JP2000146758A - レンズ収差測定方法およびそれに用いるホトマスクならびに半導体装置の製造方法 - Google Patents

レンズ収差測定方法およびそれに用いるホトマスクならびに半導体装置の製造方法

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JP2000146758A
JP2000146758A JP32762998A JP32762998A JP2000146758A JP 2000146758 A JP2000146758 A JP 2000146758A JP 32762998 A JP32762998 A JP 32762998A JP 32762998 A JP32762998 A JP 32762998A JP 2000146758 A JP2000146758 A JP 2000146758A
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Katsuya Hayano
勝也 早野
Norio Hasegawa
昇雄 長谷川
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Hitachi Ltd
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591—Testing optical components
    • G03F7/706—Aberration measurement

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置の投影レンズにおけるレンズ収差の
測定時間の短縮化と製品の歩留りの向上を図る。 【解決手段】 露光光を遮光する遮光膜６とハーフトー
ン位相シフト膜１とによって形成される検査パタン２を
有した検査用ホトマスクであるハーフトーン位相シフト
マスクを準備する工程と、前記ハーフトーン位相シフト
マスクを縮小投影露光装置に取り付け、この縮小投影露
光装置によって検査パタン２をレジスト膜３に転写する
工程と、レジスト膜３に転写した転写検査パタン４と転
写基準パタンとを比較し、前記縮小投影露光装置の投影
レンズがコマ収差を有している際にハーフトーン位相シ
フト膜１によって転写検査パタン４の周囲に形成される
周辺パタン５を検出する工程とを有し、前記縮小投影露
光装置の前記投影レンズにおけるコマ収差量の自動測定
を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に露光装置に設けられたレンズの収差測定に適
用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【０００３】半導体製造工程の露光工程において使用さ
れる縮小投影露光装置（ステッパとも呼ばれ、以降、単
に露光装置と呼ぶ）では、その導入時に、受入れ検査が
行われる。
【０００４】この受入れ検査の１つとして、露光装置に
設置された投影レンズの検査が行われる。前記検査は、
投影レンズのコマ収差量を測定し、測定結果が許容範囲
内であるか否かを検査するものである。
【０００５】ここで、露光装置の投影レンズのコマ収差
の測定は、検査パタンが形成されたハーフトーン位相シ
フトマスクを準備し、このマスクを用いて露光を行った
際に転写検査パタンの周辺に形成されるサイドピークと
呼ばれる周辺パタンを検出し、各測定点におけるサイド
ピークの露光量をＳＥＭ（Scanning Electron Microsco
pe）と呼ばれる走査形電子顕微鏡を使用して求めてい
る。
【０００６】なお、レンズの収差測定方法については、
例えば、特開平６−１２０１１８号公報や、特開平６−
２４９７４８号公報に記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術における投影レンズの収差測定では、各測定点におけ
るサイドピークの露光量をＳＥＭを使用して求めている
ため、その結果、多大な測定時間を要することが問題と
される。
【０００８】本発明の目的は、レンズ収差の測定時間の
短縮化と製品の歩留りの向上を図るレンズ収差測定方法
およびそれに用いるホトマスクならびに半導体装置の製
造方法を提供することにある。
【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１１】すなわち、本発明のレンズ収差測定方法
は、露光光を遮光する遮光膜と半透明膜とによって形成
される検査パタンを有した検査用のホトマスクを準備す
る工程と、前記ホトマスクを露光装置に取り付け、この
露光装置によって前記検査パタンをレジスト膜に転写す
る工程と、前記レジスト膜に転写した転写検査パタンと
基準パタンとを比較し、前記露光装置の投影レンズがコ
マ収差を有している際に前記半透明膜によって前記転写
検査パタンの周囲に形成される周辺パタンを検出する工
程とを有し、前記露光装置の前記投影レンズにおけるコ
マ収差量を自動測定するものである。
【００１２】これにより、露光装置の投影レンズのコマ
収差量の測定時間を短縮することができる。
【００１３】なお、投影レンズのコマ収差量を自動測定
することにより、露光装置導入時の受入れ検査を簡便に
することができる。
【００１４】これにより、レンズ収差起因による製品の
不良の発生を低減でき、その結果、製品の歩留りを向上
させることが可能になる。
【００１５】また、本発明のホトマスクは、露光装置の
検査用のものであり、露光光を遮光する遮光膜と半透明
膜とからなる輪郭線によって囲まれる検査パタンが形成
され、このホトマスクを用いて露光して形成された転写
検査パタンと基準パタンとを比較し、露光装置の投影レ
ンズがコマ収差を有している際に前記半透明膜によって
前記転写検査パタンの周囲に形成される周辺パタンを検
出して前記投影レンズのコマ収差量の自動測定に用いら
れるものである。
