JP2005189729A - Photomask and method for monitoring focus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photomask having a focus monitoring pattern to easily obtain a best focus position, and to provide a method for monitoring a focus. <P>SOLUTION: The photomask comprises a mask substrate, a device pattern arranged on the mask substrate, and one or more focus monitoring patterns arranged in a different position from the device pattern on the mask pattern, wherein the focus monitoring pattern has a sawtooth pattern comprising nearly triangular patterns continuously arranged without a space in one direction in a plan view. The focus monitoring pattern comprises a sawtooth pattern formed on at least one side of a rectangular pattern. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体装置の製造に使用されるフォトマスクおよび露光装置の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方法に関する。   The present invention relates to a photomask used for manufacturing a semiconductor device and a focus monitor method suitable for setting a focus condition of an exposure apparatus.

近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。   In recent years, with the increase in the degree of integration of semiconductor devices, the dimensions of individual elements have been reduced, and the widths of wirings and gates constituting each element have also been reduced.

この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じて加熱処理をする工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。   The photolithography technology that supports this miniaturization includes a process of applying a resist composition to the surface of a substrate to be processed to form a resist film, and exposing a predetermined resist pattern by irradiating light with a resist pattern latent image Forming, forming a desired resist pattern by developing it, and processing the substrate to be processed using the resist pattern as a mask A process is included.

このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するには、微細なレジストパターンを形成することが必要である。そして、レジストパターンの微細化を図るには、上記のレジストパターン潜像を形成する際の露光解像度を向上させることが必要となる。ここで、露光解像度は、プロセス因子(kl)、露光波長(λ)および光学系の開口数(N.A.)によって表わされる(式(1))。   In order to manufacture a semiconductor device having a fine design rule using such a photolithography technique, it is necessary to form a fine resist pattern. In order to make the resist pattern finer, it is necessary to improve the exposure resolution when forming the resist pattern latent image. Here, the exposure resolution is expressed by the process factor (kl), the exposure wavelength (λ), and the numerical aperture (NA) of the optical system (formula (1)).

露光解像度=kl×(λ/N.A.) ・・・(1)         Exposure resolution = kl × (λ / NA) (1)

式(1)から分かるように、露光解像度を小さくするためには、プロセス因子(kl)を小さくすることのできるプロセスの開発、露光波長(λ)の短波長化または露光装置の光学系の開口数(N.A.)の向上を図ることが必要となる。しかしながら、光学系の開口数を大きくすると、露光解像度を小さくすることができる一方で焦点深度の低下が起こるという問題があった。例えば、100nm以下のデザイン・ルールに対応した微細パターンでの焦点深度は0.35μm程度であり、微細化の進展とともに焦点深度は今後さらに浅くなることが予想される。   As can be seen from equation (1), in order to reduce the exposure resolution, the development of a process capable of reducing the process factor (kl), the shortening of the exposure wavelength (λ), or the aperture of the optical system of the exposure apparatus. It is necessary to improve the number (NA). However, when the numerical aperture of the optical system is increased, there is a problem that the exposure resolution can be reduced while the depth of focus is lowered. For example, the depth of focus in a fine pattern corresponding to a design rule of 100 nm or less is about 0.35 μm, and it is expected that the depth of focus will be further reduced in the future with the progress of miniaturization.

上記の問題に対しては、従来より、露光装置の高精度化、露光装置管理技術の改善、高解像度レジストの採用およびシリコン基板またはシリコン基板上に形成された薄膜の平坦性向上などの措置が講じられてきた。この内、高解像度のレジストを用いる方法では、露光装置のフォーカス(Focus)位置の変化によって受けるレジストの線幅変化が小さいという特徴がある。   For the above problems, measures such as increasing the accuracy of the exposure apparatus, improving the exposure apparatus management technology, adopting a high-resolution resist, and improving the flatness of the silicon substrate or the thin film formed on the silicon substrate have been conventionally used. Has been taken. Among these, the method using a high-resolution resist is characterized in that the change in the resist line width caused by the change in the focus position of the exposure apparatus is small.

例えば、フォーカス位置がプラス側にずれた場合、レジストのボトムでの線幅は所望の寸法通りに形成されるが、下地膜20上に形成されたレジストパターン21の膜厚tは所望の値tより薄くなる(図13(a))。このため、レジストパターン21をマスクとして下地膜をエッチングする際に、本来レジストによって保護されていなければならない領域においても下地膜20がエッチングされてしまうという問題があった。また、レジストパターン21をマスクとして半導体基板(図示せず)に不純物を注入する際にも、レジストの膜厚が薄いことによって不純物がレジストを貫通してしまうという問題があった。 For example, when the focus position is shifted to the plus side, the line width at the bottom of the resist is formed as desired, but the film thickness t 1 of the resist pattern 21 formed on the base film 20 is a desired value. It becomes thinner than t (FIG. 13A). Therefore, when the base film is etched using the resist pattern 21 as a mask, there is a problem that the base film 20 is etched even in a region that must be protected by the resist. Further, when the impurity is implanted into the semiconductor substrate (not shown) using the resist pattern 21 as a mask, there is a problem that the impurity penetrates the resist due to the thin film thickness of the resist.

また、フォーカス位置がマイナス側にずれた場合、レジストパターン22のトップでの線幅wは所望の寸法(w)通りに形成されるが、レジストパターン22のボトムでの線幅wが所望の値wより細くなることによって、レジストパターン22の断面形状は逆テーパ状を呈するようになる(図13(b))。これにより、レジストパターン22に傾きや倒れが生じやすくなるという問題があった。この問題について、以下に詳述する。 When the focus position is shifted to the minus side, the line width w 1 at the top of the resist pattern 22 is formed with a desired dimension (w), but the line width w 2 at the bottom of the resist pattern 22 is desired. As a result, the resist pattern 22 has a reverse taper shape (FIG. 13B). As a result, there is a problem that the resist pattern 22 is liable to be inclined or fallen. This problem will be described in detail below.

露光後のレジスト膜の現像には、一般に、液体現像液を用いたウェット現像法が用いられる。例えば、レジスト膜を現像液に浸漬し、露光部と未露光部におけるレジスト膜の溶解度差を利用することによって、レジストパターンを形成する。続いて、現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す処理を行う。その後、乾燥処理を行ってリンス液を除去する。   In general, a wet development method using a liquid developer is used for developing the resist film after exposure. For example, the resist film is immersed in a developer and a resist pattern is formed by utilizing the difference in solubility between the exposed film and the unexposed film. Subsequently, the developing solution and the resist dissolved in the developing solution are washed away with a rinse solution. Thereafter, a drying process is performed to remove the rinse liquid.

