JP2009104024A - Exposure mask, focus measuring method, and pattern forming method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子デバイス製造等において使用される露光マスクと、それを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法とに関する。 The present invention relates to an exposure mask used in electronic device manufacturing and the like, and a focus measurement method and a pattern formation method using the exposure mask.
近年の電子デバイス製造における微細加工技術の進展に伴い、リソグラフィ工程におけるフォーカスマージンが狭くなってきている。そのため、少ないプロセスマージンを有効活用して安定した歩留りを維持するため、より高精度なフォーカス管理が必要となっている。 With the recent progress of microfabrication technology in electronic device manufacturing, the focus margin in the lithography process is becoming narrower. Therefore, in order to maintain a stable yield by effectively utilizing a small process margin, more accurate focus management is required.
レジストパターンを用いる従来のフォーカス測定方法としては、例えば特許文献1に記載のPSFM法(Phase Shift Focus Monitor 法)が挙げられる。
As a conventional focus measurement method using a resist pattern, for example, the PSFM method (Phase Shift Focus Monitor method) described in
PSFM法は、いわゆるレベンソン型の位相シフトマスク(Alternating Phase Shift Mask)を用いて、孤立線パターン(孤立線状の遮光パターン)の両側において位相差が180°以外(最適値は90°)になるようなパターンをデフォーカス状態で露光した時に、前記孤立線パターンの像が横方向(孤立線パターンが伸びる方向に対して垂直な方向)に移動する現象を利用したフォーカス測定方法である。 The PSFM method uses a so-called Levenson type phase shift mask (Alternating Phase Shift Mask), and the phase difference is other than 180 ° (optimum value is 90 °) on both sides of the isolated line pattern (isolated line-shaped light shielding pattern). This is a focus measurement method using a phenomenon in which an image of the isolated line pattern moves in a horizontal direction (a direction perpendicular to a direction in which the isolated line pattern extends) when such a pattern is exposed in a defocused state.
PSFM法によると、孤立線パターンの像の移動距離は、ベストフォーカス近傍においてほぼ直線的に変化するため、一度の露光によって符号突きのデフォーカス量(所定のフォーカス値のベストフォーカス値に対する差)を決定することができる。
しかしながら、以上に説明したPSFM法には、次のような課題がある。 However, the PSFM method described above has the following problems.
PSFM法では、その原理上、いわゆるレベンソン型の位相シフトマスクを用いなければならない。更に、PSFM法においては90°等の位相シフター(180°前後を含まない所定の範囲に含まれる値の位相シフター)を用いる。これに対し、一般的なデバイス製造においては180°前後の所定の範囲に含まれる値の位相シフターを用いる。このため、PSFM法を用いる場合、フォーカス測定用のテストパターンをデバイス製造用マスクに配置することが難しい。尚、「180°の位相シフター」とは、光が該位相シフターを透過することにより、透過していない光との位相差が180°となるような位相シフターを意味するものとする。同様に、「90°の位相シフター」等についても、光が透過することにより、透過していない光に対して所定の位相差を生じるような位相シフターのことである。 In the PSFM method, a so-called Levenson type phase shift mask must be used in principle. Further, in the PSFM method, a phase shifter of 90 ° or the like (a phase shifter having a value included in a predetermined range not including around 180 °) is used. On the other hand, in general device manufacturing, a phase shifter having a value included in a predetermined range around 180 ° is used. Therefore, when the PSFM method is used, it is difficult to place a focus measurement test pattern on a device manufacturing mask. The “180 ° phase shifter” means a phase shifter in which the phase difference from the light that is not transmitted is 180 ° when the light is transmitted through the phase shifter. Similarly, a “90 ° phase shifter” is a phase shifter that causes a predetermined phase difference with respect to light that is not transmitted by transmitting light.
以上に鑑み、本発明は、180°前後の範囲以外の位相シフターを用いること無しに露光装置のデフォーカス量を簡単に且つ精度良く測定するための露光マスク及びそれを用いたフォーカス測定方法を提供すると共に、このフォーカス測定方法を応用したデバイス製造方法及び露光装置管理方法を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention provides an exposure mask for easily and accurately measuring the defocus amount of an exposure apparatus without using a phase shifter outside the range of about 180 ° and a focus measurement method using the same. In addition, an object of the present invention is to provide a device manufacturing method and an exposure apparatus management method to which the focus measurement method is applied.
前記の目的を達成するため、本発明に係る露光マスクは、マスク基板にフォーカス測定パターンが設けられ、フォーカス測定パターンは、第1のピッチにより配列された少なくとも3本の第1パターンを含む第1パターン群と、第1のピッチとは異なる第2のピッチにより配列された少なくとも3本の第2パターンを含む第2パターン群とを備え、第1パターン群及び第2パターン群は、いずれも、マスク基板に設けられた複数の凹領域及び複数の凸領域により構成される。 To achieve the above object, an exposure mask according to the present invention is provided with a focus measurement pattern on a mask substrate, and the focus measurement pattern includes a first pattern including at least three first patterns arranged at a first pitch. A pattern group and a second pattern group including at least three second patterns arranged at a second pitch different from the first pitch, and both the first pattern group and the second pattern group are: It comprises a plurality of concave areas and a plurality of convex areas provided on the mask substrate.
