(57)【要約】【課題】  簡便にベストフォーカス位置を求めることのできるフォーカスモニタパターンを有するフォトマスクおよびフォーカスモニタ方法を提供する。【解決手段】  マスク基板と、このマスク基板上に配置されたデバイスパターンと、マスク基板上のデバイスパターンとは異なる位置に配置された１または２以上のフォーカスモニタパターンとを備え、このフォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有するフォトマスクを用いる。フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの少なくとも１の辺に鋸歯形状のパターンが設けられてなるものとすることができる。【選択図】      図１
2005189729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク基板と、
前記マスク基板上に配置されたデバイスパターンと、
前記マスク基板上の前記デバイスパターンとは異なる位置に配置された１または２以上のフォーカスモニタパターンとを備え、
前記フォーカスモニタパターンは、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの少なくとも１の辺に前記鋸歯形状のパターンが設けられてなる請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記フォーカスモニタパターンは、前記矩形形状のパターンの対向する２辺のそれぞれに前記鋸歯形状のパターンが設けられてなる請求項２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記略三角形は、頂角が４５度以下の略二等辺三角形である請求項１〜３のいずれか１に記載のフォトマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載のフォトマスクを用いてレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データを得る工程と、
前記フォトマスクを用いてレジスト膜上にデバイスパターンを形成する工程と、
前記デバイスパターンを形成する工程により該レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Ｌを測定する工程と、
測定した前記距離Ｌと前記フォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Ｄを求める工程と、
前記ずれ量Ｄに基づいて前記露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する工程とを有することを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造に使用されるフォトマスクおよび露光装置の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に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。
【０００３】
この微細化を支えているフォトリソグラフィ技術には、被加工基板表面にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する工程、光を照射して所定のレジストパターンを露光することによりレジストパターン潜像を形成する工程、必要に応じて加熱処理をする工程、次いでこれを現像して所望のレジストパターンを形成する工程、および、このレジストパターンをマスクとして被加工基板に対してエッチングなどの加工を行う工程が含まれる。
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術を用いて、微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するには、微細なレジストパターンを形成することが必要である。そして、レジストパターンの微細化を図るには、上記のレジストパターン潜像を形成する際の露光解像度を向上させることが必要となる。ここで、露光解像度は、プロセス因子（ｋｌ）、露光波長（λ）および光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）によって表わされる（式（１））。
【０００５】
露光解像度＝ｋｌ×（λ／Ｎ．Ａ．）    ・・・（１）
【０００６】
式（１）から分かるように、露光解像度を小さくするためには、プロセス因子（ｋｌ）を小さくすることのできるプロセスの開発、露光波長（λ）の短波長化または露光装置の光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）の向上を図ることが必要となる。しかしながら、光学系の開口数を大きくすると、露光解像度を小さくすることができる一方で焦点深度の低下が起こるという問題があった。例えば、１００ｎｍ以下のデザイン・ルールに対応した微細パターンでの焦点深度は０．３５μｍ程度であり、微細化の進展とともに焦点深度は今後さらに浅くなることが予想される。
【０００７】
