(57)【要約】【課題】露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を高精度且つ安定的に求めることが可能なフォトマスクを提供する。【解決手段】透光性基板の面上に、少なくともフォーカス測定用のテストパターン５Ａが形成されたテストパターン領域を有し、テストパターン領域には、一定の幅ＷＡを有するライン状の第１パターン６Ａと、第１パターン６Ａとは異なる幅ＷＢを有するライン状の第２パターン６Ｂとが設けられ、このうち、第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａとを、基準線ＸＣを挟んで軸対称となる位置に、この順で幅方向に一対並べて配置すると共に、幅方向において隣接するパターン間６Ａ，６Ｂ（６Ａ）の中心線ＸＡ，ＸＢ（ＸＡ）の間隔ＸＰを互いに等しくすることによって、テストパターン５Ａが構成されている。【選択図】図２
2012150337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の面上に、少なくともフォーカス測定用のテストパターンが形成されたテストパターン領域を有し、
前記テストパターン領域には、一定の幅を有するライン状の第１パターンと、前記第１パターンとは異なる幅を有するライン状の第２パターンとが設けられ、
このうち、前記第１パターンと、前記第２パターンと、前記第１パターンとを、基準線を挟んで軸対称となる位置に、この順で幅方向に一対並べて配置すると共に、幅方向において隣接するパターン間の中心線の間隔を互いに等しくすることによって、前記テストパターンが構成されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記第１パターンの幅よりも前記第２パターンの幅が小さい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】
前記第１パターンの幅が１２０〜４００ｎｍであり、前記第２パターンの幅が６０〜２４０ｎｍであり、前記隣接するパターン間の中心線の間隔が２４０〜８００ｎｍ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】
前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記透光性基板の面上に形成された遮光膜の一部を除去することによって形成された開口部からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記透光性基板の面上に形成された遮光膜の一部を残すことによって形成された遮光部からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記テストパターン領域には、前記テストパターンが幅方向に複数並んで設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のフォトマスク。
【請求項７】
前記透光性基板の面上に、露光用のマスクパターンが形成されたマスクパターン領域を有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のフォトマスク。
【請求項８】
請求項１〜５の何れか一項に記載のフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際の前記テストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、
前記光強度分布中において前記基準線を挟んで隣接する第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、
前記露光装置を用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、前記テストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンのうち、前記基準線を挟んで隣接する第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含む露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項９】
請求項７に記載のフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際の前記テストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、
前記光強度分布中において前記基準線を挟んで隣接する第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、
前記露光装置により前記露光用のマスクパターンを用いてレジスト層に対する露光を行うと共に、前記フォーカス測定用のテストパターンを用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、前記マスクパターン及び前記テストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンのうち、前記基準線を挟んで隣接する第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含む露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項１０】
前記光強度分布中において前記基準線を挟んで軸対称となる位置にある第２パターンの形状が転写された第２レジストパターンの間隔を求め、前記第１レジストパターンの間隔及び前記第２レジストパターンの間隔を元に求めた前記第１ピーク位置の間隔と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めることを特徴とする請求項８又は９に記載の露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項１１】
請求項６に記載のフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際の前記複数のテストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、
前記光強度分布中において前記基準線を挟んで隣接する第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、
