JPH118194A - 露光条件測定方法、投影光学系の評価方法及びリソグラフィシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精度、再現性よく投影光学系の結像特性（ベ
ストフォーカス等）を計測する。 【構成】 投影露光装置はウエハＷを載置するステージ
ＳＴとウエハＷの高さ位置を検出する焦点検出系を有す
る。フォーカスと露光量を変えながらウエハＷ上にテス
トパターンを露光し、露光条件の異なるショットマトリ
クスを形成する。露光はテストパターンが現像により消
失する露光量までオーバ露光され、現像後のテストパタ
ーンのレジスト像の有無をアライメントセンサ１１で検
出し、各フォーカス位置でのレジストパターンが最初に
消失した消失露光量を求める。消失露光量が最大となる
フォーカス位置をベストフォーカス位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は露光条件測定方法及
び投影光学系の評価方法に関し、特に半導体集積回路、
液晶基板、薄膜磁気ヘッド等の製造用の投影露光装置を
用いた露光条件測定方法、投影露光装置の投影光学系の
評価方法及びリソグラフィシステムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、この種の半導体集積回路において
は、高集積化の要望が益々高まってきており、それに伴
い半導体集積回路製造用の投影露光装置では高解像度化
の要求が高まっている。投影露光装置で高解像度を計る
ためには、投影露光装置の投影光学系の結像性能を向上
させることが重要な課題となっている。そのため、投影
光学系の結像性能を正確に計測、評価することが大切と
なっている。

【０００３】この種の投影露光装置用の投影光学系の結
像性能評価のうち結像面の計測は、例えば（１）フォー
カスを変化させながらウエハ上に所定のレチクルパター
ンを露光し、走査電子顕微鏡を用いてウエハ上に形成さ
れたレジストのパターン寸法の測定を行う。そして得ら
れた測定データを露光時のフォーカスに対応させてプロ
ットし、フィッティングにより得られた曲線の極大或い
は極小部分を所定の閾値でスライスし、その中点からベ
ストフォーカスを求める方法があった。 （２）また、くさび形のレチクルパターンをウエハ上に
転写し、くさび形のレチクルパターンの長手対角線方向
の線幅を露光装置内のアライメントセンサで計測して、
（１）と同様のベストフォーカス決定手法によりベスト
フォーカス位置を求めるもので、デフォーカスによるレ
ジストパターンの短手対角線方向の線幅変化を長手対角
線方向の線幅変化に置き換えて計測精度を向上させる方
法も提案されていた（特開平２−３０１１２号公報）。

【０００４】（３）その他、対象となるレチクルパター
ンが解像しているフォーカス範囲の中心をベストフォー
カスとする方法や最も小さなパターンまで解像している
フォーカス位置をベストフォーカス位置とするベストフ
ォーカス決定手法も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の測定方法においてパターン形状と計測結果には密接な
関係があることが本件発明者により解析されたが、従来
の測定方法ではレジスト像のボトム部分のみのパターン
寸法測定では得られたデータが線幅のみの一次元的なも
のであるために、パターン形状は推定に頼らざるを得な
く計測精度が低下するという問題点があった。

【０００６】また、計測対象の微細化に伴い寸法の測定
精度及び再現性が低下し、その都度レジストを含めた測
定条件及びデータ処理条件の変更・設定が必要になる。
また、フォトレジスト像のボトム部分だけでなくトップ
部分のパターン寸法測定を行うことによりパターン形状
が考慮されるようになるが、測定されたデータにボトム
部分の寸法とトップ部分の寸法の両方の測定誤差を含ん
でしまうために、ボトム部分のみの場合よりも再現性が
悪化してしまうほか、測定時間が長くなるという問題も
あった。

【０００７】また、上記評価技術では高価な走査電子顕
微鏡を使用することが望ましく、コスト面で割高となる
という問題点もあった。また、くさび形のレチクルパタ
ーンを用いる方法は対象パターンが基準パターンに限ら
れ、それ以外の形状のパターンでは使用できないという
問題がある。またレジストパターンの幅を長さに置き換
えて測定しているため、微細線幅パターンを直接評価し
ていることにはならず、投影光学系の結像面に対する収
差の影響が幅と長さで異なるため必ずしもこの方法で求
めたベストフォーカスは一致しないという問題がある。

