CN100397404C - 曝光装置的照度不匀度的测定方法和修正方法 - Google Patents
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Abstract
一种曝光装置的照度不匀度的测定方法，向光掩膜照射从照明光学系统射出的照明光，对于通过投影光学系统而在感光衬底上的有限区域内投影并曝光通过该光掩膜的光的曝光装置，进行所述投影光学系统引起的、在所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度的测定，其特征在于，包括：按在所述感光衬底上的有限区域内的多个成像点的每一个，计算从所述光掩膜的一点射出并到达成像点的光线的、在所述投影光学系统的透射率的平均值，根据按所述成像点求出的透射率的平均值，算出所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体器件的制造工序中使用的光平版印刷技术，具体而言，是涉及一种曝光装置的所有曝光区域内的照度不匀度的测定方法、照度不匀度的修正方法、半导体器件的制造方法和曝光装置。
背景技术
在半导体器件的电路图案制造中，通常使用光平版印刷技术。在使用于光平版印刷工序的投影曝光装置中，从照明光学系统射出的光可入射到描绘有电路图案的光掩膜(网线)。由光学系统汇聚通过光掩膜的光。通常在涂布光致抗蚀膜的感光衬底、具体而言例如在硅晶片上成像投影半导体器件的电路图案。
通常，在半导体器件制造工序等中使用的曝光装置通过部分相干成像系统来复制图像。所谓部分相干成像系统是指向光掩膜照射光的照明光学系统的数值孔径大于0，而比将通过光掩膜的光像投影到感光衬底表面的投影光学系统的数值孔径小的状态。即，该曝光装置将来自具有一定面积的二次光源的光照射到光掩膜上，通过投影光学系统将透射光掩膜的光汇聚到衬底上，在衬底表面上成像投影光掩膜面的图案。
通过以适当光强度进行曝光，从而适当地使光掩膜感光，结果，向衬底上复制适当的抗蚀膜图案。无论曝光量过高还是过低，都不能进行适当复制。通常，存在成批地复制图像的有限区域、即成批曝光区域的纵向横向尺寸有数mm到数十mm大小，该成批曝光区域中，光的照度必须均匀。图案越精细，关于复制适当的图像的曝光量的变动容限越窄，照度必须高精度地均匀。
在实际的曝光装置中，由于构成投影光学系统的透镜反射防止膜的不均匀性等原因，成批曝光区域内的照度恐怕会变化。为了抑制照度不均，提出了沿光轴方向移动透镜的方法，或在光学系统内的某个面上设置修正照度分布的滤光器的方法等方法。作为进行这种修正的前提，有必要正确测定实际发生的照度分布。
现有的曝光装置的曝光区域内照度不匀度的测定方法中，在没有图案的状态下向光掩膜面上照射光，测定衬底面中的照度的成批曝光区域内的分布，根据结果来进行照度修正。例如，在特开平7-192995中，表示了扫描型曝光装置中成批曝光区域内的照度不匀度的测定方法。由受光元件接收照射衬底面的光，测定照度，通过在成批曝光区域内的多个点处进行该测定，测定照度不匀度。
但是，即使使用上述测定方法测定的照度不匀度数据来修正照度不匀度，在曝光并复制精细的器件图案时，也会存在在曝光区域内产生照度不匀度的问题。如上所述，因为曝光装置是部分相干成像系统，当在没有图案的状态下在光掩膜面上进行曝光时，曝光光仅通过接近投影光学系统内光轴的路径，换言之，仅通过光瞳面的中央附近。即现有的照度不匀度的测定未考虑离开投影光学系统的光轴的区域，即通过光瞳面端附近的光的路径的透射率。另一方面，在精细的半导体器件图案的投影曝光中，使用通过光瞳面端附近的衍射光。通常，从光掩膜射出的光沿各种路径通过由多个透镜构成的投影光学系统，汇聚在感光衬底上。通过透镜部件的长度或对透镜面的入射角因路径而不同。当产生光的反射、散射时，曝光光的强度衰减，但由于反射或散射依赖于透镜部件通过长度或对透镜面的入射角，所以根据光的路径，从而光的衰减量不同。