(57)【要約】【課題】露光量モニタパターンの設計条件の緩和を図り、必要とされる露光量の感度を容易に得ること。【解決手段】露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、前記露光量モニタパターン回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、基板上に露光量モニタパターンを転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、前記照明光の照射時、前記投影露光装置の瞳面２００上における前記露光量モニタパターンを通過した０次回折光像２１１の重心を光軸ＯＡからずらすことを特徴とする露光量モニタ方法。【選択図】　　図４
2004039860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影露光装置内に設置され、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、
前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、
基板上に露光量モニタパターンの０次光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、
前記照明光の照明時、前記投影露光装置の瞳面上における前記露光量モニタパターンを通過した０次回折光像の重心を前記投影露光装置の光軸からずらすことを特徴とする露光量モニタ方法。
【請求項２】
前記投影露光装置の照明は、略円形の面光源から照射された照明光の中心が光軸に略一致する通常照明、又は輪帯照明であることを特徴とする請求項１に記載の露光量モニタ方法。
【請求項３】
前記投影露光装置の露光波長がλ、前記基板側開口数がＮＡ，コヒーレントファクターがσであり、コヒーレントファクターσで換算した前記投影露光装置の瞳面内での前記０次回折光像の重心のずらし量がΔσの場合、
前記基板上での換算寸法における前記幅ｐは、
【数１】
2004039860.tif 000007
の条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光量モニタ方法。
【請求項４】
前記露光量モニタパターンの上部又は下部に、プリズム又は位相シフトグレーティングを含む光学素子を配置した状態で前記照明光を前記マスクに照明することを特徴とする請求項１に記載の露光量モニタ方法。
【請求項５】
前記一方向に直交する方向に、前記瞳面内における前記０次回折光像をずらすことを特徴とする請求項１に記載の露光量モニタ方法。
【請求項６】
二つの偏芯光源が光軸に対して点対称に配置された２重極照明を具備する投影露光装置に設置され、
前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、
前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、
基板上に露光量モニタパターンの０次回折光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、
前記一方向は前記二つの偏芯光源の配列方向に略直交する方向であることを特徴とする露光量モニタ方法。
【請求項７】
前記投影露光装置の露光波長がλ、感光性基板側開口数がＮＡ，コヒーレントファクターがσであり、
コヒーレントファクターσで換算した光軸から偏芯光源中心までの距離、及び偏芯光源の半径がそれぞれσｌ及びσｒの場合、
前記基板上での換算寸法における前記幅ｐは、
【数２】
2004039860.tif 000008
の条件を満たすことを特徴とする請求項６に記載の露光量モニタ方法。
【請求項８】
４つの偏芯光源が、光軸に対して４回対称で配置された４重極照明を具備する投影露光装置に設置され、
前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、
前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、
基板上に露光量モニタパターンに０次回折光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、
前記一方向は、光軸を通り、前記偏芯光源の中心を通らない２本の対称軸の一方に略平行であことを特徴とする露光量モニタ方法。
【請求項９】
前記投影露光装置の露光波長がλ、感光性基板側開口数がＮＡ，コヒーレントファクターがσであり、
前記光軸から前記偏芯光源中心までの距離及び偏芯光源の半径をコヒーレントファクターσで換算した値がそれぞれσｌ及びσｒ、
前記一方の対称軸と前記偏芯光源中心との見こみ角度をθとした場合、
前記基板上の換算寸法における前記幅ｐは、
【数３】
2004039860.tif 000009
の条件を満たすことを特徴とする請求項８に記載の露光量モニタ方法。
【請求項１０】
４つの偏芯光源が、光軸に対して２回対称で配置された４重極照明を具備する投影露光装置に、
前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、
前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、
基板上に露光量モニタパターンを転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、
前記一方向は、２本の対称軸のうち、前記偏芯光源中心からの距離が離れている対称軸に略平行であることを特徴とする露光量モニタ方法。
【請求項１１】
