JP4244771B2

JP4244771B2 - フォーカスずれ量の測定方法および露光方法

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Publication number: JP4244771B2
Application number: JP2003346831A
Authority: JP
Inventors: 博文福本; 直彦氏丸; 憲一旭; 文男岩本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-10-06
Also published as: CN1799122A; US7474382B2; US20060285098A1; WO2005001912A1; CN100426461C; JP2005012158A; TW200501230A; KR20060014430A

Description

本発明は、微細パターンを精度よく形成する方法に関するものである。

従来のフォーカスずれの測定として、例えば、特許文献１に記載されているものがある。図１８は、ラインとスペースのレジスト断面形状を示している。

図１８に示すレジストパターンは、フォーカスをベストフォーカス値からプラス方向、または、マイナス方向にシフトさせたときの、形状変化を見るためのものである。形状変化はパターンの傾斜量で表されている。図１８（ａ）に示すラインパターンの傾斜量をＥＷ１、図１８（ｂ）に示すスペースパターンの傾斜量をＥＷ２として、図１９に示すようなフォーカス依存性を求めている。図１９（ａ）は複数の露光量で露光を行ったときのＥＷ１のフォーカス依存性を示す図である。ラインパターンのパターン傾斜量ＥＷ１はフォーカスをマイナス方向にシフトさせたときには、変化度合いが顕著である。一方、図１９（ｂ）は複数の露光量で露光を行ったときのＥＷ２のフォーカス依存性を示す図である。スペースパターンのパターン傾斜量ＥＷ２は、フォーカスをマイナス方向にシフトさせたときには、ほとんど変化しないが、フォーカスがプラス側では変化の度合いが顕著である。このパターン傾斜量ＥＷ１、ＥＷ２から図２０に示すようなモデルを作成できる。マイナス側で変動するＥＷ１とプラス側で変動するＥＷ２の差ＥＷ１−ＥＷ２をとることによりフォーカスずれ量を算出できるものである。
特開２００３−５９８１３号公報

しかしながらこの方法では、図２０にあるようにベストフォーカス値（フォーカス値＝０μｍ）付近において縦軸（ＥＷ１−ＥＷ２）の値がフラットなところが存在し、ベストフォーカス値付近のフォーカスずれ量を精度良く算出することができない。

このフラットな部分ができる原因が２つあり、第１の原因は、現状のレジストでは、ラインパターンとスペースパターンとで解像度が異なるからであると考えられる。通常、ラインパターンにフォーカスを合わせるが、それではスペースパターンにおいてフォーカスと合わない事態が起こる。つまり、ラインパターンとスペースパターンとの間で、ベストフォーカス値が一致しないという事態が生じる。具体的には、０．１８μｍのラインパターンのベストフォーカス値が、０．１８μｍのスペースパターンのベストフォーカス値と一致せず、ラインパターンとスペースパターンとの間においてベストフォーカス値にずれが発生するということである。

また、第２の原因として、複数の品種が生産される工場において、これらの品種ごとにマスクが存在する。これらのマスクを製造するときに生じるマスク製造誤差によりラインパターンとスペースパターンとの間で、ベストフォーカス値が一致しないという事態が生じる。

この事態により、モデル図が正確に描けずフォーカスずれが正確に求まらない場合がある。

そこで本発明は、フォーカスずれ量を正確に測定できる方法、およびそれを用いた露光方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では、フォーカスがプラス側にシフトしたときにパターン傾斜量が変化するラインパターンと、フォーカスがマイナス側にシフトしたときにパターン傾斜量が変化するスペースパターンとを用いて、露光により形成された第１のレジストパターンがベストフォーカス値よりプラス側もしくはマイナス側にどれだけフォーカスがずれたかを測定する。ここで用いるスペースパターンのベストフォーカス値をラインパターンのベストフォーカス値と実質的に等しくなるように形成する。そして、第１にレジストパターンのフォーカスずれ量から補正値を算出し、この補正値を次の露光時にフィードバックすることにより第２のレジストパターンを形成する。

さらに、マスク製造誤差の値から補正値を算出し、露光時の条件にフィードバックする。

これにより、フォーカスずれ量を抑制し、精度の高いレジストパターンを形成することができるものである。

本発明によれば、フォーカスがプラス側にシフトしたときにパターン傾斜量が変化するラインパターンと、フォーカスがマイナス側にシフトしたときにパターン傾斜量が変化するスペースパターンとを用いることにより、露光により形成された第１のレジストパターンがベストフォーカス値よりプラス側もしくはマイナス側にどれだけフォーカスがずれたかを測定することが出来る。さらに、このフォーカスずれ量からフォーカス補正値を算出し、この補正値を露光装置にフィードバックすることにより、精度が高い第２のレジストパターンを形成することができる。