【０００８】また、対象パターンの解像しているフォー
カス範囲の中心をベストフォーカスとする方法ではデー
タの連続性が損なわれるため、露光時のフォーカスステ
ップの１／２が測定誤差として測定結果に含まれること
になり詳細な測定には不向きであった。また、最小解像
フォーカス位置をベストフォーカスとする方法は、フォ
ーカス範囲の中心をベストフォーカスとする方法と同様
の問題点を持っているために、対象パターンサイズ情報
として結像面に対する収差の影響が異なるそれ以外のサ
イズのパターン情報が含まれることとなり純粋に対象と
しているパターンについての結像面とはいえなくなって
しまうことも考えられる。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、精度・再現性よく投影光学系の結像特性（ベストフ
ォーカス、像面湾曲等）を計測することを目的とする。
また、本発明はあらゆる対象パターンに於いて精度・再
現性よく、投影光学系の結像特性の計測を可能とするこ
とを目的とする。また、本発明はあらゆる対象パターン
に於いて短時間で精度・再現性よく、しかも定量的にパ
ターン形状を評価することを目的とする。た、その評価
に基づいてベストフォーカスを計測することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決する為の手段】かかる問題点を解決するた
め本発明においては、表面にレジスト層を塗布した基板
を所定の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパター
ンを所定のエネルギー量で露光する露光装置を用いて、
該基板への露光条件を測定する方法において、 基板上
の異なる複数の部分領域の各々に、露光基準面と基板と
の間隔を変えるとともに、複数の部分領域の各々におい
て、所定のパターンのレジスト像が現像により消失する
エネルギーまで露光エネルギーを変化させながら所定の
パターンを露光することとした。

【００１１】また、表面にレジスト層を塗布した基板を
所定の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパターン
を所定のエネルギー量で露光する露光装置を用いて、該
露光装置の投影光学系を評価する方法において、基板上
の異なる複数の部分領域の各々に、露光基準面と基板と
の間隔を変えるとともに、複数の部分領域の各々におい
て、所定のパターンのレジスト像が現像により消失する
エネルギーまで露光エネルギーを変化させながら所定の
パターンを露光し、レジスト像が消失するエネルギーに
基づいて投影光学系を評価することとした。

【００１２】さらに、表面にレジスト層を塗布した基板
を所定の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパター
ンを所定のエネルギー量で露光し、現像後に前記レジス
ト上に形成された前記マスクパターンを検出する露光装
置を用いて、該露光装置の投影光学系を評価するリソグ
ラフィシステムにおいて、基板を載置し、投影光学系と
基板との間隔方向の位置を調整するとともに、基板を２
次元移動する基板ステージと；基板上の異なる複数の部
分領域の各々に、露光基準面と基板との間隔を変えなが
ら所定のパターンを露光するように基板ステージを制御
するとともに、複数の部分領域の各々において、所定の
パターンのレジスト像が現像により消失するエネルギー
まで露光エネルギーを変化させる制御系と；複数の部分
領域内のレジスト像を検出する検出系と；検出系の検出
結果に基づいて、レジスト像が消失するエネルギーを部
分領域毎に検出するとともに、該消失するエネルギーに
基づいて投影光学系の結像特性を算出することとした。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳述する。図１は本発明の第１の実施例による合
焦機能を有するステッパーの概略的な構成を示す図であ
る。図１において、高圧水銀ランプ等の露光用光源１か
らの露光光（ｇ線、ｉ線）は楕円鏡２で集光された後、
露光量制御用のシャッタ３を通り、フライアイレンズを
含むオプチカルインテグレータ４、レチクルＲ上の照明
領域を規定するレチクルブラインド２０、主コンデンサ
ーレンズＣＬを介してレチクルＲを照明する。露光光源
１から主コンデンサーレンズＣＬまでは、露光用の照明
系であって、露光用光源１の発光強度がほぼ一定である
とすると、シャッタ３の開時間をシャッタコントローラ
６で制御することで、ウエハＷ上での積算露光量を制御
することができる。

【００１４】レチクルＲは２次元（ｘ，ｙ，回転方向）
に微動するレチクルステージＲＳ上にレチクルアライメ
ント系５によりアライメントされた後保持され、レチク
ルＲのパターン領域に形成された各種パターンは、両側
テレセントリックな投影光学系ＰＬによってウエハＷ上
に投影される。ウエハＷを載置したウエハステージＳＴ
は、一定量ずつｘ，ｙ方向にステッピングして、レチク
ルＲのパターン領域内の各種パターンをウエハＷ上のシ
ョット領域毎に逐次投影露光する。このウエハステージ
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Ｓ
Ｔの座標値を計測するレーザ干渉計とが設けられてい
る。

