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JP4668274B2 - パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JP4668274B2 - パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

パターン転写マスク、焦点変動測定方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置や液晶などの表示デバイスを製造するためのリソグラフィー工程において、露光装置により、ウェーハ等の被転写体上に転写パターンを形成する際に用いるパターン転写マスク、焦点変動（フォーカスエラー）を測定する焦点変動測定方法及び装置、並びにその手法を用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
近時では、半導体素子の高集積化に伴い、リソグラフィーで形成するパターンの微細化が進んでいる。また、パターンが微細になるほど、必要となる寸法均一性も小さくなる。寸法均一性を悪化させる大きな原因の一つに、露光装置の露光エラーが挙げられる。露光エラーのうち、特にフォーカスエラーと露光量エラーはいわゆる９０ｎｍ世代のデバイスを製造する上では非常にシビアな問題となる。例えばフォーカスエラーが発生すると、焦点深度の小さい孤立パターン等では、その寸法が小さく形成されてしまう。９０ｎｍ世代のデバイスを製造するためには、±５０ｎｍ程度のフォーカス管理が必須であると言われている。
従来の露光装置におけるフォーカス管理の一例は、以下のように実行されている。先ず日常点検などでフォーカスを各値に振ったサンプルウェーハを作製し、孤立パターンなどの幅寸法をＣＤ−ＳＥＭなどを用いて測定した後、ＣＤ−フォーカス曲線を描いて最適フォーカス値を決定する。そして、その結果を露光装置側にオフセット値として記憶させることによりフォーカスを管理する。
また、いわゆるインラインフォーカスモニタ技術の他の具体例として、以下のものが提案されている。特許文献１では、レジストパターンのエッジの傾斜角度とフォーカス位置との関係を求め、ウェーハ上に形成されたレジストパターンのテーパ角度を算出し、フォーカスエラー量を測定するという技術が提案されている。また特許文献２では、専用マークを用いたレジストパターンの長手方向の長さ測定とレジストの厚みの変化量とから、フォーカス値を測定するという技術が提案されている。また特許文献３では、石英基板を掘り込んだ形状のレチクルを用いたフォーカスエラー量の計測技術が開示されている。
特開平１０−１５４６４７号公報 特開２０００−１３３５６９号公報 特開２００４−１８４７６４号公報
特許文献１等の手法によるフォーカス管理では、パターンの寸法測定に長時間を要するため、１日よりも短い時間単位による管理を行うことは困難であり、ましてや数時間単位もしくはそれよりも短い時間内におけるフォーカス変動をモニタすることは不可能である。また、通常の製品処理時にはウェーハ内やロット内でフォーカスを変化させた処理を行わないため、製品ウェーハを用いたフォーカス管理を行うことができないと考えられている。
更に、特許文献２等の現状で提案されているインラインフォーカスモニタ技術では、検出できるフォーカス変動が必要とされる精度を満たすことができず、ＣＤ−ＳＥＭを用いた測定では測定再現性や測定精度が向上しないという問題が挙げられる。結果として、高精度なフォーカスモニタを行うことができない。
更に、特許文献３等の技術では、フォーカスモニタを行うアルゴニズムが極めて煩雑であり、またレチクルの製造プロセスも複雑であって、レチクルのコストが大幅に増大することは避けられない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、簡便に高精度でフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を測定することを目的とし、最終的には、測定されたフォーカスエラーの情報を次ロットへのフィードバック、次工程へのフィードフォーワードへ反映させ、半導体装置を安定して製造できる露光計測方法及び装置、並びに半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のパターン転写マスクは、被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写形成される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域とを有するパターン転写マスクであって、（Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、（Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、（Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、
前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるかのうちいずれか１つである。
本発明の焦点変動測定方法は、メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定方法であって、前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域とを有し、（Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、（Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、（Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるかのうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンを被転写体上に転写する第１のステップと、前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する第２のステップと、予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記第１のステップにおける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第３のステップとを含む。
