JPH1083068A - 位相シフトマスクのシフタの位相差測定方法およびそれに用いるマスク - Google Patents

位相シフトマスクのシフタの位相差測定方法およびそれに用いるマスク

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JPH1083068A
JPH1083068A JP17866897A JP17866897A JPH1083068A JP H1083068 A JPH1083068 A JP H1083068A JP 17866897 A JP17866897 A JP 17866897A JP 17866897 A JP17866897 A JP 17866897A JP H1083068 A JPH1083068 A JP H1083068A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、位相シフト材料における位相差を測
定する容易で、正確で、コスト効率のよい方法を得るこ
とを目的とする。 【解決手段】不透明材料からなる第１のパターンと位相
シフト材料からなる第２のパターンとを有するマスクを
光透過性の基板上に形成し、このマスクを通して感光性
材料を露光し、現像し、イメージショートニングを利用
して第１のパターンに基づいて生成された第１のパター
ンの不透明材料マスクの最良の焦点位置と、第２のパタ
ーンに基づいて生成された第２のパターンの位相シフト
材料マスクの最良の焦点位置とを決定し、不透明材料マ
スクの最良の焦点位置２０と位相シフト材料マスクの最
良の焦点位置３０とを比較して不透明材料マスクの最良
の焦点位置からの位相シフト材料マスクの最良の焦点位
置のシフト５０を決定し、それに基づいて位相シフト材
料の位相差量を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位相シフトマスク
の位相シフト材料を通過した光の位相差、位相差変化、
位相差誤差の測定に係り、特に位相シフト材料における
位相差を決定するための効果的で安価な方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ほとんどの半導体集積回路は、例
えばフォトリソグラフィ等の光加工技術を使用して形成
される。光加工技術は、典型的に、例えば紫外線（Ｕ
Ｖ）光等の光を半導体ウエハ上に堆積されたレジスト材
料と呼ばれる感光材料の層上にマスクを通して照射する
技術を使用する。マスクは一般的に、半導体ウエハ上に
堆積された感光性の層に転写される回路パターンを定め
るように構成されたハーフトーン等の光遮断あるいは光
減衰材料の層を有する光透過性基板を含んでいる。この
マスクは、レジストで被覆された半導体ウエハに転写さ
れるネガあるいはポジのいずれかのパターンを形成す
る。
【０００３】ネガレジストが使用された場合、マスクを
通過する投影された露光光によって、レジスト層の露光
された領域が重合化および架橋反応を起こす。それに続
く現像プロセスによって、レジスト層の露光されない領
域は現像液によって半導体ウエハから洗い落とされ、マ
スクパターンの逆、すなわちネガの画像に対応するレジ
スト材料の転写されたパターンが残される。ネガレジス
トの代りにポジレジストが使用されることもある。ポジ
レジストが使用されるとき、マスクを通過する照射光に
よって、レジスト層の露光された部分が現像液に溶解可
能になり、それによって、露光されたレジスト層は現像
プロセスによって洗い落とされ、マスクパターンに直接
対応するレジスト材料の転写されたパターンが残され
る。いずれの場合においても、半導体基板上に残ってい
るレジスト材料は、所望された半導体装置を形成するた
めの後工程、例えばエッチングおよび不純物注入を受け
る露光された半導体材料のパターンを決定するのに役立
つ。
【０００４】サブミクロン領域での回路パターンの形成
は、典型的に基板の素子の大規模集積（ＬＳＩ）化およ
び超大規模集積（ＶＬＳＩ）化に関連し、一般的にそれ
らに対応するパターン解像性が露光プロセスにおいて得
られる必要がある。パターン解像性の問題に対する幾つ
かの解決策には、解像性を増加させるために、例えば短
波長の紫外領域の光等の、光の開口数（ＮＡ）値が高
く、波長の短い光を使用することがある。しかしなが
ら、この解決策には焦点深度の劣化の問題がある。投影
されたパターンの焦点深度は、レジスト材料を通したマ
スクのパターン転写を高精度に実現するために重要であ
る。典型的に、照射光は、比較的厚いレジスト材料を通
過することが要求され、マスクパターンがレジスト材料
に転写されることは非常に重要である。さらに、焦点深
度が増加すると、最良の焦点位置から露光ツールがわず
かにずれるという悪影響、すなわち、焦点ずれのパター
ン解像性に与える影響を最小にすることができる。最も
高精度な光露光装置でさえ、最良の焦点位置からのサブ
ミクロンレベルの誤差が生じないことを保証することは
できない。
【０００５】最近、従来の焦点深度に対して著しく解像
性を増加させる位相シフトマスク技術が開発されてきて
いる。位相シフトマスク（ＰＳＭ）は、１８０°（一般
的にπで表される）の位相シフト機能を有する露光光を
透過させることができる選択的に配置されたマスクパタ
ーン材料を使用することによって通常のフォトリソグラ
フマスクとは異なる。フォトリソグラフィにＰＳＭを取
入れるというアイディアは、１９８０年代初期に最初に
提唱された。この技術によって、従来のフォトリソグラ
フィの限界が延命され、０．２５μｍ以下の微細寸法を
有する回路パターンの製造が可能となった。ＰＭＳとは
マスクパターン上に作成された位相シフタによって１８
０°の位相差を生じ、光の干渉作用によってマスクを透
過する光強度のコントラストを著しく増加させるマスク
である。結果的に、従来マスク（従来マスクとは、例え
ばクロム等の不透明材料だけをマスク材料として使用す
る）と比較して、より高い解像性および大きい焦点深度
が得られる。都合のよいことに、ＰＳＭを使用する技術
は、通常のステッパ光学装置およびレジスト技術を使用
して実施することができる。
【０００６】ＰＳＭの出現以来、多数のＰＳＭ技術が開
発されてきた。これらの中には、レベンソン型（Levens
on）、補助パターン型（subresolution ）、リム型（ri
m ）、およびハーフトーン型（Halftone）位相シフト技
術が含まれている。例えば、本明細書において全体的に
参照されているC.Harper氏等による参照文献“Electron
ic Material & Processes Handbook”（2d ed., §10.
