JP2004296648A - フォトマスク、フレア測定機構、フレア測定方法、及び、露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高次波面収差に起因する投影レンズの局所的なフレア率を測定する。
【解決手段】基板の中央に形成されたラインパターンを有する同一の中央パターン部と、この中央パターン部の周囲に形成された周辺パターン部とを含むパターンを備え、互いに、中央パターン部と、周辺パターン部との間の距離が異なる２種類のフォトマスク上のパターンを、それぞれ、ウェーハに転写する。その後、それぞれのフォトマスクのラインパターンに対応する転写パターンの各線幅を測定する。この各線幅の差を求め、線幅差から、フレア率を算出する。
【選択図】 図２
【解決手段】基板の中央に形成されたラインパターンを有する同一の中央パターン部と、この中央パターン部の周囲に形成された周辺パターン部とを含むパターンを備え、互いに、中央パターン部と、周辺パターン部との間の距離が異なる２種類のフォトマスク上のパターンを、それぞれ、ウェーハに転写する。その後、それぞれのフォトマスクのラインパターンに対応する転写パターンの各線幅を測定する。この各線幅の差を求め、線幅差から、フレア率を算出する。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フォトマスク、フレア測定機構、フレア測定方法、及び、露光方法に関する。更に具体的には、半導体製造工程において用いる露光装置の投影レンズの収差に起因するフレアを測定するために用いるフォトマスク及びこれを用いたフレア測定機構、フレア測定方法、並びに、露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体装置の製造においては、種々の場面でリソグラフィ工程によるパターン転写が行われている。この工程では、所望のパターンの形成されたフォトマスクに、露光光源からの光を照射し、これを投影レンズ内で収束した後、収束された光がウェーハ上に照射される。これにより、ウェーハ上のレジストが感光される。ここで用いたレジストがポジ型の場合には、現像の際、露光された領域が部分的に溶解して除去される。このようにしてウェーハ上にマスクパターンの転写が行われる。
【０００３】
ところで、露光の際、露光光の透過する投影レンズの微細な凹凸や散乱した光が原因となり、フレアが発生する場合がある。フレアは、素子パターンの形成に重要な役割をもたらす露光光のコントラストを劣化させ、半導体ウェーハの微細パターンの露光マージンを低下させたり、微細パターンの劣化をもたらしたりする場合がある。
【０００４】
従って、露光前に、マスクパターン毎に予めフレアの測定を行い、このフレアの測定により、露光において、フレアの及ぼす影響を補正することが試みられている。
【０００５】
図１６は、従来のフレアの測定に用いられるフォトマスクを説明するための断面図であり、図１７は、このフォトマスクの上面図である。また、図１８は、従来のフォトマスクを用いた露光において、露光量を変化させた場合に、転写されるレジストパターン形状の変化の推移を表す上面模式図である。
【０００６】
一般に、フレア率を算出する場合には、Ｋｉｒｋ法（ボックスインボックス法）により定義されるフレア率の算出方法が用いられている。以下、図１６〜図１８を用いて、Ｋｉｒｋ法によりフレア率の測定について説明する。
【０００７】
図１６、図１７に示すように、Ｋｉｒｋ法によるフレア測定に用いられるフォトマスクは、一般のフォトマスクと同様に、露光光に対して透明な基板に、クロムなどの遮光膜によりパターンを形成することにより構成されている。フォトマスク３００のマスクレイアウトは、以下のように構成される。即ち、透明基板３０２の中央部付近に、四角形の中央遮光部３０４が形成され、その外側に、中央遮光部３０４を囲むようにして、遮光膜の形成されていない部分である開口部３０６が形成されている。また、この開口部３０６の外側、透明基板３０２表面の外周部分に、開口部３０６を囲むようにして、周辺遮光部３０８が形成されている。
【０００８】
フレア率の測定の際には、フォトマスク３００を用いて、パターンの転写を行うが、このとき、露光量を変化させて、パターンの転写を行う。
例えば、図１８（ａ）は、通常の露光量による転写パターンであり、この状態から、露光量を増加させると、フレアの影響により、次第に、フォトレジストの感光量が増加し、図１８（ｂ）に示すように、フォトレジストが除去される量が大きくなる。更に、露光量を増加させると、ウェーハ上に形成される中央遮光部３０４に対する転写パターン３１４は、次第に小さくなり、最終的には、図１８（ｃ）に示すように、中央遮光部３０４の転写パターン３１４は消滅してしまう。
【０００９】
ここで、通常の露光量で、通常の設計どおりにパターンが転写される場合、即ち図１８（ａ）の場合の露光量をＸとし、図１８（ｃ）に示すように、中央遮光部３０４に対する転写パターン３１４が消滅する場合の露光量をＹとすると、Ｋｉｒｋ法によるフレア率は、次式（１）のように定義される。
フレア率（％）＝Ｘ／Ｙ ×１００（％） ・・・・（１）
【００１０】
即ち、Ｋｉｒｋ法では、フレアは、中央遮光部３０４に対するフォトレジストのパターンが除去されたときの露光量に対する、遮光部３０４、３０８に対するフォトレジストのパターンを適切に残し、透明領域のフォトマスクレジストがすべて除去されたときの露光量の割合により定義される。これは、露光装置に搭載される投影レンズのフレアが大きいほど、マスクレイアウト中心の中央遮光部３０４のレジストパターンが除去されやすい現象を応用して定義したものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようにＫｉｒｋ法を用いる場合、開口部３０６の幅がある程度小さくなると、中央遮光部分のレジストが消滅しなくなってしまう。従って、近年の、微細化の進むパターン形成の露光において、開口部の狭いパターンに対するフレア率の測定は、Ｋｉｒｋ法では、困難となる。
【００１２】
また、微細パターンに対応し、露光の際に、Ｆ２エキシマレーザを用いることが検討されているが、従来の石英（ＳｉＯ２）からなる投影レンズでは、Ｆ２レーザ光に対して、十分な透過率を得ることができない。従って、投影レンズとしては、蛍石（ＣａＦ２）を用いたものの使用が考えられる。しかし、蛍石（ＣａＦ２）からなる投影レンズは、その材料による特性として、複屈折による屈折率の不均一性や、レンズ表面のラフネスが大きい。従って、投影レンズ材料として、蛍石（ＣａＦ２）を用いる場合、従来の石英（ＳｉＯ２）のレンズに比べて、フレアが、大きくなってしまう。また、そのフレアも、原因別にいくつかの成分に分けられ、複雑となっている。
【００１３】
ここで、発生するフレアのうち、特に、マスクを透過した光が投影レンズの屈折率の不均一性によって数μｍ〜数十μｍ離れたウェーハ上の露光パターンに対して寸法変動を引き起こす要因と、本来投影レンズがもっている波面収差（デフォーカス、ディストーションを含む非点、コマ、球面などのレチクルや、通過した露光回折光がレンズなどの各種の膜の透過によって生じる位相のずれ）とからなるフレアのことをローカルフレアと称する。従来のＫｉｒｋ法によって、ローカルフレアを測定することは困難である。
【００１４】
従って、この発明は、微細なパターンに対応し、開口部分が小さな場合にも、より正確にフレア率、特に、ローカルフレア率を測定することができるよう改良したフォトマスク及びフレア率測定機構及びフレア率測定方法を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
従って、この発明におけるフォトマスクは、露光光を透過する材料からなる基板に、前記露光光を遮光する材料を用いて遮光部分を設けることによりパターンを形成したフォトマスクであって、
前記パターンは、
前記基板の中央部分に、所定の間隔をあけて形成された複数本のラインパターンを含む中央パターン部と、
前記中央パターン部の外側を囲み、前記基板の外周部付近に形成された周辺パターン部と、
を備えるものである。
【００１６】
また、この発明のフレア測定機構は、基板の中央部分に第１のラインパターンを形成した第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の外側を囲むように形成された第１の周辺パターン部と、を備える第１のフォトマスクと、
基板の中央部分に、前記第１の中央パターン部と同じ形状に第２のラインパターンを形成した第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の外側を囲むように形成された第２の周辺パターン部とを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との距離とは異なる距離を有する第２のフォトマスクと、
