(57)【要約】【課題】本発明は微細像投影露光装置における開口数の測定方法に関し、実際の開口数を簡便に求めることができる微細像投影露光装置における開口数の測定方法を提供することを目的としている。【解決手段】予め開口数が正確に分かっているステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め、断面積と開口数との関係をテーブルとして記憶しておき（ステップ１）、次に、開口数が不明のステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め（ステップ２）、求めた断面積に対する開口数を前記テーブルを用いて求める（ステップ３）ように構成する。このようにして、開口数を簡便に測定する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め開口数が正確に分かっているステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め、断面積と開口数との関係をテーブルとして記憶しておき（ステップ１）、
次に、開口数が不明のステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め（ステップ２）、
求めた断面積に対する開口数を前記テーブルを用いて求める（ステップ３）ことを特徴とする微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【請求項２】
レジスト付きウエハにステッパで露光をし現像して、その現像後の像を観察することを特徴とする請求項１記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【請求項３】
パターンが形成されたマスクとして白抜きパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする請求項２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【請求項４】
パターンが形成されたマスクとして黒残しパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする請求項２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【請求項５】
前記レジストをハーフ露光で露光してパターンの白と黒の境目のレジスト像より露光面の断面積を求めることを特徴とする請求項２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細像投影露光装置における開口数の測定方法に関する。マスクに形成されたパターンを用いてウエハ上に焼き付ける微細パターン単波長投影露光転写装置（前記微細像投影露光装置に同じ：以下、ステッパという）が知られている。近年のステッパは、光源波長に関係なく高い開口数を目指す傾向にある。
【０００２】
図８は開口数の説明図である。図において、１は対物レンズ最前面、２は対物レンズを通過した光が結像する試料面、３は光軸である。ここで、対物レンズ最前面１から試料面２までの距離を差動距離（ＷＤ：ワーキング・ディスタンス）という。このように構成された光学系において、開口数ＮＡは、次式で表される。
【０００３】
ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ
ここで、ｎは対物レンズと物体の間の媒質の屈折率である。θは対物レンズの先端のレンズの最外周部から物体を見込む角度である。
【０００４】
最新のＫｒＦ（フッ素クリプトン）スキャナステッパでは、公称０．７０以上の高い開口数を有する装置が発売されている。このような装置を使いこなす上でシミュレーション等を使った結像予測等に、正確な開口数値は必要不可欠な媒介変数である。そこで、実際（公称ではなく）の開口数を簡便に求めることができることが望まれている。
【０００５】
【従来の技術】
従来のステッパでは、マスクに形成されたパターンを光学的にウエハ上に結像して所定のパターンを得るようになっている。具体的には、ウエハ上にレジストを塗布し、ステッパからウエハ上にパターンを照射する。パターンが照射された領域はレジストが削られる。そして、その状態で現像してパターン像を固定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、一般に開口数はステッパの投影レンズ特有の数値としてレンズ設計段階で決まっていた。近年、投影レンズの上部（一般に瞳と呼ばれる部分）に絞りを設けることにより、開口数は可変な媒介変数となった。このような事情の中、実際の開口数はいくつなのかという議論はあまりなされておらず、装置の設定を信用して、条件設定や光学シミュレーションの媒介変数として使用されている。
【０００７】
近年になって、マスクの裏面にパターンを形成してウエハ上の結像パターンにより開口数を測定する方法が学会で報告されているが、この方法は特殊なマスクと瞳面上にないパターンをウエハに結像させるため、必要な露光エネルギーが非常に大きくなり、実用性に問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、実際の開口数を簡便に求めることができる微細像投影露光装置における開口数の測定方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）図１は本発明の原理を示すフローチャートである。本発明は、予め開口数が正確に分かっているステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め、断面積と開口数との関係をテーブルとして記憶しておき（ステップ１）、次に、開口数が不明のステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め（ステップ２）、求めた断面積に対する開口数を前記テーブルを用いて求める（ステップ３）ことを特徴とする。
【００１０】
このように構成すれば、予め露光面の断面積と開口数の関係を予めテーブルとして記憶しておき、開口数が不明のステッパにより露光したウエハの露光面の断面積から前記テーブルを用いて簡便に開口数を求めることができる。
（２）請求項２記載の発明は、レジスト付きウエハにステッパで露光をし現像して、その現像後の像を観察することを特徴とする。
【００１１】
