JP2001189264A - フォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】符号を含めたフォーカスずれ量を簡易に測定す
る。 【解決手段】フォーカスモニタマークは、周辺部分の半
透明膜部８０１、中央部分の遮光膜部８０２、そして開
口部である第１のモニタマーク１０１及び第２のモニタ
マーク１０２から構成されている。第１のモニタマーク
１０１及び第２のモニタマーク１０２には、長方形パタ
ーン１１０（１１０ａ，１１０ｂ）と、この長方形パタ
ーン１１０の片側に形成された微細な凸型の先細りパタ
ーン１１１（１１１ａ，１１１ｂ）とから構成されてい
る。なお、第２のモニタマーク１０２では、半透明膜２
を通過する露光光と開口部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１が例えば１２４ｎｍ堀
込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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関し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測定方法に関
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、より高精度に露光量及びフォーカスをモニタす
る技術が必要となっている。フォーカスを管理する手法
として従来は、図２４（ａ）に示したようなマークが入
ったＱＣ用マスクを用いていた（特開平１１−１０２０
６１）。このマークは、周辺遮光部分１０の内側に中央
遮光部分２０を配置している。中央遮光部分２０の各辺
には楔型の微細な突起状パターン２２、２４が複数個形
成され、左右（上下）非対称になっている。このマスク
に対してデフォーカスを変化させて露光を行い、ウェハ
上に転写されたパターン（図２４（ｂ））の位置ずれ量
Ｌ＝Ｓ２−Ｓ１が最小となるフォーカス点をベストフォ
ーカス値としていた。

【０００３】図２５には位置ずれ量Ｌとデフォーカスの
関係を示した。位置ずれ量Ｌは、デフォーカスに対して
ほぼ対称に変化する。しかし、デバイスマスクのダイシ
ング領域に上記パターンを配置して、ロットリンクでフ
ォーカスをモニタしようとした場合、ロット処理時には
フォーカス設定値を変化させることなく、一定値で露光
するため、上記マークの位置ずれ量Ｌからフォーカス値
を換算することになる。この場合には、フォーカスの符
号がわからないという問題があった。

【０００４】これに対し、特開平１１−１０２０６１に
おいて、渡辺らは、マークを転写する基板に図２６に示
すような改善を加えた。すなわち、基板を図２６に示す
ような領域に分けて、３０と４０の領域に高低差を形成
した。こうすることによって、マスクの転写パターン
の、Ｘ方向の位置ずれ量（ΔＳｘ）と、Ｙ方向の位置ず
れ量（ΔＳｙ）との間に図２７に示すような差を設け、
二つの位置ずれ量の差をデフォーカスに対してプロット
することによって（図２８）、フォーカスのずれ量を符
号も含めてモニタした。この方法は、フォーカスずれ量
を符号を含めてモニタすることができるため、ロットリ
ンクでのフォーカス制御が可能である。しかしながら、
ＣＭＰプロセスが多用されている今日においては、基板
に段差を持たせる方法は実用的でない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、符号
を含めたフォーカスずれ量を測定するためには、基板に
高低差を設けなければならず、工程が増大し簡易にフォ
ーカスずれを測定することができないという問題があっ
た。

【０００６】本発明の目的は、符号を含めたフォーカス
ずれ量を簡易に測定し得るフォーカスモニタマスク及び
フォーカスモニタ方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】［構成］本発明は、上記
目的を達成するために以下のように構成されている。

【０００８】（１）本発明（請求項１）のフォーカスモ
ニタマスクは、第１の開口部で囲まれた第１の膜で形
成、又は第１の膜で囲まれた第１の開口部で形成され、
先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタ
マークを含む第１のパターン領域と、第２の膜で囲まれ
て第２の開口部で形成、または第２の開口部で囲まれて
第２の膜で形成され、第１のパターン領域の先細りパタ
ーンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからな
り、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過
する露光光の位相とは異なる少なくとも１つの第２のモ
ニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカ
スモニタマークを具備してなることを特徴とする。

