(57)【要約】【課題】減衰位相マスク用の位相測定パターン。【解決手段】このパターンの位相誤差は、空中像測定によって高精度に決定することができる。このパターンは、減衰位相マスク用の位相測定装置を較正するために、またはそのマスクの位相精度を確かめるための製品マスク上の証明パターンとして、光学位相標準を作るために使用することができる。このパターンは、効果的なライン対スペース比を含み、顕微鏡またはステッパ・システムを使用して試験することができ、または０次回折測定用の検出器を使用して直接測定することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
減衰位相シフト・マスクの位相誤差を測定する方法であって、
試験構造を設けるステップと、
前記構造のゼロ次回折の振幅を測定するステップと、を備える方法。
【請求項２】
前記ゼロ次回折の強度が、光強度メータで直接測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ゼロ次回折の振幅が、焦点を通して空中像の非対称性を計算することによって測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記非対称性が、少なくとも１つの真正像ピークと少なくとも１つのゴースト像ピークの差をその平均振幅で割ったものとして測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記非対称性が、前記真正像とゴースト像の幅の差として測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記非対称性が、前記真正像の幅と前記ゴースト像の幅の比として測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記非対称性が、フォトレジストに印刷された前記真正像とゴースト像の幅の差として測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記非対称性が、フォトレジストに印刷された前記真正像の幅と前記ゴースト像の幅の比として測定される、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
等しい透過振幅と約１８０°の位相差とを有する少なくとも２つの領域を備える試験構造。
【請求項１０】
第１の領域を透過した光強度が第２の領域を透過した光強度と異なり、前記第１の領域の透過振幅が前記第２の領域の透過振幅に等しい、請求項９に記載の構造。
【請求項１１】
前記試験構造が、パターンに形成されている、請求項９に記載の構造。
【請求項１２】
前記試験構造が、ラインである、請求項９に記載の構造。
【請求項１３】
前記ライン試験構造が、空間的に周期的である、請求項１２に記載の構造。
【請求項１４】
前記構造が、スペースおよび光減衰ラインを備える、請求項９に記載の構造。
【請求項１５】
前記スペースとライン幅の比が、前記ラインの光透過振幅にほぼ等しい、請求項１４に記載の構造。
【請求項１６】
前記スペースが、透明である、請求項１４に記載の試験構造。
【請求項１７】
減衰位相シフト構造を較正するためのシステムであって、
照明装置と、
試験構造と、を備え、
前記照明装置が、前記試験構造を照明し、前記試験構造が、１つまたは複数の回折次数を生じるシステム。
【請求項１８】
ゼロ次回折を測定する検出器をさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記回折次数の１つまたは複数を投影して像を作るレンズをさらに備える、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記像が、空中像である、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記像を解析しかつ表示するためのコンピュータおよびモニタをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２２】
前記レンズが、ステッパのレンズである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２３】
前記像を捕らえる検出器アレイをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２４】
前記像を捕らえてパターンを生成する基板をさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２５】
前記基板が、少なくとも１つの真正像および少なくとも１つのゴースト像を記録するフォトレジスト層を備えるウェーハである、請求項２４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製作用マスクの開発および製造に関し、より詳細には、減衰位相シフト・マスク(attenuatingphase shift masks)の実効的な位相を測定するための試験構造、方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクの測定公差はますます厳しくなるので、測定方法および較正標準の問題は、いっそう重要になる。光学位相測定は寸法測定のためであるので、光学位相測定についても同じである。
