KR20030078014A - 포토마스크, 포커스 모니터 방법, 노광량 모니터 방법 및반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

포토마스크, 포커스 모니터 방법, 노광량 모니터 방법 및반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

노광 광원의 초점 위치 어긋남 또는, 노광량 변동을, 고감도, 고정밀도로 모니터한다. 포토마스크 상에, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과, 개구부와 마스크부를 갖고, 디바이스 패턴 중 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상을 갖는 포커스 모니터 패턴 또는 노광량 모니터 패턴을 갖는다. 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 다르다. 또한, 노광량 모니터 패턴의 개구부는 디바이스 패턴의 개구부와 노광광 투과율이 다르다.

Description

포토마스크, 포커스 모니터 방법, 노광량 모니터 방법 및 반도체 장치의 제조 방법{PHOTOMASK, FOCUS MONITORING METHOD, METHOD FOR MONITORING LIGHT EXPOSURE AND METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 반도체 장치의 제조에 관한 것으로, 특히 포토마스크 및 이 포토마스크를 이용한 포토리소그래피 공정에서 사용하는 노광 장치의 포커스 조건 또는 노광량 조건을 관리하는 방법, 또한 이 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
디바이스 패턴의 미세화에 수반하여, 포토리소그래피 프로세스에서의, 노광 장치의 초점 심도나 노광량 조정 등의 프로세스 조건에 대한 여유도(프로세스 마진)가 감소되고 있다. 이 때문에, 프로세스 마진이 소비하는 오차 요인을 최소로 억제하는 노광 조건 등의 고정밀도의 관리(모니터) 방법이 요구되고 있다.
종래는, 예를 들면 도 21의 (a)에 도시한 바와 같은, 대각선 단축 길이가 0.5㎛ 정도인 마름모형 모니터 패턴(1000)을 구비한 포토마스크를 이용하여, 도 21의 (b)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 상에 전사한 마름모형 패턴(1010)의 길이l(대각선 장축의 길이)을 측정함으로써 포커스 조건의 관리를 행하고 있다.
도 22는 웨이퍼 상에 전사된 마름모형 패턴(1010)의 길이l과 초점 위치로부터의 어긋남 거리(디포커스값)의 관계를 도시한다. 마름모형 패턴(1010)은, 베스트 포커스에 근접할 수록, 해상도가 높아져, 마름모형 패턴(1000)의 보다 가는 엣지부까지 웨이퍼 상에 전사된다. 그 결과, 마름모형 패턴(1010)의 길이l은 베스트 포커스의 위치에서 최대값으로 되며, 디포커스값이 크게 될수록 감소한다. 따라서, 반도체 장치의 제조를 행할 때에는, 제품 로트를 제조 공정으로 흘리기 전에, 선행하여 웨이퍼 상에 전사된 마름모형 패턴(1010)의 길이l과 디포커스값의 관계를 정리하여, 그 제품 로트의 노광 공정에서의 베스트 포커스 조건을 결정한다.
또한, 제품 로트의 포커스 조건을 관리하는 경우에는, 해당 제품 로트와 동일 노광 조건으로, 마름모형 패턴(1000)을 구비한 포토마스크를 이용하여, 전사 패턴을 제작하고, 전사된 마름모형 패턴(1010)의 길이l을 측정함으로써, 디포커스값을 모니터한다.
그러나, 상술한 마름모형 패턴을 이용한 종래의 포커스 모니터 방법에서는, 노광 장치의 초점 어긋남이 상하 어느 쪽의 방향으로 어긋났는지에 대한 정보를 얻을 수 없다. 또한, 모니터 패턴의 사이즈나 형상은 디바이스 패턴의 그것과 크게 다르기 때문에, 노광량 등의 변동이 발생하면, 이들에 대한 모니터 패턴의 감도와 디바이스 패턴의 감도가 달라지게 되어, 모니터의 신뢰성이 저하되는 경우가 있다.
노광량에 영향을 받지 않고 포커스를 모니터하는 방법으로서는, 포커스의 변동량을 패턴의 위치 어긋남량으로서 검출하는 방법이 제안되어 있다(미국 특허 USP-5300786). 그러나, 이 방법에서는 포커스의 검출 감도가 광원 형상(σ형상)에 크게 의존하기 때문에, 비교적 저σ의 노광 조건에서는 충분히 감도가 얻어지지만, 일반적으로 사용되고 있는 비교적 큰 σ 조건, 또는 윤대 조명 조건에서는 충분한감도가 얻어지지 않는다.
또한, 노광량 모니터 방법으로서는, 특개P2000-310850호 공보에 개시되어 있는 것이 있다. 이것은 노광량을 모니터하기 위해 특수한 패턴을 이용하여, 웨이퍼 상에 전사된 패턴의 치수 혹은 중심 위치의 어긋남을 측정하기 때문에 노광량을 모니터할 수 있다. 그러나, 이 경우에도 디바이스 패턴과 노광량 모니터 패턴의 치수나 형상이 전혀 다르기 때문에 양자에서 노광량에 대한 치수의 감도가 다른 경우에는 디바이스 패턴에 대하여 노광량을 정확하게 모니터하고 있다고는 할 수 없다.
본 발명의 목적은, 상기 종래의 과제를 감안하여, 보다 정확한 포커스 모니터 방법을 위해 사용할 수 있는 포토마스크, 이 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법, 이 포커스 모니터 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 보다 정확한 노광량 모니터 방법을 위해 사용할 수 있는 포토마스크, 이 포토마스크를 이용한 노광량 모니터 방법, 이 노광량 모니터 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 포토마스크의 평면도 및 단면도.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 포토마스크에 형성되는 포커스 모니터용 모니터 패턴의 평면도.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 파라미터로 하는, 개구 치수 L1과 디포커스값의 관계 및 치수차(L0-L1)와 디포커스값의 관계를 도시하는 그래프.
도 4는 다른 디바이스 패턴의 예를 도시하는 평면도.
도 5는 제1 실시 형태에 따른 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 파라미터로 하는, 개구 치수 L1과 디포커스값의 관계 및 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계를 도시하는 그래프.
도 6은 제1 실시 형태에 따른 웨이퍼 상에 전사된 모니터 패턴 치수 L1, L0과 디포커스값의 관계 및 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계를 도시하는 그래프.
도 7은 제1 실시 형태에 따른 웨이퍼 상에 전사된 모니터 패턴 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계에 대한 노광량의 영향을 도시하는 그래프.
도 8은 제1 실시 형태에 따른 웨이퍼 상에 전사된 모니터 패턴 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계에 대한 렌즈 수차의 영향을 도시하는 그래프.
도 9는 제1 실시 형태에 따른 다른 포토마스크를 도시하는 평면도.
도 10은 제2 실시 형태에 따른 포토마스크 상에 형성되는 포커스 모니터 패턴의 평면도.
도 11은 제2 실시 형태에 따른 웨이퍼 상에 전사된 모니터 패턴 치수 L1, L0과 디포커스값의 관계 및 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계를 도시하는 그래프.
도 12는 제3 실시 형태에 따른 포토마스크를 도시하는 평면도.
도 13은 제3 실시 형태에 따른 포토마스크 상에 형성되는 모니터 패턴의 평면도.
도 14는 제3 실시 형태에 따른 모니터 패턴의 치수차(L5-L4)와 노광량의 관계를 도시하는 그래프.
도 15는 제3 실시 형태에 따른 모니터 패턴(90)의 개구부 투과율과 노광량 교정 곡선의 기울기와의 관계를 도시하는 그래프.
도 16은 제3 실시 형태에 따른 모니터 패턴의 치수차(L5-L4)와 노광량과의 관계에 미치는 디포커스의 영향을 도시하는 그래프.
도 17은 제3 실시 형태에 따른 모니터 패턴의 치수차(L5-L4)와 노광량과의 관계에 미치는 노광 장치의 렌즈 수차의 영향을 도시하는 그래프.
도 18은 제3 실시 형태에 따른 노광량 교정 곡선의 기울기에 미치는 렌즈의 각 Zernike 수차의 영향을 도시하는 그래프.
도 19는 그 밖의 포토마스크의 평면도를 도시하는 도면.
도 20은 제1 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법의 수순을 도시하는 흐름도.
도 21은 종래의 포커스 모니터 방법에서 사용되는 모니터 패턴을 도시하는 개략적인 평면도.
도 22는 종래의 모니터 패턴을 사용한 경우의 전사 패턴의 길이l과 디포커스의 관계를 도시하는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 포토마스크
20 : 다이싱 상당 영역
40 : 디바이스 패턴
50, 80 : 참조 모니터 패턴
60, 62 : 제1 포커스 모니터 패턴
52 : 제2 포커스 모니터 패턴
70 : 마스크 기판
80 : 참조 모니터 패턴
90 : 노광량 모니터 패턴
본 발명의 제1 포토마스크의 특징은, 마스크 기판과, 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과, 마스크 기판 상에 배치되며, 디바이스 패턴 중 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 제1 포커스 모니터 패턴을 갖는 것이다. 또한, 상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 다르다.