【０００９】（２）本発明（請求項１３）のフォーカス
モニタ方法は、フォトリソグラフィによりウェハ上にパ
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、第１の
開口部で囲まれた第１の膜で形成、又は第１の膜で囲ま
れた第１の開口部で形成され、先細りパターンからなる
少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１のパタ
ーン領域と、第２の膜で囲まれて第２の開口部で形成、
または第２の開口部で囲まれて第２の膜で形成され、第
１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方
向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位
相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相異なる
少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２のパタ
ーン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してな
ることを特徴とするフォーカスモニタマスクを用いてウ
ェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上
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相対位置を計測する計測ステッ
プと、計測された相対位置から、フォーカスの相対位置
ずれ求める演算ステップとを含むことを特徴とする。

【００１０】（３）本発明（請求項１４）のフォーカス
モニタ方法は、第１の開口部で囲まれた第１の膜で形
成、又は第１の膜で囲まれた第１の開口部で形成され、
先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタ
マークを含む第１のパターン領域と、第２の膜で囲まれ
て第２の開口部で形成、または第２の開口部で囲まれて
第２の膜で形成され、第１のパターン領域の先細りパタ
ーンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからな
り、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過
する露光光の位相とは異なる少なくとも１つの第２のモ
ニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカ
スモニタマークが、前記先細りパターンの先端方向が０
度、±４５度、９０度の方向を向くように４組形成され
たフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターン
を転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパタ
ーンのうち、それぞれのフォーカスモニタマークについ
て、第１及び第２のパターン領域のモニタパターンの相
対位置を計測する計測ステップと、それぞれの計測され
た相対位置から、照明光学レンズの収差によるフォーカ
スのずれを修正するステップとを含むことを特徴とする
［作用］本発明は、上記構成によって以下の作用・効果
を有する。

【００１１】本発明によれば、モニタパターンを有する
第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一のパタ
ーン領域のモニタパターンと第二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。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。

【００１３】［第１実施形態］（構成）図２９は、本実
施形態で用いたシステムの全体の概略構成を示す図であ
る。図２９において、２９０１は光源、２９０２はフォ
トマスク、２９０３は投影光学系、２９０４はウェハで
ある。

【００１４】図１は、本発明のフォーカスモニタマーク
が設けられたの概略構成を示す図である。図１（ａ）は
マスクの断面図、図１（ｂ）はマスクの平面図、図１
（ｃ）はフォーカスモニタマークの平面図、図１（ｄ）
はフォーカスモニタマークを拡大した平面図である。

【００１５】図１（ａ）に示すように、ガラス基板１上
にＳｉＯ₂ 等の半透明膜２を介して遮光膜３が形成され
ている。半透明膜２は、露光光の位相をほぼ１８０度ず
らす効果を有し、透過率が６％である。そして、デバイ
スパターンの周囲のダイシングラインにフォーカスモニ
タマークが形成されている。

【００１６】図１（ｂ）に示すように、フォーカスモニ
タマークは、周辺部分の半透明膜部８０１、中央部分の
遮光膜部８０２、そして開口部である第１のモニタマー
ク１０１及び第２のモニタマーク１０２から構成されて
いる。第１のモニタマーク１０１及び第２のモニタマー
ク１０２には、長方形パターン１１０（１１０ａ，１１
０ｂ）と、この長方形パターン１１０の片側に形成され
た微細な凸型の先細りパターン１１１（１１１ａ，１１
１ｂ）とから構成されている。なお、第２のモニタマー
ク１０２では、半透明膜２を通過する露光光と開口部を
通過する露光光とに９０度の位相差を付けるために、基
板１が例えば１２４ｎｍ堀込まれている。

【００１７】図１（ｃ）では、先細りパターン１１１の
一例として楔型を示した。この先細りパターン１１１は
Ｘ軸方向６μｍ、Ｙ軸方向０．１８μｍで、ピッチが
０．３６μｍで複数配置されている。さらにパターンの
先端方向を、遮光膜部８０２（半透明膜部８０１）では
同じ方向を、遮光膜部８０２と半透明膜部８０１とでは
反対（対称）の方向になるようにマスクに配置した。

