(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準パターンと被測定用パターンとの相対位置を測定するパターン測定方法であって、
所定周期の繰り返しパターンからなる被測定用パターンと、この被測定用パターンよりも線幅の大きい基準パターンとを有するマスクを用い、投影露光装置を使用して上記各パターンを試料上に転写する工程と、
前記転写により前記試料上に形成された各々のパターンに対し、該パターンを転写する際の露光波長よりも短い波長の測定光源又は荷電ビーム源を有する測定機器を用い、前記試料上の基準パターンの中心位置と被測定用パターンの中心位置を測定し、且つ被測定用パターンに対しては繰り返しの最初と最後の部分を除くパターンの中心位置を測定する工程と、
前記測定された各中心位置のずれ量を求める工程と、
を含むことを特徴とするパターン測定方法。
【請求項２】
前記マスクの基準パターンは、被測定用パターンを挟んで線対称に、又は被測定用パターンに挟まれて線対称に配置され、且つ各々のパターンの中心位置は一致していることを特徴とする請求項１記載のパターン測定方法。
【請求項３】
前記マスクの被測定用パターンは、前記試料上に形成すべき実際の回路パターンと同等のパターンを模して形成されることを特徴とする請求項１又は２記載のパターン測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィー工程における転写パターンの測定方法に係わり、特に露光装置の光学系の収差等を調べるためのパターン測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マスクに形成されたパターンをウェハ上に縮小転写する露光装置において、ＬＳＩのデバイスパターンが微細化するに伴い、特定のパターンが非対称に転写される現象が生じている。この現象は、主にレンズ収差によるものと考えらており、従ってレンズ収差を測定する技術が必要となっている。
【０００３】
従来より、基準パターンと複数本のパターンの組からなる被測定用パターンとの相対位置ずれ量を測定することによって、露光装置の光学系の測定を行う方法が知られている。この際、光学系の瞳面における収差関数を精度良く求めるためには、被測定用パターンが無限に続く回折格子である必要があるが、これは実質的に不可能である。このため、実質的に無限と見なすことができるように、１度目の露光で基準パターンと同一繰り返しの複数本からなる被測定用パターンをウェハ上に転写し、その後に被測定用パターンの繰り返し部の最初と最後のパターンを２度目の露光で消失させ、内側の繰り返し部のみが最終的に残るようにしている。
【０００４】
このようにすることで、基準パターンと実質的に無限回繰り返される被測定用パターンとの間の相対位置を測定することができる。繰り返し部の最初と最後のパターンを消失させる範囲は、両端の１本ずつでも良いし複数本でも良い。被測定用パターンのサイズは、露光装置の解像限界付近であり、近年のデバイスの微細化に伴い４分の１ミクロン以下の場合があった。
【０００５】
ところで、この種のパターンの相対位置測定には、光学式位置ずれ検査装置が用いられており、その検査装置の解像力はせいぜい１μｍ程度である。このため、被測定用パターンの位置を求めるときは、パターン１本ずつの位置を求めるのではなく、パターンの組がどこにあるかを求めていた。上記のように実質的に無限回繰り返す繰り返しパターンを作るために２度目の露光をして両端のパターンを消失させる必要があったのは、測定装置が被測定用パターン１本ずつの位置を測定できるだけの解像力を有しないためである。
【０００６】
また、測定装置に高い解像力がないため、基準パターンと被測定用パターンからなるモニタパターンを比較的大きくする必要があった。実際に使われるモニタパターンの占有領域は１０〜３０μｍ四方程度であり、十分に小さいものとは言えなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の技術では、露光装置における光学系の収差関数を精度良く求めようとすると、１度の露光では被測定用パターンを形成できず２度の露光が必要であり、その分手間がかかった。また、被測定用パターンの占有面積が大きいため、デバイスの製造工程の中に光学系の測定に用いるパターンを工程検査用パターンとして導入することは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、１度の露光で被測定用パターンを形成し、且つ測定用パターンの占有面積を小さくしても精度良い測定を行うことができ、露光装置における光学系の収差関数等の測定に適したパターン測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１０】
