(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の一主面上のパターン領域にデバイスパターンが形成され、投影光学系を介してウェハ上にデバイスパターンを転写するために使用される露光用マスクであって、
前記透明基板の一主面上の前記パターン領域の外側の領域に設けられ、パターンのピッチが異なる２種のパターンで形成されたフォーカスモニタ用パターンと、前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチが細かい方のパターンからの回折光で且つ前記投影光学系の瞳を通過する±回折光のうち何れか一方の成分を遮る遮蔽部とを具備してなることを特徴とする露光用マスク。
【請求項２】
前記フォーカスモニタ用パターンは、内側と外側の２種のパターンで形成され、且つ内側と外側でパターンのピッチが異なることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項３】
前記遮蔽部は、前記デバイスパターンからの回折光に対して、前記投影光学系の瞳を通過する光束は遮蔽しないことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項４】
前記遮蔽部は、前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンからの±１次の回折光のうち何れか一方の成分を遮るものであることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項５】
前記フォーカスモニタ用パターンは、前記パターン領域からの距離を変えて複数個設けられていることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項６】
前記透明基板の一主面を保護するために、前記パターン領域を囲むペリクルフレームと該ペリクルフレームの一端開口側を封鎖するペリクル膜からなる保護部材が設けられ、前記ペリルフレームで前記±回折光のうち何れか一方の成分を遮ることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項７】
前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンから前記ペリクルフレームまでの距離をＬ、前記ペリクルフレームの高さをＨとし、前記投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足することを特徴とする請求項６記載の露光用マスク。
【請求項８】
前記透明基板の一主面を保護するために、前記パターン領域を囲むペリクルフレームと該ペリクルフレームの一端開口側を封鎖するペリクル膜からなる保護部材が設けられ、前記ペリクル膜の一部に前記±回折光のうち何れか一方の成分を遮るための遮蔽体を設けたことを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項９】
前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンから前記ペリクル膜に付着させた遮光体までの距離をＬ’、前記ペリクルフレームの高さをＨとし、前記投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L’/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足することを特徴とする請求項８記載の露光用マスク。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の露光用マスクを用い、前記デバイスパターン及びフォーカスモニタ用パターンをウェハ上に転写し、ウェハ上に転写されたフォーカスモニタ用パターンの内側と外側との間で生じる位置ずれを測定し、この位置ずれ量をフォーカスずれとして検出することを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【請求項１１】
透明基板の一主面上のパターン領域にデバイスパターンが形成された露光用マスクを用い、投影光学系を介してウェハ上にデバイスパターンを転写した際のフォーカスをモニタする方法であって、
前記透明基板の一主面上の前記パターン領域の外側の領域に、パターンのピッチが異なる２種のパターンで形成されたフォーカスモニタ用パターンを設けておき、前記デバイスパターンを転写する際に、前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンからの回折光で且つ前記投影光学系の瞳を通過する±回折光のうち何れか一方の成分を遮る処理を施し、フォーカスのずれ量に応じてフォーカスモニタ用パターンの内側と外側との間で位置ずれ量を前記試料上で発生させ、この位置ずれ量をフォーカスずれとして検出することを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【請求項１２】
前記フォーカスモニタ用パターンとして、内側と外側でパターンのピッチを異ならせたボックス・イン・ボックスのパターンを用いたことを特徴とする請求項１１記載の露光用マスク。
【請求項１３】
前記回折光を遮るための処理では、前記デバイスパターンからの回折光に対しては、前記投影光学系の瞳を通過する光束は遮蔽しないことを特徴とする請求項１１記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項１４】
