JP2010232458A

JP2010232458A - 露光量制御方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2010232458A
Application number: JP2009078963A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nishiyama; 泰史西山
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: JP5381226B2

Abstract

【課題】コンタミネーション膜が成長する環境下でも、より高精度に露光量の制御を行うことができる露光量制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の露光量制御方法は、マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、前記パターンの開口部の初期反射率Ｒ０と、前記マスク使用後の前記パターンの開口部の実測反射率Ｒとを取得する反射率取得工程と、マスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される比例定数Ａを用いて、
[数１]

に基づき露光量補正係数Ｘを算出する工程とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイス等をリソグラフィ技術により製造する際の露光量制御方法およびこれを用いた露光装置に関する。より詳しくは、極端紫外領域の波長の光を光源としてパターン転写を行う際に適用可能な露光制御方法およびこれを用いた露光装置に関する。

半導体集積回路は性能および生産性を向上させるために微細化、高集積化が進んでおり、回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術についても、より微細なパターンを高精度に形成するための技術開発が進められている。これに伴い、パターン形成に使用される露光装置の光源についても短波長化が進められ、波長１３．５ナノメートル（ｎｍ）の極端紫外光（Extreme Ultraviolet光。以下、「ＥＵＶ光」と称する。）を用いた装置及びパターン転写のプロセスが開発されている。

ＥＵＶ光は気体分子による吸収が大きいため、光が通過する領域は真空排気された状態とする必要がある。真空環境下でＥＵＶ光のような高エネルギーのビームを固体表面に長時間照射すると、固体表面に吸着した有機物が反応して炭素を主成分とする膜が形成される。この膜は、カーボンコンタミネーション膜などと呼ばれ、光の照射時間とともに成長していくことが知られている（以下、この膜を単に「コンタミネーション膜」と称する。）。
コンタミネーション膜は露光装置内の照明光学系や投影光学系で用いられる反射ミラーの表面や、転写パターンが形成されたマスク表面上で時間とともに成長していくために、光源から発せられる光の強度が同じであっても、実際にウェハ上に届く光の強度は露光を繰り返すうちに徐々に変化する。

このような露光光強度の変動を抑えるためには、反射ミラーやマスク上に形成されたコンタミネーション膜の成長速度を低く抑えたり（例えば、特許文献１参照。）、付着したコンタミネーション膜を洗浄等により除去したりする（例えば、特許文献２参照。）必要がある。
上記の方法によって、付着したコンタミネーション膜を除去したり、コンタミネーション膜の成長速度を抑えて洗浄頻度を下げたりすることは可能であるが、コンタミネーション膜を全く付着させること無く露光を続けることはきわめて困難である。
したがって、転写されるパターンの寸法の変動を小さくするためには、露光装置の光学系のミラーやマスク上のコンタミネーションの成長に応じて最適な露光量を計算し、光源から発せられる光の強度の補正等を行って制御するのが好ましい。

露光装置の光学系に使用されている反射ミラー上に成長したコンタミネーション膜がウェハ上に届く光の強度に及ぼす影響は、露光波長の光に対する反射率の低下として考えることができる。したがって、反射ミラーの初期反射率Ｒ（０）がＴ時間後にＲ（Ｔ）に変化した場合、当該反射ミラーに入射する光の量をＲ（０）／Ｒ（Ｔ）倍することによって、反射ミラーから反射される光の量がコンタミネーション膜の成長前と同等に維持されるように補正することができる。
一方、マスク上に成長したコンタミネーション膜の場合には、反射ミラーと同様に反射率低下分を補正するとともに、マスクのパターン上におけるコンタミネーション膜の成長が最適露光量に及ぼす影響を考慮する必要がある。

これを踏まえて、マスク上のコンタミネーション膜の成長に応じて最適な露光量を得る方法が様々提案されている。例えば、特許文献３には、マスクの使用履歴と最適露光量との間の関係をあらかじめ求めておき、これにもとづいて補正を行う方法が記載されている。

