KR101733257B1 - 포커스 테스트 마스크, 포커스 계측 방법, 노광 장치, 및 노광 방법 - Google Patents

Abstract

포커스 정보를 계측하기 위한 포커스 테스트 레티클은, 외측 패턴을 가지며, 외측 패턴은 Y 방향으로 연장된 차광막으로 이루어지는 라인 패턴과, 라인 패턴의 ＋X 방향측에 형성되고, 선폭이 라인 패턴보다 좁게 형성된 위상 시프트부와, 라인패턴의 -X 방향측에 형성되고, 선폭이 라인 패턴보다 좁게 형성된 투과부와, 위상 시프트부의 ＋X 방향측에 형성된 투과부와, 투과부의 -X 방향측에 형성된 위상 시프트부를 갖는다. 투영 광학계의 포커스 정보를 높은 계측 재현성으로, 또한 높은 계측 효율로 계측할 수 있다.

Description

포커스 테스트 마스크, 포커스 계측 방법, 노광 장치, 및 노광 방법{FOCUS TEST MASK, FOCUS MEASURING METHOD, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}

본 발명은, 투영 광학계의 포커스 정보 (이미지면 정보) 를 계측하기 위한 패턴이 형성된 포커스 테스트 마스크, 이 포커스 테스트 마스크를 이용하여 투영 광학계의 포커스 정보를 계측하는 포커스 계측 방법, 그 포커스 테스트 마스크를 구비하는 노광 장치, 노광 방법 및 노광 장치를 사용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

예를 들어 반도체 디바이스 등의 전자 디바이스 (마이크로 디바이스) 를 제조하기 위한 리소그래피 공정 중에서 사용되는 노광 장치에 있어서는, 투영 광학계의 이미지면 (베스트 포커스 위치) 의 정보인 포커스 정보를 계측하기 위해서, 투영 광학계의 물체면에 테스트 마스크를 배치함과 함께 투영 광학계의 이미지면에 기판 등을 배치하고, 그리고, 테스트 마스크에 형성된 소정의 평가용 패턴을 투영 광학계를 통하여 기판 등에 투영하고, 그 평가용 패턴의 이미지의 위치 어긋남량 등을 계측하는 것이 실시되고 있다.

종래의 제 1 계측 방법으로서, 2 개의 차광막으로 이루어지는 라인 패턴간의 각 라인 패턴의 선폭보다 넓은 스페이스부에 조명광의 위상을 변화시키는 위상 변경부를 형성한 평가용 패턴을 이용하여, 이 평가용 패턴의 투영 광학계에 의한 이미지를 포토레지스트가 도포된 기판 상에 노광하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이 경우, 현상 후에 그 기판에 형성되는 2 개의 라인상의 레지스트 패턴의 간격으로부터 그 기판 표면의 디포커스량, 나아가서는 이미지면의 위치를 구할 수 있다.

또, 종래의 제 2 계측 방법으로서, 예를 들어 4 개 이상의 복수의 차광 라인을 포함하여 각 차광 라인의 외측의 위상 분포가 계측 방향에 비대칭이 된 회절 격자상의 평가용 패턴의 이미지와 그 복수의 차광 라인의 이미지 중 외측의 불필요한 차광 라인의 이미지를 소거하기 위한 트림패턴의 이미지를 웨이퍼에 겹쳐 노광하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조). 이 경우에도, 남겨진 중앙의 복수의 차광 라인 이미지의 시프트량으로부터, 웨이퍼 표면의 디포커스량을 구할 수 있다.

또, 종래의 제 3 계측 방법으로서, 복수의 라인 패턴의 근방에 이들 라인 패턴의 선폭보다 넓은 위상 시프트부를 형성한 평가용 패턴의 공간 이미지의 횡 어긋남량을 계측하는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조). 이 경우에도, 각 라인 패턴 이미지의 횡 어긋남량으로부터 수광면의 디포커스량을 구할 수 있다.

일본 공개특허공보 평6－204305호 일본특허 제3297423호 명세서 국제 공개 제2005/004211호 팜플렛

종래의 포커스 정보의 계측 방법 중, 제 1 및 제 3 계측 방법은, 라인 패턴의 선폭에 비해 그것에 접하는 (또는 그 근방의) 위상 시프트부의 폭이 넓어, 계측 감도 (이미지의 횡 어긋남량/디포커스량) 를 높이기 위해서는 라인 패턴의 선폭을 좁게 하는 것이 바람직하다. 그러나, 라인 패턴의 선폭을 좁게 하면, 계측 재현성이 저하될 우려가 있음과 함께, 현상 후의 레지스트 패턴의 이미지를 관찰하는 경우에는, 레지스트 패턴의 붕괴 등이 생길 우려가 있다. 또한 그와 같이 라인 패턴의 선폭이 좁으면 투영 광학계의 개구수가 높은 경우에, 특히 라인 패턴 이미지의 투영면이 베스트 포커스 위치에 가까운 범위에서, 계측 감도가 저하될 우려가 있다.

또, 종래의 제 2 계측 방법은, 불필요한 패턴의 이미지를 소거하기 위해서 2 회의 노광을 실시할 필요가 있으므로, 계측 효율이 낮다는 문제가 있다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여, 투영 광학계의 포커스 정보를 높은 계측 재현성으로 계측하는 것, 또는 높은 계측 효율로 계측하는 것을 목적으로 한다.

제 1 양태에 의하면, 투영 광학계를 통하여 물체 상에 투영되는 테스트 패턴이 형성된 포커스 테스트 마스크로서, 그 테스트 패턴은, 제 1 방향으로 라인상(狀)으로 연장되고 광을 차광하는 제 1 차광부와, 그 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 그 제 1 차광부의 일방측에 형성되고, 그 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 그 제 2 방향에 관한 선폭이 그 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 그 광의 위상을 변화시키는 제 1 위상 시프트부와, 그 제 2 방향에 관하여 그 제 1 차광부의 타방측에 형성되고, 그 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 그 제 2 방향에 관한 선폭이 그 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 그 광을 투과하는 제 1 투과부와, 그 제 2 방향에 관하여 그 제 1 투과부의 그 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 그 제 2 방향에 관한 선폭이 그 제 1 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 그 광의 위상을 변화시키는 제 2 위상 시프트부를 갖는 포커스 테스트 마스크가 제공된다.

또, 제 2 양태에 의하면, 투영 광학계의 이미지면 정보를 계측하는 포커스 계측 방법에 있어서, 제 1 양태에 의한 포커스 테스트 마스크를 그 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 공정과, 그 포커스 테스트 마스크에 형성된 그 테스트 패턴의 그 투영 광학계에 의한 이미지를 계측면에 투영하는 공정과, 그 테스트 패턴의 이미지의 계측 방향의 위치 정보를 계측하는 공정을 포함하는 포커스 계측 방법이 제공된다.

또, 제 3 양태에 의하면, 노광 광으로 마스크의 패턴을 조명하고, 그 노광 광으로 그 패턴 및 투영 광학계를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치에 있어서, 본 발명의 제 1 양태에 의한 포커스 테스트 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와, 그 포커스 테스트 마스크의 그 테스트 패턴의 그 투영 광학계에 의한 이미지를 투영시킴과 함께, 그 테스트 패턴의 이미지의 계측 방향의 위치 정보에 기초하여, 그 투영 광학계의 이미지면 정보를 구하는 제어 장치를 구비하는 노광 장치가 제공된다.

또, 제 4 양태에 의하면, 디바이스용 마스크를 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 것과, 디바이스용 마스크의 패턴의 투영 광학계에 의한 이미지의 포커스 위치를 상기 포커스 계측 방법을 이용하여 계측된 테스트 패턴의 이미지의 위치 정보에 기초하여 조정하는 것과, 포커스 위치가 조정된 디바이스용 마스크의 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 것을 포함하는 노광 방법이 제공된다.

또, 제 5 양태에 의하면, 제 3 양태에 의한 노광 장치를 사용하여, 기판에 패턴을 전사하는 것과, 그 패턴이 전사된 기판을 그 패턴에 기초하여 가공하는 것을 포함하는 디바이스 제조 방법이 제공된다.

상기 포커스 테스트 마스크 및 그것에 관련되는 각 양태에 의하면, 제 1 차광부에 대해 제 2 방향의 일방에 제 1 위상부가 형성되고, 그 제 2 방향의 타방에 제 1 투과부 및 제 2 위상부가 형성되어 있기 때문에, 그 제 2 방향에 대응하는 방향에서의 그 제 1 차광부의 이미지의 횡 어긋남량으로부터, 투영 광학계의 이미지면에 대한 디포커스량, 나아가서는 포커스 정보를 높은 계측 효율로 구할 수 있다. 또, 그 제 1 차광부의 폭은 제 1 위상부의 폭보다 넓기 때문에, 그 포커스 정보를 높은 계측 재현성으로 계측할 수 있다.

도 1 은 실시형태의 노광 장치의 개략 구성을 나타낸 사시도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 나타낸 평면도이다.
도 3 (A) 는 도 2 중의 하나의 평가용 패턴 (12) 을 나타낸 확대 평면도, (B) 는 도 3 (A) 의 BB 선을 따른 단면도이다.
도 4 (A) 는 라인 패턴 (13A) 의 이미지의 디포커스량과 횡 어긋남량의 관계의 일례를 나타낸 도면, (B) 는 라인 패턴 (14A) 이미지의 디포커스량과 횡 어긋남량의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5 (A), (B), 및 (C) 는 각각 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 와 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 의 위치 어긋남량의 변화를 나타낸 확대도이다.
도 6 (A) 는 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 패턴의 이미지가 노광된 웨이퍼 (W) 를 나타낸 평면도, (B) 는 도 6 (A) 중의 하나의 쇼트 영역 (SAk) 을 나타낸 확대 평면도, (C) 는 도 6 (B) 중의 하나의 평가용 패턴 (12) 의 이미지 (12P) 를 나타낸 확대 평면도이다.
도 7 (A) 는 라인 패턴의 선폭과 검출 레이트 (Rt) 및 계측 오차 (ZEr) 의 관계의 일례를 나타낸 도면, (B) 는 투영 광학계의 개구수 및 코히런스 팩터와 계측 오차의 관계의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8 은 포커스 정보의 계측 동작의 일례를 나타낸 플로우 차트이다.
도 9 (A) 는 제 1 변형예의 평가용 패턴 (40) 을 나타낸 확대 평면도, (B) 는 제 2 변형예의 평가용 패턴 (44) 을 나타낸 확대 평면도이다.
도 10 (A) 및 (B) 는 제 1 변형예의 평가용 패턴의 이미지 (40P) 의 디포커스량에 의한 변화를 나타낸 도면, (C) 및 (D) 는 제 2 변형예의 평가용 패턴의 이미지 (44P) 의 디포커스량에 의한 변화를 나타낸 도면이다.
도 11 (A) 는 제 2 실시형태의 평가용 패턴 (50) 을 나타낸 확대 평면도, (B) 는 평가용 패턴 (50) 의 이미지를 나타낸 확대 평면도이다.
도 12 (A) 는 제 2 실시형태의 변형예의 평가용 패턴 (60) 을 나타낸 확대 평면도, (B) 는 평가용 패턴 (60) 의 이미지를 나타낸 확대 평면도이다.
도 13 은 전자 디바이스의 제조 공정의 일례를 나타낸 플로우 차트이다.

제 1 실시형태

이하, 제 1 실시형태에 대해 도 1 ∼ 도 8 을 참조하여 설명한다.