即ち本発明は、基準パターンと被測定用パターンとの相対位置を測定するパターン測定方法であって、所定周期の繰り返しパターンからなる被測定用パターンと、この被測定用パターンよりも線幅の大きい基準パターンとを有するマスクを用い、投影露光装置を使用して上記各パターンを試料上に転写する工程と、前記転写により前記試料上に形成された各々のパターンに対し、該パターンを転写する際の露光波長よりも短い波長の測定光源又は荷電ビーム源を有する測定機器を用い、前記試料上の基準パターンの中心位置と被測定用パターンの中心位置を測定し、且つ被測定用パターンに対しては繰り返しの最初と最後の部分を除くパターンの中心位置を測定する工程と、前記測定された各中心位置のずれ量を求める工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
【００１２】
(1) マスクの基準パターンは、被測定用パターンを挟んで線対称に、又は被測定用パターンに挟まれて線対称に配置されること。
【００１３】
(2) マスクの被測定用パターンは、試料上に形成すべき実際の回路パターンと同等のパターンを模して形成されること。
【００１４】
(3) 基準パターンと被測定用パターンの相対位置測定には、荷電ビーム源を有する測定装置（ＳＥＭなど）を用いること。
【００１５】
(4) 基準パターンと被測定用パターンを複数組用意し、各組が互いに回転していて、回転角は３６０度を整数で除した値であること。
【００１６】
（作用）
本発明によれば、基準パターンと被測定用パターンの相対位置ずれ量を測定することで、投影光学系のパターンに対する収差等による影響を調べることができる。そしてこの場合、露光波長よりも短い波長の測定光源又は荷電ビーム源を有する測定機器を用いて基準パターン及び被測定用パターンの位置を測定するために、微細ピッチの被測定用パターンの１本１本を解像することができる。このため、被測定用パターンの繰り返しの最初及び最後の部分、即ち寸法精度の低い端部のパターンを物理的に除去しなくとも、これらのパターンを光学的に除去した状態で測定を行うことができる。
【００１７】
従って、１度の露光で形成された被測定用パターンであっても、その位置を精度良く測定することができ、露光装置における光学系の収差関数等の測定等に効果的に適用することが可能となる。また、測定機器の解像力が高いことから、被測定用パターンの占有面積を小さくすることができ、これによりデバイスの製造工程で工程検査用パターンとして導入することも可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
まず、図１に示すように、基準パターン１１と被測定用パターン１２を形成したマスクを用意する。ここで、各々のパターン１１，１２は、例えば透明基板上に形成された遮光膜パターンとする。被測定用パターン１２は繰り返しパターンであり、基準パターン１１と被測定用パターン１２は両者共に線対称な配置にする。このため、基準パターン１１の両側に被測定用パターン１２を配置しても良いし、基準パターン１１で被測定用パターン１２を挟むようにしても良い。
【００２０】
基準パターン１１は、中心点１０に対しＸ方向に線対称に配置されたラインパターン１１ａ，１１ｂと、中心点１０に対しＹ方向に線対称に配置されたラインパターン１１ｃ，１１ｄとからなる。各々のラインパターンは、比較的寸法の大きい（ウェハ上換算で１．５μｍ程度）ものである。
【００２１】
被測定用パターン１２は、中心点１０に対しＸ方向に線対称に配置された多数本（図では簡単のために６本にしている）のラインパターンと、中心点１０に対しＹ方向に線対称に配置された多数本（図では簡単のために６本にしている）のラインパターンとからなる。各々のラインパターンは、ウェハ上換算で０．２〜０．３μｍ程度である。
【００２２】
なお、被測定用パターン１２は、上記の同一周期のラインパターンをそれぞれ結合することにより、結果として中心点１０を中心に複数の矩形環状パターン（図では簡単のために６本にしている）１２ａ〜１２ｆを周期的に配置したものとなっている。そして、基準パターン１１が概略四方から被測定用パターン１２を囲んだような構成となっている。
【００２３】
