JP4329333B2 - 露光マスクの補正方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の感応基板上に転写パターンを形成する際に用いられる露光マスクの補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、絶縁体、半導体、金属などの被処理膜をパターニングするためにフォトリソグラフィー法が用いられている。フォトリソグラフィー法は、被処理膜の上にレジスト膜を形成し、これを露光、現像してレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクに使用して被処理膜をエッチングするといった工程を経て行われる。一般に、フォトリソグラフィーの露光工程では、透明基板上にクロム（Ｃｒ）などの遮光膜でパターンを形成した露光マスク（フォトマスク）を用いて、レジスト膜に選択的に光を照射する。
【０００３】
露光マスクを使ってレジスト膜を露光するにあたっては、フレア（迷光）によるレジストパターン寸法変動が問題となる。フレアは、露光装置内のレンズの微細な凹凸、反射防止膜での反射などが原因で発生するもので、通常は半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と略称）上で数ｍｍ程度の径をもつ。フレアによるレジストパターンの寸法変動は、露光装置の投影光学系のレンズ面精度、反射防止膜の性能向上を高めることで低減することができる。また、フレア補正に関しては、以下の特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９６６４６号公報（段落００１６〜００４２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、半導体デバイスの作製等におけるリソグラフィープロセスは、パターンの微細化とともに、投影光学系の高ＮＡ(Numerical Aperture)化、露光光源の短波長化が進んでいる。近年においては、波長１９３ｎｍのＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザが実用段階に入ってきている。そうした状況のなかで、露光光源の短波長化に対する投影光学系のレンズの面精度が不十分であったり、色消しのために用いている硝材（ＣａＦ2）の品質（屈折率のばらつきなど）が不十分であるなどの理由で、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置の投影レンズにおいては高次空間周波数の収差が発生し、この収差によってマイクロフレアと呼ばれるフレアノイズが問題となっている。また、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置の投影レンズにおける高次空間周波数の収差のレベルは、従来のＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ露光装置の投影光学系等の場合と比較して無視できなくなってきている。この理由は、ＫｒＦエキシマレーザの波長が２４８ｎｍであるのに対し、ＡｒＦエキシマレーザの波長がそれよりも短波長の１９３ｎｍであるため、上記投影光学系のレンズの面精度や硝材の品質等がレンズ収差に与える影響が大となるためである。
【０００６】
上記マイクロフレアは、従来から認識されているロングレンジ（ウエハ上で数ｍｍ程度）の径を持つフレアとは異なり、露光マスクのパターン面積率（パターン存在率）と相関をもつ数十μｍオーダの径を持つフレアノイズである。このため、露光マスク上のパターン面積率分布と相関をもったフレア強度分布がウエハ上に発生し、その影響で局所的なＣＤ（クリティカルディメンジョン；Critical Dimension）のばらつきが発生している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光マスクの補正方法は、感応基板上に転写パターンを形成する際に用いられる露光マスクのマスクパターンの寸法を補正する方法として、マスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効的なパターン面積率を算出する実効面積率算出工程と、第１のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅をそれぞれ複数の水準に振った複数種のパターンを形成し、かつ各々のパターン種ごとに前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第１のテストマスクを用いて、前記第１のテストパターンのパターン種ごとにフレアに対する転写パターンの寸法変動量を求めるとともに、その求めた結果に基づいて、各々のパターン種ごとに、前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を１００％としたときの転写パターンの寸法変動率を、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第１のテーブルデータを得る第１のテーブルデータ取得工程と、前記着目セルに含まれるマスクパターンごとに、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して、当該マスクパターンにより形成される転写パターンの寸法変動量を算出する寸法変動量算出工程と、第２のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅を変えた複数種のパターンを形成し、かつ当該第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第２のテストマスクを用いて、マスクパターンの寸法変化量と転写パターンの寸法変化量との関係を示す係数を、前記第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率ごと、及び、前記第２のテストパターンのパターン種ごとに、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第２のテーブルデータを得る第２のテーブルデータ取得工程と、前記着目セルに含まれるマスクパターンに関して、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して求めた前記転写パターンの寸法変動量と、当該着目セルに対応する前記背景部分のパターン面積率及び前記パターン種にしたがって前記第２のテーブルデータから抽出された前記係数とを用いて、当該着目セルに含まれるマスクパターンの寸法補正量を算出する寸法補正量算出工程とを有するものである。
【０００８】
この露光マスクの補正方法においては、マスク面内の着目セルに含まれるマスクパターンの寸法を、各々の着目セルごとに、フレアに対する実効的なパターン面積率に応じて適切に補正することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては、露光用のマスク上に形成されるパターンを「マスクパターン」と呼び、このマスクを用いて感応基板（ウエハ等）上に転写されるパターン（レジストパターン等）を「転写パターン」と呼ぶことにする。
【００１０】