上記の問題に対しては、従来より、露光装置の高精度化、露光装置管理技術の改善、高解像度レジストの採用およびシリコン基板またはシリコン基板上に形成された薄膜の平坦性向上などの措置が講じられてきた。この内、高解像度のレジストを用いる方法では、露光装置のフォーカス（Ｆｏｃｕｓ）位置の変化によって受けるレジストの線幅変化が小さいという特徴がある。
【０００８】
例えば、フォーカス位置がプラス側にずれた場合、レジストのボトムでの線幅は所望の寸法通りに形成されるが、下地膜２０上に形成されたレジストパターン２１の膜厚ｔ１は所望の値ｔより薄くなる（図１３（ａ））。このため、レジストパターン２１をマスクとして下地膜をエッチングする際に、本来レジストによって保護されていなければならない領域においても下地膜２０がエッチングされてしまうという問題があった。また、レジストパターン２１をマスクとして半導体基板（図示せず）に不純物を注入する際にも、レジストの膜厚が薄いことによって不純物がレジストを貫通してしまうという問題があった。
【０００９】
また、フォーカス位置がマイナス側にずれた場合、レジストパターン２２のトップでの線幅ｗ１は所望の寸法（ｗ）通りに形成されるが、レジストパターン２２のボトムでの線幅ｗ２が所望の値ｗより細くなることによって、レジストパターン２２の断面形状は逆テーパ状を呈するようになる（図１３（ｂ））。これにより、レジストパターン２２に傾きや倒れが生じやすくなるという問題があった。この問題について、以下に詳述する。
【００１０】
露光後のレジスト膜の現像には、一般に、液体現像液を用いたウェット現像法が用いられる。例えば、レジスト膜を現像液に浸漬し、露光部と未露光部におけるレジスト膜の溶解度差を利用することによって、レジストパターンを形成する。続いて、現像液および現像液に溶解したレジストをリンス液によって洗い流す処理を行う。その後、乾燥処理を行ってリンス液を除去する。
【００１１】
ここで、断面形状が逆テーパ状のレジストパターンでは、リンス液を乾燥させる際に、レジストパターン間に溜まったリンス液と空気との圧力差によって毛細管力が働くために、パターンに傾きが発生し易い。また、この傾きが著しい場合には、隣り合うパターンが互いにもたれ掛かるようにして倒れるパターン倒れが発生することもある。このようなパターンの傾きや倒れが生じると、被加工基板に所望のパターンを形成することができなくなり、製品の歩留まり低下や信頼性低下などを招く。また、倒れたパターンの一部が欠落した場合にはこれがダスト源となることによって、さらなる歩留まりの低下を引き起こすことにもなる。
【００１２】
一方、従来、露光条件の管理は、ライン・アンド・スペースパターンの線幅または所定の模擬的な回路パターンの線幅を測定することによって行われてきた。しかしながら、焦点深度が浅い場合に対応する高解像度のレジストを用いた場合には、上記の通り、線幅によってフォーカスを管理することは困難である。さらには、レジストの線幅は一般に露光量とフォーカスによって変動してしまうので、変動の原因が露光量にあるのか、それともフォーカスにあるのか特定することができないという問題もあった。
【００１３】
これに対して、露光装置のフォーカスを管理する方法として、ＳＭＰ（Ｓｅｌｆ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒａｍ）によるものがある。これは、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、楔形のフォーカスモニタパターンの寸法ｓを測定することによって、ベストフォーカス位置を求める方法である。すなわち、露光装置のフォーカス位置がベストフォーカス位置である場合には、フォーカスモニタパターンは最も大きな寸法で露光される（図１４（ａ））。しかし、フォーカス位置がベストフォーカス位置からプラス側（図１４（ｂ））またはマイナス側（図１４（ｃ））にずれると、フォーカスモニタパターンの寸法ｓは小さくなる。したがって、図１５に示すように、露光されたフォーカスモニタパターンの寸法ｓをフォーカス位置ｘに対してプロットし、寸法ｓが最大となる点を求めることによって、ベストフォーカス位置ｘ０を算出することができる。
【００１４】
しかしながら、上記のＳＭＰ法においても、フォーカスモニタパターンの寸法はフォーカスだけでなく露光量によっても変動するので、変動の原因がフォーカスにあるのか、露光量にあるのか特定することができない。このため、フォーカス位置が適正であったとしても露光量が適正でないために寸法が変動し、結果としてベストフォーカス位置を求めることができないという問題があった。また、楔形のフォーカスモニタパターンを実際のデバイスに配置した場合には、シリコン基板の外周領域でデフォーカスとなることによって、パターンの傾きや倒れを生じたり、パターンの欠落によってダストを生じたりするという問題もあった。
【００１５】
図１６（ａ）は、パターン倒れが生じた楔形のレジストパターンの平面図であり、図１６（ｂ）はその断面図である。図の例では、デフォーカスとなることによってレジストパターン２３の断面形状が逆テーパ状となっている。このような形状となることによって、楔形の部分ではレジストパターン２３と下地膜２４との接触面積が非常に小さくなるので、パターンに倒れが発生し易くなる。
【００１６】
