JP3793147B2 - レチクルセット、レチクルセットの設計方法、露光モニタ方法、レチクルセットの検査方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２重露光工程に用いるレチクルセットに関する。さらには、そのレチクルセットの設計方法、レチクルセットを用いた露光モニタ方法、レチクルセットの検査方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数回の露光過程を必要とする多重露光法が、微細加工技術の一つとして注目されている。半導体装置の性能は、配線パターンの寸法に大きく支配されている。このため、多重露光法を用いる工程において寸法精度を向上させるための制御パラメータを、より高精度に制御することが求められている。多重露光法を用いる場合、通常は各露光過程に対してそれぞれ露光条件を求めて、求めた露光条件で各露光過程を行って多重露光を実施している。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程は、露光装置を用いてレジスト膜を塗布した半導体基板上に半導体回路パターンの転写を行う工程である。縮小投影露光装置を用いたパターン形成において、露光装置の解像力は、露光光の波長λに比例し、開口数NAに反比例する。したがって、半導体装置の微細化の要求に対して、これまでは露光波長の短波長化、投影レンズの高ＮＡ化とそれに伴ったプロセス改善が行われてきた。しかしながら、近年の半導体装置のさらなる微細化要求に対しては、露光量裕度および焦点深度の確保が極めて困難となってきている。このため、少ない露光マージンを有効に活用し、歩留まりの低下を招くことなく、加工寸法精度の向上を図るために、より高精度な露光量およびフォーカス管理が求められている。
【０００４】
露光量管理については、使用する縮小投影露光装置において半導体基板上で解像しないピッチで、透過部と遮光部の寸法比を一方向に連続的に変えたパターンを配置したレチクルセットにより、露光量に傾斜分布を持たせて露光する露光量モニタ法の提案がなされている（特許文献１参照）。また、フォーカス管理については、相互に位相差がある菱形パターンがデフォーカスに対して異なるパターン寸法特性を示すことよりフォーカスモニタを行う方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１０８５０号公報（第５−９頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１００３９２号公報（第４−６頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、微細加工においては、半導体装置のパターン寸法の加工精度や均一性を求めるために、フォトリソグラフィの露光条件を高精度に制御することが重要となる。そのために、露光領域内に位置検出マーク、寸法モニタマーク、露光量モニタマークあるいはフォーカスモニタマーク等のモニタマークを多数配置し、大量にデータを取得、解析することが必要である。しかしながら、半導体回路パターンが高密度に描画されたレチクルセット上では、レイアウトの制約から、スクライブライン等の限られた領域にのみモニタマークが配置される。そのため、実際の半導体集積回路製造プロセスにおいては、露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報等の取得は困難である。このように、従来のモニタマークの配置では、微細加工精度向上という目的に対して、障害となる。
【０００８】
本発明では、このような課題を解決し、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットの設計方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタするレチクルセットを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、（イ）線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを有する第１のフォトマスクと、（ロ）第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンが配置された第２のフォトマスクとを備えるレチクルセットであることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第1の特徴によれば、露光モニタマークを配線の回路パターンの近傍に配置することができるため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することができる。
【００１５】
本発明の第１の特徴において、第１の開口部と第２の開口部を透過する露光光の位相が互いに１８０度異なるようにして、レベンソン型位相シフトマスクにすることが好ましい。また、モニタマークの１部を、他の工程により回路の他の配線の回路パターンが配置される位置に配置することにより、全露光領域に渡り露光条件のモニタができる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、（イ）第１のフォトマスクに、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接してモニタマークを形成するステップと、（ロ）第２のフォトマスクに、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを形成するステップとを含むレチクルセットのパターン設計方法であることを要旨とする。
【００１７】
本発明の第２の特徴によれば、露光モニタマークを配線の回路パターンの近傍に配置することができるため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットのパターン設計方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の第１及び第２の特徴において、モニタマークが、第１のフォトマスクの露光条件のモニタマーク、及びフォトマスク検査用のモニタマークのうち少なくとも一方を含むことが好ましい。また、露光条件のモニタマークが、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つを備えることが好ましい。更に、フォトマスク検査用のモニタマークが、透過露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを備えることが好ましい。
【００１９】
本発明の第３の特徴は、（イ）第１の露光過程で、回路の配線の細線部を転写して配線レジストマスクをフォトレジスト膜上に形成するステップと、（ロ）配線が形成される領域内において第２の露光過程で露光される位置で、回路が形成される領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に配線レジストマスクに隣接して露光条件のモニタマークを転写してモニタレジストパターンをフォトレジスト膜上に形成するステップと、（ハ）モニタレジストパターンより第１の露光過程の露光条件を測定するステップとを含む露光モニタ方法であることを要旨とする。ここで、上記した（イ）と（ロ）のステップは同時でも別々でもよい。
【００２０】
本発明の第３の特徴によれば、第２の露光過程で露光される位置にモニタレジストパターンを形成するため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することができる。
【００２１】
本発明の第３の特徴において、モニタレジストパターンが、フォトレジストの現像後に形成されてもよい。また、モニタレジストパターンは、フォトレジストが露光されて形成されたレジスト潜像であってもよい。更に、露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写されるモニタレジストパターンから測定されることが好ましい。
【００２２】
本発明の第４の特徴は、（イ）透明基板上の遮光材料膜に塗布されたレジスト膜に、回路パターン及びフォトマスク検査用のモニタマークを描画してレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて遮光材料膜を加工して、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを有する第１のフォトマスクを形成する工程と、（ロ）モニタマークを用いて第１のフォトマスクの検査を行う工程とを含むレチクルセットの検査方法であることを要旨とする。
【００２３】
本発明の第４の特徴によれば、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することができる。
【００２４】
本発明の第４の特徴において、モニタマークが、２重露光工程の第２の露光過程で用いる第２のフォトマスクにより、モニタマークの転写された領域が露光される第１のフォトマスクの位置に設けられることが好ましい。また、フォトマスクの検査が、透過した露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを用いて行われることが好ましい。
【００２５】
本発明の第５の特徴は、（イ）半導体基板の下地膜上に、第１のフォトレジスト膜を塗布する工程と、（ロ）第１の露光過程で第１のフォトレジスト膜に第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジストマスク及びモニタレジストパターンを形成する工程と、（ハ）配線レジストマスク及びモニタレジストパターンをマスクとして下地膜を加工し、回路の配線の細線部及びモニタ下地膜を形成する工程と、（ニ）細線部及びモニタ下地膜が形成された半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を塗布する工程と、（ホ）第２の露光過程で第２のフォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光し、モニタ下地膜を除去し配線を転写する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００２６】
本発明の第５の特徴によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００２７】
本発明の第５の特徴において、モニタマークが転写されたモニタレジストパターンを用いて第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことが好ましい。また、露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写されるモニタレジストパターンから測定されることが好ましい。
【００２８】
本発明の第６の特徴は、（イ）半導体基板の下地膜上に、フォトレジスト膜を塗布する工程と、（ロ）第１の露光過程でフォトレジスト膜に第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジスト潜像及びモニタレジスト潜像を形成する工程と、（ハ）第２の露光過程で、第１の露光過程で露光したフォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光して、モニタレジスト潜像を除去し配線レジスト潜像より配線を転写する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００２９】
本発明の第６の特徴によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明の第６の特徴において、モニタマークが転写されたモニタレジスト潜像を用いて第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る多重露光として、一般的に用いられているレベンソン型位相シフトマスクとトリムマスクを併用して用いる２重露光方法により説明する。この２重露光方法は、高い解像度を有するがレイアウトに制約のあるレベンソン型位相シフトマスクから回路パターンを露光し、所定の回路レイアウトに対し不必要なパターンをトリムパターンにより消去することから成り立っている。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係るレチクルセットにおいては、図１及び図２に示すように、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスク５に回路パターン１０ａ〜１０ｃを露光するレベンソン型位相シフトマスクが配置され、第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６にトリムパターン１４ａ〜１４ｃが配置されている。第１のフォトマスク５には、後工程において新たな回路パターンが配置される領域に、各種の露光モニタマークを含むモニタマーク部２０が配置されている。
【００３４】
第１のフォトマスク５は、図１（ａ）に示すように、合成石英等の透明基板３の表面にクロム（Ｃｒ）等の金属膜あるいは酸化クロム（Ｃｒ ２ Ｏ ３ ）等の金属化合物膜を含む遮光性材料膜の遮光膜９が設けられている。例えば、半導体素子のゲート配線等の回路パターン１０ａ〜１０ｃは、遮光膜９に設けられた矩形の第１の開口部１１ａ〜１１ｃと矩形の第２の開口部１２ａ〜１２ｃと、第１及び第２の開口部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃにより挟まれた線状の第１の遮光部１３ａ〜１３ｃとを有する。モニタマーク部２０には、露光パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク２１、露光量をモニタする露光量モニタマーク２２、あるいは露光パターンのフォーカスをモニタする第１のフォーカスモニタマーク２３及び第２のフォーカスモニタマーク２４からなるフォーカスモニタマーク２８等の各種の露光モニタマークが配置されている。