【００１６】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、露光光を遮光する遮光膜と半透明膜とによって形成
される検査パタンを有した検査用のホトマスクを準備す
る工程と、前記ホトマスクを露光装置に取り付け、この
露光装置によって前記検査パタンをレジスト膜に転写す
る工程と、前記レジスト膜に転写した転写検査パタンと
基準パタンとを比較し、前記露光装置の投影レンズがコ
マ収差を有している際に前記半透明膜によって前記転写
検査パタンの周囲に形成される周辺パタンを検出して、
前記露光装置の前記投影レンズにおけるコマ収差量を自
動測定する工程と、前記コマ収差量が許容範囲内である
際に、前記露光装置を用いて半導体基板に露光を行う工
程と、前記露光後、前記半導体基板から半導体チップを
取得し、この半導体チップを用いて半導体装置を組み立
てる工程とを有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００１８】図１は本発明のホトマスクであるハーフト
ーン位相シフトマスクに形成された検査パタンとこの検
査パタンによる転写検査パタンの実施の形態の一例を示
すパタン図であり、（ａ）はホトマスクの検査パタン、
（ｂ）はレジスト膜上の転写検査パタン、図２は図１
（ａ）に示す検査パタンが形成されたハーフトーン位相
シフトマスクを用いた際のハーフトーン領域寸法とサイ
ドピークの光強度との関係の測定データを示す光強度変
化図、図３は図１に示す検査パタンが形成されたハーフ
トーン位相シフトマスクと比較例のホトマスクを用いて
転写を行った際の光強度の分布の一例を示す図であり、
（ａ）は図１に示すハーフトーン位相シフトマスクによ
る光強度分布、（ｂ）は比較例のホトマスクによる光強
度分布、図４はハーフトーン位相シフトマスクに形成さ
れた位相シフト膜による検査パタンとこの検査パタンに
よる転写検査パタンの一例を示すパタン図であり、
（ａ）は位相シフト膜による検査マスクパタン、（ｂ）
はレジスト膜上の転写検査パタン、図５は本発明のレン
ズ収差測定方法に用いられるハーフトーン位相シフトマ
スクに形成された検査パタンとこの検査パタンによる転
写検査パタンの実施の形態の一例を示すパタン図であ
り、（ａ）はホトマスクの検査パタン、（ｂ）はレジス
ト膜上の転写検査パタン、図６は本発明のレンズ収差測
定方法に用いられる比較用のホトマスクに形成された基
準パタンとこの基準パタンによる転写基準パタンの実施
の形態の一例を示すパタン図であり、（ａ）はホトマス
クの基準パタン、（ｂ）はレジスト膜上の転写基準パタ
ン、図７は本発明のレンズ収差測定方法に用いられるハ
ーフトーン位相シフトマスクに形成された検査パタン群
と基準パタン群の実施の形態の一例を示すマスクパタン
図、図８〜図１２は図７に示すハーフトーン位相シフト
マスクを用いて転写を行った際の転写検査パタン群と転
写基準パタン群の実施の形態の一例を示す転写パタン
図、図１３は本発明のレンズ収差測定方法においてパタ
ン検査装置を用いた際のパタン配置領域および装置検査
エリアの一例を示す図であり、（ａ）は検査パタン群、
（ｂ）は基準パタン群、図１４は本発明のレンズ収差測
定方法において用いるウェハ外観検査装置の構成の一例
を示す構成概略図、図１５は本発明のレンズ収差測定方
法で用いる露光装置の一例であるステッパの構成を示す
概略構成図、図１６、図１７は図１５に示すステッパを
用いた半導体装置の製造方法の一例を示す要部断面図で
ある。
【００１９】本実施の形態のレンズ収差測定方法は、半
導体製造工程の露光工程で使用する露光装置に設けられ
た投影レンズのレンズ収差の１つであるコマ収差の量
を、ウェハ外観検査装置を用いて自動測定するものであ
り、例えば、露光装置の受入れ検査の際などで投影レン
ズのコマ収差量を自動測定し、この測定結果が許容範囲
であるか否かを検査する際に用いるものである。
【００２０】まず、前記レンズ収差測定方法で用いるホ
トマスクについて説明する。
【００２１】前記ホトマスクは、露光装置の検査用のも
のであり（以降、検査用ホトマスク１０（図１５参照）
と呼ぶ）、本実施の形態では露光装置の一例として図１
５に示すステッパ（縮小投影露光装置ともいう）を取り
上げて説明する。
【００２２】前記検査用ホトマスク１０は、図５に示す
ように、露光光を遮光する遮光膜６と、半透明膜である
ハーフトーン位相シフト膜１とからなる輪郭線７によっ
て囲まれる検査パタン２がガラス基板に形成されたハー
フトーン位相シフトマスクであり、この検査用ホトマス
ク１０を用いて露光して形成された転写検査パタン４と
図６（ｂ）に示す転写基準パタン１１（基準パタン）と
を比較し、ステッパ（露光装置）の投影レンズ１０８が
コマ収差を有している際にハーフトーン位相シフト膜１
によって転写検査パタン４の周囲に形成される周辺パタ
ン５（図５（ｂ）参照）を検出して投影レンズ１０８の
コマ収差量の自動測定に用いられるものである。
【００２３】なお、周辺パタン５は、露光光のうち、転
写検査パタン４の周辺に転写した光（これを図３（ａ）
に示すサイドピーク８と呼ぶ）によって形成されるもの
であり、本来、不必要なパタンである。
【００２４】また、半透明膜であるハーフトーン位相シ
フト膜１は、検査パタン２（つまり透明パタン）とほぼ
光の位相が反転した半透明な膜である。
【００２５】つまり、ハーフトーン位相シフト膜１は、
半透明で、かつ光の位相が検査パタン２と実質的に反転
された膜である。
【００２６】本実施の形態では、検査用ホトマスク１０
に形成された検査パタン２が多角形であり、この多角形
の一例として正八角形の場合を取り上げるとともに、正
八角形の検査パタン２の１辺が半透明膜であるハーフト
ーン位相シフト膜１によって形成され、さらに、他の７
つの辺が遮光膜６によって形成されている場合を説明す
る。
【００２７】すなわち、検査用ホトマスク１０は、図１
（ａ）に示すように、透明な検査パタン２の領域と、ハ
