(57)【要約】【課題】  レンズの収差をより正確に測定する。【解決手段】  露光装置のレンズ収差を測定するための収差測定用マスクにおいて、露光装置の露光光を透過する基板と、露光光の位相を１８０度反転させるパターン部とを備える。また、このパターン部は、複数のドットパターンを一方向に、所定の間隔をおいて配列したドット配列パターンを、複数列備える。このような収差測定用マスクを用いて、収差を測定する場合、収差測定用マスクに、露光光を照射し、感光剤に、このパターンを転写し、現像する。その後、感光剤に転写されたパターンの、各ドット配列パターンに対応する転写ラインの幅を測定し、各転写ラインの幅の差から、収差を算出する。【選択図】      図１
2005106869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置のレンズ収差を測定するマスクであって、
前記露光装置の露光光を透過する基板と、
前記露光光の位相を１８０度反転させるパターン部と、
を備え、
前記パターン部は、
複数のドットパターンを一方向に、所定の間隔をおいて配列したドット配列パターンを、複数列備えることを特徴とする収差測定用マスク。
【請求項２】
前記収差測定用マスクの前記ドットパターンは、約１８０nm以下の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の収差測定用マスク。
【請求項３】
前記ドットパターンを配列する前記所定の間隔は、約５０nm以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の収差測定用マスク。
【請求項４】
前記ドットパターンは、前記基板を所定の深さ掘り込むことにより形成されたパターンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の収差測定用マスク。
【請求項５】
前記ドットパターンは、前記基板に、前記露光光を透過し、かつ位相を反転させる材料膜を形成し、この材料膜に、開口を形成することにより形成されたパターンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の収差測定用マスク。
【請求項６】
前記ドットパターンは、前記基板に、前記露光光の透過し、かつ位相を反転させる材料を、ドット状に成膜することにより形成されたパターンであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の収差測定用マスク。
【請求項７】
基板に透過する露光光の位相を１８０度反転するように形成されたドットパターンを、所定の間隔をおいて複数個配列したドット配列パターンを、複数列有する収差測定用マスクに、露光光を照射し、感光剤に、前記収差測定用マスクのパターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された感光剤を現像処理する現像工程と、
前記感光剤に転写されたパターンの、各ドット配列パターンに対応する転写ラインの幅を測定する測定工程と、
前記各転写ラインの幅の差から、収差を算出する収差算出工程と、
を備えることを特徴とする収差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は収差測定用マスク及び収差測定方法に関する。更に、具体的には、露光装置の投影レンズの収差を測定するマスクと、そのマスクを用いた収差測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子パターンの微細化に伴い、光リソグラフィ技術における解像力の向上が要求されている。ここで、解像できる限界のパターン寸法である限界解像度Ｒは、次式（１）で表される。
Ｒ＝ｋ１・λ／（ＮＡ）        …・（１）
なお、ここで、ｋ１は、結像条件と、レジスト条件とに依存する定数であり、λ（nm）は、露光光の波長、ＮＡは、投影レンズの開口数を表す。
【０００３】
従って、レンズ開口数ＮＡを大きくすることにより、限界解像度Ｒを向上させることができる。しかし、焦点深度δと、開口数ＮＡは、δ＝ｋ２・λ／（ＮＡ）２の関係があることから、レンズ開口数ＮＡを大きくした場合、逆に、焦点深度は浅くなることになる。なお、ここで、ｋ２は、プロセスに依存する定数である。
【０００４】
焦点深度δが浅くなると、焦点位置のずれの許容範囲が小さくなるため、パターン転写における寸法精度を向上させる必要がある。そこで、レンズの収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。しかし、現実には、開口数の増大、また、露光面積の増大等から、逆に、レンズの収差を抑えることは、困難な状態となっている。このため、投影レンズの収差を考慮した綿密なパターンを設計する必要がある。このため、レンズの収差を正確に測定することが必要になっている。
【０００５】
図５は、一般にレンズの収差測定に用いられる収差測定用マスクを説明するための模式図である。
