JPH0230112A - 露光条件測定方法 - Google Patents
露光条件測定方法Info
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- JPH0230112A JPH0230112A JP63180654A JP18065488A JPH0230112A JP H0230112 A JPH0230112 A JP H0230112A JP 63180654 A JP63180654 A JP 63180654A JP 18065488 A JP18065488 A JP 18065488A JP H0230112 A JPH0230112 A JP H0230112A
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Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造するため
の露光装置を用いて、所望の露光条件を決定したり、線
幅を測定したりする等のための測定方法に関し、特に投
影露光装置におけるフォーカス条件や露光エネルギー量
の条件を設定するのに好適な測定方法に関する。
の露光装置を用いて、所望の露光条件を決定したり、線
幅を測定したりする等のための測定方法に関し、特に投
影露光装置におけるフォーカス条件や露光エネルギー量
の条件を設定するのに好適な測定方法に関する。
従来、この種の露光装置では、一定の厚み(1〜5μm
程度)でレジスト層を塗布した感光基板に、マスクやレ
チクルと呼ばれる原版に形成されたパターン(光透過部
と遮光部とによる幾何学的な模様)の像を露光するため
に、マスクやレチクルの上方から均一な照度分布でほぼ
一定の光強度の露光光を所定時間だけ照射する照明系、
あるいはパルス発光型のレーザ光源からの露光光(パル
ス光)を、所定の光量積分が得られるまで複数パルスを
照射する照明系が設けられている。いずれの場合も、レ
チクルのパターン像をレジスト層に対して最適な露光量
で焼き付けるように制御されている。
程度)でレジスト層を塗布した感光基板に、マスクやレ
チクルと呼ばれる原版に形成されたパターン(光透過部
と遮光部とによる幾何学的な模様)の像を露光するため
に、マスクやレチクルの上方から均一な照度分布でほぼ
一定の光強度の露光光を所定時間だけ照射する照明系、
あるいはパルス発光型のレーザ光源からの露光光(パル
ス光)を、所定の光量積分が得られるまで複数パルスを
照射する照明系が設けられている。いずれの場合も、レ
チクルのパターン像をレジスト層に対して最適な露光量
で焼き付けるように制御されている。
このような露光量制御は、±3%以下といった極めた厳
しいコントロールが要求されるが、それはレジスト層に
形成されるパターンの線幅を十分な精度でコントロール
するためである。
しいコントロールが要求されるが、それはレジスト層に
形成されるパターンの線幅を十分な精度でコントロール
するためである。
一方、レジスト層にできるパターンの線幅は、プロキシ
ミティ方式の場合は、マスクと感光基板との機械的な間
隔、投影方式の場合は感光基板と投影光学系とのI′B
′I隔、すなわちフォーカス誤差によっても大きく変化
する。
ミティ方式の場合は、マスクと感光基板との機械的な間
隔、投影方式の場合は感光基板と投影光学系とのI′B
′I隔、すなわちフォーカス誤差によっても大きく変化
する。
そこで、感光基板に対する最適な露光条件、特にフォー
カス条件と露光量条件の2つを見い出すために、感光基
板へ試し焼きを行なった後、感光基板を現像して、直線
状のパターンの線幅を光学顕微鏡や専用の線幅測定装置
で計測し、設計上の線幅値との比較を行なうか、あるい
はある条件のときに線幅が最も小さくなることを利用し
て、最適な露光条件を決定することが行なわれている。
カス条件と露光量条件の2つを見い出すために、感光基
板へ試し焼きを行なった後、感光基板を現像して、直線
状のパターンの線幅を光学顕微鏡や専用の線幅測定装置
で計測し、設計上の線幅値との比較を行なうか、あるい
はある条件のときに線幅が最も小さくなることを利用し
て、最適な露光条件を決定することが行なわれている。
例えば、ステップアンドリピート方式の露光装置では、
ウェハ等の感光基板上にマトリックス状にショット領域
が形成されるように、ウェハをレチクル(マスク)に対
してステッピングする露光方式を採用している。そこで
試し焼きにあたって、ウェハ上のショット領域の配列の
横方向(X方向)の並びに関しては、フォーカス値を一
定にして露光量(例えばシャンター時間)を一定量ずつ
変えて露光を行ない、ショット配列の縦方向(X方向)
の並びに関しては、露光量を一定にしてフォーカス値を
一定量(例えば0.25μm)ずつ変えて露光を行なう
ことが考えられている。
ウェハ等の感光基板上にマトリックス状にショット領域
が形成されるように、ウェハをレチクル(マスク)に対
してステッピングする露光方式を採用している。そこで
試し焼きにあたって、ウェハ上のショット領域の配列の
横方向(X方向)の並びに関しては、フォーカス値を一
定にして露光量(例えばシャンター時間)を一定量ずつ
変えて露光を行ない、ショット配列の縦方向(X方向)
の並びに関しては、露光量を一定にしてフォーカス値を
一定量(例えば0.25μm)ずつ変えて露光を行なう
ことが考えられている。
そして、現像後に形成された各ショントiJl域内の線
状のレジストパターンの線幅を直に計測し、そのうち、
同一露光量のショット中で最も線幅が小さくなっている
ショット領域のフォーカス位置、及びそのフォーカス位
置でのショント中で線幅が所定量となる露光量をもって
R通な露光条件とすることが考えられている。
状のレジストパターンの線幅を直に計測し、そのうち、
同一露光量のショット中で最も線幅が小さくなっている
ショット領域のフォーカス位置、及びそのフォーカス位
置でのショント中で線幅が所定量となる露光量をもって
R通な露光条件とすることが考えられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記、従来考えられている技術では、例えばテストレチ
クルに形成されたパターンをウェハ等のレジスト層に転
写した後、レジスト層で形成されたパターンの平行なエ
ツジ間隔を光学顕微鏡、又は専用21[1定機で計測す
るため、第1には処理速度が極めて遅いといった問題が
ある。特に光学顕微鏡を用いてiTVカメラでレジスト
パターンを観察する場合は、顕微鏡のフォーカス合わせ
を厳密に行なう必要があり、作業者の疲労は計り知れな
いものがある。また専用の測定機を使う場合は、比較的
高精度に線幅計測が可能であるが、そのような測定機を
用意しなければならないことになる。
クルに形成されたパターンをウェハ等のレジスト層に転
写した後、レジスト層で形成されたパターンの平行なエ
ツジ間隔を光学顕微鏡、又は専用21[1定機で計測す
るため、第1には処理速度が極めて遅いといった問題が
ある。特に光学顕微鏡を用いてiTVカメラでレジスト
パターンを観察する場合は、顕微鏡のフォーカス合わせ
を厳密に行なう必要があり、作業者の疲労は計り知れな
いものがある。また専用の測定機を使う場合は、比較的
高精度に線幅計測が可能であるが、そのような測定機を
用意しなければならないことになる。
第2には、テストレチクル上に形成されたパターンの製
造誤差、特にパターン線幅の誤差による影響が、そのま
まレジストパターンの計測値に反映されてしまうといっ
た問題である。
造誤差、特にパターン線幅の誤差による影響が、そのま
まレジストパターンの計測値に反映されてしまうといっ
た問題である。
一般に、投影型露光装置では投影レンズのへストフォー
カス面(最良結像面)は、15X15au++、又は2
0 X20mmといった広いフィールド(ショット領域
に対応)内でサブミクロンの精度でフラントになってい
ることは少なく、フィールド中心と周辺とではミクロン
オーダに近い量で像面湾曲や傾斜を伴っている。
カス面(最良結像面)は、15X15au++、又は2
0 X20mmといった広いフィールド(ショット領域
に対応)内でサブミクロンの精度でフラントになってい
ることは少なく、フィールド中心と周辺とではミクロン
オーダに近い量で像面湾曲や傾斜を伴っている。
しかも投影レンズ自体の焦点深度も±1μm程度と狭い
ため、フィールド内全域で平均的にフォーカスが合うよ
うな最良結像面を決定する必要がある。そこで1つのノ
ヨント領域内の中心や周辺の複数点に、線幅計測用の直
線状パターン、又はランパスマークが焼き込まれるよう
に、テストレチクル上の?j!数点にそれらマーク、パ
ターンが設けられる。この場合、各点に形成したマーク
、パターンの線幅のばらつきがそのまま計測誤差となっ
てしまい、像面湾曲や傾斜を正確に特定することが難し
くなり、その結果、露光条件のうちのフォーカス条件の
決定があいまいになるといった問題が生している。
ため、フィールド内全域で平均的にフォーカスが合うよ
うな最良結像面を決定する必要がある。そこで1つのノ
ヨント領域内の中心や周辺の複数点に、線幅計測用の直
線状パターン、又はランパスマークが焼き込まれるよう
に、テストレチクル上の?j!数点にそれらマーク、パ
ターンが設けられる。この場合、各点に形成したマーク
、パターンの線幅のばらつきがそのまま計測誤差となっ
てしまい、像面湾曲や傾斜を正確に特定することが難し
くなり、その結果、露光条件のうちのフォーカス条件の
決定があいまいになるといった問題が生している。
そこで本発明では、上記第1、第2の問題点に鑑みて、
処理速度が速く、テストレチクル等の製造誤差の影響を
受けにくい測定方法を提供することを目的とする。
処理速度が速く、テストレチクル等の製造誤差の影響を
受けにくい測定方法を提供することを目的とする。
さらに本発明では、露光装置本体に備えられている感光
基板用のアライメントセンサーを用いて、容易に、かつ
高精度に露光条件を決定して露光装置本体を自己管理す
るオートセットアンプの方法を提供することを目的とす
る。
基板用のアライメントセンサーを用いて、容易に、かつ
高精度に露光条件を決定して露光装置本体を自己管理す
るオートセットアンプの方法を提供することを目的とす
る。
本発明では、互いに所定の交差角度(θ)で交わるエツ
ジを有する2つの直線状パターンを、2重露光によって
レジスト層に形成し、2つの直線状パターンの重ね合わ
せにより形成されたくさび状、もしくはモアレ状のレジ
スト像の寸法を計測することで間接的に露光条件を測定
するようにした。
ジを有する2つの直線状パターンを、2重露光によって
レジスト層に形成し、2つの直線状パターンの重ね合わ
せにより形成されたくさび状、もしくはモアレ状のレジ
スト像の寸法を計測することで間接的に露光条件を測定
するようにした。
そして、感光基板上の異なる複数の部分領域の夫々に、
露光条件(フォーカス、エネルギー量)を変えて順次1
回目の露光(第1の直線状パターンの露光)を行ない、
次にレジスト層にできた潜像に対して、各部分領域毎に
露光条件を変えて2回目の露光(第2の直線パターンの
露光)を行なうようにする。
露光条件(フォーカス、エネルギー量)を変えて順次1
回目の露光(第1の直線状パターンの露光)を行ない、
次にレジスト層にできた潜像に対して、各部分領域毎に
露光条件を変えて2回目の露光(第2の直線パターンの
露光)を行なうようにする。
そして、各部分領域毎に作成されたレジスト像(くさび
状、又はモアレ状)の長さ寸法を計測して比較すること
で、最適な露光条件を決定するようにした。
状、又はモアレ状)の長さ寸法を計測して比較すること
で、最適な露光条件を決定するようにした。
本発明においては、例えばテストレチクル(あるいはデ
バイスレチクル)内に2つの直線状パターンを光透過部
、又は先遣へい部として形成しておき、このパターンを
互いに所定の角度(0゜以外で45°以下)で交差する
ようにレジスト層に2重露光し、重ね合わせによってで
きたくさび状、又はモアレ状のレジストパターンの長さ
(、V!幅方向とは交差する方向の長さ)を計測するよ
うにしたため、直接線幅を計測する必要がなく、計測値
の信頬性が向上することになる。
バイスレチクル)内に2つの直線状パターンを光透過部
、又は先遣へい部として形成しておき、このパターンを
互いに所定の角度(0゜以外で45°以下)で交差する
ようにレジスト層に2重露光し、重ね合わせによってで