また、特許文献４や非特許文献１には、マスク上のコンタミネーション膜による反射率の低下量を直接、あるいは間接的に計測した結果を用いて補正を行う方法が記載されている。
特許文献４の方法においては、赤外領域の光の吸収によりコンタミネーション量が計測される。コンタミネーション膜の膜厚を計測することができれば、例えば発明者が著した非特許文献１に記載の方法により、当該膜厚とコンタミネーション膜の露光波長における屈折率とを用いて多層膜上の反射率を計算することが可能になる。

さらに、特許文献５には、マスク上の吸収パターン線幅を計測し、その初期状態からの変化量からパターン側壁へのコンタミネーション膜の堆積量を求めて、あらかじめ別に求めておいたパターン寸法と転写寸法との関係から最適な露光量を得る方法が記載されている。

特開２００５−２４４０１６号公報特開２００５−２４４０１５号公報特開２００３−２２９３５８号公報欧州特許出願公開第１４５２８５１号明細書特開２００７−１４１９４９号公報

Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ，６９２１，６９２１１６（２００８）

しかしながら、コンタミネーション膜の付着量は累積露光量だけではなく真空中の残留ガス成分などによって大きく変動する。残留ガス成分の発生源は露光装置の部材、レジストなどさまざまであり、残留ガス成分の内容は常に変動している。したがって、特許文献３に記載の方法でも、これらの多くの変動要因をすべて考慮して最適露光量を求めるのはきわめて困難であるという問題がある。

また、特許文献４や非特許文献１に記載の方法では、パターンの側壁にもコンタミネーション膜が堆積した場合には、吸収体パターン線幅が大きくなったのと同様の影響がさらに加わることになるため、最適な露光量を得るためには十分でないという問題がある。

さらに、特許文献５に記載の方法は、パターン線幅の変動を考慮しているものの、未だ十分ではないという問題がある。すなわち、吸収パターンが吸収係数の大きい材料からなるのに対して、コンタミネーション膜の主成分である炭素は比較的吸収係数が小さいため、パターン側壁に堆積したコンタミネーション膜による寸法変動量とマスクパターンそのものの寸法変動量とでは転写寸法に及ぼす影響は必ずしも同じではない。したがって、露光量をより高精度に制御するためには、更なる補正が必要となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンタミネーション膜が成長する環境下でも、より高精度に露光量の制御を行うことができる露光量制御方法及び露光装置を提供することを目的とする。

本発明の露光量制御方法は、マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、前記パターンの開口部の初期反射率Ｒ０と、前記マスク使用後の前記パターンの開口部の実測反射率Ｒとを取得する反射率取得工程と、マスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される比例定数Ａを用いて、下記数１に基づき露光量補正係数Ｘを算出する工程とを備えることを特徴とする。

この露光量制御方法によれば、比例定数Ａを用いた数１の式によりコンタミネーション膜の影響が考慮された露光量補正係数Ｘが算出され、好適な補正が行われる。このとき、比例定数Ａは、２以上４以下の範囲に設定されると、露光量補正係数Ｘが適切に算出されるため、好ましい。

本発明の他の露光量制御方法は、マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、前記パターンの線幅の変化量と前記基板上に転写される転写線幅の変化量との関係を数表として取得する工程と、前記パターンの線幅の変化量と補正露光量との関係を取得する工程と、前記マスク使用後の前記パターンの実測線幅Ｗと、前記マスク使用前の前記パターンの初期線幅Ｗ０とにもとづいて、パターン線幅の実測変化量を求める工程と、前記実測変化量にマスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される比例定数Ｂを乗じて補正変化量を算出する変化量補正工程と、前記変化量補正工程において取得された前記補正変化量に対応する前記補正露光量を適用して前記露光量を補正する露光量補正工程とを備えることを特徴とする。
この露光量制御方法においては、変化量補正工程において、マスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される補正量Ｃが併せて用いられてもよい。

