(57)【要約】【課題】マスクへの付着物によりマスクパターンの線幅が変化しても、迅速かつ正確に線幅変化量を把握でき、所望の線幅でパターンを転写できる露光方法と、一定の線幅でパターンを形成できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光を行う工程と、マスクに光を入射させ、回折光を測定する工程と、回折光から透過部の線幅を求める工程と、回折光から求められた線幅と、所定の線幅との差が所定の範囲内であるとき、マスクを再度露光に用い、差が所定の範囲内にないとき、露光量を補正するか、マスクの洗浄を行ってマスクを再度露光に用いる工程とを有する露光方法と、それを含む半導体装置の製造方法。【選択図】  図４
2005026527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光を行う工程と、
前記マスクに前記露光用ビームと異なる光を入射させ、回折光を測定する工程と、
測定された前記回折光を用いて、少なくとも前記透過部の線幅を求める工程と、
前記回折光を用いて求められた前記線幅と、前記所定の線幅との差を求める工程と、
前記差が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有する
露光方法。
【請求項２】
前記差が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する
請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記差が前記所定の範囲内にないとき、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する
請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
前記所定の範囲は、前記露光により前記透過部が転写されるパターンの線幅に基づいて決定される
請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
前記透過部は開口部である
請求項１記載の露光方法。
【請求項６】
前記光を前記透過部が規則的に配置された部分に入射させ、前記回折光を測定する
請求項１記載の露光方法。
【請求項７】
前記光を前記透過部がなく、表面に凹凸が規則的に形成された部分に入射させ、前記回折光を測定する
請求項１記載の露光方法。
【請求項８】
露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光が行われた時間と、前記線幅の変化量との関係を求める工程と、
前記マスクを用いて露光を行う工程と、
前記関係を用いて前記線幅の変化量を推定する工程と、
推定された前記変化量が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有する
露光方法。
【請求項９】
推定された前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する
請求項８記載の露光方法。
【請求項１０】
前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する
請求項８記載の露光方法。
【請求項１１】
前記所定の範囲は、前記露光により前記透過部が転写されるパターンの線幅に基づいて決定される
請求項８記載の露光方法。
【請求項１２】
前記透過部は開口部である
請求項８記載の露光方法。
【請求項１３】
レジストパターンを形成するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記リソグラフィ工程は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いてレジストに露光を行う工程と、
前記マスクに前記露光用ビームと異なる光を入射させ、回折光を測定する工程と、
測定された前記回折光を用いて、少なくとも前記透過部の線幅を求める工程と、
前記回折光を用いて求められた前記線幅と、前記所定の線幅との差を求める工程と、
前記差が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有し、
前記差が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程と、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程の少なくとも一方を行う
半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
