焦点监测用光掩模、监测方法、监测装置及其制造方法

专利名称：焦点监测用光掩模、监测方法、监测装置及其制造方法
专利说明焦点监测用光掩模、监测方法、监测装置及其制造方法 [发明所属的技术领域]本发明涉及焦点监测用光掩模、焦点监测方法、焦点监测用装置及装置的制造方法。近年来，半导体集成电路的高集成化和微细化取得了惊人的发展。与之相伴随，在半导体衬底(以下，简称为晶片)上所形成的电路图形的微细化也取得了急剧的进展。
其中，光刻技术作为图形形成的基本技术也得到广泛的认知。因此，迄今正在进行各种开发和改进。但是，图形的微细化是没有止境的，对提高图形分辨率的要求也正在进一步地增强。
这种光刻技术是将光掩模(原图)上的图形复制到涂敷在晶片上的光致抗蚀剂上、再用该复制后的光致抗蚀剂对下层的被刻蚀膜构图的技术。
在该光致抗蚀剂复制时，要对光致抗蚀剂进行显影处理，根据该显影处理，受光照射的部分其光致抗蚀剂被除去的类型称为正型光致抗蚀剂，未受光照射的部分其光致抗蚀剂被除去的类型称为负型光致抗蚀剂。
一般而言，采用缩小曝光方法的光刻技术的分辨极限R(mm)可表示为R＝k1·λ/(NA)式中，λ为所使用光的波长(nm)，NA为透镜的投影光学系统的孔径数，k1为依赖于成像条件和抗蚀剂工艺的常数。
从上式可知，为了提高分辨极限，即为了得到微细图形，要考虑减小k1和λ的值，增大NA的值的方法。也就是说，可减小对抗蚀剂工艺依赖的常数，同时可推进短波长化及高NA化。
在这些之中，光源的短波长化在技术上有困难，从而依赖于同一波长下的高NA化就成为必要。但是，如推进高NA化，则光的焦深δ(δ＝k2·λ/ (NA)2)就变浅，导致所形成图形的形状和尺寸精度变差这样的问题。
在这样的光刻技术中，为了以高分辨率用光掩模图形对光致抗蚀剂曝光，对于投影光学系统的最佳成像面(最佳聚焦面)在使光致抗蚀剂与焦深的范围一致的状态下进行曝光是必要的。为此，必须准确地求得被曝光基板面对投影光学系统的距离。为求得该距离所作的处理被称之为焦点监测。
作为现有的焦点监测，有例如由IBM公司的Brunner开发、美国Benchmark Technology公司销售的移相焦点监测法，以及使用该方法的移相焦点监测掩模。
图56是说明移相焦点监测法的工作原理用的图。参照图56，在该移相焦点监测法中，使用了移相焦点监测掩模105。该移相焦点监测掩模105有透明基板105a、具有规定图形的遮光膜105b、以及在该规定图形上形成的移相器105c。
该移相焦点监测掩模105的具体情况如图57所示，具有在充分粗的透过部105d和105e之间配置细的遮光图形105b的图形。另外，在透过部105d上没有配置移相器105c，而在透过部105e上配置有移相器105c。
在该移相焦点监测法中，参照图56，首先使光照射到移相焦点监测掩模105上。此时，由于移相器105c是使透过光的相位移动约90°而构成的，透过透过部105e的光比起透过透过部105d的光在光程差方面领先1/4λ、5/4λ、…时，或滞后3/4λ、7/4λ、…时，这些光相互之间得到增强。因此，透过移相焦点监测掩模105后的光对z轴(光轴)有非对称的强度分布。透过该移相焦点监测掩模105的光被投影透镜119a、119b聚光，在半导体衬底121a上的光致抗蚀剂121b上成像。
如采取该移相焦点监测法，则衍射光的强度分布对z轴(光轴图中为纵向)呈非对称的状态下，可在光致抗蚀剂121b上成像。因此，随着晶片121在z方向的移动，晶片121中图形的像沿与z轴(光轴)成直角的方向(x-y方向图中为横向)移动。通过测定图形的像向该x-y方向移动量，可测定z方向的位置，即测定焦点。
另外，在上述移相焦点监测法以外，作为焦点监测方法，还有例如特开平6-120116号公报中公开的方法。在该方法中，首先通过采用其主光线呈第1倾斜角的曝光光照射光掩模表面的第1规定图形，第1规定图形的第1像在感光体基板上被曝光。其后，通过采用其主光线呈与第1倾斜角不同的第2倾斜角的曝光光照射与上述第1规定图形不同的第2规定图形，第2规定图形的第2像在感光体基板上被曝光。通过对曝光后的第1像与第2像的间隔进行测量，从该间隔与散焦量的关系，可求得从感光体基板的位置到最佳成像面的间隔。
在该方法中，为了以第1倾斜角或第2倾斜角照射光掩模表面的规定图形，采用了如图58所示结构的光掩模205。
参照图58，该光掩模205有透明基板205a、在该透明基板205a的表面上形成的位置测量用标记205b1、205b2、以及在透明基板205a的背面形成的衍射晶格图案205c。也就是说，入射到光掩模205上的曝光光通过被衍射晶格图案205c衍射，以第1倾斜角照射位置测量用标记205b1，以第2倾斜角照射位置测量用标记205b2。
然而，在上述移相焦点监测中，必须用特殊结构的移相掩模作为光掩模105。这样，由于有必要采用特殊结构的光掩模，就有光掩模价格增高的问题。
另外，在现有的移相焦点监测方法中，为了得到在z方向高的检测灵敏度(向x-y方向的移动量对向z方向的移动量之比)，必须采用各向同性(光瞳面为圆形)且角度扩展小的、即σ值小的照明。这一点在T.A.Brunner et al.，“Simulations and experiments withthe phase shift focus monitor”，SPIE Vol.2726，pp.236-243中有记述。特别是在上述文献的图4中表明，当σ值为0.3时，向图形的x-y方向的移动量(焦点监测重叠误差)变得最大，提高了z方向的检测灵敏度。
这样一来，为了得到σ小的照明，例如如图59所示，必须减小照明光阑等的照明孔径14的孔径部14d的直径。
然而，如果采用σ值小到0.3左右的照明来形成器件图形，则光的干涉性过强，复制到光致抗蚀剂上的二维图形的变形显著。为了抑制这样的二维图形的变形，必须使器件图形形成时采用的照明孔径14的孔径直径比焦点监测时用的照明孔径14的孔径直径大，使σ值例如为0.6以上。因此，在焦点监测时与器件图形形成时必须交换照明孔径，这就有作此种交换用的劳动力和管理成为必要的问题。
另外，在这种交换时，如果残留有混入照明光学系统的氧，则由于透镜变得模糊不清，在交换后必须靠长时间导入氮来清除氧，就有操作繁杂这样的问题。
另外，在特开平6-120116号公报内公开的方法中，如图58所示，必须在光掩模205的背面形成衍射晶格图案205c。为了使光衍射，这种衍射晶格图案205c必须是微细的图案。这样一来，由于必须形成微细的图案，就有加工尺寸变小、光掩模的制作变得困难这样的问题。
另外，有必要用曝光光只照射光掩模205背面存在衍射晶格图案205c的部分，也有必须使照明范围收束成很窄的一部分这样的问题。本发明的目的在于提供使光掩模的制作容易、无需照明孔径的交换并且z方向的检测灵敏度高的焦点监测成为可能的焦点监测用光掩模、焦点监测方法、焦点监测用装置以及装置的制造方法。
为了使图形曝光时光学像的焦面与被曝光面一致，本发明的焦点监测用光掩模是用于测量被曝光面在光学系统中位置的焦点监测的焦点监测用光掩模，包括透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构。焦点监测用单元掩模结构包括2个位置测量用图形和遮光膜。2个位置测量用图形是为了测量在基板表面上形成的相互的位置关系而设的。遮光膜有在基板背面形成、并且为使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向实质上不同的背面图形。设背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
如果采用本发明的焦点监测用光掩模，由于背面图形的尺寸L被定成L/λ在10以上，能够形成为衍射可达到忽略不计程度的大尺寸的图形。这样，由于增大了背面图形的加工尺寸，制作焦点监测用光掩模就变得很容易。
另外，由于设置了这样的背面图形，并使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质上的不同，能得到与在通常照明下σ值减小的移相焦点监测方法相同程度的z方向的高检测灵敏度。另外，由于无需像移相焦点监测方法中那样减小σ值，所以也无需在焦点监测时与器件图形形成时交换照明孔径。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，在背面遮光膜上形成的背面图形遮住了假如不形成遮光膜时对2个位置测量用图形中的至少任何一个入射的曝光光的一部分，只入射剩余的曝光光。
因此，通过设置有图形的遮光膜，可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，背面图形是对2个位置测量用图形共同的1组图形。
因此，无需设置与位置测量用图形的个数相同的背面图形，可减少背面图形的个数。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，背面图形由对正对2个位置测量用图形之间的中心点的背面的点对称配置的图形构成。
因此，背面图形的设计变得很容易。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，对背面的点对称配置的上述图形对将连结2个位置测量用图形的第1假想线的垂直平分线投影到背面的第2假想线对称配置。
因此，可使照射2个位置测量用图形的曝光光的远心性做到对称。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，背面图形实质上是圆形的孔径图形。
这样，即使采用圆形孔径图形，可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的圆形孔径图形的孔径半径为r，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(r/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)小。
如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值以上，则入射到位置测量用图形的曝光光的一部分变得不能被背面图形的配置位置遮住，使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向不同变得不可能。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的圆形孔径图形的孔径半径为r，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(r/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的0.1倍大。