ーフトーン位相シフト膜１の領域と、遮光膜６の領域と
で３種類の透過率の領域を有している。
【００２８】なお、遮光膜６は、例えば、Ｃｒによって
形成された膜であり、また、ハーフトーン位相シフト膜
１は、例えば、ＣｒＯＮ膜である。
【００２９】ここで、周辺パタン５を形成するサイドピ
ーク８の測定方法について説明する。
【００３０】まず、ハーフトーン位相シフト膜１が形成
されている場合に発生するサイドピーク８を、多角形パ
タンの選択した辺のみに発生させることを目的として、
図１（ａ）に示す検査パタン２の選択した辺、図中、検
査パタン２の上部の１辺のみをハーフトーン位相シフト
膜１とし、それ以外の他の７つの辺を遮光膜６とする。
【００３１】この際（ハーフトーン位相シフト膜１を用
いた場合）の検査パタン２の平面光強度分布を図３
（ａ）に示す。また、図３（ｂ）は、図４（ａ）に示す
ような正八角形の比較例の検査パタン２がハーフトーン
位相シフト膜１のみによって形成され、かつ露光装置の
投影レンズ１０８にコマ収差がない場合の光強度分布を
示したものである（図４（ｂ）は、コマ収差がある場合
を示したものである）。
【００３２】その場合、図３（ｂ）に示すように、転写
検査パタン４の各辺の周辺に均等にサイドピーク８が発
生する。
【００３３】これに対し、本実施の形態の検査用ホトマ
スク１０を用いることにより、図３（ａ）に示すよう
に、転写検査パタン４の１辺のみのサイドピーク８を選
択的に発生させることができる。この検査用ホトマスク
１０を用いてパタン転写を行うことにより、図１（ｂ）
に示すように、正八角形の転写検査パタン４の１辺のみ
にサイドピーク８のレジスト膜３上への転写による周辺
パタン５の形成が可能となり、これにより、正八角形の
パタンの各辺の分離したサイドピーク８の評価が可能と
なる。
【００３４】また、図１（ａ）に示すハーフトーン位相
シフト膜１によって形成される領域において、そのパタ
ンエッジからの距離をｈ（ハーフトーン領域寸法）と
し、このハーフトーン領域寸法に対するサイドピーク８
の光強度の変化を測定したものを図２に示す。
【００３５】ここで、λ（露光波長）＝0.２４８μｍ、
ＮＡ（レンズの開口数）＝0.５５とし、検査パタン２は
１辺が１μｍ（マスク上では、縮小倍率が１／５の場
合、５μｍ）の正八角形のホールパタンを用い、ハーフ
トーン部透過率は対エアーで5.５％の条件によって検討
を行った。
【００３６】図２に示すように、サイドピーク光強度
は、ｈ＝0.３５μｍ未満では変動が大きいが、ｈ≒0.３
５μｍ以上でほぼ安定するため、パタンエッジからの距
離ｈ（図１（ａ）参照）は、ｈ＝ｋ×λ／ＮＡ（λ：露
光波長、ＮＡ：レンズの開口数、ｋ：定数）で表せら
れ、ｋ≧0.７８として所定の条件で形成することによ
り、安定してサイドピーク８を発生させることが可能に
なる。
【００３７】なお、ステッパである縮小投影露光装置の
投影レンズ１０８のコマ収差は、そのレンズ内で分布し
ている。図４（ａ）に示すようなハーフトーン位相シフ
ト膜１のみによって形成された正八角形の検査パタン２
の場合で、かつレンズ収差が存在する場合、パタン転写
に不要な光強度のピークいわゆるサイドピーク８による
周辺パタン５は、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜
３に転写検査パタン４を挟んで非対称に形成される。
【００３８】この現象を利用してコマ収差を測定する方
法については、特願平９−３００２８号および特願平９
−２０４１７６号に示されている。これらに記載されて
いるコマ収差の測定方法は、露光量を変化させていき、
多角形パタンの各辺の中で最初にサイドピーク８が転写
した箇所の露光量と、最後にサイドピーク５が転写した
箇所での露光量との比、およびこれらが発生した方向に
よってコマ収差を求める方法である。
【００３９】次に、この方法を用いた本実施の形態のレ
ンズ収差測定方法について説明する。
【００４０】まず、前記レンズ収差測定方法において用
いる図１４に示すウェハ外観検査装置と、図１５に示す
ステッパ（縮小投影露光装置）の構成の概略を説明す
る。
【００４１】図１４に示すウェハ外観検査装置は、半導
体ウェハ２０５の処理工程途中での外観欠陥（異物付
着、パタン欠陥、傷など）を自動的に検出するものであ
り、ウェハカセット２０６に収容されて搬送された試料
基板である半導体ウェハ２０５をウェハカセット２０６
から取り出して欠陥検査を行う検査部２０１と、検出し
た欠陥を映し出して観察および欠陥分類に用いられるモ
ニタ部２０２と、検査処理に関する種々の操作を行う操
作部２０３と、検査結果を欠陥ウェハマップや欠陥デー
タリストなどとして出力する出力部２０４とによって構
成されている。
【００４２】また、図１５に示すステッパは、露光光を
発する光源１０１を備えており、この光源１０１から発
せられる露光光は、フライアイレンズ１０２、コンデン
サレンズ１０３，１０５、およびミラー１０４を介して
露光用ホトマスク１０６を照射する。
【００４３】なお、露光用ホトマスク１０６には、場合
によっては異物付着によるパタン転写不良を防止するた
めのペリクル１０７が設けられている。露光用ホトマス
ク１０６に形成されたマスクパタンは、投影レンズ１０
８を介して試料基板である半導体ウェハ１０９上に投影
される。
【００４４】さらに、露光用ホトマスク１０６は、マス
ク位置制御手段１１７によって制御されたマスクステー
ジ１１８上に載置され、その中心と投影レンズ１０８の
光軸とは高精度に位置合わせが行われている。
【００４５】半導体ウェハ１０９は、試料台１１０上に
真空吸着保持されている。
【００４６】また、試料台１１０は、投影レンズ１０８
の光軸方向すなわちＺ方向に移動可能なＺステージ１１
１上に載置され、さらに、ＸＹステージ１１２上に搭載
されている。
【００４７】Ｚステージ１１１およびＸＹステージ１１
２は、主制御系１１９からの制御命令に応じてそれぞれ
