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JP4160239B2 - Exposure amount measuring method and exposure amount measuring apparatus - Google Patents
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JP4160239B2 - Exposure amount measuring method and exposure amount measuring apparatus - Google Patents

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JP4160239B2 JP2000207333A JP2000207333A JP4160239B2 JP 4160239 B2 JP4160239 B2 JP 4160239B2 JP 2000207333 A JP2000207333 A JP 2000207333A JP 2000207333 A JP2000207333 A JP 2000207333A JP 4160239 B2 JP4160239 B2 JP 4160239B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクを用いた露光における露光量測定技術に係わり、特に投影露光装置を用いた光リソグラフィにおける露光量を測定するための露光量測定方法とそれを用いた露光量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIの最小寸法が光露光装置の限界解像力に近づき、光リソグラフィにおけるプロセスマージン(焦点深度,露光量余裕度)が十分に得られなくなってきている。そこで、これらのプロセスマージンを引き上げるために、位相シフトマスク(PSM),変形照明などの様々な工夫がなされてきている。
【0003】
その一方で、少ないプロセスマージンで光リソグラフィを行うために、プロセスマージンを消費する誤差の精密な分析と誤差配分(エラーバジェット)が重要視されてきている。例えば、ウェハ上に多数のチップを同じ設定露光量で露光したつもりでも、PEB,現像のウェハ面内不均一性、レジストのウェハ面内膜厚変動などが原因となって、実効的な適正露光量がばらつく。
【0004】
従来、ウェハ面内の適正露光量変動を測定する場合には、露光装置におけるフォーカス,露光量の設定値を一定にしてウェハ面内にパターンを転写し、そのパターン寸法を測定し、パターン寸法から露光量に換算することによってウェハ面内露光量不均一性を求めていた。しかし、この方法では最終的に形成されたパターン寸法を測定することから、微妙なフォーカス変動の解像寸法への影響を除くことが不可能であった。また、寸法測定に膨大な時間を要していた。
【0005】
フォーカスの変動を受けることなくウェハ面内の適正露光量変動を測定する技術が、特願平10−171345号公報に開示されている。解像限界以下のピッチP≦λ/(1+σ)NA(P:ピッチ、λ:露光波長、NA:ウェハ側開口数、σ:照明のコヒーレンスファクタ)を有し、ライン幅に対するスペース幅の比が異なる複数のライン・アンド・スペース・パターンを含むマスクをレジスト膜に対して投影露光装置で露光し、現像する。ライン幅に対するスペース幅の比に応じて、透過率が変化し、露光量が変化する。各ライン・アンド・スペース・パターンに対応したレジストパターンが抜ける露光量を予め求めておく。そして、レジストパターンを観察し、レジストパターンが抜けたパターンに応じて露光量を決定する。
【0006】
ところが、この方法で求められる露光量は、レジストパターンが抜けたところで求めるので、離散的であり、精度が悪いという問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来のレジストパターンが抜けるパターンから測定される露光量は、離散的であり、精度が悪いという問題があった。
【0008】
本発明の目的は、フォーカスの変動を受けることなく、露光量を連続的に、且つ正確に測定することができる露光量測定方法及び露光量測定装置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]
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【0011】
本発明に係わる露光量測定方法は、マスクパターンが形成されたマスクを、露光波長λ,ウェハ側開口数NA,照明のコヒーレンスファクタσ,ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Mなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストにマスクパターンを露光し、該マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの状態を観察することにより、ウェハ上の実効的な露光量を測定する露光量測定方法であって、前記マスクパターンは周期pにて透光部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ透光部と遮光部の割合に応じて透過率が異なる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期pが、p/M≦λ/(1+σ)NAを満たすように設定され、特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上のレジストの膜厚に対応する物理量を測定する測定ステップと、この測定ステップで測定された物理量と予め設定された設定範囲値とを比較する比較ステップと、この比較ステップにおける比較の結果、前記測定ステップで測定された物理量が前記設定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を測定するステップと、この比較ステップにおける比較の結果、前記測定ステップで測定された物理量が前記設定範囲値外の場合、前記測定に用いたレジストに対応するマスクパターンと異なる種類のマスクパターンに対応するレジストの膜厚に応じた物理量を測定する再測定ステップと、この再測定ステップで測定された物理量が設定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を測定するステップとを含むことを特徴とする。
【0012】
本発明においては、前記再測定ステップにおいて、特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以上であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が高い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定し、特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以下であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が低い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定することが好ましい。
【0013】
本発明に係わる露光量測定装置は、マスクパターンが形成されたマスクを、露光波長λ,ウェハ側開口数NA,照明のコヒーレンスファクタσ,ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Mなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストにマスクパターンを露光し、該マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの状態を観察することにより、ウェハ上の実効的な露光量を測定する露光量測定装置であって、前記マスクパターンは周期pにて透光部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ透光部と遮光部の割合に応じて透過率が異なる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期pが、p/M≦λ/(1+σ)NAを満たすように設定され、前記マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの膜厚に応じた物理量を測定する測定部と、この測定部により測定された物理量と、予め設定された設定範囲値とを比較する比較部と、この比較部の比較の結果、前記物理量が前記設定範囲値外の場合、前記測定部に、前記測定に用いたレジストに対応するマスクパターンと異なる種類のマスクパターンに対応するレジストの膜厚に応じた物理量を測定させる制御部と、前記測定部で測定された物理量が所定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を算出する露光量算出部とを具備してなることを特徴とする。
【0014】
本発明においては、前記制御部は、特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以上であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が高い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定させ、特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以下であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が低い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定させることが好ましい。
【0015】
[作用]
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【0016】
