JPH0562882A - 結像位置測定方法 - Google Patents
結像位置測定方法Info
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- JPH0562882A JPH0562882A JP3221524A JP22152491A JPH0562882A JP H0562882 A JPH0562882 A JP H0562882A JP 3221524 A JP3221524 A JP 3221524A JP 22152491 A JP22152491 A JP 22152491A JP H0562882 A JPH0562882 A JP H0562882A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 あらゆる方向に伸びたパターンについてのベ
ストフォーカスの計測を可能とするとともに、このベス
トフォーカスに基づいて投影光学系の像面湾曲や非点収
差量等の収差の計測を可能とする。 【構成】 基板上のパターンの長さを計測することによ
ってパターンのベストフォーカスを求める場合に、パタ
ーン１の長手方向を長さの計測方向に対して所定の角度
θだけ傾斜させる。
ストフォーカスの計測を可能とするとともに、このベス
トフォーカスに基づいて投影光学系の像面湾曲や非点収
差量等の収差の計測を可能とする。 【構成】 基板上のパターンの長さを計測することによ
ってパターンのベストフォーカスを求める場合に、パタ
ーン１の長手方向を長さの計測方向に対して所定の角度
θだけ傾斜させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は投影光学系の最良結像位
置の計測に関するものであり、特に半導体素子等の製造
のためのリソグラフィ工程に用いられる投影型露光装置
の精度を検査するためのものである。
置の計測に関するものであり、特に半導体素子等の製造
のためのリソグラフィ工程に用いられる投影型露光装置
の精度を検査するためのものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、最良結像位置（ベストフォーカ
ス）の計測には、投影光学系の光軸方向の複数の位置に
おいて（フォーカス位置を変えて）感光基板上に所定の
形状のパターンを投影露光し、この感光基板上に形成さ
れたパターン像の大きさ、例えば直線状パターンの線幅
を走査型電子顕微鏡等を用いて計測する方法があった。
これは、所定のピッチで配列された１：１のライン・ア
ンド・スペースパターンを基板上に転写し、複数のフォ
ーカス位置における転写像の線幅を計測する。そしてそ
の結果からフォーカス変化による線幅変化の割合を演算
する。そして、その前後で線幅変化が最も小さいフォー
カス位置をベストフォーカスとして求めていた。
ス）の計測には、投影光学系の光軸方向の複数の位置に
おいて（フォーカス位置を変えて）感光基板上に所定の
形状のパターンを投影露光し、この感光基板上に形成さ
れたパターン像の大きさ、例えば直線状パターンの線幅
を走査型電子顕微鏡等を用いて計測する方法があった。
これは、所定のピッチで配列された１：１のライン・ア
ンド・スペースパターンを基板上に転写し、複数のフォ
ーカス位置における転写像の線幅を計測する。そしてそ
の結果からフォーカス変化による線幅変化の割合を演算
する。そして、その前後で線幅変化が最も小さいフォー
カス位置をベストフォーカスとして求めていた。
【０００３】また、複数種類の線幅をもったライン・ア
ンド・スペースパターンの設けられたフォトマスクを用
いてフォーカス位置を変化させながら感光基板上にパタ
ーン像を形成し、最も微細なパターンまで解像している
フォーカス位置を光学顕微鏡等を用いて観察し、その位
置をベストフォーカスとしていた。さらに、特開平１−
１８７８１７号公報等に開示されたような方法もある。
これは、フォーカス位置を変えて図４に示すような形状
のパターン像８を感光基板上に形成し、光ビームをパタ
ーン上で走査してパターンからの回折光を検出する構成
のアライメント系を用いてこのパターン像の長さＬを計
測する。そしてこの長さＬが最も長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というものである。
ンド・スペースパターンの設けられたフォトマスクを用
いてフォーカス位置を変化させながら感光基板上にパタ
ーン像を形成し、最も微細なパターンまで解像している
フォーカス位置を光学顕微鏡等を用いて観察し、その位
置をベストフォーカスとしていた。さらに、特開平１−
１８７８１７号公報等に開示されたような方法もある。
これは、フォーカス位置を変えて図４に示すような形状
のパターン像８を感光基板上に形成し、光ビームをパタ
ーン上で走査してパターンからの回折光を検出する構成
のアライメント系を用いてこのパターン像の長さＬを計
測する。そしてこの長さＬが最も長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というものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の走査型電子顕微
鏡を用いて線幅を測定する方法は、あらゆる方向のパタ
ーン線幅を高精度に計測することができるが、装置を排
気する必要があるため計測に時間がかかるという問題が
あった。また光学顕微鏡を用いる方法は、あらゆる方向
のパターン像について解像しているか否かを観察するこ
