(57)【要約】【課題】最適露光量から大きくずれた露光量でフォーカスモニタパターンを露光しても、求められるデフォーカス量の誤差を小さくすること。【解決手段】フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係と、露光量との関係を求める工程と、前記マスクを用いてフォーカスモニタパターン及び露光量メータをウェハ上に形成する工程と、前記露光量メータの寸法を測定し、実効的な露光量を求める工程と、求められた実効的な露光量と、前記フォーカスモニタマークの大きさとデフォーカス量との関係と露光量との関係とから、前記実効的な露光量に応じた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、前記フォーカスモニタマークの寸法を測定する工程と、測定されたフォーカスモニタマークの寸法と、前記実効的な露光量に応じたフォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係に基づいてデフォーカス量を求める。【選択図】    図９
2004259765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターン、及び実効的な露光量に応じて寸法が変化する露光量メータを前記ウェハ上に形成する露光量モニタパターンが配置されたマスクを用意する工程と、
前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係と、露光量との関係を求める工程と、
前記マスクを用いてフォーカスモニタパターン及び露光量メータをウェハ上に形成する工程と、
前記露光量メータの寸法を測定し、実効的な露光量を求める工程と、
求められた実効的な露光量と、前記フォーカスモニタマークの大きさとデフォーカス量との関係と露光量との関係とから、前記実効的な露光量に応じた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、
前記フォーカスモニタマークの寸法を測定する工程と、
測定されたフォーカスモニタマークの寸法と、前記実効的な露光量に応じたフォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係に基づいてデフォーカス量を求める工程とを含むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【請求項２】
デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターンが配置された第１のマスクを用意する工程と、
複数の露光量について、前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、
求められた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係の露光量に応じたバラツキ量を求める工程と、
求められたバラツキ量が所定値より大きい場合、前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係と、露光量との関係を求める工程と、
前記露光量メータの大きさと、露光量との関係を求める工程と、
デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターン、及び実効的な露光量に応じて寸法が変化する露光量メータを前記ウェハ上に形成する露光量モニタパターンが配置された第２のマスクを用意する工程と、
前記第２のマスクを用いてフォーカスモニタマーク及び露光量メータをウェハ上に形成する工程と、
前記露光量メータの大きさを測定し、実効的な露光量を求める工程と、
求められた実効的な露光量と、前記フォーカスモニタマークの大きさとデフォーカス量との関係と露光量との関係とから、前記実効的な露光量に応じた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、
前記フォーカスモニタマークの寸法を測定する工程と、
測定されたフォーカスモニタマークの寸法と、前記実効的な露光量に応じたフォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係に基づいてデフォーカス量を求める工程とを含むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【請求項３】
前記フォーカスモニタパターンは、遮光部で囲まれて、第１の開口部で形成、または第１の開口部で囲まれて遮光部で形成された少なくとも１つのモニタパターンを有する第１のパターン領域と
半透明膜で囲まれて、第２の開口部で形成、または第２の開口部で囲まれて半透明膜で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域とを具備し、
