JP3037887B2 - リソグラフ露光の監視方法および装置 - Google Patents

リソグラフ露光の監視方法および装置

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は総括的に感光性物質
がコーティングされた基板上へのパターンのフォトリソ
グラフ投影に関する。詳細にいえば、本発明は露光を監
視するために測定される画像フィーチャをもたらすマス
ク・パターンに関する。
【０００２】
【従来の技術】フォトリソグラフィが進歩するにしたが
い、フィーチャ・サイズすなわち線幅がこれを測定する
のに走査型電子顕微鏡などの精密な測定計器が必要とさ
れるところまで小さくなってきている。しかしながら、
このような測定計器は高価であり、たとえば、半導体製
造のための生産プロセスの速度を低下させるものであ
る。さらに、測定値が設計値に対する許容範囲外のフィ
ーチャ・サイズを示した場合、これが露光によるものか
焦点によるものかを完全に確認することができなくな
る。これは露光も焦点も印刷された画像の大きさに影響
を及ぼすからである。それ故、フィーチャ・サイズに対
する露光の影響を焦点によるものから分離する方法があ
ると役に立つ。
【０００３】今まで、リソグラフ・マスクの部分的に透
過性の領域を使用して、レジスト感光性特性の研究のた
めに単一のマスクから露光領域を達成していた。たとえ
ば、大きさが数ミリメートルの大きな離隔した部分的に
透過性のウィンドウを作成し、露光レベルの離散した領
域を設けるようにしていた。次いで、特定のパッチを他
のものに関して現像した時期にしたがって、露光を較正
する。しかしながら、部分的に透過性のウィンドウの大
きさおよび間隔は生産ウェハの使用を妨げるものであ
り、希望する特定のフィーチャ・サイズに対して最適な
露光セッティングをもたらさないことがある。
【０００４】部分的に透過性のウィンドウに加えて、露
光を監視するためのグレー・スケールのマスク構造を達
成する少なくとも１つの試みがなされている。一定のピ
ッチを維持して、マスクのいずれかの面に構造の中心か
ら縁部まである範囲の線サイズを備えたマスクを作成す
る。構造を結像した場合、リソグラフ光学機器の解像能
力よりも細いマスク上の細い線によって、線がぼけてし
まい、半導体ウェハ上のレジストにグレー・スケールの
フィーチャが生じることとなる。このプロセスは新聞で
の写真の再構成になぞらえられるものであり、この場合
読書距離での人間の眼の解像力が黒と白のドットをグレ
ーの明度として解釈するように、これらのドットが離隔
されている。しかしながら、この方法の有効性はリソグ
ラフィ・ツールの解像度が改善されると低下する。さら
に、細い線はマスク作成機器の能力に負担となり、マス
ク・パターンを検査する機器がこのような細い線を識別
できなくなることがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、集束効果に干
渉することなく、また低速で高価な測定ツールに依存す
ることなく、フィーチャ・サイズに対する露光の影響を
監視する方法が必要とされている。
【０００６】簡単にいえば、本発明は投影レンズによる
結像後に、その大きさが露光による臨界フィーチャ・サ
イズを示すグレー・スケールのフィーチャをもたらす線
形の光度（光強度）分布を作り出すマスク構造を設ける
ことによって、集束に不感であり、低速で高価な測定ツ
ールに対する依存が少ない露光モニタに対する必要性を
満たしている。グレー・スケールのフィーチャは光度が
ある範囲の値で直線的に変動する光の投影された分布に
よって、感光性材料上に作成される測定可能なフィーチ
ャである。
【０００７】上記したところにしたがい、本発明の目的
は、リソグラフ・システムにおける露光を監視する方法
を提供することである。
【０００８】本発明の他の目的は、焦点の変動に対して
反応しない露光モニタを提供することである。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、グレー・スケ
ール・フィーチャを結像するための露光モニタを提供す
ることである。
【００１０】本発明のさらにまた他の目的は、同一のリ
ソグラフィ・システムに結像された臨界フィーチャ・サ
イズを示すグレー・スケール・フィーチャを結像するた
めの露光モニタを提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、露光によるフィーチ
ャ・サイズを監視して、高速であまり高価ではない光学
測定ツールによって、低速で高価な測定ツールに対する
依存度を下げる露光モニタを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の態様に
おいて、グレー・スケール・フィーチャを結像するため
の露光モニタである。露光モニタは複数個の接合領域か