とが可能であるが、やはり時間が長くかかる上、作業者
による個人差が発生しやすいという問題点があった。
鏡を用いて線幅を測定する方法は、あらゆる方向のパタ
ーン線幅を高精度に計測することができるが、装置を排
気する必要があるため計測に時間がかかるという問題が
あった。また光学顕微鏡を用いる方法は、あらゆる方向
のパターン像について解像しているか否かを観察するこ
とが可能であるが、やはり時間が長くかかる上、作業者
による個人差が発生しやすいという問題点があった。
【０００５】特開平１−１８７８１７号公報等に開示さ
れた方法においては、パターン像の長さの計測方向と平
行な方向にその長手方向が配置されたパターン像のベス
トフォーカスは計測可能であり、その結果は長さを計測
したパターン像とほぼ平行に、ほぼ同じ線幅及びピッチ
で設けられたライン・アンド・スペースパターンの像の
ベストフォーカスとよく対応がとれている。上記の方法
においては、長さの計測手段の例としてアライメント光
学系を流用しているので、パターン像の長さの計測方向
は、アライメント光学系の計測方向となる。つまり、結
像面内において投影光学系の光軸が通過する点を原点と
してＸ軸，Ｙ軸の各座標軸を設定したとき、アライメン
ト光学系の光ビームの走査方向がＸ、及びＹ方向であれ
ば、パターンの計測方向もＸ、及びＹ方向である。
れた方法においては、パターン像の長さの計測方向と平
行な方向にその長手方向が配置されたパターン像のベス
トフォーカスは計測可能であり、その結果は長さを計測
したパターン像とほぼ平行に、ほぼ同じ線幅及びピッチ
で設けられたライン・アンド・スペースパターンの像の
ベストフォーカスとよく対応がとれている。上記の方法
においては、長さの計測手段の例としてアライメント光
学系を流用しているので、パターン像の長さの計測方向
は、アライメント光学系の計測方向となる。つまり、結
像面内において投影光学系の光軸が通過する点を原点と
してＸ軸，Ｙ軸の各座標軸を設定したとき、アライメン
ト光学系の光ビームの走査方向がＸ、及びＹ方向であれ
ば、パターンの計測方向もＸ、及びＹ方向である。
【０００６】いまここで、例えばパターン像の長さを計
測してそのパターンのベストフォーカスを求め、その結
果から投影光学系の像面湾曲や非点収差量を計測しよう
とした場合、投影光学系のサジタル方向の像（Ｓ像）の
ベストフォーカスとメリジオナル方向の像（Ｍ像）のベ
ストフォーカスとの差を求める必要がある。この場合、
上記の各座標軸のほぼ軸上の領域に存在するパターン像
は、そのＳ像、及びＭ像の長手方向がいずれも計測方向
と一致するので収差量の計測には好都合であった。しか
しながら、例えば露光領域内の４隅において、その長手
方向が計測方向と一致したパターン像の長さを計測した
としても、これらのパターン像は投影光学系のサジタル
方向、及びメリジオナル方向に対していずれも４５°傾
斜したものである。つまり、計測されるベストフォーカ
スはＳ像、Ｍ像の平均的なものとなり、２つのベストフ
ォーカスの間に差は生じず非点収差量の計測は不可能で
あった。
測してそのパターンのベストフォーカスを求め、その結
果から投影光学系の像面湾曲や非点収差量を計測しよう
とした場合、投影光学系のサジタル方向の像（Ｓ像）の
ベストフォーカスとメリジオナル方向の像（Ｍ像）のベ
ストフォーカスとの差を求める必要がある。この場合、
上記の各座標軸のほぼ軸上の領域に存在するパターン像
は、そのＳ像、及びＭ像の長手方向がいずれも計測方向
と一致するので収差量の計測には好都合であった。しか
しながら、例えば露光領域内の４隅において、その長手
方向が計測方向と一致したパターン像の長さを計測した
としても、これらのパターン像は投影光学系のサジタル
方向、及びメリジオナル方向に対していずれも４５°傾
斜したものである。つまり、計測されるベストフォーカ
スはＳ像、Ｍ像の平均的なものとなり、２つのベストフ
ォーカスの間に差は生じず非点収差量の計測は不可能で
あった。
【０００７】また、フォトマスク内に長さの計測方向に
対して傾斜したパターンが存在する場合、このパターン
の像のベストフォーカスは、従来のパターン像を計測す
ることによっては計測できなかった。本発明は、あらゆ
る方向に伸びた直線状パターンの像についてのベストフ
ォーカスの計測を可能とするとともに、パターン像のベ
ストフォーカスから投影光学系の像面湾曲や非点収差量
等の収差の計測を可能とすることを目的とする。
対して傾斜したパターンが存在する場合、このパターン
の像のベストフォーカスは、従来のパターン像を計測す
ることによっては計測できなかった。本発明は、あらゆ
る方向に伸びた直線状パターンの像についてのベストフ
ォーカスの計測を可能とするとともに、パターン像のベ
ストフォーカスから投影光学系の像面湾曲や非点収差量
等の収差の計測を可能とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】マスク（Ｒ）上に形成さ
れたパターンの像（１，４，７）を投影光学系（１５）
を介して感光基板（Ｗ）上に転写露光し、転写されたパ
ターンの像（１，４，７）の長さに基づいて、投影光学
系（１５）の像面内の少なくとも１点の焦点位置を求め
る焦点位置測定方法において、パターン（１，４，７）
は、連続的もしくは段階的に線幅が変化する直線状のも
のであって、且つパターン（１，４，７）の長手方向
は、長さを計測する方向に対して所定の角度だけ傾斜し
ていることとした。
れたパターンの像（１，４，７）を投影光学系（１５）
を介して感光基板（Ｗ）上に転写露光し、転写されたパ
