JPH1140476A

JPH1140476A - 露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置

Info

Publication number: JPH1140476A
Application number: JP9193982A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-12
Anticipated expiration: 2017-07-18
Also published as: JP3900601B2

Abstract

(57)【要約】【課題】評価用の基板を割ることなく、最適な露光条
件を決定する。【解決手段】検査用のウエハＷ上にフォトレジストを
塗布し、ウエハＷ上の各ショット領域毎に露光量、及び
デフォーカス量の露光条件を僅かに変えながら露光を行
い、現像後のウエハＷを検査装置のターンテーブル３８
上に載置する。光源２１からの検出光をウエハＷの全面
にほぼ垂直に照射し、ウエハＷからの正反射光による像
を撮像素子２６で撮像し、ウエハＷからの±ｎ次光によ
る像を撮像素子３０ａ，３０ｂで撮像し、画像信号を処
理してウエハＷ上の各ショット領域毎の正反射光、及び
ｎ次回折光の強度を求める。予めレジストパターンの断
面形状と、正反射光及び回折光の光量との関係を求めて
おき、この関係と計測された各ショット領域毎の光量と
を用いて最適な断面形状が得られるショット領域を特定
し、このショット領域に露光したときの条件を最適な露
光条件とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するた
めのリソグラフィ工程中のマスクパターンを感光性の基
板上に転写する工程で使用される露光装置の露光条件選
択方法、及びその方法で使用される検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マスクとしてのレチクルのパターンの像
を投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウ
エハ（又はガラスプレート等）上に転写するための投影
露光装置（ステッパー等）においては、常に最良の結像
特性を維持することが要求されている。その結像特性の
一つの基準として、露光及び現像後にウエハ上に残され
るレジストパターンの断面のエッジ部の形状がある。即
ち、ウエハ上のフォトレジスト層に所定のパターンの像
を露光して現像した場合、最も結像特性が良好な状態は
一例として、残されるレジストパターン（レジスト像）
の断面のエッジ部がウエハの表面に対して垂直となるこ
とであり、そのエッジ部が斜めに崩れるに従って結像特
性は劣化するとみなされる。そのレジストパターンのエ
ッジ部の形状に影響する露光条件には、露光量、投影光
学系の像面に対するウエハ面のデフォーカス量、照明条
件、及びフォトレジストの膜厚等がある。

【０００３】そこで、従来より最も良好な結像特性を得
るための最適な露光条件を決定するために、転写すべき
レチクルのパターンと同じ線幅の周期的パターン、又は
孤立パターンよりなる評価用パターンが形成されたテス
トレチクルを用意し、このテストレチクルのパターンを
順次露光量やデフォーカス量等を変えながらフォトレジ
ストの塗布してあるウエハ上の一連のショット領域に順
次露光する方法が用いられている。この方法では、ウエ
ハを現像してレジスト像を形成した後、各ショット領域
内の評価用パターンの像の部分でウエハを割り、この断
面内のレジスト像のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）で観察し、そのエッジ部の形状が所定の形状
（例えばウエハの表面に垂直）となるときの露光条件を
最適な露光条件として選択していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来は投影
露光装置の最適な露光条件を決定するために、評価用パ
ターンを露光したウエハを割り、その断面のレジスト像
のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察していた。
この場合、各露光条件についてそれぞれウエハを割っ
て、断面のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察す
る必要があるため、各露光条件について最適な条件を決
定するためには、長い時間と莫大な労力とを必要とする
という不都合があった。更に、ウエハを割る際にレジス
ト像を壊さないようにする必要があるため、ダイシング
ソー等を用いることができず手でウエハを割る必要があ
ることから、作業時間が特に長くなると共に、検査用に
割ったウエハは再生して使用できないという不都合もあ
った。

【０００５】また、計測に用いるテストレチクルの評価
用パターンは、断面の位置がずれても計測できるよう
に、通常は実露光用のレチクルのパターンと同じ線幅の
周期的パターン、又は孤立パターンを長く形成したパタ
ーンであるため、実際の露光の際に最適な露光条件を決
定できるとは限らないという不都合もあった。本発明は
斯かる点に鑑み、評価用の基板を割ることなく所定の露
光条件を選択できる露光条件選択方法を提供することを
第１の目的とする。

