(57)【要約】【課題】  半導体パターンの微細化にともなって露光装置のフレアによりパターン寸法変化や限界解像度の低下をもたすという問題が顕在化し、製造現場においてフレア率を簡単に測定できる方法が望まれる。【解決手段】  フレア測定用マスクは外枠となるボックスパターンと、ボックスパターンの内部に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備えている。計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、補助パターンに向って順次小さなサイズとなるように配置される。このフレア測定用マスクを用いてパターニングし、計測用パターンの両端とボックスパターンとのそれぞれの距離Ｌ１，Ｌ２から位置ズレ量を算出し、露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレア測定用マスクにおいて、外枠となる４辺を構成するボックスパターンと、前記ボックスパターンに囲まれた領域内に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、前記計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備え、前記計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、前記ボックスパターンの対向する２辺に並行して、前記補助パターンに向って順次小さなパターンピッチとなるように配置されたことを特徴とするフレア測定用マスク。
【請求項２】
前記計測用パターン及び補助パターンはストライプタイプのラインアンドスペースであることを特徴とする請求項１に記載のフレア測定用マスク。
【請求項３】
前記計測用パターンは同一のパターンピッチを有したパターンを隣接して複数備えていることを特徴とする請求項１に記載のフレア測定用マスク。
【請求項４】
前記計測用パターン及び補助パターンはドットパターンであり、同一サイズの複数のドットパターンを列として前記ボックスパターンの対向する２辺に並行に配置し、前記補助パターンに向って順次小さなサイズを有する列を配置することを特徴とする請求項１に記載のフレア測定用マスク。
【請求項５】
前記計測用パターンをそれぞれ９０°回転させた４個を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフレア測定用マスク。
【請求項６】
前記ボックスパターン、計測用パターン及び補助パターンの外周にさらに遮光帯を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフレア測定用マスク。
【請求項７】
フレア測定方法において、外枠となる４辺を構成するボックスパターンと、前記ボックスパターンに囲まれた領域内に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、前記計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備え、前記計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、前記ボックスパターンの対向する２辺に並行して、前記補助パターンに向って順次小さなパターンピッチとなるように配置されたフレア測定用マスクを用いて露光量を変えてパターニングし、パターニングされた前記計測用パターンの両端と対面並行する前記ボックスパターンまでのそれぞれの距離を測定し、位置ズレ量を算出し、前記位置ズレ量から前もって作成した露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出することを特徴とするフレア測定方法。
【請求項８】
前記距離の測定は重ね合わせ測定器により測定することを特徴とする請求項７に記載のフレア測定方法。
【請求項９】
前記フレア測定用マスクのボックスパターンの外周にさらに遮光帯を設けた第２のフレア測定用マスクを用いることでロングレンジフレアを除外したローカルレンジフレアを測定することを特徴とする請求項７に記載のフレア測定方法。
【請求項１０】
フレア測定方法において、パターンピッチが異なる計測用パターンを使って露光量を変えてパターニングし、パターニングされなかった計測用パターンを計測し位置ズレ量を算出し、前記位置ズレ量から前もって作成した露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出することを特徴とするフレア測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程において用いる露光装置の投影レンズに起因するフレアを測定するためのフレア測定用マスク及びフレア測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造フローでは、露光装置を用いて回路パターンが形成されたマスクパターンを転写するパターニング工程が繰り返し行われる。近年の半導体回路パターンの微細化により、露光装置でパターニングを行なう際のパターンのコントラストは急激に低下していっている。同一ＮＡ（開口数）、露光波長では、パターンピッチが小さくなるにつれコントラストは減少する。そのため以前はあまり問題にならなかった露光装置の投影レンズ内部の微細な凹凸や表面の凹凸、散乱光がフレアとなり、パターンのコントラストを低下させる為、寸法変化や限界解像度の低下をもたすという問題が顕在化してきている。