本発明では、遮光領域に対する開口領域の面積比(開口比)が微妙に異なった複数の繰り返しパターンを含むマスクを投影露光装置で露光し、現像する。このとき、透光部と遮光部の繰り返し周期pを請求項1,2,4のように設定することにより、マスクパターンにおける回折光(1次以上の回折光)は投影レンズの瞳に入らず、直進光(0次回折光)のみが瞳に入るようになる。つまり、マスクパターンのピッチは解像限界以下となる。そして、マスクパターンが解像限界以下のピッチであると、そのパターンは解像されない。
【0017】
このようなマスクパターンを用いてレジストを露光し、レジストの膜厚に応じた物理量を測定し、測定された物理量と、予め求められた前記レジストの膜厚に応じた物理量と露光量との関係とに基づいて、露光量を連続的、且つ正確に測定することができる。
【0018】
さらに、上記測定では露光量を困難な測定領域があるが、露光量を測定することが困難な測定領域では、透過率が異なるマスクパターンに対応したレジストの膜厚に応じた物理量を測定することによって、測定された物理量と、予め求められた物理量と露光光との関係とに基づいて、露光量を連続的、且つ正確に測定することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【0020】
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる露光量モニタパターンを含むマスク、並びにこのマスクを用いて形成されたレジストパターンの概略構成を示す図である。図1(a)はマスクの平面図、図1(b)はマスクの断面図、図1(c)はマスクを露光に用いて形成されたレジストパターンの断面図である。
【0021】
図1において、101はマスク、102はマスク101に形成された露光量モニタパターン、103は透明基板、104はCr等の遮光膜、105は透光部、106はウェハ、107は露光量モニタパターン102に対応して形成されたレジストパターンである。
【0022】
露光量モニタパターン102は、露光波長λ、ウェハ側開口数NA、照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Mなる露光装置を想定した場合に、ピッチpにて遮光膜104と透光部105とが繰り返されたライン・アンド・スペース・パターンであり、ピッチpを、
p/M≦λ/(1+σ)NA …(1)
を満たすように設定されている。
【0023】
露光量モニタマークの遮光膜104と透光部105との周期pを(1)式の条件に設定することにより、露光量モニタマークにおける回折光(1次以上の回折光)は投影レンズの瞳に入らず、直進光(0次回折光)のみが瞳に入るようになる点に着目した。上記条件を満たすことによって、モニタマークのパターンは解像限界以下となる。そして、露光量モニタマークのパターンが解像限界以下のピッチであると、そのパターンは解像されず、開口比に応じてウェハ面上に到達する露光量が異なったフラット露光となる。このため、露光装置の設定露光量が同じでも開口比に応じて実効的な露光量が変化する。この場合の露光量は、露光量モニタマークのパターンが解像しないため、フォーカス変動の影響を完全に取り除くことができる。
【0024】
まず、上記のマスクを用いて条件出し露光を行った。Siウェハ106上には塗布型反射防止膜60nmをスピンコーティングし、さらに化学増幅系ポジ型レジストを厚さ0.4μmでスピンコーティングした。この後、100℃,90秒でプリベーク処理を行った。一連の処理は、露光装置に連結されたトラックで行った。
【0025】
これらの処理が終了したウェハを露光装置に搬送し、上記マスクの露光を行った。投影光学系の縮小比は1/4、露光波長は248nm、NAは0.6、照明コヒーレンスファクタσは0.75、輪帯遮蔽率εは0.67であった。露光装置の露光量設定値は3mJ/cm2 から10mJ/cm2 まで増加させて行った。露光が終了したウェハを再びトラックに搬送し、100℃、90秒でポストエクスポージャーベーク(Post Exposure Bake:PEB)した後、0.21規定のアルカリ現像液にて60秒現像を行った。
【0026】
このように処理されたウェハ106上のレジストパターン107の残膜を膜厚計で測定を行った。測定結果を図2に示す。図2に示すように、露光量の増加に対してレジストパターンの残膜は減少していることが分かる。
【0027】
よって、図2に示す露光量と(1)式で設定されたマスクパターンをレジスト膜に露光して形成されたレジストパターンの膜厚との関係を予め求めておき、レジストパターンの膜厚を測定することによって、ウェハ上の実効的な露光量を測定することができる。
【0028】
また、マスクパターンにおける透光部と遮光部の繰り返しピッチpを(1)式のように設定し、マスクパターンを解像しないようにしているので、フォーカス変動の影響を完全に除去することができる。
【0029】
[第2の実施形態]
レジストが残る露光量範囲で、露光量モニタパターンに対応して形成されたレジストパターン107の残膜量Tを測定し、図2に示した変換カーブを用いて実効的な露光量dを把握するという手順で行う。しかし、露光装置の照度むら、PEBの温度むら、現像むらなどのプロセス変動が大きく、実効露光量変動が大きい場合には、一つの露光量モニタパターンに対応して形成されたレジストの残膜量では測定のレンジを超えてしまい、測定できなくなる場合がある。例えば図2に示した変換カーブで考えると、プロセス変動によって実効露光量が4mJになってしまうと、レジストパターンはほとんど減膜しないことになり、実効露光量を測定することが困難であるという場合がある。
【0030】
そこで、本実施形態では、この問題を回避し得る露光量測定方法とそれを用いた露光量測定装置について説明する。
【0031】
図3は、本発明の第2の実施形態に係わる露光量モニタパターンを含むマスク、並びにこのマスクを用いて形成されたレジストパターンの概略構成を示す図である。図3(a)はマスクの平面図、図3(b)はマスクの断面図、図3(c)はマスクを露光に用いて形成されたレジストパターンの断面図である。図3において、図1と同一な部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0032】
図3に示すように、マスク101に形成された露光量モニタパターン1020 〜1023 は、前述した(1)式を満たすピッチpにて遮光膜104と透光部105とが繰り返されたかつ、遮光膜104と透光部105との割合が異なる複数種類のものである。各露光量モニタパターン1020 〜1023 の透過率Tr0 〜Tr3 が異なる。
【0033】
本実施形態では、遮光膜104と透光部105との割合が異なる複数種類の露光量モニタパターン1020 〜1023 を露光してレジストパターン1070 〜1072 を形成する。あるレジストパターン107の膜厚Tを測定した場合に、露光量の測定が難しい場合に、一つ隣の露光量モニタパターンの露光により形成されたレジストパターンの膜厚を再測定し、透過率のデータをもとに、実効露光量の較正をする。
【0034】
次に、本実施形態の露光量測定方法を図4,図5を参照して説明する。図4は、本発明の第2の実施形態に係わる露光量測定装置の概略構成を示すブロック図である。図5は、図4に示す露光量測定装置を用いた露光量測定方法を示すフローチャートである。図4に示す露光量測定装置の構成は、露光方法を説明しつつ説明する。
【0035】
先ず、膜厚測定部402に、前述した露光量モニタパターン1020 〜1023 を用いてレジストパターン1070 〜1072 を形成した試料40をセットする。
【0036】
試料400の形成条件について以下に説明する。Siウェハ上に塗布型反射防止膜60nmをスピンコーティングし、さらに化学増幅系ポジ型レジストを厚さ0.4μmでスピンコーティングした。この後、100℃,90秒でプリベーク処理を行った。一連の処理は、露光装置に連結されたトラックで行った。これらの処理が終了したウェハを露光装置に搬送し、上記マスクの露光を行った。投影光学系の縮小比は1/4、露光波長は248nm、NAは0.6、照明コヒーレンスファクタσは0.75、輪帯遮蔽率εは0.67であった。
【0037】
次いで、各露光量モニタパターン1020 〜1023 の透過率及びレジストパターン1070 〜1072 座標D1 、測定に用いるレジストパターン107の座標と、測定に用いるレジストパターンにおける露光量に対するレジスト膜残膜量値のグラフからなる変換カーブD3 と、測定許容範囲値D2 とを入力する。ここでは、レジストパターン1071 を測定に用いる測定基準レジストパターンとして入力した。
【0038】
次いで、設定された測定基準レジストパターン1071 の座標に応じて、膜厚測定制御部401は膜厚測定部402に測定基準レジストパターン1071 の膜厚を測定させる(ステップS101)。次いで、比較部403は、測定された測定基準レジストパターン1071 の測定膜厚値D4 (ここでは測定基準レジストパターン1071 の膜厚T1 である)と測定許容範囲値D2 とを比較し、測定膜厚値D4 (T1 )が許容範囲値D2 内にあるか判定する(ステップS102)。
【0039】
先ず、ステップS102において、測定膜厚値D4 (T1 )が許容範囲値D2 内にあると判定された場合を説明する。測定膜厚値D4 (T1 )が許容範囲値D2 内にあると判定された場合、測定膜厚値D4 (T1 )が測定基準レジストパターン1071 の測定値か判定する(ステップS103)。ここでは、測定膜厚値D4 (T1 )が測定基準レジストパターン1071 の測定値であるので、露光量算出部404は、測定膜厚値D4 (T1 )と変換カーブD3 とから露光量D5 を算出し(ステップS104)、算出された露光量を測定データとして保存する(ステップS105)。
【0040】
次に、ステップS102において、測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 内にないと判定された場合を説明する。ステップS102において測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 内にないと判定された場合、比較部403は、測定膜厚値D4 と測定許容範囲値D2 とを比較して測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 以上であるかを判定する(ステップS106)。
