JP2001272771A - フォトマスクの寸法測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトマスクのパターン寸法を非破壊で正確
に測定する。 【解決手段】 フォトマスクに形成されたパターン寸法
を測定するためのフォトマスクの寸法測定方法におい
て、露光量依存性が最小となるレジスト寸法とフォトマ
スクのパターン寸法との関係をシミュレーションにより
予め求めておき（Ｓ１〜５）、フォトマスクを用いて複
数の試料に対し異なる光学条件で実際にレジストのパタ
ーニングを行い（Ｓ１１）、パターニングされた複数の
試料におけるレジストパターン寸法を電子顕微鏡でそれ
ぞれ測定し、測定されたレジストパターン寸法の露光量
依存性を求め（Ｓ１２）、露光量の変化に対する寸法変
化が最小となるレジストパターン寸法を求め（Ｓ１３，
１４）、求められたレジストパターン寸法をシミュレー
ション結果と比較することにより、パターニングに用い
たフォトマスクの所望パターンの寸法を求める（Ｓ１
５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光リソグラフィに
用いられるフォトマスクに係わり、特にフォトマスクに
形成された各パターンの寸法を測定するためのフォトマ
スクの寸法測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光リソグラフィでパターニングさ
れる寸法が微細化し、また用いられるフォトマスクのパ
ターンに対する倍率が５倍から４倍に縮小されるのに伴
って、フォトマスクのパターン寸法は益々微細化してい
る。例えば、ゲートを作るために０．１３μｍのライン
をパターニングする際のフォトマスクのパターン寸法
は、０．１３×４＝０．５２μｍとなっている。このよ
うにフォトマスクのパターン寸法が小さくなると、これ
を正確に測定することが難しくなる。

【０００３】フォトマスクのパターン寸法を測定するた
めには、光学顕微鏡で測定する方法と、電子顕微鏡で測
定する方法がある。現在用いられる最も短波長の光学顕
微鏡用光源は、波長３２５ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザであ
るが、それを用いたとしても波長は上記寸法の半分程度
しかないため、パターン幅を正確に測定するために十分
な解像度があるとは言えない。

【０００４】一方、電子顕微鏡による測定であるが、こ
れには２つの問題がある。まず、通常のフォトマスク
は、絶縁体である石英基板上にクロムや酸化クロムなど
の層が付いている構造になっているため、電子顕微鏡で
測定中に電子がチャージアップして、正確な二次電子像
が得られない。もう一つの問題は、電子線照射時にカー
ボンなどのコンタミネーションが付着することで、これ
によりフォトマスクに欠陥ができてしまう可能性があ
る。そのため、フォトマスクのパターン寸法を非破壊で
正確に測定する方法が求められている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、フォ
トマスクのパターン寸法を測定するには、光学顕微鏡で
測定する方法と電子顕微鏡で測定する方法があるが、何
れも正確な測定を行うことは困難であり、また電子顕微
鏡ではフォトマスクに欠陥を生じさせてしまう問題があ
った。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、フォトマスクのパター
ン寸法を非破壊で正確に測定することのできるフォトマ
スクの寸法測定方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は、次のような構成を採用している。

【０００８】即ち本発明は、フォトマスクに形成された
パターン寸法を測定するためのフォトマスクの寸法測定
方法において、所望のパターンが形成されたフォトマス
クを用いて、異なる光学条件でレジストのパターニング
を行い、レジストパターン寸法の露光量依存性を求める
ことで、露光量の変化に対する寸法変化が最小となるレ
ジストパターン寸法を求め、該求めたレジストパターン
寸法を基に、予め求められたレジストパターン寸法の露
光量依存性が最小となるレジスト寸法とフォトマスクの
パターン寸法との関係を参照することにより、フォトマ
スクの所望パターンの寸法を求めることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、フォトマスクに形成された
パターン寸法を測定するためのフォトマスクの寸法測定
方法において、所望のパターンが形成されたフォトマス
クを用いて、複数の試料に対して異なる光学条件でレジ
ストのパターニングを行う工程と、前記パターニングさ
れた複数の試料におけるレジストパターン寸法をそれぞ
れ測定する工程と、前記測定されたレジストパターン寸
法の露光量依存性を求め、露光量の変化に対する寸法変
化が最小となるレジストパターン寸法を求める工程と、
前記求められたレジストパターン寸法を基に、予め求め
られたレジストパターン寸法の露光量依存性が最小とな
るレジスト寸法とフォトマスクのパターン寸法との関係
を参照することにより、前記パターニングに用いたフォ
トマスクの所望パターンの寸法を求める工程と、を含む
ことを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。 (1) 露光量依存性が最小となるレジスト寸法とフォトマ
スクのパターン寸法との関係は、予めシミュレーション
により求められること。 (2) 露光量依存性が最小となるレジストパターン寸法を
求めるためには、レジスト寸法を露光量又は露光量の対
数で微分し、この微分値が最小となるレジストパターン
寸法を求めること。 (3) レジストパターン寸法を測定する工程として電子顕
微鏡を用いること。

