JP3966846B2 - 半導体露光装置のフレア評価用マスク及びフレア評価方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体露光装置のフレア評価用マスク及びフレア評価方法に関するものである。

半導体装置の製造は、露光装置を用いてマスクにマスクパターンとして形成された回路パターンを半導体基板上に転写する露光工程を繰り返すことで行われる。転写する際に用いられるレンズ等に収差があると、露光工程を繰り返す間に回路パターンが歪む恐れがある。そこで、露光工程においては、転写されるパターンが精度良く形成されるように、露光装置のレンズ収差成分を測定している（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

レンズ収差成分の測定には、レンズ収差の特性成分によって様々な測定が行われる。レンズ収差を与える成分としてフレア成分がある。フレアは、レンズ表面やマスク表面で反射又は散乱し、形成するパターンに回り込み、本来の光学像の上に重なって拡がる光である。フレアは、マスクパターンの少ない明るい部分近傍では多く、また、マスクパターンの多い暗い部分近傍では少ない。

そこで、評価部の周囲に遮光部を設けて、評価部と遮光部との間の距離を変化させることにより、フレア測定を行っている。

図１１を参照して、従来のフレア評価方法について説明する。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、従来のフレア測定に用いられるフレア評価用マスクを説明するための図である。図１１（Ａ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの第１評価マスクパターンの例を示している。第１評価マスクパターン８１は、第１遮蔽領域８９で画成された矩形状の第１透明領域８７と、第１透明領域８７と相似形の第１評価部８３とを、第１透明領域８７の内側に備えている。第１評価部８３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部８５を備えている。

図１１（Ｂ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンである、第２評価マスクパターン９１の例を示している。第２評価マスクパターン９１は、第２遮蔽領域９９で画成された矩形状の第２透明領域９７と、第２透明領域９７と相似形の第２評価部９３とを、第２透明領域９７の内側に備えている。

第２評価部９３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第２ストライプ型遮蔽部９５を備えている。第２評価部９３は、第１評価部８３と同じ形状かつ同じ大きさである。すなわち、第２ストライプ型遮蔽部９５は、第１ストライプ型遮蔽部８５と同じ線幅、線間隔及び線本数である。

第１遮蔽領域８９と第２遮蔽領域９９は異なる大きさであり、第１遮蔽領域８９により画成される第１透明領域８７と第２遮蔽領域９９により画成される第２透明領域９７も異なる大きさになる。第１評価部８３と第２評価部９３が同じ形状かつ同じ大きさであるので、第１透明領域８７の開口幅Ｐ１、すなわち、第１評価部８３と第１遮蔽領域８９との間の距離と、第２透明領域９７の開口幅Ｐ２、すなわち、第２評価部９３と第２遮蔽領域９９との間の距離とが異なる。

第１評価マスクパターン８１を用いて、ウエハ上に設けられたフォトレジストを露光した後に、パターニングするとレジストパターンが形成される。露光の際に、フレアの影響を受けると、反射及び散乱した光がフォトレジストに照射される。このため、レジストパターンとして形成されるストライプ状のパターンは、フレアの無い場合のパターンに比べて幅が狭くなり、長さも短くなる。

続いて、同じ露光装置を用いて、第１評価マスクパターン８１と開口幅の異なる第２評価マスクパターン９１を用いて、上述の露光及びパターニングの工程を実施する。開口部が大きくなるとフレアの影響が大きくなるので、異なる開口幅Ｐ１及びＰ２のフレア評価マスクパターンを用いて、それぞれ露光を行い、レジストパターンの線幅を測定することにより、フレアの影響を求めることができる（例えば、特許文献３参照）。

フレア測定には、二重露光を用いる方法もある。図１２は、二重露光を行いフレア測定する際に用いる、二重露光用評価マスクパターン１０１を示している。このマスクパターン１０１は、第１ストライプ型遮蔽部１０５を含む第１評価部１０３および第１透明領域１０７を具える。二重露光用評価マスクパターン１０１は、上述した第１評価マスクパターン８１及び第２評価マスクパターン９１と、第１又は第２遮蔽領域を持たない点で異なっている。二重露光用評価マスクパターン１０１の評価部１０３の構成は、第１評価部８３及び第２評価部９３と同様である。

先ず、二重露光用評価マスクパターン１０１を２つ用意して、この２つの二重露光用評価マスクパターン１０１を露光する。次に、二重露光用評価マスクパターン１０１を覆うことのできる遮蔽パターンを用いて、二重露光用評価マスクパターン１０１を覆って露光する。遮蔽パターンとして、異なる大きさの遮蔽パターン（図１３中の１０９ａ又は１０９ｂ）を用いて露光すれば、実質的に、図１１を参照して説明した開口幅Ｐ１及びＰ２の異なるパターンで行った露光と同じことになり、フレアの影響を求めることができる。ここで、図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、二重露光遮蔽パターンを説明するための図である。
特開２００１−２２２０９７号公報（請求項１〜３） 特開２００１−２９６６４６号公報（請求項１） 特開２００３−１００６２４号公報（段落４９〜５０、図７）

しかしながら、上述の従来例のフレア測定方法では、ストライプ状のマスクパターンを構成している線状パターンの幅の変化でフレアの影響を測定しており、この場合、感度が鈍く影響が捕らえ難いという問題点がある。また、評価マスクパターンにおける線状パターンの幅は数十〜数百ｎｍ程度であり、線状パターンの幅を測定するためには、測長走査型電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｒｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いる必要があった。