【００３５】
回路パターン１０ａ〜１０ｃは、レベンソン型位相シフトマスクである。図１（ｂ）に第１のフォトマスク５のＡ−Ａ断面を示すように、例えば、回路パターン１０ａでは、第２の開口部１２ａは、遮光膜９を有する表面側から透明基板３が掘り込まれ、第１の開口部１１ａを透過する露光光に対して位相を１８０度シフトさせている。したがって、第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１２ａを透過する露光光により第１の遮光部１３ａを半導体基板に転写する場合、第１の遮光部１３ａ下への回折光が打ち消されるため、半導体基板上にパターンが解像される。回路パターン１０ａの近傍には、例えば、遮光部２１ａ〜２１ｅが格子状に配列された寸法モニタ２１等が配置されている。
【００３６】
第２のフォトマスク６は、図２（ａ）に平面図、図２（ｂ）にＢ−Ｂ断面図を示すように、合成石英基板等の透明基板３ａの表面にＣｒ等の金属膜やＣｒ ２ Ｏ ３ 等の金属化合物膜を含む遮光性材料膜のトリムパターン１４ａ〜１４ｃが設けられている。トリムパターン１４ａ〜１４ｃは、配線の一部となる外延部１５ａ〜１５ｃと、外延部１５ａ〜１５ｃに接続された第２の遮光部１６ａ〜１６ｃからなる。第２の遮光部１６ａ〜１６ｃのパターン幅は、露光装置の限界解像度寸法より十分広くしてある。ここで、露光光波長をλ、投影レンズのレンズ開口数をＮＡ、照明光学系のコヒーレンスファクタをσとすると、露光装置の限界解像度は、λ／｛ＮＡ・（１＋σ）｝となる。
【００３７】
第１のフォトマスク５及び第２のフォトマスク６のマスク合わせについて、図３を用いて説明する。図３に示すように、第１の遮光部１３ａ〜１３ｃはトリムパターン１４ａ〜１４ｃの第２の遮光部１６ａ〜１６ｃにより覆われるように合わされる。第２の遮光部１６ａ〜１６ｃの外縁は、回路パターン１０ａ〜１０ｃの第１及び第２の開口部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃの外縁で囲まれる領域内に収まるように設計されている。更に、トリムパターン１４ａ〜１４ｃの外延部１５ａ〜１５ｃは、第１の遮光部１３ａ〜１３ｃの一端に重なるように設計されている。寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４等を含むモニタマーク部２０は、回路パターン１０ａ〜１０ｃ及びトリムパターン１４ａ〜１４ｃの近傍で、且つ、回路パターン１０ａ〜１０ｃ及びトリムパターン１４ａ〜１４ｃとは重ならない領域に配置されている。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態に係るレチクルセットによれば、第１の露光過程でモニタマーク部２０に配置された各種の露光モニタマークが転写されたパターンは、第２の露光過程で露光されて除去される。したがって、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００３９】
本発明の第１の実施の形態の２重露光工程の説明に用いる露光装置５０は、図４に示すような縮小投影露光装置（ステッパ）で、縮小比は１：４としている。光源４１、シャッタ４２及び照明レンズ系４４により照明光学系４０が構成されている。光源４１として、波長λ：２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザを用いている。照明レンズ系４４には、フライアイレンズ及びコンデンサレンズが含まれる。照明光学系４０の干渉性を表わすコヒーレンスファクタσは、０．７５である。投影光学系４６は、投影レンズと瞳絞り等により構成されている。投影レンズのレンズ開口数ＮＡは、０．６８である。露光光Ｂは、ステージ４８上の半導体基板１に、照明光学系４０と投影光学系４６との間に設置されたレチクルセットのレチクル４のパターンを縮小投影する。レチクル４は、第１のフォトマスク５又は第２のフォトマスク６のいずれかである。例えば、１枚のレチクル４の２分割された領域に、第１及び第２のフォトマスク５、６が配置されたレチクルセットであってもよい。あるいは、レチクル４として第１及び第２のフォトマスク５、６が個別の透明基板に配置されたレチクルセットであってもよい。ショット当りの露光範囲は、略２３×３０ｍｍ角である。なお、説明の便宜上、露光装置５０の縮小比を１：４としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。以下の説明において、レチクル４上のパターンの寸法としては、断りのない限り半導体基板１上に縮小投影された寸法に換算して記述する。
【００４０】
次に、第１のフォトマスク５のモニタマーク部２０に配置される各種の露光モニタマークについて説明する。寸法モニタマーク２１は、図５（ａ）の平面図及び図５（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３の表面上に、例えば、長さＬｄ：１μｍ、幅Ｗｄ：１１０ｎｍの短冊状の遮光部２１ａ〜２１ｅをピッチＰｄ：３３０ｎｍで配置したものである。寸法モニタマーク２１の遮光部２１ａ〜２１ｅが転写されたレジストパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で測定して、フォトレジストに対する転写寸法のモニタを行う。
【００４１】
露光量モニタマーク２２は、図６（ａ）の平面図及び図６（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３上に、例えば、長さＬｅ：２μｍの複数の遮光部２２ａ〜２２ｏの幅Ｗｅを一定の割合で増加させることにより開口率を連続的に変化させた回折格子である。この際、各パターンの左端の位置は、固定のピッチＰｅ：１９０ｎｍで周期的に配列される。露光量モニタマーク２２の中央の遮光膜２２ｈから紙面に向かって右及び左側に向かって開口率は増加している。中央の遮光膜２２ｈで開口率：０％であり、左右端の遮光膜２２ａ、２２ｏでは開口率：１００％に近い最大値となる。ピッチＰｅが、露光装置５０の限界解像度以下のとき、露光される回折格子パターンは、半導体基板１上では解像されない。本発明の第１の実施の形態で用いる露光装置５０（λ：２４８ｎｍ、ＮＡ：０．６８、σ：０．７５）の場合、限界解像度は、略２０８ｎｍとなる。ピッチＰｅは限界解像度以下となっているため、遮光部２２ａ〜２２ｏのパターンは解像されない。遮光部２２ａ〜２２ｏ間を回折して透過する露光光の強度は、開口率に応じて変化する。露光量モニタマーク２２を露光して得られるレジストパターンは、転写されるフォトレジストの感度曲線に応じて、左右端で傾斜側壁が形成され、更に露光量に応じて左右端が縮小後退する。転写された露光量モニタマーク２２のパターン幅を測定して得られるパターン縮小幅から、露光量のモニタができる。
【００４２】
第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４からなるフォーカスモニタマーク２８は、図７（ａ）の平面図及び図７（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３上の遮光膜９に、例えば、長対角線長Ｌｆ：１０μｍ、短対角線長Ｗｆ：１５０ｎｍの第１の菱形開口部２３ａ〜２３ｅ及び第２の菱形開口部２４ａ〜２４ｅをピッチＰｆ：３００ｎｍで配置している。第２の菱形開口部２４ａ〜２４ｅには、第１の菱形開口部２３ａ〜２３ｅを透過する露光光に対して位相が９０度ずれるように透明基板３に掘り込み溝を設けてある。第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を露光して得られる菱形レジストパターンの長対角線長は、フォーカスのずれ（デフォーカス）に応じて、第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４の長対角線長Ｌｆより短くなる。ただし、第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を単独に用いる場合、フォーカス位置については、転写するフォトレジストの表面に垂直な方向で、フォトレジストの手前側か、あるいは奥側かは判定できない。そこで、第１及び第２の菱形開口部２３ａ〜２３ｅ、２４ａ〜２４ｅを透過する露光光の位相が９０度ずれていることにより、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４それぞれのデフォーカス特性が相違していることを利用する。即ち、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４から転写される菱形レジストパターンの長対角線長の差は、フォーカス位置に依存して単調に変化する。したがって、予めフォーカス位置を制御して第１および第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を用いてフォーカス特性を測定することにより、フォーカス位置と、転写された菱形レジストパターンの長対角線長の差との関係が得られる。このようにして測定された関係をもとに露光のフォーカスをモニタできる。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程において、寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、及びフォーカスモニタマーク２８等の露光モニタマークを含むモニタマーク部２０は、第１のフォトマスク５の回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に配置されている。更に、第１の露光過程で遮光されて形成されたモニタマーク部２０の各露光モニタマークの転写パターンは、第２の露光過程で第２のフォトマスク６で露光される。したがって、第２の露光過程で第２のフォトマスク６のトリムパターン１４ａ〜１４ｃにより遮光された回路パターン１０ａ〜１０ｃの転写パターンだけが残ることになる。したがって、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程を、例えば図１のA−A断面を例にとって、図８の工程断面図により説明を行う。
【００４５】
（イ）まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１上に、例えばポリシリコン膜等の下地膜３５を厚さ２００ｎｍで形成する。そして、下地膜３５上に、ポジティブ型の第1のフォトレジスト３６を回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００４６】
（ロ）第１の露光過程において、露光装置５０（図４参照）を用いて、半導体基板１表面の第１のフォトレジスト３６に第１のフォトマスク５のパターンを投影する。現像工程後、図８（ｂ）に示すように、図１に示した線状の第1の遮光部１３ａを挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部１１ａ、１２ａを有する回路パターン１０ａが転写され、レジストマスク５９の中に第１及び第２のレジスト開口部５１ａ、５２ａで挟まれた線状の配線レジストマスク５３ａが形成される。また、図5に示した寸法モニタマーク２１の遮光部２１ａ〜２１ｅが転写された寸法モニタレジストマスク６１ａ〜６１ｅからなる寸法モニタレジストパターン６１が形成される。
【００４７】
（ハ）次に、レジストマスク５９、配線レジストマスク５３ａ及び寸法モニタレジストマスク６１ａ〜６１ｅをマスクとして下地膜３５を異方性の反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）等により選択的にエッチングし、図８（ｃ）に示すように、下地膜３５ａに、配線下地膜の細線部７ａ及び寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅを形成する。
【００４８】
（ニ）引き続き、図８（ｄ）に示すように、下地膜３５ａ、細線部７ａ及び寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅ上にポジティブ型の第２のフォトレジスト３７を回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００４９】
（ホ）第２の露光過程において、露光装置５０を用いて第２のフォトレジスト３７に、図２に示した第２のフォトマスク６のパターンを投影する。図３に示したように、第１のフォトマスク５に合わせたとき、第１のフォトマスク５の回路パターン１０ａが占める領域内で、第１の遮光部１３ａを覆う第２の遮光部１６ａ、及び第１の遮光部１３ａの一端に重なり回路パターン１０ａが占める領域の外部に延在する外延部１５ａを有するトリムパターン１４ａが転写される。現像工程後、図８（ｅ）に示すように、線状の細線部７ａを覆ってトリムレジストマスク５４が形成される。図８（ｅ）では省略されているが、トリムレジストマスク５４には、細線部７ａの長手方向の一端に接続された、トリムパターン１４ａの外延部１５ａに対応するレジストパターンが形成されている。
【００５０】
（ヘ）その後、ＲＩＥにより、トリムレジストマスク５４をマスクとして選択的に下地膜３５ａをエッチングする。ここで、寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅにはレジストマスクは形成されないので、図８（ｆ）に示すように、半導体基板１上に細線部７ａだけが残される。
【００５１】