の駆動手段１１３，１１４によって駆動されるため、所
望の露光位置に移動可能となっており、その位置は、Ｚ
ステージ１１１に固定されたミラー１１６の位置とし
て、レーザ測長機１１５によって高精度にモニタされて
いる。
【００４８】本実施の形態のレンズ収差測定方法では、
まず、図５（ａ）に示すようなマスクパタンすなわち露
光光を遮光する遮光膜６と半透明膜であるハーフトーン
位相シフト膜１とによって形成される検査パタン２を有
した検査用ホトマスク１０（ハーフトーン位相シフトマ
スク）を準備する。
【００４９】なお、本実施の形態では、検査パタン２が
多角形であり、この多角形の一例として正八角形の場合
を取り上げる。したがって、正八角形の１辺をハーフト
ーン位相シフト膜１によって形成し、前記多角形のそれ
以外の他の７つの辺をクロムなどからなる遮光膜６によ
って形成したものである。
【００５０】これにより、ハーフトーン位相シフト膜１
となっている１辺のサイドピーク８から形成される周辺
パタン５を検出してレンズ収差を測定する。
【００５１】なお、本実施の形態では、前記レンズ収差
測定方法として、ダイｔｏダイ方式を用いて説明する。
【００５２】したがって、検査用ホトマスク１０には、
遮光膜６とハーフトーン位相シフト膜１とからなる図５
（ａ）に示す検査パタン２と、遮光膜６のみによって形
成された図６（ａ）に示す基準マスクパタン９とが一対
になって形成されている。
【００５３】また、それぞれのマスクパタンのうち、図
５（ａ）に示す検査パタン２は、遮光膜６とハーフトー
ン位相シフト膜１とからなる輪郭線７によって囲まれて
形成された正八角形のものであり、これにより、３種類
の透過率を有している。
【００５４】一方、図６（ａ）に示す基準マスクパタン
９は、遮光膜６のみによって囲まれて形成された正八角
形のものであり、これにより、２種類の透過率を有して
いる。
【００５５】その結果、それぞれのマスクパタンによっ
て転写されるパタンを図５（ｂ）と図６（ｂ）に示す。
【００５６】すなわち、図５（ａ）に示す検査パタン２
を転写すると、図５（ｂ）に示すように露光量によりサ
イドピーク８（図３（ａ）参照）がレジスト膜３に転写
してレジスト膜３に周辺パタン５が形成される。
【００５７】また、図６（ａ）に示す基準マスクパタン
９を転写すると、図６（ｂ）に示すように露光量を大き
くしても前記サイドピーク８が転写せずに前記周辺パタ
ン５がレジスト膜３に形成されることはない。
【００５８】したがって、図１４に示すウェハ外観検査
装置を用いて図５（ｂ）に示す転写検査パタン４と、図
６（ｂ）に示す転写基準パタン１１とを比較（ダイｔｏ
ダイ比較方式）することにより、サイドピーク８の有無
を判定する。
【００５９】なお、１枚の検査用ホトマスク１０上に
は、図７に示すように、検査パタン２と、これと一対を
なす基準マスクパタン９とが、検査パタン群１４および
基準パタン群１５として正八角形の辺の数に対応して複
数形成されており、さらに、ショット内にはこれらパタ
ン群を複数個配置している。
【００６０】すなわち、本実施の形態の場合、ハーフト
ーン位相シフト膜１を正八角形のそれぞれの辺に対応さ
せた８種類のマスクパタンが１枚の検査用ホトマスク１
０に形成されるとともに、それぞれのマスクパタンが１
種類ごとに、図１３（ａ）に示すように、例えば、９個
ずつ形成されている。
【００６１】これにより、本実施の形態の場合、１枚の
検査用ホトマスク１０上には、９（１つの種類のマスク
パタンの形成数）×８（多角形の辺の数）×２（検査対
称のパタンとその基準となるパタン）＝１４４個のマス
クパタンが形成されていることになり、その結果、周辺
パタン５を検出した際に、コマ収差の方向とその露光量
とを高精度に検出できる。
【００６２】ただし、１枚の検査用ホトマスク１０上に
形成されるマスクパタンの数は、サイドピーク８の検出
方式（ダイｔｏダイ方式あるいはダイｔｏデータベース
方式）、マスクパタンの多角形の辺の数または１種類の
マスクパタンの形成数などに応じて種々変わることは言
うまでもない。
【００６３】また、本実施の形態では、検査用ホトマス
ク１０において検査パタン２および基準マスクパタン９
が、図１３（ａ），図１３（ｂ）に示すように、それぞ
れのパタン配置領域１２をウェハ外観検査装置の検査領
域１３より大きくして配置している。
【００６４】つまり、ウェハ外観検査装置の検査部２０
１において顕微鏡から観える検査領域１３よりも検査用
ホトマスク１０上の９つの検査パタン２あるいは基準マ
スクパタン９が大きくなるように配置する。
【００６５】これは、検査用ホトマスク１０上の複数の
マスクパタン（検査パタン２または基準マスクパタン
９）を顕微鏡を介して観た際に、複数（本実施の形態で
は９個）のマスクパタンが区切り良く検査領域１３内に
収まるようにするためであり、これにより、周辺パタン
５の検出誤差を少なくすることができ、その結果、周辺
パタン５の検出精度を高めることができる。
【００６６】以上の検査用ホトマスク１０を準備し、そ
の後、この検査用ホトマスク１０を図１５に示す縮小投
影露光装置であるステッパに取り付け（マスクステージ
１１８に配置し）、この縮小投影露光装置によって図７
に示す検査パタン２と基準マスクパタン９とを半導体ウ
ェハ１０９のレジスト膜３に転写する。
【００６７】転写に際し、本実施の形態では、露光量を
変化させて複数回の転写を行う。
【００６８】そこで、図８〜図１２は、それぞれの露光
量（図８は露光量Ｅ１、図９は露光量Ｅ２、図１０は露
光量Ｅ３、図１１は露光量Ｅ４、図１２は露光量Ｅ５で
あり、Ｅ１＜Ｅ２＜Ｅ３＜Ｅ４＜Ｅ５の関係である）に
おける転写パタンを示したものであり、ハーフトーン位
相シフトマスクである検査用ホトマスク１０を用いて転
写を行った際の転写検査パタン群１６および転写基準パ
タン群１７がそれぞれに示されている。
【００６９】つまり、検査用ホトマスク１０のマスクパ
タンを各露光量ごとに露光する。