まず、本発明で問題視しているマイクロフレアについて説明する。図１はマイクロフレアの発生状態を示す概念図である。図１において、露光マスク１の上方の点光源（不図示）から出射された光の一部は露光マスク１を透過して投影光学系（レンズ系を含む）２によりウエハ３面に結像される。このとき、投影光学系２において、レンズの面精度及び硝材の品質により投影光学系の波面で高次空間周波数の収差が発生し、これがウエハ３面においては数十μｍオーダの広がり径（直径；Ｒ）をもつ、所謂マイクロフレアとなって現れる。マイクロフレアの強度は、図２にも示すように、フレア発生箇所からの距離に応じて変化する。即ち、マイクロフレアの相対強度はその発生箇所で最大（強度＝１）となり、そこから離れるにしたがって徐々に小さくなる。
【００１１】
マイクロフレアは露光マスク上でマスクパターン（遮光膜）が無い箇所から発生する。また、マイクロフレアの発生箇所から伝搬するフレア強度は、上述のようにフレア発生箇所からの距離に応じて変化する。このフレア強度の変化を表す関数として、例えばガウス関数が挙げられる。よって、あるポイントに着目した場合、このポイントにおけるフレア強度の総和は、着目するポイントの周辺の単純なパターン面積率に、重率として各々の箇所までの距離の関数を乗じたものの総和で表される。
【００１２】
この場合のフレア強度の相対値は、着目ポイントの周辺のマスクパターンに対して当該着目ポイントからの距離に応じた重率を乗じて得られる、フレア（マイクロフレア）に対する実効的なパターン面積率（以下、「実効面積率」とも記す）を用いて表される。この実効面積率（Ｄeff）を、例えば簡単のため１次元の式で表すと、以下の数１式のようになる。
【００１３】
【数１】
【００１４】
この数１式において、ｇ（ｒ）は距離ｒの関数であり、例えばガウス関数などである。また、Ｒはマイクロフレアの直径（広がり径）を表し、ｇ（ｒ）が無視できるレベル以下まで落ちる距離で定義される。ガウス関数の場合は例えば３σ等で定義される。Ｓはマスクパターンの透過率を表す。通常のクロムの遮光膜を用いたマスクパターンでは、１＝パターン有り、０＝パターン無しとなる。
【００１５】
このようにして算出される実効面積率（Ｄeff）は、図３の概念図でも示すように、マスク面内を複数の単位セルに分割したときに、着目セルの周辺部のマスクパターン（ハッチング部分）に対して、着目セルからの距離ｒ１，ｒ２，ｒ３，…に応じた重率を乗じて得られる。このとき、各々のセルの大きさは、マイクロフレアの広がり径（数十μｍ）に対して十分に小さな値（数μｍ）とする。
【００１６】
そこで本実施形態に係る露光マスクの補正方法では、まず、マスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効面積率（Ｄeff）を算出する。これにより、図４及び図５に示すように、マスク面内での実効面積率の分布を表すマップ及びヒストグラムが得られる。このマスク面内における実効面積率の分布は、当該マスク面内におけるマイクロフレアの相対強度分布を示すものとなる。すなわち、マスク面内で実効面積率が高い領域と低い領域でマイクロフレアの相対強度を比較すると、実効面積率が低い領域の方が高い領域よりもマイクロフレアの相対強度が大きくなる。
【００１７】
また一方では、複数のパターン種ごとに実効面積率に対する転写パターンの寸法変動率を求めるとともに、着目セルに含まれるマスクパターンごとに、先に算出した実効面積率と先に求めた転写パターンの寸法変動率とを用いて、フレアによる転写パターンの寸法変動量を算出する。
【００１８】
具体的には、例えば図６に示すように、複数のパターン種として、パターンピッチを複数の水準（図例では３段階）に振ったテストパターンを形成するとともに、各々のテストパターンの背景部分のパターン面積率（以下、「背景面積率」とも記す）を複数の水準（図例では０％、５０％、１００％の３水準）に振ったテストマスクを用いて、各々のテストパターン（パターン種）ごとにフレアに対するＣＤ変動量（寸法変動量）を求める。また、図示はしないが、上述したパターンピッチごとにライン幅（線幅）を複数の水準に振ったテストパターンを形成するとともに、各々のテストパターンの背景面積率を上記同様に複数の水準に振ったテストマスクを用いて、各々のテストパターンごとにフレアに対するＣＤ変動量（寸法変動量）を求める。テストパターンは例えばセルの外形と同様の正方形とし、その一辺の長さは予め把握しているフレアの広がり径Ｒに比べて十分に小さな寸法とする。例えば孤立パターンが孤立と定義出来るようなスペースサイズ（ウエハ上で例えば1.5μｍ程度、つまり3μｍ角程度）があればよい。なお、それぞれのパターン種に対応するテストパターンは、全て同一のテストマスク上に形成することができる。
【００１９】
ちなみに、テストパターンの背景面積率は、フレアに対する実効的なパターン面積率（実効面積率）に相当する。具体的には、背景面積率を５０％とする場合、遮光膜が存在するパターン部と遮光膜が存在しない非パターン部とを格子状に交互に配置することにより、フレアに対する実効的なパターン面積率が５０％となる。また、テストパターンのピッチやライン幅については、実際に露光マスクに適用されるパターン種に合わせて適宜設定すればよい。また、パターン種ごとの背景面積率についても、上述した３水準に限らず、背景面積率０％〜１００％の範囲内で３水準以上に適宜細分化して設定すればよい。
【００２０】
ＣＤ変動量の測定は、実際にテストマスクを用いてウエハ上に転写パターンを形成し、この転写パターンの寸法（例えば、線幅）を光学式又は電子式の測定装置で測定することにより行う。そうすると、例えば、上述のようにパターンピッチを複数の水準に振ったテストパターンを有するテストマスクを用いて形成された転写パターンの寸法を測定した場合は、図７に示すような測定結果が得られる。すなわち、フレアに対するＣＤ変動量は、パターンピッチが狭くなるほど大きく、かつ、背景面積率（実効面積率）が小さくなるほど大きくなる。そのため、背景面積率が１００％のときの転写ＣＤ値を基準とした場合に、ＣＤ変動量と背景面積率との相関を示す曲線の傾きがパターンピッチ（パターン種）ごとに異なるものとなる。
【００２１】
そこで、各々のパターンピッチ（パターン種）ごとに、上記相関曲線の傾き度合いを示すＣＤ変動率（ｎｍ／％）を求める。ＣＤ変動率は、上記背景面積率が１００％のときのＣＤ変動量を基準として、背景面積率が１％変化したときのＣＤ変動量を表すものとなり、その値（ＣＤ変動量−背景面積率の相関曲線の傾き）はパターンピッチによって変わる。具体的には、パターンピッチが狭くなる（パターンが密になる）ほどＣＤ変動率の値が大きくなる。このＣＤ変動率をパターンピッチごとに求める。
【００２２】
また、複数のパターン種として、パターンのライン幅を複数の水準に振ったテストパターンを上述のように背景面積率を変えてテストマスクに形成することにより、上記同様の手法でテストパターンのライン幅ごとのＣＤ変動率も求める。これにより、複数のパターン種に対応するＣＤ変動率が得られるため、このＣＤ変動率をパターン種（ピッチ、ライン幅）との関係でテーブル化する。このテーブル化によって得られる具体的なテーブルデータの一例を以下の表１に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
