JP4534376B2

JP4534376B2 - 露光マスクの製造方法および露光マスク

Info

Publication number: JP4534376B2
Application number: JP2001110840A
Authority: JP
Inventors: 英寿大沼; 千恵新倉
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-04-10
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2021-04-10
Also published as: JP2002313691A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光マスクの製造方法および露光マスクに関し、特にはリソグラフィーによって微細パターンを形成する際に用いる露光装置のフォーカス位置のずれを検出するための検査用の露光マスクの製造方法、およびこれによって形成された露光マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィー工程で用いられる露光装置は、図８（１）に示すように複数のレンズＡ〜Ｄを用いて構成されており、露光マスク１０１に形成された露光パターン１０３を基板１０５上に投影する。このため、図８（２）に示すようにそのうちの１枚（図においてはレンズＣ）が本来の位置から僅かにずれただけでもフォーカス位置にずれが発生し、これによって基板１０５上におけるパターン１０７の形成位置や線幅にずれが生じる。したがって、リソグラフィー工程においては、露光装置のフォーカス管理を日常的に行う必要がある。
【０００３】
露光装置のフォーカス管理としては、露光装置のステージ上に刻まれた１箇所のマークにピントを合わせる調整が日常的に行われている。ところが、実際に露光が行われるウエハ表面には段差があり、このような調整方法ではこの段差を考慮した調整を行うことはできない。そこで、このような日常的な管理とは別に、リソグラフィー処理を行うことで実パターンを形成し、この実パターンの線幅や位置ずれ量に基づいてフォーカス位置を調整する管理が行われている。この場合、専用の露光マスクを用いてフォーカス位置を振った多数回の露光を行い、その後現像処理を行うことで検査用の実パターンを形成し、この実パターンの線幅や位置ずれ量に関するフォーカスカーブを作成し、得られたフォーカスカーブに基づいてフォーカスの調整が行われる。
【０００４】
また近年、位相シフトマスクを用いた検査露光を行い、これによって得られたパターンの位置ずれ量からフォーカス位置のずれ量を検出する検査方法が注目されている。この方法は、位相シフト量がｎπ以外の場合には、デフォーカスによって光学像が非対称になり水平方向にパターン像が移動する現象を利用しており、形成されたパターンの位置ずれ量を測定することでフォーカス位置のずれ量が検知される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したフォーカス管理のうち、フォーカスカーブからフォーカス位置のずれ量を検知する方法は、検査を行う度にフォーカス位置を振った多数回の露光を行う必要があり、非常に手間が掛かる。また、この間、生産ラインをストップさせることになるため、日常的な管理に適する方法とはい言い難く、週に１回程度の割合で定期的に行う状態が現状である。この場合、製品完成後に初めてフォーカスずれに気づき、大量の不良品が手元に残る可能性がある。
【０００６】
一方、位相シフトマスクを用いた検査露光を行う方法では、必ずしも、フォーカス位置に依存してパターンの位置ずれ量が変化するわけではない。例えば、米国特許第５，３００，７８号明細書には、位相シフト量４０°〜１４０°の露光マスクを用いることで、パターンの位置ずれ量からフォーカスのずれ量が求められるとしているが、この位相シフト量の範囲のどの位相シフト量でも正確にフォーカスのずれ量を検知できるわけではなかった。
【０００７】
そこで本発明は、簡便にしかも正確に露光装置のフォーカス位置を検知することが可能な検査用の露光マスクの製造方法および露光マスクを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の露光マスクの製造方法は、露光装置における露光光のフォーカス位置を検査する際に用いる位相シフト型の検査用露光マスクの製造方法であり、次のように行うことを特徴としている。すなわち、先ず、位相シフト量と露光光のフォーカス位置とを因子としたパターン露光のシミュレーションを行い、このシミュレーションで得られたパターンの位置ずれ量を求め、位相シフト量毎にフォーカス位置と位置ずれ量との関係を検知しておく。その後、この関係に基づいて、露光マスク製造の際の製造誤差による位相シフト量のずれの範囲内において前記位置ずれ量が前記フォーカス位置に依存して変化する位相シフト量を選択する。そして、選択した位相シフト量を適用して検査用の露光パターンを形成する。また、本発明はこのような製造方法によって得られた露光マスクでもある。
