(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面のパターンの像を投影系を介して第２面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性が得られるように所定の露光条件を決定するための露光条件選択方法であって、
前記第１面に所定のマスクパターンを配置し、前記第２面上に感光材料が塗布された評価用の基板を配置し、該基板上の複数の露光領域に互いに前記所定の露光条件を変えて前記マスクパターンの像を前記投影系を介して露光する第１工程と、
前記基板上の感光材料を現像する第２工程と、
該現像後に残される前記感光材料のパターンが形成された基板全面に検査用の照明光を照射して、前記感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方により個別に形成される前記基板の全面の像を撮像し、該全面像の各部の像強度より前記複数の露光領域毎の前記正反射光及び前記回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、該受光量に基づいて前記所定の結像特性が得られるように前記所定の露光条件を決定する第３工程と、を有することを特徴とする露光条件選択方法。
【請求項２】
請求項１記載の露光条件選択方法であって、
前記所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状であり、
前記所定の露光条件とは、前記投影系の像面からのデフォーカス量、前記感光材料に対する露光量、及び前記マスクパターンに対する照明条件の少なくとも１つであることを特徴とする露光条件選択方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の露光条件選択方法の前記第３工程で使用される検査装置であって、
表面が複数の露光領域に区分されると共に検査対象の感光材料のパターンが形成された基板の全面に検査用の照明光を照射する照明系と、
前記基板からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光して前記基板の表面の全面の像を個別に形成して撮像する受光系と、
該受光系からの検出信号に基づいて前記複数の露光領域毎の前記正反射光及び前記回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、該受光量に基づいて前記基板上の前記複数の露光領域における前記感光材料のパターンの断面形状を推定する演算装置と、を有することを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中のマスクパターンを感光性の基板上に転写する工程で使用される露光装置の露光条件選択方法、及びその方法で使用される検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するための投影露光装置（ステッパー等）においては、常に最良の結像特性を維持することが要求されている。その結像特性の一つの基準として、露光及び現像後にウエハ上に残されるレジストパターンの断面のエッジ部の形状がある。即ち、ウエハ上のフォトレジスト層に所定のパターンの像を露光して現像した場合、最も結像特性が良好な状態は一例として、残されるレジストパターン（レジスト像）の断面のエッジ部がウエハの表面に対して垂直となることであり、そのエッジ部が斜めに崩れるに従って結像特性は劣化するとみなされる。そのレジストパターンのエッジ部の形状に影響する露光条件には、露光量、投影光学系の像面に対するウエハ面のデフォーカス量、照明条件、及びフォトレジストの膜厚等がある。
【０００３】
そこで、従来より最も良好な結像特性を得るための最適な露光条件を決定するために、転写すべきレチクルのパターンと同じ線幅の周期的パターン、又は孤立パターンよりなる評価用パターンが形成されたテストレチクルを用意し、このテストレチクルのパターンを順次露光量やデフォーカス量等を変えながらフォトレジストの塗布してあるウエハ上の一連のショット領域に順次露光する方法が用いられている。この方法では、ウエハを現像してレジスト像を形成した後、各ショット領域内の評価用パターンの像の部分でウエハを割り、この断面内のレジスト像のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、そのエッジ部の形状が所定の形状（例えばウエハの表面に垂直）となるときの露光条件を最適な露光条件として選択していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来は投影露光装置の最適な露光条件を決定するために、評価用パターンを露光したウエハを割り、その断面のレジスト像のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察していた。この場合、各露光条件についてそれぞれウエハを割って、断面のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察する必要があるため、各露光条件について最適な条件を決定するためには、長い時間と莫大な労力とを必要とするという不都合があった。更に、ウエハを割る際にレジスト像を壊さないようにする必要があるため、ダイシングソー等を用いることができず手でウエハを割る必要があることから、作業時間が特に長くなると共に、検査用に割ったウエハは再生して使用できないという不都合もあった。