如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值的0.1倍以下，则曝光光的光量为通常复制时的100分之1以下，难以将位置测量用图形复制到感光体上。其结果是，降低了焦点测量的生产率。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，背面图形实质上是圆形遮光膜留下的图形。
这样，即使用圆形遮光膜留下的图形，也可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的圆形遮光膜留下的图形的孔径半径为r，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(r/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)小。
如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值以上，则入射到位置测量用图形的曝光光的一部分变得不能被背面图形的配置位置遮住，使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向不同变得不可能。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的圆形遮光膜留下的图形的孔径半径为r，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(r/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的0.5倍大。
如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值的0.5倍以下，则遮光部分减小，变得难以确保曝光光的非远心性的性质。其结果是，降低了焦点监测的图形的检测灵敏度。
再有，所谓非远心性的性质，意味着例如曝光光的主光束对照明光学系统的光轴倾斜地入射到被曝光体上。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，背面图形是矩形的孔径图形。
这样，即使采用矩形孔径图形，也可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，离开成为背面图形的矩形孔径图形的边的距离在满足sin(tan-1(r/D))≥INA值(＝NA×σ/投影倍率)的公式的R以内的范围内，是形成了遮光膜的遮光部。
因此，对于2个位置测量用图形中的每一个，只能使来自矩形孔径图形的照明光入射，可极大地确保曝光光的非远心性的性质。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，矩形孔径图形是正方形的孔径图形。
这样，即使采用正方形孔径图形，也可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质上的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，在正对正方形孔径图形的相向的2个边各自中点的各表面位置上，配置有2个位置测量用图形中的每一个。
因此，2个位置测量用图形中的各图形是互补图形。在不存在背面遮光膜时的照明光的入射角分布的意义上可有一半的照明。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的正方形孔径图形的边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的2倍大。
因此，存在孔径一侧的照明的全部最大入射角成分通过其正方形孔径图形可到达位置测量用图形。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的正方形孔径图形的边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的3倍小。
如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的3倍以上，则正方形孔径图形变得过大，由此，焦点监测用单元掩模结构也随之增大，变得不能将多个上述单元掩模结构配置在同一掩模上，变得不能使焦点监测在曝光场内的多数点进行。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的矩形孔径图形的短边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的0.2倍大。
如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的0.2倍以下，则曝光光的光量为通常复制时的100分之1以下，难以将位置测量用图形复制到感光体上。其结果是，降低了焦点测量的生产率。
在上述焦点监测用先掩模中，理想情况是，背面图形是矩形的遮光膜留下的图形。
这样，即使用矩形遮光膜留下的图形，也可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，离开成为背面图形的矩形遮光膜留下的图形的边的距离在满足sin(tan-1(R/D))≥INA值(＝NA×σ/投影倍率)的公式的R以内的范围内，是未设置遮光膜的孔径部。
因此，可将尽量在充足的光量下对位置测量用图形曝光的孔径部设置在矩形遮光膜留下的图形的外部。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，矩形遮光膜留下的图形是正方形遮光膜留下的图形。
这样，即使用正方形遮光膜留下的图形，也可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，在正对正方形遮光膜留下的图形的相向的2个边各自中点的各表面位置上，配置有2个位置测量用图形中的每一个。
因此，2个位置测量用图形中的各图形是互补图形，在不存在背面遮光膜时的照明光的入射角的意义上可有一半的照明。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的正方形遮光膜留下的图形的边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的2倍大。
因此，存在遮光图形一侧的照明的入射角成分完全被遮住，不能到达位置测量用图形。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的正方形遮光膜留下的图形的边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的3倍小。
如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的3倍以上，则正方形孔径图形变得过大，由此，焦点监测用单元掩模结构也随之增大，变得不能将多个上述单元掩模结构配置在同一掩模上，变得不能使焦点监测在曝光场内的多数点进行。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设形成背面图形的矩形遮光膜留下的图形的短边长为a，基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的0.5倍大。
如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的0.5倍以下，则遮光部分减小，变得难以确保曝光光的非远心性的性质。其结果是，降低了焦点监测图形的检测灵敏度。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，2个位置测量用图形中的一种图形是具有盒中套盒型标记的内盒图形，另一图形则是外盒图形。
因此，能够很容易测量在位置测量用图形的x-y面内的位置偏移。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，内盒图形和外盒图形中的至少某一种的盒边沿可用线图形、空间图形和以一定间隔配置的多个孔图形中的某一种来形成。
这样，可将各种图形用于盒图形的盒边沿。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设依赖于抗蚀剂工艺和成像条件的常数为k1，曝光光的波长为λ，孔径数为NA时，内盒图形和外盒图形中的至少某一种的盒边沿的图形尺寸S满足S＝k1×λ/NA(0.3＜k1＜0.6)。
因此，对应于实际器件的焦点测量成为可能。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，设基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，2个位置测量用图形中心的间距M大于作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)与D的乘积(＝INA值×D)的0.5倍、小于其4倍。
因此，可恰当地照射位置测量用图形。如果2个位置测量用图形的间距M为INA值×D的0.5倍以下，则变得不能倾斜地照射2个位置测量用图形的每一个。另外，使2个位置测量用图形的间距M离开INA值×D的4倍以上不具有实质性的意义，增大焦点监测用单元掩模结构的尺寸成为不必要，不能使多个焦点监测用单元掩模结构配置在掩模上。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，还包括具有下述两种图形的晶片位置偏移量校正用掩模结构一为测量在基板表面上形成的相互位置关系用的另外2个位置测量用图形，另一为为了设定对上述另外2个位置测量用图形的曝光光的入射方向在实质上相同、在基板背面已形成的遮光膜上所形成的图形。