本発明の焦点変動測定装置は、メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定装置であって、前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域とを有し、（Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、（Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、（Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、 前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるかのうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する寸法測定手段と、予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する焦点変動測定手段とを含む。
本発明の半導体装置の製造方法は、被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、前記メインパターンが転写形成される際のフォーカスエラー量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域とを有し、（Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、（Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、（Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、 前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるかのうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、前記モニタパターンを被転写体上に転写する第１のステップと、前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する第２のステップと、予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記第１のステップにおける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第３のステップと、算出された前記焦点変動量が規格内であるか否かを判定する第４のステップとを含み、前記焦点変動量が規格内であると判定された場合には次ステップへ進み、規格外であると判定された場合には、前記複数の転写パターンを除去した後、前記第３のステップで測定された前記焦点変動量及び前記焦点変動の正負方向を前記第１のステップに反映させて、前記第１のステップ乃至前記第４のステップを再度実行する。
図１Ａは、ＣＤ−フォーカス曲線の一例を示す特性図である。 図１Ｂは、本発明におけるＣＤ−フォーカス曲線の一例を示す特性図である。 図２Ａは、孤立パターンのフォーカスオフセット値とＣＤ値との関係を示す特性図である。 図２Ｂは、遮光膜の厚みとＣＤフォーカス曲線の極値（ここでは極大値）との関係を示す特性図である。 図３Ａは、レチクルの主要構成を示す概略平面図である。 図３Ｂは、レチクルの主要構成を示す概略断面図である。 図３Ｃは、モニタパターンが転写された様子を示す概略平面図である。 図４Ａは、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図４Ｂは、図４Ａに引き続き、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図４Ｃは、図４Ｂに引き続き、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図５は、本実施形態におけるＣＤ−フォーカス曲線の一例を示す特性図である。 図６は、本実施形態によるフォーカスエラー測定装置の概略構成を示すブロック図である。 図７は、フォーカスエラー測定装置を用いたフォーカスエラー測定方法をステップ順に示すフロー図である。 図８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図である。 図９は、本実施形態の変形例１によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である。 図１０Ａは、変形例１によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに引き続き、変形例１によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１０Ｃは、図１０Ｂに引き続き、変形例１によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１１は、本実施形態の変形例２によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である。 