JPH10268503A - Production of semiconductor device - Google Patents

Production of semiconductor device

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JPH10268503A
JPH10268503A JP7125897A JP7125897A JPH10268503A JP H10268503 A JPH10268503 A JP H10268503A JP 7125897 A JP7125897 A JP 7125897A JP 7125897 A JP7125897 A JP 7125897A JP H10268503 A JPH10268503 A JP H10268503A
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JP
Japan
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phase
light
mask
phase shift
image
Prior art date
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Pending
Application number
JP7125897A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukuda
宏 福田
Murai Von Bunoo Rudolf
ムライ フォン ブノー ルドルフ
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH10268503A publication Critical patent/JPH10268503A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the accuracy and uniformity of resist patterns by setting the phase shift quantity between phase and non-phase shift transmissible regions and/or the sizes of the respective transmissible regions. SOLUTION: The phase shift quantity between the phase shift transmissible regions and the non-phase shift transmissible regions and any one of the sizes of the respective transmissible regions are so set that the phases of the sum of the amplitude of the diffracted image of the light passed through the respective transmissible region and the amplitude of the diffracted image of the light transmitted through the light shielding films of the peripheries of the respective transmissible regions invert 180 deg. on the image plane from each other with respect to the phase shift transmissible regions and non-phase shift transmissible regions adjacent the each other for the fine patterns most requiring the phase shift effect. Namely, the quantity and size described above are so set that the amplitude C' of the diffracted image on the image plane of the light past the phase shift apertures attains C'=CO-2B=A-2B with respect to the amplitude A of the diffracted image on the image plane of the light past the non-phase shift apertures and the amplitude B of the diffracted image on the image plane of the light transmitted through the Cr regions. At this time, the phase shift region: C'+B=-A-B and the non-phase shift region: A+B are attained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、微細なパターンを
有する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a fine pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路の高性能化/高集積化
は、回路パターンの微細化により達成されてきた。回路
パターンは、パターンの描かれた原画マスクを投影レン
ズを介して半導体基板上の感光材料(レジスト)膜に焼
き付ける光リソグラフィにより形成される。微細化を達
成すべく光学系の解像度を向上するため、露光光の短波
長化、投影レンズの開口数増大が進められてきた。しか
し、露光波長は波長193nmのArFエキシマレー
ザ、開口数(NA)はおよそ0.7程度が限界と考えら
れ、このとき解像限界は0.18μm程度となる。一
方、これら光学系の性能向上に依らずに解像度を向上す
る方法として、マスクを透過する光の位相を制御する位
相シフト法が広く知られている。マスクの特定領域に基
板を掘り込んだ部分をつくったり空気と異なる屈折率を
持つ透明な膜を設けることにより、上記特定領域(位相
シフターと呼ぶ)を通過した光と、それ以外の領域を通
過した光の間に光路差を与え、マスク上の異なる領域を
透過する光の間に位相差を実現する。これにより、上記
解像限界をさらに0.1μm程度まで向上することがで
きる。
2. Description of the Related Art Higher performance / higher integration of semiconductor integrated circuits has been achieved by miniaturization of circuit patterns. The circuit pattern is formed by photolithography in which an original mask on which the pattern is drawn is printed on a photosensitive material (resist) film on a semiconductor substrate via a projection lens. In order to improve the resolution of an optical system to achieve miniaturization, the wavelength of exposure light has been shortened and the numerical aperture of a projection lens has been increased. However, it is considered that the exposure wavelength is an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm and the numerical aperture (NA) is about 0.7, and the resolution limit is about 0.18 μm. On the other hand, as a method for improving the resolution without depending on the performance of these optical systems, a phase shift method for controlling the phase of light transmitted through a mask is widely known. By making a dug part of the substrate in a specific area of the mask or by providing a transparent film having a refractive index different from that of air, light passing through the specific area (referred to as phase shifter) and passing through other areas An optical path difference is provided between the light beams, and a phase difference is realized between light beams transmitted through different regions on the mask. Thereby, the resolution limit can be further improved to about 0.1 μm.

【0003】位相シフト法においてパターンを正確に転
写するためには位相シフターにより生じるマスク透過光
の位相差を正確に制御しなければならない。これは、ウ
エハー面上での位相差が正確に180度にならないと、
デフォーカス時に線幅変動が生じてしまうためである。
そこで、上記基板掘り込み量や透明膜の膜厚は位相差が
180度となるようにつくられてきた。
In order to transfer a pattern accurately in the phase shift method, it is necessary to accurately control a phase difference of light transmitted through a mask caused by a phase shifter. This means that if the phase difference on the wafer surface is not exactly 180 degrees,
This is because line width variation occurs during defocusing.
Therefore, the substrate digging amount and the thickness of the transparent film have been made so that the phase difference is 180 degrees.

【0004】一方、上記位相差が正確に180度となる
ようにマスクを製造するためには、まずマスク透過光の
位相を正確に測定し、その結果を製造工程にフィードバ
ックする必要がある。しかし、我々が直接測定すること
のできる光の特性はその強度であり、位相を測定するに
は干渉計を用いてこれを強度に変換する必要がある。そ
こで、これまで位相シフトマスクの位相測定は位相シフ
ターがある領域と無い領域を通過した光の間の干渉を利
用して行われてきた。又、位相シフトマスクを含むマス
クパターンの実際の投影像を解析するために、投影露光
装置と同じ光学条件(NA、露光波長、空間コヒーレン
ス)を持つ顕微鏡を用いてマスクパターンを拡大観察す
ることにより、その投影像をモニターする装置(MSM
100、Zeiss社製)が開発されている。
On the other hand, in order to manufacture a mask so that the phase difference is exactly 180 degrees, it is necessary to first accurately measure the phase of light transmitted through the mask and feed back the result to the manufacturing process. However, the property of light that we can directly measure is its intensity, and measuring the phase requires converting it into intensity using an interferometer. Therefore, the phase measurement of the phase shift mask has hitherto been performed by using the interference between light passing through a region where the phase shifter exists and a region where the phase shifter does not exist. In order to analyze the actual projected image of the mask pattern including the phase shift mask, the mask pattern is enlarged and observed using a microscope having the same optical conditions (NA, exposure wavelength, spatial coherence) as the projection exposure apparatus. , A device for monitoring the projected image (MSM
100, manufactured by Zeiss).

【0005】さらに、光学の1分野として位相回復法と
いう手法が知られている。一般に位相回復法は、例えば
像面と瞳面での2つの像強度分布から像の複素振幅分布
そのものを求める方法の総称で、電子顕微鏡や大きな収
差が存在する天体望遠鏡等における解像度向上を目的と
して検討されてきた。さらに、位相回復法のアルゴリズ
ムの1つとして、像面とデフォーカス面の像強度分布か
ら複素振幅分布を求める方法も知られている。位相回復
法については、例えば、コンピューター テクニーク フ
ォー イメージ プロセシング イン エレクトロン マイ
クロスコピー(アカデミック社、ニューヨーク、197
8年)第66頁から81頁 (Image Processing and Com
puter Aided Design in Electron Optics, Academic, N
ew York, 1973, pp.66-81)等に論じられている。
Further, a technique called a phase recovery method is known as one field of optics. In general, the phase recovery method is a general term for a method of obtaining a complex amplitude distribution itself of an image from two image intensity distributions on an image plane and a pupil plane, for the purpose of improving resolution in an electron microscope or an astronomical telescope having a large aberration. Has been considered. Further, as one of the algorithms of the phase recovery method, a method of obtaining a complex amplitude distribution from an image intensity distribution on an image plane and a defocus plane is also known. The phase retrieval method is described in, for example, Computer Technique for Image Processing in Electron Microscopy (Academic, New York, 197).
8 years) Pages 66 to 81 (Image Processing and Com
puter Aided Design in Electron Optics, Academic, N
ew York, 1973, pp.66-81).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記位
相シフト法を実際の半導体集積回路製造に適用した場
合、位相差を正確に180度に設定したにも関わらず、
光学理論上期待される十分な寸法精度が得られないとい
う問題点があった。発明者の検討の結果、その主な原因
は以下の点にあることが明らかになった。
However, when the above-described phase shift method is applied to actual semiconductor integrated circuit manufacturing, despite the fact that the phase difference is accurately set to 180 degrees,
There has been a problem that sufficient dimensional accuracy expected from optical theory cannot be obtained. As a result of the study by the inventor, it has become clear that the main causes are as follows.