【００７０】その後、露光を終えた半導体ウェハ１０９
を、順次、図１４に示すウェハカセット２０６に収容し
てウェハ外観検査装置の検査部２０１に配置する。
【００７１】続いて、ウェハ外観検査装置を用いて、図
８〜図９に示すように、露光量ごとに転写検査パタン４
と転写基準パタン１１とを比較して、縮小投影露光装置
の投影レンズ１０８がコマ収差を有している際にハーフ
トーン位相シフト膜１によって転写検査パタン４の周囲
に形成される周辺パタン５を検出する。
【００７２】まず、図８に示すように、露光量Ｅ１で
は、いずれの転写検査パタン４においても周辺パタン５
が形成されていないため、８種類全ての転写検査パタン
４と転写基準パタン１１とを同じパタンとして認識す
る。
【００７３】これにより、露光量Ｅ１では、サイドピー
ク８の検出がなく、したがって、欠陥検出数は０／８で
ある。
【００７４】その後、図９に示すように、露光量Ｅ２の
場合の比較を行う。
【００７５】露光量Ｅ２では、図中、上から２番目の転
写検査パタン４において、正八角形のうち左下の１辺の
みに対して周辺パタン５を検出できる。
【００７６】これは、サイドピーク８が転写したことに
よるパタンであり、ウェハ外観検査装置ではこの周辺パ
タン５を外観異常として検出する。
【００７７】したがって、露光量Ｅ２では、サイドピー
ク８の検出が１つあり、その結果、欠陥検出数は１／８
である。
【００７８】その際、この周辺パタン５の位置座標（Ｘ
座標、Ｙ座標など）を認識しておく。
【００７９】続いて、図１０に示すように、露光量Ｅ３
の場合の比較を行う。
【００８０】露光量Ｅ３では、図中、上から１，２，
３，４番目と８番目の転写検査パタン４において、正八
角形のうち５つの箇所の辺に対して周辺パタン５を検出
できる。
【００８１】したがって、露光量Ｅ３では、サイドピー
ク８の検出が５つあり、その結果、欠陥検出数は５／８
である。
【００８２】続いて、図１１に示すように、露光量Ｅ４
の場合の比較を行う。
【００８３】露光量Ｅ４では、図中、１つの転写検査パ
タン４（上から６番目の転写検査パタン４）を除く７つ
の転写検査パタン４において周辺パタン５を検出でき
る。
【００８４】したがって、露光量Ｅ４では、サイドピー
ク８の検出が７つあり、その結果、欠陥検出数は７／８
である。
【００８５】同様にして、図１２に示すように、露光量
Ｅ５の場合の比較を行う。
【００８６】露光量Ｅ５では、図中、全ての転写検査パ
タン４において周辺パタン５を検出できる。
【００８７】したがって、露光量Ｅ５では、サイドピー
ク８の検出が８つあり、その結果、欠陥検出数は８／８
である。
【００８８】ここで、最後に形成された周辺パタン５の
位置座標を認識しておく。
【００８９】なお、一般に、サイドピーク８の転写して
いない辺は、露光量Ｅ２による図９に示した最初にサイ
ドピーク８が転写した辺とパタンを挟んで対称の位置に
あり、図１２に示す露光量Ｅ５で、全ての辺に対してサ
イドピーク８が転写されて周辺パタン５が形成されたこ
とになる。
【００９０】また、本実施の形態のレンズ収差の測定で
は、このＥ２とＥ５の露光量の比を用いる。したがっ
て、ウェハ外観検査装置が最初に外観異常として認識し
た座標と、全ての辺で外観異常であると認識する座標、
すなわち、外観異常が最も多くなる座標から露光量を求
めることができ、その結果、図１５に示す縮小投影露光
装置の投影レンズ１０８のコマ収差を求めることができ
る。
【００９１】つまり、Ｅ２／Ｅ５を光量のエネルギ比と
して求め、さらに、最初に形成された周辺パタン５の位
置と最後に形成された周辺パタン５の位置とからレンズ
収差の方向を求める。
【００９２】以上のことにより、本実施の形態のレンズ
収差測定方法を行うことにより、自動的に、レンズ収差
の方向と、各辺でサイドピーク８が転写する露光量を測
定することが可能となり、その結果、投影レンズ１０８
のコマ収差量の自動測定が可能となる。
【００９３】次に、本実施の形態の半導体装置の製造方
法について説明する。
【００９４】なお、前記半導体装置の製造方法は、本実
施の形態のレンズ収差測定方法を用いるものであるが、
レンズ収差測定方法についての重複説明は省略する。
【００９５】図１６および図１７は、フォトリソグラフ
ィによって加工を施す工程の一例として、ベース基板で
あるシリコン基板１００１の主面に堆積（デポジショ
ン）されたＳｉＯ2 （二酸化珪素）膜１００２に微細な
孔であるコンタクトホール１００２ａを形成する場合を
簡単に示したものである。
【００９６】まず、ベース基板であるシリコン基板１０
０１上にＳｉＯ2 膜１００２（酸化膜）を形成し、その
後、ＳｉＯ2 膜１００２の上にレジスト膜１００３を形
成して半導体基板１００４を準備する。
【００９７】つまり、本実施の形態のフォトリソグラフ
ィ加工では、図１６（ａ）に示すように、シリコン基板
１００１の主面上にＳｉＯ2 膜１００２を堆積し、さら
に、ＳｉＯ2 膜１００２上にレジスト膜１００３を塗布
（形成）した半導体基板１００４を準備する。
【００９８】一方、図１４に示すウェハ外観検査装置を
用いて、図１５に示す縮小投影露光装置における投影レ
ンズ１０８のコマ収差量を自動的に測定する。
【００９９】すなわち、前記した本実施の形態のレンズ
収差測定方法を行って、縮小投影露光装置の投影レンズ
１０８のコマ収差量を自動測定し、このコマ収差量が許
容範囲内である投影レンズ１０８を備えた縮小投影露光
装置を準備する。
【０１００】なお、前記レンズ収差測定方法について
は、既に説明済みであるため、ここでの説明は省略す
る。
【０１０１】その後、投影レンズ１０８のコマ収差量が
許容範囲内である縮小投影露光装置の試料台１１０に、
図１６（ａ）に示す半導体基板１００４を載置して所望
の露光を行う。
【０１０２】すなわち、所定の露光パタンを半導体基板
１００４のレジスト膜１００３に露光する。
【０１０３】ここでは、半導体基板１００４に転写させ
