JP2009218518A - 半導体装置の製造方法、マスク管理方法および露光量補正情報の取得方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法、マスク管理方法および露光量補正情報の取得方法 Download PDF

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Abstract

【課題】半導体基板上のレジスト寸法精度を高めることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光源からの光をフォトマスク上の所定の領域で透過または反射させて基板上のフォトレジストに照射してパターンを形成し、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対するフォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率に基づいて、フォトマスクからの出射光強度が均一となる入射光強度のフォトマスク上での分布である露光量補正情報を算出する工程と、基板上の露光領域に対応するフォトマスクの照射領域への照射量が、対応する位置での露光量補正情報となるように入射光強度を補正しながら、露光領域を露光する工程と、を含む。
【選択図】 図5

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、マスク管理方法および露光量補正情報の取得方法に関するものである。
半導体装置の製造技術の進歩にしたがって、微細なパターンを形成するために露光光の短波長化が進行しており、近年では、露光光としてArFエキシマレーザ光(中心波長193nm)が用いられるようになってきている。このArFエキシマレーザ光を用いた露光技術として、液浸露光技術が開発されている。この液浸露光技術では、投影レンズの開口数NAを1以上にできることから、上記のArFエキシマレーザ光を露光光とする露光装置を用いた場合に、ハーフピッチが50nm以下の周期パターンを形成することが可能となる(たとえば、特許文献1参照)。
ところで、上記のArFエキシマレーザを用いた露光に用いられるフォトマスク基板は、透明な溶融石英で形成されているが、このフォトマスク基板にはわずかであるが透過率のばらつきが存在する。近年のような微細化したパターン寸法の高精度化が要求されないパターンに対しては、フォトマスク基板のわずかな透過率のばらつきは問題とはならなかったが、近年のパターンの微細化が進行した半導体装置の製造においては、このわずかなフォトマスク基板の透過率のばらつきが、無視できない露光量のばらつきの原因となり、ひいては半導体基板上に形成されるパターンの寸法ばらつきを誘発してしまうという問題点があった(たとえば、特許文献2参照)。そのため、パターンの微細化とともに、露光量のばらつき、すなわち半導体基板上のレジスト寸法のばらつきに対する要求精度が高まってきていた。また、メモリセルのように高度な寸法精度が必要な領域と、周辺回路のようにメモリセルのような高度な寸法精度が必要ない領域と、が明確に分かれている半導体メモリデバイス製造用のフォトマスクにおいては、フォトマスク上の領域ごとに許容される透過率の大きさや透過率のばらつきを規定する必要がある。しかし、従来では、領域ごとにフォトマスクの透過率や透過率のばらつきを規定したものは知られていなかった。
また、このような問題点は、フォトマスクを透過する光を用いて半導体基板上のレジストを露光する場合のほか、フォトマスクで反射する光を用いて半導体基板上のレジストを露光する場合も同様に有していた。
特開平10−303114号公報 特開2006−99041号公報
本発明は、半導体基板上のレジスト寸法精度を高めることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。また、半導体装置を製造する際に使用されるフォトマスクについて、領域ごとにフォトマスクの透過率や透過率のばらつきを管理することができるマスク管理方法を提供することも目的とする。さらに、フォトマスクのわずかな透過率のばらつきに対して露光量を補正する際に使用する露光量補正情報を取得することができる露光量補正情報の取得方法を提供することも目的とする。
本発明の一態様によれば、光源からの光をフォトマスク上の所定の領域で透過または反射させて基板上のフォトレジストに照射してパターンを形成し、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、前記フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率に基づいて、前記フォトマスクからの出射光強度が均一となる入射光強度の前記フォトマスク上での分布である露光量補正情報を算出する第1の工程と、前記基板上の露光領域に対応する前記フォトマスクの照射領域への照射量が、対応する位置での前記露光量補正情報となるように前記入射光強度を補正しながら、前記露光領域を露光する第2の工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
また、本発明の一態様によれば、フォトマスクは、基板上のフォトレジストに形成されるパターンの寸法のばらつきが所定値以下となるように、前記フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率の大きさまたは前記出射光比率のばらつきの大きさで示される規格値によって管理されることを特徴とするマスク管理方法が提供される。
さらに、本発明の一態様によれば、フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率に基づいて、前記フォトマスクからの出射光強度が均一となる入射光強度の前記フォトマスク上での分布である露光量補正情報を取得することを特徴とする露光量補正情報の取得方法が提供される。
本発明によれば、半導体基板上のレジスト寸法精度を高めることができるという効果を奏する。
また、本発明によれば、半導体装置を製造する際に使用されるフォトマスクについて、領域ごとにフォトマスクの透過率や透過率のばらつきを管理することができるという効果を奏する。
