(57)【要約】【課題】投影レンズの複屈折の検査を行うフォトマスクを提供する。【解決手段】透明基板１０と、透明基板１０表面に窓部を有するように形成された遮光膜１１のパターンと、窓部の中に配置され、照明光を第１の偏光状態に偏光させる第１の検査パターン１３と、窓部の中で第１の検査パターン１３に対して一定の距離で分離した位置に配置され、照明光を第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光させる第２の検査パターン１４とを備える。【選択図】      図３
2004348050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板表面に窓部を有するように形成された遮光膜のパターンと、
前記窓部の中に配置され、照明光を第１の偏光状態に偏光させる第１の検査パターンと、
前記窓部の中で前記第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に配置され、前記照明光を前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光させる第２の検査パターン
とを備えることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記第１の偏光状態が、直線偏光であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記第２の偏光状態が、前記第１の偏光状態と偏光面が互いに直交することを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記第１及び第２の検査パターンが、前記照明光の波長以下の周期を有するラインアンドスペースパターンであって、前記ラインアンドスペースパターンの遮光部が導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記第１及び第２の検査パターンのそれぞれが、前記照明光の波長以下の周期を有する第１のラインアンドスペースパターンと、複数の前記第１のラインアンドスペースパターンを複数の遮光部同士の間に配置した第２のラインアンドスペースパターンよりなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記第２のラインアンドスペースパターンの周期が、３光束干渉条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項７】
前記第１のラインアンドスペースパターンが、前記遮光部の間に設けられた位相シフト部と非位相シフト部に配置され、前記第２のラインアンドスペースパターンの周期が、２光束干渉条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項８】
フォトマスクの照明光から、前記フォトマスクの遮光膜に形成された窓部に設けられた第１の検査パターンにより第１の偏光状態に偏光された露光光で半導体基板上に塗布されたレジスト膜に前記第１の検査パターンを転写して第１の転写パターンを形成し、
前記窓部の中で前記第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に形成された第２の検査パターンにより前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光された露光光で前記レジスト膜に前記第２の検査パターンを転写して第２の転写パターンを形成し、
前記第１及び第２の転写パターンの相対的な位置ずれ量を測定する
ことを含むことを特徴とする検査方法。
【請求項９】
前記第１の偏光状態が、直線偏光であることを特徴とする請求項８に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記第２の偏光状態が、前記第１の露光光の偏光と直交する直線偏光であることを特徴とする請求項８又は９に記載の検査方法。
【請求項１１】
前記照明光が、前記フォトマスクに対して傾斜させて入射されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１２】
前記第１及び第２の転写パターンの転写が、３光束干渉条件で行われることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２の転写パターンの転写が、２光束干渉条件で行われることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の検査方法。
【請求項１４】
複数の露光装置のそれぞれに検査用のフォトマスクと、レジスト膜を塗布した検査用の半導体基板を装着し、
前記フォトマスクの照明光から、前記フォトマスクの遮光膜に形成された窓部に設けられた第１の検査パターンにより第１の偏光状態に偏光された露光光で前記レジスト膜に前記第１の検査パターンを転写して第１の転写パターンを形成し、
前記窓部の中で前記第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に形成された第２の検査パターンにより前記第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光された露光光で前記レジスト膜に前記第２の検査パターンを転写して第２の転写パターンを形成し、
前記第１及び第２の転写パターンの相対的な位置ずれ量を測定して基準値と比較し、
前記位置ずれ量が前記基準値以下の前記露光装置を前記位置ずれ量に基いて分類し、
分類された前記露光装置から対象となる製造工程のうちのリソグラフィ工程で使用可能な製造用露光装置を選択し、
前記製造用露光装置を用いて前記リソグラフィ工程を実施する
ことを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の偏光状態が、直線偏光であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の偏光状態が、前記第１の露光光の偏光と直交する偏光であることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記照明光が、前記フォトマスクに対して傾斜させて入射されることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第１及び第２の転写パターンの転写が、３光束干渉条件で行われることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２の転写パターンの転写が、２光束干渉条件で行われることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の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、光リソグラフィ技術に関し、特に露光装置の投影レンズの複屈折の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程において、微細パターンの形成のために露光装置の露光光の短波長化が進められている。近年、アルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ露光装置（波長λ＝１９３ｎｍ）、あるいはフッ素ガス（Ｆ２）エキシマレーザ露光装置（波長λ＝１５７ｎｍ）が開発されている。このような短波長露光装置に用いられる投影光学系の投影レンズには、蛍石（ＣａＦ２）が使用されている。蛍石は、波長が２００ｎｍ以下の光の透過性が非常に良好である。特に、波長λ＝１５７ｎｍの場合は、現在のところ安価に製造することができる唯一のレンズ材料である。
【０００３】
しかしながら、蛍石は２００ｎｍ以下の波長の光に対し複屈折を示すことが明らかになっている。複屈折を示す材質では、透過する光の偏光状態によって屈折率が変わる。複屈折を示す材質をレンズに使用すると、光の偏光状態に依存して結像特性が変化し、例えば像が二重写しになるなど、像がぼける原因となる。半導体装置の微細化のためには、露光装置の投影光学系に用いる光学材料の複屈折は結像性能を劣化させるため抑制しなければならない。そこで、光学材料の製造工程やレンズ設計・組立の工夫で複屈折の影響を抑制する努力がなされている。
【０００４】
光学材料の複屈折の検査は、直線偏光光を光学材料に入射させ、透過した光の偏光状態を調べる回転検光子法や位相変調法等の測定方法により行うのが一般的である（例えば、非特許文献１）。
【０００５】
【非特許文献１】
持田、光学、１９８９年、第１２７巻、ｐ．１２７−１３４