본 발명의 제2 포토마스크의 특징은, 마스크 기판과, 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과, 마스크 기판 상에 배치되며, 디바이스 패턴 중 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 제1 포커스 모니터 패턴과, 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖고, 제1 포커스 모니터 패턴과 동일한 평면 패턴 형상을 갖는 제2 포커스 모니터 패턴을 갖는 것이다. 또한, 상기 제2 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 절대값이 대략 동일하며 반대 부호로 된다.
본 발명의 포커스 모니터 방법의 특징은, 상기 제1 또는 제2 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴 중 어느 하나와, 이 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차와 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리와의 관계를 나타내는 포커스 교정 곡선 데이터를 준비하는 단계를 갖는 것이다. 또한, 상기 포토마스크를 이용하여 반도체 장치의 디바이스 패턴을 제작하는 단계와, 디바이스 패턴을 제작하는 단계에 의해, 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴 중 어느 하나와, 이 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차 ΔL을 측정하는 단계와, 측정한 치수차 ΔL과 포커스 교정 곡선 데이터에 기초하여, 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리 ΔD를 검출하는 단계와, 검출한 초점으로부터의 어긋남 거리 ΔD 에 기초하여, 노광 광원의 위치를 초점 위치로 조정하는 단계를 갖는다.
본 발명의 제1 반도체 제조 방법의 특징은, 상기 포커스 모니터 방법을 이용하여, 노광 광원의 초점 위치가 관리된 조건을 기초로 반도체 장치가 제조된다.
상기 제1 및 제2 포토마스크에 따르면, 웨이퍼 상에 전사되어 얻어지는 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴과 제1 포커스 모니터 패턴의 대응하는 어느 하나의 부위의 치수차가, 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리(디포커스값)의 변화에 대응하여 변화되기 때문에, 이 치수차와 디포커스값의 관계를, 포커스 교정 곡선으로서 사용할 수 있다. 또한, 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차를 조정함으로써, 디포커스값의 변화에 대하여 치수차 변화가 큰 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있다. 또한, 제1 포커스 모니터 패턴은, 디바이스 패턴의 일부와 동일한 평면 패턴 형상, 즉 개개의 개구 패턴의 형상, 사이즈, 피치, 배열 방향 등이 동일하기 때문에, 패턴의 형상, 사이즈의 차이에 의해 다른 영향을 미칠 수 있는 노광 광원의 렌즈 수차나 노광량의 변동에 대해서도 변동이 적은 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있다.
또한 상기 제1 또는 제2 포토마스크를 사용한 본 발명의 포커스 모니터 방법에 따르면, 반도체 장치의 디바이스 패턴 제조 단계에서, 동시에 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴과 제1 포커스 모니터 패턴의 대응하는 어느 하나의 부위의 치수차 ΔL을 측정함으로써, 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리(디포커스값)를 검출하고, 사전에 준비한 포커스 교정 곡선에 기초하여 포커스의 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 고감도의 포커스 모니터 방법을 사용함으로써, 패턴 정밀도가 높은 반도체 장치를 제조할 수 있다.
본 발명의 제3 포토마스크의 특징은, 마스크 기판과, 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과, 마스크 기판 상에 배치되며, 디바이스 패턴 중 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 노광량 모니터 패턴을 갖는 것이다. 또한, 상기 노광량 모니터 패턴의 개구부와 마스크부는, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부에 대하여, 투과 노광광의 위상차가 동일하고, 투과율이 다르다.
본 발명의 노광량 모니터 방법의 특징은, 상기 본 발명의 제3 포토마스크를 이용하여, 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴 혹은 참조 모니터 패턴과, 이 웨이퍼 상에 전사된 노광량 모니터 패턴의 대응하는 특정 부위의 치수차와 노광량과의 관계를 나타내는 노광량 교정 곡선 데이터를 준비하는 단계를 갖는다. 또한, 상기 포토마스크를 이용하여 반도체 장치의 디바이스 패턴을 제작하는 단계와, 상기 디바이스 패턴을 제작하는 단계에서, 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴 혹은 참조 모니터 패턴과, 전사된 제1 노광량 모니터 패턴의 대응하는 부위의 치수차 ΔL을 측정하는 단계와, 측정한 치수차 ΔL과 노광량 교정 곡선 데이터에 기초하여, 노광 광원의 노광량의 변동값 ΔE를 검출하는 단계와, 검출한 노광량의 변동값 ΔE에 기초하여, 노광량을 조정하는 것이다.
본 발명의 제2 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 노광량 모니터 방법을 이용하여, 노광량이 관리된 조건으로 제조되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 제3 포토마스크에 따르면, 웨이퍼 상에 전사하여 얻어지는 디바이스 패턴, 혹은 참조 모니터 패턴과 노광량 모니터 패턴의 대응하는 어느 하나의 부위의 치수차가, 노광량의 변화에 대응하여 변화되기 때문에, 이 치수차와 노광량의 관계를, 노광량 교정 곡선으로서 사용할 수 있다. 또한, 노광량 모니터 패턴은, 디바이스 패턴의 일부와 동일한 평면 패턴 형상을 갖고, 즉 개개의 개구 패턴의 형상, 사이즈, 피치, 배열 방향 등이 동일하기 때문에, 패턴의 형상, 사이즈의 차이에 의해 다른 영향을 미칠 수 있는 노광 광원의 렌즈 수차나 디포커스값의 변동에 대해서도 변동이 적은 노광량 교정 곡선을 얻을 수 있다.
또한 상기 제3 포토마스크를 사용한 본 발명의 노광량 모니터 방법에 따르면 반도체 장치의 디바이스 패턴 제조 단계에서, 동시에 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 혹은 참조 모니터 패턴과 노광량 모니터 패턴의 대응하는 어느 하나의 부위의 치수차 ΔL을 측정함으로써, 노광량의 변동값 ΔE를 검출하고, 사전에 준비한 노광량 교정 곡선에 기초하여 노광량의 조정을 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 고감도의 노광량 모니터 방법을 사용함으로써, 패턴 정밀도가 높은 반도체 장치를 제조할 수 있다.
<제1 실시 형태>
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 포토마스크, 이 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법 및 이 방법을 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 반도체 장치의 제조 공정에서, 가장 패턴 정밀도가 요구되는 소자 분리층의 제조 공정을 예로 들어, 포토마스크와 포커스 모니터 방법에 대하여 설명한다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는, 소자 분리 패턴의 포토리소그래피 공정에서 사용하는 포토마스크(10)의 확대 평면도 및 이 평면도에서의 파단선 A-A에서의 단면도이다. 도 1의 (a)에 도시한 마스크는 1칩에 대응하는 것이다.
도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크(10)는, 예를 들면, 거의 중앙에 미세한 구형의 개구부에 상당하는 소자 분리 패턴(40a)을 반복하여 배치한 디바이스 패턴(40)을 갖고 있으며, 그 밖에 주위의 디바이스 패턴이 배치되지 않은 영역에, 포커스 모니터를 위한 2개의 모니터 패턴을 배치하고 있다. 한쪽은 참조 모니터 패턴(50)이고, 다른 한쪽은 제1 포커스 모니터 패턴(60)이다.
참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 배치 장소는, 웨이퍼 상의 디바이스 패턴(40)이 형성되지 않은 영역으로서, 디바이스 패턴에 영향이 없는 영역이면 된다. 어느 쪽의 패턴도 칩 분리 공정 후에는 불필요하기 때문에, 예를 들면, 웨이퍼의 다이싱 영역에 상당하는 포토마스크(10) 상의 영역(20)에 형성할 수 있다.
참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)에는 디바이스 패턴(40)의 일부의 패턴과 동일 평면 형상을 갖는 패턴이 형성되어 있다. 즉, 소자 분리 패턴(40a)과 동일한 형상, 사이즈의 단위 개구부(50a, 60a)가 동일 피치, 동일한 방향으로 배열되어 있다.
또한, 참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 영역 사이즈는, 패턴 전사 조건, 즉 레지스트의 형성, 노광 및 현상에 이르는 일련의 포토리소그래피 공정 시의 조건이 디바이스 패턴(40)과 거의 동일하게 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 단위 개구부의 피치가 수십㎚인 경우이면, 단위 개구부를 적어도 수㎛□ 이상의 에리어에 반복하여 배열할 수 있는 영역 사이즈로 한다.
