(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する際の露光量及びフォーカスの設定を行う露光装置の制御方法において、
前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、
前記露光量モニタマークは、透過する露光光の照射強度分布が一方向に単調に変化する露光量モニタ部を含み、
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状のマークを１つ又はそれ以上同一方向にならべて配置した第１のマークと、前記第１のマークを所望の角度だけ回転して配置した第２のマークとの２つの部分で構成されたマーク群からなり、
前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、
露光後、或いは露光後の加熱後、加熱後の冷却工程中または冷却終了後の工程、現像中、或いは現像後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの形状を測定する計測工程と、
あらかじめ前記露光量モニタマークを用いて得られたレジスト上の実効的な露光量と前記露光量モニタパターンの形状との関係と、前記露光量モニタパターンの形状についての測定結果とから実効的な露光量を求める工程と、
前記露光装置に設定された露光量設定値と実効的な露光量との差を算出する工程と、
あらかじめ前記実効的な露光量毎に前記フォーカスモニタマークを用いて得られた方向も含めたフォーカスのずれ量とフォーカスモニタパターンの形状との関係と、前記フォーカスモニタパターンの形状についての測定結果とから方向も含めたフォーカスのずれ量を求める工程と、
算出された前記差及び求められた前記方向も含めたフォーカスのずれ量に応じて前記露光装置の露光量設定値及びフォーカス設定値を変更する工程とを含むことを特徴とする露光装置の制御方法。
【請求項２】
露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する際の露光量及びフォーカスの設定を行う露光装置の制御方法において、
前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、
前記露光量モニタマークは、透過する露光光の照射強度分布が一方向に単調に変化する露光量モニタ部を含み、
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状のマークを１つ又はそれ以上同一方向にならべて配置した第１のマークと、前記菱形状マークを通過する露光光と所望の位相差で露光光が通過する菱形状マークを１つ又はそれ以上ならべて配置した第２のマークとの２つの部分で構成されたマーク群からなり、
前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、
露光後、或いは露光後の加熱後、加熱後の冷却工程中または冷却終了後の工程、現像中、或いは現像後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの形状を測定する計測工程と、
あらかじめ前記露光量モニタマークを用いて得られたレジスト上の実効的な露光量と前記露光量モニタパターンの形状との関係と、前記露光量モニタパターンの形状についての測定結果とから実効的な露光量を求める工程と、
前記露光装置に設定された露光量設定値と実効的な露光量との差を算出する工程と、
あらかじめ前記実効的な露光量毎に前記フォーカスモニタマークを用いて得られた方向も含めたフォーカスのずれ量とフォーカスモニタパターンの形状との関係と、前記フォーカスモニタパターンの形状についての測定結果とから方向も含めたフォーカスのずれ量を求める工程と、
算出された前記差及び求められた前記方向も含めたフォーカスのずれ量に応じて前記露光装置の露光量設定値及びフォーカス設定値を変更する工程とを含むことを特徴とする露光装置の制御方法。
【請求項３】
前記露光量モニタマークは、前記露光量モニタ部を挟んだ少なくとも一対の相対位置検出用パターンをさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置の制御方法。
【請求項４】
露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する露光工程と、加熱工程、冷却工程、現像工程とを含むフォトリソグラフィのパラメータを設定する半導体製造装置の制御方法において、
前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、
前記露光量モニタマークは、透過する露光光の照射強度分布が一方向に単調に変化する露光量モニタ部を含み、
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状のマークを１つ又はそれ以上同一方向にならべて配置した第１のマークと、前記第１のマークを所望の角度だけ回転して配置した第２のマークとの２つの部分で構成されたマーク群からなり、
前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、
前記露光工程後、或いは前記加熱工程後、前記冷却工程中または終了後、前記現像工程中又は終了後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの形状を測定する計測工程と、
あらかじめ前記露光量モニタマークを用いて得られたレジスト上の実効的な露光量と前記露光量モニタパターンの形状との関係と、前記露光量モニタパターンの形状についての測定結果とから実効的な露光量を求める工程と、
前記露光装置に設定された露光量設定値と実効的な露光量との差を算出する工程と、
あらかじめ前記実効的な露光量毎に前記フォーカスモニタマークを用いて得られた方向も含めたフォーカスのずれ量とフォーカスモニタパターンの形状との関係と、前記フォーカスモニタパターンの形状についての測定結果とから方向も含めたフォーカスのずれ量を求める工程と、
算出された前記差及び求められた前記方向も含めたフォーカスのずれ量に応じて前記露光装置の露光量設定値、該露光装置のフォーカス設定値，前記加熱工程における加熱処理時間，該加熱工程における加熱処理温度，或いは現像工程における現像時間の少なくとも一つとを変更する工程とを含むことを特徴とする半導体製造装置の制御方法。
【請求項５】
露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する露光工程と、加熱工程、冷却工程、現像工程とを含むフォトリソグラフィのパラメータを設定する半導体製造装置の制御方法において、
前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、
前記露光量モニタマークは、透過する露光光の照射強度分布が一方向に単調に変化する露光量モニタ部を含み、
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状のマークを１つ又はそれ以上同一方向にならべて配置した第１のマークと、前記菱形状マークを通過する露光光と所望の位相差で露光光が通過する菱形状マークを１つ又はそれ以上ならべて配置した第２のマークとの２つの部分で構成されたマーク群からなり、
前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、
前記露光工程後、或いは前記加熱工程後、前記冷却工程中または終了後、前記現像工程中又は終了後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの形状を測定する計測工程と、
あらかじめ前記露光量モニタマークを用いて得られたレジスト上の実効的な露光量と前記露光量モニタパターンの形状との関係と、前記露光量モニタパターンの形状についての測定結果とから実効的な露光量を求める工程と、
前記露光装置に設定された露光量設定値と実効的な露光量との差を算出する工程と、
あらかじめ前記実効的な露光量毎に前記フォーカスモニタマークを用いて得られた方向も含めたフォーカスのずれ量とフォーカスモニタパターンの形状との関係と、前記フォーカスモニタパターンの形状についての測定結果とから方向も含めたフォーカスのずれ量を求める工程と、
算出された前記差及び求められた前記方向も含めたフォーカスのずれ量に応じて前記露光装置の露光量設定値、該露光装置のフォーカス設定値，前記加熱工程における加熱処理時間，該加熱工程における加熱処理温度，或いは現像工程における現像時間の少なくとも一つとを変更する工程とを含むことを特徴とする半導体製造装置の制御方法。
【請求項６】
前記露光量モニタマークは、前記露光量モニタ部を挟んだ少なくとも一対の相対位置検出用パターンをさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体製造装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法における露光制御技術に係わり、露光工程において常に最適な工程条件を維持できるような露光装置の制御方法、及び半導体製造装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、パターン露光を行うための装置が使用されており、露光装置と称されている。また、露光装置の一種として縮小投影露光装置（ステッパー）がある。このステッパーでは、光源からの光を露光パターンが描画されたマスクを透過し、光学系で縮小された後、半導体ウェハへ投影される。
【０００３】
マスク上の描画パターンをウェハ上に転写するパターン形成には、転写できるパターンの微細化が要求されている。光学結像理論からは、投影光学系の開口数をＮＡ、露光波長をλとしたとき、解像力（線幅）Ｒ、焦点深度ＤＯＦはよく知られた以下の式で与えられる。
【０００４】
【数１】
0003949853.tif 000002
【０００５】
ｋ1、ｋ2はプロセス係数である。
【０００６】
この２つの式はレイリーの式と言われるもので、投影露光装置の結像性能を評価する尺度として活用されてきた。パターンの微細化の要求から、露光波長の短波長化、及び、投影レンズの高ＮＡ化がなされており、それと同時にプロセスの改善が同時に行われてきた。しかしながら、近年のデバイスパターンの微細化要求はさらに厳しく、露光量祐度や焦点深度のプロセスマージンを十分に得ることが難しく、歩留まりの減少を引き起こしていた。
【０００７】
少ないプロセスマージンで光リソグラフィを行うためには、プロセスマージンを消費する誤差の精密な分析と誤差配分（エラーバジェット）が重要視されてきている。例えば、ウェハ上に多数のチップを同じ設定露光量で露光したつもりでも、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）、現像のウェハ面内の不均一性、レジストのウェハ面内膜厚変動などが原因となって、実効的な適正露光量がばらつき、そのために歩留まりの低下を引き起こしていた。そのために、少ないプロセスマージンを有効に使用し、歩留まりの低下を防ぐために、より高精度の露光量、及び、フォーカスをモニタしてフィードバック、または、フィードフォワードする露光量、及び、フォーカスの制御方法が求められると同時に、各プロセスユニットごとに、プロセスマージンを消費する誤差要因の精密な分析を行い、その分析結果を基に、主要な誤差要因の改善を施す必要もある。
【０００８】
露光量の制御方法については、(1) レジストパターン線幅、もしくは、潜像パターン線幅の測定結果を基に露光量を求める手法、(2) レジストパターン線幅や潜像パターン線幅にコリメートされた光を照射して得られた回折光強度の測定データを基に実効的な露光量を求める手法などが報告されている。
【０００９】
しかしながら、パターンの線幅の変動要因は露光量だけでなくフォーカスによっても変化するため、通常の上記手法による測定結果からは、露光量値の変動かフォーカスの変動か、または、双方の変動による影響を判定することはできなかった。
【００１０】