【０００５】
また、計測に用いるテストレチクルの評価用パターンは、断面の位置がずれても計測できるように、通常は実露光用のレチクルのパターンと同じ線幅の周期的パターン、又は孤立パターンを長く形成したパターンであるため、実際の露光の際に最適な露光条件を決定できるとは限らないという不都合もあった。
本発明は斯かる点に鑑み、評価用の基板を割ることなく所定の露光条件を選択できる露光条件選択方法を提供することを第１の目的とする。
【０００６】
更に本発明は、実露光用のレチクルのパターンを評価用のパターンとして使用できると共に、効率的に所定の露光条件を選択できる露光条件選択方法を提供することを第２の目的とする。
また、本発明は、そのような露光条件選択方法を実施する際に使用できる検査装置を提供することを第３の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光条件選択方法は、第１面のパターンの像を投影系（ＰＬ）を介して第２面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性が得られるように所定の露光条件を決定するための露光条件選択方法であって、その第１面に所定のマスクパターンを配置し、その第２面上に感光材料が塗布された評価用の基板（Ｗ）を配置し、基板（Ｗ）上の複数の露光領域に互いにその所定の露光条件を変えてそのマスクパターンの像を投影系（ＰＬ）を介して露光する第１工程（ステップ７０１，７０２）と、基板（Ｗ）上の感光材料を現像する第２工程（ステップ７０３）と、この現像後に残されるその感光材料のパターンが形成された基板（Ｗ）全面に検査用の照明光を照射して、その感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方により個別に形成される基板（Ｗ）の全面の像を撮像し、この全面像の各部の像強度よりその複数の露光領域毎のその正反射光及びその回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、この受光量に基づいてその所定の結像特性が得られるようにその所定の露光条件を決定する第３工程（ステップ７０４〜７０７）と、を有するものである。
【０００８】
斯かる本発明によれば、現像後に残される基板（Ｗ）上の感光材料のパターンに検査用の照明光を照射して、その感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光している。そのパターンの断面形状等によって回折光等の光量が変化することを利用して、その受光量に基づいて所定の結像特性が得られるようにその所定の露光条件を決定できるため、基板（Ｗ）を割ることなくその所定の露光条件を正確に決定できる。更に、基板（Ｗ）は検査後に感光材料を剥離して再びリソグラフィ工程を経ることで、所定のデバイスとして再生できる。また、回折光等を検出できればよいため、その評価用の所定のパターンとして、実露光用のマスクパターンも使用できる。
また、一度その基板の全面の像を撮像して、各露光領域毎の受光量を求めるだけで、極めて効率的にその所定の露光条件を決定できる。
【０００９】
この場合、その所定の結像特性の一例は、現像後の感光材料の断面形状であり、その所定の露光条件の一例は、投影系（ＰＬ）の像面からのデフォーカス量、その感光材料に対する露光量、及びそのマスクパターンに対する照明条件の少なくとも１つである。
【００１０】
次に、本発明による検査装置は、上記の本発明による露光条件選択方法の前記第３工程で使用される検査装置であって、表面が複数の露光領域に区分されると共に検査対象の感光材料のパターンが形成された基板（Ｗ）の全面に検査用の照明光を照射する照明系（２１，２３）と、その基板からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光してその基板の表面の全面の像を個別に形成して撮像する受光系（２２，２３〜２６，２７ａ〜３０ａ）と、この受光系からの検出信号に基づいてその複数の露光領域毎のその正反射光及びその回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、この受光量に基づいてその基板上の複数の露光領域における感光材料のパターンの断面形状を推定する演算装置（３２）と、を有するものである。