JP2003142385A - 露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法Info
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速
に、高い精度で、かつ容易に調べることができる露光装
置の検査方法を提供する。 【解決手段】マスク１に、線幅ＷＴが０．１５μｍの線
形状の第１マスクパターン４ａ、このパターン４ａに平
行な線幅ＷＦが１．０μｍの線形状の第２マスクパター
ン４ｂからなるマスクパターン４を形成する。露光装置
５の二次光源面側に照明アパーチャー１２を配置して、
照明光源６を光軸１６から実質的に０．３σ分ずらした
軸外れ状態でマスク１を照明し、各パターン４ａ，４ｂ
の像を半導体基板１３上のフォトレジスト１７に露光投
影して転写した後、現像して第１および第２のレジスト
パターン１４ａ，１４ｂを形成する。各レジストパター
ン１４ａ，１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定し、各マスク
パターン４ａ，４ｂの相対距離Ｄ１Ｍとの差を求めて、
半導体基板１３のディフォーカス量ｄを求める。
に、高い精度で、かつ容易に調べることができる露光装
置の検査方法を提供する。 【解決手段】マスク１に、線幅ＷＴが０．１５μｍの線
形状の第１マスクパターン４ａ、このパターン４ａに平
行な線幅ＷＦが１．０μｍの線形状の第２マスクパター
ン４ｂからなるマスクパターン４を形成する。露光装置
５の二次光源面側に照明アパーチャー１２を配置して、
照明光源６を光軸１６から実質的に０．３σ分ずらした
軸外れ状態でマスク１を照明し、各パターン４ａ，４ｂ
の像を半導体基板１３上のフォトレジスト１７に露光投
影して転写した後、現像して第１および第２のレジスト
パターン１４ａ，１４ｂを形成する。各レジストパター
ン１４ａ，１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定し、各マスク
パターン４ａ，４ｂの相対距離Ｄ１Ｍとの差を求めて、
半導体基板１３のディフォーカス量ｄを求める。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体リソグラフ
ィー工程に用いられる露光装置の光学系の状態を検査す
る方法、焦点位置を補正する露光方法、ならびに露光装
置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
ィー工程に用いられる露光装置の光学系の状態を検査す
る方法、焦点位置を補正する露光方法、ならびに露光装
置を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的な光リソグラフィー工程におい
て、投影露光装置（ステッパー）を用いて微細なレジス
トパターンを形成する場合には、露光装置の光学系の状
態、特に露光装置の焦点位置（フォーカス位置）が適正
な状態に設定されていないと、いわゆるフォーカスぼけ
状態になり易く、所望通りの微細パターンを形成するこ
とが困難になる。ことに、近年、転写パターンのさらな
る微細化が進むにつれて、露光装置の焦点位置の設定精
度が非常に重要となっている。
て、投影露光装置（ステッパー）を用いて微細なレジス
トパターンを形成する場合には、露光装置の光学系の状
態、特に露光装置の焦点位置（フォーカス位置）が適正
な状態に設定されていないと、いわゆるフォーカスぼけ
状態になり易く、所望通りの微細パターンを形成するこ
とが困難になる。ことに、近年、転写パターンのさらな
る微細化が進むにつれて、露光装置の焦点位置の設定精
度が非常に重要となっている。
【０００３】例えば、デザインルールが０．１３μｍの
半導体デバイスでは、焦点深度が０．５μｍ未満であ
る。この場合、焦点位置の設定精度は、焦点深度の１０
分の１よりも高い精度で設定できることが望ましい。し
たがって、少なくとも０．０５μｍの精度で焦点位置を
設定する必要がある。また、言うまでもなく、その設定
は単に繰り返し精度が良いだけではなく、真の焦点位置
を精度良く測定できなければ意味が無い。このように、
デザインルールが０．１３μｍの半導体デバイスを製造
する場合には、少なくとも０．０５μｍの精度で露光装
置の焦点位置を測定したり、あるいはモニタリングした
りできることが重要である。
半導体デバイスでは、焦点深度が０．５μｍ未満であ
る。この場合、焦点位置の設定精度は、焦点深度の１０
分の１よりも高い精度で設定できることが望ましい。し
たがって、少なくとも０．０５μｍの精度で焦点位置を
設定する必要がある。また、言うまでもなく、その設定
は単に繰り返し精度が良いだけではなく、真の焦点位置
を精度良く測定できなければ意味が無い。このように、
デザインルールが０．１３μｍの半導体デバイスを製造
する場合には、少なくとも０．０５μｍの精度で露光装
置の焦点位置を測定したり、あるいはモニタリングした
りできることが重要である。
【０００４】以上、具体例を挙げて簡潔に説明したよう
に、例えば露光による転写パターンから露光装置の焦点
位置を正確にモニタリングしようとする技術が各種開発
されている。
に、例えば露光による転写パターンから露光装置の焦点
位置を正確にモニタリングしようとする技術が各種開発
されている。
【０００５】例えば、それらのうちの一つに、位相シフ
トパターンを用いたモニタリング技術がある。その代表
的な例が、International Business Machine Corporati
on（ＩＢＭ社）のTimothy Brunnerらによって、Prco. S
PIE vol. 2726(’96)の２３６ページに発表されてい
る。
トパターンを用いたモニタリング技術がある。その代表
的な例が、International Business Machine Corporati
on（ＩＢＭ社）のTimothy Brunnerらによって、Prco. S
PIE vol. 2726(’96)の２３６ページに発表されてい
る。
【０００６】この方法は、図３０に示すような断面構造
を有する原板マスク４０１を用いるものである。原板マ
スク４０１は、光透過性を有するマスク本体４０２およ
びクロム製の遮光体４０３などから構成されており、マ
スク本体４０２の一主面上には、露光により半導体基板
上に転写される図示しないモニタリング用のマスクパタ
ーンが形成されている。マスク本体４０２は、図３０に
その断面構造を示すように、基準面４０２ａと、これと
は位相が９０°異なる（シフトされた）面（位相シフタ
ー）４０２ｂとを有し、これら基準面４０２ａと位相シ
フター面４０２ｂとの境界領域に遮光体４０３が配置さ
れている。またさらに、基準面４０２ａ上には図示しな
い基準パターンが配置されている。
を有する原板マスク４０１を用いるものである。原板マ
スク４０１は、光透過性を有するマスク本体４０２およ
びクロム製の遮光体４０３などから構成されており、マ
スク本体４０２の一主面上には、露光により半導体基板
上に転写される図示しないモニタリング用のマスクパタ
ーンが形成されている。マスク本体４０２は、図３０に
その断面構造を示すように、基準面４０２ａと、これと
は位相が９０°異なる（シフトされた）面（位相シフタ
ー）４０２ｂとを有し、これら基準面４０２ａと位相シ
フター面４０２ｂとの境界領域に遮光体４０３が配置さ
れている。またさらに、基準面４０２ａ上には図示しな
い基準パターンが配置されている。
【０００７】以上簡潔に説明した原板マスク４０１を用
いて、マスクパターンを半導体基板上に露光する。この
際、半導体基板の位置、すなわち図示しない露光装置の
焦点（フォーカス）が最良のフォーカス位置（ベストフ
ォーカス位置）からずれていると、基準面４０２ａと位
相シフター面４０２ｂとの境界領域に形成されているマ
スクパターン（遮光体）４０３と、基準面４０２ａ上の
図示しない基準パターンとの半導体基板上に転写される
相対的な位置が変化する。この場合、半導体基板のベス
トフォーカス位置からのずれ量と、上記相対的な位置ず
れ量とは、互いに略線形性の関係を有していることが分
かっている。Timothy Brunnerらによって提案されてい
るこの方法は、各転写パターンの位置ずれ量を、例えば
いわゆる合わせずれ検査装置などで読み取り、その結果
を前述した線形関係に適用することにより、露光装置の
フォーカス位置を正確にモニタリングしようとするもの
である。
いて、マスクパターンを半導体基板上に露光する。この
際、半導体基板の位置、すなわち図示しない露光装置の
焦点（フォーカス）が最良のフォーカス位置（ベストフ
ォーカス位置）からずれていると、基準面４０２ａと位
相シフター面４０２ｂとの境界領域に形成されているマ
スクパターン（遮光体）４０３と、基準面４０２ａ上の
図示しない基準パターンとの半導体基板上に転写される
相対的な位置が変化する。この場合、半導体基板のベス
トフォーカス位置からのずれ量と、上記相対的な位置ず
れ量とは、互いに略線形性の関係を有していることが分
かっている。Timothy Brunnerらによって提案されてい
るこの方法は、各転写パターンの位置ずれ量を、例えば
いわゆる合わせずれ検査装置などで読み取り、その結果
を前述した線形関係に適用することにより、露光装置の
フォーカス位置を正確にモニタリングしようとするもの
である。
【０００８】この方法によれば、半導体基板の位置を色
々変えて露光した複数の転写パターンを検査することに
より、露光装置のベストフォーカス位置を求めるという
作業を行う必要が無くなる。すなわち、露光装置のフォ
ーカス位置を測定する検査パターンを一度の露光で形成
し、この検査パターンを測定することによって露光装置
の最良のフォーカス位置を求めることができる。
々変えて露光した複数の転写パターンを検査することに
より、露光装置のベストフォーカス位置を求めるという
作業を行う必要が無くなる。すなわち、露光装置のフォ
ーカス位置を測定する検査パターンを一度の露光で形成
し、この検査パターンを測定することによって露光装置
の最良のフォーカス位置を求めることができる。
【０００９】また最近、前述したTimothy Brunnerらの
モニタリング方法と同様に、合わせずれ検査装置を用い
てパターンの位置ずれ量を測定することにより露光装置
のフォーカス位置をモニタリングできる技術が、三菱電
気株式会社の中尾修治らによって、第４８回応用物理学
会関係連合会講演予稿集No.2（２００１年３月）の７３
３ページに発表された。この技術は、前述したように位
相シフター４０２ｂが形成されている特殊なマスクでは
なく、検査用のマスクパターンが通常のクロムによる遮
光膜パターンのみで形成されている一般的なマスクを用
いて露光装置のフォーカス位置をモニタリングできるも
のである。
モニタリング方法と同様に、合わせずれ検査装置を用い
てパターンの位置ずれ量を測定することにより露光装置
のフォーカス位置をモニタリングできる技術が、三菱電
気株式会社の中尾修治らによって、第４８回応用物理学
会関係連合会講演予稿集No.2（２００１年３月）の７３
３ページに発表された。この技術は、前述したように位
相シフター４０２ｂが形成されている特殊なマスクでは
なく、検査用のマスクパターンが通常のクロムによる遮
光膜パターンのみで形成されている一般的なマスクを用
いて露光装置のフォーカス位置をモニタリングできるも
のである。
【００１０】この方法は、露光装置の照明光源のコヒー
レンシーσを用いて光学的に規格化すると、図３１に示
すような大きさおよび形状に模式的に表すことができる
照明アパーチャー５０１を使用するものである。まず、
図示しない露光装置の照明光源の中心が実質的に露光装
置の光軸からはずれた、いわゆる軸はずれの位置に来る
ように、照明アパーチャー５０１を露光装置の二次光源
面側に配置する。そのような軸はずれの照明条件下で、
比較的大きい寸法、例えば２μｍのパターンを露光す
る。また、照明光源の中心が実質的に光軸の中心の位置
に来る照明条件下で同じく２μｍのパターンを露光す
る。ただし、それら２種類の異なる照明条件下で露光を
行う際に、露光した各パターンが、いわゆるボックス・
イン・ボックスの検査パターンになるように二重露光を
行う。より詳しく説明すると、軸はずれの照明条件下で
形成するパターンが内側ボックスに、また軸中心の照明
条件下で形成するパターンが外側ボックスになるような
設定で二重露光を行う。
レンシーσを用いて光学的に規格化すると、図３１に示
すような大きさおよび形状に模式的に表すことができる
照明アパーチャー５０１を使用するものである。まず、
図示しない露光装置の照明光源の中心が実質的に露光装
置の光軸からはずれた、いわゆる軸はずれの位置に来る
ように、照明アパーチャー５０１を露光装置の二次光源
面側に配置する。そのような軸はずれの照明条件下で、
比較的大きい寸法、例えば２μｍのパターンを露光す
る。また、照明光源の中心が実質的に光軸の中心の位置
に来る照明条件下で同じく２μｍのパターンを露光す
る。ただし、それら２種類の異なる照明条件下で露光を
行う際に、露光した各パターンが、いわゆるボックス・
イン・ボックスの検査パターンになるように二重露光を
行う。より詳しく説明すると、軸はずれの照明条件下で
形成するパターンが内側ボックスに、また軸中心の照明
条件下で形成するパターンが外側ボックスになるような
設定で二重露光を行う。
【００１１】軸はずれの照明条件下で露光したパターン
は、焦点位置のずれ量に応じて略線形性の関係を保持し
つつ位置ずれを起こすのに対し、軸中心の照明条件下で
露光したパターンは、焦点位置が変化しても位置ずれを
起こさない。そこで、この方法では、ボックス・イン・
ボックスの検査パターンの内側パターンと外側パターン
との相対的な位置ずれ量を合わせずれ検査装置で測定す
ることにより、露光した際の露光装置のフォーカス位置
を測定しようとするものである。
は、焦点位置のずれ量に応じて略線形性の関係を保持し
つつ位置ずれを起こすのに対し、軸中心の照明条件下で
露光したパターンは、焦点位置が変化しても位置ずれを
起こさない。そこで、この方法では、ボックス・イン・
ボックスの検査パターンの内側パターンと外側パターン
との相対的な位置ずれ量を合わせずれ検査装置で測定す
ることにより、露光した際の露光装置のフォーカス位置
を測定しようとするものである。
【００１２】この方法が実行可能である理由は、比較的
太いパターンを投影する場合、マスク上の太いパターン
を照明する光線は、マスクを透過する際に広い角度に広
がって回折することが殆どないので、略主光線付近の回
折光のみで投影することが可能なためである。また、こ
の方法においては、マスクに形成するパターンは通常用
いる遮光膜からなるパターンで十分であり、特殊な位相
シフトパターンである必要はない。
太いパターンを投影する場合、マスク上の太いパターン
を照明する光線は、マスクを透過する際に広い角度に広
がって回折することが殆どないので、略主光線付近の回
折光のみで投影することが可能なためである。また、こ
の方法においては、マスクに形成するパターンは通常用
いる遮光膜からなるパターンで十分であり、特殊な位相
シフトパターンである必要はない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】前述したTimothy Brun
nerらのモニタリング方法では、原板マスク４０１に
は、通常用いることがない９０°の位相ずれを起こさせ
るための位相シフター４０２ｂを形成する必要がある。
このため、マスクの製造コストが高くなってしまう。
nerらのモニタリング方法では、原板マスク４０１に
は、通常用いることがない９０°の位相ずれを起こさせ
るための位相シフター４０２ｂを形成する必要がある。
このため、マスクの製造コストが高くなってしまう。
【００１４】また、前述した三菱電気株式会社の中尾修
治らのモニタリング方法では、二重露光を行わなければ
検査パターン（測定用パターン）を転写できない。した
がって、この方法によるフォーカスモニターを量産現場
に適用すると、露光に掛かる時間が増加するため、生産
性が低下する。また、この方法でフォーカス位置を高精
度に測定するためには、測定用パターンの位置ずれ量を
数ｎｍの精度で読み取る必要がある。このため、二重露
光を行う際に、１度目の露光と２度目の露光との間でマ
スクおよび転写基板が動かないようにする必要がある。
このように数ｎｍの精度で読み取りが必要な場合におい
て、測定に必要な精度を確保するためには、さらにその
数分の一の位置精度、すなわち１ｎｍ以下の位置精度で
マスクおよび転写基板の位置を保持し続ける必要があ
る。ところが、そのような精度でマスクおよび転写基板
（受像体）の位置を保持し続けることは、現在の高い制
御技術をもってしても非常に困難である。
治らのモニタリング方法では、二重露光を行わなければ
検査パターン（測定用パターン）を転写できない。した
がって、この方法によるフォーカスモニターを量産現場
に適用すると、露光に掛かる時間が増加するため、生産
性が低下する。また、この方法でフォーカス位置を高精
度に測定するためには、測定用パターンの位置ずれ量を
数ｎｍの精度で読み取る必要がある。このため、二重露
光を行う際に、１度目の露光と２度目の露光との間でマ
スクおよび転写基板が動かないようにする必要がある。
このように数ｎｍの精度で読み取りが必要な場合におい
て、測定に必要な精度を確保するためには、さらにその
数分の一の位置精度、すなわち１ｎｍ以下の位置精度で
マスクおよび転写基板の位置を保持し続ける必要があ
る。ところが、そのような精度でマスクおよび転写基板
（受像体）の位置を保持し続けることは、現在の高い制
御技術をもってしても非常に困難である。
【００１５】さらに、以上説明したような問題がある
と、マスクパターンを適正な形状に転写することが困難
になったり、ひいては所望する性能を発揮できる良品な
半導体装置を製造することが困難になったりするおそれ
がある。
と、マスクパターンを適正な形状に転写することが困難
になったり、ひいては所望する性能を発揮できる良品な
半導体装置を製造することが困難になったりするおそれ
がある。
【００１６】本発明は、以上説明したような課題を解決
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、特殊なマスクを用いたり、あるいは煩雑な露光作業
を行ったりする必要がなく、かつ、マスクおよび受像体
の位置決め誤差を排除して、一般的な検査装置を用い
て、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高
い精度で、かつ容易に測定できる露光装置の検査方法を
提供することにある。また、適正な形状のマスクパター
ンの像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に
転写できる焦点位置を補正する露光方法を提供すること
にある。さらに、良品な半導体装置を低コストで、効率
よく、かつ容易に製造できる半導体装置の製造方法を提
供することにある。
するためになされたものであり、その目的とするところ
は、特殊なマスクを用いたり、あるいは煩雑な露光作業
を行ったりする必要がなく、かつ、マスクおよび受像体
の位置決め誤差を排除して、一般的な検査装置を用い
て、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、高
い精度で、かつ容易に測定できる露光装置の検査方法を
提供することにある。また、適正な形状のマスクパター
ンの像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に
転写できる焦点位置を補正する露光方法を提供すること
にある。さらに、良品な半導体装置を低コストで、効率
よく、かつ容易に製造できる半導体装置の製造方法を提
供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る露光装置の検査方法は、少なくとも一
組の互いに形状が異なる第１のマスクパターンおよび第
２のマスクパターンを含むマスクパターンが形成されて
いるマスクを露光装置の光軸からずれた方向から照明し
て、前記マスクパターンの像を受像体に向けて露光投影
し、前記受像体に露光投影された前記第１および第２の
各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することに
より、前記露光装置の光学系の状態を調べることを特徴
とするものである。
に、本発明に係る露光装置の検査方法は、少なくとも一
組の互いに形状が異なる第１のマスクパターンおよび第
２のマスクパターンを含むマスクパターンが形成されて
いるマスクを露光装置の光軸からずれた方向から照明し
て、前記マスクパターンの像を受像体に向けて露光投影
し、前記受像体に露光投影された前記第１および第２の
各マスクパターンの像同士の相対距離を測定することに
より、前記露光装置の光学系の状態を調べることを特徴
とするものである。
【００１８】この露光装置の検査方法においては、露光
装置の光軸からずれた方向から照明され、受像体に露光
投影された互いに形状が異なる第１および第２の各マス
クパターンの像同士の相対距離を測定する。したがっ
て、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの
煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マス
クおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、い
わゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用
いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相
対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べるこ
