JP3624048B2 - 照度測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の照度測定方法、及びこの照度測定方法を用いて照度の測定を行う露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の微細加工技術の進展は著しく、露光光の波長と同じ長さに至るまでの線幅を精度よく形成することのできる露光装置が求められている。この際、照明光（露光光）の照度ムラがレチクル面上に存在すると、ウエハ面上に精度よく回路パターンの転写を行うことができない。
【０００３】
そこで従来は、レチクルを光路から取り除いた状態でウエハ面上の照度分布を測定し、測定した照度分布の誤差が、例えば±１％以下の値となるように照明系を調整することにより、レチクル面上の照度均一性を保っていた。
【０００４】
しかし、レチクルを光路から取り除いた状態で照度の均一性が図れても、実際の露光中にはレチクルによって反射された照明光が照明系側に戻り、照明系の内部で再び反射されて戻って来るために生じるゴースト現象が存在する。±５％、あるいはそれ以下の厳しい線幅制御を行おうとすると、従来では無視してきたこのような現象さえも管理する必要が生じてくる。
【０００５】
このようなゴーストの測定法には、例えば特開平５−６２８８３に開示されているような特殊なレチクル（テストレチクル）を用いる方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法は、あくまでもゴーストの量を推定するための方法に過ぎず、測定に際しては、煩雑な手順を踏むため測定に時間がかかるという問題がある。また、ゴーストによって生じるレチクル面上の照度分布は、レチクルのパターンの粗密、あるいはパターンの形状によって異なるため、テストレチクルを各パターン毎に用意せねばならないという問題もあった。
【０００７】
本発明では、実際に露光に用いるレチクルで、直接的にゴーストの分布を測定することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願第１発明の照度測定方法は、照明領域を規定するためのマスキング手段を介した光でレチクルを照明し、該レチクルのパターンでウエハを露光する露光装置のウエハ面上の照度を測定する照度測定方法において、実際の露光に用いるレチクルが装着された状態で前記ウエハ面上の照度を複数の方法によって測定するステップと、該複数の方法により測定された測定値から前記レチクルによって生ずるゴーストの分布を求めるステップとを有し、前記複数の方法は、前記マスキング手段を実際の露光状態まで開いた状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、前記マスキング手段を前記ウエハ面上の照度を測定する領域の近傍のみを照明するように絞った状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、を含むことを特徴としている。
【００１２】
本願第２発明の露光装置は、照明領域を規定するためのマスキング手段を介した光でレチクルを照明する照明光学系と、該レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、ウエハ面上の照度を測定する照度測定手段と、を備える露光装置において、実際のパターンの露光に用いるレチクルが装着された状態でウエハ面上の照度を複数の方法によって測定し、該複数の方法により測定された測定値から前記レチクルによって生ずるゴーストの分布を求める手段を有し、前記複数の方法は、前記マスキング手段を実際の露光状態まで開いた状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、前記マスキング手段を前記ウエハ面上の照度を測定する領域の近傍のみを照明するように絞った状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、を含むことを特徴としている。
【００１５】
本願第３発明は、本願第２発明の露光装置を用いた半導体素子の製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、投影露光装置の概略構成図である。図には本発明に関係のある露光部に関する部分のみを示した。
【００１７】
