JPH11184070A - 収差測定方法および収差測定用フォトマスク - Google Patents
収差測定方法および収差測定用フォトマスクInfo
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- JPH11184070A JPH11184070A JP35574797A JP35574797A JPH11184070A JP H11184070 A JPH11184070 A JP H11184070A JP 35574797 A JP35574797 A JP 35574797A JP 35574797 A JP35574797 A JP 35574797A JP H11184070 A JPH11184070 A JP H11184070A
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- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70591—Testing optical components
- G03F7/706—Aberration measurement
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】パターン転写位置ずれを伴う収差成分に対して
その影響を簡便かつ高精度に直接測定することを可能と
する。 【解決手段】近接する位置に基本周期パターン４２と２
倍周期パターン４３が配置され、かつこれら周期パター
ン４２，４３の周期方向が同一方向を向いたパターンブ
ロック４１が複数設けられ、複数のパターンブロック４
１の周期方向がそれぞれ直交するように配置されてい
る。投影光学系の開口数ＮＡ、露光波長λ、投影光学系
の縮小率の逆数Ｍ（＞１）としたとき、基本周期パター
ンの周期Ｐがλ／ＮＡ＜Ｐ／Ｍ＜１．５×λ／ＮＡで与
えられる。
その影響を簡便かつ高精度に直接測定することを可能と
する。 【解決手段】近接する位置に基本周期パターン４２と２
倍周期パターン４３が配置され、かつこれら周期パター
ン４２，４３の周期方向が同一方向を向いたパターンブ
ロック４１が複数設けられ、複数のパターンブロック４
１の周期方向がそれぞれ直交するように配置されてい
る。投影光学系の開口数ＮＡ、露光波長λ、投影光学系
の縮小率の逆数Ｍ（＞１）としたとき、基本周期パター
ンの周期Ｐがλ／ＮＡ＜Ｐ／Ｍ＜１．５×λ／ＮＡで与
えられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、収差測定方法及び
収差測定用フォトマスクに関し、特に縮小投影露光装置
に用いられている投影光学系における収差成分のうち、
転写パターン位置ずれを引き起こす収差量測定に関する
ものである。
収差測定用フォトマスクに関し、特に縮小投影露光装置
に用いられている投影光学系における収差成分のうち、
転写パターン位置ずれを引き起こす収差量測定に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、フォトリソグラフィ技術の発展は
めざましく、露光光源として、水銀ランプのｉ線（波長
３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）の
ようなより短波長な光源が用いられ、また投影露光装置
についても、スキャン型露光機の開発が進む中で、従来
よりいっそう大口径（開口数：ＮＡ）を有する投影光学
系を使用することが可能となってきており、より微細な
パターンをウェハ上に形成することが可能となってきて
いる。
めざましく、露光光源として、水銀ランプのｉ線（波長
３６５ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）の
ようなより短波長な光源が用いられ、また投影露光装置
についても、スキャン型露光機の開発が進む中で、従来
よりいっそう大口径（開口数：ＮＡ）を有する投影光学
系を使用することが可能となってきており、より微細な
パターンをウェハ上に形成することが可能となってきて
いる。
【０００３】しかしながら、より微細なパターンをレジ
ストに転写する上で、実際の露光装置においてはいわゆ
る収差の影響が問題になってきている。投影光学系を構
成するレンズ群に収差が存在すると、転写像のベストフ
ォーカス位置ずれやパターンサイズによる転写位置ずれ
を引き起こすことが知られている。後者の代表的な収差
成分としてはコマ収差が知られている。このように光学
系が収差を有する結果、光リソグラフィによるウェハ上
へのパターン転写の裕度（フォーカス裕度、露光量裕度
等）が小さくなり、収率が低下するという問題が生じ
る。
ストに転写する上で、実際の露光装置においてはいわゆ
る収差の影響が問題になってきている。投影光学系を構
成するレンズ群に収差が存在すると、転写像のベストフ
ォーカス位置ずれやパターンサイズによる転写位置ずれ
を引き起こすことが知られている。後者の代表的な収差
成分としてはコマ収差が知られている。このように光学
系が収差を有する結果、光リソグラフィによるウェハ上
へのパターン転写の裕度（フォーカス裕度、露光量裕度
等）が小さくなり、収率が低下するという問題が生じ
る。
【０００４】実際のレンズ系では収差を全て０に押さえ
た理想光学系からは外れていることが多く、実際にどの
程度の収差が残存しているのかを定量的に測定し、それ
により転写パターンにどの程度の影響が生じるかを見積
もり、その装置で求められる転写能力を満たすかどうか
を評価していくことが重要となってきている。
た理想光学系からは外れていることが多く、実際にどの
程度の収差が残存しているのかを定量的に測定し、それ
により転写パターンにどの程度の影響が生じるかを見積
もり、その装置で求められる転写能力を満たすかどうか
を評価していくことが重要となってきている。
【０００５】ここで、レンズ系の収差を測定する方法と
して、干渉縞法、Kirk法、重ね露光法がある。以下にこ
れら収差測定方法について説明する。まず、レンズ系の
収差を測定する手法として従来からよく行われている干
渉縞法を図７を用いて説明する。図８に示すように干渉
縞法は、照射されるコヒーレント光８７のうち、ハーフ
ミラー８４，ミラー８５を介する参照波８１（平面波）
とレンズ系及び被測定光学系８６を通過した後の被測定
波面８２との干渉により形成される干渉縞パターンを検
出器８３にて測定することで、瞳面での波面収差量を求
めるものである。本測定方法では、レンズ系を通らない
別の平面波が必要となる。従って、露光装置を用いて収
差を測定する場合、その光路中にハーフミラー８４等を
設置する必要があるため、現実的には装置として組みあ
がった状態での測定が困難であることが問題点としてあ
げられる。
して、干渉縞法、Kirk法、重ね露光法がある。以下にこ
れら収差測定方法について説明する。まず、レンズ系の
収差を測定する手法として従来からよく行われている干
渉縞法を図７を用いて説明する。図８に示すように干渉
縞法は、照射されるコヒーレント光８７のうち、ハーフ
ミラー８４，ミラー８５を介する参照波８１（平面波）
とレンズ系及び被測定光学系８６を通過した後の被測定
波面８２との干渉により形成される干渉縞パターンを検
出器８３にて測定することで、瞳面での波面収差量を求
めるものである。本測定方法では、レンズ系を通らない
別の平面波が必要となる。従って、露光装置を用いて収
差を測定する場合、その光路中にハーフミラー８４等を
設置する必要があるため、現実的には装置として組みあ
がった状態での測定が困難であることが問題点としてあ
げられる。
【０００６】次に、このような露光装置に設置されたレ
ンズ系の収差測定手法として、J.P.KirKによりAstigmat
ism and field curvature form pin-bars,(SPIE Vol.14
63 pl.282) にて開示された手法が知られている。この
Kirk法を図９を用いて説明する。図９（ａ）は、Kirk法
用マスクパターンの一例を示す図であり、図９（ｂ）
は、図９（ａ）に示したマスクパターンにより形成した
レジストパターンの横断面図を示す。
ンズ系の収差測定手法として、J.P.KirKによりAstigmat
ism and field curvature form pin-bars,(SPIE Vol.14
63 pl.282) にて開示された手法が知られている。この
Kirk法を図９を用いて説明する。図９（ａ）は、Kirk法
用マスクパターンの一例を示す図であり、図９（ｂ）
は、図９（ａ）に示したマスクパターンにより形成した
レジストパターンの横断面図を示す。
【０００７】図９（ａ）に示すようなマスクパターン９
１を薄膜レジストに露光すると、図９（ｂ）に示すよう
に、ある像コントラスト以上が得られる線幅よりレジス
トパターン９２に細かな形状が転写されるようになる。
微細な構造があるものについては暗視野顕微鏡による観
察で明部として見ることが可能なため、転写像をある一
定コントラストにより分離することが可能となる。この
原理を用いて、解像しているパターンのベストフォーカ