らなっており、複数個の接合領域の各々はすぐ隣にある
接合領域の各々のものと異なる光学濃度を有している。
露光モニタは基板と、基板に積層された、大きさと光透
過率が異なる複数個のパッチとからなっていて、複数個
の接合領域を生じるものでよい。さらに、複数個の接合
領域は第１の光学濃度を有する基板上のフィルムの第１
のパッチと、第１のパッチに接合し、第１の光学密度と
異なる第２の光学密度を有する基板上のフィルムの第２
のパッチとからなっていてもよい。露光モニタは露光を
監視するために半導体ウェハ上にグレー・スケール・フ
ィーチャを結像するのに使用されるリソグラフ・マスク
の一部であってもよい。ウェハは結像臨界フィーチャも
含んでおり、結像グレー・スケール・フィーチャ・サイ
ズが露光による結像臨界フィーチャ・サイズを示すもの
であってもよい。
【００１３】本発明は、第２の態様において、リソグラ
フィ・システムにおける露光を監視する方法を提供す
る。該方法は結像グレー・スケール・フィーチャ・サイ
ズが結像臨界フィーチャ・サイズを示すようにリソグラ
フィ・システムにおける露光を較正するステップと、臨
界フィーチャおよびグレー・スケール・フィーチャを基
板上にコーティングされた感光材料の層に結像するステ
ップと、結像グレー・スケール・フィーチャを測定する
ステップからなっている。グレー・スケール・フィーチ
ャは第１の態様の露光モニタによって結像される。較正
ステップは臨界フィーチャを複数の露光レベルで、基板
上にコーティングされた感光性材料の層に結像し、第１
の態様の露光モニタによってグレー・スケール・フィー
チャを複数の露光レベルで感光性材料の層に結像し、各
結像グレー・スケール・フィーチャを測定し、かつグレ
ー・スケール・フィーチャ・サイズを露光レベルに相関
させて、グレー・スケール露光データを取得し、各結像
臨界フィーチャを測定し、かつ臨界フィーチャ・サイズ
を露光レベルに相関させて、臨界フィーチャの露光デー
タを取得し、グレー・スケール露光データと臨界フィー
チャ露光データを相互に相関させることからなってい
る。さらに、測定ステップは光学的測定からなってい
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１はStarikov, "Exposure Moni
tor For Microlithography," IBM TechnicalDisclosure
Bulletin N8B 01-90ページ170 - 173に開示されている
露光モニタ１０のマスク構造を示す。露光モニタ１０は
９つの領域の構成となっており、各領域は中央領域を除
き０．４ミクロンの幅を有しており、中央領域の幅は
０．８ミクロンである。中心の両側のすべての領域は
０．４ミクロンのピッチを有している。当分野の技術者
に周知のように、ピッチは線と隣接する空間を合計した
ものである。たとえば、線１２は０．０８ミクロンであ
り、隣接する空間１４は０．３２ミクロンである。中央
領域１６は０．４ミクロンの２本の線であると考えて
も、あるいは０．８ミクロンの単一の線であると考えて
もよい。ピッチはStarikovの露光モニタでは、これに使
用されるリソグラフィ露光ツールの解像度未満になるよ
うに選択されているので、線は結像時にぼけることにな
る。線空間比は露光モニタ１０全体にわたって変動する
ので、正味の効果は光の強度が中心１６の両側で直線状
に変動する単一の幅が広く拡散する線のものとなる。St
arikovの露光モニタは露光およびプロセスの変動に対し
て高い感度を有しており、中心線１６などの幅の広い線
に対する焦点の変動に対してあるレベルの不感性を有し
ている。露光モニタ１０のマスク構造の大きさは同一の
マスク上の臨界フィーチャに関して大きいものである
が、露光モニタは共通臨界フィーチャ・サイズよりもは
るかに小さい線１２などの線を含んでいる。これはマス
クの製造および検査の両方に困難な問題を引き起こす。
露光ツールの解像度が改善されると、露光モニタ１０内
で必要な線の幅は細くなり、マスク製造ツールが露光モ
ニタを忠実に作成する能力、およびパターン検査装置が
露光モニタの線を検査する能力を低下させることとな
る。
【００１５】図２は本発明による好ましい露光モニタ１
８を示す。露光モニタ１８は中央領域２０における不透
明から、端部領域２２および２４におけるほぼ透明まで
の透明度の範囲を含んでいる。露光モニタ１８は、すき
間なく接合したさまざまな光学濃度（optical densit
y）の領域２２、８４、８６、８８、２０、９２、９
４、９６および２４からなっており、これらはさまざま
な量の露光光を伝送する。領域２２と２４は約８０％の
露光光を透過させる光学濃度、すなわち約０．０９７の
光学濃度を有しているのが好ましい。領域８４と９６は
約６０％の露光光を透過し、約０．２２２の光学濃度に
