JP4481723B2 - 評価方法、マスクパターン補正方法、半導体装置の製造方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の微細パターン形成に関し、特に、リソグラフィ工程でのレジストパターンの寸法変動について、マスクパターン被覆率依存性の評価方法、マスクパターン被覆率依存性を抑制するマスクパターン補正方法、半導体装置の製造方法、及びマスクパターン被覆率依存性の評価を実施するプログラムに関する。

半導体装置の回路パターンの微細化に伴い、リソグラフィ工程によって半導体基板上に形成されるパターンの線幅を精度よく制御する技術が必要となる。一括露光領域内で、フォトマスクのマスクパターンから転写されたレジストパターンの寸法変動が生じる場合がある。レジストパターンの寸法変動は、半導体装置の回路パターンの寸法変動となって半導体装置の動作に悪影響を及ぼすから、極力抑制する必要がある。

フォトマスク上の均一なマスクパターンから転写されたレジストパターンの寸法が変動する原因の一つに、露光工程で発生する光近接効果（ＯＰＥ）がある。ＯＰＥは、解像限界付近の寸法のパターンに顕著に現れる。ＯＰＥは、対象パターンの周囲数μｍの近接領域のパターン配置を考慮したリソグラフィシミュレーションから寸法変動を予測してマスクパターン寸法を補正する光近接効果補正（ＯＰＣ）により抑制することができる。

また、露光工程で発生するＯＰＥだけでなく、露光後ベーク（ＰＥＢ）工程や現像工程等で発生するプロセス近接効果（ＰＰＥ）によってもレジストパターンの寸法変動が生じる。ＰＰＥについても、実験や工程シミュレーションによって対象パターンの寸法変動と周辺パターンの状態との関係を求めて各工程を改善することや、マスクパターン寸法を補正することでレジストパターンの寸法変動を抑制することができる。

微細なレジストパターンの寸法変動に関して、周囲の比較的広い範囲のフォトマスクのマスクパターンの被覆状態の影響が問題となっている。「比較的広い」範囲とは、対象パターンから１００μｍ〜１０００μｍ程度までの範囲を意味する。上記のＯＰＥやＰＰＥが影響を及ぼす近接領域よりもはるかに広い。

例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）や読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）等のマスクパターンでは、メモリセルアレイ及びメモリセルを制御する周辺回路が配置されている。メモリセルアレイ領域には微細パターン、例えば線幅及び線間隔が１：１のラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンが密集し、マスクパターン被覆率が大きい領域である。メモリセルアレイ領域は、例えば一辺が５ｍｍ程度の長さの矩形状である。周辺回路領域はメモリセルアレイ領域に比べ、遮光パターンが少なく、フォトマスクの局所的なマスクパターン被覆率が小さい領域である。

メモリセル及び周辺回路のマスクパターンをレジスト膜に転写して、例えば矩形状のメモリセルアレイ領域の対角線に沿ってＬ／Ｓパターンの線幅を計測する。フォトマスク上のＬ／Ｓパターンの線幅が一定値であるのに対して、レジスト膜に転写されたＬ／Ｓレジストパターンの線幅はメモリセルアレイ領域の中央部に比べ端部付近で細くなることがある。メモリセルアレイの中央部でのレジストパターンに対して寸法変動が生じる境界は、露光装置にもよるがメモリセルアレイ領域の端部から約１００〜１０００μｍである。フォトマスクの局所的なマスクパターン被覆率に依存するレジストパターンの寸法変動は、特に形成すべき回路パターンの微細化が進むにつれて大きな問題となっている。

レジストパターンの寸法変動のマスクパターン被覆率依存性に対する原因として、露光装置の光学系で発生するローカルフレア（ミッドレンジフレアとも呼ばれる）、露光後ベーク（ＰＥＢ）中にレジスト膜から発生する酸の蒸散と再付着、あるいはレジスト像の現像マイクロローディング効果等がある。なお、「フレア」とは、投影光の内、結像に寄与せず光学像のコントラストを低下させるノイズ光のことである。「ローカルフレア」とは、マスクパターンの形状、特にフォトマスクの局所的なマスクパターン被覆率に依存して分布するフレアを意味する。一般に、マスクパターン被覆率が大きい領域近傍ではローカルフレアが小さく、マスクパターン被覆率が小さい領域近傍ではローカルフレアが大きい。また、「現像マイクロローディング効果」とは、パターンの疎密により現像速度が異なる現象である。

複数の透光領域と遮光領域を有するフォトマスクを用いて転写されたレジストパターン線幅を比較して定量化したレンズのローカルフレア量と、フォトマスクの透光領域及び遮光領域の比率とに基づいてマスクパターン線幅を補正しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。しかし、特許文献1ではフォトマスクの透光領域及び遮光領域の周期について考慮されていない。透光領域及び遮光領域の周期が、半導体基板上の寸法で露光光の波長と同程度になると大きな誤差を生じてしまう。

また、レジスト材料起因や現像工程起因のレジストパターンの寸法変動は、例えばＬ／Ｓパターン等のマスクパターンの周辺領域のマスクパターン被覆率が異なる複数のフォトマスクを用いて評価されている。しかし、フォトマスクの作製に用いる電子ビーム（ＥＢ）描画装置等が有するマスクパターン被覆率依存性によりマスクパターンの寸法誤差分布が生じる場合がある。検査フォトマスクのマスクパターンの寸法誤差分布を予め測定しておき、転写したレジストパターンの寸法測定値を補正する。マスクパターンの寸法誤差の補正は、マスクパターン被覆率が異なる複数のフォトマスクのそれぞれに対して行う必要がある。したがって、レジストパターンの寸法変動の評価が煩雑になり、長時間を要する。
特開２００３−１００６２４号公報（第６−８頁、第３図）

本発明は、リソグラフィ工程でのレジストパターンの寸法変動のマスクパターン被覆率依存性を精度よく簡便に測定することができる評価方法、レジストパターンの寸法変動を抑制するマスクパターン補正方法、半導体装置の製造方法、及びレジストパターンの寸法変動の評価を実施するプログラムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、露光装置を用いてフォトマスクのマスクパターンが投影された半導体基板上のローカルフレア分布を評価する評価方法であって、（イ）検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、（ロ）モニタマスクパターンの照明光強度と、モニタマスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び投影光強度分布に基づいてモニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、（ハ）対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、複数の単位領域のそれぞれにおける照明光強度と設計マスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び分布関数に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出する評価方法が提供される。

本発明の第２の態様によれば、露光装置を用いてフォトマスクのマスクパターンが投影されて形成されたレジスト像の寸法変動のマスクパターン被覆率依存性を評価する評価方法であって、（イ）検査フォトマスクの遮光膜に形成された周期パターンの第１のマスクパターンを半導体基板上のレジスト膜に投影し、（ロ）遮光膜に形成された遮光部及び遮光部の周囲に形成された開口部を有する第２のマスクパターンを、第１のマスクパターンが投影されたレジスト膜の領域を遮光部で覆うようにしてレジスト膜に投影し、（ハ）周期パターンに対応する複数のレジスト像を形成し、（ニ）複数のレジスト像の周期方向の線幅をそれぞれ測定し、（ホ）線幅の中央部の平均値に対する端部の線幅の変動量、及び線幅が端部から中央部での線幅のばらつき範囲に至るまでの変動距離を測定する評価方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、（イ）検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、（ロ）モニタマスクパターンの照明光強度と、モニタマスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び投影光強度分布に基づいてモニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、（ハ）対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、複数の単位領域のそれぞれにおける照明光強度と設計マスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び分布関数に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出し、（ニ）ローカルフレア強度の半導体基板表面での強度分布に基づいて設計マスクパターンの転写レジストパターンの寸法変動を算出し、(ホ) 寸法変動を用いて設計マスクパターンを補正するマスクパターン補正方法が提供される。

