(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜で囲まれた第１の開口部で形成され、先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１のパターン領域と、第２の膜で囲まれて第２の開口部で形成され、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とするフォーカスモニタマスク。
【請求項２】
第１の開口部で囲まれた第１の膜で形成され、先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１のパターン領域と、第２の開口部で囲まれて第２の膜で形成され、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とするフォーカスモニタマスク。
【請求項３】
第１の膜は遮光膜であり、第２の膜は、通過する露光光の位相が第２の開口部を通過する露光光の位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれる半透明膜であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項４】
第１の膜と第２の膜とは同じ位相の露光光が通過する同一の半透明膜であり、且つ第１の開口部と第２の開口部を通過する露光光の位相差は＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項５】
第１の開口部及び第２の開口部を通過する露光光に対する第１及び第２の膜を構成する前記半透明膜を通過する露光光の位相差は、＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項４に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項６】
第１の開口部及び第２の開口部を通過する露光光の位相が同じ、且つ第２の膜を通過する露光光の位相が第２の開口部を通過する通過する位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれることを特徴とする請求項２に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項７】
前記フォーカスモニタマークは、一方向に配列された第１及び第２のモニタマークと、前記一方向に対して垂直な方向に配列された第１及び第２のモニタマークとから構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項８】
前記フォーカスモニタマークは、前記一方向に対して±４５度方向に配列された第１のモニタマークと第２のモニタマークとがさらに形成されていることを特徴とする請求項７に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項９】
第１のパターン領域は第２のパターン領域を囲うように形成され、第２のモニタマークは、各辺に先細りパターンが形成された長方形状の第２の開口部或いは第２の膜から構成され、第２のモニタマークの先細りパターンの先端方向は、第１のモニタマークの先細りパターンの先端方向に対して反対方向を向いていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項１０】
前記フォーカスモニタマークは、デバイスパターンが配置されていないダイシング領域に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタ用マスク。
【請求項１１】
前記フォーカスモニタマークは、ダイシング領域以外に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスク。
【請求項１２】
各モニタパターンの先細りパターンは、菱形または楔形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォーカスモニタ用マスク。
【請求項１３】
フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、
請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、第１及び第２のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、計測された相対位置から、フォーカスの相対位置ずれ求める演算ステップとを含むことを特徴とするフォーカスモニタ方法。
【請求項１４】
フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、
請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスクであって、前記フォーカスモニタマークが、前記先細りパターンの先端方向が０度、±４５度、９０度の方向を向くように４組形成されたフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、それぞれのフォーカスモニタマークについて、第１及び第２のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、それぞれの計測された相対位置から、照明光学レンズの収差によるフォーカスのずれを修正するステップとを含む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】
