DE10225423A1

DE10225423A1 - Fotomaske zur Fokusüberwachung, Verfahren zur Fokusüberwachung, Einheit zur Fokusüberwachung und Herstellungsverfahren für eine derartige Einheit

Info

Publication number: DE10225423A1
Application number: DE10225423A
Authority: DE
Inventors: Shuji Nakao; Yuki Miyamoto; Naohisa Tamada; Shinroku Maejima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-06-07
Publication date: 2003-04-30
Also published as: US6764794B2; CN1412620A; JP3605064B2; TW528928B; KR20030031404A; US20030073009A1; JP2003121993A; US6890692B2; US20040219441A1

Abstract

Eine Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung enthält ein Substrat (5a), durch das ein Belichtungslicht hindurchtreten kann, und eine Einheitsmaskenstruktur (Q) zur Fokusüberwachung. Die Einheitsmaskenstruktur (Q) zur Fokusüberwachung hat zwei Muster (5b¶1¶) und (5b¶2¶), die auf der Oberfläche des Substrates (5a) gebildet sind und einen lichtblockierenden Film (5c), der ein Rückseitenmuster (5d) aufweist, das auf der Rückseite des Substrates (5a) gebildet ist, um die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in den zwei Mustern (5b¶1¶) und (5b¶2¶) zur Positionsmessung verläuft, im wesentlichen zu differenzieren. Wenn die Abmessung des Rückseitenmusters (5d) gleich L ist und die Wellenlänge des Belichtungslichtes gleich lambda, dann ist L/lambda gleich 10 oder größer.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fotomaske zur Fokusüberwachung, ein Verfahren zur Fokusüberwachung, eine Einheit zur Fokusüberwachung und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Einheit.

In der Vergangenheit hat die Integration und die Miniaturisierung von integrierten Halbleiterschaltungen erheblich zugenommen. Damit einhergehend hat sich die Miniaturisierung eines Schaltungsmusters, das auf einem Halbleitersubstrat (im folgenden einfach als Wafer bezeichnet) gebildet wird, stark weiterentwickelt.

Insbesondere ist die Fotolithografietechnologie als Basistechnologie bei der Musterbildung weit verbreitet. Entsprechend sind verschiedene Entwicklungen und Verbesserungen in der Vergangenheit erfolgt. Die Miniaturisierung von Mustern wird jedoch immer noch angestrebt, und somit besteht immer noch Bedarf, die Auflösung der Muster zu erhöhen.

Die Fotolithografietechnologie dient zur Übertragung von Mustern von einer Fotomaske (Originalbild) auf ein Fotoresist auf einem Wafer, so daß ein geätzter Film in einer unteren Schicht gemustert wird, indem dieses Fotoresist verwendet wird.

Bei der Übertragung auf das Fotoresist wird dieses entwickelt, wobei ein Fotoresist, bei dem der durch die Belichtung belichtete Bereich entfernt wird, als Positivtyp bezeichnet wird, während ein Fotoresist, bei dem der nicht belichtete Bereich entfernt wird, als Negativtyp bezeichnet wird.

Im allgemeinen ist die Auflösungsgrenze R(nm) in der Fotolithografietechnologie unter Verwendung eines Maßstabsverkleinerungsbelichtungsverfahrens gegeben durch:

R = k₁ × λ/(NA);

wobei λ die Wellenlänge (nm) des verwendeten Lichtes, NA die numerische Apertur des optischen Projektionslinsensystems und k₁ eine Konstante ist, die von der Bilderzeugungsbedingung und dem Resistprozeß abhängt.

Wie aus der oben genannten Gleichung ersichtlich, können die Werte k₁ und λ kleiner und der Wert NA größer werden, um die Auflösungsgrenze R anzuheben, um also mikroskopische Muster zu erhalten. Zusätzlich zu einer Reduzierung der Konstante, die von dem Resistprozeß abhängt, können die Wellenlänge verkürzt und NA vergrößert werden.

Eine Verkürzung der Wellenlänge des Lichts ist technisch schwierig, und folglich wird es notwendig, bei gleicher Wellenlänge die NA zu vergrößern. Bei einer Vergrößerung der NA wird jedoch die Fokustiefe δ (δ = k₂ × λ/(NA)²) des Lichtes kleiner, und folglich treten Probleme dahingehend auf, daß eine Verschlechterung der Bildungsgenauigkeit und der Abmessungsgenauigkeit der gebildeten Muster erzeugt werden.

Um ein Fotoresist gemäß den Mustern einer Fotomaske mit einer hohen Auflösung unter Verwendung einer derartigen Fotolithografietechnologie zu belichten, ist es notwendig, die Belichtung bei einer Bedingung durchzuführen, bei der das Fotoresist mit der optimalen Bilderzeugungsoberfläche (optimale Fokusfläche) des optischen Projektionssystems innerhalb des Bereichs der Fokustiefe übereinstimmt. Folglich ist es notwendig, den Abstand von der Oberfläche des freigelegten Substrats zu dem optischen Projektionssystem genau zu bestimmen. Das Verfahren zum Auffinden dieses Abstands wird als Fokusüberwachung bezeichnet.

Eine herkömmliche Fokusüberwachung ist zum Beispiel das Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung, das von Brunner von IBM entwickelt und von Benchmark Technology Corporation verkauft wird, wobei in diesem Verfahren eine Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske verwendet wird.

Fig. 56 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung des Funktionsprinzips des Verfahrens zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung. Wie in Fig. 56 gezeigt, wird eine Maske 105 zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung bei diesem Verfahren verwendet. Diese Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske 105 hat ein transparentes Substrat 105a, einen lichtblockierenden Film 105b mit einem vorbestimmten Muster, und einen Phasenschieber 105c, der auf diesem vorbestimmten Muster gebildet ist.

Konkret hat diese Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske 105 ein Muster, bei dem ein dünnes lichtblockierendes Muster 105b zwischen ausreichend dicken Übertragungsbereichen 105d und 105e angeordnet ist, wie in Fig. 57 gezeigt. In diesem Fall ist ein Phasenschieber 105 nicht in dem Übertragungsbereich 105d angeordnet, während ein Phasenschieber 105c auf dem Übertragungsbereich 105e plaziert ist.

Wie in Fig. 56 gezeigt, wird bei diesem Verfahren der Phasenverschiebungsfokusüberwachung zuerst die Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske 105 mit Licht bestrahlt. Da der Phasenschieber 105c gebildet ist, um die Phase des Übertragungslichtes um ungefähr 90° zu verschieben, wirkt das Licht im Falle, daß das Licht, das durch den Übertragungsbereich 105e verläuft, dem Licht, das durch den Übertragungsbereich 105d verläuft, mit einer optischen Wegdifferenz von 1/4 λ, 5/4 λ voraneilt, oder in dem Fall, daß das Licht, das durch den Übertragungsbereich 105e verläuft, dem Licht, das durch den Übertragungsbereich 105d verläuft, mit einer optischen Wegdifferenz von 3/4 λ, 7/4 λ nacheilt, in gegenseitig verstärkender Weise. Dadurch hat das Licht nach Passieren der Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske 105 eine asymmetrische Intensitätsverteilung bezüglich der z-Achse (optisch Achse). Dieses Licht, das durch die Phasenverschiebungsfokusüberwachungsmaske 105 hindurchtritt, wird mit Hilfe von Projektionslinsen 119a und 119b gesammelt, um auf einem Fotoresist 121b, das auf einem Halbleitersubstrat 121a gebildet ist, ein Bild zu erzeugen.

Gemäß diesem Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung wird ein Bild auf einem Fotoresist 121b bei einer Bedingung erzeugt, bei der die Intensitätsverteilung des gebeugten Lichtes bezüglich der z-Achse (optische Achse: Längsrichtung in der Figur) asymmetrisch ist. Folglich verschiebt sich ein Bild des Musters in eine Richtung (x-y Richtung: Querrichtung in der Figur) senkrecht zur z-Achse (optische Achse) auf dem Wafer 121, aufgrund einer Verschiebung des Wafers 121 in der z-Richtung.

Durch Messung des Ausmaßes der Verschiebung des Musterbildes in der x-y Richtung, wird die Positionsmessung in der z-Richtung, also die Messung des Fokus möglich.

Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung ist zum Beispiel in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 6-120116 (1994) ein Verfahren zur Fokusüberwachung offenbart. Bei diesem Verfahren wird zuerst ein vorbestimmtes Muster in der Fotomaskenoberfläche mit Belichtungslicht bestrahlt, dessen Hauptlichtstrahl einen ersten Neigungswinkel aufweist, und folglich wird ein erstes Bild des ersten vorbestimmten Musters auf einem Substrat mit einem fotoempfindlichen Material belichtet. Anschließend wird ein zweites vorbestimmtes Muster, das von dem oben genannten ersten vorbestimmten Muster verschieden ist, mit Belichtungslicht bestrahlt, dessen Hauptlichtstrahl einen zweiten Einfallswinkel aufweist, der vom ersten Einfallswinkel verschieden ist, und folglich wird ein zweites Bild des zweiten vorbestimmten Musters dem Substrat auf das fotoempfindliche Material belichtet. Durch Messung des Abstandes zwischen dem ersten und dem zweiten Bild kann der Abstand der Position des Substrates des fotoempfindlichen Material, zu der optimalen Bilderzeugungsoberfläche aus der Beziehung zwischen diesem Abstand und dem Ausmaß der Defokussierung gefunden werden.

Gemäß diesem Verfahren wird ein vorbestimmtes Muster auf der Fotomaskenoberfläche gemäß dem ersten Einfallswinkel und gemäß dem zweiten Einfallswinkel bestrahlt, und folglich wird eine Fotomaske 205 mit der in Fig. 58 gezeigten Struktur verwendet.

Wie in Fig. 58 gezeigt, hat diese Fotomaske 205 ein transparentes Substrat 205a, Markierungen zur Positionsmessung 205b₁ und 205b₂, die auf der Oberfläche dieses transparenten Substrats 205a gebildet sind, und ein Beugungsgittermuster 205c, das auf der Rückseite des transparenten Substrats 205a gebildet ist. Ein Belichtungslicht, das auf die Fotomaske 205 trifft, wird also durch das Beugungsgittermuster 205c gebeugt, so daß die Markierung zur Positionsmessung 205b₁ gemäß dem ersten Neigungswinkel bestrahlt wird, und die Markierung zur Positionsmessung 205b₂ gemäß dem zweiten Einfallswinkel bestrahlt wird.

Bei der oben beschriebenen Phasenverschiebungsfokusüberwachung ist es jedoch notwendig, eine Phasenschiebermaske mit einer spezifischen Struktur als Fotomaske 105 zu verwenden. Ein Problem besteht darin, daß die Fotomaske teuer wird, da eine Fotomaske mit einer derartigen spezifischen Struktur erforderlich ist.

Darüber hinaus ist es bei einem herkömmlichen Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung notwendig, eine Beleuchtung zu verwenden, die isotropisch (kreisförmige Pupillenebene) ist, und bei der der Streuwinkel klein ist, bei der also der σ Wert klein ist, um eine hohe Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung zu erhalten (das Verhältnis der Verschiebung in der x-y Richtung zu der Verschiebung in. der z-Richtung). Dies ist zum Beispiel in T. A. Brunner ("Simulations and Experiments with the Phaseshift Focus Monitor", Ausgabe 2726, Seiten 2: 36-243) beschrieben. Insbesondere zeigt Fig. 4 in dem oben genannten Dokument, daß die Verschiebung in der x-y Richtung des Musters (Fokusüberwachungsüberlagerungsfehler) ein Maximum wird, und die Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung groß wird, wenn σ gleich 0,3 ist.

Es ist notwendig, den Durchmesser der Apertur 14d der Beleuchtungsapertureinheit 14 zu reduzieren, wie etwa die Beleuchtungsblende, wie zum Beispiel in Fig. 59 gezeigt.

Wenn jedoch das Vorrichtungsmuster gebildet wird, indem eine Beleuchtung mit kleinem σ Wert verwendet wird, wie etwa 0,3, ist die Kohärenz des Lichtes zu intensiv und die Übertragung des Sekundärmusters, das auf das Fotoresist übertragen wird, signifikant. Um eine derartige Übertragung des Sekundärmusters zu verhindern ist es notwendig, den σ Wert zum Beispiel auf 0,6 oder höher zu setzen, indem der Durchmesser der Apertur der Beleuchtungsapertureinheit 14, die bei der Vorrichtungsmustererzeugung verwendet wird, größer wird als der Durchmesser der Apertur der Beleuchtungsapertureinheit 14, die bei der Fokusüberwachung verwendet wird. Folglich muß die Beleuchtungsapertureinheit 14 zwischen der Fokusüberwachung und der Vorrichtungsmustererzeugung ausgetauscht werden, was arbeitsintensiv ist und eine Wartung erforderlich macht.

Da beim Austauschen die Linsen beschlagen können, wenn in dem optischen Beleuchtungssystem ein Sauerstoffgemisch verbleibt, ist es darüber hinaus erforderlich, den Sauerstoff durch Einleiten von Stickstoff über eine längere Zeitperiode nach dem Austauschen zu entfernen, wodurch der Betrieb kompliziert wird.

Gemäß einem Verfahren, das in der japanischen Patentveröffentlichung 6-120116 (1994) offenbart ist, ist es darüber hinaus erforderlich, ein Beugungsgittermuster 205c auf der Rückseite einer Fotomaske 205, wie in Fig. 58 gezeigt, zu bilden. Es ist erforderlich, daß dieses Beugungsgittermuster 205c ein mikroskopisches Muster ist, damit sich Licht beugen kann. Ein Problem besteht jedoch darin, daß die Prozeßdimensionen klein werden, aufgrund der Notwendigkeit der Erzeugung eines derartigen mikroskopischen Musters, wodurch die Herstellung der Fotomaske schwierig wird.

Darüber hinaus ist es erforderlich, nur den Bereich der Rückseite der Fotomaske 205 zu beleuchten, wo das Beugungsgittermuster 205 vorhanden ist, wodurch ebenfalls ein Problem dahingehend entsteht, daß der Beleuchtungsbereich auf einen kleinen Bereich konzentriert ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Fotomaske zur Fokusüberwachung, eines Verfahrens zur Fokusüberwachung, einer Einheit zur Fokusüberwachung und eines Herstellungsverfahrens für eine derartige Einheit, wobei die Herstellung der Fotomaske einfach ist, und ein Austauschen der Beleuchtungsapertureinheit für die Fokusüberwachung unnötig wird, während eine hohe Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung möglich ist.

Eine Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung ist eine Fotomaske zur Fokusüberwachung, bei der eine Position in einem optischen System der belichteten Oberfläche gemessen wird, um den Fokus des optischen Bildes auf der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Musterbelichtung einzustellen, enthaltend ein Substrat, das ein Passieren des Belichtungslichtes durch ein Substrat erlaubt, und Einheitsmaskenstrukturen für die Fokusüberwachung. Eine Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung ist mit zwei Mustern zur Positionsmessung und einem lichtblockierenden Film bereitgestellt. Die zwei Muster zur Positionsmessung sind auf der Oberfläche des Substrates gebildet, um die Beziehung zwischen gegenseitigen Positionen zu messen. Der lichtblockierende Film ist auf der Rückseite des Substrates gebildet, und hat ein Rückseitenmuster, um im wesentlichen die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes zu differenzieren, das in die zwei Muster zur Positionsmessung eintritt. Wenn L die Abmessung des Rückseitenmusters M ist und λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes, wird L/λ gleich 10 oder größer.

Gemäß der erfindungsgemäßen Fotomaske zur Fokusüberwachung wird die Abmessung L des Rückseitenmusters derart bestimmt, daß L/λ gleich 10 oder größer wird, und folglich können die Abmessungen des Musters ausreichend bis zu dem Grad vergrößert werden, bei dem die Beugung vernachlässigt werden kann. Da die Prozeßdimensionen des Rückseitenmusters auf diese Weise größer werden, wird die Herstellung der Fotomaske zur Fokusüberwachung einfach.

Durch ausreichendes Differenzieren der Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in den zwei Muster zur Positionsmessung verläuft, kann aufgrund der Bereitstellung eines derartigen Rückseitenmusters eine hohe Detektionsempfindlichkeit in z- Richtung erhalten werden, deren Grad ungefähr wie bei dem Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung ist, bei der der σ Wert unter Verwendung einer herkömmlichen Beleuchtung reduziert wird. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, den σ Wert zu reduzieren, wie bei dem herkömmlichen Phasenverschiebungsfokusüberwachungsverfahren, und folglich ist es nicht notwendig, die Beleuchtungsaperatureinheit zwischen der Fokusüberwachung und der Vorrichtungsmustererzeugung auszutauschen.

In der oben genannten Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das Rückseitenmuster, das in dem lichtblockierenden Film auf der Rückseite des Substrates gebildet ist, vorzugsweise derart, daß ein Teil des Belichtungslichtes blockiert wird, das zumindest auf eines der zwei Muster zur Positionsmessung trifft, um so nur dem verbleibenden Belichtungslicht ein Eintreten für den Fall zu erlauben, daß der lichtblockierende Film nicht gebildet ist.