図中、１１は光源である超高圧水銀灯、１２は集光用の楕円鏡、１３はシャッタ、１４はシャッタの駆動モータである。１５はコンデンサレンズ、１６は波長選択フィルタ、１７はオプティカルインテグレータである。１８はオプティカルインテグレータ１７から出た光を集光するコンデンサレンズで、アクチュエータ１９により構成するレンズ間の距離を変えてレチクル面、ひいてはウエハ面での照度分布を調整することができる。２０はマスキングブレードで、レチクル面の所定の部分のみを照明するようにブレード位置が調整できる。このため、マスキングブレード２０はレチクルの共役面に置かれている。３５はマスキングブレード２０を駆動するためのアクチュエータである。マスキングブレード２０を通過した露光光は後続のコンデンサレンズ２１、２２によりレチクル２３を照明する。照明されたレチクル２３上のパターンは投影光学系２４によって、ウエハチャック２６に保持されたウエハ２５面上に結像される。
【００１８】
従来、露光装置の照度均一性のチェックは、レチクル２３を外してマスキングブレード２０を完全に開いた状態で、ウエハステージ２７上に載置された光電検出系により行われていた。光電検出系は、ウエハ２５と同じ高さの位置に設けられた直径０．５ｍｍ程のピンホール３０、その下に配置されたフォトディテクタ３１を有しており、ピンホール３０を通過した露光光をフォトディテクタ３１によって検出する。この光電検出系がウエハステージ２７によって移動されながら露光領域内の各点の照度を測定し、測定結果によって得られた照度分布の誤差が±１％以内となるように初期設定される。
【００１９】
しかしながら、実際のレチクルは例え３層レチクルを用いたとしても１０％程度の反射があり、２層レチクルだとその反射率は６０％にも到達する。この反射光が照明系に向かい、照明系で反射して再びレチクルに戻ってくるとレチクル面上の照度分布はレチクル無しで測定したときと異なってしまう。
【００２０】
本実施形態では、照度分布の測定を２回、実際のレチクルを載置した状態で行う。これにより、反射光によるゴーストを測定し、測定結果をもとにゴーストの影響を除去すべく照明系を調整する。このため、先ず基準状態として、レチクルの無い状態での照度分布は、予め定められた誤差範囲内、例えば±１％以内に調整されているものとする。
【００２１】
第１の測定は、レチクル２３を装置に装着した後、マスキングブレード２０を実際の露光状態まで開いた状態、すなわち、実際にウエハ２５を露光する状態と同じ条件で行われる。したがって、この状態ではレチクル２３からの反射光が照明系に戻り、ゴーストとして再びレチクル２３に戻ることになる。測定は露光領域の複数点で行われ、例えばマトリックス状に行われる。この場合、測定点の位置は不図示のレーザ測長器（２８はレーザ測長器の一部を構成するミラー）で精密に測定され、記憶される。
【００２２】
本発明の照度分布の測定において注意しなければならないのは、レチクル２３に形成されたパターンを介して測定を行っているので、測定値はパターン自体の存在による透過状態の影響を受けた値となっていることである。これは次に説明する第２の測定においても同様である。
【００２３】
次いで第２の測定が行われる。この様子を示したのが図２である。第２の測定においてレチクル２３は、第１の測定と装置に対して同一の状態で保持される。すなわち、第１の測定から第２の測定は続けて行うことができる。第２の測定では、ウエハステージ２７上の光電検出系に対応した部分だけを照明するようにマスキングブレード２０が絞られる。ピンホール３０とマスキングブレード２０によって絞られた照明領域の関係を示したのが図３である。照明領域は、ピンホール３０の径よりも少し大きく、例えばピンホールの径を直径０．５ｍｍとしたとき、ウエハ面で１辺１〜５ｍｍ位の大きさの正方形または長方形になるよう絞るとよい。露光領域内の照度分布を測定するため、ウエハステージ２７は光電検出系を各測定点に移動させ、照明領域が測定点に対応して移動するよう、マスキングブレード２０の開口部の位置も変化する。
【００２４】
ゴーストは図４に示すようにレチクル２３上のＡという位置に入射した光がレチクルで反射を受けて照明系に戻り、照明系内の光学素子で反射を受けて本来の入射位置とは異なるレチクル上の位置Ｂに入射することによって生ずる現象である。図中、実線は正規にレチクルを照明する光、点線はゴースト光を示す。レチクル２３上には、クロムあるいは酸化クロム等によって回路パターンが形成されており、そこで反射する反射光の強度は、回路パターンに依存するためレチクルごとに異なった値を持つ。第２の測定は測定点近傍にしか露光光を当てていないため、例えばＢに対応する位置の測定を行っているときに、Ａに入射した光の反射光が回り込んでＢに再入射するということがない。すなわち、ゴーストの無い状態の測定に対応する。測定時の光電検出系の位置は、不図示のレーザ干渉計でモニタされており、第２の測定の測定点の位置は、第１の測定の測定点の位置と０．１μｍ以下の精度で一致させることができる。したがって、２つの測定値は対応する同一の測定点において正確に比較することが可能である。ゴーストが全く無ければ両者の測定値は一致する。