4, pp. 10.33-10.39 (1994)）でなされている。これら
の技術の中で、ハーフトーン型位相シフトマスクは最も
デバイスパターンへの適用範囲が広い。ハーフトーンＰ
ＳＭでは、マスクパターン材料の従来の不透明な層、す
なわちクロム層の代りに、１８０°の位相シフトとわず
かな透過性を有するハーフトーンの吸収体を使用する。
本来は、ハーフトーンＰＳＭでは透過率制御層と位相制
御層の２積層よりなる。ところが、最近、光の透過率お
よび位相シフトの両方を制御する２つの機能を実行する
ために開発された単一層材料の使用によってハーフトー
ンＰＳＭの利点が拡大された。そのような単一層のハー
フトーン材料は、本明細書において全体的に参照されて
いるIto 氏等による参照文献“Optimization of Optica
l Properties for Single-layer Halftone Masks”（SP
IE, Vol.2197, p.99 (January 1994) ）に記載されてい
るようにＳｉＮx 等から構成されている。その組成比
は、ハーフトーン材料成膜中に窒素の流量を変化させる
ことによって制御され、ハーフトーン材料の組成比によ
って、光の減衰量および位相シフト特性が決定される。
【０００７】ハーフトーンＰＳＭは、高い解像性を有し
て実際の装置のパターンを適用するための最も有効な技
術の一つであるとされる。それは、例えば本明細書にお
いて全体的に参照文献とされているK.Hashimoto 氏等に
よる参照文献“The Application of Deep UV Phase-Shi
fted Single-layer Halftone Reticles to 256Mbit Dyn
amic Random Access Memory Cell Patterns ”（Jpn.J.
Appl.Phys., Vol.33,pp.6823-6830 (1994)）でなされ
ている。しかしながら、０．２５μｍ以下の寸法のパタ
ーンが精度良く確実に生成されるようにするために、よ
り大きい解像性を提供する新しい技術が要求される。さ
らに、ハーフトーンＰＳＭによってはイメージショート
ニング効果に関連した問題を除去することはできない。
【０００８】イメージショートニングとは、マスクによ
って投影されたパターンの解像性能を減少させる現象の
１つである。例えば、ＤＲＡＭのパターンにおいて記憶
ノード等の細長い穴のパターンでは、わずかな焦点ずれ
によって結果的にそのウエハ上に投影された穴の長辺方
向の長さが実質的に短縮する。このパターン長の短縮
は、特に例えば±０．５μｍ程度の焦点ずれ状態におい
て生じ、画像強度および像コントラストは、細長い穴の
端部に向かうにつれて著しく減少する。
【０００９】イメージショートニング効果を悪化させる
ＰＳＭの別の特徴は、位相差エラーあるいは位相差変化
である。ＰＳＭの理想的な位相シフト量が１８０°であ
ることは良く知られている。理想的な状態からの位相の
変化は、半導体ウエハ上に投影されたパターンの解像性
能にとって重要である。位相差エラーは、ＰＳＭが最適
な１８０°以外の位相差で光をシフトするときに生じ
る。位相差エラーがわずかであっても、解像性能に非常
に大きい影響を与える。ハーフトーンＰＳＭにおいて満
足なリソグラフィ特性を達成するために、位相差変化
は、ハーフトーン膜上で理想的な１８０°の位相シフト
の±３°以内に制御されなければならないことがわかっ
た。位相差エラーは、ハーフトーンＰＳＭ材料の測定さ
れた特性に数学的に基づいて論理的に決定される。例え
ば、材料の屈折率は、スペクトログラフで測定すること
ができる。所定のハーフトーン材料の屈折値ｎは、数学
的にｎと表され、下記の（１）式で与えられる。
【００１０】
【数１】
【００１１】この（１）式において、ｎは実数部分の成
分であり、ｋは材料の透過率に関する虚数成分である。
材料によって生じた位相シフトφは、下記の（２）式の
関係に基づいて決定される。
【００１２】
【数２】
【００１３】この（２）式において、λは使用された光
の波長である。しかしながら、この方法は不正確であ
り、採用することはできない。その理由は、ハーフトー
ン材料は典型的にアモルファスであり、ｎおよびｋ成分
の分布は可変だからである。従って、位相の値は、ハー
フトーン材料の領域全体にわたって一様ではなく、すな
わち、位相の値は、ハーフトーン材料にわたって変化す
る。数学的モデルでは、位相が材料全体にわたって一様
であると仮定しているので、間接的な方法を使用する
と、ハーフトーン材料の使用によって生じた結果的な位
相差を正確に決定することはできない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って、位相差誤差が
許容可能なパラメータ以内に収まるかどうかを決定する
ために所定のハーフトーン膜の位相差誤差を直接測定す
るように技術が開発されてきた。これら開発されたツー
ルの幾つかは、干渉計、分光エリプソメータ、分光計、
および直接的空中測定による測定を含んでいる。しかし
ながら、これらのツールは非常に高価であり、また、こ
れらの方法によって測定された値はハーフトーン膜の
ｎ、ｋの値は膜厚方向に分布を持つために、値が正確な
ものであるとは考えない。
【００１５】それ故に、ハーフトーンＰＳＭにおける位
相差変化を測定するための、コスト的に廉価で能率的で
かつ正確な手段が必要とされている。従って、本発明
