JPH05217872A

JPH05217872A - 投影光学系の検査方法

Info

Publication number: JPH05217872A
Application number: JP4054213A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Hirukawa; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1992-02-05
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型電子顕微鏡を使用することなく高精度
且つ高速に投影光学系の非対称収差量を計測する。【構成】１回目の露光で格子状パターン１４，１５を
露光し、２回目の露光で格子状パターン１６，１７を露
光し、３回目の露光で遮光パターンの像１８，１９を露
光して、現像後に両端のレジストパターン２０及び２１
を得る。レジストパターン２０及び２１のそれぞれの長
さＬ１及びＬ２の差より投影光学系の非対称収差量を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等の製造に用いる投影露光装置の投影光学
系を検査する際に適用して好適な投影光学系の検査方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子や液晶表示素子等をリ
ソグラフィ工程で製造する際に、レチクル上に形成され
たパターンの例えば１／５の縮小像をウェハ上に投影す
る投影光学系を備えた投影露光装置が使用されている。
この際、投影光学系に収差が存在すると、レチクル上の
パターンの像がウェハ上に正確に転写されなくなり、製
造された半導体素子等の特性が不充分なものとなった
り、極端な場合には半導体素子等そのものが正常に動作
しなくなるという問題が生じる。

【０００３】このため投影光学系の収差量が許容範囲内
であるかどうかを予め検査する必要がある。以下では検
査対象の収差として、投影光学系のコマ収差及び投影光
学系の機械的な中心と光軸との偏心によるコマ収差を含
む非対称収差を扱う。従来はこのような非対称収差に関
する検査は、投影光学系を投影露光装置に装着した状態
で、レチクル上に形成された複数の直線パターン（例え
ばライン／スペースパターン）の像を実際に投影光学系
を介してウェハ上に露光し、その露光された像の非対称
量を計測することにより行われていた。この場合、非対
称収差が存在する場合には、その収差の非対称方向につ
いて形成される直線パターンの空間像にも非対称が生じ
ることから、その非対称収差を検出することができる。

【０００４】即ち、例えば露光光として水銀ランプのｉ
線を使用し、開口数ＮＡが０．４５で縮小倍率が１／５
の投影光学系を用い、照明光学系のコヒーレンシィを表
すσ値（照明光学系の開口数の投影光学系の入射側の開
口数に対する比）を０．３に設定した状態で、ピッチが
０．５μｍで５本の暗線パターンを配列して形成された
ライン／スペースパターンをウェハ上に露光するものと
する。この場合、図７（Ａ）に示すように、レチクル上
には光透過部の中にピッチ２．５μｍで５本の暗線パタ
ーンＰＴＮ１が形成され、図７（Ａ）のパターンを透過
した直後の露光光の強度分布を示す図７（Ｂ）より明か
なように、図７（Ａ）の暗線パターンの直後の光強度は
０である。

【０００５】そして、図７（Ｃ）は、コマ収差が０μｍ
の場合の図７（Ａ）のパターンに対応するウェハ上の投
影像の強度分布を示し、図７（Ｄ）は、コマ収差が０．
５μｍの場合の図７（Ａ）のパターンに対応するウェハ
上の投影像の強度分布を示す。この内の図７（Ｃ）のコ
マ収差が０μｍの場合には、左右両側の暗部の幅Δ１及
びΔ２に差はないが、図７（Ｄ）のコマ収差が０．５μ
ｍの場合には、コマ収差方向である右端の暗線パターン
の幅Δ２が左端の暗線パターンの幅Δ１よりも広くなっ
ている。そして、ポジレジストを用いてパターンの転写
をする際には、像の強度が小さい部分にレジストが残る
ことになる。このため、従来の技術では、露光された計
測用レジストパターンの両端のパターンの寸法差を、走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を用いて計測し、予め求め
ておいた非対称収差量とその寸法差との関係を参照する
ことにより、その投影光学系の非対称収差を計測してい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
走査型電子顕微鏡による計測法では走査型電子顕微鏡の
電子光学系の収差により、パターン寸法を正しく計測で
きず、この計測誤差のために収差量を正しく求められな
い虞があった。