前記回折光を遮るための処理は、回折光が前記露光用マスクを通過し前記ウェハに到達するまでの間に配置された遮光体により行うことを特徴とする請求項１１記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項１５】
前記回折光を遮るための処理として、前記露光用マスク上に配置するペリクルフレームを用いることを特徴とする請求項１１記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項１６】
前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンから前記ペリクルフレームまでの距離をＬ、前記ペリクルフレームの高さをＨとし、前記投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足することを特徴とする請求項１５記載のフォーカスモニタ方法。
【請求項１７】
前記回折光を遮るための処理として、前記マスク上に配置するペリクル膜の一部に遮光体を付着させたことを特徴とする請求項１１記載のフォーカスモニタ方方法。
【請求項１８】
前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンから前記ペリクル膜に付着させた遮光体までの距離をＬ’、前記ペリクルフレームの高さをＨとし、前記投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L’/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足することを特徴とする請求項１７記載のフォーカスモニタ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造に際して、投影露光装置におけるフォーカス制御を設定するのに適した露光用マスク及びフォーカスモニタ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化に伴い、露光量祐度や焦点深度などのプロセスマージンを十分に得ることが難しくなっている。そのため、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は、より高精度に露光量及びフォーカスをモニタする技術が必要になっている。
【０００３】
従来のフォーカスを管理する手法では、図１（ａ）に示すような菱形マーク１０１が形成されたＱＣマスクを用い、フォーカス値を変化させて露光を行い、図１（ｂ）に示すようなウェハに転写された菱形マークパターン１０２のパターン長Ｌが最長となるフォーカス点をベストフォーカスとしていた。この場合、パターン長Ｌとデフォーカスの関係は図２に示すようになる（特開平１０−３３５２０８号公報）。
【０００４】
菱形マークは最適なフォーカス点では細かい部分まで解像されるが、デフォーカスされるに従い細かい部分に対する解像度が低下する。そのため、ウェハ上に転写される菱形マークのパターン長Ｌは、ベストフォーカスの位置で最大値となり、プラスマイナスのデフォーカスに対してほぼ対称な特性を示す。このマークの利用法としては、ロットを流す前に先行してデフォーカスを変化させて露光することにより、ベストフォーカスを求めることに適用できる。
【０００５】
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があった。即ち、菱形マークを用いて同一露光条件で露光されているロットのフォーカス条件を管理しようとした場合、転写後の菱形マークのパターン長Ｌをモニタしただけでは（１）フォーカスのずれ方向が分からない、（２）露光量の変動による影響を受けてしまう、という問題があった。
【０００６】
また、もう一つのフォーカスモニタ方法として、露光量に影響されずにフォーカスの変動量をパターンの位置ずれ量として検出する方法が提案されている（Phase shift focus monitor applications to lithography tool control, D.Wheeler et.al., SPIE vol.3051,pp225-233）。しかしながら、この方法におけるマークによるフォーカスの検出感度は光源形状（σ形状）に大きく依存し、比較的低σの露光条件においては十分に感度が得られるものの、比較的大きなσ条件又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。さらに、上記の手法ではマーク作成において位相シフト膜を形成する必要があるためマスク製造上の負担が大きくなり、ＱＣマスクヘの適用については実現性はあるものの、実デバイスマスクヘ適用することは困難であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、投影光学系によるフォーカスをモニタするには、露光用マスクとは別に菱形マークや位相シフト膜を設けた特殊なフォーカスモニタ用マスクを用いる必要があった。また、菱形マークを用いる手法では、フォーカスのずれ方向が分からないことや露光量の変動による影響を受けてしまう問題があった。さらに、位相シフト膜を用いる手法では、マスク製造上の負担が大きくなることに加え、比較的大きなσ条件又は輪帯照明条件においては十分な感度が得られていないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することのできる露光用マスク及びフォーカスモニタ方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１０】
