(57)【要約】【課題】厳密な位相の制御を必要とすることなく、フォトマスク作製が容易で、かつ露光工程のフォーカス状態からのずれ量およびずれ方向を高精度かつ簡便に検出することができ、露光精度の向上等に寄与し得るフォーカスモニター用マスク及びフォーカスモニター方法を提供すること。【解決手段】本発明のフォトマスクは、マスク基板と、前記マスク基板上に配置された最適フォーカス位置にオフセットを載せるための段差と、前記段差領域に露光光のフォーカス変動により寸法を変化させる性質を持つモニターパターンを有するものである。この構成により、マスク製造を容易にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク基板と、
前記マスク基板の一部に設けられた段差と、
前記マスク基板の表面と前記段差にパターンと
が設けられていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記段差が、露光光のフォーカスばらつきから算出されていることを特徴とする
請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記段差が、ダイシング領域に配置されていることを特徴とする
請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項４】
段差部にパターンが形成されているマスク基板を用いて転写したモニターパターンの寸法と露光光のフォーカス値との関係を予め求める工程と、
ウエハ上に転写された前記段差部に設けたパターン寸法を測長する工程と、
前記段差部に設けられたパターン寸法と段差部の高さから露光光のフォーカス値を算出することを特徴とする
フォーカスモニター方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子や液晶表示素子等の製造に際して、デバイスパターンの微細化に重要な露光光源のフォーカス管理に関する技術である。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体デバイスの微細化により、露光量や焦点深度などのマージンの確保が非常に難しくなってきた。そのため、その少ないマージン内でフォーカスを高精度に制御する技術が不可欠となってきた。
【０００３】
従来のフォーカス管理技術としては、図４（ａ）の１０１に示すような開口部または遮光体により作製された菱形または楔形であるモニターパターンを備えたフォトマスクを用い、図４（ｂ）に示す、ウエハ上に転写した菱形のモニターパターン１０２の対角線長軸の長さＬを測長することでフォーカス管理を行っていた。
【０００４】
すなわち、図４（ｂ）に示すウエハ上に転写された菱形パターンの対角線長軸の寸法Lと露光光のフォーカス位置の関係を図５の曲線のように製品ロットに先行して用意する。この場合寸法が最長になるフォーカス条件を最適露光条件として、適切な露光条件を決定するという手法であった。
【０００５】
しかしながら、単に菱形パターンを用いたフォーカスモニター方法では、フォーカスが最適値からずれた時、つまり図５の曲線１１１が示すように菱形の寸法がｘとなった時、対応するフォーカスはベストフォーカスをはさんでｙ、ｚという二つが存在することとなり、フォーカスが上下どちらにずれたのかという情報を得ることはできない。
【０００６】
そこで、このフォーカスが上下どちらにずれたのかという情報が得られないという問題を解決するために考案されたのが、フォトマスク上の一部を半透明膜により位相の異なる領域とし、それにより得られた位相が異なる二つの領域に、それぞれ菱形等の形状、およびデバイスパターンの形状を考慮したモニターパターンを配置したフォトマスクである。位相を変化させることでそれら二つのパターンによりウエハ上に転写された寸法にオフセットを載せることができる。このパターンの寸法差を利用して、デフォーカス値をモニターするものがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００７】
図６は、特許文献１に記載された従来のフォトマスクを示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。図中の１２３は透明基板、１２４は半透明膜、１２５は遮光膜を示す。また、１２１は遮光膜１２５に形成された菱形マーク（第１の開口部）を、１２２は半透明膜１２４に形成された菱形マーク（第２の開口部）を示す。なお、半透明膜１２４は、位相をずらす作用を持っている。半透明膜１２４のかわりに遮光膜１２５を用いてもよく、その場合は位相をずらすために、開口部１２２部分を透明基板１２３を掘り込むことで形成しても良いとしていた。
【０００８】