は、既知の測定技術の問題点を克服する位相シフト材料
における位相差の測定方法を提供する。
【００１６】特に、本発明は、明白で容易に測定できる
イメージショートニング効果を受け易い予め定められた
パターンおよび露光を使用して不透明のマスクに従って
露光されたパターンと位相シフトマスクに従って露光さ
れたパターンとの最良の焦点位置のシフトに関する比較
に基づいて位相差変化を決定し、それによって、不透明
材料を使用したパターンおよび位相シフト材料を使用し
たパターンの両方によって露光されたパターンの最良の
焦点位置を正確に決定する。最良の焦点位置は、露光さ
れた転写パターンが最大の縦の長さを有する位置であ
る。
【００１７】それ故に、本発明の目的は、既知の位相差
変化測定方法および装置よりも廉価であり、より能率的
でより正確な位相シフト材料の位相差変化を測定する方
法を提供することである。
【００１８】本発明の別の目的は、不透明なマスクおよ
びハーフトーンマスクの関連した最良の焦点位置を決定
するためにイメージショートニング効果を利用し、位相
シフトマスクを使用したパターンによって露光されたパ
ターンと不透明マスクを使用したパターンによって露光
されたパターンとの間の比較における最良の焦点位置の
差を使用して位相差変化を決定し、それによって、高価
で不正確な従来技術による方法の必要を排除することで
ある。
【００１９】本発明のさらに別の目的は、位相シフト材
料の位相差変化を測定する方法を提供することであり、
そこにおいて、位相シフト材料は、不透明材料のための
マスクとして使用され、それによって、露光されたパタ
ーンにおけるコントラストを改良し、不透明材料に関連
したパターンおよび位相シフト材料に関連したパターン
の両方に対する最良の焦点位置の測定をより正確なもの
にする。最良の焦点位置の決定がより正確にされると、
それに従って位相差変化の測定もより正確なものにな
る。
【００２０】本発明のさらに別の目的は、特に明白なイ
メージショートニング効果を有するパターンを使用し、
それによって、より正確な最良の焦点位置の決定および
より正確な位相差変化の測定を容易にする。先端部にお
いて非常に小さい鋭角を有する菱形のパターンは、本発
明の利点を達成するのに特に適していることがわかっ
た。さらに、菱形パターンの長辺の長さに対する菱形パ
ターンの短辺の長さの割合は、１０：１乃至２０：１の
範囲内にあるのが最適であることがわかっている。
【００２１】本発明のさらに別の目的は、異なるパター
ンを使用する変更された方法を提供することである。例
えば、本発明の方法は、位相シフト材料および不透明材
料の上に別々に形成されたパターンと、不透明材料のた
めのマスクとして位相シフトマスクを使用して形成され
たパターンと共に使用される。
【００２２】本発明のさらに別の目的は、許容可能な位
相シフト膜の安定性のための詳細を決定するために、露
光時間および露光時間に関する位相の変化を使用して位
相シフト材料の安定性を決定する方法を提供することで
ある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上述およびその他の目的
およびそれらに付随する利点は本発明によって達成され
る。本発明は、位相シフト材料における位相差変化を測
定するための改良された方法を提供し、この方法は、第
１の不透明材料のパターンおよび第２の位相シフト材料
のパターンを有しているマスクを光透過性の基板上に形
成し、マスクを通して感光性材料上に光を透過させるこ
とによって感光性材料を露光し、露光された感光性材料
を現像し、第１のパターンに基づいて感光材料を露光す
ることによって生成された第１のパターンの最良の焦点
位置を決定し、第２のパターンに基づいて感光性材料を
露光することによって生成された第２のパターンの最良
の焦点位置を決定し、第１のパターンの最良の焦点位置
と第２のパターンの最良の焦点位置とを比較して第１の
パターンの最良の焦点位置からの第２のパターンの最良
の焦点位置のシフト量を決定し、第１のパターンと第２
のパターンとの間の最良の焦点位置のシフト量の比較に
基づいて位相シフト材料の位相差を決定する。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を実
施の形態により説明する。なお、図面の全図に渡って同
一部分には同一符号を付して説明を行う。前述したよう
に、イメージショートニングは、マスクによって投影さ
れたパターン解像性の減少に関係する。イメージショー
トニングは、典型的に、例えば細長い穴等の細長いパタ
ーンの端部における像の強度およびコントラストの減少
によって生じる。イメージショートニングはまた、露光
の焦点がずれることによっても生じる。マスクにおいて
位相シフト材料を使用するとき、位相差エラーあるいは
位相差変化、すなわち、理想的な１８０°の状態からの
位相差の変化もまた、イメージショートニングに影響す
る。位相差変化による影響は、投影されたパターンの解
像性能にとって重要である。理想的な状態からわずかに
位相が変化することによって、解像性能において非常に
大きな変化の原因となる。ハーフトーンＰＳＭにおいて
許容可能なフォトリソグラフィの性能を達成するため
に、位相差変化は、１８０°の理想的な位相シフトの±
３°以内に制御されなければならない。
【００２５】不透明材料によって投影されたパターンの
最良の焦点位置に関して、位相差エラーと、ＰＳＭで生
成されたパターンの最良の焦点位置におけるシフトとの
