JP2008116750A - フォーカステスト方法、フォーカステストマスク、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】収差の影響を受けることなく周期パターンを用いてデフォーカスを簡単に精度良く測定すること。
【解決手段】マスクパターンの像を投影光学系を介して半導体基板上に投影する際のフォーカスをテストするフォーカステスト方法であって、平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の透光部（４３，４４）とｎ＋１個のラインパターン（４８）からなり、隣り合う２つの前記透光部の間に１つの前記ラインパターンが位置し、前記隣り合う２つの透光部を透過した各光の位相差が中間位相であるフォーカステストパターンを形成し、少なくとも前記隣り合う２つの透光部とそれらの間の前記１つのラインパターンとをマスクするトリムパターン（４５）を形成し、前記フォーカステストパターンと前記トリムパターンを重ね合わせて前記半導体基板上に投影し、前記半導体基板上に形成された前記フォーカステストパターンの像を光学的に測定して前記半導体基板の表面のデフォーカスを測定する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、半導体装置の製造におけるフォトリソグラフィ工程に使用されるフォーカステスト方法、フォーカステストマスク、及び半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体記憶装置の製造においては、回路を構成する素子や配線などの高集積化、またパターンの微細化が進められている。回路パターンの微細化に伴い、フォトマスク上の回路パターンを半導体ウェハ上に転写するフォトリソグラフィ工程では、パターン転写精度の低下が深刻になっており、フォーカスの許容値範囲が狭くなっている。このため、ウェハの平坦度や露光装置の収差に対するスペックが厳しくなると同時に、ウェ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の高精度な測定方法が求められている。

従来では、レジストパターンを用いたフォーカスの測定方法として、
（方法１）特許文献１、特許文献２、非特許文献１に示される方法
（方法２）特許文献３、特許文献４、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５に示される方法
（方法３）特許文献５、非特許文献６、非特許文献７に示される方法
がある。

方法１（特許文献１、特許文献２、非特許文献１）は、先細りした三角形あるいは菱形のパターンを用いて、転写後の長辺方向の寸法を測定することによりフォーカスを測定する方法であり、一般的にＳＭＰと呼ばれている。

この方法には、（１）ベストフォーカスで長辺寸法が最大になり、デフォーカスの測定は寸法変化が対象となるため、プラスとマイナスの両方のデフォーカス方向を同時に判断することができない、（２）露光量の変動の影響を受けるため、露光量を特定しないとデフォーカス量が正確に測定できない、という問題がある。

方法２（特許文献３、特許文献４、非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４、非特許文献５）は、レベンソン型位相シフトマスク（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｍａｓｋ）を用いて、孤立線状の遮光パターンの両側で位相差が１８０°以外（最適値は９０°）になるようなパターンをデフォーカス状態で露光すると、孤立線パターンの像が横方向に移動する現象を利用したフォーカス測定方法である。さらに、通常の合わせずれ測定装置を用いて自動測定することを前提とした構成についても示している。

この方法には、測定対象が孤立パターンに限定され、周期パターンに拡張できないという問題がある。すなわち、実際の半導体装置の回路パターンの密度に近いパターンでは測定ができない。また、コマ収差や球面収差の影響を受けるため、デフォーカス量の正確な測定が困難である。また、孤立線パターンは細く形成されるため、通常の合わせずれ測定装置の分解能では測定が難しく、精度が悪い。（例えば、特許文献５の〜）
方法３（特許文献５、非特許文献６、非特許文献７）は、開口パターン内に階段状あるいは斜め状に位相差の遷移領域を設けたフォトマスクを用いるもので、このパターンをデフォーカス状態で露光すると、パターン像が横方向に移動する現象を利用したフォーカス測定方法である。このフォトマスクは、ＰＳＧ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｇｒａｔｉｎｇ）マスクとも呼ばれる。特許文献５では、周期パターンに拡張した例に関して述べられている。