도 1 은 본 실시형태에 관련된 노광 장치 (EX) 를 나타낸다. 본 실시형태의 노광 장치 (EX) 는 일례로서 스캐닝 스텝퍼 (스캐너) 로 이루어지는 주사 노광형의 노광 장치 (투영 노광 장치) 이다. 도 1 에서, 노광 장치 (EX) 는 노광 광원 (도시 생략) 과 이 노광 광원으로부터 사출되는 조명광 (노광광) (IL) 에 의해 레티클 (R) (마스크) 을 조명하는 조명 광학계 (ILS) 를 구비하고 있다. 또한 노광 장치 (EX) 는 레티클 (R) 을 유지하여 이동하는 레티클 스테이지 (RST) 와 레티클 (R) 로부터 사출된 조명광 (IL) 을 포토레지스트 (감광 재료) 가 도포된 웨이퍼 (W) (기판) 상에 투사하는 투영 광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 의 위치 결정 및 이동을 실시하는 웨이퍼 스테이지 (WST) 와 장치 전체의 동작을 통괄 제어하는 컴퓨터로 이루어지는 주제어계 (2) 와 그 밖의 구동계 등을 구비하고 있다.

이하, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 과 평행하게 Z 축을 취하고, 이것에 수직인 면 (거의 수평면) 내의 직교하는 2 방향으로 X 축 및 Y 축을 취하고, X 축, Y 축, 및 Z 축에 평행한 축 둘레의 회전 (경사) 방향을 각각 θx,θy, 및 θz 방향으로 하여 설명을 한다. 본 실시형태에서는, 주사 노광시의 레티클 (R) 및 웨이퍼 (W) 의 주사 방향은 Y 축에 평행한 방향 (Y 방향) 이다.

노광 광원으로는 ArF 엑시머 레이저 (파장 193 ㎚) 가 사용되고 있다. 노광 광원으로서, 그 이외에 KrF 엑시머 레이저 (파장 248 ㎚) 등의 자외 펄스 레이저 광원, YAG 레이저의 고조파 발생 광원, 고체 레이저 (반도체 레이저 등) 의 고조파 발생 장치, 또는 수은 램프 등의 방전 램프 등도 사용할 수 있다.

조명 광학계 (ILS) 는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2003/0025890호 명세서 등에 개시된 바와 같이, 회절 광학 소자 등을 포함하여 동면 (瞳面) 의 광량 분포를 원형, 고리 띠상, 또는 복수 극의 영역 등에 설정하는 광량 분포 설정 광학계, 옵티컬 인티그레이터 (플라이 아이 렌즈, 로드 인티그레이터 등) 등을 포함하는 조도 균일화 광학계, 레티클 블라인드 (가변 시야 조리개), 및 콘덴서 광학계 등을 포함하고 있다.

조명 광학계 (ILS) 는 레티클 (R) 의 패턴면 (레티클면) 에 있어서, 패턴 영역 (PA) 상의 X 방향 (비주사 방향) 으로 가늘고 긴 직사각형의 조명 영역 (10R) 을 조명광 (IL) 에 의해 거의 균일한 조도로 조명한다. 조명광 (IL) 하에서, 레티클 (R) 의 조명 영역 (10R) 내의 회로 패턴은, 양측 텔레센트릭 (또는 웨이퍼측에 편측 텔레센트릭) 의 투영 광학계 (PL) 를 통하여 소정의 투영 배율 (예를 들어 1/4, 1/5 등의 축소 배율) 로, 웨이퍼 (W) 상의 하나의 쇼트 영역 (SA) 상의 노광 영역 (10W) (조명 영역 (10R) 과 공액인 영역) 에 투영된다. 웨이퍼 (W) 는, 예를 들어 실리콘 반도체 또는 SOI (silicon on insulator) 등으로 이루어지는 직경이 200 ∼ 450 mm 정도인 원판상의 기재의 표면에 포토레지스트 (감광 재료) 를 도포한 것이다. 투영 광학계 (PL) 는 예를 들어 굴절계인데, 반사 굴절계 등도 사용할 수 있다.

레티클 (R) 은 레티클 홀더 (도시 생략) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 상에 흡착 유지되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는 레티클 베이스 (RB) 의 XY 평면에 평행인 상면에 에어 베어링을 통하여 재치되고, 그 상면에서 Y 방향으로 일정 속도로 이동함과 함께, X 방향, Y 방향의 위치 및 θz 방향의 회전각의 미조정을 실시한다. 레티클 스테이지 (RST) 의 적어도 X 방향, Y 방향의 위치, 및 θz 방향의 회전각을 포함하는 2 차원적인 위치 정보는, 일례로서 X 축의 레이저 간섭계 (8X) 와 Y 축의 2 축의 레이저 간섭계 (8YA, 8YB) 를 포함하는 레티클측 간섭계에 의해 계측되고, 이 계측치가 스테이지 구동계 (4) 및 주제어계 (2) 에 공급된다. 스테이지 구동계 (4) 는 그 위치 정보 및 주제어계 (2) 로부터의 제어 정보에 기초하여, 도시 생략된 구동 기구 (리니어 모터 등) 를 통하여 레티클 스테이지 (RST) 의 속도 및 위치를 제어한다.

한편, 웨이퍼 (W) 는 웨이퍼 홀더 (WH) 를 통하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 상부에 흡착 유지되어 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 는 XY 스테이지 (24) 와 이 위에 설치되어 웨이퍼 (W) 를 유지하는 Z 틸트 스테이지 (22) 를 포함하고 있다. XY 스테이지 (24) 는 웨이퍼 베이스 (26) 의 XY 평면에 평행인 상면에 에어 베어링을 통하여 재치되고, 그 상면을 X 방향, Y 방향으로 이동하여, 필요에 따라 θz 방향의 회전각이 보정된다. Z 틸트 스테이지 (22) 는, 예를 들어 Z 방향으로 변위 가능한 3 지점의 Z 구동부 (도시 생략) 를 개별적으로 구동하여, Z 틸트 스테이지 (22) 의 상면 (웨이퍼 (W)) 의 광축 AX 방향의 위치 (Z 위치), 및 θx 방향, θy 방향의 경사각을 제어한다.

도 1 에 있어서, 또한 투영 광학계 (PL) 의 측면에, 예를 들어 미국 특허 제5,448,332호 명세서 등에 개시된 것과 동일한 구성으로, 조사계 (37a) 및 수광계 (37b) 를 포함하며, 웨이퍼 (W) 표면의 복수 점에서의 포커스 위치를 계측하는 경사 입사 방식의 다점의 오토포커스 센서 (37) 가 설치되어 있다. 스테이지 구동계 (4) 는 오토포커스 센서 (37) 의 계측 결과에 기초하여, 노광시에는 웨이퍼 (W) 의 표면이 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (그때까지 테스트 프린트 등에 의해 구해진 이미지면) 에 합치하도록, 오토포커스 방식으로 Z 틸트 스테이지 (22) 를 구동한다.

웨이퍼 스테이지 (WST) (Z 틸트 스테이지 (22)) 의 적어도 X 방향, Y 방향의 위치, 및 θz 방향의 회전각을 포함하는 2 차원적인 위치 정보가, 일례로서 X 축의 2 축의 레이저 간섭계 (36XP, 36XF) 와 Y 축의 2 축의 레이저 간섭계 (36YA, 36YB) 를 포함하는 웨이퍼측 간섭계에 의해 계측되고, 이 계측치가 스테이지 구동계 (4) 및 주제어계 (2) 에 공급된다. 그 위치 정보는 얼라인먼트 제어계 (6) 에도 공급된다. 스테이지 구동계 (4) 는 그 위치 정보 및 주제어계 (2) 로부터의 제어 정보에 기초하여, 도시 생략된 구동 기구 (리니어 모터 등) 를 통하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 스테이지 (24) 의 2 차원적인 위치를 제어한다.

또, 노광 장치 (EX) 는 액침형으로, 투영 광학계 (PL) 의 선단의 광학 부재와 웨이퍼 (W) 사이의 국소적인 공간에 조명광 (IL) 을 투과하는 액체 (순수 등) 를 공급하여 회수하는 국소 액침 기구 (도시 생략) 가 구비되어 있다. 국소 액침 기구로는, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2007/242247호 명세서, 또는 유럽 특허 출원 공개 제1420298호 명세서 등에 개시되어 있는 기구를 사용해도 된다.

또, 투영 광학계 (PL) 의 측면에서, 웨이퍼 (W) 상의 얼라인먼트 마크의 위치를 계측하기 위한, 오프액시스 방식으로 예를 들어 화상 처리 방식의 웨이퍼 얼라인먼트계 (38) 가 도시 생략된 프레임에 지지되어 있다. 웨이퍼 얼라인먼트계 (38) 의 검출 결과는 얼라인먼트 제어계 (6) 에 공급되고, 그 검출 결과로부터 웨이퍼 (W) 의 얼라인먼트를 실시할 수 있다. 또한 Z 틸트 스테이지 (22) 상의 웨이퍼 홀더 (WH) 의 근방에 기준 부재 (28) 가 고정되고, 기준 부재 (28) 상에 슬릿 패턴 (30A, 30B) 및 기준 마크 (32) 가 형성되어 있다. Z 틸트 스테이지 (22) 내의 기준 부재 (28) 의 저면에 슬릿 패턴 (30A, 30B) 을 통과한 광속을 수광하는 공간 이미지 계측계 (34) 가 수납되고, 공간 이미지 계측계 (34) 의 검출 신호가 얼라인먼트 제어계 (6) 에 공급되고 있다. 공간 이미지 계측계 (34) 에 의해, 레티클 (R) 의 얼라인먼트 마크 (도시 생략) 의 이미지의 위치를 계측할 수 있어, 이 계측 결과에 기초하여 레티클 (R) 의 얼라인먼트를 실시할 수 있다. 또한, 공간 이미지 계측계 (34) 는 후술하는 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 평가용 패턴 이미지의 위치를 계측할 수 있다. 이 계측 결과는 얼라인먼트 제어계 (6) 로부터 주제어계 (2) 에 공급된다. 또한, 기준 부재 (28) 상의 기준 마크 (32) 를 통하여, 레티클 (R)의 패턴 이미지의 중심 (노광 중심) 과 웨이퍼 얼라인먼트계 (38) 의 검출 중심의 위치 관계 (베이스 라인) 를 계측할 수 있다.

노광시에는, 투영 광학계 (PL) 와 웨이퍼 (W) 사이에 액체를 공급하고, 레티클 (R) 의 조명 영역 (10R) 내의 패턴의 투영 광학계 (PL) 및 액체를 통하여 형성된 이미지를 웨이퍼 (W) 의 하나의 쇼트 영역 상에 노광하면서, 레티클 (R) 과 웨이퍼 (W) 를 Y 방향으로 투영 배율을 속도비로서 동기하여 이동함으로써, 당해 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴의 이미지가 주사 노광된다. 그 후, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 구동하여 웨이퍼 (W) 를 X 방향, Y 방향으로 스텝 이동하는 동작과 그 주사 노광 동작을 반복함으로써, 액침법을 이용한 스텝·앤드·스캔 방식으로 웨이퍼 (W) 의 각 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴 이미지가 노광된다.