【００１８】（作用）本発明者は、半透明膜部８０１を
通過する露光光と、マーク１０２を通過する露光光との
位相差をほぼ９０度ずらすことによって、半透明膜部８
０１に形成された先細りパターン１１１ａと、遮光膜部
８０２に形成された先細りパターン１１１ｂとのフォー
カス点にずれが生じ、デフォーカスに対して異なる位置
ずれを示すことに注目した。つまり、ベストフォーカス
に近づくほど、先細りパターン１１１の微細な部分まで
解像され、レジストのエッジ位置はフォーカスのずれ量
により変化する。

【００１９】図２では、図１（ｃ）に示すフォーカスモ
ニタマークが転写されたウェハ上のパターンを示してい
る。遮光膜部８０２の第２のモニタマーク１０２が転写
されたパターンＤはベストフォーカスでの中心位置を０
になるように設計した。これに対して半透明膜部８０１
の第１のモニタマーク１０１が転写されたパターンＣ
は、第２のモニタマーク１０２に対して位相を９０度ず
らすことにより、ベストフォーカスの中心位置を０以外
になるように設計した。

【００２０】そして、この二組のモニタマーク１０１，
１０２の露光・現像後の中心位置の差（位置ずれ量）を
モニタすると、デフォーカスに対して単調増加または単
調減少することを利用し、デフォーカスに対する位置ず
れ量の関係を較正曲線として求めておき、露光・現像後
のデフォーカスに対するパターンの位置ずれ量を測定す
ることで、フォーカスのずれ量を方向も含めてモニタす
ることを試みた。

【００２１】（効果）次に、上記マスクを用いて作成し
たサンプルで、フォーカス点を検出する手順について説
明する。

【００２２】モニタマーク１０１，１０２を配置したマ
スクを転写するウェハは、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。このウェハを、上記マスクを用いて、投影光学系の
縮小比１／４、露光波長２４８ｎｍ、ＮＡ＝０．６、コ
ヒーレンスファクタσ＝０．７５、輪帯遮蔽率ε０．６
７、露光装置の設定露光量７．５ｍＪ／ｃｍ^２という露
光条件で露光した。次に、露光が終了したウェハを、１
００℃・９０秒でポストエクスポージャーベーク（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。

【００２３】次に、処理されたウェハ上の二組のパター
ンＣ，Ｄの中心位置の差、すなわち位置ずれ量＝Ｓ_１−
Ｓ_２を、合わせずれ検査装置を用いて測定した。

【００２４】図３には、半透明膜部８０１の第１のモニ
タマーク１０１及び遮光膜部８０２の第２のモニタマー
ク１０２とが転写された二つのマークＣ，Ｄの中心位置
とデフォーカスとの関係を示した。このグラフの横軸は
デフォーカス、縦軸は相対距離を示す。

【００２５】グラフの２つの曲線のうち、実線は遮光膜
部８０２の第２のモニタマーク１０２によりウェハ上に
転写されたパターンＤの中心位置特性を、点線は開口部
との位相差が＋９０度である半透明膜部８０１に形成さ
れた第１のモニタマーク１０１によりウェハ上に転写さ
れたパターンＣの中心位置特性を示している。

【００２６】そして、図４は、開口部との位相差が＋９
０度である半透明膜部８０１に形成された第１のモニタ
マーク１０１によりウェハ上に転写されたパターンＣ
と、遮光膜部に形成された第２のモニタマーク１０２に
よりウェハ上に転写されたパターンＤとの位置ずれ量と
デフォーカスとの関係を表している。この位置ずれ量
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。このデフォーカスと位置ズレ量の関係を較正曲
線とする。

【００２７】さらに、露光の際に、露光量を変化させ
て、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／ｃｍ^２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、位置ず
れ量とデフォーカスの関係（較正曲線）のドーズ依存性
も示した。グラフは、露光量７．５ｍＪ／ｃｍ^２を中心
として、露光量を−１０％、−５％、−１％、７．５ｍ
Ｊ／ｃｍ^２、＋１％、＋５％、＋１０％と変化させた場
合の、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したもの
である。グラフから、ドーズ量を、−１０％から＋１０
％の間で変化させても、デフォーカス依存性は、ほとん
ど変化しない（グラフ中の各直線がほとんど重なってい
る）ことがわかる。従って、露光量が変動した場合にお
いても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量
を高精度に検出できた。

