値り以下となるフォーカス条件（以下、長さ変化
に関する焦点深度と呼ぶ）を知ろうとするものである。

次に、本実施例の測定動作について説明する。

第１５図（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例による測定に好適
な第１パターンの形状の一例を示す図である。第１５図
（Ａ）に示す第１パターンＲＰは、ウェハ上でのパター
ン線幅がＷｌで、その長手方向のパターン長さがし１〜
Ｌ４となる４つのＬ／Ｓパターンから構成されている。

第１パターンＲＰでは、長さし、〜Ｌ、の各々が長さ変
化に関する許容値となるため、これら４つの許容値毎の
長さ変化に関する焦点深度を同時に検出できることにな
る。さらに、複数種類の線幅で第１パターンＲＰを形成
すれば、同様に線幅毎の長さ変化に関する焦点深度も求
めることが可能となる。第１５図（Ｂ）は、特にＬＳＡ
系を用いて本実施例による測定を行うのに好適な第１パ
ターンの一例を示すものである。第１パターンＲＰ　＋
は、第１１図（Ｃ）と同様の考え方で構成されるもので
、ここでは複数本（線幅Ｗ、に応じて決定され、図で伏
６本）の回折格子パターン（長さ４μｍ）をスポットス
キャン方向に一定ピッチで配列すると共に、そのパター
ン群をスポットスキャン方向と垂直な方向にピッチ８μ
ｍで形成したものである。第１パターンＲＰ、では、回
折格子パターンを構成するバーパターンの長さし、が長
さ変化に関する許容値となり、寸法変化が長さし、以下
となる長さ変化に関する焦点深度が測定されることにな
る。

尚、パターン線幅Ｗ２は長さ変化に関する焦点深度の測
定を希望する線幅に設定すれば良い。本実施例では、第
１パターンＲＰ、をパターン領域ＰＡ内の９ケ所（３×
３の配置）に形成したテストレチクルを用いるものとす
る。

さて、第６図に示したステッパーにおいて、主制御装置
ＭＣ３は露光量を予め求めておいた最適露光量Ｅ　Ｉ　
＋　１で一定とし、ＡＦセンサー１２を用いてフォーカ
ス位置ｆのみを、例えば０．１μｍずつ変えながら、テ
ストレチクルのパターン領域の投影像をステップ・アン
ド・リピート方式でウェハＷ上に転写する（第１露光）
。この結果、レジスト層のショット領域ＳＡの各々には
、第１パターンＲＰ　＋の潜像が形成されることになる
。

ここで、本実施例では後述するようにＹ−ＬＳＡ系１０
を用いて、第１パターンＲＰ、、即ち両端を除く内側４
本の回折格子パターン（第１５図（Ｂ）中の点線枠内）
のレジスト像の有無を検出する。この際、パターン露光
時のコントラスト低下が緩やかな両端（外側２本）の回
折格子パターンがレジスト像として残っていると、ＬＳ
Ａ計測（スポットスキャン）を行った場合、外側２本の
回折格子パターンからも回折光が発生するので、内側４
本の回折格子パターンの有無を正確に検出することがで
きない。

そこで、本実施例では現像処理により外側２本の回折格
子パターンが除去されるように、第１露光終了後、レジ
スト層に形成された第１パターンＲＰ、の潜像に対して
第２露光（２重露光）を行う。この第２露光では、ショ
ット領域毎のフォーカス条件は第１露光と同一とし、外
側２本の回折格子パターンの潜像のみを、レジスト層が
除去され得る適正な露光量（例えば第１の実施例での最
適露光量Ｅ、、、）で露光するだけで良い。このため、
例えば第１６図（Ａ）に示すような第２パターンＲＰ２
　（斜線部）を用いる、或いは照明光学系５の内部にレ
チクルと共役な位置に設けられ、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って、レチクルの
照明視野を任意に選択できる可変ブラインドを用いるよ
うにする。本実施例では第１露光終了後、直ちにレチク
ル交換及びレチクルアライメントを行い、レチクルパタ
ーンの投影像とショット領域ＳＡとを一致させながら、
第１パターンＲＰ、の潜像に対する第２パターンＲＰ、
の重ね合わせ露光（第２露光）を実行する。