きたくさび状、又はモアレ状のレジストパターンの長さ
(、V!幅方向とは交差する方向の長さ)を計測するよ
うにしたため、直接線幅を計測する必要がなく、計測値
の信頬性が向上することになる。
また2つの直線状パターンの機能は、テストレチクル上
に設けた1つの直線状パターンで共用するようにすれば
、レチクル製造時のパターン幅の誤差が本質的に除去さ
れるようになる。
に設けた1つの直線状パターンで共用するようにすれば
、レチクル製造時のパターン幅の誤差が本質的に除去さ
れるようになる。
さらに、2つの直線状パターンの夫々を、ラインアンド
スペース状に(必らずしもl:1にする必要はない)に
複数本用意しておくと、レジスト層にできるくさび状、
モアレ状のレジストパターンも複数本になり、この複数
本のレジストパターンの寸法を計測して平均化すること
で、レチクル上のライン・アンド・スペースのパターン
幅のばらつきを平均化することができ、レチクル製造時
のパターン幅誤差の影響を受けにくくすることができる
。
スペース状に(必らずしもl:1にする必要はない)に
複数本用意しておくと、レジスト層にできるくさび状、
モアレ状のレジストパターンも複数本になり、この複数
本のレジストパターンの寸法を計測して平均化すること
で、レチクル上のライン・アンド・スペースのパターン
幅のばらつきを平均化することができ、レチクル製造時
のパターン幅誤差の影響を受けにくくすることができる
。
そこで、本発明の原理を第1図を参照して説明する。第
1図(A)は2つの直線状パターンの2重露光の様子を
示し、1回目の露光においてはX−y座標系のX軸に対
して時計回りの方向にθ/2だけ傾いた線幅!、長さH
の3本の直線パターンを間隔lで並置したパターン群T
P+−1TP、、、TP、c(総称するときは単にTP
、とする)を、X方向に間隔Dyで配列して露光する。
1図(A)は2つの直線状パターンの2重露光の様子を
示し、1回目の露光においてはX−y座標系のX軸に対
して時計回りの方向にθ/2だけ傾いた線幅!、長さH
の3本の直線パターンを間隔lで並置したパターン群T
P+−1TP、、、TP、c(総称するときは単にTP
、とする)を、X方向に間隔Dyで配列して露光する。
2回目の露光においては、X軸に対して反時計回りの方
向にθ/2だけ傾いた線幅ゼ、長さHの3本の直線パタ
ーンを間隔!で並置したパターン群TP、いTP2.、
TP、c(総称するときは単にTP、とする)を、X方
向に間隔Dyで配列して2重露光する。
向にθ/2だけ傾いた線幅ゼ、長さHの3本の直線パタ
ーンを間隔!で並置したパターン群TP、いTP2.、
TP、c(総称するときは単にTP、とする)を、X方
向に間隔Dyで配列して2重露光する。
ここで各直線状パターン群TP、、TP、の各直線パタ
ーンが先遣へい部(クロム層等)であると、2つのパタ
ーン群TP、、TP、がオーバーランプした部分は偏平
な平行四辺形(ひし形)の未露光部となり、各直線パタ
ーンが光透過部であると、2つのパターン群TP、 、
TP、のいずれか一方が転写された部分は、全て露光部
となる。
ーンが先遣へい部(クロム層等)であると、2つのパタ
ーン群TP、、TP、がオーバーランプした部分は偏平
な平行四辺形(ひし形)の未露光部となり、各直線パタ
ーンが光透過部であると、2つのパターン群TP、 、
TP、のいずれか一方が転写された部分は、全て露光部
となる。
本発明では、これら直線パターンは光透過部、遮へい部
のいずれであってもよい。また感光基板のレジスト層は
ポジレジスト、ネガレジストのいずれであってもよい。
のいずれであってもよい。また感光基板のレジスト層は
ポジレジスト、ネガレジストのいずれであってもよい。
第1図(B)はパターン群TP、 、TP、の各直線パ
ターンを遮光部として、ポジレジストを用いた場合に形
成されるレジストパターン(像)IRa、lRb、lR
c (総称するときにはIRとする)を示し、レジスト
パターンIRa (lRb、lRcも同じ)は、X方向
に平行に伸びた頂角θの3本のひし形(モアレ状、くさ
び状)のレジスト像が、X方向にピンチPyで配列され
る。この場合、ひし形のレジスト像は現像によって除去
されずに、感光基板上に1〜5μm程度の厚みで残存し
たものである。尚、各レジストパターンIRa、lRb
、IRcの左右に離れて形成されたくさび状のレジスト
パターンIR,は、第1図(A)からも明らかなように
、長さHの直線パターンの両側でわずかにオーバーラン
プしてできる未露光部である。
ターンを遮光部として、ポジレジストを用いた場合に形
成されるレジストパターン(像)IRa、lRb、lR
c (総称するときにはIRとする)を示し、レジスト
パターンIRa (lRb、lRcも同じ)は、X方向
に平行に伸びた頂角θの3本のひし形(モアレ状、くさ
び状)のレジスト像が、X方向にピンチPyで配列され
る。この場合、ひし形のレジスト像は現像によって除去
されずに、感光基板上に1〜5μm程度の厚みで残存し
たものである。尚、各レジストパターンIRa、lRb
、IRcの左右に離れて形成されたくさび状のレジスト
パターンIR,は、第1図(A)からも明らかなように
、長さHの直線パターンの両側でわずかにオーバーラン
プしてできる未露光部である。
さて、2つの直線状パターン群TP、 、TP。
が互いに位置ずれなく重ね合わされたものとすると、レ
ジストパターンIRのX方向の長さLnmは、幾何学的
な計算から理論上の値が導びかれる。
ジストパターンIRのX方向の長さLnmは、幾何学的
な計算から理論上の値が導びかれる。
理論上の計算式は、交差角θが小さいとすると、以下の
(1)式で近似できる。
(1)式で近似できる。
Lnm−・−一−−(+)
tan θ/2
この(1)式からも明らかであるが、2つの直線パター
ンの成す角度θの半角θ/2を45°以下の小さな値(
例えば数度以下)にすると、tan θ/2は1以下の
小さな値となり、レジスト層に転写される直線パターン
の幅lの変化は、レジストパターン[Rの長さLnmを
l/lan θ/2(1以上)倍だけ比例変化させるこ
とになる。
ンの成す角度θの半角θ/2を45°以下の小さな値(
例えば数度以下)にすると、tan θ/2は1以下の
小さな値となり、レジスト層に転写される直線パターン
の幅lの変化は、レジストパターン[Rの長さLnmを
l/lan θ/2(1以上)倍だけ比例変化させるこ
とになる。
本発明では、この原理を用いて形成されたレジストパタ
ーンIRの長さを計測することで、そのときの線幅変化
の原因となる露光条件を知ろうとするものである。
ーンIRの長さを計測することで、そのときの線幅変化
の原因となる露光条件を知ろうとするものである。
簗上公災施炭
第2図は、本実施例に使用される縮小投影型露光装置(
ステッパー)の構成を示す図である。
ステッパー)の構成を示す図である。
水銀放電灯1等の露光用光源からの光(g線、i線)は
楕円鏡2で集光された後、露光量制御用のシャッター3
を通り、オプチカルインテグレータ4で照度均一化され
た後、主コンデンサ−レンズCLを介してレチクルRを
照明する。放電灯1から主コンデンサ−レンズCLまで
は、露光用の照明系であって、放電灯1の発光強度がほ
ぼ一定であるとすると、シャッター3の開時間をシャン
ターコントローラ6で制御することで、常に一定の露光
量が得られる。レチクルRは2次元(X、y、回転方向
)に微動するレチクルステージR3に保持され、レチク
ルRのパターン領域に形成された各種パターンの透過光
は、像側テレセントリンクな投影レンズPLによってウ
ェハW上へ結像投影される。レチクルRの初期設定は、
レチクルR周辺のアライメントマークを光電検出するレ
チクルアライメント系5からのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージR3を微動することによって行な
われる。一方、ウェハステージSTは、ウェハWを載置
して、一定量ずつx、y方向にステンピングさせ、ウェ
ハW上のショット領域(部分領域)毎に、レチクルRの
パターン領域の像を焼き付けるように移動する。またウ
ェハステージSTは、ウェハW上の各種パターン(アラ
イメントマークやレジストパターン)を光電検出する際
にも移動する。このウェハステージSTはステージコン
トローラ7によって制御され、ステージコントローラ7
には駆動用のモータと、ステージSTの座標値を逐次計
測するレーザ干渉計とが設けられている。
楕円鏡2で集光された後、露光量制御用のシャッター3
を通り、オプチカルインテグレータ4で照度均一化され
た後、主コンデンサ−レンズCLを介してレチクルRを
照明する。放電灯1から主コンデンサ−レンズCLまで
は、露光用の照明系であって、放電灯1の発光強度がほ
ぼ一定であるとすると、シャッター3の開時間をシャン
ターコントローラ6で制御することで、常に一定の露光
量が得られる。レチクルRは2次元(X、y、回転方向
)に微動するレチクルステージR3に保持され、レチク
ルRのパターン領域に形成された各種パターンの透過光
は、像側テレセントリンクな投影レンズPLによってウ
ェハW上へ結像投影される。レチクルRの初期設定は、
レチクルR周辺のアライメントマークを光電検出するレ
チクルアライメント系5からのマーク検出信号に基づい
て、レチクルステージR3を微動することによって行な
われる。一方、ウェハステージSTは、ウェハWを載置
して、一定量ずつx、y方向にステンピングさせ、ウェ
ハW上のショット領域(部分領域)毎に、レチクルRの
パターン領域の像を焼き付けるように移動する。またウ
ェハステージSTは、ウェハW上の各種パターン(アラ
イメントマークやレジストパターン)を光電検出する際
にも移動する。このウェハステージSTはステージコン
トローラ7によって制御され、ステージコントローラ7
には駆動用のモータと、ステージSTの座標値を逐次計
測するレーザ干渉計とが設けられている。
ところで、この種のステッパーには、ウェハW上の各種
パターン(アライメントマーク等)を検出するためのウ
ェハアライメント系が設けられている0本実施例では、
投影レンズPLを介してウェハW上にスリット状のスポ
ット光を投射し、このスポット光に照射されたマークパ
ターンからの光情報、特に回折光や散乱光を再び投影レ
ンズPLを介して抽出するTTL方式のウェハアライメ
ント系1)を設ける。第2図に示すように、He−Ne
、Arイオン等のレーザ光源1)aからのレーザビーム
は、シリンドリカルレンズ等を含むレンズ系1)b、ビ
ームスプリンタllc、及び対物レンズlOを介してミ
ラーで折り曲げられて投影レンズPLの入射瞳の中心を
通るように送光される。レーザビームは投影レンズPL
の軸外部分からウェハW上へ垂直に照射され、レンズ系
1)bの作用でウェハW上で一方向に伸びたスリット状
のスポット光となる。また、ウェハWからの戻り光は、
投影レンズPLを逆進し、対物レンズ10を介してビー
ムスプリッタllcで反射され、瞳リレー系lid、空
間フィルターlieを通って光電素子1)fに受光され
る。空間フィルターlieは投影レンズPLの瞳とほぼ
共役な関係に配置され、ウェハWからの戻り光のうち、
正反射光を遮断して回折光と散乱光を通す。ここで、対
物レンズ10を射出したレーザービームは、投影レンズ
PLの瞳中心で、比較的小さなビーム断面寸法となるよ
うに、ビームの開口数が定められている。従って投影レ
ンズPL自体の開口数が大きくても、ウェハW上に達し
たビームの開口数は、比較的小さくなる。このことはウ
ェハ上の各種パターンを検出器に、そのビームの焦点深
度が広くなっていることから、フォーカスずれの影響を
受けにくいことを意味する。
パターン(アライメントマーク等)を検出するためのウ
ェハアライメント系が設けられている0本実施例では、
投影レンズPLを介してウェハW上にスリット状のスポ
ット光を投射し、このスポット光に照射されたマークパ
ターンからの光情報、特に回折光や散乱光を再び投影レ
ンズPLを介して抽出するTTL方式のウェハアライメ
ント系1)を設ける。第2図に示すように、He−Ne
、Arイオン等のレーザ光源1)aからのレーザビーム
は、シリンドリカルレンズ等を含むレンズ系1)b、ビ
ームスプリンタllc、及び対物レンズlOを介してミ
ラーで折り曲げられて投影レンズPLの入射瞳の中心を
通るように送光される。レーザビームは投影レンズPL