【0007】則ち、発明者らの測定によれば、光透過率
は0であると従来考えられてきたマスク上の遮光膜(通
常Crが用いられることが多いので、以下しばしばCr
膜あるいはCrパターンと呼ぶことがある)の透過率
は、厳密には0ではない。例えば、i線露光用マスクで
用いられる厚さ120nmのCr/酸化Cr積層膜の強
度透過率の測定結果は約0.02%程度であった。位相
シフト法を用いない従来Crマスクでは、この程度の透
過率によりマスク遮光部に相当する領域のレジストが露
光されても殆ど問題はない。しかしながら、高い位相精
度を必要とする位相シフトマスクでは、このCr透過光
がウエハ上で得られる投影像の位相に大きな影響を与え
るのである。
According to the measurement by the inventors, a light-shielding film on a mask, which has conventionally been considered to have a light transmittance of 0 (Cr is usually used in many cases, so Cr is often used hereinafter).
The transmittance of the film (sometimes called a film or a Cr pattern) is not exactly zero. For example, the measurement result of the intensity transmittance of a Cr / Cr oxide laminated film having a thickness of 120 nm used in an i-line exposure mask was about 0.02%. With a conventional Cr mask that does not use the phase shift method, there is almost no problem even if the resist in the region corresponding to the mask light-shielding portion is exposed due to such a transmittance. However, in a phase shift mask that requires high phase accuracy, the Cr transmitted light greatly affects the phase of a projected image obtained on the wafer.

【0008】例えば、図8(a)(b)に示したよう
な、解像限界に近い周期の単純な繰り返し型位相シフト
マスク(マスク通過直後における隣接開口間の位相差1
80度とする)において、上記2つの開口部の間に光を
わずかに透過する遮光部(Cr領域)が存在し、ここか
らの透過光が通常のマスク透過光に対して90度の位相
差をもっていたとする。各開口を透過した光の回折像と
Cr領域を透過した光の回折像の各々に対して、マスク
透過直後の振幅分布と、投影レンズの結像面で得られる
その投影像の振幅分布を、各々図1の実線及び点線に示
す。Crパターンの周期は投影レンズの解像限界を超え
ているため、Cr領域を通過した光の振幅分布Bは像面
上で一様なバックグラウンドとなることに注意する。図
2aは、このとき、位相シフト開口及び非位相シフト開
口を通過した光の回折像の各開口部における振幅A及びC
と、Cr遮光領域を通過した光の回折像の両開口部に
おける振幅Bを示したものである。マスク通過後におい
て位相シフト領域の振幅Cが非位相シフト領域Aの振幅に
対して正確に逆位相となるように(C=-A)設定しても、
像面上では位相シフト部、非位相シフト部の各々におけ
る複素振幅A及びCにこのバックグラウンド振幅Bが加わ
るため、各領域における振幅は各々A+B、C+Bとなり、両
者の位相差は180度からずれてしまう。又、一般には
その振幅絶対値まで変わってしまう。実際、これによる
誤差は、Cr透過光の位相差を90度、透過率を0.0
2%とした場合、開口パターンの中心において、2 * at
an(B/A) =2度に達する。開口部と開口部の間では振幅
絶対値が極めて小さいから、バックグラウンドによる誤
差はさらに大きくなる。従って、図2bに示した様に、
実際のウエハー面上で得られる開口部間の位相差は18
0度とならず、所望の位相シフト効果が得られないので
ある。
For example, as shown in FIGS. 8A and 8B, a simple repetitive phase shift mask having a period close to the resolution limit (a phase difference between adjacent apertures immediately after passing through the mask is 1).
80 degrees), there is a light-shielding portion (Cr region) that slightly transmits light between the two openings, and the transmitted light therefrom has a phase difference of 90 degrees with respect to the normal mask transmitted light. Suppose you had For each of the diffraction image of the light transmitted through each aperture and the diffraction image of the light transmitted through the Cr region, the amplitude distribution immediately after transmission through the mask, and the amplitude distribution of the projection image obtained on the imaging plane of the projection lens, These are shown by a solid line and a dotted line in FIG. 1, respectively. Note that since the period of the Cr pattern exceeds the resolution limit of the projection lens, the amplitude distribution B of the light passing through the Cr region becomes a uniform background on the image plane. FIG. 2A shows the amplitudes A and C of the diffraction images of the light passing through the phase shift aperture and the non-phase shift aperture at each aperture.
And the amplitude B at both openings of the diffraction image of the light passing through the Cr light shielding region. Even if the amplitude C of the phase shift area is set to be exactly opposite to the amplitude of the non-phase shift area A after passing through the mask (C = -A),
On the image plane, the background amplitude B is added to the complex amplitudes A and C in each of the phase shift portion and the non-phase shift portion, so that the amplitudes in each region are A + B and C + B, respectively, and the phase difference between the two is It deviates from 180 degrees. In general, the amplitude also changes to its absolute value. In fact, the error caused by this is that the phase difference of the Cr transmitted light is 90 degrees and the transmittance is 0.0
If 2%, 2 * at the center of the opening pattern
an (B / A) = reaches 2 degrees. Since the amplitude absolute value is extremely small between the openings, the error due to the background is further increased. Therefore, as shown in FIG.
The phase difference between the openings obtained on the actual wafer surface is 18
Therefore, the desired phase shift effect cannot be obtained.

【0009】では次に、この様な位相シフトマスクの位
相測定における問題点について述べる。先に位相差測定
はこれまで干渉計を用いて行われてきたと述べたが、こ
れらの干渉系は複雑で高価な上、マスクパターンが微細
化するに従い解像度が不足して高精度の測定が困難にな
るという問題があった。一方、やはり先に述べた上記顕
微鏡を用いたマスク投影像モニター装置では光の強度情
報のみしか測定することができず、位相測定は困難であ
る。ところで、上記マスク投影像モニター装置を用いる
と、焦点方向の異なる位置におけるマスク投影像を測定
することができる。そこで、これらの測定データに対し
て前述の位相回復法を適用することによりマスク投影像
の位相分布を求めることができると考えられる。ここで
仮にマスク投影像の位相分布がマスク透過直後の光の位
相分布を表わしていると仮定すると、これにより位相シ
フトマスクの位相精度を類推できると期待される。しか
しながら、発明者の検討の結果、既存のマスク投影像モ
ニター装置で得られた投影像に位相回復を適用した場
合、上で位相シフトマスクについて述べたのと同じ理由
により必ずしも上記仮定は成立せず、正確な位相測定が
困難となることが明らかとなった。則ち、遮光領域の透
過率が必ずしも完全に0でない通常のマスクでは、Cr
透過光が測定結果に重大な影響を及ぼす。従来投影像モ
ニターにおける光学系のマスク側開口数は露光装置のそ
れ(ウエハ側開口数を縮小倍率で割った値)と等しく設
定されるため、例えば図1に示した位相シフトマスクを
測定したときに得られる位相分布は、まさに露光装置の
像面上で得られる図2bに示した分布と等しくなる。則
ち、投影像モニターのマスク側開口数は最大でも0.2
を超えることはできず、その解像度はマスク上の最小寸
法が解像可能ぎりぎりのレベルにある。従って、投影像
モニターの検出面(像面)上で得られる複素振幅分布は
開口部透過光の寄与とCr領域透過光の寄与が互重なっ
たものとなり、両者を分離するのがしばしば困難とな
る。問題は、我々はこれがCr領域の影響によるものか
それとも位相シフター自体の位相誤差によるものなの
か、測定データだけからは判断することができないとい
うことである。この問題は、発明者等が位相マスク測定
に位相回復法を適用しようとして行った実験の中で初め
て明らかになったものである。
Next, problems in phase measurement of such a phase shift mask will be described. As mentioned earlier, phase difference measurement has been performed using an interferometer.However, these interferometers are complicated and expensive, and the resolution becomes insufficient as the mask pattern becomes finer, making high-precision measurement difficult. There was a problem of becoming. On the other hand, the mask projection image monitoring apparatus using the above-mentioned microscope can measure only light intensity information, and it is difficult to measure the phase. By the way, using the mask projection image monitoring device, it is possible to measure the mask projection images at different positions in the focal direction. Therefore, it is considered that the phase distribution of the mask projection image can be obtained by applying the above-described phase recovery method to these measurement data. Here, if it is assumed that the phase distribution of the mask projection image represents the phase distribution of light immediately after transmission through the mask, it is expected that the phase accuracy of the phase shift mask can be estimated by this. However, as a result of the study by the inventor, when phase recovery is applied to a projection image obtained by an existing mask projection image monitoring apparatus, the above assumption is not necessarily satisfied for the same reason as described above for the phase shift mask. It has been found that accurate phase measurement becomes difficult. That is, in a normal mask in which the transmittance of the light-shielding region is not always completely zero, Cr
Transmitted light has a significant effect on measurement results. Since the mask-side numerical aperture of the optical system in the conventional projection image monitor is set to be equal to that of the exposure apparatus (the value obtained by dividing the wafer-side numerical aperture by the reduction magnification), for example, when measuring the phase shift mask shown in FIG. Is exactly equal to the distribution shown in FIG. 2b obtained on the image plane of the exposure apparatus. That is, the numerical aperture on the mask side of the projection image monitor is at most 0.2.
Cannot be exceeded, and the resolution is at the level where the smallest dimension on the mask can be resolved. Therefore, the complex amplitude distribution obtained on the detection plane (image plane) of the projection image monitor is such that the contribution of the light transmitted through the opening and the contribution of the light transmitted through the Cr region overlap each other, and it is often difficult to separate the two. . The problem is that we cannot determine from the measured data alone whether this is due to the influence of the Cr region or the phase error of the phase shifter itself. This problem has been clarified for the first time in an experiment conducted by the inventors in an attempt to apply the phase recovery method to the phase mask measurement.