こうした問題に対しては、従来より、楔形パターンに補助パターンを配置する方法（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。しかしながら、この方法によればパターンの倒れは改善されるものの、露光量によるパターンの寸法変化の問題を解決することはできない。また、左右（上下）非対称のパターンをフォーカスモニタパターンに用いる方法（例えば、特許文献２参照。）も提案されているが、この方法では、楔形パターンにおけるエッジのラフネス（ｒｕｏｇｈｎｅｓｓ）の精度が低下するという問題があった。さらには、位相の異なる露光光が通過する２つのフォーカスモニタパターンを用いる方法（例えば、特許文献３参照。）も提案されているが、この方法では、マスクの構造が複雑化することによってコストの上昇を招くという問題があった。
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−３１９５９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１０２０６１号公報
【特許文献３】特開２００１−１８９２６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、簡便にベストフォーカス位置を求めることのできるフォーカスモニタパターンを有するフォトマスクを提供することにある。
【００１９】
また、本発明の目的は、簡便にベストフォーカス位置を求めることのできるフォーカスモニタ方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のフォトマスクは、マスク基板と、このマスク基板上に配置されたデバイスパターンと、マスク基板上のデバイスパターンとは異なる位置に配置された１または２以上のフォーカスモニタパターンとを備え、このフォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明において、フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの少なくとも１の辺に鋸歯形状のパターンが設けられてなるものとすることができる。さらに、フォーカスモニタパターンは、矩形形状のパターンの対向する２辺のそれぞれに鋸歯形状のパターンが設けられてなるものとすることができる。
【００２３】
また、本発明において、略三角形は、頂角が４５度以下の略二等辺三角形であることが好ましい。
【００２４】
本発明のフォーカスモニタ方法は、本発明のフォトマスクを用いてレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データを得る工程と、本発明のフォトマスクを用いてレジスト膜上にデバイスパターンを形成する工程と、このデバイスパターンを形成する工程によりレジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Ｌを測定する工程と、測定した距離Ｌとフォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Ｄを求める工程と、得られたずれ量Ｄに基づいて露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整する工程とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
この発明は以上説明したように、フォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを有するので、簡便に露光装置のベストフォーカス位置を検出することが可能になる。
【００２６】
また、本発明によれば、レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターンについて、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Ｌを測定し、フォーカス曲線データと比較することによって露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Ｄを求めることができるので、簡便に露光装置のフォーカスモニタを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明者は、鋭意研究した結果、マスク基板と、このマスク基板上に配置されたデバイスパターンと、マスク基板上のデバイスパターンとは異なる位置に配置された１または２以上のフォーカスモニタパターンとを備え、フォーカスモニタパターンが、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンであるフォトマスクを用いることにより、容易にベストフォーカス位置を求めることができることを見出した。ここで、略三角形は、頂角が４５度以下の略二等辺三角形であることが好ましい。また、略三角形には、三角形の頂点が欠けた台形に近い形状も含まれるものとする。
【００２８】
以下に、本発明によるフォーカスモニタ方法について、ポジ型のレジストを使用する場合を例にとり説明する。
【００２９】