このフォトマスクを用いてウエハ上に転写された２種類の菱形パターンの長い方の対角線の長さを測長し、その二つのパターンの寸法差からデフォーカス値を求めるという手法を用いている。
【特許文献１】特開２００１−１００３９２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８７８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、２つのモニターパターンの寸法差が明瞭にウエハ上に表れなければ正確な寸法差を測長することができない。そのためには、二つの異なる領域の位相差を厳密に制御することが不可欠であり、フォトマスクの基板を掘り込む深さ、また半透明膜の厚さを厳密に調節しなければならず、フォトマスク製造の際の位相の制御が難しいという課題を有している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、従来の課題を解決するもので、厳密な位相の制御を必要とすることなく、フォトマスク作製が容易で、かつ露光工程のフォーカス状態からのずれ量およびずれ方向を高精度かつ簡便に検出することができ、露光精度の向上等に寄与し得るフォーカスモニター用マスク及びフォーカスモニター方法を提供することを目的とする。
【００１１】
従来の課題を解決するために、本発明のフォトマスクは、マスク基板と、前記マスク基板上に配置された最適フォーカス位置にオフセットを載せるための段差と、前記段差領域に露光光のフォーカス変動により寸法を変化させる性質を持つモニターパターンを有する、従来のフォーカスモニター用マスクよりマスク製造が容易な構造とした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフォトマスクによれば、マスク基板に段差を設けて、前記段差上にモニターパターンを配置するという構造にしたことにより、モニターパターンと、段差領域に無いパターンのフォーカス位置にオフセットを載せることができる。
【００１３】
モニターパターンは少なくとも前記段差上に配置された一つがあれば十分であり、その形状および構造も状況に則して自由度を持って決定することができる。
この時、段差高さまたは深さは、露光光のフォーカスばらつきから計算される。これにより、ウエハ上に転写されたモニターパターンを測長することで得られるモニターパターンの露光光のフォーカスずれを一つに決定することが可能となり、段差高さから生じるモニターパターンとデバイスパターンの間のオフセットを考慮することで、デバイスパターンのフォーカスずれの方向およびずれ量が得られる。
【００１４】
また、モニターパターンをフォトマスクのダイシング領域に配置することにより、生産ロットを流しながらにして、フォーカスをモニタリングし、その結果をフィードバックすることが可能となるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるフォトマスクの断面図である。
図１において、フォトマスク上にある１１はガラス等の透明基板１４を掘り下げることによって設けられた深さｈの段差である。深さｈは露光機のフォーカス管理の能力を考慮した大きさとなっている。
【００１６】
段差深さは露光機のウエハ表面の凸凹形状や露光機のフォーカス管理能力から計算されるフォーカスばらつき、ならびにウエハに転写される際の倍率を考慮して決定する。仮にフォーカスばらつきの最大値が６０ｎｍであるならば、４分の１に縮小投影されるような光学系であったとする時、掘り込む段差深さは、約６０×１６＝９６０ｎｍとすることが望ましい。
【００１７】
また、前記段差領域は段差１１上にＣｒ等からなるモニターパターン１２を配置できるだけの広さを持つとする。
さらに、段差１１はデバイスパターン１３に影響を与えないダイシング領域に設けられている。このことにより、生産を妨げることなくフォーカスモニタリングならびにそのフィードバックを行うことが可能となる。
【００１８】
前記段差領域１１上に配置されたモニターパターン１２は、露光光のフォーカス位置の変動により、ウエハ上に転写されたパターン寸法が変動するパターンであればどのようなものでもかまわないが、今回は露光によりウエハ上に転写された際、ウエハ上のパターンが図2に示すように対向する直線状レジスト抜きパターンであるモニターパターン２１が一定のピッチとなるような配置とした。かかる形状にすることで光学顕微鏡を用いて測長することが可能となり、全ての対向パターンの平均化されたパターン間隔Lの測長が可能となり、デフォーカス量を高精度に検出することが可能となる。なお前記で直線状レジスト抜きパターンとした部分は直線状レジスト残しパターンとしても良い。
【００１９】
