JP2006039148A - ホトマスク、それを用いたフォーカス測定方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マスク製造上の負荷が少なく、かつ、高精度のフォーカス測定を可能とするホトマスクを提供すること。
【解決手段】 ホトマスクＰＭ１は、光を遮蔽する遮光部と、光を透過する第１および第２の透過部を含み、前記第１の透過部を透過した光の位相と前記第２の透過部を透過した光の位相との差の絶対値をθ（≠９０°）とし、かつ、前記遮光部の幅と前記第１の透過部の幅と前記第２の透過部の幅との比をｎ対１対１（ｎは２以外の正の実数）としたとき、θとｎが１６３°≦３６０°／（ｎ＋２）≦１９７°を概ね満たす非対称回折格子パターン２と、前記非対称回折格子パターンの像のずれを測定する際の基準となる像を得るための基準パターン３とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体分野で使用されるホトマスク、それを用いたフォーカス測定方法および半導体装置の製造方法に関する。

製造される半導体装置のデザインルールが小さくなるに従い、リソグラフィに許されるフォーカスの許容値が狭くなってきている。フォーカスの許容値が狭くなると、ウエハの平坦度や露光装置の像面彎曲に対するスペックが厳しくなるのと同時に、ウエハ上に転写されたレジストパターンを用いたフォーカスや像面彎曲等の高精度な測定方法が重要となってくる。

非対称回折格子パターンおよび基準パターンを備えたフォーカステストマスク、該フォーカステストマスクを用い、上記非対称回折格子パターンの像がフォーカス値に正比例してずれる現象を利用したフォーカス測定方法が知られている（特許文献１）。該フォーカス測定方法は、計測誤差５ｎｍ以下の高い計測精度を有し、計測自体も簡便なことから、現在最も有望な技術の一つであるといえる。

上記非対称回折格子パターンは、遮光部、透過部および９０°位相掘り込み部を備えている。上記遮光部、上記透過部および上記９０°位相掘り込み部の線幅比は、２対１対１であることが理想である。一方、実際の半導体製品を製造するためのパターン（デバイスパターン）を含む、Alternating タイプの位相シフト露光マスクは、１８０°位相掘り込み部を備えている。

上記非対称回折格子パターンおよび上記デバイスパターンを備えた露光マスクの製造方法は、９０°位相掘り込み部を形成する工程と、１８０°位相掘り込み部を形成する工程とを含む。これらの２つの工程を行うことは、製造プロセスの複雑化や製造コストの著しい上昇を招く。以下、この点についてさらに説明する。

上記１８０°位相掘り込み部を形成する工程は、ドライプロセス（例えばＲＩＥプロセスなどの垂直エッチングプロセス）により石英ガラス基板の表面に垂直に溝を形成する工程と、ウエットプロセス（等方エッチングプロセス）により上記溝を所定の量だけ横方向および縦方向に広げる工程とを含む。ドライプロセスによる掘り込み量とウエットプロセスによる掘り込み量との総和は、掘り込みが無い場合に比べ、透過する光の位相が１８０°相当だけ後れる掘り込み量である。

精度が高いAlternatingタイプの位相シフト露光マスクを得るためには、上記溝を垂直に掘り込むだけでなく、横方向にも広げなければならない。しかし、横方向にのみ溝を広げるエッチングプロセスは存在しないため、上述の如く、ドライプロセスとウエットプロセスの併用が必要となる。また、横方向へ広げる量は高い精度でコントロールする必要があるため、ドライプロセスでの掘り込み量は、１８０°相当量から横方向へ広げる量を差し引いた深さとなる。一方、精度の高いフォーカステストマスクを得るためには、ドライプロセスのみで９０°相当の掘り込みを形成しなければならない。

したがって、従来技術では、精度の高いAlternatingタイプの位相シフト露光マスクと精度の高いフォーカステストマスクを１枚の露光マスクで実現するためには、上述のエッチングプロセスをそれぞれ分けて行わなければならず、従来のAlternatingタイプの位相シフト露光マスクに比べ、マスク製造コストが少なくとも３０％以上の上昇となる。
特許第３２９７４２３号公報