ここで、レジストとは感光性材料のことである。このように構成すれば、現像後の像を観察することができる結果、露光面の断面積を正確に測定することができる。
（３）請求項３記載の発明は、パターンが形成されたマスクとして白抜きパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする。
【００１２】
このように構成すれば、白と黒の境目を観察することで露光面の断面積を正確に測定することができる。
（４）請求項４記載の発明は、パターンが形成されたマスクとして黒残しパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする。
【００１３】
このように構成すれば、白と黒の境目を観察することで露光面の断面積を正確に測定することができる。
（５）請求項５記載の発明は、前記レジストをハーフ露光で露光してパターンの白と黒の境目のレジスト像より露光面の断面積を求めることを特徴とする。
【００１４】
このように構成すれば、ハーフ露光することで白と黒の境目のレジスト像が得られるので、このレジスト像から露光面の断面積を正確に求めることができる。また、この発明において、マスク上に様々な角度の白抜き又は黒残しパターンを設け、レンズの実際の開口数面での瞳形状を求めることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すれば、レンズの実際の瞳形状を求めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
先ず、前記図１のフローチャートの詳細な説明をする。本発明では、予め開口数が正確に分かっているステッパで簡単なパターンをハーフ露光（ＥＴＨ（エネルギー閾値）の５０％〜８０％程度）し、現像する。ここで、現像するとは露光したパターンを現像液に浸してパターンを固定することをいう。それにより形成されたパターンエッジの形状を観察しておく。ここで、観察するとは露光面の断面積を測定することをいう。そして、開口数と断面積との関係のテーブルを作成して記憶しておく。
【００１７】
観察方法としては、例えば段差測定式の膜厚測定器が好ましい。また、レジストと現像の条件もγ値の小さい条件を用いることが望ましい。ここで、γ値とは、露光量と溶解量との関係をプロットしたときの傾きのことである。図２はγ値の説明図である。ここで、横軸は露光量、縦軸はレジストの溶解量である。この特性における傾きがγである。このγが大きいと露光面の断面形状の変化が大きいので正確な測定ができない。そこで、γ値は小さい方が好ましい。
【００１８】
また、通常よりも厚くレジストを塗布し、通常よりも低い濃度の現像液を用いるのが望ましい。また、ベーク（熱処理）温度に関してもソフトベーク（露光前のベークのこと）は温度高め、ＰＥＢ（露光後現像前のベーク）は温度低めが望ましい。本発明によれば、レジスト付きウエハにステッパで露光をし現像して、この現像後の像を観察することができる。この結果、露光面（パターンエッジ）部分の断面積を正確に測定することができる。
【００１９】
次に、開口数不明の目的のステッパで、前記露光条件と同一条件で露光現像し、パターンエッジのレジスト形状を観測する。具体的には、レジスト露光面の断面積を測定する。この場合、開口数が高い場合には、パターンエッジはより多くの回折光を取り込むので平均化され露光されたレジストの膜厚のウエハエッジ部での変化は少なくなる。逆に開口数が低い場合には、低次の回折光しか取り込まないため、露光現像されたレジストの膜厚のウエハエッジ部での変化は大きくなる。
【００２０】
図３は微細像投影露光装置（ステッパ）の概観図である。図において、１１は光源からの光（単波長光）を受けて集光する照明レンズ、１２は該照明レンズ１１からの光が照射されるマスクである。該マスク１２には、所定の形状のパターンが形成されている。１３はマスク１２からの透過光を受けて開口を変化させる開口数絞りである。該開口数絞り１３は図の１３Ａに示すような形状をしている。この開口数絞り１３を変化させる結果、開口数を変化させることができる。
【００２１】
１４は開口数絞り１３を通過した光をウエハ上に投影するための投影レンズ、１５はマスク１２のパターンが結像されるウエハである。該ウエハ１５の表面には、レジスト（感光性材料）が塗布されている。前記開口数絞り１３は、通常は投影レンズ１４の上のマスク瞳面（焦点が合う面）の下の瞳面に配置される。
【００２２】
図４は本発明に用いるレチクルの例を示す図である。（ａ）は黒地に白抜きのパターン、（ｂ）は白地に黒残しのパターンである。このような簡単なパターンのマスクを用いてウエハ１５上にパターンを形成させる。このような簡単なマスクを用いて装置の開口数設定を０．６３で露光した場合と、０．５０で露光した場合のパターンエッジの残り方を示したのが図５の（ａ）〜（ｄ）である。
【００２３】
図５はウエハ上にハーフ露光した時のレジスト形状の開口数依存の関係を示す図である。（ａ）は開口数０．５の場合のウエハ上から見たイメージを、（ｂ）は開口数０．６３の場合のウエハ上から見たイメージを示している。これに対して、（ｃ）は（ａ）における露光面の断面イメージ、（ｄ）は（ｂ）における露光面の断面イメージである。（ｃ）、（ｄ）において、２０はレジストである。図４に示すようなマスクパターンをウエハ上に露光形成するとウエハ上から見たイメージは、（ａ）、（ｂ）に示すようにレチクル黒部とレチクル白部との境界に露光によりレジストが飛ばれされて隙間が形成される。この隙間を断面形状として観察したものが（ｃ）、（ｄ）である。
【００２４】
この発明によれば、レジストをハーフ露光し、パターンの白と黒の境目のレジスト像より露光面の断面積を求めるようにしている。従って、このレジスト像から露光面の断面積を正確に求めることができる。
【００２５】
このように、高い開口数で露光した場合には、マスク上のパターンエッジでの回折光をより高次までウエハ上に導くことができるため、ウエハ上パターンエッジ付近に現れる過露光部分は平均化されて少なくなる。一方、低い開口数で露光した場合には、低次の回折光しか投影レンズ１４に入らないため、ウエハ１５上パターンエッジに現れる過露光部分が多くなる。本発明はこのような現象を利用して微細像投影露光装置（ステッパ）の開口数を求める（定量する）ようにしたものである。
【００２６】
このように、本発明によれば、白抜きパターン或いは黒残しパターンを用い、その白と黒の境目を観察することで、露光面のエッジ部分の断面積を正確に測定することができる。
【００２７】
