JP3727911B2 - マスク、マスクの製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
マスク、マスクの製造方法及び半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク、マスクの製造方法及びそれらを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは、露光装置のフォーカスずれ量（デフォーカス量）を符号を含めて計測するためのフォーカスモニターマスクをすでに提案している（特願平１１−２７４７０１、特願平１１−３７５４７２）。図２０は、その一例を説明するための図であり、マークパターン形成領域の平面的な構成を模式的に示した図である。
【０００３】
マークパターン形成領域には、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０が含まれている。リファレンスマーク領域１０は、遮光部又はハーフトーン部からなる周辺部１１と、周辺部１１に囲まれた５つの開口部１２を有している。位相シフトマーク領域２０は、ハーフトーン部からなる周辺部２１と、周辺部２１に囲まれた５つの開口部２２を有している。開口部１２及び２２はフォーカスモニターマークとして用いるものであり、開口部１２と開口部２２とは菱形状の同一の平面形状となっている。また、開口部２２を透過する露光光の位相と周辺部２１を透過する露光光の位相の位相差が９０度となるように構成されている。
【０００４】
上述したような構成を有するマスクを用いることで、フォーカスモニターを行うことができる。このフォーカスモニターは、リファレンスマーク領域１０の開口部１２のパターン（リファレンスマーク）のベストフォーカス点と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２のパターン（位相シフトマーク）のベストフォーカス点との間にずれが生じる現象を利用している。リファレンスマークと位相シフトマークの露光・現像後における長辺どうしの寸法差をモニターすると、デフォーカスに対して単調減少または単調増加する。そこで、デフォーカスに対する上記寸法差の関係を較正曲線として予め求めておき、露光・現像後のウエハ上の寸法差を測定することで、フォーカスずれ量を方向も含めてモニターすることが可能である。
【０００５】
図２３は、ウエハ上におけるリファレンスマークの長辺の寸法をＬ、位相シフトマークの長辺の寸法をＬ’としたときの、寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示したものである。線ａはリファレンスマークの寸法Ｌ、線ｂは位相シフトマークの寸法Ｌ’、線ｃは寸法差（Ｌ−Ｌ’）を示したものである。この寸法差ｃの特性は、デフォーカスに対して単調増加している。したがって、この較正曲線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る。なお、露光量を±１０％程度変化させても、較正曲線はほとんど変化しない。したがって、露光量が多少変化した場合でも、フォーカス位置ずれ量を高精度に検出することが可能である。
【０００６】
次に、図２０に示したようなパターンを有する従来のマスクの製造方法を、図２１（ａ）〜図２２（ｈ）を参照して説明する。図２１（ａ）〜図２２（ｈ）は、図２０のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。
【０００７】
まず、図２１（ａ）に示すように、透光性基板１０１として、クオーツ基板を用意する。この透光性基板１０１上に、ハーフトーン位相シフト膜１０２として、ＭｏＳｉＯx 膜を形成する。続いて、ハーフトーン位相シフト膜１０２上に、遮光膜１０３として、Ｃｒ膜を形成する。さらに、遮光膜１０３上に化学増幅型ポジ型レジスト１０４を塗布する。なお、ハーフトーン位相シフト膜１０２は、ハーフトーン位相シフト膜１０２を透過する露光光と開口部１２を透過する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである。
【０００８】
次に、図２１（ｂ）に示すように、リファレンスマーク領域及び位相シフトマーク領域において、レジスト膜１０４にフォーカスモニターマークを描画する。この時、デバイスパターン形成領域（図示せず）のデバイスパターンも同時に描画する。続いて、基板をベーキングした後に現像を行い、レジストパターン１０４を形成する。
【０００９】
次に、図２１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして、遮光膜１０３及びハーフトーン位相シフト膜１０２を順次エッチングする。このエッチングにより、開口部１２及び２２の平面形状に対応するフォーカスモニターマークパターンが形成されるとともに、デバイスパターンが形成される。その後、レジスト膜１０４を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１０】
次に、図２１（ｄ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１５１を塗布する。続いて、位相シフトマークの開口部以外をレジストでマスキングするために、レーザー描画装置にて描画を行う。さらに、現像液にて現像を行うことでレジストパターン１５１が得られる。
【００１１】
次に、図２２（ｅ）に示すように、レジストパターン１５１と遮光膜１０３をマスクとして、透光性基板１０１をエッチングする。これにより、位相シフトマークの開口部においてのみ透光性基板１０１がエッチングされ、穴１５２が得られる。
【００１２】
次に、図２２（ｆ）に示すように、レジスト１５１を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１３】
次に、図２２（ｇ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１５３を塗布する。続いて、リファレンスマーク領域１０の開口部、Ｃｒ遮光帯枠部、その他Ｃｒパターン部をマスキングするために、レーザー描画装置にてレジスト膜１５３に描画を行う。さらに、現像液にて現像を行うことで、レジストパターン１５３を形成する。
【００１４】
次に、図２２（ｈ）に示すように、レジストパターン１５３をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１５】
以上のようにして、図２０及び図２２（ｈ）に示すような構成を有するマスクが得られる。透光性基板１０１をエッチングして穴１５２を形成することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部を通過する露光光の位相を基準として、位相シフトマーク領域２０の開口部を通過する露光光は−９０度の位相となる。
【００１６】
しかしながら、上述した従来の製造方法では、９０度の位相差を生じさせるための穴１５２を形成するために、図２１（ｄ）〜図２２（ｆ）で示したような余分なリソグラフィ及びエッチング工程が必要となる。したがって、製造工程が非常に長くなり、製造コストや製造ＴＡＴに対して悪影響を及ぼしていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のフォーカスモニター用のマスクでは、９０度の位相差を得るために、余分なリソグラフィ工程を行わなければならず、そのため製造工程が長くなり製造コスト等の増大の要因となっていた。
【００１８】
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、製造工程の増大等を抑制することが可能なマスク及びマスクの製造方法並びにそれらを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
本発明に係るマスクは、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、を備え、前記第２の開口部の一部に穴が形成され、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るマスクは、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、を備え、前記第２の周辺部のハーフトーン膜の一部は前記第１の周辺部のハーフトーン膜よりも薄く、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るマスクの製造方法は、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して前記透光性基板をエッチングして前記第２の開口部の一部に穴を形成し、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、を備え、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るマスクの製造方法は、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、前記第２の周辺部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して第２の周辺部のハーフトーン膜をエッチングして第２の周辺部のハーフトーン膜の一部を薄くし、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、を備え、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成されることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記マスク或いは上記製造方法によって形成されたマスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記マスク或いは上記製造方法によって形成されたマスクを用いて露光装置により基板上にパターンを転写する工程と、前記転写されたパターンに含まれる前記第１の開口部に対応した第１のマークパターン及び前記第２の開口部に対応した第２のマークパターンの寸法を求める工程と、前記求められた寸法に基づいてデフォーカス量を求める工程と、前記求められたデフォーカス量に基づいて前記露光装置のフォーカスを調整する工程と、前記フォーカスが修正された露光装置により前記マスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施形態１）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るマークパターン形成領域の平面的な構成を模式的に示した図である。
【００２９】
マークパターン形成領域には、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０が含まれている。リファレンスマーク領域１０は、遮光部又はハーフトーン部からなる周辺部１１と、周辺部１１に囲まれた５つの開口部１２を有している。位相シフトマーク領域２０は、ハーフトーン部からなる周辺部２１と、周辺部２１に囲まれた５つの開口部２２を有している。開口部１２及び２２はフォーカスモニターマークとして用いるものであり、開口部１２と開口部２２とは菱形状の同一の平面形状となっている。また、開口部２２を透過する露光光の位相と周辺部２１を透過する露光光の位相の位相差が９０度となるように構成されている。本例では、開口部の寸法は、ウエーハ上の寸法に換算して、Ｘ軸方向の長さが12μｍ、Ｙ軸方向の幅が0.18μｍであり、開口部間のＹ軸方向のピッチは0.36μｍである。
【００３０】
なお、上記リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０を含むマークパターン形成領域は、図４に示すように、デバイスパターン形成領域３０間のダイシング領域４０に位置することが好ましい。マークパターン形成領域をダイシング領域４０内に設けることで、実デバイスを形成するためのデバイスパターン形成領域３０の面積を増大させずにすむ。
【００３１】
