WO2007029315A1 - パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Tomohiko Yamamoto
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Definitions

  • the present invention relates to a pattern transfer mask used for forming a transfer pattern on a transferred object such as a wafer by an exposure apparatus in a lithography process for manufacturing a display device such as a semiconductor device or a liquid crystal, and a focal point.
  • the present invention relates to a focus variation measuring method and apparatus for measuring variation (focus error), and a semiconductor device manufacturing method using the method.
  • the pattern formed by lithography has been miniaturized. Also, the finer the pattern, the less required dimensional uniformity.
  • One of the major causes of dimensional uniformity deterioration is the exposure error of the exposure equipment.
  • focus error and exposure dose error are particularly severe problems when manufacturing devices of the so-called 90nm generation. For example, when a focus error occurs, an isolated pattern with a small depth of focus is formed with a small size. It is said that focus management of about ⁇ 50 nm is indispensable for manufacturing 90nm devices.
  • An example of focus management in a conventional exposure apparatus is executed as follows.
  • sample wafers with different focus values are prepared in daily inspections, and the width of an isolated pattern is measured using a CD-SEM. Then, the optimal focus value is determined by drawing a CD-focus curve. To do. The focus is managed by storing the result as an offset value on the exposure apparatus side.
  • Patent Document 1 proposes a technique in which the relationship between the tilt angle of the edge of the resist pattern and the focus position is obtained, the taper angle of the resist pattern formed on the wafer is calculated, and the focus error amount is measured.
  • Patent Document 2 In addition, a technique has been proposed in which a focus value is measured from the measurement of the length of a resist pattern in the longitudinal direction using a dedicated mark and the amount of change in resist thickness.
  • Patent Document 3 discloses a focus error measurement technique using a reticle having a shape in which a quartz substrate is dug.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 10-154647
  • Patent Document 2 JP 2000-133569 A
  • Patent Document 3 JP 2004-184764
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to easily measure the amount of focus error and the positive / negative direction of the focus with high accuracy.
  • the pattern transfer mask of the present invention includes a main pattern region in which a main pattern transferred and formed on a transfer target is formed, and a focal point when the main pattern is transferred and formed.
  • the focus variation measuring method of the present invention is adapted to transfer a main pattern onto a transfer target.
  • a focus variation measuring method for measuring the focus variation of the main pattern wherein the main pattern region in which the main pattern is formed and a monitor for calculating a focus variation amount when the main pattern is transferred
  • the first relationship indicating the relationship with the variation value and the second relationship indicating the relationship between the dimension measurement value of the transfer monitor pattern and the focus variation value are used.
  • a third step of identifying the positive and negative directions of the focus varies with the dimensional measurements of the transfer monitor patterns definitive in the first step, it calculates a focus variation amount of the main pattern.
  • the focus variation measuring device of the present invention is a focus variation measuring device that measures the focus variation of the main pattern when the main pattern is transferred onto the transfer target, and is formed with the main pattern.
  • a main pattern area, and a monitor pattern area in which a monitor pattern for calculating a focus variation amount when the main pattern is transferred is formed, the height of the main pattern, and the height of the monitor pattern
  • a dimension measuring means for measuring the dimension of the transfer monitor pattern to which the monitor pattern is transferred using a pattern transfer mask having different values, and the main pattern transferred in advance is transferred.
  • a first relationship indicating the relationship between the measured dimension value of the transferred main pattern and the focus variation value, and the dimension measurement of the transfer monitor pattern.
  • the focus variation amount of the main pattern is calculated from the dimension measurement value of the transfer monitor pattern and the positive / negative direction of the focus variation is specified. Focus variation measuring means.
  • a method of manufacturing a semiconductor device includes a main pattern transferred and formed on a transfer target. And a monitor pattern region on which a monitor pattern for calculating a focus error amount when the main pattern is transferred and formed is formed, and the height of the main pattern
  • Step 1 the first relationship showing the relationship between the dimension measurement value of the transfer main pattern obtained by transferring the main pattern and the focus variation value, and the dimension measurement of the transfer monitor pattern.
  • the metric measurement value of the transfer monitor pattern in the first step is used to calculate the A third step of calculating a focus variation amount of the pattern and specifying a positive / negative direction of the focus variation; and a fourth step of determining whether the calculated focus variation amount is within a standard, If it is determined that the amount of focus change is within the standard, the process proceeds to the next step. If it is determined that the focus variation amount is out of the standard, the plurality of transfer patterns are removed, and then measured in the third step. The first step to the fourth step are executed again by reflecting the focus variation amount and the positive / negative direction of the focus variation in the first step.
  • FIG. 1A is a characteristic diagram showing an example of a CD-focus curve.
  • FIG. 1B is a characteristic diagram showing an example of a CD-focus curve in the present invention.
  • FIG. 2A is a characteristic diagram showing the relationship between the focus offset value and the CD value of an isolated pattern.
  • FIG. 2B is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the light shielding film and the extreme value (here, the maximum value) of the CD focus curve.
  • FIG. 3A is a schematic plan view showing the main configuration of the reticle.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the reticle.
  • FIG. 3C is a schematic plan view showing a state where the monitor pattern is transferred.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing a reticle according to the present embodiment in the order of steps.
  • FIG. 4B shows the reticle manufacturing method according to the present embodiment in order of steps, following FIG. 4A. It is a schematic sectional drawing shown in FIG.
  • FIG. 4C is a schematic cross-sectional view showing the method of manufacturing the reticle according to the present embodiment in order of steps, following FIG. 4B.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of a CD-focus curve in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the focus error measuring apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a focus error measurement method using the focus error measurement device in order of steps.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a reticle according to Modification 1 of the embodiment.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a reticle according to modification 1 in the order of steps.
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 1 in order of processes following FIG. 10A.
  • FIG. 10C is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the first modification in the order of steps, following FIG. 10B.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a reticle according to Modification 2 of the embodiment.
  • FIG. 12A is a schematic cross-sectional view showing a reticle manufacturing method according to the second modification in the order of steps.
  • FIG. 12B is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 2 in order of steps, following FIG. 12A.
  • FIG. 12C is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 2 in order of steps, following FIG. 12B.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a reticle according to Modification 3 of the embodiment.
  • FIG. 14A is a schematic cross-sectional view showing a method of manufacturing a reticle according to modification 3 in the order of steps.
  • FIG. 14B is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 3 in order of processes following FIG. 14A.
  • FIG. 14C is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 3 in order of steps, following FIG. 14B.
  • FIG. 14D is a schematic cross sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 3 in order of processes, following FIG. 14C.
  • FIG. 14E is a schematic cross-sectional view showing the reticle manufacturing method according to the modified example 3 in order of processes following FIG. 14D.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an internal configuration of a personal user terminal device.
  • the relationship between the focus offset value and the measured dimension value of the transferred pattern draws a so-called CD-focus curve that is approximated by an even-order function.
  • An example of a CD-focus curve is shown in Figure 1A.
  • the extreme value of the focus offset value becomes the optimum focus value, that is, the focus center.
  • the extreme value of the focus offset value is a minimum value.
  • the CD-focus curve is approximated by a quadratic function, for example. Therefore, when a focus error occurs, it is difficult to determine whether the extreme force deviation is positive or negative. is there. In the vicinity of the focus center, the focus error cannot be measured with high sensitivity even if the dimensional measurement value fluctuates because the fluctuation amount of the dimensional measurement value with respect to the focus fluctuation amount is extremely small.
  • the focus center where the focus value becomes the optimum value is intentionally shifted from the extreme value, and this shifted focus center is used.