제1 실시 형태에 따른 포토마스크의 특징 중 하나는, 참조 모니터 패턴(50)이, 디바이스 패턴(40)과 동일한 마스크 조건을 갖는 것으로, 개구부(50a)와 그 이외의 영역(이하, 「마스크부」라고 함)(50b)의 투과 노광광의 위상차가, 디바이스 패턴(40)의 개구부(40a)와 마스크부(40b)의 투과 노광광의 위상차와 동일한 데 대하여, 제1 포커스 모니터 패턴(60)은, 개구부(60a)와 마스크부(60b)의 노광 투과광의 위상차가 디바이스 패턴(40)과 다르게 설정되어 있는 것이다.
도 2의 (a), 도 2의 (b)에, 참조 모니터 패턴(50)과 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 확대 평면도를 도시한다. 예를 들면, 참조 모니터 패턴(50)은, 노광광 투과율이 거의 100%인 개구부(50a)와, 노광광 투과율이 약 6%인 마스크부(50b)를 갖고, 개구부(50a)와 마스크부(50b)에서의 투과 노광광의 위상차는 예를 들면 약 180도이다. 이 조건은 디바이스 패턴(40)과 동일 조건이다.
한편, 제1 포커스 모니터 패턴(60)도, 노광광 투과율이 거의 100%인 개구부(60a)와, 노광광 투과율이 약6%인 마스크부(60b)를 갖지만, 마스크부(60b)의 예를 들면 두께를 조정함으로써, 개구부(60a)와 마스크부(60b)에서의 투과 노광광의 위상차를 디바이스 패턴(40) 및 참조 모니터 패턴(50)의 위상차, 즉 180도와 다른 값, 예를 들면 120도로 설정한다.
여기서, 마스크 상의 참조 모니터 패턴(50)의 개구부(50a)의 긴 변 치수를 L0, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부(60a)의 긴 변 치수를 L1로 나타낸다. 또한, 이 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성한 전사 패턴의 각 개구부 긴 변 치수에 대해서는 *마크를 떼어내고 L1, L2로 표시한다. 이하, 다른 실시 형태의 설명에서도 마찬가지의 표시 방법을 이용한다.
또한, 참조 모니터 패턴(50)과 제1 포커스 모니터 패턴(60) 각각이 갖는 구체적인 위상차는, 이하에 설명하는 방법에 의해 결정한다.
도 3의 (a)는, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부(60a)와 마스크부(60b)의 투과 노광광의 위상차(이하, 간단하게 「위상차」라고 함)를 파라미터로 취하고, 노광 광원 위치의 초점 위치로부터의 어긋남 거리(이하, 「디포커스값」이라고 함)와 웨이퍼 상에 전사된 개구부(60a)의 긴 변 치수 L1과의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 그래프이다. 종축에, 긴 변 치수 L1을 ㎚ 단위로 나타내고, 횡축에 디포커스값을 ㎛ 단위로 나타내고 있다. 또한, 이 그래프에서, 설계상의 개구부(60a)의 긴 변 치수 L1은 720㎚이다. 도 3의 (a)의 그래프로부터 디포커스값에 대한 개구부(60a)의 긴 변 치수 L1의 변화의 거동이, 위상차에 의해 크게 다른 것을 확인할 수 있다.
도 3의 (b)는 참조 모니터 패턴(50)의 개구부(50a)의 웨이퍼 상에의 전사 패턴의 긴 변 치수 L0으로부터 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부(60a)의 웨이퍼 상에의 전사 패턴의 긴 변 치수 L1을 뺀 치수차(L0-L1)와, 디포커스값과의 관계를 나타내는 그래프이다. 종축, 횡축의 단위는 도 3의 (a)과 공통된다. 참조 모니터 패턴(50)의 위상차는 180도이다.
제1 포커스 모니터 패턴(60)과 참조 모니터 패턴(50)이 동일한 위상차를 갖는 경우, 즉 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차가 180도인 경우에는, 아주 동일한 전사 패턴이 형성되기 때문에 개구부 긴 변 치수차(L0-L1)는 디포커스값의 값에 상관없이 거의 제로로 되지만, 이들 모니터 패턴의 위상차가 다른 경우에는, 디포커스값이 변화되면 그에 따라 개구부 긴 변 치수차(L0-L1)가 변화된다.
따라서, 도 3의 (b)의 그래프에 도시하는 개구부 긴 변 치수차(L0-L1)와 디포커스값의 관계를 도시하는 각 곡선을, 포커스 모니터 방법에서의 포커스 교정 곡선으로서 사용할 수 있다.
반도체 장치의 제조 공정에서, 도 1에 도시한 포토마스크를 사용하는 경우에는, 웨이퍼 상에 디바이스 패턴(40)을 제조할 때에, 동시에 웨이퍼 상에 참조 모니터 패턴(50)과 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 전사 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 얻어진 전사 패턴의 개구부 긴 변 치수차(L0-L1)를 측정하면, 포커스 교정 곡선에 기초하여, 교정해야 할 디포커스값을 구할 수 있다.
또한, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 파라미터로 취하면, 디포커스값에 대한 개구부 긴 변 치수차(L0-L1)의 변화의 거동은, 위상차에 의해 크게 다른 것을 알 수 있다. 따라서, 모니터 패턴(60)의 위상차를 최적으로 설정함으로써, 포커스 모니터에 의해 통과시킨 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있다. 또한, 포커스 교정 곡선의 개구부 긴 변 치수차는 (L0-L1)이라도 (L1-L0)이라도 상관없다.
이러한 바람직한 포커스 교정 곡선으로서는, 예를 들면, 디포커스값의 변화에 대한 치수차 (L0-L1)값의 변화가 큰 것을 들 수 있다. 또한 곡선의 변화가 2차원적인 것보다, 단조로운 증감 변화를 나타내는 것이 바람직하다. 2차원적인 변화를 하는 경우에는, 동일한 치수차(L0-L1)에 대하여 디포커스값이 2개 대응하여, 일의적으로 디포커스값, 즉 디포커스의 방향을 판단할 수 없기 때문이다. 또한, 포커스 교정 곡선의 변화가 큰 것이 보다 바람직하다. 변화가 클수록, 고감도로 디포커스값의 변동을 검출할 수 있기 때문이다.
이러한 관점에서 판단하면, 예를 들면, 도 3의 (b)에 도시한 조건 하에서는, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차가 90도, 120도, 150도, 210도, 240도인 경우, 디포커스값의 변화에 대하여 단조롭게 증가 혹은 감소할 수 있는 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다. 특히, 위상차가 120도인 제1 포커스 모니터 패턴(60)을 사용하는 경우에는, 직선에 근사하면, 그 경사가 크기 때문에, 고감도의 「포커스 교정 곡선」을 얻을 수 있다. 또한, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 상기 위상차를 결정할 때는, 필요로 되는 패턴 정밀도를 확보할 수 있는 조건이면 된다.
개구부와 마스크부와의 위상차는, 예를 들면 마스크부가 되는 부분의 기판의 두께를 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 포토마스크의 기판으로서 유리 기판을 이용하는 경우에는, 마스크부를 사전에, 불산 등을 이용한 드라이 에칭 방법 혹은 웨트 에칭 방법을 이용하여 에칭하고, 이 영역의 유리 기판의 두께를 소정의 두께까지 얇게 함으로써, 위상차를 변화시킬 수 있다.
상술한 예는, 디바이스 패턴(40)으로서 소자 분리 패턴(40a)을 제작하는 경우에 대해 설명하였지만, 디바이스 패턴(40)은 특별히 한정되지 않는다. 반도체 장치의 프로세스에서 필요한 다양한 디바이스 패턴을 대상으로 할 수 있다.
예를 들면, 도 4에 도시한 바와 같은 디바이스 패턴(40)으로서 DRAM의 스토리지 노드 패턴(41a)을 형성하는 경우에는, 이 스토리지 노드 패턴(41a)과 동일한 평면 형상, 즉 형상뿐만 아니라 사이즈, 피치, 배열 방향 등이 동일한 참조 모니터 패턴(50)과 모니터 패턴(60)을 형성하면 된다.
디바이스 패턴(40)으로서 스토리지 노드 패턴(41a)을 형성하는 경우에는, 참조 모니터 패턴(50)은, 스토리지 노드 패턴(41a)의 위상차와 동일한 것으로 하고, 제1 포커스 모니터 패턴(60)은 이 위상차와 다른 위상차를 갖는 것으로 한다.
도 5의 (a)는 디바이스 패턴(40)에 스토리지 노드 패턴(41a)을 형성하는 경우의 디포커스값과, 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부의긴 변 치수 L1과의 관계를 시뮬레이션으로부터 구한 그래프이다. 또한, 도 5의 (b)는 전사된 제1 포커스 모니터 패턴(60)과 참조 모니터 패턴(50)의 개구부의 긴 변 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 나타내는 그래프이다. 모두 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 파라미터로 취하고 있다. 또한, 참조 모니터 패턴(50)의 위상차는 180도로 한다. 또한, 그래프의 단위 등에 대해서는 도 3의 (a), 도 3의 (b)와 공통된다.
