JP3431411B2 - 露光用マスクの位相検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程におけるリソグラフィに用いられる露光技術に係わ
り、特に半透明の位相シフト膜を用いた露光用マスクの
位相検査方法と、それに用いられる露光用マスクに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の集積度を高めるべくリソグ
ラフィ分野では、パターン微細化の検討が進められてい
る。従来、この種の微細化は露光装置の短波長化及びそ
の照明系の最適化のみに依存していたが、近年では露光
用マスク自体においても微細化に対する工夫がなされて
いる。具体的には、位相シフト法に用いる位相シフトマ
スクがあげられる。

【０００３】位相シフトマスクとは、マスクを通過する
照明光について隣接する開口部（透明又は半透明）の間
で照明光の光路長が半波長分異なる（１８０度の位相差
を設ける）ように基板或いは（半）透明部材の光学特性
及びその膜厚を調整し、構成されたものである。位相シ
フト法のなかに、半透明位相シフトマスクを用いた手法
がある。この手法は、半透明部（位相シフト膜）に隣接
する透明部との間で光路長差を調整するため、従来遮光
性マスクに用いてきたパターンをほぼそのまま運用でき
るという利点がある。

【０００４】ところで、半透明位相シフトパターンでは
隣接する開口部との位相差が１８０度でない場合、焦点
深度の低下のみならずホールパターンにおいてフォーカ
スセンターがシフトすることが知られている。なお、ラ
イン／スペースパターンにおいては前述のフォーカスセ
ンターシフトは殆ど生じず、焦点深度の低下のみ起こ
る。

【０００５】半透明位相シフト膜では、位相差の他に透
過率の制御も必要であるため、その管理に従来はエリプ
ソメトリー等により膜の屈折率・消衰係数・膜厚（段差
を接触または非接触計で計測することも可能）を求め、
これらの値から多重干渉条件で計算にすることで行われ
てきた。

【０００６】一方近年では、位相差を直接計測する方式
が提案されてきている。特開平４−１４６４３７公報で
は、位相シフタの被着部分を透過した光と非被着部分を
透過した光とにより形成される像を所定の結像位置に投
影し、光軸方向に所定量移動した位置で被着部・非被着
部のそれぞれの光量に応じた第１・第２の情報とを検出
し、第１の情報と第２の情報との比に基づいて位相シフ
タの被着部・非被着部を透過した光の位相差を算出する
方式を提案している。

【０００７】また、特開平４−１５１６６２公報では、
直線偏光を偏光方向の異なる２光束に分離する複屈折分
離手段と、これらを被投影原版に照射する単一のコンデ
ンサレンズ系と、対物レンズを透過した２光束を再結合
させる複屈折結合手段と、２光束の位相差を変化させる
位相差調整手段とを備え、かつ複屈折分離手段の分離角
とコンデンサレンズ系の焦点距離とが透明部と位相領域
との被投影原版上における位置の差に応じて定められた
位相差測定装置を提案し、これを用い、再結合したパタ
ーン像の位相領域に対応する部分の干渉光強度が最小又
は最大となるときの光束の位相差の調整量から位相領域
による位相差を求めることを提案している。

【０００８】また、特開平４−１８１２５１公報では、
単色光又は準単色光を照明する照射光学系と、照射光学
系から照射光によるフォトマスクのパターン像を所定の
基準平面内に結像する検出光学系と、検査用パターンを
透過する光のうち、０次回折光と±１次回折光以外の光
を遮光すると共に±１次回折光のいずれか一方を遮光可
能な遮光手段と、パターン像を光電検出するパターン検
出手段とを備えた検査マスクを提案し、かつ検査パター
ンとして一次元のライン／スペースパターンを用いるこ
とを提案している。

【０００９】しかしながら、この種の位相計測法にあっ
ては次のような問題があった。即ち、従来のエリプソメ
トリーを用いた解析では、膜内部で光学組成が均一であ
る膜に対しては、高精度で光学定数が得られるため高い
位相差精度が得られる。しかし、膜内部で元素組成の異
なる場合、とりわけ低反射効果を持たせるために膜内部
での複素屈折率の絶対値が最大になるように調整された
膜、２層等多層構造の膜、表面に自然酸化領域が存在す
る膜、表面凹凸の顕著な膜においては、得られる光学定
数の精度が乏しく、位相に対する信頼性が極めて低いと
いう問題があった。

【００１０】また、特開平４−１４６４３７号公報の方
式は、隣接する透明開口部の位相を交互に変えたレベン
ソンマスクについて適用可能な方法で、隣接する開口部
のそれぞれに対応する像強度分布のデフォーカスに対す
る面積比の変化で位相差を割り出すが、半透明位相シフ
ト膜で構成されるパターンでは、像強度変化がデフォー
カスに対して変化するものの、隣接する開口部に対応す
る像強度分布の面積比の変化は生じずほぼ１となる。こ
のため、本手法で半透明位相シフト膜の位相差を認識す
ることはできなかった。