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、露光装置の投影光学系の投影レンズの複屈折が、結像特性を劣化させないよう適切に抑制されているかどうか、露光装置組立後に検査する手段は、知られていない。露光装置の結像性能は複屈折以外の要因、例えば投影レンズの収差によっても劣化するから、半導体基板上に転写されたパターンの変形量から、その結像劣化要因としての複屈折の存在を特定することはできない。また、露光装置の光学系に複屈折計測装置等を内蔵させることは容易ではない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決し、露光装置の投影レンズの複屈折を検査することができるフォトマスク、検査方法、及び検査方法を適用した半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、（イ）透明基板と、（ロ）透明基板表面に窓部を有するように形成された遮光膜のパターンと、（ハ）窓部の中に配置され、照明光を第１の偏光状態に偏光させる第１の検査パターンと、（ニ）窓部の中で第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に配置され、照明光を第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光させる第２の検査パターンとを備えるフォトマスクであることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の態様は、（イ）フォトマスクの照明光から、フォトマスクの遮光膜に形成された窓部に設けられた第１の検査パターンにより第１の偏光状態に偏光された露光光で半導体基板上に塗布されたレジスト膜に第１の検査パターンを転写して第１の転写パターンを形成し、（ロ）検査マークの中で第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に形成された第２の検査パターンにより第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光された露光光でレジスト膜に第２の検査パターンを転写して第２の転写パターンを形成し、（ニ）第１及び第２の転写パターンの相対的な位置ずれ量を測定することを含む検査方法であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の態様は、（イ）複数の露光装置のそれぞれに検査用のフォトマスクと、レジスト膜を塗布した検査用の半導体基板を装着し、（ロ）フォトマスクの照明光から、フォトマスクの遮光膜に形成された窓部に設けられた第１の検査パターンにより第１の偏光状態に偏光された露光光でレジスト膜に第１の検査パターンを転写して第１の転写パターンを形成し、（ハ）検査マークの中で第１の検査パターンに対して一定の距離で分離した位置に形成された第２の検査パターンにより第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光された露光光でレジスト膜に第２の検査パターンを転写して第２の転写パターンを形成し、（ニ）第１及び第２の転写パターンの位置ずれ量を測定して基準値と比較し、（ホ）位置ずれ量が基準値以下の露光装置を位置ずれ量に基いて分類し、（ヘ）分類された露光装置から対象となる製造工程のうちのリソグラフィ工程で使用可能な製造用露光装置を選択し、（ト）製造用露光装置を用いてリソグラフィ工程を実施することを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る投影レンズの検査の説明に用いる露光装置は、図１に示すような屈折型の露光装置（スキャナ）で、縮小比は４：１としている。光源２２として波長λ＝１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザが用いられる。照明光学系には、フライアイレンズ２３、照明アパーチャ２４及びコンデンサレンズ２５等が含まれる。投影光学系は、投影レンズ２６と開口絞り３０等により構成されている。瞳２７は開口絞り３０で囲まれた平面である。露光光は、照明光学系と投影光学系との間のマスクステージ２８上に設置されたフォトマスク３のパターンを、基板ステージ２９上の半導体基板１に縮小投影する。なお、説明の便宜上、露光装置として、スキャナを示しているが、スキャナの他にも、ステッパ等が使用可能である。また、縮小比を４：１としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。また、光源２２として、ＡｒＦエキシマレーザを用いているが、波長λ＝１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザ、や波長λ＝２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ等でもよいことは勿論である。
【００１３】
フォトマスク３は、図２に示すように、溶融石英等の透明基板１０の表面に堆積されたクロム（Ｃｒ）等の遮光膜１１からなるパターンのマトリックス上の窓部のそれぞれに、投影レンズの複屈折を検査する複数の検査マーク１２が配置されている。検査マーク１２は、露光装置の一括露光領域に対してほぼ均等な間隔で配置されている。なお、図示は省略しているが、フォトマスク３には、露光装置のマスクステージ２８上での位置決めに用いられるアライメントマークも配置されている。
【００１４】
フォトマスク３の検査マーク１２は、図３（ａ）に示すように、照明光を第１の偏光状態に偏光する第１の検査パターン１３と、第１の検査パターン１３と同心の位置に配置され、照明光を第１の偏光状態とは異なる第２の偏光状態に偏光する第２の検査パターン１４とを備えている。第１の実施の形態では、第１の検査マーク１３は、矩形の枠形状であり、外側の遮光膜１１と内側の第１の遮光部１１ａとの間に配置されている。第２の検査パターン１４は、矩形の枠形状で、第１の検査パターン１３の内側にあり、第１の遮光部１１ａと第２の遮光部１１ｂの間に配置されている。例えば、第１の検査パターン１３は、外側の枠の一辺が８０μｍ（フォトマスク３上のスケール、以下同様）の正方形で幅が８μｍである。また、第２の検査パターン１４は、第１の検査パターン１３と同心で、外側の枠の一辺が４０μｍの正方形で幅が８μｍである。なお、第１及び第２の検査パターン１３、１４は、上記した寸法に限定されるものではなく、任意の寸法でもよいことは勿論である。また、説明を簡単にするため、第１及び第２の検査パターン１３、１４は同心としているが、互いの中心位置は一定の距離で分離していてもよい。
【００１５】
第１の検査パターン１３のＡＡ断面は、図３（ｂ）に示すように、透明基板１０の表面で遮光膜１１の間に配置された複数の線状の遮光部１５を有するラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンである。遮光部１５の材質は導体、例えばＣｒである。また、第２の検査パターン１４のＢＢ断面は、図３（ｃ）に示すように、透明基板１０の表面で第１の遮光部１１ａの間に配置された複数の線状の遮光部１６を有するＬ／Ｓパターンである。第１及び第２の検査パターン１３、１４のＬ／Ｓパターンの周期Ｐは露光装置の光源２２の波長λより短く、例えば１５０ｎｍとしている。周期Ｐ方向の遮光部１５及び遮光部１６それぞれの線幅とスペース間隔の比はほぼ１：１である。また、遮光部１５及び遮光部１６のそれぞれの長手方向は、互いに直交するように配列されている。例えば、第１の検査パターン１３のＬ／Ｓパターンの周期方向は図３（ａ）の紙面上で横方向（ｘ軸方向）であり、第２の検査パターン１４のＬ／Ｓパターンの周期方向は紙面上で縦方向（ｙ軸方向）である。
【００１６】
照明光の波長より短い周期構造格子は偏光子として機能し、ワイヤグリッド偏光子と呼ばれる（例えば、菊田及び岩田，電子情報通信学会論文誌，第Ｊ８３−Ｃ巻，２０００年，ｐ１７３−１８１）。第１及び第２の検査パターン１３、１４のＬ／Ｓパターンの周期Ｐは、露光装置の光源２２から出射される照明光の波長よりも短くされている。したがって、第１及び第２の検査パターン１３、１４は、フォトマスク３に入射する照明光に対してワイヤグリッド偏光子として機能する。ワイヤグリッド偏光子は、照明光の電場の振動面がＬ／Ｓパターンの周期方向に一致する成分を通過させ、電場の振動面がＬ／Ｓパターンの長手方向に一致する成分を反射させる特性を持つ。第１の検査パターン１３を通過する照明光は、ｘ軸方向に偏光した直線偏光光となり、一方、第２の検査パターン１４を通過する照明光は、ｙ軸方向に偏光した直線偏光光となる。フォトマスク３に入射する照明光は無偏光光であるから、ｘ軸及びｙ軸方向の偏光光成分がともに存在する。このように、第１の実施の形態に係るフォトマスク３によれば、無偏光の照明光から、直交する第１及び第２の方向、例えばｘ軸及びｙ軸方向に偏光した直線偏光光が出射される。
【００１７】