る露光パタンに対応したマスクパタンが形成された露光
用ホトマスク１０６に、光源１０１から放射された露光
用の光１００５を照射することにより、前記露光パタン
を半導体基板１００４のレジスト膜１００３に露光す
る。
【０１０４】つまり、図１６（ｂ）に示すように、露光
用の光１００５をシリコン基板１００１の主面のレジス
ト膜１００３に照射することにより露光処理を行う。
【０１０５】この際、露光用の光１００５が、露光用ホ
トマスク１０６（図１５参照）を通過することにより、
露光用のマスクパタンに応じてこれを通過した露光用の
光１００５がレジスト膜１００３に照射される。ここで
は、直径ΔＷの開口孔形成領域１００３ｂには露光用の
光１００５は照射されない。
【０１０６】本実施の形態では、レジスト膜１００３は
ネガ形のものである。
【０１０７】なお、投影レンズ１０８のコマ収差量が許
容範囲内であるため、露光用の光１００５のレジスト膜
３上への転写が高精度に行われる。
【０１０８】前記露光パタンの露光終了後、レジスト膜
１００３の現像を行う。
【０１０９】これにより、露光用の光１００５が照射さ
れなかった直径ΔＷの開口孔形成領域１００３ｂのみが
現像液に溶けて除去され、図１７（ａ）に示すように、
そこに開口孔１００３ａが形成される。
【０１１０】続いて、酸化膜であるＳｉＯ2 膜１００２
のエッチングを行う。
【０１１１】つまり、図１７（ａ）に示すレジスト膜１
００３の開口孔１００３ａから露出したＳｉＯ2 膜１０
０２をエッチングによって除去し、これにより、図１７
（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2 膜１００２にコンタクト
ホール１００２ａを形成する。
【０１１２】さらに、アッシングなどによってレジスト
膜１００３を除去する。これにより、図１７（ｃ）に示
すように、露光パタンである直径ΔＷのコンタクトホー
ル１００２ａを有するＳｉＯ2 膜１００２をシリコン基
板１００１上に形成したことになる。
【０１１３】その後、同様の露光処理を繰り返して、半
導体基板１００４の各チップ領域に所望の回路パタンを
形成し、これにより、各チップ領域に所望の半導体集積
回路を形成する。
【０１１４】続いて、ダイシングによって半導体基板１
００４から各々の半導体チップを取得し、この半導体チ
ップを用いてダイボンディング、ワイヤボンディングお
よび封止などを行って所望の半導体装置を組み立てる。
【０１１５】なお、ワイヤボンディングや封止の種類に
ついては、半導体装置のタイプに応じて変更可能なもの
である。
【０１１６】本実施の形態のレンズ収差測定方法および
それに用いるホトマスクならびに半導体装置の製造方法
によれば、以下のような作用効果が得られる。
【０１１７】すなわち、遮光膜６とハーフトーン位相シ
フト膜１とからなる検査パタン２を有したホトマスクで
ある検査用ホトマスク１０（ハーフトーン位相シフトマ
スク）を用い、この検査用ホトマスク１０によって転写
させた転写検査パタン４と基準パタンである転写基準パ
タン１１とを比較することにより、サイドピーク８の転
写の有無すなわち転写検査パタン４の周囲に形成される
周辺パタン５の検出が可能となり、これにより、露光装
置である縮小投影露光装置の投影レンズ１０８のコマ収
差量を自動測定することができる。
【０１１８】その結果、前記コマ収差量の測定時間を短
縮することができる。
【０１１９】なお、投影レンズ１０８の前記コマ収差量
を自動測定することにより、露光装置導入時の受入れ検
査（コマ収差量測定）を簡便にすることができる。
【０１２０】これにより、レンズ収差起因による製品
（例えば、半導体装置）の不良の発生を低減でき、その
結果、前記製品の歩留りを向上させることが可能にな
る。
【０１２１】また、転写検査パタン４と転写基準パタン
１１（基準パタン）とを比較してコマ収差量を自動測定
する方法であるため、データによる基準パタンを用いる
ダイｔｏデータベース方式であっても、実際に転写させ
て得た転写基準パタン１１による基準パタンを用いるダ
イｔｏダイ方式のいずれの方式にも適用させることがで
きる。
【０１２２】さらに、図１４に示すようなウェハ外観検
査装置を用いて周辺パタン５を検出することにより、前
記ウェハ外観検査装置の検出感度で、より定量的にコマ
収差量を測定することが可能になる。
【０１２３】また、検査用ホトマスク１０において検査
パタン２および基準マスクパタン９の両者のパタン配置
領域１２をウェハ外観検査装置の検査領域１３より大き
くして配置することにより、繰り返して配置された検査
パタン２および基準マスクパタン９を認識する際にも、
ウェハ外観検査装置の検査領域１３内に検査パタン２お
よび基準マスクパタン９を配置できる。
【０１２４】これにより、コマ収差量の測定の誤差を低
減できる。
【０１２５】したがって、コマ収差量の測定の高精度化
を図ることができる。
【０１２６】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。
【０１２７】例えば、実施の形態におけるレンズ収差測
定方法では、検査用ホトマスク１０に形成される検査パ
タン２が多角形で、その一例として正八角形の場合を取
り上げて説明したが、前記多角形は、正八角形以外の正
十二角形などの多角形であってもよい。
【０１２８】また、前記実施の形態のレンズ収差測定方
法では、ダイｔｏダイ方式を用いた比較方法を説明した
が、前記比較方法としては、ダイｔｏデータベース方式
を用いてもよい。
【０１２９】なお、ダイｔｏデータベース方式では、検
査用ホトマスク１０上には基準マスクパタン９は形成さ
れていても、あるいは形成されていなくてもよい。
【０１３０】ただし、いずれの場合であっても、基準マ
スクパタン９に相当するデータによる基準パタンを予め
準備する必要があり、ウェハ外観検査装置による周辺パ
タン５検出の際には、前記データによる基準パタンと転
写検査パタン４とを比較することになる。
