JP2001100392A - フォーカスモニタ用マスク及びフォーカスモニタ方法 - Google Patents
フォーカスモニタ用マスク及びフォーカスモニタ方法Info
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- JP2001100392A JP2001100392A JP27470199A JP27470199A JP2001100392A JP 2001100392 A JP2001100392 A JP 2001100392A JP 27470199 A JP27470199 A JP 27470199A JP 27470199 A JP27470199 A JP 27470199A JP 2001100392 A JP2001100392 A JP 2001100392A
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- G—PHYSICS
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
- G03F7/70605—Workpiece metrology
- G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
- G03F7/70641—Focus
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Abstract
高精度且つ簡便に検出することができ、露光精度の向上
等に寄与し得る。 【解決手段】 フォトリソグラフィーによりウェハー上
にパターンを転写する際に使用されるマスクであって、
フォーカスモニタに供されるフォーカスモニタ用マスク
において、遮光膜13で囲まれて菱形の開口部101で
形成された複数のモニタパターンを有する第1のパター
ン領域と、半透明膜12で囲まれて菱形の開口部102
で形成された複数のモニタパターンを有する第2のパタ
ーン領域とを備えている。
Description
表示素子等の製造に際して、投影露光装置におけるフォ
ーカス条件を設定するのに適したフォーカスモニタ用マ
スク及びフォーカスモニタ方法に関する。
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。
0(a)に示したような菱形マークが入ったQC用マス
クに対し、デフォーカスを変化させて露光を行い、ウェ
ハー上に転写された菱形マーク(図10(b))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
値としていた。この場合、パターン長Lとデフォーカス
の関係は図11に示すようになる(特開平10−335
208号公報)。
かい部分まで解像されるが、フォーカスがベストフォー
カスからずれるに従って、細かい部分が解像されなくな
る。そのため、ウェハー上の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
としてデフォーカスを変化させて露光を行い、ベストフ
ォーカスを求めることに適用できる。
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、という問題点があった。
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 lithog
raphy tool control, D.Wheeler et.al, SPIE vol.305
1,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
感度が得られないという問題があった。
ーカスを管理するために菱形マークを用いる方法では、
フォーカス状態からのずれ量を検出することはできる
が、ずれ方向を検出することができない。また、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
法では、比較的大きなσ条件や輪帯照明条件においては
十分な感度が得られないという問題があった。
ので、その目的とするところは、フォーカス状態からの
ずれ量及びずれ方向を高精度且つ簡便に検出することが
でき、露光精度の向上等に寄与し得るフォーカスモニタ
用マスク及びフォーカスモニタ方法を提供することにあ
る。
するために本発明は次のような構成を採用している。
りウェハー上にパターンを転写する際に使用されるマス
クであって、フォーカスモニタに供されるフォーカスモ
ニタ用マスクにおいて、遮光部で囲まれて第1の開口部
で形成、又は第1の開口部で囲まれて遮光部で形成され
た少なくとも1つのモニタパターンを有する第1のパタ
ーン領域と、半透明膜で囲まれて第2の開口部で形成、
又は第2の開口部で囲まれて半透明膜で形成され、第2
の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する
露光光に所定の位相差を与える少なくとも1つのモニタ
パターンを有する第2のパターン領域とを備え、前記各