この露光量制御方法によれば、パターン線幅の実測変化量が、比例定数Ｂを用いることによりコンタミネーション膜の影響を考慮した補正変化量に補正され、この補正変化量に対応する補正露光量にもとづいて露光量の補正が行われる。このとき、比例定数Ｂは、０．５以上１．６以下の範囲、補正量Ｃは、０より大きく２ナノメートル以下の範囲にそれぞれ設定されると、補正変化量が適切に算出されるため、好ましい。

上述した２つの露光量制御方法は、露光に用いる光として、波長１０ｎｍから１５ｎｍの極端紫外光が用いられる場合も好適に適用することが可能である。

さらに、本発明の露光装置は、本発明の露光量制御方法を使用することを特徴とする。これによりコンタミネーション膜の影響を適切に考慮した露光量の補正を行うことができる。

本発明の露光量制御方法及び露光装置によれば、コンタミネーション膜が成長する環境下でも、より高精度に露光量の制御を行い、高精度のパターン転写を行うことができる。

コンタミネーション膜の膜厚とウェハ上の光量との関係について、本発明の第１実施形態の露光量制御方法と他の方法とを比較したグラフである。多層膜の上にカーボンを含むコンタミネーション膜が堆積した場合のＥＵＶ光に対する反射率の相対的変化量の一例を示すグラフである。マスクパターンの側壁にコンタミネーション膜が堆積した場合と堆積しない場合について、空間像強度しきい値の変化量の一例を示すグラフである。マスクパターン上のコンタミネーション膜の膜厚と、反射率の変化及びウェハ上空間像強度しきい値との関係について、コンタミネーション膜の密度ごとに示すグラフである。本発明の第２実施形態の露光量制御方法において、マスクパターン線幅の変化量と転写線幅との関係を１つのパラメータを用いて近似した場合を示すグラフである。同露光量制御方法において、マスクパターン線幅の変化量と転写線幅との関係を２つのパラメータを用いて近似した場合を示すグラフである。

以下、本発明の第１実施形態の露光量制御方法について、図１から図４を参照して説明する。
本実施形態の露光量制御方法においては、反射多層膜上へのコンタミネーション膜の堆積による反射率の低下から求めた補正露光量に対して、パターン側壁へのコンタミネーション膜の堆積による寸法変化量の補正をさらにかけている。

図２は、多層膜の上にカーボンを成分とするコンタミネーション膜が堆積した場合のＥＵＶ光に対する反射率の相対的な変化量の一例を示すグラフである。図２に示すように、コンタミネーション膜の成分がカーボン単一であったと仮定しても、コンタミネーション膜の密度が異なればＥＵＶ光に対する屈折率、消衰係数が異なるため、コンタミネーション膜の厚さに対する反射率の変化量もそれに伴って変化する。
したがって、堆積したコンタミネーション膜による反射率の変化量を間接的に求める場合には、コンタミネーション膜の厚さだけでなく、光学定数が得られるような密度等の物性値も別途求めておく必要がある。

コンタミネーション膜の密度を求める方法としては、Ｘ線反射率やラザフォード後方散乱を用いる方法が知られているのでこれらを利用することが可能である。上述の非特許文献１によれば、コンタミネーション膜の典型的な密度は１．２ｇ／ｃｍ^３程度である。

マスクパターン上にコンタミネーション膜が堆積した場合にウェハ上に転写される像がどのように変化するかについても、非特許文献１に記載の方法によって計算することができる。
図３はマスク上にハーフピッチ１２８ｎｍのラインパターンを形成した上に密度１．２ｇ／ｃｍ^３のコンタミネーション膜が堆積した場合について、４分の１に縮小投影したウェハ上の空間像が３２ｎｍの線幅となる空間像強度のしきい値の変化を計算した結果の一例を示したものである。
図３には、パターンの側壁にコンタミネーション膜が付着していない場合と、パターン側壁も含めた全面にほぼ同じ厚さでコンタミネーション膜が堆積した場合とについてそれぞれ計算結果を示している。また、図２に示した反射率の相対変化量の推移もあわせて示している。

