JPH11142108A

JPH11142108A - パターン測定方法

Info

Publication number: JPH11142108A
Application number: JP9305917A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nomura; 博野村; Takashi Sato; 隆佐藤; Takuya Kono; 拓也河野; Junichiro Iba; 淳一郎井場
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: US6011611A; JP3274396B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定試料の作成にさほどの時間を要すること
なく、レンズ収差や非対称照明を調べるためのパターン
測定を短時間で正確に行う。【解決手段】レンズ収差や非対称照明を調べるための
パターン測定方法において、ライン＆スペースパターン
を線対称に配置した第１のパターン５４とその外側に線
幅の太いラインパターンを線対称に配置した第２のパタ
ーン５５を有するマスクパターンを基板上に転写する第
１の工程と、第１のパターン５４の一部を抽出するため
のパターン５６と第２のパターン５５の全体を抽出する
ためのパターン５７が線対称に配置されたマスクパター
ンを同じ基板上に重ねて転写する第２の工程と、第１の
工程で形成された第２のパターン５５の転写パターンの
位置と、第１の工程で形成された第１のパターン５４の
転写パターンのうち第２の工程で抽出されたパターンの
位置とをそれぞれを検出する第３の工程を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィ工程
における転写パターンの測定方法に係わり、特にレンズ
収差や非対称照明を調べるためのパターン測定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＶＬＳＩの開発速度は益々加速す
る傾向にあり、デザインルール１／４μｍ以下のデバイ
ス開発が進められている。このような超微細デバイスで
は、特にリソグラフィ技術の進歩が強く要求され、Ａｒ
Ｆエキシマレーザーリソグラフィ，電子ビームリソグラ
フィ，Ｘ線リソグラフィ等の次世代リソグラフィの技術
開発が積極的に進められている。一方、アテニュエイテ
ッドマスクやレベンソンマスク等の位相コントロールマ
スク技術や、輪帯や４つ目等の変形照明技術も、リソグ
ラフィ能力を高める上で重要な技術である。

【０００３】デバイスパターンが微細化するにつれて、
特定のパターン例えばツインホールパターン等で非対称
に転写される問題が目立ち始めてきている。この現象
は、主にプロジェクションレンズの収差に原因があると
考えられ、更に輪帯照明技術を用いると、この非対称が
強調される傾向にあることが判ってきている。

【０００４】文献１『Proc.of SPIE, Vol.2725(1996),p
p.414-423 』や文献２『Proc.of SPIE, Micro-lithogra
phy 97(1997),3051-24』においては、「非対称に露光さ
れる原因は“中心ずれ”コマ収差である。」との報告が
なされている。従来より、露光装置の評価項目に挙げら
れているコマ収差の評価方法として、マスク上で全て同
じ線幅で形成された５本ラインパターンをウェハ上に転
写し、その両端のライン幅の差を測長タイプの走査電子
顕微鏡（ＳＥＭ）によって測定する線幅異常値測定が用
いられている。また、実際のデバイスパターンを用いた
評価として、直接ツインホールパターンのホールサイズ
差を測長タイプのＳＥＭで測定することも行われてき
た。

【０００５】しかし、これらの評価方法では、評価用マ
スクに極めて厳しい寸法精度が要求される。例えば、前
者の５本ラインパターンによる評価方法に用いるマスク
パターンを作成するためには、周期パターンの末端パタ
ーンでの複雑な近接効果を精度良く補正し、末端パター
ンのライン幅をその他のライン幅と全く同寸法に仕上げ
ること重要である。このため、評価パターンが微細にな
るほど評価用マスクの供給が困難である。従って、従来
の評価方法で可能な限界ターゲット寸法は精々０．２５
μｍレベルまでであり、将来に渡って有効なコマ収差評
価方法であるとは言い難い。

【０００６】一方、コマ収差はパターンの非対称だけで
なく、パターンの粗密によって転写位置をずらすことが
一般的に知られている。この現象を利用したコマ収差の
評価方法として、前述の文献の中で、次に示すような方
法を採用している。

【０００７】まず、０．６μｍライン＆スペースパター
ン或いは０．８μｍライン＆スペースパターンをシリコ
ンウェハ上に露光し、シリコンウェハを深さ１００ｎｍ
程度エッチングする。このようにして作成した下地基板
に、０．３μｍライン＆スペースパターン或いは０．４
μｍライン＆スペースパターン、又は０．３μｍホール
パターン或いは０．４μｍホールパターンを重ね合せて
露光し、下地のパターンとの重なり具合を測長タイプの
ＳＥＭで測定する。そして、露光領域全体における０．
６μｍパターンに対する０．３μｍパターンの位置ず
れ、或いは０．８μｍパターンに対する０．４μｍパタ
ーンの位置ずれを観察する。

【０００８】このような従来の測定方法では、測定試料
の作成に時間がかかるだけでなく、測定にも時間がかか
り、結果を出すのに数日も待たなければならないという
欠点がある。また、測定結果自体にも重ね合せ露光の際
のアライメント誤差が上乗せされているため、真の値を
直接得ることはできない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、レン
ズ収差や非対称照明の評価に、ＳＥＭによる５本ライン
パターンの線幅異常値測定等や、ピッチの異なる２種類
のパターンを重ねて形成し、その重なり具合をＳＥＭで
測定する等の方法が用いられているが、これらの評価方
法は、測定時間が掛かる上に、マスクの寸法精度等によ
り誤差が大きい。また、ターゲット寸法が小さくなるに
従って、相対的な測定誤差が益々大きくなる問題があっ
た。