换言之，根据光的路径，投影光学系统的透射率不同。特别是，光瞳面的中心和端部透镜厚度不同，另外，入射到透镜表面上的光的入射角不同，所以在通过投影光学系统的光瞳面的中央附近的光路径和通过光瞳面端附近的光路径之间，透射率可能大不相同。因此，在感光衬底上的某个点上成像投影精细的半导体器件图案的情况下，当通过光瞳面端附近的衍射光的路径的透射率变动时，复制在该成像点上的曝光光的强度相对其它成像点的曝光光强度变动。但是，在上述照度不匀度测定方法中，因为未考虑通过光瞳面端附近的路径的透射率，所以不能得到相对该精细图案复制而言较适当的照度不匀度的修正值。这种照度不均使精细的半导体器件图案难以正常形成，可能降低半导体器件制造的成品率。
发明内容
(1)根据本发明的一个实例的一种曝光装置的照度不匀度的测定方法，向光掩模照射从照明光学系统射出的照明光，对于通过投影光学系统而在感光衬底上的有限区域内投影并曝光通过该光掩模的光的曝光装置，进行所述投影光学系统引起的、在所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度的测定，其特征在于，包括：按在所述感光衬底上的有限区域内的多个成像点的每一个，测量与从所述光掩模上的一点射出并通过投影透镜到达该成像点的光线所通过的多个路径有关的所述投影光学系统的透射率，计算与所述多个路径有关的透射率的平均值，通过把按所述成像点的每一个求出的透射率的平均值归一化，算出所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度。
(2)根据本发明的一个实例的曝光装置的照度不匀度的测定方法，向形成了光透射图案的光掩膜照射从照明光学系统射出的照明光，对于使透射该光掩膜的光经由投影光学系统，从而在感光衬底上的有限区域内复制与所述光图案相似的图案的曝光装置，进行所述投影光学系统引起的、在所述感光衬底上的所述有限区域内的照度不匀度的测定，其特征在于，在所述光掩膜的规定区域内配置有多个具有一样周期性的衍射图案，在所述感光衬底面上设置有测定任意点的照度的照度测定机构；用来自所述照明光学系统的光照明所述衍射图案，用所述照度测定机构来测定所述感光衬底面上由所述衍射图案形成的图像的位置的照度，算出所述感光衬底的有限区域内的照度分布。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的照度不匀度修正方法的流程图。
图2是表示根据第一实施例的作为检查对象的曝光装置的整体结构的图。
图3A、3B是表示组装在图2所示曝光装置中的光掩膜的图。
图4是模式地表示通过光瞳内的衍射光的平面图。
图5是模式地表示通过光瞳面内图案复制所得到的抗蚀膜图案的平面图。
图6A-6C是表示变化曝光量后对光致抗蚀膜进行曝光所得的抗蚀膜图案的平面图。
图7是表示根据第一实施例的作为检查对象的曝光装置的整体结构的图。
图8是表示测定的光瞳面内的透射率分布的一个实例的图。
图9是表示平均透射率在成批曝光区域内变动的图。
图10是表示具有修正滤光器的曝光装置的示意结构的图。
图11是表示照度不匀度修正滤光器内的透射率分布的图。
图12是表示使用轮带照明的情况下的光瞳面内的衍射光分布的平面图。
图13是表示在图12所示的衍射光分布的情况下测定透射率的区域的平面图。
图14是将衍射光的强度的对路径的依赖性表示为光瞳面上的等强度线图的图。
图15A、15B是表示根据第三实施例的光掩膜的示意结构的图。
图16A是表示使用图15A、15B所示光掩膜的曝光装置的示意结构的图。
图17是表示根据第四实施例的周期图案实例的平面图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施例。
(第一实施例)
图1是表示根据本发明第一实施例的照度不匀度修正方法的流程图。
(步骤S101)
首先，求出曝光装置依赖于投影光学系统的路径的透射率分布。