【０１３１】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
【０１３２】（１）．遮光膜と半透明膜とからなる検査
パタンを有した検査用のホトマスクを用い、このホトマ
スクによって転写させた転写検査パタンと基準パタンと
を比較することにより、サイドピークの転写の有無すな
わち転写検査パタンの周囲に形成される周辺パタンの検
出が可能となり、これにより、露光装置の投影レンズの
コマ収差量を自動測定することができる。その結果、コ
マ収差量の測定時間を短縮することができる。
【０１３３】（２）．投影レンズのコマ収差量を自動測
定することにより、露光装置導入時の受入れ検査を簡便
にすることができる。これにより、レンズ収差起因によ
る製品の不良の発生を低減でき、その結果、製品の歩留
りを向上させることが可能になる。
【０１３４】（３）．転写検査パタンと基準パタンとを
比較してコマ収差量を自動測定する方法であるため、デ
ータによる基準パタンを用いるダイｔｏデータベース方
式であっても、実際に転写させて得た転写基準パタンに
よる基準パタンを用いるダイｔｏダイ方式のいずれの方
式にも適用させることができる。
【０１３５】（４）．ウェハ外観検査装置を用いて周辺
パタンを検出することにより、前記ウェハ外観検査装置
の検出感度で、より定量的にコマ収差量を測定すること
が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ),（ｂ）は本発明のホトマスクであるハー
フトーン位相シフトマスクに形成された検査パタンとこ
の検査パタンによる転写検査パタンの実施の形態の一例
を示すパタン図であり、（ａ）はホトマスクの検査パタ
ン、（ｂ）はレジスト膜上の転写検査パタンである。
【図２】図１（ａ）に示す検査パタンが形成されたハー
フトーン位相シフトマスクを用いた際のハーフトーン領
域寸法とサイドピークの光強度との関係の測定データを
示す光強度変化図である。
【図３】（ａ),（ｂ）は図１に示す検査パタンが形成さ
れたハーフトーン位相シフトマスクと比較例のホトマス
クを用いて転写を行った際の光強度の分布の一例を示す
図であり、（ａ）は図１に示すハーフトーン位相シフト
マスクによる光強度分布、（ｂ）は比較例のホトマスク
による光強度分布である。
【図４】（ａ),（ｂ）はハーフトーン位相シフトマスク
に形成された位相シフト膜による検査パタンとこの検査
パタンによる転写検査パタンの一例を示すパタン図であ
り、（ａ）は位相シフト膜による検査マスクパタン、
（ｂ）はレジスト膜上の転写検査パタンである。
【図５】（ａ),（ｂ）は本発明のレンズ収差測定方法に
用いられるハーフトーン位相シフトマスクに形成された
検査パタンとこの検査パタンによる転写検査パタンの実
施の形態の一例を示すパタン図であり、（ａ）はホトマ
スクの検査パタン、（ｂ）はレジスト膜上の転写検査パ
タンである。
【図６】（ａ),（ｂ）は本発明のレンズ収差測定方法に
用いられる比較用のホトマスクに形成された基準パタン
とこの基準パタンによる転写基準パタンの実施の形態の
一例を示すパタン図であり、（ａ）はホトマスクの基準
パタン、（ｂ）はレジスト膜上の転写基準パタンであ
る。
【図７】本発明のレンズ収差測定方法に用いられるハー
フトーン位相シフトマスクに形成された検査パタン群と
基準パタン群の実施の形態の一例を示すマスクパタン図
である。
【図８】図７に示すハーフトーン位相シフトマスクを用
いて転写を行った際の転写検査パタン群と転写基準パタ
ン群の実施の形態の一例を示す転写パタン図である。
【図９】図７に示すハーフトーン位相シフトマスクを用
いて転写を行った際の転写検査パタン群と転写基準パタ
ン群の実施の形態の一例を示す転写パタン図である。
【図１０】図７に示すハーフトーン位相シフトマスクを
用いて転写を行った際の転写検査パタン群と転写基準パ
タン群の実施の形態の一例を示す転写パタン図である。
【図１１】図７に示すハーフトーン位相シフトマスクを
用いて転写を行った際の転写検査パタン群と転写基準パ
タン群の実施の形態の一例を示す転写パタン図である。
【図１２】図７に示すハーフトーン位相シフトマスクを
用いて転写を行った際の転写検査パタン群と転写基準パ
タン群の実施の形態の一例を示す転写パタン図である。
【図１３】（ａ),（ｂ）は本発明のレンズ収差測定方法
においてパタン検査装置を用いた際のパタン配置領域お
よび装置検査エリアの一例を示す図であり、（ａ）は検
査パタン群、（ｂ）は基準パタン群である。
【図１４】本発明のレンズ収差測定方法において用いる
ウェハ外観検査装置の構成の一例を示す構成概略図であ
る。
【図１５】本発明のレンズ収差測定方法で用いる露光装
置の一例であるステッパの構成を示す概略構成図であ
る。
【図１６】（ａ),（ｂ）は図１５に示すステッパを用い
た半導体装置の製造方法の一例を示す要部断面図であ
る。
【図１７】（ａ),（ｂ),（ｃ）は図１５に示すステッパ
を用いた半導体装置の製造方法の一例を示す要部断面図
である。
【符号の説明】
１ ハーフトーン位相シフト膜（半透明膜） ２ 検査パタン ３ レジスト膜 ４ 転写検査パタン ５ 周辺パタン ６ 遮光膜 ７ 輪郭線 ８ サイドピーク ９ 基準マスクパタン １０ 検査用ホトマスク（ホトマスク） １１ 転写基準パタン（基準パタン） １２ パタン配置領域 １３ 検査領域 １４ 検査パタン群 １５ 基準パタン群 １６ 転写検査パタン群 １７ 転写基準パタン群 １０１ 光源 １０２ フライアイレンズ １０３，１０５ コンデンサレンズ １０４ ミラー １０６ 露光用ホトマスク １０７ ペリクル １０８ 投影レンズ １０９ 半導体ウェハ １１０ 試料台 １１１ Ｚステージ １１２ ＸＹステージ １１３，１１４ 駆動手段 １１５ レーザ測長機 １１６ ミラー １１７ マスク位置制御手段 １１８ マスクステージ １１９ 主制御系 ２０１ 検査部 ２０２ モニタ部 ２０３ 操作部 ２０４ 出力部 ２０５ 半導体ウェハ ２０６ ウェハカセット １００１ シリコン基板（ベース基板） １００２ ＳｉＯ2 膜（酸化膜） １００２ａ コンタクトホール １００３ レジスト膜 １００３ａ 開口孔 １００３ｂ 開口孔形成領域 １００４ 半導体基板 １００５ 露光用の光