【００１０】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、測定試料の作成にさ
ほどの時間を要することなく、レンズ収差や非対称照明
を調べるためのパターン測定を短時間で正確に行い得る
パターン測定方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。
（１）レンズ収差や非対称照明を調べるためのパターン
測定方法において、複数の単位パターンが第１の直線の
直交方向に等間隔に並び、且つこの第１の直線に対して
実質的に線対称に配置された周期パターンからなるマス
クパターンを基板上に転写する第１の工程と、第１の工
程の前又は後に、前記周期パターンの中央部の所定数の
単位パターンの少なくとも一部を取り除くための抜きパ
ターンが前記基板上で第１の直線に対応する第２の直線
に対して実質的に線対称に配置されたマスクパターンを
前記基板上に転写する第２の工程と、第１の工程により
形成された転写パターンの最外側の単位パターンの位置
と、第１の工程により形成された転写パターンのうち第
２の工程により取り除かれたパターンに隣接する最内側
の単位パターンの位置とをそれぞれ検出する第３の工程
とを含むことを特徴とする。

【００１２】（２）レンズ収差や非対称照明を調べるた
めのパターン測定方法において、複数の単位パターンが
第１の直線の直交方向に等間隔に並び、且つこの第１の
直線に対して実質的に線対称である周期パターンからな
る第１のパターンと、第１の直線に対して実質的に線対
称で前記単位パターンよりも線幅の太い第２のパターン
とを有するマスクパターンを基板上に転写する第１の工
程と、第１の工程の前又は後に、第１のパターンの所定
数の少なくとも一部を取り除くための抜きパターンが前
記基板上で第１の直線に対応する第２の直線に対して実
質的に線対称に配置されたマスクパターンを前記基板上
に転写する第２の工程と、第１の工程により形成された
第２のパターンの転写パターンの位置と、第１の工程に
より形成された第１のパターンの転写パターンのうち第
２の工程により取り除かれたパターンに隣接する単位パ
ターンの位置とをそれぞれを検出する第３の工程を有す
ることを特徴とする。

【００１３】（３）レンズ収差や非対称照明を調べるた
めのパターン測定方法において、複数の単位パターンが
第１の直線の直交方向に等間隔に並び、この第１の直線
に対して実質的に線対称に配置された周期パターンから
なるマスクパターンを基板上に転写する第１の工程と、
第１の工程の前又は後に、前記周期パターンのの所定数
の少なくとも一部を取り除き、且つ該周期パターンとは
独立に開口エッジを形成するための抜きパターンが前記
基板上で第１の直線に対応する第２の直線に対して実質
的に線対称に配置されたマスクパターンを前記基板上に
転写する第２の工程と、第２の工程により形成された転
写パターンの開口エッジ位置と、第１の工程により形成
された転写パターンの中で、第２の工程により取り除か
れたパターンに隣接する単位パターンの位置とをそれぞ
れ検出する第３の工程を含むことを特徴とする。

【００１４】（４）上記の（１）〜（３）において、線
状パターン又はホールパターンを用いたことを特徴とす
る。（５）上記の（１）〜（３）において、第１の直線
が直交する２つの直線で構成され、第１の工程で用いる
マスクパターンは、これらの直交する２つの直線の直交
方向に等間隔に並び、且つこの２つの直線に対してそれ
ぞれに線対称なパターンを有することを特徴とする。

【００１５】（５）レンズ収差や非対称照明を調べるた
めのパターン測定方法において、Ｘ軸方向と直交するＹ
軸方向に複数本の線状パターンが等間隔に且つＸ軸に対
して線対称に配置されたＹ方向ラインアンドスペース、
及びＸ軸方向に複数本の線状パターンが等間隔に且つＹ
軸に対して線対称に配置されたＸ方向ラインアンドスペ
ースからなる第１のパターンと、前記線状パターンより
も太い線幅を有しＸ軸に対して線対称に配置されたＹ方
向ライン、及び前記線状パターンよりも太い線幅を有し
Ｙ軸に対して線対称に配置されたＸ方向ラインからなる
第２のパターンと、を有するマスクパターンを基板上に
転写する第１の工程と、第１の工程の前又は後に、第１
のパターンの中央部と周辺部の線状パターンを前記Ｘ軸
及びＹ軸に対して線対称にそれぞれ所定本数だけ取り除
くための抜きパターンが配置されたマスクパターンを前
記基板上に転写する第２の工程と、第１の工程により形
成された第２のパターンの転写パターンのＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の位置と、第１の工程により形成された第１の
パターンの転写パターンの中で、第２の工程で取り除か
れずに残った線状パターンのＸ軸方向及びＹ方向の位置
を検出する第３の工程を有することを特徴とする。