前記第１、第２のフォトマスク上の各パターンを、それぞれ転写し、転写された前記第１、第２のラインパターン部分の各線幅を測定し、この測定した前記第１のラインパターン部分に対応するパターンの線幅と、前記第２のラインパターン部分に対応するパターンの線幅との差を算出することにより、フレア率を測定する算出手段と、
を備えるものである。
【００１７】
また、この発明のフレア測定方法は、基板の中央に形成された第１のラインパターンを有する第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の周囲に形成された第１の周辺パターン部とを含む第１のパターンを備える第１のフォトマスクの前記第１のパターンを基板に転写する第１のパターン転写工程と、
基板の中央に形成され、前記第１のラインパターンと同様の第２のラインパターンを有する第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の周囲に形成された第２の周辺パターン部とを含む第２のパターンを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との間の距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との間の距離とは異なる第２のフォトマスクの、前記第２のパターンを基板に転写する第２のパターン転写工程と、
前記第１のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第１のラインパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程と、
前記第２のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第２のラインパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程と、
前記第１の線幅測定工程において測定した線幅と、前記第２の線幅測定工程において測定した線幅との差を求めることにより、フレア率を算出する算出工程と、
を備えるものである。
【００１８】
また、この発明の露光方法は、フレア率を入力するフレア率入力工程と、
前記フレア率から、そのフレア率における、フレア率０％を基準とする線幅差を求める線幅差算出工程と、
前記線幅差から、補正露光量を算出する補正露光量算出工程と、
前記補正露光量に基づき露光量を制御して露光を行う露光工程と、
を備えるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるフォトマスク１００を説明するための断面模式図であり、図２は、フォトマスク１００の上面模式図である。
図１に示すように、フォトマスク１００は、基板２と、基板２の中央部分に形成された中央パターン部４、中央パターン部４を囲むように形成された開口部６、更に、開口部６を囲むように形成された周辺パターン部８を含んで構成される。
【００２１】
基板２は、露光光として、１５７．６ｎｍのＦ２エキシマレーザ光を用いることを考慮して、これらの光に透過率８５％以上を有する石英ガラスにより形成されている。また、基板２は、６インチ角、厚さ０．２５インチの大きさを有する。
【００２２】
また、中央パターン部４と、周辺パターン部８には、それぞれ、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンが形成されている。中央パターン部４と、周辺パターン部８には、遮光材料によるラインパターン１０、１２が形成されている。遮光材料としては、１５７．６ｎｍの短波長の光を用いることを考慮して、光学濃度３以上、透過率０．１％以下のクロム（Ｃｒ）を用いる。各ラインパターン１０、１２の膜厚（図１においてはラインパターン１０、１２の高さ）は、６０ｎｍ以上となっている。
【００２３】
中央パターン部４に形成されたラインパターン１０の線幅は、露光において用いる露光装置の露光光の波長をλとし、投影レンズの開口数をＮＡとすると、λ／ＮＡとなるように形成されている。また、ラインパターン１０の線長は、１０ｕｍ以上である。更に、ラインパターン１０は、中央パターン部４に、平行に、所定の間隔を空けて、合計９本並べられている。
【００２４】
開口部６は、遮光部の形成されていない基板２のみの部分である。フレア測定の際には、この開口部の幅ｄ６の異なるフォトマスクを２種類準備して用いる。従って、周辺パターン部８の幅も、開口部の幅ｄ６に伴って、フォトマスク毎に異なるものとなる。また、周辺パターン部８のラインパターン１２の線幅は、中央パターン部４のラインパターン１０の線幅と同じ、λ／ＮＡである。
【００２５】
図３は、この発明の実施の形態１におけるフォトマスク１００の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図４〜図７は、フォトマスク１００の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
以下、図３〜図７を用いてフォトマスク１００の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、図４に示すように、基板２の上に、クロム膜２０を形成し（ステップＳ２）、更に、クロム膜２０の上に、電子線レジスト膜２２を形成する（ステップＳ４）。ここで、クロム膜２０は、ピンホール欠陥等の発生を防止するため、膜厚６０ｎｍ以上になるように形成する。また、電子線レジスト膜２２としては、ポジ型のレジストを用いる。
【００２７】
次に、図５に示すように、電子ビーム描画と、現像工程により、電子線レジスト膜２２に、それぞれ、ラインパターン１０、１２に対応するように、レジストパターン２４、２６を形成する（ステップＳ６）。ここでは、まず、電子線レジスト膜２２に、レジスト解像に必要な電荷量に設定した電子ビーム描画を行う。電子線レジスト膜２２は、ポジ型であるから、クロム膜２０がラインパターンとして残る部分は未描画であり、中央パターン部４と、周辺パターン部８とのスペースパターン部分と、開口部６とに電子ビームが描画される。
【００２８】
次に、レジストパターン２６をマスクとして、クロム膜２０のエッチングを行う（ステップＳ８）。ここでは、平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。クロム膜２０に対しては、エッチングガスは、ＣＣｌ４（テトラクロロメタン）と、Ｏ２（酸素）、あるいは、ＣＨ２Ｃｌ２（ジクロロメタン）とを、流量比率１：３に制御して適用する。エッチングの際の、基板２と、クロム膜２０とのエッチング選択比は十分に確保され、かつ、電子線レジストのドライエッチング耐性は、十分である。従って、レジストパターン２６は、エッチングに対する保護膜となり、図６に示すように、レジストパターン２６に覆われていない部分においてのみ、クロム膜２０がエッチングされる。
【００２９】
次に、レジストパターン２６を剥離する（ステップＳ１０）。剥離液としては、硫酸と、過酸化水素水とを３：１の比率で混ぜた混合液が用いられる。この際、露出している基板２と、クロム膜２０とのエッチング耐性は、十分に確保されている。
以上のようにして、図１、２に示すようなパターンの形成されたフォトマスク１００が形成される。
【００３０】
図７は、この発明の実施の形態１において用いる露光装置２００を説明するための概念図である。
図７に示すように、この実施の形態１で用いる露光装置２００は、従来の一般的な露光装置と同じものである。具体的には、露光装置２００には、露光光源３０と、露光光源からの光を受ける投影レンズ３２と、投影レンズにより所定の倍率に縮小された光を受けるように、レジストの塗布されたウェーハ３４が載置されている。また、この露光装置の投影レンズの収差等によるローカルフレア率を測定する場合には、上述したフォトマスク１００が、露光装置２００内にフォトマスクとしてセットされる。
【００３１】
露光装置２００を用いた場合、露光光源３０から発射された露光光が、フォトマスク１００を透過する。このとき、フォトマスク１００のうち、ラインパターン１０、１２の形成されていない部分のみが、フォトマスク１００を透過する。この透過光は、投影レンズ３２に入射して収束され、この収束された光が、ウェーハ３４上で結像し、ウェーハ３４上のレジストを感光させる。この感光したレジスト部分を除去してレジストパターンが形成される。
【００３２】
ところで、上述のようにして転写される中央パターン部４のラインパターン１０に対応するマスクパターンのライン幅について比較する。
図８は、開口部６の長さｄ６に対して、ラインパターン１０が転写されたパターンの線幅を表すグラフ図である。
図８に示すように、開口部６の長さｄ６が小さい時には、ラインパターン１０は、ほぼ設計通りの理想の線幅で転写される。しかし、開口部６の長さｄ６が大きくなるにつれて、転写されたパターンの線幅は、小さくなり、設計どおりの線幅との差は大きくなる。更に、開口部の長さｄ６がある程度長くなると、それ以上は開口部６が大きくなっても、線幅差は、一定となる。
