JP4516353B2

JP4516353B2 - 収差測定方法

Info

Publication number: JP4516353B2
Application number: JP2004138745A
Authority: JP
Inventors: 誠司松浦
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: JP2005322740A

Description

本発明は、露光装置のレンズ収差の測定方法に係り、特にコマ収差の測定方法に関する。

解像力向上はリソグラフィ技術の主要課題である。この解像力向上を達成するには、投影レンズの収差を低減する必要がある。特にコマ収差は、レジストパターンの非対称歪み及び位置ズレを生じさせるため、より一層低減する必要がある。

コマ収差を測定する代表的な方法として、ライン・アンド・スペース・パターンの両端パターンの線幅差（以下「左右線幅差」という。）を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
図１４は、従来の収差測定方法を説明するための図であり、図１４（ａ）は測定に使用するフォトマスクマスクを示し、図１４（ｂ）はコマ収差がある場合の空間像を示し、図１４（ｃ）はコマ収差がある場合のレジストパターンを示している。コマ収差に起因して左右線幅差が生じ、左右線幅差が大きいほどコマ収差が大きくなる。従って、露光装置をセットアップする際には、左右線幅差がなくなるようにレンズ調整が行われる。

他のコマ収差測定方法として、レジストパターンの断面の傾斜角の差を測定する方法や、ハーフトーン型位相シフトマスクにおいて発生するマスク開口部に対応しない光強度のピークを測定する方法や、レジストパターンの位置ズレを測定する方法や、特殊加工を施したフォトマスクを用いて波面収差を直接測定する方法等が提案されている。

特開平１０−２８８５６７号公報

しかしながら、近年のパターン微細化に伴い、左右線幅差を測定する方法では、次のような問題があった。図１５は、従来の収差測定方法を用いた場合の問題点を示す図である。
第１に、左右線幅差を測定する場合、微細パターンでは光近接効果が大きいため、コマ収差がない場合でも、図１５（ａ）に示すように、両端パターンの空間像は中央と比べて大きく変化する。その結果、図１５（ｂ）に示すように、両端のレジストパターンは評価の対象にできない程度に細ってしまうか、パターンが倒れてしまうという問題があった。
第２に、微細パターンではフォトマスクの製造誤差が数倍に増幅されて転写されるため、レジストパターンの左右線幅差が収差に起因するものか、フォトマスクの製造誤差に起因するものか判断できないという問題があった。
このような問題は、上述した他のコマ収差測定方法についても問題となる。

本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたもので、光近接効果及びフォトマスク製造誤差の影響を受けることなく、高精度かつ簡便にコマ収差を測定する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る収差測定方法は、露光装置のコマ収差を測定する方法であって、
ハーフトーン型位相シフトマスク上に密に形成された開口部を透過した透過光のメインピークによる主開口と、該透過光のサイドピークによる第２開口とをそれぞれ複数有するレジストパターンにおける該主開口と該第２開口との重心間距離のシフト量求め、該シフト量に基づいて前記コマ収差を求めることを特徴とするものである。

本発明に係る収差測定方法において、前記主開口及び前記第２開口を解像可能な露光条件で露光した場合の前記主開口と前記第２開口との重心間距離と、該露光条件を変化させて露光した場合の前記主開口と前記第２開口との重心間距離との差分を算出することにより、前記シフト量を求めることが好適である。

本発明に係る収差測定方法において、照明光コヒーレンスファクタ、露光波長及びレンズ開口数、並びに、前記開口部のサイズ及びパターンピッチ、並びに、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜の透過率の何れかを変化させることにより、前記露光条件を変化させることが好適である。