また、ラインパターンとスペースパターンのベストフォーカス値を実質的に同じにすることで、ベストフォーカス値付近におけるフォーカス値においてもフォーカスずれ量を検出することができる。このフォーカスずれ量を基に補正を行うことにより、精度が高いレジストパターンの形成を行うことができる。

さらに、マスク製造誤差の値から補正値を算出し、露光時の条件にフィードバックを行うことにより、さらに精度が高いレジストパターンの形成を行うことができる。

本発明の実施形態を説明する前に、本発明の原理について図１から図３を用いて説明する。

図１はフォーカスずれ量を測定するためのパターンの断面図である。図２は規格化したパターン傾斜量の変動を表す図である。図３はフォーカス変動に対するシフトインデックスを表す図である。

図１（ａ）に示すのは、レジストで形成された孤立ラインパターンの断面図である。この孤立ラインパターンは、露光時のフォーカス値がプラス側にシフトした場合に断面形状の変化が顕著になる特徴を有する。また、図１（ｂ）に示すのは、レジストで形成された孤立スペースパターンの断面図であり、露光時のフォーカス値がマイナス側にシフトした場合に断面形状の変化が顕著になる特徴を有する。

ここで、本実施形態において、フォーカス値がプラス側とは露光時のベストフォーカスに対し下側に、フォーカス値がマイナス側とは露光時のフォーカスがベストフォーカスに対し上側に設定されていることとする。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示すのは、横軸に図１に示したパターンの露光時におけるフォーカス値を示し、縦軸に図１（ａ）、図１（ｂ）のパターン傾斜量を規格化したものを示している。ここで、パターン傾斜量とは、図１（ａ）ではラインパターンのトップ寸法１とボトム寸法２との差、図１（ｂ）ではスペースパターンのトップ寸法３とボトム寸法４との差である（式（１））。

ラインパターンのパターン傾斜量ΔＬ＝トップ寸法−ボトム寸法・・式（１）
そして、フォーカスがずれたときのラインパターンのパターン傾斜量ΔＬをベストフォーカス値Ｆｏ（パターン露光時における最適なフォーカス値）で露光を行ったときのラインパターンのパターン傾斜量ΔＬｏを基準にしたものを規格化したパターン傾斜量Δ（ＮｏｒｍａｌｉｚｅｄΔ）として縦軸に示している（式（２））。

規格化したパターン傾斜量ΔＬｎ＝（ΔＬ−ΔＬｏ）・・・式（２）
ラインパターンでは、図２（ａ）に示すように、フォーカス値がプラス側にシフトしているとき、このラインパターンの規格化したパターン傾斜量ΔＬｎが大きく変動していることがわかる。これに対して、スペースパターンでは、図２（ｂ）に示すように、フォーカス値がマイナス側にシフトしたときにスペースパターンの規格化したパターン傾斜量ΔＳｎが大きく変動することがわかる。

図３は、横軸にフォーカス値を、縦軸にシフトインデックスを示し、フォーカス変動に対するシフトインデックスを表している。ここで、シフトインデックス（ＳＩ）とは、図２に示したフォーカス値がプラス側で変動するラインパターンとマイナス側で変動するスペースパターンのパターン傾斜量を規格化したものを足し合わせたもので、フォーカス値がプラス側またはマイナス側に変動したときにでもモニタリングできる算出式としたものである（式（３））。

ＳＩ＝ΔＬｎ＋ΔＳｎ・・・・・・・・・・式（３）
本発明の原理は、過去に露光処理されたロットの孤立したラインパターンと孤立したスペースパターンを測定し、パターン傾斜量を求めシフトインデックス（ＳＩ）を求める。このＳＩ式より、そのロットの露光処理時におけるフォーカス値のプラス側もしくはマイナス側へのずれ量を算出でき、次ロットの処理時に補正をすることができる。

