JP3848037B2 - フォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や、液晶表示素子等の製造に関し投影露光装置におけるフォーカス条件を設定するのに適したフォーカス測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化に伴い、露光量裕度や焦点深度などのプロセスマージンを十分に得ることが難しくなっている。そのため、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐために、より高精度に露光量及びフォーカスをモニタする技術が必要となっている。フォーカスを管理する手法として従来は、図24(a)に示したようなマークが入ったQC用マスクを用いていた(特開平11−102061)。このマークは、周辺遮光部分10の内側に中央遮光部分20を配置している。中央遮光部分20の各辺には楔型の微細な突起状パターン22、24が複数個形成され、左右(上下)非対称になっている。このマスクに対してデフォーカスを変化させて露光を行い、ウェハ上に転写されたパターン(図24(b))の位置ずれ量L=S2−S1が最小となるフォーカス点をベストフォーカス値としていた。
【0003】
図25には位置ずれ量Lとデフォーカスの関係を示した。位置ずれ量Lは、デフォーカスに対してほぼ対称に変化する。しかし、デバイスマスクのダイシング領域に上記パターンを配置して、ロットリンクでフォーカスをモニタしようとした場合、ロット処理時にはフォーカス設定値を変化させることなく、一定値で露光するため、上記マークの位置ずれ量Lからフォーカス値を換算することになる。この場合には、フォーカスの符号がわからないという問題があった。
【0004】
これに対し、特開平11−102061において、渡辺らは、マークを転写する基板に図26に示すような改善を加えた。すなわち、基板を図26に示すような領域に分けて、30と40の領域に高低差を形成した。こうすることによって、マスクの転写パターンの、X方向の位置ずれ量(ΔSx)と、Y方向の位置ずれ量(ΔSy)との間に図27に示すような差を設け、二つの位置ずれ量の差をデフォーカスに対してプロットすることによって(図28)、フォーカスのずれ量を符号も含めてモニタした。この方法は、フォーカスずれ量を符号を含めてモニタすることができるため、ロットリンクでのフォーカス制御が可能である。しかしながら、CMPプロセスが多用されている今日においては、基板に段差を持たせる方法は実用的でない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、符号を含めたフォーカスずれ量を測定するためには、基板に高低差を設けなければならず、工程が増大し簡易にフォーカスずれを測定することができないという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、符号を含めたフォーカスずれ量を簡易に測定し得るフォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタ方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
[構成]
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【0008】
(1)本発明(請求項1)のフォーカスモニタマスクは、第1の膜で囲まれた第1の開口部で形成され、先細りパターンからなる少なくとも1つの第1のモニタマークを含む第1のパターン領域と、第2の膜で囲まれて第2の開口部で形成され、第1のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第1のモニタマークを通過する露光光の位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれる少なくとも1つの第2のモニタマークを含む第2のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とする。
(2)本発明(請求項2)のフォーカスモニタマスクは、第1の開口部で囲まれた第1の膜で形成され、先細りパターンからなる少なくとも1つの第1のモニタマークを含む第1のパターン領域と、第2の開口部で囲まれて第2の膜で形成され、第1のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第1のモニタマークを通過する露光光の位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれる少なくとも1つの第2のモニタマークを含む第2のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とする。
【0009】
(3)本発明(請求項13)のフォーカスモニタ方法は、フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、第1及び第2のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、計測された相対位置から、フォーカスの相対位置ずれ求める演算ステップとを含むことを特徴とする。
【0010】