【００１１】また、特開平４−１５１６６２号公報で
は、直線偏光を偏光方向の異なる２光束に分離する複屈
折分離し、これらを被投影原版に照射するが、２光束間
の距離を挟めるのが難しい。半透明位相シフト膜で構成
されるパターンでは微細なスペース、更にホールパター
ンに対する効果が大きく、また位相差の影響が顕著にな
るが、本方式ではこれら微細スペースパターンの計測は
難しい。

【００１２】また、特開平４−１８１２５１公報では、
ライン／スペースパターンを０次光と±１次光のうちの
一方と干渉し形成された像の変位から位相差を算出する
が、高次回折光が無数存在するホールパターン等、孤立
スペースの測定には適用できない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、半透明位
相シフト膜で構成されたパターンについては、従来の位
相計測法の適用に難点があり、半透明位相シフト膜によ
る位相差を精度良く測定することは困難であった。

【００１４】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、半透明位相シフト膜に
よる位相差を精度良く測定することのできる露光用マス
クの位相検査方法を提供することにある。また、本発明
の他の目的は、半透明位相シフト膜による位相差の測定
を精度良く行うことのできる露光用マスクを提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち、本発明（請求項１）は、
露光用マスクに形成された半透明位相シフト膜による位
相ずれを測定するための露光用マスクの位相検査方法に
おいて、遮光膜に形成されたライン（非開口部）／スペ
ース（開口部）の周期パターンからなる第１のパターン
群と、半透明位相シフト膜に形成されたライン／スペー
スの周期パターンからなる第２のパターン群とを用い、
投影露光光学系を介して測定面上にこれらの光学像を結
像させる工程と、前記光学像を前記測定面を光軸（Ｚ）
方向に変化させ複数取得する工程と、前記複数の光学像
から第１のパターン群の焦点位置と第２のパターン群の
焦点位置との差を算出する工程と、前記焦点位置の差か
ら半透明位相シフト膜による位相差を算出する工程とを
含むことを特徴とする。

【００１６】また、本発明（請求項２）は、露光用マス
クに形成された半透明位相シフト膜による位相ずれを測
定するための露光用マスクの位相検査方法において、半
透明位相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離が
ほぼ１であるライン（非開口部）／スペース（開口部）
の周期パターンからなる第１のパターン群と、半透明位
相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離が１より
小さいライン／スペースの周期パターンからなる第２の
パターン群とを用い、投影露光光学系を介して測定面上
にこれらの光学像を結像させる工程と、前記光学像を前
記測定面を光軸（Ｚ）方向に変化させ複数取得する工程
と、前記複数の光学像から第１のパターン群の焦点位置
と第２のパターン群の焦点位置との差を算出する工程
と、前記焦点位置の差から半透明位相シフト膜による位
相差を算出する工程とを含むことを特徴とする。

【００１７】また、本発明（請求項３）は、露光用マス
クに形成された半透明位相シフト膜による位相ずれを測
定するための露光用マスクの位相検査方法において、遮
光膜内に構成された第１の孤立スペースパターンと、半
透明膜内に構成された第２の孤立スペースパターンとを
用い、投影露光光学系を介して測定面上にこれらの光学
像を結像させる工程と、前記光学像を前記測定面を光軸
（Ｚ）方向に変化させ複数取得する工程と、前記複数の
光学像から第１のスペースパターンの焦点位置と第２の
スペースパターンの焦点位置との差を算出する工程と、
前記焦点位置の差から半透明位相シフト膜による位相差
を算出する工程とを含むことを特徴とする。

