JP3259293B2 - Projection optical system inspection method, projection optical system inspection apparatus, and exposure apparatus - Google Patents

Projection optical system inspection method, projection optical system inspection apparatus, and exposure apparatus

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JP3259293B2
JP3259293B2 JP27527491A JP27527491A JP3259293B2 JP 3259293 B2 JP3259293 B2 JP 3259293B2 JP 27527491 A JP27527491 A JP 27527491A JP 27527491 A JP27527491 A JP 27527491A JP 3259293 B2 JP3259293 B2 JP 3259293B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影光学系の検査に関す
るものであり、特に半導体素子等の製造に用いられる投
影型露光装置の投影光学系の収差の計測に関するもので
ある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to inspection of a projection optical system, and more particularly to measurement of aberration of a projection optical system of a projection type exposure apparatus used for manufacturing semiconductor devices and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等の回路パターンの最小線幅
は年々微細化し、このパターンを解像する投影型露光装
置に要求される解像線幅は現在0.5μm程度以下となっ
てきている。よって、これらの露光装置の投影光学系の
諸収差も微小なものが要求されることになる。
2. Description of the Related Art The minimum line width of a circuit pattern of a semiconductor device or the like is becoming finer year by year, and the resolution line width required for a projection type exposure apparatus for resolving this pattern is now less than about 0.5 .mu.m. . Accordingly, the projection optical system of these exposure apparatuses is required to have various aberrations.

【0003】従来では、投影型露光装置の投影光学系の
非対称収差量(投影光学系のコマ収差と投影光学系の機
械的な中心と光軸との偏心によるコマ収差量とを含む
量)を計測するため、次のような方法を用いていた。つ
まり、レジストを塗布した基板に所定の形状のパターン
(例えばラインアンドスペースパターン)を転写し、転
写されたパターンの像のピッチ方向の両端のパターンの
線幅を夫々計測してこの線幅の差を求めるというもので
ある。その他、転写されたパターンの断面の形状を観察
し、この断面の対称性を求めてもよい。この収差の計測
には、0.01μm程度の分解能を有するパターン計測装
置が必要であり、現在、それに見合う能力を持つものは
走査型電子顕微鏡(SEM)のみである。
Conventionally, the amount of asymmetric aberration (the amount including the coma of the projection optical system and the amount of coma due to the eccentricity between the mechanical center of the projection optical system and the optical axis) of the projection optical system of the projection type exposure apparatus has been known. The following method was used for measurement. In other words, a pattern having a predetermined shape (for example, a line and space pattern) is transferred to a resist-coated substrate, and the line widths of the patterns at both ends in the pitch direction of the image of the transferred pattern are measured. It is to ask for. Alternatively, the shape of the cross section of the transferred pattern may be observed to determine the symmetry of the cross section. To measure this aberration, a pattern measuring device having a resolution of about 0.01 μm is required, and currently, only a scanning electron microscope (SEM) has the ability to match it.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、SEM
の分解能は電子光学系の光軸合わせの状態や内部のガス
圧力(真空度)等によって変化する。即ち、作業者の個
人差や装置の状態等により分解能に差が生じることにな
る。収差の計測に用いられる装置に要求される分解能が
微細化されれば、上記の分解能差によって、計測される
収差量に大きな影響を及ぼすことになる。
However, the SEM
The resolution varies depending on the state of optical axis alignment of the electron optical system, the internal gas pressure (degree of vacuum), and the like. That is, a difference occurs in resolution depending on individual differences between workers, the state of the apparatus, and the like. If the resolution required for an apparatus used for measuring aberrations is reduced, the difference in resolution has a large effect on the amount of aberration to be measured.