ターンの像（１，４，７）の長さに基づいて、投影光学
系（１５）の像面内の少なくとも１点の焦点位置を求め
る焦点位置測定方法において、パターン（１，４，７）
は、連続的もしくは段階的に線幅が変化する直線状のも
のであって、且つパターン（１，４，７）の長手方向
は、長さを計測する方向に対して所定の角度だけ傾斜し
ていることとした。
【０００９】
【作用】本発明ではパターン像の長さの計測に使用する
アライメント系の計測方向に対して、計測対象であるパ
ターン像の長手方向を所定の角度に傾けるので、任意の
方向のパターン像のベストフォーカスを計測することが
できる。特に、投影光学系のＳ像、Ｍ像に見合った方向
に計測用のパターンを配置するれば、Ｓ像、Ｍ像のベス
トフォーカスを計測することが可能となる。
アライメント系の計測方向に対して、計測対象であるパ
ターン像の長手方向を所定の角度に傾けるので、任意の
方向のパターン像のベストフォーカスを計測することが
できる。特に、投影光学系のＳ像、Ｍ像に見合った方向
に計測用のパターンを配置するれば、Ｓ像、Ｍ像のベス
トフォーカスを計測することが可能となる。
【００１０】
【実施例】図５は本発明の第１の実施例による方法を適
用するのに好適な露光装置の概略的な構成を示す図であ
る。光源１１はレジストを感光するような波長（露光波
長）の照明光を発生し、この照明光は第１コンデンサー
レンズ１２を通った後、シャッター１３を通って第２コ
ンデンサーレンズ１４に至る。この第２コンデンサーレ
ンズ１４によってフォトマスク（レチクル）Ｒは均一に
照明される。両側若しくは片側テレセントリックな投影
光学系１５は、レチクルＲに描かれたパターンの像を１
／５、或いは１／１０に縮小し、その像をレジストの塗
布された感光基板（ウェハ）Ｗ上に投影する。ウェハＷ
はＺステージ１６上に載置され、投影光学系１５の光軸
方向に移動可能となっている。
用するのに好適な露光装置の概略的な構成を示す図であ
る。光源１１はレジストを感光するような波長（露光波
長）の照明光を発生し、この照明光は第１コンデンサー
レンズ１２を通った後、シャッター１３を通って第２コ
ンデンサーレンズ１４に至る。この第２コンデンサーレ
ンズ１４によってフォトマスク（レチクル）Ｒは均一に
照明される。両側若しくは片側テレセントリックな投影
光学系１５は、レチクルＲに描かれたパターンの像を１
／５、或いは１／１０に縮小し、その像をレジストの塗
布された感光基板（ウェハ）Ｗ上に投影する。ウェハＷ
はＺステージ１６上に載置され、投影光学系１５の光軸
方向に移動可能となっている。
【００１１】さて、この露光装置は、レチクルＲとウェ
ハＷとの位置合わせ（アライメント）を行うための装置
として種々のアライメント光学系を有している。その１
つとしてＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のレーザ・
ステップ・アライメント系２０がある。このアライメン
ト系２０は、ミラー２０ａ，２０ｂ及び投影光学系１５
を介し、スポット光（シートビーム）をウェハＷ上に形
成されたアライメント用のパターン（回折格子パター
ン）に照射して、このパターンからの回折光（又は散乱
光）を受光して光電検出する。この光電信号と不図示の
位置検出装置からのウェハＷの位置信号とに基づいて、
ウェハＷ上のアライメント用のパターンのＹ方向の位置
を検出する。尚、アライメント系２０はウェハＷのＹ方
向の位置のみを検出するためのもので、実際にはＸ方向
の位置を検出するためのアライメント系も同様に配置さ
れている。図５にはＹ方向検出用のミラー２０ａに対応
したＸ方向検出用のアライメント系２１のミラー２１ａ
のみを示してある。本発明の実施例では、連続的もしく
は段階的に線幅が変化する直線状のパターンを複数のフ
ォーカス位置をもってウェハ上に転写し、上記のアライ
メント光学系を利用してパターンからの回折光を検出す
る。そしてその回折光による光電信号からパターンの長
さを求め、パターンの長さが最も長くなるフォーカス位
置を投影光学系のベストフォーカスとする。
ハＷとの位置合わせ（アライメント）を行うための装置
として種々のアライメント光学系を有している。その１
つとしてＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のレーザ・
ステップ・アライメント系２０がある。このアライメン
ト系２０は、ミラー２０ａ，２０ｂ及び投影光学系１５
を介し、スポット光（シートビーム）をウェハＷ上に形
成されたアライメント用のパターン（回折格子パター
ン）に照射して、このパターンからの回折光（又は散乱
光）を受光して光電検出する。この光電信号と不図示の
位置検出装置からのウェハＷの位置信号とに基づいて、
ウェハＷ上のアライメント用のパターンのＹ方向の位置
を検出する。尚、アライメント系２０はウェハＷのＹ方
向の位置のみを検出するためのもので、実際にはＸ方向
の位置を検出するためのアライメント系も同様に配置さ
れている。図５にはＹ方向検出用のミラー２０ａに対応
したＸ方向検出用のアライメント系２１のミラー２１ａ
のみを示してある。本発明の実施例では、連続的もしく
は段階的に線幅が変化する直線状のパターンを複数のフ
ォーカス位置をもってウェハ上に転写し、上記のアライ
メント光学系を利用してパターンからの回折光を検出す
る。そしてその回折光による光電信号からパターンの長
さを求め、パターンの長さが最も長くなるフォーカス位
置を投影光学系のベストフォーカスとする。
【００１２】図１は本発明の第１の実施例による結像位