即ち本発明は、透明基板の一主面上のパターン領域にデバイスパターンが形成され、投影光学系を介してウェハ上にデバイスパターンを転写するために使用される露光用マスクであって、前記透明基板の一主面上の前記パターン領域の外側の領域に設けられ、パターンのピッチが異なる２種のパターンで形成されたフォーカスモニタ用パターンと、前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチが細かい方のパターンからの回折光で且つ前記投影光学系の瞳を通過する±回折光のうち何れか一方の成分を遮る遮蔽部とを具備してなることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
(1) フォーカスモニタ用パターンは、内側と外側の２種のパターンで形成され、且つ内側と外側でパターンのピッチが異なること。
(2) 遮蔽部は、デバイスパターンからの回折光に対して、投影光学系の瞳を通過する光束は遮蔽しないこと。
(3) 遮蔽部は、フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンからの±１次の回折光のうち何れか一方の成分を遮るものであること。
(4) フォーカスモニタ用パターンは、パターン領域からの距離を変えて複数個設けられていること。
【００１２】
(5) 透明基板の一主面を保護するために、パターン領域を囲むペリクルフレームと該ペリクルフレームの一端開口側を封鎖するペリクル膜からなる保護部材が設けられ、ペリルフレームで±回折光のうち何れか一方の成分を遮ること。
(6) フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンからペリクルフレームまでの距離をＬ、ペリクルフレームの高さをＨとし、投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足すること。
【００１３】
(7) 透明基板の一主面を保護するために、パターン領域を囲むペリクルフレームと該ペリクルフレームの一端開口側を封鎖するペリクル膜からなる保護部材が設けられ、ペリクル膜の一部に±回折光のうち何れか一方の成分を遮るための遮蔽体を設けたこと。
(8) フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンからペリクル膜に付着させた遮光体までの距離をＬ’、ペリクルフレームの高さをＨとし、投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L’/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足すること。
【００１４】
また本発明は、透明基板の一主面上のパターン領域にデバイスパターンが形成された露光用マスクを用い、投影光学系を介してウェハ上にデバイスパターンを転写する露光装置に対し、投影光学系によるフォーカスをモニタする方法において、前記透明基板の一主面上の前記パターン領域の外側の領域に、パターンピッチの異なる２種のパターンからなるフォーカスモニタ用パターンを設けておき、前記デバイスパターンを転写する際に、前記フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンからの回折光で且つ前記投影光学系の瞳を通過する±回折光のうち何れか一方の成分を遮る処理を施し、フォーカスのずれ量に応じてフォーカスモニタ用パターンの内側と外側との間で位置ずれ量を前記試料上で発生させ、この位置ずれ量をフォーカスずれとして検出することを特徴とする。
【００１５】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
(1) フォーカスモニタ用パターンとして、内側と外側でパターンのピッチが異なるボックス・イン・ボックスのパターンを用いること。
(2) 回折光を遮るための処理では、デバイスパターンからの回折光に対しては、投影光学系の瞳を通過する光束は遮蔽しないこと。
(3) 回折光を遮るための処理は、回折光が露光用マスクを通過しウェハに到達するまでの間に配置された遮光体により行うこと。
【００１６】
(4) 回折光を遮るための処理として、露光用マスク上に配置するペリクルフレームを用いること。
(5) フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンからペリクルフレームまでの距離をＬ、ペリクルフレームの高さをＨとし、投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足すること。
【００１７】
(6) 回折光を遮るための処理として、マスク上に配置するペリクル膜の一部に遮光体を付着させたこと。
(7) フォーカスモニタ用パターンのうちピッチの細かい方のパターンのピッチｐは、該パターンからペリクル膜に付着させた遮光体までの距離をＬ’、ペリクルフレームの高さをＨとし、投影光学系における露光光の波長をλ、ウェハ側開口数をＮＡ、倍率をｎとした場合、