ス位置をモニタしていく手法である。
１を薄膜レジストに露光すると、図９（ｂ）に示すよう
に、ある像コントラスト以上が得られる線幅よりレジス
トパターン９２に細かな形状が転写されるようになる。
微細な構造があるものについては暗視野顕微鏡による観
察で明部として見ることが可能なため、転写像をある一
定コントラストにより分離することが可能となる。この
原理を用いて、解像しているパターンのベストフォーカ
ス位置をモニタしていく手法である。
【０００８】すなわち、レジストパターンの転写された
ウェハを上下方向に移動することによりベストフォーカ
ス位置を求め、得られた結果を解析することにより、球
面収差、非点収差、像面湾曲等は評価することができ
る。しかし、波面収差量としては定量的には測定不可能
であること、またコマ収差に代表されるパターン転写位
置ずれを主に起こす収差成分については原理的に測定不
可能であることが問題である。
ウェハを上下方向に移動することによりベストフォーカ
ス位置を求め、得られた結果を解析することにより、球
面収差、非点収差、像面湾曲等は評価することができ
る。しかし、波面収差量としては定量的には測定不可能
であること、またコマ収差に代表されるパターン転写位
置ずれを主に起こす収差成分については原理的に測定不
可能であることが問題である。
【０００９】最後に、斉藤らにより“Effect of Variab
le Sigma Aperture on Lens Distortion and its Patte
rn Size Dependence,(SPIE Vol.2725 pl.414) にて開示
されている手法を図１０を用いて説明する。まず１回目
の露光によってピッチの大きなＬ＆Ｓパターンを転写、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により基板上に蝕刻
されたウェハ１０１を用い、２回目の露光において微細
ピッチのＬ＆Ｓパターンを重ね露光し、転写レジストパ
ターン１０２と基板上蝕刻パターンとの間の位置ずれを
モニタする手法である。これによりコマ収差等、転写パ
ターン位置がパターンピッチに依存する収差成分の測定
が可能となる。
le Sigma Aperture on Lens Distortion and its Patte
rn Size Dependence,(SPIE Vol.2725 pl.414) にて開示
されている手法を図１０を用いて説明する。まず１回目
の露光によってピッチの大きなＬ＆Ｓパターンを転写、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により基板上に蝕刻
されたウェハ１０１を用い、２回目の露光において微細
ピッチのＬ＆Ｓパターンを重ね露光し、転写レジストパ
ターン１０２と基板上蝕刻パターンとの間の位置ずれを
モニタする手法である。これによりコマ収差等、転写パ
ターン位置がパターンピッチに依存する収差成分の測定
が可能となる。
【００１０】しかしながら、測定のためにはレジストパ
ターンの形成、基板上蝕刻パターンの形成等の基板の加
工を行う必要があり、露光工程の増大、エッチングプロ
セスによる基板ひずみの問題、１回目と２回目の間での
露光合わせずれの問題などが残存する。また、露光及び
エッチングプロセスの増大により、これらプロセス中の
影響も測定値に関わってくるため、収差を高精度に測定
することは困難である。
ターンの形成、基板上蝕刻パターンの形成等の基板の加
工を行う必要があり、露光工程の増大、エッチングプロ
セスによる基板ひずみの問題、１回目と２回目の間での
露光合わせずれの問題などが残存する。また、露光及び
エッチングプロセスの増大により、これらプロセス中の
影響も測定値に関わってくるため、収差を高精度に測定
することは困難である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の収差測定方
法のうち、干渉縞法では、装置として組み上がった状態
での測定が困難である。また、Kirk法では、波面収差量
としては定量的には測定不可能であり、またコマ収差に
代表されるパターン転写位置ずれを主に起こす収差成分
については原理的に測定不可能である。また、重ね露光
法では測定のために基板を加工する必要があり、露光工
程の増大、エッチングプロセスによる基板歪みの問題、
１回目と２回目の間での露光合わせずれの問題などが残
存する。従って、パターン転写位置ずれを主に引き起こ
す収差成分、特にコマ収差についての高精度かつ簡便な
測定はできなかった。
法のうち、干渉縞法では、装置として組み上がった状態
での測定が困難である。また、Kirk法では、波面収差量
としては定量的には測定不可能であり、またコマ収差に
代表されるパターン転写位置ずれを主に起こす収差成分
については原理的に測定不可能である。また、重ね露光
法では測定のために基板を加工する必要があり、露光工
程の増大、エッチングプロセスによる基板歪みの問題、
１回目と２回目の間での露光合わせずれの問題などが残
存する。従って、パターン転写位置ずれを主に引き起こ
す収差成分、特にコマ収差についての高精度かつ簡便な
測定はできなかった。
【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、パターン転写位置
ずれを伴う収差成分に対してその影響を簡便かつ高精度
に直接測定することを可能とする収差測定方法及び収差
測定用フォトマスクを提供することにある。
たもので、その目的とするところは、パターン転写位置
ずれを伴う収差成分に対してその影響を簡便かつ高精度
に直接測定することを可能とする収差測定方法及び収差
測定用フォトマスクを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
収差測定方法は、光源からの露光光をフォトマスクに照
射し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介し
てウェハ上に転写する投影露光装置に対し、前記投影光
学系の収差を測定する収差測定方法において、前記フォ
トマスクに、異なる周期からなる複数の周期パターンを
配置し、かつこれら複数の周期パターンの周期方向をそ
れぞれ同一方向を向けて配置しておき、該フォトマスク
を用いてウェハ上に転写を行って得られた転写パターン
の異なる周期パターン間の相対位置ずれ量を測定するこ
とにより収差を算出することを特徴とする。
収差測定方法は、光源からの露光光をフォトマスクに照
射し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介し
てウェハ上に転写する投影露光装置に対し、前記投影光
学系の収差を測定する収差測定方法において、前記フォ
トマスクに、異なる周期からなる複数の周期パターンを
配置し、かつこれら複数の周期パターンの周期方向をそ
れぞれ同一方向を向けて配置しておき、該フォトマスク
を用いてウェハ上に転写を行って得られた転写パターン
の異なる周期パターン間の相対位置ずれ量を測定するこ
とにより収差を算出することを特徴とする。
【００１４】本発明の望ましい形態は、以下に示す通り
である。 （１）前記収差測定は、異なる複数の周期パターンをウ
ェハ上に転写し、該転写パターンの異なる周期パターン
間の相対位置ずれ量を測定し、該測定結果より予め算出
した相対位置ずれ量と収差との関係に基づいて収差を算
出する。 （２）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）による測定が含まれ
る。 （３）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、レーザ顕微鏡による測定が含まれる。 （４）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、それぞれ異なる周期パターン状にコヒーレント光
を照射し、反射光同士を干渉させ得られるモワレ縞を元
に相対位置ずれ量を求める手法を用いる。
である。 （１）前記収差測定は、異なる複数の周期パターンをウ
ェハ上に転写し、該転写パターンの異なる周期パターン
間の相対位置ずれ量を測定し、該測定結果より予め算出
した相対位置ずれ量と収差との関係に基づいて収差を算
出する。 （２）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）による測定が含まれ
る。 （３）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、レーザ顕微鏡による測定が含まれる。 （４）転写パターンの相対位置ずれ量を測定する手段と
して、それぞれ異なる周期パターン状にコヒーレント光
を照射し、反射光同士を干渉させ得られるモワレ縞を元
に相対位置ずれ量を求める手法を用いる。
【００１５】また、本発明の請求項２に係る収差測定用
フォトマスクは、光源からの露光光をフォトマスクに照
射し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介し
てウェハ上に転写する投影露光装置に対する前記投影光