前記フォーカスモニタ用マークの大きさとデフォーカスとの関係を求める際、第１のパターン領域のモニタパターンの寸法と第２のパターン領域のパターンの寸法との差、または比を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項４】
前記フォーカスモニタ用パターンは、第１の開口部で囲まれて、第１の半透明膜で形成、または第１の半透明膜で囲まれて第１の開口部で形成され、第１の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第１のパターン領域と
第２の開口部で囲まれて第２の半透明膜で形成、または第２の半透明膜で囲まれて第２の開口部で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して第２の半透明膜を通過する露光光に第１のパターン領域とは異なる位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域とを具備し、
前記フォーカスモニタ用マークの大きさとデフォーカスとの関係を求める際、第１のパターン領域のモニタパターンの寸法と第２のパターン領域のパターンの寸法との差Ｌ、または比を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項５】
前記各モニタパターンは、一方向にそって中央部に対して両端部が細い形状であることを特徴とする請求項３又は４に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項６】
前記露光量モニタパターンは、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化するパターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項７】
該マスクを露光する露光装置の波長をλ、ウェハ側の開口数をＮＡ、コヒーレンスファクタσとしたとき、ウェハ上におけるピッチＰが、
【数１】
2004259765.tif 000005
を満たすパターンであり、
前記計測工程では
前記ブロックの配列方向の長さを測定することを特徴とする請求項６に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項８】
第１のパターン領域のモニタパターンの寸法と第２のパターン領域のパターンの寸法との差Ｌと、デフォーカス量Ｆと、露光量Ｅとは、
【数２】
2004259765.tif 000006
で表されることを特徴とする請求項３又は４に記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項９】
デバイスパターンが形成されたデバイス領域と、
第１の開口部で囲まれて、第１の半透明膜で形成、または第１の半透明膜で囲まれて第１の開口部で形成され、第１の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第１のパターン領域と、
第２の開口部で囲まれて第２の半透明膜で形成、または第２の半透明膜で囲まれて第２の開口部で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して第２の半透明膜を通過する露光光に第１のパターン領域とは異なる位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域と、
前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化するパターン第３のパターン領域とを具備し、
前記第１のパターン領域又は第２のパターン領域の一方は、少なくとも前記デバイス領域に形成されていることを特徴とするマスク。
【請求項１０】
デバイスパターンが形成されたデバイス領域と、
遮光部で囲まれて、第１の開口部で形成、または第１の開口部で囲まれて遮光部で形成された少なくとも１つのモニタパターンを有する第一のパターン領域と、
半透明膜で囲まれて、第２の開口部で形成、または第２の開口部で囲まれて半透明膜で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域と、
前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する第３のパターン領域とを具備し、
前記第１のパターン領域又は第２のパターン領域の一方は、少なくとも前記デバイス領域に形成されていることを特徴とするマスク。
【請求項１１】
前記各モニタパターンは、一方向にそって中央部に対して両端部が細い形状であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に関して投影露光装置におけるフォーカス条件を設定するのに適したフォーカスモニタ方法及びマスクに関する
【０００２】
【従来の技術】