通过设置至少1个晶片位置偏移量校正用掩模结构，在第1次曝光后使被曝光体移动并进行第2次曝光时，测量移动量的偏移量成为可能。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，晶片位置偏移量校正用掩模结构被形成在2个部位以上。
通过将晶片位置偏移量校正用掩模结构设置在2个部位以上，测量被曝光体的旋转方向的偏移量也成为可能。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，在2个部位以上形成的晶片位置偏移量校正用掩模结构中的任意2个结构之间的配置间隔的最大值比1个投射部分的曝光区域的长边方向的尺寸的1/2大。
因此，在1个投射部分的曝光区域偏离旋转方向被曝光的情况下，可增大该旋转方向的偏移量的检测灵敏度。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，焦点监测用单元掩模结构在基板上形成多个，相邻的2个焦点监测用单元掩模结构的间距在8mm以上、20mm以下。
因此，用必要的空间间隔来测量光学系统与基板表面的距离成为可能。
本发明的焦点监测方法是为了使图形曝光时光学像的焦面与被曝光面一致而用于焦点监测的测量被曝光面的光学系统的位置的焦点监测方法，通过使曝光光照射到焦点监测用光掩模上光掩模的图形在感光体表面上形成的像当使感光体表面沿光轴方向移动时利用与光轴成直角的方向的移动的特性来进行焦点监测。焦点监测用光掩模包括透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构。焦点监测用单元掩模结构有2个位置测量用图形和遮光膜。2个位置测量用图形供测量在基板表面上形成的相互位置关系之用。遮光膜在基板的背面形成、而且具有可使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同用的背面图形。当设背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
如果采用本发明的焦点监测方法，背面图形的尺寸L由于可定为L/λ在10以上，所以能形成使衍射达到可忽视程度的大尺寸图形。这样一来，由于增大了背面图形的加工尺寸，制作焦点监测用光掩模变得很容易。
另外，通过设置这样的背面图形并使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同，可得到与在通常照明下σ值小时同样程度的z方向的高检测灵敏度。还有，由于无需减小σ值，所以无需在焦点监测时与器件图形形成时交换照明孔径。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，包括在基体上涂敷光致抗蚀剂作为感光体的工序；对被涂敷了的光致抗蚀剂上的焦点监测用光掩模的2个位置测量用图形的像曝光的工序；通过对被曝光了的光致抗蚀剂显影来构制图形并形成抗蚀剂图形的工序；以及根据被复制成抗蚀剂图形的2个位置测量用图形的各自的像图形的相互距离进行焦点监测的工序。
这样，通过测量2个位置测量用图形的各自的像图形的相互距离可进行焦点监测。
在上述焦点监测用光掩模中，理想情况是，包括对被涂敷了的光致抗蚀剂上的焦点监测用光掩模的2个位置测量用图形的像曝光的工序；对光致抗蚀剂上的焦点监测用光掩模的2个位置测量用图形的像曝光的第1曝光工序；使被涂敷了光致抗蚀剂的基体对光轴方向沿与之成直角方向移动的工序；以及对光致抗蚀剂上的焦点监测用光掩模的2个位置测量用图形的像曝光的第2曝光工序。在第2曝光工序中在光致抗蚀剂上被曝光的2个位置测量用图形的某一图形的像与在第1曝光工序中在光致抗蚀剂上被曝光了的2个位置测量用图形的另一图形的像重叠。
在焦点偏移的情况下，在第1曝光工序中被曝光了的2个位置测量用图形的某一图形的像与在第2曝光工序中被曝光的2个位置测量用图形的另一图形的像在x-y面内互为反方向地偏移配置。因此，通过测量在该x-y面内的偏移量可进行焦点监测。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，2个位置测量用图形的每一个是具有盒中套盒型标记的内盒图形和外盒图形的每一个。
这样，通过使用盒中套盒型标记，可容易地测量各像图形在x-y面内的偏移量。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，测量复制成抗蚀剂图形的2个位置测量用图形的每一图形的像图形的相互距离的工序，通过取入2个像图形的图像并进行图像处理，用检查重合的位置偏移的重合检查机进行。
因此，可高精度地测量位置偏移。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，测量复制成抗蚀剂图形的2个位置测量用图形的每一图形的像图形的相互距离的工序，通过使用扫描型电子显微镜观察2个像图形的位置来进行。
因此，可容易地测量位置偏移。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，构成2个位置测量用图形，以便可通过将2个位置测量用图形中至少某一个的像图形一体地安装在曝光装置内的图形位置检测机构进行读取。
因此，可使用简易结构的装置进行测量。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，用通过第1和第2曝光工序对已被曝光的光致抗蚀剂进行显影后得到的抗蚀剂图形作为掩模进行刻蚀，通过测量已被刻蚀的抗蚀剂图形下层的导电层的电阻进行焦点监测。
这样一来，通过测量电学特性也可进行焦点监测。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，在使基体沿着对光轴方向成直角的方向移动的工序中测量基体的移动量的误差。从在第2曝光工序中光致抗蚀剂上被曝光的2个位置测量用图形的某一图形的像与在第1曝光工序中光致抗蚀剂上被曝光了的2个位置测量用图形的另一图形的像的位置偏移量扣除移动量的误差。
因此，由于可扣除移动量的误差，从而可进行更高精度的焦点监测。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，焦点监测用光掩模还包括具有下述两种图形的晶片位置偏移量校正用掩模结构一为测量在基板表面上形成的相互位置关系用的另外2个位置测量用图形，另一为为了设定对上述另外2个位置测量用图形的曝光光的入射方向在实质上相同、在基板背面已形成的遮光膜上所形成的图形。上述另外2个位置测量用图形被用来对第1和第2曝光工序中的光致抗蚀剂进行曝光。从第1曝光工序中上述另外2个位置测量用图形中的某一图形被用来对光致抗蚀剂进行曝光而形成的图形与第2曝光工序中上述另外2个位置测量用图形中的另一图形被用来对光致抗蚀剂进行曝光而形成的图形的位置偏移量可测量移动量的误差。
因此，由于可扣除移动量的误差，从而可进行更高精度的焦点监测。
在上述焦点监测方法中，理想情况是，改变曝光装置的焦点偏移量，应用对光致抗蚀剂曝光了的多个投射的图形，预先求得图形的位置偏移量与焦点偏移量的关系，再根据这种关系，从已测得的图形位置偏移量求得焦点偏移量。
这样一来，就可校正焦点偏移量。
本发明的焦点监测用装置是为了使图形曝光时光学像的焦面与被曝光面一致而用于焦点监测的测量被曝光面的光学系统的位置的焦点监测用装置，包括焦点监测用光掩模、照明光学系统和投影光学系统。由焦点监测用光掩模形成图形。照明光学系统是用曝光光照射焦点监测用光掩模的光学系统。投影光学系统是将焦点监测用光掩模的图形的像投影到感光体上的光学系统。焦点监测用光掩模包括透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构。焦点监测用单元掩模结构有2个位置测量用图形和遮光膜。2个位置测量用图形是用于测量基板表面上形成的相互位置关系的图形。遮光膜具有在基板背面上形成的、而且使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性不同用的背面图形。当设背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
如果采用本发明的焦点监测用装置，由于背面图形的尺寸被定为L/λ在10以上，可在使衍射达到能够忽视的程度上形成大尺寸的图形。这样，由于背面图形的加工尺寸增大，制作焦点监测用光掩模就变得很容易。
另外，通过设置这样的背面图形并使对2个位置测量用图形的曝光光的入射方向有实质性的不同，可得到与在通常照明下σ值小时同样程度的z方向的高检测灵敏度。还有，由于无需减小σ值，所以无需在焦点监测时与器件图形形成时交换照明孔径。
本发明的装置的制造方法的特征在于，采用了在上述各种情况中的任一情况下所述的焦点监测方法。
因此，由于光掩模的制作容易并且无需交换照明孔径、而且可进行z方向的检测灵敏度高的焦点监测，从而可形成廉价并且高精度的图形。
在上述装置的制造方法中，理想情况是，应用上述的焦点监测方法所形成的装置是半导体装置。
上述装置的制造方法也适合于制造像薄膜磁头及液晶显示元件那样能采用半导体制造工艺制造的装置，还适合于半导体装置的制造。图1是说明本发明的实施例1的焦点监测方法的原理图。
图2是用来说明图1的焦点监测的背面孔径图形的作用的放大图。
图3是表示本发明的实施例1的焦点监测装置的结构的概要图。
图4A、图4B是概要地示出本发明的实施例1的焦点监测用光掩模的结构的背面图、表面图。
图5是沿图4A、图4B的V-V线的概要剖面图。
图6是表示图3的光阑中所使用的轮带照明光阑的结构图。
图7是从位置测量用图形5b1看基板背面时的背面孔径图形的状态的示意图。
图8是从位置测量用图形5b2看基板背面时的背面孔径图形的状态的示意图。
图9是从位置测量用图形5b1看基板背面时使光通向位置测量用图形5b1的区域的示意图。
图10是从位置测量用图形5b2看基板背面时使光通向位置测量用图形5b2的区域的示意图。
图11A、图11B是按工序顺序说明双重曝光工序的图。
图12A、图12B是表示在光致抗蚀剂上形成盒中套盒图形的状态的剖面图、平面图。
图13A、图13B、图13C是按工序顺序说明2次重复曝光和显影工序的图。
图14是概要地表示晶片移动时准确地进行对位的焦点监测用光掩模的结构的剖面图。
图15是说明采用了图14中示出的光掩模的晶片对位的图。