本発明の目的は、マスク製造上の負荷が少なく、かつ、高精度のフォーカス測定を可能とするホトマスク、それを用いたフォーカス測定方法および半導体装置の製造方法を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係るホトマスクは、プラス１次回折光とマイナス１次回折光の回折効率が異なる非対称回折格子パターンであって、光を遮蔽する遮光部と、光を透過する第１および第２の透過部を含み、前記第１の透過部を透過した光の位相と前記第２の透過部を透過した光の位相との差の絶対値をθ（≠９０°）とし、かつ、前記遮光部の幅と前記第１の透過部の幅と前記第２の透過部の幅との比をｎ対１対１（ｎは２以外の正の実数）としたとき、θとｎが式１で示される関係を１６３°≦３６０°／（ｎ＋２）＋θ≦１９７°を概ね満たす非対称回折格子パターンと、前記非対称回折格子パターンの像のずれを測定する際の基準となる像を得るための基準パターンとを具備してなることを特徴とする。

本発明に係るフォーカス測定方法は、フォーカステストマスクとして本発明に係るホトマスクを用意する工程と、前記基板上に感光剤を塗布する工程と、前記基板上に前記ホトマスク中の非対称回折格子パターンおよび基準パターンの像を同時に露光する工程と、前記基板上に転写されたパターンを現像する工程と、前記基板上に形成された前記回折格子パターンと前記基準パターンの像の相対的な距離を測定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、露光マスクとして本発明に係るホトマスクのうちデバイスパターンを含むホトマスクを用意する工程と、前記基板上に感光剤を塗布する工程と、前記基板上に前記ホトマスク中の非対称回折格子パターン、基準パターンおよびデバイスパターンの像を同時に露光する工程と、前記基板上に転写されたパターンを現像する工程と、前記基板上に形成されたデバイスパターンを検査する工程と、前記デバイスパターンを検査する工程で、前記デバイスパターン中に不良が検出された場合、前記回折格子パターンと前記基準パターンの像の相対的な距離を測定する工程とを含むことを特徴とする。

本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。

本発明によれば、マスク製造上の負荷が少なく、かつ、高精度のフォーカス測定を可能とするホトマスク、それを用いたフォーカス測定方法および半導体装置の製造方法を実現できるようになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１および図２は、実施形態のホトマスクを模式的に示す平面図である。具体的には、図１はフォーカステストマスクＰＭ１の例を示しており、図２は露光マスクＰＭ２の例を示している。

フォーカステストマスクＰＭ１は、石英ガラス基板１と、石英ガラス基板１上に設けられたフォーカス測定のためのテストマークＴＭとを備えている。

露光マスクＰＭ２は、石英ガラス基板１と、石英ガラス基板１上に設けられたテストマークＴＭと、石英ガラス基板１上に設けられ、実際の半導体製品を製造するためのパターン（デバイスパターン）を含む、Alternatingタイプの位相シフトマスクＰＳＭとを備えている。位相シフトマスクＰＳＭは、遮光部、第１の透過部および第２の透過部（位相掘り込み部）を備えている。第１の透過部を透過した光の位相と第２の透過部を透過した光の位相との差の絶対値は１８０°である。

ホトマスクＰＭ１，ＰＭ２中のテストマークＴＭは、プラス１次回折光とマイナス１次回折光とで回折効率が異なる周期パターンを含む非対称回折格子パターン（以下、ＰＳＧパターンという。）２と、基準パターン３とを備えている。

図３は、ＰＳＧパターン２の詳細を示す平面図である。図４は、図３の矢視Ａ−Ａ’断面図である。

ＰＳＧパターン２は、ガラス基板１上に設けられた光を遮断する遮光部４と、ガラス基板１上に設けられた光を通す第１の透過部５と、ガラス基板１上に設けられた光を通す第２の透過部６（位相掘り込み部）とを備えている。

遮光部４、第１の透過部５および第２の透過部６は、以下の二つの式（［１］、［２］）を満たす。

Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３＝ｎ：１：１ …［式１］
１６３°≦３６０°／（ｎ＋２）＋θ≦１９７° …［式２］
Ｗ１…遮光部４の幅。