斯かる本発明の検査装置によれば、その照明系及び受光系によって、基板（Ｗ）からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方の光量が検出でき、この検出結果より感光材料の断面形状が推定できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、投影露光装置で最適な露光条件を決定する場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例で評価対象となる投影露光装置を示し、この図１において、露光光源としてのＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、又はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光源１から射出された紫外パルス光よりなる露光光ＩＬは、光路折り曲げ用のミラー２で反射された後、第１レンズ３Ａ、第２レンズ３Ｂ、及びミラー４を介してフライアイレンズ５に入射する。露光光としては、水銀ランプのｉ線やＹＡＧレーザの高調波等も使用できる。
【００１２】
照度分布均一化用のフライアイレンズ５の射出面には、照明系の開口絞り板６が回転自在に配置され、開口絞り板６の回転軸の周りには、通常照明用の円形の開口絞り８Ａ、複数の偏心した小開口より成る変形照明用の開口絞り８Ｂ、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り８Ｃ、及び小さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の小さい円形の開口絞り８Ｄ等が形成されている。そして、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系１９が、開口絞り板６を駆動モータ７で回転することによって、フライアイレンズ５の射出面に所望の照明系開口絞りを配置できるように構成されている。
【００１３】
フライアイレンズ５の射出面の開口絞りを通過した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ９にて反射された後、集光レンズ１０を介して光電検出器よりなるインテグレータセンサ１１に入射する。インテグレータセンサ１１の検出信号より主制御系１９は、露光光ＩＬのウエハＷの表面での照度（パルスエネルギー）、及びウエハＷ上での積算露光量を間接的にモニタできる。その積算露光量が所定の目標値となるように、主制御系１９は、エキシマレーザ光源１の発光タイミングを制御する。これによってウエハに対する露光量を制御できる。
【００１４】
ビームスプリッタ９を透過した露光光ＩＬは、第１リレーレンズ１２Ａ、可変視野絞り（レチクルブラインド）１３、第２リレーレンズ１２Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１４、及びコンデンサレンズ１５を経て、マスクＲのパターン面を照明する。マスクＲ上の照明領域内のパターン像は、投影光学系ＰＬを介して所定の投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上に投影される。ここで、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面の直行座標系をＸ軸、Ｙ軸とすると、レチクルＲはＸ方向、Ｙ方向、回転方向に位置決めを行うレチクルステージ１６上に保持されている。
【００１５】
一方、ウエハＷはウエハホルダ１８上に吸着保持され、ウエハホルダ１８はウエハステージ１７上に固定され、ウエハステージ１７はウエハＷのＺ方向の位置及び傾斜角を補正してウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させると共に、ウエハＷのＸ方向、Ｙ方向へのステッピング、及び位置決めを行う。レチクルステージ１６、及びウエハステージ１７の位置はそれぞれ不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測結果に基づいて主制御系１９がレチクルステージ１６及びウエハステージ１７の動作を制御する。
【００１６】
露光時には、ウエハＷ上の１つのショット領域へのレチクルＲのパターン像の露光が終わると、ウエハステージ１７のステッピングによって次のショット領域が露光フィールド内に移動し、以下ステップ・アンド・リピート方式でウエハＷ上の各ショット領域への露光が繰り返される。なお、投影露光装置としては、ステッパー方式のみならず、レチクルＲとウエハＷ上の各ショット領域とを投影光学系ＰＬに対して投影倍率βを速度比として同期走査するステップ・アンド・スキャン方式等を使用してもよい。
【００１７】