【0010】本発明は、上記Cr領域の透過光等の効果
に影響されずにウエハー面上で正しく位相差180度が
得られる位相シフトマスクを用いることにより、上記マ
スクを用いて形成されるレジストパターンの精度、均一
性を大幅に向上し、より高性能の半導体装置を製造する
方法を提供することを第1の目的とする。
According to the present invention, there is provided a resist formed using the above mask by using a phase shift mask capable of correctly obtaining a phase difference of 180 degrees on a wafer surface without being affected by the effect of the light transmitted through the Cr region. It is a first object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device having higher performance by greatly improving the accuracy and uniformity of a pattern.

【0011】さらに、本発明は、上記Cr領域の透過光
等の効果に影響されずに、開口パターンを通過した光の
位相を正確に計測したデータを元に製造したマスクを用
いることにより、上記マスクを用いて形成されるレジス
トパターンの精度、均一性を大幅に向上し、より高性能
の半導体装置を製造する方法を提供することを第2の目
的とする。
Further, the present invention uses the mask manufactured based on the data obtained by accurately measuring the phase of the light passing through the opening pattern without being affected by the effect of the light transmitted through the Cr region or the like. It is a second object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device with higher performance by greatly improving the accuracy and uniformity of a resist pattern formed using a mask.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、位相
シフト効果を最も必要とする微細パターンに対して、互
いに隣接する位相シフト透過領域と非位相シフト透過領
域の各々に対して、上記各透過領域を通過した光の回折
像の振幅と上記各透過領域周辺の遮光膜を透過した光の
回折像の振幅の和の位相が、像面上で互いに180度反
転するように上記位相シフト透過領域と非位相シフト透
過領域間の位相シフト量及び上記各透過領域寸法の少な
くともいずれか1つを設定することにより達成される。
特に、遮光膜を透過した光の非位相シフト領域の透過光
に対する位相差が約180度の場合には、遮光膜透過率
に応じて透過領域の寸法を調整するだけでほぼ十分な効
果が得られる。又、上記位相差が約90度の場合には、
遮光膜透過率に応じて位相シフト領域と非位相シフト透
過領域間の位相シフト量を調整するだけでほぼ十分な効
果が得られる。遮光膜を透過した光の位相は遮光膜の厚
さと組成により調整できる。
SUMMARY OF THE INVENTION The first object of the present invention is to provide, for a fine pattern requiring the phase shift effect the most, the above described method for each of a phase shift transmission region and a non-phase shift transmission region adjacent to each other. The phase shift is performed so that the phase of the sum of the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through each transmission region and the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through the light-shielding film around each transmission region is inverted by 180 degrees on the image plane. This is achieved by setting at least one of the amount of phase shift between the transmission region and the non-phase-shift transmission region and the size of each transmission region.
In particular, when the phase difference of the light transmitted through the light shielding film with respect to the transmitted light in the non-phase shift region is about 180 degrees, almost sufficient effect can be obtained only by adjusting the size of the transmission region in accordance with the light shielding film transmittance. Can be When the phase difference is about 90 degrees,
An almost sufficient effect can be obtained only by adjusting the amount of phase shift between the phase shift region and the non-phase shift transmission region according to the light-shielding film transmittance. The phase of the light transmitted through the light shielding film can be adjusted by the thickness and composition of the light shielding film.

【0013】又、上記第1の目的は、位相の異なる一対
の透過領域に挟まれた遮光領域内において上記各開口部
と遮光領域の境界からほぼ等距離の位置を境として、遮
光領域を透過した光の位相が互いに反転するように遮光
領域内に位相シフターを設けることによっても達成され
る。さらに、遮光領域の振幅絶対値透過率を0.5%以
下としてもよい。
A first object of the present invention is to transmit light through the light-shielding region at a position substantially equidistant from the boundary between each of the openings and the light-shielding region in a light-shielding region sandwiched between a pair of transmission regions having different phases. This can also be achieved by providing a phase shifter in the light-shielded region so that the phases of the light beams are inverted. Further, the amplitude absolute value transmittance of the light shielding area may be set to 0.5% or less.

【0014】上記第2の目的は、マスクを透過した光を
マスク上構造の特徴的寸法より十分に小さな解像度を有
する投影レンズを介して拡大結像させ、結像面付近の複
数の位置(デフォーカス面)においてマスク投影像の光
学像強度分布を測定し、上記複数の光学像強度分布から
位相回復の手法を用いて結像面付近のマスク投影像の複
素振幅分布を求め、この情報から位相シフトマスクの位
相精度を測定し、求めた位相精度の情報を用いて上記位
相シフトマスクの位相を調整することにより達成され
る。上記特徴的寸法としては例えばマスク上最小パター
ン寸法の半分、又はマスク上の典型的位相欠陥寸法を考
えることができる。このためには、具体的には上記投影
光学系のマスク側開口数を0.25以上、より好ましく
は0.5以上とすることが望ましい。このとき、マスク
上の測定領域を0.1以下の空間コヒーレンス度で照明
し、かつ異なる焦点位置に対してマスク上の上記測定領
域が変わらないようにすること、又、フォトディテクタ
ー、光学系内の各光学要素、マスクの間での光の反射に
より生じるノイズを除去することが望ましい。
The second object is to form an enlarged image of the light transmitted through the mask through a projection lens having a resolution sufficiently smaller than the characteristic dimension of the structure on the mask, and to form a plurality of positions (de-images) near the image plane. The optical image intensity distribution of the mask projection image is measured on the focus plane), and the complex amplitude distribution of the mask projection image near the imaging plane is obtained from the plurality of optical image intensity distributions by using a phase recovery technique. This is achieved by measuring the phase accuracy of the shift mask and adjusting the phase of the phase shift mask using information on the obtained phase accuracy. The characteristic size may be, for example, half the minimum pattern size on the mask or a typical phase defect size on the mask. To this end, specifically, it is desirable that the numerical aperture on the mask side of the projection optical system be 0.25 or more, more preferably 0.5 or more. At this time, the measurement area on the mask is illuminated with a spatial coherence degree of 0.1 or less, and the measurement area on the mask is not changed for different focal positions. It is desirable to remove noise caused by the reflection of light between each optical element and the mask.