本発明に係る収差測定方法は、露光装置のコマ収差を測定する方法であって、
露光波長／レンズ開口数の１倍以上√２倍未満のピッチで形成された開口部を有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光した場合において、該開口部を透過した透過光のメインピークによる主開口と、該透過光のサイドピークによる第２開口とをそれぞれ複数有するレジストパターンにおける該主開口と該第２開口との重心間距離を求める第１工程と、
前記第１工程の露光条件を変化させて前記ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光した場合のレジストパターンにおける前記主開口と前記第２開口との重心間距離を求める第２工程と、
前記第１工程で求めた重心間距離と前記第２工程で求めた重心間距離との差分を求め、該差分に基づいて前記コマ収差を求める第３工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明は以上説明したように、主開口と第２開口との重心間距離のシフト量に基づいてコマ収差を求めることにより、光近接効果及びフォトマスク製造誤差の影響を受けることなく、高精度かつ簡便にコマ収差を測定することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

図１は、本発明の実施の形態において、コマ収差の測定に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクを示す図である。図１（ａ）は、ハーフトーン型位相シフトマスクを示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、ハーフトーン型位相シフトマスク１１は、透明基板１１０上に、光透過率が０〜２０％である半透明膜１１１が形成されてなる。半透明膜１１１には後述する主開口に対応する開口部１１２が、露光装置の（投影倍率）×（露光波長）／（レンズ開口数）の１倍以上√２倍未満、すなわち解像限界の１倍以上√２倍未満のピッチ１１３で市松状に形成されている。露光装置の照明光コヒーレンスファクタ（以下「照明σ」という。）又は開口部１１２のサイズ（以下「マスクサイズ」という。）を小さくすれば、このマスク１１を用いて露光することにより、主開口と共に第２開口が形成される（後述）。さらに、照明σとマスクサイズを調節することにより、主開口と第２開口の寸法を同等にすることができる（後述）。

図２は、図１に示すマスクを用いて形成されたレジストパターンを示す図である。図２（ａ）は、レジストパターンを示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
基板（若しくはその上に形成された下地膜）１０上に形成されたホールレジストパターン２１は、マスク１１に密に形成された開口部１１２を透過した透過光のメインピークにより解像された主開口２１２ａと、該透過光のサイドピークにより解像された第２開口（サイドローブ）２１２ｂとからなる。第２開口２１２ｂは、上下左右の四方を主開口２１２ａによって囲まれた位置、すなわち主開口２１２ａの４点中心位置に形成される。開口２１２ａ，２１２ｂは、波長／開口数で表される解像限界の１／√２倍以上１倍未満のピッチ１１４で形成されている。

このようにマスク１１の開口部１１２を透過した透過光のメインピークにより解像される主開口２１２ａと、サイドピークにより解像される第２開口２１２ｂとを形成することにより解像限界以下のピッチで密集ホールパターン２１を形成する手法は、本発明者が先の出願において提案している（特願２００４−８６５２０）。以下に詳細に説明するコマ収差測定方法は、上記提案についての鋭意検討最中に得られたものである。

密集ホールパターンを精度良く解像するためには、主開口と第２開口との解像性能を同一にする必要がある。すなわち、両開口の寸法と、両開口の光学像のシャープさ（以下「光学像シャープネス」という。）とを同一にする必要がある。
しかし、本発明者の鋭意検討によれば、コマ収差に起因して主開口と第２開口とで光学像シャープネスが乖離する場合、図３及び図４に示すように、主開口２２２ａの位置ズレ量と、第２開口２２２ｂの位置ズレ量とが異なることが分かった。すなわち、コマ収差により光学像シャープネスが乖離する場合、主開口２２２ａと第２開口２２２ｂとの相対的位置関係（相対的距離）がシフトしてしまうことが分かった。
本発明者は、図４に示すように、主開口２２２ａと第２開口２２２ｂとの重心間距離のシフト量を求め、該シフト量に基づいてコマ収差を求める手法を見出した。本実施の形態では、高精度でコマ収差を測定するため、主開口２２２ａとその上下左右に位置する４つの第２開口２２２ｂとの重心間距離をそれぞれ求め、この求められた４つの重心間距離の平均値を重心間距離として採用することとした。また、図５に示すように、開口２２２ａ，２２ｂの円周を複数に分割することにより得られた各辺からの距離の二乗和が最も小さくなるような点を重心と定義した。