【００１１】（作用）本発明の骨子は、フォトマスク上
のパターン寸法を直接測定するのではなく、フォトマス
クを用いてパターニングされたレジストパターンの寸法
を基にフォトマスクのパターン寸法を測定することにあ
る。

【００１２】ここで、フォトマスクを用いて形成される
レジストパターン寸法は露光量等の各種の露光条件によ
って変化するため、レジストパターン寸法からフォトマ
スクのパターン寸法を求めることはできないと考えられ
ていた。ところが、レジストパターン寸法は確かに露光
量の変化によって変化するものの、露光量の変化による
レジストパターン寸法の変化が最も小さくなる点は、フ
ォトマスクのパターン寸法の違いにより異なっている。
さらに、露光量の変化による寸法の変化が最も小さくな
るレジストパターン寸法とフォトマスクのパターン寸法
との関係はシミュレーションによって求めることが可能
である。従って、露光量の変化による寸法の変化が最も
小さくなるレジストパターン寸法を測定すれば、フォト
マスクのパターン寸法が分かることになる。

【００１３】このような事実に基づく本発明の基本プロ
セスを、図６のフローチャートを参照して簡単に説明し
ておく。

【００１４】まず、シミュレーションにより図６（ａ）
に示すように、フォトマスクのあるパターン（着目パタ
ーン）を実際に用いられる露光条件で露光したと仮定し
た場合の光学像計算を行う。そして、露光後のレジスト
パターン寸法の露光量（或いは露光量の対数）依存性を
求める（Ｓ１）。次いで、上記の露光量依存性を露光量
（或いは露光量の対数）で微分し、ｄ（寸法）／ｄ（露
光量）を求める（Ｓ２）。そして、上記微分値の曲線
を、横軸を露光量から寸法に変えてプロットする（Ｓ
３）。さらに、上記微分値の絶対値が最小となるレジス
トパターン寸法を求める（Ｓ４）。次いで、Ｓ４で求め
られたレジストパターン寸法とフォトマスクの着目パタ
ーン寸法との関係をテーブル化する（Ｓ５）。

【００１５】次に、図６（ｂ）に示すように、実際のそ
のフォトマスクを用いて複数の試料に対し、異なる露光
条件でレジストのパターニングを行う（Ｓ１１）。次い
で、電子顕微鏡を用いてレジストパターン寸法の露光量
依存性を求める（Ｓ１２）。そして、得られた露光量依
存性を露光量で微分する（Ｓ１３）。さらに、微分値の
絶対値が最小となるレジストパターン寸法を求める（Ｓ
１４）。次いで、得られたレジストパターン寸法を上記
のシミュレーション結果（テーブル）と比較することに
より、フォトマスクにおける着目パターンの寸法が求め
られることになる（Ｓ１５）。

【００１６】この方法では、フォトマスク上のパターン
寸法を直接測定するのではなく、フォトマスクを用いて
パターニングされたレジストパターンの寸法を基にフォ
トマスクのパターン寸法を測定しているため、フォトマ
スクに欠陥を生じさせる等の不都合はない。測定に用い
るのは露光後のレジストパターン寸法のみであり、露光
量などの露光条件やレジストプロセス条件で変動するパ
ラメータを用いる必要はない。また、露光後のレジスト
寸法は電子顕微鏡等を用いて正確に求めることができ
る。従って、フォトマスクのパターン寸法を非破壊でか
つ正確に求めることが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００１８】図１は、フォトマスクを用いた露光方法を
説明するための基本構成であり、図中の１０は石英基板
１１上にクロムパターン１２を形成したフォトマスク、
２０は縮小投影光学系、３０はウェハ３１上にポジ型レ
ジスト３２を塗布した試料を示している。