また、例えば、直交する二方向のフレアの影響を測定する場合には、別の工程で露光工程を行う必要がある。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、より高感度で、しかも光学測定器での計測が可能となるフレア評価用のマスク及びフレア評価方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、この発明の半導体露光装置のフレアの有無を評価するフレア評価方法は、以下の工程を含んでいる。

パターニング工程では、第１評価マスクパターンと第２評価マスクパターンを用意して、第１及び第２評価マスクパターンをレジスト層に縮小投影して露光した後、露光済みのレジスト層をパターニングする。

第１評価マスクパターンは、第１透明領域と第１評価部とを備えている。第１透明領域は第１遮蔽領域で画成された矩形上の領域である。第１評価部は第１透明領域中に設けられた、第１透明領域と相似形の領域であって、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部を含んでいる。

第２評価マスクパターンは、第２透明領域と第２評価部とを備えている。第２透明領域は第２遮蔽領域で画成されていて第１透明領域より広くて相似形の領域である。第２評価部は第２透明領域中に設けられた第１ストライプ型遮蔽部と同一構成の第２ストライプ型遮蔽部を含んでいる。

パターニング工程に続いて、レジスト長測定工程を行う。パターニング工程で得られた第１ストライプ型遮蔽部に対応する第１レジストパターンの、配列方向と直交する方向の第１レジストパターン長と、第２ストライプ型遮蔽部に対応する第２レジストパターンの、配列方向と直交する方向の第２レジストパターン長とをそれぞれ光学測定する。

続いて、フレア評価工程により第１フレアの有無を評価する。第１フレアの有無は、第１遮蔽領域と第１評価部の間隔である第１開口幅Ｐ１、第２遮蔽領域と第２評価部の間隔である第２開口幅Ｐ２、第１レジストパターン長Ｌ１、及び第２レジストパターン長Ｌ２から評価される。

上述したフレア評価方法の実施にあたり、好ましくは、第１評価部は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を備え、第２評価部は、第１評価部の第１ストライプ型遮蔽部と同一構成である第２ストライプ型遮蔽部と、第２ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、第１評価部の第３ストライプ型遮蔽部と同一構成である第４ストライプ型遮蔽部とを備えるのが良い。

レジスト長測定工程では、さらに、パターニング工程で得られた第３ストライプ型遮蔽部に対応する第３レジストパターンの長尺方向の第３レジストパターン長Ｌ３と、第４ストライプ型遮蔽部に対応する第４レジストパターンの長尺方向の第４レジストパターン長Ｌ４とをそれぞれ光学測定する。

フレア評価工程では、さらに、第１開口幅Ｐ１、第２開口幅Ｐ２、第３レジストパターン長Ｌ３、及び第４レジストパターン長Ｌ４から第１フレアと異なる方向の第２フレアの有無を評価する。

また、この発明の好適実施例によれば、第１ストライプ型遮蔽部と第３ストライプ型遮蔽部とは、互いに異なる線幅及び異なる線間隔であり、第１ストライプ型遮蔽部と第２ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であり、第３ストライプ型遮蔽部と第４ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であるのが良い。

上述した目的を達成するために、この発明の半導体露光装置のフレアの有無を評価するフレア評価方法は、以下の工程を含んでいる。

パターニング工程では、先ず、第１評価マスクパターンと第２評価マスクパターンを用意して、第１及び第２評価マスクパターンをレジスト層に縮小投影して露光する。

第１評価マスクパターンは、第１透明領域と第１評価部とを備えている。第１評価部は第１透明領域中に、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部を含んでいる。

第２評価マスクパターンは、第２透明領域と第２評価部とを備えている。第２評価部は第２透明領域中に第１ストライプ型遮蔽部と同一構成の第２ストライプ型遮蔽部を含んでいる。

次に、第１及び第２評価マスクパターンと相似形で、第１及び第２評価マスクパターンと面積が同じか又は大きく、かつ、互いに異なる面積を持つ第１及び第２遮蔽パターンをそれぞれ用意する。第１評価マスクパターンを第１遮蔽パターンで覆い、かつ、第２評価マスクパターンを第２遮蔽パターンで覆い、レジスト層に縮小投影して露光した後、露光済みのレジスト層をパターニングする。

パターニング工程に続いて、レジスト長測定工程を行う。パターニング工程で得られた第１ストライプ型遮蔽部に対応する第１レジストパターンの、配列方向と直交する方向の第１レジストパターン長と、第２ストライプ型遮蔽部に対応する第２レジストパターンの、配列方向と直交する方向の第２レジストパターン長とをそれぞれ光学測定する。

続いて、フレア評価工程により第１フレアの有無を評価する。第１フレアの有無は、第１遮蔽パターンと第１評価部の間隔である第１遮蔽幅Ｓ１、第２遮蔽パターンと第２評価部の間隔である第２遮蔽幅Ｓ２、第１レジストパターン長Ｌ１、及び第２レジストパターン長Ｌ２から評価される。

上述したフレア評価方法の実施にあたり、好ましくは、第１評価部は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を備え、第２評価部は、第１評価部の第１ストライプ型遮蔽部と同一構成である第２ストライプ型遮蔽部と、第２ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、第１評価部の第３ストライプ型遮蔽部と同一構成である第４ストライプ型遮蔽部とを備えるのが良い。

レジスト長測定工程では、さらに、パターニング工程で得られた第３ストライプ型遮蔽部に対応する第３レジストパターンの長尺方向の第３レジストパターン長と、第４ストライプ型遮蔽部に対応する第４レジストパターンの長尺方向の第４レジストパターン長とをそれぞれ光学測定する。