本発明の露光マスクによると、第1パターン群を構成する第1パターンが配置される第1のピッチと、第2パターン群を構成する第2パターンが配置される第2のピッチとは異なる。このため、露光装置により該露光マスクを用いたマスクパターンの転写を行なう際、第1パターン群と第2パターン群とでは露光マスク中から外に向けての光の伝播状態が異なる。特に、入射光の露光マスクへの入射角が大きい斜入射照明の場合、第1パターン群と第2パターン群とでは、マスクパターンが転写される基板上におけるベストフォーカス位置が異なるようになる。このため、基板に第1パターンが転写された第1転写パターンと第2パターンが転写された第2転写パターンとの寸法差に基づいて、露光装置のデフォーカス量を容易に且つ高精度に求めることができる。 According to the exposure mask of the present invention, the first pitch at which the first pattern constituting the first pattern group is arranged is different from the second pitch at which the second pattern constituting the second pattern group is arranged. For this reason, when the mask pattern is transferred using the exposure mask by the exposure apparatus, the first pattern group and the second pattern group have different light propagation states from the inside of the exposure mask to the outside. In particular, in the case of oblique illumination with a large incident angle of incident light on the exposure mask, the best focus position on the substrate onto which the mask pattern is transferred differs between the first pattern group and the second pattern group. Therefore, the defocus amount of the exposure apparatus is easily and accurately obtained based on the dimensional difference between the first transfer pattern having the first pattern transferred to the substrate and the second transfer pattern having the second pattern transferred. be able to.
尚、第1パターン群と、第2パターン群とは、所定の距離内に配置されていることが好ましい。 The first pattern group and the second pattern group are preferably arranged within a predetermined distance.
つまり、第1のパターン群及び第2のパターン群を共に用いてフォーカス測定を行うのであるから、両パターン群は近くに並んで配置されていることが望ましい。但し、両パターン群の光学的な孤立性を保つことができる程度には離れて配置されている必要もある。 That is, since focus measurement is performed using both the first pattern group and the second pattern group, it is desirable that both pattern groups be arranged close to each other. However, it is also necessary that the two pattern groups are arranged apart from each other to the extent that optical isolation can be maintained.
また、第1パターン及び第2パターンは、複数の凸領域として設けられていることが好ましい。また、第1パターン及び第2パターンは、複数の凹領域として設けられていることも好ましい。 The first pattern and the second pattern are preferably provided as a plurality of convex regions. The first pattern and the second pattern are also preferably provided as a plurality of concave regions.
このように、第1パターン群を構成する少なくとも3本の第1パターン及び第2パターン群を構成する少なくとも3本の第2パターンは、いずれも、凸領域又は凹領域のいずれかとして構成されていればよい。 As described above, at least three first patterns constituting the first pattern group and at least three second patterns constituting the second pattern group are each configured as either a convex region or a concave region. Just do it.
また、複数の凹領域は、マスク基板に対して彫り込みを施した領域であり、複数の凸領域は、マスク基板における彫り込みを施していない領域であることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the plurality of concave regions are regions that are engraved on the mask substrate, and the plurality of convex regions are regions that are not engraved on the mask substrate.
マスク基板において、複数の凹領域及び複数の凸領域をこのようにして実現しても良い。 In the mask substrate, a plurality of concave regions and a plurality of convex regions may be realized in this way.
また、第1パターン及び第2パターンは、いずれもラインパターンであることが好ましい。 Further, both the first pattern and the second pattern are preferably line patterns.
また、第1パターン及び第2パターンは同一線幅を有することが好ましい。 The first pattern and the second pattern preferably have the same line width.
このようにすると、デフォーカス量の測定をより確実に行なうことができる。 In this way, the defocus amount can be measured more reliably.
また、凸領域の少なくとも一部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。また、凸領域のうちの凹領域との境界部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。また、凸領域の全面が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that at least a part of the convex region is covered with a light-shielding film or a semi-light-shielding film. Moreover, it is preferable that the boundary part with the recessed area | region among convex areas is covered with the light shielding film or the semi-light shielding film. Moreover, it is preferable that the entire surface of the convex region is covered with a light shielding film or a semi-light shielding film.
このようにすると、それぞれ凸領域における光の透過率を設定することができ、局所的な実効光透過率の調整も可能となる。 In this way, the light transmittance in each convex region can be set, and the local effective light transmittance can be adjusted.
前記の目的を達成するため、本発明に係るフォーカス測定方法は、本発明に係るいずれか一つの露光マスクを用い、投影露光装置の投影光学系を用いてマスクパターンの転写を行なう際のフォーカスを求めるフォーカス測定方法であって、第1パターンが基板に転写された第1転写パターンの寸法及び第2パターンが基板に転写された第2転写パターンの寸法をそれぞれ測定する工程(a)と、第1転写パターンと第2転写パターンとの寸法差を算出する工程(b)と、寸法差と、予め準備したリファレンスデータとを比較してフォーカスを算出する工程(c)とを備える。 In order to achieve the above object, a focus measuring method according to the present invention uses any one of the exposure masks according to the present invention, and focuses at the time of transferring the mask pattern using the projection optical system of the projection exposure apparatus. A focus measurement method to be obtained, the step (a) of measuring the dimension of the first transfer pattern in which the first pattern is transferred to the substrate and the dimension of the second transfer pattern in which the second pattern is transferred to the substrate; A step (b) of calculating a dimensional difference between the first transfer pattern and the second transfer pattern, and a step (c) of calculating a focus by comparing the dimensional difference with previously prepared reference data.
本発明のフォーカス測定方法によると、配置のピッチが異なる第1パターン群及び第2パターン群に対応する第1転写パターン及び第2転写パターンの寸法差を、予め求めたリファレンスデータと比較することにより、デフォーカス量を測定することができる。 According to the focus measurement method of the present invention, by comparing the dimensional difference between the first transfer pattern and the second transfer pattern corresponding to the first pattern group and the second pattern group having different arrangement pitches with reference data obtained in advance. The defocus amount can be measured.
前記の目的を達成するため、本発明に係るパターン形成方法は、本発明に係るフォーカス測定方法によりフォーカス値を求める工程と、投影露光装置にフォーカスをフィードバックし、他の基板に対するマスクパターンの転写を行なう工程とを有する。 In order to achieve the above object, a pattern forming method according to the present invention includes a step of obtaining a focus value by the focus measuring method according to the present invention, feeding back the focus to a projection exposure apparatus, and transferring a mask pattern to another substrate. And performing the process.