次に、第１の実施の形態に係る複屈折の検査方法を説明する。例えば、図４に示すように、物体面５の位置ｐｉから無偏光光が入射角θで透明材質に入射すると、通常はスネル（Ｓｎｅｌｌ）の法則に従って屈折角θｏで屈折して透明材質内に進入する。複屈折を示す透明材質６では、光の電場の振動方向（以下、偏光方向と表記）に依存して異なる屈折率を示すから、光は透明材質６内で二つの光線に分裂する。即ち、透明材質６を屈折角θｏで透過する常光線と、屈折角θｅで透過する異常光線が生じる。常光線及び異常光線は、ともに出射角θで透明材質６から出射する。この結果、図４に示されているように、物体面５の位置ｐｉから像面７において常光線による本来の位置ｐｏに加えて異常光線による位置ｐｅにも光線が到達し、二重写しとなる。ここで、常光線と異常光線はそれぞれ直線偏光光であり、光の電場の振動面が互いに直交している。常光線及び異常光線に関する透明材質６の屈折率をそれぞれｎｏ、ｎｅ、空気の屈折率を１とすると、次式の関係がある。
【００１８】
ｓｉｎθｏ  ＝  （ｓｉｎθ）／ｎｏ、ｓｉｎθｅ  ＝  （ｓｉｎθ）／ｎｅ    ・・・  （１）
ここで垂直入射の場合は屈折角θｏ及びθｅは、ともに０度であるから、光線の分裂は観測されない。また、屈折率ｎｏ、ｎｅの差が小さい場合、屈折角θｏ及びθｅはほぼ等しく、光線の分裂を観測することは困難となる。
【００１９】
透明材質６の複屈折を検査するには、無偏光の照明光を用いて図４に示すような物体面５の像の位置ｐｉに対して、像面７で分裂した結像位置ｐｏ及びｐｅを観測すればよい。しかし、露光装置に使用される透明材質の複屈折は小さく、通常のマスクパターンが結像位置で分離するほど光線の分裂は大きくない。したがって、透明材質を透過した後の常光線及び異常光線による像はずれて重なり合い、常光線及び異常光線の結像位置を分離して観測することが困難となり、複屈折の検査には適用できない。
【００２０】
第１の実施の形態では、直交する直線偏光光を透明材質に入射させて複屈折の検査を行う。直線偏光光は、複屈折を示す透明材質に入射すると偏光方向が互いに直交する二つの光束に分けられる。直交する偏光方向は、進相軸及び遅相軸と呼ばれる。進相軸及び遅相軸は透明材質に特有のものであり、例えば透明材質の結晶軸方向、または透明材質に加わる応力の方向により定まる。進相軸を偏光方向とする光は速度が速く単位距離の間の位相変化が小さい。一方、遅相軸を偏光方向とする光は速度が遅く単位距離の間の位相変化が大きい。第１の実施の形態においては、前者を常光線、後者を異常光線としているが、透明材質の複屈折特性により逆の関係となる場合もある。透明材質を透過した光は、速度差により位相差が生じる。出射光は、異なる位相で振動する常光線と異常光線の重ね合わせ、即ち楕円偏光光となる。なお、入射光の偏光方向が進相軸方向または遅相軸方向に平行な場合、光線の偏光状態は変化しない。
【００２１】
上述したように、フォトマスク３の照明光は、例えば、第１及び第２の検査パターン１３、１４を透過して直交する第１及び第２の方向の直線偏光光となる。図５に示すように、第１及び第２の検査パターン１３、１４を透過した第１の偏光光線Ｌｐ１及び第２の偏光光線Ｌｐ２は、直交する進相軸及び遅相軸からずれているものとする。例えば、図５（ａ）の第１の偏光光線Ｌｐ１の進相軸成分の常光線Ｌｐ１ｏの振幅Ａ１ｏは、遅相軸成分の異常光線Ｌｐ１ｅの振幅Ａ１ｅより大きく、また、図５（ｂ）の第２の偏光光線Ｌｐ２の進相軸成分の常光線Ｌｐ２ｏの振幅Ａ２ｏは、遅相軸成分の異常光線Ｌｐ２ｅの振幅Ａ２ｅより小さい。
【００２２】
図６（ａ）に示すように、フォトマスク３の第１の検査パターン１３から出射された第１の偏光光線Ｌｐ１は、複屈折を示す投影レンズ２６の中で常光線Ｌｐ１ｏと異常光線Ｌｐ１ｅに分裂する。分裂した常光線Ｌｐ１ｏと異常光線Ｌｐ１ｅは投影レンズ２６の出射面で屈折し、半導体基板１表面の異なる位置ｐ１ｏ及びｐ１ｅに投影される。また、図６（ｂ）に示すように、第２の検査パターン１４から出射された第２の偏光光線Ｌｐ２は、複屈折を示す投影レンズ２６の中で常光線Ｌｐ２ｏと異常光線Ｌｐ２ｅに分裂する。分裂した常光線Ｌｐ２ｏと異常光線Ｌｐ２ｅは、半導体基板１表面の異なる位置ｐ２ｏ及びｐ２ｅに投影される。ここで、第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２の常光線Ｌｐ１ｏ及びＬｐ２ｏの光路は殆ど同じであるため、半導体基板１表面に投影される位置ｐ１ｏ及びｐ２ｏはほぼ一致する。同様に、異常光線Ｌｐ１ｅ及びＬｐ２ｅの光路も殆ど同じであるから、位置ｐ１ｅ及びｐ２ｅもほぼ一致する。
【００２３】
半導体基板１上に形成される光強度分布は、図７に示すように、点線で示す常光線Ｌｐ１ｏあるいはＬｐ２ｏと、異常光線Ｌｐ１ｅあるいはＬｐ２ｅの光強度分布が重なり合って実線で示したように非対称な形状となる。図６に示したように、第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２の常光線Ｌｐ１ｏ及びＬｐ２ｏの光路は同様であり、また、異常光線Ｌｐ１ｅ、Ｌｐ２ｅの光路も同様である。しかし、図５に示したように、第１の偏光光線Ｌｐ１では、常光線Ｌｐ１ｏの振幅Ａ１ｏが異常光線Ｌｐ１ｅの振幅Ａ１ｅより大きく、第２の偏光光線Ｌｐ２ｄでは，常光線Ｌｐ２ｏの振幅Ａ２ｏが異常光線Ｌｐ２ｅの振幅Ａ２ｅより小さい。したがって、図７（ａ）の第１の偏光光線Ｌｐ１による光強度分布は、図７（ｂ）の第２の偏光光線Ｌｐ２に比べて、常光線Ｌｐ１ｏの光強度の異常光線Ｌｐ１ｅ側へのずれが小さな分布形状となる。半導体基板１表面に塗布されているフォトレジストは、閾値Ｉｔｈを上回る光強度に対して感光する。したがって、図７に示すように、第１及び第２の検査パターン１３、１４が投影されてレジスト膜３１に形成される第１及び第２の転写パターン３３、３４のそれぞれの中心位置ｃｐ１、ｃｐ２は、常光線Ｌｐ１ｏ及びＬｐ２ｏによる本来の結像のそれぞれの中心位置ｐ１ｏ、ｐ２ｏからそれぞれ変位Ｄ１、Ｄ２だけ紙面の左側にずれる。光強度分布は、第１の偏光光線Ｌｐ１より第２の偏光光線Ｌｐ２のほうがより異常光線側にずれるため、変位Ｄ２のほうが変位Ｄ１より大きくなる。なお、第１及び第２の検査パターン１３、１４のＬ／Ｓパターンの周期Ｐは、照明光の波長より短いため、半導体基板１上では解像しない。したがって、第１及び第２の転写パターン３３、３４は開口部となる。
【００２４】
図１に示した露光装置のマスクステージ２８にフォトマスク３を設置して、ポジ型フォトレジストを塗布した半導体基板１の表面に投影露光する。光源２２からフォトマスク３に入射する照明光は無偏光光であり、フォトマスク３の表面を垂直に照明する。第１及び第２の検査パターン１３、１４から出射された第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２により検査マーク１２がレジスト膜に投影される。投影露光後、半導体基板１を現像することにより、図８（ａ）に示すように、半導体基板１の表面に検査マーク１２が転写された検査レジストパターン３２が形成される。検査レジストパターン３２は、第１及び第２の検査パターン１３、１４に対応してレジスト膜３１に形成された第１及び第２の転写パターン３３、３４を有している。第１及び第２の転写パターン３３、３４のパターンのそれぞれの中心位置Ｃ１、Ｃ２は投影レンズ２６の複屈折により、例えば、紙面左上方にずれる。第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２の偏光状態が相違するため、例えば、紙面左右方向（ｘ軸方向）について図８（ｂ）に示すように、半導体基板１上のレジスト膜３１に形成された第１の転写パターン３３の中心位置Ｃ１と、第２の転写パターン３４の中心位置Ｃ２とはΔｘずれる。また、第１及び第２の転写パターン３３、３４の中心位置Ｃ１、Ｃ２は、紙面上下方向（ｙ軸方向）にΔｙだけずれる。
【００２５】
半導体基板１上に形成された検査レジストパターン３２に対して、例えば、光学式の合わせずれ検査装置を用いて第１及び第２の転写パターン３３、３４のそれぞれの中心位置Ｃ１、Ｃ２の測定が行われる。測定された第１及び第２の転写パターン３３、３４の中心位置Ｃ１、Ｃ２の位置ずれ量｛（Δｘ）２＋（Δｙ）２｝１／２を、基準値と比較することによって、投影レンズ２６の複屈折の有無を判定する。
【００２６】
第１の実施の形態に係る複屈折の検査では、フォトマスク３の照明光を検査マーク１２の第１及び第２の検査パターン１３、１４により直交する第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２に偏光して投影レンズ２６に入射させる。投影レンズ２６が複屈折を示す場合、第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２の進相軸及び遅相軸成分の比率は、相違する。したがって、第１及び第２の検査パターン１３、１４がフォトレジストに転写された第１及び第２の転写パターン３３、３４それぞれのパターン中心がずれる。このように、第１の実施の形態に係る複屈折の検査方法によれば、第１及び第２の転写パターン３３、３４の中心位置の位置ずれ量を測定することにより露光装置に組み込まれた投影レンズ２６の複屈折を検査することができる。