【００２８】上記のマスクを用いて、実際のデバイスパ
ターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。
次に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出
し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、
図４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い、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。また、
今回は、上記フォーカスモニタマー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。

【００２９】尚、本実施例においては、露光装置と独立
した合わせずれ検査装置を用いて、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、合わせず
れ検査機能を用いることも可能である。またフォーカス
モニタマークは、上記の他にも、光学式の合わせずれ検
査装置で測定可能なマークのパターンであればよく、さ
らに突起状部分の形状は、図１（ｄ）に示すものほど先
端が鋭利である必要はなく、中央部よりも先端部が細か
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。

【００３０】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１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。

【００３１】また、フォーカスモニタマークの長方形部
分は必ずしも必要ではなく、図５に示すように先細りパ
ターン１１１部分だけでもフォーカスモニタとしての機
能を発揮する。この場合は、長方形部分がないため、デ
フォーカスに対する感度が鋭敏で、合わせずれ検査装置
以外の測定装置でフォーカスずれ量が検出可能である。
また、パターンの小型化が可能で、今後ダイシングライ
ンが更に狭くなった場合にも対応することができる。

【００３２】また、第１のパターン領域における遮光部
と開口部との関係は、逆にしてもよい。すなわち、図６
に示したように、開口部６０１で囲まれ、遮光膜６０３
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
開口部との関係を逆にしてもよい。すなわち、開口部６
０１で囲まれて半透明膜６０２で形成されたパターンを
有するようにしてもよい。そして、これらのいずれの組
み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が得られ
る。

【００３３】また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマ
ークが二組形成されたマスクを用いたが、図７に示すよ
うに、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方向
にマークを配置しても、図８に示すように二組のマーク
８１１，８１２を配置しても、フォーカスモニタとして
の機能を発揮する。また、さらに図９に示すように図８
に示すマークが配置された方向に対して、４５度傾いた
方向にマークが配置されていても、フォーカスモニタと
しての機能を発揮する。

【００３４】また、フォーカスモニタパターンの中央部
分は、図１０（ａ），（ｂ）に示したようにＢＯＸ型の
マーク１００１，１００２であってもよい。このＢＯＸ
型マーク１００１とＢＯＸ型マーク１００２とで対向す
る各辺の先細りパターンの先端方向は、反対の（対称）
方向を向いている。さらに、周辺部分のマーク１０１，
７０１，６０２，６１２の突起状部分ののびる方向は中
央部分のマークの突起状部分ののびる方向に対して、反
対（対称）になっている。

【００３５】さらに、本実施例ではフォーカスモニタマ
ークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マー
クを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったもので
はない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマーク
が形成されている場合は、ＱＣマスクとして使用するこ
とができる。

【００３６】本実施形態では、半透明膜部８０１で開口
部を通過する露光光に対してその周辺を透過する露光光
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２を使用し、基板１の一部を掘り込む
ようにしたが、９０度の位相差を持った半透明膜を使用
すれば基板の掘り込みは不要となる。開口部を透過する
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、遮光膜部の第２のモニタマ
ーク１０２と、半透明膜部８０１の第１のモニタマーク
１０１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。

【００３７】また、半透明膜としては、ＳｉＯ_２の他
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（ＭｏＳｉＯＮ）、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％の間でよい感度を得ている。

【００３８】図１１に、モニタマークの半透明膜部と開
口部との位相差と、検出感度との関係を示した。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（相対距離／デフォーカス）＝｜Ｌ｜／
｜Δfocus｜＝０．４となり、０．４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。

【００３９】［第２の実施形態］ （構成）本実施形態では、マスク上に、フォーカス点を
測定するためのマークとして、２種類の半透明膜で形成
されたモニタマークを配置した。第１の実施形態と異な
るところは、第１及び第２のパターン領域のいずれにも
半透明膜部を設けたことである。

【００４０】図１２は、本発明のフォーカスモニタマー
クが設けられたの概略構成を示す図である。図１２
（ａ）はマスクの断面図、図１２（ｂ）はマスクの平面
図、図１２（ｃ）はフォーカスモニタマークの平面図、
図１２（ｄ）はフォーカスモニタマークを拡大した平面
図である。