とができる。
装置の光軸からずれた方向から照明され、受像体に露光
投影された互いに形状が異なる第１および第２の各マス
クパターンの像同士の相対距離を測定する。したがっ
て、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの
煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マス
クおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、い
わゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用
いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相
対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べるこ
とができる。
【００１９】また、前記課題を解決するために、本発明
に係る焦点位置を補正する露光方法は、本発明に係る露
光装置の検査方法により前記露光装置が備える投影光学
系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記半
導体基板を前記露光装置の光軸方向に沿って移動させ
て、前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前
記感光性材料に前記マスクパターンの像を露光投影して
転写することを特徴とするものである。
に係る焦点位置を補正する露光方法は、本発明に係る露
光装置の検査方法により前記露光装置が備える投影光学
系の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて前記半
導体基板を前記露光装置の光軸方向に沿って移動させ
て、前記投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前
記感光性材料に前記マスクパターンの像を露光投影して
転写することを特徴とするものである。
【００２０】この焦点位置を補正する露光方法において
は、本発明に係る露光装置の検査方法により投影光学系
の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて半導体基
板を投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、感光性
材料にマスクパターンの像を露光投影して転写する。し
たがって、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光
などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。ま
た、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとと
もに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査
装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露光でき
る。
は、本発明に係る露光装置の検査方法により投影光学系
の焦点位置を測定し、その測定結果に基づいて半導体基
板を投影光学系の適正な焦点位置に配置した後、感光性
材料にマスクパターンの像を露光投影して転写する。し
たがって、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光
などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。ま
た、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除できるとと
もに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査
装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露光でき
る。
【００２１】また、前記課題を解決するために、本発明
に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置
の検査方法により前記露光装置の光学系の状態を調べ、
その結果に基づいて前記露光装置の光学系を適正な状態
に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられ
ている半導体基板を前記露光装置が備える投影光学系の
適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体
装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパ
ターンを形成する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置
の検査方法により前記露光装置の光学系の状態を調べ、
その結果に基づいて前記露光装置の光学系を適正な状態
に設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられ
ている半導体基板を前記露光装置が備える投影光学系の
適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体
装置製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパ
ターンを形成する工程を含むことを特徴とするものであ
る。
【００２２】また、前記課題を解決するために、本発明
に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置
の検査方法により前記投影光学系の焦点位置を測定し、
その測定結果に基づいて前記投影光学系の焦点位置を適
正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が
設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦
点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造
用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを
形成する工程を含むことを特徴とするものである。
に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る露光装置
の検査方法により前記投影光学系の焦点位置を測定し、
その測定結果に基づいて前記投影光学系の焦点位置を適
正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料が
設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦
点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造
用のマスクパターンの像を転写してレジストパターンを
形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２３】さらに、前記課題を解決するために、本発
明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る焦点位
置を補正する露光方法により前記投影光学系の焦点位置
を適正な状態に補正するとともに、一主面上に感光性材
料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正
な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置
製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパター
ンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
明に係る半導体装置の製造方法は、本発明に係る焦点位
置を補正する露光方法により前記投影光学系の焦点位置
を適正な状態に補正するとともに、一主面上に感光性材
料が設けられている半導体基板を前記投影光学系の適正
な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に半導体装置
製造用のマスクパターンの像を転写してレジストパター
ンを形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００２４】これらの半導体装置の製造方法において
は、本発明に係る露光装置の検査方法または本発明に係
る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系の焦
点位置を適正な状態に設定したり、あるいは補正したり
するなど、露光装置の光学系を適正な状態に設定すると
ともに、半導体基板を投影光学系の適正な焦点位置に配
置して、感光性材料に半導体装置製造用のマスクパター
ンの像を転写してレジストパターンを形成する。したが
って、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、
高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、適正な
露光状態でレジストパターンを形成できる。
は、本発明に係る露光装置の検査方法または本発明に係
る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系の焦
点位置を適正な状態に設定したり、あるいは補正したり
するなど、露光装置の光学系を適正な状態に設定すると
ともに、半導体基板を投影光学系の適正な焦点位置に配
置して、感光性材料に半導体装置製造用のマスクパター
ンの像を転写してレジストパターンを形成する。したが
って、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅速に、
高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、適正な
露光状態でレジストパターンを形成できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る露光装置の検
査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装
置の製造方法を、図１〜図２９に基づいて、第１〜第４
の各実施形態ごとに説明する。
査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装
置の製造方法を、図１〜図２９に基づいて、第１〜第４
の各実施形態ごとに説明する。
【００２６】（第１の実施の形態）先ず、本発明の第１
実施形態を詳述するのに先立って、一般的な露光装置の
構成の概略を、図１を参照しつつ説明する。図１におい
ては、様々な種類の露光装置の中から、いわゆるテレセ
ントリック光学系を有する縮小投影型の露光装置（ステ
ッパー）５を例に挙げて図示する。
実施形態を詳述するのに先立って、一般的な露光装置の
構成の概略を、図１を参照しつつ説明する。図１におい
ては、様々な種類の露光装置の中から、いわゆるテレセ
ントリック光学系を有する縮小投影型の露光装置（ステ
ッパー）５を例に挙げて図示する。
【００２７】露光装置５は、図１に示すように、所定波
長λを含む露光光７を発する光源（露光光源、照明光
源）６、この照明光源６が発した露光光７（照明光７
ａ）をマスクパターン４が形成されているマスク（レチ
クル）１に導く照明光学系８、マスク１を透過した露光
光７（透過光７ｂ）によるマスクパターン４の像を受像
体１３の一主面１３ａ上に導く投影光学系９などから構
成されている。また、照明光源６と照明光学系８との
間、つまり露光装置５の二次光源面側には、マスク１
（マスクパターン４）を実質的に露光装置５の光軸１６
からずれた方向から照明する状態を作り出すために、後
述する大きさおよび形状からなる照明アパーチャー１２
が配置される。
長λを含む露光光７を発する光源（露光光源、照明光
源）６、この照明光源６が発した露光光７（照明光７
ａ）をマスクパターン４が形成されているマスク（レチ
クル）１に導く照明光学系８、マスク１を透過した露光
光７（透過光７ｂ）によるマスクパターン４の像を受像
体１３の一主面１３ａ上に導く投影光学系９などから構
成されている。また、照明光源６と照明光学系８との
間、つまり露光装置５の二次光源面側には、マスク１
（マスクパターン４）を実質的に露光装置５の光軸１６
からずれた方向から照明する状態を作り出すために、後
述する大きさおよび形状からなる照明アパーチャー１２
が配置される。
【００２８】テレセントリック光学系を有する露光装置
５の場合、図１中一点鎖線で示すように、露光装置５の
光軸１６は一直線状になる。受像体１３は、マスクパタ
ーン４の像１４が露光投影される一主面１３ａが投影レ
ンズ１１に対向する姿勢で、露光装置５（投影光学系
９）の焦点位置（ｆ＝０）付近、すなわち投影レンズ１
１の焦点位置付近に配置される。なお、図１等において
は、露光光７の光線状態を理解し易くするために、露光
光７の光線状態は幾何光学的かつ模式的に図示してい
る。
５の場合、図１中一点鎖線で示すように、露光装置５の
光軸１６は一直線状になる。受像体１３は、マスクパタ
ーン４の像１４が露光投影される一主面１３ａが投影レ
ンズ１１に対向する姿勢で、露光装置５（投影光学系
９）の焦点位置（ｆ＝０）付近、すなわち投影レンズ１
１の焦点位置付近に配置される。なお、図１等において
は、露光光７の光線状態を理解し易くするために、露光
光７の光線状態は幾何光学的かつ模式的に図示してい
る。
【００２９】次に、本発明の第１実施形態に係る露光装
置の検査方法について、図１〜図１２を参照しつつ説明
する。
置の検査方法について、図１〜図１２を参照しつつ説明
する。
【００３０】先ず、露光装置５によるマスク１の照明に
ついて説明する。本実施形態においては、露光光７（照
明光７ａ）として、波長λが２４６ｎｍであるKrFエキ
シマレーザー光を用いる。また、露光装置５の投影光学
系９の開口数ＮＡｐは、０．６８に設定されているもの
とする。
ついて説明する。本実施形態においては、露光光７（照
明光７ａ）として、波長λが２４６ｎｍであるKrFエキ
シマレーザー光を用いる。また、露光装置５の投影光学
系９の開口数ＮＡｐは、０．６８に設定されているもの
とする。
【００３１】照明光学系８のコヒーレンシーσは、照明
光学系８の開口数をＮＡｉとすると、次に示す式（１）
で求めることができる。
光学系８の開口数をＮＡｉとすると、次に示す式（１）
で求めることができる。
【００３２】σ＝ＮＡｉ／ＮＡｐ…（１）
本実施形態においては、露光装置５の照明コヒーレンシ
ーσは、最大０．８５σまで拡大可能とする。また、本
発明に係る露光装置の検査方法においては、マスク１に
形成されているマスクパターン４を露光装置５の光軸１
６に沿った方向からずれた方向から照明する。本実施形
態においては、そのようないわゆる軸外れ状態での照明
（露光）を実現する際のσとして、０．３σの値を用い
ることとした。この軸外れ状態での照明を光学的に規格
化すると、照明光源６の光軸１６からのずれ量（軸外れ
量）と照明光源６の大きさとの関係は、図２に模式的に
示すように定義できる。
ーσは、最大０．８５σまで拡大可能とする。また、本
発明に係る露光装置の検査方法においては、マスク１に
形成されているマスクパターン４を露光装置５の光軸１
６に沿った方向からずれた方向から照明する。本実施形
態においては、そのようないわゆる軸外れ状態での照明
（露光）を実現する際のσとして、０．３σの値を用い
ることとした。この軸外れ状態での照明を光学的に規格
化すると、照明光源６の光軸１６からのずれ量（軸外れ
量）と照明光源６の大きさとの関係は、図２に模式的に
示すように定義できる。
【００３３】図１および図２に模式的に示されている軸
外れ状態での照明を実現させるために、本実施形態にお
いては、照明アパーチャー１２を用いる。照明アパーチ
ャー１２は、照明光源６が発する照明光７ａを遮光する
遮光部１２ａと、この遮光部１２ａを貫通して設けら
れ、照明光源６が発する照明光７ａが通過可能な光通過
孔１２ｂとから構成されている。遮光部１２ａは、照明
光源６が発する照明光７ａの大部分を遮光できるよう
に、その半径の大きさが露光装置５の照明コヒーレンシ
ーσの最大値０．８５σと同等の大きさの円形状に形成
されている。また、光通過孔１２ｂは、照明光７ａの一
部が通過できるように、その半径の大きさが軸外れ状態
での露光装置５の実質的な照明コヒーレンシーσの値と
なる０．３σと同等の大きさの円形状に形成されてい
る。
外れ状態での照明を実現させるために、本実施形態にお
いては、照明アパーチャー１２を用いる。照明アパーチ
ャー１２は、照明光源６が発する照明光７ａを遮光する
遮光部１２ａと、この遮光部１２ａを貫通して設けら
れ、照明光源６が発する照明光７ａが通過可能な光通過
孔１２ｂとから構成されている。遮光部１２ａは、照明
光源６が発する照明光７ａの大部分を遮光できるよう
に、その半径の大きさが露光装置５の照明コヒーレンシ
ーσの最大値０．８５σと同等の大きさの円形状に形成
されている。また、光通過孔１２ｂは、照明光７ａの一
部が通過できるように、その半径の大きさが軸外れ状態
での露光装置５の実質的な照明コヒーレンシーσの値と
なる０．３σと同等の大きさの円形状に形成されてい
る。
【００３４】さらに、図２に示すように、光通過孔１２
ｂは、その中心Ｃ２を遮光部１２ａの中心Ｃ１から所定
量Ｄｃずらされた位置に設けられている。この光通過孔
１２ｂのずらし量Ｄｃは、光通過孔１２ｂの中に遮光部
１２ａの中心Ｃ１を含まないように、光通過孔１２ｂの
半径よりも大きく設定されている。
ｂは、その中心Ｃ２を遮光部１２ａの中心Ｃ１から所定
量Ｄｃずらされた位置に設けられている。この光通過孔
１２ｂのずらし量Ｄｃは、光通過孔１２ｂの中に遮光部
１２ａの中心Ｃ１を含まないように、光通過孔１２ｂの
半径よりも大きく設定されている。
【００３５】以上説明した照明アパーチャー１２を、そ
の遮光部１２ａの中心Ｃ１が露光装置５の光軸１６（光
軸１６の中心）と一致するように配置する。すると、照
明光源６から発せられる露光光７は、その大部分が遮光
部１２ａによって遮光されて、光通過孔１２ｂを通過し
た露光光７だけが照明光７ａとなって照明光学系８の照
明レンズ１０の瞳の中に到達する。この場合、照明光源
６は、その中心が露光装置５の光軸１６の中心から実質
的に所定量Ｄｃずらされた状態に設定されることにな
る。これにより、マスク１に形成されているマスクパタ
ーン４を、露光装置５の光軸１６に沿った方向からずれ
た方向から照明することができる。具体的には、図１中
白抜き矢印に示すように、露光光７（照明光７ａ）の主
光線１５を、マスクパターン４に対して光軸１６から傾
いた方向から照射できる。軸外れの照明状態で照射され
た主光線１５は、図１中白抜き矢印で示される光路に略
沿って、露光光７（投影光７ｃ）の一部として受像体１
３に到達する。
の遮光部１２ａの中心Ｃ１が露光装置５の光軸１６（光
軸１６の中心）と一致するように配置する。すると、照
明光源６から発せられる露光光７は、その大部分が遮光
部１２ａによって遮光されて、光通過孔１２ｂを通過し
た露光光７だけが照明光７ａとなって照明光学系８の照
明レンズ１０の瞳の中に到達する。この場合、照明光源
６は、その中心が露光装置５の光軸１６の中心から実質
的に所定量Ｄｃずらされた状態に設定されることにな
る。これにより、マスク１に形成されているマスクパタ
ーン４を、露光装置５の光軸１６に沿った方向からずれ
た方向から照明することができる。具体的には、図１中
白抜き矢印に示すように、露光光７（照明光７ａ）の主
光線１５を、マスクパターン４に対して光軸１６から傾
いた方向から照射できる。軸外れの照明状態で照射され
た主光線１５は、図１中白抜き矢印で示される光路に略
沿って、露光光７（投影光７ｃ）の一部として受像体１
３に到達する。
【００３６】本実施形態においては、マスクパターン４
の像１４が露光投影される受像体として、一主面（表
面）１３ａ上に感光性材料（フォトレジスト）１７が塗
布された半導体基板１３を用いるものとする。したがっ
て、測定するマスクパターン４の像として、露光投影に
よりフォトレジスト１７に転写されて形成されたレジス
トパターン１４を測定するものとする。
の像１４が露光投影される受像体として、一主面（表
面）１３ａ上に感光性材料（フォトレジスト）１７が塗
布された半導体基板１３を用いるものとする。したがっ
て、測定するマスクパターン４の像として、露光投影に
よりフォトレジスト１７に転写されて形成されたレジス
トパターン１４を測定するものとする。
【００３７】次に、本実施形態に用いられるマスク１、
およびこのマスク１の一主面上に形成されているマスク
パターン４について説明する。マスク１は、例えばガラ
スなどの光透過性を有する材料から形成されたマスク基
板（マスク本体）２、および例えばクロム（Cr）などの
遮光性を有する材料によって形成された遮光体３などか
ら構成されている。マスクパターン４は、図３に示すよ
うに、一組の互いに形状が異なる第１のマスクパターン
４ａおよび第２のマスクパターン４ｂから構成されてい
る。本実施形態においては、それら一組の第１マスクパ
ターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは、互いに幅
が異なる２本の平行線４ａ，４ｂから構成されている。
およびこのマスク１の一主面上に形成されているマスク
パターン４について説明する。マスク１は、例えばガラ
スなどの光透過性を有する材料から形成されたマスク基
