JP2003255512A - マスク、有効光路の測定方法、及び露光装置 - Google Patents
マスク、有効光路の測定方法、及び露光装置Info
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Abstract
効光路の測定方法、マスク、露光装置を提供する。 【解決手段】 マスクは、透明基板と、前記透明基板上
に等ピッチで同心円状に形成されたリング状パターン
と、を有し、所定波長を有し、基板に対して垂直に入射
する光に対して、基板の法線方向に対して所定角度方向
に、全方位角方向に、1次回折光を発生するように前記
パターンが選択されている。有効光路の測定方法は、
(a)露光装置において、上述のマスクを用い、投影レ
ンズを通った後の光をデフォーカスの状態で感光素子上
に投影する工程と、(b)前記感光素子上に投影された
像から露光装置の瞳形状、瞳面上の回折光分布の少なく
とも一方を検出する工程と、を含む。
Description
術に関し、特に高分解能露光装置等の特性を測定するの
に適したマスク、有効光路の測定方法及び測定結果に基
づく調整機能を備えた露光装置に関する。
工程等において、縮小露光装置が用いられている。縮小
露光装置は、マスク(レチクル)の上のパターンを縮小
投影光学系で半導体基板上のホトレジスト膜に縮小して
露光する。マスクを照明するために、照明光学系が用い
られる。投影光学系には、瞳を画定するための開口絞り
が設けられている。なお、瞳の存在する面を瞳面と呼
ぶ。
が大きいほど良くなる。開口数は、瞳の開口径に比例す
る。瞳の径が大きいほど、マスクの上のパターンから発
生する回折光を広い範囲で取り入れ、ウエハ上に集光す
ることが可能となる。但し、ウエハに入射する光の入射
角が広がると、焦点深度は浅くなる。転写すべきパター
ンに応じて、最適の開口数(NA)は、変わり得る。
回折光が広い範囲に広がり、瞳からはみ出る場合も生じ
る。直進する0次回折光の光量と比較し、1次回折光の
光量が減少しすぎると、得られる像の質が低下する。こ
のように、縮小露光装置の瞳の径は、転写パターンの像
性能を決める重要な要素である。しかしながら、実際の
瞳は投影光学系の中に封じられた状態で設けられてお
り、直接測定することは困難である。
瞳の形状を測定する方法が提案されている(SPIE
Vol3051、pp660〜671)。ピンホールを
有するパターンと、相補的なパターンとを準備し、ピン
ホールを通って回折した光と、同一位置に置かれた相補
的なパターンを通った光とを同一レジスト膜上にデフォ
ーカスの状態で露光することにより、瞳の形状と照明
系、投影系の光軸のずれを検出することができる。
る方法が提案されている(特開2000−2173
2)。例えば、y軸方向に長い格子をx軸方向に周期的
に並べると、1次回折光はz軸とx軸を含む面内に進行
し、0次回折光のデフォーカスの像に対し、+x軸方
向、−x軸方向にずれた位置に1次回折光のデフォーカ
スの像を形成する。
光を種々の方向に進行させることができ、瞳の外周を測
定することが可能となる。又、x軸方向とy軸方向とに
周期的に並んだパターンを形成することにより、同時に
x軸方向とy軸方向の2方向(符号を入れると4方向)
の1次回折光を発生させることができる。
の瞳形状の測定方法を示す概略断面図である。照明光学
系51は、光源から射出される光をレチクル52上に導
く。レチクル52の下面には、クロム膜でパターン(回
折格子)が形成されている。投影光学系53は、レチク
ル52上のパターンをウエハ55上に転写する機能を有
する。
5とはデフォーカスの関係に置かれる。すなわち、ウエ
ハ55上では0次回折光57と1次回折光58とが分離
した状態となっている。投影光学系53内には瞳54を
画定する開口絞り56が設けられている。
発生した1次回折光58は、瞳54内に収まらず、開口
絞り56上に広がりその一部が蹴られた状態で瞳を通過
し、1次回折孔9となって、ウエハ55上を照射する。
すなわち、ウエハ55上に形成される1次回折光59の
形状は、瞳54の形状を転写したものとなる。
して進む光である。投影レンズの光軸上を進行すれば、
投影レンズも直進する。光軸からずれれば、投影レンズ
の屈折作用を受ける。1次回折光59は投影レンズの収
束作用を受けてウエハ上に向う。0次回折光の像と1次