【0005】本発明はSEMを用いることなく、高速、
且つ高精度に投影光学系の収差量を計測することを目的
とする。
[0005] The present invention provides a high-speed,
Another object of the present invention is to measure the aberration amount of the projection optical system with high accuracy.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記の如き目的を達成す
るため請求項1に記載の本発明では、照明光学系からの
光束(IL)で照明されたマスク上のパターンの像を基
板に投影するための投影光学系(8)を検査する方法に
おいて、前記投影光学系(8)を介して、所定の方向に
ほぼ平行に延びた第1のエッジ(A)と第2のエッジ
(B)とを有するパターン(7a)を所定面に露光する
工程と、前記所定面に投影された前記第1のエッジ
(A)に対応する像強度と、前記第2のエッジ(B)に
対応する像強度とを比較する工程と、前記比較した結果
に基づいて、前記投影光学系(8)の収差を求める工程
とを含むこととした。また、請求項3に記載の本発明で
は、照明光学系からの光束(IL)で照明されたマスク
上のパターンの像を基板に投影するための投影光学系
(8)を検査する方法において、前記投影光学系を介し
て、所定の方向にほぼ平行に延びた第1のエッジ(A)
と第2のエッジ(B)とを有するパターン(7a)を所
定面に投影する工程と、前記所定面上に前記第1のエッ
ジ(A)に対応する像が出現したときの露光量と、前記
所定面上に前記第2のエッジ(B)に対応する像が出現
したときの露光量とに基づいて、前記投影光学系(8)
の収差を求める工程とを含むこととした。さらに、請求
項7に記載の本発明では、照明光学系からの光束(I
L)で照明されたマスク上のパターンの像をレジストが
設けられた基板表面に露光するための投影光学系(8)
を検査する方法において、前記投影光学系(8)を介し
て、所定の方向にほぼ平行に延びた第1のエッジ(A)
と第2のエッジ(B)とを有するパターンを前記基板表
面に投影する工程と、前記第1のエッジ(A)に対応し
た位置の前記レジストが感光する露光時間と、前記第2
のエッジ(B)に対応した位置の前記レジストが感光す
る露光時間とに基づいて、前記投影光学系(8)の収差
を求める工程とを含むこととした。
According to the first aspect of the present invention, an image of a pattern on a mask illuminated by a light beam (IL) from an illumination optical system is projected on a substrate. A first edge (A) and a second edge (B) extending substantially parallel to a predetermined direction via the projection optical system (8). Exposing a pattern (7a) having the following to a predetermined surface, an image intensity corresponding to the first edge (A) projected on the predetermined surface, and an image corresponding to the second edge (B). The method includes a step of comparing intensity and a step of calculating an aberration of the projection optical system (8) based on the result of the comparison. According to a third aspect of the present invention, in the method for inspecting a projection optical system (8) for projecting an image of a pattern on a mask illuminated with a light beam (IL) from an illumination optical system onto a substrate, A first edge (A) extending substantially parallel to a predetermined direction via the projection optical system;
Projecting a pattern (7a) having an edge and a second edge (B) on a predetermined surface; an exposure amount when an image corresponding to the first edge (A) appears on the predetermined surface; The projection optical system (8) based on an exposure amount when an image corresponding to the second edge (B) appears on the predetermined surface.
And a step of obtaining the aberration. Further, according to the present invention, the light flux (I) from the illumination optical system is used.
Projection optical system (8) for exposing the image of the pattern on the mask illuminated in L) onto the substrate surface provided with the resist
A first edge (A) extending substantially parallel to a predetermined direction via the projection optical system (8).
Projecting a pattern having an edge and a second edge (B) onto the surface of the substrate; exposing the resist at a position corresponding to the first edge (A) to an exposure time;
Determining the aberration of the projection optical system (8) based on the exposure time at which the resist at the position corresponding to the edge (B) is exposed.

【0007】さらに、請求項10に記載の本発明では、
照明光学系からの光束(IL)で照明されたマスク上の
パターンの像を基板に投影するための投影光学系(8)
を検査する装置において、前記投影光学系(8)を介し
て、所定の方向に延びた第1のエッジ(A)と第2のエ
ッジ(B)とを有するパターン(7a)を所定面に投影
する際、露光量を制御する露光量制御手段(2、4、1
3)と、前記所定面における前記第1のエッジ(A)に
対応する像の強度及び前記第2のエッジ(B)に対応す
る像の強度とに基づいて、前記投影光学系の収差を求め
る演算手段(12)とを備えることとした。また、請求
項12に記載の本発明では、照明光学系からの光束(I
L)で照明されたマスク上のパターンの像を基板に投影
するための投影光学系(8)を検査する装置において、
前記投影光学系(8)を介して、所定の方向に延びた第
1のエッジ(A)と第2のエッジ(B)とを有するパタ
ーンを所定面に露光する際、露光量を制御する露光量制
御手段(2、4、13)と、前記所定面に投影された前
記第1のエッジに対応する像及び前記第2のエッジに対
応する像の有無を検出する検出手段(11)と、前記第
1のエッジに対応する像が出現したときの露光量と、前
記第2のエッジに対応する像が出現したときの露光量と
に基づいて、前記投影光学系の収差を求める演算手段
(12)とを備えることとした。
Further, according to the present invention described in claim 10,
A projection optical system (8) for projecting an image of a pattern on a mask illuminated by a light beam (IL) from an illumination optical system onto a substrate
A pattern (7a) having a first edge (A) and a second edge (B) extending in a predetermined direction is projected onto a predetermined surface via the projection optical system (8). At the time, the exposure amount control means (2, 4, 1
3) and calculating the aberration of the projection optical system based on the image intensity corresponding to the first edge (A) and the image intensity corresponding to the second edge (B) on the predetermined surface. And an arithmetic means (12). According to the twelfth aspect of the present invention, the luminous flux (I
An apparatus for inspecting a projection optical system (8) for projecting an image of a pattern on a mask illuminated in L) onto a substrate,
Via the projection optical system (8), a
When exposing a pattern having one edge (A) and a second edge (B) to a predetermined surface, an exposure amount control means (2, 4, 13) for controlling an exposure amount; Detecting means (11) for detecting the presence or absence of an image corresponding to the first edge and an image corresponding to the second edge, an exposure amount when an image corresponding to the first edge appears, A calculating means (12) for obtaining an aberration of the projection optical system based on an exposure amount when an image corresponding to the second edge appears.