さらに、本発明によれば、フォトマスクのわずかな透過率のばらつきに対して露光量を補正する際に使用する露光量補正情報を取得することができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体装置の製造方法、マスク管理方法および露光量補正情報の取得方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられるフォトマスクの断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なるものである。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に用いられる露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置10は、たとえばArFエキシマレーザ光を出力するレーザ光源などによって構成される光源11と、被加工物である半導体基板(ウェハ)30を載置するウェハステージ12と、光源11とウェハステージ12との間に設けられ、フォトマスク55を載置するフォトマスクステージ13と、光源11からの光をフォトマスク55に照射する照明光学系14と、フォトマスク55を通過した光を半導体基板30上に投影する投影光学系15と、ウェハステージ12を所定の方向に駆動するウェハステージ駆動機構16と、フォトマスクステージ13を所定の方向に駆動するフォトマスクステージ駆動機構17と、フォトマスク55を通過する光の量(露光量)を制御するためにフォトマスクステージ13の光源11側に設けられる形状可変スリット18と、ウェハステージ駆動機構16、フォトマスクステージ駆動機構17および形状可変スリット18を制御する制御部20と、を備える。
制御部20は、照射位置制御機能21と、基板透過率分布情報記憶機能22と、面内露光量補正情報算出機能23と、面内露光量補正情報記憶機能24と、スリット形状制御機能25と、を有する。
照射位置制御機能21は、半導体基板30上の所定の領域に所定のパターンを露光するように、ウェハステージ12とフォトマスクステージ13を同期させて移動させるようにウェハステージ駆動機構16とフォトマスクステージ駆動機構17を制御する。
基板透過率分布情報記憶機能22は、フォトマスク55の面内上での各位置における面内透過率分布を示す基板透過率分布情報を記憶する。
面内露光量補正情報算出機能23は、基板透過率分布情報記憶機能22に記憶される基板透過率分布情報に基づいて、露光処理時に半導体基板30にフォトマスク55を介して露光される露光領域での面内露光量分布が均一となるように、フォトマスク55の各位置に照射される露光量を算出する。このフォトマスク55上の各位置の露光量を以下では、面内露光量補正情報といい、特許請求の範囲における露光量補正情報に対応している。また、面内露光量補正情報記憶機能24は、面内露光量補正情報算出機能23によって算出された面内露光量補正情報を記憶する。
スリット形状制御機能25は、面内露光量補正情報記憶機能24に記憶された面内露光量補正情報に基づいて、形状可変スリット18の形状を変えるように制御する。なお、この形状可変スリット18の形状の変化のさせ方については後述する。
ここで、基板透過率分布情報記憶機能22に記憶される基板透過率分布情報の算出処理について説明する。図2は、基板透過率分布情報の算出処理の一例を示すフローチャートである。まず、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されるフォトマスク55の基となる複数のフォトマスク基板(以下、マスク基板という)の中から、1〜複数枚のマスク基板を抽出する(ステップS11)。なお、マスク基板として、光源11がArFエキシマレーザ光源の場合には、たとえば石英基板が使用される。
ついで、抽出した各マスク基板について、露光装置10で用いる光源11と同じ波長の光に対する面内透過率分布を計測する(ステップS12)。透過率は、マスク基板の光入射側の面における強度(入射光強度)と、光出射側の面における強度(出射光強度)とを計測し、入射光強度に対する出射光強度の比(特許請求の範囲における出射光比率に対応する)として求めることができ、面内透過率分布は、マスク基板面内の各位置についての透過率を求めることで得られる。
その後、各マスク基板について計測した面内透過率分布を用いて、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板を代表する基板透過率分布情報を決定する(ステップS13)。これは、たとえば、計測したマスク基板が複数枚である場合には、計測したすべてのマスク基板の面内透過率分布の平均値を、代表の基板透過率分布情報として求めることができる。また、計測したマスク基板が1枚である場合には、その計測したマスク基板の面内透過率分布を、代表の基板透過率分布情報とする。そして、この決定された基板透過率分布情報は、基板透過率分布情報記憶機能22に記憶し(ステップS14)、基板透過率分布情報の算出処理が終了する。その後、この算出した基板透過率分布情報に対応する同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板から、フォトマスク55が製造される。
図3は、フォトマスクの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、図3(a)に示されるマスク基板50(たとえば、石英基板)の一方の主面上の全面に、図3(b)に示されるように、MoSiなどからなる半透明膜51を形成する。ついで、図3(c)に示されるように、半透明膜51上の全面にCrなどからなる遮光膜52を形成する。なお、この遮光膜52にはハーフトーン膜も含まれるものとする。その後、遮光膜52上にレジストを塗布し、電子ビーム露光などの方法によってパターンの描画を行い、現像してレジストパターンを形成する。そして、図3(d)に示されるように、レジストパターンをマスクとして遮光膜52と半透明膜51をエッチングし、さらに、露光に使用する領域の遮光膜52を除去することによって、フォトマスク55が製造される。
なお、上記の図2〜図3およびこの第1の実施の形態の説明では、基板透過率分布情報として、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造された、何も形成されていない状態のマスク基板50の面内透過率分布を用いて算出する場合を例に挙げるが、これに限られるものではない。たとえば、マスク基板50上に形成される半透明膜51のマスク基板50上の各位置での膜厚や、パターンの各位置での形状・寸法などは、どのマスク基板50でも同じように形成されるものとすることができれば、図3(b)の半透明膜51を形成した後における基板透過率分布情報を用いてもよいし、図3(d)のパターンを形成した後における基板透過率分布情報を用いてもよい。ただし、図3(d)で基板透過率分布情報を求めた場合には、基板透過率分布情報には、マスク基板50と半透明膜51の材料による透過率のほかに、半透明膜51のパターン形状による回折の影響も含まれてしまうので、全く同じパターンを有するフォトマスク55について使用する場合にしか、この基板透過率分布情報を用いることができない。