学系の収差測定に用いられる収差測定用フォトマスクに
おいて、異なる周期からなる複数の周期パターンが近接
する位置に配置され、かつこれら複数の周期パターンの
周期方向が同一方向を向いて配置されていることを特徴
とする。
フォトマスクは、光源からの露光光をフォトマスクに照
射し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介し
てウェハ上に転写する投影露光装置に対する前記投影光
学系の収差測定に用いられる収差測定用フォトマスクに
おいて、異なる周期からなる複数の周期パターンが近接
する位置に配置され、かつこれら複数の周期パターンの
周期方向が同一方向を向いて配置されていることを特徴
とする。
【００１６】本発明の望ましい形態としては、異なる周
期からなる複数の周期パターンを、それぞれ周期パター
ンのライン方向に連続して隣接配置する。また、本発明
の請求項３に係る収差測定用フォトマスクは、光源から
の露光光をフォトマスクに照射し、該フォトマスクの縮
小投影像を投影光学系を介してウェハ上に転写する投影
露光装置に対する前記投影光学系の収差測定に用いられ
る収差測定用フォトマスクにおいて、異なる周期からな
る複数の周期パターンを、該周期パターンの周期方向を
それぞれ同一にして近接する位置に配置したパターンブ
ロックが複数設けられ、該複数のパターンブロックの周
期方向がそれぞれ直交するように配置されていることを
特徴とする。
期からなる複数の周期パターンを、それぞれ周期パター
ンのライン方向に連続して隣接配置する。また、本発明
の請求項３に係る収差測定用フォトマスクは、光源から
の露光光をフォトマスクに照射し、該フォトマスクの縮
小投影像を投影光学系を介してウェハ上に転写する投影
露光装置に対する前記投影光学系の収差測定に用いられ
る収差測定用フォトマスクにおいて、異なる周期からな
る複数の周期パターンを、該周期パターンの周期方向を
それぞれ同一にして近接する位置に配置したパターンブ
ロックが複数設けられ、該複数のパターンブロックの周
期方向がそれぞれ直交するように配置されていることを
特徴とする。
【００１７】本発明の望ましい形態としては、パターン
ブロックとして、周期方向が直交したものと、これら直
交したパターンブロックの周期方向に対して４５°ずれ
たものを用いる。
ブロックとして、周期方向が直交したものと、これら直
交したパターンブロックの周期方向に対して４５°ずれ
たものを用いる。
【００１８】また、本発明の請求項４に係る収差測定用
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれている複
数の周期パターンは、少なくとも２以上の第一の周期パ
ターンと、該第一の周期パターンとは異なり、少なくと
も２以上の第二の周期パターンとを具備し、前記第一の
周期パターンがその第二の周期パターンを挟んで該パタ
ーンのライン方向に交互に配置され、かつ第二の周期パ
ターンが第一の周期パターンを挟んでライン方向に交互
に配置されたものであり、同一の周期からなる周期パタ
ーン同士は１８０°位相を変えたものが含まれているこ
とを特徴とする。
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれている複
数の周期パターンは、少なくとも２以上の第一の周期パ
ターンと、該第一の周期パターンとは異なり、少なくと
も２以上の第二の周期パターンとを具備し、前記第一の
周期パターンがその第二の周期パターンを挟んで該パタ
ーンのライン方向に交互に配置され、かつ第二の周期パ
ターンが第一の周期パターンを挟んでライン方向に交互
に配置されたものであり、同一の周期からなる周期パタ
ーン同士は１８０°位相を変えたものが含まれているこ
とを特徴とする。
【００１９】また、本発明の請求項５に係る収差測定用
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれているあ
る周期パターンの周期は、他の周期パターンの周期の整
数倍となっていることを特徴とする。
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれているあ
る周期パターンの周期は、他の周期パターンの周期の整
数倍となっていることを特徴とする。
【００２０】また、本発明の請求項６に係る収差測定用
フォトマスクは、前記投影光学系の開口数ＮＡ、露光波
長λ、投影光学系の縮小率の逆数Ｍ（＞１）としたと
き、前記周期パターンの周期Ｐが λ／ＮＡ＜Ｐ／Ｍ＜１．５×λ／ＮＡ で与えられるものであることを特徴とする。
フォトマスクは、前記投影光学系の開口数ＮＡ、露光波
長λ、投影光学系の縮小率の逆数Ｍ（＞１）としたと
き、前記周期パターンの周期Ｐが λ／ＮＡ＜Ｐ／Ｍ＜１．５×λ／ＮＡ で与えられるものであることを特徴とする。
【００２１】また、本発明の請求項７に係る収差測定用
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれている周
期パターンのうち、周期の短い方の周期をＰとし、用い
る投影露光装置の開口数ＮＡ、露光波長λ、縮小率の逆
数をＭ（＞１）としたとき、 λ／（２ＮＡ）＜Ｐ／Ｍ＜λ／ＮＡ の関係を満たし、かつ前記フォトマスクは位相シフトマ
スクであることを特徴とする。 （作用）本発明では、周期方向が同一で周期の異なる複
数の周期パターンを近接して配置したフォトマスクを用
い、光源からの露光光を照明光学系を介してこのフォト
マスクに照射する。このフォトマスクに照射されたこと
により形成された縮小投影像をウェハ上に転写し、転写
されたパターンの周期方向の相対位置ずれ量を測定す
る。そして、この相対位置ずれ量の測定結果に基づい
て、投影光学系の収差を算出する。
フォトマスクは、前記フォトマスク上に描かれている周
期パターンのうち、周期の短い方の周期をＰとし、用い
る投影露光装置の開口数ＮＡ、露光波長λ、縮小率の逆
数をＭ（＞１）としたとき、 λ／（２ＮＡ）＜Ｐ／Ｍ＜λ／ＮＡ の関係を満たし、かつ前記フォトマスクは位相シフトマ
スクであることを特徴とする。 （作用）本発明では、周期方向が同一で周期の異なる複
数の周期パターンを近接して配置したフォトマスクを用
い、光源からの露光光を照明光学系を介してこのフォト
マスクに照射する。このフォトマスクに照射されたこと
により形成された縮小投影像をウェハ上に転写し、転写
されたパターンの周期方向の相対位置ずれ量を測定す
る。そして、この相対位置ずれ量の測定結果に基づい
て、投影光学系の収差を算出する。
【００２２】これにより、パターン転写位置ずれを伴う
収差成分に対してその影響を直接露光装置を用いて測定
することが可能となる。また、２回以上の露光を必要と
せず、複雑なプロセスを踏まないため、測定の際に考慮
すべき誤差要因を減らすことができ、高精度の測定が可
能となる。
収差成分に対してその影響を直接露光装置を用いて測定
することが可能となる。また、２回以上の露光を必要と
せず、複雑なプロセスを踏まないため、測定の際に考慮
すべき誤差要因を減らすことができ、高精度の測定が可
能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の収差測定方法に用い
られる縮小投影露光装置の全体構成を示す模式図であ
る。この縮小投影露光装置は、光源１と、第一集光光学
系２と、均一化光学系３と、光源フィルタ８と、第二集
光光学系４と、フォトマスク５と、投影光学系６と、ウ
ェハ７とが、これらの順に露光光の光路に沿って配列さ
れている。
の実施形態を説明する。 （第１実施形態）図１は、本発明の収差測定方法に用い
られる縮小投影露光装置の全体構成を示す模式図であ
る。この縮小投影露光装置は、光源１と、第一集光光学
系２と、均一化光学系３と、光源フィルタ８と、第二集
光光学系４と、フォトマスク５と、投影光学系６と、ウ
ェハ７とが、これらの順に露光光の光路に沿って配列さ
れている。
【００２４】第一集光光学系２は、楕円反射鏡及びイン
プットレンズに相当する要素である。この第一集光光学
系２は、楕円鏡の他に球面鏡、平面鏡、レンズ等を適宜
配置している。この第一集光光学系２は、光源１から出
る光束をできるだけ効率よく均一化光学系３に入射する
役割を担っている。
プットレンズに相当する要素である。この第一集光光学
系２は、楕円鏡の他に球面鏡、平面鏡、レンズ等を適宜
配置している。この第一集光光学系２は、光源１から出
る光束をできるだけ効率よく均一化光学系３に入射する
役割を担っている。
【００２５】また、均一化光学系３は、蠅の目レンズに
相当する要素である。均一化光学系３では、蠅の目レン
ズに代えて光ファイバ束や多面体プリズム等を使用する
ことも可能である。
相当する要素である。均一化光学系３では、蠅の目レン
ズに代えて光ファイバ束や多面体プリズム等を使用する
ことも可能である。
【００２６】第二集光光学系４は、アウトプットレンズ
及びコリメーションレンズに相当する要素である。この
第二集光光学系４は、均一化光学系３の複数の出射光を
重畳させ、さらに該重畳した出射光の像面でのテレセン
トリック性を確保する。また第二集光光学系４は、収差