置測定方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。レチクル上には、長手方向の長さがＬ0 であり、
幅方向の長さがＷである菱形のパターン１が幅方向にピ
ッチＰ0 で複数配置されており、これら複数のパターン
１から成るパターン群２は同じく幅方向に互いに間隔Ｐ
1 をもって配置されている。さらにこれらパターン群２
中の各パターン１は、そのパターンの長手方向が矢印で
示すパターンの長さを計測する方向に対して角度θだけ
傾斜しており、各パターン１のエッジを結ぶ直線は、長
さの計測方向と垂直な方向にほぼ一致している。このレ
チクル上には、線幅Ｗ0 の１：１ライン・アンド・スペ
ースパターン３がピッチＰ0 で、且つパターン１と同様
に長さの計測方向に対して角度θだけ傾斜してパターン
群２の近傍に配置してある。但し、このパターン３は、
従来の測定方法である走査型電子顕微鏡等を用いたベス
トフォーカスの計測に使用するものであり、本発明の構
成となるものではない。また、パターン群２同志の間隔
Ｐ1 はＰ0 の整数倍とした。
置測定方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。レチクル上には、長手方向の長さがＬ0 であり、
幅方向の長さがＷである菱形のパターン１が幅方向にピ
ッチＰ0 で複数配置されており、これら複数のパターン
１から成るパターン群２は同じく幅方向に互いに間隔Ｐ
1 をもって配置されている。さらにこれらパターン群２
中の各パターン１は、そのパターンの長手方向が矢印で
示すパターンの長さを計測する方向に対して角度θだけ
傾斜しており、各パターン１のエッジを結ぶ直線は、長
さの計測方向と垂直な方向にほぼ一致している。このレ
チクル上には、線幅Ｗ0 の１：１ライン・アンド・スペ
ースパターン３がピッチＰ0 で、且つパターン１と同様
に長さの計測方向に対して角度θだけ傾斜してパターン
群２の近傍に配置してある。但し、このパターン３は、
従来の測定方法である走査型電子顕微鏡等を用いたベス
トフォーカスの計測に使用するものであり、本発明の構
成となるものではない。また、パターン群２同志の間隔
Ｐ1 はＰ0 の整数倍とした。
【００１３】ここで、パターンを傾斜させる角度θにつ
いて若干説明する。パターンを傾斜させる角度は、投影
光学系の最大露光領域内の任意の位置で、ベストフォー
カスを計測したい方向に応じて任意に決定すればよい。
しかし、投影光学系の非点収差を計測する場合には以下
の要領で決定する。計測すべきパターンの長手方向は、
投影光学系の最大露光領域内で投影光学系の光軸が通る
位置を中心として、その中心からパターンの配置される
位置への放射方向（サジタル方向）と、その放射方向に
垂直な方向（メリジオナル方向）にほぼ一致するように
配置する。即ち、ベストフォーカスを計測したい任意の
位置におけるパターンは、投影光学系のＳ像とＭ像であ
る。収差量はこのＳ像とＭ像とのベストフォーカス位置
の差を求めればよい。つまりこの場合のパターンの傾斜
角度θは、パターンの長手方向が光軸からの放射方向に
対して平行、及び垂直となるような角度とすればよい。
いて若干説明する。パターンを傾斜させる角度は、投影
光学系の最大露光領域内の任意の位置で、ベストフォー
カスを計測したい方向に応じて任意に決定すればよい。
しかし、投影光学系の非点収差を計測する場合には以下
の要領で決定する。計測すべきパターンの長手方向は、
投影光学系の最大露光領域内で投影光学系の光軸が通る
位置を中心として、その中心からパターンの配置される
位置への放射方向（サジタル方向）と、その放射方向に
垂直な方向（メリジオナル方向）にほぼ一致するように
配置する。即ち、ベストフォーカスを計測したい任意の
位置におけるパターンは、投影光学系のＳ像とＭ像であ
る。収差量はこのＳ像とＭ像とのベストフォーカス位置
の差を求めればよい。つまりこの場合のパターンの傾斜
角度θは、パターンの長手方向が光軸からの放射方向に
対して平行、及び垂直となるような角度とすればよい。
【００１４】本発明の場合、ライン・アンド・スペース
パターン３のピッチとくさびパターンのピッチとを等し
くしてあるので、回折光の発生する方向（回折角）はい
ずれのパターンからの場合も等しくなる。よって投影光
学系に収差等が残存している場合にも、収差によるベス
トフォーカスの変化の影響がいずれのパターンにおいて
もほぼ等しくなり、収差による計測誤差が小さくなると
いう利点がある。さらに、パターン１の長さＬ0 を長く
することにより、図１に断面Ｃ1 Ｃ2 で示すような、パ
ターン１の長手方向に対して垂直な方向のパターンの数
が増加し、この数がライン・アンド・スペースパターン
３の数とほぼ同数であれば、回折光の出方（回折角、光
量比）がパターン３に近づく効果がある。
パターン３のピッチとくさびパターンのピッチとを等し
くしてあるので、回折光の発生する方向（回折角）はい
ずれのパターンからの場合も等しくなる。よって投影光
学系に収差等が残存している場合にも、収差によるベス
トフォーカスの変化の影響がいずれのパターンにおいて
もほぼ等しくなり、収差による計測誤差が小さくなると
いう利点がある。さらに、パターン１の長さＬ0 を長く
することにより、図１に断面Ｃ1 Ｃ2 で示すような、パ
ターン１の長手方向に対して垂直な方向のパターンの数
が増加し、この数がライン・アンド・スペースパターン
３の数とほぼ同数であれば、回折光の出方（回折角、光
量比）がパターン３に近づく効果がある。
