(57)【要約】【課題】半導体露光装置において、実効的な露光領域の外延を示す境界線を、簡易且つ客観的に検出することができる、露光境界位置の検出方法を提供する。また、同検出方法を用いて、効率よく半導体装置を製造することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】減光量が露光量に換算して１００ｍｓｅｃ以下の領域を露光領域３４Ｃ（非遮光領域）、１００ｍｓｅｃを超える領域を遮光領域３４Ｂと定義すると、寸法変化量が０．１２μｍが閾値となる。投影像６４の寸法変化量が０．１２μｍ以下の領域が露光領域３４Ｃであり、投影像６４の寸法変化量が０．１２μｍを超える領域が遮光領域３４Ｂである。点線で示したように、露光領域３４Ｃと遮光領域３４Ｂとの「実効的な境界線Ｌｋ」の位置を求めることができる。「実効的な境界線Ｌｋ」の位置は、フォトマスク２８Ｍ上の露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの境界線の位置に対応付けることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光束が通過する開口面積を調整するレチクルブラインドと、フォトマスクを保持する保持部材と、を備え、前記レチクルブラインドの開口を通過した光束を前記保持部材に保持されたフォトマスクに照射して、フォトマスクに形成されたパターンをウェハ上のフォトレジストに投影露光する半導体露光装置において、前記レチクルブラインドによるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出する、露光境界位置の検出方法であって、
露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が線形に変化する単位計測パターンが所定方向に複数個配列されたパターン列を複数列含む計測用パターンが形成された計測用フォトマスクを作成し、
前記計測用フォトマスクを前記保持部材により保持し、
前記レチクルブラインドの開口面積を調整し、
前記レチクルブラインドの前記開口を通過した光束を、前記保持部材に保持された計測用フォトマスクに照射して、前記計測用フォトマスクに形成された計測パターンをフォトレジストに焼き付け、
フォトレジストに焼き付けられた計測パターンから、前記境界線を挟んで単位計測パターンの投影像が一定方向に複数個配列された計測領域を少なくとも１つ選択し、
選択された計測領域において、露光領域側にある測定開始位置から遮光領域側に向って、一定方向に配列された単位計測パターンの投影像の寸法を順次測定し、
前記投影像の寸法の変化量が予め定めた閾値を超える位置に基づいて、前記一定方向におけるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出する、
露光境界位置の検出方法。
【請求項２】
前記単位計測パターンは、少なくとも、所定幅の直線部が前記一定方向と直交する方向に所定間隔で平行に配列された直線格子パターンを含んで構成される、請求項１に記載の露光境界位置の検出方法。
【請求項３】
前記選択された計測領域は、投影像の寸法を測定可能な単位計測パターンを３個以上含む、請求項１又は２に記載の露光境界位置の検出方法。
【請求項４】
前記計測用フォトマスクは、複数の単位計測パターンが一定方向に所定間隔で配列されたパターン列を、前記一定方向と直交する方向に所定間隔で複数列並べて、複数の単位計測パターンをマスク全面にマトリクス状に配列した、請求項１〜３の何れか１項に記載の露光境界位置の検出方法。
【請求項５】
前記単位計測パターンの投影像の寸法を、光学式の寸法測定装置により測定する、請求項１〜４の何れか１項に記載の露光境界位置の検出方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか１項に記載された露光境界位置の検出方法を用いて、半導体露光装置におけるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出し、
検出された境界線の内側に在る前記フォトマスクの露光領域内に、半導体装置の回路パターンを形成し、
回路パターンが形成されたフォトマスクを前記保持部材に保持し、
前記レチクルブラインドの開口を通過した光束を、前記保持部材に保持されたフォトマスクに照射して、フォトマスクに形成された回路パターンをウェハ上のフォトレジストに焼き付け、
半導体装置を製造する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体露光装置における露光境界位置の検出方法と、この検出方法を用いた半導体装置の製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造においては、フォトマスクに描かれたマスクパターンを、ウェハ上に形成したフォトレジスト（感光性樹脂）に転写して、素子や配線を形成するためのレジストパターンを形成する「フォトリソグラフィー技術」が一般的に用いられている。半導体装置の製造におけるフォトリソグラフィー工程では、光源から紫外線等をフォトマスクに照明する、ステッパー等の「半導体露光装置」が用いられている。
【０００３】
半導体露光装置では、フォトマスクを原版として、投影レンズにより所定の倍率でマスクパターンをフォトレジストに縮小投影することで、マスクパターンがフォトレジストに転写される。露光後のフォトレジストを現像することにより、ウェハ上にはマスクパターンに応じたレジストパターンが形成される。原版として用いられるフォトマスクは「レチクル」と通称されている。
【０００４】
上記の半導体露光装置では、図１０に示すように、光源（図示せず）とフォトマスク２８との間には、照明光の一部を遮断する遮光板としてレチクルブラインド２４が配置されている。レチクルブラインド２４は、通常、Ｌ字型の２枚の遮光板２４Ａ，２４Ｂから構成されている。２枚の遮光板２４Ａ，２４Ｂは、矩形状の開口Ｓが形成されるように、重ね合わされている（特許文献１を参照）。
