JPH09257646A - 投影露光装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投影露光装置のレンズ系のコマ収差量を比較
的簡単に且つ高精度で検出できる投影露光装置の検査方
法を提供する。 【解決手段】 一方向に所定のピッチで設けられた矩形
状の透過部（パターン）１ａを有するハーフトーン位相
シフトマスク１によりフォトレジスト膜が被着された試
験体にパターンを転写し、パターンの一方の側（Ａ側）
に定在波１個分の深さで膜減りが発生する露光量と、他
方の側（Ｂ側）に定在波１個分の深さで膜減りが発生す
る露光量とを調べる。そして、このＡ側及びＢ側での露
光量の差で投影露光装置のレンズ系のコマ収差を評価す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造等に使用される投影露光装置のレンズ収差（特に、
コマ収差）の程度を検出する投影露光装置の検査方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体装置及び液晶表示装置
等の電子デバイスの製造において、ウェハ又は基板等の
表面上に塗布されたフォトレジスト膜に所定のマスクパ
ターンを転写するために、光投影露光装置が広く使用さ
れている。また、近年、電子デバイスの高集積化に伴っ
て、この種の光投影露光装置に対しては、転写されたパ
ターン（以下、転写パターンという）の寸法精度のより
一層の向上が要求されている。

【０００３】従来、転写パターンの寸法精度の向上を図
るために、転写すべきパターンが設けられたマスク（レ
チクル）として位相シフトマスクが使用されるようにな
った。位相シフトマスクは、マスクを透過する光の位相
を制御することによって、解像度の向上と焦点深度の向
上とを同時に実現するものである。特に、ＤＲＡＭ等の
微細なコンタクトホールに対しては、位相シフトによる
パターン微細化の効果が大きいことから、ハーフトーン
位相シフトマスクが使用されている。

【０００４】ハーフトーン位相シフトマスクでは、露光
面において光強度分布を調べると、マスクパターンに対
応するメインピークの両側にそれぞれサイドピークが発
生し、これらのサイドピークにより転写パターンの両側
部の領域が露光されてしまうことがある。これを回避す
るために、通常、マスクパターンにバイアス寸法を付加
してマスクパターンの寸法を若干大きく設定するととも
に、露光量を下げて露光し、レジスト膜へのサイドピー
クの転写を抑制している。

【０００５】ところで、投影露光装置の投影レンズのコ
マ収差が大きいと、レンズフィールドの端部側における
寸法精度が低下してしまう。投影レンズのコマ収差はで
きるだけ少ないことが好ましいが、コマ収差を全く無く
すことは実質的に不可能である。このため、転写パター
ンの寸法精度を維持するためには、投影露光装置のレン
ズ系のコマ収差の程度を調べ、コマ収差が大きいレンズ
系を使用しないことが必要である。

【０００６】従来、投影露光装置のレンズ系のコマ収差
を評価する方法としては、一定のピッチでラインパター
ンが設けられた所謂ラインアンドスペースパターンが設
けられたマスクを使用してウェハ上のレジスト膜にパタ
ーンを転写し、現像後に走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を
使用してパターンの幅を測定し、パターン幅のばらつき
の大きさによりコマ収差量を検出する方法がある。

【０００７】また、特開平５−１１８９５７号には、遮
光マスクに設けられたラインアンドスペースパターンが
投影される面に投影されたラインに平行なスリットが設
けられた部材を配置し、この部材をスリットの幅方向に
移動させつつ前記スリットを透過した光を受光素子で受
光し、メインピークの両側にそれぞれ発生するサイドピ
ークの強度差を電気的に検出してコマ収差を評価する方
法が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
走査型電子顕微鏡により転写パターンの幅を測定してコ
マ収差を評価する方法では、近年の微細化にともなって
パターン寸法を０．０４μｍ以下の精度で調べる必要が
あるのに対し、同一測定者が同一パターンの寸法を測定
しても０．０２μｍ以上の測定誤差があるので、検出結
果の信頼性が十分であるとはいえない。

【０００９】また、特開平５−１１８９５７号に開示さ
れた技術では、スリットが設けられた部材を移動させる
機構や、スリットを透過した光の光量を検出し電気信号
に変換する受光素子及びこの受光素子から出力された信
号を処理する電子回路等が必要であり、投影露光装置が
複雑になってしまう。本発明の目的は、投影露光装置の
レンズ系のコマ収差量を比較的簡単に且つ高精度で検出
できる投影露光装置の検査方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、検査す
べき投影露光装置によりハーフトーン位相シフトマスク
のパターンをフォトレジスト膜が被着された試験体に転
写し、前記試験体を現像処理した後、転写されたパター
ンの側方に発生するサイドピークによるレジスト膜の膜
減りに基づいて前記投影露光装置のレンズ系のコマ収差
量を検出することを特徴とする投影露光装置の検査方法
により解決する。