Ｗ２…第１の透過部５の幅。

Ｗ３…第２の透過部６の幅。

ｎ…２以外の正の実数。

θ…第１の透過部５を透過した光の位相と第２の透過部６を透過した光の位相との差の絶対値。ただし、９０°は除く。

図５（ａ）−５（ｈ）は、露光マスクＰＭ２の製造方法を示す断面図である。一点鎖線の左側はマスク内でのＰＳＧパターン２が占める領域（ＰＳＧ領域）を、一点鎖線の右側はマスク内での位相シフトマスクＰＳＭが占める領域（Alternating ＰＳＭ領域）を表している。

まず、図５（ａ）に示すように、石英ガラス基板１上に遮光部となるクロム膜（遮光膜）４が形成される。

次に、図５（ｂ）に示すように、クロム膜４上にレジスト膜が形成され、その後、該レジスト膜に対して露光および現像が行われ、レジストパターン１１が形成される。このレジストパターン１１は、ＰＳＧ領域およびAlternating ＰＳＭ領域内の遮光部を形成するためのものである。上記レジスト膜の露光は例えばＥＢ描画により行われる。

次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン１１をマスクにして、クロム膜４がエッチングされる。その結果、ＰＳＧ領域およびAlternating ＰＳＭ領域内には、クロムからなる遮光部４が形成される。しかる後、レジストパターン１１が除去される。

本実施形態では、ＰＳＧ領域内の遮光部４を形成するためのレジストパターンの形成工程と、Alternating ＰＳＭ領域内の遮光部を形成するためのレジストパターンの形成工程とが図５（ｂ）の工程で同時に行われ、さらにＰＳＧ領域内の遮光部４を形成するためのエッチング工程と、Alternating ＰＳＭ領域内の遮光部を形成するためのエッチング工程が図５（ｃ）の工程で同時に行われる。したがって、本実施形態の露光マスクＰＭ２の製造プロセスは、従来のAlternatingタイプの位相シフトマスクの製造プロセスと比べ、何ら変更されるところが無い。

なお、ＰＳＧ領域内の遮光部４を形成するためのレジストパターンの形成工程とAlternating ＰＳＭ領域内の遮光部を形成するためのレジストパターンの形成工程とをそれぞれ別の工程で行い、ＰＳＧ領域内の遮光部４を形成するためのエッチング工程とAlternating ＰＳＭ領域内の遮光部を形成するためのエッチング工程をそれぞれ別の工程で行っても構わない。

この場合、ＰＳＧ領域内の遮光部４の形成プロセスおよびAlternating ＰＳＭ領域内の遮光部の形成プロセスを容易に最適化することが可能となる。例えば、ＰＳＧ領域内の遮光部４を形成するためのレジストパターンの形成工程を、ＥＢ露光装置に比べて合わせ精度が高い装置であるフォトリピータを用いて行える。

次に、図５（ｄ）に示すように、遮光部４および石英ガラス基板１上にレジストパターン１２が形成される。レジストパターン１２は、ＰＳＧ領域およびAlternating ＰＳＭ領域内の第１および第２の透過部（位相掘り込み部）を形成するためのものである。

次に、図５（ｅ）に示すように、レジストパターン１２をマスクにして石英ガラス基板１の表面がＲＩＥプロセス（ドライプロセス）によりエッチングされる。その結果、石英ガラス基板１の表面には、複数の掘り込み部（溝）が形成される。これらの掘り込み部は略垂直な側壁を有している。図５（ｅ）には、７つの複数の掘り込み部が示されている。しかる後、レジストパターン１２は除去される。

上記複数の掘り込み部のうち、ＰＳＧ領域内のものは第２の透過部６となる。上記複数の掘り込み部のうち、Alternating ＰＳＭ領域内のものは、図５（ｇ）のウエットプロセスを経て第２の透過部となる。

また、ＰＳＧ領域およびAlternating ＰＳＭ領域内のうち、遮光部４が形成されておらず、かつ、上記掘り込み部が形成されていない部分は、第１の透過部５となる。