도 5의 (a)의 그래프로부터 명백해진 바와 같이, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 변화시키면, 전사된 모니터 패턴(60)의 개구부의 긴 변 치수 L1은 변화된다.
또한, 도 5의 (b)의 그래프에 도시한 바와 같이, 제1 포커스 모니터 패턴(60)과 참조 모니터 패턴(50)의 위상차가 다른 경우에는, 디포커스값의 변화에 따라 변화되는 개구부 긴 변 치수차(L1-L0)를 얻을 수 있다. 도 5의 (b)에 도시한 조건 하에서는, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부(60a)와 마스크부(60b)의 위상차가 150도, 120도, 210도, 240도인 경우, 디포커스값의 증감에 대응하여, 단조롭게 증가 혹은 감소하는 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있다. 특히, 위상차가 120도인 모니터 패턴(60)을 사용하는 경우에는, 직선에 근사한 경우에는, 그 경사도 크기 때문에, 고감도의 포커스 교정 곡선을 얻을 수 있다. 또한, 모니터 패턴의 상기 위상차를 결정할 때는, 필요로 되는 패턴 정밀도를 확보할 수 있는 조건이면 된다.
디바이스 패턴(40)의 종류마다, 포커스 교정 곡선을 구하는 것이 바람직하며, 이 조건에 맞춰, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 최적의 위상차를 정하는 것이 바람직하다.
또한, 상술한 예에서는, 모니터 패턴 및 디바이스 패턴의 치수차를 측정할 때에, 개구부의 긴 변의 사이즈를 측정하고 있지만, 측정 대상은 긴 변 부분에 한정되지 않는다. 각 패턴의 형상에 따라, 디포커스한 경우에 가장 사이즈 변화를 파악하기 쉬운 부위를 측정 대상으로 하는 것이 바람직하다.
(실시예)
상기 제1 실시 형태에 따른 포토마스크(10)를 이용한, 노광 장치의 포커스 모니터 방법에 대한 구체적인 실시예에 대하여, 이하에 설명한다.
우선, 도 1에 도시한, 참조 모니터 패턴(50)과 제1 포커스 모니터 패턴(60)을 구비한 포토마스크(10)을 이용하여 이하의 수순으로 웨이퍼 상에 전사 패턴을 제작하였다. 즉, 디바이스 패턴으로서 소자 분리 패턴을 갖고, 디바이스 패턴(40) 및 참조 모니터 패턴(50)의 위상차가 180도이며, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차가 120도인 포토마스크를 이용하여, 웨이퍼 상에 패턴의 전사를 행하였다.
전사를 위한 포토리소그래피 공정의 각 조건에 대해서는, 노광 광원의 포커스 조건 이외에는 디바이스 패턴의 제작 조건과 동일한 조건을 이용하였다.
우선, 웨이퍼 상에 두께 약 60㎚의 도포형 반사 방지막을 스핀 코팅하고, 또한 그 위에 두께 약 200㎚의 화학 증폭계 포지티브형 레지스트막을 스핀 코팅하였다. 다음으로, 이 웨이퍼에 대하여, 상술한 도 1에 도시한 포토마스크(10)를 이용하여, 투영 광학계의 축소비 1/4, 노광 파장 248㎚, NA0.68, 코히어런스 팩터σ 0.75, 윤대 차폐율ε 0.67, 설정 노광량 28mJ/㎠의 조건으로 노광을 행하였다. 노광 후, 웨이퍼를 100℃에서 약 90초 포스트 익스포져 베이크(PEB)하고, 또한, 0.21 규정의 알칼리 현상액에 약 60초간 침지하여, 현상을 행하여, 웨이퍼 상에 전사 패턴을 제작하였다.
이 조건으로 웨이퍼 상의 레지스트에 전사된 참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부의 긴 변 치수 L0, L1을, SEM(Scanning Electron Microscope)을 이용하여 측정하여, 치수차(L1-L0)를 구하였다.
또한, 노광 위치 조건, 즉 디포커스값 조건을 바꾸어, 상술한 수순과 동일한 수순으로, 웨이퍼 상에 전사 패턴을 제작하고, 각 조건에서의 개구부의 긴 변 치수의 치수차(L1-L0)를 구하였다.
도 6에, 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부의 긴 변 치수 L1과 디포커스값과의 관계를 도시한다. 또한, 도 7에, 제1 포커스 모니터 패턴(60)과 참조 모니터 패턴(50)의 개구부의 긴 변 치수의 차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 도시한다. 도 6은 횡축에 디포커스값을 단위 ㎛로 나타내고, 좌측 종축에 긴 변 치수(L1), 우측 종축에 치수차(L1-L0)를 각각 단위 ㎚로 나타내고 있다.
도 6에서, 실선 A는 전사된 참조 모니터 패턴(50), 즉 위상차가 180도인 경우의 개구부 긴 변 치수 L0과 디포커스값의 관계를 나타낸다. 파선 B는 전사된 제1포커스 모니터 패턴(60), 즉 위상차가 120도인 경우의 개구부 긴 변 치수 L1과 디포커스값의 관계를 나타낸다. 또한, 일점쇄선 C는, 참조 모니터 패턴(50)과 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 개구부 긴 변 치수의 차(L1-L0)(이하, 간단하게 「치수차(L1-L0)」라고 함)를 나타낸다.
도 6에 도시한 바와 같이, 치수차(L1-L0)는, 디포커스값의 변화에 대하여 거의 단조롭게 감소하고 있다. 따라서, 일점쇄선 C를 포커스 교정 곡선으로서 사용함으로써, 치수차(L1-L0)를 측정하면, 디포커스값 및 디포커스의 방향(마이너스 방향인지 플러스 방향인가)을 알 수 있다. 또한, 이 포커스 교정 곡선의 변화(경사)가 크기 때문에, 감도가 높은 포커스 모니터가 가능한 것을 확인할 수 있었다.
(노광량의 영향)
다음으로, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크(10)를 이용한 포커스 모니터 방법에서, 노광 장치의 노광량이 변화된 경우의 변동의 영향을 확인하였다. 즉, 노광량을 변화시킨 경우에, 상술한 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계가 어떻게 변화되는지를 확인하였다. 구체적으로는, 최적 노광량인 28mJ/㎠를 중심으로 -10% 내지 +10%까지 노광량을 변화시키는 각 조건으로, 웨이퍼 상에의 포토마스크 패턴의 전사를 상술하는 조건으로 행하였다. 각 노광 조건에서의 치수차(L1-L0)와 디포커스값의 관계를 구하였다. 도 7에 그 결과를 도시한다.
도 7의 그래프는, 최적 노광량인 28mJ/㎠를 중심으로 하여 노광량을 -10%,∼+10%로 변화시킨 경우의 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 도시한 것이다. 노광량을 -10%∼+10% 사이에서 변화시켜도, 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계는 거의 변화되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법에 따르면, 만약 노광량이 변동되어도, 초점으로부터의 위치 어긋남량을 고정밀도로 검출할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
디바이스 패턴에 대하여, 사이즈나 형상이 다른 포커스 모니터 패턴을 사용한 경우에는, 노광량이 변동되면, 전사되는 디바이스 패턴과 포커스 패턴에서는 다른 영향이 발생할 수 있기 때문에, 포커스 패턴에 기초하는 정확한 포커스 모니터가 곤란하다. 그러나, 제1 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법에서는, 디바이스 패턴과 포커스 모니터 패턴의 평면 패턴 형상이 동일하기 때문에, 노광량의 변동에 대하여 양 패턴에서 거의 동일한 영향이 발생하기 때문에, 그 영향이 없어진다. 따라서, 노광량의 변동이 있어도, 정확한 포커스 모니터를 행할 수 있다.
(렌즈 수차의 영향)
다음으로, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법에서, 노광 장치의 렌즈 수차의 영향에 대하여 확인하였다. 렌즈 수차를 나타낼 때에 널리 이용되고 있는 Zernike의 다항식을 이용하여, 각 항에 대하여 일정량의 크기의 수차가 있는 경우의 포커스 모니터 감도를 확인하였다. 또한, Zernike 다항식은 예를 들면 R. Shannon and J. Wyant편 「Applied optics and optical engineering. vol. XI(Academic Press, San Diego USA, 1992)」에 상세히 설명되어있다.