【０００７】また、走査型電子顕微鏡のオペレータの習
熟度によっては、電子光学系のアライメントが充分にで
きないために、収差が残存した状態で計測を行うことも
あり、これがオペレータ間の計測差となっていた。更
に、走査型電子顕微鏡の計測は処理速度が遅いために、
露光フィールド内の多数の計測点の収差量の計測が困難
であるという不都合もあった。また、走査型電子顕微鏡
を使用せずに微細パターン寸法を計測するには、光学顕
微鏡を使用するのが一般的である。しかし、光学顕微鏡
は走査型電子顕微鏡に対して分解能が低く、現在のハー
フミクロンパターンの検査には充分な計測精度が得られ
なかった。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、走査型電子顕微
鏡を使用することなく高精度且つ高速に投影光学系の非
対称収差量を計測できる検査方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の検査
方法は、例えば図２に示す如く、表面に感光層が形成さ
れた感光基板Ｗを所定の露光基準面に載置し、この感光
基板にマスクＲのパターンを露光する露光装置の投影光
学系ＰＬの結像特性を検査する方法において、例えば図
１に示すように、計測方向に周期的な計測用のパターン
（１４，１５）が形成されたマスクと、その計測用のパ
ターンの内の所定の２箇所のパターン（１８，１９）の
みに対応するマスキング手段（パターン１８，１９が形
成されたマスク又はパターン１８，１９に対応する視野
絞り等）とを用い、その計測用のパターンの像をその投
影光学系を介してその感光基板に露光した後に、（その
マスキング手段を用いて）この露光された計測用のパタ
ーンの像の内のその所定の２箇所のパターン（１８，１
９）に対応する像を抽出するための露光を行い、この抽
出された２箇所のパターンの像の寸法よりその投影光学
系の収差の方向及び収差量を求めるものである。

【００１０】また、本発明の第２の検査方法は、例えば
図２に示すように、表面に感光層が形成された感光基板
Ｗを所定の露光基準面に載置し、この感光基板にマスク
Ｒのパターンを露光する露光装置の投影光学系ＰＬの結
像特性を検査する方法において、例えば図３に示すよう
に、それぞれ近接した複数本の直線パターンからなる格
子状パターン（２２−１〜２２−ｎ）を配列した第１の
格子状パターン群及びそれぞれ近接した複数本のそれら
直線パターンと所定方向に交差する直線パターンからな
る格子状パターン（２３−１〜２３−ｎ）を配列した第
２の格子状パターン群が形成されたマスクと、それら第
１の格子状パターン群及び第２の格子状パターン群の各
格子状パターン内の所定の抽出対象パターンのみに対応
するマスキング手段（パターン（２４−１〜２４−ｎ）
又は視野絞り）とを使用する。

【００１１】そして、その感光基板にその第１の格子状
パターン群の像をその投影光学系を介して露光する第１
の露光工程と、この露光されたその第１の格子状パター
ン群の潜像の上にその第２の格子状パターン群の像を重
ね合わせて露光する第２の露光工程と、その第１の格子
状パターン群及び第２の格子状パターン群の潜像の内の
それら所定の抽出対象パターンに対応する潜像（図４
（Ｂ）のパターン２７−１〜２７−ｎ）を抽出するため
の第３の露光工程と、この抽出された抽出対象パターン
に対応する潜像の寸法Ｌ１を計測する計測工程とを有す
るものである。この場合、その第１の格子状パターン群
及び第２の格子状パターン群を構成する格子状パターン
の間隔Ｐ１を等しく設定することが望ましい。

【００１２】

【作用】斯かる本発明の第１の検査方法によれば、計測
用のパターン（１４，１５）の像の内の２箇所のパター
ン（１８，１９）のみに対応する像が抽出される。この
場合、投影光学系に非対称収差が存在すると、周期的な
計測用のパターンの像の両端の暗部の幅に差が生ずるこ
とが分かっている。従って、それら２箇所のパターン
（１８，１９）をそれら計測用のパターン（１４，１
５）の像の両端の暗部に対応する位置に設定することに
より、両端の暗部に対応する像のみが抽出される。これ
ら像の幅を比較することにより、その投影光学系の非対
称収差の量を計測することができる。