フォーカスずれ量を高精度かつ簡便に測定する方法として、フォーカスの変化が検出可能なパターン（フォーカスモニタパターン）が配置されたフォーカスモニタマスクを露光し、転写後におけるモニタマークの線幅を、線幅測定装置（光学式の線幅測長器、ＳＥＭ等）、または、露光装置自体に内蔵された線幅測定機能を用いて測定し、その結果よりフォーカスの変動量を求める方法がある（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１に記載されたフォーカスモニタパターンにより、フォーカス量が変動してもデフォーカス量を測定することができる。しかしながら、設定露光量によっては、変換カーブが、露光量によって変化してしまう場合がある。設定露光量はデバイスのレイヤーごとに決められているが、レイヤー間の設定露光量に大きな差がある場合、フォーカスモニタパターンにとっての最適露光量（変換カーブの露光量依存性が小さい露光量範囲）からのずれが大きい場合が生じる。この問題に対しては、レイヤーごとにフォーカスモニタパターンを最適設計することが理想であるが、パターンの作成に時間とコストがかかるため、より簡便な方法が必要とされていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１００３９２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、フォーカスモニタパターンの最適露光量から大きくずれた露光量で露光すると、変換カーブに露光量依存性が生じてしまい、求められるデフォーカス量の誤差が大きくなるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、最適露光量から大きくずれた露光量でフォーカスモニタパターンを露光しても、求められるデフォーカス量の誤差を小さくすることができるフォーカスモニタ方法及びマスクを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００８】
（１）本発明の一例に係わるフォーカスモニタ方法は、デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターン、及び実効的な露光量に応じて寸法が変化する露光量メータを前記ウェハ上に形成する露光量モニタパターンが配置されたマスクを用意する工程と、前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係と、露光量との関係を求める工程と、前記マスクを用いてフォーカスモニタパターン及び露光量メータをウェハ上に形成する工程と、前記露光量メータの寸法を測定し、実効的な露光量を求める工程と、求められた実効的な露光量と、前記フォーカスモニタマークの大きさとデフォーカス量との関係と露光量との関係とから、前記実効的な露光量に応じた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、前記フォーカスモニタマークの寸法を測定する工程と、測定されたフォーカスモニタマークの寸法と、前記実効的な露光量に応じたフォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係に基づいてデフォーカス量を求める工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
（２）本発明の一例に係わるフォーカスモニタ方法は、デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターンが配置された第１のマスクを用意する工程と、複数の露光量について、前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、求められた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係の露光量に応じたバラツキ量を求める工程と、求められたバラツキ量が所定値より大きい場合、前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係と、露光量との関係を求める工程と、前記露光量メータの大きさと、露光量との関係を求める工程と、デフォーカス量に応じて寸法が変化するフォーカスモニタマークをウェハ上に形成するフォーカスモニタパターン、及び実効的な露光量に応じて寸法が変化する露光量メータを前記ウェハ上に形成する露光量モニタパターンが配置された第２のマスクを用意する工程と、前記第２のマスクを用いてフォーカスモニタマーク及び露光量メータをウェハ上に形成する工程と、前記露光量メータの大きさを測定し、実効的な露光量を求める工程と、求められた実効的な露光量と、前記フォーカスモニタマークの大きさとデフォーカス量との関係と露光量との関係とから、前記実効的な露光量に応じた前記フォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係を求める工程と、前記フォーカスモニタマークの寸法を測定する工程と、測定されたフォーカスモニタマークの寸法と、前記実効的な露光量に応じたフォーカスモニタマークの寸法とデフォーカス量との関係に基づいてデフォーカス量を求める工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