次に、図５（ｆ）に示すように、遮光部４および石英ガラス基板１上にレジストパターン１３が形成される。レジストパターン１３は、Alternating ＰＳＭ領域内の第２の透過部（位相掘り込み部）を形成するためのものである。ＰＳＧ領域はレジストパターン１３によりマスクされる。Alternating ＰＳＭ領域は掘り込み部を除いてレジストパターン１３によりマスクされる。

次に、図５（ｇ）に示すように、レジストパターン１３をマスクにしてウエットプロセスにより石英ガラス基板１の表面がエッチングされ、Alternating ＰＳＭ領域内の上記掘り込み部が横方向および縦方向に広げられる。この横方向および縦方向に広げられた掘り込み部が、Alternating ＰＳＭ領域内の第２の透過部６’となる。

その後、図５（ｈ）に示すように、レジストパターン１３が除去され、露光マスクＰＭ２が得られる。

図６に、具体的な寸法値が付された露光マスクＰＭ２の断面図を示す。

Alternating ＰＳＭ領域内の第１の透過部５を透過する光の位相と第２の透過部６’を透過する光の位相との差の絶対値が１８０°になるように、第２の透過部６’の掘り込み部の深さは厳密に制御される。

上記１８０°に相当する深さを有する第２の透過部６’の掘り込み部の深さは、ウエットプロセスを用いずに、ＲＩＥプロセスだけでも形成することができる。しかし、以下の理由により、第２の透過部６’の掘り込み部は、ＲＩＥプロセスとウエットプロセスを用いて形成される。

図５（ｅ）のＲＩＥプロセス中に生成される反応生成物は、掘り込み部の側壁に付着する。掘り込み部の側壁に反応生成物が付着すると、非掘り込み開口部（レジストパターン１２で覆われた石英ガラス基板１の表面部分）に比べて、掘り込み部の光透過強度が低下する。掘り込み部の光透過強度の低下は、ウエハ上に形成されるレジストパターンの寸法誤差を招く原因となる。

そこで、ＲＩＥプロセスの後に、ウエットプロセスを行うことによって、掘り込み部の側壁に付着した反応生成物を除去するとともに、上記１８０°に相当する深さを有する第２の透過部６’の掘り込み部を形成するようにしている。

ＲＩＥプロセスでのエッチング量とウエットプロセスでのエッチング量との合計は、上記１８０°に相当する量にする必要がある。

このとき、ウエットプロセスで必要となるサイドエッチング量（反応生成物を除去するために必要な横方向のエッチング量）を考慮して、ＲＩＥプロセスでの深さ方向（縦方向）のエッチング量とウエットプロセスでの深さ方向（縦方向）のエッチング量との配分が決められる。

通常では、図５（ｅ）のＲＩＥプロセスでは７５°に相当するエッチング量、図５（ｅ）のウェットプロセスでは１０５°に相当するエッチング量が選択される。この場合、ＰＳＧ領域内の第２の透過部６’の掘り込み部の深さは７５°に相当する深さとなる。

Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３＝ｎ：１：１の場合、プラス１次回折光とマイナス１次回折光のうち、どちらか一方が消滅する条件は、次式で表される。

３６０°／（ｎ＋２）＋θ＝１８０°…［式３］
θ＝７５°を［式３］に代入すると、ｎ＝１．４２８６となる。この値から、ＰＳＧパターンの線幅比（Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３）は、１．４３：１：１に予め設計されている。

すなわち、ＰＳＧパターンを形成するための石英ガラス基板１のエッチングが、ウエットプロセスを用いずにＲＩＥプロセスだけで行えるように、ＰＳＧパターンの線幅比が選択されている。そのため、寸法精度が高いテストマークが製造される。

さらに、本実施形態の露光マスクＰＭ２の製造方法は、石英ガラス基板１上のパターンレイアウト（パターンの形状および寸法）を除いて、従来の露光マスクの製造方法と何ら変わりがない。

したがって、本実施形態によれば、デバイスパターンおよび精度が高いテストマークを含む露光マスクを、製造コストの増加を招かずに容易に実現することが可能となる。

また、上記露光マスクからデバイスパターンを省いた場合には、精度が高いテストマークを含むフォーカステストマークを、製造コストの増加を招かずに容易に実現することが可能となる。

