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JPH06186006A - Surface accuracy measuring method for substrate surface and original plate for surface accuracy measurement - Google Patents

Surface accuracy measuring method for substrate surface and original plate for surface accuracy measurement

Info

Publication number
JPH06186006A
JPH06186006A JP33999192A JP33999192A JPH06186006A JP H06186006 A JPH06186006 A JP H06186006A JP 33999192 A JP33999192 A JP 33999192A JP 33999192 A JP33999192 A JP 33999192A JP H06186006 A JPH06186006 A JP H06186006A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
mask
degrees
original plate
surface accuracy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP33999192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akira Imai
彰 今井
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP33999192A priority Critical patent/JPH06186006A/en
Publication of JPH06186006A publication Critical patent/JPH06186006A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To simply measure the flatness of the surface of an exposure substrate such as a wafer in a state where the substrate is set inside an image-formation optical device such as a projection exposure device. CONSTITUTION:Two sets of lines and space patterns are adjacently formed on a mask original plate, and the first period pattern 21 is provided with phase shifters 11, 12, 13 to give three kinds of phase differences of 0 deg., 120 deg., 240 deg. in order to illuminating light, and the slippage caused by the slippage of a focal point of a pattern position on each projected image is measured between the first period pattern 21 and the second period pattern 22 having no phase shifter for measuring the flatness of the surface of a substrate such as a wafer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子などの製造
に用いられる投影露光装置に代表される結像光学系にお
ける結像基板面の面精度計測方法に係り、特に、上記基
板表面の平坦度を、上記結像光学系を用いて計測する方
法、および、それに用いる面精度計測用原板に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface accuracy measuring method of an image forming substrate surface in an image forming optical system typified by a projection exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements and the like, and more particularly, to a flat surface of the substrate surface. The present invention relates to a method for measuring the degree of rotation using the above-mentioned imaging optical system, and a surface accuracy measurement original plate used for the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、基板面の平坦度などの面精度を計
測する方法として、光の干渉現象を利用した方法が一般
的に用いられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method of measuring surface accuracy such as flatness of a substrate surface, a method utilizing an interference phenomenon of light is generally used.

【0003】この場合、計測には干渉計が用いられる
が、干渉計の例としては、トワイマン・グリーン干渉
計、フィゾー干渉計などが知られている。これらの干渉
計では基準となる参照面と被計測面との差を光の干渉を
利用して計測するものであり、例えば、基準となる参照
面で反射してきた光と被計測面で反射してきた光とを干
渉させ、生じる干渉縞の変化を検出して参照面と被計測
面との差を測定するものである。これらの干渉法は原理
が簡単であるため、被計測面の凹凸を計測する方法とし
て多方面で用いられている。この方法については、例え
ば、第53回応用物理学会学術講演会講演予稿集No.
3の17p−N−13(798ページ)に述べられてい
る。
In this case, an interferometer is used for the measurement, and as examples of the interferometer, a Twyman-Green interferometer, a Fizeau interferometer and the like are known. These interferometers measure the difference between the reference surface that serves as a reference and the surface to be measured by utilizing the interference of light.For example, the light reflected by the reference surface that serves as the reference and the surface that is measured are reflected. The light is caused to interfere with each other, and the resulting change in interference fringes is detected to measure the difference between the reference surface and the measured surface. Since these interferometry methods have a simple principle, they are used in various fields as a method of measuring the unevenness of the surface to be measured. This method is described in, for example, Proceedings No.
3 17p-N-13 (page 798).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、被計測物の計測面を干渉計の計測位置に設置す
ることが必要であり、被計測物が他の装置に実装された
ままの状態では、計測に多くの困難を伴う。例えば、半
導体素子などの製造に用いられる投影露光装置におい
て、ウェハなどの露光基板を上記装置のステージ上にセ
ットした状態で計測することは、殆ど不可能に近い。
However, in the above-mentioned conventional technique, it is necessary to install the measurement surface of the object to be measured at the measurement position of the interferometer, and the object to be measured remains mounted on another device. In this state, measurement involves many difficulties. For example, in a projection exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements and the like, it is almost impossible to perform measurement with an exposure substrate such as a wafer set on the stage of the apparatus.

【0005】一方、上記投影露光装置では、基板面の平
坦度を計測する方法として、基板面にレーザ光を照射し
反射光を光位置検出器で検出するフォーカスセンサを用
いる方法がある。しかし、この方法ではフォーカスセン
サの精度、ウェハステージの機械的な精度、基板面の傾
き、などの影響を受け易く、測定精度が十分ではない。
また、レーザ光が細く絞られているため、転写領域全面
を一度に計測することは不可能であり、常にステージの
移動を伴う。
On the other hand, in the above projection exposure apparatus, as a method for measuring the flatness of the substrate surface, there is a method using a focus sensor for irradiating the substrate surface with laser light and detecting reflected light with an optical position detector. However, this method is easily affected by the accuracy of the focus sensor, the mechanical accuracy of the wafer stage, the inclination of the substrate surface, etc., and the measurement accuracy is not sufficient.
Further, since the laser light is narrowed down, it is impossible to measure the entire transfer area at once, and the stage always moves.

【0006】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、ウェハなどの基板を結像光学系の中に
セットし、その状態での基板表面の平坦度を計測できる
面精度計測方法、および、それに用いる面精度計測用原
板を提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve these problems, and a surface accuracy measurement capable of setting a substrate such as a wafer in an image forming optical system and measuring the flatness of the substrate surface in that state. An object of the present invention is to provide a method and an original plate for measuring surface accuracy used for the method.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては投影露光装置などの結像光学系を
そのまま使用し、マスク原板に特殊なマスクパタンを形
成し、その像をウェハなどの基板面上に投影、結像さ
せ、その時、結像光学系の正焦点面からの基板面のずれ
によって生じる像位置の偏位量を測定して、基板面の平
坦度を計測するものである。
In order to achieve this object, in the present invention, an imaging optical system such as a projection exposure apparatus is used as it is, a special mask pattern is formed on a mask original plate, and the image is formed on a wafer. A flatness of the substrate surface is measured by projecting and forming an image on the substrate surface such as, and then measuring the deviation amount of the image position caused by the deviation of the substrate surface from the positive focal plane of the imaging optical system. Is.

【0008】その特殊なマスクパタンは、例えばライン
&スペースのような周期的なパタンであり、これに、マ
スク原板を照明する照明光に対して少なくとも3種以上
の異なった位相を等しい位相差値で階段状に与える位相
シフタを設けたもので、例えば、0度、120度、24
0度というように、360度あるいは360度の自然数
倍を位相種の数で割った値を位相差値としている。例え
ば、120度は360度を位相種3で割った値である。
これにより、基板上では、それらの像位置は焦点外れの
量にしたがって偏位する。ただし、180度の自然数倍
の位相差値は、像の偏位が生じないので除く。
The special mask pattern is, for example, a periodic pattern such as line & space, and at least three kinds of different phases are equal to the phase difference value with respect to the illumination light for illuminating the mask original plate. It is provided with a phase shifter that gives a staircase at, for example, 0 degrees, 120 degrees, 24
A value obtained by dividing a natural number multiple of 360 degrees or 360 degrees by the number of phase seeds, such as 0 degree, is defined as a phase difference value. For example, 120 degrees is a value obtained by dividing 360 degrees by the phase seed 3.
This causes the image positions on the substrate to deviate according to the amount of defocus. However, a phase difference value that is a natural number multiple of 180 degrees is excluded because no image displacement occurs.

【0009】さらに、これらの第1のマスクパタンの像
位置の偏位量の測定を容易にするために、同一マスク原
板内に、第1のマスクパタンに隣接させて、照明光に位
相差を与えない、すなわち、その像位置が偏位しない基
準となる第2のマスクパタンを併置する。この第2のマ
スクパタンは1個の開口パタンであってもよいし、周期
的にライン&スペース状に配列されたパタンであっても
よい。特に後者の場合には、第1のパタンと第2のパタ
ンとでその周期を僅かに変えることにより、バーニアパ
タンが形成され、測定が容易になる。
Further, in order to facilitate the measurement of the deviation amount of the image position of these first mask patterns, a phase difference is added to the illumination light in the same mask original plate so as to be adjacent to the first mask patterns. A second mask pattern that is not given, that is, serves as a reference that does not deviate the image position, is arranged in parallel. The second mask pattern may be a single opening pattern or may be a pattern in which lines and spaces are periodically arranged. Especially in the latter case, a vernier pattern is formed by slightly changing the period between the first pattern and the second pattern, and the measurement is facilitated.