【０００３】
従来露光装置の光学系より生じるフレアの測定としてはいくつかの方法が用いられている。例えば、直接半導体基板上に到達する露光光の光量を測定する方法がある。またボックスパターン、或いはラインアンドスペースのようなパターンを半導体基板上にレジストを塗布し、パターニングする。この半導体基板上に形成されたボックスマークやラインアンドスペースのパターンが消失する露光量を求める方法や、或いは前記半導体基板上に形成されたラインアンドスペースの寸法変化を計測することにより、フレアを計測する方法がある。
【０００４】
これらのフレアの測定に関して下記特許文献がある。特許文献１（特開２００５−１３６２５９）では遮蔽部となる外枠の内部に井桁の評価パターンを備え、これらの外枠と評価パターンとの間隔を変更した評価マスクを用意する。露光量を異ならせパターニングされた評価パターン寸法を測定することでフレアを測定している。特許文献２（特開２００４−１７０９４７）では複数の遮光パターンをメインパターンのスペースと、アシストパターンのスペースとで配置し、フォーカス量を測定している。特許文献３（特開２００４−２９６６４８）では、ラインパターンを有する中央パターンと、その中央パターンを囲ったラインパターンからなる周辺パターンを備え、これらの中央パターンと周辺パターンとの間隔を変更した評価マスクを用意する。露光量を異ならせ各線幅を測定することでフレア率を算出している。
【０００５】
上記先行文献においてもフレアを測定することができる。しかし露光光の光量を測定する光量測定器や微細パターンの寸法を測定する走査型電子顕微鏡等が必要になる。このため製造工程のモニターとして量産現場において適用するにはさらに簡単な方法が求められている問題がある。本発明は、これらのフレアを簡単かつ精度よく測定するためのフレア測定用マスクパターン及びそれを用いたフレア測定方法を提供するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３６２５９号公報
【特許文献２】特開２００４−１７０９４７号公報
【特許文献３】特開２００４−２９６６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、最近の半導体パターンの微細化にともない露光装置における露光系のフレアによりパターン寸法変化や限界解像度の低下をもたすという問題が顕在化している。このために半導体製造工程のモニターとして量産現場において適用できる簡単な方法が求められているという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は，上記した問題に鑑み、製造工程のモニターとして量産現場にも適用でき、簡単かつ精度よくフレアを測定できるフレア測定用マスク及びそれを用いたフレア測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記した課題を解決するため、基本的に下記に記載される技術を採用するものである。またその技術趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できる応用技術も、本願に含まれることは言うまでもない。
【００１０】
本発明のフレア測定用マスクは、外枠となる４辺を構成するボックスパターンと、前記ボックスパターンに囲まれた領域内に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、前記計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備え、前記計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、前記ボックスパターンの対向する２辺に並行して、前記補助パターンに向って順次小さなパターンピッチとなるように配置されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明のフレア測定用マスクにおいては、前記計測用パターン及び補助パターンはストライプタイプのラインアンドスペースであることを特徴とする。
【００１２】
本発明のフレア測定用マスクにおいては、前記計測用パターンは同一のパターンピッチを有したパターンを隣接して複数備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明のフレア測定用マスクにおいては、前記計測用パターン及び補助パターンはドットパターンであり、同一サイズの複数のドットパターンを列として前記ボックスパターンの対向する２辺に並行に配置し、前記補助パターンに向って順次小さなサイズを有する列を配置することを特徴とする。