【０００３】
光学位相標準(optical phase standard)は、図１に示すような交互位相シフト・マスク(alternating phaseshift mask)を使用して定めることができる。図１は、光学位相標準に使用される交互位相シフト・マスク１００の例を示す。マスク１００は、屈折率が十分に特徴付けられた透明媒体基板１１０、例えば溶融石英(fused silica)にステップまたは溝１２０をエッチングすることによって作られる（図２に示すように）。そのような構造の垂直入射位相シフトは、溝の深さと屈折率から計算することができる。測定精度は、主に、溝の物理的な深さを測定する能力によって制限される。そのような構造の空中像が図３に示されている。
【０００４】
交互開口マスク(alternating aperture masks)の光学位相シフトを測定する他の方法がある。例えば、レヴェンソン回折格子(Levenson grating)は、位相シフト開口部と無位相シフト開口部の位相差が正確に１８０°である場合だけに、焦点を通して対称挙動を示す。
【０００５】
そのような回折格子において位相シフトした透明な特徴と位相シフトしない透明な特徴の焦点を通して測定された非対称性を使用して、１８０°光学位相からのずれを定量的に測定することができる。この手法は、最終的にマスクを投影するウェーハ・ステッパまたはステッパによるウェーハの実際の露光で使用される開口数および照明条件を用いて空中像(アリエル像：aerialimage)測定システムで行われる測定を使用することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、減衰位相マスクの光学位相の較正はもっと困難であり、現在の交互位相シフト較正方法は、非常に小さな構造のあるマスクの位相シフトを測定するには不適切で不正確である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は新しい位相測定方法および構造を説明し、この方法および構造は、交互開口位相マスクの位相測定に使用されるリソグラフィ方法と同様な感度で、減衰位相試験構造の実効的な位相のリソグラフィ測定を可能にする。本明細書で説明する本発明は、小さなピッチの減衰位相シフト回折格子において実効１８０°の位相差の試験を行うことができる方法および試験構造である。この回折格子構造の空中像（アリエル像）は、マスク上の透明なスペースごとに２つのピークを有する（真正(real)ピークとゴースト(ghost)・ピーク）。焦点はずれの範囲を通した真正ピークとゴースト・ピークの完全対称性の観察は、１８０°の実効位相を示し、したがって較正された減衰位相シフト・マスクを示す。この完全対称性が生じるのは、マスクの０°位相領域と１８０°位相領域の間の弱め合う干渉によって試験構造からのゼロ回折次数が最も厳密に除去されたときである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図４は、本発明の減衰位相シフト試験構造３００を示す。試験構造３００には、実質的に等しい透過振幅および約１８０度の位相差を有する少なくとも２つの領域がある。ここで、透過振幅は、領域の面積とその領域の強度透過の平方根の積として定義される。
【０００９】
試験構造３００の減衰位相回折格子は、図４に示すように、ゼロ回折次数を消して作ることができる。透明スペース幅の減衰ライン幅に対する比を減衰吸収膜の振幅透過率に等しくすることが必要である。例えば、６．４％の強度透過率を有する位相シフト減衰器は、ｖ０．０６４＝２５．３％の振幅透過率を有する。任意のピッチの回折格子で、スペース幅対ライン幅の比を０．２５３：１に等しくすることができる。１ミクロンのピッチを有する回折格子は、０．２０２μｍの透明スペース幅および０．７９８μｍの減衰ライン幅で作ることができる。この回折格子の投影空中像(projected aerial image)を図６に示す。まさに図３に示す交互開口回折格子のように、ほぼ完全なシヌソイド(sinusoidal)強度であるが、ピッチは、設計されたピッチのちょうど半分の０．５μｍである。図８にピーク「Ｇ」として示される１組のゴースト像が、あたかも、図７に示すような回折格子の透明スペースの各対の間に形成されかのように見える。これらのゴースト像は、図８にピーク「Ｒ」と示された真正像と同じ強度および幅を有している。回折格子は、２倍の空間周波数で投影される。
【００１０】
試験構造３００のコンピュータ・モデル化で、試験構造３００が位相誤差に対して交互開口回折格子と同じ感度を有していることが明らかになった。減衰膜３２０が、目標の１８０°から僅かに外れた実効位相を有している場合、図８の真正像およびゴースト像は、もはや同じピーク強度でない。規格化されたピーク強度差は、非対称性パラメータとして、または単に非対称性として定義される。非対称性は、図９および式１で示されたピーク差（ｂ）を平均振幅（ａ）で割ったものとして定義される。
非対称＝ｂ／ａ                              （式１）