【００１３】この場合、両端の暗部に対応する像以外の
像が消去されているので、それら両端の暗部に対応する
像の幅は、例えば所定形状の光ビームを走査する等の光
学的手法でも正確に計測することができる。従って、走
査型電子顕微鏡を使用することなく、高精度且つ高速に
投影光学系の非対称収差量を計測できる。また、それら
像の幅等の寸法を計測するには、それら露光された像を
現像して得られたパターンを計測することにより行って
もよい。それ以外に、例えば感光基板としてホトクロミ
ック材を使用すれば、露光して得られた潜像の段階でも
像の幅等の寸法を容易に計測することができる。

【００１４】また、本発明の第２の検査方法によれば、
例えば図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、露光パター
ンとして互いに斜交する第１の格子状パターン群及び第
２の格子状パターン群が使用される。そして、感光基板
の感光材として例えばポジレジストを使用して、第１の
格子状パターン群の像と第２の格子状パターン群の像と
を順次互いに重なるように露光すると、図３（Ｄ）に示
すように、２つの格子状パターン群の像が重なった露光
パターンが得られる。次に、第３の露光工程により、そ
れら２つの格子状パターン群の像が重なった部分の内
の、一端のひし形のパターン（図４（Ｂ）の２７−１〜
２７−ｎ）を抽出する。そして、計測工程において、こ
の抽出されたひし形のパターンの上に例えば光スポット
を照射してパターンからの回折光の強度をモニターする
と共に、光スポットと感光基板とを相対的に移動させる
と、反射光の強度が変化することにより、そのひし形の
パターンの長さＬ１を計測することができる。

【００１５】同様に、上述の第１〜第３の露光工程によ
り、それら２つの格子状パターン群の像が重なった部分
の内の、他端のひし形のパターン（図４（Ｃ）の２９−
１〜２９−ｎ）を抽出し、この抽出されたひし形のパタ
ーンの長さＬ２を計測する。そして、投影光学系が図４
のｙ方向のコマ収差成分を持っている場合には、上述の
ように、形成される空間像はそのｙ方向の一端側の暗部
の幅と他端側の暗部の幅とが異なる。このため、互いに
斜交するパターンについては、暗部の幅が広い側の方が
交差した暗部に対応するひし形のパターンの長さ（Ｌ１
又はＬ２）が長くなる。

【００１６】図１を参照してこのように幅が長さに拡大
されることについてより詳細に説明する。図１におい
て、収差の計測方向をｙ方向、これに垂直な方向をｘ方
向とする。また、第１の格子状パターン群が図１（Ａ）
の格子状パターン（１４，１５）より構成され、第２の
格子状パターン群が図１（Ｂ）の格子状パターン（１
６，１７）より構成され、格子状パターン（１４，１
５）と格子状パターン（１６，１７）との交差角を２θ
（θ≪１）として、第１の格子状パターン群及び第２の
格子状パターン群の或る格子状パターンの一端の直線パ
ターンのｙ方向の幅及びｘ方向の長さをそれぞれＬ及び
Ｈとする。

【００１７】そして、簡単のため投影光学系の投影倍率
を１として非対称収差が無いものとすると、それら第１
の格子状パターン群の像と第２の格子状パターン群の像
とを重ね合わせることにより図１（Ｃ）の一連のひし形
の露光パターンが得られる。第３の露光工程によりその
一端の露光パターン（２１）が得られ、同様にして他端
の露光パターン（２０）も得られる。その内の一端のひ
し形の露光パターン（２１）は、頂角が２θでｘ方向の
長さｈが次式で表される。

【数１】ｈ＝Ｌ／ｔａｎθ

【００１８】従って、（θ≪１）の条件下では、ひし形
の露光パターン（２１）のｘ方向の長さｈはｙ方向の幅
Ｌよりも例えば数１０倍に拡大されるので、その長さｈ
は光学的な観察手段でも容易に正確に計測することがで
きる。また、直線状のパターンの長さＨは、そのひし形
のパターン（２１）の長さｈよりも所定量だけ長くして
おく必要がある。