【0041】
ステップS106において、測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 以上であると判定された場合、比較部403は膜厚測定制御部401に対して透過率が高い露光量モニタマスパターンで形成されたレジストパターンの膜厚の再測定を行うよう指示する。そして、膜厚測定制御部401は、透過率及び座標データD1 を読み出し、膜厚測定部402に前に測定された露光量モニタパターンより透過率が高い露光量モニタパターンで形成されたレジストパターンの膜厚を測定させる(ステップS107)。膜厚測定制御部401は、レジストパターンの再膜厚測定を行うと共に、露光量モニタパターンの透過率を比較部403に伝達する。そして、この再測定を、測定膜厚が測定許容範囲値内になるまで順次繰り返す。
【0042】
また、ステップS106において、測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 以上でないと判定された場合、比較部403は膜厚測定制御部401に対して透過率が低い露光量モニタパターンで形成されたレジストパターンの再膜厚測定を行うよう指示する。そして、膜厚測定制御部401は、透過率及び座標データD1 を読み出し、膜厚測定部402に前に測定された露光量モニタパターンより透過率が低い露光量モニタパターンで形成されたレジストパターンの膜厚を測定させる(ステップS108)。膜厚測定制御部401は、レジストパターンの再膜厚測定を行うと共に、露光量モニタパターンの透過率を比較部403に伝達する。そして、この再測定を、測定膜厚が測定許容範囲値内になるまで順次繰り返す。
【0043】
次いで、レジストパターンの再膜厚測定を行い測定膜厚値D4 が許容範囲値D2 内になると、測定膜厚値D4 が測定基準レジストパターンのものであるか判定する(ステップS103)。
【0044】
以下では、測定基準レジストパターン1071 の代わりにレジストパターン1072 の膜厚を測定し、測定膜厚T2 が測定許容範囲値D2 内であり、測定膜厚値D4 が測定基準レジストパターン1071 のものではない場合を説明する。
【0045】
測定膜厚値D4 が測定基準レジストパターン1071 のものではないと判定されると、変換カーブD3 を用いて測定膜厚値D4 (T2 )に対応する実効露光量d2 を求める(ステップS109)。さらに、測定基準レジストパターン1071 に対応した露光量モニタパターン1021 の透過率Tr1 とレジストパターン1072 に対応した露光量モニタパターン1021 の透過率Tr2 との比から、実効露光量d1 を、
1 =d2 ×Tr1 /Tr2 (2)
から算出する(ステップS110)。そして、算出された露光量を測定データとして保存する。
【0046】
ここでは、測定膜厚値D4 が測定基準レジストパターンのものではない。従って、測定膜厚値D4 と変換カーブD3 とから直ちに露光量を求めることができない。測定基準レジストパターン1071 とレジストパターン1072 とでは、透過率以外の露光条件及び現像条件が同じなので、レジストパターン1072 の変換カーブは測定基準レジストパターン1071 の変換カーブD3 を水平移動したものとなる。従って、変換カーブD3 から測定膜厚T2 に対応する実効露光量d2 を求め、この実効露光量d2 に、露光量モニタパターン1021 の透過率Tr1 と露光量モニタパターン1021 の透過率Tr2 との比を乗算することによって、露光量モニタパターン1021 における実効露光量d1 を算出することができる。
【0047】
以上の構成により、露光量の変動に対してレジストパターン膜厚変動が少ない場合でも、精度良く露光量を算出することができる。
【0048】
次いで、露光装置の設定露光量を7.5mJ/cm2 に設定した以外は、前述した露光条件及び現像条件と同一な条件で、ウェハ上にレジストパターンを形成した後、注目するレジストパターンの残膜量をウェハ全面について測定した。
【0049】
図6(a)は第1の実施形態に示した方法により、特定のフロックをウェハ全面について測定した結果である。露光装置の設定露光量は7.5mJ/cm2 であったにもかかわらず、PEB、現像、レジスト膜厚などのウェハ面内ばらつきによって、実効的な露光量がばらついていることがわかる。図で、中央付近は、上記変動要因のうちのどれかが大きく変動したがために実効露光量が大幅に低下し、被測定パラメーターであるレジストが減膜している。つまり、測定レンジを超えた実効露光量変動が生じているために、実効露光量変動の値が大きくなっている。
【0050】
そこで、膜厚が異常である部分に対して、ひとつ隣の露光量モニタパターンを再測定し、変換カーブを用いて実効露光量を求めた後、透過率の比を使って較正した。その結果、図6(b)に示すように、実効露光量変動が極端に大きい部分がなくなり、データの信頼性を上げることができた。
【0051】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。レジストパターンの膜厚に応じて反射強度が変化するので、予めレジストパターンからの反射光強度と露光量との関係を求めておき、レジストパターンからの反射強度から露光量を求めることができる。
また、露光量モニタパターンは、ライン・アンド・スペース・パターン以外にも,繰り返しのホールパターン,又は菱形の繰り返しパターンを用いることができる。
その他、本発明は、そ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可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、透光部と遮光部の繰り返しピッチpを前述した範囲に設定し、透光部と遮光部の割合が異なる複数種類のマスクパターンをウェハ上に露光し、各マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの物理量を測定することによって、フォーカス変動の影響を受けることなく、露光量を連続的、且つ正確に測定することが可能となる。
【0053】
露光量を測定することが困難な測定領域では、透過率が異なるマスクパターンに対応したレジストの膜厚に応じた物理量を測定することによって、測定された物理量と、予め求められた物理量と露光光との関係とに基づいて、露光量を連続的、且つ正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わる露光量モニタパターンを含むマスク、並びにこのマスクを用いて形成されたレジストパターンの概略構成を示す図。
【図2】レジストパターンの膜厚と露光量との関係を示す特性図。
【図3】第2の実施形態に係わる露光量モニタパターンを含むマスク、並びにこのマスクを用いて形成されたレジストパターンの概略構成を示す図。
【図4】第2の実施形態に係わる露光量測定装置の概略構成を示すブロック図。
【図5】図4に示す露光量測定装置を用いた露光量測定方法を示すフローチャート。
【図6】図6(a)は第1の実施形態に示した方法で測定したウェハ面内の実効露光量変動を示す図、図6(b)は第2の実施形態に示した方法で測定したウェハ面内の実効露光量変動を示す図。
【符号の説明】
101…マスク
102…露光量モニタパターン
104…遮光膜
105…透光部
106…ウェハ
107…レジストパターン
400…試料
401…膜厚測定制御部
402…膜厚測定部
403…比較部
404…露光量算出部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure amount measurement technique in exposure using a mask, and more particularly to an exposure amount measurement method for measuring an exposure amount in photolithography using a projection exposure apparatus and an exposure amount measurement apparatus using the exposure amount measurement method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the minimum dimension of an LSI approaches the limit resolution of an optical exposure apparatus, and process margins (depth of focus, exposure margin) in optical lithography cannot be obtained sufficiently. In order to raise these process margins, various devices such as a phase shift mask (PSM) and modified illumination have been made.
[0003]
On the other hand, in order to perform optical lithography with a small process margin, accurate analysis and error distribution (error budget) that consumes the process margin have been regarded as important. For example, even if you intend to expose a large number of chips on the wafer with the same set exposure amount, effective proper exposure is possible due to non-uniformity in the wafer surface of PEB, development, and film thickness variation in the wafer surface of resist. The amount varies.
[0004]