【０００５】
光源からの照明光は、一部がレチクルブラインド２４で遮断され、残部がレチクルブラインド２４の開口Ｓを通過して、フォトマスク２８に照射される。即ち、フォトマスク２８上には、レチクルブラインド２４で遮光されない露光領域２８Ｅと、レチクルブラインド２４で遮光された遮光領域２８Ｂと、が存在している。ウェハ３２上に形成されたフォトレジスト３４には、露光領域２８Ｅに在るパターンが縮小投影され、特定領域３４Ａが露光される。
【０００６】
また、レチクルブラインド２４は、遮光板２４Ａ，２４Ｂの各々を光軸と直交する面内で平行に移動させることで、矩形状の開口Ｓの面積を調整する絞り機構として機能する（特許文献１を参照）。この機能により、フォトマスク２８に形成された任意のパターン領域を選択して、ウェハ３２上にレジストパターンを形成することができる。
【０００７】
しかしながら、レチクルブラインドでの回折現象により、フォトレジストに形成される投影像の外延近傍では、光コントラストが徐々に変化するため、ウェハ上に形成されるレジストパターンのエッジ部分（レジストエッジ）は、完全な直線とはならず、ぼやけた形状となる。このため、ウェハ上でパターニングする領域としない領域とを明確に区別したい場合には、フォトマスクの周辺部にクロム（Ｃｒ）等からなる遮光帯を設けている。
【０００８】
遮光帯の幅は、レチクルブラインドの位置精度から、一般的には１．５ｍｍ程度必要とされている。従来、レチクルブラインドの開口の面積調整は、駆動機構により機械的に行われており、レチクルブラインドの位置精度は、駆動機構の機械的精度によって決まっている。このため、遮光帯の幅には、ミリ単位の比較的大きな余裕を持たせなければならず、１．５ｍｍもの幅広の遮光帯が必要となる。
【０００９】
しかしながら、この遮光帯をフォトマスクに設けることは、フォトマスクの有効面積を減少させる。フォトマスクの有効面積が減少すると、最終的にはマスクパターンを形成する領域も小さくせざるを得ず、ウェハ１枚当りの製品（半導体装置）の取れ数が減少するという悪影響も出てくる。
【００１０】
これらの問題を回避するには、レクチルブラインドの遮光位置を正確に測定し、管理することが重要となる。即ち、フォトマスク上で、レチクルブラインドで遮光されない露光領域と、レチクルブラインドで遮光された遮光領域と、を区別することが重要となる。例えば、フォトマスク上での露光領域の外延が明確となれば、フォトマスクに遮光帯を設けずに済む、少なくとも遮光帯の幅を１ｍｍや０．５ｍｍまで狭くすることができる。これにより、フォトマスクの有効面積が減少する、ウェハ１枚当りの取れ数が減少する、という問題を回避することができる。
【００１１】
【特許文献１】特開平０９−２２３６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来は、図１１に示すように、フォトマスクに物差し状の目盛りパターンを形成し、目盛りパターンを形成したフォトマスクを露光装置に取り付けて、レクチルブラインドの位置（遮光位置）を測定していた。具体的には、そのフォトマスクの目盛りパターン上にレチクルブラインドのエッジがかかるように、目盛りパターンをフォトレジストに投影（転写）して、転写された目盛りパターンから、露光領域と遮光領域との境界線の位置を、光学顕微鏡を用いて目視で読み取ることで、レクチルブラインドの位置を測定していた。
【００１３】
例えば、図１１に示す例では、レクチルブラインドの開口を通過した光が直進した場合に、フォトマスク上での露光領域の外延を示す境界線が、フォトマスクに形成された目盛りパターンの「０」上に重なるように、目盛りパターンが設計されている。しかしながら、実際には、レクチルブラインドでの回折現象により、フォトマスク上での露光領域は外側（図面では右側）に拡がり、境界線は目盛りパターンの約「１００」の位置にあることが分かる。
【００１４】
しかしながら、上述したレチクルブラインドによる回折現象により、露光領域と非露光領域の境界線の近傍では光コントラストが徐々に変化するため、転写された目盛りパターンもぼやけてしまい、境界線の正確な位置を読み取ることは困難である。図１１に示す例でも、実際には、境界線より外側（遮光領域）に在る目盛りパターンは、フォトレジストには転写されない。転写された目盛りパターンだけから、境界線の位置を読み取ることになる。
【００１５】
また、従来の計測方法では、光学顕微鏡を用いて目視で読み取るために、測定に時間がかかる。加えて、境界か否かに関し測定者の判断が加わるために、測定者間で誤差が生じ、境界線の正確な位置を測定することは困難である。
【００１６】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、半導体露光装置において、レチクルブラインドで遮断されなかった露光光がフォトマスクに到達する領域（即ち、実効的な露光領域）の外延を示す境界線を、簡易且つ客観的に検出することができる、露光境界位置の検出方法を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、本発明の露光境界位置の検出方法を用いて検出された境界線の内側に在るフォトマスクの露光領域内に、半導体装置の回路パターンを形成して、効率よく半導体装置を製造することができる、半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために請求項１に記載の露光境界位置の検出方法は、光源からの光束が通過する開口面積を調整するレチクルブラインドと、フォトマスクを保持する保持部材と、を備え、前記レチクルブラインドの開口を通過した光束を前記保持部材に保持されたフォトマスクに照射して、フォトマスクに形成されたパターンをウェハ上のフォトレジストに投影露光する半導体露光装置において、前記レチクルブラインドによるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出する、露光境界位置の検出方法であって、露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