上記表１においては、テストパターンとしてテストマスクに形成したパターンのライン幅を“ライン１”〜“ラインｍ”、パターンのピッチを“ピッチ１”〜“ピッチｎ”で表している。また、パターン種ごとにＣＤ変動率を“ＣＤ（１，１）”〜“ＣＤ（ｍ，ｎ）”で表している。このようにデータをテーブル化することにより、このテーブルデータを用いて、それぞれのパターン種に対応するＣＤ変動率を容易に抽出することができる。例えば、マスク面内のあるセル内に含まれるパターンの種類が、当該パターンのライン幅とピッチの寸法から“ライン１”と“ピッチ２”に該当する場合は、このパターン種に対応するＣＤ変動率“ＣＤ（１，２）”を抽出することができる。
【００２５】
こうして抽出されるＣＤ変動率は、それぞれのパターン種に関して、フレアによるＣＤ変動量（後述）を算出する際に適用される。すなわち、マスク面内のあるセル内に含まれる各々のマスクパターンに関して、フレアによるＣＤ変動量（ここでは“ΔＣＤ”とする）は、次式によって求められる。
ΔＣＤ＝（１−Ｄeff）×ＣＤ変動率
【００２６】
したがって、例えば、マスク面内のあるセルに対応する実効面積率が“Ｄeff＝０．４”であって、当該セル内に含まれるマスクパターンのパターン種に対応して抽出されたＣＤ変動率が“ＣＤ(1,2)”である場合、このマスクパターンによって形成される転写パターンのＣＤ変動量は、次式によって求められる。
ΔＣＤ＝０．６×ＣＤ(1,2)
【００２７】
また、上述のように求めた転写パターンのＣＤ変動量は、マスク面内でマスクパターンの寸法を適宜変えることで相殺（キャンセル）することができる。すなわち、露光マスクを通してウエハ上に転写される転写パターンのライン幅が、例えばマイクロフレアの影響で規定の寸法よりも１０nｍ細くなる場合は、ウエハ上で転写パターンのライン幅が１０nｍ太くなるように、マスクパターンの寸法を補正する。そこで、上述のように求めたＣＤ変動量をキャンセルするようにマスクパターンの寸法補正量を以下のような手順（手法）で算出する。
【００２８】
まず、マスクパターンの寸法を補正するにあたって、ＭＥＦ(Mask Error Factor)を求める。ＭＥＦは、マスクパターン寸法を変えたときに、このマスクパターンの寸法変化量に対して、実際にウエハ上で転写パターンの寸法がどの程度変化するのかを示す係数、すなわちマスクパターンの寸法変化量と転写パターンの寸法変化量との関係を示す係数であり、その値はプロセスの条件やパターンの種類などによって変わる。
【００２９】
そこで、ＭＥＦを求めるために、ＭＥＦ計測用のパターンとして、上記同様に複数の水準で振った背景面積率ごとに、パターンのピッチやライン幅を変えた複数種のパターンをテストパターンとしてテストマスクに形成するとともに、そのパターン形成に際して、各々のパターン種（ピッチ、ライン幅）ごとに、図８に示すように、パターンのライン幅を僅かに（Δline）変えた同様のパターンを２つ配置することにより、ライン幅を２水準に振ったテストパターンを形成する。このＭＥＦ計測用のパターンは、上記図６に示すテストパターンの近傍に形成することができる。そのため、テストマスクとしては一つだけ作製すればよく、テストマスクを用いた露光、現像等の処理も１回だけ行えばよいことになる。
【００３０】
実際のＭＥＦを求める場合は、各々のパターン種（ピッチ、ライン幅）に対応して、テストマスクに形成されたテストパターンの寸法を測定するとともに、実際にテストマスクを用いてウエハ上に形成された転写パターンの寸法を測定する。これにより、例えばパターン種がピッチ１、ライン１に該当するテストパターンを用いた測定では、図９に示すような測定結果が得られる。同様の測定結果はパターン種ごとに得られる。そこで、これらの測定結果を用いて、以下の数式によりパターン種ごとにＭＥＦを求める。
ＭＥＦ＝ΔWaferＣＤ／（Δline）
【００３１】
ここで、“Δline”は、テストマスク上で各々のパターン種ごとに２水準のライン幅を測定したときのパターン寸法（ライン幅）の実測値の差分（マスクパターンの寸法変化量）であり、ここではウエハ面換算（マスク寸法値＊露光装置の縮小倍率）とする。一般に、露光装置の投影光学系の縮小倍率としては、１／４や１／５などが適用される。また、“ΔWaferＣＤ”は、各々のパターン種ごとに２水準のライン幅に対応してウエハ上に形成される転写パターンのライン幅を測定したときの実測値の差分（転写パターンの寸法変化量）である。
【００３２】
これにより、複数のパターン種（ピッチ、ライン幅）ごとのＭＥＦが得られるため、このＭＥＦをパターン種との関係でテーブル化する。このテーブル化によって得られる具体的なテーブルデータの一例を以下の表２に示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
上記表２においては、テストパターンとしてテストマスクに形成したパターンのライン幅を“ライン１”〜“ラインｍ”、パターンのピッチを“ピッチ１”〜“ピッチｎ”で表している。また、パターンの種類ごとにＭＥＦを“ＭＥＦ(1,1)”〜“ＭＥＦ(m,n)”で表している。このようにデータをテーブル化することにより、それぞれのパターン種に対応するＭＥＦを容易に抽出することができる。例えば、マスク面内のあるセル内に含まれるパターンの種類が、当該パターンのライン幅とピッチの寸法から“ライン３”と“ピッチ１”に該当する場合は、このパターン種に対応するＭＥＦ“ＭＥＦ(3,1)”を抽出することができる。こうして抽出されるＭＥＦは、後述するマスクパターンの寸法変動量を算出する際に適用される。
【００３５】
また、上述したテストマスクには、背景面積率を複数の水準で振ったテストパターンを形成しているため、背景面積率ごとにＭＥＦを割り出すことができる。したがって、パターンの種類が同じでも、そのパターンが存在するセルに対応する実効面積率が異なる場合は、マスクパターンの寸法補正量を算出する際に適用されるＭＥＦも異なるものとなる。
【００３６】
一方、マスクパターンの寸法補正量は次のようにして求める。すなわち、マスク面内のあるセル内に含まれるマスクパターンに関して、そのセルに対応する実効面積率（Ｄeff）及びＣＤ変動率を適用して求めたＣＤ変動量“ΔＣＤ”と、このセルに対応するパターン面積率とそのセル内に含まれるマスクパターンの種類にしたがって抽出したＭＥＦの関係から、マスクパターンの寸法補正量“ΔMask”（ウエハ面換算値）を次の数式によって求める。
ΔMask＝−ΔＣＤ／ＭＥＦ
実際のマスク補正値はこれに投影縮小倍率の逆数を乗したものである。
【００３７】
ここで、露光マスクの具体的な補正方法として、例えばロジックデバイスのリソグラフィ工程で最もクリティカルな箇所となるゲート部の露光用マスクのマスクパターン寸法を補正する場合を例にとって一連の処理の流れを説明する。マスク補正に係る処理は、大きくは、マスクデータを用いた処理フローとテストマスクを用いた処理フローに分けられる。
【００３８】
まず、マスクデータを用いた処理フローでは、図１０に示すように、マスク面内を予め設定された大きさの単位セルに分割する（ステップＳ１）。次に、ロジックデバイスの露光工程で重要となるパターン（パターン種）を指定する（ステップＳ２）。重要パターンとしては、最小ゲート長を有するゲートパターンなどが考えられる。ステップＳ１，Ｓ２の処理の順序はどちらが先でもかまわない。
【００３９】
