JP2009104024A - 露光マスク、フォーカス測定方法及びパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置のデフォーカス量を簡単に且つ精度良く測定する。
【解決手段】露光用マスク１０は、マスク基板１１にフォーカス測定パターンが設けられ、フォーカス測定パターンは、第１のピッチにより配列された少なくとも３本の第１パターン２２ａを含む第１パターン群１５ａと、第１のピッチとは異なる第２のピッチにより配列された少なくとも３本の第２パターン２２ｂを含む第２パターン群１５ｂとを備え、第１パターン群及び第２パターン群は、いずれも、マスク基板１１に設けられた複数の凹領域及び複数の凸領域により構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電子デバイス製造等において使用される露光マスクと、それを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法とに関する。

近年の電子デバイス製造における微細加工技術の進展に伴い、リソグラフィ工程におけるフォーカスマージンが狭くなってきている。そのため、少ないプロセスマージンを有効活用して安定した歩留りを維持するため、より高精度なフォーカス管理が必要となっている。

レジストパターンを用いる従来のフォーカス測定方法としては、例えば特許文献１に記載のＰＳＦＭ法（Phase Shift Focus Monitor 法）が挙げられる。

ＰＳＦＭ法は、いわゆるレベンソン型の位相シフトマスク（Alternating Phase Shift Mask）を用いて、孤立線パターン（孤立線状の遮光パターン）の両側において位相差が１８０°以外（最適値は９０°）になるようなパターンをデフォーカス状態で露光した時に、前記孤立線パターンの像が横方向（孤立線パターンが伸びる方向に対して垂直な方向）に移動する現象を利用したフォーカス測定方法である。

ＰＳＦＭ法によると、孤立線パターンの像の移動距離は、ベストフォーカス近傍においてほぼ直線的に変化するため、一度の露光によって符号突きのデフォーカス量（所定のフォーカス値のベストフォーカス値に対する差）を決定することができる。
米国特許第５３００７８６号明細書 Proceeding of SPIE, Volume 5567, pp. 669-679

しかしながら、以上に説明したＰＳＦＭ法には、次のような課題がある。

ＰＳＦＭ法では、その原理上、いわゆるレベンソン型の位相シフトマスクを用いなければならない。更に、ＰＳＦＭ法においては９０°等の位相シフター（１８０°前後を含まない所定の範囲に含まれる値の位相シフター）を用いる。これに対し、一般的なデバイス製造においては１８０°前後の所定の範囲に含まれる値の位相シフターを用いる。このため、ＰＳＦＭ法を用いる場合、フォーカス測定用のテストパターンをデバイス製造用マスクに配置することが難しい。尚、「１８０°の位相シフター」とは、光が該位相シフターを透過することにより、透過していない光との位相差が１８０°となるような位相シフターを意味するものとする。同様に、「９０°の位相シフター」等についても、光が透過することにより、透過していない光に対して所定の位相差を生じるような位相シフターのことである。

以上に鑑み、本発明は、１８０°前後の範囲以外の位相シフターを用いること無しに露光装置のデフォーカス量を簡単に且つ精度良く測定するための露光マスク及びそれを用いたフォーカス測定方法を提供すると共に、このフォーカス測定方法を応用したデバイス製造方法及び露光装置管理方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る露光マスクは、マスク基板にフォーカス測定パターンが設けられ、フォーカス測定パターンは、第１のピッチにより配列された少なくとも３本の第１パターンを含む第１パターン群と、第１のピッチとは異なる第２のピッチにより配列された少なくとも３本の第２パターンを含む第２パターン群とを備え、第１パターン群及び第２パターン群は、いずれも、マスク基板に設けられた複数の凹領域及び複数の凸領域により構成される。