ここで、断面形状が逆テーパ状のレジストパターンでは、リンス液を乾燥させる際に、レジストパターン間に溜まったリンス液と空気との圧力差によって毛細管力が働くために、パターンに傾きが発生し易い。また、この傾きが著しい場合には、隣り合うパターンが互いにもたれ掛かるようにして倒れるパターン倒れが発生することもある。このようなパターンの傾きや倒れが生じると、被加工基板に所望のパターンを形成することができなくなり、製品の歩留まり低下や信頼性低下などを招く。また、倒れたパターンの一部が欠落した場合にはこれがダスト源となることによって、さらなる歩留まりの低下を引き起こすことにもなる。   Here, in a resist pattern with a reverse taper cross-section, when the rinse liquid is dried, the capillary force acts due to the pressure difference between the rinse liquid accumulated between the resist patterns and the air, so that the pattern is inclined. easy. In addition, when this inclination is significant, there may occur a pattern collapse that causes adjacent patterns to lean against each other. When such pattern inclination or collapse occurs, it becomes impossible to form a desired pattern on the substrate to be processed, resulting in a decrease in product yield or reliability. In addition, when a part of the fallen pattern is lost, it becomes a dust source, which causes a further decrease in yield.

一方、従来、露光条件の管理は、ライン・アンド・スペースパターンの線幅または所定の模擬的な回路パターンの線幅を測定することによって行われてきた。しかしながら、焦点深度が浅い場合に対応する高解像度のレジストを用いた場合には、上記の通り、線幅によってフォーカスを管理することは困難である。さらには、レジストの線幅は一般に露光量とフォーカスによって変動してしまうので、変動の原因が露光量にあるのか、それともフォーカスにあるのか特定することができないという問題もあった。   On the other hand, conventionally, the management of exposure conditions has been performed by measuring the line width of a line-and-space pattern or the line width of a predetermined simulated circuit pattern. However, when a high-resolution resist corresponding to the case where the depth of focus is shallow is used, it is difficult to manage the focus by the line width as described above. Furthermore, since the resist line width generally varies depending on the exposure amount and the focus, there is a problem that it is impossible to determine whether the cause of the variation is the exposure amount or the focus.

これに対して、露光装置のフォーカスを管理する方法として、SMP(Self Measurement Program)によるものがある。これは、図14(a)〜(c)に示すように、楔形のフォーカスモニタパターンの寸法sを測定することによって、ベストフォーカス位置を求める方法である。すなわち、露光装置のフォーカス位置がベストフォーカス位置である場合には、フォーカスモニタパターンは最も大きな寸法で露光される(図14(a))。しかし、フォーカス位置がベストフォーカス位置からプラス側(図14(b))またはマイナス側(図14(c))にずれると、フォーカスモニタパターンの寸法sは小さくなる。したがって、図15に示すように、露光されたフォーカスモニタパターンの寸法sをフォーカス位置xに対してプロットし、寸法sが最大となる点を求めることによって、ベストフォーカス位置xを算出することができる。 On the other hand, there is a method using SMP (Self Measurement Program) as a method for managing the focus of the exposure apparatus. This is a method for obtaining the best focus position by measuring the dimension s of the wedge-shaped focus monitor pattern, as shown in FIGS. In other words, when the focus position of the exposure apparatus is the best focus position, the focus monitor pattern is exposed with the largest dimension (FIG. 14A). However, when the focus position deviates from the best focus position to the plus side (FIG. 14B) or the minus side (FIG. 14C), the dimension s of the focus monitor pattern decreases. Accordingly, as shown in FIG. 15, plots the size s of the exposed focus monitoring pattern to the focus position x, by obtaining the point where the dimension s is maximized, is possible to calculate the best focus position x 0 it can.

しかしながら、上記のSMP法においても、フォーカスモニタパターンの寸法はフォーカスだけでなく露光量によっても変動するので、変動の原因がフォーカスにあるのか、露光量にあるのか特定することができない。このため、フォーカス位置が適正であったとしても露光量が適正でないために寸法が変動し、結果としてベストフォーカス位置を求めることができないという問題があった。また、楔形のフォーカスモニタパターンを実際のデバイスに配置した場合には、シリコン基板の外周領域でデフォーカスとなることによって、パターンの傾きや倒れを生じたり、パターンの欠落によってダストを生じたりするという問題もあった。   However, even in the above SMP method, the size of the focus monitor pattern varies not only with the focus but also with the amount of exposure, so it cannot be specified whether the cause of the variation is the focus or the amount of exposure. For this reason, even if the focus position is appropriate, the exposure amount is not appropriate and the dimensions fluctuate, resulting in a problem that the best focus position cannot be obtained. In addition, when a wedge-shaped focus monitor pattern is arranged in an actual device, defocusing occurs in the outer peripheral area of the silicon substrate, thereby causing the pattern to be tilted or tilted, or dust to be generated due to a missing pattern. There was also a problem.

図16(a)は、パターン倒れが生じた楔形のレジストパターンの平面図であり、図16(b)はその断面図である。図の例では、デフォーカスとなることによってレジストパターン23の断面形状が逆テーパ状となっている。このような形状となることによって、楔形の部分ではレジストパターン23と下地膜24との接触面積が非常に小さくなるので、パターンに倒れが発生し易くなる。   FIG. 16A is a plan view of a wedge-shaped resist pattern in which pattern collapse has occurred, and FIG. 16B is a cross-sectional view thereof. In the example shown in the figure, the cross-sectional shape of the resist pattern 23 is inversely tapered due to defocusing. By having such a shape, the contact area between the resist pattern 23 and the base film 24 becomes very small in the wedge-shaped portion, so that the pattern tends to fall down.

こうした問題に対しては、従来より、楔形パターンに補助パターンを配置する方法(例えば、特許文献1参照。)が提案されている。しかしながら、この方法によればパターンの倒れは改善されるものの、露光量によるパターンの寸法変化の問題を解決することはできない。また、左右(上下)非対称のパターンをフォーカスモニタパターンに用いる方法(例えば、特許文献2参照。)も提案されているが、この方法では、楔形パターンにおけるエッジのラフネス(ruoghness)の精度が低下するという問題があった。さらには、位相の異なる露光光が通過する2つのフォーカスモニタパターンを用いる方法(例えば、特許文献3参照。)も提案されているが、この方法では、マスクの構造が複雑化することによってコストの上昇を招くという問題があった。   Conventionally, a method for arranging an auxiliary pattern on a wedge-shaped pattern (see, for example, Patent Document 1) has been proposed. However, according to this method, although the fall of the pattern is improved, the problem of the dimensional change of the pattern due to the exposure amount cannot be solved. A method using a left / right (vertical) asymmetric pattern as a focus monitor pattern has also been proposed (see, for example, Patent Document 2), but this method reduces the accuracy of edge roughness in a wedge-shaped pattern. There was a problem. Furthermore, a method using two focus monitor patterns (for example, see Patent Document 3) through which exposure light having different phases passes has been proposed. However, in this method, since the structure of the mask is complicated, the cost is reduced. There was a problem that caused an increase.

特開平10−319598号公報JP 10-319598 A 特開平11−102061号公報JP-A-11-102061 特開2001−189264号公報JP 2001-189264 A

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、簡便にベストフォーカス位置を求めることのできるフォーカスモニタパターンを有するフォトマスクを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above-described problems. That is, an object of the present invention is to provide a photomask having a focus monitor pattern that can easily obtain the best focus position.