次いで、ウエハ面内で分割された複数のセルの中の一つを着目セルとして抽出する（ステップＳ３）。次に、抽出した着目セル内に上記ステップＳ２で指定した重要パターンが含まれているかどうかを判定する（ステップＳ４）。そして、重要パターンを含んでいる場合は、この着目セルに関して先述した算出手法（数１式）により実効面積率（Ｄeff）を算出する（ステップＳ５）。また、重要パターンを含んでいない場合は、このセルに関して実効面積率（Ｄeff）の算出処理をスキップ（省略）する。
【００４０】
続いて、ウエハ面内で分割した全てのセルについて処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、全てのセルについての処理を完了していない場合は先のステップＳ３に戻って次に着目すべきセルを抽出し、全てのセルについての処理を完了した場合は、その時点でマスクデータを用いた一連の処理を抜ける。これにより、重要パターンを含む全ての着目セルについての実効面積率が得られる。
【００４１】
また、テストマスクを用いた処理フローでは、図１１に示すように、上述したテストパターンを有するテストマスクを用いて実際にウエハ上にパターンを転写する（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１１での転写結果にしたがってパターン種ごとのＣＤ変動率を求めてテーブル化（表１参照）する（ステップＳ１２）。次いで、先のマスクデータを用いた処理フローのステップＳ５で算出された実効面積率のデータと、上記ステップＳ１２で求めたＣＤ変動率とに基づいて、マスク面内の着目セルに含まれるマスクパターン（重要パターン）ごとに、フレアによる転写パターンのＣＤ変動量を算出する（ステップＳ１３）。
【００４２】
また一方では、ステップＳ１１での転写結果にしたがって複数のパターン種ごと及び実効面積率ごとに、ＭＥＦを求める（ステップＳ１４）。そして最終的には、ステップＳ１３で算出したＣＤ変動量とステップＳ１４で求めたＭＥＦとにしたがって、先に着目セルとして抽出したセル領域に含まれるマスクパターンの寸法補正量（ΔMask）を算出する（ステップＳ１５）。
【００４３】
このようにして得られたマスクパターンの寸法補正量にしたがって実際にマスク面内の着目セルごとにマスクパターンの寸法を補正することにより、ウエハ上でマイクロフレアが生じても、これに起因するＣＤのばらつきを解消し、ウエハ上に形成される転写パターンの寸法を均一化することができる。その結果、マイクロフレアによる転写パターンのＣＤばらつきや寸法誤差を適切に補正することが可能となる。よって、微細パターンの露光精度を向上させることができる。
【００４４】
続いて、本発明の実施形態に係る露光管理方法について説明する。この露光管理方法においては、まず、上記同様の手法にしたがってマスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効的なパターン面積率を算出する。また、一方では、上記同様の手法にしたがって複数のパターン種ごとに実効面積率に対する転写パターンの寸法変動率を求めるとともに、着目セルに含まれるマスクパターンごとに、先に算出した実効面積率と先に求めた転写パターンの寸法変動率とを用いて、フレアによる転写パターンの寸法変動量を算出する。
【００４５】
その後、上述のように算出した転写パターンの寸法変動量に基づいて、露光フィールド内でフレアにより発生するＣＤばらつき（寸法ばらつき）を予測する。すなわち、図１２（Ａ）に示す実効面積率分布の取得結果と図１２（Ｂ）に示す複数のパターン種ごとのＣＤ変動率の取得結果から、図１２（Ｃ）に示すＣＤばらつきを予測する。ちなみに露光フィールドとは、露光装置（通常ステッパー）でパターン転写する場合、１回の露光で、必要な微細パターン寸法を、必要精度で解像できる領域をいう。
【００４６】
ＣＤばらつきの予測は、テストマスクを用いて定期的に行う。そして、その都度、予測したＣＤばらつきの大きさ（レンジ）や散らばり具合（例えば６σ）を管理指標として露光管理を行う。露光管理の具体例としては、ＣＤばらつきが予め設定された許容範囲を超えた場合に、ＣＤばらつきが許容範囲内に収まるように、露光装置の光学部品（レンズ等）のメンテナンス（クリーニング等）を行ったり光学部品を交換するなどの対応をとる。これにより、露光装置の継続的な使用により、例えばレンズ特性の経時的な変化（劣化）によってフレア強度が変動しても、これに起因した転写パターン（特に、重要パターン）の寸法変動を精度良く管理できるようになる。ちなみに、実効面積率分布は露光マスクによって一意に決まり経時変化はしないため、実際の露光管理では、露光装置の経時変化やプロセスの経時変化を管理指標とすることになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、感応基板上に生じるマイクロフレアに対して、このフレアに対する実効的なパターン面積率に基づいて露光マスクのマスクパターンの寸法を適切に補正し、転写パターンの寸法ばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロフレアの発生状態を示す概念図である。
【図２】マイクロフレアの強度プロファイルを示す図である。
【図３】フレアに対する実効的なパターン面積率を説明するための概念図である。
【図４】マスク面内における実効面積率分布の一例を示すマップである。
【図５】マスク面内における実効面積率分布の一例を示すヒストグラムである。
【図６】テストマスクに形成されるテストパターンの一例を示す図である。
【図７】ＣＤ変動率の求め方を説明する概念図である。
【図８】テストマスクに形成されるテストパターンの他の例を示す図である。
【図９】ＭＥＦの求め方を説明する概念図である。
【図１０】本発明に係る露光マスクの補正方法の具体的な処理フローを示す図（その１）である。
【図１１】本発明に係る露光マスクの補正方法の具体的な処理フローを示す図（その２）である。
【図１２】本発明に係る露光管理方法を説明する概念図である。
【符号の説明】
１…露光マスク、２…投影光学系、３…ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の感応基板上に転写パターンを形成する際に用いられる露光マスクの補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程においては、絶縁体、半導体、金属などの被処理膜をパターニングするためにフォトリソグラフィー法が用いられている。フォトリソグラフィー法は、被処理膜の上にレジスト膜を形成し、これを露光、現像してレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクに使用して被処理膜をエッチングするといった工程を経て行われる。一般に、フォトリソグラフィーの露光工程では、透明基板上にクロム（Ｃｒ）などの遮光膜でパターンを形成した露光マスク（フォトマスク）を用いて、レジスト膜に選択的に光を照射する。
【０００３】