tan-1(L’/H)＜cos-1(λ/p)＜sin-1(NA/n)
の関係を満足すること。
【００１８】
（作用）
本発明は、露光プロセス中に生じるフォーカス変動量を位相シフト等の特殊なパターンを用いることなく高精度で測定しようというものである。ここで用いるパターンは、いわゆるボックス・イン・ボックスパターン等のアライメント精度測定などで用いられているパターンの一部を変更したものである。そして、その配置を、実デバイスパターンとの関係において適切な位置に設定することが特徴である。
【００１９】
光軸に対して対称な照明条件下において、回折光（テレセンずれが存在しないこと、パターン形成に関与するものが＋１次、０次、−１次とした場合）が投影光学系の瞳面以外で蹴られることなく全てウェハ上に到達したならば、テレセンずれが存在しない限り例えフォーカス位置がずれてもそれが転写されるパターンの位置ずれに現れることはない。しかし、この中の片方（例えば＋１次光）の回折光のみをウェハに到達する前になんらかの方法で遮ることができれば、ウェハ上には０次光及び−１次光の二光束干渉成分と０次光及び＋１次光の二光束干渉成分との割合が崩れるため、フォーカスずれが生じた場合にパターンの位置ずれとして検出できる。
【００２０】
上記の二つの効果を利用して、実デバイスパターンは回折光が蹴られない位置へ、また上記フォーカスモニタ用パターンは上記蹴られる位置若しくは蹴るための処理を施した。以上のようにすることで、フォーカスモニタ用パターンの位置ずれをアライメント精度測定装置で観測すれば、容易にフォーカスのずれを高精度に測定することができる。
【００２１】
また、フォーカスモニタ用パターンとしてボックス・イン・ボックスパターンを用い、内側と外側のパターンの一方を細かいピッチ（上記の条件でフォーカスずれによる位置ずれが生じる）、他方を粗いピッチ（上記の条件でもフォーカスずれによる位置ずれが生じない）に形成することにより、フォーカスずれが生じた場合に一方のパターンみが位置ずれを起こすので、内側と外側のパターンのずれを検出することによりフォーカスモニタが可能となる。しかも、フォーカスモニタ用パターンはデバイスパターンが形成された領域の外側に配置すれば、デバイスパターン（チップ）領域に何の制限も加えることなく、上記のフォーカスモニタが可能である。
【００２２】
従って本発明によれば、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することが可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
本実施形態では、フォーカスモニタ用パターンとして、アライメント精度測定装置で検出することが可能なボックス・イン・ボックスパターンのマークに対して、フォーカス検出効果を持つようにマークの一部を改良し、更にマークそのものの配置を工夫した。
【００２５】
図３〜図４に、今回用いたフォーカスモニタ用パターンの平面図を示した。このフォーカスモニタ用パターンは、外側に設けた幅広で中抜きの大ボックスマーク３０１と、その内側に細かいパターンによって構成される小ボックスマーク３０２の二つからなる。大ボックスマーク３０１は、図３（ａ）に示したようにその領域を限定するものであってもよいし、図３（ｂ）に示したように限定していないものでも構わない。また、その内側の小ボックスパターン３０２についても図３（ａ）（ｂ）のように、細い四角パターンでライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）パターンを形成するもの、図４（ａ）のように単純なＬ／Ｓパターンにより構成されるもの、図４（ｂ）のように市松模様パターンにより構成されるものなどが考えられる。
【００２６】
なお、これらの改良として、図５（ａ）（ｂ）に示すように、内側と外側の関係を逆にしたパターンを用いることも可能である。即ち、外側の大ボックスマーク３０１を細かいパターン（Ｌ／Ｓ又は市松模様）で形成し、内側の小ボックスマーク３０２を幅広のパターン（面積の大きな矩形）で形成してもよい。但し、以下の説明では、図３及び図４に示すように、外側の大ボックスマーク３０１を幅広のパターン、内側の小ボックスマーク３０２を微細パターンとしたものについて説明する。
【００２７】
図３及び図４に示すようなフォーカスモニタ用パターンにおいて、内側の小ボックスマーク３０２からの±１次回折光のうち片方だけを何らかの方法で遮ることができれば、ウェハ上には０次光及び＋１次光の二光束成分と０次光及び−１次光との二光束成分の割合がくずれ、フォーカス位置がずれた場合にパターン自身の位置ずれとなりウェハ上に転写される。反対に、外側の大ボックスマーク３０１による回折光は遮られないように設計された比較的大パターンを採用した。このように設定することで、アライメント精度測定装置を用いることにより、両者のパターンの相対距離を測定することによりフォーカスずれ量を容易に検出することができる。
【００２８】
しかし、露光用マスク上のデバイスパターンからの回折光を同時に遮ると、フォーカス精度は測定できても肝心のデバイスパターン自体の結像特性に悪影響を与える恐れがあるため、デバイスパターンからの回折光を遮ることなく、フォーカスモニタ用パターンであるボックス・イン・ボックスパターンの小ボックスマークからの１次回折光の片方のみを遮る工夫を施した。以下に、そのための工夫について説明する。
【００２９】
