(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小投影露光装置の光学系の収差係数を求める収差係数測定方法において、
コヒーレントに近い照明下で光軸に対称な３光束結像により、基板上に第１のライン＆スペースレジストパターンを形成後、該レジストパターンをマスクとしてエッチングし第１のライン＆スペースパターンを形成し、
前記第１のライン＆スペースパターン上に前記１のライン＆スペースレジストパターンの１／２ピッチのレジストパターンを第１のライン＆スペースパターンにあわせて第２のライン＆スペースレジストパターンを形成し、
前記第１のライン＆スペースパターンと前記第２のライン＆スペースレジストパターンの位置ずれ量差を複数のピッチ間について求めることを特徴とする縮小投影露光装置の収差係数測定方法。
【請求項２】
縮小投影露光装置の光学系の収差係数を求める収差係数測定方法において、
コヒーレントに近い照明下で光軸に対称な２光束結像により、基板上に第１のライン＆スペースレジストパターンを形成後、該レジストパターンをマスクとしてエッチングし第１のライン＆スペースパターンを形成し、
前記第１のライン＆スペースパターン上に前記１のライン＆スペースレジストパターンの１／２ピッチのレジストパターンを第１のライン＆スペースパターンにあわせて第２のライン＆スペースレジストパターンを形成し、
前記第１のライン＆スペースパターンと前記第２のライン＆スペースレジストパターンの位置ずれ量差を複数のピッチ間について求めることを特徴とする縮小投影露光装置の収差係数測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造におけるリソグラフィ工程に用いられる縮小投影露光装置（以下、ステッパーという）の光学系の収差係数測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステッパーの収差測定方法としては、例えば、トワイマン型干渉計を用いた方法があった。
【０００３】
図３はかかる従来のステッパーの光学系の模式図である。
【０００４】
この図に示すように、コリメーター１３からの平行射出光は、半透明鏡１５で直角な２方向に分割され、その一方の光は平面鏡１４で反射された後、半透明鏡１５を透過して観測レンズ１８に至る。
【０００５】
また、他方の光は、被検レンズ１６を通り、その焦点に中心がある凸球面鏡１７で反射され、再び逆方向に被検レンズ１６を通り、平行光束となって半透明鏡１５で反射されて観測レンズ１８に至る。ここで、両光束は干渉するので、観測レンズ１８の焦点面１９に目をおいて被検レンズ１６の瞳面を観測すれば、干渉縞を見ることができる。
【０００６】
この場合、干渉縞は被検レンズ１６を通過し、収差により変形した実際の波面と凸球面鏡１７の中心に無収差で収束すると考えた参照球面波面との間の光路差の等しい所に現れ、光は被検レンズ１６を２度通過してから観測されるので、縞と縞との間隔は波面収差の変化が波長の１／２であることを意味する。これをグラフ化し、波面収差を求めることができる。なお、図３において、１１は光源、１２はピンホールを示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上述べた従来のステッパーの収差測定方法では、実際にステッパーで測定しようとした場合、平面鏡や半透明鏡をセッティングする必要があり、特に、半透明鏡は光路中にセットしなければならず、既に組み上がったステッパーに、この方法を用いるのは、調整を含めたセッティングに非常に困難な作業を伴う。
【０００８】
本発明は、上記問題点を除去し、セッティングが容易で、簡便なステッパーの収差係数測定方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕縮小投影露光装置の光学系の収差係数を求める収差係数測定方法において、コヒーレントに近い照明下で光軸に対称な３光束結像により、基板上に第１のライン＆スペースレジストパターンを形成後、該レジストパターンをマスクとしてエッチングし第１のライン＆スペースパターンを形成し、前記第１のライン＆スペースパターン上に前記１のライン＆スペースレジストパターンの１／２ピッチのレジストパターンを第１のライン＆スペースパターンにあわせて第２のライン＆スペースレジストパターンを形成し、前記第１のライン＆スペースパターンと前記第２のライン＆スペースレジストパターンの位置ずれ量差を複数のピッチ間について求めるようにしたものである。
【００１０】
〔２〕縮小投影露光装置の光学系の収差係数を求める収差係数測定方法において、コヒーレントに近い照明下で光軸に対称な２光束結像により、基板上に第１のライン＆スペースレジストパターンを形成後、該レジストパターンをマスクとしてエッチングし第１のライン＆スペースパターンを形成し、前記第１のライン＆スペースパターン上に前記１のライン＆スペースレジストパターンの１／２ピッチのレジストパターンを第１のライン＆スペースパターンにあわせて第２のライン＆スペースレジストパターンを形成し、前記第１のライン＆スペースパターンと前記第２のライン＆スペースレジストパターンの位置ずれ量差を複数のピッチ間について求めるようにしたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明の参考例を示すステッパーの光学系の模式図である。