回折光の像との関係から、照明系と投影系との光軸のズ
レを測定することもできる。
有効光路を測定する方法が提案されているが、有効光路
の測定は複雑な工程を必要とし、実行するのが容易では
ない。
することのできる有効光路の測定方法を提供することで
ある。本発明の他の目的は、簡便に有効光路の測定を行
うことを可能とするマスクを提供することである。
定を行い、その結果を用いて光学系の調整をすることの
できる露光装置を提供することである。
ば、透明基板と、前記透明基板上に等ピッチで同心円状
に形成されたリング状パターンと、を有し、所定波長を
有し、基板に対して垂直に入射する光に対して、基板の
法線方向に対して所定角度方向に、全方位角方向に、1
次回折光を発生するように前記パターンが選択されてい
るマスクが提供される。
置において、請求項1記載のマスクを用い、投影レンズ
を通った後の光をデフォーカスの状態で感光素子上に投
影する工程と、(b)前記感光素子上に投影された像か
ら露光装置の瞳形状、瞳面上の回折光分布の少なくとも
一方を検出する工程と、を含む有効光路の測定方法が提
供される。
上のパターンを感光体上に転写する露光装置であって、
照明用レンズを含み、マスクを照明するための照明光学
系と、投影レンズと瞳とを含み、マスク上のパターンを
感光体上に転写するための投影光学系と、等ピッチで同
心円状に形成されたリング状パターンをマスクとし、感
光体の代りに光電変換装置を用い、マスクの回折光像を
デフォーカスの状態で光電変換装置上に投影した時、光
電変換装置からの信号に基づき、前記照明用レンズ、前
記投影レンズの内の少なくとも1つのレンズの位置を調
整する調整機構と、を有する露光装置が提供される。
本発明の実施例による露光装置の測定状態を示す概略斜
視図、この測定に用いるマスクの平面図、このマスクを
用いて得られた回折像の形状を示す平面図である。
は照明光学系ILを介してマスク10上に導かれる。照
明光学系ILは、フライアイレンズを含み、マスク10
の各点上に垂直に照明光を入射させる。マスク10は、
例えば厚さ数mmの石英ガラスのブランク上に、同心円
状のクロムパターンを形成したものである。同心円状の
パターンは、等しいピッチで形成した複数の透光部を有
する。
を下にして配置されるが、図1(A)のマスクは、マス
ク面を上にして配置される。すなわち、積極的にフォー
カスの条件を崩し、デフォーカスの条件を設定してい
る。
し、直進する0次回折光と、透光部と直交する面内方向
に1次回折光を発生させる。同心円状の透光部から、発
生する1次回折光は円錐面状となる。すなわち、回折光
は360度の全方位角方向に発生する。ブランクと平行
な面で回折光を受けるとリング状の像が形成される。な
お、1次回折光と共に、2次回折光以上の高次回折光も
発生するが、ここでは0次回折光と1次回折光のみを対
象として説明する。
が開口絞り(ダイアフラム)20が画定する瞳21の縁
を越えると、1次回折光D1の一部は開口絞り20によ
り遮られてしまう。瞳21を透過した光は、開口絞り2
0の内縁の形状を反映した形状となる。なお、本来の開
口絞り以外の部材が光路を遮る場合、有効な瞳はこれら
を合わせたもので画定される。
位置から外された(デフォーカスの)位置に配置されて
いる。例えば、マスク10が上述のように配置され、感
光素子13は通常のウエハ上のホトレジスト膜の位置に
配置される。この場合、0次回折光D0と1次回折光D
1とが一旦集光し、再び分離した位置に感光素子13は
配置されている。
回折光と1次回折光の像14が形成される。感光素子
は、例えば半導体基板上に塗布したレジスト膜、多数の
光電変換素子をマトリクス上に分布させた半導体撮像装
置(光電変換装置)で#構成できる。
例を示す。回折光を発生させるためのマスクとして、ク
ロム膜に20本の透光リングを形成した透光部と遮光部
とを有する金属マスクを作成した。リング間のピッチ
は、1次回折光が瞳の外周上に分布するように以下の式
を用いて定めた。
用する露光器の開口数(0.63)、M:縮小投影倍率
(=5)、すなわちピッチ=(0.248/0.63)
*5≒2000nm=2μmである。
転写される条件であり、1次回折光が瞳の縁に掛かる条
件としては以下の範囲内であれば良い。 (λ/(NA+σ))*M<ピッチ<(λ/(NA−