（３）本発明の一例に係わるマスクは、デバイスパターンが形成されたデバイス領域と、第１の開口部で囲まれて、第１の半透明膜で形成、または第１の半透明膜で囲まれて第１の開口部で形成され、第１の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第１のパターン領域と、第２の開口部で囲まれて第２の半透明膜で形成、または第２の半透明膜で囲まれて第２の開口部で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して第２の半透明膜を通過する露光光に第１のパターン領域とは異なる位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域と、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化するパターン第３のパターン領域とを具備し、前記第１のパターン領域又は第２のパターン領域の一方は、少なくとも前記デバイス領域に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
（４）本発明の一例に係わるマスクは、デバイスパターンが形成されたデバイス領域と、遮光部で囲まれて、第１の開口部で形成、または第１の開口部で囲まれて遮光部で形成された少なくとも１つのモニタパターンを有する第一のパターン領域と、半透明膜で囲まれて、第２の開口部で形成、または第２の開口部で囲まれて半透明膜で形成され，第２の開口部を通過する露光光に対して半透明膜を通過する露光光に所定の位相差を与える少なくとも一つのモニタパターンを有する第２のパターン領域と、前記投影露光装置で解像することができない一定幅ｐ内に遮光部と透光部とが一方向に配列された複数のブロックが断続的、または連続的に前記一方向に配列され、該ブロックの遮光部と透光部との寸法比が前記一方向に単調に変化する第３のパターン領域とを具備し、前記第１のパターン領域又は第２のパターン領域の一方は、少なくとも前記デバイス領域に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係わるマスクの概略構成を示す平面図である。図１に示すように、マスク１００には、フォーカスモニタパターン２００と、実効露光量測定用の露光量モニタパターン３００とが近接して配設されている。なお、フォーカスモニタパターン２００及び露光量モニタパターン３００は、デバイスパターンが形成されているデバイス領域１０２の周囲のダイシングライン１０１に形成されている。
【００１４】
フォーカスモニタパターンの構成を図２を用いて説明する。図２（ａ）はフォーカスモニタパターンの構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’部の断面図である。図中の２０１はガラス等の透明基板、２０２はＳｉＯ２  等の半透明膜、２０３はＣｒ等の遮光膜を示す。また、第１のパターン領域２１０には、遮光膜２０３に囲まれた菱形マーク（第１の開口部）２１１が形成されている。第２のパターン領域２２０には、半透明膜２０２に囲まれた菱形マーク（第２の開口部）２２１が形成されている。なお、半透明膜２０２は、露光光に対して透過率が６％であり、位相を１８０度ずらす作用を持っている。
【００１５】
菱形マーク２１１を形成した第１のパターン領域２１０及び菱形マーク２２１を形成した第２のパターン領域２２０では、各マークが一定のピッチで５つずつ配置されている。そして、菱形マーク２１１，２２１は、図２に示す平面図の通り、ウェハ換算上でＸ軸方向の長さが１２μｍ，Ｙ軸方向の幅が０．１８μｍで、さらにピッチは０．３６μｍとなっている。なお、第２の開口部である菱形マーク２２１の部分では、半透明膜２０２を通過する露光光と開口部２２１を通過する露光光とに９０度の位相差を付けるために、基板が例えば１２４ｎｍ堀込まれている。このフォーカスモニタパターンの適切な露光量は、７．５ｍＪ／ｃｍ２  である。
【００１６】
図３に、菱形マーク２１１及び菱形マーク２２１が転写されて形成されたフォーカスモニタマークの長辺の寸法差とデフォーカス量との関係の露光量量依存性を示す。図３では、適切露光量７．５ｍＪ／ｃｍ２  を中心として、露光量を±１％，±５％，±１０％に変化させた場合の寸法差とデフォーカス量との関係を示している。図３に示すように、露光量を±１０％の範囲で変化させても、変換カーブの位置はほとんど変化しないことが分かる。従って、露光量が７．５ｍＪ／ｃｍ２  変化した場合においても、デフォーカス量を高精度に測定できる。
【００１７】
図２（ａ）では、向きが異なる２種類のフォーカスモニタパターンが形成されている。これは、露光装置の光学系の収差が大きい場合、パターンの向きに応じて形成されるマークの大きさが異なることがある。このよう場合、それぞれのフォーカスモニタマークで得られたデフォーカス量の平均をデフォーカス量とする。その結果、光学系の収差の影響を抑制することができる。
【００１８】