次に、図１に示したようなパターンを有するマスクの製造方法を、図２（ａ）〜図２（ｆ）を参照して説明する。図２（ａ）〜図２（ｆ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、ピペット及び専用の滴下装置を用いてＳＯＧ膜を滴下し、開口部２２に透光性膜を形成するものである。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、透光性基板（透明基板）１０１として、６インチ角のクオーツ基板を用意する。この透光性基板１０１上に、ハーフトーン位相シフト膜１０２として、厚さ１００ｎｍのＭｏＳｉＯx 膜を形成する。続いて、ハーフトーン位相シフト膜１０２上に、遮光膜１０３として、厚さ６０ｎｍのＣｒ膜を形成する。さらに、遮光膜１０３上に化学増幅型ポジ型レジスト１０４を厚さ６００ｎｍ塗布する。なお、ハーフトーン位相シフト膜１０２は、ハーフトーン位相シフト膜１０２に入射する露光光の位相を逆転させてハーフトーン位相シフト膜１０２から出射する、すなわちハーフトーン位相シフト膜１０２に入射する露光光とハーフトーン位相シフト膜１０２から出射する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである。また、ハーフトーン位相シフト膜１０２の透過率は、例えば６％である。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０において、レジスト膜１０４にフォーカスモニターマークを描画する。この時、デバイスパターン形成領域（図示せず）のデバイスパターンも同時に描画する。ここでは加速電圧５０ＫｅＶの電子ビーム描画装置を使用するが、レーザー描画装置やフォトリピータなどを用いてもよい。続いて、基板を１２０℃で９０秒間ベーキングした後、０．２１規定のアルカリ現像液にて６０秒間のスプレイ現像を行い、レジストパターン１０４を形成する。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして、遮光膜１０３及びハーフトーン位相シフト膜１０２を順次エッチングする。このエッチングにより、開口部１２及び２２の平面形状に対応するフォーカスモニターマークパターンが形成されるとともに、デバイスパターンが形成される。その後、レジスト膜１０４をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００３５】
次に、図２（ｄ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１０５を塗布する。続いて、リファレンスマーク領域１０の開口部、Ｃｒ遮光帯枠部、その他Ｃｒパターン部をマスキングするために、レーザー描画装置にてレジスト膜１０５に描画を行う。さらに、０．２１規定のアルカリ現像液にてスプレイ現像を６０秒間行い、レジストパターン１０５を形成する。
【００３６】
次に、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００３７】
その後、図２（ｆ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的に、透光性膜１０６としてＳＯＧ膜を形成する。ＳＯＧ膜の形成には、図３に示すような滴下装置を用いる。この滴下装置は、マスク板５２を載置する補助板５１と、マスク板５２に薬液を供給する薬液供給ノズル５３を備えている。薬液供給ノズル５３とマスク板５１とは相対的に移動可能であり、薬液供給ノズル５３とマスク板５１との位置関係を調整することで、目的位置に薬液を選択的に供給することが可能である。この滴下装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部２２を含む領域に対して選択的に、薬液供給ノズルからＳＯＧ原料液を滴下する。その後、４５０℃で３０分間、基板を加熱し、さらに洗浄を行う。
【００３８】
以上のようにして、図１及び図２（ｆ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓ（透光性基板１０１の加工が施されていない表面）に対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、透光性膜１０６が形成された部分に＋９０度の位相差を持たせることができる。
【００３９】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。その結果、両パターンの寸法差とデフォーカス量との関係は、従来技術の項で示した図２３と同様の関係になる。そこで、従来技術の項で述べたように、パターン寸法差（フォーカスモニターパターンの長軸方向の寸法差）とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に透光成膜１０６を形成している。この透光成膜１０６は、開口部２２に選択的に透光成膜１０６の原料液を滴下することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００４１】
なお、上述した図２（ａ）〜図２（ｆ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００４２】
この場合には、図２（ｄ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図２（ｅ）の工程においてファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図２（ｆ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにＳＯＧを滴下すればよい。これにより、図５に示すような構造が得られる。
【００４３】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、透光成膜１０６の材料として、加熱により容易に硬化し、酸洗浄及び紫外光に対して劣化しないＳＯＧ材料、例えばポリメチルシロキサンを用いたが、所望の特性が得られる材料であれば、もちろんその他の材料を用いることが可能である。
【００４５】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４６】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００４７】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照して説明する。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００４８】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、ピペット及び専用の滴下装置を用いてウエットエッチング液を滴下し、開口部２２の透光性基板１０１に穴を形成するものである。
【００４９】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図６（ａ）に示すような構造を形成する。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００５１】
次に、図６（ｃ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的にウエットエッチング液１１１を滴下し、さらに洗浄を行う。ウエットエッチング液１１１の滴下装置には、第１の実施形態の図３で示したものと同様の基本構成を有する滴下装置を用いればよい。すなわち、この滴下装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部２２を含む領域に対して選択的に、薬液供給ノズルからウエットエッチング液を滴下する。
【００５２】
上記エッチング工程により、図６（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的に穴１１２が形成される。なお、穴１１２の深さは、ウエットエッチング液を滴下してからリンス液を滴下するまでの時間で調節することが可能である。ウエットエッチング液にはＮＨ4Ｆの２０％希釈液を、リンス液には水を使用することができる。
【００５３】
以上のようにして、図１及び図６（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、穴１１２が形成された部分に−９０度の位相差を持たせることができる。
【００５４】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に穴１１２を形成している。この穴１１２は、開口部２２に選択的にウエットエッチング液を滴下することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００５６】
なお、上述した図６（ａ）〜図６（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００５７】
この場合には、図６（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図６（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図６（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにウエットエッチング液を滴下すればよい。これにより、図７に示すような構造が得られる。
【００５８】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、穴１１２の形成の際に、ウエットエッチング液としてＮＨ4Ｆを、リンス液に水を使用したが、所望の特性が得られるものであれば、もちろんその他のエッチング液やリンス液を用いることが可能である。
【００６０】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６１】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００６２】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照して説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００６３】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、イオンビーム等の荷電粒子を照射してエッチングを行い、開口部２２の透光性基板１０１に穴を形成するものである。
【００６４】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図８（ａ）に示すような構造を形成する。
【００６５】
次に、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００６６】
次に、図８（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部に対応した領域に選択的にＧａイオンビーム１２１を照射し、透光性基板１０１をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。波長２４８ｎｍの露光光の位相を９０度変化させるために、エッチングの深さはクオーツの屈折率を１．５０８として１２２ｎｍに設定する。これを達成するイオンビームの照射量は、５．７×１０-2Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、クオーツ基板エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。
【００６７】
上記イオンビーム照射工程により、図８（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部に対応して選択的に穴１２２が形成される。
【００６８】
以上のようにして、図１及び図８（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、穴１１２が形成された部分に−９０度の位相差を持たせることができる。
【００６９】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に穴１２２を形成している。この穴１１２は、開口部２２に選択的にイオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００７１】
なお、上記実施形態において、図８（ｃ）及び図８（ｄ）で示した穴１２２を形成する工程は、図８（ａ）の工程前（図２（ｃ）の工程後）に行ってもよく、また図８（ａ）の工程後（図８（ｂ）の工程前）に行ってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、イオンビームで穴１２２を形成する場合、位相シフトマーク領域２０の５つの開口部２２を内包する領域全体にイオンビームを照射するようにしてもよいが、各開口部２２の少なくとも一部を含む領域にイオンビームが照射されればよい。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、その一例を示したものであり、開口部２２の先端部を含む領域をイオンビーム照射領域２５としてもよい。この場合にも、フォーカスモニターとしての効果を得ることが可能である。具体的には、菱形マークの先端から６μｍ程度内側の領域まで穴が形成されていれば十分である。
【００７３】
また、上述した図８（ａ）〜図８（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００７４】
この場合には、図８（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図８（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図８（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにイオンビームを照射すればよい。これにより、図９に示すような構造が得られる。
