(57)【要約】【課題】ＥＵＶ投影露光装置に備わる投影光学系の瞳面内の透過率分布を高精度に計測することのできる技術を提供する。【解決手段】ＥＵＶ投影露光装置において、反射光に位相差を与える複数のライン状の位相差パターンＭＰを有する検査用マスクを用いて、ウエハの主面上に位相差パターンＭＰの投影像を形成し、位相差パターンＭＰの一方のエッジ部に対応する投影像光強度の低下量と、位相差パターンＭＰの他方のエッジ部に対応する投影像光強度の低下量とを比較することにより、ＥＵＶ投影露光装置の瞳面内の透過率分布を把握する。【選択図】図４
2012069796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む投影露光装置の検査方法：
（ａ）反射光に位相差を与える複数のライン状の位相差パターンを有する検査用マスクを準備する工程；
（ｂ）前記投影露光装置に前記検査用マスクを載置し、ウエハの主面上に前記位相差パターンを転写して、投影像を形成する工程；
（ｃ）前記位相差パターンの一方のエッジ部に対応する第１投影像光強度の低下量と、前記位相差パターンの他方のエッジ部に対応する第２投影像光強度の低下量とを計測する工程；
（ｄ）前記（ｃ）工程で計測した前記第１投影像光強度の低下量と前記第２投影像光強度の低下量とを比較して、前記投影露光装置の瞳面内の透過率分布を把握する工程。
【請求項２】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記第１投影像光強度の低下量と前記第２投影像光強度の低下量とが互いに異なる場合は、前記投影露光装置の投影光学系の瞳面透過率が不均一であると判断することを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項３】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記第１投影像光強度の低下量と前記第２投影像光強度の低下量とが互いに異なる場合は、前記第１投影像光強度の低下量と前記第２投影像光強度の低下量との差と前記位相差パターンの位相とから、前記瞳面透過率を予測することを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項４】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記投影像はレジストパターンであり、前記第１投影像光強度の低下量および前記第２投影像光強度の低下量は、前記レジストパターンの線幅から予測することを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項５】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記検査用マスクは、基板と、前記基板の主面に形成された多層膜と、前記多層膜上に形成されたキャッピング層と、前記基板の裏面に形成されたメタル膜とにより構成されており、前記基板と前記多層膜との間の一部に所定の高さを有する複数のライン状のパターンが配置されていることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項６】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記位相差パターンは、前記検査用マスクの上面の凹凸により実現する２種類の位相を与えるパターンであることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項７】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、第１方向を長手方向とする複数のライン状の前記位相差パターンが、前記第１方向と直交する第２方向に沿って一定の周期で配置されており、前記位相差パターンのピッチが、前記投影露光装置の投影光学系のコヒーレント遮断周波数に対応するピッチの３倍以上であることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項８】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記位相差パターンが与える位相差は、４０度よりも大きく、１５０度よりも小さい範囲であることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項９】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記位相差パターンが与える位相差は、９０度であることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項１０】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記（ｂ）工程において、露光照明用の光源はモノポールであり、かつ、前記光源の位置と前記瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置とを対応付けることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【請求項１１】