の軸外部分からウェハW上へ垂直に照射され、レンズ系
1)bの作用でウェハW上で一方向に伸びたスリット状
のスポット光となる。また、ウェハWからの戻り光は、
投影レンズPLを逆進し、対物レンズ10を介してビー
ムスプリッタllcで反射され、瞳リレー系lid、空
間フィルターlieを通って光電素子1)fに受光され
る。空間フィルターlieは投影レンズPLの瞳とほぼ
共役な関係に配置され、ウェハWからの戻り光のうち、
正反射光を遮断して回折光と散乱光を通す。ここで、対
物レンズ10を射出したレーザービームは、投影レンズ
PLの瞳中心で、比較的小さなビーム断面寸法となるよ
うに、ビームの開口数が定められている。従って投影レ
ンズPL自体の開口数が大きくても、ウェハW上に達し
たビームの開口数は、比較的小さくなる。このことはウ
ェハ上の各種パターンを検出器に、そのビームの焦点深
度が広くなっていることから、フォーカスずれの影響を
受けにくいことを意味する。
さて、光電素子1)fからの光電信号は、信号処理系I
2に入力し、ここでマーク(パターン)のプロフィール
に対応した波形に基づいて、マーク位置が検出される。
2に入力し、ここでマーク(パターン)のプロフィール
に対応した波形に基づいて、マーク位置が検出される。
このとき信号処理系12は、ステージコントローラ7内
のレーザ干渉系からの位置計測パルス(例えば0.02
μm毎に1パルス)を使って、スポット光とウェハWと
を相対移動させたときに得られる光電素子1)fからの
信号波形をサンプリングする0本実施例では、二のよう
なTTL方式のウェハアライメント系1)、信号処理系
12を用いて、第1図(B)に示したレジストパターン
IRを自動計測するものとする。
のレーザ干渉系からの位置計測パルス(例えば0.02
μm毎に1パルス)を使って、スポット光とウェハWと
を相対移動させたときに得られる光電素子1)fからの
信号波形をサンプリングする0本実施例では、二のよう
なTTL方式のウェハアライメント系1)、信号処理系
12を用いて、第1図(B)に示したレジストパターン
IRを自動計測するものとする。
ところで、レチクルRのパターンをウェハW上へ焼き付
ける際、投影レンズPLの最良結像面、すなわちレチク
ルRのパターン像が最もコントラストよく結像している
面と、ウェハWのレジスト面とを正確に一致させる必要
がある。そのため本実施例では、レジスト層に対して非
感光性の光源14からの光を投射光学系15によって結
像光束にしてウェハWへ斜め(ウェハ面に対して5°〜
20°)に投射し、その反射光を受光光学系16、スリ
ット17を介して光電検出器18で受光する斜入射光式
焦点検出系(AFセンサー)を設ける。
ける際、投影レンズPLの最良結像面、すなわちレチク
ルRのパターン像が最もコントラストよく結像している
面と、ウェハWのレジスト面とを正確に一致させる必要
がある。そのため本実施例では、レジスト層に対して非
感光性の光源14からの光を投射光学系15によって結
像光束にしてウェハWへ斜め(ウェハ面に対して5°〜
20°)に投射し、その反射光を受光光学系16、スリ
ット17を介して光電検出器18で受光する斜入射光式
焦点検出系(AFセンサー)を設ける。
このAPセンサーは、投影レンズPLの最良結像面とウ
ェハWの表面とが一致したとき、合焦を表わす信号を検
出器18が出力し、最良結像面に対してウェハ表面が上
下(光軸)方向にずれているときは、そのずれ量(例え
ば上敷μm以内)に対応した信号を出力する。これら合
焦や焦点ずれを表わす信号(AF倍信号する)は、焦点
制御ユニット(以下AFユニットとする)9によって処
理される。
ェハWの表面とが一致したとき、合焦を表わす信号を検
出器18が出力し、最良結像面に対してウェハ表面が上
下(光軸)方向にずれているときは、そのずれ量(例え
ば上敷μm以内)に対応した信号を出力する。これら合
焦や焦点ずれを表わす信号(AF倍信号する)は、焦点
制御ユニット(以下AFユニットとする)9によって処
理される。
またウェハステージSTには、ウェハWを光軸方向に微
小移動させる2ステージと、ウェハWをx−y平面内で
微小回転させるθステージも設けられていて、上記AF
倍信号応答して、ステージコントローラ7の制iffの
もとでZステージを駆動することで、自動焦点合わせが
行なわれる。尚、AFセンサーの光学系内の一部、又は
AFユニット9内には、AF倍信号合焦点を表わす実際
のウェハ表面位置を、投影レンズPLの光軸方向にシフ
トさせるオフセット部も設けられており、このオフセッ
ト部には、主制御系8から任意のシフト量を設定するこ
とができる。
小移動させる2ステージと、ウェハWをx−y平面内で
微小回転させるθステージも設けられていて、上記AF
倍信号応答して、ステージコントローラ7の制iffの
もとでZステージを駆動することで、自動焦点合わせが
行なわれる。尚、AFセンサーの光学系内の一部、又は
AFユニット9内には、AF倍信号合焦点を表わす実際
のウェハ表面位置を、投影レンズPLの光軸方向にシフ
トさせるオフセット部も設けられており、このオフセッ
ト部には、主制御系8から任意のシフト量を設定するこ
とができる。
本実施例における2重露光時には、このオフセット部に
所定のシフト量を順次設定していくことになる。
所定のシフト量を順次設定していくことになる。
さて、主制御系8は、ステッパー本体の各種動作を統括
制御するのはもちろんのこと、さらに露光条件をオート
セントするための測定アルゴリズム(タスク)を備えて
いる。その機能について詳しくは後述する。
制御するのはもちろんのこと、さらに露光条件をオート
セントするための測定アルゴリズム(タスク)を備えて
いる。その機能について詳しくは後述する。
第3図は、露光条件を測定するために好適なテストレチ
クルRのパターン形状の一例を示すもので、デバイスレ
チクルの代りにレチクルステージR3へ搬送される。こ
のテストレチクルRの周辺3ケ所には、レチクルアライ
メント系5で検出されるマークRM+ 、RM、 SR
M、がデバイスレチクルと同一配置で形成され、それら
マークの内側にパターン領域PAが形成される。パター
ン領域PA内には、例えば3X3の配置で9ケ所にマー
ク領域MA+ 、MAt 、MA3 、MAa 、MA
s 、MA、 、MAt 、MA6 、MA、が形成さ
れている。各マーク領域MA、−MA、lのx、X方向
の間隔はSx、Syであり、マーク領域MA、はパター
ン領域PAの中心(レチクル中心)に設定される。そし
て各マーク領域MA、〜M A qの夫々には、第1図
(A)で示したような2つの直線状パターン群TP、
、TP、がX方向に並べて形成される。尚、中心のマー
ク領域M A sの直線状パターン群TP、 、、TP
、の配置と、他のマーク領域MA、〜MA、 、MA、
〜M A qの直線状パターン群TP、 、TP、の配
置とは、X方向に関して逆にしておくとよい。
クルRのパターン形状の一例を示すもので、デバイスレ
チクルの代りにレチクルステージR3へ搬送される。こ
のテストレチクルRの周辺3ケ所には、レチクルアライ
メント系5で検出されるマークRM+ 、RM、 SR
M、がデバイスレチクルと同一配置で形成され、それら
マークの内側にパターン領域PAが形成される。パター
ン領域PA内には、例えば3X3の配置で9ケ所にマー
ク領域MA+ 、MAt 、MA3 、MAa 、MA
s 、MA、 、MAt 、MA6 、MA、が形成さ
れている。各マーク領域MA、−MA、lのx、X方向
の間隔はSx、Syであり、マーク領域MA、はパター
ン領域PAの中心(レチクル中心)に設定される。そし
て各マーク領域MA、〜M A qの夫々には、第1図
(A)で示したような2つの直線状パターン群TP、
、TP、がX方向に並べて形成される。尚、中心のマー
ク領域M A sの直線状パターン群TP、 、、TP
、の配置と、他のマーク領域MA、〜MA、 、MA、
〜M A qの直線状パターン群TP、 、TP、の配
置とは、X方向に関して逆にしておくとよい。
このようにパターン領域PA内の複数の位置に直線状パ
ターン群TP、 、TP、の組を設けることによって、
ショット領(投影レンズPLの露光視野)内のそれぞれ
の点におけるフォーカス条件(あるいは線幅)が測定で
きる。
ターン群TP、 、TP、の組を設けることによって、
ショット領(投影レンズPLの露光視野)内のそれぞれ
の点におけるフォーカス条件(あるいは線幅)が測定で
きる。
次に本発明の第1の実施例による測定方法を説明するが
、この方法を実施するのに好適なりソグラフィシステム
について第4図を参照して説明してお(。第4図は第2
図に示したステッパー本体100とコータ・デベロンパ
−(レジスト塗布部と現像部を一体にもつ装置で、以下
C,D、 と呼ぶ)120とをインラインで結合した様
子を示し、C,D、120に本実施例の方法の実施を効
率よく行なうための改良がなされている。まず、これか
ら露光しようとするウェハはC00,120の位置F、
に載置された後、レジスト塗布、乾燥部121をへて、
バッファ位置F2で待朋する。ステッパー本体100が
露光動作を始めると、ウェハは位WFzからステッパー
100のロードポジションF、に搬送され、ウェハステ
ージST上に受は渡され、露光がjテなわれる。露光後
のウェハはステージSTから取り出され、アンロードポ
ジションF4をへて、C,0,120の分岐ポジション
F5を通って現像部122へ送られ、ここで現像された
ウェハはC,D、120のティク・アウトポジションF
、に保存される。ここで特別に改良した点は、レジスト
塗布部121と現像部122との間にリニアなガイドレ
ール123を設け、このガイドレール123に沿って、
ウェハを保持して一次元に移動する搬送アーム124を
設けたことである。アーム124は、現像部122から
出てきたウェハを保持した状態で所定量もち上げ、ガイ
ドレール123に沿って第4図中で右方へ移動し、その
ウェハを分岐ポジションF、に受は渡す。このためアー
ム124は上下動、回転運動可能に構成されている。分
岐ポジションF。
、この方法を実施するのに好適なりソグラフィシステム
について第4図を参照して説明してお(。第4図は第2
図に示したステッパー本体100とコータ・デベロンパ
−(レジスト塗布部と現像部を一体にもつ装置で、以下
C,D、 と呼ぶ)120とをインラインで結合した様
子を示し、C,D、120に本実施例の方法の実施を効
率よく行なうための改良がなされている。まず、これか
ら露光しようとするウェハはC00,120の位置F、
に載置された後、レジスト塗布、乾燥部121をへて、
バッファ位置F2で待朋する。ステッパー本体100が
露光動作を始めると、ウェハは位WFzからステッパー
100のロードポジションF、に搬送され、ウェハステ
ージST上に受は渡され、露光がjテなわれる。露光後
のウェハはステージSTから取り出され、アンロードポ
ジションF4をへて、C,0,120の分岐ポジション
F5を通って現像部122へ送られ、ここで現像された
ウェハはC,D、120のティク・アウトポジションF
、に保存される。ここで特別に改良した点は、レジスト
塗布部121と現像部122との間にリニアなガイドレ
ール123を設け、このガイドレール123に沿って、
ウェハを保持して一次元に移動する搬送アーム124を
設けたことである。アーム124は、現像部122から
出てきたウェハを保持した状態で所定量もち上げ、ガイ
ドレール123に沿って第4図中で右方へ移動し、その
ウェハを分岐ポジションF、に受は渡す。このためアー
ム124は上下動、回転運動可能に構成されている。分
岐ポジションF。
に受は渡された現像済みウェハは、ポジションF、から
バンファ位置Ftへ搬送され、再びステンパー本体10
0ヘローディングされる。
バンファ位置Ftへ搬送され、再びステンパー本体10
0ヘローディングされる。
従って、このようなC,D、120とインラインを組む
ことによって、露光後に現像したウェハをただちにステ
ンパー本体100へ戻し、レジスト像の観察や各種計測
をステッパーのアライメント系を用いて実施することが
できる。
ことによって、露光後に現像したウェハをただちにステ
ンパー本体100へ戻し、レジスト像の観察や各種計測
をステッパーのアライメント系を用いて実施することが
できる。
次に、第1の実施例による露光条件の測定方法を、さら
に第5図、第6図、第7図の夫々を参照して説明する。
に第5図、第6図、第7図の夫々を参照して説明する。