本発明の第４の態様によれば、（イ）検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、モニタマスクパターンの照明光強度と、モニタマスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び投影光強度分布に基づいてモニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、複数の単位領域のそれぞれにおける照明光強度と設計マスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び分布関数に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出し、ローカルフレア強度の半導体基板表面での強度分布に基づいて設計マスクパターンの転写レジストパターンの寸法変動を算出して、設計マスクパターンを補正した補正マスクパターンデータを用いて対象フォトマスクを作製し、（ロ）レジスト膜を塗布した半導体基板を露光装置に装着し、（ハ）対象フォトマスクを半導体基板に投影し、レジスト膜に補正マスクパターンを転写し、対象レジストパターンを形成し、（ニ）対象レジストパターンをマスクとして半導体基板を加工する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の第５の態様によれば、（イ）検査フォトマスクの遮光膜に形成された周期パターンの第１のマスクパターンを半導体基板上のレジスト膜に投影し、遮光膜に形成された遮光部及び遮光部の周囲に形成された開口部を有する第２のマスクパターンを、第１のマスクパターンが投影されたレジスト膜の領域を遮光部で覆うようにしてレジスト膜に投影し、周期パターンに対応する複数のレジスト像を形成し、複数のレジスト像の周期方向の線幅をそれぞれ測定し、線幅の中央部の平均値に対する端部の線幅の変動量及び線幅が端部から中央部での線幅のばらつき範囲に至るまでの変動距離を複数の露光装置について求め、変動量及び変動距離により複数の露光装置を分類し、（ロ）分類された露光装置から対象となるリソグラフィ工程で使用可能な製造用露光装置を選択し、（ハ）製造用露光装置を用いてリソグラフィ工程を実施する半導体装置の製造方法が提供される。

本発明の第６の態様によれば、（イ）検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定する命令、（ロ）モニタマスクパターンの照明光強度と、モニタマスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び投影光強度分布に基づいてモニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出する命令と、（ハ）対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、複数の単位領域のそれぞれにおける照明光強度と設計マスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び分布関数に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出する命令とをコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、リソグラフィ工程でのレジストパターンの寸法変動のマスクパターン被覆率依存性を精度よく簡便に測定することができる評価方法、レジストパターンの寸法変動を抑制するマスクパターン補正方法、半導体装置の製造方法、及びレジストパターンの寸法変動の評価を実施するプログラムを提供することが可能となる。

以下図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の第１及び第２の実施の形態に係るレジストパターン寸法変動のマスクパターン被覆率依存性の評価方法の説明に用いる露光装置は、図１に示すような屈折型の投影縮小露光装置（スキャナ）で、縮小比は１／４としている。光源２として、例えば波長λ＝１９３ｎｍのアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザが用いられる。照明光学系３には、図示を省略したフライアイレンズ、照明アパーチャ及びコンデンサレンズ等が含まれる。投影光学系４は、投影レンズ５と開口絞り６等により構成されている。瞳７は開口絞り６で囲まれた平面である。露光光は、照明光学系３と投影光学系４との間のマスクステージ８上に設置されたフォトマスク１のパターンを、基板ステージ９上の半導体基板１０に縮小投影する。

なお、説明の便宜上、露光装置として、スキャナを示しているが、スキャナの他にも、ステッパ等が使用可能である。また、縮小比を１／４としているが、任意の縮小比でもよいことは勿論である。更に、露光装置は屈折型に限らず、反射型や反射屈折型等のいずれに対しても適用できることは勿論である。以下の説明において、フォトマスク１上のパターンの寸法としては、断りのない限り半導体基板１０上に縮小投影された寸法に換算して記述する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るマスクパターン補正システムは、図２に示すように、入力装置３０、出力装置３１、及び外部メモリ３２、設計情報データベース３４、製造情報データベース３８、検査情報データベース４２、及び補正ユニット１１等を備える。設計情報データベース３４は、設計部３６を管理する設計管理サーバ３５に接続されている。製造情報データベース３８は、製造部４０を管理する製造管理サーバ３９に接続されている。検査情報データベース４２は、検査部４４を管理する検査サーバ４３に接続されている。補正ユニット１１は、フレア情報入力部１２、透過率算出部１４、分布関数算出部１６、設計情報入力部１８、領域設定部２０、フレア算出部２２、パターン補正部２４、データ出力部２６、及び内部メモリ２８等を有している。補正ユニット１１、設計管理サーバ３５、製造管理サーバ３９、及び検査サーバ４３等は、ローカルエーリアネットワーク(ＬＡＮ)４６等の通信網を介して互いに接続されている。

入力装置３０は、キーボード、マウス等の機器を指す。入力装置３０から入力操作が行われると対応するキー情報が補正ユニット１１に伝達される。出力装置３１は、モニタなどの画面を指し、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）パネル等が使用可能である。出力装置３１は、補正ユニット１１により制御され、設計情報入力部１８で取得される設計マスクパターンデータ、透過率算出部１４、分布関数算出部１６、あるいはフレア算出部２２等で実施される計算結果、及びパターン補正部２４で補正されたマスクパターンデータ等を表示する。外部メモリ３２は、マスクパターン被覆率依存性の評価やマスクパターンの補正を実施する演算を補正ユニット１１に実行させるためのプログラムを保存している。また、補正ユニット１１の内部メモリ２８又は外部メモリ３２は、補正ユニット１１における演算において、計算途中や解析途中のデータを一時的に保存する。

設計部３６には、半導体装置の回路及びフォトマスクのレイアウト等の設計、マスクパターンデータの作成、及びフォトマスクの作製等を実施するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムやパターンジェネレータ（ＰＧ）等が備えられている。ＣＡＤシステムにより設計された半導体装置の回路の仕様及び回路のマスクパターンデータ等が、設計管理サーバ３５により設計情報データベース３４に格納される。また、露光装置のローカルフレア等の性能評価を行う検査フォトマスクのモニタマスクパターンデータ等も、設計情報データベース３４に格納されている。設計情報データベース３４に格納されたマスクパターンデータに基づいて、設計部３６のＰＧや外部のマスクメーカにより、半導体装置製造用の複数のフォトマスクが作製される。

製造部４０には、各種の製造装置を備えた半導体装置の製造ラインが配置されている。製造装置には、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）装置、酸化装置、熱処理装置、露光装置、現像装置、エッチング装置、及び蒸着装置等が含まれる。製造装置のそれぞれは、製造管理サーバ３９から取得した工程条件に基づいて各種の半導体装置の製造工程や性能テストを実施する。例えば、図１に示した露光装置において電荷結合素子（ＣＣＤ）等の撮像素子が設置され、照明光や投影光の強度分布等の性能テストが随時実施される。製造管理サーバ３９は、製造装置のそれぞれで実施される性能テストのデータを装置情報として製造情報データベース３８に格納する。例えば、露光装置の撮像素子で測定された検査フォトマスクのモニタマスクパターンの投影光強度分布が、ローカルフレア測定データとして製造情報データベース３８に格納される。

検査部４４には、半導体装置の製造工程それぞれで処理された半導体基板１０の検査や測定を実施する各種の検査装置が備えられている。検査装置としては、表面観察用の光学顕微鏡、構造解析用の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、表面観察や構造解析用の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、及び電気的特性測定用のテスタ等が含まれる。検査サーバ４３は、製造部４０で製造される半導体装置や性能テスト用半導体基板１０に対して各種の検査装置により得られた検査データを検査情報データベース４２に格納する。例えば、露光装置により検査フォトマスクのモニタマスクパターンが転写されたレジスト像から測定されるローカルフレア分布に関するローカルフレア測定データが、検査データとして検査情報データベース４２に格納される。

