JP4091263B2 - フォーカスモニタ方法及び露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に際して、投影露光装置におけるフォーカス制御を設定するのに適したフォーカスモニタ方法に関する。また、このフォーカスモニタ方法を用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化に伴い、露光量裕度や焦点深度などのプロセスマージンを十分に得ることが難しくなっている。そのため、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐためには、より高精度に露光量及びフォーカスをモニタする技術が必要になっている。
【０００３】
従来のフォーカスを管理する手法では、図１（ａ）に示すような菱形マーク１０１が形成されたＱＣマスクを用い、フォーカス値を変化させて露光を行い、図１（ｂ）に示すようなウェハに転写された菱形マーク１０２のパターン長Ｌが最長となるフォーカス点をベストフォーカスとしていた。この場合、パターン長Ｌとデフォーカスの関係は図２に示すようになる（特開平１０−３３５２０８号公報）。
【０００４】
菱形マークは最適なフォーカス点では細かい部分まで解像されるが、デフォーカスされるに従い細かい部分に対する解像度が低下する。そのため、ウェハ上に転写される菱形マークのパターン長Ｌは、ベストフォーカスの位置で最大値となり、プラスマイナスのデフォーカスに対してほぼ対称な特性を示す。このマークの利用法としては、ロットを流す前に先行してデフォーカスを変化させて露光することにより、ベストフォーカスを求めることに適用できる。
【０００５】
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があった。即ち、菱形マークを用いて同一露光条件で露光されているロットのフォーカス条件を管理しようとした場合、転写後の菱形マークのパターン長Ｌをモニタしただけでは、
（１）フォーカスのずれ方向が分からない
（２）露光量の変動による影響を受けてしまう
という問題があった。
【０００６】
また、もう一つのフォーカスモニタ方法として、露光量に影響されずにフォーカスの変動量をパターンの位置ずれ量として検出する方法が提案されている（Phase shift focus monitor applications to lithography tool control, D.Wheeler et.al., SPIE vol.3051, pp225-233）。しかしながら、この方法におけるマークによるフォーカスの検出感度は光源形状（σ形状）に大きく依存し、比較的低σの露光条件においては十分に感度が得られるものの、従来用いられる条件である比較的大きなσ条件、又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。さらに、上記の手法ではマーク作成において位相シフト膜を形成する必要があるため、マスク製造上の負担が大きくなり、ＱＣマスクへの適用について実現性はあるものの、実デバイスマスクへ適用することは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、投影光学系によるフォーカスをモニタするには、露光用マスクとは別に菱形マークや位相シフト膜を設けた特殊なフォーカスモニタ用マスクを用いる必要があった。また、菱形マークを用いる手法では、フォーカスのずれ方向が分からないことや露光量の変動による影響を受けてしまう問題があった。さらに、位相シフト膜を用いる手法では、マスク製造上の負担が大きくなることに加え、比較的大きなσ条件又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することのできるフォーカスモニタ方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上記のフォーカスモニタ方法を用いた露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１２】
即ち本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置ずれ量αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの相対的な位置ずれ量βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１５】
(1) パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるボックス・イン・ボックスパターンにおける外側ボックスパターンと内側ボックスパターンの組み合わせであること。
【００１６】
(2) パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるバーインバーパターンにおける外側バーターンと内側バーパターンの組み合わせであること。
【００１７】
(3) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００１８】
(4) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００１９】
(5) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２０】
(6) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００２１】
(7) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００２２】
(8) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子として、ウェッジ型の透過部材又は回折格子を用いること。
【００２３】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって前記基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの距離αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの距離βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００２５】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００２６】
(1) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２７】
(2) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００２８】
(3) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２９】
(4) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００３０】
(5) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００３１】
(6) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子として、ウェッジ型の透過部材又は回折格子を用いること。
【００３２】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置されており、パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定する手段とを有することを特徴とする。
【００３３】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００３４】
(1) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００３５】
(2) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００３６】
(3) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００３７】
(4) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子は、ウェッジ型の透過部材又は回折格子であること。
【００４３】
（作用）
モニタ用のパターンを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明すると、試料上に形成されるパターンにはフォーカスずれに伴う位置ずれが生じる。一方、モニタ用のパターンを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明すると、試料上に形成されるパターンにはフォーカスずれに伴う位置ずれは生じない。従って、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明することにより、基板上に形成されたパターン群Ａとパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することによってフォーカスずれを測定することが可能となる。
【００４４】
また本発明では、フォーカスモニタパターンとして、通常の合わせずれ検査に用いるボックス・イン・ボックスパターンを使うことができる。ボックス・イン・ボックスパターンのマスク裏面にてその一部を覆えば露光条件として最もよく用いられる輪帯照明条件下で回折光の割合が異なるいわゆるテレセンずれを起こすことができる。そのため、デフォーカスに伴い転写されるボックス・イン・ボックスパターンの位置がずれる。この位置ずれを合わせずれ検査装置などで測定すれば露光時のフォーカス値を簡単にモニタすることができる。これにより、フォーカス変動量を、位相シフト等の特殊なパターンを用いることなく高精度で測定することが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００４６】
（第１の実施形態）