フレア評価工程では、さらに、第１遮蔽パターンと第１評価部の間隔である第１遮蔽幅Ｓ１、第２遮蔽パターンと第２評価部の間隔である第２遮蔽幅Ｓ２、第３レジストパターン長Ｌ３、及び第４レジストパターン長Ｌ４から第１フレアと異なる方向の第２フレアの有無を評価する。

また、この発明の好適実施例によれば、第１ストライプ型遮蔽部と第３ストライプ型遮蔽部とは、互いに異なる線幅及び異なる線間隔であり、第１ストライプ型遮蔽部と第２ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であり、第３ストライプ型遮蔽部と第４ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であるのが良い。

上述した目的を達成するために、この発明のフレア評価用マスクは、透明領域中に設けられた、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と第１ストライプ型遮蔽部とその中央部で直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を具えている。また、この発明のフレア評価用マスクは、井桁型遮蔽部の中央の格子状の領域には遮蔽マスクが形成されているのが良い。

この発明のフレア評価用マスクの好適実施例によれば、第１ストライプ型遮蔽部の線幅及び間隔と第３ストライプ型遮蔽部の線幅及び間隔とは異なっているのが良い。

また、この発明のフレア評価用マスクの他の好適実施例によれば、透明領域は、遮蔽領域で画成されているのが良い。

この発明のフレア評価方法によれば、長さが数十μｍ程度であり、かつ、幅が数百ｎｍ程度であるレジストパターンの長さの測定を行うので、幅の測定の際に通常使用されるＣＤ−ＳＥＭ等を用いる必要はなく、通常の光学測定器での測定が可能となる。また、レジストパターンの長さ方向の測定を行うことで、幅方向の測定より高感度で測定できる。

評価マスクパターンとして、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とを備える井桁型遮蔽部を用いることで、一度の測定で第１フレア及び第２フレアすなわち直交する二方向のフレアの有無の評価を行うことができる。

直交するストライプ型遮蔽部同士を異なる線幅及び異なる線間隔にすることにより、異なるマスクパターンに対するフレアの有無の評価を一度の測定で行うことができる。

この発明のフレア評価方法によれば、露光を二度行うことにより、特に評価マスクパターンの外側から入射するフレアの影響を評価することができる。また、この場合、評価マスクパターンは１種類でよく、異なるサイズの遮光パターンを用意しておけば良い。さらに、レジストパターンの長さ方向の測定を行うので、ＣＤ−ＳＥＭ等を用いる必要はなく、通常の光学測定器での測定が可能となる。また、レジストパターンの長さ方向の測定を行うことで、幅方向の測定より高感度で測定できる。

また、評価マスクパターンとして、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とを備える井桁型遮蔽部を用いることで、一度の測定で第１フレア及び第２フレア、すなわち直交する二方向のフレアの有無の評価を行うことができる。

さらに、直交するストライプ型遮蔽部同士が異なる線幅及び異なる線間隔にすることにより、異なるマスクパターンに対するフレアの有無の評価を一度の測定で行うことができる。

この発明のフレア評価用マスクを用いて露光を行えば、第１フレア及び第２フレア、すなわち直交する二方向のフレアの影響を一度に測定することができる。

この発明のフレア評価用マスクを用いて露光を行い、さらに異なる大きさの遮光パターンを用いて露光を行うと、第１ストライプ型遮蔽部及び第３ストライプ型遮蔽部の線幅及び間隔が異なっているので、異なるマスクパターンに対するフレアの評価を一度の測定で行うことができる。

この発明のフレア評価用マスクを用いれば、遮蔽領域で画成される透明領域の大きさを変えることで、開口幅が変わり、フレアの有無及びその程度の評価ができる。

井桁の中央部分が格子状でなく、矩形状にすることにより、フレア評価用マスクの製造が容易になる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、構成および配置関係についてはこの発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、各構成の組成（材質）および数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されない。

（第１実施形態）
図を参照して、この発明のフレア評価用マスク及びフレア評価方法について説明する。図１（Ａ）及び（Ｂ）は、この発明のフレア評価用マスクを説明するための模式図である。図１（Ａ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第１評価マスクパターン１１を示している。第１評価マスクパターン１１は、第１遮蔽領域１９で画成された矩形状の第１透明領域１７と、第１透明領域１７と相似形の第１評価部１３を、第１透明領域１７の内側に備えている。

第１評価部１３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部１５及び第３ストライプ型遮蔽部１６を備えている。第１ストライプ型遮蔽部１５及び第３ストライプ型遮蔽部１６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしている。以下、ストライプ型遮蔽部を、単にストライプと称することもある。

図１（Ｂ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第２評価マスクパターン２１を示している。第２評価マスクパターン２１は、第２遮蔽領域２９で画成された矩形状の第２透明領域２７と、第２透明領域２７と相似形の第２評価部２３を、第２透明領域２７の内側に備えている。尚、以下の説明では第１及び第２透明領域１７及び２７は正方形とした例につき説明する。また、第１及び第２遮蔽領域１９及び２９は、ロの字型に図示しているが、第１及び第２遮蔽領域１９及び２９は、第１及び第２透明領域１７及び２７が、第１及び第２遮蔽領域１９及び２９の外側からのフレアの影響を受けない程度に十分な大きさを持っていれば良く、外側に広がっていても良い。

第２評価部２３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第２ストライプ２５及び第４ストライプ２６を備え、第２ストライプ２５及び第４ストライプ２６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしている。第２評価部２３は、第１評価部１３と同じ形状かつ同じ大きさである。すなわち、第２ストライプ２５は、第１ストライプ１５と同じ線幅、線間隔及び線本数である同一形状であり、第４ストライプ２６は、第３ストライプ１６と同じ線幅、長さ、線間隔及び線本数である同一形状である。