つぎに、この基板透過率分布情報を用いた露光工程における面内露光量の補正処理について説明する。ここではまず、露光装置10における露光処理の概要について説明する。露光処理では、半導体基板30上の1つの矩形状のショット領域に、このショット領域と同じ長さを有し、ショット領域の幅よりも短い矩形状の露光領域を、ショット領域の幅方向にスキャンすることによって露光を行う。つまり、光源11からの露光光は、通常、スリット状にされ、フォトマスク55を介して半導体基板30に照射されることによって、半導体基板30上にスリット状の露光領域が形成される。そして、フォトマスクステージ駆動機構17とウェハステージ駆動機構16とによってフォトマスクステージ13とウェハステージ12とを、スリット(露光領域)の幅方向に相対的に走査させることによって、半導体基板30上に設定された矩形のショット領域にフォトマスク55のパターンが転写される。
しかし、上述したように、フォトマスク55は、面内に露光光に対して透過率分布を有するので、そのまま露光したのでは、半導体基板30上の露光量にフォトマスク55(マスク基板50)の面内透過率分布に対応した分布が生じてしまう。そのため、本実施の形態では、照射するフォトマスク55の透過率分布に応じてスリットの幅を変化させることが可能な形状可変スリット18を用いて、露光を行うようにする。
そこで、つぎに、形状可変スリット18のスリット幅を変化させる基となる面内露光量補正情報の算出方法について説明する。なお、この面内露光量補正情報の算出は、制御部20の面内露光量補正情報算出機能23によって行われるものとする。
図4は、マスク基板の露光量補正処理の概要を説明するための図であり、(a)はマスク基板の透過率分布の一例を示す図であり、(b)はマスク基板内の露光量を均一とするための露光量分布の一例を示す図である。この図4(a)に示されるように、マスク基板50の透過率は、中心部ほど高く、マスク基板50の中心部から同心円状に低下していくものとする。図4(b)に示されるように、マスク基板50を通過した光の量を面内で均一にするためには、各位置に入射する光の量(露光量)を、その位置での透過率に反比例するように設定すればよい。たとえば、図4(a)でマスク基板50の中心の透過率をT1とし、周縁部での透過率をT2(<T1)としたとき、それぞれの位置での露光量D1,D2(図4(b)参照)は、下記(1)式を満たせばよい。
D1:D2=1/T1:1/T2 ・・・(1)
このように、マスク基板50の面内透過率分布に反比例した照射量でフォトマスク55の面内の各位置に光を照射することで、フォトマスク55を通過した光の強度は、フォトマスク55を通過した面内の各位置において同じになる。以上のようにして求められた面内露光量分布は、面内露光量補正情報として、面内露光量補正情報記憶機能24に記憶される。
なお、面内露光量補正情報は、面内露光量分布でなくてもよい。たとえば、上記のようにして求められた面内露光量分布から、さらに基準となる露光量からの露光量のずれを求め、面内の露光量のずれの分布を求め、これを面内露光量補正情報としてもよい。
つぎに、図1の露光装置10を用いた半導体装置の製造方法について説明する。まず、露光装置10のフォトマスクステージ13上には、基板透過率分布情報を算出したものと同じ製造ラインおよびプロセスで製造されたマスク基板50を用いて、被加工膜上に転写するパターンが形成されたフォトマスク55が載置され、また、ウェハステージ12上には、被加工膜とレジストが順に形成された半導体基板30が載置される。
ついで、制御部20の照射位置制御機能21は、フォトマスクステージ駆動機構17とウェハステージ駆動機構16に信号を出力し、フォトマスク55と半導体基板30との間の位置合わせを行った後、光源11からの光を、フォトマスク55を介して半導体基板30上に露光するとともに、照射位置制御機能21は、フォトマスクステージ駆動機構17とウェハステージ駆動機構16に信号を出力し、フォトマスクステージ13とウェハステージ12を走査する。このとき、制御部20のスリット形状制御機能25は、ウェハステージ12への露光位置に対応する面内露光量補正情報記憶機能24に記憶されている面内露光量補正情報に基づいて、形状可変スリット18の形状を変化させる。
たとえば、図4(b)に示されるフォトマスク(マスク基板50)中の領域Rを照射する場合は、その領域R中に示される面内露光量分布を有するように照射すればよい。つまり、露光量は、中心部の露光量D1から周縁部の露光量D2に向かって、徐々に大きくなっているので、このような露光量の変化となるように形状可変スリット18の形状を変化させる。
図5は、形状可変スリットの模式的構造の一例を示す図である。図5(a)に示されるように、この形状可変スリット18は、基本的には光が通過する領域(光通過領域)181がほぼ矩形状となっている。光通過領域181の長さLは、半導体基板30上のショット領域の長さに等しく、光通過領域181の幅Wは、ショット領域の長さよりも短くなっている。以下では、ショット領域の長さに等しい方向の辺を長辺182といい、他の方向の辺を短辺183という。
この光通過領域181の長辺182側は、短辺183の伸長方向に移動可能な複数の短冊状の辺構成部材184によって構成されている。図4(b)の領域Rに光を照射する場合には、たとえば図5(b)に示されるように形状可変スリット18の長辺182の中央付近の幅W1を小さくし、長辺182の周縁部付近の幅W2ほど広くするように辺構成部材184の短辺183方向の位置を制御すればよい。このとき、長辺182の中央付近の幅W1と周縁部の幅W2は、それぞれ露光量D1,D2に比例したものとなる。
このように、スリット形状制御機能25は、照射するフォトマスク55の位置の面内露光量補正情報に基づいて形状可変スリット18の長辺182上の各位置の幅を変化させることで、半導体基板30上の各位置における光の照射量を均一にすることができる。
なお、上述した露光領域内の露光量分布は、基板透過率分布以外に、たとえば光源11の照度むら、半導体基板30のレジストの塗布むらなどの要因にも影響されるので、これらの要因による露光量分布の補正を行ってもよい。この場合には、上記した基板透過率分布の補正量と、他の要因による補正量を合成することによって全体の補正量を算出し、それに基づいて露光量分布を制御すればよい。