モニタパターンは、一方向に沿って中央部に対して両端
部が細い形状であることを特徴とする。
用マスクは、次のような構成を採用している。
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第1のパターン領域と、第2の開口部を通過する
露光光に対して0度若しくは180度からずれた位相差
を生じせしめる半透明膜で囲まれて、第2の開口部で形
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第2のパターン領域の双方を有していること。
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第1のパターン領域と、第2の開口部で囲まれ
て、該開口部を通過する露光光に対して0度若しくは1
80度からずれた位相差を生じせしめる半透明膜で形成
された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成さ
れた第2のパターン領域の双方を有していること。
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第1のパターン領域と、第2の開口部を通過する
露光光に対して0度若しくは180度からずれた位相差
を生じせしめる半透明膜で囲まれて、第2の開口部で形
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第2のパターン領域の双方を有していること。
成された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成
された第1のパターン領域と、第2の開口部で囲まれ
て、該開口部を通過する露光光に対して0度若しくは1
80度からずれた位相差を生じせしめる半透明膜で形成
された少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成さ
れた第2のパターン領域の双方を有していること。
クでは、第2の開口部を通過する露光光に対する半透明
膜を通過する露光光の位相差は、+45度から+150
度、又は−45度から−150度の範囲に設定されてい
るのが望ましい。
りウェハー上にパターンを転写する際に使用されるマス
クであって、フォーカスモニタに供されるフォーカスモ
ニタ用マスクにおいて、第1の開口部で囲まれて第1の
半透明膜で形成、又は第1の半透明膜で囲まれて第1の
開口部で形成され、第1の開口部を通過する露光光に対
して第1の半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を
与える少なくとも1つのモニタパターンを有する第1の
パターン領域と、第2の開口部で囲まれて第2の半透明
膜で形成、又は第2の半透明膜で囲まれて第2の開口部
で形成され、第2の開口部を通過する露光光に対して第
2の半透明膜を通過する露光光に第1のパターン領域と
は異なる位相差を与える少なくとも1つのモニタパター
ンを有する第2のパターン領域とを備え、前記各モニタ
パターンは、一方向に沿って中央部に対して両端部が細
い形状であることを特徴とする。
用マスクは、次のような構成を採用している。
て0度若しくは180度からずれた位相差を生じせしめ
る第1の半透明膜で囲まれて、第1の開口部で形成され
た少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された
第1のパターン領域と、第2の開口部を通過する露光光
に対して0度若しくは180度からずれた位相差を生ぜ
しめ、且つ第1の半透明膜と異なった位相差を生じせし
める第2の半透明膜で囲まれて、第2の開口部で形成さ
れた少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成され
た第2のパターン領域の双方を有していること。
て0度若しくは180度からずれた位相差を生じせしめ
る第1の半透明膜で囲まれて、第1の開口部で形成され
た少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された
第1のパターン領域と、第2の開口部で囲まれて、該開
口部を通過する露光光に対して0度若しくは180度か
らずれた位相差を生ぜしめ、且つ第1の半透明膜と異な
った位相差を生じせしめる第2の半透明膜で形成された
少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された第
2のパターン領域の双方を有していること。
通過する露光光に対して0度若しくは180度からずれ
た位相差を生じせしめる第1の半透明膜で形成された少
なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された第1
のパターン領域と、第2の開口部を通過する露光光に対
して0度若しくは180度からずれた位相差を生ぜし
め、且つ第1の半透明膜と異なった位相差を生じせしめ
る第2の半透明膜で囲まれて、第2の開口部で形成され