対応しているのが好ましい。領域８６と９４は約４０％
の露光光を透過し、約０．３９８の光学濃度に対応して
いるのが好ましい。領域８８と９２は約２０％の露光光
を透過し、約０．６９９の光学濃度に対応しているのが
好ましい。最後に、中心領域２０は露光光をまったく透
過せず、２．１９９超の光学濃度に対応しているのが好
ましい。露光モニタ１８は、たとえば、図５の集束イオ
ン・ビーム・マスク補修ツール５０を使用して、マスク
上に作成することができる。マスク補修ツール５０の詳
細な説明は以下で行う。マスク補修ツール５０を使用し
て、露光モニタ１８の異なる領域にカーボンを付着さ
せ、希望の光の透過を達成することとなる。隣接する領
域の間の光位相シフトが最小限のものでなければならな
いことに留意されたい。光吸収媒体（すなわち、カーボ
ンのフィルムまたはその他の光透過低減媒体）の厚さ
が、マスクを露光するのに使用される光の波長に関して
小さい場合に、この要件が満たされる。
【００１６】図３は図２の露光モニタ１８によって結像
されたグレー・スケール・フィーチャのコンピュータで
生成された空間画像４６である。特に規定しない限り、
本明細書で示す空間画像はすべてコンピュータで生成さ
れたものである。図２の露光モニタは、たとえば、３６
５ナノメートルの照明源、０．４５の開口数、および
０．５のシグマ値を有するリソグラフ・システムで使用
するように作成されている。露光モニタ１８の正確な寸
法は個々のリソグラフ・システムの波長および開口数に
よって決定される。空間画像４６は入射光の強度対結像
グレー・スケール・フィーチャの縁部からの距離のミク
ロン単位のプロットである。光の透過量のプロット４８
が空間画像４６に重ねられており、構造の縁部から中心
に向かって段階的に減少する、露光モニタ１８を通過す
る光の透過量（無回折効果）を示している。
【００１７】図４は本発明にしたがってグレー・スケー
ル・フィーチャを結像する際に有用な結像システムの例
３４のブロック図である。投影結像システム３４は照明
源（光照射源）３６、マスク３８、レンズ４０、結像対
象物体４２、および精密Ｘ，Ｙ，Ｚ位置制御装置すなわ
ちステッパ４４からなっている。照明源３６は、たとえ
ば、ミラー、ランプ、光フィルタ、および集光レンズ系
からなっていることができる。照明源３６は複製のため
のパターンと本発明による露光モニタを有しているマス
ク３８に対して「光」を出力する。マスク３８は、たと
えば、製造中の集積回路の配線レベルを投影するための
パターンを含んでいてもよい。マスク３８のパターンは
各種の結像構造、たとえば、透明領域、不透明領域、さ
らには位相シフト領域を含んでいてもよい。
【００１８】当分野の技術者に周知のように、物理的な
「２進」マスクとはある領域で透明で、他の領域では不
透明なマスクである。入射光に関連して透明領域と不透
明領域を組み合わせると、結像対象物体４２上の感光性
物質にマスク・デザインが結像される。マスクは位相シ
フト領域を含んでいることがある。位相シフトとはマス
クに、すなわち、マスクの他の部分と異なる平面に、こ
れを透過する光の位相を変更する手段を含んでいること
である。これは小さいフィーチャを結像するのに有用な
位相差をもたらす。位相シフトの詳細は米国特許第５３
００７８６号に記載されている。
【００１９】本明細書で使用する場合、「光」という用
語はフォトリソグラフィで使用される光をいう。本明細
書における「光」および「フォトリソグラフィ」という
用語は可視光に限定する必要はないが、他の形態の放射
線およびリソグラフィも包含するものである。たとえ
ば、レーザ、光子、イオン・ビーム、電子ビームまたは
ｘ線のエネルギーはすべて、「光」という用語に含まれ
る。したがって、「マスク」という用語は主として物理
的構造を指すものであるが、たとえば、電子ビームおよ
びイオン・ビーム・リソグラフィ・システムに使用され
るディジタル化された画像も指すものである。マスク３
８を通過した光はレンズ４０と交差し、該レンズは、た
とえば、マスク・パターンを結像対象物体４２に集束す
る縮小レンズであってもよく、結像対象物体は半導体ウ
ェハでよい。結像対象物体４２は、たとえば、精密Ｘ，
Ｙ，Ｚ位置制御装置すなわちステッパ４４の一部であ
り、これによって制御される真空保持装置によって定置
保持される。
【００２０】図５は本発明にしたがってマスク上に露光
モニタを作成する際に有用な集束イオン・ビーム・マス
ク補修ツール５０を示す。マスク補修ツール５０は液体
金属イオン源５２、抽出開孔５４、集束および偏向電子
機器５６、不透明パッチ付着用ガス源５８、マスク６
０、精密Ｘ，Ｙステージ６２、真空エンクロージャ６
４、ならびにステージ６２および集束および偏向電子機
器５６の制御用のコンピュータ・コントローラ６６から
なっている。イオン・ビームはマスク６０の表面の希望