図３〜７に基づいて、本発明の第１の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を説明する。本実施形態は、露光プロセス中に生じるフォーカス変動量を、位相シフト等の特殊なパターンを用いることなく高精度で測定しようというものである。
【００４７】
フォーカスモニタパターンの基本構成としては、同一マスク上に存在する二組以上のパターンを用いる。本実施形態における構成は、図３に示すように、アライメント検査などで広く用いられているボックス・イン・ボックスパターンを使い、その外側ボックスパターン３０１か内側ボックスパターン３０２のいずれか片方の組のパターンに対し、照明する照明光の一部を遮光する手段を有する。
【００４８】
図４には、照明（輪帯照明）４０１によってマスク４０７を照明し、このマスク４０７のパターンを投影光学系（図示せず）を介してウェハ４０８上のチップ４０９に転写する様子を示す。フォーカスモニタパターンとしては、図示のように、内側ボックスパターン４０３（パターン群Ａ），４０６（パターン群Ｃ）と外側ボックスパターン４０２（パターン群Ｂ），４０５（パターン群Ｄ）をそれぞれ２つずつマスク４０７上の両端に配置する。
【００４９】
より具体的には、マスク４０７のデバイスパターン領域の外側にあるダイシングライン内に各々のボックスパターンを配置する。さらに、内側ボックスパターン４０３，４０６はデバイスパターン領域の右側のダイシングラインに、外側ボックスパターン４０２，４０５はデバイスパターン領域の左側のダイシングラインに配置する。但し、内側ボックスパターン４０３に関してはこのパターンを照明する照明光の一部を遮光するように遮光体４０４を配置する。具体的には、内側ボックスパターン４０３の位置に対応するマスク裏面に遮光体４０４を配置する。
【００５０】
このようなマスクを用いてパターンをウェハ上に転写する。具体的な手順は以下の通りである。まず、マスク４０７を光露光装置にロードし、レジストを塗布したウェハ４０８を露光装置内に導入し、光露光装置にて図４に示すようにステップアンドリピートしながらマスクパターンをウェハ４０８上に転写する。このパターン転写は、マスクパターン領域を一括して露光するステッパでもマスクパターン領域をスキャンして露光するスキャナであってもいずれでもよい。その際のステッピング量は、デバイスパターンをウェハ４０８上にどのようにレイアウトするかによって決定される。
【００５１】
上記のようにして露光した際には、内側ボックスパターン４０３，４０６と外側ボックスパターン４０２，４０５との設計上の中心が一致するように露光される。即ち、マスク４０８上に両ボックスパターンをレイアウトする際に重要なことは、想定されたステッピングにて理想的にステッピングして露光された場合に、ウェハ上での両ボックスパターンの中心位置が一致して露光されるように両ボックスパターンの位置を決定することである。
【００５２】
図５は、ウェハ上に露光されたチップの模式図である。図中の５０２，５０３，５０５，５０６はそれぞれ、図４中のボックスパターン４０２，４０３，４０５，４０６の転写パターンを示している。また、左側がチップ領域はＮ回目の露光により転写され、右側のチップ領域はＮ＋１回路の露光により転写されるものである。
【００５３】
一部遮光された照明で露光されたパターン５０３は、後述する理由でフォーカスずれに伴い転写されたパターンの位置がずれる。もし、フォーカスずれがない場合には、外側ボックスパターン５０２の中心に重なる、図中の５０３’に位置するはずである。従って、マスク４０７上のパターン４０２，４０３によってウェハ４０８上に形成されたボックス・イン・ボックスパターン５０２，５０３の位置ずれを測定すれば、フォーカスをモニタすることが可能になる。しかしながら、二つのチップにまたがる露光によりボックス・イン・ボックスパターンが形成されるため、５０２と５０３の位置ずれには露光装置がそれぞれのチップを露光するときの位置精度、即ち投影レンズのステッピングディストーションによる誤差を含んでいる。
【００５４】
そこで、遮光体を用いることなく形成された５０５，５０６のボックス・イン・ボックスパターンを用いる。このパターンはフォーカスに対して位置ずれを起こさない。もし、ずれたとすればステッピングディストーションによるものである。そこで、この５０５，５０６のボックス・イン・ボックスパターンの位置ずれを測定し、その値を５０２，５０３の位置ずれ値から差し引くことで、位置ずれが純粋にフォーカスに起因するものとなる。
【００５５】
以下に、実際のデバイスパターンの露光で用いられることの多い輪帯照明を例にしてその効果を示す。図６（ａ）に照明に遮光体がない状態、いわゆる通常の照明にてフォーカスモニタパターンを照明した場合の瞳面での回折光の位置関係を示す。本実施形態で用いるフォーカスモニタ用パターンが比較的大きなピッチであるならば、回折光の内、０次回折光の占める割合が非常に高いので、０次回折光の軌道で代表されると考えて差し支えない。フォーカスモニタ用パターンがデバイスパターンと同程度の寸法である場合は±１次光も解像に寄与するが、原理的には同じである。説明のため図６では、輪帯照明光のうちで解像に寄与する最も強度の強い部分のみを模式的に記すが、本来はこの強度は分布を持つ。
【００５６】
図６（ａ）では、ウェハ面に対して光強度が左右対称となっていることが分かる。即ち、フォーカス位置に対して転写されたパターンの位置ずれは起こり得ない状態である。これに対して、図６（ｂ）のように示すように、遮光体により照明の一部（ここでは半分の例を示す）が遮光されると、ウェハ面に対して光強度は対称ではなくなる。このため、フォーカス位置に対して転写されたパターンの位置がずれることになる。このように、フォーカスに対して振るまいが異なる二組のパターンをウェハ上に転写し、その相対位置ずれ量を測定できれば正確なフォーカスモニタが可能となる。
【００５７】
図７に、本実施形態での結果を示す。横軸はデフォーカスで、縦軸には遮光体で覆っていないパターン５０２と遮光体半分覆ったパターン５０３との相対位置ずれ量からパターン５０５，５０６間の相対位置ずれ量を差し引いた値をとっている。この図から、０．１μｍのデフォーカスに対して約２０ｎｍの位置シフト量が測定され、フォーカスずれを十分に検出できるのが分かる。
【００５８】
なお、本実施形態では照明形状として輪帯照明を用いたが、これに限定される物ではなく、これ以外での照明形状でも同じような効果が得られる。また、本実施形態においては内側ボックスパターンに対応する位置に照明光に対する遮光体４０４を配置したが、本発明を限定するものではなく、外側ボックスパターンに対して照明光の一部を遮光する遮光体を配置してもよい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、露光時におけるウェハ上のフォーカスモニタを高精度に行うことが可能になった。これまでにもフォーカスモニタを行う方法はあったが、その目的のために特別なパターンを用いるか若しくは位相透過膜を用いなければならないという制限があった。本実施形態では、そのような特殊なマスクを用いることなく既存のマスクを用いて、それに若干の改良を加えることで高精度なフォーカスモニタができるようになった。測定においては、既存のアライメント精度測定装置を使用することができるので、この目的のために特に新たな装置を使う必要もない。
【００６０】
また、フォーカスモニタを行うためにアライメント精度計測用パターンと遮光体により照明の一部を遮ることにより、フォーカスに対して位置ずれを起こさせることができる。この位置ずれをアライメント検査装置で読みとれば、この測定がそのままウェハ面のフォーカスモニタとなる。本実施形態によりロットリンクでのフォーカスモニタが可能となり、常に適正なフォーカスにより露光することができるようになり、その結果、歩留まりの向上が期待できる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図である。なお、図中の８０１，８０２，８０３，８０７，８０８，８０９は、図４中の４０１，４０２，４０３，４０７，４０８，４０９に相当している。
【００６２】
本実施形態では、フォーカスモニタパターンの基本構成としては、同一マスク上に隣接して存在する二組以上のパターン群Ａ（８０３），Ｂ（８０２）を用いる。これらのパターン群Ａ，Ｂ間の距離ｐは予めマスク８０７上にて測定しておく。パターン群Ｂについては通常の状態で露光を行うが、パターン群Ａを露光する場合には照明光に対しては、図のような遮光体８０４を配置し照明光源が軸はずれの状態で露光を行う。このとき、ウェハ面でフォーカスがずれた場合、後述の理由によりパターン群ＡとＢに関してその振る舞いが異なる。具体的には、フォーカスずれによりパターン群Ａはフォーカスずれによって位置ずれを起こすことはないが、パターン群Ｂはフォーカスずれによりその位置がずれウェハ上に転写される。
【００６３】
図９に、この方法を用いて露光されたウェハ上の転写パターンを示す。チップ９０９上において、９０３はパターン群Ａ（８０３）が露光されたパターンである。９０３’はフォーカスずれが無かった場合に転写されるべき位置であるが、本実施形態ではウェハ面のフォーカスずれのためパターン群Ａが位置ずれを起こしている。９０２はパターン群Ｂ（８０２）が露光されたパターンである。パターン群Ｂを照明する照明光は軸ずれを起こさせていないため、フォーカスずれが起こっていてもパターン９０２の位置がずれることはない。
【００６４】
そこで、ウェハ上の転写パターン９０２と９０３の間の距離を測定し、この値から本来マスク上にて離れていた距離ｐをウェハ上での値に換算した値で差し引くことで、フォーカスずれに起因するパターン群Ａの位置ずれ量が測定される。そして、この位置ずれ量を求めることでフォーカスモニタが可能になる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図である。なお、図中の１００１，〜，１００９は、図４中の４０１，〜，４０９にそれぞれ相当している。
【００６６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ボックス・イン・ボックスパターンの代わりにラインパターンを用いたことにある。即ち、図１０に示すように、同一マスク１００７上の両端に二組のラインパターン１００２，１００３，１００５，１００６を配置し、そのうち一つのパターン１００３に対してのみ、そのパターンの対応する位置に遮光体１００４を配置する。これらのパターンは、ステップアンドリピートにより１００２と１００３同士、１００５と１００６同士がちょうど重なるように露光する。