本発明のパターン形成方法によると、本発明の露光マスクを利用するフォーカス測定方法により基板にマスクパターンを転写する際のデフォーカス量を求め、投影露光装置に該デフォーカス量をフィードバックして利用することができる。 According to the pattern forming method of the present invention, the defocus amount when the mask pattern is transferred to the substrate is obtained by the focus measurement method using the exposure mask of the present invention, and the defocus amount is fed back to the projection exposure apparatus and used. be able to.
尚、PSFM法によるフォーカス測定とは異なり、本発明の場合には180°前後の範囲以外の位相シフターを用いることは不要である。このため、本発明の露光マスクと該露光マスクを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法とは、一般に180°前後の範囲の位相シフターを有するフォトマスクを用いるデバイス製造において有利である。 Unlike focus measurement by the PSFM method, in the present invention, it is not necessary to use a phase shifter outside the range of about 180 °. For this reason, the exposure mask of the present invention and the focus measurement method and pattern formation method using the exposure mask are generally advantageous in device manufacturing using a photomask having a phase shifter in the range of about 180 °.
本発明の露光マスクとこれを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法によると、180°以外の位相シフターを用いることなくフォーカスの測定を行なうことができ、一般的なデバイス製造において容易且つ高精度なフォーカス管理を行なうことができる。 According to the exposure mask of the present invention and the focus measurement method and pattern formation method using the exposure mask, focus measurement can be performed without using a phase shifter other than 180 °, and it is easy and highly accurate in general device manufacturing. Focus management can be performed.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る露光マスクについて、図面を参照しながら説明する。図1(a)は、本実施形態の露光マスク10の構造を示す図である。
(First embodiment)
Hereinafter, an exposure mask according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a view showing the structure of the
図1(a)に示す通り、露光マスク10は、例えばガラスからなるマスク基板11を用いて構成される。マスク基板11には1ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域12が定められ、ショット領域12中に、フォーカス測定用のパターンを有するフォーカス測定領域13が設けられている。
As shown in FIG. 1A, the
フォーカス測定領域13には、図1(b)に平面図を示すようなパターン群が、異なる二つの密集度(ピッチ)をもって第1パターン群15a及び第2パターン群15bとして形成されている。
In the
第1パターン群15a及び第2パターン群15bは、いずれも、図2(a)に斜視図を示すような構造を有する。つまり、マスク基板11に対して彫り込みが施された凹領域でありバックグラウンドを形成する明領域21に、彫り込みが施されていない凸領域であり暗像を形成するパターン22が配置された構造である。ここで、彫り込みの有無により、凹領域である明領域21を透過する露光光と、凸領域であるパターン22を透過する露光光とは180°の位相差を有する。但し、位相差は180°のみには限られず、180°前後の所定の範囲の位相差であれば良い。具体的な範囲は条件によるが、例えば180°に対して±10°程度、つまり170°〜190°程度の範囲であればよい。
Each of the
尚、第1パターン群15a及び第2パターン群15bの両方を用いて所定の領域(本実施形態では、フォーカス測定領域13)におけるフォーカス測定を行うのであるから、これら2つのパターン群は互いに十分近くに並んで配置されている必要がある。但し、両パターン群の光学的な孤立性を保つ必要があるため、近すぎるのは不都合であり、ある程度は離れて配置されている必要もある。具体的には、最低でも0.5μmは間隔を開けて配置されていることが望ましく、より望ましくは1μm以上の間隔を開けて配置されていることが望ましい。
Since the focus measurement is performed in a predetermined area (in this embodiment, the focus measurement area 13) using both the
具体例として、本実施形態の場合には、第1パターン群15aと第2パターン群15bとは1.5μm程度の間隔を開けて配置されている。
As a specific example, in the case of the present embodiment, the
図2(b)及び図2(c)には、互いに線幅が同じでピッチが異なる第1パターン群及び第2パターン群の断面を順に示している。図2(b)に示す第1パターン群において、暗像を形成する直線パターンとしての第1パターン22aの線幅Aは80nmであり、第1の明領域21aを挟んで配置のピッチBは220nmである。また、図2(c)に示す第2パターン群において、暗像を形成する直線パターンとしての第2パターン22bの線幅Cは第1パターン22aと同じ80nmであるが、第2の明領域21bを挟んで配置のピッチDは420nmであって、第1パターン群の場合よりも大きい。尚、第1パターン22a及び第2パターン22bはいずれも5本とする。また、以上の寸法は、いずれも、マスクに対して例えば五分の一等に縮小されるウェハ上における換算値を示している。
FIGS. 2B and 2C sequentially show cross sections of a first pattern group and a second pattern group having the same line width and different pitches. In the first pattern group shown in FIG. 2B, the line width A of the
次に、図3には、投影露光装置の投影光学系を用いてウェハ上に本実施形態の露光マスク10に設けられた第1パターン群22a及び第2パターン群22bを転写した際のライン寸法を、フォーカス位置に対してシミュレーションした結果を示している。
Next, FIG. 3 shows line dimensions when the
ここでは、NA(Numerical Aperture)0.75の投影光学系を介すると共に4眼照明を用いた場合を示している。また、ピッチが220nm及び420nmである第1パターン群22a及び第2パターン群22bの他に、ピッチが180、260、300、340、380nmである場合についても合わせて示している。尚、4眼照明に代えて輪帯照明、2眼照明等を用いても良いが、斜入射照明であることが望ましい。
Here, a case is shown in which four-eye illumination is used through a projection optical system of NA (Numerical Aperture) 0.75. In addition to the
図3に示す通り、それぞれのピッチをもって配置された直線パターンが転写されたライン寸法は、所定のフォーカス位置において極大となり、その位置からフォーカスが離れるにつれて小さくなる(ラインが細くなる)傾向がある。更に、それぞれのパターンについてベストフォーカス位置、つまり、ライン寸法が極大となるフォーカス位置がピッチによって異なっている。これは、露光マスク10におけるピッチの違いによって露光マスク10内から外に向けての光の伝播状態が異なり、露光マスク10に対する入射光の入射角が大きい斜入射照明を用いているためにフォーカス位置が変動することに起因する。
As shown in FIG. 3, the line dimension to which the linear patterns arranged with the respective pitches are transferred tends to be maximal at a predetermined focus position, and tends to become smaller (the line becomes thinner) as the focus moves away from that position. Furthermore, the best focus position for each pattern, that is, the focus position at which the line dimension is maximized differs depending on the pitch. This is because the state of propagation of light from the inside of the
図4には、図3に示したピッチが220nmである第1パターン群に対応する転写後のライン寸法と、ピッチが420nmである第2パターン群に対応する転写後のライン寸法との差(線幅差)を、転写の際のフォーカス位置に対してプロットした結果を示す。図4に示される通り、転写の際のフォーカス位置に対し、第1パターン群及び第2パターン群に関する線幅差は単調増加の傾向がある。このため、異なる二つのパターン群について、その寸法差を測定することにより、デフォーカス量を見積もることが可能となる。 FIG. 4 shows the difference between the post-transfer line dimension corresponding to the first pattern group having a pitch of 220 nm and the post-transfer line dimension corresponding to the second pattern group having a pitch of 420 nm shown in FIG. (Line width difference) is plotted against the focus position during transfer. As shown in FIG. 4, the line width difference regarding the first pattern group and the second pattern group tends to monotonously increase with respect to the focus position during transfer. For this reason, it is possible to estimate the defocus amount by measuring the dimensional difference between two different pattern groups.