【００１６】（作用）実際のデバイスに用いられるよう
な周期パターンは、周期の末端部分と周期の内部とで、
プロジェクションレンズの収差の影響が異なるために、
異なる位置ずれが発生することが予想される。しかし、
重要となる周期内部のパターンの位置ずれは直接に測定
することが難しい。例えば、光学式位置測定装置を用い
た測定を試みても、パターンサイズが小さいために周期
パターンの内部の特定のパターンを抽出することは不可
能である。一方、ＳＥＭによる測定を試みても、視野の
範囲内のパターンは全て同じように移動しているために
基準となる位置が決められない。

【００１７】本発明ではこの問題を解決するために、測
定試料を２つの露光工程に分けて作成することに特徴が
ある。具体的には、第１の露光工程において周期パター
ン（ライン＆スペースパターン）を転写し、第２の露光
工程において第１の露光工程で転写した周期パターンの
一部分を取り除く。これによって、最終的に残った周期
パターンの末端の位置は、光学的位置測定装置で簡単に
認識することが可能になる。

【００１８】また、周期パターンとは別に比較的大きな
パターン（ライン＆スペースの周期パターン全体を一つ
の大きなパターンと見なすこともできる）を測定試料上
に対称に形成しておけば、このパターンと周期パターン
との位置ずれから評価を容易に行うことが可能となる。
このようにして本発明によれば、測定試料の作成にさほ
どの時間を要することなく、レンズ収差や非対称照明を
調べるためのパターン測定を短時間で正確に行うことが
可能となり、その有用性は大である。

【００１９】

【発明の実施の形態】まず、パターン転写の基本構成
と、パターンサイズやピッチの違いにより結像位置がず
れる様子を説明する。図１は、ホトマスク上のパターン
を基板上に転写する様子を示す模式図である。ホトマス
ク２上のパターン３は照明光学系１により照明され、投
影光学系４を介して基板５上に結像される。このとき、
コヒーレンスファクターσは投影光学系４の開口数ＮＡ
_p と照明光学系１の開口数ＮＡ_i の比で表わされる。

【００２０】ホトマスク２上のパターン３によって回折
した光波は、パターン３のサイズやピッチに反比例した
回折角をもって回折するため、サイズやピッチが小さい
場合は二点鎖線に示す光行路７を通り、サイズやピッチ
が大きい場合は一点鎖線に示す光行路８を通る。投影光
学系４の収差関数６が、レンズの動径方向に対して図１
のように３次関数或いは５次関数的な曲線で表わされる
と、光行路７は収差関数６の傾きが大きいところを通る
ため、基板５上の点９で結像する。一方、光行路８は収
差関数６の傾きが小さいところを通るため、基板５上の
点１０で結像する。従って、パターンサイズやピッチの
違いによる結像位置９，１０に差が生じる。

【００２１】このようなパターンサイズやピッチの違い
による転写位置ずれは、例えば図２のように、５本ライ
ンパターンの両末端パターンのサイズの非対称を引き起
こすことが判っている。ホトマスク上のパターン２１は
転写されてレジストパターン２２を形成する。このホト
マスク上のパターン２１は、周期パターン２４とパター
ン全体を囲む窓パターン２３の論理積で表わされるパタ
ーンである。

【００２２】従って、転写後のレジストパターン２２も
転写後の窓パターン２３’と転写後の周期パターン２
４’の積で表わされるが、周期パターン２４は窓パター
ン２３に比べてサイズやピッチが小さいため、転写後の
両パターン２３’，２４’は転写位置がずれてしまう。
これによって、レジストパターン２２の両末端パターン
のサイズＬ₁ とＬ₅ に差が生じる。

【００２３】従来技術では、このパターンサイズの差を
ＳＥＭを用いて測長し、投影光学系の収差評価に用いて
いる。しかしこの方法では、先にも説明したように、厳
しいマスク寸法精度が要求され、評価パターンが微細に
なると評価マスクの供給が困難である。

【００２４】以下、上記の問題を解決した本発明の詳細
を、図示の実施形態によって説明する。（第１の実施形態）図３は、本発明の第１の実施形態に
使用したホトマスク上のパターンを示す図である。ホト
マスク上には、線状パターンを直線３２の直交方向に等
間隔に配置し、且つ直線３２に対して線対称に配置して
なる０．８μｍライン＆スペースパターン３１と、同じ
く直線３２に対して線対称な３９．２μｍ×２０μｍ穴
パターン３３とが、直線３２の方向に２００μｍ離れて
形成されている。

【００２５】このホトマスク上のパターン３１を、縮小
率１／４のクリプトンフロライドエキシマレーザー（波
長２４８ｎｍ）露光装置を用いて、反射防止膜（Ｂrewe
r Science 製ＤＵＶ１８）を５５ｎｍ厚で塗布し、更に
ポジ型ホトレジスト（ＪＳＲ製Ｓ２１０Ｊ）を０．６μ
ｍ厚で塗布したシリコンウェハ基板上に、露光量１８ｍ
Ｊ／ｃｍ² で露光した（第１の工程）。

【００２６】次いで、ホトマスクを直線３２の方向に２
００μｍ、又はシリコンウェハ基板を直線３２に相当す
る方向に５０μｍ移動させ、既に転写されているパター
ン３１の転写パターンにパターン３３の転写パターンが
重なるように、露光量１７ｍＪ／ｃｍ² で露光した（第
２の工程）。第１及び第２の工程による露光後、基板上
のレジストを０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いて現
像した。