本発明の露光マスクによると、第１パターン群を構成する第１パターンが配置される第１のピッチと、第２パターン群を構成する第２パターンが配置される第２のピッチとは異なる。このため、露光装置により該露光マスクを用いたマスクパターンの転写を行なう際、第１パターン群と第２パターン群とでは露光マスク中から外に向けての光の伝播状態が異なる。特に、入射光の露光マスクへの入射角が大きい斜入射照明の場合、第１パターン群と第２パターン群とでは、マスクパターンが転写される基板上におけるベストフォーカス位置が異なるようになる。このため、基板に第１パターンが転写された第１転写パターンと第２パターンが転写された第２転写パターンとの寸法差に基づいて、露光装置のデフォーカス量を容易に且つ高精度に求めることができる。

尚、第１パターン群と、第２パターン群とは、所定の距離内に配置されていることが好ましい。

つまり、第１のパターン群及び第２のパターン群を共に用いてフォーカス測定を行うのであるから、両パターン群は近くに並んで配置されていることが望ましい。但し、両パターン群の光学的な孤立性を保つことができる程度には離れて配置されている必要もある。

また、第１パターン及び第２パターンは、複数の凸領域として設けられていることが好ましい。また、第１パターン及び第２パターンは、複数の凹領域として設けられていることも好ましい。

このように、第１パターン群を構成する少なくとも３本の第１パターン及び第２パターン群を構成する少なくとも３本の第２パターンは、いずれも、凸領域又は凹領域のいずれかとして構成されていればよい。

また、複数の凹領域は、マスク基板に対して彫り込みを施した領域であり、複数の凸領域は、マスク基板における彫り込みを施していない領域であることが好ましい。

マスク基板において、複数の凹領域及び複数の凸領域をこのようにして実現しても良い。

また、第１パターン及び第２パターンは、いずれもラインパターンであることが好ましい。

また、第１パターン及び第２パターンは同一線幅を有することが好ましい。

このようにすると、デフォーカス量の測定をより確実に行なうことができる。

また、凸領域の少なくとも一部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。また、凸領域のうちの凹領域との境界部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。また、凸領域の全面が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。

このようにすると、それぞれ凸領域における光の透過率を設定することができ、局所的な実効光透過率の調整も可能となる。

前記の目的を達成するため、本発明に係るフォーカス測定方法は、本発明に係るいずれか一つの露光マスクを用い、投影露光装置の投影光学系を用いてマスクパターンの転写を行なう際のフォーカスを求めるフォーカス測定方法であって、第１パターンが基板に転写された第１転写パターンの寸法及び第２パターンが基板に転写された第２転写パターンの寸法をそれぞれ測定する工程（ａ）と、第１転写パターンと第２転写パターンとの寸法差を算出する工程（ｂ）と、寸法差と、予め準備したリファレンスデータとを比較してフォーカスを算出する工程（ｃ）とを備える。

本発明のフォーカス測定方法によると、配置のピッチが異なる第１パターン群及び第２パターン群に対応する第１転写パターン及び第２転写パターンの寸法差を、予め求めたリファレンスデータと比較することにより、デフォーカス量を測定することができる。

前記の目的を達成するため、本発明に係るパターン形成方法は、本発明に係るフォーカス測定方法によりフォーカス値を求める工程と、投影露光装置にフォーカスをフィードバックし、他の基板に対するマスクパターンの転写を行なう工程とを有する。

本発明のパターン形成方法によると、本発明の露光マスクを利用するフォーカス測定方法により基板にマスクパターンを転写する際のデフォーカス量を求め、投影露光装置に該デフォーカス量をフィードバックして利用することができる。

尚、ＰＳＦＭ法によるフォーカス測定とは異なり、本発明の場合には１８０°前後の範囲以外の位相シフターを用いることは不要である。このため、本発明の露光マスクと該露光マスクを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法とは、一般に１８０°前後の範囲の位相シフターを有するフォトマスクを用いるデバイス製造において有利である。

本発明の露光マスクとこれを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法によると、１８０°以外の位相シフターを用いることなくフォーカスの測定を行なうことができ、一般的なデバイス製造において容易且つ高精度なフォーカス管理を行なうことができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る露光マスクについて、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本実施形態の露光マスク１０の構造を示す図である。