次に、露光量モニタパターンの構成を図４を用いて説明する。図４は、露光量モニタパターンの構成を示す平面図である。
図４に示すように、露光量モニタパターン３００は、透光部３０１と遮光部３０２とが露光装置で解像しない幅ｐのブロック内に配列されている。複数のブロックが、ブロック内の透光部３０１と遮光部３０２との配列方向に、連続的に配列されている。そして、前記配列方向では、ブロック内の透光部３０１と遮光部３０２とのデューティー比が単調に変化している。なお、複数のブロックが断続的に配列されていても良い。
【００１９】
この露光量モニタパターンに照明光を照射すると、基板面上での露光量モニタパターンの回折光の光強度分布は、フォーカス位置に依存しない単調減少又は単調増加である。
【００２０】
実効的な露光量をモニタしたいマスクが、開口数ＮＡ、コヒーレントファクターσ、波長λの露光装置にセットされた場合を考える。この装置で解像しないブロックの幅ｐ（ウェハ上寸法）の条件は、回折理論より、
【数３】
2004259765.tif 000003
となる。
【００２１】
基板上にフォトレジスト膜を形成しておくことで、フォーカスの状態に依存しない照射量の傾斜分布に対応した潜像（露光量メータ）がフォトレジスト膜に形成される。フォトレジスト膜に形成された潜像、又はフォトレジスト膜を現像して得られるパターンの一方向の長さを測定することによって、露光量が測定される。露光量メータの長さと露光量の関係を図５に示す。
【００２２】
計測されたフォーカスモニタマークの寸法と、デフォーカス量、露光量とは、次の式で示すことができる。
【００２３】
【数４】
2004259765.tif 000004
【００２４】
Ｌ：第１のパターン領域２１０のマークと第２のパターン領域のマークの寸法差、Ｆ：デフォーカス量、Ｅ：露光量、ａ：係数、ｎ：整数位相差
従って、測定されるフォーカスモニタ用パターンの寸法が露光量によってばらついた場合は、露光量メータから求めた実効露光量を用いて、まずフォーカスモニタ用パターンの変換カーブを取り除き、算出したデフォーカス量の露光量依存性を取り除くことが可能である。
【００２５】
先ず、設定露光量が実効露光量に応じた変換カーブの補正が必要か不要かを判定する。そして、変換カーブの補正が必要な場合には、実効露光量と変換カーブとの関係を求める必要がある。この方法について図６を参照して説明する。図６は、本発明の一実施形態に係わるデフォーカス量の測定方法の一部を示すフローチャートである。
【００２６】
ウェハ上のフォトレジスト膜に、マスクに形成されたパターンを複数の設定露光量で露光を行って、変換カーブの露光量依存性を調べる（ステップＳ１０１）。
【００２７】
具体的には、３０ｍＪ／ｃｍ２  の設定露光量を中心に、‐１０％から＋１０％まで変化させて露光を行った。図７には、寸法差とデフォーカス量の関係（変換カーブ）の露光量依存性を示す。グラフは、露光量３０ｍＪ／ｃｍ２  を中心として、設定露光量を−１０％，−５％，−１％，０％（３０ｍＪ／ｃｍ２  ），＋１％，＋５％，＋１０％と変化させた場合の、寸法差とデフォーカスとの関係を示したものである。図７に示した結果から、変換カーブが設定露光量によって異なる（グラフ中の各直線がばらついている）ことがわかる。
【００２８】
変換カーブを求めるときの条件を以下に示す。ウェハ上には、膜厚６０ｎｍの塗布型反射防止膜、及び膜厚０．４μｍの化学増幅系ポジ型フォトレジスト膜が形成されている。反射防止膜及びフォトレジスト膜は、スピンコーティング法を用いて形成される。
【００２９】
露光装置の投影光学系の縮小比１／４、露光波長２４８ｎｍ、ＮＡ＝０．６、コヒーレンスファクタσ＝０．７５、輪帯遮蔽率ε＝０．６７である。この露光装置の場合、露光量モニタパターンはピッチが０．１９μｍ、幅が２μｍで、スペースの寸法がウェハ換算上で０．６２５ｎｍずつ連続的に変化したものを使用した。
【００３０】
次に、露光が終了したウェハを、１００℃，９０秒でポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）したあと、０．２１規定のアルカリ現像液にて６０秒現像を行う。
【００３１】
次に、処理されたウェハ上の２種類の楔型パターンを、光学式の線幅測定器によって測長し、第２のパターン部２２０のマークが転写されて形成された楔型パターンにおけるＸ軸方向の寸法Ｌ’と第１のパターン部２１０のマークが転写されて形成されたパターン寸法Ｌとの差を求める。この寸法差の特性が、デフォーカスに対して単調増加していることから、フォーカスの位置ずれ量を、符号を含めて求めることができる。
【００３２】
次いで、変換カーブの露光量依存性を求めた後、露光量の変化によるデフォーカス量のバラツキを測定する（ステップＳ１０２）。図７に示すように、それぞれの露光量での変換カーブをｙ＝ａｘ＋ｂという１次式で近似する。そしてそれぞれの近似式のｙ軸切片（ｂ）のバラツキを求める。ここでは最大値ｂｍａｘ−最小値ｂｍｉｎで求められる。ｙ軸切片のバラツキを傾きａで割る。求められた値は、露光量の変化によるデフォーカス量のバラツキとなる。
【００３３】