  • the larger the amount of shift of the extreme force at the focus center the greater the amount of variation in the dimension measurement value relative to the amount of focus variation. S error can be measured.
  • a pattern transfer mask (photomask, etc.) is used so that the imaging position of the monitor pattern on the transfer target is different from the imaging position of the main pattern.
  • a reticle may be formed.
  • the present invention proposes a pattern transfer mask that is different from the height of the main pattern in the main pattern area.
  • a transfer pattern is formed using a pattern transfer mask on which patterns having different heights are formed, and the relationship between the focus offset value of the transfer pattern and the measured value (CD value) of the width dimension.
  • a so-called isolated pattern was transferred to the resist on the wafer as the pattern of the pattern transfer mask, and the line width of the transfer pattern was measured.
  • the measurement results are shown in Fig. 2A.
  • Fig. 2A shows the results of various measurements of the relationship between the focus offset value and the CD value by changing the height of the transfer pattern (here, the thickness of the Cr film, which is a light-shielding film)! /
  • the thickness of the optical film is three types of 100 nm, 70 nm, and 50 nm. As shown in the figure, it can be seen that the thinner the light shielding film, the more the focus center shifts to the right side.
  • the relationship between the thickness of the light shielding film and the extreme value (here, the maximum value) of the CD focus curve was examined.
  • the result is shown in Figure 2B.
  • the optimum focus position shifts to the negative side as the light shielding film becomes thicker.
  • the thickness of the light-shielding film is varied by about 50 nm between the main pattern and the monitor pattern, for example, a difference of 30 nm occurs in the optimum focus position. It can be understood that it is easy to measure the amount of focus error by the amount corresponding to the difference, and at the same time, it is easy to specify the positive or negative direction of the focus error.
  • the amount of focus error calculated along with the positive and negative directions of the identified focus error is fed back to the next transferred object or a plurality of transferred objects, and further Feed forward to the next process following the patterning process.
  • FIGS. 3A to 3C A schematic configuration of the pattern transfer mask according to the present embodiment, here, the reticle, is shown in FIGS. 3A to 3C.
  • FIG. 3A is a schematic plan view showing the main configuration of the reticle
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the reticle
  • FIG. 3C is a schematic plan view showing how the monitor pattern is transferred.
  • the reticle of the present embodiment is used to calculate a main pattern region 1 in which an intended main pattern is formed and a focus error amount when the main pattern is transferred and formed. And a monitor pattern area 2 formed with a monitor pattern.
  • the main pattern 11 and the monitor pattern 12 are formed by patterning a light shielding film 4 formed on a quartz substrate 3 as shown in FIG. 3B, for example.
  • the height of the main pattern 11 and the height of the monitor pattern 12 are different from each other.
  • the thickness of the light shielding film 4 differs between the main pattern 11 and the monitor pattern 12, and the monitor pattern 12 is formed thicker than the main pattern 11.
  • the thickness of the main pattern 11 is about Onm
  • the monitor pattern 12 is formed at lOOnm
  • the difference in thickness between the two is set to about 50 nm.
  • FIG. 3C shows a state in which the monitor pattern 12 is transferred onto the wafer resist.
  • the pair of transfer monitor pattern groups 13 and 14 are transferred and formed.
  • linear patterns 15 are arranged in parallel.
  • the separation distance d between the transfer monitor pattern groups 13 and 14 is measured as the dimension of the transfer monitor pattern, and is taken as the dimension measurement value (CD value).
  • 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a reticle according to this embodiment in the order of steps.
  • a quartz substrate 3 is prepared, and a chromium (Cr) film 4a, for example, is deposited and formed on the surface of the quartz substrate 3 to a thickness of, for example, about 50 nm by a sputtering method or the like.
  • a chromium (Cr) film 4a for example, is deposited and formed on the surface of the quartz substrate 3 to a thickness of, for example, about 50 nm by a sputtering method or the like.
  • the main pattern region 1 and the monitor pattern region 2 of the chromium film 4a are respectively patterned.
  • the main pattern 11 is completed for the main pattern region 1.
  • a substance similar to Cr for example, carbon C4b
  • a substance similar to Cr for example, carbon C4b
  • FIB focused ion beam
  • carbon 4b is deposited on the pattern of the chromium film 4a in the monitor pattern region 2, and the monitor pattern 12 is completed.
  • the light shielding film 4 is composed of the chromium film 4a and the carbon 4b.
  • the monitor pattern 12 is formed thicker than the main pattern 11, the CD-focus of the monitor pattern 12 is compared to the CD-focus curve F1 of the main pattern 11, as shown in FIG. Curve F2 shifts to the right.
  • CD-focus curves Fl, F2 are created in advance, and the value of CD-focus curve F1 corresponding to the focus center C2 of CD-focus curve F2 is determined as CD—Consider as the focus center C1 of the focus curve F1. If the focus error amount is monitored by converting the CD value in the CD-focus curve F2 into the CD value in the CD-focus curve F1 using this focus center C1, the focus error is added to the focus error amount.
  • the positive / negative direction of can be specified. That is, if the measured dimension value is larger than the CD value of the focus center C1, the direction is positive, and if it is smaller, the direction is negative.
  • the focus center C1 is shifted from the minimum value of the CD-focus curve F1
  • the amount of change in the focus with respect to the change in the dimension measurement value is larger than in the vicinity of the minimum value, and the sensitivity with respect to the focus error amount. Will improve.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the focus error measuring apparatus according to the present embodiment.
  • this focus error measuring apparatus for example, a reticle configured as shown in FIG. Measure focus error using.
  • the focus error measuring device includes a dimension measuring unit 21 and a focus error measuring unit 22.
  • the dimension measuring means 21 measures, for example, the dimensions of a transfer monitor pattern to which the monitor pattern 12 is transferred.
  • the focus error measuring means 22 uses the CD-focus curves Fl and F2 to calculate the focus error amount of the main pattern 11 from the measured dimension value of the transfer monitor pattern, and the same dimension measurement as the focus error amount calculating means 22a.
  • Focus direction specifying means for specifying the positive / negative direction of the focus of the main pattern 11 from the value.
  • various data related to the CD-focus curves Fl and F2 are stored in a database, for example.
  • the focus error measuring means 22 determines the focus error amount and the focus positive / negative direction of the main pattern 11 using this database.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a focus error measurement method using the above-described focus error measurement device in the order of steps.
  • the reticle monitor pattern 12 of FIG. 2 is exposed on the resist surface formed on the wafer (step Sl).
  • the dimension measuring means 21 measures the dimension of the transfer monitor pattern formed by transferring the monitor pattern 12 (step S2).
  • the focus error measuring means 22 reads out the data relating to the CD-focus curves Fl, F2 stored in, for example, a database, and from the dimensional measurement values of the transfer monitor patterns 13, 14, the main pattern 11 The focus error amount is calculated, and the positive / negative direction of the focus error of the main pattern 11 is specified (step S3).
  • the focus error amount, the positive / negative direction of the focus error, the exposure error amount, and the focus tilt error amount (hereinafter, For convenience of description, these are collectively referred to as a fluctuation amount. ) And obtain the desired pattern formation with high accuracy.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment.
  • step S11 which is a pre-process (photomask manufacturing process, wafer manufacturing process, etc.), is exposed (step S12).
  • the above-described fluctuation amount is calculated (step S13).
  • the focus error amount and the positive / negative direction of the focus error are calculated by steps S1 to S3 in FIG.