【０００６】更に本発明は、実露光用のレチクルのパタ
ーンを評価用のパターンとして使用できると共に、効率
的に所定の露光条件を選択できる露光条件選択方法を提
供することを第２の目的とする。また、本発明は、その
ような露光条件選択方法を実施する際に使用できる検査
装置を提供することを第３の目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による露光条件選
択方法は、第１面のパターンの像を投影系（ＰＬ）を介
して第２面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性
が得られるように所定の露光条件を決定するための露光
条件選択方法であって、その第１面に所定のマスクパタ
ーンを配置し、その第２面上に感光材料が塗布された評
価用の基板（Ｗ）を配置し、基板（Ｗ）上の複数の露光
領域に互いにその所定の露光条件を変えてそのマスクパ
ターンの像を投影系（ＰＬ）を介して露光する第１工程
（ステップ７０１，７０２）と、基板（Ｗ）上の感光材
料を現像する第２工程（ステップ７０３）と、現像後に
残される感光材料のパターンに検査用の照明光を照射し
て、その感光材料のパターンからの正反射光、及び回折
光の少なくとも一方を受光し、基板（Ｗ）上の複数の露
光領域毎の受光量に基づいてその所定の結像特性が得ら
れるようにその所定の露光条件を決定する第３工程（ス
テップ７０４〜７０７）と、を有するものである。

【０００８】斯かる本発明によれば、現像後に残される
基板（Ｗ）上の感光材料のパターンに検査用の照明光を
照射して、その感光材料のパターンからの正反射光、及
び回折光の少なくとも一方を受光している。そのパター
ンの断面形状等によって回折光等の光量が変化すること
を利用して、その受光量に基づいて所定の結像特性が得
られるようにその所定の露光条件を決定できるため、基
板（Ｗ）を割ることなくその所定の露光条件を正確に決
定できる。更に、基板（Ｗ）は検査後に感光材料を剥離
して再びリソグラフィ工程を経ることで、所定のデバイ
スとして再生できる。また、回折光等を検出できればよ
いため、その評価用の所定のパターンとして、実露光用
のマスクパターンも使用できる。

【０００９】この場合、その所定の結像特性の一例は、
現像後の感光材料の断面形状であり、その所定の露光条
件の一例は、投影系（ＰＬ）の像面からのデフォーカス
量、その感光材料に対する露光量、及びそのマスクパタ
ーンに対する照明条件の少なくとも１つである。また、
その第３工程で、基板（Ｗ）の全面の感光材料のパター
ンに検査用の照明光を照射して、基板（Ｗ）の全面の像
を撮像し、その全面の像の各部の像強度より複数の露光
領域毎の受光量を求めることが望ましい。これによっ
て、一度その基板の全面の像を撮像して、各露光領域毎
の受光量を求めるだけで、極めて効率的にその所定の露
光条件を決定できる。

【００１０】次に、本発明による検査装置は、上記の本
発明による露光条件選択方法の第３工程で使用される検
査装置であって、表面が複数の露光領域に区分されると
共に検査対象の感光材料のパターンが形成された基板
（Ｗ）に検査用の照明光を照射する照明系（２１，２
３）と、基板（Ｗ）からの正反射光、及び回折光の少な
くとも一方を受光して光電変換する受光系（２２，２３
〜２６，２７ａ〜３０ａ）と、この受光系からの検出信
号に基づいて基板（Ｗ）上の複数の露光領域における感
光材料のパターンの断面形状を推定する演算装置（３
２）と、を有するものである。斯かる本発明の検査装置
によれば、その照明系及び受光系によって、基板（Ｗ）
からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方の光量が
検出でき、この検出結果より感光材料の断面形状が推定
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、投影露光装置
で最適な露光条件を決定する場合に本発明を適用したも
のである。図１は、本例で評価対象となる投影露光装置
を示し、この図１において、露光光源としてのＫｒＦ
（波長２４８ｎｍ）、又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等
のエキシマレーザ光源１から射出された紫外パルス光よ
りなる露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー２で反射
された後、第１レンズ３Ａ、第２レンズ３Ｂ、及びミラ
ー４を介してフライアイレンズ５に入射する。露光光と
しては、水銀ランプのｉ線やＹＡＧレーザの高調波等も
使用できる。