【００１１】また、上記した課題は、転写した際にメイ
ンピークとサイドピークとが重なり合うように複数のパ
ターンを配置したハーフトーン位相シフトマスクを使用
し、検査すべき投影露光装置により前記ハーフトーン位
相シフトマスクのパターンをフォトレジスト膜が被着さ
れた試験体に転写し、前記試験体を現像処理した後、転
写された各パターンのパターン幅の差に基づいて前記投
影露光装置のレンズ系のコマ収差量を検出することを特
徴とする投影露光装置の検査方法により解決する。

【００１２】図１は横軸に試験体表面の位置（Ｘ方向）
をとり、縦軸に光強度をとって、コマ収差がないレンズ
系を有する投影露光装置により露光された試験体表面の
光強度分布を示す図、図２は同じくコマ収差があるレン
ズ系を有する投影露光装置により露光された試験体表面
の光強度分布を示す図である。図１に示すように、レン
ズ系にコマ収差がない場合は、メインピークの両側にサ
イドピークが対称に発生する。一方、レンズ系にコマ収
差がある場合は、図２に示すように、一方の側のサイド
ピークの光強度が高くなり、他方の側のサイドピークの
光強度が低下する。

【００１３】このように、投影レンズの基本的な収差
（ザイデルの５収差：球面収差、コマ収差、非点収差、
像面湾曲収差、色収差）のうち、コマ収差のみが光強度
分布の対称性を崩す。本発明においては、コマ収差によ
りメインピークの両側に発生するサイドピークの対称性
が崩れることを利用して、コマ収差を検出する。すなわ
ち、本願の第１発明においては、検査すべき投影露光装
置によりハーフトーン位相シフトマスクのパターンをフ
ォトレジスト膜が被着された試験体に転写する。図３に
示すように、遮光マスク１１の場合はサイドピークの強
度がメインピークの約３％程度と小さいのに対し、ハー
フトーン位相シフトマスク１２の場合は、サイドピーク
の強度がメインピークの約１０〜数１０％と大きい。こ
のため、ハーフトーン位相シフトマスクでは、サイドピ
ークによりレジスト膜が露光されやすい。従って、本発
明では、マスクとしてハーフトーン位相シフトマスクを
使用する。

【００１４】レンズ系にコマ収差がある場合は、図２に
示すように、転写パターンの両側でサイドピークの光量
が異なるので、現像後のレジスト膜の膜減り量が異なっ
てくる。逆に、サイドピークによる膜減りを調べること
により、コマ収差量を知ることができる。例えば、パタ
ーンの両側にそれぞれ一定の深さの膜減りが発生する露
光量を調べることにより、コマ収差量を検出することが
できる。つまり、レジスト膜が露光されるときには、基
板からの反射の影響により定在波が発生し、レジスト膜
厚方向に対し光強度が周期的に変化する。このため、図
４に示すように、現像後のレジスト膜１５の断面は階段
状となる。サイドピークにおいても、光強度が高くなる
に伴って、定在波１個分、２個分、…というように、レ
ジスト膜の膜減りがステップ的に発生する。そこで、例
えばサイドピークによりレジスト膜の減りの深さが定在
波１個分となる露光量を転写パターンの両側で調べるよ
うにすれば一定の深さの膜減りを容易に検出することが
できて、その露光量の差によりコマ収差量を高精度で検
出することができる。

【００１５】また、本願の第２発明においては、転写し
た際にメインピークとサイドピークとが重なり合うよう
に配置した複数のパターンを有するハーフトーン位相シ
フトマスクを使用し、検査すべき投影露光装置により前
記ハーフトーン位相シフトマスクのパターンを試験体に
転写する。そうすると、コマ収差がある場合に、隣接す
る２つのパターンで重畳したサイドピークの光強度が異
なるため、２つのパターンの幅が相互に異なる。この場
合に、従来は、特にパターンの配列ピッチについて考慮
されていないため、メインピークとサイドピークとが重
なり合うことがなく、従って、パターン幅の差が極めて
少ないのに対し、本発明においては、メインピークとサ
イドピークとが重なり合うので、パターン幅の差が大き
くなる。これにより、コマ収差によるパターン幅の差を
容易に測定でき、コマ収差量を高精度で検出することが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図５は本発明の第１の実施の形態
に係る投影露光装置の検査方法に使用するハーフトーン
位相シフトマスクを示す図である。このハーフトーン位
相シフトマスク１は、試験体に投影したときに、幅が
０．５μｍ、長さが数μｍの矩形状で幅方向（以下、Ｘ
方向という）に２ｍｍのピッチで配設された光透過部
（パターン）１ａと、光透過率が５〜２０％程度で光透
過部１ａ以外の領域に設けられたハーフトーン部１ｂと
を有している。