在本实施例的照度不匀度测定方法中，本发明人使用特愿2000-36690(特开2001-230179公报，美国专利申请号09/783295)中所示的测定依赖于路径的投影透镜透射率的方法。下面说明依赖于特愿2000-36690中所示的路径的投影透镜的透射率测定方法。
图2是表示根据第一实施例的作为检查对象的曝光装置的整体结构的图。在本实施例中，举例说明进行KrF激元激光器缩小投影曝光装置(λ＝248nm、NA＝0.6、σ＝0.3、M＝4)的检查的情况。这里，λ为曝光波长，NA为投影光学系统的晶片侧的数值孔径，σ为曝光装置的相干系数，M为光掩膜的倍率。
如图2所示，沿曝光光2的光路依次排列照明光学系统1、光掩膜3、投影光学系统4、晶片5，从而构成曝光装置。
图3A、3B是表示组装在所示曝光装置中的检查用光掩膜3的图。如图3A的整体结构平面图所示，在光掩膜3的图案面内配置作为光透射图案的光栅针孔图案22。该光栅针孔图案22的周围变为遮光区域23。该光栅针孔图案22的直径为50微米(光掩膜上刻度)。
图3B是将光掩膜3的光栅针孔图案22的一部分放大后的图。如图3B所示，在光掩膜3的光栅针孔图案22中形成由周期地形成遮光部25和透光部26的线和空间图案构成的衍射图案24。
如图2所示，设置上面所示的光掩膜3，使形成图案的面配置在照明光学系统1侧，进行图案曝光。在通常的图案曝光的情况下，设置在晶片5侧，以便出现实图案形成面。如本实施例，可通过做成与实图案曝光表里相反后将光掩膜3安装在掩膜台上，从而使晶片5和光掩膜3的图案面处于不共轭的状态。在晶片5上涂布未图示的光致抗蚀膜。
因为光掩膜图案面和晶片面不共轭，所以在晶片面上不复制线和空间图案，代之，由线和空间图案产生的衍射光到达各自位置后，形成抗蚀膜图案。光掩膜3为仅由遮光部和透光部构成的二进制掩膜。因此，以同强度发生+1次衍射光和-1次衍射光。
将衍射图案24的周期p设定为满足p＞MλNA(1+σ)。因此，在晶片5中，在分离的位置上复制0次衍射光和1次衍射光。在该状态下，在后述的±次衍射光的测定中，可不妨碍0次衍射光图像地进行测定，很方便。
在本实施例中，线和空间图案的周期为1.6微米(光掩膜上刻度)，遮光部25的宽度和透光部26的宽度之比为1∶1。
图4是模式地表示通过光瞳内的衍射光的平面图。如图4所示，0次衍射光6、+1次衍射光7a和-1次衍射光7b通过光瞳面。在图4中，31为光瞳面的端。
图5是模式地表示通过光瞳面内图案复制所得到的抗蚀膜图案的平面图。如上所述，各自的衍射光照射在晶片上的各自不同的位置上，因此，如图5所示，在抗蚀膜中分别形成0次衍射光图案32、+1次衍射光图案33a和-1次衍射光图案33b。衍射光图案32、33a和33b分别为与在曝光装置的照明光学系统1内形成的二次光源面的亮度分布的形状相似的形状，为反映表示照明大小的相关滤光器σ的值的大小。
在投影光学系统内，0次衍射光6、+1次衍射光7a和-1次衍射光7b通过各处的路径到达晶片5上，使晶片表面的光致抗蚀膜感光。因此，可从光致抗蚀膜的感光曝光量来求出+1次和-1次的各衍射光的强度。具体而言，改变曝光量，进行曝光，在光致抗蚀膜上形成图案，从其结果找出将目的位置的抗蚀膜完全变无的最小曝光量，将该曝光量作为感光曝光量，通过得到这些倒数比，求出+1次/-1次衍射光通过的路径的透射率的比。
图6A-6C是表示变化曝光量后对光致抗蚀膜进行曝光所得的抗蚀膜图案的平面图。因为±1次衍射光比0次衍射光的强度小，所以如图6A所示，虽然完全去除了0次衍射光图案32中的光致抗蚀膜，但不能完全去除+1次衍射光图案33a和-1次衍射光图案33b中的光致抗蚀膜。
当曝光量比图6A的情况大时，如图6B所示，虽然完全去除了+1次衍射光图案33a的光致抗蚀膜，但不能完全去除照射-1次衍射光区域的光致抗蚀膜。另外，当曝光量大时，如图6C所示，可完全去除+1和-1次衍射光图案33a、33b的光致抗蚀膜。