【００２７】パターン３３を転写する目的は、パターン
３１の転写パターンの一部分を取り除くことにあるが、
その際、転写パターンのスペース部分にパターン３３の
エッジが入ることが重要である。このため本実施形態で
は、デザイン上ではパターン３３のエッジは、スペース
部分の丁度中心よりも５０ｎｍ程小さめに設計し、２回
目の露光の時の露光量をややオーバー気味にコントロー
ルしている。また、マスクと基板の移動に関しては、露
光装置のステージ精度に頼ったが、このような基板上で
５０μｍ程度の移動では、１０ｎｍ程度の精度で移動で
きることを確認してあり、ステージ精度は全く支障がな
い。

【００２８】現像後のレジストパターンを図４（ａ）に
示す。最初の露光で形成した０．２０μｍライン＆スペ
ースパターン４１の中心部分を２回目に露光した穴パタ
ーン４２で取り除いた形状をした評価パターンが形成さ
れた。この評価パターンの直線Ａ−Ａ’での断面は、図
４（ｂ）に示すように、最初の露光で形成した０．２μ
ｍライン＆スペースパターン４４の中で、点線で示され
るライン＆スペースパターン４３が取り除かれものとな
る。

【００２９】この最終的に形成されたパターンを光学式
合せずれ測長機等で測定する際に得られる反射強度波形
４９は、ライン＆スペースパターンが残っている部分４
５と４６で回折の影響により反射強度を下げ、ライン＆
スペースパターン４４の外側と取り除かれた部分４３に
対して凹状の波形を示す。また、波形の立ち下がり４７
と４７’は、前記図２に示すように全ライン＆スペース
パターンを含む窓パターンのエッジを反映し、波形の立
ち上がり４８と４８’は最初に露光したライン＆スペー
スパターンの内部のパターンにおける転写位置を示して
いる。

【００３０】従って、光学式合せずれ測長機等で、エッ
ジ信号４７と４７’の中心と、エッジ信号４８と４８’
の中心の差を測定すれば、０．２０μｍライン＆スペー
スパターンに対する投影レンズ収差の影響を測定するこ
とができる。

【００３１】本実施形態では、光学式合せずれ測長機を
用いたが、光学式だけに限定されるものではなく、電子
ビーム測長機やイオンビーム測長機においても同様の測
定が可能である。また、ライン＆スペースパターンを露
光するための第１の工程と、抜きパターンを形成するた
めの第２の工程とはその順序を逆にしてもよい。

【００３２】また、本実施形態では、１回目の露光→同
一ホトマスクによるシフト２重露光→現像の順で測定試
料を作成したが、このような同一ホトマスクによるシフ
ト２重露光に限定されるものではなく、１回目の露光→
現像→エッチングの後、異なるホトマスクによるアライ
メント露光→現像の順で測定試料を作成するような別ホ
トマスクによるアライメント露光でも可能である。但
し、１回目の露光に用いるマスクパターンの対称軸（第
１の直線）と、２回目の露光に用いるマスクパターンの
対称軸（第２の直線）を基板上で一致させる必要があ
る。

【００３３】このように本実施形態によれば、ライン＆
スペースパターンの露光とライン＆スペースパターンの
一部を除去するための露光の２回の露光を行うのみで、
周期的に並んだパターンの転写ずれに対して検出し易い
マークを実現し、これにより測定試料の作成にさほどの
時間を要することなく、レンズ収差や非対称照明を調べ
るためのパターン測定を短時間で正確に行うことができ
る。

【００３４】また、本実施形態では、周期パターンのサ
イズが測定装置の分解能よりも小さい場合であっても、
周期内部のパターンの位置を検出することができる利点
がある。例えば、０．２μｍライン＆スペースパターン
の転写位置ずれを光学式測定装置を用いて測定する場
合、このパターンは通常の光学系の分解能以下のサイズ
であり、周期内部の特定のパターンの位置ずれを測定す
ることは不可能であるが、本実施形態における測定マー
クを用いれば十分に測定可能である。

【００３５】（第２の実施形態）図５は、本発明の第２
の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す図
で図ある。ホトマスク上のパターンは、１回目の露光用
のパターン５１と２回目の露光用のパターン５２に分け
られ、その両方とも直線５３に対して線対称な図形をし
ている。パターン５１は、０．８μｍライン＆スペース
パターン（第１のパターン）５４と、そのライン＆スペ
ースパターン５４の外側に、８０μｍ離れて配置した２
つの８μｍラインパターン（第２のパターン）５５で構
成されている。一方、パターン５２は、４０μｍ離れて
配置した２つの８μｍラインパターン５６と、８０μｍ
離れて配置した２つの１２μｍラインパターン５７で構
成されている。

【００３６】ここで、２回目の露光用パターン５２にお
けるラインパターン５６は転写基板上でライン＆スペー
スパターン５４の一部をカバーするように形成され、ラ
インパターン５７はラインパターン５５の全てをカバー
するように形成されている。即ち、パターン５２は、ラ
イン＆スペースパターン５４の中央部と周辺部を除去す
るため抜きパターンで形成されている。