图16A、图16B是表示通过测量图形的电阻进行焦点监测的焦点监测用掩模的结构的背面图和表面图。
图17是沿图16A和图16B的XVII-XVII线的概要剖面图。
图18A、图18B、图18C是说明通过电阻值测量焦点偏移的方法的图。
图19是本发明的实施例1的图形相互偏移与基板高度之间关系的示意图。
图20是放大示出图4A、图4B和图5中所示光掩模的一部分的剖面图。
图21A、图21B是概要地表示本发明的实施例2的焦点监测用光掩模的结构的背面图、表面图。
图22是沿图21A和图21B的XXII-XXII线的概要剖面图。
图23是从位置测量用图形5b1看基板5a的背面时在能使曝光光对位置测量用图形5b1进行照射的范围内仅仅说明背面孔径图形5d1的分布的图。
图24是从位置测量用图形5b2看基板5a的背面时在能使曝光光对位置测量用图形5b2进行照射的范围内仅仅说明背面孔径图形5d2的分布的图。
图25A、图25B是本发明的实施例3的焦点监测用光掩模的结构、是从2个背面孔径图形对2个测量用图形的每一个进行照明的结构的光掩模的背面图、表面图。
图26是沿图25A和图25B的XXVI-XXVI线的概要剖面图。
图27是从位置测量用图形5b1看基板5a的背面时在能使曝光光对位置测量用图形5b1进行照射的范围内说明背面孔径图形5d1和5d2的分布的图。
图28是从位置测量用图形5b2看基板5a的背面时在能使曝光光对位置测量用图形5b2进行照射的范围内说明背面孔径图形5d1和5d2的分布的图。
图29A、图29B是本发明的实施例4的焦点监测用光掩模的结构、是概要地示出背面图形为圆形遮光膜留下的图形的焦点监测用光掩模的结构的背面图、表面图。
图30是沿图29A和图29B的XXX-XXX线的概要剖面图。
图31是说明从位置测量用图形5b1看基板5a的背面时使遮光膜留下的图形5d仅仅位于能使曝光光对位置测量用图形5b1进行照射的区域内的一部分的图。
图32是说明从位置测量用图形5b2看基板5a的背面时使遮光膜留下的图形5d仅仅位于能使曝光光对位置测量用图形5b2进行照射的区域内的一部分的图。
图33A、图33B是本发明的实施例5的焦点监测用光掩模的结构、是概要地示出背面图形为矩形遮光膜留下的图形的焦点监测用光掩模的结构的背面图、表面图。
图34是沿图33A和图33B的XXXIV-XXXIV线的概要剖面图。
图35A、图35B是本发明的实施例6的焦点监测用光掩模的结构、是概要地示出背面图形为矩形孔径图形的焦点监测用光掩模的结构的背面图、表面图。
图36A、图36B是概要地示出本发明的实施例7的焦点监测方法中所使用的光掩模的结构的背面图、表面图。
图37是沿图36A和图36B的XXXVII-XXXVII线的概要剖面图。
图38是从位置测量用图形5b1看基板5a的背面时的正方形孔径图形5d的位置的示意图。
图39是从位置测量用图形5b2看基板5a的背面时的正方形孔径图形5d的位置的示意图。
图40是对位置测量用图形5b1进行照明的光只是轮带照明的右半部分的照明光的示意图。
图41是对位置测量用图形5b2进行照明的光只是轮带照明的左半部分的照明光的示意图。
图42A、图42B、图42C是使用右侧和左侧各半部分照明来照明1个图形时像强度随聚焦位置的变化而变化的示意图。
图43是仅存在偶像差时用各半部分照明中的一个要素照明来成像的状态的示意图。
图44是仅存在奇像差时用各半部分照明中的一个要素照明来成像的状态的示意图。
图45是仅存在偶像差时采用本发明的实施例7的焦点监测方法示出掩模图形的复制位置的动作的示意图。
图46是仅存在偶像差时表示作为实测量的右侧和左侧各半部分照明引起的图形的相互位置偏移与基板高度的关系图。
图47是除了偶像差外还存在奇像差时采用本发明的实施例7的焦点监测方法示出掩模图形的复制位置的动作的示意图。
图48是除了偶像差外还存在奇像差时表示作为实测量的右侧和左侧各半部分照明引起的图形的相互位置偏移与基板高度的关系图。
图49A、图49B是对实际复制图形中的图形照射曝光光的状态的示意图，以及基板高度的平台控制值与图形尺寸之间关系的示意图。
图50A、图50B是概要地示出本发明的实施例8的焦点监测方法中所使用的光掩模的另一结构的背面图、表面图。
图51是沿图50A和图50B的LI-LI线的概要剖面图。
图52是位置测量用图形为在正方形的框内保留有遮光膜的线图形的示意图。
图53是位置测量用图形为在正方形的框状孔径内形成的空间图形的示意图。
图54是位置测量用图形为将多个孔图形配置成正方形的图形的示意图。
图55是在光掩模内配置多个单元焦点监测结构的状态的示意图。
图56是现有的移相焦点监测方法的说明图。
图57是在现有的移相焦点监测方法中所用的光掩模的结构的示意图。
图58是示出在特开平6-120116号公报中公开了的焦点监测方法中所用的光掩模的结构的概要剖面图。
图59是在现有的移相焦点监测方法中所用的照明光阑的结构的示意图。以下，根据


本发明的实施例。
(实施例1)首先，说明本实施例的焦点监测方法的原理。
参照图1，在本实施例的焦点监测方法中，采用了具有在背面遮光膜5c上形成的图形(以下，称为背面图形)5d的焦点监测用光掩模5。该光掩模具有透过曝光光的基板5a和在基板5a的背面形成的遮光膜5c，还有借助于在基板5a的表面形成的2个位置测量用图形5b1、5b2和背面遮光膜5c而形成的焦点监测的单元结构(用虚线框围起来的区域Q)。
该背面孔径图形5d被形成为遮住原本照射图2中所示的2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个的曝光光51的一部分，仅照射其剩下的部分。
参照图1，位置测量用图形5b1、5b2中的每一个夹住通过背面孔径图形5d的光轴(A-A线)而被相互配置于两侧。因此，通过背面孔径图形5d入射到位置测量用图形5b1的曝光光51的入射方向与入射到位置测量用图形5b2的曝光光51的入射方向互不相同。特别是，在位置测量用图形5d1和5d2对通过背面孔径图形5d的光轴A-A呈对称配置的情况下，对位置测量用图形5d1的曝光光51的入射方向与对位置测量用图形5d2的曝光光51的入射方向，对光轴方向A-A相互对称。
当设照射到该光掩模5的曝光光51的波长为λ时，该背面孔径图形5d的孔径尺寸L0被形成为满足L0/λ≥10的条件。
在本实施例的焦点监测方法中，从该光掩模5的背面照射曝光光51。因此，入射到光掩模5的曝光光51之中只有倾斜成分的曝光光照射位置测量用图形5b1、5b2中的每一个。因此，被各个位置测量用图形5b1、5b2衍射后的衍射光52通过投影透镜19a、19b和光瞳面光阑25从倾斜方向被成像在感光体(例如光致抗蚀剂)21b上。
在感光体21a表面的图形的像由于通过从照明光的倾斜方向的入射而形成，如果使晶片21沿z方向(光轴A-A方向)移动，则图形的像在感光体21b的表面沿x-y方向(与光轴A-A垂直的方向)移动。具体地说，如果使晶片21沿z方向移动到接近于光掩模5，则移动感光体表面21b，以便位置测量用图形5b1、5b2中每一个的像互相远离。另外，如果使晶片21沿z方向移动到远离光掩模5，则移动感光体表面21b，以便位置测量用图形5b1、5b2中每一个的像互相接近。
由于通过晶片21沿z方向的移动，在感光体21b上成像的位置测量用图形5b1、5b2的像在x-y面内的相对的位置关系发生变化，通过测量该相对的位置关系，检测在复制该图形时的焦点偏移(在z方向的偏移)成为可能。
下面，具体地说明本实施例中焦点监测用装置和焦点监测用光掩模。
参照图3，该焦点监测用装置具有与缩小投影曝光装置(步进器)同样的结构，并且能缩小光掩模5上的图形，将其投射到晶片21表面的光致抗蚀剂21b上。该焦点监测用装置具有从光源11到光掩模5的图形的照明光学系统和从光掩模5的图形到晶片21的投影光学系统。
照明光学系统有作为光源的汞灯11、反射镜12、聚光透镜18、蝇眼透镜13、光阑14、聚光透镜16a、16b、16c、盲光阑15、以及反射镜17。另外，投影光学系统有投影透镜19a、19b和光瞳面光阑25。
在该曝光工作中，首先是从汞灯11发出的光11a中只有例如g线(波长436nm)被反射镜12反射，成为单一波长的光。其次，光11a通过聚光透镜18，入射到蝇眼透镜13中各蝇眼分透镜13a的每一个上，然后通过光阑14。
此处，光11b示出了由1个蝇眼分透镜13a建立的光程，光11c示出了由蝇眼透镜13建立的光程。
通过光阑14的光11a通过聚光透镜16a、盲光阑15和聚光透镜16b，以规定角度被反射镜17反射。
被反射镜17反射的光11a透过聚光透镜16c后，均匀照射到形成了规定图形的光掩模5的整个面上。其后，光11a被投影透镜19a、19b缩小到规定的倍率，使半导体衬底21a上的光掩模21b曝光。
参照图4A、图4B和图5，在透过曝光光的基板5a的表面上，形成了具有2个位置测量用图形5b1、5b2的遮光膜5b。另外，在基板5a的背面，形成了具有圆形的背面孔径图形5d的遮光膜5c。由这2个位置测量用图形5b1、5b2和具有背面孔径图形5d的遮光膜5c构成了焦点监测用单元掩模结构。
2个位置测量用图形5b1、5b2中的每一个对应于盒中套盒型的标记的内盒图形和外盒图形中的每一个。形成内盒图形的位置测量用图形5b1是呈正方形的孔径图形，形成外盒图形的位置测量用图形5b2是略呈正方形的框状孔径图形。背面孔径图形5d形成为以背面的点c2为圆心的圆形，点c2正对着连结这2个位置测量用图形5b1、5b2的假想线的中点c1。
当设照射到该光掩模5的曝光光的波长为λ时，该背面孔径图形5d的孔径尺寸L0(＝2r)被形成为满足L0/λ≥10的条件。
该背面孔径图形5d是对2个位置测量用图形5b1、5b2共同设置的。此处，所谓“共同设置”意味着“对2个位置测量用图形5b1和5b2双方而言被设置成能从1个背面孔径图形5d照射光”另外，上述的所谓“正对”意味着点c2是位于光掩模5的表面的中心点c1在光轴方向的背面的点。
下面，说明本实施例中具体的焦点监测方法。
在本实施例的焦点监测方法中，使用例如如图6所示的轮带照明光阑作为图3的焦点监测用装置的光阑14。此时，从光掩模5的位置测量用图形5b1看设置在光掩模5背面的背面孔径图形5d的图是图7，从光掩模5的位置测量用图形5b2看设置在光掩模5背面的背面孔径图形5d的图是图8。
