(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第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。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＩＢＭ社）のＴｉｍｏｔｈｙ  Ｂｒｕｎｎｅｒらによって、Ｐｒｃｏ．  ＳＰＩＥ  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。
【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。
【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。
【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７３３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。
【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。
【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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したＴｉｍｏｔｈｙ  Ｂｒｕｎｎｅｒ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。
【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。
【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。
【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、互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第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て受像体に露光投影された、互いに形状が異なる線形状に形成されて互いに平行に配置されている少なくとも一組の第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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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７ａ）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１１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。
【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。
【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。
【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１６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。
【００３４】
さらに、図２に示すように、光通過孔１２ｂ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１３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。
【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。
【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４ａ，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。
【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。
【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１４ｂ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。
【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０．２μｍ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０．２５μｍ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１６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４ａ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１４ａ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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１３ａ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。
【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。
【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１７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２３ａ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ＦＷ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。
【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。
【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４３ｂ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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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５３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５４ｂ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５４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５７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１３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。
【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７ａ）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ＮＡｉ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。
【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。
【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。
【００８０】
次に、照明光源６の軸外れ量Ｄｃが０．５σ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ＷＦ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ＷＦ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０．６８である。したがって、規格化量Ｋはおおよそ０．３６５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１７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５３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５６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１１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＝２４８ｎｍ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５３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５２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。
【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−Ｄ２Ｍ）を図１８に示す。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１３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、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。
【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。
【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，５９ｂ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５３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。
【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。
【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０．１８μｍ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２Ｌ／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（Ｄ３Ｗ−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−Ｄ３Ｍ）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。
【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。
【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ΔＸ２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。
【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。
【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１０４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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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７ａ）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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．Ｐｈｙｓ．  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（１９９９）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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図２６】図１３のマスクのまた他の変形例を示す平面図。
【図２７】図１３のマスクのさらに他の変形例を示す平面図。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１…マスク
４，２４，３４，４４，５５，７５，８５，９５，１０５…マスクパターン
４ａ，２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３，７３，８３，９３，１０３…第１マスクパターン
４ｂ，２３ｂ，３３ｂ，４３ｂ，５４，７４，８４，９４，１０４…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）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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