(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過するマスク基板と、
前記マスク基板上に形成された遮光パターンと、
前記遮光パターンの一部に設けられ、前記遮光パターンよりも光透過率が大きくなるように薄膜化された薄膜部とを備え、
前記薄膜部は、フォーカスズレに対する感度が敏感な遮光パターンに対して前記感度が安定化されるように配置され、前記フォーカスズレに対する感度が安定な遮光パターンに対しては配置されてないことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
光を透過するマスク基板と、
前記マスク基板上に形成された遮光パターンと、
前記遮光パターンの一部に設けられ、前記遮光パターンよりも光透過率が大きくなるように膜の材料または厚さの少なくとも一方が調節された調節部とを備え、
前記調節部の膜の材料および厚さは、前記マスク基板を透過する透過光と前記薄膜部を半透過する半透過光との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定されることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
前記調節部の膜厚は、前記遮光パターンの膜厚の１／２であることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記遮光パターンは、
第１のフォーカス位置においてフォーカスズレに対する感度が安定な第１の遮光パターンと、
第２のフォーカス位置においてフォーカスズレに対する感度が安定な第２の遮光パターンとを備え、
前記第２のフォーカス位置が前記第１のフォーカス位置にシフトされるように前記第２の遮光パターンに前記調節部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記第１の遮光パターンはライン幅とライン間隔が周期的に設定された周期パターン、前記第２の遮光パターンは前記周期パターンの端部に配置された周期端パターンであることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記調節部は、該調節部が設けられた遮光パターンの投影像が、該調節部が設けられていない遮光パターンの投影像よりもフォーカスズレに対する感度が敏感になるように配置されていることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスク。
【請求項７】
マスク基板と、
前記マスク基板上に形成された反射膜と、
前記反射膜に形成された吸光パターンと、
前記吸光パターンの一部に設けられ、前記吸光パターンよりも光吸収率が小さくなるように膜の材料または厚さの少なくとも一方が調節された調節部とを備え、
前記薄膜部は、フォーカスズレに対する感度が敏感な吸光パターンに対して前記感度が安定化されるように配置され、前記フォーカスズレに対する感度が安定な吸光パターンに対しては配置されてないことを特徴とするフォトマスク。
【請求項８】
マスク基板と、
前記マスク基板上に形成された反射膜と、
前記反射膜に形成された吸光パターンと、
前記吸光パターンの一部に設けられ、前記吸光パターンよりも光吸収率が小さくなるように膜の材料または厚さの少なくとも一方が調節された調節部とを備え、
前記調節部の膜の材料および厚さは、前記反射膜を反射する反射光と前記薄膜部を半反射する半反射光との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定されることを特徴とするフォトマスク。
【請求項９】
下地層上にレジスト膜を形成する工程と、
遮光パターンよりも光透過率が大きくなるように膜の材料または厚さの少なくとも一方が調節された調節部が前記遮光パターンの一部に設けられたフォトマスクを介して前記レジスト膜を露光する工程と、
前記レジスト膜を現像することにより、前記下地層上にレジストパターンを形成する工程とを備え、
前記遮光パターンは、
フォーカスズレに対する感度が安定な第１の遮光パターンと、
前記フォーカスズレに対する感度が前記第１の遮光パターンよりも敏感になるように前記調節部が設けられた第２の遮光パターンとを備え、
前記第２の遮光パターンに基づいて形成された前記レジストパターンの寸法変化率に基づいて前記フォーカスズレを求めることを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はフォトマスクおよびパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の回路パターンの微細化に伴って、フォトマスクのマスクパターンも微細化している。ここで、マスクパターンの幅がマスクパターンの膜厚の近くまで縮小した状態では、マスクパターンの形状に応じてフォーカスズレに対する感度が最も小さくなるフォーカス位置（ベストフォーカス）が異なるようになる。