レジストパターンを形成するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記リソグラフィ工程は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光が行われた時間と、前記線幅の変化量との関係を求める工程と、
前記マスクを用いてレジストに露光を行う工程と、
前記関係を用いて前記線幅の変化量を推定する工程と、
推定された前記変化量が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有し、
推定された前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程と、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程の少なくとも一方を行う
半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造のリソグラフィ工程における露光方法と、本発明の露光方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の回路パターン等の形成には、従来、フォトリソグラフィが用いられていたが、より微細なパターンを形成できるリソグラフィが提案され、開発が進められてきている。このような次世代リソグラフィには、例えばＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ  ｅｎｅｒｇｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、特許文献１参照）や、ＰＲＥＶＡＩＬ（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ｗｉｔｈ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ａｘｉｓ  ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ  ｌｅｎｓｅｓ、非特許文献１参照）がある。
【０００３】
これらのリソグラフィには、露光用ビームとして電子線が用いられ、所定のパターンで開口部が形成されたマスク（ステンシルマスク）を介して露光が行われる。開口部を透過する電子線によりウェハ上にパターンが転写される。また、イオンビームリソグラフィやＸ線リソグラフィ等のリソグラフィや、イオン注入のようなリソグラフィ以外のプロセスにステンシルマスクが用いられる場合もある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１３５４２３号公報（特許第２９５１９４７号）
【特許文献２】
特開平６−２７５５０２号公報
【特許文献３】
特開平７−５０２４８号公報
【特許文献４】
米国特許第５９６３３２９号
【非特許文献１】
Ｈａｎｓ  Ｃ．  Ｐｆｅｉｆｆｅｒ，  Ｊｐｎ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．  ３４  （１９９５）  ｐ．  ６６５８−６６６２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ステンシルマスクを露光に繰り返して使用すると、パターンの線幅や形状の変化が起こり、転写パターンの解像度が徐々に悪化する。これは、電子線等の露光によってウェハ上のレジスト等の有機化合物がガス化し、露光装置の真空室内に存在する水分やガスと反応して、マスクに堆積するためと考えられている。また、露光用ビームが照射されることにより露光装置の真空室内の部材から発生するパーティクル等も、マスクに堆積する場合がある。
【０００６】
フォトリソグラフィに用いられるフォトマスクの場合、マスクにペリクルを貼付することによって、マスクへの異物の付着が防止されている。しかしながら、ＬＥＥＰＬでは低加速電子を用いるため、マスクの開口部にマスクの汚染を防止するための膜を形成すると、電子線が開口部を透過しなくなる。あるいは、膜の材質によっては電子線照射により膜が損傷する。したがって、例えばＬＥＥＰＬに用いられるステンシルマスクには、フォトマスクにおけるペリクルのような膜を形成することができない。
【０００７】
露光によりステンシルマスクの開口部の側壁に汚染物が堆積すると、パターンの線幅が細くなったり、パターンエッジラフネスが悪化したりする。また、マスクの開口部以外の部分に堆積する汚染物は、マスクパターンの線幅に直接影響を与えないが、露光時にマスクが帯電する現象（チャージアップ）の原因となる。マスクのチャージアップにより、マスクに入射する電子線が偏向するため、結果的に転写パターンの線幅が変動する。
【０００８】