Folglich können sich die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, wesentlich voneinander unterscheiden, indem ein lichtblockierender Film mit Mustern bereitgestellt wird.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung enthält das Rückseitenmuster vorzugsweise eine Gruppe von Mustern, die von den zwei Mustern zur Positionsmessung gemeinsam Verwendet werden.

Folglich ist es nicht notwendig, die Rückseitenmuster in gleicher Anzahl wie die Anzahl von Mustern zur Positionsmessung bereitzustellen, so daß die Anzahl von. Rückseitenmustern reduziert werden kann.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung enthält das Rückseitenmuster vorzugsweise ein Muster, das symmetrisch bezüglich eines Punktes auf der Rückseite des Substrates angeordnet ist, der dem Mittelpunkt zwischen den zwei Mustern zur Positionsmessung gegenüberliegt.

Folglich wird das Design des Rückseitenmusters einfach.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das oben beschriebene Muster, das in Bezug zu dem Punkt auf der Rückseite des Substrates symmetrisch angeordnet ist, vorzugsweise in Bezug auf die zweite gedachte Linie symmetrisch angeordnet, die durch Projektion der Winkelhalbierenden senkrecht auf die erste gedachte Linie erhalten wird, die die zwei Muster zur Positionsmessung mit der Rückseite des Substrates verbindet.

Dadurch kann die Telezentrie des Belichtungslichtes, das die zwei Muster zur Positionsmessung bestrahlt, symmetrisch gebildet werden.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das Rückseitenmuster vorzugsweise ein Aperturmuster, das im wesentlichen kreisförmig ist.

Die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in die zwei Muster zur Positionsmessung eintritt, können im wesentlichen verschieden sein, selbst wenn ein derartiges Kreisaperturmuster verwendet wird.

Wenn in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung der Aperturdurchmesser des Kreisaperturmusters, das das Rückseitenmuster wird, gleich r ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, also der Kohärenzindex des Belichtungslichtes gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise kleiner als der Wert von INA (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), was die Summe der Streuung der Beleuchtung ist.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) gleich dem INA- Wert oder größer ist, kann in Abhängigkeit von der Anordnungsposition des Rückseitenmustern ein Teil des Belichtungslichtes, das in die Muster zur Positionsmessung eintritt, nicht blockiert werden, und folglich können die Einfallswinkel des Belichtungslichtes, das in die zwei Muster zu Positionsmessung eintritt, nicht unterschiedlich gebildet sein.

Wenn in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung der Aperturdurchmesser des Kreisaperturmusters, das das Rückseitenmuster wird, gleich r ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, also der Kohärenzindex des Belichtungslichtes gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise größer als der Wert von INA (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), was die Summe der Streuung der Beleuchtung ist, mit 0,1 multipliziert.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) der Wert von INA multipliziert mit 0,1 oder weniger ist, wird bei einer herkömmlichen Übertragung die Menge des Belichtungslichtes 1/100 oder weniger, und es wird schwierig, die Muster zur Positionsmessung auf das fotoempfindliche Material zu übertragen. Als Ergebnis wird der Durchsatz der Messung des Fokus verringert.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das Rückseitenmuster vorzugsweise ein Muster, welches einem lichtblockierenden Film erlaubt, in einer im wesentlichen kreisförmigen Form zurückzubleiben.

Die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, können voneinander verschieden sein, wenn in oben genannter Weise das Muster verwendet wird, das den Verbleib eines kreisförmigen lichtblockierenden Films erlaubt.

Wenn der Aperturdurchmesser des Musters, das ein Verbleiben des kreisförmigen lichtblockierenden Films erlaubt, der zum Rückseitenmuster wird, gleich r in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, also der Kohärenzindex des Belichtungslichtes gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise kleiner als der INA- Wert (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), also das Ausmaß der Beleuchtungsstreuung.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/L)) gleich dem INA- Wert oder größer ist, kann ein Teil des Belichtungslichtes, das auf die gemusterte Positionsmessung trifft, nicht in Abhängigkeit von der Anordnungsposition des Rückseitenmusters blockiert werden, und folglich können die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, nicht voneinander abweichend gebildet werden.

Wenn der Aperturdurchmesser des Musters, das den Verbleib eines kreisförmigen lichtblockierenden Filmes erlaubt, der zum Rückseitenmuster wird, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich r ist, und die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, also die Kohärenzindizes des Belichtungslichtes gleich σ, ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise größer als der INA- Wert (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der gleich dem Ausmaß der Beleuchtungsstreuung ist, multipliziert mit 0,5.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) gleich dem INA- Wert multipliziert mit 0,5 ist oder kleiner, wird der lichtblockierende Bereich klein, und es wird schwierig, die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sicherzustellen. Im Ergebnis wird die Detektionsempfindlichkeit des Musters bei der Fokusüberwachung reduziert.

Nicht-telezentrische Eigenschaft bedeutet in diesem Zusammenhang zum Beispiel, daß ein Hauptlichtstrahl des Belichtungslichtes auf den belichteten Körper mit einer Neigung relativ zur optischen Achse des optischen Beleuchtungssystems verläuft.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das Rückseitenmuster vorzugsweise ein viereckiges Aperturmuster.

Durch Verwendung eines viereckigen Aperturmusters können die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das durch die zwei Muster zur Positionsmessung verläuft, im wesentlichen voneinander abweichend gebildet sein.

Wenn die Dicke des Substrates gleich D ist, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Lichtes ist, gleich σ, ist in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung der Teil innerhalb des Bereiches, wo der Abstand von den Seiten des rechteckigen Aperturmusters, das das Rückseitenmuster ist, gleich R oder kleiner ist, wobei die Ungleichung sin(tan^-1(R/D)) ≥ INA-Wert (= NA × σ/Projektionsvergrößerung) erfüllt ist, vorzugsweise der lichtblockierende Teil, bei dem ein lichtblockierender Film gebildet ist.

Folglich kann nur das Beleuchtungslicht von dem rechteckigen Aperturmuster auf jedes der zwei Muster zur Positionsmessung treffen, so daß die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sichergestellt werden können.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das viereckige Aperturmuster vorzugsweise ein quadratisches Aperturmuster.

Für den Fall, daß ein quadratisches Aperturmuster verwendet wird, können die Einfallswinkel des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, ebenfalls im wesentlichen voneinander verschieden gebildet werden.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung sind die zwei Muster zur Positionsmessung vorzugsweise jeweils an Positionen auf der Oberfläche des Substrates angeordnet, die den Mittelpunkten der sich gegenüberliegenden jeweiligen Seiten des quadratischen Aperturmusters gegenüberliegen.

Folglich können die zwei Muster zur Positionsmessung jeweils mit Belichtungslicht bestrahlt werden, dessen Einfallswinkelverteilung halb so groß ist wie in dem Fall, bei dem der rückseitige lichtblockierende Film, der komplementär ist, nicht vorhanden ist.

Wenn die Länge einer Seite des quadratischen Aperturmusters, das das Rückseitenmuster ist, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich a ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das Doppelte des INA-Werts (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der dem Ausmaß der Streuung der Beleuchtung entspricht.

Folglich können alle maximalen Einfallswinkelkomponenten der Beleuchtung auf der Seite, wo die Apertur vorhanden ist, die Muster zur Positionsmessung durch das oben genannte quadratische Aperturmuster erreichen.

Wenn die Länge einer Seite des quadratischen Aperturmusters, das das Rückseitenmuster ist, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich a ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärent, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise kleiner als das dreifache des INA-Werts (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der dem Ausmaß der Streuung der Beleuchtung entspricht.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(a/D)) dreimal größer ist oder mehr als der INA-Wert, wird das quadratische Aperturmuster zu groß, und folglich wird die Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung zu groß, um eine Mehrzahl von Einheitsmaskenstrukturen, wie oben beschrieben, auf der gleichen Maske anzuordnen, oder um eine Fokusüberwachung bei einer Mehrzahl von Punkten innerhalb des Belichtungsfeldes durchzuführen.

Wenn die Länge einer Seite des viereckigen Aperturmusters, das das Rückseitenmuster ist, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich a ist, die Dicke des Substrates D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Lichtes ist, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das 0,2fache des INA-Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der das Ausmaß der Streuung der Beleuchtung ist.

Wenn der Wert von sin(tan^-1(a/D)) das 0,2fache des INA-Wertes oder kleiner ist, wird die Menge des Belichtungslichtes 1/100 oder weniger bei einer herkömmlichen Übertragung, und es wird schwierig, die Muster zur Positionsmessung auf das fotoempfindliche Material zu übertragen. Im. Ergebnis wird der Durchsatz der Fokusmessung reduziert.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das Rückseitenmuster vorzugsweise ein viereckiges Muster, das einen Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt.

Für den Fall, daß ein derartiges viereckiges Muster verwendet wird, können die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das durch die zwei Muster zur Positionsmessung verläuft, ebenfalls im wesentlichen voneinander abweichen.

Wenn die Dicke des Substrates gleich D ist, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist der Teil innerhalb des Bereiches, wo der Abstand von den Seiten des viereckigen Musters, das den Verbleib eines lichtblockierenden Films, der das Rückseitenmuster bildet, erlaubt, R oder kleiner ist, wobei sin(tan^-1(R/D)) ≥ INA (= NA × σ/Projektionsvergrößerung) erfüllt ist, vorzugsweise der lichtblockierende Bereich, wo kein lichtblockierender Film bereitgestellt ist.

Folglich kann eine Apertur, die eine Belichtung der Muster zur Positionsmessung mit einer ausreichenden Menge an Licht erlaubt, außerhalb des viereckigen Musters erzeugt werden, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes ermöglicht.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist das viereckige Muster, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, vorzugsweise ein quadratisches Muster, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt.

Für den Fall, daß ein quadratisches Muster verwendet wird, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, können die Einfallswinkel des Belichtungslichtes, das durch die zwei Muster zur Positionsmessung verläuft, ebenfalls im wesentlichen voneinander abweichen.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung sind die zwei Muster zur Positionsmessung jeweils vorzugsweise an Positionen auf der Oberfläche des Substrates lokalisiert, die jeweils gegenüberliegenden Mittelpunkten der Seiten des quadratischen Musters, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, gegenüberliegen.

Folglich können die zwei Muster zur Positionsmessung jeweils mit Beleuchtungslicht beleuchtet werden, dessen Einfallswinkelverteilung halb so groß ist wie für den Fall, bei dem der rückseitige lichtblockierende Film, der komplementär ist, nicht vorhanden ist.

Wenn die Länge einer Seite des quadratischen Musters, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, der das Rückseitenmuster bildet, gleich a ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das zweifache des INA-Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der das Ausmaß der Streuung der Beleuchtung ist.

Folglich können die Einfallswinkelkomponenten der Beleuchtung auf der Seite, wo das lichtblockierende Muster existiert, vollständig blockiert werden, so daß sie nicht die Muster zur Positionsmessung erreichen.

Wenn die Länge einer Seite des quadratischen Musters, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, der das Rückseitenmuster bildet, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich a ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise kleiner als das dreifache des INA-Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der das Ausmaß der Streuung der Beleuchtung ist.

Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(a/D)) dreimal größer ist oder mehr als der INA-Wert, wird das quadratische Aperturmuster zu groß, wodurch die Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung zu groß wird, um eine Mehrzahl von Einheitsmaskenstrukturen, wie oben beschrieben, auf der gleichen Maske anzuordnen, oder um eine Fokusüberwachung bei einer Mehrzahl von Punkten innerhalb des Belichtungsfeldes durchzuführen.

Wenn die Länge einer Seite des viereckigen Musters, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, der das Rückseitenmuster bildet, in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung gleich a ist, die Dicke des Substrates gleich D, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die den Interferenzindikator des Belichtungslichtes bildet, gleich σ, dann ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das 0,5fache des INA-Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der das Ausmaß der Streuung der Beleuchtung ist.

Wenn der Wert von sin(tan^-1(a/D)) das 0,5fache des INA-Wertes oder weniger ist, wird der lichtblockierende Teil zu klein und es wird schwierig, die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sicherzustellen. Im Ergebnis wird die Musterdetektionsempfindlichkeit bei der Fokusüberwachung verringert.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist eines der zwei Muster zur Positionsmessung vorzugsweise ein inneres Schachtelmuster vom Schachtel-in-Schachtel Typ, während das andere ein äußeres Schachtelmuster ist.

Dadurch kann die Positionsverschiebung der Muster zur Positionsmessung in der x-y Ebene leicht gemessen werden.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist ein Schachtelrand von mindestens einem, entweder dem inneren Schachtelmuster oder dem äußeren Schachtelmuster, vorzugsweise als Linienmuster, Abstandsmuster oder als Mehrzahl von Lochmustern, die mit konstanten Intervallen angeordnet sind, gebildet.

Eine Vielzahl von Mustern kann für einen Schachtelrand des Schachtelmusters verwendet werden.

Wenn eine Konstante, die von dem Resistprozeß und von dem Bilderzeugungsbedingungen abhängt, gleich k₁ ist, die Wellenlänge des Belichtungslichtes gleich λ und die numerische Apertur gleich NA, dann ist die Größe S des Musters in dem Schachtelrand von mindestens entweder dem inneren Schachtelmuster oder dem äußeren Schachtelmuster vorzugsweise S = k₁ × λ/NA (0,3 < k₁ < 0,6).

Folglich wird entsprechend der aktuellen Vorrichtung eine Fokusmessung möglich.

Wenn die Dicke des Substrates gleich D ist, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, dann ist in der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung der Abstand N zwischen den Mitten der zwei Muster zur Positionsmessung vorzugsweise größer als das 0,5fache und kleiner als das vierfache des Produktes (= INA-Wert × D) des INA-Wertes, der ein Ausmaß der Steuerung der Beleuchtung ist (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), mit D.

Folglich können die Muster zur Positionsmessung entsprechend bestrahlt werden. Für den Fall, daß der Abstand M zwischen den zwei Mustern zur Positionsmessung das 0,5fache des Wertes von INA × D oder weniger ist, kann keines der zwei Muster zur Positionsmessung diagonal bestrahlt werden. Das Bilden des Abstandes M zwischen den zwei Mustern zur Positionsmessung als vierfaches des Wertes von INA × D oder größer, bringt keine Vorteile und vergrößert unnötig die Dimensionen der Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung derart, daß eine große Anzahl von Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung nicht auf der Maske angeordnet werden kann.

Die oben beschriebene Fotomaske zur Fokusüberwachung ist vorzugsweise ferner mit einer Maskenstruktur zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung bereitgestellt, mit zwei zusätzlichen Mustern zur Positionsmessung, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet sind, für die Messung einer gegenseitigen Positionsbeziehung, und einem Muster, das auf dem lichtblockierenden Film gebildet ist, der auf der Rückseite des Substrates gebildet ist, um die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die oben beschriebenen zwei zusätzlichen Muster zur Positionsmessung trifft, im wesentlichen gleich zu bilden.

Es wird möglich, die Verschiebung der Bewegung zum Zeitpunkt der Durchführung der zweiten Belichtung nach Bewegung des belichteten Körpers zu messen, die der ersten Belichtung folgt, indem mindestens eine Maskenstruktur zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung bereitgestellt wird.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung sind die Maskenstrukturen zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung vorzugsweise an zwei oder mehreren Stellen gebildet.

Es wird ebenfalls möglich, die Verschiebung in Rotationsrichtung des belichteten Körpers zu messen, indem die Maskenstrukturen zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung an zwei oder, mehreren Stellen bereitgestellt werden.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung ist der maximale Wert des Anordnungsabstandes zwischen zwei willkürlichen Strukturen von Maskenstrukturen zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung, die an zwei oder mehreren Stellen gebildet sind, vorzugsweise größer als 1/2 der Abmessung in Längsrichtung der Belichtungsregion.

Für den Fall, daß die Belichtungsregion für eine Aufnahme belichtet wird, während eine Verschiebung in Rotationsrichtung erfolgt, kann die Detektionsempfindlichkeit der Verschiebung in dieser Rotationsrichtung erhöht werden.

In der oben beschriebenen Fotomaske zur Fokusüberwachung sind eine Mehrzahl von Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung auf dem Substrat derart gebildet, daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung nicht kleiner als 8 mm und nicht größer als 20 mm ist.

Bei dem geforderten Abstand wird es möglich, den Abstand zwischen dem optischen System und der Oberfläche des Substrates zu messen.

Das Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Fokusüberwachung, das bei der Fokusüberwachung zur Messung von Positionen der belichteten Oberfläche in dem optischen System verwendet wird, um den Fokus des optischen Bildes gegenüber der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Belichtung des Musters einzustellen, wobei die Fokusüberwachung unter Verwendung derartiger Eigenschaften erfolgt, daß das Bild, das auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Materials des Fotomaskenmusters gebildet wird, in der Richtung senkrecht zur optischen Achse verschoben wird, wenn es sich in Richtung der optischen Achse auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Materials bewegt, indem die Fotomaske zur Fokusüberwachung durch das Belichtungslicht bestrahlt wird. Die Fotomaske zur Fokusüberwachung enthält ein Substrat, durch das das Belichtungslicht hindurchtreten kann, und Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung. Eine Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung enthält zwei Muster zur Positionsmessung, und einen lichtblockierenden Film. Die zwei Muster zur Positionsmessung werden verwendet, um die gegenseitige Positionsbeziehung, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet ist, zu messen. Der lichtblockierende Film ist auf der Rückseite des Substrates gebildet, und hat ein Rückseitenmuster, das die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, im wesentlichen voneinander verschieden bildet. Wenn die Abmessung des Rückseitenmusters L ist, und die Wellenlänge des Belichtungslichtes λ, dann wird L/λ gleich 10 oder größer.