【0008】[0008]

【作用】図1(a)はフォトマスク上のパターンの空間
像強度分布の例を示す図である。これは、例えばフォト
マスク上で幅4μmの遮光パターンのマスク上での像強
度分布である。図中のA′,B′は夫々図5(a)に示
すような遮光パターン7aのうちの1本のパターンの第
1、及び第2のエッジA,Bに相当するものであり、第
1のエッジAの左側(A′の左側)、及び第2のエッジ
Bの右側(B′の右側)は透光部のため強度を有してい
る。このパターンを、照明光学系のコヒーレンシー(σ
値)が0.3、投影光学系の開口数が0.45である露光装
置を用いて、波長365nmの光束で被転写物上に投影
した場合の空間像強度分布は、図1(b)に示すように
なる。但し、上記の投影光学系の非対称収差量(Δy)
は0μmと0.3μmとの2種類とする。この場合、パタ
ーンの第1、及び第2のエッジA,Bに対応する位置の
近傍に、マスク上の空間像強度分布には見られなかった
ピークa,bが夫々生じている。
FIG. 1A is a diagram showing an example of a spatial image intensity distribution of a pattern on a photomask. This is, for example, an image intensity distribution of a light-shielding pattern having a width of 4 μm on a photomask. A 'and B' in the figure respectively correspond to the first and second edges A and B of one of the light-shielding patterns 7a as shown in FIG. The left side of the edge A (left side of A ') and the right side of the second edge B (right side of B') have strength because of the light transmitting portion. This pattern is defined as the coherency (σ
FIG. 1B shows a spatial image intensity distribution when an exposure apparatus having a projection optical system having a numerical aperture of 0.35 and a light beam having a wavelength of 365 nm is projected on an object to be transferred. It becomes as shown in. However, the asymmetric aberration amount (Δy) of the above-mentioned projection optical system
Are two types of 0 μm and 0.3 μm. In this case, peaks a and b, which are not seen in the aerial image intensity distribution on the mask, occur near the positions corresponding to the first and second edges A and B of the pattern, respectively.

【0009】図2は照明光学系のσ値の違いによる投影
光学系の非対称収差量に対する2つのピークa,bの強
度比を表す図である。この図から分かるように、遮光パ
ターンのエッジに対応した空間像の位置にできるピーク
の強度比はコマ収差量に比例して大きくなり、その変化
の割合はσ値を小さくすると大きくなることが分かる。
FIG. 2 is a diagram showing the intensity ratio of two peaks a and b to the amount of asymmetric aberration of the projection optical system due to the difference in σ value of the illumination optical system. As can be seen from this figure, the intensity ratio of the peak formed at the position of the aerial image corresponding to the edge of the light-shielding pattern increases in proportion to the amount of coma, and the rate of change increases as the σ value decreases. .

【0010】ところで、光束が照射されたフォトレジス
トが感光する量は、レジストの材質、膜厚、及び下地と
しての基板の材質がいずれも同じであれば、露光エネル
ギーに依存する。この露光エネルギーEは、露光パワー
W、露光時間Tに対して、 E=W×T と表せる。また局所的には露光パワーWは像の強度Iと
露光光の照度Pとの積であるから、 E=I×P×T …………(1) となる。即ち、パターンの第1、及び第2のエッジに対
応したレジスト上の夫々の位置について、露光エネルギ
ーEがレジストを一定量だけ感光させるエネルギーに達
する露光時間Tを夫々求めることにより、上記の強度I
の比を求めることができる。
The amount of exposure of the photoresist irradiated with the light beam depends on the exposure energy if the material of the resist, the film thickness, and the material of the substrate as the base are all the same. The exposure energy E can be expressed as E = W × T with respect to the exposure power W and the exposure time T. Further, locally, the exposure power W is the product of the intensity I of the image and the illuminance P of the exposure light, so that E = I × P × T (1). That is, for each position on the resist corresponding to the first and second edges of the pattern, the exposure time T at which the exposure energy E reaches the energy for exposing the resist by a certain amount is obtained, thereby obtaining the intensity I.
Can be determined.

【0011】図3は、図1(a)に示すようなパターン
を投影光学系を介して投影露光した場合の空間像強度分
布と、このパターンを露光時間を夫々t1からt5(t
1<t5)まで変化させて露光した場合のポジレジスト
の感光の様子とを夫々示す図である。尚、図3(a)
は、投影光学系に非対称収差が無い場合、図3(b)
は、非対称収差が比較的小さい場合、さらに図3(c)
は非対称収差が比較的大きい場合の例を示している。
FIG. 3 shows an aerial image intensity distribution when a pattern as shown in FIG. 1A is projected and exposed through a projection optical system, and the exposure time of this pattern is t1 to t5 (t5).
FIG. 4 is a diagram illustrating a state of exposure of a positive resist when exposure is performed while changing the exposure to 1 <t5). FIG. 3 (a)
FIG. 3B shows that the projection optical system has no asymmetric aberration.
FIG. 3C shows that when the asymmetric aberration is relatively small,
Shows an example where the asymmetric aberration is relatively large.