【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関し投影露光装置におけるフォーカス条件を設定するのに適したフォーカス測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のデバイスパターンの微細化に伴い、露光量裕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、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となっている。フォーカスを管理する手法として従来は、図２４（ａ）に示したようなマークが入ったＱＣ用マスクを用いていた（特開平１１−１０２０６１）。このマークは、周辺遮光部分１０の内側に中央遮光部分２０を配置している。中央遮光部分２０の各辺には楔型の微細な突起状パターン２２、２４が複数個形成され、左右（上下）非対称になっている。このマスクに対してデフォーカスを変化させて露光を行い、ウェハ上に転写されたパターン（図２４（ｂ））の位置ずれ量Ｌ＝Ｓ２−Ｓ１が最小となるフォーカス点をベストフォーカス値としていた。
【０００３】
図２５には位置ずれ量Ｌとデフォーカスの関係を示した。位置ずれ量Ｌは、デフォーカスに対してほぼ対称に変化する。しかし、デバイスマスクのダイシング領域に上記パターンを配置して、ロットリンクでフォーカスをモニタしようとした場合、ロット処理時にはフォーカス設定値を変化させることなく、一定値で露光するため、上記マークの位置ずれ量Ｌからフォーカス値を換算することになる。この場合には、フォーカスの符号がわからないという問題があった。
【０００４】
これに対し、特開平１１−１０２０６１において、渡辺らは、マークを転写する基板に図２６に示すような改善を加えた。すなわち、基板を図２６に示すような領域に分けて、３０と４０の領域に高低差を形成した。こうすることによって、マスクの転写パターンの、Ｘ方向の位置ずれ量（ΔＳｘ）と、Ｙ方向の位置ずれ量（ΔＳｙ）との間に図２７に示すような差を設け、二つの位置ずれ量の差をデフォーカスに対してプロットすることによって（図２８）、フォーカスのずれ量を符号も含めてモニタした。この方法は、フォーカスずれ量を符号を含めてモニタすることができるため、ロットリンクでのフォーカス制御が可能である。しかしながら、ＣＭＰプロセスが多用されている今日においては、基板に段差を持たせる方法は実用的でない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、符号を含めたフォーカスずれ量を測定するためには、基板に高低差を設けなければならず、工程が増大し簡易にフォーカスずれを測定することができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、符号を含めたフォーカスずれ量を簡易に測定し得るフォーカスモニタ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。
【０００７】
【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。
【０００８】
（１）本発明（請求項１）のフォーカスモニタマスクは、第１の膜で囲まれた第１の開口部で形成され、先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１のパターン領域と、第２の膜で囲まれて第２の開口部で形成され、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とする。
（２）本発明（請求項２）のフォーカスモニタマスクは、第１の開口部で囲まれた第１の膜で形成され、先細りパターンからなる少なくとも１つの第１のモニタマークを含む第１のパターン領域と、第２の開口部で囲まれて第２の膜で形成され、第１のパターン領域の先細りパターンの先端部とは反対方向を向く先細りパターンからなり、通過する露光光の位相が第１のモニタマークを通過する露光光の位相とは＋４５度から＋１５０度、又は−４５度から−１５０度ずれる少なくとも１つの第２のモニタマークを含む第２のパターン領域とを含むフォーカスモニタマークを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
（３）本発明（請求項１３）のフォーカスモニタ方法は、フォトリソグラフィによりウェハ上にパターンを転写する際の最適なフォーカス状態からのずれ量をモニタするフォーカスモニタ方法であって、請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、第１及び第２のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、計測された相対位置から、フォーカスの相対位置ずれ求める演算ステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
（４）本発明（請求項１４）のフォーカスモニタ方法は、請求項１又は２に記載のフォーカスモニタマスクであって、前記フォーカスモニタマークが、前記先細りパターンの先端方向が０度、±４５度、９０度の方向を向くように４組形成されたフォーカスモニタマスクを用いてウェハ上にパターンを転写するステップと、前記ウェハ上に形成されたパターンのうち、それぞれのフォーカスモニタマークについて、第１及び第２のパターン領域のモニタパターンの相対位置を計測する計測ステップと、それぞれの計測された相対位置から、照明光学レンズの収差によるフォーカスのずれを修正するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、モニタパターンを有する第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一のパターン領域のモニタパターンと第二のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を求めることが可能となる。
【００１２】
【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。
【００１３】
［第１実施形態］
（構成）
図２９は、本実施形態で用いたシステムの全体の概略構成を示す図である。図２９において、２９０１は光源、２９０２はフォトマスク、２９０３は投影光学系、２９０４はウェハである。
【００１４】
図１は、本発明のフォーカスモニタマークが設けられたの概略構成を示す図である。図１（ａ）はマスクの断面図、図１（ｂ）はマスクの平面図、図１（ｃ）はフォーカスモニタマークの平面図、図１（ｄ）はフォーカスモニタマークを拡大した平面図である。