また、本発明の目的は、簡便にベストフォーカス位置を求め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。   It is another object of the present invention to provide a focus monitoring method that can easily obtain the best focus position.

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。   Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description.

本発明のフォトマスクは、マスク基板と、このマスク基板上に配置されたデバイスパターンと、マスク基板上のデバイスパターンとは異なる位置に配置された1または2以上のフォーカスモニタパターンとを備え、このフォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有することを特徴とするものである。   The photomask of the present invention comprises a mask substrate, a device pattern disposed on the mask substrate, and one or more focus monitor patterns disposed at positions different from the device pattern on the mask substrate. The focus monitor pattern has a sawtooth pattern in which substantially triangular shapes are continuously arranged in the same direction with no gap when viewed in a plane.

本発明において、フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの少なくとも1の辺に鋸歯形状のパターンが設けられてなるものとすることができる。さらに、フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの対向する2辺のそれぞれに鋸歯形状のパターンが設けられてなるものとすることができる。   In the present invention, the focus monitor pattern may be a sawtooth pattern provided on at least one side of a rectangular pattern. Furthermore, the focus monitor pattern can be formed by providing a sawtooth pattern on each of two opposing sides of a rectangular pattern.

また、本発明において、略三角形は、頂角が45度以下の略二等辺三角形であることが好ましい。   In the present invention, the substantially triangular shape is preferably a substantially isosceles triangle having an apex angle of 45 degrees or less.

本発明のフォーカスモニタ方法は、本発明のフォトマスクを用いてレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データを得る工程と、本発明のフォトマスクを用いてレジスト膜上にデバイスパターンを形成する工程と、このデバイスパターンを形成する工程によりレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Lを測定する工程と、測定した距離Lとフォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Dを求める工程と、得られたずれ量Dに基づいて露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する工程とを有することを特徴とするものである。   The focus monitoring method according to the present invention includes a distance between a peak and a valley formed by a substantially triangular sawtooth portion and a best focus of an exposure apparatus for a focus monitor pattern transferred onto a resist film using the photomask of the present invention. The process of obtaining focus curve data indicating the relationship with the deviation from the position, the process of forming a device pattern on the resist film using the photomask of the present invention, and the process of forming the device pattern are transferred onto the resist film. For the focus monitor pattern, a step of measuring a distance L between peaks and valleys formed by a substantially triangular sawtooth portion, and a deviation amount D from the best focus position of the exposure apparatus from the measured distance L and focus curve data And determining the focus position of the exposure apparatus based on the obtained shift amount D. It is characterized in that a step of adjusting the focus position.

この発明は以上説明したように、フォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有するので、簡便に露光装置のベストフォーカス位置を検出することが可能になる。   In the present invention, as described above, the focus monitor pattern has a sawtooth pattern in which substantially triangles are continuously arranged in the same direction with no gap when viewed in a plane, so that the best focus position of the exposure apparatus can be easily detected. It becomes possible to do.

また、本発明によれば、レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Lを測定し、フォーカス曲線データと比較することによって露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Dを求めることができるので、簡便に露光装置のフォーカスモニタを行うことができる。   Further, according to the present invention, the exposure apparatus is configured to measure the distance L between the peaks and valleys formed by the substantially triangular sawtooth portion of the focus monitor pattern transferred onto the resist film and compare it with the focus curve data. Since the deviation amount D from the best focus position can be obtained, the focus monitor of the exposure apparatus can be easily performed.

本発明者は、鋭意研究した結果、マスク基板と、このマスク基板上に配置されたデバイスパターンと、マスク基板上のデバイスパターンとは異なる位置に配置された1または2以上のフォーカスモニタパターンとを備え、フォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンであるフォトマスクを用いることにより、容易にベストフォーカス位置を求めることができることを見出した。ここで、略三角形は、頂角が45度以下の略二等辺三角形であることが好ましい。また、略三角形には、三角形の頂点が欠けた台形に近い形状も含まれるものとする。   As a result of earnest research, the inventor has obtained a mask substrate, a device pattern disposed on the mask substrate, and one or more focus monitor patterns disposed at positions different from the device pattern on the mask substrate. It is found that the best focus position can be easily obtained by using a photomask which is a sawtooth pattern in which the focus monitor pattern is a sawtooth pattern in which substantially triangles are continuously arranged in the same direction with no gap when viewed in plan. It was. Here, the substantially triangular shape is preferably a substantially isosceles triangle having an apex angle of 45 degrees or less. In addition, it is assumed that the substantially triangular shape includes a shape close to a trapezoid in which a vertex of the triangle is missing.

以下に、本発明によるフォーカスモニタ方法について、ポジ型のレジストを使用する場合を例にとり説明する。   In the following, the focus monitoring method according to the present invention will be described by taking the case of using a positive resist as an example.

図1(a)は、ベストフォーカス位置で露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Lは最も長いものとなる。一方、図1(b)は、ベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、デフォーカスとなることによって山部のパターンは消失する。また、露光が不十分となることによって谷部は浅く形成される。このため、山と谷の距離Lは距離Lに比べて短いものとなる。さらに、図1(c)は、ベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、光の回り込みによってレジストが露光される結果、山部のパターンは消失する。一方、デフォーカスとなることによって解像度が低下する結果、谷部は浅く形成される。したがって、この場合にも、山と谷の距離Lは距離Lに比べて短いものとなる。 FIG. 1A is a plan view of a focus monitor pattern exposed at the best focus position. In this case, the distance L 1 of the peaks and valleys formed by a substantially triangular saw-tooth shaped portion becomes longest. On the other hand, FIG. 1B is a plan view of a focus monitor pattern exposed by shifting from the best focus position to the minus side. In this case, the peak pattern disappears due to defocusing. In addition, the valley is formed shallower due to insufficient exposure. Therefore, the distance L 2 of the peaks and valleys becomes shorter than the distance L 1. Further, FIG. 1C is a plan view of the focus monitor pattern exposed by shifting from the best focus position to the plus side. In this case, as a result of the resist being exposed by the wraparound of light, the peak pattern disappears. On the other hand, as a result of the resolution being lowered due to defocusing, the valley is formed shallow. Therefore, also in this case, the distance L 3 between the mountain and the valley is shorter than the distance L 1 .

図2は、露光装置のフォーカス位置xによる鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離Lの変化を示したものである。ベストフォーカス位置xでは、光のコントラストが最大となるので、山と谷の距離Lも最大となる。一方、フォーカス位置xがベストフォーカス位置xからプラス側またはマイナス側にずれると、山と谷の距離Lは小さくなる。そして、ベストフォーカス位置xからのずれ量が大きくなる程、山と谷の距離Lは次第に小さくなって行く。したがって、鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離Lを測定することによって、フォーカス位置が適正であるか否かを判断することが可能になる。 FIG. 2 shows a change in the distance L between the peaks and valleys of the sawtooth pattern portion according to the focus position x of the exposure apparatus. In the best focus position x 0, the contrast of light becomes the maximum, the distance between the peak and the trough L also becomes maximum. On the other hand, when the focus position x is shifted from the best focus position x 0 to the plus side or the minus side, the distance L of the mountains and valleys is reduced. Then, as the amount of deviation from the best focus position x 0 is increased, the distance L of the mountain and the valley is gradually decreases. Therefore, it is possible to determine whether or not the focus position is appropriate by measuring the distance L between the peaks and valleys of the sawtooth pattern portion.