する領域でガスを分解するような態様で制御され、ガス
はカーボンまたはその他の不透明物質の薄膜を付着させ
る。マスク上に不透明領域を希望する場合には、希望す
る不透明度が作成されるまで、この付着プロセスを継続
する。付着時間の長さを制御することによって、任意所
望レベルの透過性を達成することができる。イオン・ビ
ームがきわめて正確なコンピュータ制御によって照準さ
れるため、任意所望の２次元パターンをプログラムする
ことができる。本装置を使用して、部分的に透過性の衝
合領域の各々をマスクの希望する部分に個別に書き込む
ことができる。集束イオン・ビーム・マスク補修ツール
５０が、本発明の露光モニタを作成する方法の単なる例
として示されていることを理解されたい。
【００２１】図６は本発明の第２の態様の方法を実施す
る際に有用な光学測定ツール６８の例を示すもので、こ
れを以下で詳細に説明する。光学測定ツール６８はビデ
オ・カメラ７０、光学顕微鏡７２、結像物体７４、精密
Ｘ，Ｙステージ７６およびコンピュータ７８、ならびに
ビデオ画像を取得し、表示し、また画像の寸法を解析す
るモニタ７９からなっている。結合物体７４は、たとえ
ば、パターンの設けられたシリコン・ウェハである。精
密Ｘ，Ｙステージ７６はコンピュータ７８によって制御
できるもので、結像物体７４を移動させるので、光学顕
微鏡７２はその上の特定位置を取得することができる。
【００２２】図６に関連して説明する光学測定ツールは
基本的に、付加的なソフトウェアおよび計測計器を備え
た光学顕微鏡であり、主として、光学的画像を解析する
ことによって、特定の指定位置における線幅を決定する
ことを目的とするものである。これらのタイプの光学測
定ツールでは精度が約１ミクロン未満まで低下する傾向
があり、この点で、より精密な測定ツールの使用が一般
に実施されている。このような測定ツールとしては、低
速で、高価であり、しかも生産ウェハを真空内を循環さ
せることを伴う走査型電子顕微鏡などがある。
【００２３】図７は本発明によるもので、好ましい構造
を有している露光モニタ１００を示している。露光モニ
タ１００は、たとえば、図５の集束イオン・ビーム・マ
スク補修ツール５０を使用して製造されたカーボンの層
でよい層１０２、１０４、１０６、１０８および１１０
からなっている。所与の層はその下の層よりも幅が狭
く、重なり合った層が異なる光透過率の領域を作り上げ
ている。図７の最終構造は図２のものと類似している
が、露光モニタ１００の構造が好ましい。これは露光モ
ニタ１８における個別の領域の不適正な整合がこれらの
間の透明な開口につながるのに対し、露光モニタ１００
において層を使用すると、不整合によるマイナスの効果
が少なくなる。
【００２４】本発明の露光モニタの個々の領域は（Ｍ＊
０．５＊λ）／ＮＡ（ただし、Ｍはリソグラフ・レンズ
の縮小率、λは露光波長、ＮＡは露光モニタ構造を含ん
でいるマスクを露光するために最終的に使用されるリソ
グラフィ・システムの開口数である）以下の幅を有して
いなければならない。一連の部分的に透明または不透明
な領域が互いに接合しており、０または１００％の透過
率が達成されるまで連続的に、あるいは好ましくは同一
の増減率で段階的に、減少または増加する光透過性を有
している。本発明の露光モニタを、中心の両側でミラー
対称の透過性を有するものとして説明してきたが、中間
で停止するものであってもよい。
【００２５】露光モニタの大きさを決定する例を、ここ
で説明する。本発明の露光モニタを含んでいるマスク
を、露光波長が３６５ｎｍで、開口数が０．４５のステ
ッパで使用した場合、個々の領域の投射される画像は約
０．４ミクロン以下となる。ステッパの縮小率が５倍で
ある場合、これは露光モニタの各領域の実際の幅が約２
ミクロン以下でなければならないことを意味する。露光
モニタの各領域の長さは重要なものではないが、結像さ
れたグレー・スケール・フィーチャ、たとえば、長さが
５ないし１０ミクロンの結像されたグレー・スケール・
フィーチャ、または長さが２５ないし５０ミクロンの露
光モニタ構造を判定し、測定する便宜上、十分な長さで
あることが好ましい。露光モニタをフォトレジストがコ
ーティングされた半導体ウェハに結像した場合、これは
露光現像後にフォトレジストの単一の幅のラインをもた
らす。線の幅は露光、レジスト感度および処理条件の感
光関数である。グレー・スケール・フィーチャの幅の測
定値は、リソグラフィ・システムを通過する後続のウェ
ハで露光を正確に制御するデータをもたらし、あるいは
この測定値をウェハ検査の合格／リワーク（再作業）の
基準として使用することができる。
【００２６】本発明の露光モニタの個々の領域の幅が
（Ｍ＊０．５＊λ）／ＮＡ未満であるという要件は、す
ぐ隣の領域の縁部をぼけさせる光学回折効果を利用して
いる。光学回折効果は画像の中心から縁部まで輝度の一
様な階調を有する露光モニタの画像を生じる。露光モニ