【００３３】
この実施の形態１では、これを利用してフレア率を定義する。即ち、開口部６の大きさが大きくなるほど、フレアの影響が大きくなり、ある程度の大きさになると一定となる。この一定となった状態での転写されたパターンの線幅と、理想状態で転写されたパターンの線幅との線幅差から、フレア率を算出する。
【００３４】
図９は、この発明の実施の形態１におけるフレア率の測定方法を説明するためのフロー図である。また、図１０は、転写パターンの線幅差と、フレア率との換算表である。
以下、図９及び図１０を用いて、実施の形態１におけるフレア率の測定方法について説明する。
【００３５】
フレア率の測定には、２種類の、フレア率測定用のフォトマスクを用いる。第１のフォトマスクは、図１において、開口部６の長さｄ６がほぼ０であるパターン、即ち、中央パターン部４と、周辺パターン部８とが密接しており、開口部６が実際には形成されていないパターンである。また、第２のフォトマスクは、開口部６の長さｄ６が、上述のように線幅差の変化のない程度にまで大きい長さを有するフォトマスクである。なお、第１、第２のフォトマスクは、開口部６の大きさと、これに伴う周辺パターン部８の大きさにのみ差異があり、中央パターン部４は、同一の形状を有し、基板２も同じ大きさのものである。
【００３６】
まず、第１のフォトマスクを露光装置２００にセットし、露光装置２００により、ウェーハ３４上のレジストの所定領域に、第１のフォトマスクを透過した光を照射して露光を行う（ステップＳ１２）。
次に、第２のフォトマスクを露光装置２００にセットし、同様に、露光装置２００により、第１のフォトマスクのパターンにより露光したウェーハ３４と同一のウェーハの、所定領域とは別の領域に、第２のフォトマスクを透過した光を照射して露光する（ステップＳ１４）。
【００３７】
次に、ウェーハ３４上のレジストを現像し、第１のフォトマスクのラインパターン１０に対応する転写パターンの線幅を測定する。同様に、第２のフォトマスクのラインパターン１０に対応する転写パターンの線幅を測定する（ステップＳ１６）。
【００３８】
ここで、第１のフォトマスクの転写パターンの線幅は、図８のグラフにおける理想状態の線幅Ａとなる。また、第２のフォトマスクの転写パターンの線幅は、線幅差が安定する状態における線幅Ｂとなる。この両者の線幅差Ａ−Ｂを求める。
【００３９】
次に、図１０に示すような、線幅差から、フレア率を求める換算表を用いて、フレア率の換算を行う（ステップＳ１８）。これにより、フレア率を求めることができる。例えば、線幅差Ａ−Ｂが、１３ｎｍの場合、換算表から、フレア率は、５％となる。
その後、このフレア率から、補正量を算出して調整を行う。
【００４０】
なお、このような換算表は、光学シミュレータ等を用いることで、容易に作成することができる。具体的には、以下に説明する通りである。
図１１は、線幅と、開口アパーチャの大きさ（以下、シグマとする）との関係を示すグラフである。
光学系の中を透過する光は、光を透過させるべき表面で散乱したり、反射したりすることがあり、その結果、フレアと呼ばれるバックグラウンドの光が生じる。フレア率は、ウェーハに達する光のうち、フレアとなる光の割合を表す値であり、入射強度を基準として表している。即ち、図１０は、露光したときに発生するフレアの割合によりレジストの線幅が変化する関係を表している。
【００４１】
図１０に示すような換算表は、例えば、まず、シミュレーションにより、図１１のように、線幅と、シグマとの関係を、各フレア率毎に求める。図１０は、この中で、シグマが０．７、フレア率が０％のときの線幅を基準として、各種のフレア率について線幅差を求めて得られた換算表である。即ち、換算表は、ある基準の照明条件とフレア率を０％とを基準とした時の線幅差を示すものである。
【００４２】
以上のようにすれば、パターンが微細化し、従来のＫｉｒｋ法では、フレア率の測定を行うことが困難な場合にも、簡単に、投影レンズの高次波面収差に起因するローカルフレア率を求めることができる。更に、フレア率と、線幅差の関係は、１次式で示されているため、換算を容易に行うことができる。
【００４３】
なお、実施の形態１において、中央パターン部の、ラインの幅、長さ、あるいは本数を具体的に説明したが、この発明においてはこれに限られるものではない。ラインの幅や、長さ、本数は、パターンを転写した際に、線幅の測定を正確に行うことができる程度の大きさを有するものであればよい。
【００４４】
また、フレア率の測定において、開口部６が０である第１のフォトマスクと、一定状態となるのに十分な程度に大きい開口部６とを有する第２のフォトマスクを用いる場合について比較した。これは、このような状態のフォトマスクを用いることが、容易であり、また、基準として明確なためであるが、しかし、この発明はこれに限るものではない。開口部６の長さｄ６幅が異なる２種類のフォトマスクを用いて線幅を比較することにより、同様の理論からフレア率を測定することができる。この場合には、図１０に示すような換算表を別途作成しておく必要がある。
【００４５】
また、この発明において、フレア率を測定するために用いる露光装置は、実施の形態１において説明した露光装置２００に限るものではない。レンズのフレアの測定が必要な他の種類の露光装置を用いて、この実施の形態１で説明したように、フレア率を求めることにより、その露光装置のフレアの及ぼす影響を補正することができる。
【００４６】
また、フォトマスクの材料、すなわち基板２や、ラインパターン形成の材料は、実施の形態１において説明した石英ガラスやクロムに限られるものではない。これらの材料は、露光に用いる波長を考慮して、適切な透明度を有する材料を用いればよい。好適には、基板の材料としては、露光光に対して、透過率８０％以上の高いものがよい。また、ラインパターン形成のための遮光部分の材料としては、透過率０．５％以下であるものがよい。また、実施の形態１のように、クロム膜２０を用いる場合の原料は、高純度クロム粒子（９９．９９９％）のほか、ヨウ化クロムも用いられる場合がある。しかし、ヨウ化クロムは、高純度クロム粒子に対して、純度の高いクロム膜が得られるが、高価である。また、クロム薄膜は、光をよく反射するため、転写精度が悪くなる場合がある。従って、クロム膜上に、反射防止膜として、３０ｎｍ程度の酸化クロム膜を成膜したものを用いてもよい。
【００４７】
また、実施の形態１では、ウェーハ３４のパターンを転写した後、その線幅をはかり、換算表からフレア率を測定する各工程を、それぞれ必要な装置により、あるいは人により、別々に行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、線幅を測定して、フレア率を測定するシステムや、このフレア率から、自動的に露光装置の露光量を制御するシステムなどを、露光装置内に組み込むことも考えられる。
【００４８】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２における露光方法について説明するためのフロー図である。また、図１３は、この発明の実施の形態２において用いる露光装置２１０について説明するための模式図である。図１４は、フレア率が０％と５％の時の露光量とレジスト線幅との関係を示すグラフである。また、図１５は、フレア率に依存する線幅差と、線幅差を無くすための露光量との関係を示すグラフである。
【００４９】
実施の形態２において用いる露光装置２１０は、実施の形態１で説明したような、一般的な露光装置２００と類似するものである。しかし、図１４に示すように、露光装置２１０には、フレア率を入力する入力手段４０と、入力されたフレア率から、補正露光量を算出する算出手段４２と、この算出結果に応じて、露光量を調節する制御手段４４とを備える。
【００５０】
また、算出手段４２においては、図１０に示した換算表のようなデータに基づいて、フレア率から、線幅差を換算することができる。また、図１４に示す線幅差と露光量との差に基づいて、算出した線幅差における各フレア率に対する露光量を求めることができる。また、算出手段４２は、図１４に示すような、フレア率に対する露光量と線幅差との関係をしめすデータから、図１５に示すように、入力されたフレア率における、線幅差と、補正露光量との関係のデータ導き出し、ここから、補正露光量の算出をすることができる。
以下、この露光装置２１０を用いた場合の露光方法について図１２〜図１５を用いて説明する。
【００５１】
まず、入力手段４０から、露光したいパターンに関するフレア率を入力する（ステップＳ２０２）。ここで入力されるフレア率は、実施の形態１において説明したようなマスクを用いて、その露光装置において予め実験により求められたものである。入力されたデータに基づき、算出手段４２により、線幅差が自動的に計算される（ステップＳ２０４）。例えば、フレア率が５％が入力されれば、図１０に示す換算表のデータに基づき、線幅差１３ｎｍが自動的に計算される。