【００１９】ここでは、例として、ウェハ上ピッチ２．
０μｍ、ライン寸法０．１５μｍでラインアンドスペー
ス（Ｌ／Ｓ）パターンを形成する場合について述べる。
他の寸法のパターンやＬ／Ｓ以外のパターンについて
も、考え方は同じである。

【００２０】ウェハ上ピッチ２．０μｍ、ライン寸法
０．１５μｍのパターンを、４倍体ＣＯＧ（Cr on glas
s）マスクを用いて、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８
ｎｍ）、ＮＡ＝０．６０のステッパでパターニングする
場合を考える。露光機のσ値は０．７５とし、２／３輪
帯照明を用いる。

【００２１】そのときの光学像から計算した、出来上が
りライン寸法の露光量（実際は、露光量の対数）依存性
は、図２のようになる。即ち、フォトマスク上のライン
寸法に拘わらず、露光量が多くなるほどレジストパター
ンのライン寸法が小さくなっている。但し、レジストと
してはポジ型レジストを考えており、フォトマスクのパ
ターン幅（Ｃｒ幅）は、ウェハ上換算でそれぞれ、０．
１４，０．１４５，０．１５，０．１５５，０．１６μ
ｍとしている。

【００２２】次いで、レジストパターンのライン寸法を
露光量（実際は、露光量の対数）で微分する。微分値の
露光量依存性は、図３のようになる。この図から、微分
値が最小値（極値）を持つ露光量が、フォトマスクのパ
ターン寸法によって異なることが分かる。

【００２３】次いで、図３の縦軸（ライン寸法の露光量
微分値）を、横軸をそのときのレジストパターン寸法に
変えてプロットすると、図４のようになる。この図か
ら、微分値が最小値（極値）を持つときのレジストパタ
ーンのライン寸法は、フォトマスクのパターン寸法によ
って異なることが分かる。図４の縦軸（ライン寸法の露
光量微分値）の値が最小値を持つときのレジストパター
ンのライン寸法を、横軸をフォトマスクのパターン寸法
（ウェハ上換算）に変えてプロットしたのが、図５であ
る。微分値が最小値となるレジストパターン寸法は、フ
ォトマスクのパターン寸法にほぼ等しいことが分かる。

【００２４】次に、実際に作成したフォトマスクを用い
て、先と同じパターンを先と同じ露光条件で露光した。
即ち、ピッチ２．０μｍ、ライン寸法０．１５μｍのパ
ターンを、ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ）、Ｎ
Ａ＝０．６０のステッパを用い、露光機のσ値を０．７
５とし、２／３輪帯照明を用いて露光した。レジストに
はポジ型レジストを用い、露光量を様々に変えてパター
ニングした。具体的には、複数のライン幅のパターンを
有するフォトマスクを複数個用意しておき、各々のフォ
トマスクに対して異なる露光量でレジストのパターニン
グを行う。

【００２５】そして、出来上がりのレジストパターンの
ライン寸法を電子顕微鏡を用いて測定した。そして、測
定されたライン寸法の露光量依存性をプロットし、上記
計算の場合と同じく寸法を微分することで、寸法の露光
量微分値が最小となるときのレジストパターンのライン
寸法を求めると、０．１５５μｍになった。この結果
を、図５と比較することで、作成したフォトマスクのパ
ターン幅は、ウェハ上換算で０．１５５μｍであること
が分かった。

【００２６】このように本実施形態によれば、レジスト
パターンのライン寸法の露光量依存性が最小となるレジ
スト寸法とフォトマスクのパターン寸法との関係を予め
シミュレーションにより求めておくことにより、フォト
マスクを用いてパターニングされたレジストパターンの
ライン寸法を基にフォトマスクのパターン寸法を測定す
ることができる。

【００２７】そしてこの場合、レジストパターン寸法は
電子顕微鏡で精度良く測定することが可能であるため、
フォトマスクのパターン寸法を正確に求めることができ
る。また、フォトマスク上のパターン寸法を直接測定す
るのではなく、フォトマスクを用いてパターニングされ
たレジストパターンの寸法を測定しているため、フォト
マスクに欠陥を生じさせる等の不都合はない。その結
果、フォトマスクのパターン寸法を非破壊で正確に求め
ることが可能となる。