また、一般的な露光処理においては、フォトマスク55に入射する光の角度は、フォトマスク55のパターン形成面の法線に対する入射角度が0〜約20度の範囲の照明光を利用している。そのため、上記の面内透過率分布を測定する際には、0〜約20度の範囲の入射角度を有する光を用いて行うことが望ましい。たとえば、0〜約20度の範囲の入射角度を有する光を用いて面内透過率分布を測定し、それらを平均したものを基板透過率分布測定情報として基板透過率分布測定情報記憶部に記憶させてもよい。
この第1の実施の形態によれば、フォトマスク55の露光装置10で使用される波長の光に対する面内透過率分布を測定し、その面内透過率分布に応じてフォトマスク55の各位置への光の照射量を変化させるようにしたので、フォトマスク55を透過して半導体基板30上に到達する光の半導体基板30上の各位置での露光量が均一となる。その結果、半導体基板30上のレジスト寸法精度を高めることができるという効果を有する。
(第2の実施の形態)
この第2の実施の形態では、マスク基板の面内透過率のばらつきを取得し、透過率ばらつきが所定の値よりも小さい領域には半導体基板上に転写されるレジストパターンに関して高度な寸法制御が要求されるパターンを配置し、透過率の悪い領域または透過率ばらつきが所定の値よりも大きい領域には、高度な寸法精度が不要なパターンを配置したフォトマスクを使用して半導体装置を製造する場合について説明する。
図6は、フォトマスクに形成されるパターンの一例を模式的に示す図である。ここでは、フォトマスク55のマスクパターンが形成されるマスクパターン領域100が、微細であって高精度の寸法管理が必要なパターンが存在する高精度管理領域101〜104と、高精度管理領域101〜104のような高精度の寸法管理が不要なパターンが存在する低精度管理領域110と、に分割される。
高精度管理領域101〜104を設定する方法として、たとえば、互いに隣接する複数の配線群からなり、ハーフピッチが露光装置の照明光の波長の3分の1以下である配線パターンを含むチップ領域を高精度管理領域101〜104とすることができる。たとえば、ArFエキシマレーザ光(中心波長193nm)を露光光源とする露光装置をフォトリソグラフィ工程に使用する場合、ハーフピッチが65nmのラインアンドスペースの配線群を含むチップ領域を高精度管理領域101〜104とする。
また、この高精度管理領域101〜104を形成するために、マスク基板の高精度管理領域101〜104に対応する領域には規格値が設けられる。つまり、高精度管理領域101〜104を形成するマスク基板上の対応する領域での面内透過率について、半導体基板上のレジストに形成されるパターンの寸法のばらつきが所定値以下となるように規格値を設定する。この規格値は、マスク基板の面内透過率が所定値以上または基板透過率のばらつきが所定値以下となるように設定される。
図6の例では、低精度管理領域110には規格値は設定されないが、高精度管理領域101〜104では規格値が設定されている。ここで、高精度管理領域101〜104に設定される規格値は同一であるとする。そのため、図6に示した高精度管理領域101〜104に含まれるパターン121は、高精度の寸法管理を必要とするパターンである。また、低精度管理領域110に含まれる、たとえば高精度管理領域101と高精度管理領域102との間に配置されたパターン122は、パターン121より形状が大きく、高精度の寸法管理が不要なパターンである。たとえば、パターン121は、パターン122が含まれる配線群より配線幅および配線ピッチが狭い配線群の一部である。
ここで、規格値を設定する方法を説明する。まず、光学シミュレーションによって、マスク基板50の透過率または透過率ばらつきの大きさと、マスク基板50から作製されるフォトマスク55上のパターンが転写されて半導体基板30上のフォトレジスト膜に形成されるパターン幅の形状変動の大きさ(以下、形状変動量という)との関係を求める。「光学シミュレーション」とは、フォトマスク55を透過した照明光が半導体基板30に到達するときに、半導体基板30表面に生じるであろう光強度分布を推定するように算出し、算出された光強度分布に基づいて、フォトマスク55上のパターンの形状、露光量誤差および半導体基板30のフォーカス誤差に対する半導体基板30上に形成されるであろうフォトレジスト膜の形状変動量を仮想的に算出することをいう。
図7は、光学シミュレーションにより算出された透過率の大きさとフォトレジスト膜の形状変動量との間の関係の一例を示す図である。図7に示した直線L1は、図6に示した高精度管理領域101中のパターン121を半導体基板上に形成するために許容されるフォトレジスト膜のパターンの形状変動量ΔCDを示す。つまり、直線L1は高精度管理領域101〜104のパターン121が透過率から受ける影響の大きさを表す。一方の直線L2は低精度管理領域110のパターン122を半導体基板上に形成するために許容されるフォトレジスト膜の形状変動量ΔCDを示す。この図7に示すように、基板透過率の大きさが低精度管理領域110内のパターン122の形状変動量ΔCDに及ぼす影響は、高精度管理領域101〜104内のパターン121に及ぼす影響に比べて小さい。なお、この図では、横軸に透過率の大きさをとったが、透過率ばらつきをとってもよい。
この光学シミュレーションの結果を用いて、マスク基板50内に規格値が設定される。たとえば、図7に示すグラフを用いて、パターン121を形成するためのフォトレジスト膜の形状変動量ΔCDの許容限界LTに基づいて、高精度管理領域101〜104が形成されるマスク基板50の透過率の規格値STが設定される。
つぎに、このようなフォトマスク55の製造方法について説明する。図8は、フォトマスクの製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50の中から、1〜複数枚のマスク基板50を抽出(サンプリング)し(ステップS31)、第1の実施の形態で説明したように各マスク基板50の面内透過率分布を計測する(ステップS32)。ついで、同一の製造ラインで同一のプロセスによって製造されたマスク基板50を代表する基板透過率分布情報を算出する(ステップS33)。第1の実施の形態で説明したように、たとえばサンプリング数が複数枚の場合には、計測した各マスク基板50の面内透過率分布の基板間平均を求め、これを上記製造ライン・製造プロセスを代表する基板透過率分布情報とすることができる。また、サンプリング数が1枚の場合には、その計測値を上記製造ライン・製造プロセスを代表する基板透過率分布情報とする。さらに、実際の露光処理においては、フォトマスク55に入射する光の角度がフォトマスク55のパターン形成面の法線に対して0〜約20度の範囲の入射角度を有する光で露光を行っているので、基板透過率分布情報として0〜約20度の範囲の入射角の光に対する面内透過率分布の平均を算出することが望ましい。