【００１８】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 （１）孤立スペースパターンは、開口幅／開口部間距離
がほぼ０．２５〜０．６６の関係を満たすこと。 （２）開口幅Ｌは、露光波長λ、露光用マスクが被加工
基板への像転写に用いられる光学系の転写倍率Ｍに対し
て ０．８λ／Ｍ ＜ Ｌ ＜ １．２λ／Ｍ であること。 （３）露光用マスクに照射される光の開口数ＮＡ２及び
露光マスクから射出された光を取り込む開口数ＮＡ１
が、露光用マスクが被加工基板への像転写に用いられる
光学系の露光倍率Ｍに対してそれぞれ ０．３Ｍ ＜ ＮＡ１ ＜ ０．５Ｍ ０．３ＮＡ１ ＜ ＮＡ２ ＜ ０．４ＮＡ１ の範囲にあること。 （４）測定面はマトリクス状に光検出器が配置された部
材からなり、投影光学系を介して測定面上にこれらの光
学像を結像させる工程を、第１のパターン群又はスペー
スパターンと第２のパターン群又はスペースパターンの
各々の像がマトリクス状に配置した光検出器で同時に検
出できるように位相検査条件が調整されたこと。 （５）第１のパターン群（又はスペースパターン）と第
２のパターン群（又はスペースパターン）の各々の焦点
位置Ｚは、次の手法のいずれかで定める。 (5-1) 暗部と明部の像強度コントラストが最大となる焦
点位置Ｚを定める。 (5-2) 任意の像強度について、所望寸法Ｗ０に対し、Ｗ
０の誤差として±Ｗ１を許す光強度の上限Ｉmax(Z)と下
限Ｉmin(Z)を各々のＺに対する像強度について算出し、
各々のＺにおける上限Ｉmax(Z)と下限Ｉmin(Z)を同一平
面（Ｉ−Ｚ平面）に投影してＩmax(Z)と下限Ｉmin(Z)で
囲まれた領域を作成し、前記領域内でＩmax(Z)とＩmin
(Z') とに同時に接し、かつＺ軸とＩ軸にそれぞれ平行
な辺で構成される特定の四角形を求め、四角形のＺの最
大値を最小値の平均値から焦点位置Ｆを算出する。 (5-3) 任意の像強度について、所望寸法Ｗ０に対し、Ｗ
０の誤差として±Ｗ１を許容す光強度の上限Ｉmax(Z)の
対数と下限Ｉmin(Z)の対数を各々のＺに対する像強度に
ついて算出し、各々のＺにおける上限Ｉmax(Z)の対数と
下限Ｉmin(Z)対数を同一平面（Ｉ−Ｚ平面）に投影して
Ｉmax(Z)の対数と下限Ｉmin(Z)の対数で囲まれた領域を
作成し、前記領域内でＩmax(Z)の対数とＩmin(Z') の対
数とに同時に接し、かつＺ軸とＩ軸にそれぞれ平行な辺
で構成される特定の四角形を求め、四角形のＺの最大値
と最小値の平均値から焦点位置Ｆを算出する。

【００１９】本発明の露光用マスクの位相検査方法を適
用できる露光用マスクは、（イ）遮光膜に形成されたラ
イン（非開口部）／スペース（開口部）の周期パターン
からなる第１のパターン群と、半透明位相シフト膜に形
成されたライン／スペースの周期パターンからなる第２
のパターン群、（ロ）半透明位相シフト膜に形成され、
開口幅／開口部間距離がほぼ１であるライン（非開口
部）／スペース（開口部）の周期パターンからなる第１
のパターン群と、半透明位相シフト膜に形成され、開口
幅／開口部間距離が１より小さいライン／スペースの周
期パターンからなる第２のパターン群、（ハ）（開口幅
／開口部間距離がほぼ０．２５〜０．６６となるよう）
遮光膜内に構成された第１の孤立スペースパターンと、
（開口幅／開口部間距離がほぼ０．２５〜０．６６とな
るように）半透明膜内に構成された第２の孤立スペース
パターン、のいずれかの構成を具備し、第１のパターン
群（又はスペースパターン）と第２のパターン群（又は
スペースパターン）が位相検査時に同一の視野内で測定
できる隣接した領域に配置されていることを特徴とす
る。

【００２０】ここで、本発明の露光用マスクに望ましい
実施態様としては、次のものがあげられる。 (1) 半透明位相シフトパターンは、透光性基板上に形成
された単層膜或いは多層膜、エッチングされた基板上に
構成された単層膜或いは多層膜のいずれかであること。 (2) 透光性基板として、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，Ａｌ₂
Ｏ₃ ，ＭｇＦ₂ ，ＣａＦ₂ の少なくとも一つを用いるこ
と。 (3) 半透明位相シフト膜に、Ｓｉ，Ｇｅ，ＧｅＡｓのう
ち少なくとも一つを用いること。 (4) 半透明位相シフト膜は、シリコン，ゲルマニウム，
ガリウムアルセナイド，ハフニウム，錫，タンタル，炭
素，モリブデン又はタングステン又はニッケルなどの金
属シリサイドのいずれかを主組成に持つ酸化物，窒化
物，炭化物，水素化物，ハロゲン化物の少なくとも一つ
より構成されること。 (5) 半透明位相シフト膜は、はＳｉＯ_x ，ＳｉＮ_y ，Ｓ
ｉＯ_x Ｎ_y ，ＭｏＳｉＯ_x ，ＭｏＳｉＮ_y ，ＭｏＳｉＯ
_x Ｎ_y ，ＷＳｉＯ_x ，ＷＳｉＮ_y ，ＷＳｉＯ_x Ｎ_y ，Ｃ
ｒＯ_x ，ＣｒＮ_y ，ＣｒＯ_x Ｎ_y ，ＣｒＦ_z ，ＣｒＯ_x
Ｆ_z ，ＨｆＯ_x ，ＨｆＯ_x Ｆ_z ，ＳｎＯ_x ，ＴａＯ_x ，
ＣＨ_x ，ＣａＦ_z ，ＭｇＦ_x ，ＡｌＯ_x （ｘ，ｙ，ｚは
任意の実数）の少なくとも一つより構成されること。 (6) パターンの開口幅Ｌは、露光波長λ、露光用マスク
が被加工基板への像転写に用いられる光学系の転写倍率
Ｍに対して ０．８λ／Ｍ ＜ Ｌ ＜ １．２λ／Ｍ であること。 (7) 第１のパターン群（又はスペースパターン）と第２
のパターン群（又はスペースパターン）は、隣接した領
域にあること。より望ましくは各領域間の距離が位相検
査器で同一の視野内で測定できる範囲であること。 (8) 第１のパターン群（又はスペースパターン）と第２
のパターン群（又はスペースパターン）は、少なくとも
露光用マスク面内に複数配置されていること。 (9) 第１のパターン群（又はスペースパターン）と第２
のパターン群（又はスペースパターン）は、デバイスパ
ターン領域内に複数配置されていること。 (10)第１のパターン群（又はスペースパターン）は長辺
方向に開口長の異なる単位パターンを含み、長辺方向に
開口長の長い部分が第２のパターン群（又はスペースパ
ターン）として構成されていること。 （作用）本発明は、第１のパターン群と第２のパターン
群で共通の単位開口パターン（隣接する膜の材質は異な
っても良い）を用いることにある。単位開口パターンを
用いるのは、パターン側壁等の影響をこれらのパターン
群で等価にするためである。単位開口パターンにはホー
ル開口パターン、スペース開口パターンを用いることが
できる。

