KR100526385B1 - 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는 노광 장치의 광학계 상태를 저 비용으로, 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 조사할 수 있는 광학 장치의 검사 방법을 제공하는 데 있다.
마스크(1)에, 선폭(WT)이 0.15 ㎛인 선 형상의 제1 마스크 패턴(4a), 이 패턴(4a)에 평행한 선폭(WT)이 1.0 ㎛인 선 형상의 제2 마스크 패턴(4b)으로 이루어지는 마스크 패턴(4)을 형성한다. 노광 장치(5)의 2차 광원면측에 조명 조리개(12)를 배치하여, 조명 광원(6)을 광축(16)으로부터 실질적으로 0.3 σ만큼 어긋나게 한 축 어긋남 상태에서 마스크(1)를 조명하고, 각 패턴(4a, 4b)의 상을 반도체 기판(13) 상의 포토 레지스트(17)에 노광 투영하여 전사한 후, 현상하여 제1 및 제2 레지스트 패턴(14a, 14b)을 형성한다. 각 레지스트 패턴(4a, 4b)의 상대 거리(D1M)를 측정하고, 각 마스크 패턴(4a, 4b)의 상대 거리(D1M)와의 차이를 구하여 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 구한다.

Description

노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 {METHOD FOR TESTING EXPOSURE DEVICE, EXPOSING METHOD FOR CORRECTING FOCAL LOCATION AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 리소그래피 공정에 이용되는 노광 장치의 광학계 상태를 검사하는 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 노광 장치를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 광리소그래피 공정에 있어서, 투영 노광 장치(스텝퍼)를 이용하여 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 경우에는 노광 장치의 광학계 상태, 특히 노광 장치의 초점 위치(포커스 위치)가 적절한 상태로 설정되어 있지 않으면, 소위 포커스 흐림 상태가 되기 쉽고, 원하는대로의 미세 패턴을 형성하는 것이 곤란해진다. 특히, 최근 전사 패턴의 한층 미세화가 진행함에 따라서 노광 장치의 초점 위치의 설정 정밀도가 매우 중요해지고 있다.
예를 들어, 디자인 룰이 0.13 ㎛인 반도체 장치에서는 초점 심도가 0.5 ㎛ 미만이다. 이 경우, 초점 위치의 설정 정밀도는 초점 심도의 10분의 1보다도 높은 정밀도로 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 적어도 0.05 ㎛의 정밀도로 초점 위치를 설정할 필요가 있다. 또한, 물론 그 설정은 단지 반복 정밀도가 좋을 뿐만 아니라, 정확한 초점 위치를 정밀도 좋게 측정할 수 없으면 의미가 없다. 이와 같이, 디자인 룰이 0.13 ㎛인 반도체 장치를 제조하는 경우에는 적어도 0.05 ㎛의 정밀도로 노광 장치의 초점 위치를 측정하거나, 혹은 모니터링하거나 할 수 있는 것이 중요하다.
이상, 구체예를 들어 간결하게 설명한 바와 같이, 예를 들어 노광에 의한 전사 패턴으로부터 노광 장치의 초점 위치를 정확하게 모니터링하고자 하는 기술이 각종 개발되어 있다.
예를 들어, 그들 중 하나로 위상 시프트 패턴을 이용한 모니터링 기술이 있다. 그 대표적인 예가 International Business Machine Corporation(IBM사)의 Timothy Brunner에 의해 Prco.SPIE vol. 2726('96)의 236페이지에 발표되어 있다.
이 방법은 도30에 도시한 바와 같은 단면 구조를 갖는 원판 마스크(401)를 이용하는 것이다. 원판 마스크(401)는 광투과성을 갖는 마스크 본체(402) 및 크롬제의 차광 부재(403) 등으로 구성되어 있고, 마스크 본체(402)의 일주면 상에는 노광에 의해 반도체 기판 상에 전사되는 도시하지 않은 모니터링용 마스크 패턴이 형성되어 있다. 마스크 본체(402)는 도30에 그 단면 구조를 도시한 바와 같이, 기준면(402a)과, 이와는 위상이 90°다른(시프트된)면(위상 시프터)(402b)을 갖고, 이들 기준면(402a)과 위상 시프터면(402b)의 경계 영역에 차광 부재(403)가 배치되어 있다. 또한, 기준면(402a) 상에는 도시하지 않은 기준 패턴이 배치되어 있다.
이상 간결하게 설명한 원판 마스크(401)를 이용하여 마스크 패턴을 반도체 기판 상에 노광한다. 이 때, 반도체 기판의 위치, 즉 도시하지 않은 노광 장치의 초점(포커스)이 최량의 포커스 위치(베스트 포커스 위치)로부터 어긋나 있으면, 기준면(402a)과 위상 시프터면(402b)의 경계 영역에 형성되어 있는 마스크 패턴(차광 부재)(403)과, 기준면(402a) 상의 도시하지 않은 기준 패턴의 반도체 기판 상에 전사되는 상대적인 위치가 변화한다. 이 경우, 반도체 기판의 베스트 포커스 위치로부터의 어긋남량과, 상기 상대적인 위치 어긋남량은 서로 대략 선형성 관계를 갖고 있는 것을 알 수 있다. Timothy Brunner에 의해 제안되어 있는 이 방법은 각 전사 패턴의 위치 어긋남량을, 예를 들어 소위 맞춤 어긋남 검사 장치 등으로 판독하여 그 결과를 전술한 선형 관계에 적용함으로써, 노광 장치의 포커스 위치를 정확하게 모니터링하고자 하는 것이다.
이 방법에 따르면, 반도체 기판의 위치를 다양하게 바꾸어 노광한 복수의 전사 패턴을 검사함으로써, 노광 장치의 베스트 포커스 위치를 구하는 작업을 행할 필요가 없어진다. 즉, 노광 장치의 포커스 위치를 측정하는 검사 패턴을 한번의 노광으로 형성하고, 이 검사 패턴을 측정함으로써 노광 장치의 최량의 포커스 위치를 구할 수 있다.
또한 최근, 전술한 Timothy Brunner의 모니터링 방법과 마찬가지로, 맞춤 어긋남 검사 장치를 이용하여 패턴의 위치 어긋남량을 측정함으로써 노광 장치의 포커스 위치를 모니터링할 수 있는 기술이 미쯔비시덴끼 가부시끼가이샤의 나까오슈지에 의해 제48회 응용 물리학회 관계 연합회 강연 예비 요약 원고집 No.2(2001년 3월)의 733 페이지에 발표되었다. 이 기술은 전술한 바와 같이 위상 시프터(402b)가 형성되어 있는 특수한 마스크가 아닌, 검사용 마스크 패턴이 통상의 크롬에 의한 차광막 패턴만으로 형성되어 있는 일반적인 마스크를 이용하여 노광 장치의 포커스 위치를 모니터링할 수 있는 것이다.
이 방법은, 노광 장치의 조명 광원의 코히런시(σ)를 이용하여 광학적으로 규격화하면, 도31에 도시한 바와 같은 크기 및 형상으로 모식적으로 나타낼 수 있는 조명 조리개(501)를 사용하는 것이다. 우선, 도시하지 않은 노광 장치의 조명 광원의 중심이 실질적으로 노광 장치의 광축으로부터 어긋난, 소위 축 어긋남의 위치에 오도록 조명 조리개(501)를 노광 장치의 이차 광원면측에 배치한다. 그와 같은 축 어긋남의 조명 조건하에서 비교적 큰 치수, 예를 들어 2 ㎛의 패턴을 노광한다. 또한, 조명 광원의 중심이 실질적으로 광축의 중심 위치에 오는 조명 조건하에서 동일하게 2 ㎛의 패턴을 노광한다. 단, 그들 두 종류의 다른 조명 조건하에서 노광을 행할 때에, 노광한 각 패턴이 소위 박스ㆍ인ㆍ박스의 검사 패턴이 되도록 이중 노광을 행한다. 보다 상세하게 설명하면, 축 어긋남의 조명 조건하에서 형성하는 패턴이 내측 박스에, 또한 축중심의 조명 조건하에서 형성하는 패턴이 외측 박스가 되는 설정으로 이중 노광을 행한다.
축 어긋남의 조명 조건하에서 노광한 패턴은 초점 위치의 어긋남량에 따라서 대략 선형성의 관계를 유지하면서 위치 어긋남을 일으키는 데 반해, 축중심의 조명 조건하에서 노광한 패턴은 초점 위치가 변화해도 위치 어긋남을 일으키지 않는다. 그래서, 이 방법에서는 박스ㆍ인ㆍ박스의 검사 패턴의 내측 패턴과 외측 패턴의 상대적인 위치 어긋남량을 맞춤 어긋남 검사 장치로 측정함으로써, 노광했을 때의 노광 장치의 포커스 위치를 측정하고자 하는 것이다.
이 방법이 실행 가능한 이유는, 비교적 굵은 패턴을 투영하는 경우, 마스크 상의 굵은 패턴을 조명하는 광선은 마스크를 투과할 때에 넓은 각도로 확대되어 회절하는 일이 거의 없으므로, 대략 주광선 부근의 회절광만으로 투영하는 것이 가능하기 때문이다. 또한, 이 방법에 있어서는 마스크에 형성하는 패턴은 통상 이용하는 차광막으로 이루어지는 패턴으로 충분하며, 특수한 위상 시프트 패턴일 필요는 없다.
전술한 Timothy Brunner의 모니터링 방법에서는 원판 마스크(401)에는 통상 이용하는 일이 없는 90°위상 어긋남을 일으키기 위한 위상 시프터(402b)를 형성할 필요가 있다. 이로 인해, 마스크의 제조 비용이 상승해 버린다.
또한, 전술한 미쯔비시덴끼 가부시끼가이샤의 나까오 슈지의 모니터링 방법에서는 이중 노광을 행하지 않으면 검사 패턴(측정용 패턴)을 전사할 수 없다. 따라서, 이 방법에 의한 포커스 모니터를 양산 현장에 적용하면, 노광에 걸리는 시간이 증가하기 때문에 생산성이 저하된다. 또한, 이 방법으로 포커스 위치를 고정밀도로 측정하기 위해서는 측정용 패턴의 위치 어긋남량을 수 ㎚의 정밀도로 판독할 필요가 있다. 이로 인해, 이중 노광을 행할 때에 1번째의 노광과 2번째의 노광 사이에서 마스크 및 전사 기판이 움직이지 않도록 할 필요가 있다. 이와 같이 수 ㎚의 정밀도로 판독이 필요한 경우에 있어서, 측정에 필요한 정밀도를 확보하기 위해서는, 또한 그 수분의 일의 위치 정밀도, 즉 1 ㎚ 이하의 위치 정밀도로 마스크 및 전사 기판의 위치를 계속해서 보유 지지할 필요가 있다. 그런데, 그와 같은 정밀도로 마스크 및 전사 기판(수상체)의 위치를 계속해서 보유 지지하는 것은, 현재의 높은 제어 기술을 갖고 있어도 매우 곤란하다.