【００４１】モニタマークは、マスクのデバイスパター
ンがないダイシングラインの遮光部に形成されている。
図中１は透明基板、２は半透明膜、３は遮光膜を示す。
図１２（ｃ）に示した、半透明膜２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。

【００４２】マーク１２０１を形成した第１のパターン
領域１２１１では、開口部に露出する基板１を一部掘り
込む（例えば１２４ｎｍ）ことにより、開口部であるマ
ーク１２０１を通過する光に対し、その周辺の半透明膜
を通過する光は＋９０度の位相差を持つことになる。ま
た、第２のマーク１２０２を形成した第２のパターン領
域１２１２では、開口部に露出する基板１を一部掘り込
む（例えば３７２ｎｍ）ことにより、開口部である先細
りパターンを通過する光に対しその周辺の半透明膜２を
通過する光は−９０度の位相差を持つようにしている。

【００４３】開口部のマークは、長方形の片側に、微細
な凸型の先細りパターンが形成されている。図１２
（ｄ）では、先細りパターンの一例として楔形を示し
た。この先細りパターンは楔形がＸ軸方向６μｍ、Ｙ軸
方向０．１８μｍで、ピッチが０．３６μｍで複数配置
されている。さらにパターンの先端方向を、第１のパタ
ーン領域１２１１（第２のパターン領域１２１２）では
同じ方向を、第１のパターン領域１２１１と第２のパタ
ーン領域１２１２とでは反対（対称）の方向になるよう
にマスクに配置した。

【００４４】（作用）先に説明した第１の実施形態で、
遮光膜部と半透明膜部にパターンを形成したマスクを用
いてウェハ上にパターンニングし、形成されたマークの
中心位置の差（位置ずれ量）がデフォーカスに対して単
調減少または単調増加することが示された。

【００４５】そこで発明者は、フォーカスのずれ量の検
出感度を更に向上させるために、第１のパターン領域１
２１１では半透明膜２を透過する露光光を、マーク１２
０１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１２１２では半透明膜２を透過
する露光光をマーク１２０２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
明膜部のマーク１２０１のフォーカス点と、遮光膜部に
形成されたマークのフォーカス点のずれは、第１の実施
形態に記載した量だけ変化する。

【００４６】これに対して、第２のマーク１２０２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２のマーク１２０２のフォーカス点は、遮光膜に
形成された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。

【００４７】次に、上記マスクを用いて作成したサンプ
ルで、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マスクを転写するウェハは、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。このウェハを、上記マスクを
用いて、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
／ｃｍ^２という露光条件で露光した。次に、露光が終了
したウェハを、１００℃・９０秒でポストエクスポージ
ャーベーク（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。

【００４８】次に、処理されたウェハ上の二組のパター
ンの中心位置の差、すなわち位置ずれ量を、光学式の合
わせずれ検査装置を用いて測定した。

【００４９】図１３には、二つの半透明膜部のマークの
中心位置とデフォーカスとの関係を示した。このグラフ
の横軸はデフォーカス、縦軸は中心位置を示す。グラフ
の２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マーク（マークＣ）に
よりウェハ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
れたマーク（マークＤ）によりウェハ上に転写されたパ
ターン寸法特性を示している。

【００５０】そして、図１４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マーク１２０１に
よりウェハ上に転写されたパターンと、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第２のマー
ク１２０２によりウェハ上に転写されたパターンとの位
置ずれ量（較正曲線）を表している。この結果から、フ
ォーカスずれ量の検出感度が、第１の実施形態と比べて
約２倍になることがわかった。

【００５１】さらに、露光の際に、露光量を変化させ
て、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／ｃｍ^２を中心に、−１０％から＋
１０％まで変化させて露光を行った。図１４には、位置
ずれ量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／ｃｍ^２を中
心として、露光量を−１０％、−５％、−１％、７．５
ｍＪ／ｃｍ^２、＋１％、＋５％、＋１０％と変化させた
場合の、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したも
のである。グラフから、ドーズを−１０％から＋１０％
の間で変化させても、デフォーカス依存性は、ほとんど
変化しない（グラフ中の各直線がほとんど重なってい
る）ことがわかる。従って、露光量が変動した場合にお
いても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量
を高精度に検出できた。