一方、フォーカスのモニタ方法としては、(1) デフォーカスによる露光後のモニタマークの寸法変動を用いてフォーカスを計測するタイプ、(2) 位相シフトマスクタイプのマークを用いるとこにより、フォーカスの変動をパターンの位置ずれとして計測するタイプの大きく２種類のタイプがある。
【００１１】
従来のフォーカスモニタで、フォーカスのずれ量を求め、フォーカス設定値に対してフィードバックすることができたとしても、これらのマークを用いただけでは、適正露光量値の変動を考慮できないため、プロセスの変動要因を抑えて露光マージンを有効に使用することができなかった。
【００１２】
これらのことは、露光量祐度、及び、フォーカスマージンの少ないより微細なパターンやより微細な孤立パターンになる程顕著であり、露光量、及び、フォーカスのどちらか一方をモニタし、そこで得られた測定結果を基に、露光装置の設定露光量、ＰＥＢ温度、現像時間等々にフィードしただけではプロセスの変動要因を押さえきることができないという問題が生じている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようにプロセスの変動要因により生じるマージンの減少を抑えるためには、これまでの露光量の変動の測定、及びフォーカスの測定では、上記二つの変動要因を正確に分離して測定することができないため困難であった。
【００１４】
本発明では、上記事情を考慮して成されたもので、プロセスの変動要因により生じるマージンの減少を抑えることを可能にする露光装置の制御方法及び半導体製造装置の制御方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
［構成］
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。
【００１６】
（１）本発明は、露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する際の露光量及びフォーカスの設定を行う露光装置の制御方法において、前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、露光後、或いは露光後の加熱後、加熱後の冷却工程中または冷却終了後の工程、現像中、或いは現像後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの状態を測定する計測工程と、測定結果に基づいて、前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写する際の最適な露光量値と前記露光装置に設定された露光量設定値との差、並びに最適なフォーカス値と該露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を算出する演算工程と、算出された差に応じて露光装置のフォーカス設定値及び露光量設定値を変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
（２）本発明は、露光装置によりマスク上の回路パターンをウェハに形成されたレジストに転写する露光工程と、加熱工程、冷却工程、現像工程とを含むフォトリソグラフィのパラメータを設定する半導体製造装置の制御方法において、前記マスクには、ウェハ上での実効的な露光量とフォーカスをそれぞれ別々に分離してモニタするための露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークが配置され、前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写し、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンを形成する工程と、前記露光工程後、或いは前記加熱工程後、前記冷却工程中または終了後、前記現像工程中又は終了後の少なくともどこか１ヶ所において、露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの状態を測定する計測工程と、測定結果に基づいて、前記露光量モニタマーク及びフォーカスモニタマークを前記レジストに転写する際の最適な露光量値と前記露光装置に設定された露光量設定値との差、並びに最適なフォーカス値と該露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を算出する演算工程と、算出された差に応じて前記露光装置のフォーカス設定値と、該露光装置の露光量設定値，前記加熱工程における加熱処理時間，該加熱工程における加熱処理温度，或いは現像工程における現像時間の少なくとも一つとを変更する工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
上記二つの発明に好ましい実施態様を以下に記す。
あらかじめ前記露光量モニタマークを用いて得られたレジスト上の実効的な露光量とフォーカスのずれ量の双方の変化に対して、前記露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターンの形状を計測しておき、計測結果をもとに、該露光量モニタパターン及びフォーカスモニタパターン双方の形状より、最適なフォーカス値と露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を算出することを特徴とする。
【００１９】
前記露光量モニタマークは、フォーカス値の変動によってウェハ面上の照射量が変動しない程度に十分大きな開口部が複数個並んでおり、それぞれの該開口部を透過する露光光強度が段階的に変化せしめるような構造を有すること。
【００２０】
前記露光量モニタマークは、該モニタマークが形成されたマスクを、露光波長λ、ウェハ側開口数ＮＡ，照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍなる露光装置にセットし、ウェハ上に形成されたレジスト膜に該モニタマークを露光し、該モニタマークに対応するウェハ上のレジスト膜厚、もしくは、レジスト膜厚の変化により得られる変化量を観察することにより、ウェハ上の実効的な露光量を測定するものであって、前記モニタマークは周期ｐにて透過部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ、遮光部と透過部の割合が異なる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期ｐが、ｐ／Ｍ≦λ／（１＋σ）ＮＡを満たすように設定されていること。
【００２１】
前記露光量モニタマークは、該モニタマークが形成されたマスクを、露光波長λ、ウェハ側開口数ＮＡ，照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストに該モニタマークを露光し、該モニタマークに対応するウェハ上のパターン寸法を測定することにより、ウェハ上の実効的な露光量をモニタするものであって、前記モニタマークは周期ｐにて透過部と遮光部が繰り返されたパターンであり、遮光部と透過部の寸法の比率が断続的、または、連続的に変化したパターンをならべて形成されたおり、前記周期ｐが、ｐ／Ｍ≦λ／（１＋σ）ＮＡを満たすように設定されていること。
【００２２】
露光量モニタマークは、前記モニタマークには、転写によりウェハ上でｘ軸方向の２つの対をなすマークとｙ軸方向の２つの対をなすマークが形成され、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれ対をなす第１のマークと第２のマークの相対位置ずれ量を検出するためのマーク、または、マーク群で構成されており、該モニタマークが形成されたマスクを、露光波長λ、ウェハ側開口数ＮＡ，照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストに該モニタマークを露光し、該モニタマークに対応するウェハ上の前記相対位置ずれ量を測定することにより、ウェハ上の実効的な露光量をモニタするものであって、前記相対位置ずれ量を検出するためのマーク、または、マーク群は周期ｐにて透過部と遮光部が繰り返されたパターンであり、遮光部と透過部の寸法の比率が断続的、または、連続的に変化したパターンをならべて形成されており、前記周期ｐが、ｐ／Ｍ≦λ／（１＋σ）ＮＡを満たすように設定されていること。
【００２３】
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状マークが１個以上配列されて構成されており、前記菱形状マーク部分は露光光に対して、透明、不透明或いは半透明であって、露光によりウェハ上に形成された菱形状パターンにおける最長部分のパターン寸法を測定することにより、最適なフォーカス値と露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を検出すること。
【００２４】
前記フォーカスモニタマークは、中央部よりも先端部の幅が短く形成された菱形状のマーク、または、菱形状のマークを同一方向に複数ならべて構成されたマークと、前記菱形状マークを所望の角度だけ回転して配置した２つの部分で構成されたマーク群からなり、前記菱形状マーク部分は露光光に対して、透明、不透明或いは半透明であって、露光によりウェハ上に形成される二つの菱形状パターンにおける最長部分のパターン寸法の差を測定することにより、最適なフォーカス値と露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を検出すること。
【００２５】
前記モニタマークには、転写によりウェハ上でｘ軸方向の２つの対をなすマークとｙ軸方向の２つの対をなすマークが形成され、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれ対をなす第１のマークと第２のマークの相対位置ずれ量を検出するためのマーク、または、マーク群で構成されており、該モニタマークが形成されたマスクを、露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストに該モニタマークを露光し、該モニタマークに対応するウェハ上の前記相対位置ずれ量を測定することにより、最適なフォーカス値と露光装置に設定されたフォーカス設定値との差を検出するものであって、
前記相対位置ずれ量を検出するためのマーク、または、マーク群は、通過した露光光に対して、位相をほぼ９０度ずらす効果のある位相シフタを配置した領域があることを特徴とする半導体装置製造方法
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００２６】
フォーカスに影響されない実効的露光量とフォーカスのずれ量の双方をそれぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、これらの測定結果を基に、露光条件を設定することによって、ロット間、あるいは、ウェハ間、もしくは、ウェハ面内で均一に常に最大の露光マージンが得られる状態での露光が可能となり、プロセスの変動等により生じるマージンの減少や歩留まりの低下を抑えることが可能となる。
【００２７】
フォーカスに影響されない実効的な露光量をパターン開口が十分大きくフォーカスの変動に対して露光量の変動が殆ど無視できるマーク、もしくは、マークのピッチを、モニタマークにおける回折光（1次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入るようにするこによって、モニタマークのピッチは解像限界以下となり、ウェハ面上でフォーカスの状態に依存しないフラット露光が実現できる。
【００２８】
具体的には、露光量モニタマークは、露光波長λ、ウェハ側開口数ＮＡ、照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍなる露光装置を想定した場合に周期ｐにて透過部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ、透過部と遮光部の割合がことなる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期ｐを、