補正がされている波長のみを選択透過するフィルタとコ
ールドミラーとを含むことがある。このフィルタは、光
束が光軸平行に近い第二集光光学系４内の所定位置に挿
入され、またコールドミラーは第二集光光学系４内の適
当な位置に挿入される。
及びコリメーションレンズに相当する要素である。この
第二集光光学系４は、均一化光学系３の複数の出射光を
重畳させ、さらに該重畳した出射光の像面でのテレセン
トリック性を確保する。また第二集光光学系４は、収差
補正がされている波長のみを選択透過するフィルタとコ
ールドミラーとを含むことがある。このフィルタは、光
束が光軸平行に近い第二集光光学系４内の所定位置に挿
入され、またコールドミラーは第二集光光学系４内の適
当な位置に挿入される。
【００２７】このように構成された縮小投影露光装置に
おいて、フォトマスク５の位置から光源１側を見た堤
合、入射光の性質は、第二集光光学系４を通して均一化
光学系３から出てくる光が持つ特性（波長、コヒーレン
シー等）を示す。またフォトマスク５の位置から光源側
を見た湯合、均一化光学系３の出射側光強度分布が見か
け上の光源強度分布に見える。
おいて、フォトマスク５の位置から光源１側を見た堤
合、入射光の性質は、第二集光光学系４を通して均一化
光学系３から出てくる光が持つ特性（波長、コヒーレン
シー等）を示す。またフォトマスク５の位置から光源側
を見た湯合、均一化光学系３の出射側光強度分布が見か
け上の光源強度分布に見える。
【００２８】このため、上記のように構成された縮小投
影露光装置においては、一般に均一化光学系３の出射側
に配置された光源フィルタ８を、２次光源又は有効光源
（effective source）と称している。有効光源像は投影
光学系の瞳位置に結像されるようになっており、投影光
学系の瞳の大きさ（ＮＡ）に対する光源像の大きさの比
は一般にコヒーレンスファクタ（σ）と呼ばれ、このσ
の値の大きさにより解像特性等が大きく変わってくるこ
とがよく知られている。
影露光装置においては、一般に均一化光学系３の出射側
に配置された光源フィルタ８を、２次光源又は有効光源
（effective source）と称している。有効光源像は投影
光学系の瞳位置に結像されるようになっており、投影光
学系の瞳の大きさ（ＮＡ）に対する光源像の大きさの比
は一般にコヒーレンスファクタ（σ）と呼ばれ、このσ
の値の大きさにより解像特性等が大きく変わってくるこ
とがよく知られている。
【００２９】フォトマスク５がウェハ７上に投影される
時、投影露光パターンの形成特性である解像度、焦点深
度（ＤＯＦ：Depth Of Focus）及びレジスト図に示すよ
うにパターン形状等は、露光量や、使用するレジストの
種類の他、投影光学系６の開口数ＮＡ、フォトマスク５
を照射する２次光源８、ウェハ７上のレジストを含む多
層膜の屈折率やその厚さ等によって定まる。
時、投影露光パターンの形成特性である解像度、焦点深
度（ＤＯＦ：Depth Of Focus）及びレジスト図に示すよ
うにパターン形状等は、露光量や、使用するレジストの
種類の他、投影光学系６の開口数ＮＡ、フォトマスク５
を照射する２次光源８、ウェハ７上のレジストを含む多
層膜の屈折率やその厚さ等によって定まる。
【００３０】一方、本発明に適用されるフォトマスク５
については、図２に示すように、従来用いられてきた遮
光部２１と透過部２２により構成される種類のもの（Ｃ
ＯＧ：Cr On Glass ）の他に、遮光部２１を半透明膜２
３で透過部を通過する光との位相差が１８０度となるよ
うに構成された種類のもの（ＨＴ：HalfTone）や、隣合
う透過部の位相差を１８０度となるようにシフタ部２４
をフォトマスク上に形成した種類のもの（Levenson-typ
e ）等が、上記解像力や焦点深度等の特性向上の為に用
いられる。これらフォトマスク５の種類に応じて最適な
周期パターンが定まるが、詳しくは後述する。
については、図２に示すように、従来用いられてきた遮
光部２１と透過部２２により構成される種類のもの（Ｃ
ＯＧ：Cr On Glass ）の他に、遮光部２１を半透明膜２
３で透過部を通過する光との位相差が１８０度となるよ
うに構成された種類のもの（ＨＴ：HalfTone）や、隣合
う透過部の位相差を１８０度となるようにシフタ部２４
をフォトマスク上に形成した種類のもの（Levenson-typ
e ）等が、上記解像力や焦点深度等の特性向上の為に用
いられる。これらフォトマスク５の種類に応じて最適な
周期パターンが定まるが、詳しくは後述する。
【００３１】収差の分類として、M.Born and E.wolf ，
Principles of Optics”にて示されているように、Seid
el５収差（球面（Spherical ）、コマ（Coma）、非点
（Astigmatism ）、像面湾曲（Field Curvature ）、歪
曲（Distortion））による表現方法や、Zernike Polyno
mialによる表現方法がとられることが多い。また、K.H.
Toh el al によりIdentifying and Monitoring Effects
of Lens Aberrations in Project ion Printing-(SPIE
vol.772,1987) において、コマ収差や非点収差が存在
した場合の像強度分布のシミュレーション結果が示され
ている。該論文に於いてそれぞれの収差成分は以下のよ
うに与えられている。
Principles of Optics”にて示されているように、Seid
el５収差（球面（Spherical ）、コマ（Coma）、非点
（Astigmatism ）、像面湾曲（Field Curvature ）、歪
曲（Distortion））による表現方法や、Zernike Polyno
mialによる表現方法がとられることが多い。また、K.H.
Toh el al によりIdentifying and Monitoring Effects
of Lens Aberrations in Project ion Printing-(SPIE
vol.772,1987) において、コマ収差や非点収差が存在
した場合の像強度分布のシミュレーション結果が示され
ている。該論文に於いてそれぞれの収差成分は以下のよ
うに与えられている。
【００３２】波面収差量＝exp(-iφ(f,g,x,y))、：投影
光学系の瞳関数に乗算される。 φ(f,g,x,y) ＝ C lmn （x 2 +y2 ）l （xf+yg ）m
（f 2 +g2 ）n f,g ：瞳面での規格化座標、x ，y ：像面での規格化座
標、C 002 ：球面収差、C 011 ：コマ収差、C 020 ：非
点収差、C 101 ：像面湾曲、C 110 ：像面歪曲 上記収差成分を与える式に基づいて、Ｌ＆Ｓパターンの
サイズと転写パターン位置ずれ量のコマ収差量依存性に
ついてのシミュレーション結果を図３に示す。なお、こ
のシミュレーションにおける計算条件は以下に示す通り
である。
光学系の瞳関数に乗算される。 φ(f,g,x,y) ＝ C lmn （x 2 +y2 ）l （xf+yg ）m
（f 2 +g2 ）n f,g ：瞳面での規格化座標、x ，y ：像面での規格化座
標、C 002 ：球面収差、C 011 ：コマ収差、C 020 ：非
点収差、C 101 ：像面湾曲、C 110 ：像面歪曲 上記収差成分を与える式に基づいて、Ｌ＆Ｓパターンの
サイズと転写パターン位置ずれ量のコマ収差量依存性に
ついてのシミュレーション結果を図３に示す。なお、こ
のシミュレーションにおける計算条件は以下に示す通り
である。
【００３３】 ・ＮＡ＝０．６、λ＝２４８ｎｍ、σ＝０．７５ ・Ｌ＆Ｓパターン（ｄｕｔｙ比＝１：１） また、照明条件として、通常照明（σ＝０．７５）及
び、輪帯照明（σ＝０．７５、輪帯遮蔽率ε＝２／３）
でＣＯＧフォトマスクを転写した際のシミュレーション
結果であり、横軸はパターンサイズを、縦軸はパターン
位置を示す。
び、輪帯照明（σ＝０．７５、輪帯遮蔽率ε＝２／３）
でＣＯＧフォトマスクを転写した際のシミュレーション
結果であり、横軸はパターンサイズを、縦軸はパターン
位置を示す。
【００３４】パターン転写位置はベストフォーカス位置
での空間像計算より一定しきい値にて求めたエッジ位置
から決定している。実際の転写パターンにおいては、ウ
ェハ上の絶対位置を求めるのは非常に困難であるため、
コマ収差などにより発生するパターンの絶対シフト量に
ついては通常は測定不可能である。ここで、ピッチ及び
幅の異なるパターンを所望のパターン寸法に仕上げるた
めの露光量は、必ずしも同じではなく、パターンサイズ
により転写位置ずれ量が異なる。従って、この転写位置
ずれ量のパターンサイズ依存性を利用し、転写位置ずれ
量が最大になるパターンサイズの組み合わせを用いるこ
とで、コマ収差量を感度よく求める。
での空間像計算より一定しきい値にて求めたエッジ位置
から決定している。実際の転写パターンにおいては、ウ
ェハ上の絶対位置を求めるのは非常に困難であるため、
コマ収差などにより発生するパターンの絶対シフト量に
ついては通常は測定不可能である。ここで、ピッチ及び