露光マスクを使ってレジスト膜を露光するにあたっては、フレア（迷光）によるレジストパターン寸法変動が問題となる。フレアは、露光装置内のレンズの微細な凹凸、反射防止膜での反射などが原因で発生するもので、通常は半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と略称）上で数ｍｍ程度の径をもつ。フレアによるレジストパターンの寸法変動は、露光装置の投影光学系のレンズ面精度、反射防止膜の性能向上を高めることで低減することができる。また、フレア補正に関しては、以下の特許文献１に記載された技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９６６４６号公報（段落００１６〜００４２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、半導体デバイスの作製等におけるリソグラフィープロセスは、パターンの微細化とともに、投影光学系の高ＮＡ(Numerical Aperture)化、露光光源の短波長化が進んでいる。近年においては、波長１９３ｎｍのＡｒＦ（フッ化アルゴン）エキシマレーザが実用段階に入ってきている。そうした状況のなかで、露光光源の短波長化に対する投影光学系のレンズの面精度が不十分であったり、色消しのために用いている硝材（ＣａＦ2）の品質（屈折率のばらつきなど）が不十分であるなどの理由で、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置の投影レンズにおいては高次空間周波数の収差が発生し、この収差によってマイクロフレアと呼ばれるフレアノイズが問題となっている。また、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置の投影レンズにおける高次空間周波数の収差のレベルは、従来のＫｒＦ（フッ化クリプトン）エキシマレーザ露光装置の投影光学系等の場合と比較して無視できなくなってきている。この理由は、ＫｒＦエキシマレーザの波長が２４８ｎｍであるのに対し、ＡｒＦエキシマレーザの波長がそれよりも短波長の１９３ｎｍであるため、上記投影光学系のレンズの面精度や硝材の品質等がレンズ収差に与える影響が大となるためである。
【０００６】
上記マイクロフレアは、従来から認識されているロングレンジ（ウエハ上で数ｍｍ程度）の径を持つフレアとは異なり、露光マスクのパターン面積率（パターン存在率）と相関をもつ数十μｍオーダの径を持つフレアノイズである。このため、露光マスク上のパターン面積率分布と相関をもったフレア強度分布がウエハ上に発生し、その影響で局所的なＣＤ（クリティカルディメンジョン；Critical Dimension）のばらつきが発生している。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光マスクの補正方法は、感応基板上に転写パターンを形成する際に用いられる露光マスクのマスクパターンの寸法を補正する方法として、マスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効的なパターン面積率を算出する実効面積率算出工程と、第１のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅をそれぞれ複数の水準に振った複数種のパターンを形成し、かつ各々のパターン種ごとに前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第１のテストマスクを用いて、前記第１のテストパターンのパターン種ごとにフレアに対する転写パターンの寸法変動量を求めるとともに、その求めた結果に基づいて、各々のパターン種ごとに、前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を１００％としたときの転写パターンの寸法変動率を、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第１のテーブルデータを得る第１のテーブルデータ取得工程と、前記着目セルに含まれるマスクパターンごとに、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して、当該マスクパターンにより形成される転写パターンの寸法変動量を算出する寸法変動量算出工程と、第２のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅を変えた複数種のパターンを形成し、かつ当該第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第２のテストマスクを用いて、マスクパターンの寸法変化量と転写パターンの寸法変化量との関係を示す係数を、前記第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率ごと、及び、前記第２のテストパターンのパターン種ごとに、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第２のテーブルデータを得る第２のテーブルデータ取得工程と、前記着目セルに含まれるマスクパターンに関して、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して求めた前記転写パターンの寸法変動量と、当該着目セルに対応する前記背景部分のパターン面積率及び前記パターン種にしたがって前記第２のテーブルデータから抽出された前記係数とを用いて、当該着目セルに含まれるマスクパターンの寸法補正量を算出する寸法補正量算出工程とを有するものである。
【０００８】
この露光マスクの補正方法においては、マスク面内の着目セルに含まれるマスクパターンの寸法を、各々の着目セルごとに、フレアに対する実効的なパターン面積率に応じて適切に補正することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明においては、露光用のマスク上に形成されるパターンを「マスクパターン」と呼び、このマスクを用いて感応基板（ウエハ等）上に転写されるパターン（レジストパターン等）を「転写パターン」と呼ぶことにする。
【００１０】
まず、本発明で問題視しているマイクロフレアについて説明する。図１はマイクロフレアの発生状態を示す概念図である。図１において、露光マスク１の上方の点光源（不図示）から出射された光の一部は露光マスク１を透過して投影光学系（レンズ系を含む）２によりウエハ３面に結像される。このとき、投影光学系２において、レンズの面精度及び硝材の品質により投影光学系の波面で高次空間周波数の収差が発生し、これがウエハ３面においては数十μｍオーダの広がり径（直径；Ｒ）をもつ、所謂マイクロフレアとなって現れる。マイクロフレアの強度は、図２にも示すように、フレア発生箇所からの距離に応じて変化する。即ち、マイクロフレアの相対強度はその発生箇所で最大（強度＝１）となり、そこから離れるにしたがって徐々に小さくなる。
【００１１】
マイクロフレアは露光マスク上でマスクパターン（遮光膜）が無い箇所から発生する。また、マイクロフレアの発生箇所から伝搬するフレア強度は、上述のようにフレア発生箇所からの距離に応じて変化する。このフレア強度の変化を表す関数として、例えばガウス関数が挙げられる。よって、あるポイントに着目した場合、このポイントにおけるフレア強度の総和は、着目するポイントの周辺の単純なパターン面積率に、重率として各々の箇所までの距離の関数を乗じたものの総和で表される。
【００１２】
この場合のフレア強度の相対値は、着目ポイントの周辺のマスクパターンに対して当該着目ポイントからの距離に応じた重率を乗じて得られる、フレア（マイクロフレア）に対する実効的なパターン面積率（以下、「実効面積率」とも記す）を用いて表される。この実効面積率（Ｄeff）を、例えば簡単のため１次元の式で表すと、以下の数１式のようになる。