【００１５】
図１（ａ）に示すように、ガラス基板１上にＳｉＯ2 等の半透明膜２を介して遮光膜３が形成されている。半透明膜２は、露光光の位相をほぼ１８０度ずらす効果を有し、透過率が６％である。そして、デバイスパターンの周囲のダイシングラインにフォーカスモニタマークが形成されている。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、フォーカスモニタマークは、周辺部分の半透明膜部８０１、中央部分の遮光膜部８０２、そして開口部である第１のモニタマーク１０１及び第２のモニタマーク１０２から構成されている。第１のモニタマーク１０１及び第２のモニタマーク１０２には、長方形パターン１１０（１１０ａ，１１０ｂ）と、この長方形パターン１１０の片側に形成された微細な凸型の先細りパターン１１１（１１１ａ，１１１ｂ）とから構成されている。なお、第１のモニタマーク１０１では、半透明膜２を通過する露光光と開口部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１が例えば１２４ｎｍ堀込まれている。
【００１７】
図１（ｃ）では、先細りパターン１１１の一例として楔型を示した。この先細りパターン１１１はＸ軸方向６μｍ、Ｙ軸方向０．１８μｍで、ピッチが０．３６μｍで複数配置されている。さらにパターンの先端方向を、遮光膜部８０２（半透明膜部８０１）では同じ方向を、遮光膜部８０２と半透明膜部８０１とでは反対（対称）の方向になるようにマスクに配置した。
【００１８】
（作用）
本発明者は、マーク１０１を通過する露光光と、マーク１０２を通過する露光光との位相差をほぼ９０度ずらすことによって、半透明膜部８０１に形成された先細りパターン１１１ａと、遮光膜部８０２に形成された先細りパターン１１１ｂとのフォーカス点にずれが生じ、デフォーカスに対して異なる位置ずれを示すことに注目した。つまり、ベストフォーカスに近づくほど、先細りパターン１１１の微細な部分まで解像され、レジストのエッジ位置はフォーカスのずれ量により変化する。
【００１９】
図２では、図１（ｃ）に示すフォーカスモニタマークが転写されたウェハ上のパターンを示している。遮光膜部８０２の第２のモニタマーク１０２が転写されたパターンＤはベストフォーカスでの中心位置を０になるように設計した。これに対して半透明膜部８０１の第１のモニタマーク１０１が転写されたパターンＣは、第２のモニタマーク１０２に対して位相を９０度ずらすことにより、ベストフォーカスの中心位置を０以外になるように設計した。
【００２０】
そして、この二組のモニタマーク１０１，１０２の露光・現像後の中心位置の差（位置ずれ量）をモニタすると、デフォーカスに対して単調増加または単調減少することを利用し、デフォーカスに対する位置ずれ量の関係を較正曲線として求めておき、露光・現像後のデフォーカスに対するパターンの位置ずれ量を測定することで、フォーカスのずれ量を方向も含めてモニタすることを試みた。
【００２１】
（効果）
次に、上記マスクを用いて作成したサンプルで、フォーカス点を検出する手順について説明する。
【００２２】
モニタマーク１０１，１０２を配置したマスクを転写するウェハは、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。このウェハを、上記マスクを用いて、投影光学系の縮小比１／４、露光波長２４８ｎｍ、ＮＡ＝０．６、コヒーレンスファクタσ＝０．７５、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。次に、露光が終了したウェハを、１００℃・９０秒でポストエクスポージャーベーク（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。
【００２３】
次に、処理されたウェハ上の二組のパターンＣ，Ｄの中心位置の差、すなわち位置ずれ量＝Ｓ１−Ｓ２を、合わせずれ検査装置を用いて測定した。
【００２４】
図３には、半透明膜部８０１の第１のモニタマーク１０１及び遮光膜部８０２の第２のモニタマーク１０２とが転写された二つのマークＣ，Ｄの中心位置とデフォーカスとの関係を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は相対距離を示す。
【００２５】
グラフの２つの曲線のうち、実線は遮光膜部８０２の第２のモニタマーク１０２によりウェハ上に転写されたパターンＤの中心位置特性を、点線は開口部との位相差が＋９０度である半透明膜部８０１に形成された第１のモニタマーク１０１によりウェハ上に転写されたパターンＣの中心位置特性を示している。
【００２６】
そして、図４は、開口部との位相差が＋９０度である半透明膜部８０１に形成された第１のモニタマーク１０１によりウェハ上に転写されたパターンＣと、遮光膜部に形成された第２のモニタマーク１０２によりウェハ上に転写されたパターンＤとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を表している。この位置ずれ量が、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。このデフォーカスと位置ズレ量の関係を較正曲線とする。
【００２７】
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４には、位置ずれ量とデフォーカスの関係（較正曲線）のドーズ依存性も示した。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、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したものである。グラフから、ドーズ量を、−１０％から＋１０％の間で変化させても、デフォーカス依存性は、ほとんど変化しない（グラフ中の各直線がほとんど重なっている）ことがわかる。従って、露光量が変動した場合においても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量を高精度に検出できた。
【００２８】