間に関係があることもわかっている。最良の焦点位置
は、特定のマスクによって投影されたパターンが最大で
ある位置、すなわち、パターンの縦の長さが最大である
位置を示す。焦点がずれている場合、典型的にイメージ
ショートニングが生じる。不透明体、すなわち、クロム
（Ｃｒ）あるいはクロム・オン・ガラス（ＣＯＧ）、マ
スク等によって生成された転写されたパターンの縦の長
さの焦点位置で解像性を調べることで最良の焦点位置を
決定することができる。例えば、SVGL Micrascan 2 ste
p-and-scan system 等のステッパ光源を使用して形成さ
れたパターンは、種々のレベルの焦点のずれに対応する
感光性材料中にある範囲の露光されたパターンを提供す
る。
【００２６】図１を参照すると、不透明マスクを使用し
て形成された本発明による転写パターンの概略図が示さ
れている。図２は図１のパターン（４つのパターンのう
ちの１つを抽出）形状の焦点位置依存性を示しており、
最良の焦点位置のパターン２０は中央に位置しており、
一方、種々のレベルの焦点ずれパターンは最良の焦点位
置のパターン２０の両側に示されている。負方向（−）
の焦点ずれは最良の焦点位置の左側に示されており、正
方向 （＋）の焦点ずれは最良の焦点位置の右側に示さ
れている。図２に示されるように、焦点がずれた位置で
はイメージショートニングを示している。
【００２７】本発明によれば、不透明なハーフトーンＰ
ＳＭ、すなわちハーフトーン等の材料から構成されたマ
スクが感光性材料を露光するために使用される。各マス
クによって生成された転写パターンの最良の焦点位置
は、露光されたパターンの縦の長さを測定することによ
って決定される。上述のように、最も縦の長さが長い時
の焦点位置は最良の焦点位置を示す。一度、不透明マス
ク部分を通して露光することによって生成された転写パ
ターンの最良の焦点位置が決定されると、例えば光学ス
テッパ等の焦点ずれの変化のレベルも測定可能となる。
その後、ハーフトーンマスクによって生成された転写パ
ターンの最良の焦点位置が、その転写パターンの縦の長
さに基づいて決定される。それに続いて、ハーフトーン
マスクに対応する転写パターンの最良の焦点が、不透明
マスクによって生成されたパターンの焦点ずれと比較さ
れ、それによって、ハーフトーンマスクによって生成さ
れた転写パターンの最良の焦点位置が不透明マスクを使
用して得られた最良の焦点位置に対してどこに位置され
るのかを決定する。ハーフトーンマスクの位相差が１８
０°である場合、不透明マスクおよびハーフトーンマス
クの最良の焦点位置は同じでなければならず、すなわ
ち、不透明マスクによって生成されたパターンに対する
最大長は、ハーフトーンマスクによって生成されたパタ
ーンの最大長とほぼ同じになる。また、位相差が１８０
°でない場合においても、ハーフトーンマスクに対応す
る転写パターンのイメージショートニングが観察され
る。
【００２８】その後、ハーフトーンマスクによって生成
された転写パターンの短縮されたパターンの最大の長さ
は、不透明マスクに基づいた転写パターンの焦点ずれと
比較され、それによって、不透明マスクに基づいた転写
パターンの焦点ずれにおいて、ハーフトーンマスクに基
づいた転写パターンの最良の焦点位置がどこに位置して
いるのかを決定する。不透明マスクによって生成された
パターンの最良の焦点位置とハーフトーンマスクによっ
て生成されたパターンの最良の焦点位置との間の差は曲
線で表すことができ、図２に示されているように不透明
なマスクによって生成された画像の最良の焦点位置から
のシフトとして表される。なお、図２において、２０は
不透明マスクによって生成されたパターンの連続した焦
点位置依存性を示しており、３０はハーフトーンマスク
によって生成されたパターンの連続した焦点位置依存性
を示しており、５０は不透明マスクによって生成された
パターンの最良の焦点位置とハーフトーンマスクによっ
て生成されたパターンの最良の焦点位置との間のずれ量
を示している。
【００２９】図３は不透明マスクおよびハーフトーンマ
スクに対する菱形のパターンのイメージショートニング
を示す概略図である。図３を簡単に参照すると、２つの
転写パターンの組１、２が示されている。パターンの組
１は、図１に示された不透明マスクによる転写パターン
に対応する。パターンの組２は、ハーフトーンマスクを
使用して得られた転写パターンに対応する。不透明マス
クによるパターンの組１の最良の焦点位置２０およびハ
ーフトーンマスクによるパターンの組２の最良の焦点位
置３０も示されている。パターンの組１、２のイメージ
ショートニングは、共通の基準軸上で曲線で表され、そ
れによって、図２に示されているようにハーフトーンマ
スクによって行われたハーフトーン膜の１８０°からの
位相差が決定される。
【００３０】図２を参照すると、ハーフトーンマスクに
よって生成されたパターンの最良の焦点位置のシフト５
０は、不透明マスクによって生成されたパターンの最良
の焦点位置に関して示されている。上述のように、それ
ぞれの転写パターンの最良の焦点位置は、パターンの最
大の長さに対応する。ここで、転写パターンの長さは、
焦点位置２０および３０を示す曲線の高さに対応してい
る。不透明マスクによる転写パターンの最良の焦点位置
と、ハーフトーンマスクによる転写パターンの最良の焦
点位置との差５０の量は、ハーフトーンマスクのハーフ
トーン膜の１８０°からの位相差φに直接関係してい