【００１２】照度分布均一化用のフライアイレンズ５の
射出面には、照明系の開口絞り板６が回転自在に配置さ
れ、開口絞り板６の回転軸の周りには、通常照明用の円
形の開口絞り８Ａ、複数の偏心した小開口より成る変形
照明用の開口絞り８Ｂ、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り
８Ｃ、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小
さい円形の開口絞り８Ｄ等が形成されている。そして、
装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主
制御系１９が、開口絞り板６を駆動モータ７で回転する
ことによって、フライアイレンズ５の射出面に所望の照
明系開口絞りを配置できるように構成されている。

【００１３】フライアイレンズ５の射出面の開口絞りを
通過した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ９にて
反射された後、集光レンズ１０を介して光電検出器より
なるインテグレータセンサ１１に入射する。インテグレ
ータセンサ１１の検出信号より主制御系１９は、露光光
ＩＬのウエハＷの表面での照度（パルスエネルギー）、
及びウエハＷ上での積算露光量を間接的にモニタでき
る。その積算露光量が所定の目標値となるように、主制
御系１９は、エキシマレーザ光源１の発光タイミングを
制御する。これによってウエハに対する露光量を制御で
きる。

【００１４】ビームスプリッタ９を透過した露光光ＩＬ
は、第１リレーレンズ１２Ａ、可変視野絞り（レチクル
ブラインド）１３、第２リレーレンズ１２Ｂ、光路折り
曲げ用のミラー１４、及びコンデンサレンズ１５を経
て、マスクＲのパターン面を照明する。マスクＲ上の照
明領域内のパターン像は、投影光学系ＰＬを介して所定
の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、フォ
トレジストが塗布されたウエハＷ上に投影される。ここ
で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ
軸に垂直な平面の直行座標系をＸ軸、Ｙ軸とすると、レ
チクルＲはＸ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めを行う
レチクルステージ１６上に保持されている。

【００１５】一方、ウエハＷはウエハホルダ１８上に吸
着保持され、ウエハホルダ１８はウエハステージ１７上
に固定され、ウエハステージ１７はウエハＷのＺ方向の
位置及び傾斜角を補正してウエハＷの表面を投影光学系
ＰＬの像面に合焦させると共に、ウエハＷのＸ方向、Ｙ
方向へのステッピング、及び位置決めを行う。レチクル
ステージ１６、及びウエハステージ１７の位置はそれぞ
れ不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、こ
の計測結果に基づいて主制御系１９がレチクルステージ
１６及びウエハステージ１７の動作を制御する。

【００１６】露光時には、ウエハＷ上の１つのショット
領域へのレチクルＲのパターン像の露光が終わると、ウ
エハステージ１７のステッピングによって次のショット
領域が露光フィールド内に移動し、以下ステップ・アン
ド・リピート方式でウエハＷ上の各ショット領域への露
光が繰り返される。なお、投影露光装置としては、ステ
ッパー方式のみならず、レチクルＲとウエハＷ上の各シ
ョット領域とを投影光学系ＰＬに対して投影倍率βを速
度比として同期走査するステップ・アンド・スキャン方
式等を使用してもよい。

【００１７】さて、図１に示す本例の投影露光装置を使
用する場合には、レチクルＲを実露光用のレチクルであ
るとして、予めレチクルＲに対して最良の結像特性が得
られるときの露光条件、即ち最適な露光条件を決定して
おく必要がある。本例での最良の結像特性とは、フォト
レジストを塗布したウエハ上に実際に回路パターンとし
て使用されるパターンの像を露光した後、現像によって
得られるレジストパターンの断面形状のエッジ部が、ウ
エハの表面に対して垂直になる状態を言うものとする。
なお、最良の結像特性の別の定義としては、例えば最終
的にそのレジストパターンをマスクとして形成される回
路パターンの線幅の設計値に対する誤差が所定の許容範
囲内に収まる状態等も考えられる。

【００１８】また、本例で決定すべき露光条件は、ウエ
ハ上の各ショット領域に対する露光量（積算露光量）、
及び予め設定されているベストフォーカス位置の初期値
に対するデフォーカス量であるとする。後者のデフォー
カス量が決定されると、そのデフォーカス量をその初期
値に加算した位置が新たなベストフォーカス位置とな
り、この新たなベストフォーカス位置がウエハステージ
１７を介してウエハの表面を合焦させる際の目標値とな
る。