幅の異なるパターンを所望のパターン寸法に仕上げるた
めの露光量は、必ずしも同じではなく、パターンサイズ
により転写位置ずれ量が異なる。従って、この転写位置
ずれ量のパターンサイズ依存性を利用し、転写位置ずれ
量が最大になるパターンサイズの組み合わせを用いるこ
とで、コマ収差量を感度よく求める。
【００３５】次に、本実施形態に係る収差測定用フォト
マスクの詳細な構成を図４に示す。図４（ａ）は図２
（ａ）のＣＯＧマスクに用いられるパターンブロックの
詳細な構成を示す図であり、図４（ｂ）は本収差測定用
フォトマスクの全体構成を示す図で、図４（ａ）に示す
パターンブロックが複数配置されている。
マスクの詳細な構成を図４に示す。図４（ａ）は図２
（ａ）のＣＯＧマスクに用いられるパターンブロックの
詳細な構成を示す図であり、図４（ｂ）は本収差測定用
フォトマスクの全体構成を示す図で、図４（ａ）に示す
パターンブロックが複数配置されている。
【００３６】図４（ａ）に示すように、ＣＯＧマスクを
用いて、基本周期パターン４２とそのｎ倍周期パターン
（ｎは２以上の整数）とを交互に並べたパターンブロッ
ク４１を有するフォトマスクを使用する。図４（ａ）で
はｎ＝２の場合、すなわち基本周期パターン４２とその
２倍周期パターン４３が交互に並べられている場合を示
している。
用いて、基本周期パターン４２とそのｎ倍周期パターン
（ｎは２以上の整数）とを交互に並べたパターンブロッ
ク４１を有するフォトマスクを使用する。図４（ａ）で
はｎ＝２の場合、すなわち基本周期パターン４２とその
２倍周期パターン４３が交互に並べられている場合を示
している。
【００３７】また、両周期パターン４２，４３のパター
ンエッジを共有させ、パターンのライン方向に対して交
互に並べる。さらに、１／２周期ずらした同一周期パタ
ーンを隣接させる。すなわち、基本周期パターン４２同
士はその２倍周期パターン４３を挟んで１／２周期ずら
して配置され、逆に２倍周期パターン４３は基本周期パ
ターン４２を挟んで１／２周期ずらして配置される。こ
のような配置をとることにより、露光量のばらつきによ
る相対位置ずれのばらつきを補正することができる。
ンエッジを共有させ、パターンのライン方向に対して交
互に並べる。さらに、１／２周期ずらした同一周期パタ
ーンを隣接させる。すなわち、基本周期パターン４２同
士はその２倍周期パターン４３を挟んで１／２周期ずら
して配置され、逆に２倍周期パターン４３は基本周期パ
ターン４２を挟んで１／２周期ずらして配置される。こ
のような配置をとることにより、露光量のばらつきによ
る相対位置ずれのばらつきを補正することができる。
【００３８】なお、感度の高い基本周期パターン４２の
幅Ｐは、開口数をＮＡ、露光波長をλ、投影光学系の縮
小率の逆数をＭ（＞１）とした場合、Ｍλ／ＮＡ＜Ｐ＜
１．５Ｍλ／ＮＡに設定したものである。この範囲の周
期Ｐを有する基本周期パターン４２とその整数倍の周期
で形成したものを使用することで、パターン間の転写位
置ずれ量がほぼ最大、即ち測定の感度を最大とすること
が可能となる。
幅Ｐは、開口数をＮＡ、露光波長をλ、投影光学系の縮
小率の逆数をＭ（＞１）とした場合、Ｍλ／ＮＡ＜Ｐ＜
１．５Ｍλ／ＮＡに設定したものである。この範囲の周
期Ｐを有する基本周期パターン４２とその整数倍の周期
で形成したものを使用することで、パターン間の転写位
置ずれ量がほぼ最大、即ち測定の感度を最大とすること
が可能となる。
【００３９】また、具体的な転写位置ずれ量が最大とな
る周期パターンの組み合わせは、図３に示すシミュレー
ション結果より明らかである。縦軸のパターン位置は、
収差＝０のときに５．０μｍ（点線に示す）の位置とな
るように設定している。すなわち、０．６μｍよりも大
きなパターンサイズにおいてはパターン位置は輪帯照明
で収差量が２λの場合、４．９４μｍ程度を示している
が、これに対して最もパターン位置が離れているのは、
０．２５μｍ程度のパターンサイズの場合である。従っ
て、コマ収差量を求める際にはこれらのパターンサイズ
を有したフォトマスクを用いて測定するのが感度が最も
高いこととなり、基本周期パターン４２としては０．２
５μｍＬ＆Ｓパターンを用いる。
る周期パターンの組み合わせは、図３に示すシミュレー
ション結果より明らかである。縦軸のパターン位置は、
収差＝０のときに５．０μｍ（点線に示す）の位置とな
るように設定している。すなわち、０．６μｍよりも大
きなパターンサイズにおいてはパターン位置は輪帯照明
で収差量が２λの場合、４．９４μｍ程度を示している
が、これに対して最もパターン位置が離れているのは、
０．２５μｍ程度のパターンサイズの場合である。従っ
て、コマ収差量を求める際にはこれらのパターンサイズ
を有したフォトマスクを用いて測定するのが感度が最も
高いこととなり、基本周期パターン４２としては０．２
５μｍＬ＆Ｓパターンを用いる。
【００４０】また、整数倍の周期で形成したものを用い
るのは、マスクパターン上のいかなる位置においてもパ
ターンエッジが共有しているため、これにより容易に測
定を行えることを考慮したものである。この相対位置ず
れ量を測定することにより、コマ収差量を推定すること
が可能となる。
るのは、マスクパターン上のいかなる位置においてもパ
ターンエッジが共有しているため、これにより容易に測
定を行えることを考慮したものである。この相対位置ず
れ量を測定することにより、コマ収差量を推定すること
が可能となる。
【００４１】また、図４（ｂ）に示すように、パターン
周期の異なる周期パターンを周期方向が同一となるよう
に近接して形成したパターンブロック４１を、例えば０
°，４５°，９０°方向に回転させたまとまりとして配
置し、フォトマスク面内の適当な箇所に複数個配置す
る。このフォトマスクを縮小投影露光装置を用いてウェ
ハ上に露光し、得られた転写パターンの周期方向に関す
る相対位置ずれを測長ＳＥＭ等で測定する。
周期の異なる周期パターンを周期方向が同一となるよう
に近接して形成したパターンブロック４１を、例えば０
°，４５°，９０°方向に回転させたまとまりとして配
置し、フォトマスク面内の適当な箇所に複数個配置す
る。このフォトマスクを縮小投影露光装置を用いてウェ
ハ上に露光し、得られた転写パターンの周期方向に関す
る相対位置ずれを測長ＳＥＭ等で測定する。
【００４２】上記実施形態に係る収差測定方法の動作を
説明する。図１に示すように、光源１から照射された露
光光は第一集光光学系２に入射し、集光されて効率よく
均一化光学系３に出射される。均一化光学系３では集光
された露光光が均一化され、この集光された露光光は光
源フィルタ８を介して第二集光光学系４に入射される。
第二集光光学系４で再び集光された露光光はフォトマス
ク５に出射され、所望のマスクパターンを有する光学像
が形成される。この光学像は投影露光光学系６を介して
ウェハ７上に転写される。
説明する。図１に示すように、光源１から照射された露
光光は第一集光光学系２に入射し、集光されて効率よく
均一化光学系３に出射される。均一化光学系３では集光
された露光光が均一化され、この集光された露光光は光
源フィルタ８を介して第二集光光学系４に入射される。
第二集光光学系４で再び集光された露光光はフォトマス
ク５に出射され、所望のマスクパターンを有する光学像
が形成される。この光学像は投影露光光学系６を介して
ウェハ７上に転写される。
【００４３】上記動作においてフォトマスク５から転写
されたウェハ７上のレジスト転写パターンのうちの一つ
のパターンブロックを図５に示す。図５に示すように転
写パターン像は図４に示したマスクパターンと同じパタ
ーンとなるが、収差の影響により転写位置ずれが生じ
る。この転写位置ずれは、図５においてパターンエッジ
位置のずれとなって顕在化する。従って、転写位置ずれ
は、例えば図５においてほぼ一直線上に位置するパター
ンエッジ位置であるＡ点とＢ点のｘ軸方向の相対位置ず
れを測長ＳＥＭ等により測定することにより知ることが
できる。
されたウェハ７上のレジスト転写パターンのうちの一つ
のパターンブロックを図５に示す。図５に示すように転
写パターン像は図４に示したマスクパターンと同じパタ
ーンとなるが、収差の影響により転写位置ずれが生じ
る。この転写位置ずれは、図５においてパターンエッジ
位置のずれとなって顕在化する。従って、転写位置ずれ
は、例えば図５においてほぼ一直線上に位置するパター
ンエッジ位置であるＡ点とＢ点のｘ軸方向の相対位置ず
れを測長ＳＥＭ等により測定することにより知ることが
できる。
【００４４】なお、露光量のばらつきにより転写パター
ンの幅もばらつくこととなるが、この露光量のばらつき
を補正するためにＣ点とＤ点を併せて用いる。すなわ
ち、Ａ点とＣ点は、例えば露光量が多くなることにより
左右に同一の幅ずれることとなる。同様に、Ｂ点とＤ点
も左右に同一の幅ずれる。ここで、これらＡ点とＣ点の
ｘ軸方向のパターンエッジ位置の平均値をとり、かつＢ
点とＤ点のｘ軸方向のエッジ位置の平均値をとり、この
両者平均値から相対位置ずれを測定することにより、露
光量のばらつきを補正することができる。
ンの幅もばらつくこととなるが、この露光量のばらつき
を補正するためにＣ点とＤ点を併せて用いる。すなわ