板（マスク本体）２、および例えばクロム（Cr）などの
遮光性を有する材料によって形成された遮光体３などか
ら構成されている。マスクパターン４は、図３に示すよ
うに、一組の互いに形状が異なる第１のマスクパターン
４ａおよび第２のマスクパターン４ｂから構成されてい
る。本実施形態においては、それら一組の第１マスクパ
ターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは、互いに幅
が異なる２本の平行線４ａ，４ｂから構成されている。
【００３８】具体的には、第１マスクパターン４ａは、
図３に示すように、所定の大きさの幅ＷＴを有する比較
的細い線形状（帯形状）として形成されている。これに
対して第２マスクパターン４ｂは、第１マスクパターン
４ａと同等の長さを有するとともに、第１マスクパター
ン４ａの幅ＷＴよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有す
る比較的太い線形状（帯形状）として形成されている。
また、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパター
ン４ｂは、それらのマスク基板２上における相対的な間
隔（相対距離）Ｄ１Ｍを、所定の大きさ離された状態で
互いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ１Ｍの大
きさは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影さ
れる第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン
４ｂのそれぞれの像１４同士が、互いに重なり合わない
程度の大きさを有するように予め設定される。実質的に
は、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン
４ｂの相対距離Ｄ１Ｍは、比較的太い線である第２マス
クパターン４ｂの幅ＷＦよりも広く開けることが好まし
い。これにより、第１および第２の両マスクパターン４
ａ，４ｂの像１４同士の、フォトレジスト１７上におけ
る干渉を無視することができる。
図３に示すように、所定の大きさの幅ＷＴを有する比較
的細い線形状（帯形状）として形成されている。これに
対して第２マスクパターン４ｂは、第１マスクパターン
４ａと同等の長さを有するとともに、第１マスクパター
ン４ａの幅ＷＴよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有す
る比較的太い線形状（帯形状）として形成されている。
また、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパター
ン４ｂは、それらのマスク基板２上における相対的な間
隔（相対距離）Ｄ１Ｍを、所定の大きさ離された状態で
互いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ１Ｍの大
きさは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影さ
れる第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン
４ｂのそれぞれの像１４同士が、互いに重なり合わない
程度の大きさを有するように予め設定される。実質的に
は、第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン
４ｂの相対距離Ｄ１Ｍは、比較的太い線である第２マス
クパターン４ｂの幅ＷＦよりも広く開けることが好まし
い。これにより、第１および第２の両マスクパターン４
ａ，４ｂの像１４同士の、フォトレジスト１７上におけ
る干渉を無視することができる。
【００３９】以上説明したようなマスクパターン４が形
成されているマスク１を、露光装置５を用いて前述した
軸外れ状態で照明し、第１マスクパターン４ａおよび第
２マスクパターン４ｂのそれぞれの像１４をフォトレジ
スト１７上に露光投影する。以下、フォトレジスト１７
上に露光投影された第１および第２の両マスクパターン
４ａ，４ｂのそれぞれの像１４について説明する。
成されているマスク１を、露光装置５を用いて前述した
軸外れ状態で照明し、第１マスクパターン４ａおよび第
２マスクパターン４ｂのそれぞれの像１４をフォトレジ
スト１７上に露光投影する。以下、フォトレジスト１７
上に露光投影された第１および第２の両マスクパターン
４ａ，４ｂのそれぞれの像１４について説明する。
【００４０】なお、前述したように露光装置５は縮小投
影型の露光装置であり、一般にはマスク上のマスクパタ
ーンと、実際に投影露光されるマスクパターンの像と
は、それらの大きさを直接比較することはできない。そ
こで、以下の説明においては、マスクパターン４と、マ
スクパターン４の像１４との比較を容易にするために、
それらの寸法などを、同じ倍率（縮小率）に設定（修
正）したものとして述べることとする。
影型の露光装置であり、一般にはマスク上のマスクパタ
ーンと、実際に投影露光されるマスクパターンの像と
は、それらの大きさを直接比較することはできない。そ
こで、以下の説明においては、マスクパターン４と、マ
スクパターン４の像１４との比較を容易にするために、
それらの寸法などを、同じ倍率（縮小率）に設定（修
正）したものとして述べることとする。
【００４１】図４は、前述したように、照明光源６の光
軸１６からの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定し
た軸外れ状態でマスクパターン４を照明した場合の、フ
ォトレジスト１７に形成されたレジストパターン１４を
示すものである。すなわち、第１マスクパターン４ａお
よび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに対する第１レ
ジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４
ｂを示したものである。ここで、第１レジストパターン
１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な間
隔（相対距離）をＤ１Ｗとする。
軸１６からの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定し
た軸外れ状態でマスクパターン４を照明した場合の、フ
ォトレジスト１７に形成されたレジストパターン１４を
示すものである。すなわち、第１マスクパターン４ａお
よび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに対する第１レ
ジストパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４
ｂを示したものである。ここで、第１レジストパターン
１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な間
隔（相対距離）をＤ１Ｗとする。
【００４２】照明光源６の軸外れ量Ｄｃが０．３σの場
合における、半導体基板１３（フォトレジスト１７の表
面）の投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ＝
０）からの位置ずれ量ｄ（ディフォーカス量ｄ）と、フ
ォトレジスト１７の表面上に投影される一般的な線形状
のマスクパターン（孤立線パターン）の像の所望の投影
位置からの位置ずれ量との相関関係を、孤立線の線幅の
大きさごとに表したグラフとして、図５および図６に示
す。図５は、孤立線の線幅が０．２μｍ以下の場合を示
した図であり、図６は孤立線の線幅が０．２５μｍ以上
の場合を示した図である。図５から明らかなように、孤
立線の線幅が０．２μｍ以下のマスクパターンの像は、
半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ずれ量
ｄの大きさに拘らず、その位置ずれ量は僅かであり、殆
ど無視し得る測定誤差の範囲内である。例えば最大でも
０．０２μｍ程度である。これに対して、孤立線の線幅
が０．２５μｍ以上のマスクパターンの像は、図６から
明らかなように、孤立線の線幅が０．２μｍ以下のマス
クパターンの像に比較して、その４倍〜５倍程度の量の
位置ずれを起こす。
合における、半導体基板１３（フォトレジスト１７の表
面）の投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ＝
０）からの位置ずれ量ｄ（ディフォーカス量ｄ）と、フ
ォトレジスト１７の表面上に投影される一般的な線形状
のマスクパターン（孤立線パターン）の像の所望の投影
位置からの位置ずれ量との相関関係を、孤立線の線幅の
大きさごとに表したグラフとして、図５および図６に示
す。図５は、孤立線の線幅が０．２μｍ以下の場合を示
した図であり、図６は孤立線の線幅が０．２５μｍ以上
の場合を示した図である。図５から明らかなように、孤
立線の線幅が０．２μｍ以下のマスクパターンの像は、
半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ずれ量
ｄの大きさに拘らず、その位置ずれ量は僅かであり、殆
ど無視し得る測定誤差の範囲内である。例えば最大でも
０．０２μｍ程度である。これに対して、孤立線の線幅
が０．２５μｍ以上のマスクパターンの像は、図６から
明らかなように、孤立線の線幅が０．２μｍ以下のマス
クパターンの像に比較して、その４倍〜５倍程度の量の
位置ずれを起こす。
【００４３】本発明に係る露光装置の検査方法は、以上
説明した孤立線の線幅の大きさに応じた位置ずれ現象
と、半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ず
れ量ｄとの相関関係を用いて露光装置５の光学系の状態
を調べることを特徴としている。特に、この第１実施形
態に係る露光装置の検査方法は、そのような相関関係を
利用して、投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ
＝０）を調べるものである。したがって、本実施形態に
おいては、比較的細い線幅を有する孤立線として形成さ
れている第１マスクパターン４ａの線幅ＷＴを０．２μ
ｍ以下とし、比較的太い線幅を有する孤立線として形成
されている第２マスクパターン４ｂの線幅ＷＦを０．２
５μｍ以上としてそれぞれ設定した。このような寸法に
形成された第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパ
ターン４ｂを、それぞれマスク基板２上に図３に示すよ
うに配置して露光する。具体的には、第１マスクパター
ン４ａの幅ＷＴを０．１５μｍに、また第２マスクパタ
ーン４ｂの幅ＷＦを１．０μｍに、それぞれ設定した。
説明した孤立線の線幅の大きさに応じた位置ずれ現象
と、半導体基板１３の焦点位置（ｆ＝０）からの位置ず
れ量ｄとの相関関係を用いて露光装置５の光学系の状態
を調べることを特徴としている。特に、この第１実施形
態に係る露光装置の検査方法は、そのような相関関係を
利用して、投影光学系９（露光装置５）の焦点位置（ｆ
＝０）を調べるものである。したがって、本実施形態に
おいては、比較的細い線幅を有する孤立線として形成さ
れている第１マスクパターン４ａの線幅ＷＴを０．２μ
ｍ以下とし、比較的太い線幅を有する孤立線として形成
されている第２マスクパターン４ｂの線幅ＷＦを０．２
５μｍ以上としてそれぞれ設定した。このような寸法に
形成された第１マスクパターン４ａおよび第２マスクパ
ターン４ｂを、それぞれマスク基板２上に図３に示すよ
うに配置して露光する。具体的には、第１マスクパター
ン４ａの幅ＷＴを０．１５μｍに、また第２マスクパタ
ーン４ｂの幅ＷＦを１．０μｍに、それぞれ設定した。
【００４４】以上説明したように、互いに異なる線幅か
らなる一組のマスクパターン４ａ，４ｂを用いた場合、
比較的太いマスクパターンである、１．０μｍの線幅を
有する第２マスクパターン４ｂを軸外れ状態で照明する
と、図７（ａ）に示すように、露光光７のうち、略主光
線１５付近のみの回折光１６によって第２レジストパタ
ーン１４ｂが形成される。したがって、半導体基板（投
影基板）１３が、図１中実線で示すように、投影光学系
９の焦点位置（ｆ＝０）、好ましくは最良の焦点位置
（ベストフォーカス位置：Ｆｂ）から所定量ｄずれた位
置（ディフォーカス位置：Ｆｄ）に配置されていると、
そのディフォーカス量ｄに応じて第２レジストパターン
１４ｂが形成される位置もずれる。なお、本実施形態に
おいては説明を簡潔にするため、図１に示すように、投
影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）とベストフォーカス位
置Ｆｂとを同じ位置とする。
らなる一組のマスクパターン４ａ，４ｂを用いた場合、
比較的太いマスクパターンである、１．０μｍの線幅を
有する第２マスクパターン４ｂを軸外れ状態で照明する
と、図７（ａ）に示すように、露光光７のうち、略主光
線１５付近のみの回折光１６によって第２レジストパタ
ーン１４ｂが形成される。したがって、半導体基板（投
影基板）１３が、図１中実線で示すように、投影光学系
９の焦点位置（ｆ＝０）、好ましくは最良の焦点位置
（ベストフォーカス位置：Ｆｂ）から所定量ｄずれた位
置（ディフォーカス位置：Ｆｄ）に配置されていると、
そのディフォーカス量ｄに応じて第２レジストパターン
１４ｂが形成される位置もずれる。なお、本実施形態に
おいては説明を簡潔にするため、図１に示すように、投
影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）とベストフォーカス位
置Ｆｂとを同じ位置とする。
【００４５】他方、比較的細いマスクパターンである、
０．１５μｍの線幅を有する第１マスクパターン４ａを
軸外れ状態で照明すると、図７（ｂ）に示すように、回
折光１６が主光線１５を中心としてその周りに広がる。
すなわち、投影レンズ１１の瞳の一部だけではなく、そ
の略全面からフォトレジスト１７に到達する露光光７
（投影光７ｃ）によって第１レジストパターン１４ａが
形成される。したがって、半導体基板１３がディフォー
カス位置Ｆｄに配置されていても、第１レジストパター
ン１４ａが形成される位置がずれるおそれは殆どない。
０．１５μｍの線幅を有する第１マスクパターン４ａを
軸外れ状態で照明すると、図７（ｂ）に示すように、回
折光１６が主光線１５を中心としてその周りに広がる。
すなわち、投影レンズ１１の瞳の一部だけではなく、そ
の略全面からフォトレジスト１７に到達する露光光７
（投影光７ｃ）によって第１レジストパターン１４ａが
形成される。したがって、半導体基板１３がディフォー
カス位置Ｆｄに配置されていても、第１レジストパター
ン１４ａが形成される位置がずれるおそれは殆どない。
【００４６】したがって、比較的太い孤立線からなる第
２マスクパターン４ｂおよび比較的細い孤立線からなる
第１マスクパターン４ａのそれぞれの、露光投影後の像
１４としての第２レジストパターン１４ｂおよび第１レ
ジストパターン１４ａの位置を測定することにより、半
導体基板１３の最良の焦点位置Ｆｂからのディフォーカ
ス量ｄを測定することができる。
２マスクパターン４ｂおよび比較的細い孤立線からなる
第１マスクパターン４ａのそれぞれの、露光投影後の像
１４としての第２レジストパターン１４ｂおよび第１レ
ジストパターン１４ａの位置を測定することにより、半
導体基板１３の最良の焦点位置Ｆｂからのディフォーカ
ス量ｄを測定することができる。
【００４７】ここで、露光光７の波長λ、および投影光
学系の開口数ＮＡｐを用いて、いわゆる光学的な規格化
量Ｋを次に示す式（２）で定義する。
学系の開口数ＮＡｐを用いて、いわゆる光学的な規格化
量Ｋを次に示す式（２）で定義する。
【００４８】Ｋ＝λ／ＮＡｐ…（２）
第１および第２の各マスクパターン４ａ，４ｂのそれぞ
れの線幅ＷＴ，ＷＦを、前記式（２）で定義される規格
化量Ｋで除して規格化した値、いわゆる規格化寸法で表
す。これにより、本発明に係る露光装置の検査方法の各
種設定条件を、この第１実施形態とは異なる照明波長や
開口数からなる露光装置に容易に適用（拡張）できる。
同様に、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジス
トパターン１４ｂのそれぞれの位置ずれ量や、あるいは
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）などの各種の光学的
な量も、Ｋで除して規格化した値で表すことができる。
例えば、前述した線幅が０．２μｍ以下の比較的細い孤
立線は、その規格化寸法が０．５５以下の線として、ま
た線幅が０．２５μｍ以上の比較的太い孤立線は、その
規格化寸法が０．６９以上の線として、それぞれ表すこ
とができる。
れの線幅ＷＴ，ＷＦを、前記式（２）で定義される規格
化量Ｋで除して規格化した値、いわゆる規格化寸法で表
す。これにより、本発明に係る露光装置の検査方法の各
種設定条件を、この第１実施形態とは異なる照明波長や
開口数からなる露光装置に容易に適用（拡張）できる。
同様に、第１レジストパターン１４ａおよび第２レジス
トパターン１４ｂのそれぞれの位置ずれ量や、あるいは
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）などの各種の光学的
な量も、Ｋで除して規格化した値で表すことができる。
例えば、前述した線幅が０．２μｍ以下の比較的細い孤
立線は、その規格化寸法が０．５５以下の線として、ま
た線幅が０．２５μｍ以上の比較的太い孤立線は、その
規格化寸法が０．６９以上の線として、それぞれ表すこ
とができる。
【００４９】ここで、半導体基板１３の投影光学系９の
焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォ
トレジスト１７に形成される第１レジストパターン１４
ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ず
れ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係を、照明光源６の
軸外れ量（軸ずらし量）の大きさごとに表したグラフと
して、図８に示す。この図８から明らかなように、照明
光源６の軸外れ量の大きさが０．３σ以上の場合には、
半導体基板１３のディフォーカス量ｄと、第１レジスト
パターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相
対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係は略
同じである。ところが、照明光源６の軸外れ量の大きさ
が０．１σの場合には、それら両者の相関関係は明らか
に異なる挙動を示している。
焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォ
トレジスト１７に形成される第１レジストパターン１４
ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的な位置ず
れ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係を、照明光源６の
軸外れ量（軸ずらし量）の大きさごとに表したグラフと
して、図８に示す。この図８から明らかなように、照明
光源６の軸外れ量の大きさが０．３σ以上の場合には、
半導体基板１３のディフォーカス量ｄと、第１レジスト
パターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相
対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）との相関関係は略
同じである。ところが、照明光源６の軸外れ量の大きさ
が０．１σの場合には、それら両者の相関関係は明らか
に異なる挙動を示している。
【００５０】これは、たとえ照明光源６の中心が光軸１
６の中心からずらされた軸外れ状態に設定されていて
も、照明光源６が実質的に光軸１６を含んでいる状態で
は、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）を検出する感度
が大きく低下することを意味するものである。したがっ
て、軸外れ状態の照明光源６の光軸１６からの軸外れ量
Ｄｃは、その照明コヒーレンシーσの値よりも大きい値
に設定されていることが好ましい。具体的に説明する
と、本実施形態においては、軸外れ状態の照明光源６の
照明コヒーレンシーσの値は０．３σに設定されている
ので、照明光源６の軸外れ量Ｄｃは、０．３σよりも大
きい値に設定されていることが好ましい。
６の中心からずらされた軸外れ状態に設定されていて
も、照明光源６が実質的に光軸１６を含んでいる状態で
は、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）を検出する感度
が大きく低下することを意味するものである。したがっ
て、軸外れ状態の照明光源６の光軸１６からの軸外れ量
Ｄｃは、その照明コヒーレンシーσの値よりも大きい値
に設定されていることが好ましい。具体的に説明する
と、本実施形態においては、軸外れ状態の照明光源６の
照明コヒーレンシーσの値は０．３σに設定されている
ので、照明光源６の軸外れ量Ｄｃは、０．３σよりも大
きい値に設定されていることが好ましい。
【００５１】本実施形態の露光装置の検査方法において
は、前述したように、第１マスクパターン４ａおよび第
２マスクパターン４ｂのそれぞれに対応する第１レジス
トパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂを
形成し、それらの相対距離Ｄ１Ｗを測定する。そして、