図１（ａ）は、ベストフォーカス位置で露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離Ｌ１は最も長いものとなる。一方、図１（ｂ）は、ベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、デフォーカスとなることによって山部のパターンは消失する。また、露光が不十分となることによって谷部は浅く形成される。このため、山と谷の距離Ｌ２は距離Ｌ１に比べて短いものとなる。さらに、図１（ｃ）は、ベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光されたフォーカスモニタパターンの平面図である。この場合、光の回り込みによってレジストが露光される結果、山部のパターンは消失する。一方、デフォーカスとなることによって解像度が低下する結果、谷部は浅く形成される。したがって、この場合にも、山と谷の距離Ｌ３は距離Ｌ１に比べて短いものとなる。
【００３０】
図２は、露光装置のフォーカス位置ｘによる鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離Ｌの変化を示したものである。ベストフォーカス位置ｘ０では、光のコントラストが最大となるので、山と谷の距離Ｌも最大となる。一方、フォーカス位置ｘがベストフォーカス位置ｘ０からプラス側またはマイナス側にずれると、山と谷の距離Ｌは小さくなる。そして、ベストフォーカス位置ｘ０からのずれ量が大きくなる程、山と谷の距離Ｌは次第に小さくなって行く。したがって、鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離Ｌを測定することによって、フォーカス位置が適正であるか否かを判断することが可能になる。
【００３１】
次に、図３を用いて、露光量と、鋸歯形状のパターン部分の山と谷の距離との関係について説明する。
【００３２】
図３（ａ）は、露光量が適正値より少ない場合のフォーカスモニタパターンの平面図である。ここで、ポジ型のレジストでは、所定の露光量の光を照射することにより照射部が現像液に可溶となるので、現像後には未照射部からなるレジストパターンが得られる。しかしながら、露光量が少ない場合には、現像液に可溶化するのに十分な量の露光エネルギーが与えられないことになるので、適正露光量で形成されたパターン（図の実線のパターン）に比較して、山の先端が伸び、谷の先端が後退したパターン（図の点線のパターン）となって形成される。すなわち、図３（ａ）において、山の端部１は、適正露光量での山の端部１′よりも図の左方向（矢印の方向。以下、同じ。）に移動する。同様に、谷の端部２も適正露光量での谷の端部２′よりも図の左方向に移動する。山と谷の移動量は殆ど同じであるので、露光量が適正値より少なくなった場合であっても、結果として山と谷の距離Ｌ，Ｌ′に実質的な変化は見られないことになる。
【００３３】
一方、図３（ｂ）は、露光量が適正値より多い場合のフォーカスモニタパターンの平面図である。露光量が多くなると、光の回り込みにより現像液に可溶となる部分が大きくなるので、適正露光量で形成されたパターン（図の点線のパターン）に比較して、山の先端が後退し、谷の先端が伸びたパターン（図の実線のパターン）となって形成される。すなわち、図３（ｂ）において、山の端部３は、適正露光量での山の端部３′よりも図の右方向に移動する。同様に、谷の端部４も適正露光量での谷の端部４′よりも図の右方向に移動する。山と谷の移動量は殆ど同じであるので、露光量が多くなった場合であっても、図３（ａ）の場合と同様に、山と谷の距離Ｌ，Ｌ″に実質的な変化は見られないことになる。
【００３４】
以上より、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離は、フォーカス位置が変化することによって変動するが、露光量の変化による変動は受け難い。したがって、山と谷の距離を測定することによって、ベストフォーカス位置を検出することが可能となる。また、レジストの線幅変化がフォーカス位置のずれに起因するのか否かの判断ができるので、半導体装置の製造工程で生じる不良の解析に有用な情報が得られるようになる。
【００３５】
また、本発明においては、平面で見て矩形形状の少なくとも１の辺に、略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを設け、これをフォーカスモニタパターンとして用いることによって、例えば、フォーカス位置がマイナス側にずれることによってレジストパターンの断面形状が逆テーパ状になった場合であっても、レジストパターンに傾きや倒れが生じたりするのを防ぐことができる。このことについて、以下に詳述する。
【００３６】
図４は、レジスト５に転写された本発明にかかるフォーカスモニタパターンの平面図である。図において、パターンの断面形状が逆テーパ状となった場合、鋸歯形状のパターン部分Ｐ１では、レジスト５と下地膜６との接触面積は小さいものとなる。一方、鋸歯形状のパターン部分Ｐ１に連接した矩形状のパターン部分Ｐ２は、鋸歯形状のパターン部分Ｐ１に比べると、下地膜６に対して元々大きな接触面積を有している。したがって、断面形状が逆テーパ状となった場合であっても、矩形状のパターン部分Ｐ２における下地膜６との接触面積は依然として大きいままである。このため、矩形状のパターン部分Ｐ２に傾きや倒れが生じるおそれはない。さらに、この矩形状のパターン部分Ｐ２が鋸歯形状のパターン部分Ｐ１を支持するので、鋸歯形状のパターン部分Ｐ１の接触面積が小さくなってもこの部分（Ｐ１）に傾きや倒れが発生するのを防ぐことができる。したがって、パターンの欠落が生じることもないので、レジスト５に起因したダストの発生を抑制することが可能となる。尚、図４において、下地膜６としては、絶縁膜などの半導体装置の製造工程で使用される適当な無機または有機の膜が挙げられる。また、下地膜６は、シリコン基板などの半導体基板であってもよい。