補正ユニット１１のフレア情報入力部１２は、設計情報データベース３４から製造部４０に設置されている露光装置のローカルフレア分布の測定に用いる検査フォトマスクのモニタマスクパターンデータを取得する。また、フレア情報入力部１２は、製造情報データベース３８あるいは検査情報データベース４２から露光装置のローカルフレア測定データを取得する。透過率算出部１４は、フレア情報入力部１２で取得された検査フォトマスクのモニタマスクパターンデータに基づいて、モニタマスクパターンの照明光強度と半導体基板１上の投影光強度との比率を実効透過率として算出する。分布関数算出部１６は、フレア情報入力部１２で取得されたローカルフレア測定データ及び透過率算出部１４で算出された実効透過率に基づいてローカルフレアの分布関数をフィッティングなどの演算から導出する。

また、設計情報入力部１８は、マスクパターン補正の対象となる半導体装置製造用の対象フォトマスクのマスクパターンデータを、設計情報データベース３４から取得する。領域設定部２０は、設計情報入力部１８で取得された対象フォトマスクのマスクパターンを単位領域に分割する。フレア算出部２２は、各単位領域の実効透過率を算出する。更に、フレア算出部２２は、分布関数算出部１６で導出された分布関数及び各単位領域で算出された実効透過率に基づいて、単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出する。パターン補正部２４は、フレア算出部２２で算出されたローカルフレアの強度分布に基づいて、対象フォトマスクのマスクパターンを補正する。データ出力部２６は、パターン補正部２４で補正されたマスクパターンデータを設計情報データベース３４に格納する。

第１の実施の形態に係る補正ユニット１１では、検査フォトマスクのモニタマスクパターンを用いて取得した露光装置のローカルフレアの分布関数と、対象フォトマスクのマスクパターンから算出された実効透過率とに基づいてローカルフレアの強度分布を算出する。ローカルフレアの分布関数は、露光装置の光学系に固有の特性である。また、実効透過率は、マスクパターンに依存する特性である。予め、各露光装置でローカルフレアの分布関数を導出しておけば、任意の対象フォトマスクのマスクパターンの実効透過率を算出することにより、ローカルフレアのマスクパターン被覆率依存性の評価を精度よく簡便に行うことが可能となる。更に、算出されたローカルフレアの強度分布からレジストパターンの寸法変動を精度よく評価できるため、マスクパターンの補正を精度よく行うことが可能となる。

次に、第１の実施の形態に係るマスクパターン被覆率依存性の評価方法及びマスクパターン補正方法について説明する。第１の実施の形態ではまず、図３に示すように、製造部４０に設置されている露光装置において検査フォトマスク１ａの投影光の強度分布が測定される。露光装置に搭載された検査フォトマスク１ａを照明する照明光ＬＢのうち、検査フォトマスク１ａ上において幅がΔＸの面積要素を通過した回折光ＤＢが、投影光学系４に入射する。投影光学系４から出射する投影光ＰＢが半導体基板１０の表面で、幅がΔｘの面積要素に投影される。ΔＸとΔｘとの比は、理想的には露光装置の縮小率、例えば４：１である。

照明光ＬＢは、図４に示すように、検査フォトマスク１ａの全面でほぼ一様な強度を有する。検査フォトマスク１ａ上の任意の位置Ｘに置かれた幅がΔＸの面積要素の照明光ＬＢに対応する投影光ＰＢには、図５に示すように、半導体基板１０表面の位置ｘにおいて幅がΔｘの面積要素の周辺に強度分布が生じる。このように、投影された光学像の周辺に分布する拡散光がローカルフレアである。光学像強度がマスクパターン被覆率に依存するため、ローカルフレアもマスクパターン被覆率依存性を有している。また、ローカルフレアはマスクパターンによる回折で発生する光ではない。例えば、図１の投影光学系４の投影レンズ５表面の微細な凹凸、あるいは投影レンズ５内部の屈折率の微小な変化によって散乱された光である。また、投影光学系４が反射鏡を含む場合は、反射鏡表面の微小な凹凸も散乱光を発生する。

検査フォトマスク１ａは、図６及び図７に示すように、溶融石英等の透明材料のマスク基板５０表面の遮光膜５２に形成された矩形状のモニタマスクパターン５３を有する。モニタマスクパターン５３には、所定の周期ＰのＬ／Ｓパターンが用いられる。モニタマスクパターン５３のＬ／Ｓパターンには、スペース幅Ｗｓの複数の開口部５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、・・・、５４ｅ、５４ｆの間に、線幅Ｗｌの複数の遮光膜５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、・・・、５２ｅが配置されている。スペース幅Ｗｓ及び線幅Ｗｌの比は、例えば検査フォトマスク１ａ上で１：１である。モニタマスクパターン５３の周囲の遮光膜５２はモニタマスクパターン５３の端部から少なくとも、例えば１０〜１０００μｍ、望ましくは５０〜５００μｍ、更に望ましくは１００〜３００μｍの距離まで延在している。

検査フォトマスク１ａ及びフォトレジストを塗布した半導体基板１０が、図２の製造部４０に設置されている露光装置に搭載される。モニタマスクパターン５３を投影して、図８及び図９に示すように、半導体基板１０表面のレジスト膜６２にモニタレジストパターン６３が転写される。転写されたモニタレジストパターン６３には、スペース幅ｗｓの複数の開口部６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、・・・、６４ｅ、６４ｆの間に、線幅ｗｌの複数のレジスト像６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、・・・、６２ｅが周期ｐｒで形成されている。また、転写されたモニタレジストパターン６３の端部から距離Ｄｆの領域にレジスト膜６２の溶解で膜厚が減少したローカルフレア像６８が形成される。ローカルフレア像６８は、図６に示したモニタマスクパターン５３の端部の位置から散乱により遮光膜５２側に漏れた投影光が形成するレジストパターンである。

ローカルフレア像６８に対して、図２の検査部４４に設置されている膜厚測定装置等を用いて、モニタレジストパターン６３の端部から距離Ｄｆの間でレジスト膜厚の減少量分布が測定される。各位置でのレジスト膜厚の減少量は、使用したフォトレジストの感度特性に基づいて投影光強度に換算される。その結果、図１０に示すように、投影光強度の分布（以下、「ローカルフレア分布」と称す。）が得られる。得られたローカルフレア分布は、ローカルフレア測定データとして検査サーバ４３から検査情報データベース４２に格納される。なお、ローカルフレア分布は、製造部４０において露光装置に設置された撮像素子で投影光強度を直接測定しても得ることができる。製造部４０で測定されたローカルフレア測定データは、製造管理サーバ３９を介して製造情報データベース３８に格納される。

補正ユニット１１のフレア情報入力部１２により、検査情報データベース４２あるいは製造情報データベース３８から露光装置のローカルフレア測定データＦ_M（ｘ，ｙ）が取得される。モニタマスクパターン５３が投影された半導体基板１０上のローカルフレア分布は近似的に、（１）式に示すように、フレアがない場合の理想像Ｉ₀（ｘ，ｙ）と、投影光学系のローカルフレア分布特性を表す分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）との畳み込みで表される。

F_M(x,y) = ∬I₀(μ,ν)×P(x-μ,y-ν)dμdν （１）

分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）は、例えば（２）式に示すようなガウス関数で表される。

P(x,y) = A × exp( -b × r² ) （２）

ここで、ｒはモニタレジストパターン６３の端部からの距離（ｘ²＋ｙ²）^1/2である。定数Ａは、投影光学系４に入射した光束のうちのローカルフレアになる成分の割合を表し、０以上１以下である。定数ｂは、ローカルフレアの到達距離を表し、ｂが大きい場合はローカルフレアが近くまでしか広がらず、逆にｂが小さい場合は遠方までローカルフレアが到達することになる。

なお、分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）はガウス関数に限らず、例えば（３）式、あるいは（４）式に示すように、ｒが無限大で０に収束する任意の関数を用いて近似的に表すことができる。

P(x,y) = A × exp( -b × r ) （３）

P(x,y) = A / ( b² + r² ) （４）

分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）を算出するためには、理想像Ｉ₀（ｘ，ｙ）を求める必要がある。理想像Ｉ₀（ｘ，ｙ）は、モニタマスクパターン５３の光学像（aerial image）であるが、近似的には次の方法で求められる「実効透過率」を使用することができる。