前記露光装置を用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、前記複数のテストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンのうち、前記各基準線を挟んで隣接する第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔の平均値と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含む露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項１２】
請求項６に記載のフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際の前記複数のテストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、
前記光強度分布中において前記複数のテストパターン間で対となる第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、
前記露光装置を用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、前記複数のテストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、
前記レジストパターンのうち、前記複数のテストパターン間で対となる第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含む露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項１３】
前記光強度分布中において前記複数のテストパターン間で対となる第２パターン上に現れる光強度の第２ピーク位置の間隔を求め、前記第１レジストパターンの間隔及び前記第２レジストパターンの間隔を元に求めた前記第１ピーク位置の間隔と、前記リファレンスデータとの比較によって、前記露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の露光装置のフォーカス測定方法。
【請求項１４】
請求項８〜１３の何れか一項に記載のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量に基づいて、前記露光装置のデフォーカス調整を行うことを特徴とする露光装置のデフォーカス調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスク、露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造に用いられる微細加工技術の進展に伴って、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置のフォーカスずれの余裕度が狭くなってきている。このため、半導体装置の安定した製造歩留りを維持するためには、露光装置においてより高精度なフォーカスの管理が必要となっている。
【０００３】
従来の露光装置のフォーカス測定方法としては、例えばＰＳＦＭ(Phase Shift Focus Monitor)法と呼ばれるレジストパターンを用いた方法を挙げられる（特許文献１を参照）。このＰＳＦＭ法は、レベンソン型の位相シフトマスク(Alternating Phase Shift Mask)を用いて、孤立線パターン（孤立線状の遮光パターン）の像の移動を利用してフォーカスを測定する方法である。
【０００４】
しかしながら、レベンソン型の位相シフトマスクを使用しない製品では、フォーカス測定用のパターンだけを形成するための半導体基板を別に準備する必要があるため、半導体装置の製造に使用する露光装置の稼働率が低下するといった問題が生じてしまう。また、実際の半導体装置の製造に使用する照明条件とは異なった条件でフォーカス測定用のパターンを形成する必要があるため、実際の露光条件での状態とのずれが懸念されるといった問題もある。
【０００５】
したがって、実際の露光装置で使用されるフォトマスク及びその露光条件によって、フォーカス測定用のパターンを形成することが求められている。このような要求に対して、複数のライン状の露光パターンと単一のライン状の露光パターンとのフォーカスずれに対する解像度の変化を利用して、フォーカス測定を行う方法が提案されている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２０４３０５号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この特許文献２に記載される方法では、測定値からフォーカス測定を求める方法が煩雑となるといった問題や、露光量の変動が測定結果に影響するため測定精度が低くなるといった問題が生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るフォトマスクは、透光性基板の面上に、少なくともフォーカス測定用のテストパターンが形成されたテストパターン領域を有し、テストパターン領域には、一定の幅を有するライン状の第１パターンと、第１パターンとは異なる幅を有するライン状の第２パターンとが設けられ、このうち、第１パターンと、第２パターンと、第１パターンとを、基準線を挟んで軸対称となる位置に、この順で幅方向に一対並べて配置すると共に、幅方向において隣接するパターン間の中心線の間隔を互いに等しくすることによって、テストパターンが構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る露光装置のフォーカス測定方法は、上記フォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際のテストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、光強度分布中において基準線を挟んで隣接する第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、露光装置を用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、テストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、レジストパターンのうち、基準線を挟んで隣接する第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、リファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る露光装置のフォーカス測定方法は、上記透光性基板の面上に、上記テストパターン領域と共に、露光用のマスクパターンが形成されたマスクパターン領域を有するフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際のテストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、光強度分布中において基準線を挟んで隣接する第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、露光装置により露光用のマスクパターンを用いてレジスト層に対する露光を行うと共に、フォーカス測定用のテストパターンを用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、マスクパターン及びテストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、レジストパターンのうち、基準線を挟んで隣接する第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、リファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る露光装置のフォーカス測定方法は、上記テストパターン領域に、上記テストパターンが複数の基準線を挟んで幅方向に複数並んで設けられたフォトマスクを用いた露光装置により露光を行った際の複数のテストパターンの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定するステップと、光強度分布中において複数のテストパターン間で対となる第１パターン上に現れる光強度の第１ピーク位置の間隔を求め、この第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との相関関係を示すリファレンスデータを作成するステップと、露光装置を用いてレジスト層に対する露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、複数のテストパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成するステップと、レジストパターンのうち、複数のテストパターン間で対となる第１パターンの形状が転写された第１レジストパターンの間隔と、リファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を求めるステップとを含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る露光装置のデフォーカス調整方法は、上記フォーカス測定方法により求めたデフォーカス量に基づいて、露光装置のデフォーカス調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明では、上記フォーカス測定用のテストパターンが形成されたマスクを用いて、上記リファレンスデータの作成を行い、このリファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量を高精度且つ安定的に求めることが可能である。そして、この求めたデフォーカス量に基づいて、露光装置のデフォーカス調整を精度良く行うことが可能となる。
【００１４】
また、本発明では、通常の露光用のマスクパターンが形成されたフォトマスクの一部に、上記フォーカス測定用のテストパターンを形成することができるため、このフォトマスクを用いて露光を行った場合には、露光用のマスクパターンを用いたレジスト層に対する露光と共に、フォーカス測定用のテストパターンを用いたレジスト層に対する露光を行うことによって、通常の露光工程と同時に、本発明による露光装置のフォーカス測定を行うことが可能である。
【００１５】
したがって、本発明によれば、従来よりも簡便な手順で精度良く露光装置のフォーカス測定を行うことができるため、この露光装置の稼働率の低下を回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、第１の実施形態として示すフォトマスクの平面図である。
【図２】図２は、図１に示すフォトマスクのテストパターン領域を拡大した平面図である。
【図３】図３は、デフォーカスしていない状態での光強度分布を示すグラフである。
【図４】図４は、デフォーカス量を変更した場合の光強度分布を示すグラフである。
【図５】図５は、第１ピーク位置の間隔とデフォーカス量との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、別のテストパターンを示す平面図である。
【図７】図７は、テストパターンの変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用したフォトマスク、露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１８】
［第１の実施形態］
（フォトマスク）
第１の実施形態では、先ず、図１に示す本発明を適用したフォトマスク１について説明する。なお、図１は、このフォトマスク１の平面図である。
【００１９】
本発明を適用したフォトマスク１は、図１に示すように、透光性基板２の面上にショット領域３を備えている。このショット領域３は、フォトリソグラフィ工程で用いられる露光装置の１回の露光で、半導体基板の面上に形成されたレジスト層に対して投影像を形成できる範囲を仮想的に示した領域である。そして、このショット領域３には、更にマスクパターン領域４とテストパターン領域５とが設けられている。
【００２０】
このうち、マスクパターン領域４は、通常の露光用のマスクパターンが形成された領域であり、露光時にこのマスクパターンに対応した形状をレジスト層に転写する領域である。なお、マスクパターンについては、特に限定されるものではなく、例えば半導体デバイスを形成するための回路パターンや配線パターンなどを挙げることができる。
【００２１】
一方、テストパターン領域５は、フォーカス測定用のテストパターンが形成された領域であり、露光時にこのテストパターンに対応した形状をレジスト層に転写する領域である。そして、このテストパターン領域５には、例えば図２に示すようなテストパターン５Ａが設けられている。なお、図２は、上記テストパターン領域５を拡大した平面図である。