【００２７】
投影レンズ２６を構成する要素レンズの中に、複屈折材質からなる要素レンズが複数含まれている場合は、光線が複屈折を示す要素レンズを通過するごとに分裂する。一般には、光線の進行方向に対する各要素レンズの進相軸・遅相軸の方向が異なるからである。したがって、複屈折を示すｎ枚の要素レンズを通過した光線は、最大２ｎ本の直線偏光光に分裂する。このような場合でも、１枚の要素レンズの場合同様、フォトレジストに転写される検査レジストパターン３２の位置ずれ量は測定できるため、上記の方法で複屈折の検査を行うことが可能となる。
【００２８】
また、検査マーク１２の第１及び第２の検査パターン１３、１４のいずれか一方がワイヤグリッド偏光子でない場合であってもよい。その場合、ワイヤグリッド偏光子でないパターンからの透過光は、ほぼ同一振幅の常光線及び異常光線に分裂する。したがって、位置ずれ量が小さくなり感度は落ちるが、複屈折の検査を行うことができることは勿論である。
【００２９】
また、第１の実施の形態では、フォトマスク３表面を垂直に照明する照明光を使用しており、光は投影レンズ２６の瞳２７の中央付近を通過して基板に到達する。投影レンズ２６の瞳２７の端を通る光路に関する複屈折を検査するため、図９に示すように、照明アパーチャ２４ａを用いてフォトマスク３表面を斜めから照明する照明光を使用する。照明アパーチャ２４ａは、図１０に示すように、遮光板４１の中心からずれた位置に設けられた照明孔４２を有している。フライアイレンズ２３から照明アパーチャ２４ａを通過した照明光は、コンデンサレンズ２５により光路を曲げられ斜めにフォトマスク３を照明する。したがって、フォトマスク３から出射される露光光は、投影レンズ２６の瞳２７の端を透過して半導体基板１を露光する。このように、照明アパーチャ２４ａを用いることにより、投影レンズ２６の瞳２７の端を通る光路に関する複屈折の検査が可能となる。
【００３０】
次に、第１の実施の形態に係る複屈折の検査方法で検査された複数の露光装置を用いる半導体装置の製造方法を、図１１に示すフローチャートに従って説明する。
【００３１】
（イ）まず、半導体装置の製造工程で使用する複数の検査対象の露光装置に、図２で示した複屈折の検査用のフォトマスク３を設置する。検査対象の露光装置により、ステップＳ１０１で、検査用の半導体基板１に塗布したレジスト膜にフォトマスク３の検査マーク１２の第１及び第２の検査パターン１３、１４を転写する。
【００３２】
（ロ）ステップＳ１０２で、半導体基板１上に転写された検査レジストパターン３２の第１及び第２の転写パターン３３、３４（図８参照）の位置ずれ量を合わせずれ検査装置を用いて測定する。
【００３３】
（ハ）ステップＳ１０３で、検査対象の露光装置から測定された位置ずれ量を基準値と比較して、投影レンズの複屈折の有無を判定する。
【００３４】
（ニ）検査対象の露光装置の位置ずれ量が基準値より大きいと判定された場合、ステップＳ１０４で、検査対象の露光装置の投影レンズの調整を行う。調整後、再度ステップＳ１０１〜Ｓ１０３を繰り返す。投影レンズの調整だけでは、位置ずれ量が基準値以下にならない場合は、投影レンズの交換等の修理を行う。
【００３５】
（ホ）検査対象の露光装置の位置ずれ量が基準値以下と判定された場合、半導体装置の製造工程のうちのリソグラフィ工程に使用可能な露光装置とされる。ステップＳ１０１〜Ｓ１０４の検査を複数の検査対象の露光装置に対して繰り返し、ステップＳ１０５で、位置ずれ量を基に複数の使用可能な露光装置を結像性能に基いて分類する。
【００３６】
（ヘ）ステップＳ１０６で、使用可能な露光装置を選択して、半導体装置のリソグラフィ工程を実施する。例えば、分類された使用可能な露光装置の中から、製造工程で形成するパターンの許容寸法誤差以下の結像性能に分類された露光装置が選択される。
【００３７】
微細パターンを有する半導体装置の製造に使用される露光装置において、仕様上の寸法精度は同じであっても露光装置間には露光装置の製造誤差等により機差がある。リソグラフィ工程に使用する露光装置により、製造される半導体装置の性能にばらつきが生じることになる。第１の実施の形態によれば、露光装置に組み込まれた投影レンズ２６の複屈折を検査して、露光装置を結像性能により分類している。半導体装置の製造工程に要求される許容寸法誤差以下の寸法精度を実現することが可能な露光装置を選択してリソグラフィ工程を実施することができる。したがって、性能のばらつきが抑制された半導体装置の製造が可能となる。
【００３８】
（第１の実施の形態の変形例）
本発明の第１の実施の形態の変形例に係るフォトマスク３ａは、図１２に示すように、検査マーク１２と、検査マーク１２ａを有している点が第１の実施の形態と異なる。検査マーク１２の第１の検査マーク１３は、矩形の枠形状であり、外側の遮光膜１１と内側の第１の遮光部１１ａとの間に配置され、照明光を第１の偏光状態に偏光する。第２の検査パターン１４は、矩形の枠形状で、第１の検査パターン１３の内側にあり、第１の遮光部１１ａと第２の遮光部１１ｂの間に配置され、照明光を第１の偏光状態と直交する第２の偏光状態に偏光する。検査マーク１２ａの第１の検査マーク１３ａは、矩形の枠形状であり、外側の遮光膜１１と内側の第１の遮光部１１ｃとの間に配置され、照明光を第３の偏光状態に偏光する。第２の検査パターン１４ａは、矩形の枠形状で、第１の検査パターン１３ａの内側にあり、第１の遮光部１１ｃと第２の遮光部１１ｄの間に配置され、照明光を第３の偏光状態と直交する第４の偏光状態に偏光する。検査マーク１２ａの第１及び第２の検査パターン１３ａ、１４ａは、検査マーク１２の第１及び第２の検査パターン１３、１４の互いに直交するＬ／Ｓパターンに対して、それぞれ４５°斜めになるようにＬ／Ｓパターンが配列されてる点が異なる。他の構成は第１の実施の形態と同様なので、重複した説明は省略する。
【００３９】
第１の実施の形態で図３に示したパターンと同様の検査マーク１２だけでは、第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２が進相軸及び遅相軸に対して略４５°の方向を向いていると、常光線と異常光線の光強度が等しくなる。常光線と異常光線の光強度が等しいと、第１及び第２の転写パターン３３、３４の中心位置のずれはほぼ等しくなり、複屈折がないと判定されてしまう。
【００４０】
第１の実施の形態の変形例に係るフォトマスク３ａでは、例えば、検査マーク１２の第１及び第２の検査パターン１３、１４のＬ／Ｓパターンが、ｙ軸及びｘ軸方向に平行に配列されていれば、検査マーク１２ａの第１及び第２の検査パターン１３ａ、１３ｂのＬ／Ｓパターンは、それぞれｙ軸から半時計回りに４５°及び時計回りに４５°斜め方向に配列される。検査マーク１２及び１２ａを用いれば、一方の検査マークで第１及び第２の偏光光線Ｌｐ１、Ｌｐ２が進相軸及び遅相軸に対して略４５°の方向を向いていて常光線と異常光線の光強度がほぼ等しくなっても、他方の検査マークで常光線と異常光線の光強度が相違することになる。したがって、検査マーク１２、１２ａの第１の検査パターン１３、１３ａ及び第２の検査パターン１４、１４ａが転写された検査用レジストパターンの少なくとも一方から位置ずれ量を測定することができる。
【００４１】
本発明の第１の実施の形態の変形例に係るフォトマスク３ａによれば、更に精度よく投影レンズの複屈折の検査が可能となる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るフォトマスク３ｂは、図１３（ａ）に示すように、遮光膜５１に配置され透光部を有する第１の検査マーク５２と、第１の検査マーク５２に対応して配置された第２の検査マーク６２を有している。第２の実施の形態では、フォトマスク３ｂが第１の実施の形態と異なり、使用する露光装置は同様であるので、重複した説明は省略する。
【００４３】
第１の検査マーク５２は、同心の正方形枠形状のＬ／Ｓパターンの第１及び第２の検査パターン５３、５４を備えている。例えば、枠形状のＬ／Ｓパターンはそれぞれｘ軸あるいはｙ軸に平行に配置されている。第２の実施の形態では、第１の検査パターン５３の外周は一辺が１００μｍで、第２の検査パターン５４の外周は一辺が５０μｍである。
【００４４】