第１遮蔽領域１９により画成される第１透明領域１７と第２遮蔽領域２９により画成される第２透明領域２７は異なる大きさであれば良く、この実施の形態では第２透明領域２７の方を第１透明領域１７よりも広く形成してある。

図１（Ａ）及び図２を参照して、上述した評価マスクパターンを持つフレア評価用マスクの構成の概略について説明する。図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。フレア評価用マスクは石英等の透明基板１４に、クロム等の光遮蔽材を設けることにより形成される。第１ストライプ１５及び第３ストライプ１６、並びに第１遮蔽領域１９が光遮蔽材で形成される。第１透明領域１７、第１評価マスクパターン１１の第１ストライプ１５間の領域、及び第１評価マスクパターン１１の第３ストライプ１６間の領域が、光遮蔽材の開口部である。

第２評価マスクパターンの構成は、第１評価マスクパターンと同様であるので説明は省略する。第１評価マスクパターン１１及び第２評価マスクパターンは、同一の透明基板１４上に設けても良いし、第２評価マスクパターンを、第１評価マスクパターン１１を設ける透明基板１４と異なる透明基板に設ける構成にしても良い。

図１（Ａ）並びに図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、第１実施形態のフレア評価方法について説明する。

図３（Ａ）及び（Ｂ）はフレア評価方法を説明するための図である。図３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線での断面に対応する概略図である（図３中、透明基板は図示しない）。フレア評価を行う対象である半導体露光装置（図示しない）に、表面にフォトレジストによりレジスト層２１０を形成したウエハ２００を固定して、第１評価マスクパターン１１を用いて露光する（図３（Ａ）参照）。図中、露光光をＬ_Eで示し、フレアをＬ_Fで示す。

露光により、第１評価マスクパターン１１がレジスト層２１０に縮小投影される。パターニング工程で、露光済みのレジスト層２１０をパターニングすることにより、ウエハ２００上に、第１レジストパターン２１１が形成される。第１レジストパターン２１１には、第１ストライプ１５に対応する第１レジストストライプ２１５、第３ストライプ（図示しない）に対応する第３レジストストライプ（図示しない）、及び第１遮蔽領域１９に対応するレジスト残部２１９が含まれている(図３（Ｂ）参照)。

第２評価マスクパターン２１についても図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したのと同じ条件で露光及びパターニングを行うと、ウエハ上に、第２レジストパターンが形成される。第２レジストパターンには、第２ストライプに対応する第２レジストストライプ、第４ストライプに対応する第４レジストストライプ、及び第２遮蔽領域に対応するレジスト残部が含まれている。

パターニング工程に続いて、レジスト長測定工程を行う。レジスト長測定工程について、図１（Ａ）及び（Ｂ）並びに図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明する。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態のレジスト長測定工程を説明するための図である。パターニング工程で得られた第１評価マスクパターン１１に対応する第１レジストパターン２１１、及び第２評価マスクパターン２１に対応する第２レジストパターン２２１を光学測定器で測定する。光学測定器では、井桁状の第１レジスト測定部２１３及び第２レジスト測定部２２３は、井桁の格子間における間隔はつぶれて埋め込まれているように、それぞれ十文字状に、観測される。図４（Ａ）及び（Ｂ）に、レジストパターンをその観測される十文字状態で示してある。

光学測定器を用いて、第１レジストパターン２１１から第１レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第１レジストストライプ長とも称する。）Ｌ１及び第３レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第３レジストストライプ長とも称する。）Ｌ３、並びに、第２レジストパターン２２１から第２レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第２レジストストライプ長とも称する。）Ｌ２及び第４レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第４レジストストライプ長とも称する。）Ｌ４を測定する。

続いて、フレア評価工程によりフレアの有無を評価する。図５を参照してフレアによる影響について説明する。フレアは、レンズ表面やマスク表面で反射又は散乱し、形成するパターンに回り込み、本来の光学像の上に重なって拡がる光である。このため、線状パターンに対応して形成する線状レジストパターン２６０は、本来形成されるべき線状レジストパターン２５０よりも幅はΔＷ×２だけ狭くなり、長さはΔＬ×２だけ短くなる。

フレアがある場合、マスクパターンの少ない明るい部分近傍では多く、また、マスクパターンの多い暗い部分近傍では少ないので、開口部の大きさの異なるマスクを用いた場合に、形成された線状レジストパターンの長さ又は幅を測定することでフレアの有無及びその程度を評価する。

例えば、線幅が数十〜数百ｎｍで、長さが数十μｍである線状パターンを用いると、レジストパターンの幅の測定を行う場合、ＣＤ−ＳＥＭ等を用いる必要があるが、長さの測定を行う場合は、通常の光学顕微鏡などの光学測定器での測定が可能となる。光学測定器での測定は、ＣＤ−ＳＥＭを用いた場合よりも測定が容易であり、短時間での測定が可能となる。

また、ストライプ状のパターンの先端付近は中央付近に比べて、フレアの影響を受けやすいため、長さの変化は、幅の変化よりも大きくなる。このため、よりフレアに対する感度の高い測定を行うことができる。また、光学測定器で測定する場合は、図４（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明したように、井桁状パターンが、十文字状パターンとして測定されるので、個々の線状パターンが持つばらつきを相殺した測定を行うことができる。

