JP3508988B2 - 位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法 - Google Patents
位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法Info
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Description
加工用位相シフト量測定方法に関し、特に、半導体素子
の製造におけるフォトリソグラフィー工程中に被投影原
板として用いられる位相シフトフォトマスクの中でも、
ガラス彫り込み型レベンソン型位相シフトマスク、ある
いは、ホログラムパターン加工用の原板となるガラス彫
り込み型クロムレス位相シフトマスク等における位相シ
フター加工工程中にガラス基板エッチング加工量、つま
り、位相差加工量を直接計測するための方法に関する。
位相シフトマスクの加工工程を示す。図3(a)に示す
ように、石英ガラス等の透明基板31の表面にクロム等
の遮光膜32を設け、その上にレジスト膜33を成膜す
る。次いで、そのレジスト膜33にラインアンドスペー
ス等の繰り返し開口パターンを露光して現像することに
より、図3(b)に示すように、レジスト膜33に開口
部34を形成し、開口部34を通して露出した遮光膜3
2をエッチングすることにより、図3(c)に示すよう
に、遮光膜32に隣接して交互に繰り返す開口36、3
6’が形成される。その後、レジスト膜33を剥離して
図3(d)に示すような遮光膜パターンが設けられたマ
スクが得られる。
クの遮光膜パターン上に第2レジスト膜37を成膜し、
遮光膜パターンの1個おきの開口36’上にパターン露
光38を行い、現像することにより、図3(f)に示す
ように、第2レジスト膜37に開口部39を形成し、次
に、図3(g)に示すように、その開口部39と遮光膜
パターンの1個おきの開口36’とを通して露出した透
明基板31を所定深さの彫り込み40をエッチングし、
その後レジスト膜37を剥離して図3(h)に示すよう
なガラス彫り込み型レベンソン型位相シフトマスクが得
られる。
み加工においては、エッチング終点が存在しないため、
エッチングの方法に係わらずその終点を検出することは
不可能であった。
チング終点検出ができなかった基板彫り込み加工では、
基板を彫り込まなかった開口36の領域と彫り込んだ開
口36’の領域との位相差精度を向上させるためには、
図3(h)に示すように、一旦位相マスクパターンが形
成された後、開口36の領域と彫り込んだ開口36’の
領域との位相差を検査し、エッチング不足分を、図3
(e)〜(h)の工程を再度追加して補う必要があっ
た。この方法では、位相シフター形成のためのフォトリ
ソグラフィー工程が1サイクル増すため、工程数の増
加、外観不良発生の誘発等問題があった。
みてなされたものであり、その目的は、ガラス彫り込み
型レベンソン型位相シフトマスク等における位相シフタ
ー加工工程中に、レジストパターンを剥離することなく
位相差加工量を直接計測するための方法を提供すること
である。
明の位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法は、
透明基板の所定パターン部分をエッチングすることによ
り位相シフターを形成する位相シフトマスクの製造の
際、エッチングされない透明基板裏面より光ヘテロダイ
ンン干渉法によるマイケルソン干渉計2台からの測定ビ
ームを相互に近接して同時に入射させ、その一方を被エ
ッチング面に他方を非エッチング面に入射させ、一方の
干渉計の基準面からのその被エッチング面の変位量を計
測し、他方の干渉計の基準面からのその非エッチング面
の変位量を計測し、それらの変位量の差からエッチング
量を求め、そのエッチング量から被エッチング部と非エ
ッチング部の間の位相差を求めることを特徴とする方法
である。
共通の対物光学系を備え、その2台のマイケルソン干渉
計からの測定光ビームを相互に平行に近接させて前記透
明基板の裏面より入射させることが望ましい。
傍に絞りを備えていることが望ましい。
検出ができなかった基板彫り込み加工に対し、加工中に
基板裏面より被エッチング面の変位量を非接触・非破壊
で直接正確に測定を行うことが可能になるため、加工精
度の向上、工程の短縮が可能となる。この方法をオフラ
インで使用すると、フォトリソグラフィー工程が短縮可