如图7和图8所示，由于背面孔径图形5d是圆形，当光阑14采用通常的光阑时，光从圆形的背面孔径图形5d的全体照射到位置测量用图形5b1、5b2的每一个上。然而，当采用图6所示的轮带照明光阑14时，如图9和图10所示，从去除掉背面孔径图形5d的圆形区域的一部分(左下方打阴影的区域)的剩余区域由斜向对位置测量用图形5b1、5b2中的每一个照射曝光光。然后，如图1所示，被位置测量用图形5b1、5b2中的每一个衍射后的衍射光通过投影透镜19a、19b和光瞳面光阑25从斜向成像在光致抗蚀剂21b上。
再有，如图7和图8中所示的同心双重圆示出了没有遮光膜时照明光入射的角度方向。
在使盒中套盒型的标记图形曝光的情况下，进行的是双重偏移曝光。也就是说，如上述那样进行了第1次曝光后，如图1的最下部所示，利用x-y平台使晶片21在x-y面内移动(偏移)后又进行第2次曝光。该第2次曝光与第1次曝光同样地进行。由此，例如使在第1次曝光中曝光过的内盒图形5b1位于在第2次曝光中曝光过的外盒图形5b2之中，可形成盒中套盒的情形。
更具体地说，在第1次曝光中，如图11A所示，内盒图形即位置测量用图形5b1被曝光在光致抗蚀剂21b上。其后，如上所述，使晶片21移动。其后，在第2次曝光中，如图11B所示，在位置测量用图形5b1被曝光的区域内使形成外盒图形的位置测量用图形5b2曝光。其后，光致抗蚀剂21b被显影。由此，如图12A、图12B所示，内盒图形22位于外盒图形23内的盒中套盒的图形便形成在光致抗蚀剂21b上。
此处，形成了构成上述盒中套盒的内盒图形22的光学像的光线如图1所示向右下入射到光致抗蚀剂21b上，形成了构成外盒图形23的光学像的光线向左下入射到光致抗蚀剂21b上。因此，在曝光时有焦点偏移的情况下，内盒图形22和外盒图形23相互偏移地被形成。
在图1中，曝光时晶片21从最佳聚焦位置偏移向例如光掩模5一侧时，如图12B所示，内盒图形22从最佳聚焦时的位置向右侧偏移而形成，外盒图形23从最佳聚焦时的位置向左侧偏移而形成。
再有，在图12B中，将最佳聚焦时内盒图形22和外盒图形23的各位置用虚线表示，将有焦点偏移的状态下内盒图形22和外盒图形23的各位置用实线表示。
下面，测量如此形成的内盒图形22和外盒图形23的间隔x1、x2。从这些值求得最佳聚焦时内盒图形22和外盒图形23的间隔x3(＝(x1+x2)/2)。通过求得该间隔x3与间隔x1或x2之差，可得知内盒图形22和外盒图形23的横向移动量(位置偏移量)。
通过对照该横向移动量与预先测得的横向移动量同焦点的关系，可检测出焦点偏移。然后，根据该焦点偏移，通过调节晶片21在z方向的位置，可得到最佳聚焦。
再有，上述横向移动量与聚焦的关系可通过改变曝光装置的焦点偏移量、采用在光致抗蚀剂上曝光过的多个投射图形、预先求得图形的位置偏移量与焦点偏移量之间的关系而求得。
另外，在图11A、图11B中，说明了对光致抗蚀剂21b经双重曝光后进行显影的情形，通过两次重复曝光后显影的工序，可对光致抗蚀剂21b构制图形。也就是说，在第1次曝光→第1次显影→晶片21的移动→第2次曝光→第2次显影的工序中可对光致抗蚀剂21b构制图形。
参照图13A，首先通过第1次曝光，对在光致抗蚀剂21b上形成内盒图形的位置测量用图形5b1曝光。其后，进行第1次显影。由此，如图13B所示，在光致抗蚀剂21b上形成了内盒图形22。在形成了该内盒图形22的状态下，使晶片在x-y面内沿横向移动。然后，如图13C所示，重叠在形成了内盒图形22作为第2次曝光的区域上进行成为外盒图形的位置测量用图形5b2的曝光。其后，通过对光致抗蚀剂21b进行第2次显影，可形成外盒图形23以及抗蚀剂图形，如图12A、图12B所示。
再有，这样一来，在2次重复曝光后显影的工序的情况下，显影后焦点监测用的处理与进行了2次曝光后进行1次显影的上述情况相同。
下面，说明在上述的第1次曝光与第2次曝光之间使晶片21移动时校正晶片21的对位误差的方法。
在偏移双重曝光中，通过第2曝光形成在掩模上的不同位置处形成了的第2图形，并使之重叠在用第1曝光形成的第1图形上时，使晶片21移动一个对应于上述第1图形与第2图形在掩模上的位置关系的距离，进行第2曝光。但是，此时如果晶片移动量不能准确地形成上述距离，则上述第1图形和第2图形在相互偏移的状态下形成。如上所述，在借助于第1图形和第2图形的相互位置偏移检测出焦点偏移的本方法中，由于该晶片移动量的误差所造成的偏移也可视作焦点偏移，所以在实际的焦点偏移量的测量中产生了误差。
图14是概要地示出焦点监测用光掩模的结构的剖面图，用于通过使用在同一掩模上制作的另一掩模结构来测量该晶片移动量的误差，校正该晶片移动量的误差造成的视在焦点偏移。参照图14，除了在该光掩模5上具有上述位置测量用图形5b1、5b2以及有背面孔径图形5d的遮光膜5c的焦点监测用单元掩模结构Q外，还形成2组以上的晶片位置偏移量校正用掩模结构N。
该晶片位置偏移量校正用掩模结构N具有在基板5a的表面一侧形成的1对位置测量用图形5e1、5e2。在该晶片位置偏移量校正用掩模结构N中，为了使得向该1对位置测量用图形5e1、5e2的曝光光的各入射方向实质上相同，不形成遮光膜的大的孔径图形位于基板5a的背面一侧。
使用了上述图14所示的光掩模5的晶片移动量的误差所引起的视在焦点偏移的校正如图15所示那样地进行。参照图15，使用了具有1对位置测量用图形5e1、5e2的焦点监测用光掩模5进行第1次曝光。此时，曝光光从斜向照射到2个位置测量用图形5b1、5b2上，但借助于1对位置测量用图形5e1、5e2对光轴呈对称分布的照明，平均而言，如图示那样，与只有来自光轴方向的照明成分的情况是相同的。
在该第1次曝光后，对光致抗蚀剂21b显影，或不使之显影而移动晶片21。该移动是这样进行的使第2次曝光中位置测量用图形5b2的曝光区域重叠在第1次曝光中位置测量用图形5b1被曝光过的区域，而且使第2次曝光中位置测量用图形5e2的曝光区域重叠在第1次曝光中位置测量用图形5e1被曝光过的区域。
该移动后，第2次曝光与第1次曝光同样地进行。其后，对光致抗蚀剂21b显影。然后，测量显影后的光致抗蚀剂21b的第1次曝光得到的位置测量用图形5e1的像图形与第2次曝光得到的位置测量用图形5e2的像图形之间的位置偏移量L2。由于掩模图形5e1、5e2形成的像没有因聚焦而产生的在横向的偏移，该位置偏移量L2示出了晶片21的移动误差。这样一来，通过从上述求得的2个位置测量用图形5b1和5b2的横向移动量(位置偏移量)扣除被检测出的移动误差，可准确地测量因散焦引起的横向移动量。
再有，上面说明了采用了盒中套盒型的图形，但即使不采用盒中套盒型的图形，用以下的方法也能进行焦点监测。
参照图1，在位置测量用图形5b1、5b2的光致抗蚀剂21b上成像后的像因晶片21在z方向的移动造成沿图中横向(x-y方向)移动。因此，通过测量位置测量用图形5b1、5b2成像后的图形的间隔L1，对照预先测得的晶片21在z方向位置与间隔L1的关系，可检测出焦点偏移。
另外，在该方法以外，像以下那样，通过测量图形的电阻，可进行焦点监测。
参照图16A、图16B和图17，在该光掩模5上与图4A、图4B同样在基板5a的背面形成了有背面孔径图形5d的遮光膜5c。另外，在基板5a的表面上，形成了具有对背面孔径图形5d大体呈对称配置的2个孔径图形5b1、5b2的遮光膜5b。
采用了这样的光掩模5，根据图1中所示的原理对光致抗蚀剂21b进行了双重偏移曝光。具体地说，如图18A所示，在进行了第1次曝光以后，使晶片21在横向(x-y方向)移动，进行图18B所示的第2次曝光。借助于该双重偏移曝光，将图18C所示那样的图形复制到光致抗蚀剂(负型)上。进而，以复制了该图形的抗蚀剂图形为掩模，刻蚀抗蚀剂图形的下层的导电膜而构制图形。
由此，图18C的图形便复制到导电膜上。复制到导电膜的图18C的中央图形的细线部分(线宽W的部分)的右边沿借助于第1次曝光的孔径图形5b2而形成，而且左边沿借助于第2次曝光的孔径图形5b1而形成。因此，在因焦点偏移而在第1次曝光中的图形复制位置与第2次曝光中的图形复制位置之间产生位置偏移的情况下，细线部分的线宽W发生变动。由于该导电层的图形的电阻值随该线宽W的变动而发生变化，所以通过测量该电阻值即可测量聚焦的偏移。
本申请的发明人使用本实施例的方法，实际上改变了晶片在z方向的高度，测量了其时2个位置测量用图形的相互位置偏移。其结果示于图19。
再有，该测量是设用于使焦点监测用光掩模对光致抗蚀剂曝光的曝光机的孔径数NA为0.68，并且使用σin/σout＝0.65/0.85的轮带照明而进行的。
参照图19可知，如果晶片在z方向的高度改变1微米，则图形相互之间移动约0.9微米。由此可知，本实施例的焦点监测方法中的z检测灵敏度为0.9，比起现有的移相焦点监测的z检测灵敏度要高。
下面，说明图4所示的光掩模5的背面孔径图形5d的半径r的尺寸。
参照图20，当设背面孔径图形5d的孔径半径为r，基板5a的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ，最好sin(tan-1(r/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)小。
上述的sin(tan-1(r/D))意味着通过背面孔径图形5d照射到位置测量用图形5b1(或5b2)的光成分的扩展尺度。这一点在以下进行说明。
参照图20，首先，如果假设通过背面孔径图形5d照射到位置测量用图形5b1(或5b2)的光的角度为φ，则该光成分的扩展的尺度可用sin(φ/2)表示。该φ与通过背面孔径图形5d照射到光轴方向的光的角度χ大致相等。其原因是背面孔径图形5d的半径r比基板5a的厚度D足够地小(D＞＞r)、而且正对着背面孔径图形5d的中心的表面的点G与位置测量用图形5b1(或5b2)的中心的距离d比基板5a的厚度D足够地小(D＞＞d)的缘故。
而且，通过背面孔径图形5d沿光轴方向入射的光成分的扩展尺度可用sin(χ/2)表示，该χ/2等于tan-1(r/D)。
由以上所述，通过背面孔径图形5d照射到位置测量用图形5b1(或5b2)的光成分的扩展尺度sin(φ/2)从下式可知等于sin(tan-1(r/D))。
Sin(φ/2)＝sin(χ/2)＝sin(tan-1(r/D))另外，作为照明扩展量的INA值在图20中可用sin(θ)表示。于是，sin(tan-1(r/D))比INA值小表示能遮住沿光轴方向入射到位置测量用图形5b1(或5b2)的光的成分(角度2θ)的一部分的背面孔径图形5d的半径r。