【００２１】本発明による位相計測法は、第１のパター
ン群と第２のパターン群で生じる焦点位置の差から導出
する。焦点位置のシフト量はおおよそ１８０度からの位
相ずれで定まるが、半透明位相シフト膜の透過率と測定
する開口幅（形状）にも大きく左右される。

【００２２】図１（ａ）に、透過率６％、位相差１６０
度の膜で構成された孤立開口パターンについて、ピッチ
寸法に対する開口寸法の比に対するフォーカスセンター
シフト量を示す。露光条件は、露光波長２４８ｎｍ，σ
＝０．３，ＮＡ＝０．４５とした。開口幅は０．２５５
μｍから０．３００μｍとした。なお、これら実寸法は
規格化寸法０．４０８から０．５４４に相当する。

【００２３】フォーカスセンターの算出は、次の１）か
ら４）のとおり順次行った。 １）任意のフォーカス位置Ｚの像強度について、各開口
幅に対して±１０％の寸法誤差を生じる光強度の上限Ｉ
max(Z)の対数と下限Ｉmin(z)の対数を、各々のＺに対す
る像強度について算出した。

【００２４】２）各Ｚに対してＩmax(Z)とＩmin(Z)の対
数値を同一平面（Ｉ−Ｚ平面）に投影して、Ｉmax(Z)の
対数と下限Ｉmin(Z)の対数で囲まれた領域を作成した。 ３）前述の領域に内接し、Ｚ軸とＩ軸に平行な辺で構成
され、Ｉ軸に平行な辺の長さが例えば１０％の像強度変
化を許容する（＝ｌｏｇ₁₀（１．１））ようにし、かつ
Ｚ軸に平行な辺の長さが最大となるような四角形を求め
る。（なお、像強度変化の許容量は１０％に限るもので
はなく０〜３０％であり、かつその領域が存在すれば如
何なる値でも良い。） ４）四角形のＺの最大値と最小値の平均値と焦点位置Ｆ
からフォーカスシフト量を求める。

【００２５】ここで用いた各開口線幅に対し、この露光
照明条件ではフォーカスセンターシフト量が最大になる
開口寸法／開口ピッチ寸法は０．２５〜０．３６の範囲
で得られた。図１（ａ）と同様のパターン寸法に対し
て、照明光学系の条件をコヒーレントファクターσ＝
０．３５，ＮＡ＝０．４としたときのフォーカスセンタ
ーシフト量を、図１（ｂ）に示す。この場合、図１
（ａ）と比較し、各開口幅においてフォーカスセンター
シフト量が最大となる（開口寸法／ピッチ寸法）値は小
さくなり、また最大のフォーカスセンターシフト量は図
１（ａ）の条件より増加させることができた。

【００２６】フォーカスセンターシフト量から位相差を
求める場合、フォーカスセンターシフト量の誤差が位相
誤差を生じる原因になる。従って、照明条件に応じて
（開口寸法／ピッチ寸法）をフォーカスセンターシフト
量が極大値を取る位置に定めることが望ましい。また、
位相解析の分解能を高めるためフォーカスセンターシフ
ト量自身が大きくなるように照明条件（開口寸法／ピッ
チ寸法）を定めることが好ましい。

【００２７】図１（ａ）（ｂ）において最大の焦点深度
を得られる条件は 条件１：開口寸法：ピッチ寸法＝０．２２５μｍ：１．
０００μｍ ＮＡ＝０．３５，σ＝０．４ であった。このとき、 （フォーカスシフト量／位相誤差１度）＝０．０４１μ
ｍ 程度となる。なお、この条件はマスク線幅に対してフォ
ーカスセンターシフト量の変化が大きいため、寸法精度
の悪いマスクに対しての適用は難しい。例えば、マスク
上で寸法精度±８０ｎｍを保証しているマスクの場合、
（フォーカスシフト量／位相誤差１度）＝０．０３５〜
０．０４１μｍとなり大きい誤差を生む。