尚、以上の説明ではパターン線幅が等しくピッチのみが異なる第1パターン群及び第2パターン群について説明したが、パターン線幅についても第1パターン群と第2パターン群とでは異なるようにすることもできる。 In the above description, the first pattern group and the second pattern group having the same pattern line width and different pitches have been described. However, the pattern line width should be different between the first pattern group and the second pattern group. You can also.
また、本実施形態において、第1パターン22a及び第2パターン22bはいずれも5本としている。しかし、これに限るものではなく、共に少なくとも3本以上有れば良い。
In the present embodiment, the number of
また、本実施形態の露光マスク10を用いると、PSFM法によるフォーカス測定を行なう場合とは異なり、180°前後の範囲以外(特に、90°)の位相シフターを用いることは不要である。このため、一般に180°前後の範囲の位相シフターを用いるデバイス製造用のマスクに適用するのが容易である。
Further, when the
また、本実施形態の場合には、第1パターン22aの線幅Aと第2パターン22bの線幅Cとが等しい構成を取っているが、このことは必須ではない。
In the present embodiment, the line width A of the
(第1の実施形態の変形例1)
次に、第1の実施形態の変形例1に係る露光マスクを説明する。図5に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図5に示す構造において、マスク基板11に対して彫り込みが施された凹領域が暗像を形成するパターン22cであり、その間に位置する彫り込みが施されていない凸領域がバックグラウンドを形成する明領域21cである。これは、図2(a)〜(c)に示した第1の実施形態の露光マスク10と比較すると、凹領域及び凸領域が逆になった構成と言える。よって、例えばパターン22cの線幅を80nm、そのピッチを220nm及び420nmとすればよい。
(
Next, an exposure mask according to
このような構造においても、図2(a)〜(c)の構造と同様に、暗像を形成するパターン22cを透過する露光光と、バックグラウンドを形成する明領域21cを透過する露光光とに位相差を生じさせることができ、パターン22cを暗像として転写することができる。
In such a structure, similarly to the structures of FIGS. 2A to 2C, the exposure light that passes through the
尚、露光マスクにおいて、第1パターン群及び第2パターン群の両方を図5に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図5の構造としても良い。 In the exposure mask, both the first pattern group and the second pattern group may have the structure of this modification shown in FIG. 5, or only one of them may have the structure of FIG.
(第1の実施形態の変形例2)
次に、第1の実施形態の変形例2に係る露光マスクについて説明する。図6に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図6に示す構造において、図2(a)〜(c)に示した第1の実施形態の露光マスク10と同様に、彫り込みのされた凹領域がバックグラウンドを形成する明領域21dであり、その間に凸領域が暗像を形成するパターン22dが配置されている。但し、図6に示す本変形例の露光マスクの場合、パターン22dが遮光膜又は半遮光膜23によって覆われている。このようにすると、暗像を形成する直線領域であるパターン22dについて、光の透過率を任意に設定することができる。尚、遮光膜とは光を全く透過させないとみなせる膜であり、半遮光膜とは所定の透過率にて透過させる膜のことである。
(Modification 2 of the first embodiment)
Next, an exposure mask according to Modification 2 of the first embodiment will be described. FIG. 6 shows a focus measurement pattern in the exposure mask of this modification. In the structure shown in FIG. 6, similarly to the
また、露光マスクにおいて、第1パターン群及び第2パターン群の両方を図6に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図6の構造としても良い。 Further, in the exposure mask, both the first pattern group and the second pattern group may have the structure of the present modification shown in FIG. 6, or only one of them may have the structure of FIG.
このように、遮光膜又は半遮光膜を有する露光マスクを用いると、より良好に暗像の寸法制御を行なうことができる。例えば、遮光膜又は半遮光膜を有しないマスクを用いて幅の広い暗像を得ようとすると、マスク寸法を大きくする必要がある。しかし、ある程度以上にマスク寸法を大きくすると、その領域自体が暗像ではなくなってしまう。これに対し、遮光膜又は半遮光膜を用いて透過率を制御すると、マスク寸法が大きい場合にも暗像を形成することができる。 As described above, when an exposure mask having a light-shielding film or a semi-light-shielding film is used, the size control of the dark image can be performed more favorably. For example, to obtain a wide dark image using a mask that does not have a light-shielding film or a semi-light-shielding film, it is necessary to increase the mask size. However, if the mask dimension is increased to a certain extent, the area itself is no longer a dark image. On the other hand, when the transmittance is controlled using a light-shielding film or a semi-light-shielding film, a dark image can be formed even when the mask dimension is large.