【００３７】ホトマスク上のパターンを、第１の実施形
態の場合と同様に、縮小率１／４のクリプトンフロライ
ドエキシマレーザー露光装置を用いて、反射防止膜ＤＵ
Ｖ１８を５５ｎｍ厚で塗布し、更にポジ型ホトレジスト
Ｓ２１０Ｊを０．６μｍ厚で塗布したシリコンウェハ基
板上に、露光量１８ｍＪ／ｃｍ² で露光した（第１の工
程）。更に、ホトマスクを直線５３の方向に２００μ
ｍ、又はシリコンウェハ基板を直線５３に相当する方向
に５０μｍ移動させ、既に転写されているパターン５１
の転写パターンに、パターン５２の転写パターンが重な
るように、露光量１７ｍＪ／ｃｍ² で露光した（第２の
工程）。第１及び第２の工程による露光後、基板上のレ
ジストを０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いて現像し
た。

【００３８】現像後のレジストパターンを図６（ａ）に
示す。２つの２μｍラインパターン６２，６２’と、２
組の０．２μｍライン＆スペースパターン６１，６１’
が形成され、１回目の露光で転写されたライン＆スペー
スパターンのうち、６３に示す部分は２回目の露光で取
り除かれている。

【００３９】従って、図６（ｂ）に示すように、評価パ
ターンを光学式合せずれ測長機等で測定する際に得られ
る反射強度波形６６から、２μｍラィンパターン６２，
６２’からのエッジ信号６４，６４’と、０．２０μｍ
ライン＆スペースパターン６１，６１’からのエッジ信
号６５，６５’が得られ、信号６４と６４’の中心と、
信号６５と６５’の中心の差を計測することができる。
これにより、第１の実施形態と同様に、０．２０μｍラ
イン＆スペースパターンに対する投影レンズ収差の影響
を測定することができる。

【００４０】このように本実施形態によれば、第１の実
施形態と同様に、レンズ収差や非対称照明を調べるため
のパターン測定を短時間で正確に行うことができる。ま
た、本実施形態に示されるような測定マークから得られ
る信号プロファイルは、第１の実施形態で用いた測定マ
ークから得られる信号プロファイルに比べ、左右１対毎
の波形の対称性が高く、左右の信号波形のカーブフィッ
ティングによって、高精度な測定ができる利点がある。

【００４１】（第３の実施形態）図７は、本発明の第３
の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す図
である。ホトマスク上のパターンは、１回目の露光用の
０．８μｍライン＆スペースパターン７１と２回目の露
光用の５μｍラインパターン７３に分けられ、その両方
とも直線７２に対して線対称な図形をしている。ここ
で、ライン＆スペースパターン７１は第１及び第２の実
施形態と同様であるが、その周辺部は非抜きパターンと
なっている。つまり、この場合のライン＆スペースパタ
ーン７１は抜きパターンである。また、パターン７３は
ライン＆スペースパターン７１の周辺部を取り除くため
の抜きパターンとなっている。

【００４２】このホトマスクを用いて、第１の実施形態
の場合と同様に、縮小率１／４のクリプトンフロライド
エキシマレーザー露光装置を用いて、反射防止膜ＤＵＶ
１８を５５ｎｍで塗布し、更にポジ型ホトレジストＳ２
１０Ｊを０．６μｍ厚で塗布したシリコンウェハ基板上
に、露光量１８ｍＪ／ｃｍ² で露光した（第１の工
程）。更に、ホトマスクを直線７２の方向に２００μ
ｍ、又はシリコンウェハ基板を直線７２に相当する方向
に５０μｍ移動させ、既に転写されているパターン７１
の転写パターンに、パターン７３の転写パターンが重な
るように、露光量１７ｍＪ／ｃｍ² で露光した（第２の
工程）。第１及び第２の工程による露光後、基板上のレ
ジストを０．２１規定のＴＭＡＨ現像液を用いて現像し
た。

【００４３】現像後のレジストパターンを図８（ａ）に
示す。２つの抜きパターン８２，８２’と１組の０．２
μｍライン＆スペースパターン８１が形成され、１回目
の露光で転写されたライン＆スペースパターンのうち、
８３に示す部分は２回目の露光で取り除かれている。

【００４４】従って、図８（ｂ）に示すように、評価パ
ターンを光学式合せずれ測長機等で測定する際に得られ
る反射強度波形８６から、１．２５μｍ抜きパターン８
２からのエッジ信号８４，８４’と、０．２μｍライン
＆スペースパターン８１からのエッジ信号８５，８５’
が得られ、信号８４，８４’の中心と、信号８５，８
５’の中心の差を計測することができる。これにより、
第１の実施形態と同様に、０．２μｍライン＆スペース
パターンに対する投影レンズ収差の影響を測定すること
ができる。但し、この場合は、１回目の露光と２回目の
露光の間の合わせずれが測定結果に含まれてしまうた
め、他の合わせずれ測定マークを測定して、予めその合
わせずれを評価しておく必要がある。

【００４５】このように本実施形態によっても、第１の
実施形態と同様に、レンズ収差や非対称照明を調べるた
めのパターン測定を短時間で正確に行うことができる効
果が得られる。

【００４６】（第４の実施形態）図９は、本発明の第４
の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す図
である。