σ))*M σ:投影レンズのNAに対して照明系のNAの程度を示
す係数(照明光学系のコヒーレンスファクタ)である。
子上に形成された回折光の像14の形状を示す。0次回
折光D0は、直進した光成分であり、有効光源に対応し
た形状を有する。1次回折光D1は、瞳を越えた部分が
蹴られた光の像であり、その外周が瞳の形状を示してい
る。この結果の形状が検出された。像の光量分布から回
折光の光量分布を知ることもできる。これらの結果を用
い、露光装置の瞳形状を調整することが可能となる。
回折光D0と1次回折光D1とが同心の関係にあり、照
明光学系と投影光学系との光軸が一致していることを示
している。この関係がずれている場合には、光軸を調整
することもできる。
素子を本来の位置からずらしてもよい。マスクと感光素
子との関係が共役の関係から外れ、デフォーカスの関係
となり、0次回折光と1次回折光とを分離して観察でき
る状態であればよい。
360度の全方位方向に進行するパターンであれば良
く、真円である必要はない。例えば、楕円や長円形(ベ
ーストラック状等)としても良い。これらの形状も含
め、同心円状のリング状パターンと呼ぶ。
ない。透光リング数は最低2本必要であるが、20本よ
り少なくても多くても構わない。回折光を効率的に発生
させるためには、パターンのピッチは、少なくとも同一
方位角方向において、同一とすることが好ましい。
ン型の位相シフトマスクで作成することも出来る。位相
シフトマスクは、遮光部の代りに透過率と位相を制御す
るシフターに置き換えたマスクである。ハーフトーン型
位相シフトマスクでは、0次光、1次回折光の発生する
方向は通常のクロムマスクと同じである。クロムマスク
の場合、0次光に対する1次回折光の強度が小さく、1
次回折光を感光素子上で観察するには高い露光エネルギ
ーが必要である。ハーフトーン型位相シフトマスクで
は、クロムマスクに比べて、〇次光に対する1次回折光
の強度が大きくなり、少ない露光エネルギーで転写が可
能となる。
ターンをレベンソン型位相シフトマスクで作成した実施
例を示す。用いる光学系は図1(A)と同様である。図
2(A)には、主に回折光の振舞いを示す。
パターン11の形状を概略的に示す。パターン11は、
半波長ずれた光が交互に発生するように透光リング部が
位相0度のリングと位相180度のリングとで同心円状
に交互に配設されたパターンである。位相0度の領域は
例えば石英基板が露出している領域で形成する。位相1
80度の領域は、例えば石英基板上に対象とする光の波
長の半分の光路差を形成する厚さの透明体膜のパターン
を形成することにより作成できる。
する。1つの0度の透光リング部と隣接する1つの透光
リング部との対が、図1(A)の透光リング1本に対応
し、ピッチを定める。ピッチは全リングで同一である。
光は位相が反転しており、0次光は干渉により低減、ま
たは消滅する。図2(A)は、0次回折光が消滅した状
態を示す。なお、位相反転した光の強度が異なる場合、
若干の0次光が発生するが、クロムマスクの場合と較べ
0次光の強度は低下する。
同位相のリングからの光線間に1波長の光路差が生じる
(隣接する逆位相の領域からの光線間に半波長の光路差
が生じる)方向である。
発生する回折光の回折角がクロムマスクに比べて、半分
になるため、リング間のピッチを半分に設定する。図2
(C)は、レベンソン型位相シフトマスクを用いて1次
回折光を形成した形状を示す。感光素子上の像14は、
1次回折光D1のパターンのみを有している。上述の実
施例同様、1次回折光の外縁を瞳より外側に延在させる
ことにより、1次回折光の像の外周形状から瞳の形状を
検出することができる。また、1次回折光の像の内周を
用い、光軸のずれを検出することもできる。これは、ク
ロムマスクを用いた場合も同様である。
像をして初めてその結果が判る。CCD撮像装置等の光
電変換装置(撮像装置)を用いれば、像を形成すると同
時に出力信号を得ることができ、その場で簡便に有効光
路の測定を行うことができる。さらに、測定結果を用い
て光路の修正を行うことも容易になる。
露光装置の構成を示す概略断面図、回折光の像のパター
ンを示す平面図、及びマスク上の複数の位置で露光光学
系の特性を測定できるマスクの形状を示す斜視図であ
る。
光源1から発したエキシマレーザ光は、整形光学系2で
その断面形状等を整形され、リレー光学系3を介してフ
