JP2007147941A - フォーカスモニターマークを有するフォトマスク及び転写シミュレーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いたフォトマスクの転写シュミレーションにおいて、フォトマスク面内の任意の箇所でフォーカスを正確に制御することができるフォトマスクと、フォトマスクの転写シュミレーション方法を提供することを目的とする。
【解決手段】リソグラフィシュミレーション顕微鏡の測定ステージに、ジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストが得られるフォーカス制御システム８０をセットするだけで、フォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマークが配置されたフォトマスクのメインパターンをジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストが得られる転写シュミレーションを行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、フォトマスク及び転写シミュレーション方法に関し、詳しくは、透明基板上にメインパターンが形成されてなる転写有効領域外にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマークを配置したフォーカスモニターマークを有するフォトマスク及び転写シミュレーション方法に関する。

近年、半導体デバイスの高密度、高集積化に伴い、半導体デバイスの製造工程のリソグラフィープロセスに使用されるフォトマスクのパターンも微細化しており、フォトマスクのパターン作製精度が重要視されるようになっている。

近年、光の波長から決定される解像限界を超えた高解像度が要求されているため、ハーフトーン位相シフトマスク、レベンソン位相シフトマスク等の位相シフトマスクが用いられている。
このような位相シフトマスクを用いる場合、光の位相と透過率を制御することにより、解像度および転写のマージン（裕度）が向上する。

図６（ａ）〜（ｈ）に、遮光膜（半透明膜）パターンの線幅測定工程、位相差測定工程および透過率測定工程を含まない位相シフトマスクの製造工程が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
まず、石英基板上に遮光膜（半透明膜）が形成されたブランクスにレジストを塗布したレジスト塗布ブランクスにＥＢ描画装置を用いてパターン描画を行い、専用の現像液で現像処理してレジストパターンを形成する（図６（ａ）参照）。

次に、レジストパターンをマスクにして遮光膜（半透明膜）のエッチングを行い、レジストパターンを剥離し（図６（ｂ）参照）、酸洗浄にて洗浄し位相シフトマスクからなるフォトマスクを作製する（図６（ｃ）参照）。

次に、フォトマスクをリソグラフィシミュレーション顕微鏡にセットして、フォトマスクに光を照射し、透過光を結像させ、リソグラフィシミュレーション顕微鏡にて実際のウェハ上の光強度分布を測定する。これにより、レジストの出来上がり形状を予測する（図６（ｄ）参照）。

次に、欠陥検査装置を用いて黒欠陥、白欠陥を検出する欠陥検査を行う（図６（ｅ）参照）。
さらに、検出された黒欠陥はＦＩＢ（Focused Ion Beam）で除去し、検出された白欠陥は遮光物質を体積する等の方法で孔埋めして欠陥修正し、欠陥のないフォトマスクを作成する（図６（ｆ）参照）。

さらに、酸洗浄等で仕上げ洗浄して（図６（ｇ）参照）、半導体メーカー等に出荷される（図６（ｈ）参照）。

上記したように、位相シフトマスクの製造工程の途中にＡＩＭＳ（Aerial Image Measurement Software）測定を取り込むことにより、従来から行われていた遮光膜（半透明膜）線幅測定工程、位相差測定工程および透過率測定工程を省略でき、位相差や透過率等を測定する測定時間が不要となり、フォトマスク検査のＴＡＴ（Turn Around Time）が短縮
される。

上記ＡＩＭＳ測定に使用されるリソグラフィシミュレーション顕微鏡は、フォトマスク上のパターンにレーザー光を照射し、透過光強度（Intensity）を測定する仮想転写装置であり、それによる測定（転写シミュレーション）はフォトマスクの性能保証として重要視されている。

近年は、パターンの微細化に伴い露光マージンが狭くなり、露光機に厳密なフォーカス制御が要求されており、それと同時にリソグラフイシミュレーション顕微鏡のフォーカス制御にも同様の厳密さが要求されている。