図３から明らかなように、パターン側壁にコンタミネーションが付着していない（以下、「側壁コンタミなし」と称する。）場合には、コンタミネーション膜の堆積に伴う空間像強度しきい値の変化量は、多層膜の反射率の変化量とほぼ同じ挙動を示す。したがって、コンタミネーション膜の堆積を考慮して好適に露光量を補正するには、反射率の低下量を計測して、低下分を補うための補正係数を、コンタミネーション膜が存在しない場合にマスクに入射されるべき最適な露光量（以下、「標準露光量」と称する。）に乗ずればよい。具体的には、マスクパターンの初期反射率をＲ０、コンタミネーション膜の堆積により低下した実際の反射率（実測反射率）をＲとすると、補正係数は、Ｒ０／Ｒとなる。なお、実測反射率Ｒは、マスクステージ上からマスクを取り外して計測しても良いし、露光装置内でマスクステージ上に設置された状態で計測しても良い。

一方、パターン側壁にもコンタミネーション膜が堆積している（以下、「側壁コンタミあり」と称する。）場合は、図３に示すように、空間像強度のしきい値の変化量が反射率の変化量を上回っている。したがって、この場合は上述のように反射率低下量分を補正するだけでは十分ではない。

図３に示すように、コンタミネーション膜の厚さに対する空間像強度しきい値の変化の挙動自体は、側壁コンタミありの場合と側壁コンタミなしの場合とで類似しているので、側壁コンタミありの場合でも、上記補正係数に比例定数Ａを乗じた露光量補正係数Ｘを使用することで補正精度を向上させることができる。すなわち、標準露光量をＬ０、補正後の露光量をＬ１とすると、側壁コンタミありの場合のＬ１は以下の数２により表され、標準露光量Ｌ０に乗じられるＡ×｛（Ｒ０／Ｒ）−１｝＋１の部分が露光量補正係数Ｘとなる。

図１は、コンタミネーション膜の膜厚とウェハ上の光量との関係について、未補正の場合、反射率のみを補正係数で補正した場合、及び上記数２を用いて補正した場合の結果を示すグラフである。縦軸は空間像強度しきい値に対して補正をおこなう前後の値であり、標準露光量に対するウェハ上の光量の相対値に相当する。図１に示すように、反射率のみを考慮した補正係数を用いただけの補正では、特にコンタミネーション膜の膜厚が大きい場合、十分な露光量が確保できていないが、比例定数Ａを用いた本実施形態の補正方法で補正した場合は、堆積したコンタミネーション膜の膜厚にかかわらず、概ねコンタミネーション膜が存在しないときと同等の露光量がウェハ上において確保されている。

本実施形態の露光量制御方法を露光装置に適用する場合は、光量を調節可能な光源部と、光源部の光量を上記数２に基づいて補正する演算部と、演算部の演算結果に基づいて光源部の光量を調節する制御部等を備える構成とすればよい。数２の演算実行に必要な実測反射率Ｒ等のパラメータは、ユーザが入力してもよいし、マスクステージ上に光量検出部等を設けることによって自動測定により装置に取得させてもよい。

ここで、マスクステージ上にマスクが搭載された状態で補正に必要なパラメータを自動取得させるために、例えばウェハステージ上に光量検出部を設置した計測装置を用いる場合は、マスクの反射率変化と、ウェハ上に露光のための光を導く投影光学系の反射率変化とを分離した上で、マスクの反射率変化分にのみ前記補正を行う必要がある。
投影光学系の反射率変化量を分離する方法としては、例えば投影光学系の１枚目の反射ミラー部の光強度を光電子電流等によって計測することによってマスクの反射率変化量のみを求める方法が挙げられる。また、例えばマスクと投影光学系との間に第２の光源部を退避可能に設け、投影光学系の反射率計測の間だけ第２の光源部からウェハ上の光量検出部に光を導入するように装置を構成してもよい。