例如，设完全去除+1次衍射光图案33a的光致抗蚀膜的最低曝光量为Ma，设完全去除-1次衍射光图案33b的光致抗蚀膜的最低曝光量为Mb。另外，从得到的曝光量Ma和Mb中可知完全去除光致抗蚀膜的光强度。可认为光强度比为曝光量的比的倒数。因此，当将通过+1次衍射光完全去除光致抗蚀膜的光强度设为Ia、将通过-1次衍射光完全去除光致抗蚀膜的光强度设为Ib时，有Ia∶Ib＝1/Ma∶1/Mb。例如在Ma∶Mb＝9∶10的情况下，Ia∶Ib＝1/9∶1/10＝10∶9。
若为理想的投影光学系统，则+1次衍射光通过的路径和-1次衍射光通过的路径的透射率相等，所以衍射光强度Ia和Ib相等。另一方面，在通过构成投影光学系统的透镜部件时光被散射，或透镜表面的反射率变大，或在所谓的表面上有污垢的情况下，该部位的光的透射率变低。结果，透射率根据光路径而变动。在上述实例中表示如下状态：通过光掩膜上的衍射光栅中的衍射以同强度产生的+1次衍射光和-1次衍射光通过透射率各不相同的路径后通过投影光学系统，在到达晶片时强度比为10∶9。这里，当考虑用射出光的强度与入射光的强度之比来定义物质的光透射率时，可知+1次衍射光的路径的透射率与-1次衍射光的路径的透射率为10∶9。如上所述，根据曝光量Ma和Mb，可检查投影光学系统的透射率的对光路径的依赖性。
另外，在内部线和空间图案的周期、占空比相同而方向不同的光栅针孔或具有占空比相同而周期不同的线和空间的光栅针孔中，由此发生的±1次衍射光的强度相同。将它们作为掩膜图案，配置在附近的位置上，并进行曝光。在变化周期后的光栅针孔中，±1次衍射光的路径在光瞳面上向动径方向移动。另一方面，在方向变化的光栅针孔中，±1次衍射光的路径在光瞳面上向角度方向移动。考虑到这些关系，当综合根据不同种类的光栅针孔得到的结果时，判明有助于晶片上某一点成像的任意光的路径中的透射率的变动状态。为了知道关于在晶片上的不同位置的成像的因光路径的透射率变动，也可在其它位置上配置相同的光栅针孔组，进行曝光。例如，图2中表示曝光区域端附近的位置的测定，图7表示曝光区域中央附近的测定。
图8中表示使用该方法测定的光瞳面内的透射率分布的一个实例。在该图中，作为测定对象的曝光装置，其投影光学系统的数值孔径为0.6，照明光学系统的数值孔径大于0.18小于0.45，即具有部分相干成像系统的结构。
(步骤S102)
下面，在关于成批曝光区域内的多个点用上述方法进行测定后的各个透射率分布中，算出对通过光瞳面内所有点的光线求出的透射率的平均值。换言之，求出在光瞳面内具有分布的透射率的平均值。对于曝光衬底上成批曝光区域(有限区域)的任意成像点，求出透射率的平均值。图9是表示平均透射率在成批曝光区域内变动的图。
(步骤S103)
下面，根据透射率平均值分布，算出照度不匀度。通过格式化步骤S102中求出的每个成像点的透射率的平均值，可求出照度不匀度。
(步骤S104)
下面，在照度不匀度的算出结果的基础上，例如，存在于投影光学系统内，且在与光掩膜的图案面基本共轭的位置上设置修正成批曝光区域内的照度不匀度用的滤光器(修正滤光器)。
图10是表示具有修正滤光器的曝光装置的示意结构的图。如图10所示，配置由激光器或水银灯构成的光源900、透镜系统901、福莱(フライアイ)透镜902、光阑903、第一透镜904、光学滤光器带有的光阑905、第二透镜906和第二透镜907，从而构成照明光学系统。光学滤光器带有的光阑905是在与908的图案面共轭的面内形成限制曝光区域的光阑，且在该面内设置了修正成批曝光区域内的照度不匀度的修正滤光器。该修正滤光器具有修正由与成批曝光区域内各点相关的投影光学系统4的平均透射率分布引起的照度不匀度的透射率分布。即，为图11所示的、具有图9所示的测定值倒数比的分布的滤光器。图11是表示照度不匀度修正滤光器内的透射率分布的图。
作为用于修正照度不匀度的光学滤光器，使用在透明衬底上叠层铬等不透明材料而具有透射率分布的滤光器，或可表示使光透射率按每个部位变化的图案的液晶面板等。在前者的情况下，可通过现有的光掩膜制作技术来简单地制作。在使用液晶面板的情况下，每次变化光掩膜时，可自由地进行适于掩膜图案的照度不匀度修正分布，因此，具有所谓可省略替换滤光器本身的工夫的优点。因此，若可适当修正照度不匀度，也可以是这里所示之外的滤光器。
