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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、測定装置に係り、特に、F2レーザーに用いる光学系の波面収差を測定する測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー(焼き付け)技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク(本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。)に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【0003】
投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数(NA)に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光源は、超高圧水銀ランプ(i線(波長約365nm))、KrFエキシマレーザー(波長約248nm)、ArFエキシマレーザー(波長約193nm)と短波長化が進められ、今後は、F2レーザー(波長約157nm)の使用が有望視されている。
【0004】
また、投影光学系を構成する投影レンズに変形が生じると、変形前後で光路が屈折し、一点に結像するべき光線が一点に収束せずに収差を生じる。収差は位置ずれを招いてウェハ上の回路パターンの短絡を招く。一方、短絡を防止するためにパターン寸法を広くすれば微細化の要求に反する。従って、投影レンズの波面収差を理想レンズに近い状態に組み立て調整する必要があり、そのためには、投影レンズの波面収差の測定が不可欠となる。
【0005】
波長365nmにおいては、i線の露光波長365nmに対して、可干渉距離の長いArイオンレーザーの発振波長363.8nmを利用してフィゾー型に代表される安定した干渉計を構成することで、投影レンズの波面収差の測定が可能である。両波長の差分については、例えば、設計上の色収差を用いて測定値に補正をかけることにより、露光波長での波面収差を得ることができる。
【0006】
また、波長248nmにおいては、KrFエキシマレーザーの露光波長248.248nmに対して、可干渉距離の長いArイオンレーザーの2倍高調波248.248nmを利用してフィゾー型に代表される安定した干渉計を構成することで、投影レンズの波面収差の測定が可能である。かかる場合は、両波長は完全に一致するため、色収差を用いて測定値に補正をかける必要はない。
【0007】
更に、波長193nmにおいては、可干渉のよい安定した光源を得ることは難しいが、高周波によるパルス光の発振は可能であり、かかる発振波長を利用して干渉計を構成することで、投影レンズの波面収差の測定が可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波長157nmにおいては、可干渉性のよい安定した光源を得ることが非常に困難である。そこで、実際のF2レーザーを用いることも考えられる。しかし、投影レンズのように被検レンズが色収差を有する場合、F2レーザーのスペクトル幅が1pm程度と広いために干渉縞が少しづつずれて重なり、波面収差の測定精度が低下することになる。
【0009】
従って、現段階では、波長157nmにおいては、波面収差を測定するための干渉計を構成することができないため、露光によって実際にパターンを焼き、その焼き特性から投影レンズを組み立て調整する以外に方法がない。かかる方法では、露光のための時間がかかると共に、調整精度不足を生じるという問題がある。
【0010】
そこで、本発明は、波長157nmにおいて、F2レーザーを用いながらもコントラストの良好な干渉縞による波面収差の検出を可能とし、かかる波面収差の測定精度に優れた測定装置を提供することを例示的目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、光源からの射出光を被測定体の物体面上又は像面上に集光させる集光光学系と、前記被測定体の像面上又は物体面上に曲率中心が配置された反射光学系と、干渉縞を観察するための検出光学系とを有し、前記被測定体の波面収差を測定する測定装置であって、前記光源は、F2レーザーであることを特徴とする。
【0012】
本発明の別の側面としての測定方法は、被測定体の波面収差を測定する測定方法であって、前記被測定体に照射するF2レーザーのスペクトル幅を減少させるように、当該F2レーザーのガス圧を変化させるステップと、スペクトル幅を減少させた前記F2レーザーを前記被測定体に照射するステップとを有することを特徴とする。前記F2レーザーのガス圧は、100kPa以上、500kPa以下であることを特徴とする。前記F2レーザーのスペクトル幅は、0.2pm以上、1.0pm以下であることを特徴とする。
【0013】
本発明の更に別の側面としての測定方法は、被測定体の波面収差を測定する測定方法であって、前記被検出体に照射されるF2レーザーのガス圧を変更するステップと、前記ガス圧に基づいて、前記F2レーザーの中心波長を算出するステップと、前記算出ステップで算出された前記F2レーザーの中心波長と前記被測定体の波面収差敏感度に基づいて、測定される前記被測定体の波面収差を補正するステップとを有することを特徴とする。前記補正ステップは、前記算出ステップで算出された前記中心波長と基準波長との波長差を求めるステップと、前記波長差と前記被測定体の前記波面収差敏感度から補正値を求めるステップと、前記測定される前記被測定体の波面収差から前記補正値を減算するステップとを有することを特徴とする。