【００１９】次に、本例では露光、及び現像後にウエハ
上の各ショット領域に形成されるレジストパターン（レ
ジスト像）の形状を、そのレジストパターンからの反射
光、又は回折光を検出することによって間接的に計測す
る。図２は、そのように間接的にレジストパターンの形
状を計測するために使用される本例の検査装置を示す概
略斜視図であり、この図２において、半導体レーザ素子
のような可干渉な光源２１から発散する波長が例えば５
５０ｎｍ程度の検出光ＤＬがハーフプリズム２２に入射
し、ハーフプリズム２２を透過した検出光ＤＬが集光レ
ンズ２３でほぼ平行光束に変換されて、検査対象のウエ
ハ（ウエハＷとする）のほぼ全面をほぼ垂直に照射す
る。ウエハＷは高さ、傾斜角、及び回転角が調整できる
ターンテーブル３８上に載置されている。このとき、集
光レンズ２３の前側焦点位置近傍に光源２１を配置し、
集光レンズ２３の後側焦点位置近傍にウエハＷの表面を
配置して、ウエハＷをケーラー照明するのが望ましい。
なお、光源２１の代わりに、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源のよ
うな平行ビームを発生する光源と、その平行ビームを発
散するためのレンズとを組み合わせた光源系を使用して
もよい。

【００２０】ウエハＷの表面で正反射した光束である０
次光（正反射光）ＤＬ₀は、再び集光レンズ２３を通過
してハーフプリズム２２に戻り、ハーフプリズム２２で
反射された０次光ＤＬ₀は、正反射光受光系に導かれ
る。正反射光受光系では、集光レンズ２３に対して光源
２１と共役な位置に絞り２４が設けられ、絞り２４によ
って０次光ＤＬ₀以外の迷光を遮光している。絞り２４
を通過した０次光ＤＬ₀は、結像レンズ２５を介して、
ＣＣＤ型の２次元の撮像素子２６の撮像面上にウエハＷ
の表面の正反射光による像を形成する。撮像素子２６か
らの画像信号は、コンピュータよりなる演算処理装置３
２に供給され、演算処理装置３２では、供給された画像
信号をアナログ／デジタル変換して、撮像素子２６の各
画素毎の画像信号の強度を求める。また、予めウエハＷ
上の各ショット領域の位置と撮像素子２６の各画素との
対応関係が求めて記憶されており、演算処理装置３２で
は、各画素毎の画像信号の強度よりウエハＷ上の各ショ
ット領域毎の画像信号、即ち０次光（正反射光）の画像
信号の強度の平均値を算出し、算出結果を記憶する。

【００２１】本例では、ウエハＷをほぼ垂直に検出光Ｄ
Ｌで照明しているため、ウエハＷ上の各ショット領域に
レジストの周期的パターンが形成されている場合には、
その周期的パターンから回折光が発生する。その検出光
ＤＬの波長をλ、その周期的パターンのピッチをｐとす
ると、そのときのｎ次（ｎ＝１，２，…）の回折光の回
折角θ_nは、次式のように表せる。また、−ｎ次の回折
光の回折角は対称に−θ_nとなる。

【００２２】sin θ_n＝（ｎ・λ）／ｐ（１）ウエハＷからの±ｎ次の回折光はその周期的パターンの
ピッチ方向に沿って回折角±θ_nの方向に進むため、本
例の検査装置には、２対の回折光受光系が設けられてい
る。この場合、直交する周期的パターンからの回折光を
同時に受光するために２対の回折光受光系が設けられて
おり、更に、各ピッチ方向で回折光を受光する際に、レ
ジストの膜厚むら、及び周期的パターンの非対称性の影
響を避けるために、同時に±ｎ次の１対の回折光を受光
するようにしている。そして、ウエハＷ上の同一のショ
ット領域からの±ｎ次の回折光の画像信号の和を、その
ショット領域からのｎ次の回折光の光強度に対応する画
像信号とみなしている。