Gemäß dem Verfahren zur Fokusüberwachung wird die Abmessung L des Rückseitenmusters derart bestimmt, daß L/λ gleich 10 oder größer wird, und folglich kann die Abmessung des Musters bis zu einem Grad derart vergrößert werden, daß die Beugung vernachlässigt werden kann. Aufgrund der Vergrößerung der Prozeßdimension des Rückseitenmusters in oben genannter Weise wird die Herstellung der Fotomaske zur Fokusüberwachung vereinfacht.

Darüber hinaus werden die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, im wesentlichen verschieden ausgebildet, indem ein derartiges Rückseitenmuster bereitgestellt wird, wodurch eine hohe Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung erfolgt, mit dem gleichen Grad, wie für den Fall, bei dem der σ Wert bei herkömmlicher Beleuchtung reduziert wird. Da es nicht notwendig ist, den σ Wert zu reduzieren, ist es ebenfalls nicht notwendig, die Beleuchtungsaperturvorrichtung zwischen der Fokusüberwachung und der Vorrichtungsmustererzeugung auszutauschen.

Das oben beschriebene Verfahren zur Fokusüberwachung wird vorzugsweise mit einem Schritt zum Anwenden eines Fotoresists auf ein Substrat mit fotoempfindlichem Material bereitgestellt, einem Schritt zum Belichten des verwendeten Fotoresists mittels eines Bildes von zwei Mustern zur Positionsmessung der Fotomaske zur Fokusüberwachung, einem Schritt zum Erzeugen eines Resistmusters, indem eine Musterung des belichteten Fotoresists entwickelt wird, und einem Schritt zur Fokusüberwachung, basierend auf dem gegenseitigen Abstand zwischen den jeweiligen Bildmustern der zwei Muster zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen werden.

Die Fokusüberwachung kann durch Messung des gegenseitigen Abstandes zwischen den jeweiligen Bildmustern der zwei Muster zur Positionsmessung in der oben genannten Weise erfolgen.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung enthält das Verfahren zur Belichtung des Fotoresists mit einem Bild von zwei Mustern zur Positionsmessung der Fotomaske zur Fokusüberwachung, vorzugsweise einen ersten Belichtungsschritt, um ein Fotoresist mit einem Bild der zwei Muster zur Positionsmessung der Fotomaske für eine Fokusüberwachung zu belichten, einen Schritt zum Bewegen des Substrates, auf dem das Fotoresist senkrecht zur Richtung der optischen Achse verwendet ist, und einen zweiten Belichtungsschritt zum Belichten des Fotoresists mit einem Bild der zwei Muster zur Positionsmessung der Fotomaske zur Fokusüberwachung. Jedes der Bilder der zwei Muster zur Positionsmessung, mit denen das Fotoresist in dem zweiten Belichtungsschritt belichtet wird, überlagert jedes der Bilder der zwei Muster zur Positionsmessung, mit denen das Fotoresist beim ersten Belichtungsschritt belichtet wird.

Für den Fall, daß der Fokus verstellt ist, wird jedes der Bilder der zwei Muster zur Positionsmessung, die in dem ersten Belichtungsschritt belichtet werden, und jedes der Bilder der zweiten Muster zur Positionsmessung, die in dem zweiten Belichtungsschritt belichtet werden, in der x-y Ebene derart angeordnet, daß sie in entgegengesetzte Richtungen verschoben sind. Folglich kann die Fokusüberwachung durch Messung dieser Verschiebung in der x-y Ebene, durchgeführt werden.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung ist jedes der zwei Muster zur Positionsmessung vorzugsweise entweder das innere Schachtelmuster oder das äußere Schachtelmuster der Markierung vom Schachtel-in-Schachtel Typ.

Die Verschiebung jedes der Bildmuster in der x-y Ebene kann einfach gemessen werden, indem eine derartige Schachtel-in- Schachtel Typ Markierung verwendet wird.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung wird der Schritt zum Messen des gegenseitigen Abstandes zwischen den jeweiligen Bildmustern der zwei Muster zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen werden, vorzugsweise durchgeführt, indem eine Überlagerungsinspektionsvorrichtung verwendet wird, um die Positionsverschiebung der Überlagerung zu prüfen, indem die Bilder der zwei Bildmuster, die eingelesen werden, verarbeitet werden.

Folglich kann die Positionsverschiebung mit hoher Genauigkeit gemessen werden.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung erfolgt der Schritt zum Messen der gegenseitigen Abstände zwischen den jeweiligen Bildmustern der zwei Muster zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen werden, vorzugsweise durch Beobachtung der Positionen der zwei Bildmuster, indem ein Elektronenmikroskop vom Abtasttyp verwendet wird.

Folglich kann die Positionsverschiebung einfach gemessen werden.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung werden die zwei Muster zur Positionsmessung vorzugsweise derart gebildet, daß mindestens eines der Bildmuster der zwei Muster zur Positionsmessung durch einen Musterpositionsdetektionsmechanismus, der in die Belichtungseinheit integriert ist, lesbar ist.

Dadurch wird die Messung mittels einer Einheit möglich, die einen einfachen Aufbau aufweist.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung erfolgt die Fokusüberwachung vorzugsweise durch Messung des elektrischen Widerstandes der leitfähigen Schicht, die die untere Schicht des Resistmusters ist, das durch Verwendung des Resistmusters als Maske geätzt wird, wobei das Resistmuster durch Entwicklung des durch den ersten und zweiten Belichtungsschritt belichteten Fotoresists erhalten wird.

Die Fokusüberwachung kann durchgeführt werden, indem die elektrischen Eigenschaften in einer derartigen Weise gemessen werden.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung wird vorzugsweise der Verschiebungsfehler des Substrates bei dem Schritt der Verschiebung des Substrates in Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse gemessen. Der Verschiebungsfehler (Bewegungsfehler) wird von der Positionsverschiebung zwischen einem der Bilder der zwei Muster zur Positionsmessung subtrahiert, das auf das Fotoresist beim zweiten Belichtungsschritt belichtet wird, und dem anderen Bild des zweiten Musters zur Positionsmessung, das auf das Fotoresist beim ersten Belichtungsschritt belichtet wird.

Folglich kann der Fehler der Bewegung derart subtrahiert werden, daß die Fokusüberwachung mit erhöhter Genauigkeit durchgeführt werden kann.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung ist die Fotomaske zur Fokusüberwachung vorzugsweise ferner mit einer Maskenstruktur bereitgestellt, um die Waferpositionsverschiebung zur korrigieren, enthaltend zwei zusätzliche Muster zur Positionsmessung zur Messung der Beziehung zwischen den gegenseitigen Positionen, die auf der Oberfläche des Substrates gebildet sind, und ein Muster, das auf dem lichtblockierenden Film gebildet ist, der auf der Rückseite des Substrates gebildet ist, damit die Einfallsrichtungen des Belichtungslichts, das auf die oben genannten zusätzlichen zwei Muster zur Positionsmessung fällt, im wesentlichen gleich sein können. Die oben beschriebenen zwei zusätzlichen Muster zur Positionsmessung werden auf das Fotoresist durch den ersten und zweiten Belichtungsschritt belichtet. Ein Fehler der Bewegung wird aus der Positionsverschiebung des Musters gemessen, das durch eines der oben beschriebenen zwei zusätzlichen Muster zur Positionsmessung gebildet ist, die auf das Fotoresist durch den ersten Belichtungsschritt belichtet ist, relativ zu dem Muster, das durch das andere der oben beschriebenen zwei zusätzlichen Muster zur Positionsmessung gebildet ist, das durch den zweiten Belichtungsschritt auf das Fotoresist belichtet wird.

In dem oben beschriebenen Verfahren zur Fokusüberwachung werden Muster, die durch Belichtung des Fotoresists mit einer Mehrzahl von Belichtungsvorgängen, bei denen der Fokusoffset der Belichtungsvorrichtung geändert wird, vorzugsweise erhalten, um die Beziehung zwischen der Positionsverschiebung des Musters und der Fokusverschiebung im voraus zu finden, so daß die Fokusverschiebung aus der Positionsverschiebung des gemessenen Musters basierend auf der oben genannten Beziehung gefunden wird.

Die Fokusverschiebung kann in einer derartigen Weise korrigiert werden.

Eine Einheit zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung ist eine Einheit zur Fokusüberwachung, die bei der Fokusüberwachung zur Messung der Position der belichteten Oberfläche in dem optischen System verwendet wird, um den Fokus des optischen Bildes gegenüber der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Musterbelichtung einzustellen, und enthält eine Fotomaske zur Fokusüberwachung, ein optisches Beleuchtungssystem und ein optisches Projektionssystem. Ein Muster ist auf der Fotomaske zur Fokusüberwachung gebildet. Das optische Beleuchtungssystem wird zur Bestrahlung der Fotomaske zur Fokusüberwachung mit Belichtungslicht verwendet. Das optische Projektionssystem wird verwendet, um das Bild des Musters der Fotomaske zur Fokusüberwachung auf den fotoempfindlichen Körper zu projizieren. Die Fotomaske zur Fokusüberwachung ist mit einem Substrat bereitgestellt, durch das Belichtungslicht verlaufen kann, und einer Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung. Die Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung hat zwei Muster zur Positionsmessung und einen lichtblockierenden Film. Die zwei Muster zur Positionsmessung sind auf der Oberfläche des Substrates gebildet und werden zur Messung der Beziehung zwischen den gegenseitigen Positionen verwendet. Der lichtblockierende Film ist auf der Rückseite des Substrates gebildet und hat das Rückseitenmuster, das erlaubt, daß die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, im wesentlichen voneinander abweichen. Wenn die Abmessung des Rückseitenmusters L ist und λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes, dann ist L/λ gleich 10 oder größer.

Gemäß der Einheit zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung ist die Abmessung L des Rückseitenmusters derart bestimmt, daß L/λ gleich 10 oder größer wird, und folglich kann ein Muster mit derart großen Abmessungen erhalten werden, daß die Beugung vernachlässigt werden kann. Die Prozeßdimensionen des Rückseitenmusters werden in dieser Weise erhöht, und folglich wird die Herstellung der Fotomaske zur Fokusüberwachung einfach.

Darüber hinaus werden die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf die zwei Muster zur Positionsmessung trifft, im wesentlichen differenziert, indem ein derartiges Rückseitenmuster bereitgestellt wird, wodurch eine hohe Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung mit ungefähr dem gleichen Level bereitgestellt wird, wie für den Fall, bei dem der σ-Wert unter Verwendung einer herkömmlichen Beleuchtung reduziert wird. Da es nicht notwendig ist, den σ-Wert zu reduzieren, ist es darüber hinaus nicht notwendig, die Beleuchtungsaperturvorrichtung zum Zeitpunkt zwischen der Fokusüberwachung und der Vorrichtungsmustererzeugung zu ersetzen (auszutauschen).

Ein Herstellungsverfahren einer Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Verwendung eines Verfahrens zur Fokusüberwachung gemäß irgendeinem der oben genannten Aspekte.

Folglich wird eine Fokusüberwachung möglich, wobei die Herstellung einer Fotomaske einfach, das Ersetzen der Beleuchtungsaperturvorrichtung unnötig, und die Detektionsempfindlichkeit in z-Richtung groß ist. Ferner können dadurch Muster mit geringen Kosten und hoher Genauigkeit gebildet werden.

Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren einer Vorrichtung, vorzugsweise einer Halbleitervorrichtung, wird diese unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Fokusüberwachung gebildet.

Das oben beschriebene Herstellungsverfahren einer Vorrichtung ist zur Herstellung einer Vorrichtung geeignet, die unter Verwendung eines Halbleiterherstellungsprozesses hergestellt werden kann, wie etwa eines Dünnfilmmagnetfilms oder eines Flüssigkristallanzeigeelements, und ebenso zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung.

Die vorangegangenen und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im folgenden erklärt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Erklärung des Verfahrens zur Fokusüberwachung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Rückseitenaperturmusters der Fotomaske nach Fig. 1, um dessen Funktion zu erklären;
Fig. 3 eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Einheit zur Fokusüberwachung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4A und 4B eine Ansicht der Rückseite und eine Ansicht der Vorderseite, die schematisch den Aufbau der Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung verdeutlicht;
Fig. 5 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie V-V in den Fig. 4A und 4B;
Fig. 6 eine Ansicht des Aufbaus einer kreisförmigen Beleuchtungsblende, die als Blende in Fig. 3 verwendet wird;
Fig. 7 eine Ansicht des Aperturmusters auf der Rückseite, wenn die Rückseite des Substrates von dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 8 eine Ansicht des Aperturmusters auf der Rückseite, wenn die Rückseite des Substrates von dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 9 eine Ansicht der Region, die ein Hindurchtreten von Licht zum Muster 5b₁ zur Positionsmessung erlaubt, wenn die Rückseite des Substrates von dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 10 eine Ansicht der Region, die ein Hindurchtreten von Licht zum Muster 5b₂ zur Positionsmessung erlaubt, wenn die Rückseite des Substrates von dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 11A und 11B Ansichten zur Beschreibung der Schritte für eine doppelte Belichtung in der Schrittreihenfolge;
Fig. 12A und 12B eine Querschnittsteilansicht, und eine Draufsicht auf ein Fotoresist, wobei ein Schachtel-in-Schachtel Muster gebildet ist;
Fig. 13A, 13B und 13C Ansichten zur Erklärung der Schritte für ein zweimaliges Wiederholen der Belichtung und Entwickeln in der Reihenfolge der Schritte;
Fig. 14 eine Teilquerschnittsansicht des Aufbaus der Fotomaske zur Fokusüberwachung zur genauen Durchführung einer Positionierung bei einer Bewegung des Wafers;
Fig. 15 eine Ansicht zur Erklärung der Positionierung des Wafers unter Verwendung der in Fig. 14 gezeigten Fotomaske;
Fig. 16A und 16B eine Ansicht der Rückseite und der Vorderseite des Aufbaus einer Fotomaske zur Fokusüberwachung zur Durchführung der Fokusüberwachung, indem der elektrische Widerstand des Musters gemessen wird;
Fig. 17 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII in den Fig. 16A und 163;
Fig. 18A, 18B und 18C Ansichten zur Beschreibung eines Verfahrens zur Messung der Fokusverschiebung, indem der elektrische Widerstandswert verwendet wird;
Fig. 19 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der gegenseitigen Verschiebung der Muster und der Höhe des Substrates gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
Fig. 20 eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Bereiches der in den Fig. 4A, 4B und 5 gezeigten Fotomaske;
Fig. 21A und 21B eine Ansicht der Rückseite und der Vorderseite des Aufbaus einer Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 22 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XXII-XXII in den Fig. 21A und 21B;
Fig. 23 eine Ansicht, bei der ein Aperturmuster 5d₁ auf der Rückseite lediglich innerhalb eines Bereiches verteilt ist, bei dem das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a von dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 24 eine Ansicht, bei der ein Aperturmuster 5d₂ auf der Rückseite lediglich innerhalb eines Bereiches verteilt ist, bei dem das Muster 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a von dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 25A und 25B Ansichten der Rückseite und der Vorderseite einer Fotomaske, die einen Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, wobei die zwei jeweiligen Muster zur Messung von den zwei Aperturmustern auf der Rückseite beleuchtet werden;
Fig. 26 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XXVI-XXVI in den Fig. 25A und 25B;
Fig. 27 eine Ansicht, bei der die Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite innerhalb eines Bereiches verteilt sind, bei der das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 28 eine Ansicht, bei der die Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite innerhalb eines Bereiches verteilt sind, bei der das Muster 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 29A und 29B Ansichten der Rückseite und der Vorderseite, die schematisch den Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung verdeutlichen, der dem Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht, wobei ein Muster auf der Rückseite ein kreisförmiges Muster ist, das einen Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt;
Fig. 30 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XXX-XXX in den Fig. 29A und 29B;
Fig. 31 eine Ansicht, bei der das Muster 5d angeordnet ist, um den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes nur in einem Bereich innerhalb einer Region zu erlauben, bei der das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 32 eine Ansicht, bei der das Muster 5d angeordnet ist, um den Verbleib ein es lichtblockierenden Filmes nur in einem Bereich innerhalb einer Region zu erlauben, bei der das Muster 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, wenn die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird;
Fig. 33A und 33B eine Ansicht der Rückseite und eine Ansicht der Vorderseite, die schematisch einen Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung zeigen, der dem Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht, wobei ein Muster auf der Rückseite ein viereckiges Muster ist, das ein Verbleiben des lichtblockierenden Filmes erlaubt;
Fig. 34 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XXXIV-XXXIV in den Fig. 33A und 33B;
Fig. 35A und 35B Ansichten der Rückseite und der Vorderseite eines Aufbaus einer Fotomaske zur Fokusüberwachung, der dem Aufbau einer Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht, wobei ein Muster auf der Rückseite ein viereckiges Aperturmuster ist;
Fig. 36A und 36B Ansichten der Rückseite und der Vorderseite des Aufbaus einer Fotomaske, die in dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;
Fig. 37 eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie XXXVII-XXXVII in den Fig. 36A und 36B;
Fig. 38 eine Ansicht der Position eines quadratischen Aperturmusters 5d für den Fall, daß die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus betrachtet wird,
Fig. 39 eine Ansicht der Position eines quadratischen Aperturmusters 5d für den Fall, daß die Rückseite des Substrates 5a vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus betrachtet wird,
Fig. 40 eine Ansicht, die zeigt, daß das Licht zur Beleuchtung des Musters 5b₁ zur Positionsmessung nur Beleuchtungslicht der rechten Hälfte der Zonenbeleuchtung ist;
Fig. 41 eine Ansicht, die zeigt, daß das Licht zur Beleuchtung des Musters 5b₂ zur Positionsmessung nur Beleuchtungslicht der linken Hälfte der Zonenbeleuchtung ist;
Fig. 42A, 42B und 42C Graphen, die eine Änderung der Bildintensität aufgrund einer Änderung der Fokusposition für den Fall zeigen, daß ein Muster beleuchtet wird, indem jeweils die Halbbeleuchtung der rechten und der linken Seite verwendet werden;
Fig. 43 eine Ansicht eines Bildes, das durch eine Elementbeleuchtung von den jeweiligen Halbbeleuchtung erzeugt wird, wenn nur eine gerade Aberration vorhanden ist;
Fig. 44 eine Ansicht eines Bildes, das durch eine Elementbeleuchtung von den jeweiligen Halbbeleuchtungen erzeugt wird, wenn nur eine ungerade Aberration vorhanden ist;
Fig. 45 eine Ansicht der Verschiebung der Übertragungsposition des Maskenmusters bei einem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, für den Fall, daß nur die gerade Apertion existiert;
Fig. 46 eine Ansicht, die als Funktion der Substrathöhe, die die gegenseitige Positionsverschiebung der Muster darstellt, jeweils resultierend aus der Halbbeleuchtung, von der rechten und linken Seite, als experimentelle Messung für den Fall, daß nur die gerade Aberration existiert;
Fig. 47 eine Ansicht der Verschiebung der Übertragungsposition eines Maskenmusters in dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel, für den Fall, daß auch die ungerade Aberration zusätzlich zu der geraden Aberration existiert;
Fig. 48 eine Ansicht, die als Funktion zu der Substrathöhe die gegenseitige Positionsverschiebung der Muster darstellt, resultieren jeweils aus der Halbbeleuchtung der rechten und linken Seite, als experimentelle Messung für den Fall, daß die ungerade Aberration zusätzlich zu der gerade Aberration existiert;
Fig. 49A und 49B eine Ansicht, die das Auftreten der Bestrahlung mit dem Belichtungslicht des Musters in dem eigentlich übertragenen Muster zeigt, und einen Graphen, der die Beziehung zwischen dem Stufenkontrollwert der Substrathöhe und den Musterdimensionen zeigt;
Fig. 50A und 50B Ansichten der Rückseite und eine Ansicht der Vorderseite, die schematisch einen anderen Aufbau der Fotomaske zeigen, die in einem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden;
Fig. 51 eine schematische Teilquerschnittsansicht entlang der Linie LI-LI in den Fig. 50A und 50B;
Fig. 52 eine Ansicht des Musters zur Positionsmessung als Linienmuster, das auf einem verbleibenden lichtblockierenden Film in der Form eines Quadratrahmens gebildet ist;
Fig. 53 eine Ansicht des Musters zur Positionsmessung als Abstandsmuster, das als Quadratapertur in Rahmenform gebildet ist;
Fig. 54 eine Ansicht des Musters zur Positionsmessung als Muster, wobei eine Mehrzahl von Lochmustern in einer Quadratform angeordnet sind;
Fig. 55 eine Ansicht, bei der eine Mehrzahl von Einheitsfokusüberwachungs-Strukturen in einer Fotomaske angeordnet ist;
Fig. 56 eine Ansicht zur Beschreibung eines Verfahrens zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 57 eine Ansicht des Aufbaus einer Fotomaske, die in dem Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung gemäß dem Stand der Technik verwendet wird;
Fig. 58 eine schematische Teilquerschnittsansicht des Aufbaus einer Fotomaske, die in dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-120116 (1994) verwendet wird; und
Fig. 59 eine Ansicht des Aufbaus einer Beleuchtungsblende, die in dem Verfahren zur Phasenverschiebungsfokusüberwachung gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Erstes Ausführungsbeispiel