ライアイレンズ4に入射する。フライアイレンズは出射
側が2次光源となり、マスクをケーラ照明する。フライ
アイレンズ4の後ろ側には、2次光源の有効範囲を決め
るダイアフラム5が設けられている。フライアイレンズ
4から発した光は、レンズ6、8、ダイアフラム等の露
光範囲を決定する機器7、リレー光学系9等を含むレチ
クル照明光学系を介してマスク10上に導かれる。
グ状パターンが形成されている。マスク10上のパター
ンは瞳を含む投影光学系12を介してCCD等の撮像装
置13上に導かれる。なお、上述のようにマスク10と
撮像装置13との関係は共役の関係ではなく、デフォー
カスの関係に選択されている。従って、マスク10の上
のパターンに応じた干渉光の像が撮像装置13上に形成
される。
20に供給される。制御装置20は、供給された画像信
号を信号処理し、回折光画像の特徴を抽出し、光学系を
調整する出力信号を発生する。たとえば、整形光学系
2、リレー光学系3、レンズ6,8、リレー光学系9の
少なくとも1つの位置を制御する調整機能を有する。
の回折光の像の例を示す。0次回折光D0と1次回折光
D1とはその中心がずれている。すなわち、照明光学系
と投影光学系との光軸がずれている。このズレを調整す
るために、例えばリレーレンズ9を光軸と直交する方向
に調整する。
された後の0次回折光D0と1次回折光D1との関係を
示す。両回折光はその中心が一致し、照明光学系と露光
光学系とが光軸を一致させたことが判る。撮像装置13
からの画像信号を信号処理することにより、制御装置は
必要な調整を行い、さらに調整の結果を知ることができ
る。
積を有する。面積内のどの点においても、光学系の特性
が同一であるとは限らない。露光領域の中央では瞳によ
る蹴られもなく、光軸も適正であっても、露光領域の端
部でもそれが保証される根拠はない。従って、マスク上
の異なる位置において実効的光学系がどのようになるか
を調べることは有効である。
系の特性を調べるためのマスク形状を示す。マスク9の
上には、複数の同心円状パターン11が複数行、複数列
のマトリクス状に形成されている。各同心円状パターン
11が、それぞれその位置に対応した光学系の特性を測
定可能にする。図では、同心円状パターンが3x3のマ
トリクス状に配置された状態を示したが、同心円状パタ
ーンの配置、数は任意に選択できる。たとえば、5x
5,7x7などの配置としてもよい。
た1列の回折像を示す。中央の回折像においては0次回
折光D0と1次回折光D1とがその中心を合わせて形成
されている。しかしながら、左右両側に進むにつれ、0
次回折光D0と1次回折光D1との中心がずれてくるこ
とが分かる。すなわち、マスク上に入射する光が実質的
に平行光線ではなく、収束または発散する形状となって
いることを示す。
0は例えばリレー光学系9を光軸方向に移動させ、マス
クに投射する光を調整する。図3(F)は、光学系を調
整した後の回折像のパターンを示す。中央の回折像のみ
ならず、左右両側の回折像においても0次回折光D0と
1次回折光D1との中心が一致し、光学系が良好に調整
されたことを示している。
本発明はこれらの制限されるものではない。例えば種々
の変更、改良、組み合わせが可能なことは当業者に自明
であろう。以下、本発明の特徴を付記する。
チで同心円状に形成されたリング状パターンと、を有
し、所定波長を有し、基板に対して垂直に入射する光に
対して、基板の法線方向に対して所定角度方向に、全方
位角方向に、1次回折光を発生するように前記パターン
が選択されているマスク。
透明基板上に複数個配置されている付記1記載のマス
ク。 (付記3) (a)露光装置において、付記1または2
記載のマスクを用い、投影レンズを通った後の光をデフ
ォーカスの状態で感光素子上に投影する工程と、(b)
前記感光素子上に投影された像から露光装置の瞳形状、
瞳面上の回折光分布の少なくとも一方を検出する工程
と、を含む有効光路の測定方法。
クをマスク面を上にして配置することを含む付記3記載
の有効光路の測定方法。 (付記5) 前記マスクを位相シフトマスクとし、前記
工程(b)が1次回折光の像の形状を用いて行なわれる
付記3または4記載の有効光路の測定方法。
パターンが複数個分布して配置され、前記工程(b)が
マスク上の複数の位置に対してそれぞれ瞳形状、瞳面上
の回折光分布の少なくとも一方を検出する、付記3〜5