第１フレアが無い状態であれば、同一形状である第１ストライプ１５と第２ストライプ２５によるレジストストライプの第１レジストストライプ長Ｌ１と第２レジストストライプ長Ｌ２とは等しくなる。しかし、第１フレアがある場合、第１遮蔽領域１９と第１評価部１３の間隔である第１開口幅Ｐ１よりも、第２遮蔽領域２９と第２評価部２３の間隔である第２開口幅Ｐ２の方が大きくなるように設定すると、第２レジストパターン２２１の方が第１フレアの影響が大きく、第１レジストストライプ長Ｌ１に比べて第２レジストストライプ長Ｌ２の方が短くなる。

したがって、第１レジストパターン長Ｌ１と第２レジストパターン長Ｌ２とが等しければ第１フレアが無く、また、第２レジストパターン長Ｌ２が、第１レジストパターン長Ｌ１より短ければフレアが有る、と評価する。さらに、第１レジストパターン長Ｌ１と第２レジストパターン長Ｌ２との差がある場合に、その差が大きければ第１フレアが大きく、その差が小さければ第１フレアが小さいと判断できる。

ここでは、２種類の評価マスクパターンを用いた場合について説明したが、３以上の種類の異なる開口幅を持つ評価マスクパターンを用いれば、より、精密にフレアの有無及びその程度を評価できる。

第１レジストパターン及び第２レジストパターンと直交する方向についても、同様に、第１開口幅Ｐ１、第２開口幅Ｐ２、第３レジストパターン長Ｌ３、及び第４レジストパターン長Ｌ４から第１フレアと直交する方向の第２フレアの有無及びその程度を評価する。

第１及び第２開口幅Ｐ１及びＰ２は、各ストライプの長さも考慮して数〜数百μｍの範囲で設定するのが良い。

第１実施形態のフレア評価用マスク及びフレア評価方法を用いれば、容易でありかつ短時間での測定が可能となり、さらに、同時に、第１フレア及び第２フレア、すなわち直交する２方向のフレアの測定を行うことが可能となる。

（第１実施形態の変形例１）
図６（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の評価マスクパターンの変形例１について説明するための図である。図６（Ａ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第１評価マスクパターン３１を示している。第１評価マスクパターン３１は、第１遮蔽領域３９で画成された矩形状の第１透明領域３７と、第１透明領域３７と相似形の第１評価部３３を、第１透明領域３７の内側に備えている。

第１評価部３３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ３５及び第３ストライプ３６を備えている。第１ストライプ３５及び第３ストライプ３６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしているが、井桁型構造の中央付近は矩形状の遮蔽部となっている。

図６（Ｂ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第２評価マスクパターン４１を示している。第２評価マスクパターン４１は、第２遮蔽領域４９で画成された矩形状の第２透明領域４７と、第２透明領域４７と相似形の第２評価部４３を、第２透明領域４７の内側に備えている。

第２評価部４３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第２ストライプ４５及び第４ストライプ４６を備え、第２ストライプ４５及び第４ストライプ４６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしているが、井桁型構造の中央付近は矩形状の遮蔽部となっている。第２評価部４３は、第１評価部３３と同じ形状かつ同じ大きさである。すなわち、第２ストライプ４５は、第１ストライプ３５と同じ線幅、線間隔及び線本数である同一形状であり、第４ストライプ４６は、第３ストライプ３６と同じ線幅、長さ、線間隔及び線本数である同一形状である。尚、ここでは、第１及び第２評価部３３及び４３、並びに中央付近の遮蔽部を正方形とした例を示している。

第１遮蔽領域３９と第２遮蔽領域４９は異なる大きさであり、第１遮蔽領域３９により画成される第１透明領域３７と第２遮蔽領域４９により画成される第２透明領域４７も異なる大きさになる。

変形例１の評価マスクパターンは、図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した第１実施形態の評価マスクパターンと、第１評価部３３及び第２評価部４３の井桁状の中央付近が遮蔽材で形成されている点が異なる。第１実施形態で格子状であった部分が矩形状になることで、評価マスクパターンの製造が容易になる。

（第１実施形態の変形例２）
図７（Ａ）及び（Ｂ）は、第１実施形態の評価マスクパターンの変形例２について説明するための図である。図７（Ａ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第１評価マスクパターン５１を示している。第１評価マスクパターン５１は、第１遮蔽領域５９で画成された矩形状の第１透明領域５７と、第１透明領域５７と相似形の第１評価部５３を、第１透明領域５７の内側に備えている。

第１評価部５３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ５５と、第１ストライプとは異なる形状の第３ストライプ５６を備えている。第１ストライプ５５及び第３ストライプ５６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしているが、井桁型構造の中央付近は矩形状の遮蔽部となっている。

図７（Ｂ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンの例として、第２評価マスクパターン６１を示している。第２評価マスクパターン６１は、第２遮蔽領域６９で画成された矩形状の第２透明領域６７と、第２透明領域６７と相似形の第２評価部６３を、第２透明領域６７の内側に備えている。

第２評価部６３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第２ストライプ６５と、第２ストライプとは異なる形状の第４ストライプ６６を備えている。第２ストライプ６５及び第４ストライプ６６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしているが、井桁型構造の中央付近は矩形状の遮蔽部となっている。第２評価部６３は、第１評価部５３と同じ形状かつ同じ大きさである。すなわち、第２ストライプ６５は、第１ストライプ５５と同じ線幅、線間隔及び線本数である同一形状であり、第４ストライプ６６は、第３ストライプ５６と同じ線幅、長さ、線間隔及び線本数である同一形状である。

第１遮蔽領域５９と第２遮蔽領域６９は異なる大きさであり、第１遮蔽領域５９により画成される第１透明領域５７と第２遮蔽領域６９により画成される第２透明領域６７も異なる大きさになる。