が線形に変化する単位計測パターンが所定方向に複数個配列されたパターン列を複数列含む計測用パターンが形成された計測用フォトマスクを作成し、前記計測用フォトマスクを前記保持部材により保持し、前記レチクルブラインドの開口面積を調整し、前記レチクルブラインドの前記開口を通過した光束を、前記保持部材に保持された計測用フォトマスクに照射して、前記計測用フォトマスクに形成された計測パターンをフォトレジストに焼き付け、フォトレジストに焼き付けられた計測パターンから、前記境界線を挟んで単位計測パターンの投影像が一定方向に複数個配列された計測領域を少なくとも１つ選択し、選択された計測領域において、露光領域側にある測定開始位置から遮光領域側に向って、一定方向に配列された単位計測パターンの投影像の寸法を順次測定し、前記投影像の寸法の変化量が予め定めた閾値を超える位置に基づいて、前記一定方向におけるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出する、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項２に記載の露光境界位置の検出方法は、請求項１に記載の発明において、前記単位計測パターンは、少なくとも、所定幅の直線部が前記一定方向と直交する方向に所定間隔で平行に配列された直線格子パターンを含んで構成される、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項３に記載の露光境界位置の検出方法は、請求項１又は２に記載の発明において、前記選択された計測領域は、投影像の寸法を測定可能な単位計測パターンを３個以上含む、ことを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の露光境界位置の検出方法は、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明において、前記計測用フォトマスクは、複数の単位計測パターンが一定方向に所定間隔で配列されたパターン列を、前記一定方向と直交する方向に所定間隔で複数列並べて、複数の単位計測パターンをマスク全面にマトリクス状に配列した、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の露光境界位置の検出方法は、請求項１〜４の何れか１項に記載の発明において、前記単位計測パターンの投影像の寸法を、光学式の寸法測定装置により測定する、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項６に記載の半導体装置の製造方法は、請求項１〜５の何れか１項に記載された露光境界位置の検出方法を用いて、半導体露光装置におけるフォトマスク上での遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出し、検出された境界線の内側に在る前記フォトマスクの露光領域内に、半導体装置の回路パターンを形成し、回路パターンが形成されたフォトマスクを前記保持部材に保持し、前記レチクルブラインドの開口を通過した光束を、前記保持部材に保持されたフォトマスクに照射して、フォトマスクに形成された回路パターンをウェハ上のフォトレジストに焼き付け、半導体装置を製造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１に係る発明によれば、半導体露光装置において、レチクルブラインドで遮断されなかった露光光がフォトマスクに到達する領域（即ち、実効的な露光領域）の外延を示す境界線を、簡易且つ客観的に検出することができる、という効果がある。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が線形に変化する単位計測パターンを、簡単に構成することができる、という効果がある。
【００２６】
請求項３に記載の発明によれば、３点計測により、投影像の寸法の変化量が予め定めた閾値を超える位置を明確に特定することができる、という効果がある。
【００２７】
請求項４に記載の発明によれば、フォトレジストに焼き付けられた計測パターンから計測領域を任意に選択することができる、という効果がある。
【００２８】
請求項５に記載の発明よれば、光学顕微鏡を用いて目視で計測を行う従来の測定方式に比べて、簡易な方法で境界線の位置を検出することができる、という効果がある。
【００２９】
請求項６に記載の発明によれば、本発明の露光境界位置の検出方法を用いて検出された境界線の内側に在るフォトマスクの露光領域内に、半導体装置の回路パターンを形成して、効率よく半導体装置を製造することができる、という効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００３１】
＜半導体露光装置の構成＞
図１はレチクルブラインドを備えた半導体露光装置の構成を示す概略図である。
この半導体露光装置は、高圧水銀ランプ、超高圧水銀ランプ等の高輝度な光源１０を備えている。光源１０の後方には、光源１０から射出された照明光を集光する楕円鏡１２が配置されている。光源１０の前方には、開閉可能に構成されたシャッター１４、露光に必要な波長のみを通過させる波長選択フィルタ１６、及び反射ミラー１８が、光源１０側から光路に沿ってこの順に配置されている。
【００３２】
反射ミラー１８の光反射側には、入射した光を均一な照度分布の光束に調整するフライアイインテグレータ２０、及び入射した光の一部を透過し且つ残部を反射するハーフミラー２２が、反射ミラー１８側から光路に沿ってこの順に配置されている。また、ハーフミラー２２の光透過側には、絞り手段としてのレチクルブラインド２４、及びレンズ系２６が、ハーフミラー２２側から光路に沿ってこの順に配置されている。一方、ハーフミラー２２の光反射側には、積算露光量を計測する積算露光量計４８が配置されている。
【００３３】