【００５２】上記マスクを用いて、実際のデバイスパタ
ーンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。次
に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出
し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、
図１４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い、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。ま
た、今回は、上記フォーカスモニタマークにより得られ
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。

【００５３】尚、本実施例においては、露光装置と独立
した光学式の合わせずれ検査装置を用いて、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、
合わせずれ機能や光学式以外の合わせずれ測定装置を用
いることも可能である。またフォーカスモニタマーク
は、上記の他にも、光学式の合わせずれ測定装置で測定
可能なマークのパターンであればよく、さらに突起状部
分の形状は、図１２（ｄ）に示すものほど先端が鋭利で
ある必要はなく、中央部よりも先端部が細かく形成され
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。

【００５４】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１２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、フォーカス検出性能の
向上をはかることができる。

【００５５】また、第１のパターン領域における遮光部
と開口部との関係は、逆にしてもよい。すなわち、図１
５に示すように、開口部１５０１で囲まれ、半透明膜１
５１１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を逆にしてもよい。すなわち、開口
部１５０１で囲まれて半透明膜１５１２で形成されたパ
ターンを有するようにしてもよい。そして、これらのい
ずれの組み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が
得られる。

【００５６】また、マークの長方形の部分は必ずしも必
要ではなく、図１６に示すように突起状部分だけでもフ
ォーカスモニタとしての機能を発揮する。

【００５７】また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマ
ークが二組形成されたマスクを用いたが、図１７に示す
ように、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方
向にマーク１２０３，１２０４を配置しても、さらに図
１８に示すように二組のマーク１２０１，１２０２，１
２０３，１２０４を配置しても、フォーカスモニタとし
ての機能を発揮する。

【００５８】また、それぞれのマークは、図１９に示す
ように図１２に示すマークが配置された方向に対して、
４５度傾いた方向にマーク１９０１，１９０２，１９０
３，１９０４が配置されていてもよい。

【００５９】また、フォーカスモニタパターンの中央部
分は、図２０（ａ），（ｂ）に示したようにＢＯＸ型の
マーク２００１，２０１３であってもよい。このＢＯＸ
型マーク２００１，２０１３では、各辺の突起状部分の
伸びる方向は、対辺で反対の（対称）方向を向いてい
る。さらに、周辺部分のマーク１２０１，２００２，２
０１１，２０１４の先細りパターン部分の先端方向は中
央部分のマーク２００１，２０１３の先細りパターン部
分の先端方向に対して、反対（対称）になっている。こ
のマークは、中央のボックス部分の面積が広いためマス
クの加工の手間という観点で考えると、微細なマークを
複数回加工する労力が軽減される。

【００６０】さらに、本実施例ではフォーカスモニタマ
ークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マー
クを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったもので
はない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマーク
が形成されている場合は、ＱＣマスクとして使用するこ
とができる。

【００６１】（効果）以上詳述したように本発明によれ
ば、モニタパターンを有する第１及び第２のパターン領
域を二つ用意し、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。

【００６２】本実施形態では、第１のパターン領域と第
２のパターン領域で同じ半透明膜を用い、開口部の透明
基板を掘り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。

【００６３】［第３の実施形態］本実施形態では、低次
の収差によるフォーカスの方向依存性を調べるために、
二種類のモニタマークで構成されたマスクを使用した。
図２１，２２には、一組のマーク２１０１，２２０１
と、そのマークの先細りパターンの先端方向に対して配
列方向を±４５度回転させたマーク２１０２，２２０２
とから構成されている。

【００６４】（作用）露光装置の照明光学レンズに収差
が存在すると、デバイスパターンのフォーカス点に方向
性が生じる。即ち、Ｘ方向に平行であるデバイスパター
ンか、Ｙ方向に平行なデバイスパターンかによってフォ
ーカス点が異なる。そこで、低次の収差に関する角度、
即ち０度、９０度、±４５度の方向にベストフォーカス
点を調べて、そのベストフォーカス位置の差を予めオフ
セットとして露光装置にフィードバックすることによっ
て収差によるフォーカス点の方向依存性を無くすことが
できる。