【００２３】即ち、図２において、ウエハＷに対して第
１のピッチ方向で回折角θ_nの方向に発生するｎ次回折
光ＤＬＹ(+1)は、受光レンズ２７ａで集光され、受光レ
ンズ２７ａの後側焦点位置近傍に設けられた絞り２８ａ
を通過する。絞り２８ａでは、ｎ次回折光以外の光束が
遮光され、絞り２８ａを通過した光束は、結像レンズ２
９ａを介してＣＣＤ型の２次元の撮像素子３０ａの撮像
面上に、ウエハＷの表面のｎ次回折光による像を形成す
る。撮像素子３０ａの撮像信号も演算処理装置３２に供
給されている。このとき、ウエハＷの表面と撮像素子３
０ａの撮像面とは、受光レンズ２７ａ及び結像レンズ２
９ａに関してほぼアオリの結像関係、即ちシャインプル
ーフの条件を満たしており、ウエハＷの表面の全面の像
はその撮像面にほぼ鮮明に形成されている。更に、絞り
２８ａと結像レンズ２９ａの主点との間隔、及び撮像素
子３０ａの撮像面と結像レンズ２９ａの主点との間隔を
それぞれ結像レンズ２９ａの焦点距離に等しくなるよう
に配置して、回折光受光系を両側テレセントリックにし
ておく。これによって、ウエハＷの表面の像の倍率は像
面内でほぼ一定になる。

【００２４】また、受光レンズ２７ａから撮像素子３０
ａまでの回折光受光系は、一体的に鏡筒３１ａに固定さ
れ、鏡筒３１ａはウエハＷに対する傾斜角φを調整でき
るように支持されている。例えば、撮像素子３０ａがほ
ぼｎ次回折光ＤＬＹ(+1)の像を受光している状態で、そ
の鏡筒３１ａの傾斜角φ、及びターンテーブル３８の回
転角を調整して、撮像素子３０ａからの撮像信号の和を
最大にすることによって、所望のｎ次の回折光を十分な
光量で受光できる。受光レンズ２７ａ〜撮像素子３０ａ
よりなる受光系と対称に、−ｎ次の回折光ＤＬＹ(-1)を
受光するための受光レンズ２７ｂ〜撮像素子３０ｂより
なる受光系が配置されている。

【００２５】更に、これら１対の受光系と直交するよう
に、第２のピッチ方向に対してｎ次の回折光ＤＬＸ(+1)
を受光するための受光レンズ２７ｃ〜撮像素子３０ｃよ
りなる受光系、及び−ｎ次の回折光ＤＬＸ(-1)を受光す
るための受光レンズ２７ｄ〜撮像素子３０ｄよりなる受
光系が配置されている。撮像素子３０ｂ〜３０ｄの各撮
像信号も演算処理装置３２に供給され、演算処理装置３
２では、第１のピッチ方向に対応する２つの撮像素子３
０ａ，３０ｂの撮像信号の和を求め、この撮像信号の和
を用いて、ウエハＷ上の各ショット領域毎にｎ次回折光
の強度を求めると共に、第２のピッチ方向に対応する２
つの撮像素子３０ｃ，３０ｄの撮像信号の和を求め、こ
の撮像信号の和を用いて、ウエハＷ上の各ショット領域
毎に第２のピッチ方向のｎ次回折光の強度を求める。

【００２６】また、後述のように予めウエハ上のレジス
トパターンのエッジ部がウエハの表面に対して垂直にな
るときの、そのレジストパターンからの０次光、及びｎ
次回折光の強度の関係が求めて演算処理装置３２内の記
憶部に記憶されている。演算処理装置３２では、計測さ
れた各ショット領域の０次光の強度、及びｎ次光の強度
がその記憶されている関係になるときのショット領域の
番号を特定する。このショット領域に対して露光を行っ
たときの露光条件が最適な露光条件となる。

【００２７】なお、ＤＲＡＭ等の半導体素子では回路パ
ターンは直交して配置されている場合が多いので、図２
の２対の回折光受光系は直交した方向に設けるのが望ま
しい。但し、回折光の生じる方向が直交していない場合
に備えて、２対の回折光受光系の交差角を調整できるよ
うにしておくことが望ましい。また、結像レンズ２５、
及び回折光受光系の受光レンズ２７ａ〜２７ｄは集光作
用を持つ凹面鏡を用いて構成してもよく、これによって
検査装置がコンパクトに構成できる。

【００２８】次に、図１の投影露光装置の露光量、及び
デフォーカス量の露光条件を決定する場合の動作の一例
につき図７のフローチャートを参照して説明する。この
とき、図１のレチクルＲは実露光用の原版パターンが描
画されたレチクルであり、その原版パターンは、図３
（ｂ）に示すように、Ｘ方向に遮光部（斜線部）と透過
部とが１：１の幅で形成されたＸ軸のライン・アンド・
スペースパターン２０Ｘと、Ｙ方向に遮光部（斜線部）
と透過部とが１：１の幅で形成されたＹ軸のライン・ア
ンド・スペースパターン２０Ｙとからなるパターンユニ
ットを、縦横に多数配列したものであるとする。