Conventionally, when measuring fluctuations in the appropriate exposure amount within the wafer surface, the pattern is transferred to the wafer surface with the focus and exposure amount set values in the exposure apparatus kept constant, and the pattern dimensions are measured. The wafer in-plane exposure dose non-uniformity was calculated by converting the exposure dose. However, in this method, since the finally formed pattern dimension is measured, it is impossible to eliminate the influence of the fine focus fluctuation on the resolution dimension. In addition, it takes an enormous amount of time for dimension measurement.
[0005]
Japanese Laid-Open Patent Application No. 10-171345 discloses a technique for measuring an appropriate exposure amount fluctuation in a wafer surface without receiving a focus fluctuation. A pitch P ≦ λ / (1 + σ) NA (P: pitch, λ: exposure wavelength, NA: wafer side numerical aperture, σ: illumination coherence factor) having a resolution limit or less, and the ratio of the space width to the line width is A mask including a plurality of different line and space patterns is exposed to a resist film by a projection exposure apparatus and developed. Depending on the ratio of the space width to the line width, the transmittance changes and the exposure amount changes. The exposure amount through which the resist pattern corresponding to each line and space pattern is removed is obtained in advance. Then, the resist pattern is observed, and the exposure amount is determined according to the pattern from which the resist pattern is missing.
[0006]
However, since the exposure amount obtained by this method is obtained when the resist pattern is missing, there is a problem that it is discrete and the accuracy is poor.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there has been a problem that the exposure amount measured from the pattern from which the conventional resist pattern is missing is discrete and the accuracy is poor.
[0008]
An object of the present invention is to provide an exposure dose measuring method and an exposure dose measuring apparatus capable of continuously and accurately measuring an exposure dose without being affected by focus fluctuations.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
[Constitution]
The present invention is configured as follows to achieve the above object.
[0011]
In the exposure amount measuring method according to the present invention, a mask on which a mask pattern is formed is set in an exposure apparatus having an exposure wavelength λ, a wafer-side numerical aperture NA, an illumination coherence factor σ, and a mask pattern magnification M with respect to the pattern on the wafer. An exposure measurement method that measures the effective exposure on the wafer by exposing the mask pattern to the resist applied on the wafer and observing the state of the resist on the wafer corresponding to the mask pattern. The mask pattern is a pattern in which the light-transmitting part and the light-shielding part are repeated at a period p, and a plurality of types having different transmittances according to the ratio of the light-transmitting part and the light-shielding part are formed on the same mask. The period p is set to satisfy p / M ≦ λ / (1 + σ) NA, and corresponds to the resist film thickness on the wafer corresponding to a specific mask pattern. A measurement step for measuring the physical quantity, a comparison step for comparing the physical quantity measured in this measurement step with a preset setting range value, and the physical quantity measured in the measurement step as a result of the comparison in this comparison step is If within the set range value, the step of measuring the effective exposure amount on the wafer corresponding to the measured physical amount based on the relationship between the physical amount and the exposure amount obtained in advance, and the comparison in this comparison step As a result, when the physical quantity measured in the measurement step is outside the set range value, the physical quantity corresponding to the film thickness of the resist corresponding to a different mask pattern from the mask pattern corresponding to the resist used for the measurement is measured. If the physical quantity measured in the remeasurement step and the remeasurement step is within the set range value, the physical quantity and the exposure amount obtained in advance And measuring an effective exposure amount on the wafer corresponding to the measured physical quantity.