リソグラフィシミュレーション顕微鏡では、対物レンズを高さ方向に上下移動させることによりフォーカスを変化させており、透過光強度のコントラストがピークを持つような対物レンズの高さ位置をジャストフォーカス（Just focus：ウェハ上でピントが合うフォーカス位置）として認識している。
ここで、透過光強度のコントラストは、コントラスト＝（最大透過光強度一最小透過光強度）／（最大透過光強度＋最小透過光強度）で定義している。

リソグラフィシミュレーション顕微鏡でパターンの透過光強度のコントラストを測定する場合以下の問題がある。
その一つの問題は、コントラストのピークとジャストフォーカスのずれで、パターンによっては、透過光強度のコントラストがピークに達するように対物レンズの高さ位置を調整しても、そのときにジャストフォーカスにならないようなパターンが存在する。
というのは、透過光強度のコントラストがピークになるときの対物レンズの高さ位置と、ジャストフォーカスのときの対物レンズの高さ位置が一致しないようなパターンが存在する。

二つ目の問題は、コントラストのピークを検出するのが困難になることで、パターンによっては、透過光強度のコントラストがブロード（なだらか）になり、尖鋭なピークを持たないので、正確なピークを検出することができない。

三つめの問題は、フォトマスクの高さ位置ずれによるジャストフォーカスのずれが発生することで、ステージをＸＹ方向に移動させると、フォトマスクの高さ位置がずれる場合が多々ある。ステージの動作精度、フォトマスクの平坦度、ステージのフォトマスク保持精度等が悪い場合には、測定場所によってフォトマスクの高さ位置が変化してしまう。
したがって、ステージを動かした後は、毎回、測定パターンのコントラストよりジャストフォーカスを求める必要がある。

このように、現状のリソグラフイシミュレーション顕微鏡でフォトマスク面内の任意の箇所でのパターン測定を行なう場合には上記したような主に３つの問題点があり、フォトマスク面内の任意の箇所での、ジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストを得ることが難しいという問題を有している。
特願２００３−４３６６５号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いたフォトマスクの転写シミュレーションにおいて、フォトマスク面内の任意の箇所でフォーカスを正確に制御するためのフォトマスクと、フォトマスクの転写シミュレーシ
ョン方法を提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、透明基板上にメインパターンが形成されてなる転写有効領域とパターンが形成されていない転写有効領域外とが設けられたフォトマスクであって、前記パターンが形成されていない転写有効領域外にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマークを配置したことを特徴とするフォーカスモニターマークを有するフォトマスクとしたものである。

また、請求項２においては、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクの転写シミュレーション方法としたものである。
（ａ）リソグラフィシミュレーション顕微鏡にレベリングステージからなるフォーカス制御システムを付加する工程。
（ｂ）請求項１に記載のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクを前記フォーカス制御システムのレベリングステージに載置、保持する工程。
（ｃ）フォーカスモニターマークを用いて、透過光強度のコントラストがピークになるジャストフォーカスを求め、そのジャストフォーカスを示すフォーカスモニターマークの高さ位置を前記フォーカス制御システムの制御手段に保存する工程。
（ｄ）リソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズをフォトマスクのメインパターン内に設定された測定対象パターンにＸＹステージにて移動し、前記フォーカス制御システムのレベリングステージにて、測定対象パターンの高さ位置を、フォーカスモニターマークの高さ位置と同じにする工程。
（ｅ）リソグラフィシミュレーション顕微鏡にて測定対象パターンのリソグラフィシミュレーションを行う工程。
（ｆ）（ｄ）及び（ｅ）の工程を必要回数繰り返す工程。

本発明のフォトマスクによれば、フォトマスクの転写有効領域外にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマークを設けているため、各フォトマスク毎にフォーカスモニターマークより求めたジャストフォーカス時のフォトマスク表面の高さ位置を保つことにより、フォトマスク面内の任意の箇所での、ジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストを得ることができる。
また、本発明のフォトマスクの転写シミュレーション方法によれば、リソグラフィシミュレーション顕微鏡の測定ステージに、ジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストが得られるフォーカス制御システムをセットするだけで、フォトマスク面内の任意の箇所での、ジャストフォーカスで正確な透過光強度のコントラストを得ることができる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクの一実施例を示す模式平面図である。
フォーカスモニターマークを有するフォトマスク３０は、図１に示すように、透明基板上にメインパターン１０が形成されてなる転写有効領域１１とパターンが形成されていない転写有効領域外１２とが設けてあり、前記転写有効領域外１２にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマーク２０を配置したものである。