マスクパターン上に堆積したコンタミネーション膜の影響は、上述したように、同一の膜厚でも膜の密度によって異なる。図４はマスクパターンの上に堆積したカーボンコンタミネーション膜の密度を変えて図３と同様にウェハ上空間像強度のしきい値を計算した結果を示すグラフである。図３と同様に、多層膜ミラー上に堆積した対応する膜厚のコンタミネーション膜による反射率低下量も合わせて示している。
図４に示すように、コンタミネーション膜の密度が高くなると、同一の膜厚であっても、設計線幅を与える空間像強度しきい値の変化量が大きくなる。しかし、多層膜ミラーの反射率低下量についても膜の密度が高くなるにつれて変化量が大きくなるため。両者の比は、コンタミネーション膜の密度が異なっても大きく変化しない。したがって、コンタミネーション膜の密度に応じて比例定数Ａを調節しなくても、良好な補正を行うことが可能である。

これに対して、マスクパターンの開口部分、すなわち多層膜表面が露出した部分と、パターン側壁部分とに堆積するコンタミネーション膜の厚さの差は、前記空間像強度しきい値の変化量と反射率の変化量との比に直接的に影響する。したがって、コンタミネーション膜がマスクパターン上に堆積する形態に応じて比例定数Ａの値は調整する必要がある。

コンタミネーション膜の密度は、露光装置内の真空度や炭化水素等の分圧、マスク上に入射する光強度等によって異なると考えられるが、おおよそ１．０ｇ／ｃｍ^３〜２．２ｇ／ｃｍ^３の範囲にある。また、非特許文献１によれば、堆積の形態はパターンの側壁も含めておおよそ同じ膜厚になる。このような条件に対して、比例定数Ａとして２から４の間の値を選択して用いることが好ましい。
具体的には、予備実験にてコンタミネーション膜の密度及び堆積の形態を計測しておき、図４に示したように、反射率ならびにウェハ上空間像強度とコンタミネーション膜厚との関係を計算する。次に、各種コンタミネーション膜厚について計算した空間像強度とコンタミネーション膜が無い場合の空間像強度の差の二乗和の値を、比例定数Ａを特定するためのパラメータとして計算し、当該二乗和の値が最小となるような比例定数Ａを採用することができる。また、空間像強度の計算値でなく、予備実験にて転写したレジスト線幅の測長値を用いても良い。

本実施形態の補正方法について、実施例を用いてさらに説明する。
（実施例１）
石英ガラス基板上に厚さ４．２ｎｍのシリコン膜と２．８ｎｍのモリブデン膜を交互に４０対積層し、その上に厚さ１１ｎｍのシリコン膜をキャッピング層として成膜した多層反射膜を形成した。
次にマスクパターンの修正工程での多層膜反射膜の損傷を防止する目的でクロムを主成分とするバッファー層を１０ｎｍの厚さに形成し、さらに、ウェハ上に転写するパターンを形成するための吸収層を７０ｎｍの厚さに形成した。

次に電子線リソグラフィ技術を用いて吸収層をパターン加工し、パターンの検査および修正を行った後に、吸収パターン開口部に露出したバッファー層をエッチング除去して、反射型のＥＵＶ光露光用マスクを得た。このマスクパターンの中で、開口の大きい領域にてＥＵＶ光に対する反射率を計測したところ、ピーク反射率（初期反射率Ｒ０）は６１％であった。この状態で最適な露光量が得られる条件でのマスク表面上の光量をマスクステージ部分に設置した計測装置にて計測し、記録した。

このマスクパターンをセットしたＥＵＶ露光装置を用いてシリコンウェハ上に転写露光を繰り返した後に、マスクパターンの中で開口の大きい領域にてＥＵＶ光に対する反射率を前記と同様に計測したところ、ピーク反射率（実測反射率Ｒ）は５８％であり、初期反射率Ｒ０に対する相対値で９５％に低下していた。

この状態で、ウェハステージ上に光検出器を設置した光量測定装置を用いて、吸収パターンが無い領域でのウェハステージ上の光量が初期状態と同じになるように露光量を設定してパターンを露光したところ、現像後に得られたパターン線幅は露光量が最適値よりも不足している場合に相当する結果であった。