(第1の実施形態の変形例3)
次に、第1の実施形態の変形例3に係る露光マスクについて説明する。図7に、本変形例の露光マスクにおけるフォーカス測定用のパターンを示す。図7に示す構造は、図6に示す第1の実施形態の変形例2の場合と同様に、凹領域として設けられた明領域21eに暗像を形成する凸領域であるパターン22eが設けられ、パターン22e上に遮光膜又は半遮光膜23が形成されている。但し、変形例2の場合には凸領域上の全面を覆うように遮光膜又は半遮光膜23が形成されていたのに対し、本変形例の場合、暗像を形成する直線領域であるパターン22e上の一部を覆うように遮光膜又は半遮光膜23が形成されている。
(Modification 3 of the first embodiment)
Next, an exposure mask according to Modification 3 of the first embodiment will be described. FIG. 7 shows a focus measurement pattern in the exposure mask of this modification. The structure shown in FIG. 7 is provided with a
これにより、パターン22eにおける光の透過率を任意に設定することができ、更に、同一の露光マスク上における局所的な実効透過率を調整することも可能となる。
Thereby, the light transmittance in the
これにより、変形例2の場合と同様に、より良好に暗像の寸法制御を行なうことができる。 Thereby, similarly to the case of the modified example 2, the size control of the dark image can be performed better.
図7の場合、パターン22eにおける明領域21eとの境界部(それぞれの両端部)を覆うように遮光膜又は半遮光膜23を形成しているが、これには限らない。例えば、パターン22e上に横縞状に遮光膜又は半遮光膜23を形成しても良い。
In the case of FIG. 7, the light shielding film or
尚、露光マスクにおいて、第1パターン群及び第2パターン群の両方を図7に示す本変形例の構造としても良いし、いずれか一方だけを図7の構造としても良い。 In the exposure mask, both the first pattern group and the second pattern group may have the structure of this modification shown in FIG. 7, or only one of them may have the structure of FIG.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係るフォーカス測定方法について、図面を参照しながら説明する。該フォーカス測定方法は、第1の実施形態及びその各変形例において説明した露光マスクを応用したフォーカス測定用マスクを用い、基板に対して露光を行なう際の露光装置のフォーカス量を測定するフォーカス測定方法である。
(Second Embodiment)
Next, a focus measurement method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The focus measurement method uses a focus measurement mask to which the exposure mask described in the first embodiment and each modification thereof is applied, and performs focus measurement to measure the focus amount of an exposure apparatus when exposing the substrate. Is the method.
図8は、本実施形態のフォーカス測定方法において用いるフォーカス測定用マスクの一例を示す図である。図8に示すフォーカス測定用マスク30は、ガラス等からなるマスク基板31を用いて構成されている。マスク基板31には1ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域32が定められ、ショット領域32中に、微小チップに転写されるパターンの配置領域であるチップ領域33が複数個マトリクス状に設けられている。また、マスク基板31におけるショット領域32の近傍に、レチクルアラインメントパターン配置領域34が設けられている。
FIG. 8 is a diagram showing an example of a focus measurement mask used in the focus measurement method of the present embodiment. The
各チップ領域33には、第1の実施形態及びその各変形例のいずれかに係る露光マスクに配置されていた第1パターン群及び第2パターン群と同様のパターン群が、フォーカスモニター用テストパターンとして設けられている。このように、ピッチが異なる複数のパターン群を含むフォーカスモニター用テストパターンを配置することにより、該パターンの配置された領域におけるフォーカスを精度良く求めることができる。以下に、これを更に説明する。
In each
本実施形態のフォーカス測定方法において、まず、半導体装置等を製造するためのデバイス基板上に感光剤を塗布した後、図8に示すフォーカス測定用マスク30を用い、投影露光装置の投影光学系を用いて前記デバイス基板上の感光剤にマスクパターンの転写を行なう。
In the focus measurement method of the present embodiment, first, after applying a photosensitive agent on a device substrate for manufacturing a semiconductor device or the like, the projection optical system of the projection exposure apparatus is used by using the
この後、感光剤の現像を行なうと、チップ領域33が転写された転写チップ領域がデバイス基板上に形成され、チップ領域33に設けられているフォーカスモニター用テストパターンもデバイス基板上に転写テストパターンとして形成される。
Thereafter, when the photosensitive agent is developed, a transfer chip area to which the
各チップ領域33のフォーカスモニター用テストパターンは第1パターン群及び第2パターン群を含むため、転写チップ領域は、対応する第1転写テストパターン及び第2転写テストパターンを含む。
Since the focus monitor test pattern in each
このとき、一つの転写チップ領域における第1転写テストパターンと第2転写テストパターンとの寸法差は、露光装置のデフォーカス量によって変動する。デフォーカス量は、デバイス基板(ウェハ)上の凹凸等に起因してパターン毎に異なる。 At this time, the dimensional difference between the first transfer test pattern and the second transfer test pattern in one transfer chip region varies depending on the defocus amount of the exposure apparatus. The defocus amount differs for each pattern due to unevenness on the device substrate (wafer).