结果，在精细的图案复制中照射在衬底上的光强度均匀，可正常地成像并投影器件图案。
下面说明本实施例的作用、效果。在不设置光掩膜的情况下或曝光较大尺寸的图案的情况下，通过投影光学系统的光的路径仅为通过投影光学系统光瞳面的中央附近(光轴附近)的光路。另一方面，投影并曝光曝光波长以下的尺寸的精细器件图案时的光路有变宽到投影光学系统的光瞳面端的倾向。通常，从光掩膜射出的光经各种路径通过多个透镜构成的投影光学系统，汇聚在感光衬底上。透射透镜部件的长度或对透镜面的入射角因路径而不同。当产生光的反射、散射时，曝光光的强度衰减，但因为反射或散射依赖于透镜部件通过长度或对透镜面的入射角，所以根据光的路径，光的衰减量不同。换言之，投影光学系统的透射率根据光的路径而不同。特别是，在光瞳面的中心和端部透镜的厚度不同，或入射到透镜表面的光的入射角不同，所以通过投影光学系统光瞳面的中央附近的光路径和通过光瞳面的端附近的光路径之间透射率可能大不相同。
因此，一旦象以前那样测定通过光轴附近的光来修正照度不匀度，则在进行相对于曝光波长其尺寸大的图案曝光时，可抑制照度不匀度，但存在如下缺陷，对于使用通过投影光学系统的光瞳面端的光来成像并投影的精细图案，不能进行适当的照度不匀度修正。
因此，根据本实施例，若测定根据投影光学系统的光路径的光透射率的变化，根据测定的光透射率来算出平均透射率，求出晶片上成批曝光区域内多个点的平均透射率，算出照度不匀度，根据得到的照度不匀度数据进行修正后，曝光复制精细的器件图案，则不仅大的图案，即使是精细的图案投影曝光，也可适当抑制照度不匀度。
本实施例中使用的光掩膜使用对光栅针孔图案之外的区域遮光即使用覆盖率高的光掩膜。此时，遮光量小，因此，对于覆盖率高的光掩膜求出正确的修正值。当对使用覆盖率低的光掩膜进行修正时，为了使透射率测定用光掩膜的覆盖率相同，使用与测定图案不干涉地分开配置透射区域的光掩膜，就能得到适当的照度不匀度修正值。
根据本实施例，可测定在现有方法中不能测定的、考虑了通过光瞳面的端区域的光影响的照度不匀度。在此基础上通过加上照度不匀度修正，可适当修正实际器件图案复制时产生的照度不匀度。
作为本方法的变形例，替代求出光瞳面整体的透射率平均值，也可计算光瞳面内任意一部分区域的平均值。根据计算出的平均值来实施照度不匀度修正，则可高精度地抑制特定图案复制中的实质照度不匀度。
例如，说明使用轮带照明来复制精细的线和空间图案的情况。图12是表示使用轮带照明的情况下的光瞳面内的衍射光分布的平面图。在图12中，41是衍射光通过的衍射光通过区域。42是衍射光未通过的衍射光非通过区域。43是光瞳面的端。如图12所示，衍射光全部都不通过透镜的中央附近，仅通过透镜的端附近。因此，求出图13所示的包含衍射光的通过区域的区域51的透射率的平均值，根据该值来施加修正，也可不求出区域52的透射率平均值。在图13中，53为光瞳面的端。
本实施例中进行的根据光路径的透射率分布的测定不限于特愿2000-36990中所示的方法，也可通过其它方法测定依赖于光路径的透射率分布，根据求出的值来实施修正。例如，也可在曝光装置感光衬底面的下方的与光瞳面共轭的面上设置受光元件来进行测定。或在组装投影光学系统前，求出构成的每一个透镜的透射率分布，通过对所有透镜取得透射率的积，也可求出依赖于光路径的透射率。
(第二实施例)
在第一实施例中，经计算通过光瞳面整体的光透射率的平均，算出晶片面上某一个成像点处的照度不匀度修正值。该方法以到达该成像点的光路(全部或仅光通过的光路)的透射率给予成像的影响不依赖于该光路而一定为前提的。这是因为假设复制中的所有光路对成像具有同等的影响度，所以若出于这种考虑来进行照度不匀度修正，则对于所有形状图案，可实施有效的照度不匀度修正。