【0010】また、これらの測定用パタンをマスク原板
内のパタン転写領域の全面にわたって配置することによ
り、一度の露光により、転写領域全面の平坦度の計測が
可能になる。
Further, by arranging these measurement patterns over the entire surface of the pattern transfer area in the mask original plate, the flatness of the entire transfer area can be measured by one exposure.

【0011】[0011]

【作用】例えば縮小投影露光装置において、マスク原板
上に形成されたパタンをウェハなどの基板面上に結像さ
せ露光する場合、基板面が正しく結像面と一致している
ことが重要である。特に最近のように、半導体素子の高
集積化が進み、パタンサイズが低サブμmのオーダにな
ると、結像系の焦点深度もμmを割るようになり、問題
はきわめて厳しくなる。このため、ウェハなどの基板面
の凹凸、すなわち、平坦度は、パタン解像度の点から、
きわめて重要な要因になっている。したがって、本発明
は、上記基板面の平坦度を、実際の結像光学系内におい
て、位相シフト法を利用して計測できるようにしたもの
である。
For example, in a reduction projection exposure apparatus, when a pattern formed on a mask original plate is imaged and exposed on a substrate surface such as a wafer, it is important that the substrate surface is correctly aligned with the imaging surface. . Particularly, as semiconductor devices have become highly integrated and pattern sizes have become low sub-μm, as in recent years, the depth of focus of the imaging system also falls below μm, and the problem becomes extremely severe. Therefore, the unevenness of the surface of the substrate such as a wafer, that is, the flatness is, in terms of pattern resolution,
It is a very important factor. Therefore, the present invention is such that the flatness of the substrate surface can be measured in the actual imaging optical system using the phase shift method.

【0012】ところで、位相シフト法は、縮小投影露光
法において、解像度を向上させる手法として考案された
もので、マスク上の所定のパタンに位相シフタと呼ばれ
る透明薄膜を重ね、露光光に位相差を導入したものであ
る。例えば、ライン&スペースパタンの場合、マスク上
の互いに隣り合った透過パタンを通過した光の位相差が
180度になるように、ひとつおきの透過パタンに位相
シフタを設ける。これにより、透過パタン間の遮光域で
は、両側の透過パタンを透過した光どうしが干渉して打
消しあい、光強度が弱められてコントラストが改善さ
れ、したがって解像度が向上する。これについては、例
えば、アイ・イー・イー・イー、トランザクション オ
ン エレクトロン デバイスイズ、イー ディー 2
9、ナンバー12(1982年)1828頁〜1836
頁(IEEE ,Trans. Electron Devices,ED29, No.12 (198
2), pp1828〜1836)に詳細に記述されている。
By the way, the phase shift method was devised as a method for improving the resolution in the reduced projection exposure method, and a transparent thin film called a phase shifter was superposed on a predetermined pattern on a mask to give a phase difference to the exposure light. It was introduced. For example, in the case of the line & space pattern, a phase shifter is provided for every other transmission pattern so that the phase difference of the light passing through the transmission patterns adjacent to each other on the mask becomes 180 degrees. As a result, in the light-shielded area between the transmission patterns, the light transmitted through the transmission patterns on both sides interferes with each other and cancels each other out, weakening the light intensity and improving the contrast, thus improving the resolution. About this, for example, IEE, Transaction on Electron Devices, and ED2.
9, No. 12 (1982), pages 1828-1836
Page (IEEE, Trans. Electron Devices, ED29, No.12 (198
2), pp1828-1836).

【0013】上記文献では、位相差が180度の場合に
ついて述べられているが、一方、0度、120度、24
0度の3種の位相差を用いる方法もある。この方法は、
位相差が180度のみの場合、パタンの形状や配置によ
っては、必ずしも隣接パタンの位相差が常に180度に
なるとは限らないために導入されたものである。これに
ついては、例えば、第53回応用物理学会学術講演会講
演予稿集、No.2、16p−L−4(475ページ)
において述べられている。
The above-mentioned document describes the case where the phase difference is 180 degrees, but on the other hand, 0 degrees, 120 degrees, and 24 degrees are used.
There is also a method of using three types of phase difference of 0 degree. This method
If the phase difference is only 180 degrees, it is introduced because the phase difference between adjacent patterns does not always become 180 degrees depending on the shape and arrangement of the pattern. This is described in, for example, Proceedings of the 53rd Japan Society of Applied Physics Academic Conference, No. 2, 16p-L-4 (475 pages)
Are described in.

【0014】ところで、次に、図9に示したようなライ
ン&スペース状のマスクパタンにおいて、透過光の位相
差が順に0度(11)、120度(12)、240度
(13)と変化する場合について、その基板面での結像
について考えてみる。
By the way, next, in the line & space mask pattern as shown in FIG. 9, the phase difference of the transmitted light changes to 0 degree (11), 120 degree (12) and 240 degree (13) in order. Consider the case of imaging on the substrate surface.

【0015】まず、焦点が合っている場合には、基板表
面のマスクパタンに対応した位置に像が形成される。し
かし、焦点がずれた場合には、基板表面の像は、マスク
パタンに対応した位置からずれた位置に形成される。位
相差を与えないマスクパタンではこのような像の位置ず
れは生じないので、焦点がずれた場所では、位相差を与
えたマスクパタンと位相差を与えないマスクパタンとで
は、像位置にずれが生じる。
First, when the image is in focus, an image is formed on the surface of the substrate at a position corresponding to the mask pattern. However, when the focal point is deviated, the image on the substrate surface is formed at a position deviated from the position corresponding to the mask pattern. With a mask pattern that does not give a phase difference, such an image position shift does not occur.Therefore, at a defocused position, there is a difference in image position between the mask pattern that gives a phase difference and the mask pattern that does not give a phase difference. Occurs.

【0016】このような現象は、360度を3以上の自
然数で割った値を位相差値とする周期パタンにおいて生
じるもので、例えば、照明光に対する位相差が0度、9
0度、180度、270度となる周期パタンにおいても
同様に生じる。また、360度の自然数倍を3以上の自
然数で割った値を位相差値としてもよい。ただし、位相
差値が180度、あるいは、その自然数倍の場合には像
の位置ずれ現象が生じないので、除く必要がある。例え
ば、ライン&スペースパタンのように周期的なマスクパ
タンでは、従来型マスクの場合、マスクに垂直な方向で
ある光軸方向に0次回折光が生じ、これに対称に+1次
回折光と−1次回折光、+2次回折光と−2次回折光、
と順に回折光が生じる。これらの回折光が結像系により
基板上に投影、結像されて光学像が形成される。ここ
で、回折光は光軸に対して対称に生じるため、焦点ずれ
により光学像はぼけるが光学像が形成される基板上の位
置は偏位しない。
Such a phenomenon occurs in a periodic pattern having a phase difference value obtained by dividing 360 degrees by a natural number of 3 or more. For example, the phase difference with respect to the illumination light is 0 degrees, 9 degrees.
The same occurs in the periodic patterns of 0 degree, 180 degrees, and 270 degrees. A value obtained by dividing a natural number times 360 degrees by a natural number of 3 or more may be used as the phase difference value. However, when the phase difference value is 180 degrees or a natural multiple thereof, the image position shift phenomenon does not occur, so it must be excluded. For example, in a periodic mask pattern such as a line & space pattern, in the case of a conventional mask, 0th-order diffracted light is generated in the optical axis direction which is a direction perpendicular to the mask, and + 1st-order diffracted light and -1st-order diffracted light are symmetrically generated. Folding light, + 2nd-order diffracted light and -2nd-order diffracted light,
And diffracted light is generated in that order. These diffracted lights are projected and imaged on the substrate by the imaging system to form an optical image. Here, since the diffracted light is generated symmetrically with respect to the optical axis, the optical image is blurred due to defocus, but the position on the substrate where the optical image is formed does not deviate.