シャッター１４は、駆動装置４４を介して制御装置４６に接続されている。また、積算露光量計４８も、制御装置４６に接続されている。制御装置４６では、積算露光量計４８の出力に基づいて、シャッター１４の開閉時間（即ち、露光量）を制御する制御信号を生成する。駆動装置４４は、制御信号に基づいてシャッター１４を開閉させて露光量を制御する。
【００３４】
図２はレチクルブラインドの構成を示す概略図である。レチクルブラインド２４は、図２（Ａ）に示すように、Ｌ字型の２枚の金属製の遮光板２４Ａ，２４Ｂを重ね合わせて構成されている。２枚の遮光板２４Ａ，２４Ｂの各々は、照明光の光軸Ｌaxと直交する面に平行に配置され、駆動装置５０により独立に駆動されて、光軸Ｌaxと直交する面内で平行に移動する。これにより、レチクルブラインド２４は、矩形状の開口Ｓの面積を調整する絞り機構として機能する。例えば、図２（Ｂ）に示すように、遮光板２４Ｂだけをｘ方向に移動させて、矩形状の開口Ｓの面積を拡大させることができる。駆動装置５０は制御装置４６に接続され、制御信号に基づいて遮光板２４Ａ，２４Ｂの各々を独立に駆動する。
【００３５】
レンズ系２６の光出射側には、フォトマスク２８を保持する保持ステージ（図示せず）が配置されている。フォトマスク２８はこの保持ステージに保持されて、レンズ系２６の結像位置に固定配置されることになる。フォトマスク２８の光出射側には、フォトマスク２８に形成されたパターンを１／１０、１／５等に縮小して投影する投影光学系３０が配置されている。投影光学系３０の光射出側には、フォトレジスト３４が塗布されたウェハ３２を載置するステージ３６が配置されている。ウェハ３２はステージ３６上に固定配置される。
【００３６】
ステージ３６は、互いに直交する方向へ移動可能な一対のブロックを重ね合わせた周知のものである。ステージ３６は、光軸（Ｌax）方向をｚ軸として、ｚ軸と直交するｘｙ方向に移動可能に構成されている。このステージ３６のｘｙ方向への移動により、ウェハ３２の水平面内での位置が調整される。なお、ステージ３６の位置は、ステージ３６上の移動鏡３８に向けてレーザ光４０を射出し、その反射光と入射光の干渉に基づいて距離を測定するレーザ干渉計４２によって検出されている。
【００３７】
＜半導体露光装置の動作＞
次に、図１に示す半導体露光装置の動作を簡単に説明する。
光源１０から射出された照明光は、楕円鏡１２で集光され、シャッター１４の開閉動作に応答して波長選択フィルタ１６に入射する。波長選択フィルタ１６は、露光に必要な波長のみを通過させる。例えば、高圧水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）を選択的に通過させる。波長選択フィルタ１６を通過した照明光は、反射ミラー１８で反射され、フライアイインテグレータ２０によって均一な照度分布の光束に調整されて、ハーフミラー２２に入射する。
【００３８】
ハーフミラー２２を透過した照明光は、レチクルブラインド２４に到達する。レチクルブラインド２４は、開口Ｓの大きさを変化させて、照明光によるフォトマスク２８上の露光範囲を調整する。また、フライアイインテグレータ２０から射出した光束の一部はハーフミラー２２で反射されて積算露光量計４８に入射し、露光量の制御が行われる。
【００３９】
レチクルブラインド２４の開口Ｓを通過した照明光は、レンズ系２６によりフォトマスク２８上に結像され、フォトマスク２８の所望範囲が照明される。フォトマスク２８の照明範囲に存在するパターン像は、投影光学系３０により１／１０、１／５等に縮小投影されて、ウェハ３２上に塗布されたフォトレジスト３４上に結像される。これにより、フォトレジスト３４の特定領域３４Ａに、フォトマスク２８のパターン像が露光される。
【００４０】
なお、フォトレジスト３４上の露光領域を「単位領域」に分割して露光する場合には、１枚のフォトマスク２８（パターン領域）について１回の露光が終了した後に、フォトマスク２８を交換する。そして、ステージ３６を駆動してフォトレジスト３４上の別の露光領域を投影光学系３０に対して位置決めして露光する。以下、露光終了毎に同様の手順を繰り返して、ウェハ３２上に塗布されたフォトレジスト３４の全領域を露光する。
【００４１】
また、１枚のフォトマスク２８に複数種類のパターンを形成し、レチクルブラインド２４の開口面積を調整することで、照明光によるフォトマスク２８上での露光範囲を変更し、フォトマスク２８から任意のパターン領域を選択して、ウェハ３２上にレジストパターンを形成することができる。
【００４２】
＜露光境界位置の検出方法＞
次に、半導体露光装置における「露光境界位置の検出方法」について説明する。この検出方法では、レチクルブラインド２４での回折現象を考慮して、レチクルブラインド２４で遮断されなかった照明光が、フォトマスク２８に到達する領域（即ち、実効的な露光領域）の外延を示す境界線の位置を、遮光領域と露光領域との境界線の位置（即ち、露光境界位置）として検出する。また、この検出方法では、露光境界位置を、特定の指標に基づいて簡易且つ客観的に検出するために、以下に説明する「計測用フォトマスク」を使用する。以下では、計測用フォトマスクに「２８Ｍ」という符号を付して、回路パターン形成用の通常のフォトマスク２８と区別する。
【００４３】
（計測用フォトマスク）
図３（Ａ）は計測用フォトマスク２８Ｍに形成される「単位計測パターン」の構成の一例を示す図である。図３（Ｂ）は「単位計測パターン」が配列された計測用フォトマスク２８Ｍの一例を示す平面図である。図３（Ｃ）は計測用フォトマスク２８Ｍが部分的に遮光される様子を示す平面図である。
【００４４】
図３（Ａ）に示すように、単位計測パターン５２は、黒ベタの矩形パターン５４を有している。ここでは、矩形パターン５４の外周を構成する各辺を、上辺、右辺、下辺、左辺として区別する。矩形パターン５４の上側には、上辺と同じ長さで所定幅の複数の線分が、矩形パターン５４の上辺と平行に所定間隔で配列されている。所定間隔で配列された複数の線分（ライン＆スペース集合体）からなるパターンを直線格子パターンという。この例では、直線格子パターンには、５本の線分が配列されている。即ち、矩形パターン５４の上側には、直線格子パターン５６が配置されている。
【００４５】