【0012】図3から分かるように、非対称収差が大き
くなるほどパターンの2つのエッジに対応する位置の像
の強度のピークの差が大きくなる。つまり、非対称収差
が大きいほどパターンの一方のエッジに対応する位置で
レジストが感光し始める露光時間T1は短くなり、もう
一方のエッジに対応する位置でもレジストが感光し始め
る露光時間T2は長くなる。そして上述のように、照度
Pが一定のとき、露光時間T1は非対称収差の影響によ
って像強度が強くなる側のエッジの像強度I1によっ
て、また露光時間T2は像強度が弱くなる側のエッジの
像強度I2によって決まり、式(1)より、 I1×T1=I2×T2 となる。使用するマスク上のパターンのピッチと線幅、
投影光学系の開口数、照明光学系のσ値、及び露光光の
波長が分かれば、その投影光学系の非対称収差量の影響
によるパターンのエッジに対応する像の強度の比I1/
I2は計算により求めることができる。従って、各露光
時間T1,T2を計測することにより強度比I1/I2
を求めれば、逆に非対称収差量を求めることができる。
As can be seen from FIG. 3, as the asymmetric aberration increases, the difference between the intensity peaks of the images at the positions corresponding to the two edges of the pattern increases. That is, as the asymmetric aberration increases, the exposure time T1 at which the resist starts to be exposed at a position corresponding to one edge of the pattern becomes shorter, and the exposure time T2 at which the resist starts to be exposed at a position corresponding to the other edge becomes longer. As described above, when the illuminance P is constant, the exposure time T1 is determined by the image intensity I1 of the edge on the side where the image intensity is increased due to the effect of the asymmetric aberration, and the exposure time T2 is determined by the edge of the edge on the side where the image intensity is reduced. It is determined by the image intensity I2, and from equation (1), I1 × T1 = I2 × T2. The pitch and line width of the pattern on the mask to be used,
If the numerical aperture of the projection optical system, the σ value of the illumination optical system, and the wavelength of the exposure light are known, the ratio I1 / of the intensity of the image corresponding to the edge of the pattern due to the asymmetric aberration amount of the projection optical system.
I2 can be obtained by calculation. Therefore, by measuring each exposure time T1, T2, the intensity ratio I1 / I2
Is determined, the amount of asymmetric aberration can be determined.

【0013】[0013]

【実施例】図4は、本発明の実施例による検査方法を適
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1からの照明光束は、不図示の光学部材を含む
照明光学系ILによって所定の光束に整形され、レチク
ル7上に照射される。この照明光学系IL中には、照明
光束を均一化するためのオプチカルインテグレータとし
てフライアイレンズ3が配置してあり、レンズ系5、コ
ンデンサーレンズ6を介してレチクル7を均一に照明す
る。また照明光束がほぼ平行となる位置には、照明光路
中に進退可能な減光フィルター2が設けられ、さらにフ
ライアイレンズ3の射出面近傍には、照明光学系の開口
数を可変とするための開口絞り4が設けられている。こ
れらの減光フィルター2、及び開口絞り4は、露光量制
御部13によって制御され、この減光フィルター2を照
明光路中に進入させることによって、または開口絞り4
により照明光学系の開口数を調整することによって照明
光束のレチクル7上での照度を低下させることができ
る。このような構成をとれば、同一の露光量を得るのに
必要な露光時間を長くでき、露光量を微小に制御する際
でも、シャッター等の制御誤差の影響を少なくすること
ができる。
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus suitable for applying an inspection method according to an embodiment of the present invention. The illumination light beam from the light source 1 is shaped into a predetermined light beam by an illumination optical system IL including an optical member (not shown), and is irradiated onto the reticle 7. In the illumination optical system IL, a fly-eye lens 3 is disposed as an optical integrator for equalizing the illumination light flux, and uniformly illuminates the reticle 7 via the lens system 5 and the condenser lens 6. Further, a dimming filter 2 is provided at a position where the illumination light flux is substantially parallel to the illumination light path, and is provided near the exit surface of the fly-eye lens 3 to make the numerical aperture of the illumination optical system variable. Aperture stop 4 is provided. The dimming filter 2 and the aperture stop 4 are controlled by an exposure amount control unit 13, and the dimming filter 2 enters the illumination optical path or the aperture stop 4.
By adjusting the numerical aperture of the illumination optical system, the illuminance of the illumination light beam on the reticle 7 can be reduced. With such a configuration, the exposure time required to obtain the same exposure amount can be lengthened, and even when the exposure amount is minutely controlled, the influence of a control error such as a shutter can be reduced.

【0014】レチクル7を透過した光束は、投影光学系
8を介して、X,Y方向に移動可能なステージ装置10
上に載置された感光基板(ウェハ)9表面のレジスト上
にレチクル7上のパターンの像を投影露光する。さら
に、投影光学系8の近傍には投影光学系の光軸AXとは
異なる光軸を有する画像処理方式の観察光学系11(例
えば、明視野結像式のアライメント光学系)が設けられ
ており、ウェハ9上に形成されたレジスト像を検出す
る。演算部12は、予め、図1に示すような像強度分布
の2つのピークa,bの強度比と投影光学系の非対称収
差量との関係を求めて記憶している。また観察光学系1
1が検出した第1、及び第2のエッジに対応するレジス
ト像の有無と、その像を露光した際の露光量とから、パ
ターンの第1のエッジと第2のエッジに対応する位置で
レジストが感光し始める露光量を像強度分布の2つのピ
ークa,bの強度として夫々求め、その露光量の比(即
ち、像強度分布の2つのピーク強度比)より投影光学系
の非対象収差量を求める。尚、上記の構成において、光
源1と開口絞り4、及び投影光学系8の瞳は互いに共役
であり、またレチクル7のパターン面とウェハ9上の結
像面とは互いに共役となっている。
The luminous flux transmitted through the reticle 7 is transmitted via a projection optical system 8 to a stage device 10 movable in X and Y directions.
An image of a pattern on the reticle 7 is projected and exposed on the resist on the surface of the photosensitive substrate (wafer) 9 mounted thereon. Further, in the vicinity of the projection optical system 8, there is provided an image processing type observation optical system 11 (for example, a bright field imaging type alignment optical system) having an optical axis different from the optical axis AX of the projection optical system. , The resist image formed on the wafer 9 is detected. The calculation unit 12 previously obtains and stores the relationship between the intensity ratio of the two peaks a and b of the image intensity distribution as shown in FIG. 1 and the amount of asymmetric aberration of the projection optical system. Observation optical system 1
In accordance with the presence / absence of a resist image corresponding to the first and second edges detected by No. 1 and the amount of exposure when the image was exposed, the resist was detected at a position corresponding to the first edge and the second edge of the pattern. Is determined as the intensity of the two peaks a and b of the image intensity distribution, and the ratio of the exposure amounts (ie, the ratio of the two peak intensities of the image intensity distribution) to the amount of asymmetric aberration of the projection optical system. Ask for. In the above configuration, the light source 1, the aperture stop 4, and the pupil of the projection optical system 8 are conjugate to each other, and the pattern surface of the reticle 7 and the imaging surface on the wafer 9 are conjugate to each other.