ｐ／Ｍ≦λ／（１＋σ）ＮＡ  …（３）
を満たすように設定すればよい。
【００２９】
このようなマークにより検出した実効的な露光量と、フォーカスをモニタするためのマークから得られたフォーカスのずれ量の双方をモニタすることによって、これらの測定結果を基に、露光工程におけるパラメータを設定することによって、プロセスの変動要因により生じるマージンの減少を抑えることを可能となる。
【００３０】
【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。
【００３１】
［第１の実施形態］
図１は、ロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念図を示した。
【００３２】
図２に示すように、露光に使用するマスク２００には、デバイスパターン２０１が含まれないダイシング領域２０２に実効的な露光量をモニタするための露光量モニタマーク２０３及びフォーカスモニタマーク２０４の双方が配置されている。
【００３３】
フォーカスモニタマーク２０４は、露光量に依存せず、フォーカス位置にのみ依存して、レジストにパターンを形成するマーク、若しくは、フォーカス位置に依存しない実効的な露光量を用いることにより、露光量に依存しないフォーカス位置を求めるためのマークである。
【００３４】
露光量モニタマーク２０３は、フォーカス位置に依存せず露光量のみに依存してレジストにパターンを形成するマークである。また、フォーカスモニタマーク２０４は、露光量に依存せず、フォーカス位置にのみ依存してレジストにパターンを形成するマークである。
【００３５】
本実施形態では、本ロットの投入に先立ち、先行ウェハに対して、レジストの塗布（ステップＳ１）、露光前の加熱（ステップＳ２）、冷却（ステップＳ３）、露光（ステップＳ４）、露光後の加熱（ステップＳ５）、冷却（ステップＳ６）、現像（ステップＳ７）を行い、ウェハ面上での実効的な露光量とフォーカス位置をモニタするための先行露光を行い、双方のモニタマークを露光したパターンを評価し、露光プロセスの変動による適正露光量の変動とフォーカスのずれ量を求めた（ステップＳ８）。そして、求められた値から、露光装置の露光量設定値、及びフォーカス設定値を変更する（ステップＳ９）。
【００３６】
先ず、露光量モニタマーク及びフォーカス位置に依存しない露光量の測定について説明する。
【００３７】
図３には、本実施形態で使用した露光量モニタマークの平面図と断面図を示した。図中３００は透明基板、３０１はＣｒ（遮光部）、３０２はスペース（透過部）である。
【００３８】
露光量モニタマークは、露光波長λ、ウェハ側開口数ＮＡ、照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍなる露光装置を想定した場合に周期ｐにてＣｒ３０１とスペース３０２とが繰り返されたパターンであり、かつ、透過部と遮光部の割合がことなる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期ｐを、
ｐ／Ｍ≦λ／（１＋σ）ＮＡ  …（３）
を満たすように設定されている。
【００３９】
上記モニタマークの周期を（３）式の条件に設定することにより、露光量モニタマークにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入るようになる点に着目した。上記条件を満たすことによって、モニタマークのパターンは解像限界以下となる。そして、露光量モニタマークのパターンが解像限界以下のピッチであると、そのパターンは解像されず、開口比に応じてウェハ面上に到達する露光量が異なったフラット露光となる。このため、露光装置の設定露光量が同じでも開口比に応じて実効的な露光量が変化する。この場合の露光量は、露光量モニタマークのパターンが解像しないため、フォーカス変動の影響を完全に取り除くことができる。
【００４０】
そこで今回用いる露光条件は、露光波長λ２４８ｎｍ、ウェハ側開口数ＮＡ＝０．６、照明のコヒーレンスファクタσ＝０．３、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Ｍが４であることを考慮し、条件式（３）を満足するよう、ｐ＝１．２μｍ（ウェハ上換算寸法０．３μｍ）とした露光量モニタマークを用いた。スペース寸法はウェハ換算寸法で０．６２５ｎｍ刻みで変化させた。
【００４１】
図４には、実際に用いた露光量モニタマークのレイアウトを示した。Ｘ方向に２０ブロック、Ｙ方向に１２ブロックの計２４０ブロックに分けられており、その１つのブロック毎に１種類の開口比のＬ／Ｓが配置されている。図中の左上のブロック４０１firstがスペース寸法最小であり、右下のブロック４０１endがスペース寸法最大となっている。
【００４２】
まず始めに、あらかじめ露光量モニタマスクを用いて、露光装置の露光量設定値と実効的な露光量との校正曲線を求めておいた。この実効的な露光量とは、最終的にすべての露光プロセス要因を包含したものとして規定される露光量である。以下に実効的な露光量の校正曲線を得る手順について説明する。
【００４３】
Ｓｉウェハ上には塗布型の反射防止膜６０ｎｍをスピンコーティング後、加熱処理をして形成し、さらに化学増幅系ポジ型レジストを厚さ０．４μｍでスピンコ−ティングした。この後、１００℃、９０秒でプリベーク処理を行った。これら一連の処理は、本ロットを処理する露光装置に連結されたトラック内で行なわれた。これらの処理が終了したウェハを露光装置に搬送し、上記露光量モニタマークの露光を行った。露光装置の露光量設定値は５ｍＪ／ｃｍ2 から２５ｍＪ／ｃｍ2 まで０．２ｍＪ／ｃｍ2 刻みで増加させた。露光が終了したウェハを再びトラックに搬送し、１００℃、９０秒でポストエクスポージャーベーク（Post Exposure Bake：ＰＥＢ）した後、０．２１規定のアルカリ現像液にて６０秒現像を行った。このように処理されたウェハ上のパターンを光学顕微鏡で観察した。
【００４４】
露光量設定値７．５ｍＪ／ｃｍ2 での顕微鏡像を図５に示した。図５は、図４に示したマスクパターンのウェハ上への転写像の一部を模式的に示している。図５中のＡ，Ｂ等で示されている四角の１つが、図４に示した１つのブロックに相当している。Ｌ／Ｓのスペース幅に応じてレジスト膜厚が減少していることがわかる。
【００４５】
尚、図５において、顕微鏡での見え方としては、Ａ点からＢ点まではレジストが徐々に薄くなるに伴い、干渉の影響で叙情に明るく見える。Ｃ点からＤ点まではほぼ一定であり、Ｅ点からレジスト下地の色が透けて見え始めＦ点までは徐々に色が変わっている。更にＧ点からレジストの下地が露出し始め、Ｈ点まではレジスト残りの影響で不均一な色となっている。この顕微鏡像から、レジストが抜けきった位置であるＩ点を容易に認識でき、レジストが抜けきった位置をモニタして、実効的な露光量を計測する際の基準に用いた。
【００４６】
レジストが抜けきった位置に対応するマスクスペース幅（ウェハ換算寸法）と露光装置の露光量設定値（抜け露光量）の関係を図６に示した。マスクスペース幅が広い方が露光量の変化に対して感度が高いことがわかる。本実施形態においては、図６を校正曲線として用いることによって、レジストが抜けきった位置のマスクスペース幅により実効的な露光量を規定した。
【００４７】
なお、ここでは、上記露光量モニタマークとしては、Ｌ／Ｓパターンの開口比を変化させたパターン群を配置したものを用いたが、Ｌ／Ｓパターンに限定されたものではなく、周期的なホールパターンや菱形の繰り返しパターン等を配置して形成することも可能である。
【００４８】
また、ウェハ面上の照射量が、フォーカスの変動により変動しないフラット露光になるよう十分大きな開口パターンを配置し、上記開口部を通過する光強度比を段階的に変化するようマスク上に半透明膜を段階的に膜厚を変化させて配置する等の加工をして用いてもよい。
【００４９】
本実施形態では、モニタ方法として、モニタする基準をレジストが抜けきった膜厚に対応するマスクスペース幅を用いたが、これに限定されるものではなく、レジスト残膜量を膜厚計等でモニタし、その膜厚値を基準に制御することも可能である。
【００５０】
次に、フォーカスモニタマーク及び露光量に依存しないフォーカスの測定について説明する。
【００５１】
フォーカスモニタマークとしては、デフォーカスによる露光後のモニタマークの寸法変動よりフォーカス位置を計測するタイプを使用した。図７には、本実施形態で使用したフォーカスモニタマークを示した（寸法はウェハ換算寸法）。図７に示すように、フォーカスモニタマーク７０１は、中央部の幅が０．２５μｍ、
最先端部の幅が０．１μｍと中央部から先端部へと幅が狭くなっている。５個のフォーカスモニタマーク７０１が、０．２５μｍの間隔で配置されている。
【００５２】
ここで、本発明者は、上記露光量モニタマークの計測から得られた実効的な露光量（ここでは、レジストが抜けきったマスクスペース幅）に対して、図７に示したフォーカスモニタマーク７０１のパターン長Ｌの転写後の寸法Ｗの振る舞いをあらかじめ校正しておくことにより、露光量とフォーカスを独立したパラメータとして、別々に求めることができることに着目した。
【００５３】
このフォーカスの校正曲線は、あらかじめ、露光装置の設定露光量とフォーカス位置を振って露光を行い、露光量については、前述したフォーカスに依存しない露光量モニタマークから得られた実効的な露光量に変換し、最終的には、実効的な露光量とデフォーカス、及びパターン長Ｗの３者の関係を求めておいた。
【００５４】
図８には、図６に示した露光量校正曲線によって校正した実効的な露光量におけるフォーカスモニタマーク（図７）のパターン長Ｗのフォーカス依存性を示した。  次に、実際に、先行ウェハの露光から露光装置の露光量、及び、フォーカス設定値を求める手順について以下に示す。尚、上記校正曲線を求めた際には、所望とするフォーカス裕度、及び、露光量祐度の双方を満足する最適な露光量値は１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 であり、その時の実効的な露光量としては、露光量モニタマークのパターンのレジストが抜けるスペース寸法で換算して２２５ｎｍであった。
【００５５】
（露光手順１）
先行のウェハは、上記最適な露光条件を鑑み、露光量設定値１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 ，フォーカスオフセット０μｍにおいてウェハ全面に露光を行った。
【００５６】
（露光手順２）
少なくとも１点以上のショットにおける露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをそれぞれのマークの仕様に応じて計測した。
【００５７】
具体的には、ウェハ面内５点の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを計測した。露光量モニタマークの計測には、光学顕微鏡を用いた。また、フォーカスモニタマークの計測には、フォーカスの校正曲線を得るために使用したものと同じ光学式の線幅測長装置を用いた。
【００５８】
（露光手順３）
校正曲線（本実施形態では図６、図８）に従って、実効的な露光量とフォーカスのずれ量を求め、５点の平均値を求めたところ、露光量モニタマークより得られた実効的な露光量はモニタマークのスペース間隔で２３０ｎｍ、フォーカスのずれ量は０μｍであった。
【００５９】
（露光手順４）
先行ウェハのモニタ結果（露光手順３）をもとに、本ロットにおける露光量の設定値とフォーカスオフセット量を決定し、露光を行った。
【００６０】
具体的には、以下のとおりである。
【００６１】
マージンが一番得られる露光量は、露光量モニタパターンのスペース間隔が２２５ｎｍの場合であることがわかっており、図６より、抜け露光量の近似式から、抜け露光量値としては１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 であった。しかしながら、先行での露光量モニタパターンの観察の結果、スペース間隔が２３０ｎｍであったことから、抜け露光量として、９．４４３ｍＪ／ｃｍ2 相当に実効的な露光量が低下していることがわかった。そこで、露光装置の露光量設定値を、実効的な露光量の低下分５．７％（（１０．０２３−９．４４３）／１０．０２３）相当を付加して露光を行った。