另一方面，可对特定的图案较适当地修正照度不匀度。例如，在实器件图案复制用的光掩膜中，对于曝光量容限最小的图案(通常具有最精细周期的图案)，通过进行修正使得有关该图案复制的照度均匀，可容易地进行光掩膜的复制，其原理如下。
通常，有助于成像的光存在每个路径具有不同强度的光线的情况。换言之，如线和空间图案曝光时发生的0次衍射光和1次衍射光等，通过某个路径的光强度大，而通过其它路径的光强度小。此时，以强度大的光线通过的路径的通过率为主来确定强度，认为强度小的光线通过的路径的透射率对照度的帮助小。例如，在线和空间宽度比为1∶1的线和空间图案的情况下，0次衍射光强度最大，±1次衍射光具有0次衍射光的约40％的强度。这里，例如，考虑在某个成像点A处0次衍射光的路径透射率下降a％的情况，和在其它成像点B处+1次衍射光的路径透射率下降a％的情况。若考虑入射到投影光学系统时的衍射光强度不同，则当设成像点A处的照度下降量为1时，成像点B处的照度下降量为0.4。
此时，根据光的强度来加权透射率，由此计算平均，算出照度不匀度的修正值。即，设0次衍射光路径的透射率加权系数为1，设1次衍射光路径的透射率加权系数为0.4后，进行用于将上述线和空间图案在全部成像点处用均匀的照度来照明的照度不匀度修正值的算出。
表示引入上述加仅的照度不匀度修正值的算出法的一个实例。当光瞳面上的位置(X，Y)上的入射光强度为I(X，Y)时，用下式定义对应晶片上的成像点(x，y)上的有效照度D(x，y)。
D(x，y)＝∫T(X，Y)·I(X，Y)dXdY(式1)
这里，T(X，Y)是通过光瞳面上点(X，Y)到达成像点(x，y)的路径的透射率，例如用第一实施例所示方法求出的值。另外，设积分区域为光瞳面整体。设照度不匀度的修正值为有效照度倒数(1/D(x，y))的常数倍。
下面使用具体实例进行说明。考虑用曝光波长为193nm的曝光装置、在NA＝0.6、σ＝0.75、2/3轮带照明的光学条件下、复制线和空间宽度比为1∶1的130nm的线和空间图案的情况。使用的光掩膜设定为网板移相掩膜(半透明部的强度透射率为6％，相位差为180°)。此时，如图14所示，用光瞳面上的强度分布来表示入射到投影透镜上的衍射光的强度(上述的I(X，Y))的路径依赖性。另外，可从夫琅和费衍射理论导出0次衍射光的强度I0和1次衍射光的强度I1之比基本上为7∶9。
如图14所示，光瞳面中的光强度分布分为如下四个区域：
1)0次衍射光通过的区域1301、
2)1次衍射光通过的区域1302、
3)0次和1次衍射光通过的区域1303、
4)衍射光不通过的区域1304。
分别将各区域1301-1304的强度I(X，Y)值设为I0、I1、(I0+I1)、0。使用这些强度和例如使用第一实施例所示方法等另外求出的、表示根据光路径的透射率的变动的函数Y(X，Y)，根据式1来进行计算，从而计算照度不匀度修正值。若使用该修正值修正照度不匀度，则晶片面上曝光区域内的照度对于上述线和空间图案复制变得均匀。
(第三实施例)
在光掩膜表面上配置衍射图案。衍射图案在内部包含衍射光栅，作为具体的衍射光栅，可以是线和空间图案等单纯的周期图案、半导体器件图案中实际使用的二维周期图案等任何一个。设半径约10微米(晶片上刻度)的圆形区域或比其宽的区域内一样是周期性的。在该状态下，将周期的区域作为整体，称为一个衍射图案”。在成批曝光区域内整体分散地配置多个这种衍射图案。这里，设各衍射图案的内部结构相同。
图15A是表示光掩膜示意结构的平面图，15B是表示存在于光掩膜表面内的衍射图案结构的图。图15A、15B所示光掩膜是满足上述条件的光掩膜的实例。如图15A所示，在光掩膜1401的成批曝光区域1402内形成7个衍射图案1403。衍射图案1403纵向和横向为500微米。如图15B所示，衍射图案1403将纵向横向半间距为0.15微米的正方栅图案作为衍射光栅。
图16是表示使用图15A、15B所示光掩膜的曝光装置的示意结构的图。在图16中，1501是照明光学系统，1503是投影光学系统，1504是光阑，1505是光瞳面，1506是照度计。