【００２２】
このテストパターン５Ａは、図２に拡大して示すように、一定の幅ＷＡを有するライン状の第１パターン６Ａと、この第１パターン６Ａとは異なる幅ＷＢを有するライン状の第２パターン６Ｂとを有している。
【００２３】
第１パターン６Ａ及び第２パターン６Ｂは、透光性基板２の面上に形成された遮光膜７の一部を除去することによって形成された矩形状の開口部７ａ，７ｂからなる。なお、透光性基板２は、例えばガラス基板などの露光光を透過する材料を平行平板状に形成したものからなり、遮光膜７は、例えばクロムやモリブデンシリサイドなどの露光光を遮光する材料からなる。
【００２４】
テストパターン領域５には、これら第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａとが、基準線ＸＣを挟んで軸対称となる位置に、この順で幅方向に一対並んで配置されている。また、幅方向において隣接するパターン６Ａ，６Ｂ（６Ａ）間の中心線ＸＡ，ＸＢ（ＸＡ）の間隔ＸＰは、互いに等しくなっている。これにより、上記テストパターン５Ａが構成されている。
【００２５】
すなわち、このテストパターン５Ａは、第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａと、第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａとが、この順で幅方向に等間隔に並ぶことによって構成されている。
【００２６】
また、第１パターン６Ａの幅ＷＡは３０〜１００ｎｍ、第２パターン６Ｂの幅ＷＢは１５〜６０ｎｍとなっている。さらに、幅方向において隣接するパターン６Ａ，６Ｂ間の中心線ＸＡ，ＸＢの間隔ＸＰは、６０〜２００ｎｍとなっている。一方、第１パターン６Ａ及び第２パターン６Ｂは、互いに等しい長さを有している。なお、これら第１及び第２パターン６Ａ，６Ｂは、後述する露光装置のフォーカス測定を行うのに十分な長さを有していればよく、その長さは例えば２０〜５０μｍとなっている。
【００２７】
なお、これらの寸法は、テストパターン５Ａの形状をレジストパターンに転写したときの寸法であり、実際の寸法は、これらの４倍の値である。すなわち、フォトマスク１上において、第１パターン６Ａの幅ＷＡは１２０〜４００ｎｍ、第２パターン６Ｂの幅ＷＢは６０〜２４０ｎｍ、幅方向において隣接するパターン６Ａ，６Ｂ間の中心線ＸＡ，ＸＢの間隔ＸＰは、２４０〜８００ｎｍ、第１及び第２パターン６Ａ，６Ｂの長さは８０〜２００μｍである。
【００２８】
なお、図１中に示すテストパターン領域５の配置場所は、ほんの一例であって、このショット領域３内におけるテストパターン領域５の配置については、適宜変更して実施することが可能である。
【００２９】
（露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法）
次に、上記フォトマスク１を用いた露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法について説明する。
【００３０】
本発明を適用した露光装置のフォーカス測定方法では、先ず、上記フォトマスク１を用いた露光装置により露光を行った際の上記テストパターン５Ａの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定する。
【００３１】
ここで、デフォーカスしていない状態（デフォーカス量ｄが０μｍの場合）での光強度分布をシミュレーションにより求めた結果を図３に示す。なお、図３に示すグラフにおいて、横軸は、上記テストパターン５Ａを構成する６つのパターン６Ａ，６Ｂ，６Ａ，６Ａ，６Ｂ，６Ａの位置Ｘを表し、このうち、基準線ＸＣを挟んで隣接する一方の第１パターン６Ａの中心線をＸＡ１、他方の第１パターン６Ａの中心線をＸＡ２とし、基準線ＸＣを挟んで一方の第１パターン６Ａと隣接する一方の第２パターン６Ｂの中心線をＸＢ１、他方の第１パターン６Ａと隣接する他方の第２パターン６Ｂの中心線をＸＢ２とし、基準線ＸＣを挟んで一方の第２パターン６Ｂと隣接する一方の第１パターン６Ａの中心線をＸＡ３、他方の第２パターン６Ｂと隣接する他方の第１パターン６Ａの中心線をＸＡ４として表している。一方、縦軸は、上記テストパターン５Ａの各位置での光強度Ｉを表し、この光強度Ｉは、上記テストパターン５Ａを構成する６つのパターン６Ａ，６Ｂ，６Ａ，６Ａ，６Ｂ，６Ａの中央部分を幅方向に分断する分断線ＹＣの線上で計算し、相対値として表したものである。したがって、縦軸は、上方に向かうほど光強度が大きくなることを表している。なお、本シミュレーションには、ＫＬＡ社製のＰＲＯＬＩＴＨを用いて計算を行った。
【００３２】
図３に示すように、この光強度分布は、上記テストパターン５Ａを構成する６つのパターン６Ａ，６Ｂ，６Ａ，６Ａ，６Ｂ，６Ａ上に光強度Ｉのピーク（山）が表れ、幅方向において隣接するパターン６Ａ，６Ｂの各間で光強度Ｉのボトム（谷）が現れるサインカーブを描いている。また、この光強度分布は、第１パターン６Ａの幅ＷＡと第１パターン６Ａの幅ＷＢとの違い（ＷＡ＞ＷＢ）を反映して、各第１パターン６Ａ上に現れる光強度Ｉのピーク値（山の高さ）が、各第２パターン６Ｂ上に現れる光のピーク値（山の高さ）よりも大きくなっている。
【００３３】
ここで、基準線ＸＣを挟んで隣接する一対の第１パターン６Ａ，６Ａ上に現れる光強度Ｉのピーク位置（山の頂部）を、それぞれ第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２としたとき、これら第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２は、各第１パターン６Ａ，６Ａの中心線ＸＡ１，ＸＡ２から互いに逆向きに基準線ＸＣとは反対側にずれた位置に現れる。また、これら第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の中心線ＸＡ１，ＸＡ２からのずれ量δは互いに等しい。したがって、第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、下記式（１）で表すことができる。
ＤＡ＝ＸＰ＋２δ  …(１)
【００３４】