図１（ａ）に示す通り、露光マスク１０は、例えばガラスからなるマスク基板１１を用いて構成される。マスク基板１１には１ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域１２が定められ、ショット領域１２中に、フォーカス測定用のパターンを有するフォーカス測定領域１３が設けられている。

フォーカス測定領域１３には、図１（ｂ）に平面図を示すようなパターン群が、異なる二つの密集度（ピッチ）をもって第１パターン群１５ａ及び第２パターン群１５ｂとして形成されている。

第１パターン群１５ａ及び第２パターン群１５ｂは、いずれも、図２（ａ）に斜視図を示すような構造を有する。つまり、マスク基板１１に対して彫り込みが施された凹領域でありバックグラウンドを形成する明領域２１に、彫り込みが施されていない凸領域であり暗像を形成するパターン２２が配置された構造である。ここで、彫り込みの有無により、凹領域である明領域２１を透過する露光光と、凸領域であるパターン２２を透過する露光光とは１８０°の位相差を有する。但し、位相差は１８０°のみには限られず、１８０°前後の所定の範囲の位相差であれば良い。具体的な範囲は条件によるが、例えば１８０°に対して±１０°程度、つまり１７０°〜１９０°程度の範囲であればよい。

尚、第１パターン群１５ａ及び第２パターン群１５ｂの両方を用いて所定の領域（本実施形態では、フォーカス測定領域１３）におけるフォーカス測定を行うのであるから、これら２つのパターン群は互いに十分近くに並んで配置されている必要がある。但し、両パターン群の光学的な孤立性を保つ必要があるため、近すぎるのは不都合であり、ある程度は離れて配置されている必要もある。具体的には、最低でも０．５μｍは間隔を開けて配置されていることが望ましく、より望ましくは１μｍ以上の間隔を開けて配置されていることが望ましい。

具体例として、本実施形態の場合には、第１パターン群１５ａと第２パターン群１５ｂとは１．５μｍ程度の間隔を開けて配置されている。

図２（ｂ）及び図２（ｃ）には、互いに線幅が同じでピッチが異なる第１パターン群及び第２パターン群の断面を順に示している。図２（ｂ）に示す第１パターン群において、暗像を形成する直線パターンとしての第１パターン２２ａの線幅Ａは８０ｎｍであり、第１の明領域２１ａを挟んで配置のピッチＢは２２０ｎｍである。また、図２（ｃ）に示す第２パターン群において、暗像を形成する直線パターンとしての第２パターン２２ｂの線幅Ｃは第１パターン２２ａと同じ８０ｎｍであるが、第２の明領域２１ｂを挟んで配置のピッチＤは４２０ｎｍであって、第１パターン群の場合よりも大きい。尚、第１パターン２２ａ及び第２パターン２２ｂはいずれも５本とする。また、以上の寸法は、いずれも、マスクに対して例えば五分の一等に縮小されるウェハ上における換算値を示している。

次に、図３には、投影露光装置の投影光学系を用いてウェハ上に本実施形態の露光マスク１０に設けられた第１パターン群２２ａ及び第２パターン群２２ｂを転写した際のライン寸法を、フォーカス位置に対してシミュレーションした結果を示している。

ここでは、ＮＡ（Numerical Aperture）０．７５の投影光学系を介すると共に４眼照明を用いた場合を示している。また、ピッチが２２０ｎｍ及び４２０ｎｍである第１パターン群２２ａ及び第２パターン群２２ｂの他に、ピッチが１８０、２６０、３００、３４０、３８０ｎｍである場合についても合わせて示している。尚、４眼照明に代えて輪帯照明、２眼照明等を用いても良いが、斜入射照明であることが望ましい。

図３に示す通り、それぞれのピッチをもって配置された直線パターンが転写されたライン寸法は、所定のフォーカス位置において極大となり、その位置からフォーカスが離れるにつれて小さくなる（ラインが細くなる）傾向がある。更に、それぞれのパターンについてベストフォーカス位置、つまり、ライン寸法が極大となるフォーカス位置がピッチによって異なっている。これは、露光マスク１０におけるピッチの違いによって露光マスク１０内から外に向けての光の伝播状態が異なり、露光マスク１０に対する入射光の入射角が大きい斜入射照明を用いているためにフォーカス位置が変動することに起因する。