【００１５】図１の装置には、ウエハＷ上の各種アライ
メントマークを検出するウエハアライメント系が設けら
れている。図１に示すようにＨｅ−Ｎｅ、Ａｒイオン等
のレーザ光源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ズ系１１ｂ、ビームスプリッタ
１１ｃ、及び対物レンズ１０を介してミラーで折り曲げ
られて投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に垂直に照射
される。レーザビームはレンズ系１１ｂの作用でウエハ
Ｗ上で一方向に伸びたスリット状のスポット光となる。

【００１６】ウエハＷ（ウエハＷ上のウエハアライメン
トマーク）からの戻り光は、投影光学系ＰＬを逆進し、
対物レンズ１０を介してビームスプリッタ１１ｃで反射
され、瞳リレー系１１ｄ、空間フィルター１１ｅを通っ
て光電素子１１ｆに受光される。空間フィルター１１ｅ
は投影光学系ＰＬの瞳とほぼ共役な関係に配置され、ウ
エハＷからの戻り光のうち、正反射光を遮光して回折光
と散乱光を通す。

【００１７】光電素子１１ｆからの光電信号は、信号処
理系１２に入力し、ここでマーク（パターン）のプロフ
ィールに対応した波形に基づいて、マーク位置が検出さ
れる。このとき信号処理系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使って光
電素子１１ｆからの光電信号をサンプリングする。この
ようなウエハアライメント系１１、信号処理系１２を用
いて、ウエハＷ上に形成されたレジストパターンを自動
計測する（詳細後述）。

【００１８】ところで、図１の露光装置には、投影光学
系ＰＬのベストフォーカス面とウエハＷのレジスト面と
の間隔方向（光軸方向）に関する位置関係を調整するた
めの焦点検出系が設けられている。本実施例では図１に
示すように、レジスト層に対して非感光性の光源１４か
らの光を投射光学系１５によって結像光束にしてウエハ
Ｗへ斜めに投射し、その反射光を受光光学系１６、スリ
ット１７を介して光電検出器１８で受光する斜入射光式
焦点検出系（ＡＦセンサ）が設けられている。

【００１９】このＡＦセンサは、投影光学系ＰＬのベス
トフォーカス面とウエハＷの表面とが一致しとき、合焦
を表す信号を検出器１８が出力し、ベストフォーカス面
に対してウエハ表面が上下（光軸）方向にずれていると
きは、そのずれ量に対応した信号を出力する。これら合
焦や焦点ずれを表す信号（ＡＦ信号とする）は、焦点制
御ユニット（以下ＡＦユニットとする）９によって処理
される。

【００２０】また、ウエハステージＳＴには、ウエハＷ
を光軸方向に微小移動させるＺステージと、ウエハＷを
ｘ−ｙ平面内で微小回転させるθステージも設けられて
いるおり、ＡＦ信号に応答して、ステージコントローラ
７の制御のもとでＺステージを駆動することで、自動焦
点合わせが行われる。尚、ＡＦセンサの光学系内の一
部、又はＡＦユニット９内には、ＡＦ信号が合焦点を表
す実際のウエハ表面を、投影光学系ＰＬの光軸方向にシ
フトさせるオフセット部も設けられており、このオフセ
ット部には、主制御系８から任意のシフト量を設定する
ことができる。

【００２１】本実施例におけるベストフォーカス計測に
は、このオフセット部に所定のシフト量を順次設定して
いくことになる。また、主制御系８は、露光装置本体の
各種動作を統括制御するのはもちろんのこと、さらに露
光条件を記憶する記憶部を備えている。投影光学系ＰＬ
の結像性能の測定には、デバイスレチクルの代わりに、
計測用のラインアンドスペースパターンが形成されたテ
ストレチクルがレチクルステージＲＳに搬送される。