上記のマスクを用いて、実際のデバイスパターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。次に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、図４に示した較正曲線を用いてフォーカスのずれ量を符号を含めて求めた。そして、求められた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、そのロットにおけるフォーカスのずれ量として、次ロットに対して露光装置のフォーカス設定値にフィードバックをかけて露光を行い、フォーカスのずれによる線幅変動を抑えることができた。また、今回は、上記フォーカスモニタマークにより得られたフォーカスのずれ量を使って、次ロットに対してフィードバックを行ったが、本来のデバイスパターンのフォーカス位置と、フォーカスモニタマークのフォーカス位置は、露光装置の収差や、デバイスパターンの下地の段差形状等により異なる場合がある。この場合は、フォーカスモニタマークで得られたフォーカスのずれ量に対してデバイス固有のオフセット値を加味した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【００２９】
尚、本実施例においては、露光装置と独立した合わせずれ検査装置を用いて、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、合わせずれ検査機能を用いることも可能である。またフォーカスモニタマークは、上記の他にも、光学式の合わせずれ検査装置で測定可能なマークのパターンであればよく、さらに突起状部分の形状は、図１（ｄ）に示すものほど先端が鋭利である必要はなく、中央部よりも先端部が細か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。
【００３０】
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図１に示したものだけに限定されるものではなく、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。
【００３１】
また、フォーカスモニタマークの長方形部分は必ずしも必要ではなく、図５に示すように先細りパターン１１１部分だけでもフォーカスモニタとしての機能を発揮する。この場合は、長方形部分がないため、デフォーカスに対する感度が鋭敏で、合わせずれ検査装置以外の測定装置でフォーカスずれ量が検出可能である。また、パターンの小型化が可能で、今後ダイシングラインが更に狭くなった場合にも対応することができる。
【００３２】
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。すなわち、図６に示したように、開口部６０１で囲まれ、遮光膜６０３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を逆にしてもよい。すなわち、開口部６０１で囲まれて半透明膜６０２で形成されたパターンを有するようにしてもよい。そして、これらのいずれの組み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマークが二組形成されたマスクを用いたが、図７に示すように、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方向にマークを配置しても、図８に示すように二組のマーク８１１，８１２を配置しても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。また、さらに図９に示すように図８に示すマークが配置された方向に対して、４５度傾いた方向にマークが配置されていても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【００３４】
また、フォーカスモニタパターンの中央部分は、図１０（ａ），（ｂ）に示したようにＢＯＸ型のマーク１００１，１００２であってもよい。このＢＯＸ型マーク１００１とＢＯＸ型マーク１００２とで対向する各辺の先細りパターンの先端方向は、反対の（対称）方向を向いている。さらに、周辺部分のマーク１０１，７０１，６０２，６１２の突起状部分ののびる方向は中央部分のマークの突起状部分ののびる方向に対して、反対（対称）になっている。
【００３５】
さらに、本実施例ではフォーカスモニタマークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マークを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったものではない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマークが形成されている場合は、ＱＣマスクとして使用することができる。
【００３６】
本実施形態では、半透明膜部８０１で開口部を通過する露光光に対してその周辺を透過する露光光に９０度の位相差を持たせるために、１８０度の位相差を持った半透明膜２を使用し、基板１の一部を掘り込むようにしたが、９０度の位相差を持った半透明膜を使用すれば基板の掘り込みは不要となる。開口部を透過する露光光とその周辺を通過する露光光との位相差は９０度に限定されたものではなく、遮光膜部の第２のモニタマーク１０２と、半透明膜部８０１の第１のモニタマーク１０１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。
【００３７】
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（ＭｏＳｉＯＮ）、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。さらに、半透明膜の透過率は６％に限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。本発明者らの実験によれば、半透明膜の透過率として３％から１５％の間でよい感度を得ている。
【００３８】