【００１４】
本発明のフレア測定用マスクにおいては、前記計測用パターンをそれぞれ９０°回転させた４個を備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明のフレア測定用マスクにおいては、前記ボックスパターン、計測用パターン及び補助パターンの外周にさらに遮光帯を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明のフレア測定方法は、外枠となる４辺を構成するボックスパターンと、前記ボックスパターンに囲まれた領域内に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、前記計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備え、前記計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、前記ボックスパターンの対向する２辺に並行して、前記補助パターンに向って順次小さなパターンピッチとなるように配置されたフレア測定用マスクを用いて露光量を変えてパターニングし、パターニングされた前記計測用パターンの両端と対面並行する前記ボックスパターンまでのそれぞれの距離を測定し、位置ズレ量を算出し、前記位置ズレ量から前もって作成した露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出することを特徴とする。
【００１７】
本発明のフレア測定方法においては、前記距離の測定は重ね合わせ測定器により測定することを特徴とする。
【００１８】
本発明のフレア測定方法においては、前記フレア測定用マスクのボックスパターンの外周にさらに遮光帯を設けた第２のフレア測定用マスクを用いることでロングレンジフレアを除外したローカルレンジフレアを測定することを特徴とする。
【００１９】
本発明のフレア測定方法は、パターンピッチが異なる計測用パターンを使って露光量を変えてパターニングし、パターニングされなかった計測用パターンを計測し位置ズレ量を算出し、前記位置ズレ量から前もって作成した露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は光学系にて生じるフレアを位置ズレとして簡易的に計測するものである。フレア計測用マスクパターンは、外枠となるボックスパターンと、ボックスパターンの内部に位置ズレ量を計測するための計測用パターンと、計測用パターンに隣接した解像限界寸法以下の補助パターンとを備えている。計測用パターンは異なるパターンピッチを有し、補助パターンに向って順次小さなサイズとなるように配置される。このフレア測定用マスクを用いてパターニングし、計測用パターンの両端とボックスパターンとのそれぞれの距離Ｌ１，Ｌ２を重ね合わせ測定器で計測する。位置ズレ量を算出し、露光量とフレア率との相関関数を使ってフレア率を算出する。
【００２１】
本発明のフレア計測用マスクパターンを使用することで、微細なピッチの計測用パターンがパターニングされないで消滅する。そのために重ね合わせ測定器で計測可能となり、製造現場においても適用できる簡単な方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【実施例１】
【００２３】
本発明の実施例１について図１〜３を参照して説明する。図１にフレア評価用マスクパターン、図２に露光量と位置ズレ量の相関を示す図、図３に位置ズレ量とフレア率との相関図を示す。本実施例においては本発明の基本的なフレア評価用マスクパターンと、その測定手順を説明する。なお本発明の図面においては、マスクパターンとして露光光を遮蔽する遮蔽材のある領域をパターンとして示すことにする。またここではポジ型フォトレジストを使用した場合として説明する。
【００２４】
図１のフレア評価用マスクパターンは露光装置の光学系のフレアにより生じた光量変化を位置ズレ量として計測するための重ね合わせ計測用パターン（フレア計測用パターン）である。ボックスパターンａ、計測用パターンｂ及び補助パターンｃから構成される。ボックスパターンａは、基準となる位置ズレを発生しないストライプライン４本（４辺）により構成される。計測用パターンｂは、フレアによる光量変化により位置ズレを計測するためのストライプパターンである。補助パターンｃは、露光波長の２分の１以下、且つ解像限界以下の補助のパターンである。
【００２５】