【００２２】次に本発明の実施例による投影光学系ＰＬ
の結像性能の測定方法について説明する。まず本発明に
よる投影光学系ＰＬの結像性能の測定の原理について説
明する。その基本的な考え方は、レジストが受ける光の
コントラストが最も高いフォーカス位置を求め、その位
置をベストフォーカス位置とするものである。すなわ
ち、レチクルＲ上の所定のパターン（例えばラインアン
ドスペースパターン）をウエハＷのレジスト上に露光す
る際、露光量を増加させてゆくと、現像後のレジスト像
はそれに応じて小さくなり、ある露光量を超えるとレジ
スト像は消失する。レジスト像が丁度消失する露光量
（以下「消失露光量」という）の大きさはレジストに露
光されたパターンの光学的なコントラストに依存し、コ
ントラストが高いほど消失露光量は大きくなる。コント
ラストはデフォーカスに依存して変化するので、フォー
カスを変えながら測定パターンを露光すると消失露光量
はデフォーカス量（フォーカス状態）に応じて変化す
る。

【００２３】図２は、フォーカスと消失露光量との関係
を示すグラフであり、横軸はフォーカス位置、縦軸は消
失露光量を示す。図２中、消失露光量が最大となる曲線
のピークに対応したフォーカス位置は、コントラストが
最大であることを意味するから、この消失露光量が最大
となるフォーカス位置がベストフォーカス位置となる。
以上のように、デフォーカスと消失露光量との関係に基
づいて、ベストフォーカス位置を検出する手法を以下オ
ーバ露光法と呼ぶ。

【００２４】次に、オーバ露光法の具体的な測定方法に
ついて説明する。図３は、オーバ露光法によるベストフ
ォーカス測定のための計測用レチクルＲを示す図であ
る。計測用レチクルＲにはラインアンドスペース（Ｌ＆
Ｓ）パターン２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ
が設けられている。図３では便宜上３本のＬ＆Ｓパター
ンを図示しているが、実際にはもっと多いラインパター
ンが設けられている。

【００２５】図３に示すようにＬ＆Ｓパターンの場合、
結像に際しレジストの受ける露光強度分布は図４で示し
た実線の様になる。ここで図４Ａはベストフォーカス時
の露光強度分布を示し、図４Ｂはデフォーカス時の露光
強度分布を示す。図４Ａ、図４Ｂにおいて、横軸はレジ
スト上のでの位置を示し、縦軸はレジストの受ける露光
量（露光エネルギー）を示している。図４Ａ、図４Ｂ中
のＤは所定現像条件にてポジレジストが現像液に溶解す
る露光強度のスライスレベルである。即ち、ｘ方向のあ
る位置での強度（Ｅｘ）がスライスレベルＤより大きい
部分のレジストは現像液に溶解し、スライスレベルＤよ
り小さい部分のレジストは現像後もウエハＷ上に残る。
従って、露光量（エネルギー）がスライスレベルＤより
小さい部分でレジスト像がウエハＷ上に形成されること
になる。

【００２６】一方、ウエハＷ上に形成されたレジスト像
の厚さは、露光強度分布（エネルギー分布）の曲線の極
小部分の大きさ（Ｅｍｉｎ）に関係があり、露光量（エ
ネルギー）Ｅｍｉｎは大きいほど膜べりが顕著になり、
小さいほど膜べりのない良好なレジストプロファイル得
られることになる。よって、露光量Ｅｍｉｎとスライス
レベルＤの差をΔＥｍｉｎとすると、ΔＥｍｉｎはレジ
スト像自体のコントラストを示していることになり、そ
の大きさをベストフォーカスを決定するための尺度とし
て使用し、ΔＥｍｉｎが最大となるフォーカス位置をベ
ストフォーカス位置とすることで、レジスト像の最もプ
ロファイルの良好な位置をベストフォーカスとして求め
ることが可能となる。

【００２７】過剰な露光エネルギーにより現像後のレジ
スト像をウエハ上から完全に消失させる場合を考える
と、露光強度分布曲線は図４Ａ、図４Ｂ中の点線のよう
になる。即ち、Ｅｍｉｎ≧Ｄの時、レジスト像が完全に
消失し、レジスト像が消失している最小の露光量Ｅｄで
はＥｄｍｉｎ＝Ｄとなっている。ここで、一回の露光で
の露光強度分布は線形関数でＥｍｉｎ部分の露光強度は
ｆ（ｘ）・Ｅで表すことが出来るので、基準露光量（適
正露光量）をＥｂとした時のＥｄｍｉｎとＥｂｍｉｎと
の差ΔＥｍｉｎはｆ（ｘ）・（Ｅｄ−Ｅｂ）となる。従
って、ΔＥｄｍｉｎはＥｂ、Ｅｄの各露光量の差ΔＥの
関数に置き換えられ、ｆ（ｘ）・ΔＥとして取り扱うこ
とが可能となる。