如图16所示，把测定照度的照度计1506配置晶片上。该照度计1506在成批曝光区域内可向任意位置移动，测定晶片表面某位置上的照度。另外，设照度计1506的有效测定范围为数微米左右的圆形或具有与其同程度面积的任意形状。设该照度计1506的光掩膜上的衍射图案在不能析像的程度上为低空间分解能。换言之，具有测定有效测定范围内的平均照度的功能。如图16所示，光掩膜1401的图案面和照度计1506的感光面在共轭的状态下进行投影曝光，在复制衍射图案(未图示)的像的位置上配置照度计1506，进行照度测定。对存在于成批曝光区域内的多个衍射图案进行同样的测定，汇集这些测定结果，作为成批曝光区域内的照度不匀度测定值。
在本实施例中，当复制衍射光栅时，可测定因衍射光通过光路中时的透射率变动产生的照度不均。因此，根据该测定值修正照度不匀度，可降低对该图案复制特有的照度不匀度。例如，在必须进行非常高度的照度调整的半导体器件图案的情况下，若根据本实施例的方法测定该图案成像中使用的光束特有的照度不匀度来进行修正，则可实现良好地复制该器件图案的这种照度分布特性。
本实施例中使用的衍射光栅可以是黑白型衍射光栅或移相型衍射光栅。如上所述，虽然衍射图案的区域大小是半径为10微米的圆形或比其宽的区域。但不必限于此，只要与照度计的有效测定范围程度相同或此上的面积，则可以是任何大小。
另外，上述实施例虽然使用照度计来测定晶片面上的照度，但不必限于测定照度的设备，也可使用任意感光性材料、例如光掩膜来测定亮度。此时，可根据曝光量和光掩膜显影后的残留膜厚的关系来求照度。
第三实施例的方法与第一实施例的方法相比，更简便，另外，还具有所谓可测定反映仅与测定图案成像直接相关的光路径的透射率变动状态的照度不匀度的优点。
(第四实施例)
在半导体器件图案制作时平版印刷工序中使用的光掩膜中，描绘了周期图案或孤立图案、随机图案等各种形状。在各图案的复制中，曝光量的容限依赖于图案的周期性或尺寸、形状而不同。换言之，存在易于受到或难以受到曝光区域内照度不匀度影响的图案，通常，图案越精细，则越易受到照度不匀度的影响。为了提高半导体器件制造的合格率，必须使曝光区域内的照度均匀，最好最易受到照度不匀度影响的图案曝光的照度是均匀的。
在制造DRAM时使用的光掩膜的存储器单元图案区域中，存在例如图17所示元件分离图案等、由遮光部1601和透光部1602构成的精细周期图案。图17所示周期图案在该周期图案存在的光掩膜图案中最精细，是根据光学模拟预测的曝光量容限最小的图案。用第三实施例所示方法算出修正值，使关于该图案复制的照度均匀。在与光轴垂直的方向上，将具有进行求出的修正值部分的照度不匀度修正用的透射率分布的滤光器配置在曝光装置的照明光学系统内的与掩膜图案面共轭的面、例如限制曝光区域的光阑所存在的面附近。在实施该照度不匀度修正的状态下，曝光所述光掩膜，复制包含存储器单元区域的光掩膜。结果，与这里所述的未进行修正的情况相比，可高合格率地制造DRAM。如第一实施例所示，修正照度不匀度用的滤光器可使用例如在透明衬底上叠层铬等不透明材料而具有透射率分布的、或显示在每个部位改变光透射率的图案的液晶面板、以及其它可适当修正照度不匀度的滤光器。
本发明不限于上述实施例。例如，如上所述，虽然在存在限制曝光区域的光阑的面内设置修正滤光器，但不限于此，通过在光路中追加透镜适当对其进行组合，制造与光掩膜的图案面共轭的其它面，设置在该面上。
另外，在不脱离精神的范围内，可进行各种变形来实施本发明。
对于本领域的技术人员而言，其它的优点和变更是显而易见的。因此，本发明在其宽的方面不限于这里所示和所述的特定细节和代表性的实施例。因此，在不脱离下面权利要求及其等效定义的一般发明概念的精神或范围下，可进行不同的变更。
Claims (11)
