(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトマスクの投影パターン像を、露光装置のフォーカスを変えながらウェーハ上に露光する工程と、
前記位相シフトマスクの各フォーカスごとの投影パターン像の測定値と所望の寸法値との差から欠陥を検出することにより、前記ウェーハ上における、各フォーカスごとの投影パターン像をそれぞれ評価する工程と、
クロムマスクの投影パターン像を、前記露光装置のフォーカスを前記位相シフトマスクの露光時と同じように変えながらウェーハ上に露光する工程と、
前記クロムマスクの各フォーカスごとの投影パターン像の測定値と所望の寸法値との差から欠陥を検出することにより、前記ウェーハ上における、各フォーカスごとの投影パターン像をそれぞれ評価する工程と、
前記評価の結果にもとづいて、欠陥のない領域を判断することにより、前記位相シフトマスクの露光マージンを判断する工程と
を備え、
前記位相シフトマスクの露光マージンを判断する工程は、前記評価の結果である露光マージンの大きさを前記位相シフトマスクと前記クロムマスクとで比較し、前記位相シフトマスクの露光マージンが前記クロムマスクの露光マージンよりも小さいか等しい場合には、前記位相シフトマスクを用いての投影パターン像の形成を見送るようにしたことを特徴とする位相シフトマスクの検査方法。
【請求項２】
前記位相シフトマスクの投影パターン像をウェーハ上に露光する工程は、露光量をある値に固定した状態で、所望のフォーカス値を含むように、該フォーカス値を変化させて繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクの検査方法。
【請求項３】
前記クロムマスクの投影パターン像をウェーハ上に露光する工程は、露光量をある値に固定した状態で、所望のフォーカス値を含むように、該フォーカス値を変化させて繰り返し行うことを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクの検査方法。
【請求項４】
前記所望のフォーカス値は、前記クロムマスクのベストフォーカスであることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の位相シフトマスクの検査方法。
【請求項５】
前記位相シフトマスク上のパターンおよび前記クロムマスク上のパターンは、略同一であることを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクの検査方法。
【請求項６】
前記投影パターン像をそれぞれ評価する工程は、いずれも、前記ウェーハ上における各投影パターン像が所望の投影パターン像から外れているかどうかを欠陥として検出することによって行うことを特徴とする請求項１に記載の位相シフトマスクの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、位相シフトマスクの検査方法に関するもので、特に、半導体集積回路の製造における、リソグラフィー工程で用いられるハーフトーン型の位相シフトマスク（以下、ハーフトーン位相シフトマスクと記する）の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の微細化にともない、さまざまな超解像技術が検討されてきた。そのうちの一つとして、リソグラフィー工程でのレジストパターンの形成にハーフトーン位相シフトマスクを用いる方法がある。
【０００３】
これは、従来の、不透明膜（たとえば、クロム膜）により形成していたマスク上の遮光パターンの部分を、露光光を若干（たとえば、強度で６％程度）透過し、その透過光の位相を１８０°反転させる半透明の膜（ハーフトーン膜）で覆うことによって露光イメージ（光学像）のコントラストを高めて、より微細なレジストパターンの形成を可能にするものである。
【０００４】
このハーフトーン位相シフトマスクを用いることによって、従来のクロム膜を採用するクロムマスク（ＣＯＧ（Chrome On Glass ）マスク）を用いた場合よりも、露光マージン（露光裕度）を大きくできることが期待され、露光時の露光条件のバラツキに対して強い露光を実現できる。
【０００５】
しかしながら、ハーフトーン位相シフトマスクは、ハーフトーン膜の透過率と位相差とを精度よく制御する必要がある。たとえば、マスク面内でハーフトーン膜の位相差が１８０°からずれているようなハーフトーン位相シフトマスクでは、ウェーハ面内にてベストフォーカス（設定フォーカス値）のバラツキが生じるため、露光マージンがクロムマスクを用いた場合よりも大きくならないことがある。
【０００６】