図７に、Ｗ１：Ｗ２：Ｗ３＝ｎ：１：１とした場合のｎとθとの関係を示す。

図７において、εはプラス１回折次光の強度とマイナス１次回折光の強度との比（光強度比）を表している。光強度比の分母には、強度が強い方の１次回折光が選ばれている。

太い実線はε＝０を表している。ε＝０の曲線は、一方の１次回折光が完全に消滅する場合（理想的な条件）のｎとθとの関係を表している。

一方、２本の細い実線はε＝０．０１を表している。ε＝０．０１の曲線は、一方の１次回折光が他方の１％程度の強度しかない場合のｎとθとの関係を表している。

そして、２本の点線はε＝０．０２を表している。ε＝０．０２の曲線は、一方の１次回折光が他方の２％程度の強度しかない場合のｎとθとの関係を表している。この２本の点線で挟まれた領域内であれば、フォーカス計測が十分に正確に行える。この領域は上記の［式２］で表される。

ここで、表１に、ε＝０．０２とした場合のｎとθ（理想値、有効範囲）との関係を示す。

θが理想値に近いほど、フォーカス計測精度が高いことは言うまでもない。しかし、マスクのデザインの容易さを考慮すると、ｎは切りのよい数字である方が望ましい。図８（ａ）−８（ｆ）に、ｎ＝０．５（θ＝３６）、１．０（θ＝６０°）、１．５（θ＝７７．１４３°）、２．０（θ＝９０°）、２．５（θ＝１００°）、３．０（θ＝１０８°）に対応したＰＳＧパターンの断面図を示す。特に、図８（ｄ）のマスクは、特許文献１中に１例としてあげられた構造を備えたマスクである。現実的なθおよびｎを有するマスクとしては、図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｆ）に示すマスクがあげられる。

本実施形態のフォーカステストマスクＰＭ１についてさらに説明する。本実施形態のフォーカステストマスクＰＭ１は、先に述べた通りに、テストマークＴＭと基準パターン３とを備えている。

基準パターン３としては、主に、図９（ａ）−９（ｃ）に示す３種類があげられる。すなわち、図９（ａ）に示す大きな孤立パターン３ａ、図９（ｂ）に示す回折格子パターン３ｂ、図９（ｃ）に示す回折格子の向きがＰＳＧパターン２のそれと逆である非対称回折格子３ｃがあげられる。

大きな孤立パターン３ａはＤＯＦが広いため、広いフォーカスレンジを持つ測定が可能となる。回折格子パターン３ｂはコマ収差の影響が非対称回折格子と同等であるため、コマ収差の影響を受けない測定が可能となる。そして、逆向きの非対称回折格子３ｃは相対的なシフト量が２倍になるため、感度が２倍の測定が可能となる。

また、測定装置に起因する測定誤差を取り除くためには、図１０（ａ）−１０（ｃ）および図１１（ａ）−１１（ｃ）に示すように、一つのＰＳＧパターン２が二つの基準パターン（二つの大きな孤立パターン３ａ、二つの回折格子パターン３ｂまたは二つの非対称回折格子パターン３ｃ）に挟まれた構造を有するテストマスクＴＭを用いることが望ましい。逆に、一つの基準パターンが二つのＰＳＧパターンで挟まれた構造を用いても、同様に、測定装置に起因する測定誤差を取り除くことができる。なお、図１０以降においては簡略化のためにパターンには必ずしも参照符号は付されておらず、同じハッチングは同じ部位を示している。

さらに、投影レンズに非点収差が存在する場合は、図１２に示すように、直交する２方向のＰＳＧパターン２が近接して配置されている構造を有するテストマスクＴＭを用いることにより、フォーカスだけでなく、非点収差も測定することができる。

図１３は、合わせずれ検査装置による自動測定に対応したテストマークを示す平面図である。図１４は、図１３（ｄ）の矢視Ａ−Ａ’および矢視Ｂ−Ｂ’断面図である。

図１３（ａ）に示すテストマークＴＭは、二つの非対称回折格子パターン２（第１および第２の非対称回折格子パターン）と、二つの基準パターン（第１および第２の基準パターン）３ａを含んでいる。