이 노광시에, 웨이퍼 (W) 의 각 쇼트 영역 중에 투영 광학계 (PL) 의 이미지면으로부터 허용 범위를 초과하여 디포커스되어 있는 부분이 있으면, 그 부분에 노광되는 이미지의 결상 특성이 열화되어, 최종적으로 제조되는 반도체 디바이스 등의 수율이 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 주사 노광시의 웨이퍼의 각 쇼트 영역 (투영 광학계 (PL) 의 노광 필드) 내의 소정 배열의 복수의 계측점의 위치에서의 디포커스량 (베스트 포커스 위치로부터의 Z 위치의 어긋남량) 인 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 계측하기 위해서, 레티클 스테이지 (RST) 에 레티클 (R) 대신에 복수의 평가용 패턴이 형성된 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 로드하고, 이 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 패턴 이미지를 평가용의 웨이퍼에 노광한다.

도 2 는, 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 상에 유지된 상태의 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 패턴 배치를 나타낸다. 도 2 에 있어서, 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 패턴면 (하면) 의 직사각형의 패턴 영역 (PA) 에는, 일례로서 X 방향으로 I 행에, Y 방향으로 J 열에 계측점 P (i, j) 가 설정되어 있다. 또한, I, J 는 2 이상의 정수로 i = 1 ∼ I, j = 1 ∼ J 이다. 그리고, 각 계측점 P (i, j) 에 외측 패턴 (14) 및 내측 패턴 (13) 으로 이루어지는 이른바 바인바형의 평가용 패턴 (12) 이 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 평가용 패턴 (12) 은 X 방향으로 7 행에 Y 방향으로 9 열에 배치되어 있다 (I = 7, J = 9). 또, 패턴 영역 (PA) 의 X 방향의 양측에 근접하고, 또한 조명 영역 (10R) 의 X 방향의 폭 내에 수용되는 위치에 얼라인먼트 마크 (AM1, AM2) 가 형성되어 있다.

도 3 (A) 는 도 2 의 하나의 평가용 패턴 (12) 을 나타낸다. 도 3 (A) 에서, 평가용 패턴 (12) 의 외측 패턴 (14) (테스트 패턴) 은, X 방향 (계측 방향) 으로 소정 간격으로 형성된 Y 방향으로 가늘고 긴 직사각형의 차광막 (크롬 등) 으로 이루어지는 2 개의 동일 형상의 라인 패턴 (14A) (제 1 차광부) 및 라인 패턴 (14B) 을 갖는다. 또한 외측 패턴 (14) 은 일방의 라인 패턴 (14A) 의 ＋X 방향의 에지부측에, 순서대로 ＋X 방향으로 배치된 위상 시프트부 (15C) (제 1 위상 시프트부) 및 투과부 (15D) (제 2 투과부) 와, 라인 패턴 (14A) 의 -X 방향의 에지부측에, 순서대로 -X 방향으로 배치된 투과부 (15B) (제 1 투과부) 및 위상 시프트부 (15A) (제 2 위상 시프트부) 를 포함하고 있다. 위상 시프트부 (15C) 의 길이 방향 (Y 방향) 의 길이와 위상 시프트부 (15A) 의 길이 방향 (Y 방향) 의 길이는 동일한 길이로 형성되어 있다. 또한, 위상 시프트부 (15C) 의 길이 방향의 길이와 위상 시프트부 (15A) 의 길이 방향의 길이를 다르게 하는 것도 가능하다. 라인 패턴 (14A) 의 X 방향의 선폭 (a) 은 라인 패턴 (14A) 에 접하고 있는 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15B) 의 X 방향의 폭 (b) 보다 크다. 예를 들어, 라인 패턴 (14A) 의 선폭 (a) 은 다음과 같이 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15B) 의 폭 (b) 의 4 배 이상으로 하는 것이 가능하다.

a ≥ 4 × b… (1)

또, 이하에서는 선폭 (a) 및 폭 (b) 의 수치는 투영 이미지의 단계에서의 수치를 나타내고 있다. 예를 들어, 이 경우, 선폭 (a) 은 200 ㎚ 이상인 것이 바람직하다. 일례로서, 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15B) 의 X 방향의 폭 (b) 은 50 ∼ 200 ㎚ 의 범위이다. 본 실시예에서, 폭 (b) 은 50 ∼ 70 ㎚ 의 범위 내인 것이 바람직하다. 그 범위 내에서 폭 (b) 은 예를 들어 60 ㎚ 로 설정하는 것이 가능하다. 이 경우, 라인 패턴 (14A) 의 X 방향의 선폭 (a) 은 2 ∼ 3 ㎛ 인 것이 바람직하다. 라인 패턴 (14A), 투과부 (15B), 위상 시프트부 (15C) 의 Y 방향의 길이는, 일례로서 라인 패턴 (14A) 의 선폭 (a) 의 10 ∼ 15 배이다. 라인 패턴 (14A, 14B) 의 X 방향의 간격은 라인 패턴 (14A) 의 길이보다 길게 설정되어 있다.

또, 위상 시프트부 (15A) 및 투과부 (15D) 의 X 방향의 폭 (a) 은 라인 패턴 (14A) 의 선폭과 동일하다. 그러나, 위상 시프트부 (15A) 및 투과부 (15D) 의 X 방향의 폭은, 그들이 접하고 있는 투과부 (15B) 및 위상 시프트부 (15C) 의 폭 (b) 보다 넓게 설정되어 있으면 된다. 환언하면, 투과부 (15B) 및 위상 시프트부 (15C) 의 X 방향의 폭은 그들이 접하고 있는 위상 시프트부 (15A) 및 투과부 (15D) 의 폭 (b) 보다 좁게 설정되어 있으면 된다.

도 3 (A) 의 BB 선을 따른 단면도인 도 3 (B) 에 나타낸 바와 같이, 투과부 (15B, 15D) 는 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 유리 기판의 표면 (광 사출면) 이며, 위상 시프트부 (15A, 15C) 는 그 표면에 예를 들어 에칭에 의해 형성된 깊이 (d) 의 오목부이다. 즉, 위상 시프트부 (15A, 15C) 는 광 사출면에 관하여 투과부 (15B, 15D) 보다 낮게 형성되어 있다. 라인 패턴 (14A) 및 라인 패턴 (14B) 은 광 사출면에 관하여 투과부 (15B, 15D) 보다 높게 형성되어 있다. 이 경우, 투과부 (15B, 15D) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 위상 θBD 에 대해, 위상 시프트부 (15A, 15C) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 위상 θAC 는, 예를 들어 90 °만큼 진행되도록 깊이 (d) 가 설정되어 있다. 즉, 위상 θBD 와 위상 θAC 의 위상차 δθ 는 90 °인 것이 바람직하다. 또한, 위상차 δθ 의 범위를 0 °≤ δθ ＜ 360 °로 나타내는 경우, 위상차 δθ 는 0 °및 180 °이외의 임의의 값, 예를 들어, 위상차 δθ 는 0 °∼ 30 °, 150 °∼ 210 °및 330 °∼ 360 °이외의 임의의 값으로 하는 것이 바람직하다. 위상차 δθ 를 180 °이외의 값, 예를 들어, 위상차 δθ 를 상술한 180 °근방 이외의 값으로 하는 것은, 위상차 δθ 가 180 °또는 180 °근방의 값이 되면, 예를 들어 위상 시프트부 (15A) 와 투과부 (15B) 의 경계선이 암선으로서 전사되어 버리기 때문이다. 또, 위상차 δθ 를 0 °및 360 °근방 이외의 값으로 하는 것은, 디포커스에 대한 패턴 (13 과 14) 사이의 간격 변화의 감도가 낮기 때문이다.

도 3 (A) 에 있어서, 외측 패턴 (14) 의 ＋X 방향측의 라인 패턴 (14B) 의 양측에도, 라인 패턴 (14A) 의 양측에 형성된 위상 시프트부 (15A), 투과부 (15B), 위상 시프트부 (15C), 및 투과부 (15D) 와 거의 동일한 구성의 위상 시프트부 (15K), 투과부 (15L), 위상 시프트부 (15M), 및 투과부 (15N) 가 형성되어 있다. 단, 위상 시프트부 (15K) 는 X 방향의 폭 (a) 의 부분과 Y 방향의 폭 (a) 의 부분을 연결한 형상 (본 실시형태에서는, L 자 형상) 이며, 투과부 (15N) 는 X 방향의 폭이 a 이상인 투과부이다.

또한, 외측 패턴 (14) 은 X 방향으로 배열된 위상 시프트부 (15A, 15K), 투과부 (15B, 15L), 라인 패턴 (14A, 14B), 위상 시프트부 (15C, 15M), 및 투과부 (15D, 15N) 를 일체적으로, 평가용 패턴 (12) 의 중심을 회전 중심으로 하여 90 °회전한 구성의, Y 방향으로 배열된 위상 시프트부 (16A, 15K), 투과부 (16B, 16L), 라인 패턴 (14C, 14D), 위상 시프트부 (16C, 16M), 및 투과부 (16D, 16N) 를 갖는다.

또, 평가용 패턴 (12) 의 내측 패턴 (13) (보조 패턴) 은, 외측 패턴 (14) 의 2 개의 라인 패턴 (14A, 14B) 의 사이에 대칭으로 배열되고, 라인 패턴 (14A, 14B) 과 동일한 X 방향의 선폭 (a) 으로 Y 방향의 길이가 짧은 차광막으로 이루어지는 2 개의 라인 패턴 (13A) (제 2 차광부) 및 라인 패턴 (13B) 을 갖는다. 또한 내측 패턴 (13) 은 일방의 라인 패턴 (13A) 의 ＋X 방향의 에지부측에, 순서대로 ＋X 방향으로 배치된 폭 (b) 의 투과부 (15F) (제 3 투과부) 및 직각 삼각형 형 (型) 의 위상 시프트부 (15G) (제 4 위상 시프트부) 와 라인 패턴 (13A) 의 -X 방향의 에지부측에, 순서대로 -X 방향으로 배치된 폭 (b) 의 위상 시프트부 (15E) (제 3 위상 시프트부) 및 폭 (a) 의 투과부 (15D) (제 4 투과부) 를 포함하고 있다. 위상 시프트부 (15G) 는 X 방향의 평균적인 폭이 폭 (a) 보다 넓다. 또, 투과부 (15D) (제 2 투과부 및 제 4 투과부) 는 내측 패턴 (13) 과 외측 패턴 (14) 에서 공용되어 있다. 폭 (a) 및 폭 (b) 의 조건은 외측 패턴 (14) 의 경우와 동일하다. 또, 투과부 (15D, 15F) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 위상과 위상 시프트부 (15E, 15G) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 위상의 위상차는, 상기의 위상차 δθ 와 마찬가지로, 0 °및 180 °이외의 임의의 값이 가능하지만, 보다 바람직한 각도는 90 °이다.

또, 내측 패턴 (13) 의 ＋X 방향측의 라인 패턴 (13B) 의 양측에도, 라인 패턴 (13A) 의 양측에 형성된 투과부 (15D), 위상 시프트부 (15E), 투과부 (15F), 및 위상 시프트부 (15G) 와 거의 동일한 구성의 투과부 (15H), 위상 시프트부 (15I), 투과부 (15J), 및 위상 시프트부 (15K) 가 형성되어 있다. 단, 투과부 (15H) 는 직각 삼각형 형의 영역이며, 위상 시프트부 (15K) (제 4 위상 시프트부) 는 라인 패턴 (14B) 의 위상 시프트부 (제 2 위상 시프트부) 와 겸용되고 있다.