또한, 이상 설명한 바와 같은 문제가 있으면, 마스크 패턴을 적절한 형상으로 전사하는 것이 곤란해지거나, 나아가서는 원하는 성능을 발휘할 수 있는 양호한 품질의 반도체 장치를 제조하는 것이 곤란해지거나 할 우려가 있다.
본 발명은, 이상 설명한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없고, 또한 마스크 및 수상체의 위치 결정 오차를 배제하고, 일반적인 검사 장치를 이용하여 노광 장치의 광학계 상태를 저비용으로 신속하고 높은 점도로, 또한 용이하게 측정할 수 있는 노광 장치의 검사 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 적절한 형상의 마스크 패턴의 상을 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 전사할 수 있는 초점 위치를 보정하는 노광 방법을 제공하는 데 있다. 또한, 양호한 품질의 반도체 장치를 저비용으로, 효율적으로, 또한 용이하게 제조할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법은 적어도 1세트의 서로 형상이 다른 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 포함하는 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크를 노광 장치의 광축으로부터 어긋난 방향으로부터 조명하여 상기 마스크 패턴의 상을 수상체를 향해 노광 투영하고, 상기 수상체에 노광 투영된 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정함으로써, 상기 노광 장치의 광학계 상태를 조사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 노광 장치의 검사 방법에 있어서는 노광 장치의 광축으로부터 어긋난 방향으로부터 조명되어 수상체에 노광 투영된 서로 형상이 다른 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정한다. 따라서, 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크 및 기판의 위치 결정 오차를 배제할 수 있는 동시에, 이른바 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정하여 노광 장치의 광학계 상태를 조사할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법은 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 초점 위치를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 상기 반도체 기판을 상기 노광 장치의 광축 방향에 따라서 이동시켜 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 상기 마스크 패턴의 상을 노광 투영하여 전사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 있어서는, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 투영 광학계의 초점 위치를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 반도체 기판을 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 감광성 재료에 마스크 패턴의 상을 노광 투영하여 전사한다. 따라서, 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크 및 기판의 위치 결정 오차를 배제할 수 있는 동시에, 소위 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 초점 위치를 적절한 상태로 보정하여 노광할 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법은 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 노광 장치의 광학계 상태를 조사하고, 그 결과에 의거하여 상기 노광 장치의 광학계를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법은 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 투영 광학계의 초점 위치를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 상기 투영 광학계의 초점 위치를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법은 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 의해 상기 투영 광학계의 초점 위치를 적절한 상태로 보정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이들 반도체 장치의 제조 방법에 있어서는 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법 또는 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 의해, 투영 광학계의 초점 위치를 적절한 상태로 설정하거나, 혹은 보정하거나 하는 등 노광 장치의 광학계를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 반도체 기판을 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치하여 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성한다. 따라서, 노광 장치의 광학계 상태를 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 적절한 상태로 설정하여 적절한 노광 상태에서 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 도1 내지 도29에 의거하여 제1 내지 제4의 각 실시 형태마다 설명한다.
(제1 실시 형태)
우선, 본 발명의 제1 실시 형태를 상술하는 데 앞서, 일반적인 노광 장치 구성의 개략을 도1을 참조하면서 설명한다. 도1에 있어서는 다양한 종류의 노광 장치 중에서, 소위 텔리센트릭 광학계를 갖는 축소 투영형의 노광 장치(스텝퍼)(5)를 예로 들어 도시한다.
노광 장치(5)는, 도1에 도시한 바와 같이 소정 파장(λ)을 포함하는 노광광(7)을 발하는 광원(노광 광원, 조명 광원)(6), 이 조명 광원(6)이 발한 노광광(7)[조명광(7a)]을 마스크 패턴(4)이 형성되어 있는 마스크(레티클)(1)로 유도하는 조명 광학계(8), 마스크(1)를 투과한 노광광(7)[투과광(7b)]에 의한 마스크 패턴(4)의 상을 수상체(13)의 일주면(13a) 상으로 유도하는 투영 광학계(9) 등으로 구성되어 있다. 또한, 조명 광원(6)과 조명 광학계(8) 사이, 즉 노광 장치(5)의 이차 광원면측에는 마스크(1)[마스크 패턴(4)]를 실질적으로 노광 장치(5)의 광축(16)으로부터 어긋난 방향으로부터 조명하는 상태를 만들어 내기 위해, 후술하는 크기 및 형상으로 이루어지는 조명 조리개(12)가 배치된다.
텔리센트릭 광학계를 갖는 노광 장치(5)의 경우, 도1 중 일점 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 노광 장치(5)의 광축(16)은 일직선형이 된다. 수상체(13)는 마스크 패턴(4)의 상(14)이 노광 투영되는 일주면(13a)이 투영 렌즈(11)에 대향하는 자세로 노광 장치(5)[투영 광학계(9)]의 초점 위치(f ＝ 0) 부근, 즉 투영 렌즈(11)의 초점 위치 부근에 배치된다. 또한, 도1 등에 있어서는 노광광(7)의 광선 상태를 이해하기 쉽게 하기 위해, 노광광(7)의 광선 상태는 기하 광학적 또한 모식적으로 나타내고 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법에 대해 도1 내지 도12를 참조하면서 설명한다.
우선, 노광 장치(5)에 의한 마스크(1)의 조명에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는 노광광(7)[조명광(7a)]으로서, 파장(λ)이 246 ㎚인 KrF 엑시머 레이저광을 이용한다. 또한, 노광 장치(5)의 투영 광학계(9)의 개구수 NAP는 0.68로 설정되어 있는 것으로 한다.
조명 광학계(8)의 코히런시(σ)는 조명 광학계(8)의 개구수를 NAi라 하면, 다음에 나타내는 수학식 1에서 구할 수 있다.
[수학식 1]
σ ＝ NAi/NAP
본 실시 형태에 있어서는 노광 장치(5)의 조명 코히런시(σ)는 최대 0.85까지 확대 가능하게 한다. 또한, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 있어서는 마스크(1)에 형성되어 있는 마스크 패턴(4)을 노광 장치(5)의 광축(16)에 따른 방향으로부터 어긋난 방향에서 조명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 그와 같은 소위 축 어긋남 상태에서의 조명(노광)을 실현할 때의 σ로서 0.3 σ의 값을 이용하는 것으로 하였다. 이 축 어긋남 상태에서의 조명을 광학적으로 규격화하면, 조명 광원(6)의 광축(16)으로부터의 어긋남량(축 어긋남량)과 조명 광원(6)의 크기와의 관계는 도2에 모식적으로 도시한 바와 같이 정의할 수 있다.
도1 및 도2에 모식적으로 도시하고 있는 축 어긋남 상태에서의 조명을 실현시키기 위해, 본 실시 형태에 있어서는 조명 조리개(12)를 이용한다. 조명 조리개(12)는 조명 광원(6)이 발하는 조명광(7a)을 차광하는 차광부(12a)와, 이 차광부(12a)를 관통하여 설치되고, 조명 광원(6)이 발하는 조명광(7a)이 통과 가능한 광통과 구멍(12b)으로 구성되어 있다. 차광부(12a)는 조명 광원(6)이 발하는 조명광(7a)의 대부분을 차광할 수 있도록, 그 반경의 크기가 노광 장치(5)의 조명 코히런시(σ)의 최대치 0.85 σ와 동등한 크기의 원형상으로 형성되어 있다. 또한, 광통과 구멍(12b)은 조명광(7a)의 일부가 통과할 수 있도록, 그 반경의 크기가 축 어긋남 상태에서의 노광 장치(5)의 실질적인 조명 코히런시(σ)의 값이 되는 O.3 σ과 동등한 크기의 원형상으로 형성되어 있다.
또한, 도2에 도시한 바와 같이 광통과 구멍(12b)은 그 중심(C2)을 차광부(12a)의 중심(C1)으로부터 소정량(Dc) 어긋나게 된 위치에 설치되어 있다. 이 광통과 구멍(12b)의 어긋남량(Dc)은 광통과 구멍(12b) 속에 차광부(12a)의 중심(C1)을 포함하지 않도록, 광통과 구멍(12b)의 반경보다도 크게 설정되어 있다.
이상 설명한 조명 조리개(12)를 그 차광부(12a)의 중심(C1)이 노광 장치(5)의 광축(16)[광축(16)의 중심]과 일치하도록 배치한다. 그러면, 조명 광원(6)으로부터 발하게 되는 노광광(7)은 그 대부분이 차광부(12a)에 의해 차광되고, 광통과 구멍(12b)을 통과한 노광광(7)만이 조명광(7a)이 되어 조명 광학계(8)의 투명 렌즈(10)의 동공 속에 도달한다. 이 경우, 조명 광원(6)은 그 중심이 노광 장치(5)의 광축(16) 중심으로부터 실질적으로 소정량(Dc) 어긋나게 된 상태로 설정되게 된다. 이에 의해, 마스크(1)에 형성되어 있는 마스크 패턴(4)을 노광 장치(5)의 광축(16)에 따른 방향으로부터 어긋난 방향으로부터 조명할 수 있다. 구체적으로는, 도1 중 백색 화살표로 나타낸 바와 같이, 노광광(7)[조명광(7a)]의 주광선(15)을 마스크 패턴(4)에 대해 광축(16)으로부터 기울어진 방향으로부터 조사할 수 있다. 축 어긋남의 조명 상태에서 조사된 주광선(15)은 도1 중 백색 화살표로 나타내는 광로에 대략 따라서, 노광광(7)[투영광(7c)]의 일부로서 수상체(13)에 도달한다.
본 실시 형태에 있어서는, 마스크 패턴(4)의 상(14)이 노광 투영되는 수상체로서, 일주면(표면)(13a) 상에 감광성 재료(포토 레지스트)(17)가 도포된 반도체 기판(13)을 이용하는 것으로 한다. 따라서, 측정하는 마스크 패턴(4)의 상으로서 노광 투영에 의해 포토 레지스트(17)에 전사되어 형성된 레지스트 패턴(14)을 측정하는 것으로 한다.
다음에, 본 실시 형태에 이용되는 마스크(1) 및 이 마스크(1)의 일주면 상에 형성되어 있는 마스크 패턴(4)에 대해 설명한다. 마스크(1)는, 예를 들어 유리 등의 광투과성을 갖는 재료로 형성된 마스크 기판(마스크 본체)(2) 및 예를 들어 크롬(Cr) 등의 차광성을 갖는 재료에 의해 형성된 차광 부재(3) 등으로 구성되어 있다. 마스크 패턴(4)은 도3에 도시한 바와 같이, 1세트의 서로 형상이 다른 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)으로 구성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는 그들 1세트의 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)은 서로 폭이 다른 2개의 평행선(4a, 4b)으로 구성되어 있다.