図１３（ｂ）に示すテストマークＴＭは、図１３（ａ）に示すテストマークＴＭにおいて、基準パターン３ａを基準パターン３ｂに置き換えたものである。

図１３（ｃ）に示すテストマークＴＭは、図１３（ａ）に示すテストマークＴＭにおいて、基準パターン３ａを基準パターン３ｃに置き換えたものである。

図１３（ｄ）に示すテストマークＴＭは、矩形状のテストマークＴＭ１と、このテストマークＴＭ１を囲むように配置された矩形形状のテストマークＴＭ２とを備えている。テストマークＴＭ１，ＴＭ２は、図１３（ａ）−１３（ｃ）のいずれかのテストマークを上下に引き延ばして得られた直線状のテストマークを、矩形状に変えることで得られたテストマークである。

すなわち、図１３（ｄ）に示すテストマークＴＭは、第１および第２の非対称回折格子パターン、ならびに、第１および第２の基準パターンを含み、第１の非対称回折格子パターンと第１の基準パターンは第１の直線上に平行に配置され、第２の非対称回折格子パターンと第２の基準パターンは第１の直線に対して垂直な第２の直線上に平行に配置された構成になっている。

図１３（ａ）−１３（ｄ）のテストマークでは、フォーカス値と位置ずれの関係が直線的にならない。

これを改善するテストマークとしては、例えば、図１５（ａ）および１５（ｂ）に示すものがあげられる。図１５（ａ）に示すテストマークＴＭａを用いて露光が行われ、その後、図１５（ｂ）に示すテストマークＴＭｂを用いて露光が行われる。これらの露光により形成された計測パターンは、フォーカス値と位置ずれの関係が略直線上になる利点がある。

図１６は、テストマークＴＭａ，ＴＭｂを含む露光マスクを示す平面図である。テストマークＴＭａ，ＴＭｂは、露光マスクの露光領域の周辺部に配置されている。

図１７は、図１６の露光マスクを用いた２重露光の方法を説明するための図である。この方法は、ウエハ２１上で隣り合う露光領域２２，２３の重なり領域２４を利用して２重露光を行う方法である。

すなわち、露光領域２２内に転写されたテストマークＴＭｂのパターンと、露光領域２３内に転写されたテストマークＴＭａのパターンとが、重なり領域２４内において、所定通りに重なり合うように、隣り合う二つの露光領域２２，２３の露光が行われる。これにより、テストマークの２重露光を行うための二つの露光工程を別途追加する必要が無くなる。

図１８に、反射光のプロファイルに基づいてフォーカスを測定するためのテストマークの平面図を示す。

図１８のテストマークは、複数の非対称回折格子パターン２および複数の基準パターン３を含み、非対称回折格子パターン２と基準パターン３が一つの直線に平行に、かつ、横方向に一定量だけシフトされながら、非対称回折格子パターン２と基準パターン２が交互に縦方向に配置された構成になっている。

上記構成であれば、フォーカスにより上下方向で交互にパターンがずれるため、このずれによる干渉によって反射光のプロファイルが変化する。このプロファイルの変化からフォーカス値を測定できる。上記反射光のプロファイルは、例えば、スキャッタメトリ（scatterometoroy）という装置を用いて取得できる。また、図１８のテストマークを用いる場合、２重露光が不要となる利点がある。

本実施形態のフォーカス測定方法は、以下の通りである。

本実施形態のフォーカス測定方法では、投影光学系を介してホトマスク上に形成されたマスクパターンの像を基板上に投影する投影露光装置が使用される。この投影露光装置を用いて、実施形態のホトマスク（フォーカステストマスク）上に形成されたテストマークの像が上記基板上に投影され、この像を用いて上記基板の表面のデフォーカス量が取得される。