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１６Ａ Ｆターム(参考） 2G086 HH06 2H095 BB02 BB03 5F046 AA25 BA04 CB12 CB17 DA13 DB05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 露光光を遮光する遮光膜と半透明膜とに
    よって形成される検査パタンを有した検査用のホトマス
    クを準備する工程と、 前記ホトマスクを露光装置に取り付け、この露光装置に
    よって前記検査パタンをレジスト膜に転写する工程と、 前記レジスト膜に転写した転写検査パタンと基準パタン
    とを比較し、前記露光装置の投影レンズがコマ収差を有
    している際に前記半透明膜によって前記転写検査パタン
    の周囲に形成される周辺パタンを検出する工程とを有
    し、 前記露光装置の前記投影レンズにおけるコマ収差量を自
    動測定することを特徴とするレンズ収差測定方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のレンズ収差測定方法であ
    って、前記ホトマスクにおける前記検査パタンが多角形
    であり、前記多角形の１辺を前記半透明膜によって形成
    し、前記多角形の他の辺を前記遮光膜によって形成する
    ことを特徴とするレンズ収差測定方法。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載のレンズ収差測定
    方法であって、前記ホトマスクを準備する際に、前記遮
    光膜と前記半透明膜とからなる前記検査パタンと、前記
    遮光膜からなる前記基準パタンとが一対に形成された前
    記ホトマスクを準備し、このホトマスクを前記露光装置
    に取り付けて前記レジスト膜に前記検査パタンと前記基
    準パタンとを転写した後、ウェハ外観検査装置を用いて
    転写検査パタンと転写基準パタンとを比較して、前記転
    写検査パタンの周囲に形成される前記周辺パタンを検出
    することを特徴とするレンズ収差測定方法。
  4. 【請求項４】 請求項３記載のレンズ収差測定方法であ
    って、前記一対に形成された前記検査パタンと前記基準
    パタンとが多角形であり、１枚の前記ホトマスクにおい
    て、前記多角形の１辺が前記半透明膜によって形成され
    た前記検査パタンとこれと一対をなす前記基準パタンと
    を前記多角形の辺の数に対応させて複数形成することを
    特徴とするレンズ収差測定方法。
  5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載のレンズ
    収差測定方法であって、前記ホトマスクにおいて前記検
    査パタンまたは基準マスクパタンもしくはその両者のパ
    タン配置領域をウェハ外観検査装置の検査領域より大き
    くして配置することを特徴とするレンズ収差測定方法。
  6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４または５記載のレ
    ンズ収差測定方法であって、前記レジスト膜に前記検査
    パタンを転写する際に、複数種類の露光量ごとに転写し
    て各露光量ごとに前記周辺パタンを検出することによ
    り、前記コマ収差における収差の方向と周辺パタン形成
    時の露光量とを求めることを特徴とするレンズ収差測定
    方法。
  7. 【請求項７】 露光装置の検査用のホトマスクであり、
    露光光を遮光する遮光膜と半透明膜とからなる輪郭線に
    よって囲まれる検査パタンが形成され、このホトマスク
    を用いて露光して形成された転写検査パタンと基準パタ
    ンとを比較し、露光装置の投影レンズがコマ収差を有し
    ている際に前記半透明膜によって前記転写検査パタンの
    周囲に形成される周辺パタンを検出して前記投影レンズ
    のコマ収差量の自動測定に用いられることを特徴とする
    ホトマスク。
  8. 【請求項８】 請求項７記載のホトマスクであって、前
    記ホトマスクにおける前記検査パタンが多角形であり、
    前記多角形の１辺が前記半透明膜によって形成され、前
    記多角形の他の辺が前記遮光膜によって形成されている
    ことを特徴とするホトマスク。
  9. 【請求項９】 露光光を遮光する遮光膜と半透明膜とに
    よって形成される検査パタンを有した検査用のホトマス
    クを準備する工程と、 前記ホトマスクを露光装置に取り付け、この露光装置に
    よって前記検査パタンをレジスト膜に転写する工程と、 前記レジスト膜に転写した転写検査パタンと基準パタン
    とを比較し、前記露光装置の投影レンズがコマ収差を有
    している際に前記半透明膜によって前記転写検査パタン
    の周囲に形成される周辺パタンを検出して、前記露光装
    置の前記投影レンズにおけるコマ収差量を自動測定する
    工程と、 前記コマ収差量が許容範囲内である際に、前記露光装置
    を用いて半導体基板に露光を行う工程と、 前記露光後、前記半導体基板から半導体チップを取得
    し、この半導体チップを用いて半導体装置を組み立てる
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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