図４には、図３に示したピッチが２２０ｎｍである第１パターン群に対応する転写後のライン寸法と、ピッチが４２０ｎｍである第２パターン群に対応する転写後のライン寸法との差（線幅差）を、転写の際のフォーカス位置に対してプロットした結果を示す。図４に示される通り、転写の際のフォーカス位置に対し、第１パターン群及び第２パターン群に関する線幅差は単調増加の傾向がある。このため、異なる二つのパターン群について、その寸法差を測定することにより、デフォーカス量を見積もることが可能となる。

尚、以上の説明ではパターン線幅が等しくピッチのみが異なる第１パターン群及び第２パターン群について説明したが、パターン線幅についても第１パターン群と第２パターン群とでは異なるようにすることもできる。

また、本実施形態において、第１パターン２２ａ及び第２パターン２２ｂはいずれも５本としている。しかし、これに限るものではなく、共に少なくとも３本以上有れば良い。

また、本実施形態の露光マスク１０を用いると、ＰＳＦＭ法によるフォーカス測定を行なう場合とは異なり、１８０°前後の範囲以外（特に、９０°）の位相シフターを用いることは不要である。このため、一般に１８０°前後の範囲の位相シフターを用いるデバイス製造用のマスクに適用するのが容易である。

また、本実施形態の場合には、第１パターン２２ａの線幅Ａと第２パターン２２ｂの線幅Ｃとが等しい構成を取っているが、このことは必須ではない。

（第１の実施形態の変形例１）
次に、第１の実施形態の変形例１に係る露光マスクを説明する。図５に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図５に示す構造において、マスク基板１１に対して彫り込みが施された凹領域が暗像を形成するパターン２２ｃであり、その間に位置する彫り込みが施されていない凸領域がバックグラウンドを形成する明領域２１ｃである。これは、図２（ａ）〜（ｃ）に示した第１の実施形態の露光マスク１０と比較すると、凹領域及び凸領域が逆になった構成と言える。よって、例えばパターン２２ｃの線幅を８０ｎｍ、そのピッチを２２０ｎｍ及び４２０ｎｍとすればよい。

このような構造においても、図２（ａ）〜（ｃ）の構造と同様に、暗像を形成するパターン２２ｃを透過する露光光と、バックグラウンドを形成する明領域２１ｃを透過する露光光とに位相差を生じさせることができ、パターン２２ｃを暗像として転写することができる。

尚、露光マスクにおいて、第１パターン群及び第２パターン群の両方を図５に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図５の構造としても良い。

（第１の実施形態の変形例２）
次に、第１の実施形態の変形例２に係る露光マスクについて説明する。図６に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図６に示す構造において、図２（ａ）〜（ｃ）に示した第１の実施形態の露光マスク１０と同様に、彫り込みのされた凹領域がバックグラウンドを形成する明領域２１ｄであり、その間に凸領域が暗像を形成するパターン２２ｄが配置されている。但し、図６に示す本変形例の露光マスクの場合、パターン２２ｄが遮光膜又は半遮光膜２３によって覆われている。このようにすると、暗像を形成する直線領域であるパターン２２ｄについて、光の透過率を任意に設定することができる。尚、遮光膜とは光を全く透過させないとみなせる膜であり、半遮光膜とは所定の透過率にて透過させる膜のことである。

また、露光マスクにおいて、第１パターン群及び第２パターン群の両方を図６に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図６の構造としても良い。

このように、遮光膜又は半遮光膜を有する露光マスクを用いると、より良好に暗像の寸法制御を行なうことができる。例えば、遮光膜又は半遮光膜を有しないマスクを用いて幅の広い暗像を得ようとすると、マスク寸法を大きくする必要がある。しかし、ある程度以上にマスク寸法を大きくすると、その領域自体が暗像ではなくなってしまう。これに対し、遮光膜又は半遮光膜を用いて透過率を制御すると、マスク寸法が大きい場合にも暗像を形成することができる。