図５に示すように、従来の収差測定用マスクにおいては、石英基板等の光を透過する基板１０２に、クロム等の遮光部分１０４を設けた、ライン・スペースパターンが形成されている。収差測定の際には、このライン・スペースパターンを、感光剤であるレジストに転写する。その後、現像処理を行い、転写されたパターンの、最も右側の部分のライン幅と、最も左側の部分のライン幅との差であるＣＤ（Critical Dimension）を測定し、収差を算出する。また、同様に、マスクを９０度回転させた場合のＣＤや、あるいは、マスクを２２．５度ずつ回転させていって、そのそれぞれの場合におけるＣＤ等を測定し、その結果から、非点収差、球面収差、コマ収差等からなるレンズの収差を測定する。
【０００６】
ところで、現在、解像力の向上のため、レンズの開口数を大きくする一方で、同時に、上述の（１）式におけるλの縮小化、すなわち、露光光の短波長化が進められている。一般に露光光として用いられるＫｆＦエキシマレーザの波長は、２４８nm、また、ＡｒＦエキシマレーザの波長は、１９３nm、さらに、次世代においては、波長１５７．６nmのＦ２エキシマレーザが用いられることになると予想される。
【０００７】
上述のような収差測定用マスクを用いる場合、正確な収差を測定するためには、ライン・スペースパターンの線幅は、露光波長にあわせて、狭くしなければならない。例えば、Ｆ２エキシマレーザを用いる場合には、理想的には、９０nm〜１５０nm、少なくとも１８０nm程度のライン・スペース間隔以下とする必要がある。ところが、このようなマスクパターンを正確に形成することは困難である。マスクパターンにずれが生じれば、正確な収差を測定することができないため、問題となる。
【０００８】
また、他の収差測定方法として、例えば、Ｐｈａｓｅ  Ｄｏｔ法等がある。
図６は、Ｐｈａｓｅ  Ｄｏｔ法に用いる収差測定用マスクを説明するための模式図である。また、図７は、収差測定用マスクのパターンをポジレジスト転写した結果、転写された転写パターンを説明するための模式図である。
図６に示すように、このマスクには、石英基板等の光を透過する基板１０６に、位相を１８０度反転させるように彫りこんだ、ドットパターン１０８が形成されている。
【０００９】
このドットパターン１０８を、感光剤であるポジレジストに転写すると、図７に示すように、リング状のパターンとなる。即ち、ドットパターン１０８のエッジ部分１１０においては、光の位相が１８０度反転されるため打ち消し合い、このエッジ部分１１０においては、ポジレジストは、感光されないことになる。このため、図７に示すように、転写パターンは、リング形状となる。
【００１０】
ここで、収差のない、理想レンズを用いた場合には、パターンは円形状に正確に転写される。従って、転写パターン１１２は、図７に点線で表したような、完全な円形となる。しかしながら、レンズに収差のある状態では、転写パターン１１４は、実線に示したような、ゆがんだリング状になる。これを利用して、中心から、外円までの距離rと、角度θをパラメータとして、関数に代入することにより、収差の測定を行う（例えば、非特許文献１参照）。
【００１１】
【非特許文献１】P. Dirksen, Novel aberration monitor for optical lithography, Proc.SPIE, Vol. 3679, P77
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このＰｈａｓｅ  Ｄｏｔ方法の場合、収差の算出のために、中心からの距離と角度のデータが必要である。しかしながら、転写パターン１１４は、歪んだ円形状となっているため、中心の割り出しが困難であり、中心の割り出しのために、膨大な参照データを必要とする。従って、収差測定のために多大な時間が必要となり、ひいては、半導体装置の製造時間の増大や、生産コストの増大を招くこととなる。また、膨大な参照データを取っても、厳密には、割り出された中心が正確なものであるとは限らず、このため、測定された収差が、必ずしも正確でない場合も考えられる。
【００１３】
従って、この発明は、上述のような問題を解決し、レンズの収差測定をより簡単に、正確に行うことができるように改良した収差測定用マスク及びこの収差測定用マスクを利用した収差測定方法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の収差測定用マスクは、露光装置のレンズ収差を測定するマスクであって、
前記露光装置の露光光を透過する基板と、
前記露光光の位相を１８０度反転させるパターン部と、
を備え、
前記パターン部は、
複数のドットパターンを一方向に、所定の間隔をおいて配列したドット配列パターンを、複数列備えるものである。
【００１５】
また、この発明の収差測定方法は、基板に透過する露光光の位相を１８０度反転するように形成されたドットパターンを、所定の間隔をおいて複数個配列したドット配列パターンを、複数列有する収差測定用マスクに、露光光を照射し、感光剤に、前記収差測定用マスクのパターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された感光剤を現像処理する現像工程と、
前記感光剤に転写されたパターンの、各ドット配列パターンに対応する転写ラインの幅を測定しする測定工程と、
前記各転写ラインの幅の差から、収差を算出する収差算出工程と、