このＤ１Ｗの値と、マスク１上の第１マスクパターン４
ａおよび第２マスクパターン４ｂの相対距離Ｄ１Ｍの値
とを用いて、第１レジストパターン１４ａおよび第２レ
ジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−
Ｄ１Ｍ）を求める。この位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）
を、照明光源６の軸外れ量など、露光装置５の各種露光
条件などに応じて、図８に示されている各特性グラフに
照らし合わせる。これにより、半導体基板１３の投影光
学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄ
を、その測定誤差を実質的に無視し得る範囲内に抑えて
求めることができる。また、第１レジストパターン１４
ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗ
を測定にあたっては、一般的な露光装置の検査に用いら
れている、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な
検査装置を用いることができる。
は、前述したように、第１マスクパターン４ａおよび第
２マスクパターン４ｂのそれぞれに対応する第１レジス
トパターン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂを
形成し、それらの相対距離Ｄ１Ｗを測定する。そして、
このＤ１Ｗの値と、マスク１上の第１マスクパターン４
ａおよび第２マスクパターン４ｂの相対距離Ｄ１Ｍの値
とを用いて、第１レジストパターン１４ａおよび第２レ
ジストパターン１４ｂの相対的な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−
Ｄ１Ｍ）を求める。この位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）
を、照明光源６の軸外れ量など、露光装置５の各種露光
条件などに応じて、図８に示されている各特性グラフに
照らし合わせる。これにより、半導体基板１３の投影光
学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄ
を、その測定誤差を実質的に無視し得る範囲内に抑えて
求めることができる。また、第１レジストパターン１４
ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗ
を測定にあたっては、一般的な露光装置の検査に用いら
れている、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的な
検査装置を用いることができる。
【００５２】以上説明したように、本発明に係る露光装
置の検査方法によれば、特殊なマスクを用いたり、ある
いは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要
がない。また、マスク１および半導体基板１３の位置決
め誤差などを排除できるとともに、いわゆる合わせずれ
検査装置などの一般的な検査装置を用いて第１マスクパ
ターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに
対応する第１レジストパターン１４ａおよび第２レジス
トパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定して、露光装
置５の光学系の状態を調べることができる。したがっ
て、露光装置５の光学系の状態を低コストで、迅速に、
高い精度で、かつ容易に測定できる。特に、この第１実
施形態の露光装置の検査方法においては、露光装置５
（投影光学系９）の焦点位置（ｆ＝０）を低コストで、
迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる。
置の検査方法によれば、特殊なマスクを用いたり、ある
いは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要
がない。また、マスク１および半導体基板１３の位置決
め誤差などを排除できるとともに、いわゆる合わせずれ
検査装置などの一般的な検査装置を用いて第１マスクパ
ターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂのそれぞれに
対応する第１レジストパターン１４ａおよび第２レジス
トパターン１４ｂの相対距離Ｄ１Ｗを測定して、露光装
置５の光学系の状態を調べることができる。したがっ
て、露光装置５の光学系の状態を低コストで、迅速に、
高い精度で、かつ容易に測定できる。特に、この第１実
施形態の露光装置の検査方法においては、露光装置５
（投影光学系９）の焦点位置（ｆ＝０）を低コストで、
迅速に、高い精度で、かつ容易に測定できる。
【００５３】次に、本発明の第１実施形態に係る焦点位
置を補正する露光方法について説明する。
置を補正する露光方法について説明する。
【００５４】前述した本発明の第１実施形態に係る露光
装置の検査方法により求められた、半導体基板１３の投
影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス
量ｄに基づいて半導体基板１３を光軸１６の方向に沿っ
て移動させ、フォトレジスト１７の表面を投影光学系９
のベストフォーカス位置Ｆｂに一致するように配置す
る。すなわち、半導体基板１３を適正な焦点位置（ｆ＝
０）に配置することにより、実質的に投影光学系９の焦
点位置（ｆ＝０）を補正する。これにより、焦点が合っ
た適正な状態でマスクパターン４の像１４をフォトレジ
スト１７上に露光投影して転写できる。したがって、良
好なパターン転写が可能となる。
装置の検査方法により求められた、半導体基板１３の投
影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス
量ｄに基づいて半導体基板１３を光軸１６の方向に沿っ
て移動させ、フォトレジスト１７の表面を投影光学系９
のベストフォーカス位置Ｆｂに一致するように配置す
る。すなわち、半導体基板１３を適正な焦点位置（ｆ＝
０）に配置することにより、実質的に投影光学系９の焦
点位置（ｆ＝０）を補正する。これにより、焦点が合っ
た適正な状態でマスクパターン４の像１４をフォトレジ
スト１７上に露光投影して転写できる。したがって、良
好なパターン転写が可能となる。
【００５５】以上説明したように、本発明に係る焦点位
置を補正する露光方法によれば、特殊なマスクを用いた
り、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったり
する必要がない。また、マスク１および半導体基板１３
の位置決め誤差などを排除しできるとともに、いわゆる
合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて焦
点位置を補正して露光できる。したがって、適正な形状
のマスクパターン４の像１４を低コストで、迅速に、高
い精度で、かつ容易に転写できる。なお、この本発明に
係る焦点位置を補正する露光方法によって像が転写され
るマスクパターンは、検査用のマスクパターン４のみな
らず、実際の製品としての半導体装置を製造する際に転
写されるマスクパターンを含んでも構わないのはもちろ
んである。
置を補正する露光方法によれば、特殊なマスクを用いた
り、あるいは二重露光などの煩雑な露光作業を行ったり
する必要がない。また、マスク１および半導体基板１３
の位置決め誤差などを排除しできるとともに、いわゆる
合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用いて焦
点位置を補正して露光できる。したがって、適正な形状
のマスクパターン４の像１４を低コストで、迅速に、高
い精度で、かつ容易に転写できる。なお、この本発明に
係る焦点位置を補正する露光方法によって像が転写され
るマスクパターンは、検査用のマスクパターン４のみな
らず、実際の製品としての半導体装置を製造する際に転
写されるマスクパターンを含んでも構わないのはもちろ
んである。
【００５６】次に、本発明に係る半導体装置の製造方法
について説明する。
について説明する。
【００５７】この半導体装置の製造方法は、本発明に係
る露光装置の検査方法により露光装置５の光学系の状態
を調べ、その結果に基づいて露光装置５の光学系を適正
な状態に設定するとともに、一主面１３ａ上に感光性材
料（フォトレジスト）１７が設けられている半導体基板
１３を露光装置５が備える投影光学系９の適正な焦点位
置（ｆ＝０）に配置した後、フォトレジスト１７に図示
しない半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写し
てレジストパターンを形成する工程を含むことを前提と
するものである。
る露光装置の検査方法により露光装置５の光学系の状態
を調べ、その結果に基づいて露光装置５の光学系を適正
な状態に設定するとともに、一主面１３ａ上に感光性材
料（フォトレジスト）１７が設けられている半導体基板
１３を露光装置５が備える投影光学系９の適正な焦点位
置（ｆ＝０）に配置した後、フォトレジスト１７に図示
しない半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写し
てレジストパターンを形成する工程を含むことを前提と
するものである。
【００５８】特に、本発明の第１実施形態に係る半導体
装置の製造方法は、前述した本発明の第１実施形態に係
る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系９の
焦点位置を適正な状態に補正するとともに、一主面１３
ａ上にフォトレジスト１７が設けられている半導体基板
１３を投影光学系９の適正な焦点位置（ｆ＝０）に配置
した後、フォトレジスト１７に図示しない半導体装置製
造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターン
を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
装置の製造方法は、前述した本発明の第１実施形態に係
る焦点位置を補正する露光方法により、投影光学系９の
焦点位置を適正な状態に補正するとともに、一主面１３
ａ上にフォトレジスト１７が設けられている半導体基板
１３を投影光学系９の適正な焦点位置（ｆ＝０）に配置
した後、フォトレジスト１７に図示しない半導体装置製
造用のマスクパターンの像を転写してレジストパターン
を形成する工程を含むことを特徴とするものである。
【００５９】前述した本発明の第１実施形態に係る焦点
位置を補正する露光方法によれば、適正な形状のマスク
パターン４の像を低コストで、迅速に、高い精度で、か
つ容易にフォトレジスト１７に転写できる。したがっ
て、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法
によれば、適正な露光状態で適正な形状の半導体装置製
造用のレジストパターンを、低コストで、迅速に、高い
精度で、かつ容易に形成できる。この結果、良品な半導
体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に製造でき
る。
位置を補正する露光方法によれば、適正な形状のマスク
パターン４の像を低コストで、迅速に、高い精度で、か
つ容易にフォトレジスト１７に転写できる。したがっ
て、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の製造方法
によれば、適正な露光状態で適正な形状の半導体装置製
造用のレジストパターンを、低コストで、迅速に、高い
精度で、かつ容易に形成できる。この結果、良品な半導
体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に製造でき
る。
【００６０】また、この第１実施形態に用いられるマス
クは、前述した第１マスクパターン４ａおよび第２マス
クパターン４ｂの一組から構成されたマスクパターン４
が形成されているマスク１に限定されるものではない。
例えば、図９に示すように、前述した第１マスクパター
ン４ａおよび第２マスクパターン４ｂを、それらの幅方
向に対して鏡面対称となるようにマスク基板２２上に配
置した、少なくとも一対のマスクパターンを含んで構成
されるマスクパターン２４が形成されているマスク２１
を用いても構わない。
クは、前述した第１マスクパターン４ａおよび第２マス
クパターン４ｂの一組から構成されたマスクパターン４
が形成されているマスク１に限定されるものではない。
例えば、図９に示すように、前述した第１マスクパター
ン４ａおよび第２マスクパターン４ｂを、それらの幅方
向に対して鏡面対称となるようにマスク基板２２上に配
置した、少なくとも一対のマスクパターンを含んで構成
されるマスクパターン２４が形成されているマスク２１
を用いても構わない。
【００６１】このマスクパターン２４において、例えば
一対の細い孤立線からなる第１マスクパターン２３ａ同
士の中心位置をＴＭとし、また一対の太い孤立線からな
る第２マスクパターン２３ｂ同士の中心位置をＦＭとす
る。図９に示すように、マスク基板２２上においては、
ＴＭとＦＭとが一致するように、マスクパターン２４は
形成されている。そして、前述した露光装置の検査方法
と同様に、マスクパターン２４の像をフォトレジスト１
７に転写して、図１０に示すように、レジストパターン
２５を形成する。ここで、一対の第１マスクパターン２
３ａに対応する第１レジストパターン２５ａ同士の中心
位置をＴＷとし、また一対の第２マスクパターン２３ｂ
に対応する第２レジストパターン２５ｂ同士の中心位置
をＦＷとする。
一対の細い孤立線からなる第１マスクパターン２３ａ同
士の中心位置をＴＭとし、また一対の太い孤立線からな
る第２マスクパターン２３ｂ同士の中心位置をＦＭとす
る。図９に示すように、マスク基板２２上においては、
ＴＭとＦＭとが一致するように、マスクパターン２４は
形成されている。そして、前述した露光装置の検査方法
と同様に、マスクパターン２４の像をフォトレジスト１
７に転写して、図１０に示すように、レジストパターン
２５を形成する。ここで、一対の第１マスクパターン２
３ａに対応する第１レジストパターン２５ａ同士の中心
位置をＴＷとし、また一対の第２マスクパターン２３ｂ
に対応する第２レジストパターン２５ｂ同士の中心位置
をＦＷとする。
【００６２】前述した原理により、一対の第１レジスト
パターン２５ａはそれらの位置が殆どずれないが、一対
の第２レジストパターン２５ｂはそれらの位置がずれ
る。したがって、一対の第２レジストパターン２５ｂの
中心位置ＦＷもずれる。このように、位置ずれが起きな
い一対の第１レジストパターン２５ａおよび位置ずれを
起こした一対の第２レジストパターン２５ｂのそれぞれ
の中心位置ＴＷおよびＦ Ｗを測定し、その測定結果に基
づいてそれら両中心位置ＴＷおよびＦＷの相対的な間隔
（相対距離）ΔＸ１の大きさを求める。この両中心位置
ＴＷおよびＦＷの相対距離ΔＸ１が、両レジストパター
ン２５ａ，２５ｂの相対的な位置ずれ量に相当する。す
なわち、相対距離ΔＸ１は、前述した第１レジストパタ
ーン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的
な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）に相当する。
パターン２５ａはそれらの位置が殆どずれないが、一対
の第２レジストパターン２５ｂはそれらの位置がずれ
る。したがって、一対の第２レジストパターン２５ｂの
中心位置ＦＷもずれる。このように、位置ずれが起きな
い一対の第１レジストパターン２５ａおよび位置ずれを
起こした一対の第２レジストパターン２５ｂのそれぞれ
の中心位置ＴＷおよびＦ Ｗを測定し、その測定結果に基
づいてそれら両中心位置ＴＷおよびＦＷの相対的な間隔
（相対距離）ΔＸ１の大きさを求める。この両中心位置
ＴＷおよびＦＷの相対距離ΔＸ１が、両レジストパター
ン２５ａ，２５ｂの相対的な位置ずれ量に相当する。す
なわち、相対距離ΔＸ１は、前述した第１レジストパタ
ーン１４ａおよび第２レジストパターン１４ｂの相対的
な位置ずれ量（Ｄ１Ｗ−Ｄ１Ｍ）に相当する。
【００６３】したがって、この位置ずれ量ΔＸ１を求め
ることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板
１３のディフォーカス量ｄを高い精度で求めることがで
きる。その上、鏡面対称のマスクパターン２４が形成さ
れているマスク２１を用いることにより、ディフォーカ
ス量ｄの測定精度をより向上させることができる。ひい
ては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造
される半導体装置の品質をより向上させることができ
る。
ることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板
１３のディフォーカス量ｄを高い精度で求めることがで
きる。その上、鏡面対称のマスクパターン２４が形成さ
れているマスク２１を用いることにより、ディフォーカ
ス量ｄの測定精度をより向上させることができる。ひい
ては、本発明に係る半導体装置の製造方法によって製造
される半導体装置の品質をより向上させることができ
る。
【００６４】また、マスクパターン２４を構成する一対
の第１マスクパターン２３ａおよび一対の第２マスクパ
ターン２３ｂは、それらの幅方向に沿って内側と外側と
を入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図１１
に示すように、一対の第１マスクパターン３３ａおよび
一対の第２マスクパターン３３ｂがそれぞれ鏡面対称と
なるように、一対の第１マスクパターン３３ａの幅方向
の内側に一対の第２マスクパターン３３ｂを配置して、
マスク基板３２上にマスクパターン３４を形成する。こ
のようなマスクパターン３４を有するマスク３１を用い
て、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正
する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施して
も、前述したマスク２１を用いた場合と同様の効果を得
ることができる。
の第１マスクパターン２３ａおよび一対の第２マスクパ
ターン２３ｂは、それらの幅方向に沿って内側と外側と
を入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図１１
に示すように、一対の第１マスクパターン３３ａおよび
一対の第２マスクパターン３３ｂがそれぞれ鏡面対称と
なるように、一対の第１マスクパターン３３ａの幅方向
の内側に一対の第２マスクパターン３３ｂを配置して、
マスク基板３２上にマスクパターン３４を形成する。こ
のようなマスクパターン３４を有するマスク３１を用い
て、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正
する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施して
も、前述したマスク２１を用いた場合と同様の効果を得
ることができる。
【００６５】さらに、マスクパターンは、前述したマス
クパターン２４，３４のように、それらの幅方向に沿っ
た一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限
られない。例えば、図１２に示すように、一対の第１マ
スクパターン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４
３ｂを、それぞれの幅方向において鏡面対称となるよう
に配置する。それとともに、もう一対の第１マスクパタ
ーン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４３ｂを、
同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称となるよう
に、かつ、前記一対の両マスクパターン４３ａ，４３ｂ
の幅方向に対して直交するように配置する。このよう
に、少なくとも二対の鏡面対称なマスクパターンを含む
構成のマスクパターン４４を、マスク基板４２上に形成
しても構わない。つまり、マスクパターン４４を、いわ
ゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わ
ない。
クパターン２４，３４のように、それらの幅方向に沿っ
た一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限
られない。例えば、図１２に示すように、一対の第１マ
スクパターン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４
３ｂを、それぞれの幅方向において鏡面対称となるよう
に配置する。それとともに、もう一対の第１マスクパタ
ーン４３ａおよび一対の第２マスクパターン４３ｂを、
同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称となるよう
に、かつ、前記一対の両マスクパターン４３ａ，４３ｂ
の幅方向に対して直交するように配置する。このよう
に、少なくとも二対の鏡面対称なマスクパターンを含む
構成のマスクパターン４４を、マスク基板４２上に形成
しても構わない。つまり、マスクパターン４４を、いわ
ゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わ
ない。
【００６６】このマスクパターン４４ように、いわゆる