前記投影露光装置の露光波長がλ、感光性基板側開口数がＮＡ，コヒーレントファクターがσ、
コヒーレントファクターσで換算した前記光軸から偏芯光源中心までの距離及び偏芯光源の半径がそれぞれσｌ及びσｒであり、
前記偏芯光源中心からの距離が離れている対称軸と前記偏芯光源中心との見こみ角度をθとした場合、
前記基板上での換算寸法における前記幅ｐは、
【数４】
2004039860.tif 000010
の条件を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の露光量モニタ方法。
【請求項１２】
前記基板は、レジスト膜を具備し、前記露光量モニタパターンの０次回折光像は前記レジスト膜に転写され、
前記レジスト膜に転写された潜像、又は前記レジスト膜を現像して得られるパターンの前記一方向の長さから露光量を測定することを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の露光量モニタ方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れかに記載された露光量モニタ方法により基板上での露光量を測定し、測定値に基づいて露光量を校正し、
露光量の校正後、半導体基板上に形成されたレジスト膜に半導体デバイスパターンを転写することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィ工程における露光量を高精度にモニタする露光量モニタ方法及び半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のデバイスパターンの微細化の要求から、露光波長の短波長化、及び、投影レンズの高ＮＡ化がなされており、それと同時にプロセスの改善が行われてきた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化への要求はさらに厳しい。その結果、露光量祐度と焦点深度の露光マージンを十分に得ることが難しく、歩留まりの減少を引き起こしていた。このため、少ない露光量祐度を有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐために、より高精度の露光量管理、及び、フォーカス管理が求められている。
【０００３】
通常、露光量は、パターンの線幅の測定により判断している。しかしながら、パターンの線幅は、露光量だけでなくフォーカスによっても変化する。パターンがより微細になるほど、フォーカスエラーがパターンの線幅に与える影響を無視できなくなる。よって、適正露光量値の変動による影響か、フォーカス値の変動による影響か判断が難しい。従って、最小設計ルールのパターンの露光を高精度に実現するには、露光量、及び、フォーカスの双方を別々に高精度にモニタし、それぞれを別個に管理することが求められていた。
【０００４】
フォーカス変動の影響を受けない実効的な露光量を測定する手法として、ＳＰＩＥＶｏｌ．１２６１　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＩＶ（１９９０）　ｐ．３１５　において、フォーカスエラーによる線幅の影響が付加されない露光量モニタパターンについて提案がなされている。この露光量モニタパターンの特徴は、使用する投影露光装置において解像しない幅のブロック内に透光部と遮光部とが一方向に配列されている。それぞれ透光部と遮光部との寸法比が異なる複数のブロックを、前記一方向に寸法比を単調に変化させて配列する。
【０００５】
この露光量モニタパターンに照明光を照明すると、フォーカスの状態に依存しない照射量の傾斜分布を持った潜像が基板上のレジスト膜に形成される。レジスト膜に形成された潜像、又はレジスト膜を現像して得られるパターンの一方向の長さを測定することによって、露光量が測定される。
【０００６】
露光量モニタパターンの感度は、デューティー比をどれだけ細かく設定できるかどうかで決まる。ブロックの幅ｐが大きく、デューティー比が細かい程、高感度の露光量モニタパターンが形成できる。
【０００７】
設計ルールの微細化に伴い露光装置は高ＮＡ化、短波長化、高σ化の傾向がある。よって、必要とされる露光量モニタパターン内ブロックの幅ｐは益々微細化される傾向にある。さらには、デューティー比についても、デザイン上のパターンインクリメントを極端に細かく設定することは、マスク製作上困難である。以上の理由から、露光量モニタパターンに必要とされる実効露光量の感度を得ることがむずかしくなっている。
【０００８】
たとえば、実効的な露光量をモニタしたいマスクが、露光条件を開口数ＮＡが０．６８、コヒーレントファクターσが０．８５、波長λが０．１９３μｍの露光装置にセットされた場合を考える。この装置で解像しないブロックの幅ｐ（ウエハ上寸法）の条件は、回折理論より、
【数５】
2004039860.tif 000003
となる。（１）式より、幅ｐを０．１５μｍ以下にすることが必要である。０．１５μｍ以下の幅のブロックを、精度良く作成することは困難な状況である。また、露光量モニタパターンの検出感度を上げるには、前記デューティー比をできるだけ細かく設定することが求められており、さらに、製作上困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、露光量モニタパターンを精度良く製造することが困難である。その結果、露光量モニタパターンに必要とされる実効露光量の感度を得ることが困難であるという問題があった。
【００１０】