る。不透明マスクおよびハーフトーンマスクによって生
成されたパターンの連続した焦点ずれは、図２の水平軸
として示されている。それ故に、イメージショートニン
グは、不透明マスクによって生成されたパターンの最良
の焦点位置を、不透明マスクの転写パターンの焦点ずれ
の上に投影されたハーフトーンマスクによって生成され
たパターンの最良の焦点位置と比較することによって、
ハーフトーン膜の１８０°からの位相差φを決定するた
めに使用される。位相シフト材料の位相差を決定するた
めの基本的なプロセスは図４に示されている。
【００３１】すなわち、まず、ハーフトーンＰＳＭ上に
不透明材料及びハーフトーン材料からなる菱形パターン
が形成される。次に、上記マスクを用いて露光し、感光
性材料にパターンを転写する。このとき、露光はショッ
ト毎に焦点を変化させ、ウエハ上にパターンを転写す
る。次に、菱形パターンの有する焦点依存性から不透明
マスクパターンの最良の焦点位置を決定する。続いて、
同様にハーフトーンマスクパターンの最良の焦点位置を
決定する。次に両マスクパターンの最良の焦点位置を比
較し、最良の焦点位置のシフト量を決定する。さらに、
このシフト量を複数の既知の位相値に対するシミュレー
ションデータに対するシフト量と比較する。そして、こ
の比較結果に基づいて、ハーフトーンパターンのシフト
量に基づくハーフトーンパターンの位相差を決定する。
【００３２】好ましい実施形態として、本発明による位
相差を測定するために使用されたパターンの形状が細長
い菱形である場合を説明した。この菱形１０は、図５に
示されているように、その端部において非常に小さい鋭
角を有している。鋭角、すなわち鋭い端部を有すること
によって、増強されたより顕著なイメージショートニン
グが与えられ、それによって、不透明マスクおよびハー
フトーンマスクのそれぞれを介して生成されたパターン
の最良の焦点位置をより正確に決定することができる。
菱形の狭い先端部は、露光状態に非常に敏感であり、そ
れ故に、焦点ずれにも影響を受け易い。理想的には、そ
の横幅Ｗの１０乃至２０倍大きい縦の長さＬを有する菱
形は、最良の焦点位置を正確に決定できるように端部に
おいて十分な鋭さを与えることがわかっている。しかし
ながら、最良の焦点を決定するための許容可能な識別お
よび正確度を提供する任意の比率が使用されることがで
きる。また、ハーフトーンの位相差を決定するために正
確に測定可能な十分なイメージショートニングを示す任
意の形状のパターンを使用してもよく、本発明は菱形に
限定されないことが理解される。例えば、細長いくさび
形あるいは別の細長い菱形のパターン、あるいは最良焦
点位置をモニタする他の手段も使用することができる。
【００３３】ウエハ上に転写されたパターンの最良の焦
点位置を決定するために使用可能な装置がある。そのよ
うなシステムの１つは、米国カリフォルニア州、ベルモ
ントのNikon Precision 社によって開発された自動レー
ザ走査技術（ＬＳＡ）であり、その開示が本明細書にお
いて全体的に参照文献とされているSuwa氏等による参照
文献“Automatic Laser Scanning Focus Detection Met
hod Using Printed Focus Pattern ”（SPIE, Vol.244
0, pp.712-720 (1995) ）において詳細に説明されてい
る。ＬＳＡ技術において、整列センサを使用して光学的
ステップおよび反復式露光システムを介して最良の焦点
が決定される。ＬＳＡ走査ビームは、ＨｅＮｅレーザで
ある。焦点が変えられる異なる位置においてウエハ上に
画像を転写することによって、どこが最良の焦点位置で
あるかを決定することができ、また、正方向（ポジ）お
よび負方向（ネガ）の焦点ずれの変化も知ることができ
る。
【００３４】最良の焦点位置を決定するための別の方法
は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して直接測定を
行うことである。最良の焦点位置は、転写パターンを測
定し、どの転写パターンが最大の縦の長さを有している
かを判定することによって決定する。縦の長さが最大で
ある位置が最良の焦点位置である。全ての転写パターン
は、検査された全ての露光および焦点ずれの範囲に対し
て同じ寸法であるマスクパターンによって測定されるこ
とに注意すべきである。多数の最良の焦点位置を決定す
るための方法および装置が当業者によって知られてお
り、これらの方法および装置は問題なく使用できる。従
って、ＬＳＡおよびＳＥＭ技術の記述は説明のためだけ
のものであり、本発明の技術的範囲を制限するものでは
ない。しかしながら、ＬＳＡは、従来のＳＥＭ技術に対
してその正確さおよびコストのために現在では好ましい
とされている。ＳＥＭ技術はまた、ＬＳＡと比較する
と、転写パターンの最良の焦点位置を決定するのに著し
く長い時間を必要とする。
【００３５】本発明に従って位相差を決定するために使
用されるマスクを形成するために多数の変更された方法
が存在することは理解される。結果として作られるマス
クは、例えば、ハーフトーンＰＳＭ、レベンソン（Leve
nson）ＰＳＭ等の種々の従来のマスクである。従って、
本発明において使用するための異なるマスク製造技術を
示す以下の説明は、説明だけを意図しており、技術的範
囲を何等制限するものではない。
【００３６】図６（ａ）〜（ｅ）は、感光性基板上に菱
形のパターンを形成するために使用された例示的なマス