ついで、高精度管理領域101〜104を含むマスクパターン領域100上の全面に、光透過部、遮光部または位相シフト部を形成する(ステップS34)。その後、マスク基板50上に形成するパターンを、パターン微細度に応じた複数の領域に分割する(ステップS35)。たとえば、マスクパターン領域100を、微細であって高精度に寸法管理が必要なパターン121が存在する高精度管理領域101〜104と、それほど高精度な寸法管理が要求されないパターン122が存在する低精度管理領域110と、に分割する。特に、マスク基板50の透過率の変化によって寸法変化を引き起こすパターンが存在する領域を規定する。
ついで、高精度管理領域101〜104に要求されるマスク基板50の透過率(または透過率分布の大きさ)の規格を決定する(ステップS36)。具体的には、図7で説明したように形成するマスクパターンと使用する露光装置の照明条件を考慮した光学シミュレーションによって、基板透過率の大きさ(または透過率分布の大きさ)と半導体基板上に転写されるレジストパターンの寸法変動の関係を求め、レジストパターンに要求される寸法精度から、基板透過率の大きさの下限値(または透過率分布の大きさの上限値)を求め、これを高精度管理領域101〜104に求められる規格とする。
たとえば図7の光学シミュレーションの結果を用いて、マスク基板50の一部または全体の各領域(高精度管理領域101〜104)の規格値が決定される。さらに具体的には、図7に示すグラフを用いて、図6のパターン121を形成するためのフォトレジスト膜の形状変動量ΔCDの許容限界LTに基づいて、高精度管理領域101〜104が形成されるマスク基板50上の対応する領域の規格値STが設定される。
ついで、マスク基板50上に上記で設定した規格値を有する高精度管理領域101〜104を定義し(ステップS37)、これから使用しようとするマスク基板50が、上記で決定した規格値を満たしているか否かを判定する(ステップS38)。このとき、たとえば、高精度管理領域101〜104として定義した領域内の基板透過率についての検査を行う場所を密にし(検査密度を多くし)、低精度管理領域110の基板透過率についての検査を行う場所を、高精度管理領域101〜104として定義した領域の検査密度に比して少なくしたり、検査をしないようにしたりすることもできる。これにより、マスク基板50の検査時間を短縮化することができる。
マスク基板50の面内透過率分布が決定した規格値を満たしている場合(ステップS38でYesの場合)、たとえば、高精度管理領域101〜104に対応するマスク基板50上の領域内で基板透過率の悪化が小さい(または透過率のばらつきが小さい)場合、には、このマスク基板50またはこのマスク基板50と同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50を、フォトマスク55の製造に使用するものと決定する(ステップS39)。
一方、マスク基板50の面内透過率分布が決定した規格を満たしていない場合(ステップS38でNoの場合)、たとえば、高精度管理領域101〜104内で基板透過率が許容範囲を超えて悪化している(または許容範囲を超える透過率のばらつきが発生している)場合、には、そのマスク基板50の使用を取りやめる(ステップS40)。つまり、このマスク基板50またはこのマスク基板50と同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50でのフォトマスク55の作製処理が終了し、別の透過率分布特性を有するマスク基板50を準備し、再度、ステップS31に戻り上述した処理を繰り返し行う。
ステップS39の後、透過率に関して規格を満たすマスク基板50の光透過部、遮光部または位相シフト部に対して、パターニングを行い、フォトマスク55を製造する(ステップS41)。ここでいうマスク基板50とは、上記の基板面内透過率分布計測を行ったマスク基板50またはこのマスク基板50と同じ製造ラインで同じ製造プロセスを経て製造されたマスク基板50のことをいう。以上によって、フォトマスク55の製造処理が終了する。
なお、上記のステップS32で露光装置の照明条件に関して、偏光照明を使用する場合には、偏光光に対する基板透過率を計測する必要がある。特に、電気ベクトル振動成分が光の入射面に対して垂直である「s偏光」を使用して露光を行うマスク基板に対しては、s偏光に対する基板透過率を計測して、管理することが望ましい。
また、このような規格値を有するマスク基板50から製造されたフォトマスク55を用いた半導体装置の製造時における露光処理でも、第1の実施の形態と同様に、フォトマスク55(フォトマスク55の基となるマスク基板50)の面内透過率分布に基づいて、フォトマスク55を通過する光の強度を均一にするように、形状可変スリット18の形状を変化させて行われる。
この第2の実施の形態によれば、高い寸法精度が要求される高精度管理領域101〜104では、基板透過率が所定値以上となるまたは基板透過率のばらつきが所定値以下となるマスク基板50を用いて製造したフォトマスク55を使用して、半導体基板上のフォトレジストに露光を行うようにしたので、高精度管理領域101〜104に形成されるパターン形状の寸法精度を上げることができるという効果を有する。
(第3の実施の形態)
上述した第2の実施の形態の図8のフローチャートのステップS37〜S38では、マスク基板上にマスクパターン領域の高精度管理領域を定義し、その領域内でマスク基板の透過率分布が規格値を満たすか否かを判定する場合を示した。ところで、マスク基板は通常正方形であり、マスクパターンは矩形であるため、両者の辺が平行となるようにマスクパターンの配置が行われる。そのため、マスクパターンとマスク基板とを相対的に回転させることによって、定義した高精度管理領域の規格値を満たす条件が存在することもあり得る。そこで、この第3の実施の形態では、マスク基板とマスクパターンとを相対的に回転させることによって、基板透過率が規格値を満足する状態が存在するか否かを判定して、最終的にそのマスク基板を使用するか否かを判定する場合について説明する。
