(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスク基板と、
前記マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、
前記マスク基板上に配置され、前記デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ第１フォーカスモニターパターンとを有し、
前記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差は、前記デバイスパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差と異なることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
さらに、
前記マスク基板上に配置され、前記デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ前記平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ、参照モニターパターンを有し、
前記参照モニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差は、前記デバイスパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差と同じであることを特徴とする請求項１の記載のフォトマスク。
【請求項３】
マスク基板と、
前記マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、
前記マスク基板上に配置され、前記デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ第１フォーカスモニターパターンと、
前記マスク基板上に配置され、前記デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ前記平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ第２フォーカスモニターパターンを有し、
前記第２フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差は、前記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差と絶対値が略同一で逆符号であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
前記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差は、
デフォーカス値の変化に対し、ウエハ上に転写された前記デバイスパターンと前記第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差が、ほぼ単調増加もしくは単調減少を示す条件を満たす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５】
前記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差は、
デフォーカス値の変化に対し、ウエハ上に転写された前記参照モニターパターンと前記第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差の値が、ほぼ単調増加もしくは単調減少を示す条件を満たす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６】
前記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差および前記第２フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差は、
デフォーカス値の変化に対し、ウエハ上に転写された前記第１フォーカスモニターパターンと前記第２フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差が、ほぼ単調増加もしくは単調減少を示す条件を満たすことを特徴とする請求項３に記載のフォトマスク。
【請求項７】
前記第１フォーカスモニターパターンは、ウエハのダイシング領域に対応する前記マスク基板上の領域に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項８】
前記第１フォーカスモニターパターンと前記参照モニターパターンは、ウエハのダイシング領域に対応する前記マスク基板上の領域に配置されてい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９】
前記第１フォーカスモニターパターンと前記第２フォーカスモニターパターンは、ウエハのダイシング領域に対応する前記マスク基板上の領域に配置されていることを特徴とする請求項３に記載のフォトマスク。
【請求項１０】
マスク基板と、
前記マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、
前記マスク基板上に配置され、前記デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部を持つ露光量モニターパターンとを有し、
前記露光量モニターパターンの開口部とマスク部は、前記デバイスパターンの開口部とマスク部に対し、透過露光光の位相差が同じで、透過率が異なることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１１】
さらに、
前記マスク基板上に形成され、開口部とマスク部とを有し、前記露光量モニターパターンと同じ平面パターン形状を持つ参照モニターパターンを有し、
前記参照モニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差と透過率は、前記デバイスパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差および透過率と同じであることを特徴とする請求項１０に記載のフォトマスク。
【請求項１２】
前記露光量モニターパターンの開口部の露光光透過率は、ウエハ上にコントラストを有するパターンの転写が可能な条件を満たす範囲にあることを特徴とする請求項１０または１１に記載のフォトマスク。
【請求項１３】
前記デバイスパターンの開口部と前記露光量モニターパターンの開口部とは、透過露光光の透過率が、前記デバイスパターンの開口部の露光光の透過率に対し２％〜１６％異なることを特徴とする請求項１０または１１に記載のフォトマスク。
【請求項１４】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のフォトマスクを用いてウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンのいずれかと、該ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差とデフォーカス値との関係を示すフォーカス較正曲線データを準備するステップと、
前記フォトマスクを用いて半導体装置のデバイスパターンを作製するステップと、
前記デバイスパターンを作製するステップにより、ウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンのいずれかと、該ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップと、
測定した前記寸法差△Ｌと前記フォーカス較正曲線データに基づき、露光装置の焦点位置からのずれ距離△Ｄを検出するステップと、
検出した焦点からのずれ距離△Ｄに基づき、前記露光装置の焦点位置を調整するステップとを有することを特徴とするフォーカスモニター方法。
【請求項１５】
前記較正曲線データを準備するステップは、
前記デフォーカス値が異なる複数の条件下で、それぞれウエハ上に前記フォトマスクのパターンを転写するステップと、
ウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンと、該ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップとを有することを特徴とする請求項１４に記載のフォーカスモニター方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のいずれか１項に記載のフォトマスクを用いてウエハ上に転写されたデバイスパターンもしくは参照モニターパターンと、該ウエハ上に転写された露光量モニターパターンとの対応する特定部位の寸法差と露光量との関係を示す露光量較正曲線データを準備するステップと、
前記フォトマスクを用いて半導体装置のデバイスパターンを作製するステップと、
前記デバイスパターンを作製するステップにおいて、ウエハ上に転写されたデバイスパターンもしくは参照モニターパターンと、転写された第１露光量モニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップと、