このため、フォトマスク全体に渡ってベストフォーカスを均一化するのが困難になり、フォトマスクのパターン領域全体に渡ってレジストパターンの寸法誤差を許容範囲に収めるのが困難になっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２５４１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態の目的は、マスクパターンの形状に応じたベストフォーカスのズレを制御することが可能なフォトマスクおよびパターン形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のフォトマスクによれば、光を透過するマスク基板と、前記マスク基板上に形成された遮光パターンと、前記遮光パターンの一部に設けられ、前記遮光パターンよりも光透過率が大きくなるように薄膜化された薄膜部とを備え、前記薄膜部は、フォーカスズレに対する感度が敏感な遮光パターンに対して前記感度が安定化されるように配置され、前記フォーカスズレに対する感度が安定な遮光パターンに対しては配置されてないことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）は、第１実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、図１（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの寸法と基板デフォーカス量との関係を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、遮光パターンの膜厚が一定のフォトマスクの概略構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図３（ｃ）〜図３（ｅ）は、図３（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、図３（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの寸法と基板デフォーカス量との関係を示す図である。
【図５】図５（ａ）は、第１実施形態に係るフォトマスクの変形例を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）は、第２実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図６（ｃ）〜図６（ｅ）は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンが配置されたウェハ全体の概略構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のウェハに形成されたレジストパターンの一部を拡大して示す平面図である。
【図８】図８は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時にレジストパターンに形成される開口パターンの中心間距離と基板デフォーカスとの関係を示す図である。
【図９】図９（ａ）は、第２実施形態に係るフォトマスクの変形例を示す平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
【図１０】図１０は、第３実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第４実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態に係るフォトマスクおよびパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図１（ｃ）は、図１（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）において、マスク基板１１には遮光パターン１２、１３Ａ〜１３Ｅが形成されている。なお、例えば、マスク基板１１の材料は石英などの透明基板、遮光パターン１２、１３Ａ〜１３Ｅの材料はＭｏＳｉまたはＣｒなどを用いることができる。ここで、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅはライン幅とライン間隔が周期的に設定された周期パターンを構成することができ、例えば、この周期パターンとしてライン＆スペースを挙げることができる。また、例えば、この周期パターンのハーフピッチは１６０ｎｍに設定することができる。また、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅのうち遮光パターン１３Ａ、１３Ｂは周期パターンの端部に配置された周期端パターンを構成することができる。
【０００９】
ここで、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂには、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂよりも光透過率が大きくなるように薄膜化された薄膜部１４Ａ、１４Ｂが設けられている。なお、薄膜部１４Ａ、１４Ｂは、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂの長手方向に沿って遮光パターン１３Ａ、１３Ｂのエッジに配置することができる。ここで、薄膜部１４Ａ、１４Ｂの膜厚は、フォトマスクを透過する透過光Ｌ１と、薄膜部１４Ａ、１４Ｂを半透過する半透過光Ｌ２との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定される。特に、位相差が９０度近傍とした場合に大きなフォーカスズレを発生させることができる。