【００２８】これに対して 条件２：開口寸法：ピッチ寸法＝０．２５０μｍ：１．
０００μｍ ＮＡ＝０．３５，σ＝０．４ （フォーカスシフト量／位相誤差１度）＝０．０３４μ
ｍ では、（フォーカスシフト量／位相差１度）の値は条件
１に比べ小さいものの、寸法誤差±８０ｎｍのマスクに
おいても（フォーカスシフト量／位相誤差１度）＝０．
０３４〜０．０３２となり、位相測定精度は飛躍的に良
い。

【００２９】図２（ａ）に、開口寸法／ピッチ寸法０．
２５μｍ／０．８５μｍ（開口寸法比０．２９）におい
て、開口数ＮＡとコヒーレントファクターσを変化させ
て得られるフォーカスセンターシフト量を示す。

【００３０】フォーカスセンターシフト量を大きくする
には、ＮＡを小さくすれば良い。また、ＮＡ誤差を考え
るとＮＡの変化量に対してフォーカスセンターシフト量
の変化が小さい領域を用いることが好ましい。図２
（ｂ）に、各開口数におけるフォーカスセンターシフト
量変化を示す。変化が最も小さい領域は各照明条件で異
なるが、ＮＡ＝０．４５以下に最適なＮＡは存在する。
なお、ＮＡの下限はパターン解像の限界を考慮すると
０．３５以上であることが好ましい。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、図示の実
施形態を用いて説明する。本実施形態では、透光性基板
上に半透明位相シフト膜，Ｃｒ遮光膜の順で積層した。
なお、半透明位相シフト膜の透過率を半透明位相シフト
膜が形成された直後に測定したところ、６％という値を
得た。なお、Ｃｒ遮光膜の透過率はほぼ０％であった。
この上にレジストパターンを形成し、これをマスクにＣ
ｒパターンを形成し、更にＣｒパターンをマスクに半透
明位相シフトパターンの第１の加工を行った。この面に
再度レジスト膜を形成し、半透明位相シフトパターンを
形成する領域のみ露出するようにレジストパターンを形
成し、これをマスクに露出したＣｒ遮光膜を除去（第２
の加工）し、ウェハ上０．２５μｍルールのパターン
（デバイス）加工に用いる露光用マスクを形成した。

【００３２】この露光用マスクに用いた位相評価用パタ
ーンを図３に示す。図３の位相評価用パターンは、０．
５μｍのライン／スペースで形成された第１のパターン
群１０１と、０．２５μｍスペースと０．７５μｍライ
ンで構成された第２のパターン群１０２とが連続して形
成されたものである。膜構成としては、第１のパターン
群１０１は半透明位相シフト膜１１２上に遮光膜１１１
が形成された遮光パターン、第２のパターン群１０２は
半透明位相シフト膜１１２のみで形成されている。

【００３３】なお、図中の１１１ａは遮光膜における開
口部（スペース）を示し、１１２ａは半透明膜における
開口部（スペース）を示している。また、半透明位相シ
フト膜の構成は、ＳｉＮ_x ，ＭｏＳｉＯ_x ，ＣｒＦ_x ，
ＷＳｉＯ_y などを単層で用いたものや、組成の異なる膜
を多層で用いた膜であっても良い。

【００３４】本実施形態の露光用マスクにおける半透明
位相シフト膜の位相差を図３のパターンを用いて測定す
る手法を、次に説明する。検査波長２４８ｎｍで、ＮＡ
＝０．３５，σ＝０．４の露光照明条件で、透過率６％
の膜で構成された第２のパターン群１０２と遮光膜で構
成された第１のパターン群１０１の各々のウェハ面に相
当する部分の光学像を測定した。

【００３５】図４（ａ）〜（ｃ）に、半透明位相シフト
膜で構成された０．２５μｍスペース：０．７５μｍラ
イン部のデフォーカスに対する像強度を示す。デフォー
カス位置＝−０．４μｍと＋０．４μｍでのそれぞれの
像強度を比較すると、その形は明らかに異なり、デフォ
ーカス位置＝−０．４μｍの方で像強度が小さくなる傾
向が見られている。即ち、このパターンにおいてフォー
カスシフトが生じていることが分かった。

【００３６】各々の光学像を寸法裕度±１０％となる露
光量を複数のデフォーカス位置に対して算出し、さらに
その上限と下限を示す曲線に囲まれた領域のうちドーズ
裕度１０％を確保できる領域を定めた。図５（ａ）に第
１のパターン群、図５（ｂ）に第２のパターン群の領域
導出過程をそれぞれ示す。図５（ｂ）に示した６％半透
明位相シフト膜で構成されたパターンでは焦点位置シフ
ト（四角い領域の重心のFocal Position=0に対する変
位）は＋０．４μｍであった。これに対して図５（ａ）
に示した遮光膜で構成されたパターンでは焦点位置シフ
トは０μｍであった。これらの結果から、第１のパター
ン群と第２のパターン群間で生じ得る焦点位置シフト量
は＋０．４μｍであることが分かった。