【００２８】本実施例では、ｆ（ｘ）・ΔＥをＥｂで規
格化することにより設定量Ｅｂで露光された時のＥｍｉ
ｎの相対値（ＩＥＤ）を求め、各フォーカス位置で求め
た相対値（ＩＥＤ）をベストフォーカスを決定するため
の尺度として用いることとした。相対値（ＩＥＤ）はΔ
Ｅの関数になるためレジスト像のプロファイルを定量化
し、像のコントラストに対応した値であると言える。本
実施例のように、レジスト像のプロファイルを定量化す
ることで、ベストフォーカス位置の計測精度が向上す
る。また規格化する露光量はEdを用いてもよく、この時
のＥminの相対値をＲＰＣとする。ＩＥＤ及びＲＰＣの
算出方法については後述する。

【００２９】次にオーバ露光法によるベストフォーカス
測定の動作を説明する。 （１）基準露光量（露光エネルギー）Ｅｂの設定 正確
には基準露光量Ｅｂは対象パターンが解像しているフォ
ーカス範囲の中心でレチクル上寸法の投影光学系の倍率
分の１となるような露光量（最適露光量）を用いる。但
し、各フォーカス位置でＩＥＤを求める際の基準露光量
Ｅｂが同一であれば、基準露光量変動によるＩＥＤの値
の変化は大きくてもベストフォーカスの変動は極めて小
さいので簡易的には２・Ｄ、或いは習慣的に使用してい
る大体の最適露光量等を用いることも可能である。オペ
レータがこの最適露光量Ｅｂを不図示のキーボード等に
より主制御系８に記憶、もしくは主制御系８内の記憶装
置に記録された計測用のプログラムの中に最適露光量Ｅ
ｂを記憶する等予め露光装置内に記憶する。 （２）最小露光量、最大露光量の設定 ５つ以上のフォ
ーカス位置（５ショット以上のフォーカス位置）で対象
パターンのレジスト像が残っている露光量を最小露光量
として予め求めておく。

【００３０】また、全てのフォーカス位置（全てのショ
ットでのフォーカス位置）で対象パターンが全て消失し
ている露光量を最大露光量として予め求めておく。オペ
レータがこの最小露光量、最大露光量を不図示のキーボ
ード等により主制御系８に記憶、もしくは主制御系８内
の記憶装置に記録された計測用のプログラムの中に最小
露光量、最大露光量を記憶する等予め露光装置内に記憶
する。

【００３１】（３）計測用ウエハの作成 所定膜厚には
レジストを塗布したウエハ上に図３のテストレチクルを
用いて、図３のテストレチクル上の各パターン２１ａ〜
２１ｉの各々について、フォーカス位置と露光量の条件
を変えながら、ウエハＷ上に複数ショットを露光する。
本実施例では、テストレチクル上の各パターンのうちの
１つだけがウエハＷ上に露光されるように、レチクルブ
ラインド２０によって他のパターン部分を遮光してフォ
ーカス位置と露光量の条件を変えながら露光したショッ
トマトリクスをパターンの数に対応した分だけ形成す
る。図３のテストレチクルには９個のパターン（２１ａ
〜２１ｉ）が形成されているので、ウエハＷには図５Ａ
に示すように、各パターンに対応した９個のショットマ
トリクス（Ｓａ〜Ｓｉ）が形成されている。

【００３２】図５Ｂは、図３のテストレチクル上のパタ
ーン２１ａのみが露光されるように、レチクルブライン
ド２０を調整し、ウエハＷ上にｘ，ｙ方向に例えば１５
×２２のマトリックス状に計３３０ショットを設定し
て、各ショット領域に対してパターン２１ａの像をステ
ップアンドリピート方式で順次露光していったショット
マトリクスＳａを示している。このとき、ｙ方向に並ぶ
２２個のショットについては、露光量に一定量ずつオフ
セットを与えるようにする。具体的には、図１に示した
シャッタコントローラ６に、ｙ方向のショット位置に応
じて露光時間を、所定時間ずつ（例えば数ｍｓｅｃ〜数
十ｍｓｅｃ）変える指令を与えればよい。