図１２Ａは、変形例２によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１２Ｂは、図１２Ａに引き続き、変形例２によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１２Ｃは、図１２Ｂに引き続き、変形例２によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１３は、本実施形態の変形例３によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である。 図１４Ａは、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａに引き続き、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｃは、図１４Ｂに引き続き、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｄは、図１４Ｃに引き続き、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１４Ｅは、図１４Ｄに引き続き、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図１５は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。
−本発明の基本骨子−
一般的に、フォーカスオフセット値と転写パターンの寸法測定値との関係は、偶数次の関数で近似されるいわゆるＣＤ−フォーカス曲線を描く。ＣＤ−フォーカス曲線の一例を図１Ａに示す。この場合、フォーカスオフセット値の極値が最適フォーカス値、即ちフォーカス中心となる。ここでは、一対の転写パターン間の距離を転写パターンの寸法測定値としているため、フォーカスオフセット値の極値は極小値となる。このように、ＣＤ−フォーカス曲線は例えば２次関数で近似されるため、フォーカスエラーが生じた場合、その極値からのズレが正側であるのか負側であるのかを判定することは困難である。また、フォーカス中心近傍では、フォーカスの変動量に対する寸法測定値の変動量が極めて小さく、寸法測定値が変動しても，フォーカスエラーを感度良く計測することができない。
上記の事実に鑑みれば、例えば図１Ｂに示すように、ＣＤ−フォーカス曲線において、フォーカス値が最適値となるフォーカス中心を敢えて極値からシフトさせ、このシフトされたフォーカス中心を用いてズレ量をモニタすれば、フォーカスの正負方向を特定することができる。またこの場合、フォーカス中心の極値からのシフト量が大きいほど、フォーカスの変動量に対する寸法測定値の変動量が大きく、感度良くフォーカスエラーを計測することができる。
上記のようにフォーカス中心を極値からシフトさせるには、モニタパターンの被転写体への結像位置とメインパターンの結像位置とが異なるように、パターン転写マスク（フォトマスク等：例えばレチクル）を形成すれば良い。本発明では、モニタパターン領域におけるモニタパターンの高さが、メインパターン領域におけるメインパターンの高さと異なるパターン転写マスクを提案する。
ここで、高さの異なるパターンが形成されたパターン転写マスクを用いて転写パターンを形成し、当該転写パターンのフォーカスオフセット値と幅寸法の測定値（ＣＤ値）との関係について調べた。パターン転写マスクのパターンとして、いわゆる孤立パターンをウェーハ上のレジストに転写し、当該転写パターンの線幅を測定した。測定結果を図２Ａに示す。図２Ａでは、フォーカスオフセット値とＣＤ値との関係を転写パターンの高さ（ここでは遮光膜であるＣｒ膜の厚み）を変えて各種測定した結果を示している。ここでは、光膜の厚みを１００ｎｍ、７０ｎｍ、５０ｎｍの３種とした。図示のように、遮光膜が薄いほどフォーカス中心が右側へシフトすることが判る。
次に、図２Ａの測定結果に基づき、遮光膜の厚みとＣＤフォーカス曲線の極値（ここでは極大値）との関係を調べた。その結果を図２Ｂに示す。図示のように、遮光膜が厚くなると、最適フォーカス位置が負側にシフトすることが判る。即ち、遮光膜の厚みをメインパターンとモニタパターンとで例えば５０ｎｍ程度異ならしめると、最適フォーカス位置に３０ｎｍの差異が生じる。当該差異に相当する分だけ、フォーカスエラー量の計測が容易となり、同時にフォーカスエラーの正負方向の特定も容易となることが理解できる。
更に、本発明では、特定されたフォーカスエラーの正負方向と共に算出されたフォーカスエラー量を、次の前記各被転写体又は複数の前記被転写体からなるロットにフィードバックし、更にはパターニング工程に続く次工程にフィードフォーワードする。これにより、正確なパターニングを実現し、次工程以降の諸工程を最適化することができる。
−本発明の具体的な実施形態−
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［レチクルの構成］
本実施形態によるパターン転写マスク、ここではレチクルの概略構成を図３Ａ〜図３Ｃに示す。ここで、図３Ａはレチクルの主要構成を示す概略平面図、図３Ｂはレチクルの主要構成を示す概略断面図、図３Ｃはモニタパターンが転写された様子を示す概略平面図である。
本実施形態のレチクルは、図３Ａに示すように、所期のメインパターンが形成されてなるメインパターン領域１と、メインパターンが転写形成される際のフォーカスエラー量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域２とを備えて構成されている。
メインパターン１１及びモニタパターン１２は、例えば図３Ｂに示すように、石英基板３上に形成された遮光膜４がパターニングされて形成される。ここで、メインパターン１１の高さと、モニタパターン１２の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メインパターン１１とモニタパターン１２とでは遮光膜４の厚みが異なり、メインパターン１１に比較してモニタパターン１２が厚く形成されている。例えば、メインパターン１１の厚みが５０ｎｍ程度、モニタパターン１２が１００ｎｍに形成され、両者の厚みの差が５０ｎｍ程度に設定されている。
モニタパターン１２がウェーハのレジスト上に転写された様子を図３Ｃに示す。