以上のように、マスクに露光用ビームが照射される時間が累積すると、転写パターンの線幅が変動する。従来、マスク上の汚染物の付着量を測定する方法として、マスクに電子ビームを照射して、マスク上の汚染物に蓄積される電荷量を検知する方法が知られている（特許文献２参照）。この方法では、マスクに印加する電圧を変化させ、ウェハ上の荷電粒子ビームが照射される位置の変化を測定する。
【０００９】
また、マスクに評価パターンとして順次異なる長さ・幅の矩形パターンを形成し、描画されたパターンの形状を観察することにより、描画精度を評価する方法も知られている（特許文献３参照）。上記の方法以外に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）または原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いる観察により、マスクパターンの線幅を測定する方法も考えられる。
【００１０】
しかしながら、特許文献２および３記載の方法によれば、汚染物の付着量を測定するために照射する電子線によって、測定中にマスクに汚染物がさらに堆積し、測定精度が悪化する。ＳＥＭ観察を行う場合も、電子線が照射されるため、汚染物が堆積する可能性がある。また、ＳＥＭ観察によれば、線幅変動を直接測定できる反面、露光装置からＳＥＭにマスクを移動させる必要があり、マスクに異物が付着する機会が増加する。ＡＦＭによる観察はスループットが非常に低く、実用に適さない。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、したがって本発明は、マスクへの付着物によりマスクパターンの線幅が変化した場合にも、迅速かつ正確に線幅変化量を把握し、所望の線幅でパターンを転写できる露光方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、マスクに汚染物が付着した場合にも、一定の線幅でパターンを形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光を行う工程と、前記マスクに前記露光用ビームと異なる光を入射させ、回折光を測定する工程と、測定された前記回折光を用いて、少なくとも前記透過部の線幅を求める工程と、前記回折光を用いて求められた前記線幅と、前記所定の線幅との差を求める工程と、前記差が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の露光方法は好適には、前記差が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する。あるいは、本発明の露光方法は好適には、前記差が前記所定の範囲内にないとき、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する。
【００１４】
これにより、マスクへの汚染物の付着量に応じて、露光条件を変化させ、所望の線幅で透過部のパターンを転写することが可能となる。本発明の露光方法によれば、マスクパターンの測定によるマスクの汚染が防止される。また、回折光を用いて線幅を測定する場合、高いスループットが得られる。
【００１５】
上記の目的を達成するため、本発明の露光方法は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光が行われた時間と、前記線幅の変化量との関係を求める工程と、前記マスクを用いて露光を行う工程と、前記関係を用いて前記線幅の変化量を推定する工程と、推定された前記変化量が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の露光方法は好適には、推定された前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する。あるいは、本発明の露光方法は好適には、前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程を有する。
【００１７】
これにより、露光装置内でマスクパターンの線幅を測定する装置を用いずに、マスクパターンの線幅変化を把握することが可能となる。マスクパターンの線幅変化に応じて露光条件を変化させることにより、所望の線幅で透過部のパターンを転写することが可能となる。
【００１８】
上記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、レジストパターンを形成するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記リソグラフィ工程は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いてレジストに露光を行う工程と、前記マスクに前記露光用ビームと異なる光を入射させ、回折光を測定する工程と、測定された前記回折光を用いて、少なくとも前記透過部の線幅を求める工程と、前記回折光を用いて求められた前記線幅と、前記所定の線幅との差を求める工程と、前記差が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有し、前記差が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程と、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程の少なくとも一方を行うことを特徴とする。