【００６７】
このうちのラインパターン１００３は、第１の実施形態と同様に、フォーカスずれが生じた場合には位置ずれを起こす。位置ずれを起こすと、本来ちょうど重なるはずだったパターンの片方の位置がずれることになるので、その分二本重ねて露光した線幅が太くなる。図１１に、ウェハ上の各チップに露光されたパターンの例を示す。図中の１１０２，１１０３，１１０５，１１０６はそれぞれ、図９中のパターン９０２，９０３，９０５，９０６の転写パターンを示している。また、１１０３’はフォーカスずれがない場合にパターン１１０３が形成される位置を示している。
【００６８】
ここで、パターンを二本重ねたときの線幅が変わる要因としては、フォーカスずれだけでなく第１の実施形態と同様に、露光装置のステッピングによる位置ずれも含んでいる。そこで、１００５，１００６の二本のラインインパターンを用いてステッピング精度のみによる線幅の変化をモニタしておく必要がある。もちろんこれら１００５，１００６のラインパターンには遮光体はない。重ね合わせて露光した部分で二本の線幅を測定する。
【００６９】
片方はステッピングにより線幅が変化する可能性があり、もう片方はこれに加えてフォーカスにより線幅が変化する可能性があるから、後者の線幅から前者の線幅を差し引くことで、フォーカスのみに依存する線幅の変動が観測できる。あとはこの線幅とフォーカスの関係を予め求めておけば、この線幅値からそのままフォーカスモニタが可能となる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたパターンを示す図である。なお、図１２中の１２０２，１２０３，１２０５，１２０６は、図１１中の１１０２，１１０３，１１０５，１１０６に相当している。
【００７１】
本実施形態では、第３の実施形態の図１０と同じ露光装置システムを用いるが、マスクの両端に配置されたパターンを重ね合わせず、図１２のように隣接するチップのパターン近傍に来るように露光を行う点が異なる。モニタ方法としてはパターン１２０２，１２０３間の距離を求める。この距離には、フォーカスによる位置ずれと露光装置のステッピングによる位置ずれの両者が含まれる。そこで、ステッピングによる分を１２０５，１２０６間の距離から求めこれを差し引くことでフォーカスモニタが可能になる。
【００７２】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同様にしてフォーカスモニタが可能であり、しかもパターンの寸法ではなくパターン間の距離を測定していることから、フォーカスずれの方向も検出することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明のフォーカスモニタ方法に用いるマスクの断面図を示し、１３０１は遮光体、１３０２はフォーカスモニタパターン、１３０３は透明基板である。
【００７４】
第１〜第４の実施形態において照明光を遮光する手段とは、フォーカスモニタ用パターンに対応するマスクの裏面若しくはその近傍に照明光の一部を遮光する遮光体１３０１を配置することである。このように遮光体１３０１をマスク裏面に配置すれば、本来このモニタパターンの露光に用いられるべき照明光の一部が遮光され、図１３中の照明光線１３０４が遮光され、照明光線１３０５のみがこのパターンの露光に用いられる。これにより、照明光源の重心が光学軸からはずれることになり、第１〜第４の実施形態で説明したようなフォーカスモニタが可能となる。
【００７５】
（第６の実施形態）
第５の実施形態のように照明光の一部を遮光する代わりに、フォーカスモニタ用パターンに対応するマスク裏面若しくはその近傍に、照明光に角度を付けるような光学素子を配置してもよい。図１４（ａ）は、本実施形態でのマスクの断面図であり、１４０１は光学素子、１４０２はフォーカスモニタパターン、１４０３は透明基板である。
【００７６】
本実施形態のマスクでは、直上から入射した照明光が光学素子１４０１によりレチクル上のフォーカスモニタ用パターン１４０２を斜めから照明する光１４０４となる。つまり、この光学素子１４０１を利用することでフォーカスモニタパターン１４０２を斜めから照明することができるため、第５の実施形態と同様の効果を得ることができ、フォーカスモニタが可能となる。
【００７７】
なお、図１４（ａ）ではウェッジタイプの光学素子を用いたが、本発明を限定するものではなく、図１４（ｂ）に示すようなグレーティングタイプの光学素子でも構わない。
【００７８】
（第７の実施形態）
第５の実施形態においては、フォーカスモニタ用パターンに用いる遮光体をマスク裏面に配置した。これと同様の効果を、他の場所に遮光体を配置しても得ることができる。
【００７９】
図１５に、本実施形態の模式図を示す。なお、図中の１５０１は遮光体、１５０２はブラインド面、１５０３は投影レンズ、１５０４はマスク、１５０５はフォーカスモニタ用パターン、１５０６は投影レンズ、１５０７はウェハ面、１５０８は照明光を示している。
【００８０】
マスク１５０４の裏面と光学的にほぼ共役なブラインド面１５０２の近傍に遮光体１５０１を配置し、第１の実施形態に記載のボックスパターン１５０５又は第３の実施形態に記載のフォーカスモニタ用パターンを照明することによって、第６の実施形態と同様な効果が得られ、フォーカスモニタが可能となる。なお、本実施形態では遮光体をブラインド面付近に配置したが、本発明を限定するものではなく、光学的に共役なる位置であれば何ら構わない．
（第８の実施形態）
第７の実施形態においてはブラインド面近傍に遮光体を配置することによりフォーカスモニタを可能にしたが、同じくブラインド面に第６の実施形態で用いたような光学素子を配置することによってもフォーカスモニタが可能になる。
【００８１】
図１６（ａ）に、本実施形態の模式図を示す。図中の１６０１〜１６０８はそれぞれ、図１５中の１６０１〜１６０８に相当し、１６０９は光学素子１６０１により傾けられた照明光を示している。フォーカスモニタ用パターン１６０５に対応する照明光を、マスク１６０４の裏面と光学的にほぼ共役なブラインド面１６０２の近傍に設けた光学素子１６０１により傾けることにより、第７の実施形態と同様な効果を生み出すことが可能となる。
【００８２】
図１６（ｂ）に瞳面での照明光の位置関係を示す。図では輪帯照明の場合を示している。１６１０は投影レンズのＮＡである。瞳面において本来透過すべき照明光の位置１６１１に対して１６１２のように照明光の中心位置を投影レンズＮＡの中心位置からずらすことによって、図６（ｂ）のようにウェハ面に対して非対称な光強度分布を形成することができ、フォーカスに対してモニタパターンが位置ずれを起こすので、フォーカスモニタが可能となる。
【００８３】
なお、図１６（ａ）ではウェッジタイプの光学素子を用いたが、本発明を限定するものではなく、図１７に示すようなグレーティングタイプの光学素子でも構わない。図１７中の１７０１〜１７０９は図１６中の１６０１〜１６０９にそれぞれ対応している。また、本実施形態では光学素子をブラインド面付近に配置したが、本発明を限定するものではなく、光学的に共役なる位置であれば何ら構わない．
（第９の実施形態）
第１の実施形態においては、マスク裏面に遮光体を設け、フォーカスモニタパターンへの照明光の一部を遮光する。この場合、同じマスク上に存在するデバイスパターンに与える影響も考慮する必要がある。即ち、デバイスパターンの露光に用いられるべき光を遮ると、本来正常に露光されるべきデバイスパターンに大きな影響を与える恐れがある。従って、このフォーカスモニタ方法はデバイスパターンへの影響を避けて行う必要がある。
【００８４】
図１８（ａ）にマスク断面図における例を示す。図中の１８０１は遮光体、１８０２はフォーカスモニタパターン、１８０３は透明基板、１８０６はマスクに存在するデバイスパターンを示している。遮光体１８０１，フォーカスモニタパターン１８０２，デバイスパターン１８０６の位置関係は図に示す通りであり、遮光体１８０１のエッジはフォーカスモニタパターン１８０２の中心位置に相当するものとする。
【００８５】
デバイスパターンを露光するはずの照明光が遮光体１８０１により遮光されないようにするためには、デバイスパターンの最端部から下記の（１）式を満足する位置にフォーカスモニタパターン１８０２を配置する必要がある。
【００８６】
Ｌ ＞ ｗ×ｔａｎθ …（１）
ここで、Ｌはデバイスパターンからボックス・イン・ボックスパターンまでの距離、Ｗはマスクの厚さ、θはマスク材中での照明角度である。投影レンズのウェハ側開口数をＮＡ、マスク材（通常ＳｉＯ2 ）の露光光での屈折率をｎ、マスク倍率をＭ、とするとｓｉｎθ＝ＮＡ／ｎＭ で決められるところの角度である。
【００８７】
この条件を満足しない場合は図１８（ｂ）のようになり、ボックスパターン裏面の遮光体１８０１によりデバイスパターンを露光するはずの照明光も遮光されてしまうことになる。そこで、（１）式を満足すればデバイスパターンに何の影響も及ぼさないようにフォーカスモニタが可能となる。
【００８８】
（第１０の実施形態）
第５の実施形態においては、ボックスパターンを遮光するためにマスク裏面に遮光体を配置したが、デバイスパターンに全く影響を与えないようにするためには前記（１）式を満足させる必要があった（図１８（ａ））。しかし、マスクの厚さが決まっているため、フォーカスモニタパターンをデバイスパターン領域から少なくともＷ×ｔａｎθだけ離す必要があり、これはチップ面積の増大を招くことになる。チップの面積を小さくするためには、この距離を出来るだけ小さくすればよい。
【００８９】
図１９に、本実施形態におけるマスクの構成断面を示す。図中の１９０１は遮光体、１９０２はフォーカスモニタパターン、１９０３は透明基板、１９０６はマスクに存在するデバイスパターンを示している。この図のように、透明基板１９０３の内部に遮光体１９０１を埋め込む若しくは基板内部に遮光体１９０１を形成することができれば、前記（１）式のＷが小さくなり、その分だけフォーカスモニタパターンをデバイスパターン領域の近くに配置できるようになる。
【００９０】
このようなマスクを用いることより、デバイスパターンとフォーカスモニタパターンとの間の距離Ｌをより小さくした状態でフォーカスモニタが可能となり、チップ面積の縮小化につながる。
【００９１】