このように、一対の転写モニタパターン群１３，１４が転写形成される。転写モニタパターン群１３，１４は、それぞれ線状パターン１５が並列してなる。ここでは、転写モニタパターン群１３，１４間の離間距離ｄを転写モニタパターンの寸法として測定し、寸法測定値（ＣＤ値）とする。
［レチクルの製造方法］
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、本実施形態によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図４Ａに示すように、例えば石英基板３を用意し、この石英基板３の表面に、例えばクロム（Ｃｒ）膜４ａをスパッタ法等により例えば膜厚５０ｎｍ程度に堆積形成する。
続いて、図４Ｂに示すように、クロム膜４ａのメインパターン領域１及びモニタパターン領域２をそれぞれパターニングする。このとき、メインパターン領域１については、メインパターン１１が完成する。
続いて、図４Ｃに示すように、モニタパターン領域２のパターニング部位に、例えばＦＩＢ（集束イオンビーム）法により、Ｃｒに類似する物質、例えばカーボンＣ４ｂを例えば膜厚５０ｎｍ程度に堆積する。このとき、モニタパターン領域２にクロム膜４ａのパターン上にカーボン４ｂが堆積して、モニタパターン１２が完成する。本実施形態では、クロム膜４ａ及びカーボン４ｂから遮光膜４が構成される。
［レチクルを用いたフォーカスエラーの測定原理］
上記のレチクルを用いたフォーカスエラーの測定原理について説明する。
このレチクルでは、メインパターン１１の厚みとモニタパターン１２の厚みとが異なるため、両者のウェーハ上のレジスト面への結像位置が異なることになる。
ここでは、メインパターン１１よりもモニタパターン１２の方が厚く形成されていることから、図５に示すように、メインパターン１１のＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１に対して、モニタパターン１２のＣＤ−フォーカス曲線Ｆ２は右方へシフトする。
本実施形態では、上記の性質を利用して、予めＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１，Ｆ２を作成し、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ２のフォーカス中心Ｃ２に対応したＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１の値を、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１のフォーカス中心Ｃ１と見なす。そして、このフォーカス中心Ｃ１を用い、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ２におけるＣＤ値をＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１におけるＣＤ値に換算してフォーカスエラー量をモニタすれば、フォーカスエラー量に加えてフォーカスの正負方向を特定することができる。即ち、寸法測定値がフォーカス中心Ｃ１のＣＤ値よりも大きければ正方向、小さければ負方向となる。またこの場合、フォーカス中心Ｃ１は、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１の極小値からシフトしているため、寸法測定値の変化に対するフォーカスの変化量が極小値近傍に比べて大きく、フォーカスエラー量についての感度が向上する。
［フォーカスエラー測定装置の構成］
図６は、本実施形態によるフォーカスエラー測定装置の概略構成を示すブロック図である。このフォーカスエラー測定装置では、例えば図２のように構成されたレチクルを用いてフォーカスエラーを測定する。
フォーカスエラー測定装置は、寸法測定手段２１と、フォーカスエラー測定手段２２とを備えて構成されている。
寸法測定手段２１は、例えばモニタパターン１２が転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定するものであり、高精度の測定を可能とする電子顕微鏡や原子間力顕微鏡、光学式幅寸法計測装置などの各種計測装置である。
フォーカスエラー測定手段２２は、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１，Ｆ２を用いて、転写モニタパターンの寸法測定値から、メインパターン１１のフォーカスエラー量を算出するフォーカスエラー量算出手段２２ａと、同様に寸法測定値からメインパターン１１のフォーカスの正負方向を特定するフォーカス方向特定手段とを備えて構成されている。ここで、ＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１，Ｆ２に関する諸データは、例えばデータベース化されて保存される。フォーカスエラー測定手段２２は、このデータベースを用いてメインパターン１１のフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を決定する。
［フォーカスエラー測定方法］
図７は、上述のフォーカスエラー測定装置を用いたフォーカスエラー測定方法をステップ順に示すフロー図である。
先ず、所期の露光装置を用いて、例えば図２のレチクルのモニタパターン１２を、ウェーハ上に形成されたレジスト面に露光する（ステップＳ１）。
続いて、寸法測定手段２１は、モニタパターン１２が転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する（ステップＳ２）。ここでは、例えば図３Ｃで示した一対の転写モニタパターン１３，１４間の離間距離を寸法測定値とする。
続いて、フォーカスエラー測定手段２２は、例えばデータベースに保存されているＣＤ−フォーカス曲線Ｆ１，Ｆ２に関するデータを読み出し、転写モニタパターン１３，１４の寸法測定値から、メインパターン１１のフォーカスエラー量を算出するとともに、メインパターン１１のフォーカスエラーの正負方向を特定する（ステップＳ３）。