【００３３】図５Ｂでは、最小露光量を与えるショット
（Ｌ１1 〜Ｌ１15）には、前述の（１）で設定された最
小露光量に相当する露光時間を主制御系８に設定し、こ
こをオフセット零として考え、ｙ方向のショット配列の
上から下へ順次、所定のオフセット量を設定する。本実
施例では２２段階にオフセットを与えた時、設定された
最大露光量となるようにオフセット量が設定されてい
る。

【００３４】一方、図５Ｂに示したショット配列で、ｘ
方向に並ぶ１５個のショット領域については、フォーカ
ス条件に一定量ずつオフセットを与えるようにする。具
体的には、図１に示したＡＦユニット９内に設けられて
いるオフセット部に、ｘ方向のショット位置に応じてフ
ォーカス量を例えば０．１μｍずつ変える指令を与えれ
ばよい。図５Ｂでは、ｘ方向のショット配列の中心付近
のショットＬ１9 で、オフセット零となるように設定
し、ｘ方向のショット配列の左から右へ順次、＋０．８
μｍ、＋０．７μｍ、＋０．６μｍ、＋０．５μｍ、＋
０．４μｍ、＋０．３μｍ、＋０．２μｍ、＋０．１μ
ｍ、±０．０μｍ、−０．１μｍ、−０．２μｍ、−
０．３μｍ、−０．４μｍ、−０．５μｍ、−０．６μ
ｍの１５段階に設定してある。正負の符号はオフセット
の方向を示している。

【００３５】以上のようにして形成された図５Ｂに示す
３３０ショットの各々は、いずれも露光条件がわずかず
つ異なっており、その条件は主制御系８内に記憶されて
いる。同様にして、テストレチクル上の他のパターン２
１ｂ〜２１ｉを順番にマトリックス状に露光し、各パタ
ーンに対応したショットマトリクスＳｂ〜Ｓｉがウエハ
Ｗ上に形成され、各ショットマトリクスの各々のショッ
トでの露光条件も主制御系８内に記憶されている。以上
により主制御系８内には３３０×９のショット分の露光
条件が記憶される。

【００３６】（４）パターン消失露光量Ｅｄの測定 作
成した計測用ウエハ上に形成された、各ショット内の現
像後のレジストパターンの各々をウエハアライメントセ
ンサ１１で検出する。具体的には、各フォーカスで対象
パターンが完全に消失し、ウエハアライメントセンサ１
１で検出できなかったショット（消失ショット）を検出
する。図６は図５ＢのショットマトリクスＳａにおける
レジスト像残像ショットと、消失ショットとを示す図で
ある。図６中、無印のショットは対象パターンがウエハ
上に残っているショットを示し、黒塗り及び斜線のショ
ットは対象パターンがウエハ上から消失しているショッ
トを示している。

【００３７】特に、黒塗りのショットは最初にレジスト
像が消失する最小の露光量で露光されたショット（最小
消失ショット）であり、（３）で説明した記憶されたシ
ョット毎の露光条件から最小消失ショットでの露光量
（消失露光量Ｅｄ）と、そのショットのフォーカス位置
とを記憶する。（５）レジスト像のコントラストに対応
する値ＩＥＤの算出（４）の計測、記憶結果に基づい
て、以下の式により主制御系８がＩＥＤを各フォーカス
毎に算出し、記憶する。

【００３８】（Ｅｄ−Ｅｂ）／Ｅｂ＝ＩＥＤ （Ｅｄ−
Ｅｂ）／Ｅｄ＝ＲＰＣ（５）データ処理 上記式により
求めた各ＩＥＤ（各フォーカス毎のＩＥＤ）をフォーカ
スに対してプロットし、近似計算によりフィッティング
すると図７に示すようなフォーカスとＩＥＤとの関係が
得られる。図７の横軸はフォーカス位置を示し、縦軸は
ＩＥＤを示す。