【００１７】このハーフトーン位相シフトマスク１のパ
ターンを、試験体（例えば、フォトレジスト膜が被着さ
れたウェハ）に転写する。この場合に、露光量を一定の
割合で変えて、複数の試験体にパターンを転写する。そ
の後、これらの試験体を同一条件で現像した後、走査型
電子顕微鏡により各試験体に転写されたパターンの側方
にサイドピークによる定在波１個分の膜減りがあるか否
かを調べる。すなわち、転写パターンの左側（Ａ部）に
定在波１個分の膜減りが発生する露光量Ｄ１と、右側
（Ｂ部）に定在波１個分の膜減りが発生する露光量Ｄ２
とを調べる。

【００１８】図２に示したように、投影露光装置のレン
ズ系にコマ収差がある場合には、２つのサイドピークの
強度が等しくないために、前記露光量Ｄ１とＤ２とに差
が生じる。図６は、横軸にレンズフィールド位置（中央
部を０とする）をとり、縦軸に露光量をとってパターン
の両側（Ａ部，Ｂ部）における定在波１個分のレジスト
膜減りが発生する露光量Ｄ１，Ｄ２とレンズフィールド
位置との関係を示す図である。この図６に示すように、
一方の側（この例ではＡ部）に発生する膜減りは、レン
ズフィールドの左側ほど露光量が少なく、右側ほど露光
量が多い。他方の側（この例ではＢ部）では、逆にレン
ズフィールドの右側ほど露光量が少なく、左側ほど露光
量が多い。Ａ部側の測定点を直線近似した線分Ｄ１と、
Ｂ部側の測定点を直線近似した線分Ｄ２との差をとる
と、図６の線分Ｄ１−Ｄ２に示すように、レンズフィー
ルドの両端部では約４００ｍｓの露光量の差がある。一
般的に、投影露光装置では露光量を１ｍｓ単位で設定す
ることができるので、これは極めて大きな差である。す
なわち、本実施の形態によれは、コマ収差を高精度で検
出することができる。

【００１９】この線分Ｄ１−Ｄ２の傾きや、レンズフィ
ールドの両端部における露光量の差によりコマ収差量を
知ることができる。すなわち、線分Ｄ１−Ｄ２の傾きが
小さいほど、換言すればレンズフィールドの両端部にお
ける露光量Ｄ１，Ｄ２の差が小さいほど、コマ収差が少
ないといえる。本実施の形態によれば、投影露光装置に
コマ収差測定のための特別な機構を設ける必要がなく、
投影露光装置のレンズ系のコマ収差量を精度よく検出す
ることが可能になり、要求される解像度に見合った収差
が少ないレンズを使用することができる。

【００２０】なお、本実施の形態においては、Ｘ方向の
コマ収差の検査についてのみ説明したが、図７に示すよ
うに、Ｘ方向に延びる矩形状の光透過部（パターン）２
ａとＹ方向に延びる矩形状の光透過部（パターン）２ｂ
との２つの光透過部２ａ，２ｂを１組にしてそれを２ｍ
ｍピッチ間隔で格子状に配置したパターン部と、光透過
率が５〜２０％程度でパターン部以外の領域に設けられ
たハーフトーン部２ｃとを有するハーフトーン位相シフ
トマスク２を使用し、Ｘ方向のコマ収差とＹ方向のコマ
収差とを同時に測定できるようにすることが好ましい。

【００２１】（第２の実施の形態）以下、本発明の第２
の実施の形態に係る投影露光装置の検査方法について説
明する。本実施の形態においては、図８に示すように、
転写されたときにパターンの間隔が、０．８〜０．９×
（λ／ＮＡ）μｍとなるように、ハーフトーン位相シフ
トマスク５に２つの光透過部（パターン）５ａ，５ｂを
対にして形成する。但し、λは露光波長、ＮＡはレンズ
開口数である。また、パターン５ａ，５ｂの幅は同一と
する。ハーフトーン位相シフトマスク５の光透過部５
ａ，５ｂ以外の領域は、光透過率が５〜２０％のハーフ
トーン部５ｃとなっている。