さて、図１に示す本例の投影露光装置を使用する場合には、レチクルＲを実露光用のレチクルであるとして、予めレチクルＲに対して最良の結像特性が得られるときの露光条件、即ち最適な露光条件を決定しておく必要がある。本例での最良の結像特性とは、フォトレジストを塗布したウエハ上に実際に回路パターンとして使用されるパターンの像を露光した後、現像によって得られるレジストパターンの断面形状のエッジ部が、ウエハの表面に対して垂直になる状態を言うものとする。なお、最良の結像特性の別の定義としては、例えば最終的にそのレジストパターンをマスクとして形成される回路パターンの線幅の設計値に対する誤差が所定の許容範囲内に収まる状態等も考えられる。
【００１８】
また、本例で決定すべき露光条件は、ウエハ上の各ショット領域に対する露光量（積算露光量）、及び予め設定されているベストフォーカス位置の初期値に対するデフォーカス量であるとする。後者のデフォーカス量が決定されると、そのデフォーカス量をその初期値に加算した位置が新たなベストフォーカス位置となり、この新たなベストフォーカス位置がウエハステージ１７を介してウエハの表面を合焦させる際の目標値となる。
【００１９】
次に、本例では露光、及び現像後にウエハ上の各ショット領域に形成されるレジストパターン（レジスト像）の形状を、そのレジストパターンからの反射光、又は回折光を検出することによって間接的に計測する。
図２は、そのように間接的にレジストパターンの形状を計測するために使用される本例の検査装置を示す概略斜視図であり、この図２において、半導体レーザ素子のような可干渉な光源２１から発散する波長が例えば５５０ｎｍ程度の検出光ＤＬがハーフプリズム２２に入射し、ハーフプリズム２２を透過した検出光ＤＬが集光レンズ２３でほぼ平行光束に変換されて、検査対象のウエハ（ウエハＷとする）のほぼ全面をほぼ垂直に照射する。ウエハＷは高さ、傾斜角、及び回転角が調整できるターンテーブル３８上に載置されている。このとき、集光レンズ２３の前側焦点位置近傍に光源２１を配置し、集光レンズ２３の後側焦点位置近傍にウエハＷの表面を配置して、ウエハＷをケーラー照明するのが望ましい。なお、光源２１の代わりに、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源のような平行ビームを発生する光源と、その平行ビームを発散するためのレンズとを組み合わせた光源系を使用してもよい。
【００２０】
ウエハＷの表面で正反射した光束である０次光（正反射光）ＤＬ0 は、再び集光レンズ２３を通過してハーフプリズム２２に戻り、ハーフプリズム２２で反射された０次光ＤＬ0 は、正反射光受光系に導かれる。正反射光受光系では、集光レンズ２３に対して光源２１と共役な位置に絞り２４が設けられ、絞り２４によって０次光ＤＬ0 以外の迷光を遮光している。絞り２４を通過した０次光ＤＬ0 は、結像レンズ２５を介して、ＣＣＤ型の２次元の撮像素子２６の撮像面上にウエハＷの表面の正反射光による像を形成する。撮像素子２６からの画像信号は、コンピュータよりなる演算処理装置３２に供給され、演算処理装置３２では、供給された画像信号をアナログ／デジタル変換して、撮像素子２６の各画素毎の画像信号の強度を求める。また、予めウエハＷ上の各ショット領域の位置と撮像素子２６の各画素との対応関係が求めて記憶されており、演算処理装置３２では、各画素毎の画像信号の強度よりウエハＷ上の各ショット領域毎の画像信号、即ち０次光（正反射光）の画像信号の強度の平均値を算出し、算出結果を記憶する。
【００２１】
本例では、ウエハＷをほぼ垂直に検出光ＤＬで照明しているため、ウエハＷ上の各ショット領域にレジストの周期的パターンが形成されている場合には、その周期的パターンから回折光が発生する。その検出光ＤＬの波長をλ、その周期的パターンのピッチをｐとすると、そのときのｎ次（ｎ＝１，２，…）の回折光の回折角θn は、次式のように表せる。また、−ｎ次の回折光の回折角は対称に−θn となる。
【００２２】
sin θn ＝（ｎ・λ）／ｐ      （１）
ウエハＷからの±ｎ次の回折光はその周期的パターンのピッチ方向に沿って回折角±θn の方向に進むため、本例の検査装置には、２対の回折光受光系が設けられている。この場合、直交する周期的パターンからの回折光を同時に受光するために２対の回折光受光系が設けられており、更に、各ピッチ方向で回折光を受光する際に、レジストの膜厚むら、及び周期的パターンの非対称性の影響を避けるために、同時に±ｎ次の１対の回折光を受光するようにしている。そして、ウエハＷ上の同一のショット領域からの±ｎ次の回折光の画像信号の和を、そのショット領域からのｎ次の回折光の光強度に対応する画像信号とみなしている。
【００２３】
即ち、図２において、ウエハＷに対して第１のピッチ方向で回折角θn の方向に発生するｎ次回折光ＤＬＹ(+1)は、受光レンズ２７ａで集光され、受光レンズ２７ａの後側焦点位置近傍に設けられた絞り２８ａを通過する。絞り２８ａでは、ｎ次回折光以外の光束が遮光され、絞り２８ａを通過した光束は、結像レンズ２９ａを介してＣＣＤ型の２次元の撮像素子３０ａの撮像面上に、ウエハＷの表面のｎ次回折光による像を形成する。撮像素子３０ａの撮像信号も演算処理装置３２に供給されている。このとき、ウエハＷの表面と撮像素子３０ａの撮像面とは、受光レンズ２７ａ及び結像レンズ２９ａに関してほぼアオリの結像関係、即ちシャインプルーフの条件を満たしており、ウエハＷの表面の全面の像はその撮像面にほぼ鮮明に形成されている。更に、絞り２８ａと結像レンズ２９ａの主点との間隔、及び撮像素子３０ａの撮像面と結像レンズ２９ａの主点との間隔をそれぞれ結像レンズ２９ａの焦点距離に等しくなるように配置して、回折光受光系を両側テレセントリックにしておく。これによって、ウエハＷの表面の像の倍率は像面内でほぼ一定になる。