  • the pair of transfer monitor patterns 13 and 14 shown in FIG. 3C and their inverted patterns that is, patterns formed in the shape of grooves in portions corresponding to the transfer monitor patterns 13 and 14
  • the focus tilt error amount if the focus errors at the four corners in a shot are known, the focus tilt component of that shot can be calculated.
  • step S14 the process proceeds to the next process (such as an assembly process including dicing) (step S14). Then, the exposure process is performed again (step S15). At the time of this reprocessing, the amount of fluctuation that has become out of specification is fed back and adjusted to perform exposure processing. By this feedback, pattern formation can be performed with extremely high accuracy. If there is no problem in the result, the process can proceed to the next step. By taking these steps, a significant improvement in product yield is expected.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of the reticle according to the first modification of the present embodiment.
  • the main pattern 11 and the monitor pattern 31 are formed by the light-shielding film 4 formed on the quartz substrate 3. It is formed by patterning.
  • the height of the main pattern 11 and the height of the monitor pattern 31 are different values.
  • the thickness of the light shielding film 4 is different between the main pattern 11 and the monitor pattern 31, and the monitor pattern 31 is formed thinner than the main pattern 11.
  • the thickness force of the main pattern 11 is approximately SlOOnm
  • the monitor pattern 31 is formed at 50 nm
  • the difference in thickness between the two is set at approximately 50 nm.
  • 10A to 10C are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a reticle according to Modification 1 in the order of steps.
  • a quartz substrate 3 is prepared, and a light shielding film 4 made of, for example, a chromium (Cr) film is deposited on the surface of the quartz substrate 3 to a thickness of, for example, about lOOnm by a sputtering method or the like. .
  • a light shielding film 4 made of, for example, a chromium (Cr) film is deposited on the surface of the quartz substrate 3 to a thickness of, for example, about lOOnm by a sputtering method or the like.
  • the main pattern region 1 and the monitor pattern region 2 of the light shielding film 4 are respectively patterned.
  • the main pattern 11 is completed for the main pattern region 1.
  • the light shielding film 4 is cut by about 50 nm at the patterning portion of the monitor pattern region 2 by, for example, the FIB (focused ion beam) method.
  • the monitor pattern 12 having a height of about 50 nm in which the light shielding film 4 is processed is completed in the motor pattern region 2.
  • Modification 1 it is possible to easily and accurately measure the focus error amount and the positive / negative direction of the focus. In addition, by reflecting the result of the focus error in the next lot or the next process, a fine pattern can be formed with high accuracy.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a reticle according to the second modification of the present embodiment.
  • the main pattern 11 and the monitor pattern 41 are formed by patterning the quartz substrate 3 and the light shielding film 4 formed on the quartz substrate 3.
  • the height of the main pattern 11 and the height of the monitor pattern 41 are different from each other.
  • the thickness of the light shielding film 4 is the same in the main pattern 11 and the monitor pattern 41, but in the monitor pattern 41, the quartz substrate 3 is processed together with the light shielding film 4, and the monitor pattern 41 is compared with the main pattern 11. Is high (deep).
  • the height of the main pattern 11 is about 50 nm
  • the monitor pattern 41 is formed to be lOOnm
  • the difference in height (depth) between the two is set to about 50 nm!
  • 12A to 12C are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a reticle according to Modification 2 in the order of steps.
  • a quartz substrate 3 is prepared, and a chromium (Cr) film, for example, is deposited on the surface of the quartz substrate 3 as a light shielding film 4 to a thickness of, for example, about 50 nm by a sputtering method or the like.
  • a chromium (Cr) film for example, is deposited on the surface of the quartz substrate 3 as a light shielding film 4 to a thickness of, for example, about 50 nm by a sputtering method or the like.
  • the main pattern region 1 and the monitor pattern region 2 of the light shielding film 4 are patterned.
  • the main pattern 11 is completed for the main pattern region 1.
  • the quartz substrate 3 in the patterning region of the monitor pattern region 2 is cut by, for example, the FIB (focused ion beam) method.
  • the groove 42 may be formed by wet etching the quartz substrate 3 using a hydrofluoric acid-based etching solution and using the light shielding film 4 as a mask. It is also preferable to form the groove 42 by dry etching the quartz substrate 3 using a chlorine-based etching gas and using the light shielding film 4 as a mask.
  • the focus error amount and the positive / negative direction of the focus are simply and accurately. Can be measured.
  • a fine pattern can be formed with high accuracy.
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of a reticle, here a halftone phase shift mask, according to the third modification of the present embodiment.
  • the main pattern 51 and the monitor pattern 52 are formed by patterning a black-tone film 53 and a chromium (Cr) film 54 formed on the quartz substrate 3.
  • the height of the main pattern 51 and the height of the monitor pattern 52 are different from each other.
  • the main pattern 51 and the monitor pattern 52 are different in thickness by the chromium film 54, and the monitor pattern 52 is formed thicker than the main pattern 51.
  • the thickness of the main pattern 51 is about 50 nm
  • the monitor pattern 52 is formed to be lOOnm
  • the difference in thickness between the two is set to about 50 nm.
  • 14A to 14E are schematic cross-sectional views showing a method of manufacturing a reticle according to Modification 3 in the order of steps.
  • a quartz substrate 3 is prepared, and, for example, molybdenum silicide (MoSi) is deposited on the surface of the quartz substrate 3 by a sputtering method or the like to a thickness of about 50 nm, for example, and a halftone film 53 is formed.
  • MoSi molybdenum silicide
  • a chromium film 54 is deposited and formed on the halftone film 53 to a thickness of, for example, about 50 nm by a notching method or the like.
  • the main pattern area 1 and the monitor pattern area 2 of the chromium film 54 are respectively patterned using the primary exposure data.
  • the halftone film 53 is dry-etched using the patterned chromium film 54 as a mask.
  • a resist is applied on the halftone film 53.
  • the resist is processed by lithography using the secondary exposure data, and a resist (not shown) where the chromium film 54 needs to remain on the halftone film 53 is covered so as to cover the monitor pattern region 2.
  • Pattern 55 is formed.
  • a resist pattern covering only the necessary portion is formed using secondary exposure data.
  • the secondary exposure data may be changed so that the resist is processed so as to cover the monitor pattern region 2 while covering the necessary portion.
  • the resist pattern 55 as a mask, the main pattern region 1 and the chromium film 54 need not be left, and the chromium film 54 in a portion (not shown) is removed. Then, the resist pattern 55 is removed by ashing or the like. At this time, a main pattern 51 composed of a halftone film 53 is completed in the main pattern region 1, and a monitor pattern 52 composed of a halftone film 53 and a chromium film 54 is completed in the monitor pattern region 2, respectively.
  • the third modification example it is possible to easily and accurately measure the focus error amount and the positive / negative direction of the focus.
  • a fine pattern can be formed with high accuracy.
  • the monitor pattern 52 can be easily formed without increasing the number of processes that can be performed simply by changing the secondary exposure data.
  • Each means (excluding the dimension measuring means) constituting the focus error measuring apparatus according to the above-described embodiment and its variations, and each step of the focus error measuring method and semiconductor device manufacturing method (steps S1 to S3 in FIG. 7) Steps S11 to S15 in FIG. 8) can be realized by operating a program stored in the RAM or ROM of the computer.
  • This program and a computer-readable storage medium storing the program are included in the present invention.
  • the program is recorded on a recording medium such as a CD-ROM, or provided to a computer via various transmission media.
  • a recording medium for recording the program besides a CD-ROM, a flexible disk, a hard disk, a magnetic tape, a magneto-optical disk, a nonvolatile memory card, or the like can be used.
