JPH05265191A - 位相シフトマスクの検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 紫外光の位相を部分的に変化させてレジスト
に照射し、非変化光との干渉によって遮光パターンに対
応する領域の光強度を低下させる位相シフト型の紫外線
リソグラフィに於いて、位相シフトマスクに設けられた
シフターの厚さを簡易に検査する方法を提供すること。 【構成】 位相シフトマスクのパターンをレジストに転
写する際に、フォーカス面がレジスト面から外れるよう
にし、現像処理して得たパターンの変化から位相シフト
量の当否を判定する。シフターによって生じる光強度分
布パターンは、オフフォーカスとすることによって始め
て、位相差が所定値からずれていることを観察し得るよ
うになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造等に利
用されるフォトリソグラフィに関わり、特に紫外線リソ
グラフィの干渉露光法に関わるものである。

【０００２】集積回路と総称される半導体装置の高集積
化に伴って、その構成要素のパターンの微細化が進めら
れている。リソグラフィ処理によって微細なパターンを
形成するには、それに対応するレジストパターンを形成
することがまず必要であるが、パターンが微細化すると
照射光の回折によるパターンのぼけが無視し得なくな
り、波長のより短い光源を利用する技術の開発が進めら
れてきている。

【０００３】短波長光源光源の利用ということで提案さ
れたＸ線リソグラフィや電子線リソグラフィも既に実用
化されているが、これ等はスループットが長く、紫外光
のｇ線やｉ線を用いる、より簡便なリソグラフィ処理に
よって微細パターンを形成しようという方向での開発も
進められている。

【０００４】短波長紫外光を用いるフォトリソグラフィ
処理に於いて、パターンのぼけを低減する方法として提
案されているものの一つに位相シフト露光法がある。こ
れはフォトマスク透過光の位相を部分的に反転させ、不
透明領域(例えばクロムパターン領域)に対応する部分で
干渉による光強度の低下を生ぜしめ(理想的には０とす
る)、露光領域と非露光領域に実際に照射される光の強
度差を強調するものである。

【０００５】最も一般的な位相シフト露光法はレベンソ
ン型と呼ばれるもので、図６を参照しながらその原理を
簡単に説明する。同図の位相シフトマスクは、石英ガラ
スのような透明基板１の表面にシフター２を設けたもの
である。なお、通常の位相シフトマスクではシフターの
辺縁部分にクロムパターンが配置されているが、この図
では省略されている。

【０００６】このマスクに波長λの光を照射すると、シ
フターの厚さｔが ｔ＝λ／２(ｎ−１) なる条件を満た
している場合には、シフター透過光の位相のずれはπと
なり、その境界部分では正常位相光と干渉して強度が０
になる。なお、上式のｎはシフター形成物質の屈折率で
ある。

【０００７】レジストに転写される際のパターンのぼけ
は、クロムパターンの縁で光が回折して生ずるのである
が、位相シフト法によれば、パターン両側からの回折光
どうしが干渉して弱め合うため、回折光による感光は軽
微となり、パターンのぼけが低減される。なお位相シフ
ターは、この場合のように誘電体皮膜を付着させて形成
する他に、石英ガラスの基板を選択的にエッチングし、
厚さの差によって位相差を生ぜしめるものであってもよ
い。

【０００８】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】この位相
シフト法では、位相のずれを正確に制御することが必要
である。シフターの厚さが規定値からずれると位相が完
全に反転せず、適切な干渉が起こらないためパターンの
ぼけは解消しない。

【０００９】従来行われているシフター膜厚検査法は、
マスク基板にシフター膜を被着形成する時に、同時にモ
ニタ基板にも被着し、これを劈開してその破断面を走査
型電子顕微鏡(ＳＥＭ)で観察するものである。

【００１０】しかしながらこのような測定方法では、Ｓ
ＥＭによる膜厚測定そのものは高精度であるにしても、
被測体が実物のシフター膜ではないため、厚さを厳密に
制御することが要求される位相シフト膜の検査法として
は不十分である。また、測定結果を得るまでの時間も長
くかかる。