第5図は本実施例の測定方法の手順を模式的に示した図
であり、第5図(A)は1回目の露光動作、第5図(B
)は2回目の露光(2重露光)動作、第5図(C)は現
像によるレジストパターンIRの形成動作、そして第5
図(D)はレジストパターンJRの寸法計測動作を示す
。
であり、第5図(A)は1回目の露光動作、第5図(B
)は2回目の露光(2重露光)動作、第5図(C)は現
像によるレジストパターンIRの形成動作、そして第5
図(D)はレジストパターンJRの寸法計測動作を示す
。
テストレチクルR上の1つのマーク領域に着目したとき
、その中の2つの直線状パターン群TPTP、はX方向
にXpだけ離れているものとする。
、その中の2つの直線状パターン群TPTP、はX方向
にXpだけ離れているものとする。
まず第5図(A)に示すように、直線状パターン群TP
、の投影像をウェハWへ焼き付け、レジスト層に潜像を
形成する8このとき同時に直線状パターン群TP、の投
影像も焼き付けられるが、その潜像に対する2重露光は
行なわないので、ここでは図示していない。
、の投影像をウェハWへ焼き付け、レジスト層に潜像を
形成する8このとき同時に直線状パターン群TP、の投
影像も焼き付けられるが、その潜像に対する2重露光は
行なわないので、ここでは図示していない。
さて、この1回目の露光において、第6図に示すように
、ウェハW上にx、X方向に例えば7×8のマトリック
ス状に計56シヨツトを設定し、各ショット領域に対し
て上記テストレチクルRのパターン領域PAの像をステ
ップアンドリピート方式で順次露光していく。このとき
、X方向に並ぶ7つのショッHJi域については、露光
量に一定量ずつオフセントを与えるようにする。具体的
には、第2図に示したシャッターコントローラ6に、X
方向のシヨ・ント位置に応じて露光時間を、例えば10
m5ecずつ変える指令を与えればよい。第6図では、
X方向のショット配列の中心のショットには、その露光
すべきレジスト層に対して適正と思われる露光時間(例
えば200 m5ec)を設定し、ここをオフセント零
として考え、X方向のショット配列の左から右へ順次、
−30、−20、−1O10、+10、+20、+30
m5ecといったオフセント量を設定する。
、ウェハW上にx、X方向に例えば7×8のマトリック
ス状に計56シヨツトを設定し、各ショット領域に対し
て上記テストレチクルRのパターン領域PAの像をステ
ップアンドリピート方式で順次露光していく。このとき
、X方向に並ぶ7つのショッHJi域については、露光
量に一定量ずつオフセントを与えるようにする。具体的
には、第2図に示したシャッターコントローラ6に、X
方向のシヨ・ント位置に応じて露光時間を、例えば10
m5ecずつ変える指令を与えればよい。第6図では、
X方向のショット配列の中心のショットには、その露光
すべきレジスト層に対して適正と思われる露光時間(例
えば200 m5ec)を設定し、ここをオフセント零
として考え、X方向のショット配列の左から右へ順次、
−30、−20、−1O10、+10、+20、+30
m5ecといったオフセント量を設定する。
一方、第6図に示したショット配列で、X方向に並ぶ8
つのショット領域については、フォーカス条件に一定量
ずつオフセントを与えるようにする。具体的には第2図
に示したAFユニット9内に設けられているオフセット
部に、X方向のショット位置に応じてフォーカス量を例
えば0.25μmずつ変える指令を与えればよい。第6
図では、X方向のショット配列の上から下へ、フォーカ
ス・オフセット量を−4、−3、−2、−1,01+1
、+2、+3の8段階に設定してあり、正負の符号はオ
フセットの方向(ウェハWが投影レンズPLに近づく方
向を負、逆方向を正)を表わす。
つのショット領域については、フォーカス条件に一定量
ずつオフセントを与えるようにする。具体的には第2図
に示したAFユニット9内に設けられているオフセット
部に、X方向のショット位置に応じてフォーカス量を例
えば0.25μmずつ変える指令を与えればよい。第6
図では、X方向のショット配列の上から下へ、フォーカ
ス・オフセット量を−4、−3、−2、−1,01+1
、+2、+3の8段階に設定してあり、正負の符号はオ
フセットの方向(ウェハWが投影レンズPLに近づく方
向を負、逆方向を正)を表わす。
ここでフォーカス・オフセット量が零とは、第2図中の
AFセンサーで初期設定されているヘストフォーカス位
置の検出点ではあるが、必らずしも投影レンズPLの最
良結像面とウェハWの表面とが正確に一致(例えば0.
25μm以内の範囲)している状態とは限らない。
AFセンサーで初期設定されているヘストフォーカス位
置の検出点ではあるが、必らずしも投影レンズPLの最
良結像面とウェハWの表面とが正確に一致(例えば0.
25μm以内の範囲)している状態とは限らない。
このように第6図が示した56シヨツトの夫々は、いず
れも露光条件がわずかずつ異なっており、その条件は主
制御系8内に記憶されて、1回目のステップアンドリピ
ート方式の露光時に、自動的に実行される。
れも露光条件がわずかずつ異なっており、その条件は主
制御系8内に記憶されて、1回目のステップアンドリピ
ート方式の露光時に、自動的に実行される。
次に第5図(B)に示すように、2回目の露光を行なう
が、これは単にウェハステージSTのステッピングを、
再び1回目の露光時の56シヨノトの夫々について同様
の露光条件で実行するだけでよい、ただし、ここで重要
なことは、第5図(B)にも示すように、1回目の露光
でレジスト層に形成された直線状パターン群TP、の潜
像TP+’ に対して直線状パターン群TP、の投影像
が正しく重ね合わされるように、ウェハステージSTの
56シヨツト分の各ステッピング位置を1回目の露光時
の各位置に対してm−Xp(mは投影レンズPLの縮小
率で1)5.1/lO等)だけX方向にシフトさせてお
くことである。この制御はステージコントローラ7のレ
ーザ干渉計を用いれば極めて容易である。
が、これは単にウェハステージSTのステッピングを、
再び1回目の露光時の56シヨノトの夫々について同様
の露光条件で実行するだけでよい、ただし、ここで重要
なことは、第5図(B)にも示すように、1回目の露光
でレジスト層に形成された直線状パターン群TP、の潜
像TP+’ に対して直線状パターン群TP、の投影像
が正しく重ね合わされるように、ウェハステージSTの
56シヨツト分の各ステッピング位置を1回目の露光時
の各位置に対してm−Xp(mは投影レンズPLの縮小
率で1)5.1/lO等)だけX方向にシフトさせてお
くことである。この制御はステージコントローラ7のレ
ーザ干渉計を用いれば極めて容易である。
こうして、1回目と同様に露光量オフセットとフォーカ
スオフセットとをショット毎に順次変化させて、56シ
ヨツトの全てについてステップアンドリピート方式で露
光を行なう。尚、上記の露光量やフォーカスのオフセッ
トの段階や、オフセットの幅が任意のものでよいことは
言うまでもない。
スオフセットとをショット毎に順次変化させて、56シ
ヨツトの全てについてステップアンドリピート方式で露
光を行なう。尚、上記の露光量やフォーカスのオフセッ
トの段階や、オフセットの幅が任意のものでよいことは
言うまでもない。
以上の操作によって露光されたウェハWは、第4図に示
したC、D、120へ自動搬送され、レジスト層の現像
が行なわれる。C0D、120は現像後のウェハWをア
ーム124で位置F、へ搬送した後、位置Ftを介して
再びステッパー本体100へ自動搬送する。ステッパー
本体100は、搬送されてきたウェハWを再びウェハス
テージS下上へ自動的に載置する。
したC、D、120へ自動搬送され、レジスト層の現像
が行なわれる。C0D、120は現像後のウェハWをア
ーム124で位置F、へ搬送した後、位置Ftを介して
再びステッパー本体100へ自動搬送する。ステッパー
本体100は、搬送されてきたウェハWを再びウェハス
テージS下上へ自動的に載置する。
次にステッパー本体100は、第5図(D)に示すよう
に、対物レンズ10を含むTTL方式のウェハアライメ
ント系1)と信号処理系12を使い、スリット状のスポ
ット光SPとウェハW(レジストパターンIR)を相対
走査して寸法計測を行なう。
に、対物レンズ10を含むTTL方式のウェハアライメ
ント系1)と信号処理系12を使い、スリット状のスポ
ット光SPとウェハW(レジストパターンIR)を相対
走査して寸法計測を行なう。
この計測の様子を第7図(A)、(B)に示す。
スリット状のスポット光SPは、ここではX方向に伸び
ており、長手方向と直交するX方向に相対走査するもの
とする。ウェハW上の各ショット領域内の例えば中心に
形成されたレジストパターンIRa、IRb、IRc、
IRdは、ともにX方向に細長く伸びた3本のモアレ状
パターンを有し、X方向に所定の間隔で並んでいる。こ
のようなレジストパターンI Ra−I Rdをスポッ
ト光SPで相対走査すると、レジストパターンl Ra
−IRdのほぼX方向に伸びるエツジから散乱光が発生
する。この散乱光は、第7図(A)で紙面の法線をZ軸
とすると、z−y平面に沿って広がるような分布で生じ
る。あるいは、みかけ上、レジストパターンIRa〜[
Rdの各モアレ状パターンが回折格子マークに近似した
周期構造となっている場合、その周期に対応した回折光
成分も発生する。いずれにしろ、それら散乱光や回折光
はウェハアライメント系1)内の光電素子1)fで受光
され、その光量に応じた光電信号レベルに変換される。
ており、長手方向と直交するX方向に相対走査するもの
とする。ウェハW上の各ショット領域内の例えば中心に
形成されたレジストパターンIRa、IRb、IRc、
IRdは、ともにX方向に細長く伸びた3本のモアレ状
パターンを有し、X方向に所定の間隔で並んでいる。こ
のようなレジストパターンI Ra−I Rdをスポッ
ト光SPで相対走査すると、レジストパターンl Ra
−IRdのほぼX方向に伸びるエツジから散乱光が発生
する。この散乱光は、第7図(A)で紙面の法線をZ軸
とすると、z−y平面に沿って広がるような分布で生じ
る。あるいは、みかけ上、レジストパターンIRa〜[
Rdの各モアレ状パターンが回折格子マークに近似した
周期構造となっている場合、その周期に対応した回折光
成分も発生する。いずれにしろ、それら散乱光や回折光
はウェハアライメント系1)内の光電素子1)fで受光
され、その光量に応じた光電信号レベルに変換される。
第7図(B)は、その信号レベルの変化とスポット光S
Pの走査位置(実際にはウェハステージSTの移動位置
)との関係を示し、ここでは回折光を受光したときの信
号変化を表わす。ここで、2重露光したときの2つの直
線状パターン群TP、 、TP、の交差角度θを約3°
とし、各パターンffTP、 、Tpzのライン・アン
ド・スペースを回折格子マークのピッチと同等にしたと
き、各レジストパターンI Ra−I RdのX方向の
中心部では回折光が最も多く受光され、両側の先端部に
いくにしたがって受光量が少なくなる。
Pの走査位置(実際にはウェハステージSTの移動位置
)との関係を示し、ここでは回折光を受光したときの信
号変化を表わす。ここで、2重露光したときの2つの直
線状パターン群TP、 、TP、の交差角度θを約3°
とし、各パターンffTP、 、Tpzのライン・アン
ド・スペースを回折格子マークのピッチと同等にしたと
き、各レジストパターンI Ra−I RdのX方向の
中心部では回折光が最も多く受光され、両側の先端部に
いくにしたがって受光量が少なくなる。
そこで信号処理系12は、第7図(B)のような信号波
形を取り込み、適当なスライスレベルで2値化して信号
波形の長さ、すなわちレジストパターンの長さ寸法Ln
mを検出する。この長さLnmは、ウェハステージST
の位置検出用のレーザ干渉計の分解能で求められる。
形を取り込み、適当なスライスレベルで2値化して信号
波形の長さ、すなわちレジストパターンの長さ寸法Ln
mを検出する。この長さLnmは、ウェハステージST
の位置検出用のレーザ干渉計の分解能で求められる。
ここでさらに重要なことは、スリット状のスポット光S
Pの長手方向に、複数本の同一形状のモアレ状パターン
が形成されることから、スポット光SPが相対走査した
とき、複数本のモアレ状パターンの夫々からの散乱光や
回折光を同時に受光することになるため、個々のモアレ