そこで、デバイス基板上に転写された同一の転写チップ領域内の第1転写パターン群及び第2転写パターン群におけるパターン寸法を測定手段(例えば、測長SEM(scanning electron microscope))によって測定し、それらの寸法差データ算出部等にて算出する。このようにして算出した寸法差を、予め作成してリファレンスデータ記憶部に記憶させたリファレンスデータと比較することにより、当該転写チップ領域におけるフォーカスを求めることができる。より詳しく述べると、リファレンスデータは、フォーカスの異なる条件において各線幅とピッチとに対応したリファレンス寸法差データを含み、これと、算出した寸法差とをフォーカス算出部にて比較することによりフォーカスを求めることができる。尚、データ算出部、リファレンスデータ記憶部及びフォーカス算出部(更に、後に述べるデータ算出部)は、測長SEMを含むフォーカス測定装置に備えられたコンピュータ等において実現されている。 Therefore, the pattern dimensions in the first transfer pattern group and the second transfer pattern group in the same transfer chip region transferred onto the device substrate are measured by a measuring means (for example, a length measuring SEM (scanning electron microscope)), It is calculated by a dimension difference data calculation unit or the like. The focus in the transfer chip region can be obtained by comparing the dimensional difference calculated in this way with reference data created in advance and stored in the reference data storage unit. More specifically, the reference data includes reference dimension difference data corresponding to each line width and pitch under different focus conditions, and the focus calculation unit compares the calculated dimension difference with the calculated dimension difference to obtain the focus. be able to. Note that the data calculation unit, the reference data storage unit, and the focus calculation unit (further, a data calculation unit described later) are realized in a computer or the like provided in a focus measurement apparatus including a length measurement SEM.
フォーカス測定用マスク30のショット領域32中には複数のチップ領域33が設けられているから、各チップ領域33毎にデフォーカス量を求めることができ、ショット領域32中の多数の点について、各点のデフォーカス量を高精度に取得することができる。
Since a plurality of
尚、本実施形態のフォーカス測定方法においては、前記のように、予めリファレンスデータを求めておく必要がある。リファレンスデータは、同一の転写チップ領域内における第1転写パターン群及び第2転写パターン群におけるパターンの寸法差と、露光装置のデフォーカス量との相関関係を示すデータである。このようなリファレンスデータは、以下のようにして作成する。 In the focus measurement method of the present embodiment, it is necessary to obtain reference data in advance as described above. The reference data is data indicating the correlation between the pattern dimensional difference in the first transfer pattern group and the second transfer pattern group in the same transfer chip region and the defocus amount of the exposure apparatus. Such reference data is created as follows.
つまり、図8のフォーカス測定用マスク30を用いて、露光装置のフォーカスオフセット値を所定の間隔をもって変更しながら(つまり、一定間隔のフォーカス振りを行ないながら)、各フォーカスオフセット値に対応するショット毎にパターンの寸法差を測定する。これにより、露光装置のデフォーカスに伴うパターンの寸法差の変動量が得られる。
That is, using the
このとき、基板のフラットネス、露光装置のフォーカス再現性及びその他のプロセス要因のバラツキによる影響を抑制するため、前記した相関関係の測定を複数回行ない、測定結果の平均値を寸法差データとすることが好ましい。 At this time, in order to suppress the influence of variations in the flatness of the substrate, the focus reproducibility of the exposure apparatus, and other process factors, the above correlation is measured a plurality of times, and the average value of the measurement results is used as the dimensional difference data. It is preferable.
このようにして得た寸法差データは、リファレンスデータとして、測長SEM本体又は測長SEMに接続されたコンピュータなどのリファレンスデータ記憶部に記憶させておく。これを必要に応じて読み出し、データ算出部にて算出された実測の寸法差とフォーカス算出部において比較することにより、デフォーカス量を算出する。 The dimension difference data thus obtained is stored as reference data in a reference data storage unit such as a length measurement SEM main body or a computer connected to the length measurement SEM. The defocus amount is calculated by reading this out as necessary and comparing the measured dimension difference calculated by the data calculation unit with the focus calculation unit.
(第3の実施形態)
以下、本発明の第3の実施形態に係る露光装置管理方法について図面を参照しながら説明する。本実施形態の露光装置管理方法は、第2の実施形態に係るフォーカス測定方法を用いて露光装置のデフォーカス量を測定し、該デフォーカス量に基づいて露光装置のフォーカスオフセット値を設定することにより、露光装置の像面管理等を行なうものである。
(Third embodiment)
The exposure apparatus management method according to the third embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The exposure apparatus management method of the present embodiment measures the defocus amount of the exposure apparatus using the focus measurement method according to the second embodiment, and sets the focus offset value of the exposure apparatus based on the defocus amount. Thus, image plane management of the exposure apparatus is performed.
具体的には、まず、第2の実施形態に係るフォーカス測定方法により、ショット領域32内の多数の点に対応するデフォーカス量(つまり、フォーカス値)を得る。第2の実施形態において用いたフォーカス測定用マスク30(図8)には多数のチップ領域33が設けられ、各チップ領域33には第1パターン群及び第2パターン群を含むフォーカスモニター用テストパターンが設けられている。このため、第2の実施形態のフォーカス測定方法により、非常に高精度にショット内フォーカス分布を得ることができるのである。
Specifically, first, defocus amounts (that is, focus values) corresponding to a large number of points in the
次に、このようにして得られたフォーカス分布、つまり像面を解析し、平均値、傾斜成分及び湾曲成分に分離する。 Next, the focus distribution thus obtained, that is, the image plane, is analyzed and separated into an average value, a tilt component, and a curved component.
ここで、平均値とは、ショット内におけるフォーカス値の平均値である。この値が露光時に設定したフォーカス値と異なる場合、測定された平均値と設定したフォーカス値との差を、露光装置のフォーカスオフセット値として設定する。 Here, the average value is an average value of focus values in a shot. If this value is different from the focus value set during exposure, the difference between the measured average value and the set focus value is set as the focus offset value of the exposure apparatus.
また、傾斜成分とは、レンズ収差の影響に起因する傾斜成分及び露光装置のステージ精度の両方を反映した値である。この値がある一定値を越えている場合には、その反転値を露光装置のフォーカスセンサーオフセット値として設定するか、又は、ステージ傾斜のオフセット値として設定する。 Further, the tilt component is a value reflecting both the tilt component resulting from the lens aberration and the stage accuracy of the exposure apparatus. If this value exceeds a certain value, the inverted value is set as the focus sensor offset value of the exposure apparatus or as the offset value of the stage tilt.