【0017】位相差を180度与える位相シフタを周期
的透過パタンひとつおきに繰り返し配置した位相シフト
マスクの場合、隣接した開口部を通過した照明光間に1
80度の位相差が与えられるため光軸方向の0次回折光
は消失し、光軸方向に対称に±1/2次回折光、±3/
2次回折光というように順に回折光が生じる。この場合
も光軸に対して対称に回折光が生じるため、同様に焦点
ずれによる光学像の偏位は生じない。
In the case of a phase shift mask in which a phase shifter that gives a phase difference of 180 degrees is repeatedly arranged for every other periodic transmission pattern, 1 is provided between illumination lights passing through adjacent openings.
Since a phase difference of 80 degrees is given, the 0th-order diffracted light in the optical axis direction disappears, and ± 1 / 2-order diffracted light, ± 3 /
Diffracted light is sequentially generated such as second-order diffracted light. In this case as well, since diffracted light is generated symmetrically with respect to the optical axis, similarly, deviation of the optical image due to defocus is not generated.

【0018】一方、180度あるいは180度に自然数
倍の値以外の位相差値で周期パタンに対して階段的に変
化させて位相を配置した位相シフトマスクの場合、ある
ひとつの透過パタンの両隣の透過パタン間では位相の値
が異なるため、位相が非対称に配置され偏りが生じる事
になる。
On the other hand, in the case of a phase shift mask in which the phase is arranged stepwise with respect to the periodic pattern with a phase difference value other than 180 ° or a value that is a natural number multiple of 180 °, both sides of a certain transmission pattern are adjacent. Since the phase values differ between the transmission patterns of, the phases are asymmetrically arranged and a bias occurs.

【0019】例えば、0度、120度、240度の3種
類に位相差を周期的に配置した位相シフトマスクの場
合、開口部3つごとに同じ位相差が配置される。従っ
て、位相差0度の透過パタンの両隣の位相差はそれぞれ
120度と240度になり位相差が非対称に配置される
ため、位相の偏りが生じる。これによりマスクを通過し
た照明光により生じる回折光が光軸に対して非対称にな
るため、焦点ずれにより基板面内で光学像の偏位が生じ
る。
For example, in the case of a phase shift mask in which phase differences are periodically arranged in three types of 0 degree, 120 degrees, and 240 degrees, the same phase difference is arranged for every three openings. Therefore, the phase differences on both sides of the transmission pattern having a phase difference of 0 degrees are 120 degrees and 240 degrees, respectively, and the phase differences are asymmetrically arranged, so that a phase deviation occurs. As a result, the diffracted light generated by the illumination light that has passed through the mask becomes asymmetric with respect to the optical axis, so that the optical image is deviated in the plane of the substrate due to defocus.

【0020】ここで、上記の3種類の位相差を周期的透
過パタンに周期的に配置した位相シフトマスクを用いた
場合の例で、完全コヒーレント照明での基板上での光強
度分布I(x)を理論計算すると次式が得られる。
Here, an example in which a phase shift mask in which the above three types of phase differences are periodically arranged in a periodic transmission pattern is used, the light intensity distribution I (x) on the substrate in perfect coherent illumination is shown. ) Is theoretically calculated, the following equation is obtained.

【0021】[0021]

【数1】 [Equation 1]

【0022】ただし、xは基板上の周期方向の位置、λ
は照明光の波長、Lは透過パタンの配置周期、zは焦点
ずれ量である。透過パタンの幅はL/2とした。(数
1)で表わされるように、焦点ずれ量zに対して光学像
が形成される基板面上の位置が線形的に偏位することが
わかる。
Where x is the position in the periodic direction on the substrate, λ
Is the wavelength of the illumination light, L is the arrangement pattern of the transmission pattern, and z is the defocus amount. The width of the transmission pattern was L / 2. As expressed by (Equation 1), it can be seen that the position on the substrate surface where the optical image is formed is linearly displaced with respect to the defocus amount z.

【0023】図1は、結像光学系のレンズの開口数(N
A)が0.52、照明光の干渉の度合いを表すコヒーレ
ンスファクタ(σ)値が0.3および0.5、露光波長
λが365nmの条件に対して、パタン投影像の位置ず
れ量を理論計算した結果を示したものである。ここでマ
スクパタンとしては、図5に示すパタンを仮定した。す
なわち、開口パタン幅は0.4μm、開口部の配置ピッ
チは0.8μm、また、周期パタン21において、透過
パタンを通過した照明光に与えられる位相差を位置の正
方向の順に、0度(11)、120度(12)、240
度(13)とした。図1の横軸は焦点のずれ量を表し、
縦軸は基板上に形成された投影像の位置ずれ量を表して
いる。ここで、σ値が小さい方が位置ずれ量が大きいの
は、σ値の小さい方が照明光の干渉性が高く、干渉効果
が大きいためである。なお、図14に、図5のマスクに
おいて焦点がずれた場合の、マスクA−A′(21)と
B−B′(24)に対応する像の光強度分布を模式的に
示した。位相差が与えられた周期パタン21の像と、位
相差が与えられていない周期パタン24の像とでは、図
14に示すように、位置ずれが生じる。
FIG. 1 shows the numerical aperture (N) of the lens of the imaging optical system.
A) is 0.52, the coherence factor (σ) value indicating the degree of interference of illumination light is 0.3 and 0.5, and the exposure wavelength λ is 365 nm. The result of the calculation is shown. Here, the pattern shown in FIG. 5 is assumed as the mask pattern. That is, the opening pattern width is 0.4 μm, the arrangement pitch of the openings is 0.8 μm, and the phase difference given to the illumination light that has passed through the transmission pattern in the periodic pattern 21 is 0 degrees (in order of positive position). 11), 120 degrees (12), 240
(13). The horizontal axis in FIG. 1 represents the amount of defocus,
The vertical axis represents the amount of positional deviation of the projected image formed on the substrate. Here, the smaller the σ value is, the larger the positional deviation amount is because the smaller the σ value is, the higher the coherence of the illumination light is and the larger the interference effect is. Note that FIG. 14 schematically shows the light intensity distributions of the images corresponding to the masks AA ′ (21) and BB ′ (24) when the mask of FIG. 5 is out of focus. As shown in FIG. 14, a positional shift occurs between the image of the periodic pattern 21 to which the phase difference is given and the image of the periodic pattern 24 to which the phase difference is not given.

【0024】図8は位相差を位置の向きに240度(1
3)、120度(12)、0度(11)の順に、図9は
逆に、0度(11)、120度(12)、240度(1
3)の順に配置した例を示したものである。図8と図9
とでは、位置ずれの大きさは同じになるが、位置ずれの
向きは逆になる。これらの位置ずれ量は、用いる装置の
光学定数やマスクパタン寸法、与える位相差値などによ
って変るが、ある一定の条件においては、ずれ量とずれ
の方向とは一義的に定まる。したがって、上記の位置ず
れ量とその向きとを測定することにより、基板面の焦点
ずれ量、すなわち基板面の平坦度を計測することが可能
になる。
FIG. 8 shows that the phase difference is 240 degrees (1
3), 120 degrees (12), and 0 degrees (11) in that order, conversely in FIG. 9, 0 degrees (11), 120 degrees (12), 240 degrees (1
3 shows an example in which they are arranged in the order of 3). 8 and 9
In and, the magnitude of the positional deviation is the same, but the direction of the positional deviation is opposite. The positional deviation amount varies depending on the optical constant of the apparatus used, the mask pattern size, the phase difference value to be given, and the like, but the deviation amount and the deviation direction are uniquely determined under certain fixed conditions. Therefore, it becomes possible to measure the amount of defocus of the substrate surface, that is, the flatness of the substrate surface by measuring the amount of positional deviation and the direction thereof.

【0025】ところで、一般に、ずれ量や寸法を高精度
に、かつ、容易に測定する方法に、バーニアパタンを用
いる方法がある。バーニアパタンは、僅かに周期の異な
る2組の周期パタンを並べ、周期パターンの一方を基準
となるパタンとし、もう一方を測定用のパタンとしたも
のである。例えば、周期0.80μmと0.81μmの
2組の周期パタンをバーニアパタンとして用いると、
0.01μmの分解能でずれ量を測定することができ
る。この方法は投影露光装置の重ね合わせ精度を測定す
る際に用いられ、また、ノギスの目盛りにも、これと同
じ原理が用いられている。
By the way, in general, there is a method of using a vernier pattern as a method of measuring the amount of deviation and the dimension with high accuracy and easily. In the vernier pattern, two sets of periodic patterns having slightly different periods are arranged, one of the periodic patterns is used as a reference pattern, and the other is used as a measurement pattern. For example, if two sets of periodic patterns having a period of 0.80 μm and 0.81 μm are used as vernier patterns,
The amount of deviation can be measured with a resolution of 0.01 μm. This method is used when measuring the overlay accuracy of the projection exposure apparatus, and the same principle is used for the calipers scale.