【0015】まず、上記第1の目的を達成するための手
段の作用について図3を用いて説明する。図3aは図2a
と同様、簡単のため図1の単純な繰り返しパターンに位
相シフト法を適用した場合に、位相シフト開口、非位相
シフト開口、及び両開口に挟まれたCr遮光領域を通過
した光の回折像の上記両開口部における振幅を各々独立
に示したものである。本発明では、従来行われてきたよ
うにマスク通過直後の位相シフト開口部の振幅が非位相
シフト開口部の振幅に対して正確に逆位相となるように
は設定するかわりに、位相シフト開口部を通過した光の
像面上回折像振幅C`が、非位相シフト開口部を通過し
た光の像面上回折像振幅振幅A及びCr領域透過光の像
面上回折像振幅振幅Bに対して、 C`=C0−2B=−A−2B となるように設定する。このとき、像面上で得られる振
幅は、位相シフト領域、非位相シフト領域に対して各々
Cr領域透過光の像面上回折像振幅振幅Bが加わるた
め、次のようになる。
First, the operation of the means for achieving the first object will be described with reference to FIG. FIG. 3a is FIG.
Similarly to the above, when the phase shift method is applied to the simple repetitive pattern of FIG. The amplitudes at the two openings are shown independently of each other. In the present invention, instead of setting the amplitude of the phase shift opening immediately after passing through the mask to be exactly opposite to the amplitude of the non-phase shift opening as in the related art, the phase shift opening is Is the diffraction image amplitude C ` on the image plane of the light that has passed through the non-phase shift opening, and the amplitude A of the diffraction image on the image plane of the light that has passed through the non-phase shift opening and the amplitude B on the image plane of the Cr-region transmitted light , C ` = C0−2B = −A−2B. At this time, the amplitude obtained on the image plane is as follows because the amplitude B of the diffraction light on the image plane of the light transmitted through the Cr region is added to the phase shift region and the non-phase shift region.

【0016】位相シフト領域:C`+B=−A−B、 非位相シフト領域 A+B 従って、両者は絶対値が等しくかつ正しく逆位相とな
り、像面上で所望の位相シフト効果が得られることがわ
かる。このとき、一般にC`とAは逆位相ではなく、そ
の絶対値も一般に等しくない。これは、位相シフト開口
と非位相シフト開口間の位相シフト量を適宜180度か
らずらし、かつ、両者の開口寸法を変化させることによ
り実現できる。位相ずらし量と開口寸法の補正量は上記
振幅A、B、Cの関係で決まり、従ってパターンの設計
レイアウトに依存する。
Phase shift area: C ` + B = -AB, non-phase shift area A + B Therefore, it can be seen that the absolute values of the two are equal and correctly opposite in phase, and a desired phase shift effect can be obtained on the image plane. . At this time, C ` and A are generally not in opposite phases, and their absolute values are generally not equal. This can be realized by appropriately shifting the amount of phase shift between the phase shift aperture and the non-phase shift aperture from 180 degrees and changing the size of both apertures. The amount of phase shift and the amount of correction of the aperture size are determined by the relationship between the amplitudes A, B, and C, and thus depend on the pattern design layout.

【0017】以上述べた方法は、Cr領域透過光の影響
を位相シフト開口部の位相と寸法で相殺するという考え
方に基づいているが、Cr領域内部でこれを相殺する事
も可能である。則ち、位相反転した一対の開口部に挟ま
れたCr領域においてその半分の領域からの透過光の位
相を残りの半分の領域からの透過光の位相と反転させる
と、両者は互いに打ち消し合って、又は両者の上記開口
の各々に対する影響が等しくなり、Cr透過光の影響を
相殺することができる。さらに、Cr膜の振幅絶対値透
過率を0.5%以下とすると、実質的にはその影響は無
視できる。
The above-described method is based on the concept that the influence of the light transmitted through the Cr region is canceled by the phase and the size of the phase shift opening. However, it is also possible to cancel the influence inside the Cr region. That is, when the phase of the transmitted light from the half region is inverted with respect to the phase of the transmitted light from the other half region in the Cr region sandwiched between the pair of openings whose phases are inverted, both cancel each other out. , Or both have the same effect on each of the openings, thereby canceling out the effect of the Cr transmitted light. Further, when the amplitude absolute value transmittance of the Cr film is 0.5% or less, the effect can be substantially ignored.

【0018】次に、上記第2の目的を達成するための手
段の作用について説明する。上に述べたように、従来投
影像モニターではその測定光学系のマスク側開口数は露
光装置のマスク側開口数と等しく設定される。即ち、露
光装置のウエハー側開口数NAwは最大0.7程度、縮
小倍率Mは4又は5であるから、測定光学系マスク側開
口数NAmは、高々NAm=NAw/M=0.7/4=
0.175程度である。(従来投影像モニター装置にお
いても高NA対物レンズをマウントすることは可能だ
が、実際の開口は光学系の他の部分で規定されているた
め、NAmを0.2以上とすることは不可能であっ
た。)そこで、測定光学系マスク側開口数は、さらにそ
のマスクを用いる露光装置の倍率分だけ増大する余地が
ある。即ち、測定光学系の解像度をマスク構造の最小寸
法より十分に高くすることにより、高精度測定が可能と
なる。例えば、Cr領域の透過光の情報を開口部のそれ
と分離して、純粋に位相マスクにより導入された位相差
(マスク通過直後に相当する位相分布)を求めることが
できる。さらに、従来法では検出できなかったマスク上
の微少な位相欠陥等を検出することもできる。
Next, the operation of the means for achieving the second object will be described. As described above, in the conventional projection image monitor, the mask-side numerical aperture of the measurement optical system is set equal to the mask-side numerical aperture of the exposure apparatus. That is, since the numerical aperture NAw on the wafer side of the exposure apparatus is about 0.7 at the maximum and the reduction magnification M is 4 or 5, the numerical aperture NAm on the mask side of the measuring optical system is at most NAm = NAw / M = 0.7 / 4. =
It is about 0.175. (Although it is possible to mount a high NA objective lens in a conventional projection image monitoring apparatus, since the actual aperture is defined by another part of the optical system, it is impossible to set the NAm to 0.2 or more. Therefore, the numerical aperture on the mask side of the measuring optical system has room for further increasing by the magnification of the exposure apparatus using the mask. That is, by making the resolution of the measurement optical system sufficiently higher than the minimum dimension of the mask structure, high-precision measurement becomes possible. For example, the information of the transmitted light in the Cr region is separated from that of the aperture, and the phase difference introduced by the phase mask (a phase distribution corresponding immediately after passing through the mask) can be obtained. Further, a minute phase defect or the like on a mask which cannot be detected by the conventional method can be detected.

【0019】次に、本発明を用いた位相マスクの検査に
おいて、結像面付近の異なる光軸に垂直な平面内で測定
された複数の光学像分布から、結像面の複素振幅分布を
求める手順について説明する。像面上及び瞳面上におけ
るマスクパターン回折像の複素振幅分布a、Oは互いにフ
ーリエ変換Fの関係にある(即ち、a=F( O ))。又、瞳
面で回折像複素振幅分布にデフォーカス波面収差分布を
掛ける操作をデフォーカス収差オペレータD、瞳関数をP
と定義すると、デフォーカス面における像複素振幅分布
bはb=F( P( D( O ) ) )と求められる。よって、 b = F( P( D( Finv (a) ) ) ) 。 (数1) ただし、Finvは、逆フーリエ変換である。
Next, in the inspection of the phase mask using the present invention, the complex amplitude distribution of the image plane is obtained from a plurality of optical image distributions measured in a plane perpendicular to different optical axes near the image plane. The procedure will be described. The complex amplitude distributions a and O of the mask pattern diffraction image on the image plane and the pupil plane have a Fourier transform F relationship with each other (that is, a = F (O)). Also, the operation of multiplying the complex amplitude distribution of the diffraction image by the defocus wavefront aberration distribution on the pupil plane is a defocus aberration operator D, and the pupil function is P
Defines the image complex amplitude distribution on the defocus plane
b is obtained as b = F (P (D (O))). Therefore, b = F (P (D (Finv (a)))). (Equation 1) where Finv is an inverse Fourier transform.