구체적으로는, 제1 마스크 패턴(4a)은 도3에 도시한 바와 같이 소정 크기의 폭(WF)을 갖는 비교적 가는 선 형상(띠 형상)으로 형성되어 있다. 이에 반해 제2 마스크 패턴(4b)은 제1 마스크 패턴(4a)과 동등한 길이를 갖는 동시에, 제1 마스크 패턴(4a)의 폭(WT)보다도 넓은 소정 크기의 폭(WF)을 갖는 비교적 굵은 선 형상(띠 형상)으로서 형성되어 있다. 또한, 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)은 그들의 마스크 기판(2) 상에 있어서의 상대적인 간격(상대 거리)(D1M)을 소정 크기로 분리된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다. 이 상대 거리(D1M)의 크기는 적어도 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영되는 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 각각의 상(14)끼리가 서로 겹치지 않을 정도의 크기를 갖도록 미리 설정된다. 실질적으로는, 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 상대 거리(D1M)는 비교적 굵은 선인 제2 마스크 패턴(4b)의 폭(WF)보다도 넓게 개방하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 제1 및 제2 양 마스크 패턴(4a, 4b)의 상(14)끼리의 포토 레지스트(17) 상에 있어서의 간섭을 무시할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 마스크 패턴(4)이 형성되어 있는 마스크(1)를 노광 장치(5)를 이용하여 전술한 축 어긋남 상태에서 조명하고, 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 각각의 상(14)을 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영한다. 이하, 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영된 제1 및 제2 양 마스크 패턴(4a, 4b)의 각각의 상(14)에 대해 설명한다.
또한, 전술한 바와 같이 노광 장치(5)는 축소 투영형의 노광 장치이고, 일반적으로는 마스크 상의 마스크 패턴과, 실제로 투영 노광되는 마스크 패턴의 상은 이들의 크기를 직접 비교할 수 없다. 그래서, 이하의 설명에 있어서는 마스크 패턴(4)과 마스크 패턴(4)의 상(14)과의 비교를 쉽게 하기 위해, 그들의 치수 등을 동일한 배율(축소율)로 설정(수정)한 것으로서 서술하는 것으로 한다.
도4는, 전술한 바와 같이 조명 광원(6)의 광축(16)으로부터의 축 어긋남량(Dc)의 크기를 0.3 σ로 설정한 축 어긋남 상태에서 마스크 패턴(4)을 조명한 경우의 포토 레지스트(17)로 형성된 레지스트 패턴(14)을 도시한 것이다. 즉, 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 각각에 대한 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)을 도시한 것이다. 여기서, 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대적인 간격(상대 거리)을 D1W로 한다.
조명 광원(6)의 축 어긋남량(Dc)이 0.3 σ인 경우에 있어서의 반도체 기판(13)[포토 레지스트(17)의 표면]의 투영 광학계(9)[노광 장치(5)]의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 위치 어긋남량(d)[디포커스량(d)]과, 포토 레지스트(17)의 표면 상에 투영되는 일반적인 선 형상의 마스크 패턴(고립선 패턴) 상의 원하는 투영 위치로부터의 위치 어긋남량과의 상관 관계를 고립선의 선폭의 크기마다 나타낸 그래프로서 도5 및 도6에 나타낸다. 도5는 고립선의 선폭이 0.2 ㎛ 이하인 경우를 도시한 도면이고, 도6은 고립선의 선폭이 0.25 ㎛ 이상인 경우를 도시한 도면이다. 도5로부터 명백한 바와 같이, 고립선의 선폭이 0.2 ㎛ 이하인 마스크 패턴의 상은 반도체 기판(13)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 위치 어긋남량(d)의 크기에 상관없이 그 위치 어긋남량은 근소해, 대부분 무시할 수 있는 측정 오차의 범위 내이다. 예를 들어 최대라도 0.02 ㎛ 정도이다. 이에 대해, 고립선의 선폭이 0.25 ㎛ 이상인 마스크 패턴의 상은 도6으로부터 명백한 바와 같이, 고립선의 선폭이 0.2 ㎛ 이하인 마스크 패턴의 상에 비교하여 그 4배 내지 5배 정도의 양의 위치 어긋남을 일으킨다.
본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법은 이상 설명한 고립선의 선폭의 크기에 따른 위치 어긋남 현상과, 반도체 기판(13)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 위치 어긋남량(d)과의 상관 관계를 이용하여 노광 장치(5)의 광학계의 상태를 조사하는 것을 특징으로 하고 있다. 특히, 본 제1 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법은 그와 같은 상관 관계를 이용하여 투영 광학계(9)[노광 장치(5)]의 초점 위치(f ＝ 0)를 조사하는 것이다. 따라서, 본 실시 형태에 있어서는 비교적 가는 선폭을 갖는 고립선으로서 형성되어 있는 제1 마스크 패턴(4a)의 선폭(WT)을 0.2 ㎛ 이하로 하고, 비교적 굵은 선폭을 갖는 고립선으로서 형성되어 있는 제2 마스크 패턴(4b)의 선폭(WF)을 0.25 ㎛ 이상으로 하여 각각 설정하였다. 이와 같은 치수로 형성된 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)을 각각 마스크 기판(2) 상에 도3에 도시한 바와 같이 배치하여 노광한다. 구체적으로는, 제1 마스크 패턴(4a)의 폭(WT)을 0.15 ㎛로, 또한 제2 마스크 패턴(4b)의 폭(WF)을 1.0 ㎛로 각각 설정하였다.
이상 설명한 바와 같이, 서로 다른 선폭으로 이루어지는 1세트의 마스크 패턴(4a, 4b)을 이용한 경우, 비교적 굵은 마스크 패턴인 1.0 ㎛의 선폭을 갖는 제2 마스크 패턴(4b)을 축 어긋남 상태에서 조명하면, 도7의 (a)에 도시한 바와 같이 노광광(7) 중, 대략 주광선(15) 부근만의 회절광(16)에 의해 제2 레지스트 패턴(14b)이 형성된다. 따라서, 반도체 기판(투영 기판)(13)이 도1 중 실선으로 나타낸 바와 같이, 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0), 바람직하게는 최량의 초점 위치(베스트 포커스 위치 : Fb)로부터 소정량(d) 어긋난 위치(디포커스 위치 : Pd)에 배치되어 있으면, 그 디포커스량(d)에 따라서 제2 레지스트 패턴(14b)이 형성되는 위치도 어긋난다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는 설명을 간결하게 하기 위해, 도1에 도시한 바와 같이 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)와 베스트 포커스 위치(Pb)를 동일 위치로 한다.
한편, 비교적 가는 마스크 패턴인 0.15 ㎛의 선폭을 갖는 제1 마스크 패턴(4a)을 축 어긋남 상태에서 조명하면, 도7의 (b)에 도시한 바와 같이 회절광(16)이 주광선(15)을 중심으로 하여 그 주위로 넓어진다. 즉, 투영 렌즈(11) 동공의 일부뿐만 아니라, 그 대략 전체면으로부터 포토 레지스트(17)에 도달하는 노광광(7)[투영광(7c)]에 의해 제1 레지스트 패턴(14a)이 형성된다. 따라서, 반도체 기판(13)이 디포커스 위치(Fd)에 배치되어 있어도 제1 레지스트 패턴(14a)이 형성되는 위치가 어긋날 우려는 거의 없다.
따라서, 비교적 굵은 고립선으로 이루어지는 제2 마스크 패턴(4b) 및 비교적 가는 고립선으로 이루어지는 제1 마스크 패턴(4a) 각각의 노광 투영 후의 상(14)으로서의 제2 레지스트 패턴(14b) 및 제1 레지스트 패턴(14a)의 위치를 측정함으로써, 반도체 기판(13)의 최량의 초점 위치(Fb)로부터의 디포커스량(d)을 측정할 수 있다.
여기서, 노광광(7)의 파장(λ) 및 투영 광학계의 개구수(NAP)를 이용하여 소위 광학적인 규격화량(K)을 다음에 나타내는 수학식 2에서 정의한다.
[수학식 2]
K ＝ λ/NAP
제1 및 제2 각 마스크 패턴(4a, 4b) 각각의 선폭(WT, WF)을 상기 수학식 2에서 정의되는 규격화량(K)으로 나누어 규격화한 값, 이른바 규격화 치수로 나타낸다. 이에 의해, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법인 각종 설정 조건을, 본 제1 실시 형태와는 다른 조명 파장이나 개구수로 이루어지는 노광 장치에 용이하게 적용(확장)할 수 있다. 마찬가지로, 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b) 각각의 위치 어긋남량이나, 혹은 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0) 등의 각종 광학적인 양도 K로 나누어 규격화한 값으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 전술한 선폭이 0.2 ㎛ 이하인 비교적 가는 고립선은 그 규격화 치수가 0.55 이하인 선으로 하여, 또한 선폭이 0.25 ㎛ 이상인 비교적 굵은 고립선은 그 규격화 치수가 0.69 이상인 선으로서 각각 나타낼 수 있다.
여기서, 반도체 기판(13)의 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 디포커스량(d)과, 포토 레지스트(17)에 형성되는 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대적인 위치 어긋남량(D1W － D1M)과의 상관 관계를 조명 광원(6)의 축 어긋남량(축 어긋남량)의 크기마다 나타낸 그래프로서 도8에 나타낸다. 이 도8로부터 명백한 바와 같이, 조명 광원(6)의 축 어긋남량의 크기가 0.30 σ 이상인 경우에는 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)과, 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대적인 위치 어긋남량(D1W － D1M)과의 상관 관계는 대략 동일하다. 그런데, 조명 광원(6)의 축 어긋남량의 크기가 0.1 σ인 경우에는 그들 양자의 상관 관계는 명백히 다른 거동을 나타내고 있다.
이것은, 가령 조명 광원(6)의 중심이 광축(16)의 중심으로부터 어긋난 축 어긋남 상태로 설정되어 있어도, 조명 광원(6)이 실질적으로 광축(16)을 포함하고 있는 상태에서는 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)를 검출하는 감도가 크게 저하하는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 축 어긋남 상태의 조명 광원(6)의 광축(16)으로부터의 축 어긋남량(Dc)은 그 조명 코히런시(σ)의 값보다도 큰 값으로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로 설명하면, 본 실시 형태에 있어서는 축 어긋남 상태의 조명 광원(6)의 조명 코히런시(σ)의 값은 0.3 σ으로 설정되어 있으므로, 조명 광원(6)의 축 어긋남량(Dc)은 0.3 σ보다도 큰 값으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법에 있어서는, 전술한 바와 같이 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 각각에 대응하는 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)을 형성하고, 그들의 상대 거리(D1W)를 측정한다. 그리고, 이 D1W의 값과, 마스크(1) 상의 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 상대 거리(D1M)의 값을 이용하여 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대적인 위치 어긋남량(D1W － D1M)을 구한다. 이 위치 어긋남량(D1W － D1M)을 조명 광원(6)의 축 어긋남량 등, 노광 장치(5)의 각종 노광 조건 등에 따라서, 도8에 도시되어 있는 각 특성 그래프에 대조한다. 이에 의해, 반도체 기판(13)의 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 디포커스량(d)을 그 측정 오차를 실질적으로 무시할 수 있는 범위 내로 억제하여 구할 수 있다. 또한, 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대 거리(D1W)를 측정에 있어서는 일반적인 노광 장치의 검사에 이용되고 있는, 이른바 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 따르면 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크(1) 및 반도체 기판(13)의 위치 결정 오차 등을 배제할 수 있는 동시에, 이른바 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 각각에 대응하는 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대 거리(D1W)를 측정하여 노광 장치(5) 광학계의 상태를 조사할 수 있다. 따라서, 노광 장치(5) 광학계의 상태를 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 측정할 수 있다. 특히, 본 제1 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법에 있어서는 노광 장치(5)[투영 광학계(9)]의 초점 위치(f ＝ 0)를 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 측정할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 대해 설명한다.