【０００９】
以上の露光マスクの製造方法では、パターン露光のシミュレーション結果に基づいて、露光光のフォーカス位置に対してパターンの位置ずれ量の依存性が見出される位相シフト量が選択される。この際、製造誤差に対して余裕を持った位相シフト量が選択される。したがって、選択された位相シフト量を適用して作製されたこの露光マスクでは、露光マスク製造における製造誤差によって位相シフト量が設計値に対してずれた場合であっても、この露光マスクを用いてパターン露光を行ったパターンの位置ずれ量から、このパターン露光の際のフォーカス位置を検出することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
ここで説明する露光マスクの製造方法は、例えば半導体装置のような微細なパターンを形成する場合のリソグラフィー工程において露光装置のフォーカスを調整する際に、当該露光装置のフォーカス位置を検出すために用いる露光マスクを製造する方法である。尚、以下の実施形態においては、図１に示すフローチャートに基づき、必要に応じて他の図面を参照しつつ、露光装置の検査に用いるための位相シフト型の露光マスクの形成方法を説明する。
【００１１】
ステップＳ１
先ず、ステップＳ１では、露光マスクの位相シフト量と、露光光のフォーカス位置とを因子としたパターン露光のシミュレーションを行う。ここでは、リソグラフィーによって形成するパターンの目的線幅を設定し、さらにパターン露光の際の各種露光条件、例えば露光装置の開口数（ＮＡ）、開口数比（σ）、露光波長（λ）、露光マスクにおける斜光膜の透過率などを、実際のパターン露光と同様に設定したシミュレーションを行う。
【００１２】
この際例えば、図２に示すように、ガラス基板１上に斜光膜パターン２を形成し、遮光膜パターン２の幅方向の一方のガラス基板１を所定深さｄに彫り込んでなる位相シフト型の露光マスク３を設定する。そして、彫り込む深さｄの設定によって、この露光マスク３を通過する露光光の位相シフト量を広い範囲（例えば７０°〜１８０°の範囲）で変化させる。また、フォーカス位置は、最適なフォーカス位置を０μｍとしてプラスマイナスの所定範囲（例えば±０．３μｍ）の範囲で変化させる。尚、位相シフト量は、１８０°以上に変化させても良いが、露光マスクの製造工程を考慮した場合１８０°以下の範囲で変化させ、後にこの範囲から位相シフト量を選択することが好ましい。
【００１３】
以上の他、このシミュレーションにおいては、一例として、露光装置の開口数（ＮＡ）＝０．６、開口数比（σ）＝０．５３、露光波長（λ）＝２４８ｎｍとし、さらに、斜光膜パターン２に光透過率０のクロム（Ｃｒ）を用い、露光光源の中心部分を塞いだ（１／２annular)パターン露光を設定する。
【００１４】
ステップＳ２
次に、ステップＳ１のシミュレーション結果として得られた各パターンに関して、その形成位置の位置ずれ量を求め、この位置ずれ量をフォーカス位置に対してプロットした位置ずれ量のフォーカスカーブを作成する。このフォーカスカーブは、図３に示すように、位相シフト量（７０°，８０°，…）毎に作成されることとする。尚、フォーカス位置（Focus）に対するパターンの位置ずれ量（Image Placement Error）は、設計位置に対する位置ずれ量であることとする。
【００１５】
ステップＳ３
一方、ステップＳ１のシミュレーション結果として得られた各パターンの線幅を求め、この線幅をフォーカス位置に対してプロットした線幅のフォーカスカーブを作成する。このフォーカスカーブは、図４に示すように、位相シフト量（７０°，８０°，…）毎に作成されることとする。
【００１６】
ステップＳ４
次に、ステップＳ２で求めた位相シフト量毎の位置ずれ量のフォーカスカーブに基づき、露光マスク製造の際の製造誤差による位相シフト量のずれの範囲内において、位置ずれ量がフォーカス位置に依存して変化する位相シフト量を選択する。例えば、製造誤差による位相シフト量のずれが目的位相シフト量±５°程度である場合、この位相シフト量の製造誤差の範囲内において、位置ずれ量がフォーカス位置に依存して最も大きく変化する位相シフト量の範囲を選択する。
【００１７】
ここでは、図３のフォーカスカーブから、位相シフト量７０°〜８０°の範囲で、フォーカス位置に対する位置ずれ量の変化が最も大きくなることが確認されるため、この範囲を位相シフト量の範囲として選択する。
【００１８】
ステップＳ５
次に、ステップＳ３で求めた位相シフト量毎の線幅のフォーカスカーブに基づき、第４ステップで選択された位相シフト量の範囲で、フォーカス位置の最適値付近における線幅の変動が、許容状態に有るか否かを判断する。ここで許容状態とは、フォーカスカーブにおけるフォーカス位置の最適値（０）付近において、線幅の変化量がより小さく、かつ選択された位相シフト量の範囲の線幅がより近い値を示している状態であることとする。