能でき、また、エッチング装置に組み込みインラインで
エッチング中に使用すると、変位量つまり位相差をリア
ルタイムで測定可能になるため、測定した位相差により
エッチング終点決定が可能になる。
位相シフト量測定方法は、加工途中の位相シフトマスク
を直接位相差測定を行うために、高精度・非接触型の変
位計である光ヘテロダインン干渉法によるマイケルソン
干渉計を2台同時に用いて、1台の干渉計の測定に用い
るレーザービームをエッチングされない基板裏面を経て
被エッチング面に入射させて基準面からのその被エッチ
ング面の変位量を計測し、残るもう1台の干渉計の測定
に用いるレーザービームを同じエッチングされない基板
裏面を経てこちらは非エッチング面に入射させて基準面
からのその非エッチング面の変位量を計測する。個々の
干渉計は、参照ミラーと被測定面の間の距離を計測して
おり、それぞれの変位量の差を求めることによりエッチ
ング量を求め、そのエッチング量から被エッチング部と
非エッチング部の間の位相差を求めるものである。
射させるため、基板裏面からの反射光がノイズとなる可
能性が大きい。この問題を解決するためには、共焦点光
学系を導入することによって、基板裏面からの反射光を
略遮断して被観察面の反射光のみを検出器に導き測定安
定性を向上させている。また、サンプル基板自身のガラ
ス越しに被エッチング箇所を観察するため、対物レンズ
にガラス厚補正を施す必要がある。
法実施するための1実施例の位相シフトマスク加工用位
相シフト量測定装置を説明する。図1はこの装置の光路
と被測定体を含む構成図である。この装置は、2台の光
ヘテロダインン干渉法によるマイケルソン干渉計AとB
を用いており、その構成は直線Lに対して対称で同一で
あるので、図1には干渉計Aの全体と干渉計Bの一部と
両者に共通の部分を図示してあり、干渉計Bの残りの部
分は図示を省いてあるが、その省いた部分は干渉計Aの
説明から明らかになろう。なお、干渉計Aの構成部品は
それを示す番号に“A”を、干渉計Bの構成部品はそれ
を示す番号に“B”を付して区別してあるが、“A”又
は“B”を除けば、番号が同じであれば干渉計Aの構成
部品と干渉計Bの構成部品は同じである。
共通のレーザー光源1から発振された波長λm の平行光
は、ハーフミラー51で2本に分割され、干渉計A用の
平行光はミラー54Aを経て音響光学素子5Aに入射す
るようになっている。相互に周波数がνだけ異なる2つ
の発振器2A、3Aからの信号が混合器4Aで混合さ
れ、音響光学素子5Aに駆動信号として入力されてい
る。このような音響光学素子5Aにレーザー光源1から
の光が入射すると、ドップラー効果により周波数が相互
にνだけ異なり、偏光面が相互に90°異なる直線偏光
であって、進行方向が相互にわずかに異なる2つの光2
1A、22Aが音響光学素子5Aから射出する。
3A1 で相互に平行なビームになり、無偏光ビームスプ
リッター6Aに入射し、それぞれの光21A、22Aは
ここで2つに分割され、反射された光21A、22A
は、偏光板7Aを経てレンズ24Aにより検出器8A上
の同じ位置に入射する。
過した光21A、22Aは、レンズ23A2 、23A3
を経て相互に平行なビームとして今度は偏光ビームスプ
リッター9Aに入射し、一方の直線偏光光21Aは偏光
ビームスプリッター9Aを直通し、他方の直線偏光光2
2Aは偏光ビームスプリッター9Aで反射される。偏光
ビームスプリッター9Aで反射された光22Aは4分の
1波長板13Aを透過して円偏光に変換され、基準ミラ
ー14Aで反対方向に反射されて再び4分の1波長板1
3Aを透過して入射のときの偏光方向と90°異なる偏
光方向を持つ直線偏光になって偏光ビームスプリッター
9Aに入射し、今度はそれを直通し偏光板15Aを経て
レンズ25Aにより検出器16A上に入射する。
線偏光光21Aはミラー26Aで光路が変換されて、次
に説明する干渉計Bの同様の直線偏光光21Bと共に相
互に接近して平行に4分の1波長板10に入射して共に
円偏光に変換され、レンズ27で光21Aと光21Bが
相互に交差するように屈折され、その交差位置に配置さ
れた絞り28を経て対物レンズ11に入射し、この対物
レンズ11で光21Aと光21Bは再び相互に平行にな
るように屈折され、被測定体12である加工途中(図3
(g))のガラス彫り込み型レベンソン型位相シフトマ
スクの基板31の裏面から入射する。