【００２４】
また、受光レンズ２７ａから撮像素子３０ａまでの回折光受光系は、一体的に鏡筒３１ａに固定され、鏡筒３１ａはウエハＷに対する傾斜角φを調整できるように支持されている。例えば、撮像素子３０ａがほぼｎ次回折光ＤＬＹ(+1)の像を受光している状態で、その鏡筒３１ａの傾斜角φ、及びターンテーブル３８の回転角を調整して、撮像素子３０ａからの撮像信号の和を最大にすることによって、所望のｎ次の回折光を十分な光量で受光できる。受光レンズ２７ａ〜撮像素子３０ａよりなる受光系と対称に、−ｎ次の回折光ＤＬＹ(-1)を受光するための受光レンズ２７ｂ〜撮像素子３０ｂよりなる受光系が配置されている。
【００２５】
更に、これら１対の受光系と直交するように、第２のピッチ方向に対してｎ次の回折光ＤＬＸ(+1)を受光するための受光レンズ２７ｃ〜撮像素子３０ｃよりなる受光系、及び−ｎ次の回折光ＤＬＸ(-1)を受光するための受光レンズ２７ｄ〜撮像素子３０ｄよりなる受光系が配置されている。撮像素子３０ｂ〜３０ｄの各撮像信号も演算処理装置３２に供給され、演算処理装置３２では、第１のピッチ方向に対応する２つの撮像素子３０ａ，３０ｂの撮像信号の和を求め、この撮像信号の和を用いて、ウエハＷ上の各ショット領域毎にｎ次回折光の強度を求めると共に、第２のピッチ方向に対応する２つの撮像素子３０ｃ，３０ｄの撮像信号の和を求め、この撮像信号の和を用いて、ウエハＷ上の各ショット領域毎に第２のピッチ方向のｎ次回折光の強度を求める。
【００２６】
また、後述のように予めウエハ上のレジストパターンのエッジ部がウエハの表面に対して垂直になるときの、そのレジストパターンからの０次光、及びｎ次回折光の強度の関係が求めて演算処理装置３２内の記憶部に記憶されている。演算処理装置３２では、計測された各ショット領域の０次光の強度、及びｎ次光の強度がその記憶されている関係になるときのショット領域の番号を特定する。このショット領域に対して露光を行ったときの露光条件が最適な露光条件となる。
【００２７】
なお、ＤＲＡＭ等の半導体素子では回路パターンは直交して配置されている場合が多いので、図２の２対の回折光受光系は直交した方向に設けるのが望ましい。但し、回折光の生じる方向が直交していない場合に備えて、２対の回折光受光系の交差角を調整できるようにしておくことが望ましい。また、結像レンズ２５、及び回折光受光系の受光レンズ２７ａ〜２７ｄは集光作用を持つ凹面鏡を用いて構成してもよく、これによって検査装置がコンパクトに構成できる。
【００２８】
次に、図１の投影露光装置の露光量、及びデフォーカス量の露光条件を決定する場合の動作の一例につき図７のフローチャートを参照して説明する。
このとき、図１のレチクルＲは実露光用の原版パターンが描画されたレチクルであり、その原版パターンは、図３（ｂ）に示すように、Ｘ方向に遮光部（斜線部）と透過部とが１：１の幅で形成されたＸ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｘと、Ｙ方向に遮光部（斜線部）と透過部とが１：１の幅で形成されたＹ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｙとからなるパターンユニットを、縦横に多数配列したものであるとする。
【００２９】
先ず、図７のステップ７０１で、厚さ１．０μｍでフォトレジストを塗布した未露光のウエハ（ウエハＷとする）を、図１の投影露光装置のウエハホルダ１８上に載置し、次のステップ７０２で、レチクルＲのパターンの像を、ウエハＷ上の複数のショット領域に順次露光条件（露光量、及びデフォーカス量）を次第に変化させてステップ・アンド・リピート方式で露光する。
【００３０】
図３（ａ）は、ウエハＷのショット配列の一例を示し、この図３（ａ）において、ウエハＷの露光面はＸ方向、Ｙ方向に所定ピッチでＮ（Ｎは３以上の整数）個のショット領域ＳＡ１，ＳＡ２，…，ＳＡＮに分かれ、Ｘ方向に並んだ各行のショット領域内ではデフォーカス量が負の値から次第に正の値になるように段階的に変化しており、Ｙ方向に並んだ各列のショット領域内では露光量が負の値から次第に正の値になるように段階的に変化している。従って、Ｎ個のショット領域は露光条件が互いに異なっており、その中でレジストパターンのエッジ部の形状が最も良くなるショット領域で使用された露光量、及びデフォーカス量が最適な露光条件となる。
【００３１】