【００２５】
ここで、ｍ×ｎ個のマトリックス状に配列された点列で露光領域（測定対象領域）の照度分布を測定するとする。第１の測定で得られた各点での測定値をａ_１（ｍ，ｎ） 、第２の測定で得られた各点での測定値をａ_２（ｍ，ｎ） とし、測定対象領域の中心近傍の所定位置（ｐ，ｑ）を基準位置と考える。あえて中心近傍としたのは、回路パターンの形成された実際のレチクルを測定しているため、中心位置がクロムで覆われていれば、測定値が０となってしまうためである。したがって（ｐ，ｑ）は、測定値が０ではないある程度以上（例えば、全測定点の最大測定値に対し、３０％以上）の値を示す中心近傍の位置から選択する。ウエハ面上での照度分布を測定したのち、第１の測定に対しては、
ａ_１（ｍ，ｎ） ／ ａ_１（ｐ，ｑ）
を、第２の測定に対しては、
ａ_２（ｍ，ｎ） ／ ａ_２（ｐ，ｑ）
を計算する。２つの計算結果は、同一測定点においてゴーストがなければ一致するはずであるが、実際にはレチクル２３からの反射光によるゴーストのため一致しない。したがって、第１の測定によって得られた測定値を第２の測定によって得られた測定値で割った、
ｂ（ｍ，ｎ）
＝｛ａ_１（ｍ，ｎ） ・ａ_２（ｐ，ｑ） ｝／｛ ａ_１（ｐ，ｑ） ・ａ_２（ｍ，ｎ） ｝
がゴーストの分布を示しているといえる。この場合、０で割るという操作を防ぐためａ_２（ｍ，ｎ） ≠０である（ｍ，ｎ） についてこの計算を行い、ａ_２（ｍ，ｎ） ＝０である（ｍ，ｎ） についてはｂ（ｍ，ｎ） ＝０とする。このように強制的に０にした箇所以外のｂ（ｍ，ｎ） はゴーストが存在しなければ１で、１からのずれがゴーストの分布を示す。簡単のため最も端の４点である（１，１）、（１，ｎ）、（ｍ，１）、（ｍ，ｎ）が、０でない値を持っているものとすると、
｛ ｂ（１，１）＋ｂ（１，ｎ）＋ｂ（ｍ，１）＋ｂ（ｍ，ｎ） ｝／４
が周辺での光量のアップあるいはダウンにつながるものとなる。このような計算を行うことによって、ゴーストの分布を２次元的に得ることができ、同心円状で自乗特性を持つ分布や、直線的に傾いた分布を得ることができる。例えば直線的に傾いた分布の計算では、
｛ ｂ（１，１）＋ｂ（１，ｎ）−ｂ（ｍ，１）−ｂ（ｍ，ｎ）｝／２
が横方向の照度分布の傾きを、また、
｛ ｂ（１，１）−ｂ（１，ｎ）＋ｂ（ｍ，１）−ｂ（ｍ，ｎ）｝ ／２
が縦方向の照度分布の傾きをあらわす。
【００２６】
ここでは簡単のため４隅で計算する例を示したが、実際にはある程度広がりを持った領域で平均化してゴーストの量を求めてもよい。これはゴースト自体がレチクル面、即ちウエハ面上に結像する光ではないので、レチクル面上では緩やかな分布を持っているためである。例えば、ｍ＝ｎ＝１５として２２５点で測定するとき、隣接する３×３＝９点を一つのブロックとして測定対象領域を５×５＝２５ブロックに分け、各ブロック内での測定値を平均化して、ゴーストの分布を求めることができる。
【００２７】
次に、レチクルを均一に照明するために、測定されたゴーストを補正する方法について説明する。
【００２８】
同心円状で自乗特性を持つ分布に対しては、例えば、コンデンサレンズ１８を構成するレンズの間隔をアクチュエータ１９によって調整することによって補正することができる。直線的な傾きを持つ照度分布に対しては、例えば、オプティカルインテグレータ１７の前に設置された２枚の回転可能なくさびの回転の組み合わせによって作られる偏向角可変くさびを用いたり、超高圧水銀灯１１の位置を照明光学系の光軸と垂直方向に調整したりすることによって補正することができる。
【００２９】
この他、フィルタを露光光の光路中に挿入することにより照度分布を補正する方法等も適用可能である。同心円状で自乗特性を持つ分布を補正するフィルタとしては、オプティカルインテグレータ１７の直後に挿入した垂直入射光に比して斜入射光の方が透過率の低い角度特性を持つ多層膜を有した反射型フィルタや、図５に示すような、透過率が高く光の吸収がないガラスと光の吸収があるガラスを凹凸に張り合せ、光の吸収があるガラスの効果で同心円状の分布を持たせる吸収型フィルタ等が考えられる。図６は、ゴーストの状況に応じてマスキングブレード２０近傍に配置した各種フィルタを交換する装置の例である。図中、３６は図５に示した吸収型フィルタ、３７は標準状態で挿入する吸収の無い硝材で作られた基準フィルタ、３８は各種フィルタを交換するモータである。
【００３０】
一方、直線的な傾きを持つ照度分布についても、前述の反射型フィルタを照明系の光軸に対して微小に傾けることで補正が可能である。図７は、そのような多層膜が設けられた反射型フィルタ４１をオプテイカルインテグレータ１７の後方に配した例である。２回の測定から得られた測定値に基づいてフィルタ４１はアクチュエータ４２によって傾けられる。この時の傾き量は微小であるため光軸ずれ等の他の性能への影響は特に問題とならず、ゴーストを含めた形でレチクル２３上を均一に照明することができる。