この方法には、フォトマスク作製が困難であり、また、石英の段差がフォトマスクの欠陥検査時に擬似欠陥として検出され、通常の検査ができないという問題がある。
ＵＳＰ Ｎｏ．ＵＳ４９０８６５６ 特許第２５８０６６８号公報 ＵＳＰ Ｎｏ．ＵＳ５３００７８６ 特許第２５３９１６３号公報 特許第３２９７４２３号公報 K. Suwa, SPIE vol. 2440, pp. 712 T. A. Brunner et. al., SPIE vol. 2197, pp. 541 R. D. Mih et. al., SPIE vol. 2440, pp. 657 G. M. Pugh et. al., SPIE vol. 2440, pp. 690 D. Wheeler et. al., SPIE vol. 3051, pp. 225 H. Nomura, Opt. Rev., vol. 8, no. 3, pp. 184, 2001 H. Nomura, SPIE vol. 4346, pp. 25

本発明の目的は、収差の影響を受けることなく周期パターンを用いてデフォーカスを簡単に精度良く測定できるフォーカステスト方法、フォーカステストマスク、及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一形態のフォーカステスト方法は、マスクパターンの像を投影光学系を介して半導体基板上に投影する際のフォーカスをテストするフォーカステスト方法であって、平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の透光部とｎ＋１個のラインパターンからなり、隣り合う２つの前記透光部の間に１つの前記ラインパターンが位置し、前記隣り合う２つの透光部を透過した各光の位相差が中間位相であるフォーカステストパターンを形成し、少なくとも前記隣り合う２つの透光部とそれらの間の前記１つのラインパターンとをマスクするトリムパターンを形成し、前記フォーカステストパターンと前記トリムパターンを重ね合わせて前記半導体基板上に投影し、前記半導体基板上に形成された前記フォーカステストパターンの像を光学的に測定することにより前記半導体基板の表面のデフォーカスを測定する。

本発明の他の形態のフォーカステストマスクは、マスクパターンの像を投影光学系を介して半導体基板上に投影する際のフォーカスをテストするためのフォーカステストマスクであって、平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の透光部とｎ＋１個のラインパターンからなり、隣り合う２つの前記透光部の間に１つの前記ラインパターンが位置し、前記隣り合う２つの透光部を透過した各光の位相差が中間位相であるフォーカステストパターンと、少なくとも前記隣り合う２つの透光部とそれらの間の前記１つのラインパターンとをマスクするためのトリムパターンと、を有する。

本発明によれば、収差の影響を受けることなく周期パターンを用いてデフォーカスを簡単に精度良く測定できるフォーカステスト方法、フォーカステストマスク、及び半導体装置の製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本実施の形態のフォーカス測定方法は、フォトマスク上に形成された半導体装置の回路パターン（マスクパターン）及びフォーカス測定パターン（フォーカステストパターン）の像を投影光学系を介して半導体基板上に投影し、フォーカス測定パターンの転写像を用いてデフォーカス量を測定する。

フォーカス測定パターンは、上述した方法２のレベンソン型位相シフトマスクのタイプのパターンを周期パターンに拡張したものを用い、さらにトリムパターンを有するものを用いて、このトリムパターンとフォーカス測定マークである中間位相のレベンソンパターンとを重ね合わせて露光した場合に、トリムパターンに覆われないレベンソンパターンの周期端を取り除いた一部のラインパターンを半導体基板上に残す構成とする。

（第１の実施の形態）
まず、本第１の実施の形態のフォーカス測定パターンの基本的な特性について説明する。

図１は、本第１の実施の形態のフォトマスクのフォーカス測定パターン部分を説明する要部断面図であり、一般的なレベンソン型位相シフトマスクの構成を示している。石英基板１０の表面には遮光膜（一般にクロムが用いられる）１１が形成されており、さらに開口部１２、１３が設けられている。開口部１３は開口部１２に対して位相差が設けられている。なお、レベンソン型位相シフトマスクは上記位相差がほぼ１８０度であるが、本実施の形態のフォーカス測定パターンでは中間位相（３０度〜１５０度が望ましい）にする。すなわち、隣り合う２つの開口部を透過した各光の位相差が中間位相となる。