上記した２重露光工程により、図９に示すように、半導体基板１上に第１及び第２のフォトマスク５、６のパターンが互いに重なり合う部分（図３参照）が残されて、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極に対応する配線１７ａ〜１７ｃが形成される。配線１７ａ〜１７ｃは、ゲート配線に対応する細線部７ａ〜７ｃと、細線部７ａ〜７ｃの一端に接続され、ゲート配線のコンタクト部に相当する配線外延部８ａ〜８ｃとを有する。配線外延部８ａ〜８ｃは、トリムレジストマスク５４の一部の、第２のフォトマスク６に配置されたトリムパターン１４ａの外延部１５ａに対応するレジストパターンをマスクとして下地膜３５ａを選択的にエッチングして形成される。モニタマーク部２０の露光モニタマークが転写されたレジストパターンは、第２の露光過程の後、除去されるので、後工程で新たに回路の配線が形成される領域にもモニタマークを配置することができる。
【００５２】
本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程によるモニタ方法では、図１０に示すように、第1の露光過程後に回路パターン１０ａ〜１０ｃが転写されて、レジストマスク５９の間に第１及び第２のレジスト開口部５１ａ〜５１ｃ、５２ａ〜５２ｃで挟まれた配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃが形成される。また、モニタマーク部２０の寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４等が転写された寸法モニタレジストパターン６１、露光量モニタレジストパターン６２、第１及び第２のフォーカスモニタレジストパターン６３、６４等が形成される。配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃ、寸法モニタレジストパターン６１、露光量モニタレジストパターン６２、あるいは第１及び第２のフォーカスモニタレジストパターン６３、６４等のパターン寸法が半導体基板１の全露光領域で測定される。例えば、配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃの半導体基板１面内の線幅変動が各モニタマークの転写レジストパターンの面内変動と比較され、その結果、フォーカスのずれの変動に依存していることが判明した。
【００５３】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る２重露光方法に用いるレチクルセットは、図１１及び図１２に示すように、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスク５ａに回路パターン１０ｄ〜１０ｆを露光するレベンソン型位相シフトマスクが配置され、第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６ａにトリムパターン１４ｄ〜１４ｆが配置されている。第１のフォトマスク５ａには、後工程において新たな回路パターンが配置される領域に、アライメントマーク２５が配置されている。アライメントマーク２５は、第１のフォトマスク５ａの回路パターン１０ｄ〜１０ｆ及び第２のフォトマスク６ａのトリムパターン１４ｄ〜１４ｆとは、重なり合わないように、隣接して配置されている。第２の実施の形態に係るレチクルセットは、モニタマークとしてアライメントマーク２５を用いる点が異なり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【００５５】
第１のフォトマスク５ａに配置される、例えば半導体素子のゲート配線等からなる回路パターン１０ｄ〜１０ｆは、図１１に示すように、遮光膜１９に設けられた矩形の第１の開口部１１ｄ〜１１ｆと矩形の第２の開口部１２ｄ〜１２ｆと、第１の開口部１１ｄ〜１１ｆ及び第２の開口部１２ｄ〜１２ｆにより挟まれた線状の第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆとを有する。
【００５６】
第２のフォトマスク６ａは、図１２に示すように、透明基板３３ａの表面に遮光性材料膜からなるトリムパターン１４ｄ〜１４ｆが設けられている。トリムパターン１４ｄ〜１４ｆは、第１のフォトマスク５ａに合わせたとき、回路パターン１０ｄ〜１０ｆが占める領域内で、第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆを覆う第２の遮光部１６ｄ〜１６ｆと、第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆの一端に重なり回路パターン１０ｄ〜１０ｆが占める領域の外部に延在する外延部１５ｄ〜１５ｆとを有する。
【００５７】
アライメントマーク２５は、図１３（ａ）の平面図、及び図１３（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３ｂの表面上の遮光膜１９に、例えば、長さＬａ：６０μｍ、幅Ｗａ：１２μｍの短冊状の開口部２５ａ〜２５ｉをピッチＰａ：２４μｍで配置したものである。アライメントマーク２５が転写されたレジストパターンを露光装置５０で読み取り、第１のフォトマスク５ａとフォトレジストとの位置合わせを行う。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程を、例えば図１１のD−D断面を例にとって、図１４の工程断面図により説明を行う。
【００５９】
（イ）まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板１上に、例えばポリシリコン膜からなる下地膜８５を厚さ２００ｎｍで形成する。そして、ポジティブ型のフォトレジスト８６を、下地膜８５上に回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００６０】
（ロ）第１の露光過程において、露光装置５０（図４参照）を用いて、半導体基板１表面のフォトレジスト８６に第１のフォトマスク５ａのパターンを投影する。図１４（ｂ）に示すように、図１１に示した線状の第1の遮光部１３ｄを挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部１１ｄ、１２ｄを有する回路パターン１０ｄが露光され、遮光レジスト部８２の間の露光レジスト膜８６ａで挟まれた配線レジスト潜像８１が形成される。また、図１３に示したアライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉが露光され、各開口部２５ａ〜２５ｉ間の遮光膜１９に対応するアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄが形成される。
【００６１】
（ハ）次に、第２の露光過程において、露光装置５０を用いて、第２のフォトマスク６ａのパターンを投影する。第１のフォトマスク５ａに合わせたとき、第１の遮光部１３ｄを覆う第２の遮光部１６ｄ、及び第１の遮光部１３ｄの一端に重なり回路パターン１０ｄが占める領域の外部に延在する外延部１５ｄを有するトリムパターン１４ｄにより遮光された配線レジスト潜像８１以外は露光され、図１４（ｃ）に示すように、露光レジスト膜８６ｂが形成される。
【００６２】
（ニ）現像工程後、図１４（ｄ）に示すように、下地膜８５上に配線レジスト潜像８１が残されて配線レジストマスク８３が形成される。
【００６３】
（ホ）その後、ＲＩＥにより、配線レジストマスク８３をマスクとして選択的に下地膜８５をエッチングする。図１４（ｅ）に示すように、半導体基板１上に細線部７ｄが形成される。
【００６４】
上記した２重露光工程により、図１５に示すように、半導体基板１上に細線部７ｄ〜７ｆと、トリムパターン１４ｄ〜１４ｆの外延部１５ｄ〜１５ｆに対応する配線外延部８ｄ〜８ｆとを有する配線１７ｄ〜１７ｆが形成される。第１のフォトマスク５ａに設けられたアライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉが露光されて形成されたアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄは、第２の露光過程で露光され、現像工程で除去されるので、後工程で新たに回路が形成される領域にもアライメントマーク２５を配置することができる。
【００６５】
本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程によるモニタ方法において、第1の露光過程で、アライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉから露光されて解重合された露光レジスト膜８６ａと遮光膜１９により遮光されて重合したままのアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄが形成される。アライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄは、露光レジスト膜８６ａと屈折率等の光学的特性や膜厚が相違するため、光学的に検出可能となる。第１の露光過程直後に、第１のフォトマスク５ａをそのまま用いて、半導体基板１上に形成されたアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄを露光装置５０で読み取り、アライメントマーク２５との位置合わせずれを測定することができる。アライメントマーク２５は、後工程で半導体基板１上に回路パターンが形成される領域にも転写されているので、詳細な位置あわせずれが測定でき、半導体基板１上の露光領域のディストーションを調べることが可能となる。このように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５ａには、露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ｄ〜１０ｆの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る２重露光用レチクルセットの管理方法は、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスクにフォトマスク検査用のモニタマークを配置することにより、簡便で高精度なレチクルセットの製造管理を行うことに特徴があり、他は第１及び第２の実施の形態と同様であり重複した記載は省略する。
【００６７】
本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５ｂには、図１６（ａ）に示すように、レベンソン型位相シフトマスクの回路パターン１００と、例えばフォトマスク検査用の位相差モニタマーク２６等が配置されている。回路パターン１００は、遮光膜９９に設けられた第１の開口部１０１及び第２の開口部１０２と、第１の開口部１０１及び第２の開口部１０２により挟まれた線状の第１の遮光部１０３とを有する。
【００６８】
図１６（ｂ）に第１のフォトマスク５ｂのＣ−Ｃ断面を示すように、例えば、回路パターン１００では、第２の開口部１０２は、遮光膜９９を有する表面側から透明基板３が掘り込まれ、第１の開口部１０１を透過する露光光に対して位相を１８０度シフトさせている。したがって、第１及び第２の開口部１０１、１０２を透過する露光光により第１の遮光部１０３を半導体基板１に転写する場合、第１の遮光部１０３下への回折光が打ち消されるため、半導体基板１上に回路パターン１００が解像される。回路パターン１００の近傍には、例えば、一辺が４μｍの正方形パターンに遮光膜９９を除去して透明基板３が掘り込まれた位相差モニタマーク２６が配置されている。
【００６９】
第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６ｂは、図１７に示すように、透明基板３ｅの表面に遮光性材料膜からなるトリムパターン１０４が設けられている。トリムパターン１０４は、第１のフォトマスク５ｂに合わせたとき、回路パターン１００が占める領域内で、第１の遮光部１０３を覆う第２の遮光部１０６と、第１の遮光部１０３の一端に重なり回路パターン１００が占める領域の外部に延在する外延部を有する。
【００７０】
位相差モニタマーク２６は、例えば第２の開口部１０２と同様に、第１の開口部１０１を透過する露光光に対して位相差が１８０度となるように透明基板３が掘り込まれている。位相差モニタマーク２６を透過する光の位相測定を行うことにより、第１のフォトマスク５ｂ内の位相の変動分布を測定することができる。また、フォトマスク検査用のモニタマークとして、例えば図５に示した寸法モニタマーク２１や、図１８（ａ）に示す透過率モニタマーク２７等も配置される。透過率モニタマーク２７は、図１８（ｂ）に示すように、例えば遮光膜９９の中に一辺が７５μｍの正方形パターンの開口部が設けられて、透明基板３ｄの露光光の透過率を計測する。
【００７１】
本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５bでは、位相差モニタマーク２６等のフォトマスク検査用のモニタマークは、第１のフォトマスク５ｂの回路パターン１００及び第２のフォトマスク６ｂのトリムパターン１０４とは重なり合わず隣接して、後工程において新たな回路パターンが配置される領域にも配置されている。第１の露光過程で第１のフォトマスク５ｂから、遮光されて転写されたフォトマスク検査用のモニタマークのパターンは、第２の露光過程で第２のフォトマスク６ｂで露光される。したがって、第２の露光過程で第２のフォトマスク６ｂのトリムパターン１０４により遮光された回路パターン１００の転写パターンだけが残ることになる。したがって、第１のフォトマスク５ｂには、フォトマスク検査用のモニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１００の近傍に多数配置することができる。このため、回路パターン１００が配置された露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御する第１のフォトマスク５ｂの高精度な製造管理が可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５ｂの製造方法について、図１９の工程断面図により説明を行う。