測定した前記寸法差△Ｌと前記露光量較正曲線データに基づき、露光光源の露光量の変動値△Ｅを検出するステップと、
検出した前記露光量の変動値△Ｅに基づき、露光量を調整することを特徴とする露光量モニター方法。
【請求項１７】
前記較正曲線データを準備する工程は、
露光量が異なる複数の条件下で、ウエハ上に前記フォトマスクのパターンを転写するステップと、
前記ウエハ上に転写されたデバイスパターンもしくは参照モニターパターンと該ウエハ上に転写された露光量モニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップとを有することを特徴とする請求項１６に記載の露光量モニター方法。
【請求項１８】
前記請求項１４又は１５に記載のフォーカスモニター方法を用いて、前記露光装置の焦点位置が管理された条件で製造されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記請求項１６又は１７に記載のフォーカスモニター方法を用いて、露光量が管理された条件で製造されたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に関し、特にフォトマスク及びこのフォトマスクを用いたフォトリソグラフィ工程で使用する露光装置のフォーカス条件または露光量条件を管理する方法、さらにこの方法を使用した半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デバイスパターンの微細化に伴い、フォトリソグラフィプロセスでの、露光装置の焦点深度や露光量調整等のプロセス条件に対する裕度（プロセスマージン）が減少してきている。このため、プロセスマージンの消費する誤差要因を最小に抑える露光条件等の高精度な管理（モニター）方法が求められている。
【０００３】
従来は、例えば図２１（ａ）に示すような、対角線短軸長さが０．５μｍ程度の菱型モニターパターン１０００を備えたフォトマスクを用い、図２１（ｂ）に示すように、ウエハ上に転写した菱型パターン１０１０の長さｌ（対角線長軸の長さ）を測定することでフォーカス条件の管理を行っている。
【０００４】
図２２は、ウエハ上に転写された菱型パターン１０１０の長さｌ と焦点位置からのずれ距離（デフォーカス値）の関係を示す。菱型パターン１０１０は、ベストフォーカスに近づくほど、解像度が高まり、菱型パターン１０００のより細いエッジ部までウエハ上に転写される。この結果、菱型パターン１０１０の長さｌはベストフォーカスの位置で最大値となり、デフォーカス値が大きくなるほど減少する。そこで、半導体装置の製造を行う際には、製品ロットを製造工程に流す前に、先行して、ウエハ上に転写された菱型パターン１０１０の長さｌとデフォーカス値の関係をもとめ、その製品ロットの露光工程におけるベストフォーカス条件を決定する。
【０００５】
また、製品ロットのフォーカス条件を管理する場合には、当該製品ロットと同一露光条件で、菱型パターン１０００を備えたフォトマスクを用い、転写パターンを作製し、転写された菱型パターン１０１０の長さｌを測定することで、デフォーカス値をモニターする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述する菱型パターンを用いた従来のフォーカスモニター方法では、露光装置の焦点ずれが上下どちらの方向にずれたかについての情報を得ることができない。また、モニターパターンのサイズや形状はデバイスパターンのそれと大きく異なるため、露光量等の変動が生じると、これらに対するモニターパターンの感度とデバイスパターンの感度が異なってしまい、モニターの信頼性が低下する場合がある。
【０００７】
露光量に影響されずフォーカスをモニターする方法としては、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(米国特許USP-5300786)。しかし、この方法ではフォーカスの検出感度が光源形状（σ形状）に大きく依存するため、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、一般に使用されているある比較的大きなσ条件、または輪帯照明条件においては十分な感度が得られない。
【０００８】
さらに、露光量モニター方法としては、特開Ｐ２０００-３１０８５０号公報に開示されているものがある。これは露光量をモニターするために特殊なパターンを用い、ウエハ上に転写されたパターンの寸法もしくは中心位置のずれを測定することから露光量をモニターすることができる。しかし、この場合もデバイスパターンと露光量モニターパターンの寸法や形状が全く異なるため両者で露光量に対する寸法の感度が異なるような場合にはデバイスパターンに対して露光量を正確にモニターしているとはいえない。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来の課題に鑑み、より正確なフォーカスモニター方法のために使用できるフォトマスク、このフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法、このフォ−カスモニター方法を使用した半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、より正確な露光量モニター方法のために使用できるフォトマスク、このフォトマスクを用いた露光量モニター方法、この露光量モニター方法を使用した半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のフォトマスクの特徴は、マスク基板と、マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、マスク基板上に配置され、デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ第１フォーカスモニターパターンとを有することである。さらに、上記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差は、上記デバイスパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差と異なることである。
【００１２】
本発明の第２のフォトマスクの特徴は、マスク基板と、マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、マスク基板上に配置され、デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部とを持つ第１フォーカスモニターパターンと、マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを有し、第１フォーカスモニターパターンと同じ平面パターン形状を有する第２フォーカスモニターパターンとを有することである。さらに、上記第２フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差は、上記第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部の透過露光光の位相差と絶対値が略同一で逆符号となることである。
【００１３】
本発明のフォーカスモニター方法の特徴は、上記第１または第２のフォトマスクを用いてウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンのいずれかと、該ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差と露光装置の焦点からのずれ距離との関係を示すフォーカス較正曲線データを準備するステップを有することである。さらに、上記フォトマスクを用いて半導体装置のデバイスパターンを作製するステップと、デバイスパターンを作製するステップにより、ウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンのいずれかと、該ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップと、測定した寸法差△Ｌとフォーカス較正曲線データに基づき、露光装置の焦点からのずれ距離△Ｄを検出するステップと、検出した焦点からのずれ距離△Ｄに基づき、露光光源の位置を焦点位置に調整するステップとを有することである。
【００１４】
本発明の第１の半導体製造方法の特徴は、上記フォーカスモニター方法を用いて、露光装置の焦点位置が管理された条件のもとで半導体装置が製造されることである。
【００１５】
上記第１および第２のフォトマスクによれば、ウエハ上に転写して得られるデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンと第１フォーカスモニターパターンとの対応するいずれかの部位の寸法差が、露光装置の焦点からのずれ距離（デフォーカス値）の変化に対応して変化するため、この寸法差とデフォーカス値との関係を、フォーカス較正曲線として使用することができる。また、第１フォーカスモニターパターンの開口部とマスク部との透過露光光の位相差を調整することで、デフォーカス値の変化に対し寸法差変化の大きいフォーカス較正曲線を得ることができる。さらに、第１フォーカスモニターパターンは、デバイスパターンの一部と同じ平面パターン形状、即ち個々の開口パターンの形状、サイズ、ピッチ、配列方向等が同一であるため、パターンの形状、サイズの違いにより異なる影響を生じうる露光装置のレンズ収差や露光量の変動に対しても変動の少ないフォーカス較正曲線を得ることができる。