請求項１記載の投影露光装置の検査方法において、前記位相差パターンは、前記検査用マスクの表面の凹凸により実現する２種類の位相を与えるパターンであり、
前記位相差パターン上に、前記位相差パターンと直交する方向にライン状の複数の吸収体パターンが形成されていることを特徴とする投影露光装置の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンを半導体基板の主面上に転写する投影露光装置の性能を評価する方法に関し、特に、波長が１３．５ｎｍ付近の紫外線を用いるＥＵＶ（Extreme Ultra-Violet）リソグラフィ用投影露光装置に備わる縮小投影光学系の瞳面内の透過率分布を計測する方法に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、半導体デバイスは、回路パターンが描かれた原版であるマスクに露光光を照射し、上記回路パターンを、縮小光学系を介して半導体基板（以下、ウエハという）の主面上に転写する光リソグラフィを繰り返し用いることによって生産されている。
【０００３】
しかし、近年は、半導体デバイスの微細化への要求に応じて、光リソグラフィの露光光よりも波長の短いＥＵＶ光を用いるＥＵＶリソグラフィの開発が進められている。このＥＵＶリソグラフィを用いることによって回路パターンの解像度の向上を図ることができる。
【０００４】
ＥＵＶ光の波長域（例えば中心波長１３．５ｎｍ）では、透過マスクブランクが物質の光吸収の関係で使えないことから、石英ガラスまたは低熱膨張ガラスからなる基板の上にモリブデン（Ｍｏ）とシリコン（Ｓｉ）とを交互に積層した多層膜反射基板がマスクブランクとして用いられている。このマスクブランク上に吸収体パターンを形成して、ＥＵＶリソグラフィ用マスクを構成する。
【０００５】
また、透過型のレンズを用いることができないことから、縮小投影光学系には、モリブデンとシリコンとを交互に積層した多層膜反射面のみからなる反射型露光光学系（反射型結像光学系、ＥＵＶ光学系）が用いられる。このような反射面のみを用いる反射型露光光学系においては、光学性能を正確に計測する必要があり、特に、高精度な瞳面内の透過率分布を測定することが要求されている。
【０００６】
例えば特開２００５−１５８８２８号公報（特許文献１）には、計測用光学系に入射する計測光の入射角と、この入射角で入射した計測光に対する計測用光学系の透過率情報とを求める第１工程と、被検光学系に計測光を入射させ、被検光学系を通過した計測光を計測用光学系を介して受光する第２工程と、計測用光学系に入射する計測光の入射角と、第２工程で受光された計測光の光量に関する情報と、第１工程で求められた透過率情報とに基づいて、被検光学系の光学性能を求める第３工程とを有する被検光学系の光学性能計測方法が開示されている。
【０００７】
また、例えば特開２００８−１０２１００号公報（特許文献２）には、回転可能な球状物体と、球状物体を回転させる回転機構と、回転する球状物体からの反射光を利用して、被検光学系を透過した測定光の強度分布および被検光学系を透過しない状態の基準光の強度分布を測定する強度分布測定手段と、強度分布測定手段による強度分布の測定結果から被検光学系の瞳面内の透過率分布を演算する演算手段とを有する被検光学系の瞳面透過率の測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１５８８２８号公報
【特許文献２】特開２００８−１０２１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の特許文献１および特許文献２に記載された投影光学系の光学性能計測方法は、特殊な凹球面状ミラーまたは光学部品を配置して、測定光を投影光学系内において透過または往復させる方式であり、投影光学系の瞳面内の透過率分布を直接的に計測することができる。しかし、これらの投影光学系の光学性能計測方法は、投影光学系にさらに凹球面状ミラーなどの計測部品を付加する必要がある。そのため、投影光学系を製造する現場では投影光学系の瞳面内の透過率分布を計測することはできるが、ＥＵＶ投影露光装置として出荷前の最終調整時または出荷後のユーザが指定した場所に設置された状態では投影光学系の瞳面内の透過率分布を測定することができない。
【００１０】
本発明の目的は、ＥＵＶ投影露光装置に備わる投影光学系の瞳面内の透過率分布を高精度に計測することのできる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
この実施の形態は、ＥＵＶ投影露光装置において、反射光に位相差を与える複数のライン状の位相差パターンを有する検査用マスクを用いて、ウエハの主面上に上記位相差パターンの投影像を形成し、位相差パターンの一方のエッジ部に対応する投影像光強度の低下量と、位相差パターンの他方のエッジ部に対応する投影像光強度の低下量とを比較することにより、ＥＵＶ投影露光装置の瞳面内の透過率分布を把握するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１５】