【００１１】本発明の目的は、位相シフトマスクに設け
られた位相シフト膜が所定の位相差を生ぜしめるもので
あるかを、簡易に且つ正確に判定し得る位相シフトマス
ク検査方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の位相シフトマス
ク検査方法の典型的な実施態様では、被検体である位相
シフトマスクのパターンをレジスト膜に等倍焼き付けし
て観察／判定するが、その際、結像面を僅かにずらせて
焼き付けが行われる。

【００１３】

【作用】本発明の基本となる知見は、正しくフォーカス
して行われた位相シフト型のパターン転写ではパターン
のぼけは全てのパターンに等しく生じるが、フォーカス
がずれている場合には、それに因るぼけは各パターンに
不均等に現れるというものである。

【００１４】以下、図２〜図５を参照しながらこの現象
を説明し、本発明の作用効果を明らかにする。これ等の
図はシミュレーションの結果を示すものであって、各々
の(a)図には帯状のシフターが周期的に配置されている
時の光強度の平面分布が示されており、図中の線は等強
度線である。また(b)図はパターンの周期的配列の方向
に現れる光強度の変化を示しており、(a)図及び(b)図の
Ｘ軸は共通である。なお、露光装置のσ値は0.5に設定
されている。

【００１５】図２は、正確に厚さを調整した帯状の位相
シフターを周期的に配置したマスクを用い、フォーカス
を正しく合わせた時の結像面の光強度分布を示してい
る。即ち、理想的に位相がシフトした場合の光強度分布
である。

【００１６】次に図３は、位相シフト量は正確に半波長
であるが、結像面を強度測定面より0.6μｍ遠くに合わ
せた場合の光強度分布を示しており、最大強度が低下す
ると共に最低強度が上昇する結果となっているものの、
各ピークの高さは揃っており、個々の波形も相似してい
る。

【００１７】更に図４には、位相シフト量がλ/2(=180
度)から20％減じた144度になるようにシフターの膜厚を
設定し、且つ強度測定面に正確に結像させた場合の光強
度分布が示されている。この場合も、各波形は相似して
おり高さも揃っている。

【００１８】以上の３つの場合はいずれも光強度分布の
波形は相似しているのに対し、本発明者等が得た新規な
知見によれば、シフター膜厚が規定値と異なり且つ結像
面もずれている場合には波形の相似性が消失する。図５
にはそのような場合の光強度分布が示されている。ここ
で特徴的なのはピーク毎にその最高強度値が異なる点で
ある。このようにピークの形状が異なっている場合に
は、現像後のレジストパターンの幅が変動し、均一に揃
うことがない。

【００１９】以上のシミュレーション結果から明らかに
なったように、結像面がずれるかシフターの厚さが規定
値と異なることが生じても、夫々が単独で起こっている
限り、現像後のレジストパターンに特徴的な変化は生じ
ないが、両者が同時に起こった場合には、干渉によって
生じる光強度分布の極大値がピークごとに異なることに
なり、現像後のレジストパターンは不揃いになる。

【００２０】即ち本発明で行われるように、位相シフト
マスクパターンをフォーカスをずらせて転写した時に
は、シフター膜厚が規定値通りであればレジストパター
ンは正常であるが、膜厚が規定値から外れている時は、
レジストパターンにはその幅が変化する等の形状の変化
が起こる。

【００２１】従って、本来同等であるべき複数のパター
ンを比較することにより、位相シフト膜の厚さが異なる
マスクを容易に見出すことができる。

【００２２】

【実施例】図１に実施例で使用される露光装置が示され
ている。フォトレジストを塗布したＳｉ基板を用意し、
該図の装置を用いて、被検体である２枚の位相シフトマ
スクを等倍露光により、該レジスト膜に転写する。同図
に於いて、１は露光用紫外線の光源、２は被検体である
マスク、3a,3b,3c及び3dはミラー、４は縮小投影に使用
するレンズ、５はレジストを塗布した基板、６はＸ−Ｙ
のステップ移動を行う移動装置である。等倍露光の光学
系にも結像用レンズが含まれるが、煩雑さを避けるた
め、この図面では省略されている。