【００７５】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００７６】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００７７】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００７８】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を参照して説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００７９】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１に、イオンビーム等の荷電粒子を照射してエッチングを行い、周辺部２１のハーフトーン膜１０２の膜厚を薄くするものである。
【００８０】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図１１（ａ）に示すような構造を形成する。
【００８１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００８２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部を含む領域に選択的にＧａイオンビーム１３１を照射し、ハーフトーン膜１０２をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。エッチングの深さは、ハーフトーン膜１０２の膜厚１００ｎｍの半分の５０ｎｍとする。これを達成するイオンビームの照射量は、７．７×１０-3Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、ハーフトーン膜エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。
【００８３】
上記イオンビーム照射工程により、図１１（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部において、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａが得られる。
【００８４】
以上のようにして、図１及び図１１（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａに９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では＋９０度とする）の位相差を持たせることができる。また、ハーフトーン位相シフト膜１０２が１８０度の位相差を与えるものであることから、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１のハーフトーン膜１０２の膜厚が薄くなっていない部分を通過する露光光の位相を基準とした場合、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを通過する露光光の位相は−９０度となる。また、リファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準とした場合には、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを通過する露光光の位相は＋９０度となる。
【００８５】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１の開口部２２に隣接する部分において選択的に、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成している。この薄い部分１０２ａは、当該部分１０２ａに選択的にイオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態において、イオンビームでハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成する場合、位相シフトマーク領域２０の５つの開口部２２の外側の領域全体にイオンビームを照射するようにしてもよいが、各開口部２２の外側の領域の少なくとも一部にイオンビームが照射されればよい。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、その一例を示したものであり、開口部２２の先端部に対応する領域のみにイオンビーム照射領域２５としてもよい。この場合にも、フォーカスモニターとしての効果を得ることが可能である。具体的には、菱形マークの先端から６μｍ程度内側の領域までハーフトーン膜が加工されていれば十分である。
【００８８】
また、上記実施形態では、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜１０２にのみ選択的にイオンビームを照射してエッチングを行ったが、クオーツ基板にも同時にイオンビームを照射してもよい。ただし、クオーツ基板も同時にエッチングされるため、ハーフトーン膜を５０ｎｍ以上エッチングしないと、９０度の位相差を得ることができない。ハーフトーン膜とクオーツ基板のエッチング速度及び屈折率の差を考慮して、エッチングの深さを設定すればよい。
【００８９】
また、上述した図１１（ａ）〜図１１（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００９０】
この場合には、図１１（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図１１（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図１１（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のハーフトーン膜１０２を薄くすべき部分のみにイオンビームを照射すればよい。これにより、図１２に示すような構造が得られる。
【００９１】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００９２】
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００９３】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００９４】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を参照して説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００９５】
本実施形態では、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０のうち、一方についてはイオンビームを用いて開口部のエッチングを行い、他方については開口部の周囲のハーフトーン膜に対してイオンビームによりエッチングを行う。
【００９６】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図１４（ａ）に示すような構造を形成する。ただし、本実施形態では、リファレンスマーク領域１０にはレジストパターンは形成されない。
【００９７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、デバイスパターン形成領域（図示せず）に形成されたレジストパターン（図示せず）をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジストパターンをＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００９８】
次に、図１４（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、リファレンスマーク領域１０の開口部に対応した領域にＧａイオンビーム１４１を照射し、透光性基板１０１をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。波長２４８ｎｍの露光光の位相を９０度変化させるために、エッチングの深さはクオーツの屈折率を１．５０８として１２２ｎｍに設定する。これを達成するイオンビームの照射量は、５．７×１０-2Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、クオーツ基板エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。本工程により、リファレンスマーク領域１０の開口部に対応して選択的に穴１４２が形成される。
【００９９】
次に、図１４（ｄ）に示すように、ＦＩＢ加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部を含む領域に選択的にＧａイオンビーム１２１を照射し、ハーフトーン膜１０２をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。エッチングの深さは、ハーフトーン膜１０２の膜厚１００ｎｍの半分の５０ｎｍとする。これを達成するイオンビームの照射量は、７．７×１０-3Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、ハーフトーン膜エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。本工程により、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部において、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａが得られる。
【０１００】
以上のようにして、図１及び図１４（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、穴１４２が形成された部分に９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では−９０度とする）の位相差を持たせることができるとともに、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａに９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では＋９０度とする）の位相差を持たせることができる。
【０１０１】
このように、本実施形態では、リファレンスマーク領域１０の穴１４２が形成された部分では−９０度の位相シフト、位相シフトマーク領域２０の膜厚が薄い部分１０２ａでは＋９０度の位相シフトといったように、両部分ではシフト方向が逆になっている。そのため、第１〜第４の実施形態と比べて、感度を２倍にすることができる。
【０１０２】
図１５は、上述した事項を示したものであり、ウエハ上におけるリファレンスマークの長辺の寸法をＬ、位相シフトマークの長辺の寸法をＬ’としたときの、寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示したものである。線ａはリファレンスマークの寸法Ｌ、線ｂは位相シフトマークの寸法Ｌ’、線ｃは寸法差（Ｌ−Ｌ’）を示したものである。図２３と比較すればわかるように、本実施形態では感度がほぼ２倍となっている。
【０１０３】
したがって、本実施形態においても、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態によれば、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に選択的に穴１４２を形成するとともに、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１の開口部２２に隣接する部分において選択的に、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成している。これらの穴１４２や薄い部分１０２ａは、イオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【０１０５】
なお、上記実施形態において、図１４（ｃ）で示した穴１４２を形成する工程は、図１４（ａ）の工程前（図２（ｃ）の工程後）に行ってもよく、また図１４（ａ）の工程後（図１４（ｂ）の工程前）に行ってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態におけるイオンビームの照射領域についても、第３及び第４の実施形態で説明したのと同様に、種々の態様をとることが可能である。
【０１０７】
また、上記実施形態では、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成する際に、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜１０２にのみ選択的にイオンビームを照射してエッチングを行ったが、クオーツ基板にも同時にイオンビームを照射してもよい。ただし、クオーツ基板も同時にエッチングされるため、ハーフトーン膜を５０ｎｍ以上エッチングしないと、９０度の位相差を得ることができない。ハーフトーン膜とクオーツ基板のエッチング速度及び屈折率の差を考慮して、エッチングの深さを設定すればよい。