さて、このように２重露光が完了したウェハＷは、コー
タ・デイベロツバ−で現像処理が施された後、再びステ
ッパーへ搬入されてウェハステージＷＳに載置される。

主制御装置ＭＣ３は第１の実施例と同様の動作で、Ｙ−
ＬＳＡ系１０を用いてショット領域ＳＡ内の測定点（レ
ジスト像）を順次走査しく第１６図（Ｂ））　、ショッ
ト領域内の９つの測定点でのレジスト像の有無を検出す
る。

この際、第１露光時のデフォーカス量に応じて生じ得る
レジスト像の寸法変化が長さし９以内であれば、レジス
ト像は除去されず残るので、Ｙ−ＬＳＡＡｌＯ２よって
レジスト像からの回折光が検出される。これに対して寸
法変化が長さり、より大きくなると、レジスト層は現像
処理により除去されてウェハＷからの回折光は検出され
ない。

従って、主制御装置ＭＣ８はウェハＷからの回折光、即
ちＹ−ＬＳＡ系ＩＯからの出力（第１６図（Ｃ）に示す
光電信号５Ｒｚ）の有無に基づいて、ショット領域ＳＡ
内の９つの測定点の各々でのレジスト像の有無を検出す
る。そして、この検出結果からショット領域ＳＡ（露光
フィールドＩＦに対応）内の各測定点でレジスト像が存
在するフォーカス条件を求め、このフォーカス範囲を投
影レンズＰＬの長さ変化に関する焦点深度として決定す
る。これより、露光フィールドＩＦの全域での長さ変化
（即ち、レジスト像の長さ方向の膜減り）に関する焦点
深度を簡単に知ることができる。さらに、第１の実施例
と同様に長さ変化に関する焦点深度に基づいて投影レン
ズＰＬのベストフォーカス位置、像面湾曲等の光学特性
も求めることができる。

ここで、本実施例による方法に好適な第１パターンは、
第１５図（Ａ）、（Ｂ）に示したパターンに限られるも
のではなく、本実施例の原理を参酌すれば、少なくとも
３本以上のバーパターンがピッチ、配列方向等に関係な
く略平行に設けられているだけで良い。また、本実施例
ではレジスト像の有無の検出精度（回折光強度）を考慮
し、第２露光において外側２本の回折格子パターンの潜
像のみに対して２重露光を行っていた。しかしながら、
本実施例ではレジスト像（複数本のバーパターン）の中
で、両端を除いた残りのバーパターンのうちの少なくと
も１本についての有無を検出できれば良く、従って第２
露光では少なくとも１本のバーパターン（潜像）を遮光
するように露光を行えば良い。

次に、本実施例の変形例について第１７図を参照して簡
単に説明するが、第２の実施例との差異は使用する第１
パターンが異なるだけである。ここでは、第１７図（Ａ
）に示すような第１パターンＲＰ１′、即ちウェハＷ上
でバーパターンの長手方向がスポットスキャン方向と一
致するように配列されたＬ／Ｓパターンを用いるものと
する。まず、第１パターンＲＰ１と第１７図（Ｂ）に示
す第２パターンＲＰＩ’（斜線部）とを用い、第２の実
施例と全く同様の動作で２重露光を実行する。

その後、主制御装置ＭＣ８はＹ−ＬＳＡ系１０を用いて
ショット領域ＳＡ内の測定点を順次走査しく第１７図（
Ｃ））　、Ｙ−ＬＳＡ系１０からの出力（第１７図（Ｄ
）に示す光電信号ＳＲ，の有無）に基づいて測定点での
レジスト像の有無を検出する。そして、この検出結果か
らショット領域ＳＡ内の各測定点でレジスト像が存在す
るフォーカス条件を求め、このフォーカス範囲を投影レ
ンズＰＬの長さ変化に関する焦点深度として決定する。