【００６２】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【００６３】
尚、上記例ではフォーカスのずれ量は０μｍであったが、ずれ量が存在した場合には、図７に示したフォーカスモニタマーク７０１では、フォーカスのずれ方向がわからないため、フォーカス位置をプラスマイナスのどちらにオフセットを付加して露光すべきか判断できない。そこで、図７のタイプのフォーカスモニタマークでは、現場で得られるＱＣデータ等を利用し、フォーカスのずれの傾向からフォーカスオフセットの方向を判断することになる。
【００６４】
そこで発明者は、図７に示したフォーカスモニタマークを９０度回転したものも合わせて配置し、使用する露光装置の非点収差を利用することによりフォーカスのずれ量をモニタした。今回使用した装置は、９０度方向と０度方向のパターンにおける焦点位置の差が０．２μｍ存在することが既にわかっていた。このように非点収差を利用することで、フォーカス位置のずれ方向についてもモニタすることができるようになる。
【００６５】
フォーカスのずれ方向も判断できるタイプのフォーカスモニタマークを図９に示す。図９に示すように、図７に示したフォーカスモニタマークと同様なフォーカスモニタマーク９０１，９０２が、互いに直交するように配置されている。
【００６６】
上記露光量モニタマークの計測から得られた実効的な露光量に対して図９に示したフォーカスモニタマーク９０１，９０２の寸法Ｌv、及び、Ｌh部分の露光、現像後のパターン長Ｗv、及び、Ｗhの振る舞いをあらかじめ校正しておくことにより、露光量とフォーカスを独立したパラメータとして、別々に求めることができる。さらに詳細に具体的なフォーカスのずれ量のモニタ方法を以下に示す。
【００６７】
図１０には、図９のフォーカスモニタマーク９０１，９０２を露光した結果得られた実効的な露光量に対する２方向のフォーカスモニタマークのＬv及びＬhの露光後におけるパターン長Ｗv及びＷh依存性を示した。本発明者は、露光量によりパターン長Ｗv及びＷh自体は変化するものの、ジャストフォーカス付近では、双方の差は露光量の変動に対してあまり変化しないという特徴があることに着目した。そこで、次に、図１０より実効的な露光量が変化した際のパターン長ＷvとＷhとの差とフォーカスのずれ量との関係を求めたところ、図１１が得られた。図１１に示したフォーカスの校正曲線を利用することによって、フォーカスのずれ量（方向も含めて）は、パターン長ＷvとＷhとの差より求めることができ、露光装置のフォーカス設定値にフィードバックすることができた。
【００６８】
尚、今回は、０度方向パターンと９０度方向パターンに対して、非点収差以外の収差は顕著でない場合であったが、その他の収差が顕著な場合や、マスク製作等において生じる０度方向パターンと９０度方向パターンの形状の違いが顕著な場合、または、フォーカスのずれ量が大きい場合、更にフォーカスモニタの精度を上げる場合には、フォーカスモニタマークから得られたパターン長ＷvとＷhとの差だけでなく、露光量モニタマークより得られた実効的な露光量も考慮した校正曲線を用いればよい。また、今回は０度と９０度方向のパターンを用いたが、互いにベストフォーカス位置が異なる方向のパターンであればよく、この方向だけに限定されるものではない。
【００６９】
以上の結果より、フォーカスのずれ方向についてもモニタすることができるようになり、更に精度のよいフォーカスのずれ量の補正をすることができ、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【００７０】
また、その他の露光量の変動に影響されずにフォーカス位置のずれ量をモニタする手法として、位相シフトマスクタイプのマークを用いるとこにより、フォーカスの変動をパターンの位置ずれとして計測する技術を用いても良い。例えば、フォーカスの変動をパターンの位置ずれとして計測するタイプのフォーカスモニタマークとしてPhase shift focus monitor applications to Lithography tool control (D.Wheeler et. al. SPIE vol. 3051 p.225-233)記載のマーク（図１２）を用いてもよい。図中において、１２０１は位相変位ガラス、１２０２は位相無変位ガラス、１２０３は遮光膜である。この場合の校正方法は図１２のフォーカスモニタマークに対してデフォーカス位置を変化させて露光し、合わせずれ検査装置によって得られた位置ずれ量とフォーカスのずれ量との関係をフォーカスの校正曲線として求めておき、この校正曲線から、露光装置のフォーカス設定値にフィードバックすればよい。
【００７１】
またさらに、その他の露光量の変動に影響されずにフォーカス位置のずれ量をモニタする手法として、上述したフォーカスモニタマーク以外に適用が可能なフォーカスモニタマークについて説明する。
【００７２】
図１３は、フォーカスモニタ用マスクの概略構成を説明するためのもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。モニタパターンは、マスクのデバイスパターンがない領域（ダイシングライン）の遮光部に形成されている。図中の２０１１はガラス等の透明基板、２０１２はＳｉＯ2 等の半透明膜、２０１３はＣｒ等の遮光膜を示す。また、２００１は遮光膜２０１３に形成された菱形マーク（第１の開口部）を、２００２は半透明膜２０１２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２０１２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。
【００７３】
菱形マーク２００１を形成した第１のパターン領域及び菱形マーク２００２を形成した第２のパターン領域では、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２００１，２００２は、ウェハー換算上で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２００２の部分では、半透明膜２０１２を通過する露光光と開口部２００２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。
【００７４】
ここで発明者は、半透明膜２０１２を通過する露光光と、開口部２００１，２００２を通過する露光光との位相差をほぼ９０度ずらすことよって、半透明膜部のマーク２００２によりウェハー上に形成された菱形パターンのフォーカス点と、遮光膜部のマーク２００１によりウェハー上に形成された菱形パターンとのフォーカス点の間にずれが生じ、デフォーカスに対して異なるパターン寸法特性を示すことに注目した。そして、この二つのマークの露光・現像後のパターン寸法の差をモニタすると、デフォーカスに対して単調減少又は単調増加することを利用し、デフォーカスに対するパターン寸法差の関係を較正曲線として求めておき、露光・現像後のウェハー上のパターン寸法の差を測定することで、フォーカスのずれ量を方向も含めてモニタすることができる。
【００７５】
次に、上記２種類の菱形マークを用いて、フォーカス点を検出する手順について説明する。上記マークを配置した本実施形態のフォーカスモニタ用マスクのパターンをウェハ上に転写するために、デバイスパターンと同一の露光条件にて露光を行った。ウェハー上に、塗布型反射防止膜６０ｎｍをスピンコートし、さらに化学増幅系ポジ型レジストを厚さ０．４μｍでスピンコーティングした。このウェハーに対して上記マスクを用い、投影光学系の縮小比１／４、露光波長２４８ｎｍ，ＮＡ０．６、コヒーレンスファクタσ０．７５、輪帯遮蔽率ε０．６７、露光装置の設定露光量７．５ｍＪ／ｃｍ2 という露光条件で露光した。
【００７６】
次いで、露光が終了したウェハーを、１００℃，９０秒でポストエクスポージャーべ一ク（ＰＥＢ）したあと、０．２１規定のアルカリ現像液にて６０秒現像を行った。
【００７７】
次いで、処理されたウェハー上の２種類の菱形パターンを、光学式の線幅測定器によって測長し、半透明膜部の菱形マーク２００２におけるＸ軸方向のパターン寸法Ｌ’と遮光膜部の菱形マーク２００１におけるＸ軸方向のパターン寸法Ｌとの差を求めた。
【００７８】
図１４には、露光によって得られた寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は菱形マーク２００１，２００２のパターン寸法（Ｌ又はＬ’）、及び寸法差を表している。三つの曲線は、実線が遮光膜部の菱形マーク２００１のパターン寸法特性、点線が半透明膜部の菱形マーク２００２のパターン寸法特性、そして一点鎖線が、半透明膜部の菱形パターン寸法から遮光膜部の菱形パターン寸法を差し引いた寸法差のデフォーカスに対する特性を示したものである。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た。
【００７９】
さらに、露光の際に露光量を変化させて、較正曲線の露光量依存性を調べた。具体的には、露光量を、７．５ｍＪ／ｃｍ2 を中心に−１０％から＋１０％まで変化させて露光を行った。図１５には、寸法差とデフォーカスの関係（較正曲線）のドーズ依存性を示した。グラフは、露光量７．５ｍＪ／ｃｍ2 を中心として、露光量を−１０％，−５％，−１％，−７．５ｍＪ／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。
【００８０】
このグラフから、ドーズを−１０％から＋１０％の間で変化させても、デフォーカス依存性は、殆ど変化しない（グラフ中の各直線が殆ど重なっている）ことが分かる。従って、露光量が変動した場合においても、本実施形態のフォーカスモニタ用マスクはフォーカス位置ずれ量を高精度に検出できた。
【００８１】
なお、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、モニタパターンは、線幅測定装置で測定可能なマークであればよく、楔形であってもよい。菱形或いは楔形の形状は、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細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。さらに、フォーカスモニタマークのサイズ，ピッチ，及び半透明膜部分の透過率は、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。
【００８２】
また、第１のパターン領域における遮光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。
【００８３】
本実施形態では、第２のパターン領域で開口部２００２を通過する露光光に対しその周辺を通過する露光光に位相差を持たせるために９０度の位相差を持った半透明膜１２を使用したが、この位相差は９０度に限定されたものではなく、遮光膜部の菱形マーク２００１と、半透明膜部の菱形マーク２００２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。また、半透明膜としては、ＳｉＯ2 の他に、酸窒化モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉＯＮ），窒化モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉＮ），弗化クロム（ＣｒＦ），ジルコニウムシリサイド（ＧｒＳｉＯ）などを用いることができる。
【００８４】
図１６に、図１３に示したマークの半透明膜部と透過部分との位相差とフォーカスの検出感度の関係を示した。この図から、必要とされるフォーカスずれ量の検出精度を０．０５μｍとし、線幅測定器の測定精度を０．０２μｍ程度とすると、フォーカスモニタに必要とされる検出感度の限界は、感度（寸法差／デフォーカス）＝｜ΔＬ−ΔＬ’｜／｜Δｆｏｃｕｓ｜＝０．８となり、０．８以上が必要となる。このことから、位相差は４５度から１５０度の間の範囲に設定する必要がある。