ＥＵＶ投影露光装置に備わる投影光学系の瞳面内の透過率分布を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１による検査用マスクの主要部の構造を示す要部断面図であり、（ａ）は位相差パターンが形成された検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図、（ｂ）は位相差パターンが形成された他の検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１による位相差パターンの拡大した要部平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１による投影光学系の瞳面と、この瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１による検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図と位相差パターンの投影像光強度分布を示すグラフ図である。
【図５】本発明の実施の形態１による位相差および瞳面透過率をパラメータとした位相差パターンの投影像光強度分布を示すグラフ図である。
【図６】本発明の実施の形態１による位相差パターンの投影像光強度分布の非対称性を説明するグラフ図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態１によるマスクの主面上に形成された位相差パターンを示す要部平面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１による位相差パターンを転写してウエハの主面上に形成されたレジストパターンを示す要部平面図である。
【図８】本発明の実施の形態１によるＥＵＶ投影露光装置の検査方法の流れを説明するフロー図である。
【図９】（ａ）は本発明の実施の形態１によるモノポール変形照明を採用した検査方法を説明する照明光源の位置を示す模式図、（ｂ）は本発明の実施の形態１による瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【図１０】（ａ）は本発明の実施の形態１による４５度回転した方向に形成した検査用マスクの主面上の位相差パターンを示す要部平面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１による瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【図１１】（ａ）は本発明の実施の形態１による９０度回転した方向に形成した検査用マスクの主面上の位相差パターンを示す要部平面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１による瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態２による位相差パターンが形成された検査用マスクの一部を拡大して示す要部平面図である。
【図１３】図１２に示した位相差パターンを転写してウエハの主面上に形成されたレジストパターンを示す要部平面図である。
【図１４】本発明に先駆けて本発明者らが検討した投影光学系の一例を示す構成図である。（ａ）は光軸とマスクに形成されたパターンを結像する主光線進行経路とを含む面（子午面）を示す投影光学系の構成図、（ｂ）は上記子午面を、光軸を中心軸として９０度回転した面（球欠面）を示す投影光学系の構成図である。
【図１５】本発明に先駆けて本発明者らが検討した投影光学系のマスクのパターン面における露光フィールドを示す模式図である。
【図１６】本発明に先駆けて本発明者らが検討した投影光学系の瞳面透過率の不均一性を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１８】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１９】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Ｓｉ（Silicon）単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。
【００２０】
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。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。
【００２１】
まず、本発明の実施の形態によるＥＵＶ投影露光装置の検査方法がより明確となる思われるため、ＥＵＶ投影露光装置に備わる投影光学系（縮小投影光学系、反射型露光光学系、反射型結像光学系、ＥＵＶ光学系）の瞳面内の透過率分布を把握する必要性について、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４は投影光学系の一例を示す構成図であり、（ａ）は光軸とマスクに形成されたパターンを結像する主光線進行経路とを含む面（子午面）を示す投影光学系の構成図、（ｂ）は上記子午面を、光軸を中心軸として９０度回転した面（球欠面）を示す投影光学系の構成図である。図１５は投影光学系のマスクのパターン面における露光フィールドを示す模式図である。図１６は投影光学系の瞳面透過率の不均一性を示す模式図である。