【0020】以下、本発明では図4に模式的に示したア
ルゴリズムに従い、(数1)を使って像面とデフォーカ
ス面の間の変換を繰り返す。即ち、変換により得られた
複素振幅分布の位相部はそのままとし、その絶対値のみ
を測定値に置き換えて、これを新たな変換先の複素振幅
分布とする。この変換/逆変換を位相分布の変化が十分
に小さくなるまで繰り返す。複素振幅分布の変化が十分
に小さくなったとすると、得られた位相分布、従って複
素振幅分布は測定結果を満足するものと考えることがで
きる。
Hereinafter, in the present invention, the conversion between the image plane and the defocus plane is repeated using (Equation 1) in accordance with the algorithm schematically shown in FIG. That is, the phase part of the complex amplitude distribution obtained by the conversion is left as it is, only the absolute value thereof is replaced with the measured value, and this is used as a new complex amplitude distribution of the conversion destination. This conversion / inversion is repeated until the change in the phase distribution becomes sufficiently small. Assuming that the change in the complex amplitude distribution is sufficiently small, the obtained phase distribution, and thus the complex amplitude distribution, can be considered to satisfy the measurement results.

【0021】具体的には、まず像面及びデフォーカス面
で光強度分布を測定しその平方根をその振幅絶対値分布
am、bmとする。次に、像面での位相分布をf0と仮定し、
像面振幅分布aの初期値をa0=am*exp(i *f0) とする(i
は虚数単位)。これを(数1)に代入するとデフォーカ
ス面複素振幅分布は、b0 = F( P( D( Finv (a0) ) ))
= b0‘*exp(i *g0)。ただし、b0‘、g0は各々b0の振幅
絶対値と位相である。ここで、上式の振幅絶対値b0‘を
測定値bmに置き換えたものを新たにデフォーカス面の複
素振幅分布b0とおき、 b0から(数1)により逆計算し
て像面複素振幅分布をa1を得る。即ち、a1 = Finv( P
( Dinv( F( b0 ) ) ) ) = a1‘*exp(i *f1)。ただし、a
1‘ 、f1はa1の振幅絶対値と位相、 DinvはDの逆変換で
ある。次に、上式の振幅絶対値a1‘を像面における振幅
絶対値の測定値amに置き換えて、(数1)を用いて再度
デフォーカス面の複素振幅分布を計算したものをb1とす
る。この過程をi回繰り返し、i番目のデフォーカス面
複素振幅分布biを、i番目の像面複素振幅分布より求め
たデフォーカス面の位相分布fiとデフォーカス面での振
幅絶対値の測定値bmを持つものとし、i+1番目の像面
複素振幅分布を、上で求めたi番目のデフォーカス面複
素振幅分布より求めた像面の位相分布と像面での振幅絶
対値の測定値を持つものとする。 i+1番目の像面位
相分布とi番目のそれの差が十分に小さくなった時点で
計算を終了する。計算の収束条件としては、繰り返し法
による数値計算で一般的に用いられている適当な条件を
利用することができる。なお、初期位相分布としては、
できるだけ当然予測されるであろう位相分布(例えば、
位相シフトマスク測定の場合設計値)を仮定することが
望ましい。また上の説明では、像面とデフォーカス面の
間で計算を繰り返したが、必ずしも1つが像面である必
要はなく、2つ以上の任意のデフォーカス面の間で繰り
返し計算を行う等してもよい。また、上の議論は光学系
の収差がデフォーカスに依らないことを仮定している。
これが成立しない場合には、適当な補正を加えることが
望ましい。
Specifically, first, the light intensity distribution is measured on the image plane and the defocus plane, and the square root thereof is calculated as the amplitude absolute value distribution.
am and bm. Next, assuming that the phase distribution on the image plane is f0,
Let the initial value of the image plane amplitude distribution a be a0 = am * exp (i * f0) (i
Is the imaginary unit). By substituting this into (Equation 1), the defocus surface complex amplitude distribution becomes b0 = F (P (D (Finv (a0))))
= b0 '* exp (i * g0). Here, b0 'and g0 are the amplitude absolute value and the phase of b0, respectively. Here, a value obtained by replacing the amplitude absolute value b0 ′ in the above equation with the measured value bm is newly set as a complex amplitude distribution b0 on the defocus surface, and the image surface complex amplitude distribution is inversely calculated from b0 using (Equation 1). get a1. That is, a1 = Finv (P
(Dinv (F (b0)))) = a1 '* exp (i * f1). Where a
1 'and f1 are the absolute amplitude and phase of a1, and Dinv is the inverse transform of D. Next, the amplitude absolute value a1 ′ in the above equation is replaced with the measured value of the amplitude absolute value am on the image plane, and the complex amplitude distribution on the defocus plane is calculated again using (Equation 1) to be b1. This process is repeated i times, and the i-th defocus plane complex amplitude distribution bi is determined from the i-th image plane complex amplitude distribution, and the phase distribution fi of the defocus plane and the measured value bm of the absolute amplitude value on the defocus plane Having the (i + 1) th image plane complex amplitude distribution, the image plane phase distribution obtained from the i-th defocus plane complex amplitude distribution obtained above, and the measured value of the amplitude absolute value on the image plane. And The calculation is terminated when the difference between the (i + 1) th image plane phase distribution and the ith image phase distribution is sufficiently small. As a convergence condition of the calculation, an appropriate condition generally used in numerical calculation by an iterative method can be used. In addition, as the initial phase distribution,
The phase distribution that would be expected as naturally as possible (for example,
It is desirable to assume a design value in the case of phase shift mask measurement. In the above description, the calculation is repeated between the image plane and the defocus plane. However, one is not necessarily the image plane, and the calculation is repeated between two or more arbitrary defocus planes. You may. Also, the above discussion assumes that the aberrations of the optical system do not depend on defocus.
If this does not hold, it is desirable to make appropriate corrections.

【0022】次に、上記アルゴリズムを用いて位相回復
を行うための光学像測定、及びデータ処理において留意
すべき点について述べる。位相回復では、その原理上コ
ヒーレント照明が必要である。そこでマスク照明系の照
明絞りはなるべく小さくすることが好ましく、空間コヒ
ーレンス度sは、0.1以下とすることが望ましい。
又、位相回復過程ではフーリエ変換を利用する。従っ
て、測定パターンは周期的であるか、又は、必ずしも周
期的であるとは限らない実際のマスクパターンを測定に
用いる場合には周辺からの影響が十分無視できるだけ測
定領域の周囲に広い遮光領域を設ける必要がある。任意
のマスクパターンに対してこれを可能とするために、マ
スク照明光学系のマスクの共役面にマスク照明領域を規
定する視野絞りを設置する等してもよい。焦点位置を変
えて光学像を測定するためにマスク位置を移動させる場
合、移動に伴いマスク上の上記測定領域が変わらないよ
うこれをコンデンサーレンズ、又はマスクステージと共
に光軸方向移動させることが好ましい。さらに照明の均
一性を維持するためには照明系全体をマスクとともに移
動させることが理想的である。なお、上記視野絞りを小
さくしすぎると絞りにおける光の回折が生じ、マスクの
照明条件が変化するため注意が必要である。一般的なノ
イズ対策として、外光ノイズ遮断のため遮光カバーを設
置するとともに、フォトディテクター・光学系内光学要
素・マスクの間での光の反射抑制のため、各光学要素の
表面反射防止、フォトディテクター面の法線方向を光軸
からややずらす等の対策を行うことが好ましい。さら
に、光源の非均一性、照明系ダストによるスペックル、
カメラノイズ、フォーカス等の機械精度を向上すること
が望ましい。
Next, points to be noted in optical image measurement and data processing for performing phase recovery using the above algorithm will be described. Phase recovery requires coherent illumination in principle. Therefore, it is preferable to make the illumination stop of the mask illumination system as small as possible, and it is desirable that the spatial coherence degree s be 0.1 or less.
In the phase recovery process, Fourier transform is used. Therefore, the measurement pattern is periodic or, if an actual mask pattern that is not necessarily periodic is used for measurement, a large light-shielding area should be provided around the measurement area so that the influence from the surroundings can be ignored sufficiently. Must be provided. In order to make this possible for an arbitrary mask pattern, a field stop for defining a mask illumination area may be provided on a conjugate plane of the mask of the mask illumination optical system. When the mask position is moved in order to measure the optical image by changing the focal position, it is preferable to move the measurement area on the mask together with the condenser lens or the mask stage in the optical axis direction so that the measurement area does not change with the movement. Further, in order to maintain uniformity of illumination, it is ideal to move the entire illumination system together with the mask. It should be noted that if the field stop is too small, light diffraction at the stop will occur and the illumination conditions of the mask will change. As a general noise countermeasure, a light-shielding cover is installed to block external light noise, and surface reflection of each optical element is prevented to prevent reflection of light between the photodetector, optical element in the optical system, and mask. It is preferable to take measures such as shifting the normal direction of the detector surface slightly from the optical axis. In addition, non-uniformity of the light source, speckles due to lighting system dust,
It is desirable to improve mechanical accuracy such as camera noise and focus.