  • the program The transmission medium of the ram is a communication medium (wired line such as an optical fiber, wireless line, etc.) in a computer network (LAN, Internet, etc. WAN, wireless communication network, etc.) system for propagating and supplying program information as a carrier wave ).
  • the function of the above-described embodiment is realized only by executing the program supplied by the computer, and the OS (operating system) or! Or other application in which the program is running on the computer.
  • the functions of the above-described embodiment are realized in cooperation with software or the like, or all of the processing of the supplied program is!
  • Such a program is also included in the present invention even when the function of the above-described embodiment is realized by the function being performed by a function expansion board or function expansion unit of a computer.
  • FIG. 15 is a schematic diagram showing an internal configuration of a personal user terminal device.
  • 1200 is a computer PC.
  • PC1200 is equipped with CPU1201, and executes device control software stored in ROM1202 or hard disk (HD) 1211 or supplied from flexible disk drive (FD) 1212 to control each device connected to system node 1204 Control.
  • ROM1202 read-only memory
  • HD hard disk
  • FD flexible disk drive
  • Reference numeral 1203 denotes a RAM which functions as a main memory, work area, and the like of the CPU 1201.
  • Reference numeral 1205 denotes a keyboard controller (KBC) that controls instruction input from a keyboard (KB) 1209 or a device (not shown).
  • KBC keyboard controller
  • Reference numeral 1206 denotes a CRT controller (CRTC), which controls display on a CRT display (CRT) 1210.
  • CRT CRT controller
  • DKC disk controller
  • HD hard disk
  • FD flexible disk
  • Reference numeral 1208 denotes a network interface card (NIC), which is connected to the network via the LAN 1220. Bi-directional data exchange with network printers, other network devices, or other PCs.
  • NIC network interface card
  • the present invention it is possible to easily and accurately measure the focus error amount and the positive / negative direction of the focus.
  • a fine pattern can be formed with high accuracy.

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Abstract

　本発明のレチクルでは、メインパターン（１１）とモニタパターン（１２）とでは遮光膜（４）の厚みが異なり、メインパターン（１１）に比較してモニタパターン（１２）が厚く形成されている。これにより、ＣＤ－フォーカス曲線において、フォーカス値が最適値となるフォーカス中心が極値からシフトし、このシフトされたフォーカス中心を用いてズレ量をモニタすることでフォーカスの正負方向を特定する。この構成により、簡便に高精度でフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を測定することを目的とし、最終的には、測定されたフォーカスエラーの情報を次ロットへのフィードバック、次工程へのフィードフォーワードへ反映させ、半導体装置を安定して製造する。                                    

Description

明 細 書
パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の 製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、半導体装置や液晶などの表示デバイスを製造するためのリソグラフィー 工程において、露光装置により、ゥエーハ等の被転写体上に転写パターンを形成す る際に用いるパターン転写マスク、焦点変動 (フォーカスエラー）を測定する焦点変 動測定方法及び装置、並びにその手法を用いた半導体装置の製造方法に関するも のである。
背景技術
[0002] 近時では、半導体素子の高集積ィ匕に伴い、リソグラフィ一で形成するパターンの微 細化が進んでいる。また、パターンが微細になるほど、必要となる寸法均一性も小さく なる。寸法均一性を悪化させる大きな原因の一つに、露光装置の露光エラーが挙げ られる。露光エラーのうち、特にフォーカスエラーと露光量エラーはいわゆる 90nm世 代のデバイスを製造する上では非常にシビアな問題となる。例えばフォーカスエラー が発生すると、焦点深度の小さい孤立パターン等では、その寸法が小さく形成されて しまう。 90nm世代のデバイスを製造するためには、 ± 50nm程度のフォーカス管理 が必須であると言われて 、る。
[0003] 従来の露光装置におけるフォーカス管理の一例は、以下のように実行されている。
先ず日常点検などでフォーカスを各値に振ったサンプルゥエーハを作製し、孤立パ ターンなどの幅寸法を CD— SEMなどを用いて測定した後、 CD—フォーカス曲線を 描いて最適フォーカス値を決定する。そして、その結果を露光装置側にオフセット値 として記憶させることによりフォーカスを管理する。
[0004] また、いわゆるインラインフォーカスモニタ技術の他の具体例として、以下のものが 提案されている。特許文献 1では、レジストパターンのエッジの傾斜角度とフォーカス 位置との関係を求め、ゥエーハ上に形成されたレジストパターンのテーパ角度を算出 し、フォーカスエラー量を測定するという技術が提案されている。また特許文献 2では 、専用マークを用いたレジストパターンの長手方向の長さ測定とレジストの厚みの変 化量とから、フォーカス値を測定するという技術が提案されている。また特許文献 3で は、石英基板を掘り込んだ形状のレチクルを用いたフォーカスエラー量の計測技術 が開示されている。
[0005] 特許文献 1 :特開平 10— 154647号公報
特許文献 2 :特開 2000— 133569号公報
特許文献 3 :特開 2004— 184764号公報
発明の開示
[0006] 特許文献 1等の手法によるフォーカス管理では、パターンの寸法測定に長時間を 要するため、 1日よりも短い時間単位による管理を行うことは困難であり、ましてや数 時間単位もしくはそれよりも短い時間内におけるフォーカス変動をモニタすることは不 可能である。また、通常の製品処理時にはゥエーハ内ゃロット内でフォーカスを変化 させた処理を行わないため、製品ゥエーハを用いたフォーカス管理を行うことができ ないと考えられている。
[0007] 更に、特許文献 2等の現状で提案されているインラインフォーカスモニタ技術では、 検出できるフォーカス変動が必要とされる精度を満たすことができず、 CD— SEMを 用いた測定では測定再現性や測定精度が向上しな 、と 、う問題が挙げられる。結果 として、高精度なフォーカスモニタを行うことができな 、。
[0008] 更に、特許文献 3等の技術では、フォーカスモニタを行うァルゴ-ズムが極めて煩 雑であり、またレチクルの製造プロセスも複雑であって、レチクルのコストが大幅に増 大することは避けられない。
[0009] 本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡便に高精度でフ オーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を測定することを目的とし、最終的には
、測定されたフォーカスエラーの情報を次ロットへのフィードバック、次工程へのフィ ードフォーワードへ反映させ、半導体装置を安定して製造できる露光計測方法及び 装置、並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
[0010] 本発明のパターン転写マスクは、被転写体上に転写形成されるメインパターンが形 成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写形成される際の焦点 変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域とを有 するパターン転写マスクであって、前記メインパターンの高さと、前記モニタパターン の高さとが相異なる値とされてなる。
[0011] 本発明の焦点変動測定方法は、メインパターンを被転写体上に転写するに際して