状パターンの長さがレチクル製造誤差によって、わずか
にばらついていたとしても、その影響が平均化されるこ
とである。
Pの長手方向に、複数本の同一形状のモアレ状パターン
が形成されることから、スポット光SPが相対走査した
とき、複数本のモアレ状パターンの夫々からの散乱光や
回折光を同時に受光することになるため、個々のモアレ
状パターンの長さがレチクル製造誤差によって、わずか
にばらついていたとしても、その影響が平均化されるこ
とである。
以上のようなレジストパターンIHの長さ計測を、第6
図に示した各ショット領域の夫々について実行する。例
えば各ショット領域の中心に形成されたレジストパター
ンIRのみを計測する場合は、計測回数(スポット光の
相対走査回数)は56回となり、信号処理系12のアル
ゴリズムも簡単でよいため、1回につき約1秒として1
分以内に計測が完了する。また各ショッH1域内の9ケ
所のマーク領域MA、〜MA、の夫々についても計測す
る場合であっても、約9分で計測が完了する。この時間
は、従来のバーニア焼き付は像を目視検査する場合とく
らべて格段に短いことは明らかである。さらに専用の測
定機を用いる従来の線幅計測方式の場合にくらべても、
十分短くなる。
図に示した各ショット領域の夫々について実行する。例
えば各ショット領域の中心に形成されたレジストパター
ンIRのみを計測する場合は、計測回数(スポット光の
相対走査回数)は56回となり、信号処理系12のアル
ゴリズムも簡単でよいため、1回につき約1秒として1
分以内に計測が完了する。また各ショッH1域内の9ケ
所のマーク領域MA、〜MA、の夫々についても計測す
る場合であっても、約9分で計測が完了する。この時間
は、従来のバーニア焼き付は像を目視検査する場合とく
らべて格段に短いことは明らかである。さらに専用の測
定機を用いる従来の線幅計測方式の場合にくらべても、
十分短くなる。
例えば専用測定機を使う場合は、測定機本体にウェハ上
の計測すべきパターンの位置座標を設定する手間が必要
である。ところが2重露光を行なったステッパー本体1
00には、ショット配列のマンプやレチクルR内の各マ
ーク領域MA、〜M A qの配列座標等が元々記憶さ
れているので、現像後のウェハWをウェハステージST
に正確にセントして、ウェハのグローバルアライメント
を行なった後、ただちにレジストパターンIHの計測動
作に移ることができる。
の計測すべきパターンの位置座標を設定する手間が必要
である。ところが2重露光を行なったステッパー本体1
00には、ショット配列のマンプやレチクルR内の各マ
ーク領域MA、〜M A qの配列座標等が元々記憶さ
れているので、現像後のウェハWをウェハステージST
に正確にセントして、ウェハのグローバルアライメント
を行なった後、ただちにレジストパターンIHの計測動
作に移ることができる。
尚、2重露光でつくられるレジストパターンIRは、第
8図に示すように、y方向に一定ピンチ(格子ピッチ)
でモアレ状パターンが4本以上並ぶように、直線状パタ
ーン群TP、 、TP、を用意しておいてもよい。
8図に示すように、y方向に一定ピンチ(格子ピッチ)
でモアレ状パターンが4本以上並ぶように、直線状パタ
ーン群TP、 、TP、を用意しておいてもよい。
このように、スポット光SPの長手力向いっばいにレジ
ストパターンfRができるようにすれば、回折光の量が
増大してS/N比のよい計測ができる。以上の結果、第
6図中に示すように、各ショット領域の中心のレジスト
パターンIRの長さがLll、L1□・・・、Lll、
L、・・・、LIl、のように計測され、主制御系8に
記憶される。
ストパターンfRができるようにすれば、回折光の量が
増大してS/N比のよい計測ができる。以上の結果、第
6図中に示すように、各ショット領域の中心のレジスト
パターンIRの長さがLll、L1□・・・、Lll、
L、・・・、LIl、のように計測され、主制御系8に
記憶される。
次に主制御系8は、計測した各ショッ)iiJf域毎の
長さLll、L1□・・・Law(計56個)に基づい
て、同一露光量のもとで最もパターン長Lnmが長くな
っていると推定されるフォーカス位置を、最適フォーカ
ス位置として選び、次にその最適フォーカス位置のもと
てパターン長Lnmが、予め設定しておいた長さLPp
になると予想される露光量を最適露光量として選び出す
。
長さLll、L1□・・・Law(計56個)に基づい
て、同一露光量のもとで最もパターン長Lnmが長くな
っていると推定されるフォーカス位置を、最適フォーカ
ス位置として選び、次にその最適フォーカス位置のもと
てパターン長Lnmが、予め設定しておいた長さLPp
になると予想される露光量を最適露光量として選び出す
。
本実施例の場合、露光量オフセットが零のときを、ほぼ
適正な露光量に近い値としたので、第6図中の露光量オ
フセット0の縦の1列に並んだ8つのショット領域から
計測された長さL14、L12、Lll4、L44、L
S4.1−a4、L74、Lamの夫々を比較し、この
中で最も長(なっているレジストパターンIRが形成さ
れたときのフォーカス・オフセットを調べる。このとき
例えばL 44が最も長かったとすると、フォーカス・
オフセントは−1(−0,25μm)である。
適正な露光量に近い値としたので、第6図中の露光量オ
フセット0の縦の1列に並んだ8つのショット領域から
計測された長さL14、L12、Lll4、L44、L
S4.1−a4、L74、Lamの夫々を比較し、この
中で最も長(なっているレジストパターンIRが形成さ
れたときのフォーカス・オフセットを調べる。このとき
例えばL 44が最も長かったとすると、フォーカス・
オフセントは−1(−0,25μm)である。
次に、フォーカス・オフセットが−1の条件で露光した
横の列に並んだ7つのショット領域から計測された長さ
LJI、14!、La2、L44、L、as、L4b%
L12の夫々のうらで、予め求めておいた適正な長さ
LPPに近いレジストパターンが形成されたときの露光
量オフセットを調べる。このとき例えばL43がLpp
に最も近いとすると、露光量オフセントを−10(ms
ec)にした露光量(190msec)が最適露光量と
して求まる。
横の列に並んだ7つのショット領域から計測された長さ
LJI、14!、La2、L44、L、as、L4b%
L12の夫々のうらで、予め求めておいた適正な長さ
LPPに近いレジストパターンが形成されたときの露光
量オフセットを調べる。このとき例えばL43がLpp
に最も近いとすると、露光量オフセントを−10(ms
ec)にした露光量(190msec)が最適露光量と
して求まる。
以上によって露光量オフセットとフォーカス・オフセッ
トが決定されると、主制御系8はそれぞれのオフセント
値を、シャッターコントローラ6とAFユニット9へ出
力し、最I!!in光時間と最適フォーカス位置を設定
する。この設定が終ると、ステッパー本体100には、
C,D、120を介してデバイス製造用のウェハが次々
に送られるとともに、ステッパー本体100内のテスト
レチクルRもデバイスレチクルに変換される。
トが決定されると、主制御系8はそれぞれのオフセント
値を、シャッターコントローラ6とAFユニット9へ出
力し、最I!!in光時間と最適フォーカス位置を設定
する。この設定が終ると、ステッパー本体100には、
C,D、120を介してデバイス製造用のウェハが次々
に送られるとともに、ステッパー本体100内のテスト
レチクルRもデバイスレチクルに変換される。
ところで、同一フォーカス条件で最適な露光量を決める
際、レジストパターンInの長さLnmを所定の長さL
ppと比較するが、長さり、ppは上述の露光条件決定
動作の前に、2重露光法を併用した特別な手法を用いて
予め計測しておく必要がある。この長さり、ppを求め
るための動作は、デバイスウェハを露光する前毎に行な
う必要はなく、ステッパー立上げ時等のときに1回だけ
行なっておけばよい。
際、レジストパターンInの長さLnmを所定の長さL
ppと比較するが、長さり、ppは上述の露光条件決定
動作の前に、2重露光法を併用した特別な手法を用いて
予め計測しておく必要がある。この長さり、ppを求め
るための動作は、デバイスウェハを露光する前毎に行な
う必要はなく、ステッパー立上げ時等のときに1回だけ
行なっておけばよい。
そこで長さLPpの決定法について説明するが、本実施
例では、別の線幅測定機、例えば測長用走査型電子顕微
鏡(以下測長SEMとする)を併用するものとする。
例では、別の線幅測定機、例えば測長用走査型電子顕微
鏡(以下測長SEMとする)を併用するものとする。
先に説明したのと同様に、2つの直線状パターン群TP
、 TP2をレジスト層に2重露光するが、このとき
パターン群TPI、TPZの各直線パターンと同一線幅
のライン・アンド・スペースパターンを同時に焼き付け
る。従って、テストレチクルRの各マーク領域MAnの
夫々には、例えば第9図(A)に示すように、2つの直
線状パターン群TP、 、TP、とともに、線幅2、間
隔lのライン・アンド・スペースパターンTP、を遮光
部Ks内に形成しておく、第9図(A)でパターンTP
ユはマーク領域MAn内でX方向に伸びた直線パターン
をX方向に配列したもので、マーク領域MAn内の右側
に形成され、パターン群TP、、TP、の2重露光時に
ウェハステージSTをX方向にm−Xρだけシフトさせ
たときに2重露光されないように配置されている。
、 TP2をレジスト層に2重露光するが、このとき
パターン群TPI、TPZの各直線パターンと同一線幅
のライン・アンド・スペースパターンを同時に焼き付け
る。従って、テストレチクルRの各マーク領域MAnの
夫々には、例えば第9図(A)に示すように、2つの直
線状パターン群TP、 、TP、とともに、線幅2、間
隔lのライン・アンド・スペースパターンTP、を遮光
部Ks内に形成しておく、第9図(A)でパターンTP
ユはマーク領域MAn内でX方向に伸びた直線パターン
をX方向に配列したもので、マーク領域MAn内の右側
に形成され、パターン群TP、、TP、の2重露光時に
ウェハステージSTをX方向にm−Xρだけシフトさせ
たときに2重露光されないように配置されている。
または、第9図(B)に示すように、直線状パターン群
TP、 、TP2のいずれか一方、例えばTP、の右端
をX軸と平行に線幅lで一定長だけパターン群TP、よ
り伸ばしたパターン群TP。
TP、 、TP2のいずれか一方、例えばTP、の右端
をX軸と平行に線幅lで一定長だけパターン群TP、よ
り伸ばしたパターン群TP。
にしておくと、2重露光の際の1回目(又は2回目)の
露光時に同時に焼き付けられる。
露光時に同時に焼き付けられる。
こ(7)第9図(A)又は(、B)のようなパターンを
有するテストレチクルRを用いて、第6図で説明したの
と同様に、ヘアシリコン基板にポジレジストを所定の厚
さで塗布したウェハを使って、各露光条件のもとて2重
露光を行なって現像する。
有するテストレチクルRを用いて、第6図で説明したの
と同様に、ヘアシリコン基板にポジレジストを所定の厚
さで塗布したウェハを使って、各露光条件のもとて2重
露光を行なって現像する。
そして、ステッパー本体100のウェハアライメント系
1)等を用いて56個の各ショット領域内にパターン群
TP、 、TP!の重ね合わせによるレジストパターン
Il’?の長さLnmを計測し、さらに測長用SEMを
用いて、各ショット領域毎に形成された線幅測定用のラ
イン・アンド・スペースパターン(以下L/Sパターン
とする)TP、のレジスト像の線幅を実測する。
1)等を用いて56個の各ショット領域内にパターン群
TP、 、TP!の重ね合わせによるレジストパターン
Il’?の長さLnmを計測し、さらに測長用SEMを
用いて、各ショット領域毎に形成された線幅測定用のラ
イン・アンド・スペースパターン(以下L/Sパターン
とする)TP、のレジスト像の線幅を実測する。
次に、同一露光量のもとてレジストパターンIRの長さ
Lnmが最も長くなっているフォーカス位置を最適フォ
ーカス位置とし、この最適フォーカス位置で露光された
7つのショッHi域(第6図中の横の列)のなかで、L
/SパターンTP。
Lnmが最も長くなっているフォーカス位置を最適フォ
ーカス位置とし、この最適フォーカス位置で露光された
7つのショッHi域(第6図中の横の列)のなかで、L
/SパターンTP。
のレジスト像の線幅が所定の線幅(例えば縮小率をmと