【００１９】また、投影光学系に非対称収差としてのコ
マ収差がｙ方向に存在すると、第１の格子状パターン群
（１４，１５）の像の両端の暗部のパターンの幅が異な
った値になり、第２の格子状パターン群（１６，１７）
の像の両端の暗部のパターンの幅も異なった値になる。
従って、上記の（数１）における幅Ｌが変化して、ｘ方
向の長さｈも拡大されて変化することから、それら両端
の暗部のひし形のパターン（２０，２１）の幅の差を長
さの差として拡大して容易且つ正確に計測することがで
きる。このように計測されたパターンの長さの差に基づ
いて、予め求めておいた収差量とパターンの長さの差と
の関係を参照することにより、ｙ方向に関する非対称収
差の量を求めることができる。

【００２０】また、その第１の格子状パターン群（図３
（Ａ））及び第２の格子状パターン群（図３（Ｂ））を
構成する格子状パターンのｙ方向の間隔Ｐ１を等しく設
定した場合には、図４（Ｂ）に示すように、第３の露光
工程により抽出されたパターン（２７−１〜２７−ｎ）
のｙ方向の間隔も等しくなり、これら抽出されたパター
ン（２７−１〜２７−ｎ）は回折格子として作用する。
従って、例えばｙ方向に細長い光スポットを照射して回
折光を検出することにより、より高いＳＮ比で正確に抽
出されたパターンの長さを計測することができる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明による投影光学系の検査方法の
一実施例につき図面を参照して説明する。本例は投影露
光装置の投影光学系の非対称収差を検査する場合に本発
明を適用したものである。図２は本例の投影露光装置を
示し、この図２において、水銀ランプ等の露光用光源１
からの露光光は、楕円鏡２で集光された後、露光量制御
用のシャッター３を通り、オプティカルインテグレータ
４で照度が均一化された後に、主コンデンサレンズＣＬ
を介してレチクルＲに照射される。光源１の発光強度が
ほぼ一定であるとすると、シャッター３の開時間をシャ
ッターコントローラ６で制御することで、常に一定の露
光量が得られる。

【００２２】レチクルＲは２次元平面でｘ方向、ｙ方向
及び回転方向に微動できるレチクルステージＲＳに保持
され、レチクルＲのパターン領域に形成されたパターン
が像側テレセントリックな投影光学系ＰＬによってウェ
ハステージＳＴ上のウェハＷ上に結像される。レチクル
Ｒの初期設定は、レチクルアライメント系５によりレチ
クルＲのパターン領域の周辺のアライメントマークを検
出することにより行われる。一方、ウェハステージＳＴ
は、投影光学系ＰＬの光軸に垂直な面内でｘ方向及びｙ
方向に一定量ずつウェハＷをステッピングさせ、ウェハ
Ｗ上のショット領域毎にレチクルＲのパターン領域の像
を露光するように動作する。このウェハステージＳＴ
は、ステージコントローラ７によって制御され、ステー
ジコントローラ７には駆動用のモータと、ステージＳＴ
の座標値を逐次計測するレーザ干渉計とが設けられてい
る。

【００２３】１１はウェハＷ上の各種パターン（アライ
メントマーク等）を検出するためのウェハアライメント
系を示し、本例ではこのウェハアライメント系１１を用
いてウェハ上に露光された収差量計測用のパターンの寸
法を計測する。このウェハアライメント系１１におい
て、レーザ光源１１ａからのレーザビームは、シリンド
リカルレンズ等を含むレン系１１ｂ、ビームスプリッタ
ー１１ｃ及び対物レンズ１０を経てミラーで折り曲げら
れて投影光学系ＰＬに入射する。この場合、レーザビー
ムは投影光学系ＰＬの入射瞳の中心を通るように軸外か
ら供給され、ウェハＷ上に垂直に入射し、レンズ系１１
ｂの作用でウェハＷ上で一方向に伸びたスリット状のス
ポット光となる。また、ウェハＷから反射されたレーザ
ビームは、投影光学系ＰＬ及び対物レンズ１０を逆進
し、ビームスプリッター１１ｃで反射された後に、瞳リ
レー系１１ｄ、空間フィルター１１ｅ及び集光レンズを
経て光電変換素子１１ｆに入射する。

【００２４】空間フィルター１１ｅは、投影光学系ＰＬ
の瞳面とほぼ共役な面内に配置され、ウェハＷからの反
射光の内の正反射光を遮断して回折光と散乱光のみを光
電変換素子１１ｆに通す。対物レンズ１０を射出したレ
ーザビームは、投影光学系ＰＬの瞳中心で比較的小さな
ビーム断面寸法となるように、レーザビームの開口数が
定められている。従って、投影光学系ＰＬ自体の開口数
が大きくても、ウェハＷ上に達したビームの開口数は比
較的小さくなる。