ク製造技術の工程を示しており、特に、ハーフトーンＰ
ＳＭ処理を表している。この製造技術は、理解を容易に
するために断面図で示されている。
【００３７】まず、（ａ）に示すように、例えばクロム
等の不透明材料６２が、例えば二酸化けい素等の光透過
性の基板６０上でパターン化される。光透過性の基板６
０上で不透明材料６２をパターン化する技術は、レジス
ト（図示されていない）および湿式クロムエッチング、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の使用を含んでい
る。
【００３８】次に、（ｂ）に示すように、例えば、Ｓｉ
Ｎx 等のハーフトーン膜６４が、不透明膜（不透明材
料）６２および露光された基板６０を含むパターン全体
の上に堆積される。ハーフトーン膜６４は、一般的に既
知のスパッタリング技術によって堆積される。なお、ハ
ーフトーン膜６４を構成するハーフトーン材料して、Ｓ
ｉＮx の他に、Ｓｉ化合物、Ｃｒ化合物、Ａｌ化合物、
Ｔｉ化合物、ＭｏＳｉ化合物、およびこれらの混合物が
使用可能である。
【００３９】次に、（ｃ）に示すように、レジスト層６
６が、ハーフトーン膜６４上でパターン化され、それに
よって上述の菱形のパターンが形成される。レジスト層
６６は、例えば、中間紫外線（ＭＵＶ）レジストあるい
は電子ビーム（ＥＢ）レジストの通常のレーザ堆積を使
用して堆積される。
【００４０】次に、（ｄ）に示すように、ハーフトーン
膜６４が、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）あ
るいは化学的ドライエッチング（ＣＤＥ）を使用してレ
ジスト層６６に従ってエッチングされる。その際に、レ
ジスト層も除去される。
【００４１】最終的に、（ｅ）に示すように、パターン
化されたハーフトーン膜６４をマスクとして使用して、
露光されたクロム膜６２がエッチングされ、それによっ
てクロム膜６２にパターンが形成される。結果として、
マスクは、ハーフトーン膜のパターン化された部分７０
および不透明膜のパターン化された部分６８を具備して
いる。マスクを形成するためにこの技術を使用すること
ができる。
【００４２】図７（ａ）〜（ｄ）は、通常のパターン形
成技術を使用して、クロムあるいはＣＯＧからなる菱形
のパターンを形成するために使用された例示的なマスク
製造技術の工程を示している。
【００４３】まず、（ａ）に示すように、例えばクロム
等の不透明材料６２が、例えば二酸化ケイ素等の光透過
性の基板６０上でパターン化される。光透過性基板６０
上で不透明材料６２をパターン化する技術は、例えば、
レジストの使用（図示せず）および湿式クロムエッチン
グ、およびＲＩＥ等の使用を含んでいる。
【００４４】その後、（ｂ）に示すように、ハーフトー
ン膜６４が、クロム膜６２および光透過性基板６０を含
むマスク全体にわたって例えばスパッタリングすること
によって堆積される。
【００４５】次に、（ｃ）に示すように、ハーフトーン
膜に対するレジストパターン６６が、ハーフトーン膜６
４上に堆積される。レジストはまた、先にパターン化さ
れた不透明材料が次のステップで露光されることを確実
にする。
【００４６】次に、（ｄ）に示すように、ハーフトーン
のエッチングを使用して、ハーフトーン膜６４が、レジ
スト層６６のパターンに従ってパターン化され、それに
よって、ハーフトーンの菱形のパターン７０が形成され
る。
【００４７】上述のように、クロムの最初の堆積は、菱
形のパターン６８を含んでいた。図６に示された技術を
使用すると、初期の段階でより決定的なクロムマスクを
提供し、一方で、ハーフトーンのエッチングだけのため
にレジストを使用する。従って、不透明マスクの菱形の
パターンはより正確になり、本発明による位相差の測定
をより正確なものにするのに役立つ。
【００４８】再び前記図２を参照すると、不透明マスク
でマスクされた感光性材料の露光された領域の転写パタ
ーンに対応する最良の焦点位置２０と、不透明マスクに
関してハーフトーンでマスクされた領域に対応する転写
パターンの最良の焦点の、すなわち、縦の長さが最大の
位置３０との間のシフト５０が示されている。上述のよ
うに、ハーフトーンマスクを使用した転写パターンの焦
点位置依存性と不透明マスクを使用した転写パターンの
焦点位置依存性を共通の基準軸上で曲線で表すことによ
って、結果的に、両者の最良の焦点位置の差を調べるこ
とができる。不透明マスクを使用したパターンの最良の
焦点位置と、ハーフトーンマスクを使用したパターンの
最良の焦点位置との間のシフト５０は、ハーフトーンマ
スクを通した露光による理想的な１８０°の場合からの
位相差ずれに関連している。従って、直接、最良の焦点
位置を比較することによって位相差が測定できる。
【００４９】本発明の別の実施形態によれば、使用され
るハーフトーン膜の安定性を監視することができる。ハ
ーフトーン膜の安定性は、ハーフトーンマスクを通して
感光性材料を露光するために使用された光の露光時間に
関連していることが知られている。感光時間が増加する
と、ハーフトーン膜に対応する転写パターンの最良の焦
点位置は、不透明マスクに対応する転写パターンの最良
の焦点位置からますます外れてシフトする。この現象は
図８に示されている。例えば、ＳｉＮハーフトーンマス
クの場合において、最適な光学パラメータ（ｎ，ｋ）を
満たすために、比率は、Ｓｉ：Ｎ＝３：０．０１であ
る。しかしながら、Ｓｉ：Ｎの安定した比率は３：４で