【００１１】
２つの型の像すなわち真正像とゴースト像の間の非対称性は、焦点はずれの量に対して直線的に増加する。図１０は、非対称性対焦点のプロットであり、特に、非対称性対焦点の３つの例を円８ａ、８ｂおよび８ｃとして示す。図１１は、負の焦点はずれ像の空中像（アリエル像：aerial image）を表し、図１３は、正の焦点はずれ像の空中像を示す。図１２は、較正された減衰位相シフト・マスクを表し、このマスクは、焦点はずれ０すなわち最適焦点にある。この焦点を通した非対称性の測定は、減衰位相マスクの実効位相の感度の良い測定として使用することができ、適正な波長、開口数、および照明干渉性を用いて関心のあるリソグラフィ・ピッチで測定される。
【００１２】
図１４は、非対称性を決定する他の方法を示す。この方法では、真正像の寸法およびゴースト像の寸法が印刷された像で測定される。非対称性パラメータは、次の式２で示すように、真正像の寸法からゴースト像の寸法を引き、２つの寸法の和に対して規格化することによって計算される。
非対称性＝（Ｘゴースト−Ｘ真）／（Ｘゴースト＋Ｘ真）            （式２）
【００１３】
図１５および１６は、非対称性を決定するさらに他の方法を示す。図１５は、第１のピークと第２のピークの振幅の差としての非対称性測定計算を示す。図１６は、第１のピークと第２のピークの幅（共通の振幅レベルで得られた）の差としての非対称性測定計算を示す。
【００１４】
図１７は、本発明の試験構造を使用して位相較正を正確に測定するための顕微鏡システム４００を使用して、減衰位相シフト・マスクの位相シフトを較正する好ましい実施形態の装置および方法を示す。顕微鏡システム４００は、試験構造３００を照明する照明装置４１０を含む。試験構造３００は、さらに、回折次数を生じ、その回折次数のいくつかは、レンズ４２０を通過し、最後に２−Ｄ検出器アレイ４３０に集束する。顕微鏡システム４００の例は、Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ  Ｉｎｃ．から入手可能な空中像測定システム（ＡＩＭＳ）である。
【００１５】
動作中に、顕微鏡システム４００は、レンズ４２０を使用して回折像を捕らえ、技術者が見ることができるモニタ上（図示されない）に空中像を図で表示する。
【００１６】
図１８は、本発明の第２の実施形態を示す。図１８は、減衰マスクの位相シフトを正確に測定するためのステッパ・システム５００を示す。ステッパ・システム５００は、照明装置４１０、試験構造３００を含み、この試験構造３００が回折次数を生じ、そのうちのいくつかが光学系５１０によって捕らえられる。光学系５１０は、回折次数のいくつかをウェーハ５２０に集束させ、ウェーハ５２０はウェーハ・ステージ５３０で支持されている。ウェーハ５２０に印刷されたフォトレジスト像は、真正像およびゴースト像の寸法が位相を計算するために使用される図１４で説明した方法に従って測定される。
【００１７】
図１９は、検出器システム６００を使用した０次回折の直接測定を使用する本発明の第３の実施形態を示す。検出器システム６００は、照明装置４１０、試験構造３００、多回折次数、および検出器６１０を含み、この検出器６１０は、位相を決定するためにゼロ次回折を収集測定する。動作中に、検出器６１０がゼロ次回折を検出しない場合には、試験構造３００は適切に較正される。検出器６１０がゼロ次回折を検出する場合、試験構造３００は、０°位相領域と１８０°位相領域の間の振幅透過率釣合いの欠如か、１８０°に正確に等しくない位相かのどちらかを示す。
【００１８】
本発明に従って、減衰位相シフト試験構造の例３００は、位相を測定する上述の方法を評価するためのいくつかの試験構造を含んで組み立てられた。この例では、ウェーハ規模の寸法が使用される。実際のマスク寸法は４倍大きい。
【００１９】
試験構造は、３５０、３７５、４００および４２５ｎｍの（ウェーハ規模の）ピッチで設計された一連のライン／スペースであった。各ピッチで、ほぼ０．２５：１．００のスペース対ラインの比が使用された。計算された公称値の両側で５ｎｍ増分の単位でスペース対ラインの比をいくつか変えて、追加の回折格子が作られた。これらの回折格子は、ほぼ６μｍ×６μｍの正方形であった。
【００２０】
回折格子の空中像は、ＮＡ０．７２でシグマ０．３０５の１９３ｎｍＡＩＭＳ顕微鏡を使用して記録された。この設定の組合せは、使用される回折格子ピッチの全てについて±１次の回折光の大部分がレンズ開口の範囲内に確実に捕らえられるようにするために使用された。この例では、３５０ｎｍピッチの回折格子の結果だけを述べる。像は、ウェーハ規模の１２５ｎｍの７焦点ステップで捕らえられた。各焦点ステップで、真正像とゴースト像のピーク強度の差が、測定され、ピークから谷までの平均振幅に対して規格化され、非対称性が計算された。
【００２１】
焦点に対して非対称性をプロットしたとき、７５：２７５（ピッチ＝３５０ｎｍ）のスペース：ラインの比の場合に、データは直線になった。この直線のゼロでない傾きは、実効位相の誤差によっていた。他のスペース：ラインの比で、図２０に示すようにデータに対する放物線のフィットが得られる。図２０は３５０ｎｍピッチでの６つのスペース：ライン比の非対称パラメータ対焦点はずれのグラフを示す。スペース対ラインは、上から下に、６５：２８５、７０：２８０、７５：２７５、８０：２７０、８５：２６５および９０：２６０である。