一方、基準線ＸＣを挟んで第１パターン６Ａと隣接する一対の第２パターン６Ｂ，６Ｂ上に現れる光強度Ｉのピーク位置（山の頂部）を、それぞれ第２ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２としたとき、これら第２ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２は、各第２パターン６Ｂ，６Ｂの中心線ＸＢ１，ＸＢ２の線上に現れる。すなわち、各第２パターン６Ｂ，６Ｂの中心線ＸＢ１，ＸＢ２からの位置ずれは発生しない。したがって、第２ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２の間隔ＤＢは、下記式（２）で表すことができる。
ＤＢ＝３ＸＰ  …(２)
【００３５】
なお、本測定では、上記第１パターン６Ａの幅ＷＡを５５ｎｍ、上記第２パターン６Ｂの幅ＷＢを３０ｎｍ、上記隣接するパターン６Ａ，６Ｂ（６Ａ）間の間隔ＸＰを１０８ｎｍとしたところ、上記ずれ量δは４ｎｍとなった。したがって、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、上記式(１)より１１６（＝１０８＋２×４）ｎｍ、上記第２ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２の間隔ＤＢは、上記式(２)より３２４（＝３×１０８）ｎｍとして求めることができる。
【００３６】
次に、デフォーカス量ｄを変更しながら測定した上記テストパターン５Ａの幅方向における光強度分布を元に、上記第１ピーク位置の間隔ＤＡとデフォーカス量ｄとの相関関係を示すリファレンスデータを作成する。
【００３７】
ここで、デフォーカス量ｄを０μｍ（図３に示す場合）、０．５μｍ、１．０μｍ、１．５μｍと変更したときの光強度分布をシミュレーションにより測定した結果を図４に示す。
図４に示すように、デフォーカス量ｄを変更した場合の光強度分布では、何れも場合も、各第１パターン６Ａ，６Ａの中心線ＸＡ１，ＸＡ２から基準線ＸＣとは反対側にずれた位置に上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２が現れ、なお且つ、これら第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２は基準線ＸＣを挟んで左右対称となる位置に現れている（鏡映対称性を示している）。
【００３８】
また、これら第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の中心線ＸＡ１，ＸＡ２からのずれ量δは、互いに等しくなるものの、デフォーカス量が大きくなるほど、このずれ量δが小さくなっている。したがって、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、デフォーカス量が大きくなるほど、小さくなる方向に変化することになる。
【００３９】
一方、デフォーカス量を変更した場合の光強度分布では、何れも場合も、各第２パターン６Ｂ，６Ｂの中心線ＸＢ１，ＸＢ２の線上に上記第２ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２が現れる。したがって、上記第１ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２の間隔ＤＢは、デフォーカス量ｄの変化に因らず、一定の値（３ＸＰ）を示すことになる。
【００４０】
なお、本測定では、デフォーカス量ｄが０μｍのとき、上記ずれ量δが４ｎｍとなり、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡが１１６ｎｍで最大値を示したが、デフォーカス量ｄが大きくなるに従って、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡの値が小さくなり、デフォーカス量ｄが１．５μｍのとき、上記ずれ量δが０ｎｍとなり、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡが１０８ｎｍとなった。
【００４１】
以上のように、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、デフォーカス量ｄに応じて決まった値を示すことから、デフォーカス量ｄを変更した場合の上記第１ピーク位置の間隔ＤＡを求めることによって、例えば図５に示すような第１ピーク位置の間隔ＤＡとデフォーカス量ｄとの相関関係を示すリファレンスデータを得ることができる。
【００４２】
なお、図５に示すグラフにおいて、横軸は、デフォーカス量ｄを表し、その中央の０μｍを挟んで左側がマイナス(−)方向、右側がプラス(＋)方向のデフォーカス量ｄを示している。一方、縦軸は、各デフォーカス量ｄに対する上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを表している。
【００４３】
図５に示すように、このリファレンスデータでは、デフォーカス量ｄが０μｍ、すなわち焦点変動が生じていないときに、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡが最大値を示し、デフォーカス量ｄが(−)側又は(＋)側に増加するに従って、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡが小さな値を示すことがわかる。
【００４４】
次に、上記フォトマスク１を用いた露光装置により、半導体基板上に形成されたレジスト層に対して、上記マスクパターン領域４に形成された露光用のマスクパターンを用いた露光を行うと共に、上記テストパターン領域５に形成されたフォーカス測定用のテストパターン５Ａを用いた露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、上記マスクパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成すると同時に、上記テストパターン５Ａの形状が転写されたレジストパターンを形成する。
【００４５】
このときの露光条件は、製品製造時に実際に使用される露光条件を用いる。なお、上記テストパターン５Ａでは、この製品製造時の露光条件に合わせて、上記第１パターン６Ａの幅ＷＡや、上記第２パターン６Ｂの幅ＷＢ、上記隣接するパターン６Ａ，６Ｂ（６Ａ）間の間隔ＸＰなどの寸法を調整した設計が行われている。
【００４６】
次に、上記レジストパターンのうち、基準線ＸＣを挟んで隣接する第１パターン６Ａ，６Ａの形状が転写された第１レジストパターンの間隔ＤＡ’と、リファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量ｄを求める。
【００４７】