【００３１】
本実施形態で説明した測定方法によって得られた照明系のゴーストの状況は、照度むら調整部位への駆動指示値としてジョブにファイルすることができる。このため、一度ゴーストの状況を測定したレチクルについては、露光装置にセットする度の測定は必要なく、ファイルされた値を装置側で読み込み、読み込んだ値に基づいて自動的に照明系の状態をセットし、ゴーストを補正することができる。この時、ゴーストの状況（分布）をファイルしておいて、その値に基づいて照明系を駆動してもよい。また、ゴーストの発生状態は露光装置ごとに異なる可能性もあるため、ファイルはレチクルそのものに対してだけでなく、装置自体の固有パラメータとして扱ってもよい。
【００３２】
次に図１の露光装置を利用した半導体素子の製造方法の実施例を説明する。
【００３３】
図８は半導体素子（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネルやＣＣＤ）の製造フローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体素子の回路設計を行う。ステップ２（マスク制作）では設計した回路パターンを形成したマスク（レチクル２３）を制作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハ（ウエハ２５）を製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハとを用いて、リソグラフィー技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウエハを用いてチップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成された半導体素子の動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体素子が完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００３４】
図９は上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハ（ウエハ２５）の表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハにレジスト（感材）を塗布する。ステップ１６（露光）では上記露光装置によってマスク（レチクル２３）の回路パターンの像でウエハを露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エッチング）では現像したレジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらステップを繰り返し行うことによりウエハ上に回路パターンが形成される。
【００３５】
本実施例の製造方法を用いれば、従来は難しかった高集積度の半導体素子を製造することが可能になる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、実際に露光に用いるレチクルで、直接的にゴーストの分布を測定することができる。また、測定されたゴーストの分布に基づいて、レチクルを均一に照明するよう照度分布を補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の露光装置の概略図であり、第１の測定を行う際の状態を示す図である。
【図２】本実施形態の露光装置の概略図であり、第２の測定を行う際の状態を示す図である。
【図３】第２の測定の際のピンホールとマスキングブレードによって絞られた照明領域の関係を示す図である。
【図４】レチクルで反射した光によってゴーストが発生する様子を説明するための図である。
【図５】２種のガラス部材を用いた吸収型フィルタを示す図である。
【図６】図５に示した吸収型フィルタの露光装置内への配置例である。
【図７】直線的な傾きの照度分布を補正する反射型フィルタの露光装置内への配置例である。
【図８】半導体素子の製造工程を示す図である。
【図９】図８の工程中のウエハプロセスの詳細を示す図である。
【符号の説明】
１１ 超高圧水銀灯
１２ 楕円鏡
１３ シャッタ
１４ シャッタの駆動モータ
１５ コンデンサレンズ
１６ 波長選択フィルタ
１７ オプティカルインテグレータ
１８ コンデンサレンズ
１９ アクチュエータ
２０ マスキングブレード
２１ コンデンサレンズ
２２ コンデンサレンズ
２３ レチクル
２４ 投影光学系
２５ ウエハ
２６ ウエハチャック
２７ ウエハステージ