本実施形態では、ボックス・イン・ボックスパターンにおける小ボックスマークからの１次回折光の片方のみを遮るための手段として、ペリクルフレームを利用した。ペリクルフレームは、露光用マスクの表面を保護するためのペリクル膜を支えるものであり、露光用マスクは一般にこれらを取り付けた状態で露光に供される。ペリクルフレームを用いた理由は、マスク製作上の新規プロセスの導入が必要なく、コスト面を配慮したためである。
【００３０】
図６には、露光用マスクの断面図と同時に、デバイスパターン６０４とボックス・イン・ボックスタイプのフォーカスモニタ用パターン６０５、更にはペリクルフレーム６０８及びペリクル膜６０９の位置関係を示した。図６に示した露光用マスクにおいて、６００は露光光に対して透明な透明基板、６０１は実際のデバイスパターンが存在するパターン領域、６０２はフォーカスモニタ用パターン６０５やアライメントマークが存在するカーフ領域、６０３はマスクアライメントマークが配置される周辺部を示している。
【００３１】
ここで、フォーカスモニタ用パターン６０５を露光カーフ領域６０２の最外部に配置し、デバイスパターン６０２からの結像に有効な回折光はペリクルフレーム６０８で遮られることがなくフォーカスモニタ用パターン６０５の内側パターンのみが遮られるような条件を決定した。具体的な決定手順を以下に示した。
【００３２】
露光装置では予めＮＡが決まっているため、１次回折光の最大回折角（θｐ）はｎ倍体マスクを使用した場合、ｓｉｎθｐ＝ＮＡ／ｎの制限がある。つまり、１次回折光の回折角がθｐ、即ちｓｉｎ-1（ＮＡ／ｎ）以上の角度で回折されても、投影光学系の瞳で蹴られるのでここでは考慮しなくてもよい。このとき、ボックス・イン・ボックスタイプのフォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークからの回折光６０７をペリクルフレーム６０８で遮る場合、ペリクルフレーム６０８の高さＨが決まっていれば、ペリクルフレーム６０８がパターン領域６０１からの回折光６０６を遮らないための位置が定まる。
【００３３】
この位置は、図６に示したように、カーフ領域６０２の端からペリクルフレーム６０８までの距離は最小でＬfMINとなる。逆に言えばこの距離がＬfMINより大きいならば、デバイスパターン領域６０１からの１次回折光６０６はペリクルフレーム６０８により遮られることはない。小ボックスマークからの１次回折光が遮られるためにはペリクルフレーム６０８の高さＨから、小ボックスマークから回折光が遮られるための最小回折角度θfMINが定まり、ｔａｎθfMIN＞ＬfMIN／Ｈを満足する場合、小ボックスマークからの１次回折光がペリクルフレーム６０８により遮られることになる。
【００３４】
以上のことから、ｔａｎ-1（ＬfMIN／Ｈ）＜θfMIN＜ｓｉｎ-1（ＮＡ／ｎ）が成り立つ範囲に１次回折光が回折される条件に、小ボックスマークを微細パターンで構成すればよいことが分かる。
【００３５】
次に、この角度の条件を小ボックスマークのピッチの観点で考察した。一般的に回折格子（この場合はマスクパターンに相当）により回折される光とその角度の関係は回折角度をθ、マスクパターンのピッチをｄ、露光波長をλ、回折の次数をｍとするとｄｃｏｓθ＝ｍλとなる。回折の次数は１次のみを考えるので上記式はｍ＝１でｃｏｓθ＝λ／ｄとなる。これをさらに前記の小ボックスマークからの回折角度θf についての条件式に当てはめると
0004109832.tif 000002
となり、この条件を満足するパターンピッチに設定することで、デバイスパターン６０４からの回折光は遮られることなく小ボックスマークからの１次回折光のうち片方の成分のみを遮ることができた。
【００３６】
次に、小ボックスマークのピッチが上記範囲内である一定の値に定められた時、そこからの１次回折光のみを遮るためのペリクルフレームを配置すべき位置について考察した。この条件を満たす回折角度が最小の場合（θfMIN）を図６に示したが、図７にこの角度が最大となる場合を示した。図７のとき、デバイスパターン６０４からと小ボックスマークそれぞれからの１次回折光６０６，６０７は平行となる。つまり、図６と図７の中間条件として、図８に示したようにペリクルフレームが６０８と６１２の間、つまりカーフ領域の幅（ＬKerf）の間にあれば小ボックスマークからの１次回折光のうち片方の成分のみを遮ることができ、フォーカスモニタマスクとして適用できることが分かった。
【００３７】
具体的には、フォーカスモニタ用パターン６０５からペリクルフレーム６０８までの距離Ｌは、
ＬfMIN＜Ｌ＜ＬfMAX＝ＬfMIN＋ＬKerf    …（２）
即ち、ＬをＬfMINからＬKerfの範囲内の存在するように設定すればよいことが分かる。
【００３８】
具体的な適用例を、以下に示す。ここで用いた露光条件は、露光波長λ＝２４８ｎｍ、ウェハ側開口数ＮＡ＝０．６８、照明のコヒーレンスファクタσ＝０．７５、マスクパターンの倍率は４であった。使用した露光用マスクには、前記図３に示したフォーカスモニタ用パターン６０５を、カーフ領域６０２の端に配置した。カーフ領域６０２の幅は、８０μｍ（ウェハ上換算寸法）であった。なお、寸法は特に記載が無い限り、以下ウェハ上換算寸法とする。
【００３９】
外側ボックスマークの幅は２μｍの抜きパターン、内側ボックスマークの幅は２μｍであり、内部をピッチは、前記（１）式を満足する０．３μｍのＬ／Ｓパターンで構成した。使用したペリクルフレーム６０８の高さＨは６ｍｍ（マスク上）であった。また、ペリクルフレーム６０８は、前記（２）式を満足する位置として、図６の条件としてフォーカスモニタ用パターン６０５からの距離が１ｍｍ（マスク上）の位置に配置した。