【００５２】
次に、図１５に示すようなデータに基づき、算出手段４２により、線幅差から、補正露光量が自動的に算出される（ステップＳ２０６）。上述の例では、フレア率５％で、線幅差が１３ｎｍであるから、補正露光量は、２．６ｍＪが計算される。その後、補正露光量は、制御手段４４に伝えられ、制御手段４４は、この補正露光量分、実際の露光量より小さくするよう露光光源３０を制御する（ステップＳ２０８）。この状態で、露光を行い（ステップＳ２１０）、これによってレジスト線幅を制御して露光を行うことができる。
【００５３】
以上のようにすれば、ローカルフレアが存在する場合にも、そのフレア率に応じて適切に露光量を補正して露光を行うことができる。従って、設計に忠実なパターンの転写を行うことができる。
【００５４】
なお、実施の形態２においては、露光装置に、入力手段４０、算出手段４２、制御手段４４が設けられている場合について説明したが、この発明においてはこれに限るものではなく、入力結果に応じて、補正露光量を算出して制御できるものであれば、他の露光装置であってもよい。また、算出手段４２を有さず、図１４、１５に示すようなグラフから、人により補正露光量を算出して、露光量を調整するものであってもよい。
【００５５】
なお、例えば、実施の形態１において、図８における線幅Ｂに達する時の開口部の長さが、この発明における限界値に該当する。また、例えば、実施の形態１における、開口部の長さがｄ６＝０の第１のフォトマスクと、開口部６の長さがこの限界値である第２のフォトマスクと、図１０に示す換算表とにより、この発明のフレア測定機構が実現されている。
【００５６】
また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１２、Ｓ１４を実行することにより、この発明の第１、第２のパターン転写工程が実行され、ステップＳ１６を実行することにより、第１、第２の線幅測定工程が実行され、ステップＳ１８を実行することにより算出工程が実行される。
【００５７】
また、例えば、実施の形態２において、ステップＳ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０６を実行することにより、それぞれ、この発明におけるフレア率入力工程、線幅差算出工程、補正露光量算出工程が実行され、例えば、ステップＳ２０８、Ｓ２１０を実行することにより、露光工程が実行される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、開口部の大きさの異なる２つのフォトマスクを用いて、それぞれの転写されたラインパターンの線幅を計り、その差を求めることにより、容易にフレア率を測定することができる。従って、パターンが微細化し、開口部の小さなパターンを形成する場合でも、微細化したパターンに対応する局所的なフレア率を、より正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクを説明するための断面模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクを説明するための上面模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの製造方法を説明するためのフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１において用いる露光装置を説明するための概念図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの開口部の大きさと、転写されたパターンの線幅との関係を説明するためのグラフ図である。
【図９】この発明の実施の形態１におけるフレア率の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図１０】ラインパターンの線幅差と、フレア率の関係を示す換算表である。
【図１１】線幅と、開口アパーチャの大きさ（以下、シグマとする）との関係を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態２における露光方法について説明するためのフロー図である。
【図１３】この発明の実施の形態２において用いる露光装置について説明するための模式図である。
【図１４】フレア率が０％と５％の時の露光量とレジスト線幅との関係を示すグラフである。
【図１５】フレア率に依存する線幅差と、線幅差を無くすための露光量との関係を示すグラフである。
【図１６】従来のフレア率測定に用いるフォトマスクを説明するための断面模式図である。
【図１７】従来のフレア率測定に用いるフォトマスクを説明するための上面模式図である。
【図１８】従来のフレア率の測定方法について説明するための上面模式図である。
【符号の説明】
１００，３００ フォトマスク
２００、２１０ 露光装置
２ 基板
４ 中央パターン部
６ 開口部
８ 周辺パターン部
１０ ラインパターン
１２ ラインパターン
２０ クロム膜
２２ 電子線レジスト膜
２４ レジストパターン
２６ レジストパターン
３０ 露光光源
３２ 投影レンズ
３４ ウェーハ
４０ 入力手段
４２ 算出手段
４４ 制御手段
３０２ 基板
３０４ 中央遮光部
３０６ 開口部
３０８ 周辺遮光部
【発明の属する技術分野】
この発明は、フォトマスク、フレア測定機構、フレア測定方法、及び、露光方法に関する。更に具体的には、半導体製造工程において用いる露光装置の投影レンズの収差に起因するフレアを測定するために用いるフォトマスク及びこれを用いたフレア測定機構、フレア測定方法、並びに、露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体装置の製造においては、種々の場面でリソグラフィ工程によるパターン転写が行われている。この工程では、所望のパターンの形成されたフォトマスクに、露光光源からの光を照射し、これを投影レンズ内で収束した後、収束された光がウェーハ上に照射される。これにより、ウェーハ上のレジストが感光される。ここで用いたレジストがポジ型の場合には、現像の際、露光された領域が部分的に溶解して除去される。このようにしてウェーハ上にマスクパターンの転写が行われる。
【０００３】
ところで、露光の際、露光光の透過する投影レンズの微細な凹凸や散乱した光が原因となり、フレアが発生する場合がある。フレアは、素子パターンの形成に重要な役割をもたらす露光光のコントラストを劣化させ、半導体ウェーハの微細パターンの露光マージンを低下させたり、微細パターンの劣化をもたらしたりする場合がある。
【０００４】
従って、露光前に、マスクパターン毎に予めフレアの測定を行い、このフレアの測定により、露光において、フレアの及ぼす影響を補正することが試みられている。
【０００５】
図１６は、従来のフレアの測定に用いられるフォトマスクを説明するための断面図であり、図１７は、このフォトマスクの上面図である。また、図１８は、従来のフォトマスクを用いた露光において、露光量を変化させた場合に、転写されるレジストパターン形状の変化の推移を表す上面模式図である。
【０００６】
一般に、フレア率を算出する場合には、Ｋｉｒｋ法（ボックスインボックス法）により定義されるフレア率の算出方法が用いられている。以下、図１６〜図１８を用いて、Ｋｉｒｋ法によりフレア率の測定について説明する。
【０００７】
図１６、図１７に示すように、Ｋｉｒｋ法によるフレア測定に用いられるフォトマスクは、一般のフォトマスクと同様に、露光光に対して透明な基板に、クロムなどの遮光膜によりパターンを形成することにより構成されている。フォトマスク３００のマスクレイアウトは、以下のように構成される。即ち、透明基板３０２の中央部付近に、四角形の中央遮光部３０４が形成され、その外側に、中央遮光部３０４を囲むようにして、遮光膜の形成されていない部分である開口部３０６が形成されている。また、この開口部３０６の外側、透明基板３０２表面の外周部分に、開口部３０６を囲むようにして、周辺遮光部３０８が形成されている。
【０００８】
フレア率の測定の際には、フォトマスク３００を用いて、パターンの転写を行うが、このとき、露光量を変化させて、パターンの転写を行う。
例えば、図１８（ａ）は、通常の露光量による転写パターンであり、この状態から、露光量を増加させると、フレアの影響により、次第に、フォトレジストの感光量が増加し、図１８（ｂ）に示すように、フォトレジストが除去される量が大きくなる。更に、露光量を増加させると、ウェーハ上に形成される中央遮光部３０４に対する転写パターン３１４は、次第に小さくなり、最終的には、図１８（ｃ）に示すように、中央遮光部３０４の転写パターン３１４は消滅してしまう。
【０００９】