【００２５】また、光電変換素子１１ｆからの光電変換
信号は、信号処理系１２に供給され、この信号処理系１
２において収差計測用のパターンのプロフィールに対応
した波形に基づいてパターンの寸法が計測される。この
場合、信号処理系１２は、ステージコントローラ７内の
レーザ干渉計からの位置計測パルスを用いて、ウェハＷ
上のスポット光とウェハＷとを相対移動させたときに得
られる光電変換信号をサンプリングする。本例ではこの
ようなＴＴＬ方式のウェハアライメント系１１及び信号
処理系１２を用いて図４（Ｂ），（Ｄ）に示した収差計
測用のレジストパターンの長さＬ１及びＬ２を計測す
る。

【００２６】更に、図２の例ではウェハＷの露光面を投
影光学系ＰＬの結像面に所定の許容誤差内で合致させる
ために、以下のような斜入射光式の焦点検出系（オート
フォーカスセンサー）が設けられている。即ち、光源１
３ａからのレジストに対して非感光性の光を、投射光学
系１３ｂによって投影光学系ＰＬの光軸に対して斜めに
ウェハＷ上に投射し、このウェハＷ上の後述のレジスト
パターン２７−１〜２７−ｎ及びレジストパターン２９
−１〜２９−ｎからの回折光を受光光学系１３ｃ及びス
リット１３ｄを介して光電検出器１３ｅで受光する。光
電検出器１３ｅから出力される信号により、ウェハＷの
露光面の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置を検出するこ
とができる。その光電検出器１３ｅから出力される信号
は焦点制御ユニット９に供給される。ステージコントロ
ーラ７の制御の下で、ウェハステージＳＴ中のＺステー
ジを駆動してウェハＷの露光面の高さを所定の高さに設
定することにより、自動焦点合わせが行われる。図２に
示すように、光スポットを投影してパターンの寸法を計
測するウェハアライメント系１１を備えた投影露光装置
のより詳細な構成及び動作については、特開平２−３０
１１２号公報に開示されている。

【００２７】次に、図３を参照して、本例で使用するレ
チクルＲ上に形成された収差計測用のパターンについて
説明する。本例のレチクルＲの異なる領域には、それぞ
れ図３（Ａ）に示す第１の格子状パターン群及び図３
（Ｂ）に示す第２の格子状パターン群を形成する。図３
（Ａ）のパターンは、ｎ個の（ｎは２以上の整数）格子
状パターン２２−１〜２２−ｎをピッチＰ１でｙ方向に
配列したものであり、図３（Ｂ）のパターンは、ｎ個の
（ｎは２以上の整数）格子状パターン２３−１〜２３−
ｎをピッチＰ１でｙ方向に配列したものである。また、
格子状パターン２２−１〜２２−ｎ及び格子状パターン
２３−１〜２３−ｎはそれぞれ４個の直線状の遮光パタ
ーンをピッチＰ２でｙ方向に配列したものであり、格子
状パターン２２−１〜２２−ｎと格子状パターン２３−
１〜２３−ｎとはそれぞれ角度２θ（０＜θ＜π／８）
で交差するように形成されている。

【００２８】更に、本例のレチクルＲの異なる領域に、
図３（Ｃ）に示すようなｎ個のピッチＰ１で配列された
遮光パターン２４−１〜２４−ｎが形成されている。各
遮光パターン２４−１〜２４−ｎはそれぞれ、格子状パ
ターン２２−１の一つの直線状の遮光パターンに外接す
る矩形パターンよりも少し大きめの矩形のパターンであ
る。なお、この図３（Ｃ）のパターンは例えば図２の露
光用の照明光学系中に配置する視野絞り（レチクルブラ
インド）によっても代用することができる。

【００２９】次に、本例の投影光学系ＰＬの非対称収差
を検査するための露光動作及びパターン寸法の計測動作
につき説明する。本例では図２のウェハＷに塗布するレ
ジストとしてはポジレジストを使用する。ポジレジスト
の場合には、現像すると、露光光が照射されなかった部
分（暗部）のレジストだけが残る。また、以下の露光は
図２の斜入射光式の焦点検出系を使用して、ウェハＷを
予め求めておいたベストフォーカス位置から所定の許容
誤差範囲内に収めた上で実行される。