또한 내측 패턴 (13) 은 투과부 (15D, 15H), 위상 시프트부 (15E, 15I), 라인 패턴 (13A, 13B), 투과부 (15F, 15J), 및 위상 시프트부 (15G, 15K) 를 일체적으로, 평가용 패턴 (12) 의 중심을 회전 중심으로 하여 90 °회전한 구성의, Y 방향으로 배열된 투과부 (16D, 15H), 위상 시프트부 (16E, 16I), 라인 패턴 (13C, 13D), 투과부 (16F, 16J), 및 위상 시프트부 (15G, 16L) 를 갖는다. 라인 패턴 (14A 및 13A) 을 포함하여 제 1 패턴군이 구성되고, 라인 패턴 (14B 및 13B) 을 포함하여 제 2 패턴군이 구성되고, 라인 패턴 (14C 및 13C) 을 포함하여 제 3 패턴군이 구성되고, 라인 패턴 (14D 및 13D) 을 포함하여 제 4 패턴군이 구성되어 있다.

즉, 제 2 패턴군은 투과부 (15H), 및 각각 Y 방향으로 신장된 위상 시프트부 (15I), 라인 패턴 (13B), 투과부 (15J), 위상 시프트부 (15K), 투과부 (15L), 라인 패턴 (14B), 위상 시프트부 (15M), 투과부 (15N) 를 X 방향으로 배열한 것이다. 또, 제 3 패턴군은 각각 X 방향으로 라인상으로 연장된 위상 시프트부 (16A), 투과부 (16B), 라인 패턴 (14C), 위상 시프트부 (16C), 투과부 (16D), 위상 시프트부 (16E), 라인 패턴 (13C), 및 투과부 (16F) 와 위상 시프트부 (15G) 를 Y 방향으로 배열한 것이다. 또, 제 4 패턴군은 투과부 (15H), 및 각각 X 방향으로 신장된 위상 시프트부 (16I), 라인 패턴 (13D), 투과부 (16J), 위상 시프트부 (15K), 투과부 (16L), 라인 패턴 (14D), 위상 시프트부 (16M), 투과부 (16N) 를 Y 방향으로 배열한 것이다.

다음으로, 평가용 패턴 (12) 의 내측 패턴 (13) 의 라인 패턴 (13A) 의 이미지, 및 외측 패턴 (14) 의 라인 패턴 (14A) 의 이미지의 디포커스량과 횡 어긋남량의 관계에 대해 도 4 (A) 및 도 4 (B) 를 참조하여 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 투영 광학계 (PL) 는 X 방향으로 도립상 (倒立像) 을 형성하는 것으로 한다.

도 4 (A) 에 확대하여 나타낸 바와 같이, 라인 패턴 (13A) 의 -X 방향측의 투과부 (15D) 및 위상 시프트부 (15E) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 파면 (17A) 은 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 Z 방향으로 입사하는 입사광에 대해 ZX 면내에서 거의 시계 방향으로 경사진다. 마찬가지로, 라인 패턴 (13A) 의 ＋X 방향측의 투과부 (15F) 및 위상 시프트부 (15G) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 파면 (17B) 도 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 Z 방향으로 입사하는 입사광에 대해 ZX 면내에서 시계 방향으로 경사진다. 따라서, 라인 패턴 (13A) 의 양단부를 통과하는 광속의 중심의 광선 (이하, 편의적으로 주광선이라고 함) (17C, 17D) 은 거의 평행하게 광축 (AX) 에 대해 시계 방향으로 경사지므로, 라인 패턴 (13A) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (13AP) 의 X 방향의 양단부를 통과하는 주광선 (17CP, 17DP) 은 광축 (AX) 에 대해 반시계 방향으로 경사진다. 따라서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에 배치된 웨이퍼 (W) 의 표면이 베스트 포커스 위치에 대해 ＋Z 방향으로 FZ 만큼 디포커스되면, 이미지 (13AP) 의 위치는 -X 방향으로 ΔX 만큼 시프트한다.

한편, 도 4 (B) 에 확대하여 나타낸 바와 같이, 라인 패턴 (14A) 의 X 방향의 양측에 배치된 위상 시프트부 (15A) 및 투과부 (15B) 와 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15D) 를 투과하는 조명광 (IL) 의 파면 (18A, 18B) 은 거의 반시계 방향으로 경사진다. 따라서, 라인 패턴 (14A) 의 양단부를 통과하는 주광선 (18C, 18D) 은 거의 평행하게 광축 (AX) 에 대해 반시계 방향으로 경사지므로, 라인 패턴 (14A) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (14AP) 의 X 방향의 양단부를 통과하는 주광선 (18CP, 18DP) 은 광축 (AX) 에 대해 시계 방향으로 경사진다. 따라서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서 웨이퍼 (W) 의 표면이 베스트 포커스 위치에 대해 ＋Z 방향으로 FZ 만큼 디포커스되면, 이미지 (14AP) 의 위치는 ＋X 방향으로 ΔX 만큼 시프트한다.

따라서, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면측에서 웨이퍼 (W) 의 표면이 디포커스되면, 도 3 (A) 의 외측 패턴 (14) 의 X 방향으로 배열된 라인 패턴 (14A) 의 이미지와 내측 패턴 (13) 의 라인 패턴 (13A) 의 이미지는 X 방향을 따라 반대 방향으로 시프트하고, 외측 패턴 (14) 의 라인 패턴 (14B) 의 이미지와 내측 패턴 (13)의 라인 패턴 (13B) 의 이미지는 X 방향을 따라 반대 방향으로 시프트한다. 마찬가지로, 그 디포커스에 대해, 외측 패턴 (14) 의 Y 방향으로 배열된 라인 패턴 (14C) 의 이미지와 내측 패턴 (13) 의 라인 패턴 (13C) 의 이미지는 Y 방향을 따라 반대 방향으로 시프트하고, 외측 패턴 (14) 의 라인 패턴 (14D) 의 이미지와 내측 패턴 (13) 의 라인 패턴 (13D) 의 이미지는 Y 방향을 따라 반대 방향으로 시프트한다.

그 결과, 평가용 패턴 (12) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지를 웨이퍼의 표면에 투영하면, 그 웨이퍼의 표면이 베스트 포커스 위치 (이미지면) 에 있을 때에는, 도 5 (A) 에 나타낸 바와 같이, 평가용 패턴 (12) 의 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) (라인 패턴 (14A ∼ 14D) 의 이미지 (14AP ∼ 14DP)) 의 중심 (14Q) 과, 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) (라인 패턴 (13A ∼ 13D) 의 이미지 (13AP ∼ 13DP)) 의 중심 (13Q) 은 동일한 위치에 있다. 또한, 설명의 편의상, 도 5 (A) ∼ 도 5 (C) 및 후술하는 도 6 (B), 도 6 (C) 등에서는, 투영 광학계 (PL) 의 이미지가 X 방향, Y 방향으로 정립상 (正立像) 인 것으로 하고 있다.

이에 대하여 웨이퍼의 표면이 ＋Z 방향으로 디포커스되면, 도 5 (B) 에 나타낸 바와 같이, 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 의 중심 (14Q) 에 대해 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 의 중심 (13Q) 은 -X 방향으로 DX 및 -Y 방향으로 DY 만큼 시프트한다. 또, 웨이퍼의 표면이 -Z 방향으로 디포커스되면, 도 5 (C) 에 나타낸 바와 같이, 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 의 중심 (14Q) 에 대해 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 의 중심 (13Q) 은 ＋X 방향으로 DX 및 ＋Y 방향으로 DY 만큼 시프트한다. 따라서, 미리 예를 들어 실측 또는 시뮬레이션에 의해, 웨이퍼의 표면의 디포커스량 FZ 에 대한 이미지 (14P) 의 중심 (14Q) 에 대한 이미지 (13P) 의 중심 (13Q) 의 X 방향, Y 방향의 시프트량 (간격의 변화량) DX, DY 의 비율인 이하의 검출 레이트 (Rt) 를 구해 두면 된다.

Rt = DX/FZ … (2A) 또는 Rt = DY/FZ … (2B)

또한, 식 (2A) 및 (2B) 의 평균치를 다음과 같이 검출 레이트 (Rt) 로 해도 된다.

Rt =｛(DX＋DY)/2｝/FZ … (3)

또한, 검출 레이트 (Rt) 는 정수가 아니고, 디포커스량 (FZ) 의 1 차 혹은 2 차 이상의 함수여도 되고, 또는 지수 함수 등의 함수여도 된다. 가령 식 (3) 을 이용하는 경우, 평가용 패턴 (12) 의 이미지를 투영하여, 이미지 (14P) 에 대한 이미지 (13P) 의 시프트량 (DX, DY) 을 계측하고, 이 시프트량의 평균치를 검출 레이트 (Rt) 로 나눗셈함으로써, 그 이미지가 투영된 계측점에서의 디포커스량 (FZ), 나아가서는 베스트 포커스 위치를 구할 수 있다.

다음으로, 도 7 (A) 는, 도 3 (A) 의 평가용 패턴 (12) 의 라인 패턴 (13A ∼ 13D, 14A ∼ 14D) 의 선폭 (a) (㎚) 과, 식 (3) 의 검출 레이트 (Rt) 및 예측되는 최대의 디포커스량의 계측 오차 (ZEr) (㎚) 의 관계를 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 시뮬레이션의 조건은, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 가 1, 조명 광학계 (ILS) (조명광 (IL)) 의 코히런스 팩터 (σ 값) 가 0.2, 위상 시프트부 (15C, 15E) 등의 폭 (b) 이 60 ㎚ 이다. 계측 오차 (ZEr) 란, 평가용 패턴 (12) 이미지의 위치의 계측 오차에서 기인하는 디포커스량의 오차와 식 (3) 에 대한 근사 오차 (비선형 오차) 의 합이다.

도 7 (A) 에 있어서, 각 선폭 (a) 의 위치에 있는 백색의 막대 그래프 (B1) 는, 디포커스량 (FZ) 이 ± 100 ㎚ 인 경우의 검출 레이트 (Rt), 해칭된 막대 그래프 (B2) 는 디포커스량 (FZ) 이 ± 200 ㎚ 인 경우의 검출 레이트 (Rt) 이다. 또, 점선의 꺾은 선 (C1) 은 디포커스량 (FZ) 이 ± 100 ㎚ 인 경우의 계측 오차 (ZEr), 실선의 꺾은 선 (C2) 은 디포커스량 (FZ) 이 ± 200 ㎚ 인 경우의 계측 오차 (ZEr) 이다. 도 7 (A) 로부터, 선폭 (a) 이 600 ㎚ 이상에서는, 검출 레이트 (Rt) (막대 그래프 (B1, B2)) 및 계측 오차 (ZEr) (꺾은 선 (C1, C2)) 의 값이 일정해지므로, 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 고정밀도로 계측할 수 있다.

또한, 도 7 (B) 는 디포커스량의 계측 오차 (ZEr) 를, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 및 조명광 (IL) 의 코히런스 팩터 (σ 값) 를 여러 가지로 변경하여 평가한 결과의 일례를 나타낸다. 이 경우, 라인 패턴 (13A ∼ 13D) 등의 선폭 (a) 을 1000 ㎚, 위상 시프트부 (15C) 등의 폭 (b) 을 60 ㎚, 평가용 패턴 (12) 의 이미지 위치의 계측 오차를 0.5 ㎚, 디포커스량 (FZ) 을 ± 100 ㎚ 로 하고 있다. 도 7 (B) 에서, 곡선으로 둘러싸인 영역 (D1) 의 계측 오차 (ZEr) 는 1 ∼ 1.5 ㎚, 영역 (D2) 의 계측 오차 (ZEr) 는 1.5 ∼ 2 ㎚, 영역 (D3, D4, D5,…) 의 계측 오차 (ZEr) 는 각각 2 ∼ 2.5 ㎚, 2.5 ∼ 3 ㎚, 3 ∼ 3.5 ㎚,… 로 0.5 ㎚ 씩 많아지고 있다. 도 7 (B) 에서, 영역 (D1 및 D2) 에서는 계측 오차 (ZEr) 가 거의 2 ㎚ 이하가 되어, 고정밀도로 디포커스량을 계측할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 영역 (D1, D2) 에서의 개구수 (NA) 와 σ 값의 조합의 범위는 상당히 넓기 때문에, 개구수 (NA) 가 1.3 에 도달하는 바와 같이 큰 경우에서도, 또한 여러 가지의 조명 조건 및 개구수의 조건하에서도, 고정밀도로 디포커스량을 계측할 수 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 노광 장치 (EX) 에 있어서, 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 계측할 때의 동작의 일례에 대해 도 8 의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 이 동작은 주제어계 (2) 의 제어하에서, 예를 들어 노광 공정 중에서 정기적으로 실행된다.