（第１の実施形態の変形例３）
次に、第１の実施形態の変形例３に係る露光マスクについて説明する。図７に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図７に示す構造は、図６に示す第１の実施形態の変形例２の場合と同様に、凹領域として設けられた明領域２１ｅに暗像を形成する凸領域であるパターン２２ｅが設けられ、パターン２２ｅ上に遮光膜又は半遮光膜２３が形成されている。但し、変形例２の場合には凸領域上の全面を覆うように遮光膜又は半遮光膜２３が形成されていたのに対し、本変形例の場合、暗像を形成する直線領域であるパターン２２ｅ上の一部を覆うように遮光膜又は半遮光膜２３が形成されている。

これにより、パターン２２ｅにおける光の透過率を任意に設定することができ、更に、同一の露光マスク上における局所的な実効透過率を調整することも可能となる。

これにより、変形例２の場合と同様に、より良好に暗像の寸法制御を行なうことができる。

図７の場合、パターン２２ｅにおける明領域２１ｅとの境界部（それぞれの両端部）を覆うように遮光膜又は半遮光膜２３を形成しているが、これには限らない。例えば、パターン２２ｅ上に横縞状に遮光膜又は半遮光膜２３を形成しても良い。

尚、露光マスクにおいて、第１パターン群及び第２パターン群の両方を図７に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図７の構造としても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係るフォーカス測定方法について、図面を参照しながら説明する。該フォーカス測定方法は、第１の実施形態及びその各変形例において説明した露光マスクを応用したフォーカス測定用マスクを用い、基板に対して露光を行なう際の露光装置のフォーカス量を測定するフォーカス測定方法である。

図８は、本実施形態のフォーカス測定方法において用いるフォーカス測定用マスクの一例を示す図である。図８に示すフォーカス測定用マスク３０は、ガラス等からなるマスク基板３１を用いて構成されている。マスク基板３１には１ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域３２が定められ、ショット領域３２中に、微小チップに転写されるパターンの配置領域であるチップ領域３３が複数個マトリクス状に設けられている。また、マスク基板３１におけるショット領域３２の近傍に、レチクルアラインメントパターン配置領域３４が設けられている。

各チップ領域３３には、第１の実施形態及びその各変形例のいずれかに係る露光マスクに配置されていた第１パターン群及び第２パターン群と同様のパターン群が、フォーカスモニター用テストパターンとして設けられている。このように、ピッチが異なる複数のパターン群を含むフォーカスモニター用テストパターンを配置することにより、該パターンの配置された領域におけるフォーカスを精度良く求めることができる。以下に、これを更に説明する。

本実施形態のフォーカス測定方法において、まず、半導体装置等を製造するためのデバイス基板上に感光剤を塗布した後、図８に示すフォーカス測定用マスク３０を用い、投影露光装置の投影光学系を用いて前記デバイス基板上の感光剤にマスクパターンの転写を行なう。

この後、感光剤の現像を行なうと、チップ領域３３が転写された転写チップ領域がデバイス基板上に形成され、チップ領域３３に設けられているフォーカスモニター用テストパターンもデバイス基板上に転写テストパターンとして形成される。

各チップ領域３３のフォーカスモニター用テストパターンは第１パターン群及び第２パターン群を含むため、転写チップ領域は、対応する第１転写テストパターン及び第２転写テストパターンを含む。

このとき、一つの転写チップ領域における第１転写テストパターンと第２転写テストパターンとの寸法差は、露光装置のデフォーカス量によって変動する。デフォーカス量は、デバイス基板（ウェハ）上の凹凸等に起因してパターン毎に異なる。

そこで、デバイス基板上に転写された同一の転写チップ領域内の第１転写パターン群及び第２転写パターン群におけるパターン寸法を測定手段（例えば、測長ＳＥＭ（scanning electron microscope））によって測定し、それらの寸法差データ算出部等にて算出する。このようにして算出した寸法差を、予め作成してリファレンスデータ記憶部に記憶させたリファレンスデータと比較することにより、当該転写チップ領域におけるフォーカスを求めることができる。より詳しく述べると、リファレンスデータは、フォーカスの異なる条件において各線幅とピッチとに対応したリファレンス寸法差データを含み、これと、算出した寸法差とをフォーカス算出部にて比較することによりフォーカスを求めることができる。尚、データ算出部、リファレンスデータ記憶部及びフォーカス算出部（更に、後に述べるデータ算出部）は、測長ＳＥＭを含むフォーカス測定装置に備えられたコンピュータ等において実現されている。