また、湾曲成分とは、主にレンズに起因した値である。これが規定値異常となった場合(規定値から大きく離れている場合)、投影光学系に何らかの異常がある可能性が高いと考えられる。よって、レンズ修正等の装置改善の必要性を検討する。 The curved component is a value mainly attributable to the lens. If this becomes a specified value abnormality (when it is far from the specified value), it is highly likely that there is some abnormality in the projection optical system. Therefore, the necessity of device improvement such as lens correction is examined.
第3の実施形態の露光装置管理方法によると、ショット内の多数の点におけるデフォーカス量を求めてショット内フォーカス分布を高精度に得た後、該ショット内フォーカス分布に基づいて露光装置のフォーカスオフセット値を設定することにより、像面管理等の露光装置の管理を高精度に行なうことができる。 According to the exposure apparatus management method of the third embodiment, after obtaining defocus amounts at a large number of points in a shot to obtain an in-shot focus distribution with high accuracy, the focus of the exposure apparatus is based on the in-shot focus distribution. By setting the offset value, exposure apparatus management such as image plane management can be performed with high accuracy.
尚、フォーカスセンサーオフセット値とは、露光機に複数備えられているフォーカスセンサ間のオフセット値であり、各フォーカスセンサ間の相対値を調整するものである。また、フォーカスオフセット値とは、フォーカスそのもののオフセット値である。 The focus sensor offset value is an offset value between focus sensors provided in a plurality of exposure apparatuses, and adjusts a relative value between the focus sensors. The focus offset value is an offset value of the focus itself.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態の電子デバイスの製造方法は、そのフォトリソグラフィ工程における一つのロットの処理に関するデータを他のロットの処理にフィードバックすることにより、製造装置の変動又はプロセスの変動に起因するデバイス製造への影響を抑制するものである。ここで、リソグラフィ工程においては、パターン形成後の検査工程の一つとして、第2の実施形態に係るフォーカス測定方法により、露光装置のデフォーカス量を測定する。
(Fourth embodiment)
Next, a method for manufacturing an electronic device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The electronic device manufacturing method according to the present embodiment feeds back data related to processing of one lot in the photolithography process to processing of other lots, thereby making it possible to manufacture a device due to variations in manufacturing apparatus or processes. The effect is suppressed. Here, in the lithography process, as one of the inspection processes after pattern formation, the defocus amount of the exposure apparatus is measured by the focus measurement method according to the second embodiment.
図9は、本実施形態の電子デバイスの製造方法において用いるデバイス製造用マスクの一例を示す図である。図9のデバイス製造用マスク40は、ガラス等からなるマスク基板41を用いて構成されている。マスク基板41には1ショットで露光されるパターンの配置領域であるショット領域42が定められ、ショット領域42内には、デバイスパターンの配置領域であるデバイスパターン領域45が複数個(本実施形態の場合、4個)マトリックス状に設けられている。尚、各デバイスパターン領域45は、スクライブレーン領域46によって互いに区画されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a device manufacturing mask used in the electronic device manufacturing method of the present embodiment. The
また、スクライブレーン領域46内の複数箇所(本実施形態の場合、9箇所)に、フォーカス測定領域43が設けられている。フォーカス測定領域43には、第1の実施形態又はそのいずれかの変形例と同様の第1パターン群及び第2パターン群がフォーカスモニター用テストパターンとして設けられている。
In addition, focus
また、マスク基板41におけるショット領域42の近傍に、レチクルアラインメントパターン配置領域44が設けられている。
A reticle alignment
フォトリソグラフィ工程におけるパターン形成後の検査工程として、測長SEMによる寸法測定及び重ね合わせ測定が行なわれる。寸法測定工程は、所望の寸法通りにパターンが形成されているかどうかを確認する工程であり、所望の寸法とパターン実寸法との間に差がある場合には、露光量を変更する等の補正を行なう。また、重ね合わせ測定工程にて得られた値、つまり、重ね合わせ測定値に基づいて、ショットについてのオフセット、倍率及びローテーションと、ウェハについての倍率及びローテーションの値等を、露光装置の露光パラメータとして反映させる。 As an inspection process after pattern formation in the photolithography process, dimension measurement and overlay measurement by a length measurement SEM are performed. The dimension measurement process is a process for confirming whether the pattern is formed according to the desired dimension. If there is a difference between the desired dimension and the actual pattern dimension, the exposure amount is changed. To do. Further, based on the value obtained in the overlay measurement process, that is, based on the overlay measurement value, the offset, magnification and rotation for the shot, and the magnification and rotation value for the wafer are used as exposure parameters of the exposure apparatus. To reflect.
ここで、寸法測定工程又は重ね合わせ工程にて得られた検査データ(拡散データ)のフィードバック方法としては、例えば、パイロットロットを用いて検査データを取得し、該検査データを本体ロットの処理に反映させる方法がある。また、前回処理したロットの検査データを、次回処理されるロットの処理に反映させる方法等もある。 Here, as a feedback method of the inspection data (diffusion data) obtained in the dimension measurement process or the overlaying process, for example, inspection data is acquired using a pilot lot, and the inspection data is reflected in the processing of the main body lot. There is a way to make it. There is also a method of reflecting the inspection data of the lot processed last time in the processing of the lot processed next time.
本実施形態の電子デバイスの製造方法においては、前記の寸法測定及び重ね合わせ測定と共に、図9に示すデバイス製造用マスクを用いて第3の実施形態に係るフォーカス測定方法により9箇所のフォーカス測定領域43におけるフォーカス値を測定し、ショット内フォーカス分布を高精度に求める。 In the electronic device manufacturing method of the present embodiment, nine focus measurement regions are measured by the focus measurement method according to the third embodiment using the device manufacturing mask shown in FIG. The focus value at 43 is measured, and the focus distribution within the shot is obtained with high accuracy.