図１１に、モニタマークの半透明膜部と開口部との位相差と、検出感度との関係を示した。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（相対距離／デフォーカス）＝｜Ｌ｜／｜Δfocus｜＝０．４となり、０．４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。
【００３９】
［第２の実施形態］
（構成）
本実施形態では、マスク上に、フォーカス点を測定するためのマークとして、２種類の半透明膜で形成されたモニタマークを配置した。第１の実施形態と異なるところは、第１及び第２のパターン領域のいずれにも半透明膜部を設けたことである。
【００４０】
図１２は、本発明のフォーカスモニタマークが設けられたの概略構成を示す図である。図１２（ａ）はマスクの断面図、図１２（ｂ）はマスクの平面図、図１２（ｃ）はフォーカスモニタマークの平面図、図１２（ｄ）はフォーカスモニタマークを拡大した平面図である。
【００４１】
モニタマークは、マスクのデバイスパターンがないダイシングラインの遮光部に形成されている。図中１は透明基板、２は半透明膜、３は遮光膜を示す。図１２（ｃ）に示した、半透明膜２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。
【００４２】
マーク１２０１を形成した第１のパターン領域１２１１では、開口部に露出する基板１を一部掘り込む（例えば１２４ｎｍ）ことにより、開口部であるマーク１２０１を通過する光に対し、その周辺の半透明膜を通過する光は＋９０度の位相差を持つことになる。また、第２のマーク１２０２を形成した第２のパターン領域１２１２では、開口部に露出する基板１を一部掘り込む（例えば３７２ｎｍ）ことにより、開口部である先細りパターンを通過する光に対しその周辺の半透明膜２を通過する光は−９０度の位相差を持つようにしている。
【００４３】
開口部のマークは、長方形の片側に、微細な凸型の先細りパターンが形成されている。図１２（ｄ）では、先細りパターンの一例として楔形を示した。この先細りパターンは楔形がＸ軸方向６μｍ、Ｙ軸方向０．１８μｍで、ピッチが０．３６μｍで複数配置されている。さらにパターンの先端方向を、第１のパターン領域１２１１（第２のパターン領域１２１２）では同じ方向を、第１のパターン領域１２１１と第２のパターン領域１２１２とでは反対（対称）の方向になるようにマスクに配置した。
【００４４】
（作用）
先に説明した第１の実施形態で、遮光膜部と半透明膜部にパターンを形成したマスクを用いてウェハ上にパターンニングし、形成されたマークの中心位置の差（位置ずれ量）がデフォーカスに対して単調減少または単調増加することが示された。
【００４５】
そこで発明者は、フォーカスのずれ量の検出感度を更に向上させるために、第１のパターン領域１２１１では半透明膜２を透過する露光光を、マーク１２０１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１２１２では半透明膜２を透過する露光光をマーク１２０２を通過する露光光に対して位相をほぼ−９０度（２７０度）ずらした。開口部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マーク１２０１のフォーカス点と、遮光膜部に形成されたマークのフォーカス点のずれは、第１の実施形態に記載した量だけ変化する。
【００４６】
これに対して、第２のマーク１２０２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２のマーク１２０２のフォーカス点は、遮光膜に形成されたマークのフォーカス点に対して、第１の実施形態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、第１の実施形態に対して、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。
【００４７】
次に、上記マスクを用いて作成したサンプルで、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マスクを転写するウェハは、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。このウェハを、上記マスクを用いて、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。次に、露光が終了したウェハを、１００℃・９０秒でポストエクスポージャーベーク（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。
【００４８】
次に、処理されたウェハ上の二組のパターンの中心位置の差、すなわち位置ずれ量を、光学式の合わせずれ検査装置を用いて測定した。
【００４９】
図１３には、二つの半透明膜部のマークの中心位置とデフォーカスとの関係を示した。このグラフの横軸はデフォーカス、縦軸は中心位置を示す。グラフの２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マーク（マークＣ）によりウェハ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マーク（マークＤ）によりウェハ上に転写されたパターン寸法特性を示している。
【００５０】
そして、図１４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マーク１２０１によりウェハ上に転写されたパターンと、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第２のマーク１２０２によりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量（較正曲線）を表している。この結果から、フォーカスずれ量の検出感度が、第１の実施形態と比べて約２倍になることがわかった。
【００５１】