例えば、第１の検査パターン５３の一部のＤＤ断面は、図１３（ｂ）に示すように、透明基板５０の表面で遮光膜５１の間に複数の線状の遮光部５８ａ〜５８ｊが互いに平行に配列された複数の第１のＬ／Ｓパターン５８と、第１のＬ／Ｓパターン５８の間に平行に配列された複数の遮光部５７ａ〜５７ｃを有している。また、第１のＬ／Ｓパターン５８は、後述するように、半導体基板上で解像しないパターンであるので、透光部とみなすことができる。したがって、互いに平行に配列された第１のＬ／Ｓパターン５８と遮光部５７ａ〜５７ｃは、第２のＬ／Ｓパターン５７とみなすことができる。第１及び第２のＬ／Ｓパターンのピッチはそれぞれ、Ｐｓ及びＰｔである。第２の検査パターン５４も、同様にピッチＰｓ及びＰｔの第１及び第２のＬ／Ｓパターン５８、５７を有するが、図１４に示すように、第１のＬ／Ｓパターン５８の方向が相違している。図１４（ａ）に示す第１の検査パターン５３では、第１のＬ／Ｓパターン５８は、周期方向がｘ軸方向であり、第２のＬ／Ｓパターン５７の枠形状の遮光部５７ａ〜５７ｄの間に配置されている。図１４（ｂ）に示す第２の検査パターン５４では、第１のＬ／Ｓパターン５８は、周期方向がｙ軸方向であり、第２のＬ／Ｓパターン５７の枠形状の遮光部５７ｅ〜５７ｈの間に配置されている。このように、第１及び第２の検査パターン５３、５４の第１のＬ／Ｓパターン５８の周期方向は互いに直交している。第１のＬ／Ｓパターン５８の周期Ｐｓは、図１の露光装置の光源２２の波長λより短く、例えば１５０ｎｍとしている。したがって、第１のＬ／Ｓパターン５８は、ワイヤグリッド偏光子として機能する。周期Ｐｓ方向の遮光部５８ａ〜５８ｊの幅と遮光部５８ａ〜５８ｊ間のスペース幅の比はほぼ１：１である。したがって、例えば、第１の検査パターン５３を通過した照明光は、ｘ軸方向に偏光した直線偏光光となり、一方、第２の検査パターン５４を通過した照明光は、ｙ軸方向に偏光した直線偏光光となる。
【００４５】
また、第２のＬ／Ｓパターン５７の周期Ｐｔは、
Ｍ＊λ／｛ＮＡ＊（１−σ）｝  ≦  Ｐｔ  ≦  ３＊Ｍ＊λ／｛ＮＡ＊（１＋σ）｝  ・・・  （１）
の３光束干渉条件を満たすように設定されている。ここで、Ｍは露光装置の縮小率、ＮＡは投影レンズ射出側開口数、λは照明光の波長、σはコヒーレンスファクタを表す。「３光束干渉条件」とは、Ｌ／Ｓパターンの像が、０次回折光と±１次回折光の干渉により形成される条件である。なお、回折は第２のＬ／Ｓパターン５７の周期方向に向かって発生する。例えば、Ｍ＝４、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．６５、σ＝０．２５とすると、３光束干渉条件を満たす周期Ｐｔの範囲は、１５８４ｎｍ〜２８５０ｎｍとなる。第２の実施の形態では、周期Ｐｔとして、２０００ｎｍとしているが、上記した３光束干渉条件を満たす範囲であれば任意の値であってもよいことは勿論である。第１のＬ／Ｓパターン５８のパターン幅と、第１のＬ／Ｓパターン５８の間に配置された遮光部５７ａ〜５７ｈの線幅の比はほぼ１：１である。
【００４６】
第２の検査マーク６２は、図１３（ａ）及び図１３（ｃ）に示すように、透明基板５０上の遮光膜５１に設けられている。第１の遮光部６３は、正方形枠形状を有し、第１及び第２の透明部６１ａ、６１ｂの間に配置されている。第２の遮光部６４は、正方形枠形状を有し、第１の遮光部６３の内側にあり第２及び第３の透明部６１ｂ、６１ｃの間に配置されている。例えば、第１の透明部６１ａの外周は一辺が１００μｍの正方形である。第１の遮光部６３は、枠形状の外周の一辺が８０μｍの正方形で幅が８μｍである。また、第２の遮光部６４は、第１の遮光部６３と同心で、枠形状の外周の一辺が４０μｍの正方形で幅が８μｍである。第２の実施の形態では、第２の検査マーク６２の中心は、対応する第１の検査マーク５２の中心とｘ軸方向に２００μｍの間隔で配置されている。第２の検査マーク６２をｘ軸方向に２００μｍ移動して第１の検査マーク５２と合わせる場合、第１及び第２の遮光部６３、６４の枠形状の外周辺は、第１の検査マーク５２の隣り合う遮光部５７ａ〜５７ｌの間の第１のＬ／Ｓパターン５８の中央近傍に位置するように設計されている。
【００４７】
フォトマスク３ｂの照明光は、第１の検査マーク５２の第１及び第２の検査パターン５３、５４を通過して直線偏光光となり、かつ回折される。直線偏光した０次回折光ＤＬ、＋１次回折光ＤＬ＋及び−１次回折光ＤＬ−の３光束が投影レンズ２６に入射する。図１４に示したように、第１及び第２の検査パターン５３、５４の第１及び第２のＬ／Ｓパターン５７、５８の周期方向は、それぞれ異なるので、回折光の偏光方向及び回折方向の組み合わせも異なる。例えば、第１の検査マーク５２の外側に位置する第１の検査パターン５３では、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、投影レンズ２６の瞳２７に対応する瞳面８０において、矢印で示した偏光方向はｘ軸方向である。第１の検査パターン５３の回折方向は、第２のＬ／Ｓパターン５７の周期方向に従い、ｘ軸に沿って対向する２領域では、紙面左側から右側へ−１次回折光ＤＬ−、０次回折光ＤＬ及び＋１次回折光ＤＬ＋のようにｘ軸方向となり、また、ｙ軸に沿って対向する領域では、紙面上側から下側へ−１次回折光ＤＬ−、０次回折光ＤＬ及び＋１次回折光ＤＬ＋のようにｙ軸方向となる。第１の検査マーク５２の内側に位置する第２の検査パターン５４では、図１５（ｃ）、（ｄ）に示すように、瞳面８０において、偏光方向はｙ軸方向である。第２の検査パターン５４の回折方向は、第２のＬ／Ｓパターン５７の周期方向に従い、ｘ軸に沿って対向する２領域では、紙面左側から右側へ−１次回折光ＤＬ−、０次回折光ＤＬ及び＋１次回折光ＤＬ＋のようにｘ軸方向となり、ｙ軸に沿って対向する領域では、紙面上側から下側へ−１次回折光ＤＬ−、０次回折光ＤＬ及び＋１次回折光ＤＬ＋のようにｙ軸方向となる。このように、第２の実施の形態によれば、互いに直交する偏光光線が回折された０次回折光と±１次回折光とにより、投影レンズ２６の中央付近だけでなく瞳面８０の端付近も複屈折の検査が可能となる。
【００４８】
図１６に示すように、フォトマスク３ｂの照明光Ｌは、図１３（ａ）に示した第１の検査マーク５２により偏光した０次及び±１次回折光ＤＬ、ＤＬ＋及びＤＬ−となる。投影レンズ２６が複屈折を示す場合、投影レンズ２６に入射した０次及び±１次回折光のそれぞれの常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ＋及びＤＬｏ−と、０次及び±１次回折のそれぞれの異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ＋及びＤＬｅ−とに分かれる。複屈折があまり大きくない場合は光線の分裂は非常に小さいが、光線の位相速度の違いは波面の誤差となって現れる。その結果、常光線がレンズ通過後に作る波面と、異常光線がレンズ通過後に作る波面は異なる。回折光の干渉は、偏光方向が同じ光束間で発生し、偏光方向が直交する光束間では発生しない。即ち、常光線同士、異常光線同士が干渉して像を作り、常光線と異常光線の間では干渉はおきない。したがって、半導体基板１上には０次及び±１次回折光のそれぞれの常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ＋及びＤＬｏ−が作る干渉波と、０次及び±１次回折光のそれぞれの異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ＋及びＤＬｅ−が作る干渉波が形成される。全体としての光強度分布は、常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の重ね合わせとなる。したがって、波の山の位置を結像位置と定義すると、結像位置は常光線干渉波の山の位置ｐｂｏと異常光線干渉波の山の位置ｐｂｅ間のいずれかの位置になる。結像位置は、常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の大小関係によって定まり、強度の大きな干渉波の山の位置に近くなる。
【００４９】
上述したように、第１の検査マーク５２の外側に位置する第１の検査パターン５３と内側に位置する第２の検査パターン５４では、回折光の偏光方向が直交している。したがって、第１の検査パターン５３を通過した光から形成される常光線及び異常光線の強度比と、第２の検査パターン５４を通過した光から形成される常光線及び異常光線の強度比は異なる。即ち、第１の検査パターン５３を通過した光から形成される常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の大小関係は、第２の検査パターン５４を通過した光から形成される常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の大小関係は異なり、その結果、第１の検査パターン５３に対応する投影パターンと、第２の検査パターン５４に対応する投影パターンの間には相対的な位置ずれが生じる。このように、第２の実施の形態に係るフォトマスク３ｂによれば、±１次回折光は瞳２７近傍を透過するため、投影レンズ２６の中央部と瞳２７の近傍部の複屈折を測定することが可能となる。
【００５０】
また、投影レンズ２６が複屈折を示す場合、常光線と異常光線の位相は異なる。更に、０次及び±１次回折光のそれぞれの常光線または異常光線同士でも位相の差が生じる。
【００５１】