ち、Ａ点とＣ点は、例えば露光量が多くなることにより
左右に同一の幅ずれることとなる。同様に、Ｂ点とＤ点
も左右に同一の幅ずれる。ここで、これらＡ点とＣ点の
ｘ軸方向のパターンエッジ位置の平均値をとり、かつＢ
点とＤ点のｘ軸方向のエッジ位置の平均値をとり、この
両者平均値から相対位置ずれを測定することにより、露
光量のばらつきを補正することができる。
【００４５】さらに、ウェハ７上のレジスト転写パター
ンにおいて、図４（ｂ）に示すマスクパターンと同様に
図５に示した転写パターンブロック４１が複数あるた
め、これら複数の転写パターンブロック４１についてそ
れぞれ上記相対位置ずれを測定する。これにより、収差
の周期方向依存性を知ることができる。
ンにおいて、図４（ｂ）に示すマスクパターンと同様に
図５に示した転写パターンブロック４１が複数あるた
め、これら複数の転写パターンブロック４１についてそ
れぞれ上記相対位置ずれを測定する。これにより、収差
の周期方向依存性を知ることができる。
【００４６】これら相対位置ずれ量の測定結果に基づい
て、コマ収差量を図３を用いて算出する。この結果パタ
ーン転写位置ずれ量はコマ収差０．２λに対して、約１
０〜２０ｎｍ程度が得られることがシミュレーションに
より見積もられているため、上記周期パターンを含むフ
ォトマスクを用いることで最も感度のよい測定が可能と
なる。
て、コマ収差量を図３を用いて算出する。この結果パタ
ーン転写位置ずれ量はコマ収差０．２λに対して、約１
０〜２０ｎｍ程度が得られることがシミュレーションに
より見積もられているため、上記周期パターンを含むフ
ォトマスクを用いることで最も感度のよい測定が可能と
なる。
【００４７】以上説明したように、一度の露光工程にて
コマ収差量を測定・評価することが可能となり、従来必
要とされてきた重ね合わせ露光を用いる必要がなく、測
定が容易となる。また収差測定用フォトマスクを製作す
るまでに必要とされた露光工程、エッチングプロセス等
による影響を考慮する必要がない。従って、測定の信頼
性が向上する。
コマ収差量を測定・評価することが可能となり、従来必
要とされてきた重ね合わせ露光を用いる必要がなく、測
定が容易となる。また収差測定用フォトマスクを製作す
るまでに必要とされた露光工程、エッチングプロセス等
による影響を考慮する必要がない。従って、測定の信頼
性が向上する。
【００４８】なお、本実施形態ではＣＯＧマスクを用い
た場合を示したが、図２（ｂ）に示したハーフトーンマ
スクを適用することも可能である。また、望ましい基本
周期パターンの周期は、測定条件に応じて種々変更可能
である。
た場合を示したが、図２（ｂ）に示したハーフトーンマ
スクを適用することも可能である。また、望ましい基本
周期パターンの周期は、測定条件に応じて種々変更可能
である。
【００４９】（第２実施形態）図６は、本発明の第２実
施形態に係る収差測定用フォトフォトマスクの全体構成
を示す図であり、このフォトマスクはレベンソン型位相
シフトマスクに適用した場合について示す。なお、本実
施形態において第１実施形態と重複する部分については
説明を省略する。
施形態に係る収差測定用フォトフォトマスクの全体構成
を示す図であり、このフォトマスクはレベンソン型位相
シフトマスクに適用した場合について示す。なお、本実
施形態において第１実施形態と重複する部分については
説明を省略する。
【００５０】図６（ａ）は図２（ｃ）に示すレベンソン
型マスクに用いられるパターンブロックの詳細な構成を
示す図であり、図６（ｂ）は本収差測定用フォトマスク
の全体構成を示す図で、図６（ａ）に示すパターンブロ
ックが複数配置されている。
型マスクに用いられるパターンブロックの詳細な構成を
示す図であり、図６（ｂ）は本収差測定用フォトマスク
の全体構成を示す図で、図６（ａ）に示すパターンブロ
ックが複数配置されている。
【００５１】図６（ａ）に示すように、レベンソン型マ
スクを用いて、基本周期パターン６２とそのｎ倍周期パ
ターン（ｎは２以上の整数）とを交互に並べたパターン
ブロック６１を有するフォトマスクを使用する。図６
（ａ）ではｎ＝２の場合、すなわち基本周期パターン６
２とその２倍周期パターン６３が交互に並べられている
場合を示している。また、両周期パターン６２，６３の
パターンエッジを共有させ、さらに１／２周期ずらした
同一周期パターンを隣接させる。
スクを用いて、基本周期パターン６２とそのｎ倍周期パ
ターン（ｎは２以上の整数）とを交互に並べたパターン
ブロック６１を有するフォトマスクを使用する。図６
（ａ）ではｎ＝２の場合、すなわち基本周期パターン６
２とその２倍周期パターン６３が交互に並べられている
場合を示している。また、両周期パターン６２，６３の
パターンエッジを共有させ、さらに１／２周期ずらした
同一周期パターンを隣接させる。
【００５２】また、上記第１実施形態に示した収差成分
を与える式に基づいて、レベンソン型マスクとＣＯＧマ
スクについて、それぞれ低σ照明（σ＝０．３）にて転
写した際のＬ＆Ｓパターンのサイズと転写パターン位置
ずれ量のコマ収差量依存性についてのシミュレーション
結果を図７に示す。横軸はパターンサイズ、縦軸はパタ
ーン位置である。なお、このシミュレーションにおける
計算条件は以下に示す通りである。
を与える式に基づいて、レベンソン型マスクとＣＯＧマ
スクについて、それぞれ低σ照明（σ＝０．３）にて転
写した際のＬ＆Ｓパターンのサイズと転写パターン位置
ずれ量のコマ収差量依存性についてのシミュレーション
結果を図７に示す。横軸はパターンサイズ、縦軸はパタ
ーン位置である。なお、このシミュレーションにおける
計算条件は以下に示す通りである。
【００５３】 ・ＮＡ＝０．６、λ＝２４８ｎｍ、σ＝０．３ ・Ｌ＆Ｓパターン（ｄｕｔｙ比＝１：１） また、感度の高い基本周期パターン６２の幅Ｐは、開口
数をＮＡ、露光波長をλ、投影光学系の縮小率の逆数を
Ｍ（＞１）とした場合、Ｍλ／２ＮＡ＜Ｐ＜λ／ＮＡに
設定したものである。この範囲の周期Ｐを有する基本周
期パターン６２とその整数倍の周期で形成したものを使
用することで、パターン間の転写位置ずれ量がほぼ最
大、すなわち測定の感度を最大とすることができる。
数をＮＡ、露光波長をλ、投影光学系の縮小率の逆数を
Ｍ（＞１）とした場合、Ｍλ／２ＮＡ＜Ｐ＜λ／ＮＡに
設定したものである。この範囲の周期Ｐを有する基本周
期パターン６２とその整数倍の周期で形成したものを使
用することで、パターン間の転写位置ずれ量がほぼ最
大、すなわち測定の感度を最大とすることができる。
【００５４】また、具体的な転写位置ずれ量が最大とな
る周期パターンの組み合わせは、図７に基づいて定めら
れる。すなわち、このマスクにおけるパターンサイズ依
存性は、図３に示したＣＯＧマスクを用いたσ＝０．７
５の場合とはその特性が異なる。具体的には、特に解像
限界付近のものとその倍周期パターンとを比較する場合
が最も感度がよいことがわかる。すなわち、基本周期パ
ターンとして解像限界付近である０．１２μｍＬ＆Ｓを
用いる。このパターンサイズにおいては、最もパターン
位置が小さくなっており、この２倍周期のパターンサイ
ズにおいては、パターン位置が最も大きくなっている。
従って、これら両パターンサイズにおける転写位置ずれ
量は最も最大となり、感度が最も良くなる。
る周期パターンの組み合わせは、図７に基づいて定めら
れる。すなわち、このマスクにおけるパターンサイズ依
存性は、図３に示したＣＯＧマスクを用いたσ＝０．７
５の場合とはその特性が異なる。具体的には、特に解像
限界付近のものとその倍周期パターンとを比較する場合
が最も感度がよいことがわかる。すなわち、基本周期パ
ターンとして解像限界付近である０．１２μｍＬ＆Ｓを
用いる。このパターンサイズにおいては、最もパターン
位置が小さくなっており、この２倍周期のパターンサイ
ズにおいては、パターン位置が最も大きくなっている。
従って、これら両パターンサイズにおける転写位置ずれ
量は最も最大となり、感度が最も良くなる。
【００５５】従って、この０．１２μｍと０．２４μｍ
Ｌ＆Ｓを用いて転写位置ずれ量を求める。具体的な転写
位置ずれ量の測定は、第１実施形態で示したのと同様の
手法による。この測定の結果、パターン転写位置ずれ量
はコマ収差０．２λに対して、約３０〜４０ｎｍ程度が
得られることがシミュレーションにより見積もられてい
る。本発明において上記パターンを含むフォトマスクを
用いることで最も感度のよい測定が可能となる。
Ｌ＆Ｓを用いて転写位置ずれ量を求める。具体的な転写
位置ずれ量の測定は、第１実施形態で示したのと同様の
手法による。この測定の結果、パターン転写位置ずれ量
はコマ収差０．２λに対して、約３０〜４０ｎｍ程度が
得られることがシミュレーションにより見積もられてい
る。本発明において上記パターンを含むフォトマスクを
用いることで最も感度のよい測定が可能となる。
【００５６】また、パターン周期の異なる周期パターン
を周期方向が同一となるように近接して形成したパター
ンブロック６１を、例えば０°，４５°，９０°方向に
回転させたまとまりとして配置し、フォトマスク面内の
適当な箇所に複数個配置する。測定の際には、これら複
数のパターンブロック６１についてそれぞれ相対位置ず