タによって投射される画像は露光に対する線幅の望まし
い線形依存度を有している。幅がより広い領域を露光モ
ニタに使用した場合、画像の縁部における輝度の変動は
段階的に不連続なものとなり、これは望ましくない。こ
の場合、露光の逐次変化は、線幅が突然変化するある露
光閾値を通過するまで、画像の線幅にほとんど変化をも
たらさない。
【００２７】本発明による露光モニタは、半導体ウェハ
に結像されるもののような主画像パターンとともにマス
ク上に作成されることを考えたものである。それ自体を
マスク上で、たとえば、リソグラフィ・システムを較正
するために使用することもできる。露光モニタを通過し
た光によって作成される結像グレー・スケール・フィー
チャを、たとえば、製品ウェハまたはサクリファイス
（犠牲）ウェハに含めることもできる。製品ウェハに含
めた場合、製品ウェハのいくつかあるいは全部を結像グ
レー・スケール・フィーチャの測定のために選択し、露
光によるウェハ上の臨界フィーチャ・サイズを決定する
ことができる。グレー・スケール・フィーチャがサクリ
ファイス・ウェハに含まれる場合には、生産前、あるい
は生産プロセスの各種の時点で、使用する結像システム
の微調整を行うためのフィードバックに、これを較正の
ために使用する。
【００２８】図８は図２のものと逆階調の他の露光モニ
タ２６を示す。露光モニタ２６はほぼ不透明な端部２８
および３０から透明な中央部分３２へ向かって色が薄く
なっている。図９は図８の露光モニタ２６によって結像
されたグレー・スケール・フィーチャの空間画像１１２
を示す。空間画像１１２に重ねられた光透過率のプロッ
ト１１４は、露光モニタ２６の光透過率を示す。
【００２９】図１０は本発明による露光モニタ１１６の
他の実施例を示す。露光モニタ１１６は図２の露光モニ
タ１８と類似しているが、光透過率の増減率が小さい多
数のステップが存在していることが異なっている。たと
えば、領域１１８は露光モニタの光が透過しない領域に
対応しており、領域１２０は約９０％の透過率を有する
領域に対応している。領域１１８と領域１２０の間の領
域は、光透過率で１０％の各ステップに等しい露光モニ
タの領域に対応している。図１１は図１０の露光モニタ
１１６によって結像されたグレー・スケール・フィーチ
ャに対応した空間画像１２２を示す。空間画像１２２に
は、露光モニタ１１６からの光透過率に対応した光透過
率のプロット１２４が重ねられている。
【００３０】図１２は図１１に示したものと同様なグレ
ー・スケール・フィーチャに対して考えられる空間画像
１２６と対応する重ね合わされた理想光透過率のプロッ
ト１２８を示しているが、段階的な光透過率ではなく、
連続したものとなっている。集束イオン・ビーム・マス
ク補修ツール５０が適正にプログラムされている場合に
は、図２および図７に関して説明した離散領域に付着さ
せるのではなく、構造に対して連続的にカーボンを付着
させることができる。これは図１０で考えたステップ数
の増加数を、連続的な移行に近接する数までステップ数
が増加している極限値に取ることによっても達成され
る。
【００３１】本発明の露光モニタのこれまでの説明は、
グレー・スケール・フィーチャの中心から縁部まで透過
率値が一様に変化することに集中していた。しかしなが
ら、状況によっては、透過率値を不均一に、すなわち図
２におけるように段階的に、あるいは図１２に関して説
明したように連続的に変化させることが望ましいことも
ある。このような不均一な光透過率の変化を達成する
と、たとえば、実験によって測定したグレー・スケール
・フィーチャの線幅対露光応答性の直線性を改善するこ
とができる。
【００３２】図１３は本発明による短縮された露光モニ
タ１３０を示す。露光モニタ１３０は対象となる透過率
値の範囲全体にわたって、たとえば、２０％と４０％の
間の透過率で、縁部１３８と１４０において透過率が１
００％まで急激に増加する範囲全体にわたって同一の段
階的な移行領域１３４と１３６によって包囲された大き
な中央不透明領域１３２からなっている。あるいは、移
行領域１３４および１３６を段階的にではなく、連続的
なものとすることもできる。選択された特定の領域を、
結像される臨界フィーチャについて最良の制御をもたら
す露光範囲の中心におくことができる。このことは全輝
度の約３０％での投射まで露光を調節するという、現代
の結像装置を使用した設計にきわめて近い線幅をもたら
す規約に由来するものである。
【００３３】図１４は図１３の短縮露光モニタ・フィー
チャ１３０によって結像されたグレー・スケールの空間
画像１４２を示す。空間画像１４２には、露光モニタの
光透過率のプロット１４４が重ねられており、領域１４
６は中央の不透明部分１３２に対応しており、領域１４
８は段階的な移行領域１３４に対応している。
【００３４】図１５は図１３の短縮露光モニタ１３０と