図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本第１の実施の形態のフォーカス測定パターンの基本的な特性を説明する模式図であり、図１のフォトマスクを転写したウェハ上のレジストパターンを示す上面図である。図２の（ａ）（ｂ）（ｃ）において、レジスト膜２０に、開口部１２が転写されたスペース部２１（寸法Ｓ１）と、開口部１３が転写されたスペース部２２（寸法Ｓ２）が形成されている。

図２の（ｂ）に示すように、ベストフォーカスでは、スペース部２１、２２の寸法（Ｓ１、Ｓ２）はほぼ同一になる。図２の（ａ）に示すように、マイナスデフォーカスでは、スペース部２１の方がスペース部２２よりも大きく、図２の（ｃ）に示すように、プラスデフォーカスでは、逆にスペース部２２の方が大きくなる。この特性は、上述した方法２の場合と同じである（例えば、特許文献５の〜に記載の方法）。

図３に本実施の形態のフォーカス測定パターンの性能の例として、ピッチ３５０ｎｍのライン／スペースパターン（周期パターン）で、位相差が１０５度の計算結果を示す。ここで、スペース部２１と２２に挟まれたライン幅は９０〜１３０ｎｍである。最先端のレジストプロセスで安定して形成できる充分な幅と考えられる。この例では、ライン幅が９０〜１３０ｎｍの範囲でデフォーカスによって変動したが、ピッチとライン／スペースの比率を選ぶことにより、ライン幅がさほど変動しない条件も選択可能である。またピッチも、露光装置の波長、ＮＡ（開口数）等から決まる解像性に応じて選択可能であり、より微細なパターンを選択可能である。

図３に示すように、スペース部Ｓ１とＳ２の寸法差（Ｓ１−Ｓ２）は、デフォーカス量に比例してほぼ直線的に変化する。これにともない、ラインの位置がデフォーカス量に比例してシフトする。デフォーカス量０．１μｍに対してスペース部Ｓ１とＳ２の寸法差は３０ｎｍである。言い換えると、３ｎｍのスペース差を検出できれば０．０１μｍのデフォーカス量がわかることになり、その感度は極めて高い。本実施の形態のフォーカス測定方法では、この特性を利用してフォーカスを高精度に測定できる。

図４、図５、図６は、本実施の形態のフォーカス測定マークの構成例を示す上面図である。

図４にフォトマスク上のフォーカス測定パターンを示す。Ｂａｒｓ−Ｉｎ−Ｂａｒｓと呼ばれる合わせマークに似せて構成している。通常、１本のバーは０．５〜２μｍ程度の幅で数〜数十μｍ程度の長さを有する孤立ライン、もしくはスペースからなる。本実施の形態では、これをより微細なラインアンドスペースパターンに分解した。

図４において、４１はクロム遮光膜、４２はラインアンドスペースパターンである。さらに一部を拡大した右側の図において、４３は開口部（透光部）、４４は中間位相の開口部（透光部）を示す。このようにフォーカス測定パターンは、平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の開口部４３，４４とｎ＋１個のラインパターン４８からなり、隣り合う２つの開口部の間に１つのラインパターンが位置している。

フォーカス測定マークは、フォトマスク上の回路パターンに影響しない領域であればどこにでも配置可能である。ここでは半導体装置の作製に用いられるフォトマスクのダイシングライン上に配置することとする。

図５にトリム（トリミング：不必要な部分を取り除く）パターンを示す。図５において、４５はクロム遮光膜、４６は開口部である。トリムパターンは、フォーカス測定パターンに重ねて露光することにより、フォーカス測定パターンのラインアンドスペースパターンの周期端部分がレジストに転写されるのを防止するために用いられる。

トリムパターンは、フォーカス測定パターンの少なくとも隣り合う２つの開口部とそれらの間の１つのラインパターンとをマスクする。すなわちトリムパターンは、フォーカス測定パターンの２つの開口部の幅とそれらの間の１つのラインパターンの幅とを加算した値より幅広く構成される。