也就是说，如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值以上，则入射到位置测量用图形5b1(或5b2)的曝光光的一部分不能被背面孔径图形5d遮住，从而不能使对2个位置测量用图形5b1、5b2的曝光光的入射方向不同。
另外，sin(tan-1(r/D))的值最好大于INA值的0.1倍。这是因为如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值的0.1倍以下，则曝光光的光量为在通常复制的情况下的100分之一以下，将位置测量用图形5b1(或5b2)复制到感光体上变得很困难，焦点测量的生产率降低的缘故。
再有，在本实施例中，如图4所示，说明了1个背面孔径图形5d对2个位置测量用图形5b1、5b2共同设置的结构，但光掩模的结构却不限于此，如以下的实施例2中说明的那样，2个背面孔径图形的每一个也可对应于2个位置测量用图形的每一个而设置。
(实施例2)参照图21A、图21B和图22，在该焦点监测用光掩模5中，背面孔径图形5d1、5d2的每一个是对于2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个而设置的。因此，如图22所示，位置测量用图形5b1、5b2的每一个受到通过各自的背面孔径图形5d1或5d2的光成分照射。
当照射到该光掩模5的曝光光的波长为λ时，这样2个背面孔径图形5d1、5d2的各直径L0满足L0/λ≥10的条件而形成。
2个背面孔径图形5d1、5d2对于正对连接2个位置测量用图形5b1和5b2的假想线(E0-E0)的中心点c1的背面一侧的点c2对称地配置。另外，2个背面孔径图形5d1、5d2对于将连接2个位置测量用图形5b1和5b2的假想线(E0-E0)的垂直二等分线(E1-E1)投影到基板5a的背面的假想线(E2-E2)对称地配置。
另外，离开2个背面孔径图形5d1、5d2的各自的假想线(E2-E2)的距离被设定成比离开2个位置测量用图形5b1和5b2的各自的假想线(E1-E1)的距离长。因此，只有来自背面孔径图形5d1的光照射到位置测量用图形5b1，只有来自背面孔径图形5d2的光照射到位置测量用图形5b2。
也就是说，如图23所示，在从位置测量用图形5b1看基板5a的背面一侧时能使曝光光照射到位置测量用图形5b1的范围内，只分布有背面孔径图形5d1。另外，如图24所示，在从位置测量用图形5b2看基板5a的背面一侧时能使曝光光照射到位置测量用图形5b2的范围内，只分布有背面孔径图形5d2。
在使用图21A、图21B和图22所示的光掩模5的情况下，能以曝光光的不同倾斜方向的成分照射2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个。因此，可与使用图4A、图4B所示的光掩模5的情况同样地进行焦点监测。
另外，如以下的实施例3中说明的那样，聚焦用光掩模也可以是从2个背面孔径图形5d1、5d2对2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个进行照明的结构。
(实施例3)参照图25A、图25B和图26，在该光掩模5中，离开2个背面孔径图形5d1、5d2的每一个的假想线(E2-E2)的距离被设定成比离开2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个的假想线(E1-E1)的距离短。
这样，由于配置了2个背面孔径图形5d1、5d2，所以如图26所示，，位置测量用图形5b1被通过了背面孔径图形5d1、5d2双方的曝光光照射，另外，位置测量用图形5b2也被通过了2个背面孔径图形5d1和5d2的曝光光照射。
也就是说，如图27所示，在从位置测量用图形5b1看基板5a的背面一侧时能使曝光光照射到位置测量用图形5b1的范围内，分布有背面孔径图形5d1和5d2。另外，如图28所示，在从位置测量用图形5b2看基板5a的背面一侧时能使曝光光照射到位置测量用图形5b2的范围内，分布有背面孔径图形5d1和5d2。
关于除此以外的结构，由于与图21A、图21B和图22所示的结构大致相同，对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在图25A、图25B和图26所示的光掩模5中，由于能以曝光光的不同倾斜方向的成分照射2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个，所以可与使用图4A、图4B所示的光掩模5的情况同样地进行焦点监测。
另外，在图4A、图4B和图5中，作为背面图形对圆形孔径图形进行了说明，但如以下的实施例4中说明的那样，也可以是圆形的遮光膜留下的图形。
(实施例4)参照图29A、图29B和图30，在基板5a的背面形成了构成圆形的遮光膜留下的图形5d的遮光膜5c。另外，在与该遮光膜留下的图形5d的形成区域相向的基板5a的表面区域内，配置了2个位置测量用图形5b1、5b2。
在照射到该光掩模5的曝光光的波长为λ时，该遮光膜留下的图形5d的直径2r被形成为满足2r/λ≥10的条件。
再有，关于除此以外的结构，由于与上述的图4A、图4B和图5的光掩模的结构大致相同，故对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在该光掩模5中，2个位置测量用图形5b1、5b2的双方被配置在与圆形的遮光膜留下的图形5d的形成区域相向的基板5a的表面区域内。因此，如图30所示，这2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个能被曝光光的不同倾斜方向的成分照射。
也就是说，如图31所示，在从位置测量用图形5b1看基板5a的背面一侧时，只有遮光膜留下的图形5d位于能使曝光光照射到位置测量用图形5b1的区域内的一部分上。另外，如图32所示，在从位置测量用图形5b2看基板5a的背面一侧时，只有遮光膜留下的图形5d位于能使曝光光照射到位置测量用图形5b2的区域内的一部分上。
在该光掩模5的结构中，如上所述，由于从不同的倾斜方向使曝光光照射到2个位置测量用图形5b1和5b2的双方成为可能，故与图4A、图4B和图5所示的光掩模5同样地进行焦点监测也成为可能。
再有，在遮光膜留下的图形5d的半径为r时，sin(tan-1(r/D))的值最好比INA值小。如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值以上，则因为遮光膜留下的图形5d的配置位置的缘故，无法照射入射到位置测量用图形5b1、5b2的曝光光的一部分，从而不能使对2个位置测量用图形5b1、5b2的曝光光的入射方向不同。
另外，sin(tan-1(r/D))的值最好比INA值的0.5倍大。如果sin(tan-1(r/D))的值在INA值的0.5倍以下，则遮光部分变小，难以确保曝光光的非远心性质，降低了焦点监测的图形检测灵敏度。
另外，在图4A、图4B和图5中，作为背面图形，对圆形的孔径图形作了说明，但在以下的实施例5中说明的那样，也可以是矩形的遮光图形。
(实施例5)参照图33A、图33B和图34，在基板5a的背面形成了构成矩形的遮光膜留下的图形5d的遮光膜5c。另外，在与该遮光膜留下的图形5d的形成区域相向的基板5a的表面区域内，配置了2个位置测量用图形5b1、5b2。
在照射到该光掩模5的曝光光的波长为λ时，该遮光膜留下的图形5d的边长a被形成为满足a/λ≥10的条件。
再有，关于除此以外的结构，由于与图4A、图4B和图5的光掩模5的结构大致相同，故对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在该光掩模5中，2个位置测量用图形5b1、5b2的双方被配置在与矩形的遮光膜留下的图形5d的形成区域相向的基板5a的表面区域内。因此，如图34所示，这2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个能被曝光光的不同倾斜方向的成分照射。
也就是说，在从位置测量用图形5b1看基板5a的背面一侧时，只有遮光膜留下的图形5d位于能使曝光光照射到位置测量用图形5b1的区域内的一部分上。另外，在从位置测量用图形5b2看基板5a的背面一侧时，只有遮光膜留下的图形5d位于能使曝光光照射到位置测量用图形5b2的区域内的一部分上。
在该光掩模5的结构中，如上所述，由于从不同的倾斜方向使曝光光照射到2个位置测量用图形5b1、5b2的双方成为可能，故与图4A、图4B和图5所示的光掩模5同样地进行焦点监测也成为可能。
再有，离开构成遮光膜留下的图形5d的外形的边的距离，在满足sin(tan-1(R/D))≥INA的关系的R以内的范围内，最好是未形成遮光膜的孔径部。因此，能以充足的光量对2个位置测量用图形5b1、5b2进行曝光。
另外，在遮光膜留下的图形5d的短边的长度为a时，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的0.5倍大。如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的0.5倍以下，则遮光部分变小，难以确保曝光光的非远心性质，降低了焦点监测的图形检测灵敏度。
另外，在图4A、图4B和图5中，作为背面图形，对圆形的孔径图形作了说明，但在以下的实施例6中说明的那样，也可以是矩形的孔径图形。
(实施例6)参照图35A、图35B，在基板5a的背面形成了构成矩形的孔径图形5d的遮光膜5c。矩形孔径图形5d被形成为以正对连接这2个位置测量用图形5b1和5b2的假想线的中间点c1的背面的点c2为中心的矩形(例如正方形)。另外，对应于图35A、图35B的V-V线的剖面与图5的结构相同。
在照射到该光掩模5的曝光光的波长为λ时，该矩形孔径图形5d的1条边的长度a被形成为满足a/λ≥10的条件。
再有，关于除此以外的结构，由于与上述的图4A、图4B和图5的光掩模5的结构大致相同，故对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在该光掩模5中，如图5所示，位置测量用图形5b1和5b2的每一个夹着通过矩形孔径图形5d的光轴(A-A线)被相互配置在两侧。因此，通过矩形孔径图形5d、入射到位置测量用图形5b1的曝光光的入射方向与入射到位置测量用图形5b2的曝光光的入射方向相互不同。特别是，对于通过矩形孔径图形5d的光轴A-A，位置测量用图形5b1和5b2被对称地配置时，对位置测量用图形5b1的曝光光的入射方向与对位置测量用图形5b2的曝光光的入射方向对于光轴方向A-A相互对称。