したがって、ハーフトーン位相シフトマスクの場合、ハーフトーン膜のマスク面内での位相差を正確に把握し、たとえば１８０°±３°程度に制御する必要があるが、新たに位相差測定装置などの機器を開発，導入することは多大なコストが生じるため、既に導入されている機器での簡便で正確な検査方法が求められていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来においては、ハーフトーン位相シフトマスクの場合、クロムマスクに比べ、より微細なレジストパターンの形成が可能であるものの、ハーフトーン膜のマスク面内での位相差を精度よく制御する必要があり、ハーフトーン膜の位相差を、新たな装置を導入することなしに正確に検査できる方法の確立が望まれていた。
【０００８】
そこで、この発明は、既に導入されている機器により、位相シフトマスクの性能を正確に、かつ、簡便に検査することが可能な、位相シフトマスクの検査方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明の一態様によれば、位相シフトマスクの投影パターン像を、露光装置のフォーカスを変えながらウェーハ上に露光する工程と、前記位相シフトマスクの各フォーカスごとの投影パターン像の測定値と所望の寸法値との差から欠陥を検出することにより、前記ウェーハ上における、各フォーカスごとの投影パターン像をそれぞれ評価する工程と、クロムマスクの投影パターン像を、前記露光装置のフォーカスを前記位相シフトマスクの露光時と同じように変えながらウェーハ上に露光する工程と、前記クロムマスクの各フォーカスごとの投影パターン像の測定値と所望の寸法値との差から欠陥を検出することにより、前記ウェーハ上における、各フォーカスごとの投影パターン像をそれぞれ評価する工程と、前記評価の結果にもとづいて、欠陥のない領域を判断することにより、前記位相シフトマスクの露光マージンを判断する工程とを備え、前記位相シフトマスクの露光マージンを判断する工程は、前記評価の結果である露光マージンの大きさを前記位相シフトマスクと前記クロムマスクとで比較し、前記位相シフトマスクの露光マージンが前記クロムマスクの露光マージンよりも小さいか等しい場合には、前記位相シフトマスクを用いての投影パターン像の形成を見送るようにしたことを特徴とする位相シフトマスクの検査方法が提供される。
【００１２】
上記の構成によって、位相差測定装置などの特別な検査機器を新たに開発，導入することなく、位相シフトマスクの位相差を正確に把握できるようになる。これにより、余計なコストの増大を抑えつつ、半導体集積回路の製造における歩留りの向上に多分に寄与することが可能となるものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の一形態にかかる、ハーフトーン位相シフトマスクの検査方法の概略を示すものである。なお、ここでは、ハーフトーン位相シフトマスク（ハーフトーン膜）の位相差の、マスク面内でのずれを検査する場合について説明する。
【００１５】
先ず、ハーフトーン位相シフトマスクを用い、露光装置の露光量をある値に固定した状態で、所望のフォーカス値（たとえば、クロムマスクのベストフォーカス（０．０μｍ））を中心に、露光装置のフォーカス値を０．２μｍ程度ずつ正負に変化させながら露光を繰り返し、それぞれ、上記ハーフトーン位相シフトマスク上のパターンに対応する投影パターン像をウェーハ上に形成する（第１のステップＳ１ａ）。
【００１６】
次に、上記ハーフトーン位相シフトマスク上のパターンと略同一のパターンを有するクロムマスクを用意し、露光装置の露光量をある値に固定した状態で、所望のフォーカス値（たとえば、クロムマスクのベストフォーカス（０．０μｍ））を中心に、露光装置のフォーカス値を０．２μｍ程度ずつ正負に変化させながら露光を繰り返し、それぞれ、上記クロムマスク上のパターンに対応する投影パターン像をウェーハ上に形成する（第２のステップＳ２ａ）。
【００１７】
なお、クロムマスクを用いた投影パターン像の形成は、上記ハーフトーン位相シフトマスクを用いた投影パターン像の形成より先に行うことも可能である。
【００１８】
次に、ウェーハ上の投影パターン像の寸法差もしくは欠陥（各投影パターン像が所望の投影パターン像から外れているかどうか）を検出するための既存の装置を用いて、上記ウェーハ上の、各フォーカス値ごとの投影パターン像における欠陥の検出を行う（第３のステップＳ３ａ）。その場合、たとえば、上記装置による測定値と所望の寸法値との差が０．０２μｍ以上ずれた場合に、これを欠陥として検出するようにする。
【００１９】
通常、設定フォーカス値（ベストフォーカス）から外れた部分（デフォーカスした部分）では、光学像の劣化によって、所望の寸法どおりに投影パターン像を形成できなくなる。そこで、ベストフォーカスから外れるにしたがって、寸法が大きく変動した投影パターン像を欠陥ありとして検出することで、たとえば図２に示すように、ウェーハ上における、各フォーカスごとの投影パターン像をそれぞれ評価できる。
【００２０】