전술한 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 구하게 된 반도체 기판(13)의 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 디포커스량(d)에 의거하여 반도체 기판(13)을 광축(16)의 방향에 따라서 이동시키고, 포토 레지스트(17)의 표면을 투영 광학계(9)의 베스트 포커스 위치(Fb)에 일치하도록 배치한다. 즉, 반도체 기판(13)을 적절한 초점 위치(f ＝ 0)에 배치함으로써, 실질적으로 투영 광학계(9)의 초점 위치(f＝ 0)를 보정한다. 이에 의해, 초점이 맞은 적절한 상태에서 마스크 패턴(4)의 상(14)을 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영하여 전사할 수 있다. 따라서, 양호한 패턴 전사가 가능해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 따르면, 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크(1) 및 반도체 기판(13)의 위치 결정 오차 등을 배제할 수 있는 동시에, 이른바 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 초점 위치를 보정하여 노광할 수 있다. 따라서, 적절한 형상의 마스크 패턴(4)의 상(14)을 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 전사할 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 의해 상이 전사되는 마스크 패턴은 검사용 마스크 패턴(4)뿐만 아니라, 실제 제품으로서의 반도체 장치를 제조할 때에 전사되는 마스크 패턴을 포함해도 상관없는 것은 물론이다.
다음에, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
이 반도체 장치의 제조 방법은, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 의해 노광 장치(5)의 광학계 상태를 조사하고, 그 결과에 의거하여 노광 장치(5)의 광학계를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 일주면(13a) 상에 감광성 재료(포토 레지스트)(17)가 설치되어 있는 반도체 기판(13)을 노광 장치(5)가 구비하는 투영 광학계(9)의 적절한 초점 위치(f ＝ 0)에 배치한 후, 포토 레지스트(17)에 도시하지 않은 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 전제로 하는 것이다.
특히, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조 방법은 전술한 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 의해, 투영 광학계(9)의 초점 위치를 적절한 상태로 보정하는 동시에, 일주면(13a) 상에 포토 레지스트(17)가 설치되어 있는 반도체 기판(13)을 투영 광학계(9)의 적절한 초점 위치(f ＝ 0)에 배치한 후, 포토 레지스트(17)에 도시하지 않은 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
전술한 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 따르면, 적절한 형상의 마스크 패턴(4)의 상을 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 포토 레지스트(17)에 전사할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 적절한 노광 상태에서 적절한 형상의 반도체 장치 제조용 레지스트 패턴을 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 형성할 수 있다. 이 결과, 양호한 품질의 반도체 장치를 저비용으로, 효율적이면서, 또한 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 제1 실시 형태에 이용되는 마스크는 전술한 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)의 1세트로 구성된 마스크 패턴(4)이 형성되어 있는 마스크(1)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도9에 도시한 바와 같이, 전술한 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)을 그들의 폭 방향에 대해 경면 대칭이 되도록 마스크 기판(22) 상에 배치한, 적어도 한 쌍의 마스크 패턴을 포함하여 구성되는 마스크 패턴(24)이 형성되어 있는 마스크(21)를 이용해도 상관없다.
이 마스크 패턴(24)에 있어서, 예를 들어 한 쌍의 가는 고립선으로 이루어지는 제1 마스크 패턴(23a)끼리의 중심 위치를 TM으로 하고, 또 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 제2 마스크 패턴(23b)끼리의 중심 위치를 FM으로 한다. 도9에 도시한 바와 같이, 마스크 기판(22) 상에 있어서는 TM과 FM이 일치하도록 마스크 패턴(24)은 형성되어 있다. 그리고, 전술한 노광 장치의 검사 방법과 마찬가지로 마스크 패턴(24)의 상을 포토 레지스트(17)에 전사하여, 도10에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(25)을 형성한다. 여기서, 한 쌍의 제1 마스크 패턴(23a)에 대응하는 제1 레지스트 패턴(25a)끼리의 중심 위치를 TW로 하고, 또한 한 쌍의 제2 마스크 패턴(23b)에 대응하는 제2 레지스트 패턴(25b)끼리의 중심 위치를 FW로 한다.
전술한 원리에 의해, 한 쌍의 제1 레지스트 패턴(25a)은 그들의 위치가 대부분 어긋나 있지 않지만, 한 쌍의 제2 레지스트 패턴(25b)은 그들의 위치가 어긋난다. 따라서, 한 쌍의 제2 레지스트 패턴(25b)의 중심 위치(FW)도 어긋난다. 이와 같이, 위치 어긋남이 일어나지 않는 한 쌍의 제1 레지스트 패턴(25a) 및 위치 어긋남을 일으킨 한 쌍의 제2 레지스트 패턴(25b) 각각의 중심 위치(TW 및 FW)를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 그들 양 중심 위치(TW 및 FW)의 상대적인 간격(상대 거리)(ΔX1)의 크기를 구한다. 이 양 중심 위치(TW 및 FW)의 상대 거리(ΔX1)가 양 레지스트 패턴(25a, 25b)의 상대적인 위치 어긋남량에 상당한다. 즉, 상대 거리(ΔX1)는 전술한 제1 레지스트 패턴(14a) 및 제2 레지스트 패턴(14b)의 상대적인 위치 어긋남량(D1W － D1M)에 상당한다.
따라서, 이 위치 어긋남량(ΔX1)을 구함으로써, 전술한 노광 장치의 검사 방법과 마찬가지로, 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 높은 정밀도로 구할 수 있다. 그 다음, 경면 대칭의 마스크 패턴(24)이 형성되어 있는 마스크(21)를 이용함으로써, 디포커스량(d)의 측정 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다. 나아가서는, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치의 품질을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 마스크 패턴(24)을 구성하는 한 쌍의 제1 마스크 패턴(23a) 및 한 쌍의 제2 마스크 패턴(23b)은 그들의 폭 방향에 따라서 내측과 외측을 바꾸어 넣어 배치해도 상관없다. 구체적으로는, 도11에 도시한 바와 같이 한 쌍의 제1 마스크 패턴(33a) 및 한 쌍의 제2 마스크 패턴(33b)이 각각 경면 대칭이 되도록, 한 쌍의 제1 마스크 패턴(33a)의 폭 방향 내측에 한 쌍의 제2 마스크 패턴(33b)을 배치하여 마스크 기판(32) 상에 마스크 패턴(34)을 형성한다. 이와 같은 마스크 패턴(34)을 갖는 마스크(31)를 이용하여 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 실시해도 전술한 마스크(21)를 이용한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 마스크 패턴은 전술한 마스크 패턴(24, 34)과 같이, 그들의 폭 방향에 따른 일방향에만 있어서 경면 대칭이 되는 구성으로는 한정되지 않는다. 예를 들어, 도12에 도시한 바와 같이 한 쌍의 제1 마스크 패턴(43a) 및 한 쌍의 제2 마스크 패턴(43b)을 각각의 폭 방향에 있어서 경면 대칭이 되도록 배치한다. 그와 함께, 다른 한 쌍의 제1 마스크 패턴(43a) 및 한 쌍의 제2 마스크 패턴(43b)을 마찬가지로 각각의 폭 방향에 있어서 경면 대칭이 되도록, 또한 상기 한 쌍의 양 마스크 패턴(43a, 43b)의 폭 방향에 대해 직교하도록 배치한다. 이와 같이, 적어도 두 쌍의 경면 대칭인 마스크 패턴을 포함하는 구성의 마스크 패턴(44)을 마스크 기판(42) 상에 형성해도 상관없다. 즉, 마스크 패턴(44)을 소위 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴으로서 형성해도 상관없다.
이 마스크 패턴(44)과 같이, 이른바 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴의 마스크 패턴이 형성된 마스크(41)를 이용하는 경우, 도12 중 백색 화살표로 나타낸 바와 같이, 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴(44)을 구성하는 각 마스크 패턴(43a, 43b)에 대해 경사 방향으로부터 노광광(7)의 주광선(15)을 조사하는 설정으로 하면 된다. 이에 의해, 디포커스시에 있어서, 두 쌍의 경면 대칭인 마스크 패턴에 의한 상이 서로 직행하는 두방향으로의 위치 어긋남량을 측정할 수 있으므로, 디포커스량(d)의 측정 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다. 따라서, 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 더욱 높은 정밀도로 구할 수 있다. 나아가서는, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 대해 도13 내지 도27을 참조하면서 설명한다.
본 제2 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법은 그들을 실행할 때에 이용하는 마스크에 형성되어 있는 마스크 패턴이 전술한 제1 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 실행할 때에 이용하는 마스크에 형성되어 있는 마스크 패턴과 다를 뿐이고, 그 밖의 구성 및 공정 등은 마찬가지이다. 따라서, 그들의 다른 부분에 대해 설명하는 동시에, 전술한 제1 실시 형태와 동일한 구성 부분 등에 대해서는 동일 부호를 붙여 이들의 설명을 생략한다.
또한, 후술하는 본 발명의 제3 및 제4 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법의 설명에 있어서도 본 제2 실시 형태의 설명과 마찬가지로, 주로 전술한 본 발명의 제1 실시 형태와 다른 점에 대해 설명하는 것으로 한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 있어서는, 마스크 기판(52) 상에 도13에 도시한 바와 같은 마스크 패턴(55)이 형성되어 있는 마스크(51)를 이용한다. 마스크 패턴(55)은 1세트의 서로 형상이 다른 제1 마스크 패턴(53) 및 제2 마스크 패턴(54)으로 구성되어 있다. 이들 1세트의 제1 마스크 패턴(4a) 및 제2 마스크 패턴(4b)은 서로 평행하게 배치되어 있다.