トリムパターンは、フォーカス測定パターンと同一のフォトマスク上に配置してもよいし、別のフォトマスク上に配置してフォーカス測定パターンとトリムパターンを順次露光することにより重ね露光してもよい。

図６に重ね露光後のウェハ（半導体基板）上のレジストパターンを示す。４７はレジスト膜である。重ねて露光することにより、フォーカス測定パターンのライン（遮光部）とトリムパターンのラインが重なった部分のみラインパターンが残る。図６において、４８はマイナスデフォーカスの露光の際にバーの位置がシフトして見える方向を示している。この様子を図７の（ａ）（ｂ）で説明する。

図７の（ａ）はフォーカス測定パターンとトリムパターンの重なりを示し、図７の（ｂ）は重ね露光により残るレジストパターンを示す。図７の（ａ）（ｂ）からわかるように、フォーカス測定パターンのラインアンドスペースパターン周期端の２ライン分がレジストパターンとして残らない。すなわち、トリムパターンに覆われないフォーカス測定パターンの部分のレジストパターンを取り除く。これは、周期端のパターンがデフォーカスの影響のみならず、露光装置のコマ収差の影響を受けるためである。

合わせずれ測定装置で見た場合、検出光学系の分解能が低いために、レジストに転写されたラインアンドスペースパターンはぼけて一体になって見えることになる。したがって、このパターンの位置として検出されるのは、左端のラインの左エッジ５０と右端のラインの右エッジ５１で決まる両者の中心座標と考えてよい。

すなわち図８の（ａ）に示すように、マイナスデフォーカスの際には図７の（ａ）の開口部４３に相当するスペースが拡がり、中間位相の開口部４４に相当するスペースが狭まる。したがって、左端のラインの左エッジ５０と右端のラインの右エッジ５１で決まるパターンの位置は、図８の（ｂ）に示すベストフォーカスの場合に比べて右にシフトして見える。図８の（ｃ）に示すプラスデフォーカスの際にはその逆であり、ベストフォーカスの場合に比べて左にシフトして見える。

一般的に、合わせずれ検査装置は外側のバーと内側のバーの位置ずれを測定するものである。そこで、外側のバーの構成に対して、内側のバーでは左端エッジ、右端エッジと位相差の関係が逆になるように構成する。この構成により、デフォーカスによるバー位置のシフトが２倍に強調されて、合わせずれとして検出される。また、合わせずれの方向により、デフォーカス方向も検知できる。

事前に、計算によりデフォーカスとバー位置のシフトの関係を把握する、あるいは、デフォーカスを変化させて露光を行い、上記関係を測定しておく。この関係を使って、実際に測定したい露光時のデフォーカス量を合わせずれ測定値から簡単に導き出すことができる。

本第１の実施の形態によれば、デフォーカスに対して感度の高い中間位相のレベンソン型位相シフトマスクタイプのフォーカス測定パターンを用いて、収差の影響を受けにくい周期パターン、さらには周期端を除いた周期パターンを形成することにより、デフォーカス方向を特定したデフォーカス量の高精度な測定が可能である。また、合わせずれ測定装置を用いることにより測定時間が短くなり、スループットが極めて高くなる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、フォーカス測定パターンをレジストパターンに転写した。半導体装置の製造プロセスによっては、フォーカス測定パターンをレジストパターンではなく、下地材料膜のパターンに転写し、これを測定した方が望ましい場合もある。

例えば、第１のフォトマスクを用いて第１の露光を行い、レジストパターンを一旦形成し、レジスト膜の下地材料膜を加工した後に、再度レジスト膜を全面に形成して第２のフォトマスクを用いて第２の露光を行い、上記下地材料膜を再度加工して、重なったパターンのみ残すようなプロセスをとることも可能である。