次に、上記ステップＳ３ａでの、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光した場合の評価の結果と、クロムマスクを用いて露光した場合の評価の結果とにもとづいて、露光装置における、それぞれのフォーカス幅を比較する（第４のステップＳ４ａ）。フォーカス幅の比較は、それぞれのマスクに対応する欠陥のない領域（寸法変動の小さい領域）どうしを比較することによって行われる。
【００２１】
この結果、たとえば図２に示すように、欠陥のない領域が、クロムマスクを用いて露光した場合よりも、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光した場合の方が大きければ、ハーフトーン位相シフトマスクを用いた方が、クロムマスクを用いるよりも露光に関しては優れていると判断できるため（第５のステップＳ５ａ）、該ハーフトーン位相シフトマスクを実際の半導体集積回路の製造（リソグラフィー工程）に適用することで、良好なレジストパターンの形成において、露光時の露光条件のバラツキに対して強い製造工程となる。
【００２２】
一方、欠陥のない領域が、クロムマスクを用いて露光した場合よりも、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光した場合の方が小さいか、等しければ、クロムマスクを用いた方が、ハーフトーン位相シフトマスクを用いるよりも露光に関しては優れていると判断できるため（第５のステップＳ５ａ）、該ハーフトーン位相シフトマスクの、実際の半導体集積回路の製造への適用を見送る（クロムマスクを使用する）。
【００２３】
このように、ハーフトーン位相シフトマスクを用いてウェーハ上に投影パターン像を形成した場合の、ウェーハ面内における、投影パターン像の寸法のバラツキを、クロムマスクのそれと比較することにより、該ハーフトーン位相シフトマスクの性能を判断できる。
【００２４】
なお、デフォーカスが原因で発生する欠陥のない領域の中心（フォーカス幅の中点）が、該ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する場合の、露光装置の設定フォーカス値（該ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカス）ＪＦとなっている。
【００２５】
図３は、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する場合の、ベストフォーカスＪＦの算出方法の概略を示すものである。
【００２６】
先ず、ハーフトーン位相シフトマスクを用い、上記と同様の方法により、上記ハーフトーン位相シフトマスク上のパターンに対応する投影パターン像をウェーハ上に形成する（第１のステップＳ１ｂ）。
【００２７】
すなわち、露光装置の露光量をある値に固定した状態で、所望のフォーカス値（たとえば、クロムマスクのベストフォーカス）を中心に、露光装置のフォーカス値を変化させながら露光を繰り返し、上記ハーフトーン位相シフトマスク上のパターンに対応する投影パターン像をウェーハ上に形成する。
【００２８】
次に、既存の装置（たとえば、電子顕微鏡）を用いて、上記ウェーハ上における各フォーカス値ごとの投影パターン像の寸法（ウェーハ寸法）を測定する（第２のステップＳ２ｂ）。その際、パターンのピッチは一定で、かつ、マスク寸法（ハーフトーン位相シフトマスク上におけるパターンの寸法）の異なるものの、ウェーハ寸法を測定する。
【００２９】
次に、上記した装置を用いて、上記投影パターン像にそれぞれ対応する部分の、上記ハーフトーン位相シフトマスク上におけるパターンの寸法（マスク寸法）を測定する（第３のステップＳ３ｂ）。
【００３０】
次に、ウェーハ寸法およびマスク寸法の測定の結果をもとに、マスクの寸法変動に対する、ウェーハ上の寸法変動の割合（ＭＥＦ）を計算によって求める（第４のステップＳ４ｂ）。
【００３１】
ここで、ＭＥＦ（ Mask CD（Critical Dimension） Deviation Enhancement Factor ）とは、マスク寸法のバラツキがウェーハ寸法のバラツキに与える影響を定量化するためのファクターであり、たとえば、”Electrical Characterization of Across-Field Lithographic Performance for 256M bit DRAM Technologies ”,Proc. SPIE in Syumposium Photomask and X-Ray Mask Technology ２, Hideo Yoshikawa, Editor, Vol.2512, pp.218-225, 1995（J.Iba, K.Hashimoto, R.Ferguson, T.Yanagisawa and D.Samuels）に、詳細に記載されている。
【００３２】
なお、上記ＭＥＦは、たとえば図４に示すように、パターンピッチ一定の条件における、マスク寸法（Ｌｍ）とウェーハ寸法（Ｌｒ）との相関曲線の傾きとして定義される。