た少なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された
第2のパターン領域の双方を有していること。
通過する露光光に対して0度若しくは180度からずれ
た位相差を生じせしめる第1の半透明膜で形成された少
なくとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された第1
のパターン領域と、第2の開口部で囲まれて、該開口部
を通過する露光光に対して0度若しくは180度からず
れた位相差を生ぜしめ、且つ第1の半透明膜と異なった
位相差を生じせしめる第2の半透明膜で形成された少な
くとも1つの楔形又は菱形パターンで形成された第2の
パターン領域の双方を有していること。
クでは、第1の開口部を通過する露光光に対する第1の
半透明膜を通過する露光光の位相差は+45度から+1
50度に設定され、第2の開口部を通過する露光光に対
する第2の半透明膜を通過する露光光の位相差は−45
度から−150度に設定されていることが望ましい。さ
らに、第1及び第2の半透明膜は異なる材料であっても
よいし、同じ材料であってもよい。同じ材料を用いる場
合、第2のパターン領域において−45度から−150
度の範囲の位相差を与えるためには、透明基板の一部を
堀込んで形成するのが望ましい。
スモニタ用マスクを用いて、ウェハー上にパターンを転
写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタ
するフォーカスモニタ方法であって、フォーカスモニタ
用マスクを用いてウェハー上にパターンを転写する工程
と、前記ウェハー上に形成されたパターンのうち、第1
及び第2のパターン領域のモニタパターンの双方のパタ
ーンサイズを計測する計測工程と、前記計測工程の結果
から、第1のパターン領域のモニタパターンのパターン
サイズと第2のパターン領域のモニタパターンのパター
ンサイズとの差、又は比を求める演算工程とを含むこと
を特徴とする。
測工程では該モニタパターンの長い方の対角線の長さを
計測することを特徴とする。
第1のパターン領域と第2のパターン領域を有するフォ
ーカスモニタ用マスクをウェハー上へ転写することによ
って、露光プロセス中において様々に発生する最適なフ
ォーカス状態からのずれを精度良く且つ簡便に求めるこ
とができる。
ニタ用パターンをウェハー上に転写した場合、第1のパ
ターン領域のモニタパターンと第2のパターン領域のモ
ニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれが生じ、
相互に異なるデフォーカス特性を示す。その結果、二つ
のモニタパターンのパターン寸法を測定することによっ
て、最適なフォーカス状態からのずれ量(ずれの方向も
含めて)を求めることが可能となる。
ォーカスモニタ用マスクにおいて、隣接する開口部を通
過する露光光に対して、一方を+45度から+150
度、他方を−45度から−150度の位相差を生じせし
めようにすることによって、2つの領域のマークにおけ
るフォーカス特性に大きな差異を引き起こせることか
ら、最適なフォーカス状態からのずれ量(ずれの方向も
含めて)を高感度にモニタすることが可能となる。
形態によって説明する。
態では、露光用マスク上に、フォーカス点を測定するた
めのモニタパターン(マーク)として、遮光部に形成さ
れた菱形マーク、及び半透明膜に形成された菱形マーク
の2種類のマークを配置した。
フォーカスモニタ用マスクの概略構成を説明するための
もので、(a)は断面図、(b)は平面図である。モニ
タパターンは、マスクのデバイスパターンがない領域
(ダイシングライン)の遮光部に形成されている。図中
の11はガラス等の透明基板、12はSiO2 等の半透
明膜、13はCr等の遮光膜を示す。また、101は遮
光膜13に形成された菱形マーク(第1の開口部)を、
102は半透明膜12に形成された菱形マーク(第2の
開口部)を示す。なお、半透明膜12は、露光光に対し
て透過率が6%であり、位相を180度ずらす作用を持
っている。
ン領域及び菱形マーク102を形成した第2のパターン
領域では、各マークが一定のピッチで5つずつ配置され
ている。そして、菱形マーク101,102は、図2に
示す平面図の通り、ウェハー換算上でX軸方向の長さが
12μm,Y軸方向の幅が0.18μmで、さらにピッ
チは0.36μmとなっている。なお、第2の開口部で
ある菱形マーク102の部分では、半透明膜12を通過
する露光光と開口部102を通過する露光光とに90度
の位相差を付けるために、基板が例えば124nm堀込
まれている。
る露光光と開口部102を通過する露光光との位相をほ
ぼ90度ずらすことよって、半透明膜部のマーク102
によりウェハー上に形成された菱形パターンのフォーカ
ス点と、遮光膜部のマーク101によりウェハー上に形
成された菱形パターンとのフォーカス点の間にずれが生
じ、デフォーカスに対して異なるパターン寸法特性を示
すことに注目した。そして、この二つのマークの露光・
現像後のパターン寸法の差をモニタすると、デフォーカ