(4)本発明(請求項14)のフォーカスモニタ方法は、請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスクであって、前記フォーカスモニタマークが、前記先細りパターンの先端方向が0度、±45度、90度の方向を向くように4組形成されたフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、それぞれのフォーカスモニタマークについて、第1及び第2のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、それぞれの計測された相対位置から、照明光学レンズの収差によるフォーカスのずれを修正するステップとを含むことを特徴とする。
【0011】
本発明によれば、モニタパターンを有する第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一のパターン領域のモニタパターンと第二のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を求めることが可能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【0013】
[第1実施形態]
(構成)
図29は、本実施形態で用いたシステムの全体の概略構成を示す図である。図29において、2901は光源、2902はフォトマスク、2903は投影光学系、2904はウェハである。
【0014】
図1は、本発明のフォーカスモニタマークが設けられたの概略構成を示す図である。図1(a)はマスクの断面図、図1(b)はマスクの平面図、図1(c)はフォーカスモニタマークの平面図、図1(d)はフォーカスモニタマークを拡大した平面図である。
【0015】
図1(a)に示すように、ガラス基板1上にSiO2 等の半透明膜2を介して遮光膜3が形成されている。半透明膜2は、露光光の位相をほぼ180度ずらす効果を有し、透過率が6%である。そして、デバイスパターンの周囲のダイシングラインにフォーカスモニタマークが形成されている。
【0016】
図1(b)に示すように、フォーカスモニタマークは、周辺部分の半透明膜部801、中央部分の遮光膜部802、そして開口部である第1のモニタマーク101及び第2のモニタマーク102から構成されている。第1のモニタマーク101及び第2のモニタマーク102には、長方形パターン110(110a,110b)と、この長方形パターン110の片側に形成された微細な凸型の先細りパターン111(111a,111b)とから構成されている。なお、第1のモニタマーク101では、半透明膜2を通過する露光光と開口部を通過する露光光とに90度の位相差を付けるために、基板1が例えば124nm堀込まれている。
【0017】
図1(c)では、先細りパターン111の一例として楔型を示した。この先細りパターン111はX軸方向6μm、Y軸方向0.18μmで、ピッチが0.36μmで複数配置されている。さらにパターンの先端方向を、遮光膜部802(半透明膜部801)では同じ方向を、遮光膜部802と半透明膜部801とでは反対(対称)の方向になるようにマスクに配置した。
【0018】
(作用)
本発明者は、マーク101を通過する露光光と、マーク102を通過する露光光との位相差をほぼ90度ずらすことによって、半透明膜部801に形成された先細りパターン111aと、遮光膜部802に形成された先細りパターン111bとのフォーカス点にずれが生じ、デフォーカスに対して異なる位置ずれを示すことに注目した。つまり、ベストフォーカスに近づくほど、先細りパターン111の微細な部分まで解像され、レジストのエッジ位置はフォーカスのずれ量により変化する。
【0019】
図2では、図1(c)に示すフォーカスモニタマークが転写されたウェハ上のパターンを示している。遮光膜部802の第2のモニタマーク102が転写されたパターンDはベストフォーカスでの中心位置を0になるように設計した。これに対して半透明膜部801の第1のモニタマーク101が転写されたパターンCは、第2のモニタマーク102に対して位相を90度ずらすことにより、ベストフォーカスの中心位置を0以外になるように設計した。
【0020】
そして、この二組のモニタマーク101,102の露光・現像後の中心位置の差(位置ずれ量)をモニタすると、デフォーカスに対して単調増加または単調減少することを利用し、デフォーカスに対する位置ずれ量の関係を較正曲線として求めておき、露光・現像後のデフォーカスに対するパターンの位置ずれ量を測定することで、フォーカスのずれ量を方向も含めてモニタすることを試みた。
【0021】
(効果)
次に、上記マスクを用いて作成したサンプルで、フォーカス点を検出する手順について説明する。
【0022】
モニタマーク101,102を配置したマスクを転写するウェハは、デバイスパターンと同一の露光条件にて露光を行った。ウェハ上に、塗布型反射防止膜60nmをスピンコートし、さらに、化学増幅系ポジ型レジストを厚さ0.4μmでスピンコーティングした。このウェハを、上記マスクを用いて、投影光学系の縮小比1/4、露光波長248nm、NA=0.6、コヒーレンスファクタσ=0.75、輪帯遮蔽率ε0.67、露光装置の設定露光量7.5mJ/cm2という露光条件で露光した。次に、露光が終了したウェハを、100℃・90秒でポストエクスポージャーベーク(PEB)したあと、0.21規定のアルカリ現像液にて60秒現像を行った。
【0023】
次に、処理されたウェハ上の二組のパターンC,Dの中心位置の差、すなわち位置ずれ量=S1−S2を、合わせずれ検査装置を用いて測定した。