次に、ステップ７０３で、露光されたウエハＷを現像して、凹凸のレジストパターンを形成した後、ステップ７０４で、ウエハＷを図２の検査装置のターンテーブル３８上に載置する。それに続くステップ７０５で、検査装置の光源２１より検出光ＤＬをウエハＷ表面の全面に照射し、ステップ７０６で、撮像素子２６によってウエハＷからの正反射光（０次光）によるその表面の像を撮像し（受光し）、これと並列に撮像素子３０ａ〜３０ｄを介してウエハＷからの±ｎ次回折光による像を撮像し、各画素の受光量に対応する画像信号を演算処理装置３２に供給する。本例では、±ｎ次回折光として、±１次回折光を受光する。具体的に、図３（ｂ）のＹ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｙに対応するレジストパターンからの１次回折光、及び−１次回折光をそれぞれ図２の撮像素子３０ａ及び３０ｂで受光し、Ｘ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｘに対応するレジストパターンからの１次回折光、及び−１次回折光をそれぞれ図２の撮像素子３０ｃ及び３０ｄで受光する。
【００３２】
次に、ステップ７０７で、演算処理装置３２は、得られた正反射光、及び回折光の受光量に対応する画像信号に基づいて最適露光条件を決定する。以下では、Ｙ軸のライン・アンド・スペースパターン２０Ｙに対応するレジストパターンを判断基準にするものとして、演算処理装置３２は、先ず撮像素子２６の画像信号よりウエハＷ上の各ショット領域毎の０次光（正反射光）の強度Ｉ（０）を求める。更に、撮像素子３０ａ及び３０ｂの画像信号の和を求めた後、ウエハＷの各ショット領域毎の１次光の強度Ｉ（±１）を求める。
【００３３】
この場合、正反射光や回折光の光量はデバイスの設計データからも計算することができるので、実際の露光プロセスでもその設計データから計算される光量に合致するような露光条件を選ぶことができる。
図４は、現像後のウエハＷ上に形成されたレジストパターンの断面形状の種々の例を示し、これらの内で図４（ｂ）の断面３３は、エッジ部がウエハの表面に垂直になったレジストパターンを示し、このときの露光条件が最適な露光条件となる。一方、図４（ａ）の断面３４は、ウエハＷの表面が像面に対して上側（＋方向）に僅かにデフォーカスした場合のレジストパターンを示し、このときは断面３４の上部が設計値（ここでは底部の位置）に比べてδだけ細くなっている。このδをレジストの崩れ量と呼び、上部が設計値に比べて細くなる場合の崩れ量δの符号を＋とする。また、図４（ｃ）の断面３５は、ウエハＷの表面が像面に対して下側（−方向）に僅かにデフォーカスした場合のレジストパターンを示し、断面３５の底部に設計値（ここでは上部の位置）に比べてδ（符号は−）の崩れ量が生じている。このようにデフォーカスが生じた場合、そのデフォーカス量の絶対値がかなり小さい内は、レジストの形状の崩れ量δはデフォーカス量にほぼ比例する。
【００３４】
次に、レジストパターンの形状の崩れ量と、０次光、及び１次回折光の光強度との関係について、コンピュータを用いたシミュレーションの結果を用いて説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ１μｍの膜厚のレジスト内に形成された線幅が１μｍのライン・アンド・スペースパターンを波長５５０ｎｍの検出光で垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δと、１次回折光の強度Ｉ（±１）及び０次光の強度Ｉ（０）との関係を示すシミュレーション結果である。図５（ａ），（ｂ）において、横軸はレジストの崩れ量δ（μｍ）、縦軸は１次回折光、０次光の強度である。この場合、０次光、１次回折光共にレジストの形状の崩れ量δが０となるときに光強度がほぼ最大となっている。
【００３５】
一方、図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ０．８μｍの膜厚のレジスト内に形成された線幅が１μｍのライン・アンド・スペースパターンを同じ検出光で垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δと、１次回折光の強度Ｉ（±１）及び０次光の強度Ｉ（０）との関係を示すシミュレーション結果である。この場合、１次回折光の強度Ｉ（±１）はレジストの形状の崩れ量が０となる位置で最大となるが、０次光はレジストの形状の崩れ量が０となる位置で最大とはなっいない。このように０次光（正反射光）の光強度はレジストの膜厚の影響を受けやすく、レジスト像の端部の形状の影響に対しても感度が高い。従って、０次光の強度Ｉ（０）により露光条件を決定する場合には、予めレジストの膜厚に対して計算しておいた所定の強度になる条件を選ぶことが望ましい。
【００３６】