ボックスパターンａは、計測の基準点となるパターンであり、いかなるオーバー露光においてもパターニングされるように十分なライン幅を有し、上下左右に配置される。ボックスパターンに囲まれたその内部領域に計測用パターンｂ及び補助パターンｃが配置される。本実施例においては上下方向に伸びるストライプラインを、左側から複数の計測用パターンｂを配置する。さらに計測用パターンｂの右側に補助パターンｃを配置している。複数の計測用パターンｂは、左側から順に補助パターンｃに向うにつれパターンピッチ（ラインサイズとスペースサイズとも）が徐々に小さくなるよう構成されている。最左側の計測用パターンはいかなるオーバー露光においてもパターニングされるように十分なライン幅を有している。
【００２６】
補助パターンは、最も右側の計測用パターンが孤立パターンとなりパターン変化が大きくなりやすくなることを防止するものである。ここでは補助パターンは２本配置している。左側のボックスパターンから計測用パターンの左側までの距離をＬ１、右側のボックスパターンから計測用パターンの右側までの距離をＬ２とする。本フレア評価用マスクを使って露光、パターニングする。ここで露光量を増加させた場合、補助パターンは解像限界以下であることからパターンは消滅する。さらに補助パターンｃに近い側の計測用パターンは微細であるため、露光量の増加に伴ってパターンが消滅、あるいは寸法変化が大きい。それぞれの露光量において距離Ｌ１，Ｌ２を重ね合わせ測定器にて計測を行い、位置ズレ量（Ｌ２−Ｌ１）として計測可能となる。ここでは露光量に対する位置ズレ量は微細化された計測用パターンが消滅することで生じる距離差がメーンとなる。
【００２７】
例えば適正露光量の場合には補助パターンのみが消滅し、オーバー露光ではさらに補助パターンの左側の微細なパターンが消滅し、さらにオーバー露光するとさらに左側のパターンも消滅する。このように露光量を増すことで消滅する計測用パターンが増える。そのためにフレアによって生じる寸法誤差は、計測用パターンが消滅することから消滅したパターンピッチが計測され、位置ズレ量として拡大された量となる。従って計測するためには走査型電子顕微鏡などを使用することなく、簡単な重ね合わせ測定器での計測が可能となる。
【００２８】
これらの手順を説明する。図１のフレア計測用パターンを、フレア計測を行ないたい露光装置の露光領域内の任意の位置に単数、または複数配置したフレア測定用レチクル（マスク）を作成する。また事前にボックスマーク消失法などの既存のフレア計測方法により露光量とフレア率との相関データを取得しておく。フレア計測を行ないたい露光装置を使って、図１のフレア評価用マスクパターンを用いパターニングを行う。その露光量に対する位置ズレ量の相関データ（図２）を取得する。フレアが大きい場合には（ａ）となり、フレアが小さい場合には（ｂ）の相関カーブとなる。このとき、露光装置の光学系のフレア率は装置固有の値（大きさ）を示すため、複数台数のフレア率の異なる露光装置の露光量と位置ズレ量の相関データを取得する。
【００２９】
これにより図２に示すように、フレア率の大小により位置ズレ量の異なる相関データを取得することが可能になる。本フレア計測用パターンにより得られた露光量と位置ズレ量の相関データの関数を、既存のフレア計測方法により得られた露光量とフレア率の関数を使って、図３に示す位置ズレ量と露光装置の光学系のフレア率との相関データを算出する。このとき本フレア計測用パターンにより得られた露光量と位置ズレ量の相関データとしては平均値を使用すればよい。その後の計測ではフレア計測用パターンの位置ズレ量を重ね合わせ測定器にて計測を行う。この位置ズレ量を、図３の相関データ関数に照らし合わせることにより、フレア率が算出できる。
【００３０】
また、本実施例においては１回のパターニング工程においてボックスパターンａ、計測用パターンｂ及び補助パターンｃを同時に露光パターニングし、ボックスパターンと計測用パターンとの距離Ｌ１，Ｌ２を計測した。しかし、ボックスパターンａを１回目のパターニングとし、計測用パターンｂ及び補助パターンｃを２回目の露光パターニングした後、同様にボックスパターンと計測用パターンとの距離Ｌ１，Ｌ２を計測することも出来る。
【００３１】
本実施例においては、パターンピッチ（ラインアンドスペースの両方とも）が徐々に小さくなるような計測用パターンを用いる。露光量によって計測用パターンのうちの微細パターンがパターニングされなくなる。このときの位置ズレを重ね合わせ測定器で測定し、露光量とフレア率の関数により換算することでフレア率が算出できる。そのため既存のボックスマーク消失法と同等の計測精度が得られる。またラインアンドスペースの寸法変化を走査型電子顕微鏡などで計測を行いその寸法変化によりフレア率を算出する方法よりも簡易的に、且つ少ない工数でフレア率の計測が可能となる。このように簡単に位置ズレ量を重ね合わせ測定器にて計測し、フレア率の算出することで、製造ラインにおいても適用可能となる。
【実施例２】
【００３２】
本発明の実施例２について図４〜７を参照して説明する。図４〜７にはそれぞれ第２〜５のフレア評価用マスクパターンを示す。本実施例においては実施例１のフレア評価用マスクパターンを基本とし、その応用例としてのフレア評価用マスクパターンを説明する。なお実施例の図面においては、マスクパターンとして露光光を遮蔽するする遮蔽材のある領域をパターンとして示すことにする。