露光に使用した条件では、密度が約１．２ｇ／ｃｍ^３のカーボンコンタミネーション膜がパターン上にほぼ均一な膜厚で堆積することがＸ線反射率による密度の測定と透過型電子顕微鏡を用いた観察とによってあらかじめ確認されていた。
これをもとに、図４と同様の計算により、各種コンタミネーション膜厚について反射率とパターンの空間像強度を求めた。各条件での空間像強度に補正係数を乗じて、コンタミネーション膜が無い場合の空間像強度との差の二乗和を比例定数Ａを決定するためのパラメータとして計算した。この結果、比例定数Ａとして２．８を用いた場合に前記二乗和が最小となり、マスク開口部すなわち反射多層膜が露出した部分の反射率の相対的な低下量Ｒ／Ｒ０に対して、比例定数Ａを２．８として、マスクに入射する光量を初期値に対して２．８×｛（Ｒ０／Ｒ）−１｝＋１倍することで最適な露光量が得られると推測された。

そこで、マスクステージ部分に検出器を設置した計測装置を用いて、上記数２にもとづいて露光量補正係数Ｘを算出すると、２．８×｛（６１／５８）−１｝＋１＝１．１４となる。その結果、マスクに入射する光量が標準露光量の１．１４倍となるように露光条件を設定し、現像後にレジストパターンの線幅を計測したところ、最適値で露光した場合と同様の結果を得ることができた。

以上説明したように、本実施形態の露光量制御方法によれば、初期反射率Ｒ０と実測反射率Ｒに基づいて決定される露光量補正係数が、比例定数Ａによってさらに補正されて最終的な露光量が算出されるので、コンタミネーション膜がパターン側壁に堆積している場合でも、好適に露光量を補正し、良好な露光を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。本実施形態の露光量制御方法は、マスク上の吸収パターン寸法と転写寸法との関係をあらかじめ求めておき、マスクの使用によりパターンの寸法計測値が変動した際に、初期寸法との差に比例定数Ｂを乗じて、得られた変動量に対応する最適露光量を得るというものである。

図５は、コンタミネーション膜がないときにウェハ上の転写線幅が３２ｎｍとなるパターンについて、当該マスクパターン上に側壁も含めて同じ膜厚で均一にコンタミネーション膜が堆積した場合を仮定して、マスク線幅の変化量と想定されるウェハ上の転写線幅との関係を計算した結果である。転写線幅はコンタミネーション膜が無い場合に設計線幅を与える空間像強度から計算した。マスクの線幅と転写線幅との関係が、縮小投影倍率を傾きとする単純な直線関係にある場合を考えて、縮小投影倍率を４分の１としたときの近似直線を図５に併せて表示している。

コンタミネーション膜の堆積が転写線幅に及ぼす影響は、コンタミネーション膜の密度によって変わる。コンタミネーション膜厚との関係についてみると、波状の変化を伴うものの、図５に示した範囲内ではおおよそ直線で近似することができる。この波状の変化はコンタミネーション膜の表面および多層膜との界面で反射した光の干渉の効果と理解することができ、波の周期はコンタミネーション膜の屈折率、波の山谷の位置は多層膜最上層の材料や膜厚に依存する。

上述の通り、コンタミネーション膜の典型的な密度は１．２ｇ／ｃｍ^３程度であるので、コンタミネーション膜の厚さに対する転写線幅の変化を直線で近似すると、その傾きは約０．６である。コンタミネーション膜が堆積する形態が同じであれば、この直線の傾きは膜の密度にほぼ比例する。また、多層膜の最上層に設けたシリコン（キャップ層）の膜厚が１１ｎｍの場合、コンタミネーション膜厚が２ｎｍ程度までは転写線幅がほとんど変化しない領域があらわれる。したがって、直線で近似する場合には、図６に示すように近似直線を数ｎｍ程度右に移動させることによってさらに補正精度が向上する。このシフト量が補正量Ｃとなる。