【００４７】本実施形態は、第１の実施形態を２次元に
拡張したもので、２方向（例えばＸ，Ｙ方向）について
同時に測定することを可能にしている。即ち、図９に示
すように、ホトマスク上には、直線（Ｘ軸）９３に対し
て線対称なライン＆スペースパターンと、直線９３と直
交する直線（Ｙ軸）９４に対して線対称なライン＆スペ
ースパターンとが合成された、矩形環状のパターン９１
が形成されている。さらに、直線９３の方向に２００μ
ｍ離れた位置に直線９３に対して線対称な矩形状の穴パ
ターン９２が形成されている。

【００４８】このホトマスクを用いて、第１の実施形態
と同様に２回の露光を行った後に形成された評価パター
ンを図１０に示す。パターン９１の転写パターンの一部
を除去したパターン１０１とパターン９２の転写パター
ンである抜きパターン１０２が形成されている。第１の
実施形態と同様の原理で、直線９３に対応する方向及び
直線９４に対応する方向の各々で投影レンズ収差の影響
を測定することができる。

【００４９】（第５の実施形態）図１１は、本発明の第
５の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す
図である。

【００５０】本実施形態は、第２の実施形態を２次元に
拡張したもので、２方向について同時に測定することを
可能にしている。即ち、図１１に示すように、ホトマス
ク上のパターンは、１回目の露光用のパターン１１１と
２回目の露光用のパターン１１２に分けられ、その両方
とも直線１１３に対して線対称な図形をしている。パタ
ーン１１１は、直線１１３に直交する方向に配置された
０．８μｍライン＆スペースパターンと直線１１３の方
向に配置された０．８μｍライン＆スペースパターンと
を組み合わせた矩形環状パターン（第１のパターン）１
１４と、その外側に配置された１辺の長さが８０μｍで
幅８μｍの矩形環状パターン（第２のパターン）１１５
で構成されている。

【００５１】一方、パターン１１２は、１辺の長さが４
０μｍで幅８μｍの矩形環状のパターン１１６と、その
外側に配置した１辺の長さが８０μｍで幅１２μｍの矩
形環状のパターン１１７で構成されている。

【００５２】このホトマスクを用いて２回の露光を行っ
た後に形成された評価パターンを図１２に示す。パター
ン１１４の転写パターンの一部を除去したパターン１２
１とパターン１１５の転写パターン１２２が形成されて
いる。この評価パターンを用いることによって、第２の
実施形態と同様の原理で、直線１１３に対応する方向
（Ｘ軸方向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）の各
々で投影レンズ収差の影響を測定することができる。

【００５３】本実施形態を用いて、スキャンタイプのク
リプトンフロライドエキシマレーザー露光装置におけ
る、０．３０μｍライン＆スペースパターンの転写位置
ずれを測定した結果を、図２１に示す。ショットサイズ
は２５ｍｍ×３３ｍｍで、スリット状の露光領域をＹ方
向にスキャンしてショット内を露光している。露光条件
は開口数ＮＡ＝０．６、コヒーレンスファクターσ＝
０．７５である。Ｘ方向に拡大した傾向を示し、拡大の
中心はショットの中心よりも右側にずれていることが判
る。

【００５４】図１１ではパターン１１１，１１２共に矩
形パターンとしたが、図１３に示すパターン１３１，１
３２のように、測定に必要な部分のみを形成してもよ
い。この場合、図１４に示すような転写パターン１４
１，１４２が得られる。また、図１５に示すパターン１
５１，１５２のように、中心部に線幅の太いパターン１
５５を形成し、周辺部に線幅の狭いライン＆スペース１
５４を形成してもよい。この場合、図１６に示すような
転写パターン１６１，１６２が得られる。図１４、図１
６のいずれにおいても、第２の実施形態と同様に位置測
定を行うことができる。

【００５５】（第６の実施形態）図１７は、本発明の第
６の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す
図である。

【００５６】本実施形態は、第３の実施形態を２次元に
拡張したもので、２方向について同時に測定することを
可能にしている。即ち、図１７に示すように、ホトマス
ク上には、直線１７２に対して線対称なライン＆スペー
スパターンと、直線１７２と直交する直線に対して線対
称なライン＆スペースパターンとが合成された、矩形環
状のパターン１７１が形成され、その周辺部は非抜きパ
ターンとなっている。さらに、直線１７２の方向に離れ
た領域に、直線１７２に対して線対称な矩形パターン１
７５とこれを囲む矩形環状のパターン１７６が形成さ
れ、パターン１７５，１７６間には矩形環状の抜きパタ
ーン１７３が形成されている。ここで、パターン１７６
の外径はパターン１７１の最外径よりも大きく、パター
ン１７６の内径はパターン１７１の最外径よりも小さい
ものとなっている。

【００５７】このホトマスクを用いて２回の露光を行っ
た後に形成された評価マークを図１８に示す。パターン
１７１の転写パターンの一部を除去したパターン１８４
と、パターン１７６の外側エッジを反映した転写パター
ン１８５が形成されている。本実施形態もまた、第３の
実施形態と同様の原理で、直線１７２に対応する方向
（Ｘ軸方向）及びそれと直交する方向（Ｙ軸方向）の各
々で投影レンズ収差の影響を測定することができる。