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１４には、位置ずれ量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、位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示したものである。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、ほとんど変化しない（グラフ中の各直線がほとんど重なっている）ことがわかる。従って、露光量が変動した場合においても、本発明のフォーカスモニタはフォーカスずれ量を高精度に検出できた。
【００５２】
上記マスクを用いて、実際のデバイスパターンと同一の露光、現像条件でロット処理を行った。次に、ロット処理されたものから数枚のウェハを抜き出し、半透明膜部と、遮光膜部のマークの相対距離より、図１４に示した較正曲線を用いてフォーカスのずれ量を符号を含めて求めた。そして、求められた数枚のフォーカスずれ量の平均値を、そのロットにおけるフォーカスのずれ量として、次ロットに対して露光装置のフォーカス設定値にフィードバックをかけて露光を行い、フォーカスのずれによる線幅変動を抑えることができた。また、今回は、上記フォーカスモニタマークにより得られたフォーカスのずれ量を使って、次ロットに対してフィードバックを行ったが、本来のデバイスパターンのフォーカス位置と、フォーカスモニタマークのフォーカス位置は、露光装置の収差や、デバイスパターンの下地の段差形状等により異なる場合がある。この場合は、フォーカスモニタマークで得られたフォーカスのずれ量に対してデバイス固有のオフセット値を加味した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【００５３】
尚、本実施例においては、露光装置と独立した光学式の合わせずれ検査装置を用いて、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、合わせずれ機能や光学式以外の合わせずれ測定装置を用いることも可能である。またフォーカスモニタマークは、上記の他にも、光学式の合わせずれ測定装置で測定可能なマークのパターンであればよく、さらに突起状部分の形状は、図１２（ｄ）に示すものほど先端が鋭利である必要はなく、中央部よりも先端部が細か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。
【００５４】
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図１２に示したものだけに限定されるものではなく、使用する露光条件によって種々変更することで、フォーカス検出性能の向上をはかることができる。
【００５５】
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。すなわち、図１５に示すように、開口部１５０１で囲まれ、半透明膜１５１１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を逆にしてもよい。すなわち、開口部１５０１で囲まれて半透明膜１５１２で形成されたパターンを有するようにしてもよい。そして、これらのいずれの組み合せを用いても、本実施形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
また、マークの長方形の部分は必ずしも必要ではなく、図１６に示すように突起状部分だけでもフォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【００５７】
また、本実施例では遮光膜と半透明膜のマークが二組形成されたマスクを用いたが、図１７に示すように、本実施例のマークが配置された方向と垂直な方向にマーク１２０３，１２０４を配置しても、さらに図１８に示すように二組のマーク１２０１，１２０２，１２０３，１２０４を配置しても、フォーカスモニタとしての機能を発揮する。
【００５８】
また、それぞれのマークは、図１９に示すように図１２に示すマークが配置された方向に対して、４５度傾いた方向にマーク１９０１，１９０２，１９０３，１９０４が配置されていてもよい。
【００５９】
また、フォーカスモニタパターンの中央部分は、図２０（ａ），（ｂ）に示したようにＢＯＸ型のマーク２００１，２０１３であってもよい。このＢＯＸ型マーク２００１，２０１３では、各辺の突起状部分の伸びる方向は、対辺で反対の（対称）方向を向いている。さらに、周辺部分のマーク１２０１，２００２，２０１１，２０１４の先細りパターン部分の先端方向は中央部分のマーク２００１，２０１３の先細りパターン部分の先端方向に対して、反対（対称）になっている。このマークは、中央のボックス部分の面積が広いためマスクの加工の手間という観点で考えると、微細なマークを複数回加工する労力が軽減される。
【００６０】
さらに、本実施例ではフォーカスモニタマークを、マスクのダイシングラインに形成したが、マークを入れ込む場所は、ダイシングラインに限ったものではない。すなわち、マスク上のいずれかの場所にマークが形成されている場合は、ＱＣマスクとして使用することができる。
【００６１】
（効果）
以上詳述したように本発明によれば、モニタパターンを有する第１及び第２のパターン領域を二つ用意し、第１のパターン領域のモニタパターンと第２のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を求めることが可能となる。
【００６２】
本実施形態では、第１のパターン領域と第２のパターン領域で同じ半透明膜を用い、開口部の透明基板を掘り込む量を変えることにより第１のパターン領域と第２のパターン領域とで異なる位相差を持たせたが、この代わりに第１と第２のパターン領域で異なる半透明膜を用いてもよい。
【００６３】
［第３の実施形態］
本実施形態では、低次の収差によるフォーカスの方向依存性を調べるために、二種類のモニタマークで構成されたマスクを使用した。図２１，２２には、一組のマーク２１０１，２２０１と、そのマークの先細りパターンの先端方向に対して配列方向を±４５度回転させたマーク２１０２，２２０２とから構成されている。
【００６４】
（作用）