【００３７】
図５は、本実施の形態によるフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。図において、フォーカスモニタパターン７は、正方形のパターンＰ３の一辺に鋸歯形状のパターンＰ４が連接した構造を有している。また、鋸歯形状のパターンＰ４は、複数の二等辺三角形のパターン８が互いに隙間なく隣接して配列された構造を有する。ここで、正方形のパターンＰ３の一辺の長さｌ１は、例えば２μｍとすることができる。また、鋸歯形状のパターンＰ４は、１０個の二等辺三角形のパターン８が隙間なく隣接するようにして形成することができる。図において、各二等辺三角形のパターン８は、これらの山と谷が交互に連続して繋がるようにして配置されている。そして、各二等辺三角形のパターン８について、頂点間の長さｌ２は例えば０．２μｍとすることができ、高さｌ３は例えば２．５μｍとすることができる。
【００３８】
また、図６は、本実施の形態によるフォーカスモニタパターンの平面図の他の例である。図において、フォーカスモニタパターン９は、長方形のパターンＰ５の対向する２辺のそれぞれに鋸歯形状のパターンＰ６，Ｐ７が連接した構造を有している。また、鋸歯形状のパターンＰ６，Ｐ７は、それぞれ、複数の二等辺三角形のパターン１０，１１が互いに隙間なく隣接して配列された構造を有する。換言すると、各二等辺三角形のパターン１０，１１は、これらの山と谷が交互に連続して繋がるようにして配置されている。
【００３９】
図６において、長方形のパターンＰ５について、短辺の長さｌ４は例えば１μｍとすることができ、長辺の長さｌ５は例えば２μｍとすることができる。また、鋸歯形状のパターンＰ６は、１０個の二等辺三角形のパターン１０を隣接して形成することができる。そして、各二等辺三角形のパターン１０について、頂点間の長さｌ６は例えば０．２μｍとすることができ、高さｌ７は例えば２．５μｍとすることができる。鋸歯形状のパターンＰ７についても同様とすることができる。
【００４０】
図５および図６の例は、形成するレジストパターンが所謂残しパターンである場合に好適である。一方、レジストにコンタクトホールパターンなどの抜きパターンを形成する場合には、残しパターンを形成する場合に比較すると、通常２倍〜３倍の露光量が必要となる。このため、光の回り込みによって現像液に可溶となる部分が大きくなるので、谷部でのパターンの切れ込みは浅くなり、隣接する二等辺三角形が谷部で繋がった形状になる。そこで、設計段階で長方形の短辺の長さを短くしておくことが好ましい。
【００４１】
例えば、図７に示すように、長方形のパターンＰ８について、短辺の長さｌ８を例えば０．１μｍとする。また、鋸歯形状のパターンＰ９，Ｐ１０について、各二等辺三角形のパターン１２，１３の頂点間の長さｌ９を例えば０．４μｍとし、高さｌ１０を例えば２．５μｍとする。
【００４２】
尚、フォーカスモニタパターンを構成する鋸歯形状部分および矩形状部分の寸法は、図５〜図７の例に限られるものではない。半導体装置のデザイン・ルール並びにレジストの種類および膜厚などに応じて適宜寸法を調整することが好ましい。また、図５〜図７の例では、二等辺三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンを用いたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、二等辺三角形の頂点が欠けた台形に近い形状のパターンを同一方向に隙間なく連続して配置することによって、鋸歯形状のパターンとしてもよい。
【００４３】
図６および図７のフォーカスモニタパターンの形状は、図５のフォーカスモニタパターンの形状に比較して複雑である。しかしながら、図６や図７のフォーカスモニタパターンによれば、フォーカス位置の変化による鋸歯形状のパターン部分の寸法変化を、図５のフォーカスモニタパターンに対して２倍の量でモニタすることができる。したがって、より高精度でのフォーカスモニタが可能になる。
【００４４】
次に、本発明によるフォーカスモニタ方法について説明する。
【００４５】
図８は、側長ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定する様子を示したものである。尚、図のパターンは、本発明にかかるフォトマスクを用いてレジスト膜に転写されたフォーカスモニタパターンである。
【００４６】
図８において、点線で囲んだ部分は側長エリアである。測長は、図の測長エリア内をさらに複数に分割して行われる。例えば、走査線の加算本数を１６本とし、側長ポイントｐを３２点設ける。そして、各測長ポイントｐについて、鋸歯形状のパターン部分Ｐ８から矩形形状のパターン部分Ｐ９の端部までの寸法Ｗを順に側長する。得られた寸法Ｗの最大値Ｗｍａｘと最小値Ｗｍｉｎとの差が、鋸歯形状のパターン部分Ｐ８における山と谷の距離Ｌである。
【００４７】