【0024】
図3には、半透明膜部801の第1のモニタマーク101及び遮光膜部802の第2のモニタマーク102とが転写された二つのマークC,Dの中心位置とデフォーカスとの関係を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は相対距離を示す。
【0025】
グラフの2つの曲線のうち、実線は遮光膜部802の第2のモニタマーク102によりウェハ上に転写されたパターンDの中心位置特性を、点線は開口部との位相差が+90度である半透明膜部801に形成された第1のモニタマーク101によりウェハ上に転写されたパターンCの中心位置特性を示している。
【0026】
そして、図4は、開口部との位相差が+90度である半透明膜部801に形成された第1のモニタマーク101によりウェハ上に転写されたパターンCと、遮光膜部に形成された第2のモニタマーク102によりウェハ上に転写されたパターンDとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を表している。この位置ずれ量が、デフォーカスに対して単調増加していることから、フォーカスの位置ずれ量を、符号を含めて求めることができた。このデフォーカスと位置ズレ量の関係を較正曲線とする。
【0027】
さらに、露光の際に、露光量を変化させて、較正曲線の露光量依存性を調べた。具体的には、露光量を、7.5mJ/cm2を中心に、−10%から+10%まで変化させて露光を行った。図4には、位置ずれ量とデフォーカスの関係(較正曲線)のドーズ依存性も示した。グラフは、露光量7.5mJ/cm2を中心として、露光量を−10%、−5%、−1%、7.5mJ/cm2、+1%、+5%、+10%と変化させた場合の、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したものである。グラフから、ドーズ量を、−10%から+10%の間で変化させても、デフォーカス依存性は、ほとんど変化しない(グラフ中の各直線がほとんど重なっている)ことがわかる。従って、露光量が変動した場合においても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量を高精度に検出できた。
【0028】
上記のマスクを用いて、実際のデバイスパターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。次に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、図4に示した較正曲線を用いてフォーカスのずれ量を符号を含めて求めた。そして、求められた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、そのロットにおけるフォーカスのずれ量として、次ロットに対して露光装置のフォーカス設定値にフィードバックをかけて露光を行い、フォーカスのずれによる線幅変動を抑えることができた。また、今回は、上記フォーカスモニタマークにより得られたフォーカスのずれ量を使って、次ロットに対してフィードバックを行ったが、本来のデバイスパターンのフォーカス位置と、フォーカスモニタマークのフォーカス位置は、露光装置の収差や、デバイスパターンの下地の段差形状等により異なる場合がある。この場合は、フォーカスモニタマークで得られたフォーカスのずれ量に対してデバイス固有のオフセット値を加味した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【0029】
尚、本実施例においては、露光装置と独立した合わせずれ検査装置を用いて、フォーカス検出マークを測定したが、露光装置自体に内蔵された、合わせずれ検査機能を用いることも可能である。またフォーカスモニタマークは、上記の他にも、光学式の合わせずれ検査装置で測定可能なマークのパターンであればよく、さらに突起状部分の形状は、図1(d)に示すものほど先端が鋭利である必要はなく、中央部よりも先端部が細かく形成されていればフォーカスモニタマークとしての機能を発揮する。
【0030】
さらに、フォーカスモニタマークのサイズ、ピッチ、及び半透明膜部分の透過率は図1に示したものだけに限定されるものではなく、使用する露光条件によって種々変更することで、よりフォーカス検出性能の向上をはかることができる。
【0031】
また、フォーカスモニタマークの長方形部分は必ずしも必要ではなく、図5に示すように先細りパターン111部分だけでもフォーカスモニタとしての機能を発揮する。この場合は、長方形部分がないため、デフォーカスに対する感度が鋭敏で、合わせずれ検査装置以外の測定装置でフォーカスずれ量が検出可能である。また、パターンの小型化が可能で、今後ダイシングラインが更に狭くなった場合にも対応することができる。
【0032】
また、第1のパターン領域における遮光部と開口部との関係は、逆にしてもよい。すなわち、図6に示したように、開口部601で囲まれ、遮光膜603で形成されたモニタパターンを有するようにしてもよい。同様に、第2のパターン領域における半透明膜部と開口部との関係を逆にしてもよい。すなわち、開口部601で囲まれて半透明膜602で形成されたパターンを有するようにしてもよい。そして、これらのいずれの組み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【0033】