図9は、フォトマスクの製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。第2の実施の形態の図8のステップS31〜S36までと同様に、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50の中から抽出した1〜複数枚のマスク基板50の面内透過率分布を計測して代表となる基板透過率分布情報を算出し、マスク基板50上に光透過部、遮光部または位相シフト部を形成する。その後、マスクパターン領域をパターン微細度に応じて複数の領域に分割し、各領域に透過率の規格値を決定する(ステップS51〜S56)。
ついで、マスク基板50の面内透過率分布と、ステップS56で決定されたマスクパターン内の高精度管理領域101〜104の透過率に関する規格値とを比較し、上記で決定した規格値をマスク基板50が満たしているか否かを判定する(ステップS57)。
マスク基板50の面内透過率分布が決定した規格値を満たしている場合(ステップS57でYesの場合)、たとえば、高精度管理領域101〜104に対応するマスク基板50上の領域内で基板透過率の悪化が小さい(または透過率のばらつきが小さい)場合、には、このマスク基板50またはこのマスク基板50と同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50を、フォトマスク55の製造に使用するものと決定する(ステップS59)。
一方、マスク基板50の面内透過率分布が決定した規格を満たしていない場合(ステップS57でNoの場合)、たとえば、高精度管理領域101〜104内で基板透過率が許容範囲を超えて悪化している(または許容範囲を超える透過率のばらつきが発生している)場合、には、マスクパターンとマスク基板50とをパターン形成面内で相対的に回転させることで、マスク基板50の面内透過率分布が高精度管理領域101〜104の透過率に関する規格値を満たすか否かを判定する(ステップS58)。
上記したように、一般的にマスク基板50は正方形であり、マスクパターン領域は矩形であるため、両者の辺が平行となるようにマスクパターンの配置が行われる。そのため、最初の配置状態からマスクパターンをマスク基板50に対して90度、180度、または270度回転させた状態でも、マスク基板50上にパターンを形成してフォトマスク55を作製することができる。そこで、マスク基板50とマスクパターンとを相対的に90度、180度、または270度回転させた状態のいずれかにおいて、基板透過率が規格値を満足しないマスク基板50上の不良領域を高精度管理領域101〜104から除外でき、高精度管理領域101〜104が形成されるマスク基板50上の対応する領域の基板透過率の大きさが規格値を満足する場合には、マスクパターンを回転させた状態でマスク基板50上にパターンを形成してフォトマスク55が作製できる。
図10は、マスク基板とマスクパターンとを相対的に回転させて重ね合わせた状態を模式的に示す図である。マスクパターンは、高精度管理領域101〜104が配置されるマスクパターン領域100を有し、マスク基板50は基板透過率の大きさが規格値を満足しない不良領域53を有している。
図10(a)は、ステップS57で判定された状態におけるマスク基板50とマスクパターンとの関係を示す。また、図10(b)、(c)、(d)は、(a)の状態に対してマスクパターン領域100をそれぞれ反時計回りに90度、180度、270度回転したマスク基板50とマスクパターン領域100の状態を示す。
図10の(a)、(b)および(d)では、高精度管理領域104,103,102がそれぞれ不良領域53に重なるため、これらのマスク基板50とマスクパターン領域100との配置関係では、マスク基板50は規格値を満足しない。しかし、図10(c)に示すように、図10(a)の状態から反時計回りに180度回転させた状態では、マスク基板50の不良領域53と高精度管理領域101〜104とは重ならない。つまり、図10(c)に示した状態でマスク基板50上にパターンを形成してフォトマスク55を作製可能である。
再び図9に戻り、ステップS58でマスクパターンとマスク基板50とをパターン形成面内で相対的に回転させることで、マスク基板50の面内透過率分布が規格を満たす場合(ステップS58でYesの場合)、たとえば図10(c)に示されるような場合、には、ステップS59へと処理が進む。すなわち、この規格を満たしていると判定されたマスク基板50またはこのマスク基板50と同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50を、フォトマスク55の製造に使用するものと決定する。
一方、ステップS58でマスクパターンとマスク基板50とをパターン形成面内で相対的に回転させても、マスク基板50の面内透過率分布が規格を満たさない場合(ステップS58でNoの場合)には、高精度管理領域101〜104内でマスク基板50の基板透過率の要求仕様を満たす条件がないことになるので、そのマスク基板50の使用を取りやめる(ステップS61)。つまり、このマスク基板50またはこのマスク基板50と同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板50でのフォトマスク55の製造処理が終了し、別の透過率分布特性を有するマスク基板50を準備し、再度、ステップS51に戻り上述した処理を繰り返し行う。
ステップS59の後、透過率に関して規格を満たすマスク基板50の光透過部、遮光部または位相シフト部に対して、パターニングを行い、フォトマスク55を製造する(ステップS60)。この際、上記のステップS58で回転させたマスクの方向を考慮して、高精度管理領域101〜104内で透過率の仕様が満たされるようにする。ここでいうマスク基板50とは、上記の基板面内透過率分布の計測を行ったマスク基板50またはこのマスク基板50と同じ製造ラインで同じ製造プロセスを経て製造されたマスク基板50のことをいう。以上によって、フォトマスク55の製造処理が終了する。
この第3の実施の形態によれば、マスク基板50の製造時に、マスク基板50にマスクパターンを重ね合わせたときに、マスク基板50の不良領域53がマスクパターンの高精度管理領域101〜104に重なってしまった場合に、マスク基板50とマスクパターンとを相対的に回転させて、マスクパターンの高精度管理領域101〜104がマスク基板50の不良領域53に重ならない条件を検索するようにした。その結果、マスク基板50とマスクパターンとを相対的に回転させて、マスクパターンの高精度管理領域101〜104がマスク基板50の不良領域53と重ならない条件を検索することができる場合には、マスク基板50が使用不可と判定される確率を低減させ、マスク基板50を有効に利用することができるという効果を有する。その結果、半導体装置製造のコストを従来に比して下げることができるという効果も有する。