Zuerst wird das Prinzip eines Verfahrens zur Fokusüberwachung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird in dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß diesem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel eine Fotomaske 5 zur Fokusüberwachung verwendet, die ein Muster 5d (im Folgenden als Rückseitenmuster bezeichnet) aufweist, das auf einem lichtblockierenden Film 5c auf der Rückseite des Substrates gebildet ist. Diese Fotomaske 5 hat ein Substrat 5a, durch das Belichtungslicht hindurchtreten kann, und einen lichtblockierenden Film 5c, der auf der Rückseite des Substrates 5a gebildet ist. Darüber hinaus hat die Fotomaske 5 eine Einheitsstruktur zur Fokusüberwachung (Region Q, die durch einen gestrichelten Rahmen umgeben ist), die aus zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gebildet ist, die auf der Oberfläche des Substrates 5a gebildet sind, und aus dem lichtblockierenden Film 5c auf der Rückseite des Substrates.
Dieses Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates ist derart gebildet, daß ein Teil des Belichtungslichtes 51, mit dem jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung bei fehlendem lichtblockierenden Film bestrahlt werden würde, blockiert wird, wie in Fig. 2 gezeigt, um so dem verbleibenden Teil des Belichtungslichtes ein Hindurchtreten zu erlauben, so daß jedes der zwei Muster bestrahlt wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf beiden Seiten der optischen Achse (Linie A-A) angeordnet, die durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates verläuft. Folglich ist die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes 51, das durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates und durch das Muster 5b₁ zur Positionsmessung verläuft, zu der Einfallsrichtung des Belichtungslichtes 51, das durch das Muster 5b₂ zur Positionsmessung verläuft, verschieden. Insbesondere sind für den Fall, daß die Muster 5d₁ und 5d₂ zur Positionsmessung relativ zur optischen Achse A-A symmetrisch angeordnet sind, die durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates verläuft, die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes 51, das durch das Muster 5d₁ zur Positionsmessung verläuft, und die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes 51, das durch das Muster 5d₂ zur Positionsmessung verläuft, symmetrisch relativ zur optischen Achse A-A.
Die Aperturabmessung L0 dieses Aperturmusters 5d auf der Rückseite des Substrates erfüllt die Bedingung L0/λ ≥ 10, wenn λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes 51 ist, mit dem diese Fotomaske 5 bestrahlt wird.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fokusüberwachung werden die Muster mit Belichtungslicht 51 von der Rückseite dieser Fotomaske 5 aus bestrahlt. Folglich wird jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung nur mit diagonalen Komponenten des Belichtungslichtes 51, das in die Fotomaske 5 eintritt, bestrahlt. Folglich passiert Beugungslicht 52, das durch die jeweiligen Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gebeugt wird, die Projektionslinsen 19a und 19b sowie eine Pupillenblende 25, um ein Bild auf einem fotoempfindlichen Material (zum Beispiel einem Fotoresist) 21b in diagonaler Richtung zu bilden.
Das Bild des Musters auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Materials 21a wird durch das Beleuchtungslicht mit diagonaler Einfallsrichtung gebildet, und folglich wird, wenn ein Wafer 21 in z-Richtung (Richtung der optischen Achse A-A) bewegt wird, das Bild in der x-y Richtung (Richtung senkrecht zur optischen Achse A-A) auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Materials 21b bewegt (verschoben). Wenn der Wafer 21 speziell in z- Richtung bewegt wird, so daß er sich der Fotomaske 5 nähert, bewegen sich die jeweiligen Bilder der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Oberfläche des fotoempfindlichen Materials 21b voneinander weg. Darüber hinaus, wenn der Wafer 21 in die z-Richtung bewegt wird, um von der Fotomaske 5 wegbewegt zu werden, werden die jeweiligen Bilder der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung bewegt, um auf der. Oberfläche des fotoempfindlichen Materials 21b näher zueinander zu kommen.
Die Positionsbeziehung der Bilder der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung, die auf dem fotoempfindlichen Material 21b gebildet sind, ändert sich relativ in der x-y Ebene gemäß der Bewegung des Wafers 21 in der z-Richtung. Durch Messung dieser Positionsbeziehung wird es möglich, die Verschiebung des Fokus (Verschiebung in z-Richtung) zu detektieren, wenn die Muster übertragen werden.
Als nächstes wird eine Einheit zur Fokusüberwachung und eine Fotomaske zur Fokusüberwachung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel erklärt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, hat diese Einheit zur Fokusüberwachung einen ähnlichen Aufbau wie eine Maßstabsverkleinerungsbelichtungseinheit (Stepper) und projiziert das Verkleinerungsmuster auf der Fotomaske 5 auf das Fotoresist 21b auf der Oberfläche des Wafers 21. Diese Einheit zur Fokusüberwachung enthält ein optisches Beleuchtungssystem, durch das ein Licht, ausgehend von einer Lichtquelle 11 bis zum Muster der Fotomaske 5 verläuft, sowie ein optisches Projektionssystem, durch das Licht, beginnend von dem Muster der Fotomaske 5 und am Wafer 21 endend, verläuft.
Das optische Beleuchtungssystem enthält eine Quecksilberdampflampe 11 als Lichtquelle, einen Reflexionsspiegel 12, eine Sammellinse 18, eine "Fly-Eye" Linse 13, im Folgenden auch als Fliegenaugenlinse bezeichnet, eine Blende 14, Sammellinsen 16a, 16b, 16c, eine Blindblende 15 und einen Reflexionsspiegel 17. Darüber hinaus enthält das optische Projektionssystem Projektionslinsen 19a, 19b und ein Pupillenblende 25.
Bei der Belichtung zum Beispiel mit Licht 11a, das von der Quecksilberdampflampe 11 ausgestrahlt wird, wird nur die g-Linie (Wellenlänge 436 nm) durch den Relexionsspiegel 12 reflektiert, und das Licht 11a wird zu Licht mit einer einzigen Wellenlänge. Als nächstes verläuft das Licht 11a durch die Sammellinse 18 und trifft auf jede der Komponenten der Fliegenaugenlinsen 13a, die die Fliegenaugenlinse 13 bilden, und anschließend durch die Blende 14.
Im vorliegenden Fall weist ein Licht 11b einen Lichtweg auf, der durch die Fliegenaugenlinse 13 erzeugt wird.
Das Licht 11a, das durch die Blende 14 verläuft, passiert die Sammellinse 16a, eine Blindblende 15 und eine Sammellinse 16b, um durch den Reflexionsspiegel 17 unter einem vorbestimmten Winkel reflektiert zu werden.
Die gesamte Oberfläche der Fotomaske 5, auf der ein vorbestimmtes Muster gebildet ist, wird gleichmäßig mit dem Licht 11a bestrahlt, das von den Reflexionsspiegel 17 reflektiert wird, nachdem das Licht durch die Sammellinse 16c verläuft. Anschließend wird das Licht 11a gemäß einem vorbestimmten Faktor durch die Projektionslinsen 19a und 19b maßstabsverkleinert, so daß das Fotoresist 21b auf dem Halbleitersubstrat 21a belichtet wird.
Wie in den Fig. 4A, 4B und 5 gezeigt, ist ein lichtblockierender Film 5b mit zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Oberfläche des Substrates 5a gebildet, das ein Hindurchtreten des Belichtungslichtes erlaubt. Darüber hinaus ist ein lichtblockierender Film 5c mit einem Kreisaperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates 5a gebildet. Eine Einheitsmaskenstruktur zur Fokusüberwachung ist durch diese zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung und den lichtblockierenden Film 5c, der das Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates aufweist, gebildet.
Jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung korrespondiert zu einem inneren Schachtelmuster und einem äußeren Schachtelmuster einer Markierung vom Schachtel-in- Schachtel Typ. Das Muster 5b₁ zur Positionsmessung, das das innere Schachtelmuster wird, ist in etwa ein quadratisches Aperturmuster, und das Muster 5b₂ zur Positionsmessung, das das äußere Schachtelmuster wird, ist in etwa ein Aperturmuster mit quadratischer Rahmenform. Das Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates ist als Kreis ausgebildet, dessen Mittelpunkt c2 auf der Rückseite des Substrates dem Mittelpunkt c1 der fiktiven Linie direkt gegenüberliegt, die die oben genannten zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung verbindet.
Die Aperturabmessung L0(= 2r) dieses Aperturmusters 5d auf der Rückseite des Substrates erfüllt die Bedingung L0/λ ≥ 10, wenn die Wellenlänge des Belichtungslichtes, mit der diese Fotomaske 5 bestrahlt wird, gleich λ ist.
Dieses Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates ist derart bereitgestellt, daß es von zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gemeinsam verwendet wird. Im folgenden bedeutet dies, daß das Aperturmuster auf der Rückseite des Substrates derart bereitgestellt ist, daß die beiden Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Licht von einem Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates bestrahlt werden können.
Darüber hinaus bedeutet "direkt gegenüberliegend", daß der Punkt c2 ein Punkt auf der Rückseite der Fotomaske 5 dem Mittelpunkt c1 auf der Vorderseite der Maske 5 in der Richtung der optischen Achse direkt gegenüberliegend angeordnet ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel beschrieben.
In dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung wird zum Beispiel eine Zonenbeleuchtungsblende, wie in Fig. 6 gezeigt, als Blende 14 der Einheit zur Fokusüberwachung nach Fig. 3 verwendet. Eine Ansicht des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5, vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung der Fotomaske 5 aus betrachtet, ist in Fig. 7 gezeigt, während eine Ansicht des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5, betrachtet vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung der Fotomaske 5 in Fig. 8 gezeigt ist.
Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, ist das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5 kreisförmig, und folglich wird jedes Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Licht von dem gesamten kreisförmigen Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5 bestrahlt, wenn eine gemeinsame Blende als Blende 14 verwendet wird. Für den Fall, daß die Zonenbeleuchtungsblende 14, wie in Fig. 6 gezeigt, verwendet wird, wird jedoch jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht von, der verbleibenden Region der kreisförmigen Region des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5 bestrahlt, mit Ausnahme eines Bereiches (nach links unten gestrichelte Region), wie in den Fig. 9 und 10 gezeigt. Das Beugungslicht, das durch jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gebeugt wird, verläuft durch die Projektionslinsen 19a und 19b sowie durch die Pupillenblende 25, um ein Bild auf dem Fotoresist 21b in diagonaler Richtung zu bilden.
Im vorliegenden Fall zeigt ein konzentrischer Doppelkreis, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, die Winkelrichtung, in der das Beleuchtungslicht verlaufen würde, wenn kein lichtblockierender Film vorhanden wäre.
Für den Fall, daß das Schachtel-in-Schachtel Markierungsmuster belichtet wird, erfolgt eine Doppelverschiebungsbelichtung. Nach der ersten Belichtung erfolgt in der oben beschriebenen Weise eine Bewegung des Wafers 21 (Verschiebung) in der x-y Ebene durch einen x-y Objekttisches, wie im unteren Bereich in Fig. 1 gezeigt, und dann erfolgt die zweite Belichtung. Diese zweite Belichtung wird in gleicher Weise durchgeführt wie die erste Belichtung. Folglich kann das Schachtel-in-Schachtel Muster gebildet werden, indem zum Beispiel das innere Schachtelmuster 5b₁, das bei der ersten Belichtung abgebildet (belichtet) wird in dem äußeren Schachtelmuster 5b₂, das bei der zweiten Belichtung abgebildet (belichtet) wird, angeordnet wird.
Speziell wird bei der ersten Belichtung das Fotoresist 21b mit dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung belichtet, das ein inneres Schachtelmuster darstellt, wie in Fig. 11A gezeigt.
Anschließend wird der Wafer 21 bewegt, wie oben beschrieben. Bei der zweiten Belichtung wird der Bereich, der mit dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung belichtet ist, mit dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung belichtet, das das äußere Schachtelmuster ist, wie in Fig. 11B gezeigt. Folglich wird das Schachtel-in- Schachtel Muster, bei dem das Innenschachtelmuster 22 innerhalb des Außenschachtelmusters 23, wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt, positioniert ist, auf dem Fotoresist 21b gebildet.
Im vorliegenden Fall treffen die Lichtstrahlen zur Erzeugung eines optischen Bildes, bei dem das Innenschachtelmuster 22 in dem oben beschriebenen Schachtel-in-Schachtel Muster gebildet ist, auf das Fotoresist 21b in einer Richtung nach rechts unten, wie in Fig. 1 gezeigt, während die Lichtstrahlen zur Erzeugung eines optischen Bildes, bei dem das Außenschachtelmuster 23 gebildet wird, auf das Fotoresist 21b in der Richtung nach links unten auftreffen. Folglich wird für den Fall, daß eine Fokusverschiebung zum Zeitpunkt der Belichtung vorliegt, das Innenschachtelmuster 22 und das Außenschachtelmuster 23 derart gebildet, daß sie voneinander verschoben sind.
Für den Fall, daß der Wafer 21 in Richtung der Fotomaske 5 bewegt wird, wie zum Beispiel in Fig. 1 gezeigt, also von der optimalen Fokusposition bei der Belichtung weg, wird das Innenschachtelmuster 22 bei einer Position gebildet, die von der Position zum Zeitpunkt des optimalen Fokus nach rechts verschoben ist, während das Außenschachtelmuster 23 an einer Stelle gebildet wird, die von der Position des optimalen Fokus nach links verschoben ist, wie in Fig. 12B gezeigt.
Im vorliegenden Fall ist jede der Positionen des Innenschachtelmusters 22 und des Außenschachtelmusters 23 zum Zeitpunkt des optimalen Fokus mit gestrichelten Linien, wie in Fig. 12B gezeigt, dargestellt, und jede der Positionen des Innenschachtelmusters 22 und des Außenschachtelmusters 23 bei einer Fokusverschiebung mit durchgezogenen Linien.
Als nächstes werden die Abstände x1 und x2 zwischen dem Innenschachtelmuster 22 und dem Außenschachtelmuster 23, die in oben beschriebener Weise erzeugt werden, gemessen. Der Abstand x3 (= (x1 + x2)/2) zwischen dem Innenschachtelmuster 22 und dem Außenschachtelmuster 23 zum Zeitpunkt des optimalen Fokus wird von diesen Werten abgeleitet. Die Differenz zwischen dem oben genannten Abstand x3 und den Abständen x1 oder x2 wird folglich aufgrund des Ausmaßes der Querbewegung (das Ausmaß der Positionsverschiebung) des Innenschachtelmusters 22 und des Außenschachtelmusters 23 erhalten.
Durch Vergleich dieser Querbewegung mit der Beziehung zwischen dem Ausmaß der Querbewegung, die im voraus gemessen wurde, und dem Fokus, wird es möglich die Fokusverschiebung zu detektieren. Anschließend wird die Position des Wafers 21 in der z-Richtung basierend auf dieser Fokusverschiebung eingestellt, so daß der optimale Fokus erhalten werden kann.
Die oben beschriebene Beziehung zwischen dem Ausmaß der Querbewegung und dem Fokus kann erhalten werden, indem im voraus die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Positionsverschiebung und dem Ausmaß der Fokusverschiebung bestimmt wird, indem eine Mehrzahl von Punktmustern verwendet wird, mit denen das Fotoresist belichtet wird, während der Fokusoffset der Belichtungseinheit geändert wird.
Obwohl in den Fig. 11A und 11B ein Fall gezeigt ist, bei dem das Fotoresist 21b nach einer doppelten Belichtung entwickelt wird, kann das Fotoresist 21b darüber hinaus auch durch eine Wiederholung des Entwicklungsschrittes nach einem jeden Belichten gemustert werden. Das Fotoresist 21b kann also gemäß den Schritten erste Belichtung → erste Entwicklung → Bewegung des Wafers 21 → zweite Belichtung → zweite Entwicklung gemustert werden.
Wie in Fig. 13A gezeigt, wird zuerst das Fotoresist 21b mit dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung, das das Innenschachtelmuster wird, durch die erste Belichtung belichtet (abgebildet). Anschließend wird die erste Entwicklung durchgeführt. Folglich wird das Innenschachtelmuster 22 auf dem Fotoresist 21b erzeugt, wie in Fig. 13B gezeigt. Der Wafer 21 wird dann in Querrichtung in der x-y Ebene bei der Bedingung bewegt, bei der das oben genannte Innenschachtelmuster 22 gebildet ist. Wie in Fig. 13C gezeigt, erfolgt dann als zweite Belichtung die Belichtung des Musters 5b₂ zur Positionsmessung, das das Außenschachtelmuster wird, derart, daß die Region, in der das Innenschachtelmuster 22 gebildet ist, überlagert wird. Anschließend wird das Außenschachtelmuster 23 erzeugt, wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt, indem die zweite Entwicklung des Fotoresists 21b derart erfolgt, daß das Resistmuster gebildet wird.
Für den Fall, daß der Entwicklungsschritt nach der Belichtung zweimal wiederholt wird, ist der Prozeß der Fokusüberwachung nach der Entwicklung der gleiche wie für den oben beschriebenen Fall, bei dem zuerst zwei Belichtungen durchgeführt werden, bevor eine Entwicklung erfolgt.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Korrektur eines Fehlers bei der Positionierung des Wafers 21 erklärt, der auftritt, wenn der Wafer 21 zwischen den oben beschriebenen ersten und zweiten Belichtungen verschoben wird.
Bei einer Doppelbelichtung mit Verschiebung, bei der das erste Muster, das durch die erste Belichtung gebildet ist, mit dem zweiten Muster, das an einer anderen Stelle auf der Maske durch die zweite Belichtung gebildet ist, überlagert ist, wird der Wafer 21 mit einem Abstand bewegt, der zu der Positionsbeziehung zwischen dem oben beschriebenen ersten Muster und dem zweiten Muster auf der Maske vor Durchführung der zweiten Belichtung korrespondiert. Zu diesem Zeitpunkt muß jedoch das Ausmaß der Bewegung des Wafers genau dem oben beschriebenen Abstand entsprechen, oder die oben beschriebenen ersten und zweiten Muster werden voneinander verschoben erzeugt. Wie oben beschrieben, wird gemäß der Erfindung die Verschiebung aufgrund dieses Fehlers bezüglich des Ausmaßes der Bewegung des Wafers als Fokusverschiebung erkannt, wobei eine Fokusverschiebung aufgrund der gegenseitigen Positionsverschiebung des ersten Musters und des zweiten Musters detektiert wird, so daß ein, Fehler bei der Messung der eigentlichen Fokusverschiebung erzeugt wird.
Fig. 14 zeigt eine Querschnittsteilansicht des Aufbaus einer Fotomaske zur Fokusüberwachung, die zur Messung dieses Fehlers bezüglich des Ausmaßes der Bewegung des Wafers verwendet wird, indem eine andere Maskenstruktur verwendet wird, die zusätzlich auf der gleichen Maske gebildet ist, und die zur Korrektur der offensichtlichen Fokusverschiebung aufgrund dieses Fehlers bezüglich des Ausmaßes der Bewegung des Wafers verwendet wird. Wie in Fig. 14 gezeigt, werden zwei Paare (oder mehr) der Maskenstrukturen N zur Korrektur des Ausmaßes der Verschiebung der Waferposition in der oben genannten Fotomaske 5 zusätzlich zu der Einheitsmaskenstruktur Q zur Fokusüberwachung, die die oben beschriebenen Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung aufweist, gebildet, sowie ein lichtblockierender Film 5c mit dem Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske.
Diese Maskenstruktur N zur Korrektur der Verschiebung der Waferposition enthält zwei Paare von Mustern 5e₁ und 5e₂ zur Positionsmessung, die auf der Vorderseite des Substrates 5a gebildet sind. Bei dieser Maskenstruktur N zur Korrektur der Verschiebung der Waferposition ist ein großes Aperturmuster auf der Rückseite des Substrates 5a positioniert, wobei kein lichtblockierender Film ausgebildet ist, um zu erlauben, daß die jeweiligen Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das auf dieses Paar von Mustern 5e₁ und 5e₂ zur Messung trifft, im wesentlichen gleich sind.
Die Korrektur der offensichtlichen Fokusverschiebung aufgrund des Fehlers bezüglich der Bewegung des Wafers, wobei die Fotomaske 5, wie in Fig. 14 gezeigt, verwendet wird, wird wie in Fig. 15 gezeigt durchgeführt. Die erste Belichtung erfolgt, indem die Maske 5 zur Fokusüberwachung verwendet wird, die ein. Paar von Mustern 5e₁ und 5e₂ zur Positionsmessung aufweist. Obwohl die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht in diagonaler Richtung bestrahlt werden, hat das Paar von Mustern 5e₁ und 5e₂ zur Positionsmessung als ganzes gesehen die gleiche Wirkung wie für den Fall, bei dem nur die Beleuchtungskomponenten in Richtung der optischen Achse vorhanden sind, wie in der Figur gezeigt, aufgrund der symmetrischen Verteilung der Beleuchtung relativ zur optischen Achse.
Nach dieser ersten Belichtung wird das Fotoresist 21b entwickelt (oder auch noch nicht entwickelt) bevor der Wafer 21 bewegt wird. Diese Bewegung erfolgt derart, daß die Belichtungsregion des Musters 5b₂ zur Positionsmessung aufgrund der zweiten Belichtung die Region überlagert, die mit dem Muster 5e₁ zur Positionsmessung aufgrund der ersten Belichtung belichtet ist.
Nach dieser Bewegung erfolgt die zweite Belichtung in der gleichen Weise wie die erste Belichtung. Anschließend wird das Fotoresist 21b entwickelt. Das Ausmaß der Positionsverschiebung L2 wird zwischen dem Bildmuster des Musters 5e₁ zur Positionsmessung, das gemäß der ersten Belichtung des entwickelten Resistmusters 21b gebildet ist, und dem Bildmuster des Musters 5e₂ zur Positionsmessung, das gemäß der zweiten Belichtung gebildet ist, gemessen. Dieses Ausmaß der Positionsverschiebung L2 zeigt einen Fehler in der Bewegung des Wafers 21, da sich das Bild, das von den Maskenmustern 5e₁ und 5e₂ gebildet ist, nicht aufgrund der Bewegung des Fokus in Querrichtung verschiebt. Es wird möglich, das Ausmaß der Querbewegung aufgrund der Defokussierung genau zu messen, indem der Fehler in der Bewegung, der in der oben beschriebenen Weise detektiert wird, von dem oben gefundenen Ausmaß an Querbewegung (das Ausmaß der Positionsverschiebung) der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung subtrahiert wird.
Obwohl in der oben gegebenen Beschreibung der Fall beschrieben ist, bei dem das Schachtel-in-Schachtel. Muster verwendet wird, kann die Fokusüberwachung gemäß dem folgenden Verfahren durchgeführt werden, bei dem kein Schachtel-in-Schachtel Muster verwendet wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Bild, das auf dem Fotoresist 21b der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gebildet wird, in Querrichtung (x-y Richtung) in der Figur aufgrund der Bewegung des Wafers 21 in z-Richtung verschoben. Folglich wird der Abstand L1 der Muster des Bildes, das von den Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gebildet wird, gemessen, um mit der Beziehung zwischen der Position des Wafers 21 in der z-Richtung, die im voraus gemessen wird, und dem Abstand L1 verglichen zu werden, und folglich wird es möglich, die Fokusverschiebung zu detektieren.
Darüber hinaus kann die Fokusüberwachung ebenfalls durch Messen des elektrischen Widerstandes des Musters erfolgen, wie im folgenden beschrieben wird.
Wie in den Fig. 16A, 16B und 17 gezeigt, wird ein lichtblockierender Film 5c, der ein Aperturmuster 5d auf der Rückseite eines Substrates 5a in gleicher Weise aufweist, wie bei dem Aufbau gemäß den Fig. 4a und 4b, auf einer Fotomaske gebildet. Darüber hinaus wird ein lichtblockierender Film 5b, der zwei Aperturmuster 5b₁ und 5b₂ aufweist, die in etwa symmetrischer Weise relativ zu dem Aperturmuster 5b auf der Rückseite des Substrates angeordnet sind, auf der Vorderseite des Substrates 5a gebildet.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip erfolgt ein doppeltes Belichten mit Verschiebung für das Fotoresist 21b, indem die oben beschriebene Fotomaske 5 verwendet wird. Der Wafer 21 wird in Querrichtung (x-y Richtung) nach der ersten Belichtung bewegt, wie in Fig. 18A gezeigt, und es erfolgt dann ein zweites Belichten, wie in Fig. 18B gezeigt. Aufgrund dieser doppelten Belichtung mit Verschiebung, wird ein Muster wie in Fig. 18C gezeigt, auf das Fotoresist (Negativ-Typ) übertragen. Außerdem wird der leitfähige Film, der die untere Schicht des Resistmusters bildet, geätzt und gemustert, wobei das Resistmuster, auf das das oben beschriebene Muster übertragen ist, als Maske verwendet wird.
Folglich wird das Muster nach Fig. 18C auf den leitfähigen Film übertragen. Der rechte Rand des dünnen Linienbereiches (Bereich mit der Linienbreite W) des Musters in der Mitte von Fig. 18C, das auf den leitfähigen Film übertragen wird, wird durch das Aperturmuster 5b₂ aufgrund der ersten Belichtung gebildet, während der linke Rand durch das Aperturmuster 5b₁ aufgrund der zweiten Belichtung gebildet wird. Für den Fall, daß eine Positionsverschiebung durch eine Verschiebung des Fokus zwischen der Übertragungsposition des Musters aufgrund der ersten Belichtung und der Übertragungsposition des Musters aufgrund der zweiten Belichtung erfolgt, schwankt die Linienbreite W des feinen Linienbereiches. Da der Widerstandswert des Musters dieser leitfähigen Schicht sich aufgrund der Schwankung dieser Linienbreite W ändert, wird es möglich, die Verschiebung des Fokus durch Messen dieses Widerstandswertes zu bestimmen.
Die Erfinder haben die gegenseitige Positionsverschiebung der zwei Muster zur Positionsmessung zu einem Zeitpunkt gemessen, bei dem sich die Höhe des Wafers im wesentlichen in z-Richtung geändert hat, indem das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Fig. 19 gezeigt.
Die Messung erfolgte durch Setzen der numerischen Apertur NA in der Belichtungseinheit zur Belichtung einer Fotomaske auf ein Fotoresist zur Fokusüberwachung auf 0,68, und durch Verwendung einer Zonenbeleuchtung von σ_in/σ_out = 0,65/0,55.
Wie in Fig. 19 gezeigt, verschieben sich die Muster um ungefähr 0,9 µm entgegensetzt zueinander, wenn die Höhe des Wafers sich um 1 µm in z-Richtung ändert. Folglich ist die z- Detektionsempfindlichkeit bei dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel 0,9, was eine höhere Empfindlichkeit gegenüber der z-Detektionsempfindlichkeit bei einer herkömmlichen Phasenverschiebungsfokusüberwachung ist.
Als nächstes wird die Größe des Radius r des Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske 5, wie in Fig. 4 gezeigt, beschrieben.
Wenn der Aperturradius des Aperturmuster 5d auf der Rückseite des Substrates gleich r ist, wie in Fig. 20 gezeigt, wenn die Dicke 5a gleich D ist, die numerische Apertur gleich NA und die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist, gleich σ, ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise kleiner als der INA-Wert (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der das Ausmaß der Beleuchtungsstreuung ist.
Der oben genannten Ausdruck sin(tan^-1(r/D)) zeigt den Grad der Streuung der Lichtkomponenten, je nachdem welches Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske bestrahlt wird. Dies wird im folgenden beschrieben.
Wie in Fig. 20 gezeigt, wird der Winkel des Lichtes, mit dem das Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske bestrahlt mit ∅ bezeichnet wobei der Grad dieser Streuung der Lichtkomponenten als sin(∅/2) repräsentiert ist. Dieses ∅ wird etwa gleich dem Winkel χ des Lichtes, das sich in der Richtung der optischen Achse durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske ausbreitet. Dies liegt daran, daß der Radius r des Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske ausreichend klein ist, verglichen mit der Dicke D des Substrates 5a (D > > r), und da der Abstand d zwischen dem Punkt G auf der Vorderseite, der der Mitte des Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske direkt gegenüberliegt, und der Mitte des Musters 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung ausreichend klein ist, verglichen mit der Dicke D des Substrates 5a (D > > d).
Der Grad der Streuung der Lichtkomponenten, die in Richtung der optischen Achse durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske auftreffen, kann als sin(χ/2) repräsentiert werden, wobei χ/2 gleich tan^-1(r/D) ist.
Wie oben beschrieben, wird sin(∅/2) der Streuung der Lichtkomponenten, mit denen das Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung durch das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske bestrahlt wird, gleich sin(tan^-1(r/D)), wie durch folgende Gleichung gezeigt wird.