【０１０８】
また、上記第３〜第５の実施形態において、ＦＩＢによってクオーツ基板１０１やハーフトーン膜１０２をエッチングする場合、真空中でＧａイオンを照射するようにしてもよいが、例えばＦ（弗素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）或いはＩ（ヨウ素）を含むガスを導入した雰囲気でＧａイオンを照射し、ガスとの反応を利用してエッチングを行ってもよい。
【０１０９】
また、上記第３〜第５の実施形態において、イオンビームの代わりにレーザービーム等の電磁波を用いてもよい。例えばＹＡＧの３倍高調波（波長３５１ｎｍ）のレーザー光源を有する加工装置を用い、レーザーアブレーションによってエッチングを行ってもよい。特に、第４及び第５の実施形態でハーフトーン膜をエッチングする場合、クオーツがほとんどレーザー光を吸収しないことから、クオーツ基板はほとんどエッチングされずにすむ。したがって、ハーフトーン膜の他にクオーツ基板に同時にレーザー光を照射しても、ハーフトーン膜のみを選択的にエッチングすることが可能である。
【０１１０】
また、実際のマスク製造工程においては、マスク欠陥検査工程によって発見されたマスク欠陥を修正する欠陥修正工程があるが、この修正工程にはＦＩＢ装置やレーザー加工装置が使用される。そこで、上記第３〜第５の実施形態において、イオンビーム等による加工工程と欠陥修正工程とを連続して行うことにより、マスク製造工程をさらに効率化することが可能となる。
【０１１１】
また、上記第１〜第５の実施形態では、位相シフトマーク領域の周辺部を通過する露光光の位相と開口部を通過する露光光の位相との位相差の絶対値を９０度としたが、位相差は９０度には限定されない。
【０１１２】
図１６は、位相差を種々変化させた時のデフォーカスと寸法差の関係を示したものである。この図からわかるように、位相差が６０度、９０度及び１２０度において傾きがほぼ一定であることがわかる。また、位相差が１５０度の場合にも、傾きは緩くなるが単調増加傾向を示している。図１７は、位相差を９０度に設定したときの、位相精度と感度ばらつきとの関係を示したものである。すなわち、位相差を９０度を設定した場合の位相誤差量を横軸に、感度ばらつき量を縦軸に示したものである。この図から、位相精度が３０度より大きくなると、感度ばらつき量が急激に増加することがわかる。
【０１１３】
以上のことから、位相差は、６０度以上１５０度以下、より好ましくは６０度以上１２０度以下とすることが望ましい。
【０１１４】
また、上記第１〜第５の実施形態において、ウエハ上に転写されたフォーカスモニターマークの寸法測定は、露光装置から独立した光学式の線幅測定器を用いて行うようにしてもよいが、露光装置自体に内蔵された線幅測定機能を用いてもよく、さらにＳＥＭ等の光学式以外の測定装置を用いるようにしてもよい。
【０１１５】
また、フォーカスモニターマークは、線幅測定装置で測定可能なマークであればよく、例えば図１８に示すように楔型のマークを用いてもよい。要するに、中央部から端部に向かって、或いは一端部から他端部に向かって、パターン幅（短軸方向の長さ）がしだいに短くなるようなパターンであればよい。
【０１１６】
さらに、フォーカスモニターマークのサイズ及びピッチ、ハーフトーン位相シフト膜の透過率等についても、上述した各実施形態に限定されるものではなく、使用する露光条件等によって種々変更することが可能である。
【０１１７】
（実施形態６）
本実施形態は、上記第１〜第５の実施形態で説明したようなマスクを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。以下、図１９に示したフローチャートを参照して説明する。
【０１１８】
まず、露光装置にマスクをセットする（Ｓ１）。続いて、セットされたマスク用いて露光処理を行い、ウエハ（半導体基板）上のレジストにパターンを転写し（Ｓ２）、さらにレジストの現像処理を行う（Ｓ３）。次に、現像処理によって得られたレジストパターンについて、リファレンスマーク領域の開口部に対応したフォーカスモニターマークパターン及び位相シフトマーク領域の開口部に対応したフォーカスモニターマークパターンの寸法を測定し（Ｓ４）、それらの寸法差を求める（Ｓ５）。続いて、予め求めておいた較正曲線に基づき、得られた寸法差に対応するデフォーカス量を求める（Ｓ６）。
【０１１９】
上述した処理を、例えばあるロットの所定枚数のウエハに対して行い、得られたデフォーカス量の平均値をそのロットのデフォーカス量として決定する。そして、平均デフォーカス量に基づいて、露光装置のフォーカス位置を修正する（Ｓ７）。その後、フォーカス位置が修正された露光装置により、上記マスクを用いて、その次のロットのウエハにパターンを転写する（Ｓ８）。
【０１２０】
上述した処理を各ロットについて行うことにより、常に最適なフォーカス位置で各ロットの処理を行うことができ、半導体装置の歩留まりや特性を向上させることが可能となる。
【０１２１】
なお、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ーマークのフォーカス位置とは、露光装置の収差やデバイスパターンの下地の形状等によって異なる場合がある。このような場合には、フォーカスモニター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考慮した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【０１２２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、モニターパターンを有するマスクを高精度かつ簡単な工程で得ることができ、そのようなマスクを用いることで半導体装置の製造コストや製造時間の増大を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るマスクのマークパターン形成領域の一例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る滴下装置の概略を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマスクの各領域を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るマスクの他の変形例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係るマスクの他の変形例を説明するための図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係り、デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【図１６】デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【図１７】位相精度と感度ばらつきとの関係について示した図である。
【図１８】本発明の実施形態に係るマスクのマークパターン形成領域の他の例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るマスクを半導体装置の製造に適用した場合の工程を示したフローチャートである。
【図２０】従来技術に係るマスクのマークパターン形成領域の一例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図２１】従来技術に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図２２】従来技術に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図２３】デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【符号の説明】
１０…リファレンスマーク領域
１１…周辺部
１２…開口部
２０…位相シフトマーク領域
２１…周辺部
２２…開口部
２５…イオンビーム照射領域
３０…デバイスパターン形成領域
４０…ダイシング領域
５１…補助板
５２…マスク板
５３…薬液供給ノズル
１０１…透光性基板
１０２…ハーフトーン膜
１０２ａ…ハーフトーン膜の薄い部分
１０３…遮光膜
１０４、１０５…レジスト
１０６…透光性膜
１１１…ウエットエッチング液
１１２、１２２、１４２…穴
１２１、１３１、１４１…イオンビーム
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスク、マスクの製造方法及びそれらを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願発明者らは、露光装置のフォーカスずれ量（デフォーカス量）を符号を含めて計測するためのフォーカスモニターマスクをすでに提案している（特願平１１−２７４７０１、特願平１１−３７５４７２）。図２０は、その一例を説明するための図であり、マークパターン形成領域の平面的な構成を模式的に示した図である。
【０００３】
マークパターン形成領域には、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０が含まれている。リファレンスマーク領域１０は、遮光部又はハーフトーン部からなる周辺部１１と、周辺部１１に囲まれた５つの開口部１２を有している。位相シフトマーク領域２０は、ハーフトーン部からなる周辺部２１と、周辺部２１に囲まれた５つの開口部２２を有している。開口部１２及び２２はフォーカスモニターマークとして用いるものであり、開口部１２と開口部２２とは菱形状の同一の平面形状となっている。また、開口部２２を透過する露光光の位相と周辺部２１を透過する露光光の位相の位相差が９０度となるように構成されている。
【０００４】
上述したような構成を有するマスクを用いることで、フォーカスモニターを行うことができる。このフォーカスモニターは、リファレンスマーク領域１０の開口部１２のパターン（リファレンスマーク）のベストフォーカス点と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２のパターン（位相シフトマーク）のベストフォーカス点との間にずれが生じる現象を利用している。リファレンスマークと位相シフトマークの露光・現像後における長辺どうしの寸法差をモニターすると、デフォーカスに対して単調減少または単調増加する。そこで、デフォーカスに対する上記寸法差の関係を較正曲線として予め求めておき、露光・現像後のウエハ上の寸法差を測定することで、フォーカスずれ量を方向も含めてモニターすることが可能である。
【０００５】
図２３は、ウエハ上におけるリファレンスマークの長辺の寸法をＬ、位相シフトマークの長辺の寸法をＬ’としたときの、寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示したものである。線ａはリファレンスマークの寸法Ｌ、線ｂは位相シフトマークの寸法Ｌ’、線ｃは寸法差（Ｌ−Ｌ’）を示したものである。この寸法差ｃの特性は、デフォーカスに対して単調増加している。したがって、この較正曲線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る。なお、露光量を±１０％程度変化させても、較正曲線はほとんど変化しない。したがって、露光量が多少変化した場合でも、フォーカス位置ずれ量を高精度に検出することが可能である。
【０００６】
次に、図２０に示したようなパターンを有する従来のマスクの製造方法を、図２１（ａ）〜図２２（ｈ）を参照して説明する。図２１（ａ）〜図２２（ｈ）は、図２０のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。
【０００７】
まず、図２１（ａ）に示すように、透光性基板１０１として、クオーツ基板を用意する。この透光性基板１０１上に、ハーフトーン位相シフト膜１０２として、ＭｏＳｉＯx 膜を形成する。続いて、ハーフトーン位相シフト膜１０２上に、遮光膜１０３として、Ｃｒ膜を形成する。さらに、遮光膜１０３上に化学増幅型ポジ型レジスト１０４を塗布する。なお、ハーフトーン位相シフト膜１０２は、ハーフトーン位相シフト膜１０２を透過する露光光と開口部１２を透過する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである。
【０００８】
次に、図２１（ｂ）に示すように、リファレンスマーク領域及び位相シフトマーク領域において、レジスト膜１０４にフォーカスモニターマークを描画する。この時、デバイスパターン形成領域（図示せず）のデバイスパターンも同時に描画する。続いて、基板をベーキングした後に現像を行い、レジストパターン１０４を形成する。
【０００９】
次に、図２１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして、遮光膜１０３及びハーフトーン位相シフト膜１０２を順次エッチングする。このエッチングにより、開口部１２及び２２の平面形状に対応するフォーカスモニターマークパターンが形成されるとともに、デバイスパターンが形成される。その後、レジスト膜１０４を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１０】