（イ）モニタマスクパターン５３を矩形の面積要素に分割する。面積要素は、モニタマスクパターンの周期Ｐの方向には１周期分、周期Ｐの方向に直交する方向には適当な長さで区切られた領域である。

（ロ）検査フォトマスク１ａ上の面積要素に入射した光強度の総和を１とし、面積要素を通過して半導体基板１０上に達する投影光強度の総和を計算する。計算にはリソグラフィシミュレータを用いる。検査フォトマスク１ａが、図１１に示すように、照明光学系３からの照明光ＬＢで照明される。検査フォトマスク１ａの面積要素から発して投影光学系４の投影レンズ５に入射する回折光ＤＢのうち、開口絞り６で遮られる成分を除いた投影光ＰＢの強度の総和を求める。投影光強度の総和を、検査フォトマスク１ａの面積要素の面積で割り、実効透過率とする。投影光強度の総和は、半導体基板１０上における、検査フォトマスク１ａの面積要素の光学像から計算してもよい。あるいは、検査フォトマスク１ａの面積要素の光学像を二次元フーリエ変換し、算出される二次元の関数の空間周波数の原点座標（０、０）における関数の値を実効透過率として計算してもよい。

モニタマスクパターン５３は、図７に示したように、検査フォトマスク１ａ上で線幅Ｗｌとスペース幅Ｗｓとの比が１：１のＬ／Ｓパターンである。計算により求まるＬ／Ｓパターンの実効透過率Ｔ_Mは、図１２に示すように、Ｌ／Ｓパターンの周期Ｐにより異なる。照明条件として、投影レンズ５の開口数ＮＡが０．７５、照明光学系３のコヒーレンスファクタσが０．８５で、輪帯比が２／３の輪帯照明が用いられている。Ｌ／Ｓの周期Ｐが露光装置の光源２から出射される照明光の波長と同程度に微細化されるにしたがい、実効透過率Ｔ_Mは、約０．５から約０．２までの値に減少する。このように、ローカルフレアはマスクパターン被覆率だけでなく、Ｌ／Ｓの周期Ｐにも強く依存している。また、実効透過率Ｔ_Mは照明条件によっても変わる。したがって、半導体装置の製造工程で用いるリソグラフィ工程の照明条件を用いて求めた実効透過率Ｔ_Mの値を使うのが望ましい。

図２のフレア情報入力部１２により、設計情報データベース３４から検査フォトマスク１ａのモニタマスクパターンデータが読み込まれる。透過率算出部１４により、上記した手順でモニタマスクパターン５３の領域内の実効透過率Ｔ_Mが算出される。一方、モニタマスクパターン５３の周囲は遮光膜５２で遮光される領域であるから、実効透過率は０である。したがって、（１）式のＩ₀（ｘ．ｙ）、Ｆ_M（ｘ．ｙ）は次のように表される。

I₀(x.y) ＝ T_M （モニタレジストパターン内）
0 （モニタレジストパターン周囲） （５）

F_M(x,y) = ∬T_M × P(x-μ,y-ν)dμdν （６）

分布関数算出部１６により、（６）式にローカルフレア測定データＦ_M（ｘ，ｙ）をフィッティングすることにより、ローカルフレアの分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）の定数Ａ及びｂが最小二乗法から求められる。ここで、（６）式のdμdνに関する積分範囲はモニターパターン内となる。したがって、（６）式の積分は、誤差関数等を用いて展開することができ、最小二乗法が容易に実行できる。

次に、図２の設計情報入力部１８により、ローカルフレアを考慮した補正を行う設計マスクパターンデータが設計情報データベース３４から取得される。対象フォトマスク１は、図１３に示すように、マスク基板５０の表面に配置されたマスクパターン領域７０に、矩形状のメモリセルアレイ領域７８と、メモリセルアレイ領域７８の周囲に配置された周辺回路領域７６とを有するメモリ回路パターン領域７５を備えている。周辺回路領域７６及びメモリセルアレイ領域７８には、図１４に示すように、設計マスクパターンとしての周辺回路パターン７３ａ及びメモリセルアレイパターン７３ｂが配置されている。

周辺回路パターン７３ａは、孤立した遮光膜７２ａが遮光膜７２ａに比べて広い開口部７４ａで囲まれ、マスクパターン被覆率が小さい。一方、メモリセルアレイパターン７３ｂは、遮光部７２ｂ〜７２ｅと開口部７４ｂ〜７４ｅを有するＬ／Ｓパターンの密集パターンで、マスクパターン被覆率が大きい。マスクパターン被覆率に依存して、周辺回路領域７６の投影光から生じたローカルフレアが、半導体基板１０上においてメモリセルアレイ領域７８の投影光に重なって分布する。その結果、メモリセルアレイパターン７３の遮光部７２ｂ〜７２ｅが転写されたレジスト像の線幅は、ローカルフレア強度に応じて変動する。

図２の領域設定部２０により、図１５に示すように、設計マスクパターンを分割して複数の単位領域ＵＡが設定される。単位領域ＵＡは、例えば１０μｍ×１０μｍの正方形領域となるようメッシュ状に区切られる。フレア算出部２２により、複数の単位領域ＵＡのそれぞれについて実効透過率Ｔが算出される。実効透過率Ｔの算出方法は、透過率算出部１４の説明及び図１１で示した方法と同じである。また、フレア算出部２２により、実効透過率及び先に求めたローカルフレアの分布関数Ｐ（ｘ，ｙ）を用いて、（７）式に示すローカルフレアの強度分布Ｆ（ｘ，ｙ）が求められる。

F(x,y) = ∬T × P(x-μ,y-ν)dμdν （７）

なお、ローカルフレアの強度分布Ｆ（ｘ，ｙ）の計算の簡略化のため、次の規則に従って処理が行われてもよい。

（イ）実効透過率Ｔには、各単位領域ＵＡ内の平均値を使用する。

（ロ）強度分布Ｆ（ｘ，ｙ）の計算では、各単位領域ＵＡの位置は中心位置の座標で代表させる。

（ハ）各単位領域ＵＡ内で、ローカルフレアの強度は中心位置における値で代表させる。

例えば、図１５にしたように、着目している単位領域ＵＡ_i（ｉ＝１〜ｎ）の中心位置Ｃ_i（ｘ_i，ｙ_i）から、ローカルフレアが有意な大きさで到達する距離ｒ_Fの範囲内に中心位置ＤＣ₁、ＤＣ₂、ＤＣ₃、・・・、ＤＣ_kが含まれる単位領域ＤＡ₁、ＤＡ₂、ＤＡ₃、・・・、ＤＡ_kを新たに設定する。規則（イ）及び（ロ）に従って、図１６に示すように、新たに設定した単位領域ＤＡ₁、ＤＡ₂、ＤＡ₃、・・・、ＤＡ_kにおける実効透過率Ｔ₁、Ｔ₂、Ｔ₃、・・・、Ｔ_k、及び単位領域ＵＡ_iの中心位置Ｃ_i（ｘ_i，ｙ_i）と中心位置ＤＣ₁、ＤＣ₂、ＤＣ₃、・・・、ＤＣ_kとの距離ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃、・・・、ｒ_kがそれぞれ求められる。

更に、規則（ハ）に従って、単位領域ＵＡ_iの中心位置Ｃ_i（ｘ_i，ｙ_i）におけるローカルフレアの強度Ｆ（ｘ_i，ｙ_i）が、（８）式に示すように、（７）式の積分から和の形で置き換えることができる。