方の光21Aは、基板31のエッチング部40に入射
し、他方の光21Bは、基板31の非エッチング部41
に入射するように、2つの光21A、21Bの間隔が設
定されている。
0に入射した光21Aは、エッチング部40の面でフレ
ネル反射され、入射のときの光路を逆にたどり、対物レ
ンズ11、レンズ27、4分の1波長板10を経て入射
のときの偏光方向と90°異なる偏光方向を持つ直線偏
光になって偏光ビームスプリッター9Aに入射し、今度
はそれで反射されて偏光板15Aを経てレンズ25Aに
より検出器16A上の光22Aが入射する位置に入射す
る。
と同様であるが、ハーフミラー51で2本に分割された
他方の干渉計B用の平行光はミラー52で反射され、こ
ちらの光は減光器(光量調節器)53を経て、不図示の
ミラー54Bを経て音響光学素子5Bに入射するように
なっている。
νだけ異なる2つの発振器2B、3Bからの信号が混合
器4Bで混合され、音響光学素子5Bに駆動信号として
入力されており、音響光学素子5Bに入射した光は、周
波数が相互にνだけ異なり、偏光面が相互に90°異な
る直線偏光であって、進行方向が相互にわずかに異なる
2つの光21B、22Bとなって音響光学素子5Bから
射出する。
3B1 で相互に平行なビームになり、無偏光ビームスプ
リッター6Bに入射し、それぞれの光21B、22Bは
ここで2つに分割され、反射された光21B、22B
は、偏光板7Bを経てレンズ24Bにより検出器8B上
の同じ位置に入射する。
過した光21B、22Bは、レンズ23B2 、23B3
を経て相互に平行なビームとして今度は偏光ビームスプ
リッター9Bに入射し、一方の直線偏光光21Bは偏光
ビームスプリッター9Bを直通し、他方の直線偏光光2
2Bは偏光ビームスプリッター9Bで反射される。偏光
ビームスプリッター9Bで反射された光22Bは4分の
1波長板13Bを透過して円偏光に変換され、基準ミラ
ー14Bで反対方向に反射されて再び4分の1波長板1
3Bを透過して入射のときの偏光方向と90°異なる偏
光方向を持つ直線偏光になって偏光ビームスプリッター
9Bに入射し、今度はそれを直通し偏光板15Bを経て
レンズ25Bにより検出器16B上に入射する。
線偏光光21Bはミラー26Bで光路が変換されて、上
記の直線偏光光21Aと共に相互に接近して平行に4分
の1波長板10に入射して共に円偏光に変換され、レン
ズ27で光21Bと光21Bが相互に交差するように屈
折され、その交差位置に配置された絞り28を経て対物
レンズ11に入射し、この対物レンズ11で光21Aと
光21Bは再び相互に平行になるように屈折され、基板
31の裏面から入射する。被測定体12の基板31の非
エッチング部41に入射した光21Bは、非エッチング
部41のクロム等の遮光膜32との境界面で反射され、
入射のときの光路を逆にたどり、対物レンズ11、レン
ズ27、4分の1波長板10を経て入射のときの偏光方
向と90°異なる偏光方向を持つ直線偏光になって偏光
ビームスプリッター9Bに入射し、今度はそれで反射さ
れて偏光板15Bを経てレンズ25Bにより検出器16
B上の光22Bが入射する位置に入射する。
音響光学素子5Aと共役な位置に、上記検出器8B、1
6Bは何れも音響光学素子5Bと共役な位置に配置され
ており、それぞれの光21A、22Aあるいは21B、
22Bが相互に検出器8A、16Aあるいは8B、16
Bの検出面の位置で交差して入射する。しかも、入射す
る前にそれぞれ偏光板7A、7B、15A、15Bを通
過することによって偏光面がそろえられているので、2
つの光21A、22Aあるいは21B、22Bは相互に
干渉して周波数νのビート信号が検出器8A、16Aあ
るいは8B、16Bから得られる。
ら、一方の干渉計例えばAについて、検出器8Aから得
られる信号Iref は、 Iref =C1 +C2 cos(2πν+φr ) ・・・(1) と書け、検出器16Aから得られる信号Imea は、 Imea =C1'+C2'cos{2πν+(4πNm d/λm )+φm } ・・・(2) と書ける。ここで、φr 、φm はそれぞれ一定の位相項
であり、被測定体12の相対位置、基準ミラー14A、
14Bの位置を含めて干渉計A、Bの光学配置を変えな
い限り一定である。Nm は測定波長λm での基板31の
屈折率、dは被測定体12の基板31の測定位置の厚さ
(ビーム21Aについては、被測定体12の基板31の