우선, 도 8 의 스텝 102 에서, 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 에 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 로드하여, 그 얼라인먼트를 실시한다. 다음의 스텝 104 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 포토레지스트가 도포된 미노광의 평가용 웨이퍼 (웨이퍼 (W) 라고 함) 를 로드한다. 다음의 스텝 106 에서, 도 6 (A) 에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼 (W) 의 다수의 쇼트 영역 (SAk) (k = 1 ∼ K ； K 는 2 이상의 정수) 에, 액침법으로 또한 주사 노광 방식으로, 도 2 의 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 다수의 평가용 패턴 (12) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지를 노광한다. 이 때에, 각 쇼트 영역 (SAk) 마다 노광 영역에 대한 주사 방향이 ＋Y 방향 (DP) 인지, 또는 -Y 방향 (DM) 인지가 기억된다. 또, 각 쇼트 영역 (SAk) 에는, 도 6 (B) 에 확대하여 나타낸 바와 같이, X 방향, Y 방향으로 배열된 각 계측점 Q (i, j) (i = 1 ∼ I ； j = 1 ∼ J) 의 근방에 각각 평가용 패턴 (12) 의 이미지 (12P) 가 노광된다. 이 이미지 (12P) 는 도 5 (A) 에 나타낸 바와 같은 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 및 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 로 구성되어 있다.

다음의 스텝 108 에서, 노광이 끝난 웨이퍼 (W) 를 웨이퍼 스테이지 (WST) 로부터 언로드하여, 도시 생략된 코터 디벨로퍼에서 웨이퍼 (W) 를 현상한다. 이 결과, 도 6 (B) 의 웨이퍼 (W) 의 각 쇼트 영역 (SAk) 내의 각 계측점 Q (i, j) 의 근방에, 도 6 (C) 의 확대도로 나타낸 바와 같이, 평가용 패턴 (12) 의 이미지 (12P) 를 구성하는 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 및 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 가 요철의 레지스트 패턴으로서 형성된다.

다음의 스텝 110 에서, 현상 후의 웨이퍼 (W) 를 중첩시켜 계측 장치 (도시 생략) 에 반송하고, 이 중첩 계측 장치를 사용하여, 웨이퍼 (W) 의 각 쇼트 영역 (SAk) (k = 1 ∼ K) 의 각 계측점 Q (i, j) 의 평가용 패턴 (12) 의 이미지 (12P) (도 6 (C)) 에서, 외측 패턴 (14) 의 이미지 (14P) 의 중심 (14Q) 에 대한 내측 패턴 (13) 의 이미지 (13P) 의 중심 (13Q) 의 X 방향, Y 방향의 시프트량 (ΔXij, ΔYij) (이미지의 위치 관계) 을 계측한다. 이 시프트량의 계측 결과는 도 1 의 주제어계 (2) 에 공급된다.

다음의 스텝 112 에서, 주제어계 (2) 내의 연산부는, 계측된 평가용 패턴 (12) 의 이미지 (12P) 의 시프트량 (ΔXij, ΔYij) 의 평균치를 식 (3) 의 이미 알려진 검출 레이트 (Rt) 로 나눗셈하여, 당해 계측점 Q (i, j) 에서의 디포커스량 (FZij) 을 구한다. 또한 스텝 114 에서, 주제어계 (2) 내의 연산부는, 웨이퍼 (W) 의 쇼트 영역 (SAk) 을 노광 영역에 대한 주사 방향 (DP, DM) 별로 제 1 그룹 및 제 2 그룹으로 나누고, 제 1 그룹의 쇼트 영역 (SAk) 내의 각 계측점 Q (i, j) 에서의 디포커스량 (FZij) 의 평균치 ＜FZij＞ 를 보간한 값을, 주사 방향 (DP) 의 노광 필드 내의 전체면의 이미지면의 보정치로서 기억한다. 마찬가지로, 제 2 그룹의 쇼트 영역 (SAk) 내의 각 계측점 Q (i, j) 에서의 디포커스량 (FZij) 의 평균치 ＜FZij＞ 를 보간한 값이, 주사 방향 (DM) 의 노광 필드 내의 전체면의 이미지면의 보정치로서 기억된다.

그 후, 스텝 116 에서 도 1 의 레티클 스테이지 (RST) 에 디바이스용의 레티클 (R) 이 로드되고, 스텝 118 에서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼가 로드된다. 그리고, 스텝 120 에서, 웨이퍼에 대해 스텝 114 에서 기억한 주사 방향별 이미지면의 보정치를 이용하여 오토포커스 센서 (37) 에서 계측되는 Z 위치를 보정하면서, 웨이퍼의 각 쇼트 영역에 레티클 (R) 의 패턴의 이미지를 주사 노광한다. 이 때에, 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 각 평가용 패턴 (12) 의 이미지에 기초하여 계측된 디포커스량을 보정하도록, 오토포커스 센서 (37) 의 계측치가 보정되고 있기 때문에, 웨이퍼 표면의 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 합초 정밀도가 향상되고 있다. 따라서, 레티클 (R) 의 패턴의 이미지가 웨이퍼의 각 쇼트 영역에 고정밀도로 노광된다.

그 후, 스텝 122 에서 노광이 끝난 웨이퍼가 언로드되고, 스텝 124 에서 다음의 노광 대상의 웨이퍼가 있는지의 여부를 판정하여, 미노광 웨이퍼가 있는 경우에는 스텝 118 ∼ 122 를 반복한다. 그리고, 스텝 124 에서 미노광 웨이퍼가 소진되었을 때에 노광 공정이 종료된다.

본 실시형태의 효과 등은 이하와 같다.

(1) 본 실시형태의 노광 장치 (EX) 는 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 계측하기 위한 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 구비하고 있다. 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 형성된 평가용 패턴 (12) 은 외측 패턴 (14) (테스트 패턴) 을 갖는다. 이 외측 패턴 (14) 은 각각 Y 방향 (제 1 방향) 으로 라인상으로 연장된 X 방향 (제 2 방향) 의 폭 (a) 의 위상 시프트부 (15A) (제 2 위상 시프트부), 폭 (a) 보다 좁은 폭 (b) 의 투과부 (15B) (제 1 투과부), 선폭 (a) 의 라인 패턴 (14A) (제 1 차광부), 폭 (b) 의 위상 시프트부 (15C) (제 1 위상 시프트부), 및 폭 (a) 의 투과부 (15D) (제 2 투과부) 를 X 방향으로 배열한 것이다.

이 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 의하면, 라인 패턴 (14A) 의 ＋X 방향측의 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15D) 를 통과하는 조명광 (IL) 의 주광선과, 라인 패턴 (14A) 의 -X 방향측의 위상 시프트부 (15A) 및 투과부 (15B) 를 통과하는 조명광 (IL) 의 주광선은 동일한 방향으로 경사진다. 따라서, 평가용 패턴 (12) 의 이미지를 한 번 노광하는 것만으로, 라인 패턴 (14A) 의 이미지의 X 방향의 횡 어긋남량으로부터, 그 이미지면의 형성면의 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 디포커스량, 나아가서는 포커스 정보를 높은 계측 효율로 구할 수 있다. 또한, 라인 패턴 (14A) 의 선폭 (a) 은 위상 시프트부 (15C) 및 투과부 (15B) 의 폭 (b) 보다 넓기 때문에, 그 포커스 정보를 높은 계측 재현성으로 계측할 수 있다.

(2) 또, 본 실시형태에서는, 투과부 (15B) 의 X 방향의 폭 (b) 은 위상 시프트부 (15C) 의 X 방향의 폭 (b) 과 동일하고, 디포커스에 대한 라인 패턴 (14A)의 이미지의 양단부의 횡 어긋남량이 거의 동일하고, 그 이미지의 선폭은 거의 일정하다.

또한, 투과부 (15B) 의 X 방향의 폭과 위상 시프트부 (15C) 의 X 방향의 폭은 달라도 된다.

또, 투과부 (15D) (제 2 투과부) 는 반드시 형성할 필요는 없다.

(3) 또, 평가용 패턴 (12) 은 외측 패턴 (14) 의 이미지의 위치 어긋남을 계측하기 위한 내측 패턴 (13) (보조 패턴) 을 갖는다. 따라서, 외측 패턴 (14) 의 이미지의 위치 어긋남량, 나아가서는 디포커스량을 고정밀도로 계측할 수 있다.

또한, 내측 패턴 (13) 을 테스트 패턴으로 간주하고, 외측 패턴 (14) 을 보조 패턴으로 간주하는 것도 가능하다.

(4) 또, 그 내측 패턴 (13) 은 각각 Y 방향으로 라인상으로 연장된 X 방향의 폭 (a) 의 투과부 (15D) (제 4 투과부), 폭 (b) 의 위상 시프트부 (15E) (제 3 위상 시프트부), 선폭 (a) 의 라인 패턴 (13A) (제 2 차광부), 폭 (b) 의 투과부 (15F) (제 3 투과부), 및 평균적인 폭이 a 이상인 위상 시프트부 (15G) (제 4 위상 시프트부) 를 X 방향으로 배열한 것이다.

이 내측 패턴 (13) 의 라인 패턴 (13A) 의 X 방향의 양측의 위상 분포는, 외측 패턴 (14) 의 라인 패턴 (14A) 의 X 방향의 양측의 위상 분포와 대칭이기 때문에, 디포커스된 경우의 라인 패턴 (13A) 의 이미지의 횡 어긋남량의 방향과 라인 패턴 (14A) 의 이미지의 횡 어긋남량의 방향은 X 방향을 따라 반대 방향이다. 따라서, 디포커스량을 2 배의 감도로, 또한 오프셋을 상쇄하여 고정밀도로 계측할 수 있다.

(5) 또, 본 실시형태의 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보의 계측 방법은, 본 실시형태의 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 투영 광학계 (PL) 의 물체면에 배치하는 스텝 102 와, 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 평가용 패턴 (12) (외측 패턴 (14) 및 내측 패턴 (13)) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지를 웨이퍼 (W) 의 표면 (계측면) 에 투영하는 스텝 106, 108 과, 평가용 패턴 (12) 의 이미지의 계측 방향의 위치 정보인 외측 패턴 (14) 의 이미지와 내측 패턴 (13) 의 이미지의 간격을 계측하는 스텝 110 을 포함한다. 따라서, 그 이미지의 간격 (시프트량) 으로부터 투영 광학계 (PL) 의 이미지면에 대한 디포커스량을 계측할 수 있다.

(6) 또, 그 이미지를 투영하는 스텝은, 웨이퍼 (W) 의 포토레지스트를 현상하는 스텝 108 을 포함하고 있다. 따라서, 그 이미지의 간격을 예를 들어 중첩시켜 계측 장치를 사용하여 고정밀도로 계측할 수 있다.