例えば、薄膜部１４Ａ、１４Ｂの膜厚は、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂの膜厚の１／２に設定することができる。具体的には、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅのハーフピッチが１６０ｎｍ、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅの材料がＭｏＳｉ、透過光Ｌ１および半透過光Ｌ２の波長が１９３ｎｍであるとすると、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅの膜厚は７０ｎｍ、薄膜部１４Ａ、１４Ｂの膜厚は３５ｎｍに設定することができる。ここで、遮光パターン１３Ａ〜１３ＥがＭｏＳｉからなるハーフトーン位相シフトマスクの場合は、薄膜部１４Ａ、１４Ｂの膜厚を１／２にすれば、位相差がほぼ９０度になる。なお、遮光パターン１２、１３Ａ〜１３Ｅの膜厚は、光を完全に遮光するように設定する必要はなく、数％程度の光が透過するように設定してもよい。
【００１０】
また、薄膜部１４Ａ、１４Ｂを形成する方法としては、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂを選択的にエッチングする方法を用いることができる。この処理には、例えば、カールツァイス社製の電子ビーム欠陥修正装置（ＭｅＲｉＴ  ＭＧ）を用いることができる。また、薄膜部１４Ａ、１４Ｂに膜厚と範囲は、条件出しのためのマスクを使用して決定してもよいし、露光シミュレーションを活用して算出してもよい。露光シミュレーションを活用する場合は、マスクの３次元構造を考慮してマスク近傍の電磁場を厳密に計算する、いわゆるマスク３Ｄモデルを用いるのが望ましい。この薄膜部１４Ａ、１４Ｂに膜厚と範囲は、近傍のパターンレイアウト形状、マスク遮光膜の材料、照明条件（照明形状及び投影レンズＮＡ）、投影レンズの残留収差の状態等に依存して変化させることができる。
【００１１】
一方、下地層２１上にレジスト膜を形成する。なお、下地層２１は半導体基板であってもよいし、半導体基板上に形成された絶縁層などであってもよく、特に限定されない。そして、図１（ａ）および図１（ｂ）のフォトマスクを介してレジスト膜を露光した後、そのレジスト膜を現像することで、図１（ｃ）に示すように、遮光パターン１２、１３Ａ〜１３Ｅに対応したレジストパターン２２、２３Ａ〜２３Ｅを下地層２１上に形成する。なお、この露光には、例えば、ＮＡが１．３５、投影倍率が１／４倍のＡｒＦ液浸露光装置を用いることができる。
【００１２】
ここで、周期パターンでは透過光Ｌ１が規則的に透過するが、周期端パターンでは透過光Ｌ１の規則性に乱れが発生する。そして、遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅの幅が遮光パターン１３Ａ〜１３Ｅの膜厚に近い程度に微細な条件では、透過光Ｌ１の規則性に乱れがあると、乱れがない場合と比べてベストフォーカスがずれる。
【００１３】
ここで、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂに薄膜部１４Ａ、１４Ｂを設けると、透過光Ｌ１と、位相がずれた半透過光Ｌ２を干渉させることとなり、周期端パターンのベストフォーカスをシフトさせることができる。このため、周期パターンと周期端パターンとで、ベストフォーカスを互いに近づけることができ、フォトマスクのパターン領域全体に渡ってレジストパターン２３Ａ〜２３Ｅの寸法誤差を許容範囲に収めることができる。
【００１４】
図２は、図１（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの寸法と基板デフォーカス量との関係を示す図である。なお、Ｐ１は図１（ｃ）のレジストパターン２３Ａ、２３Ｂ間の寸法Ｈ１、Ｐ２は図１（ｃ）のレジストパターン２３Ｃ〜２３Ｅ間の寸法Ｈ２を示す。
図２において、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂに薄膜部１４Ａ、１４Ｂを設けることにより、遮光パターン１３Ａ、１３Ｂのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲を遮光パターン１３Ｃ〜１３Ｅのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲に一致させることができる。このため、寸法Ｈ１、Ｈ２の寸法誤差許容範囲がＡ１であるとすると、必要フォーカス精度がＦ１となり、露光装置のフォーカス制御能力Ｆ２で決まる誤差範囲に寸法Ｈ１、Ｈ２の誤差を収めることができる。
【００１５】
図３（ａ）は、遮光パターンの膜厚が一定のフォトマスクの概略構成を示す平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図３（ｃ）〜図３（ｅ）は、図３（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）において、マスク基板３１には遮光パターン３２、３３Ａ〜３３Ｅが形成されている。なお、図３（ａ）および図３（ｂ）のフォトマスクでは遮光パターン３２、３３Ａ〜３３Ｅの膜厚が一定という点を除いては、図１（ａ）および図１（ｂ）のフォトマスクと同一である。なお、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂは周期パターンを構成し、遮光パターン３３Ｃ〜３３Ｅは周期パターンを構成することができる。