また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマークが二組形成されたマスクを用いたが、図7に示すように、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方向にマークを配置しても、図8に示すように二組のマーク811,812を配置しても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。また、さらに図9に示すように図8に示すマークが配置された方向に対して、45度傾いた方向にマークが配置されていても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【0034】
また、フォーカスモニタパターンの中央部分は、図10(a),(b)に示したようにBOX型のマーク1001,1002であってもよい。このBOX型マーク1001とBOX型マーク1002とで対向する各辺の先細りパターンの先端方向は、反対の(対称)方向を向いている。さらに、周辺部分のマーク101,701,602,612の突起状部分ののびる方向は中央部分のマークの突起状部分ののびる方向に対して、反対(対称)になっている。
【0035】
さらに、本実施例ではフォーカスモニタマークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マークを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったものではない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマークが形成されている場合は、QCマスクとして使用することができる。
【0036】
本実施形態では、半透明膜部801で開口部を通過する露光光に対してその周辺を透過する露光光に90度の位相差を持たせるために、180度の位相差を持った半透明膜2を使用し、基板1の一部を掘り込むようにしたが、90度の位相差を持った半透明膜を使用すれば基板の掘り込みは不要となる。開口部を透過する露光光とその周辺を通過する露光光との位相差は90度に限定されたものではなく、遮光膜部の第2のモニタマーク102と、半透明膜部801の第1のモニタマーク101とのベストフォーカス位置変化を生じさせるものであればよい。
【0037】
また、半透明膜としては、SiO2の他に、酸窒化モリブデンシリサイド(MoSiON)、窒化モリブデンシリサイド(MoSiON)、弗化クロム(CrF)、ジルコニウムシリサイド(GrSiO)などを用いることができる。さらに、半透明膜の透過率は6%に限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。本発明者らの実験によれば、半透明膜の透過率として3%から15%の間でよい感度を得ている。
【0038】
図11に、モニタマークの半透明膜部と開口部との位相差と、検出感度との関係を示した。この図から、必要とされるフォーカスずれ量の検出精度を0.05μmとし、線幅測定器の測定精度を0.02μm程度とすると、フォーカスモニタに必要とされる検出感度の限界は、感度(相対距離/デフォーカス)=|L|/|Δfocus|=0.4となり、0.4以上が必要となる。このことから、位相差は45度から150度の間の範囲に設定する必要がある。
【0039】
[第2の実施形態]
(構成)
本実施形態では、マスク上に、フォーカス点を測定するためのマークとして、2種類の半透明膜で形成されたモニタマークを配置した。第1の実施形態と異なるところは、第1及び第2のパターン領域のいずれにも半透明膜部を設けたことである。
【0040】
図12は、本発明のフォーカスモニタマークが設けられたの概略構成を示す図である。図12(a)はマスクの断面図、図12(b)はマスクの平面図、図12(c)はフォーカスモニタマークの平面図、図12(d)はフォーカスモニタマークを拡大した平面図である。
【0041】
モニタマークは、マスクのデバイスパターンがないダイシングラインの遮光部に形成されている。図中1は透明基板、2は半透明膜、3は遮光膜を示す。図12(c)に示した、半透明膜2は、露光光に対して透過率が6%であり、位相を180度ずらす作用を持っている。
【0042】
マーク1201を形成した第1のパターン領域1211では、開口部に露出する基板1を一部掘り込む(例えば124nm)ことにより、開口部であるマーク1201を通過する光に対し、その周辺の半透明膜を通過する光は+90度の位相差を持つことになる。また、第2のマーク1202を形成した第2のパターン領域1212では、開口部に露出する基板1を一部掘り込む(例えば372nm)ことにより、開口部である先細りパターンを通過する光に対しその周辺の半透明膜2を通過する光は−90度の位相差を持つようにしている。
【0043】
開口部のマークは、長方形の片側に、微細な凸型の先細りパターンが形成されている。図12(d)では、先細りパターンの一例として楔形を示した。この先細りパターンは楔形がX軸方向6μm、Y軸方向0.18μmで、ピッチが0.36μmで複数配置されている。さらにパターンの先端方向を、第1のパターン領域1211(第2のパターン領域1212)では同じ方向を、第1のパターン領域1211と第2のパターン領域1212とでは反対(対称)の方向になるようにマスクに配置した。
【0044】
(作用)