［半導体装置の製造方法］
本実施形態では、リソグラフィー工程において、上述したようにフォーカスエラー量、フォーカスエラーの正負方向、露光エラー量及びフォーカス傾斜エラー量（以下、記載の便宜上、これらをまとめて変動量と呼ぶ。）の知見を得て、これを用いて所期のパターン形成を高精度に実行する。
図８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示すフロー図である。
先ず、前工程（フォトマスク作製工程、ウェーハ作製工程など）であるステップＳ１１より受け入れたロットを露光処理する（ステップＳ１２）。
続いて、上記の変動量を算出する（ステップＳ１３）。ここで、フォーカスエラー量及びフォーカスエラーの正負方向については、図６のステップＳ１〜Ｓ３により算出される。
また、露光エラー量については、図３Ｃで示した一対の転写モニタパターン１３，１４と、これらの反転パターン（即ち、転写モニタパターン１３，１４に相当する部位に溝状に形成されるパターン）とを用いて算出することができる。また、フォーカス傾斜エラー量については、ショット内の四隅のフォーカスエラーが判れば、そのショットのフォーカス傾斜成分を計算することが可能となる。
その結果、変動量が規格内であると判定された場合には次工程（ダイシングを含む組み立て工程等）へ進み（ステップＳ１４）、規格外であると判定された場合にはレジストを剥離して再度露光処理を実行する（ステップＳ１５）。この再処理時には、規格外となった変動量をフィードバックして調節し、露光処理する。このフィードバックにより、極めて精度の高いパターン形成を行うことができる。その結果に問題がなければ次工程へ進むことができる。このような手順を踏むことにより、製品の歩留まりに大きな向上が見込まれる。
以上説明したように、本実施形態によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
−変形例−
以下、本実施形態の緒変形例について説明する。
これらの変形例では、レチクルの構成が異なる点で本実施形態と相違する。なお、本実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
（変形例１）
［レチクルの構成］
図９は、本実施形態の変形例１によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である。
本例のレチクルにおいて、メインパターン１１及びモニタパターン３１は、石英基板３上に形成された遮光膜４がパターニングされて形成される。ここで、メインパターン１１の高さと、モニタパターン３１の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メインパターン１１とモニタパターン３１とでは遮光膜４の厚みが異なり、メインパターン１１に比較してモニタパターン３１が薄く形成されている。例えば、メインパターン１１の厚みが１００ｎｍ程度、モニタパターン３１が５０ｎｍに形成され、両者の厚みの差が５０ｎｍ程度に設定されている。
［レチクルの製造方法］
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃは、変形例１によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図１０Ａに示すように、例えば石英基板３を用意し、この石英基板３の表面に、例えばクロム（Ｃｒ）膜からなる遮光膜４をスパッタ法等により例えば膜厚１００ｎｍ程度に堆積形成する。
続いて、図１０Ｂに示すように、遮光膜４のメインパターン領域１及びモニタパターン領域２をそれぞれパターニングする。このとき、メインパターン領域１については、メインパターン１１が完成する。
続いて、図１０Ｃに示すように、モニタパターン領域２のパターニング部位において、例えばＦＩＢ（集束イオンビーム）法により、遮光膜４を５０ｎｍ程度削る。このとき、モニタパターン領域２には、遮光膜４が加工された高さ５０ｎｍ程度とされたモニタパターン１２が完成する。
変形例１によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
（変形例２）
［レチクルの構成］
図１１は、本実施形態の変形例２によるレチクルの主要構成を示す概略断面図である。
本例のレチクルにおいて、メインパターン１１及びモニタパターン４１は、石英基板３及び石英基板３上に形成された遮光膜４がパターニングされて形成される。ここで、メインパターン１１の高さと、モニタパターン４１の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メインパターン１１とモニタパターン４１とでは遮光膜４の厚みは同一であるが、モニタパターン４１では遮光膜４と共に石英基板３が加工され、メインパターン１１に比較してモニタパターン４１が高く（深く）形成されている。例えば、メインパターン１１の高さが５０ｎｍ程度、モニタパターン４１が１００ｎｍに形成され、両者の高さ（深さ）の差が５０ｎｍ程度に設定されている。
［レチクルの製造方法］
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図１２Ａ〜図１２Ｃは、変形例２によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図１２Ａに示すように、例えば石英基板３を用意し、この石英基板３の表面に、例えばクロム（Ｃｒ）膜を遮光膜４としてスパッタ法等により例えば膜厚５０ｎｍ程度に堆積形成する。
続いて、図１２Ｂに示すように、遮光膜４のメインパターン領域１及びモニタパターン領域２をそれぞれパターニングする。このとき、メインパターン領域１については、メインパターン１１が完成する。