【００１６】
また上記第１または第２のフォトマスクを使用した本発明のフォーカスモニター方法によれば、半導体装置のデバイスパターン製造ステップで、同時にウエハ上に転写されたデバイスパターン、参照モニターパターンもしくは第２フォーカスモニターパターンと第１フォーカスモニターパターンとの対応するいずれかの部位の寸法差△Ｌを測定することにより、露光装置の焦点からのずれ距離（デフォーカス値）を検出し、予め準備したフォーカス較正曲線に基づきフォーカスの調整を行うことができる。
【００１７】
さらに、本発明の第１の半導体装置の製造方法によれば、高感度なフォーカスモニター方法を使用することにより、パターン精度の高い半導体装置を製造することができる。
【００１８】
本発明の第３のフォトマスクの特徴は、マスク基板と、マスク基板上に配置され、開口部とマスク部とを持つデバイスパターンと、マスク基板上に配置され、デバイスパターンの少なくとも一部の領域と同じ平面パターン形状の開口部とマスク部を持つ露光量モニターパターンとを有することである。さらに、上記露光量モニターパターンの開口部とマスク部は、上記デバイスパターンの開口部とマスク部に対し、透過露光光の位相差が同じで、透過率が異なることである。
【００１９】
本発明の露光量モニター方法の特徴は、上記本発明の第３のフォトマスクを用いて、ウエハ上に転写されたデバイスパターンもしくは参照モニターパターンと、該ウエハ上に転写された露光量モニターパターンとの対応する特定部位の寸法差と露光量との関係を示す露光量較正曲線データを準備するステップを有することである。さらに、上記フォトマスクを用いて半導体装置のデバイスパターンを作製するステップと、上記デバイスパターンを作製するステップにおいて、ウエハ上に転写されたデバイスパターンもしくは参照モニターパターンと、転写された第１露光量モニターパターンとの対応する部位の寸法差△Ｌを測定するステップと、測定した寸法差△Ｌと露光量較正曲線データに基づき、露光光源の露光量の変動値△Ｅを検出するステップと、検出した露光量の変動値△Ｅに基づき、露光量を調整することである。
【００２０】
本発明の第２の半導体装置の製造方法は、上記露光量モニター方法を用いて、露光量が管理された条件で製造されることを特徴とする。
【００２１】
上記本発明の第３のフォトマスクによれば、ウエハ上に転写して得られるデバイスパターン、もしくは参照モニターパターンと露光量モニターパターンとの対応するいずれかの部位の寸法差が、露光量の変化に対応して変化するため、この寸法差と露光量との関係を、露光量較正曲線として使用することができる。また、露光量モニターパターンは、デバイスパターンの一部と同じ平面パターン形状を有し、即ち個々の開口パターンの形状、サイズ、ピッチ、配列方向等が同一であるため、パターンの形状、サイズの違いにより異なる影響を生じうる露光装置のレンズ収差やデフォーカス値の変動に対しても変動の少ない露光量較正曲線を得ることができる。
【００２２】
また上記第３のフォトマスクを使用した本発明の露光量モニター方法によれば、半導体装置のデバイスパターン製造ステップで、同時にウエハ上に転写されたデバイスパターン、もしくは参照モニターパターンと露光量モニターパターンとの対応するいずれかの部位の寸法差△Ｌを測定することにより、露光量の変動値△Ｅを検出し、予め準備した露光量較正曲線に基づき露光量の調整を行うことができる。
【００２３】
さらに、本発明の第２の半導体装置の製造方法によれば、高感度な露光量モニター方法を使用することにより、パターン精度の高い半導体装置を製造することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施の形態に係るフォトマスク、このフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法およびこの方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００２５】
まず、半導体装置の製造工程において、最もパターン精度が要求される素子分離層の製造工程を例にとり、フォトマスクとフォーカスモニター方法について説明する。
【００２６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、素子分離パターンのフォトリソグラフィ工程で使用するフォトマスク１０の拡大平面図およびこの平面図における破断線Ａ−Ａでの断面図である。図１（ａ）に示すマスクは、１チップに対応するものである。
【００２７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、第１の実施の形態に係るフォトマスク１０は、例えば、ほぼ中央に微細な矩形の開口部に相当する素子分離パターン４０ａを繰り返し配置したデバイスパターン４０を有しており、その外周囲のデバイスパターンが配置されない領域に、フォーカスモニターのため二つのモニターパターンを配置している。一方は参照モニターパターン５０であり、もう一方は第１フォーカスモニターパターン６０である。
【００２８】
参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０の配置場所は、ウエハ上のデバイスパターン４０が形成されない領域であって、デバイスパターンに影響のない領域であれば良い。どちらのパターンもチップ分離工程後は不要であるから、例えば、ウエハのダイシング領域に相当するフォトマスク１０上の領域２０に形成できる。
【００２９】
参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０には、デバイスパターン４０の一部のパターンと同一平面形状を有するパターンが形成されている。即ち、素子分離パターン４０ａと同じ形状、サイズの単位開口部５０ａ、６０ａが同じピッチ、同じ方向に配列されている。
【００３０】
なお、参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０の領域サイズは、パターン転写条件、即ちレジストの形成、露光および現像に至る一連のフォトリソグラフィ工程時の条件がデバイスパターン４０とほぼ同じになるように設定することが好ましい。例えば、単位開口部のピッチが数十ｎｍの場合であれば、単位開口部を少なくとも数μｍ□以上のエリアに繰り返し配列できる領域サイズとする。
【００３１】
第１の実施の形態に係るフォトマスクの特徴のひとつは、参照モニターパターン５０が、デバイスパターン４０と同一のマスク条件を有するものであり、開口部５０ａとそれ以外の領域（以下、「マスク部」という）５０ｂとの透過露光光の位相差が、デバイスパターン４０の開口部４０ａとマスク部４０ｂとの透過露光光の位相差と同一であるのに対し、第１フォーカスモニターパターン６０は、開口部６０ａとマスク部６０ｂとの露光透過光の位相差がデバイスパターン４０と異なるように設定されていることである。
【００３２】
図２（ａ）、図２（ｂ）に、参照モニターパターン５０と第１フォーカスモニターパターン６０の拡大平面図を示す。例えば、参照モニターパターン５０は、露光光透過率がほぼ１００％の開口部５０ａと、露光光透過率が約６％であるマスク部５０ｂを有し、開口部５０ａとマスク部５０ｂでの透過露光光の位相差は例えば約１８０度である。この条件は、デバイスパターン４０と同一条件である。
【００３３】
一方、第１フォーカスモニターパターン６０も、露光光透過率がほぼ１００％の開口部６０ａと、露光光透過率が約６％であるマスク部６０ｂを有するが、マスク部６０ｂの例えば厚みを調整することにより、開口部６０ａとマスク部６０ｂでの透過露光光の位相差をデバイスパターン４０および参照モニターパターン５０の位相差、すなわち１８０度と異なる値、例えば１２０度に設定する。
【００３４】
ここで、マスク上の参照モニターパターン５０の開口部５０ａの長辺寸法をＬ０＊、第１フォーカスモニターパターン６０の開口部６０ａの長辺寸法をＬ１＊と示す。また、このマスクを用いてウエハ上に形成した転写パターンの各開口部長辺寸法については＊マークをはずしてＬ１、Ｌ２と表示する。以下、他の実施の形態の説明においても同様な表示方法を用いる。
【００３５】
なお、参照モニターパターン５０と第１フォーカスモニターパターン６０それぞれが持つ具体的な位相差は、以下に説明する方法によって決定する。
【００３６】
図３（ａ）は、第１フォーカスモニターパターン６０の開口部６０ａとマスク部６０ｂの透過露光光の位相差（以下、単に「位相差」という）をパラメータにとり、露光装置の焦点位置からのずれ距離（以下、「デフォーカス値」という）とウエハ上に転写された開口部６０ａの長辺寸法Ｌ１との関係をシミュレーションにより求めたグラフである。縦軸に、長辺寸法Ｌ１をｎｍ単位で示し、横軸にデフォーカス値をμｍ単位で示している。なお、このグラフにおいて、設計上の開口部６０ａの長辺寸法Ｌ１は７２０ｎｍである。図３（ａ）のグラフより、デフォーカス値に対する開口部６０ａの長辺寸法Ｌ１の変化の挙動が、位相差によって大きく異なることが確認できる。