【0014】
本発明の更に別の側面としての測定装置は、被測定体の波面収差を測定する測定装置であって、所定のスペクトル幅を有する光を射出する光源と、前記被測定体の波面収差を干渉縞として検出する検出光学系と、前記光源から射出される光の前記スペクトル幅を調整する調整手段とを有することを特徴とする。前記光は、F2レーザーであることを特徴とする。前記調整手段は、前記検出光学系が前記干渉縞を検出できるように、前記スペクトル幅を調整することを特徴とする。前記調整手段は、前記光のガス圧を変化させることで前記スペクトル幅を調整することを特徴とする。
【0015】
本発明の更に別の側面としての調整方法は、所定のスペクトル幅を有する光を射出する光源を有する露光装置を調整する調整方法であって、前記スペクトル幅を調整して波面収差を求めるステップと、前記スペクトル幅を調整する前の状態を示すように波面収差を補正するステップとを有することを特徴とする。
【0016】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、露光時に所定のスペクトル幅を有する光を用いてマスクに形成されたパターンを照明し、当該パターンを光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、前記光の前記所定のスペクトル幅を前記露光時よりも狭帯域化するステップと、前記狭帯域化したスペクトル幅の光を用いて前記光学系の波面収差を測定するステップと、前記狭帯域化したスペクトル幅の光の中心波長と前記光学系の波面収差敏感度から前記測定された波面収差に補正をかけるステップと、前記補正がかけられた波面収差が低減するように、前記光学系を調整するステップと、前記狭帯域化したスペクトル幅の光を前記所定のスペクトル幅に戻すステップとを有することを特徴とする。
【0017】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、光学素子から構成される投影光学系を介してマスクに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、上述の測定装置と、前記測定装置が測定した前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記光学素子を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする。
【0018】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。
【0019】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての測定装置100及び露光装置200について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図1は、本発明の一側面としての測定装置100の例示的一形態を示す概略構成図である。
【0021】
測定装置100は、露光装置200で使われるF2レーザーを光源110として、トワイマングリーン型の干渉計を構成し、露光装置の投影光学系などの被測定体Tの波面収差を画面内の任意の測定点に関して自動測定可能な波面収差測定装置である。以下、本実施形態では、被測定体Tを投影光学系として説明する。測定装置100は、図1に示すように、光源110と、干渉計ユニット120と、引き回し光学系130と、TWG−XYZステージ140と、トワイマングリーンユニット150と、RS−XYZステージ160と、制御部170と、調整手段180とを有する。
【0022】
測定装置100は、被検光と参照光を重ね合わせによって干渉縞を形成し、被測定体Tの波面収差を計測する。まず、被検光について説明する。光源110からのF2レーザー光は、干渉計ユニット120へ導光される。干渉計ユニット120の内部においては、集光レンズ121により空間フィルター122上へ、光束が集められる。ここで、空間フィルター122の径は、コリメータレンズ124の開口数(NA)によって決まるエアリーディスク径の1/2程度に設定されている。これにより、空間フィルター122からの射出光は理想球面波となり、ハーフミラー123を透過後、コリメータレンズ124により平行光に変換されて、干渉計ユニット120から射出する。その後、引き回し光学系130により、被測定体Tの物体面(レチクル面)の上部へと導かれ、TWG−XYZステージ140(TWG−XYZステージ140は、Xステージ142、Yステージ144、Zステージ146を含む)上へと入射する。
【0023】
TWG−XYZステージ140に入射した平行光は、ステージ基盤SBに固定配置されたミラーM1によりY方向に反射され、Yステージ144上に配置されたY方向に移動可能なミラーM2によりX方向に反射され、更に、Xステージ142上に配置されたX方向に移動可能なミラーM3によりZ方向に反射され、とワイマングリーンユニット150へと入射する。
【0024】
トワイマングリーンユニット150の内部においては、ハーフミラー151を透過後、コリメータレンズ154により被測定体Tの物体面(レチクル面)上へと集光され、被測定体Tを透過後に、像面(ウェハ面)上に再結像される。トワイマングリーンユニット150は、結像光学系としての機能を有する。