【0026】そこで本発明では、バーニアパタンの一方
の周期パタンとして位相差を与えないマスクパタンを用
い、もう一方の周期パタンには位相差を与えたマスクパ
タンを用いた。図2は、このようなバーニアパタンの例
を模式的に示した図である。ここで、基準となるパタン
には第2の周期パタン22が、測定用のパタンには第1
の周期パタン21が対応している。第2の周期パタン2
2は通常の透過パタンで開口部11′の周期は0.81
μm、開口部幅は0.4μmであり、第1の周期パタン
21は開口部の周期が0.80μm、開口部幅が0.4
μmで、かつ、左から順に、0度(11)、120度
(12)、240度(13)の位相差が与えられてい
る。
Therefore, in the present invention, a mask pattern that does not give a phase difference is used as one periodic pattern of the vernier pattern, and a mask pattern that gives a phase difference is used as the other periodic pattern. FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of such a vernier pattern. Here, the second periodic pattern 22 is used as the reference pattern, and the first periodic pattern 22 is used as the measurement pattern.
Corresponds to the periodic pattern 21. Second cycle pattern 2
2 is a normal transmission pattern, and the period of the opening 11 'is 0.81.
μm, the opening width is 0.4 μm, and the first periodic pattern 21 has an opening cycle of 0.80 μm and an opening width of 0.4.
.mu.m, and the phase differences of 0 degree (11), 120 degrees (12), and 240 degrees (13) are given in order from the left.

【0027】ところで、焦点ずれ量とパタンの位置ずれ
量の関係は、図1に示したように、ほぼ線形関係にあ
り、
By the way, the relationship between the amount of defocus and the amount of pattern misregistration is almost linear as shown in FIG.

【0028】[0028]

【数2】 [Equation 2]

【0029】で表すことができる。ここで、パタン位置
ずれ量をδd、焦点ずれ量をδzとし、結像光学系のN
A=0.52、σ=0.3、λ=365nmを仮定し
た。なお、比例係数0.09は結像系の条件、パタンの
寸法、周期などに依存する定数である。そこで、図2の
バーニアパタンを結像光学系により基板上のレジストに
転写し、周期パタン21と周期パタン22とのレジスト
パタンの位置ずれ量δzを測定すれば、(数2)の式か
ら、焦点ずれの量δzを求めることができる。なお、位
相差の配置順によってパタンの位置ずれの向きが逆にな
ることを利用して、例えば、バーニアパタンの一方の周
期パタンは0度、120度、240度の順に、もう一方
の周期パタンは0度、240度、120度の順に位相差
を与えたマスクパタンとすれば、相対的に偏位量が約2
倍になるため、測定が容易になるとともに測定精度を向
上できる。
It can be represented by Here, the pattern position shift amount is δd, the focus shift amount is δz, and N of the imaging optical system is set.
A = 0.52, σ = 0.3, and λ = 365 nm were assumed. The proportionality coefficient 0.09 is a constant that depends on the conditions of the imaging system, the pattern size, the period, and the like. Then, the vernier pattern of FIG. 2 is transferred to the resist on the substrate by the imaging optical system, and the positional deviation amount δz of the resist pattern between the periodic pattern 21 and the periodic pattern 22 is measured. The amount of defocus δz can be obtained. It should be noted that by utilizing the fact that the direction of the positional deviation of the patterns is reversed depending on the arrangement order of the phase differences, for example, one cycle pattern of the vernier pattern is 0 degree, 120 degrees, and 240 degrees in the order of the other cycle pattern. Is a mask pattern in which a phase difference is given in the order of 0 degree, 240 degrees, and 120 degrees, the relative displacement amount is about 2
Since it is doubled, the measurement becomes easy and the measurement accuracy can be improved.

【0030】そして、これらの測定パタンをマスク原板
のパタン転写領域全面に設けることにより、基板面のパ
タン転写領域全面について焦点ずれ量、すなわち、基板
面の凹凸、平坦度を求めることができる。図4はその一
例で、パタン転写領域30内に、測定用パタン31を9
個配置した例である。また、パタン転写領域30内全面
に、図8、図9に示したような周期パタンを一様に設け
ると、特定の位置での焦点ずれ量、すなわち基板面の凹
凸の絶対値を求めることは難しいが、凹凸の変化する場
所ではパタンに位置ずれが生じ、周期パタンに歪みが生
じるので、凹凸の存在する場所を容易に見出だすことが
できる。
By providing these measurement patterns on the entire surface of the pattern transfer area of the mask original plate, the amount of defocus, that is, the unevenness and flatness of the surface of the substrate can be obtained for the entire surface of the pattern transfer area on the substrate surface. FIG. 4 shows an example thereof, in which the measurement pattern 31 is set in the pattern transfer area 30.
This is an example of individual arrangement. Further, if the periodic patterns shown in FIGS. 8 and 9 are uniformly provided on the entire surface of the pattern transfer area 30, the defocus amount at a specific position, that is, the absolute value of the unevenness of the substrate surface cannot be obtained. Although it is difficult, a position shift occurs in a place where the unevenness changes, and a distortion occurs in the periodic pattern, so that the place where the unevenness exists can be easily found.

【0031】なお、実際の投影露光装置では、結像光学
系の特性により、像面は必ずしも完全な平面ではなく、
若干、湾曲している場合がある。したがって、上記の平
坦度の測定結果の中には、この像面湾曲の影響も含まれ
ているので、予めこの像面湾曲の影響を考慮しておく必
要がある。しかし逆に、この測定結果から、露光基板を
設置する基板ステージの凹凸に補正を加え、基板面を正
しく結像面に一致させることも可能になるし、また、完
全平面の基板を用いると、結像光学系の像面湾曲度を計
測することもできる。
In an actual projection exposure apparatus, the image plane is not always a perfect plane due to the characteristics of the image forming optical system.
It may be slightly curved. Therefore, since the influence of this field curvature is included in the above-mentioned measurement result of the flatness, it is necessary to consider the influence of this field curvature in advance. However, conversely, from this measurement result, it is also possible to correct the unevenness of the substrate stage on which the exposure substrate is installed, and to make the substrate surface correctly coincide with the image plane, and if a perfectly flat substrate is used, It is also possible to measure the curvature of field of the imaging optical system.

【0032】以上述べたように、本発明によれば、ウェ
ハなどの基板を投影露光装置などの結像光学系の中に実
装した状態で、その平坦度を計測することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to measure the flatness of a substrate such as a wafer mounted in an imaging optical system such as a projection exposure apparatus.

【0033】[0033]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕本実施例では、まず、縮小比5:1のi線
(露光波長λ=365nm)縮小投影露光装置(開口数
NA=0.52)用の面精度計測用原板(以下、マス
ク)の製造法について述べる。
[Embodiment 1] In this embodiment, first, an original plate for measuring surface accuracy for an i-line (exposure wavelength λ = 365 nm) reduction projection exposure apparatus (numerical aperture NA = 0.52) (hereinafter, The mask manufacturing method will be described.

【0034】本実施例で用いた測定パタンの模式図を図
2に示す。図2に示したパタンはバーニアパタンとして
用いるものであり、中央付近の透過パタン11の1本が
ずれ無しで連続するように配置してある。第1の周期パ
タン21の開口部の周期は0.80μm、透過パターン
11、12、13の幅を0.4μmとし、位相差を与え
ない第2の周期パターン22の周期は0.81μm、透
過パターン11′の幅を0.4μmとした。また、周期
パターン21、22の長さを10μmとし、5本ごとに
15μmとしたが、これは測定時の便利さを考慮したた
めであり、これらの形状、寸法は、上記のものに限るも
のではない。
FIG. 2 shows a schematic view of the measurement pattern used in this example. The pattern shown in FIG. 2 is used as a vernier pattern, and one of the transmission patterns 11 near the center is arranged so as to be continuous without displacement. The period of the opening of the first periodic pattern 21 is 0.80 μm, the width of the transmission patterns 11, 12 and 13 is 0.4 μm, and the period of the second periodic pattern 22 that does not give a phase difference is 0.81 μm. The width of the pattern 11 'was 0.4 μm. Further, the length of the periodic patterns 21 and 22 is set to 10 μm, and the length is set to 15 μm for every five lines, but this is because the convenience at the time of measurement is taken into consideration, and these shapes and dimensions are not limited to those described above. Absent.