【００１５】上記のようなパターン群２を、シリコン基
板上にポジレジストを塗布したウェハ上にフォーカス位
置を変えながら露光し、現像処理する。その後、特開平
１−１８７８１７号公報等に示すような方法で各フォー
カス位置のパターン１の計測方向の長さＬ1 を計り、パ
ターンの長さＬ1 が最大となるフォーカス位置を近似に
より求め、そのフォーカス位置をベストフォーカスとす
る。
板上にポジレジストを塗布したウェハ上にフォーカス位
置を変えながら露光し、現像処理する。その後、特開平
１−１８７８１７号公報等に示すような方法で各フォー
カス位置のパターン１の計測方向の長さＬ1 を計り、パ
ターンの長さＬ1 が最大となるフォーカス位置を近似に
より求め、そのフォーカス位置をベストフォーカスとす
る。
【００１６】ところで、各フォーカス位置で露光したパ
ターン像の長さを計測する際に、ベストフォーカスから
のずれ量が大きすぎるものについては、パターン像が消
失していることがある。このような場合は計測エラーと
して、そのフォーカス位置でのパターン像の長さに関す
る情報はないものとすればよい。しかし、基板上にレジ
ストの残渣がある場合には、計測系がそれに合わせて信
号を増幅し、本来のレチクル上のパターンの長さから決
まるウェハ上のパターン像の長さよりも長い値で計測さ
れてしまう場合がある。これを防ぐために、ウェハ上の
パターン像の長さがレチクル上のパターンの長さから決
まる所定の値を越えた場合には、その計測結果を無効と
判断すればよい。このとき、図４に示すようなパターン
８の計測方向の長さＬと、図１に示すような傾斜したパ
ターン１の計測方向の長さＬ1 とが等しくなるようにし
ておくと、パターンの長さの最大値を揃えることができ
て便利である。
ターン像の長さを計測する際に、ベストフォーカスから
のずれ量が大きすぎるものについては、パターン像が消
失していることがある。このような場合は計測エラーと
して、そのフォーカス位置でのパターン像の長さに関す
る情報はないものとすればよい。しかし、基板上にレジ
ストの残渣がある場合には、計測系がそれに合わせて信
号を増幅し、本来のレチクル上のパターンの長さから決
まるウェハ上のパターン像の長さよりも長い値で計測さ
れてしまう場合がある。これを防ぐために、ウェハ上の
パターン像の長さがレチクル上のパターンの長さから決
まる所定の値を越えた場合には、その計測結果を無効と
判断すればよい。このとき、図４に示すようなパターン
８の計測方向の長さＬと、図１に示すような傾斜したパ
ターン１の計測方向の長さＬ1 とが等しくなるようにし
ておくと、パターンの長さの最大値を揃えることができ
て便利である。
【００１７】以上の計測の結果をライン・アンド・スペ
ースパターンの長さを計測した場合と比較してみると、
パターン１のベストフォーカスは、同様の方法によって
求めたライン・アンド・スペースパターン３のベストフ
ォーカスに対して一様にオフセットがあったが、そのオ
フセットのばらつきは極めて小さいものであった。これ
は、本実施例による計測方法によってベストフォーカス
を求めれば、従来の走査型電子顕微鏡等を用いたベスト
フォーカスの結果と大差ないことを表し、本実施例によ
る計測方法によって求めたベストフォーカスに基づいて
非点収差、像面湾曲、像面傾斜等を求めた場合にも、そ
の結果は誤差が極めて小さいことを意味する。
ースパターンの長さを計測した場合と比較してみると、
パターン１のベストフォーカスは、同様の方法によって
求めたライン・アンド・スペースパターン３のベストフ
ォーカスに対して一様にオフセットがあったが、そのオ
フセットのばらつきは極めて小さいものであった。これ
は、本実施例による計測方法によってベストフォーカス
を求めれば、従来の走査型電子顕微鏡等を用いたベスト
フォーカスの結果と大差ないことを表し、本実施例によ
る計測方法によって求めたベストフォーカスに基づいて
非点収差、像面湾曲、像面傾斜等を求めた場合にも、そ
の結果は誤差が極めて小さいことを意味する。
【００１８】図２は本発明の第２の実施例による結像位
置計測方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。このパターン４は、図１に示す第１の実施例と同
様、長手方向の長さがＬ0 の菱形パターンをピッチＰ0
で複数配置し、長さの計測方向に対して角度θだけ傾け
たものである。但し、１つのパターン群の各パターン４
のエッジを結ぶ直線は、パターン４の長手方向に対して
ほぼ垂直な方向に一致している。この場合、パターン４
の長手方向に対して垂直な方向の断面を考えると、どの
位置においてもピッチ一定、本数一定の回折格子とな
る。このため、図１に示すライン・アンド・スペースパ
ターン３と比べて回折光の出方が同じようになり、投影
光学系の収差の影響によるベストフォーカスの計測誤差
は極めて小さい。また、本実施例の場合も、ベストフォ
ーカスの計測方法は、第１の実施例による計測方法と全
く同様である。
置計測方法の計測対象であるパターンの構成を示す図で
ある。このパターン４は、図１に示す第１の実施例と同
様、長手方向の長さがＬ0 の菱形パターンをピッチＰ0
で複数配置し、長さの計測方向に対して角度θだけ傾け
たものである。但し、１つのパターン群の各パターン４
のエッジを結ぶ直線は、パターン４の長手方向に対して
ほぼ垂直な方向に一致している。この場合、パターン４
の長手方向に対して垂直な方向の断面を考えると、どの
位置においてもピッチ一定、本数一定の回折格子とな
る。このため、図１に示すライン・アンド・スペースパ