【００３３】
図４に第２のフレア評価用マスクパターンを示す。図１の第１のフレア評価用マスクパターンと異なる点は、計測用パターンｂのストライプパターンのラインアンドスペースとして同一のラインアンドスペースを繰り返し複数本としている。ここでは同一のラインアンドスペースの本数を４本とし、１つのグループとしている。各グループのラインアンドスペースは補助パターンの方向に向って順次小さくなっているのは図１と同様である。この場合計測用パターンｂ＞補助パターンｃ（補助パターンｃは２分の１波長以下、且つ解像限界以下）という条件を満たすことにより、フォーカス変動による影響も検出可能となる。さらに複数本とすることで視認性が向上し、光学顕微鏡により第何番目の微細パターンまでパターンが消滅したかを計数し、位置ズレ量とすることができる。より簡単な方法となる。
【００３４】
図５に第３のフレア評価用マスクパターンを示す。図１の第１のフレア評価用マスクパターンを９０度ずつ回転させた４個を配置したマスクパターンである。図５に示すような配置とすることにより、レチクル４辺方向からのフレア率が算出することができる。レチクル４辺方向からのフレア率を平均化することで、より高精度にフレア率を計測することが可能である。またさらにボックスパターンａを１回目のパターニングとし、計測用パターンｂ及び補助パターンｃを２回目の露光パターニングした後、計測する場合には各４辺のＬ１から目合わせ誤差を検出することも出来る。
【００３５】
更に、露光領域の任意の位置のローカルレンジフレア率のみを高精度に計測する為、図１、４、５に示したフレア評価用マスクパターンの外周に遮光帯ｄを設け、図６のような第４のフレア評価用マスクパターンとすることもできる。遮光帯ｄを設けることでロングレンジフレアを除外することが可能となり、フレア計測用マスクパターンと遮光帯の距離によって、ローカルレンジフレア（ショートレンジフレア、ミッドレンジフレア）のみのフレア率の計測が可能となる。
【００３６】
前記フレア評価用マスクパターンのパターンはラインアンドスペースの例であったが、ホールまたはドットパターンとすることもできる。ドットパターンの場合を図７に示す。ドットパターンの場合もボックスパターンｅ、計測用パターンｆ、及び補助パターンｇにより構成される。ボックスパターンｅは基準となる位置ズレを発生しないライン４本（４辺）により構成される。計測用パターンｆは、フレアによる光量変化により位置ズレが発生するドットパターンを配置する。補助パターンｇは、前記フレア評価用マスクパターン同様、露光波長の２分の１以下、解像限界以下ドットパターンを列状に配置する。
【００３７】
計測用パターンは同一ピッチサイズのパターンを列状に配置し、補助パターンに向って順次その列のピッチサイズ（ドットサイズ、スペースとも）は小さくなっている。さらに補助パターンの反対側の計測用パターンには所定のスペースとするためのストライプパターンを設けている。このストライプパターンはいかなるオーバー露光においてもパターニングされるように十分なライン幅を有している。ドットパターンの場合には、フレアによる光量変化が生じた場合、ラインアンドスペースの場合と同様にパターンの寸法変化、或いはパターン消失が発生し、重ね合わせ測定器で計測を行なうことにより位置ズレ量として検出される。
【００３８】
本実施例においては、いくつかのフレア評価用マスクパターンを示した。本実施例のフレア評価用マスクパターンにおいても、評価用パターンを補助パターンに向けてそのパターンピッチを順次小さくなるように配置する。これらの構成とすることで、実施例１と同様に重ね合わせ測定器で計測を行い、位置ズレ量を求め、フレア率が算出できる。
【００３９】
以上、実施例につき詳述したが、本願は前記実施例に限定されるものではなく、種々変更して実施することが可能である。これらの組み合わせは限定されることなく、任意に組み合わせて適用することが可能である。本発明の概念を超えない範囲で、種々変更して実施することが可能であり、これらが本願に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１のフレア評価用マスクパターンである。
【図２】露光量と位置ズレ量の相関を示す図である。
【図３】位置ズレ量とフレア率の相関を示す図である。
【図４】本発明の第２のフレア評価用マスクパターンである。
【図５】本発明の第３のフレア評価用マスクパターンである。
【図６】本発明の第４のフレア評価用マスクパターンである。
【図７】本発明の第５のフレア評価用マスクパターンである。
【符号の説明】
【００４１】
ａ、ｅ    ボックスパターン
ｂ、ｆ    計測用パターン
ｃ、ｇ    補助パターン
ｄ    遮光帯
【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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