図２は、フォーカスモニターマーク２０の一実施例を示す模式平面図である。
フォーカスモニターマーク２０は、遮光部２２と透明基板を掘り込まない開口部２１の繰り返しパターンであり、露光条件を変化させても、コントラストのピークがジャストフォ
ーカスになるパターンである。

図３は、リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いて、本発明のフォーカスモニターマークを有するフォトマスク３０の転写シミュレーションを行うフォーカス制御システムの一実施例を示す模式構成図である。

フォーカス制御システム８０は、レベリングステージ４０と、光源５０と、フォーカスセンサー６０と、制御手段７０とで構成され、リソグラフィシミュレーション顕微鏡の測定ステージ上にセットされる。
制御手段７０は、リソグラフィシミュレーション顕微鏡の制御部分と接続されて、一連の動作制御が行われる。

以下本発明のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクの転写シミュレーション方法について説明する。
まず、図１に示すような、石英基板からなる透明基板上にメインパターン１０が形成されてなる転写有効領域１１とパターンが形成されていない転写有効領域外１２とが設けてあり、前記転写有効領域外１２にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマーク２０が配置されたフォトマスク３０を準備する。

ここで、リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いてフォトマスク３０の転写有効領域１１に形成されたメインパターン１０の透過光強度のコントラストを測定した結果を図４に示す。
メインパターン１０は、レベンソン位相シフトマスクやＣＰＬと呼ばれる開口部の透明基板を掘り込むことを特徴とするマスクパターンであり、リソグラフイシミュレーション顕微鏡の透過光強度のコントラストがピークに達するように、リソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズの高さ位置を調整しても、そのときにジャストフォーカスにならない。

また、リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いてフォトマスク３０の転写有効領域外１２に形成されたフォーカスモニターマーク２０の透過光強度のコントラストを測定した結果を図５に示す。
フォーカスモニターマークは、リソグラフイシミュレーション顕微鏡の透過光強度のコントラストがピークに達するときのリソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズの高さ位置と、ジャストフォーカスにおけるリソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズの高さ位置が一致する。

次に、リソグラフイシミュレーション顕微鏡のＸＹステージ上に、図３に示すフォーカス制御システム８０をセットする。
フォーカス制御システム８０は、レベリングステージ４０と、光源５０と、フォーカスセンサー６０と、制御手段７０とで構成されている。

ここで、レベリングステージ４０は、リソグラフイシミュレーション顕微鏡のＸＹステージを動かしてもフォトマスク表面の高さ位置を常に保つためのステージであり、制御手段７０により3ヶ所の駆動系にてフォトマスク３０の高さ位置、傾きを調整する機能を有する。
また、光源５０は、可視〜赤外の光線を出射できるようになっている。
フォーカスセンサー６０は、フォトマスク表面の高さ位置、傾きを測定する機能を有し、光源１０から出射した光は、リソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズとフォトマスク３０の間を通り、フォトマスクの表面にて反射し、フォーカスセンサーは反射光を受光して、フォトマスク表面の高さ位置、傾きを測定し、その信号は制御手段７０に送ら
れ、レベリングステージ４０にてフォトマスク３０の高さ位置、傾きが調整される。

次に、フォーカスモニターマーク２０を有するフォトマスク３０を前記フォーカス制御システムのレベリングステージ４０上に載置、保持する。

次に、フォトマスク３０のフォーカスモニターマーク２０がリソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズの視野内にはいるように、リソグラフイシミュレーション顕微鏡のＸＹステージを動かして調整する。
さらに、光源１０から出射した光はフォトマスク３０のフォーカスモニターマーク２０の表面で反射し、フォーカスセンサー６０に取り込まれる。
一方、リソグラフイシミュレーション顕微鏡では、フォーカスモニターマーク２０の透過光強度のコントラストがピークになるジャストフォーカスの高さ位置、傾きがレベリングステージ４０にて調整され、フォトマスク３０のフォーカスモニターマーク２０がジャストフォーカスになる高さ位置データが制御手段７０に保存される。