露光装置の照明光学レンズに収差が存在すると、デバイスパターンのフォーカス点に方向性が生じる。即ち、Ｘ方向に平行であるデバイスパターンか、Ｙ方向に平行なデバイスパターンかによってフォーカス点が異なる。そこで、低次の収差に関する角度、即ち０度、９０度、±４５度の方向にベストフォーカス点を調べて、そのベストフォーカス位置の差を予めオフセットとして露光装置にフィードバックすることによって収差によるフォーカス点の方向依存性を無くすことができる。
【００６５】
（効果）
上述したように、０度、９０度、±４５度のデフォーカス寸法カーブは、図２３に示すようになる。図２３で、２３０１は０度の向きのマークのデフォーカス−寸法特性、２３０２は±４５度の向きのマークのデフォーカス−寸法特性、２３０３は９０度のマークのデフォーカス−寸法特性を示す。この結果から各角度におけるベストフォーカス点を求めて、その差をフォーカスオフセットとすることによって、収差によるフォーカスずれを除去することができた。
【００６６】
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。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、  以上詳述したように本発明によれば、モニタパターンを有する第一及び第二のパターン領域を二つ用意し、第一のパターン領域のモニタパターンと第二のパターン領域のモニタパターンとの最適なフォーカス位置にずれを生じさせ、相互に異なるデフォーカス特性を与えることにより、二つのモニタパターンのパターン寸法を測定することによって、最適なフォーカス状態からのずれ量及びずれの方向を簡易に求め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フォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。
【図２】図１（ｃ）に示すフォーカスモニタマークをウェハ上に転写して得られるパターンを示す平面図。
【図３】マークの中心位置のデフォーカス依存性を示す図。
【図４】図１（ｃ）に示すフォーカスモニタマークを転写してパターンと、遮光膜部に形成されたマークによりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示す図。
【図５】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図６】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図７】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図８】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図９】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１０】第１の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１１】フォーカスモニタマークの半透明膜部と開口部との位相差と、検出感度との関係を示す図。
【図１２】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマスク及びフォーカスモニタマークの概略構成を示す図。
【図１３】半透明膜部の二つのマークの中心位置とデフォーカスとの関係を示す図。
【図１４】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マーク１７０２によりウェハ上に転写されたパターンと、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マーク１７０３によりウェハ上に転写されたパターンとの位置ずれ量とデフォーカスとの関係を示す図。
【図１５】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１６】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１７】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１８】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図１９】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図２０】第２の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの変形例を示す平面図。
【図２１】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの構成を示す平面図。
【図２２】第３の実施形態に係わるフォーカスモニタマークの構成を示す平面図。
【図２３】０度、９０度、±４５度のデフォーカス寸法カーブを示す図。
【図２４】従来のフォーカスモニタマークとこのマークが転写されたパターンを示す平面図。
【図２５】従来おフォーカスモニタマークの位置ズレ量とデフォーカスとの関係を示す特性図。
【図２６】フォーカスモニタを行うために基板に対して行われた改善の概要を示す平面図。
【図２７】図２６に示される種類の領域の各領域マークのオフセットとデフォーカスとの間の関係を示す図。
【図２８】二つの位置ズレ量の差とデフォーカスの関係を示す図。
【図２９】第１の実施形態に係わるシステムの全体の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１０１…第１のモニタマーク
１０２…第２のモニタマーク
１１０…長方形パターン
１１１…先細りパターン
８０１…半透明膜部
８０２…遮光膜部
【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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【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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