また、矩形パターン５４の右側には、右辺と同じ長さで所定幅の複数（この例では、５本）の線分が、矩形パターン５４の右辺と平行に所定間隔で配列されている。即ち、矩形パターン５４の右側には、直線格子パターン５８が配置されている。同様に、矩形パターン５４の下側には、直線格子パターン６０が配置され、矩形パターン５４の左側には、直線格子パターン６２が配置されている。
【００４６】
上述した通り、単位計測パターン５２は、中心部に黒ベタの矩形パターン５４を配置し、外周部に直線格子パターン５６、５８、６０、６２を配置した構成とされている。単位計測パターン５２の全体的な寸法とは、１つの格子配列方向に沿った方向での単位計測パターン５２の長さ又は幅である。単位計測パターン５２の寸法は、既知の光学的な寸法測定装置で精度よく測定するために、概ね５０μｍ程度とすることが好ましい。
【００４７】
図３（Ａ）に示す例では、単位計測パターン５２の上下方向での寸法は５０μｍ、左右方向での寸法は５０μｍである。ライン幅（１本の線分の幅）を０．５２μｍ、スペース幅（隣接する２本の線分間の距離）を０．５２μｍとすると、矩形パターン５４の一辺は３９．６μｍとなる。
【００４８】
後述する通り、図３（Ａ）に例示した、直線格子パターン（ライン＆スペース集合体）を含む単位計測パターンは、露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が敏感に変化するという性質を有する。本実施の形態では、単位計測パターンのこの性質を利用して、実効的な露光領域の外延を示す境界線の位置を「露光境界位置」として検出するものである。
【００４９】
図３（Ｂ）に示すように、計測用フォトマスク２８Ｍは、平面視が矩形状の平板であり、照明光に対し透明な材料で構成されている。計測用フォトマスク２８Ｍには、マスク全体に多数の単位計測パターン５２が形成されている。例えば、石英ガラス板の上に、クロム（Ｃｒ）等の遮光材料でパターンが形成されている。通常のフォトマスク２８には、ウェハの単位領域を露光（パターニング）するために、露光可能領域が設定されている。マスクパターンはこの露光可能領域内に形成される。計測用フォトマスク２８Ｍにも、通常のフォトマスク２８と同様に、露光可能領域２８Ａ（一点鎖線で囲んだ領域）が設定されている。単位計測パターン５２は、この露光可能領域２８Ａ内に形成されている。
【００５０】
この例では、１０個の単位計測パターン５２が左右方向に所定間隔で配列されたパターン列が、上下方向に所定間隔で１０組並べられて、１００個の単位計測パターン５２が１０×１０のマトリクス状に配置されている。単位計測パターンの「配置個数」や「配置ピッチ」は、任意に選択することができる。測定精度の観点からは、配置ピッチを２００μｍ以下とすることが好ましい。配置ピッチを狭くした方が、測定精度が向上する。
【００５１】
（レチクルブラインドによる回折現象）
ここで、図１２（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、レチクルブラインドによる「回折現象」について説明する。この説明では、レチクルブラインド２４の開口Ｓを通過した光は、等倍でフォトマスク２８に照射されると共に、フォトマスク２８に形成されたマスクパターンで変調された光が、ウェハ３２上に形成されたフォトレジスト３４に等倍で投影されるものとする。
【００５２】
光源からの照明光がレチクルブラインド２４の開口Ｓを通過して直進すると仮定すると
、フォトマスク２８上では、レチクルブラインド２４の開口Ｓに対向する部分が露光領域２８Ｃとなり、レチクルブラインド２４の遮光板２４Ａ，２４Ｂに対向する部分が遮光領域２８Ｄとなる。露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの仮想境界線を点線で示す。
【００５３】
しかしながら、実際には、照明光がレチクルブラインド２４の開口Ｓを通過するときに回折するために、図１２（Ｂ）に示すように、露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの間に明確な境界線は存在しない。例えば、レチクルブラインド２４で遮光されている部分では、フォトレジスト３４に到達する光は０％とし、レチクルブラインド２４で遮光されていない部分では、開口Ｓを通過した光がフォトレジスト３４に１００％到達するものと仮定すると、フォトレジスト３４を露光する露光光の光強度は、レチクルブラインド２４の開口Ｓでの回折現象により、仮想境界線の前後で１００％から０％まで徐々に変化する。
【００５４】
（境界位置の検出原理）
図３（Ｃ）に示すように、レチクルブラインド２４の開口Ｓの面積を小さくして、露光可能領域２８Ａよりひと回り狭い領域を露光領域２８Ｃとすると、単位計測パターン５２が形成された領域も一部遮光される。レチクルブラインドによる「回折現象」により、露光領域２８Ｃに在る単位計測パターン５２、遮光領域２８Ｄに在る単位計測パターン５２、露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの境界近傍に在る単位計測パターン５２の各々で、露光量が異なることになる。
【００５５】
上述した通り、図３（Ａ）に例示した単位計測パターンは、露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が敏感に変化するという性質を有する。本実施の形態では、単位計測パターンのこの性質を利用して、投影像の寸法から、レチクルブラインド２４で遮断されなかった照明光が、フォトマスク２８に到達する領域（即ち、実効的な露光領域）の外延を示す境界線の位置を、遮光領域と露光領域との境界線の位置（即ち、露光境界位置）として検出する。
【００５６】
図１に示す半導体露光装置を用いて、露光量を変化させながら、計測用フォトマスク２８Ｍの計測パターンを、ウェハ３２上に塗布されたフォトレジスト３４に等倍で投影露光した。フォトレジスト３４には計測パターンが焼き付けられる。計測パターンに含まれる複数の単位計測パターン５２の各々に対応して、複数の投影像６４がフォトレジスト３４に焼き付けられる（図５参照）。