(第4の実施の形態)
この第4の実施の形態では、マスク基板を製造するマスク基板製造者とフォトマスクを作製するフォトマスク作製者が異なり、マスク基板製造者がマスク基板の選別を実施する場合のフォトマスクの製造方法の例について説明する。
図11は、本発明の第4の実施の形態にかかるフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。まず、半導体装置の製造者などのフォトマスク購入予定者が、高精度の寸法管理が必要な素子パターンが形成される高精度管理領域と、高精度な寸法管理が不要な素子パターンが形成され低精度管理領域とを、マスク基板上に定義し、それぞれの領域についての透過率の大きさまたは透過率ばらつきの大きさの規格値を決定する(ステップS71)。たとえば、図6に示したマスクパターン領域100を例にすると、マスクパターン領域100内に高精度管理領域101〜104と低精度管理領域110とを定義する。そして、フォトマスク購入予定者が、高精度管理領域101〜104および低精度管理領域110におけるそれぞれの規格値をそれぞれ設定し、基板製造者に伝達する。なお、低精度管理領域110に関しては、規格値を設定しなくてもよい。
ついで、マスク基板製造者は、フォトマスク購入予定者から伝達された高精度管理領域101〜104および低精度管理領域110における規格値を満足するマスク基板50が製造可能であるか否かを判断する(ステップS72)。規格値を満足するマスク基板50が製造できない場合(ステップS72でNoの場合)には、その旨をフォトマスク購入予定者に伝え、マスク基板50の製造は中止され(ステップS81)、処理が終了する。一方、規格値を満足するマスク基板50が製造できる場合(ステップS72でYesの場合)には、マスク基板製造者は、過去の製造情報および価格情報などに基づいてマスク基板50の予定価格および予定納期を算出する(ステップS73)。算出されたマスク基板50の予定価格および予定納期は、フォトマスク購入予定者に伝達される。
その後、フォトマスク購入予定者は伝達されたマスク基板50の予定価格および予定納期に基づき、マスク基板50およびフォトマスクの製造を進めるか否かを判断し、判断結果がマスク基板製造者に伝達される(ステップS74)。一方、マスク基板50の製造を進めない場合は、その旨がマスク基板製造者に伝達され、マスク基板50の製造は中止され(ステップS82)、マスクの製造処理が終了する。マスク基板50およびフォトマスク55の製造を進める場合は、ステップS75に進む。
ついで、マスク基板製造者はフォトマスク購入予定者からのマスク基板50を製造する旨の判断を受けてマスク基板50を製造する。マスク基板製造者は、製造したマスク基板50の面内透過率分布を既に説明した方法を用いて検査し、基板透過率分布情報を算出する(ステップS75)。検査結果はフォトマスク購入予定者に伝達される。
その後、フォトマスク購入予定者がマスク基板50の基板透過率分布情報の検査結果を確認する(ステップS76)。ついで、製造したマスク基板50の識別情報とマスク描画データが、フォトマスク購入予定者からフォトマスク作製者に伝達される(ステップS77)。フォトマスク購入予定者からの伝達を受けて、フォトマスク作製者はマスク基板50をマスク基板製造者から受け取る。また、フォトマスク作製者は、フォトマスク購入予定者から受け取ったマスク描画データに用いて、マスク基板50上にパターンを形成し、フォトマスク55を作製する(ステップS78)。
ついで、フォトマスク作製者は、作製されたフォトマスク55の寸法や欠陥などの検査を行い、規定されたフォトマスク55の仕様を満足するフォトマスク55をフォトマスク購入予定者に出荷し(ステップS79)、フォトマスクの製造処理が終了する。フォトマスク55が規定された仕様を満足しない場合、ステップS78に戻ってフォトマスク55を再度作製する。
この第4の実施の形態によれば、マスク基板製造者、フォトマスク作製者、フォトマスク購入予定者が異なる場合でも、基板透過率または基板透過率のばらつきの規格値を満足するマスク基板を用いてフォトマスクを作製できる。
(第5の実施の形態)
上述した第1〜第4の実施の形態は、透過型のフォトマスクを用いたものである。しかし、EUV(Extreme Ultra Violet)露光装置のように、10〜14nmの非常に波長の短い光を露光光に用いる場合には、光がほとんど吸収されてしまうために、透過型のフォトマスクを用いることができない。そのため、EUV露光装置では、反射型のフォトマスクが使用されるが、この反射型のフォトマスクにも、上述した第1〜第4の実施の形態を適用することができる。
図12は、EUV露光装置の概略構成を示す図である。このEUV露光装置10Aは、波長の短い軟X線を出力する光源11と、被加工物である半導体基板(ウェハ)30を載置するウェハステージ12と、光源11とウェハステージ12との間に設けられ、反射型フォトマスク65を載置するフォトマスクステージ13と、光源11からの光を反射によって反射型フォトマスク65に照射する照明光学系14Aと、反射型フォトマスク65を通過した光を反射によって半導体基板30上に投影する投影光学系15と、ウェハステージ12を所定の方向に駆動するウェハステージ駆動機構16と、フォトマスクステージ13を所定の方向に駆動するフォトマスクステージ駆動機構17と、反射型フォトマスク65を通過する光の量(露光量)を制御するためにフォトマスクステージ13の光源11側に設けられる形状可変スリット18と、ウェハステージ駆動機構16、フォトマスクステージ駆動機構17および形状可変スリット18を制御する制御部20と、を備える。なお、反射型フォトマスク65は、照明光学系14Aからの光を反射によって投影光学系15へと導く構成を有している。また、制御部20の構成は、第1の実施の形態の図1の基板透過率分布情報記憶機能22が基板反射率分布情報記憶機能22Aに変わり、マスク基板の透過率ではなく反射率を用いて面内露光量補正情報を算出する点を除いて、第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
図13は、反射型フォトマスクの断面構造の一例を模式的に示す図である。反射型フォトマスク65は、たとえばシリカガラスなどのマスク基板60上に、モリブデンとシリコン(Mo/Si)やベリリウムとシリコン(Be/Si)などの異種の膜を交互に積層した多層膜からなる反射層61を形成し、反射層61上に所望のパターンを有する窒化タンタル(TaN)膜などからなる軟X線を吸収する吸収体パターン62が形成されている。