上記のような構成のマスクを露光装置にセットし、マスクの各パターンをウェハ上のレジストに転写する。さらに、現像処理してレジストパターンを得る。ウェハ上のレジストがポジ型の場合、マスクに遮光膜で形成した各パターン１１，１２の縮小像がレジストパターンとして残ることになる。そして、得られたレジストパターンに対して測定を行う。
【００２４】
基準パターンと被測定用パターンの相対位置測定には、測定光源として露光波長よりも短い波長の光源を用いる。或いは、電子ビームを使用した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の高解像力の測定装置を用いる。つまり、被測定用パターンの１本１本を十分に解像可能な測定装置を用いる。
【００２５】
また、このパターン測定では、ウェハ上の基準パターンの中心位置と被測定用パターンの中心位置をそれぞれ測定し、これらの相対位置を求める。このときに、被測定用パターンの繰り返しパターンのうち、繰り返しの最初と最後は繰り返しの周期性が失われているため、その部分は被測定用パターン位置の測定の際は考慮しないで被測定用パターンの位置を求める。
【００２６】
具体的には、図２に示すようにウェハ上に形成されたレジストパターンに対し、二つの基準パターンＡ１，Ａ２のそれぞれの中心位置の中間点Ａｃを求めて基準パターンの中心位置とする。被測定用パターンの位置は、複数本の被測定用パターンの平均的な中心位置から被測定用パターンの位置Ｃを求め、その中点を被測定用パターンの中心位置として出す。基準パターンの中心位置と被測定用パターンの中心位置の相対位置ずれ量は、投影光学系を通して転写した後はゼロではなくなる。そのずれ量を測定することで、投影光学系のパターンに対する収差等による影響を測定することができる。
【００２７】
基準パターンの位置計測をする際、基準パターンの測定エッジが４箇所以上ある場合は、線対称な関係にある２箇所の位置Ｂ１，Ｂ２から基準パターンの位置をＢｃのようにして求めても良い。また、被測定用パターンは、線対称な関係にある２箇所のパターンエッジの測定点位置Ｄ１，Ｄ２から被測定用パターン位置Ｄを求めて、その中点を被測定用パターンの中心位置として求めても良い。
【００２８】
なお、マスクに形成するパターンの配置は、図１に限るものではなく図３に示すように、被測定用パターン３２が概略四方から基準パターン３１を囲んだような構成であってもよい。このような場合でも、ウェハ上に形成された基準パターンと被測定用パターンの位置を上記のようにして求めることが可能である。図１、図３の場合には、同一マークで水平方向だけでなく、垂直方向の測定を行うことも可能である。概略四方を囲む際、その形は必ずしも正方形である必要はなく、正多角形であったり円であっても良い。
【００２９】
また、高次の収差まで測定するために、図１や図３に示すような基準パターンと被測定用パターンの組を複数組用意し、各組が互いに回転しているように配置しても良い。この場合の回転角は、３６０度を整数で除した値である。
【００３０】
このように本実施形態によれば、ウェハ上に被測定用パターンを形成する際、２度の露光を行う必要はなく１度の露光で済むため、被測定用パターンの形成が極めて容易に迅速にできるようになる。そして、被測定用パターンの繰り返しパターンの最初と最後を測定に含めないので、被測定用パターンを無限に続く繰り返しパターンとして扱うことができ、精度良い測定が可能である。また、基準パターンと被測定用パターンの組を回転させた物を組み合わせて配置することにより、投影光学系の収差測定の際、高次の収差まで測定することが可能である。
【００３１】
（第２の実施形態）
被測定用パターンの変形例として、図４のようにすることができる。これは、基準パターン４１と被測定用パターン４２の関係は、基準パターン４１が概略二方から被測定用パターン４２を囲んだような構成である。
【００３２】
基準パターン４１の位置はＡ又はＢの位置から求め、被測定用パターン４２はＦの位置から求める。求め方の詳細は第１の実施形態の場合とほぼ同じなので省略する。この場合も、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３３】
なお、基準パターン４１が概略二方から被測定用パターン４２を囲んだような構成に限らず、被測定用パターン４２が基準パターン４１を概略二方から囲んだような構成であっても良い。これらのパターン４１，４２には、水平方向だけでなく、垂直方向のパターンがあっても良い。基準パターン４１と被測定用パターン４２は、パターンサイズや密度を変えて複数組同時に露光しても良い。
【００３４】