【００１６】
そして、図３（ｃ）〜図３（ｅ）に示すように、図３（ａ）および図３（ｂ）のフォトマスクを用いると、遮光パターン３２、３３Ａ〜３３Ｅに対応したレジストパターン４２、４３Ａ〜４３Ｅが下地層４１上に形成される。なお、この時の露光条件は、図１（ｃ）のレジストパターン２２、２３Ａ〜２３Ｅを形成する時の露光条件と同一である。
【００１７】
ここで、周期パターンでは透過光Ｌ１が規則的に透過するが、周期端パターンでは透過光Ｌ１の規則性に乱れが発生する。そして、透過光Ｌ１の規則性に乱れがあると、乱れがない場合と比べてフォーカスズレに対するレジスト寸法変化の感度が大きくなり、またベストフォーカスがずれる。
【００１８】
このため、図３（ｃ）〜図３（ｅ）に示すように、基板デフォーカスが発生しても、レジストパターン４３Ｃ〜４３Ｅ間の寸法Ｈ４はほとんど変化しないが、レジストパターン４３Ａ、４３Ｂは互いに内側に傾くとともに、レジストパターン４３Ａ、４３Ｂ間の寸法Ｈ３が変化する。
【００１９】
図４は、図３（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの寸法と基板デフォーカス量との関係を示す図である。なお、Ｐ１´は図３（ｃ）〜図３（ｅ）のレジストパターン４３Ａ、４３Ｂ間の寸法Ｈ３、Ｐ２´は図３（ｃ）〜図３（ｅ）のレジストパターン４３Ｃ〜４３Ｅ間の寸法Ｈ４を示す。
図４において、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂに薄膜部１４Ａ、１４Ｂがない場合、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲Ｒ２と、遮光パターン３３Ｃ〜３３Ｅのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲Ｒ１とが互いに異なる。この時、フォーカス範囲Ｒ１では、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂのフォーカスズレに対する感度が敏感になる。このため、寸法Ｈ３、Ｈ４の寸法誤差許容範囲がＡ１であるとすると、寸法Ｈ３における必要フォーカス精度がＦ３となり、露光装置のフォーカス制御能力Ｆ２で決まる誤差範囲に寸法Ｈ３の誤差を収めることができなくなる。
【００２０】
ここで、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂに薄膜部１４Ａ、１４Ｂを設けると、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲Ｒ２をシフトさせることができる。このため、図２に示すように、フォーカス範囲Ｒ２をフォーカス範囲Ｒ１と一致させることができ、フォトマスクのパターン領域全体に渡ってレジストパターンの寸法誤差を許容範囲に収めることができる。
【００２１】
なお、薄膜部１４Ａ、１４Ｂは、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂにおいて傾きが発生する時の内側のエッジに沿って配置することが好ましい。遮光パターン３３Ａ、３３Ｂの傾きの角度に応じて薄膜部１４Ａ、１４Ｂの膜厚および幅を調整するようにしてもよい。また、遮光パターン３３Ａ、３３Ｂ以外にも、露光条件によって遮光パターン３３Ｃ〜３３Ｅにも傾きが発生する場合には遮光パターン３３Ｃ〜３３Ｅにも薄膜部を設けるようにしてもよい。
【００２２】
図５（ａ）は、第１実施形態に係るフォトマスクの変形例を示す平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）において、遮光パターンを選択的にエッチングして薄膜部を形成する代わりに、成膜材料を選択的に成膜（デポジション）することによって、同様の効果を得る事ができる。この処理には、例えば、カールツァイス社製の電子ビーム欠陥修正装置（ＭｅＲｉＴ  ＭＧ）を用いることができる。成膜材料はマスクの遮光パターンと同じ材料でも良いし、異なるものでも良い。例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用することができる。またこの場合、成膜材料の厚さは、フォトマスクを透過する透過光Ｌ１と、成膜部１５Ａ、１５Ｂを透過ないし半透過する透過光Ｌ２との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定されていればよく、マスク遮光部の厚さよりも薄くてもよいし、厚くても良い。
【００２３】
（第２実施形態）
図６（ａ）は、第２実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図、図６（ｃ）〜図６（ｅ）は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンの概略構成を示す断面図である。図７（ａ）は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時に形成されるレジストパターンが配置されたウェハ全体の概略構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のウェハに形成されたレジストパターンの一部を拡大して示す平面図である。