ターン３と比べて回折光の出方が同じようになり、投影
光学系の収差の影響によるベストフォーカスの計測誤差
は極めて小さい。また、本実施例の場合も、ベストフォ
ーカスの計測方法は、第１の実施例による計測方法と全
く同様である。
【００１９】上記の第１，第２の実施例によるパターン
は、いずれも１回の露光で感光基板上に転写されるもの
としたが、以下に述べるように２回に分けて露光する構
成のものでも構わない。図３は本発明の第１の実施例に
よる結像位置測定方法の計測対象であるパターンの構成
の変形例を示す図である。図３（Ｃ）に示すパターン７
の長さや幅、ピッチ等の形状や配置は、図１に示すパタ
ーン１と全く同じであるが、パターンを感光基板上に転
写する際に矩形状のパターン５，６を交差させて２度に
分けて露光することとした。即ち、最初に図３（Ａ）に
示すパターン５を感光基板上に露光し、続いて図３
（Ｂ）に示すようにパターン５にパターン６を重ねて露
光する。その後、感光基板を現像処理すると図３（Ｃ）
に示すパターン７を得ることができる。また、パターン
像の長さの計測方法も、前述の第１の実施例と全く同様
である。尚、図２に示すようなパターンも上記の方法で
転写できることは言うまでもない。
は、いずれも１回の露光で感光基板上に転写されるもの
としたが、以下に述べるように２回に分けて露光する構
成のものでも構わない。図３は本発明の第１の実施例に
よる結像位置測定方法の計測対象であるパターンの構成
の変形例を示す図である。図３（Ｃ）に示すパターン７
の長さや幅、ピッチ等の形状や配置は、図１に示すパタ
ーン１と全く同じであるが、パターンを感光基板上に転
写する際に矩形状のパターン５，６を交差させて２度に
分けて露光することとした。即ち、最初に図３（Ａ）に
示すパターン５を感光基板上に露光し、続いて図３
（Ｂ）に示すようにパターン５にパターン６を重ねて露
光する。その後、感光基板を現像処理すると図３（Ｃ）
に示すパターン７を得ることができる。また、パターン
像の長さの計測方法も、前述の第１の実施例と全く同様
である。尚、図２に示すようなパターンも上記の方法で
転写できることは言うまでもない。
【００２０】上記の第１の実施例のパターン１は、各パ
ターンの長手方向の先端を結ぶ直線の方向が長さの計測
方向に対して垂直となっている。つまり、パターン１は
計測方向に垂直な断面のいずれの位置においても所定の
ピッチで配列しているので、長さを計測する際に信号が
出やすい。一方、第２の実施例のパターン４は、ウェハ
上に像を作る際に投影光学系の球面収差の影響を受けに
くいといった特徴がある。特に図３に示すパターン７の
ように２回に分けて形成すれば、回路形成用のパターン
と同形状のパターン５とパターン６との合成であるの
で、球面収差の影響が同様であり、考慮する必要はなく
なる。
ターンの長手方向の先端を結ぶ直線の方向が長さの計測
方向に対して垂直となっている。つまり、パターン１は
計測方向に垂直な断面のいずれの位置においても所定の
ピッチで配列しているので、長さを計測する際に信号が
出やすい。一方、第２の実施例のパターン４は、ウェハ
上に像を作る際に投影光学系の球面収差の影響を受けに
くいといった特徴がある。特に図３に示すパターン７の
ように２回に分けて形成すれば、回路形成用のパターン
と同形状のパターン５とパターン６との合成であるの
で、球面収差の影響が同様であり、考慮する必要はなく
なる。
【００２１】以上の実施例では、光ビームをパターン上
で走査するアライメント系を利用してパターンの長さを
計測したが、これに限定されることはなく、例えばＩＴ
Ｖ等のイメージセンサーからの画像信号を処理すること
によってパターンの長さを計測するようにしても構わな
い。また、レジスト上のパターン像は潜像であってもよ
い。その他、光磁気記録媒体にパターン像を記録し、偏
光顕微鏡等を含んだ観察系でその像を観察し、画像処理
等を行って像の長さを計測したり、パターン像をＣＣＤ
等の撮像素子上に投影してその画素によって像の長さを
計測したりしても構わない。
で走査するアライメント系を利用してパターンの長さを
計測したが、これに限定されることはなく、例えばＩＴ
Ｖ等のイメージセンサーからの画像信号を処理すること
によってパターンの長さを計測するようにしても構わな
い。また、レジスト上のパターン像は潜像であってもよ
い。その他、光磁気記録媒体にパターン像を記録し、偏
光顕微鏡等を含んだ観察系でその像を観察し、画像処理
等を行って像の長さを計測したり、パターン像をＣＣＤ
等の撮像素子上に投影してその画素によって像の長さを
計測したりしても構わない。
【００２２】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、任意の方
向のパターンについてベストフォーカスを計測できるの
で、パターンの長さの計測方向に対して斜め方向のパタ
ーンを有するレチクルを用いた露光を行う際にも容易に
ベストフォーカスを計測することができる。また、投影
光学系のサジタル方向の像、及びメリジオナル方向の像
の各ベストフォーカスが精度よく計測でき、像面湾曲や
非点収差を計測するのに好都合である。
向のパターンについてベストフォーカスを計測できるの
で、パターンの長さの計測方向に対して斜め方向のパタ
ーンを有するレチクルを用いた露光を行う際にも容易に
ベストフォーカスを計測することができる。また、投影
光学系のサジタル方向の像、及びメリジオナル方向の像
の各ベストフォーカスが精度よく計測でき、像面湾曲や
非点収差を計測するのに好都合である。