【0015】次に、本発明の実施例による検査方法につ
いて説明する。投影光学系8の検査はレチクル7のパタ
ーンをウェハ9上に露光し、そのパターンのエッジに対
応する像の有無を画像処理等の観察光学系11で観察す
ることにより行う。つまり、パターンの2つのエッジに
対応した位置のレジストが感光し始める露光時間T1,
T2を夫々求め、その比T2/T1を2つの像強度の最
大値(ピーク)の比I1/I2として、その比から投影
光学系のコマ収差による像の強度の非対称量を投影光学
系の非対称収差量として求める。
Next, an inspection method according to an embodiment of the present invention will be described. The inspection of the projection optical system 8 is performed by exposing the pattern of the reticle 7 on the wafer 9 and observing the presence or absence of an image corresponding to the edge of the pattern with the observation optical system 11 such as image processing. That is, the exposure time T1, at which the resist at the position corresponding to the two edges of the pattern begins to be exposed,
T2 is determined, and the ratio T2 / T1 is defined as the ratio I1 / I2 of the maximum values (peaks) of the two image intensities, and the asymmetry amount of the image intensity due to the coma aberration of the projection optical system is calculated from the ratio. Obtained as the amount of aberration.

【0016】先ず、図5(a)に示すような特定の一方
向に延びたラインアンドスペースパターン7aを描画し
たレチクル7を所定の位置に位置合わせした後、投影光
学系8のベストフォーカス位置に配置されたウェハ9上
にパターン7aを露光する。この際、ウェハ9上のレジ
ストが膜厚方向について完全に感光するだけの露光時間
に対して極めて少ない露光量を中心にして、細かいステ
ップで露光量を変化させながらウェハ上の異なる位置に
露光する。
First, a reticle 7 on which a line and space pattern 7a extending in one specific direction as shown in FIG. 5A is positioned at a predetermined position, and then the reticle 7 is moved to the best focus position of the projection optical system 8. The pattern 7a is exposed on the placed wafer 9. At this time, exposure is performed at different positions on the wafer 9 while changing the exposure amount in fine steps, centering on an extremely small exposure amount with respect to the exposure time that the resist on the wafer 9 is completely exposed in the film thickness direction. .

【0017】露光が終了したウェハ9は現像処理され、
その後、各露光時間でのレジスト像を観察光学系(明視
野結像式の位置合わせ装置等)11で観察する。この
際、図5(b)または図5(c)に示すような、パター
ン7aの片方のエッジAに対応するレジスト像のみ検出
されるもののうち露光時間の最も短いもの、及び図5
(d)に示すような、もう一方のエッジBに対応するレ
ジスト像が検出されるもののうち露光時間の最も短いも
のを求め、夫々上述の露光時間T1,T2として記憶す
る。そしてこの露光時間T1,T2の比T2/T1を求
め、前述の像強度分布の左右のピークa、bの強度比I
1/I2とする。さらに、記憶演算部12に記憶してあ
るピーク強度比と非対称収差量との関係に基づいて、投
影光学系の非対称収差量を求める。尚、このような検査
を投影光学系の投影視野内の複数箇所について行い、非
対称収差量のベクトルマップを作ると良い。またそのた
めの演算部と、ベクトルマップを表示するためのディス
プレイとを備えていることが好ましい。
The exposed wafer 9 is developed,
After that, the resist image at each exposure time is observed by an observation optical system (a bright-field imaging type alignment device or the like) 11. At this time, as shown in FIG. 5B or FIG. 5C, the shortest exposure time of the pattern 7a in which only the resist image corresponding to one edge A of the pattern 7a is detected, and FIG.
As shown in (d), the one with the shortest exposure time is obtained from the detected resist image corresponding to the other edge B, and stored as the above-described exposure times T1 and T2, respectively. Then, the ratio T2 / T1 of the exposure times T1 and T2 is obtained, and the intensity ratio I of the left and right peaks a and b of the above-mentioned image intensity distribution is obtained.
1 / I2. Further, the amount of asymmetric aberration of the projection optical system is obtained based on the relationship between the peak intensity ratio and the amount of asymmetric aberration stored in the storage operation unit 12. Note that such inspection is preferably performed on a plurality of locations within the projection field of view of the projection optical system, and a vector map of the amount of asymmetric aberration is preferably created. Further, it is preferable to include an arithmetic unit for this and a display for displaying a vector map.