ここで、通常の露光量で、通常の設計どおりにパターンが転写される場合、即ち図１８（ａ）の場合の露光量をＸとし、図１８（ｃ）に示すように、中央遮光部３０４に対する転写パターン３１４が消滅する場合の露光量をＹとすると、Ｋｉｒｋ法によるフレア率は、次式（１）のように定義される。
フレア率（％）＝Ｘ／Ｙ ×１００（％） ・・・・（１）
【００１０】
即ち、Ｋｉｒｋ法では、フレアは、中央遮光部３０４に対するフォトレジストのパターンが除去されたときの露光量に対する、遮光部３０４、３０８に対するフォトレジストのパターンを適切に残し、透明領域のフォトマスクレジストがすべて除去されたときの露光量の割合により定義される。これは、露光装置に搭載される投影レンズのフレアが大きいほど、マスクレイアウト中心の中央遮光部３０４のレジストパターンが除去されやすい現象を応用して定義したものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述のようにＫｉｒｋ法を用いる場合、開口部３０６の幅がある程度小さくなると、中央遮光部分のレジストが消滅しなくなってしまう。従って、近年の、微細化の進むパターン形成の露光において、開口部の狭いパターンに対するフレア率の測定は、Ｋｉｒｋ法では、困難となる。
【００１２】
また、微細パターンに対応し、露光の際に、Ｆ２エキシマレーザを用いることが検討されているが、従来の石英（ＳｉＯ２）からなる投影レンズでは、Ｆ２レーザ光に対して、十分な透過率を得ることができない。従って、投影レンズとしては、蛍石（ＣａＦ２）を用いたものの使用が考えられる。しかし、蛍石（ＣａＦ２）からなる投影レンズは、その材料による特性として、複屈折による屈折率の不均一性や、レンズ表面のラフネスが大きい。従って、投影レンズ材料として、蛍石（ＣａＦ２）を用いる場合、従来の石英（ＳｉＯ２）のレンズに比べて、フレアが、大きくなってしまう。また、そのフレアも、原因別にいくつかの成分に分けられ、複雑となっている。
【００１３】
ここで、発生するフレアのうち、特に、マスクを透過した光が投影レンズの屈折率の不均一性によって数μｍ〜数十μｍ離れたウェーハ上の露光パターンに対して寸法変動を引き起こす要因と、本来投影レンズがもっている波面収差（デフォーカス、ディストーションを含む非点、コマ、球面などのレチクルや、通過した露光回折光がレンズなどの各種の膜の透過によって生じる位相のずれ）とからなるフレアのことをローカルフレアと称する。従来のＫｉｒｋ法によって、ローカルフレアを測定することは困難である。
【００１４】
従って、この発明は、微細なパターンに対応し、開口部分が小さな場合にも、より正確にフレア率、特に、ローカルフレア率を測定することができるよう改良したフォトマスク及びフレア率測定機構及びフレア率測定方法を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
従って、この発明におけるフォトマスクは、露光光を透過する材料からなる基板に、前記露光光を遮光する材料を用いて遮光部分を設けることによりパターンを形成したフォトマスクであって、
前記パターンは、
前記基板の中央部分に、所定の間隔をあけて形成された複数本のラインパターンを含む中央パターン部と、
前記中央パターン部の外側を囲み、前記基板の外周部付近に形成された周辺パターン部と、
を備えるものである。
【００１６】
また、この発明のフレア測定機構は、基板の中央部分に第１のラインパターンを形成した第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の外側を囲むように形成された第１の周辺パターン部と、を備える第１のフォトマスクと、
基板の中央部分に、前記第１の中央パターン部と同じ形状に第２のラインパターンを形成した第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の外側を囲むように形成された第２の周辺パターン部とを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との距離とは異なる距離を有する第２のフォトマスクと、
前記第１、第２のフォトマスク上の各パターンを、それぞれ転写し、転写された前記第１、第２のラインパターン部分の各線幅を測定し、この測定した前記第１のラインパターン部分に対応するパターンの線幅と、前記第２のラインパターン部分に対応するパターンの線幅との差を算出することにより、フレア率を測定する算出手段と、
を備えるものである。
【００１７】
また、この発明のフレア測定方法は、基板の中央に形成された第１のラインパターンを有する第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の周囲に形成された第１の周辺パターン部とを含む第１のパターンを備える第１のフォトマスクの前記第１のパターンを基板に転写する第１のパターン転写工程と、
基板の中央に形成され、前記第１のラインパターンと同様の第２のラインパターンを有する第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の周囲に形成された第２の周辺パターン部とを含む第２のパターンを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との間の距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との間の距離とは異なる第２のフォトマスクの、前記第２のパターンを基板に転写する第２のパターン転写工程と、
前記第１のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第１のラインパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程と、
前記第２のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第２のラインパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程と、
前記第１の線幅測定工程において測定した線幅と、前記第２の線幅測定工程において測定した線幅との差を求めることにより、フレア率を算出する算出工程と、
を備えるものである。
【００１８】
また、この発明の露光方法は、フレア率を入力するフレア率入力工程と、
前記フレア率から、そのフレア率における、フレア率０％を基準とする線幅差を求める線幅差算出工程と、
前記線幅差から、補正露光量を算出する補正露光量算出工程と、
前記補正露光量に基づき露光量を制御して露光を行う露光工程と、
を備えるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるフォトマスク１００を説明するための断面模式図であり、図２は、フォトマスク１００の上面模式図である。
図１に示すように、フォトマスク１００は、基板２と、基板２の中央部分に形成された中央パターン部４、中央パターン部４を囲むように形成された開口部６、更に、開口部６を囲むように形成された周辺パターン部８を含んで構成される。
【００２１】
基板２は、露光光として、１５７．６ｎｍのＦ２エキシマレーザ光を用いることを考慮して、これらの光に透過率８５％以上を有する石英ガラスにより形成されている。また、基板２は、６インチ角、厚さ０．２５インチの大きさを有する。
【００２２】
また、中央パターン部４と、周辺パターン部８には、それぞれ、ラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンが形成されている。中央パターン部４と、周辺パターン部８には、遮光材料によるラインパターン１０、１２が形成されている。遮光材料としては、１５７．６ｎｍの短波長の光を用いることを考慮して、光学濃度３以上、透過率０．１％以下のクロム（Ｃｒ）を用いる。各ラインパターン１０、１２の膜厚（図１においてはラインパターン１０、１２の高さ）は、６０ｎｍ以上となっている。
【００２３】
中央パターン部４に形成されたラインパターン１０の線幅は、露光において用いる露光装置の露光光の波長をλとし、投影レンズの開口数をＮＡとすると、λ／ＮＡとなるように形成されている。また、ラインパターン１０の線長は、１０ｕｍ以上である。更に、ラインパターン１０は、中央パターン部４に、平行に、所定の間隔を空けて、合計９本並べられている。
【００２４】
開口部６は、遮光部の形成されていない基板２のみの部分である。フレア測定の際には、この開口部の幅ｄ６の異なるフォトマスクを２種類準備して用いる。従って、周辺パターン部８の幅も、開口部の幅ｄ６に伴って、フォトマスク毎に異なるものとなる。また、周辺パターン部８のラインパターン１２の線幅は、中央パターン部４のラインパターン１０の線幅と同じ、λ／ＮＡである。
【００２５】