【００３７】一方、先に測定した透過率６％から、この
半透明位相シフト膜パターンの位相誤差に対するフォー
カスセンターシフト量をシミュレーションにより算出し
た。その結果を、図６（ａ）に示す。なお。図６（ａ）
には同一照明条件で他の開口幅及び開口比率における特
性も同時に示した。図６（ａ）の計算値を元に図５
（ａ）（ｂ）から得たシフト量から位相差ずれを求めた
ところ、本半透明位相シフト膜の位相差が−１２度（１
６８度）であることが判明した。

【００３８】この値は所望とする位相許容誤差±５度よ
り遥かに悪い値であったため、再度作成し、同一の検査
条件でフォーカスセンターシフトが±０．２μｍ以下
（位相許容誤差５度に対応）の膜を最終的に得ることが
できた。

【００３９】本実施形態では、開口幅０．２５μｍ，開
口比０．２５を用いたが、開口幅，開口比はこれに限る
ものではなく本発明の主旨を逸脱しない限りにおいて適
用可能である。図６（ａ）に示す如く、同様の開口幅で
あっても開口比０．２９を用いた場合、単位位相差誤差
に対するフォーカスセンターシフト量が大きいことか
ら、本検討より精度良く位相を算出することができる。
また、開口幅：開口比が同様であれば、位相測定精度は
変わらない。

【００４０】また、図６（ｂ）に示す如く０．２５μｍ
スペースと０．８５μｍラインで構成される第２のパタ
ーン群を用いた場合には、ＮＡ＝０．４０〜０．４５，
σ＝０．３０〜０．４０の範囲において±１０度の位相
誤差の範囲において位相誤差とフォーカスセンターシフ
ト量が同じ値を取ることから、これらの条件での測定は
照明条件の揺らぎに対しても精度良く位相誤差を算出で
きると言える。

【００４１】なお、本実施形態では６％の半透明膜に対
する位相検査例を示したが、透過率もこれに限るもので
はない。例えば図７（ａ）に示す如く位相誤差に対する
フォーカスセンターシフトは１０％の膜でも十分に生じ
得る。透過率が増加するに従い単位位相誤差に対するフ
ォーカスセンターシフト量が小さくなるが、この減少は
透過率増大に伴い半透明パターンエッジ部で遮光効果が
増加し、見かけ上開口幅が狭まったことによる。

【００４２】従って、設定された透過率が高い場合、ピ
ッチ（開口部と遮光部の和）を固定し、開口幅が広くな
るようにパターン寸法を変更することで単位位相誤差に
対するフォーカスセンターシフト量を増大させることが
でき、低透過率の場合とほぼ同様の精度での位相計測が
可能である。なお、図７（ａ）に示す如く位相誤差が半
透明膜の透過率に依存するため透過率測定の精度は重要
である。透過率計測誤差は、測定値の１／１０以下にす
ることが望ましい。

【００４３】また、本発明はあらゆる露光波長に対して
も適用可能である。その一例として１９３ｎｍを露光波
長に用いた半透明位相シフトマスクでの同様の評価例
を、図７（ｂ）に示す。位相差ずれは露光波長にも依存
するが、適切な開口幅と開口比を設定することで、露光
波長によらず各透過率に対して同じ精度で位相ずれを測
定することが可能である。なお、露光（検査）波長は２
４８ｎｍ，１９３ｎｍの他、ｇ線（４３６ｎｍ），Ｉ線
（３６５ｎｍ）でもよい。

【００４４】位相測定パターンは前記図３に限るもので
はない。図８に示す如く、第１のパターン群２０１と第
２のパターン群２０２のいずれもが半透明位相シフト膜
２１２で構成されていてもよい。ここで、２１２ａが第
２のパターン群２０２における開口部（スペース）、２
１２ｂが第１のパターン群２０１における開口部（スペ
ース）であり、開口部２１２ａの幅は開口部２１２ｂの
それよりも狭くなっている。より具体的には、第１のパ
ターン群２０１では開口幅／開口部間距離がほぼ１であ
り、第２のパターン群２０２では開口幅／開口部間距離
が１より小さくなっている。これは、第１のパターン群
では焦点位置シフトを小さくし、第２のパターン群では
焦点位置シフトを大きくするためである。

【００４５】上記の開口幅／開口部間距離の関係は、半
透明位相シフト膜のみで第１及び第２のパターン群を構
成した場合は必須の要件である。前記図３のように第１
のパターン群を遮光膜で構成した場合、開口幅／開口部
間距離によらず第１のパターン群の焦点位置シフトが小
さいため、必ずしも開口幅／開口部間距離をほぼ１にす
る必要はない。場合によっては第１のパターン群は周期
パターンでなくてもよい。