次に、本発明に係る実施形態について図４から図１７を用いて詳細に説明する。

図４は本発明を実施するためのフローチャートである。図５は、ラインパターン寸法のフォーカス依存性を示す図である。図６は、ラインパターンのトップ寸法とボトム寸法のフォーカス依存性を示す図である。図７は、ラインパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図である。図８は、各線幅のスペースパターンのトップ寸法とボトム寸法のフォーカス依存性を示す図である。図９は、スペースパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図である。図１０は、パターン傾斜量を規格化した図である。図１１は、規格化したパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図である。図１２は、最適な規格化したパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図である。図１３は、マスク製造誤差を説明する図である。図１４は、品種毎に作成した補正前のシフトインデックスを示した図である。図１５は、マスク製造誤差と補正値との関係を示す図である。図１６は、本発明のシフトインデックスを示す図である。図１７は、本発明の工程断面図である。

まず、図４に示したフローチャートの手順で、フォーカスずれ量を算出するためのＳＩ図を作成する。

（１）ラインパターンのＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成
最初に図４に示す通り、孤立したラインパターンのＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性を取得しベストフォーカスを求める。ここで、本実施の形態で用いたラインパターンは、デバイスパターン（デザインルール）の最小寸法と同じ幅の０．１８μｍの孤立ラインパターンである。このラインパターンにより求めたパターン幅のフォーカス特性を図５に示す。図５において、縦軸は０．１８μｍの孤立ラインパターンのレジストパターン幅、横軸は、露光時のフォーカス値を示す。ベストフォーカスは、図５に示した０．１８μｍの孤立ラインパターンのＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図中の曲線５１が最大値をとるときのフォーカス値Ｆｏをベストフォーカスとした。

（２）ラインパターンのトップ寸法とラインパターンのボトム寸法のＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成
次に、図６のようなラインパターンのトップ寸法とボトム寸法のＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図を作成する。図６は、横軸にフォーカス値を、縦軸にトップ及びボトムの寸法を示したものである。この図６のＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図のグラフ６１はラインパターンのトップ寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示し、グラフ６２はラインパターンのボトム寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示すものである。

ラインパターンのトップ寸法とボトム寸法の差は、このラインパターンのベストフォーカス値Ｆｏよりプラス側で差が大きくなり、マイナス側では、差がほとんど変化していないことがわかる。

（３）ラインパターンのパターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成
次に、図７において、横軸にはフォーカス値を、縦軸にはラインパターン傾斜量ΔＬ（＝ラインパターントップ寸法−ラインパターンボトム寸法）を示す。この図７は図６を基に作成できる。例えば、図６においてフォーカス値Ｆでのラインパターンのトップ寸法Ａとラインパターンのボトム寸法Ｂとの差を求め、これをフォーカス値Ｆにおけるラインパターンのパターン傾斜量ΔＬとする。そして、これを図５で求めたベストフォーカス値Ｆｏを図７における横軸の原点とする。そして、フォーカスが変動したときのラインパターンのパターン傾斜量ΔＬを求め、プロットしたものが図７に示すグラフ７１である。このとき、この図７において、フォーカス値がマイナスでは、ラインパターンのパターン傾斜量ΔＬはほぼ一定である。これは、図６において、ベストフォーカスＦｏよりマイナス側では、グラフ６１とグラフ６２とが同じように変動する傾向があり、ΔＬがほぼ一定となっているためである。また、これに対して、ベストフォーカス値Ｆｏよりプラス側では、グラフ６１の減少傾向がグラフ６２の減少傾向と比較して大きいので、フォーカス値Ｆがプラス側にずれる程ΔＬが大きくなる。

（４）スペースパターンのトップ・ボトム寸法のＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成
次に、スペースパターンについて、パターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成を行う。ここで、現状のレジストでは同じ寸法でのラインパターンとスペースパターンとでは、ベストフォーカス値が異なるという課題がある。このため、本実施の形態ではラインパターンのベストフォーカス値にスペースパターンのベストフォーカス値を近づけるために、０．１８μｍの孤立ラインパターンに対して、０．２０μｍ、０．２５μｍ、０．３０μｍ幅の孤立スペースパターンについて、測定を行った。そして、図８に示すように０．１８μｍの孤立ラインパターンのフォーカス値Ｆｏと比較するためにＦｏを原点とした。スペースパターンのパターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成にあたっては、ラインパターンのパターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成（図６）と同様である。横軸にフォーカス値をとり、縦軸にトップ及びボトムの寸法をとる。この図８のＣＤ−Ｆｏｃｕｓ特性図のグラフ８１は０．２０μｍ孤立スペースパターンのトップ寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示し、グラフ８２はスペースパターンのボトム寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示すものである。また、グラフ８３は０．２５μｍ孤立スペースパターンのトップ寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示し、グラフ８４はスペースパターンのボトム寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示すものである。また、グラフ８５は０．３０μｍ孤立スペースパターンのトップ寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示し、グラフ８６はスペースパターンのボトム寸法のフォーカスずれによる寸法変化を示すものである。また、各線幅のスペースパターンのベストフォーカス値Ｆ₁、Ｆ₂、Ｆ₃を図中に示した。