この場合には、デフォーカスの測定対象となる露光の際の第１のフォトマスクにフォーカス測定パターンを配置し、第２のフォトマスクにトリムパターンを配置することにより、下地材料膜にＢａｒｓ−Ｉｎ−Ｂａｒｓマークを形成することができる。このマークを合わせずれ測定装置で測定することにより、デフォーカス量を測定できる。

図９の（ａ）〜（ｄ）及び図１０の（ａ）〜（ｄ）は、半導体装置の製造プロセス例を示す断面図である。まず、図９の（ａ）のように、Ｓｉ基板９５上に酸化膜９４、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜９３、ＡＲＣ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｆｉｌｍ）９２、レジスト９１が積層されたウェハを準備する。

次に、図９の（ｂ）に示すように、第１のフォトマスクを用いて第１の露光を行う。第１のフォトマスクは図４に示すフォーカス測定パターンを有している。図９の（ｂ）はレジスト現像後のフォーカス測定パターン（図４の右側の図）の要部断面図である。

次に、図９の（ｃ）に示すようにＡＲＣ９２をエッチングし、図９の（ｄ）に示すようにＰｏｌｙ−Ｓｉ膜９３をエッチングし、図１０の（ａ）に示すようにレジスト９１及びＡＲＣ９２を剥離する。

次に、図１０の（ｂ）に示すように、再びＡＲＣ９７及びレジスト９６を塗布した後、第２のフォトマスクを用いて第２の露光を行う。第２のフォトマスクは図５に示すトリムパターンを有している。図１０の（ｂ）はレジスト現像後のトリムパターン（図５の右側の図）を示している。

次に、図１０の（ｃ）に示すように、ＡＲＣ９７及びＰｏｌｙ−Ｓｉ膜９３を再びエッチングし、図１０の（ｄ）に示すようなＰｏｌｙ−Ｓｉパターンが残る。このパターンを合わせずれ測定装置で測定することにより、第１のフォトマスクによる露光時のデフォーカス量を知ることができる。

なお本第２の実施の形態では、２枚のフォトマスクにフォーカス測定パターンとトリムパターンをそれぞれ配置したが、露光装置の調整用等にフォーカス測定用のフォトマスクを使用する場合に、フォーカス測定パターンとトリムパターンを同一のフォトマスク上に配置することは容易である。

（第３の実施の形態）
本第３の実施の形態では、半導体装置の製造プロセスにおけるフォーカス測定の適用例を示す。

図１１は、本第３の実施の形態に係るランダムロジックのゲートパターン例を示す図である。このようなデバイスのゲートパターン設計においては、製造コスト削減のためにゲート部だけでなく、ゲートとコンタクトパッドとの間を接続する連結配線部に関しても、１５０ｎｍ以下の微細線幅が求められている。また、線の間隔も２００ｎｍ以下と極めて狭く、且つ複雑なパターンが存在する。

このようなパターンを形成する方法として、例えば特開平７−１０６２２７号公報に示されるように、レベンソン型位相シフトマスク（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔｉｎｇ ｍａｓｋ）と通常のフォトマスクを多重露光する方法がある。

図１２の（ｄ）に示すゲートパターンを形成する場合、第１のフォトマスクとして、図１２の（ａ）に示すように、図１１のアクティブ領域１１０上に乗ったゲート部１１１を挟む開口を設け、ゲート部を挟んで交互に位相シフタ；０°開口部１２２、１８０°開口部１２３；を設けたレベンソン型位相シフトマスクを用いる。さらに第２のフォトマスクとして、図１２の（ｂ）に示すように、図１１の連結配線部１１２とコンタクトパッド部１１３及びゲート部を覆う遮光パターン部１２４を含む遮光パターンを設けた通常のクロムマスク（Ｂｉｎａｒｙマスクとも呼ぶ）を用いる。これら第１のフォトマスクと第２のフォトマスクを用いて順次露光する。