逆色調の露光モニタ１５０を示す。好ましくは、包囲露
光モニタ１５０は０％の透過率に対応している不透明領
域１５２であり、これは結像グレー・スケール・フィー
チャの測定を容易とする。図１６は図１５の露光モニタ
１５０によって結像されたグレー・スケール・フィーチ
ャの空間画像１５４を示す。空間画像１５４には、露光
モニタ１５０からの光透過率を示す光透過率のプロット
１５６が重ねられている。
【００３５】本発明の第２の態様において、リソグラフ
ィ・システムの露光をモニタする方法がもたらされる。
一般に、本発明によるグレー・スケール・フィーチャが
結像（現像を含む）されると、結像グレー・スケール・
フィーチャが１本の線であるかのようにして、好ましく
は光学測定ツールを使用して測定される。以下で詳細に
説明する較正手順に基づくと、グレー・スケール・フィ
ーチャの測定は、露光だけではなく、臨界フィーチャ・
サイズを示す。本明細書で使用する場合、「臨界フィー
チャ」という用語は結像されるもっとも小さいフィーチ
ャ・サイズをいう。較正手順は作成される臨界フィーチ
ャ・サイズによって明示される実際の露光要件に対して
グレー・スケール・フィーチャの幅を較正する。較正手
順は結像される臨界フィーチャを含むマスク、および本
発明による露光モニタによって達成することができる。
次いで、一連の画像を較正ウェハの露光範囲全体にわた
って作成することができる。結像後に、ウェハを現像
し、図６に示したもののような光学測定ツールを使用し
て露光領域全体にわたる各種のグレー・スケール・フィ
ーチャについての測定を行い、グレー・スケール・フィ
ーチャ・サイズを露光に相関させる。露光が増加する
と、グレー・スケール・フィーチャ・サイズが減少する
と考えられる。続いて結像された臨界フィーチャを測定
し、そのサイズを露光して相関させる。臨界フィーチャ
・サイズは、光学測定ツールよりも強力な、走査型電子
顕微鏡などの測定ツールが必要とされるようなものとな
る。次いで、得られる露光データに対する大きさのセッ
トを相互に相関させ、グレー・スケール・フィーチャに
関連したものとして臨界フィーチャに対する制御限度を
決定するために露光モニタの線幅が臨界フィーチャの線
幅に対してプロットされた較正曲線グラフの形にする。
【００３６】図１７は本発明の第２の態様の方法の流れ
図である。該方法はグレー・スケール・フィーチャ・サ
イズを臨界フィーチャ・サイズに合わせて較正し、臨界
フィーチャとグレー・スケール・フィーチャをレジスト
に結像し、グレー・スケール・フィーチャを測定して、
臨界フィーチャ・サイズを決定することから始まる。詳
細にいえば、本方法は露光レベルの範囲全体にわたって
1つまたは複数の臨界フィーチャを結像することから始
まる（ステップ１５８「露光レベルの範囲全体にわたっ
て、臨界フィーチャを結像する」）。グレー・スケール
・フィーチャも同じ露光範囲全体にわたって同じリソグ
ラフィ・システムで結像される（ステップ１６０「同一
の露光範囲全体にわたって、グレー・スケール・フィー
チャを結像する」）。次いで、結像されたグレー・スケ
ール・フィーチャおよび臨界フィーチャを測定し、露光
レベルと相関させる（ステップ１６２「グレー・スケー
ル・フィーチャを測定し、露光レベルと相関させる」；
ステップ１６４「臨界フィーチャを測定し、露光レベル
と相関させる」）。露光レベルとの相関後、グレー・ス
ケール・フィーチャおよび臨界フィーチャについて得ら
れたデータを互いに相関させ、グレー・スケール・フィ
ーチャ・サイズを臨界フィーチャ・サイズと関連づける
（ステップ１６６「グレー・スケール・フィーチャと臨
界フィーチャの測定値を相互に相関させる」）。相互相
関後、臨界フィーチャとグレー・スケール・フィーチャ
を感光性材料、たとえば、レジスト、好ましくは生産ウ
ェハに結像する（ステップ１６８「臨界フィーチャとグ
レー・スケール・フィーチャを生産ウェハに結像す
る」）。次いで、結像したグレー・スケール・フィーチ
ャを、好ましくは、光学測定ツールを使用して測定し
て、臨界フィーチャ・サイズを決定する（ステップ１７
０「グレー・スケール・フィーチャを測定して、臨界フ
ィーチャ・サイズを決定する」）。このようにして、臨
界フィーチャのサイズを、低速で高価な測定ツールに頼
らずに制御することができる。さらに、光学測定ツール
がリソグラフィのオーバーレイ測定にすでに使用されて
いることがしばしばあるが、同時に、本発明のグレー・
スケール・フィーチャを測定するために使用して、リソ
グラフィ・プロセスの効率をさらに上げることもでき
る。
【００３７】本発明の露光モニタを、たとえば、米国特
許第５３００７８６号に記載されている焦点モニタとと
もに使用するのが好ましい。該米国特許は本発明の露光
モニタと同時に結像できる焦点モニタを開示している。
このようにして、結像を焦点効果と露光効果の両方を制