sin(∅/2) = sin(χ/2) = sin(tan^-1(r/D))
Darüber hinaus ist der INA-Wert, der das Ausmaß der Streuung der Beleuchtung ist, in Fig. 20 als sin(θ) repräsentiert. Wenn sin(tan^-1(r/D)) kleiner wird als der INA-Wert, ergibt sich ein Radius r des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske, das einen Teil der Lichtkomponenten (Winkel 2θ) blockieren kann, die in Richtung der optischen Achse in das Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung eintreten.
Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) der INA-Wert (oder größer) ist, kann ein Teil des Belichtungslichtes, das in das Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung eintritt, nicht blockiert werden, in Abhängigkeit von der Anordnungsposition des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske, so daß die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung eintritt, nicht voneinander verschieden sein können.
Darüber hinaus ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise größer als das 0,1 fache des INA-Wertes. Dies liegt daran, daß für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) 0,1 mal größer als der INA-Wert ist (oder kleiner), die Menge an Belichtungslicht 1/100 oder weniger wird, im Vergleich zu einer herkömmlichen Übertragung, so daß es schwierig wird, daß Muster 5b₁ (oder 5b₂) zur Positionsmessung auf das fotoempfindliche Material zu übertragen, und der Durchsatz der Messung für den Fokus wird verringert.
Obwohl gemäß der Erfindung ein Aufbau beschrieben wurde, bei dem ein Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske derart gebildet ist, daß es von zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung gemeinsam verwendet wird, ist der Aufbau der Fotomaske nicht darauf beschränkt, statt dessen kann jedes der zwei Aperturmuster auf der Rückseite der Fotomaske derart gebildet sein, daß es zu jedem der zwei Muster zur Positionsmessung, wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im folgenden beschrieben, korrespondiert.