【００１９】
あるいは、本発明の半導体装置の製造方法は、レジストパターンを形成するリソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記リソグラフィ工程は、露光用ビームの透過部が所定の線幅で形成されたマスクを用いて露光が行われた時間と、前記線幅の変化量との関係を求める工程と、前記マスクを用いてレジストに露光を行う工程と、前記関係を用いて前記線幅の変化量を推定する工程と、推定された前記変化量が所定の範囲内であるとき、前記マスクを用いて再度露光を行う工程とを有し、推定された前記変化量が前記所定の範囲内にないとき、露光量を補正して、前記マスクを用いて再度露光を行う工程と、前記マスクを洗浄してから、前記マスクを用いて再度露光を行う工程の少なくとも一方を行うことを特徴とする。
【００２０】
上記の本発明の半導体装置の製造方法によれば、露光によりマスクに汚染物が堆積し、マスクパターンの線幅が変化した場合にも、線幅変化量を正確に把握して、露光条件を適切に補正することにより、一定の線幅のレジストパターンを形成することが可能となる。したがって、半導体装置に微細パターンを高精度で形成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の露光方法および半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
本実施形態の露光方法では、電子線転写型リソグラフィの一つであるＬＥＥＰＬを用いる。
【００２２】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の露光方法で用いられる露光装置の装置構成を示す。図１（ａ）〜（ｃ）の装置はいずれも、ＬＥＥＰＬ露光機に回折光式線幅測定器が組み込まれた構成となっている。ＬＥＥＰＬ露光機の転写室１は真空系２の内部に配置される。回折光式線幅測定器３は真空中と大気中のいずれでも使用可能であり、図１（ａ）および（ｃ）に示すように、真空系２の内部に配置されても、図１（ｂ）に示すように、真空系２の外部に配置されても、いずれでもよい。
【００２３】
ロードロック室４は、真空系２との間にバルブを有し、必要に応じて真空排気される。ロードロック室４では、真空系２の内部を大気開放せずに、真空系２の内部へのマスクの搬入と、真空系２からのマスクの搬出を行うことができる。マスクポート５には、露光に用いられるマスクが収納されている。
【００２４】
図２は、回折光式線幅測定器３の構成例を示す図である。図２に示すように、光源１１から出射された白色光Ｌは光学系１２を介して、ステンシルマスク１３に垂直に入射する。ステンシルマスク１３には、電子線が透過する開口部１４が形成されている。
【００２５】
パターンの線幅測定は、例えばラインアンドスペースパターンのように、規則的なパターン（繰り返しパターン）で開口部１４が形成されている領域で行う。繰り返しパターンの他の例としては、導電層間のコンタクト等に用いられる矩形パターンがマトリクス状に配置されたものが挙げられるが、これ以外の繰り返しパターンであってもよい。
【００２６】
また、図２では、ステンシルマスク１３の開口部１４でパターンの線幅測定を行うが、パターンの線幅測定は必ずしもマスクを貫通する開口部１４で行う必要はなく、ステンシルマスク１３の表面に開口部１４と同様の凹凸が形成されていれば、線幅測定用パターン（検査用パターン）として用いることができる。このように、露光用ビームが透過しない部分で線幅測定を行うことの利点としては、検査用パターン直下のレジストが、線幅測定用の白色光Ｌによって露光されないことが挙げられる。
【００２７】
光学系１２はハーフミラー１５と、光学顕微鏡の対物レンズ１６を含む。対物レンズ１６からステンシルマスク１３に垂直に入射した光Ｌは、様々な次数で回折する。図２には、反射光の０次〜±２次回折光と、透過光の０次〜２次回折光を示した。反射光の０次回折光を対物レンズ１６、ハーフミラー１５、偏光子１７および分光器１８を介して、検出器１９で検出する。
【００２８】
図２には、偏光子１７をハーフミラー１５と検出器１９の間に配置した例を示したが、この位置に偏光子１７を配置するかわりに、光源１１とハーフミラー１５の間に偏光子を配置してもよい。検出器１９で検出された光強度に適宜補正を行うことにより、回折光のスペクトル（光波長に対して回折光強度をプロットしたもの）が得られる。