【0018】本発明では、レジストとしてはポジレジス
トを用いるのが望ましい。これは、ネガレジストを使用
した場合では、レジスト層が完全に(基板等の下地ま
で)露光されなければ現像処理によってレジストが全て
除去されてしまい、レジストが感光し始める露光量を求
めることが困難となるからである。また、計測用のパタ
ーンは、図5に示すものに限定されるものではなく、所
定の一方向に延びたラインアンドスペースパターンであ
ればよい。さらに、パターンの数は1本でも複数本でも
構わないが、特に3本以上の場合は、パターンのピッチ
方向の両端のパターンを除いた残りのパターンの各々の
対向した2つのエッジについて計測するのが望ましい。
これは、照明光束の回り込みによる影響を排除するため
である。
In the present invention, it is desirable to use a positive resist as the resist. This is because, when a negative resist is used, if the resist layer is not completely exposed (up to the base such as a substrate), the resist is completely removed by a development process, and it is difficult to determine an exposure amount at which the resist starts to be exposed. This is because The pattern for measurement is not limited to the pattern shown in FIG. 5, but may be any line and space pattern extending in a predetermined direction. Further, the number of patterns may be one or more, but in particular, in the case of three or more, the measurement is performed on each of two opposing edges of each of the remaining patterns excluding the patterns at both ends in the pitch direction of the patterns. Is desirable.
This is to eliminate the influence of the wraparound of the illumination light beam.

【0019】尚、計測対象は投影光学系のみに限定され
るものではなく、反射光学系であってもよい。また、露
光装置内の構成を検査装置と共用する必要はなく、検査
専用の装置を用いてもよい。
The object to be measured is not limited to the projection optical system, but may be a reflection optical system. Further, it is not necessary to share the configuration in the exposure apparatus with the inspection apparatus, and a dedicated inspection apparatus may be used.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、投影光学
系の収差(特に非対称量)を求める際に走査型電子顕微
鏡を用いる必要がなくなり、よって装置を設定する際の
煩わしさが解消でき、高速、且つ高精度に投影光学系の
収差を検査することが可能となる。また、実際に製造ラ
インで稼働中の露光装置を検査すれば、その場で直ちに
投影光学系の光学素子の微動を行うことができる。
As described above, according to the present invention, it is not necessary to use a scanning electron microscope when obtaining the aberration (particularly the amount of asymmetry) of the projection optical system, and thus the trouble in setting the apparatus is eliminated. It is possible to inspect the aberration of the projection optical system at high speed and with high accuracy. Further, if the exposure apparatus actually operating on the production line is inspected, the optical element of the projection optical system can be finely moved immediately on the spot.

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

【図1】(a)はフォトマスク上のパターンの空間像強
度分布を示す図 (b)はフォトマスク上のパターンを投影光学系を介し
て投影した場合の空間像強度分布を示す図
FIG. 1A is a diagram showing an aerial image intensity distribution of a pattern on a photomask. FIG. 1B is a diagram showing an aerial image intensity distribution when a pattern on the photomask is projected via a projection optical system.

【図2】照明光学系のσ値の違いによる投影光学系のコ
マ収差量に対する2つのピークの強度比を表す図
FIG. 2 is a diagram showing an intensity ratio of two peaks to a coma amount of a projection optical system due to a difference in σ value of an illumination optical system.

【図3】図1(a)に示すようなパターンを投影光学系
を介して投影した場合の空間像強度分布、及び露光時間
を変化させて露光した場合のポジレジスト像の感光の様
子を夫々示す図
FIGS. 3A and 3B show a spatial image intensity distribution when a pattern as shown in FIG. 1A is projected through a projection optical system and a state of exposure of a positive resist image when exposure is performed by changing an exposure time, respectively. Diagram shown

【図4】本発明の実施例による検査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
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an exposure apparatus suitable for applying the inspection method according to the embodiment of the present invention;

【図5】(a)は本発明の実施例による検査方法に使用
する計測用パターンの例を示す図 (b),(c),(d)は図5(a)に示すようなパタ
ーンを露光時間を変化させて投影したレジスト像の様子
を示す図
5A is a diagram showing an example of a measurement pattern used in the inspection method according to the embodiment of the present invention. FIGS. 5B, 5C, and 5D show patterns as shown in FIG. 5A. A diagram showing a state of a resist image projected by changing an exposure time.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 減光フィルター 4 開口絞り 7a 計測用パターン 11 観察光学系 12 記憶演算部 13 露光量制御部 A 第1のエッジ B 第2のエッジ 2 Attenuating filter 4 Aperture stop 7a Measurement pattern 11 Observation optical system 12 Storage operation unit 13 Exposure amount control unit A First edge B Second edge