図６（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した変形例１では、第１評価部３３の第１ストライプ３５と第３ストライプ３６とは同一形状であったが、変形例２では、第１評価部５３の第１ストライプ５５と第３ストライプ５６とが、異なる線幅及び異なる線間隔で形成されている。直交するストライプを異なる線幅及び異なる線間隔で形成することにより、２種類のマスクパターンに対するフレアの影響を同時に測定することができる。

（第１実施形態の変形例３）
フレアの影響の評価にあたり、単一の方向のフレアのみの評価でよい場合、又は、単一のマスク形状に対する評価のみでよい場合は、評価部を従来技術で用いているストリップ状の評価マスクパターンを用いれば良い（図１１参照）。

変形例３では、レジストパターンの長さ方向の測定を行うので、ＣＤ−ＳＥＭ等を用いる必要はなく、通常の光学測定器での測定が可能となる。このため、測定が容易であり、ＣＤ−ＳＥＭを用いた場合よりも、短時間での測定が可能となる。

（第２実施形態）
図を参照して、二段階露光で露光する、二重露光を用いた場合のフレア評価用マスク及びフレア評価方法について説明する。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、二重露光のフレア評価用マスクを説明するための模式図である。

図８（Ａ）は、フレア評価用マスクの評価マスクパターンとして、第１評価マスクパターン７１の例を示している。第１評価マスクパターン７１は、第１透明領域７７に第１評価部７３を備えている。第１評価部７３は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ７５と、第３ストライプ７６とを備え、第１ストライプ７５と第３ストライプ７６は、それぞれの中央部で直交する井桁型構造をしている。

二重露光を用いる場合の第２評価マスクパターンは、第１評価マスクパターン７１と同一の形状及び大きさである。

図８（Ｂ）は、第１評価マスクパターン７１を持つフレア評価用マスクを図８（Ａ）のＡ−Ａ線での断面図である。フレア評価用マスクは石英等の透明基板７４に、クロム等の光遮蔽材を設けることにより形成される。ここで、第１ストライプ７５及び第３ストライプ７６が光遮蔽材で形成される。第２評価マスクパターンは、第１評価マスクパターンと同一の構成であるので説明は省略する。第１評価マスクパターン７１及び第２評価マスクパターンは、同一の透明基板７４上に設けても良いし、第１評価マスクパターン７１を設ける透明基板７４と第２評価マスクパターンを設ける透明基板を別に形成しても良い。

図９（Ａ）及び（Ｂ）は二重露光を用いたフレア評価方法を説明するための図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ−Ａ線での断面に対応する図である。フレア評価を行う対象である半導体露光装置（図示しない）に、表面にフォトレジストによりレジスト層２１２を形成したウエハ２０２を固定する。第１評価マスクパターン７１を２つ用意して、この２つの二重露光用評価マスクパターンを用いてウエハ２０２上のレジスト層２１２を露光する。図中、露光光をＬ_Eで示す。露光により、第１評価マスクパターン７１がレジスト層２０２に縮小投影される。次に、第１及び第２評価マスクパターンと相似形で、二重露光用評価マスクパターン７１を覆うことのできる遮蔽パターン７９を用いて露光する。遮蔽パターン７９として、異なる大きさの遮蔽パターン（図１０中の第１遮蔽パターン７９ａ又は第２遮蔽パターン７９ｂ）を用いて露光すれば、実質的に、図１（Ａ）及び（Ｂ）を参照して説明した第１実施形態の開口幅Ｐ１及びＰ２の異なるパターンで行った露光と同じことになり、フレア（図９中フレアをＬ_Fで示してある。）の影響を求めることができる。ここで、図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、遮蔽パターンを説明するための図である。

パターニング工程の後、第１評価マスクパターン７１及び第１遮蔽パターン７９ａにより得られた第１レジストパターン、並びに、第１評価マスクパターン７１及び第２遮蔽パターン７９ｂにより得られた第１レジストパターンについてレジスト長測定を行う。レジスト長測定工程は、第１実施形態と同様なので、説明は省略する。

光学測定器を用いて、第１レジストパターンの第１レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第１レジストストライプ長とも称する。）Ｌ１及び第３レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第３レジストストライプ長とも称する。）Ｌ３、並びに、第２レジストパターンの第１レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第２レジストストライプ長とも称する。）Ｌ２及び第４レジストストライプの長尺方向の長さ（以下、第４レジストストライプ長とも称する。）Ｌ４を測定する。

続いて、フレア評価工程によりフレアの有無を評価する。第１フレアが無い状態であれば、同一形状である第１レジストストライプ長Ｌ１と第２レジストストライプ長Ｌ２とは等しくなる。しかし、第１フレアがある場合、第１遮蔽パターン７９ａと第１評価部７３の間隔で定義される第１遮蔽幅Ｓ１よりも、第２遮蔽パターン７９ｂと第１評価部７３の間隔で定義される第２遮蔽幅Ｓ２の方が小さくなるように設定すると、第２遮蔽パターン７９ｂを用いた方が第１フレアの影響が大きく、第１レジストストライプ長Ｌ１に比べて第２レジストストライプ長Ｌ２の方が短くなる。

したがって、第１レジストパターン長Ｌ１と第２レジストパターン長Ｌ２とが等しければ第１フレアが無く、また、第２レジストパターン長Ｌ２が、第１レジストパターン長Ｌ１より短ければ第１フレアが有る、と評価する。さらに、第１レジストパターン長Ｌ１と第２レジストパターン長Ｌ２との差がある場合に、その差が大きければ第１フレアが大きく、その差が小さければ第１フレアが小さいと判断できる。