【００２２】
図１４（ａ）に示すように、反射面のみを用いる投影光学系では、マスク（反射型マスク）Ｍを照射する照明光束ＢＭとマスクに形成されたパターンの情報を有する反射光束との干渉を避けるために、例えば約６度の入射角度を有する照射光束ＢＭの斜め照射を行う。従って、マスクＭのパターン面を反射して投影レンズＰＯに入射する反射光束も入射角度を有し、例えば主光線１０３は約６度の入射角度を有する。すなわち、投影光学系に対しては、光軸１０１から距離ｄを離れた光軸外の領域１０２にあるマスクＭのパターン面に形成されたパターンが結像されることになり、この光軸外の領域１０２にあるパターンが投影光学系を介してウエハＷＡＦの主面上に投影される。
【００２３】
この光軸外の領域１０２において収差補正された結像が実現し、かつその特性は光軸１０１に対して回転軸対称となる。従って、実際のマスクＭに形成されたパターンの転写においては、図１５に示すように、投影光学系の光軸位置１０７から所定の距離ｄだけ離れたマスクＭのパターン面における円弧状領域１０６内のパターンが転写される。そして、マスクＭとウエハＷＡＦとを同期走査しながら連続的にマスクＭに形成されたパターンを転写することによって、マスクＭの全面に形成されたパターンを転写することができる。
【００２４】
一方、図１４（ｂ）に示すように、球欠面では、マスクＭのパターン面の１点から発散して投影光学系に入射し、結像の様相を表す光線群１０４は主光線１０３に対して左右対称になる。しかし、子午面では上記光線群１０４は主光線１０３に対して対称にはならない。
【００２５】
この現象は、投影光学系を構成する各ミラーへの入射角度に対しても同様である。そのため、投影光学系を構成する各ミラーの組み立て調整に誤差を有すると、入射角度の誤差に起因する反射率の誤差が子午面方向に非対称となって現れる。特に、ミラーの枚数が６枚以上になると、全反射率の誤差が子午面方向に非対称に大きく発生すると考えられる。
【００２６】
図１６は、この反射率の誤差に起因して生じる瞳面ＰＵＰの内側の透過率分布を示す模式図である。通常、投影光学系の調整は充分精密に行われているので、大半の中央部の領域ＰＵＡ２では瞳面透過率は所定値を満たす。しかし、子午面方向の周辺部では瞳面内の透過率分布が生じやすく、例えば領域ＰＵＡ１または領域ＰＵＡ３では瞳面透過率が低下する。このように一方向に瞳面透過率の低下が顕著に現れると、例えば第１方向を長手方向とするラインパターンの解像度が、第１方向と直交する第２方向を長手方向とするラインパターンの解像度と比べて劣ることになる。従って、微細パターンを転写する場合には、瞳面内の透過率分布、特に、子午面方向の瞳面内の透過率分布を把握する必要がある。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態１によるＥＵＶ投影露光装置の検査方法を図１〜図８を用いて説明する。図１は検査用マスクの主要部の構造を示す要部断面図、図２は位相差パターンの拡大した要部平面図、図３は投影光学系の瞳面と、この瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分を示す模式図、図４は検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図と位相差パターンの投影像光強度分布を示すグラフ図、図５は位相差および瞳面透過率をパラメータとした位相差パターンの投影像光強度分布を示すグラフ図、図６は位相差パターンの投影像光強度分布の非対称性を説明するグラフ図、図７（ａ）はマスクの主面上に形成された位相差パターンを示す要部平面図、図７（ｂ）は位相差パターンを転写してウエハの主面上に形成されたレジストパターンを示す要部平面図、図８はＥＵＶ投影露光装置の検査方法の流れを説明するフロー図である。
【００２８】
まず、図１（ａ）および（ｂ）を用いて本実施の形態１による検査用マスクの主要部の構造を説明する。図１（ａ）は位相差パターンが形成された検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図、図１（ｂ）は位相差パターンが形成された他の検査用マスクの一部を拡大して示す要部断面図である。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、検査用マスクは、石英ガラスまたは低熱膨張ガラスからなる基板ＭＳと、基板ＭＳの主面に形成されたモリブデンとシリコンとを交互に積層（例えば各層が４０層程度）した多層膜ＭＬと、多層膜ＭＬ上に形成されたキャッピング層ＣＡＰと、基板ＭＳの裏面（主面と反対側の面）に形成された検査用マスクを静電チャックするためのメタル膜ＣＦとにより構成されている。基板ＭＳの厚さは、例えば７〜８ｍｍ程度であり、多層膜ＭＬの厚さは、例えば３００ｎｍ程度である。
【００３０】