【００１９】
この判断を行うためには、例えば、線幅の変化量の許容値およびシフト量の変動範囲における線幅のずれ量の許容値を設定し、ステップＳ４で選択された位相シフト量の範囲が、これらの許容値を満足しているか否かによって許容状態であるか否かを判断する。そして、許容状態ではない（Ｎｏ）と判断された場合には、ステップＳ６に進む。一方、許容状態である（Ｙｅｓ）と判断された場合には、ステップＳ７に進む。尚、位相シフト量１８０°における線幅のフォーカスカーブが、フォーカス位置０°に極大値をもつことから、このステップＳ５における判断は、フォーカス位置の最適値（０）付近における線幅の変化の挙動が、位相シフト量１８０°の挙動とどれだけ近いか、によって判断しても良い。
【００２０】
ステップＳ６
一方、ステップＳ５において、許容状態ではない（Ｎｏ）と判断された場合には、前回のステップＳ４で選択された位相シフト量の範囲（例えば７０°〜８０°）が再び選択されることのないように選択範囲を制限する設定を行い、再びステップＳ４に戻る。
【００２１】
そして、ステップＳ４においては、前回と異なる位相シフト量の範囲を選択し、ステップＳ５において線幅の変動が所定値よりも小さいと判断されるまで、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ７を繰り返す。ここでは、例えば、位相シフト量の範囲９０°〜１００°が最適な位相シフト量の範囲として選択されてステップＳ７に進む。
【００２２】
尚、ここでの位相シフト量の選択方法は、ステップ４、ステップＳ５、ステップＳ７に示す手順に限定されることはなく、露光マスク製造の際の製造誤差による位相シフト量のずれの範囲内において、位置ずれ量がフォーカス位置に依存して変化し、フォーカス位置の最適値（０）付近において、線幅の変化量がより小さく、かつ選択された位相シフト量の範囲の線幅がより近い値を示しているような位相シフト量の範囲が選択されれば良い。
【００２３】
ステップＳ７
以上のようにして最適な位相シフト量の範囲を選択した後、この位相シフト量の範囲の中央値（９５°）を設計値として露光マスクを作製する。
【００２４】
このようにして作製された露光マスクは、パターン露光のシミュレーション結果に基づいて、露光光のフォーカス位置に対するパターンの位置ずれ量の依存性を見出すことができる位相シフト量を備えたものになる。
【００２５】
すなわち、位相シフト量９５°を設計値とした場合、露光マスクの製造誤差に起因して、位相シフト量９０°〜１００°の範囲の露光マスクが作製される可能性がある。しかし、以上説明した実施形態においては、予めこのばらつき（製造誤差）に対して余裕を持って位相シフト量が選択される。そして、選択された位相シフト量を設計値として（位相シフト量の範囲の中央値を設計値として）露光マスクを作製するため、この際の製造誤差によって位相シフト量がばらついても、この露光マスクを用いたパターン露光で形成されたパターンの位置ずれ量から、このパターン露光の際のフォーカス位置を確実に検出することが可能になるのである。
【００２６】
以下、以上のようにして製造された露光マスクを用いた露光装置の管理を説明する。ここでは、先ず図５のフローチャートを用いて露光装置におけるフォーカス管理のための下準備を説明し、次いで図６のフローチャートを用いて日常的な露光装置のフォーカス管理を説明する。
【００２７】
ステップＳ１１
先ず、上述のようにして作製した露光マスクを用いたパターン露光とその後の現像処理を行うことによって、基板上に実パターンを形成する。このパターン露光の際には、検査を行う露光装置を用いてフォーカス位置を因子にした複数回の露光を行い、各露光に対応する複数の実パターンを形成することとする。尚、ここでのリソグラフィー条件は、ステップＳ１のシミュレーションと同様に設定されることとする。
【００２８】
ステップＳ１２
次に、ステップＳ１１で形成した複数の実パターンに関し、設計位置に対する位置ずれ量を測定する。
【００２９】
ステップＳ１３
次いで、測定された位置ずれ量とステップＳ１１におけるパターン露光の際のフォーカス位置とから、図６に示すように、位置ずれ量のフォーカスカーブを作成する。このフォーカスカーブを参照用のフォーカスカーブとする。
【００３０】
以上のステップＳ１１〜Ｓ１３は、露光装置の管理を行うための下準備として行っておくこととする。そして、この下準備で作成した参照用のフォーカスカーブを用いた露光装置の管理を次のように行う（図７参照）。
【００３１】
ステップＳ２１
先ず、露光マスクを用いた検査露光を行い、さらに現像処理を行うことによって検査用の実パターンを形成する。ここでは、検査を行う露光装置を用いて、フォーカス位置が最適と思われる状態で１回のパターン露光を行い、これによって実パターンを形成する。尚、ここでのリソグラフィー条件は、ステップＳ１のシミュレーションと同様に設定されることとする。