【００３７】
図３（ｂ）は、参照モニターパターン５０の開口部５０ａのウエハ上への転写パターンの長辺寸法Ｌ０から第１フォーカスモニターパターン６０の開口部６０ａのウエハ上への転写パターンの長辺寸法Ｌ１を差し引いた寸法差（Ｌ０-Ｌ１）と、デフォーカス値との関係を示すグラフである。縦軸、横軸の単位は図３（ａ）と共通する。参照モニターパターン５０の位相差は１８０度である。
【００３８】
第１フォーカスモニターパターン６０と参照モニターパターン５０とが同じ位相差を有する場合、即ち第１フォーカスモニターパターン６０の位相差が１８０度の場合は、全く同じ転写パターンが形成されるので開口部長辺寸法差（Ｌ０-Ｌ１）はデフォーカス値の値によらずほぼゼロとなるが、両モニターパターンの位相差が異なる場合は、デフォーカス値が変化すればこれに応じて開口部長辺寸法差（Ｌ０-Ｌ１）が変化する。
【００３９】
従って、図３（ｂ）のグラフに示す開口部長辺寸法差（Ｌ０-Ｌ１）とデフォーカス値の関係を示す各曲線を、フォーカスモニター方法におけるフォーカス較正曲線として使用することができる。
【００４０】
半導体装置の製造工程において、図１に示すフォトマスクを使用する場合は、ウエハ上にデバイスパターン４０を製造する際に、同時にウエハ上に参照モニターパターン５０と第１フォーカスモニターパターン６０の転写パターンが形成できるので、得られた転写パターンの開口部長辺寸法差（Ｌ０-Ｌ１）を測定すれば、フォーカス較正曲線に基づき、較正すべきデフォーカス値を求めることができる。
【００４１】
また、図３（ｂ）に示すように、第１フォーカスモニターパターン６０の位相差をパラメータにとると、デフォーカス値に対する開口部長辺寸法差（Ｌ０-Ｌ１）の変化の挙動は、位相差によって大きく異なることがわかる。従って、モニターパターン６０の位相差を最適に設定することにより、フォーカスモニターにより適したフォーカス較正曲線を得ることができる。なお、フォーカス較正曲線の開口部長辺寸法差は（Ｌ０−Ｌ１）でも（Ｌ１−Ｌ０）でもかまわない。
【００４２】
このような好ましいフォーカス較正曲線としては、例えば、デフォーカス値の変化に対する寸法差（Ｌ０-Ｌ１）値の変化が大きいものが挙げられる。また、曲線の変化が二次元的なものより、単調な増減変化を示すものが好ましい。二次元的な変化をする場合は、同じ寸法差（Ｌ０-Ｌ１）に対しデフォーカス値が二個対応し、一義的にデフォーカス値、即ちデフォーカスの方向を判断できないからである。また、フォーカス較正曲線の変化が大きいものがさらに好ましい。変化が大きいほど、高感度にデフォーカス値の変動を検出できるからである。
【００４３】
このような観点から判断すると、例えば、図３（ｂ）に示す条件下においては、第１フォーカスモニターパターン６０の位相差が９０度、１２０度、１５０度、２１０度、２４０度の場合、デフォーカス値の変化に対し単調に増加もしくは減少できるフォーカス較正曲線を得ることができるので好ましい。特に、位相差が１２０度の第１フォーカスモニターパターン６０を使用する場合は、直線に近似すると、その傾斜が大きいため、高感度な「フォーカス較正曲線」を得ることができる。なお、第１フォーカスモニターパターン６０の上記位相差を決めるに当たっては、必要とされるパターン精度が確保できる条件であればよい。
【００４４】
開口部とマスク部の位相差は、例えばマスク部となる部分の基板の厚みを変えることで調整できる。フォトマスクの基板としてガラス基板を用いる場合は、マスク部を予め、フッ酸等を用いたドライエッチング方法もしくはウェットエッチング方法を用いてエッチングし、この領域のガラス基板の厚みを所定の厚みまで薄くすることで、位相差を変えることができる。
【００４５】
上述の例は、デバイスパターン４０として素子分離パターン４０ａを作製する場合について説明したが、デバイスパターン４０は特に限定されない、半導体装置のプロセスで必要な種々のデバイスパターンを対象とすることができる。
【００４６】
例えば、図４に示すようなデバイスパターン４０としてＤＲＡＭのストレージノードパターン４１ａを形成する場合は、このストレージノードパターン４１ａと同じ平面形状、即ち形のみならずサイズ、ピッチ、配列方向等が同じ参照モニターパターン５０とモニターパターン６０を形成すればよい。
【００４７】
デバイスパターン４０としてストレージノードパターン４１ａを形成する場合は、参照モニターパターン５０は、ストレージノードパターン４１ａの位相差と同じものとし、第１フォーカスモニターパターン６０はこの位相差と異なる位相差を有するものとする。
【００４８】
図５（ａ）は、デバイスパターン４０にストレージノードパターン４１aを形成する場合のデフォーカス値と、ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターン６０の開口部の長辺寸法Ｌ１との関係をシミュレーションより求めたグラフである。また、図５（ｂ）は、転写された第１フォーカスモニターパターン６０と参照モニターパターン５０の開口部の長辺寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係を示すグラフである。いずれも第１フォーカスモニターパターン６０の位相差をパラメータにとっている。なお、参照モニターパターン５０の位相差は１８０度とする。また、グラフの単位等については、図３（ａ）、図３（ｂ）と共通する。
【００４９】
図５（ａ）のグラフから明らかなように、第１フォーカスモニターパターン６０の位相差をかえると、転写されたモニターパターン６０の開口部の長辺寸法Ｌ１は変化する。
【００５０】
また、図５（ｂ）のグラフに示すように、第１フォーカスモニターパターン６０と参照モニターパターン５０の位相差が異なる場合は、デフォーカス値の変化に伴い変化する開口部長辺寸法差（Ｌ１-Ｌ０）を得ることができる。図５（ｂ）に示す条件下においては、第１フォーカスモニターパターン６０の開口部６０ａとマスク部６０ｂの位相差が１５０度、１２０度、２１０度、２４０度の場合、デフォーカス値の増減に対応し、単調に増加もしくは減少するフォーカス較正曲線を得ることができる。特に、位相差が１２０度のモニターパターン６０を使用する場合は、直線に近似した場合は、その傾斜も大きいため、高感度なフォーカス較正曲線を得ることができる。なお、モニターパターンの上記位相差を決めるに当たっては、必要とされるパターン精度が確保できる条件であればよい。
【００５１】
デバイスパターン４０の種類ごとに、フォーカス較正曲線を求めることが望ましく、この条件に合わせ、第１フォーカスモニターパターン６０の最適な位相差を決めることが好ましい。
【００５２】
また、上述の例では、モニターパターンおよびデバイスパターンの寸法差を測定する際に、開口部の長辺のサイズを測定しているが、測定対象は、長辺部分に限られない。各パターンの形状に応じて、デフォーカスした場合に最もサイズ変化が把握しやすい部位を測定対象とすることが望ましい。
【００５３】
（実施例）
上記第１の実施の形態に係るフォトマスク１０を用いた、露光装置のフォーカスモニター方法についての具体的な実施例について、以下に説明する。
【００５４】
まず、図１に示す、参照モニターパターン５０と第１フォーカスモニターパターン６０を備えたフォトマスク１０を用いて以下の手順でウエハ上に転写パターンを作製した。即ち、デバイスパターンとして素子分離パターンを有し、デバイスパターン４０および参照モニターパターン５０の位相差が１８０度であり、第１フォーカスモニターパターン６０の位相差が１２０度のフォトマスクを用いて、ウエハ上にパターンの転写を行った。
【００５５】
転写のためのフォトリソグラフィ工程の各条件については、露光装置のフォーカス条件以外はデバイスパターンの作製条件と同一の条件を用いた。
【００５６】
まず、ウエハ上に厚さ約６０ｎｍの塗布型反射防止膜をスピンコートし、さらにその上に厚さ約２００ｎｍの化学増幅系ポジ型レジスト膜をスピンコートした。次に、このウエハに対し、上述した図１に示すフォトマスク１０を用いて、投影光学系の縮小比１/４、露光波長２４８ｎｍ、ＮＡ０．６８、コヒーレンスファクタσ０．７５、輪帯遮蔽率ε０．６７、設定露光量２８ｍＪ/cm2という条件で露光を行った。露光後、ウエハを１００℃にて約９０秒ポストエクスポージャーベーク（ＰＥＢ）し、さらに、０．２１規定のアルカリ現像液に約６０秒間浸漬し、現像を行い、ウエハ上に転写パターンを作製した。
【００５７】
この条件でウエハ上のレジストに転写された参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０の開口部の長辺寸法Ｌ０、Ｌ１を、ＳＥＭ（Scanning  Electron  Microscope）を用いて測定し、寸法差（Ｌ１-Ｌ０）を求めた。
【００５８】
さらに、露光位置条件、即ちデフォーカス値条件を変え、上述する手順と同じ手順で、ウエハ上に転写パターンを作製し、各条件での開口部の長辺寸法の寸法差（Ｌ１-Ｌ０）を求めた。