バー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成さ
れたマスク４１を用いる場合、図１２中白抜き矢印で示
すように、バー・イン・バー・パターン４４を構成する
各マスクパターン４３ａ，４３ｂに対して、斜め方向か
ら露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。
これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対
称なマスクパターンによる像の互いに直行する二方向へ
の位置ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの
測定精度をさらに向上させることができる。したがっ
て、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体
基板１３のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求め
ることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の
製造方法によって製造される半導体装置の品質をさらに
向上させることができる。
バー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成さ
れたマスク４１を用いる場合、図１２中白抜き矢印で示
すように、バー・イン・バー・パターン４４を構成する
各マスクパターン４３ａ，４３ｂに対して、斜め方向か
ら露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。
これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対
称なマスクパターンによる像の互いに直行する二方向へ
の位置ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの
測定精度をさらに向上させることができる。したがっ
て、投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体
基板１３のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求め
ることができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の
製造方法によって製造される半導体装置の品質をさらに
向上させることができる。
【００６７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
１３〜図２７を参照しつつ説明する。
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
１３〜図２７を参照しつつ説明する。
【００６８】この第２実施形態の露光装置の検査方法、
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、それらを実行する際に用いるマスクに形成され
ているマスクパターンが、前述した第１実施形態の露光
装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および
半導体装置の製造方法を実行する際に用いるマスクに形
成されているマスクパターンと異なっているだけで、そ
の他の構成および工程などは同様である。したがって、
それらの異なっている部分について説明するとともに、
前述した第１実施形態と同一の構成部分などについては
同一符号を付してそれらの説明を省略する。
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、それらを実行する際に用いるマスクに形成され
ているマスクパターンが、前述した第１実施形態の露光
装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および
半導体装置の製造方法を実行する際に用いるマスクに形
成されているマスクパターンと異なっているだけで、そ
の他の構成および工程などは同様である。したがって、
それらの異なっている部分について説明するとともに、
前述した第１実施形態と同一の構成部分などについては
同一符号を付してそれらの説明を省略する。
【００６９】また、後述する本発明の第３および第４実
施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する
露光方法、および半導体装置の製造方法の説明において
も、この第２実施形態の説明と同様に、主に前述した本
発明の第１実施形態と異なっている点について説明する
ものとする。
施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正する
露光方法、および半導体装置の製造方法の説明において
も、この第２実施形態の説明と同様に、主に前述した本
発明の第１実施形態と異なっている点について説明する
ものとする。
【００７０】本発明の第２実施形態に係る露光装置の検
査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装
置の製造方法においては、マスク基板５２上に、図１３
に示すようなマスクパターン５５が形成されているマス
ク５１を用いる。マスクパターン５５は、一組の互いに
形状が異なる第１のマスクパターン５３および第２のマ
スクパターン５４から構成されている。これら一組の第
１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは
互いに平行に配置されている。
査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装
置の製造方法においては、マスク基板５２上に、図１３
に示すようなマスクパターン５５が形成されているマス
ク５１を用いる。マスクパターン５５は、一組の互いに
形状が異なる第１のマスクパターン５３および第２のマ
スクパターン５４から構成されている。これら一組の第
１マスクパターン４ａおよび第２マスクパターン４ｂは
互いに平行に配置されている。
【００７１】具体的には、第１マスクパターン５３は、
図１３に示すように、所定の大きさの幅ＷＬを有する比
較的細い線（帯）５３ａを比較的狭い間隔ＷＬで互いに
等間隔に離間して、かつ、互いに平行に並べて配置し
た、複数本の平行線５３ａの集合体として構成されてい
る。以下の説明において、複数本の比較的細い線からな
る平行線５３ａを、まとめてライン部５３ａと称すると
ともに、ライン部５３ａ同士の間隔をスペース部５３ｂ
と称することとする。また、ライン部５３ａおよびスペ
ース部５３ｂからなる、この第１マスクパターン５３
を、ライン・アンド・スペース・パターン（Ｌ／Ｓパタ
ーン）５３と称することとする。このＬ／Ｓパターン５
３のいわゆるピッチ（パターンピッチ）Ｐは、ライン部
５３ａの幅の大きさＷＬおよびスペース部５３ｂの間隔
の大きさＷＬを用いて、（ＷＬ＋ＷＳ）と表すことがで
きる。
図１３に示すように、所定の大きさの幅ＷＬを有する比
較的細い線（帯）５３ａを比較的狭い間隔ＷＬで互いに
等間隔に離間して、かつ、互いに平行に並べて配置し
た、複数本の平行線５３ａの集合体として構成されてい
る。以下の説明において、複数本の比較的細い線からな
る平行線５３ａを、まとめてライン部５３ａと称すると
ともに、ライン部５３ａ同士の間隔をスペース部５３ｂ
と称することとする。また、ライン部５３ａおよびスペ
ース部５３ｂからなる、この第１マスクパターン５３
を、ライン・アンド・スペース・パターン（Ｌ／Ｓパタ
ーン）５３と称することとする。このＬ／Ｓパターン５
３のいわゆるピッチ（パターンピッチ）Ｐは、ライン部
５３ａの幅の大きさＷＬおよびスペース部５３ｂの間隔
の大きさＷＬを用いて、（ＷＬ＋ＷＳ）と表すことがで
きる。
【００７２】これに対して第２マスクパターン５４ｂ
は、図１３に示すように、第１マスクパターン（Ｌ／Ｓ
パターン）５３のライン部５３ａと同等の長さを有する
とともに、第１マスクパターン４ａのライン部５３ａ幅
ＷＬよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有する比較的太
い孤立線（Isolated Line）（帯）として形成されてい
る。以下の説明において、この第２マスクパターン５４
ｂを、孤立ラインパターン（孤立線パターン、ＩＬパタ
ーン）５４と称することとする。
は、図１３に示すように、第１マスクパターン（Ｌ／Ｓ
パターン）５３のライン部５３ａと同等の長さを有する
とともに、第１マスクパターン４ａのライン部５３ａ幅
ＷＬよりも広い所定の大きさの幅ＷＦを有する比較的太
い孤立線（Isolated Line）（帯）として形成されてい
る。以下の説明において、この第２マスクパターン５４
ｂを、孤立ラインパターン（孤立線パターン、ＩＬパタ
ーン）５４と称することとする。
【００７３】また、第１マスクパターン５３および第２
マスクパターン５４は、それらのマスク基板５２上にお
ける相対距離Ｄ２Ｍを所定の大きさ離された状態で、互
いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ２Ｍの大き
さは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影され
る第１マスクパターン５３および第２マスクパターン５
４のそれぞれの像５６,５７同士が、互いに重なり合わ
ない程度の大きさを有するように予め設定される。
マスクパターン５４は、それらのマスク基板５２上にお
ける相対距離Ｄ２Ｍを所定の大きさ離された状態で、互
いに平行に配置されている。この相対距離Ｄ２Ｍの大き
さは、少なくともフォトレジスト１７上に露光投影され
る第１マスクパターン５３および第２マスクパターン５
４のそれぞれの像５６,５７同士が、互いに重なり合わ
ない程度の大きさを有するように予め設定される。
【００７４】図１４は、例えば照明光源６の光軸１６か
らの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定した軸外れ
状態でマスクパターン５５を照明した場合の、フォトレ
ジスト１７に形成されたレジストパターン１４を示すも
のである。すなわち、第１マスクパターン５３および第
２マスクパターン５４のそれぞれの投影像としての、第
１レジストパターン５６および第２レジストパターン５
７を示したものである。第１マスクレジストパターン
（Ｌ／Ｓレジストパターン）５６は、第１マスクパター
ン（Ｌ／Ｓパターン）５３と同様に、ライン部５６ａお
よびスペース部５６ｂとして形成される。半導体基板１
３の表面１３ａ上における、第１レジストパターン５６
および第２レジストパターン５７の相対距離をＤ２Ｗと
する。
らの軸外れ量Ｄｃの大きさを０．３σに設定した軸外れ
状態でマスクパターン５５を照明した場合の、フォトレ
ジスト１７に形成されたレジストパターン１４を示すも
のである。すなわち、第１マスクパターン５３および第
２マスクパターン５４のそれぞれの投影像としての、第
１レジストパターン５６および第２レジストパターン５
７を示したものである。第１マスクレジストパターン
（Ｌ／Ｓレジストパターン）５６は、第１マスクパター
ン（Ｌ／Ｓパターン）５３と同様に、ライン部５６ａお
よびスペース部５６ｂとして形成される。半導体基板１
３の表面１３ａ上における、第１レジストパターン５６
および第２レジストパターン５７の相対距離をＤ２Ｗと
する。
【００７５】次に、Ｌ／Ｓパターン５３の寸法などにつ
いて詳しく説明する。本発明の第２実施形態を実施する
に当たり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰ（ＷＬ＋
ＷＳ）は、次に述べる条件を満たす必要がある。
いて詳しく説明する。本発明の第２実施形態を実施する
に当たり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰ（ＷＬ＋
ＷＳ）は、次に述べる条件を満たす必要がある。
【００７６】ディフォーカス量ｄの測定に適した適正な
形状の第１レジストパターン５６および第２レジストパ
ターン５７を形成するためには、露光光７（照明光７
ａ）がＬ／Ｓパターン５３を通過する際に生じる０次回
折光および１次回折光は、共に投影レンズ１１の瞳の中
に入射しなければならない。以下、これらの回折光の状
態について、図１５を参照しつつ説明する。入射角αで
マスク１に到達した照明光７ａは、ピッチＰのＬ／Ｓパ
ターン５３により回折し、回折角α＋βの回折光（透過
光）７ｂとなって投影レンズ１１に向けて射出される。
この際、sinβが投影レンズ１１の開口数ＮＡｐより大
きくなると、回折光７ｂは投影レンズ１１に入射するこ
とができない。したがって、sinαが照明レンズ１０の
開口数ＮＡ ｉに等しく、かつ、sinβが投影レンズ１１
の開口数ＮＡｐに等しくなるときが最大の回折角にな
る。これより、投影レンズ１１の開口数ＮＡｐ、および
露光光７（照明光７ａ）の波長λを用いると、Ｌ／Ｓパ
ターン５３のピッチＰは、次に示す式（３）の関係を満
足していなければならない。
形状の第１レジストパターン５６および第２レジストパ
ターン５７を形成するためには、露光光７（照明光７
ａ）がＬ／Ｓパターン５３を通過する際に生じる０次回
折光および１次回折光は、共に投影レンズ１１の瞳の中
に入射しなければならない。以下、これらの回折光の状
態について、図１５を参照しつつ説明する。入射角αで
マスク１に到達した照明光７ａは、ピッチＰのＬ／Ｓパ
ターン５３により回折し、回折角α＋βの回折光（透過
光）７ｂとなって投影レンズ１１に向けて射出される。
この際、sinβが投影レンズ１１の開口数ＮＡｐより大
きくなると、回折光７ｂは投影レンズ１１に入射するこ
とができない。したがって、sinαが照明レンズ１０の
開口数ＮＡ ｉに等しく、かつ、sinβが投影レンズ１１
の開口数ＮＡｐに等しくなるときが最大の回折角にな
る。これより、投影レンズ１１の開口数ＮＡｐ、および
露光光７（照明光７ａ）の波長λを用いると、Ｌ／Ｓパ
ターン５３のピッチＰは、次に示す式（３）の関係を満
足していなければならない。
【００７７】Ｐ＜λ／（ＮＡｐ＋ＮＡｉ）…（３）
ここで、αおよびβの角度は、照明光源６（図１５にお
いてはその図示を省略する。）に広がりがある場合は、
光軸１６により近い方の角度を取って考える必要があ
る。
いてはその図示を省略する。）に広がりがある場合は、
光軸１６により近い方の角度を取って考える必要があ
る。
【００７８】また、本実施形態においては、等間隔の平
行線からなるＬ／Ｓパターン５３は、半導体基板１３が
ディフォーカス位置Ｆｄにあっても（フォーカスが振れ
ても）、その像５６の位置が所望の位置からずれない
（変化しない）ような条件で形成されていることが望ま
しい。そのためには、図１５において、角度αと角度β
とが略等しくなるようにすると良い。すなわち、ピッチ
Ｐは、次に示す式（４）の関係を満足することが望まし
い。
行線からなるＬ／Ｓパターン５３は、半導体基板１３が
ディフォーカス位置Ｆｄにあっても（フォーカスが振れ
ても）、その像５６の位置が所望の位置からずれない
（変化しない）ような条件で形成されていることが望ま
しい。そのためには、図１５において、角度αと角度β
とが略等しくなるようにすると良い。すなわち、ピッチ
Ｐは、次に示す式（４）の関係を満足することが望まし
い。
【００７９】Ｐ＝λ／２sinα…（４）
この式（４）で表される関係を満足する場合、０次回折
光と１次回折光とが光軸１６に対して対称な関係となっ
ているので、結像位置が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝
０）からずれた位置になっても、像５６の位置は常に一
定になる。また、この場合、照明光源６に広がりがある
場合には、前述したように、αは光源６の中心の位置を
考えるものとする。
光と１次回折光とが光軸１６に対して対称な関係となっ
ているので、結像位置が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝
０）からずれた位置になっても、像５６の位置は常に一
定になる。また、この場合、照明光源６に広がりがある
場合には、前述したように、αは光源６の中心の位置を
考えるものとする。
【００８０】次に、照明光源６の軸外れ量Ｄｃが０．５
σの場合における、半導体基板１３の投影光学系９の焦
点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォト
レジスト１７の表面上に投影される一般的なマスクパタ
ーンの像の、所望の投影位置からの位置ずれ量との相関
関係を、マスクパターンの形状ごとに表したグラフとし
て、図１６および図１７に示す。図１６は孤立ラインパ
ターン５４の場合であり、図１７はＬ／Ｓパターン５３
の場合である。
σの場合における、半導体基板１３の投影光学系９の焦
点位置（ｆ＝０）からのディフォーカス量ｄと、フォト
レジスト１７の表面上に投影される一般的なマスクパタ
ーンの像の、所望の投影位置からの位置ずれ量との相関
関係を、マスクパターンの形状ごとに表したグラフとし
て、図１６および図１７に示す。図１６は孤立ラインパ
ターン５４の場合であり、図１７はＬ／Ｓパターン５３
の場合である。
【００８１】図１６によれば、ディフォーカス量ｄが大
きくなるに従い孤立ラインパターン５４の露光投影像
（第２レジストパターン）５７の位置ずれ量が大きくな
ることが示されている。また、孤立ラインパターン５４
の線幅ＷＦが０．４μｍ以上の場合には、その像５７の
位置ずれ量は、孤立ラインパターン５４のパターンサイ
ズによらず略一定になることが分かる。また、孤立ライ
ンパターン５４の線幅Ｗ Ｆが０．２μｍ以下の場合に
は、それよりも大きなサイズのパターンに比べて像５７
の位置ずれ量が比較的小さいことが分かる。これに対し
て、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．２５μｍ
よりも太い場合には、孤立ラインパターン５４の線幅Ｗ
Ｆが０．２μｍの場合に比べて、ディフォーカス時の像
（パターン）５７の位置ずれ量が２倍以上になる。した
がって、ディフォーカス時の第２パターンの露光投影像
が位置ずれを起こすように設定するこの第２実施形態で
は、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦは０．２５μｍ
よりも太く形成されることが望ましい。
きくなるに従い孤立ラインパターン５４の露光投影像
（第２レジストパターン）５７の位置ずれ量が大きくな
ることが示されている。また、孤立ラインパターン５４
の線幅ＷＦが０．４μｍ以上の場合には、その像５７の
位置ずれ量は、孤立ラインパターン５４のパターンサイ
ズによらず略一定になることが分かる。また、孤立ライ
ンパターン５４の線幅Ｗ Ｆが０．２μｍ以下の場合に
は、それよりも大きなサイズのパターンに比べて像５７
の位置ずれ量が比較的小さいことが分かる。これに対し
て、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦが０．２５μｍ
よりも太い場合には、孤立ラインパターン５４の線幅Ｗ
Ｆが０．２μｍの場合に比べて、ディフォーカス時の像
（パターン）５７の位置ずれ量が２倍以上になる。した
がって、ディフォーカス時の第２パターンの露光投影像
が位置ずれを起こすように設定するこの第２実施形態で
は、孤立ラインパターン５４の線幅ＷＦは０．２５μｍ
よりも太く形成されることが望ましい。
【００８２】ここで、第１実施形態において式（２）で
定義した規格化量Ｋを用いて、孤立ラインパターン５４
の線幅ＷＦを規格化寸法で表す。この第２実施形態にお
いては、露光光７の波長λは０．２４８μｍであり、投
影レンズ１１（投影光学系９）の開口数ＮＡｐは０．６
８である。したがって、規格化量Ｋはおおよそ０．３６
５となり、前述した０．２５μｍ以上の幅を有する線
は、規格化寸法で０．６９以上となる。
定義した規格化量Ｋを用いて、孤立ラインパターン５４
の線幅ＷＦを規格化寸法で表す。この第２実施形態にお
いては、露光光７の波長λは０．２４８μｍであり、投
影レンズ１１（投影光学系９）の開口数ＮＡｐは０．６
８である。したがって、規格化量Ｋはおおよそ０．３６
５となり、前述した０．２５μｍ以上の幅を有する線
は、規格化寸法で０．６９以上となる。
【００８３】次に、図１７を参照しつつ、Ｌ／Ｓパター
ン５３のマスクパターンの場合について考察する。図１
７によれば、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大きさに
よって、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ
＝０）からのディフォーカス量ｄと、Ｌ／Ｓパターン５
３の露光投影像（第１レジストパターン）５６の位置ず
れ量との相関関係が大きく異なっていることが分かる。
特に、ピッチＰの大きさを０．３６μｍとした場合は、
他の大きさのピッチＰに比べてディフォーカス時の像５
６の位置ずれ量が大変小さくなっていることが分かる。
これは、Ｌ／Ｓパターン５３を透過した露光光７（透過
光７ｂ）の回折光が、式（４）で示した条件を略満たし
ているためである。
ン５３のマスクパターンの場合について考察する。図１
７によれば、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大きさに
よって、半導体基板１３の投影光学系９の焦点位置（ｆ
＝０）からのディフォーカス量ｄと、Ｌ／Ｓパターン５
３の露光投影像（第１レジストパターン）５６の位置ず
れ量との相関関係が大きく異なっていることが分かる。
特に、ピッチＰの大きさを０．３６μｍとした場合は、