ここで、基板ＭＳと多層膜ＭＬとの間の一部に、リソグラフィ方法で形成された高さｈのバンプパターンＢＭＰが配置されている。このバンプパターンＢＭＰ上に多層膜ＭＬおよびキャッピング層ＣＡＰを均一の厚さで成膜することにより、キャッピング層ＣＡＰの上面において、バンプパターンＢＭＰの直上の領域１１が、バンプパターンＢＭＰの直上以外の領域１０に対して上記高さｈ分だけ高くすることができる。このとき、ＥＵＶ光の波長をλと記載すると、キャッピング層ＣＡＰの上面における領域１１を反射する光と領域１０を反射する光とには、位相差φ（＝４πｈ／λ）が発生する。このようなバンプパターンＢＭＰの直上の領域１１からなる凸状のパターンによって位相差パターン（検査用パターン）ＭＰが構成される。
【００３１】
図１（ｂ）に示すように、領域１０と領域１１との境界部分（段差部分）のみを被覆するような幅の狭い吸収体パターンＡＢＳを、キャッピング層ＣＡＰ上にバッファ層（図示は省略）を介して形成してもよい。
【００３２】
図２に、本実施の形態１による位相差パターンＭＰの拡大した要部平面図を示す。
【００３３】
図２に示すように、第１方向（図２のｘ方向）を長手方向とする複数のライン状の位相差パターンＭＰが、第１方向と直交する第２方向（図２のｙ方向）に沿って一定の周期で検査用マスクの上面に形成されている。
【００３４】
第２方向（図２のｙ方向）の周期をＬ、位相差パターンＭＰの幅をβとすると、周期Ｌにおいて反射光の振幅分布ｔ（ｘ，ｙ）は、実際の振幅反射率で正規化した表現で、
ｔ（ｘ，ｙ）＝ｅｘｐ（ｉφ）：｜ｙ｜≦β／２
＝１：β／２＜｜ｙ｜≦Ｌ／２              （式１）
と表される。すなわち、実質的にはｙのみの関数となっている。
【００３５】
この位相差パターンＭＰが投影光学系を通してウエハの主面上に転写される際に、３次の回折光までが投影光学系を通過すると仮定すると、このときの回折光成分Ｆ（ｆ，ｇ）は、
Ｆ（ｆ，ｇ）＝Ｃ０δ（ｇ）
＋Ｃ１δ（ｇ−ν０）＋Ｃ−１δ（ｇ＋ν０）
＋Ｃ２δ（ｇ−２ν０）＋Ｃ−２δ（ｇ＋２ν０）
＋Ｃ３δ（ｇ−３ν０）＋Ｃ−３δ（ｇ＋３ν０）        （式２）
となる。ここに、ν０＝１／Ｌであり、δはディラックのデルタである。
【００３６】
係数Ｃｎはｎ次回折光成分の大きさを表し、それぞれ、
Ｃ０＝（ｅｉφ−１）・β／Ｌ＋１
Ｃ１＝Ｃ−１＝（ｅｉφ−１）・（ｓｉｎ（πβ／Ｌ）／π）
Ｃ２＝Ｃ−２＝（ｅｉφ−１）・（ｓｉｎ（２πβ／Ｌ）／２π）
Ｃ３＝Ｃ−３＝（ｅｉφ−１）・（ｓｉｎ（３πβ／Ｌ）／３π）        （式３）
となる。
【００３７】
３次回折光までを考慮するので、前述の位相差パターンＭＰのピッチは、投影露光装置に搭載されている投影光学系のコヒーレント遮断周波数に対応するピッチの３倍、あるいはそれ以上である。
【００３８】
図３に、本実施の形態１による投影光学系の瞳面と、この瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の模式図を示す。
【００３９】
特に、コヒーレント光源（点光源）で検査用マスクを照射し、反射光の主光線が瞳面の中央を通過する場合は、瞳面における回折光成分は図３における位置２１〜位置２７を通過する。ここに、位置２１は０次回折光成分の通過位置、位置２２は１次回折光成分の通過位置、位置２３は２次回折光成分の通過位置、位置２４は３次回折光成分の通過位置、位置２５は−１次回折光成分の通過位置、位置２６は−２次回折光成分の通過位置、位置２７は−３次回折光成分の通過位置である。
【００４０】
ここで、点光源の照明光源位置を瞳座標換算で（ｆ０，ｇ０）とし、投影光学系の収差はデフォーカス量をｚに起因する成分のみとし、さらに瞳面内の振幅透過率をＫ（ｆ，ｇ）とすると、ウエハの主面上の振幅分布ｕ（ｘ，ｙ）は、
ｕ（ｘ，ｙ）＝∬Ｋ（ｆ，ｇ）Ｆ（ｇ−ｇ０）δ（ｆ−ｆ０）
×exp｛２πｉ（−Ｚλ／２）（ｆ２＋ｇ２）｝
×exp｛２πｉ（ｆｘ＋ｇｙ）｝ｄｆｄｇ                （式４）
となる。
【００４１】
（式４）を計算すると、最終的にウエハの主面上の振幅分布は以下のように表現される。
【００４２】
ｕ（ｘ，ｙ）＝Ｋ０Ｃ０exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋ｇ０２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋ｇ０ｙ)}
＋Ｋ１Ｃ１exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０＋ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０＋ν０)ｙ)}
＋Ｋ−１Ｃ−１exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０−ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０−ν０)ｙ)}
＋Ｋ２Ｃ２exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０＋２ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０＋２ν０)ｙ)}