【００５７】
フォトレジスト３４に焼き付けられた投影像６４の寸法を、例えば「レジスト重ね合わせ測定装置」のような、既知の光学的な寸法測定装置で測定した。露光波長には、ｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた。フォトレジスト３４には、膜厚１５１００Åのｉ線に感度を有するポジレジストを用いた。単位計測パターン５２には、図３（Ａ）に示すパターンを用いた。単位計測パターン５２の全体寸法は５０μｍとした。また、直線格子パターンのライン幅は０．５２μｍ、スペース幅は０．５２μｍとした。
【００５８】
図４（Ａ）は、上記条件で得られた「露光量に対する寸法変化量」を具体的に示すグラフである。縦軸は、投影像の寸法を表す（単位：μｍ）。また、横軸は、時間換算された露光量を表す（単位：ミリ秒［ｍｓｅｃ］）。このグラフから、露光量の減少に従い投影像の寸法が線形に変化していることが分かる。露光量が減少すると、投影像の寸法は長くなっている。１００ｍｓｅｃの露光量変化に対して、投影像の寸法が約０．１２μｍだけ変化している。
【００５９】
即ち、レチクルブラインド２４により遮光されない露光領域２８Ｃに在る単位計測パターン５２は、同じ大きさでフォトレジスト３４に投影露光されて、図４（Ｂ）に示すように、寸法が５０μｍの投影像６４が得られる。投影像６４は、単位計測パターン５２の各部に対応して、矩形パターン６６、直線格子パターン６８、７０、７２、７４で構成されている。
【００６０】
一方、露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの境界付近では、フォトレジスト３４を露光する露光光の光強度は、レチクルブラインド２４の開口Ｓでの回折現象により、仮想境界線の前後で１００％から０％まで徐々に変化する。回折現象による減光量が露光量に換算して１００ｍｓｅｃになる領域に在る単位計測パターン５２は、フォトレジスト３４に投影露光されると、図４（Ｃ）に示すように、寸法が５０．１２μｍの投影像６４ＥＸが得られる。投影像６４ＥＸは、単位計測パターン５２の各部に対応して、矩形パターン６６ＥＸ、直線格子パターン６８ＥＸ、７０ＥＸ、７２ＥＸ、７４ＥＸで構成されている。
【００６１】
約０．１２μｍ程度の寸法変化量は、既知の光学的な寸法測定装置で測定可能な範囲である。即ち、この変化量を閾値として設定した場合に、既知の光学的な寸法測定装置で測定した寸法から、設定された閾値を超えたか否かを判別可能な範囲である。
【００６２】
（境界位置の検出手順）
図５は、フォトレジスト上に焼き付けられた計測パターンの投影像の全体を表す平面図である。図１に示す半導体露光装置を用いて、レチクルブラインド２４の遮光板２４Ａ，２４Ｂの各々を評価したい位置に設定し、計測用フォトマスク２８Ｍをウェハ３２上に塗布されたフォトレジスト３４に投影露光する。フォトレジスト３４の特定領域３４Ａが露光され、図５に示すような計測パターンの投影像が焼き付けられる。
【００６３】
特定領域３４Ａには、レチクルブラインド２４の開口Ｓを通過した光で露光された露光領域３４Ｃと、レチクルブラインド２４で遮光された遮光領域３４Ｂと、が形成されている。露光領域３４Ｃでは、レチクルブラインド２４の開口Ｓを通過した光で計測用フォトマスク２８Ｍが照明されて、フォトレジスト３４に単位計測パターンの投影像６４が焼き付けられている。
【００６４】
フォトレジスト３４上の露光領域３４Ｃと遮光領域３４Ｂとの境界線の位置は、計測用フォトマスク２８Ｍ上の露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの境界線の位置に対応している。従って、フォトレジスト３４上で求めた境界線の位置から、計測用フォトマスク２８Ｍ上の境界線の位置を特定することができる。まず、フォトレジスト３４上で、回折現象がないと仮定した場合の露光領域３４Ｃと遮光領域３４Ｂとの仮想境界線（レチクルブラインドの設定位置）から約５００μｍ〜１０００μｍ離れた位置を「測定開始位置」とする。次に、この測定開始位置から始まり且つ境界線を挟んで複数の投影像６４が一列に並ぶ「計測領域」を選択する。例えば、図５に示すような投影像において、点線で囲んだ領域Ｘを「計測領域」として選択する。
【００６５】
次に、選択された計測領域内で投影像６４の寸法を順次測定する。図６は選択された計測領域に配列された「単位計測パターン（投影像）」の寸法が順次計測される様子を示す図である。選択された計測領域内には、境界線を挟んで複数の投影像６４が一列に並んでいる。これら投影像６４の寸法を、測定開始位置から遮光領域３４Ｂに向って順次測定する。例えば、図６に示す例では、選択された計測領域内には、境界線を挟んで４個の投影像６４１〜６４４が、測定開始位置からこの順で横一列に並んでいる。既知の光学的な寸法測定装置を用いて、投影像６４１→投影像６４２→投影像６４３→投影像６４４の順に、投影像６４の寸法を測定する。
【００６６】
図７は測定開始位置からの距離に対する「単位計測パターン（投影像）」の寸法の変動を表すグラフである。測定開始位置からの距離に応じて、測定された投影像６４の寸法をプロットする。投影像６４１から投影像６４２までは、投影像の寸法は５０μｍと略一定である。次の投影像６４３では、回折による減光効果により、投影像の寸法は５０μｍから僅かに増加する。次の投影像６４４については、投影像の寸法は５０．３μｍとなる。なお、計測用フォトマスク２８Ｍに、対応する次の単位計測パターン５２が存在したとしても、遮光領域にあるため投影像は形成されず、その次の投影像の寸法は測定不能である。
【００６７】
ここで、減光量が露光量に換算して１００ｍｓｅｃ以下の領域を露光領域３４Ｃ（非遮光領域）、１００ｍｓｅｃを超える領域を遮光領域３４Ｂと定義すると、寸法変化量が０．１２μｍが閾値となる。即ち、投影像６４の寸法変化量が０．１２μｍ以下の領域が露光領域３４Ｃであり、投影像６４の寸法変化量が０．１２μｍを超える領域が遮光領域３４Ｂである。