次に、図２１（ｄ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１５１を塗布する。続いて、位相シフトマークの開口部以外をレジストでマスキングするために、レーザー描画装置にて描画を行う。さらに、現像液にて現像を行うことでレジストパターン１５１が得られる。
【００１１】
次に、図２２（ｅ）に示すように、レジストパターン１５１と遮光膜１０３をマスクとして、透光性基板１０１をエッチングする。これにより、位相シフトマークの開口部においてのみ透光性基板１０１がエッチングされ、穴１５２が得られる。
【００１２】
次に、図２２（ｆ）に示すように、レジスト１５１を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１３】
次に、図２２（ｇ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１５３を塗布する。続いて、リファレンスマーク領域１０の開口部、Ｃｒ遮光帯枠部、その他Ｃｒパターン部をマスキングするために、レーザー描画装置にてレジスト膜１５３に描画を行う。さらに、現像液にて現像を行うことで、レジストパターン１５３を形成する。
【００１４】
次に、図２２（ｈ）に示すように、レジストパターン１５３をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５を剥離し、さらに洗浄を行う。
【００１５】
以上のようにして、図２０及び図２２（ｈ）に示すような構成を有するマスクが得られる。透光性基板１０１をエッチングして穴１５２を形成することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部を通過する露光光の位相を基準として、位相シフトマーク領域２０の開口部を通過する露光光は−９０度の位相となる。
【００１６】
しかしながら、上述した従来の製造方法では、９０度の位相差を生じさせるための穴１５２を形成するために、図２１（ｄ）〜図２２（ｆ）で示したような余分なリソグラフィ及びエッチング工程が必要となる。したがって、製造工程が非常に長くなり、製造コストや製造ＴＡＴに対して悪影響を及ぼしていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のフォーカスモニター用のマスクでは、９０度の位相差を得るために、余分なリソグラフィ工程を行わなければならず、そのため製造工程が長くなり製造コスト等の増大の要因となっていた。
【００１８】
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、製造工程の増大等を抑制することが可能なマスク及びマスクの製造方法並びにそれらを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【００１９】
本発明に係るマスクは、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、を備え、前記第２の開口部の一部に穴が形成され、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るマスクは、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、を備え、前記第２の周辺部のハーフトーン膜の一部は前記第１の周辺部のハーフトーン膜よりも薄く、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るマスクの製造方法は、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して前記透光性基板をエッチングして前記第２の開口部の一部に穴を形成し、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、を備え、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成されることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るマスクの製造方法は、透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、前記第２の周辺部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して第２の周辺部のハーフトーン膜をエッチングして第２の周辺部のハーフトーン膜の一部を薄くし、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、を備え、前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成されることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記マスク或いは上記製造方法によって形成されたマスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程を備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記マスク或いは上記製造方法によって形成されたマスクを用いて露光装置により基板上にパターンを転写する工程と、前記転写されたパターンに含まれる前記第１の開口部に対応した第１のマークパターン及び前記第２の開口部に対応した第２のマークパターンの寸法を求める工程と、前記求められた寸法に基づいてデフォーカス量を求める工程と、前記求められたデフォーカス量に基づいて前記露光装置のフォーカスを調整する工程と、前記フォーカスが修正された露光装置により前記マスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２７】
（実施形態１）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るマークパターン形成領域の平面的な構成を模式的に示した図である。
【００２９】
マークパターン形成領域には、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０が含まれている。リファレンスマーク領域１０は、遮光部又はハーフトーン部からなる周辺部１１と、周辺部１１に囲まれた５つの開口部１２を有している。位相シフトマーク領域２０は、ハーフトーン部からなる周辺部２１と、周辺部２１に囲まれた５つの開口部２２を有している。開口部１２及び２２はフォーカスモニターマークとして用いるものであり、開口部１２と開口部２２とは菱形状の同一の平面形状となっている。また、開口部２２を透過する露光光の位相と周辺部２１を透過する露光光の位相の位相差が９０度となるように構成されている。本例では、開口部の寸法は、ウエーハ上の寸法に換算して、Ｘ軸方向の長さが12μｍ、Ｙ軸方向の幅が0.18μｍであり、開口部間のＹ軸方向のピッチは0.36μｍである。
【００３０】
なお、上記リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０を含むマークパターン形成領域は、図４に示すように、デバイスパターン形成領域３０間のダイシング領域４０に位置することが好ましい。マークパターン形成領域をダイシング領域４０内に設けることで、実デバイスを形成するためのデバイスパターン形成領域３０の面積を増大させずにすむ。
【００３１】
次に、図１に示したようなパターンを有するマスクの製造方法を、図２（ａ）〜図２（ｆ）を参照して説明する。図２（ａ）〜図２（ｆ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、ピペット及び専用の滴下装置を用いてＳＯＧ膜を滴下し、開口部２２に透光性膜を形成するものである。
【００３２】
まず、図２（ａ）に示すように、透光性基板（透明基板）１０１として、６インチ角のクオーツ基板を用意する。この透光性基板１０１上に、ハーフトーン位相シフト膜１０２として、厚さ１００ｎｍのＭｏＳｉＯx 膜を形成する。続いて、ハーフトーン位相シフト膜１０２上に、遮光膜１０３として、厚さ６０ｎｍのＣｒ膜を形成する。さらに、遮光膜１０３上に化学増幅型ポジ型レジスト１０４を厚さ６００ｎｍ塗布する。なお、ハーフトーン位相シフト膜１０２は、ハーフトーン位相シフト膜１０２に入射する露光光の位相を逆転させてハーフトーン位相シフト膜１０２から出射する、すなわちハーフトーン位相シフト膜１０２に入射する露光光とハーフトーン位相シフト膜１０２から出射する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである。また、ハーフトーン位相シフト膜１０２の透過率は、例えば６％である。
【００３３】
次に、図２（ｂ）に示すように、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０において、レジスト膜１０４にフォーカスモニターマークを描画する。この時、デバイスパターン形成領域（図示せず）のデバイスパターンも同時に描画する。ここでは加速電圧５０ＫｅＶの電子ビーム描画装置を使用するが、レーザー描画装置やフォトリピータなどを用いてもよい。続いて、基板を１２０℃で９０秒間ベーキングした後、０．２１規定のアルカリ現像液にて６０秒間のスプレイ現像を行い、レジストパターン１０４を形成する。
【００３４】
次に、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１０４をマスクとして、遮光膜１０３及びハーフトーン位相シフト膜１０２を順次エッチングする。このエッチングにより、開口部１２及び２２の平面形状に対応するフォーカスモニターマークパターンが形成されるとともに、デバイスパターンが形成される。その後、レジスト膜１０４をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００３５】
次に、図２（ｄ）に示すように、ｉ線フォトレジスト１０５を塗布する。続いて、リファレンスマーク領域１０の開口部、Ｃｒ遮光帯枠部、その他Ｃｒパターン部をマスキングするために、レーザー描画装置にてレジスト膜１０５に描画を行う。さらに、０．２１規定のアルカリ現像液にてスプレイ現像を６０秒間行い、レジストパターン１０５を形成する。
【００３６】
次に、図２（ｅ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００３７】
その後、図２（ｆ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的に、透光性膜１０６としてＳＯＧ膜を形成する。ＳＯＧ膜の形成には、図３に示すような滴下装置を用いる。この滴下装置は、マスク板５２を載置する補助板５１と、マスク板５２に薬液を供給する薬液供給ノズル５３を備えている。薬液供給ノズル５３とマスク板５１とは相対的に移動可能であり、薬液供給ノズル５３とマスク板５１との位置関係を調整することで、目的位置に薬液を選択的に供給することが可能である。この滴下装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部２２を含む領域に対して選択的に、薬液供給ノズルからＳＯＧ原料液を滴下する。その後、４５０℃で３０分間、基板を加熱し、さらに洗浄を行う。
【００３８】
以上のようにして、図１及び図２（ｆ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓ（透光性基板１０１の加工が施されていない表面）に対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、透光性膜１０６が形成された部分に＋９０度の位相差を持たせることができる。
【００３９】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。その結果、両パターンの寸法差とデフォーカス量との関係は、従来技術の項で示した図２３と同様の関係になる。そこで、従来技術の項で述べたように、パターン寸法差（フォーカスモニターパターンの長軸方向の寸法差）とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に透光成膜１０６を形成している。この透光成膜１０６は、開口部２２に選択的に透光成膜１０６の原料液を滴下することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００４１】
なお、上述した図２（ａ）〜図２（ｆ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００４２】
この場合には、図２（ｄ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図２（ｅ）の工程においてファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図２（ｆ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにＳＯＧを滴下すればよい。これにより、図５に示すような構造が得られる。