【００２９】先ず、図７のステップ７０１で、厚さ１．
０μｍでフォトレジストを塗布した未露光のウエハ（ウ
エハＷとする）を、図１の投影露光装置のウエハホルダ
１８上に載置し、次のステップ７０２で、レチクルＲの
パターンの像を、ウエハＷ上の複数のショット領域に順
次露光条件（露光量、及びデフォーカス量）を次第に変
化させてステップ・アンド・リピート方式で露光する。

【００３０】図３（ａ）は、ウエハＷのショット配列の
一例を示し、この図３（ａ）において、ウエハＷの露光
面はＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチでＮ（Ｎは３以上の整
数）個のショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＮに分
かれ、Ｘ方向に並んだ各行のショット領域内ではデフォ
ーカス量が負の値から次第に正の値になるように段階的
に変化しており、Ｙ方向に並んだ各列のショット領域内
では露光量が負の値から次第に正の値になるように段階
的に変化している。従って、Ｎ個のショット領域は露光
条件が互いに異なっており、その中でレジストパターン
のエッジ部の形状が最も良くなるショット領域で使用さ
れた露光量、及びデフォーカス量が最適な露光条件とな
る。

【００３１】次に、ステップ７０３で、露光されたウエ
ハＷを現像して、凹凸のレジストパターンを形成した
後、ステップ７０４で、ウエハＷを図２の検査装置のタ
ーンテーブル３８上に載置する。それに続くステップ７
０５で、検査装置の光源２１より検出光ＤＬをウエハＷ
表面の全面に照射し、ステップ７０６で、撮像素子２６
によってウエハＷからの正反射光（０次光）によるその
表面の像を撮像し（受光し）、これと並列に撮像素子３
０ａ〜３０ｄを介してウエハＷからの±ｎ次回折光によ
る像を撮像し、各画素の受光量に対応する画像信号を演
算処理装置３２に供給する。本例では、±ｎ次回折光と
して、±１次回折光を受光する。具体的に、図３（ｂ）
のＹ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｙに対
応するレジストパターンからの１次回折光、及び−１次
回折光をそれぞれ図２の撮像素子３０ａ及び３０ｂで受
光し、Ｘ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｘ
に対応するレジストパターンからの１次回折光、及び−
１次回折光をそれぞれ図２の撮像素子３０ｃ及び３０ｄ
で受光する。

【００３２】次に、ステップ７０７で、演算処理装置３
２は、得られた正反射光、及び回折光の受光量に対応す
る画像信号に基づいて最適露光条件を決定する。以下で
は、Ｙ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｙに
対応するレジストパターンを判断基準にするものとし
て、演算処理装置３２は、先ず撮像素子２６の画像信号
よりウエハＷ上の各ショット領域毎の０次光（正反射
光）の強度Ｉ（０）を求める。更に、撮像素子３０ａ及
び３０ｂの画像信号の和を求めた後、ウエハＷの各ショ
ット領域毎の１次光の強度Ｉ（±１）を求める。

【００３３】この場合、正反射光や回折光の光量はデバ
イスの設計データからも計算することができるので、実
際の露光プロセスでもその設計データから計算される光
量に合致するような露光条件を選ぶことができる。図４
は、現像後のウエハＷ上に形成されたレジストパターン
の断面形状の種々の例を示し、これらの内で図４（ｂ）
の断面３３は、エッジ部がウエハの表面に垂直になった
レジストパターンを示し、このときの露光条件が最適な
露光条件となる。一方、図４（ａ）の断面３４は、ウエ
ハＷの表面が像面に対して上側（＋方向）に僅かにデフ
ォーカスした場合のレジストパターンを示し、このとき
は断面３４の上部が設計値（ここでは底部の位置）に比
べてδだけ細くなっている。このδをレジストの崩れ量
と呼び、上部が設計値に比べて細くなる場合の崩れ量δ
の符号を＋とする。また、図４（ｃ）の断面３５は、ウ
エハＷの表面が像面に対して下側（−方向）に僅かにデ
フォーカスした場合のレジストパターンを示し、断面３
５の底部に設計値（ここでは上部の位置）に比べてδ
（符号は−）の崩れ量が生じている。このようにデフォ
ーカスが生じた場合、そのデフォーカス量の絶対値がか
なり小さい内は、レジストの形状の崩れ量δはデフォー
カス量にほぼ比例する。