精度良く露光量を測定することが困難であるという問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、露光量モニタパターンの設計条件の緩和を図り、必要とされる露光量の感度を容易に得ることができる露光量モニタ方法及び半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の一例に係わる露光量モニタ方法は、投影露光装置内に設置され、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、基板上に露光量モニタパターンの０次光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、前記照明光の照明時、前記投影露光装置の瞳面上における前記露光量モニタパターンを通過した０次回折光像の重心を前記投影露光装置の光軸からずらすことを特徴とする。
【００１３】
（２）本発明の一例に係わる露光量モニタ方法は、二つの偏芯光源が光軸に対して点対称に配置された２重極照明を具備する投影露光装置に設置され、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、基板上に露光量モニタパターンの０次回折光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、前記一方向は前記二つの偏芯光源の配列方向に略直交する方向であることを特徴とする。
【００１４】
（３）本発明の一例に係わる露光量モニタ方法は、４つの偏芯光源が、光軸に対して４回対称で配置された４重極照明を具備する投影露光装置に設置され、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、基板上に露光量モニタパターンに０次回折光像を転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、前記一方向は、光軸を通り、前記偏芯光源の中心を通らない２本の対称軸の一方に略平行であことを特徴とする。
【００１５】
（４）本発明の一例に係わる露光量モニタ方法は、４つの偏芯光源が、光軸に対して２回対称で配置された４重極照明を具備する投影露光装置に、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する露光量モニタパターンが形成されたマスクに照明光を照明し、前記露光量モニタパターンの回折光のうち０次回折光だけを前記投影露光装置の瞳面内を通過させ、基板上に露光量モニタパターンを転写して、露光量を測定する露光量モニタ方法であって、前記一方向は、２本の対称軸のうち、前記偏芯光源中心からの距離が離れている対称軸に略平行であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係わる露光量モニタパターンの構成を示す平面図を示す。
図１に示すように、露光量モニタパターン１００は、透光部１０１と遮光部１０２とが露光装置で解像しない幅ｐのブロック内に配列されている。複数のブロックが、ブロック内の透光部１０１と遮光部１０２との配列方向に、連続的に配列されている。そして、前記配列方向では、ブロック内の透光部１０１と遮光部１０２とのデューティー比が単調に変化している。なお、複数のブロックが断続的に配列されていても良い。
【００１８】
この露光量モニタパターンに照明光を照射すると、基板面上での露光量モニタパターンの回折光の光強度分布は、フォーカス位置に依存しない単調減少又は単調増加である。
【００１９】
基板上にレジスト膜を形成しておくことで、フォーカスの状態に依存しない照射量の傾斜分布に対応した潜像がレジスト膜に形成される。レジスト膜に形成された潜像、又はレジスト膜を現像して得られるパターンの一方向の長さを測定することによって、露光量が測定される。
【００２０】
測定された露光量から露光装置の露光量設定値を校正した後、半導体基板上に形成されたレジスト膜に半導体デバイスパターンを転写する。上記露光量モニタパターンで露光量を制御することにより、露光量裕度が少なくても、好適にパターンを転写することができる。
【００２１】
露光量モニタパターンの感度は、デューティー比を変化させるインクリメントｉｎｃの細かさによって、決定される。図２には、図１に示した露光量モニタパターン１００を投影露光する際に得られる投影露光装置の瞳面上の回折像分布を示す。露光量モニタパターンにおける回折像のうち、開口数ＮＡの瞳面２００内に０次回折光像２０１のみが入るようにすることで、フォーカスの影響を受けずに実効露光量をモニタできる。なお、図２において、符号２０２は＋１次回折光像、符号２０３は−１次回折光像、符号ＯＡは光軸である。
【００２２】
対象とする露光装置は、基板側開口数ＮＡ＝０．６８、コヒーレントファクターσ＝０．８５、輪帯遮蔽率ε＝０．５のＡｒＦエキシマレーザー露光装置（波長λ＝０．１９３μｍ）である。
【００２３】
しかしながら、上記（１）式から、上記露光条件では、前述したブロック幅ｐを０．１５μｍにする必要がある。これは同世代のクリティカルなデバイスパターンのルールよりもさらに厳しい。よって、露光量モニタパターンを精度よく形成することは極めて困難である。
【００２４】
そこで、本発明者は、瞳面内における露光量モニタパターンの０次回折像の位置を、瞳面の中心位置（光軸）からずらすことにより、瞳面内の実効開口数ＮＡが小さい位置を使用できることに着目した。
【００２５】
瞳面内において、露光量モニタパターンからの０次回折像を瞳面の中心からずらす構成を以下に説明する。図３は、本発明の第１の実施形態に係わる露光量モニタが形成されたマスクの概略構成を示す図である。
【００２６】
図３に示すように、透明基板３０１上の露光量モニタパターン３０２の上部にプリズム３０３が設置されている。プリズム３０３は、照明光束を傾ける作用を有する光学素子である。