【００５９】
図６に、ウエハ上に転写された第１フォーカスモニターパターン６０の開口部の長辺寸法Ｌ１とデフォーカス値との関係を示す。また、図７に、第１フォーカスモニターパターン６０と参照モニターパターン５０との開口部の長辺寸法の差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係を示す。図６は横軸にデフォーカス値を単位μｍで示し、左側縦軸に長辺寸法（Ｌ１）、右側縦軸に寸法差（Ｌ１-Ｌ０）をそれぞれ単位ｎｍで示している。
【００６０】
図６中、実線Ａは、転写された参照モニターパターン５０、即ち位相差１８０度の場合の開口部長辺寸法Ｌ０とデフォーカス値の関係を示す。破線Ｂは、転写された第１フォーカスモニターパターン６０、即ち位相差１２０度の場合の開口部長辺寸法Ｌ１とデフォーカス値の関係を示す。さらに、一点鎖線Ｃは、参照モニターパターン５０と第１フォーカスモニターパターン６０の開口部長辺寸法の差（Ｌ１−Ｌ０）（以下、単に「寸法差（Ｌ１-Ｌ０）」という）を示す。
【００６１】
図６に示すように、寸法差（Ｌ1−Ｌ０）は、デフォーカス値の変化に対してほぼ単調に減少している。従って、一点鎖線Ｃをフォーカス較正曲線として使用することにより、寸法差（Ｌ１−Ｌ０）を測定すれば、デフォーカス値およびデフォーカスの方向（マイナス方向かプラス方向か）を知ることができる。また、このフォーカス較正曲線の変化（傾斜）が大きいので、感度の高いフォーカスモニターが可能であることが確認できた。
【００６２】
（露光量の影響）
次に、第１の実施の形態に係るフォトマスク１０を用いたフォーカスモニター方法において、露光装置の露光量が変化した場合の変動の影響を確認した。即ち、露光量を変化させた場合に、上述する寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係がどのように変化するかを確認した。具体的には、最適露光量である２８mJ/cm2を中心に−１０％から＋１０％まで露光量を変化させる各条件で、ウエハ上へのフォトマスクパターンの転写を上述する条件で行った。各露光条件における寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値の関係を求めた。図７にその結果を示す。
【００６３】
図７のグラフは、最適露光量である２８mJ/cm2を中心として露光量を-１０％, 〜 ＋１０％に変化させた場合の寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係を示したものである。露光量を-１０％〜＋１０％の間で変化させても、寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値との関係は、ほとんど変化しないことが確認できた。従って、上記第１の実施の形態に係るフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法によれば、たとえ露光量が変動しても、焦点からの位置ずれ量を高精度に検出できることが確認できた。
【００６４】
デバイスパターンに対し、サイズや形状の異なるフォーカスモニターパターンを使用した場合は、露光量が変動すると、転写されるデバイスパターンとフォーカスパターンでは異なる影響が生じうるため、フォーカスパターンに基づく正確なフォーカスモニターが困難である。しかし、第１の実施の形態に係るフォーカスモニター方法においては、デバイスパターンとフォーカスモニターパターンの平面パターン形状が同一であるため、露光量の変動に対して両パターンでほぼ同じ影響が生じるため、その影響が打ち消される。したがって、露光量の変動があっても、正確なフォーカスモニターを行える。
【００６５】
（レンズ収差の影響）
次に、第１の実施の形態に係るフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法において、露光装置のレンズ収差の影響について確認した。レンズ収差を表す際に広くもちいられているZernikeの多項式を用い、各項に対して一定量の大きさの収差がある場合のフォーカスモニター感度を確認した。なお、Zernike多項式は例えばR. Shannon and J. Wyant編「Applied optics and optical engineering, vol. XI (Academic Press, San Diego USA, 1992)」で詳しく説明されている。
【００６６】
図８（ａ）は、レンズに球面収差が存在する条件で、寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係をシミュレーションにより求めたものである。即ち、意図的に、参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０の両方にZernikeの多項式において第９項の球面収差についてのみ０．０５λだけ加えたレンズを使用して転写パターンを作製する場合の寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係を示すグラフである。
【００６７】
図８（ａ）のグラフ中に示された実線は、単調増加関数であり、フォーカスモニターのためのフォーカス較正曲線として適していることが確認できた。なお、この単調増加関数を直線近似し、その傾きを求めたところ、その値は約１１８ nm/μmであった。
【００６８】
図８（ｂ）は、レンズ収差がない場合の寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係をシミュレーションより求めたものである。この場合、実線で示される単調増加関数の傾きは、約１２０nm/μmであった。即ち、図８（ａ）と図８（ｂ）との比較から、レンズ収差の有無で、デフォーカス値と寸法差（Ｌ１-Ｌ０）との関係を示すフォーカス較正曲線の近似直線の傾きの変化は極めて小さいことが確認できた。
【００６９】
さらに、図８（ｃ）は、Zernike多項式の第１項〜第１６項の各項についてレンズ収差が存在する場合の寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係をシミュレーションより求め、さらに図８（ａ）と同様に、各単調増加関数の傾きを求めたグラフである。横軸にZernikeの各収差項、縦軸に傾きの絶対値を示す。
【００７０】
いずれの項の収差が存在しても、傾きの絶対値はほぼ一定値であり、大きな変化が見られない。この結果より、露光装置のレンズに収差が存在する場合でも第１の実施の形態に係るフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法によれば、レンズ収差の影響がなく、高感度のフォーカスモニターを行えることが確認できた。
【００７１】
デバイスパターンに対し、サイズや形状の異なるフォーカスモニターパターンを使用した場合は、露光装置にレンズ収差が存在すると、転写されるデバイスパターンとフォーカスパターンで異なる影響が生じうるため、フォーカスパターンに基づく正確なフォーカスモニターが困難である。しかし、第１の実施の形態に係るフォーカスモニター方法においては、デバイスパターンとフォーカスモニターパターンの平面パターン形状が同一であるため、どのようなレンズ収差が存在する場合にも、両パターンでほぼ同じ影響が生じるため、その影響が打ち消され正確なフォーカスモニターを行えることが確認できた。
【００７２】
以上に、説明するように、本発明の第１の実施の形態に係るフォトマスクは、デバイスパターン４０と同一の位相差条件を有する参照モニターパターン５０と、デバイスパターン４０と異なる位相差を有する第１フォーカスモニターパターン６０とを備えているので、ウエハ上に転写された参照モニターパターン５０とモニターパターン６０との寸法差（Ｌ１-Ｌ０）を測定することによりデフォーカス値を検出できる。
【００７３】
また、第１フォーカスモニターパターン６０の位相差を選択することにより、高感度のフォーカスモニターを行うことができるので、高精度にフォーカス条件を調整できる。
【００７４】
フォトマスク上のデバイスパターン４０と参照モニターパターン５０および第１フォーカスモニターパターン６０が同じ平面パターン形状を有しているため、露光装置のレンズ収差や露光量の影響相違をほぼ取り除くことができる。従って、第１の実施の形態に係るフォーカスモニター方法を使用すれば、レンズ収差や露光量の影響を受けない正確なフォーカスモニターを行うことができる。
【００７５】
以上、本発明の第１の実施の形態およびその実施例ついて説明したが、本発明の第１の実施の形態のフォトマスクの開口部とマスク部を反転し、ネガ型レジスト用のフォトマスクパターンとしてもよいことは当業者には自明である。
【００７６】
また、上述する第１の実施の形態に係るフォトマスクでは、デバイスパターンと同じ位相を持つ参照モニターパターン５０を、第１フォーカスモニターパターン６０の横に隣接配置させているが、これらのパターンの配置場所は特に限定されない。ただし、パターンの寸法Ｌ１，Ｌ０の測定を行う際、２つのモニターパターンを隣接配置させていれば、ＳＥＭ測定等はやりやすい。
【００７７】