【００４３】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、透光成膜１０６の材料として、加熱により容易に硬化し、酸洗浄及び紫外光に対して劣化しないＳＯＧ材料、例えばポリメチルシロキサンを用いたが、所望の特性が得られる材料であれば、もちろんその他の材料を用いることが可能である。
【００４５】
（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４６】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００４７】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照して説明する。図６（ａ）〜図６（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００４８】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、ピペット及び専用の滴下装置を用いてウエットエッチング液を滴下し、開口部２２の透光性基板１０１に穴を形成するものである。
【００４９】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図６（ａ）に示すような構造を形成する。
【００５０】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００５１】
次に、図６（ｃ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的にウエットエッチング液１１１を滴下し、さらに洗浄を行う。ウエットエッチング液１１１の滴下装置には、第１の実施形態の図３で示したものと同様の基本構成を有する滴下装置を用いればよい。すなわち、この滴下装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部２２を含む領域に対して選択的に、薬液供給ノズルからウエットエッチング液を滴下する。
【００５２】
上記エッチング工程により、図６（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部を含む領域に選択的に穴１１２が形成される。なお、穴１１２の深さは、ウエットエッチング液を滴下してからリンス液を滴下するまでの時間で調節することが可能である。ウエットエッチング液にはＮＨ4Ｆの２０％希釈液を、リンス液には水を使用することができる。
【００５３】
以上のようにして、図１及び図６（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、穴１１２が形成された部分に−９０度の位相差を持たせることができる。
【００５４】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に穴１１２を形成している。この穴１１２は、開口部２２に選択的にウエットエッチング液を滴下することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００５６】
なお、上述した図６（ａ）〜図６（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００５７】
この場合には、図６（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図６（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図６（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにウエットエッチング液を滴下すればよい。これにより、図７に示すような構造が得られる。
【００５８】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、穴１１２の形成の際に、ウエットエッチング液としてＮＨ4Ｆを、リンス液に水を使用したが、所望の特性が得られるものであれば、もちろんその他のエッチング液やリンス液を用いることが可能である。
【００６０】
（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６１】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００６２】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照して説明する。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００６３】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に、イオンビーム等の荷電粒子を照射してエッチングを行い、開口部２２の透光性基板１０１に穴を形成するものである。
【００６４】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図８（ａ）に示すような構造を形成する。
【００６５】
次に、図８（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００６６】
次に、図８（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の開口部に対応した領域に選択的にＧａイオンビーム１２１を照射し、透光性基板１０１をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。波長２４８ｎｍの露光光の位相を９０度変化させるために、エッチングの深さはクオーツの屈折率を１．５０８として１２２ｎｍに設定する。これを達成するイオンビームの照射量は、５．７×１０-2Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、クオーツ基板エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。
【００６７】
上記イオンビーム照射工程により、図８（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の開口部に対応して選択的に穴１２２が形成される。
【００６８】
以上のようにして、図１及び図８（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、すなわちリファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準として、穴１１２が形成された部分に−９０度の位相差を持たせることができる。
【００６９】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００７０】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に選択的に穴１２２を形成している。この穴１１２は、開口部２２に選択的にイオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００７１】
なお、上記実施形態において、図８（ｃ）及び図８（ｄ）で示した穴１２２を形成する工程は、図８（ａ）の工程前（図２（ｃ）の工程後）に行ってもよく、また図８（ａ）の工程後（図８（ｂ）の工程前）に行ってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、イオンビームで穴１２２を形成する場合、位相シフトマーク領域２０の５つの開口部２２を内包する領域全体にイオンビームを照射するようにしてもよいが、各開口部２２の少なくとも一部を含む領域にイオンビームが照射されればよい。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、その一例を示したものであり、開口部２２の先端部を含む領域をイオンビーム照射領域２５としてもよい。この場合にも、フォーカスモニターとしての効果を得ることが可能である。具体的には、菱形マークの先端から６μｍ程度内側の領域まで穴が形成されていれば十分である。
【００７３】
また、上述した図８（ａ）〜図８（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００７４】
この場合には、図８（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図８（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図８（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のみにイオンビームを照射すればよい。これにより、図９に示すような構造が得られる。
【００７５】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００７６】
（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
【００７７】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００７８】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）を参照して説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００７９】
本実施形態の製造方法は、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１に、イオンビーム等の荷電粒子を照射してエッチングを行い、周辺部２１のハーフトーン膜１０２の膜厚を薄くするものである。
【００８０】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図１１（ａ）に示すような構造を形成する。
【００８１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジスト膜１０５をＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００８２】
次に、図１１（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部を含む領域に選択的にＧａイオンビーム１３１を照射し、ハーフトーン膜１０２をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。エッチングの深さは、ハーフトーン膜１０２の膜厚１００ｎｍの半分の５０ｎｍとする。これを達成するイオンビームの照射量は、７．７×１０-3Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、ハーフトーン膜エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。
【００８３】
上記イオンビーム照射工程により、図１１（ｄ）に示すように、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部において、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａが得られる。
【００８４】
以上のようにして、図１及び図１１（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａに９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では＋９０度とする）の位相差を持たせることができる。また、ハーフトーン位相シフト膜１０２が１８０度の位相差を与えるものであることから、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１のハーフトーン膜１０２の膜厚が薄くなっていない部分を通過する露光光の位相を基準とした場合、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを通過する露光光の位相は−９０度となる。また、リファレンスマーク領域１０の開口部１２を通過する露光光の位相を基準とした場合には、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを通過する露光光の位相は＋９０度となる。
【００８５】
したがって、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態によれば、９０度の位相差を得るために、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１の開口部２２に隣接する部分において選択的に、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成している。この薄い部分１０２ａは、当該部分１０２ａに選択的にイオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【００８７】