を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明においては、ドットパターンが所定の間隔で複数個配列され、また、このドット配列パターンが、複数列配列されたパターンが形成されたマスクを、収差測定用マスクとして用いる。このマスクのパターンを基板に転写した場合、各列のドットパターンと、ドットパターンとの境目は消えて、ドット配列パターンに対応した、複数本のラインが転写される。従って、収差を測定する際には、この転写されたラインの幅を測定して、各ラインの幅の差を求めることにより、収差の測定を行うことができる。従って、従来のＰｈａｓｅ  Ｄｏｔ法のように、中心算出のための膨大なデータ等を必要とせず、比較的簡易な方法により、正確な収差の測定を行うことができる。また、収差測定用マスクの、ドット配列パターンは、連続するドットパターンにより形成されている。従って、微細なライン幅を形成することが可能であり、露光光の短波長化にも対応し、正確な収差の測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１８】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態における収差測定用マスクを説明するための模式図であり、図１（ａ）は、収差測定用マスクの表面を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´における断面を示す。
図１（ｂ）に示すように、収差測定用マスクにおいては、石英基板２上に、Ｔａ膜４が形成され、Ｔａ膜４上には、ＴａＳｉＯ膜６が形成されている。ＴａＳｉＯ膜６は、位相シフト膜である。ＴａＳｉＯ膜６は、露光光の位相を１８０度反転させるようにその膜厚が設定されている。また、Ｔａ膜４及びＴａＳｉＯ膜６には、複数のホール８が形成されている。収差測定用マスクにおいては、幅約１８０nmのホール８が、約５０nmの間隔をあけて、連続して５つ並べられたライン１０が形成されている。また、このライン１０が、収差測定用マスクに、４列形成されている。
【００１９】
図２は、上述のような収差測定用マスクのマスクパターンをウェーハ上に塗布された感光剤（ポジ型レジスト）に転写した転写パターンを説明するための模式図である。図２において、図２（ａ）は、図１（ａ）に示すのと同じ方向で、マスクパターンを転写したものであり、図２（ｂ）は、このマスクを、９０度回転させた状態で転写した転写パターンを示す。
【００２０】
図１のマスクパターンをウェーハ上に塗布したポジ型レジスト１２に転写すると、ポジ型レジスト１２には、図２に示すように、各ライン１０に対応するラインパターン１４が形成される。ここで、各ライン１０において隣接するホール８の間の部分は転写されず、連続したライン形状に転写されている。
【００２１】
図３は、従来技術において、図６に説明したような、Ｐｈａｓｅ  Ｄｏｔ法に用いるドットパターンを転写する場合の、感光剤に照射される露光光量を示すグラフ図である。図４は、この発明の実施の形態における収差測定用マスクのパターンを転写する場合に、感光剤荷照射される露光光量を示すグラフ図である。
【００２２】
図３に示すように、１８０度位相を反転するホールを有するマスクのパターンを転写した場合に、露光光のピークはホールの中心部にある。しかし、この中心部のピークのほかに、サブピークが存在する。
ここで、上述のように、約５０nmの間隔でホール８が形成された場合、本来であれば、図７に示したように、各ホールのエッジ部分において、位相が反転されて、連続したリング状のパターンが形成されるものとも考えられる。しかし、実際には、図４に示すように、隣接するホール８を透過した光のサブピークが重なり、ホール８に挟まれている部分のポジ型レジスト１２は、感光することになる。従って、ポジ型レジスト１２に形成されたパターンはラインパターン１４となる。
【００２３】
この実施の形態においては、このように、転写パターンが、ラインパターン１４となることを利用して収差を測定する。
具体的には、まず、収差測定用マスクを露光装置（図示せず）のマスクステージにセットし、感光剤として、ポジ型レジスト１２の塗布されたウェーハへの露光を行う。その後、現像処理を行い、ポジ型レジスト１２上に、図２（ａ）に示すような、中空のラインパターン１４を形成する。
【００２４】
このラインパターン１４は、収差測定用マスクのライン１０に対応するものであるため、レジスト１２上に、５本形成される。ここでは、４本のラインパターン１４のうち両端（即ち、図２（ａ）においては、左右の２本）のラインパターン１４から、ＣＤ（Critical Dimension）を測定する。また、収差測定用マスクを９０度回転させて、同様に、露光、現像を行う。このとき、パターンを転写する対象は、同一ウェーハの他の部分であってもよいし、他のウェーハに同一のポジ型レジストを塗布したものであってもよい。これにより、図１（ｂ）に示すように、横方向にラインパターン１４が形成される。このラインパターン１４についても、両端（即ち、図２（ｂ）においては、上下の２本）のラインパターン１４のＣＤを測定する。また、図示しないが、収差測定用マスクを、９０度回転させるだけでなく、２２．５度ずつ回転させて、このそれぞれの場合のＣＤを測定する。このＣＤのデータから、コマ収差、非点収差、球面収差等を含む、収差を測定することができる。