一般に、互いに位相差がある光束同士の干渉においては、干渉波が歪んだり、波の位置が横方向にずれたりする。この現象は、レンズの収差と呼ばれている。収差は瞳面内の波面誤差であり、瞳面内で定義される２次元の関数で表記される。収差は投影レンズ２６の結像特性を表す指標の一つであり、大きな収差をもつレンズの結像では、像が変形したり、ぼけたりする。
【００５２】
複屈折を示す投影レンズ２６の常光線と異常光線は位相が異なるから、常光線と異常光線のそれぞれが作る干渉波は、別のレンズ収差に従って振舞うと考えることが出来る。常光線または異常光線の、０次及び±１次回折光の干渉を考える。瞳面の中心を通る０次回折光を位相の基準として、−１次回折光及び＋１次回折光の位相差をそれぞれ、φ−１及びφ＋１と表す。このとき、干渉波の横ずれ量は、
Δｘｓ  ＝  （φ−１−φ＋１）＊Ｐｔ  ・・・  （２）
と表される（例えば、オプティカルレビュー（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ）、２０００年、第７巻、ｐ５２５−５３４参照）。
【００５３】
このように、複屈折を示すレンズにおいては、常光線が作る干渉波と異常光線が作る干渉波に横方向ずれが生じる場合がある。
【００５４】
一方、投影レンズ２６には一般に収差が存在する。この収差は複屈折とは関係ないもので、結像特性への影響が露光光の偏光状態によらない。この収差によって、第１及び第２の検査パターン５４それぞれの第２のＬ／Ｓパターン５７から転写される転写パターンの間には結像位置の横ずれが生じる。即ち、結像位置の横ずれは投影レンズ２６の複屈折によっても、投影レンズ２６の収差によっても発生するので、横ずれの絶対値を計測したとしてもその原因は特定できない。しかし、第１及び第２の検査パターン５３、５４の結像位置の相対的なずれを計測すれば、複屈折だけの影響を取り出すことができる。即ち、第１及び第２の検査パターン５３、５４の第２のＬ／Ｓパターン５７から入射する偏光光が投影レンズ２６内部を通過する光路は、複屈折が極端に大きい場合を除けば、ほぼ共通である。したがって、二つの偏光光に対する、複屈折に無関係な収差の影響は共通である。収差は、第１及び第２の検査パターン５３、５４を投影する光に等しい波面誤差を発生させるので、収差が存在する場合でも結像位置の互いの関係は変わらず、計測される相対位置ずれ量はゼロである。
【００５５】
したがって、第１及び第２の転写パターン７３、７４に相対位置ずれが生じ、位置ずれ量が有意の値を示せば、投影レンズ２６に複屈折があると判定できる。
【００５６】
第２の実施の形態に係る複屈折の検査方法では、フォトマスク３ｂを図１の露光装置のマスクステージ２８に設置して、ポジ型フォトレジストを塗布した半導体基板１上に投影露光する。このとき、同一半導体基板１に対してフォトマスク３ｂと半導体基板１の相対位置を変えて２重露光を行う。１回目の露光で第１の検査マーク５２が投影された半導体基板１上の位置に重ね合わせて、第２の検査マーク６２が投影されるよう、２回目の露光では半導体基板１をｘ軸方向に２００μｍだけシフトさせる。また、露光装置の照明光は無偏光光であり、フォトマスク３ｂ表面を垂直に照明する。
【００５７】
２重露光後、半導体基板１を現像することにより、図１７（ａ）、（ｂ）に示すように、第１及び第２の検査マーク５２、６２が半導体基板１上のレジスト膜７１に転写された検査レジストパターン７２が形成される。第１の検査マーク５２の外側に位置する第１の検査パターン５３と内側に位置する第２の検査パターン５４の投影像は２回目の露光で、第２の検査マーク６２の対応する第１の遮光部６３と第２の遮光部６４の部分以外は、第１〜第３の透明部６１ａ〜６１ｃにより露光される。したがって、検査レジストパターン７２では、第１の検査パターン５３に対応する第１の転写パターン７３、及び第２の検査パターン５４に対応する第２の転写パターン７４が開口部７５の中に形成される。ここで、第１及び第２の転写パターン７３、７４は、それぞれ第２のＬ／Ｓパターン５７が転写されたＬ／Ｓレジストパターンである。上述したように、第１及び第２の検査パターン５３、５４では、回折光の偏光方向が直交している。したがって、投影レンズ２６の複屈折に従って、第１の転写パターン７３及び第２の転写パターン７４の中心Ｃ１及びＣ２の間にはｘ軸方向にΔｘ、ｙ軸方向にΔｙの位置ずれが生じる。
【００５８】
半導体基板１上に形成された検査レジストパターン７２は、例えば、光学式の合わせずれ検査装置を用いて第１及び第２の転写パターン７３、７４の中心位置Ｃ１、Ｃ２の測定が行われる。測定された中心位置Ｃ１、Ｃ２の位置ずれ量｛（Δｘ）２＋（Δｙ）２｝１／２を、基準値と比較することによって、投影レンズ２６の複屈折の有無を判定する。
【００５９】
このように、第２の実施の形態に係る複屈折の検査方法によれば、露光装置に組み込まれた投影レンズ２６の中央部及び端部の光路について複屈折を検査することができる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係るフォトマスク３ｃは、図１８（ａ）に示すように、遮光膜５１の中に配置された透光部を有する第１の検査マーク５２ａと、第１の検査マーク５２ａのそれぞれに対応して配置された第２の検査マーク６２を有している。第１の検査マーク５２ａは、同心の正方形枠形状のＬ／Ｓパターンの第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａを備えている。例えば、枠形状のＬ／Ｓパターンはそれぞれｘ軸あるいはｙ軸に平行に配置されている。第２の実施の形態では、第１の検査パターン５３ａの外周は一辺が１００μｍで、第２の検査パターン５４ａの外周は一辺が５０μｍである。
【００６１】
例えば、第１の検査パターン５３ａは、図１８（ｂ）のＦＦ断面に示すように、透明基板５０の表面で一端が遮光膜５１に接するように配置され、複数の線状の遮光部６８ａ〜６８ｊが配置された複数の第１のＬ／Ｓパターン６８と、複数の第１のＬ／Ｓパターン６８の間に複数の線状の遮光部６７ａ、６７ｂが配置された第２のＬ／Ｓパターン６７を有する。第１のＬ／Ｓパターン６８と、遮光部６７ａ、６７ｂの幅は同一としている。第１のＬ／Ｓパターン６８が配置された領域のうち、例えば図１８の紙面の左側の略１／２の領域で透明基板５０を掘り込んで遮光部６８ａ〜６８ｅが配置された位相シフト部８９が設けられている。ここで、位相シフト部８９の透明基板５０の掘り込み深さは、遮光部６８ｆ〜６８ｊが配置されている非位相シフト部８８に対して、透過する光の位相差が１８０度となるようにしてある。また、第１及び第２のＬ／Ｓパターン６８、６７の周期は、それぞれＰｓ、Ｐｂである。周期Ｐｓは、第１及び第２の実施の形態と同様に、１５０ｎｍとしている。したがって、第１のＬ／Ｓパターン６８はワイヤグリッド偏光子として機能する。
【００６２】
第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａでは、図１９に示すように、第１のＬ／Ｓパターン６８の方向が相違している。図１９（ａ）に示す第１の検査パターン５３ａでは、第１のＬ／Ｓパターン６８は、周期方向がｘ軸方向であり、第２のＬ／Ｓパターン６７の枠形状の遮光部６７ａ〜６７ｄの間に配置されている。図１４（ｂ）に示す第２の検査パターン５４ａでは、第１のＬ／Ｓパターン６８は、周期方向がｙ軸方向であり、第２のＬ／Ｓパターン６７の枠形状の遮光部６７ｅ〜６７ｈの間に配置されている。また、第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａそれぞれの第１のＬ／Ｓパターン６８には、位相シフト部８９と非位相シフト部８８が配置されている。位相シフト部８９と非位相シフト部８８の長手方向は、第２のＬ／Ｓパターン６７に平行となっている。位相シフト部８９は、第２のＬ／Ｓパターン６７の周期方向が、ｘ軸方向の領域では図１９の紙面の左側に配置され、ｙ軸方向の領域では紙面の上側に配置されている。
【００６３】
上記したように、第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａの第１のＬ／Ｓパターン６８の周期方向は互いに直交している。したがって、例えば、第１の検査パターン５３ａを通過した照明光は、ｘ軸方向に偏光した直線偏光光となり、一方、第２の検査パターン５４ａを通過した照明光は、ｙ軸方向に偏光した直線偏光光となる。
【００６４】
また、第２のＬ／Ｓパターン６７の周期Ｐｂは、
Ｍ＊λ／｛ＮＡ＊（１−σ）｝  ≦  Ｐｂ≦  ２＊Ｍ＊λ／｛ＮＡ＊（１＋σ）｝  ・・・  （３）
の２光束干渉条件を満たすように設定されている。ここで、「２光束干渉条件」とは、Ｌ／Ｓパターンの像が、０次回折光と、±１次回折光のいずれか一方との干渉により形成される条件である。遮光部６７ａ、６７ｂ、位相シフト部８９及び非位相シフト部８８の周期方向の幅の比は、略２：１：１となっている。したがって、フォトマスク３ｃを照明すると、第２のＬ／Ｓパターン６７を透過して発生する±１次回折光のうち、例えば−１次回折光の強度が０となり、０次及び＋１次回折光の二光束が得られる（例えば、特許第３２９７４２３号公報参照）。