【００３０】先ず、図２のウェハステージＳＴを駆動し
てウェハＷ上の所定の第１の露光領域を図３（Ａ）のレ
チクルＲの格子状パターン２２−１〜２２−ｎと共役な
領域に移動させた後に、第１回目の露光により、その格
子状パターン２２−１〜２２−ｎをウェハＷ上の第１の
露光領域に露光する。次に、図２のウェハステージＳＴ
を移動させてウェハＷの第１の露光領域を、図３（Ｂ）
のレチクルＲの格子状パターン２３−１〜２３−ｎと共
役な位置に移動させた後に、第２回目の露光によりそれ
ら格子状パターン２３−１〜２３−ｎを重ねて露光す
る。便宜上、投影光学系ＰＬの投影倍率を１として表す
と、それら２回の露光により図３（Ｄ）に示すように２
種類の格子状パターンが重ね合わせられたパターン２５
−１〜２５−ｎが露光される。

【００３１】次に、そのウェハＷの第１の露光領域を図
３（Ｃ）のレチクルＲの遮光パターン２４−１〜２４−
ｎと共役な領域に移動させる。この場合、図４（Ａ）に
示すように、第１の格子状パターンと第２の格子状パタ
ーンとを重ね合わせて形成されたｎ個のパターンの一方
の端部のひし形の図形にそれぞれそれら遮光パターンの
像２６−１〜２６−ｎが外接するような位置にウェハＷ
の位置決めを行う。この状態で第３回目の露光により図
３（Ｃ）の遮光パターン２４−１〜２４−ｎを重ねて露
光する。

【００３２】これと平行してウェハＷ上の第２の露光領
域にも、第１の格子状パターンと第２の格子状パターン
とを重ね合わせて露光することにより図３（Ｄ）のパタ
ーン２５−１〜２５−ｎを露光する。そして、この第２
の領域では、図４（Ｃ）に示すように、第１の格子状パ
ターンと第２の格子状パターンとを重ね合わせて形成さ
れたｎ個のパターンの他方の端部のひし形の図形にそれ
ぞれそれら遮光パターンの像２８−１〜２８−ｎが外接
するような位置にウェハＷの位置決めを行う。この状態
で第３回目の露光により図３（Ｃ）の遮光パターン２４
−１〜２４−ｎを重ねて露光する。

【００３３】次に、ウェハＷを例えば図２の投影露光装
置とは別体のコータディベロッパー等で現像した後に、
再び現像後のウェハＷを図２のウェハステージＳＴ上に
載置する。本例ではポジレジストが使用されているの
で、３回の露光により露光光が照射されなかった遮光領
域のレジストだけが残っている。従って、図４（Ａ）の
露光パターンの現像により図４（Ｂ）に示す一連のひし
形のレジストパターン２７−１〜２７−ｎが残り、図４
（Ｃ）の露光パターンの現像により図４（Ｄ）に示す一
連のひし形のレジストパターン２９−１〜２９−ｎが残
る。次に、本例では、図２のウェハアライメント系１１
及び信号処理系１２を用いてウェハステージＳＴを走査
することにより、図４（Ｂ）のレジストパターン２７−
１〜２７−ｎのｘ方向の長さＬ１を計測し、その後図４
（Ｄ）のレジストパターン２９−１〜２９−ｎのｘ方向
の長さＬ２を計測する。

【００３４】例えば図４（Ｂ）のレジストパターン２７
−１〜２７−ｎはｙ方向に所定の間隔（図３（Ａ）のｙ
方向のピッチＰ１に投影倍率を乗じて得られた間隔）で
並ぶために、図４（Ｂ）のｙ方向に細長い光スポットを
照射することにより、所定の回折角の方向に回折光が発
生する。従って、図２のウェハアライメント系１１等に
より、そのパターン長Ｌ１を計測することができる。同
様に図４（Ｄ）のパターン長Ｌ２も計測することができ
る。