先に説明した第1の実施形態で、遮光膜部と半透明膜部にパターンを形成したマスクを用いてウェハ上にパターンニングし、形成されたマークの中心位置の差(位置ずれ量)がデフォーカスに対して単調減少または単調増加することが示された。
【0045】
そこで発明者は、フォーカスのずれ量の検出感度を更に向上させるために、第1のパターン領域1211では半透明膜2を透過する露光光を、マーク1201を通過する露光光に対して位相をほぼ+90度ずらし、第2のパターン領域1212では半透明膜2を透過する露光光をマーク1202を通過する露光光に対して位相をほぼ−90度(270度)ずらした。開口部を通過する露光光に対して位相をほぼ+90度ずらした半透明膜部のマーク1201のフォーカス点と、遮光膜部に形成されたマークのフォーカス点のずれは、第1の実施形態に記載した量だけ変化する。
【0046】
これに対して、第2のマーク1202を通過する露光光に対して位相をほぼ−90度ずらした半透明膜部2のマーク1202のフォーカス点は、遮光膜に形成されたマークのフォーカス点に対して、第1の実施形態に記載したずれ量の絶対値は等しく、符号が反対の特性を示す。その結果、第1の実施形態に対して、2倍のフォーカスずれ量の検出感度の向上を実現することができる。
【0047】
次に、上記マスクを用いて作成したサンプルで、フォーカス点を検出する手順について説明する。上記マークを配置したマスクを転写するウェハは、デバイスパターンと同一の露光条件にて露光を行った。ウェハ上に、塗布型反射防止膜60nmをスピンコートし、さらに、化学増幅系ポジ型レジストを厚さ0.4μmでスピンコーティングした。このウェハを、上記マスクを用いて、投影光学系の縮小比1/4、露光波長248nm、NA0.6、コヒーレンスファクタσ0.75、輪帯遮蔽率ε0.67、露光装置の設定露光量7.5mJ/cm2という露光条件で露光した。次に、露光が終了したウェハを、100℃・90秒でポストエクスポージャーベーク(PEB)したあと、0.21規定のアルカリ現像液にて60秒現像を行った。
【0048】
次に、処理されたウェハ上の二組のパターンの中心位置の差、すなわち位置ずれ量を、光学式の合わせずれ検査装置を用いて測定した。
【0049】
図13には、二つの半透明膜部のマークの中心位置とデフォーカスとの関係を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は中心位置を示す。グラフの2つの曲線のうち、実線は開口部との位相差が+90度である半透明膜部に形成されたマーク(マークC)によりウェハ上に転写されたパターン寸法特性を、点線は開口部との位相差が−90度である半透明膜部に形成されたマーク(マークD)によりウェハ上に転写されたパターン寸法特性を示している。
【0050】
そして、図14は、開口部との位相差が+90度である半透明膜部に形成されたマーク1201によりウェハ上に転写されたパターンと、開口部との位相差が−90度である半透明膜部に形成された第2のマーク1202によりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量(較正曲線)を表している。この結果から、フォーカスずれ量の検出感度が、第1の実施形態と比べて約2倍になることがわかった。
【0051】
さらに、露光の際に、露光量を変化させて、較正曲線の露光量依存性を調べた。具体的には、露光量を、7.5mJ/cm2を中心に、−10%から+10%まで変化させて露光を行った。図14には、位置ずれ量とデフォーカスの関係(較正曲線)のドーズ依存性を示した。グラフは、露光量7.5mJ/cm2を中心として、露光量を−10%、−5%、−1%、7.5mJ/cm2、+1%、+5%、+10%と変化させた場合の、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したものである。グラフから、ドーズを−10%から+10%の間で変化させても、デフォーカス依存性は、ほとんど変化しない(グラフ中の各直線がほとんど重なっている)ことがわかる。従って、露光量が変動した場合においても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量を高精度に検出できた。
【0052】
上記マスクを用いて、実際のデバイスパターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。次に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、図14に示した較正曲線を用いてフォーカスのずれ量を符号を含めて求めた。そして、求められた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、そのロットにおけるフォーカスのずれ量として、次ロットに対して露光装置のフォーカス設定値にフィードバックをかけて露光を行い、フォーカスのずれによる線幅変動を抑えることができた。また、今回は、上記フォーカスモニタマークにより得られたフォーカスのずれ量を使って、次ロットに対してフィードバックを行ったが、本来のデバイスパターンのフォーカス位置と、フォーカスモニタマークのフォーカス位置は、露光装置の収差や、デバイスパターンの下地の段差形状等により異なる場合がある。この場合は、フォーカスモニタマークで得られたフォーカスのずれ量に対してデバイス固有のオフセット値を加味した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【0053】