【００２８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、露光量依存性が最小
となるレジストパターン寸法とフォトマスクのパターン
寸法との関係はシミュレーションにより求めたが、実際
にパターニングを行ってこれらの関係を求めるようにし
てもよい。また実施形態では、Ｌ／Ｓパターンを測定す
る場合について述べたが、Ｌ／Ｓ以外のパターンについ
ても同様にして測定することが可能である。

【００２９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、レ
ジストパターン寸法の露光量依存性が最小となるレジス
ト寸法とフォトマスクのパターン寸法との関係を予め求
めておくことにより、フォトマスクを用いてパターニン
グされたレジストパターンの寸法を基にフォトマスクの
パターン寸法を測定することができる。そしてこの場
合、レジストパターン寸法は電子顕微鏡等で精度良く測
定することが可能であり、フォトマスクに欠陥を生じさ
せる等の不都合はないため、フォトマスクのパターン寸
法を非破壊でかつ正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】フォトマスクを用いた露光方法を説明するため
の基本構成図。

【図２】出来上がりライン寸法の露光量依存性を示す特
性図。

【図３】ライン寸法を露光量で微分した微分値の露光量
依存性を示す特性図。

【図４】図３の縦軸（ライン寸法の露光量微分値）を、
横軸をそのときのレジストパターンのライン寸法に変え
てプロットして示す特性図。

【図５】図４の縦軸（ライン寸法の露光量微分値）が最
小値となるときのレジストパターンのライン寸法を、フ
ォトマスクのパターン寸法を変えてプロットして示す特
性図。

【図６】レジストパターン寸法とフォトマスクのパター
ン寸法との関係を求めるためのシミュレーション、及び
実際にフォトマスクのパターン寸法を求める処理を示す
フローチャート。

【符号の説明】

１０…フォトマスク １１…石英基板 １２…クロムパターン ２０…縮小投影光学系 ３０…試料 ３１…ウェハ ３２…ポジ型レジスト

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F067 AA21 AA54 BB01 BB04 CC16 CC17 GG04 HH06 JJ05 KK04 LL00 LL16 RR20 RR24 2H095 BB01 BB31 BD03 BD18 BD23

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望のパターンが形成されたフォトマスク
   を用いて、異なる光学条件でレジストのパターニングを
   行い、レジストパターン寸法の露光量依存性を求めるこ
   とで、露光量の変化に対する寸法変化が最小となるレジ
   ストパターン寸法を求め、該求めたレジストパターン寸
   法を基に、予め求められたレジストパターン寸法の露光
   量依存性が最小となるレジスト寸法とフォトマスクのパ
   ターン寸法との関係を参照することにより、フォトマス
   クの所望パターンの寸法を求めることを特徴とするフォ
   トマスクの寸法測定方法。
2. 【請求項２】所望のパターンが形成されたフォトマスク
   を用いて、複数の試料に対して異なる光学条件でレジス
   トのパターニングを行う工程と、 前記パターニングされた複数の試料におけるレジストパ
   ターン寸法をそれぞれ測定する工程と、 前記測定されたレジストパターン寸法の露光量依存性を
   求め、露光量の変化に対する寸法変化が最小となるレジ
   ストパターン寸法を求める工程と、 前記求められたレジストパターン寸法を基に、予め求め
   られたレジストパターン寸法の露光量依存性が最小とな
   るレジスト寸法とフォトマスクのパターン寸法との関係
   を参照することにより、前記パターニングに用いたフォ
   トマスクの所望パターンの寸法を求める工程と、 を含むことを特徴とするフォトマスクの寸法測定方法。
3. 【請求項３】露光量依存性が最小となるレジストパター
   ン寸法とフォトマスクのパターン寸法との関係は、予め
   シミュレーションにより求められることを特徴とする請
   求項１又は２記載のフォトマスクの寸法測定方法。
4. 【請求項４】露光量依存性が最小となるレジストパター
   ン寸法を求めるために、レジスト寸法を露光量又は露光
   量の対数で微分し、この微分値が最小となるレジストパ
   ターン寸法を求めることを特徴とする請求項１又は２記
   載のフォトマスクの寸法測定方法。
5. 【請求項５】前記レジストパターン寸法を測定する工程
   として、電子顕微鏡を用いることを特徴とする請求項１
   記載のフォトマスクの寸法測定方法。