なお、参照モニターパターン５０は、デバイスパターン４０と同じ平面パターン形状および位相条件を有するので、参照モニターパターン５０を使用せず、デバイスパターン４０の開口部長辺寸法Ｌを直接測定対象とすることもできる。この場合は、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、図１（ａ）図１（ｂ）に示したフォトマスクから、参照モニターパターン５０を削除したフォトマスクを使用できる。
【００７８】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態に係るフォトマスクの基本的な構造は、第１の実施の形態に係るフォトマスクと共通する。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した第１の実施の形態に係るフォトマスクと同様に、デバイスパターンと同じパターンを有する二種類のフォーカスモニターパターンを、デバイスパターン形成領域の外、例えばダイシング領域上に備える。第２の実施の形態に係るフォトマスクの主な特徴は、二種類の第１フォーカスモニターパターン６２および第２フォーカスモニターパターン５２、それぞれが有する位相差で、逆符号とするよう設定していることである。
【００７９】
図１０は、第２の実施の形態に係る第１フォーカスモニターパターン６２および第２フォーカスモニターパターン５２の平面図である。例えば、第１フォーカスモニターパターン６２の開口部６２ａとマスク部６２ｂの透過露光光の位相差が＋１２０度の場合、第２フォーカスモニターパターン５２の開口部５２ａとマスク部５２ｂの透過露光光の位相差（以下、「位相差」という。）は−１２０度に設定されている。マスク上の各開口部５２ａおよび６２ａの長辺寸法はＬ＊２、Ｌ＊３である。ここでは、デバイスパターンとして素子分離領域パターンを使用する場合を示しているが、デバイスパターンに限定はない。
【００８０】
具体的には、例えば第１フォーカスモニターパターン６２のマスク部６２ｂは、露光光に対して透過率が６％であり、開口部６２ａを透過する露光光に対し、位相を＋１２０度ずらす作用を持っている。一方、第２フォーカスモニターパターン５２のマスク部５２ｂは露光光に対して透過率が６％であり、開口部５２ａを透過する露光光に対し、位相を−１２０度ずらす作用を持っている。なお、−１２０度は+２４０度と等価な条件である。
【００８１】
図１１は、第２の実施の形態に係るフォトマスクを使用して、第１の実施の形態の実施例に示す条件でウエハ上に転写した第１フォーカスモニターパターン６２および第２フォーカスモニターパターン５２の開口部長辺寸法Ｌ３、Ｌ２およびその寸法差（Ｌ３−Ｌ２）とデフォーカス値との関係を示すグラフである。横軸にデフォーカス値を単位μｍで示し、左側縦軸に開口部長辺寸法Ｌ２またはＬ３、右側縦軸に寸法差（Ｌ３-Ｌ２）を単位ｎｍで示している。
【００８２】
実線Ａは、位相差が−１２０度である第２フォーカスモニターパターン５２によってウエハ上に転写された開口部の長辺寸法Ｌ２とデフォーカス値の関係を示す。破線Ｂは、位相差が＋１２０度である第１フォーカスモニターパターン６２によってウエハ上に転写された開口部の長辺寸法Ｌ３とデフォーカス値との関係を示す。さらに、一点鎖線Ｃは、第１フォーカスモニターパターン６２と第２フォーカスモニターパターン５２の開口部長辺寸法差（Ｌ３−Ｌ２）とデフォーカス値との関係を示す。
【００８３】
このように、二種類のモニターパターンにおいて、両者の位相差の値を絶対値は等しく符号が逆になるように設定すると、デフォーカス値に対する転写パターンの開口部長辺寸法Ｌ２とＬ３の増減変化が互いに逆の関係になるので、デフォーカス値の変化に対する寸法差（Ｌ３−Ｌ２）の変化を大きくできる。従って、フォーカスモニター方法において、この寸法差（Ｌ３−Ｌ２）とデフォーカス値との関係をフォーカス較正曲線として使用すれば、直線に近似した場合、大きな傾きが得られ、高感度のフォーカスモニターが可能になる。
【００８４】
例えば、図６に示す第１の実施の形態の場合と比較すると、フォーカス較正曲線を直線近似した場合の直線の傾斜は約２倍であり、モニター感度が大きく改善されるのがわかる。
【００８５】
このように、第２の実施の形態にかかるフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法では、第１の実施の形態に係るフォトマスクを用いたフォーカスモニター方法をさらに高感度なものにすることができる。
【００８６】
なお、ここでは、第１フォーカスモニターパターン６２の位相差と第２フォーカスモニターパターン５２の位相差を＋１２０度と−１２０度に設定したが、形成するパターン精度にあわせて、種々の位相差を設定できる。例えば図３（ａ）のグラフを参考にすると、デフォーカス値変化に対し、開口部長辺寸法Ｌ１の変化の増減が逆の関係にあるもの、例えば９０度と２７０度、即ち＋９０度と−９０度、１５０度と２１０度、即ち＋１５０度と−１５０度といった組み合わせを選択できる。
【００８７】
なお、具体的なフォーカスモニターの手順については第１の実施の形態に係る方法と同様な方法で行うことができる。また、デバイスパターンとしては、素子分離領域パターンのみならず、種々のパターンを適用できる。
【００８８】
第２の実施の形態に係るフォトマスクを使用するフォーカスモニター方法においても、第１の実施の形態の場合と同様に、フォトマスク上のデバイスパターン４０と第１フォーカスモニターパターン５２および第２フォーカスモニターパターン６２が同じ平面パターン形状を有しているため、露光装置のレンズ収差や露光量の影響相違をほぼ取り除くことができる。従って、第２の実施の形態に係るフォーカスモニター方法を使用すれば、レンズ収差や露光量の影響を受けない正確なフォーカスモニターを行うことができる。
【００８９】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態に係るフォトマスクは、露光量（ドーズ量）をモニターするために使用する２種類のモニターパターンを有するものである。
【００９０】
図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、第３の実施の形態に係るフォトマスク１５の部分拡大平面図および破断線Ａ−Ａにおける断面図を示す。基本的なフォトマスクの構造は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す第１の実施の形態に係るフォトマスクと共通する。デバイスパターン４０と同一平面パターン形状を有する参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０を、デバイスパターン４０の外、例えばウエハ上のダイシング領域に相当する領域２０上に有する。この二種類の参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０は、露光装置からウエハ上に照射される光の露光量（ドーズ量）をモニターするためのパターンである。なお、ここでは、デバイスパターンとして素子分離領域パターンを例示するが、デバイスパターンは特に限定されない。
【００９１】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）に、参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０の平面図を示す。参照モニターパターン８０および露光量モニターパターン９０は、デバイスパターン４０の一部のパターンと同じ平面パターン形状を有する。即ち、素子分離パターン４０ａと同じ形状、サイズの単位開口部８０ａ、９０ａが同じピッチ、同じ方向に配列されている。マスク上の開口部８０ａ、９０ａのそれぞれの長辺寸法は、Ｌ＊４、Ｌ＊５である。
【００９２】
また、参照モニターパターン８０および露光量モニターパターン９０の領域サイズは、パターン転写条件、即ちレジストの形成、露光および現像に至る一連のフォトリソグラフィ工程時の条件がデバイスパターン４０とほぼ同じになるように領域サイズが設定されている。
【００９３】
さらに、参照モニターパターン８０および露光量モニターパターン９０の各開口部とマスク部の透過露光光の位相差は、デバイスパターン４０の開口部とマスク部の透過露光光の位相差と同一である。
【００９４】
特徴的なことは、参照モニターパターン８０の開口部８０ａがデバイスパターン４０の開口部４０ａと同じ透過率を有するのに対し、露光量モニターパターン９０の開口部９０ａは、これと異なる透過率を有していることである。例えば参照モニターパターン８０の開口部８０ａが１００％の露光光透過率を有するとき、露光量モニターパターン９０の開口部９０ａの露光光透過率は例えば９８〜８４％の透過率を有する。
【００９５】
図１４は、第３の実施の形態に係るフォトマスク１５を使用して、露光量条件を変えて、ウエハ上に転写パターンを形成し、ウエハ上に転写された参照モニターパターン８０および露光量モニターパターン９０の開口部長辺寸法Ｌ４、Ｌ５をＳＥＭを用いて測定した結果より、その寸法差（Ｌ５−Ｌ４）と露光量の関係を求めたグラフである。縦軸に、単位ｎｍで寸法差（Ｌ５−Ｌ４）を示し、横軸に露光量を％単位で示している。なお、基本的な転写パターン条件は、第１の実施の形態の実施例の条件を用いるものとする。