続いて、図１２Ｃに示すように、モニタパターン領域２のパターニング部位の石英基板３を、例えばＦＩＢ（集束イオンビーム）法により削る。このとき、遮光膜４のパターンに整合して石英基板３に溝４２が形成され、モニタパターン４１が完成する。ここで、ＦＩＢ法を実行する代わりに、フッ酸系のエッチング液を用い、遮光膜４をマスクとして石英基板３をウェットエッチングすることにより、溝４２を形成するようにしても良い。また、塩素系のエッチングガスを用い、遮光膜４をマスクとして石英基板３をドライエッチングすることにより、溝４２を形成するようにしても好適である。
変形例２によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
（変形例３）
［レチクルの構成］
図１３は、本実施形態の変形例３によるレチクル、ここではハーフトーン型の位相シフトマスクの主要構成を示す概略断面図である。
本例のハーフトーンマスクにおいて、メインパターン５１及びモニタパターン５２は、石英基板３上に形成されたハーフトーン膜５３及びクロム（Ｃｒ）膜５４がパターニングされて形成される。ここで、メインパターン５１の高さと、モニタパターン５２の高さとが相異なる値とされている。具体的には、メインパターン５１とモニタパターン５２とではクロム膜５４の分だけ厚みが異なり、メインパターン５１に比較してモニタパターン５２が厚く形成されている。例えば、メインパターン５１の厚みが５０ｎｍ程度、モニタパターン５２が１００ｎｍに形成され、両者の厚みの差が５０ｎｍ程度に設定されている。
［レチクルの製造方法］
上記のレチクルの製造方法の一例について説明する。図１４Ａ〜図１４Ｅは、変形例３によるレチクルの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図１４Ａに示すように、例えば石英基板３を用意し、この石英基板３の表面に、例えばモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）をスパッタ法等により例えば膜厚５０ｎｍ程度に堆積し、ハーフトーン膜５３を形成する。次に、ハーフトーン膜５３上にクロム膜５４をスパッタ法等により例えば膜厚５０ｎｍ程度に堆積形成する。
続いて、図１４Ｂに示すように、一次露光データを用いて、クロム膜５４のメインパターン領域１及びモニタパターン領域２をそれぞれパターニングする。
続いて、図１４Ｃに示すように、パターニングされたクロム膜５４をマスクとして、ハーフトーン膜５３をドライエッチングする。
続いて、図１４Ｄに示すように、ハーフトーン膜５３上にレジストを塗布する。このレジストを二次露光データを用いてリソグラフィーにより加工して、ハーフトーン膜５３上でクロム膜５４を残存させる必要のある部位（不図示）と共に、モニタパターン領域２を覆うようにレジストパターン５５を形成する。ここで一般的に、ハーフトーン型の位相シフトマスクを形成する際には、ほぼ必ずハーフトーン膜上でクロム膜を残存させる必要のある部位がある。そこで通常では、当該必要部位のみを覆うレジストパターンを二次露光データを用いて形成している。本実施形態では、レジストパターンを形成するに際して、当該必要部位に加えてモニタパターン領域２を覆うようにレジストを加工するように、二次露光データを変更すれば良い。
続いて、図１４Ｅに示すように、レジストパターン５５をマスクとして、メインパターン領域１及びクロム膜５４を残存させる必要のない部位（不図示）のクロム膜５４を除去する。しかる後、レジストパターン５５を灰化処理等により除去する。このとき、メインパターン領域１にはハーフトーン膜５３からなるメインパターン５１が、モニタパターン領域２にはハーフトーン膜５３及びクロム膜５４からなるモニタパターン５２がそれぞれ完成する。
変形例３によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。
更に、モニタパターン領域２にクロム膜５４を残す場合、二次露光データを変更だけで良く、工程数を増加させることなく容易にモニタパターン５２を形成することができる。
（本発明を適用した他の実施形態）
上述した実施形態及びその緒変形例によるフォーカスエラー測定装置を構成する各手段（寸法測定手段を除く。）、並びにフォーカスエラー測定方法、半導体装置の製造方法の各ステップ（図７のステップＳ１〜Ｓ３、図８のステップＳ１１〜Ｓ１５等）は、コンピュータのＲＡＭやＲＯＭなどに記憶されたプログラムが動作することによって実現できる。このプログラム及び当該プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体は本発明に含まれる。
具体的に、前記プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭのような記録媒体に記録し、或いは各種伝送媒体を介し、コンピュータに提供される。前記プログラムを記録する記録媒体としては、ＣＤ−ＲＯＭ以外に、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、不揮発性メモリカード等を用いることができる。他方、前記プログラムの伝送媒体としては、プログラム情報を搬送波として伝搬させて供給するためのコンピュータネットワーク（ＬＡＮ、インターネットの等のＷＡＮ、無線通信ネットワーク等）システムにおける通信媒体（光ファイバ等の有線回線や無線回線等）を用いることができる。
また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムがコンピュータにおいて稼働しているＯＳ（オペレーティングシステム）或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合や、供給されたプログラムの処理の全て或いは一部がコンピュータの機能拡張ボードや機能拡張ユニットにより行われて上述の実施形態の機能が実現される場合も、かかるプログラムは本発明に含まれる。