【００７３】
（イ）まず、図１９（ａ）に示すように、溶融石英等からなる透明基板３ｄ上に堆積されたＣｒ等の金属膜からなる遮光材料膜９８上に第１のレジスト膜９１を回転塗布する。
【００７４】
（ロ）電子ビーム等による描画装置を用いて、第１のフォトマスク５ｂのマスクパターンに対応したパターンデータを用いて第１のフォトレジスト膜９１に描画する。現像工程後、図１９（ｂ）に示すように、第１のフォトマスク５ｂのマスクパターンに対応した第１のレジストマスク９１ａを形成する。
【００７５】
（ハ）第１のレジストマスク９１ａをマスクとして、ＲＩＥ等により遮光材料膜９８を選択的にエッチングし、図１９（ｃ）に示すように、遮光膜９９に第１の開口部１０１とエッチング窓１０２ａに挟まれた第１の遮光部１０３、エッチング窓２６ａ及び透過率モニタマーク２７を形成する。
【００７６】
（ニ）透明基板３ｄ及び遮光膜９９上に、図１９（ｄ）に示すように、第２のレジスト９２を回転塗布する。
【００７７】
（ホ）電子ビーム等の描画装置を用いて、エッチング窓１０２ａ、２６ａの部分が開口するパターンデータを用いて第２のフォトレジスト９２に描画する。現像工程後、図１９（ｅ）に示すように、エッチング窓１０２ａ、２６ａを露出させた第２のレジストマスク９２ａを形成する。
【００７８】
（ヘ）その後、ＲＩＥにより、第２のレジストマスク９２ａをマスクとして選択的に透明基板３ｄをエッチングし、図１９（ｆ）に示すように、露光光の位相が１８０度ずれる深さを目標として透明基板３ｄの表面を掘り込んだ第２の開口部１０２ａ及び位相差モニタマーク２６を形成する。
【００７９】
このようにして製造した第１のフォトマスク５ｂは、光学式の検査装置により位相差モニタマーク２６、透過率モニタマーク２７等のフォトマスク検査用のモニタマークを用いて透過光の位相や透過率の測定を実施する。検査用のモニタマークは、第１のフォトマスク５b全面に渡り配置することができるため、製造したフォトマスクの詳細な管理が可能となる。例えば、位相差モニタマーク２６により測定された透過光の位相差は、図２０に示すように、略２３×３０ｍｍの面積を有する第１のフォトマスク５ｂの面内で同心円状の分布を示していることが判明した。位相差の同心円状分布は、ＲＩＥによる透明基板３ｄの掘り込みエッチングの分布が反映されたものである。この結果がＲＩＥエッチング条件にフィードバックされ、位相差分布のより小さなレベンソン型位相シフトマスクの製造が可能となる。
【００８０】
本発明の第３の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５ｂには、フォトマスク検査用のモニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１００の近傍に多数配置することができる。このため、回路パターン１００が配置された露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御する第１のフォトマスク５ｂの高精度な製造管理が可能となる。
【００８１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００８２】
本発明の第１〜第３の実施の形態において、レチクル４は、第１のフォトマスク又は第２のフォトマスクのいずれかである。例えば、１枚のレチクル４の２分割された領域に、第１及び第２のフォトマスクが配置されたレチクルセットであってもよい。あるいは、レチクル４として第１及び第２のフォトマスクが個別の透明基板に配置されたレチクルセットであってもよい。
【００８３】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態においては、説明の便宜上、ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置を用いているが、光源としても、ｉ線やｇ等の紫外線、他のエキシマレーザ、あるいは、電子ビームやＸ線等を用いてもよいことは勿論である。
【００８４】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することができる。
【００８６】
本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットの設計方法を提供することができる。
【００８７】
また、本発明によれば、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することができる。
【００８８】
また、本発明によれば、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することができる。
【００８９】
更に、本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程での、第１及び第２のフォトマスクの重ね合わせの一例を示す図である。
【図４】２重露光工程の説明に用いる露光装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る寸法モニタマークの一例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る露光量モニタマークの一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るフォーカスモニタマークの一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程により形成される配線パターンの一例を示す概略図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程の第１の露光過程により形成されるレジストマスクの一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るアライメントマークの一例を示す概略図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程により形成される配線パターンの一例を示す概略図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る透過率モニタマークの一例を示す概略図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの製造工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの位相差分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３、３ａ〜３ｅ 透明基板
４ レチクル
５、５ａ、５ｂ 第１のフォトマスク
６、６ａ、６ｂ 第２のフォトマスク
７ａ〜７ｆ 細線部
８ａ〜８ｆ 配線外延部
９、１９、９９ 遮光膜
１０a〜１０ｆ、１００ 回路パターン
１１ａ〜１１ｆ、１０１ 第１の開口部
１２ａ〜１２ｆ、１０２ 第２の開口部
１３ａ〜１３ｆ、１０３ 第１の遮光部
１４ａ〜１４ｆ、１０４ トリムパターン
１５ａ〜１５ｆ、１０５ 外延部
１６ａ〜１６ｆ、１０６ 第２の遮光部
１７ａ〜１７ｆ、５７、８７ 配線
１９
２０ モニタマーク部
２１ 寸法モニタマーク
２１ａ〜２１e、２２ａ〜２２ｏ 遮光部
２２ 露光量モニタマーク
２３ 第１のフォーカスモニタマーク
２３ａ〜２３ｅ 第１の菱形開口部
２４ 第２のフォーカスモニタマーク
２４ａ〜２４ｅ 第２の菱形開口部
２５ アライメントマーク
２５ａ〜２５ｉ 開口部
２６ 位相差モニタマーク
２６ａ、１０２ａ エッチング窓
２７ 透過率モニタマーク
２８ フォーカスモニタマーク
３５、３５ａ、８５ 下地膜
３６ 第１のフォトレジスト
３７ 第２のフォトレジスト
４０ 照明光学系
４１ 光源
４２ シャッタ
４４ 照明レンズ系
４６ 投影光学系
４８ ステージ
５０ 露光装置
５１ａ〜５１ｃ 第１のレジスト開口部
５２ａ〜５２ｃ 第２のレジスト開口部
５３ａ〜５３ｃ、８３ 配線レジストマスク
５４ トリムレジストマスク
５９ レジストマスク
６１ 寸法モニタレジストパターン
６１ａ〜６１ｅ 寸法モニタレジストマスク
６２ 露光量モニタレジストパターン
６３ 第１のフォーカスモニタレジストパターン
６４ 第２のフォーカスモニタレジストパターン
６５ 細線下地膜
７１ａ〜７１ｅ 寸法モニタ下地膜
７５ａ〜７５ｄ アライメントレジスト潜像
８１ 配線レジスト潜像
８２ 遮光レジスト部
８３ 配線レジストマスク
８６ フォトレジスト
８６ａ、８６ｂ 露光レジスト膜
９１ 第１のレジスト
９１ａ 第１のレジストマスク
９２ 第２のレジスト
９２ａ 第２のレジストマスク
９８ 遮光材料膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、２重露光工程に用いるレチクルセットに関する。さらには、そのレチクルセットの設計方法、レチクルセットを用いた露光モニタ方法、レチクルセットの検査方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数回の露光過程を必要とする多重露光法が、微細加工技術の一つとして注目されている。半導体装置の性能は、配線パターンの寸法に大きく支配されている。このため、多重露光法を用いる工程において寸法精度を向上させるための制御パラメータを、より高精度に制御することが求められている。多重露光法を用いる場合、通常は各露光過程に対してそれぞれ露光条件を求めて、求めた露光条件で各露光過程を行って多重露光を実施している。
【０００３】
フォトリソグラフィ工程は、露光装置を用いてレジスト膜を塗布した半導体基板上に半導体回路パターンの転写を行う工程である。縮小投影露光装置を用いたパターン形成において、露光装置の解像力は、露光光の波長λに比例し、開口数NAに反比例する。したがって、半導体装置の微細化の要求に対して、これまでは露光波長の短波長化、投影レンズの高ＮＡ化とそれに伴ったプロセス改善が行われてきた。しかしながら、近年の半導体装置のさらなる微細化要求に対しては、露光量裕度および焦点深度の確保が極めて困難となってきている。このため、少ない露光マージンを有効に活用し、歩留まりの低下を招くことなく、加工寸法精度の向上を図るために、より高精度な露光量およびフォーカス管理が求められている。
【０００４】
露光量管理については、使用する縮小投影露光装置において半導体基板上で解像しないピッチで、透過部と遮光部の寸法比を一方向に連続的に変えたパターンを配置したレチクルセットにより、露光量に傾斜分布を持たせて露光する露光量モニタ法の提案がなされている（特許文献１参照）。また、フォーカス管理については、相互に位相差がある菱形パターンがデフォーカスに対して異なるパターン寸法特性を示すことよりフォーカスモニタを行う方法が提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３１０８５０号公報（第５−９頁、第１図）
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−１００３９２号公報（第４−６頁、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、微細加工においては、半導体装置のパターン寸法の加工精度や均一性を求めるために、フォトリソグラフィの露光条件を高精度に制御することが重要となる。そのために、露光領域内に位置検出マーク、寸法モニタマーク、露光量モニタマークあるいはフォーカスモニタマーク等のモニタマークを多数配置し、大量にデータを取得、解析することが必要である。しかしながら、半導体回路パターンが高密度に描画されたレチクルセット上では、レイアウトの制約から、スクライブライン等の限られた領域にのみモニタマークが配置される。そのため、実際の半導体集積回路製造プロセスにおいては、露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報等の取得は困難である。このように、従来のモニタマークの配置では、微細加工精度向上という目的に対して、障害となる。
【０００８】
本発明では、このような課題を解決し、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットの設計方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の更に他の目的は、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタするレチクルセットを用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１の特徴は、（イ）線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを有する第１のフォトマスクと、（ロ）第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンが配置された第２のフォトマスクとを備えるレチクルセットであることを要旨とする。
【００１４】
本発明の第1の特徴によれば、露光モニタマークを配線の回路パターンの近傍に配置することができるため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することができる。
【００１５】
本発明の第１の特徴において、第１の開口部と第２の開口部を透過する露光光の位相が互いに１８０度異なるようにして、レベンソン型位相シフトマスクにすることが好ましい。また、モニタマークの１部を、他の工程により回路の他の配線の回路パターンが配置される位置に配置することにより、全露光領域に渡り露光条件のモニタができる。
【００１６】
本発明の第２の特徴は、（イ）第１のフォトマスクに、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接してモニタマークを形成するステップと、（ロ）第２のフォトマスクに、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを形成するステップとを含むレチクルセットのパターン設計方法であることを要旨とする。