[0012]
In the present invention, in the re-measurement step, when the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is a predetermined range value or more, the transmittance is higher than that of the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern. When the physical quantity of the resist corresponding to a high-type mask pattern is measured and the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is equal to or less than a predetermined range value, the specific mask corresponding to the measured resist pattern It is preferable to measure the physical quantity of the resist corresponding to a mask pattern having a lower transmittance than the pattern.
[0013]
The exposure amount measuring apparatus according to the present invention sets a mask on which a mask pattern is formed in an exposure apparatus having an exposure wavelength λ, a wafer-side numerical aperture NA, an illumination coherence factor σ, and a mask pattern magnification M with respect to the pattern on the wafer. The exposure dose measuring device measures the effective exposure dose on the wafer by exposing the mask pattern to the resist applied on the wafer and observing the resist state on the wafer corresponding to the mask pattern. The mask pattern is a pattern in which the light-transmitting part and the light-shielding part are repeated at a period p, and a plurality of types having different transmittances according to the ratio of the light-transmitting part and the light-shielding part are formed on the same mask. The period p is set to satisfy p / M ≦ λ / (1 + σ) NA, and the physical quantity according to the film thickness of the resist on the wafer corresponding to the mask pattern When the physical quantity is outside the set range value as a result of comparison between the measurement unit to measure, the comparison unit that compares the physical quantity measured by the measurement unit, and a preset set range value, and the comparison unit, A control unit that causes the measurement unit to measure a physical quantity corresponding to a resist film thickness corresponding to a mask pattern different from the mask pattern corresponding to the resist used for the measurement, and the physical quantity measured by the measurement unit is predetermined. An exposure amount calculation unit that calculates an effective exposure amount on the wafer corresponding to the measured physical quantity based on the relationship between the physical quantity and the exposure quantity obtained in advance when within the range value; It is characterized by that.
[0014]
In the present invention, the control unit has a higher transmittance than the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern when the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is not less than a predetermined range value. When the physical quantity of the resist corresponding to the type of mask pattern is measured and the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is less than or equal to a predetermined range value, the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern It is preferable to measure the physical quantity of the resist corresponding to a mask pattern having a lower transmittance.
[0015]
[Action]
The present invention has the following operations and effects by the above configuration.
[0016]
In the present invention, a mask including a plurality of repetitive patterns in which the area ratio (opening ratio) of the opening area to the light shielding area is slightly different is exposed and developed by the projection exposure apparatus. At this time, by setting the repetition period p of the light transmitting portion and the light shielding portion as in claims 1, 2, and 4, diffracted light (first-order or higher order diffracted light) in the mask pattern does not enter the pupil of the projection lens Only the straight light (0th order diffracted light) enters the pupil. That is, the pitch of the mask pattern is below the resolution limit. If the mask pattern has a pitch less than the resolution limit, the pattern is not resolved.
[0017]
The resist is exposed using such a mask pattern, the physical quantity according to the resist film thickness is measured, and the relationship between the measured physical quantity and the physical quantity according to the resist film thickness obtained in advance and the exposure amount Based on the above, the exposure amount can be measured continuously and accurately.
[0018]
Furthermore, although there is a measurement area where it is difficult to measure the exposure amount in the above measurement, in the measurement area where it is difficult to measure the exposure amount, a physical quantity corresponding to the resist film thickness corresponding to the mask pattern with different transmittance should be measured. Thus, the exposure amount can be continuously and accurately measured based on the measured physical amount and the relationship between the physical amount determined in advance and the exposure light.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0020]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a mask including an exposure amount monitor pattern according to the first embodiment of the present invention and a resist pattern formed using the mask. 1A is a plan view of the mask, FIG. 1B is a cross-sectional view of the mask, and FIG. 1C is a cross-sectional view of a resist pattern formed using the mask for exposure.
[0021]
In FIG. 1, 101 is a mask, 102 is an exposure amount monitor pattern formed on the mask 101, 103 is a transparent substrate, 104 is a light shielding film such as Cr, 105 is a translucent portion, 106 is a wafer, and 107 is an exposure amount monitor pattern. This is a resist pattern formed corresponding to 102.
[0022]
Assuming an exposure apparatus having an exposure wavelength λ, a wafer-side numerical aperture NA, an illumination coherence factor σ, and a mask pattern magnification M with respect to the pattern on the wafer, the exposure amount monitor pattern 102 is the same as the light shielding film 104 at a pitch p. It is a line and space pattern in which the translucent part 105 is repeated, and the pitch p is
p / M ≦ λ / (1 + σ) NA (1)
It is set to satisfy.
[0023]
By setting the period p of the light shielding film 104 and the light transmitting portion 105 of the exposure amount monitor mark to the condition of the expression (1), the diffracted light (first-order or higher order diffracted light) at the exposure amount monitor mark is We focused on the fact that only the straight light (0th order diffracted light) enters the pupil without entering. By satisfying the above conditions, the monitor mark pattern is below the resolution limit. If the exposure dose monitor mark pattern has a pitch less than or equal to the resolution limit, the pattern is not resolved, resulting in flat exposure with different exposure amounts reaching the wafer surface according to the aperture ratio. For this reason, even if the set exposure amount of the exposure apparatus is the same, the effective exposure amount changes according to the aperture ratio. In this case, since the exposure amount monitor mark pattern is not resolved, the influence of the focus fluctuation can be completely eliminated.
[0024]
First, conditional exposure was performed using the above mask. On the Si wafer 106, a coating-type antireflection film 60 nm was spin-coated, and a chemically amplified positive resist was spin-coated with a thickness of 0.4 μm. Then, the prebaking process was performed at 100 degreeC and 90 second. A series of processing was performed on a track connected to an exposure apparatus.
[0025]
The wafer after these processes was transferred to an exposure apparatus, and the mask was exposed. The reduction ratio of the projection optical system was 1/4, the exposure wavelength was 248 nm, NA was 0.6, the illumination coherence factor σ was 0.75, and the annular zone shielding ratio ε was 0.67. Exposure amount set value of the exposure apparatus was carried out is increased from 3 mJ / cm 2 to 10 mJ / cm 2. The exposed wafer was transported to the track again, post-exposure bake (PEB) at 100 ° C. for 90 seconds, and then developed for 60 seconds with a 0.21 normal alkaline developer.
[0026]
The residual film of the resist pattern 107 on the wafer 106 thus processed was measured with a film thickness meter. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, it can be seen that the remaining resist pattern film decreases as the exposure dose increases.