例えば、図１５は、パーソナルユーザ端末装置の内部構成を示す模式図である。この図１５において、１２００はコンピュータＰＣである。ＰＣ１２００は、ＣＰＵ１２０１を備え、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶された、あるいはフレキシブルディスクドライブ（ＦＤ）１２１２より供給されるデバイス制御ソフトウェアを実行し、システムバス１２０４に接続される各デバイスを総括的に制御する。
ＰＣ１２００のＣＰＵ１２０１、ＲＯＭ１２０２またはハードディスク（ＨＤ）１２１１に記憶されたプログラムにより、実施形態の図７におけるステップＳ１〜Ｓ３の手順、及び図８におけるＳ１１〜Ｓ１５の手順等が実現される。
１２０３はＲＡＭで、ＣＰＵ１２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。１２０５はキーボードコントローラ（ＫＢＣ）で、キーボード（ＫＢ）１２０９や不図示のデバイス等からの指示入力を制御する。
１２０６はＣＲＴコントローラ（ＣＲＴＣ）で、ＣＲＴディスプレイ（ＣＲＴ）１２１０の表示を制御する。１２０７はディスクコントローラ（ＤＫＣ）で、ブートプログラム（起動プログラム：パソコンのハードやソフトの実行（動作）を開始するプログラム）、複数のアプリケーション、編集ファイル、ユーザファイルそしてネットワーク管理プログラム等を記憶するハードディスク（ＨＤ）１２１１、及びフレキシブルディスク（ＦＤ）１２１２とのアクセスを制御する。
１２０８はネットワークインタフエースカード（ＮＩＣ）で、ＬＡＮ１２２０を介して、ネットワークプリンタ、他のネットワーク機器、あるいは他のＰＣと双方向のデータのやり取りを行う。
本発明によれば、簡便に精度良くフォーカスエラー量及びフォーカスの正負方向を計測することが可能となる。また、そのフォーカスエラーの結果を次ロットや次工程に反映させることにより、精度良く微細なパターンを形成することができる。

Claims (15)

  1. 被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
    前記メインパターンが転写形成される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域と
    を有するパターン転写マスクであって、
    （Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、
    （Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、
    （Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、
    前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか
    のうちいずれか１つであることを特徴とするパターン転写マスク。
  2. 前記（Ａ）であって、
    前記被加工膜が遮光膜であり、前記モニタパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項１に記載のパターン転写マスク。
  3. 前記メインパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項２に記載のパターン転写マスク。
  4. メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定方法であって、
    前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
    前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域と
    を有し、
    （Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、
    （Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、
    （Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、
    前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか
    のうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、
    前記モニタパターンを被転写体上に転写する第１のステップと、
    前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する第２のステップと、
    予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記第１のステップにおける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第３のステップと
    を含むことを特徴とする焦点変動測定方法。
  5. 前記（Ａ）であって、
    前記被加工膜が遮光膜であり、前記モニタパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項４に記載の焦点変動測定方法。
  6. 前記メインパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項５に記載の焦点変動測定方法。
  7. 前記第１及び第２の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、
    前記第３のステップにおいて、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高さとが異なることに起因し、前記第２の関係の極値が前記第１の関係の極値から相対的に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の焦点変動測定方法。
  8. メインパターンを被転写体上に転写するに際して、前記メインパターンの焦点変動を測定する焦点変動測定装置であって、