他の大きさのピッチＰに比べてディフォーカス時の像５
６の位置ずれ量が大変小さくなっていることが分かる。
これは、Ｌ／Ｓパターン５３を透過した露光光７（透過
光７ｂ）の回折光が、式（４）で示した条件を略満たし
ているためである。
【００８４】前述したように、この場合の投影レンズ１
１の開口数ＮＡｐは０．６８であり、照明光源６の軸外
れ状態での照明コヒーレンシーσは０．５である。これ
らから、sinα＝０．３４となる。また、波長λ＝２４
８ｎｍを式（４）に代入すると、Ｐ＝３６４．７ｎｍと
なり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰに略等しいことが
分かる。すなわち、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大
きさを、式（４）の関係を略満たすように設定すれば、
半導体基板１３がディフォーカスしても、Ｌ／Ｓパター
ン５３の像５６の位置は殆ど動かない（ずれない）。し
たがって、ディフォーカス時の第１マスクパターンの露
光投影像が殆ど位置ずれを起こさないように設定するこ
の第２実施形態では、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの
大きさは略０．３６μｍに形成されることが望ましい。
１の開口数ＮＡｐは０．６８であり、照明光源６の軸外
れ状態での照明コヒーレンシーσは０．５である。これ
らから、sinα＝０．３４となる。また、波長λ＝２４
８ｎｍを式（４）に代入すると、Ｐ＝３６４．７ｎｍと
なり、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰに略等しいことが
分かる。すなわち、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの大
きさを、式（４）の関係を略満たすように設定すれば、
半導体基板１３がディフォーカスしても、Ｌ／Ｓパター
ン５３の像５６の位置は殆ど動かない（ずれない）。し
たがって、ディフォーカス時の第１マスクパターンの露
光投影像が殆ど位置ずれを起こさないように設定するこ
の第２実施形態では、Ｌ／Ｓパターン５３のピッチＰの
大きさは略０．３６μｍに形成されることが望ましい。
【００８５】次に、第１マスクパターンとしてのＬ／Ｓ
パターン５３、および第２マスクパターンとしての孤立
ラインパターン５４の寸法を、それぞれ具体的な大きさ
に設定した場合について説明する。孤立ラインパターン
５４には、その像５７のディフォーカス時の位置ずれ量
と、半導体基板１３のディフォーカス量ｄとが、略一定
の相関関係を有するように位置ずれを起こす領域のパタ
ーンサイズとして、線幅ＷＦが１μｍのマスクパターン
を選ぶ。また、Ｌ／Ｓパターン５３には、その像５６が
ディフォーカス時においても位置ずれを殆ど起こさない
（像５６の位置がシフトしない）大きさのピッチＰとし
て、０．３６μｍの大きさのピッチＰを選ぶ。すなわ
ち、Ｌ／Ｓパターン５３のライン部５３の幅ＷＬおよび
スペース部５３ｂの幅ＷＳを、それぞれ０．１８μｍに
設定する。以上説明した寸法からなるＬ／Ｓパターン５
３および孤立ラインパターン５４を、図１３に示すよう
に、相対距離Ｄ２Ｍを空けて互いに平行にマスク基板５
２上に配置（形成）する。
パターン５３、および第２マスクパターンとしての孤立
ラインパターン５４の寸法を、それぞれ具体的な大きさ
に設定した場合について説明する。孤立ラインパターン
５４には、その像５７のディフォーカス時の位置ずれ量
と、半導体基板１３のディフォーカス量ｄとが、略一定
の相関関係を有するように位置ずれを起こす領域のパタ
ーンサイズとして、線幅ＷＦが１μｍのマスクパターン
を選ぶ。また、Ｌ／Ｓパターン５３には、その像５６が
ディフォーカス時においても位置ずれを殆ど起こさない
（像５６の位置がシフトしない）大きさのピッチＰとし
て、０．３６μｍの大きさのピッチＰを選ぶ。すなわ
ち、Ｌ／Ｓパターン５３のライン部５３の幅ＷＬおよび
スペース部５３ｂの幅ＷＳを、それぞれ０．１８μｍに
設定する。以上説明した寸法からなるＬ／Ｓパターン５
３および孤立ラインパターン５４を、図１３に示すよう
に、相対距離Ｄ２Ｍを空けて互いに平行にマスク基板５
２上に配置（形成）する。
【００８６】マスク５１を用いて、Ｌ／Ｓパターン５３
および孤立ラインパターン５４からなるマスクパターン
５５の像を、図１４に示すように、半導体基板１３の表
面１３ａ上に設けたフォトレジスト１７上に露光投影し
て転写し、レジストパターン５８を形成する。
および孤立ラインパターン５４からなるマスクパターン
５５の像を、図１４に示すように、半導体基板１３の表
面１３ａ上に設けたフォトレジスト１７上に露光投影し
て転写し、レジストパターン５８を形成する。
【００８７】この場合における、Ｌ／Ｓパターン５３と
孤立ラインパターン５４との相対距離Ｄ２Ｍに対する、
それぞれの像である第１レジストパターン５６と第２レ
ジストパターン５７との相対距離Ｄ２Ｗとの差、すなわ
ち位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２ Ｍ）を図１８に示す。図１
８は、第１レジストパターン５６および第２レジストパ
ターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）
を、半導体基板１３が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝
０）にある場合の両レジストパターン５６,５７の相対
距離Ｄ２Ｗを基準としてグラフに表したものである。す
なわち図１８は、第１レジストパターン５６および第２
レジストパターン５７がともに位置ずれを起こしていな
い（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ＝０）場合を基準とした、両パター
ン５６,５７の相対距離Ｄ２Ｗの変化をグラフに表した
ものである。
孤立ラインパターン５４との相対距離Ｄ２Ｍに対する、
それぞれの像である第１レジストパターン５６と第２レ
ジストパターン５７との相対距離Ｄ２Ｗとの差、すなわ
ち位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２ Ｍ）を図１８に示す。図１
８は、第１レジストパターン５６および第２レジストパ
ターン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）
を、半導体基板１３が投影光学系９の焦点位置（ｆ＝
０）にある場合の両レジストパターン５６,５７の相対
距離Ｄ２Ｗを基準としてグラフに表したものである。す
なわち図１８は、第１レジストパターン５６および第２
レジストパターン５７がともに位置ずれを起こしていな
い（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ＝０）場合を基準とした、両パター
ン５６,５７の相対距離Ｄ２Ｗの変化をグラフに表した
ものである。
【００８８】図１８から明らかなように、半導体基板１
３のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン５６
および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量
（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）とは、略一定の相関関係を有してい
ることが分かる。したがって、第１レジストパターン５
６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ
量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）を、図１８に示されている特性グ
ラフに照らし合わせることにより、半導体基板１３のデ
ィフォーカス量ｄを高い精度で求めることができる。
３のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン５６
および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ量
（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）とは、略一定の相関関係を有してい
ることが分かる。したがって、第１レジストパターン５
６および第２レジストパターン５７の相対的な位置ずれ
量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）を、図１８に示されている特性グ
ラフに照らし合わせることにより、半導体基板１３のデ
ィフォーカス量ｄを高い精度で求めることができる。
【００８９】なお、この第２実施形態では、第１のマス
クパターン５３として、その露光投影される像（パター
ン）５６の位置が、半導体基板１３のディフォーカス時
においてもシフトしない（ずれない）条件のマスクパタ
ーンを選んだ。しかし、場合によってはそのようなマス
クパターンを選択することができないこともあり得る。
例えば、Ｌ／Ｓパターン５３の像５６および孤立ライン
パターン５４の像５７が、ともにずれてしまうようなマ
スクパターンを選択しなければならないこともあり得
る。そのような場合であっても、Ｌ／Ｓパターン５３お
よび孤立ラインパターン５４のそれぞれの寸法（ピッチ
および形状など）を、それらの像５６，５７のずれ量が
互いにことなる大きさとなるように形成すればよい。こ
れにより、孤立ラインパターン５４の像５７と周期性の
ある特定ピッチＰのＬ／Ｓパターン５３の像５６との相
対距離Ｄ２Ｗを測定して、半導体基板１３のディフォー
カス量ｄを求めることが可能であるのはもちろんであ
る。
クパターン５３として、その露光投影される像（パター
ン）５６の位置が、半導体基板１３のディフォーカス時
においてもシフトしない（ずれない）条件のマスクパタ
ーンを選んだ。しかし、場合によってはそのようなマス
クパターンを選択することができないこともあり得る。
例えば、Ｌ／Ｓパターン５３の像５６および孤立ライン
パターン５４の像５７が、ともにずれてしまうようなマ
スクパターンを選択しなければならないこともあり得
る。そのような場合であっても、Ｌ／Ｓパターン５３お
よび孤立ラインパターン５４のそれぞれの寸法（ピッチ
および形状など）を、それらの像５６，５７のずれ量が
互いにことなる大きさとなるように形成すればよい。こ
れにより、孤立ラインパターン５４の像５７と周期性の
ある特定ピッチＰのＬ／Ｓパターン５３の像５６との相
対距離Ｄ２Ｗを測定して、半導体基板１３のディフォー
カス量ｄを求めることが可能であるのはもちろんであ
る。
【００９０】また、第１マスクパターン５３、あるいは
第２マスクパターン５４に周期性を有する所定のピッチ
Ｐのパターン（Ｌ／Ｓパターン）を用いた場合、それぞ
れのマスクパターン群の幅方向両外側のパターンは周期
性がないため、その像の位置ずれ量が異なってくる。こ
のため、より正確な測定を望む場合は、周期パターン
（Ｌ／Ｓパターン）の幅方向両外側のマスクパターンの
像を、位置測定領域から除くことが望ましい。
第２マスクパターン５４に周期性を有する所定のピッチ
Ｐのパターン（Ｌ／Ｓパターン）を用いた場合、それぞ
れのマスクパターン群の幅方向両外側のパターンは周期
性がないため、その像の位置ずれ量が異なってくる。こ
のため、より正確な測定を望む場合は、周期パターン
（Ｌ／Ｓパターン）の幅方向両外側のマスクパターンの
像を、位置測定領域から除くことが望ましい。
【００９１】その一手段として、例えば図１９（ａ）お
よび（ｂ）に示すように、マスクパターンＡとしての周
期パターン５３が形成されているマスク５１とともに、
遮光性を有する材料によって形成されているマスク基板
６２に、周期パターン５３の幅方向両外側部分のライン
部５９ａ，５９ｂに対して光りが当たるようなマスクパ
ターンＢとしての開口部６０ａ，６０ｂが設けられたマ
スク６１を用意する。そして、半導体基板１３上に周期
パターン５３を露光した後、現像前にマスク６１を用い
てその開口部６０ａ，６０ｂを周期パターン５３に重ね
合わせて露光する。その後、両マスクパターンＡ，Ｂの
像を現像する。すると、半導体基板１３の表面１３ａ上
には、図２０に示すような像６４としてのレジストパタ
ーンＣが得られる。図２０中破線で示すように、周期パ
ターン５３の幅方向両外側部分のライン部５９ａ，５９
ｂに対応するレジストパターン６３ａ，６３ｂは、開口
部６０ａ，６０ｂを露光することにより、現像時に溶け
て無くなる。したがって、結果として、周期パターン５
３のうち、周期性のある中央部分に対応するレジストパ
ターン５６のみが残る。
よび（ｂ）に示すように、マスクパターンＡとしての周
期パターン５３が形成されているマスク５１とともに、
遮光性を有する材料によって形成されているマスク基板
６２に、周期パターン５３の幅方向両外側部分のライン
部５９ａ，５９ｂに対して光りが当たるようなマスクパ
ターンＢとしての開口部６０ａ，６０ｂが設けられたマ
スク６１を用意する。そして、半導体基板１３上に周期
パターン５３を露光した後、現像前にマスク６１を用い
てその開口部６０ａ，６０ｂを周期パターン５３に重ね
合わせて露光する。その後、両マスクパターンＡ，Ｂの
像を現像する。すると、半導体基板１３の表面１３ａ上
には、図２０に示すような像６４としてのレジストパタ
ーンＣが得られる。図２０中破線で示すように、周期パ
ターン５３の幅方向両外側部分のライン部５９ａ，５９
ｂに対応するレジストパターン６３ａ，６３ｂは、開口
部６０ａ，６０ｂを露光することにより、現像時に溶け
て無くなる。したがって、結果として、周期パターン５
３のうち、周期性のある中央部分に対応するレジストパ
ターン５６のみが残る。
【００９２】このような方法を用いることにより、例え
ば重ね合わせ露光を行わなければならない場合、ステー
ジの位置精度に多少の誤差が含まれていても、その誤差
が露光される像（パターン）の位置そのものに影響を与
えるおそれが殆どない。したがって、二重露光時に発生
し易いステージ位置決め誤差を殆ど完全に無視できるデ
ィフォーカス位置測定用のレジストパターンを形成す
る、という目的を達成できる。
ば重ね合わせ露光を行わなければならない場合、ステー
ジの位置精度に多少の誤差が含まれていても、その誤差
が露光される像（パターン）の位置そのものに影響を与
えるおそれが殆どない。したがって、二重露光時に発生
し易いステージ位置決め誤差を殆ど完全に無視できるデ
ィフォーカス位置測定用のレジストパターンを形成す
る、という目的を達成できる。
【００９３】また、以上説明した本発明の第２実施形態
を実施する際に用いられるマスクは、前述したＬ／Ｓパ
ターン５３および孤立ラインパターン５４の一組からな
るマスクパターン５５が形成されているマスク５１に限
定されるものではない。例えば、第１マスクパターンお
よび第２マスクパターンをともに所定のピッチで形成し
た周期パターン（Ｌ／Ｓパターン）から構成した、マス
クパターンを有するマスクを用いても構わない。
を実施する際に用いられるマスクは、前述したＬ／Ｓパ
ターン５３および孤立ラインパターン５４の一組からな
るマスクパターン５５が形成されているマスク５１に限
定されるものではない。例えば、第１マスクパターンお
よび第２マスクパターンをともに所定のピッチで形成し
た周期パターン（Ｌ／Ｓパターン）から構成した、マス
クパターンを有するマスクを用いても構わない。
【００９４】例えば、図２１に示すように、第１マスク
パターン７３として、ライン部７３ａの線幅ＷＬ１およ
びスペース部７３ｂの間隔ＷＳ１が、ともに０．１８μ
ｍの大きさに形成された、０．３６μｍのピッチＰ１
（ＷＬ１＋ＷＳ１）を有するＬ／Ｓパターン７３として
形成する。また、第２マスクパターン７４として、ライ
ン部７４ａの線幅ＷＬ２およびスペース部７４ｂの間隔
ＷＳ２が、ともに０．２１μｍの大きさに形成された、
０．４２μｍのピッチＰ２（ＷＬ２＋ＷＳ２）を有する
Ｌ／Ｓパターン７４として形成する。これら２つのＬ／
Ｓパターン７３およびＬ／Ｓパターン７４を、相対距離
をＤ３Ｍとして離間させた状態で、互いに平行となるよ
うにマスク基板７２上に配置する。
パターン７３として、ライン部７３ａの線幅ＷＬ１およ
びスペース部７３ｂの間隔ＷＳ１が、ともに０．１８μ
ｍの大きさに形成された、０．３６μｍのピッチＰ１
（ＷＬ１＋ＷＳ１）を有するＬ／Ｓパターン７３として
形成する。また、第２マスクパターン７４として、ライ
ン部７４ａの線幅ＷＬ２およびスペース部７４ｂの間隔
ＷＳ２が、ともに０．２１μｍの大きさに形成された、
０．４２μｍのピッチＰ２（ＷＬ２＋ＷＳ２）を有する
Ｌ／Ｓパターン７４として形成する。これら２つのＬ／
Ｓパターン７３およびＬ／Ｓパターン７４を、相対距離
をＤ３Ｍとして離間させた状態で、互いに平行となるよ
うにマスク基板７２上に配置する。
【００９５】このように、互いにピッチが異なる２種類
のＬ／Ｓパターン７３，７４から構成されるマスクパタ
ーン７５が形成されたマスク７１を用いて、図２２に示
すように、測定用のレジストパターン７８を形成する。
マスク５１を用いた場合と同様に、第１のＬ／Ｓパター
ン７３の像としての第１レジストパターン（第１Ｌ／Ｓ
レジストパターン）７６は、ライン部７６ａおよびスペ
ース部７６ｂとして形成される。同じく、第２のＬ／Ｓ
パターン７４の像としての第２レジストパターン（第２
Ｌ／Ｓレジストパターン）７７は、ライン部７７ａおよ
びスペース部７７ｂとして形成される。半導体基板１３
の表面１３ａ上における、第１Ｌ／Ｓレジストパターン
５６および第２Ｌ／Ｓレジストパターン５７の相対距離
をＤ３Ｗとする。
のＬ／Ｓパターン７３，７４から構成されるマスクパタ
ーン７５が形成されたマスク７１を用いて、図２２に示
すように、測定用のレジストパターン７８を形成する。
マスク５１を用いた場合と同様に、第１のＬ／Ｓパター
ン７３の像としての第１レジストパターン（第１Ｌ／Ｓ
レジストパターン）７６は、ライン部７６ａおよびスペ
ース部７６ｂとして形成される。同じく、第２のＬ／Ｓ
パターン７４の像としての第２レジストパターン（第２
Ｌ／Ｓレジストパターン）７７は、ライン部７７ａおよ
びスペース部７７ｂとして形成される。半導体基板１３
の表面１３ａ上における、第１Ｌ／Ｓレジストパターン
５６および第２Ｌ／Ｓレジストパターン５７の相対距離
をＤ３Ｗとする。
【００９６】マスク７１を用いた場合、半導体基板１３
のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン７６お
よび第２レジストパターン７７の相対的な位置ずれ量
（Ｄ３ Ｗ−Ｄ３Ｍ）とは、図２３に示すように、略一定
の相関関係を有していることが分かる。したがって、第
１Ｌ／Ｓレジストパターン７６および第２Ｌ／Ｓレジス
トパターン７７の相対的な位置ずれ量（Ｄ３Ｗ−Ｄ
３Ｍ）を、図２３に示されている特性グラフに照らし合
わせることにより、半導体基板１３のディフォーカス量
ｄを高い精度で求めることができる。
のディフォーカス量ｄと、第１レジストパターン７６お
よび第２レジストパターン７７の相対的な位置ずれ量
（Ｄ３ Ｗ−Ｄ３Ｍ）とは、図２３に示すように、略一定
の相関関係を有していることが分かる。したがって、第
１Ｌ／Ｓレジストパターン７６および第２Ｌ／Ｓレジス
トパターン７７の相対的な位置ずれ量（Ｄ３Ｗ−Ｄ
３Ｍ）を、図２３に示されている特性グラフに照らし合
わせることにより、半導体基板１３のディフォーカス量
ｄを高い精度で求めることができる。
【００９７】あるいは、図２４に示すようなマスクパタ
ーン８５が形成されたマスク８１を用いても構わない。
このマスク８１に形成されているマスクパターン８５
は、前述したマスク５１に形成されている一組のマスク
パターン５５を、それらの幅方向に対して鏡面対称とな
るようにマスク基板８２上に配置したものである。
ーン８５が形成されたマスク８１を用いても構わない。
このマスク８１に形成されているマスクパターン８５
は、前述したマスク５１に形成されている一組のマスク
パターン５５を、それらの幅方向に対して鏡面対称とな
るようにマスク基板８２上に配置したものである。
【００９８】このマスクパターン８５において、例えば
Ｌ／Ｓパターン８３同士の中心位置をＣＭとし、また太
い孤立線からなるパターン８４同士の中心位置をＳＭと
する。図２４に示すように、マスク基板８２上において
は、ＣＭとＳＭとが一致するようにマスクパターン８５
が形成されている。そして、前述した露光装置の検査方
法と同様に、マスクパターン８５の像を半導体基板１３
の表面１３ａ上に設けられているフォトレジスト１７に
転写して、図２５に示すように、レジストパターン８８
を形成する。ここで、一対のＬ／Ｓパターン８３による
レジストパターン８６同士の中心位置をＣＷとし、また
一対の太い孤立線からなるパターン８４によるレジスト
パターン８７同士の中心位置をＳＷとする。
Ｌ／Ｓパターン８３同士の中心位置をＣＭとし、また太
い孤立線からなるパターン８４同士の中心位置をＳＭと
する。図２４に示すように、マスク基板８２上において
は、ＣＭとＳＭとが一致するようにマスクパターン８５
が形成されている。そして、前述した露光装置の検査方
法と同様に、マスクパターン８５の像を半導体基板１３
の表面１３ａ上に設けられているフォトレジスト１７に
転写して、図２５に示すように、レジストパターン８８
を形成する。ここで、一対のＬ／Ｓパターン８３による
レジストパターン８６同士の中心位置をＣＷとし、また
一対の太い孤立線からなるパターン８４によるレジスト
パターン８７同士の中心位置をＳＷとする。
【００９９】前述した原理により、一対のレジストパタ
ーン８６はそれらの位置が殆どずれないが、一対のレジ
ストパターン８７はそれらの位置がずれる。したがっ
て、一対のレジストパターン８７の中心位置をＳＷもず
れる。このように、位置ずれが起きない一対のレジスト