より詳細には、まず、上記基板上に感光剤が塗布される。

次に、上記基板上に上記ホトマスク中のテストマーク中の回折格子パターンおよび基準パターンの像が同時に露光される。

次に、上記基板上に転写されたパターンが現像される。

次に、上記基板上に形成された上記回折格子パターンと上記基準パターンの像の相対的な距離が測定され、該計測された距離に基づいてデフォーカス量が取得される。

本実施形態の半導体装置の製造方法は、以下の通りである。

本実施形態の半導体装置の製造方法では、投影光学系を介して露光マスク上に形成されたマスクパターンの像を基板上に投影する投影露光装置が使用される。この投影露光装置を用いて、実施形態のホトマスク（露光マスク）上に形成されたデバイスパターンおよびテストマークの像が上記基板上に投影され、この像を用いて実際の半導体製品が製造されるとともに、上記基板の表面のデフォーカス量が取得される。実施形態の露光マスクの位相シフトマスクＰＳＭとテストマスクＴＭとの組合せは種々考えられるがいずれでも構わない。

より詳細には、まず、上記基板上に感光剤が塗布される。

次に、上記基板上に上記ホトマスク中の非対称回折格子パターン、基準パターンおよびデバイスパターンの像が同時に露光される。

次に、上記基板上に転写されたパターンが現像される。

次に、上記基板上に形成されたデバイスパターンが検査される。

次に、上記デバイスパターンを検査する工程で、上記基板上に形成された上記デバイスパターン中に不良が検出された場合、上記回折格子パターンと上記基準パターンの像の相対的な距離が測定され、該計測された距離に基づいてデフォーカス量が取得される。

次に、上記不良が検出されたデバイスパターンと上記デフォーカス量とが記憶装置内に記録される。記憶装置のタイプは特に限定されない。

次に、上記不良が検出されたデバイスパターンに係るホトマスクの修正が行われる。

ここでは、不良が検出された場合に、デフォーカス量を取得する場合について説明したが、不良の検出の有無に関係なく、デフォーカス量を取得しても構わない。

上記デバイスパターンおよび上記デフォーカス量を含むウエハ履歴のデータベースを構築することにより、不意に発生した歩留まり低下の原因を容易に究明できるとともに、歩留まりの低下を未然に防止することが可能となる。

上記半導体装置としては、ＤＲＡＭ、ロジックＬＳＩ、システムＬＳＩ（ＤＲＡＭ混載ＬＳＩ）の他に、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や、ＬＣＤを用いた装置（例えば、携帯電話、液晶テレビ、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ）等があげられる。

以上述べたように、遮光部と透過部と位相掘り込み部の線幅比が２対１対１、透過部と位相掘り込み部を透過する光の位相差が９０°であるホトマスクが、フォーカス測定には最も理想的なホトマスクであるが、上記理想的なホトマスク以外であっても、位相差と線幅比が［式２］を満たす実施形態のホトマスクを用いれば、上記理想的なホトマスクと略同様の高精度のフォーカス測定が可能となる。これにより、例えば、通常のAlternatingタイプの位相シフトマスクに上記非対称回折格子を形成する場合も、マスク製造上の負荷が少ない位相差に掘り込み量を設定でき、様々な露光マスクにおいても、従来技術と同等の高精度なフォーカス測定技術を実現できるようになる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

実施形態のホトマスク（フォーカステストマスク）を模式的に示す平面図。 実施形態の他のホトマスク（露光マスク）を模式的に示す平面図。 実施形態のテストマークの詳細を示す平面図。 図３の矢視Ａ−Ａ’断面図。 実施形態の露光マスクの製造方法を示す断面図。 実施形態の露光マスクを示す断面図。 ｎとθとの関係を示す図。 ｎ＝０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０に対応したＰＳＧパターンの断面図。 代表的な基準パターンを含むテストマークを示す平面図。 測定装置に起因する測定誤差を取り除けるテストマークを示す平面図。 測定装置に起因する測定誤差を取り除ける他のテストマークを示す平面図。 フォーカスおよび非点収差を測定することができるテストマークを示す平面図。 合わせずれ検査装置による自動測定に対応したテストマークを示す平面図。 図１３（ｄ）のＡ−Ａ’およびＢ−Ｂ’断面図。 フォーカス値と位置ずれの関係を直線的できるテストマークを示す平面図。 図１５のテストマークを含む露光マスクを示す平面図。 図１６の露光マスクを用いた２重露光の方法を説明するための図。 反射光のプロファイルに基づいてフォーカスを測定するためのテストマークを示す平面図。