ここで０．１８μｍのラインパターンのベストフォーカス値Ｆｏのときにスペースパターンがベストフォーカス値を取ることがパターン形成において望ましい。この中では、フォーカス値Ｆｏに最も近いのが０．２５μｍのスペースパターンのベストフォーカス値Ｆ₂であることがわかる。

また、各線幅のスペースパターンにおいて、トップ寸法とボトム寸法との差は、ラインパターンにおけるｆｏｃｕｓ依存性とは反対の依存性を示し、各々のベストフォーカス値よりマイナス側で増加傾向にあることがわかる。

（５）スペースパターンのパターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成
ここでも、ラインパターンのパターン傾斜量−Ｆｏｃｕｓ特性図の作成を図７と同様に行う。図９において、横軸にはフォーカス値をとり、縦軸にはスペースパターンのパターン傾斜量ΔＳ（＝スペースパターンのトップ寸法−スペースパターンのボトム寸法）を示した。ここで、この図９において、フォーカス値がプラス側では、スペースパターンのパターン傾斜量ΔＳはほぼ一定である。これは、図８において、ベストフォーカスＦ２よりプラス側では、グラフ８３とグラフ８４とが同じように変動する傾向があり、ΔＳがほぼ一定となっているためである。また、これに対して、ベストフォーカス値Ｆ２よりマイナス側では、グラフ８３の減少傾向がグラフ８４の減少傾向と比較して大きいので、フォーカス値Ｆがマイナス側にずれる程ΔＳが大きくなる。

（６）シフトインデックスの作成
ここでは、パターン傾斜量からフォーカスずれ量を求めるためのシフトインデックスを作成する。

まず、図１０（ａ）に示すように、ラインパターンの規格化したパターン傾斜量ΔＬｎを作成する。先に求めた図７のラインパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図において、ベストフォーカス値Ｆｏにおけるグラフ７１のパターン傾斜量ΔＬｏを原点として図１０（ａ）に示すグラフ１０２を作成する。つまり図７のグラフ７１をＹ軸方向にΔＬｏ平行移動させる。

また、図９のスペースパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図において、ベストフォーカス値Ｆ２におけるグラフ９１のパターン傾斜量ΔＳ２を原点として図１０（ｂ）に示すスペースパターンの規格化したパターン傾斜量ΔＳｎを作成する。つまり、図９のグラフ９１をＹ軸方向にΔＳ２平行移動させてグラフ１０４を作成する。

次に、作成した図１０（ａ）と図１０（ｂ）とを重ね合わせ、図１１のシフトインデックスのグラフ１１２を作成する。このグラフ１１２は、グラフ７１のフォーカスのプラス側にあるグラフ７１ａとグラフ９１のフォーカスのマイナス側にあるグラフ９１ａからなる。グラフ７１ｂ及びグラフ９１ｂでは、フォーカスが変動してもパターン傾斜量は変動しないので、フォーカスずれを検出することができない。

ここで、図１１のグラフ１１２は、原点Ｆｏからマイナス側のフォーカス値Ｆ２において平坦部がある。これは、ラインパターンのベストフォーカスＦｏに対してスペースパターンのベストフォーカス値Ｆ２がずれているためである。このＦｏとＦ２のずれ量が小さければ小さいほど精度の良い補正を行うことができる。望ましくは、図１２に示すように、Ｆｏを通る直線１１４に近くなる方が良い。

ここで、図１１のグラフ１１２の平坦部を無くす又は小さくするために、ラインパターン及びスペースパターンが形成されるマスクのマスク製造誤差を考慮して、さらに、補正することを行う。