して、m−Nに最も近い値)になっているものを選び、
この選ばれたショット領域内に形成されたレジストパタ
ーンIHの長さLnmを、基準となる長さLPPとして
主制御系8に記憶する。
して、m−Nに最も近い値)になっているものを選び、
この選ばれたショット領域内に形成されたレジストパタ
ーンIHの長さLnmを、基準となる長さLPPとして
主制御系8に記憶する。
ここで以上のような動作が必要な理由を第10図を参照
して説明する。2つの直線状パターン群TP、 、TP
、が交差角度θで交わるものとすると、モアレ状のレジ
ストパターンrRの長さは、幾何数学上は第10図中の
交点C1、CtのX方向の間隔であり、近似的には先の
(1)式で表わされる。ただし厳密には、以下の(2)
式、(3)式の関係があるため、幾何数学的に求められ
る長さしは(4)式のように表わされる(縮小率mは1
として考える)。
して説明する。2つの直線状パターン群TP、 、TP
、が交差角度θで交わるものとすると、モアレ状のレジ
ストパターンrRの長さは、幾何数学上は第10図中の
交点C1、CtのX方向の間隔であり、近似的には先の
(1)式で表わされる。ただし厳密には、以下の(2)
式、(3)式の関係があるため、幾何数学的に求められ
る長さしは(4)式のように表わされる(縮小率mは1
として考える)。
f−□ ・tan θ/2
・・・・・・(2)
!!、/2=f・cos θ/2
・・・・・・(3)
tanθ/ 2 tanθ/2 ・ CO3θ/2
ところが実際のレジストパターンIRでは、最適な露光
条件のもとでも、両側の頂角θの先端部が交点C,、C
,に対して内側に寸法Gだけへこむ。この寸法Gの大き
さは交差角度θ、レジスト厚、現像条件等によって変わ
るが、いずれも一定である場合は、一定の値で再現する
ことが確認されている。従ってレジストパターンIRの
実際の長さLnmは(5)式で表わされることになる。
ところが実際のレジストパターンIRでは、最適な露光
条件のもとでも、両側の頂角θの先端部が交点C,、C
,に対して内側に寸法Gだけへこむ。この寸法Gの大き
さは交差角度θ、レジスト厚、現像条件等によって変わ
るが、いずれも一定である場合は、一定の値で再現する
ことが確認されている。従ってレジストパターンIRの
実際の長さLnmは(5)式で表わされることになる。
Lnm=L−2G!: −2G =(
5)tan θ/2 上述のように、測長用SEMを用いて、L/Sパターン
TP、の線幅が最も精度よくレジスト層に転写されたと
きの長さり、ppを求めることは、間接的には最適露光
条件のときの寸法G(不確定要素)を特定したことに他
ならない。
5)tan θ/2 上述のように、測長用SEMを用いて、L/Sパターン
TP、の線幅が最も精度よくレジスト層に転写されたと
きの長さり、ppを求めることは、間接的には最適露光
条件のときの寸法G(不確定要素)を特定したことに他
ならない。
そして、第10図からも明らかなように、2つの直線状
パターンTP、 、’rpzの重ね合わせ位置がx、X
方向にずれても、2つの交点C,、C2のX方向の間隔
(L)は全く変化せず、角度θが一定なら唯一線幅lが
変化したときのみ、交点C1、C2の間隔(L)、すな
わちレジストパターンIRの長さLnmが変化すること
になる。
パターンTP、 、’rpzの重ね合わせ位置がx、X
方向にずれても、2つの交点C,、C2のX方向の間隔
(L)は全く変化せず、角度θが一定なら唯一線幅lが
変化したときのみ、交点C1、C2の間隔(L)、すな
わちレジストパターンIRの長さLnmが変化すること
になる。
従って最適な線幅が得られるときの長さLPPがわかれ
ば、実測した長さLnmから逆に線幅の変化量もわかる
。
ば、実測した長さLnmから逆に線幅の変化量もわかる
。
尚、基準となる長さLppは、レジストの厚みが変わる
と、同一の直線状パターン群TP、 、TP2を用いて
も変化することがあるので、適当なレジスト厚毎に長さ
しppを求めておき、主制御系8に記憶させておくとよ
い。このようにすれば、あるデバイスウェハを処理する
ときのレジスト塗布と同し条件でC,D、120を通し
た試し焼き用のウェハを使って、第5図、第6図のよう
にして露光条件を決めるとき、レジストパターン[Rの
基準となる長さLPPを、C,D、120からのレジス
ト厚の検出情報に基づいて主制御系8が自動的に選定す
ることができる。
と、同一の直線状パターン群TP、 、TP2を用いて
も変化することがあるので、適当なレジスト厚毎に長さ
しppを求めておき、主制御系8に記憶させておくとよ
い。このようにすれば、あるデバイスウェハを処理する
ときのレジスト塗布と同し条件でC,D、120を通し
た試し焼き用のウェハを使って、第5図、第6図のよう
にして露光条件を決めるとき、レジストパターン[Rの
基準となる長さLPPを、C,D、120からのレジス
ト厚の検出情報に基づいて主制御系8が自動的に選定す
ることができる。
以上、本発明の第1の実施例を説明したが、ウェハW上
のレジストパターンJRの寸法計測は、第1図(B)に
示した左右のくさび状パターン■Roの先端部のX方向
の間隔を計測しても同様の効果が得られる。またレジス
トパターンの寸法計測は、ステッパー本体の他のウェハ
アライメント系、例えばレチクルRの窓を通してウェハ
面を観察するTTR(スルーザレチクル)系や投影レン
ズPLとは別に配置した0ff−Axis方式の光電的
なウェハ顕微鏡等を用いてもよい。
のレジストパターンJRの寸法計測は、第1図(B)に
示した左右のくさび状パターン■Roの先端部のX方向
の間隔を計測しても同様の効果が得られる。またレジス
トパターンの寸法計測は、ステッパー本体の他のウェハ
アライメント系、例えばレチクルRの窓を通してウェハ
面を観察するTTR(スルーザレチクル)系や投影レン
ズPLとは別に配置した0ff−Axis方式の光電的
なウェハ顕微鏡等を用いてもよい。
さらに第7図に示したスポット光SPによるレジストパ
ターンIHの計測においては、各モアレ状パターンから
のエンジ敗乱光をより効率よく検出するために、スポッ
ト光SPとなるレーザビームの送光用対物レンズ(投影
レンズPL、あるいは0ff−Axis方弐の顕微鏡対
物レンズ)の開口数よりも広がった散乱光を直接受光す
る光電素子を、送光用対物レンズの周辺でスポット光S
Pの長手方向の2ケ所に配置してもよい。
ターンIHの計測においては、各モアレ状パターンから
のエンジ敗乱光をより効率よく検出するために、スポッ
ト光SPとなるレーザビームの送光用対物レンズ(投影
レンズPL、あるいは0ff−Axis方弐の顕微鏡対
物レンズ)の開口数よりも広がった散乱光を直接受光す
る光電素子を、送光用対物レンズの周辺でスポット光S
Pの長手方向の2ケ所に配置してもよい。
また、ステッパー本体のウェハアライメント系1)でレ
ジストパターンIRを検出する際、スポット光SPの相
対走査位置を比較的高精度に位置決めしておくために、
例えば特開昭61−128106号公報に開示されてい
るような回折格子マーク(スポット光SPの幅とほぼ同
等の微小矩形パターンをスポット光長手方向に一定ピッ
チで配列したもの)を、2重露光動作の1回目、もしく
は2回目に同時に焼き付けておくとよい。
ジストパターンIRを検出する際、スポット光SPの相
対走査位置を比較的高精度に位置決めしておくために、
例えば特開昭61−128106号公報に開示されてい
るような回折格子マーク(スポット光SPの幅とほぼ同
等の微小矩形パターンをスポット光長手方向に一定ピッ
チで配列したもの)を、2重露光動作の1回目、もしく
は2回目に同時に焼き付けておくとよい。
第1の実施例では2重露光動作の際、ウェハステージS
Tのステ・ンピング位置をm−Xpだけシフトさせるよ
うにしたが、レチクルステージR3をX方向に正確にX
Pだけシフトさせてもよい。
Tのステ・ンピング位置をm−Xpだけシフトさせるよ
うにしたが、レチクルステージR3をX方向に正確にX
Pだけシフトさせてもよい。
また第3図に示したテストレチクルRを用いると、Lつ
のショット領域内の9ケ所にレジストパターンIRが形
成されるので、その9ケ所の夫々で同様に露光条件を測
定し、ショット領域の9ケ所で平均的な露光条件を求め
るようにしてもよい。
のショット領域内の9ケ所にレジストパターンIRが形
成されるので、その9ケ所の夫々で同様に露光条件を測
定し、ショット領域の9ケ所で平均的な露光条件を求め
るようにしてもよい。
以上、第1の実施例を使って、ウェハの下地(レジスト
層の下の層)を酸化膜、アルミニウム、PSG等に変え
た場合について、同様の方法で最適露光条件を導き出し
、その露光条件のもとでパターン露光を行なったところ
、良好な実験結果が得られた。
層の下の層)を酸化膜、アルミニウム、PSG等に変え
た場合について、同様の方法で最適露光条件を導き出し
、その露光条件のもとでパターン露光を行なったところ
、良好な実験結果が得られた。
第1AすC1桝
第1)図は第2の実施例を実施するのに好適なステッパ
ー本体のレチクルステージR3の部分構成を示し、第2
図に示したものと同一の部分には同一の符号をつけであ
る。ここで投影レンズPLの光軸AXはレチクルRの中
心RCを通るものとし、レチクルステージRは3つのレ
ーザ干渉計20.21.22の夫々で2次元方向と回転
方向の位置が検出されるものとする。そしてレチクルス
テージR3は、干渉計20.21.22の各測定値に基
づいて、駆動系30を制御して、レチクルRの位置決め
(x、y、回転方向)を行なう、2つの干渉計20.2
1は互いに一定間隔だけX方向に離れ、ともにステージ
R3のX方向の変位を計測する。干渉計22はステージ
RS O) X方向の変位を計測する。さらに干渉計2
0と21の各計測値の差を演算することで、レチクルR
のx−y座標系内での微小回転量が検出される。
ー本体のレチクルステージR3の部分構成を示し、第2
図に示したものと同一の部分には同一の符号をつけであ
る。ここで投影レンズPLの光軸AXはレチクルRの中
心RCを通るものとし、レチクルステージRは3つのレ
ーザ干渉計20.21.22の夫々で2次元方向と回転
方向の位置が検出されるものとする。そしてレチクルス
テージR3は、干渉計20.21.22の各測定値に基
づいて、駆動系30を制御して、レチクルRの位置決め
(x、y、回転方向)を行なう、2つの干渉計20.2
1は互いに一定間隔だけX方向に離れ、ともにステージ
R3のX方向の変位を計測する。干渉計22はステージ
RS O) X方向の変位を計測する。さらに干渉計2
0と21の各計測値の差を演算することで、レチクルR
のx−y座標系内での微小回転量が検出される。
さて、本実施例では、テストレチクルRのマーク領域M
Anに設ける直線状パターン群TPを、第12図に示す
ように1種類にしておく。第12図でパターン群TPは
マーク領域MAnの中心点Q0とレチクル中心RCとを
結ぶ線分と平行なうイン・アンド・スペース状のパター
ンとされる。
Anに設ける直線状パターン群TPを、第12図に示す
ように1種類にしておく。第12図でパターン群TPは
マーク領域MAnの中心点Q0とレチクル中心RCとを
結ぶ線分と平行なうイン・アンド・スペース状のパター
ンとされる。
尚、レチクルRの中心のマーク領域MASについては、
このパターン群TP内の各直線パターンの伸びる方向は
どちらにしてもよいが、例えばX方向(又はX方向)に
一致させてお(とよい。
このパターン群TP内の各直線パターンの伸びる方向は
どちらにしてもよいが、例えばX方向(又はX方向)に
一致させてお(とよい。
このようなマーク領域MAnを有するテストレチクルR
は、レチクルステージR3上に保持された後、レチクル
アライメント系5によってマークRM! 、RM、等を
検出して、x−、X方向、及び回転方向に関して正しく
アライメントされる。
は、レチクルステージR3上に保持された後、レチクル
アライメント系5によってマークRM! 、RM、等を
検出して、x−、X方向、及び回転方向に関して正しく
アライメントされる。
次に、その状態から、干渉計20.21.22及び駆動
系30を使ってレチクルステージR3を光軸AXを中心
に一θ/2だけ回転させる。第1の実施例に対応させる
とθ/2=1.5°である。
系30を使ってレチクルステージR3を光軸AXを中心
に一θ/2だけ回転させる。第1の実施例に対応させる
とθ/2=1.5°である。