御することによって制御することができる。
【００３８】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００３９】（１）複数の接合領域からなり、該複数の
接合領域の各々がそのすぐ隣の前記接合領域の各々のも
のと異なる光学濃度を有している、グレー・スケール・
フィーチャを結像するための露光モニタ。 （２）前記露光モニタが基板と、該基板に積層された異
なる大きさおよび光透過率の複数のパッチとからなって
いて、前記複数の接合領域を作成することを特徴とす
る、上記（１）に記載の露光モニタ。 （３）前記の複数のパッチがカーボン・パッチからなっ
ていることを特徴とする、上記（２）に記載の露光モニ
タ。 （４）前記露光モニタが基板からなっており、前記複数
の接合領域が、第１の光学濃度を有する前記基板上のフ
ィルムの第１のパッチと、前記第１のパッチに接合し、
前記第１の光学濃度とは異なる第２の光学濃度を有する
前記基板上のフィルムの第２のパッチとからなっている
ことを特徴とする、上記（１）に記載の露光モニタ。 （５）前記第１パッチと前記第２パッチの各々がカーボ
ン・パッチからなっていることを特徴とする、上記
（４）に記載の露光モニタ。 （６）前記複数の接合領域の各々の結像が露光に感応
し、焦点に感応しないことを特徴とする、上記（１）に
記載の露光モニタ。 （７）リソグラフィ・システムの露光をモニタするため
の結像されたグレー・スケール・フィーチャからなる半
導体ウェハにおいて、前記の結像されたグレー・スケー
ル・フィーチャが、複数の接合領域からなり、該複数の
接合領域の各々がそのすぐ隣の前記接合領域の各々のも
のと異なる光学濃度を有している露光モニタによって結
像されたものである半導体ウェハ。 （８）結像された臨界フィーチャをさらに含んでおり、
前記の結像されたグレー・スケール・フィーチャのサイ
ズが前記の露光による前記の結像された臨界フィーチャ
のサイズを示していることを特徴とする、上記（７）に
記載の半導体ウェハ。 （９）リソグラフィ・システムの露光を監視する方法に
おいて、前記リソグラフィ・システムの露光を較正し
て、結像グレー・スケール・フィーチャのサイズが結像
臨界フィーチャのサイズを示すようにするステップと、
臨界フィーチャとグレー・スケール・フィーチャを基板
にコーティングした感光性物質の層に結像するステップ
であって、前記グレー・スケール・フィーチャが複数の
接合領域からなり、該複数の接合領域の各々がそのすぐ
隣の前記接合領域の各々のものと異なる光学濃度を有し
ている露光モニタによって結像されるステップと、前記
の結像されたグレー・スケール・フィーチャを測定する
ステップととからなる方法。 （１０）前記較正ステップが、基板にコーティングした
感光性物質の層に、複数の露光レベルで臨界フィーチャ
を結像するステップと、感光性物質の層に、前記複数の
露光レベルでグレー・スケール・フィーチャを結像する
ステップであって、前記グレー・スケール・フィーチャ
が複数の接合領域からなり、該複数の接合領域の各々が
そのすぐ隣の前記接合領域の各々のものと異なる光学濃
度を有している露光モニタによって結像されるステップ
と、前記の結像されたグレー・スケール・フィーチャの
各々を測定し、グレー・スケール・フィーチャ・サイズ
を露光レベルに相関させて、グレー・スケール露光デー
タを得るステップと、前記の結像された臨界フィーチャ
の各々を測定し、臨界フィーチャ・サイズを露光レベル
に相関させて、臨界フィーチャ露光データを得るステッ
プと、前記グレー・スケール・フィーチャの露光レベル
と前記臨界フィーチャの露光レベルを相互相関するステ
ップとからなっていることを特徴とする、上記（９）に
記載の方法。 （１１）前記測定ステップが光学的測定からなっている
ことを特徴とする、上記（９）に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】リソグラフィ・システムにおける露光を監視す
る従来技術のマスク構造を示す図である。
【図２】本発明による好ましい露光モニタを示す図であ
る。
【図３】図２の露光モニタによって結像されたグレー・
スケール・フィーチャの空間画像を示す図である。
【図４】本発明の露光モニタを有するマスクを含む例示
的なリソグラフィ結像システムを示す図である。
【図５】本発明の露光モニタの構造を作成するのに有用
な集束イオン・ビーム・マスク修理ツールのブロック図
である。
【図６】本発明の露光モニタによって結像されたグレー
・スケール・フィーチャを測定するのに有用な光学測定
ツールのブロック図である。
【図７】本発明の露光モニタを作成するために使用され
る異なる大きさのカーボン・パッチの数層の層を示す図
である。
【図８】図２の露光モニタと逆の色調を有する本発明に
よる露光モニタを示す図である。
【図９】図８の露光モニタによって結像されたグレー・