【００２７】
光源３０４からの照明光がプリズム３０３及び透明基板３０１を介して、露光量モニタパターン３０２に入射する。露光量モニタパターン３０２からみえる光源の位置は、プリズム３０３の光学的作用により、実際の光源３０４の位置からシフトして見える。その結果、露光量モニタパターン３０２からみえる光源は、光源３０５となる。
【００２８】
図４に、図３に示すマスクに照明光を照射した際に、投影露光装置の瞳面上での露光量モニタパターンの回折光像分布の平面図を示す。
【００２９】
図４に示すように、瞳面２００上では、０次回折光像２１１，＋１次回折光像２１２，及び−１次回折光像２１３が形成される。０次回折光像２１１の重心は、瞳面２００の中心ＯＡからずれた位置に形成されている。０次回折光像２１１の重心が瞳面の中心ＯＡからずれた位置に形成されるのは、プリズム３０３により照明光束が露光量モニタパターン３０２に斜入射するためである。
【００３０】
そして、０次回折光像２１１だけが瞳面２００内を通過する。±１次回折光像２１２，２１３は瞳面内を通過しない。なお、回折光像２１１，２１２，２１３は、ブロックの幅ｐを０．３μｍに緩和した露光量モニタパターンを照明することにより得られる回折像を示している。
【００３１】
また、図４には、プリズムを介さずに露光量モニタパターンに光照射して得られる０次回折光像２０１，＋１次回折光像２０２，−１次回折光像２０３を参考のために示す。これらの回折光像２０１，２０２，２０３は、ブロックの幅ｐが０．１５μｍの露光量モニタパターンを照明することにより得られるものである。
【００３２】
図４に示すように、プリズムを用いて露光量モニタパターンに光を斜入射することにより、実効的に瞳面２００の開口数ＮＡが小さい領域に、０次回折光像２１１が形成される。よって、０次回折光像２１１と±１次回折光像２１２，２１３との回折角を小さく設定でき、露光量モニタパターンにおけるブロックの幅を緩めることが可能となる。
【００３３】
図４に示すように、瞳面２００内において、０次回折光像２１１をΔσだけずらした場合の露光量モニタパターンに必要とされるブロックの幅ｐは、
【数６】
2004039860.tif 000004
とすればよいことがわかる。なお、ずらし量Δσは、コヒーレントファクターで換算した値である。
【００３４】
図５には、上記露光条件における露光量モニタパターンの回折光像のずれと露光量モニタパターンに必要とされるブロックの幅ｐとの関係を示す。図５に示すように、瞳面内において回折光像を１．６σだけずらすようにプリズムを設計する事により、露光量モニタパターンのブロック幅ｐを０．１５μｍから０．３μｍに緩和できる。
【００３５】
以下により具体的に、従来の場合と比較して本発明を説明する。
図６には、ブロック幅が０．１５μｍの露光量モニタパターンを投影露光した際に得られる基板上での光像強度分布を示す。図７には、ブロック幅ｐが０．３μｍの露光量モニタパターンにプリズムを介して照明した際に得られる基板上での光像強度分布を示す。図７に示すように、回折光像をずらすことにより、ブロック幅ｐを大きく設定できるのでインクリメントを緩くしても、高感度の検出性能を維持できることが分かる。
【００３６】
また、図８に、デューティー比のインクリメントと実露光量分解能の関係を示す。図８の実線に示すように、インクリメントｉｎｃ．を細かくすることにより、分解能が小さくなることが分かる。図８における点線は、従来のブロック幅ｐが０．１５μｍの露光量モニタパターンから得られた光増強度分布から求めた実露光量分解能のデューティー比のインクリメントｉｎｃ依存性を示している。
【００３７】
尚、実露光量分解能は、露光量モニタパターンを計測する線幅測定装置の精度にも依存する。図８に示した分解能は線幅測定装置の保証精度として５０ｎｍの装置を使用した際の結果である。
【００３８】
近年のデバイスパターンの微細化により、少ない露光量マージンを有効利用する必要がある。露光量モニタパターンに必要とされる検出感度は０．５％以下である。回折光像の重心を光軸からずらさない場合、要求検出感度からインクリメントｉｎｃを０．６２５ｎｍ（ウエハ上寸法）という微小寸法でデューティー比を変化させる必要がある。瞳面内での回折光像の重心を光軸からずらすことにより、ブロック幅ｐを０．３μｍと大きく設定できることから、０．５％以下の検出感度を得るために、インクリメントを２．５ｎｍに設計すれば良くなる。このインクリメント値は従来の４倍である。
【００３９】
結果的に図７に示した像強度分布、及び、図８の実線で示したように緩いインクリメントでの高分解能が実現できる。
【００４０】
具体的に同一露光量検出感度を得るための露光量モニタパターンの構成を図９に示す。図９（ａ）は従来の露光量モニタパターンの構成を示す平面図である。図９（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係わる露光量モニタパターンの構成を示す平面図である。
【００４１】
露光量モニタパターンは、解像しないパターンであるために、パターンの明暗比が同じであれば、同一の強度分布が得られる。その結果、図９に示すように、ブロックの幅ｐを２倍に設定できることによって、インクリメントは４倍に緩和できることになる。
【００４２】
以上述べてきたとおり、露光量モニタパターンのブロックの幅の制限を大幅に緩和することができる。また、デューティー比についても、極端に細かく設定しなくとも必要な実効露光量の検出感度を確保できる。二つの設計項目の緩和により、精度よい露光量モニタパターンを作成することができるようになる。よって、マスク作成の歩留まり、検査工程への負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００４３】
