(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
０次光以外に少なくとも４方向以上に回折光を発生する露光パターンを持つ露光マスクを、露光装置の投影光学系の光路中にセットする工程と、
感光体を形成した被露光体を、前記露光装置の投影位置にセットする工程と、
前記露光マスクおよび前記露光装置の投影光学系を介して、前記感光体を露光する工程と、
前記露光された感光体を現像し、前記被露光体上に現像パターンを得る工程と、
前記現像パターンの寸法を測定し、前記露光装置の投影光学系の収差を測定する工程と
を具備することを特徴とする投影光学系の収差測定方法。
【請求項２】
前記露光マスクの露光パターンは、繰り返し方向に、一定の繰り返しピッチで市松格子状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項３】
前記市松格子状に配置された露光パターンは各々、互いに同一形状の複数のパターンを１セットとしていることを特徴とする請求項２に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項４】
前記１セットの露光パターンは、ライン・アンド・スペースパターンであることを特徴とする請求項３に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項５】
前記ライン・アンド・スペースパターンの長さ、幅、および間隔を変え、前記現像パターンが前記露光装置の投影光学系の収差の影響を受けるように調整することを特徴とする請求項４に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項６】
前記１セットの現像パターンの寸法の誤差を測定することで、前記露光装置の投影光学系の収差のうち、収差関数をゼルニケの多項式で展開した際に、cos３θ、sin３θの項で表される収差を測定することを特徴とする請求項３乃至請求項５いずれか一項に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項７】
前記市松格子状に配置された露光パターンの前記繰り返し方向を変えることで、前記露光装置の投影光学系の回折光位置を変えることを特徴とする請求項２乃至請求項６いずれか一項に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項８】
前記市松格子状に配置された露光パターンの前記繰り返しピッチを変えることで、前記露光装置の投影光学系の回折光位置を変えることを特徴とする請求項２乃至請求項６いずれか一項に記載の投影光学系の収差測定方法。
【請求項９】
０次光以外に少なくとも４方向以上に回折光を発生するように配置されている露光パターンを具備し、
前記露光パターンは、繰り返し方向に、一定の繰り返しピッチで市松格子状に配置され、
前記市松格子状に配置された露光パターンは各々、互いに同一形状の複数のパターンを１セットとし、
前記１セットの露光パターンは、ライン・アンド・スペースパターンであることを特徴とする露光マスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、露光装置の投影光学系の収差を測定する方法およびそれに用いる露光マスクに係わり、特に露光装置に組み込まれた投影レンズの３θ収差の測定に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露光装置は、半導体装置の製造における露光工程等に広く用いられている。
【０００３】
特に半導体装置においては、そのデバイスパターンの微細化が急速に進んでおり、近年では、露光装置の収差、特に露光装置のレンズ（一般に投影レンズ）の僅かな収差が、デバイスパターンの寸法を、大きく変動させるまでにその微細化が進んでいる。このため、露光装置のレンズ収差測定は、年々、その重要度が高まってきている。
【０００４】
投影レンズの収差測定は、次のように行われる。
【０００５】
まず、収差測定用露光マスクを用いて、ウェーハ上に塗布されたレジストを露光する。次いで、露光されたレジスト現像し、レジストパターンを得る。この後、得られたレジストパターンの寸法を測定することで、投影レンズ収差を測定する。
【０００６】
収差測定用露光マスクには、収差測定用露光パターンが描かれている。収差測定用露光パターンとしては、図１１（Ａ）に示すライン・アンド・スペースパターン（以下Ｌ／Ｓパターン）が一般的である。Ｌ／Ｓパターンを用いた収差測定では、たとえば図１１（Ｂ）に示すように、収差の影響によって右端のラインの寸法と左端のラインの寸法とに差が生ずることが利用され、たとえば特開平１０−２３２１８５号などに良く開示されている。
【０００７】