このような反射型フォトマスク65の製造方法および反射型フォトマスク65を用いる半導体装置の製造方法は、上記した第1〜第4の実施の形態に適用することができる。この反射型フォトマスク65では、同一の製造ラインで同一のプロセスを経て製造されたマスク基板60から1〜複数枚のマスク基板60を抽出し、それぞれのマスク基板60上に反射層61を形成した状態で、マスク基板60面内の各位置における入射光に対する反射光の強度の割合である面内反射率分布を計測し、この面内反射率分布から同一の製造ラインで同一のプロセスを代表する基板反射率分布情報を算出する。なお、面内反射率分布を計測する際に、反射層61を形成した状態のマスク基板60に代わって、反射層61を形成したマスク基板60にさらに吸収体パターン62を形成したフォトマスク65の面内反射率分布を計測して求めた基板透過率分布情報を用いてもよい。
なお、この反射型フォトマスク65を用いた半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態で説明した半導体装置の製造方法において、基板透過率分布情報を用いる代わりに基板反射率分布情報を用いる点が異なる点を除いて第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
この第5の実施の形態によれば、反射型フォトマスク65の露光装置で使用される波長の光に対する面内反射率分布を測定し、その面内反射率分布に応じて反射型フォトマスク65の各位置への光の照射量を変化させるようにしたので、反射型フォトマスク65で反射して半導体基板30上に到達する光の半導体基板30上の各位置での露光量が均一となる。その結果、半導体基板30上のレジスト寸法精度を高めることができるという効果を有する。
本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法に用いられる露光装置の概略構成を示す図である。 基板透過率分布情報の算出処理の一例を示すフローチャートである。 フォトマスクの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。 マスク基板の露光量補正処理の概要を説明するための図である。 形状可変スリットの模式的構造の一例を示す図である。 フォトマスクに形成されるパターンの一例を模式的に示す図である。 光学シミュレーションにより算出された透過率の大きさとフォトレジスト膜の形状変動量との間の関係の一例を示す図である。 フォトマスクの製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 フォトマスクの製造方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 マスク基板とマスクパターンとを相対的に回転させて重ね合わせた状態を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態にかかるフォトマスクの製造方法の一例を示すフローチャートである。 EUV露光装置の概略構成を示す図である。 反射型フォトマスクの断面構造の一例を模式的に示す図である。
符号の説明
10,10A…露光装置、11…光源、12…ウェハステージ、13…フォトマスクステージ、14,14A…照明光学系、15…投影光学系、16…ウェハステージ駆動機構、17…フォトマスクステージ駆動機構、18…形状可変スリット、20…制御部、21…照射位置制御機能、22…基板透過率分布情報記憶機能、22A…基板反射率分布情報記憶機能、23…面内露光量補正情報算出機能、24…面内露光量補正情報記憶機能、25…スリット形状制御機能、30…半導体基板、50,60…マスク基板、51…半透明膜、52…遮光膜、53…不良領域、55,65…フォトマスク、61…反射層、62…吸収体パターン

Claims (5)

  1. 光源からの光をフォトマスク上の所定の領域で透過または反射させて基板上のフォトレジストに照射してパターンを形成し、半導体装置を製造する半導体装置の製造方法において、
    前記フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率に基づいて、前記フォトマスクからの出射光強度が均一となる入射光強度の前記フォトマスク上での分布である露光量補正情報を算出する第1の工程と、
    前記基板上の露光領域に対応する前記フォトマスクの照射領域への照射量が、対応する位置での前記露光量補正情報となるように前記入射光強度を補正しながら、前記露光領域を露光する第2の工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記出射光比率は、前記フォトマスクの基となるマスク基板、パターニングされていない所定の被膜が全面に形成された前記マスク基板、または前記パターニングされた所定の被膜が形成された前記マスク基板のいずれかの状態から求められた出射光比率であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記出射光比率は、同一の製造工程で同一の製造プロセスで製造された複数のマスク基板から抽出された1ないし複数枚のマスク基板を用いて求められ、
    前記第2の工程では、前記出射光比率を求めるのに使用された前記マスク基板と同一の製造工程で同一の製造プロセスで製造されたマスク基板から形成されたフォトマスクが使用されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. フォトマスクは、基板上のフォトレジストに形成されるパターンの寸法のばらつきが所定値以下となるように、前記フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率の大きさまたは前記出射光比率のばらつきの大きさで示される規格値によって管理されることを特徴とするマスク管理方法。
  5. フォトマスクの面内の各位置における、入射光強度に対する前記フォトマスクで透過または反射する出射光強度の割合である出射光比率に基づいて、前記フォトマスクからの出射光強度が均一となる入射光強度の前記フォトマスク上での分布である露光量補正情報を取得することを特徴とする露光量補正情報の取得方法。
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