【００２３】被検体マスクに設けられているシフター
は、この実施例では蒸着形成されたＳｉＯ₂ 膜をパター
ニングして所定の形状としたものであり、位相差が紫外
光のｉ線の半波長になるよう、その厚さは3890Åを目標
値として形成されている。また、光学系のσ値は0.5
に、フォーカス面のずれ量は0.5μｍに夫々設定して転
写露光が行われる。

【００２４】このような条件の下で等倍転写された２つ
のパターンが同一基板に並んでいる場合には、目視検査
によってもその違いを見出すことは容易であり、通常の
フォトマスクのパターン検査に用いられるパターン比較
装置を用いて、自動処理により相違個所を検知すること
も可能である。

【００２５】上記実施例では、通常の縮小投影型レチク
ルパターン焼き付け装置に等倍焼き付け用の光学系を追
加した装置を使用しているが、焦点調節の可能な投影装
置であれば本発明の実施に利用することができる。ま
た、必ずしも等倍焼き付けである必要はなく、観察し易
い倍率に焼き付けて実施してもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明のようにフォーカスをずらせてマ
スクを転写した場合には、位相シフト量が規定値通りで
あれば周期的パターンの形状は相似形になるのに対し、
シフト量が規定値から外れていれば相似形にはならない
ので、レジストに転写されたパターンの形状を比較する
ことによって、位相シフト量が規定通りであるかを知る
ことが出来る。

【００２７】このパターンの形状変化は縮小率を変化さ
せても生ずるので、判定し易いように等倍に転写して観
察することもできる。また、複数のマスクを一つの基板
に並べて転写しておけば、相互に比較することで相違個
所の発見がより容易となり、自動検査装置による判定処
理も可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の検査装置を示す模式図

【図２】 位相差、結像面が共に適正な時の光強度分布

【図３】 結像面のみをずらせた時の光強度分布

【図４】 位相差のみ規定外の時の光強度分布

【図５】 位相差、結像面共に不適正時の光強度分布

【図６】 位相シフトマスクの原理を説明する図

【符号の説明】

１ 光源 ２ マスク 3a〜3d ミラー ４ 縮小投影レンズ ５ 基板 ６ 移動ステージ 10 石英板 11 シフター

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縮小焼き付けによってレジスト膜にパタ
   ーンを転写すべく形成された位相シフトマスクを被検体
   とし、 該位相シフトマスクのパターンを照射した紫外光を基板
   に塗布された感光性レジスト膜に投射し、且つ該レジス
   ト膜面とは異なる高さの面に結像させて、該レジスト膜
   を選択的に感光せしめ、 該レジスト膜を現像処理して得たレジストパターンの形
   状を観察して、該位相シフトマスクに設けられた位相シ
   フト皮膜の厚さが適正であるか否かを判定することを特
   徴とする位相シフトマスクの検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１の位相シフトマスクの検査方法
   であって、 前記レジスト膜に転写されるパターンは、前記位相シフ
   トマスク上のパターンと略同一寸法とすることを特徴と
   する位相シフトマスクの検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２の位相シフトマス
   クの検査方法であって、 複数の被検体マスクから各々のレジスト転写パターンを
   作成し、該複数の転写パターンどうしを比較することに
   よって相違する個所を検索することを特徴とする位相シ
   フトマスクの検査方法。
4. 【請求項４】 請求項１又は請求項２の位相シフトマス
   クの検査を行うマスクパターン転写装置であって、 所定の縮小率でマスクパターンをレジスト膜面に結像さ
   せる第１の光学系と、等倍でマスクパターンをレジスト
   膜面近傍に結像させる第２の光学系を備え、 位相シフトマスクを用い、その本来の用途に合わせて縮
   小焼き付けを行う時には第１の光学系が使用され、該位
   相シフトマスクの検査を行う時には第２の光学系が使用
   されるように、切り替え可能に構成されて成ることを特
   徴とする非接触型のマスクパターン転写装置。