スに対して単調減少又は単調増加することを利用し、デ
フォーカスに対するパターン寸法差の関係を較正曲線と
して求めておき、露光・現像後のウェハー上のパターン
寸法の差を測定することで、フォーカスのずれ量を方向
も含めてモニタすることを考案した。
フォーカス点を検出する手順について説明する。上記マ
ークを配置した本実施形態のフォーカスモニタ用マスク
のパターンをウェハ上に転写するために、デバイスパタ
ーンと同一の露光条件にて露光を行った。ウェハー上
に、塗布型反射防止膜60nmをスピンコートし、さら
に化学増幅系ポジ型レジストを厚さ0.4μmでスピン
コーティングした。このウェハーに対して上記マスクを
用い、投影光学系の縮小比1/4、露光波長248n
m,NA0.6、コヒーレンスファクタσ0.75、輪
帯遮蔽率ε0.67、露光装置の設定露光量7.5mJ
/cm2 という露光条件で露光した。
0℃,90秒でポストエクスポージャーべ一ク(PE
B)したあと、0.21規定のアルカリ現像液にて60
秒現像を行った。
菱形パターンを、光学式の線幅測定器によって測長し、
半透明膜部の菱形マーク102におけるX軸方向のパタ
ーン寸法L’と遮光膜部の菱形マーク101におけるX
軸方向のパターン寸法Lとの差を求めた。
(L−L’)とデフォーカスとの関係(較正曲線)を示
した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は菱形マ
ーク101,102のパターン寸法(L又はL’)、及
び寸法差を表している。三つの曲線は、実線が遮光膜部
の菱形マーク101のパターン寸法特性、点線が半透明
膜部の菱形マーク102のパターン寸法特性、そして一
点鎖線が、半透明膜部の菱形パターン寸法から遮光膜部
の菱形パターン寸法を差し引いた寸法差のデフォーカス
に対する特性を示したものである。この寸法差の特性
が、デフォーカスに対して単調増加していることから、
フォーカスの位置ずれ量を、符号を含めて求めることが
できた。
較正曲線の露光量依存性を調べた。具体的には、露光量
を、7.5mJ/cm2 を中心に−10%から+10%
まで変化させて露光を行った。図4には、寸法差とデフ
ォーカスの関係(較正曲線)のドーズ依存性を示した。
グラフは、露光量7.5mJ/cm2 を中心として、露
光量を−10%,−5%,−1%,−7.5mJ/cm
2 ,+1%,+5%,+10%と変化させた場合の、寸
法差とデフォーカスとの関係を示したものである。
10%の間で変化させても、デフォーカス依存性は、殆
ど変化しない(グラフ中の各直線が殆ど重なっている)
ことが分かる。従って、露光量が変動した場合において
も、本実施形態のフォーカスモニタ用マスクはフォーカ
ス位置ずれ量を高精度に検出できた。
ターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。
次いで、ロット処理されたものから数枚のウェハーを抜
き出し、半透明膜部の菱形マーク102のパターン寸法
L’と、遮光膜部の菱形マーク101におけるパターン
寸法Lの差を求め、その値より、図3に示した較正曲線
を用いてフォーカスのずれ量を符号を含めて求めた。そ
して、求められた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、
そのロットにおけるフォーカスのずれ量とし、次ロット
に対して露光装置のフォーカス設定値にフィードバック
をかけて露光を行った。その結果、フォーカスのずれに
よる線幅変動を抑えることができた。
スクにより得られたウェハー上のパターンにおけるフォ
ーカスのずれ量を使って、次ロットに対してフィードバ
ックを行ったが、本来のデバイスパターンのフォーカス
位置と、フォーカスモニタ用マークのフォーカス位置
は、露光装置の収差やデバイスパターンの下地の段差形
状等により異なる場合がある。この場合は、フォーカス
モニタ用マスクで得られたフォーカスのずれ量に対して
デバイス固有のオフセット値を加味した値を、フォーカ
スのずれ量としてフィードバックすればよい。
独立した光学式の線幅測定器を用いて、フォーカス検出
マークを測定したが、露光装置自体に内蔵された線幅測
定機能やSEM等の光学式以外の測定装置を用いること
も可能である。また、モニタパターンは、線幅測定装置
で測定可能なマークであればよく、楔形であってもよ
い。菱形或いは楔形の形状は、必ずしも先端を鋭利に形
成する必要はなく、中央部よりも先端部が細く形成され
ていればフォーカスモニタマークとしての機能を発揮す
る。さらに、フォーカスモニタマークのサイズ,ピッ
チ,及び半透明膜部分の透過率は図2に示したものだけ
に限定されるものではなく、使用する露光条件によって
種々変更することで、よりフォーカス検出性能の向上を
はかることができる。
と開口部との関係は、逆にしてもよい。即ち、開口部で
囲まれて菱形若しくは楔形の遮光膜で形成されたモニタ
パターンを有するようにしてもよい。同様に、第2のパ
ターン領域における半透明膜部と開口部との関係も逆に
してもよい。即ち、開口部で囲まれて菱形若しくは楔形