【００１７】
本発明の第２の特徴によれば、露光モニタマークを配線の回路パターンの近傍に配置することができるため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットのパターン設計方法を提供することができる。
【００１８】
本発明の第１及び第２の特徴において、モニタマークが、第１のフォトマスクの露光条件のモニタマーク、及びフォトマスク検査用のモニタマークのうち少なくとも一方を含むことが好ましい。また、露光条件のモニタマークが、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つを備えることが好ましい。更に、フォトマスク検査用のモニタマークが、透過露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを備えることが好ましい。
【００１９】
本発明の第３の特徴は、（イ）第１の露光過程で、回路の配線の細線部を転写して配線レジストマスクをフォトレジスト膜上に形成するステップと、（ロ）配線が形成される領域内において第２の露光過程で露光される位置で、回路が形成される領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に配線レジストマスクに隣接して露光条件のモニタマークを転写してモニタレジストパターンをフォトレジスト膜上に形成するステップと、（ハ）モニタレジストパターンより第１の露光過程の露光条件を測定するステップとを含む露光モニタ方法であることを要旨とする。ここで、上記した（イ）と（ロ）のステップは同時でも別々でもよい。
【００２０】
本発明の第３の特徴によれば、第２の露光過程で露光される位置にモニタレジストパターンを形成するため、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することができる。
【００２１】
本発明の第３の特徴において、モニタレジストパターンが、フォトレジストの現像後に形成されてもよい。また、モニタレジストパターンは、フォトレジストが露光されて形成されたレジスト潜像であってもよい。更に、露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写されるモニタレジストパターンから測定されることが好ましい。
【００２２】
本発明の第４の特徴は、（イ）透明基板上の遮光材料膜に塗布されたレジスト膜に、回路パターン及びフォトマスク検査用のモニタマークを描画してレジストマスクを形成し、レジストマスクを用いて遮光材料膜を加工して、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを有する第１のフォトマスクを形成する工程と、（ロ）モニタマークを用いて第１のフォトマスクの検査を行う工程とを含むレチクルセットの検査方法であることを要旨とする。
【００２３】
本発明の第４の特徴によれば、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することができる。
【００２４】
本発明の第４の特徴において、モニタマークが、２重露光工程の第２の露光過程で用いる第２のフォトマスクにより、モニタマークの転写された領域が露光される第１のフォトマスクの位置に設けられることが好ましい。また、フォトマスクの検査が、透過した露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを用いて行われることが好ましい。
【００２５】
本発明の第５の特徴は、（イ）半導体基板の下地膜上に、第１のフォトレジスト膜を塗布する工程と、（ロ）第１の露光過程で第１のフォトレジスト膜に第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジストマスク及びモニタレジストパターンを形成する工程と、（ハ）配線レジストマスク及びモニタレジストパターンをマスクとして下地膜を加工し、回路の配線の細線部及びモニタ下地膜を形成する工程と、（ニ）細線部及びモニタ下地膜が形成された半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を塗布する工程と、（ホ）第２の露光過程で第２のフォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光し、モニタ下地膜を除去し配線を転写する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００２６】
本発明の第５の特徴によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００２７】
本発明の第５の特徴において、モニタマークが転写されたモニタレジストパターンを用いて第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことが好ましい。また、露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写されるモニタレジストパターンから測定されることが好ましい。
【００２８】
本発明の第６の特徴は、（イ）半導体基板の下地膜上に、フォトレジスト膜を塗布する工程と、（ロ）第１の露光過程でフォトレジスト膜に第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジスト潜像及びモニタレジスト潜像を形成する工程と、（ハ）第２の露光過程で、第１の露光過程で露光したフォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、第１のフォトマスクに合わせたとき、回路パターンが占める領域内で、第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び第１の遮光部の一端に重なり回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光して、モニタレジスト潜像を除去し配線レジスト潜像より配線を転写する工程とを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【００２９】
本発明の第６の特徴によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタする半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００３０】
本発明の第６の特徴において、モニタマークが転写されたモニタレジスト潜像を用いて第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことが好ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の第１〜第３の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００３２】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る多重露光として、一般的に用いられているレベンソン型位相シフトマスクとトリムマスクを併用して用いる２重露光方法により説明する。この２重露光方法は、高い解像度を有するがレイアウトに制約のあるレベンソン型位相シフトマスクから回路パターンを露光し、所定の回路レイアウトに対し不必要なパターンをトリムパターンにより消去することから成り立っている。
【００３３】
本発明の第１の実施の形態に係るレチクルセットにおいては、図１及び図２に示すように、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスク５に回路パターン１０ａ〜１０ｃを露光するレベンソン型位相シフトマスクが配置され、第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６にトリムパターン１４ａ〜１４ｃが配置されている。第１のフォトマスク５には、後工程において新たな回路パターンが配置される領域に、各種の露光モニタマークを含むモニタマーク部２０が配置されている。
【００３４】
第１のフォトマスク５は、図１（ａ）に示すように、合成石英等の透明基板３の表面にクロム（Ｃｒ）等の金属膜あるいは酸化クロム（Ｃｒ ２ Ｏ ３ ）等の金属化合物膜を含む遮光性材料膜の遮光膜９が設けられている。例えば、半導体素子のゲート配線等の回路パターン１０ａ〜１０ｃは、遮光膜９に設けられた矩形の第１の開口部１１ａ〜１１ｃと矩形の第２の開口部１２ａ〜１２ｃと、第１及び第２の開口部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃにより挟まれた線状の第１の遮光部１３ａ〜１３ｃとを有する。モニタマーク部２０には、露光パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク２１、露光量をモニタする露光量モニタマーク２２、あるいは露光パターンのフォーカスをモニタする第１のフォーカスモニタマーク２３及び第２のフォーカスモニタマーク２４からなるフォーカスモニタマーク２８等の各種の露光モニタマークが配置されている。
【００３５】
回路パターン１０ａ〜１０ｃは、レベンソン型位相シフトマスクである。図１（ｂ）に第１のフォトマスク５のＡ−Ａ断面を示すように、例えば、回路パターン１０ａでは、第２の開口部１２ａは、遮光膜９を有する表面側から透明基板３が掘り込まれ、第１の開口部１１ａを透過する露光光に対して位相を１８０度シフトさせている。したがって、第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１２ａを透過する露光光により第１の遮光部１３ａを半導体基板に転写する場合、第１の遮光部１３ａ下への回折光が打ち消されるため、半導体基板上にパターンが解像される。回路パターン１０ａの近傍には、例えば、遮光部２１ａ〜２１ｅが格子状に配列された寸法モニタ２１等が配置されている。
【００３６】
第２のフォトマスク６は、図２（ａ）に平面図、図２（ｂ）にＢ−Ｂ断面図を示すように、合成石英基板等の透明基板３ａの表面にＣｒ等の金属膜やＣｒ ２ Ｏ ３ 等の金属化合物膜を含む遮光性材料膜のトリムパターン１４ａ〜１４ｃが設けられている。トリムパターン１４ａ〜１４ｃは、配線の一部となる外延部１５ａ〜１５ｃと、外延部１５ａ〜１５ｃに接続された第２の遮光部１６ａ〜１６ｃからなる。第２の遮光部１６ａ〜１６ｃのパターン幅は、露光装置の限界解像度寸法より十分広くしてある。ここで、露光光波長をλ、投影レンズのレンズ開口数をＮＡ、照明光学系のコヒーレンスファクタをσとすると、露光装置の限界解像度は、λ／｛ＮＡ・（１＋σ）｝となる。
【００３７】
第１のフォトマスク５及び第２のフォトマスク６のマスク合わせについて、図３を用いて説明する。図３に示すように、第１の遮光部１３ａ〜１３ｃはトリムパターン１４ａ〜１４ｃの第２の遮光部１６ａ〜１６ｃにより覆われるように合わされる。第２の遮光部１６ａ〜１６ｃの外縁は、回路パターン１０ａ〜１０ｃの第１及び第２の開口部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃの外縁で囲まれる領域内に収まるように設計されている。更に、トリムパターン１４ａ〜１４ｃの外延部１５ａ〜１５ｃは、第１の遮光部１３ａ〜１３ｃの一端に重なるように設計されている。寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４等を含むモニタマーク部２０は、回路パターン１０ａ〜１０ｃ及びトリムパターン１４ａ〜１４ｃの近傍で、且つ、回路パターン１０ａ〜１０ｃ及びトリムパターン１４ａ〜１４ｃとは重ならない領域に配置されている。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態に係るレチクルセットによれば、第１の露光過程でモニタマーク部２０に配置された各種の露光モニタマークが転写されたパターンは、第２の露光過程で露光されて除去される。したがって、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００３９】
本発明の第１の実施の形態の２重露光工程の説明に用いる露光装置５０は、図４に示すような縮小投影露光装置（ステッパ）で、縮小比は１：４としている。光源４１、シャッタ４２及び照明レンズ系４４により照明光学系４０が構成されている。光源４１として、波長λ：２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザを用いている。照明レンズ系４４には、フライアイレンズ及びコンデンサレンズが含まれる。照明光学系４０の干渉性を表わすコヒーレンスファクタσは、０．７５である。投影光学系４６は、投影レンズと瞳絞り等により構成されている。投影レンズのレンズ開口数ＮＡは、０．６８である。露光光Ｂは、ステージ４８上の半導体基板１に、照明光学系４０と投影光学系４６との間に設置されたレチクルセットのレチクル４のパターンを縮小投影する。レチクル４は、第１のフォトマスク５又は第２のフォトマスク６のいずれかである。例えば、１枚のレチクル４の２分割された領域に、第１及び第２のフォトマスク５、６が配置されたレチクルセットであってもよい。あるいは、レチクル４として第１及び第２のフォトマスク５、６が個別の透明基板に配置されたレチクルセットであってもよい。ショット当りの露光範囲は、略２３×３０ｍｍ角である。なお、説明の便宜上、露光装置５０の縮小比を１：４としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。以下の説明において、レチクル４上のパターンの寸法としては、断りのない限り半導体基板１上に縮小投影された寸法に換算して記述する。
【００４０】