【００８５】
次に、図１３に示したフォーカスモニタマークより精度の高いマークについて説明する。露光用マスク上に、フォーカス点を測定するためのモニタパターン（マーク）として、半透明膜で形成された菱形マークを配置した。先に説明したマークと異なるところは、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のパターン領域では＋９０度の位相差を持たせ、第２のパターン領域では−９０度の位相差を持たせたことである。
【００８６】
図１７は、フォーカスモニタ用マスクの概略構成を説明するためのもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。モニタパターンは、マスクのデバイスパターンがない領域（ダイシングライン）の遮光部に形成されている。図中の２３１１は透明基板、１３１２は半透明膜、１３１３は遮光膜を示す。また、２３２１，２３２２は、半透明膜１３１２に形成された菱形マークを示している。なお、半透明膜１３１２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。
【００８７】
菱形マーク（第１の開口部）２３２１を形成した第１のパターン領域では、開口部に露出する基板２３１１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２３２１を通過する光に対しその周辺の半透明膜１３１２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）２３２２を形成した第２のパターン領域では、開口部に露出する基板２３１１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２３２２を通過する光に対しその周辺の半透明膜１３１２を通過する光は−９０度の位相差を持つようにしている。
【００８８】
また、第１のパターン領域及び第２のパターン領域では、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２３２１，２３２２は、ウェハー換算上で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。
【００８９】
先に説明したように、遮光膜部と半透明膜部に菱形マークがそれぞれ形成されたマスクを用いてウェハー上にパターンニングし、形成された遮光膜部と半透明膜部の各マークのパターン寸法の差は、デフォーカスに対して単調減少又は単調増加することが示された。
【００９０】
そこで発明者は、フォーカスのずれ量の検出感度をさらに向上させるために、第１のパターン領域では半透明膜１３１２を通過する露光光を、開口部２３２１を通過する露光光に対して位相をほぼ＋９０度ずらし、第２のパターン領域では半透明膜１３１２を透過する露光光を、開口部２３２２を通過する露光光に対して位相をほぼ−９０度ずらした。開口部２３２１を通過する露光光に対して位相をほぼ＋９０度ずらした半透明膜部の菱形マーク２３２１のフォーカス点と、遮光膜部に形成された菱形マークのフォーカス点のずれ量は、前に記載したマークと同じ量だけ変化する。
【００９１】
これに対して、開口部２３２２を通過する露光光に対して位相をほぼ−９０度ずらした半透明膜部の菱形マーク２３２２のフォーカス点は、遮光膜部に形成された菱形マークのフォーカス点に対して、前に記載したずれ量の絶対値は等しく、符号が反対の特性を示す。その結果、前に示したマークに対して、２倍のフォーカスずれ量の検出感度の向上を実現することができる。
【００９２】
前のマークと同様な条件で、レジスト上に菱形マークのパターンを形成し、ウェハ上に形成された二つの菱形マークのパターン寸法を光学式の線幅測定器によって測長し、各々の寸法差を求めた。
【００９３】
図１８には、露光によって得られた寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は菱形マーク２３２１，２３２２のパターン寸法（Ｌ又はＬ’）、及び寸法差を表している。三つの曲線のうち、実線は開口部との位相差が＋９０度である半透明膜部に形成された菱形マーク２０１によりウェハー上に転写されたパターン寸法特性を、点線は開口部との位相差が−９０度である半透明膜部に形成された菱形マーク２３２２によりウェハー上に転写されたパターン寸法特性を示している。
【００９４】
そして、一点鎖線は、開口部との位相差が＋９０度である半透明膜部に形成された菱形マーク２３２１によりウェハー上に転写されたパターン長Ｌから、開口部との位相差が−９０度である半透明膜部に形成された菱形マーク２３２２によりウェハー上に転写されたパターン長Ｌ’を差し引いた寸法差（Ｌ−Ｌ’）を示したものである。この結果から、フォーカスのずれ量の検出感度が、前に示したマークと比べて約２倍になることが分かった。
【００９５】
さらに、露光の際に、露光量を変化させて、較正曲線の露光量依存性を調べた。前のマークと同様に、露光量を、７．５ｍＪ／ｃｍ2 を中心に−１０％から＋１０％まで変化させて露光を行った。図１９には、モニタパターンの寸法差とデフォーカスとの関係（較正曲線）のドーズ依存性を示した。グラフは、露光量７．５ｍＪ／ｃｍ2 を中心として、露光量を−１０％，−５％，−１％，７．５ｍＪ／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。
【００９６】
このグラフから、ドーズを−１０％から＋１０％まで変化させても、デフォーカス依存性は、殆ど変化しない（グラフ中の各直線が殆ど重なっている）ことが分かる。従って、本マークの場合も、露光量が変動してもフォーカス位置ずれ量を高精度に検出できた。
【００９７】
次に上記で示した図３、及び、図４以外に適用が可能な露光量モニタマークの適用例について示す。
【００９８】
露光量モニタマークは、上記図３、図４の場合にだけに限られたものではなく、それ以外にも、従来例に示したExposure Monitor Structure（Alexander Staikov, SPIE vol. 1261 p. 315-324）で提示されているタイプを用いてもよい。この提案の特徴は、使用する投影露光装置において解像しないピッチのパターンを用いて、パターンの透過部と遮光部の寸法比（デューティー比）を連続的に変えたパターンを配置することで、ウェハ上でフォーカスの状態に依存しない照射量の傾斜分布を持ったパターンを形成する点である。
【００９９】
図２０には、上記タイプの露光量モニタマークの一例を示した。図２０において、２００１は遮光部を２００２は透過部を示している。モニタパターンはパターンの中央から横方向に広がるにつれて、ピッチは固定で透過部の寸法が増加するようにしている。Ｐは使用する露光条件において解像しないピッチである。
【０１００】
本発明者は、使用する露光条件が、露光波長λ＝２４８ｎｍ，ＮＡ＝０．６，σ＝０．３であることを考慮して、モニタマークの周期をマスクパターンにおける回折光（１次以上の回折光）は投影レンズの瞳に入らず、直進光（０次回折光）のみが瞳に入る条件（３）式を満たすよう、ウェハ換算寸法で０．３μｍを用いた。
【０１０１】
図２１には図２０に示した露光量モニタマークを転写した際に得られるウェハ面上でのＡ−Ａ’断面における像強度分布を示した。ウェハ面上には、モニタマークで回折された０次回折光のみが照射されるため、像強度分布は透過部の面積の２乗に比例した分布となる。このマスクを用いて、露光装置の露光量設定値を変化させて、露光を行いパターンを光学式の線幅測長装置で測定することにより、実効的な露光量を得るための校正曲線を得ることができる。そして、この校正曲線を用いることによって、上記と同様な露光量の制御方法が適用できる。
【０１０２】
さらに、もう１つ別のタイプとして、合わせずれ検査装置の合わせずれ測長機能を用いた簡便で高速かつ高精度に露光量をモニタできる露光量モニタマークの適用例について、以下に詳細に説明する。
【０１０３】
本発明者は、従来の合わせ位置ずれ検査装置において用いているマークの一部を、露光量の変動量をパターンの位置ずれとして検出できるようなマークに変更した。そしてこのマークを、使用する露光波長λ，開口数ＮＡ，倍率Ｍ，コヒーレトファクターσ、ピッチＰ（ウェハ上換算寸法）とした場合、上記（３）式の条件を満足すればウェハ上でフォーカスの状態に依存しない照射量の傾斜分布を持ったパターンを形成できることに着目した。そして、露光量の変動を露光後のモニタマークの外側パターンと内側パターンの相対位置ずれ量として合わせずれ検査装置でモニタすることを考案した。
【０１０４】
図２２には、露光量モニタマークを示した。図２２に示す露光量検出パターン１５００には、一対の相対位置検出用パターン１５０４（１５０４ａ，ｂ）と、これらの相対位置検出用パターンに挟まれた露光量モニタパターン１５０１とがｘ軸方向（一方向）に配列形成されている。また、露光量モニタパターン１５０１をｘ軸に対して直交するｙ軸に対して挟むように、一対のｙ軸方向位置ズレ量検出用パターン１５０５（１５０５ａ，ｂ）が形成されている。
【０１０５】
露光量モニタパターン１５０１は、開口パターン１５０２と、このパターンに対してｘ軸方向に接続し、透過する露光光の照射強度分布がｘ軸方向に単調に変化する露光量モニタ部１５０３とから形成されている。
【０１０６】
図２３には、露光量モニタマークに配置した露光量モニタ部１５０３の概略図を示した。図２３に示した露光量モニタ部１５０３は、使用する露光装置（露光波長２４８ｎｍ、ＮＡ＝０．６、σ＝０．３）に合わせて、ピッチＰ（ウェハ上）を、解像限界以下の０．３μｍとし、透過部と遮光部のデューティー比を透過部が０．６２５ｎｍづつ増加したパターンをならべて配置し、ウェハ面上でフォーカスに依存しない像強度が０から１までの連続的な分布を実現した。
【０１０７】
図２４に、露光量検出パターン１５００のＡ−Ａ’部に対応するレジスト上での光強度分布を示す。図２４において、１７００はレジストにエッジが形成されるエッジ光強度を示している。また、図２４において、１７０２は開口パターン１５０２を透過した露光光とエッジ光強度１７００との交点を示し、１７０３は露光量モニタ部１５０３を透過した露光光強度とエッジ光強度１７００との交点を示し、１５０４ａ，１５０２，１５０３，１５０４ｂは、マスクに形成されたパターン１５０４ａ，１５０２，１５０３，１５０４ｂに対応する位置を示している。
【０１０８】
なお、図２５において、１７０１は露光量モニタパターンに対応して形成された露光量モニタマーク、１７０２，１７０３は開口パターン１５０２及び露光量モニタ部１５０３に対応して形成されたエッジ形成位置、１７０４ａ，１７０４ｂは相対位置検出用パターン１５０４に対応して形成された相対位置検出用マークである。
【０１０９】
露光量値が変動した場合、エッジ光強度１７００の変動として現れ、露光量モニタ部１５０３によるエッジ形成位置１７０３が変動するため、それに対応する露光量モニタマークのエッジ１８０３位置がシフトする。
【０１１０】
その結果、適正露光量値の変動は、合わせずれ検査装置により、ｘ軸方向の露光量モニタマーク１８０１の中心位置Ｍ’と相対位置検出用マーク１８０４ａ，ｂの中心位置Ｍの相対位置ずれ量Δとして検出できる。
【０１１１】
上記露光量モニタマークを用いて実効的な露光量をモニタするためには、あらかじめ、適正露光量からの変動に対する相対位置ずれ量を校正曲線として求めておけばよい。図２６には、図２２に示した露光量モニタマークを露光した結果得られた校正曲線を示した。この校正曲線を用いることによって、上記と同様な手法により露光装置の露光量設定値を決定することができることから同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