【００１３】
【数１】
この数１式において、ｇ（ｒ）は距離ｒの関数であり、例えばガウス関数などである。また、Ｒはマイクロフレアの直径（広がり径）を表し、ｇ（ｒ）が無視できるレベル以下まで落ちる距離で定義される。ガウス関数の場合は例えば３σ等で定義される。Ｓはマスクパターンの透過率を表す。通常のクロムの遮光膜を用いたマスクパターンでは、１＝パターン有り、０＝パターン無しとなる。
【００１５】
このようにして算出される実効面積率（Ｄeff）は、図３の概念図でも示すように、マスク面内を複数の単位セルに分割したときに、着目セルの周辺部のマスクパターン（ハッチング部分）に対して、着目セルからの距離ｒ１，ｒ２，ｒ３，…に応じた重率を乗じて得られる。このとき、各々のセルの大きさは、マイクロフレアの広がり径（数十μｍ）に対して十分に小さな値（数μｍ）とする。
【００１６】
そこで本実施形態に係る露光マスクの補正方法では、まず、マスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効面積率（Ｄeff）を算出する。これにより、図４及び図５に示すように、マスク面内での実効面積率の分布を表すマップ及びヒストグラムが得られる。このマスク面内における実効面積率の分布は、当該マスク面内におけるマイクロフレアの相対強度分布を示すものとなる。すなわち、マスク面内で実効面積率が高い領域と低い領域でマイクロフレアの相対強度を比較すると、実効面積率が低い領域の方が高い領域よりもマイクロフレアの相対強度が大きくなる。
【００１７】
また一方では、複数のパターン種ごとに実効面積率に対する転写パターンの寸法変動率を求めるとともに、着目セルに含まれるマスクパターンごとに、先に算出した実効面積率と先に求めた転写パターンの寸法変動率とを用いて、フレアによる転写パターンの寸法変動量を算出する。
【００１８】
具体的には、例えば図６に示すように、複数のパターン種として、パターンピッチを複数の水準（図例では３段階）に振ったテストパターンを形成するとともに、各々のテストパターンの背景部分のパターン面積率（以下、「背景面積率」とも記す）を複数の水準（図例では０％、５０％、１００％の３水準）に振ったテストマスクを用いて、各々のテストパターン（パターン種）ごとにフレアに対するＣＤ変動量（寸法変動量）を求める。また、図示はしないが、上述したパターンピッチごとにライン幅（線幅）を複数の水準に振ったテストパターンを形成するとともに、各々のテストパターンの背景面積率を上記同様に複数の水準に振ったテストマスクを用いて、各々のテストパターンごとにフレアに対するＣＤ変動量（寸法変動量）を求める。テストパターンは例えばセルの外形と同様の正方形とし、その一辺の長さは予め把握しているフレアの広がり径Ｒに比べて十分に小さな寸法とする。例えば孤立パターンが孤立と定義出来るようなスペースサイズ（ウエハ上で例えば1.5μｍ程度、つまり3μｍ角程度）があればよい。なお、それぞれのパターン種に対応するテストパターンは、全て同一のテストマスク上に形成することができる。
【００１９】
ちなみに、テストパターンの背景面積率は、フレアに対する実効的なパターン面積率（実効面積率）に相当する。具体的には、背景面積率を５０％とする場合、遮光膜が存在するパターン部と遮光膜が存在しない非パターン部とを格子状に交互に配置することにより、フレアに対する実効的なパターン面積率が５０％となる。また、テストパターンのピッチやライン幅については、実際に露光マスクに適用されるパターン種に合わせて適宜設定すればよい。また、パターン種ごとの背景面積率についても、上述した３水準に限らず、背景面積率０％〜１００％の範囲内で３水準以上に適宜細分化して設定すればよい。
【００２０】
ＣＤ変動量の測定は、実際にテストマスクを用いてウエハ上に転写パターンを形成し、この転写パターンの寸法（例えば、線幅）を光学式又は電子式の測定装置で測定することにより行う。そうすると、例えば、上述のようにパターンピッチを複数の水準に振ったテストパターンを有するテストマスクを用いて形成された転写パターンの寸法を測定した場合は、図７に示すような測定結果が得られる。すなわち、フレアに対するＣＤ変動量は、パターンピッチが狭くなるほど大きく、かつ、背景面積率（実効面積率）が小さくなるほど大きくなる。そのため、背景面積率が１００％のときの転写ＣＤ値を基準とした場合に、ＣＤ変動量と背景面積率との相関を示す曲線の傾きがパターンピッチ（パターン種）ごとに異なるものとなる。
【００２１】
そこで、各々のパターンピッチ（パターン種）ごとに、上記相関曲線の傾き度合いを示すＣＤ変動率（ｎｍ／％）を求める。ＣＤ変動率は、上記背景面積率が１００％のときのＣＤ変動量を基準として、背景面積率が１％変化したときのＣＤ変動量を表すものとなり、その値（ＣＤ変動量−背景面積率の相関曲線の傾き）はパターンピッチによって変わる。具体的には、パターンピッチが狭くなる（パターンが密になる）ほどＣＤ変動率の値が大きくなる。このＣＤ変動率をパターンピッチごとに求める。
【００２２】
また、複数のパターン種として、パターンのライン幅を複数の水準に振ったテストパターンを上述のように背景面積率を変えてテストマスクに形成することにより、上記同様の手法でテストパターンのライン幅ごとのＣＤ変動率も求める。これにより、複数のパターン種に対応するＣＤ変動率が得られるため、このＣＤ変動率をパターン種（ピッチ、ライン幅）との関係でテーブル化する。このテーブル化によって得られる具体的なテーブルデータの一例を以下の表１に示す。
【００２３】
【表１】
上記表１においては、テストパターンとしてテストマスクに形成したパターンのライン幅を“ライン１”〜“ラインｍ”、パターンのピッチを“ピッチ１”〜“ピッチｎ”で表している。また、パターン種ごとにＣＤ変動率を“ＣＤ（１，１）”〜“ＣＤ（ｍ，ｎ）”で表している。このようにデータをテーブル化することにより、このテーブルデータを用いて、それぞれのパターン種に対応するＣＤ変動率を容易に抽出することができる。例えば、マスク面内のあるセル内に含まれるパターンの種類が、当該パターンのライン幅とピッチの寸法から“ライン１”と“ピッチ２”に該当する場合は、このパターン種に対応するＣＤ変動率“ＣＤ（１，２）”を抽出することができる。
【００２５】
こうして抽出されるＣＤ変動率は、それぞれのパターン種に関して、フレアによるＣＤ変動量（後述）を算出する際に適用される。すなわち、マスク面内のあるセル内に含まれる各々のマスクパターンに関して、フレアによるＣＤ変動量（ここでは“ΔＣＤ”とする）は、次式によって求められる。
ΔＣＤ＝（１−Ｄeff）×ＣＤ変動率
【００２６】
したがって、例えば、マスク面内のあるセルに対応する実効面積率が“Ｄeff＝０．４”であって、当該セル内に含まれるマスクパターンのパターン種に対応して抽出されたＣＤ変動率が“ＣＤ(1,2)”である場合、このマスクパターンによって形成される転写パターンのＣＤ変動量は、次式によって求められる。
ΔＣＤ＝０．６×ＣＤ(1,2)
【００２７】
また、上述のように求めた転写パターンのＣＤ変動量は、マスク面内でマスクパターンの寸法を適宜変えることで相殺（キャンセル）することができる。すなわち、露光マスクを通してウエハ上に転写される転写パターンのライン幅が、例えばマイクロフレアの影響で規定の寸法よりも１０nｍ細くなる場合は、ウエハ上で転写パターンのライン幅が１０nｍ太くなるように、マスクパターンの寸法を補正する。そこで、上述のように求めたＣＤ変動量をキャンセルするようにマスクパターンの寸法補正量を以下のような手順（手法）で算出する。