さて、デフォーカスによる第１パターンＲＰ、。

（内側３本のバーパターン）の寸法変化が許容値以内と
なる、換言すればウェハＷ上に存在しているレジスト像
に関しては、ＡＳＣ１４において第１７図（Ｄ）に示し
た光電信号ＳＲ，の波形を所定のスライスレベルＳＬ、
で処理すれば、レジスト像の長手方向（スポットスキャ
ン方向）の長さを求めることができる。従って、この計
測値と設計上のバーパターンの長さとに基づいて、バー
パターンの長さ変化量も正確に算出できることになる。

特にバーパターンの長さを、デフォーカスによる長さ変
化量（予測値）よりも相対的に長くなるように形成し、
上記波形処理によりバーパターンの長さ変化量を求める
ようにすれば、例えば第１５図（Ａ）に示した第１パタ
ーンＲＰを用いずとも、レジスト像の寸法変化が長さ変
化に関する許容値以下となるフォーカス条件、即ち任意
に設定可能な許容値毎の長さ変化に関する焦点深度を、
バーパターンの長さ変化量に基づいて簡単に算出するこ
とができる。さらに、このようなバーパターンを用いる
場合には、レジスト像の寸法変化が全く生じないフォー
カス条件も知ることができる。

また、レジスト像の有無を正確に検出するため、第２露
光によって外側２本の回折格子パターンの除去を行うよ
うにしていたが、第１７図（Ｅ）に示すように外側２本
のバーパターンと比較して内側３本のバーパターンが明
らかに短くなると考えられるショットについては第２露
光を行わなくても構わない。この場合、Ｙ−ＬＳＡ系１
０からの光電信号ＳＲ，（第１７図（Ｆ））は、外側２
本のバーパターンからの回折光の強度に応じた光電信号
と、内側３本のバーパターンの回折光強度に応じた光電
信号とを合成した波形になる。そこで、ＡＳＣ１４にお
いて光電信号ＳＲ，の波形処理を行う際、例えば第１７
図（Ｆ）に示すように２本のスライスレベルＳＬ、　、
ＳＬ２を設定すれば、第２露光を行わずともレジスト像
の有無、又はレジスト像の長さ変化量を求めることがで
きる。

以上通り、第１、第２の実施例ではテストレチクルを用
いていたが、例えばデバイスレチクルと可変ブラインド
（不図示）とを利用すれば、特にテストレチクルを使う
必要はなくなる。この際、第１露光ではデバイスパター
ンの一部（或いはアライメント用のレチクルマーク）を
転写し、第２露光ではパターン領域ＰＡ内の光透過部を
利用すれば良い。また、上述したように第１パターンＲ
Ｍ、、ＲＰ、等は、露光フィールドＩＦ内でのバーパタ
ーン（又はＬ／Ｓパターン）の配列方向について同等制
約を受けない。このことからも分かるように、ウェハＷ
上でレジスト像（Ｌ／Ｓパターン）の配列方向とスポッ
ト光の長手方向とを常に一致させる必要はなく、例えば
第１８図（Ａ）〜（Ｃ）に示すような関係としても良い
。第１８図（Ａ）はスポットスキャン方向に対してスポ
ット光ｓｐを（例えば、４５°）傾けた場合、第１８図
（Ｂ）はスポットスキャン方向に対してレジスト像を傾
けて配列した場合、第１８図（Ｃ）はスポットスキャン
方向に対してスポット光ＳＰ及びレジスト像を共に傾け
た場合を示している。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。

本実施例では、第１７図（Ａ）に示した第１パターンＲ
Ｐ、’を用いるものとし、そのバーパターンの長さし、
は第２の実施例で述べたようにデフォーカスによる長さ
変化量（予測値）よりも相対的に長くなるように形成し
ておく。