これに対し、１次回折光の強度はレジストの膜厚に拘らず、レジストの崩れ量δが０となる位置（ここではデフォーカス量も０となる）でほぼ最大となっている。そこで、１次回折光の検出により露光条件を決定する場合には、回折光の強度が最大となる点が最適条件と判断できる。そのため、図７のステップ７０７において、演算処理装置３２は、一例として１次回折光の強度Ｉ（±１）が最大となるショット領域の番号を求め、このショット領域の番号を図１の主制御系１９に供給する。主制御系１９では、その番号のショット領域に露光したときの露光量、及びデフォーカス量を最適な露光条件として記憶し、それ以後のレチクルＲのパターンの露光に際してはその記憶してある露光条件で露光を行う。これによって、その後に露光されるウエハを現像して得られるレジストパターンの形状は最適なものとなり、最終的に高い解像度、及び線幅制御精度で回路パターンが形成される。
【００３７】
なお、上記の実施の形態では、１次回折光（ｎ次回折光）の強度に基づいてレジストパターンの形状を間接的に求めているが、図５（ｂ）に示されているように、レジストの膜厚によっては０次光（正反射光）の強度を用いて、露光条件を判定してもよい。即ち、レジストの膜厚が所定の範囲内にあるときには、０次光の強度が最大になる、又は大きく変化するときの露光条件を最適な露光条件とすることができる。また、ｎ次回折光と０次光とを組み合わせて、最適な露光条件を判定してもよい。
【００３８】
また、露光条件としては、露光量やデフォーカス量の他に、フォトレジストの膜厚や照明条件（σ値等）を用いてもよい。フォトレジストの膜厚については、ウエハ毎に膜厚を変えて露光して検査を行うことになるが、照明条件については、１枚のウエハのショット領域毎に条件を変えて露光することができる。更に、本例では、ウエハに対する露光条件を決定する場合について説明したが、本発明による露光条件選択方法は、液晶表示素子等の露光条件を決定する場合にも適用できるのは言うまでもない。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の露光条件選択方法によれば、評価用の基板上の感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光し、その基板上の複数の露光領域毎の受光量に基づいて所定の露光条件を決定しているため、その評価用の基板を割ることなく所定の露光条件を選択できる利点がある。従って、その検査後の基板上の感光材料を剥離することで、その基板を再生使用できる。
【００４０】
また、正反射光、又は回折光を受光しているため、実露光用のマスクのパターンを評価用のパターンとして使用できる。正反射光や回折光の光量はデバイスの設計データからも計算することができるので、実際の露光プロセスでもその設計データから計算される光量に合致するような露光条件を選ぶことができる。
また、所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状であり、所定の露光条件とは、投影系の像面からのデフォーカス量、感光材料に対する露光量、及びマスクパターンに対する照明条件の少なくとも１つである場合には、現像後の感光材料の断面形状が所望の形状となるように露光条件を最適化できる。
【００４１】
また、第３工程において、基板の全面の感光材料のパターンに検査用の照明光を照射して、その基板の全面の像を撮像し、この全面の像の各部の像強度より複数の露光領域毎の受光量を求める場合には、その基板の全面の像を１回撮像して露光領域毎の光量を求めるのみで露光条件を効率的に決定できる利点がある。
次に、本発明の検査装置によれば、本発明の露光条件選択方法の第３工程を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】その実施の形態の一例で使用される検査装置を示す概略斜視図である。
【図３】（ａ）はその実施の形態で露光されるウエハのショットマップの一例を示す図、（ｂ）は露光されるパターンの一例を示す拡大平面図である。
【図４】ウエハ上のレジストパターンの断面形状の種々の例を示す断面図である。
【図５】厚さ１μｍのレジスト像の崩れ量と、１次回折光及び０次光（正反射光）との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】厚さ０．８μｍのレジスト像の崩れ量と、１次回折光及び０次光（正反射光）との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の一例で露光条件を決定する場合の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｒ  レチクル
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウエハ
１７  ウエハステージ
１９  主制御系
２１  光源
２３  集光レンズ
２４，２８ａ〜２８ｄ  絞り
２５，２９ａ〜２９ｄ  結像レンズ
２６，３０ａ〜３０ｄ  撮像素子
２７ａ〜２７ｄ  受光レンズ
３２  演算処理装置
【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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