図３は、この発明の実施の形態１におけるフォトマスク１００の製造方法を説明するためのフロー図である。また、図４〜図７は、フォトマスク１００の各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
以下、図３〜図７を用いてフォトマスク１００の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、図４に示すように、基板２の上に、クロム膜２０を形成し（ステップＳ２）、更に、クロム膜２０の上に、電子線レジスト膜２２を形成する（ステップＳ４）。ここで、クロム膜２０は、ピンホール欠陥等の発生を防止するため、膜厚６０ｎｍ以上になるように形成する。また、電子線レジスト膜２２としては、ポジ型のレジストを用いる。
【００２７】
次に、図５に示すように、電子ビーム描画と、現像工程により、電子線レジスト膜２２に、それぞれ、ラインパターン１０、１２に対応するように、レジストパターン２４、２６を形成する（ステップＳ６）。ここでは、まず、電子線レジスト膜２２に、レジスト解像に必要な電荷量に設定した電子ビーム描画を行う。電子線レジスト膜２２は、ポジ型であるから、クロム膜２０がラインパターンとして残る部分は未描画であり、中央パターン部４と、周辺パターン部８とのスペースパターン部分と、開口部６とに電子ビームが描画される。
【００２８】
次に、レジストパターン２６をマスクとして、クロム膜２０のエッチングを行う（ステップＳ８）。ここでは、平行平板型反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法を適用する。クロム膜２０に対しては、エッチングガスは、ＣＣｌ４（テトラクロロメタン）と、Ｏ２（酸素）、あるいは、ＣＨ２Ｃｌ２（ジクロロメタン）とを、流量比率１：３に制御して適用する。エッチングの際の、基板２と、クロム膜２０とのエッチング選択比は十分に確保され、かつ、電子線レジストのドライエッチング耐性は、十分である。従って、レジストパターン２６は、エッチングに対する保護膜となり、図６に示すように、レジストパターン２６に覆われていない部分においてのみ、クロム膜２０がエッチングされる。
【００２９】
次に、レジストパターン２６を剥離する（ステップＳ１０）。剥離液としては、硫酸と、過酸化水素水とを３：１の比率で混ぜた混合液が用いられる。この際、露出している基板２と、クロム膜２０とのエッチング耐性は、十分に確保されている。
以上のようにして、図１、２に示すようなパターンの形成されたフォトマスク１００が形成される。
【００３０】
図７は、この発明の実施の形態１において用いる露光装置２００を説明するための概念図である。
図７に示すように、この実施の形態１で用いる露光装置２００は、従来の一般的な露光装置と同じものである。具体的には、露光装置２００には、露光光源３０と、露光光源からの光を受ける投影レンズ３２と、投影レンズにより所定の倍率に縮小された光を受けるように、レジストの塗布されたウェーハ３４が載置されている。また、この露光装置の投影レンズの収差等によるローカルフレア率を測定する場合には、上述したフォトマスク１００が、露光装置２００内にフォトマスクとしてセットされる。
【００３１】
露光装置２００を用いた場合、露光光源３０から発射された露光光が、フォトマスク１００を透過する。このとき、フォトマスク１００のうち、ラインパターン１０、１２の形成されていない部分のみが、フォトマスク１００を透過する。この透過光は、投影レンズ３２に入射して収束され、この収束された光が、ウェーハ３４上で結像し、ウェーハ３４上のレジストを感光させる。この感光したレジスト部分を除去してレジストパターンが形成される。
【００３２】
ところで、上述のようにして転写される中央パターン部４のラインパターン１０に対応するマスクパターンのライン幅について比較する。
図８は、開口部６の長さｄ６に対して、ラインパターン１０が転写されたパターンの線幅を表すグラフ図である。
図８に示すように、開口部６の長さｄ６が小さい時には、ラインパターン１０は、ほぼ設計通りの理想の線幅で転写される。しかし、開口部６の長さｄ６が大きくなるにつれて、転写されたパターンの線幅は、小さくなり、設計どおりの線幅との差は大きくなる。更に、開口部の長さｄ６がある程度長くなると、それ以上は開口部６が大きくなっても、線幅差は、一定となる。
【００３３】
この実施の形態１では、これを利用してフレア率を定義する。即ち、開口部６の大きさが大きくなるほど、フレアの影響が大きくなり、ある程度の大きさになると一定となる。この一定となった状態での転写されたパターンの線幅と、理想状態で転写されたパターンの線幅との線幅差から、フレア率を算出する。
【００３４】
図９は、この発明の実施の形態１におけるフレア率の測定方法を説明するためのフロー図である。また、図１０は、転写パターンの線幅差と、フレア率との換算表である。
以下、図９及び図１０を用いて、実施の形態１におけるフレア率の測定方法について説明する。
【００３５】
フレア率の測定には、２種類の、フレア率測定用のフォトマスクを用いる。第１のフォトマスクは、図１において、開口部６の長さｄ６がほぼ０であるパターン、即ち、中央パターン部４と、周辺パターン部８とが密接しており、開口部６が実際には形成されていないパターンである。また、第２のフォトマスクは、開口部６の長さｄ６が、上述のように線幅差の変化のない程度にまで大きい長さを有するフォトマスクである。なお、第１、第２のフォトマスクは、開口部６の大きさと、これに伴う周辺パターン部８の大きさにのみ差異があり、中央パターン部４は、同一の形状を有し、基板２も同じ大きさのものである。
【００３６】
まず、第１のフォトマスクを露光装置２００にセットし、露光装置２００により、ウェーハ３４上のレジストの所定領域に、第１のフォトマスクを透過した光を照射して露光を行う（ステップＳ１２）。
次に、第２のフォトマスクを露光装置２００にセットし、同様に、露光装置２００により、第１のフォトマスクのパターンにより露光したウェーハ３４と同一のウェーハの、所定領域とは別の領域に、第２のフォトマスクを透過した光を照射して露光する（ステップＳ１４）。
【００３７】
次に、ウェーハ３４上のレジストを現像し、第１のフォトマスクのラインパターン１０に対応する転写パターンの線幅を測定する。同様に、第２のフォトマスクのラインパターン１０に対応する転写パターンの線幅を測定する（ステップＳ１６）。
【００３８】
ここで、第１のフォトマスクの転写パターンの線幅は、図８のグラフにおける理想状態の線幅Ａとなる。また、第２のフォトマスクの転写パターンの線幅は、線幅差が安定する状態における線幅Ｂとなる。この両者の線幅差Ａ−Ｂを求める。
【００３９】
次に、図１０に示すような、線幅差から、フレア率を求める換算表を用いて、フレア率の換算を行う（ステップＳ１８）。これにより、フレア率を求めることができる。例えば、線幅差Ａ−Ｂが、１３ｎｍの場合、換算表から、フレア率は、５％となる。
その後、このフレア率から、補正量を算出して調整を行う。
【００４０】
なお、このような換算表は、光学シミュレータ等を用いることで、容易に作成することができる。具体的には、以下に説明する通りである。
図１１は、線幅と、開口アパーチャの大きさ（以下、シグマとする）との関係を示すグラフである。
光学系の中を透過する光は、光を透過させるべき表面で散乱したり、反射したりすることがあり、その結果、フレアと呼ばれるバックグラウンドの光が生じる。フレア率は、ウェーハに達する光のうち、フレアとなる光の割合を表す値であり、入射強度を基準として表している。即ち、図１０は、露光したときに発生するフレアの割合によりレジストの線幅が変化する関係を表している。
【００４１】
図１０に示すような換算表は、例えば、まず、シミュレーションにより、図１１のように、線幅と、シグマとの関係を、各フレア率毎に求める。図１０は、この中で、シグマが０．７、フレア率が０％のときの線幅を基準として、各種のフレア率について線幅差を求めて得られた換算表である。即ち、換算表は、ある基準の照明条件とフレア率を０％とを基準とした時の線幅差を示すものである。
【００４２】
以上のようにすれば、パターンが微細化し、従来のＫｉｒｋ法では、フレア率の測定を行うことが困難な場合にも、簡単に、投影レンズの高次波面収差に起因するローカルフレア率を求めることができる。更に、フレア率と、線幅差の関係は、１次式で示されているため、換算を容易に行うことができる。
【００４３】
なお、実施の形態１において、中央パターン部の、ラインの幅、長さ、あるいは本数を具体的に説明したが、この発明においてはこれに限られるものではない。ラインの幅や、長さ、本数は、パターンを転写した際に、線幅の測定を正確に行うことができる程度の大きさを有するものであればよい。
【００４４】