这样，2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个被曝光光的不同倾斜方向的成分照射。
在该光掩模5的结构中，如上所述，由于从不同的倾斜方向将曝光光照射到2个位置测量用图形5b1、5b2的双方成为可能，故与图4A、图4B和图5所示的光掩模5同样地进行焦点监测也成为可能。
再有，离开形成矩形孔径图形5d的外形的边的距离，在满足sin(tan-1(R/D))≥INA的关系的R以内的范围内，最好是形成了遮光膜的遮光部。因此，能使仅仅来自矩形孔径图形5d的照明光入射到2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个上，能强有力地确保曝光光的非远心性质。
另外，在矩形孔径图形5d的短边的长度为a时，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的0.2倍大。如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的0.2倍以下，则曝光光的光量变为通常复制的情形的百分之一左右，难以将位置测量用图形复制到光致抗蚀剂上，降低了焦点测量的生产率。
(实施例7)参照图36A、图36B和图37，本实施例的焦点监测用光掩模5与图35A、图35B所示的结构相比，位置测量用图形5b1、5b2的每一个在位于正对着正方形的孔径图形5d的互相相向的2条边各自的中点(c3、c4)的基板5a的表面一侧这一点上是不同的。
再有，关于除此以外的结构，由于与上述的图35A、图35B的结构大致相同，故对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在本实施例中，2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个位于正对着正方形孔径图形5d的边的中点(c3、c4)的基板5a的表面一侧。因此，如图37所示，照射到2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个的曝光光的互补的大约一半被遮光膜5c遮住，只有剩下的一半照射到各位置测量用图形5b1、5b2的每一个上。
还有，在该光掩模5中从位置测量用图形5b1看基板5a的背面一侧时，如图38所示，配置有正方形孔径图形5d。另外，在从位置测量用图形5b2看基板5a的背面一侧时，如图39所示，配置有正方形孔径图形5d。因此，在使用图6所示的环带照明光阑14作为图3的光阑14的情况下，对位置测量用图形5b1照明的光如图40所示，只是环带照明的右侧一半的照明光，照射位置测量用图形5b2的曝光光如图41所示，只是环带照明的左侧一半的照明光，因此，位置测量用图形5b1和5b2的每一个从不同倾斜方向被照射，可与实施例1相同地进行焦点监测。
在对图36A、图36B和图37所示的光掩模5进行曝光的情况下，当设基板5a的厚度为D、孔径数为NA、作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，离开形成背面孔径图形5d的外形的边的距离，在满足sin(tan-1(R/D))≥INA值的关系的R以内的范围内，最好是形成了遮光膜的遮光部。因此，能使仅仅来自正方形孔径图形5d的照明光入射到2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个上，能强有力地确保曝光光的非远心性质。
另外，在正方形孔径图形5d的边长为a时，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的2倍大。因此，入射到表面的位置测量用图形5b1、5b2的照明光成分对于任意的照明形状总是可以成为全部照明光的大约一半。
另外，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的3倍小。如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的3倍以上，则正方形的背面孔径图形5d变得过大，难以将多个焦点监测用单元掩模结构配置在掩模上。
例如，像本实施例的光掩模那样，在采用右侧和左侧的各一半照明对1个图形照明时，像强度随焦点位置的变化而变化，如图42所示。参照图42A、42B、图42C，由右侧一半照明和左侧一半照明合起来的总照明得到的像的强度随晶片的z方向位置而异。也就是说，在晶片处于散焦的位置时，由于右侧一半照明得到的像与左侧一半照明得到的像相互产生错位，故总体照明得到的像的强度减小。与此相反，在晶片处于最佳聚焦位置时，右侧一半照明得到的像与左侧一半照明得到的像不产生错位，二者大体是一致的，故总体照明得到的像最为清晰，其像强度也变得最高。
在采用这样的左右一半照明进行曝光的情况下，其最佳聚焦位置(在各一半的像的位置一致时z方向的高度位置)与总体照明下实际复制的最佳聚焦位置(尺寸/像的强度等为极值时z方向的高度位置)一致。以下，对其进行详细说明。
成像的最佳聚焦位置因透镜像差而从理想透镜系统中的最佳聚焦位置移位。透镜像差被表示为光瞳面内的相位误差。该相位误差可考虑分解为在对光瞳的中心对称的2点处成为相同的偶像差和符号反转的奇像差。这些偶像差和奇像差之中，聚焦的变化由偶像差引起。另一方面，奇像差引起像的横向移动。
参照图43，右侧一半照明和左侧一半照明的各要素照明处于光瞳面内对光瞳中心相互呈点对称的位置。如图中所示，光线成为等相位面的法线方向。另外，右侧和左侧各一半照明的位置处于对象位置，用非移相掩模在0次(＝非衍射照明光)衍射光的四周对称地生成衍射光。因此，各要素照明得到的成像变成如虚线所示在z方向最佳聚焦位置错开同一个量。即，在该错开了的最佳聚焦位置，由右侧一半照明和左侧一半照明所形成的图形的相互错位为0，与理想状态(无像差和最佳聚焦)相同。
另一方面，总体照明为右侧一半照明和左侧一半照明之和。因此，在由总体照明得到的成像的情况下，被认为与分成右侧一半照明和左侧一半照明来照射图形的情况是相同的。于是，在只存在偶像差的情况下，即使在总体照明下，也会如图43的虚线所示，最佳聚焦发生错位。从而，即使有偶像差，在右侧一半照明和左侧一半照明分别成像的情况下的最佳聚焦位置与总体照明下成像的情况下的最佳聚焦位置也变为相同。于是可知，偶像差不使本焦点监测方法得到的最佳聚焦与总体照明得到的实际复制的最佳聚焦之间产生差异。
下面，考虑奇像差的影响。
对于实际成像来说，有必要考虑奇像差引起的图形的横向移动。如图44所示，在考虑构成右侧一半照明和左侧一半照明的每一个的各1个要素照明时，由于衍射光和像差的对称性，2个要素照明得到的像沿同一方向横向移动同一个量。即，即使有奇像差，可以说用右侧一半照明形成的图形和用左侧一半照明形成的图形在横向也不产生相对移动。
由此可知，奇像差对本实施例的焦点监测方法的最佳聚焦位置的测量不会产生干扰。
从以上可知，即使存在奇像差，可以说最佳聚焦的位置也仅取决于偶像差，由总体照明得到的像的最佳聚焦位置与像本实施例那样由右侧一半照明和左侧一半照明得到的各图形的相对错位为0的z方向的基板位置一致。
下面，用示意图说明用本实施例的焦点监测方法的焦点监测的工作。
图45是示出只存在偶像差时用本发明的实施例7的焦点监测方法的掩模图形的复制位置的动作的图，是将用右侧一半照明和左侧一半照明成像的图形的横向移动表示为被复制基板表面的高度(与光学系统的距离)的函数的图。
参照图45，从左上向右下延伸的实线、虚线和点线是示出了左侧一半照明得到的像的位置的线，从右上向左下延伸的实线、虚线和点线是示出了右侧一半照明得到的像的位置的线。在存在偶像差时，图形的横向移动为0的高度对于右侧一半照明得到的图形和左侧一半照明得到的图形中的任何一种图形也发生同样的变化。
参照图46可知，从相对移动为0的基板高度可求得最佳聚焦的位置。
参照图47，由于有奇像差，右侧一半照明得到的图形和左侧一半照明得到的图形中的任何一种图形都以同一个量向同一方向移动。因此，在存在奇像差的情况下，与图45所示的只有偶像差的情况相比，最佳聚焦位置成为在图中上下方向移动恒定量的状态。
另外，作为实测量的右侧和左侧的各一半照明得到的图形的相互错位如图48所示，由于作为像差部分右侧一半照明得到的图形和左侧一半照明得到的图形在相互间作相同的横向移动，故与不存在奇像差的情况(图46)相同。
以CD(临界尺寸)-聚焦特性为例将对应于上述的焦点监测的工作的实际复制图形的工作示于图49A、图49B。
参照图49A，总体照明与上述的右侧一半照明和左侧一半照明同时对图形5b3照明的情形相同。而且，在此时，如图49B所示，可知存在偶像差的情况与没有偶像差的情况相比，最佳聚焦位置在光轴方向(z方向)发生变化。这样，借助于CD-聚焦特性，也可求得最佳聚焦位置，但例如有必要求得这样平缓特性的峰值位置，则要花费很多的时间，同时也要降低精度。
从以上可知，即使在用左右的一半照明进行曝光的情况下，其最佳聚焦位置也与总体照明的实际复制的最佳聚焦位置一致。因此，采用左右的一半照明可求得总体照明的实际复制的最佳聚焦位置。也就是说，在从实际复制图形去求的情况下，必须从像的对比度求得实际复制时的最佳聚焦位置，但如采用本实施例的焦点监测方法，由于可从2个图形的像的相对错位去求，故比起从实际复制图形去求的情况，可简单而且高精度地求得。
在本实施例中，就采用矩形(正方形)的背面孔径图形5d的情况进行了说明，但背面图形的形状却不限于此，也可以是以下的实施例8中说明的那样的图形。
(实施例8)参照图50A、图50B和图51，作为背面图形，矩形(例如正方形)的遮光膜留下的图形5d从遮光膜5c形成，在这一点上，本实施例的光掩模5与图36A、图36B和图37中所示的光掩模5是不同的。
该遮光膜留下的图形5d为正方形时，2个位置测量用图形5b1和5b2的每一个被配置在正对该正方形的相向的2条边各自的中点(c3、c4)的表面一侧。
再有，关于除此以外的结构，由于与上述的图36A、图36B和图37的结构大致相同，故对于同一构件标以同一符号，其说明从略。