F(x_i,y_i)=T₁×A×exp(-b×r₁ ²)+T₂×A×exp(-b×r₂ ²)+・・・+T_k×A×exp(-b×r_k ²) （８）

ここで、（８）式の右辺の１〜ｋは、新たに設定した単位領域ＤＡ₁、ＤＡ₂、ＤＡ₃、・・・、ＤＡ_kに対応している。フレア算出部２２により、全ての単位領域ＵＡ_i（ｉ＝１〜ｎ）について（８）式の計算を行い、ローカルフレアの強度分布Ｆ（ｘ，ｙ）が算出される。

パターン補正部２４により、ローカルフレアの強度分布Ｆ（ｘ，ｙ）に基づいて、対象フォトマスク１の設計マスクパターン形状が補正される。例えば、設計マスクパターンの転写レジストパターンの寸法変動量をリソグラフィシミュレータを用いて求める。ローカルフレア起因で寸法変動が判定基準値より大きいと判定された箇所については、設計マスクパターン形状を補正して所望の形状の転写レジストパターンが形成されるようにする。寸法変動の判定基準値は、例えば半導体装置の回路パターンの許容誤差等を用いる。

ローカルフレアは、マスクパターンの光学像強度に依存する。光学像強度は、マスクパターンの幾何学的な密度から規定される透過率ではなく、露光装置の照明条件やマスクパターンの周期等の光学的因子に影響される。言い換えると、光学像強度はマスクパターンから発した光のうち投影レンズ５を通過して半導体基板１０に届く割合、即ち、実効透過率にほぼ比例する。したがって、ローカルフレアの評価は、光学的因子を含めたマスクパターン被覆率依存性について考慮する必要がある。

第１の実施の形態に係る評価方法では、露光装置固有のローカルフレアの分布関数、及び対象フォトマスクのマスクパターンの実効透過率を算出して、ローカルフレアの強度分布が算出される。したがって、ローカルフレアのマスクパターン被覆率依存性の評価を精度よく簡便に行うことが可能となる。更に、算出されたローカルフレアの強度分布からレジストパターンの寸法変動を精度よく評価できるため、マスクパターンの補正を精度よく行うことが可能となる。

なお、設計マスクパターンの補正量が大きい場合は、実効透過率の分布が補正前と変わってしまうために、不十分な補正か、あるいは過度の補正になる恐れがある。そのような場合は、上記の対象マスクパターン補正の手順を、ローカルフレアに起因するレジストパターンの寸法変動が十分小さくなるまで繰り返し実行することにより、更に高精度のマスクパターンの補正が可能となる。また、ローカルフレアは、ＯＰＥとは異なる現象であり、効果の現れる領域も異なっている。したがって、第１の実施の形態に係るマスクパターン補正方法は、ＯＰＣによるマスクパターン補正と併せて適用することが可能である。

次に、第１の実施の形態に係るマスクパターン補正方法を用いた半導体装置の製造方法を、図１７に示すフローチャートを用いて説明する。ここで、図６に示した検査フォトマスク１ａのモニタマスクパターンデータが設計情報データベース３４に格納されている。また、図２に示した製造部４０に配置されている、図１に示した露光装置の照明光強度等の照明条件が製造情報データベース３８に格納されている。また、検査フォトマスク１ａにより測定された露光装置のローカルフレア測定データが、製造情報データベース３８、あるいは検査情報データベース４２に格納されている。

（イ）ステップＳ１００で、補正ユニット１１のフレア情報入力部１２により、ローカルフレア測定データが製造情報データベース３８、あるいは検査情報データベース４２から取得される。また、フレア情報入力部１２により、検査フォトマスク１ａのモニタマスクパターンデータ及び露光装置の照明光強度が、それぞれ設計情報データベース３４及び製造情報データベース３８から取得される。

（ロ）ステップＳ１０１で、透過率算出部１４により、照明光強度と、モニタマスクパターンデータに基づいて算出される半導体基板１０上の投影光強度との第１の比率が第１の実効透過率として算出される。

（ハ）ステップＳ１０２で、分布関数算出部１６により、ローカルフレア測定データ及び第１の実効透過率に基づいて、検査フォトマスク１ａのモニタマスクパターン５３のマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数が算出される。

（ニ）ステップＳ１０３で、設計情報入力部１８により、対象フォトマスク１の設計マスクパターンのマスクパターンデータが取得される。

（ホ）領域設定部２０により、ステップＳ１０４で設計マスクパターンが複数の単位領域に分割され、ステップＳ１０５で単位領域の一つが選択される。

（ヘ）ステップＳ１０６で、フレア算出部２２により、照明光強度と、設計マスクパターンに基づいて複数の単位領域のそれぞれで算出される半導体基板１０上の投影光強度との第２の比率が第２の実効透過率が算出される。ステップＳ１０７で、フレア算出部２２により、分布関数及び第２の実効透過率に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレアの強度が算出される。全単位領域において、ローカルフレアの強度の算出が完了するまでステップＳ１０６及びＳ１０７の処理が繰り返され、ローカルフレアの強度分布が取得される。

（ト）パターン補正部２４により、ステップＳ１１０でローカルフレアの強度分布に基づいて算出されるレジストパターンの寸法変動を用いて、ステップＳ１１２で設計マスクパターンが補正され、補正マスクパターンデータが作成される。

（チ）データ出力部２６により、補正マスクパターンデータが設計情報データベース３４に格納される。ステップＳ１１２で、補正マスクパターンデータに基づいて、設計部３６で対象フォトマスク１が作製される。

(リ)ステップＳ１１３で、対象フォトマスク１及びレジスト膜を塗布した半導体基板１０が露光装置に装着される。対象フォトマスク１の補正マスクパターンをレジスト膜に転写し、レジストパターンが形成される。その後、レジストパターンをマスクとして半導体基板１０を加工し、半導体装置が製造される。

第１の実施の形態では、対象フォトマスク１の設計マスクパターンに対して、ローカルフレアに起因するレジストパターン寸法変動のマスクパターン被覆率依存性が補正されている。補正されたマスクパターンを転写して加工される半導体装置の回路パターンは、所望の設計パターン形状を忠実に反映したものとなる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る評価方法に用いる検査フォトマスク１ｂには、図１８に示すように、溶融石英等のマスク基板５０の表面に堆積されたクロム（Ｃｒ）等の遮光膜８２に、第１のマスクパターン８３及び第２のマスクパターン８７がそれぞれ配置されている。例えば、第１のマスクパターン８３は一辺の寸法Ｌ₁が約３ｍｍの正方形である。また、第２のマスクパターン８７は、遮光部８６及び遮光部８６の周囲に配置された開口部８８を有する。遮光部８６は、一辺の寸法Ｌ₂が約３ｍｍの正方形である。また、開口部８８は、一辺の寸法Ｌ₃が約１５ｍｍの正方形である。遮光部８６は開口部８８の中心の位置に配置されている。また、第１のマスクパターン８３及び開口部８８の間に設けられた遮光膜８２は、２ｍｍ以上、例えば約８ｍｍの幅を有する。なお、図示は省略しているが、検査フォトマスク１ｂには、図１に示した露光装置のマスクステージ８上での位置決めに用いられるアライメントマークも配置されている。二重露光法でアライメントマークを用いて、第１のマスクパターン８３及び遮光部８６を、基板ステージ９上の半導体基板１０表面で互いに重ね合わせて投影することができる。