＋Ｋ−２Ｃ−２exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０−２ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０−２ν０)ｙ)}
＋Ｋ３Ｃ３exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０＋３ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０＋３ν０)ｙ)}
＋Ｋ−３Ｃ−３exp{２πｉ(−Ｚλ／２)(ｆ０２＋(ｇ０−３ν０)２)}
×exp{２πｉ(ｆ０ｘ＋(ｇ０−３ν０)ｙ)}          （式５）
ここに、Ｋｎはｎ次回折光の瞳面透過率であり、理想状態ではミラーの反射率から定められる均一な値である。ウエハの主面上の投影像光強度Ｉ（ｘ，ｙ）は｜ｕ（ｘ，ｙ）｜２から求められる。
【００４３】
ここで、瞳面内の透過率分布を議論するに当たり、実際の瞳面透過率ではなく相対的な瞳面透過率を取り扱う。すなわち、前述の均一な値で正規化した値を用い、特に断らない限り理想状態での瞳面透過率を１として説明する。
【００４４】
この条件下で、例えば瞳面内の位置２７を含む特定領域２８だけ瞳面透過率が劣化して、Ｋ−３のみが瞳面透過率Ｔ（ただし０＜Ｔ＜１）である場合を想定する。
【００４５】
この場合におけるウエハの主面上の投影像光強度Ｉ（ｘ，ｙ）の計算結果を図４のグラフ図に示す。ウエハの主面上の投影像光強度Ｉ（ｘ，ｙ）は、実質的にはｙのみの関数となるのでＩ（ｘ，ｙ）＝｜ｕ（０，ｙ）｜２から求めると、投影像光強度を示す曲線３０のようになる。すなわち、検査用マスクに形成された位相差パターンの両エッジ部に相当する位置３１および位置３２での投影像光強度はそれぞれ光強度Ｉ１および光強度Ｉ２に低下し、かつ光強度Ｉ１と光強度Ｉ２とは異なる。
【００４６】
図５は、位相差φと瞳面透過率Ｔとを種々に変えて得られたウエハの主面上の投影像光強度Ｉ（ｘ，ｙ）の計算結果を示すグラフ図である。位相差パターンの周期Ｌと幅βとの関係は様々な場合があり得るが、簡単な例として、位相差パターンの幅βを周期Ｌの半分に設定している。また、それぞれの投影像光強度を表示した領域は、位相差パターンの１周期分の領域である。この場合、（式３）において、Ｃ２＝Ｃ−２＝０となる。
【００４７】
図５に示すように、瞳面透過率Ｔが小さくなるほど、位相差パターンのエッジ部に相当する位置の投影像光強度の低下量の差が大きくなり、左右で非対称が顕著となることを示している。位相差φは検査用マスクを製作する段階で計測可能であるので、両エッジ部に対応する位置での投影像光強度の低下量の非対称性を把握することにより、瞳面透過率Ｔを予測することができる。
【００４８】
図６に、位相差パターンの投影像光強度分布の非対称性を説明するグラフ図を示す。上記非対称性を表すパタメータを｜Ｉ１−Ｉ２｜で表し、これを位相差φと瞳面透過率Ｔとの関数で表した曲線群を示している。
【００４９】
図６に示すように、瞳面透過率Ｔを予測するためには、位相差パターンが与える位相差φは、例えば４０度よりも大きく、１５０度よりも小さい範囲が適切であると考えられる。また、瞳面透過率Ｔをパラメータ｜Ｉ１−Ｉ２｜の最大値で感度良く予測するためには、位相差パターンが与える位相差φを９０度とすることが望ましい。すなわち、位相差パターンの段差（高さｈ）を、λ／８＝１．６９ｎｍとすればよい。
【００５０】
なお、投影像光強度の低下量の差は、例えばウエハの主面上に前述した方法で位相差パターンを投射した後、現像処理によりウエハの主面上に形成されるポジ型レジストの線幅を図ることで判断することができる。
【００５１】
図７（ａ）に、マスクの主面上に形成された位相差パターンの要部平面図、図７（ｂ）に、この位相差パターンを転写してウエハの主面上に形成されたレジストパターンの要部平面図を示す。
【００５２】
図７（ａ）に示す位相差パターンＭＰの両エッジ部４１，４２は、ウエハの主面上では、図７（ｂ）に示すレジストパターン４３，４４として形成される。レジストパターン４３，４４の幅Ｗ１，Ｗ２と、位相差パターンＭＰのエッジ部４１，４２との対応付けはできるので、レジストパターン４３，４４の寸法の差から、投影像光強度の差を求めることができる。
【００５３】
以上に説明した本実施の形態１による検査用マスクを用いたＥＵＶ投影露光装置の検査方法の流れを図８に示すフロー図にまとめる。
【００５４】
（ステップＳ１）予め位相差φを計測し、線幅とピッチが既知の位相差パターンを有する検査用マスクを準備する。例えば前述の図１（ａ）に示した検査用マスクを準備する。
【００５５】
（ステップＳ２）続いて、検査用マスクをＥＵＶ投影露光装置に載置し、ウエハの主面上に位相差パターンを転写する。
【００５６】
（ステップＳ３）続いて、ウエハの主面上に形成されたレジストパターンの線幅から、位相差パターンの両エッジ部の投影像光強度の低下量を予測する。
【００５７】
（ステップＳ４）上記（ステップ３）で予測した両エッジ部の投影像光強度の低下量を比較する。
【００５８】
（ステップＳ５）上記（ステップ４）において、両エッジ部の投影像光強度の低下量がほぼ同一である場合は、瞳面内の透過率分布は無いと判断して、評価を終了する。