【００５８】本実施形態を用いて、一括転写タイプのｉ
線（波長３６５ｎｍ）露光装置における、０．３５μｍ
ライン＆スペースパターンの転写位置ずれを測定した結
果を、図２２に示す。露光条件は開口数ＮＡ＝０．５、
コヒーレンスファクターσ＝０．７５で、ショットサイ
ズは２０ｍｍ×２０ｍｍである。この図から、デフォー
カスに従い、位置ずれ分布が変化する様子が確認でき
る。

【００５９】（第７の実施形態）図１９は、本発明の第
７の実施形態に使用したホトマスク上のパターンを示す
図である。このマスクパターンは、第５の実施形態の変
形例であり、測定のターゲットである周期パターンに、
ライン＆スペースパターンの代りにホールパターンを採
用したものである。このような周期ホールパターンにお
ける測定の場合は、ポジレジストの代りにネガレジスト
を用いた方がレジスト倒れの問題が無く、有利である。

【００６０】図１０に示すように、ホトマスク上のパタ
ーンは、１回目の露光用のパターン１９１と２回目の露
光用のパターン１９２に分けられ、その両方とも直線１
９３に対して線対称な図形をしている。パターン１９１
は、直線１９３に対して線対称に配置された周期ホール
パターン（第１のパターン）１９４と、その回りに形成
された矩形環状のパターン（第２のパターン）１９５で
構成されている。パターン１９２はパターン１９４の周
辺部を取り除く（ホールを潰す）ためのパターン１９６
で形成されている。

【００６１】本実施形態においては、ホール径１．２０
μｍ、ピッチ２．４０μｍの周期ホールパターンを採用
したホトマスクを用い、ネガ型レジスト（東京応化製Ｔ
ＤＵＲ−Ｎ９０８）を塗布した基板に、縮小率１／４の
クリプトンフロライドエキシマレーザー露光装置を用い
て、２回の露光を行った。現像は０．２７規定のＴＭＡ
Ｈ現像液を用いた。基板上でのホール径は０．３０μｍ
である。

【００６２】得られた評価パターンは、図２０に示すよ
うに、パターン１９４の転写パターンの周辺部を取り除
いた周期ホールパターン２０１と、パターン１９５の転
写パターン２０２で構成されることになる。そして、こ
の評価パターンを用いることによって、第２の実施形態
と同様の原理で、直線１９３に対応する方向（Ｘ軸方
向）及びそれに直交する方向（Ｙ軸方向）の各々で投影
レンズ収差の影響を測定することができる。

【００６３】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、パターンとして完
全に線対称なパターンを用いたが、最終的にパターン測
定する領域と、この領域に影響を及ぼす領域に関して線
対称であればよい。例えば、図３において、ライン＆ス
ペースを形成する線状パターンの長さは全て同じ（線対
称）である必要はなく、直線を挟んで一方が他方よりも
長く形成されたものであってもよい。

【００６４】また、マスク上に形成する各種パターンは
実施形態で説明したものに限らず、仕様に応じて適宜変
更可能である。要は、基板上にピッチの小さな周期パタ
ーンの一部を除去したパターンと、比較的大きなパター
ンとをそれぞれ線対称に形成できるものであればよい。
また、露光装置はエキシマレーザ露光装置やｉ線露光装
置に限るものではなく、コマ収差を有する各種の露光装
置に適用することが可能である。その他、本発明の要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができ
る。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、２
つの露光工程の一方で周期パターンを転写し、他方で周
期パターンの一部分を取り除くことにより、最終的に残
った周期パターンの末端の位置を光学的位置測定で簡単
に測定することができる。そして、これとは別に非周期
パターンを転写しその位置を測定し、これらの位置を比
較することによって、特定のパターンに対して発生する
非対称な転写について、その原因となるパターンサイズ
や密度の違いによる転写位置ずれを、精度良く簡便に測
定することができる。従って、測定試料の作成にさほど
の時間を要することなく、測定を簡易に行うことがで
き、レンズ収差や非対称照明を調べるためのパターン測
定を短時間で正確に行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ホトマスク上のパターンを基板上に転写する様
子を模式的に示す図。