구체적으로는, 제1 마스크 패턴(53)은 도13에 도시한 바와 같이 소정 크기의 폭(WL)을 갖는 비교적 가는 선(띠)(53a)을 비교적 좁은 간격(WL)으로 서로 등간격으로 이격하고, 또한 서로 평행하게 나란히 배치한 복수개의 평행선(53a) 집합체로서 구성되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 복수개의 비교적 가는 선으로 이루어지는 평행선(53a)을 통합하여 라인부(53a)라 칭하는 동시에, 라인부(53a)끼리의 간격을 스페이스부(53b)라 칭하는 것으로 한다. 또한, 라인부(53a) 및 스페이스부(53b)로 이루어지는 이 제1 마스크 패턴(53)을 라인ㆍ앤드ㆍ스페이스ㆍ패턴(L/S 패턴)(53)이라 칭하는 것으로 한다. 이 L/S 패턴(53)의 소위 피치(패턴 피치)(P)는 라인부(53a) 폭의 크기(WL) 및 스페이스부(53b) 간격의 크기(WL)를 이용하여 (WL ＋ WS)로 나타낼 수 있다.
이에 대해 제2 마스크 패턴(54b)은, 도13에 도시한 바와 같이 제1 마스크 패턴(L/S 패턴)(53)의 라인부(53a)와 동등한 길이를 갖는 동시에, 제1 마스크 패턴(4a)의 라인부(53a) 폭(WL)보다도 넓은 소정 크기의 폭(WF)을 갖는 비교적 굵은 고립선(Isolated Line)(띠)으로서 형성되어 있다. 이하의 설명에 있어서, 이 제2 마스크 패턴(54b)을 고립 라인 패턴(고립선 패턴, IL 패턴)(54)이라 칭하는 것으로 한다.
또한, 제1 마스크 패턴(53) 및 제2 마스크 패턴(54)은 그들의 마스크 기판(52) 상에 있어서의 상대 거리(D2M)를 소정 크기로 분리된 상태에서 서로 평행하게 배치되어 있다. 이 상대 거리(D2M)의 크기는 적어도 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영되는 제1 마스크 패턴(53) 및 제2 마스크 패턴(54) 각각의 상(56, 57)끼리가 서로 겹치지 않을 정도의 크기를 갖도록 미리 설정된다.
도14는, 예를 들어 조명 광원(6)의 광축(16)으로부터의 축 어긋남량(Dc)의 크기를 0.3 σ으로 설정한 축 어긋남 상태에서 마스크 패턴(55)을 조명한 경우의 포토 레지스트(17)에 형성된 레지스트 패턴(14)을 도시한 것이다. 즉, 제1 마스크 패턴(53) 및 제2 마스크 패턴(54) 각각의 투영상으로서의 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)을 도시한 것이다. 제1 마스크 레지스트 패턴(L/S 레지스트 패턴)(56)은 제1 마스크 패턴(L/S 패턴)(53)과 마찬가지로, 라인부(56a) 및 스페이스부(56b)로서 형성된다. 반도체 기판(13)의 표면(13a) 상에 있어서의 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)의 상대 거리를 D2W라 한다.
다음에, L/S 패턴(53)의 치수 등에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태를 실시하는 데 있어서, L/S 패턴(53)의 피치(P)(WL ＋ WS)는 다음에 서술하는 조건을 만족시킬 필요가 있다.
디포커스량(d)의 측정에 적합한 형상의 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)을 형성하기 위해서는, 노광광(7)[조명광(7a)]이 L/S 패턴(53)을 통과할 때에 생기는 0차 회절광 및 1차 회절광은 모두 투영 렌즈(11)의 동공 속에 입사해야만 한다. 이하, 이들 회절광의 상태에 대해 도15를 참조하면서 설명한다. 입사각 α에서 마스크(1)에 도달한 조명광(7a)은 피치(P)의 L/S 패턴(53)에 의해 회절하고, 회절각 α ＋ β의 회절광(투과광)(7b)이 되어 투영 렌즈(11)를 향해 사출된다. 이 때, sinβ가 투영 렌즈(11)의 개구수(NAP)보다 커지면, 회절광(7b)은 투영 렌즈(11)에 입사할 수 없다. 따라서, sinα가 조명 렌즈(10)의 개구수(NAi)에 동등하고, 또한 Sinβ가 투영 렌즈(11)의 개구수(NAP)에 동등해질 때가 최대의 회절각이 된다. 이로에 의해, 투영 렌즈(11)의 개구수(NAP) 및 노광광(7)[조명광(7a)]의 파장(λ)을 이용하면, L/S 패턴(53)의 피치(P)는 다음에 나타낸 수학식 3의 관계를 만족시켜야만 한다.
[수학식 3]
P ＜ λ/(NAP ＋ NAi)
여기서, α 및 β의 각도는 조명 광원(6)(도15에 있어서는 그 도시를 생략함)에 확장이 있는 경우는 광축(16)에 의해 가까운 쪽의 각도를 취하여 고려할 필요가 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는 등간격의 평행선으로 이루어지는 L/S 패턴(53)은 반도체 기판(13)이 디포커스 위치(Fd)에 있어서도(포커스가 진동해도) 그 상(56)의 위치가 원하는 위치로부터 어긋나지 않는(변화하지 않는) 조건으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 그를 인해서는, 도15에 있어서, 각도 α와 각도 β가 대략 동등해지도록 하면 된다. 즉, 피치(P)는 다음에 나타낸 수학식 4의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
[수학식 4]
P ＝ λ/2 sinα
이 수학식 4에서 나타내는 관계를 만족하는 경우, 0차 회절광과 1차 회절광이 광축(16)에 대해 대칭인 관계로 되어 있으므로, 결상 위치가 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터 어긋난 위치가 되어도, 상(56)의 위치는 항상 일정해진다. 또한, 이 경우, 조명 광원(6)에 확장이 있는 경우에는 전술한 바와 같이 α는 광원(6) 중심의 위치를 고려하는 것으로 한다.
다음에, 조명 광원(6)의 축 어긋남량(Dc)이 0.5 σ인 경우에 있어서의 반도체 기판(13)의 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 디포커스량(d)과, 포토 레지스트(17)의 표면 상에 투영되는 일반적인 마스크 패턴의 상의 원하는 투영 위치로부터의 위치 어긋남량과의 상관 관계를 마스크 패턴의 형상마다 나타낸 그래프로서, 도16 및 도17에 나타낸다. 도16은 고립 라인 패턴(54)의 경우이며, 도17은 L/S 패턴(53)의 경우이다.
도16에 따르면, 디포커스량(d)이 커지는 것에 수반하여 고립 라인 패턴(54)의 노광 투영상(제2 레지스트 패턴)(57)의 위치 어긋남량이 커지는 것이 나타나 있다. 또한, 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)이 0.4 ㎛ 이상인 경우에는 그 상(57)의 위치 어긋남량은 고립 라인 패턴(54)의 패턴 사이즈에 상관없이 대략 일정해지는 것을 알 수 있다. 또한, 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)이 0.2 ㎛ 이하인 경우에는 그보다도 큰 사이즈인 패턴에 비해 상(57)의 위치 어긋남량이 비교적 작은 것을 알 수 있다. 이에 대해, 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)이 0.25 ㎛보다도 굵은 경우에는 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)이 0.2 ㎛인 경우에 비해, 디포커스시의 상(패턴)(57)의 위치 어긋남량이 2배 이상이 된다. 따라서, 디포커스시의 제2 패턴의 노광 투영상이 위치 어긋남을 일으키도록 설정하는 본 제2 실시 형태에서는 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)은 0.25 ㎛보다도 굵게 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 실시 형태에 있어서 수학식 2에서 정의한 규격화량(K)을 이용하여 고립 라인 패턴(54)의 선폭(WF)을 규격화 치수로 나타낸다. 본 제2 실시 형태에 있어서는, 노광광(7)의 파장(λ)은 0.248 ㎛이고, 투영 렌즈(11)[투영 광학계(9)]의 개구수(NAP)는 0.68이다. 따라서, 규격화량(K)은 대략 0.365가 되고, 전술한 0.25 ㎛ 이상의 폭을 갖는 선은 규격화 치수에서 0.69 이상이 된다.
다음에, 도17을 참조하면서 L/S 패턴(53)인 마스크 패턴의 경우에 대해 고찰한다. 도17에 따르면, L/S 패턴(53)의 피치(P) 크기에 의해 반도체 기판(13)의 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 디포커스량(d)과, L/S 패턴(53)의 노광 투영상(제1 레지스트 패턴)(56)의 위치 어긋남량과의 상관 관계가 크게 달라져 있는 것을 알 수 있다. 특히, 피치(P)의 크기를 0.36 ㎛로 한 경우는 다른 크기의 피치(P)에 비해 디포커스시의 상(56)의 위치 어긋남량이 매우 작아져 있는 것을 알 수 있다. 이것은 L/S 패턴(53)을 투과한 노광광(7)[투과광(7b)]의 회절광이 수학식4에서 나타낸 조건을 대략 만족시키고 있기 때문이다.
전술한 바와 같이, 이 경우의 투영 렌즈(11)의 개구수(NAP)는 0.68이고, 조명 광원(6)의 축 어긋남 상태에서의 조명 코히런시(σ)는 0.5이다. 이들로부터 sinα ＝ 0.34가 된다. 또한, 파장(λ) ＝ 248 ㎚를 수학식 4에 대입하면, P ＝ 364.7 ㎚가 되고, L/S 패턴(53)의 피치(P)에 대략 동등한 것을 알 수 있다. 즉, L/S 패턴(53)의 피치(P) 크기를 수학식 4의 관계를 대략 만족시키도록 설정하면, 반도체 기판(13)이 디포커스해도 L/S 패턴(53) 상(56)의 위치는 대부분 움직이지 않는다(어긋나지 않음). 따라서, 디포커스시의 제1 마스크 패턴의 노광 투영상이 대부분 위치 어긋남을 일으키지 않도록 설정하는 본 제2 실시 형태에서는 L/S 패턴(53)의 피치(P) 크기는 대략 0.36 ㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
다음에, 제1 마스크 패턴으로서의 L/S 패턴(53) 및 제2 마스크 패턴으로서의 고립 라인 패턴(54)의 치수를 각각 구체적인 크기로 설정한 경우에 대해 설명한다. 고립 라인 패턴(54)에는 그 상(57)의 디포커스시의 위치 어긋남량과, 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)이 대략 일정한 상관 관계를 갖도록 위치 어긋남을 일으키는 영역의 패턴 사이즈로서, 선폭(WF)이 1 ㎛인 마스크 패턴을 선택한다. 또한, L/S 패턴(53)에는 그 상(56)이 디포커스시에 있어서도 위치 어긋남을 대부분 일으키지 않는[상(56)의 위치가 시프트하지 않는] 크기의 피치(P)로서, 0.36 ㎛ 크기의 피치(P)를 선택한다. 즉, L/S 패턴(53)의 라인부(53)의 폭(WL) 및 스페이스부(53b) 폭(WS)을 각각 0.18 ㎛로 설정한다. 이상 설명한 치수로 이루어지는 L/S 패턴(53) 및 고립 라인 패턴(54)을 도13에 도시한 바와 같이, 상대 거리(D2M)를 비워 서로 평행하게 마스크 기판(52) 상에 배치(형성)한다.