1.一种曝光装置的照度不匀度的测定方法，向光掩模照射从照明光学系统射出的照明光，对于通过投影光学系统而在感光衬底上的有限区域内投影并曝光通过该光掩模的光的曝光装置，进行所述投影光学系统引起的、在所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度的测定，其特征在于，包括：
按在所述感光衬底上的有限区域内的多个成像点的每一个，测量与从所述光掩模上的一点射出并通过投影透镜到达该成像点的光线所通过的多个路径有关的所述投影光学系统的透射率，计算与所述多个路径有关的透射率的平均值，
通过把按所述成像点的每一个求出的透射率的平均值归一化，算出所述感光衬底上的有限区域内的照度不匀度。
2.根据权利要求1所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法，其特征在于，在检查用光掩模和所述感光衬底关于所述投影光学系统不共轭的状态下，曝光所述检查用光掩模，而该检查用光掩模是通过包含作为以预定周期向规定方向重复透光部和遮光部的衍射光栅图案的、周围被遮光区域遮住的光透射图案的光学部件而形成图案的检查用光掩模，
通过所述投影光学系统向晶片上投影通过所述检查用光掩模的衍射光，形成反映所述衍射光的强度的测定图案，
根据复制到所述晶片上的所述测定图案图像，把投影光学系统的透射率作为成像点坐标和光线入射方向的函数而测定投影光学系统的透射率分布，其中，
设所述投影光学系统的所述感光衬底侧的数值孔径为NA，所述曝光装置的相干系数为σ，曝光波长为λ，所述测定用光掩模的倍率为M时，所述衍射光栅图案的周期p满足p＞Mλ/NA(1+σ)。
3.根据权利要求1所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法，其特征在于，根据到达所述成像点的光线所通过的路径整体的平均透射率，算出所述投影光学系统的透射率的平均值。
4.根据权利要求1所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法，其特征在于，根据到达所述成像点的光线所通过的路径中强度大的光线所通过的路径的平均透射率，算出所述投影光学系统的透射率的平均值。
5.根据权利要求1所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法，其特征在于，所述投影光学系统的透射率平均值是在涉及所述任意一点的成像的光线所通过的任意路径中，对每个路径进行加权后计算出的加权平均。
6.一种曝光装置的照度不匀度的修正方法，其特征在于，根据使用权利要求1至5之一所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法所测定的所述感光衬底的有限区域内的照度不匀度，用用于修正透射率分布的修正滤光器进行照度不匀度的修正。
7.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，使用由权利要求6所述的方法实施了照度不匀度修正的曝光装置，通过将半导体器件图案投影到衬底上，制造半导体器件。
8.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，其特征在于：所述衍射图案的形状与半导体器件制造过程中使用的所述光掩模中包含的周期图案之一相同。
9.一种曝光装置，其特征在于：在照明光学系统内与所述光掩模的图案面共轭的位置上设置修正滤光器，该修正滤光器用于根据使用权利要求1至5所述的曝光装置的照度不匀度的测定方法测定的照度不匀度而进行所述有限区域内的透过率分布的修正。
10.根据权利要求9所述的曝光装置，其特征在于：所述用于修正透射率分布的修正滤光器包含液晶面板。
11.根据权利要求9所述的曝光装置，其特征在于：所述用于修正透射率分布的修正滤光器包含光学部件，该光学部件在透明衬底上叠层不透明膜并使面内具有透射率的分布。
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