なお、本発明は上述した各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できる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、マスクに形成されたフォーカスモニタ用のパターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、別のパターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明し、基板上に形成されたパターン群Ａとパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することによってフォーカスずれを測定することが可能となる。そしてこの場合、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフォーカスモニタに用いられる菱形モニタパターン、この菱形パターンを転写して得られたレジストパターンを示す図。
【図２】従来のフォーカスモニタ技術において菱形モニタパターンを転写したときの長さとその時のフォーカスとの関係を示す図。
【図３】第１の実施形態に用いるボックス・イン・ボックスパターンの例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図５】第１の実施形態で露光された２チップとその中のフォーカスモニタパターンを示す図。
【図６】遮光されない輪帯照明における光強度とフォーカスとの関係（ａ）及び半分遮光された輪帯照明における光強度とフォーカスとの関係（ｂ）を示す図。
【図７】第１の実施形態におけるフォーカスずれと位置ずれとの関係を示す図。
【図８】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図９】第２の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１０】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１１】第３の実施形態で露光された２チップとその中のフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１２】第４の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１３】第５の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１４】第６の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１５】第７の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１６】第８の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１７】第８の実施形態におけるシステム構成の他の例を示す図。
【図１８】第９の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１９】第１０の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【符号の説明】
４０１，８０１，１００１…輪帯照明
４０２…外側ボックスパターン（パターン群Ｂ）
４０３…内側ボックスパターン（パターン群Ａ）
４０４，８０４，１００４…遮光体
４０５…外側ボックスパターン（パターン群Ｄ）
４０６…内側ボックスパターン（パターン群Ｃ）
４０７，８０７，１００７…マスク
４０８，８０８，１００８…ウェハ
４０９，８０９，１００９…チップ
５０２，５０３，５０５，５０６，１１０２，１１０３，１１０５，１１０６，１２０２，１２０３，１２０５，１２０６…ウェハ上の転写パターン
５０３’…パターン５０３が本来転写されるべき位置
８０２，１００２…ラインパターン（パターン群Ｂ）
８０３，１００３…ラインパターン（パターン群Ａ），
９０２，９０３…ウェハ上の転写パターン
９０３’，１００３’…パターンが本来転写されるべき位置
１００５…ラインパターン（パターン群Ｄ）
１００６…ラインパターン（パターン群Ｃ）
１３０１，１８０１，１９０１…遮光体
１３０２，１４０２，１８０２，１９０２…フォーカスモニタパターン
１３０３，１４０３，１８０３，１９０３…透明基板
１３０４，１３０５…照明光線
１４０１…光学素子
１４０４…照明光の一部
１５０１…遮光体
１５０２，１６０２，１７０２…ブラインド面
１５０３，１６０３，１７０３…投影レンズ
１５０４，１６０４，１７０４…マスク
１５０５，１６０５，１７０５…フォーカスモニタパターン
１５０６，１６０６，１７０６…投影レンズ
１５０７，１６０７，１７０７…ウェハ面
１５０８，１６０８，１７０８…照明光
１６０１，１７０１…光学素子
１６０９，１７０９…光学素子により傾けられた照明光
１６１０…投影レンズにおけるＮＡ
１６１１…照明光１６０８が透過する位置
１６１２…照明光１６０９が透過する位置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に際して、投影露光装置におけるフォーカス制御を設定するのに適したフォーカスモニタ方法に関する。また、このフォーカスモニタ方法を用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化に伴い、露光量裕度や焦点深度などのプロセスマージンを十分に得ることが難しくなっている。そのため、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐためには、より高精度に露光量及びフォーカスをモニタする技術が必要になっている。
【０００３】
従来のフォーカスを管理する手法では、図１（ａ）に示すような菱形マーク１０１が形成されたＱＣマスクを用い、フォーカス値を変化させて露光を行い、図１（ｂ）に示すようなウェハに転写された菱形マーク１０２のパターン長Ｌが最長となるフォーカス点をベストフォーカスとしていた。この場合、パターン長Ｌとデフォーカスの関係は図２に示すようになる（特開平１０−３３５２０８号公報）。
【０００４】
菱形マークは最適なフォーカス点では細かい部分まで解像されるが、デフォーカスされるに従い細かい部分に対する解像度が低下する。そのため、ウェハ上に転写される菱形マークのパターン長Ｌは、ベストフォーカスの位置で最大値となり、プラスマイナスのデフォーカスに対してほぼ対称な特性を示す。このマークの利用法としては、ロットを流す前に先行してデフォーカスを変化させて露光することにより、ベストフォーカスを求めることに適用できる。
【０００５】
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があった。即ち、菱形マークを用いて同一露光条件で露光されているロットのフォーカス条件を管理しようとした場合、転写後の菱形マークのパターン長Ｌをモニタしただけでは、
（１）フォーカスのずれ方向が分からない
（２）露光量の変動による影響を受けてしまう
という問題があった。
【０００６】
また、もう一つのフォーカスモニタ方法として、露光量に影響されずにフォーカスの変動量をパターンの位置ずれ量として検出する方法が提案されている（Phase shift focus monitor applications to lithography tool control, D.Wheeler et.al., SPIE vol.3051, pp225-233）。しかしながら、この方法におけるマークによるフォーカスの検出感度は光源形状（σ形状）に大きく依存し、比較的低σの露光条件においては十分に感度が得られるものの、従来用いられる条件である比較的大きなσ条件、又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。さらに、上記の手法ではマーク作成において位相シフト膜を形成する必要があるため、マスク製造上の負担が大きくなり、ＱＣマスクへの適用について実現性はあるものの、実デバイスマスクへ適用することは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、投影光学系によるフォーカスをモニタするには、露光用マスクとは別に菱形マークや位相シフト膜を設けた特殊なフォーカスモニタ用マスクを用いる必要があった。また、菱形マークを用いる手法では、フォーカスのずれ方向が分からないことや露光量の変動による影響を受けてしまう問題があった。さらに、位相シフト膜を用いる手法では、マスク製造上の負担が大きくなることに加え、比較的大きなσ条件又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することのできるフォーカスモニタ方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上記のフォーカスモニタ方法を用いた露光装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１２】
即ち本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置ずれ量αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの相対的な位置ずれ量βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００１４】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１５】
(1) パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるボックス・イン・ボックスパターンにおける外側ボックスパターンと内側ボックスパターンの組み合わせであること。
【００１６】
(2) パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるバーインバーパターンにおける外側バーターンと内側バーパターンの組み合わせであること。
【００１７】
(3) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００１８】
(4) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００１９】