[0027]
Therefore, the relationship between the exposure amount shown in FIG. 2 and the thickness of the resist pattern formed by exposing the mask pattern set by equation (1) to the resist film is obtained in advance, and the thickness of the resist pattern is measured. By doing so, the effective exposure amount on the wafer can be measured.
[0028]
Further, since the repetition pitch p between the light transmitting portion and the light shielding portion in the mask pattern is set as shown in the equation (1) and the mask pattern is not resolved, the influence of the focus variation can be completely removed. .
[0029]
[Second Embodiment]
The remaining film amount T of the resist pattern 107 formed corresponding to the exposure amount monitor pattern is measured in the exposure amount range where the resist remains, and the effective exposure amount d is grasped using the conversion curve shown in FIG. Follow the procedure. However, if the process fluctuations such as illuminance unevenness of the exposure apparatus, temperature unevenness of the PEB, and development unevenness are large and the effective exposure amount fluctuation is large, the residual film amount of the resist formed corresponding to one exposure amount monitor pattern Then, the measurement range may be exceeded, and measurement may not be possible. For example, in the case of the conversion curve shown in FIG. 2, when the effective exposure amount becomes 4 mJ due to process variations, the resist pattern hardly decreases, and it is difficult to measure the effective exposure amount. There is.
[0030]
Therefore, in the present embodiment, an exposure amount measuring method that can avoid this problem and an exposure amount measuring apparatus using the exposure amount measuring method will be described.
[0031]
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a mask including an exposure amount monitor pattern according to the second embodiment of the present invention and a resist pattern formed using this mask. 3A is a plan view of the mask, FIG. 3B is a cross-sectional view of the mask, and FIG. 3C is a cross-sectional view of a resist pattern formed using the mask for exposure. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0032]
As shown in FIG. 3, in the exposure amount monitor patterns 102 0 to 102 3 formed on the mask 101, the light shielding film 104 and the translucent portion 105 are repeated at a pitch p satisfying the above-described equation (1). The light shielding film 104 and the translucent portion 105 are of a plurality of types having different ratios. The transmittances Tr 0 to Tr 3 of the exposure amount monitor patterns 102 0 to 102 3 are different.
[0033]
In this embodiment, resist patterns 107 0 to 107 2 are formed by exposing a plurality of types of exposure amount monitor patterns 102 0 to 102 3 having different ratios between the light shielding film 104 and the light transmitting portion 105. When measuring the film thickness T of a certain resist pattern 107, if it is difficult to measure the exposure amount, the thickness of the resist pattern formed by the exposure of the next adjacent exposure amount monitor pattern is measured again, and the transmittance The effective exposure is calibrated based on the data.
[0034]
Next, the exposure amount measuring method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an exposure amount measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart showing an exposure dose measuring method using the exposure dose measuring apparatus shown in FIG. The configuration of the exposure dose measuring apparatus shown in FIG. 4 will be described while explaining the exposure method.
[0035]
First, the sample 40 in which the resist patterns 107 0 to 107 2 are formed using the exposure dose monitor patterns 102 0 to 102 3 described above is set in the film thickness measuring unit 402.
[0036]
The conditions for forming the sample 400 will be described below. A coating type antireflection film of 60 nm was spin-coated on a Si wafer, and a chemically amplified positive resist was spin-coated at a thickness of 0.4 μm. Then, the prebaking process was performed at 100 degreeC and 90 second. A series of processing was performed on a track connected to an exposure apparatus. The wafer after these processes was transferred to an exposure apparatus, and the mask was exposed. The reduction ratio of the projection optical system was 1/4, the exposure wavelength was 248 nm, NA was 0.6, the illumination coherence factor σ was 0.75, and the annular shielding rate ε was 0.67.
[0037]
Next, the transmittance of each exposure amount monitor pattern 102 0 to 102 3 and the resist pattern 107 0 to 107 2 coordinate D 1 , the coordinates of the resist pattern 107 used for measurement, and the resist film residual film with respect to the exposure amount in the resist pattern used for measurement A conversion curve D 3 composed of a graph of quantity values and a measurement allowable range value D 2 are input. Here, enter the resist pattern 107 1 as a metric resist pattern used for measurement.
[0038]
Then, depending on the metric resist pattern 107 1 of coordinates set, the film thickness measurement control unit 401 causes the measured thickness of the metrics resist pattern 107 1 in the film thickness measuring unit 402 (step S101). Then, comparison section 403 compares the measured thickness value D 4 of the measured metric resist pattern 107 1 (here, a thickness T 1 of the metric resist pattern 107 1) and the measured tolerance value D 2 Then, it is determined whether the measured film thickness value D 4 (T 1 ) is within the allowable range value D 2 (step S102).
[0039]
First, the case where it is determined in step S102 that the measured film thickness value D 4 (T 1 ) is within the allowable range value D 2 will be described. When it is determined that the measured film thickness value D 4 (T 1 ) is within the allowable range value D 2 , it is determined whether the measured film thickness value D 4 (T 1 ) is a measured value of the measurement reference resist pattern 107 1 (step) S103). Here, since the measured film thickness value D 4 (T 1 ) is the measured value of the measurement reference resist pattern 107 1 , the exposure amount calculation unit 404 calculates the measured film thickness value D 4 (T 1 ) and the conversion curve D 3 . calculating an exposure amount D 5 from (step S104), and stores the calculated exposure amount as measurement data (step S105).
[0040]
Next, the case where it is determined in step S102 that the measured film thickness value D 4 is not within the allowable range value D 2 will be described. If the measured thickness value D 4 in step S102 is determined not within the allowable range values D 2, comparing unit 403, measured thickness by comparing the measured thickness value D 4 and measured tolerance value D 2 It determines the value D 4 is the allowable range values D 2 or more (step S106).
[0041]
In step S106, the measurement membrane if thickness value D 4 is determined to be allowable range values D 2 or more, the comparison unit 403 is formed of a high transmittance dose monitor mass pattern in the film thickness measurement control unit 401 Instructed to re-measure the thickness of the resist pattern. Then, the film thickness measurement control unit 401 reads the transmission and the coordinate data D 1, transmittance than the measured dose monitor pattern prior to the film thickness measuring unit 402 is formed at a high dose monitor pattern resist pattern The film thickness is measured (step S107). The film thickness measurement control unit 401 measures the re-thickness of the resist pattern and transmits the exposure amount monitor pattern transmittance to the comparison unit 403. This re-measurement is sequentially repeated until the measured film thickness falls within the measurement allowable range value.