の半透明膜で形成されたモニタパターンを有するように
してもよい。そして、これらの何れの組み合わせを用い
ても、本実施形態と同様の効果が得られる。
口部102を通過する露光光に対しその周辺を通過する
露光光に90度の位相差を持たせるために、180度の
位相差を持った半透明膜12を使用し、基板の一部を堀
込むようにしたが、90度の位相差を持った半透明膜を
使用すれば基板の堀込みは不要となる。開口部102を
通過する露光光とその周辺を通過する露光光との位相差
は90度に限定されたものではなく、遮光膜部の菱形マ
ーク101と、半透明膜部の菱形マーク102とのベス
トフォーカス位置変化を生じさせるものであればよい。
に、酸窒化モリブデンシリサイド(MoSiON),窒
化モリブデンシリサイド(MoSiN),弗化クロム
(CrF),ジルコニウムシリサイド(GrSiO)な
どを用いることができる。さらに、半透明膜の透過率は
6%に限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更
可能である。本発明者らの実験によれば、半透明膜の透
過率として3%から15%の間で良い感度を得ている。
と透過部分との位相差とフォーカスの検出感度の関係を
示した。この図から、必要とされるフォーカスずれ量の
検出精度を0.05μmとし、線幅測定器の測定精度を
0.02μm程度とすると、フォーカスモニタに必要と
される検出感度の限界は、感度(寸法差/デフォーカ
ス)=|ΔL−ΔL’|/|Δfocus|=0.8と
なり、0.8以上が必要となる。このことから、位相差
は45度から150度の間の範囲に設定する必要があ
る。
態では、露光用マスク上に、フォーカス点を測定するた
めのモニタパターン(マーク)として、半透明膜で形成
された菱形マークを配置した。先に説明した第1の実施
形態と異なるところは、第1及び第2のパターン領域の
何れにも半透明膜を設け、菱形マークの形成により、第
1のパターン領域では+90度の位相差を持たせ、第2
のパターン領域では−90度の位相差を持たせたことで
ある。
フォーカスモニタ用マスクの概略構成を説明するための
もので、(a)は断面図、(b)は平面図である。モニ
タパターンは、マスクのデバイスパターンがない領域
(ダイシングライン)の遮光部に形成されている。図中
の11は透明基板、12は半透明膜、13は遮光膜を示
す。また、201,202は、半透明膜12に形成され
た菱形マークを示している。なお、半透明膜12は、露
光光に対して透過率が6%であり、位相を180度ずら
す作用を持っている。
した第1のパターン領域では、開口部に露出する基板1
1を一部堀込む(例えば124nm)ことにより、開口
部である菱形マーク201を通過する光に対しその周辺
の半透明膜12を通過する光は+90度の位相差を持つ
ことになる。また、菱形マーク(第2の開口部)202
を形成した第2のパターン領域では、開口部に露出する
基板11を一部堀込む(例えば372nm)ことによ
り、開口部である菱形マーク202を通過する光に対し
その周辺の半透明膜12を通過する光は−90度の位相
差を持つようにしている。
ーン領域では、各マークが一定のピッチで5つずつ配置
されている。そして、菱形マーク201,202は、図
7に示す平面図の通り、ウェハー換算上でX軸方向の長
さが12μm、Y軸方向の幅が0.18μmで、さらに
ピッチは0.36μmとなっている。
と半透明膜部に菱形マークがそれぞれ形成されたマスク
を用いてウェハー上にパターンニングし、形成された遮
光膜部と半透明膜部の各マークのパターン寸法の差は、
デフォーカスに対して単調減少又は単調増加することが
示された。
出感度をさらに向上させるために、第1のパターン領域
では半透明膜12を通過する露光光を、開口部201を
通過する露光光に対して位相をほぼ+90度ずらし、第
2のパターン領域では半透明膜12を透過する露光光
を、開口部202を通過する露光光に対して位相をほぼ
−90度(270度)ずらした。開口部201を通過す
る露光光に対して位相をほぼ+90度ずらした半透明膜
部の菱形マーク201のフォーカス点と、遮光膜部に形
成された菱形マークのフォーカス点のずれ量は、第1の
実施形態に記載した量だけ変化する。
光光に対して位相をほぼ−90度ずらした半透明膜部の
菱形マーク202のフォーカス点は、遮光膜部に形成さ
れた菱形マークのフォーカス点に対して、第1の実施形
態に記載したずれ量の絶対値は等しく、符号が反対の特
性を示す。その結果、第1の実施形態に対して、2倍の
フォーカスずれ量の検出感度の向上を実現することがで
きる。
フォーカス点を検出する手順について説明する。第1の
実施形態と同様に、ウェハー上に塗布型反射防止膜60
nmをスピンコートし、さらに化学増幅系ポジ型レジス
トを厚さ0.4μmでスピンコーティングした。このウ
ェハーを、投影光学系の縮小比1/4、露光波長248
nm,NA0.6、コヒーレンスファクタσ0.75、
輪帯遮蔽率ε0.67、設定露光量7.5mJ/cm2
という露光条件で露光した。
℃,90秒でポストエクスポージャーべ一ク(PEB)