【００２２】このように、２つのパターン５ａ，５ｂの
間隔を設定することにより、パターン５ａのサイドピー
クと、パターン５ｂのメインピークとが重なり合うよう
になる。すなわち、パターン５ａによる光強度分布及び
パターン５ｂによる光強度分布は図９に示すようにな
り、試験体のレジスト膜には図１０に示すように、パタ
ーン５ａ，５ｂによる２つの光分布が重畳した光分布で
露光される。この場合に、コマ収差があるとメインピー
クの両側でサイドピークの強度が異なるため、図１０に
示すようにパターン５ａ，５ｂに対応するパターン幅６
ａ，６ｂが相互に異なる。このパターン幅６ａ，６ｂの
差が大きいほどコマ収差が大きいといえる。

【００２３】本実施の形態では、複数のパターンをメイ
ンピークとサイドピークとが重なり合うように配置す
る。これにより、コマ収差が強調されて、パターンの幅
が大きく変わる。従って、パターン幅の差により、コマ
収差量を検出することができる。本実施の形態において
も、投影露光装置のコマ収差量を比較的簡単に且つ高精
度で検出することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の第１の方
法においては、ハーフトーン位相シフトマスクのパター
ンをフォトレジスト膜を有する試験体に転写し、パター
ンの両側に発生するサイドピークによる前記レジスト膜
の膜減りに基づいて投影露光装置のレンズ系のコマ収差
を調べるので、コマ収差量を比較的簡単に且つ高精度で
検出することができる。これにより、微細なパターンの
転写に使用される投影露光装置のレンズ系の良否を評価
することができる。

【００２５】また、本発明の第２の方法においては、ハ
ーフトーン位相シフトマスクに、試験体に転写した際に
メインピークと隣接するパターンのサイドピークとが重
なり合うようにして複数のパターンを形成し、露光及び
現像後にパターン幅を調べてそのパターン幅の差に基づ
いて投影露光装置のレンズ系のコマ収差を調べるので、
容易に且つ高精度でコマ収差を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コマ収差がないレンズ系を有する投影露光装置
により露光された試験体表面の光強度分布を示す図であ
る。

【図２】コマ収差があるレンズ系を有する投影露光装置
により露光された試験体表面の光強度分布を示す図であ
る。

【図３】ハーフトーンマスクと遮光マスクとのサイドピ
ークの発生量の差を示す図である。

【図４】現像後のレジスト膜の断面を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る投影露光装置
の検査方法に使用するハーフトーン位相シフトマスクを
示す図である。

【図６】第１の実施の形態において、パターンの両側に
おける定在波１個分のレジスト膜減りが発生する露光量
Ｄ１，Ｄ２とレンズフィールド位置との関係を示す図で
ある。

【図７】ハーフトーン位相シフトマスクの他の例を示す
図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る投影露光装置
の検査方法に使用するハーフトーン位相シフトマスクを
示す図である。

【図９】第２の実施の形態における２つのパターンによ
る光強度分布を示す図である。

【図１０】第２の実施の形態における試験体表面の光強
度分布を示す図である。

【符号の説明】

１，２，５ ハーフトーン位相シフトマスク １ａ，２ａ，２ｂ，５ａ，５ｂ 光透過部 １ｂ，２ｃ，５ｃ ハーフトーン部 １５ レジスト膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査すべき投影露光装置によりハーフト
   ーン位相シフトマスクのパターンをフォトレジスト膜が
   被着された試験体に転写し、 前記試験体を現像処理した後、 転写されたパターンの側方に発生するサイドピークによ
   るレジスト膜の膜減りに基づいて前記投影露光装置のレ
   ンズ系のコマ収差量を検出することを特徴とする投影露
   光装置の検査方法。
2. 【請求項２】 前記サイドピークにより一定の深さだけ
   膜減りが発生する露光量を前記転写されたパターンの両
   側でそれぞれ調べ、その露光量の差により前記投影露光
   装置のレンズ系のコマ収差量を検出することを特徴とす
   る請求項１に記載の投影露光装置の検査方法。
3. 【請求項３】 前記ハーフトーン位相シフトマスクに
   は、前記パターンが少なくとも一方向に配列して設けら
   れていることを特徴とする請求項１に記載の投影露光装
   置の検査方法。
4. 【請求項４】 転写した際にメインピークとサイドピー
   クとが重なり合うように複数のパターンを配置したハー
   フトーン位相シフトマスクを使用し、 検査すべき投影露光装置により前記ハーフトーン位相シ
   フトマスクのパターンをフォトレジスト膜が被着された
   試験体に転写し、 前記試験体を現像処理した後、 転写された各パターンのパターン幅の差に基づいて前記
   投影露光装置のレンズ系のコマ収差量を検出することを
   特徴とする投影露光装置の検査方法。