【００４６】また、位相測定パターンは図９から図１１
に示す各種の変形が可能である。図９（ａ）（ｂ）で
は、第１のパターン群３０１と第２のパターン群３０２
を、遮光膜３１１の開口部３１１ａ及び半透明膜３１２
の開口部３１２ａの長辺方向ではなく、各々の開口部３
１１ａ，３１２ａの短辺方向に隣接配置している。さら
に、図９（ａ）では、第１のパターン群３０１の一方側
に第２のパターン群３０２を配置しているが、図９
（ｂ）では第１のパターン群３０１の両側に第２のパタ
ーン群３０２を配置している。このような構成であって
も、図３のパターンの場合と同様にして位相差測定が可
能である。

【００４７】図１０（ａ）（ｂ）は、図９（ａ）（ｂ）
の改良で、第１及び第２のパターン群４０１，４０２を
共に半透明膜４１２で形成したものである。つまり、半
透明膜４１２の開口部４１２ａで第２のパターン群４０
２が構成され、半透明膜４１２の開口部４１２ｂで第１
のパターン群４０２が構成されている。ここで、第１及
び第２のパターン群の両方に半透明膜を用いた場合、先
にも説明したように、第１のパターン群４０１の開口幅
／開口部間距離はほぼ１であり、第２のパターン群４０
２の開口幅／開口部間距離は１より小さくする必要があ
る。

【００４８】図１１（ａ）は図３の改良で、第１のパタ
ーン群５０１と第２のパターン群５０２において、遮光
膜５１１の開口部５１１ａと半透明膜５１２の開口部５
１２ａの幅を等しくしたものである。図１１（ｂ）は図
９（ａ）の改良で、同様に、第１のパターン群５０１と
第２のパターン群５０２における開口部の幅を等しくし
たものである。このように第１のパターン群５０１が遮
光膜で、第２のパターン群５０２が半透明膜で構成され
る場合、各々の開口幅を等しくしてもよい。

【００４９】また、第１のパターン群と第２のパターン
群との配置はこれらに限らず、第１のパターン群と第２
のパターン群が同時に検出できるような配置であればよ
い。さらに、パターンの長辺方向は、レンズ特性を考慮
すると回折パターンが同じ方向に発生することが好まし
く、第１のパターン群と第２のパターン群で同一方向に
揃えて配置させることが好ましい。

【００５０】上述の例では第１のパターン群に遮光膜及
び半透明膜の密集パターン群を用いたが、参照パターン
が遮光膜である場合にはこれに限るものではなく開口幅
／開口部間の距離＝０．２０〜０．４０であっても良い
（図１１）。この領域では遮光パターンは容易に形成さ
れ、かつフォーカスセンターシフトは生じない。従って
同様寸法の半透明位相シフトパターンが存在した場合、
図１の関係を用い、本実施形態と同様の手法で容易に位
相誤差測定が可能である。なお、この場合においても第
１のパターン群と第２のパターン群の様々な配置法があ
るが、望ましくは第１のパターン群と第２のパターン群
が同時に検出できるような配置であればこれに限るもの
ではない。さらに、パターンの長辺方向は、レンズ特性
を考慮すると回折パターンが同じ方向に発生することが
好ましく、第１のパターンと第２のパターンで同一方向
に揃えて配置させることが好ましい。その他、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが
できる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
透明膜又は遮光膜で構成された第１のパターン群と半透
明膜で構成された第２のパターン群との間で生じる焦点
位置差、或いは開口幅／開口部間距離が０．２〜０．４
の遮光膜内に存在する第１のスペースパターンと半透明
膜内に存在する第２のスペースパターンとの間で生じる
焦点位置差から、半透明位相シフト膜による位相差を精
度良く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（開口寸法／ピッチ寸法）に対するフォーカス
センターシフト量を示す図。

【図２】開口数に対する露光照明条件に対するフォーカ
スセンターシフト量及びその変動量を示す図。

【図３】本発明の実施形態に用いた位相検査用マスクパ
ターンを示す図。

【図４】半透明位相シフト膜内に形成されたスペースパ
ターンの像強度を示す図。

【図５】第１及び第２のパターン群で得られるドーズ焦
点裕度を示す図。

【図６】フォーカスセンターシフト量と１８０度からの
位相ずれの関係を示す図。

【図７】フォーカスセンターシフト量と１８０度からの
位相ずれの関係を示す図。

【図８】半透明膜のみで構成した位相検査用マスクパタ
ーンを示す図。

【図９】遮光膜と半透明膜で構成した位相検査用マスク
パターンを示す図。

【図１０】半透明膜のみで構成した位相検査用マスクパ
ターンを示す図。

【図１１】遮光膜と半透明膜で構成した位相検査用マス
クパターンを示す図。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１…第１のパタ
ーン群 １０２，２０２，３０２，４０２，５０２…第２のパタ
ーン群 １１１，３１１…遮光膜 １１２，２１２，３１２，４１２，５１２…半透明位相
シフト膜 111a,311a,511a…遮光膜における開口部 112a,212a,212b,312a,412a,412b,512a…半透明膜におけ
る開口部