【００３９】前述の如くＩＥＤがレジスト像のコントラ
ストに対応した値なので、図７に示す曲線はデフォーカ
スによる対象パターン像のコントラスト変化を表すもの
となり、曲線の極大となるフォーカス位置で最もコント
ラストが高くなる。（６）ベストフォーカス位置の決定
そこで、図７に示すような曲線データを極大値から適
当なオフセット値でスライスし、その中点をベストフォ
ーカスとして検出する。但し、通常はオフセット値は０
として、最もコントラストが高くなるフォーカス位置を
ベストフォーカスとして求める。（７）（４）から
（６）の動作を他のショットマトリクス（Ｓｂ〜Ｓｉ）
の各々について実行し、各ショットマトリクス（各パタ
ーン２１ａ〜２１ｉ）毎に、ベストフォーカス位置を求
める。ＩＥＤがレジスト像のコントラストに対応した値
として扱い、以上の手順に基づき計測、演算を行うこと
より、オーバ露光法により求めたベストフォーカスとベ
ストフォーカスプロファイルはほぼ一致したものとな
り、測定結果のばらつきが小さく、ベストフォーカスの
計測精度が向上した。また、測定時間も短くできた。上
述の実施例では、ＩＥＤを用いた例を示したが、同様に
してＲＰＣを用いて、ベストフォーカス位置を求めても
よい。

【００４０】以上のように、各パターン２１ａ〜２１ｉ
毎にベストフォーカス位置が求まるので、投影光学系の
像面湾曲も計測、評価することが可能となる。 また、
レジスト像を計測するセンサは上述のアライメントセン
サ１１に限定されるものではなく、特開平２−５４１０
３号公報に開示されているように、ＣＣＤカメラ等の撮
像素子を使ってウエハ上のパターンの像を検出するタイ
プのセンサ（ＦＩＡ）やウエハ上のパターンに異なる２
方向から周波数差の僅かに異なる２本のレーザビームを
照射し、同じ方向に進む回折光同士の干渉光を受光し、
干渉光による光電信号と基準信号との位相差に基づきパ
ターンの位置を検出するタイプのセンサ（ＬＩＡ）を用
いてもよい。また、露光装置内に設けられたアライメン
トセンサ以外にも光学顕微鏡または電子顕微鏡を用いて
レジスト像を検出するようにしてよい。

【００４１】また、図１の装置の光源は、水銀灯に限定
されるものではなく、エキシマレーザ（ＫｒＦ、Ａｒ
Ｆ）や銅蒸気レーザ、固体レーザ等を用いる場合でも同
様に、前述のオーバ露光法による露光条件測定を適用で
きる。また、エキシマレーザ（ＫｒＦ、ＡｒＦ）と化学
増幅型のレジストを使った場合にもオーバ露光法による
露光条件測定を適用できる。

【００４２】また、前述の実施例では露光量は露光時間
により制御したが、これに限定されるものではなく、光
源からの光の強度を可変としてもよく、例えば水銀灯や
エキシマレーザに与える電圧を可変としてもよい。ま
た、光源からの光を減光フィルタ等で光源から光の強度
を調整するようにしてもよい。例えば、特開平２−１３
５７２３号公報等に開示されているように複数の減光フ
ィルタを切り換えて光路に挿脱することで光源からの強
度を調整するようにしてもよい。

【００４３】また、前述のオーバ露光法による露光条件
測定はレチクルとウエハとを投影光学系に対して同期し
て移動させる、所謂スキャンタイプの露光装置にも同様
に適用可能である。また、投影光学系は屈折型、反射屈
折型、反射型のいずれのタイプにも適用可能である。
さらに、上述のオーバ露光法による露光条件測定はＸ線
露光装置や電子線露光装置にも同様に適用できる。

【００４４】

【発明の効果】 以上のように本発明によれば、レジス
トに露光されたレジスト像形状の定量的評価が可能とな
り、ベストフォーカス計測の精度が向上する。また、ベ
ストフォーカス位置の計測のみならず、焦点深度や各測
定点でのコントラスト比較も可能となる。また、測定精
度、再現性の向上、測定時間の短縮が達成される。加え
て本発明は、どんな形状のレジストパターンにも適用可
能である。

【００４５】また、レジストによるベストフォーカスの
差を解消できるといった効果も得られる。さらに、露光
装置内のアラメントセンサを用いることにより、ベスト
フォーカス計測の自動化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例による合焦機能を有する露
光装置の概略的な構成を示す図である。

【図２】 フォーカスと消失露光量との関係を示す図で
ある。

【図３】 テストレチクル上に形成された計測用レチク
ルパターンの概略的な構成を示す図である。

【図４】 レジストが受けるＬ＆Ｓパターンの露光強度
分布を示す図である。（Ａ）ベストフォーカス付近での
露光強度分布を示す図であり、（Ｂ）はデフォーカス時
での露光強度分布を示す図である。