裏面とエッチング部40の面との間の距離、ビーム21
Bについては、被測定体12の基板31の裏面と非エッ
チング部41の面との間の距離)である。
式(1)、(2)で表される信号Iref 、Imea は、増
幅器17A1 、17A2 を経てコンパレータ18A1 、
18A2 により、基準値より高い信号部分は1に、低い
部分は0と2値化され、位相比較器19Aに入力して、
信号Iref を基準にして信号Imea の位相差(4πNm
d/λm )+φm −φr が求められる。ここで、干渉計
Aの設定を適切にすることにより、φm −φr =0とす
ることができる。
20に記憶されているので、求められた位相差(4πN
m d/λm )から被測定体12の基板31の測定位置の
厚さdが求まる。
板31の裏面とエッチング部40の面との間の距離であ
り、これをdA とする。干渉計Bで求めたdは、被測定
体12の基板31の裏面と非エッチング部41の面との
間の距離であり、これをdBとすると、dB −dA =D
が非エッチング部41とエッチング部40の距離の差で
あるエッチング量であり、パソコン20において求めら
れる。
ラス彫り込み型レベンソン型位相シフトマスクを実際に
使用する波長λu とその波長λu での基板31の屈折率
Nuも記憶されているので、求められたエッチング量D
と、 φu =2πD(Nu −1)/λu ・・・(3) の関係から、ガラス彫り込み型レベンソン型位相シフト
マスクの位相シフターの位相差φu を求めることができ
る。レベンソン型位相シフトマスクにおいてはこの位相
差φu を180°あるいはその奇数倍に設定する必要で
あるが、上記の測定の結果、この値から位相差φu がず
れていると判定された場合には、図3(g)の工程で、
レジスト膜37の開口部39を通して透明基板31をさ
らにエッチングし、位相差φu が180°あるいはその
奇数倍になるように加工をする。
々の干渉計A、Bは被測定体12までの光路中の温度・
湿度・気圧等の擾乱の影響を受けるが、測定するのは非
常に近接した2本の測定ビーム21A、21Bの光路差
であるため、このような擾乱の影響は相殺され正確な測
定が可能となる。
定誤差を相互に相殺させるために、まず、基準面として
非エッチング部41の面を用いて、2本の測定ビーム2
1A、21B両方共非エッチング部41の面に入射さ
せ、それぞれの干渉計A、Bで非エッチング部41の面
の変位量を求めてその差d0 を求める(設定が完全であ
ればゼロになる。)。次に、1本の測定ビーム21Aで
エッチング部40の変位量を、残る測定ビーム21Bで
非エッチング部41の変位量を求め、両者の変位量の差
d1 を求め、d1 とd0 の差からエッチング量D=d1
−d0 が求められる。
を測定する際、図2に破線で示すように、被測定体14
の基板31の裏面から不要反射光が生じ、検出器16
A、16Bに入射して測定のノイズの原因になり得る。
しかし、この装置においては、対物レンズ11の後側焦
点面近傍に絞り28が配置され、かつ、測定ビーム21
A、21Bが被測定体14の被測定面近傍に集光するよ
うに、レンズ23A1 〜23A3 、23B1 〜23
B3 、27、11が配置されているので、この不要反射
光は対物レンズ11と基板31の間の点Pから発散しな
がら対物レンズ11に入射するので、絞り28の位置で
は大きく広がり絞り28でほとんど遮断されるので、検
出器16A、16Bにはほとんど達せず、ノイズの少な
い測定ができる。
基板31を裏面から被エッチング面を観察することにな
るため、対物レンズ13としてはこの基板31のガラス
厚を考慮し焦点距離を補正した対物レンズを使用する必
要がある。
は被測定体12の基板31のエッチング部40の面でフ
レネル反射された相対的に弱い光を用いて測定をしてお
り、他方、干渉計Bは被測定体12の基板31の非エッ
チング部41のクロム等の遮光膜32との境界面で反射
された相対的に強い光を用いて測定をしており、両者の
測定光の強度比が極めて大きく、両干渉計A、Bでダイ
ナミックレンジのバランスのとれた測定を行うために
は、反射率の大きい干渉計Bに入射するレーザー光の強
度を調節した方が望ましい。図1の配置のように、両干
渉計A、Bに共通のレーザー光源1を用いる場合は、干
渉計Bの入射光路中に減光器53を配置して所定の強度
までレーザー光の強度を調節できるようにすることが望
ましい。なお、両干渉計A、Bで別々のレーザー光源を