さて、第６図に示したステッパーにおいて主制御装置Ｍ
Ｃ３は、まず第１の実施例と全く同様の動作で、第１露
光（パターン露光）及び第２露光（フラッド露光）を行
う。さらに、この２重露光によってレジスト層に形成さ
れた第１パターンＲＰ１′の潜像に対して、第２パター
ンＲＰ２°（第１７図（Ｂ））を重ね合わせて第３の露
光を実行する。第３露光は、両端のバーパターンによる
レジスト像（内側３本のバーパターン）の有無の検出精
度の低下を防止するために行うもので、第２の実施例と
同様の動作で行われる。尚、第１〜第３露光でのフォー
カス条件はショット領域毎に等しくなっており、本実施
例でもフォーカス位置をＺ方向に０．１μｍずつシフト
させているものとする。次に、コータ・デイベロツバ−
で現像処理が施されたウェハＷは、再びステッパーへ搬
入されてウェハステージＷＳに載置される。主制御装置
ＭＣ３は第１の実施例と同様の動作で、Ｙ−Ｌ　ＳＡ系
ｌＯを用いてショット領域ＳＡ内の測定点を順次走査し
、ショット領域内の９つの測定点でのレジスト像の有無
を検出した後、レジスト像が存在するフォーカス範囲を
厚さ方向の膜減りに関する焦点深度として決定する。

この際、主制御装置ＭＣ５はレジスト像の有無を判断し
て膜減りに関する焦点深度を求めると同時に、ＡＳＣ１
４においてＹ−ＬＳＡ系ＩＯからの光電信号ＳＲ，（第
１７図（Ｆ））の波形処理を行って、レジスト像の長手
方向（スポットスキャン方向）の長さを求める。この結
果、現像後に除去されずに残る、即ち厚さ方向の膜減り
を生じないレジスト像に関しては、長手方向のバーパタ
ーンの長さ変化量を正確に算出でき、その長さ変化量に
基づいて寸法変化が許容値り以下となる長さ変化に関す
る焦点深度も決定する。

ここで、バーパターンの長さ変化量はウェハ上に存在し
ている、つまり膜減り焦点深度内のレジスト像について
のみ測定されることになる。このため、実際にはレジス
ト像の長さ変化量が許容値Ｌ・を越える、即ち（膜減り
に関する焦点深度）〉（長さ変化に関する焦点深度）な
る関係が成り立つ場合のみ、正確な長さ変化に関する焦
点深度を求めることができる。一方、レジスト像の長さ
変化量が許容値し６以下である場合には、正確な長さ変
化に関する焦点深度を求めることができず、ただ単に（
膜減りに関する焦点深度）≦（長さ変化に関する焦点深
度）なる関係しか判らない。

以上のことから、本実施例においてステッパーのフォー
カス条件のオートセットを行う時は、前者の場合は長さ
変化に関する焦点深度を、後者の場合は膜減りに関する
焦点深度を用いて、ベストフォーカス位置を決定するよ
うにし、このベストフォーカス位置からＡＦセンサー１
２のキャリブレーションを行って、１シヨツト毎に最良
結像面とショット領域表面とを正確に一致させれば良い
。

尚、本実施例ではＬＳＡ系を用いて、ウェハＷ上に存在
するレジスト像の長さ変化量を求めている。このため、
ウェハ上でバーパターンの長手方向がスポットスキャン
方向と一致するように形成された第１パターンＲＰＩ’
を用いる必要があった。

しかしながら、ＬＳＡ系以外のアライメントセンサー、
例えばＦＩＡ系１３を用いる場合には、スポットスキャ
ン方向とバーパターンの長手方向とが一致しているか否
かに関係なく、レジスト像の長さ変化量を算出すること
ができる。このことから、本実施例に好適なパターンは
第１パターンＲＰ１°に限られるものではなく、少なく
とも第２の実施例で使用可能なパターンであれば良いと
言える。また、第２の実施例の変形例で述べたようにレ
ジスト像の寸法変化が大きい場合は、ＬＳＡ系から出力
される光電信号の波形処理を行うことによって、本実施
例でも外側２本のバーパターンを除去するための露光（
第３露光）を省略することができる。