次に、図3を用いて、露光量と、鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離との関係について説明する。   Next, the relationship between the exposure amount and the distance between the peaks and valleys of the sawtooth pattern portion will be described with reference to FIG.

図3(a)は、露光量が適正値より少ない場合のフォーカスモニタパターンの平面図である。ここで、ポジ型のレジストでは、所定の露光量の光を照射することにより照射部が現像液に可溶となるので、現像後には未照射部からなるレジストパターンが得られる。しかしながら、露光量が少ない場合には、現像液に可溶化するのに十分な量の露光エネルギーが与えられないことになるので、適正露光量で形成されたパターン(図の実線のパターン)に比較して、山の先端が伸び、谷の先端が後退したパターン(図の点線のパターン)となって形成される。すなわち、図3(a)において、山の端部1は、適正露光量での山の端部1′よりも図の左方向(矢印の方向。以下、同じ。)に移動する。同様に、谷の端部2も適正露光量での谷の端部2′よりも図の左方向に移動する。山と谷の移動量は殆ど同じであるので、露光量が適正値より少なくなった場合であっても、結果として山と谷の距離L,L′に実質的な変化は見られないことになる。   FIG. 3A is a plan view of the focus monitor pattern when the exposure amount is smaller than the appropriate value. Here, in the case of a positive resist, the irradiated portion becomes soluble in the developer by irradiating a predetermined amount of light, so that a resist pattern consisting of an unirradiated portion is obtained after development. However, when the amount of exposure is small, a sufficient amount of exposure energy for solubilization in the developer is not given, so it is compared with a pattern formed with an appropriate amount of exposure (the solid line pattern in the figure). Thus, the pattern is formed as a pattern (dotted line pattern in the figure) in which the tip of the peak extends and the tip of the valley recedes. That is, in FIG. 3A, the peak end 1 moves in the left direction of the figure (the direction of the arrow; the same applies hereinafter) relative to the peak end 1 ′ at the appropriate exposure amount. Similarly, the end portion 2 of the valley also moves to the left in the figure with respect to the end portion 2 'of the valley at the appropriate exposure amount. Since the movement amounts of the peaks and valleys are almost the same, even if the exposure amount is less than the appropriate value, there is no substantial change in the distances L and L ′ between the peaks and valleys as a result. Become.

一方、図3(b)は、露光量が適正値より多い場合のフォーカスモニタパターンの平面図である。露光量が多くなると、光の回り込みにより現像液に可溶となる部分が大きくなるので、適正露光量で形成されたパターン(図の点線のパターン)に比較して、山の先端が後退し、谷の先端が伸びたパターン(図の実線のパターン)となって形成される。すなわち、図3(b)において、山の端部3は、適正露光量での山の端部3′よりも図の右方向に移動する。同様に、谷の端部4も適正露光量での谷の端部4′よりも図の右方向に移動する。山と谷の移動量は殆ど同じであるので、露光量が多くなった場合であっても、図3(a)の場合と同様に、山と谷の距離L,L″に実質的な変化は見られないことになる。   On the other hand, FIG. 3B is a plan view of the focus monitor pattern when the exposure amount is larger than the appropriate value. As the amount of exposure increases, the portion that becomes soluble in the developer increases due to the wraparound of light, so compared to the pattern formed with the appropriate amount of exposure (dotted line pattern in the figure), the tip of the mountain recedes, It is formed as a pattern in which the tip of the valley extends (a solid line pattern in the figure). That is, in FIG. 3B, the crest end 3 moves to the right in the figure relative to the crest end 3 'at the appropriate exposure amount. Similarly, the end portion 4 of the valley moves to the right in the figure from the end portion 4 'of the valley at the appropriate exposure amount. Since the movement amounts of the peaks and valleys are almost the same, even when the exposure amount is increased, the substantial changes in the distances L and L ″ between the peaks and valleys are the same as in the case of FIG. Will not be seen.

以上より、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離は、フォーカス位置が変化することによって変動するが、露光量の変化による変動は受け難い。したがって、山と谷の距離を測定することによって、ベストフォーカス位置を検出することが可能となる。また、レジストの線幅変化がフォーカス位置のずれに起因するのか否かの判断ができるので、半導体装置の製造工程で生じる不良の解析に有用な情報が得られるようになる。   As described above, the peak-to-valley distance in the sawtooth-shaped pattern portion varies as the focus position changes, but is not easily affected by the change in exposure amount. Therefore, the best focus position can be detected by measuring the distance between the peaks and valleys. Further, since it can be determined whether or not the change in the resist line width is caused by the shift of the focus position, information useful for analyzing defects occurring in the manufacturing process of the semiconductor device can be obtained.

また、本発明においては、平面で見て矩形形状の少なくとも1の辺に、略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを設け、これをフォーカスモニタパターンとして用いることによって、例えば、フォーカス位置がマイナス側にずれることによってレジストパターンの断面形状が逆テーパ状になった場合であっても、レジストパターンに傾きや倒れが生じたりするのを防ぐことができる。このことについて、以下に詳述する。   In the present invention, a sawtooth pattern in which substantially triangles are continuously arranged in the same direction with no gaps is provided on at least one side of a rectangle as viewed in a plane, and this is used as a focus monitor pattern. For example, even when the cross-sectional shape of the resist pattern becomes a reverse taper due to the shift of the focus position to the minus side, it is possible to prevent the resist pattern from being tilted or tilted. This will be described in detail below.

図4は、レジスト5に転写された本発明にかかるフォーカスモニタパターンの平面図である。図において、パターンの断面形状が逆テーパ状となった場合、鋸歯形状のパターン部分Pでは、レジスト5と下地膜6との接触面積は小さいものとなる。一方、鋸歯形状のパターン部分Pに連接した矩形状のパターン部分Pは、鋸歯形状のパターン部分Pに比べると、下地膜6に対して元々大きな接触面積を有している。したがって、断面形状が逆テーパ状となった場合であっても、矩形状のパターン部分Pにおける下地膜6との接触面積は依然として大きいままである。このため、矩形状のパターン部分Pに傾きや倒れが生じるおそれはない。さらに、この矩形状のパターン部分Pが鋸歯形状のパターン部分Pを支持するので、鋸歯形状のパターン部分Pの接触面積が小さくなってもこの部分(P)に傾きや倒れが発生するのを防ぐことができる。したがって、パターンの欠落が生じることもないので、レジスト5に起因したダストの発生を抑制することが可能となる。尚、図4において、下地膜6としては、絶縁膜などの半導体装置の製造工程で使用される適当な無機または有機の膜が挙げられる。また、下地膜6は、シリコン基板などの半導体基板であってもよい。 FIG. 4 is a plan view of the focus monitor pattern transferred to the resist 5 according to the present invention. In the figure, if the cross-sectional shape of the pattern becomes inversely tapered, the pattern portion P 1 of the sawtooth, the contact area between the resist 5 and the base film 6 becomes small. On the other hand, a rectangular pattern portion P 2 which is connected to the pattern portion P 1 of the sawtooth shape is compared to the pattern portion P 1 of the sawtooth-shaped, has a large contact area originally against the base film 6. Therefore, even if the cross-sectional shape becomes inversely tapered, the contact area between the base film 6 in the rectangular pattern portion P 2 remains still large. Therefore, there is no possibility that the inclination or collapse occurs in a rectangular pattern portion P 2. Furthermore, this since the rectangular pattern portion P 2 supports the pattern portion P 1 of the sawtooth, the pattern portion even if the contact area of the P 1 becomes small this part of the sawtooth (P 1) tilt and collapse occurs Can be prevented. Therefore, no pattern loss occurs, and the generation of dust due to the resist 5 can be suppressed. In FIG. 4, the base film 6 may be an appropriate inorganic or organic film used in the manufacturing process of a semiconductor device such as an insulating film. Further, the base film 6 may be a semiconductor substrate such as a silicon substrate.