例えば、マスク製造誤差１１７が０．００５μｍである場合のパターンについて図１３に示す。図１３（ａ）に示すラインパターン１１８では、寸法が０．０１μｍ太くなり、点線で示すラインパターン１１８ａとなる。このときのラインパターン１１８ａのベストフォーカスは、図１２に示すようにＦ_Lとなる。また、スペースパターン１２０では、図１３（ｂ）に示すように０．０１μｍ細くなり、点線で示すスペースパターン１２０ａとなる。このときスペースパターン１２０ａのベストフォーカスは、図１２に示すようにＦ_Sとなる。これらのベストフォーカスのずれにより直線１１４はグラフ１１６のようになる。この場合、ある露光時における規格化したパターン傾斜量Δに対して、直線１１４で表されるシフトインデックスでは、フォーカスずれ量がΔｆ₁であるのに対して、グラフ１１６ではΔｆ₂と異なる。

このようにベストフォーカス値が等しくなるラインパターンとスペースパターンの設計ルールを図４に示すフローにより求めてマスクを製造しても、マスク製造時のマスク製造誤差１１７により図１２に示すようにベストフォーカス値がラインパターンとスペースパターンで異なり、平坦部が生じ、精度良く補正を行うことができるＳＩ図を描くことができない。そこで、ラインパターンのマスク製造誤差とスペースパターンのマスク誤差の和からマスク製造誤差によるフォーカス補正値を求める。

（７）マスク製造誤差の算出
ここでは、品種毎によるマスク製造誤差を算出する。そのために、まず、品種毎にシフトインデックス（ＳＩ）を図４に示したフローチャートの（１）〜（６）に従い求めた。ここでは、Ａ〜Ｄの４品種について求めた。そして、これらの４品種のそれぞれのシフトインデックス（ＳＩ）を同一図面上で比較したものを図１４に示す。例えば、図１４に示すように、品種毎のマスク製造誤差により、ＳＩのグラフがＸ軸方向にシフトすることがわかる。ここで、図１３に示すように、マスクの設計寸法をラインパターンＬｔ、スペースパターンＳｔとする。また、マスク製造時にマスク上での仕上がり寸法の測定値をラインパターンＬｍ、スペースパターンＳｍとする。

まずラインパターンとスペースパターンのマスク製造誤差を求める。マスク製造誤差は、マスク製造時の仕上がり寸法と設計寸法との差である（式（４）（５））。

ラインパターンのマスク製造誤差ΔＭＬ＝Ｌｍ−Ｌｔ・・・式（４）
スペースパターンのマスク製造誤差ΔＭＳ＝Ｓｍ−Ｓｔ・・・式（５）
そして、マスク製造誤差ΔＭｅをラインパターンのマスク製造誤差ΔＭＬとスペースパターンのマスク製造誤差ΔＭＳの和で表す（式（６））。

ΔＭｅ＝ΔＭＬ＋ΔＭＳ・・・式（６）
（８）マスク製造誤差−フォーカス補正値の特性グラフの作成
ここでは、マスク製造誤差の値からフォーカスの補正値の特性図を作成する。

図１４に示すように、各品種のマスク製造誤差により、シフトインデックスのグラフに違いが生じる。このシフトインデックスのグラフに違いが生じるとフォーカスずれ量が変わり、マスク製造誤差によるフォーカスずれ量の補正が必要となる。マスク製造誤差ΔＭｅとフォーカスずれ量ΔＦｍａｓｋの特性図を図１５に示す。横軸はマスク製造誤差、縦軸はフォーカスずれ量ΔＦｍａｓｋである。

（９）品種毎のシフトインデックスの作成
ここでは、マスク製造誤差を考慮した品種毎のシフトインデックスを作成する。

まず、品種Ａ〜Ｄのそれぞれのマスク製造誤差ΔＭｅを（式６）から求める。そして、図１５に示したマスク製造誤差とフォーカスずれ量補正値とこのマスク製造誤差ΔＭｅとから品種固有のフォーカスずれ量補正値ΔＦｍａｓｋを求める。そして、図１６に示す原点を通るシフトインデックスであるグラフ１５０を基準にして、Ｘ方向にΔＦｍａｓｋシフトさせ、品種Ａ〜Ｄそれぞれのシフトインデックスを作成する。

この品種毎に作成したシフトインデックスから、最終補正値を露光時の条件にフィードバックを行うことにより、より精度の高いフォーカス補正が可能となる。

なお、本発明の実施の形態では、スペースパターンのベストフォーカス値が、所望の線幅のラインパターンのベストフォーカス値と近くなるようなスペースパターンの線幅を求めたが、本実施の形態とは反対に、ラインパターンのベストフォーカス値が、所望の線幅のスペースパターンのベストフォーカス値と近くなるようなラインパターンの線幅を求めてもよい。