尚、このタイプの露光量モニタマークは、図２２に示した場合に限られたものではなく、合わせ位置ずれ検査マークの少なくとも一部がウェハ面上において照射量分布が連続的に変化するようなパターンに変更された露光量モニタ部を配置した露光量モニタマークを用いており、合わせ位置ずれ量を求め、その値を用いて設定露光量値にフィードバックをかける構成であればよい。検出感度を向上するために露光量モニタ部を図２７や図２８に示すように２つ、または、４つにすることも効果的である。
【０１１３】
種々の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを用いた適用例を示してきたが、露光後の上記パターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１１４】
［第２の実施形態］
上記第１の実施形態においては、現像後にモニタした実効的な露光量、及び、フォーカスを露光装置に対してフィードバックを行った。これに対して、第２の実施形態では、実効的な露光量をモニタした結果を露光後の加熱処理工程（露光後加熱処理時間（ＰＥＢ時間）、または、露光後加熱処理温度（ＰＥＢ温度））へフィードバックした例について説明する。尚、フォーカスに関しては、上記第１の実施形態と同様に露光装置のフォーカス設定値に対してフィードバックを行った。
【０１１５】
図２９は、ロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念図を示した。
【０１１６】
本実施形態では、本ロットの投入に先立ち、先行ウェハに対して、レジストの塗布（ステップＳ１）、露光前の加熱（ステップＳ２）、冷却（ステップＳ３）、露光（ステップＳ４）、露光後の加熱（ステップＳ５）、冷却（ステップＳ６）、現像（ステップＳ７）を行い、ウェハ面上での実効的な露光量とフォーカス値をモニタするための先行露光を行い、双方のモニタマークを露光したパターンを評価し、露光プロセスの変動による適正露光量の変動とフォーカスのずれ量を求めた（ステップＳ８）。そして、求められた露光量から、ＰＥＢ時間又はＰＥＢ温度に対してフィードバックをかけると共に、フォーカス設定値に対してフィードバックをかけた（ステップＳ９）。  実効的な露光量、及びフォーカスをモニタする具体的な手法についても上記第１の実施形態と同様であるのでここでは省略した。
【０１１７】
本発明者は、あらかじめ、上記第１の実施形態で示した露光量モニタマーク（図３、及び、図４）より得られた実効的な露光量に対して、最適なＰＥＢ時間、及び、ＰＥＢ温度を求めておいた。図３０には、実効的な露光量（図６の露光量モニタマークのレジストが抜けるマスクスペース幅）に対する最適ＰＥＢ時間の関係を示した。
【０１１８】
次に、先行ウェハの露光からＰＥＢ時間、及び、露光装置のフォーカス設定値を求める手順について以下に示す。尚、所望とするフォーカス祐度、及び、露光量祐度の双方を満足する最適な露光量値は１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 であり、その時の実効的な露光量としては、露光量モニタマークのパターンのレジストが抜けるスペース寸法で換算して２２５ｎｍであった。
【０１１９】
（露光手順１）
先行のウェハは、上記最適な露光条件を鑑み、露光量設定値１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 ，フォーカスオフセット０μｍにおいてウェハ全面に露光を行った。
【０１２０】
（露光手順２）
少なくとも1点以上のショットにおける露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをそれぞれのマークの仕様に応じて計測した。
【０１２１】
具体的には、ウェハ面内５点の露光量モニタマーク（図３、及び、図４）、及び、フォーカスモニタマーク（図９）を計測した。露光量モニタマークの計測には、光学顕微鏡を用いた。また、フォーカスモニタマークの計測には、フォーカスの校正曲線を得るために使用したものと同じ光学式の線幅測長装置を用いた。
【０１２２】
（露光手順３）
校正曲線（本実施形態では図６、図１１）に従って、実効的な露光量とフォーカスのずれ量を求め、５点の平均値を求めたところ、露光量モニタマークより得られた実効的な露光量はモニタマークのスペース間隔で２２０ｎｍ、フォーカスのずれ量は０．１μｍであった。
【０１２３】
（露光手順４）
本ロットにおいては、測定した実効的な露光量、及び、フォーカスのずれ量の平均値を考慮し露光を行った。
【０１２４】
具体的には、以下のとおりである。
【０１２５】
マージンが一番得られる露光量は、露光量モニタマークのスペース間隔が２２５ｎｍの場合であり、実効的な露光量の増加が見られた。そこで、あらかじめ求めておいた実効的な露光量と最適ＰＥＢ時間の関係（図３０）に従って、ＰＥＢ時間を９０秒から７７秒に減らした。また、露光装置のフォーカス設定に０．１μｍのオフセットをかけて露光を行った。
【０１２６】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０１２７】
尚、本実施形態では、実効的な露光量の変動をＰＥＢ時間にフィードバックをかける形態について示したが、ＰＥＢ温度に対してフィードバックをかけてもよい。この場合は、図３１の実効的な露光量と最適ＰＥＢ温度の関係をあらかじめ求めておき、これを用いて、ＰＥＢ温度を１００℃から９８．６℃に変更することで同様の効果が得られる。
【０１２８】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１２９】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０１３０】
［第３の実施形態］
上記第２の実施形態においては、現像後にモニタした実効的な露光量、及び、フォーカスを露光装置、及び、ＰＥＢ温度、ＰＥＢ時間に対してフィードバックを行った。これに対して、第３の実施形態では、実効的な露光量をモニタした結果を現像時間へフィードバックした例について説明する。尚、フォーカスに関しては、上記第１の実施形態と同様に露光装置のフォーカス設定値に対してフィードバックを行った。
【０１３１】
図３２は、ロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念図を示した。
【０１３２】
本実施形態では、本ロットの投入に先立ち、先行ウェハに対して、レジストの塗布（ステップＳ１）、露光前の加熱（ステップＳ２）、冷却（ステップＳ３）、露光（ステップＳ４）、露光後の加熱（ステップＳ５）、冷却（ステップＳ６）、現像（ステップＳ７）を行い、ウェハ面上での実効的な露光量とフォーカス値をモニタするための先行露光を行い、双方のモニタマークを露光したパターンを評価し、露光プロセスの変動による適正露光量の変動とフォーカスのずれ量を求めた（ステップＳ８）。そして、求められた露光量から現像時間に対してフィードバックをかけると共に、フォーカス設定値に対してフィードバックをかけた（ステップＳ９）。
【０１３３】
実効的な露光量、及び、フォーカスをモニタする具体的な手法についても上記第１の実施形態と同様であるのでここでは省略した。
【０１３４】
発明者は、あらかじめ、上記第１の実施形態で示した露光量モニタマーク（図３、及び、図４）より得られた実効的な露光量に対して、最適な現像時間を求めておいた。図３３には、実効的な露光量（図６の露光量モニタマークのレジストが抜けるマスクスペース幅）に対する最適現像時間の関係を示した。
【０１３５】
次に、先行ウェハの露光から現像時間、及び、露光装置のフォーカス設定値を求める手順について以下に示す。尚、所望とするフォーカス祐度、及び、露光量祐度の双方を満足する最適な露光量値は１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 であり、その時の実効的な露光量としては、露光量モニタマークのパターンのレジストが抜けるスペース寸法で換算して２２５ｎｍであった。
【０１３６】
（露光手順１）
先行のウェハは、上記最適な露光条件を鑑み、露光量設定値１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 ，フォーカスオフセット０μｍにおいてウェハ全面に露光を行った。
【０１３７】
（露光手順２）
少なくとも1点以上のショットにおける露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをそれぞれのマークの仕様に応じて計測した。
【０１３８】
具体的には、ウェハ面内5点の露光量モニタマーク（図３、及び、図４）、及び、フォーカスモニタマーク（図９）を計測した。露光量モニタマークの計測には、光学顕微鏡を用いた。また、フォーカスモニタマークの計測には、フォーカスの校正曲線を得るために使用したものと同じ光学式の線幅測長装置を用いた。
【０１３９】
（露光手順３）
校正曲線（本実施形態では図６、図１１）に従って、実効的な露光量とフォーカスのずれ量を求め、５点の平均値を求めたところ、露光量モニタマークより得られた実効的な露光量はモニタマークのスペース間隔で２２３．１２５ｎｍ、フォーカスのずれ量は０．１μｍであった。
【０１４０】
（露光手順４）
本ロットにおいては、測定した実効的な露光量、及び、フォーカスのずれ量の平均値を考慮し露光を行った。
【０１４１】
具体的には、以下のとおりである。
【０１４２】
マージンが一番得られる露光量は、露光量モニタパターンのスペース間隔が２２５ｎｍの場合であり、実効的な露光量の増加が見られた。そこで、あらかじめ求めておいた実効的な露光量と最適現像時間の関係（図３３）に従って、現像時間を６０秒から４０秒に減らした。また、露光装置のフォーカス設定に０．１μｍのオフセットをかけて露光を行った。
【０１４３】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０１４４】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１４５】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０１４６】
［第４の実施形態］
第４の実施形態では、図３４に示したように、ＰＥＢ後の冷却時、もしくは、冷却後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをモニタし、各種の露光パラメータにフィードバックした例について示す。
【０１４７】
本実施形態では、本ロットの投入に先立ち、先行ウェハに対して、レジストの塗布（ステップＳ１）、露光前の加熱（ステップＳ２）、冷却（ステップＳ３）、露光（ステップＳ４）、露光後の加熱（ステップＳ５）、クーリングユニット内で室温まで冷却（ステップＳ６）、図３、図４、及び、図９のそれぞれ露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを用いて計測した（ステップＳ７）。そして、求められた露光量及びフォーカス位置から露光時間及びフォーカス設定値に対してフィードバックをかけた（ステップＳ９）。
【０１４８】
フォーカスのモニタ方法については、上記第１の実施形態において、現像後のパターンをモニタしたのに対して、同様の手順を潜像パターンについて実施すればよいのでここでは省略し、実効的な露光量のモニタ方法について以下に詳細に説明する。
【０１４９】
露光量のモニタはＰＥＢ冷却処理後に未露光領域と露光領域のレジスト膜厚変化量（以下ΔＴｒと称す）を測定することで行った。露光量モニタ領域は、露光時に投影基板上に照射された露光量Ｅとしたとき、図４に示した露光量モニタマークを透過後の光量が（０．３）×Ｅとなるようなスペース間隔の場所を使用した。
【０１５０】