図5は、本実施の形態によるフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。図において、フォーカスモニタパターン7は、正方形のパターンPの一辺に鋸歯形状のパターンPが連接した構造を有している。また、鋸歯形状のパターンPは、複数の二等辺三角形のパターン8が互いに隙間なく隣接して配列された構造を有する。ここで、正方形のパターンPの一辺の長さlは、例えば2μmとすることができる。また、鋸歯形状のパターンPは、10個の二等辺三角形のパターン8が隙間なく隣接するようにして形成することができる。図において、各二等辺三角形のパターン8は、これらの山と谷が交互に連続して繋がるようにして配置されている。そして、各二等辺三角形のパターン8について、頂点間の長さlは例えば0.2μmとすることができ、高さlは例えば2.5μmとすることができる。 FIG. 5 is an example of a plan view of the focus monitor pattern according to the present embodiment. In the figure, a focus monitor pattern 7 pattern P 4 sawtooth shape one side of the square pattern P 3 has a structure articulated. The pattern P 4 of the sawtooth shape has a pattern 8 of a plurality of isosceles triangle are arranged adjacent without a gap to one another structure. Here, the length l 1 of one side of the square pattern P 3 can be set to 2 μm, for example. The pattern P 4 of the sawtooth may be pattern 8 of 10 isosceles triangle is formed so as to be adjacent without a gap. In the figure, each isosceles triangle pattern 8 is arranged such that these peaks and valleys are alternately and continuously connected. Then, the pattern 8 of the isosceles triangle, the length l 2 between vertices may be a 0.2μm example, the height l 3 may be a 2.5μm example.

また、図6は、本実施の形態によるフォーカスモニタパターンの平面図の他の例である。図において、フォーカスモニタパターン9は、長方形のパターンPの対向する2辺のそれぞれに鋸歯形状のパターンP,Pが連接した構造を有している。また、鋸歯形状のパターンP,Pは、それぞれ、複数の二等辺三角形のパターン10,11が互いに隙間なく隣接して配列された構造を有する。換言すると、各二等辺三角形のパターン10,11は、これらの山と谷が交互に連続して繋がるようにして配置されている。 FIG. 6 is another example of a plan view of the focus monitor pattern according to the present embodiment. In the figure, the focus monitor pattern 9 has a structure in which sawtooth-shaped patterns P 6 and P 7 are connected to two opposing sides of a rectangular pattern P 5 . The sawtooth patterns P 6 and P 7 each have a structure in which a plurality of isosceles triangular patterns 10 and 11 are arranged adjacent to each other without a gap. In other words, the isosceles triangular patterns 10 and 11 are arranged such that these peaks and valleys are alternately and continuously connected.

図6において、長方形のパターンPについて、短辺の長さlは例えば1μmとすることができ、長辺の長さlは例えば2μmとすることができる。また、鋸歯形状のパターンPは、10個の二等辺三角形のパターン10を隣接して形成することができる。そして、各二等辺三角形のパターン10について、頂点間の長さlは例えば0.2μmとすることができ、高さlは例えば2.5μmとすることができる。鋸歯形状のパターンPについても同様とすることができる。 In FIG. 6, for the rectangular pattern P 5 , the short side length l 4 can be set to 1 μm, for example, and the long side length l 5 can be set to 2 μm, for example. The pattern P 6 of the sawtooth shape can be formed adjacent the pattern 10 of 10 of an isosceles triangle. For each isosceles triangle pattern 10, the length l 6 between the vertices can be set to 0.2 μm, for example, and the height l 7 can be set to 2.5 μm, for example. It can be the same for the pattern P 7 sawtooth shape.

図5および図6の例は、形成するレジストパターンが所謂残しパターンである場合に好適である。一方、レジストにコンタクトホールパターンなどの抜きパターンを形成する場合には、残しパターンを形成する場合に比較すると、通常2倍〜3倍の露光量が必要となる。このため、光の回り込みによって現像液に可溶となる部分が大きくなるので、谷部でのパターンの切れ込みは浅くなり、隣接する二等辺三角形が谷部で繋がった形状になる。そこで、設計段階で長方形の短辺の長さを短くしておくことが好ましい。   The examples of FIGS. 5 and 6 are suitable when the resist pattern to be formed is a so-called remaining pattern. On the other hand, when a blank pattern such as a contact hole pattern is formed in the resist, the exposure amount is usually twice to three times as much as when a remaining pattern is formed. For this reason, the portion that becomes soluble in the developer becomes larger due to the wraparound of light, so that the pattern cuts at the valleys become shallow, and the adjacent isosceles triangles are connected at the valleys. Therefore, it is preferable to shorten the length of the short side of the rectangle at the design stage.

例えば、図7に示すように、長方形のパターンPについて、短辺の長さlを例えば0.1μmとする。また、鋸歯形状のパターンP,P10について、各二等辺三角形のパターン12,13の頂点間の長さlを例えば0.4μmとし、高さl10を例えば2.5μmとする。 For example, as shown in FIG. 7, the short side length l 8 of the rectangular pattern P 8 is set to 0.1 μm, for example. For the sawtooth patterns P 9 and P 10 , the length l 9 between the vertices of the isosceles triangle patterns 12 and 13 is set to 0.4 μm, for example, and the height l 10 is set to 2.5 μm, for example.

尚、フォーカスモニタパターンを構成する鋸歯形状部分および矩形状部分の寸法は、図5〜図7の例に限られるものではない。半導体装置のデザイン・ルール並びにレジストの種類および膜厚などに応じて適宜寸法を調整することが好ましい。また、図5〜図7の例では、二等辺三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを用いたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、二等辺三角形の頂点が欠けた台形に近い形状のパターンを同一方向に隙間なく連続して配置することによって、鋸歯形状のパターンとしてもよい。   The dimensions of the sawtooth portion and the rectangular portion constituting the focus monitor pattern are not limited to the examples shown in FIGS. It is preferable to adjust the dimensions appropriately according to the design rules of the semiconductor device, the type and thickness of the resist. In the examples of FIGS. 5 to 7, a sawtooth pattern in which isosceles triangles are continuously arranged in the same direction without a gap is used, but the present invention is not limited to this. For example, a sawtooth pattern may be obtained by continuously arranging trapezoidal patterns lacking the vertices of an isosceles triangle in the same direction without gaps.