Zweites Ausführungsbeispiel

Wie in den Fig. 21A, 21B und 22 gezeigt, ist die Fotomaske 5 zur Fokusüberwachung mit Aperturmustern 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite derart bereitgestellt, daß diese jeweils zu zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung korrespondieren. Wie in Fig. 22 gezeigt, wird jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Lichtkomponenten bestrahlt, die durch die unterschiedlichen Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske hindurchlaufen.
Jeder der Durchmesser L0 dieser zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske ist derart gebildet, daß er die Bedingung L0/λ ≥ 10 erfüllt, wobei die Wellenlänge des Belichtungslichtes, das diese Fotomaske 5 bestrahlt, gleich λ ist.
Die zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske sind relativ zu einem Punkt c2 auf der Rückseite symmetrisch angeordnet, der den Mittelpunkt c1 der fiktiven Linie (E0-E0) direkt gegenüberliegt, die die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung verbindet. Darüber hinaus sind die zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske relativ zu der fiktiven Linie (E2-E2) symmetrisch angeordnet, die durch Projektion der Linie (E1-E1) gebildet wird, die zur fiktiven Linie (E0-E0), die die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Rückseite der Fotomaske verbindet, senkrecht ist und zwei äquivalente Segmente bildet.
Der Abstand zwischen jedem der zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d2 auf der Rückseite der Fotomaske und der fiktiven Linie (E2-E2) ist derart gesetzt, daß er größer ist als der Abstand zwischen jedem der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung und der fiktiven Linie (E1-E1). Folglich wird das Muster 5b₁ zur Positionsmessung nur mit Licht von dem Aperturmuster 5d₁ auf der Rückseite der Fotomaske aus bestrahlt, während das Muster 5b₂ zur Positionsmessung nur mit Licht von dem Aperturmuster 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske bestrahlt wird.
Wie in Fig. 23 gezeigt, ist nur das Aperturmuster 5d₁ auf der Rückseite des Substrates innerhalb des Bereiches verteilt, von dem aus das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht auf der Rückseite des Substrates 5a bestrahlt werden kann, von dem Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus abgesehen. Wie in Fig. 24 gezeigt, ist nur das Aperturmuster 5d2 auf der Rückseite des Substrates innerhalb des Bereiches verteilt, von dem das Muster 5b₂ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht auf der Rückseite des Musters 5a, von dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus gesehen, bestrahlt werden kann.
Für den Fall, daß die Fotomaske 5, wie in den Fig. 21A, 21B und 22 gezeigt, verwendet wird, können die jeweiligen zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Messung mit Komponenten des Belichtungslichtes von verschiedenen diagonalen Richtungen aus bestrahlt werden. Folglich ist es möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise durchzuführen, wie für den Fall, bei dem eine Fotomaske 5, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, verwendet wird.
Darüber hinaus kann die Fotomaske zur Fokusüberwachung einen Aufbau aufweisen, bei dem die jeweiligen zwei Muster 5b₂ und 5b₂ zur Messung von zwei Aperturmustern 5d₁ und 5d2 auf der Rückseite der Fotomaske aus bestrahlt werden, wie im folgenden gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Drittes Ausführungsbeispiel

Wie in den Fig. 25A, 25B und 26 gezeigt, wird bei dieser Fotomaske 5 der Abstand zwischen jedem der zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske und der fiktiven Linie (E2-E2) kleiner gesetzt als der Abstand zwischen jedem der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung und der fiktiven Linie (E1-E1).
Da zwei Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske derart angeordnet sind, wird das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht bestrahlt, das durch beide Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske verläuft, wie in Fig. 26 gezeigt, während das Muster 5b₂ zur Positionsmessung auch mit dem Belichtungslicht bestrahlt wird, das durch das Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske verläuft.
Wie in Fig. 27 gezeigt, sind die Aperturmuster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske innerhalb des Bereiches verteilt, bei dem das Muster 5b₁ zur Positionsmessung auf der Rückseite des Substrates 5a mit Belichtungslicht bestrahlt werden kann, gesehen von dem Muster 5d₁ zur Positionsmessung. Wie in Fig. 28 gezeigt, sind darüber hinaus die Muster 5d₁ und 5d₂ auf der Rückseite der Fotomaske innerhalb des Bereiches verteilt, in dem das Muster 5b₁ zur Positionsmessung auf der Rückseite des Substrates 5a mit Belichtungslicht bestrahlt werden kann, gesehen von Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus.
Der übrige Aufbau ist etwa der gleiche wie der Aufbau nach den Fig. 21A, 21B und 22 und folglich werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche Elemente verwendet und keine erneute Beschreibung gegeben.
In der in den Fig. 25A, 25B und 26 gezeigten Fotomaske 5 kann jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Komponenten des Belichtungslichtes von unterschiedlichen diagonalen Richtungen aus bestrahlt werden, und folglich wird es möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise durchzuführen, wie für den Fall, bei dem die Fotomaske 5, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, verwendet wird.
Obwohl ein kreisförmiges Aperturmuster als Muster auf der Rückseite der Fotomaske unter Bezugnahme auf die Fig. 4A, 4B und 5 beschrieben worden ist, kann darüber hinaus ein kreisförmiges Muster verwendet werden, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, wie gemäß dem folgenden vierten Ausführungsbeispiel erklärt.

Viertes Ausführungsbeispiel

Die Fig. 29A, 29B und 30 zeigen einen lichtblockierenden Film 5c, auf dem ein kreisförmiges Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, auf der Rückseite eines Substrates 5a gebildet ist. Darüber hinaus sind zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung innerhalb der Vorderseitenregion des Substrates 5a angeordnet, die der Region gegenüberliegt, in der das oben genannte Muster 5d gebildet ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt.
Der Durchmesser 2r dieses Musters 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, ist derart gebildet, daß die Bedingung 2r/λ ≥ 10 erfüllt wird, wobei λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes ist, mit der diese Fotomaske bestrahlt wird.
Der übrige Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie der Aufbau gemäß der oben beschriebenen Fotomaske nach den Fig. 4A, 4B und 5 und folglich sind gleiche Bezugsziffern für gleiche Elemente verwendet, die nicht nochmals beschrieben werden.
In dieser Fotomaske 5 sind beide Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung innerhalb der Vorderseitenregion des Substrates 5a angeordnet, die der Region direkt gegenüberliegt, in der ein kreisförmiges Muster 5d gebildet ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt. Wie in Fig. 30 gezeigt, wird jedes dieser zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Komponenten des Belichtungslichtes von verschiedenen diagonalen Richtungen aus bestrahlt.
Wie in Fig. 31 gezeigt, ist das Muster 5d, das einen Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, nur in einem Bereich innerhalb der Region positioniert, die das Bestrahlen des Musters 5b₁ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht auf der Rückseite des Substrates 5a erlaubt, gesehen vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus. Wie in Fig. 32 gezeigt, ist das Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, nur in einem Bereich innerhalb der Region positioniert, die das Bestrahlen des Musters 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht auf der Rückseite des Substrates 5a erlaubt, gesehen vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus.
Mit dem Aufbau dieser Fotomaske 5 wird es möglich, beide Muster 5b₂ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht aus unterschiedlichen diagonalen Richtungen, wie oben beschrieben, zu bestrahlen, und folglich wird es möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise durchzuführen, wie gemäß der in den Fig. 4A, 4B und 5 gezeigten Fotomaske 5.
Im vorliegenden Fall ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise kleiner als der INA-Wert, wenn der Radius des Musters 5d, der den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, als r bezeichnet wird. Dies liegt daran, daß für den Fall, daß der Wert sin(tan^-1(r/D)) der INA-Wert oder größer, ist, einige Bereiche des Musters 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, der an einer spezifischen Position angeordnet ist, nicht mit einem Teil des Belichtungslichtes bestrahlt werden können, das durch die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung verläuft, so daß die Neigungsrichtungen des Belichtungslichtes, das in die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ eintritt zum Beispiel nicht voneinander zur Positionsmessung abweichen können.
Darüber hinaus ist der Wert von sin(tan^-1(r/D)) vorzugsweise größer als das 0,5fache des INA-Wertes. Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(r/D)) das 0,5fache des INA-Wertes ist, oder kleiner, wird der lichtblockierende Bereich zu klein, und folglich wird es schwierig, die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sicherzustellen, so daß die Detektionsempfindlichkeit der Muster bei der Fokusüberwachung Verringert wird.
Obwohl ein kreisförmiges Aperturmuster als Muster auf der Rückseite der Fotomaske in den Fig. 4A, 4B und 5 beschrieben worden ist, kann darüber hinaus ein viereckiges lichtblockierendes Muster verwendet werden, wie im Folgenden in Bezug auf ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben.

Fünftes Ausführungsbeispiel

Wie in den Fig. 33A, 33B und 34 gezeigt, ist ein lichtblockierender Film 5c, auf dem ein viereckiges Muster 5d gebildet ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, auf der Rückseite eines Substrates 5a gebildet. Darüber hinaus sind zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung innerhalb der Vorderseitenregion des Substrates 5a angeordnet, die der Region direkt gegenüberliegt, in der das oben genannte Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, gebildet ist.
Die Länge a einer Seite dieses Musters 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, ist derart, daß die Bedingung a/λ ≥ 10 erfüllt ist, wobei λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes ist, mit dem diese Fotomaske 5 bestrahlt wird.
Im übrigen ist der Aufbau im wesentlichen der gleiche wie der oben beschriebene Aufbau der Fotomaske 5 nach den Fig. 4A, 4B und 5, und folglich werden die gleichen. Bezugsziffern für gleiche Elemente verwendet, und es erfolgt keine erneute Beschreibung.
Beide Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung sind innerhalb der Vorderseitenregion des Substrates 5a angeordnet, die der Region direkt gegenüberliegt, in der ein viereckiges Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, gebildet ist. Folglich wird jedes dieser zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Komponenten des Belichtungslichtes von unterschiedlichen diagonalen Richtungen aus, wie in Fig. 34 gezeigt, bestrahlt.
Das Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, ist also nur in einem Bereich innerhalb der Region auf der Rückseite des Substrates 5a positioniert, in der das Muster 5b₁ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung aus gesehen. Darüber hinaus ist das Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, nur in einem Bereich innerhalb der Region auf der Rückseite des Substrates 5a positioniert, in der das Muster 5b₂ zur Positionsmessung mit dem Belichtungslicht bestrahlt werden kann, vom Muster 5b₂ zur Positionsmessung aus gesehen.
Mit dem Aufbau dieser Fotomaske wird es möglich, die beiden oben beschriebenen zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht unterschiedlicher diagonaler Richtungen zu bestrahlen, und folglich wird es möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise durchzuführen, wie mit der in den Fig. 4A, 4B und 5 gezeigten Fotomaske 5.
Das Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, um eine Apertur zu bilden, in der kein lichtblockierender Film gebildet ist, innerhalb des Bereiches von R, wobei der Abstand R gegenüber einer Seite, die eine äußere Form des Musters 5d ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, die Beziehung sin(tan^-1(R/D)) INA-Wert erfüllt.
Wenn die Länge der kürzeren Seiten des Musters 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, als a bezeichnet wird, ist der Wert sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das 0,5fache des INA-Wertes. Für den Fall, daß der Wert von sin(tan^-1(a/D)) das 0,5fache des INA-Wertes ist, oder kleiner, wird der lichtblockierende Bereich zu klein, und folglich wird es schwierig, die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sicherzustellen, so daß die Detektionsempfindlichkeit der Muster bei der Fokusüberwachung reduziert wird.
Obwohl unter Bezugnahme auf die Fig. 4A, 4B und 5 ein kreisförmiges Aperturmuster als Muster auf der Rückseite der Fotomaske beschrieben worden ist, kann ein viereckiges Aperturmuster verwendet werden, wie im Folgenden sechsten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Sechstes Ausführungsbeispiel

Wie in den Fig. 35A und 35B gezeigt, wird ein lichtblockierender Film 5c, der ein viereckiges Aperturmuster 5d bildet, auf der Rückseite eines Substrates 5a gebildet. Das viereckige Aperturmuster 5d ist in einer viereckigen Form (zum Beispiel quadratischen Form) gebildet, deren Mitte der Punkt c2 auf der Rückseite ist, der dem Mittelpunkt c1 der fiktiven Linie direkt gegenüberliegt, die die oben genannten zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung verbindet. Darüber hinaus ist der Querschnitt, der zu der Linie V-V in den Fig. 35A und 35B korrespondiert, der gleiche wie beim Aufbau nach Fig. 5.
Die Länge a einer Seite des oben genannten viereckigen Aperturmusters 5d ist derart gebildet, daß die Bedingung a/λ ≥ 10 erfüllt ist, wobei λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes ist, mit dem diese Fotomaske 5 bestrahlt wird.
Im übrigen ist der Aufbau im wesentlichen der gleiche wie der Aufbau der oben beschriebenen Fotomaske nach den Fig. 4A, 4B und 5, und folglich werden die gleichen Bezugsziffern für gleiche Elemente verwendet, und nicht nochmals beschrieben. In dieser Fotomaske 5 sind die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung jeweils auf beiden Seiten der optischen Achse (Linie A-A) angeordnet, die durch das viereckige Aperturmuster 5d verläuft. Folglich unterscheidet sich die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes, das auf das Muster 5b₁ zur Positionsmessung nach Durchlaufen des viereckigen Aperturmusters 5d trifft, von der Einfallsrichtung des Belichtungslichtes, das auf das Muster 5b₂ zur Positionsmessung trifft. Für den Fall, daß die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung relativ zur optischen Achse A-A symmetrisch angeordnet sind, die durch das viereckige Aperturmuster 5d verläuft, sind die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes, das auf das Muster 5b₁ zur Positionsmessung trifft, und die Einfallsrichtung des Belichtungslichtes, das auf das Muster 5b₂ zur Positionsmessung trifft, relativ zur Richtung der optischen Achse A-A symmetrisch zueinander.
Auf diese Weise wird jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit unterschiedlichen Komponenten diagonaler Richtung des Belichtungslichtes bestrahlt.
Es wird möglich, beide Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Belichtungslicht unterschiedlicher diagonaler Richtungen zu bestrahlen, wie oben in Bezug auf den Aufbau der oben genannten Fotomaske 5 beschrieben, und folglich wird es möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise durchzuführen, wie in der in den Fig. 4A, 4B und 5 gezeigten Fotomaske 5.
Der lichtblockierende Bereich ist vorzugsweise ein lichtblockierender Film, der innerhalb eines Bereiches gebildet ist, wobei der Abstand R gegenüber einer Seite, die die äußere Form des viereckigen Aperturmusters 5d bildet, die Beziehung sin(tan^-1(R/D)) ≥ INA-Wert erfüllt. Folglich darf das Beleuchtungslicht von dem viereckigen Aperturmuster 5d alleine durch jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung verläuft, so daß die nicht-telezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sichergestellt werden können.
Darüber hinaus ist der Wert sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das 0,2fache des INA-Wertes, wobei die Länge der kürzeren Seite des viereckigen Aperturmusters 5d gleich a ist. Für den Fall, daß der Wert sin(tan^-1(a/D)) das 0,2fache des INA-Wertes ist oder kleiner, wird die Menge des Belichtungslichtes etwa 1/100 für den Fall einer herkömmlichen Übertragung, und folglich wird es schwierig, ein Muster zur Positionsmessung auf ein Fotoresist zu übertragen, so daß der Durchsatz der Messung des Fokus reduziert wird.