【００２４】
図６（ａ）および図６（ｂ）において、マスク基板５１には遮光パターン５２Ａが形成されている。そして、遮光パターン５２Ａに開口パターン５３Ａ、５３Ｂが形成されることで、開口パターン５３Ａ、５３Ｂ間に遮光パターン５２Ｂが形成されている。なお、例えば、マスク基板５１の材料は石英などの透明基板、遮光パターン５２Ａ、５２Ｂの材料はＭｏＳｉまたはＣｒなどを用いることができる。
【００２５】
ここで、遮光パターン５２Ｂには、遮光パターン５２Ｂよりも光透過率が大きくなるように薄膜化された薄膜部５４Ａ、５４Ｂが設けられている。ここで、薄膜部５４Ａ、５４Ｂは、遮光パターン５２Ａよりも遮光パターン５２Ｂのフォーカスズレに対する感度が敏感になるように配置することができる。なお、薄膜部５４Ａ、５４Ｂは、遮光パターン５２Ｂを介して互いに対向するように配置することができる。ここで、薄膜部５４Ａ、５４Ｂの膜厚は、フォトマスクを透過する透過光Ｌ１と、薄膜部５４Ａ、５４Ｂを半透過する半透過光Ｌ２との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定される。特に、位相差が９０度近傍とした場合に大きなフォーカスズレを発生させることができる。例えば、薄膜部５４Ａ、５４Ｂの膜厚は、遮光パターン５２Ｂの膜厚の１／２に設定することができる。なお、遮光パターン５２Ａ、５２Ｂの膜厚は、光を完全に遮光するように設定する必要はなく、数％程度の光が透過するように設定してもよい。
【００２６】
一方、下地層６１上にレジスト膜を形成する。なお、下地層６１は、図７（ａ）の半導体ウェハＷであっても良いし、半導体ウェハＷ上に形成された絶縁層などであってもよく、特に限定されない。そして、図６（ａ）および図６（ｂ）のフォトマスクを介してレジスト膜を露光した後、そのレジスト膜を現像することで、図６（ｃ）〜図６（ｅ）に示すように、遮光パターン５２Ａ、５２Ｂに対応したレジストパターン６２Ａ、６２Ｂを下地層６１上に形成する。ここで、図６（ｃ）に示すように、レジストパターン６２Ａに開口パターン６３Ａ、６３Ｂが形成されることで、開口パターン６３Ａ、６３Ｂ間にレジストパターン６２Ｂが形成される。
【００２７】
ここで、開口パターン５３Ａ、５３Ｂが形成された遮光パターン５２Ａにおいては、フォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス範囲に設定されるとする。この時、遮光パターン５２Ｂに薄膜部５４Ａ、５４Ｂを設けると、遮光パターン５２Ｂにおいては、フォーカスズレに対する感度が敏感なフォーカス範囲にシフトされる。このため、ウェハのデフォーカスが発生すると、レジストパターン６２Ａのエッジの位置はほとんど変化しないのに、レジストパターン６２Ｂのエッジが変化し、開口パターン６３Ａ、６３Ｂの中心間距離ＨＤが変化する。
【００２８】
図８は、図６（ａ）のフォトマスクを介して露光された時にレジストパターンに形成される開口パターンの中心間距離とウェハのデフォーカスとの関係を示す図である。
図８において、開口パターン６３Ａ、６３Ｂの中心間距離ＨＤの変化量とウェハのデフォーカスとはほぼ比例関係にあることが判る。このため、開口パターン６３Ａ、６３Ｂの中心間距離ＨＤを測定することにより、ウェハのデフォーカス量（大きさと方向）を求めることができる。なお、中心間距離ＨＤは、光学式計測器を用いて計測するようにしてもよいし、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて計測するようにしてもよい。そして、ウェハのデフォーカス量が求まると、ウェハのデフォーカス量が０に近づくように露光条件を調整することにより、後に続くウェハの露光においてレジストパターンの寸法精度を向上させることができる。ここで、半導体ウェハＷ上の複数の箇所で中心間距離ＨＤの計測を行い、ウェハのデフォーカス量に変換すれば、半導体ウェハＷ全面でのフォーカスマップを作成することができる。
【００２９】
なお、露光装置のフォーカス制御においては、オートフォーカス光を用いてウェハの表面形状を計測し、その計測結果に基づいてウェハステージの位置と姿勢を制御し、投影レンズのベストフォーカス面にウェハの高さを合わせる。この時、温度や気圧の変化に起因する投影レンズのベストフォーカス面の変化、ウェハ表面の凹凸によるフォーカス補正残、ウェハのレジスト層より下層の反射率分布に起因するフォーカス騙され等で、フォーカス精度は悪化する。フォーカス精度を向上させるには、露光装置の改善だけでなく、実際に露光されたウェハのフォーカスマップを取得して露光装置のウェハステージ制御にフィードバックすることが有効である。このフォーカスマップを取得するためには、ウェハのデフォーカス量に対して敏感なパターン（フォーカスモニタマーク）がウェハ上に転写されている必要がある。さらに、フォーカスの方向（例えば、ウェハが投影レンズに近づく方向をプラス、遠ざかる方向をマイナスとする）を把握できるフォーカスモニタマークが望ましい。このようなフォーカスモニタマークを作成するために、図６（ａ）および図６（ｂ）のフォトマスクを用いることができる。このフォーカスモニタマークは、半導体ウェハＷのスクライブライン上などにＴＥＧパターンとして作成するようにしてもよい。