【００２２】
ゼロ回折次数の打消しが位相誤差のために失敗した場合、空中像非対称性は、焦点はずれに対して直線的に変化し、最適焦点で非対称性はゼロである。しかし、０°透過光と１８０°透過光の振幅不一致のためにゼロ次数打消しが失敗した場合、非対称性は焦点はずれに対して２次で変化し、最大非対称性は最適焦点で生じる。位相誤差と振幅不一致の組合せは、最適焦点のまわりに中心のない２次曲線を生じる。
【００２３】
結果を図２１に示す。図２１は、レーザテック（Ｌａｓｅｒｔｅｃ）のＭＰＭ１９３位相測定システムで測定されたようないくつかの異なる位相値に対する回折格子の非対称性／焦点はずれ傾きを示す。非対称性／焦点はずれ傾きとＭＰＭ１９３で測定された位相の間にはっきりした直線関係があり、フィットした直線係数は０．２９μｍ−１度−１である。
【００２４】
上の説明および図面は、本発明の特徴および有利点を実現する例示の実施形態を説明するのに役立つだけと考えるべきである。当然当業者は理解すべきことであるが、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、特定のプロセス条件、システム、試験方法、および構造に対する修正物および代替え物を作ることができる。したがって、本発明は、前述の説明および図面に制限されるものと考えるべきでない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】交互位相シフト・マスクを示す図である。
【図２】交互位相シフト・マスクを示す図である。
【図３】±１次の回折次数で形成された空中像を示す図である。
【図４】減衰位相シフト試験構造の例を示す図である。
【図５】減衰位相シフト試験構造および、ゼロ次および±１次の回折次数を示す図である。
【図６】減衰位相回折格子の空中像を示す図である。
【図７】減衰位相シフト構造の例を示す図である。
【図８】図７に示す減衰位相シフト構造に対応した空中像を示す。
【図９】位相差を測定するための非対称性パラメータの例を示す図である。
【図１０】非対称性パラメータ対焦点のプロットを示す図である。
【図１１】負の焦点はずれでの空中像を示す図である。
【図１２】最適焦点での空中像を示す図である。
【図１３】正の焦点はずれでの空中像を示す図である。
【図１４】フォトレジストの測定されたスペース幅を使用して非対称性を測定する方法を示す図である。
【図１５】空中像の振幅差を使用して非対称性を測定する方法を示す図である。
【図１６】空中像の幅の差を使用して非対称性を測定する方法を示す図である。
【図１７】顕微鏡を使用して減衰位相シフトの較正を行うための装置を示す図である。
【図１８】リソグラフィ・ステッパを使用して減衰位相シフトの較正を行うための装置を示す図である。
【図１９】減衰位相シフト・マスクを較正するために直接測定を利用する装置を示す図である。
【図２０】３５０ｎｍピッチで６スペース：１ラインの比の場合の非対称性パラメータ対焦点はずれを示す例示のグラフである。
【図２１】ＭＰＭ１９３位相測定システムで測定された異なる位相値に対する回折格子のいくつかの非対称性／焦点はずれ傾きを示す例示のグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１００  交互位相シフト・マスク
１１０  基板
１２０  溝
３００  減衰位相シフト試験構造
３１０  基板
３２０  減衰膜
４００  顕微鏡システム
４１０  照明装置
４２０  レンズ
４３０  ２−Ｄ検出器アレイ
５００  ステップ・システム
５１０  光学系
５２０  ウェーハ
５３０  ウェーハ・ステージ
６００  検出器システム
６１０  検出器
Ｇ  真正ピーク
Ｒ  ゴースト・ピーク
【図１】
2007226224.tif 000003
【図２】
2007226224.tif 000004
【図３】
2007226224.tif 000005
【図４】
2007226224.tif 000006
【図５】
2007226224.tif 000007
【図６】
2007226224.tif 000008
【図７】
2007226224.tif 000009
【図８】
2007226224.tif 000010
【図９】
2007226224.tif 000011
【図１０】
2007226224.tif 000012
【図１１】
2007226224.tif 000013
【図１２】
2007226224.tif 000014
【図１３】
2007226224.tif 000015
【図１４】
2007226224.tif 000016
【図１５】
2007226224.tif 000017
【図１６】
2007226224.tif 000018
【図１７】
2007226224.tif 000019
【図１８】
2007226224.tif 000020
【図１９】
2007226224.tif 000021
【図２０】
2007226224.tif 000022
【図２１】
2007226224.tif 000023