【0035】次に、図6の断面図にもとづき、第1の周
期パターン21の製造法について述べる。
Next, a method of manufacturing the first periodic pattern 21 will be described with reference to the sectional view of FIG.

【0036】まず、合成石英基板1上に遮光膜としてク
ロム膜を80nm積層した。このクロム膜を公知の方法
により所定のパターンに加工して遮光パターン2を形成
した。
First, a chromium film having a thickness of 80 nm was laminated as a light-shielding film on the synthetic quartz substrate 1. This chrome film was processed into a predetermined pattern by a known method to form a light shielding pattern 2.

【0037】次に第1の位相シフタ3を形成するために
塗布型ガラスOCDタイプ7(東京応化工業、製品)を
スピン塗布し、温度200℃で30分間熱処理して塗布
型ガラス膜を形成した。一般に、位相差θ度を導入する
ための位相シフタの膜厚dは、次式で決定される。
Next, in order to form the first phase shifter 3, coating glass OCD type 7 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was spin-coated and heat-treated at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes to form a coating glass film. . Generally, the film thickness d of the phase shifter for introducing the phase difference θ degree is determined by the following equation.

【0038】[0038]

【数3】 [Equation 3]

【0039】ここで、dは位相シフタ膜厚、λは露光波
長、n1は露光波長λにおける位相シフタ膜の屈折率、
θ〔度〕は位相差である。また、n0は露光波長λにお
ける空気の屈折率であり、実用上は1として良い。本実
施例ではλ=365nm、n1=1.45、n0=1で
あった。したがって、位相差120度を与える位相シフ
タの膜厚は、(数3)より約270nmとなる。そこで
本実施例では上記塗布型ガラス膜厚が270nmとなる
ように形成した。
Here, d is the thickness of the phase shifter film, λ is the exposure wavelength, n1 is the refractive index of the phase shifter film at the exposure wavelength λ,
θ [degree] is a phase difference. Further, n0 is the refractive index of air at the exposure wavelength λ, and may be set to 1 in practice. In this example, λ = 365 nm, n1 = 1.45, and n0 = 1. Therefore, the film thickness of the phase shifter that gives a phase difference of 120 degrees is about 270 nm from (Equation 3). Therefore, in this embodiment, the coating type glass is formed to have a film thickness of 270 nm.

【0040】次に、電子線用ネガ型レジストRD200
0N(日立化成、製品)を塗布し、所定の条件を用いて
プリベーク、電子線描画、現像、ポストベークを行い、
レジストパタンを形成した。形成したレジストパタンを
マスクとして、上記塗布型ガラス膜を所定のエッチング
液を用いて湿式エッチングし、レジストパタンを除去し
て第1の位相シフタ3を形成した。そして、第2の位相
シフタ4を形成するために塗布型ガラスOCDタイプ7
(東京応化工業、製品)をスピン塗布し、温度80℃で
5分間熱処理した。以下では、塗布型ガラスが電子線の
照射に対して感光し、ネガ型に作用することを利用し
た。
Next, a negative resist RD200 for electron beam is used.
0N (Hitachi Chemical, product) is applied, pre-baking, electron beam drawing, development, and post-baking are performed under predetermined conditions.
A resist pattern was formed. Using the formed resist pattern as a mask, the coating type glass film was wet-etched using a predetermined etching solution to remove the resist pattern and form the first phase shifter 3. Then, in order to form the second phase shifter 4, the coated glass OCD type 7
(Tokyo Ohka Kogyo, product) was spin-coated and heat-treated at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes. In the following, the fact that the coating type glass is exposed to the irradiation of electron beams and acts as a negative type is used.

【0041】次に、電子線描画装置を用いて所定の第2
の位相シフタパタンを描画し、メタノールで30秒間現
像し、さらに温度200℃で30分間熱処理して、所定
の第2の位相シフタ4を形成した。ここで、第2の位相
シフタパタンにより位相差240度を与えるために、第
2の位相シフタ4の膜厚は540nmにした。
Next, using an electron beam drawing apparatus, a predetermined second
The phase shifter pattern of 3 was drawn, developed with methanol for 30 seconds, and further heat-treated at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes to form a predetermined second phase shifter 4. Here, the film thickness of the second phase shifter 4 was set to 540 nm in order to give a phase difference of 240 degrees by the second phase shifter pattern.

【0042】こうして、図6に示したマスク構造を形成
し、これを位相差のない開口部群と並べて配置して、図
2に示した測定用パタンを有するマスクを作製した。
In this way, the mask structure shown in FIG. 6 was formed, and this was arranged side by side with the aperture group having no phase difference, and the mask having the measurement pattern shown in FIG. 2 was produced.

【0043】なお、本実施例では図4に示したように、
転写領域30内の9個所に格子状に測定用パタン31を
配置した。しかし、配置位置や配置個数等はこれに限ら
ず、必要に応じて任意に選ぶことができる。
In this embodiment, as shown in FIG.
The measurement patterns 31 were arranged in a grid pattern at nine positions in the transfer area 30. However, the arrangement position, the arrangement number, and the like are not limited to this, and can be arbitrarily selected as needed.

【0044】次に、作製したマスク及び上記縮小投影露
光装置を用いて、シリコン基板上にスピン塗布したレジ
ストを所定の条件で露光、現像してレジストパタンを形
成した。そして、光学顕微鏡を用いて形成したレジスト
パタンの位置ずれ量を測定し、測定結果より転写領域3
0内の焦点位置分布を求めた。なお、第2の周期パタン
22上に、第1の周期パタン21における位相差配置順
0度、120度、240度を逆にして0度、240度、
120度の順に位相差を配置すれば、両者の相対位置ず
れ量が約2倍になるため、測定が容易になるとともに測
定精度を向上できる。
Next, using the prepared mask and the above-mentioned reduction projection exposure apparatus, a resist spin-coated on a silicon substrate was exposed and developed under predetermined conditions to form a resist pattern. Then, the amount of positional deviation of the resist pattern formed using the optical microscope is measured, and the transfer region 3 is determined from the measurement result.
The focus position distribution within 0 was obtained. It should be noted that on the second periodic pattern 22, the phase difference arrangement order of 0 °, 120 °, 240 ° in the first periodic pattern 21 is reversed by 0 °, 240 °,
If the phase differences are arranged in the order of 120 degrees, the relative positional deviation amount between the two becomes approximately twice, so that the measurement becomes easy and the measurement accuracy can be improved.

【0045】以上では透過照明用のマスクを用いた実施
例について説明したが、同様の原理に基づいた反射照明
用のマスクを用いれば、同様の測定が可能であることは
言うまでもない。
Although an embodiment using a mask for transmitted illumination has been described above, it goes without saying that the same measurement can be performed by using a mask for reflected illumination based on the same principle.

【0046】〔実施例2〕本実施例では、図3に示した
ような測定パタンを形成した。周期パタン23の透過部
の周期を0.8μm、透過パタン14の幅寸法を1μm
とした。このように透過パタン14の幅寸法を大きくし
たのは、一般に、通常の透過パタンでは、位相シフトの
原理を用いたパタンに比べて解像度が低いので、透過パ
タン14は像ずれ量測定の基準となるパタンであるか
ら、十分に解像されるように幅広くしたのである。以
下、周期パタン23の製造法を、図7の断面構造図をも
とに説明する。
Example 2 In this example, a measurement pattern as shown in FIG. 3 was formed. The period of the transmission part of the periodic pattern 23 is 0.8 μm, and the width dimension of the transmission pattern 14 is 1 μm.
And The reason why the width dimension of the transmissive pattern 14 is increased in this way is that the ordinary transmissive pattern generally has a lower resolution than the pattern using the principle of phase shift, and therefore the transmissive pattern 14 serves as a reference for measuring the image shift amount. Therefore, the pattern was wide enough to be fully resolved. Hereinafter, a method for manufacturing the periodic pattern 23 will be described with reference to the sectional structural view of FIG. 7.