また、ラインパターンに代えて１又は複数のドットパターンを、スペースパターンに代えて１又は複数のホールパターンを用いてもよい。なぜならば、ドットパターン及びスペースパターンは、パターンの粗密にかかわらず、フォーカスの変動に対して、トップ寸法またはボトム寸法が変動し、フォーカスずれをモニタリングすることができるからである。

以上ＳＩ図の作成方法について示した。

次に、このＳＩ図を使って寸法ばらつきが小さく、良好な形状のレジストパターンを形成できる露光方法について説明する。

次に、測定パターンの測定を行う。図１（ａ）、（ｂ）で説明した、孤立したラインパターン及びスペースパターンのトップ寸法とボトム寸法を測定する。そして、ラインパターンのパターン傾斜量ΔＬ（＝トップ寸法−ボトム寸法）及びスペースパターンのパターン傾斜量ΔＳを求める。そして、ラインパターンについては図７で示したラインパターンのベストフォーカス値Ｆｏにおけるパターン傾斜量ΔＬｏを減算することにより規格化したパターン傾斜量ΔＬｎを求め、スペースパターンについては図９で示したスペースパターンのベストフォーカス値Ｆ２におけるパターン傾斜量ΔＳ２を減算することにより規格化したパターン傾斜量ΔＳｎを求める。そして、ラインパターン及びスペースパターンの規格化したパターン傾斜量を加算することにより、半導体基板上にパターンを形成したときのパターンのＳＩ値を求める。

ＳＩ＝ΔＬｎ＋Ｓｎ
このようにして求めたＳＩ値を図１２に示したＳＩ図の縦軸と比較して、このＳＩ値に対応する横軸のフォーカス値を得る。この得られた横軸のフォーカス値が、フォーカスずれ量Δｆｏｃｕｓとなる。

そして、このフォーカスずれ量Δｆｏｃｕｓから、次の露光時において補正を行うことにより、常にベストフォーカス位置で露光することができるため、寸法ばらつきが小さく、良好な形状のレジストパターンを形成できる。

ここで、図１７に示す実施形態の工程断面図を用いてフォーカスずれ量の測定方法および露光方法を説明する。

まず、図１７（ａ）に示すように、フォーカスずれ量を測定するための孤立ラインパターン２６と孤立スペースパターン２４からなる測定パターンが少なくとも形成されたマスク２０を用いて、レジスト膜３０が形成された半導体基板２８上を露光２２する。その後、現像することで、図１７（ｂ）に示すような孤立ラインパターン３６と孤立スペースパターン３４からなる測定パターン３２を形成する。ここで形成される測定パターン３２は、図２の横軸に対応する各フォーカス値で形成される。例えば、−０．５〜＋０．５μｍの間で０．１μｍピッチで、１１種類のフォーカス値で１１種類の測定パターン３２を露光により形成する。ここで、これらの測定パターン３２は、１又は複数の半導体基板上に形成される。

次に図４のフローチャートを用いて上記で説明したように図１１に示すようなＳＩ図を作成する。

次に、所望のフォーカス値で半導体基板上に測定パターンを形成する。ここでの測定パターン３２を形成する目的は、露光装置による露光時のわずかなフォーカス値のずれをＳＩ図を用いてモニタするためのものである。

まず、図１７（ｃ）に示すようにフォーカスずれ量を測定するための孤立ラインパターン２６と孤立スペースパターン２４からなる測定パターンが少なくとも形成されたマスク２０を用いて、レジスト膜１３０が形成された半導体基板１２８上を露光１２２する。その後、現像することで、図１７（ｄ）に示すような孤立ラインパターン１３６と孤立スペースパターン１３４からなる測定パターン１３２を形成する。

ここで、図１で説明したようにラインパターン及びスペースパターンのそれぞれのトップ寸法及びボトム寸法を測定し、ラインパターンのパターン傾斜量ΔＬ及びスペースパターンのパターン傾斜量ΔＳを得る。そして、図１０で説明したように各々を規格化し、ΔＬｎ及びΔＳｎを得る。その後、ＳＩ値を算出する。

ＳＩ＝ΔＬｎ＋ΔＳｎ
そして、図１２に示すように、ＳＩ値とＳＩ図とから所望のフォーカス値に対して実際の露光時のフォーカス値のずれ量Δｆｏｃｕｓを算出する。

次に、求めたフォーカス値のずれ量Δｆｏｃｕｓを次の露光におけるフォーカス設定時に補正を行う。

そして、次の半導体基板上に補正を行った所望のフォーカス値で測定パターンを形成する。ここでの測定パターン３２を形成する目的は、次の露光時のわずかなフォーカス値のずれをＳＩ図を用いてモニタするためのものである。