このように露光装置のレンズの収差を予め測定しておくことで、この収差を考慮したデバイスパターンを作成できるようになる。これは、微細なデバイスパターンの露光に大変有効である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｌ／Ｓパターンは、図１１（Ｃ）に示すように、Ｘ方向、あるいはＹ方向など、レンズの瞳面上の一つの直線方向のみを回折光が通過して結像する場合の収差しか影響しない。つまり、Ｌ／Ｓパターンを用いた従来の収差測定では、レンズの瞳面を通過する一部の領域での収差しか観測することができない。
【０００９】
このため、回折光が瞳面内の多方向を通過して結像するようなデバイスパターンの場合、このデバイスパターンが収差の影響を受け、寸法変動を起こす場合があった。
【００１０】
回折光が瞳面内の多方向を通過して結像する場合の収差の一例としては、“３θ収差”がある。“３θ収差”は、収差関数を、ゼルニケの多項式（Zernike's polynomials）で展開した際に、cos３θ、sin３θの項で表される収差である。
【００１１】
この発明は、上記の事情に鑑み為されたもので、その目的は、“３θ収差”を測定できる投影光学系の収差測定方法およびそれに用いる露光マスクを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る投影光学系の収差測定方法は、０次光以外に少なくとも４方向以上に回折光を発生する露光パターンを持つ露光マスクを、露光装置の投影光学系の光路中にセットし、感光体を形成した被露光体を、前記露光装置の投影位置にセットし、前記露光マスクおよび前記露光装置の投影光学系を介して、前記感光体を露光し、前記露光された感光体を現像し、前記被露光体上に現像パターンを得る。この後、前記現像パターンの寸法を測定し、前記露光装置の投影光学系の収差を測定することを特徴としている。
【００１３】
上記構成を有する投影光学系の収差測定方法であると、感光体を、０次光以外に少なくとも４方向以上に回折光を発生する露光パターンを持つ露光マスクを用いて露光するので、該感光体を現像して得た現像パターンには、露光装置の投影光学系に“３θ収差”があれば、その影響が生ずる。
【００１４】
よって、上記現像パターンの寸法を測定すれば、レンズの“３θ収差”を測定することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１６】
［第１の実施形態］
図１（Ａ）は、この発明の第１の実施形態に係るレンズ収差測定用露光マスクに描かれた収差測定用露光パターンを示す平面図である。
【００１７】
図１（Ａ）に示すように、第１の実施形態に係る収差測定用露光パターン１は、斜め方向に、一定の繰り返しピッチＰ１で市松格子状に配置される。市松格子状に配置された各露光パターン１はそれぞれ、２つのパターン（以下ツインパターン）２Ｌ、２Ｒを１セットとする。ツインパターン２Ｌ、２Ｒは、互いに同一の長さ“Ｌ”、同一の幅“Ｗ”を持つ。つまり、互いに同一の形状である。さらにツインパターン２Ｌ、２Ｒは、互いに間隔“Ｄ”だけ離れて配置され、いわゆるＬ／Ｓパターンを為している。図１（Ａ）に示す収差測定用露光パターンによる回折光位置（レンズの瞳面内）を図１（Ｂ）に示す。図１（Ｂ）に示すように、回折光は、レンズの瞳面内の６方向に現れる。
【００１８】
図１（Ａ）に示す収差測定用露光パターン１は、図２に示すように、Ｌ／Ｓパターンと、市松格子状パターンとの合成で構成されている、と考えることができる。特に市松格子状パターンは“３θ収差”の影響を受ける。“３θ収差”は、収差関数をゼルニケの多項式で展開した際に、cos３θ、sin３θの項で表される収差である。cos３θ、sin３θの項の代表例（Ｚ10、Ｚ11、Ｚ19、Ｚ20、Ｚ30、Ｚ31、…）を下記する。
【００１９】
Zernike's polynomials
…
Ｚ10：  Ｒ3cos３θ
Ｚ11：  Ｒ3sin３θ
…
Ｚ19：  （５Ｒ2−４）Ｒ3cos３θ
Ｚ20：  （５Ｒ2−４）Ｒ3sin３θ
…
Ｚ30：  （２１Ｒ4−３０Ｒ2＋１０）Ｒ3cos３θ
Ｚ31：  （２１Ｒ4−３０Ｒ2＋１０）Ｒ3sin３θ
…
このため、露光装置のレンズ（投影レンズ）に“３θ収差”があった場合、現像パターンは、図３に示すように三角形に変形する。この結果、図４（Ｂ）に示すように、左のツインパターン２Ｌによる現像パターン（ホールパターン）３Ｌの寸法Width-Lと、右のツインパターン２Ｒによる現像パターン（ホールパターン）３Ｒの寸法Width-Rとには差が生じる。この差を測定することで、露光装置のレンズの“３θ収差”を測定することができる。
【００２０】
なお、図４（Ａ）には、“３θ収差”が無い場合の現像パターン３Ｌ、３Ｒが示されている。この場合、寸法ＳＬと寸法ＳＲとには、実質的な差は生じない。
【００２１】
図５は、ゼルニケの多項式の係数と現像パターンの左右寸法差とゼルニケの多項式の係数（各収差）との関係をシミュレーションした結果を示す図である。