尚、本実施例においては、露光装置と独立した光学式の合わせずれ検査装置を用いて、フォーカス検出マークを測定したが、露光装置自体に内蔵された、合わせずれ機能や光学式以外の合わせずれ測定装置を用いることも可能である。またフォーカスモニタマークは、上記の他にも、光学式の合わせずれ測定装置で測定可能なマークのパターンであればよく、さらに突起状部分の形状は、図12(d)に示すものほど先端が鋭利である必要はなく、中央部よりも先端部が細かく形成されていればフォーカスモニタマークとしての機能を発揮する。
【0054】
さらに、フォーカスモニタマークのサイズ、ピッチ、及び半透明膜部分の透過率は図12に示したものだけに限定されるものではなく、使用する露光条件によって種々変更することで、フォーカス検出性能の向上をはかることができる。
【0055】
また、第1のパターン領域における遮光部と開口部との関係は、逆にしてもよい。すなわち、図15に示すように、開口部1501で囲まれ、半透明膜1511で形成されたモニタパターンを有するようにしてもよい。同様に、第2のパターン領域における半透明膜部と開口部との関係を逆にしてもよい。すなわち、開口部1501で囲まれて半透明膜1512で形成されたパターンを有するようにしてもよい。そして、これらのいずれの組み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【0056】
また、マークの長方形の部分は必ずしも必要ではなく、図16に示すように突起状部分だけでもフォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【0057】
また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマークが二組形成されたマスクを用いたが、図17に示すように、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方向にマーク1203,1204を配置しても、さらに図18に示すように二組のマーク1201,1202,1203,1204を配置しても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【0058】
また、それぞれのマークは、図19に示すように図12に示すマークが配置された方向に対して、45度傾いた方向にマーク1901,1902,1903,1904が配置されていてもよい。
【0059】
また、フォーカスモニタパターンの中央部分は、図20(a),(b)に示したようにBOX型のマーク2001,2013であってもよい。このBOX型マーク2001,2013では、各辺の突起状部分の伸びる方向は、対辺で反対の(対称)方向を向いている。さらに、周辺部分のマーク1201,2002,2011,2014の先細りパターン部分の先端方向は中央部分のマーク2001,2013の先細りパターン部分の先端方向に対して、反対(対称)になっている。このマークは、中央のボックス部分の面積が広いためマスクの加工の手間という観点で考えると、微細なマークを複数回加工する労力が軽減される。
【0060】
さらに、本実施例ではフォーカスモニタマークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マークを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったものではない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマークが形成されている場合は、QCマスクとして使用することができる。
【0061】
(効果)
以上詳述したように本発明によれば、モニタパターンを有する第1及び第2のパターン領域を二つ用意し、第1のパターン領域のモニタパターンと第2のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を求めることが可能となる。
【0062】
本実施形態では、第1のパターン領域と第2のパターン領域で同じ半透明膜を用い、開口部の透明基板を掘り込む量を変えることにより第1のパターン領域と第2のパターン領域とで異なる位相差を持たせたが、この代わりに第1と第2のパターン領域で異なる半透明膜を用いてもよい。
【0063】
[第3の実施形態]
本実施形態では、低次の収差によるフォーカスの方向依存性を調べるために、二種類のモニタマークで構成されたマスクを使用した。図21,22には、一組のマーク2101,2201と、そのマークの先細りパターンの先端方向に対して配列方向を±45度回転させたマーク2102,2202とから構成されている。
【0064】
(作用)
露光装置の照明光学レンズに収差が存在すると、デバイスパターンのフォーカス点に方向性が生じる。即ち、X方向に平行であるデバイスパターンか、Y方向に平行なデバイスパターンかによってフォーカス点が異なる。そこで、低次の収差に関する角度、即ち0度、90度、±45度の方向にベストフォーカス点を調べて、そのベストフォーカス位置の差を予めオフセットとして露光装置にフィードバックすることによって収差によるフォーカス点の方向依存性を無くすことができる。
【0065】
(効果)