Siebtes Ausführungsbeispiel

In den Fig. 36A, 36B und 37 ist eine Fotomaske 5 zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung gezeigt, die sich von dem in den Fig. 35A und 35B gezeigten Aufbau dadurch unterscheidet, daß jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Vorderseite des Substrates 5a dem Mittelpunkt (c3, c4) jeder der zwei gegenüberliegenden Seiten des quadratischen Aperturmusters 5d gegenüberliegend angeordnet ist.
Der Aufbau ist im übrigen im wesentlichen der gleiche wie der Aufbau nach den Fig. 35A und 35B, und folglich werden für gleiche Elemente gleiche Bezugsziffern verwendet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Vorderseite des Substrates 5a positioniert, dem Mittelpunkt (c3, c4) eines Seitenquadrataperturmusters 5d direkt gegenüberliegend. Folglich wird ungefähr die Hälfte des komplementären Belichtungslichtes, mit dem jedes Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung bestrahlt wird, wie in Fig. 37 gezeigt, durch einen lichtblockierenden Film 5c blockiert, während jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit nur der verbleibenden Hälfte bestrahlt wird.
Darüber hinaus, ist das quadratische Aperturmuster 5d, wie in Fig. 38 gezeigt, auf der Rückseite des Substrates 5a positioniert, gesehen vom Muster 5b₁ zur Positionsmessung in dieser Fotomaske 5. Darüber hinaus ist das quadratische Aperturmuster 5d, wie in Fig. 39 gezeigt, auf der Rückseite des Substrates 5a positioniert, gesehen von dem Muster 5b₂ zur Positionsmessung. Für den Fall, daß eine Zonenbeleuchtungsblende 14, wie in Fig. 6 gezeigt, als Blende 14 nach Fig. 3 verwendet wird, ist das Licht, das das Muster 5b₁ zur Positionsmessung bestrahlt, alleine das Belichtungslicht der rechten Hälfte der Zonenbeleuchtung, wie in Fig. 40 gezeigt, und das Belichtungslicht, mit dem das Muster 5b₂ zur Positionsmessung bestrahlt wird, ist alleine das Belichtungslicht der rechten Hälfte der Zonenbeleuchtung, wie in Fig. 41 gezeigt.
Folglich werden die jeweiligen Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mit Licht von unterschiedlichen Richtungen aus bestrahlt, die voneinander abweichen, und es wird möglich, eine Fokusüberwachung in gleicher Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchzuführen.
Für den Fall, daß die Fotomaske 5, wie in den Fig. 36A, 36B und 37 gezeigt, belichtet wird, ist der lichtblockierende Film vorzugsweise in einem lichtblockierenden Bereich innerhalb des Bereiches R gebildet, wobei der Abstand gegen über der Seite, die die externe Form des Aperturmusters 5d auf der Rückseite der Fotomaske bildet, die Bedingung sin(tan^-1(R/D)) INA erfüllt, wobei D die Dicke des Substrates 5a ist, NA die numerische Apertur und σ die Kohärenz, die der Interferenzindex des Belichtungslichtes ist. Folglich kann nur das Belichtungslicht von dem quadratischen Aperturmuster 5d auf jedes der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung treffen, so daß die nichttelezentrischen Eigenschaften des Belichtungslichtes sichergestellt werden können.
Darüber hinaus ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise größer als das zweifache des INA-Wertes, wenn die Länge einer Seite des Quadrataperturmusters 5d gleich a ist. Folglich können die Beleuchtungskomponenten, die durch die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung auf der Vorderseite der Fotomaske verlaufen, also auftreffen, immer ungefähr die Hälfte der gesamten Beleuchtung sein, in Bezug auf eine willkürliche Beleuchtungsform.
Darüber hinaus ist der Wert von sin(tan^-1(a/D)) vorzugsweise kleiner als das dreifache des INA-Wertes. Für den Fall, daß der Wert sin(tan^-1(a/D)) das dreifache des INA-Wertes ist oder größer, wird das quadratische Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske zu groß, so daß es schwierig wird, eine große Anzahl von Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung auf der Maske anzuordnen.
Für den Fall, daß ein Muster beleuchtet wird, indem jede der Halbbeleuchtungen auf der rechten und linken Seite zum Beispiel einer Fotomaske gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, wird die Änderung der Bildintensität aufgrund der Änderung der Fokusposition derart, wie in den Fig. 42A, 42B und 42C gezeigt. In den Fig. 42A, 42B und 42C variiert die Intensität des Bildes, das von der Gesamtbeleuchtung der halben Beleuchtung auf der rechten Seite und der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultiert, in Abhängigkeit von der Position des Wafers in der z-Richtung. Wenn der Wafer also in einer defokussierten Position ist, erzeugen das Bild, das durch die Halbbeleuchtung auf der rechten Seite erzeugt wird, und das Bild, das durch die Halbbeleuchtung auf der linken Seite erzeugt wird, eine gegenseitige Positionsverschiebung, so daß die Intensität des Bildes, das durch die Gesamtbeleuchtung herresultiert, klein wird, im Gegensatz dazu erzeugen für den Fall, daß der Wafer in der optimalen Fokusposition ist, das Bild, das von der halben Beleuchtung auf der rechten Seite herresultiert, und das Bild, das von der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultiert, keine Positionsverschiebung, so daß sie im wesentlichen zusammenfallen, wodurch das Bild, das durch die Gesamtbeleuchtung erhalten wird, eine optimale Schärfe aufweist, und die Bildintensität wird maximal.
Für den Fall, daß die Belichtung unter Verwendung derartiger Halbbeleuchtungen auf der rechten und linken Seite durchgeführt wird, fällt die optimale Fokusposition (Höhe in z-Richtung, wobei die Positionen der Bilder, die von den jeweiligen Halbbeleuchtungen herresultieren, zusammenfallen) mit der optimalen Fokusposition (Höhe in der z-Richtung, wobei die Intensität der Abmessung/Bild oder dergleichen ein Extremwert wird) der eigentlichen Übertragung zusammenfällt, die von der Gesamtbeleuchtung herresultiert. Dies wird im folgenden im einzelnen beschrieben.
Die Position des optimalen Fokus zur Bilderzeugung ist von der optimalen Fokusposition in einem idealen Linsensystem aufgrund der Linsenaberration versetzt. Die Linsenaberration ist als Phasenfehler in einer Blendenebene repräsentiert. Dieser Phasenfehler kann betrachtet werden, indem er in eine gerade Aberration unterteilt wird, bei der die gleichen Werte an zwei Punkten erhalten werden, die relativ zu der Mitte symmetrisch sind und in eine ungerade Aberration, bei der die Vorzeichen der Werte entgegengesetzt zueinander sind. Für die gerade Aberration und die ungerade Aberration gilt, daß eine Änderung im Fokus durch die gerade Aberration erzeugt wird, und die ungerade Aberration eine Verschiebung im Bild in Querrichtung erzeugt.
Wie in Fig. 43 gezeigt, ist jede Beleuchtungskomponente der halben Beleuchtung der rechten Seite und der halben Beleuchtung der linken Seite voneinander gemäß einer Rotationssymmetrie relativ zu der Blendenmitte in der Blendenebene positioniert. Wie in der Figur gezeigt, sind die Strahlen in senkrechter Richtung relativ zu der Gleichphasenwellenoberfläche (equiphase wave surface: eine Fläche, auf der die Phasen- oder die Feldvektoren einer Welle zum gleichen Zeitpunkt identisch sind). Darüber hinaus sind die Positionen der jeweiligen Halbbeleuchtung auf der rechten Seite und der linken Seite symmetrisch, und das Beugungslicht wird symmetrisch um die 0-te Ordnung des Beugungslichtes herum (nicht gebeugtes Beleuchtungslicht) mittels der Nichtphasenverschiebungsmaske erzeugt. Folglich verschieben bei den Bilderzeugungen, die von den jeweiligen Komponenten Beleuchtungen herresultieren, die optimalen Fokuspositionen, um den gleichen Betrag in z-Richtung, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt. In diesen verschobenen optimalen Fokuspositionen wird die gegenseitige Positionsverschiebung der Muster, die durch die Halbbeleuchtung auf der linken Seite und der halben Beleuchtung auf der rechten Seite erzeugt werden, gleich 0, und bei idealer Bedingung gleich (keine Aberration und optimaler Fokus).
Andererseits ist die Gesamtbeleuchtung die Summe der Halbbeleuchtung auf der linken Seite und der Halbbeleuchtung auf der rechten Seite. Folglich wird der Fall der Bilderzeugung, die durch die gesamte Beleuchtung herresultiert, in gleicher Weise betrachtet, wie der Fall, bei dem ein Muster bestrahlt wird, indem es in die Halbbeleuchtung der linken Seite und der Halbbeleuchtung der rechten Seite unterteilt wird. Für den Fall, daß nur eine gerade Aberration existiert, verschiebt sich entsprechend der optimale Fokus, der von der Gesamtbeleuchtung herresultiert, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 43 gezeigt. Selbst wenn eine gerade Aberration vorhanden ist, werden die optimalen Fokuspositionen, bei denen Bilder separat durch die Halbbeleuchtung auf der linken Seite und die Halbbeleuchtung auf der rechten Seite gebildet werden, und die optimale Fokusposition, bei der die Bilder durch die Gesamtbeleuchtung gebildet werden, gleich. Entsprechend verursacht die gerade Aberration keine Differenz zwischen dem optimalen Fokus gemäß dem gegenwärtigen Verfahren zur Fokusüberwachung und dem optimalen Fokus bei der eigentlichen Übertragung aufgrund der Gesamtbeleuchtung.
Als nächstes werden die Wirkungen der ungeraden Aberration betrachtet.
Bei der eigentlichen Bilderzeugung ist es notwendig, die Querverschiebung eines Musters aufgrund der ungeraden Aberration zu betrachten. Wie in Fig. 44 gezeigt, verschieben sich die Bilder, die von den zwei Beleuchtungskomponenten herresultieren, quer mit dem gleichen Betrag und in die gleiche Richtung aufgrund der Symmetrie des gebeugten Lichtes und der Aberration, wenn die jeweiligen Beleuchtungskomponenten, die die Halbbeleuchtung auf der linken Seite und die Halbbeleuchtung auf der rechten Seiten bilden, betrachtet werden. Das Muster, das durch die Halbbeleuchtung auf der linken Seite erzeugt wird, und das Muster, das durch die Halbbeleuchtung auf der rechten Seite erzeugt wird, verschieben sich also nicht relativ in Querrichtung aufgrund der ungeraden Aberration.
Aus der oben gegebenen Beschreibung ergibt sich, daß die ungerade Aberration keinen Beitrag zur Messung der optimalen Fokusposition gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fokusüberwachung leistet.
Wie oben beschrieben, wird die optimale Fokusposition alleine durch die gerade Aberration bestimmt, selbst wenn die ungerade Aberration existiert, und die optimale Fokusposition des Bildes, das von der Gesamtbeleuchtung herresultiert, und die Substratposition in z-Richtung fallen zusammen, wobei die relative Positionsverschiebung zwischen den jeweiligen Mustern, die von der halben Beleuchtung auf der linken Seite und der halben Beleuchtung auf der rechten Seite herresultieren, gleich 0 wird, wie gemäß dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel.
Als nächstes werden die Wirkungen der Fokusüberwachung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Fokusüberwachung beschrieben.
Fig. 45 zeigt ein Diagramm des Verhaltens von Übertragungspositionen des Maskenmusters bei dem Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn nur die gerade Aberration existiert, wobei die Querverschiebung der Bildmuster, die durch die Halbbeleuchtung auf der linken Seite und die Halbbeleuchtung auf der rechten Seite gebildet werden, als Funktion der Höhe (Abstand gegenüber dem optischen System) auf der Oberfläche des übertragenen Substrates gezeigt sind.
In Fig. 45 zeigen eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine gestrichelte Linie, die von oben links nach unten rechts verlaufen, die Positionen der Bilder, die von der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultieren, während eine durchgezogene Linie, eine gepunktete Linie und eine gestrichelte Linie a, die sich von oben rechts nach unten links erstrecken, Linien sind, die die Positionen der Bilder zeigen, die von der halben Beleuchtung auf der rechten Seite herresultieren. Für den Fall, daß die gerade Aberration existiert, ändert sich die Höhe, wobei die Querverschiebung des Musters 0 wird, in gleicher Weise für das Muster, das von der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultiert, und das Muster, das von halben Beleuchtung auf der rechten Seite herresultiert.
Aus Fig. 46 wird deutlich, daß die Position des optimalen Fokus von der Substrathöhe gefunden werden kann, wobei die relative Verschiebung 0 wird.
In Fig. 47 wird entweder das Muster, das von der halben Beleuchtung auf der rechten Seite herresultiert oder das Muster, das von der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultiert, mit gleichem Betrag und in gleicher Richtung aufgrund der ungerade Aberration verschoben. Folglich wird für den Fall, daß die ungerade Aberration existiert, eine Bedingung erhalten, bei der der optimale Fokus um einen spezifischen Betrag nach oben oder unten in der Figur verschoben ist, im Vergleich zu dem Fall, bei dem die gerade Aberration alleine vorhanden, wie in Fig. 45 gezeigt.
Darüber hinaus wird die gegenseitige Positionsverschiebung der Muster, die von den jeweiligen Halbbeleuchtungen auf der rechten Seite und der linken Seite herresultiert, die experimentell gemessen wird, gleich wie für den Fall, daß keine ungerade Aberration vorhanden ist, da das Muster, das von der halben Beleuchtung auf der rechten Seite und das Muster, das von der halben Beleuchtung auf der linken Seite herresultiert, in gleicher Weise gemäß dem Betrag der Aberration verschoben sind, wie in Fig. 48 gezeigt.
Das Verhalten des eigentlichen Übertragungsmusters, das zu dem Verhalten der oben beschriebenen Fokusüberwachung korrespondiert, ist in den Fig. 49A und 49B gezeigt, wobei ein Beispiel der CD (kritische Abmessung)-Fokus-Eigenschaften gezeigt ist.
Wie in Fig. 49A gezeigt, ist die Gesamtbeleuchtung die gleiche wie die gleichzeitige Beleuchtung des Musters 5b₃ der oben beschriebenen halben Beleuchtung auf der rechten Seite und der halben Beleuchtung auf der linken Seite. In diesem Fall, wie in Fig. 49B gezeigt, ergibt sich, daß die Position des optimalen Fokus, für den Fall, daß die gerade Aberration existiert, in der Richtung der optimalen Achse (z-Richtung) schwankt, verglichen zu dem Fall, bei dem die gerade Aberration nicht existiert. Obwohl die optimale Fokusposition gefunden werden kann, indem die CD-Fokuseigenschaften in der oben genannten Weise verwendet werden, ist es notwendig, zum Beispiel die Peakposition derartiger schwacher Eigenschaften zu finden, so daß ein großer Arbeitsaufwand erforderlich ist und die Genauigkeit reduziert wird.
Selbst für den Fall, daß die Belichtung durch Verwendung der Halbbeleuchtungen auf der linken und rechten Seite durchgeführt wird, fällt die Position des optimalen Fokus mit der optimalen Fokusposition der eigentlichen Übertragung, die von der Gesamtbeleuchtung herresultiert, zusammen. Folglich kann die optimale Fokusposition der eigentlichen Übertragung, die von der Gesamtbeleuchtung herresultiert, gefunden werden, indem die Halbbeleuchtungen auf der linken und rechten Seite verwendet werden. Obwohl die Position des optimalen Fokus bei der eigentlichen Übertragung gefunden werden muß, im Gegensatz zu den Bildern für den Fall, daß sie von dem eigentlichen Übertragungsmuster gefunden werden muß, kann sie von der relativen Positionsverschiebung der zwei Bilder der Muster bestimmt werden, indem das Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß diesem Ausführungsbeispiel Verwendet wird, und folglich wird ein Finden in einfacher Art und Weise mit hoher Genauigkeit möglich, verglichen mit dem Fall, bei dem das Bestimmen aus dem eigentlichen Übertragungsmuster erfolgt.
Obwohl in dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel der Fall beschrieben ist, bei dem das Aperturmuster 5d eine Viereckform (Quadratform) auf der Rückseite der Fotomaske aufweist, ist die Form des Rückseitenmusters nicht darauf beschränkt, sondern es kann vielmehr ein Muster verwendet werden, wie es zum Beispiel in dem folgenden achten Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