마스크(51)를 이용하여 L/S 패턴(53) 및 고립 라인 패턴(54)으로 이루어지는 마스크 패턴(55) 상을 도14에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(13)의 표면(13a) 상에 설치한 포토 레지스트(17) 상에 노광 투영하여 전사하고, 레지스트 패턴(58)을 형성한다.
이 경우에 있어서의 L/S 패턴(53)과 고립 라인 패턴(54)의 상대 거리(D2W)에 대한 각각의 상인 제1 레지스트 패턴(56)과 제2 레지스트 패턴(57)의 상대 거리(D2W)와의 차, 즉 위치 어긋남량(D2W － D2M)을 도18에 나타낸다. 도18은 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)의 상대적인 위치 어긋남량(D2W － D2M)을 반도체 기판(13)이 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)에 있는 경우의 양 레지스트 패턴(56, 57)의 상대 거리(D2M)를 기준으로 하여 그래프에 나타낸 것이다. 즉 도18은 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)이 모두 위치 어긋남을 일으키고 있지 않은(D2W － D2M ＝ 0) 경우를 기준으로 한, 양 패턴(56, 57)의 상대 거리(D2W)의 변화를 그래프에 나타낸 것이다.
도18로부터 명백한 바와 같이, 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)과, 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)의 상대적인 위치 어긋남량(D2W － D2M)은 대략 일정한 상관 관계를 갖고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)의 상대적인 위치 어긋남량(D2W － D2M)을 도18에 나타낸 특성 그래프에 비교 확인함으로써, 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 높은 정밀도로 구할 수 있다.
또한, 본 제2 실시 형태에서는 제1 마스크 패턴(53)으로서 그 노광 투영되는 상(패턴)(56)의 위치가 반도체 기판(13)의 디포커스시에 있어서도 시프트하지 않는(어긋나지 않는) 조건의 마스크 패턴을 선택하였다. 그러나, 경우에 따라서는 그와 같은 마스크 패턴을 선택할 수 없는 경우도 있을 수 있다. 예를 들어, L/S 패턴(53)의 상(56) 및 고립 라인 패턴(54)의 상(57)이 모두 어긋나 버리는 마스크 패턴을 선택해야만 하는 경우도 있을 수 있다. 그와 같은 경우라도 L/S 패턴(53) 및 고립 라인 패턴(54)의 각각의 치수(피치 및 형상 등)를 그들의 상(56, 57)의 어긋남량이 서로 다른 크기가 되도록 형성하면 된다. 이에 의해, 고립 라인 패턴(54)의 상(57)과 주기성이 있는 특정 피치(P)의 L/S 패턴(53)의 상(56)과의 상대 거리(D2W)를 측정하여 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 구하는 것이 가능한 것은 물론이다.
또한, 제1 마스크 패턴(53), 혹은 제2 마스크 패턴(54)에 주기성을 갖는 소정 피치(P)의 패턴(L/S 패턴)을 이용한 경우, 각각의 마스크 패턴군의 폭 방향 양 외측의 패턴은 주기성이 없으므로, 그 상의 위치 어긋남량이 달라진다. 이로 인해, 보다 정확한 측정을 원하는 경우는, 주기 패턴(L/S 패턴)의 폭 방향 양 외측의 마스크 패턴의 상을 위치 측정 영역으로부터 제외하는 것이 바람직하다.
그 하나의 수단으로서, 예를 들어 도19의 (a) 및 (b)에 도시한 바와 같이, 마스크 패턴(A)으로서의 주기 패턴(53)이 형성되어 있는 마스크(51)와 함께, 차광성을 갖는 재료에 의해 형성되어 있는 마스크 기판(62)에, 주기 패턴(53)의 폭 방향 양 외측 부분의 라인부(59a, 59b)에 대해 빛이 닿는 마스크 패턴(B)으로서의 개구부(60a, 60b)가 설치된 마스크(61)를 준비한다. 그리고, 반도체 기판(13) 상에 주기 패턴(53)을 노광한 후, 현상 전에 마스크(61)를 이용하여 그 개구부(60a, 60b)를 주기 패턴(53)에 중합하여 노광한다. 그 후, 양 마스크 패턴(A, B)의 상을 현상한다. 그러면, 반도체 기판(13)의 표면(13a) 상에는 도20에 도시한 바와 같은 상(64)으로서의 레지스트 패턴(C)을 얻을 수 있다. 도20 중 파선으로 나타낸 바와 같이, 주기 패턴(53)의 폭 방향 양 외측 부분의 라인부(59a, 59b)에 대응하는 레지스트 패턴(63a, 63b)은 개구부(6da, 60b)를 노광함으로써 현상시에 녹아 없어진다. 따라서, 결과적으로 주기 패턴(53) 중, 주기성이 있는 중앙 부분에 대응하는 레지스트 패턴(56)만이 남는다.
이와 같은 방법을 이용함으로써, 예를 들어 중합 노광을 행해야만 하는 경우, 스테이지의 위치 정밀도에 다소 오차가 포함되어 있어도 그 오차가 노광되는 상(패턴)의 위치 그 자체에 영향을 미칠 우려가 거의 없다. 따라서, 2중 노광시에 발생하기 쉬운 스테이지 위치 결정 오차를 거의 완전히 무시할 수 있는 디포커스 위치 측정용 레지스트 패턴을 형성하게 되는 목적을 달성할 수 있다.
또한, 이상 설명한 본 발명의 제2 실시 형태를 실시할 때에 이용되는 마스크는 전술한 L/S 패턴(53) 및 고립 라인 패턴(54)의 1세트로 이루어지는 마스크 패턴(55)이 형성되어 있는 마스크(51)에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 모두 소정의 피치로 형성한 주기 패턴(L/S 패턴)으로 구성한 마스크 패턴을 갖는 마스크를 이용해도 상관없다.
예를 들어, 도21에 도시한 바와 같이 제1 마스크 패턴(73)으로서 라인부(73a)의 선폭(WL1) 및 스페이스부(73b)의 간격(WS1)이 모두 O.18 ㎛의 크기로 형성된 O.36 ㎛의 피치(P1)(WL1 ＋ WS1)를 갖는 L/S 패턴(73)으로서 형성한다. 또한, 제2 마스크 패턴(74)으로서 라인부(74a)의 선폭(WL2) 및 스페이스부(74b)의 간격(WS2)이 모두 0.21 ㎛인 크기로 형성된 0.42 ㎛의 피치(P2)(WL2 ＋ WS2)를 갖는 L/S 패턴(74)으로서 형성한다. 이들 2개의 L/S 패턴(73) 및 L/S 패턴(74)을 상대 거리를 D3M으로서 이격시킨 상태에서 서로 평행해지도록 마스크 기판(72) 상에 배치한다.
이와 같이, 서로 피치가 다른 2종류의 L/S 패턴(73, 74)으로 구성되는 마스크 패턴(75)이 형성된 마스크(71)를 이용하여, 도22에 도시한 바와 같이 측정용 레지스트 패턴(78)을 형성한다. 마스크(51)를 이용한 경우와 마찬가지로, 제1 L/S 패턴(73)의 상으로서의 제1 레지스트 패턴(제1 L/S 레지스트 패턴)(76)은 라인부(76a) 및 스페이스부(76b)로서 형성된다. 동일하게, 제2 L/S 패턴(74)의 상으로서의 제2 레지스트 패턴(제2 L/S 레지스트 패턴)(77)은 라인부(77a) 및 스페이스부(77b)로서 형성된다. 반도체 기판(13)의 표면(13a) 상에 있어서의 제1 L/S 레지스트 패턴(56) 및 제2 L/S 레지스트 패턴(57)의 상대 거리를 D3W로 한다.
마스크(71)를 이용한 경우, 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)과 제1 레지스트 패턴(76) 및 제2 레지스트 패턴(77)의 상대적인 위치 어긋남량(D3W － D3M)은 도23에 도시한 바와 같이, 대략 일정한 상관 관계를 갖고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 L/S 레지스트 패턴(76) 및 제2 L/S 레지스트 패턴(77)의 상대적인 위치 어긋남량(D3W － D3M)을 도23에 도시되어 있는 특성 그래프에 비교 확인함으로써, 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 높은 정밀도로 구할 수 있다.
혹은, 도24에 도시한 바와 같은 마스크 패턴(85)이 형성된 마스크(81)를 이용해도 상관없다. 이 마스크(81)에 형성되어 있는 마스크 패턴(85)은 전술한 마스크(51)에 형성되어 있는 1세트의 마스크 패턴(55)을 그들의 폭 방향에 대해 경면 대칭이 되도록 마스크 기판(82) 상에 배치한 것이다.
이 마스크 패턴(85)에 있어서, 예를 들어 L/S 패턴(83)끼리의 중심 위치를 CM으로 하고, 또한 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(84)끼리의 중심 위치를 SM으로 한다. 도24에 도시한 바와 같이, 마스크 기판(82) 상에 있어서는 CM과 SM이 일치하도록 마스크 패턴(85)이 형성되어 있다. 그리고, 전술한 노광 장치의 검사 방법과 마찬가지로, 마스크 패턴(85)의 상을 반도체 기판(13)의 표면(13a) 상에 설치되어 있는 포토 레지스트(17)에 전사하여, 도25에 도시한 바와 같이 레지스트 패턴(88)을 형성한다. 여기서, 한 쌍의 L/S 패턴(83)에 의한 레지스트 패턴(86)끼리의 중심 위치를 CW로 하고, 또한 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(84)에 의한 레지스트 패턴(87)끼리의 중심 위치를 SW라 한다.
전술한 원리에 의해, 한 쌍의 레지스트 패턴(86)은 그들의 위치가 대부분 어긋나지 않지만, 한 쌍의 레지스트 패턴(87)은 그들의 위치가 어긋난다. 따라서, 한 쌍의 레지스트 패턴(87)의 중심 위치를 SW도 어긋난다. 이와 같이, 위치 어긋남이 일어나지 않는 한 쌍의 레지스트 패턴(86) 및 위치 어긋남을 일으킨 한 쌍의 레지스트 패턴(87) 각각의 중심 위치(CW 및 SW)를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 그들 양 중심 위치(CW 및 SW)의 상대적인 간격(상대 거리)(ΔX2)의 크기를 구한다. 이 양 중심 위치(CW 및 SW)의 상대 거리(ΔX2)가 양 레지스트 패턴(86, 87)의 상대적인 위치 어긋남량에 상당한다. 즉, 상대 거리(ΔX2)는 전술한 제1 레지스트 패턴(56) 및 제2 레지스트 패턴(57)의 상대적인 위치 어긋남량(D2W － D2M)에 상당한다.