ある。従って、過剰な量のＳｉは、露光エネルギの作用
によってＯ2 と結合し、それによって透過率が増加さ
れ、それによって位相差のシフトが生じる。本発明を使
用することによって、このシフトを容易に監視する方法
が提供される。
【００５０】以上、本発明はその特定の実施形態に関連
して説明されてきたが、多数の変更および修正が当業者
に明らかであることは明白である。従って、本発明の好
ましい実施形態は、本明細書に説明されているように、
その内容の説明を意図するものであり、技術的範囲を制
限するものではなく、種々の変更が本発明の意図および
技術的範囲から逸脱せずに行われる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
既知の位相差測定方法および装置よりも廉価であり、よ
り能率的でより正確な位相シフト材料の位相差量を測定
する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】菱形のパターンのイメージショートニングを説
明するためのの概略図。
【図２】不透明マスクによって形成された転写パターン
と位相シフト材料のマスクによって形成された転写パタ
ーンとの間の最良の焦点位置のシフトを示す特性図。
【図３】不透明マスクおよびハーフトーンマスクに対す
る菱形のパターンのイメージショートニングを説明する
ための概略図。
【図４】本発明の実施形態による位相差を測定する工程
を示すフローチャート図。
【図５】本発明の方法で使用される菱形のパターンの概
略図。
【図６】感光性基板上に菱形のパターンを形成するため
に使用された例示的なマスク製造技術の工程図。
【図７】感光性基板上に菱形のパターンを形成するため
に使用される他のマスク製造技術の工程図。
【図８】露光時間が増加する際の位相シフト材料の位相
差の変化を示す特性図。
【符号の説明】
１、２…転写パターンの組 １０…菱形、 ２０…不透明マスクによって生成されたパターンの連続
した焦点位置、 ３０…ハーフトーンマスクによって生成されたパターン
の連続した焦点位置、 ５０…不透明マスクによって生成されたパターンの最良
の焦点位置とハーフトーンマスクによって生成されたパ
ターンの最良の焦点位置との間のずれ量、 ６０…光透過性の基板、 ６２…不透明材料、 ６４…ハーフトーン膜、 ６６…レジスト層、 ６８…不透明膜のパターン化された部分、 ７０…ハーフトーン膜のパターン化された部分。

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位相シフト材料による位相差を測定する
    方法において、 不透明材料で構成された第１のパターンと前記位相シフ
    ト材料で構成された第２のパターンとを有するマスクを
    光透過性の基板上に形成し、 前記マスクを通して感光性材料上に光を透過させること
    によって前記感光性材料を露光し、 露光された前記感光性材料を現像し、 前記第１のパターンに基づいて前記感光性材料を露光す
    ることによって生成された第１のパターンの不透明材料
    マスクの最良の焦点位置を決定し、 前記第２のパターンに基づいて前記感光性材料を露光す
    ることによって生成された第２のパターンの位相シフト
    材料マスクの最良の焦点位置を決定し、 前記不透明材料マスクの最良の焦点位置と前記位相シフ
    ト材料マスクの最良の焦点位置とを比較して前記不透明
    材料マスクの最良の焦点位置からの前記位相シフト材料
    マスクの最良の焦点位置のシフト量を決定し、 前記不透明材料マスクの最良の焦点位置からの前記位相
    シフト材料マスクの最良の焦点位置の前記シフト量に基
    づいて前記位相シフト材料によって生じた位相差を決定
    することを特徴とする位相差測定方法。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２のパターンが菱形で
    あることを特徴とする請求項１に記載の位相差測定方
    法。
  3. 【請求項３】 前記菱形の長辺の長さが短辺の長さの１
    ０乃至２０倍の範囲の大きさを有していることを特徴と
    する請求項２に記載の位相差測定方法。
  4. 【請求項４】 前記不透明材料がクロムで構成されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の位相差測定方法。
  5. 【請求項５】 前記位相シフト材料が、Ｓｉ化合物、Ｃ
    ｒ化合物、Ａｌ化合物、Ｔｉ化合物、ＭｏＳｉ化合物、
    およびこれらの混合物で構成されていることを特徴とす
    る請求項１に記載の位相差測定方法。
  6. 【請求項６】 前記不透明材料マスクの最良の焦点位置
    は前記第１のパターンが最大の長辺の長さを有する位置
    であり、前記位相シフト材料マスクの最良の焦点位置は
    前記第２のパターンが最大の長辺の長さを有する位置で
    あることを特徴とする請求項１に記載の位相差測定方
    法。
  7. 【請求項７】 前記光透過性基板上の予め定められた部
    分に前記不透明材料を堆積し、 基板および堆積された不透明材料の上に前記位相シフト
    材料を堆積し、 前記位相シフト材料の上にレジスト材料を前記第１およ
    び第２のパターンに対応するパターンに形成し、 前記レジストのパターンに従って前記位相シフト材料を
    エッチングし、 前記レジスト材料を除去し、 前記不透明材料の上に設けられ、前記第１のパターンに