パターン８６および位置ずれを起こした一対のレジスト
パターン８７のそれぞれの中心位置ＣＷおよびＳＷを測
定し、その測定結果に基づいてそれら両中心位置ＣＷお
よびＳＷの相対的な間隔（相対距離）ΔＸ２の大きさを
求める。この両中心位置ＣＷおよびＳＷの相対距離ΔＸ
２が、両レジストパターン８６，８７の相対的な位置ず
れ量に相当する。すなわち、相対距離ΔＸ２は、前述し
た第１レジストパターン５６および第２レジストパター
ン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）に相当
する。
ーン８６はそれらの位置が殆どずれないが、一対のレジ
ストパターン８７はそれらの位置がずれる。したがっ
て、一対のレジストパターン８７の中心位置をＳＷもず
れる。このように、位置ずれが起きない一対のレジスト
パターン８６および位置ずれを起こした一対のレジスト
パターン８７のそれぞれの中心位置ＣＷおよびＳＷを測
定し、その測定結果に基づいてそれら両中心位置ＣＷお
よびＳＷの相対的な間隔（相対距離）ΔＸ２の大きさを
求める。この両中心位置ＣＷおよびＳＷの相対距離ΔＸ
２が、両レジストパターン８６，８７の相対的な位置ず
れ量に相当する。すなわち、相対距離ΔＸ２は、前述し
た第１レジストパターン５６および第２レジストパター
ン５７の相対的な位置ずれ量（Ｄ２Ｗ−Ｄ２Ｍ）に相当
する。
【０１００】したがって、この位置ずれ量ΔＸ２を求め
ることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板
１３のディフォーカス量ｄをより高い精度で求めること
ができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方
法によって製造される半導体装置の品質をより向上させ
ることができる。
ることにより、前述した露光装置の検査方法と同様に、
投影光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板
１３のディフォーカス量ｄをより高い精度で求めること
ができる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方
法によって製造される半導体装置の品質をより向上させ
ることができる。
【０１０１】また、マスクパターン８５を構成する一対
のＬ／Ｓパターン８３および一対の太い孤立線からなる
パターン８４は、それらの幅方向に沿って内側と外側と
を入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図２６
に示すように、一対のＬ／Ｓパターン９３および一対の
太い孤立線からなるパターン９４がそれぞれ鏡面対称と
なるように、一対の太い孤立線からなるパターン９４の
幅方向の内側に一対のＬ／Ｓパターン９３を配置して、
マスク基板９２上にマスクパターン９５を形成する。こ
のようなマスクパターン９５を有するマスク９１を用い
て、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正
する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施して
も、前述したマスク８１を用いた場合と同様の効果を得
ることができる。
のＬ／Ｓパターン８３および一対の太い孤立線からなる
パターン８４は、それらの幅方向に沿って内側と外側と
を入れ換えて配置しても構わない。具体的には、図２６
に示すように、一対のＬ／Ｓパターン９３および一対の
太い孤立線からなるパターン９４がそれぞれ鏡面対称と
なるように、一対の太い孤立線からなるパターン９４の
幅方向の内側に一対のＬ／Ｓパターン９３を配置して、
マスク基板９２上にマスクパターン９５を形成する。こ
のようなマスクパターン９５を有するマスク９１を用い
て、本発明に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正
する露光方法、および半導体装置の製造方法を実施して
も、前述したマスク８１を用いた場合と同様の効果を得
ることができる。
【０１０２】さらに、マスクパターンは、前述したマス
クパターン８５，９５のように、それらの幅方向に沿っ
た一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限
られない。例えば、図２７に示すように、一対のＬ／Ｓ
パターン１０３および一対の太い孤立線からなるパター
ン１０４を、それぞれの幅方向において鏡面対称となる
ように配置する。それとともに、もう一対のＬ／Ｓパタ
ーン１０３および一対の太い孤立線からなるパターン１
０４を、同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称とな
るように、かつ、前記一対の両パターン１０３，１０４
の幅方向に対して直交するように配置する。このよう
に、少なくとも二対の鏡面対称なパターンを含む構成の
マスクパターン１０５を、マスク基板１０２上に形成し
ても構わない。つまり、マスクパターン１０５を、いわ
ゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わ
ない。
クパターン８５，９５のように、それらの幅方向に沿っ
た一方向のみにおいて鏡面対称となるような構成には限
られない。例えば、図２７に示すように、一対のＬ／Ｓ
パターン１０３および一対の太い孤立線からなるパター
ン１０４を、それぞれの幅方向において鏡面対称となる
ように配置する。それとともに、もう一対のＬ／Ｓパタ
ーン１０３および一対の太い孤立線からなるパターン１
０４を、同じくそれぞれの幅方向において鏡面対称とな
るように、かつ、前記一対の両パターン１０３，１０４
の幅方向に対して直交するように配置する。このよう
に、少なくとも二対の鏡面対称なパターンを含む構成の
マスクパターン１０５を、マスク基板１０２上に形成し
ても構わない。つまり、マスクパターン１０５を、いわ
ゆるバー・イン・バー・パターンとして形成しても構わ
ない。
【０１０３】このマスクパターン１０５ように、いわゆ
るバー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成
されたマスク１０１を用いる場合、図２７中白抜き矢印
で示すように、バー・イン・バー・パターン１０５を構
成する各パターン１０３，１０４に対して、斜め方向か
ら露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。
これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対
称なパターンによる像の互いに直行する二方向への位置
ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの測定精
度をさらに向上させることができる。したがって、投影
光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３
のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求めることが
できる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法
によって製造される半導体装置の品質をさらに向上させ
ることができる。
るバー・イン・バー・パターンのマスクパターンが形成
されたマスク１０１を用いる場合、図２７中白抜き矢印
で示すように、バー・イン・バー・パターン１０５を構
成する各パターン１０３，１０４に対して、斜め方向か
ら露光光７の主光線１５を照射する設定とするとよい。
これにより、ディフォーカス時において、二対の鏡面対
称なパターンによる像の互いに直行する二方向への位置
ずれ量を測定できるので、ディフォーカス量ｄの測定精
度をさらに向上させることができる。したがって、投影
光学系９の焦点位置（ｆ＝０）からの、半導体基板１３
のディフォーカス量ｄをさらに高い精度で求めることが
できる。ひいては、本発明に係る半導体装置の製造方法
によって製造される半導体装置の品質をさらに向上させ
ることができる。
【０１０４】ここで、前述したように、図２４〜２７に
示された太いパターン８４，８７，９４，１０４は、図
２１等での説明にあるように、Ｌ／Ｓパターンであって
も何ら問題はない。
示された太いパターン８４，８７，９４，１０４は、図
２１等での説明にあるように、Ｌ／Ｓパターンであって
も何ら問題はない。
【０１０５】この第２実施形態の露光装置の検査方法、
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の露光装
置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半
導体装置の製造方法と同じであり、本発明が解決しよう
とする課題を解決できるのはもちろんである。
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、以上説明した点以外は、第１実施形態の露光装
置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半
導体装置の製造方法と同じであり、本発明が解決しよう
とする課題を解決できるのはもちろんである。
【０１０６】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
２８を参照しつつ説明する。
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
２８を参照しつつ説明する。
【０１０７】この第３実施形態は、前述した本発明に係
る第１および第２実施形態の露光装置の検査方法、焦点
位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法
を実行するに際して、照明アパーチャーを用いること無
く、照明光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に
設定してマスクを照明できるようにするものである。
る第１および第２実施形態の露光装置の検査方法、焦点
位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法
を実行するに際して、照明アパーチャーを用いること無
く、照明光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に
設定してマスクを照明できるようにするものである。
【０１０８】図２８に示すように、マスクパターン４に
対応したマスク基板２の裏面（パターン面の裏側の面、
照明光源側主面）での平面一、またはその近傍に遮光部
材としての遮光帯２０１を配置する。この遮光帯２０１
により、照明光源６から発せられた露光光７（照明光７
ａ）のうち、光軸に沿ってマスクパターン４を照明する
露光光７（照明光７ａ）のを遮光する。遮光帯２０１
は、マスクパターン（測定パターン）４が形成されてい
る領域に対向するように、すなわちマスクパターン４を
その裏面側から実質的に隠すように配置する。このよう
に遮光帯２０１を配置することで、マスクパターン４に
向かって、その光軸方向に沿った直上方向から入射する
照明光７ａを遮光できる。それとともに、マスクパター
ン４に向かって、その斜め方向から入射する照明光７ａ
も、その一方向の成分のみがマスクパターン４に到達で
きる状態に設定することができる。したがって、照明ア
パーチャー１２を用いること無く、照明光７ａを光軸の
中心から実質的に外れた状態に設定して、軸外れの状態
でマスクパターン４を照明することが実現できる。
対応したマスク基板２の裏面（パターン面の裏側の面、
照明光源側主面）での平面一、またはその近傍に遮光部
材としての遮光帯２０１を配置する。この遮光帯２０１
により、照明光源６から発せられた露光光７（照明光７
ａ）のうち、光軸に沿ってマスクパターン４を照明する
露光光７（照明光７ａ）のを遮光する。遮光帯２０１
は、マスクパターン（測定パターン）４が形成されてい
る領域に対向するように、すなわちマスクパターン４を
その裏面側から実質的に隠すように配置する。このよう
に遮光帯２０１を配置することで、マスクパターン４に
向かって、その光軸方向に沿った直上方向から入射する
照明光７ａを遮光できる。それとともに、マスクパター
ン４に向かって、その斜め方向から入射する照明光７ａ
も、その一方向の成分のみがマスクパターン４に到達で
きる状態に設定することができる。したがって、照明ア
パーチャー１２を用いること無く、照明光７ａを光軸の
中心から実質的に外れた状態に設定して、軸外れの状態
でマスクパターン４を照明することが実現できる。
【０１０９】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
２９を参照しつつ説明する。
実施形態に係る露光装置の検査方法、焦点位置を補正す
る露光方法、および半導体装置の製造方法について、図
２９を参照しつつ説明する。
【０１１０】この第４実施形態は、前述した第３実施形
態と同様に、照明アパーチャーを用いること無く、照明
光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に設定して
マスクを照明できるようにするものである。
態と同様に、照明アパーチャーを用いること無く、照明
光源を実質的に光軸からずらした軸外れ状態に設定して
マスクを照明できるようにするものである。
【０１１１】図２９に示すように、マスク基板２の裏面
（パターン面の裏側の面、照明光源側主面）と光学的に
略共役なブラインド面３０１、またはその近傍に遮光部
材としての遮光帯３０２を配置する。この状態で測定用
のマスクパターン４を照明することによって、前記第３
実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、
マスクパターン４に向かって、その光軸方向に沿った直
上方向から入射する照明光７ａを遮光できる。それとと
もに、マスクパターン４に向かって、その斜め方向から
入射する照明光７ａも、その一方向の成分のみがマスク
パターン４に到達できる状態に設定することができる。
したがって、照明アパーチャー１２を用いること無く、
照明光７ａを光軸の中心から実質的に外れた状態に設定
して、軸外れの状態でマスクパターン４を照明すること
が実現できる。
（パターン面の裏側の面、照明光源側主面）と光学的に
略共役なブラインド面３０１、またはその近傍に遮光部
材としての遮光帯３０２を配置する。この状態で測定用
のマスクパターン４を照明することによって、前記第３
実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、
マスクパターン４に向かって、その光軸方向に沿った直
上方向から入射する照明光７ａを遮光できる。それとと
もに、マスクパターン４に向かって、その斜め方向から
入射する照明光７ａも、その一方向の成分のみがマスク
パターン４に到達できる状態に設定することができる。
したがって、照明アパーチャー１２を用いること無く、
照明光７ａを光軸の中心から実質的に外れた状態に設定
して、軸外れの状態でマスクパターン４を照明すること
が実現できる。
【０１１２】また、上記の第３および第４の２つの実施
形態では、遮光帯をパターン面よりも照明側の方に設置
するように説明しているが、パターン面よりも投影光学
系の方に遮光帯を配置しても構わない。このような配置
を行っても、パターンを透過してくる回折光の一部を遮
光することによって実質的に軸外れ照明の状態を作り出
すことができる。
形態では、遮光帯をパターン面よりも照明側の方に設置
するように説明しているが、パターン面よりも投影光学
系の方に遮光帯を配置しても構わない。このような配置
を行っても、パターンを透過してくる回折光の一部を遮
光することによって実質的に軸外れ照明の状態を作り出
すことができる。
【０１１３】なお、本発明に係る露光装置の検査方法、
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、前述した第１〜第４実施形態には制約されな
い。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成
や、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更し
たり、あるいは各種設定を組み合わせて用いたりして実
施することができる。
焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造
方法は、前述した第１〜第４実施形態には制約されな
い。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、それらの構成
や、あるいは工程などの一部を種々様々な設定に変更し
たり、あるいは各種設定を組み合わせて用いたりして実
施することができる。
【０１１４】例えば、本発明を適用可能な露光装置は、
テレセントリック光学系の露光装置には限られない。
テレセントリック光学系の露光装置には限られない。
【０１１５】また、位置ずれ測定用のマスクパターンの
像の相対位置の測定に際しては、その測定手段として電
子顕微鏡を用いても良いし、あるいは光学的な測定装置
を用いても良い。特に、前述したいわゆる合わせずれ検
査装置を用いると、測定を迅速かつ容易に行うことが可
能になる。
像の相対位置の測定に際しては、その測定手段として電
子顕微鏡を用いても良いし、あるいは光学的な測定装置
を用いても良い。特に、前述したいわゆる合わせずれ検
査装置を用いると、測定を迅速かつ容易に行うことが可
能になる。
【０１１６】また、マスクパターンが投影される受像体
は、前述したフォトレジストが設けられた半導体基板に
は限られない。例えば、ＣＣＤ等の受光素子であっても
同様な原理で測定可能である。この場合、受光素子の前
にフィルターのようなものが設置されていても、基本的
には半導体基板上への露光投影と同様に扱うことができ
る。
は、前述したフォトレジストが設けられた半導体基板に
は限られない。例えば、ＣＣＤ等の受光素子であっても
同様な原理で測定可能である。この場合、受光素子の前
にフィルターのようなものが設置されていても、基本的
には半導体基板上への露光投影と同様に扱うことができ
る。
【０１１７】また、本発明は露光装置（投影光学系）の
焦点位置の検出を中心に述べたが、太い線や細い線の位
置ずれは、光学系のコマ収差などによって発生すること
が知られている。例えば、本発明者らは、Jpn.J.Appl.P
hys. VOL.37(1998)の３５５３ページに報告している。
更に、周期的パターンの位置ずれと収差の関係について
も本発明者らは、Applied Optics, VOL.38, No.13(199
9)の２８００ページに報告している。したがって、本発
明は露光装置（投影光学系）の焦点位置の測定だけでは
なく、光学系の収差の測定も合わせてことも可能であ
る。
焦点位置の検出を中心に述べたが、太い線や細い線の位
置ずれは、光学系のコマ収差などによって発生すること
が知られている。例えば、本発明者らは、Jpn.J.Appl.P
hys. VOL.37(1998)の３５５３ページに報告している。
更に、周期的パターンの位置ずれと収差の関係について
も本発明者らは、Applied Optics, VOL.38, No.13(199
9)の２８００ページに報告している。したがって、本発
明は露光装置（投影光学系）の焦点位置の測定だけでは
なく、光学系の収差の測定も合わせてことも可能であ
る。
【０１１８】この場合の、本発明に係る露光装置の検査
方法は、少なくとも一組の互いに形状が異なる第１のマ
スクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマスク
パターンが形成されているマスクを露光装置の光軸から
ずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像を受
像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影された
前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対
距離を測定することにより、露光装置が備える光学系の
収差を調べることを特徴とする露光装置の検査方法、と
表現することができる。
方法は、少なくとも一組の互いに形状が異なる第１のマ
スクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマスク
パターンが形成されているマスクを露光装置の光軸から
ずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像を受
像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影された
前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の相対
距離を測定することにより、露光装置が備える光学系の
収差を調べることを特徴とする露光装置の検査方法、と
表現することができる。
【０１１９】さらに、前述した第１のマスクパターンお
よび第２のマスクパターンからなる位置ずれ測定用（検
査用）のマスクパターンを、実際の半導体装置の製造用
のマスクパターンが形成されているマスクに一体に形成
しても構わない。この場合、それぞれのマスクパターン
による像が互いに干渉し合わないように、位置ずれ測定
用のマスクパターンと、半導体装置製造用のマスクパタ
ーンとを、所定の間隔だけ離間させて設ければよい。
よび第２のマスクパターンからなる位置ずれ測定用（検
査用）のマスクパターンを、実際の半導体装置の製造用
のマスクパターンが形成されているマスクに一体に形成