【００６５】
第２の実施の形態では、軸対称な３光束干渉条件により検査を行うが、例えば、投影レンズ２６の複屈折に軸対称性がある場合は、±１次回折光による位置ずれが打ち消しあうため複屈折の検知が困難となる。第３の実施の形態では、位相シフト部８９と非位相シフト部８８を有する第１のＬ／Ｓパターン６８が配置されたフォトマスク３ｃを用いて、非対称な２光束干渉条件により複屈折の検査を行う点が第２の実施の形態と異なり、他は同様であるので、重複した説明は省略する。
【００６６】
例えば、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトマスク３ｃのパターン面を投影レンズ２６に向けて露光装置にセットする。第２のＬ／Ｓパターン６７の遮光膜６７ａ、６７ｂの間に、第１のＬ／Ｓパターン６８の位相シフト部８９と非位相シフト部８８が、図２０の紙面左側から順に配列されている。フォトマスク３ｃの照明光Ｌは、第１の検査マーク５２ａにより偏光した０次及び＋１次回折光ＤＬ及びＤＬ＋となる。投影レンズ２６が複屈折を示す場合、投影レンズ２６に入射した０次及び＋１次回折光ＤＬ、ＤＬ＋は、それぞれ０次及び＋１次回折光の常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ＋と、０次及び＋１次回折光の異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ＋とに分かれる。複屈折があまり大きくない場合は光線の分裂は非常に小さいが、光線の位相速度の違いは波面の誤差となって現れる。その結果、常光線がレンズ通過後に作る波面と、異常光線がレンズ通過後に作る波面は異なる。一方、回折光の干渉は、偏光方向が同じ光束間で発生し、偏光方向が直交する光束間では発生しない。半導体基板１上には０次及び＋１次回折光の常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ＋の干渉波と、０次及び＋１次回折光の異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ＋の干渉波が形成される。０次及び＋１次回折光の常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ＋の作る波面と、０次及び＋１次回折光の異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ＋の作る波面が異なるから、常光線干渉波と異常光線干渉波は位置がずれる。光強度分布は二つの干渉波の強度の足し合わせとなり、波の山の位置を結像位置と定義すると、結像位置は常光線干渉波の山の位置ｐｃｏと異常光線干渉波の山の位置ｐｃｅの間のいずれかの位置になる結像位置は、常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の大小関係によって定まり、強度の大きな干渉波の山の位置に近くなる。。
【００６７】
上記の説明では、０次及び＋１次回折光の組み合わせを用いたが、０次及び−１次回折光の組み合わせであってもよいことは勿論である。例えば、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、フォトマスク３ｄのパターン面を投影レンズ２６に向けて露光装置にセットする。第２のＬ／Ｓパターン６７の遮光膜６７ａ、６７ｂの間に、０次及び＋１次回折光の組み合わせを用いる場合とは逆に、第１のＬ／Ｓパターン６８の非位相シフト部８８と位相シフト部８９が、図２１の紙面左側から順に配列されている。フォトマスク３ｄの照明光Ｌは、第１の検査マーク５２ａにより偏光した０次及び−１次回折光ＤＬ及びＤＬ−となる。投影レンズ２６が複屈折を示す場合、投影レンズ２６に入射した０次及び−１次回折光ＤＬ、ＤＬ−は、それぞれ０次及び−１次回折光の常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ−と、０次及び−１次回折光の異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ−とに分かれる。半導体基板１上には０次及び−１次回折光の常光線ＤＬｏ、ＤＬｏ−の干渉波と、０次及び−１次回折光の異常光線ＤＬｅ、ＤＬｅ−の干渉波が形成される。光強度分布は２つの干渉波の足し合わせとなり、結像位置は常光線干渉波の山の位置ｐｄｏと異常光線干渉波の山の位置ｐｄｅの間のいずれかの位置になる。結像位置は、常光線干渉波と異常光線干渉波の強度の大小関係によって定まり、強度の大きな干渉波の山の位置に近くなる。
【００６８】
第３の実施の形態では、軸対称な±１次回折光のいずれか一方を用いて非対称な光路を通過する２光束により複屈折の検査が行われるため、軸対称な複屈折を示す投影レンズの検査が可能となる。
【００６９】
また、投影レンズの収差のために、２光束干渉条件でも０次回折光と＋１次又は−１次回折光との干渉波に横ずれが生じる。例えば、０次及び＋１次回折光による干渉波の横ずれ量Δｘｔは、
Δｘｔ  ＝  （φ＋１＋Δｚ）＊Ｐｔ  ・・・  （４）
と表わされる（例えば、オプティカルレビュー（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ）、２００１年、第８巻、ｐ１８４−１９０参照）。ここで、Δｚは半導体基板１の表面でのデフォーカス量である。第２の実施の形態と同様に、収差による横ずれは第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａに対して同一方向に生じる。一方、複屈折による位置ずれは第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａでは相違しているため相対的な位置ずれが生じる。したがって、第３の実施の形態によっても、投影レンズの複屈折を収差と区別して検査することができる。
【００７０】
第３の実施の形態に係る複屈折の検査方法では、フォトマスク３ｃを図１の露光装置のマスクステージ２８に設置して、ポジ型フォトレジストを塗布した半導体基板１上に投影露光する。このとき、同一半導体基板１に対してフォトマスク３ｃと半導体基板１の相対位置を変えて２重露光を行う。１回目の露光で第１の検査マーク５２ａが投影された半導体基板１上の位置に重ね合わせて、第２の検査マーク６２が投影されるよう、２回目の露光では半導体基板１をｘ軸方向に２００μｍだけシフトさせる。また、露光装置の照明光は無偏光光であり、フォトマスク３ｃ表面を垂直に照明する。
【００７１】
２重露光後、半導体基板１を現像することにより、図２２に示すように、第１及び第２の検査マーク５２ａ、６２ａが半導体基板１上のレジスト膜７１に重ねあわされて転写された検査レジストパターン７２ａが形成される。第１の検査マーク５２ａの外側に位置する第１の検査パターン５３ａと内側に位置する第２の検査パターン５４ａの投影像は２回目の露光で、第２の検査マーク６２の第１の遮光部６３と第２の遮光部６４に対応する部分以外は、第１〜第３の透明部６１ａ〜６１ｃにより露光される。したがって、検査レジストパターン７２ａでは、第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａに対応する第１及び第２の転写パターン７３ａ、７４ａが開口部７５の中に形成される。上述したように、第１及び第２の検査パターン５３ａ、５４ａでは、回折光の偏光方向が直交している。したがって、投影レンズ２６の複屈折に従って、第１の転写パターン７３ａ及び第２の転写パターン７４ａの中心Ｃ１及びＣ２の間にはｘ軸方向にΔｘ、ｙ軸方向にΔｙの位置ずれが生じる。
【００７２】
半導体基板１上に形成された検査レジストパターン７２ａは、例えば、光学式の合わせずれ検査装置を用いて第１及び第２の転写パターン７３ａ、７４ａの中心位置Ｃ１、Ｃ２の測定が行われる。測定された中心位置Ｃ１、Ｃ２の位置ずれ量｛（Δｘ）２＋（Δｙ）２｝１／２を、基準値と比較することによって、投影レンズ２６の複屈折の有無を判定する。
【００７３】
このように、第３の実施の形態に係る複屈折の検査方法によれば、露光装置に組み込まれた投影レンズ２６の中央部及び端部の光路について複屈折を検査することができる。また、非対称な２光束干渉条件を用いることにより、軸対称な複屈折を示す投影レンズ２６の検査が可能となる。
【００７４】