【0023】実際の投影像ではしばしば重要な情報の多
くが主パターンの周囲の光強度の弱い領域に含まれてい
る。これらが測定ノイズに埋もれてしまうことを避ける
ため、通常露光量で主パターン像を取り込んだ後、積算
露光量を増大してその周囲の低強度領域を増幅して取り
込み、両者をスケーリングしてつないだものを光学像デ
ータとする等することが望ましい。又、測定後のデータ
処理により、光軸ずれ/ステージ誤差による光学像の横
方向シフト等を補正することが望ましい。さらに、マス
ク上の遮光領域に対して観測されるバックグランドノイ
ズとマスク上の透明領域に対して観測される測定領域内
の照度むらについても、これらの影響をあらかじめ測定
してデータから排除することが望ましい。さらに、マス
ク構造自体に起因するバックグラウンドを処理する等の
処理が有用である。
In an actual projected image, much of important information is often included in an area having a low light intensity around the main pattern. In order to avoid these being buried in measurement noise, after capturing the main pattern image with normal exposure, increase the integrated exposure, amplify and capture the low intensity area around it, and scale and connect both. It is desirable to use such data as optical image data. It is also desirable to correct the lateral shift of the optical image due to optical axis deviation / stage error or the like by data processing after measurement. In addition, the background noise observed in the light-shielded area on the mask and the illuminance unevenness in the measurement area observed in the transparent area on the mask should be measured in advance and excluded from the data. Is desirable. Further, processing such as processing the background caused by the mask structure itself is useful.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

(実施例1)本実施例では、本発明をDRAMゲートパ
ターン形成に適用した例を示す。まず、本発明による位
相シフトマスクの位相差測定について説明する。図5は
本実施例に用いたマスク測定装置を図式的に示したもの
である。空間的にほぼコヒーレントな照明光1を用いて
マスクステージ2上のマスク3を照明し、マスク3上の
パターンを拡大投影光学系4を用いて拡大し、CCDセ
ンサー5上に結像させた。拡大投影光学系4のマスク側
開口数NAmは最大0.9まで可変である。CCDセン
サーからの信号をコンピュータ6へ入力した後、これを
処理してマスク投影像強度分布を求めた。マスクステー
ジを光軸7の方向に移動させて上記測定を繰り返すこと
により、合焦点位置8及び+50μmデフォーカス面
9、−50μmデフォーカス面10におけるマスクパタ
ーンの投影像強度分布を測定した。マスク上の照明範囲
は、マスク面と共役な面においた視野絞り11により規
定される。視野絞り11はマスクステージ2を光軸方向
に移動させるときコンデンサーレンズ12と共に移動す
る。マスク照明系13の空間コヒーレンス度は、0.0
5に設定した。コンピュータにおいて、得られたマスク
投影像強度分布の測定データを前に示したアルゴリズム
を用いた位相回復プログラムへ入力し、合焦点位置8に
おける位相分布を出力させた。
(Embodiment 1) This embodiment shows an example in which the present invention is applied to the formation of a DRAM gate pattern. First, measurement of the phase difference of the phase shift mask according to the present invention will be described. FIG. 5 schematically shows a mask measuring apparatus used in this embodiment. The mask 3 on the mask stage 2 was illuminated with the illumination light 1 which was substantially coherent in space, and the pattern on the mask 3 was enlarged using the enlargement projection optical system 4 to form an image on the CCD sensor 5. The mask-side numerical aperture NAm of the magnifying projection optical system 4 is variable up to 0.9 at the maximum. After a signal from the CCD sensor was input to the computer 6, the signal was processed to obtain a mask projection image intensity distribution. By repeating the above measurement while moving the mask stage in the direction of the optical axis 7, the projected image intensity distribution of the mask pattern at the focal point position 8, the +50 μm defocus plane 9 and the −50 μm defocus plane 10 was measured. The illumination range on the mask is defined by the field stop 11 on a plane conjugate with the mask plane. The field stop 11 moves together with the condenser lens 12 when moving the mask stage 2 in the optical axis direction. The spatial coherence degree of the mask illumination system 13 is 0.0
Set to 5. In the computer, the obtained measured data of the mask projection image intensity distribution was input to a phase recovery program using the algorithm described above, and the phase distribution at the focal point 8 was output.

【0025】次に、上記装置を用いて、1GビットDR
AMのゲートパターン用位相シフトマスクにおいて、位
相シフターのほりこみ量を様々に変えた複数のマスクを
測定した。上記マスク側開口数を0.5と0.15(マ
スクの使用される露光装置のマスク側開口数)の2つに
設定して測定し、そのゲートパターン部の位相分布を求
めた結果を図6に示す。いずれの掘り込み量においても
開口数を0.5とすると、マスク上の開口部を通過した
光の位相と、開口部間のCr領域を透過した微弱な光の
位相が明確に分離されて観測されていることがわかる。
彫り込み量250nmの場合(図6a)、開口数0.5の
測定結果では隣り合う開口部間で180度の位相差が得
られているのに対し、開口数0.15の測定結果では1
83度となった。実際にこのマスクを用いてDRAMを
試作すると、フォーカス変動に伴うとみられる線幅変動
が生じた。これに対して、彫り込み量246nmの場合
(図6b)、開口数0.5による位相差は177度となっ
たが、開口数0.15では180度が得られた。このこ
とから、位相シフターの位相差を177度とすることに
より実際のウエハー上では180度の位相差が得られる
ことがわかった。これは、開口部間のCr領域を透過し
た光の影響によるものと考えられる。そこで、位相シフ
トマスクのシフターほり込み量を位相差177度に相当
する量に設定したマスクを用いて、上記デバイスを製造
した。これにより、位相が180度からずれた場合に生
じる焦点変動に伴う寸法変動を抑制して、精度良くゲー
トパターンを形成することができた。なお、位相シフタ
ーの最適彫り込み量は前述のようにパターンに依存する
が、上記ゲートパターン以外の領域のパターンの寸法は
比較的大きいため、上記位相差をゲートパターンに最適
化して設定してもさほど問題はなかった。上記DRAM
の製造過程ではゲートパターン以外の層にも位相シフト
マスクを用いたが、各層における最適位相シフト量は層
毎に上記測定を行い、個別に設定した。なお、測定装置
の構成や適用するデバイスの種類等、本発明の趣旨に反
しない限り、本実施例に示したものに限定せず、様々に
変更可能である。
Next, using the above device, a 1 Gbit DR
In the AM gate pattern phase shift mask, a plurality of masks in which the amount of reentrant of the phase shifter was variously changed were measured. The results obtained by setting the mask-side numerical aperture to 0.5 and 0.15 (mask-side numerical aperture of an exposure apparatus in which the mask is used) were measured, and the phase distribution of the gate pattern portion was obtained. 6 is shown. Assuming that the numerical aperture is 0.5 at any of the digging amounts, the phase of light passing through the openings on the mask and the phase of weak light transmitted through the Cr region between the openings are clearly separated and observed. You can see that it is done.
When the engraving amount is 250 nm (FIG. 6a), a phase difference of 180 degrees is obtained between the adjacent openings in the measurement result of the numerical aperture 0.5, whereas 1 is obtained in the measurement result of the numerical aperture 0.15.
83 degrees. Actually, when a DRAM was experimentally manufactured using this mask, a line width fluctuation which was considered to be caused by a focus fluctuation occurred. On the other hand, when the engraving amount is 246 nm (FIG. 6B), the phase difference due to the numerical aperture of 0.5 is 177 degrees, but at the numerical aperture of 0.15, 180 degrees is obtained. From this, it was found that a phase difference of 180 degrees can be obtained on an actual wafer by setting the phase difference of the phase shifter to 177 degrees. This is considered to be due to the influence of light transmitted through the Cr region between the openings. Therefore, the above device was manufactured using a mask in which the amount of shifter depression of the phase shift mask was set to an amount corresponding to a phase difference of 177 degrees. As a result, a dimensional change due to a focus change that occurs when the phase deviates from 180 degrees was suppressed, and a gate pattern could be formed accurately. Although the optimum engraving amount of the phase shifter depends on the pattern as described above, since the dimensions of the pattern in the region other than the gate pattern are relatively large, even if the phase difference is optimized and set to the gate pattern, it is not so large. There was no problem. The above DRAM
In the manufacturing process, a phase shift mask was used for layers other than the gate pattern, but the optimum phase shift amount in each layer was set individually by performing the above measurement for each layer. Note that the configuration of the measuring apparatus, the type of device to be applied, and the like are not limited to those shown in the present embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0026】(実施例2)投影像モニター装置(MSM
100、Zeiss社製)を用いて従来Crマスク上の
ホールパターン投影像を測定し、実施例1同様位相回復
法を適用してその位相分布を求めた。光学理論によれば
主パターンの周りのサイドローブでは交互に位相が逆転
するはずにであるも関わらず、中心から離れるにつれ位
相は90度に収束した(図7a)。このとき瞳面におけ
る像振幅分布を出力したところ、原点にピークが現れ
(図7b)このピークに相当する部分の位相は瞳面内の
他の領域の位相と約90度ずれていた。そこで、データ
処理の最終段階において瞳面からこのピークを除去しこ
れをフーリエ変換すると、サイドローブ毎に交互に位相
が逆転する理論通りの位相分布が得られた(図7c)。
これは、ホールを通過した光に対して、約90度位相の
ずれたバックグラウンド光がマスクの広い領域から重ね
合わされており、このバックグラウンドに相当する部分
を周波数空間で選択的に除去することによりその影響を
排除することができたためである。このことは、Crマ
スクの代わりに十分に厚いステンレス薄膜に形成したピ
ンホールを用いた場合には、図7aの減衰はそもそも見
られなかったことからも確認された。以上、本実施例で
は必ずしも解像度の十分でない従来投影像モニター装置
で得られた測定データを用いたにもかかわらず、適当な
データ処理によりCr透過光等の影響を選択的に除去し
て知りたい位相情報を得ることができた。
(Embodiment 2) Projection image monitor (MSM)
100, manufactured by Zeiss Co., Ltd.), the hole pattern projection image on the conventional Cr mask was measured, and the phase distribution was obtained by applying the phase recovery method as in Example 1. According to optical theory, the phase converges to 90 degrees away from the center, although the phase should alternate in the sidelobes around the main pattern (FIG. 7a). At this time, when the image amplitude distribution on the pupil plane was output, a peak appeared at the origin (FIG. 7b), and the phase of a portion corresponding to this peak was shifted by about 90 degrees from the phase of another region in the pupil plane. Then, in the final stage of the data processing, this peak was removed from the pupil plane, and this was subjected to Fourier transform. As a result, a theoretical phase distribution in which the phase was alternately inverted for each side lobe was obtained (FIG. 7C).
This is because background light that is out of phase by about 90 degrees with respect to light that has passed through a hole is superimposed from a wide area of the mask, and a portion corresponding to this background is selectively removed in a frequency space. This has eliminated the effect. This was confirmed from the fact that the attenuation of FIG. 7A was not observed in the case where a pinhole formed of a sufficiently thick stainless thin film was used instead of the Cr mask. As described above, in this embodiment, despite the use of measurement data obtained by a conventional projection image monitoring device that does not always have sufficient resolution, it is desired to know by selectively removing the influence of Cr transmitted light and the like by appropriate data processing. Phase information could be obtained.