ここでは、２種類の遮蔽パターンを用いた場合について説明したが、３以上の種類の異なる遮蔽幅を持つ遮蔽パターンを用いれば、より精密にフレアの有無及びその程度を評価できる。

第１レジストパターン及び第２レジストパターンと直交する方向についても、同様に、第１遮蔽幅Ｓ１、第２遮蔽幅Ｓ２、第３レジストパターン長Ｌ３、及び第４レジストパターン長Ｌ４から第１フレアと直交する方向の第２フレアの有無及びその程度を評価する。

ここで、第１及び第２遮蔽パターン７９ａ及び７９ｂの大きさは、第１及び第２評価部を覆うことができればよく、第１遮蔽幅Ｓ１及び第２遮蔽幅Ｓ２は０〜数百μｍの範囲で設定すれば良い。

第２実施形態によれば、露光を二度行うことにより、特に評価マスクパターンの外側から入射するフレアの影響を評価することができる。また、この場合、評価マスクパターンは１種類でよく、異なるサイズの遮光パターンを用意しておけば良い。さらに、レジストパターンの長さ方向の測定を行うので、ＣＤ−ＳＥＭ等を用いる必要はなく、通常の光学測定器での測定が可能となる。このため、測定が容易であり、ＣＤ−ＳＥＭを用いた場合よりも、短時間での測定が可能となる。

また、ストライプ状のパターンの先端付近は中央付近に比べて、フレアの影響を受けやすいため、長さの変化は、幅の変化よりも大きくなる。このため、よりフレアに対する感度の高い測定を行うことができる。さらに、同時直交する２方向の測定を行えるという利点も有する。

（第２実施形態の変形例）
二重露光を行う場合に、第１及び第２評価マスクパターンとして、第１評価部７３を、図６を参照して説明した変形例１の第１評価部３３、図７を参照して説明した変形例２の第１評価部５３、又は、図１１を参照して説明した変形例３の第１評価部８３に置き換えても良い。第１評価部を置き換えることにより、二重露光による外部からのフレアの影響を評価することができると共に、変形例１〜３の効果をそれぞれ合わせ持つ。

第１実施形態のフレア評価用マスクの評価用パターンについて説明するための図である。 第１実施形態のフレア評価用マスクについて説明するための図である。 第１実施形態のフレア評価方法について説明するための図である。 第１実施形態のレジストパターンについて説明するための図である。 フレアの影響を説明するための図である。 第１実施形態の評価マスクパターンの他の変形例１について説明するための図である。 第１実施形態の評価マスクパターンの他の変形例２について説明するための図である。 第２実施形態の二重露光フレア評価用マスクを説明するための模式図である。 第２実施形態の二重露光フレア評価方法を説明するための模式図である。 二重露光の際に用いる遮蔽パターンを説明するための図である。 従来のフレア評価用マスクを説明するための図である。 従来の二重露光によるフレア測定を行う際に用いる評価マスクパターンを説明するための図である。 従来の二重露光の際に用いる遮蔽パターンを説明するための図である。

符号の説明

１１、３１、５１、７１、８１、１０１ 第１評価マスクパターン
１３、３３、５３、７３、８３、１０３ 第１評価部
１４、７４ 透明基板
１５、３５、５５、７５、８５、１０５ 第１ストライプ
１６、３６、５６、７６ 第３ストライプ
１７、３７、５７、７７、８７、１０７ 第１透明領域
１９、３９、５９、８９ 第１遮蔽領域
２１、４１、６１、９１ 第２評価マスクパターン
２３、４３、６３、９３ 第２評価部
２５、４５、６５、９５ 第２ストライプ
２６、４６、６６、９６ 第４ストライプ
２７、４７、６７、９７ 第２透明領域
２９、４９、６９、９９ 第２遮蔽領域
７９ 遮蔽パターン
７９ａ、１０９ａ 第１遮蔽パターン
７９ｂ、１０９ｂ 第１遮蔽パターン
２００、２０２ ウエハ
２１０、２１２ レジスト層
２１１ 第１レジストパターン
２１３ 第１レジスト測定部
２１５ 第１レジストストライプ
２１９ レジスト残部
２２１ 第２レジストパターン
２２３ 第２レジスト測定部
２５０、２６０ 線状レジストパターン

Claims (9)