まず、図１７（ｅ）に示すようにフォーカスずれ量を測定するための孤立ラインパターン２６と孤立スペースパターン２４からなる測定パターンが少なくとも形成されたマスク２０を用いて、レジスト膜２３０が形成された半導体基板２２８上を露光２２２する。その後、現像することで、図１７（ｆ）に示すような孤立ラインパターン２３６と孤立スペースパターン２３４からなる測定パターン２３２を形成する。

そして、この測定パターン２３２のパターン傾斜量を測定することによりフォーカスずれ量を算出でき、次の露光時のフォーカスずれを抑制することができる。

本実施形態では、ラインパターンのベストフォーカスに合う、スペースパターンの寸法を求めたが逆であってもよい。つまり、スペースパターンのベストフォーカスに合う、ラインパターンの寸法を求めてもよい。

以上説明したように、本発明は、フォーカスずれ量からフォーカス補正値を算出し、これを露光条件にフィードバックを行うものである。これは、微細パターンを精度よく形成する方法に有用である。

フォーカスずれ量を測定するためのパターンの断面図パターン傾斜量の変動を表す図フォーカス変動に対するシフトインデックスを表す図本発明を実施するためのフローチャートラインパターン寸法のフォーカス依存性を示す図ラインパターンのトップ寸法とボトム寸法のフォーカス依存性を示す図ラインパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図各線幅のスペースパターンのトップ寸法とボトム寸法のフォーカス依存性を示す図スペースパターンのパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図パターン傾斜量を規格化した図規格化したパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図最適な規格化したパターン傾斜量のフォーカス依存性を示す図マスク製造誤差を説明する図品種毎のマスクによるシフトインデックスを示した図マスク製造誤差によるフォーカス補正値を表す図本発明のシフトインデックスを示す図本発明の工程断面図従来のフォーカスずれ量を測定するためのパターンの断面図従来のパターン傾斜量の変動を表す図従来のフォーカス変動のモデル図

符号の説明

１トップ寸法
２ボトム寸法
３トップ寸法
４ボトム寸法
２０マスク
２２露光
２４孤立スペースパターン
２６孤立ラインパターン
２８半導体基板
３０レジスト膜
３２測定パターン
３４孤立スペースパターン
３６孤立ラインパターン
５１曲線
６１グラフ
６２グラフ
７１グラフ
７１ａグラフ
７１ｂグラフ
８１グラフ
８２グラフ
８３グラフ
８４グラフ
８５グラフ
８６グラフ
９１グラフ
９１ａグラフ
９１ｂグラフ
１０２グラフ
１０４グラフ
１１２グラフ
１１４直線
１１６グラフ
１１７マスク製造誤差
１１８ラインパターン
１１８ａラインパターン
１２０スペースパターン
１２０ａスペースパターン
１２２露光
１２８半導体基板
１３０レジスト膜
１３２測定パターン
１３４孤立スペースパターン
１３６孤立ラインパターン
１５０グラフ
２２２露光
２２８半導体基板
２３０レジスト膜
２３２測定パターン
２３４孤立スペースパターン
２３６孤立ラインパターン