次に、リソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズをフォトマスク３０の転写有効領域１１にあるメインパターン１０内の測定対象パターンに移動し、フォーカス制御システム８０のレベリングステージ４０にて、測定対象パターンの高さ位置が、フォーカスモニターマーク２０の高さ位置と同じになるように調整される。

次に、リソグラフィシミュレーション顕微鏡にて測定対象パターンのリソグラフィシミュレーションを行う。
メインパターンの転写シミュレーション結果を図７（ａ）及び（ｂ）に示す。
コントラストのピークがジャストフォーカスにならないパターンやコントラストがブロードになり正確なピークを検出することができないパターンを含むレベンソン位相シフトマスクやＣＰＬでも、ジャストフォーカスを正確に検出することができる。

さらに、リソグラフィシミュレーション顕微鏡にて測定対象パターンのリソグラフィシミュレーションを必要回数繰り返して、フォトマスク３０の転写シミュレーションを終了する。

本発明のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクの一実施例を示す模式平面図である。 フォーカスモニターマーク２０の一実施例を示す模式平面図である。 リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いて、本発明のフォーカスモニターマークを有するフォトマスク３０の転写シミュレーションを行うフォーカス制御システムの一実施例を示す模式構成図である。 リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いてフォトマスク３０の転写有効領域１１に形成されたメインパターン１０の透過光強度のコントラストを測定した結果を示す説明図である。 リソグラフィシミュレーション顕微鏡を用いてフォトマスク３０の転写有効領域外１２に形成されたフォーカスモニターマーク２０の透過光強度のコントラストを測定した結果を示す説明図である。 遮光膜（半透明膜）パターンの線幅測定工程、位相差測定工程および透過率測定工程を含まない位相シフトマスクの製造工程の一例を示す工程フロー図である。 レベンソン位相シフトマスク及びＣＰＬのメインパターンの転写シミュレーション結果を示す説明図である。

符号の説明

１０……メインパターン
１１……転写有効領域
１２……転写有効領域外
２０……フォーカスモニターマーク
３０……フォトマスク
４０……レベリングステージ
５０……光源
６０……フォーカスセンサー
７０……制御手段
８０……フォーカス制御システム

Claims (2)

1. 透明基板上にメインパターンが形成されてなる転写有効領域とパターンが形成されていない転写有効領域外とが設けられたフォトマスクであって、前記パターンが形成されていない転写有効領域外にフォーカス位置が制御可能なフォーカスモニターマークを配置したことを特徴とするフォーカスモニターマークを有するフォトマスク。
2. 少なくとも以下の工程を具備することを特徴とする請求項１に記載のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクの転写シュミレーション方法。
   （ａ）リソグラフィシュミレーション顕微鏡にレベリングステージからなるフォーカス制御システムを付加する工程。
   （ｂ）請求項１に記載のフォーカスモニターマークを有するフォトマスクを前記フォーカス制御システムのレベリングステージに載置、保持する工程。
   （ｃ）フォーカスモニターマークを用いて、透過光強度のコントラストがピークになるジャストフォーカスを求め、そのジャストフォーカスを示すフォーカスモニターマークの高さ位置を前記フォーカス制御システムの制御手段に保存する工程。
   （ｄ）リソグラフイシミュレーション顕微鏡の対物レンズをフォトマスクのメインパターン内に設定された測定対象パターンにＸＹステージにて移動し、前記フォーカス制御システムのレベリングステージにて、測定対象パターンの高さ位置を、フォーカスモニターマークの高さ位置と同じにする工程。
   （ｅ）リソグラフィシュミレーション顕微鏡にて測定対象パターンのリソグラフィシュミレーションを行う工程。
   （ｆ）（ｄ）及び（ｅ）の工程を必要回数繰り返す工程。