【００３２】
ステップＳ２２
次に、ステップＳ２１で形成された実パターンに関し、設計位置に対する位置ずれ量を測定する。
【００３３】
ステップＳ２３
次に、ステップＳ１３にて作成された参照用のフォーカスカーブ（図６）に対して、ステップＳ２２で測定された位置ずれ量を照合し、この位置ずれ量からフォーカス位置を検出する。
【００３４】
ステップＳ２４
その後、検出されたフォーカス位置のずれ量に基づいて、露光装置のフォーカス位置が最適値（フォーカス０）となるように、ステージの高さや傾きを調整したり、その他のフォーカス位置の変動に寄与する要因を調整する。
【００３５】
以上の検査方法によれば、上述した方法にて作製された露光マスクを用いたパターン露光によって検査用の実パターンを形成しているため、この実パターンの位置ずれ量から、パターン露光の際のフォーカス位置を確実に検出することができる。この位置ずれ量は、露光面内全域で同様に発生するため、この位置ずれ量を測定することで、露光面内におけるフォーカス位置を検知できる。この際、位置ずれ量のフォーカスカーブ（図６）を１回作成しておけば、毎回フォーカスカーブを作成することなく、１回の露光と現像のみによってフォーカス位置を検出することができる。したがって、日常的なフォーカス管理に無理なく適用可能であり、管理を行う毎にフォーカスカーブを作成していた従来方法と比較して、フォーカス管理の頻度を増加させることが可能になる。
【００３６】
この結果、フォーカス位置のずれに気づかずに大量の不良品を製造してしまうといった危険性を現象させることが可能になり、歩留まり生産性の向上を図ることが可能になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の露光マスクの製造方法及び露光マスクによれば、予め製造誤差に対する裕度を考慮した位相シフト量で露光マスクを作製する構成としたことで、この露光マスクを用いたパターン露光によって形成したパターンの位置ずれ量から、パターン露光に用いた露光装置のフォーカス位置を確実に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光マスクの作製方法を説明するフローチャートである。
【図２】位相シフト型の露光マスクの断面図である。
【図３】シミュレーション結果から得られたパターンの位置ずれ量のフォーカスカーブである。
【図４】シミュレーション結果から得られたパターンの線幅のフォーカスカーブである。
【図５】作製された露光マスクを用いた参照用のフォーカスカーブの作成を説明するフローチャートである。
【図６】パターンの位置ずれ量に関する参照用のフォーカスカーブである。
【図７】図６のフォーカスカーブを用いたフォーカス管理を説明するフローチャートである。
【図８】半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィー工程で用いられる露光装置の構成図である。
【符号の説明】
３…露光マスク

Claims

露光装置における露光光のフォーカス位置を検査する際に用いる位相シフト型の検査用露光マスクの製造方法であって、
位相シフト量と露光光のフォーカス位置とを因子としたパターン露光のシミュレーションを行い、
前記シミュレーションで得られたパターンの位置ずれ量を求め、
前記位相シフト量毎の前記フォーカス位置と前記位置ずれ量との関係に基づき、露光マスク製造の際の製造誤差による位相シフト量のずれの範囲内において前記位置ずれ量が前記フォーカス位置に依存して変化する位相シフト量を選択し、
前記選択した位相シフト量を適用して検査用の露光マスクを製造する
ことを特徴とする露光マスクの製造方法。
請求項１記載の露光マスクの製造方法において、
前記シミュレーションによって得られたパターンの線幅を求め、
前記位相シフト量を選択する際には、前記フォーカス位置の最適値付近において前記線幅の変動がより小さい位相シフト量を選択する
ことを特徴とする露光マスクの製造方法。
露光装置における露光光のフォーカス位置を検査する際に用いる位相シフト型の検査用露光マスクであって、
位相シフト量と露光光のフォーカス位置とを因子としたパターン露光のシミュレーションを行い、
前記シミュレーションで得られたパターンの位置ずれ量を求め、
前記位相シフト量毎の前記フォーカス位置と前記位置ずれ量との関係に基づき、露光マスク製造の際の製造誤差による位相シフト量のずれの範囲内において前記位置ずれ量が前記フォーカス位置に依存して変化する位相シフト量が選択されている
ことを特徴とする露光マスク。
請求項３記載の露光マスクにおいて、
前記位相シフト量は、露光によって得られるパターンの線幅の変動が露光光のフォーカス位置の最適値付近でより小さくなる値が選択されている
ことを特徴とする露光マスク。