用いる場合は、一方のレーザー光源の発振出力を調節す
るようにすればよい。
相シフト量測定装置を実施例に基づいて説明してきた
が、本発明はこの実施例に限定されず種々の変形が可能
である。
の位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法による
と、従来、エッチング終点検出ができなかった基板彫り
込み加工に対し、加工中に基板裏面より被エッチング面
の変位量を非接触・非破壊で直接正確に測定を行うこと
が可能になるため、加工精度の向上、工程の短縮が可能
となる。この方法をオフラインで使用すると、フォトリ
ソグラフィー工程が短縮可能でき、また、エッチング装
置に組み込みインラインでエッチング中に使用すると、
変位量つまり位相差をリアルタイムで測定可能になるた
め、測定した位相差によりエッチング終点決定が可能に
なる。また、個々の干渉計は変位量計測対象物までの光
路中の温度・湿度・気圧等の擾乱の影響を受けるが、測
定対象は非常に近接したビーム間の光路差であるため、
これらの擾乱の影響は相殺され、また、加工部の変位量
を計測する干渉計と基準位置の変位量を計測する干渉計
が独立していることから、個別に光量調整が行え、反射
率の低いガラスサンプルに対しても安定にビート信号検
出が可能となり、正確な測定が可能となる。
工用位相シフト量測定装置の光路を含む構成図である。
クの加工工程を示す図である。
タ 19A、19B…位相比較器 20…パソコン 21A、22A、21B、22B…光 23A1 、23A2 、23A3 、23B1 、23B2 、
23B3 …レンズ 24A、24B…レンズ 25A、25B…レンズ 26A、26B…ミラー 27…レンズ 28…絞り 31…透明基板 32…遮光膜 33…レジスト膜 34…レジスト膜の開口部 36、36’…遮光膜の開口 37…第2レジスト膜 38…パターン露光 39…第2レジスト膜の開口部 40…彫り込み(エッチング部) 41…非エッチング部 51…ハーフミラー 52…ミラー 53…減光器(光量調節器) 54A、54B…ミラー
Claims (3)
- 【請求項1】 透明基板の所定パターン部分をエッチン
グすることにより位相シフターを形成する位相シフトマ
スクの製造の際、エッチングされない透明基板裏面より
光ヘテロダインン干渉法によるマイケルソン干渉計2台
からの測定ビームを相互に近接して同時に入射させ、そ
の一方を被エッチング面に他方を非エッチング面に入射
させ、一方の干渉計の基準面からのその被エッチング面
の変位量を計測し、他方の干渉計の基準面からのその非
エッチング面の変位量を計測し、それらの変位量の差か
らエッチング量を求め、そのエッチング量から被エッチ
ング部と非エッチング部の間の位相差を求めることを特
徴とする位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方
法。 - 【請求項2】 前記2台のマイケルソン干渉計は、共通
の対物光学系を備え、前記2台のマイケルソン干渉計か
らの測定光ビームを相互に平行に近接させて前記透明基
板の裏面より入射させることを特徴とする請求項1記載
の位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法。 - 【請求項3】 前記対物光学系はその後側焦点面近傍に
絞りを備えていることを特徴とする請求項2記載の位相
シフトマスク加工用位相シフト量測定方法。
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---|---|---|---|
JP21681698A JP3508988B2 (ja) | 1998-07-31 | 1998-07-31 | 位相シフトマスク加工用位相シフト量測定方法 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6030328B2 (ja) * | 2012-04-20 | 2016-11-24 | アストロデザイン株式会社 | 距離計測システム |
-
1998
- 1998-07-31 JP JP21681698A patent/JP3508988B2/ja not_active Expired - Lifetime
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