【図２】レンズの収差により５本のラインパターンの幅
が変化する様子を示す図。

【図３】第１の実施形態に用いたホトマスク上のパター
ンを示す図。

【図４】第１の実施形態で形成された測定パターンと検
出信号を示す図。

【図５】第２の実施形態に用いたホトマスク上のパター
ンを示す図。

【図６】第２の実施形態で形成された測定パターンと検
出信号を示す図。

【図７】第３の実施形態に用いたホトマスク上のパター
ンを示す図。

【図８】第３の実施形態で形成された測定パターンと検
出信号を示す図。

【図９】第４の実施形態に用いたホトマスク上のパター
ンを示す図。

【図１０】第４の実施形態で形成された測定パターンを
示す図。

【図１１】第５の実施形態に用いたホトマスク上のパタ
ーンを示す図。

【図１２】第５の実施形態で形成された測定パターンを
示す図。

【図１３】第５の実施形態に用いたホトマスク上のパタ
ーンの別の例を示す図。

【図１４】図１３のマスクパターンを用いて形成された
測定パターンを示す図。

【図１５】第５の実施形態に用いたホトマスク上のパタ
ーン更に別の例を示す図。

【図１６】図１５のマスクパターンを用いて形成された
測定パターンを示す図。

【図１７】第６の実施形態に用いたホトマスク上のパタ
ーンを示す図。

【図１８】第６の実施形態で形成された測定パターンを
示す図。

【図１９】第７の実施形態に用いたホトマスク上のパタ
ーンを示す図。

【図２０】第７の実施形態で形成された測定パターンを
示す図。

【図２１】第４の実施形態における測定結果の一例で位
置ずれ分布を示す図。

【図２２】第５の実施形態における測定結果の一例で位
置ずれ分布を示す図。

【符号の説明】

１…照明光学系２…ホトマスク３…パターン４…投影光学系５…基板６…収差関数７，８…光行路９，１０…結像位置３１，４１，５４，６１，７１，８１…ライン＆スペー
スパターン３２，５３，７２…直線３３，４２…穴パターン５３…直線５５，５６，５７，６２，６２’，７３…ラインパター
ン８２，８２’…抜きパターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井場淳一郎神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の単位パターンが第１の直線の直交方
向に等間隔に並び、且つこの第１の直線に対して実質的
に線対称に配置された周期パターンからなるマスクパタ
ーンを基板上に転写する第１の工程と、第１の工程の前又は後に、前記周期パターンの中央部の
所定数の単位パターンの少なくとも一部を取り除くため
の抜きパターンが前記基板上で第１の直線に対応する第
２の直線に対して実質的に線対称に配置されたマスクパ
ターンを前記基板上に転写する第２の工程と、第１の工程により形成された転写パターンの最外側の単
位パターンの位置と、第１の工程により形成された転写
パターンのうち第２の工程により取り除かれたパターン
に隣接する最内側の単位パターンの位置とをそれぞれ検
出する第３の工程とを含むことを特徴とするパターン測
定方法。
【請求項２】複数の単位パターンが第１の直線の直交方
向に等間隔に並び、且つこの第１の直線に対して実質的
に線対称である周期パターンからなる第１のパターン
と、第１の直線に対して実質的に線対称で前記単位パタ
ーンよりも線幅の太い第２のパターンとを有するマスク
パターンを基板上に転写する第１の工程と、第１の工程の前又は後に、第１のパターンの所定数の少
なくとも一部を取り除くための抜きパターンが前記基板
上で第１の直線に対応する第２の直線に対して実質的に
線対称に配置されたマスクパターンを前記基板上に転写
する第２の工程と、第１の工程により形成された第２のパターンの転写パタ
ーンの位置と、第１の工程により形成された第１のパタ
ーンの転写パターンのうち第２の工程により取り除かれ
たパターンに隣接する単位パターンの位置とをそれぞれ
を検出する第３の工程を有することを特徴とするパター
ン測定方法。
【請求項３】複数の単位パターンが第１の直線の直交方
向に等間隔に並び、この第１の直線に対して実質的に線
対称に配置された周期パターンからなるマスクパターン
を基板上に転写する第１の工程と、第１の工程の前又は後に、前記周期パターンのの所定数
の少なくとも一部を取り除き、且つ該周期パターンとは
独立に開口エッジを形成するための抜きパターンが前記
基板上で第１の直線に対応する第２の直線に対して実質
的に線対称に配置されたマスクパターンを前記基板上に
転写する第２の工程と、第２の工程により形成された転写パターンの開口エッジ
位置と、第１の工程により形成された転写パターンの中
で、第２の工程により取り除かれたパターンに隣接する
単位パターンの位置とをそれぞれ検出する第３の工程を
含むことを特徴とするパターン測定方法。
【請求項４】前記単位パターンとして、線状パターン又
はホールパターンを用いたことを特徴とする請求項１〜
３のいずれかに記載のパターン測定方法。
【請求項５】第１の直線が直交する２つの直線で構成さ
れ、第１の工程で用いるマスクパターンは、これらの直
交する２つの直線の直交方向に等間隔に並び、且つこの
２つの直線に対してそれぞれに線対称なパターンを有す
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパ
ターン測定方法。
【請求項６】Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に複数本の線
状パターンが等間隔に且つＸ軸に対して線対称に配置さ
れたＹ方向ラインアンドスペース、及びＸ軸方向に複数
本の線状パターンが等間隔に且つＹ軸に対して線対称に
配置されたＸ方向ラインアンドスペースからなる第１の
パターンと、前記線状パターンよりも太い線幅を有しＸ
軸に対して線対称に配置されたＹ方向ライン、及び前記
線状パターンよりも太い線幅を有しＹ軸に対して線対称
に配置されたＸ方向ラインからなる第２のパターンと、
を有するマスクパターンを基板上に転写する第１の工程
と、第１の工程の前又は後に、第１のパターンの中央部と周
辺部の線状パターンを前記Ｘ軸及びＹ軸に対して線対称
にそれぞれ所定本数だけ取り除くための抜きパターンが
配置されたマスクパターンを前記基板上に転写する第２
の工程と、第１の工程により形成された第２のパターンの転写パタ
ーンのＸ軸方向及びＹ軸方向の位置と、第１の工程によ
り形成された第１のパターンの転写パターンの中で、第
２の工程で取り除かれずに残った線状パターンのＸ軸方
向及びＹ方向の位置を検出する第３の工程を有すること
を特徴とするパターン測定方法。