【００６８】
投影像６４３に対応する点と投影像６４４に対応する点とを通過する直線と、寸法変動量Δの上限を定める直線との交点から、点線で示したように、露光領域３４Ｃと遮光領域３４Ｂとの「実効的な境界線Ｌｋ」の位置を求めることができる。図７では、投影像６４１の左端から測定が開始され、露光領域では寸法５０μｍの各投影像が２００μｍのピッチで形成されているとすると、測定開始位置から約５００μｍの位置に境界線Ｌｋは存在する。
【００６９】
フォトレジスト３４上での「実効的な境界線Ｌｋ」の位置は、計測用フォトマスク２８Ｍ上の露光領域２８Ｃと遮光領域２８Ｄとの境界線の位置に対応付けることができる。
例えば、図５に示す計測領域Ｘは、図３（Ｂ）に示す計測用フォトマスク２８Ｍの領域Ｘｆに相当し、図６及び図７に示す境界線Ｌｋは、図３（Ｂ）に示す境界線Ｌｆに相当する。これにより、レチクルブラインド２４の設定位置における、計測用フォトマスク２８上での露光境界位置（境界線Ｌｆの位置）を特定することができる。
【００７０】
なお、上記では、計測用フォトマスク２８Ｍに形成された計測パターンが、フォトレジスト３４上に等倍で焼き付けられる例について説明したが、縮小投影される場合には、フォトレジスト３４上での境界線Ｌｋの位置から、計測用フォトマスク２８上での境界線Ｌｆの位置を、倍率換算して求めることができる。
【００７１】
図５に示す投影像では、露光領域３４Ｃの形状は矩形状であり、境界線は４本存在する。全部の境界線を特定する場合には、４本の境界線の各々について「計測領域」を選択する。また、１本の境界線についても、複数の「計測領域」を選択することで、測定精度が向上する。
【００７２】
また、レチクルブラインド２４の遮光板２４Ａ，２４Ｂの設定位置毎に、測定された露光境界位置をコンピュータ（例えば、図１の制御装置４６）等に入力して解析することにより、遮光板２４Ａ，２４Ｂの設定位置に応じて、フォトマスク２８上での実効的な露光領域及び遮光領域を、正確に把握することができる。
【００７３】
また、フォトマスク２８の所望の領域が露光されるように、遮光板２４Ａ，２４Ｂの設定位置を調整することもできる。例えば、測定された露光境界位置を遮光板２４Ａ，２４Ｂの設定位置に関連付けて、制御装置４６の記憶部（図示せず）にテーブルで記憶しておいて、該テーブルに基づいてフォトマスク２８を露光するための制御信号を制御装置４６で生成し、該制御信号を駆動装置５０に入力して遮光板２４Ａ，２４Ｂを駆動する。これにより、フォトマスク２８の所望領域を露光するように、遮光板２４Ａ，２４Ｂを駆動制御することができる。
【００７４】
以上説明した通り、本実施の形態では、露光量の減少に従いフォトレジストに投影される投影像の寸法が敏感に変化するという性質を有する単位計測パターンを利用し、単位計測パターンの投影像の寸法変化量という指標に基づいて、遮光領域と露光領域との境界線の位置を検出するので、客観的に境界線の位置を特定することができる。
【００７５】
また、投影像の寸法は露光量変化に対して線形に変化するので、投影像の寸法を測定することは間接的に露光量を測定していることになる。従って、レチクルブラインドで遮断されなかった照明光が、回折現象により実際にフォトマスクに到達する領域（即ち、実効的な露光領域）の外延を示す境界線の位置を特定することができる。
【００７６】
また、フォトレジストに形成された投影像の寸法を、既知の光学的な寸法測定装置で測定するので、光学顕微鏡を用いて目視で計測を行う従来の測定方式に比べて、簡易な方法で迅速に境界線の位置を検出することができる。
【００７７】
＜計測用フォトマスクの変形例＞
（変形例１）
上記の実施の形態では、中心部に黒ベタの矩形パターンを配置し、外周部だけに直線格子パターン（ライン＆スペース集合体）が配置された構成の「単位計測パターン」を用いる例（図３（Ａ）参照）について説明したが、単位計測パターンは直線格子パターンを含む構成であればよく、単位計測パターンの構成は、図３（Ａ）に図示す構成に限定される訳ではない。図８（Ａ）及び（Ｂ）は単位計測パターンの他の構成例を示す図である。
【００７８】
例えば、図８（Ａ）に示すように、単位計測パターン５２Ｐは、所定長さの線分が所定間隔で所定方向（図では上下方向）に配列された直線格子パターン５６Ｐと、所定長さの線分が所定間隔で所定方向と直交する方向（図では左右方向）に配列された直線格子パターン５８Ｐと、で構成されている。直線格子パターン５６Ｐと直線格子パターン５８Ｐとが交差した結果、単位計測パターン５２Ｐの中心部では、格子状のパターンが形成されている。
【００７９】
また、例えば、図８（Ｂ）に示すように、単位計測パターン５２Ｑは、中心部に配置された黒ベタの矩形パターン５４Ｑと、外周部に配置された直線格子パターン５６Ｑ、５８Ｑ、６０Ｑ、６２Ｑと、で構成されている。矩形パターン５４Ｑの上側に配置された直線格子パターン５６Ｑは、所定長さで所定幅の複数の線分が、矩形パターン５４の上辺に対し垂直になるように、所定間隔で配列されている。この例では、直線格子パターン５６Ｑは、矩形パターン５４Ｑの一辺より短い９本の線分で構成されている。
【００８０】
また、矩形パターン５４Ｑの右側に配置された直線格子パターン５８Ｑは、所定長さで所定幅の複数の線分が、矩形パターン５４Ｑの右辺に対し垂直になるように、所定間隔で配列されている。この例では、直線格子パターン５８Ｑは、矩形パターン５４Ｑの一辺より短い９本の線分で構成されている。同様に、矩形パターン５４Ｑの下側には、直線格子パターン６０Ｑが配置され、矩形パターン５４Ｑの左側には、直線格子パターン６２Ｑが配置されている。
【００８１】
図８（Ａ）及び（Ｂ）に示す単位計測パターン５２Ｐ、５２Ｑについても、露光量の減少に従い投影像の寸法が線形に変化して、上記の実施の形態と同様に、計測領域に配列された投影像の寸法を順次計測して、投影像の寸法変化量が閾値を超えた位置を、露光領域と遮光領域の境界線の位置として特定することができる。
【００８２】
（変形例２）