【００２９】
検出された光強度の補正では、例えば白色光Ｌの光強度の波長依存性や、検出器１９の感度の波長依存性を解消するための補正を行う。回折光のスペクトルは、入射光のスペクトル、規則的なパターンで形成された開口部１４の線幅および間隔、開口部１４が形成されている部分のステンシルマスク１３の厚さ、入射光の偏光方向および回折光の次数に依存して変化する。
【００３０】
上記のように、０次回折光を選択的に検出し、入射光のスペクトルについては補正を行うため、回折光のスペクトルからパターンの線幅を求めることができる。なお、ステンシルマスク１３の厚さについては設計された値とみなしても、別の装置で測定を行っても、いずれでもよい。
【００３１】
回折光を利用して微細な繰り返し構造の寸法や形状を測定する方法は、特許文献４に開示されている。本実施形態における回折光式線幅測定器の構成は、例えば特許文献４記載の方法を参照して適宜変更できる。図２に示す構成の回折光式線幅測定器によれば、例えば図３に示すように、開口部が線幅１５０ｎｍ、間隔３００ｎｍ（ピッチ１：２）で形成されたラインアンドスペースパターンや、それ以外の繰り返しパターンの線幅を高精度に測定できる。
【００３２】
開口部の線幅測定は、入射光の入射角を垂直とみなせる場合、マスクのどちらの面で行ってもよい。但し、マスクを露光時の姿勢（露光用ビームが入射する面を上にした状態）にして線幅測定を行えば、露光時と線幅測定時でマスクの上下を反転させる必要がない。
【００３３】
次に、本実施形態の露光方法について、図４を参照して説明する。
ステップ１（ＳＴ１）
露光に使用していない新品のマスクを準備する。このマスクには、例えば図３に示したような繰り返しパターンを、検査用パターンとして形成しておく。
ステップ２（ＳＴ２）
マスク上の検査用パターンの線幅を、回折光式線幅測定器を用いて測長する。このとき得られた値をＭＬ０［ｎｍ］とする。
【００３４】
ステップ３（ＳＴ３）
基準となる露光量（基準露光量とする。）を求めるため、露光実験を行う。この露光実験では、ウェハ上のレジストに、露光量を変化させてマスクパターン線幅ＭＬ０［ｎｍ］の検査用パターンを露光する。ここで、基準露光量はステップ２で測定したマスクパターンの線幅ＭＬ０［ｎｍ］が同じ線幅（レジストパターン線幅ＭＬ０［ｎｍ］）で解像するような露光量Ｅ０［μＣ／ｃｍ２］とする。各露光量での露光実験では、露光に使用していない新品のマスクを用いる。
【００３５】
ステップ４（ＳＴ４）
ステップ３の露光によりレジストに転写されるパターンの線幅（転写線幅ＲＬ）を測長する。なお、転写線幅の測定には例えばＳＥＭを用いるが、回折光式線幅測定器を用いることもできる。
【００３６】
ステップ５（ＳＴ５）
ステップ３の露光とステップ４の転写線幅測長から、基準露光量を求めることができる。また、例えば図５に示すような露光量と転写線幅の関係も求めることができる。ステップ３の露光実験において、露光量は基準露光量Ｅ０［μＣ／ｃｍ２］の２倍程度まで増加させる。図５に示すように、露光量が基準露光量Ｅ０の２倍程度までの範囲では、転写線幅ＲＬが露光量にほぼ比例する。
【００３７】
図５で、基準露光量Ｅ０での転写線幅をＬ０、基準露光量の２倍（２Ｅ０）での転写線幅をＬ１とすると、グラフの傾きは（Ｌ１−Ｌ０）／Ｅ０である。したがって、グラフの傾きから、ある露光量での転写線幅を計算で求めることができる。以上のステップ１〜５により、露光条件が設定され、次のステップ６以降で実際のデバイス作製用の露光が行われる。
【００３８】
ステップ６（ＳＴ６）
露光を行う前に、マスク上の検査用パターンの線幅を、回折光式線幅測定器を用いて測長する。このとき得られた値をＭＬ１［ｎｍ］とする。マスクは通常、露光に繰り返して使用されるため、ステップ２〜５で各種の値を測定・算出した後だけでなく、マスクに何回か露光を行った後、次の露光を行う前にもステップ６の測長を行う。
【００３９】
ステップ７（ＳＴ７）
ステップ６のマスクパターン線幅ＭＬ１［ｎｍ］とステップ２のマスクパターン線幅ＭＬ０［ｎｍ］の差ΔＭＬ（＝ＭＬ０−ＭＬ１）を求め、定数Ｃｍａｘと比較する。線幅変動量ΔＭＬは汚染物の堆積量とみなせる。Ｃｍａｘは線幅変動の許容量の最大値であり、デバイスに要求される性能等に応じて予め設定しておく。
【００４０】
ステップ８（ＳＴ８）
ステップ７で線幅変動量ΔＭＬがＣｍａｘ以下であれば、露光量を補正する。マスクパターン線幅がＭＬ０［ｎｍ］のとき、露光量と転写線幅の関係は図５に示すようになるが、線幅変動量ΔＭＬは小さいため、マスクパターン線幅がＭＬ１［ｎｍ］のときも、同様の関係が成り立つとみなせる。すなわち、ステップ５の結果を参照し、図５のグラフの傾きを用いて、転写線幅ＲＬがＭＬ０となるような露光量Ｅ１を求め、この露光量Ｅ１を補正された露光量とする。