따라서, 이 위치 어긋남량(ΔX2)을 구함으로써 전술한 노광 장치의 검사 방법과 마찬가지로, 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 보다 높은 정밀도로 구할 수 있다. 나아가서는, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 마스크 패턴(85)을 구성하는 한 쌍의 L/S 패턴(83) 및 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(84)은 그들의 폭 방향에 따라서 내측과 외측을 바꾸어 배치해도 상관없다. 구체적으로는, 도26에 도시한 바와 같이 한 쌍의 L/S 패턴(93) 및 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(94)이 각각 경면 대칭이 되도록 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(94)의 폭 방향의 내측에 한 쌍의 L/S 패턴(93)을 배치하여 마스크 기판(92) 상에 마스크 패턴(95)을 형성한다. 이와 같은 마스크 패턴(95)을 갖는 마스크(91)를 이용하여 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 실시해도 전술한 마스크(81)를 이용한 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 마스크 패턴은 전술한 마스크 패턴(85, 95)과 같이 그들의 폭 방향에 따른 일방향에만 있어서 경면 대칭이 되는 구성으로는 한정되지 않는다. 예를 들어, 도27에 도시한 바와 같이 한 쌍의 L/S 패턴(103) 및 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(104)을 각각의 폭 방향에 있어서 경면 대칭이 되도록 배치한다. 그와 함께, 다른 한 쌍의 L/S 패턴(103) 및 한 쌍의 굵은 고립선으로 이루어지는 패턴(104)을 동일하게 각각의 폭 방향에 있어서 경면 대칭이 되도록, 또한 상기 한 쌍의 양 패턴(103, 104)의 폭 방향에 대해 직교하도록 배치한다. 이와 같이, 적어도 두 쌍의 경면 대칭인 패턴을 포함하는 구성의 마스크 패턴(105)을 마스크 기판(102) 상에 형성해도 상관없다. 즉, 마스크 패턴(105)을 소위 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴으로서 형성해도 상관없다.
이 마스크 패턴(105)과 같이, 소위 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴의 마스크 패턴이 형성된 마스크(101)를 이용하는 경우, 도27 중 백색 화살표로 나타낸 바와 같이 바아ㆍ인ㆍ바아ㆍ패턴(105)을 구성하는 각 패턴(103, 104)에 대해 경사 방향으로부터 노광광(7)의 주광선(15)을 조사하는 설정으로 하면 된다. 이에 의해, 디포커스시에 있어서, 두 쌍의 경면 대칭인 패턴에 의한 상이 서로 직행하는 두 방향으로의 위치 어긋남량을 측정할 수 있으므로, 디포커스량(d)의 측정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 투영 광학계(9)의 초점 위치(f ＝ 0)로부터의 반도체 기판(13)의 디포커스량(d)을 더욱 높은 정밀도로 구할 수 있다. 나아가서는, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 반도체 장치의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이 도24 내지 도27에 도시한 굵은 패턴(84, 87, 94, 104)은 도21 등에서의 설명에 있는 바와 같이, L/S 패턴이라도 아무런 문제는 없다.
본 제2 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법은, 이상 설명한 점 이외는 제1 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법과 동일하고, 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 해결할 수 있는 것은 물론이다.
(제3 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 대해 도28을 참조하면서 설명한다.
본 제3 실시 형태는, 전술한 본 발명에 관한 제1 및 제2 실시 형태의 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법을 실행할 때에, 조명 조리개를 이용하는 일이 없이, 조명 광원을 실질적으로 광축으로부터 어긋난 축 어긋남 상태로 설정하여 마스크를 조명할 수 있도록 하는 것이다.
도28에 도시한 바와 같이, 마스크 패턴(4)에 대응한 마스크 기판(2)의 이면(패턴면의 이면, 조명 광원측 주요면)에서의 평면 하나, 또는 그 근방에 차광 부재로서의 차광띠(201)를 배치한다. 이 차광띠(201)에 의해, 조명 광원(6)으로부터 발하게 된 노광광(7)[조명광(7a)] 중, 광축에 따라서 마스크 패턴(4)을 조명하는 노광광(7)[조명광(7a)]을 차광한다. 차광띠(201)는, 마스크 패턴(측정 패턴)(4)이 형성되어 있는 영역에 대향하도록, 즉 마스크 패턴(4)을 그 이면측으로부터 실질적으로 가리도록 배치한다. 이와 같이 차광띠(201)를 배치함으로써 마스크 패턴(4)을 향해 그 광축 방향에 따른 바로 위 방향으로부터 입사하는 조명광(7a)을 차광할 수 있다. 그와 함께, 마스크 패턴(4)을 향해 그 경사 방향으로부터 입사하는 조명광(7a)도, 그 일방향의 성분만이 마스크 패턴(4)에 도달할 수 있는 상태로 설정할 수 있다. 따라서, 조명 조리개(12)를 이용하는 일 없이, 조명광(7a)을 광축의 중심으로부터 실질적으로 떨어진 상태로 설정하여 축 어긋남의 상태에서 마스크 패턴(4)을 조명하는 것을 실현할 수 있다.
(제4 실시 형태)
다음에, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법에 대해 도29를 참조하면서 설명한다.
본 제4 실시 형태는, 전술한 제3 실시 형태와 마찬가지로 조명 조리개를 이용하는 일 없이, 조명 광원을 실질적으로 광축으로부터 어긋난 축 어긋남 상태로 설정하여 마스크를 조명할 수 있도록 하는 것이다.
도29에 도시한 바와 같이, 마스크 기판(2)의 이면(패턴면의 이면, 조명 광원측 주요면)과 광학적으로 대략 공역인 블라인드면(301), 또는 그 근방에 차광 부재로서의 차광띠(302)를 배치한다. 이 상태에서 측정용 마스크 패턴(4)을 조명함으로써, 상기 제3 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 마스크 패턴(4)을 향해 그 광축 방향에 따른 바로 위 방향으로부터 입사하는 조명광(7a)을 차광할 수 있다. 그와 함께, 마스크 패턴(4)을 향해 그 경사 방향으로부터 입사하는 조명광(7a)도 그 일방향의 성분만이 마스크 패턴(4)에 도달할 수 있는 상태로 설정할 수 있다. 따라서, 조명 조리개(12)를 이용하는 일 없이, 조명광(7a)을 광축의 중심으로부터 실질적으로 떨어진 상태로 설정하여 축 어긋남의 상태에서 마스크 패턴(4)을 조명하는 것을 실현할 수 있다.
또한, 상기한 제3 및 제4의 2개의 실시 형태에서는 차광띠를 패턴면보다도 조명측에 설치하도록 설명하고 있지만, 패턴면보다도 투영 광학계쪽에 차광띠를 배치해도 상관없다. 이와 같은 배치를 행하여도 패턴을 투과해 오는 회절광의 일부를 차광함으로써 실질적으로 축 어긋남 조명의 상태를 만들어낼 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법, 초점 위치를 보정하는 노광 방법 및 반도체 장치의 제조 방법은 전술한 제1 내지 제4 실시 형태에는 제약되지 않는다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 그들의 구성이나, 혹은 공정 등의 일부를 다양한 설정으로 변경하거나, 혹은 각종 설정을 조합하여 이용하거나 하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 본 발명을 적용 가능한 노광 장치는 텔레센트릭 광학계의 노광 장치에는 한정되지 않는다.
또한, 위치 어긋남 측정용 마스크 패턴의 상의 상대 위치의 측정시에는, 그 측정 수단으로서 전자 현미경을 이용해도 좋고, 혹은 광학적인 측정 장치를 이용해도 좋다. 특히, 전술한 이른바 맞춤 어긋남 검사 장치를 이용하면, 측정을 신속하고 또한 용이하게 행할 수 있게 된다.
또한, 마스크 패턴이 투영되는 수상체는 전술한 포토 레지스트가 설치된 반도체 기판에는 한정되지 않는다. 예를 들어, CCD 등의 수광 소자라도 같은 원리로 측정 가능하다. 이 경우, 수광 소자 앞에 필터와 같은 것이 설치되어 있더라도 기본적으로는 반도체 기판 상으로의 노광 투영과 마찬가지로 취급할 수 있다.
또한, 본 발명은 노광 장치(투영 광학계)의 초점 위치의 검출을 중심으로 서술하였지만, 굵은 선이나 가는 선의 위치 어긋남은 광학계의 코마 수차 등에 의해 발생하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 본 발명자들은 Jpn.J.Appl.Phys. VOL.37(1998)의 3553 페이지에 보고되어 있다. 또한, 주기적 패턴의 위치 어긋남과 수차 관계에 대해서도 본 발명자들은 Applied Optics, VOL.38,No.13(1999)의 2800 페이지에 보고되어 있다. 따라서, 본 발명은 노광 장치(투영 광학계)의 초점 위치의 측정뿐만 아니라, 광학계 수차의 측정도 맞추는 것도 가능하다.
이 경우의 본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법은 적어도 1세트의 서로 형상이 다른 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 포함하는 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크를 노광 장치의 광축으로부터 어긋난 방향으로부터 조명하여, 상기 마스크 패턴의 상을 수상체를 향해 노광 투영하고, 상기 수상체에 노광 투영된 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정함으로써 노광 장치가 구비하는 광학계의 수차를 조사하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법이라 표현할 수 있다.
또한, 전술한 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴으로 이루어지는 위치 어긋남 측정용(검사용) 마스크 패턴을 실제 반도체 장치의 제조용 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크에 일체로 형성해도 상관없다. 이 경우, 각각의 마스크 패턴에 의한 상이 서로 간섭하지 않도록 위치 어긋남 측정용 마스크 패턴과 반도체 장치 제조용 마스크 패턴을 소정의 간격만큼 이격시켜 설치하면 된다.
마스크를 이상 설명한 바와 같은 구성으로 함으로써 노광 장치의 광학계 검사 및 초점 위치를 보정하는 노광 방법과, 실제의 노광 작업(리소그래피 공정)을 1매의 마스크로 행할 수 있다. 구체적으로는, 실제 노광 작업에 앞서, 전술한 제1 내지 제4 실시 형태 중 어느 한 방법에 의해, 마스크를 이용하여 노광 장치의 광학계가 미리 설정된 조건을 만족하고 있는지의 여부를 검사한다. 설정 조건을 만족시키고 있으면 계속해서 실제 노광 작업으로 이행한다. 설정 조건을 만족하고 있지 않으면, 설정 조건을 만족시키도록 노광 장치의 광학계를 조정한 후, 실제 노광 작업으로 이행한다. 이와 같은 방법에 따르면, 실제 노광 작업을 행하기 전에 노광 장치의 광학계는 항상 적절한 상태로 설정되어 있으므로, 정밀도가 높은 회로 패턴을 용이하게 웨이퍼에 전사할 수 있다. 나아가서는, 고성능 반도체 장치를 보다 신속하면서 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 관한 노광 장치의 검사 방법에 따르면, 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크 및 기판의 위치 결정 오차를 배제할 수 있는 동시에, 소위 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정하여 노광 장치의 광학계 상태를 조사할 수 있다. 따라서, 노광 장치의 광학계 상태를 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 따르면, 특수한 마스크를 이용하거나, 혹은 이중 노광 등의 번잡한 노광 작업을 행하거나 할 필요가 없다. 또한, 마스크 및 기판의 위치 결정 오차를 배제할 수 있는 동시에, 소위 맞춤 어긋남 검사 장치 등의 일반적인 검사 장치를 이용하여 초점 위치를 적절한 상태로 보정하여 노광할 수 있다. 따라서, 적절한 형상의 마스크 패턴의 상을 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 전사할 수 있다.