、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定方法であって、前記メイン ノ ターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写される際 の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領 域とを有し、前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値 とされてなるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンを被転写体上に転写 する第 1のステップと、前記転写モニタパターンの寸法を測定する第 2のステップと、 予め把握されて ヽる、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 2の関係とを用いて、前記第 1のステップに おける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を 算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第 3のステップとを含む。
[0012] 本発明の焦点変動測定装置は、メインパターンを被転写体上に転写するに際して 、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定装置であって、前記メイン ノ ターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写される際 の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領 域とを有し、前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値 とされてなるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンが転写されてなる転 写モニタパターンの寸法を測定する寸法測定手段と、予め把握されている、前記メイ ンパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関 係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関 係を示す第 2の関係とを用いて、前記転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メ インパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する焦点 変動測定手段とを含む。
[0013] 本発明の半導体装置の製造方法は、被転写体上に転写形成されるメインパターン が形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写形成される際のフ オーカスエラー量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン 領域とを有し、前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる 値とされてなるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンを被転写体上に転 写する第 1のステップと、前記転写モニタパターンの寸法を測定する第 2のステップと 、予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 2の関係とを用いて、前記第 1のステップに おける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を 算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第 3のステップと、算出された前記 焦点変動量が規格内である力否かを判定する第 4のステップとを含み、前記焦点変 動量が規格内であると判定された場合には次ステップへ進み、規格外であると判定 された場合には、前記複数の転写パターンを除去した後、前記第 3のステップで測定 された前記焦点変動量及び前記焦点変動の正負方向を前記第 1のステップに反映 させて、前記第 1のステップ乃至前記第 4のステップを再度実行する。
図面の簡単な説明
[図 1A]図 1Aは、 CD—フォーカス曲線の一例を示す特性図である。
[図 1B]図 1Bは、本発明における CD—フォーカス曲線の一例を示す特性図である。
[図 2A]図 2Aは、孤立パターンのフォーカスオフセット値と CD値との関係を示す特性 図である。
[図 2B]図 2Bは、遮光膜の厚みと CDフォーカス曲線の極値 (ここでは極大値）との関 係を示す特性図である。
[図 3A]図 3Aは、レチクルの主要構成を示す概略平面図である。
[図 3B]図 3Bは、レチクルの主要構成を示す概略断面図である。
[図 3C]図 3Cは、モニタパターンが転写された様子を示す概略平面図である。
[図 4A]図 4Aは、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図 である。
[図 4B]図 4Bは、図 4Aに引き続き、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
圆 4C]図 4Cは、図 4Bに引き続き、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 5]図 5は、本実施形態における CD—フォーカス曲線の一例を示す特性図である
[図 6]図 6は、本実施形態によるフォーカスエラー測定装置の概略構成を示すブロッ ク図である。
[図 7]図 7は、フォーカスエラー測定装置を用いたフォーカスエラー測定方法をステツ プ順に示すフロー図である。
[図 8]図 8は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
[図 9]図 9は、本実施形態の変形例 1によるレチクルの主要構成を示す概略断面図で ある。
圆 10A]図 10Aは、変形例 1によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図 である。
[図 10B]図 10Bは、図 10Aに引き続き、変形例 1によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 10C]図 10Cは、図 10Bに引き続き、変形例 1によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 11]図 11は、本実施形態の変形例 2によるレチクルの主要構成を示す概略断面図 である。
圆 12A]図 12Aは、変形例 2によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図 である。
[図 12B]図 12Bは、図 12Aに引き続き、変形例 2によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 12C]図 12Cは、図 12Bに引き続き、変形例 2によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 13]図 13は、本実施形態の変形例 3によるレチクルの主要構成を示す概略断面図 である。 [図 14A]図 14Aは、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図 である。
[図 14B]図 14Bは、図 14Aに引き続き、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 14C]図 14Cは、図 14Bに引き続き、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 14D]図 14Dは、図 14Cに引き続き、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 14E]図 14Eは、図 14Dに引き続き、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順 に示す概略断面図である。
[図 15]図 15は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
発明を実施するための最良の形態
[0015] 一本発明の基本骨子
一般的に、フォーカスオフセット値と転写パターンの寸法測定値との関係は、偶数 次の関数で近似される ヽゎゆる CD -フォーカス曲線を描く。 CD -フォーカス曲線 の一例を図 1 Aに示す。この場合、フォーカスオフセット値の極値が最適フォーカス値 、即ちフォーカス中心となる。ここでは、一対の転写パターン間の距離を転写パター ンの寸法測定値としているため、フォーカスオフセット値の極値は極小値となる。この ように、 CD—フォーカス曲線は例えば 2次関数で近似されるため、フォーカスエラー が生じた場合、その極値力 のズレが正側であるのか負側であるのかを判定すること は困難である。また、フォーカス中心近傍では、フォーカスの変動量に対する寸法測 定値の変動量が極めて小さぐ寸法測定値が変動しても，フォーカスエラーを感度良 く計測することができない。
[0016] 上記の事実に鑑みれば、例えば図 1Bに示すように、 CD フォーカス曲線におい て、フォーカス値が最適値となるフォーカス中心を敢えて極値からシフトさせ、このシ フトされたフォーカス中心を用 ヽてズレ量をモニタすれば、フォーカスの正負方向を 特定することができる。またこの場合、フォーカス中心の極値力ものシフト量が大きい ほど、フォーカスの変動量に対する寸法測定値の変動量が大きぐ感度良くフォー力 スエラーを計測することができる。
[0017] 上記のようにフォーカス中心を極値からシフトさせるには、モニタパターンの被転写 体への結像位置とメインパターンの結像位置とが異なるように、パターン転写マスク（ フォトマスク等:例えばレチクル)を形成すれば良い。本発明では、モニタパターン領 域におけるモニタパターンの高さ力 メインパターン領域におけるメインパターンの高 さと異なるパターン転写マスクを提案する。
[0018] ここで、高さの異なるパターンが形成されたパターン転写マスクを用いて転写パタ ーンを形成し、当該転写パターンのフォーカスオフセット値と幅寸法の測定値 (CD値 )との関係について調べた。パターン転写マスクのパターンとして、いわゆる孤立パタ 一ンをゥエーハ上のレジストに転写し、当該転写パターンの線幅を測定した。測定結 果を図 2Aに示す。図 2Aでは、フォーカスオフセット値と CD値との関係を転写パター ンの高さ（ここでは遮光膜である Cr膜の厚み）を変えて各種測定した結果を示して！/、 る。ここでは、光膜の厚みを 100nm、 70nm、 50nmの 3種とした。図示のように、遮 光膜が薄いほどフォーカス中心が右側へシフトすることが判る。