도 8의 (a)는, 렌즈에 구면 수차가 존재하는 조건에서, 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 시뮬레이션에 의해 구한 것이다. 즉, 의도적으로, 참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 양방에 Zernike의 다항식에서 제9항의 구면 수차에 대해서만 0.05λ만큼 더한 렌즈를 사용하여 전사 패턴을 제작하는 경우의 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 8의 (a)의 그래프 내에 도시된 실선은, 단조 증가 함수이며, 포커스 모니터를 위한 포커스 교정 곡선으로서 적합한 것을 확인할 수 있었다. 또한 이 단조 증가 함수를 직선 근사하고, 그 기울기를 구한 결과, 그 값은 약 118㎚/㎛이었다.
도 8의 (b)는 렌즈 수차가 없는 경우의 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 시뮬레이션으로부터 구한 것이다. 이 경우, 실선으로 도시되는 단조 증가 함수의 기울기는 약 120㎚/㎛이었다. 즉, 도 8의 (a)와 도 8(b)의 비교로부터, 렌즈 수차의 유무로, 디포커스값과 치수차(L1-L0)와의 관계를 나타내는 포커스 교정 곡선의 근사 직선이 기울기의 변화는 매우 작은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 8의 (c)는 Zernike 다항식의 제1항∼제16항의 각 항에 대하여 렌즈 수차가 존재하는 경우의 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 시뮬레이션으로부터 구하고, 또한 도 8의 (a)와 마찬가지로, 각 단조 증가 함수의 기울기를 구한 그래프이다. 횡축에 Zernike의 각 수차항, 종축에 기울기의 절대값을 나타낸다.
어느 항의 수차가 존재해도, 기울기의 절대값은 거의 일정값으로, 큰 변화가 보이지 않는다. 그 결과로부터, 노광 장치의 렌즈에 수차가 존재하는 경우라도 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법에 따르면, 렌즈 수차의 영향이 없어, 고감도의 포커스 모니터를 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
디바이스 패턴에 대하여, 사이즈나 형상이 다른 포커스 모니터 패턴을 사용한 경우에는, 노광 광원에 렌즈 수차가 존재하면, 전사되는 디바이스 패턴과 포커스 패턴에서 다른 영향이 발생할 수 있기 때문에, 포커스 패턴에 기초하는 정확한 포커스 모니터가 곤란하다. 그러나, 제1 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법에서는, 디바이스 패턴과 포커스 모니터 패턴의 평면 패턴 형상이 동일하기 때문에, 어떠한 렌즈 수차가 존재하는 경우에도, 양 패턴에서 거의 동일한 영향이 발생하기 때문에, 그 영향이 없어져 정확한 포커스 모니터를 행할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 포토마스크는, 디바이스 패턴(40)과 동일한 위상차 조건을 갖는 참조 모니터 패턴(50)과, 디바이스 패턴(40)과 다른 위상차를 갖는 제1 포커스 모니터 패턴(60)을 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼 상에 전사된 참조 모니터 패턴(50)과 모니터 패턴(60)과의 치수차(L1-L0)를 측정함으로써 디포커스값을 검출할 수 있다.
또한, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 위상차를 선택함으로써, 고감도의 포커스 모니터를 행할 수 있기 때문에, 고정밀도로 포커스 조건을 조정할 수 있다.
포토마스크 상의 디바이스 패턴(40)과 참조 모니터 패턴(50) 및 제1 포커스 모니터 패턴(60)이 동일한 평면 패턴 형상을 갖고 있기 때문에 노광 장치의 렌즈 수차나 노광량의 영향 상위를 거의 제거할 수 있다. 따라서, 제1 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법을 사용하면, 렌즈 수차나 노광량의 영향을 받지 않은 정확한 포커스 모니터를 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 제1 실시 형태 및 그 실시예 대하여 설명하였지만, 본 발명의 제1 실시 형태의 포토마스크의 개구부와 마스크부를 반전하여, 네가티브형 레지스트용의 포토마스크 패턴으로 해도 되는 당업자에게는 자명하다.
또한, 상술한 제1 실시 형태에 따른 포토마스크에서는, 디바이스 패턴과 동일한 위상을 갖는 참조 모니터 패턴(50)을, 제1 포커스 모니터 패턴(60)의 가로로 인접 배치시키고 있지만, 이들 패턴의 배치 장소는 특별히 한정되지 않는다. 단, 패턴의 치수 L1, L0의 측정을 행할 때, 2개의 모니터 패턴을 인접 배치시키고 있으면, SEM 측정 등은 하기 쉽다.
또한, 참조 모니터 패턴(50)은, 디바이스 패턴(40)과 동일한 평면 패턴 형상 및 위상 조건을 갖기 때문에, 참조 모니터 패턴(50)을 사용하지 않고, 디바이스 패턴(40)의 개구부 긴 변 치수 L을 직접 측정 대상으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 도 9의 (a), 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 도 1의 (a), 도 1의 (b)에 도시한 포토마스크로부터 참조 모니터 패턴(50)을 삭제한 포토마스크를 사용할 수 있다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에 따른 포토마스크의 기본적인 구조는, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크와 공통된다. 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시한 제1 실시 형태에 따른 포토마스크와 마찬가지로, 디바이스 패턴과 동일한 패턴을 갖는 2종류의 포커스 모니터 패턴을, 디바이스 패턴 형성 영역 외에, 예를 들면 다이싱 영역 상에 구비한다. 제2 실시 형태에 따른 포토마스크의 주된 특징은, 2종류의 제1 포커스 모니터 패턴(62) 및 제2 포커스 모니터 패턴(52) 각각이 갖는 위상차로, 반대 부호가 되도록 설정하고 있는 것이다.
도 10은 제2 실시 형태에 따른 제1 포커스 모니터 패턴(62) 및 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 평면도이다. 예를 들면, 제1 포커스 모니터 패턴(62)의 개구부(62a)와 마스크부(62b)의 투과 노광광의 위상차가 +120도인 경우, 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 개구부(52a)와 마스크부(52b)의 투과 노광광의 위상차(이하, 「위상차」라고 함)는 -120도로 설정되어 있다. 마스크 상의 각 개구부(52a, 62a)의 긴 변 치수는 L*2, L*3이다. 여기서는, 디바이스 패턴으로서 소자 분리 영역 패턴을 사용하는 경우를 나타내고 있지만, 디바이스 패턴에 한정은 없다.
구체적으로는, 예를 들면 제1 포커스 모니터 패턴(62)의 마스크부(62b)는, 노광광에 대하여 투과율이 6%이고, 개구부(62a)를 투과하는 노광광에 대하여 위상을 +120도 변이시키는 작용을 갖고 있다. 한편, 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 마스크부(52b)는 노광광에 대하여 투과율이 6%이며, 개구부(52a)를 투과하는 노광광에 대하여, 위상을 -120도 변이시키는 작용을 갖고 있다. 또한, -120도는 +240도와 등가인 조건이다.
도 11은, 제2 실시 형태에 따른 포토마스크를 사용하여, 제1 실시 형태의 실시예에 도시하는 조건으로 웨이퍼 상에 전사한 제1 포커스 모니터 패턴(62) 및 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 개구부 긴 변 치수 L3, L2및 그 치수차(L3-L2)와 디포커스값과의 관계를 도시하는 그래프이다. 횡축에 디포커스값을 단위 ㎛로 나타내고, 좌측 종축에 개구부 긴 변 치수 L2또는 L3, 우측 종축에 치수차(L3-L2)를 단위 ㎚로 나타내고 있다.
실선 A는, 위상차가 -120도인 제2 포커스 모니터 패턴(52)에 의해 웨이퍼 상에 전사된 개구부의 긴 변 치수 L2와 디포커스값의 관계를 나타낸다. 파선 B는, 위상차가 +120도인 제1 포커스 모니터 패턴(62)에 의해 웨이퍼 상에 전사된 개구부의 긴 변 치수 L3과 디포커스값과의 관계를 나타낸다. 또한, 일점쇄선 C는, 제1 포커스 모니터 패턴(62)과 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 개구부 긴 변 치수차(L3-L2)와 디포커스값과의 관계를 나타낸다.
이와 같이, 2종류의 모니터 패턴에서, 양자의 위상차의 값을 절대값은 동일하게 설정하고 부호는 반대가 되도록 설정하면, 디포커스값에 대한 전사 패턴의 개구부 긴 변 치수 L2와 L3의 증감 변화가 서로 역의 관계로 되기 때문에, 디포커스값의 변화에 대한 치수차(L3-L2)의 변화를 크게 할 수 있다. 따라서, 포커스 모니터 방법에서, 이 치수차(L3-L2)와 디포커스값과의 관계를 포커스 교정 곡선으로서 사용하면, 직선에 근사한 경우, 큰 기울기가 얻어져, 고감도의 포커스 모니터가 가능해진다.
예를 들면, 도 6에 도시한 제1 실시 형태의 경우와 비교하면, 포커스 교정 곡선을 직선 근사한 경우의 직선의 경사는 약 2배로, 모니터 감도가 크게 개선되는 것을 알 수 있다.