図６は、本発明の実施の形態によるコマ収差測定方法を示すフローチャートである。図７は、照明σ及びマスクサイズの最適化処理を示すフローチャートである。

先ず露光条件を決定するに際し、照明σ及びマスクサイズを最適化する（ステップＳ１）。この最適化手法は、本発明者の先の上記出願において提案されており、図７を参照して簡単に説明する。
図２に示す密集パターンの中から、パターン群Ｘを選択する（ステップＳ１１）。パターン群Ｘは、第２開口２１２ｂを中心とする３×３個の開口２１２ａ，２１２ｂを最低限含むパターン群とする。次に、選択したパターン群Ｘについて照明σ＝０．３で露光した場合に、パターン群Ｘにおける主開口と第２開口の寸法差を最小とするマスクサイズＹを空間像シミュレーションにより算出する（ステップＳ１２）。マスクサイズＹは、図１に示すハーフトーン型位相シフトマスク１１に形成された開口部１１２の寸法をいう。次に、算出したマスクサイズＹでハーフトーン型位相シフトマスクを作製して、該ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて主開口と第２開口の露光を行い、主開口と第２開口の寸法差が最小となるように照明σを補正する（ステップＳ１３）。ここで、第２開口の解像ピークを考慮して、照明σを補正する範囲は０．２以上０．４以下とする。
なお、本ステップＳ１は、全てシミュレーションにより行うことができる。また、照明σを補正した後、さらにマスクサイズＹの変更をシミュレーションで行うことができる。

次に、ステップＳ１で決定された露光条件でハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光し、レジストパターンの主開口と第２開口との重心間距離を求める（ステップＳ２）。

次に、上記露光条件のうちで任意の露光パラメータを変更する（ステップＳ３）。本実施の形態においてコマ収差を測定するためには、任意の露光パラメータを僅かに変更することにより、主開口と第２開口の光学像シャープネスを乖離させる必要がある。この乖離により、重心間距離が変動するためである。露光パラメータとしては、照明σ、マスクサイズ、露光波長、レンズ開口数、マスクパターンピッチ、ハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜の透過率を例示することができる。

次に、ステップＳ３で変更した露光条件でハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光し、レジストパターンの主開口と第２開口との重心間距離を求める（ステップＳ４）。

そして、ステップＳ２で算出した重心間距離と、ステップＳ４で算出した重心間距離との差分、すなわち、重心間距離シフト量を求める（ステップＳ５）。

最後に、事前に作成しておいた重心間距離シフト量−コマ収差量のテーブルから、ステップＳ５で求めた重心間距離シフト量に対応するコマ収差量を求める（ステップＳ６）。

なお、主開口と第２開口とが解像されれば、本実施の形態による方法でコマ収差を測定することができる。よって、主開口と第２開口とが解像される露光条件を決定することができれば、図７に示した照明σとマスクサイズの最適化は省略することができる。

上述したコマ収差測定方法を、更に詳細に説明する。
先ず、主開口と第２開口が解像可能な露光条件での重心間距離を求める。露光条件の一例として、露光波長：１５７．６ｎｍ、レンズ開口数：０．８０のＦ_２エキシマレーザ露光装置を用いて露光する場合の、照明σ：０．３０、マスクパターンピッチ：２１２ｎｍ、マスクサイズ：９４ｎｍ、マスク半透明膜の透過率：６％の条件を想定することができる。本発明者によるシミュレーションの結果、レジストパターンピッチが、マスクパターンピッチ２１２ｎｍの１／√２倍の１５０ｎｍである密集ホールパターンが得られる。露光量を適切に設定することで、主開口と第２開口の寸法を共に８０ｎｍとすることができる。また、本最適露光条件での主開口と第２開口の光学像シャープネスは同一である。光学像シャープネスを示す指標として、下式で与えられるＮＩＬＳ（Normalized Image Log-Slope）と呼ばれる指標を用いると、主開口と第２開口のＮＩＬＳは共に２．３４と算出される。
ＮＩＬＳ＝（線幅）×（ｄＩ／ｄｘ）／Ｉｔｈ
（上式中、ｄＩ／ｄｘは光学像の勾配を示し、Ｉｔｈは該線幅を与える光強度閾値を示す。）
ＮＩＬＳは理想として２．０以上あることが望ましいことから、この手法により寸法及び光学像シャープネスの両方の観点から、ピッチ１５０ｎｍの密集ホールの形成は可能であると判断できる。本実施の形態では、この露光条件での主開口と第２開口との重心間距離を求める。なお、上述したように、露光条件の決定に際し、照明σとマスクサイズの最適化を行うことができる。