フォーカス測定用マスク３０のショット領域３２中には複数のチップ領域３３が設けられているから、各チップ領域３３毎にデフォーカス量を求めることができ、ショット領域３２中の多数の点について、各点のデフォーカス量を高精度に取得することができる。

尚、本実施形態のフォーカス測定方法においては、前記のように、予めリファレンスデータを求めておく必要がある。リファレンスデータは、同一の転写チップ領域内における第１転写パターン群及び第２転写パターン群におけるパターンの寸法差と、露光装置のデフォーカス量との相関関係を示すデータである。このようなリファレンスデータは、以下のようにして作成する。

つまり、図８のフォーカス測定用マスク３０を用いて、露光装置のフォーカスオフセット値を所定の間隔をもって変更しながら（つまり、一定間隔のフォーカス振りを行ないながら）、各フォーカスオフセット値に対応するショット毎にパターンの寸法差を測定する。これにより、露光装置のデフォーカスに伴うパターンの寸法差の変動量が得られる。

このとき、基板のフラットネス、露光装置のフォーカス再現性及びその他のプロセス要因のバラツキによる影響を抑制するため、前記した相関関係の測定を複数回行ない、測定結果の平均値を寸法差データとすることが好ましい。

このようにして得た寸法差データは、リファレンスデータとして、測長ＳＥＭ本体又は測長ＳＥＭに接続されたコンピュータなどのリファレンスデータ記憶部に記憶させておく。これを必要に応じて読み出し、データ算出部にて算出された実測の寸法差とフォーカス算出部において比較することにより、デフォーカス量を算出する。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る露光装置管理方法について図面を参照しながら説明する。本実施形態の露光装置管理方法は、第２の実施形態に係るフォーカス測定方法を用いて露光装置のデフォーカス量を測定し、該デフォーカス量に基づいて露光装置のフォーカスオフセット値を設定することにより、露光装置の像面管理等を行なうものである。

具体的には、まず、第２の実施形態に係るフォーカス測定方法により、ショット領域３２内の多数の点に対応するデフォーカス量（つまり、フォーカス値）を得る。第２の実施形態において用いたフォーカス測定用マスク３０（図８）には多数のチップ領域３３が設けられ、各チップ領域３３には第１パターン群及び第２パターン群を含むフォーカスモニター用テストパターンが設けられている。このため、第２の実施形態のフォーカス測定方法により、非常に高精度にショット内フォーカス分布を得ることができるのである。

次に、このようにして得られたフォーカス分布、つまり像面を解析し、平均値、傾斜成分及び湾曲成分に分離する。

ここで、平均値とは、ショット内におけるフォーカス値の平均値である。この値が露光時に設定したフォーカス値と異なる場合、測定された平均値と設定したフォーカス値との差を、露光装置のフォーカスオフセット値として設定する。

また、傾斜成分とは、レンズ収差の影響に起因する傾斜成分及び露光装置のステージ精度の両方を反映した値である。この値がある一定値を越えている場合には、その反転値を露光装置のフォーカスセンサーオフセット値として設定するか、又は、ステージ傾斜のオフセット値として設定する。

また、湾曲成分とは、主にレンズに起因した値である。これが規定値異常となった場合（規定値から大きく離れている場合）、投影光学系に何らかの異常がある可能性が高いと考えられる。よって、レンズ修正等の装置改善の必要性を検討する。

第３の実施形態の露光装置管理方法によると、ショット内の多数の点におけるデフォーカス量を求めてショット内フォーカス分布を高精度に得た後、該ショット内フォーカス分布に基づいて露光装置のフォーカスオフセット値を設定することにより、像面管理等の露光装置の管理を高精度に行なうことができる。