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】照明光学系からの光束で照明されたマスク
上のパターンの像を基板に投影するための投影光学系を
検査する方法において、 前記投影光学系を介して、所定の方向にほぼ平行に延び
た第1のエッジと第2のエッジとを有するパターンを所
定面に投影する工程と、 前記所定面に投影された前記第1のエッジに対応する像
強度と、前記第2のエッジに対応する像強度とを比較す
る工程と、 前記比較した結果に基づいて、前記投影光学系の収差を
求める工程とを有することを特徴とする投影光学系の検
査方法。
1. A method for inspecting a projection optical system for projecting an image of a pattern on a mask illuminated by a light beam from an illumination optical system onto a substrate, comprising: Projecting a pattern having a first edge and a second edge extending in parallel on a predetermined surface; an image intensity corresponding to the first edge projected on the predetermined surface; and the second edge A method for inspecting a projection optical system, comprising: a step of comparing the image intensity with the image intensity corresponding to the following; and a step of calculating an aberration of the projection optical system based on the comparison result.
【請求項2】前記投影光学系の収差は、前記第1のエッ
ジに対応する像強度のピークと、前記第2のエッジに対
応する像強度のピークとの比に基づいて求められること
を特徴とする請求項1に記載の投影光学系の検査方法。
2. The projection optical system according to claim 1, wherein the aberration of the projection optical system is obtained based on a ratio between a peak of an image intensity corresponding to the first edge and a peak of an image intensity corresponding to the second edge. The method for inspecting a projection optical system according to claim 1.
【請求項3】照明光学系からの光束で照明されたマスク
上のパターンの像を基板に投影するための投影光学系を
検査する方法において、 前記投影光学系を介して、所定の方向にほぼ平行に延び
た第1のエッジと第2のエッジとを有するパターンを露
光量を制御しながら所定面に投影する工程と、 前記所定面上に前記第1のエッジに対応する像が出現し
たときの露光量と、前記所定面上に前記第2のエッジに
対応する像が出現したときの露光量とに基づいて、前記
投影光学系の収差を求める工程とを有することを特徴と
する投影光学系の検査方法。
3. A method for inspecting a projection optical system for projecting an image of a pattern on a mask illuminated by a light beam from an illumination optical system onto a substrate, comprising: Projecting a pattern having a first edge and a second edge extending in parallel on a predetermined surface while controlling the exposure amount; and when an image corresponding to the first edge appears on the predetermined surface. Determining the aberration of the projection optical system on the basis of the exposure amount and the exposure amount when the image corresponding to the second edge appears on the predetermined surface. System inspection method.
【請求項4】前記所定面は、レジストが設けられた基板
表面であり、 前記投影する工程は、前記パターンを前記基板表面の複
数の異なる位置の夫々に露光量を変えて順次投影し、 前記収差を求める工程は、前記基板表面の夫々の位置に
出現する複数のレジスト像のうち、前記第1のエッジに
対応する像が出現したときの露光量と、前記所定面上に
前記第2のエッジに対応する像が出現したときの露光量
との比に基づいて、前記投影光学系の収差を求めること
を特徴とする請求項3に記載の投影光学系の検査方法。
4. The method according to claim 1, wherein the predetermined surface is a substrate surface provided with a resist, and the projecting step includes sequentially projecting the pattern onto each of a plurality of different positions on the substrate surface while changing the exposure amount. The step of obtaining aberration includes, among a plurality of resist images appearing at respective positions on the substrate surface, an exposure amount when an image corresponding to the first edge appears, and an exposure amount when the second surface appears on the predetermined surface. 4. The method according to claim 3, wherein the aberration of the projection optical system is obtained based on a ratio to an exposure amount when an image corresponding to the edge appears.
【請求項5】前記第1のエッジに対応する像が出現した
ときの露光量は、前記第1のエッジに対応する位置で前
記レジストが感光し始める露光量であり、 前記第2のエッジに対応する像が出現したときの露光量
は、前記第2のエッジに対応する位置で前記レジストが
感光し始める露光量であることを特徴とする請求項4に
記載の投影光学系の検査方法。
5. The exposure amount when an image corresponding to the first edge appears is an exposure amount at which the resist starts to be exposed at a position corresponding to the first edge. The method according to claim 4, wherein the exposure amount when the corresponding image appears is an exposure amount at which the resist starts to be exposed at a position corresponding to the second edge.
【請求項6】前記露光量は、前記マスク上のパターンを
前記基板に投影するための適正露光量に比べて少ないこ
とを特徴とする請求項3から請求項5のうちいずれか一
つに記載の投影光学系の検査方法。
6. The apparatus according to claim 3, wherein the exposure amount is smaller than an appropriate exposure amount for projecting the pattern on the mask onto the substrate. Inspection method of projection optical system.
【請求項7】照明光学系からの光束で照明されたマスク
上のパターンの像をレジストが設けられた基板表面に投
影するための投影光学系を検査する方法において、 前記投影光学系を介して、所定の方向にほぼ平行に延び
た第1のエッジと第2のエッジとを有するパターンを前
記基板表面に投影する工程と、 前記第1のエッジに対応した位置の前記レジストが感光
する露光時間と、前記第2のエッジに対応した位置の前
記レジストが感光する露光時間とに基づいて、前記投影
光学系の収差を求める工程とを有することを特徴とする
投影光学系の検査方法。
7. A method for inspecting a projection optical system for projecting an image of a pattern on a mask illuminated by a light beam from an illumination optical system onto a substrate surface provided with a resist, comprising: Projecting a pattern having a first edge and a second edge extending substantially parallel to a predetermined direction on the substrate surface; and exposing the resist at a position corresponding to the first edge to an exposure time. And a step of obtaining an aberration of the projection optical system based on an exposure time at which the resist at a position corresponding to the second edge is exposed, the inspection method of the projection optical system.