【0027】次にこの方法を、256MDRAMの製造
に適用した例について述べる。まず、上記デバイスのコ
ンタクトホールパターン形成用マスクとして、遮光領域
の光透過率を3%に設計したいわゆるハーフトーン位相
シフトマスクを、遮光領域膜の堆積条件を変化させて形
成し、これらの位相差を上で述べた方法により測定し
た。則ち、堆積条件の異なるマスクをMSM100を用
いて測定後、その瞳面における複素振幅分布を計算した
ところ、いずれのマスクにおいても原点に振幅絶対値の
ピークが現れた。瞳面原点おける複素振幅はハーフトー
ン領域からのバックグラウンドとホールパターン自身の
回折像の重ね合わせと考えられる。そこで、ホールパタ
ーン自身の回折像振幅を原点からはずれた位置での像振
幅絶対値から内挿して求め、これを原点における複素振
幅の測定値から引くことによりバックグラウンドの複素
振幅を求めた。さらに、このようにして求めたバックグ
ラウンド複素振幅とホールパターン自体の複素振幅の位
相差を計算して、これによりハーフトーン部の位相シフ
ト量を求めた。測定の結果位相シフト量が180度とな
る堆積条件で形成したマスクを用いて上記デバイスを製
造した。
Next, an example in which this method is applied to the manufacture of a 256 MDRAM will be described. First, as a mask for forming a contact hole pattern of the device, a so-called halftone phase shift mask designed to have a light transmittance of 3% in the light-shielding region is formed by changing the deposition conditions of the light-shielding region film, Was measured by the method described above. That is, after measuring masks having different deposition conditions using the MSM 100, when the complex amplitude distribution on the pupil plane was calculated, a peak of the amplitude absolute value appeared at the origin in any of the masks. The complex amplitude at the pupil plane origin is considered to be a superposition of the background from the halftone region and the diffraction image of the hole pattern itself. Therefore, the amplitude of the diffraction image of the hole pattern itself was obtained by interpolation from the absolute value of the image amplitude at a position deviated from the origin, and the complex amplitude of the background was obtained by subtracting this from the measured value of the complex amplitude at the origin. Further, the phase difference between the background complex amplitude obtained in this way and the complex amplitude of the hole pattern itself was calculated, thereby obtaining the phase shift amount of the halftone portion. The above device was manufactured using a mask formed under the deposition conditions where the phase shift amount was 180 degrees as a result of the measurement.

【0028】なお、この方法は、ホールパターンの場合
に限らず、あらかじめ遮光領域を透過した光の影響の大
きさを定量的に予測可能な場合に適用可能である。
This method is applicable not only to the case of the hole pattern but also to the case where the magnitude of the influence of the light transmitted through the light shielding area can be quantitatively predicted in advance.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上、本発明による半導体装置の製造方
法を用いれば、位相シフトマスクを投影レンズを介して
半導体装置基板上に投影露光して上記基板上に上記回路
パターンを形成することにより半導体装置を製造する
際、上記マスク上で位相シフト効果を最も必要とする微
細パターンに対して、互いに隣接する位相シフト透過領
域と非位相シフト透過領域の各々に対して、上記各透過
領域周辺マスク上の遮光膜を透過した光の回折像の振幅
と上記各透過領域を通過した光の回折像の振幅の和の位
相が、像面上で互いに180度反転するように上記位相
シフト透過領域と非位相シフト透過領域間の位相シフト
量及び上記各透過領域寸法の少なくともいずれか1つを
設定することにより、上記マスクを用いて形成されるレ
ジストパターンの精度、均一性を大幅に向上し、より高
性能の半導体装置を製造することができる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a semiconductor device is formed by projecting and exposing a phase shift mask onto a semiconductor device substrate through a projection lens to form the circuit pattern on the substrate. When manufacturing the device, for the fine pattern requiring the phase shift effect most on the mask, for each of the phase shift transmission region and the non-phase shift transmission region adjacent to each other, on each of the transmission region peripheral masks The phase shift transmission region and the phase shift transmission region are inverted such that the phase of the sum of the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through the light shielding film and the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through each transmission region is inverted by 180 degrees on the image plane. By setting at least one of the phase shift amount between the phase shift transmission regions and the dimensions of each transmission region, the precision of the resist pattern formed using the mask can be improved. , It is possible to greatly improve the uniformity, to produce a higher performance of the semiconductor device.