尚、フォーカスセンサーオフセット値とは、露光機に複数備えられているフォーカスセンサ間のオフセット値であり、各フォーカスセンサ間の相対値を調整するものである。また、フォーカスオフセット値とは、フォーカスそのもののオフセット値である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の電子デバイスの製造方法は、そのフォトリソグラフィ工程における一つのロットの処理に関するデータを他のロットの処理にフィードバックすることにより、製造装置の変動又はプロセスの変動に起因するデバイス製造への影響を抑制するものである。ここで、リソグラフィ工程においては、パターン形成後の検査工程の一つとして、第２の実施形態に係るフォーカス測定方法により、露光装置のデフォーカス量を測定する。

図９は、本実施形態の電子デバイスの製造方法において用いるデバイス製造用マスクの一例を示す図である。図９のデバイス製造用マスク４０は、ガラス等からなるマスク基板４１を用いて構成されている。マスク基板４１には１ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域４２が定められ、ショット領域４２内には、デバイスパターンの配置領域であるデバイスパターン領域４５が複数個（本実施形態の場合、４個）マトリックス状に設けられている。尚、各デバイスパターン領域４５は、スクライブレーン領域４６によって互いに区画されている。

また、スクライブレーン領域４６内の複数箇所（本実施形態の場合、９箇所）に、フォーカス測定領域４３が設けられている。フォーカス測定領域４３には、第１の実施形態又はそのいずれかの変形例と同様の第１パターン群及び第２パターン群がフォーカスモニター用テストパターンとして設けられている。

また、マスク基板４１におけるショット領域４２の近傍に、レチクルアラインメントパターン配置領域４４が設けられている。

フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成後の検査工程として、測長ＳＥＭによる寸法測定及び重ね合わせ測定が行なわれる。寸法測定工程は、所望の寸法通りにパターンが形成されているかどうかを確認する工程であり、所望の寸法とパターン実寸法との間に差がある場合には、露光量を変更する等の補正を行なう。また、重ね合わせ測定工程にて得られた値、つまり、重ね合わせ測定値に基づいて、ショットについてのオフセット、倍率及びローテーションと、ウェハについての倍率及びローテーションの値等を、露光装置の露光パラメータとして反映させる。

ここで、寸法測定工程又は重ね合わせ工程にて得られた検査データ（拡散データ）のフィードバック方法としては、例えば、パイロットロットを用いて検査データを取得し、該検査データを本体ロットの処理に反映させる方法がある。また、前回処理したロットの検査データを、次回処理されるロットの処理に反映させる方法等もある。

本実施形態の電子デバイスの製造方法においては、前記の寸法測定及び重ね合わせ測定と共に、図９に示すデバイス製造用マスクを用いて第３の実施形態に係るフォーカス測定方法により９箇所のフォーカス測定領域４３におけるフォーカス値を測定し、ショット内フォーカス分布を高精度に求める。

これにより、ショット内フォーカス分布に基づいて、ショット内のフォーカス値について平均値、像面の傾斜成分及び像面の湾曲成分を把握することができる。このため、寸法及び重ね合わせ精度のフィードバックに加え、フォーカス値を高精度にフィードバックすることが可能となる。この結果、従来はロット処理時のフォーカス補正が露光装置のオートフォーカス機能によって行なわれていたのに対し、本実施形態の場合、より高精度にフォーカスに関するフィードバックが可能となっている。