Achtes Ausführungsbeispiel

In den Fig. 50A, 50B und 51 unterscheidet sich eine Fotomaske 5 gemäß diesem Ausführungsbeispiel von der Fotomaske 5 nach den Fig. 36A, 36B und 37 dadurch, daß ein Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, in einer Viereckform (zum Beispiel Quadratform) ausgebildet ist, und dadurch, daß es aus einem lichtblockierenden Film 5c als Rückseitenmuster gebildet ist.
Für den Fall, daß dieses Muster 5d, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, in einer Quadratform gebildet ist, sind zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung jeweils an Stellen auf der Vorderseite angeordnet, die den Mittelpunkten (c3, c4) der zwei gegenüberliegenden Seiten des oben genannten Quadrates direkt gegenüberliegt.
Im übrigen ist der Aufbau im wesentlichen gleich dem oben beschriebenen Aufbau nach den Fig. 36A, 36B und 37, und folglich werden für gleiche Elemente gleiche Bezugsziffern verwendet, und nicht noch einmal erklärt.
Der Wert von sin(tan^-1(a/D)) ist vorzugsweise größer als das zweifache des INA-Wertes, wobei die Länge einer Seite des Quadrates des oben genannten Musters, das einen lichtblockierenden Film erlaubt, auf der Rückseite gleich a ist. Folglich kann die Einfallswinkelkomponente der Beleuchtung auf der Seite, wo ein lichtblockierendes Muster existiert, vollständig blockiert werden, so daß die Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung nicht erreicht werden.
Der Wert von sin(tan^-1(a/D)) ist vorzugsweise kleiner als das dreifache des INA-Wertes. Für den Fall, daß der Wert sin(tan^-1(a/D)) das dreifache des INA-Wertes ist oder größer, wird das lichtblockierende Muster groß, obwohl dies nicht notwendig ist, und die Abmessungen der Einheitsmaskenstrukturen Q zur Fokusüberwachung werden groß, so daß eine große Anzahl von oben beschriebenen Strukturen Q nicht auf der Maske gebildet werden kann, und folglich ist es wünschenswert, den oben genannten Wert zu verdreifachen oder kleiner zu machen.
Jedes der Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung kann mit der Halbbeleuchtung, wie in Fig. 51 gezeigt, mit der in den Fig. 50A, 50B und 51 gezeigten Fotomaske bestrahlt werden. Folglich ist es möglich, eine Fokusüberwachung in der gleichen Weise durchzuführen, wie mit der in den Fig. 36A, 36B und 37 gezeigten Fotomaske 5.
Obwohl in den oben beschriebenen ersten bis achten Ausführungsbeispielen das Muster 5b₁ zur Positionsmessung ein Quadrataperturmuster ist, das als ein Innenschachtelmuster verwendet wird, während das Muster 5b₂ zur Positionsmessung ein Aperturmuster in einer Quadratrahmenform ist, das als ein Außenschachtelmuster verwendet wird, sind die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung nicht auf diese Formen beschränkt.
Die zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung können Linienmuster sein, die einen lichtblockierenden Film aufweisen, der in einer Quadratrahmenform verbleibt, wie in Fig. 52 gezeigt, oder Abstandsmuster, die mit Aperturen in Quadratrahmenformen gebildet sind, wie in Fig. 53 gezeigt, oder Muster, bei denen eine Mehrzahl von Lochmustern in einer Quadratform angeordnet ist, wie in Fig. 54 gezeigt.
Darüber hinaus ist in den ersten bis achten Ausführungsbeispielen die Größe S des Musters am Schachtelrand mindestens des Innenschachtelmusters oder des Außenschachtelmusters, vorzugsweise S = k₁ × λ/NA (0,3 < k₁ < 0,6), wobei k₁ eine Konstante ist, die von dem Resistprozeß und den Bilderzeugungsbedingungen abhängt, λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes und NA die numerische Apertur. Folglich wird entsprechend der eigentlichen Vorrichtung eine Messung des Fokus möglich.
Darüber hinaus kann eine Mehrzahl von Fokusüberwachungs- Einheitsmaskenstrukturen Q, die mit zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung, wie in den Fig. 4A und 4B gezeigt, bereitgestellt sind, und das Aperturmuster 5d auf der Rückseite der Fotomaske in der Fotomaske 5, wie in Fig. 55 gezeigt, angeordnet sein. In diesem Fall ist der Abstand P zwischen den Fokusüberwachungs-Einheitsmaskenstrukturen Q vorzugsweise nicht kleiner als 8 mm und nicht größer als 20 mm, da eine derartige Anordnung eine sequentielle Messung der Fokusverteilung innerhalb des Belichtungsfeldes ermöglicht.
Gemäß dem ersten bis achten Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus der Abstand M zwischen zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung vorzugsweise größer als das 0,5fache, und kleiner als das vierfache des Produktes (= INA-Wert × D) des INA-Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der der Betrag der Beleuchtungsstreuung ist, mit D, wenn D die Dicke des Substrats ist, NA die numerische Apertur und σ die Kohärenz, die der Interferenzindikator des Belichtungslichtes ist. Folglich können die Muster zur Positionsmessung entsprechend bestrahlt werden. Für den Fall, daß der Abstand M zwischen den zwei Mustern zur Positionsmessung das 0,5fache des INA-Wertes × D ist oder weniger, kann die Differenz der Einfallswinkel des Belichtungslichtes, mit dem die zwei Muster zur Positionsmessung bestrahlt werden, nicht ausreichend sichergestellt werden. Darüber hinaus ist eine Vergrößerung des Abstandes M zwischen den zwei Mustern zur Positionsmessung auf das vierfache des INA- Wertes × D oder größer im wesentlichen bedeutungslos, und eine große Anzahl von Strukturen nicht auf dar Maske angeordnet werden kann, da die Einheitsmaskenstrukturen zur Fokusüberwachung zu groß werden.
Darüber hinaus, wie in Fig. 14 gezeigt, ist der maximale Wert Lmax des Abstandes zwischen willkürlichen Maskenstrukturen N zur Korrektur des Betrages der Waferpositionsverschiebung größer als der halbe Durchmesser der Längsrichtung der Belichtungsregion für eine Belichtung, wenn das Muster auf das fotoempfindliche Material übertragen wird. Folglich kann für den Fall, daß die Belichtungsregion für eine Belichtung belichtet wird, während eine Verschiebung in Rotationsrichtung erfolgt, die Detektionsempfindlichkeit der Verschiebung in Rotationsrichtung vergrößert werden.
Gemäß dem ersten bis achten Ausführungsbeispiel erfolgt darüber hinaus der Schritt zum Messen des Abstandes zwischen den jeweiligen Bildmustern der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen werden, vorzugsweise unter Verwendung einer Überlagerungsinspektionseinheit zur Untersuchung der Positionsverschiebung der Überlagerung, indem die Bilder der zwei Bildmuster verarbeitet werden, die eingelesen worden sind. Dadurch kann die Positionsverschiebung mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Gemäß dem ersten bis achten Ausführungsbeispiel erfolgt darüber hinaus der Schritt zum Messen des Abstandes zwischen den gegenseitigen Bildmustern der zwei Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen worden sind, vorzugsweise durch Überwachung der Positionen der zwei Bildmuster mittels eines Elektronenmikroskopes vom Abtasttyps. Folglich kann die Positionsverschiebung einfach gemessen werden.
Gemäß dem ersten bis achten Ausführungsbeispiel sind die zwei. Muster 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung vorzugsweise derart aufgebaut, daß das Bildmuster mindestens von zwei Mustern 5b₁ und 5b₂ zur Positionsmessung mittels eines Musterpositionsmeßmechanismus lesbar wird, der in die Belichtungseinheit integriert ist. Folglich wird ein Messen einer einfach aufgebauten Einheit möglich.
Obwohl in der oben gegebenen Beschreibung eine Zonenbeleuchtungsblende als Beleuchtungsblende 14 beschrieben ist, ist die Beleuchtungsblende 14 nicht darauf beschränkt, sondern kann eine modifizierte Beleuchtung, wie etwa eine Vierfachpolarbeleuchtung(sblende) ("quadruple polar illumination diaqhram") oder eine herkömmliche Beleuchtung oder eine andere Zonenbeleuchtung sein.
Eine eigentliche Übertragung kann mit einem präzisen Fokus in Bezug auf die Ergebnisse, die gemäß dem ersten bis sechsten Ausführungsbeispielen erhalten werden, erfolgen.
Das Fotoresist auf der Waferoberfläche wird nach der Belichtung mit dem optimalen Fokus, der gemäß dem Verfahren zur Fokusüberwachung nach den oben beschriebenen siebten und achten Ausführungsbeispielen erhalten wird, entwickelt, wodurch das Fotoresist derart gemustert wird, daß Prozesse, wie etwa Ätzen oder Ioneninjektion, auf den Film angewendet werden können, der die untere Schicht des Resistmusters ist, indem das Resistmuster derart verwendet wird, um eine gewünschte Halbleitervorrichtung mit hoher Genauigkeit herzustellen.
Durch Verwendung eines Verfahrens zur Fokusüberwachung gemäß der Erfindung können darüber hinaus andere Vorrichtung (Einheiten), wie etwa ein Dünnfilmmagnetkopf oder ein Flüssigkristallanzeigeelement zusätzlich zu einer Halbleitervorrichtung mit hoher Genauigkeit gebildet werden.
Obwohl die Erfindung im einzelnen beschrieben und dargestellt wurde, ist es selbstverständlich, daß dies nur beispielhaft ist, und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

1. Fotomaske zur Fokusüberwachung, die zur Fokusüberwachung verwendet wird, bei der die Position einer belichteten Oberfläche eines optischen Systems gemessen wird, um den Fokus eines optischen Bildes auf der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Musterbelichtung einzustellen, enthaltend:
ein Substrat (5a), durch das ein Belichtungslicht verlaufen kann, und Einheitsmaskenstrukturen (Q) zur Fokusüberwachung,
wobei eine Einheitsmaskenstruktur (Q) zur Fokusüberwachung zwei Muster (5b₁ und 5b₂) zur Positionsmessung zur Messung der gegenseitigen Positionsbeziehung, die auf der Oberfläche des Substrates (5a) gebildet ist, und
einen lichtblockierenden Film (5c) enthält, der auf der Rückseite des Substrates (5a) gebildet ist und ein Rückseitenmuster (5d) aufweist, um die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in den zwei Mustern (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung verläuft, im wesentlichen zu differenzieren, wobei L/λ gleich 10 oder größer ist, die Abmessung des Rückseitenmusters (5d) gleich L und die Wellenlänge des Belichtungslichtes gleich λ.

2. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 1, wobei das Rückseitenmuster (5d), das auf dem lichtblockierendem Film (5c) gebildet ist, derart ist, daß ein Teil des Belichtungslichtes, das in mindestens einem der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung verläuft, blockiert wird, für den Fall, daß der lichtblockierende Film (5c) nicht gebildet ist, und nur der verbleibende Teil des Belichtungslichtes ein Hindurchverlaufen erlaubt.

3. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Rückseitenmuster (5d) eine Gruppe von Mustern ist, die von den zwei Musters (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung gemeinsam verwendet werden.

4. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 3, wobei das Rückseitenmuster (5d) ein Viereckaperturmuster ist.

5. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 4, wobei das Viereckaperturmuster (5d) ein Quadrataperturmuster ist.

6. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 5, wobei die zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung jeweils an denjenigen Positionen der Oberfläche positioniert sind, die dem Mittelpunkt (c3, c4) jedes der zwei gegenüberliegenden Seiten des Quadrataperturmusters (5d) direkt gegenüberliegen.

7. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 6, wobei der Wert von sin(tan^-1(a/D)) größer ist als das 2,0fache des INA- Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der die Beleuchtungsstreuung repräsentiert, wobei a eine Länge einer Seite des Quadrataperturmusters (5d) des Rückseitenmusters ist, D die Dicke des Substrates (5a), NA die numerische Apertur und σ die Kohärenz als Index der Interferenz des Belichtungslichtes.

8. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 3, wobei das Rückseitenmuster (5d) ein Viereckmuster ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt.

9. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 8, wobei das Viereckmuster (5d), das einen Verbleib des lichtblockierenden Filmes erlaubt, ein Quadratmuster ist, das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt.

10. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 9, wobei die zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung jeweils an denjenigen Positionen der Oberfläche positioniert sind, die dem Mittelpunkt jedes der zwei gegenüberliegenden Seiten des Quadratmusters (5d), das den Verbleib eines lichtblockierenden Filmes erlaubt, direkt gegenüberliegen.

11. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach Anspruch 10, wobei der Wert von sin(tan^-1(a/D)) größer ist als das 2,0fache des INA- Wertes (= NA × σ/Projektionsvergrößerung), der die Beleuchtungsstreuung repräsentiert, wobei a die Länge einer Seite des Quadratmusters (5d) ist, das einen Verbleib eines lichtblockierenden Filmes des Rückseitenmusters erlaubt, D die Dicke des Substrates (5), NA die numerische Apertur und σ die Kohärenz als Index der Interferenz des Belichtungslichtes.

12. . Fotomaske zur Fokusüberwachung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eines der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung ein Innenschachtelmuster einer Schachtel-in- Schachtel Markierung ist, und das andere der zwei Muster zur Positionsmessung ein Außenschachtelmuster.

13. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, ferner mit einer Maskenstruktur (N) zur Korrektur der Waferpositionsverschiebung, mit zwei zusätzlichen Mustern (5e₁, 5e₂) zur Positionsmessung, um die gegenseitige Positionsbeziehung zu messen, die auf der Oberfläche des Substrats (5a) gebildet ist, und den Mustern, die auf dem lichtblockierenden Film (5c), der auf der Rückseite des Substrates (5a) gebildet ist, um die Einfallsrichtungen des Belichtungslichtes, das in die zwei zusätzlichen Muster (5e₁, 5e₂) zur Positionsmessung eintritt, im wesentlichen auszugleichen.

14. Fotomaske zur Fokusüberwachung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Mehrzahl der Einheitsmaskenstrukturen (Q) zur Fokusüberwachung auf dem Substrat (5a) gebildet ist, und der Abstand zweier angrenzender Einheitsmaskenstrukturen (Q) zur Fokusüberwachung nicht kleiner als 8 mm und nicht größer als 20 mm ist.

15. Verfahren zur Fokusüberwachung, das zur Fokusüberwachung verwendet wird, die die Position einer belichteten Oberfläche in einem optischen System mißt, um den Fokus eines optischen Bildes auf der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Musterbelichtung einzustellen,
wobei die Fokusüberwachung erfolgt, indem die Eigenschaften verwendet werden, bei denen ein Bild des Musters einer Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung, das auf dem fotoempfindlichen Material (21b) gebildet wird, indem die Fotomaske (5) mit Belichtungslicht bestrahlt wird, in die Richtung senkrecht zur optischen Achse bewegt wird, wenn das fotoempfindliche Material (21b) in Richtung der optischen Achse bewegt wird,
wobei die Fotomaske zur Fokusüberwachung ein Substrat (5a) enthält, das ein Hindurchverlaufen des Belichtungslichtes erlaubt, und Einheitsmaskenstrukturen (Q) zur Fokusüberwachung,
wobei die Einheitsmaskenstruktur (Q) zur Fokusüberwachung
zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung zur Messung der gegenseitigen Positionsbeziehung, die auf der Oberfläche des Substrates (5a) gebildet ist, und
einen lichtblockierenden Film (5c) enthält, der auf der Rückseite des Substrates (5a) gebildet ist, und der ein Rückseitenmuster (5d) aufweist, um die Einfallsrichtungen (5a) des Belichtungslichtes, das durch die zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung verläuft, relativ zu dem Substrat im wesentlichen zu differenzieren, und
wobei L/λ gleich 10 oder größer ist, wobei L die Abmessung des Rückseitenmusters (5d) ist, und λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes.

16. Verfahren zur Fokusüberwachung nach Anspruch 15, mit den Schritten:
Verwenden eines Fotoresists als fotoempfindliches Material (21b) für das Substrat (21a);
Belichten des verwendeten Fotoresists (21b) mit Bildern der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung der Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung;
Mustern des belichteten Fotoresists (21b) durch Entwicklung derart, daß ein Resistmuster gebildet wird; und
Fokusüberwachen basierend auf dem gegenseitigen Abstand zwischen Bildmustern der jeweiligen zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung, die auf das Resistmuster übertragen worden sind.

17. Verfahren zur Fokusüberwachung nach Anspruch 16, wobei der Schritt zum Belichten des verwendeten Fotoresists (21b) mit den Bildern der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung der Fotomaske zur Fokusüberwachung
einen ersten Belichtungsschritt enthält zum Belichten des Fotoresists (21b) mit Bildern der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung der Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung;
einen Schritt zum Bewegen des Substrates (21a), für das das Fotoresist (21b) angewendet wird, in der Richtung senkrecht zur Richtung der optischen Achse; und
einen zweiten Belichtungsschritt zum Belichten des Fotoresists (21b) mit Bildern der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung der Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung,
wobei das jeweilige eine der Bilder der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung, mit dem das Fotoresist (21b) beim zweiten Belichtungsschritt belichtet wird, das jeweilige andere der Bilder der zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung, das beim ersten Belichtungsschritt auf das Fotoresist (21b) belichtet wird, überlagert.

18. Einheit zur Fokusüberwachung, die zur Fokusüberwachung verwendet wird, die die Position einer belichteten Oberfläche in einem optischen System mißt, um den Fokus eines optischen Bildes auf der belichteten Oberfläche zum Zeitpunkt der Musterbelichtung einzustellen, mit:
einer Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung, auf der ein Muster gebildet ist;
einem optischen Beleuchtungssystem zur Beleuchtung der Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung mit Belichtungslicht; und
einem optischen Projektionssystem zur Projektion eines Bildes des Musters der Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung auf ein fotoempfindliches Material,
wobei die Fotomaske (5) zur Fokusüberwachung ein Substrat (5a) enthält, das ein Hindurchverlaufen des Belichtungslichtes erlaubt, und Einheitsmaskenstrukturen (Q) zur Fokusüberwachung,
wobei die Einheitsmaskenstruktur (Q) zur Fokusüberwachung zwei Muster (5b₁, 5b₂) enthält zur Positionsmessung zur Messung der gegenseitigen Positionsbeziehung, die auf der Oberfläche des Substrates (5a) gebildet ist, und
einen lichtblockierenden Film (5c), der auf der Rückseite des Substrates (5a) gebildet ist und ein Rückseitenmuster (5d) aufweist, um die Einfallsrichtungen relativ zum Substrat (5a) des Belichtungslichtes, das in die zwei Muster (5b₁, 5b₂) zur Positionsmessung eintritt, im wesentlichen zu differenzieren,
wobei L/λ gleich 10 oder größer ist, und L die Abmessung des Rückseitenmusters (5d) ist, und λ die Wellenlänge des Belichtungslichtes.

19. Verfahren zur Herstellung einer Einheit, wobei das Verfahren zur Fokusüberwachung gemäß irgendeinem der Ansprüche 15 bis 17 verwendet wird.