    対応する前記レジストのパターンの一部分に従って前記
    不透明材料をエッチングすることによって前記マスクを
    形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
    位相差測定方法。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２のパターンが菱形で
    あることを特徴とする請求項７に記載の位相差測定方
    法。
  9. 【請求項９】 前記菱形の長辺の長さが短辺の長さの１
    ０乃至２０倍の範囲の大きさを有していることを特徴と
    する請求項８に記載の位相差測定方法。
  10. 【請求項１０】 前記不透明材料がクロムで構成されて
    いることを特徴とする請求項７に記載の位相差測定方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記位相シフト材料が、Ｓｉ化合物、
    Ｃｒ化合物、Ａｌ化合物、Ｔｉ化合物、ＭｏＳｉ化合
    物、およびこれらの混合物で構成されていることを特徴
    とする請求項７に記載の位相差測定方法。
  12. 【請求項１２】 前記不透明材料マスクの最良の焦点位
    置は前記第１のパターンが最大の長辺の長さを有する位
    置であり、前記位相シフト材料マスクの最良の焦点位置
    は前記第２のパターンが最大の長辺の長さを有する位置
    であることを特徴とする請求項７に記載の位相差測定方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記光透過性基板上に不透明材料を堆
    積した後に前記第１のパターンに対応するパターンを形
    成し、 前記基板および前記不透明材料の上に前記位相シフト材
    料を堆積し、 前記位相シフト材料の上に前記第２のパターンに対応す
    るパターンでレジスト材料のパターンを形成し、かつ前
    記レジスト材料は前記不透明材料によって形成された前
    記第１のパターンの上の領域には形成されず、 前記位相シフト材料をエッチングし、 前記レジスト材料を除去することによって前記マスクを
    形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
    位相差測定方法。
  14. 【請求項１４】 前記第１および第２のパターンが菱形
    であることを特徴とする請求項１３に記載の位相差測定
    方法。
  15. 【請求項１５】 前記菱形の長辺の長さが短辺の長さの
    １０乃至２０倍の範囲の大きさを有していることを特徴
    とする請求項１４に記載の位相差測定方法。
  16. 【請求項１６】 前記不透明材料がクロムで構成されて
    いることを特徴とする請求項１３に記載の位相差測定方
    法。
  17. 【請求項１７】 前記位相シフト材料が、Ｓｉ化合物、
    Ｃｒ化合物、Ａｌ化合物、Ｔｉ化合物、ＭｏＳｉ化合
    物、およびこれらの混合物で構成されていることを特徴
    とする請求項１３に記載の位相差測定方法。
  18. 【請求項１８】 前記不透明材料マスクの最良の焦点位
    置は前記第１のパターンが最大の長辺の長さを有する位
    置であり、前記位相シフト材料マスクの最良の焦点位置
    は前記第２のパターンが最大の長辺の長さを有する位置
    であることを特徴とする請求項１３に記載の位相差測定
    方法。
  19. 【請求項１９】 位相シフト材料における位相差を測定
    する方法において、 不透明材料および位相シフト材料と同様のパターンを有
    しているマスクを使用して感光材料を露光し、 前記不透明材料によって生成されたパターンと前記位相
    シフト材料によって生成されたパターンの最良の焦点位
    置のシフト量を測定し、 前記最良の焦点位置の前記測定されたシフト量に基づい
    て前記位相シフト材料の前記位相差を決定することを特
    徴とする位相差測定方法。
  20. 【請求項２０】 不透明材料で構成された第１のパター
    ンと、 位相シフト材料で構成された第２のパターンとを具備
    し、 前記第１および第２のパターンはほぼ同一の形状を有
    し、そのパターンの形状はその最上部および底部におい
    て鋭角を有する菱形であることを特徴とする位相シフト
    材料における位相差の測定に使用されるマスク。
  21. 【請求項２１】 前記菱形の長辺の長さが短辺の長さの
    １０乃至２０倍の範囲の大きさを有していることを特徴
    とする請求項２０に記載のマスク。
  22. 【請求項２２】 前記不透明材料がクロムで構成されて
    いることを特徴とする請求項２０に記載のマスク。
  23. 【請求項２３】 前記位相シフト材料が、Ｓｉ化合物、
    Ｃｒ化合物、Ａｌ化合物、Ｔｉ化合物、ＭｏＳｉ化合
    物、およびこれらの混合物で構成されていることを特徴
    とする請求項２０に記載のマスク。
  24. 【請求項２４】 前記第１および第２のパターンは、光
    がマスクを通過するときに同時に感光材料を露光するよ
    うに構成されていることを特徴とする請求項２０に記載
    のマスク。
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