【００４０】
まず始めに、露光用マスクを用いて、実際の露光を行った際の検出感度を求めた。
【００４１】
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でスピンコーティングした。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、露光装置に連結されたトラック内で行われた。これらの処理が終了したウェハを露光装置に搬送し、上記露光用マスクを用いて露光を行った。
【００４２】
露光は、露光装置の設定露光量を１７．５ｍＪ／ｃｍ2 ，２０ｍＪ／ｃｍ2 ，２２．５ｍＪ／ｃｍ2 ，２５ｍＪ／ｃｍ2 の４種類、デフォーカスを−０．５μｍより＋０．５μｍまで、０．１μｍ刻みに変化させた。露光されたフォーカスモニタ用パターンをアライメント精度測定装置により、外側ボックススマークと内側ボックスマークの位置ずれ量のデフォーカス依存性を測定した。
【００４３】
図９に、このときの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示した。図９より、露光量に依存せず、０．１μｍのフォーカスずれが位置ずれ量１０ｎｍに相当することが分かった。今回使用したアライメント精度測定装置の再現性が２．５ｎｍであるため、フォーカスの精度に直すと今回用いたフォーカスモニタ用パターンの感度は、２５ｎｍの高いフォーカス検出感度が実現できていることが分かった。また、デバイスパターンヘの影響を調べた結果、フォーカスモニタ用パターンに一番近い位置のパターンとマスクの中央部に近いパターンとを比較したところ、転写精度に対して問題は見られたかった。
【００４４】
以上のようにペリクルフレームを前述のような条件（（１）式及び（２）式）を満たす位置に置けば、デバイスパターンに何の影響を及ぼすことなくフォーカス精度をパターンの位置ずれとして検出できることが分かった。実際の測定としてはアライメント検査装置を用いて外側ボックスマークと内側ボックスマークとの相対距離を測定すればよく、従来の位相シフトを用いたような特殊なマスク技術を用いることなく、方向も含めてフォーカスのずれを高い検出精度で求めることができた。
【００４５】
なお、今回用いた露光用マスクにおいては、ボックスインボックスタイプのフォーカスモニタ用パターンを用いたが、これに限られるわけではなく、アライメント精度測定装置において検出可能なマークの一部を、上記に示した回折光が遮られる条件を作れればよい。また、上記例では抜きタイプのパターンを想定しているが白黒反転したパターンでも同様に適用できる。
【００４６】
さらに、カーフ領域が狭くデバイスパターン領域に影響を与えずにペリクルフレームを配置することが難しい場合には、図１０に示すように、フォーカスモニタ用パターン６０５をマスクのコーナ部に配置するとよい。このようにするとパターン領域６０１からフォーカスモニタ用パターン６０５までの距離約１．４倍となる。従って、ペリクルフレーム６０８の位置精度が緩和できる。
【００４７】
また、フォーカスモニタ用パターンはカーフ領域に限定されたものではない。例えば、カーフ領域内の他の検査用パターンにおいて、回折光が遮られる場合には図１１（ａ）に示すようにカーフ領域６０２のさらに外側にフォーカスモニタ用パターン６０５を配置し、露光領域はフォーカスモニタ用パターン６０５を含めた広い領域に設定し露光を行う。この場合は、フォーカスモニタ用パターン６０５から１次回折光の片側成分のみを遮るペリクルフレーム６０８までの距離が大きくなるため、ペリクルフレーム６０８の位置精度の緩和に効果がある。
【００４８】
露光を行った際に、図１１（ｂ）のように該フォーカスモニタ用パターン６０５にマークが重ならないで検査できるようにデザインを工夫することも有効である。即ちこの場合には、フォーカスモニタ用パターン６０５は隣接するチップのカーフ領域６０２に露光されることになるのである。
【００４９】
本実施形態では、フォーカスモニタ用パターンをデバイスパターンと同一マスクに配置した例を説明したが、装置の状態を管理するために用いるＱＣレチクル等に上記のフォーカスモニタ用パターンを配置して用いてもよい。また、ペリクルフレームとフォーカスモニタ用パターンとの相対位置精度が厳しい時は、例えば図１２に示したようにフォーカスモニタパターンを少しずつづらして多数配置し、検査後にフォーカスモニタ用パターンとして所望の性能を示したものを用いればよい。
【００５０】
このように本実施形態によれば、フォーカスのずれ量を測定するためにフォーカスモニタ用パターンの小ボックスマークからの±１次回折光のうち片方だけ遮ることにより、ウェハ上のフォーカス精度を位置ずれ量として高精度に測定することができるようになった。これにより、常に適正なフォーカスにより露光することができるようになり、歩留まりの向上への寄与がなされた。
【００５１】
これまでにもフォーカス精度を測定する方法はあったが、その目的のために特別なパターンを用いるか若しくは位相透過膜を用いなければならないという制限があった。これに対し本実施形態では、そのような特殊なマスクを用いることなく既存のマスクを用いて、それに若干の改良を加えることでフォーカス精度を測定できるようになった。測定においては、既存のアライメント精度測定装置を使うことができるので、この目的のために特に新たな装置を使う必要もない。