具体的に、上記第１パターン６Ａ，６Ａの形状が転写された第１レジストパターンの間隔ＤＡ’は、例えば測長ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）などの寸法測定装置を用いて、この第１レジストパターンの中心線の間隔を計測することによって求めることができる。なお、基準線ＸＣを挟んで隣接する第２パターン６Ｂ，６Ｂの形状が転写された第２レジストパターンの間隔ＤＢ’を求める場合も同様である。
【００４８】
また、この第１レジストパターンの間隔ＤＡ’は、本露光条件での上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡに対応するため、上記図５に示すリファレンスデータを参照しながら、この第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡでのデフォーカス量ｄを求めることによって、本露光条件でのデフォーカス量ｄを求めることができる。
【００４９】
本発明を適用した露光装置のデフォーカス調整方法では、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄに基づいて、露光装置のデフォーカス調整を行う。すなわち、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄが、製品製造上において規格に入っているか否かを判断する。そして、規格に入っていない場合には、必要に応じて露光装置のフォーカス設定を変更する処理等が行われる。
【００５０】
以上のようにして、本発明では、従来よりも簡単な手順により露光装置のフォーカス測定を実施することができる。また、本発明では、露光量の変動による測定値への影響を回避できることから、従来よりも精度良く露光装置のフォーカス測定を実施することが可能である。
【００５１】
また、本発明では、特別なフォトマスクを用いることなく、通常の露光用のマスクパターンが形成されたフォトマスク１の一部に、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａが形成されたものを用いることができる。そして、このフォトマスク１を用いて、製品製造時に使用される半導体基板上に形成されたレジスト層に対してフォーカス測定用の露光を行うことが可能である。したがって、本発明によれば、フォーカス測定用の半導体基板を新たに用意する必要がなく、また、製品製造時の露光プロセス中で露光装置のフォーカス測定を行うことができるため、この露光装置の稼働率が低下することを回避できる。
【００５２】
また、本発明では、特別な露光条件で露光装置のフォーカス測定を実施する必要がなく、製品製造時と同じ露光条件でフォーカス測定を実施できる。また、製品製造時の露光条件は定常的に管理されるため、フォーカス測定も安定し、精度良くフォーカス測定を実施することが可能である。
【００５３】
［第２の実施形態］
（露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法）
次に、第２の実施形態として上記図１に示すフォトマスク１を用いた露光装置の別のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法について説明する。
【００５４】
本発明を適用した別の露光装置のフォーカス測定方法では、上述したデフォーカス量ｄの変動に因らずに、上記第１ピーク位置ＰＢ１，ＰＢ２の間隔ＤＢが一定の値（３ＸＰ）を示すことを利用して、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを求める。
【００５５】
具体的に、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、下記式(３)に示すように、上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’を上記第２レジストパターンの間隔ＤＢ’で補正換算することにより求められる。
ＤＡ＝ＤＡ’×（３ＸＰ／ＤＢ’）  …(３)
【００５６】
そして、本発明では、上記図５に示すリファレンスデータを参照しながら、この第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡでのデフォーカス量ｄを求めることによって、本露光条件でのデフォーカス量ｄを更に精度良く求めることができる。
【００５７】
本発明を適用した露光装置のデフォーカス調整方法では、上記本発明の別のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄに基づいて、露光装置のデフォーカス調整を行う。すなわち、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄが、製品製造上において規格に入っているか否かを判断する。そして、規格に入っていない場合には、必要に応じて露光装置のフォーカス設定を変更する処理等が行われる。
【００５８】
以上のようにして、本発明では、従来よりも簡単な手順により露光装置のフォーカス測定を実施することができる。また、本発明では、露光量の変動による測定値への影響を回避できることから、従来よりも精度良く露光装置のフォーカス測定を実施することが可能である。
【００５９】
また、本発明では、特別なフォトマスクを用いることなく、通常の露光用のマスクパターンが形成されたフォトマスク１の一部に、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａが形成されたものを用いることができる。そして、このフォトマスク１を用いて、製品製造時に使用される半導体基板上に形成されたレジスト層に対してフォーカス測定用の露光を行うことが可能である。したがって、本発明によれば、フォーカス測定用の半導体基板を新たに用意する必要がなく、また、製品製造時の露光プロセス中で露光装置のフォーカス測定を行うことができるため、この露光装置の稼働率が低下することを回避できる。
【００６０】
また、本発明では、特別な露光条件で露光装置のフォーカス測定を実施する必要がなく、製品製造時と同じ露光条件でフォーカス測定を実施できる。また、製品製造時の露光条件は定常的に管理されるため、フォーカス測定も安定し、精度良くフォーカス測定を実施することが可能である。
【００６１】
さらに、本発明では、上記式（３）により補正換算した上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを用いることで、上記寸法測定装置の状態や測定誤差等の影響を軽減できるため、デフォーカス量ｄを更に精度良く求めることが可能となる。