図6および図7のフォーカスモニタパターンの形状は、図5のフォーカスモニタパターンの形状に比較して複雑である。しかしながら、図6や図7のフォーカスモニタパターンによれば、フォーカス位置の変化による鋸歯形状のパターン部分の寸法変化を、図5のフォーカスモニタパターンに対して2倍の量でモニタすることができる。したがって、より高精度でのフォーカスモニタが可能になる。   The shape of the focus monitor pattern in FIGS. 6 and 7 is more complicated than the shape of the focus monitor pattern in FIG. However, according to the focus monitor pattern of FIGS. 6 and 7, the dimensional change of the sawtooth pattern portion due to the change of the focus position can be monitored in an amount twice as large as the focus monitor pattern of FIG. Therefore, it becomes possible to perform focus monitoring with higher accuracy.

次に、本発明によるフォーカスモニタ方法について説明する。   Next, the focus monitoring method according to the present invention will be described.

図8は、側長SEM(Scanning Electron Microscope)を用いて、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定する様子を示したものである。尚、図のパターンは、本発明にかかるフォトマスクを用いてレジスト膜に転写されたフォーカスモニタパターンである。   FIG. 8 shows a state in which the distance between peaks and valleys in a sawtooth pattern portion is measured using a side length SEM (Scanning Electron Microscope). In addition, the pattern of a figure is a focus monitor pattern transcribe | transferred to the resist film using the photomask concerning this invention.

図8において、点線で囲んだ部分は側長エリアである。測長は、図の測長エリア内をさらに複数に分割して行われる。例えば、走査線の加算本数を16本とし、側長ポイントpを32点設ける。そして、各測長ポイントpについて、鋸歯形状のパターン部分Pから矩形形状のパターン部分Pの端部までの寸法Wを順に側長する。得られた寸法Wの最大値Wmaxと最小値Wminとの差が、鋸歯形状のパターン部分Pにおける山と谷の距離Lである。 In FIG. 8, the part surrounded by a dotted line is a side area. The length measurement is performed by further dividing the length measurement area in the figure into a plurality of parts. For example, the number of scanning lines added is 16, and 32 side length points p are provided. Then, for each measuring point p, sequentially side length dimension W of the saw-tooth shape of the pattern portion P 8 to the end of the pattern portion P 9 of rectangular shape. Difference between the maximum value W max and a minimum value W min of the resulting dimension W is the distance L between peaks and valleys in the pattern portion P 8 of the sawtooth.

側長SEMを用いた側長により得られた山と谷の距離Lは、フォーカス位置によって変化する。すなわち、山と谷の距離Lはベストフォーカス位置で最大値を示し、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれると次第に小さくなる。このため、山と谷の距離Lを側長することによって、露光装置のフォーカス位置が適正であるか否かを判断することが可能になる。ここで、本発明においては、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンをフォーカスモニタパターンに用いている。このため、略三角形が互いに所定の間隔を置いて配置された場合に比較すると、1の側長エリア内に含まれる略三角形の数を大きくすることが可能となる。したがって、1回の操作で測定可能な側長ポイントの数を多くすることができるので、測定精度の向上とともに測定時間の短縮を図ることが可能となる。   The distance L between the peaks and valleys obtained by the side length using the side length SEM varies depending on the focus position. That is, the distance L between the peaks and valleys shows the maximum value at the best focus position, and gradually decreases as the position shifts from the best focus position to the plus side or the minus side. Therefore, it is possible to determine whether or not the focus position of the exposure apparatus is appropriate by extending the distance L between the peaks and valleys. Here, in the present invention, a sawtooth-shaped pattern in which substantially triangles are continuously arranged in the same direction with no gap when viewed in a plane is used as the focus monitor pattern. For this reason, it is possible to increase the number of substantially triangles included in one side area compared to the case where approximately triangles are arranged at a predetermined interval. Therefore, since the number of side length points that can be measured by one operation can be increased, it is possible to improve measurement accuracy and shorten measurement time.

図9および図10は、光学式顕微鏡を用いて、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定する例を示したものである。尚、これらの図のパターンは、図8と同様に、本発明にかかるフォトマスクを用いてレジスト膜に転写されたフォーカスモニタパターンである。   9 and 10 show an example in which the distance between the peaks and valleys in the sawtooth pattern portion is measured using an optical microscope. Note that the patterns in these figures are focus monitor patterns transferred to the resist film using the photomask according to the present invention, as in FIG.

図9(a)に示すように、レジストパターンを明視野で観察した場合、パターンのエッジ部分12は光の散乱によって他の部分13よりも暗く見える。そこで、これを画像処理することによって、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定することができる。簡単には、ベストフォーカス位置で露光された場合には暗く見える部分が長くなる一方、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれて露光された場合には暗く見える部分が短くなる。したがって、図9(b)の暗部の幅wを求めることによって、フォーカスモニタが可能となる。尚、図9(b)において、横軸はレジスト上での座標Xを表わし、縦軸は散乱光強度Iを表わしている。 As shown in FIG. 9A, when the resist pattern is observed in a bright field, the edge portion 12 of the pattern appears darker than the other portions 13 due to light scattering. Therefore, by performing image processing on this, the distance between the peaks and valleys in the sawtooth pattern portion can be measured. In brief, the portion that appears dark when exposed at the best focus position becomes longer, while the portion that appears dark when exposed by shifting from the best focus position to the plus side or the minus side becomes shorter. Therefore, the focus monitor can be performed by obtaining the dark portion width w 1 in FIG. 9B. In FIG. 9B, the horizontal axis represents the coordinate X on the resist, and the vertical axis represents the scattered light intensity I.

一方、図10(a)に示すように、レジストパターンを暗視野で観察した場合、パターンのエッジ部分14は光の散乱によって他の部分15よりも明るく見える。そこで、図9の場合と同様に、これを画像処理することによって、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定することができる。簡単には、ベストフォーカス位置で露光された場合には明るく見える部分が長くなる一方、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれて露光された場合には明るく見える部分が短くなる。したがって、図10(b)の明部の幅wを求めることによって、フォーカスモニタが可能となる。尚、図10(b)において、横軸はレジスト上での座標Xを表わし、縦軸は散乱光強度Iを表わしている On the other hand, as shown in FIG. 10A, when the resist pattern is observed in a dark field, the edge portion 14 of the pattern appears brighter than the other portions 15 due to light scattering. Therefore, as in the case of FIG. 9, the distance between the peaks and valleys in the sawtooth pattern portion can be measured by image processing. Briefly, the portion that appears bright when exposed at the best focus position becomes longer, while the portion that appears bright when exposed by shifting from the best focus position to the plus side or the minus side becomes shorter. Accordingly, the focus monitor can be performed by obtaining the width w 2 of the bright portion in FIG. In FIG. 10B, the horizontal axis represents the coordinate X on the resist, and the vertical axis represents the scattered light intensity I.