[0019] 次に、図 2Aの測定結果に基づき、遮光膜の厚みと CDフォーカス曲線の極値 (ここ では極大値)との関係を調べた。その結果を図 2Bに示す。図示のように、遮光膜が 厚くなると、最適フォーカス位置が負側にシフトすることが判る。即ち、遮光膜の厚み をメインパターンとモニタパターンとで例えば 50nm程度異ならしめると、最適フォー カス位置に 30nmの差異が生じる。当該差異に相当する分だけ、フォーカスエラー量 の計測が容易となり、同時にフォーカスエラーの正負方向の特定も容易となることが 理解できる。
[0020] 更に、本発明では、特定されたフォーカスエラーの正負方向と共に算出されたフォ 一カスエラー量を、次の前記各被転写体又は複数の前記被転写体からなるロットに フィードバックし、更にはパター-ング工程に続く次工程にフィードフォーワードする。 これにより、正確なパターユングを実現し、次工程以降の諸工程を最適化することが できる。
[0021] 一本発明の具体的な実施形態
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に 説明する。
[0022] [レチクルの構成]
本実施形態によるパターン転写マスク、ここではレチクルの概略構成を図 3A〜図 3 Cに示す。ここで、図 3Aはレチクルの主要構成を示す概略平面図、図 3Bはレチクル の主要構成を示す概略断面図、図 3Cはモニタパターンが転写された様子を示す概 略平面図である。
[0023] 本実施形態のレチクルは、図 3Aに示すように、所期のメインパターンが形成されて なるメインパターン領域 1と、メインパターンが転写形成される際のフォーカスエラー 量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域 2とを備え て構成されている。
[0024] メインパターン 11及びモニタパターン 12は、例えば図 3Bに示すように、石英基板 3 上に形成された遮光膜 4がパターユングされて形成される。ここで、メインパターン 11 の高さと、モニタパターン 12の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メイン パターン 11とモニタパターン 12とでは遮光膜 4の厚みが異なり、メインパターン 11に 比較してモニタパターン 12が厚く形成されている。例えば、メインパターン 11の厚み 力 Onm程度、モニタパターン 12が lOOnmに形成され、両者の厚みの差が 50nm 程度に設定されている。
[0025] モニタパターン 12がゥエーハのレジスト上に転写された様子を図 3Cに示す。
このように、一対の転写モニタパターン群 13, 14が転写形成される。転写モニタパ ターン群 13, 14は、それぞれ線状パターン 15が並列してなる。ここでは、転写モニタ ノターン群 13, 14間の離間距離 dを転写モニタパターンの寸法として測定し、寸法 測定値 (CD値)とする。
[0026] [レチクルの製造方法]
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図 4A〜図 4Cは、本実施形 態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図 4Aに示すように、例えば石英基板 3を用意し、この石英基板 3の表面に、 例えばクロム (Cr)膜 4aをスパッタ法等により例えば膜厚 50nm程度に堆積形成する [0027] 続いて、図 4Bに示すように、クロム膜 4aのメインパターン領域 1及びモニタパターン 領域 2をそれぞれパターユングする。このとき、メインパターン領域 1については、メイ ンパターン 11が完成する。
[0028] 続いて、図 4Cに示すように、モニタパターン領域 2のパターユング部位に、例えば FIB (集束イオンビーム)法により、 Crに類似する物質、例えばカーボン C4bを例えば 膜厚 50nm程度に堆積する。このとき、モニタパターン領域 2にクロム膜 4aのパターン 上にカーボン 4bが堆積して、モニタパターン 12が完成する。本実施形態では、クロ ム膜 4a及びカーボン 4bから遮光膜 4が構成される。
[0029] [レチクルを用いたフォーカスエラーの測定原理]
上記のレチクルを用いたフォーカスエラーの測定原理について説明する。 このレチクルでは、メインパターン 11の厚みとモニタパターン 12の厚みとが異なる ため、両者のゥエーハ上のレジスト面への結像位置が異なることになる。
ここでは、メインパターン 11よりもモニタパターン 12の方が厚く形成されていることか ら、図 5に示すように、メインパターン 11の CD—フォーカス曲線 F1に対して、モニタ パターン 12の CD—フォーカス曲線 F2は右方へシフトする。
[0030] 本実施形態では、上記の性質を利用して、予め CD—フォーカス曲線 Fl, F2を作 成し、 CD—フォーカス曲線 F2のフォーカス中心 C2に対応した CD—フォーカス曲線 F1の値を、 CD—フォーカス曲線 F1のフォーカス中心 C1と見なす。そして、このフォ 一カス中心 C 1を用い、 CD—フォーカス曲線 F2における CD値を CD -フォーカス曲 線 F1における CD値に換算してフォーカスエラー量をモニタすれば、フォーカスエラ 一量に加えてフォーカスの正負方向を特定することができる。即ち、寸法測定値がフ オーカス中心 C1の CD値よりも大きければ正方向、小さければ負方向となる。またこ の場合、フォーカス中心 C1は、 CD—フォーカス曲線 F1の極小値からシフトしている ため、寸法測定値の変化に対するフォーカスの変化量が極小値近傍に比べて大きく 、フォーカスエラー量についての感度が向上する。
[0031] [フォーカスエラー測定装置の構成]
図 6は、本実施形態によるフォーカスエラー測定装置の概略構成を示すブロック図 である。このフォーカスエラー測定装置では、例えば図 2のように構成されたレチクル を用いてフォーカスエラーを測定する。
[0032] フォーカスエラー測定装置は、寸法測定手段 21と、フォーカスエラー測定手段 22と を備えて構成されている。
寸法測定手段 21は、例えばモニタパターン 12が転写されてなる転写モニタパター ンの寸法を測定するものであり、高精度の測定を可能とする電子顕微鏡や原子間力 顕微鏡、光学式幅寸法計測装置などの各種計測装置である。
フォーカスエラー測定手段 22は、 CD—フォーカス曲線 Fl, F2を用いて、転写モ ユタパターンの寸法測定値から、メインパターン 11のフォーカスエラー量を算出する フォーカスエラー量算出手段 22aと、同様に寸法測定値からメインパターン 11のフォ 一カスの正負方向を特定するフォーカス方向特定手段とを備えて構成されて 、る。こ こで、 CD—フォーカス曲線 Fl, F2に関する諸データは、例えばデータベース化され て保存される。フォーカスエラー測定手段 22は、このデータベースを用いてメインパ ターン 11のフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を決定する。
[0033] [フォーカスエラー測定方法]
図 7は、上述のフォーカスエラー測定装置を用いたフォーカスエラー測定方法をス テツプ順に示すフロー図である。
先ず、所期の露光装置を用いて、例えば図 2のレチクルのモニタパターン 12を、ゥ エーハ上に形成されたレジスト面に露光する（ステップ Sl)。
[0034] 続いて、寸法測定手段 21は、モニタパターン 12が転写されてなる転写モニタパタ ーンの寸法を測定する (ステップ S2)。ここでは、例えば図 3Cで示した一対の転写モ ユタパターン 13, 14間の離間距離を寸法測定値とする。
[0035] 続、て、フォーカスエラー測定手段 22は、例えばデータベースに保存されて 、る C D—フォーカス曲線 Fl, F2に関するデータを読み出し、転写モニタパターン 13, 14 の寸法測定値から、メインパターン 11のフォーカスエラー量を算出するとともに、メイ ンパターン 11のフォーカスエラーの正負方向を特定する（ステップ S3)。
[0036] [半導体装置の製造方法]
本実施形態では、リソグラフィー工程において、上述したようにフォーカスエラー量 、フォーカスエラーの正負方向、露光エラー量及びフォーカス傾斜エラー量 (以下、 記載の便宜上、これらをまとめて変動量と呼ぶ。）の知見を得て、これを用いて所期 のパターン形成を高精度に実行する。
[0037] 図 8は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
先ず、前工程 (フォトマスク作製工程、ゥエーハ作製工程など)であるステップ S 11よ り受け入れたロットを露光処理する (ステップ S 12)。
[0038] 続!、て、上記の変動量を算出する（ステップ S 13)。ここで、フォーカスエラー量及び フォーカスエラーの正負方向については、図 6のステップ S1〜S3により算出される。 また、露光エラー量については、図 3Cで示した一対の転写モニタパターン 13, 14と 、これらの反転パターン (即ち、転写モニタパターン 13, 14に相当する部位に溝状に 形成されるパターン)とを用いて算出することができる。また、フォーカス傾斜エラー量 については、ショット内の四隅のフォーカスエラーが判れば、そのショットのフォーカス 傾斜成分を計算することが可能となる。
[0039] その結果、変動量が規格内であると判定された場合には次工程 (ダイシングを含む 組み立て工程等)へ進み (ステップ S 14)、規格外であると判定された場合にはレジス トを剥離して再度露光処理を実行する (ステップ S15)。この再処理時には、規格外と なった変動量をフィードバックして調節し、露光処理する。このフィードバックにより、 極めて精度の高 、パターン形成を行うことができる。その結果に問題がなければ次 工程へ進むことができる。このような手順を踏むことにより、製品の歩留まりに大きな 向上が見込まれる。
[0040] 以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及 びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの 結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成する ことができる。
[0041] 一変形例
以下、本実施形態の緒変形例について説明する。
これらの変形例では、レチクルの構成が異なる点で本実施形態と相違する。なお、 本実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略す る。 [0042] (変形例 1)
[レチクルの構成]
図 9は、本実施形態の変形例 1によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である 本例のレチクルにおいて、メインパターン 11及びモニタパターン 31は、石英基板 3 上に形成された遮光膜 4がパターユングされて形成される。ここで、メインパターン 11 の高さと、モニタパターン 31の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メイン パターン 11とモニタパターン 31とでは遮光膜 4の厚みが異なり、メインパターン 11に 比較してモニタパターン 31が薄く形成されている。例えば、メインパターン 11の厚み 力 SlOOnm程度、モニタパターン 31が 50nmに形成され、両者の厚みの差が 50nm 程度に設定されている。