以上より、マスク線幅が使用後にＷとなった場合、比例定数Ｂあるいは比例定数Ｂ及び補正量Ｃを用いて、マスク使用後に計測したパターンの実測線幅Ｗと初期線幅Ｗ０との差（Ｗ−Ｗ０）にもとづき、Ｂ×（Ｗ−Ｗ０）あるいは、Ｂ×（Ｗ−Ｗ０−Ｃ）の値を算出する。そして、図５に示すようなマスク線幅の変化量と転写線幅との関係に基づいて、算出された値だけマスク線幅が変化した際の補正露光量を適用して補正を行うことによって、最適な露光量でパターン転写を行うことができる。

具体的には、あらかじめ予備実験によってカーボンコンタミネーション膜の密度を計測しておく。次に、この密度の値を用いて図４ないし図５のようにパターン側壁に堆積したコンタミネーションの膜厚を加えたパターン線幅と転写線幅との関係を計算する。計算結果に対して例えば最小二乗法を適用して直線近似して、その傾きと切片を求める。この傾きをＳＬとすると、例えばマスク寸法変動に対する転写線幅変動が投影倍率に比例する、いわゆるＭａｓｋＥｒｒｏｒＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔＦａｃｔｏｒ（ＭＥＥＦ）が１の場合、投影倍率が１／４であれば、ＳＬ×４が補正係数中の比例定数Ｂに対応する。ＭＥＥＦが１より大きい場合等、必要に応じてマスク寸法と転写寸法の関係をシミュレーション計算し、その傾きとＳＬの比をとっても良い。また、補正量Ｃについても、前記直線近似の切片の値から求めることができる

比例定数Ｂの値はパターン開口部と側壁部とにおけるコンタミネーション膜の堆積膜厚の比や、コンタミネーション膜の密度によって変化する。種々の膜密度や堆積形状について検討した結果、比例定数Ｂの値として０．５〜１．６の値を用いることによって、概ね好適に補正が可能である。
また、補正量Ｃの値は多層膜の最表面層の材料および厚さによって変化するが、種々の材料および厚さについて検討した結果、図５および図６に示した場合が補正量Ｃの値としては最も大きかった。したがって、補正量Ｃの値を０より大きく２ｎｍ以下の範囲に設定することで、多くの場合好適に補正をおこなうことが可能である。

本実施形態の補正方法について、実施例を用いてさらに説明する。
（実施例２）
実施例１と同様にＥＵＶ光による露光を行うマスクを準備した。設計線幅がウェハ上で４５ｎｍとなるマスクパターンの線幅を計測したところ平均値は１８１ｎｍであった。このマスクを繰り返し用いて露光を行った後に、前記計測と同じ部位において再度線幅の計測を実施したところ、平均値は１９３ｎｍとなった。このことから、マスクパターン側壁上に片側平均６ｎｍのコンタミネーション膜が堆積していると推測された。

使用したレジストおよびプロセス条件において、マスク上吸収パターンの幅（マスク線幅）が１ｎｍ増加したときに露光量を１．１ｍＪ／ｃｍ^２増加させることで、同じレジスト線幅が良好に得られることを実験等によりあらかじめ確認しておいた。本実施例におけるマスク線幅の変化量は１２ｎｍであるため、従来の補正方法では１．１×１２＝１３．２ｍＪ／ｃｍ^２が初期露光量に換算されるが、本実施形態の露光量制御方法においては、比例定数Ｂ及び補正量Ｃを用いてさらに補正を行った。比例定数Ｂを０．６、補正量Ｃを２ｎｍとして、式Ｂ×（Ｗ−Ｗ０−Ｃ）にもとづき、０．６×（１９３−１８１−２）＝６を得た。

よって本実施例では、補正の結果マスク線幅が６ｎｍ変化した際の補正露光量が適用されることになり、上述したマスク線幅の変化量と増加させる露光量との関係から、１．１×６＝６．６ｍＪ／ｃｍ^２を初期露光量に加算して露光を行った。現像後に転写されたレジストパターンの線幅を計測したところ良好な転写結果が得られ、好適に補正が行われて露光量が制御されたことが確認された。