【００９６】
同図から明らかなように、寸法差（Ｌ５−Ｌ４）と露光量とは、ほぼ直線に近似できる相関があり、参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０の寸法差（Ｌ５−Ｌ４）を測定することで、露光量の変動をモニターすることができることがわかる。即ち、寸法差（Ｌ５-Ｌ４）と露光量の関係を示すグラフ中の線は、露光量モニター方法における露光量較正曲線として使用することができる。
【００９７】
半導体装置の製造工程において、図１２に示すフォトマスク１５を用いてウエハ上にデバイスパターン４０を製造する際に、同時にウエハ上に参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０の転写パターンが形成できるので、得られた転写パターンの開口部長辺寸法差（Ｌ５-Ｌ４）を測定すれば、露光量較正曲線に基づき、露光量変動値を求めることができる。
【００９８】
図１５は、露光量モニターパターン９０の開口部９０ａの透過率と、露光量較正曲線を直線近似した場合の傾きの絶対値との関係を示すグラフである。なお、参照モニターパターン８０の開口部８０ａの透過率は１００％である。
【００９９】
より感度の高い露光量モニターを行うためには、露光量較正曲線の傾きの絶対値が高い程望ましい。図１５によれば、露光量モニターパターン９０の開口部９０ａの透過率を低くする程、傾きの絶対値が大きくなり、感度が高くなることがわかる。しかし、例えば１３０ｎｍピッチ程度の微細な素子分離領域パターンを形成する場合において、開口部９０ａの透過率が８４％未満になると、開口部９０ａとマスク部９０ｂとのコントラストが不十分となり、転写パターン自体の解像ができなくなる。従って、十分なパターン解像度が得られる範囲内、即ち、コントラストを有する転写パターンが形成できる範囲内で、開口部９０ａの露光光透過率を下げることが望ましい。従って、参照モニターパターン８０の開口部透過率が１００％の場合、露光量モニターパターン９０の開口部透過率は、８４％以上９８％以下、より好ましくは、９０％以上９５％以下が好ましいといえる。なお、デバイスパターン４０の開口部４０ａおよび参照モニターパターン８０の開口部８０ａの透過率は１００％に限定されない。参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０の露光光透過率の差として２％〜１６％、より好ましくは５％〜１０％有することが好ましい。
【０１００】
（デフォーカスの依存性）
図１６は、第３の実施の形態に係るフォトマスクを用いる露光量モニター方法において、デフォーカス（焦点位置ずれ）が生じた場合の影響について示すグラフである。横軸に露光量、縦軸に寸法差（Ｌ５−Ｌ４）を示す。デフォーカス値を＋０．３μｍ〜−０．３μｍまで変えたところ、同グラフに示すように、露光量と寸法差（Ｌ５−Ｌ４）の関係を示す線はほぼ重なる。この結果より、第３の実施の形態に係る露光量モニター方法を用いる場合は、デフォーカス値に依存することなく露光量の変動値を正確にモニターできることが確認できる。
【０１０１】
第１の実施の形態の場合と同様に、第３の実施の形態に係るフォーカスモニター方法においては、デバイスパターンと露光量フォーカスモニターパターンの平面パターン形状、位相差条件等が同一であるため、デフォーカス値の変動に対して両パターンでほぼ同じ影響が生じるため、その影響が打ち消され、デフォーカス値の変動があっても、正確な露光量モニターを行える。
【０１０２】
（レンズ収差の影響）
図１７は、第３の実施の形態に係るフォトマスクを用いる露光量モニター方法において、露光装置のレンズ収差の影響について示すグラフである。第１の実施の形態において説明したように、球面収差が存在する条件で、寸法差（Ｌ５―Ｌ４）と露光量との関係をシミュレーションより求めたものである。意図的に、モニターパターン８０およびモニターパターン９０の両方にZernikeの多項式において第９項の球面収差についてのみ０．０５λだけ加えたレンズを使用して転写パターンを作製する場合の寸法差（Ｌ５-Ｌ４）と露光量の関係を示すグラフである。図１７のグラフ中に示された実線は、ほぼ単調増加関数であり、レンズ収差なしの条件で求めた図１４のグラフとほぼ同じ傾斜の単調増加関数が得られている。この結果より、レンズ収差が存在する場合にも感度の高い露光量モニターが可能であることが確認できる。
【０１０３】
図１８に示すグラフは横軸にZernike収差の項すなわち収差の種類を示し、縦軸に露光量較正曲線を直線近似した場合の傾きの絶対値を示す。同図から予想されるように、収差の種類により傾きの変化はほとんど起こっていない。すなわち第３の実施の形態に係る露光量モニター方法によれば、露光装置のレンズに何らかの収差が存在する場合でもその影響を受けない状態で露光量をモニターすることが可能である。
【０１０４】
第１の実施の形態の場合と同様に、第３の実施の形態に係るフォトマスクは、デバイスパターンと露光量モニターパターンの平面パターン形状、位相差条件が同一であるため、どのようなレンズ収差が存在する場合にも、両パターンでほぼ同じ影響が生じるため、その影響が打ち消され正確な露光量モニターを行える。
【０１０５】
以上に説明するように、第３の実施の形態に係る露光量のモニター方法によれば、開口部の透過率が異なる２種類のモニターパターンを使用し、転写パターンの寸法差（Ｌ５−Ｌ４）を求めることで、露光量の変動値を求めることができる。
【０１０６】
なお、参照モニターパターン８０は、デバイスパターンと同じ条件を有するものであるから、参照モニターパターン８０の開口部長辺長さＬ４の代わりにデバイスパターン４０の開口部長辺長さＬを直接測定してもよい。この場合は、図１２に示すフォトマスク１５において、参照モニターパターン８０を削除することもできる。
【０１０７】
また、フォトマスク１５上のデバイスパターン４０と参照モニターパターン８０および露光量モニターパターン９０が同じ平面パターン形状および位相差条件を有しているため、露光装置のレンズ収差や露光量の影響相違をほぼ取り除くことができる。従って、レンズ収差や焦点ずれの影響を受けない正確な露光量モニターを行うことができる。
【０１０８】
なお、本発明の第３の実施の形態のフォトマスクの開口部とマスク部を反転し、ネガ型レジスト用のフォトマスクパターンとしてもよい。
【０１０９】
また、上述する本発明の第３の実施の形態に係るフォトマスクでは、モニターパターンを２つ備え、一方のモニターパターン８０をデバイスパターン４０と同じ平面パターン形状とサイズを有するパターンを持ち、開口部の露光光透過率は、デバイスパターン４０内の条件と同じ条件としているが、参照モニターパターン８０の代わりにデバイスパターン４０の開口部長辺長を直接測定対象とすることもできる。この場合は、図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すフォトマスクから、参照モニターパターン８０を削除することもできる。
【０１１０】
＜その他のフォトマスク＞
以上に第１〜第３の実施の形態について説明したが、一枚のフォトマスク上に露光装置のフォーカスモニター用のモニターパターンと露光量モニター用のモニターパターンの双方を備えたフォトマスクを使用することが望ましい。
【０１１１】
例えば、図２０に示すように、フォトマスク１８のダイシング領域上に第１の実施の形態に係るデバイスパターンと同じ位相差条件を持つ参照モニターパターン５０と、フォーカスモニターパターン６０を備えるとともに、第３の実施の形態に係る露光量モニターパターン９０を備える。
【０１１２】
フォーカスモニターを行う場合は、ウエハ上に転写した参照モニターパターン５０とフォーカスモニターパターン６０の対応する開口部長辺寸法差を測定し、露光量モニターを行う場合は、ウエハ上に転写した参照モニターパターン５０と露光量モニターパターン９０の開口部長辺寸法差を求めるとよい。
【０１１３】
フォトマスク１８を使用すれば、フォーカスと露光量双方をモニターすることができる。
【０１１４】
また、第２の実施の形態に係る第１フォーカスモニターパターン６２と第２フォーカスモニターパターン５２と第３の実施の形態に係る参照モニターパターン８０と露光量モニターパターン９０とを一枚のフォトマスク上に備えてもよい。
【０１１５】
なお、一枚のフォトマスク上に形成するモニターパターンは、デバイスパターンの形成領域以外の部分に形成されていればよく、数や配置位置に制限はない。
【０１１６】
＜半導体装置の製造方法＞
図２０は、第１の実施の形態に係るフォトマスクおよびフォーカスモニター方法を用いて、半導体装置を製造する場合のフローチャートである。
【０１１７】
まず、半導体装置の製品ロットの製造に先立ち、第１の実施の形態に係る図１に示すフォトマスク１０を使用し、ステップ１０１で、フォーカスモニター用の転写パターンサンプルを作製する。これらの転写パターンサンプルは、第１の実施の形態に係るフォトマスクを用いて、複数の異なる露光装置のデフォーカス値条件で、それぞれ作製する。デフォーカス値以外のフォトリソグラフィ条件については、製品ロットと同じ条件を用いるものとする。
【０１１８】