検査フォトマスク１ｂの第１のマスクパターン８３は、図１９に示すように、遮光膜８２の間に、複数の開口部８４ａ、８４ｂ、８４ｃ、８４ｄ、・・・、８４ｅ、８４ｆ、８４ｇを挟んで周期的に配列された複数の半透明膜８５ａ、８５ｂ、８５ｃ、８５ｄ、・・・、８５ｅ、８５ｆ、８５ｇを有している。第１のマスクパターン８３の周期パターンは、半透明膜８５ａ〜８５ｄ、・・・、８５ｅ〜８５ｇの線幅Ｗｌと開口部８４ａ〜８４ｄ、・・・、８４ｅ〜８４ｇのスペース幅Ｗｓの比が１：１で、周期Ｐが２００ｎｍのＬ／Ｓパターンである。半透明膜８５ａ〜８５ｄ、・・・、８５ｅ〜８５ｇには、例えばモリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ₂）等のハーフトーン位相シフト膜が用いられる。ＭｏＳｉ₂膜は、例えば露光光に対して６％程度の透過率を有し、位相差が１８０度生じる厚さにしてある。第２のマスクパターン８７は、図２０に示すように、遮光膜８２に設けられた開口部８８の中に遮光部８６を有している。遮光部８６は、遮光膜８２と同様のＣｒ等である。開口部８８では、遮光膜８２が除去されてマスク基板５０の表面が露出している。なお、開口部８８において、マスク基板５０上の遮光膜８２が完全に除去されてなくてもよい。例えば、開口部８８に、所定の実効的な透過率を有するように透光領域と遮光領域が周期的に配置されたパターンを設けてもよいことは勿論である。

次に、第２の実施の形態に係る評価方法を、図２１に示すフローチャートを用いて説明する。検査フォトマスク１ｂの第１及び第２のマスクパターン８３、８７の転写には、図１に示した露光装置が使用される。第１及び第２のマスクパターン８３、８７の転写は、図２２に示すように、半導体基板１０の複数の露光領域ＥＦ₁、ＥＦ₂、・・・、ＥＦ_jに行われる。説明ではポジ型のレジスト膜を用いているが、ネガ型のレジスト膜でもよいことは勿論である。

（イ）ステップＳ２００で、半導体基板１０の表面にポジ型のレジスト膜を塗付する。検査フォトマスク１ｂ及びレジスト膜を塗布した半導体基板１０が、露光装置のマスクステージ８及び基板ステージ９上にそれぞれ搭載される。

（ロ）ステップＳ２０１の第１の露光過程で、検査フォトマスク１ｂの第１のマスクパターン８３がレジスト膜の複数の露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれに投影される。第１の露光過程では、転写される第１のマスクパターン８３のＬ／Ｓパターンが所定の寸法に仕上がる第１の露光量ＥＤ₁が選定されている。

（ハ）ステップＳ２０２の第２の露光過程で、第１のマスクパターン８３が投影されたレジスト膜の露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれで、第１のマスクパターン８３が投影された領域を遮光部８６で覆うようにして、第２のマスクパターン８７がレジスト膜に投影される。第２の露光過程では、露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれに対して、０から第１の露光量ＥＤ₁まで変化させた第２の露光量ＥＤ₂が用いられる。

（ニ）ステップＳ２０３で、半導体基板１０をＰＥＢ及び現像工程で処理して、図２３に示すように、露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれでレジスト膜９２に第１のマスクパターン８３及び第２のマスクパターン８７が転写されたレジストパターン９３及びレジスト開口部９８が形成される。露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのうち、第２の露光量ＥＤ₂がレジスト膜９２を完全に溶解する限界露光量未満の露光量ＥＤａで転写された露光領域では、図２４に示すように、レジスト開口部９８ａにはレジスト膜９２ａが残存する。第２の露光量ＥＤ₂が限界露光量以上の露光量ＥＤｂで転写された露光領域では、図２５に示すように、レジスト膜９２が完全に溶解したレジスト開口部９８ｂが形成される。図２４及び図２５のレジストパターン９３ａ、９３ｂのそれぞれには、第１のマスクパターン８３が第１の露光量ＥＤ₁で転写されたスペース幅ｗｓの複数のレジスト開口部９４ａ〜９４ｇ、及び線幅ｗｌのレジスト像９５ａ〜９５ｇを有し、周期ｐｒのＬ／Ｓレジストパターンが形成される。

（ホ）ステップＳ２０４で、露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれにおいてレジスト像９５ａ〜９５ｇの線幅ｗｌが、例えば、図２３に点線で示したレジストパターン９３の対角線に沿って測定される。なお、線幅の測定は、レジストパターン９３の対角線に限定されず、レジストパターン９３の一端から他端へ向かう線に沿っていればよい。

（ヘ）ステップＳ２０５で、予め測定された第１のマスクパターン８３の半透明膜８５ａ〜８５ｇの線幅Ｗｌの設計値からのマスク寸法誤差ΔＸに起因するレジスト像９５ａ〜９５ｇの線幅ｗｌの寸法誤差を補正する。補正線幅は、測定された線幅ｗｌから、マスク寸法誤差ΔＸにマスクエラー係数ＭＥＦを乗じた値を差し引いて算出される。マスクエラー係数ＭＥＦは、マスク寸法誤差を転写対象基板上の寸法誤差に換算する係数であり、露光装置の照明条件と転写されるレジストパターン寸法から計算により求められる。なお、マスク寸法誤差が十分小さく、補正された線幅と測定された線幅ｗｌとの差が半導体装置の製造許容誤差の範囲内であれば、ステップＳ２０５の補正計算は省略してもよい。

（ト）ステップＳ２０６で、露光領域ＥＦ₁〜ＥＦ_jのそれぞれでレジストパターン９３の、例えば一辺が１ｍｍの正方形の中央領域での平均線幅ｗｌ_AVE及びばらつきΔｓが算出される。例えば図２６に示すように、補正した線幅をレジストパターン９３ａ、９３ｂの端部からの距離についてプロットして、平均線幅ｗｌ_AVEに対するレジストパターン９３ａ、９３ｂのそれぞれの端部における線幅の最大変動量ΔＷ_A、ΔＷ_B、及びレジストパターン９３ａ、９３ｂのそれぞれの端部からばらつき範囲（ｗｌ_AVE±Δｓ）に至るまでの変動距離Ｘ_A、Ｘ_Bがレジストパターンの寸法変動特性量として評価される。図２６に示した線幅の分布曲線Ａ及びＢは、それぞれ図２４及び図２５に示した露光領域でのレジスト像９５ａ〜９５ｇの線幅変動である。

分布曲線Ａ、Ｂではレジストパターン９３ａ、９３ｂのそれぞれの周辺のレジスト開口部９８の露光量が異なり、図１８に示した検査フォトマスク１ｂの開口部８８におけるマスクパターン被覆率が異なる露光条件が実効的に作り出されている。分布曲線Ａ、Ｂで示されるような寸法変動は、ＰＥＢ中にレジスト膜中に発生する酸の蒸散と再付着、現像中の現像液濃度の変化による現像マイクロローディング効果、及び露光装置のローカルフレア等によって発生することが知られている。また、酸の蒸散量や現像マイクロローディング効果の大きさは、フォトレジストの組成及びＰＥＢや現像の処理条件等によっても変わる。

例えば、レジストパターン９３ａ周囲のマスクパターン被覆率が大きい露光条件では、ＰＥＢ処理中にレジストパターン９３周囲で発生する酸の蒸散量が小さい。その結果、現像速度が低下し、分布曲線Ａに示したように、レジストパターン９３ａの端部での線幅が大きくなる。一方、レジストパターン９３ｂ周囲のマスクパターン被覆率が小さい露光条件では、ＰＥＢ処理中にレジストパターン９３周囲で発生する酸の蒸散量が大きい。その結果、現像速度が増加し、分布曲線Ｂに示したように、レジストパターン９３ｂの端部での線幅が小さくなる。したがって、分布曲線Ａ、Ｂの最大変動量ΔＷ_A、ΔＷ_B、及び変動距離Ｘ_A、Ｘ_B等のレジストパターンの寸法変動特性量は、マスクパターン被覆率に依存した寸法変動量を表していることが言える。マスクパターン被覆率依存性が小さいほど露光領域内のレジスト寸法変動が小さい。微細なパターンを有する半導体装置の製造工程では、マスクパターン被覆率依存性の小さなフォトレジスト及びリソグラフィ工程の処理条件を用いることが望ましい。第２の実施の形態に係る評価方法によれば、露光領域内の寸法変動が小さくなるようなフォトレジスト、及びＰＥＢや現像等の処理条件を選択することが可能となる。