(7) 또, 본 실시형태의 노광 장치 (EX) 는, 조명광 (IL) 으로 레티클 (R) 의 패턴을 조명하고, 조명광 (IL) 으로 그 패턴 및 투영 광학계 (PL) 를 통하여 웨이퍼 (W) (기판) 를 노광하는 노광 장치에 있어서, 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST) 와 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 평가용 패턴 (12) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지를 투영시킴과 함께, 평가용 패턴 (12) 의 이미지의 계측 방향의 위치 정보에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 이미지면의 보정치 (이미지면 정보) 를 구하는 주제어계 (2) (제어 장치) 를 구비하고 있다.

따라서, 레티클 스테이지 (RST) 상의 레티클을 포커스 테스트 레티클 (TR) 과 교환하여, 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 평가용 패턴 (12) 의 이미지를 평가용 웨이퍼에 노광하는 것만으로, 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 효율적으로 고정밀도로 계측할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 외측 패턴 (14) 이 투과부 (15D 및 16D) 를 구비하는 구성에 대해 설명했는데, 이 투과부 (15D 및 16D) 는 내측 패턴 (13) 이 구비하는 구성이어도 된다. 마찬가지로, 외측 패턴 (14) 이 위상 시프트부 (15K) 를 구비하는 구성에 대해 설명했는데, 이 위상 시프트부 (15K) 는 내측 패턴 (13) 이 구비하는 구성이어도 된다.

또한, 본 실시형태에서는 다음과 같은 변형이 가능하다.

(1) 본 실시형태에서는, 포커스 테스트 레티클 (TR) 의 평가용 패턴 (12) 의 이미지를 웨이퍼에 노광하여, 현상 후에 형성되는 레지스트 패턴의 위치 관계를 중첩시켜 계측 장치를 이용하여 계측하고 있다.

그러나, 노광 장치 (EX) 는 공간 이미지 계측계 (34) 를 구비하고 있다. 그래서, 평가용 패턴 (12) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (공간 이미지) 를 도 1 의 공간 이미지 계측계 (34) 의 슬릿 패턴 (30A) 에서 X 방향, Y 방향으로 주사하여, 공간 이미지 계측계 (34) 에 의해 그 공간 이미지의 광 강도 분포를 계측해도 된다. 이 계측 결과로부터 평가용 패턴 (12) 의 외측 패턴 (14) 의 이미지와 내측 패턴 (13) 의 이미지의 간격을 구하고, 이 간격으로부터 디포커스량을 구함으로써, 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 구할 수 있다.

(2) 본 실시형태에서는, 포커스 테스트 레티클 (TR) 을 레티클 (R) 과 교환하여 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드하고 있지만, 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 형성된 복수의 평가용 패턴 (12) 을 레티클 스테이지 (RST) 의 레티클 (R) 이 유지되는 영역에 근접한 영역에 고정되어 있는 레티클 마크판 (도시 생략) 에 형성해 두어도 된다. 이 경우, 필요에 따라, 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시켜, 그 레티클 마크판을 조명광 (IL) 의 조명 영역으로 이동시킴으로써, 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 계측할 수 있다.

(3) 또, 도 3 (A) 의 평가용 패턴 (12) 대신에 도 9 (A) 의 제 1 변형예의 평가용 패턴 (40), 또는 도 9 (B) 의 제 2 변형예의 평가용 패턴 (44) 을 사용해도 된다.

도 9 (A) 에 있어서, 평가용 패턴 (40) 은, Y 방향으로 가늘고 길게 X 방향의 선폭 (a) 의 차광막과 X 방향으로 가늘고 길게 Y 방향의 선폭 (a) 의 차광막을 중심으로 교차시킨 십자형의 차광 패턴 (41) 을 갖는다. 또, 차광 패턴 (41) 의 중심에 대해 ＋Y 방향의 라인부 (41A) (테스트 패턴의 제 1 차광부) 의 ＋X 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 투과부 (42C) 및 정방형의 위상 시프트부 (42D) 가 형성되고, 라인부 (41A) 의 -X 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 위상 시프트부 (42B) 및 투과부 (42A) 가 형성되어 있다. 또, 차광 패턴 (41) 의 중심에 대해 -Y 방향의 라인부 (41B) (보조 패턴의 제 2 차광부) 의 ＋X 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 위상 시프트부 (43C) 및 투과부 (43D) 가 형성되고, 라인부 (41B) 의 -X 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 투과부 (43B) 및 정방형의 위상 시프트부 (43A) 가 형성되어 있다.

또한, 차광 패턴 (41) 의 중심에 대해 ＋X 방향의 라인부 (41C) 의 ＋Y 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 투과부 (42C) 및 위상 시프트부 (42D) 가 형성되고, 라인부 (41C) 의 -Y 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 위상 시프트부 (43C) 및 투과부 (43D) 가 형성되어 있다. 또, 차광 패턴 (41) 의 중심에 대해 -X 방향의 라인부 (41D) 의 ＋Y 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 위상 시프트부 (42B) 및 투과부 (42A) 가 형성되고, 라인부 (41D) 의 -Y 방향측에 순서대로 폭 (b) 의 투과부 (43B) 및 위상 시프트부 (43A) 가 형성되어 있다. 선폭 (a) 과 폭 (b) 의 관계는 도 3 (A) 의 평가용 패턴 (12) 의 경우와 동일하고, 위상 시프트부 (42B, 42D, 43A, 43C) 의 위상의 변화량은 도 3 (A) 의 위상 시프트부 (15C) 와 동일하다.

이 제 1 변형예의 평가용 패턴 (40) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (40P) 는 베스트 포커스 위치에서는 도 10 (A) 에 나타낸 바와 같이 차광 패턴 (41) 과 상사 (相似) 인 이미지 (41P) 가 된다. 이에 대하여, 계측면이 디포커스되어 있는 경우에는, 도 10 (B) 에 나타낸 바와 같이, 평가용 패턴 (40) 의 이미지 (40P) 는, 라인부 (41A) 의 이미지 (41AP) 와 라인부 (41B) 의 이미지 (41BP) 사이에 X 방향의 시프트량 (DX) 이 발생하고, 라인부 (41D) 의 이미지 (41DP) 와 라인부 (41C) 의 이미지 (41CP) 사이에 Y 방향의 시프트량 (DY) 이 발생한다. 따라서, 이들 시프트량 (DX, DY) 으로부터 그 계측면에서의 디포커스량을 구할 수 있다.

또, 도 9 (B) 의 제 2 변형예의 평가용 패턴 (44) 은, 라인부 (41A) (도 9 (A) 참조) 와 동일한 선폭의 정방형의 프레임상의 차광막으로 이루어지는 외측 패턴 (46) 과 이 내측에 형성된 차광막으로 이루어지는 정방형의 내측 패턴 (45) 을 갖는다. 또, 내측 패턴 (45) (제 1 차광부) 의 ＋X 방향 및 ＋Y 방향으로 위상 시프트부 (42B) (도 9 (B) 참조) 와 동일한 폭의 투과부 (47D) 가 형성되고, 그 외 측에 폭이 넓은 위상 시프트부 (47E) 가 형성되고, 위상 시프트부 (47E) 와 외측 패턴 (46) 의 ＋X 방향 및 ＋Y 방향의 내측의 에지부의 사이에 투과부 (47D) 와 동일한 폭의 투과부 (47E) 가 형성되어 있다. 또한 내측 패턴 (45) 의 -X 방향 및 -Y 방향으로 투과부 (47D) 와 동일한 폭의 위상 시프트부 (47C) 가 형성되고, 그 외측에 투과부 (47B) 가 형성되고, 투과부 (47B) 와 외측 패턴 (46) 의 -X 방향 및 -Y 방향의 내측의 에지부의 사이에 위상 시프트부 (47C) 와 동일한 폭의 위상 시프트부 (47A) 가 형성되어 있다.

이 제 2 변형예의 평가용 패턴 (44) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (44P) 는 베스트 포커스 위치에서는, 도 10 (C) 에 나타낸 바와 같이, 외측 패턴 (46) 의 이미지 내측의 에지부의 중심 (46PC) 과 내측 패턴 (45) 의 이미지 (45P) 의 중심 (45PC) 은 합치한다. 이에 대하여, 계측면이 디포커스되어 있는 경우에는, 도 10 (D) 에 나타낸 바와 같이, 평가용 패턴 (44) 의 이미지에서, 외측 패턴 (46) 의 이미지 (46P) 내측의 에지부의 중심 (46C) 과, 내측 패턴 (45) 의 이미지 (45P) 의 중심 (45PC) 의 사이에 X 방향 및 Y 방향으로 시프트량 (DX, DY) 이 생긴다. 따라서, 이들 시프트량 (DX, DY) 으로부터 그 계측면에서의 디포커스량을 구할 수 있다.

제 2 실시형태

다음으로, 제 2 실시형태에 대해 도 11 (A) 및 도 11 (B) 를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서도 도 1 의 노광 장치 (EX) 의 투영 광학계 (PL) 의 포커스 정보를 계측하지만, 포커스 테스트 레티클 (TR) 에 형성되어 있는 평가용 패턴의 구성이 다르다.

도 11 (A) 는 본 실시형태의 평가용 패턴 (50) 을 나타낸 확대 평면도이다. 도 11 (A) 에서, 평가용 패턴 (50) 은 X 방향을 따라, 제 1 더미 패턴 (53A), 제 1 주패턴 (51A), 부패턴 (52), 제 2 주패턴 (51B), 및 제 2 더미 패턴 (53B) 을 배열하여 구성되어 있다. 이 경우, 더미 패턴 (53A, 53B) 은 각각 Y 방향으로 가늘고 긴 차광막으로 이루어지는 2 개의 라인 패턴 (58A, 58B) 을 X 방향으로 배열한 것이다.

또, 제 1 주패턴 (51A) (테스트 패턴) 은, Y 방향으로 신장된 X 방향의 선폭 (c) 의 차광막으로 이루어지는 라인 패턴 (54A, 54B, 54C) 을 X 방향으로 선폭 (c) 의 3 배 정도의 간격 (d) 으로 배치하여, 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 의 X 방향의 양단부에 거의 동일한 위상 변화부를 형성한 것이다. 대표적으로, 라인 패턴 (54A) (제 1 차광부) 에 형성되는 위상 변화부는, 라인 패턴 (54A) 의 ＋X 방향으로 순서대로 배치되는 폭 (b) 의 투과부 (55C) (제 1 투과부) 및 폭이 거의 c 인 위상 시프트부 (55D) (제 2 위상 시프트부) 와, 라인 패턴 (54A) 의 -X 방향으로 순서대로 배치되는 폭 (b) 의 위상 시프트부 (55B) (제 1 위상 시프트부) 및 폭이 b 보다 넓은 투과부 (55A) (제 2 투과부) 를 갖는다. 제 2 주패턴 (51B) 은 제 1 주패턴 (51A) 과 마찬가지로, 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 및 이들에 형성된 위상 변화부를 갖는다. 또한, ＋X 방향의 단부의 위상 시프트부 (55G) 의 폭은 좁게 형성되어 있다.