【００３４】次に、レジストパターンの形状の崩れ量
と、０次光、及び１次回折光の光強度との関係につい
て、コンピュータを用いたシミュレーションの結果を用
いて説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ１μ
ｍの膜厚のレジスト内に形成された線幅が１μｍのライ
ン・アンド・スペースパターンを波長５５０ｎｍの検出
光で垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δ
と、１次回折光の強度Ｉ（±１）及び０次光の強度Ｉ
（０）との関係を示すシミュレーション結果である。図
５（ａ），（ｂ）において、横軸はレジストの崩れ量δ
（μｍ）、縦軸は１次回折光、０次光の強度である。こ
の場合、０次光、１次回折光共にレジストの形状の崩れ
量δが０となるときに光強度がほぼ最大となっている。

【００３５】一方、図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ
０．８μｍの膜厚のレジスト内に形成された線幅が１μ
ｍのライン・アンド・スペースパターンを同じ検出光で
垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δと、
１次回折光の強度Ｉ（±１）及び０次光の強度Ｉ（０）
との関係を示すシミュレーション結果である。この場
合、１次回折光の強度Ｉ（±１）はレジストの形状の崩
れ量が０となる位置で最大となるが、０次光はレジスト
の形状の崩れ量が０となる位置で最大とはなっいない。
このように０次光（正反射光）の光強度はレジストの膜
厚の影響を受けやすく、レジスト像の端部の形状の影響
に対しても感度が高い。従って、０次光の強度Ｉ（０）
により露光条件を決定する場合には、予めレジストの膜
厚に対して計算しておいた所定の強度になる条件を選ぶ
ことが望ましい。

【００３６】これに対し、１次回折光の強度はレジスト
の膜厚に拘らず、レジストの崩れ量δが０となる位置
（ここではデフォーカス量も０となる）でほぼ最大とな
っている。そこで、１次回折光の検出により露光条件を
決定する場合には、回折光の強度が最大となる点が最適
条件と判断できる。そのため、図７のステップ７０７に
おいて、演算処理装置３２は、一例として１次回折光の
強度Ｉ（±１）が最大となるショット領域の番号を求
め、このショット領域の番号を図１の主制御系１９に供
給する。主制御系１９では、その番号のショット領域に
露光したときの露光量、及びデフォーカス量を最適な露
光条件として記憶し、それ以後のレチクルＲのパターン
の露光に際してはその記憶してある露光条件で露光を行
う。これによって、その後に露光されるウエハを現像し
て得られるレジストパターンの形状は最適なものとな
り、最終的に高い解像度、及び線幅制御精度で回路パタ
ーンが形成される。

【００３７】なお、上記の実施の形態では、１次回折光
（ｎ次回折光）の強度に基づいてレジストパターンの形
状を間接的に求めているが、図５（ｂ）に示されている
ように、レジストの膜厚によっては０次光（正反射光）
の強度を用いて、露光条件を判定してもよい。即ち、レ
ジストの膜厚が所定の範囲内にあるときには、０次光の
強度が最大になる、又は大きく変化するときの露光条件
を最適な露光条件とすることができる。また、ｎ次回折
光と０次光とを組み合わせて、最適な露光条件を判定し
てもよい。

【００３８】また、露光条件としては、露光量やデフォ
ーカス量の他に、フォトレジストの膜厚や照明条件（σ
値等）を用いてもよい。フォトレジストの膜厚について
は、ウエハ毎に膜厚を変えて露光して検査を行うことに
なるが、照明条件については、１枚のウエハのショット
領域毎に条件を変えて露光することができる。更に、本
例では、ウエハに対する露光条件を決定する場合につい
て説明したが、本発明による露光条件選択方法は、液晶
表示素子等の露光条件を決定する場合にも適用できるの
は言うまでもない。このように、本発明は上述の実施の
形態に限定されず、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】本発明の露光条件選択方法によれば、評
価用の基板上の感光材料のパターンからの正反射光、及
び回折光の少なくとも一方を受光し、その基板上の複数
の露光領域毎の受光量に基づいて所定の露光条件を決定
しているため、その評価用の基板を割ることなく所定の
露光条件を選択できる利点がある。従って、その検査後
の基板上の感光材料を剥離することで、その基板を再生
使用できる。