これにより、図１２の（ｃ）に示すように遮光部の重なる領域に露光光が照射されない暗部１２５が形成される。したがって、ポジレジストを用いた場合には暗部１２５にレジストの残ったパターンが形成される。ここで、第２の露光に使用した第２のフォトマスクはトリムマスクと呼ばれる。この方法を多重露光方法（この場合には２重露光）と呼ぶ。この後、形成したレジストパターンをマスクにして下地材料膜（例えばＰｏｌｙ−Ｓｉ膜）をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）により加工し、ゲートを形成する。

上記の半導体製造プロセスに適用する場合、フォーカス測定パターン（図４）を第１のフォトマスクであるレベンソン型位相シフトマスクに、トリムパターン（図５）を第２のフォトマスクであるトリムマスクに搭載する。

レベンソン型位相シフトマスクにフォーカス測定パターンを搭載する方法は後述する（第４の実施の形態）。トリムパターンをトリムマスクに搭載する方法は、半導体装置の回路パターンをマスクに作り込むのと同時かつ同様に行える。

図１３は、フォーカス測定を半導体装置の製造プロセスに応用する例を示すフローチャートである。通常、半導体ウェハは２５枚を１単位として、露光工程など各工程が行われる。まず、１枚目のウェハに対して、上述した半導体製造プロセスの第１の露光（ステップＳ１）と第２の露光（ステップＳ２）を行い、回路パターンとフォーカステストパターン（フォーカス測定パターンとトリムパターンにより形成されるパターン）を形成する。

次に、フォーカステストパターンを合わせずれ検査装置により測定して、第１の露光のデフォーカス量を測定する（ステップＳ３）。このデフォーカス量をもとに２枚目以降のウェハに対して第１の露光のフォーカス設定値を再調整し、２枚目以降のウェハに対して第１の露光と第２の露光を行い（ステップＳ４，５）、後工程を行う（ステップＳ６）。

また、１枚目のウェハのデフォーカス量があらかじめ想定されたずれよりも大きい場合には（ステップＳ７）、形成されたパターン寸法のずれも大きいと予想される。したがって、レジストを一度剥離して（ステップＳ８）、再度第１の露光と第２の露光（ステップＳ１，Ｓ２）を行うのが望ましい。１枚目のウェハのデフォーカス量があらかじめ想定されたずれ以下の場合には（ステップＳ７）、後工程を行う（ステップＳ９）。

当然ながら、１枚目のウェハの露光の際に、フォーカスは事前のテストの結果をもとに設定がなされている。しかしながら、露光装置の経時変化等によりずれを生じることがしばしばある。そこで、本第３の実施の形態の方法によりデフォーカス量を測定し、そのずれを補正することにより、高精度に寸法制御されたパターン形成が可能となる。

本第３の実施の形態では、１枚目のウェハでデフォーカス量を測定し、その結果を２枚目以降のウェハにフィードバックしたが、ウェハの１単位（例えば２５枚）の露光をした後に各ウェハのデフォーカス量を測定し、その結果を次の単位のウェハにフィードバックする方法も有効である。

（第４の実施の形態）
図１４の（ａ）〜（ｇ）は、フォーカス測定パターンを搭載したレベンソン型位相シフトマスクの作製工程例を示す断面図である。

まず、図１４の（ａ）に示すように、石英基板７１とクロム膜７２からなるフォトマスクブランクス上にレジスト膜７３を形成した後、ＥＢ（電子ビーム）描画装置を用いて描画をし、現像する。これにより、描画部分にレジスト膜のないレジストパターンを形成する。

次に、図１４の（ｂ）に示すように、クロム膜７２をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）処理し、レジスト膜７３を剥離することによりクロム膜パターンを形成する。ここまでは、通常のクロムマスクと同じ作製工程である。

次に、位相差形成工程の説明をする。位相差形成は、一般に石英基板に段差を設けることにより達成される。光源としてＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）レーザーを使用する露光装置に用いるフォトマスクの場合には、１８０度の位相差は石英基板の段差（図１４の（ｇ）中のＡ）は、およそ１７１ｎｍに相当する。また、後述するが、段差側面での露光光の減衰を防止するために、石英基板に段差を設ける方法としては、ＲＩＥにより掘り込んだ後、ウェットエッチングを加え、合わせて１７１ｎｍとする方法がよく知られている。