【００６５】（効果）上述したように、０度、９０度、
±４５度のデフォーカス寸法カーブは、図２３に示すよ
うになる。図２３で、２３０１は０度の向きのマークの
デフォーカス−寸法特性、２３０２は±４５度の向きの
マークのデフォーカス−寸法特性、２３０３は９０度の
マークのデフォーカス−寸法特性を示す。この結果から
各角度におけるベストフォーカス点を求めて、その差を
フォーカスオフセットとすることによって、収差による
フォーカスずれを除去することができた。

【００６６】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。例えば、その他、本発明は、その要旨
を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能
である。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、
以上詳述したように本発明によれば、モニタパターンを
有する第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一
のパターン領域のモニタパターンと第二のパターン領域
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
ずれの方向を簡易に求めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマス
ク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。

【図２】図１（ｃ）に示すフォーカスモニタマークをウ
ェハ上に転写して得られるパターンを示す平面図。

【図３】マークの中心位置のデフォーカス依存性を示す
図。

【図４】図１（ｃ）に示すフォーカスモニタマークを転
写してパターンと、遮光膜部に形成されたマークにより
ウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォ
ーカスとの関係を示す図。

【図５】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマー
クの変形例を示す平面図。

【図６】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマー
クの変形例を示す平面図。

【図７】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマー
クの変形例を示す平面図。

【図８】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマー
クの変形例を示す平面図。

【図９】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマー
クの変形例を示す平面図。

【図１０】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図１１】フォーカスモニタマークの半透明膜部と開口
部との位相差と、検出感度との関係を示す図。

【図１２】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
スク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。

【図１３】半透明膜部の二つのマークの中心位置とデフ
ォーカスとの関係を示す図。

【図１４】開口部との位相差が＋９０度である半透明膜
部に形成されたマーク１７０２によりウェハ上に転写さ
れたパターンと、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マーク１７０３によりウェハ上に
転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォーカスとの
関係を示す図。

【図１５】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図１６】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図１７】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図１８】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図１９】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図２０】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの変形例を示す平面図。

【図２１】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの構成を示す平面図。

【図２２】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタマ
ークの構成を示す平面図。

【図２３】０度、９０度、±４５度のデフォーカス寸法
カーブを示す図。

【図２４】従来のフォーカスモニタマークとこのマーク
が転写されたパターンを示す平面図。

【図２５】従来おフォーカスモニタマークの位置ズレ量
とデフォーカスとの関係を示す特性図。

【図２６】フォーカスモニタを行うために基板に対して
行われた改善の概要を示す平面図。

【図２７】図２６に示される種類の領域の各領域マーク
のオフセットとデフォーカスとの間の関係を示す図。

【図２８】二つの位置ズレ量の差とデフォーカスの関係
を示す図。

【図２９】第１の実施形態に係わるシステムの全体の概
略構成を示す図。

【符号の説明】

１０１…第１のモニタマーク １０２…第２のモニタマーク １１０…長方形パターン １１１…先細りパターン ８０１…半透明膜部 ８０２…遮光膜部

フロントページの続き (72)発明者 井上 壮一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 2H095 BA02 BB02 BB03 BC05 BE07 5F046 AA25 BA04 DA14