また、フレア率の測定において、開口部６が０である第１のフォトマスクと、一定状態となるのに十分な程度に大きい開口部６とを有する第２のフォトマスクを用いる場合について比較した。これは、このような状態のフォトマスクを用いることが、容易であり、また、基準として明確なためであるが、しかし、この発明はこれに限るものではない。開口部６の長さｄ６幅が異なる２種類のフォトマスクを用いて線幅を比較することにより、同様の理論からフレア率を測定することができる。この場合には、図１０に示すような換算表を別途作成しておく必要がある。
【００４５】
また、この発明において、フレア率を測定するために用いる露光装置は、実施の形態１において説明した露光装置２００に限るものではない。レンズのフレアの測定が必要な他の種類の露光装置を用いて、この実施の形態１で説明したように、フレア率を求めることにより、その露光装置のフレアの及ぼす影響を補正することができる。
【００４６】
また、フォトマスクの材料、すなわち基板２や、ラインパターン形成の材料は、実施の形態１において説明した石英ガラスやクロムに限られるものではない。これらの材料は、露光に用いる波長を考慮して、適切な透明度を有する材料を用いればよい。好適には、基板の材料としては、露光光に対して、透過率８０％以上の高いものがよい。また、ラインパターン形成のための遮光部分の材料としては、透過率０．５％以下であるものがよい。また、実施の形態１のように、クロム膜２０を用いる場合の原料は、高純度クロム粒子（９９．９９９％）のほか、ヨウ化クロムも用いられる場合がある。しかし、ヨウ化クロムは、高純度クロム粒子に対して、純度の高いクロム膜が得られるが、高価である。また、クロム薄膜は、光をよく反射するため、転写精度が悪くなる場合がある。従って、クロム膜上に、反射防止膜として、３０ｎｍ程度の酸化クロム膜を成膜したものを用いてもよい。
【００４７】
また、実施の形態１では、ウェーハ３４のパターンを転写した後、その線幅をはかり、換算表からフレア率を測定する各工程を、それぞれ必要な装置により、あるいは人により、別々に行う場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、線幅を測定して、フレア率を測定するシステムや、このフレア率から、自動的に露光装置の露光量を制御するシステムなどを、露光装置内に組み込むことも考えられる。
【００４８】
実施の形態２．
図１２は、この発明の実施の形態２における露光方法について説明するためのフロー図である。また、図１３は、この発明の実施の形態２において用いる露光装置２１０について説明するための模式図である。図１４は、フレア率が０％と５％の時の露光量とレジスト線幅との関係を示すグラフである。また、図１５は、フレア率に依存する線幅差と、線幅差を無くすための露光量との関係を示すグラフである。
【００４９】
実施の形態２において用いる露光装置２１０は、実施の形態１で説明したような、一般的な露光装置２００と類似するものである。しかし、図１４に示すように、露光装置２１０には、フレア率を入力する入力手段４０と、入力されたフレア率から、補正露光量を算出する算出手段４２と、この算出結果に応じて、露光量を調節する制御手段４４とを備える。
【００５０】
また、算出手段４２においては、図１０に示した換算表のようなデータに基づいて、フレア率から、線幅差を換算することができる。また、図１４に示す線幅差と露光量との差に基づいて、算出した線幅差における各フレア率に対する露光量を求めることができる。また、算出手段４２は、図１４に示すような、フレア率に対する露光量と線幅差との関係をしめすデータから、図１５に示すように、入力されたフレア率における、線幅差と、補正露光量との関係のデータ導き出し、ここから、補正露光量の算出をすることができる。
以下、この露光装置２１０を用いた場合の露光方法について図１２〜図１５を用いて説明する。
【００５１】
まず、入力手段４０から、露光したいパターンに関するフレア率を入力する（ステップＳ２０２）。ここで入力されるフレア率は、実施の形態１において説明したようなマスクを用いて、その露光装置において予め実験により求められたものである。入力されたデータに基づき、算出手段４２により、線幅差が自動的に計算される（ステップＳ２０４）。例えば、フレア率が５％が入力されれば、図１０に示す換算表のデータに基づき、線幅差１３ｎｍが自動的に計算される。
【００５２】
次に、図１５に示すようなデータに基づき、算出手段４２により、線幅差から、補正露光量が自動的に算出される（ステップＳ２０６）。上述の例では、フレア率５％で、線幅差が１３ｎｍであるから、補正露光量は、２．６ｍＪが計算される。その後、補正露光量は、制御手段４４に伝えられ、制御手段４４は、この補正露光量分、実際の露光量より小さくするよう露光光源３０を制御する（ステップＳ２０８）。この状態で、露光を行い（ステップＳ２１０）、これによってレジスト線幅を制御して露光を行うことができる。
【００５３】
以上のようにすれば、ローカルフレアが存在する場合にも、そのフレア率に応じて適切に露光量を補正して露光を行うことができる。従って、設計に忠実なパターンの転写を行うことができる。
【００５４】
なお、実施の形態２においては、露光装置に、入力手段４０、算出手段４２、制御手段４４が設けられている場合について説明したが、この発明においてはこれに限るものではなく、入力結果に応じて、補正露光量を算出して制御できるものであれば、他の露光装置であってもよい。また、算出手段４２を有さず、図１４、１５に示すようなグラフから、人により補正露光量を算出して、露光量を調整するものであってもよい。
【００５５】
なお、例えば、実施の形態１において、図８における線幅Ｂに達する時の開口部の長さが、この発明における限界値に該当する。また、例えば、実施の形態１における、開口部の長さがｄ６＝０の第１のフォトマスクと、開口部６の長さがこの限界値である第２のフォトマスクと、図１０に示す換算表とにより、この発明のフレア測定機構が実現されている。
【００５６】
また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ１２、Ｓ１４を実行することにより、この発明の第１、第２のパターン転写工程が実行され、ステップＳ１６を実行することにより、第１、第２の線幅測定工程が実行され、ステップＳ１８を実行することにより算出工程が実行される。
【００５７】
また、例えば、実施の形態２において、ステップＳ２０２、Ｓ２０４、Ｓ２０６を実行することにより、それぞれ、この発明におけるフレア率入力工程、線幅差算出工程、補正露光量算出工程が実行され、例えば、ステップＳ２０８、Ｓ２１０を実行することにより、露光工程が実行される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、開口部の大きさの異なる２つのフォトマスクを用いて、それぞれの転写されたラインパターンの線幅を計り、その差を求めることにより、容易にフレア率を測定することができる。従って、パターンが微細化し、開口部の小さなパターンを形成する場合でも、微細化したパターンに対応する局所的なフレア率を、より正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクを説明するための断面模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクを説明するための上面模式図である。
【図３】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの製造方法を説明するためのフロー図である。
【図４】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図５】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの各製造工程における状態を説明するための断面模式図である。
【図７】この発明の実施の形態１において用いる露光装置を説明するための概念図である。
【図８】この発明の実施の形態１におけるフォトマスクの開口部の大きさと、転写されたパターンの線幅との関係を説明するためのグラフ図である。
【図９】この発明の実施の形態１におけるフレア率の測定方法を説明するためのフロー図である。
【図１０】ラインパターンの線幅差と、フレア率の関係を示す換算表である。
【図１１】線幅と、開口アパーチャの大きさ（以下、シグマとする）との関係を示すグラフである。
【図１２】この発明の実施の形態２における露光方法について説明するためのフロー図である。
【図１３】この発明の実施の形態２において用いる露光装置について説明するための模式図である。
【図１４】フレア率が０％と５％の時の露光量とレジスト線幅との関係を示すグラフである。
【図１５】フレア率に依存する線幅差と、線幅差を無くすための露光量との関係を示すグラフである。
【図１６】従来のフレア率測定に用いるフォトマスクを説明するための断面模式図である。
【図１７】従来のフレア率測定に用いるフォトマスクを説明するための上面模式図である。