[0042]
Further, in step S106, measuring membrane if the thickness value D 4 is determined not to be allowable range values D 2 or more, the comparison unit 403 is formed of a low transmittance dose monitor pattern in the film thickness measurement control unit 401 Instructed to measure the thickness of the resist pattern again. Then, the film thickness measurement control unit 401 reads the transmission and the coordinate data D 1, measured dose monitor pattern than the transmittance before the film thickness measuring unit 402 is formed at a lower dose monitor pattern resist pattern The film thickness is measured (step S108). The film thickness measurement control unit 401 measures the re-thickness of the resist pattern and transmits the exposure amount monitor pattern transmittance to the comparison unit 403. This re-measurement is sequentially repeated until the measured film thickness falls within the measurement allowable range value.
[0043]
Next, the resist film thickness is measured again, and when the measured film thickness value D 4 falls within the allowable range value D 2 , it is determined whether the measured film thickness value D 4 is that of the measurement reference resist pattern (step S103).
[0044]
In the following, the film thickness of the resist pattern 107 2 is measured instead of the measurement reference resist pattern 107 1 , the measurement film thickness T 2 is within the measurement allowable range value D 2 , and the measurement film thickness value D 4 is the measurement reference resist pattern. A case that is not 107 1 will be described.
[0045]
If it is determined that the measured film thickness value D 4 is not that of the measurement reference resist pattern 107 1 , the effective exposure amount d 2 corresponding to the measured film thickness value D 4 (T 2 ) is obtained using the conversion curve D 3. (Step S109). Furthermore, from the ratio of the transmittance Tr 2 metrics resist pattern 107 transmittance Tr 1 of dose monitor pattern 102 1 corresponding to 1 and the resist pattern 107 2 dose monitor pattern corresponding to 102 1, the effective exposure dose d 1 ,
d 1 = d 2 × Tr 1 / Tr 2 (2)
(Step S110). Then, the calculated exposure amount is stored as measurement data.
[0046]
Here, the measured film thickness value D 4 is not that of the measurement reference resist pattern. Therefore, the exposure amount cannot be obtained immediately from the measured film thickness value D 4 and the conversion curve D 3 . Since the measurement reference resist pattern 107 1 and the resist pattern 107 2 have the same exposure conditions and development conditions other than the transmittance, the conversion curve of the resist pattern 107 2 is moved horizontally with respect to the conversion curve D 3 of the measurement reference resist pattern 107 1 . It will be a thing. Therefore, determine the effective exposure dose d 2 corresponding the conversion curve D 3 to the measuring film thickness T 2, this effective exposure dose d 2, dose monitor pattern 102 1 of the transmittance Tr 1 and the exposure dose monitor pattern 102 1 By multiplying the ratio with the transmittance Tr 2 , the effective exposure amount d 1 in the exposure amount monitor pattern 102 1 can be calculated.
[0047]
With the above configuration, the exposure amount can be accurately calculated even when the resist pattern film thickness variation is small relative to the exposure amount variation.
[0048]
Next, a resist pattern is formed on the wafer under the same conditions as the exposure conditions and development conditions described above, except that the set exposure amount of the exposure apparatus is set to 7.5 mJ / cm 2. The film amount was measured over the entire wafer surface.
[0049]
FIG. 6A shows the result of measuring a specific floc on the entire surface of the wafer by the method shown in the first embodiment. Although the set exposure amount of the exposure apparatus is 7.5 mJ / cm 2 , it can be seen that the effective exposure amount varies due to variations in the wafer surface such as PEB, development, and resist film thickness. In the figure, in the vicinity of the center, since any of the above-mentioned fluctuation factors fluctuated greatly, the effective exposure amount is greatly reduced, and the resist as a parameter to be measured is thinned. That is, since the effective exposure amount fluctuation exceeding the measurement range occurs, the value of the effective exposure amount fluctuation is large.
[0050]
Therefore, the next exposure dose monitor pattern was measured again for the part having an abnormal film thickness, the effective exposure amount was obtained using the conversion curve, and then calibrated using the transmittance ratio. As a result, as shown in FIG. 6B, there was no portion where the variation in effective exposure amount was extremely large, and the reliability of the data could be improved.
[0051]
The present invention is not limited to the above embodiment. Since the reflection intensity changes according to the film thickness of the resist pattern, the relationship between the reflected light intensity from the resist pattern and the exposure amount can be obtained in advance, and the exposure amount can be obtained from the reflection intensity from the resist pattern.
In addition to the line and space pattern, a repetitive hole pattern or a rhombus repetitive pattern can be used as the exposure amount monitor pattern.
In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the repetitive pitch p between the light transmitting part and the light shielding part is set in the above-described range, and a plurality of types of mask patterns having different ratios of the light transmitting part and the light shielding part are exposed on the wafer. By measuring the physical quantity of the resist on the wafer corresponding to each mask pattern, it becomes possible to measure the exposure quantity continuously and accurately without being affected by the focus fluctuation.
[0053]
In the measurement area where it is difficult to measure the exposure amount, the measured physical amount, the physical amount obtained in advance, and the exposure light are measured by measuring the physical amount according to the resist film thickness corresponding to the mask pattern having different transmittance. The exposure amount can be continuously and accurately measured based on the relationship between
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a mask including an exposure amount monitor pattern according to the first embodiment and a resist pattern formed using the mask.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a resist pattern film thickness and an exposure amount;
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a mask including an exposure amount monitor pattern according to a second embodiment and a resist pattern formed using the mask.
