JP3259293B2 - 投影光学系の検査方法、投影光学系の検査装置及び露光装置 - Google Patents
投影光学系の検査方法、投影光学系の検査装置及び露光装置Info
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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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Description
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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
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
【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
マ収差量に対する２つのピークの強度比を表す図
【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
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
【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
好適な露光装置の概略的な構成を示す図
【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
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
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
Claims (14)
- 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27527491A JP3259293B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 投影光学系の検査方法、投影光学系の検査装置及び露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27527491A JP3259293B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 投影光学系の検査方法、投影光学系の検査装置及び露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05114542A JPH05114542A (ja) | 1993-05-07 |
| JP3259293B2 true JP3259293B2 (ja) | 2002-02-25 |
Family
ID=17553144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27527491A Expired - Fee Related JP3259293B2 (ja) | 1991-10-23 | 1991-10-23 | 投影光学系の検査方法、投影光学系の検査装置及び露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3259293B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW357262B (en) | 1996-12-19 | 1999-05-01 | Nikon Corp | Method for the measurement of aberration of optical projection system, a mask and a exposure device for optical project system |
-
1991
- 1991-10-23 JP JP27527491A patent/JP3259293B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05114542A (ja) | 1993-05-07 |
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