尚、今回は、瞳面の中心と回折光像の重心とをずらす手段として、プリズムを用いた。しかし、その手段は特に限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、露光量モニタパターン３０２に合わせて透明基板３０１に位相シフトグレーティング３１３を設ける。そして、実際の光源は光源３１４であるが、露光量モニタパターン３０２からみた光源を実質的な光源３１５にする。或いは、図１１に示すように、透明基板３０１上に位相シフトグレーティング３２３ｂの光学素子を有する透明基板３２３ａを配置する。そして、実際の光源は光源３２４であるが、露光量モニタパターン３０２からみた光源を実質的な光源３２５にする。また、透明基板下方にプリズムや位相シフトグレーティングを配置しても良い。また、プロセスユニット毎の調整やＱＣのために、テストマスクを用いる場合には、図１２に示すように、光源３３５を光軸から直接ずらしたて照明を行っても同様な効果が得られる。
【００４４】
なお、上記実施形態では照明として輪帯照明を用いていた。しかし、略円形の面光源から照射された照明光の中心が光軸に略一致する通常照明に対しても同様に効果がある。また、複数の偏心光源を有する多重極照明等に対して本実施形態の技術を適用しても、効果がある。多重極照明等の場合、複数形成される０次回折光像の重心を光軸からずらせばよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
さらに、本発明者は光軸に対して非対称な位置から照明し、結像した場合にフォーカス状態によりパターンの結像位置がシフトすることを利用して、実効露光量のモニタと同時にフォーカスについてもモニタすることを考えた。図１３にフォーカスをモニタするための方法を具体的に示した。
【００４６】
透明基板４０１の表面上にプリズム４０２が形成されている。透明基板４０１の裏面上に、露光量モニタパターン４０３、第１のフォーカスモニタパターン４０４，第２のフォーカスモニタパターン４０５、第１の位置ズレ検査パターン４０６，第２の位置ズレ検査パターン４０７が形成されている。露光量モニタパターン４０３及び第１のフォーカスモニタパターン４０４は、プリズム４０２の下方に形成されている。
【００４７】
このレチクルを用いて基板４１０上の第１のショット領域Ｓ１に露光を行う。プリズム４０２により、露光量モニタパターン４０３及び第１のフォーカスモニタパターン４０４には照明光束が偏心して斜入射される。また、第２のフォーカスモニタパターン４０５、第１及び第２の位置ズレ検査パターン４０６，４０７には、照明光は偏心されない。なお、基板４１０表面にはレジスト膜が形成されている。
【００４８】
第１のフォーカスモニタパターン４０４に照明光束が偏心して斜入射されるので、基板４１０上に形成される第１のフォーカスモニタパターンの潜像４１４の位置は、フォーカス位置に応じて変化する。
【００４９】
第１のショット領域Ｓ１に対する露光後、第２のショット領域Ｓ２に露光を行う。第２のショット領域Ｓ２は、第１のショット領域Ｓ１に一部重なるように設定する。第１のショット領域Ｓ１に形成された第１のフォーカスモニタパターンの潜像４１４と第２のショット領域Ｓ２に形成される第２のフォーカスモニタパターンの潜像４１５とが重なるように形成する。また、第１のショット領域Ｓ１に形成された第１の位置ズレ検査パターンの潜像４１６と第２のショット領域Ｓ２に形成される第２の位置ズレ検査パターンの潜像４１７とが重なるように形成する。
【００５０】
第１のフォーカスモニタパターンの潜像４１４の形成位置はフォーカス位置に応じて変化する。また、第２のフォーカスモニタパターンの潜像４１５の形成位置は、フォーカス位置に応じて変化しない。従って、現像後に潜像４１４，４１５により形成されるパターン間のズレ量を合わせずれ検査装置で計測することによって、フォーカス位置を検出することができる。この時、第１及び第２の位置ズレ検査パターン４０６，４０７の潜像４１６，４１７から形成されるレジストパターン間のズレ量を計測することにより、ステージの合わせずれ分を補正する。
【００５１】
尚、フォーカスモニタパターンについては、上述した例だけに限定されるものではない。瞳面上における回折像の重心が光軸からずれていれば、デフォーカスに対するパターンのシフトを利用して同様に種々変形して適用可能である。
【００５２】
（第３の実施形態）
本実施形態では、図１４に示す２重極照明の場合について効果がある手法について詳細に説明する。２重極照明は、図１４に示すように、二つの偏芯光源５０１が光軸ＯＡに対して点対称に配置されている。本実施形態における具体的な照明条件は、光軸ＯＡから偏芯光源５０１中心までの距離σｌが０．６５σ、偏芯光源５０１の大きさσｒが０．２σである。露光装置は、第１の実施形態と同様、開口数ＮＡが０．６８、コヒーレントファクターσが０．８５のＡｒＦエキシマレーザー露光装置（波長λ：０．１９３μｍ）である。
【００５３】
本発明者は、メインパターンの露光が好適となるように設定された２重極照明の形状に応じて、露光量モニタパターンの配置方向を工夫することにより、モニタパターンの周期を緩く設定できることを見出した。
【００５４】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係わる２重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図である。
【００５５】