上述したように、0度、90度、±45度のデフォーカス寸法カーブは、図23に示すようになる。図23で、2301は0度の向きのマークのデフォーカス−寸法特性、2302は±45度の向きのマークのデフォーカス−寸法特性、2303は90度のマークのデフォーカス−寸法特性を示す。この結果から各角度におけるベストフォーカス点を求めて、その差をフォーカスオフセットとすることによって、収差によるフォーカスずれを除去することができた。
【0066】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【0067】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、 以上詳述したように本発明によれば、モニタパターンを有する第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一のパターン領域のモニタパターンと第二のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を簡易に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。
【図2】図1(c)に示すフォーカスモニタマークをウェハ上に転写して得られるパターンを示す平面図。
【図3】マークの中心位置のデフォーカス依存性を示す図。
【図4】図1(c)に示すフォーカスモニタマークを転写してパターンと、遮光膜部に形成されたマークによりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示す図。
【図5】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図6】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図7】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図8】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図9】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図10】第1の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図11】フォーカスモニタマークの半透明膜部と開口部との位相差と、検出感度との関係を示す図。
【図12】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。
【図13】半透明膜部の二つのマークの中心位置とデフォーカスとの関係を示す図。
【図14】開口部との位相差が+90度である半透明膜部に形成されたマーク1702によりウェハ上に転写されたパターンと、開口部との位相差が−90度である半透明膜部に形成されたマーク1703によりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示す図。
【図15】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図16】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図17】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図18】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図19】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図20】第2の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図21】第3の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの構成を示す平面図。
【図22】第3の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの構成を示す平面図。
【図23】0度、90度、±45度のデフォーカス寸法カーブを示す図。
【図24】従来のフォーカスモニタマークとこのマークが転写されたパターンを示す平面図。
【図25】従来おフォーカスモニタマークの位置ズレ量とデフォーカスとの関係を示す特性図。
【図26】フォーカスモニタを行うために基板に対して行われた改善の概要を示す平面図。
【図27】図26に示される種類の領域の各領域マークのオフセットとデフォーカスとの間の関係を示す図。
【図28】二つの位置ズレ量の差とデフォーカスの関係を示す図。
【図29】第1の実施形態に係わるシステムの全体の概略構成を示す図。
【符号の説明】
101…第1のモニタマーク
102…第2のモニタマーク
110…長方形パターン
111…先細りパターン
801…半透明膜部
802…遮光膜部
Claims (14)
- 第1の膜で囲まれた第1の開口部で形成され、先細りパターンからなる少なくとも1つの第1のモニタマークを含む第1のパターン領域と、第2の膜で囲まれて第2の開口部で形成され、第1のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第1のモニタマークを通過する露光光の位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれる少なくとも1つの第2のモニタマークを含む第2のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とするフォーカスモニタマスク。