れ量を測定することにより、収差の周期方向依存性を知
ることができる。
を周期方向が同一となるように近接して形成したパター
ンブロック６１を、例えば０°，４５°，９０°方向に
回転させたまとまりとして配置し、フォトマスク面内の
適当な箇所に複数個配置する。測定の際には、これら複
数のパターンブロック６１についてそれぞれ相対位置ず
れ量を測定することにより、収差の周期方向依存性を知
ることができる。
【００５７】このように、周期パターンの周期を、投影
露光装置の解像限界とその２倍の周期で形成したものを
使用することで、パターン間の転写位置ずれ量がほぼ最
大、即ち感度が最大とすることが可能となる。よって、
この位置ずれ量を測定することにより、コマ収差量を推
定することが可能となる。
露光装置の解像限界とその２倍の周期で形成したものを
使用することで、パターン間の転写位置ずれ量がほぼ最
大、即ち感度が最大とすることが可能となる。よって、
この位置ずれ量を測定することにより、コマ収差量を推
定することが可能となる。
【００５８】これら実施形態で示した収差測定方法及び
収差測定用フォトマスクは、ＬＳＩの微細加工技術であ
る光リソグラフィ技術において、特に用いる露光装置の
評価において有効であり、この発明に基づいて得られた
収差量を一定レベル以下に押さえるような仕様を露光装
置に適用していくことで、ＬＳＩ製造においてより大き
な収率を得ることが可能となり、その工業的価値は極め
て高いと考えられる。
収差測定用フォトマスクは、ＬＳＩの微細加工技術であ
る光リソグラフィ技術において、特に用いる露光装置の
評価において有効であり、この発明に基づいて得られた
収差量を一定レベル以下に押さえるような仕様を露光装
置に適用していくことで、ＬＳＩ製造においてより大き
な収率を得ることが可能となり、その工業的価値は極め
て高いと考えられる。
【００５９】なお、上記第１，２実施形態においてはパ
ターンのｄｕｔｙ比が１：１のＬ＆Ｓパターンについて
説明を行ってきたが、ｄｕｔｙ比は必ずしも１：１であ
る必要はない。また露光条件についても、上記に示した
条件である必要はなく、例えばｉ線、ＡｒＦ等、別の露
光波長や、異なるＮＡ値、σ値、σ形状であってもなん
ら差し支えない。またフォトマスクについても、ＣＯ
Ｇ、レベンソン型マスク以外についても、例えばハーフ
トーンマスク等を用いることについてはなんら問題を生
じるものではない。
ターンのｄｕｔｙ比が１：１のＬ＆Ｓパターンについて
説明を行ってきたが、ｄｕｔｙ比は必ずしも１：１であ
る必要はない。また露光条件についても、上記に示した
条件である必要はなく、例えばｉ線、ＡｒＦ等、別の露
光波長や、異なるＮＡ値、σ値、σ形状であってもなん
ら差し支えない。またフォトマスクについても、ＣＯ
Ｇ、レベンソン型マスク以外についても、例えばハーフ
トーンマスク等を用いることについてはなんら問題を生
じるものではない。
【００６０】また、異なる周期のパターンをフォトマス
ク上に配置する手法については図４，図６に示した以外
の配置であっても、相対的な転写パターン位置ずれが測
定できるようになっていればなんら差し支えるものでは
ない。すなわち、基本周期パターンに対して整数倍周期
のパターンでなくても、パターン周期が異なれば測定可
能である。また、複数のパターンブロックの回転角度は
上記実施形態に示したものに限定されるものではない。
ク上に配置する手法については図４，図６に示した以外
の配置であっても、相対的な転写パターン位置ずれが測
定できるようになっていればなんら差し支えるものでは
ない。すなわち、基本周期パターンに対して整数倍周期
のパターンでなくても、パターン周期が異なれば測定可
能である。また、複数のパターンブロックの回転角度は
上記実施形態に示したものに限定されるものではない。
【００６１】また、１次元方向の周期パターンを用いて
いたが、２次元的な周期パターンのある周期方向の相対
位置ずれを測定することにしても、なんら本発明の骨子
からはずれるものとはならない。また、基本周期パター
ン及びその整数倍周期パターンの配置される数及びパタ
ーンブロックの配置される数は上記実施形態には限定さ
れない。
いたが、２次元的な周期パターンのある周期方向の相対
位置ずれを測定することにしても、なんら本発明の骨子
からはずれるものとはならない。また、基本周期パター
ン及びその整数倍周期パターンの配置される数及びパタ
ーンブロックの配置される数は上記実施形態には限定さ
れない。
【００６２】また、測長ＳＥＭを用いて相対位置ずれ量
を測定する場合を示したが、例えばレーザ顕微鏡により
測定する場合や、本収差測定用フォトマスクにコヒーレ
ント光を照射し、反射光同士を干渉させて得られるモワ
レ縞に基づいて測定する場合等、何でも良い。
を測定する場合を示したが、例えばレーザ顕微鏡により
測定する場合や、本収差測定用フォトマスクにコヒーレ
ント光を照射し、反射光同士を干渉させて得られるモワ
レ縞に基づいて測定する場合等、何でも良い。
【００６３】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る収差
測定方法及び収差測定用フォトマスクによれば、パター
ンサイズに応じた転写パターンのウェハ上での位置ずれ
量の差を周期方向が一致したフォトマスクを用いて測定
することで、１回の露光のみでコマ収差量を容易に算出
することができる。また、複雑なプロセスを踏まないた
め、測定の際に考慮すべき誤差要因を減らすことがで
き、高精度かつ容易な測定が可能となる。
測定方法及び収差測定用フォトマスクによれば、パター
ンサイズに応じた転写パターンのウェハ上での位置ずれ
量の差を周期方向が一致したフォトマスクを用いて測定
することで、１回の露光のみでコマ収差量を容易に算出
することができる。また、複雑なプロセスを踏まないた
め、測定の際に考慮すべき誤差要因を減らすことがで
き、高精度かつ容易な測定が可能となる。
【図１】本発明に用いる縮小投影露光装置の概略図。
【図２】投影露光装置に用いるフォトマスクの種類につ
いての概略図
いての概略図
【図３】コマ収差量を変化させた場合のパターン転写位
置のパターンサイズ依存性を示す図。
置のパターンサイズ依存性を示す図。
【図４】本発明の第１実施形態に係る収差測定用フォト
マスクのマスクパターンの全体構成を示す図。
マスクのマスクパターンの全体構成を示す図。
【図５】本発明の第１実施形態に係るウェハ上の転写パ
ターンのパターンブロックを示す図。
ターンのパターンブロックを示す図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る収差測定用フォト
マスクのマスクパターンの全体構成を示す図。
マスクのマスクパターンの全体構成を示す図。
【図７】コマ収差量を変化させた場合のパターン転写位
置のパターンサイズ依存性を示す図。
置のパターンサイズ依存性を示す図。
【図８】従来の収差測定手法である干渉縞法を説明する
ための模式図。
ための模式図。
【図９】従来の収差測定手法であるKirk法を説明するた
めの模式図。
めの模式図。
【図１０】従来の収差測定手法である重ね露光法を説明
するための模式図。
するための模式図。
１ 光源 ２ 第一集光光学系 ３ 均一化光学系 ４ 第二集光光学系 ５ フォトマスク ６ 投影光学系 ７ ウェハ ８ 光源フィルタ ２１ 遮光部 ２２ 透過部 ２３ 半透明膜 ２４ シフタ部 ２５ 非シフタ部 ４１，６１ パターンブロック ４２，６２ 基本周期パターン ４３，６３ ２倍周期パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２８
Claims (7)
- 【請求項１】 光源からの露光光をフォトマスクに照射
し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介して
ウェハ上に転写する投影露光装置に対し、前記投影光学
系の収差を測定する収差測定方法において、 前記フォトマスクに、異なる周期からなる複数の周期パ
ターンを配置し、かつこれら複数の周期パターンの周期
方向をそれぞれ同一方向を向けて配置しておき、該フォ
トマスクを用いてウェハ上に転写を行って得られた転写
パターンの異なる周期パターン間の相対位置ずれ量を測
定することにより収差を算出することを特徴とする収差
測定方法。 - 【請求項２】 光源からの露光光をフォトマスクに照射
し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介して
ウェハ上に転写する投影露光装置に対する前記投影光学
系の収差測定に用いられる収差測定用フォトマスクにお
いて、 異なる周期からなる複数の周期パターンが近接する位置
に配置され、かつこれら複数の周期パターンの周期方向
が同一方向を向いて配置されていることを特徴とする収
差測定用フォトマスク。 - 【請求項３】 光源からの露光光をフォトマスクに照射
し、該フォトマスクの縮小投影像を投影光学系を介して
ウェハ上に転写する投影露光装置に対する前記投影光学
系の収差測定に用いられる収差測定用フォトマスクにお
いて、 異なる周期からなる複数の周期パターンを、該周期パタ