第２の実施の形態に係る評価法により、異なるロットのフォトレジストＡ及びＢに対してレジストパターン９３の線幅のマスクパターン被覆率依存性を測定する。フォトレジストＡを塗布して転写されたレジスト像９５ａ〜９５ｇに対して、図２７に示すように、最大変動量の変化範囲ΔＷ₁、及び変動距離Ｘ_A1、Ｘ_B1等のレジストパターンの寸法変動特性量がそれぞれ得られる。また、フォトレジストＢを塗布したレジスト像９５ａ〜９５ｇに対して、図２８に示すように、最大変動量の変化範囲ΔＷ₂、及び変動距離Ｘ_A2、Ｘ_B2等のレジストパターンの寸法変動特性量がそれぞれ得られる。フォトレジストＡのレジストパターンの寸法変動特性量は、フォトレジストＢのレジストパターンの寸法変動特性量よりいずれも小さい。その結果、フォトレジストＢに比べて、フォトレジストＡのほうがマスクパターン被覆率依存性が小さく、寸法変動量を小さくすることができる。即ち、半導体装置製造の観点からは、フォトレジストＢよりもマスクパターン被覆率依存性の小さいフォトレジストＡの方が転写パターンの寸法変動が抑制できるため望ましいと判断できる。また、第２の実施の形態に係る評価方法では、第１のマスクパターン８３に対してマスクパターンの寸法誤差を補正している。したがって、フォトマスク作製時に生じるマスクパターン自身のマスクパターン被覆率依存性による寸法誤差に影響されない評価が可能となる。マスクパターンの寸法誤差の補正対象は、第１のマスクパターン８３だけであり、短時間で簡便にマスクパターン被覆率依存性の評価が可能となる。

また、フォトレジスト及びリソグラフィ工程の処理条件を予め選定して、第２の実施の形態に係る評価方法を異なる複数の露光装置に適用することにより、マスクパターン被覆率依存性の大小に関する露光装置の順位付けを行うことができる。フォトレジスト及びリソグラフィ工程の処理条件は共通であるので、各露光装置に対してローカルフレア起因のマスクパターン被覆率依存性を評価することができる。ローカルフレアが大きい装置であっても、例えば第１の実施の形態にかかる評価方法を用いれば、ローカルフレア起因の寸法変動を抑制することが可能である。しかし、ローカルフレアは露光量余裕度を縮小する効果を有している。ローカルフレアの小さい露光装置を用いる方が、露光量の誤差起因の寸法変動が少ないため望ましい。例えば、回路パターンの寸法を高精度に均一に形成する必要がある製造工程では、順位付けの上位にある露光装置を使用することにより、半導体装置の製造歩留まりを向上させることが可能となる。第２の実施の形態に係る評価方法で評価された複数の露光装置を用いる半導体装置の製造方法を、図２９に示すフローチャートに従って説明する。

（イ）まず、半導体装置の製造工程で使用する複数の検査対象の露光装置に、図１８で示した検査フォトマスク１ｂを設置する。検査対象の露光装置のそれぞれにより、ステップＳ２２０で、検査用の半導体基板１０に塗布したレジスト膜に検査フォトマスク１ｂの第１及び第２のマスクパターン８３、８７を転写する。

（ロ）ステップＳ２２１で、半導体基板１０上に転写されたレジストパターンのレジスト像９５ａ〜９５ｇの線幅を測定する。検査対象の露光装置のそれぞれから測定された線幅は、マスクパターン寸法設計値からのマスク寸法誤差Δｘに起因するレジスト像９５ａ〜９５ｇの線幅ｗｌの寸法誤差を補正する。

（ハ）ステップＳ２２２で、補正された線幅に基づいて、線幅の最大変動量ΔＷ_A、ΔＷ_B、及び変動距離Ｘ_A、Ｘ_B等のレジストパターンの寸法変動特性量が算出され、マスクパターン被覆率依存性が評価される。

（ニ）ステップＳ２２３で、算出されたレジストパターンの寸法変動特性量に基づいて検査対象の露光装置が分類される。

（ホ）ステップＳ２２４で、半導体装置の製造工程のそれぞれで使用可能な露光装置を選択して、半導体装置のリソグラフィ工程を実施する。例えば、分類された露光装置の中から、製造工程で形成するパターンの許容寸法誤差以下のマスクパターン被覆率依存性に分類された露光装置が選択される。

微細パターンを有する半導体装置の製造に使用される露光装置において、仕様上の寸法精度は同じであっても露光装置間には露光装置の製造誤差等により機差がある。リソグラフィ工程に使用する露光装置に固有のマスクパターン被覆率依存性により、製造される半導体装置の性能にばらつきが生じることになる。第２の実施の形態によれば、露光装置に固有のマスクパターン被覆率依存性を評価して、露光装置をレジストパターンの寸法変動特性量により分類している。半導体装置の製造工程に要求される許容寸法誤差以下の寸法精度を実現することが可能な露光装置を選択してリソグラフィ工程を実施することができる。したがって、性能のばらつきが抑制された半導体装置の製造が可能となる。

第２の実施の形態の説明では、図１８に示した検査フォトマスク１ｂ上に設けられた第１のマスクパターン８３及び第２のマスクパターン８７を用いている。しかし、第１のマスクパターン８３及び第２のマスクパターン８７は必ずしも同じマスク基板５０上に設けなくてもよい。例えば、図３０及び図３１に示すように、第１のマスクパターン８３及び第２のマスクパターン８７を別々のマスク基板５０上に形成した検査フォトマスク１ｃ及び１ｄを用いてもよい。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の第１及び第２の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

本発明の第１及び第２の実施の形態の説明では、露光装置の光源２として、ＡｒＦエキシマレーザを用いているが、波長λが１５７ｎｍのフッ素（Ｆ₂）エキシマレーザ、や波長λが２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ等でもよいことは勿論である。更に、光源２としてエキシマレーザに限らず、波長λが３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）、波長λが１０〜２０ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ）、あるいは、電子線等を用いてもよいことは勿論である。

なお、波長が１０〜２０ｎｍのＥＵＶ光を用いて露光を行う場合、ＥＵＶ光に対して透明な固体の材料がないため、フォトマスクや光学系のレンズ等は反射型となる。反射型露光装置は、図３２に示すように、例えば反射型のレンズやミラー等で構成された照明光学系３ａ及び投影光学系４ａを備える。照明光学系３ａの出射側及び投影光学系４ａの入射側に対向して、フォトマスク１ｅが設置される。投影光学系４ａの出射側に半導体基板１０が設置される。露光装置の光路は真空であり、照明光学系３ａから発したＥＵＶ光がフォトマスク１ｅで反射され、投影光学系４ａを介して半導体基板１０上に投影される。

反射型露光装置で使用されるフォトマスク１ｅには、図３３に示すように、遮光膜１０２ａ〜１０２ｅと、反射膜１００の表面を露出させた開口部１０４ａ〜１０４ｄとが交互に配置されたマスクパターン１０３が、マスク基板５０上に形成されている。遮光膜１０２ａ〜１０２ｅは、例えばＣｒや窒化タンタル（ＴａＮ）等のＥＵＶ光の吸収体である。反射膜１００は、例えばＭｏ及びＳｉが交互に積層された多層膜である。マスク基板５０は、例えば低熱膨張ガラス基板やＳｉ半導体基板等である。「低熱膨張ガラス」とは、温度２９３Ｋ（２０℃）で測定した熱膨張率が１Ｘ１０^-7Ｋ^-1以下のガラスであり、例えばチタン含有石英ガラス等を指す。

このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１及び第２の実施の形態の説明に用いる露光装置の概略構成図である。 本発明の第１の実施の形態に係るマスクパターン補正システムの一例を説明する概略構成図である。 露光装置のローカルフレアの一例を説明する図である。 ローカルフレアの説明に用いる照明光強度分布の一例を示す図である。 ローカルフレアの説明に用いる投影光強度分布の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る検査フォトマスクの一例を説明する図である。 図６の検査フォトマスクのＡ−Ａ断面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る検査フォトマスクの半導体基板上の転写レジストパターンの一例を説明する図である。 図８の転写レジストパターンのＢ−Ｂ断面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る検査フォトマスクによる半導体基板上の投影光強度分布の一例を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態係る検査フォトマスクによる実効透過率の一例を説明する図会ある。 本発明の第１の実施の形態に係る実効透過率のＬ／Ｓパターン周期依存性の一例を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る対象フォトマスクの一例を説明する図である。 図１３の対象フォトマスクのＣ−Ｃ断面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る実効透過率を算出するための単位領域の分割方法の一例を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係る実効透過率を算出する単位領域の一例を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態に係るマスクパターン補正方法及び半導体装置に製造方法の説明に用いるフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る検査フォトマスクの一例を説明する図である。 図１８の検査フォトマスクのＤ−Ｄ断面を示す図である。 図１８の検査フォトマスクのＥ−Ｅ断面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る評価方法の説明に用いるフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る検査フォトマスクの半導体基板上の露光領域の一例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る検査フォトマスクの半導体基板上の転写レジストパターンの一例を説明する図である。 図２３の転写レジストパターンのＦ−Ｆ断面の一例を示す図である。 図２３の転写レジストパターンのＦ−Ｆ断面の他の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンの寸法変動特性量の一例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンの寸法変動特性量の他の例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係るレジストパターンの寸法変動特性量の更に他の例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の説明に用いるフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る検査フォトマスクの他の例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る検査フォトマスクの更に他の例を説明する図である。 本発明のその他の実施の形態に係る露光装置の概略構成図である。 本発明のその他の形態に係るフォトマスクの一例を説明する図である。

符号の説明

１、１ｅ フォトマスク（対象フォトマスク）
１ａ〜１ｄ 検査フォトマスク
１０ 半導体基板
１１ 補正ユニット
１２ フレア情報入力部
１４ 透過率算出部
１６ 分布関数算出部
１８ 設計情報入力部
２０ 領域設定部
２２ フレア算出部
２４ パターン補正部
２６ データ出力部
５０ マスク基板
５２、５２ａ、７２ａ、８２ 遮光膜
５３ モニタマスクパターン
５４ａ、６４ａ、７４ａ〜７４ｅ、８４ａ〜８４ｄ、８８ 開口部
６２、９２、９２ａ レジスト膜
６２ａ、９５ａ〜９５ｇ レジスト像
６３ モニタレジストパターン
６８ ローカルフレア像
７０ マスクパターン領域
７２ｂ〜７２ｅ、８６ 遮光部
７３ａ 周辺回路パターン
７３ｂ メモリセルアレイパターン
７５ メモリ回路パターン領域
７６ 周辺回路領域
７８ メモリセルアレイ領域
８３ 第１のマスクパターン
８５ａ〜８５ｇ 半透明膜
８７ 第２のマスクパターン
９３ レジストパターン
９４ａ〜９４ｇ、９８、９８ａ、９８ｂ レジスト開口部

Claims (9)

1. 露光装置を用いてフォトマスクのマスクパターンが投影された半導体基板上のローカルフレア分布を評価する評価方法であって、
   検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、
   前記モニタマスクパターンの照明光強度と、前記モニタマスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び前記投影光強度分布に基づいて前記モニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、
   対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、前記複数の単位領域のそれぞれにおける前記照明光強度と前記設計マスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び前記分布関数に基づいて前記複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出する
   ことを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記分布関数が、前記投影光強度の前記ローカルフレアになる成分の割合を表す定数と、前記ローカルフレアの到達距離を表す定数により表わされることを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 露光装置を用いてフォトマスクのマスクパターンが投影されて形成されたレジスト像の寸法変動のマスクパターン被覆率依存性を評価する評価方法であって、
   検査フォトマスクの遮光膜に形成された周期パターンの第１のマスクパターンを半導体基板上のレジスト膜に投影し、
   前記遮光膜に形成された遮光部及び前記遮光部の周囲に形成された開口部を有する第２のマスクパターンを、前記第１のマスクパターンが投影された前記レジスト膜の領域を前記遮光部で覆うようにして前記レジスト膜に投影し、
   前記周期パターンに対応する複数のレジスト像を形成し、
   前記複数のレジスト像の周期方向の線幅をそれぞれ測定し、
   前記線幅の中央部の平均値に対する端部の前記線幅の変動量、及び前記線幅が前記端部から前記中央部での前記線幅のばらつき範囲に至るまでの変動距離を測定する
   ことを含むことを特徴とする評価方法。
4. 前記線幅が、前記第１のマスクパターンのマスク寸法誤差に基づいて補正された数値であることを特徴とする請求項３に記載の評価方法。
5. 前記レジスト膜が、前記第１及び第２のマスクパターンが投影される複数の露光領域を有していることを特徴とする請求項３又は４に記載の評価方法。
6. 検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、
   前記モニタマスクパターンの照明光強度と、前記モニタマスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び前記投影光強度分布に基づいて前記モニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、
   対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、前記複数の単位領域のそれぞれにおける前記照明光強度と前記設計マスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び前記分布関数に基づいて前記複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出し、
   前記ローカルフレア強度の前記半導体基板表面での強度分布に基づいて前記設計マスクパターンの転写レジストパターンの寸法変動を算出し、
   前記寸法変動を用いて前記設計マスクパターンを補正する
   ことを含むことを特徴とするマスクパターン補正方法。
7. 検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定し、前記モニタマスクパターンの照明光強度と、前記モニタマスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び前記投影光強度分布に基づいて前記モニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、前記複数の単位領域のそれぞれにおける前記照明光強度と前記設計マスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び前記分布関数に基づいて前記複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出し、前記ローカルフレア強度の前記半導体基板表面での強度分布に基づいて前記設計マスクパターンの転写レジストパターンの寸法変動を算出して、前記設計マスクパターンを補正した補正マスクパターンデータを用いて前記対象フォトマスクを作製し、
   レジスト膜を塗布した半導体基板を露光装置に装着し、
   前記対象フォトマスクを前記半導体基板に投影し、前記レジスト膜に前記補正マスクパターンを転写し、対象レジストパターンを形成し、
   前記対象レジストパターンをマスクとして前記半導体基板を加工する
   ことを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 検査フォトマスクの遮光膜に形成された周期パターンの第１のマスクパターンを半導体基板上のレジスト膜に投影し、前記遮光膜に形成された遮光部及び前記遮光部の周囲に形成された開口部を有する第２のマスクパターンを、前記第１のマスクパターンが投影された前記レジスト膜の領域を前記遮光部で覆うようにして前記レジスト膜に投影し、前記周期パターンに対応する複数のレジスト像を形成し、前記複数のレジスト像の周期方向の線幅をそれぞれ測定し、前記線幅の中央部の平均値に対する端部の前記線幅の変動量及び前記線幅が前記端部から前記中央部での前記線幅のばらつき範囲に至るまでの変動距離を複数の露光装置についてそれぞれ求め、前記変動量及び前記変動距離により前記複数の露光装置を分類し、
   分類された前記露光装置から対象となるリソグラフィ工程で使用可能な製造用露光装置を選択し、
   前記製造用露光装置を用いて前記リソグラフィ工程を実施する
   ことを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 検査フォトマスクの遮光膜で囲まれたモニタマスクパターンを半導体基板に投影して投影光強度分布を測定する命令と、
   前記モニタマスクパターンの照明光強度と、前記モニタマスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率及び前記投影光強度分布に基づいて前記モニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出する命令と、
   対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、前記複数の単位領域のそれぞれにおける前記照明光強度と前記設計マスクパターンに基づいて算出される前記半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率及び前記分布関数に基づいて前記複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出する命令
   とをコンピュータに実行させるためのプログラム。

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