したあと、0.21規定のアルカリ現像液にて60秒現
像を行った。こうして処理したウェハー上の2つの菱形
マークのパターン寸法を光学式の線幅測定器によって測
長し、各々の寸法差を求めた。
(L−L’)とデフォーカスとの関係(較正曲線)を示
した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は菱形マ
ーク201,202のパターン寸法(L又はL’)、及
び寸法差を表している。三つの曲線のうち、実線は開口
部との位相差が+90度である半透明膜部に形成された
菱形マーク201によりウェハー上に転写されたパター
ン寸法特性を、点線は開口部との位相差が−90度であ
る半透明膜部に形成された菱形マーク202によりウェ
ハー上に転写されたパターン寸法特性を示している。
+90度である半透明膜部に形成された菱形マーク20
1によりウェハー上に転写されたパターン長Lから、開
口部との位相差が−90度である半透明膜部に形成され
た菱形マーク202によりウェハー上に転写されたパタ
ーン長L’を差し引いた寸法差(L−L’)を示したも
のである。この結果から、フォーカスのずれ量の検出感
度が、第1の実施形態と比べて約2倍になることが分か
った。
て、較正曲線の露光量依存性を調べた。第1の実施形態
と同様に、露光量を、7.5mJ/cm2 を中心に−1
0%から+10%まで変化させて露光を行った。図9に
は、モニタパターンの寸法差とデフォーカスとの関係
(較正曲線)のドーズ依存性を示した。グラフは、露光
量7.5mJ/cm2 を中心として、露光量を−10
%,−5%,−1%,7.5mJ/cm2 ,+1%,+
5%,+10%と変化させた場合の寸法差とデフォーカ
スとの関係を示したものである。
10%まで変化させても、デフォーカス依存性は、殆ど
変化しない(グラフ中の各直線が殆ど重なっている)こ
とが分かる。従って、本実施形態の場合も、露光量が変
動してもフォーカス位置ずれ量を高精度に検出できた。
ターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。
次いで、ロット処理されたものから数枚のウェハーを抜
き出し、+90度の位相差を持つ半透明膜部の菱形マー
ク201のパターン寸法Lと−90度の位相差を持つ半
透明膜部の菱形マーク202のパターン寸法L’との差
を求め、その値より、図8に示した較正曲線を用いてフ
ォーカスのずれ量を符号も含めて求めた。そして、求め
られた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、そのロット
におけるフォーカスのずれ量として、次ロットに対して
露光装置のフォーカス設定値にフィードバックをかけて
露光を行った。この結果、フォーカスのずれによる線幅
変動を抑えることができた。
スクにより得られたフォーカスのずれ量を使って、次ロ
ットに対してフィードバックを行ったが、本来のデバイ
スパターンのフォーカス位置と、フォーカスモニタマー
クのフォーカス位置は、露光装置の収差や、デバイスパ
ターンの下地の段差形状等により異なる場合がある。こ
の場合は、フォーカスモニタマークで得られたフォーカ
スのずれ量に対してデバイス固有のオフセット値を加味
した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックす
ればよい。
独立した光学式の線幅測定器を用いて、フォーカス検出
マークを測定したが、露光装置自体に内蔵された線幅測
定機能やSEM等の光学式以外の測定装置を用いること
も可能である。また、モニタパターンは、上記の他に
も、線幅測定装置で測定可能なマークのパターンであれ
ばよく、楔形であってもよい。菱形或いは楔形の形状
は、必ずしも先端を鋭利に形成する必要はなく、中央部
よりも先端部が短く形成されていればフォーカスモニタ
マークとしての機能を発揮する。さらに、フォーカスモ
ニタマークのサイズ,ピッチ,及び半透明膜部分の透過
率は図7に示したものだけに限定されるものではなく、
使用する露光条件によって種々変更することで、よりフ
ォーカス検出性能の向上をはかることができる。
膜部と開口部との関係は、逆にしてもよい。即ち、開口
部で囲まれて菱形若しくは楔形の半透明膜で形成された
モニタパターンを有するようにしてもよい。同様に、第
2のパターン領域における半透明膜部と開口部との関係
も逆にしてもよい。即ち、開口部で囲まれて菱形若しく
は楔形の半透明膜で形成されたモニタパターンを有する
ようにしてもよい。そして、これらの何れの組み合わせ
を用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
と第2のパターン領域で同じ半透明膜を用い、開口部の
透明基板を堀込む量を変えることにより第1のパターン
領域と第2のパターン領域とで異なる位相差を持たせた
が、この代わりに第1と第2のパターン領域で異なる半
透明膜を用いてもよい。
ニタパターンを有する第1及び第2のパターン領域を2
つ用意し、第1のパターン領域のモニタパターンと第2
のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス
位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性
を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン
寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態か
らのずれ量及びずれの方向を求めることが可能となる。
スを振った先行露光は不要で、1回の露光後にモニタパ
ターンの寸法を求めるのみでよく、しかも露光量の変動
による影響が少なく、さらに比較的大きなσ条件や輪帯
照明条件においても十分な感度が得られる。従って、フ
ォーカス状態からのずれ量及びずれ方向を高精度且つ簡
便に検出することができ、露光精度の向上等に寄与する
ことができる。
スクの概略構成を示す断面図と平面図。
す平面図。
フォーカスとの関係を示す図。
ーズ依存性を示す図。
の位相差とフォーカスの検出感度の関係を示す図。
スクの概略構成を示す断面図と平面図。
す平面図。
フォーカスとの関係を示す図。
係(較正曲線)のドーズ依存性を示す図。
ためのもので、菱形マークが入ったQC用マスクとウェ
ハー上に形成される菱形パターンを示す図。
図。
Claims (7)
- 【請求項1】フォトリソグラフィーによりウェハー上に
パターンを転写する際に使用されるマスクであって、 遮光部で囲まれて第1の開口部で形成、又は第1の開口
部で囲まれて遮光部で形成された少なくとも1つのモニ
タパターンを有する第1のパターン領域と、 半透明膜で囲まれて第2の開口部で形成、又は第2の開
口部で囲まれて半透明膜で形成され、第2の開口部を通
過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定
の位相差を与える少なくとも1つのモニタパターンを有
する第2のパターン領域とを備え、 前記各モニタパターンは、一方向に沿って中央部に対し
て両端部が細い形状であることを特徴とするフォーカス
モニタ用マスク。 - 【請求項2】第2の開口部を通過する露光光に対する半
透明膜を通過する露光光の位相差は+45度から+15
0度、又は−45度から−150度に設定されているこ
とを特徴とする請求項1記載のフォーカスモニタ用マス
ク。 - 【請求項3】フォトリソグラフィーによりウェハー上に
パターンを転写する際に使用されるマスクであって、 第1の開口部で囲まれて第1の半透明膜で形成、又は第
1の半透明膜で囲まれて第1の開口部で形成され、第1
の開口部を通過する露光光に対して第1の半透明膜を通
過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも1つの
モニタパターンを有する第1のパターン領域と、 第2の開口部で囲まれて第2の半透明膜で形成、又は第
2の半透明膜で囲まれて第2の開口部で形成され、第2
の開口部を通過する露光光に対して第2の半透明膜を通
過する露光光に第1のパターン領域とは異なる位相差を
与える少なくとも1つのモニタパターンを有する第2の
パターン領域とを備え、 前記各モニタパターンは、一方向に沿って中央部に対し
て両端部が細い形状であることを特徴とするフォーカス
モニタ用マスク。 - 【請求項4】第1の開口部を通過する露光光に対する第
1の半透明膜を通過する露光光の位相差は+45度から
+150度に設定され、第2の開口部を通過する露光光
に対する第2の半透明膜を通過する露光光の位相差は−
45度から−150度に設定されていることを特徴とす
る請求項3記載のフォーカスモニタ用マスク。 - 【請求項5】前記各モニタパターンは、楔形又は菱形で
あることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のフ
ォーカスモニタ用マスク。 - 【請求項6】フォトリソグラフィーによりウェハー上に
パターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのず
れ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、 請求項1〜5の何れかに記載のフォーカスモニタ用マス
クを用いてウェハー上にパターンを転写する工程と、 前記ウェハー上に形成されたパターンのうち、第1及び
第2のパターン領域の各モニタパターンの双方のパター
ンサイズを計測する計測工程と、 前記計測工程の結果から、第1のパターン領域のモニタ
パターンのパターンサイズと第2のパターン領域のモニ
タパターンのパターンサイズとの差、又は比を求める演
算工程と、を含むことを特徴とするフォーカスモニタ方
法。 - 【請求項7】前記各モニタパターンは菱形であり、前記
計測工程では該モニタパターンの長い方の対角線の長さ
を計測することを特徴とする請求項6記載のフォーカス
モニタ方法。
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