次に、上記露光条件から任意の露光パラメータを僅かに変更して露光することを考える。変更する露光パラメータは、上述したように、照明σ、マスクサイズ、露光波長、レンズ開口数、マスクパターンピッチ、半透明膜の透過率の何れでもよい。
ここで、マスクパターンピッチを２１２ｎｍから２２６ｎｍ及び２３３ｎｍにそれぞれ変更する場合について説明する。パターンピッチを２１２ｎｍにした場合、レジストパターンピッチは１／√２倍の１６０ｎｍであり、主開口と第２開口のＮＩＬＳはそれぞれ２．６４、２．４２と算出される。一方、パターンピッチを２３３ｎｍにした場合、レジストパターンピッチは１／√２倍の１６５ｎｍであり、主開口と第２開口のＮＩＬＳはそれぞれ２．７１、２．１８と算出される。これより、上記露光条件からパターンピッチをずらすほど、主開口と第２開口のＮＩＬＳの差、すなわち光学像シャープネスの乖離が大きくなることが分かる。そして、この変更した露光条件での主開口と第２開口との重心間距離を求める。光学像シャープネスの乖離が生じると、上述したように重心間距離がシフトする。この重心間距離と、先に求めた重心間距離との差分を求め、この差分を重心間距離シフト量とする。

図８〜図１０は、マスクパターンピッチ２１２ｎｍ，２２６ｎｍ，２３３ｎｍ（レジストパターンピッチ１５０ｎｍ，１６０ｎｍ，１６５ｎｍ）での重心間距離シフト量とコマ収差（Zernike式の第７成分（Ｚ７））量との関係をそれぞれ示す図である。
図８に示すように、マスクパターンピッチが２１２ｎｍである場合、コマ収差の大きさに関わらず、ＮＩＬＳは全く一定であり、重心間距離も一定である。すなわち、重心間距離のシフト量はゼロである。主開口と第２開口からなる密集ホール群だけを見れば、主開口と第２開口の位置ズレはなく正常にホール群が形成されているように見える。これは、全ての密集ホール群の位置が一定距離だけシフトしているだけであり、実際にはコマ収差の影響を受けている。しかし、重心間距離のシフト量に基づく本発明の手法によっては、コマ収差を求めることができない。

一方、図９及び図１０に示すように、マスクパターンピッチが２２６ｎｍ，２３３ｎｍである場合、すなわち、レジストパターンピッチが１６０ｎｍ，１６５ｎｍである場合、コマ収差の大きさに応じて、重心間距離がシフトする。シフト量は、１６０ｎｍよりも１６５ｎｍの場合の方が大きい。このように、重心間距離がシフトする場合は、図３，４に示したように主開口と第２開口の位置ズレは明瞭となる。そして、図９及び図１０に示すテーブルにより、上記求めた重心間距離のシフト量に対応するコマ収差量を求めることができる。

図１１は、コマ収差１００ｍλあたりの重心間距離シフト量とＮＩＬＳシフト率を示す図である。図１１に示すように、重心間距離シフト量とＮＩＬＳ変化率とは比例関係を有することが分かる。すなわち、光学像シャープネスに乖離が生じた場合、指標であるＮＩＬＳが変化すると共に、重心間距離がシフトすることが分かる。