【００４１】
ステップ９（ＳＴ９）
マスク上のパターンをｎ枚のウェハに露光する。露光されるウェハの枚数ｎは、線幅変動量ΔＭＬが無視できる大きさとなる範囲内で、予め設定する。
【００４２】
ステップ１０（ＳＴ１０）
露光を継続するかどうか選択する。露光を継続する場合、マスクを回折光式線幅測定器に搬送し、ステップ６のマスクパターン線幅測長以降のステップを行う。露光を継続しない場合は、一連のステップを終了する。
【００４３】
ステップ１１（ＳＴ１１）
ステップ７で線幅変動量ΔＭＬがＣｍａｘを超えていれば、マスクを洗浄する。その後、ステップ６のマスクパターン線幅測長以降のステップを行う。
【００４４】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記の露光方法によるリソグラフィ工程を含む。上記の本実施形態の露光方法によれば、マスクパターンの線幅測定を露光装置において露光とリアルタイムで行うことができる。したがって、マスクへの汚染物の堆積が、レジストパターンの線幅に致命的な影響を与える前に、露光量の補正やマスクの洗浄を行うことができる。
【００４５】
また、例えば転写室の真空度や露光条件の変更等、何らかの要因で単位時間当たりの汚染物堆積量が変化した場合にも、汚染物の堆積量を正確に把握できる。本実施形態の露光方法によれば、マスクパターンの線幅変化を露光条件によって補正し、所望の線幅のパターンを転写できる。
【００４６】
さらに、マスクパターンの線幅測定に電子線でなく、可視光を用いるため、パーティクルの発生が抑えられ、マスクに付着する汚染物が低減する。また、マスクへの汚染物の堆積量を測定する目的で露光装置外の別の装置にマスクを搬送しないため、マスクの搬送経路が短縮され、汚染物の付着が低減される。
【００４７】
（実施形態２）
本実施形態もＬＥＥＰＬによる露光と、半導体装置の製造方法の例である。以下、本実施形態の露光方法について、図６を参照して説明する。
ステップ１（ＳＴ１）
露光に使用していない新品のマスクを準備する。
【００４８】
ステップ２（ＳＴ２）
基準となる露光量（基準露光量とする。）を求めるため、露光実験を行う。ウェハ上には予めレジストを塗布しておく。例えば８インチのシリコンウェハ上にネガ型レジストを塗布する。ここで、基準露光量はマスクパターンＰの線幅（Ａ［ｎｍ］とする。）が同じ線幅（レジストパターン線幅Ａ［ｎｍ］）で解像するような露光量（Ｂ［μＣ／ｃｍ２］とする。）である。例えば、線幅１００ｎｍのマスクパターンＰが線幅１００ｎｍのレジストパターンで解像する露光量を基準露光量とする。また、このときの累積露光時間を０［時間］とする。ここで、累積露光時間はマスクを露光に使用した時間の合計とする。
【００４９】
ステップ３（ＳＴ３）
ステップ２の露光によりレジストに転写されるパターンの線幅（転写線幅ＲＬ）を測長する。なお、転写線幅の測定には例えばＳＥＭを用いるが、回折光式線幅測定器を用いることもできる。
ステップ４（ＳＴ４）
ステップ２の露光とステップ３の転写線幅測長から、基準露光量を求める。
【００５０】
ステップ５（ＳＴ５）
次に、マスクパターンＰを基準露光量Ｂ［μＣ／ｃｍ２］で、繰り返して露光する。
ステップ６（ＳＴ６）
累積露光時間がＴ［時間］のとき、ステップ５の露光によりレジストに転写されるパターンの線幅（Ａ’［ｎｍ］とする。）を測定する。この転写線幅の測定は、ステップ３と同様に行う。
【００５１】
ステップ７（ＳＴ７）
ステップ５の繰り返し露光とステップ６の転写線幅測長から、例えば図７に示すような累積露光時間Ｔ［時間］と転写線幅Ａ’［ｎｍ］の関係を求めることができる。図７に示すように、累積露光時間の増加に伴い、転写線幅は直線的に小さくなる。図７のグラフの傾きは、（Ａ−Ａ’）／Ｔである。
【００５２】
ステップ８（ＳＴ８）
線幅Ａ［ｎｍ］のマスクパターンＰを基準露光量Ｂ［μＣ／ｃｍ２］より大きい露光量Ｂ’［μＣ／ｃｍ２］で露光したときに解像されるレジストパターンの線幅（Ａ”［ｎｍ］とする。）を求めるため、露光実験を行う。各露光量での露光には、露光に使用していない新品のマスク、すなわち累積露光時間０［時間］のマスクを用いる。ステップ８の露光実験において、露光量Ｂ’［μＣ／ｃｍ２］は基準露光量Ｂ［μＣ／ｃｍ２］の２倍程度まで増加させる。
【００５３】
ステップ９（ＳＴ９）
ステップ８の露光で解像されるレジストパターンの線幅Ａ”［ｎｍ］を、ステップ３と同様に測定する。各露光量でのレジストパターン線幅Ａ”［ｎｍ］の測定には、いずれも累積露光時間０［時間］のマスクを用いる。
【００５４】
ステップ１０（ＳＴ１０）