また、上記の実施の形態では、マスク全体にわたって多数の単位計測パターンが形成された「計測用フォトマスク」を用いる例（図３（Ｂ）参照）について説明したが、マスクの一部に単位計測パターンが形成された「計測用フォトマスク」を用いてもよい。例えば、レチクルブラインドはＬ字型の２枚の遮光板から構成されているが、１枚の遮光板を固定配置して、もう１枚の遮光板を移動させることもできる。１枚の遮光板については、少なくとも、ｘ方向での境界線の位置とｙ方向での境界線の位置とが特定できれば、露光領域を特定することができる。この場合には、図９に示す計測用フォトマスクを用いることができる。
【００８３】
図９は計測用フォトマスクの他の構成例を示す平面図である。図９に示すように、計測用フォトマスク２８Ｍ´には、マスクの一隅に複数の単位計測パターン５２が形成されている。単位計測パターン５２は、計測用フォトマスク２８Ｍ´の露光可能領域２８Ａ（一点鎖線で囲んだ部分）内に形成されている。
【００８４】
この例では、４個の単位計測パターン５２が左右方向に所定間隔で配列されたパターン列が、上下方向に所定間隔で２組並べられると共に、その下方に、２個の単位計測パターン５２が左右方向に所定間隔で配列されたパターン列が、上下方向に所定間隔で２組並べられている。結果として、１２個の単位計測パターン５２が、左下４個が欠けた４×４のマトリクス状に配列され、マスク右上の一隅にＬ字状に配置されている。単位計測パターンの「配置個数」や「配置ピッチ」は、任意に選択することができる。
【００８５】
＜半導体装置の製造方法の概略＞
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体装置は、ＩＣ、ＬＳＩの回路パターンを設計する設計工程と、シリコン等からなるウェハに酸化膜、窒化膜を形成するウェハ準備工程と、回路パターンが描かれたフォトマスクを用いてフォトリソグラフィーを繰り返し行い、ウェハ上に素子や配線を形成する回路形成工程と、回路が形成されたウェハをチップ化して、パッケージングする組立工程と、を順次行い製造される。
【００８６】
上記回路形成工程で実施されるフォトリソグラフィー工程において、上述した「露光境界位置の検出方法」により、フォトマスク上で、露光領域とレチクルブラインドで遮光される遮光領域との境界線を客観的に検出することができる。検出された境界線の内側に在るフォトマスクの露光領域内に、半導体装置の回路パターンを形成し、このフォトマスクを用いたフォトリソグラフィーによりウェハ上に回路を形成する。
【００８７】
これにより、フォトマスクに幅広の遮光帯を設ける必要がなくなり、フォトマスクの有効面積が減少する、ウェハ１枚当りの取れ数が減少する、という問題を回避することができ、効率よく半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】レチクルブラインドを備えた半導体露光装置の構成を示す概略図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はレチクルブラインドの構成を示す概略図である。
【図３】（Ａ）は単位計測パターンの構成の一例を示す図であり、（Ｂ）は単位計測パターンが配列された計測用フォトマスクの一例を示す平面図であり、（Ｃ）は計測用フォトマスクが部分的に遮光される様子を示す平面図である。
【図４】（Ａ）は露光量に対する寸法変化量を示すグラフであり、（Ｂ）は露光領域での投影像の寸法を示す図であり、（Ｃ）は露光量が減少した領域内での投影像の寸法を示す図である。
【図５】計測用フォトマスクを用いてフォトレジスト上に焼き付けられた投影像の全体を表す平面図である。
【図６】選択された計測領域に配列された投影像の寸法が順次計測される様子を示す図である。
【図７】測定開始位置からの距離に対する投影像の寸法の変動を表すグラフである。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）は単位計測パターンの他の構成例を示す図である。
【図９】計測用フォトマスクの他の構成例を示す平面図である。
【図１０】レチクルブラインドを介してフォトマスクに照明光が照射される様子を説明する概念図である。
【図１１】従来のレチクルブラインドの位置の測定方法を説明する図である。
【図１２】（Ａ）及び（Ｂ）はレチクルブラインドによる回折現象を説明する図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０  光源
１２  楕円鏡
１４  シャッター
１６  波長選択フィルタ
１８  反射ミラー
２０  フライアイインテグレータ
２２  ハーフミラー
２４  レチクルブラインド
２４Ａ，２４Ｂ    遮光板
２６  レンズ系
２８  フォトマスク
２８Ｍ      計測用フォトマスク
２８Ａ      露光可能領域
２８Ｂ      遮光領域
２８Ｃ      露光領域
３０  投影光学系
３２  ウェハ
３４  フォトレジスト
３４Ａ      特定領域
３４Ｂ      遮光領域
３４Ｃ      露光領域
３６  ステージ
３８  移動鏡
４０  レーザ光
４２  レーザ干渉計
４４  駆動装置
４６  制御装置
４８  積算露光量計
５０  駆動装置
５２  単位計測パターン
５２Ｐ      単位計測パターン
５２Ｑ      単位計測パターン
５４  矩形パターン
５８  直線格子パターン
６０  直線格子パターン
６２  直線格子パターン
６４  投影像
６６  矩形パターン
６８  直線格子パターン
【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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【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】
2009267249.tif 000012
【図１２】
2009267249.tif 000013
【図６】
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