さて、本発明の第１〜第３のいずれかの実施例において
、線幅が異なる複数のＬ／Ｓパターンの各々をウェハＷ
上に転写する。この際、特に第１露光においてフォーカ
ス条件を変えながら１つのＬ／Ｓパターンの露光を行っ
た後、新たにフォーカス条件を変えながら次のＬ／Ｓパ
ターンの露光を行うようにする。その後、上記実施例と
同様の動作でレジスト像の有無から各線幅（Ｌ／Ｓパタ
ーン）毎の膜減り（又は長さ変化）に関する焦点深度を
決定して、第１９図に示すような関係を求める。第１９
図において縦軸はＬ／Ｓパターンの線幅を示し、横軸は
膜減りに関する焦点深度（デフォーカス量）を示してい
る。

ここで、第１９図からも明らかなように、一般にＬ／Ｓ
パターンの線幅が細くなると、それに対応して膜減りに
関する焦点深度も狭くなる。また、本発明の各実施例で
はＡＦセンサー１２を用いてフォーカス位置を０．１μ
ｍずつシフトしながら露光を行っているが、ＡＦセンサ
ー１２の測定精度（分解能）が低いと、フォーカス位置
が０．１μｍずつシフトさせることができず、１回のシ
フト量が０．２〜０．３μｍ程度になり得る。

以上のことから、第１９図において任意に２つの線幅で
の膜減りに関する焦点深度を比較した時、線幅が細い方
が膜減り焦点深度が広くなっている、換言すれば第１９
図中のグラフ（曲線）が単調減少（又は単調増加）して
いない場合には、ＡＦセンサー１２によるフォーカス位
置のシフト量の設定が正確に行われていないことが分か
る。つまり、第１９図に示した関係を求めることによっ
て、簡単にＡＦセンサー１２の測定精度をチエツクする
ことができる。この際、特に高感度レジストを使用すれ
ば、上記関係（第１９図）をより精度良く求めることが
でき、ＡＦセンサー１２のチエツク精度も相対的に向上
させることが可能となる。尚、ＡＦセンサー１２の代わ
りにエア・マイクロメータ等を用いても、同様にその測
定精度をチエツクできるのは明らかである。

以上の通り、本発明の第１〜第３の実施例ではレジスト
像の有無を検出するためのアライメントセンサーとして
ＬＳＡ系を用いていたが、上記測定に好適な装置はＬＳ
Ａ系及びステッパーのアライメントセンサーに限られる
ものではなく、レジスト像の有無を検出できるものであ
れば良い。例えば、投影レンズＰＬを介してレチクルマ
ークとウェハマークとを重ね合わせて同時に観察するＴ
Ｔ　Ｒ（Ｔｈｒｏｕｇｈ　Ｔｈｅ　Ｒｅｔｉｃｌｅ）方
式のダイ・パイ・ダイ・アライメント系、ＩＴＶ、ＣＣ
Ｄカメラ等の撮像素子でウェハマークを観察する画像処
理法、或いはガルバノミラ−等の振動ミラーを用いたス
ポットスキャン方式、若しくはステージスキャン（Ｌ　
Ｓ　Ａ）方式による回折光（又は散乱光）検出法を用い
たオフ・アクシス方式のウェハ・アライメント系（Ｆ−
ＩＡＡｌＢ２）、特開昭６３−２８３１２９号公報等に
開示されているように回折格子パターンに対して２方向
から平行なレーザビームを同時に照射して′１次元の干
渉縞を作り、マークから発生する±１次回折光（干渉光
）を充電検出するヘテロダイン方式（又はホモダイン方
式）のアライメントセンサーを用いても良い。また、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（又は散乱光）検出法を用いた
微小寸法測定装置等の検査装置、或いは光学顕微鏡若し
くはＨｅ−Ｎｅ、　Ｈｅ−Ｃｄレーザ光による画像処理
装置等の画像処理計測器を用いても良い。

例えば、ＦＩＡ系１３において撮像素子はレジスト像を
走査線ＶＬに沿って電気的に走査し、レジスト像の画像
信号をＡＳＣ１４へ出力するので、ＬＳＡ系と同様に画
像信号の出力の有無を調べれることでレジスト像の有無
を知ることができる。