図11は、本発明におけるフォトマスクを用いて、半導体基板上に転写されたフォーカスモニタパターンの鋸歯形状部分における山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データの一例である。図の実線は、フォーカス位置に対する鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離の変化を示している。また、比較のために、従来のライン・アンド・スペースパターンの線幅がフォーカス位置に対して変化する様子についても点線で示している。尚、図の横軸は露光装置のフォーカス位置xを、縦軸は山と谷の距離(または、ライン・アンド・スペースパターンの線幅)Lをそれぞれ表わす。   FIG. 11 is a focus showing the relationship between the distance between the crest and trough in the sawtooth portion of the focus monitor pattern transferred onto the semiconductor substrate using the photomask of the present invention and the deviation from the best focus position of the exposure apparatus. It is an example of curve data. The solid line in the figure shows the change in the distance between the peaks and valleys in the sawtooth pattern portion with respect to the focus position. For comparison, the dotted line also shows how the line width of the conventional line and space pattern changes with respect to the focus position. In the figure, the horizontal axis represents the focus position x of the exposure apparatus, and the vertical axis represents the distance between the peaks and valleys (or the line width of the line and space pattern) L.

図において、領域Aは、ベストフォーカス位置から所定のマージンを考慮したフォーカスの許容領域であり、フォーカス位置がこの領域内にあれば良好な形状のレジストパターンを得ることができる。一方、領域B,B′は、線幅の設計値にマージンを考慮して得られる線幅の許容領域である。ここで、領域Bは鋸歯形状のパターンの変動から得られる線幅の許容領域であり、領域B′はライン・アンド・スペースパターンの変動から得られる線幅の許容領域である。   In the figure, a region A is a focus allowable region in consideration of a predetermined margin from the best focus position. If the focus position is within this region, a resist pattern having a good shape can be obtained. On the other hand, the regions B and B ′ are line width tolerance regions obtained by considering the margin in the design value of the line width. Here, the region B is a line width allowable region obtained from the variation of the sawtooth pattern, and the region B ′ is a line width allowable region obtained from the variation of the line and space pattern.

図11から分かるように、従来のライン・アンド・スペースパターンの線幅変化には、線幅の許容領域B内であるにもかかわらず、フォーカスの許容領域Aから外れている領域Cがある。この領域Cは、具体的には、フォーカスがベストフォーカス位置からプラス側にずれた領域であって、レジストのボトムでの線幅は所望の寸法通りに形成されるが、レジストの膜厚は所望の値より薄く形成される領域である。このような場合、レジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングすると、本来レジストによって保護されていなければならない部分においても下地膜がエッチングされてしまう事態が生ずる。また、レジストパターンをマスクとして半導体基板に不純物を注入する際に、不純物がレジストを貫通してしまうという事態も生じ得る。   As can be seen from FIG. 11, the line width change of the conventional line-and-space pattern includes a region C that is out of the focus allowable region A although it is within the line width allowable region B. Specifically, the region C is a region in which the focus is shifted to the plus side from the best focus position, and the line width at the bottom of the resist is formed according to a desired dimension, but the film thickness of the resist is desired. It is a region formed thinner than the value of. In such a case, if the base film is etched using the resist pattern as a mask, a situation occurs in which the base film is etched even in a portion that should originally be protected by the resist. Further, when the impurity is implanted into the semiconductor substrate using the resist pattern as a mask, a situation may occur in which the impurity penetrates the resist.

一方、本発明における鋸歯形状のパターン部分での寸法変化は、従来例に比べてフォーカス位置に対する変化が鋭敏である。そして、フォーカスの許容領域A内で線幅許容領域Bを設定することによって、厳密なフォーカスモニタを行うことが可能となる。   On the other hand, the dimensional change in the sawtooth pattern portion in the present invention is more sensitive to the focus position than the conventional example. By setting the line width allowable area B within the focus allowable area A, it becomes possible to perform strict focus monitoring.

具体的には、まず、本発明にかかるフォトマスクを用いて、レジスト膜上にデバイスパターンを形成する。この際、デバイスパターンとともに、フォーカスモニタパターンがレジスト膜上に転写される。次に、転写されたフォーカスモニタパターンの鋸歯形状部分における山と谷の距離Lを測定する。そして、測定した距離Lと、上記のフォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Dを求める。得られたずれ量Dに基づき、露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整することによって、フォーカスモニタを行うことができる。   Specifically, first, a device pattern is formed on the resist film using the photomask according to the present invention. At this time, the focus monitor pattern is transferred onto the resist film together with the device pattern. Next, the distance L between the peaks and valleys in the sawtooth portion of the transferred focus monitor pattern is measured. Then, a deviation amount D from the best focus position of the exposure apparatus is obtained from the measured distance L and the focus curve data. Focus monitoring can be performed by adjusting the focus position of the exposure apparatus to the best focus position based on the obtained shift amount D.

図12は、本発明のフォトマスクの平面概略図の一例である。このフォトマスクは、例えば、90nmのデザイン・ルールに対応したArF(フッ化アルゴン)エキシマレーザ(波長:193nm)を露光光源とする場合に使用される。図に示すように、マスク基板16上に半導体装置に対応するデバイスパターン17を4つ配置する場合には、フォーカスモニタパターン18をデバイスパターン17とは異なる位置、例えば、フォトマスクの各コーナー部分と中央部分とに配置する。そして、上述したような方法を用いて、レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターン18について、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離を測定する。これにより、フォーカスモニタが可能となるので、露光装置の像面傾斜の影響や実回路パターンの配置密度の偏りに起因する露光装置のレベリング不良を簡便に検査することができる。   FIG. 12 is an example of a schematic plan view of the photomask of the present invention. This photomask is used, for example, when an ArF (argon fluoride) excimer laser (wavelength: 193 nm) corresponding to the design rule of 90 nm is used as an exposure light source. As shown in the figure, when four device patterns 17 corresponding to the semiconductor device are arranged on the mask substrate 16, the focus monitor pattern 18 is located at a position different from the device pattern 17, for example, each corner portion of the photomask. Place in the middle part. Then, using the method as described above, the distance between the peaks and valleys formed by the substantially triangular sawtooth portion of the focus monitor pattern 18 transferred onto the resist film is measured. As a result, the focus monitor can be performed, so that the leveling failure of the exposure apparatus due to the influence of the image plane inclination of the exposure apparatus and the deviation of the arrangement density of the actual circuit pattern can be easily inspected.

尚、本発明において、フォトマスクに設けられるデバイスパターンの数は図12の例に限られるものではなく、半導体装置の製造工程によって適宜設定することができる。また、フォーカスモニタパターンの数も図12の例に限られるものではなく、デバイスパターンの数に応じて適宜設定することが好ましい。   In the present invention, the number of device patterns provided on the photomask is not limited to the example of FIG. 12, and can be set as appropriate according to the manufacturing process of the semiconductor device. Also, the number of focus monitor patterns is not limited to the example of FIG. 12, and is preferably set as appropriate according to the number of device patterns.