次に、ステップ１０２で、作製したサンプルの転写モニターパターン５０と６０の長辺寸法Ｌ０，Ｌ１をＳＥＭを用いて測定し、寸法差（Ｌ１-Ｌ０）とデフォーカス値との関係を示すフォーカス較正曲線データを作成する。
【０１１９】
ステップ１０２で作成したフォーカス較正曲線データから露光装置のベストフォーカス位置をもとめ、露光装置を焦点位置に設定する（ステップ１０３）。
【０１２０】
こうして、露光装置の位置を焦点位置に調整した後、第１の実施の形態に係るフォトマスクを使用し、実際の半導体装置の製品ロットを製造工程に流す（ステップ１０４）。
【０１２１】
製品ロットの製造が終了したら、製造した中から複数枚のウエハを抜き出し、各ウエハについて転写されたモニターパターン５０と６０の開口部長辺寸法Ｌ１，Ｌ０を測定し、寸法差（Ｌ１-Ｌ０）の平均値を求める（ステップ１０５）。
【０１２２】
ステップ１０２で求めたフォーカス較正曲線データに基づき、寸法差（Ｌ１-Ｌ０）の平均値から焦点位置ずれの有無を判断する（ステップ１０６）。焦点位置ずれがない場合は、次の半導体装置の製品ロットの製造工程に進む（ステップ１０８）。焦点位置ずれが有る場合は、フォーカス較正曲線データからデフォーカス値を求め、この値を露光装置条件にフィードバックし、露光装置の焦点位置を再調整する（ステップ１０７）。その後、次の半導体装置の製品ロットを製造する。
【０１２３】
次製品ロットがない場合はプロセスを終了するが、次製品ロットがある場合は再びステップ１０５に戻り（ステップ１０９）、ステップ１０５〜１０８を繰り返す。
【０１２４】
このように、第１の実施の形態に係るフォトマスクを使用して、半導体装置の製造を行えば、ロットごとにデフォーカス値をフィードバックし、露光装置の焦点位置を調整するので、精度の高いフォーカスモニターを行うことができる。従って、焦点ずれにより生じるパターン精度の誤差を抑制でき、製品の歩留まりをあげることができる。
【０１２５】
第２の実施の形態に係るフォーカスモニター方法、第３の実施の形態にかかる露光量モニター方法を用いた半導体装置の製造方法も同様な手順で行うことができる。
【０１２６】
以上、実施の形態に沿って、本発明のフォトマスク、フォーカスモニター方法、露光量モニター方法、および半導体装置の製造方法について説明したが、本発明は、これらの記載に限定されるものではなく、種々の材料の置換、改変、改良が可能であることは当業者には自明である。
【０１２７】
例えば、上述する第１〜第３の実施の形態では、デバイスパターンとして、単位パターンが同じピッチで繰り返し配置されたパターンを例示しているが、パターンサイズやパターンピッチが場所により異なるデバイスパターンを用いてもよい。この場合は、デバイスパターン中で、最も解像度が厳しい条件のパターンエリアを抜き出して、フォーカスモニターパターンあるいは露光量モニターパターンとすることが好ましい。
【０１２８】
【発明の効果】
本発明の第１および第２のフォトマスクによれば、本発明のフォーカスモニター方法を実行することが可能になる。このフォーカスモニター方法によれば、高感度なフォーカスモニター方法を提供できる。また、露光装置のレンズ収差の影響や露光量の変化の影響を抑制できるので、精度の高いフォーカスモニターを行うことができる。また、本発明のフォーカスモニター方法を使用した半導体装置の製造方法によれば、プロセスマージンの消費を抑え、歩留まりの高いプロセスを提供できる。
【０１２９】
本発明の第３のフォトマスクによれば、本発明の露光量モニター方法を実行することが可能になる。この露光量モニター方法によれば、高感度な露光量モニター方法を提供できる。また、露光光源のレンズ収差の影響や露光光源の焦点ずれを抑制できるので、精度の高い露光量モニターを行うことができる。また、本発明の露光量モニター方法を使用した半導体装置の製造方法によれば、プロセスマージンの消費を抑え、歩留まりの高いプロセスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るフォトマスクの平面図および断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係るフォトマスクに形成されるフォーカスモニター用モニターパターンの平面図である。
【図３】第１の実施の形態に係る第１フォーカスモニタ−パターン６０の位相差をパラメータとする、開口寸法Ｌ１とデフォーカス値の関係および寸法差（Ｌ０−Ｌ１）とデフォーカス値の関係を示すグラフである。
【図４】別のデバイスパターンの例を示す平面図である。
【図５】第１の実施の形態に係る第１フォーカスモニタ−パターン６０の位相差をパラメータとする、開口寸法Ｌ１とデフォーカス値の関係および寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値の関係を示すグラフである。
【図６】第１の実施の形態に係るウエハ上に転写されたモニタ−パターン寸法Ｌ１，Ｌ０とデフォーカス値の関係および寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値の関係を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態に係るウエハ上に転写されたモニタ−パターン寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値の関係に対する露光量の影響を示すグラフである。
【図８】第１の実施の形態に係るウエハ上に転写されたモニタ−パターン寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値の関係に対するレンズ収差の影響を示すグラフである。
【図９】第１の実施の形態に係る別のフォトマスクを示す平面図である。
【図１０】第２の実施の形態に係るフォトマスク上に形成されるフォーカスモニターパターンの平面図である。
【図１１】第２の実施の形態に係るウエハ上に転写されたモニタ−パターン寸法Ｌ１，Ｌ０とデフォーカス値の関係および寸法差（Ｌ１−Ｌ０）とデフォーカス値の関係を示すグラフである。
【図１２】第３の実施の形態に係るフォトマスクを示す平面図である。
【図１３】第３の実施の形態に係るフォトマスク上に形成されるモニターパターンの平面図である。
【図１４】第３の実施の形態に係るモニタ−パターンの寸法差（Ｌ５−Ｌ４）と露光量との関係を示すグラフである。
【図１５】第３の実施の形態に係るモニタ−パターン９０の開口部透過率と露光量較正曲線の傾きとの関係を示すグラフである。
【図１６】第３の実施の形態に係るモニタ−パターンの寸法差（Ｌ５−Ｌ４）と露光量との関係に与えるデフォーカスの影響を示すグラフである。
【図１７】第３の実施の形態に係るモニタ−パターンの寸法差（Ｌ５−Ｌ４）と露光量との関係に与える露光装置のレンズ収差の影響を示すグラフである。
【図１８】第３の実施の形態に係る露光量較正曲線の傾きに与えるレンズの各Zernike収差の影響を示すグラフである。
【図１９】その他のフォトマスクの平面図を示す。
【図２０】第１の実施の形態に係るフォーカスモニター方法を使用した半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図２１】従来のフォーカスモニター方法で使用されるモニターパターンを示す概略平面図である。
【図２２】従来のモニターパターンを使用した場合の転写パターンの長さｌとデフォーカスの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  フォトマスク
２０  ダイシング相当領域
４０  デバイスパターン
５０、８０  参照モニターパターン
６０、６２  第１フォーカスモニターパターン
５２  第２フォーカスモニターパターン
７０  マスク基板
８０  参照モニターパターン
９０  露光量モニターパターン
【図１】
0003850746.tif 000002
【図２】
0003850746.tif 000003
【図３】
0003850746.tif 000004
【図４】
0003850746.tif 000005
【図５】
0003850746.tif 000006
【図６】
0003850746.tif 000007
【図７】
0003850746.tif 000008
【図８】
0003850746.tif 000009
【図９】
0003850746.tif 000010
【図１０】
0003850746.tif 000011
【図１１】
0003850746.tif 000012
【図１２】
0003850746.tif 000013
【図１３】
0003850746.tif 000014
【図１４】
0003850746.tif 000015
【図１５】
0003850746.tif 000016
【図１６】
0003850746.tif 000017
【図１７】
0003850746.tif 000018
【図１８】
0003850746.tif 000019
【図１９】
0003850746.tif 000020
【図２０】
0003850746.tif 000021
【図２１】
0003850746.tif 000022
【図２２】
0003850746.tif 000023