【0030】さらに、本発明による半導体装置の製造方
法を用いれば、上記マスクを製造する際、マスクを透過
した光をマスク上構造の特徴的寸法より十分に小さな解
像度を有する投影レンズを介して拡大結像させ、結像面
付近の複数の位置(デフォーカス面)においてマスク投
影像の光学像強度分布を測定し、上記複数の光学像強度
分布から位相回復の手法を用いて結像面付近のマスク投
影像の複素振幅分布を求め、この情報から位相シフトマ
スクを通過した光の位相を推定したデータに基づいて製
造したマスクを用いることにより、上記マスクを用いて
形成されるレジストパターンの精度、均一性を大幅に向
上し、より高性能の半導体装置を製造することができ
る。
Further, by using the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, when manufacturing the above mask, the light transmitted through the mask is magnified through a projection lens having a resolution sufficiently smaller than the characteristic dimension of the structure on the mask. An image is formed, an optical image intensity distribution of the mask projection image is measured at a plurality of positions (defocus plane) near the image plane, and a phase recovery method is used from the plurality of optical image intensity distributions using a phase recovery technique. Determine the complex amplitude distribution of the mask projection image, by using a mask manufactured based on data obtained by estimating the phase of light that has passed through the phase shift mask from this information, the accuracy of the resist pattern formed using the mask, The uniformity can be greatly improved, and a higher-performance semiconductor device can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来法の問題点を示すための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a problem of a conventional method.

【図2】従来法の問題点を示すための模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a problem of a conventional method.

【図3】本発明の原理を示すための模式図である。FIG. 3 is a schematic view illustrating the principle of the present invention.

【図4】本発明による位相回復アルゴリズムを模式的に
示した図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a phase recovery algorithm according to the present invention.

【図5】本発明の一実施例に用いられるマスク測定装置
を模式的に示した図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a mask measuring apparatus used in one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の一実施例における光学像測定結果を模
式的に示した図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing an optical image measurement result in one example of the present invention.

【図7】本発明の別の実施例における光学像測定結果を
模式的に示した図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing an optical image measurement result in another example of the present invention.

【図8】位相シフトマスクのラインアンドスペース部の
(a)要部断面図、及び(b)要部平面図の一例であ
る。
FIGS. 8A and 8B are an example of a main part cross-sectional view and a main part plan view of a line and space part of a phase shift mask. FIGS.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:照明光、2:マスクステージ、3:マスク、4:拡
大投影光学系、5:CCDセンサー、6:コンピュー
タ、7:光軸、8:合焦点位置、9、10:デフォーカ
ス面、11:視野絞り、12:コンデンサーレンズ、1
3:マスク照明系。
1: illumination light, 2: mask stage, 3: mask, 4: magnifying projection optical system, 5: CCD sensor, 6: computer, 7: optical axis, 8: focal point position, 9, 10: defocus plane, 11 : Field stop, 12: condenser lens, 1
3: Mask illumination system.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】回路パターンを有するマスクを投影レンズ
を介して半導体装置基板上に投影露光することにより、
上記基板上に上記回路パターンを形成する工程を含む半
導体装置の製造方法であって、上記マスクは、上記マス
ク上の遮光領域の両側を透過する光の位相を互いにほぼ
反転させる位相シフト透過領域及び非位相シフト透過領
域を含む位相シフトマスクであり、位相シフト効果を最
も必要とする微細パターンに対して、互いに隣接する位
相シフト透過領域と非位相シフト透過領域の各々に対し
て、上記各透過領域周辺の遮光領域を透過した光の回折
像の振幅と上記各透過領域を通過した光の回折像の振幅
の和の位相が、像面上で互いに180±1度の範囲で反
転するように上記位相シフト透過領域と非位相シフト透
過領域間の位相シフト量及び上記各透過領域寸法の少な
くともいずれか1つを設定することを特徴とする半導体
装置の製造方法。
A mask having a circuit pattern is projected and exposed on a semiconductor device substrate through a projection lens;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming the circuit pattern on the substrate, wherein the mask has a phase shift transmission region for substantially inverting phases of light transmitted on both sides of a light shielding region on the mask, and A phase shift mask including a non-phase-shifting transmission region, for each of the phase-shifting transmission region and the non-phase-shifting transmission region adjacent to each other for a fine pattern requiring the most phase-shift effect; The phase of the sum of the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through the surrounding light-shielding region and the amplitude of the diffraction image of the light transmitted through each of the transmission regions is inverted in the range of 180 ± 1 degrees from each other on the image plane. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising setting at least one of a phase shift amount between a phase shift transmission region and a non-phase shift transmission region and each of the transmission region dimensions.
【請求項2】上記遮光領域を透過した光の非位相シフト
領域の透過光に対する位相差が約180度となるように
上記遮光領域を構成する遮光膜の厚さと組成を設定し、
かつ上記遮光膜の透過率に応じて上記位相シフト透過領
域寸法及び非位相シフト透過領域寸法の少なくともいず
れか1つを設定するか、又は、上記位相差が約90度と
なるように上記遮光膜の厚さと組成を設定し、かつ上記
遮光膜の透過率に応じて上記位相シフト透過領域及び非
位相シフト透過領域の間の位相シフト量を設定すること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The thickness and composition of a light-shielding film constituting the light-shielding region are set so that a phase difference of light transmitted through the light-shielding region with respect to transmitted light in a non-phase shift region is approximately 180 degrees.
And setting at least one of the phase shift transmission region size and the non-phase shift transmission region size according to the transmittance of the light shielding film, or the light shielding film so that the phase difference is about 90 degrees. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thickness and a composition of the light-shielding film are set, and a phase shift amount between the phase-shift transmission region and the non-phase-shift transmission region is set according to the transmittance of the light-shielding film. Manufacturing method.
【請求項3】上記位相シフト透過領域及び非位相シフト
透過領域に挟まれた遮光領域内において上記各透過領域
と遮光領域の境界からほぼ等距離の位置を境として、遮
光領域を透過した光の位相が互いに反転させるための位
相シフターを遮光領域内に設けたことを特徴とする半導
体装置の製造方法。
3. The light transmitted through the light-shielding region at a position substantially equidistant from the boundary between each of the transmission regions and the light-shielding region in the light-shielding region sandwiched between the phase-shifting transmission region and the non-phase-shifting transmission region. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a phase shifter for inverting phases is provided in a light shielding region.
【請求項4】透明基板上に遮光パターンを有するマスク
を検査する工程と、前記検査に基づいてマスクの良否を
判定する工程と、良と判定された所望のマスクを投影レ
ンズを介して半導体装置基板上に投影露光することによ
り、上記基板上に上記回路パターンを形成する工程を含
む半導体装置の製造方法であって、上記マスクを検査す
る工程は、上記マスクを空間的にほぼコヒーレントな光
で照明し、上記マスク上のパターンを上記マスク上構造
の特徴的寸法より十分小さな解像度を有する拡大光学系
を介して結像面に結像させ、上記結像面付近の異なる位
置で光軸に垂直な複数の平面において上記マスクの投影
像の2次元光強度分布を各々測定し、上記複数平面にお
ける投影像光強度分布から、位相回復の手法を用いて上
記結像面付近の光学像複素振幅分布を求め、さらに上記
光学像複素振幅分布から上記マスクを透過した光の位相
を求める工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造
方法。
4. A step of inspecting a mask having a light-shielding pattern on a transparent substrate; a step of judging the quality of the mask based on the inspection; A method of manufacturing a semiconductor device comprising a step of forming the circuit pattern on the substrate by projecting and exposing the substrate on the substrate, wherein the step of inspecting the mask comprises: Illuminate and form an image of the pattern on the mask on an image plane through an enlargement optical system having a resolution sufficiently smaller than the characteristic dimension of the structure on the mask, and perpendicular to the optical axis at different positions near the image plane. The two-dimensional light intensity distribution of the projected image of the mask is measured on a plurality of planes, and the light in the vicinity of the image plane is measured from the projected image light intensity distribution on the plurality of planes by using a phase recovery technique. Obtains an image complex amplitude distribution, a method of manufacturing a semiconductor device characterized by further comprising the step of obtaining the optical image from the complex amplitude distribution of the light transmitted through the mask phase.
【請求項5】上記拡大光学系のマスク側開口数が0.5
以上であることを特徴とすることを特徴とする請求項5
記載の半導体装置の製造方法。
5. The magnifying optical system having a mask-side numerical aperture of 0.5.
6. The method according to claim 5, wherein
The manufacturing method of the semiconductor device described in the above.
【請求項6】上記マスクは、位相シフトマスクであるこ
とを特徴とすることを特徴とする請求項5記載の半導体
装置の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein said mask is a phase shift mask.
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