【００５９】
（ステップＳ６）上記（ステップ４）において、両エッジ部の投影像光強度の低下量が明らかに異なる場合は、投影像光強度の低下量の差と位相差パターンの位相差φとから、瞳面透過率Ｔを予測する。
【００６０】
以上の工程フローから、−３次回折光成分が通過する領域の瞳面透過率Ｔが予測され、かつ、他の回折光成分の通過する領域の瞳面透過率はほぼ１であるので、瞳面内の透過率分布を把握することができる。
【００６１】
実際の投影光学系は、子午面方向に瞳面内の透過率分布を有し、かつ、瞳面内の一方向にのみ瞳面透過率の低下が生じやすいので、前述した検査方法は有益である。しかし、厳密には−３次回折光成分が通過する狭い領域の情報しか得られない。そこで、瞳面透過率Ｔを瞳面内のもう少し広い範囲にわたって測定したい場合は、−３次回折光成分が投影光学系の子午面からずれた位置を通過するように設定する。
【００６２】
具体的には、位相差パターンの周期を変更する方法の他、モノポール変形照明を採用した検査方法または位相差パターンの配列の向きを変えた検査用マスクを用いた検査方法を採用することができる。
【００６３】
モノポール変形照明を採用した検査方法を、図９を用いて説明する。図９（ａ）は照明光源の位置を示す模式図、図９（ｂ）は瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【００６４】
図９（ａ）に示すように、ＥＵＶ投影露光装置の光源を瞳面換算で（ｆ０，ｇ０）だけシフトさせた位置（瞳面内に換算した光源位置）５０に設定して、モノポール変形照明を採用することができる。ここで、（ｆ０，ｇ０）は、前述の（式４）および（式５）に導入されている変数ｆ０，ｇ０と同じものである。このとき、３次までの回折光成分は図９（ｂ）に示した位置を通過する。ここに、位置５１は０次回折光成分の通過位置、位置５２は１次回折光成分の通過位置、位置５３は２次回折光成分の通過位置、位置５４は３次回折光成分の通過位置、位置５５は−１次回折光成分の通過位置、位置５６は−２次回折光成分の通過位置、位置５７は−３次回折光成分の通過位置である。
【００６５】
次に、位相差パターンの配列の向きを変えた検査用マスクを用いた検査方法を、図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は検査用マスクの主面上の４５度回転した方向に形成した位相差パターンを示す要部平面図、図１０（ｂ）は瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【００６６】
図１０（ａ）に示すように、位相差パターンＭＰａを検査用マスクの主面上で４５度回転させた方向に形成することもできる。このときの回折光成分は図１０（ｂ）に示すように、４５度斜め方向に配置される。ここに、位置５１ａは０次回折光成分の通過位置、位置５２ａは１次回折光成分の通過位置、位置５３ａは２次回折光成分の通過位置、位置５４ａは３次回折光成分の通過位置、位置５５ａは−１次回折光成分の通過位置、位置５６ａは−２次回折光成分の通過位置、位置５７ａは−３次回折光成分の通過位置である。
【００６７】
次に、位相差パターンの配列の向きを変えた他の検査用マスクを用いた検査方法を、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は検査用マスクの主面上の９０度回転した方向に形成した位相差パターンを示す要部平面図、図１１（ｂ）は瞳面内を通過する位相差パターン回折光成分の位置を示す模式図である。
【００６８】
球欠方向には瞳面透過率に大きな分布は生じないと期待される。しかし、この方向の分布も把握したい場合には、図１１（ａ）に示すように、第２方向（図１１（ａ）のｙ方向）を長手方向とする位相差パターンＭＰｂを採用すればよい。このときの回折光成分は図１１（ｂ）に示すように、第１方向（図１１（ａ）のｘ方向）に配置される。ここに、位置５１ｂは０次回折光成分の通過位置、位置５２ｂは１次回折光成分の通過位置、位置５３ｂは２次回折光成分の通過位置、位置５４ｂは３次回折光成分の通過位置、位置５５ｂは−１次回折光成分の通過位置、位置５６ｂは−２次回折光成分の通過位置、位置５７ｂは−３次回折光成分の通過位置である。もし、投影像光強度分布に非対称成分が観察されれば、瞳面透過率にも非対称な分布が存在すると判断することができる。
【００６９】
このように、本実施の形態１によれば、ＥＵＶ投影露光装置に備わる投影光学系の瞳面内の透過率分布を計測するに当たり、特殊な凹球面状ミラーまたは光学部品を配置することなく、ＥＵＶ投影露光装置に所定の位相差パターンが形成された検査用マスクを載置して、パターン転写を行うという簡便な方法で、光軸外の領域にある物点の結像に特有の瞳面透過率の不均一性の予測を行うことができる。
【００７０】
また、ＥＵＶ投影露光装置のユーザが瞳面内の透過率分布という形で転写性能を把握できるので、所望の半導体回路パターンを有するＥＵＶリソグラフィ用マスクの製造にあたり、転写性能に応じた吸収体パターンの形状の補正設計を行うことにより、所望の形状の半導体回路パターンをウエハの主面上に転写できることもできる。