【００３５】これに関して、投影光学系ＰＬに図４のｙ
方向の非対称収差が存在すると、例えば図３（Ｄ）の露
光パターン２５−１〜２５−ｎの両端の遮光部に対応す
るパターンのｙ方向の幅が異なるようになる。そして、
図１を参照して説明したように、ｙ方向の両端のｙ方向
の幅が異なると、図４（Ｂ）のｘ方向の長さＬ１と図４
（Ｄ）のｘ方向の長さＬ２との差が拡大される。従っ
て、それらの差は光学的手法で容易に計測されるように
なる。また、図４（Ｂ）のパターンの長さＬ１と図４
（Ｄ）のパターンの長さＬ２との差を図５の縦軸にとる
と、実験的及び理論的に、投影光学系ＰＬの使用条件を
所定の状態に設定すると、コマ収差量は図５の横軸のよ
うな関係にあることが求められた。この関係を用いて、
逆にパターンの長さの差からコマ収差量を求めることが
できた。更に、この値は走査型電子顕微鏡によるピッチ
Ｐ２のライン／スペースパターンの投影像の左右の線幅
の差の計測結果とよく一致した。

【００３６】このように本例によれば、２回の露光を行
うことにより、投影光学系ＰＬの非対称収差に起因する
ｙ方向の幅の差をｘ方向の長さの差に拡大すると共に、
３回目の露光により不要なレジストパターンを消去する
ようにしているので、走査電子顕微鏡を使用することな
く光学的手法で高速且つ正確に非対称収差量を計測でき
る利点がある。更に、本例では図３（Ａ）の第１の格子
パターン群２２−１〜２２−ｎ及び図３（Ｂ）の第２の
格子パターン群２３−１〜２３−ｎをそれぞれ等ピッチ
Ｐ１で形成しているので、例えば図４（Ｂ）のレジスト
パターン２７−１〜２７−ｎはｙ方向に等ピッチで形成
される。従って、そのレジストパターンにｙ方向に細長
い光スポットを照射すると、所定の方向に強い回折光が
射出されるので、そのレジストパターンの長さＬ１の計
測がより高いＳＮ比で正確に行える利点がある。

【００３７】上述実施例では、図３（Ａ）及び（Ｂ）に
示すように、計測方向であるｙ方向に対して格子状パタ
ーンの直線パターンの方向はほぼ垂直である。しかしな
がら、本例の計測方法では、その計測する方向と格子状
パターンの直線パターンの方向とがほぼ垂直である必要
はない。図６はそのように、計測方向と格子状パターン
の直線パターンとが大きく異なる場合を示し、この図６
に示すように、計測方向に対して斜め方向の第１の格子
状パターン３０と第２の格子状パターン３１とを重ね合
わせて露光して露光パターン３２を得る。続いて、その
両端の各１個のひし形のパターンだけを遮光する投影パ
ターン３３及び３４を重ねて露光してから現像すること
により、ひし形のレジストパターン３５を得る。レジス
トパターン３５の外にもう一つのひし形のレジストパタ
ーンが得られる。形成されたレジストパターン３５等の
特定の計測方向の長さＬを計測することにより、その方
向の非対称収差量を計測することができる。

【００３８】また、パターンの計測方向の長さの計測手
法は図２の例に限定されるものではなく、例えばレジス
トパターンを撮像素子を用いて撮像し、画像処理を行っ
て所定の方向の長さを求めてもよい。更に、上述実施例
では現像後のレジストパターンの寸法を計測している
が、例えばホトクロミック素子を感光基板として用いる
ことにより、潜像の段階でも３回の露光で重なったパタ
ーンの所定の計測方向の長さを容易に計測することがで
きる。このように、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００３９】

【発明の効果】本発明の第１の検査方法によれば、２箇
所のパターンを除く不要なパターンが消去されているの
で、走査電子顕微鏡を使用することなく光学的手法で高
速且つ正確にそれら２箇所のパターンの像の寸法を計測
することができ、ひいては投影光学系の収差状態を検査
できる利点がある。