【００１３】
この図において、２１は開口絞り、２２はコンデンサレンズ、２３はマスク、２４は回折光、２５は投影レンズ、２６は開口絞り、２７はウエハである。
【００１４】
例えば、ステッパーの収差係数σが０．１程度以下のコヒーレントに近い照明下で、図１に示すような光軸に対して対称な３光束結像により、ライン＆スペースのパターンを形成する。このライン＆スペースのパターンは、ショット中心に対し、放射する方向及びそれと直交する方向について、何種類かのピッチ及びショット内位置について、フォーカスを変化させて形成する。
【００１５】
ピッチは解像限界まで変化させ、ショット内位置はショット中心から最大露光位置まで変化させる。ピッチが大きい場合は、ＮＡ（投影レンズの開口数）を小さくする（開口絞り２６を小さくする）ことにより、３光束結像が実現できる。そして、形成されたそれぞれのパターンについて、ベストフォーカス、すなわちパターンが良好に形成されているフォーカス範囲の中心値を求める。
【００１６】
このフォーカス範囲の中心値は収差がある場合、パターンピッチあるいはショット内位置によって異なるので、これより収差を求めることができる。
【００１７】
ところで、コヒーレント照明下で光軸に対して対称な３光束結像により、ライン＆スペースのパターンを形成した場合、その光強度分布は次式で表すことができる。
【００１８】
Ｉ＝ａ＋ｂ１・ｃｏｓ〔（２πＸ／Ｐ）＋ｋＷ1 〕＋ｂ２・ｃｏｓ〔（２πＸ／Ｐ）−ｋＷ-1〕＋ｃ１・ｃｏｓ〔（４πＸ／Ｐ）＋ｋＷ1 −ｋＷ-1〕            …（１）
ここで、Ｐはピッチ、ｋは波数、Ｗ1 は＋１次回折光の波面収差、Ｗ-1は−１次回折光の波面収差である。波面収差は、ショット内位置及び瞳面位置をそれぞれ（ｒ，ω）、（ρ，φ）の極座標により表した場合、次式で示される。ただし、ｒ，ρは規格化した値とする。
【００１９】
Ｗ＝Σａ1,m,n ｒ21+mρn ｃｏｓm （φ−ω）                        …（２）
この収差の中で、球面収差や像面湾曲や非点収差のようなｎが偶数の収差は、ピッチによるベストフォーカス差及びショット内位置によるベストフォーカス差及びショット中心に対し、放射する方向及びそれと直交する方向のベストフォーカス差を生じさせる。
【００２０】
ショット内全面による球面収差は以下のようにして求めることができる。
【００２１】
上記（２）式で表せる収差の内、ショット中心の球面収差は次式で表すことができる。
【００２２】
Ｗa ＝ｂ3 ρ4 ＋ｃ6 ρ6 ＋ｄ10ρ8 ＋・・・・                  …（３−１）
Ｗ1 ＝Ｗ-1                                                    …（３−２）
ここで、デフォーカスによる収差を考えると、
Ｗdef ＝（１／２）ＮＡ2 ρ2 ｚ                                    …（４）
ＮＡは投影レンズの開口数、ｚはフォーカス位置である。
【００２３】
コヒーレント照明での３光束結像により形成したパターンのベストフォーカス位置は、
上記式（１）及び式（３−２）より、
Ｗa ＋Ｗdef ＝０                                                  …（５）
上式より、ベストフォーカス位置ｚb は以下のように表すことができる。
【００２４】
ｚb ＝（−２／ＮＡ2 ）（ｂ3 ρ2 ＋ｃ6 ρ4 ＋ｄ10ρ6 ＋・・）      …（６）
パターンピッチを変えて、ρが０〜１の範囲でベストフォーカス、すなわち、パターンが良好に形成されているフォーカス範囲の中心値を求め、横軸をρ、縦軸をベストフォーカス位置としたグラフより、以下に示す形の多項式でフィッティングし、この式と上記式（６）より収差係数を求めることができる。
【００２５】
ｚb ＝Ａ０＋αρ2 ＋βρ4 γρ6 ＋・・・                          …（７）
次に、ショット内位置によって変わる収差まで含めた場合は、次のようにして求めることができる。このような収差は、上記式（２）を、ショット中心に対し放射する方向及びそれと直交する方向Ｗm 、ＷS について、それぞれ、以下のように展開することができる。
【００２６】
Ｗm ＝（ｂ1 ＋ｂ5 ）ｒ2 ρ2 ＋ｂ3 ρ4 ＋（ｃ1 ＋ｃ5 ）ｒ4 ρ2 ＋（ｃ3 ＋ｃ8 ）ｒ2 ρ4 ＋ｃ6 ρ6 ＋・・・・                                         …（８）
Ｗs ＝ｂ1 ｒ2 ρ2 ＋ｂ3 ρ4 ＋ｃ1 ｒ4 ρ2 ＋ｃ3 ｒ2 ρ4 ＋ｃ6 ρ6 ＋・・・・・                                                                     …（９）
ショット中心に対して放射する方向及びそれと直交する方向のベストフォーカス位置は、上記式（５）のＷa をＷm 、Ｗs に置き換えれば良く、よって、ベストフォーカス位置ｚbm、ｚbsは以下のように表すことができる。