２８ レーザ干渉計のミラー
３０ ピンホール
３１ フォトディテクタ
３５ アクチュエータ
３６ 吸収型フィルタ
３７ 基準フィルタ
３８ モータ
４１ 反射型フィルタ
４２ アクチュエータ

Claims (17)

1. 照明領域を規定するためのマスキング手段を介した光でレチクルを照明し、該レチクルのパターンでウエハを露光する露光装置のウエハ面上の照度を測定する照度測定方法において、
   実際の露光に用いるレチクルが装着された状態で前記ウエハ面上の照度を複数の方法によって測定するステップと、
   該複数の方法により測定された測定値から前記レチクルによって生ずるゴーストの分布を求めるステップとを有し、
   前記複数の方法は、前記マスキング手段を実際の露光状態まで開いた状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、前記マスキング手段を前記ウエハ面上の照度を測定する領域の近傍のみを照明するように絞った状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、を含むことを特徴とする照度測定方法。
2. 前記複数の方法により測定された同一の測定点の測定値の比較から前記レチクルによって生ずるゴーストの分布を求めることを特徴とする請求項１記載の照度測定方法。
3. 前記複数の方法は、レチクルに形成されたパタ−ン全面を照明した状態で照度を測定する方法と、照度を測定する領域の近傍のみを照明した状態で照度を測定する方法を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の照度測定方法。
4. 照明領域を規定するためのマスキング手段を介した光でレチクルを照明する照明光学系と、該レチクルのパターンをウエハに投影する投影光学系と、ウエハ面上の照度を測定する照度測定手段と、を備える露光装置において、
   実際のパターンの露光に用いるレチクルが装着された状態でウエハ面上の照度を複数の方法によって測定し、該複数の方法により測定された測定値から前記レチクルによって生ずるゴーストの分布を求める手段を有し、
   前記複数の方法は、前記マスキング手段を実際の露光状態まで開いた状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、前記マスキング手段を前記ウエハ面上の照度を測定する領域の近傍のみを照明するように絞った状態で前記ウエハ面上の照度を測定する方法と、を含むことを特徴とする露光装置。
5. 求められたゴーストの分布を用いて、前記レチクルが均一に照明されるよう、照度分布を調整する手段を有することを特徴とする請求項４記載の露光装置。
6. 前記照度分布を調整する手段は、前記照明光学系を構成するレンズの間隔を変える手段であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
7. 前記照度分布を調整する手段は、前記照明光学系中に配された複数の回転可能なくさび型プリズムであることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
8. 前記照度分布を調整する手段は、光源の位置を変える手段であることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
9. 前記照度分布を調整する手段は、前記照明光学系の光路中に挿入するフィルタであることを特徴とする請求項５記載の露光装置。
10. 前記フィルタは、垂直入射光に対して斜入射光の方が透過率の低い角度特性を持つ多層膜を有した反射型フィルタであることを特徴とする請求項９記載の露光装置。
11. 前記フィルタは、透過率が高く光の吸収がない光学部材と光の吸収がある光学部材を張り合せた吸収型フィルタであることを特徴とする請求項９記載の露光装置。
12. 前記フィルタを交換する手段を有することを特徴とする請求項９記載の露光装置。
13. 照度分布を調整する手段の各レチクル毎のゴーストの分布に基づいて決定された調整量を記憶する手段を有することを特徴とする請求項５乃至１２のいずれか一項記載の露光装置。
14. 記憶された前記調整量に基づいて、自動的に照度分布を調整することを特徴とする請求項１３記載の露光装置。
15. 各レチクルに対応したゴーストの分布を記憶する手段を有することを特徴とする請求項５乃至１２のいずれか一項記載の露光装置。
16. 記憶されたゴーストの分布に基づいて、前記レチクルが均一に照明されるよう、自動的に照度分布を調整することを特徴とする請求項１５記載の露光装置。
17. 請求項４乃至１６のいずれか一項記載の露光装置を用いて半導体素子を製造することを特徴とする半導体素子の製造方法。

Images