上述の説明においては、第１のＬ／Ｓパターン６８の位相シフト部８９は、透明基板５０を掘り込んで形成している。しかし、非位相シフト部８８に対して１８０度の位相差が生じる構造であれば使用することができる。例えば、図２３（ａ）に示すように、透明基板５０の掘り込み部に屈折率の異なる透明膜９０を埋め込んで位相シフト部８９ａを形成してもよい。遮光膜６８ａ〜６８ｊは透明膜９０の埋め込み後形成される。また、図２３（ｂ）に示すように、遮光部６８ａ〜６８ｊを形成後に、位相シフタ部８９ｂに透明膜９０ａを選択的に堆積してもよい。また、図２３（ｃ）に示すように、位相シフタ部８９ｃに透明膜９０ｂを選択的に堆積した後、遮光膜６８ａ〜６８ｊを形成してもよい。なお、透明膜９０ａ、９０ｂとしては、透明基板５０と同一の材料であっても、あるいは透明基板５０と異なる屈折率の透明材料であってもよい。
【００７５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１〜第３の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００７６】
本発明の第１の実施の形態の変形例において説明したように、第１及び第２の偏光光線が進相軸及び遅相軸に対して略４５°の方向を向いていると、常光線と異常光線の光強度が等しくなり、複屈折の検査ができなくなる。第１の実施の形態の変形例においては、図１２に示したように第１及び第２の検査パターン１３ａ、１４ａのワイヤグリッド偏光子のＬ／Ｓパターンを４５°傾けた検査マーク１２ａを用いているが、例えば、検査マーク１２を４５°回転させて用いてもよいことは勿論である。また、上述の説明から明らかなように、第１及び第２の偏光光線が進相軸及び遅相軸の方向を向く場合が、最も位置ずれ量が大きくなる。したがって、種々の角度に回転させた検査マーク１２を配置したフォトマスクを用いれば、更に複屈折の検査が容易にできることはいうまでもない。また、上記と同様に、第２あるいは第３の実施の形態に係る第１及び第２の検査マーク５２、６２、あるいは５２ａ、６２にも適用ができることは勿論である。
【００７７】
また、第１〜第３の実施の形態では、検査マークの第１及び第２の検査パターンは同心の正方形を用いているが、検査マークの形状は、例えば長方形、あるいは多角形でもよく、正方形に限定されないことは勿論である。更に、第１及び第２の検査パターンは同心でなくてもよい。第１及び第２の検査パターンの中心位置が異なる場合は、予めマスクパターンのレイアウトデータあるいは複屈折を示さない露光装置による転写パターンから第１及び第２の検査パターンそれぞれの中心位置の基準距離を求めておく。第１及び第２の転写パターンの中心位置の距離と、求めた基準距離の差を位置ずれ量とすればよい。また、第１及び第２の検査パターンは、枠形状でなく、例えば箱形状であってもよいことは勿論である。
【００７８】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、露光装置に組み込まれた投影レンズの複屈折を検査するフォトマスク、検査方法、及び検査方法を適用した半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るフォトマスクの一例を説明する斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るフォトマスクの構成の一例を説明する図である。
【図４】透明材質の複屈折の一例を説明する図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光線の偏光方向の一例を説明する図である。
【図６】本発明の実施の第１の形態に係る偏光光線の結像特性の一例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る偏光光線と半導体基板上での光強度の関係を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る検査マークの半導体基板上の転写パターンを示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る他の露光装置の概略構成図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る他の露光装置に使用する照明アパーチャの概略構成図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いるフローチャートである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るフォトマスクを説明する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るフォトマスクの構成の一例を説明する図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係るフォトマスクの第１及び第２の検査パターンのＬ／Ｓパターンの組み合わせを説明する図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る瞳面を通過する回折光を説明する図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態に係る３光束干渉の一例を説明する図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る検査マークの半導体基板上の転写パターンを示す図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係るフォトマスクの構成の一例を説明する図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係るフォトマスクの第１及び第２の検査パターンのＬ／Ｓパターンの組み合わせを説明する図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る２光束干渉の一例を説明する図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態に係る２光束干渉の他の例を説明する図である。
【図２２】本発明の第３の実施の形態に係る検査マークの半導体基板上の転写パターンを示す図である。
【図２３】本発明の第３の実施の形態に係るフォトマスクの構成の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
１  半導体基板
３、３ａ〜３ｄ  フォトマスク
５  物体面
６  透明材質
７  像面
１０、５０  透明基板
１１、５１  遮光膜
１１ａ、１１ｃ、６３  第１の遮光部
１１ｂ、１１ｄ、６４  第２の遮光部
１２、１２ａ  検査マーク
１３、１３ａ、５３、５３ａ  第１の検査パターン
１４、１４ａ、５４、５４ａ  第２の検査パターン
１５、１６、５７ａ〜５７ｈ、５８ａ〜５８ｊ、６７ａ〜６７ｈ、６８ａ〜６８ｊ  遮光部
２２  光源
２３  フライアイレンズ
２４、２４ａ  照明アパーチャ
２５  コンデンサレンズ
２６  投影レンズ
２７  瞳
２８  マスクステージ
２９  基板ステージ
３０  開口絞り
３１、７１  レジスト膜
３２、７２、７２ａ  検査レジストパターン
３３、７３、７３ａ  第１の転写パターン
３４、７４、７４ａ  第２の転写パターン
４１  遮光板
４２  照明孔
４３  露光マーク
５２、５２ａ  第１の検査マーク
５７、６７  第２のＬ／Ｓパターン
５８、６８  第１のＬ／Ｓパターン
６１ａ  第１の透明部
６１ｂ  第２の遮明部
６１ｃ  第３の遮明部
６２  第２の検査マーク
７５  開口部
８０  瞳面
８８  非位相シフト部
８９、８９ａ〜８９ｃ  位相シフト部
９０、９０ａ、９０ｂ  透明膜
【図１】
2004348050.tif 000003
【図２】
2004348050.tif 000004
【図３】
2004348050.tif 000005
【図４】
2004348050.tif 000006
【図５】
2004348050.tif 000007
【図６】
2004348050.tif 000008
【図７】
2004348050.tif 000009
【図８】
2004348050.tif 000010
【図９】
2004348050.tif 000011
【図１０】
2004348050.tif 000012
【図１１】
2004348050.tif 000013
【図１２】
2004348050.tif 000014
【図１３】
2004348050.tif 000015
【図１４】
2004348050.tif 000016
【図１５】
2004348050.tif 000017
【図１６】
2004348050.tif 000018
【図１７】
2004348050.tif 000019
【図１８】
2004348050.tif 000020
【図１９】
2004348050.tif 000021
【図２０】
2004348050.tif 000022
【図２１】
2004348050.tif 000023
【図２２】
2004348050.tif 000024
【図２３】
2004348050.tif 000025