以上述べたように、本発明によれば、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンをフォーカスモニタパターンとして用いることによって、簡便にベストフォーカス位置を求めることが可能となる。これにより、焦点深度が浅い場合であっても良好なレジストパターンを形成することが可能となるので、半導体装置の信頼性および歩留まりの向上を図ることができる。   As described above, according to the present invention, the best focus position can be easily obtained by using a sawtooth-shaped pattern in which substantially triangular shapes are continuously arranged in the same direction without any gaps as a focus monitor pattern. It becomes possible. As a result, a good resist pattern can be formed even when the depth of focus is shallow, so that the reliability and yield of the semiconductor device can be improved.

本実施の形態におけるフォーカスモニタパターンの平面図であり、(a)はベストフォーカス位置で露光された場合、(b)はベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光された場合、(c)はベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光された場合である。It is a top view of the focus monitor pattern in this Embodiment, (a) is when exposed at the best focus position, (b) is exposed when shifted from the best focus position to the minus side, (c) is the best This is a case where exposure is performed with a shift from the focus position to the plus side. 本実施の形態において、フォーカス位置xと鋸歯形状部分の山と谷の距離Lとの関係を示したものである。In the present embodiment, the relationship between the focus position x and the distance L between the peaks and valleys of the sawtooth-shaped portion is shown. 本実施の形態におけるフォーカスモニタパターンの平面図であり、(a)は露光量が適正値より少ない場合、(b)は露光量が適正値より多い場合である。It is a top view of the focus monitor pattern in this Embodiment, (a) is a case where an exposure amount is smaller than an appropriate value, (b) is a case where an exposure amount is larger than an appropriate value. レジストに転写された本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。It is an example of the top view of the focus monitor pattern of this invention transferred to the resist. 本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。It is an example of the top view of the focus monitor pattern of this invention. 本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。It is an example of the top view of the focus monitor pattern of this invention. 本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。It is an example of the top view of the focus monitor pattern of this invention. 本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。In this Embodiment, it is explanatory drawing of the measuring method of the distance of the peak and valley in a sawtooth shape part. 本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。In this Embodiment, it is explanatory drawing of the measuring method of the distance of the peak and valley in a sawtooth shape part. 本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。In this Embodiment, it is explanatory drawing of the measuring method of the distance of the peak and valley in a sawtooth shape part. 本実施の形態において、フォーカス位置xと鋸歯形状部分の山と谷の距離Lとの関係を示したものである。In the present embodiment, the relationship between the focus position x and the distance L between the peaks and valleys of the sawtooth-shaped portion is shown. 本発明のフォトマスクの平面概略図の一例である。It is an example of the plane schematic diagram of the photomask of the present invention. (a)はフォーカス位置がプラス側にずれた場合のレジストパターンの断面図であり、(b)はフォーカス位置がマイナス側にずれた場合のレジストパターンの断面図である。(A) is a sectional view of the resist pattern when the focus position is shifted to the plus side, and (b) is a sectional view of the resist pattern when the focus position is shifted to the minus side. 従来のフォーカスモニタパターンの平面図であり、(a)はベストフォーカス位置で露光された場合、(b)はベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光された場合、(c)はベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光された場合である。FIG. 6 is a plan view of a conventional focus monitor pattern, where (a) is an exposure at the best focus position, (b) is an exposure shifted from the best focus position to the plus side, and (c) is an exposure from the best focus position. This is a case where the exposure is shifted to the minus side. 従来のベストフォーカス位置の算出方法の説明図である。It is explanatory drawing of the calculation method of the conventional best focus position. 従来のレジストパターン倒れの説明図であり、(a)はレジストパターンの平面図、(b)はレジストパターンの断面図である。It is explanatory drawing of the conventional resist pattern collapse, (a) is a top view of a resist pattern, (b) is sectional drawing of a resist pattern.

符号の説明Explanation of symbols

1,3 山の端部
2,4 谷の端部
5 レジスト
6,20,24 下地膜
7,9 フォーカスモニタパターン
21,22,23 レジストパターン
1, 3 Edges of peaks 2, 4 Ends of valleys 5 Resist 6, 20, 24 Base film 7, 9 Focus monitor pattern 21, 22, 23 Resist pattern

Claims (5)

マスク基板と、
前記マスク基板上に配置されたデバイスパターンと、
前記マスク基板上の前記デバイスパターンとは異なる位置に配置された1または2以上のフォーカスモニタパターンとを備え、
前記フォーカスモニタパターンは、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有することを特徴とするフォトマスク。
A mask substrate;
A device pattern disposed on the mask substrate;
One or more focus monitor patterns arranged at positions different from the device pattern on the mask substrate,
The photomask, wherein the focus monitor pattern has a sawtooth pattern in which substantially triangles are continuously arranged in the same direction without a gap when viewed in a plan view.
前記フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの少なくとも1の辺に前記鋸歯形状のパターンが設けられてなる請求項1に記載のフォトマスク。   The photomask according to claim 1, wherein the focus monitor pattern is provided with the sawtooth pattern on at least one side of a rectangular pattern. 前記フォーカスモニタパターンは、前記矩形形状のパターンの対向する2辺のそれぞれに前記鋸歯形状のパターンが設けられてなる請求項2に記載のフォトマスク。   3. The photomask according to claim 2, wherein the focus monitor pattern is provided with the sawtooth pattern on each of two opposing sides of the rectangular pattern. 前記略三角形は、頂角が45度以下の略二等辺三角形である請求項1〜3のいずれか1に記載のフォトマスク。   The photomask according to claim 1, wherein the substantially triangular shape is a substantially isosceles triangle having an apex angle of 45 degrees or less. 請求項1〜4のいずれか1に記載のフォトマスクを用いてレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データを得る工程と、
前記フォトマスクを用いてレジスト膜上にデバイスパターンを形成する工程と、
前記デバイスパターンを形成する工程により該レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Lを測定する工程と、
測定した前記距離Lと前記フォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Dを求める工程と、
前記ずれ量Dに基づいて前記露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する工程とを有することを特徴とするフォーカスモニタ方法。
5. The focus monitor pattern transferred onto the resist film using the photomask according to claim 1, the distance between peaks and valleys formed by substantially triangular sawtooth portions, and the best exposure apparatus Obtaining focus curve data indicating the relationship with the deviation from the focus position;
Forming a device pattern on a resist film using the photomask;
Measuring a distance L between peaks and valleys formed by a substantially triangular sawtooth portion of the focus monitor pattern transferred onto the resist film by the step of forming the device pattern;
Obtaining a deviation amount D from the best focus position of the exposure apparatus from the measured distance L and the focus curve data;
And a step of adjusting a focus position of the exposure apparatus to a best focus position based on the shift amount D.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019526064A (en) * 2016-06-10 2019-09-12 アイメック・ヴェーゼットウェーImec Vzw Measuring method and apparatus for semiconductor manufacturing process

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