이와 같이, 제2 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법에서는, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용한 포커스 모니터 방법을 더욱 고감도의 것으로 할 수 있다.
또한, 여기서는, 제1 포커스 모니터 패턴(62)의 위상차와 제2 포커스 모니터 패턴(52)의 위상차를 +120도와 -120도로 설정하였지만, 형성하는 패턴 정밀도에 맞춰, 다양한 위상차를 설정할 수 있다. 예를 들면 도 3의 (a)의 그래프를 참고로 하면, 디포커스값 변화에 대하여, 개구부 긴 변 치수 L1의 변화의 증감이 역의 관계에 있는 것, 예를 들면 90도와 270도, 즉 +90도와 -90도, 150도와 210도, 즉 +150도와 -150도 등의 조합을 선택할 수 있다.
또한, 구체적인 포커스 모니터의 수순에 대해서는 제1 실시 형태에 따른 방법과 마찬가지의 방법으로 행할 수 있다. 또한, 디바이스 패턴으로서는 소자 분리 영역 패턴뿐만 아니라, 다양한 패턴을 통용할 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 포토마스크를 사용하는 포커스 모니터 방법에서도, 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 포토마스크 상의 디바이스 패턴(40)과 제1 포커스 모니터 패턴(52) 및 제2 포커스 모니터 패턴(62)이 동일한 평면 패턴 형상을 갖고 있기 때문에, 노광 장치의 렌즈 수차나 노광량의 영향 상위를 거의 제거할 수 있다. 따라서, 제2 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법을 사용하면, 렌즈 수차나 노광량의 영향을 받지 않는 정확한 포커스 모니터를 행할 수 있다.
<제3의 실시 형태>
제3 실시 형태에 따른 포토마스크는, 노광량(도우즈량)을 모니터하기 위해 사용하는 2종류의 모니터 패턴을 갖는다.
도 12의 (a) 및 도 12의 (b)는, 제3 실시 형태에 따른 포토마스크(15)의 부분 확대 평면도 및 파단선 A-A를 따라 취한 단면도를 도시한다. 기본적인 포토마스크의 구조는, 도 1의 (a) 및 도 1의 (b)에 도시한 제1 실시 형태에 따른 포토마스크와 공통된다. 디바이스 패턴(40)과 동일 평면 패턴 형상을 갖는 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)을, 디바이스 패턴(40) 외에, 예를 들면 웨이퍼 상의 다이싱 영역에 상당하는 영역(20) 상에 갖는다. 이 2종류의 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)은, 노광 장치로부터 웨이퍼 상에 조사되는 광의 노광량(도우즈량)을 모니터하기 위한 패턴이다. 또한, 여기서는, 디바이스 패턴으로서 소자 분리 영역 패턴을 예시하지만, 디바이스 패턴은 특별히 한정되지 않는다.
도 13의 (a), 도 13의 (b)에, 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)의 평면도를 도시한다. 참조 모니터 패턴(80) 및 노광량 모니터 패턴(90)은, 디바이스 패턴(40)의 일부의 패턴과 동일한 평면 패턴 형상을 갖는다. 즉, 소자 분리 패턴(40a)과 동일한 형상, 사이즈의 단위 개구부(80a, 90a)가 동일 피치, 동일한 방향으로 배열되어 있다. 마스크 상의 개구부(80a, 90a)의 각각의 긴 변 치수는 L*4, L*5이다.
또한, 참조 모니터 패턴(80) 및 노광량 모니터 패턴(90)의 영역 사이즈는, 패턴 전사 조건, 즉 레지스트의 형성, 노광 및 현상에 이르는 일련의 포토리소그래피 공정 시의 조건이 디바이스 패턴(40)과 거의 동일하게 되도록 영역 사이즈가 설정되어 있다.
또한, 참조 모니터 패턴(80) 및 노광량 모니터 패턴(90)의 각 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 디바이스 패턴(40)의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 동일하다.
특징적인 것은, 참조 모니터 패턴(80)의 개구부(80a)가 다바이스 패턴(40)의 개구부(40a)와 동일한 투과율을 갖는 데 비하여, 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부(90a)는 이것과 다른 투과율을 갖고 있는 것이다. 예를 들면 참조 모니터 패턴(80)의 개구부(80a)가 100%의 노광광 투과율을 가질 때, 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부(90a)의 노광광 투과율은 예를 들면 98∼84%의 투과율을 갖는다.
도 14는, 제3 실시 형태에 따른 포토마스크(15)를 사용하여, 노광량 조건을 q변화시켜, 웨이퍼 상에 전사 패턴을 형성하고, 웨이퍼 상에 전사된 참조 모니터 패턴(80) 및 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부 긴 변 치수 L4, L5를 SEM을 이용하여 측정한 결과로부터, 그 치수차(L5-L4)와 노광량의 관계를 구한 그래프이다. 종축에단위 ㎚로 치수차(L5-L4)를 나타내고, 횡축에 노광량을 % 단위로 나타내고 있다. 또한, 기본적인 전사 패턴 조건은, 제1 실시 형태의 실시예의 조건을 이용하는 것으로 한다.
도 14로부터 명백해진 바와 같이, 치수차(L5-L4)와 노광량은, 거의 직선에 근사할 수 있는 상관이 있으며, 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)의 치수차(L5-L4)를 측정함으로써, 노광량의 변동을 모니터할 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 치수차(L5-L4)와 노광량의 관계를 나타내는 그래프 내의 선은, 노광량 모니터 방법에서의 노광량 교정 곡선으로서 사용할 수 있다.
반도체 장치의 제조 공정에서, 도 12에 도시한 포토마스크(15)를 이용하여 웨이퍼 상에 디바이스 패턴(40)을 제조할 때에, 동시에 웨이퍼 상에 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)의 전사 패턴을 형성할 수 있기 때문에, 얻어진 전사 패턴의 개구부 긴 변 치수차(L5-L4)를 측정하면, 노광량 교정 곡선에 기초하여, 노광량 변동값을 구할 수 있다.
도 15는, 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부(90a)의 투과율과, 노광량 교정 곡선을 직선 근사한 경우의 기울기의 절대값과의 관계를 도시하는 그래프이다. 또한 참조 모니터 패턴(80)의 개구부(80a)의 투과율은 100%이다.
보다 감도가 높은 노광량 모니터를 행하기 위해서는, 노광량 교정 곡선의 기울기의 절대값이 높을수록 바람직하다. 도 15에 따르면, 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부(90a)의 투과율을 낮게 할 수록, 기울기의 절대값이 커져, 감도가 높아지는 것을 알 수 있다. 그러나, 예를 들면 130㎚ 피치 정도의 미세한 소자 분리 영역 패턴을 형성하는 경우에 있어서, 개구부(90a)의 투과율이 84% 미만이 되면, 개구부(90a)와 마스크부(90b)와의 콘트라스트가 불충분하게 되어, 전사 패턴 자체의 해상이 불가능해진다. 따라서, 충분한 패턴 해상도가 얻어지는 범위 내, 즉, 콘트라스트를 갖는 전사 패턴을 형성할 수 있는 범위 내에서, 개구부(90a)의 노광광 투과율을 내리는 것이 바람직하다. 따라서, 참조 모니터 패턴(80)의 개구부 투과율이 100%인 경우, 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부 투과율은 84% 이상 98% 이하, 보다 바람직하게는 90% 이상 95% 이하가 바람직하다고 할 수 있다. 또한, 디바이스 패턴(40)의 개구부(40a) 및 참조 모니터 패턴(80)의 개구부(80a)의 투과율은 100%로 한정되지 않는다. 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)의 노광광 투과율의 차로서 2%∼16%, 보다 바람직하게는 5%∼10%를 갖는 것이 바람직하다.
(디포커스의 의존성)
도 16은, 제3 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용하는 노광량 모니터 방법에서, 디포커스(초점 위치 어긋남)가 생긴 경우의 영향에 대하여 도시하는 그래프이다. 횡축에 노광량, 종축에 치수차(L5-L4)를 나타낸다. 디포커스값을 +0.3㎛∼-0.3㎛까지 변화시킨 결과, 동 그래프에 도시한 바와 같이, 노광량과 치수차(L5-L4)의 관계를 나타내는 선은 거의 중첩된다. 이 결과로부터, 제3 실시 형태에 따른 노광량 모니터 방법을 이용하는 경우에는, 디포커스값에 의존하지 않고 노광량의변동값을 정확하게 모니터할 수 있는 것을 확인할 수 있다.