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an exposure amount measuring apparatus according to a second embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing an exposure dose measuring method using the exposure dose measuring apparatus shown in FIG. 4;
FIG. 6A is a diagram showing fluctuations in the effective exposure amount in the wafer surface measured by the method shown in the first embodiment, and FIG. 6B is a method shown in the second embodiment. The figure which shows the effective exposure amount fluctuation | variation in the measured wafer surface.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Mask 102 ... Exposure amount monitor pattern 104 ... Light shielding film 105 ... Light transmission part 106 ... Wafer 107 ... Resist pattern 400 ... Sample 401 ... Film thickness measurement control part 402 ... Film thickness measurement part 403 ... Comparison part 404 ... Exposure amount calculation Part

Claims (4)

マスクパターンが形成されたマスクを、露光波長λ、ウェハ側開口数NA、照明のコヒーレンスファクタσ、ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Mなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストにマスクパターンを露光し、該マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの状態を観察することにより、ウェハ上の実効的な露光量を測定する露光量測定方法であって、
前記マスクパターンは周期pにて透光部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ透光部と遮光部の割合に応じて透過率が異なる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期pが、
p/M≦λ/(1+σ)NA
を満たすように設定され、
特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上のレジストの膜厚に対応する物理量を測定する測定ステップと、
この測定ステップで測定された物理量と予め設定された設定範囲値とを比較する比較ステップと、
この比較ステップにおける比較の結果、前記測定ステップで測定された物理量が前記設定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を測定するステップと、
この比較ステップにおける比較の結果、前記測定ステップで測定された物理量が前記設定範囲値外の場合、前記測定に用いたレジストに対応するマスクパターンと異なる種類のマスクパターンに対応するレジストの膜厚に応じた物理量を測定する再測定ステップと、
この再測定ステップで測定された物理量が設定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を測定するステップとを含むことを特徴とする露光量測定方法。
The mask on which the mask pattern is formed is set in an exposure apparatus having an exposure wavelength λ, a wafer-side numerical aperture NA, an illumination coherence factor σ, and a mask pattern magnification M with respect to the pattern on the wafer. An exposure measurement method for measuring an effective exposure on a wafer by exposing a mask pattern and observing a state of a resist on the wafer corresponding to the mask pattern,
The mask pattern is a pattern in which a light-transmitting part and a light-shielding part are repeated at a period p, and a plurality of types having different transmittances according to the ratio of the light-transmitting part and the light-shielding part are formed on the same mask. But,
p / M ≦ λ / (1 + σ) NA
Is set to meet
A measurement step for measuring a physical quantity corresponding to a film thickness of the resist on the wafer corresponding to a specific mask pattern;
A comparison step for comparing the physical quantity measured in this measurement step with a preset setting range value;
As a result of the comparison in this comparison step, when the physical quantity measured in the measurement step is within the set range value, on the wafer corresponding to the measured physical quantity based on the relationship between the physical quantity obtained in advance and the exposure amount. Measuring the effective exposure amount of
As a result of the comparison in this comparison step, if the physical quantity measured in the measurement step is outside the set range value, the resist film thickness corresponding to a mask pattern of a different type from the mask pattern corresponding to the resist used for the measurement is used. A re-measurement step to measure the corresponding physical quantity;
When the physical quantity measured in this re-measurement step is within the set range value, the effective exposure amount on the wafer corresponding to the measured physical quantity is measured based on the relationship between the physical quantity and the exposure quantity obtained in advance. A step of measuring the exposure amount.
前記再測定ステップにおいて、
特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以上であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が高い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定し、
特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以下であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が低い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定することを特徴とする請求項に記載の露光量測定方法。
In the re-measurement step,
When the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is equal to or greater than a predetermined range value, the resist corresponding to the type of mask pattern having a higher transmittance than the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern. Measure physical quantity,
When the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is equal to or less than a predetermined range value, the resist corresponding to the type of mask pattern having a lower transmittance than the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern. The exposure amount measuring method according to claim 1 , wherein a physical quantity is measured.
マスクパターンが形成されたマスクを、露光波長λ,ウェハ側開口数NA,照明のコヒーレンスファクタσ,ウェハ上のパターンに対するマスクパターンの倍率Mなる露光装置にセットし、ウェハ上に塗布されたレジストにマスクパターンを露光し、該マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの状態を観察することにより、ウェハ上の実効的な露光量を測定する露光量測定装置であって、
前記マスクパターンは周期pにて透光部と遮光部が繰り返されたパターンであり、かつ透光部と遮光部の割合に応じて透過率が異なる複数種類が同一マスクに形成され、前記周期pが、
p/M≦λ/(1+σ)NAを満たすように設定され、
前記マスクパターンに対応するウェハ上のレジストの膜厚に応じた物理量を測定する測定部と、
この測定部により測定された物理量と、予め設定された設定範囲値とを比較する比較部と、
この比較部の比較の結果、前記物理量が前記設定範囲値外の場合、前記測定部に、前記測定に用いたレジストに対応するマスクパターンと異なる種類のマスクパターンに対応するレジストの膜厚に応じた物理量を測定させる制御部と、
前記測定部で測定された物理量が所定範囲値内の場合、予め求められた物理量と露光量との関係に基づいて、測定された物理量に対応する前記ウェハ上の実効的な露光量を算出する露光量算出部とを具備してなることを特徴とする露光量測定装置。
The mask on which the mask pattern is formed is set in an exposure apparatus having an exposure wavelength λ, a wafer-side numerical aperture NA, an illumination coherence factor σ, and a mask pattern magnification M with respect to the pattern on the wafer. An exposure amount measuring apparatus that measures an effective exposure amount on a wafer by exposing a mask pattern and observing a resist state on the wafer corresponding to the mask pattern,
The mask pattern is a pattern in which a light-transmitting part and a light-shielding part are repeated at a period p, and a plurality of types having different transmittances according to the ratio of the light-transmitting part and the light-shielding part are formed on the same mask. But,
p / M ≦ λ / (1 + σ) NA is set to satisfy,
A measurement unit that measures a physical quantity according to the film thickness of the resist on the wafer corresponding to the mask pattern;
A comparison unit that compares the physical quantity measured by the measurement unit with a preset set range value;
When the physical quantity is outside the set range value as a result of the comparison by the comparison unit, the measurement unit has a film thickness of a resist corresponding to a different mask pattern from the mask pattern corresponding to the resist used for the measurement. A control unit for measuring the measured physical quantity;
When the physical quantity measured by the measurement unit is within a predetermined range value, the effective exposure amount on the wafer corresponding to the measured physical quantity is calculated based on the relationship between the physical quantity and the exposure quantity obtained in advance. An exposure amount measuring apparatus comprising: an exposure amount calculation unit.
前記制御部は、
特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以上であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が高い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定させ、
特定のマスクパターンに対応する前記ウェハ上の前記物理量が所定範囲値以下であった場合、測定されたレジストパターンに対応する特定のマスクパターンより透過率が低い種類のマスクパターンに対応するレジストの前記物理量を測定させることを特徴とする請求項に記載の露光量測定装置。
The controller is
When the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is equal to or greater than a predetermined range value, the resist corresponding to the type of mask pattern having a higher transmittance than the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern. Let me measure the physical quantity,
When the physical quantity on the wafer corresponding to the specific mask pattern is equal to or less than a predetermined range value, the resist corresponding to the type of mask pattern having a lower transmittance than the specific mask pattern corresponding to the measured resist pattern. The exposure amount measuring apparatus according to claim 3 , wherein a physical quantity is measured.
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