또, 부패턴 (52) (보조 패턴) 은 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 과 동일한 형상으로 동일한 배열의 라인 패턴 (56A, 56B, 56C) 과, 라인 패턴 (56A ∼ 56C) 의 X 방향의 양단부에 형성된 거의 동일한 위상 변화부를 갖는다. 대표적으로, 라인 패턴 (56A) (제 2 차광부) 에 형성되는 위상 변화부는 라인 패턴 (56A) 의 ＋X 방향으로 순서대로 배치되는 폭 (b) 의 위상 시프트부 (57B) (제 3 위상 시프트부) 및 폭이 거의 c 인 투과부 (57D) (제 4 투과부) 와, 라인 패턴 (56A) 의 -X 방향으로 순서대로 배치되는 폭 (b) 의 투과부 (57A) (제 3 투과부) 및 폭이 b 보다 넓은 위상 시프트부 (55F) (제 4 위상 시프트부) 를 갖는다. 위상 시프트부 (55F) 는 주패턴 (51A) 과 부패턴 (52) 에서 공용되고 있다.

본 실시형태에서는, 라인 패턴 (54A ∼ 54C, 56A ∼ 56C) 의 X 방향의 선폭 (c) 은, 투과부 (55C) 및 위상 시프트부 (55B) 의 X 방향의 폭 (b) 보다 넓게 설정되어 있다. 일례로서 투영 이미지의 단계에서 선폭 (c) 은 80 ∼ 200 ㎚ 이며, 폭 (b) 은 50 ∼ 70 ㎚ 이다. 또한, 일례로서 선폭 (c) 은 100 ㎚ 이며, 이 경우의 폭 (b) 은 60 ㎚ 이다. 또한, 위상 시프트부 (55B, 57B) 를 통과하는 조명광의 위상과 투과부 (55A, 57C) 등을 통과하는 조명광의 위상의 위상차는 0 °및 180 °이외의 값으로 설정되고, 그 위상차는 바람직하게는 90 °이다.

이 평가용 패턴 (50) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (50P) (정립상으로 함) 는, 도 11 (B) 에 나타낸 바와 같이, 더미 패턴의 이미지 (53AP, 53BP) (라인 패턴 (58A, 58B) 의 이미지 (58AP, 58BP)) 의 사이에, 제 1 주패턴 (51A) 의 이미지 (51AP) 와, 부패턴 (52) 의 이미지 (52P) 와, 제 2 주패턴 (51B) 의 이미지 (51BP) 를 배열한 것이다. 또, 이미지 (51AP 및 51BP) 는 각각 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 의 이미지 (54AP ∼ 54CP) 로 이루어지고, 이미지 (52P) 는 라인 패턴 (56A ∼ 56C) 의 이미지 (56AP ∼ 56CP) 로 이루어진다. 이 경우, 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 의 X 방향의 양단부의 위상 분포와 라인 패턴 (56A ∼ 56C) 의 X 방향의 양단부의 위상 분포는 X 방향에 대칭이기 때문에, 계측면의 디포커스에 대해, 주패턴의 이미지 (51AP, 51BP) 가 점선의 이미지 (E1) 로 나타낸 바와 같이 -X 방향으로 이동하면, 부패턴의 이미지 (52P) 는 점선의 이미지 (E2) 로 나타낸 바와 같이 ＋X 방향 (반대 방향으로) 으로 이동한다.

따라서, 일례로서 주패턴의 이미지 (51AP, 51BP) 의 6 개의 라인 패턴의 이미지 (54AP ∼ 54CP) 의 X 방향의 중심 위치 (각 중심의 평균 위치) 와, 부패턴의 이미지 (52P) 의 3 개의 라인 패턴의 이미지 (56AP ∼ 56CP) 의 X 방향의 중심 위치의 시프트량 (DX) 을 계측함으로써, 계측면의 디포커스량을 구할 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 더미 패턴 (53A, 53B) 의 이미지의 위치는, 예를 들어 주패턴 (51A, 51B) 의 이미지의 위치 어긋남량 및 부패턴 (52) 의 이미지의 위치 어긋남량을 개별적으로 평가하는 경우 등에 사용 가능하다.

또한, 본 실시형태에서, 주패턴 (51A, 51B) 을 구성하는 라인 패턴 (54A ∼ 54C) 의 개수, 및 부패턴 (52) 을 구성하는 라인 패턴 (56A ∼ 56C) 의 개수는 적어도 1 개 있으면 된다. 또, 더미 패턴 (53A, 53B) 은 반드시 형성할 필요는 없다. 또, 예를 들어 제 2 주패턴 (51B) 은 생략하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 12 (A) 는 제 2 실시형태의 변형예의 평가용 패턴 (60) 을 나타낸다. 도 11 (A) 에 대응하는 부분에 동일 부호를 첨부한 도 12 (A) 에서, 평가용 패턴 (60) 은 X 방향의 양단부에 더미 패턴 (53A, 53B) 이 배치되어 있다. 그리고, 더미 패턴 (53A, 53B) 의 사이에, X 방향을 따라 동일 형상의 라인 패턴 (54A, 56A, 54B, 56B, 54C, 56C, 54D, 56D) 이 거의 선폭의 2 배 ∼ 3 배의 간격으로 배치되어 있다.

또, 라인 패턴 (54A ∼ 54D) (제 1 차광부) 의 ＋X 방향측에 투과부 (55C) (제 1 투과부) 및 폭이 넓은 위상 시프트부 (61A) (제 2 위상 시프트부) 가 배치되고, 라인 패턴 (54A ∼ 54D) 의 -X 방향측에 위상 시프트부 (55B) (제 1 위상 시프트부) 및 폭이 넓은 투과부 (61B) (제 2 투과부) 가 배치되어 있다. 그리고, 라인 패턴 (56A ∼ 56D) (제 2 차광부) 의 ＋X 방향측에 위상 시프트부 (57B) (제 3 위상 시프트부) 및 폭이 넓은 투과부 (61B) (제 4 투과부) 가 배치되고, 라인 패턴 (56A ∼ 56D) 의 -X 방향측에 투과부 (57A) (제 3 투과부) 및 위상 시프트부 (61A) (제 4 위상 시프트부) 가 배치되어 있다. 위상 시프트부 (61A) 는 라인 패턴 (54A ∼ 54D) 을 포함하는 테스트 패턴과 라인 패턴 (56A ∼ 56D) 을 포함하는 보조 패턴에서 공용되고 있다.

이 평가용 패턴 (60) 의 투영 광학계 (PL) 에 의한 이미지 (60P) (정립상으로 함) 는, 도 12 (B) 에 나타낸 바와 같이, 더미 패턴의 이미지 (53AP, 53BP) 사이에, 라인 패턴 (54A ∼ 54D) 의 이미지 (54AP ∼ 54DP) 와, 라인 패턴 (56A ∼ 56D) 의 이미지 (56AP ∼ 56DP) 가 X 방향으로 교대로 형성된 것이 된다. 이 경우, 라인 패턴 (54A ∼ 54D) 의 X 방향의 양단부의 위상 분포와, 라인 패턴 (56A ∼ 56D) 의 X 방향의 양단부의 위상 분포는 대칭이기 때문에, 계측면의 디포커스에 대해서, 이미지 (54AP ∼ 54DP) 가 점선의 이미지 (E1) 로 나타낸 바와 같이 -X 방향으로 이동하면, 이미지 (56AP ∼ 56DP) 는 점선의 이미지 (E2) 로 나타낸 바와 같이 ＋X 방향 (반대 방향) 으로 이동한다.

따라서, 일례로서 4 개의 라인 패턴의 이미지 (54AP ∼ 54DP) 의 X 방향의 중심 위치 (각 중심의 평균 위치) 와, 4 개의 라인 패턴의 이미지 (56AP ∼ 56DP) 의 X 방향의 중심 위치의 시프트량 (DX) 을 계측함으로써, 계측면의 디포커스량을 구할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서, 라인 패턴 (54A ∼ 54D 및 56A ∼ 56D) 의 개수는 각각 적어도 1 개 있으면 된다. 또, 더미 패턴 (53A, 53B) 은 반드시 형성할 필요는 없다.

또, 상기의 각 실시형태의 노광 장치 (EX) (또는 노광 장치 (EX) 에 의한 노광 방법) 를 사용하여 반도체 디바이스 등의 전자 디바이스를 제조하는 경우, 전자 디바이스는 도 13 에 나타낸 바와 같이, 전자 디바이스의 기능·성능 설계를 실시하는 스텝 221, 이 설계 스텝에 기초한 마스크 (레티클) 를 제작하는 스텝 222, 디바이스의 기재인 기판 (웨이퍼) 을 제조하여 레지스트를 도포하는 스텝 223, 전술한 실시형태의 노광 장치 또는 노광 방법에 의해 마스크의 패턴을 기판 (감응 기판) 에 노광하는 공정, 노광한 기판을 현상하는 공정, 현상한 기판의 가열 (큐어) 및 에칭 공정 등을 포함하는 기판 처리 스텝 224, 디바이스 조립 스텝 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정 등의 가공 프로세스를 포함함) 225, 및 검사 스텝 226 등을 거쳐 제조된다.

따라서, 이 디바이스 제조 방법의 기판 처리 스텝 224 는, 상기의 실시형태의 노광 장치 또는 노광 방법을 이용하여 소정의 패턴을 기판에 형성하는 노광 공정과 그 패턴이 형성된 기판을 처리하는 공정을 포함하고 있다. 그 노광 장치 또는 노광 방법에 의하면, 투영 광학계의 포커스 정보를 높은 계측 재현성으로 효율적으로 계측할 수 있기 때문에, 그 계측 결과에 기초하여 오토포커스 등의 제어를 실시함으로써, 전자 디바이스를 효율적으로 고정밀도로 제조할 수 있다.

또한, 국소 액침 기구를 구비한 국소 액침 노광 장치를 예로 들어 설명했는데, 투영 광학계와 물체 (물체의 일부) 사이의 국소적 공간에만 액체를 개재시키는 국소 액침형뿐만 아니라, 물체 전체를 액체에 침지시키는 타입의 액침 노광형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 또, 투영 광학계와 기판 사이의 액침 영역을 그 주위의 에어 커튼으로 유지하는 액침형의 노광 장치에도 적용할 수 있다. 본 발명은 액침형의 노광 장치로 노광하는 경우뿐만 아니라, 액체를 개재시키지 않는 드라이 노광형의 노광 장치의 투영 광학계의 포커스 정보를 계측하는 경우에도 적용할 수 있다. 또, 본 발명은 주사 노광형의 노광 장치 외에, 스텝퍼 등의 일괄 노광형의 노광 장치에서 투영 광학계의 포커스 정보를 계측하는 경우에도 적용할 수 있다.

또, 본 발명은 반도체 디바이스 제조용의 노광 장치에 대한 적용에 한정되지 않고, 예를 들어, 각형의 유리 플레이트에 형성되는 액정 표시 소자, 혹은 플라즈마 디스플레이 등의 디스플레이 장치용의 노광 장치나, 촬상 소자 (CCD 등), 마이크로 머신, 박막 자기 헤드, MEMS (Microelectromechanical Systems), 및 DNA 칩 등의 각종 디바이스를 제조하기 위한 노광 장치에도 널리 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 각종 디바이스의 마스크 패턴이 형성된 마스크 (포토마스크, 레티클 등) 를 포트리소그래피 공정을 이용하여 제조할 때의 노광 공정에도 적용할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 구성을 취할 수 있다.

또, 본원에 기재한 상기 공보, 각 국제 공개 팜플렛, 미국 특허, 또는 미국 특허 출원 공개 명세서에서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다. 또, 명세서, 특허 청구의 범위, 도면, 및 요약을 포함하는 2009 년 11 월 5 일부로 제출된 일본국 특허 출원 제2009－253785호의 우선권의 이익을 주장하고, 그 모든 개시 내용을 원용하여 본문의 기재의 일부로 한다.