次に、第１のフォトマスク５のモニタマーク部２０に配置される各種の露光モニタマークについて説明する。寸法モニタマーク２１は、図５（ａ）の平面図及び図５（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３の表面上に、例えば、長さＬｄ：１μｍ、幅Ｗｄ：１１０ｎｍの短冊状の遮光部２１ａ〜２１ｅをピッチＰｄ：３３０ｎｍで配置したものである。寸法モニタマーク２１の遮光部２１ａ〜２１ｅが転写されたレジストパターンを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で測定して、フォトレジストに対する転写寸法のモニタを行う。
【００４１】
露光量モニタマーク２２は、図６（ａ）の平面図及び図６（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３上に、例えば、長さＬｅ：２μｍの複数の遮光部２２ａ〜２２ｏの幅Ｗｅを一定の割合で増加させることにより開口率を連続的に変化させた回折格子である。この際、各パターンの左端の位置は、固定のピッチＰｅ：１９０ｎｍで周期的に配列される。露光量モニタマーク２２の中央の遮光膜２２ｈから紙面に向かって右及び左側に向かって開口率は増加している。中央の遮光膜２２ｈで開口率：０％であり、左右端の遮光膜２２ａ、２２ｏでは開口率：１００％に近い最大値となる。ピッチＰｅが、露光装置５０の限界解像度以下のとき、露光される回折格子パターンは、半導体基板１上では解像されない。本発明の第１の実施の形態で用いる露光装置５０（λ：２４８ｎｍ、ＮＡ：０．６８、σ：０．７５）の場合、限界解像度は、略２０８ｎｍとなる。ピッチＰｅは限界解像度以下となっているため、遮光部２２ａ〜２２ｏのパターンは解像されない。遮光部２２ａ〜２２ｏ間を回折して透過する露光光の強度は、開口率に応じて変化する。露光量モニタマーク２２を露光して得られるレジストパターンは、転写されるフォトレジストの感度曲線に応じて、左右端で傾斜側壁が形成され、更に露光量に応じて左右端が縮小後退する。転写された露光量モニタマーク２２のパターン幅を測定して得られるパターン縮小幅から、露光量のモニタができる。
【００４２】
第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４からなるフォーカスモニタマーク２８は、図７（ａ）の平面図及び図７（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３上の遮光膜９に、例えば、長対角線長Ｌｆ：１０μｍ、短対角線長Ｗｆ：１５０ｎｍの第１の菱形開口部２３ａ〜２３ｅ及び第２の菱形開口部２４ａ〜２４ｅをピッチＰｆ：３００ｎｍで配置している。第２の菱形開口部２４ａ〜２４ｅには、第１の菱形開口部２３ａ〜２３ｅを透過する露光光に対して位相が９０度ずれるように透明基板３に掘り込み溝を設けてある。第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を露光して得られる菱形レジストパターンの長対角線長は、フォーカスのずれ（デフォーカス）に応じて、第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４の長対角線長Ｌｆより短くなる。ただし、第１あるいは第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を単独に用いる場合、フォーカス位置については、転写するフォトレジストの表面に垂直な方向で、フォトレジストの手前側か、あるいは奥側かは判定できない。そこで、第１及び第２の菱形開口部２３ａ〜２３ｅ、２４ａ〜２４ｅを透過する露光光の位相が９０度ずれていることにより、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４それぞれのデフォーカス特性が相違していることを利用する。即ち、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４から転写される菱形レジストパターンの長対角線長の差は、フォーカス位置に依存して単調に変化する。したがって、予めフォーカス位置を制御して第１および第２のフォーカスモニタマーク２３、２４を用いてフォーカス特性を測定することにより、フォーカス位置と、転写された菱形レジストパターンの長対角線長の差との関係が得られる。このようにして測定された関係をもとに露光のフォーカスをモニタできる。
【００４３】
本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程において、寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、及びフォーカスモニタマーク２８等の露光モニタマークを含むモニタマーク部２０は、第１のフォトマスク５の回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に配置されている。更に、第１の露光過程で遮光されて形成されたモニタマーク部２０の各露光モニタマークの転写パターンは、第２の露光過程で第２のフォトマスク６で露光される。したがって、第２の露光過程で第２のフォトマスク６のトリムパターン１４ａ〜１４ｃにより遮光された回路パターン１０ａ〜１０ｃの転写パターンだけが残ることになる。したがって、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００４４】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程を、例えば図１のA−A断面を例にとって、図８の工程断面図により説明を行う。
【００４５】
（イ）まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１上に、例えばポリシリコン膜等の下地膜３５を厚さ２００ｎｍで形成する。そして、下地膜３５上に、ポジティブ型の第1のフォトレジスト３６を回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００４６】
（ロ）第１の露光過程において、露光装置５０（図４参照）を用いて、半導体基板１表面の第１のフォトレジスト３６に第１のフォトマスク５のパターンを投影する。現像工程後、図８（ｂ）に示すように、図１に示した線状の第1の遮光部１３ａを挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部１１ａ、１２ａを有する回路パターン１０ａが転写され、レジストマスク５９の中に第１及び第２のレジスト開口部５１ａ、５２ａで挟まれた線状の配線レジストマスク５３ａが形成される。また、図5に示した寸法モニタマーク２１の遮光部２１ａ〜２１ｅが転写された寸法モニタレジストマスク６１ａ〜６１ｅからなる寸法モニタレジストパターン６１が形成される。
【００４７】
（ハ）次に、レジストマスク５９、配線レジストマスク５３ａ及び寸法モニタレジストマスク６１ａ〜６１ｅをマスクとして下地膜３５を異方性の反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）等により選択的にエッチングし、図８（ｃ）に示すように、下地膜３５ａに、配線下地膜の細線部７ａ及び寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅを形成する。
【００４８】
（ニ）引き続き、図８（ｄ）に示すように、下地膜３５ａ、細線部７ａ及び寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅ上にポジティブ型の第２のフォトレジスト３７を回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００４９】
（ホ）第２の露光過程において、露光装置５０を用いて第２のフォトレジスト３７に、図２に示した第２のフォトマスク６のパターンを投影する。図３に示したように、第１のフォトマスク５に合わせたとき、第１のフォトマスク５の回路パターン１０ａが占める領域内で、第１の遮光部１３ａを覆う第２の遮光部１６ａ、及び第１の遮光部１３ａの一端に重なり回路パターン１０ａが占める領域の外部に延在する外延部１５ａを有するトリムパターン１４ａが転写される。現像工程後、図８（ｅ）に示すように、線状の細線部７ａを覆ってトリムレジストマスク５４が形成される。図８（ｅ）では省略されているが、トリムレジストマスク５４には、細線部７ａの長手方向の一端に接続された、トリムパターン１４ａの外延部１５ａに対応するレジストパターンが形成されている。
【００５０】
（ヘ）その後、ＲＩＥにより、トリムレジストマスク５４をマスクとして選択的に下地膜３５ａをエッチングする。ここで、寸法モニタ下地膜７１ａ〜７１ｅにはレジストマスクは形成されないので、図８（ｆ）に示すように、半導体基板１上に細線部７ａだけが残される。
【００５１】
上記した２重露光工程により、図９に示すように、半導体基板１上に第１及び第２のフォトマスク５、６のパターンが互いに重なり合う部分（図３参照）が残されて、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のゲート電極に対応する配線１７ａ〜１７ｃが形成される。配線１７ａ〜１７ｃは、ゲート配線に対応する細線部７ａ〜７ｃと、細線部７ａ〜７ｃの一端に接続され、ゲート配線のコンタクト部に相当する配線外延部８ａ〜８ｃとを有する。配線外延部８ａ〜８ｃは、トリムレジストマスク５４の一部の、第２のフォトマスク６に配置されたトリムパターン１４ａの外延部１５ａに対応するレジストパターンをマスクとして下地膜３５ａを選択的にエッチングして形成される。モニタマーク部２０の露光モニタマークが転写されたレジストパターンは、第２の露光過程の後、除去されるので、後工程で新たに回路の配線が形成される領域にもモニタマークを配置することができる。
【００５２】
本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程によるモニタ方法では、図１０に示すように、第1の露光過程後に回路パターン１０ａ〜１０ｃが転写されて、レジストマスク５９の間に第１及び第２のレジスト開口部５１ａ〜５１ｃ、５２ａ〜５２ｃで挟まれた配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃが形成される。また、モニタマーク部２０の寸法モニタマーク２１、露光量モニタマーク２２、第１及び第２のフォーカスモニタマーク２３、２４等が転写された寸法モニタレジストパターン６１、露光量モニタレジストパターン６２、第１及び第２のフォーカスモニタレジストパターン６３、６４等が形成される。配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃ、寸法モニタレジストパターン６１、露光量モニタレジストパターン６２、あるいは第１及び第２のフォーカスモニタレジストパターン６３、６４等のパターン寸法が半導体基板１の全露光領域で測定される。例えば、配線レジストマスク５３ａ〜５３ｃの半導体基板１面内の線幅変動が各モニタマークの転写レジストパターンの面内変動と比較され、その結果、フォーカスのずれの変動に依存していることが判明した。
【００５３】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５には、各種の露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ａ〜１０ｃの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る２重露光方法に用いるレチクルセットは、図１１及び図１２に示すように、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスク５ａに回路パターン１０ｄ〜１０ｆを露光するレベンソン型位相シフトマスクが配置され、第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６ａにトリムパターン１４ｄ〜１４ｆが配置されている。第１のフォトマスク５ａには、後工程において新たな回路パターンが配置される領域に、アライメントマーク２５が配置されている。アライメントマーク２５は、第１のフォトマスク５ａの回路パターン１０ｄ〜１０ｆ及び第２のフォトマスク６ａのトリムパターン１４ｄ〜１４ｆとは、重なり合わないように、隣接して配置されている。第２の実施の形態に係るレチクルセットは、モニタマークとしてアライメントマーク２５を用いる点が異なり、他は第１の実施の形態と同様であるので、重複した記載を省略する。
【００５５】
第１のフォトマスク５ａに配置される、例えば半導体素子のゲート配線等からなる回路パターン１０ｄ〜１０ｆは、図１１に示すように、遮光膜１９に設けられた矩形の第１の開口部１１ｄ〜１１ｆと矩形の第２の開口部１２ｄ〜１２ｆと、第１の開口部１１ｄ〜１１ｆ及び第２の開口部１２ｄ〜１２ｆにより挟まれた線状の第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆとを有する。
【００５６】
第２のフォトマスク６ａは、図１２に示すように、透明基板３３ａの表面に遮光性材料膜からなるトリムパターン１４ｄ〜１４ｆが設けられている。トリムパターン１４ｄ〜１４ｆは、第１のフォトマスク５ａに合わせたとき、回路パターン１０ｄ〜１０ｆが占める領域内で、第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆを覆う第２の遮光部１６ｄ〜１６ｆと、第１の遮光部１３ｄ〜１３ｆの一端に重なり回路パターン１０ｄ〜１０ｆが占める領域の外部に延在する外延部１５ｄ〜１５ｆとを有する。
【００５７】
アライメントマーク２５は、図１３（ａ）の平面図、及び図１３（ｂ）の断面図に示すように、透明基板３ｂの表面上の遮光膜１９に、例えば、長さＬａ：６０μｍ、幅Ｗａ：１２μｍの短冊状の開口部２５ａ〜２５ｉをピッチＰａ：２４μｍで配置したものである。アライメントマーク２５が転写されたレジストパターンを露光装置５０で読み取り、第１のフォトマスク５ａとフォトレジストとの位置合わせを行う。