なお、上記実施形態において、イオンビームでハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成する場合、位相シフトマーク領域２０の５つの開口部２２の外側の領域全体にイオンビームを照射するようにしてもよいが、各開口部２２の外側の領域の少なくとも一部にイオンビームが照射されればよい。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、その一例を示したものであり、開口部２２の先端部に対応する領域のみにイオンビーム照射領域２５としてもよい。この場合にも、フォーカスモニターとしての効果を得ることが可能である。具体的には、菱形マークの先端から６μｍ程度内側の領域までハーフトーン膜が加工されていれば十分である。
【００８８】
また、上記実施形態では、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜１０２にのみ選択的にイオンビームを照射してエッチングを行ったが、クオーツ基板にも同時にイオンビームを照射してもよい。ただし、クオーツ基板も同時にエッチングされるため、ハーフトーン膜を５０ｎｍ以上エッチングしないと、９０度の位相差を得ることができない。ハーフトーン膜とクオーツ基板のエッチング速度及び屈折率の差を考慮して、エッチングの深さを設定すればよい。
【００８９】
また、上述した図１１（ａ）〜図１１（ｄ）の製造工程では、リファレンスマーク領域１０の周辺部１１を、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２及び遮光膜１０３の積層膜が形成された遮光部として構成したが、遮光膜１０３を設けずに、透光性基板１０１上にハーフトーン位相シフト膜１０２が形成されたハーフトーン部として構成してもよい。
【００９０】
この場合には、図１１（ａ）の工程でレジスト膜１０５に描画を行う際に、リファレンスマーク領域１０のレジスト１０５にもレーザーを照射し、現像工程にてリファレンスマーク領域１０のレジスト１０５を除去すればよい。その結果、リファレンスマーク領域１０もレジストでマスキングされないこととなり、図１１（ｂ）の工程においてリファレンスマーク領域１０のＣｒ遮光膜１０３もエッチングされ、ハーフトーン膜１０２が露出した構造が得られる。そして、図１１（ｃ）の工程において、位相シフトマーク領域２０内のハーフトーン膜１０２を薄くすべき部分のみにイオンビームを照射すればよい。これにより、図１２に示すような構造が得られる。
【００９１】
この場合にも、リファレンスマーク領域１０に遮光膜を形成した場合と同様の較正曲線を得ることが可能であり、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスずれ量を方向も含めて取得することができる。
【００９２】
（実施形態５）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
【００９３】
なお、基本的な平面構成については、第１の実施形態の図１及び図４で示したものと同様であり、それらの詳細な説明は省略する。
【００９４】
以下、本実施形態に係るマスクの製造方法を、図１４（ａ）〜図１４（ｄ）を参照して説明する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、図１のＡ−Ａ’における断面を模式的に示したものである。なお、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｆ）で示した構成と対応する構成要素については、同一の参照番号を付している。
【００９５】
本実施形態では、リファレンスマーク領域１０及び位相シフトマーク領域２０のうち、一方についてはイオンビームを用いて開口部のエッチングを行い、他方については開口部の周囲のハーフトーン膜に対してイオンビームによりエッチングを行う。
【００９６】
まず、第１の実施形態の図２（ａ）〜図２（ｄ）で示した工程と同様の工程を行うことにより、図１４（ａ）に示すような構造を形成する。ただし、本実施形態では、リファレンスマーク領域１０にはレジストパターンは形成されない。
【００９７】
次に、図１４（ｂ）に示すように、デバイスパターン形成領域（図示せず）に形成されたレジストパターン（図示せず）をマスクにして、Ｃｒ遮光膜１０３をウエットエッチングする。続いて、レジストパターンをＯ2 アッシングと硫酸及び過酸化水素水の混合液にて剥離し、さらに洗浄を行う。
【００９８】
次に、図１４（ｃ）に示すように、ＦＩＢ（収束イオンビーム）加工装置を用いて、リファレンスマーク領域１０の開口部に対応した領域にＧａイオンビーム１４１を照射し、透光性基板１０１をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。波長２４８ｎｍの露光光の位相を９０度変化させるために、エッチングの深さはクオーツの屈折率を１．５０８として１２２ｎｍに設定する。これを達成するイオンビームの照射量は、５．７×１０-2Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、クオーツ基板エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。本工程により、リファレンスマーク領域１０の開口部に対応して選択的に穴１４２が形成される。
【００９９】
次に、図１４（ｄ）に示すように、ＦＩＢ加工装置を用いて、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部を含む領域に選択的にＧａイオンビーム１２１を照射し、ハーフトーン膜１０２をエッチングする。Ｇａイオンの照射条件は例えば、加速電圧（イオンビームのエネルギー）２０ｋＶ、電流１５ｐＡとする。エッチングの深さは、ハーフトーン膜１０２の膜厚１００ｎｍの半分の５０ｎｍとする。これを達成するイオンビームの照射量は、７．７×１０-3Ｃ／ｃｍ2 である。照射領域の設定は、マーク部分を含む２０ｕｍ角にイオンビームを照射して二次電子像を観察し、クオーツ基板部分とハーフトーン部分を自動的に判別する処理を用いて行った。なお、観察時のイオンビーム照射量は、ハーフトーン膜エッチング時のイオンビーム照射量に比較して、はるかに小さいものである。本工程により、位相シフトマーク領域２０の周辺部の一部において、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａが得られる。
【０１００】
以上のようにして、図１及び図１４（ｄ）に示すような構成を有するマスクが得られる。その結果、基準面Ｓに対し、穴１４２が形成された部分に９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では−９０度とする）の位相差を持たせることができるとともに、ハーフトーン膜１０２の膜厚が薄い部分１０２ａに９０度（＋９０度或いは−９０度、以下の説明では＋９０度とする）の位相差を持たせることができる。
【０１０１】
このように、本実施形態では、リファレンスマーク領域１０の穴１４２が形成された部分では−９０度の位相シフト、位相シフトマーク領域２０の膜厚が薄い部分１０２ａでは＋９０度の位相シフトといったように、両部分ではシフト方向が逆になっている。そのため、第１〜第４の実施形態と比べて、感度を２倍にすることができる。
【０１０２】
図１５は、上述した事項を示したものであり、ウエハ上におけるリファレンスマークの長辺の寸法をＬ、位相シフトマークの長辺の寸法をＬ’としたときの、寸法差（Ｌ−Ｌ’）とデフォーカスとの関係（較正曲線）を示したものである。線ａはリファレンスマークの寸法Ｌ、線ｂは位相シフトマークの寸法Ｌ’、線ｃは寸法差（Ｌ−Ｌ’）を示したものである。図２３と比較すればわかるように、本実施形態では感度がほぼ２倍となっている。
【０１０３】
したがって、本実施形態においても、上記マスクを用いてウエハ（半導体基板）上にパターンを転写することにより、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法と、位相シフトマーク領域２０の開口部２２に対応したウエハ上のフォーカスモニターパターンの寸法との間に差異が生じる。そこで、すでに述べたように、パターン寸法差とデフォーカス量との関係を示す較正曲線を予め求めておき、露光・現像後のウエハ上のパターン寸法差を求めることで、フォーカスのずれ量を方向も含めて取得することができる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態によれば、リファレンスマーク領域１０の開口部１２に選択的に穴１４２を形成するとともに、位相シフトマーク領域２０の周辺部２１の開口部２２に隣接する部分において選択的に、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成している。これらの穴１４２や薄い部分１０２ａは、イオンビーム等の荷電ビームを照射することで形成されるため、面倒なフォトリソグラフィ工程を行う必要がない。したがって、高精度のマスクを簡単な工程で形成することができ、製造コストや製造ＴＡＴの増大を抑えることが可能となる。
【０１０５】
なお、上記実施形態において、図１４（ｃ）で示した穴１４２を形成する工程は、図１４（ａ）の工程前（図２（ｃ）の工程後）に行ってもよく、また図１４（ａ）の工程後（図１４（ｂ）の工程前）に行ってもよい。
【０１０６】
また、本実施形態におけるイオンビームの照射領域についても、第３及び第４の実施形態で説明したのと同様に、種々の態様をとることが可能である。
【０１０７】
また、上記実施形態では、ハーフトーン膜の薄い部分１０２ａを形成する際に、位相シフトマーク領域２０のハーフトーン膜１０２にのみ選択的にイオンビームを照射してエッチングを行ったが、クオーツ基板にも同時にイオンビームを照射してもよい。ただし、クオーツ基板も同時にエッチングされるため、ハーフトーン膜を５０ｎｍ以上エッチングしないと、９０度の位相差を得ることができない。ハーフトーン膜とクオーツ基板のエッチング速度及び屈折率の差を考慮して、エッチングの深さを設定すればよい。
【０１０８】
また、上記第３〜第５の実施形態において、ＦＩＢによってクオーツ基板１０１やハーフトーン膜１０２をエッチングする場合、真空中でＧａイオンを照射するようにしてもよいが、例えばＦ（弗素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）或いはＩ（ヨウ素）を含むガスを導入した雰囲気でＧａイオンを照射し、ガスとの反応を利用してエッチングを行ってもよい。
【０１０９】
また、上記第３〜第５の実施形態において、イオンビームの代わりにレーザービーム等の電磁波を用いてもよい。例えばＹＡＧの３倍高調波（波長３５１ｎｍ）のレーザー光源を有する加工装置を用い、レーザーアブレーションによってエッチングを行ってもよい。特に、第４及び第５の実施形態でハーフトーン膜をエッチングする場合、クオーツがほとんどレーザー光を吸収しないことから、クオーツ基板はほとんどエッチングされずにすむ。したがって、ハーフトーン膜の他にクオーツ基板に同時にレーザー光を照射しても、ハーフトーン膜のみを選択的にエッチングすることが可能である。
【０１１０】
また、実際のマスク製造工程においては、マスク欠陥検査工程によって発見されたマスク欠陥を修正する欠陥修正工程があるが、この修正工程にはＦＩＢ装置やレーザー加工装置が使用される。そこで、上記第３〜第５の実施形態において、イオンビーム等による加工工程と欠陥修正工程とを連続して行うことにより、マスク製造工程をさらに効率化することが可能となる。
【０１１１】
また、上記第１〜第５の実施形態では、位相シフトマーク領域の周辺部を通過する露光光の位相と開口部を通過する露光光の位相との位相差の絶対値を９０度としたが、位相差は９０度には限定されない。
【０１１２】
図１６は、位相差を種々変化させた時のデフォーカスと寸法差の関係を示したものである。この図からわかるように、位相差が６０度、９０度及び１２０度において傾きがほぼ一定であることがわかる。また、位相差が１５０度の場合にも、傾きは緩くなるが単調増加傾向を示している。図１７は、位相差を９０度に設定したときの、位相精度と感度ばらつきとの関係を示したものである。すなわち、位相差を９０度を設定した場合の位相誤差量を横軸に、感度ばらつき量を縦軸に示したものである。この図から、位相精度が３０度より大きくなると、感度ばらつき量が急激に増加することがわかる。
【０１１３】
以上のことから、位相差は、６０度以上１５０度以下、より好ましくは６０度以上１２０度以下とすることが望ましい。
【０１１４】
また、上記第１〜第５の実施形態において、ウエハ上に転写されたフォーカスモニターマークの寸法測定は、露光装置から独立した光学式の線幅測定器を用いて行うようにしてもよいが、露光装置自体に内蔵された線幅測定機能を用いてもよく、さらにＳＥＭ等の光学式以外の測定装置を用いるようにしてもよい。
【０１１５】
また、フォーカスモニターマークは、線幅測定装置で測定可能なマークであればよく、例えば図１８に示すように楔型のマークを用いてもよい。要するに、中央部から端部に向かって、或いは一端部から他端部に向かって、パターン幅（短軸方向の長さ）がしだいに短くなるようなパターンであればよい。
【０１１６】