ーンの周期方向をそれぞれ同一にして近接する位置に配
置したパターンブロックが複数設けられ、該複数のパタ
ーンブロックの周期方向がそれぞれ直交するように配置
されていることを特徴とする収差測定用フォトマスク。 - 【請求項４】 前記フォトマスク上に描かれている複数
の周期パターンは、少なくとも２以上の第一の周期パタ
ーンと、該第一の周期パターンとは異なり、少なくとも
２以上の第二の周期パターンとを具備し、 前記第一の周期パターンがその第二の周期パターンを挟
んで該パターンのライン方向に交互に配置され、かつ第
二の周期パターンが第一の周期パターンを挟んでライン
方向に交互に配置されたものであり、同一の周期からな
る周期パターン同士は１８０°位相を変えたものが含ま
れていることを特徴とする請求項２又は３記載の収差測
定用フォトマスク。 - 【請求項５】 前記フォトマスク上に描かれているある
周期パターンの周期は、他の周期パターンの周期の整数
倍となっていることを特徴とする請求項２又は３記載の
収差測定用フォトマスク。 - 【請求項６】 前記投影光学系の開口数ＮＡ、露光波長
λ、投影光学系の縮小率の逆数Ｍ（＞１）としたとき、
前記周期パターンの周期Ｐが λ／ＮＡ＜Ｐ／Ｍ＜１．５×λ／ＮＡ で与えられるものであることを特徴とする請求項２又は
３記載の収差測定用フォトマスク。 - 【請求項７】 前記フォトマスク上に描かれている周期
パターンのうち、周期の短い方の周期をＰとし、用いる
投影露光装置の開口数ＮＡ、露光波長λ、縮小率の逆数
をＭ（＞１）としたとき、 λ／（２ＮＡ）＜Ｐ／Ｍ＜λ／ＮＡ の関係を満たし、 かつ前記フォトマスクは位相シフトマスクであることを
特徴とする請求項２又は３記載の収差測定用フォトマス
ク。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35574797A JPH11184070A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 収差測定方法および収差測定用フォトマスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35574797A JPH11184070A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 収差測定方法および収差測定用フォトマスク |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11184070A true JPH11184070A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18445563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35574797A Pending JPH11184070A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 収差測定方法および収差測定用フォトマスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11184070A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6654107B1 (en) | 1999-09-03 | 2003-11-25 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Stepper lens aberration measurement pattern and stepper lens aberration characteristics evaluating method |
| US6743554B2 (en) | 2001-11-22 | 2004-06-01 | Renesas Technology Corp. | Photomask for aberration measurement, aberration measurement method unit for aberration measurement and manufacturing method for device |
| NL1025018C2 (nl) * | 2002-12-13 | 2006-05-30 | Infineon Technologies Ag | Werkwijze en masker voor het karakteriseren van een lenssysteem. |
| KR100682177B1 (ko) * | 2000-02-25 | 2007-02-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 노광장비의 렌즈 수차 측정방법 |
| JPWO2008153023A1 (ja) * | 2007-06-11 | 2010-08-26 | 株式会社ニコン | 計測部材、センサ、計測方法、露光装置、露光方法、及びデバイス製造方法 |
| JP2013021321A (ja) * | 2011-07-08 | 2013-01-31 | Asml Netherlands Bv | 波面収差に対する応答を調整したパターン設計の方法及びシステム |
| KR20190015118A (ko) * | 2017-08-03 | 2019-02-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체, 및 기판 처리 시스템 |
-
1997
- 1997-12-24 JP JP35574797A patent/JPH11184070A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6654107B1 (en) | 1999-09-03 | 2003-11-25 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Stepper lens aberration measurement pattern and stepper lens aberration characteristics evaluating method |
| EP1081483B1 (en) * | 1999-09-03 | 2011-01-19 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Stepper lens aberration measurement pattern and stepper lens aberration characteristics evaluating method |
| KR100682177B1 (ko) * | 2000-02-25 | 2007-02-12 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 노광장비의 렌즈 수차 측정방법 |
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| US8918742B2 (en) | 2011-07-08 | 2014-12-23 | Asml Netherlands B.V. | Methods and systems for pattern design with tailored response to wavefront aberration |
| US10423075B2 (en) | 2011-07-08 | 2019-09-24 | Asml Netherlands B.V. | Methods and systems for pattern design with tailored response to wavefront aberration |
| KR20190015118A (ko) * | 2017-08-03 | 2019-02-13 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 방법, 컴퓨터 기억 매체, 및 기판 처리 시스템 |
| JP2019028377A (ja) * | 2017-08-03 | 2019-02-21 | 東京エレクトロン株式会社 | 基板処理方法、コンピュータ記憶媒体及び基板処理システム |
| CN109390219A (zh) * | 2017-08-03 | 2019-02-26 | 东京毅力科创株式会社 | 基片处理方法、计算机存储介质和基片处理系统 |
| TWI771456B (zh) * | 2017-08-03 | 2022-07-21 | 日商東京威力科創股份有限公司 | 基板處理方法、電腦記憶媒體及基板處理系統 |
| CN109390219B (zh) * | 2017-08-03 | 2023-11-28 | 东京毅力科创株式会社 | 基片处理方法、计算机存储介质和基片处理系统 |
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