ここで、レジスト像の線幅が計測器の分解能よりも十分
大きい時（第２０図（Ａ））　、撮像素子からの画像信
号は第２０図（Ｂ）に示すような波形となり、各バーパ
ターンが独立した線と認識される。また、線幅が計測器
の分解能と同等、或いはその分解能よりも小さい時（第
２１図（Ａ））は、レジスト像から測定光が戻ってこな
いので、バーパターンは独立した線とは認識されない。

しかしながら、このような場合でも撮像素子からの画像
信号は第２１図（Ｂ）に示すような波形（太い暗部）と
なり、レジスト像は暗線群のように認識されることにな
る。以上のことから、ＦＩＡ系１３を用いてもレジスト
像の有無を検出できることが分かる。ここで、レジスト
像の有無のみを調べる時は走査線は１本でも構わないが
、第２、第３の実施例のようにレジスト像の長さを測定
する時は、１本の走査線ＶＬだけではＳ／Ｎ比の点で不
利なので、点線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画像信号のレ
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、本実施例はｇ線やｉ線を露光光源とするステッパ
ーについて述べたが、例えばＫｒＦエキシマレーザ光（
波長２４８ｎｍ）等のＤｅｅｐＵＶ光、又は金属蒸気レ
ーザや色素レーザ、及びその高調波、或いはＹＡＧレー
ザの高調波、若しくは複数波長（例えばｇ線とｈ線）等
を露光光源とするステッパー、又はプロジェクション方
式若しくはステップ・アンド・スキャン方式の露光装置
或いはＸ線露光装置等を含み、フォーカス条件を設定す
る必要がある全てのりソグラフィ装置において本発明を
適用でき、同様の効果を得ることができるのは明らかで
ある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、非常に簡単な方法（レジ
スト像の有無を検出するだけ）でスループットを低下さ
せることなく、高精度、高速に投影光学系の露光フィー
ルド全域での膜減りに関する焦点深度を測定することが
できる。特に広い露光フィールドの投影光学系であって
も、露光フィールド内の複数点（１０〜２０点）で膜減
りに関する焦点深度を測定でき、より精密に投影光学系
の評価（光学特性の検査）を行うことが可能となるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｃ）、第２図、第３図（Ａ）〜（Ｃ）
、第４図（Ａ）〜（Ｃ）、及び第５図（Ａ）〜（Ｃ）は
本発明の第１の実施例の原理説明に供する図、第６図は
本発明の第１〜第３の実施例による方法を適用するのに
好適なステッパーの概略的な構成を示す平面図、第７図
（Ａ）は第１の実施例で用いるのに好適なテストレチク
ルのパターン形状の一例を示す図、第７図（Ｂ）は第１
の実施例で好適な第１及び第２パターンの概略的な構成
を示す図、第８図は第１の実施例による露光条件決定の
ために２重露光されたウェハ上のショット配列の一例を
示す図、第９図（Ａ）、（Ｂ）は第１の実施例の測定動
作の説明に供する図、第１Ｏ図は第１の実施例において
第２露光量毎にレジスト像が存在するフォーカス範囲を
示す図、第１１図（Ａ）〜（Ｄ）は第１の実施例で好適
な第１パターンの形状の変形例を示す図、第１２図（Ａ
）、（Ｂ）は第１の実施例においてデフォーカス量±０
．５μｍで露光されたショット領域内のレジスト像の形
成状態を示す図、第１３図（Ａ）〜（Ｃ）及び第１４図
（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施例の原理説明に供
する図、第１５図（Ａ）、（Ｂ）は第２の実施例で好適
な第１パターンの形状の一例を示す図、第１６図（Ａ）
〜（Ｃ）は第２の実施例の測定動作の説明に供する図、
第１７図（Ａ）〜（Ｆ）は第２の実施例の変形例の測定
動作の説明に供する図、第１８図（Ａ）〜（Ｃ）はＬＳ
Ａ系のスポット光の長手方向とレジスト像の配列方向と
の関係の一例を示す図、第１９図はＬ／Ｓパターンの線
幅毎の膜減りに関する焦点深度の一例を示す図、第２０
図（Ａ）、（Ｂ）及び第２１図（Ａ）、（Ｂ）はＦＩＡ