【００４０】また、第２の検査方法によれば、更に、第
１の格子状パターン群と第２の格子状パターン群とを重
ねて露光することにより、各格子状パターンを構成する
直線パターンの方向にほぼ垂直な方向の露光パターンの
線幅がほぼその直線パターンの方向の長さに拡大され
る。従って、より正確に光学的手法で投影光学系の収差
状態を検査することができる。また、第１の格子状パタ
ーン群及び第２の格子状パターン群をそれぞれ等間隔で
構成した場合には、回折効果によりより高いＳＮ比で高
精度に露光パターンの寸法の差を計測できる利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による投影光学系の検査方法の原理説明
図であり、（Ａ）は第１の格子状パターン群の平面図、
（Ｂ）は第２の格子状パターン群の平面図、（Ｃ）は第
１の格子状パターン群と第２の格子状パターン群とを重
ねて露光して得られた露光パターンを示す平面図、
（Ｄ）は図１（Ｃ）のパターンから抽出された２個のひ
し形のパターンを示す平面図である。

【図２】本発明の一実施例の投影露光装置の全体の構成
を示すブロック図である。

【図３】（Ａ）は実施例の第１の格子状パターン群の平
面図、（Ｂ）は実施例の第２の格子状パターン群の平面
図、（Ｃ）は実施例の遮光パターンの平面図、（Ｄ）は
第１の格子状パターン群と第２の格子状パターン群とを
重ねて露光して得られた露光パターンの平面図である。

【図４】（Ａ）は実施例の３回目の露光の説明図、
（Ｂ）は現像後のレジストパターンの平面図、（Ｃ）は
実施例の異なる領域での３回目の露光の説明図、（Ｄ）
はその異なる領域での現像後のレジストパターンの平面
図である。

【図５】露光されたパターンの両端のパターンの長さの
差と投影光学系のコマ収差量との関係を示す特性図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例の格子状パターン及び露光
結果を示す線図である。

【図７】従来の投影光学系の収差量の計測方法の説明に
供する線図である。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウェハ１１ウェハアライメント系１４，１５格子状パターン１６，１７格子状パターン１８，１９遮光パターンの像２０，２１抽出されたひし形のパターン２２−１〜２２−ｎ格子状パターン２３−１〜２３−ｎ格子状パターン２４−１〜２４−ｎ遮光パターン２７−１〜２７−ｎレジストパターン２９−１〜２９−ｎレジストパターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に感光層が形成された感光基板を所
定の露光基準面に載置し、該感光基板にマスクのパター
ンを露光する露光装置の投影光学系の結像特性を検査す
る方法において、計測方向に周期的な計測用のパターンが形成されたマス
クと、前記計測用のパターンの内の所定の２箇所のパタ
ーンのみに対応するマスキング手段とを用い、前記計測用のパターンの像を前記投影光学系を介して前
記感光基板に露光した後に、該露光された計測用のパタ
ーンの像の内の前記所定の２箇所のパターンに対応する
像を抽出するための露光を行い、該抽出された２箇所のパターンの像の寸法より前記投影
光学系の収差の方向及び収差量を求める事を特徴とする
投影光学系の検査方法。
【請求項２】表面に感光層が形成された感光基板を所
定の露光基準面に載置し、該感光基板にマスクのパター
ンを露光する露光装置の投影光学系の結像特性を検査す
る方法において、それぞれ近接した複数本の直線パターンからなる格子状
パターンを配列した第１の格子状パターン群及びそれぞ
れ近接した複数本の前記直線パターンと所定方向に交差
する直線パターンからなる格子状パターンを配列した第
２の格子状パターン群が形成されたマスクと、前記第１
の格子状パターン群及び第２の格子状パターン群の格子
状パターン内の所定の抽出対象パターンのみに対応する
マスキング手段とを用い、前記感光基板に前記第１の格子状パターン群の像を前記
投影光学系を介して露光する第１の露光工程と、該露光された前記第１の格子状パターン群の潜像の上に
前記第２の格子状パターン群の像を重ね合わせて露光す
る第２の露光工程と、前記第１の格子状パターン群及び第２の格子状パターン
群の潜像の内の前記所定の抽出対象パターンに対応する
潜像を抽出するための第３の露光工程と、該抽出された抽出対象パターンに対応する潜像の寸法を
計測する計測工程とを有する事を特徴とする投影光学系
の検査方法。
【請求項３】前記第１の格子状パターン群及び第２の
格子状パターン群を構成する格子状パターンの間隔が等
しい事を特徴とする請求項２記載の投影光学系の検査方
法。