ここでは、実効的な露光量は、ＰＥＢ冷却時に観察される露光量モニタ領域のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒを用いてモニタした。まず始めに、上記露光量モニタ領域において、露光装置の露光量設定値を変化させ露光を行い、ＰＥＢ冷却後のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒを光学式の膜厚計により測定した。図３５には、ＰＥＢ冷却後のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒと露光量との関係を示した。露光量モニタマークを透過した露光光はデフォーカスに依存しないフラット露光であるため、この露光光により形成されるＰＥＢ冷却後のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒは実効的な露光量を反映したものとなっている。そこで、図３５を実効的な露光量をモニタするための校正曲線として用いた。
【０１５１】
次に、先行ウェハの露光から露光装置の露光量、及び、フォーカス設定値を求める手順について以下に示す。尚、所望とするフォーカス祐度、及び、露光量祐度の双方を満足する最適な露光量値は１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 であり、その時の実効的な露光量としては、ＰＥＢ冷却後のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒが１３２Åであった。
【０１５２】
（露光手順１）
先行のウェハは、上記最適な露光条件を鑑み、露光量設定値１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 ，フォーカスオフセット０μｍにおいてウェハ全面に露光を行った。
【０１５３】
（露光手順２）
少なくとも1点以上のショットにおける露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをそれぞれのマークの仕様に応じて計測した。
【０１５４】
具体的には、ウェハ面内５点の露光量モニタマーク（図３、及び、図４）、及び、フォーカスモニタマーク（図９）を計測した。露光量モニタマークの計測には、光学式の膜厚計を用いた。また、フォーカスモニタマークの計測には、フォーカスの校正曲線を得るために使用したものと同じ光学式測長装置を用いた。
【０１５５】
（露光手順３）
校正曲線（本実施形態では図３５）に従って、実効的な露光量とフォーカスのずれ量を求めた。
【０１５６】
今回は、５点の平均値を求めたところ、露光量モニタマークより得られた実効的な露光量はレジスト膜厚の減少量ΔＴｒが１１７．６Åで、フォーカスのずれ量は０．１μｍであった。
【０１５７】
（露光手順４）
本ロットにおいては、測定した実効的な露光量、及び、フォーカスのずれ量の平均値を考慮し露光を行った。
【０１５８】
具体的には、以下のとおりである。
【０１５９】
マージンが一番得られる露光量は、レジスト膜厚の減少量ΔＴｒが１３２Åの場合であり、実効的な露光量の低下が見られた。そこで、あらかじめ求めておいた実効的な露光量と設定露光量の関係（図３５）から判断すると、１０．０２３ｍＪ／ｃｍ2 で露光したつもりでも、実際は露光量が９．４４ｍＪ／ｃｍ2 （５．６％）露光量が低下していることがわかった。そこで、その低下分に相当する露光量を露光装置の露光量設定値にフィードバックをかけた。また、露光装置のフォーカス設定に０．１μｍのオフセットをかけて露光を行った。
【０１６０】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０１６１】
ここでは、適正露光量値の変動を露光装置の露光量設定値へフィードバックをかけた例を示したが、ＰＥＢ時間やＰＥＢ温度、又は現像時間にフィードバックしても同様な効果が得られる。この場合は、図３０、図３１や図３３で示したグラフにおける実効的な露光量をレジスト膜厚の減少量ΔＴｒとした校正曲線をあらかじめ求めておき、これを用いてフィードバックすればよい。
【０１６２】
さらに、使用するレジスト材料によってはＰＥＢ処理をしない状態でも露光後のレジスト膜厚変化（屈折率や透過率変化も含む）が観測できる場合がある。この場合についても上記と同様の手順により露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークのパターンより、実効的な露光量の変動、及び、フォーカスのずれ量をモニタすることができる。この場合も上記手法と同様な手順により、露光量、及び、フォーカスを制御することによって、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができる。
【０１６３】
また、現像装置に露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの転写パターンを観察できる機能を設けておき、露光量モニタマーク部のあらかじめ決めておいたスペース間隔のマークを現像中に観察し、現像開始からマークが解けきるまでの時間により、実効的な露光量を校正しておくことで、実効的な露光量、及び、フォーカスのずれをモニタし、各種の露光条件をフィードバックすることも可能である。
【０１６４】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１６５】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０１６６】
［第５の実施形態］
第５の実施形態においては、連続的にロット処理が行われている際に本手法を適用した例について示す。
【０１６７】
ロットが連続処理されている際にロット内のウェハを1枚以上の実効的な露光量、及び、フォーカスをモニタし、ずれが生じた際に次ロットの露光パラメータにフィードをかけた。
【０１６８】
露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをデバイスパターンの配置されていないマスク領域に配置した。
【０１６９】
まず始めに、あらかじめ、使用するレジストプロセス条件において、フォーカスの校正曲線、及び、実効的な露光量に関する校正曲線を求めた。その結果、上記第１の実施形態で示した校正曲線（図６、及び、図１１）が得られた。本露光プロセスでは、これらの校正曲線の特徴を有する露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを用いて実効的な露光量、及び、フォーカスのずれ量を求め、露光パラメータを制御した。
【０１７０】
図３６には、露光量、及び、フォーカスの制御手順を示した。先ず、適正露光量設定値をＤo、適正フォーカス設定値Ｆoを設定し（ステップＳ１）、ロットを流し始め、各ロットともＰＥＢ（ステップＳ２）、現像（ステップＳ３）を行う。
【０１７１】
現像が終了したウェハを１枚以上抽出し、ウェハ面内に配置された露光量モニタマーク、及びフォーカスモニタマークを1ショット以上測定し、実効的な適正露光量値の変動量εi、及びフォーカスのずれ量Δｆiを校正曲線から求めた（iはショットナンバー）。これにより、測定したショットの適正露光量値の変動量εiからウェハ面内の適正露光量値の変動量としてε＝Σεi／ｎ、また、フォーカスのずれ量としてΔｆ＝ΣΔｆi／ｎの双方を求め、許容値より小さい値か判定する（ステップＳ５）。
【０１７２】
適正露光量値の変動量ε及びフォーカスのズレ量Δｆが、あらかじめ定められた許容値ε0、Δｆ0以内であれば、そのままロットを流す。適正露光量値の変動量ε或いはフォーカスのズレ量Δｆが、許容値ε0、Δｆ0を外れた場合は、変動量ε、Δｆだけ露光装置の露光量、及び、フォーカス設定値を設定し直し、以降の次ロットにフィードバックをかける（ステップＳ５）。
【０１７３】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０１７４】
ここでは、適正露光量値の変動を露光装置の設定露光量にフィードバックをかけた例を示したが、ＰＥＢ時間やＰＥＢ温度、及び、現像時間にフィードバックしても同様な効果が得られる。この場合は、図３０、図３１や図３３で示した校正曲線を用いてフィードバックすればよい。また、本実施形態では、現像後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークのパターンから実効的な露光量とフォーカスのずれ量をモニタしたが、上記第４の実施形態に示したように露光後のパターンやＰＥＢ冷却後のパターン、または、現像中のパターンを計測することにより求めてもよい。
【０１７５】
尚、上記制御はロット単位を想定して、露光パラメータにフィードする場合を示したが、ウェハ単位での補正に置換えることによって同様に適用可能である。
【０１７６】
さらに、適正露光量値の変動量の測定を高速化して、例えば、露光後にモニタし、モニタしたウェハ自体に対しても、その先のＰＥＢ工程においてＰＥＢ時間において上記変動分を補正することも可能である。
【０１７７】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１７８】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０１７９】
［第６の実施形態］
第６の実施形態においては、連続的にロット処理が行われている際に本手法を適用した例について示す。
【０１８０】
ロットが連続処理されている際にｎロットまで前に処理した各ロット内のウェハを1枚以上の実効的な露光量、及び、フォーカスをモニタし、各ロットで生じたずれ量に応じて露光パラメータにフィードをかけた。
【０１８１】
露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークをデバイスパターンの配置されていないマスク領域に配置した。まず始めに、あらかじめ、使用するレジストプロセス条件において、フォーカスの校正曲線、及び、実効的な露光量に関する校正曲線（図６、及び、図１１）を求めた。本露光プロセスでは、これらの校正曲線の特徴を有する露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを用いて実効的な露光量、及び、フォーカスのずれ量を求め、露光パラメータを制御した。
【０１８２】
図３７には、露光量、及び、フォーカスの制御手順を示した。先ず、適正露光量設定値をＤo、適正フォーカス設定値Ｆoを設定し（ステップＳ１）、ロットを流し始め、各ロットともＰＥＢ（ステップＳ２）、現像（ステップＳ３）を行う。
【０１８３】
現像が終了したウェハを１枚ないし、数枚抽出して、露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークを多点測定し、平均化処理等を行い、例えばｎ−１番目のロットにおける実効的な適正露光量値の変動量εn-1、及び、フォーカスのずれ量Δｆn-1を校正曲線から求める。例えば、今回は、過去のロットの履歴データを累積平均としてフィードバックする例として、周知の技術（特許番号第２６６２３７７号）を適用し、ｎ番のロットに対する補正を、過去のｎ−１番めまでのロットの適正露光量値の変動量、及び、フォーカスのずれ量に対して、
【０１８４】
【数２】
0003949853.tif 000003
【０１８５】
の補正を露光装置の露光量、及び、フォーカス値に対して施し、以降の次ロットにフィードバックをかけた。
【０１８６】
本手法を用いることにより、ロット間のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚変動やベーカーの温度変動等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、常に最大の露光マージンが得られる状態で本ロットの露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０１８７】
また、上記補正方法は（４）、（５）の場合だけに限らたものではなく、製品の種類やその他さまざまな状況に応じて種々変形が可能である。また、上記（４）、（５）の補正方法では、最初のロットから直前までのロットのずれ量が均等に平均処理されているが、必ずしも、最初のロットから考慮することも均等に平均処理する必要もなく、例えば、直前（１つ前）のロットのずれ量と、２つ前、３つ前までのずれ量に対して、例えば、直前が０．５、２つ前が０．３、３つ前が０．２のように重みをかけて平均することも効果的である。
【０１８８】