【００２７】
ｚbm＝−２Ｗm ／（ＮＡ2 ρ2 ）                                   …（１０）
ｚbs＝−２Ｗs ／（ＮＡ2 ρ2 ）                                   …（１１）
上記式（１０）ｚbm及び（１１）ｚbsは共に、以下の形の多項式となる。
【００２８】
ｚb ＝Ａ０＋αｒ2 ＋βρ2 ＋γｒ4 ＋δｒ2 ρ2 ＋ερ4 ＋・・・    …（１２）
これより、露光可能範囲内の複数の位置でパターンピッチは解像限界まで変えて、ρが０〜１の範囲でショット中心に対し、放射する方向及びそれと直交する方向のライン＆スペースのパターンのベストフォーカスを求め、それぞれ上記式（１２）のρとｒの２変数多項式でフィッティングし、係数α、β、γ、δ、ε・・・を求め、これと上記式（８）及び式（９）との比較により、収差係数を求めることができる。
【００２９】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３０】
例えば、ステッパーの収差係数σが０．１程度以下のコヒーレント照明下で、光軸に対し対称な３光束結像により、２種類のパターンピッチのライン＆スペースのパターンを形成する。この２種類のパターン間の位置ずれ量差を求める。収差がある場合、パターンピッチあるいはショット内位置によって、位置ずれ量差が異なるのでこれを用い、収差を求めることができる。ピッチが大きい場合は、ＮＡを小さくする（開口絞り２６を小さくする）ことにより、３光束結像が実現できる。
【００３１】
２種類のパターンピッチ間の位置ずれ量差の測定は、従来よりある方法として、例えば、以下のようにして行うことができる。
【００３２】
まず、１層目として、露光、現像によりライン＆スペースのレジストパターンを形成した後、基板をエッチングし、下地にライン＆スペースを形成する。次に、１層目の１／２ピッチのライン＆スペースを１層目のライン＆スペースに合わせて露光、現像によりレジストパターンを形成する。
【００３３】
このようにして形成されたパターンの断面図を図２に示す。
【００３４】
この図に示すように、基板３１上のレジストパターン３２の両側の下地のラインパターンの幅（ずれ量１）３３及び（ずれ量２）３４を測定することにより、１層目と２層目のずれは、その差の１／２として求められる。
【００３５】
このようにして求めた位置ずれは、上記（２）式におけるｎが１以外の奇数の収差が存在する場合に現れる。このずれ量ｘｓは以下の式で表せる。
【００３６】
ｘｓ＝（１／λ）×｛〔ｂ4 （ρ1 3 Ｐ1 −ρ2 3 Ｐ2 ）＋ｃ7 （ρ1 5 Ｐ1 −ρ2 5 Ｐ2 ）＋・・〕ｒ＋〔ｃ4 （ρ1 3 Ｐ1 −ρ2 3 Ｐ2 ）＋・・〕ｒ3 ＋・・・｝
…（１３）
上記式（１１）は、ｒを変数とする多項式であり、各項の係数をα、β、γ・・・とすると、以下のように表せる。
【００３７】
ｘｓ＝Ａ０＋αｒ＋βｒ3 ＋γｒ5 ＋・・・                          …（１４）
これより、露光エリア内のショット中心〜最大露光位置まででピッチの異なる２種類のライン＆スペースのパターンのショット中心に対して放射する方向の位置ずれ量差を複数の像高について求め、横軸をｒ、縦軸を２種類のパターン間の位置ずれとしたグラフより、上記式（１４）の関数でフィッティングし、係数α、β、γ・・・を求める。
【００３８】
なお、Ａ０は１層目と２層目の重ね合わせのオフセット成分である。ここで、３次収差までであれば、上記式（１３）内の係数はｂ4 だけであり、すぐに求めることができる。また、５次以上の収差であれば、収差係数は多くなるので、複数のピッチの異なる２種類のライン＆スペースのパターン位置ずれ量差を求め、それぞれについて、係数α、β、γ・・・を求め、上記式（１３）との比較により、収差係数を求めることができる。
【００３９】
上述の説明では、３光束結像によりパターン形成を行っているが、斜入射照明や位相シフト法を利用した光軸に対して対称な２光束結像でも同様な方法により、２パターン間の位置ずれ量差より収差係数を測定することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ステッパーの収差係数をセッティングが容易で、簡便に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例を示すステッパーの光学系の模式図である。
【図２】  本発明の実施例を示すステッパーの収差係数測定方法により形成されたパターンの断面図である。
【図３】  従来のステッパーの光学系の模式図である。
【符号の説明】
２１，２６    開口絞り
２２    コンデンサレンズ
２３    マスク
２４    回折光
２５    投影レンズ
２７    ウエハ
３１    基板
３２    レジストパターン
３３    ずれ量１
３４    ずれ量２
【図１】
0004004603.tif 000002
【図２】
0004004603.tif 000003
【図３】
0004004603.tif 000004