符号の説明

ＰＭ１，ＰＭ２…フォーカステストマスク、ＰＳＭ…位相シフトマスク、ＴＭ…テストマーク、１…石英ガラス基板、２…ＰＳＧパターン、３…基準パターン、４…遮光部、５…第１の透過部、６，６’…第２の透過部、１１，１２，１３…レジストパターン、２１…ウエハ、２２，２３…露光領域、ＴＭａ，ＴＭｂ…テストマーク。

Claims (13)

1. プラス１次回折光とマイナス１次回折光の回折効率が異なる非対称回折格子パターンであって、光を遮蔽する遮光部と、光を透過する第１および第２の透過部を含み、前記第１の透過部を透過した光の位相と前記第２の透過部を透過した光の位相との差の絶対値をθ（≠９０°）とし、かつ、前記遮光部の幅と前記第１の透過部の幅と前記第２の透過部の幅との比をｎ対１対１（ｎは２以外の正の実数）としたとき、θとｎが式１で示される関係を
   １６３°≦３６０°／（ｎ＋２）＋θ≦１９７°…［１］
   を概ね満たす非対称回折格子パターンと、
   前記非対称回折格子パターンの像のずれを測定する際の基準となる像を得るための基準パターンと
   を具備してなることを特徴とするホトマスク。
2. 前記基準パターンは、前記非対称回折格子パターンとは対称な非回折格子パターンであることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
3. 前記基準パターンは、第１および第２の基準パターンを含み、この第１の基準パターンと前記第２の基準パターンとの間に前記非対称回折格子パターンが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
4. 前記非対称回折格子パターンは、第１および第２の非対称回折格子パターンを含み、この第１の非対称回折格子パターンと前記第２の非対称回折格子パターンとの間に前記基準パターンが配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
5. 前記非対称回折格子パターンは、第１および第２の非対称回折格子パターンを含み、前記基準パターンは第１および第２の基準パターンを含み、前記第１の非対称回折格子パターンと前記第１の基準パターンは第１の直線上に平行に配置され、前記第２の非対称回折格子パターンと前記第２の基準パターンは前記第１の直線に対して垂直な第２の直線上に平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
6. 前記非対称回折格子パターンは、複数の非対称回折格子パターンを含み、前記基準パターンは複数の基準パターンを含み、非対称回折格子パターンと基準パターンが一つの直線に平行に、かつ、交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
7. 前記θと前記ｎが式２で示される関係を
   ３６０°／（ｎ＋２）＋θ＝１８０°…［２］
   を概ね満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光マスク。
8. 前記θは略３６°、前記ｎは略０．５であることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
9. 前記θは略６０°、前記ｎは略１であることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
10. 前記θは略１０８°、前記ｎは略３であることを特徴とする請求項１に記載のホトマスク。
11. 前記ホトマスクは、さらにデバイスパターンを備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のホトマスク。
12. フォーカステストマスクとして請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のホトマスクを用意する工程と、
    前記基板上に感光剤を塗布する工程と、
    前記基板上に前記ホトマスク中の非対称回折格子パターンおよび基準パターンの像を同時に露光する工程と、
    前記基板上に転写されたパターンを現像する工程と、
    前記基板上に形成された前記回折格子パターンと前記基準パターンの像の相対的な距離を測定する工程と
    を含むことを特徴とするフォーカス測定方法。
13. 露光マスクとして請求項１１に記載のホトマスクを用意する工程と、
    前記基板上に感光剤を塗布する工程と、
    前記基板上に前記ホトマスク中の非対称回折格子パターン、基準パターンおよびデバイスパターンの像を同時に露光する工程と、
    前記基板上に転写されたパターンを現像する工程と、
    前記基板上に形成されたデバイスパターンを検査する工程と、
    前記デバイスパターンを検査する工程で、前記デバイスパターン中に不良が検出された場合、前記回折格子パターンと前記基準パターンの像の相対的な距離を測定する工程と
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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