【0047】まず、合成石英基板1上に位相差120度
を与える位相シフタ膜として酸化シリコン膜5、遮光膜
としてクロム膜80nm、を順に積層し、クロム膜を公
知の方法により所定のパタンに加工して遮光パタン2を
形成した。酸化シリコン膜の屈折率n1=1.45であ
ったので、位相差120度を与える酸化シリコン膜5の
膜厚は約270nmとした。
First, a silicon oxide film 5 as a phase shifter film giving a phase difference of 120 degrees and a chromium film 80 nm as a light-shielding film are sequentially laminated on a synthetic quartz substrate 1, and the chromium film is processed into a predetermined pattern by a known method. Thus, the light shielding pattern 2 was formed. Since the refractive index n1 of the silicon oxide film was 1.45, the film thickness of the silicon oxide film 5 giving a phase difference of 120 degrees was set to about 270 nm.

【0048】次に、電子線用ポジ型レジストOEBR2
000(東京応化工業、製品)を塗布し、所定の条件を
用いてプリベーク、電子線描画、現像、ポストベークを
行い、レジストパタンを形成した。形成したレジストパ
タンをマスクとして、酸化シリコン膜5を所定のエッチ
ング液を用いて湿式エッチングし、さらにレジストパタ
ンを除去した。
Next, an electron beam positive resist OEBR2
000 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was applied, and prebaking, electron beam drawing, development, and postbaking were performed under predetermined conditions to form a resist pattern. Using the formed resist pattern as a mask, the silicon oxide film 5 was wet-etched using a predetermined etching solution, and the resist pattern was removed.

【0049】しかる後に、第2の位相シフタ3の材料で
ある塗布型ガラスOCDタイプ7(東京応化工業、製
品)をスピン塗布し、温度80℃で5分間熱処理した。
次に、電子線描画装置を用いて所定の第2の位相シフタ
パタンを描画し、メタノールで30秒間現像し、さらに
温度200℃で30分間熱処理して、所定の位相シフタ
3を形成した。ここで、位相シフタ3により120度の
位相差を与えるために、膜厚は270nmとした。本実
施例では、上記の測定用パタンを転写領域の25個所に
格子状に配置した。
Thereafter, coating type glass OCD type 7 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.), which is the material of the second phase shifter 3, was spin-coated and heat-treated at a temperature of 80 ° C. for 5 minutes.
Next, a predetermined second phase shifter pattern was drawn by using an electron beam drawing apparatus, developed with methanol for 30 seconds, and further heat-treated at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes to form a predetermined phase shifter 3. Here, in order to give a phase difference of 120 degrees by the phase shifter 3, the film thickness was 270 nm. In this example, the above-mentioned measurement patterns were arranged in a grid pattern at 25 locations in the transfer area.

【0050】なお、本実施例では、上記のマスクを用い
てシリコン基板上のレジストに露光してパタンを形成し
た後、電子線測長装置(日立製、S6100型)を用い
てパタンの位置ずれ量を測定し、転写領域内の焦点ずれ
の分布、つまり平坦度を求めた。
In this embodiment, after the resist on the silicon substrate is exposed by using the above mask to form a pattern, the position of the pattern is displaced by using an electron beam length measuring device (Hitachi, S6100 type). The amount was measured and the distribution of defocus in the transfer area, that is, the flatness was obtained.

【0051】〔実施例3〕本実施例では、実施例1で述
べた製造法により、図9に示したマスクパタンを転写領
域内全面に形成した。
[Embodiment 3] In this embodiment, the mask pattern shown in FIG. 9 is formed on the entire surface of the transfer region by the manufacturing method described in Embodiment 1.

【0052】作製したマスク及び上記縮小投影露光装置
を用いて、シリコン基板上にスピン塗布したレジストを
所定の条件で露光、現像してレジストパタンを形成し
た。形成したレジストパタンを観察したところ、20m
m角の転写領域の中心から10mm程度の位置で周期パ
タンのずれが観察され、この領域でシリコン基板表面に
凹凸が生じていることがわかった。
A resist pattern was formed by exposing and developing a resist spin-coated on a silicon substrate under predetermined conditions by using the prepared mask and the above-mentioned reduction projection exposure apparatus. When the formed resist pattern was observed, it was 20 m
A shift of the periodic pattern was observed at a position of about 10 mm from the center of the m-square transfer region, and it was found that unevenness was generated on the surface of the silicon substrate in this region.

【0053】〔実施例4〕本実施例では、実施例3で述
べたようにして、図8に示したマスクパタンを転写領域
内全面に形成した。
[Embodiment 4] In this embodiment, as described in Embodiment 3, the mask pattern shown in FIG. 8 is formed on the entire surface of the transfer region.

【0054】作製したマスク及び上記縮小投影露光装置
を用いて、シリコン基板上にスピン塗布したポジ型レジ
ストを所定の条件で露光し、さらに、マスクをパタン面
内で180度回転して周期の半ピッチ分だけずらして重
ね露光し、現像してレジストパタンを形成した。ここ
で、マスクを回転させて周期の半分だけずらして二重露
光することにより、露光領域全面が露光されるようにな
る。さらに、マスクを180度回転することにより、焦
点ずれに対してパタン位置ずれの方向が逆になる。これ
により、焦点が合っている部分のレジストパタンは現像
後に消滅するが、焦点が外れてパタン位置がずれた部分
では、全面露光されずにレジストパタンが部分的に形成
される。このため、レジストパタンが形成された部分の
パタン位置を計測すれば、周期ずれの起こった位置、す
なわち面が平坦でない部分を容易に測定することができ
る。なお、上記ではマスクを180度回転させたが、マ
スクは回転させずにシリコン基板を基板ホルダごと18
0度回転させても、同様の効果は得られる。
Using the prepared mask and the above-mentioned reduction projection exposure apparatus, a positive type resist spin-coated on a silicon substrate is exposed under a predetermined condition, and the mask is rotated 180 degrees in the pattern plane to obtain a half cycle. The resist pattern was formed by shifting the pitch and exposing it in layers and developing. Here, by rotating the mask and shifting by a half of the cycle to perform double exposure, the entire exposure region is exposed. Further, by rotating the mask by 180 degrees, the pattern position shift direction is opposite to the focus shift direction. As a result, the resist pattern in the in-focus portion disappears after development, but in the portion out of focus and the pattern position deviated, the resist pattern is partially formed without being entirely exposed. Therefore, by measuring the pattern position of the portion where the resist pattern is formed, it is possible to easily measure the position where the cycle shift occurs, that is, the portion where the surface is not flat. Although the mask is rotated 180 degrees in the above description, the silicon substrate is rotated together with the substrate holder 18 without rotating the mask.
Even if it is rotated by 0 degree, the same effect can be obtained.

【0055】〔実施例5〕本実施例で用いたマスクのパ
タン配置を図10に示す。
[Embodiment 5] FIG. 10 shows the pattern layout of the mask used in this embodiment.

【0056】本実施例では、実施例3で述べたようにし
て、図8に示したマスクパタンを転写領域の左半分の転
写領域32の全面に、また右半分の転写領域33には、
左半面のパタンを左右反転させた図9のマスクパタンを
全面に形成した。
In the present embodiment, as described in the third embodiment, the mask pattern shown in FIG. 8 is applied to the entire surface of the transfer area 32 in the left half of the transfer area and to the transfer area 33 in the right half.
A mask pattern shown in FIG. 9 in which the pattern on the left half surface is horizontally reversed is formed.

【0057】次に、このマスクを用い、転写領域32と
転写領域33とが重なり合うようにシリコン基板を平行
移動させて二重露光すると、実施例4と全く同様の効果
が得られる。この場合、実施例4のようにマスク全体を
180度回転させる必要がないので、簡便に計測ができ
る。
Next, using this mask, the silicon substrate is moved in parallel so that the transfer region 32 and the transfer region 33 overlap each other, and double exposure is performed, and the same effect as that of the fourth embodiment is obtained. In this case, it is not necessary to rotate the entire mask by 180 degrees as in the fourth embodiment, so that the measurement can be easily performed.