【００２２】
図５には、２種類のレンズ収差測定用露光マスクＡ、Ｂによるシミュレーション結果が示されている。露光マスクＡ、Ｂはそれぞれ、図１（Ａ）に示した露光パターン１を持つ。異なるところは、ツインパターン２Ｌ、２Ｒの縦横比“Ｌ／Ｗ”および間隔“Ｄ”である。
【００２３】
図５中の実線Ａは露光マスクＡによる光学シミュレーションの結果、点線Ｂは露光マスクＢによる光学シミュレーションの結果を示している。
【００２４】
実線Ａでは、Ｚ1〜Ｚ37までの間に大きな寸法差は見られない。
【００２５】
しかし、点線Ｂに示すように縦横比“Ｌ／Ｗ”および間隔“Ｄ”を変えてみると、cos３θの項（係数Ｚ10、Ｚ19、Ｚ30）にそれぞれ、大きな左右寸法差が生ずる場合がある。つまり、露光装置のレンズの“３θ収差”の影響が顕著に現れることがある。図６に、左右寸法差と“３θ収差”の量との関係の一例を示す。
図６に示すように、収差量が大きくなるほど、左右寸法差は大きくなる。
【００２６】
以上のことからツインパターン２Ｌ、２Ｒの縦横比“Ｌ／Ｗ”および間隔“Ｄ”を様々に変えて、光学シミュレーションによる計算を行うことで、“３θ収差”の影響を受けやすいパターンを知ることができる。
【００２７】
さらにこの影響を受けやすいパターンを、実際に露光／現像することによって現像パターンを形成し、この現像パターンの左右寸法差を求める。求められた左右寸法差を、たとえば図６に示すような光学シミュレーションによる計算結果と比較すれば、“３θ収差”の量を確認することができる。
【００２８】
次に、より具体的な光学シミュレーションについて説明する。
【００２９】
図７は、光学シミュレーションによって得た現像パターン３Ｌ、３Ｒの長さ“Length”、幅“Width”および間隔“Distance”と、“Ｚ10（３θ収差）”との関係を示す図である。
【００３０】
図７には、幅“Width”および間隔“Distance”をそれぞれ一定とし、長さ“Length”を変化させた場合（Length依存性）、幅“Width”および長さ“Length”をそれぞれ一定とし、間隔“Distance”を変化させた場合（Distance依存性）、並びに長さ“Length”および間隔“Distance”をそれぞれ一定とし、幅“Width”を変化させた場合（Width依存性）がそれぞれ示されている。
【００３１】
これらのような現像パターン３Ｌ、３Ｒはそれぞれ、露光マスクのツインパターン２Ｌ、２Ｒの長さ“Ｌ”、幅“Ｗ”、間隔“Ｄ”をそれぞれ変えることで得ることができる。
【００３２】
また、“Ｚ10（３θ収差）”は下記のようにして求めた。
【００３３】
Asymmetry ratio＝(Left width−Right width)／(Left width＋Right width)
上記Asymmetry ratioは、“１”に近づくほど現像パターン３Ｌ、３Ｒの左右寸法差が大きい、即ち“３θ収差”の影響が大きいことを示し、“０”に近づくほど、左右寸法差が小さい、即ち“３θ収差”の影響が小さいことを示す。これにより、現像パターン３Ｌと３Ｒとの寸法差である“Ｚ10（３θ収差）”が定量化される。
【００３４】
このようにツインパターン２Ｌ、２Ｒの長さ“Ｌ”、幅“Ｗ”、間隔“Ｄ”ををそれぞれ調節し、長さ“Length”、幅“Width”、間隔“Distance”を変えた現像パターン３Ｌ、３Ｒを得ることで、どのようなパターンがレンズの“３θ収差”の影響を受けやすいか等、レンズの“３θ収差”に関する情報を取得することができる。取得された情報は、デバイスパターンの作成にフィードバックすることで、予めレンズの“３θ収差”が考慮されたデバイスパターンを作成することができる。
【００３５】
または、露光装置が複数ある場合、各露光装置それぞれの“３θ収差”の影響の度合いを予め知ることができる。このため、露光されるパターンと、各露光装置の“３θ収差”の影響度を比較すれば、最も影響が低くなるような露光装置を選んで、パターンを露光することも可能となる。
【００３６】
また、この発明を用いて、露光装置のレンズ（投影レンズ）の“３θ収差”を実際に測定する場合には、次のようにすれば良い。
【００３７】
まず、図１（Ａ）に示すような収差測定用露光パターンを形成した露光マスクを、露光装置のマスクステージにセットする。
【００３８】
次に、ホトレジストが塗布されたウェーハを、露光装置のウェーハステージにセットする。
【００３９】
次に、露光マスクの露光パターンを、投影レンズを介してホトレジストに投影し、ホトレジストを露光する。
【００４０】
次に、露光されたホトレジストを現像し、ウェーハ上に現像パターンを得る。
次に、現像パターンの左右寸法差を測定し、“３θ収差”を測定する。
【００４１】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、ツインパターン２Ｌ、２Ｒの長さ“Ｌ”、幅“Ｗ”、間隔“Ｄ”をそれぞれ調節することで、“３θ収差”の影響を受けやすいパターンを知る例が説明された。