【００４０】また、正反射光、又は回折光を受光してい
るため、実露光用のマスクのパターンを評価用のパター
ンとして使用できる。正反射光や回折光の光量はデバイ
スの設計データからも計算することができるので、実際
の露光プロセスでもその設計データから計算される光量
に合致するような露光条件を選ぶことができる。また、
所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状であ
り、所定の露光条件とは、投影系の像面からのデフォー
カス量、感光材料に対する露光量、及びマスクパターン
に対する照明条件の少なくとも１つである場合には、現
像後の感光材料の断面形状が所望の形状となるように露
光条件を最適化できる。

【００４１】また、第３工程において、基板の全面の感
光材料のパターンに検査用の照明光を照射して、その基
板の全面の像を撮像し、この全面の像の各部の像強度よ
り複数の露光領域毎の受光量を求める場合には、その基
板の全面の像を１回撮像して露光領域毎の光量を求める
のみで露光条件を効率的に決定できる利点がある。次
に、本発明の検査装置によれば、本発明の露光条件選択
方法の第３工程を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す斜視図である。

【図２】その実施の形態の一例で使用される検査装置を
示す概略斜視図である。

【図３】（ａ）はその実施の形態で露光されるウエハの
ショットマップの一例を示す図、（ｂ）は露光されるパターンの一例を示す拡大平面図
である。

【図４】ウエハ上のレジストパターンの断面形状の種々
の例を示す断面図である。

【図５】厚さ１μｍのレジスト像の崩れ量と、１次回折
光及び０次光（正反射光）との関係のシミュレーション
結果の一例を示す図である。

【図６】厚さ０．８μｍのレジスト像の崩れ量と、１次
回折光及び０次光（正反射光）との関係のシミュレーシ
ョン結果の一例を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例で露光条件を決定す
る場合の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

ＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１７ウエハステージ１９主制御系２１光源２３集光レンズ２４，２８ａ〜２８ｄ絞り２５，２９ａ〜２９ｄ結像レンズ２６，３０ａ〜３０ｄ撮像素子２７ａ〜２７ｄ受光レンズ３２演算処理装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面のパターンの像を投影系を介して
第２面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性が得
られるように所定の露光条件を決定するための露光条件
選択方法であって、前記第１面に所定のマスクパターンを配置し、前記第２
面上に感光材料が塗布された評価用の基板を配置し、該
基板上の複数の露光領域に互いに前記所定の露光条件を
変えて前記マスクパターンの像を前記投影系を介して露
光する第１工程と、前記基板上の感光材料を現像する第２工程と、該現像後に残される前記感光材料のパターンに検査用の
照明光を照射して、前記感光材料のパターンからの正反
射光、及び回折光の少なくとも一方を受光し、前記基板
上の前記複数の露光領域毎の受光量に基づいて前記所定
の結像特性が得られるように前記所定の露光条件を決定
する第３工程と、を有することを特徴とする露光条件選
択方法。
【請求項２】請求項１記載の露光条件選択方法であっ
て、前記所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状
であり、前記所定の露光条件とは、前記投影系の像面からのデフ
ォーカス量、前記感光材料に対する露光量、及び前記マ
スクパターンに対する照明条件の少なくとも１つである
ことを特徴とする露光条件選択方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光条件選択方
法であって、前記第３工程で、前記基板の全面の前記感光材料のパタ
ーンに前記検査用の照明光を照射して、前記基板の全面
の像を撮像し、該全面の像の各部の像強度より前記複数
の露光領域毎の受光量を求めることを特徴とする露光条
件選択方法。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の露光条件選
択方法の前記第３工程で使用される検査装置であって、表面が複数の露光領域に区分されると共に検査対象の感
光材料のパターンが形成された基板に検査用の照明光を
照射する照明系と、前記基板からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方
を受光して光電変換する受光系と、該受光系からの検出信号に基づいて前記基板上の前記複
数の露光領域における前記感光材料のパターンの断面形
状を推定する演算装置と、を有することを特徴とする検
査装置。