【００７１】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前述した実施の形態１と同様に、ＥＵＶ投影露光装置に所定の位相差パターンが形成された検査用マスクを載置して、パターン転写を行う検査方法を採用するが、検査用マスクが前述した実施の形態１と異なる。
【００７２】
図１２は、本実施の形態２による位相差パターンが形成された検査用マスクの一部を拡大して示す要部平面図である。
【００７３】
前述した実施の形態１による検査用マスク（例えば前述の図１（ａ）参照）と同様に、バンプパターンＢＭＰ上に多層膜ＭＬおよびキャッピング層ＣＡＰが均一の厚さで成膜されており、キャッピング層ＣＡＰの上面において、バンプパターンＢＭＰの直上の領域６１（位相差φを与える位相差パターンＭＰ２）が、バンプパターンＢＭＰの直上以外の領域６０に対して高さｈ分だけ高い構成となっている。さらに、キャッピング層ＣＡＰ上に、位相差パターンＭＰ２と直交して解像限界に近い周期の吸収体パターン６２が設けられている。
【００７４】
この検査用マスクをＥＵＶ投影露光装置に載置し、パターン転写を行ってウエハの主面上にレジストパターンを形成する。そして、位相差パターンＭＰ２のエッジ部６３，６４に対応するレジスタパターンの線幅を評価する。
【００７５】
図１３は、前述の図１２に示した位相差パターンＭＰ２を転写して、ウエハの主面上に形成されたレジストパターンを示す要部平面図である。
【００７６】
図１３に示すように、第２方向（図１３のｙ方向）に吸収体パターン６２が転写されたレジストパターン６５が形成されている。位相差パターンのエッジ部６３、６４に対応する部分は、吸収体パターン６２の転写により形成されたレジストパターン６５に直交してそれらのレジストパターン６５を接続し、幅Ｗ１のレジストパターン６６と幅Ｗ２のレジストパターン６７を形成している。この幅Ｗ１と幅Ｗ２の差から前述した実施の形態１と同様に、瞳面透過率の不均一性を予測することができる。
【００７７】
ここで、吸収体パターンが生成する回折光成分は位相差パターンが生成する回折光成分とは瞳面内で直交した配列になるので、瞳面透過率の不均一性の予測には影響を与えない。一方で、吸収体パターンを有すると、解像限界に近いレジストパターンの寸法を測ることにより露光量の制限またはその把握がより正確になるので、前述した実施の形態１において図７（ｂ）を用いて説明した単純な線状のレジストパターン４３，４４の幅を計測する場合よりも、より正確に投影像光強度分布を予測することができる。
【００７８】
また、露光量を変えたパターン転写を複数回行ってレジストパターンの寸法測定を行えば、さらに、投影像光強度分布の予測が正確になり、瞳面透過率の不均一性をより正確に求めることができる。
【００７９】
このように、本実施の形態２によれば、位相差パターンに加えて被検査対象であるＥＵＶ投影露光装置の解像限界に近い周期の吸収体パターンも転写して、レジストパターンを評価するので、吸収体パターンの転写像の寸法から評価に要した露光量を正確に把握することができる。従って、位相差パターンの両エッジ部の投影像光強度の予測がより正確になり、瞳面透過率の不均一性をより正確に求めることができる。
【００８０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、ＥＵＶ投影露光装置に適用することができ、光学性能を高精度に計測することによって、半導体デバイスの微細化への要求に応じた回路パターンの解像度の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０  領域（バンプパターンの直上以外の領域）
１１  領域（バンプパターンの直上の領域）
２１〜２７  瞳面内の各位置
２８  特定領域
３０  曲線
３１，３２  位相差パターンのエッジ部に相当する位置
４１，４２  エッジ部
４３，４４  レジストパターン
５０  瞳面内に換算した光源位置
５１〜５７  瞳面内の各位置
５１ａ〜５７ａ  瞳面内の各位置
５１ｂ〜５７ｂ  瞳面内の各位置
６０  領域（バンプパターンの直上以外の領域）
６１  領域（バンプパターンの直上の領域）
６２  吸収体パターン
６３，６４  エッジ部
６５，６６，６７  レジストパターン
１０１  光軸
１０２  光軸外の領域
１０３  主光線
１０４  光線群
１０６  円弧状領域
１０７  光軸位置
ＡＢＳ  吸収体パターン
ＢＭ  照射光束
ＢＭＰ  バンプパターン
ＣＡＰ  キャッピング層
ＣＦ  メタル膜
ｄ  距離
ｈ  高さ
Ｉ１，Ｉ２  光強度
Ｍ  マスク（反射型マスク）
ＭＬ  多層膜
ＭＳ  基板
ＭＰ，ＭＰａ，ＭＰｂ，ＭＰ２  位相差パターン
ＰＯ  投影レンズ
ＰＵＰ  瞳面
ＰＵＡ１，ＰＵＡ２，ＰＵＡ３  領域
Ｗ１，Ｗ２  レジストパターンの幅
ＷＡＦ  ウエハ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2012069796.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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