また、高次の収差を測定するために、図４に示すような基準パターンと被測定用パターンの組を複数組用意し、各組を互いに回転しているように配置しても良い。この場合の回転角は、３６０度を整数で除した値である。基準パターン４１と被測定用パターン４２の相対位置測定には、測定光源として露光波長よりも短い波長の光源を用いる、或いは荷電ビーム源を使用したＳＥＭ等の高解像力の測定装置を用いる。
【００３５】
（第３の実施形態）
基準パターンと被測定用パターンが半導体デバイス作成用の原板内に配置される場合は、被測定用パターンとして半導体デバイスパターンを用いることができる。その例を図５に示す。この図は、被測定用パターンとして実際に形成すべき回路パターンと同等のパターンが形成されたマスクを用いた露光によって、ウェハ上に形成されたレジストパターンを示している。
【００３６】
基準パターンの位置の求め方は、第１の実施形態の通りである。即ち、二つの基準パターンＡ１，Ａ２のそれぞれの中心位置の中間点Ａｃを求めて基準パターンの中心位置とする。又は、基準パターンの位置計測をする際に基準パターンの測定エッジが４箇所以上ある場合は、線対称な関係にある２箇所の位置Ｂ１，Ｂ２から基準パターンの位置をＢｃのようにして求めても良い。
【００３７】
被測定用パターンの位置測定では、複数本の被測定用パターンの平均的な中心位置から被測定用パターンの位置Ｈを求め、その中点を被測定用パターンの中心位置として出す。また、線対称な関係にある２箇所のパターンエッジの測定点位置Ｇ１，Ｇ２から被測定用パターンの長さＧを求め、その中点を被測定用パターンの中心位置として求めても良い。
【００３８】
基準パターンと被測定用パターンは、１組が例えば５μｍ四方の枠内に収まる程度と極めて小さいものである。基準パターンと被測定用パターンの相対位置測定には、先の第１の実施形態と同様に、測定光源として露光波長よりも短い波長の光源を用いるか、或いは荷電ビーム光源を使用したＳＥＭ等の高解像力の測定装置を用いればよい。
【００３９】
本実施形態によれば、先の第１の実施形態と同様の効果が得られるのは勿論のこと、回路パターンを被測定用パターン内に用いることで、その回路特有の収差の影響を測定することができる。また、基準パターンと被測定用パターンからなるモニタパターンが５μｍ四方程度と極めて小さくなり、測定専用のマスクではなく実際の露光用マスクにモニタパターンを形成することもできるため、モニタパターンをデバイスの製造工程で工程検査用パターンとして導入することが可能となる。
【００４０】
また、図１〜第３の実施形態で用いたパターン位置の求め方はこの方法に限定されるわけではなく、発明の趣旨内であれば他の求め方をすることができる。基準パターンは、図１〜図５に示すように必ずしも長く形成する必要はなく、エッジ位置を測定すべき方向と直交する方向に該測定に要する長さ以上あればよい。また、マスクに形成する基準パターン及び被測定用パターンは必ずしも遮光膜である必要はなく、半透明膜で形成することも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、試料上に形成された基準パターン及び被測定用パターンに対し、露光波長よりも短い波長の測定光源又は荷電ビーム源を有する測定機器を用い、基準パターンの中心位置と被測定用パターンの中心位置を測定し、且つ被測定用パターンに対しては両端を除くパターンの中心位置を測定するようにしているので、被検査パターンの繰り返しの最初及び最後を除去する必要なしに、基準パターンと被測定用パターンとの相対位置を精度良く測定することができる。
【００４２】
従って、光学系の収差関数を精度良く求めようとする場合でも、被測定用パターンの形成に要する露光回数を１度で済ませることができ、検査プロセスの容易化及び高速化をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いたマスク上のパターン配置を示す図。
【図２】ウェハ上に形成されたレジストパターンを示す図。
【図３】マスク上のパターン配置の別の例を示す図。
【図４】第２の実施形態におけるマスク上のパターン配置例を示す図。
【図５】第３の実施形態におけるウェハ上のパターン形成例を示す図。
【符号の説明】
１０…中心点
１１，３１，４１…基準パターン
１２，３２，４２…被検査パターン
【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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