【００５２】
（第２の実施形態）
図１３は、本発明の第２の実施形態に係わる露光用マスクの要部構成を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００５３】
第１の実施形態においては、ペリクルフレーム６０８でボックス・イン・ボックスパターンの１次回折光を遮っていたが、回折光を片側だけ遮るものがあれば何でも構わない。そこで、本来露光に用いる光を透過させるペリクル膜６０９に対し、領域を選択して色を付けるなどの加工を施し、露光に用いる光を透過させる部分と透過させない部分６１０とに分割する。小ボックスマークからの回折光６０７の片方だけをペリクル膜６０９の着色部分６１０で遮り、デバイスパターン６０４からの回折光６０６はペリクル膜６０９を透過するようにする。
【００５４】
このように本実施形態では、ペリクル膜６０９の一部の領域に色を付けて光を透過させない部分６１０を設けたことにより、フォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークからの１次回折光６０７の片方だけを遮ることができる。従って、第１の実施形態の場合と同様にフォーカス精度を測定することができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
（第３の実施形態）
図１４は、本発明の第３の実施形態に係わる露光用マスクの要部構成を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００５６】
第１の実施形態では、ボックス・イン・ボックスパターンの１次回折光の片方のみを遮るためにペリクルフレーム６０８を利用したが、露光装置にそのために特別な機能を持つ遮光部材７１０を適当な位置に配置することも有効な手段である。特に、マスク作成におけるなんらかの制限によりペリクルフレーム６０８やペリクル膜６０９で回折光を遮ることができない場合に有効である。
【００５７】
本実施形態の方法でも、フォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークからの１次回折光６０７の片方のみを遮ることができるので、第１の実施形態と同様にフォーカス精度を測定することができる。
【００５８】
（第４の実施形態）
図１５は、本発明の第４の実施形態に係わる露光用マスクの要部構成を示す平面図である。なお、図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００５９】
第３の実施形態のように、ボックス・イン・ボックスパターンからの回折光のみ遮るためのペリクルフレーム６０８をその所定の位置におけない場合が考えられる。具体的には、マスク上のアライメントマークがマスク基板の外側近くに存在するような場合である。ペリクルフレーム６０８はマスク上のパターン全体を覆う必要があるため、パターン領域は勿論のことマスク上のアライメントマークを覆わなければならない。
【００６０】
このような場合には、もしカーフ領域６０２のフォーカスモニタ用パターン６０５がレチクルアライメントマークの付近にない場合には、小ボックスマークからの１次回折光６０７の片方を遮るために特別な部品８１０をペリクルフレーム６０８に付随させる。これにより、ペリクルフレーム６０８を小ボックスマークからの１次回折光６０７の片方を遮る位置に配置できない場合にも、部品８１０により回折光のみを遮ることができる。従って、本実施形態の方法においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６１】
（第５の実施形態）
図１６は、本発明の第５の実施形態に係わる露光用マスクの要部構成を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６２】
第３及び第４の実施形態の場合とは反対に、ペリクルフレーム６０８がパターン領域６０１に近づきすぎる場合には、フォーカスモニタ用パターン６０５とデバイスパターン６０４からの両方の回折光６０６，６０７がペリクルフレーム６０８によって遮られる可能性がある。このような場合にはデバイスパターン６０４からの回折光が遮られているペリクルフレーム６０８の部分に穴を開けて透過させればよい。勿論、フォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークからの１次回折光６０７は遮られる高さに止めておく必要がある。
【００６３】
本実施形態の方法でも、フォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークからの１次回折光６０７の片方のみを遮ることができ、デバイスパターン６０４からの回折光は透過させることができるの、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６４】
（第６の実施形態）
図１７は、本発明の第６の実施形態に係わる露光用マスクの要部構成を示す断面図である。なお、図６と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００６５】