さらに、フォーカスモニターマークのサイズ及びピッチ、ハーフトーン位相シフト膜の透過率等についても、上述した各実施形態に限定されるものではなく、使用する露光条件等によって種々変更することが可能である。
【０１１７】
（実施形態６）
本実施形態は、上記第１〜第５の実施形態で説明したようなマスクを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。以下、図１９に示したフローチャートを参照して説明する。
【０１１８】
まず、露光装置にマスクをセットする（Ｓ１）。続いて、セットされたマスク用いて露光処理を行い、ウエハ（半導体基板）上のレジストにパターンを転写し（Ｓ２）、さらにレジストの現像処理を行う（Ｓ３）。次に、現像処理によって得られたレジストパターンについて、リファレンスマーク領域の開口部に対応したフォーカスモニターマークパターン及び位相シフトマーク領域の開口部に対応したフォーカスモニターマークパターンの寸法を測定し（Ｓ４）、それらの寸法差を求める（Ｓ５）。続いて、予め求めておいた較正曲線に基づき、得られた寸法差に対応するデフォーカス量を求める（Ｓ６）。
【０１１９】
上述した処理を、例えばあるロットの所定枚数のウエハに対して行い、得られたデフォーカス量の平均値をそのロットのデフォーカス量として決定する。そして、平均デフォーカス量に基づいて、露光装置のフォーカス位置を修正する（Ｓ７）。その後、フォーカス位置が修正された露光装置により、上記マスクを用いて、その次のロットのウエハにパターンを転写する（Ｓ８）。
【０１２０】
上述した処理を各ロットについて行うことにより、常に最適なフォーカス位置で各ロットの処理を行うことができ、半導体装置の歩留まりや特性を向上させることが可能となる。
【０１２１】
なお、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ーマークのフォーカス位置とは、露光装置の収差やデバイスパターンの下地の形状等によって異なる場合がある。このような場合には、フォーカスモニター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考慮した値を、フォーカスのずれ量としてフィードバックすればよい。
【０１２２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【０１２３】
【発明の効果】
本発明によれば、モニターパターンを有するマスクを高精度かつ簡単な工程で得ることができ、そのようなマスクを用いることで半導体装置の製造コストや製造時間の増大を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るマスクのマークパターン形成領域の一例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る滴下装置の概略を示した説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るマスクの各領域を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係るマスクの他の変形例を説明するための図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係るマスクの変形例を示した断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係るマスクの他の変形例を説明するための図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係り、デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【図１６】デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【図１７】位相精度と感度ばらつきとの関係について示した図である。
【図１８】本発明の実施形態に係るマスクのマークパターン形成領域の他の例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図１９】本発明の実施形態に係るマスクを半導体装置の製造に適用した場合の工程を示したフローチャートである。
【図２０】従来技術に係るマスクのマークパターン形成領域の一例について、その平面的な構成を模式的に示した図である。
【図２１】従来技術に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図２２】従来技術に係るマスクの製造工程を示した断面図である。
【図２３】デフォーカス量と寸法差との関係について示した図である。
【符号の説明】
１０…リファレンスマーク領域
１１…周辺部
１２…開口部
２０…位相シフトマーク領域
２１…周辺部
２２…開口部
２５…イオンビーム照射領域
３０…デバイスパターン形成領域
４０…ダイシング領域
５１…補助板
５２…マスク板
５３…薬液供給ノズル
１０１…透光性基板
１０２…ハーフトーン膜
１０２ａ…ハーフトーン膜の薄い部分
１０３…遮光膜
１０４、１０５…レジスト
１０６…透光性膜
１１１…ウエットエッチング液
１１２、１２２、１４２…穴
１２１、１３１、１４１…イオンビーム
Claims (21)
- 透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、
前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、
を備え、
前記第２の開口部の一部に穴が形成され、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、
前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成されている
ことを特徴とするマスク。 - 透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを含む第１の領域と、
前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを含む第２の領域と、
を備え、
前記第２の周辺部のハーフトーン膜の一部は前記第１の周辺部のハーフトーン膜よりも薄く、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差が生じるよう構成され、
前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成されている
ことを特徴とするマスク。 - 前記所定の位相差は、６０度以上１５０度以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク。 - 前記第１の周辺部及び第２の周辺部のハーフトーン膜は、該ハーフトーン膜を透過する露光光と前記第１の開口部を透過する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク。 - 前記第１の開口部と第２の開口部のパターンの平面形状は同じである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク。 - 前記平面形状は、菱形状又は楔形状である
ことを特徴とする請求項５に記載のマスク。 - 前記第１の領域及び第２の領域は、デバイスパターン形成領域の外側に設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマスク。 - 透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、
前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して前記透光性基板をエッチングして前記第２の開口部の一部に穴を形成し、前記第２の開口部の前記穴が形成された部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の周辺部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、
を備え、
前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記穴は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部に選択的に形成される
ことを特徴とするマスクの製造方法。 - 透光性基板上にハーフトーン膜又はハーフトーン膜と遮光膜との積層膜が設けられた第１の周辺部と、該第１の周辺部に囲まれた第１の開口部とを第１の領域に形成し、前記透光性基板上にハーフトーン膜が設けられた第２の周辺部と、該第２の周辺部に囲まれた第２の開口部とを第２の領域に形成する工程と、
前記第２の周辺部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給して第２の周辺部のハーフトーン膜をエッチングして第２の周辺部のハーフトーン膜の一部を薄くし、前記第２の周辺部の前記ハーフトーン膜が薄い部分に対応する領域を透過する露光光と前記第２の開口部を透過する露光光との間に所定の位相差を生じさせる工程と、
を備え、
前記第１の開口部及び第２の開口部のパターンは、中央部から両端の先端部に向かって或いは一端部から他端の先端部に向かってパターン幅がしだいに短くなるパターンであり、前記ハーフトーン膜が薄い部分は、前記先端部を含んだ前記第２の開口部の一部を囲む領域に選択的に形成される
ことを特徴とするマスクの製造方法。 - 前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給する工程は、前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング液を滴下する工程を含む
ことを特徴とする請求項８に記載のマスクの製造方法。 - 前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給する工程は、前記第２の開口部の一部を含む領域に選択的に荷電粒子又は電磁波を照射する工程を含む
ことを特徴とする請求項８に記載のマスクの製造方法。 - 前記第２の周辺部の一部を含む領域に選択的にエッチング源を供給する工程は、前記第２の周辺部の一部を含む領域に選択的に荷電粒子又は電磁波を照射する工程を含む
ことを特徴とする請求項９に記載のマスクの製造方法。 - 前記所定の位相差は、６０度以上１５０度以下である
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のマスクの製造方法。 - 前記第１の周辺部及び第２の周辺部のハーフトーン膜は、該ハーフトーン膜を透過する露光光と前記第１の開口部を透過する露光光との間に１８０度の位相差を与えるものである
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のマスクの製造方法。 - 前記第１の開口部と第２の開口部のパターンの平面形状は同じである
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のマスクの製造方法。 - 前記平面形状は、菱形状又は楔形状である
ことを特徴とする請求項１５に記載のマスクの製造方法。 - 前記第１の領域及び第２の領域を、デバイスパターン形成領域の外側に形成する
ことを特徴とする請求項８又は９に記載のマスクの製造方法。 - 請求項１又は２に記載のマスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項１又は２に記載のマスクを用いて露光装置により基板上にパターンを転写する工程と、
前記転写されたパターンに含まれる前記第１の開口部に対応した第１のマークパターン及び前記第２の開口部に対応した第２のマークパターンの寸法を求める工程と、
前記求められた寸法に基づいてデフォーカス量を求める工程と、
前記求められたデフォーカス量に基づいて前記露光装置のフォーカスを調整する工程と、
前記フォーカスが修正された露光装置により前記マスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項８又は９に記載の製造方法によって形成されたマスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程を備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項８又は９に記載の製造方法によって形成されたマスクを用いて露光装置により基板上にパターンを転写する工程と、
前記転写されたパターンに含まれる前記第１の開口部に対応した第１のマークパターン及び前記第２の開口部に対応した第２のマークパターンの寸法を求める工程と、
前記求められた寸法に基づいてデフォーカス量を求める工程と、
前記求められたデフォーカス量に基づいて前記露光装置のフォーカスを調整する工程と、
前記フォーカスが修正された露光装置により前記マスクを用いて半導体基板上にパターンを転写する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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