【図１】本発明の第１の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成を示す図
の計測対象であるパターンの構成を示す図
【図２】本発明の第２の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成を示す図
の計測対象であるパターンの構成を示す図
【図３】本発明の第１の実施例による結像位置測定方法
の計測対象であるパターンの構成の変形例を示す図
の計測対象であるパターンの構成の変形例を示す図
【図４】従来の測定方法におけるパターンと測定方向を
示す図
示す図
【図５】本発明の実施例を適用するのに好適な露光装置
の概略的な構成を示す図
の概略的な構成を示す図
Ｗ0 ライン・アンド・スペースパターンの幅 Ｗ パターンの幅 Ｐ0 パターンのピッチ Ｐ1 パターン群の間隔 θ 長さの計測方向とパターンの長手方向との角度 Ｌ0 パターンの長手方向の長さ Ｌ1 パターンの長さとして計測される長さ Ｌ 従来の計測方法に使用されるパターンの長さ
Claims (4)
- 【請求項１】 マスク上に形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に転写露光し、転写された
前記パターンの像の長さに基づいて、前記投影光学系の
像面内の少なくとも１点の焦点位置を求める焦点位置測
定方法において、 前記パターンは、連続的もしくは段階的に線幅が変化す
る直線状のものであって、且つ前記パターンの長手方向
は、前記長さを計測する方向に対して所定の角度だけ傾
斜していることを特徴とする焦点位置測定方法。 - 【請求項２】 前記パターンは前記長手方向と直交する
方向に所定のピッチをもって複数個配置され、該ピッチ
は、前記感光基板上に転写すべき本来のパターンのピッ
チとほぼ一致していることを特徴とする請求項１に記載
の焦点位置測定方法。 - 【請求項３】 前記パターンの傾斜する前記角度は、前
記最良結像面を計測すべきパターンの方向に応じたもの
であることを特徴とする請求項１に記載の焦点位置測定
方法。 - 【請求項４】 前記パターンは、前記投影光学系の投影
領域内の該光学系の光軸が通過する点を原点として、該
原点から前記パターンの存在する領域への放射方向に対
して平行、及び垂直に配置されたものであることを特徴
とする請求項１に記載の焦点位置測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22152491A JP3230094B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 投影光学系の光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光方法及びマスク |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22152491A JP3230094B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 投影光学系の光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光方法及びマスク |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0562882A true JPH0562882A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3230094B2 JP3230094B2 (ja) | 2001-11-19 |
Family
ID=16768066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22152491A Expired - Lifetime JP3230094B2 (ja) | 1991-09-02 | 1991-09-02 | 投影光学系の光学特性測定方法、光学特性測定装置、露光方法及びマスク |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3230094B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6094256A (en) * | 1998-09-29 | 2000-07-25 | Nikon Precision Inc. | Method for forming a critical dimension test structure and its use |
| JP2001166497A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-06-22 | Nikon Corp | 露光方法及び露光装置 |
| US6407800B1 (en) * | 1999-03-02 | 2002-06-18 | Mitutoyo Corporation | Focus detection unit and optical measuring instrument having the same |
| WO2005078775A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nikon Corporation | 計測方法、転写特性計測方法、露光装置の調整方法及びデバイス製造方法 |