しても構わない。この場合、それぞれのマスクパターン
による像が互いに干渉し合わないように、位置ずれ測定
用のマスクパターンと、半導体装置製造用のマスクパタ
ーンとを、所定の間隔だけ離間させて設ければよい。
【０１２０】マスクを以上説明したような構成とするこ
とにより、露光装置の光学系の検査および焦点位置を補
正する露光方法と、実際の露光作業（リソグラフィ工
程）とを、１枚のマスクで行うことができる。具体的に
は、実際の露光作業に先立って、前述した第１〜第４実
施形態のいずれか方法によって、マスクを用いて露光装
置の光学系が予め設定された条件を満足しているか否か
を検査する。設定条件を満足していれば引き続き実際の
露光作業に移る。設定条件を満足していなければ、設定
条件を満足するように露光装置の光学系を調整した後、
実際の露光作業に移る。このような方法によれば、実際
の露光作業を行う前に、露光装置の光学系は常に適正な
状態に設定されているので、精度の高い回路パターンを
容易にウェーハに転写できる。ひいては、高性能の半導
体装置をより迅速に、かつ容易に製造することができ
る。
とにより、露光装置の光学系の検査および焦点位置を補
正する露光方法と、実際の露光作業（リソグラフィ工
程）とを、１枚のマスクで行うことができる。具体的に
は、実際の露光作業に先立って、前述した第１〜第４実
施形態のいずれか方法によって、マスクを用いて露光装
置の光学系が予め設定された条件を満足しているか否か
を検査する。設定条件を満足していれば引き続き実際の
露光作業に移る。設定条件を満足していなければ、設定
条件を満足するように露光装置の光学系を調整した後、
実際の露光作業に移る。このような方法によれば、実際
の露光作業を行う前に、露光装置の光学系は常に適正な
状態に設定されているので、精度の高い回路パターンを
容易にウェーハに転写できる。ひいては、高性能の半導
体装置をより迅速に、かつ容易に製造することができ
る。
【０１２１】
【発明の効果】本発明に係る露光装置の検査方法によれ
ば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの
煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マス
クおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、い
わゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用
いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相
対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べるこ
とができる。したがって、露光装置の光学系の状態を低
コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定でき
る。
ば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二重露光などの
煩雑な露光作業を行ったりする必要がない。また、マス
クおよび基板の位置決め誤差を排除できるとともに、い
わゆる合わせずれ検査装置などの一般的な検査装置を用
いて、第１および第２の各マスクパターンの像同士の相
対距離を測定して、露光装置の光学系の状態を調べるこ
とができる。したがって、露光装置の光学系の状態を低
コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に測定でき
る。
【０１２２】また、本発明に係る焦点位置を補正する露
光方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二
重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がな
い。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除でき
るとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的
な検査装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露
光できる。したがって、適正な形状のマスクパターンの
像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に転写
できる。
光方法によれば、特殊なマスクを用いたり、あるいは二
重露光などの煩雑な露光作業を行ったりする必要がな
い。また、マスクおよび基板の位置決め誤差を排除でき
るとともに、いわゆる合わせずれ検査装置などの一般的
な検査装置を用いて焦点位置を適正な状態に補正して露
光できる。したがって、適正な形状のマスクパターンの
像を低コストで、迅速に、高い精度で、かつ容易に転写
できる。
【０１２３】さらに、本発明に係る半導体装置の製造方
法によれば、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅
速に、高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、
適正な露光状態でレジストパターンを形成できるので、
良品な半導体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に
製造できる。
法によれば、露光装置の光学系の状態を低コストで、迅
速に、高い精度で、かつ容易に適正な状態に設定して、
適正な露光状態でレジストパターンを形成できるので、
良品な半導体装置を低コストで、効率よく、かつ容易に
製造できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方
法を模式的に示す図。
法を模式的に示す図。
【図２】本発明の第１および第２実施形態に係る照明光
の軸はずれ量を模式的に示す図。
の軸はずれ量を模式的に示す図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る露光装置の検査方
法に用いるマスクを示す平面図。
法に用いるマスクを示す平面図。
【図４】図３のマスクを用いて基板上に形成されたレジ
ストパターンを示す平面図。
ストパターンを示す平面図。
【図５】図３のマスクを用いて形成された細いレジスト
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図６】図３のマスクを用いて形成された太いレジスト
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図７】本発明の各実施形態に係る露光装置の検査方法
の測定原理を模式的に示す図。
の測定原理を模式的に示す図。
【図８】図３のマスクにより形成された２種類のレジス
トパターンの相対的な位置ずれ量と基板の焦点位置から
のずれ量との相関関係を軸はずれ量ごとに示す特性図。
トパターンの相対的な位置ずれ量と基板の焦点位置から
のずれ量との相関関係を軸はずれ量ごとに示す特性図。
【図９】図３のマスクの変形例を示す平面図。
【図１０】図９のマスクを用いて基板上に形成されたレ
ジストパターンを示す平面図。
ジストパターンを示す平面図。
【図１１】図３のマスクの他の変形例を示す平面図。
【図１２】図３のマスクのさらに他の変形例を示す平面
図。
図。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査
方法に用いるマスクを示す平面図。
方法に用いるマスクを示す平面図。
【図１４】図１３のマスクを用いて基板上に形成された
レジストパターンを示す平面図。
レジストパターンを示す平面図。
【図１５】マスクに入射する照明光とマスクに形成され
ているマスクパターンにより発生する回折光との回折角
の関係を模式的に示す図。
ているマスクパターンにより発生する回折光との回折角
の関係を模式的に示す図。
【図１６】図１３のマスクによる孤立ラインのレジスト
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
パターンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量と
の相関関係をパターンの太さごとに示す特性図。
【図１７】図１３のマスクによるＬ／Ｓのレジストパタ
ーンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相
関関係をピッチの大きさごとに示す特性図。
ーンの位置ずれ量と基板の焦点位置からのずれ量との相
関関係をピッチの大きさごとに示す特性図。
【図１８】図１３のマスクによるＬ／Ｓおよび孤立ライ
ンの両レジストパターンの相対的な位置ずれ量と基板の
焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
ンの両レジストパターンの相対的な位置ずれ量と基板の
焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る露光装置の検査
方法の精度を高める際に用いるマスクの特徴的な部分を
拡大して示す平面図。
方法の精度を高める際に用いるマスクの特徴的な部分を
拡大して示す平面図。
【図２０】図１９のマスクを用いて基板上に形成された
レジストパターンの特徴的な部分を拡大して示す平面
図。
レジストパターンの特徴的な部分を拡大して示す平面
図。
【図２１】図１３のマスクの変形例を示す平面図。
【図２２】図２１のマスクを用いて基板上に形成された
レジストパターンを示す平面図。
レジストパターンを示す平面図。
【図２３】図２１のマスクによるピッチが異なる２種類
のＬ／Ｓのレジストパターンの相対的な位置ずれ量と基
板の焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
のＬ／Ｓのレジストパターンの相対的な位置ずれ量と基
板の焦点位置からのずれ量との相関関係を示す特性図。
【図２４】図１３のマスクの他の変形例を示す平面図。
【図２５】図２４のマスクを用いて基板上に形成された
レジストパターンを示す平面図。
レジストパターンを示す平面図。
【図２６】図１３のマスクのまた他の変形例を示す平面
図。
図。
【図２７】図１３のマスクのさらに他の変形例を示す平
面図。
面図。
【図２８】本発明の第３実施形態に係る露光装置の検査
方法を模式的に示す図。
方法を模式的に示す図。
【図２９】本発明の第４実施形態に係る露光装置の検査
方法を模式的に示す図。
方法を模式的に示す図。
【図３０】従来の技術に係る露光装置の検査方法に用い
るマスクを模式的に示す断面図。
るマスクを模式的に示す断面図。
【図３１】従来の技術に係る露光装置の検査方法に用い
る照明アパーチャーを模式的に示す平面図。
る照明アパーチャーを模式的に示す平面図。
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９
１，１０１…マスク ４，２４，３４，４４，５５，７５，８５，９５，１０
５…マスクパターン ４ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３，７３，８３，９
３，１０３…第１マスクパターン ４ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５４，７４，８４，９
４，１０４…第２マスクパターン ５…露光装置 ６…照明光源（露光光源） ７…露光光 ７ａ…照明光 ７ｂ…透過光 ７ｃ…投影光 ８…照明光学系（露光装置の光学系） ９…投影光学系（露光装置の光学系） １０…照明レンズ １１…投影レンズ １２…照明アパーチャー １３…半導体基板（受像体） １４，２５，５８，７８，８８…マスクパターンの像 １４ａ，２５ａ，５６，６４，７６，８６…第１レジス
トパターン（第１マスクパターンの像） １４ｂ，２５ｂ，５７，７７，８７…第２レジストパタ
ーン（第２マスクパターンの像） １５…露光光の主光線 １６…光軸 １７…フォトレジスト（感光性材料） ２０１，３０２…遮光帯（遮光部材）
１，１０１…マスク ４，２４，３４，４４，５５，７５，８５，９５，１０
５…マスクパターン ４ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３，７３，８３，９
３，１０３…第１マスクパターン ４ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５４，７４，８４，９
４，１０４…第２マスクパターン ５…露光装置 ６…照明光源（露光光源） ７…露光光 ７ａ…照明光 ７ｂ…透過光 ７ｃ…投影光 ８…照明光学系（露光装置の光学系） ９…投影光学系（露光装置の光学系） １０…照明レンズ １１…投影レンズ １２…照明アパーチャー １３…半導体基板（受像体） １４，２５，５８，７８，８８…マスクパターンの像 １４ａ，２５ａ，５６，６４，７６，８６…第１レジス
トパターン（第１マスクパターンの像） １４ｂ，２５ｂ，５７，７７，８７…第２レジストパタ
ーン（第２マスクパターンの像） １５…露光光の主光線 １６…光軸 １７…フォトレジスト（感光性材料） ２０１，３０２…遮光帯（遮光部材）
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 三本木 省次
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(72)発明者 池田 隆洋
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
Ｆターム(参考） 2H095 BE05
5F046 BA04 CB17 DA14 DB05 DD03
Claims (18)
- 【請求項１】少なくとも一組の互いに形状が異なる第１
のマスクパターンおよび第２のマスクパターンを含むマ
スクパターンが形成されているマスクを露光装置の光軸
からずれた方向から照明して、前記マスクパターンの像
を受像体に向けて露光投影し、前記受像体に露光投影さ
れた前記第１および第２の各マスクパターンの像同士の
相対距離を測定することにより、前記露光装置の光学系
の状態を調べることを特徴とする露光装置の検査方法。 - 【請求項２】前記第１および第２のマスクパターンは、
互いに幅が異なる一本の線形状にそれぞれ形成されてい
るとともに、互いに平行に配置されていることを特徴と
する請求項１に記載の露光装置の検査方法。 - 【請求項３】前記第１および第２のマスクパターンは、
前記露光装置が備える光源が発する露光光の波長を前記
露光装置が備える投影光学系の開口数で割った値を用い
て、前記第１および第２のマスクパターンを構成する各
線の像の幅を除した値が、一方のマスクパターンを構成
する線は０．６９以上となるように、かつ、他方のマス
クパターンを構成する線は０．５５以下となるように形
成されていることを特徴とする請求項２に記載の露光装
置の検査方法。 - 【請求項４】前記マスクを照明する際の前記露光装置の
光軸からのずれ量は、前記露光装置が備える照明光学系
の開口数を前記露光装置が備える投影光学系の開口数で
割った値よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載
の露光装置の検査方法。 - 【請求項５】前記第１および第２のマスクパターンは、
一方が一本の線形状に形成されているとともに、他方は
複数本の線が互いに離間されて配置された形状に形成さ
れており、かつ、前記第１および第２のマスクパターン
の線は互いに異なる幅に形成されているとともに、互い
に平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記
載の露光装置の検査方法。 - 【請求項６】前記第１および第２のマスクパターンは、
それぞれ複数本の線が互いに離間されて配置された形状
に形成されており、かつ、前記第１および第２のマスク
パターンの線の幅および線同士の間隔は互いに異なる大
きさに形成されているとともに、互いに平行に配置され
ていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置の検
査方法。 - 【請求項７】前記マスクパターンは、前記一組の第１お
よび第２のマスクパターンと、これら一組のマスクパタ
ーンの幅方向に対して鏡面対称となるように形成された
もう一組の第１および第２のマスクパターンとから構成
されている、少なくとも一対のマスクパターンを含んで
いることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかに
記載の露光装置の検査方法。 - 【請求項８】前記一対のマスクパターンについて、前記
第１のマスクパターンの像同士の中心位置と、前記第２
のマスクパターンの像同士の中心位置とをそれぞれ求
め、それら各中心位置同士の相対距離を測定することに
より、前記第１および第２のマスクパターンのそれぞれ
の像同士の相対距離を測定することを特徴とする請求項
７に記載の露光装置の検査方法。 - 【請求項９】前記マスクパターンは、前記一対のマスク
パターンと、前記一対のマスクパターンの幅方向に対し
て直交するように形成されたもう一対のマスクパターン
とから構成されている、少なくとも二対のマスクパター
ンを含んでいることを特徴とする請求項７に記載の露光
装置の検査方法。 - 【請求項１０】前記二対のそれぞれのマスクパターンに
ついて、前記第１のマスクパターンの像同士の中心位置
と、前記第２のマスクパターンの像同士の中心位置とを
それぞれ求め、それら各中心位置同士の相対距離を測定
することにより、前記第１および第２のマスクパターン
のそれぞれの像同士の相対距離を互いに直交する二方向
において測定することを特徴とする請求項９に記載の露
光装置の検査方法。 - 【請求項１１】前記受像体を、前記マスクパターンの像
が露光投影される一主面側に感光性材料が設けられた半
導体基板とするとともに、前記第１および第２の各マス
クパターンの像同士の相対距離として、露光投影された
前記マスクパターンの像に基づいて前記感光性材料に形
成された前記第１および第２の各マスクパターンに対す
るレジストパターン同士の相対距離を測定することを特
徴とする請求項１〜１０のうちのいずれかに記載の露光
装置の検査方法。 - 【請求項１２】前記マスクの前記マスクパターンが設け
られている側とは反対側の面上、もしくはその面の近傍
に、前記マスクパターンと対向するように遮光部材を設
けることを特徴とする請求項１〜１１のうちのいずれか
に記載の露光装置の検査方法。 - 【請求項１３】前記マスクを照明する露光光のうち前記
露光装置の光軸に沿った方向から前記マスクパターンに
向かって入射する露光光を遮るように、かつ、前記露光
装置の光軸に沿った方向からずれた一方向のみから前記
露光光が前記マスクパターンに向かって入射するよう
に、前記マスクの前記マスクパターンが設けられている
側とは反対側の面と光学的に略共役な位置、もしくはそ
の位置の近傍に、遮光部材を設けることを特徴とする請
求項１〜１１のうちのいずれかに記載の露光装置の検査
方法。 - 【請求項１４】前記第１および第２の各マスクパターン
の像同士の相対距離を測定することにより、前記露光装
置が備える投影光学系の焦点位置を測定することを特徴
とする請求項１〜１３のうちのいずれかに記載の露光装
置の検査方法。 - 【請求項１５】請求項１４に記載の露光装置の検査方法
により前記露光装置が備える投影光学系の焦点位置を測
定し、その測定結果に基づいて前記半導体基板を前記露
光装置の光軸方向に沿って移動させて、前記投影光学系
の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材料に前記
マスクパターンの像を露光投影して転写することを特徴
とする焦点位置を補正する露光方法。 - 【請求項１６】請求項１〜１３のうちのいずれかに記載
の露光装置の検査方法により前記露光装置の光学系の状
態を調べ、その結果に基づいて前記露光装置の光学系を
適正な状態に設定するとともに、一主面上に感光性材料
が設けられている半導体基板を前記露光装置が備える投
影光学系の適正な焦点位置に配置した後、前記感光性材
料に半導体装置製造用のマスクパターンの像を転写して
レジストパターンを形成する工程を含むことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項１７】請求項１４に記載の露光装置の検査方法
により前記投影光学系の焦点位置を測定し、その測定結
果に基づいて前記投影光学系の焦点位置を適正な状態に
設定するとともに、一主面上に感光性材料が設けられて
いる半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に配
置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマスク
パターンの像を転写してレジストパターンを形成する工
程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】請求項１５に記載の焦点位置を補正する
露光方法により前記投影光学系の焦点位置を適正な状態
に補正するとともに、一主面上に感光性材料が設けられ
ている半導体基板を前記投影光学系の適正な焦点位置に
配置した後、前記感光性材料に半導体装置製造用のマス
クパターンの像を転写してレジストパターンを形成する
工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2001341039A JP3615181B2 (ja) | 2001-11-06 | 2001-11-06 | 露光装置の検査方法、焦点位置を補正する露光方法、および半導体装置の製造方法 |
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