のいずれか1項記載の有効光路の測定方法。
(b)の結果に基づき前記露光装置の調整を行なう工程
を含む付記3〜6のいずれか1項記載の有効光路の測定
方法。
であり、前記工程(c)が光電変換装置からの出力信号
に基づいて行われる付記7記載の有効光路の測定方法。 (付記9) マスク上のパターンを感光体上に転写する
露光装置であって、照明用レンズを含み、マスクを照明
するための照明光学系と、投影レンズと瞳とを含み、マ
スク上のパターンを感光体上に転写するための投影光学
系と、等ピッチで同心円状に形成されたリング状パター
ンをマスクとし、感光体の代りに光電変換装置を用い、
マスクの回折光像をデフォーカスの状態で光電変換装置
上に投影した時、光電変換装置からの信号に基づき、前
記照明用レンズ、前記投影レンズの内の少なくとも1つ
のレンズの位置を調整する調整機構と、を有する露光装
置。
パターンを複数個配置したものであり、前記調整機構が
複数の回折光の像に基づいて調整を行う付記9記載の露
光装置。
光学系の有効光路を簡便に測定することが可能となる。
を同時に測定することが可能となる。
示す斜視図及び平面図である。
図及び平面図である。
成を示す概略断面図、回折像の形状を示す平面図、及び
マスクの形状を示す斜視図である。
断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 基板と、 前記基板上に等ピッチで同心円状に形成されたリング状
パターンと、を有し、所定波長を有し、基板に対して垂
直に入射する光に対して、基板の法線方向に対して所定
角度方向に、全方位角方向に、1次回折光を発生するよ
うに前記パターンが選択されているマスク。 - 【請求項2】 (a)露光装置において、請求項1記載
のマスクを用い、投影レンズを通った後の光をデフォー
カスの状態で感光素子上に投影する工程と、 (b)前記感光素子上に投影された像から露光装置の瞳
形状、瞳面上の回折光分布の少なくとも一方を検出する
工程と、を含む有効光路の測定方法。 - 【請求項3】 前記マスクを位相シフトマスクとし、前
記工程(b)が1次回折光の像の形状を用いて行なわれ
る請求項2記載の有効光路の測定方法。 - 【請求項4】 前記マスク上に前記リング状パターンが
複数個分布して配置され、 前記工程(b)がマスク上の複数の位置に対してそれぞ
れ瞳形状、瞳面上の回折光分布の少なくとも一方を検出
する、請求項2または3記載の有効光路の測定方法。 - 【請求項5】 マスク上のパターンを感光体上に転写す
る露光装置であって、 照明用レンズを含み、マスクを照明するための照明光学
系と、 投影レンズと瞳とを含み、マスク上のパターンを感光体
上に転写するための投影光学系と、 等ピッチで同心円状に形成されたリング状パターンをマ
スクとし、感光体の代りに光電変換装置を用い、マスク
の回折光像をデフォーカスの状態で光電変換装置上に投
影した時、光電変換装置からの信号に基づき、前記照明
用レンズ、前記投影レンズの内の少なくとも1つのレン
ズの位置を調整する調整機構と、 を有する露光装置。
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JP2007534166A (ja) * | 2004-04-14 | 2007-11-22 | ライテル・インストルメンツ | 射出瞳透過率を計測する方法および装置 |
JP2011176312A (ja) * | 2010-02-25 | 2011-09-08 | Nikon Corp | 瞳透過率分布の測定方法および測定装置、露光方法および露光装置、並びにデバイス製造方法 |
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- 2002-03-04 JP JP2002057725A patent/JP4182277B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP2015144275A (ja) * | 2010-02-25 | 2015-08-06 | 株式会社ニコン | 光学系の測定方法、露光装置の制御方法、露光方法、およびデバイス製造方法 |
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