EX : 노광 장치
ILS : 조명 광학계
TR : 포커스 테스트 레티클
PL : 투영 광학계
W : 웨이퍼
WST : 웨이퍼 스테이지
2 : 주제어계
12 : 평가용 패턴
13 : 내측 패턴
13A ∼ 13D : 라인 패턴
14 : 외측 패턴
14A ∼ 14D : 라인 패턴
15A, 15C, 15E : 위상 시프트부
15B, 15D, 15F : 투과부

Claims (30)

1. 투영 광학계를 통하여 물체 상에 투영되는 테스트 패턴이 형성된 포커스 테스트 마스크로서,
   상기 테스트 패턴은,
   제 1 방향으로 라인상(狀)으로 연장되고 광을 차광하는 제 1 차광부와,
   상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 일방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 1 위상 시프트부와,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 타방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 1 투과부와,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 투과부의 상기 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 2 위상 시프트부를 갖는, 포커스 테스트 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 투과부의 상기 제 2 방향의 선폭은, 상기 제 1 위상 시프트부의 상기 제 2 방향의 선폭과 동일한, 포커스 테스트 마스크.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 테스트 패턴은,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 위상 시프트부의 상기 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 위상 시프트부보다 넓게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 2 투과부를 갖는, 포커스 테스트 마스크.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 투과부의 상기 제 2 방향의 선폭은, 상기 제 2 위상 시프트부의 상기 제 2 방향의 선폭과 동일한, 포커스 테스트 마스크.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 차광부의 상기 제 2 방향의 선폭은, 상기 제 1 위상 시프트부의 상기 제 2 방향의 선폭의 적어도 4 배인, 포커스 테스트 마스크.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 제 1 차광부의 상기 제 2 방향의 선폭은, 상기 제 2 투과부의 상기 제 2 방향의 선폭 및 상기 제 2 위상 시프트부의 상기 제 2 방향의 선폭과 동일한, 포커스 테스트 마스크.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 차광부의 상기 투영 광학계에 의한 이미지의 상기 제 2 방향의 선폭은 적어도 200 ㎚ 인, 포커스 테스트 마스크.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 테스트 패턴의 이미지의 위치 어긋남을 계측하기 위한 보조 패턴을 갖는, 포커스 테스트 마스크.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 보조 패턴은,
   상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장되고 광을 차광하는 제 2 차광부와,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 2 차광부의 일방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 2 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 3 투과부와,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 2 차광부의 타방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 2 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 3 위상 시프트부와,
   상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 3 투과부의 상기 제 2 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 3 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 4 위상 시프트부를 갖는, 포커스 테스트 마스크.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴은,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 위상 시프트부의 상기 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 위상 시프트부보다 넓게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 2 투과부를 가지며,
    상기 보조 패턴은,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 3 위상 시프트부의 상기 제 2 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 3 위상 시프트부보다 넓게 형성되어 상기 광을 투과하는 제 4 투과부를 갖는, 포커스 테스트 마스크.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴 및 상기 보조 패턴으로 구성되는 복수의 패턴군을 가지며,
    상기 복수의 패턴군 중 제 1 패턴군은, 상기 테스트 패턴과 상기 보조 패턴이, 상기 제 2 방향의 일방측으로부터, 상기 제 2 투과부, 상기 제 1 위상 시프트부, 상기 제 1 차광부, 상기 제 1 투과부, 상기 제 2 위상 시프트부, 상기 제 4 위상 시프트부, 상기 제 3 투과부, 상기 제 2 차광부, 상기 제 3 위상 시프트부, 상기 제 4 투과부의 순서로 배열되어 형성되는, 포커스 테스트 마스크.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 위상 시프트부는 상기 제 4 위상 시프트부를 겸용하는, 포커스 테스트 마스크.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴군 중 제 2 패턴군은, 상기 제 2 방향의 타방측으로부터, 상기 제 2 투과부, 상기 제 1 위상 시프트부, 상기 제 1 차광부, 상기 제 1 투과부, 상기 제 2 위상 시프트부, 상기 제 4 위상 시프트부, 상기 제 3 투과부, 상기 제 2 차광부, 상기 제 3 위상 시프트부, 상기 제 4 투과부의 순서로 배열되어 형성되는, 포커스 테스트 마스크.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴군 중 제 3 패턴군은, 상기 제 1 방향의 일방측으로부터, 상기 제 2 투과부, 상기 제 1 위상 시프트부, 상기 제 1 차광부, 상기 제 1 투과부, 상기 제 2 위상 시프트부, 상기 제 4 위상 시프트부, 상기 제 3 투과부, 상기 제 2 차광부, 상기 제 3 위상 시프트부, 상기 제 4 투과부의 순서로 배열되어 형성되는, 포커스 테스트 마스크.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 패턴군 중 제 4 패턴군은, 상기 제 1 방향의 타방측으로부터, 상기 제 2 투과부, 상기 제 1 위상 시프트부, 상기 제 1 차광부, 상기 제 1 투과부, 상기 제 2 위상 시프트부, 상기 제 4 위상 시프트부, 상기 제 3 투과부, 상기 제 2 차광부, 상기 제 3 위상 시프트부, 상기 제 4 투과부의 순서로 배열되어 형성되는, 포커스 테스트 마스크.
16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴이 상기 포커스 테스트 마스크의 광 사출면에 형성되어 있고, 상기 제 1 차광부는 제 1 투과부보다 높게 형성되어 있고, 상기 제 1 및 제 2 위상 시프트부는 제 1 투과부보다 낮게 형성되어 있는, 포커스 테스트 마스크.
17. 투영 광학계를 통하여 물체 상에 투영되는 테스트 패턴이 형성된 포커스 테스트 마스크로서,
    상기 테스트 패턴은,
    제 1 방향으로 라인상으로 연장되고 광을 차광하는 제 1 차광부와,
    상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 일방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 1 위상 시프트부와,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 타방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 1 투과부와,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 투과부의 상기 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 2 위상 시프트부와,
    상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장되고 광을 차광하는 제 2 차광부와,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 2 차광부의 일방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 2 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 3 투과부와,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 2 차광부의 타방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 2 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 3 위상 시프트부와,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 3 투과부의 상기 제 2 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 3 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 4 위상 시프트부를 갖는, 포커스 테스트 마스크.
18. 투영 광학계의 이미지면 정보를 계측하는 포커스 계측 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 4 항과 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 포커스 테스트 마스크를 상기 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 공정과,
    상기 포커스 테스트 마스크에 형성된 상기 테스트 패턴의 상기 투영 광학계 에 의한 이미지를 계측면에 투영하는 공정과,
    상기 테스트 패턴의 이미지의 계측 방향의 위치 정보를 계측하는 공정을 포함하는, 포커스 계측 방법.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 포커스 테스트 마스크는, 상기 테스트 패턴의 이미지의 위치 어긋남을 계측하기 위한 보조 패턴을 가지며,
    상기 테스트 패턴의 이미지의 상기 계측 방향의 위치 정보는, 상기 테스트 패턴의 이미지와 상기 보조 패턴의 이미지의 상기 계측 방향의 간격을 포함하는, 포커스 계측 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴의 상기 투영 광학계에 의한 이미지를 투영하는 공정은,
    상기 이미지를 감광 기판에 투영하는 공정과, 상기 감광 기판을 현상하는 공정을 포함하는, 포커스 계측 방법.
21. 제 19 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴의 이미지 및 상기 보조 패턴의 이미지의 상기 계측 방향의 위치 정보를 계측하는 공정은, 상기 이미지의 상기 계측 방향의 광 강도 분포를 공간 이미지 계측계를 사용하여 계측하는 공정을 포함하는, 포커스 계측 방법.
22. 디바이스용 마스크를 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 것과,
    디바이스용 마스크의 패턴의 투영 광학계에 의한 이미지의 포커스 위치를, 제 18 항에 기재된 포커스 계측 방법을 이용하여 계측된 테스트 패턴의 이미지의 위치 정보에 기초하여 조정하는 것과,
    포커스 위치가 조정된 디바이스용 마스크의 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 것을 포함하는, 노광 방법.
23. 제 22 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
24. 투영 광학계의 이미지면 정보를 계측하는 포커스 계측 방법으로서,
    포커스 테스트 마스크를 상기 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 공정과,
    상기 포커스 테스트 마스크에 형성되고, 제 1 방향으로 라인상으로 연장되고 광을 차광하는 제 1 차광부를 구비하는 테스트 패턴의 상기 투영 광학계에 의한 이미지를 계측면에 투영하는 공정과,
    상기 테스트 패턴의 이미지의 계측 방향의 위치 정보를 계측하는 공정을 포함하고,
    상기 투영하는 공정은,
    상기 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 일방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 1 위상 시프트부로부터의 광과,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 차광부의 타방측에 형성되고, 상기 제 1 방향으로 라인상으로 연장됨과 함께, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 차광부의 선폭보다 좁게 형성되어, 상기 광을 투과하는 제 1 투과부로부터의 광과,
    상기 제 2 방향에 관하여 상기 제 1 투과부의 상기 제 1 차광부와는 반대측에 형성되고, 상기 제 2 방향에 관한 선폭이 상기 제 1 투과부보다 넓게 형성되어, 투과하는 상기 광의 위상을 변화시키는 제 2 위상 시프트부로부터의 광을 사용하여 상기 이미지를 상기 계측면에 투영하는, 포커스 계측 방법.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 포커스 테스트 마스크는, 상기 테스트 패턴의 이미지의 위치 어긋남을 계측하기 위한 보조 패턴을 갖고,
    상기 테스트 패턴의 이미지의 상기 계측 방향의 위치 정보는, 상기 테스트 패턴의 이미지와 상기 보조 패턴의 이미지의 상기 계측 방향의 간격을 포함하는, 포커스 계측 방법.
26. 디바이스용 마스크를 투영 광학계의 물체면측에 배치하는 것과,
    디바이스용 마스크의 패턴의 투영 광학계에 의한 이미지의 포커스 위치를, 제 24 항 또는 제 25 항에 기재된 포커스 계측 방법을 이용하여 계측된 테스트 패턴의 이미지의 위치 정보에 기초하여 조정하는 것과,
    포커스 위치가 조정된 디바이스용 마스크의 패턴의 이미지를 기판에 투영하는 것을 포함하는, 노광 방법.
27. 제 26 항에 기재된 노광 방법을 이용하여 기판을 노광하는 것과,
    상기 노광된 기판을 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
28. 노광 광으로 마스크의 패턴을 조명하고, 상기 노광 광으로 상기 패턴 및 투영 광학계를 통하여 기판을 노광하는 노광 장치로서,
    제 1 항 내지 제 4 항과 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 포커스 테스트 마스크를 유지하는 마스크 스테이지와,
    상기 포커스 테스트 마스크의 상기 테스트 패턴의 상기 투영 광학계에 의한 이미지를 투영시킴과 함께, 상기 테스트 패턴의 이미지의 계측 방향의 위치 정보에 기초하여, 상기 투영 광학계의 이미지면 정보를 구하는 제어 장치를 구비하는, 노광 장치.
29. 제 28 항에 있어서,
    상기 포커스 테스트 마스크는, 상기 마스크 스테이지의 상기 마스크가 유지되는 영역에 근접한 영역에 유지되는, 노광 장치.
30. 제 28 항에 있어서,
    상기 테스트 패턴의 상기 투영 광학계에 의한 이미지를 검출하는 공간 이미지 계측계를 구비하는, 노광 장치.

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