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 제3 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법에서는, 디바이스 패턴과 노광량 포커스 모니터 패턴의 평면 패턴 형상, 위상차 조건 등이 동일하기 때문에, 디포커스값의 변동에 대하여 양 패턴에서 거의 동일한 영향이 생기므로, 그 영향이 없어져, 디포커스값의 변동이 있어도, 정확한 노광량 모니터를 행할 수 있다.
(렌즈 수차의 영향)
도 17은, 제3 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용하는 노광량 모니터 방법에서, 노광 장치의 렌즈 수차의 영향에 대하여 도시하는 그래프이다. 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 구면 수차가 존재하는 조건에서, 치수차(L5-L4)와 노광량과의 관계를 시뮬레이션으로부터 구한 것이다. 의도적으로, 모니터 패턴(80) 및 모니터 패턴(90)의 양방에 Zernike의 다항식에서 제9항의 구면 수차에 대해서만 0.05λ만큼 더한 렌즈를 사용하여 전사 패턴을 제작하는 경우의 치수차(L5-L4)와 노광량의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 17의 그래프 내에 도시된 실선은, 거의 단조 증가 함수로, 렌즈 수차 없음의 조건에서 구한 도 14의 그래프와 거의 동일한 경사의 단조 증가 함수가 얻어지고 있다. 이 결과로부터, 렌즈 수차가 존재하는 경우에도 감도가 높은 노광량 모니터가 가능한 것을 확인할 수 있다.
도 18에 도시한 그래프는 횡축에 Zernike 수차의 항 즉 수차의 종류를 나타내고, 종축에 노광량 교정 곡선을 직선 근사한 경우가 기울기의 절대값을 나타낸다. 도 18로부터 예상되는 바와 같이, 수차의 종류에 의해 기울기의 변화는 거의 발생하지 않는다. 즉 제3 실시 형태에 따른 노광량 모니터 방법에 따르면, 노광 장치의 렌즈에 어떠한 수차가 존재하는 경우에도 그 영향을 받지 않은 상태에서 노광량을 모니터하는 것이 가능하다.
제1 실시 형태의 경우와 마찬가지로, 제3 실시 형태에 따른 포토마스크는 디바이스 패턴과 노광량 모니터 패턴의 평면 패턴 형상, 위상차 조건이 동일하기 때문에, 어떠한 렌즈 수차가 존재하는 경우에도, 양 패턴에서 거의 동일한 영향이 발생하기 때문에, 그 영향이 없어져 정확한 노광량 모니터를 행할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 노광량의 모니터 방법에 따르면, 개구부의 투과율이 다른 2종류의 모니터 패턴을 사용하여, 전사 패턴의 치수차(L5-L4)를 구함으로써, 노광량의 변동값을 구할 수 있다.
또한, 참조 모니터 패턴(80)은, 디바이스 패턴과 동일한 조건을 갖는 것이기 때문에, 참조 모니터 패턴(80)의 개구부 긴 변 길이 L4대신에 디바이스 패턴(40)의 개구부 긴 변 길이 L을 직접 측정해도 된다. 이 경우에는, 도 12에 도시한 포토마스크(15)에서, 참조 모니터 패턴(80)을 삭제할 수도 있다.
또한, 포토마스크(15) 상의 디바이스 패턴(40)과 참조 모니터 패턴(80) 및 노광량 모니터 패턴(90)이 동일한 평면 패턴 형상 및 위상차 조건을 갖고 있기 때문에, 노광 장치의 렌즈 수차나 노광량의 영향 상위를 거의 제거할 수 있다. 따라서, 렌즈 수차나 초점 어긋남의 영향을 받지 않는 정확한 노광량 모니터를 행할 수있다.
또한, 본 발명의 제3 실시 형태의 포토마스크의 개구부와 마스크부를 반전시켜, 네가티브형 레지스트용의 포토마스크 패턴으로 해도 된다.
또한, 상술한 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 포토마스크에서는, 모니터 패턴을 2개 구비하며, 한쪽의 모니터 패턴(80)을 디바이스 패턴(40)과 동일한 평면 패턴 형상과 사이즈를 갖는 패턴을 갖고, 개구부의 노광광 투과율은, 디바이스 패턴(40) 내의 조건과 동일한 조건으로 하고 있지만, 참조 모니터 패턴(80) 대신에 디바이스 패턴(40)의 개구부 긴 변 길이를 직접 측정 대상으로 할 수도 있다. 이 경우에는, 도 12의 (a), 도 12의 (b)에 도시한 포토마스크로부터, 참조 모니터 패턴(80)을 삭제할 수도 있다.
<그 밖의 포토마스크>
이상으로 제1∼제3 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 1장의 포토마스크 상에 노광 장치의 포커스 모니터용의 모니터 패턴과 노광량 모니터용의 모니터 패턴의 양방을 구비한 포토마스크를 사용하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 20에 도시한 바와 같이, 포토마스크(18)의 다이싱 영역 상에 제1 실시 형태에 따른 디바이스 패턴과 동일한 위상차 조건을 갖는 참조 모니터 패턴(50)과, 포커스 모니터 패턴(60)을 구비함과 함께, 제3 실시 형태에 따른 노광량 모니터 패턴(90)을 구비한다.
포커스 모니터를 행하는 경우에는, 웨이퍼 상에 전사한 참조 모니터 패턴(50)과 포커스 모니터 패턴(60)의 대응하는 개구부 긴 변 치수차를 측정하고,노광량 모니터를 행하는 경우에는, 웨이퍼 상에 전사한 참조 모니터 패턴(50)과 노광량 모니터 패턴(90)의 개구부 긴 변 치수차를 구하면 된다.
포토마스크(18)를 사용하면, 포커스와 노광량 양방을 모니터할 수 있다.
또한, 제2 실시 형태에 따른 제1 포커스 모니터 패턴(62)과 제2 포커스 모니터 패턴(52)과 제3 실시 형태에 따른 참조 모니터 패턴(80)과 노광량 모니터 패턴(90)을 1장의 포토마스크 상에 구비해도 된다.
또한, 1장의 포토마스크 상에 형성하는 모니터 패턴은, 디바이스 패턴의 형성 영역 이외의 부분에 형성되어 있으면 되고, 수나 배치 위치에 제한은 없다.
<반도체 장치의 제조 방법>
도 20은 제1 실시 형태에 따른 포토마스크 및 포커스 모니터 방법을 이용하여, 반도체 장치를 제조하는 경우의 흐름도이다.
우선, 반도체 장치의 제품 로트의 제조에 앞서서, 제1 실시 형태에 따른 도 1에 도시한 포토마스크(10)를 사용하여, 단계 101에서, 포커스 모니터용의 전사 패턴 샘플을 제작한다. 이들 전사 패턴 샘플은, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 이용하여, 복수의 다른 노광 장치의 디포커스값 조건으로 각각 제작한다. 디포커스값 이외의 포토리소그래피 조건에 대해서는, 제품 로트와 동일한 조건을 이용하는 것으로 한다.
다음으로, 단계 102에서, 제작한 샘플의 전사 모니터 패턴(50, 60)의 긴 변 치수 L0, L1을 SEM을 이용하여 측정하여, 치수차(L1-L0)와 디포커스값과의 관계를 나타내는 포커스 교정 곡선 데이터를 작성한다.
단계 102에서 작성한 포커스 교정 곡선 데이터로부터 노광 장치의 베스트 포커스를 위치를 구하여, 노광 장치를 초점 위치에 설정한다(단계 103).
이렇게 해서, 노광 장치의 위치를 초점 위치에 조정한 후, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 사용하여, 실제의 반도체 장치의 제품 로트를 제조 공정으로 흘린다(단계 104).
제품 로트의 제조가 종료되면, 제조한 것 중에서 복수장의 웨이퍼를 추출하고, 각 웨이퍼에 대하여 전사된 모니터 패턴(50, 60)의 개구부 긴 변 치수 L1, L0을 측정하여, 치수차(L1-L0)의 평균값을 구한다(단계 105).
단계 102에서 구한 포커스 교정 곡선 데이터에 기초하여, 치수차(L1-L0)의 평균값으로부터 초점 위치 어긋남의 유무를 판단한다(단계 106). 초점 위치 어긋남이 없는 경우에는, 다음의 반도체 장치의 제품 로트의 제조 공정으로 진행한다(단계 108). 초점 위치 어긋남이 있는 경우에는, 포커스 교정 곡선 데이터로부터 디포커스값을 구하고, 이 값을 노광 장치 조건에 피드백하여, 노광 장치의 초점 위치를 재조정한다(단계 107). 그 후, 다음의 반도체 장치의 제품 로트를 제조한다.
다음 제품 로트가 없는 경우에는 프로세스를 종료하지만, 다음 제품 로트가 있는 경우에는 다시 단계 105로 되돌아가(단계 109), 단계 105∼단계 108을 반복한다.