側長ＳＥＭを用いた側長により得られた山と谷の距離Ｌは、フォーカス位置によって変化する。すなわち、山と谷の距離Ｌはベストフォーカス位置で最大値を示し、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれると次第に小さくなる。このため、山と谷の距離Ｌを側長することによって、露光装置のフォーカス位置が適正であるか否かを判断することが可能になる。ここで、本発明においては、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンをフォーカスモニタパターンに用いている。このため、略三角形が互いに所定の間隔を置いて配置された場合に比較すると、１の側長エリア内に含まれる略三角形の数を大きくすることが可能となる。したがって、１回の操作で測定可能な側長ポイントの数を多くすることができるので、測定精度の向上とともに測定時間の短縮を図ることが可能となる。
【００４８】
図９および図１０は、光学式顕微鏡を用いて、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定する例を示したものである。尚、これらの図のパターンは、図８と同様に、本発明にかかるフォトマスクを用いてレジスト膜に転写されたフォーカスモニタパターンである。
【００４９】
図９（ａ）に示すように、レジストパターンを明視野で観察した場合、パターンのエッジ部分１２は光の散乱によって他の部分１３よりも暗く見える。そこで、これを画像処理することによって、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定することができる。簡単には、ベストフォーカス位置で露光された場合には暗く見える部分が長くなる一方、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれて露光された場合には暗く見える部分が短くなる。したがって、図９（ｂ）の暗部の幅ｗ１を求めることによって、フォーカスモニタが可能となる。尚、図９（ｂ）において、横軸はレジスト上での座標Ｘを表わし、縦軸は散乱光強度Ｉを表わしている。
【００５０】
一方、図１０（ａ）に示すように、レジストパターンを暗視野で観察した場合、パターンのエッジ部分１４は光の散乱によって他の部分１５よりも明るく見える。そこで、図９の場合と同様に、これを画像処理することによって、鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離を測定することができる。簡単には、ベストフォーカス位置で露光された場合には明るく見える部分が長くなる一方、ベストフォーカス位置からプラス側またはマイナス側にずれて露光された場合には明るく見える部分が短くなる。したがって、図１０（ｂ）の明部の幅ｗ２を求めることによって、フォーカスモニタが可能となる。尚、図１０（ｂ）において、横軸はレジスト上での座標Ｘを表わし、縦軸は散乱光強度Ｉを表わしている
【００５１】
図１１は、本発明におけるフォトマスクを用いて、半導体基板上に転写されたフォーカスモニタパターンの鋸歯形状部分における山と谷の距離と、露光装置のベストフォーカス位置からのずれとの関係を示すフォーカス曲線データの一例である。図の実線は、フォーカス位置に対する鋸歯形状のパターン部分における山と谷の距離の変化を示している。また、比較のために、従来のライン・アンド・スペースパターンの線幅がフォーカス位置に対して変化する様子についても点線で示している。尚、図の横軸は露光装置のフォーカス位置ｘを、縦軸は山と谷の距離（または、ライン・アンド・スペースパターンの線幅）Ｌをそれぞれ表わす。
【００５２】
図において、領域Ａは、ベストフォーカス位置から所定のマージンを考慮したフォーカスの許容領域であり、フォーカス位置がこの領域内にあれば良好な形状のレジストパターンを得ることができる。一方、領域Ｂ，Ｂ′は、線幅の設計値にマージンを考慮して得られる線幅の許容領域である。ここで、領域Ｂは鋸歯形状のパターンの変動から得られる線幅の許容領域であり、領域Ｂ′はライン・アンド・スペースパターンの変動から得られる線幅の許容領域である。
【００５３】
図１１から分かるように、従来のライン・アンド・スペースパターンの線幅変化には、線幅の許容領域Ｂ内であるにもかかわらず、フォーカスの許容領域Ａから外れている領域Ｃがある。この領域Ｃは、具体的には、フォーカスがベストフォーカス位置からプラス側にずれた領域であって、レジストのボトムでの線幅は所望の寸法通りに形成されるが、レジストの膜厚は所望の値より薄く形成される領域である。このような場合、レジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングすると、本来レジストによって保護されていなければならない部分においても下地膜がエッチングされてしまう事態が生ずる。また、レジストパターンをマスクとして半導体基板に不純物を注入する際に、不純物がレジストを貫通してしまうという事態も生じ得る。
【００５４】
一方、本発明における鋸歯形状のパターン部分での寸法変化は、従来例に比べてフォーカス位置に対する変化が鋭敏である。そして、フォーカスの許容領域Ａ内で線幅許容領域Ｂを設定することによって、厳密なフォーカスモニタを行うことが可能となる。
【００５５】