【0058】〔実施例6〕本実施例では、図5に示した
計測用のマスクパタンを、転写領域内の所定の位置に配
置した面精度計測用マスクを製造した。
[Embodiment 6] In this embodiment, a mask for surface accuracy measurement is manufactured in which the measurement mask pattern shown in FIG. 5 is arranged at a predetermined position in the transfer area.

【0059】本実施例において、周期パタン21と周期
パタン24の透過部の周期は0.45μm同一とし、そ
れぞれの透過領域を隣接して配置した。なお、図15に
示したように、それぞれ3個の透過部を等ピッチで配置
しても位置ずれ効果は生じるが、透過部は3個以上配置
することが望ましい。
In the present embodiment, the periods of the transmissive portions of the periodic pattern 21 and the periodic pattern 24 are 0.45 μm, and the transmissive regions are arranged adjacent to each other. Note that, as shown in FIG. 15, even if three transmissive portions are arranged at equal pitches, the positional displacement effect is produced, but it is desirable to dispose three or more transmissive portions.

【0060】製造したマスクを用い形成したレジストパ
タンを、マスクパタン寸法自動測定装置を用いて計測し
た。周期パタン21によって形成されたレジストパタン
と、周期パタン24によって形成されたパタンとの位置
ずれ量を計測した結果、上記基板は高さ1μmの凹凸を
有する平面であることがわかった。
The resist pattern formed using the manufactured mask was measured by using a mask pattern dimension automatic measuring device. As a result of measuring the amount of positional deviation between the resist pattern formed by the periodic pattern 21 and the pattern formed by the periodic pattern 24, it was found that the substrate was a flat surface having irregularities with a height of 1 μm.

【0061】〔実施例7〕本実施例では、実施例1で述
べたようにして、図16に示したマスクパタンを転写領
域内に複数個配置したマスクを作製した。
[Embodiment 7] In this embodiment, as described in Embodiment 1, a mask having a plurality of mask patterns shown in FIG. 16 arranged in the transfer region is manufactured.

【0062】本実施例では、幅0.5μm、長さ15μ
mの透過領域をピッチ1μmで10本配置した周期パタ
ンを、一辺20μmの正方形の遮光領域10の中央部に
配置した。位相差は0度(11)、120度(12)、
240度(13)の3種類とし、図16に示した順に配
置した。なお、寸法はマスクパタンを転写する基板上の
寸法であり、また、パタン寸法値、位相差、位相差の配
置も上記に限るものではない。
In this embodiment, the width is 0.5 μm and the length is 15 μm.
A periodic pattern in which 10 m transparent regions were arranged at a pitch of 1 μm was arranged in the central portion of a square light shielding region 10 having a side of 20 μm. The phase difference is 0 degrees (11), 120 degrees (12),
There are three types of 240 degrees (13), and they are arranged in the order shown in FIG. The dimensions are those on the substrate onto which the mask pattern is transferred, and the pattern dimension value, the phase difference, and the arrangement of the phase differences are not limited to the above.

【0063】作製したマスク及び縮小比5:1のi線縮
小投影露光装置を用いて、シリコン基板上にスピン塗布
したポジ型レジストを所定の条件で露光した。ここで、
透過領域を周期的レジストパタンではなく1個の連続し
たレジストパタンが形成されるようにするために、露光
量を通常より多くしてオーバー露光した。周期パタンに
より形成されたレジストパタンのパターンエッジ位置は
焦点位置に応じて周期方向に移動するため、オーバー露
光により形成された1個のレジストパタンの位置も焦点
位置に応じて移動する。これに対して、周期パタンの周
囲に配置した通常のパタンにより形成されたレジストパ
タンの位置は焦点位置に対して移動しない。これによ
り、両者の相対位置関係を測定することにより、転写基
板面の凹凸を測定することができる。
Using the prepared mask and an i-line reduction projection exposure apparatus with a reduction ratio of 5: 1, a positive resist spin-coated on a silicon substrate was exposed under predetermined conditions. here,
In order to form one continuous resist pattern in the transmissive region instead of the periodic resist pattern, the exposure amount was made higher than usual and overexposed. Since the pattern edge position of the resist pattern formed by the periodic pattern moves in the periodic direction according to the focal position, the position of one resist pattern formed by overexposure also moves according to the focal position. On the other hand, the position of the resist pattern formed by the normal pattern arranged around the periodic pattern does not move with respect to the focal position. Thereby, the unevenness of the transfer substrate surface can be measured by measuring the relative positional relationship between the two.

【0064】形成したレジストパタンの位置ずれ量を重
ね合わせ精度自動測定装置LAMU600(日立製作
所、製品)を用いて測定し、シリコン基板表面の凹凸量
を計測した。
The amount of positional deviation of the formed resist pattern was measured using an overlay precision automatic measurement apparatus LAMU600 (product of Hitachi, Ltd.) to measure the amount of irregularities on the surface of the silicon substrate.

【0065】〔実施例8〕本実施例では、図17に示し
たように、図16に示したマスクパタンとこれを90度
回転したマスクパタンを隣合わせに配置したパタンを、
転写領域内に複数個配置したマスクを作製した。これ
は、縦方向パタンと横方向パタンで結像特性が異なる恐
れがあることを考慮したために設けたものである。
[Embodiment 8] In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the mask pattern shown in FIG. 16 and the mask pattern obtained by rotating the mask pattern by 90 degrees are arranged next to each other.
A plurality of masks arranged in the transfer area were produced. This is provided in consideration of the possibility that the image forming characteristics may differ between the vertical pattern and the horizontal pattern.

【0066】実施例7で述べたようにして形成したレジ
ストパタンの位置ずれ量を重ね合わせ精度自動測定装置
LAMU600(日立製作所、製品)を用いて測定し
た。
The amount of positional deviation of the resist pattern formed as described in Example 7 was measured by using an overlay accuracy automatic measuring device LAMU600 (manufactured by Hitachi, Ltd.).

【0067】なお、照明光に位相差を与えるためのマス
ク構造としては、上記で述べたものに限らず、例えば図
12に示したように遮光パタンを設けないもの、あるい
は、図11に示したように異なる屈折率を有する材料
6、7、8をそれぞれの位相差を与える透過パタン上に
配置したものなどがある。
The mask structure for imparting the phase difference to the illumination light is not limited to the one described above, and for example, the one without the light shielding pattern as shown in FIG. 12 or the one shown in FIG. As described above, materials 6, 7 and 8 having different refractive indexes are arranged on a transmission pattern which gives respective phase differences.

【0068】また、以上では、おもに透過照明で用いる
マスク原板について説明したが、反射照明で用いるマス
ク原板についても同様の原理を応用することが可能であ
る。反射型マスク原板9では、光が反射する部分が透過
型原板の開口パタンに相当する。位相差は、例えば図1
3に示したように、反射面に段15、16、17を設け
ることにより与えることができる。例えば、反射面にほ
ぼ垂直に照明光が入射する場合、120度の位相差を与
えるにはλ/6の段差を設ければ良い。
Further, although the mask original plate used for the transmissive illumination has been mainly described above, the same principle can be applied to the mask original plate used for the reflective illumination. In the reflective mask original plate 9, the portion where the light is reflected corresponds to the opening pattern of the transmissive original plate. The phase difference is, for example, as shown in FIG.
As shown in FIG. 3, it can be provided by providing steps 15, 16, 17 on the reflecting surface. For example, when the illumination light is incident on the reflection surface almost perpendicularly, a step of λ / 6 may be provided to give a phase difference of 120 degrees.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る基板
面の面精度計測方法および面精度計測用原板によれば、
ウェハなどの露光基板を投影露光装置などの結像光学系
の中にセットした状態で、転写パタンの位置ずれから上
記基板面の平坦度が計測できるため、きわめて簡便、か
つ実際的な面精度計測方法が実現できた。
As described above, according to the surface accuracy measuring method of the substrate surface and the surface accuracy measuring original plate of the present invention,
Since the flatness of the substrate surface can be measured from the displacement of the transfer pattern while the exposure substrate such as the wafer is set in the imaging optical system such as the projection exposure device, extremely simple and practical surface accuracy measurement. The method was realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で用いた原理の理論計算結果の一例を示
した図である。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a theoretical calculation result of the principle used in the present invention.