이와 같이, 제1 실시 형태에 따른 포토마스크를 사용하여, 반도체 장치의 제조를 행하면, 로트마다 디포커스값을 피드백하여, 노광 장치의 초점 위치를 조정하기 때문에, 정밀도가 높은 포커스 모니터를 행할 수 있다. 따라서, 초점 어긋남에 의해 생기는 패턴 정밀도의 오차를 억제할 수 있어, 제품의 수율을 올릴 수 있다.
제2 실시 형태에 따른 포커스 모니터 방법, 제3 실시 형태에 따른 노광량 모니터 방법을 이용한 반도체 장치의 제조 방법도 마찬가지의 수순으로 행할 수 있다.
이상, 실시 형태에 따라, 본 발명의 포토마스크, 포커스 모니터 방법, 노광량 모니터 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들 기재에 한정되는 것이 아니라, 다양한 재료의 치환, 개변, 개량이 가능한 것은 당업자에게는 자명하다.
예를 들면, 상술한 제1∼제3 실시 형태에서는, 디바이스 패턴으로서, 단위 패턴이 동일 피치로 반복되어 배치된 패턴을 예시하고 있지만, 패턴 사이즈나 패턴 피치가 장소에 따라 다른 디바이스 패턴을 이용해도 된다. 이 경우에는, 디바이스 패턴 중에서, 가장 해상도가 엄격한 조건의 패턴 에리어를 추출하여, 포커스 모니터 패턴 혹은 노광량 모니터 패턴으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1 및 제2 포토마스크에 따르면, 본 발명의 포커스 모니터 방법을 실행하는 것이 가능해진다. 이 포커스 모니터 방법에 따르면, 고감도의 포커스 모니터 방법을 제공할 수 있다. 또한, 노광 광원의 렌즈 수차의 영향이나 노광량의 변화의 영향을 억제할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 포커스 모니터를 행할 수있다. 또한, 본 발명의 포커스 모니터 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 프로세스 마진의 소비를 억제하여, 수율이 높은 프로세스를 제공할 수 있다.
본 발명의 제3 포토마스크에 따르면, 본 발명의 노광량 모니터 방법을 실행하는 것이 가능해진다. 이 노광량 모니터 방법에 따르면, 고감도의 노광량 모니터 방법을 제공할 수 있다. 또한, 노광 광원의 렌즈 수차의 영향이나 노광 광원의 초점 어긋남을 억제할 수 있기 때문에, 정밀도가 높은 노광량 모니터를 행할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광량 모니터 방법을 사용한 반도체 장치의 제조 방법에 따르면, 프로세스 마진의 소비를 억제하여, 수율이 높은 프로세스를 제공할 수 있다.

Claims (19)

  1. 마스크 기판과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 상기 디바이스 패턴의 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 제1 포커스 모니터 패턴
    을 포함하며,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 다른 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 상기 제1 포커스 모니터 패턴의 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 참조 모니터 패턴을 갖고, 상기 참조 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 동일한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  3. 마스크 기판과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 상기 디바이스 패턴의 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 제1 포커스 모니터 패턴과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖고, 상기 제1 포커스 모니터 패턴과 동일한 평면 패턴 형상을 갖는 제2 포커스 모니터 패턴
    을 포함하며,
    상기 제2 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는, 상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 절대값이 대략 동일하며 반대 부호인 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는,
    노광 광원의 초점 위치로부터의 어긋남 거리의 변화에 대하여, 웨이퍼 상에 전사된 상기 디바이스 패턴과 상기 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차가, 거의 단조 증가 혹은 단조 감소를 나타내는 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는,
    노광 광원의 초점 위치로부터의 어긋남 거리의 변화에 대하여, 웨이퍼 상에 전사된 상기 참조 모니터 패턴과 상기 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차의 값이, 거의 단조 증가 혹은 단조 감소를 나타내는 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차 및 상기 제2 포커스 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차는,
    노광 광원의 초점 위치로부터의 어긋남 거리의 변화에 대하여, 웨이퍼 상에 전사된 상기 제1 포커스 모니터 패턴과 상기 제2 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차가, 거의 단조 증가 혹은 단조 감소를 나타내는 조건을 충족시키는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴은, 웨이퍼의 다이싱 영역에 대응하는 상기 마스크 기판 상의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴과 상기 참조 모니터 패턴은, 웨이퍼의 다이싱 영역에 대응하는 상기 마스크 기판 상의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 포커스 모니터 패턴과 상기 제2 포커스 모니터 패턴은, 웨이퍼의 다이싱 영역에 대응하는 상기 마스크 기판 상의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  10. 마스크 기판과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 개구부와 마스크부를 갖는 디바이스 패턴과,
    상기 마스크 기판 상에 배치되며, 상기 디바이스 패턴의 적어도 일부의 영역과 동일한 평면 패턴 형상의 개구부와 마스크부를 갖는 노광량 모니터 패턴
    을 포함하며,
    상기 노광량 모니터 패턴의 개구부와 마스크부는, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부에 대하여, 투과 노광광의 위상차가 동일하고, 투과율이 다른 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마스크 기판 상에 형성되며, 개구부와 마스크부를 갖고, 상기 노광량 모니터 패턴과 동일한 평면 패턴 형상을 갖는 참조 모니터 패턴을 더 포함하며,
    상기 참조 모니터 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차와 투과율은, 상기 디바이스 패턴의 개구부와 마스크부와의 투과 노광광의 위상차 및 투과율과 동일한 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 노광량 모니터 패턴의 개구부의 노광광 투과율은, 웨이퍼 상에 콘트라스트를 갖는 패턴의 전사가 가능한 조건을 충족시키는 범위에 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 디바이스 패턴의 개구부와 상기 노광량 모니터 패턴의 개구부는, 투과 노광광의 투과율이, 상기 디바이스 패턴의 개구부의 노광광의 투과율에 대하여 2%∼16% 다른 것을 특징으로 하는 포토마스크.
  14. 제1항 내지 제9항 어느 한 항에 기재된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴 중 어느 하나와, 상기 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차와 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리와의 관계를 나타내는 포커스 교정 곡선 데이터를 준비하는 단계와,
    상기 포토마스크를 이용하여 반도체 장치의 디바이스 패턴을 제작하는 단계와,
    상기 디바이스 패턴을 제작하는 단계에 의해, 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴 중 어느 하나와, 상기 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차 ΔL을 측정하는 단계와,
    측정한 상기 치수차 ΔL과 상기 포커스 교정 곡선 데이터에 기초하여, 노광 광원의 초점으로부터의 어긋남 거리 ΔD를 검출하는 단계와,
    검출한 초점으로부터의 어긋남 거리 ΔD에 기초하여, 노광 광원의 위치를 초점 위치로 조정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스 모니터 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 교정 곡선 데이터를 준비하는 단계는,
    노광 광원과 웨이퍼와의 거리가 서로 다른 복수의 조건 하에서, 각각 웨이퍼 상에 상기 포토마스크의 패턴을 전사하는 단계와,
    웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴, 참조 모니터 패턴 혹은 제2 포커스 모니터 패턴과, 상기 웨이퍼 상에 전사된 제1 포커스 모니터 패턴과의 대응하는 부위의치수차 ΔL을 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커스 모니터 방법.
  16. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 포토마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴 혹은 참조 모니터 패턴과, 상기 웨이퍼 상에 전사된 노광량 모니터 패턴과의 대응하는 특정 부위의 치수차와 노광량과의 관계를 나타내는 노광량 교정 곡선 데이터를 준비하는 단계와,
    상기 포토마스크를 이용하여 반도체 장치의 디바이스 패턴을 제작하는 단계와,
    상기 디바이스 패턴을 제작하는 단계에서, 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴 혹은 참조 모니터 패턴과, 전사된 제1 노광량 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차 ΔL을 측정하는 단계와,
    측정한 상기 치수차 ΔL과 상기 노광량 교정 곡선 데이터에 기초하여, 노광 광원의 노광량의 변동값 ΔE를 검출하는 단계와,
    검출한 상기 노광량의 변동값 ΔE에 기초하여, 노광량을 조정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광량 모니터 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 교정 곡선 데이터를 준비하는 공정은,
    노광량이 서로 다른 복수의 조건 하에서, 웨이퍼 상에 상기 포토마스크의 패턴을 전사하는 단계와,
    상기 웨이퍼 상에 전사된 디바이스 패턴 혹은 참조 모니터 패턴과, 상기 웨이퍼 상에 전사된 노광량 모니터 패턴과의 대응하는 부위의 치수차 ΔL을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광량 모니터 방법.
  18. 제14항에 기재된 포커스 모니터 방법을 이용하여, 노광 광원의 초점 위치가 관리된 조건에서 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  19. 제16항에 기재된 포커스 모니터 방법을 이용하여, 노광량이 관리된 조건에서 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
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