【００４２】
第２の実施形態は、露光パターン１の繰り返し方向、あるいは露光パターン１の繰り返しピッチを変える例である。
【００４３】
図８（Ａ）は第２の実施形態に使用され、基準となる収差測定用露光パターンを示し、図８（Ｂ）はその回折光位置（レンズの瞳面内）を示している。
【００４４】
また、図９（Ａ）は基準となる収差測定用露光パターンに対して繰り返し方向を変えた収差測定用露光パターンを示し、図９（Ｂ）はその回折光位置（レンズの瞳面内）を示している。
【００４５】
また、図１０（Ａ）は基準となる収差測定用露光パターンに対して繰り返しピッチを変えた収差測定用露光パターンを示し、図１０（Ｂ）はその回折光位置（レンズの瞳面内）を示している。
【００４６】
図９（Ｂ）、および図１０（Ｂ）に示すように、露光パターン１の繰り返し方向や繰り返しピッチを変えることで、レンズの瞳面内の回折光位置が変化する。
【００４７】
このように回折光位置を変化させることで、第２の実施形態によれば、レンズの瞳面内の“３θ収差”の分布を知ることが可能になる。
【００４８】
なお、第２の実施形態は、第１の実施形態と組み合わせられることが好ましい。
【００４９】
以上、この発明を第１、第２の実施形態により説明したが、この発明は第１、第２の実施形態に限られるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【００５０】
たとえば“３θ収差”を測定するための収差測定用露光パターンとして、ツインパターン２Ｌ、２Ｒを１セットとした露光パターン１を、市松格子状に配置したが、たとえば図２の市松格子状パターンのみとされても良い。
【００５１】
しかし、露光パターン１を、ツインパターン２Ｌ、２Ｒを１セットとすることが好ましい。なぜなら、上記第１の実施形態で説明したように、“３θ収差”を定量化し易くなる利点があるからである。
【００５２】
また、収差測定用露光パターンは、回折光がレンズの瞳面の６方向に現れるパターンを例示したが、“３θ収差”を測定するためには、回折光がレンズの瞳面の４方向に現れるパターンであれば、上記収差測定用露光パターンに限られることはない。
【００５３】
また、図１（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）に示された収差測定用露光パターンは、露光マスク内に１つ設けるようにしても良いし、たとえばマトリクス状に複数設けられても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、“３θ収差”を測定できる投影光学系の収差測定方法およびそれに用いる露光マスクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）はこの発明の第１の実施形態に係るレンズ収差測定用露光マスクの収差測定用露光パターンを示す平面図、図１（Ｂ）はその瞳面内回折光位置を示す図。
【図２】図２は図１（Ａ）に示す収差測定用露光パターンの構成を説明するための図。
【図３】図３は図１（Ａ）に示す収差測定用露光パターンの３θ収差の影響を説明するための図。
【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ現像パターンを示す平面図。
【図５】図５は左右寸法差とゼルニケの多項式の係数との関係を示す図。
【図６】図６は左右寸法差と収差量との関係を示す図。
【図７】図７は現像パターンの長さ、幅および間隔と３θ収差との関係を示す図。
【図８】図８（Ａ）はこの発明の第２の実施形態に使用されるレンズ収差測定用露光マスクの収差測定用露光パターンを示す平面図、図８（Ｂ）はその瞳面内回折光位置を示す図。
【図９】図９（Ａ）はこの発明の第２の実施形態に使用される他のレンズ収差測定用露光マスクの収差測定用露光パターンを示す平面図、図９（Ｂ）はその瞳面内回折光位置を示す図。
【図１０】図１０（Ａ）はこの発明の第２の実施形態に使用されるさらに他のレンズ収差測定用露光マスクの収差測定用露光パターンを示す平面図、図１０（Ｂ）はその瞳面内回折光位置を示す図。
【図１１】図１１（Ａ）はＬ／Ｓパターンを示す平面図、図１１（Ｂ）はその収差による影響を示す図、図１１（Ｃ）はその瞳面内回折光位置を示す図。
【符号の説明】
１…露光パターン、
２Ｌ、２Ｒ…ツインパターン、
３Ｌ、３Ｒ…現像パターン。
【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】
0003762160.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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