以上説明したように、本実施の形態では、主開口と第２開口の重心間距離シフト量に基づいてコマ収差量を求めるようにした。従来の手法のようにラインパターンの線幅を求めるのではなく、本実施の形態では主開口及び第２開口の重心を求め、さらにその重心間距離を求めている。よって、フォトマスクの製造誤差の影響を抑えることができ、光近接効果の影響を抑えることができる。従って、光近接効果及びフォトマスクの製造誤差の影響を受けることなく、高精度かつ簡便にコマ収差を測定することができる。
さらに、本実施の形態による収差測定方法では、主開口及び第２開口が解像する限りコマ収差を測定可能である。よって、従来必要であった厳密な露光条件の最適化が不要である。また、重心間距離の測定は、通常のレジストパターン観察に用いる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて行うことができる。

なお、本実施の形態では、図１に示したような開口部が市松状に形成されたマスクを用いる場合について説明したが、図１２に示すような開口部１２２を単純に格子状に配置したマスク１２を用いることができる。ピッチ１２３は、図１に示すピッチ１１３と同様である。この図１２に示す

本発明の実施の形態において、コマ収差の測定に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクを示す図である。図１に示すマスクを用いて形成されたレジストパターンを示す図である。コマ収差が有る場合のレジストパターンを示す図である。図３に示すレジストパターンの一部を拡大した図である。主開口及び第２開口の重心を求める方法を示す図である。本発明の実施の形態によるコマ収差測定方法を示すフローチャートである。照明σ及びマスクサイズの最適化処理を示すフローチャートである。マスクパターンピッチ２１２ｎｍでの重心間距離シフト量とコマ収差量との関係を示す図である。マスクパターンピッチ２２６ｎｍでの重心間距離シフト量とコマ収差量との関係を示す図である。マスクパターンピッチ２３３ｎｍでの重心間距離シフト量とコマ収差量との関係を示す図である。コマ収差１００ｍλあたりの重心間距離シフト量とＮＩＬＳシフト率を示す図である。コマ収差の測定に用いられるハーフトーン型位相シフトマスクの別の例を示す図である。図１２に示すマスクを用いて形成されたレジストパターンを示す図である。従来の収差測定方法を説明するための図である。従来の収差測定方法を用いた場合の問題点を示す図である。

符号の説明

１０基板又は下地膜
１１，１２ハーフトーン型位相シフトマスク
２１，２２，２３レジストパターン
１１０透明基板
１１１，１２１半透明膜
１１２，１２２開口部
１１３，１２３ピッチ
２１２ａ，２２２ａ，２３２ａ主開口
２１２ｂ，２２２ｂ，２３２ｂ第２開口

Claims

露光装置のコマ収差を測定する方法であって、
ハーフトーン型位相シフトマスク上に密に形成された開口部を透過した透過光のメインピークによる主開口と、該透過光のサイドピークによる第２開口とをそれぞれ複数有するレジストパターンにおける該主開口と該第２開口との重心間距離のシフト量を求め、該シフト量に基づいて前記コマ収差を求め、
前記主開口及び前記第２開口を解像可能な露光条件で露光した場合の前記主開口と前記第２開口との重心間距離と、該露光条件を変化させて露光した場合の前記主開口と前記第２開口との重心間距離との差分を算出することにより、前記シフト量を求めることを特徴とする収差測定方法。
請求項１に記載の収差測定方法において、
照明光コヒーレンスファクタ、露光波長及びレンズ開口数、並びに、前記開口部のサイズ及びパターンピッチ、並びに、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの半透明膜の透過率の何れかを変化させることにより、前記露光条件を変化させることを特徴とする収差測定方法。
露光装置のコマ収差を測定する方法であって、
露光波長／レンズ開口数の１倍以上√２倍未満のピッチで形成された開口部を有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光した場合において、該開口部を透過した透過光のメインピークによる主開口と、該透過光のサイドピークによる第２開口とをそれぞれ複数有するレジストパターンにおける該主開口と該第２開口との重心間距離を求める第１工程と、
前記第１工程の露光条件を変化させて前記ハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光した場合のレジストパターンにおける前記主開口と前記第２開口との重心間距離を求める第２工程と、
前記第１工程で求めた重心間距離と前記第２工程で求めた重心間距離との差分を求め、該差分に基づいて前記コマ収差を求める第３工程とを含むことを特徴とする収差測定方法。