ここでは、適正露光量値の変動を露光装置の設定露光量にフィードバックをかけた例を示したが、ＰＥＢ時間やＰＥＢ温度、及び、現像時間にフィードバックしても同様な効果が得られる。この場合は、図３０、図３１や図３３で示した校正曲線を用いてフィードバックすればよい。また、本実施形態では、現像後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークのパターンから実効的な露光量とフォーカスのずれ量をモニタしたが、上記第４の実施形態に示したように露光後のパターンやＰＥＢ冷却後のパターン、または、現像中のパターンを計測することにより求めてもよい。
【０１８９】
尚、上記制御はロット単位を想定して、露光パラメータにフィードする場合を示したが、ウェハ単位での補正に置換えることによって同様に適用可能である。
【０１９０】
さらに、適正露光量値の変動量の測定を高速化して、例えば、露光後にモニタし、モニタしたウェハ自体に対しても、その先のＰＥＢ工程においてＰＥＢ時間において上記変動分を補正することも可能である。
【０１９１】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０１９２】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０１９３】
［第７の実施形態］
第７の実施形態として、ウェハ面内のショット毎の実効的な露光量、及び、フォーカスをモニタし、以降のウェハにおける同一ショット位置の露光における露光パラメータを制御した例について示す。
【０１９４】
ここでは、実効的な露光量をモニタするために、合わせ位置ずれ検査装置により高速かつ高精度な検出が可能な上記第１の実施形態で示した図２２の露光量モニタマークを用いて露光量の制御を行った。
【０１９５】
図２２の露光量モニタマークをデバイスパターンの配置されていないマスク領域に配置した。まず始めに、使用するレジストプロセス条件において、最もマージンが得られている露光量設定値から露光量を変化させて露光を行い、適正露光量変動に対する相対位置ずれ量との関係（校正曲線図２６）を作成した。また、フォーカスモニタマークは上記第１の実施形態で示した図９を使用し、その結果得られた校正曲線（図１１）を用いて制御を行った。
【０１９６】
図３８には、露光量、及び、フォーカスの制御手順を示した。まず始めに、初期露光量設定値Ｄｏ、及び、初期フォーカス設定値Ｆoにおいて、全ショット同一条件で露光を行う（ステップＳ１）。
【０１９７】
次に、ＰＥＢ、現像が終了したウェハを合わせ位置ずれ検査装置により、各ショット毎に配置されている露光量モニタマークのｘ軸方向の相対位置ずれ量Ｚiを測長する。また、フォーカスモニタマークを露光したパターンのパターン長Ｗを光学式の測長装置において測長した。
【０１９８】
次に、相対位置ずれ量Ｚi、及び、ｆiより、校正曲線、図２６、及び、図１１を用いて適正露光量値の変動量εiとフォーカスのずれ量Ｆiを求めた。
【０１９９】
そこで、これらの結果をもとに、以降のウェハの各ショット毎に、適正露光量値の変動量、及び、フォーカスのずれ量をフィードバックして露光を行った。
【０２００】
今回は、各ショットのフォーカス設定値に対してフィードバックを行ったが、ウェハ面内のフォーカスのずれ量の傾向をモニタして、露光装置のレベリング調整値に対してフィードバックを行うことも可能である。
【０２０１】
このような手順の露光を実現するため、発明者は実効的な露光量の変動、及び、フォーカスのずれをモニタするモニタ手段と、そのモニタ結果から露光量の変動量、及び、フォーカスのずれ量を校正曲線より計算する演算手段と、露光装置に対して、露光量設定値、及び、フォーカス設定値を上記演算手段より求めた各ショット毎の所望のオフセット量を露光装置へ入力し露光を可能にするためのデータ入力手段を準備した。
【０２０２】
本手法を用いることにより、ウェハ面内のレジスト、及び、反射防止膜の膜厚むらベーカーの温度むら等による要因で発生する適正露光量値の変動とフォーカスのずれを露光後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークの計測により、それぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、ウェハ面内で均一に常に最大の露光マージンが得られる状態での露光がなされ、歩留まりの低下を抑えることができた。
【０２０３】
ここでは、適正露光量値の変動を露光装置の設定露光量にフィードバックをかけた例を示したが、ＰＥＢ時間やＰＥＢ温度、及び、現像時間にフィードバックしても同様な効果が得られる。この場合は、図３０、図３１や図３３で示した校正曲線を用いてフィードバックすればよい。
【０２０４】
また、本実施形態では、現像後の露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマークのパターンから実効的な露光量とフォーカスのずれ量をモニタしたが、上記第４の実施形態に示したように露光後のパターンやＰＥＢ冷却後のパターン、または、現像中のパターンを計測することにより求めてもよい。さらに、適正露光量値の変動量の測定を高速化し、例えば、露光後にモニタし、モニタしたウェハ自体に対して、その先のＰＥＢ工程においてＰＥＢ時間において上記変動分を補正する等も可能である。
【０２０５】
また、上記モニタマークのパターンの測長手段は光学顕微鏡や光学式の線幅測長装置、合わせずれ検査装置等だけに限定されるものではなく、ＳＥＭやＡＦＭなど、また、光学式の線幅測長の手段においても、位相差法や微分干渉法、多波長の光源で計測する方法など、種々適用可能である。また、露光装置自体に内蔵された合わせ位置ずれ検査機能や線幅測長機能等を用いることも可能である。
【０２０６】
更に、本実施形態に示した露光量モニタマーク、及び、フォーカスモニタマーク以外にも、上記第１の実施形態で記載したマークについても同様に適用できる。
【０２０７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【０２０８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、フォーカスに影響されない実効的露光量とフォーカスのずれ量の双方をそれぞれ別々に分離してモニタすることによって、高精度の補正が可能となり、これらの測定結果を基に、露光条件を設定することによって、ロット間、あるいは、ウェハ間、もしくは、ウェハ面内で均一に常に最大の露光マージンが得られる状態での露光が可能となり、プロセスの変動等により生じるマージンの減少や歩留まりの低下を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念を示すフローチャート。
【図２】第１の実施形態に係わるマスクの概略構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークの平面図と断面図。
【図４】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークのレイアウトを示した図。
【図５】露光されたウェハ上のパターンを観察した結果を示す図。
【図６】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークにおけるレジストが抜けきった位置に対応するマスクスペース幅（ウェハ換算寸法）と露光装置の露光量設定値（抜け露光量）の関係を示した図。
【図７】第１に実施形態に係わるフォーカスモニタマークを示す平面図。
【図８】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークにより校正された実効的な露光量におけるフォーカスモニタマークのパターン長Ｗのフォーカス依存性を示した図。
【図９】第１の実施形態に係わるフォーカスのずれ方向も判断できるタイプのフォーカスモニタマークを示した図。
【図１０】第１に係わる実施形態にて図１０のフォーカスモニタマークを露光した結果得られた実効的な露光量に対する２方向のフォーカスモニタマークLv、及び、Lhの露光後におけるパターン長Ｗv、及び、Ｗh依存性を示した図。
【図１１】図１０より得られた実効的な露光量が変化した際のパターン長ＷvとＷhとの差とフォーカスのずれ量との関係を示した図。
【図１２】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークを示す図。
【図１３】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークを示す図。
【図１４】図１３に示すマークを転写した際に得られた寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスの関係（校正曲線）を示す図。
【図１５】図１４に示す校正曲線のドーズ量依存性を示す図。
【図１６】図１３に示すマークの波頭名部分と透過部分との位相差とフォーカスの検出感度の関係を示す図。
【図１７】図１３に示すフォーカスモニタマークの変形例を示す図。
【図１８】図１７に示すマークを転写した際に得られた寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスの関係（校正曲線）を示す図。
【図１９】図１８に示す校正曲線のドーズ量依存性を示す図。
【図２０】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークを示す平面図。
【図２１】図２０に示した露光量モニタマークを転写した際に得られるウェハ面上でのＡ−Ａ’部の断面における像強度分布を示す図。
【図２２】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークを示す平面図。
【図２３】図２２の露光量モニタマークに配置した露光量モニタ部の概略を示す平面図。
【図２４】図２２のに示す露光量モニタマークのＡ−Ａ’部の断面での像強度分布を示す図。
【図２５】図２２に示す露光量モニタマークのＡ−Ａ’部の断面でのレジスト断面形状を示す図。
【図２６】図２２の露光量モニタマークを露光した結果得られた校正曲線を示す図。
【図２７】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークを示す平面図。
【図２８】第１の実施形態に係わる露光量モニタマークを示す平面図。
【図２９】第２の実施形態に係わるロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念を示すフローチャート。
【図３０】第２の実施形態に係わる実効的な露光量に対する最適ＰＥＢ時間の関係を示す図。
【図３１】第２の実施形態に係わる実効的な露光量に対する最適ＰＥＢ温度の関係を示す図。
【図３２】第３の実施形態に係わるロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念を示すフローチャート。
【図３３】第３の実施形態に係わる実効的な露光量に対する最適現像時間の関係を示す図。
【図３４】第４の実施形態に係わるロット投入前に先行で条件出しを行う際に本手法を適用した基本概念を示すフローチャート。
【図３５】第４の実施形態に係わるＰＥＢ冷却後のレジスト膜厚の減少量ΔＴｒと露光量との関係を示す図。
【図３６】第５の実施形態に係わる露光量、及び、フォーカスの制御手順を示すフローチャート。
【図３７】第６の実施形態に係わる露光量、及び、フォーカスの制御手順を示すフローチャート。
【図３８】第７の実施形態に係わる露光量、及び、フォーカスの制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
２００…マスク
２０１…デバイスパターン
２０２…ダイシング領域
２０３…露光量モニタマーク
２０４…フォーカスモニタマーク
３０１…Ｃｒ
３０２…スペース
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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