【００３０】
図９（ａ）は、第２実施形態に係るフォトマスクの変形例を示す平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
図９（ａ）および図９（ｂ）において、遮光パターンを選択的にエッチングして薄膜部を形成する代わりに、成膜材料を選択的に成膜（デポジション）することによって、同様の効果を得る事ができる。成膜材料はマスクの遮光パターンと同じ材料でも良いし、異なるものでも良い。例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を使用することができる。またこの場合、成膜材料の厚さは、フォトマスクを透過する透過光Ｌ１と、成膜部５５Ａ、５５Ｂを透過ないし半透過する透過光Ｌ２との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定されていればよく、マスク遮光部の厚さよりも薄くてもよいし、厚くても良い。
【００３１】
（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。
図１０において、図６（ａ）および図６（ｂ）のフォトマスクを用いることで、フォーカスモニタマークとして用いられるレジストパターンをウェハ上に形成する（Ｓ１）。次に、このフォーカスモニタマークの寸法を計測する（Ｓ２）。そして、この寸法計測結果に基づいて、ウェハのデフォーカス量を求める（Ｓ３）。この時、例えば、図８の関係を参照することにより、ウェハのデフォーカス量を求めることができる。次に、このデフォーカス量に基づいて、露光のフォーカスを調整する（Ｓ４）。
【００３２】
（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す断面図である。
図１１において、マスク基板７１Ａ上には多層反射膜７１Ｂが形成されている。多層反射膜７１Ｂ上には吸光パターン７２、７３Ａ〜７３Ｅが形成されている。なお、例えば、マスク基板７１Ａの材料は石英などの基板、多層反射膜７１Ｂの材料はＭｏとＳｉの積層構造、吸光パターン７２、７３Ａ〜７３Ｅの材料はＴａＢＯなどの酸化物またはＴａＢＮなどの窒化物を用いることができる。ここで、吸光パターン７３Ａ〜７３Ｅはライン幅とライン間隔が周期的に設定された周期パターンを構成することができ、例えば、この周期パターンとしてライン＆スペースを挙げることができる。また、吸光パターン７３Ａ〜７３Ｅのうち吸光パターン７３Ａ、７３Ｂは周期パターンの端部に配置された周期端パターンを構成することができる。
【００３３】
ここで、吸光パターン７３Ａ、７３Ｂには、吸光パターン７３Ａ、７３Ｂよりも反射率が高くなるように薄膜化された薄膜部７４Ａ、７４Ｂが設けられている。なお、薄膜部７４Ａ、７４Ｂは、吸光パターン７３Ａ、７３Ｂの長手方向に沿って吸光パターン７３Ａ、７３Ｂのエッジに配置することができる。ここで、薄膜部７４Ａ、７４Ｂの膜厚は、入射光ＬＩに対してフォトマスクを反射する反射光ＬＯ１と、薄膜部７４Ａ、７４Ｂを半反射する半反射光ＬＯ２との位相差が０度および１８０度の整数倍と異なるように設定される。特に、位相差が９０度近傍とした場合に大きなフォーカスズレを発生させることができる。例えば、薄膜部７４Ａ、７４Ｂの膜厚は、吸光パターン７３Ａ、７３Ｂの膜厚の１／２に設定することができる。なお、吸光パターン７２、７３Ａ〜７３Ｅの膜厚は、光を完全に吸光するように設定する必要はなく、数％程度の光が反射されるように設定してもよい。また、入射光ＬＩは、例えば、波長が１３．５ｎｍの極端紫外光を用いることができる。
【００３４】
ここで、周期パターンでは反射光ＬＯ１が規則的に反射するが、周期端パターンでは反射光ＬＯ１の規則性に乱れが発生する。そして、反射光ＬＯ１の規則性に乱れがあると、乱れがない場合と比べてフォーカスズレに対する感度が大きくなり、またベストフォーカスがずれる。
【００３５】
ここで、吸光パターン７３Ａ、７３Ｂに薄膜部７４Ａ、７４Ｂを設けると、反射光ＬＯ１に半反射光ＬＯ２を干渉させることが可能となり、周期端パターンのフォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス位置をシフトさせることができる。このため、周期パターンと周期端パターンとで、フォーカスズレに対する感度が安定なフォーカス位置を互いに近づけることができ、フォトマスクのパターン領域全体に渡ってレジストパターンの寸法誤差を許容範囲に収めることができる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１１、５１、７１Ａ  マスク基板、１２、１３Ａ〜１３Ｅ、５２Ａ、５２Ｂ、７２  遮光パターン、１４Ａ、１４Ｂ、５４Ａ、５４Ｂ、７４Ａ、７４Ｂ  薄膜部、２１、６１  下地層、２２、２３Ａ〜２３Ｅ、６２Ａ、６２Ｂ  レジストパターン、５３Ａ、５３Ｂ、６３Ａ、６３Ｂ  開口パターン、Ｗ  ウェハ、７１Ｂ  多層反射膜、７２、７３Ａ〜７３Ｅ  吸光パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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