    前記メインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
    前記メインパターンが転写される際の焦点変動量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域と
    を有し、
    （Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、
    （Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、
    （Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、
    前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか
    のうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、
    前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する寸法測定手段と、
    予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する焦点変動測定手段と
    を含むことを特徴とする焦点変動測定装置。
  9. 前記（Ａ）であって、
    前記被加工膜が遮光膜であり、前記モニタパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項８に記載の焦点変動測定装置。
  10. 前記メインパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項９に記載の焦点変動測定装置。
  11. 前記第１及び第２の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、
    前記焦点変動測定手段は、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高さとが異なることに起因し、前記第２の関係の極値が前記第１の関係の極値から相対的に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の焦点変動測定装置。
  12. 被転写体上に転写形成されるメインパターンが形成されてなるメインパターン領域と、
    前記メインパターンが転写形成される際のフォーカスエラー量を算出するためのモニタパターンが形成されてなるモニタパターン領域と
    を有し、
    （Ａ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか、
    （Ｂ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板及び当該基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、隣り合う前記第１の突起間の第１の溝の深さと隣り合う前記第２の突起間の第２の溝の深さとが相異なるとともに、前記各第１の溝の深さが同じであるか、
    （Ｃ）前記メインパターン及び前記モニタパターンは、基板上に形成された被加工膜が加工されて、複数の第１の突起及び複数の第２の突起を有してなるものであり、
    前記メインパターン領域及び前記モニタパターン領域のうちの一方において、前記被加工膜上に遮光膜が残存することにより、前記第１の突起の厚みと前記第２の突起の厚みとが相異なる値とされてなるとともに、前記各第１の突起の厚みが同じであるか
    のうちいずれか１つであるパターン転写マスクを用いて、
    前記モニタパターンを被転写体上に転写する第１のステップと、
    前記モニタパターンが転写されてなる転写モニタパターンの寸法を測定する第２のステップと、
    予め把握されている、前記メインパターンが転写されてなる転写メインパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第１の関係と、前記転写モニタパターンの寸法測定値と焦点変動値との関係を示す第２の関係とを用いて、前記第１のステップにおける転写モニタパターンの寸法測定値から、前記メインパターンの焦点変動量を算出するとともに焦点変動の正負方向を特定する第３のステップと、
    算出された前記焦点変動量が規格内であるか否かを判定する第４のステップと
    を含み、
    前記焦点変動量が規格内であると判定された場合には次ステップへ進み、規格外であると判定された場合には、前記複数の転写パターンを除去した後、前記第３のステップで測定された前記焦点変動量及び前記焦点変動の正負方向を前記第１のステップに反映させて、前記第１のステップ乃至前記第４のステップを再度実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  13. 前記（Ａ）であって、
    前記被加工膜が遮光膜であり、前記モニタパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
  14. 前記メインパターンが遮光パターンであることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造方法。
  15. 前記第１及び第２の関係は、それぞれ偶関数曲線を描くものであり、
    前記第３のステップにおいて、前記メインパターンの高さと前記モニタパターンの高さとが異なることに起因し、前記第２の関係の極値が前記第１の関係の極値から相対的に移行することを利用して、前記焦点変動量及び前記正負方向を見積もることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
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