以降、回路パターン（図中左側）とフォーカス測定パターン（図中右側）とを分けて説明することにする。

レジスト膜７４を全面に塗布形成したのち、ＥＢあるいはレーザー描画装置によりレジスト膜７４を感光させ、現像することにより、図１４の（ｃ）に示すように回路パターンの開口部１０１一つおきにレジスト膜７４を形成する。一般に、０度開口部と１８０度開口部（ここでは掘り込む部分のこと）はあらかじめ決定されており、それに応じた描画データになっている。ここで、フォーカス測定パターンは描画しない。

次に図１４の（ｄ）に示すように、レジスト膜７４で覆われていない開口部１０１が露出した石英基板７１をＲＩＥで掘り込んだのち、図１４の（ｅ）に示すように、レジスト膜７４を剥離する。

次に図１４の（ｆ）に示すように、回路パターン側では、図１４の（ｃ）と同様に開口部１０１一つおきにレジスト膜７５を形成する。フォーカス測定パターン側では、中間位相形成部分１０２を露出させ、それ以外を覆うようにレジスト膜７５を形成する。次に、レジスト膜７５で覆われていない開口部が露出した石英基板７１をウェットエッチング処理して掘り込んだのち、図１４の（ｇ）に示すようにレジスト膜７５を剥離する。

ここで、ＲＩＥとウェットエッチングによる掘り込み量の比率を１：１にしておけば９０度の中間位相を形成できる。段差Ａが１７１ｎｍの場合、９０度の中間位相の段差ＢはＡｒＦ露光装置の場合８５．５ｎｍに相当する。１７１ｎｍ（＝Ａ）：１００ｎｍ（＝Ｂ）にしておけば、１０５度の中間位相の形成が可能である。

また、ここではウェットエッチングによりフォーカス測定パターンの中間位相部分を形成したが、逆に、石英基板７１をＲＩＥする際に中間位相部分をエッチングしてもよい。ウェットエッチングの際にはレジストで覆うことにより、エッチングされないようにすればよい。

このように、レベンソン型位相シフトマスクにおいて石英基板の段差をクロム膜の下に隠した構成とすることにより、欠陥検査装置で石英基板の段差が検出されることがなく、擬似欠陥を検出せずに通常通りの検査を行うことが可能である。

（第５の実施の形態）
図１５は、フォーカス測定パターンの配置を工夫した例を示す図である。図１５では、露光時のウェハ面上のショット８１の配置を示している。隣接するショットのダイシングラインの一部８２のみが重ねて露光されるように、レイアウトを工夫する。ここで、ダイシングラインの重ね露光される領域（各ショットの左側部と右側部）にフォーカス測定パターン８３とトリムパターン８４を配置し、隣接する２つのショットを露光することによりフォーカス測定パターン８３とトリムパターン８４が重ね露光されるようにする。

すなわち、第１のショットにおいて形成されるトリムパターン８４と第１のショットに隣接する第２のショットにおいて形成されるフォーカス測定パターン８３とが重なる。通常の連続ショットで重ね露光が可能となるため、追加の露光工程の必要がなく、スループットの低下を生じないという利点がある。

以上のように本発明の実施の形態によれば、合わせずれ測定装置での自動測定が可能なマークパターンを形成する際に、周期パターンを用い、かつコマ収差や球面収差の影響を受ける周期端のパターン部分を形成せずにフォーカス測定から除外することができる。

このように収差の影響を受けにくい周期パターン、さらには周期端を除いた周期パターンを形成することにより、露光時のデフォーカス方向を特定することができ、収差の影響を受けることなく周期パターンを用いて露光時のデフォーカス量を簡単に高精度に測定できる。また、光学的測定装置を用いることによりデフォーカス量の測定時間が短くなり、スループットが極めて高くなる。よって、半導体装置の製造の歩留まりを向上することができる。

なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。

第１の実施の形態のフォトマスクのフォーカス測定パターン部分を説明する要部断面図。 第１の実施の形態のフォーカス測定パターンの基本的な特性を説明する模式図。 第１の実施の形態に係るフォーカス測定パターンの性能の例を示す図。 第１の実施の形態に係るフォーカス測定パターンを示す図。 第１の実施の形態に係るフォーカス測定パターンを示す図。 第１の実施の形態に係るフォーカス測定パターンを示す図。 第１の実施の形態に係るフォーカス測定パターンとトリムパターンの重なりを示す図。 第１の実施の形態に係るレジストパターンを示す図。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセス例を示す断面図。 第２の実施の形態に係る半導体装置の製造プロセス例を示す断面図。 第３の実施の形態に係るランダムロジックのゲートパターン例を示す図。 第３の実施の形態に係るパターン形成を示す図。 第３の実施の形態に係るフォーカス測定を半導体装置の製造プロセスに応用する例を示すフローチャート。 第４の実施の形態に係るフォーカス測定パターンを搭載したレベンソン型位相シフトマスクの作製工程例を示す断面図。 第５の実施の形態に係るフォーカス測定パターンの配置を工夫した例を示す図。

符号の説明

１０…石英基板 １１…遮光膜 １２，１３…開口部 ２０…レジスト膜 ２１，２２…スペース部 ４１…クロム遮光膜 ４２…ラインアンドスペースパターン ４３…開口部 ４４…開口部 ４５…クロム遮光膜 ４６…開口部 ４７…レジスト膜 ４８…ラインパターン ９１…レジスト ９２…ＡＲＣ ９３…Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜 ９４…酸化膜 ９５…Ｓｉ基板 １１０…アクティブ領域 １１１…ゲート部 １１２…連結配線部 １１３…コンタクトパッド部 １２１…第１のフォトマスク １２２…０°開口部 １２３…１８０°開口部 １２４…遮光パターン部 １２５…暗部 ７１…石英基板 ７２…クロム膜 ７３…レジスト膜 ７４，７５…レジスト膜 ８１…ショット ８２…ダイシングラインの一部 ８３…フォーカス測定パターン ８４…トリムパターン

Claims (5)

1. マスクパターンの像を投影光学系を介して半導体基板上に投影する際のフォーカスをテストするフォーカステスト方法であって、
   平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の透光部とｎ＋１個のラインパターンからなり、隣り合う２つの前記透光部の間に１つの前記ラインパターンが位置し、前記隣り合う２つの透光部を透過した各光の位相差が中間位相であるフォーカステストパターンを形成し、
   少なくとも前記隣り合う２つの透光部とそれらの間の前記１つのラインパターンとをマスクするトリムパターンを形成し、
   前記フォーカステストパターンと前記トリムパターンを重ね合わせて前記半導体基板上に投影し、
   前記半導体基板上に形成された前記フォーカステストパターンの像を光学的に測定することにより前記半導体基板の表面のデフォーカスを測定することを特徴とするフォーカステスト方法。
2. 前記中間位相は３０度〜１５０度であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカステスト方法。
3. 前記半導体基板上に投影する際に、第１のショットにおいて形成される前記トリムパターンと前記第１のショットに隣接する第２のショットにおいて形成される前記フォーカステストパターンとが重なることを特徴とする請求項１または２に記載のフォーカステスト方法。
4. マスクパターンの像を投影光学系を介して半導体基板上に投影する際のフォーカスをテストするためのフォーカステストマスクであって、
   平行をなすｎ個（ｎは２以上の自然数）の透光部とｎ＋１個のラインパターンからなり、隣り合う２つの前記透光部の間に１つの前記ラインパターンが位置し、前記隣り合う２つの透光部を透過した各光の位相差が中間位相であるフォーカステストパターンと、
   少なくとも前記隣り合う２つの透光部とそれらの間の前記１つのラインパターンとをマスクするためのトリムパターンと、
   を有することを特徴とするフォーカステストマスク。
5. 請求項１に記載のフォーカステスト方法を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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