【００２５】
以上説明したように、この発明においては、収差測定用マスクとして、ホール８が連続して配列されたライン１０を、５本備えるマスクを用いて、パターンを転写する。この転写パターンは、各ラインにおけるホール８間の部分は、露光されて消去され、５本のラインパターン１４となる。これを利用して、転写されたラインパターン１４の線幅を測定して、収差を算出する。ここでホール８は、ラインを形成する場合に比べて、小さく形成することができる。従って、ライン・スペースパターンを形成する場合に比して、線幅の細いラインパターンを形成したような効果を得る事ができる。即ち、露光光の波長が短波長化した場合にも対応でき、比較的精度よく収差を測定することができる。
【００２６】
また、ホール８を転写する場合、ライン・スペースパターンを転写する場合に比して、他の要因によるパターンのずれの影響を抑えることができる。従って、単に、ライン・スペースパターンを転写する場合よりも、正確に、レンズに起因するパターン幅のずれを測定することができ、正確な収差を測定することができる。
【００２７】
なお、この実施の形態においては、ホール８を５つ連続させたライン１０を、４列形成したパターンの収差測定用マスクについて説明した。しかしながら、この発明において、ホール８の数、あるいは、ライン１０の本数は、これに限るものではない。この発明において、マスクパターンは、ホール８を少なくとも２以上並べたラインを、少なくとも２本以上形成したものであればよい。
【００２８】
また、この実施の形態では、石英基板２に形成されたＴａ膜４とＴａＳｉＯ膜６に、ホール８を形成した場合について説明した。しかしこの発明においては、これに限るものではなく、収差測定用マスクのパターンは、他のものであってもよい。例えば、ホール８に代えて、ホール８の部分に、位相をシフトさせる膜を、ドット状に形成したものであっても良い。また、例えば、石英基板２を直接λ／２nm掘り込んだものなども考えられる。但し、石英基板２上に膜をドット状に形成したパターンより、本願のように、ホール８を形成したパターンや、あるいは、石英基板２を直接掘り込んでホールを形成したパターンの方が感度良く収差を測定することができる。
【００２９】
また、この実施の形態では、ホール８を約１８０nmに形成し、ライン１０において、ホール８の間隔を約５０nmとした。しかし、この発明においては、このような大きさに限るものではない。ホール８の大きさや間隔は、隣接するホール８間が、隣接するホール８の露光光のサブピークが重なるように考慮し、また、露光光源の光量や、レジストの種類等を考慮して決定すればよい。
【００３０】
また、ここでは、感光剤として、ポジ型レジスト１２を用いる場合について説明した。しかし、この発明はポジ型レジストに限らず、ネガ型や、他の感光剤であってもよい。
【００３１】
また、ここでは、マスクを、２２．５度ずつ回転させて、それぞれのＣＤから収差を測定する場合について説明した。これは、より正確に収差を測定するためである。しかし、この発明はこれに限るものではなく、単に、縦横方向のみに回転させるものや、また一方向の場合のみについて計測するものなどであってもよい。
【００３２】
なお、たとえば、この実施の形態において、ホール８は、この発明のドットパターンに該当し、ライン１０は、ドット配列パターンに該当し、ラインパターン１４は、転写ラインに該当する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の実施の形態における収差測定用マスクを説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態における収差測定用マスクのマスクパターンを感光剤に転写した、転写パターンを説明するための模式図である。
【図３】従来の技術における収差測定用マスクを転写する際、感光剤に照射される露光光量を説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態における収差測定用マスクを転写する際、感光剤に照射される露光光量を説明するための模式図である。
【図５】従来の収差測定用マスクを説明するための模式図である。
【図６】従来の収差測定用マスクを説明するための模式図である。
【図７】従来の収差測定用マスクのマスクパターンを感光剤に転写した、転写パターンを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３４】
２  石英基板
４  Ｔａ膜
６  ＴａＳｉＯ膜
８  ホール
１０  ライン
１２  ポジ型レジスト
１４  ラインパターン
１０２  基板
１０４  遮光部分
１０６  基板
１０８  ドットパターン
１１０  エッジ部分
１１２  転写パターン
１１４  転写パターン
【図１】
2005106869.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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