さらにモニターパターン１２が配置されている段差領域と異なる高さにある領域に、デバイスパターン１３を含む、遮光部と開口部により作製されたパターンを配置する。デバイスパターン１３とはＣＭＯＳトランジスタ等生産の対象となるパターンである。
【００２０】
かかる構成のフォトマスクによれば、モニターパターン１２の配置された段差領域およびデバイスパターン１３の配置された領域の、ウエハからの距離が異なる。このためモニターパターン１２およびデバイスパターン１３の結像位置のウエハからの距離に相違が生じることにより、これら二つのパターンにフォーカスオフセットを載せることができる。
【００２１】
次に、前記フォトマスクを用いてウエハ上にパターンを転写した時のフォーカスずれ量および方向の決定方法について説明する。
あらかじめ、モニターパターン１２がウエハ上に転写された際のパターン寸法Lと露光光のフォーカスの関係を準備しておく。その関係は図３に示すベストフォーカスＢＦを持つ曲線３１に示すようになる。前記のように段差１１の深さは９６０ｎｍとしたので、露光された時に段差１１領域にあるモニターパターン１２と段差領域に無いデバイスパターンの間に載るオフセットΔは９６０ｎｍ÷１６＝６０ｎｍと計算することができる。よって段差領域にあるモニターパターンをウエハ上に転写して得られた曲線３１を下側、つまり図３に示す左側へ６０ｎｍずらすことにより、デバイスパターンがウエハ上に転写された時の曲線３２をシミュレーションすることができる。
【００２２】
次いで、上記フォトマスクを用いてウエハ上にパターンを作製する。図２に示す対向するレジストパターンの突合せ寸法Lを光学顕微鏡により測長する。
さらに、あらかじめ準備しておいた図３の曲線３１と、測長されたパターン寸法Lとを照合することにより、図３に示すフォーカスαを決定する。このとき、フォトマスクに設けた段差高さｈを、露光時に生じるフォーカスばらつきを考慮して決定しているため、フォーカスαは一つに決定することが可能となる。今回の場合、二つの曲線３１、３２の間のオフセット値を、起こりえるフォーカスばらつきの最大値である６０ｎｍに設定したため、段差領域にあるモニターパターン１２を表す曲線３１のベストフォーカス値ＢＦより上方向部分は無視することができる。このフォーカスαとシミュレーションされた曲線３２のベストフォーカス値ＢＦ’のフォーカス差を得ることで、デバイスパターン１３の符号も含めたデフォーカス値は、（ＢＦ’−α）で計算することができ、ずれ方向はこの計算値が正であれば下方向、負であれば上方向と決定することができる。
【００２３】
デフォーカス値が得られた後、その結果はすみやかに露光機のほうへフィードバックされ、フォーカス値は適切に修正されることが望ましい。
なお、本実施の形態において、モニターパターン１２のパターン寸法Lと露光光のフォーカスの関係を準備する際、デバイスパターンと同じ高さの領域にあるパターンを測長することで曲線３２を得ることもでき、この場合にも同様の効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明のフォトマスクは、マスク基板上に段差を設け、その段差上にモニターパターンを配置するという構造にすることにより、フォトマスク製造の際の厳密な位相の制御を必要とせず、マスク製造が容易になるとともに、高いフォーカス管理能力を有し、フォーカス管理機能を持つ半導体素子製造用のフォトマスクとして有用である。さらに本発明は、フォトマスク上の回路パターンをガラスプレート上に投影転写する液晶表示素子製造用の露光装置の他、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイス製造用の露光装置、さらにはレチクル、フォトマスク等を製造するための露光装置等にも具体化してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態におけるフォトマスクの断面図
【図２】ウエハ上に形成されたモニターパターンの平面図
【図３】パターン寸法とフォーカス値の関係を示す図
【図４】従来のモニターパターンを示す図
【図５】従来のモニターパターンのパターン寸法とフォーカス値の関係を示す図
【図６】従来のフォトマスクの断面図と平面図
【符号の説明】
【００２６】
１１  段差
１２  モニターパターン
１３  デバイスパターン
１４  透明基板
２１  モニターパターン
３１  曲線
３２  曲線
１０１  モニターパターン
１０２  モニターパターン
１１１  曲線
１２１  菱形マーク
１２２  菱形マーク
１２３  透明基板
１２４  半透明膜
１２５  遮光膜
【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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