【図１８】従来のフレア率の測定方法について説明するための上面模式図である。
【符号の説明】
１００，３００ フォトマスク
２００、２１０ 露光装置
２ 基板
４ 中央パターン部
６ 開口部
８ 周辺パターン部
１０ ラインパターン
１２ ラインパターン
２０ クロム膜
２２ 電子線レジスト膜
２４ レジストパターン
２６ レジストパターン
３０ 露光光源
３２ 投影レンズ
３４ ウェーハ
４０ 入力手段
４２ 算出手段
４４ 制御手段
３０２ 基板
３０４ 中央遮光部
３０６ 開口部
３０８ 周辺遮光部
Claims (20)
- 露光光を透過する材料からなる基板に、前記露光光を遮光する材料を用いて遮光部分を設けることによりパターンを形成したフォトマスクであって、
前記パターンは、
前記基板の中央部分に、所定の間隔をあけて形成された複数本のラインパターンを含む中央パターン部と、
前記中央パターン部の外側を囲み、前記基板の外周部付近に形成された周辺パターン部と、
を備えることを特徴とするフォトマスク。 - 前記ラインパターンの線幅は、パターンの転写に用いる露光装置の露光光の波長をλとし、投影レンズの開口数をＮＡとする場合、λ／ＮＡ以上であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
- 前記ラインパターンは、その長さが、１０ｕｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
- 前記ラインパターンは、その本数が９本であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフォトマスク。
- 前記フォトマスクは、更に、遮光部分の形成されていない開口部を備え、
前記開口部は、前記中央パターン部の外側を囲むように配置され、
前記周辺パターン部は、前記開口部の外側を囲むように配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のフォトマスク。 - 前記基板と同一の基板に、前記中央パターン部を同一にして、前記開口部及び前記周辺パターン部の幅とを変化させて形成した複数のフォトマスクを用いて、同一条件下で、前記各フォトマスクのパターンを転写した場合に、前記各ラインパターンが転写された各パターンの各線幅が、前記開口部の幅を限界値以上大きく変化させても、ほぼ一定となるとした場合、
前記開口部は、前記限界値以上の幅を有することを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。 - 基板の中央部分に第１のラインパターンを形成した第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の外側を囲むように形成された第１の周辺パターン部と、を備える第１のフォトマスクと、
基板の中央部分に、前記第１の中央パターン部と同じ形状に第２のラインパターンを形成した第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の外側を囲むように形成された第２の周辺パターン部とを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との距離とは異なる距離を有する第２のフォトマスクと、
前記第１、第２のフォトマスク上の各パターンを、それぞれ転写し、転写された前記第１、第２のラインパターン部分の各線幅を測定し、この測定した前記第１のラインパターン部分に対応するパターンの線幅と、前記第２のラインパターン部分に対応するパターンの線幅との差を算出することにより、フレア率を測定する算出手段と、
を備えることを特徴とするフレア測定機構。 - 前記基板と同一の基板に、前記第１又は第２の中央パターン部と同一の中央パターン部を形成し、前記中央パターン部の外側を囲む周辺パターン部を、前記中央パターン部との距離を変化させて形成した複数のフォトマスクを用いて、同一条件下で、前記各フォトマスクのパターンを転写した場合に、前記各中央パターンのラインパターンが転写された各パターンの各線幅が、前記距離をそれ以上大きく変化させても、ほぼ一定となる場合の前記距離を限界値とした場合、
前記第２のフォトマスクの、前記第２の中央パターンと前記第２の周辺パターンとの距離は、前記限界値以上の長さを有することを特徴とする請求項７に記載のフレア測定機構。 - 前記第１及び前記第２のラインパターンの線幅は、パターンの転写に用いる露光装置の露光光の波長をλとし、投影レンズの開口数をＮＡとすると、λ／ＮＡ以上であることを特徴とする請求項７または８に記載のフレア測定機構。
- 前記第１及び前記第２のラインパターンの線長は、１０ｕｍ以上であることを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載のフレア測定機構。
- 前記第１及び前記第２のラインパターンの線の本数は、９本以上であることを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載のフレア測定機構。
- 前記算出手段は、前記測定手段による線幅の測定結果を元に、各線幅差を求め、この結果に基づいてフレア率を換算する換算表であることを特徴とする請求項７から１１のいずれかに記載のフレア測定機構。
- 基板の中央に形成された第１のラインパターンを有する第１の中央パターン部と、前記第１の中央パターン部の周囲に形成された第１の周辺パターン部とを含む第１のパターンを備える第１のフォトマスクの前記第１のパターンを基板に転写する第１のパターン転写工程と、
基板の中央に形成され、前記第１のラインパターンと同様の第２のラインパターンを有する第２の中央パターン部と、前記第２の中央パターン部の周囲に形成された第２の周辺パターン部とを含む第２のパターンを備え、前記第２の中央パターン部と、前記第２の周辺パターン部との間の距離が、前記第１の中央パターン部と、前記第１の周辺パターン部との間の距離とは異なる第２のフォトマスクの、前記第２のパターンを基板に転写する第２のパターン転写工程と、
前記第１のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第１のラインパターンの線幅を測定する第１の線幅測定工程と、
前記第２のパターン転写工程において、被加工基板に転写された前記第２のラインパターンの線幅を測定する第２の線幅測定工程と、
前記第１の線幅測定工程において測定した線幅と、前記第２の線幅測定工程において測定した線幅との差を求めることにより、フレア率を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とするフレア測定方法。 - 前記基板と同一の基板に、前記第１又は第２の中央パターン部を同一の中央パターン部を形成し、前記中央パターン部の外側を囲む周辺パターン部を、前記中央パターン部との距離を変化させて形成した複数のフォトマスクを用いて、同一条件下で、前記各フォトマスクのパターンを転写した場合に、前記各中央パターンのラインパターンが転写された各パターンの各線幅が、前記距離をそれ以上大きく変化させても、ほぼ一定となる場合の前記距離を限界値とした場合、
前記第２のフォトマスクの、前記第２の中央パターンと前記第２の周辺パターンとの距離は、前記限界値以上の長さを有することを特徴とする請求項１３に記載のフレア測定方法。 - 前記第１及び第２のラインパターンは、その線幅が、転写に用いる露光光の波長をλとし、転写に用いる投影レンズの開口数をＮＡとしたとき、λ／ＮＡ以上であることを特徴とする請求項１３または１４に記載のフレア測定方法。
- 前記第１及び第２のラインパターンは、その線長が、１０ｕｍ以上であることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載のフレア測定方法。
- 前記第１及び前記第２のラインパターンは、そのライン本数が、９本であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載のフレア測定方法。
- 前記フレア率の算出は、前記線幅の差からデータに基づいて算出することを特徴とする請求項１３から１７のいずれかに記載のフレア測定方法。
- 前記第１及び第２のパターンの転写は、１枚のウェーハの異なる場所に行うことを特徴とする請求項１３から１８のいずれかに記載のフレア測定方法。
- フレア率を入力するフレア率入力工程と、
前記フレア率から、そのフレア率における、フレア率０％を基準とする線幅差を求める線幅差算出工程と、
前記線幅差から、補正露光量を算出する補正露光量算出工程と、
前記補正露光量に基づき露光量を制御して露光を行う露光工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
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