回転停止後、干渉計20.21によって回転角度α1を
読み取り記憶する。ここで1回目の露光を第1の実施例
と全(同様に実行する。
読み取り記憶する。ここで1回目の露光を第1の実施例
と全(同様に実行する。
次に再度レチクルステージR3を光軸AX中心に回転さ
せて、第12図に示すように、レチクルアライメント完
了時の位置から十〇/2(+、5°)だけレチクルRを
回転させて位置決めする。
せて、第12図に示すように、レチクルアライメント完
了時の位置から十〇/2(+、5°)だけレチクルRを
回転させて位置決めする。
そして回転停止後、干渉計20.21によって回転角度
α2を読み取り記憶する。
α2を読み取り記憶する。
ここで2回目の露光を行なうが、ウェハステージSTの
ステッピング位置は、1回目の露光時と全く同一にして
よい。
ステッピング位置は、1回目の露光時と全く同一にして
よい。
以上の動作により、第1の実施例で説明したのと同様に
モアレ状のレジストパターンIRが形成され、このレジ
ストパターン【Rの長さLnmを計測すればよい。
モアレ状のレジストパターンIRが形成され、このレジ
ストパターン【Rの長さLnmを計測すればよい。
尚、第12図に示したマーク領域MAn内にも、第9図
で示した線幅測定用のパターン群TP、を設けておき、
基準となる長さLpPの決定のために用いてもよい。
で示した線幅測定用のパターン群TP、を設けておき、
基準となる長さLpPの決定のために用いてもよい。
また、1回目の露光時のレチクル回転角度α1と2回目
の露光時の回転角度α2の差(α2−α)が所定の交差
角度θと一致していないときは、角度(α2−αl)と
角度θの差分に応じて長さLnmの計測値を計算上で補
正しておけばよい。
の露光時の回転角度α2の差(α2−α)が所定の交差
角度θと一致していないときは、角度(α2−αl)と
角度θの差分に応じて長さLnmの計測値を計算上で補
正しておけばよい。
本実施例によれば、同一の直線状パターン群TPを相対
的に角度θだけ回して2重露光するので、第1の実施例
のように2つのパターン群TP、、TP!を2重露光す
るのとくらべて、レチクル製造誤差による長さLnmの
誤差が低減されるといった効果がある。
的に角度θだけ回して2重露光するので、第1の実施例
のように2つのパターン群TP、、TP!を2重露光す
るのとくらべて、レチクル製造誤差による長さLnmの
誤差が低減されるといった効果がある。
さらに、第1)図のようにレチクルステージR3の位置
を干渉計20.21.22でモニターする方式のステッ
パーでは、第3図に示したテストレチクルRを用いたと
き、2重露光の際にそのテストレチクルRをX方向に極
めて正確にXpだけシフトさせることもできる。
を干渉計20.21.22でモニターする方式のステッ
パーでは、第3図に示したテストレチクルRを用いたと
き、2重露光の際にそのテストレチクルRをX方向に極
めて正確にXpだけシフトさせることもできる。
コーしπ実J1舛
次に、レジストパターンIRの寸法計測に用いるステッ
パー本体のセンサ一部の変形例について、第13図、第
14図を用いて説明する。
パー本体のセンサ一部の変形例について、第13図、第
14図を用いて説明する。
第13図は斜入射光式焦点検出系の一部をレジストパタ
ーンIRからの散乱光の検出系に共用した場合を示し、
I4、工5、I6.17.18、PLは第2図中の部材
と同一のものであり、対物レンズ15、I6を通る光束
は実線で示し、対物レンズ15.16の瞳epと共役な
関係は破線で示しである。対物レンズ15、I6の光軸
AXa、AXbはウェハW上でショット領域Apiの中
心(光軸AX)で交わるように設定されている。そして
、AFセンサーとしての投光系14と対物レンズ15の
間、及び受光用の対物レンズ16と受光系17.18の
間には、ビームスプリッタ(望ましくはダイクロイック
ミラー)BS、 、BS。
ーンIRからの散乱光の検出系に共用した場合を示し、
I4、工5、I6.17.18、PLは第2図中の部材
と同一のものであり、対物レンズ15、I6を通る光束
は実線で示し、対物レンズ15.16の瞳epと共役な
関係は破線で示しである。対物レンズ15、I6の光軸
AXa、AXbはウェハW上でショット領域Apiの中
心(光軸AX)で交わるように設定されている。そして
、AFセンサーとしての投光系14と対物レンズ15の
間、及び受光用の対物レンズ16と受光系17.18の
間には、ビームスプリッタ(望ましくはダイクロイック
ミラー)BS、 、BS。
が斜設され、ウェハ面から対物レンズ15、I6の夫々
に入射した散乱光を瞳ep近傍に配置した受光素子40
a、40bの夫々に導びく。
に入射した散乱光を瞳ep近傍に配置した受光素子40
a、40bの夫々に導びく。
この第13図の場合、光軸AXa、AXbは紙面内にあ
るだめ、ウェハW上のレジストパターンIJ?の各モア
レ状バクーンの長手方向は紙面と垂直であり、レジスト
パターンIRを照射するスポット光SPは、ウェハアラ
イメント系1)から投影レンズPLを介してウェハWへ
達し、紙面内に伸びているものとする。
るだめ、ウェハW上のレジストパターンIJ?の各モア
レ状バクーンの長手方向は紙面と垂直であり、レジスト
パターンIRを照射するスポット光SPは、ウェハアラ
イメント系1)から投影レンズPLを介してウェハWへ
達し、紙面内に伸びているものとする。
一般に第2図で示したウェハアライメント系1)は、シ
ョット領域Api(すなわちパターン領域PAの投影像
)の周辺部にスポット光SPを形成するようになってい
るため、対物レンズ15.1Gの配置からも明らかなよ
うに、必らずしも効率よく散乱光を受けるような配置関
係になっていない。
ョット領域Api(すなわちパターン領域PAの投影像
)の周辺部にスポット光SPを形成するようになってい
るため、対物レンズ15.1Gの配置からも明らかなよ
うに、必らずしも効率よく散乱光を受けるような配置関
係になっていない。
そこで第14図に示すように、レチクルRの上方からレ
チクルRのアライメントマークとウェハWのアライメン
トマークとを検出するTTR(スルーザレチクル)方式
のアライメント系を用いて、ウェハW上にスポット光S
Pを形成するようにする。第14図において、TTRア
ライメント系のレーザビーム送光系50からは、He−
Neレーザ、He−Cdレーザ、又はイオンレーザ等か
ら発振されたビームLBが射出される。このビームLB
はビームスプリッタB S sを通り、アライメント用
の対物レンズ54aと全反射ミラー54bを通ってレチ
クルRに垂直に照射される。このとき、送光系50内の
ビーム光路中に設けられたトーリンクレンズの作用で、
対物レンズ54aを射出したビームLBは、レチクルR
のパターン面、もしくはパターン面から一定距離(包収
差分)だけ離れた上方の空間面内に、スリット状のスポ
ット光S P + となって集光される。対物レンズ5
4aとミラー54bは、レチクルRと平行なビーム光軸
に沿って矢印CCのように一体に可動する可動系54に
保持され、レチクルR上のアライメントマークの配置に
対応して、任意の位置にスポット光SP、を設定するこ
とができる。スポット光SP、は、第2回のアライメン
ト系1)と同様に投影レンズPLの瞳の中心を通り、ウ
ェハW上で再結像されてスポット光SPとなる。レチク
ルRのアライメントマークからの戻り光、又はウェハW
のアライメントマークからの戻り光は、ミラー54b1
対物レンズ54aを介してビームスプリッタB S 3
で反射され、TTRアライメント系の受光系52に入射
する。受光系52ば、公知の各種手法によって、レチク
ルRとウェハWとのアライメント誤差に関する情報を作
り出す。
チクルRのアライメントマークとウェハWのアライメン
トマークとを検出するTTR(スルーザレチクル)方式
のアライメント系を用いて、ウェハW上にスポット光S
Pを形成するようにする。第14図において、TTRア
ライメント系のレーザビーム送光系50からは、He−
Neレーザ、He−Cdレーザ、又はイオンレーザ等か
ら発振されたビームLBが射出される。このビームLB
はビームスプリッタB S sを通り、アライメント用
の対物レンズ54aと全反射ミラー54bを通ってレチ
クルRに垂直に照射される。このとき、送光系50内の
ビーム光路中に設けられたトーリンクレンズの作用で、
対物レンズ54aを射出したビームLBは、レチクルR
のパターン面、もしくはパターン面から一定距離(包収
差分)だけ離れた上方の空間面内に、スリット状のスポ
ット光S P + となって集光される。対物レンズ5
4aとミラー54bは、レチクルRと平行なビーム光軸
に沿って矢印CCのように一体に可動する可動系54に
保持され、レチクルR上のアライメントマークの配置に
対応して、任意の位置にスポット光SP、を設定するこ
とができる。スポット光SP、は、第2回のアライメン
ト系1)と同様に投影レンズPLの瞳の中心を通り、ウ
ェハW上で再結像されてスポット光SPとなる。レチク
ルRのアライメントマークからの戻り光、又はウェハW
のアライメントマークからの戻り光は、ミラー54b1
対物レンズ54aを介してビームスプリッタB S 3
で反射され、TTRアライメント系の受光系52に入射
する。受光系52ば、公知の各種手法によって、レチク
ルRとウェハWとのアライメント誤差に関する情報を作
り出す。
さて、通常この種のT T Rアライメント系は、スポ
ット光SP、がレチクルRの軸外の位置、例えば軸AX
、に位置するように可動系54をセットしておき、TT
R方式のアライメントを行なう。
ット光SP、がレチクルRの軸外の位置、例えば軸AX
、に位置するように可動系54をセットしておき、TT
R方式のアライメントを行なう。
そこで、2重露光によって形成されたレジストパターン
IRを計測する際、テストレチクルR、デバイスレチク
ルのいずれかがセットされる場合は、これをアンロード
しておき、可動系54を投影レンズPLの光軸AXの位
置(近傍でよい)まで繰り出し、第14図のように、ス
ポット光SP、がほぼ軸上にくるようにセットする。こ
れによって、投影レンズPLのショット領域APiのほ
ぼ中心にスポット光SPが位置するので、このスポット
光SPとレジストパターンIRを相対走査すれば、2方
向に配置された対物レンズ15.16の夫々には、ほぼ
同等の条件で散乱光が入射し、受光素子40a、40b
の各光電信号を加算した後、第2図中の信号処理系12
で処理すれば、第7図と同様に寸法Lnmを計測できる
。
IRを計測する際、テストレチクルR、デバイスレチク
ルのいずれかがセットされる場合は、これをアンロード
しておき、可動系54を投影レンズPLの光軸AXの位
置(近傍でよい)まで繰り出し、第14図のように、ス
ポット光SP、がほぼ軸上にくるようにセットする。こ
れによって、投影レンズPLのショット領域APiのほ
ぼ中心にスポット光SPが位置するので、このスポット
光SPとレジストパターンIRを相対走査すれば、2方
向に配置された対物レンズ15.16の夫々には、ほぼ
同等の条件で散乱光が入射し、受光素子40a、40b
の各光電信号を加算した後、第2図中の信号処理系12
で処理すれば、第7図と同様に寸法Lnmを計測できる
。
尚、この場合、スポット光S P + の光路中にレチ
クルRが存在しないので、ウェハW上でのスポット光S
Pの結像面(ビームウェスト)は、レチクルのガラス厚
に対応して光軸方向にシフトするので、ウェハステージ
ST内の2ステージをその分だけ上下方向にオフセット
させておけばよい。
クルRが存在しないので、ウェハW上でのスポット光S
Pの結像面(ビームウェスト)は、レチクルのガラス厚
に対応して光軸方向にシフトするので、ウェハステージ
ST内の2ステージをその分だけ上下方向にオフセット
させておけばよい。
あるいは、レチクルRと同じ厚みの透明ガラス板をレチ
クルRの代りに配置してもよい。
クルRの代りに配置してもよい。
本実施例によれば、スポット光SPをウェハWに対して
ほぼ垂直方向から照射し、レジストパターンIRのエツ
ジ段差(1〜5μm厚のレジスト層)から大きな開口数
で広がる散乱光を極めて効率よく受光することができ、
計測時のS/N比が向上でき、レジストパターンの長さ
Lnmの測定精度を上げることができる。
ほぼ垂直方向から照射し、レジストパターンIRのエツ
ジ段差(1〜5μm厚のレジスト層)から大きな開口数
で広がる散乱光を極めて効率よく受光することができ、