以上説明したように、本実施形態の露光量制御方法によっても、コンタミネーション膜の堆積下であっても好適な露光量補正を行うことができる。
また、本実施形態の露光量制御方法によれば、第一の実施形態と比較して計測領域を小さくすることが可能であり、特に線幅制御が重要なパターンに着目して補正をすることによって、製造するデバイスの歩留まりを向上させたり、性能ばらつきを低減させたりすることが可能となる。

本実施形態の露光量制御方法を露光装置に適用する場合は、露光量を調節可能な光源部と、光源部の露光量を上記数式に基づいて補正する演算部と、演算部の演算結果に基づいて光源部の露光量を調節する制御部等を備える構成とすればよい。マスク線幅の変化量と増加させる露光量との関係や、マスク線幅の変化量を特定するためのパラメータＷ、Ｗ０等は、実験等によって取得したものを予め演算部に入力しておいたり、ユーザが適宜設定したりすればよい。

以上、本発明の各実施形態について説明してきたが、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、第１実施形態と第２実施形態の露光量制御方法を組み合わせてさらに高精度な露光量制御が行われてもよい。

Claims

マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、
前記パターンの開口部の初期反射率Ｒ０と、前記マスク使用後の前記パターンの開口部の実測反射率Ｒとを取得する反射率取得工程と、
マスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される比例定数Ａを用いて、

に基づき露光量補正係数Ｘを算出する工程と、
を備えることを特徴とする露光量制御方法。
前記露光に用いる光が、波長１０ナノメートルから１５ナノメートルの極端紫外光であることを特徴とする請求項１に記載の露光量制御方法。
前記比例定数Ａは、２以上４以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の露光量制御方法。
請求項１から３のいずれか１項に記載の露光量制御方法を使用することを特徴とする露光装置。
マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、
前記パターンの線幅の変化量と前記基板上に転写される転写線幅の変化量との関係を数表として取得する工程と、
前記パターンの線幅の変化量と補正露光量との関係を取得する工程と、
前記マスク使用後の前記パターンの実測線幅と、前記マスク使用前の前記パターンの初期線幅とにもとづいて、パターン線幅の実測変化量を求める工程と、
前記実測変化量にマスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいて決定される比例定数Ｂを乗じて補正変化量を算出する変化量補正工程と、
前記変化量補正工程において取得された前記補正変化量に対応する前記補正露光量を適用して前記露光量を補正する露光量補正工程と、
を備えることを特徴とする露光量制御方法。
マスク上に形成されたパターンの反射像を基板上に露光する際の露光量を制御する方法であって、
前記パターンの線幅の変化量と前記基板上に転写される転写線幅の変化量との関係を数表として取得する工程と、
前記パターンの線幅の変化量と補正露光量との関係を取得する工程と、
前記マスク使用後の前記パターンの実測線幅と、前記マスク使用前の前記パターンの初期線幅とにもとづいて、パターン線幅の実測変化量を求める工程と、
マスク表面状態の変化による反射特性の変化に基づいてそれぞれ決定される比例定数Ｂ及び補正量Ｃを用いて前記実測変化量を補正して補正変化量を算出する変化量補正工程と、
前記変化量補正工程において取得された前記補正変化量に対応する前記補正露光量を適用して前記露光量を補正する露光量補正工程と、
を備えることを特徴とする露光量制御方法。
前記露光に用いる光が、波長１０ナノメートルから１５ナノメートルの極端紫外光であることを特徴とする請求項５または６に記載の露光量制御方法。
前記比例定数Ｂは、０．５以上１．６以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項５又は６に記載の露光量制御方法。
前記補正量Ｃは、０より大きく２ナノメートル以下の範囲に設定されることを特徴とする請求項６に記載の露光量制御方法。
請求項５から９のいずれか１項に記載の露光量制御方法を使用することを特徴とする露光装置。