【００２８】
まず、マスクパターンの寸法を補正するにあたって、ＭＥＦ(Mask Error Factor)を求める。ＭＥＦは、マスクパターン寸法を変えたときに、このマスクパターンの寸法変化量に対して、実際にウエハ上で転写パターンの寸法がどの程度変化するのかを示す係数、すなわちマスクパターンの寸法変化量と転写パターンの寸法変化量との関係を示す係数であり、その値はプロセスの条件やパターンの種類などによって変わる。
【００２９】
そこで、ＭＥＦを求めるために、ＭＥＦ計測用のパターンとして、上記同様に複数の水準で振った背景面積率ごとに、パターンのピッチやライン幅を変えた複数種のパターンをテストパターンとしてテストマスクに形成するとともに、そのパターン形成に際して、各々のパターン種（ピッチ、ライン幅）ごとに、図８に示すように、パターンのライン幅を僅かに（Δline）変えた同様のパターンを２つ配置することにより、ライン幅を２水準に振ったテストパターンを形成する。このＭＥＦ計測用のパターンは、上記図６に示すテストパターンの近傍に形成することができる。そのため、テストマスクとしては一つだけ作製すればよく、テストマスクを用いた露光、現像等の処理も１回だけ行えばよいことになる。
【００３０】
実際のＭＥＦを求める場合は、各々のパターン種（ピッチ、ライン幅）に対応して、テストマスクに形成されたテストパターンの寸法を測定するとともに、実際にテストマスクを用いてウエハ上に形成された転写パターンの寸法を測定する。これにより、例えばパターン種がピッチ１、ライン１に該当するテストパターンを用いた測定では、図９に示すような測定結果が得られる。同様の測定結果はパターン種ごとに得られる。そこで、これらの測定結果を用いて、以下の数式によりパターン種ごとにＭＥＦを求める。
ＭＥＦ＝ΔWaferＣＤ／（Δline）
【００３１】
ここで、“Δline”は、テストマスク上で各々のパターン種ごとに２水準のライン幅を測定したときのパターン寸法（ライン幅）の実測値の差分（マスクパターンの寸法変化量）であり、ここではウエハ面換算（マスク寸法値＊露光装置の縮小倍率）とする。一般に、露光装置の投影光学系の縮小倍率としては、１／４や１／５などが適用される。また、“ΔWaferＣＤ”は、各々のパターン種ごとに２水準のライン幅に対応してウエハ上に形成される転写パターンのライン幅を測定したときの実測値の差分（転写パターンの寸法変化量）である。
【００３２】
これにより、複数のパターン種（ピッチ、ライン幅）ごとのＭＥＦが得られるため、このＭＥＦをパターン種との関係でテーブル化する。このテーブル化によって得られる具体的なテーブルデータの一例を以下の表２に示す。
【００３３】
【表２】
上記表２においては、テストパターンとしてテストマスクに形成したパターンのライン幅を“ライン１”〜“ラインｍ”、パターンのピッチを“ピッチ１”〜“ピッチｎ”で表している。また、パターンの種類ごとにＭＥＦを“ＭＥＦ(1,1)”〜“ＭＥＦ(m,n)”で表している。このようにデータをテーブル化することにより、それぞれのパターン種に対応するＭＥＦを容易に抽出することができる。例えば、マスク面内のあるセル内に含まれるパターンの種類が、当該パターンのライン幅とピッチの寸法から“ライン３”と“ピッチ１”に該当する場合は、このパターン種に対応するＭＥＦ“ＭＥＦ(3,1)”を抽出することができる。こうして抽出されるＭＥＦは、後述するマスクパターンの寸法変動量を算出する際に適用される。
【００３５】
また、上述したテストマスクには、背景面積率を複数の水準で振ったテストパターンを形成しているため、背景面積率ごとにＭＥＦを割り出すことができる。したがって、パターンの種類が同じでも、そのパターンが存在するセルに対応する実効面積率が異なる場合は、マスクパターンの寸法補正量を算出する際に適用されるＭＥＦも異なるものとなる。
【００３６】
一方、マスクパターンの寸法補正量は次のようにして求める。すなわち、マスク面内のあるセル内に含まれるマスクパターンに関して、そのセルに対応する実効面積率（Ｄeff）及びＣＤ変動率を適用して求めたＣＤ変動量“ΔＣＤ”と、このセルに対応するパターン面積率とそのセル内に含まれるマスクパターンの種類にしたがって抽出したＭＥＦの関係から、マスクパターンの寸法補正量“ΔMask”（ウエハ面換算値）を次の数式によって求める。
ΔMask＝−ΔＣＤ／ＭＥＦ
実際のマスク補正値はこれに投影縮小倍率の逆数を乗したものである。
【００３７】
ここで、露光マスクの具体的な補正方法として、例えばロジックデバイスのリソグラフィ工程で最もクリティカルな箇所となるゲート部の露光用マスクのマスクパターン寸法を補正する場合を例にとって一連の処理の流れを説明する。マスク補正に係る処理は、大きくは、マスクデータを用いた処理フローとテストマスクを用いた処理フローに分けられる。
【００３８】
まず、マスクデータを用いた処理フローでは、図１０に示すように、マスク面内を予め設定された大きさの単位セルに分割する（ステップＳ１）。次に、ロジックデバイスの露光工程で重要となるパターン（パターン種）を指定する（ステップＳ２）。重要パターンとしては、最小ゲート長を有するゲートパターンなどが考えられる。ステップＳ１，Ｓ２の処理の順序はどちらが先でもかまわない。
【００３９】
次いで、ウエハ面内で分割された複数のセルの中の一つを着目セルとして抽出する（ステップＳ３）。次に、抽出した着目セル内に上記ステップＳ２で指定した重要パターンが含まれているかどうかを判定する（ステップＳ４）。そして、重要パターンを含んでいる場合は、この着目セルに関して先述した算出手法（数１式）により実効面積率（Ｄeff）を算出する（ステップＳ５）。また、重要パターンを含んでいない場合は、このセルに関して実効面積率（Ｄeff）の算出処理をスキップ（省略）する。
【００４０】
続いて、ウエハ面内で分割した全てのセルについて処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ６）。そして、全てのセルについての処理を完了していない場合は先のステップＳ３に戻って次に着目すべきセルを抽出し、全てのセルについての処理を完了した場合は、その時点でマスクデータを用いた一連の処理を抜ける。これにより、重要パターンを含む全ての着目セルについての実効面積率が得られる。
【００４１】
また、テストマスクを用いた処理フローでは、図１１に示すように、上述したテストパターンを有するテストマスクを用いて実際にウエハ上にパターンを転写する（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１１での転写結果にしたがってパターン種ごとのＣＤ変動率を求めてテーブル化（表１参照）する（ステップＳ１２）。次いで、先のマスクデータを用いた処理フローのステップＳ５で算出された実効面積率のデータと、上記ステップＳ１２で求めたＣＤ変動率とに基づいて、マスク面内の着目セルに含まれるマスクパターン（重要パターン）ごとに、フレアによる転写パターンのＣＤ変動量を算出する（ステップＳ１３）。
【００４２】