これにより、ショット内フォーカス分布に基づいて、ショット内のフォーカス値について平均値、像面の傾斜成分及び像面の湾曲成分を把握することができる。このため、寸法及び重ね合わせ精度のフィードバックに加え、フォーカス値を高精度にフィードバックすることが可能となる。この結果、従来はロット処理時のフォーカス補正が露光装置のオートフォーカス機能によって行なわれていたのに対し、本実施形態の場合、より高精度にフォーカスに関するフィードバックが可能となっている。 Thereby, the average value, the inclination component of the image plane, and the curvature component of the image plane can be grasped based on the focus distribution in the shot. For this reason, in addition to feedback of dimensions and overlay accuracy, the focus value can be fed back with high accuracy. As a result, the focus correction at the time of lot processing is conventionally performed by the autofocus function of the exposure apparatus, but in the case of the present embodiment, feedback regarding focus can be performed with higher accuracy.
本発明の露光用マスクと該露光用マスクを用いたフォーカス測定方法及びパターン形成方法によると、ショット内のフォーカス分布を高精度に測定することができるため、電子デバイス製造のためにも有用である。 According to the exposure mask of the present invention, and the focus measurement method and pattern formation method using the exposure mask, the focus distribution in the shot can be measured with high accuracy, which is also useful for manufacturing electronic devices. .
10 露光マスク
11、31、41 マスク基板
12、32、42 ショット領域
13、43 フォーカス測定領域
15a 第1パターン群
15b 第2パターン群
21 明領域
21a 第1の明領域
21b 第2の明領域
21c、21d、21e 明領域
22 パターン
22a 第1パターン
22b 第2パターン
22c、22d、22e パターン
23 半遮光膜
30 フォーカス測定用マスク
33 チップ領域
34、44 レチクルアラインメントパターン配置領域
40 デバイス製造用マスク
45 デバイスパターン領域
46 スクライブレーン領域
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記フォーカス測定パターンは、第1のピッチにより配列された少なくとも3本の第1パターンを含む第1パターン群と、前記第1のピッチとは異なる第2のピッチにより配列された少なくとも3本の第2パターンを含む第2パターン群とを備え、
前記第1パターン群及び前記第2パターン群は、いずれも、前記マスク基板に設けられた複数の凹領域及び複数の凸領域により構成されることを特徴とする露光用マスク。 A focus measurement pattern is provided on the mask substrate,
The focus measurement pattern includes a first pattern group including at least three first patterns arranged at a first pitch, and at least three second patterns arranged at a second pitch different from the first pitch. A second pattern group including two patterns,
Both the first pattern group and the second pattern group are constituted by a plurality of concave regions and a plurality of convex regions provided on the mask substrate.
前記第1パターン群と、前記第2パターン群とは、所定の距離内に配置されていることを特徴とする露光用マスク。 In claim 1,
The exposure mask according to claim 1, wherein the first pattern group and the second pattern group are arranged within a predetermined distance.
前記第1パターン及び前記第2パターンは、前記複数の凸領域として設けられていることを特徴とする露光用マスク。 In claim 1 or 2,
The exposure mask, wherein the first pattern and the second pattern are provided as the plurality of convex regions.
前記第1パターン及び前記第2パターンは、前記複数の凹領域として設けられていることを特徴とする露光用マスク。 In claim 1 or 2,
The exposure mask according to claim 1, wherein the first pattern and the second pattern are provided as the plurality of concave regions.
前記複数の凹領域は、前記マスク基板に対して彫り込みを施した領域であり、
前記複数の凸領域は、前記マスク基板における前記彫り込みを施していない領域であることを特徴とする露光用マスク。 In any one of Claims 1-4,
The plurality of concave regions are regions engraved with respect to the mask substrate,
The plurality of convex regions are regions that are not engraved on the mask substrate.
前記第1パターン及び前記第2パターンは、いずれもラインパターンであることを特徴とする露光用マスク。 In any one of Claims 1-5,
Both the first pattern and the second pattern are line patterns.
前記第1パターン及び前記第2パターンは同一線幅を有することを特徴とする露光用マスク。 In claim 6,
An exposure mask, wherein the first pattern and the second pattern have the same line width.
前記凸領域の少なくとも一部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。 In any one of Claims 1-7,
An exposure mask, wherein at least a part of the convex region is covered with a light shielding film or a semi-light shielding film.
前記凸領域のうちの前記凹領域との境界部が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。 In any one of Claims 1-7,
An exposure mask, wherein a boundary portion of the convex region with the concave region is covered with a light shielding film or a semi-light shielding film.
前記凸領域の全面が遮光膜又は半遮光膜によって覆われていることを特徴とする露光用マスク。 In any one of Claims 1-7,
An exposure mask characterized in that the entire surface of the convex region is covered with a light shielding film or a semi-light shielding film.
前記第1パターンが基板に転写された第1転写パターンの寸法及び前記第2パターンが前記基板に転写された第2転写パターンの寸法をそれぞれ測定する工程(a)と、
前記第1転写パターンと前記第2転写パターンとの寸法差を算出する工程(b)と、
前記寸法差と、予め準備したリファレンスデータとを比較して前記フォーカスを算出する工程(c)とを備えることを特徴とするフォーカス測定方法。 A focus measurement method for obtaining a focus when performing mask pattern transfer using a projection optical system of a projection exposure apparatus using the exposure mask according to any one of claims 1 to 10,
A step (a) of measuring a dimension of the first transfer pattern in which the first pattern is transferred to the substrate and a dimension of the second transfer pattern in which the second pattern is transferred to the substrate;
Calculating a dimensional difference between the first transfer pattern and the second transfer pattern (b);
A focus measurement method comprising the step (c) of calculating the focus by comparing the dimensional difference with reference data prepared in advance.
前記投影露光装置に前記フォーカス値をフィードバックし、他の基板に対する前記マスクパターンの転写を行なう工程とを有することを特徴とするパターン形成方法。 Obtaining the focus by the focus measuring method according to claim 11;
Feeding back the focus value to the projection exposure apparatus and transferring the mask pattern to another substrate.
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