具体的には、図１５に示すように、２重極照明の偏芯光源５０１の中心を結ぶ線Ａ−Ａ’に対して、直行する方向（Ｂ−Ｂ’）に合わせて、露光量モニタパターン５０３の微細ピッチのインクリメントを変化させて並べて配置することが最も効果的であることを見出した。なお、図１５において、符号５０２はレチクルである。
【００５６】
上記配置関係を用いた場合の露光量モニタパターンを照明した際に得られる投影光学系の瞳面上の回折像分布を図１６に示す。図１６に示すように、露光量モニタパターン５０３の回折像の内、０次回折像５１１のみが瞳面５１０を通過する条件を満足し、なおかつ、露光量モニタパターンからの回折角が一番狭い状態が、露光量モニタパターンのブロック幅ｐが一番緩くなる条件である。なお、図１６において、符号５１２は＋１次回折光像、符号５１３は−１次回折光像である。
【００５７】
図１６に示すように、２重極照明及び露光量モニタパターンを配置した場合、露光量モニタパターンのブロック幅ｐが、
【数７】
2004039860.tif 000005
を満足するように設定すれはよい。
【００５８】
具体的には、上記露光条件の場合、露光量モニタパターンのブロック幅ｐを、０．２８μｍに設定すればよい。図１５に示した配置関係を考慮しない場合の例を図１７に示す。なお、図１７において図１５と同一な部位には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。図１７に示すように、二つの偏芯光源５０１の中心を結ぶ線Ａ−Ａ’に対して、露光量モニタパターン５０３の微細ピッチのインクリメントを変化させて並べて配置されている。
【００５９】
また、図１８に図１７に示す配置関係で露光を行った場合の瞳面内における回折光像の位置を示す。なお、図１８において図１６と同一な部位には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。図１８において、符号５２１は０次回折光像、符号５２２は＋１次回折光像、符号５２３は−１次回折光像である。
【００６０】
図１７に示すように２重極照明と露光量モニタパターンとを配置した場合、上記（１），（２）式より、露光量モニタパターンのブロック幅ｐは０．１５μｍである。
【００６１】
これに対して、図１５に示した配置関係にすると、露光量モニタパターンのブロック幅ｐは０．２８μｍになる。従って、図１５に示す配置関係にすることによって、大幅に周期を緩和することができる。その結果、第１の実施形態でも示したとおり、露光量モニタパターンのデューティー比のインクリメントについても、０．６２５ｎｍから２ｎｍに緩和できる。
【００６２】
以上述べてきたとおり、露光量モニタパターンの周期の制限を大幅に緩和することができる。また、デューティー比についても、極端に細かく設定しなくとも高感度の実効露光量の検出感度を確保できる。その結果、常に精度よい露光量モニタパターンを作成することができるようになり、マスク作成の歩留まり、検査工程への負担を大幅に軽減することが可能となった。その結果、高精度の露光量制御が実現できた。
【００６３】
尚、上記実施形態では、２重極照明における偏芯光源形状として円形を用いた。この場合に限らず、種々の形状の偏芯光源形状に対しても、同様に適用可能である。ただし、円形ではない偏芯光源形状の場合、（４）式について、形状変更に伴った修正が必要となる。
【００６４】
（第４の実施形態）
第３の実施形態においては実デバイスの照明方法は２重極照明の場合について効果があるものであった。これに対して、本実施形態では、図１９に４重極照明の場合について効果がある手法について詳細に説明する。４重極照明は、図１９に示すように、４つの偏芯光源６０１が光軸ＯＡに対して４回対称となるようには位置されている。
【００６５】
４重極照明の照明条件は、光軸ＯＡから偏芯光源６０１中心までの距離σｌが０．６５σ、円形の偏芯光源６０１の大きさσｒが０．２σとし、円形の偏芯光源６０１が９０度の等間隔で４回対称に分布している。露光装置は、第１の実施形態と同様、開口数ＮＡが０．６８、コヒーレントファクターσが０．８５のＡｒＦエキシマレーザー露光装置（波長λ：０．１９３μｍ）である。
【００６６】
本発明者は、メインパターンの露光が好適となるように設定された４重極照明の形状に応じて、露光量モニタパターンの配置の方向を工夫することにより、モニタパターンのブロック幅ｐを緩く設定できることを見出した。
【００６７】
図２０，２１は、本発明の第４の実施形態に係わる４重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図である。
【００６８】
図２０，２１に示すように、２次光源面内の光軸ＯＡを通り、偏芯光源６０１の中心を通らない、４つの偏芯光源６０１が線対称となる２本の対称軸Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’を考える。この時、線Ａ−Ａ’、又は線Ｂ−Ｂ’方向の一方に合わせて、露光量モニタパターン６０３ａ，ｂの微細ピッチのインクリメントを変化させて並べて配置することが最も効果的である。
【００６９】
図２０，２１に示した配置関係を用いた場合の瞳面上での回折光像の分布を図２２，２３に示す。図２２は、図２０に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図である。図２３は、図２１に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図である。
【００７０】
露光量モニタパターンの回折像の内、０次回折像６１１ａ，ｂのみが瞳面６１０ａ，ｂを通過する条件を満足し、なおかつ、露光量モニタパターンからの回折角が一番狭い状態が、露光量モニタパターンの周期が一番緩くなる条件である。なお、図２２，２３において、符号６１２ａ，ｂは＋１次回折光像、符号６１３ａ，ｂは−１次回折光像である。