本発明の露光用マスクと該露光用マスクを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法によると、ショット内のフォーカス分布を高精度に測定することができるため、電子デバイス製造のためにも有用である。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る露光マスク１０を示す図であり、図１（ｂ）は、露光マスク１０に設けられた第１パターン群１５ａ及び第２パターン群１５ｂを示す図である。 図２（ａ）は、露光マスク１０に設けられたパターンの模式的な斜視図であり、図２（ｂ）及び（ｃ）は、互いに異なるピッチをもってそれぞれ配置されている第１パターン群及び第２パターン群を示す図である。 図３は、第１パターン群及び第２パターン群をデバイス基板に転写した際のライン寸法を、フォーカス位置に対してシミュレーションした結果を示す。 図４は、露光マスク１０に設けられている第１パターン群及び第２パターン群の転写後のライン寸法の差を、フォーカス位置に対してプロットした結果を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態の変形例１に係る露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンの構造を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態の変形例２に係る露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンの構造を示す図である。 図７は、本発明の第１の実施形態の変形例３に係る露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンの構造を示す図である。 図８は、本発明の第２の実施形態に係るフォーカス測定方法に用いるフォーカス測定用マスク３０を示す図である。 図９は、本発明の第４の実施形態に係る電子デバイスの製造方法に用いるデバイス製造用マスク４０を示す図である。

符号の説明

１０ 露光マスク
１１、３１、４１ マスク基板
１２、３２、４２ ショット領域
１３、４３ フォーカス測定領域
１５ａ 第１パターン群
１５ｂ 第２パターン群
２１ 明領域
２１ａ 第１の明領域
２１ｂ 第２の明領域
２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ 明領域
２２ パターン
２２ａ 第１パターン
２２ｂ 第２パターン
２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ パターン
２３ 半遮光膜
３０ フォーカス測定用マスク
３３ チップ領域
３４、４４ レチクルアラインメントパターン配置領域
４０ デバイス製造用マスク
４５ デバイスパターン領域
４６ スクライブレーン領域

Claims (12)

1. マスク基板にフォーカス測定パターンが設けられ、
   前記フォーカス測定パターンは、第１のピッチにより配列された少なくとも３本の第１パターンを含む第１パターン群と、前記第１のピッチとは異なる第２のピッチにより配列された少なくとも３本の第２パターンを含む第２パターン群とを備え、
   前記第１パターン群及び前記第２パターン群は、いずれも、前記マスク基板に設けられた複数の凹領域及び複数の凸領域により構成されることを特徴とする露光用マスク。
2. 請求項１において、
   前記第１パターン群と、前記第２パターン群とは、所定の距離内に配置されていることを特徴とする露光用マスク。
3. 請求項１又は２において、
   前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記複数の凸領域として設けられていることを特徴とする露光用マスク。
4. 請求項１又は２において、
   前記第１パターン及び前記第２パターンは、前記複数の凹領域として設けられていることを特徴とする露光用マスク。
5. 請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
   前記複数の凹領域は、前記マスク基板に対して彫り込みを施した領域であり、
   前記複数の凸領域は、前記マスク基板における前記彫り込みを施していない領域であることを特徴とする露光用マスク。
6. 請求項１〜５のいずれか一つにおいて、
   前記第１パターン及び前記第２パターンは、いずれもラインパターンであることを特徴とする露光用マスク。
7. 請求項６において、
   前記第１パターン及び前記第２パターンは同一線幅を有することを特徴とする露光用マスク。
8. 請求項１〜７のいずれか一つにおいて、
   前記凸領域の少なくとも一部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。
9. 請求項１〜７のいずれか一つにおいて、
   前記凸領域のうちの前記凹領域との境界部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。
10. 請求項１〜７のいずれか一つにおいて、
    前記凸領域の全面が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つの露光用マスクを用い、投影露光装置の投影光学系を用いてマスクパターンの転写を行なう際のフォーカスを求めるフォーカス測定方法であって、
    前記第１パターンが基板に転写された第１転写パターンの寸法及び前記第２パターンが前記基板に転写された第２転写パターンの寸法をそれぞれ測定する工程（ａ）と、
    前記第１転写パターンと前記第２転写パターンとの寸法差を算出する工程（ｂ）と、
    前記寸法差と、予め準備したリファレンスデータとを比較して前記フォーカスを算出する工程（ｃ）とを備えることを特徴とするフォーカス測定方法。
12. 請求項１１に記載のフォーカス測定方法によりフォーカスを求める工程と、
    前記投影露光装置に前記フォーカス値をフィードバックし、他の基板に対する前記マスクパターンの転写を行なう工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。

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