第１の実施形態においてはフォーカスモニタパターンを露光カーフ領域の最端部に配置し各種条件を求めたが、本発明はこれに限るものではない。図１７に示すように、カーフ領域自体の長さＬkerf（９０９）、フォーカスモニタ用パターン６０５の小ボックスマークの一辺をｘ（９１０）、フォーカスモニタ用パターン６０５の中心からカーフ領域６０２の端までの距離をｙ（９１１）とすると、第１の実施形態の時に単純にＬkerfとしていた値をＬｅ＝Ｌkerf-X／２−ｙに置き換えれば、第１の実施形態と同じ条件で本マスクによりフォーカス精度を測定することができる。
【００６６】
（変形例）
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態においては、フォーカスモニタ用パターンとして図３〜図５に示すようなボックス・イン・ボックスパターンを用い、内側と外側のパターンの相対距離からフォーカス精度を測定したが、本発明はこれに限定されるものではない。１次回折光の片方だけを遮ることができれば、どのようなパターンを用いても構わない。パターンピッチを大きくし回折角度を小さくするなどして１次回折光が両方ともウェハ上に到達するようなパターンではフォーカスがずれても位置ずれを起こさない。このようなパターンをフォーカスモニタ用パターンの近くにおいておくことで両者の間の相対距離からフォーカス精度を測定することができる。
【００６７】
また、測定に関してもアライメント検査装置を必ず用いなければならないという制限はなく、片方の１次回折光のみが遮られフォーカスずれによりウェハ上に転写される位置がずれたパターンと、回折光が全く遮られることなく、即ちフォーカスにより位置ずれを起こさないパターンとの間の相対距離を測ることができるものであればどのようなものを用いても構わない。
【００６８】
その他、本発明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できる。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、パターンピッチの異なる２種のパターンでフォーカスモニタ用パターンを形成し、ピッチの細かい方のパターンからの±回折光のうちの片方を遮ることにより、２種のパターンのずれからフォーカスずれを検出することが可能となる。そしてこの場合、このフォーカスモニタパターンは特別にモニタ用のマスクに形成する必要はなく、デバイスパターンが形成されるパターン領域の外側に配置してもフォーカスモニタに使用できる。従って、フォーカスモニタのために特別なマスクを用いることなく、投影光学系によるフォーカスを高い感度で精度良く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マスク上の菱形マークとウェハ上に転写された菱形マークパターンを示す図。
【図２】図１の菱形マークを用いたときのデフォーカスとパターン長Ｌとの関係を示す図。
【図３】第１の実施形態に用いたフォーカスモニタ用パターンの例を示す平面図。
【図４】フォーカスモニタ用パターンの他の例を示す平面図。
【図５】フォーカスモニタ用パターンの更に他の例を示す平面図。
【図６】フォーカスモニタ用パターンとペリクルフレームとの位置関係（フォーカスモニタパターンからの１次回折角度が最小となる場合）を示す断面図。
【図７】フォーカスモニタ用パターンとペリクルフレームとの位置関係（フォーカスモニタパターンからの１次回折角度が最大となる場合）を示す断面図。
【図８】フォーカスモニタ用パターンとペリクルフレームとの位置関係（１次回折角度の最小と最大の範囲）を示す断面図。
【図９】位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示す図。
【図１０】フォーカスモニタ用パターンを４５度傾けてカーフ領域に配置した例を示す平面図。
【図１１】フォーカスモニタ用パターンをカーフ領域の外に配置した例を示す平面図。
【図１２】フォーカスモニタ用パターンをカーフ領域内にその位置を少しずつずらして配置した例を示す平面図。
【図１３】第２の実施形態を説明するためのもので、フォーカスモニタ用パターンからの１次回折光の片側成分を特殊加工を施したペリクル膜で遮る例を示す断面図。
【図１４】第３の実施形態を説明するためのもので、フォーカスモニタ用パターンからの１次回折光の片側成分を露光装置に付随した部品で遮る例を示す断面図。
【図１５】第４の実施形態を説明するためのもので、フォーカスモニタ用パターンからの１次回折光の片側成分をフレームに付随させた部品で遮る例を示す平面図。
【図１６】第５の実施形態を説明するためのもので、ペリクルフレームに穴を開け、この穴からデバイスパターンからの回折光を透過させる例を示す断面図。
【図１７】第６の実施形態を説明するためのもので、フォーカスモニタ用パターンがカーフ領域の任意の位置に存在する場合を示す図。
【符号の説明】
１０１…菱形マーク
１０２…菱形マークパターン
３０１…大ボックスマーク
３０２…小ボックスマーク
６００…透明基板
６０１…パターン領域
６０２…カーフ領域
６０３…周辺部
６０４…デバイスパターン
６０５…フォーカスモニタ用パターン
６０６…デバイスパターンからの１次回折光
６０７…小ボックスマークからの１次回折光
６０８…ペリクルフレーム
６０９…ペリクル膜
６１０…着色部分（遮光部）
７１０…遮光部材
８１０…部品（遮光部）
【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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