【００７１】
図２０，２１の配置関係を用いた場合、露光量モニタパターンのブロック幅ｐは、
【数８】
2004039860.tif 000006
を満足するように設定すれはよい。
【００７２】
具体的には、上記露光条件の場合、露光量モニタパターンのブロック幅ｐは、θ＝４５゜として０．１８μｍに設定すればよいことがわかった。
【００７３】
図２０，２１に対比させて、従来の光源形状と配置関係とを考慮しない場合を図２４に示す。なお、図２４において、符号６０１が偏芯光源、６０２ｃがレチクル、６０３ｃが露光量モニタパターンである。また、図２５に図２４に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図を示す。
【００７４】
図２４に示す配置の場合、上記（１），（２）式より、露光量モニタパターンのブロック幅ｐが０．１５μｍである。これに対して、図２０，２１に示す配置であると、露光量モニタパターンのブロック幅ｐは０．１８μｍである。よってブロック幅を緩和することができる。その結果、上記第１の実施形態でも示したとおり、露光量モニタパターンのデューティー比のインクリメントについても、０．６２５ｎｍから０．９ｎｍに緩和することができる。その結果、高精度の露光量制御が実現できた。
【００７５】
以上述べてきたとおり、露光量モニタパターンの周期の制限を大幅に緩和することができ、デューティー比についても、極端に細かく設定しなくとも高感度な実効露光量の検出感度を確保できることから、常に精度よい露光量モニタパターンを作成することができるようになり、マスク作成の歩留まり、検査工程への負担を大幅に軽減することが可能となった。
【００７６】
尚、上記実施形態では、４重極照明における偏芯光源形状として円形を用いたが、この場合に限らず、種種の形状に対しても、上記（５）式については、形状変更に伴った修正が必要な場合があるが、同様に適用可能である。
【００７７】
（第５実施形態）
本実施形態では、４回対称な４重極照明ではなく、図２６に示すように、２回対称の４重極照明ついて効果がある手法について説明する。
【００７８】
図２６に示すように、４つの円形の偏心光源７０１が光軸に対して２回対称で配置されている。２回対称なので、線Ａ−Ａ’と線Ｂ−Ｂ’との２本の対称軸が存在する。この時、偏心光源７０１中心からの距離が離れている方の対称軸に略平行な方向に、露光量モニタパターン７０３の微細ピッチのインクリメントを変化させて並べて配置することが最も効果的である。
【００７９】
図２６に示す４重極照明の場合、軸Ａ−Ａ’と光源７０１中心との距離より、軸Ｂ−Ｂ’と光源７０１中心との距離が離れている。従って、図２７に示すように、軸Ｂ−Ｂ’に沿った方向に、レチクル７０２に形成される露光量モニタパターン７０３の微細ピッチのインクリメントを変化させて並べて配置する。
【００８０】
図２６，２７に示した配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図を図２８に示す。図２８に示すように、露光量モニタパターンの回折像の内、０次回折像７１１ａ，ｂのみが瞳面７１０を通過する条件を満足し、なおかつ、露光量モニタパターンからの回折角が一番狭状態が、露光量モニタパターンのブロック幅ｐが一番緩くなる条件である。なお、図２８において、符号７１２は＋１次回折光像、符号７１３は−１次回折光像である。
【００８１】
上述した条件を以下のように言い換えることができる。一方の対称軸と光源中心との見こみ角度をθとした場合を考える。図２６では、軸Ａ−Ａ’と光源７０１中心との見込み角度θを測定している。
【００８２】
０゜＜θ＜４５゜の場合、図２９（ａ）に示すように、見込み角度の基準に用いた軸と直行する軸Ｂ−Ｂ’に沿って露光量モニタパターン７０３ａのブロックを配置する。また、４５゜＜θ＜９０゜の場合、図２９（ｂ）に示すように、見込み角度の測定に用いた軸Ａ−Ａ’に沿って露光量モニタパターン７０３ｂのブロックを配置する。
【００８３】
また、図３０に（５）式より得られた見込み角度θと露光量モニタパターンのブロック幅ｐとの関係を示す。０゜＜θ＜４５゜の場合は、図２６（ａ）に示すパターンレイアウトを採用する。反対に４５゜＜θ＜９０゜の場合には、図２６（ｂ）に示すパターンレイアウトを用いる。このようにすれば、露光量モニタパターンの周期を大幅に緩和することが可能となる。
【００８４】
以上述べてきたとおり、露光量モニタパターンの周期の制限を大幅に緩和することができ、デューティー比についても、極端に細かく設定しなくとも高感度な実効露光量の検出感度を確保できることから、常に精度よい露光量モニタパターンを作成することができるようになり、マスク作成の歩留まり、検査工程への負担を大幅に軽減することが可能となった。
【００８５】
尚、上記実施形態では、４重極照明における偏芯光源形状として円形を用いたが、この場合に限らず、種種の形状に対しても適用可能である。ただし、上記（５）式については、形状変更に伴った修正が必要な場合がある。
【００８６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、露光量モニタパターンの設計条件の緩和を図り、必要とされる露光量の感度を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる露光量モニタパターンの構成を示す平面図。