【００３３】
次に、たとえば図５に示すように、上記ステップＳ４ｂで求めたＭＥＦを各フォーカス値ごとにプロットして、グラフ化（露光装置のフォーカス依存性（この場合、各フォーカス値に対する相関曲線の傾き）を算出）する（第５のステップＳ５ｂ）。
【００３４】
次に、上記グラフから、露光装置のフォーカス依存性の極小値を求めることによって、該ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカスを決定する（第６のステップＳ６ｂ）。
【００３５】
この場合、ＭＥＦが極小となるフォーカス値を、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する際の露光装置の設定フォーカス値とすることができるため、露光装置のフォーカス依存性の極小値を求めることによって、該ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカスが算出できる。
【００３６】
図６は、ハーフトーン位相シフトマスクの位相差を求める場合の方法について概略的に示すものである。
【００３７】
先ず、上述した方法またはその他の方法により、該ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカスを求める（第１のステップＳ１ｃ）。
【００３８】
次に、上記ステップＳ１ｃで求めた該ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカスと、略同一のパターンを有するクロムマスクのベストフォーカスとを比較し（第２のステップＳ２ｃ）、そのずれ量から位相差を算出する（第３のステップＳ３ｃ）。
【００３９】
この場合、たとえば図７に示すように、あらかじめ市販の光学シミュレータを用いて、該ハーフトーン位相シフトマスクの位相差がある値のときの、クロムマスクのベストフォーカスに対してどの程度ずれるかをそれぞれ記憶したテーブルＴＤを用意しておき、このテーブルＴＤを上記ずれ量により参照することによって、位相差を簡単に算出できる。
【００４０】
たとえば、ベストフォーカスからのずれ（デフォーカス量）が０．０８μｍのハーフトーン位相シフトマスクの場合（図５参照）、上記テーブルＴＤを参照することにより、該ハーフトーン位相シフトマスクの位相差は１７６（degree）であると容易に算出できる。
【００４１】
上記したように、既に導入されている機器を用いて、ハーフトーン位相シフトマスクの性能を簡便に、かつ、正確に検査できるようにしている。これにより、位相差測定装置などの特別な検査機器を新たに開発，導入することなく、ハーフトーン位相シフトマスクの位相差などを正確に把握できるようになる。したがって、余計なコストの増大を抑えつつ、半導体集積回路の製造における歩留りの向上に多分に寄与することが可能となるものである。
【００４２】
なお、この発明は上述した実施の一形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳述したようにこの発明によれば、既に導入されている機器により、位相シフトマスクの性能を正確に、かつ、簡便に検査することが可能な、位相シフトマスクの検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態にかかる、ハーフトーン位相シフトマスクの検査方法（ハーフトーン膜の位相差の、マスク面内でのずれの検査方法）の概略を説明するために示すフローチャート。
【図２】同じく、ハーフトーン位相シフトマスクの検査方法を説明するために示す概略図。
【図３】同じく、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて露光する場合の、ベストフォーカスの算出方法を説明するために示すフローチャート。
【図４】同じく、ベストフォーカスの算出方法を説明するために示すＭＥＦの概略特性図。
【図５】同じく、ベストフォーカスの算出方法を説明するために、露光装置のフォーカス依存性を示す概略図。
【図６】同じく、ハーフトーン位相シフトマスクの位相差を求める場合の方法を説明するために示すフローチャート。
【図７】同じく、ハーフトーン位相シフトマスクの位相差を求める場合の方法を説明するために示す、テーブルの概略構成図。
【符号の説明】
ＪＫ…ハーフトーン位相シフトマスクのベストフォーカス
Ｌｍ…マスク寸法
Ｌｒ…ウェーハ寸法
ＴＤ…テーブル
【図１】
0004109783.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004109783.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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