(5) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２０】
(6) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００２１】
(7) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００２２】
(8) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子として、ウェッジ型の透過部材又は回折格子を用いること。
【００２３】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって前記基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの距離αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの距離βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とする。
【００２５】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００２６】
(1) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２７】
(2) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００２８】
(3) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００２９】
(4) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００３０】
(5) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００３１】
(6) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子として、ウェッジ型の透過部材又は回折格子を用いること。
【００３２】
また本発明は、電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置されており、パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定する手段とを有することを特徴とする。
【００３３】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００３４】
(1) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光すること。
【００３５】
(2) 照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置すること。
【００３６】
(3) 光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であること。
【００３７】
(4) 光路を一方向に偏向せしめる光学素子は、ウェッジ型の透過部材又は回折格子であること。
【００４３】
（作用）
モニタ用のパターンを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明すると、試料上に形成されるパターンにはフォーカスずれに伴う位置ずれが生じる。一方、モニタ用のパターンを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明すると、試料上に形成されるパターンにはフォーカスずれに伴う位置ずれは生じない。従って、パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明することにより、基板上に形成されたパターン群Ａとパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することによってフォーカスずれを測定することが可能となる。
【００４４】
また本発明では、フォーカスモニタパターンとして、通常の合わせずれ検査に用いるボックス・イン・ボックスパターンを使うことができる。ボックス・イン・ボックスパターンのマスク裏面にてその一部を覆えば露光条件として最もよく用いられる輪帯照明条件下で回折光の割合が異なるいわゆるテレセンずれを起こすことができる。そのため、デフォーカスに伴い転写されるボックス・イン・ボックスパターンの位置がずれる。この位置ずれを合わせずれ検査装置などで測定すれば露光時のフォーカス値を簡単にモニタすることができる。これにより、フォーカス変動量を、位相シフト等の特殊なパターンを用いることなく高精度で測定することが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００４６】
（第１の実施形態）
図３〜７に基づいて、本発明の第１の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を説明する。本実施形態は、露光プロセス中に生じるフォーカス変動量を、位相シフト等の特殊なパターンを用いることなく高精度で測定しようというものである。
【００４７】
フォーカスモニタパターンの基本構成としては、同一マスク上に存在する二組以上のパターンを用いる。本実施形態における構成は、図３に示すように、アライメント検査などで広く用いられているボックス・イン・ボックスパターンを使い、その外側ボックスパターン３０１か内側ボックスパターン３０２のいずれか片方の組のパターンに対し、照明する照明光の一部を遮光する手段を有する。
【００４８】
図４には、照明（輪帯照明）４０１によってマスク４０７を照明し、このマスク４０７のパターンを投影光学系（図示せず）を介してウェハ４０８上のチップ４０９に転写する様子を示す。フォーカスモニタパターンとしては、図示のように、内側ボックスパターン４０３（パターン群Ａ），４０６（パターン群Ｃ）と外側ボックスパターン４０２（パターン群Ｂ），４０５（パターン群Ｄ）をそれぞれ２つずつマスク４０７上の両端に配置する。
【００４９】
より具体的には、マスク４０７のデバイスパターン領域の外側にあるダイシングライン内に各々のボックスパターンを配置する。さらに、内側ボックスパターン４０３，４０６はデバイスパターン領域の右側のダイシングラインに、外側ボックスパターン４０２，４０５はデバイスパターン領域の左側のダイシングラインに配置する。但し、内側ボックスパターン４０３に関してはこのパターンを照明する照明光の一部を遮光するように遮光体４０４を配置する。具体的には、内側ボックスパターン４０３の位置に対応するマスク裏面に遮光体４０４を配置する。
【００５０】
このようなマスクを用いてパターンをウェハ上に転写する。具体的な手順は以下の通りである。まず、マスク４０７を光露光装置にロードし、レジストを塗布したウェハ４０８を露光装置内に導入し、光露光装置にて図４に示すようにステップアンドリピートしながらマスクパターンをウェハ４０８上に転写する。このパターン転写は、マスクパターン領域を一括して露光するステッパでもマスクパターン領域をスキャンして露光するスキャナであってもいずれでもよい。その際のステッピング量は、デバイスパターンをウェハ４０８上にどのようにレイアウトするかによって決定される。
【００５１】
上記のようにして露光した際には、内側ボックスパターン４０３，４０６と外側ボックスパターン４０２，４０５との設計上の中心が一致するように露光される。即ち、マスク４０８上に両ボックスパターンをレイアウトする際に重要なことは、想定されたステッピングにて理想的にステッピングして露光された場合に、ウェハ上での両ボックスパターンの中心位置が一致して露光されるように両ボックスパターンの位置を決定することである。
【００５２】
図５は、ウェハ上に露光されたチップの模式図である。図中の５０２，５０３，５０５，５０６はそれぞれ、図４中のボックスパターン４０２，４０３，４０５，４０６の転写パターンを示している。また、左側がチップ領域はＮ回目の露光により転写され、右側のチップ領域はＮ＋１回路の露光により転写されるものである。
【００５３】
一部遮光された照明で露光されたパターン５０３は、後述する理由でフォーカスずれに伴い転写されたパターンの位置がずれる。もし、フォーカスずれがない場合には、外側ボックスパターン５０２の中心に重なる、図中の５０３’に位置するはずである。従って、マスク４０７上のパターン４０２，４０３によってウェハ４０８上に形成されたボックス・イン・ボックスパターン５０２，５０３の位置ずれを測定すれば、フォーカスをモニタすることが可能になる。しかしながら、二つのチップにまたがる露光によりボックス・イン・ボックスパターンが形成されるため、５０２と５０３の位置ずれには露光装置がそれぞれのチップを露光するときの位置精度、即ち投影レンズのステッピングディストーションによる誤差を含んでいる。
【００５４】
そこで、遮光体を用いることなく形成された５０５，５０６のボックス・イン・ボックスパターンを用いる。このパターンはフォーカスに対して位置ずれを起こさない。もし、ずれたとすればステッピングディストーションによるものである。そこで、この５０５，５０６のボックス・イン・ボックスパターンの位置ずれを測定し、その値を５０２，５０３の位置ずれ値から差し引くことで、位置ずれが純粋にフォーカスに起因するものとなる。
【００５５】
以下に、実際のデバイスパターンの露光で用いられることの多い輪帯照明を例にしてその効果を示す。図６（ａ）に照明に遮光体がない状態、いわゆる通常の照明にてフォーカスモニタパターンを照明した場合の瞳面での回折光の位置関係を示す。本実施形態で用いるフォーカスモニタ用パターンが比較的大きなピッチであるならば、回折光の内、０次回折光の占める割合が非常に高いので、０次回折光の軌道で代表されると考えて差し支えない。フォーカスモニタ用パターンがデバイスパターンと同程度の寸法である場合は±１次光も解像に寄与するが、原理的には同じである。説明のため図６では、輪帯照明光のうちで解像に寄与する最も強度の強い部分のみを模式的に記すが、本来はこの強度は分布を持つ。
【００５６】