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】露光用マスクに形成された半透明位相シフ
   ト膜による位相ずれを測定するための露光用マスクの位
   相検査方法において、 遮光膜に形成されたライン（非開口部）／スペース（開
   口部）の周期パターンからなる第１のパターン群と、半
   透明位相シフト膜に形成されたライン／スペースの周期
   パターンからなる第２のパターン群とを用い、 投影露光光学系を介して測定面上に各々のパターン群の
   光学像を結像させる工程と、前記光学像を前記測定面を
   光軸（Ｚ）方向に変化させて複数取得する工程と、前記
   取得された複数の光学像から第１のパターン群の焦点位
   置と第２のパターン群の焦点位置との差を算出する工程
   と、前記算出された焦点位置の差から前記半透明位相シ
   フト膜による位相差を算出する工程とを含むことを特徴
   とする露光用マスクの位相検査方法。
2. 【請求項２】露光用マスクに形成された半透明位相シフ
   ト膜による位相ずれを測定するための露光用マスクの位
   相検査方法において、 半透明位相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離
   がほぼ１であるライン（非開口部）／スペース（開口
   部）の周期パターンからなる第１のパターン群と、半透
   明位相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離が１
   より小さいライン／スペースの周期パターンからなる第
   ２のパターン群とを用い、 投影露光光学系を介して測定面上に各々のパターン群の
   光学像を結像させる工程と、前記光学像を前記測定面を
   光軸（Ｚ）方向に変化させて複数取得する工程と、前記
   取得された複数の光学像から第１のパターン群の焦点位
   置と第２のパターン群の焦点位置との差を算出する工程
   と、前記算出された焦点位置の差から前記半透明位相シ
   フト膜による位相差を算出する工程とを含むことを特徴
   とする露光用マスクの位相検査方法。
3. 【請求項３】露光用マスクに形成された半透明位相シフ
   ト膜による位相ずれを測定するための露光用マスクの位
   相検査方法において、 遮光膜内に構成された第１の孤立スペースパターンと、
   半透明膜内に構成された第２の孤立スペースパターンと
   を用い、 投影露光光学系を介して測定面上に各々のスペースパタ
   ーンの光学像を結像させる工程と、前記光学像を前記測
   定面を光軸（Ｚ）方向に変化させて複数取得する工程
   と、前記取得された複数の光学像から第１のスペースパ
   ターンの焦点位置と第２のスペースパターンの焦点位置
   との差を算出する工程と、前記算出された焦点位置の差
   から前記半透明位相シフト膜による位相差を算出する工
   程とを含むことを特徴とする露光用マスクの位相検査方
   法。
4. 【請求項４】前記測定面はマトリクス状に光検出器が配
   置された部材からなり、前記投影光学系を介して前記測
   定面上にこれらの光学像を結像させる工程を、第１のパ
   ターン群又はスペースパターンと第２のパターン群又は
   スペースパターンの各々の像が前記マトリクス状に配置
   した光検出器で同時に検出できるように位相検査条件が
   調整されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の露光用マスクの位相検査方法。
5. 【請求項５】半透明位相シフトパターンを有する露光用
   マスクにおいて、 遮光膜に形成されたライン（非開口部）／スペース（開
   口部）の周期パターンからなる第１のパターン群と、半
   透明位相シフト膜に形成されたライン／スペースの周期
   パターンからなる第２のパターン群とを具備し、 第１のパターン群と第２のパターン群は位相検査に用い
   られるものであり、第１のパターン群と第２のパターン
   群が位相検査時に同一の視野内で測定できる隣接した領
   域に配置されていることを特徴とする露光用マスク。
6. 【請求項６】半透明位相シフトパターンを有する露光用
   マスクにおいて、 半透明位相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離
   がほぼ１であるライン（非開口部）／スペース（開口
   部）の周期パターンからなる第１のパターン群と、半透
   明位相シフト膜に形成され、開口幅／開口部間距離が１
   より小さいライン／スペースの周期パターンからなる第
   ２のパターン群とを具備し、 第１のパターン群と第２のパターン群は位相検査に用い
   られるものであり、第１のパターン群と第２のパターン
   群が位相検査時に同一の視野内で測定できる隣接した領
   域に配置されていることを特徴とする露光用マスク。
7. 【請求項７】半透明位相シフトパターンを有する露光用
   マスクにおいて、 遮光膜内に構成された第１の孤立スペースパターンと、
   半透明膜内に構成された第２の孤立スペースパターンと
   を具備し、 第１の孤立スペースパターンと第２の孤立スペースパタ
   ーンは位相検査に用いられるものであり、第１の孤立ス
   ペースパターンと第２の孤立スペースパターンが位相検
   査時に同一の視野内で測定できる隣接した領域に配置さ
   れていることを特徴とする露光用マスク。