求められたバラツキがスペック値以下であるか判定する（ステップＳ１０３）。本実施形態の場合、スペック値は１０ｎｍである。また、図７に示す変換カーブの場合、バラツキは５０ｎｍであった。
【００３４】
バラツキが、スペック値以下の場合（例えば図３）、求められた変換カーブの一つをその露光量での変換カーブとして決定する（ステップＳ１０４）。
【００３５】
バラツキが、スペック値より大きい場合、変換カーブと露光量との関係を求める（ステップＳ１０５）。ここでは、先に求められた係数ｂの露光量依存性を求める。露光量に対する係数ｂを図８に示す。露光量に対する係数ｂを２次の関数で近似する。図８の場合、２次関数はｙ＝０．００２８ｘ２−０．２０８１ｘ＋４．４４７９である。
以上で、変換カーブの補正の必要性及び実効露光量と変換カーブの関係とが求められる。
【００３６】
次に、バラツキがスペック値より大きく、実効露光量に応じて変換カーブの補正の必要がある場合におけるデフォーカス量の測定方法を図９を参照して説明する。図９は、本発明の一実施形態に係わるデフォーカス量測定方法を示すフローチャートである。
【００３７】
実際のウェハに前述したマスクを用いて露光し、フォーカスモニタマーク及び露光量メータを形成する（ステップＳ２０１）。露光・現像条件は前述の条件と同様である。
【００３８】
次いで、２種類のフォーカスモニタマーク及び露光量メータの寸法を測定する（ステップＳ２０２）。２種類のフォーカスモニタマークの寸法差を求める。露光量メータの寸法から、実効的な露光量を求める（ステップＳ２０３）。
【００３９】
求められた実効的な露光量を前述した関数のｘに代入して計算し、係数を得る（ステップＳ２０４）。次いで、変換カーブの切片と計算された係数とが等しくなるように変換カーブをｙ方向に並行移動させ、変換カーブを補正する（ステップＳ２０５）。図７には複数の変換カーブが存在したが、ここでは、設定露光量３０ｍＪ／ｃｍ２  の時の変換カーブを移動させる。
【００４０】
次いで、フォーカスモニタマークの寸法差と補正された変換カーブを用いてデフォーカス量を求める（ステップＳ２０６）。
【００４１】
上述した、本方法を用いてウェハ面内のフォーカスバラツキを求めた結果を図１０に示す。又、従来の方法で得られたウェハ面内のフォーカスバラツキを求めた結果を図１１に示す。従来法の場合、露光量オフセットが原因と思われる系統的な分布になった。図１０に示すように、本方法の場合、デフォーカスの分布から露光量変動分が原因と考えられた系統誤差を取り除くことができている。
【００４２】
本方法によれば、マスクにフォーカスモニタパターン及び露光量モニタパターンを形成し、レジストに形成された露光量メータの寸法から実効的露光量を測定し、測定された実効的露光量に基づいて変換カーブを補正することによって、最適露光量から大きくずれた設定露光量でも、デフォーカス量の誤差を小さくすることができる。
【００４３】
本実施形態においては、露光装置と独立した光学式の線幅測定器を用いて、フォーカス検出マークを測定したが、露光装置自体に内蔵された線幅測定機能やＳＥＭ等の光学式以外の測定装置を用いることも可能である。また、フォーカスモニタマークは、線幅測定装置で測定可能なマークであればよく、楔型の形状は、必ずしも先端を鋭利に形成する必要はなく、中央部よりも先端部が短く形成されていればフォーカスモニタマークとしての機能を発揮する。
【００４４】
さらにフォーカスモニタパターンのサイズ、ピッチ、及び、半透明膜部分の透過率および露光量モニタパターンの幅、ピッチは、本実施形態で示したものだけに限定されるものではなく、使用する露光条件によって種々変更することで、よりフォーカス検出性能の向上をはかることができる。
【００４５】
さらにフォーカスをモニタするマークは先細りパターンにかぎらず、図１２に示すようにデバイスパターンを使用することもできる。図１２は、マスクの構成を示す図である。図１２（ａ）はマスク全体を示す平面図、図１２（ｂ）はフォーカスモニタパターンの構成を示す平面図、図１２（ｃ）はデバイス領域１０２の構成を示す平面図である。図１２に示すように、マスク４００のフォーカスモニタパターン５００が形成されている。フォーカスモニタマークは、第１のパターン領域５１０と第２のパターン領域５２０とから構成されている。第１のパターン領域５１０には、遮光膜２０３で囲まれた開口５１１が形成されている。第２のパターン領域５２０には、半透明膜２０２で囲まれた開口５２１が形成されている。そして、デバイス領域１０２には、遮光膜２０３で囲まれた開口１０３が形成されている。このデバイス領域１０２のパターンは、素子分離パターンである。
【００４６】
開口５１１と開口５２１との寸法を測定するのではなく、開口５２１と開口１０３との寸法をそれぞれ測定し、二つの開口１０３，５２１の寸法差からデフォーカス量を求めることができる。なお、デバイスパターンは図に示した素子分離パターンに限らず、様々なパターンを用いることができる。
【００４７】