- 第1の開口部で囲まれた第1の膜で形成され、先細りパターンからなる少なくとも1つの第1のモニタマークを含む第1のパターン領域と、第2の開口部で囲まれて第2の膜で形成され、第1のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第1のモニタマークを通過する露光光の位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれる少なくとも1つの第2のモニタマークを含む第2のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とするフォーカスモニタマスク。
- 第1の膜は遮光膜であり、第2の膜は、通過する露光光の位相が第2の開口部を通過する露光光の位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれる半透明膜であることを特徴とする請求項1に記載のフォーカスモニタマスク。
- 第1の膜と第2の膜とは同じ位相の露光光が通過する同一の半透明膜であり、且つ第1の開口部と第2の開口部を通過する露光光の位相差は+45度から+150度、又は−45度から−150度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のフォーカスモニタマスク。
- 第1の開口部及び第2の開口部を通過する露光光に対する第1及び第2の膜を構成する前記半透明膜を通過する露光光の位相差は、+45度から+150度、又は−45度から−150度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項4に記載のフォーカスモニタマスク。
- 第1の開口部及び第2の開口部を通過する露光光の位相が同じ、且つ第2の膜を通過する露光光の位相が第2の開口部を通過する通過する位相とは+45度から+150度、又は−45度から−150度ずれることを特徴とする請求項2に記載のフォーカスモニタマスク。
- 前記フォーカスモニタマークは、一方向に配列された第1及び第2のモニタマークと、前記一方向に対して垂直な方向に配列された第1及び第2のモニタマークとから構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスク。
- 前記フォーカスモニタマークは、前記一方向に対して±45度方向に配列された第1のモニタマークと第2のモニタマークとがさらに形成されていることを特徴とする請求項7に記載のフォーカスモニタマスク。
- 第1のパターン領域は第2のパターン領域を囲うように形成され、第2のモニタマークは、各辺に先細りパターンが形成された長方形状の第2の開口部或いは第2の膜から構成され、第2のモニタマークの先細りパターンの先端方向は、第1のモニタマークの先細りパターンの先端方向に対して反対方向を向いていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスク。
- 前記フォーカスモニタマークは、デバイスパターンが配置されていないダイシング領域に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカスモニタ用マスク。
- 前記フォーカスモニタマークは、ダイシング領域以外に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスク。
- 各モニタパターンの先細りパターンは、菱形または楔形であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフォーカスモニタ用マスク。
- フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、
請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、第1及び第2のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、計測された相対位置から、フォーカスの相対位置ずれ求める演算ステップとを含むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。 - フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、
請求項1又は2に記載のフォーカスモニタマスクであって、前記フォーカスモニタマークが、前記先細りパターンの先端方向が0度、±45度、90度の方向を向くように4組形成されたフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、それぞれのフォーカスモニタマークについて、第1及び第2のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、それぞれの計測された相対位置から、照明光学レンズの収差によるフォーカスのずれを修正するステップとを含むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。
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