【図５】 （Ａ）露光条件を逐次変えて露光したショッ
トマトリクス群を示す図である。 （Ｂ）１つのショッ
トマトリクス群の拡大図である。

【図６】 図５（Ｂ）のショットマトリクスにおいて、
レジスト像消失ショット配置を示す図である。

【図７】 １つのショットマトリクスにおけるフォーカ
ス位置とＩＥＤ（コントラストに対応する値）との関係
を示す図である。

【主要部分の符号の説明】

１・・・光源、８・・・主制御系、１１・・・アラメイ
ンメ系、１４〜１８・・・焦点検出系、２０・・・レチ
クルブラインド、２１ａ〜２１ｉＲ・・・レチクルパタ
ーン、Ｓａ〜Ｓｉ・・・ショットマトリクス、Ｒ・・・
レチクル、Ｗ・・・ウエハ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にレジスト層を塗布した基板を所定
   の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパターンを所
   定のエネルギー量で露光する露光装置を用いて、該基板
   への露光条件を測定する方法において、 前記基板上の異なる複数の部分領域の各々に、前記露光
   基準面と前記基板との間隔を変えるとともに、前記複数
   の部分領域の各々において、前記所定のパターンのレジ
   スト像が現像により消失するまで露光エネルギーを変化
   させながら前記所定のパターンを露光することを特徴と
   する露光条件測定方法。
2. 【請求項２】 変化させた前記露光エネルギーを逐次記
   憶することを特徴とする請求項第１項に記載の方法。
3. 【請求項３】 現像後の前記レジスト像の有無に基づい
   て、前記レジスト像が消失する露光エネルギーを求める
   ことを特徴とする請求項第１項または第２項に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 前記露光基準面と前記基板との間隔方向
   における各位置にて、前記消失する露光エネルギーを求
   めることを特徴とする請求項第３項に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記消失する露光エネルギーに基づい
   て、前記レジスト像のコントラストに対応する値を求め
   ることを特徴とする請求項第３項に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記消失する露光エネルギーを所定の基
   準露光エネルギーで規格化し、前記コントラストに対応
   する値を求めることを特徴とする請求項第５項に記載の
   方法。
7. 【請求項７】 前記コントラストに基づいて、前記露光
   装置の最良結像面を求めることを特徴とする請求項第５
   項または請求項第６項に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記露光装置内に設けられた検出装置に
   より前記レジスト像を検出することを特徴とする請求項
   第１項に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記検出装置の検出結果に基づいて、前
   記レジスト像の消失の有無を判定することを特徴とする
   請求項第８項に記載の方法。
10. 【請求項１０】 表面にレジスト層を塗布した基板を所
    定の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパターンを
    所定のエネルギー量で露光する露光装置を用いて、該露
    光装置の投影光学系を評価する方法において、 前記基板上の異なる複数の部分領域の各々に、前記露光
    基準面と前記基板との間隔を変えるとともに、前記複数
    の部分領域の各々において、前記所定のパターンのレジ
    スト像が現像により消失するまで露光エネルギーを変化
    させながら前記所定のパターンを露光し、前記レジスト
    像が消失する露光エネルギーに基づいて前記投影光学系
    を評価することを特徴する投影光学系の評価方法。
11. 【請求項１１】 表面にレジスト層を塗布した基板を所
    定の露光基準面に配置し、該基板にマスクのパターンを
    所定のエネルギー量で露光し、現像後に前記レジスト上
    に形成された前記マスクパターンを検出する露光装置を
    用いて、該露光装置の投影光学系を評価するリソグラフ
    ィシステムにおいて、 前記基板を載置し、前記投影光学系と前記基板との間隔
    方向の位置を調整するとともに、前記基板を２次元移動
    する基板ステージと；前記基板上の異なる複数の部分領
    域の各々に、前記露光基準面と前記基板との間隔を変え
    ながら所定のパターンを露光するように前記基板ステー
    ジを制御するとともに、前記複数の部分領域の各々にお
    いて、前記所定のパターンのレジスト像が現像により消
    失するまで露光エネルギーを変化させる制御系と；前記
    複数の部分領域内の前記レジスト像を検出する検出系
    と； 前記検出系の検出結果に基づいて、前記レジスト
    像が消失するエネルギーを前記部分領域毎に検出すると
    ともに、該消失するエネルギーに基づいて前記投影光学
    系の結像特性を算出することを特徴するリソグラフィシ
    ステム