系を用いてレジスト像の有無を検出する動作の説明に供
する図である。〔主要部分の符号の説明〕２・・・シャッター、５・・・照明光学系、ＩＯ・・・
ＹＬＳＡ系、ｌ　２　ａ、　　１２　ｂ−ＡＦセンサー
　１３・・・ＦＩＡ系、１４・・・アライメント信号処
理回路、ＩＬ・・・照明光（露光光）、ＣＬ・・・コン
デンサーレンズ、ＲＡ・・・レチクルアライメント系、
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、ＡＸ・・
・光軸、Ｗ・・・ウェハ、ＷＳ・・・ウェハステージ、
ＳＰ・・・スポット光、ＭＣ８・・・主制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面にレジスト層が形成された感光基板を所定の
露光基準面に配置することによって、マスクに形成され
たパターンを所定のエネルギー量で前記感光基板に露光
する装置を用いて、前記感光基板への露光条件を測定す
る方法において、前記感光基板上の異なる複数の部分領
域の夫々に、マスク上の予め定められた複数の位置に形
成された第１パターンを、前記露光条件を変えながら順
次露光する第１工程と；前記感光基板上の部分領域内に形成された前記第１パタ
ーンの潜像の少なくとも一部に対して、前記部分領域毎
に前記露光条件を変えながら、第２パターンを重ね合わ
せ露光する第２工程と；前記第１及び第２パターンの重
ね合わせ露光によって前記レジスト層に形成されるレジ
スト像の所定の形成状態を検出し、該形成状態に基づい
て前記露光条件を測定する第３工程と；を含むことを特徴とする露光条件測定方法。
（２）前記第２工程で重ね合わせ露光が行われた後、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工程において前記レジスト像の形成状態としては、
前記現像によって前記レジスト層中に微小凹凸で形成さ
れるレジスト像の有無を検出することを特徴とする請求
項第１項記載の露光条件測定方法。
（３）前記第１パターンは遮光部で形成された直線状マ
ーク部、前記第２パターンは少なくとも前記第１パター
ンよりも大きな光透過部を有し、前記第２工程での重ね
合わせ露光では、前記部分領域、若しくは前記直線状マ
ーク部の潜像の全面を略均一な光強度で露光することを
特徴とする請求項第１項又は第２項記載の露光条件測定
方法。
（４）前記第１パターンは遮光部で形成された少なくと
も３本の直線状マークが略平行に配列され、前記第２パ
ターンは前記直線状マークの形状に対応した遮光部を有
し、前記第２工程での重ね合わせ露光では、前記第１パ
ターンの潜像のうち、両端に位置する直線状マークを除
いた残りの直線状マークのうちの少なくとも１本の潜像
を遮光することを特徴とする請求項第１項又は第２項記
載の露光条件測定方法。
（５）前記第２工程で重ね合わせ露光が行われた後、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工程において前記レジスト像の形成状態としては、
前記現像によって前記レジスト層中に微小凹凸で形成さ
れる前記直線状マークのレジスト像の長手方向のマーク
長さを検出することを特徴とする請求項第１項又は第４
項記載の露光条件測定方法。
（６）前記露光条件は、前記感光基板の表面と前記露光
基準面との間隔値を第１の条件とし、前記感光基板への
エネルギー量の値を第２の条件として含み、前記第１及
び第２工程では前記第１の条件と第２の条件との少なく
とも一方を変えて順次露光することを特徴とする請求項
第１項乃至第５項記載の露光条件測定方法。
（７）前記露光装置は、前記マスクのパターンの像を前
記露光基準面として規定される最良結像面内に投影する
投影光学系を有し、前記第１の条件は前記間隔値に対応
したフォーカス量であることを特徴とする請求項第１項
乃至第６項記載の露光条件測定方法。
（８）前記露光装置は、前記マスクと感光基板の相対位
置合わせを行うアライメント手段を有し、該アライメン
ト手段は前記レジスト像の有無、若しくは長手方向のマ
ーク長さを検出する処理系を備えたことを特徴とする請
求項第１項乃至第７項記載の露光条件測定方法。