在该背面遮光膜留下的图形5d的正方形的边长为a时，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的2倍大。因此，存在遮光图形一侧的照明的入射角成分完全被遮盖，到达不了位置测量用图形5b1、5b2上。
另外，sin(tan-1(a/D))的值最好比INA值的3倍小。如果sin(tan-1(a/D))的值在INA值的3倍以上，则由于不必要地增大了遮光图形，也增大了焦点监测用单元掩模结构Q的尺寸，无法将多个上述结构Q配置在掩模上，故以3倍以下为宜。
即使在图50A、图50B和图51所示的光掩模中，如图51所示，可将一半照明照射在位置测量用图形5b1、5b2的每一个上。因此，可进行与图36A、图36B和图37所示的光掩模5同样的焦点监测。
在上述的实施例1～8中，位置测量用图形5b1取正方形的孔径图形作为内盒图形，位置测量用图形5b2取正方形的框状孔径图形作为外盒图形，但2个位置测量用图形5b1、5b2并不限于该种形状。
2个位置测量用图形5b1、5b2可以是如图52所示在正方形的框内留下遮光膜的线图形，也可以是如图53所示用正方形的框状孔径所形成的空间图形，还可以是如图54所示将多个孔图形配置成正方形的图形。
另外，在上述实施例1～8中，假设与抗蚀剂工艺和成像条件有关的常数为k1，曝光光的波长为λ，孔径数为NA时，内盒图形和外盒图形中的至少某一个的盒边沿的图形尺寸S最好满足S＝k1×λ/NA(0.3＜k1＜0.6)。因此，与实际装置对应的聚焦测定成为可能。
另外，如图4A、图4B所示，2个位置测量用图形5b1、5b2和背面孔径图形5d构成的焦点监测单元掩模结构Q，也可以如图55所示在光掩模5上配置多个。此时，焦点监测单元掩模结构Q的间距P最好在8mm以上、20mm以下。之所以采用如此配置，是因为能够连续测量曝光场内的聚焦分布。
另外，在上述实施例1～8中，当假设基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，2个位置测量用图形5b1、5b2间的距离M最好比作为照明的扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)与D之积(＝INA值×D)的0.5倍大、比4倍小。因此，能够恰当地照射位置测量用图形。如2个位置测量用图形间的距离M在INA值×D的0.5倍以下，则不能充分地获得照射到2个位置测量用图形的照明光的入射角之差。另外，当将2个位置测量用图形间的距离M分开为INA值×D的4倍以上时，不仅在实际上没有意义，还要增大焦点监测用单元掩模结构的大小，无法将多个结构配置在掩模上。
另外，如图14所示，任意的晶片错位量校正用掩模结构N间的距离的最大值Lmax比复制到感光体时的1个投射部分的曝光区域的长边方向的尺寸的1/2大。因此，1个投射部分的曝光区域在旋转方向错开进行曝光时，可增大该旋转方向的错位量的检测灵敏度。
另外，在上述实施例1～8中，测量复制成抗蚀剂图形的2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个的像图形的相互距离的工序最好通过取入2个像图形的图像后的图像处理、采用检查重合的错位的重合检查机进行。因此，能以良好的精度测定错位。
另外，在上述实施例1～8中，测量复制成抗蚀剂图形的2个位置测量用图形5b1、5b2的每一个的像图形的相互距离的工序最好通过采用扫描型电子显微镜观察2个像图形的位置进行。因此，能容易地测定错位。
另外，在上述实施例1～8中，最好构成2个位置测量用图形5b1、5b2，使得可以用与曝光装置安装成一体的图形位置测量机构读取2个位置测量用图形5b1、5b2的中的至少某一个的像图形。因此，用简易结构的装置进行测量成为可能。
另外，上面对作为照明光阑14的环带照明光阑进行了说明，但照明光阑14不限于此，也可以是环带照明以外的4极照明光阑等的变形照明，或普通照明。
可参考实施例1～6中取得的结果通过正确的聚焦进行实际复制。
再有，采用以上述实施例7和8的焦点监测方法得到的最佳聚焦，通过对晶片表面的光致抗蚀剂曝光后显影进行构图，通过采用该抗蚀剂图形对下层的膜进行刻蚀、离子注入等的处理，能以高精度制造出所希望的半导体装置。
另外，通过利用本发明的焦点监测方法，除半导体装置以外，也能以高精度形成薄膜磁头或液晶显示元件等其它装置。
应该认为此次公开的实施例不限于在所有方面均作出例示的例子，本发明的范围意在包含虽然在上述说明中没有，但由专利权利要求的范围揭示的、与专利权利要求的范围均等的意义和范围内的全部变更。
权利要求
1.一种焦点监测用光掩模，为了在图形曝光时使光学图像的焦面与被曝光面一致，用于测量被曝光面的光学系统的位置的焦点监测，其特征在于配备有透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构，上述焦点监测用单元掩模结构具有测量在上述基板表面上形成的相互的位置关系用的2个位置测量用图形；以及在上述基板的背面形成的、而且具有使对上述2个位置测量用图形的曝光光的入射方向产生实质性差异用的背面图形的遮光膜，而且当假定上述背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
2.如权利要求1所述的焦点监测用光掩模，其特征在于在上述遮光膜上形成的上述背面图形被构成为如果没有形成上述遮光膜，则对于上述2个位置测量用图形的至少某一个，遮住入射的曝光光的一部分，只有剩下的曝光光入射其内。
3.如权利要求1所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述背面图形是对上述2个位置测量用图形共同的1组图形。
4.如权利要求3所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述背面图形是矩形的孔径图形。
5.如权利要求4所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述矩形孔径图形是正方形孔径图形，上述2个位置测量用图形的每一个位于正对上述正方形孔径图形的互相相向的2条边的各自的中点的上述表面位置的每一位置上。
6.如权利要求5所述的焦点监测用光掩模，其特征在于当假定成为上述背面图形的上述正方形孔径图形的边长为a，上述基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的2.0倍大。
7.如权利要求3所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述背面图形是矩形的遮光膜留下的图形。
8.如权利要求7所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述矩形遮光膜留下的图形是正方形的遮光膜留下的图形，上述2个位置测量用图形的每一个位于正对上述正方形遮光膜留下的图形的互相相向的2条边的各自的中点的上述表面位置的每一位置上。
9.如权利要求8所述的焦点监测用光掩模，其特征在于当假定成为上述背面图形的上述正方形遮光膜留下的图形的边长为a，上述基板的厚度为D，孔径数为NA，作为曝光光的干涉性指标的相干性为σ时，sin(tan-1(a/D))的值比作为照明扩展量的INA值(＝NA×σ/投影倍率)的2.0倍大。
10.如权利要求1所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述2个位置测量用图形中的一个是具有盒中套盒型标记的内盒图形，另一个是外盒图形。
11.如权利要求1所述的焦点监测用光掩模，其特征在于还包括晶片错位量校正用掩模结构，该掩模结构具有测量在上述基板表面上形成的相互的位置关系用的另外2个位置测量用图形；以及为了使对上述另外2个位置测量用图形的曝光光的入射方向在实质上同等而在上述基板的背面形成的遮光膜上所形成的图形。
12.如权利要求1所述的焦点监测用光掩模，其特征在于上述焦点监测用单元掩模结构在上述基板上被形成多个，相邻的2个上述焦点监测用单元掩模结构的间距在8mm以上、20mm以下。
13.一种焦点监测方法，该方法是为了在图形曝光时使光学图像的焦面与被曝光面一致，用于测量被曝光面的光学系统的位置的焦点监测，其特征在于利用下述特性进行焦点监测通过使曝光光照射在焦点监测用光掩模上，在上述光掩模的图形的上述感光体表面所形成的像在使上述感光体表面沿光轴方向移动时沿着与上述光轴成直角的方向移动，上述焦点监测用光掩模包括透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构，上述焦点监测用单元掩模结构具有测量在上述基板表面上形成的相互的位置关系用的2个位置测量用图形；以及在上述基板的背面形成的、而且具有使对上述2个位置测量用图形的曝光光的入射方向在上述基板上产生实质性差异用的背面图形的遮光膜，而且当假定上述背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
14.一种焦点监测用装置，该装置是为了在图形曝光时使光学像的焦面与被曝光面一致，用于测量被曝光面的光学系统的位置的焦点监测，其特征在于包括形成了图形的焦点监测用光掩模；以曝光光照射上述焦点监测用光掩模用的照明光学系统；以及将上述焦点监测用光掩模的图像的像投影在感光体上的投影光学系统，上述焦点监测用光掩模包括透过曝光光的基板和焦点监测用单元掩模结构，上述焦点监测用单元掩模结构具有测量在上述基板表面上形成的相互的位置关系用的2个位置测量用图形；以及在上述基板的背面形成的、而且具有使对上述2个位置测量用图形的曝光光的入射方向在上述基板上产生实质性差异用的背面图形的遮光膜，而且当假定上述背面图形的尺寸为L，曝光光的波长为λ时，L/λ为10以上。
15.一种装置的制造方法，其特征在于采用了权利要求13所述的焦点监测方法。
全文摘要
本发明的焦点监测用光掩模5包括透过曝光光的基板5a和聚焦监测用单元掩模结构Q。焦点监测用单元掩模结构Q具有在基板5a的表面上形成的2个位置测量用图形5b
文档编号G03F1/68GK1412620SQ02123288
公开日2003年4月23日 申请日期2002年6月14日 优先权日2001年10月15日
发明者中尾修治, 宫本由纪, 玉田尚久, 前岛伸六 申请人:三菱电机株式会社