計測時のS/N比が向上でき、レジストパターンの長さ
Lnmの測定精度を上げることができる。
また、第13図の構成で、受光素子40a、40bの夫
々の位置に、ビームLBの送光系を配置することで、レ
ジストパターンIRの全体を斜めから暗視野照明し、レ
ジストパターンIRの暗視野像を投影レンズPLを介し
てTTRアライメント系の受光系52内に設けられたテ
レビカメラで盪像し、テレビ観察してもよい。この場合
は、テレビカメラからの画像信号を解析することで、レ
ジストパターンの長さLnmが計測できる。
々の位置に、ビームLBの送光系を配置することで、レ
ジストパターンIRの全体を斜めから暗視野照明し、レ
ジストパターンIRの暗視野像を投影レンズPLを介し
てTTRアライメント系の受光系52内に設けられたテ
レビカメラで盪像し、テレビ観察してもよい。この場合
は、テレビカメラからの画像信号を解析することで、レ
ジストパターンの長さLnmが計測できる。
尚、APセンサーとしての投光系14は、一般に赤外域
のビームをウェハへ投射し、TTRアライメント系の送
光系50からのビームLBは、紫外域(He−Cd)か
ら赤色(He−Ne)までの範囲であるため、ビームス
プリッタBS、 、BS2をグイクロイックミラーにし
ておけば、レジストパターン計測時にオートフォーカス
動作を行ないながら、ウェハWを移動させることができ
、計測精度をより安定させることができる。
のビームをウェハへ投射し、TTRアライメント系の送
光系50からのビームLBは、紫外域(He−Cd)か
ら赤色(He−Ne)までの範囲であるため、ビームス
プリッタBS、 、BS2をグイクロイックミラーにし
ておけば、レジストパターン計測時にオートフォーカス
動作を行ないながら、ウェハWを移動させることができ
、計測精度をより安定させることができる。
主q他生変長炭
以上、本発明の各実施例では、レジストパターンIRは
、現像工程によって露光部と未露光部のいずれか一方を
除去して、微小凹凸のあるものとしたが、2重露光後に
レジスト層に形成されたモアレ状パターンの潜像を光学
的に検出してもよい。
、現像工程によって露光部と未露光部のいずれか一方を
除去して、微小凹凸のあるものとしたが、2重露光後に
レジスト層に形成されたモアレ状パターンの潜像を光学
的に検出してもよい。
この場合は、2重露光によって全く露光されなかった未
露光部と、その他の露光部とでレジスト層の光学特性(
反射率、屈折率)が変化する現象を利用することになる
。
露光部と、その他の露光部とでレジスト層の光学特性(
反射率、屈折率)が変化する現象を利用することになる
。
さらに本発明は、投影露光装置に限らず、プロキシミテ
ィ方弐の露光装置における露光条件の測定にも利用でき
る。プロキシミティ方式の場合は、投影光学系に起因す
る露光条件、すなわちフォーカス条件は不要であるが、
同等の意味をもつ条件として、マスクとウェハの機械的
なギャップ(例えば20μ〜200μm)条件が考えら
れる。
ィ方弐の露光装置における露光条件の測定にも利用でき
る。プロキシミティ方式の場合は、投影光学系に起因す
る露光条件、すなわちフォーカス条件は不要であるが、
同等の意味をもつ条件として、マスクとウェハの機械的
なギャップ(例えば20μ〜200μm)条件が考えら
れる。
また、2重露光の際、1回目に露光すべき直線状パター
ン(1本又は複数本)と、2回目に露光すべき直線状パ
ターン(1本又は複数本)とは、互いに別のレチクルに
形成しておいてもよい。
ン(1本又は複数本)と、2回目に露光すべき直線状パ
ターン(1本又は複数本)とは、互いに別のレチクルに
形成しておいてもよい。
さらに2つ(又は1つ)の直線状パターン群は、デバイ
スレチクルの一部に設けておいてもよい。
スレチクルの一部に設けておいてもよい。
以上、本発明によれば、ほぼ直線状のパターンの2つを
、互いに所定の角度で交差させるようにして2重露光を
行なうため、2つのパターンの直線エツジの交点付近に
できる鋭角のくさび状レジスト像が極めて解像力よく転
写できるといった効果がある。例えば、元々くさび状を
したパターンを感光基板へ露光すると、くさび先端付近
では線幅が微細になり過ぎて、空間周波数が高まり、特
に投影露光法では光の回折現象によって、くさび先端付
近のレジスト像は顕しく乱れた形状(解像不良)になる
ことがある。
、互いに所定の角度で交差させるようにして2重露光を
行なうため、2つのパターンの直線エツジの交点付近に
できる鋭角のくさび状レジスト像が極めて解像力よく転
写できるといった効果がある。例えば、元々くさび状を
したパターンを感光基板へ露光すると、くさび先端付近
では線幅が微細になり過ぎて、空間周波数が高まり、特
に投影露光法では光の回折現象によって、くさび先端付
近のレジスト像は顕しく乱れた形状(解像不良)になる
ことがある。
本発明では、直線エツジ部のみを角度を変えて2重露光
するので、そのような回折現象は極めて少なく、交差角
度が小さくても十分な解像が得られ、同時に交差角度を
小さくしたことによる線幅変化(露光条件の変化)に対
する計測感度の増大という相乗効果が得られる。
するので、そのような回折現象は極めて少なく、交差角
度が小さくても十分な解像が得られ、同時に交差角度を
小さくしたことによる線幅変化(露光条件の変化)に対
する計測感度の増大という相乗効果が得られる。
さらに本発明によれば、露光条件を様々に変化させて、
2重露光を行ない、形成された各露光条件のもとてのレ
ジスト像の各寸法を計測して、相互に比較することで、
最適な露光条件を決定できるので、リソグラフィ工程に
使われる露光装置や、コータ・デベロッパー(C,D、
)をほぼ無人でオートセットアツプすることが可能とな
る。
2重露光を行ない、形成された各露光条件のもとてのレ
ジスト像の各寸法を計測して、相互に比較することで、
最適な露光条件を決定できるので、リソグラフィ工程に
使われる露光装置や、コータ・デベロッパー(C,D、
)をほぼ無人でオートセットアツプすることが可能とな
る。
第1図は本発明の第1の実施例による2重露光方法の原
理を模式的に説明する図、第2図は投影型露光装置(ス
テ2パー)の構成を示す図、第3図は第1の実施例に好
適に使用されるテストレチクルのパターン配列を示す平
面図、第4図はステッパー本体とコータ・デベロッパー
とをインライン化した様子を示す図、第5図は第1の実
施例による露光条件測定方法の手順を模式的に説明する
斜視図、第6図は露光条件決定のために2重露光された
ウェハ上のショント配列の一例を示す図、第7図はステ
ッパーのアライメント系を用いたレジストパターンの寸
法計測の様子を示す図、第8図はレジストパターンの他
の形状を示す図、第9図はテストレチクル内に形成され
る2ffliFt光用のパターン形状の他の例を示す図
、第10図はレジストパターンの長さ寸法の実測値と計
算値のちがいを説明する図、第1)図は第2の実施例を
実行するのに好適なステッパー本体の一部の構成を示す
斜視図、第12図は第2の実施例に好適に使用される直
線状パターン群の形状を示す図、第13図は焦点検出系
を一部共用したレジストパターンの検出系の構成を示す
図、第14図は、レチクルとウェハをアライメントする
ためのTTRアライメント系の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明] TP、TP、 、TPz 、TPl、、TP、b、TP
Ic、TP2ヮ、TP2b、 TP2c・・・・・・直
線状パターン群θ・・・・・・交差角度 R・・・・・・レチクル W・・・・・・ウェハ IR,IR,、IRa、IRb、IRc、IRd・・・
・・・レジストパターン nm・・・・・・長さ寸法 L・・・・・・投影レンズ P・・・・・・スポット光 1・・・・・・ウェハ・アライメント系2・・・・・・
信号処理系
理を模式的に説明する図、第2図は投影型露光装置(ス
テ2パー)の構成を示す図、第3図は第1の実施例に好
適に使用されるテストレチクルのパターン配列を示す平
面図、第4図はステッパー本体とコータ・デベロッパー
とをインライン化した様子を示す図、第5図は第1の実
施例による露光条件測定方法の手順を模式的に説明する
斜視図、第6図は露光条件決定のために2重露光された
ウェハ上のショント配列の一例を示す図、第7図はステ
ッパーのアライメント系を用いたレジストパターンの寸
法計測の様子を示す図、第8図はレジストパターンの他
の形状を示す図、第9図はテストレチクル内に形成され
る2ffliFt光用のパターン形状の他の例を示す図
、第10図はレジストパターンの長さ寸法の実測値と計
算値のちがいを説明する図、第1)図は第2の実施例を
実行するのに好適なステッパー本体の一部の構成を示す
斜視図、第12図は第2の実施例に好適に使用される直
線状パターン群の形状を示す図、第13図は焦点検出系
を一部共用したレジストパターンの検出系の構成を示す
図、第14図は、レチクルとウェハをアライメントする
ためのTTRアライメント系の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明] TP、TP、 、TPz 、TPl、、TP、b、TP
Ic、TP2ヮ、TP2b、 TP2c・・・・・・直
線状パターン群θ・・・・・・交差角度 R・・・・・・レチクル W・・・・・・ウェハ IR,IR,、IRa、IRb、IRc、IRd・・・
・・・レジストパターン nm・・・・・・長さ寸法 L・・・・・・投影レンズ P・・・・・・スポット光 1・・・・・・ウェハ・アライメント系2・・・・・・
信号処理系
Claims (6)
- (1)表面にレジスト層を塗布した感光基板を所定の露
光基準面に配置し、該感光基板にマスクのパターンを所
定のエネルギー量で露光する露光装置を用いて、該感光
基板への露光条件を測定する方法において、 前記感光基板上の異なる複数の部分領域の夫々に、第1
の直線状パターンを前記露光条件を変えて順次露光する
第1工程と; 前記レジスト層に形成された前記第1の直線状パターン
の潜像に対して所定の角度で交わる第2の直線状パター
ンを、前記部分領域の夫々に前記露光条件を変えて順次
重ね合わせ露光する第2工程と; 前記第1及び第2の直線状パターンの重ね合わせ露光に
よって前記レジスト層に形成されたレジスト像の寸法を
、前記部分領域の夫々について計測する第3工程とを含
み、 該計測した寸法の差異に基づいて前記露光条件を測定す
ることを特徴とする露光条件測定方法。 - (2)前記第1工程と第2工程において、個々の部分領
域に対しては前記第1の直線状パターンの露光条件と前
記第2の直線状パターンの露光条件とをほぼ等しくした
ことを特徴とする請求項第1項に記載の方法。 - (3)前記露光条件は、前記感光基板の表面と前記露光
基準面との微小な間隔値を第1の条件とし、前記感光基
板へのエネルギー量の値を第2の条件として含み、 前記第1工程と第2工程において、前記第1の条件を一
定にして前記第2の条件を変化させて順次露光する第1
モードと、前記第2の条件を一定にして前記第1の条件
を変化させて順次露光する第2モードとの少なくとも一
方を用いることを特徴とする請求項第1項、又は第2項
に記載の方法。 - (4)前記露光装置は、前記マスクのパターンの像を前
記露光基準面として規定される最良結像面内に投影する
投影光学系を有し、 前記第1の条件は前記感光基板の表面と前記最良結像面
との間隔値に対応したフォーカス量であることを特徴と
する請求項第3項に記載の方法。 - (5)前記第1及び第2の直線状パターンを重ね合わせ
露光したときに、該2つの直線状パターンの各エッジが
交差する角度を0°以外で45°以下の鋭角にし、前記
重ね合わせ露光により形成されたレジスト像をくさび状
、もしくはモアレ状にしたことを特徴とする請求項第1
項、又は第3項に記載の方法。 - (6)前記第1及び第2の直線状パターンの夫々は、ほ
ぼ一定のピッチで光透過部と光遮へい部とを交互に複数
配列したことを特徴とする請求項第1項又は第5項記載
の方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63180654A JP2712330B2 (ja) | 1988-07-20 | 1988-07-20 | 露光条件測定方法 |
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