【００５８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程を、例えば図１１のD−D断面を例にとって、図１４の工程断面図により説明を行う。
【００５９】
（イ）まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板１上に、例えばポリシリコン膜からなる下地膜８５を厚さ２００ｎｍで形成する。そして、ポジティブ型のフォトレジスト８６を、下地膜８５上に回転塗布により厚さ６００ｎｍで形成する。
【００６０】
（ロ）第１の露光過程において、露光装置５０（図４参照）を用いて、半導体基板１表面のフォトレジスト８６に第１のフォトマスク５ａのパターンを投影する。図１４（ｂ）に示すように、図１１に示した線状の第1の遮光部１３ｄを挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部１１ｄ、１２ｄを有する回路パターン１０ｄが露光され、遮光レジスト部８２の間の露光レジスト膜８６ａで挟まれた配線レジスト潜像８１が形成される。また、図１３に示したアライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉが露光され、各開口部２５ａ〜２５ｉ間の遮光膜１９に対応するアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄが形成される。
【００６１】
（ハ）次に、第２の露光過程において、露光装置５０を用いて、第２のフォトマスク６ａのパターンを投影する。第１のフォトマスク５ａに合わせたとき、第１の遮光部１３ｄを覆う第２の遮光部１６ｄ、及び第１の遮光部１３ｄの一端に重なり回路パターン１０ｄが占める領域の外部に延在する外延部１５ｄを有するトリムパターン１４ｄにより遮光された配線レジスト潜像８１以外は露光され、図１４（ｃ）に示すように、露光レジスト膜８６ｂが形成される。
【００６２】
（ニ）現像工程後、図１４（ｄ）に示すように、下地膜８５上に配線レジスト潜像８１が残されて配線レジストマスク８３が形成される。
【００６３】
（ホ）その後、ＲＩＥにより、配線レジストマスク８３をマスクとして選択的に下地膜８５をエッチングする。図１４（ｅ）に示すように、半導体基板１上に細線部７ｄが形成される。
【００６４】
上記した２重露光工程により、図１５に示すように、半導体基板１上に細線部７ｄ〜７ｆと、トリムパターン１４ｄ〜１４ｆの外延部１５ｄ〜１５ｆに対応する配線外延部８ｄ〜８ｆとを有する配線１７ｄ〜１７ｆが形成される。第１のフォトマスク５ａに設けられたアライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉが露光されて形成されたアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄは、第２の露光過程で露光され、現像工程で除去されるので、後工程で新たに回路が形成される領域にもアライメントマーク２５を配置することができる。
【００６５】
本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程によるモニタ方法において、第1の露光過程で、アライメントマーク２５の開口部２５ａ〜２５ｉから露光されて解重合された露光レジスト膜８６ａと遮光膜１９により遮光されて重合したままのアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄが形成される。アライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄは、露光レジスト膜８６ａと屈折率等の光学的特性や膜厚が相違するため、光学的に検出可能となる。第１の露光過程直後に、第１のフォトマスク５ａをそのまま用いて、半導体基板１上に形成されたアライメントレジスト潜像７５ａ〜７５ｄを露光装置５０で読み取り、アライメントマーク２５との位置合わせずれを測定することができる。アライメントマーク２５は、後工程で半導体基板１上に回路パターンが形成される領域にも転写されているので、詳細な位置あわせずれが測定でき、半導体基板１上の露光領域のディストーションを調べることが可能となる。このように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５ａには、露光モニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１０ｄ〜１０ｆの近傍に多数配置することができる。このため、半導体装置が形成される露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御することが可能となる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る２重露光用レチクルセットの管理方法は、第１の露光過程で用いる第１のフォトマスクにフォトマスク検査用のモニタマークを配置することにより、簡便で高精度なレチクルセットの製造管理を行うことに特徴があり、他は第１及び第２の実施の形態と同様であり重複した記載は省略する。
【００６７】
本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５ｂには、図１６（ａ）に示すように、レベンソン型位相シフトマスクの回路パターン１００と、例えばフォトマスク検査用の位相差モニタマーク２６等が配置されている。回路パターン１００は、遮光膜９９に設けられた第１の開口部１０１及び第２の開口部１０２と、第１の開口部１０１及び第２の開口部１０２により挟まれた線状の第１の遮光部１０３とを有する。
【００６８】
図１６（ｂ）に第１のフォトマスク５ｂのＣ−Ｃ断面を示すように、例えば、回路パターン１００では、第２の開口部１０２は、遮光膜９９を有する表面側から透明基板３が掘り込まれ、第１の開口部１０１を透過する露光光に対して位相を１８０度シフトさせている。したがって、第１及び第２の開口部１０１、１０２を透過する露光光により第１の遮光部１０３を半導体基板１に転写する場合、第１の遮光部１０３下への回折光が打ち消されるため、半導体基板１上に回路パターン１００が解像される。回路パターン１００の近傍には、例えば、一辺が４μｍの正方形パターンに遮光膜９９を除去して透明基板３が掘り込まれた位相差モニタマーク２６が配置されている。
【００６９】
第２の露光過程で用いる第２のフォトマスク６ｂは、図１７に示すように、透明基板３ｅの表面に遮光性材料膜からなるトリムパターン１０４が設けられている。トリムパターン１０４は、第１のフォトマスク５ｂに合わせたとき、回路パターン１００が占める領域内で、第１の遮光部１０３を覆う第２の遮光部１０６と、第１の遮光部１０３の一端に重なり回路パターン１００が占める領域の外部に延在する外延部を有する。
【００７０】
位相差モニタマーク２６は、例えば第２の開口部１０２と同様に、第１の開口部１０１を透過する露光光に対して位相差が１８０度となるように透明基板３が掘り込まれている。位相差モニタマーク２６を透過する光の位相測定を行うことにより、第１のフォトマスク５ｂ内の位相の変動分布を測定することができる。また、フォトマスク検査用のモニタマークとして、例えば図５に示した寸法モニタマーク２１や、図１８（ａ）に示す透過率モニタマーク２７等も配置される。透過率モニタマーク２７は、図１８（ｂ）に示すように、例えば遮光膜９９の中に一辺が７５μｍの正方形パターンの開口部が設けられて、透明基板３ｄの露光光の透過率を計測する。
【００７１】
本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５bでは、位相差モニタマーク２６等のフォトマスク検査用のモニタマークは、第１のフォトマスク５ｂの回路パターン１００及び第２のフォトマスク６ｂのトリムパターン１０４とは重なり合わず隣接して、後工程において新たな回路パターンが配置される領域にも配置されている。第１の露光過程で第１のフォトマスク５ｂから、遮光されて転写されたフォトマスク検査用のモニタマークのパターンは、第２の露光過程で第２のフォトマスク６ｂで露光される。したがって、第２の露光過程で第２のフォトマスク６ｂのトリムパターン１０４により遮光された回路パターン１００の転写パターンだけが残ることになる。したがって、第１のフォトマスク５ｂには、フォトマスク検査用のモニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１００の近傍に多数配置することができる。このため、回路パターン１００が配置された露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御する第１のフォトマスク５ｂの高精度な製造管理が可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスク５ｂの製造方法について、図１９の工程断面図により説明を行う。
【００７３】
（イ）まず、図１９（ａ）に示すように、溶融石英等からなる透明基板３ｄ上に堆積されたＣｒ等の金属膜からなる遮光材料膜９８上に第１のレジスト膜９１を回転塗布する。
【００７４】
（ロ）電子ビーム等による描画装置を用いて、第１のフォトマスク５ｂのマスクパターンに対応したパターンデータを用いて第１のフォトレジスト膜９１に描画する。現像工程後、図１９（ｂ）に示すように、第１のフォトマスク５ｂのマスクパターンに対応した第１のレジストマスク９１ａを形成する。
【００７５】
（ハ）第１のレジストマスク９１ａをマスクとして、ＲＩＥ等により遮光材料膜９８を選択的にエッチングし、図１９（ｃ）に示すように、遮光膜９９に第１の開口部１０１とエッチング窓１０２ａに挟まれた第１の遮光部１０３、エッチング窓２６ａ及び透過率モニタマーク２７を形成する。
【００７６】
（ニ）透明基板３ｄ及び遮光膜９９上に、図１９（ｄ）に示すように、第２のレジスト９２を回転塗布する。
【００７７】
（ホ）電子ビーム等の描画装置を用いて、エッチング窓１０２ａ、２６ａの部分が開口するパターンデータを用いて第２のフォトレジスト９２に描画する。現像工程後、図１９（ｅ）に示すように、エッチング窓１０２ａ、２６ａを露出させた第２のレジストマスク９２ａを形成する。
【００７８】
（ヘ）その後、ＲＩＥにより、第２のレジストマスク９２ａをマスクとして選択的に透明基板３ｄをエッチングし、図１９（ｆ）に示すように、露光光の位相が１８０度ずれる深さを目標として透明基板３ｄの表面を掘り込んだ第２の開口部１０２ａ及び位相差モニタマーク２６を形成する。
【００７９】
このようにして製造した第１のフォトマスク５ｂは、光学式の検査装置により位相差モニタマーク２６、透過率モニタマーク２７等のフォトマスク検査用のモニタマークを用いて透過光の位相や透過率の測定を実施する。検査用のモニタマークは、第１のフォトマスク５b全面に渡り配置することができるため、製造したフォトマスクの詳細な管理が可能となる。例えば、位相差モニタマーク２６により測定された透過光の位相差は、図２０に示すように、略２３×３０ｍｍの面積を有する第１のフォトマスク５ｂの面内で同心円状の分布を示していることが判明した。位相差の同心円状分布は、ＲＩＥによる透明基板３ｄの掘り込みエッチングの分布が反映されたものである。この結果がＲＩＥエッチング条件にフィードバックされ、位相差分布のより小さなレベンソン型位相シフトマスクの製造が可能となる。
【００８０】
本発明の第３の実施の形態によれば、第１のフォトマスク５ｂには、フォトマスク検査用のモニタマークを露光領域全面に渡り、回路パターンレイアウトの制約を受けることなく回路パターン１００の近傍に多数配置することができる。このため、回路パターン１００が配置された露光領域全面に渡る詳細な位置情報や寸法情報が取得でき、２重露光工程における露光条件を高精度に制御する第１のフォトマスク５ｂの高精度な製造管理が可能となる。
【００８１】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第３の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００８２】
本発明の第１〜第３の実施の形態において、レチクル４は、第１のフォトマスク又は第２のフォトマスクのいずれかである。例えば、１枚のレチクル４の２分割された領域に、第１及び第２のフォトマスクが配置されたレチクルセットであってもよい。あるいは、レチクル４として第１及び第２のフォトマスクが個別の透明基板に配置されたレチクルセットであってもよい。
【００８３】
また、本発明の第１及び第２の実施の形態においては、説明の便宜上、ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置を用いているが、光源としても、ｉ線やｇ等の紫外線、他のエキシマレーザ、あるいは、電子ビームやＸ線等を用いてもよいことは勿論である。
【００８４】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを提供することができる。
【００８６】
本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットの設計方法を提供することができる。
【００８７】
また、本発明によれば、２重露光工程における露光条件を高精度にモニタすることができる露光モニタ方法を提供することができる。
【００８８】
また、本発明によれば、レチクルセット製造の高精度な管理を行うレチクルセットの検査方法を提供することができる。
【００８９】
更に、本発明によれば、２重露光工程における露光条件を全露光領域に渡り高精度にモニタするレチクルセットを用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程での、第１及び第２のフォトマスクの重ね合わせの一例を示す図である。