[0043] [レチクルの製造方法]
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図 10A〜図 10Cは、変形 例 1によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図 10Aに示すように、例えば石英基板 3を用意し、この石英基板 3の表面に 、例えばクロム (Cr)膜からなる遮光膜 4をスパッタ法等により例えば膜厚 lOOnm程度 に堆積形成する。
[0044] 続、て、図 10Bに示すように、遮光膜 4のメインパターン領域 1及びモニタパターン 領域 2をそれぞれパターユングする。このとき、メインパターン領域 1については、メイ ンパターン 11が完成する。
[0045] 続いて、図 IOCに示すように、モニタパターン領域 2のパターユング部位において、 例えば FIB (集束イオンビーム)法により、遮光膜 4を 50nm程度削る。このとき、モ- タパターン領域 2には、遮光膜 4が加工された高さ 50nm程度とされたモニタパターン 12が完成する。
[0046] 変形例 1によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向 を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程 に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
[0047] (変形例 2) [レチクルの構成]
図 11は、本実施形態の変形例 2によるレチクルの主要構成を示す概略断面図であ る。
本例のレチクルにおいて、メインパターン 11及びモニタパターン 41は、石英基板 3 及び石英基板 3上に形成された遮光膜 4がパターユングされて形成される。ここで、メ インパターン 11の高さと、モニタパターン 41の高さとが相異なる値とされている。具体 的には、メインパターン 11とモニタパターン 41とでは遮光膜 4の厚みは同一であるが 、モニタパターン 41では遮光膜 4と共に石英基板 3が加工され、メインパターン 11に 比較してモニタパターン 41が高く（深く）形成されている。例えば、メインパターン 11 の高さが 50nm程度、モニタパターン 41が lOOnmに形成され、両者の高さ（深さ）の 差が 50nm程度に設定されて!、る。
[0048] [レチクルの製造方法]
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図 12A〜図 12Cは、変形 例 2によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図 12Aに示すように、例えば石英基板 3を用意し、この石英基板 3の表面に 、例えばクロム (Cr)膜を遮光膜 4としてスパッタ法等により例えば膜厚 50nm程度に 堆積形成する。
[0049] 続いて、図 12Bに示すように、遮光膜 4のメインパターン領域 1及びモニタパターン 領域 2をそれぞれパターユングする。このとき、メインパターン領域 1については、メイ ンパターン 11が完成する。
[0050] 続いて、図 12Cに示すように、モニタパターン領域 2のパターユング部位の石英基 板 3を、例えば FIB (集束イオンビーム)法により削る。このとき、遮光膜 4のパターンに 整合して石英基板 3に溝 42が形成され、モニタパターン 41が完成する。ここで、 FIB 法を実行する代わりに、フッ酸系のエッチング液を用い、遮光膜 4をマスクとして石英 基板 3をウエットエッチングすることにより、溝 42を形成するようにしても良い。また、塩 素系のエッチングガスを用い、遮光膜 4をマスクとして石英基板 3をドライエッチング することにより、溝 42を形成するようにしても好適である。
[0051] 変形例 2によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向 を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程 に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
[0052] (変形例 3)
[レチクルの構成]
図 13は、本実施形態の変形例 3によるレチクル、ここではハーフトーン型の位相シ フトマスクの主要構成を示す概略断面図である。
本例のハーフトーンマスクにおいて、メインパターン 51及びモニタパターン 52は、 石英基板 3上に形成されたノヽーフトーン膜 53及びクロム (Cr)膜 54がパターユングさ れて形成される。ここで、メインパターン 51の高さと、モニタパターン 52の高さとが相 異なる値とされている。具体的には、メインパターン 51とモニタパターン 52とではクロ ム膜 54の分だけ厚みが異なり、メインパターン 51に比較してモニタパターン 52が厚 く形成されている。例えば、メインパターン 51の厚みが 50nm程度、モニタパターン 5 2が lOOnmに形成され、両者の厚みの差が 50nm程度に設定されている。
[0053] [レチクルの製造方法]
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図 14A〜図 14Eは、変形例 3によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図 14Aに示すように、例えば石英基板 3を用意し、この石英基板 3の表面に 、例えばモリブデンシリサイド (MoSi)をスパッタ法等により例えば膜厚 50nm程度に 堆積し、ハーフトーン膜 53を形成する。次に、ハーフトーン膜 53上にクロム膜 54をス ノ ッタ法等により例えば膜厚 50nm程度に堆積形成する。
[0054] 続いて、図 14Bに示すように、一次露光データを用いて、クロム膜 54のメインパター ン領域 1及びモニタパターン領域 2をそれぞれパターユングする。
[0055] 続いて、図 14Cに示すように、パターユングされたクロム膜 54をマスクとして、ハー フトーン膜 53をドライエッチングする。
[0056] 続いて、図 14Dに示すように、ハーフトーン膜 53上にレジストを塗布する。このレジ ストを二次露光データを用いてリソグラフィ一により加工して、ハーフトーン膜 53上で クロム膜 54を残存させる必要のある部位 (不図示）と共に、モニタパターン領域 2を覆 うようにレジストパターン 55を形成する。ここで一般的に、ハーフトーン型の位相シフト マスクを形成する際には、ほぼ必ずノヽーフトーン膜上でクロム膜を残存させる必要の ある部位がある。そこで通常では、当該必要部位のみを覆うレジストパターンを二次 露光データを用いて形成している。本実施形態では、レジストパターンを形成する〖こ 際して、当該必要部位にカ卩えてモニタパターン領域 2を覆うようにレジストを加工する ように、二次露光データを変更すれば良い。
[0057] 続いて、図 14Eに示すように、レジストパターン 55をマスクとして、メインパターン領 域 1及びクロム膜 54を残存させる必要のな 、部位 (不図示）のクロム膜 54を除去する 。し力る後、レジストパターン 55を灰化処理等により除去する。このとき、メインパター ン領域 1にはハーフトーン膜 53からなるメインパターン 51が、モニタパターン領域 2に はハーフトーン膜 53及びクロム膜 54からなるモニタパターン 52がそれぞれ完成する
[0058] 変形例 3によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向 を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程 に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
更に、モニタパターン領域 2にクロム膜 54を残す場合、二次露光データを変更だけ で良ぐ工程数を増カロさせることなく容易にモニタパターン 52を形成することができる
[0059] (本発明を適用した他の実施形態）
上述した実施形態及びその緒変形例によるフォーカスエラー測定装置を構成する 各手段 (寸法測定手段を除く。）、並びにフォーカスエラー測定方法、半導体装置の 製造方法の各ステップ（図 7のステップ S1〜S3、図 8のステップ S11〜S15等）は、コ ンピュータの RAMや ROMなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現 できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記 憶媒体は本発明に含まれる。
[0060] 具体的に、前記プログラムは、例えば CD— ROMのような記録媒体に記録し、或い は各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録 媒体としては、 CD— ROM以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テー プ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログ ラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するための コンピュータネットワーク（LAN、インターネットの等の WAN、無線通信ネットワーク 等)システムにおける通信媒体 (光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いるこ とがでさる。
[0061] また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の 機能が実現されるだけでなぐそのプログラムがコンピュータにおいて稼働している O S (オペレーティングシステム）或!、は他のアプリケーションソフト等と共同して上述の 実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て或！ヽはー 部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形 態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
[0062] 例えば、図 15は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。こ の図 15において、 1200はコンピュータ PCである。 PC1200は、 CPU1201を備え、 ROM1202またはハードディスク（HD) 1211に記憶された、あるいはフレキシブル ディスクドライブ (FD) 1212より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システ ムノ ス 1204に接続される各デバイスを総括的に制御する。