【図２】図１に示した露光量モニタパターンを投影露光する際に得られる投影露光装置の瞳面上の回折像分布を示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係わる露光量モニタが形成されたマスクの概略構成を示す図。
【図４】図３に示すマスクに照明光を照射した際に、投影露光装置の瞳面上での露光量モニタパターンの回折光像分布を示す平面図。
【図５】露光量モニタパターンの回折光像のずれと露光量モニタパターンに必要とされるブロックの幅ｐとの関係を示す図。
【図６】ブロック幅が０．１５μｍの露光量モニタパターンを投影露光した際に得られる基板上での光像強度分布を示す図。
【図７】ブロック幅ｐが０．３μｍの露光量モニタパターンにプリズムを介して照明した際に得られる基板上での光像強度分布を示す図。
【図８】デューティー比のインクリメントと実露光量分解能の関係を示す図。
【図９】従来の露光量モニタパターンと、本実施形態の露光量モニタパターンとの概略構成を示す図。
【図１０】第１の実施形態に係わる露光量モニタ方法の説明に用いる図。
【図１１】第１の実施形態に係わる露光量モニタ方法の説明に用いる図。
【図１２】第１の実施形態に係わる露光量モニタ方法の説明に用いる図。
【図１３】第２の実施形態に係わる露光量及びフォーカスモニタ方法の説明に用いる図。
【図１４】第３の実施形態に係わる２重極照明の概略構成を示す平面図。
【図１５】第３の実施形態に係わる２重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図１６】図１５に示す配置関係の状態で、露光量モニタパターンを照明した際に得られる、投影光学系の瞳面上の回折光像分布を示す図。
【図１７】従来の２重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図１８】図１７に示す配置関係の状態で、露光量モニタパターンを照明した際に得られる、投影光学系の瞳面上の回折光像分布を示す図。
【図１９】第４の実施形態に係わる４重極照明の概略構成を示す図。
【図２０】第４の実施形態に係わる４重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図２１】第４の実施形態に係わる４重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図２２】図２０に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像分布を示す平面図。
【図２３】図２１に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図。
【図２４】従来の、４重極照明及び露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図２５】図２４に示した４重極照明と露光量モニタパターンとの配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図。
【図２６】第５の実施形態に係わる４重極照明の概略構成を示す平面図。
【図２７】第５の実施形態に係わる、図２６に示す４重極照明の光源形状に対する露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図２８】図２６，２７に示した配置関係で露光を行って得られる、瞳面上での回折光像の分布を示す平面図。
【図２９】４重極照明の光源形状に対する露光量モニタパターンの配置関係を示す図。
【図３０】見込み角度θと露光量モニタパターンのブロック幅ｐとの関係を示す図。
【符号の説明】
１００…露光量モニタパターン
１０１…透光部
１０２…遮光部
２００…瞳面
２０１…０次回折光像
２０１…＋１次回折光像
２０２…−１次回折光像
【図１】
2004039860.tif 000011
【図２】
2004039860.tif 000012
【図３】
2004039860.tif 000013
【図４】
2004039860.tif 000014
【図５】
2004039860.tif 000015
【図６】
2004039860.tif 000016
【図７】
2004039860.tif 000017
【図８】
2004039860.tif 000018
【図９】
2004039860.tif 000019
【図１０】
2004039860.tif 000020
【図１１】
2004039860.tif 000021
【図１２】
2004039860.tif 000022
【図１３】
2004039860.tif 000023
【図１４】
2004039860.tif 000024
【図１５】
2004039860.tif 000025
【図１６】
2004039860.tif 000026
【図１７】
2004039860.tif 000027
【図１８】
2004039860.tif 000028
【図１９】
2004039860.tif 000029
【図２０】
2004039860.tif 000030
【図２１】
2004039860.tif 000031
【図２２】
2004039860.tif 000032
【図２３】
2004039860.tif 000033
【図２４】
2004039860.tif 000034
【図２５】
2004039860.tif 000035
【図２６】
2004039860.tif 000036
【図２７】
2004039860.tif 000037
【図２８】
2004039860.tif 000038
【図２９】
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【図３０】
2004039860.tif 000040