なお、上述したフォーカスモニタパターンと異なり、第１及び第２のパターン領域の何れにも半透明膜を設け、菱形マークの形成により、第１のパターン領域と第２のパターン領域とで異なるの位相差を持たせても良い。
【００４８】
例えば、図１３に示すように、菱形マーク（第１の開口部）２３１を形成した第１のパターン領域２３０では、開口部に露出する基板２０１を一部堀込む（例えば１２４ｎｍ）ことにより、開口部である菱形マーク２３１を通過する光に対しその周辺の半透明膜２０２を通過する光は＋９０度の位相差を持つことになる。また、菱形マーク（第２の開口部）２４１を形成した第２のパターン領域２４０では、開口部に露出する基板２０１を一部堀込む（例えば３７２ｎｍ）ことにより、開口部である菱形マーク２４１を通過する光に対しその周辺の半透明膜１０を通過する光は−９０度の位相差を持つようにしている。
【００４９】
また、本実施形態では第１のパターン領域と第２のパターン領域で同じ半透明膜を用い、開口部の透明基板を堀込む量を変えることにより第１のパターン領域と第２のパターン領域とで異なる位相差を持たせたが、この代わりに第１と第２のパターン領域で異なる半透明膜を用いてもよい。
【００５０】
また、第１のパターン領域２１０，２３０における遮光膜又は半透明膜部と開口部との関係は、逆にしてもよい。即ち、開口部で囲まれて菱形若しくは楔形の遮光膜又は半透明膜で形成されたモニタパターンを有するようにしてもよい。同様に、第２のパターン領域２２０，２４０における半透明膜部と開口部との関係も逆にしてもよい。即ち、開口部で囲まれて菱形若しくは楔形の半透明膜で形成されたモニタパターンを有するようにしてもよい。そして、これらの何れの組み合わせを用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００５１】
本実施形態では、９０度の位相差を持った半透明膜のマークを使用したが、位相差は、９０度に限定されたものではなく、遮光膜部の楔型マークと、半透明膜部の楔型マークとのベストフォーカス位置変化を生じさせるものであればよい。
【００５２】
本実施形態では、位相差フォーカスモニタの変換カーブを一次直線であると仮定したが、これに限られることなく、変換カーブの特性を表すことができれば、種種の関数を用いることができる。
【００５３】
また、上記実施形態では、変換カーブの補正の必要／不要を判定するのに、露光量モニタパターンが形成されたマスクを用いていたが、判定時には形成されていないマスクを用いても良い。
【００５４】
また、本実施形態ではデバイスのダイシングラインにマークを配置したが、ダイシングラインである必要はなく、デバイス領域の所定の位置に位相差フォーカスモニタマークおよび露光量モニタマークを配置して使用することや、これらのマークを含んだテストマスクを使用することによってもフォーカスをモニタすることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、マスクにフォーカスモニタパターン及び露光量モニタパターンを形成し、ウエハ上に形成された露光量メータの寸法から実効的露光量を測定し、測定された実効的露光量に基づいて変換カーブを補正することによって、最適露光量から大きくずれた設定露光量でも、デフォーカス量の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わるマスクの概略構成を示す平面図。
【図２】フォーカスモニタの構成を示す平面図。
【図３】菱形マーク２２１及び菱形マーク２２１の長辺の寸法差とデフォーカス量との関係の露光量量依存性を示す。
【図４】露光量モニタパターンの構成を示す平面図。
【図５】露光量メータの長さと露光量の関係を示す図。
【図６】本発明の一実施形態に係わるデフォーカス量の測定方法の一部を示すフローチャート。
【図７】寸法差とデフォーカス量の関係（変換カーブ）の露光量依存性を示す図。
【図８】露光量に対する係数ｂを示す図。
【図９】本発明の一実施形態に係わるデフォーカス量測定方法を示すフローチャートである。
【図１０】本方法を用いてウェハ面内のフォーカスバラツキを求めた結果を示す平面図。
【図１１】従来方法を用いてウェハ面内のフォーカスバラツキを求めた結果を示す平面図。
【図１２】マスクの構成の変形例を示す平面図。
【図１３】フォーカスモニタパターンの構成の変形例を示す図。
【符号の説明】
１００…マスク，１０１…ダイシングライン，１０２…デバイス領域，２００…フォーカスモニタパターン，２０１…透明基板，２０２…半透明膜，２０３…遮光膜，２１０…第１のパターン領域，２１１…菱形マーク，２２０…第２のパターン領域，２２１…菱形マーク
【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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【図１２】
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【図１３】
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