図６（ａ）では、ウェハ面に対して光強度が左右対称となっていることが分かる。即ち、フォーカス位置に対して転写されたパターンの位置ずれは起こり得ない状態である。これに対して、図６（ｂ）のように示すように、遮光体により照明の一部（ここでは半分の例を示す）が遮光されると、ウェハ面に対して光強度は対称ではなくなる。このため、フォーカス位置に対して転写されたパターンの位置がずれることになる。このように、フォーカスに対して振るまいが異なる二組のパターンをウェハ上に転写し、その相対位置ずれ量を測定できれば正確なフォーカスモニタが可能となる。
【００５７】
図７に、本実施形態での結果を示す。横軸はデフォーカスで、縦軸には遮光体で覆っていないパターン５０２と遮光体半分覆ったパターン５０３との相対位置ずれ量からパターン５０５，５０６間の相対位置ずれ量を差し引いた値をとっている。この図から、０．１μｍのデフォーカスに対して約２０ｎｍの位置シフト量が測定され、フォーカスずれを十分に検出できるのが分かる。
【００５８】
なお、本実施形態では照明形状として輪帯照明を用いたが、これに限定される物ではなく、これ以外での照明形状でも同じような効果が得られる。また、本実施形態においては内側ボックスパターンに対応する位置に照明光に対する遮光体４０４を配置したが、本発明を限定するものではなく、外側ボックスパターンに対して照明光の一部を遮光する遮光体を配置してもよい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、露光時におけるウェハ上のフォーカスモニタを高精度に行うことが可能になった。これまでにもフォーカスモニタを行う方法はあったが、その目的のために特別なパターンを用いるか若しくは位相透過膜を用いなければならないという制限があった。本実施形態では、そのような特殊なマスクを用いることなく既存のマスクを用いて、それに若干の改良を加えることで高精度なフォーカスモニタができるようになった。測定においては、既存のアライメント精度測定装置を使用することができるので、この目的のために特に新たな装置を使う必要もない。
【００６０】
また、フォーカスモニタを行うためにアライメント精度計測用パターンと遮光体により照明の一部を遮ることにより、フォーカスに対して位置ずれを起こさせることができる。この位置ずれをアライメント検査装置で読みとれば、この測定がそのままウェハ面のフォーカスモニタとなる。本実施形態によりロットリンクでのフォーカスモニタが可能となり、常に適正なフォーカスにより露光することができるようになり、その結果、歩留まりの向上が期待できる。
【００６１】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図である。なお、図中の８０１，８０２，８０３，８０７，８０８，８０９は、図４中の４０１，４０２，４０３，４０７，４０８，４０９に相当している。
【００６２】
本実施形態では、フォーカスモニタパターンの基本構成としては、同一マスク上に隣接して存在する二組以上のパターン群Ａ（８０３），Ｂ（８０２）を用いる。これらのパターン群Ａ，Ｂ間の距離ｐは予めマスク８０７上にて測定しておく。パターン群Ｂについては通常の状態で露光を行うが、パターン群Ａを露光する場合には照明光に対しては、図のような遮光体８０４を配置し照明光源が軸はずれの状態で露光を行う。このとき、ウェハ面でフォーカスがずれた場合、後述の理由によりパターン群ＡとＢに関してその振る舞いが異なる。具体的には、フォーカスずれによりパターン群Ａはフォーカスずれによって位置ずれを起こすことはないが、パターン群Ｂはフォーカスずれによりその位置がずれウェハ上に転写される。
【００６３】
図９に、この方法を用いて露光されたウェハ上の転写パターンを示す。チップ９０９上において、９０３はパターン群Ａ（８０３）が露光されたパターンである。９０３’はフォーカスずれが無かった場合に転写されるべき位置であるが、本実施形態ではウェハ面のフォーカスずれのためパターン群Ａが位置ずれを起こしている。９０２はパターン群Ｂ（８０２）が露光されたパターンである。パターン群Ｂを照明する照明光は軸ずれを起こさせていないため、フォーカスずれが起こっていてもパターン９０２の位置がずれることはない。
【００６４】
そこで、ウェハ上の転写パターン９０２と９０３の間の距離を測定し、この値から本来マスク上にて離れていた距離ｐをウェハ上での値に換算した値で差し引くことで、フォーカスずれに起因するパターン群Ａの位置ずれ量が測定される。そして、この位置ずれ量を求めることでフォーカスモニタが可能になる。従って、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６５】
（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図である。なお、図中の１００１，〜，１００９は、図４中の４０１，〜，４０９にそれぞれ相当している。
【００６６】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ボックス・イン・ボックスパターンの代わりにラインパターンを用いたことにある。即ち、図１０に示すように、同一マスク１００７上の両端に二組のラインパターン１００２，１００３，１００５，１００６を配置し、そのうち一つのパターン１００３に対してのみ、そのパターンの対応する位置に遮光体１００４を配置する。これらのパターンは、ステップアンドリピートにより１００２と１００３同士、１００５と１００６同士がちょうど重なるように露光する。
【００６７】
このうちのラインパターン１００３は、第１の実施形態と同様に、フォーカスずれが生じた場合には位置ずれを起こす。位置ずれを起こすと、本来ちょうど重なるはずだったパターンの片方の位置がずれることになるので、その分二本重ねて露光した線幅が太くなる。図１１に、ウェハ上の各チップに露光されたパターンの例を示す。図中の１１０２，１１０３，１１０５，１１０６はそれぞれ、図９中のパターン９０２，９０３，９０５，９０６の転写パターンを示している。また、１１０３’はフォーカスずれがない場合にパターン１１０３が形成される位置を示している。
【００６８】
ここで、パターンを二本重ねたときの線幅が変わる要因としては、フォーカスずれだけでなく第１の実施形態と同様に、露光装置のステッピングによる位置ずれも含んでいる。そこで、１００５，１００６の二本のラインインパターンを用いてステッピング精度のみによる線幅の変化をモニタしておく必要がある。もちろんこれら１００５，１００６のラインパターンには遮光体はない。重ね合わせて露光した部分で二本の線幅を測定する。
【００６９】
片方はステッピングにより線幅が変化する可能性があり、もう片方はこれに加えてフォーカスにより線幅が変化する可能性があるから、後者の線幅から前者の線幅を差し引くことで、フォーカスのみに依存する線幅の変動が観測できる。あとはこの線幅とフォーカスの関係を予め求めておけば、この線幅値からそのままフォーカスモニタが可能となる。
【００７０】
（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたパターンを示す図である。なお、図１２中の１２０２，１２０３，１２０５，１２０６は、図１１中の１１０２，１１０３，１１０５，１１０６に相当している。
【００７１】
本実施形態では、第３の実施形態の図１０と同じ露光装置システムを用いるが、マスクの両端に配置されたパターンを重ね合わせず、図１２のように隣接するチップのパターン近傍に来るように露光を行う点が異なる。モニタ方法としてはパターン１２０２，１２０３間の距離を求める。この距離には、フォーカスによる位置ずれと露光装置のステッピングによる位置ずれの両者が含まれる。そこで、ステッピングによる分を１２０５，１２０６間の距離から求めこれを差し引くことでフォーカスモニタが可能になる。
【００７２】
本実施形態によれば、第３の実施形態と同様にしてフォーカスモニタが可能であり、しかもパターンの寸法ではなくパターン間の距離を測定していることから、フォーカスずれの方向も検出することができる。
【００７３】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明のフォーカスモニタ方法に用いるマスクの断面図を示し、１３０１は遮光体、１３０２はフォーカスモニタパターン、１３０３は透明基板である。
【００７４】
第１〜第４の実施形態において照明光を遮光する手段とは、フォーカスモニタ用パターンに対応するマスクの裏面若しくはその近傍に照明光の一部を遮光する遮光体１３０１を配置することである。このように遮光体１３０１をマスク裏面に配置すれば、本来このモニタパターンの露光に用いられるべき照明光の一部が遮光され、図１３中の照明光線１３０４が遮光され、照明光線１３０５のみがこのパターンの露光に用いられる。これにより、照明光源の重心が光学軸からはずれることになり、第１〜第４の実施形態で説明したようなフォーカスモニタが可能となる。
【００７５】
（第６の実施形態）
第５の実施形態のように照明光の一部を遮光する代わりに、フォーカスモニタ用パターンに対応するマスク裏面若しくはその近傍に、照明光に角度を付けるような光学素子を配置してもよい。図１４（ａ）は、本実施形態でのマスクの断面図であり、１４０１は光学素子、１４０２はフォーカスモニタパターン、１４０３は透明基板である。
【００７６】
本実施形態のマスクでは、直上から入射した照明光が光学素子１４０１によりレチクル上のフォーカスモニタ用パターン１４０２を斜めから照明する光１４０４となる。つまり、この光学素子１４０１を利用することでフォーカスモニタパターン１４０２を斜めから照明することができるため、第５の実施形態と同様の効果を得ることができ、フォーカスモニタが可能となる。
【００７７】
なお、図１４（ａ）ではウェッジタイプの光学素子を用いたが、本発明を限定するものではなく、図１４（ｂ）に示すようなグレーティングタイプの光学素子でも構わない。
【００７８】
（第７の実施形態）
第５の実施形態においては、フォーカスモニタ用パターンに用いる遮光体をマスク裏面に配置した。これと同様の効果を、他の場所に遮光体を配置しても得ることができる。
【００７９】
図１５に、本実施形態の模式図を示す。なお、図中の１５０１は遮光体、１５０２はブラインド面、１５０３は投影レンズ、１５０４はマスク、１５０５はフォーカスモニタ用パターン、１５０６は投影レンズ、１５０７はウェハ面、１５０８は照明光を示している。
【００８０】