【図４】２重露光工程の説明に用いる露光装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る寸法モニタマークの一例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る露光量モニタマークの一例を示す概略図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係るフォーカスモニタマークの一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程により形成される配線パターンの一例を示す概略図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る２重露光工程の第１の露光過程により形成されるレジストマスクの一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るアライメントマークの一例を示す概略図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る２重露光工程により形成される配線パターンの一例を示す概略図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る第２のフォトマスクの一例を示す概略図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る透過率モニタマークの一例を示す概略図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの製造工程を説明するための工程断面図の一例である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る第１のフォトマスクの位相差分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板
３、３ａ〜３ｅ 透明基板
４ レチクル
５、５ａ、５ｂ 第１のフォトマスク
６、６ａ、６ｂ 第２のフォトマスク
７ａ〜７ｆ 細線部
８ａ〜８ｆ 配線外延部
９、１９、９９ 遮光膜
１０a〜１０ｆ、１００ 回路パターン
１１ａ〜１１ｆ、１０１ 第１の開口部
１２ａ〜１２ｆ、１０２ 第２の開口部
１３ａ〜１３ｆ、１０３ 第１の遮光部
１４ａ〜１４ｆ、１０４ トリムパターン
１５ａ〜１５ｆ、１０５ 外延部
１６ａ〜１６ｆ、１０６ 第２の遮光部
１７ａ〜１７ｆ、５７、８７ 配線
１９
２０ モニタマーク部
２１ 寸法モニタマーク
２１ａ〜２１e、２２ａ〜２２ｏ 遮光部
２２ 露光量モニタマーク
２３ 第１のフォーカスモニタマーク
２３ａ〜２３ｅ 第１の菱形開口部
２４ 第２のフォーカスモニタマーク
２４ａ〜２４ｅ 第２の菱形開口部
２５ アライメントマーク
２５ａ〜２５ｉ 開口部
２６ 位相差モニタマーク
２６ａ、１０２ａ エッチング窓
２７ 透過率モニタマーク
２８ フォーカスモニタマーク
３５、３５ａ、８５ 下地膜
３６ 第１のフォトレジスト
３７ 第２のフォトレジスト
４０ 照明光学系
４１ 光源
４２ シャッタ
４４ 照明レンズ系
４６ 投影光学系
４８ ステージ
５０ 露光装置
５１ａ〜５１ｃ 第１のレジスト開口部
５２ａ〜５２ｃ 第２のレジスト開口部
５３ａ〜５３ｃ、８３ 配線レジストマスク
５４ トリムレジストマスク
５９ レジストマスク
６１ 寸法モニタレジストパターン
６１ａ〜６１ｅ 寸法モニタレジストマスク
６２ 露光量モニタレジストパターン
６３ 第１のフォーカスモニタレジストパターン
６４ 第２のフォーカスモニタレジストパターン
６５ 細線下地膜
７１ａ〜７１ｅ 寸法モニタ下地膜
７５ａ〜７５ｄ アライメントレジスト潜像
８１ 配線レジスト潜像
８２ 遮光レジスト部
８３ 配線レジストマスク
８６ フォトレジスト
８６ａ、８６ｂ 露光レジスト膜
９１ 第１のレジスト
９１ａ 第１のレジストマスク
９２ 第２のレジスト
９２ａ 第２のレジストマスク
９８ 遮光材料膜
Claims (21)
- 線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び前記回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に前記回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを有する第１のフォトマスクと、
前記第１のフォトマスクに合わせたとき、前記回路パターンが占める領域内で、前記第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び前記第１の遮光部の一端に重なり前記回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンが配置された第２のフォトマスク
とを備えることを特徴とするレチクルセット。 - 前記第１の開口部と前記第２の開口部を透過する露光光の位相が互いに１８０度異なることを特徴とする請求項１に記載のレチクルセット。
- 前記モニタマークが、前記第１のフォトマスクの露光条件のモニタマーク、及びフォトマスク検査用のモニタマークのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のレチクルセット。
- 前記露光条件のモニタマークが、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び前記転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項３に記載のレチクルセット。
- 前記フォトマスク検査用のモニタマークが、透過露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項３に記載のレチクルセット。
- 第１のフォトマスクに、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び前記回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に前記回路パターンに隣接してモニタマークを形成するステップと、
第２のフォトマスクに、前記第１のフォトマスクに合わせたとき、前記回路パターンが占める領域内で、前記第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び前記第１の遮光部の一端に重なり前記回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを形成するステップ
とを含むことを特徴とするレチクルセットのパターン設計方法。 - 前記モニタマークが、前記第１のフォトマスクの露光条件のモニタマーク、及びフォトマスク検査用のモニタマークのうち少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項６に記載のレチクルセットのパターン設計方法。
- 前記露光条件のモニタマークが、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び前記転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項７に記載のレチクルセットのパターン設計方法。
- 前記フォトマスク検査用のモニタマークが、透過露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項７に記載のレチクルセットのパターン設計方法。
- 第１の露光過程で、回路の配線の細線部を転写して配線レジストマスクをフォトレジスト膜上に形成するステップと、
前記配線が形成される領域内において第２の露光過程で露光される位置で、前記回路が形成される領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に前記配線レジストマスクに隣接して露光条件のモニタマークを転写して、前記第２の露光過程後に 除去されるモニタレジストパターンを前記フォトレジスト膜上に形成するステップと、
前記モニタレジストパターンより前記第１の露光過程の露光条件を測定するステップ
とを含むことを特徴とする露光モニタ方法。 - 前記モニタレジストパターンが、前記フォトレジスト膜の現像後に形成されることを特徴とする請求項１０に記載の露光モニタ方法。
- 前記モニタレジストパターンは、前記フォトレジスト膜が露光されて形成されたレジスト潜像であることを特徴とする請求項１０に記載の露光モニタ方法。
- 前記露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び前記転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写される前記モニタレジストパターンから測定されることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の露光モニタ方法。
- 透明基板上の遮光材料膜に塗布されたレジスト膜に、回路パターン及びフォトマスク検査用のモニタマークを描画してレジストマスクを形成し、前記レジストマスクを用いて前記遮光材料膜を加工して、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する前記回路パターン、及び前記回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される領域に前記回路パターンに隣接して配置された前記モニタマークを有する第１のフォトマスクを形成する工程と、
前記モニタマークを用いて前記第１のフォトマスクの検査を行う工程
とを含むことを特徴とするレチクルセットの検査方法。 - 前記モニタマークが、第２のフォトマスクにより前記モニタマークの転写パターンを除去するように前記モニタマークの転写された領域が露光される前記第１のフォトマスクの位置に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のレチクルセットの検査方法。
- 前記フォトマスクの検査が、透過した露光光の位相の差を検査する位相差モニタマーク、露光光の透過率を検査する透過率モニタマーク及びマスクパターンの寸法を検査する寸法モニタマークのうち少なくとも一つを用いて行われることを特徴とする請求項１４又は１５に記載のレチクルセットの検査方法。
- 半導体基板の下地膜上に、第１のフォトレジスト膜を塗布する工程と、
第１の露光過程で前記第１のフォトレジスト膜に前記第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び前記回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に前記回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジストマスク及びモニタレジストパターンを形成する工程と、
前記配線レジストマスク及び前記モニタレジストパターンをマスクとして前記下地膜を加工し、回路の配線の細線部及びモニタ下地膜を形成する工程と、
前記細線部及び前記モニタ下地膜が形成された前記半導体基板上に第２のフォトレジスト膜を塗布する工程と、
第２の露光過程で前記第２のフォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、前記第１のフォトマスクに合わせたとき、前記回路パターンが占める領域内で、前記第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び前記第１の遮光部の一端に重なり前記回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光し、前記モニタ下地膜を除去し前記配線を転写する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記モニタマークが転写された前記モニタレジストパターンを用いて前記第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記露光条件が、転写パターンの寸法をモニタする寸法モニタマーク、露光量をモニタする露光量モニタマーク、投影光学系のフォーカスをモニタするフォーカスモニタマーク、及び前記転写パターンの合わせずれをモニタするアライメントマークのうち少なくとも一つから転写される前記モニタレジストパターンから測定されることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板の下地膜上に、フォトレジスト膜を塗布する工程と、
第１の露光過程で前記フォトレジスト膜に第１のフォトマスクから、線状の第１の遮光部を挟んで隣接して配置された第１及び第２の開口部を有する回路パターン、及び前記回路パターンが形成された領域の全面に渡り、後工程で新たな回路パターンが配置される位置を含む領域に前記回路パターンに隣接して配置されたモニタマークを転写し、配線レジスト潜像及びモニタレジスト潜像を形成する工程と、
第２の露光過程で、前記第１の露光過程で露光した前記フォトレジスト膜に第２のフォトマスクから、前記第１のフォトマスクに合わせたとき、前記回路パターンが占める領域内で、前記第１の遮光部を覆う第２の遮光部、及び前記第１の遮光部の一端に重なり前記回路パターンが占める領域の外部に延在する外延部を有するトリムパターンを露光して、前記モニタレジスト潜像を除去し前記配線レジスト潜像より配線を転写する工程
とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記モニタマークが転写されたモニタレジスト潜像を用いて前記第１の露光過程の露光条件を測定する工程を、更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
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