【図2】本発明によるマスクパタンの一実施例を示した
模式図である。
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a mask pattern according to the present invention.

【図3】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示し
た模式図である。
FIG. 3 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図4】本発明によるマスクパタンの配置の一実施例を
示した模式図である。
FIG. 4 is a schematic view showing an embodiment of the arrangement of mask patterns according to the present invention.

【図5】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示し
た模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図6】本発明の一実施例であるマスクの断面の一部分
を示した模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a part of a cross section of a mask that is an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の別の実施例であるマスクの断面の一部
分を示した模式図である。
FIG. 7 is a schematic view showing a part of a cross section of a mask which is another embodiment of the present invention.

【図8】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示し
た模式図である。
FIG. 8 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図9】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示し
た模式図である。
FIG. 9 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図10】本発明によるマスクパタンの配置の別の実施
例を示した模式図である。
FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of the arrangement of mask patterns according to the present invention.

【図11】本発明の別の実施例であるマスクの断面の一
部分を示した模式図である。
FIG. 11 is a schematic view showing a part of a cross section of a mask which is another embodiment of the present invention.

【図12】本発明の別の実施例であるマスクの断面の一
部分を示した模式図である。
FIG. 12 is a schematic view showing a part of a cross section of a mask which is another embodiment of the present invention.

【図13】本発明の別の実施例である反射型マスク原板
の断面の一部分を示した模式図である。
FIG. 13 is a schematic view showing a part of a cross section of a reflection type mask original plate which is another embodiment of the present invention.

【図14】本発明で用いた原理の理論計算結果の別の例
を示した模式図である。
FIG. 14 is a schematic diagram showing another example of the theoretical calculation result of the principle used in the present invention.

【図15】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示
した模式図である。
FIG. 15 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図16】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示
した模式図である。
FIG. 16 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【図17】本発明によるマスクパタンの別の実施例を示
した模式図である。
FIG. 17 is a schematic view showing another embodiment of the mask pattern according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…合成石英基板 2、10…遮光膜(パ
タン) 3…位相シフタ(120度) 4…位相シフタ(24
0度) 5…酸化シリコン膜 6、7、8…異なる材料による位相シフタ 9…反射型マスク原板 11、11′、14…
透過パタン 12…位相差120度の透過パタン 13…位相差240度の透過パタン 15、16、17…位相差を与える反射面 21、21′、23…第1の周期パタン 22、24、24′…第2の周期パタン 30…パタン転写領域 31…測定用パタン 32…左半分の転写領域 33…右半分の転写領
域 34…マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Synthetic quartz substrate 2, 10 ... Light-shielding film (pattern) 3 ... Phase shifter (120 degree) 4 ... Phase shifter (24
0 degree) 5 ... Silicon oxide film 6, 7, 8 ... Phase shifter made of different material 9 ... Reflective mask original plate 11, 11 ', 14 ...
Transmission pattern 12 ... Transmission pattern with a phase difference of 120 degrees 13 ... Transmission pattern with a phase difference of 240 degrees 15,16,17 ... Reflective surfaces that give a phase difference 21, 21 ', 23 ... First periodic patterns 22, 24, 24' ... second cycle pattern 30 ... pattern transfer area 31 ... measurement pattern 32 ... left half transfer area 33 ... right half transfer area 34 ... mask

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マスク原板を透過する光または反射する光
を用い、上記マスク原板上のパタンを基板面上に結像し
露光する結像光学系における基板面の面精度計測方法に
おいて、上記マスク原板に、上記結像光学系の正焦点面
からのずれにしたがって上記基板面上の像の位置が偏位
するマスクパタンを形成し、上記像の偏位量から上記基
板面の平坦度を計測することを特徴とする結像光学系に
おける基板面の面精度計測方法。
1. A method for measuring the surface accuracy of a substrate surface in an imaging optical system for forming an image of a pattern on the mask original plate on a substrate surface and exposing the same by using light transmitted through or reflected by the original mask plate. A mask pattern is formed on the original plate in which the position of the image on the substrate surface is displaced in accordance with the deviation from the positive focal plane of the imaging optical system, and the flatness of the substrate surface is measured from the displacement amount of the image. A method for measuring surface accuracy of a substrate surface in an imaging optical system, characterized by:
【請求項2】上記マスクパタンが、照明光に対して少な
くとも3種以上の異なった位相を与えるパタン領域を周
期的に、かつ、上記位相が等しい位相差値で階段状に変
化するように配列したパタンであることを特徴とする請
求項1に記載の面精度計測方法。
2. The mask pattern is arranged such that pattern regions that give at least three or more different phases to illumination light are changed periodically and the phases are changed stepwise with equal phase difference values. The surface accuracy measuring method according to claim 1, wherein the surface accuracy measuring method is a pattern.
【請求項3】上記マスク原板内に、上記結像光学系の正
焦点面からのずれにしたがって上記基板面上の像の位置
が偏位する第1のマスクパタンと共に、像の位置が偏位
しない第2のマスクパタンを設け、両者の像位置の比較
から、上記基板面の平坦度を計測することを特徴とする
請求項1または2に記載の面精度計測方法。
3. The first mask pattern in which the position of the image on the substrate surface is displaced in accordance with the deviation from the positive focal plane of the imaging optical system in the original mask plate, and the position of the image is displaced. 3. The surface accuracy measuring method according to claim 1, wherein a flatness of the substrate surface is measured by providing a second mask pattern that does not exist and comparing the image positions of the two.
【請求項4】上記位相差値が、360度あるいは360
度の自然数倍を上記位相種の数で割った値であり、ただ
し、このうち180度の自然数倍の値を除いたものであ
ることを特徴とする請求項2または3に記載の面精度計
測方法における面精度計測用原板。
4. The phase difference value is 360 degrees or 360 degrees.
4. A surface according to claim 2 or 3, which is a value obtained by dividing a natural multiple of degrees by the number of the phase seeds, but excluding a value of a natural multiple of 180 degrees. Original plate for surface accuracy measurement in accuracy measurement method.
【請求項5】上記第2のマスクパタンは、照明光に位相
差を与えない1個の透過領域で構成されたパタンである
か、あるいは、位相差を与えない複数の透過領域を周期
的に配列したパタンであることを特徴とする請求項3に
記載の面精度計測方法における面精度計測用原板。
5. The second mask pattern is a pattern composed of one transmission region that does not give a phase difference to the illumination light, or a plurality of transmission regions that do not give a phase difference are periodically provided. An original plate for measuring surface accuracy in the surface accuracy measuring method according to claim 3, which is an arrayed pattern.
【請求項6】上記第1のマスクパタンと上記第2のマス
クパタンとが、上記マスク原板内において隣接して配置
されたことを特徴とする請求項3に記載の面精度計測方
法における面精度計測用原板。
6. The surface accuracy in the surface accuracy measuring method according to claim 3, wherein the first mask pattern and the second mask pattern are arranged adjacent to each other in the mask original plate. Original plate for measurement.
【請求項7】上記第1のマスクパタンと上記第2のマス
クパタンとが共に周期的に配列されたパタンであり、か
つ、上記第1のパタンの周期と上記第2のパタンの周期
とが異なり、相互にバーニアパタンを形成したことを特
徴とする請求項6に記載の面精度計測用原板。
7. A pattern in which both the first mask pattern and the second mask pattern are periodically arranged, and the cycle of the first pattern and the cycle of the second pattern are Differently, vernier patterns are formed on each other, and the original plate for surface accuracy measurement according to claim 6.
【請求項8】上記マスクパタンのうち、少なくとも上記
第1のマスクパタンは、上記マスク原板内のパタン転写
領域の全面にわたって配置されたことを特徴とする請求
項2または3に記載の面精度計測方法における面精度計
測用原板。
8. The surface accuracy measurement according to claim 2, wherein at least the first mask pattern among the mask patterns is arranged over the entire surface of a pattern transfer area in the mask original plate. Original plate for surface accuracy measurement in the method.
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JP2002313691A (en) * 2001-04-10 2002-10-25 Sony Corp Exposure mask manufacturing method and exposure mask
WO2008014680A1 (en) * 2006-07-28 2008-02-07 Kezheng Wang Rare earth resistance slurry for rare earth thick-film circuit based on metal substrate and producing process thereof

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