具体的には、まず、本発明にかかるフォトマスクを用いて、レジスト膜上にデバイスパターンを形成する。この際、デバイスパターンとともに、フォーカスモニタパターンがレジスト膜上に転写される。次に、転写されたフォーカスモニタパターンの鋸歯形状部分における山と谷の距離Ｌを測定する。そして、測定した距離Ｌと、上記のフォーカス曲線データとから露光装置のベストフォーカス位置からのずれ量Ｄを求める。得られたずれ量Ｄに基づき、露光装置のフォーカス位置をベストフォーカス位置に調整することによって、フォーカスモニタを行うことができる。
【００５６】
図１２は、本発明のフォトマスクの平面概略図の一例である。このフォトマスクは、例えば、９０ｎｍのデザイン・ルールに対応したＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）を露光光源とする場合に使用される。図に示すように、マスク基板１６上に半導体装置に対応するデバイスパターン１７を４つ配置する場合には、フォーカスモニタパターン１８をデバイスパターン１７とは異なる位置、例えば、フォトマスクの各コーナー部分と中央部分とに配置する。そして、上述したような方法を用いて、レジスト膜上に転写されたフォーカスモニタパターン１８について、鋸歯形状部分の略三角形によって形成される山と谷の距離を測定する。これにより、フォーカスモニタが可能となるので、露光装置の像面傾斜の影響や実回路パターンの配置密度の偏りに起因する露光装置のレベリング不良を簡便に検査することができる。
【００５７】
尚、本発明において、フォトマスクに設けられるデバイスパターンの数は図１２の例に限られるものではなく、半導体装置の製造工程によって適宜設定することができる。また、フォーカスモニタパターンの数も図１２の例に限られるものではなく、デバイスパターンの数に応じて適宜設定することが好ましい。
【００５８】
以上述べたように、本発明によれば、平面で見て略三角形が同一方向に隙間なく連続して配置された鋸歯形状のパターンをフォーカスモニタパターンとして用いることによって、簡便にベストフォーカス位置を求めることが可能となる。これにより、焦点深度が浅い場合であっても良好なレジストパターンを形成することが可能となるので、半導体装置の信頼性および歩留まりの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施の形態におけるフォーカスモニタパターンの平面図であり、（ａ）はベストフォーカス位置で露光された場合、（ｂ）はベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光された場合、（ｃ）はベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光された場合である。
【図２】本実施の形態において、フォーカス位置ｘと鋸歯形状部分の山と谷の距離Ｌとの関係を示したものである。
【図３】本実施の形態におけるフォーカスモニタパターンの平面図であり、（ａ）は露光量が適正値より少ない場合、（ｂ）は露光量が適正値より多い場合である。
【図４】レジストに転写された本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。
【図５】本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。
【図６】本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。
【図７】本発明のフォーカスモニタパターンの平面図の一例である。
【図８】本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。
【図９】本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。
【図１０】本実施の形態において、鋸歯形状部分における山と谷の距離の測定方法の説明図である。
【図１１】本実施の形態において、フォーカス位置ｘと鋸歯形状部分の山と谷の距離Ｌとの関係を示したものである。
【図１２】本発明のフォトマスクの平面概略図の一例である。
【図１３】（ａ）はフォーカス位置がプラス側にずれた場合のレジストパターンの断面図であり、（ｂ）はフォーカス位置がマイナス側にずれた場合のレジストパターンの断面図である。
【図１４】従来のフォーカスモニタパターンの平面図であり、（ａ）はベストフォーカス位置で露光された場合、（ｂ）はベストフォーカス位置からプラス側へずれて露光された場合、（ｃ）はベストフォーカス位置からマイナス側へずれて露光された場合である。
【図１５】従来のベストフォーカス位置の算出方法の説明図である。
【図１６】従来のレジストパターン倒れの説明図であり、（ａ）はレジストパターンの平面図、（ｂ）はレジストパターンの断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，３  山の端部
２，４  谷の端部
５  レジスト
６，２０，２４  下地膜
７，９  フォーカスモニタパターン
２１，２２，２３  レジストパターン
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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