Claims

第１の基板上にレジストからなり、ラインパターン及びスペースパターンを有する第１の測定パターンを形成する工程と、
前記第１の測定パターンにおける前記ラインパターン及びスペースパターンのパターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量のフォーカス依存性を求める工程と、
第２の基板上にレジストからなり、ラインパターン及びスペースパターンを有する第２の測定パターンを形成する工程と、
前記第２の測定パターンにおける前記ラインパターン及びスペースパターンのパターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量のフォーカス依存性に基づいて、前記第２の測定パターンにおける前記パターン傾斜量から前記第２の基板上に形成した前記第２の測定パターンのフォーカスずれ量を算出する工程とを備え、
前記第１の測定パターン及び前記第２の測定パターンそれぞれにおける前記ラインパターン及び前記スペースパターンの設計寸法は、前記ラインパターンと前記スペースパターンのベストフォーカス値が実質的に同じになるように設定されていることを特徴とするフォーカスずれ量の測定方法。
前記パターン傾斜量は前記ラインパターンと前記スペースパターンのそれぞれのトップ寸法とボトム寸法との差であることを特徴とする請求項１に記載のフォーカスずれ量の測定方法。
第１の基板上にレジストからなる孤立したラインパターン及び孤立したスペースパターンを形成する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンのトップ寸法及びボトム寸法を測定しフォーカス依存性を求める工程と、
前記ボトム寸法に対する前記トップ寸法の差をパターン傾斜量として前記ラインパターン及び前記スペースパターンそれぞれの前記パターン傾斜量のフォーカス依存性を求める工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記パターン傾斜量のフォーカス依存性からシフトインデックスを求める工程と、
第２の基板上に所望のフォーカス値でレジストからなる前記ラインパターン及び前記スペースパターンを形成する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記トップ寸法及び前記ボトム寸法を測定する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記ボトム寸法に対する前記トップ寸法の差から前記パターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量と前記シフトインデックスからベストフォーカス値からのフォーカスずれ量を算出する工程とを備え、
前記第１の測定パターン及び前記第２の測定パターンそれぞれにおける前記ラインパターン及び前記スペースパターンの設計寸法は、前記ラインパターンと前記スペースパターンのベストフォーカス値が実質的に同じになるように設定されていることを特徴とするフォーカスずれ量の測定方法。
前記シフトインデックスは、前記ラインパターン及び前記スペースパターンを形成するためのマスクのマスク製造誤差により生じるフォーカスずれ量を補正していることを特徴とする請求項３に記載のフォーカスずれ量の測定方法。
前記ラインパターンに代えてドットパターンを、前記スペースパターンに代えてホールパターンを用いることを特徴とする請求項１または３に記載のフォーカスずれ量の測定方法。
第１の基板上にレジストからなり、ラインパターン及びスペースパターンを有する第１の測定パターンを形成する工程と、
前記第１の測定パターンにおける前記ラインパターン及びスペースパターンのパターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量のフォーカス依存性を求める工程と、
第２の基板上にレジストからなり、ラインパターン及びスペースパターンを有する第２の測定パターンを形成する工程と、
前記第２の測定パターンにおける前記ラインパターン及びスペースパターンのパターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量のフォーカス依存性に基づいて、前記第２の測定パターンにおける前記パターン傾斜量から前記第２の基板上に形成した前記第２の測定パターンのフォーカスずれ量を算出する工程と、
前記フォーカスずれ量を補正値とし、第３の基板の露光時に補正を行う工程とを備え、
前記第１の測定パターン及び前記第２の測定パターンそれぞれにおける前記ラインパターン及び前記スペースパターンの設計寸法は、前記ラインパターンと前記スペースパターンのベストフォーカス値が実質的に同じになるように設定されていることを特徴とする露光方法。
前記パターン傾斜量は前記ラインパターンと前記スペースパターンのそれぞれのトップ寸法とボトム寸法との差であることを特徴とする請求項６に記載の露光方法。
第１の基板上にレジストからなる孤立したラインパターン及び孤立したスペースパターンを形成する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンのトップ寸法及びボトム寸法を測定しフォーカス依存性を求める工程と、
前記ボトム寸法に対する前記トップ寸法の差をパターン傾斜量として前記ラインパターン及び前記スペースパターンそれぞれの前記パターン傾斜量のフォーカス依存性を求める工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記パターン傾斜量のフォーカス依存性からシフトインデックスを求める工程と、
第２の基板上に所望のフォーカス値でレジストからなる前記ラインパターン及び前記スペースパターンを形成する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記トップ寸法及び前記ボトム寸法を測定する工程と、
前記ラインパターン及び前記スペースパターンの前記ボトム寸法に対する前記トップ寸法の差から前記パターン傾斜量を求める工程と、
前記パターン傾斜量と前記シフトインデックスからベストフォーカス値からのフォーカスずれ量を算出する工程と、
前記フォーカスずれ量を補正値とし第３の基板を露光時に補正を行う工程とを備え、
前記第１の測定パターン及び前記第２の測定パターンそれぞれにおける前記ラインパターン及び前記スペースパターンの設計寸法は、前記ラインパターンと前記スペースパターンのベストフォーカス値が実質的に同じになるように設定されていることを特徴とする露光方法。
前記シフトインデックスは、前記ラインパターン及び前記スペースパターンを形成するためのマスクのマスク製造誤差により生じるフォーカスずれ量を補正していることを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
前記ラインパターンに代えてドットパターンを、前記スペースパターンに代えてホールパターンを用いることを特徴とする請求項６または８に記載の露光方法。