| US6956659B2 (en) | 2001-05-22 | 2005-10-18 | Nikon Precision Inc. | Measurement of critical dimensions of etched features |
| US6974653B2 (en) | 2002-04-19 | 2005-12-13 | Nikon Precision Inc. | Methods for critical dimension and focus mapping using critical dimension test marks |
| KR100604047B1 (ko) * | 2004-12-22 | 2006-07-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 스캐너에서 레이저 스텝 얼라인먼트 센서를 이용한 최적 포커스 측정 방법 |
| WO2008132799A1 (ja) * | 2007-04-12 | 2008-11-06 | Nikon Corporation | 計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 |
-
1991
- 1991-09-02 JP JP22152491A patent/JP3230094B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6094256A (en) * | 1998-09-29 | 2000-07-25 | Nikon Precision Inc. | Method for forming a critical dimension test structure and its use |
| US6750952B2 (en) | 1998-09-29 | 2004-06-15 | Nikon Precision, Inc. | Apparatus for preforming measurement of a dimension of a test mark for semiconductor processing |
| US6407800B1 (en) * | 1999-03-02 | 2002-06-18 | Mitutoyo Corporation | Focus detection unit and optical measuring instrument having the same |
| JP2001166497A (ja) * | 1999-10-01 | 2001-06-22 | Nikon Corp | 露光方法及び露光装置 |
| JP4649717B2 (ja) * | 1999-10-01 | 2011-03-16 | 株式会社ニコン | 露光方法及び露光装置、デバイス製造方法 |
| US6956659B2 (en) | 2001-05-22 | 2005-10-18 | Nikon Precision Inc. | Measurement of critical dimensions of etched features |
| US6974653B2 (en) | 2002-04-19 | 2005-12-13 | Nikon Precision Inc. | Methods for critical dimension and focus mapping using critical dimension test marks |
| US7848594B2 (en) | 2004-02-13 | 2010-12-07 | Nikon Corporation | Measurement method, transfer characteristic measurement method, adjustment method of exposure apparatus, and device manufacturing method |
| WO2005078775A1 (ja) * | 2004-02-13 | 2005-08-25 | Nikon Corporation | 計測方法、転写特性計測方法、露光装置の調整方法及びデバイス製造方法 |
| KR100604047B1 (ko) * | 2004-12-22 | 2006-07-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 스캐너에서 레이저 스텝 얼라인먼트 센서를 이용한 최적 포커스 측정 방법 |
| WO2008132799A1 (ja) * | 2007-04-12 | 2008-11-06 | Nikon Corporation | 計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 |
| JPWO2008132799A1 (ja) * | 2007-04-12 | 2010-07-22 | 株式会社ニコン | 計測方法、露光方法及びデバイス製造方法 |
| US7948616B2 (en) | 2007-04-12 | 2011-05-24 | Nikon Corporation | Measurement method, exposure method and device manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3230094B2 (ja) | 2001-11-19 |
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