以下に、開口数の求め方について詳細に説明する。図６はパターンエッジ付近での光強度の開口依存性を示す図である。横軸はウエハ上の位置である。縦軸は光強度である。ｆ１は開口数０．４５の場合の、ｆ２は開口数０．５の場合の、ｆ３は開口数０．６の場合の、ｆ４は開口数０．６５の場合の特性を示す。
【００２８】
図６に示す境界部の残膜の断面イメージを積分イメージとして面積を求め、開口数と露光エッジ部のレジスト形状には一定の関係がある。これと同様のことを実際に予め開口数の正確に分かっているステッパで行ない、定量化して　検量線を描き、それから別のステッパで同様のことを行ない、そのステッパでの実際の開口数を求める。
【００２９】
図７は開口数とハーフ露光した時のパターンエッジレジスト断面積の関係を示す図である。縦軸は断面積（μｍ２）、横軸は開口数である。この予め開口数が正確に分かったステッパを用いて、複数点で断面積と開口数との特性を求めて、それらサンプリング点同士を線で結んで特性曲線Ｆを作成し、その特性をメモリに記憶しておく。
【００３０】
今、開口数の不明なステッパを用いて同様のパターンエッジレジスト断面積の値を測定し、その時の断面積が１７０μｍ２であったものとする。この１７０のところから水平線を伸ばし、図７の特性と交わった点から下に垂線を伸ばし、その垂線が開口数と交わった部分の開口数を求めると０．４８である。即ち、この時の開口数は０．４８であることが分かる。
【００３１】
このようにすれば、予め露光面の断面積と開口数の関係を予めテーブルとして記憶しておき、開口数が不明のステッパにより露光したウエハの露光面の断面積から前記テーブル（図７に示すテーブル）を用いて簡便に開口数を求めることができる。
【００３２】
前述の説明では、マスクに形成するパターンとして簡単な白と黒のパターンを用いた場合を例にとったが、マスク上に様々な角度の白抜き又は黒残しパターンを設け、レンズの実際の開口数面での瞳形状を求めることができる。このようにすれば、レンズの実際の瞳形状を求めることができる。
【００３３】
本発明によれば、ごく簡単な形状のパターン、通常の露光現像で開口数を測定可能である。また、場合によっては、現像後のウエハを特に測定器を用いず、目視或いは金属顕微鏡観察等で簡易測定可能である。
【００３４】
（付記１）　予め開口数が正確に分かっているステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め、断面積と開口数との関係をテーブルとして記憶しておき（ステップ１）、
次に、開口数が不明のステッパを用いてウエハ上にハーフ露光し、現像して露光面の断面積を求め（ステップ２）、
求めた断面積に対する開口数を前記テーブルを用いて求める（ステップ３）ことを特徴とする微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００３５】
（付記２）　レジスト付きウエハにステッパで露光をし現像して、その現像後の像を観察することを特徴とする付記１記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００３６】
（付記３）　パターンが形成されたマスクとして白抜きパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする付記２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００３７】
（付記４）　パターンが形成されたマスクとして黒残しパターンを用い、その白と黒の境目を観察することを特徴とする付記２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００３８】
（付記５）　前記レジストをハーフ露光で露光してパターンの白と黒の境目のレジスト像より露光面の断面積を求めることを特徴とする付記２記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００３９】
（付記６）　マスク上に様々な角度の白抜き又は黒残しパターンを設け、レンズの実際の開口数面での瞳形状を求めることを特徴とする付記１又は２の何れかに記載の微細像投影露光装置における開口数の測定方法。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
（１）請求項１記載の発明によれば、予め露光面の断面積と開口数の関係を予めテーブルとして記憶しておき、開口数が不明のステッパにより露光したウエハの露光面の断面積から前記テーブルを用いて簡便に開口数を求めることができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、現像後の像を観察することができる結果、露光面の断面積を正確に測定することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、白と黒の境目を観察することで露光面の断面積を正確に測定することができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、白と黒の境目を観察することで露光面の断面積を正確に測定することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、ハーフ露光することで白と黒の境目のレジスト像が得られるので、このレジスト像から露光面の断面積を正確に求めることができる。
【００４１】
このように、本発明によれば、実際の開口数を簡便に求めることができる微細像投影露光装置における開口数の測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示すフローチャートである。
【図２】γ値の説明図である。
【図３】微細像投影露光装置（ステッパ）の概観図である。
【図４】本発明に用いるレチクルの例を示す図である。
【図５】ウエハ上にハーフ露光した時のレジスト形状の開口数依存の関係を示す図である。
【図６】パターンエッジ付近での光強度の開口数依存を示す図である。
【図７】開口数とハーフ露光した時のパターンエッジレジスト断面積の関係を示す図である。
【図８】開口数の説明図である。
【符号の説明】
１１　照明レンズ
１２　マスク
１３　開口数絞り
１４　投影レンズ
１５　ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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