[0063] PC 1200の CPU 1201、 ROM 1202またはハードディスク（HD) 1211に記憶され たプログラムにより、実施形態の図 7におけるステップ S1〜S3の手順、及び図 8にお ける S11〜S15の手順等が実現される。
[0064] 1203は RAMで、 CPU1201の主メモリ、ワークエリア等として機能する。 1205は キーボードコントローラ（KBC)で、キーボード (KB) 1209や不図示のデバイス等から の指示入力を制御する。
[0065] 1206は CRTコントローラ（CRTC)で、 CRTディスプレイ（CRT) 1210の表示を制 御する。 1207はディスクコントローラ（DKC)で、ブートプログラム（起動プログラム：パ ソコンのハードやソフトの実行 (動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション
、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハード ディスク（HD) 1211、及びフレキシブルディスク（FD) 1212とのアクセスを制御する
[0066] 1208はネットワークインタフェースカード（NIC)で、 LAN1220を介して、ネットヮ ークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他の PCと双方向のデータのやり取りを 行う。
産業上の利用可能性
本発明によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を 計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に 反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域 と、
前記メインパターンが転写形成される際の焦点変動量を算出するためのモニタバタ ーンが形成されてなるモニタパターン領域と
を有するパターン転写マスクであって、
前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値とされてな ることを特徴とするパターン転写マスク。
[2] 前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が 加工されてなるものであり、
前記メインパターンの厚みと、前記モニタパターンの厚みとが相異なる値とされてな ることを特徴とする請求項 1に記載のパターン転写マスク。
[3] 前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成され た被カ卩工膜が加工されてなるものであり、
前記メインパターンの深さと、前記モニタパターンの深さとが相異なる値とされてな ることを特徴とする請求項 1に記載のパターン転写マスク。
[4] 前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が 加工されてなるものであり、
前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記 被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記メインパターンの厚みと、前記モ- タパターンの厚みとが相異なる値とされてなることを特徴とする請求項 1に記載のパタ ーン転写マスク。
[5] 前記メインパターンの高さは、前記モニタパターンの高さよりも小さいことを特徴とす る請求項 1に記載のパターン転写マスク。
[6] 前記メインパターンの高さは、前記モニタパターンの高さよりも大きいことを特徴とす る請求項 1に記載のパターン転写マスク。
[7] メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動 を測定する焦点変動測定方法であって、 前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターン が形成されてなるモニタパターン領域と
を有し、
前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値とされてな るパターン転写マスクを用いて、
前記モニタパターンを被転写体上に転写する第 1のステップと、
前記転写モニタパターンの寸法を測定する第 2のステップと、
予め把握されて ヽる、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 2の関係とを用いて、前記第 1のステップに おける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を 算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第 3のステップと
を含むことを特徴とする焦点変動測定方法。
[8] 前記第 1及び第 2の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、
前記第 3のステップにおいて、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高 さとが異なることに起因し、前記第 2の関係の極値が前記第 1の関係の極値力 相対 的に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを 特徴とする請求項 7に記載の焦点変動測定方法。
[9] 前記パターン転写マスクは、
前記メインパターン及び前記モニタパターンが、基板上に形成された被加工膜が 加工されてなり、
前記メインパターンの厚みと、前記モニタパターンの厚みとが相異なる値とされてな るものであることを特徴とする請求項 7に記載の焦点変動測定方法。
[10] 前記パターン転写マスクは、
前記メインパターン及び前記モニタパターンが、基板及び当該基板上に形成され た被加工膜が加工されてなり、
前記メインパターンの深さと、前記モニタパターンの深さとが相異なる値とされてな るものであることを特徴とする請求項 7に記載の焦点変動測定方法。
[11] 前記パターン転写マスクは、
前記メインパターン及び前記モニタパターンが、基板上に形成された被加工膜が 加工されてなり、
前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記 被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記メインパターンの厚みと、前記モ- タパターンの厚みとが相異なる値とされてなるものであることを特徴とする請求項 7に 記載の焦点変動測定方法。
[12] 前記パターン転写マスクは、前記メインパターンの高さが前記モニタパターンの高 さよりも小さく形成されていることを特徴とする請求項 7に記載の焦点変動測定方法。
[13] 前記パターン転写マスクは、前記メインパターンの高さが前記モニタパターンの高 さよりも大きく形成されていることを特徴とする請求項 7に記載の焦点変動測定方法。
[14] メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動 を測定する焦点変動測定装置であって、
前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターン が形成されてなるモニタパターン領域と
を有し、
前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値とされてな るパターン転写マスクを用いて、
前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する寸法 測定手段と、
予め把握されて ヽる、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 2の関係とを用いて、前記転写モニタバタ ーンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変 動の正負方向を特定する焦点変動測定手段と
を含むことを特徴とする焦点変動測定装置。
[15] 前記第 1及び第 2の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、 前記焦点変動測定手段は、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高さ とが異なることに起因し、前記第 2の関係の極値が前記第 1の関係の極値力 相対的 に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを特 徴とする請求項 14に記載の焦点変動測定装置。
[16] 被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域 と、
前記メインパターンが転写形成される際のフォーカスエラー量を算出するためのモ ユタパターンが形成されてなるモニタパターン領域と
を有し、
前記メインパターンの高さと、前記モニタパターンの高さとが相異なる値とされてな るパターン転写マスクを用いて、
前記モニタパターンを被転写体上に転写する第 1のステップと、
前記転写モニタパターンの寸法を測定する第 2のステップと、
予め把握されて ヽる、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 1の関係と、前記転写モニタパターンの寸 法測定値と焦点変動値との関係を示す第 2の関係とを用いて、前記第 1のステップに おける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を 算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第 3のステップと、
算出された前記焦点変動量が規格内である力否かを判定する第 4のステップと を含み、
前記焦点変動量が規格内であると判定された場合には次ステップへ進み、規格外 であると判定された場合には、前記複数の転写パターンを除去した後、前記第 3のス テツプで測定された前記焦点変動量及び前記焦点変動の正負方向を前記第 1のス テツプに反映させて、前記第 1のステップ乃至前記第 4のステップを再度実行すること を特徴とする半導体装置の製造方法。
[17] 前記第 1及び第 2の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、
前記第 3のステップにおいて、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高 さとが異なることに起因し、前記第 2の関係の極値が前記第 1の関係の極値力 相対 的に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを 特徴とする請求項 16に記載の半導体装置の製造方法。
前記第 3のステップにおいて、前記焦点変動量を算出するとともに、前記被転写体 の露光変動量及び焦点傾斜変動量を算出することを特徴とする請求項 16に記載の 半導体装置の製造方法。
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