スケール・フィーチャの空間画像を示す図である。
【図１０】図２のものと同様であるが、他の光透過ステ
ップを有する本発明による他の露光モニタを示す図であ
る。
【図１１】図１０の露光モニタによって結像されたグレ
ー・スケール・フィーチャの空間画像を示す図である。
【図１２】段階型ではなく、連続型の露光モニタによっ
て作成されたことを除き、図１１の空間画像によって表
されるものと同様なグレー・スケール・フィーチャの空
間画像を示す図である。
【図１３】図２のものよりも光透過範囲が狭い、本発明
による他の露光モニタを示す図である。
【図１４】図１３の露光モニタによって結像されたグレ
ー・スケール・フィーチャの空間画像を示す図である。
【図１５】図１３の露光モニタと逆の色調を有する本発
明によるさらに他の露光モニタを示す図である。
【図１６】図１５の露光モニタによって結像されたグレ
ー・スケール・フィーチャの空間画像を示す図である。
【図１７】本発明によるリソグラフィ・システムの露光
を監視するための方法の流れ図である。
【符号の説明】
５０ 集束イオン・ビーム・マスク補修ツール ５２ 液体金属イオン源 ５４ 抽出開孔 ５６ 集束および偏向電子機器 ５８ 不透明パッチ付着用ガス源 ６０ マスク ６２ 精密Ｘ，Ｙステージ ６６ コンピュータ・コントローラ ６８ 光学測定ツール ７０ ビデオ・カメラ ７２ 光学顕微鏡 ７４ 結像物体 ７６ 精密Ｘ，Ｙステージ ７８ コンピュータ ７９ モニタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・チャールズ・ジョイス アメリカ合衆国05452 バーモント州エ セックス・ジャンクション パーク・ス トリート 95 (56)参考文献 特開 平６−337514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の接合領域からなり、 前記複数の接合領域の各々が、そのすぐ隣の前記接合領
    域の各々のものと異なる光学濃度を有し、 前記複数の接合領域が、同じ光学濃度の前記接合領域が
    中心位置に関して対称的に配置され、且つ露光の際に光
    学回折効果によって実質的に連続的に且つ直線的に変化
    する光強度分布を与え、 露光強度を変えたとき直線的に変化する線幅のグレー・
    スケール・フィーチャを結像する、露光モニタ。
  2. 【請求項２】前記露光モニタが基板と、該基板に積層さ
    れた異なる大きさおよび光透過率の複数の層とからなっ
    ていて、前記複数の接合領域を作成することを特徴とす
    る、請求項１に記載の露光モニタ。
  3. 【請求項３】前記複数の層がカーボン層からなっている
    ことを特徴とする、請求項２に記載の露光モニタ。
  4. 【請求項４】リソグラフィ・システムの露光を監視する
    方法において、 前記リソグラフィ・システムの露光を較正して、結像グ
    レー・スケール・フィーチャのサイズが結像臨界フィー
    チャのサイズを示すようにするステップと、 臨界フィーチャとグレー・スケール・フィーチャを基板
    にコーティングした感光性物質の層に結像するステップ
    であって、前記グレー・スケール・フィーチャが、複数
    の接合領域からなり、該複数の接合領域の各々がそのす
    ぐ隣の前記接合領域の各々のものと異なる光学濃度を有
    している露光モニタによって結像されるステップと、 前記の結像されたグレー・スケール・フィーチャを測定
    するステップととからなる方法。
  5. 【請求項５】前記較正ステップが、 基板にコーティングした感光性物質の層に、複数の露光
    レベルで臨界フィーチャを結像するステップと、 前記感光性物質の層に、前記複数の露光レベルでグレー
    ・スケール・フィーチャを結像するステップであって、
    前記グレー・スケール・フィーチャが複数の接合領域か
    らなり、該複数の接合領域の各々がそのすぐ隣の前記接
    合領域の各々のものと異なる光学濃度を有している露光
    モニタによって結像されるステップと、 前記結像されたグレー・スケール・フィーチャの各々を
    測定し、グレー・スケール・フィーチャ・サイズを露光
    レベルに相関させて、グレー・スケール露光データを得
    るステップと、 前記結像された臨界フィーチャの各々を測定し、臨界フ
    ィーチャ・サイズを露光レベルに相関させて、臨界フィ
    ーチャ露光データを得るステップと、 前記グレー・スケール・フィーチャの露光レベルと前記
    臨界フィーチャの露光レベルを相互相関するステップと
    からなっていることを特徴とする、請求項４に記載の方
    法。
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