또한, 본 발명에 관한 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 노광 장치의 광학계 상태를 저비용으로 신속하고 높은 정밀도로, 또한 용이하게 적절한 상태로 설정하여 적절한 노광 상태에서 레지스트 패턴을 형성할 수 있으므로, 양호한 품질인 반도체 장치를 저비용으로 효율적이고, 또한 용이하게 제조할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법을 모식적으로 도시한 도면.
도2는 본 발명의 제1 및 제2 실시 형태에 관한 조명광의 축 어긋남량을 모식적으로 도시한 도면.
도3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법에 이용하는 마스크를 도시한 평면도.
도4는 도3의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 평면도.
도5는 도3의 마스크를 이용하여 형성된 가는 레지스트 패턴의 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 패턴의 굵기마다 나타낸 특성도.
도6은 도3의 마스크를 이용하여 형성된 굵은 레지스트 패턴의 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 패턴의 굵기마다 나타낸 특성도.
도7은 본 발명의 각 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법의 측정 원리를 모식적으로 도시한 도면.
도8은 도3의 마스크에 의해 형성된 두 종류의 레지스트 패턴의 상대적인 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 축 어긋남량마다 나타낸 특성도.
도9는 도3의 마스크의 변형예를 도시한 평면도.
도10은 도9의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 평면도.
도11은 도3의 마스크의 다른 변형예를 도시한 평면도.
도12는 도3의 마스크의 또 다른 변형예를 도시한 평면도.
도13은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법에 이용하는 마스크를 도시한 평면도.
도14는 도13의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 평면도.
도15는 마스크에 입사하는 조명광과 마스크에 형성되어 있는 마스크 패턴에 의해 발생하는 회절광과의 회절각의 관계를 모식적으로 도시한 도면.
도16은 도13의 마스크에 의한 고립 라인의 레지스트 패턴의 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 패턴의 굵기마다 나타낸 특성도.
도17은 도13의 마스크에 의한 L/S의 레지스트 패턴의 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 피치의 크기마다 나타낸 특성도.
도18은 도13의 마스크에 의한 L/S 및 고립 라인의 양 레지스트 패턴의 상대적인 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 나타낸 특성도.
도19는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법의 정밀도를 높일 때에 이용하는 마스크의 특징적인 부분을 확대하여 도시한 평면도.
도20은 도19의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴의 특징적인 부분을 확대하여 도시한 평면도.
도21은 도13의 마스크 변형예를 도시한 평면도.
도22는 도21의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 평면도.
도23은 도21의 마스크에 의한 피치가 다른 두 종류의 L/S의 레지스트 패턴의 상대적인 위치 어긋남량과 기판의 초점 위치로부터의 어긋남량과의 상관 관계를 도시한 특성도.
도24는 도13의 마스크의 다른 변형예를 도시한 평면도.
도25는 도24의 마스크를 이용하여 기판 상에 형성된 레지스트 패턴을 도시한 평면도.
도26은 도13의 마스크의 또 다른 변형예를 도시한 평면도.
도27은 도13의 마스크의 또 다른 변형예를 도시한 평면도.
도28은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법을 모식적으로 도시한 도면.
도29는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 노광 장치의 검사 방법을 모식적으로 도시한 도면.
도30은 종래 기술에 관한 노광 장치의 검사 방법에 이용하는 마스크를 모식적으로 도시한 단면도.
도31은 종래 기술에 관한 노광 장치의 검사 방법에 이용하는 조명 조리개를 모식적으로 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 21, 31, 41, 51, 61, 71, 81, 91, 101 : 마스크
4, 24, 34, 44, 55, 75, 85, 95, 105 : 마스크 패턴
4a, 23a, 33a, 43a, 53, 73, 83, 93, 103 : 제1 마스크 패턴
4b, 23b, 33b, 43b, 54, 74, 84, 94, 104 : 제2 마스크 패턴
5 : 노광 장치
6 : 조명 광원(노광 광원)
7 : 노광광
7a : 조명광
7b : 투과광
7c : 투영광
8 : 조명 광학계(노광 장치의 광학계)
9 : 투영 광학계(노광 장치의 광학계)
10 : 조명 렌즈
11 : 투영 렌즈
12 : 조명 조리개
13 : 반도체 기판(수상체)
14, 25, 58, 78, 88 : 마스크 패턴의 상
14a, 25a, 56, 64, 76, 86 : 제1 레지스트 패턴(제1 마스크 패턴의 상)
14b, 25b, 57, 77, 87 : 제2 레지스트 패턴(제2 마스크 패턴의 상)
15 : 노광광의 주광선
16 : 광축
17 : 포토 레지스트(감광성 재료)
201, 302 : 차광띠(차광 부재)

Claims (18)

  1. 적어도 1세트의 서로 폭이 다른 각각 한 개의 선형 상태로 평행하게 배치되어 있는 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 포함하는 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크를 노광 장치의 광축으로부터 어긋난 방향으로부터 조명하여, 상기 마스크 패턴의 상을 수상체를 향해 노광 투영하고, 상기 수상체에 노광 투영된 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정함으로써, 상기 노광 장치의 광학계 상태를 조사하는 노광 장치의 검사 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 마스크 패턴은 상기 노광 장치가 구비하는 광원이 발하는 노광광의 파장을 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 개구수로 나눈 값을 이용하여, 상기 제1 및 제2 마스크 패턴을 구성하는 각 선의 상의 폭을 나눈 값이, 한 쪽 마스크 패턴을 구성하는 선은 0.69 이상이 되도록, 또한 다른 쪽의 마스크 패턴을 구성하는 선은 0.55 이하가 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 마스크를 조명할 때의 상기 노광 장치의 광축으로부터의 어긋남량은 상기 노광 장치가 구비하는 조명 광학계의 개구수를 상기 광학 장치가 구비하는 투영 광학계의 개구수로 나눈 값보다도 큰 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  5. 제1 및 제2 마스크 패턴은 한 쪽이 한 개의 선 형상으로 형성되어 있는 동시에, 다른 쪽은 복수개의 선이 서로 이격되어 배치된 형상으로 형성되어 있고, 또한 상기 제1 및 제2 마스크 패턴의 선은 서로 다른 폭으로 형성되어 있는 동시에, 서로 평행하게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 마스크 패턴은 상기 1세트의 제1 및 제2 마스크 패턴과, 이들 1세트의 마스크 패턴의 폭 방향에 대해 경면 대칭이 되도록 형성된 다른 1세트의 제1 및 제2 마스크 패턴으로 구성되어 있는 적어도 한 쌍의 마스크 패턴을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 한 쌍의 마스크 패턴에 대해 상기 제1 마스크 패턴의 상끼리의 중심 위치와, 상기 제2 마스크 패턴의 상끼리의 중심 위치를 각각 구하고, 그들 각 중심 위치끼리의 상대 거리를 측정함으로써, 상기 제1 및 제2 마스크 패턴의 각각의 상끼리의 상대 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 마스크 패턴은 상기 한 쌍의 마스크 패턴과, 상기 한 쌍의 마스크 패턴의 폭 방향에 대해 직교하도록 형성된 다른 한 쌍의 마스크 패턴으로 구성되어 있는, 적어도 두 쌍의 마스크 패턴을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 두 쌍의 각각의 마스크 패턴에 대해 상기 제1 마스크 패턴의 상끼리의 중심 위치와, 상기 제2 마스크 패턴의 상끼리의 중심 위치를 각각 구하고, 그들 각 중심 위치끼리의 상대 거리를 측정함으로써, 상기 제1 및 제2 마스크 패턴의 각각의 상끼리의 상대 거리를 서로 직교하는 두방향에 있어서 측정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  11. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 수상체를 상기 마스크 패턴의 상이 노광 투영되는 일주면측에 감광성 재료가 마련된 반도체 기판으로 하는 동시에, 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴 상끼리의 상대 거리로서, 노광 투영된 상기 마스크 패턴의 상에 의거하여 상기 감광성 재료로 형성된 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴에 대한 레지스트 패턴끼리의 상대 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  12. 적어도 1세트의 서로 형상이 다른 선형 상태로 평행하게 배치되어 있는 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 포함하는 마스크 패턴이 형성되어 있는 마스크의 상기 마스크 패턴이 설치되어 있는 측과는 반대측 면 위에 또는 상기 반대측 면 근방에, 상기 마스크 패턴과 대향하도록 차광 부재를 설치한 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 마스크를 조명하는 노광광 중 상기 노광 장치의 광축에 따른 방향으로부터 상기 마스크 패턴을 향해 입사하는 노광광을 차단하도록, 또한 상기 노광 장치의 광축에 따른 방향으로부터 어긋난 일방향으로부터만 상기 노광광이 상기 마스크 패턴을 향해 입사하도록 상기 마스크의 상기 마스크 패턴이 설치되어 있는 측과는 반대측의 면과 광학적으로 대략 공역인 위치, 혹은 그 위치 근방에 차광 부재를 설치하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  14. 제1항, 제5항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 각 마스크 패턴의 상끼리의 상대 거리를 측정함으로써, 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 초점 위치를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치의 검사 방법.
  15. 청구항 14에 기재된 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 초점 위치를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 상기 반도체 기판을 상기 노광 장치의 광축 방향에 따라서 이동시켜 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 상기 마스크 패턴의 상을 노광 투영하여 전사하는 것을 특징으로 하는 초점 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.
  16. 제1항, 제5항 또는 제12항 중 어느 한 항에 기재된 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 노광 장치의 광학계의 상태를 조사하여, 그 결과에 의거하여 상기 노광 장치의 광학계를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 노광 장치가 구비하는 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  17. 청구항 14에 기재된 노광 장치의 검사 방법에 의해 상기 투영 광학계의 초점 위치를 측정하고, 그 측정 결과에 의거하여 상기 투영 광학계의 초점 위치를 적절한 상태로 설정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  18. 청구항 15에 기재된 초점 위치를 보정하는 노광 방법에 의해 상기 투영 광학계의 초점 위치를 적절한 상태로 보정하는 동시에, 일주면 상에 감광성 재료가 마련되어 있는 반도체 기판을 상기 투영 광학계의 적절한 초점 위치에 배치한 후, 상기 감광성 재료에 반도체 장치 제조용 마스크 패턴의 상을 전사하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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