【請求項8】前記投影する工程は、前記パターンを前記
基板表面の複数の異なる位置の夫々に露光量を変えて順
次投影し、 前記収差を求める工程は、前記基板表面の夫々の位置に
出現する複数のレジスト像のうち、前記第1のエッジに
対応した位置の前記レジストが感光する露光時間と、前
記第2のエッジに対応した位置の前記レジストが感光す
る露光時間との比に基づいて、前記投影光学系の収差を
求めることを特徴とする請求項7に記載の投影光学系の
検査方法
8. The step of projecting includes sequentially projecting the pattern at each of a plurality of different positions on the surface of the substrate while changing the amount of exposure, and the step of obtaining the aberration includes the step of appearing at each position on the surface of the substrate. Of the plurality of resist images, the exposure time at which the resist at the position corresponding to the first edge is exposed, and the exposure time at which the resist at the position corresponding to the second edge is exposed, 8. The method according to claim 7, wherein an aberration of the projection optical system is obtained.
【請求項9】照明光学系からの光束で照明されたマスク
上のパターンの像を基板に投影するための投影光学系を
検査する装置において、 前記投影光学系を介して、所定の方向に延びた第1のエ
ッジと第2のエッジとを有するパターンを所定面に投影
する際、露光量を制御する露光量制御手段と、 前記所定面に投影された前記第1のエッジに対応する像
の強度と、前記第2のエッジに対応する像の強度とに基
づいて、前記投影光学系の収差を求める演算手段とを備
えることを特徴とする投影光学系の検査装置。
9. An apparatus for inspecting a projection optical system for projecting an image of a pattern on a mask illuminated with a light beam from an illumination optical system onto a substrate, wherein the inspection optical system extends in a predetermined direction via the projection optical system. When projecting a pattern having a first edge and a second edge onto a predetermined surface, an exposure amount control means for controlling an exposure amount, and an image of an image corresponding to the first edge projected on the predetermined surface. An inspection apparatus for a projection optical system, comprising: calculation means for calculating aberration of the projection optical system based on intensity and intensity of an image corresponding to the second edge.
【請求項10】前記所定面は、レジストが設けられた基
板表面であり、 前記演算手段は、前記第1のエッジに対応した位置の前
記レジストが感光し始める露光時間と、前記第2のエッ
ジに対応した位置の前記レジストが感光し始める露光時
間との比を、前記第1のエッジに対応する像の強度と前
記第2のエッジに対応する像の強度との比とし、その比
に基づいて、前記投影光学系の収差を求めることを特徴
とする請求項9に記載の投影光学系の検査装置。
10. The predetermined surface is a surface of a substrate on which a resist is provided. The arithmetic means includes: an exposure time at which the resist at a position corresponding to the first edge starts to be exposed; The ratio of the exposure time at which the resist corresponding to the position starts to be exposed is defined as the ratio between the intensity of the image corresponding to the first edge and the intensity of the image corresponding to the second edge, and based on the ratio. The inspection apparatus for a projection optical system according to claim 9, wherein an aberration of the projection optical system is obtained.
【請求項11】照明光学系からの光束で照明されたマス
ク上のパターンの像を基板に投影するための投影光学系
を検査する装置において、 前記投影光学系を介して、所定の方向に延びた第1のエ
ッジと第2のエッジとを有するパターンを所定面に投影
する際、露光量を制御する露光量制御手段と、 前記所定面に投影された前記第1のエッジに対応する像
及び前記第2のエッジに対応する像の有無を検出する検
出手段と、 前記第1のエッジに対応する像が出現したときの露光量
と、前記第2のエッジに対応する像が出現したときの露
光量とに基づいて、前記投影光学系の収差を求める演算
手段とを備えることを特徴とする投影光学系の検査装
置。
11. An apparatus for inspecting a projection optical system for projecting an image of a pattern on a mask illuminated with a light beam from an illumination optical system onto a substrate, wherein the inspection optical system extends in a predetermined direction via the projection optical system. When projecting a pattern having a first edge and a second edge onto a predetermined surface, an exposure amount control means for controlling an exposure amount, and an image corresponding to the first edge projected on the predetermined surface and Detecting means for detecting the presence or absence of an image corresponding to the second edge; and an exposure amount when an image corresponding to the first edge appears, and an exposure amount when an image corresponding to the second edge appears. A projection optical system inspection apparatus, comprising: an arithmetic unit that calculates an aberration of the projection optical system based on an exposure amount.
【請求項12】前記所定面は、レジストが設けらた基板
表面であり、 前記露光量制御手段は、前記パターンを前記基板表面の
複数の異なる位置の夫々に投影し、かつ複数の異なる位
置の夫々に投影する際に、各位置の夫々で露光量を変化
させることを特徴とする請求項11に記載の投影光学系
の検査装置。
12. The method according to claim 11, wherein the predetermined surface is a substrate surface on which a resist is provided, and the exposure amount control means projects the pattern onto each of a plurality of different positions on the substrate surface, and 12. The projection optical system inspection apparatus according to claim 11, wherein when projecting the respective images, the exposure amount is changed at each position.
【請求項13】前記検査装置は、半導体基板上に回路パ
ターンを投影する露光装置内に設けられることを特徴と
する請求項9から請求項12のうちいずれか一つに記載
の投影光学系の検査装置。
13. The projection optical system according to claim 9, wherein said inspection apparatus is provided in an exposure apparatus for projecting a circuit pattern onto a semiconductor substrate. Inspection equipment.
【請求項14】 請求項9から請求項12のうちいずれ
か一つに記載の検査装置を備える露光装置。
14. An exposure apparatus comprising the inspection apparatus according to claim 9. Description:
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