また一方では、ステップＳ１１での転写結果にしたがって複数のパターン種ごと及び実効面積率ごとに、ＭＥＦを求める（ステップＳ１４）。そして最終的には、ステップＳ１３で算出したＣＤ変動量とステップＳ１４で求めたＭＥＦとにしたがって、先に着目セルとして抽出したセル領域に含まれるマスクパターンの寸法補正量（ΔMask）を算出する（ステップＳ１５）。
【００４３】
このようにして得られたマスクパターンの寸法補正量にしたがって実際にマスク面内の着目セルごとにマスクパターンの寸法を補正することにより、ウエハ上でマイクロフレアが生じても、これに起因するＣＤのばらつきを解消し、ウエハ上に形成される転写パターンの寸法を均一化することができる。その結果、マイクロフレアによる転写パターンのＣＤばらつきや寸法誤差を適切に補正することが可能となる。よって、微細パターンの露光精度を向上させることができる。
【００４４】
続いて、本発明の実施形態に係る露光管理方法について説明する。この露光管理方法においては、まず、上記同様の手法にしたがってマスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効的なパターン面積率を算出する。また、一方では、上記同様の手法にしたがって複数のパターン種ごとに実効面積率に対する転写パターンの寸法変動率を求めるとともに、着目セルに含まれるマスクパターンごとに、先に算出した実効面積率と先に求めた転写パターンの寸法変動率とを用いて、フレアによる転写パターンの寸法変動量を算出する。
【００４５】
その後、上述のように算出した転写パターンの寸法変動量に基づいて、露光フィールド内でフレアにより発生するＣＤばらつき（寸法ばらつき）を予測する。すなわち、図１２（Ａ）に示す実効面積率分布の取得結果と図１２（Ｂ）に示す複数のパターン種ごとのＣＤ変動率の取得結果から、図１２（Ｃ）に示すＣＤばらつきを予測する。ちなみに露光フィールドとは、露光装置（通常ステッパー）でパターン転写する場合、１回の露光で、必要な微細パターン寸法を、必要精度で解像できる領域をいう。
【００４６】
ＣＤばらつきの予測は、テストマスクを用いて定期的に行う。そして、その都度、予測したＣＤばらつきの大きさ（レンジ）や散らばり具合（例えば６σ）を管理指標として露光管理を行う。露光管理の具体例としては、ＣＤばらつきが予め設定された許容範囲を超えた場合に、ＣＤばらつきが許容範囲内に収まるように、露光装置の光学部品（レンズ等）のメンテナンス（クリーニング等）を行ったり光学部品を交換するなどの対応をとる。これにより、露光装置の継続的な使用により、例えばレンズ特性の経時的な変化（劣化）によってフレア強度が変動しても、これに起因した転写パターン（特に、重要パターン）の寸法変動を精度良く管理できるようになる。ちなみに、実効面積率分布は露光マスクによって一意に決まり経時変化はしないため、実際の露光管理では、露光装置の経時変化やプロセスの経時変化を管理指標とすることになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、感応基板上に生じるマイクロフレアに対して、このフレアに対する実効的なパターン面積率に基づいて露光マスクのマスクパターンの寸法を適切に補正し、転写パターンの寸法ばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロフレアの発生状態を示す概念図である。
【図２】マイクロフレアの強度プロファイルを示す図である。
【図３】フレアに対する実効的なパターン面積率を説明するための概念図である。
【図４】マスク面内における実効面積率分布の一例を示すマップである。
【図５】マスク面内における実効面積率分布の一例を示すヒストグラムである。
【図６】テストマスクに形成されるテストパターンの一例を示す図である。
【図７】ＣＤ変動率の求め方を説明する概念図である。
【図８】テストマスクに形成されるテストパターンの他の例を示す図である。
【図９】ＭＥＦの求め方を説明する概念図である。
【図１０】本発明に係る露光マスクの補正方法の具体的な処理フローを示す図（その１）である。
【図１１】本発明に係る露光マスクの補正方法の具体的な処理フローを示す図（その２）である。
【図１２】本発明に係る露光管理方法を説明する概念図である。
【符号の説明】
１…露光マスク、２…投影光学系、３…ウエハ
Claims (3)
- 感応基板上に転写パターンを形成する際に用いられる露光マスクのマスクパターンの寸法を補正する方法として、
マスク面内を複数の単位セルに分割するとともに、着目セルごとにフレアに対する実効的なパターン面積率を算出する実効面積率算出工程と、
第１のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅をそれぞれ複数の水準に振った複数種のパターンを形成し、かつ各々のパターン種ごとに前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第１のテストマスクを用いて、前記第１のテストパターンのパターン種ごとにフレアに対する転写パターンの寸法変動量を求めるとともに、その求めた結果に基づいて、各々のパターン種ごとに、前記第１のテストパターンの背景部分のパターン面積率を１００％としたときの転写パターンの寸法変動率を、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第１のテーブルデータを得る第１のテーブルデータ取得工程と、
前記着目セルに含まれるマスクパターンごとに、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して、当該マスクパターンにより形成される転写パターンの寸法変動量を算出する寸法変動量算出工程と、
第２のテストパターンとしてパターンピッチ及びライン幅を変えた複数種のパターンを形成し、かつ当該第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率を複数の水準に振った第２のテストマスクを用いて、マスクパターンの寸法変化量と転写パターンの寸法変化量との関係を示す係数を、前記第２のテストパターンの背景部分のパターン面積率ごと、及び、前記第２のテストパターンのパターン種ごとに、前記パターンピッチ及び前記ライン幅との関係でテーブル化した第２のテーブルデータを得る第２のテーブルデータ取得工程と、
前記着目セルに含まれるマスクパターンに関して、当該着目セルに対応して算出された前記実効的なパターン面積率と、当該着目セルに含まれるマスクパターンのパターン種に対応して前記第１のテーブルデータから抽出された前記寸法変動率とを適用して求めた前記転写パターンの寸法変動量と、当該着目セルに対応する前記背景部分のパターン面積率及び前記パターン種にしたがって前記第２のテーブルデータから抽出された前記係数とを用いて、当該着目セルに含まれるマスクパターンの寸法補正量を算出する寸法補正量算出工程と
を有する露光マスクの補正方法。 - 前記実効面積率算出工程においては、前記着目セルごとに、当該着目セルの周辺のマスクパターンに対して当該着目セルからの距離に応じた重率を乗じることにより、前記フレアに対する実効的なパターン面積率を算出する
請求項１記載の露光マスクの補正方法。 - 前記実効面積率算出工程においては、予め指定された重要パターンを含む着目セルについてのみ、前記実効的なパターン面積率を算出する
請求項１記載の露光マスクの補正方法。
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