1. 半導体露光装置のフレアの有無を評価するに当たり、
   第１遮蔽領域で画成された矩形状の第１透明領域と、該第１透明領域中に設けられた該第１透明領域と相似形の領域であって、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部を含む第１評価部とを備える第１評価マスクパターンを用意し、
   第２遮蔽領域で画成されていて、前記第１透明領域より広くて前記第１透明領域と相似形の第２透明領域と、該第２透明領域中に設けられていて、前記第１ストライプ型遮蔽部と同一構成の第２ストライプ型遮蔽部を含む第２評価部とを具える第２評価マスクパターンを用意し、
   前記第１及び第２評価マスクパターンをレジスト層に縮小投影して露光した後、露光済みのレジスト層をパターニングするパターニング工程と、
   該パターニング工程で得られた前記第１ストライプ型遮蔽部に対応する第１レジストパターンの配列方向と直交する方向の第１レジストパターン長と、前記第２ストライプ型遮蔽部に対応する第２レジストパターンの配列方向と直交する方向の第２レジストパターン長とをそれぞれ光学測定するレジスト長測定工程と、
   前記第１遮蔽領域と第１評価部の間隔である第１開口幅Ｐ１、前記第２遮蔽領域と第２評価部の間隔である第２開口幅Ｐ２、前記第１レジストパターン長Ｌ１、及び前記第２レジストパターン長Ｌ２から第1フレアの有無を評価するフレア評価工程と
   を含むことを特徴とするフレア評価方法。
2. 請求項１に記載のフレア評価方法において、
   前記第１評価部は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を含み、
   前記第２評価部は、前記第１評価部の第１ストライプ型遮蔽部と同一構成である第２ストライプ型遮蔽部と、第２ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、前記第１評価部の前記第３ストライプ型遮蔽部と同一構成である第４ストライプ型遮蔽部とを備えており、
   前記レジスト長測定工程は、さらに、前記パターニング工程で得られた前記第３ストライプ型遮蔽部に対応する第３レジストパターンの長尺方向の第３レジストパターン長と、前記第４ストライプ型遮蔽部に対応する第４レジストパターンの長尺方向の第４レジストパターン長とをそれぞれ光学測定する工程であり、
   前記フレア評価工程は、さらに、前記第１開口幅Ｐ１、前記第２開口幅Ｐ２、前記第３レジストパターン長Ｌ３、及び前記第４レジストパターン長Ｌ４から前記第１フレアと異なる方向の第２フレアの有無を評価する工程を含んでいる
   ことを特徴とするフレア評価方法。
3. 前記第１ストライプ型遮蔽部と前記第３ストライプ型遮蔽部とは、互いに異なる線幅及び異なる線間隔であり、
   前記第１ストライプ型遮蔽部と前記第２ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であり、
   前記第３ストライプ型遮蔽部と前記第４ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であることを特徴とする請求項２に記載のフレア評価方法。
4. 半導体露光装置のフレアの有無を評価するに当たり、
   第１透明領域に複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状のストライプ型遮蔽部を含む第１評価部を備える第１評価マスクパターンを用意し、
   第２透明領域に前記第１評価部と同一構成の第２評価部を備える第２評価マスクパターンを用意し、
   前記第１及び第２評価マスクパターンをレジスト層に縮小投影して露光した後、前記第１及び第２評価マスクパターンと相似形で、前記第１及び第２評価マスクパターンと面積が同じか又は大きく、かつ、互いに異なる面積を持つ第１及び第２遮蔽パターンをそれぞれ用意し、
   前記第１評価マスクパターンを前記第１遮蔽パターンで覆い、かつ、前記第２評価マスクパターンを前記第２遮蔽パターンで覆い、レジスト層に縮小投影して露光した後、露光済みのレジスト層をパターニングするパターニング工程と、
   該パターニング工程で得られた前記第１ストライプ型遮蔽部に対応する第１レジストパターンの配列方向と直交する方向の第１レジストパターン長と、前記第２ストライプ型遮蔽部に対応する第２レジストパターンの配列方向と直交する方向の第２レジストパターン長とをそれぞれ光学測定するレジスト長測定工程と、
   前記第１遮蔽パターンと第１評価部の間隔である第１遮蔽幅Ｓ１、前記第２遮蔽パターンと第２評価部の間隔である第２遮蔽幅Ｓ２、前記第１レジストパターン長Ｌ１、及び前記第２レジストパターン長Ｌ２から第１フレアの有無を評価するフレア評価工程とを
   含むことを特徴とするフレア評価方法。
5. 請求項４に記載のフレア評価方法において、
   前記第１評価部は、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と、第１ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を含み、
   前記第２評価部は、前記第１評価部の第１ストライプ型遮蔽部と同一構成である第２ストライプ型遮蔽部と、第２ストライプ型遮蔽部と中央部で直交し、前記第１評価部の前記第３ストライプ型遮蔽部と同一構成である第４ストライプ型遮蔽部とを備えており、
   前記レジスト長測定工程は、さらに、前記パターニング工程で得られた前記第３ストライプ型遮蔽部に対応する第３レジストパターンの長尺方向の第３レジストパターン長と、前記第４ストライプ型遮蔽部に対応する第４レジストパターンの長尺方向の第４レジストパターン長とをそれぞれ光学測定する工程であり、
   前記フレア評価工程は、さらに、前記第１遮蔽幅Ｓ１、前記第２遮蔽幅Ｓ２、前記第３レジストパターン長Ｌ３、及び前記第４レジストパターン長Ｌ４から前記第１フレアと異なる方向の第２フレアの有無を評価する工程を含んでいる
   ことを特徴とするフレア評価方法。
6. 前記第１ストライプ型遮蔽部と前記第３ストライプ型遮蔽部とは、互いに異なる線幅及び異なる線間隔であり、
   前記第１ストライプ型遮蔽部と前記第２ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であり、
   前記第３ストライプ型遮蔽部と前記第４ストライプ型遮蔽部とは、互いに同じ線幅及び同じ線間隔であることを特徴とする請求項５に記載のフレア評価方法。
7. 透明領域中に設けられた、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第１ストライプ型遮蔽部と第１ストライプ型遮蔽部とその中央部で直交し、複数の平行かつ等間隔で配列された同一形状の第３ストライプ型遮蔽部とからなる井桁型遮蔽部を具え、
   前記井桁型遮蔽部の中央の格子状の領域には遮蔽マスクが形成されていることを特徴とするフレア評価用マスク。
8. 前記第１ストライプ型遮蔽部の線幅及び間隔と前記第３ストライプ型遮蔽部の線幅及び間隔とは異なっていることを特徴とする請求項７に記載のフレア評価用マスク。
9. 前記透明領域は、遮蔽領域で画成されていることを特徴とする請求項７又は８に記載のフレア評価用マスク。