【００６２】
［第３の実施形態］
（フォトマスク）
次に、第３の実施形態として、図６に示す上記テストパターン領域５に別のテストパターン５Ｂを形成したフォトマスク１について説明する。なお、図６は、上記フォトマスク１のテストパターン領域５に形成されたテストパターン５Ｂを示す平面図である。なお、以下の説明では、上記テストパターン５Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。
【００６３】
このテストパターン５Ｂは、上記テストパターン５Ａが幅方向に複数（本例では３つ）並んで設けられた構成を有している。また、これら複数のテストパターン５Ａは、それぞれの境界線ＸＤを挟んで隣接する第１パターン６Ａの中心線ＸＡ，ＸＡの間隔が上記幅方向において隣接するパターン６Ａ，６Ｂ（６Ａ）間の中心線ＸＡ，ＸＢ（ＸＡ）の間隔ＸＰと等しくなるように設定されている。すなわち、このテストパターン５Ｂは、第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａと、第１パターン６Ａと、第２パターン６Ｂと、第１パターン６Ａとから構成されるテストパターン５Ａが、この順で繰り返し幅方向に等間隔に並ぶことによって構成されている。
【００６４】
（露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法）
次に、上記図６に示すテストパターン５Ｂを有するフォトマスク１を用いた露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法について説明する。
【００６５】
本発明を適用した露光装置のフォーカス測定方法では、先ず、上記フォトマスク１を用いた露光装置により露光を行った際の上記テストパターン５Ｂの幅方向における光強度分布をデフォーカス量を変更しながら測定する。そして、このデフォーカス量ｄを変更しながら測定した上記テストパターン５Ｂの幅方向における光強度分布を元に、上記第１ピーク位置の間隔ＤＡとデフォーカス量ｄとの相関関係を示すリファレンスデータを作成する。
【００６６】
ここまでのステップについては、上記第１の実施形態の場合と同様の方法を用いて行うことができる。また、上記リファレンスデータについては、上記第１ピーク位置の間隔ＤＡとデフォーカス量ｄとの相関関係を複数のテストパターン５Ａ毎に求めて平均化したものを用いることができる。
【００６７】
次に、上記フォトマスク１を用いた露光装置により、半導体基板上に形成されたレジスト層に対して、上記マスクパターン領域４に形成された露光用のマスクパターンを用いた露光を行うと共に、上記テストパターン領域５に形成されたフォーカス測定用のテストパターン５Ｂを用いた露光を行った後、このレジスト層の現像を行うことによって、上記マスクパターンの形状が転写されたレジストパターンを形成すると同時に、上記テストパターン５Ｂ（複数のテストパターン５Ａ）の形状が転写されたレジストパターンを形成する。
【００６８】
このときの露光条件は、製品製造時に実際に使用される露光条件を用いる。そして、上記第１の実施形態の場合と同様の方法を用いて、複数のテストパターン５Ａ毎に上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’を測定し、これらの平均値を求める。
【００６９】
第３の実施形態では、この複数のテストパターン５Ａ毎に測定した上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’の平均値を、本露光条件での上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡに対応するものとして、上記リファレンスデータを参照しながら、この第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡでのデフォーカス量ｄを求める。
【００７０】
このように、上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’の平均値を用いた場合には、上記露光装置のレジストパターン形成時におけるバラツキの影響を低減できるため、本露光条件でのデフォーカス量ｄを更に精度良く求めることが可能となる。
【００７１】
また、第３の実施形態では、上記第２の実施形態と同様に、複数のテストパターン５Ａ毎に測定した上記第２レジストパターンの間隔ＤＢ’の平均値を求めて、上記式（３）により、この上記第２レジストパターンの間隔ＤＢ’の平均値で上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’の平均値を補正換算することにより、本露光条件での上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを更に精度良く求めることが可能である。
【００７２】
そして、本発明を適用した露光装置のデフォーカス調整方法では、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄに基づいて、露光装置のデフォーカス調整を行う。すなわち、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄが、製品製造上において規格に入っているか否かを判断する。そして、規格に入っていない場合には、必要に応じて露光装置のフォーカス設定を変更する処理等が行われる。
【００７３】
［第４の実施形態］
（露光装置のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法）
次に、第４の実施形態として、上記図６に示すテストパターン５Ｂを有するフォトマスク１を用いた露光装置の別のフォーカス測定方法及びデフォーカス調整方法について説明する。
【００７４】
本発明を適用した別の露光装置のフォーカス測定方法では、上述したデフォーカス量ｄを変更しながら測定した上記テストパターン５Ｂの幅方向における光強度分布を元に、図６に示すように、複数のテストパターン５Ａ，５Ａ間で対となる第１パターン６Ａ，６Ａ上に現れる光強度の第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の間隔ＤＵを求める。
【００７５】