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の開口部で囲まれた第１の膜で形成、
   又は第１の膜で囲まれた第１の開口部で形成され、先細
   りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタマー
   クを含む第１のパターン領域と、 第２の膜で囲まれて第２の開口部で形成、または第２の
   開口部で囲まれて第２の膜で形成され、第１のパターン
   領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細
   りパターンからなり、通過する露光光の位相が第１のモ
   ニタマークを通過する露光光の位相とは異なる少なくと
   も１つの第２のモニタマークを含む第２のパターン領域
   とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを
   特徴とするフォーカスモニタマスク。
2. 【請求項２】第１の膜は遮光膜であり、第２の膜は、通
   過する露光光の位相が第２の開口部を通過する露光光の
   位相と異ならせる半透明膜であることを特徴とする請求
   項１に記載のフォーカスモニタマスク。
3. 【請求項３】第２の開口部を通過する露光光に対する第
   ２の膜を通過する露光光の位相差は＋４０度から＋１６
   ５度、または−４０度から−１６５度に設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のフォーカスモニタマ
   スク。
4. 【請求項４】第１の膜と第２の膜とは同じ位相の露光光
   が通過する同一の半透明膜であり、且つ第１の開口部と
   第２の開口部を通過する露光光の位相差はそれぞれ異な
   ることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニタ
   マスク。
5. 【請求項５】第１の開口部及び第２の開口部を通過する
   露光光に対する第１及び第２の膜を構成する前記半透明
   膜を通過する露光光の位相差は、＋４０度から＋１６５
   度、または−４０度から−１６５度に設定されているこ
   とを特徴とする請求項４に記載のフォーカスモニタマス
   ク。
6. 【請求項６】第１の開口部及び第２の開口部を通過する
   露光光の位相が同じ、且つ第２の膜を通過する露光光の
   位相が第２の開口部を通過する通過する位相と異なるこ
   とを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニタマス
   ク。
7. 【請求項７】前記フォーカスモニタマークは、一方向に
   配列された第１及び第２のモニタマークと、前記一方向
   に対して垂直な方向に配列された第１及び第２のモニタ
   マークとから構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載のフォーカスモニタマスク。
8. 【請求項８】前記フォーカスモニタマークは、前記一方
   向に対して±４５度方向に配列された第１のモニタマー
   クと第２のモニタマークとがさらに形成されていること
   を特徴とする請求項７に記載のフォーカスモニタマス
   ク。
9. 【請求項９】第１のパターン領域は第２のパターン領域
   を囲うように形成され、 第２のモニタマークは、各辺に先細りパターンが形成さ
   れた長方形状の第２の開口部或いは第２の膜から構成さ
   れ、 第２のモニタマークの先細りパターンの先端方向は、第
   １のモニタマークの先細りパターンの先端方向に対して
   反対方向を向いていることを特徴とする請求項１に記載
   のフォーカスモニタマスク。
10. 【請求項１０】前記フォーカスモニタマークは、デバイ
    スパターンが配置されていないダイシング領域に形成さ
    れていることを特徴とする請求項１に記載のフォーカス
    モニタ用マスク。
11. 【請求項１１】前記フォーカスモニタマークは、ダイシ
    ング領域以外に形成されていることを特徴とする請求項
    １に記載のフォーカスモニタマスク。
12. 【請求項１２】各モニタパターンの先細りパターンは、
    菱形または楔形であることを特徴とする請求項１に記載
    のフォーカスモニタ用マスク。
13. 【請求項１３】フォトリソグラフィによりウェハ上にパ
    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、 第１の開口部で囲まれた第１の膜で形成、又は第１の膜
    で囲まれた第１の開口部で形成され、先細りパターンか
    らなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１
    のパターン領域と、第２の膜で囲まれて第２の開口部で
    形成、または第２の開口部で囲まれて第２の膜で形成さ
    れ、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは
    反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光
    光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相
    とは異なる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む
    第２のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを
    具備してなることを特徴とするフォーカスモニタマスク
    を用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、 前記ウェハ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相対位置を計測す
    る計測ステップと、 計測された相対位置から、フォーカスの相対位置ずれ求
    める演算ステップとを含むことを特徴とするフォーカス
    モニタ方法。
14. 【請求項１４】フォトリソグラフィによりウェハ上にパ
    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、 第１の開口部で囲まれた第１の膜で形成、又は第１の膜
    で囲まれた第１の開口部で形成され、先細りパターンか
    らなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１
    のパターン領域と、第２の膜で囲まれて第２の開口部で
    形成、または第２の開口部で囲まれて第２の膜で形成さ
    れ、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは
    反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光
    光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相
    異なる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２
    のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークが、前
    記先細りパターンの先端方向が０度、±４５度、９０度
    の方向を向くように４組形成されたフォーカスモニタマ
    スクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップ
    と、 前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、それぞれの
    フォーカスモニタマークについて、第１及び第２のパタ
    ーン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ス
    テップと、 それぞれの計測された相対位置から、照明光学レンズの
    収差によるフォーカスのずれを修正するステップとを含
    むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。