ステップ８の露光とステップ９の転写線幅測長から、例えば図８に示すような露光量と転写線幅の関係を求めることができる。図８に示すように、露光量が基準露光量の２倍程度までの範囲では、転写線幅が露光量にほぼ比例する。図８のグラフの傾きは、（Ａ”−Ａ）／（Ｂ’−Ｂ）である。以上のステップで、露光量を補正するための条件が得られる。
【００５５】
ステップ１１（ＳＴ１１）
ステップ１で準備され、汚染物が堆積していないマスクに基準露光量Ｂ［μＣ／ｃｍ２］で、デバイス作製用の露光を行う。
【００５６】
ステップ１２（ＳＴ１２）
ステップ７で求めた累積露光時間と転写線幅の関係と、ステップ１０で求めた露光量と転写線幅の関係を対応させ、転写線幅の減少を補うように、露光量を補正する。すなわち、図７から、ある累積露光時間での転写線幅の減少量を求めてから、この転写線幅の変化量を図８に当てはめて、マスクパターン線幅と同じ転写線幅が得られる露光量を求め、これを補正された露光量とする。
【００５７】
ステップ１３（ＳＴ１３）
累積露光時間を、予め設定されたしきい値Ｄ［時間］と比較する。累積露光時間がしきい値Ｄ［時間］以下であれば、ステップ１２で補正された露光量で、ステップ１１の露光を行う。ここで、しきい値Ｄ［時間］は、露光量を増加させることによっても、転写線幅の減少を許容範囲内とできなくなる累積露光時間である。
【００５８】
ステップ１４（ＳＴ１４）
ステップ１３で累積露光時間がしきい値Ｄ［時間］を超えた場合、ステップ１４で露光を継続するかどうか選択する。
ステップ１５（ＳＴ１５）
露光を継続する場合、マスクを洗浄し、ステップ１１以降のステップを行う。ステップ１４で露光を継続しない場合は、一連のステップを終了する。
【００５９】
本実施形態の半導体装置の製造方法は、上記の露光方法によるリソグラフィ工程を含む。上記の本実施形態の露光方法によれば、転写室の真空度や露光条件等が一定の場合に、マスクパターン線幅を実際に測定しなくても、マスクへの汚染物の堆積量を把握できる。したがって、露光量を補正して転写線幅の変化を防止することができる。また、マスク洗浄のタイミングを的確に把握することができる。
【００６０】
本発明の露光方法および半導体装置の製造方法の実施形態は、上記の説明に限定されない。本発明はＬＥＥＰＬ以外のリソグラフィ、例えば他の電子線転写型リソグラフィやイオンビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィの他、ステンシルマスク以外のマスクを用いるリソグラフィにも適用できる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、マスクへの付着物によりマスクパターンの線幅が変化した場合にも、線幅変化量を迅速かつ正確に把握し、所望の線幅でパターンを転写することができる。本発明の半導体装置の製造方法によれば、マスクに汚染物が付着した場合にも、一定の線幅でパターンを形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の露光方法に用いられる装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１の露光方法に係り、マスクパターンの線幅測定に用いられる光学系を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施形態１の露光方法に係り、回折光の測定に用いられるパターンの例を示す。
【図４】図４は本発明の実施形態１の露光方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は本発明の実施形態１の露光方法に係り、露光量と転写線幅の関係を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の実施形態２の露光方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は本発明の実施形態２に係り、累積露光時間と転写線幅の関係を示すグラフである。
【図８】図８は本発明の実施形態２に係り、露光量と転写線幅の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…転写室、２…真空系、３…回折光式線幅測定器、１１…光源、１２…光学系、１３…ステンシルマスク、１４…開口部、１５…ハーフミラー、１６…対物レンズ、１７…偏光子、１８…分光器、１９…検出器。
【図１】
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【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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【図８】
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