ここで、複数のテストパターン５Ａ，５Ａ間で対となる第１パターン６Ａ，６Ａ上に現れる第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１は、各第１パターン６Ａ，６Ａの中心線ＸＡ１，ＸＡ１から互いに同じ方向に向かって基準線ＸＣとは反対側にずれた位置に現れる。また、これら第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の中心線ＸＡ１，ＸＡ１からのずれ量δは互いに等しい。したがって、この第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の間隔ＤＵは、下記式（４）で表すことができる。
ＤＵ＝６ＸＰ  …(４)
【００７６】
また、デフォーカス量を変更した場合の光強度分布では、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の間隔ＤＵが、デフォーカス量ｄの変化に因らず、一定の値（６ＸＰ）を示すことになる。
【００７７】
したがって、第４の実施形態では、上述したデフォーカス量ｄの変動に因らずに、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の間隔ＤＵが一定の値（６ＸＰ）を示すことを利用して、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを求める。
【００７８】
具体的に、上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡは、下記式(５)に示すように、上記第１レジストパターンの間隔ＤＡ’を上記第２レジストパターンの間隔ＤＵ’で補正換算することにより求められる。
ＤＡ＝ＤＡ’×（６ＸＰ／ＤＵ’）  …(５)
【００７９】
そして、本発明では、上記リファレンスデータを参照しながら、この第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡでのデフォーカス量ｄを求めることによって、上記寸法測定装置の状態や測定誤差等の影響を軽減できるため、本露光条件でのデフォーカス量ｄを更に精度良く求めることができる。
【００８０】
そして、本発明を適用した露光装置のデフォーカス調整方法では、上記本発明の別のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄに基づいて、露光装置のデフォーカス調整を行う。すなわち、上記本発明のフォーカス測定方法により求めたデフォーカス量ｄが、製品製造上において規格に入っているか否かを判断する。そして、規格に入っていない場合には、必要に応じて露光装置のフォーカス設定を変更する処理等が行われる。
【００８１】
なお、上記第４の実施形態では、上記式（５）により補正換算した上記第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ２の間隔ＤＡを用いてデフォーカス量ｄを求める場合について説明したが、上記図６に示す第１ピーク位置ＰＡ１，ＰＡ１の間隔ＤＵ以外にも、複数のテストパターン５Ａ間で対となる第１パターン６Ａを任意に選択してデフォーカス量ｄを求めることが可能である。さらに、複数のテストパターン５Ａ間で対となる第２パターン６Ｂを任意に選択してデフォーカス量ｄを求めることが可能である。
【００８２】
なお、本発明は、上記第１〜４の実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
具体的に、本発明では、上記図２示すテストパターン５Ａの代わりに、例えば図７に示すテストパターン５Ｃのように、上記第１パターン６Ａ及び第２パターン６Ｂが、上記透光性基板２の面上に形成された遮光膜７の一部を残すことによって形成された遮光部７ｃ，７ｄからなるものを用いて、本発明による露光装置のフォーカス測定及びデフォーカス調整を行うことも可能である。
【００８３】
上記第１〜４の実施形態では、通常の露光用のマスクパターンが形成されたフォトマスクの一部に、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａ，５Ｂが形成されたものを用いて、通常の露光工程と同時に、本発明による露光装置のフォーカス測定を行う場合について説明したが、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａ，５Ｂが形成されたフォトマスクを用いて、本発明による露光装置のフォーカス測定を通常の露光工程とは別に行うことも可能である。
【００８４】
以上のようにして、本発明では、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａ，５Ｂが形成されたマスク１を用いて、上記リファレンスデータの作成を行い、このリファレンスデータとの比較によって、露光装置のレジストパターン形成時におけるデフォーカス量ｄを高精度且つ安定的に求めることが可能である。そして、この求めたデフォーカス量ｄに基づいて、露光装置のデフォーカス調整を精度良く行うことが可能である。
【００８５】
また、本発明では、通常の露光用のマスクパターンが形成されたフォトマスク１の一部に、上記フォーカス測定用のテストパターン５Ａ〜５Ｃを形成することができるため、このフォトマスク１を用いて露光を行った場合には、通常の露光用のマスクパターンを用いたレジスト層に対する露光と共に、本発明による露光装置のフォーカス測定を同時に行うことが可能である。
【００８６】
したがって、本発明によれば、従来よりも簡便な手順で精度良く露光装置のフォーカス測定を行うことができるため、この露光装置の稼働率の低下を回避することが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１…フォトマスク  ２…透光性基板  ３…ショット領域  ４…テストパターン領域  ５Ａ〜５Ｃ…テストパターン  ６Ａ…第１パターン  ６Ｂ…第２パターン  ７…遮光膜  ７ａ，７ｂ…開口部  ７ｃ，７ｄ…遮光部  ＸＡ，ＸＢ…中心線  ＸＣ…基準線  ＸＤ…境界線  ＰＡ１，ＰＡ２…第１ピーク位置  ＰＢ１，ＰＢ２…第２ピーク位置  ＤＡ…第１ピーク位置の間隔  ＤＢ…第２ピーク位置の間隔  ｄ…デフォーカス量
【図１】
2012150337.tif 000003
【図２】
2012150337.tif 000004
【図３】
2012150337.tif 000005
【図４】
2012150337.tif 000006
【図５】
2012150337.tif 000007
【図６】
2012150337.tif 000008
【図７】
2012150337.tif 000009