マスク１５０４の裏面と光学的にほぼ共役なブラインド面１５０２の近傍に遮光体１５０１を配置し、第１の実施形態に記載のボックスパターン１５０５又は第３の実施形態に記載のフォーカスモニタ用パターンを照明することによって、第６の実施形態と同様な効果が得られ、フォーカスモニタが可能となる。なお、本実施形態では遮光体をブラインド面付近に配置したが、本発明を限定するものではなく、光学的に共役なる位置であれば何ら構わない．
（第８の実施形態）
第７の実施形態においてはブラインド面近傍に遮光体を配置することによりフォーカスモニタを可能にしたが、同じくブラインド面に第６の実施形態で用いたような光学素子を配置することによってもフォーカスモニタが可能になる。
【００８１】
図１６（ａ）に、本実施形態の模式図を示す。図中の１６０１〜１６０８はそれぞれ、図１５中の１６０１〜１６０８に相当し、１６０９は光学素子１６０１により傾けられた照明光を示している。フォーカスモニタ用パターン１６０５に対応する照明光を、マスク１６０４の裏面と光学的にほぼ共役なブラインド面１６０２の近傍に設けた光学素子１６０１により傾けることにより、第７の実施形態と同様な効果を生み出すことが可能となる。
【００８２】
図１６（ｂ）に瞳面での照明光の位置関係を示す。図では輪帯照明の場合を示している。１６１０は投影レンズのＮＡである。瞳面において本来透過すべき照明光の位置１６１１に対して１６１２のように照明光の中心位置を投影レンズＮＡの中心位置からずらすことによって、図６（ｂ）のようにウェハ面に対して非対称な光強度分布を形成することができ、フォーカスに対してモニタパターンが位置ずれを起こすので、フォーカスモニタが可能となる。
【００８３】
なお、図１６（ａ）ではウェッジタイプの光学素子を用いたが、本発明を限定するものではなく、図１７に示すようなグレーティングタイプの光学素子でも構わない。図１７中の１７０１〜１７０９は図１６中の１６０１〜１６０９にそれぞれ対応している。また、本実施形態では光学素子をブラインド面付近に配置したが、本発明を限定するものではなく、光学的に共役なる位置であれば何ら構わない．
（第９の実施形態）
第１の実施形態においては、マスク裏面に遮光体を設け、フォーカスモニタパターンへの照明光の一部を遮光する。この場合、同じマスク上に存在するデバイスパターンに与える影響も考慮する必要がある。即ち、デバイスパターンの露光に用いられるべき光を遮ると、本来正常に露光されるべきデバイスパターンに大きな影響を与える恐れがある。従って、このフォーカスモニタ方法はデバイスパターンへの影響を避けて行う必要がある。
【００８４】
図１８（ａ）にマスク断面図における例を示す。図中の１８０１は遮光体、１８０２はフォーカスモニタパターン、１８０３は透明基板、１８０６はマスクに存在するデバイスパターンを示している。遮光体１８０１，フォーカスモニタパターン１８０２，デバイスパターン１８０６の位置関係は図に示す通りであり、遮光体１８０１のエッジはフォーカスモニタパターン１８０２の中心位置に相当するものとする。
【００８５】
デバイスパターンを露光するはずの照明光が遮光体１８０１により遮光されないようにするためには、デバイスパターンの最端部から下記の（１）式を満足する位置にフォーカスモニタパターン１８０２を配置する必要がある。
【００８６】
Ｌ ＞ ｗ×ｔａｎθ …（１）
ここで、Ｌはデバイスパターンからボックス・イン・ボックスパターンまでの距離、Ｗはマスクの厚さ、θはマスク材中での照明角度である。投影レンズのウェハ側開口数をＮＡ、マスク材（通常ＳｉＯ2 ）の露光光での屈折率をｎ、マスク倍率をＭ、とするとｓｉｎθ＝ＮＡ／ｎＭ で決められるところの角度である。
【００８７】
この条件を満足しない場合は図１８（ｂ）のようになり、ボックスパターン裏面の遮光体１８０１によりデバイスパターンを露光するはずの照明光も遮光されてしまうことになる。そこで、（１）式を満足すればデバイスパターンに何の影響も及ぼさないようにフォーカスモニタが可能となる。
【００８８】
（第１０の実施形態）
第５の実施形態においては、ボックスパターンを遮光するためにマスク裏面に遮光体を配置したが、デバイスパターンに全く影響を与えないようにするためには前記（１）式を満足させる必要があった（図１８（ａ））。しかし、マスクの厚さが決まっているため、フォーカスモニタパターンをデバイスパターン領域から少なくともＷ×ｔａｎθだけ離す必要があり、これはチップ面積の増大を招くことになる。チップの面積を小さくするためには、この距離を出来るだけ小さくすればよい。
【００８９】
図１９に、本実施形態におけるマスクの構成断面を示す。図中の１９０１は遮光体、１９０２はフォーカスモニタパターン、１９０３は透明基板、１９０６はマスクに存在するデバイスパターンを示している。この図のように、透明基板１９０３の内部に遮光体１９０１を埋め込む若しくは基板内部に遮光体１９０１を形成することができれば、前記（１）式のＷが小さくなり、その分だけフォーカスモニタパターンをデバイスパターン領域の近くに配置できるようになる。
【００９０】
このようなマスクを用いることより、デバイスパターンとフォーカスモニタパターンとの間の距離Ｌをより小さくした状態でフォーカスモニタが可能となり、チップ面積の縮小化につながる。
【００９１】
なお、本発明は上述した各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できる。
【００９２】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、マスクに形成されたフォーカスモニタ用のパターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、別のパターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明し、基板上に形成されたパターン群Ａとパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することによってフォーカスずれを測定することが可能となる。そしてこの場合、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のフォーカスモニタに用いられる菱形モニタパターン、この菱形パターンを転写して得られたレジストパターンを示す図。
【図２】従来のフォーカスモニタ技術において菱形モニタパターンを転写したときの長さとその時のフォーカスとの関係を示す図。
【図３】第１の実施形態に用いるボックス・イン・ボックスパターンの例を示す図。
【図４】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図５】第１の実施形態で露光された２チップとその中のフォーカスモニタパターンを示す図。
【図６】遮光されない輪帯照明における光強度とフォーカスとの関係（ａ）及び半分遮光された輪帯照明における光強度とフォーカスとの関係（ｂ）を示す図。
【図７】第１の実施形態におけるフォーカスずれと位置ずれとの関係を示す図。
【図８】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図９】第２の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１０】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１１】第３の実施形態で露光された２チップとその中のフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１２】第４の実施形態を説明するためのもので、ウェハ上に露光されたフォーカスモニタパターンを示す図。
【図１３】第５の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１４】第６の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１５】第７の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１６】第８の実施形態に係わるフォーカスモニタ方法を実現するためのシステム構成例を示す図。
【図１７】第８の実施形態におけるシステム構成の他の例を示す図。
【図１８】第９の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【図１９】第１０の実施形態に係わるマスクの構成を示す断面図。
【符号の説明】
４０１，８０１，１００１…輪帯照明
４０２…外側ボックスパターン（パターン群Ｂ）
４０３…内側ボックスパターン（パターン群Ａ）
４０４，８０４，１００４…遮光体
４０５…外側ボックスパターン（パターン群Ｄ）
４０６…内側ボックスパターン（パターン群Ｃ）
４０７，８０７，１００７…マスク
４０８，８０８，１００８…ウェハ
４０９，８０９，１００９…チップ
５０２，５０３，５０５，５０６，１１０２，１１０３，１１０５，１１０６，１２０２，１２０３，１２０５，１２０６…ウェハ上の転写パターン
５０３’…パターン５０３が本来転写されるべき位置
８０２，１００２…ラインパターン（パターン群Ｂ）
８０３，１００３…ラインパターン（パターン群Ａ），
９０２，９０３…ウェハ上の転写パターン
９０３’，１００３’…パターンが本来転写されるべき位置
１００５…ラインパターン（パターン群Ｄ）
１００６…ラインパターン（パターン群Ｃ）
１３０１，１８０１，１９０１…遮光体
１３０２，１４０２，１８０２，１９０２…フォーカスモニタパターン
１３０３，１４０３，１８０３，１９０３…透明基板
１３０４，１３０５…照明光線
１４０１…光学素子
１４０４…照明光の一部
１５０１…遮光体
１５０２，１６０２，１７０２…ブラインド面
１５０３，１６０３，１７０３…投影レンズ
１５０４，１６０４，１７０４…マスク
１５０５，１６０５，１７０５…フォーカスモニタパターン
１５０６，１６０６，１７０６…投影レンズ
１５０７，１６０７，１７０７…ウェハ面
１５０８，１６０８，１７０８…照明光
１６０１，１７０１…光学素子
１６０９，１７０９…光学素子により傾けられた照明光
１６１０…投影レンズにおけるＮＡ
１６１１…照明光１６０８が透過する位置
１６１２…照明光１６０９が透過する位置
Claims (20)
- 電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、
パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、
パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置され、
パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定することを特徴とするフォーカスモニタ方法。 - 電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、
パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、
パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置ずれ量αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの相対的な位置ずれ量βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とするフォーカスモニタ方法。 - パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるボックス・イン・ボックスパターンにおける外側ボックスパターンと内側ボックスパターンの組み合わせであることを特徴とする請求項２記載のフォーカスモニタ方法。
- パターン群Ａとパターン群Ｂの組み合わせ及びパターン群Ｃとパターン群Ｄの組み合わせは、合わせずれ検査で用いられるバーインバーパターンにおける外側バーターンと内側バーパターンの組み合わせであることを特徴とする請求項２記載のフォーカスモニタ方法。
- 電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって前記基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、
パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、
パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とするフォーカスモニタ方法。 - 電磁波又は電子線によって照明されたマスク上のフォーカスモニタ用パターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ方法であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、
パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対してデバイスパターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置され、
パターン群Ａを照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄを照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写し、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの距離αを測定し、Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの距離βを測定し、αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタすることを特徴とするフォーカスモニタ方法。 - 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光することを特徴とする請求項１，２，５，６の何れかに記載のフォーカスモニタ方法。
- 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応したマスク裏面での平面位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置することを特徴とする請求項１，２，５，６の何れかに記載のフォーカスモニタ方法。
- 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光することを特徴とする請求項１，２，５，６の何れかに記載のフォーカスモニタ方法。
- 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置することを特徴とする請求項１，２，５，６の何れかに記載のフォーカスモニタ方法。
- 前記光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であることを特徴とする請求項９又は１０記載のフォーカスモニタ方法。
- 前記光路を一方向に偏向せしめる光学素子として、ウェッジ型の透過部材又は回折格子を用いることを特徴とする請求項８又は１０記載のフォーカスモニタ方法。
- 電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも２種類のパターン群からなり、パターン群Ａは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に配置され、パターン群Ｂは、パターン群Ａの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａから離されて配置されており、
パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置を測定する手段とを有することを特徴とする露光装置。 - 電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置されており、
パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下に、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの相対的な位置ずれ量αを測定する手段と、
Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの相対的な位置ずれ量βを測定する手段と、
αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタする手段とを有することを特徴とする露光装置。 - 電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対して半導体装置パターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、且つ前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置されており、
パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法αを測定する手段と、
Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの二重露光によって形成された前記基板上のパターンの寸法βを測定する手段と、
αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタする手段とを有することを特徴とする露光装置。 - 電磁波又は電子線によって照明されたフォーカスモニタ用マスク上のパターンを投影光学系によって被露光基板上に転写し、該基板上のパターンを測定することによって実効的なフォーカスをモニタするフォーカスモニタ手段を備えた露光装置であって、
前記フォーカスモニタ用パターンは少なくとも４種類のパターン群からなり、パターン群Ａとパターン群Ｃは、前記マスク上の半導体装置パターン領域を取り囲むダイシング領域の任意個所に近接して配置され、
パターン群Ｂとパターン群Ｄは、パターン群Ａとパターン群Ｃの配置位置に対してデバイスパターン領域を挟んでほぼ対向するダイシング領域内の位置に配置され、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する際のステッピング量にほぼ相当する距離だけパターン群Ａ，Ｃから離されて配置されており、
パターン群Ａに対しては照明光源の重心が軸はずれの状態での照明光によって照明し、パターン群Ｂ，Ｃ，Ｄに対しては照明光源の重心が軸上に存在する通常の照明状態での照明光によって照明する条件の下で、前記基板を搭載したステージを順次ステッピングさせて、前記マスクを前記投影光学系によって前記基板上に転写する手段と、
Ｎ回（Ｎは正の整数）ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＡとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｂとの距離αを測定する手段と、
Ｎ回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群ＣとＮ＋１回ステッピング後に前記基板上に転写されたパターン群Ｄとの距離βを測定する手段と、
αからβの寄与を除くことによって実効的なフォーカスをモニタする手段とを有することを特徴とする露光装置。 - 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク裏面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に遮光体を配置し、パターン群Ａを照明する照明光の一部を遮光することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の露光装置。
- 前記照明光源の重心を軸はずれの状態にせしめる手段として、パターン群Ａに対応した平面位置で且つマスク面に対して光学的に共役なる位置、又はその近傍に光路を一方向に偏向せしめる光学素子を配置することを特徴とする請求項１３〜１６の何れかに記載の露光装置。
- 前記光学的に共役なる位置は、照明光学系内のブラインド位置であることを特徴とする請求項１７又は１８記載の露光装置。
- 前記光路を一方向に偏向せしめる光学素子は、ウェッジ型の透過部材又は回折格子であることを特徴とする請求項１８記載の露光装置。
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