【0025】
その後、再結像された光は、RS−XYZステージ160(RS−XYZステージ160は、Xステージ162、Yステージ164、Zステージ166を含む)上に配置されたRSミラー168により反射され、被測定体T、コリメータレンズ154、ハーフミラー151、ミラーM3、ミラーM2、ミラーM1、引き回し光学系130をほぼ同一光路で逆行し、再び、干渉計ユニット120へと逆入射する。
【0026】
干渉計ユニット120へ入射した後の光は、コリメータレンズ124、ハーフミラー123で反射され、空間フィルター125上に集光される。ここで、空間フィルター125は、迷光及び急傾斜波面を遮断するものである。空間フィルター125を通過した後の光は、結像レンズ126によりCCDカメラ127上にほぼ平行光束として入射する。
【0027】
一方、参照光は、トワイマングリーンユニット150において、ハーフミラー151で反射した光束を参照ミラー152で逆行させて、再び、ハーフミラー151で反射させて、CCDカメラ127へと導かれる。ここで、ハーフミラー151と参照ミラー152との距離は、ハーフミラー151からRSミラー168までの光路長と等しくなるように設計されている。通常、露光装置に搭載される投影レンズの場合、かかる光路長は3m以上となり、トワイマングリーンユニット150はZステージ146上に配置される必要があるため、2往復以上折り返す構成とし、小型化されている。ここで、いわゆるフリンジスキャン法、つまり、PZT素子153を光軸方向に波長程度走査することにより、高精度な位相検出が可能となる。このようにして、参照光と被検光は、重ね合わせられ、干渉縞を形成し、CCDカメラ127によって検出可能となる。干渉計ユニット120は、検出光学系としての機能を有する。
【0028】
ここで、TWG−XYZステージ140(Xステージ142、Yステージ144、Zステージ146)及びRSステージ160(Xステージ162、Yステージ164、Zステージ166)は、制御部170の制御によって、TWG−XYZステージ駆動部140a、RS−XYZステージ駆動部160aを介して、被測定体Tの任意の像高位置へと移動可能である。従って、例えば、露光領域内の任意の像点における波面収差を連続的に測定することが可能となっている。
【0029】
次に、光源110について、詳細に説明する。光源110は、干渉縞計測用の光源として使用され、本実施形態では、F2レーザーを使用する。F2レーザーのスペクトル半値幅は、約1pmであり、このままでも面形状等を測定するための干渉計を構成することは可能であるが、露光装置用の投影レンズの波面収差を測定するための干渉計を構成することは以下の理由により困難である。
【0030】
通常、露光装置用の投影レンズは、F2レーザーのスペクトル半値幅1pmの条件でも、パターンの解像特性(コントラスト等)が劣化しないように、色収差が十分に小さくなるように設計される。しかしながら、かかる条件下においては、干渉縞のコントラストの劣化が大きすぎ、十分な精度を得ることは困難である。従って、光源110のスペクトルを狭帯域化し、干渉縞のコントラストの劣化を防止する必要がある。
【0031】
しかし、例えば、狭帯域化ユニットにより、F2レーザーの狭帯域化を行った場合、従来のKrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザーと異なり、F2レーザーの出力の大幅な低下が発生する。更に、かかる波長での透過特性のよい光学部材を得ることは難しいために狭帯域化ユニットの製作も困難である。即ち、波長157nmのF2レーザーにおいて、狭帯域化ユニットによるスペクトル半値幅の低下は極めて難しい。
【0032】
そこで、本発明においては、光源110から射出されるF2レーザーのスペクトル半値幅を調整する調整手段180を設けている。より詳細には、調整手段180は、制御部170に制御され、干渉計ユニット120が干渉縞を検出できるように、F2レーザーのスペクトル半値幅を調整する。調整手段180は、本実施形態では、F2レーザーのガス圧の変化によりスペクトル半値幅が変化することに着目し、F2レーザーのガス圧の変化させることでF2レーザーの狭帯域化を実現している。但し、調整手段180は、F2レーザーのスペクトル半値幅を変化させることが可能であれば、F2レーザーのガス圧を変化させることに限らない。
【0033】
図2は、光源110のスペクトル半値幅と干渉縞のコントラストの関係を示すグラフである。同図は、横軸に光源110のスペクトル半値幅を、縦軸に干渉縞のコントラストを採用している。なお、計算は、被測定体Tの色収差量を0.2λ/pm(シングルパス)とし、スペクトル幅内における各波長で生じる干渉強度を積分することにより求めている。ここで、スペクトルの形状は、ガウシアン型とローレンツ型の両方を仮定した。以下、コントラストの低下の大きいローレンツ型を中心に説明する。
【0034】
図2を参照するに、光源110のスペクトル半値幅1pmの場合、コントラストは、ローレンツ型で30%(ガウシアン型で60%)まで低下する。一方、高精度な干渉縞の計測を行うためには、振動等の外乱上の条件にも左右されるが、色収差に起因するコントラストの低下は、40%に抑える必要がある。その場合、図2から、光源110のスペクトル半値幅は、0.7pm以下とすればよいことがわかる。
【0035】
さらに、図3(a)にF2レーザーのガス圧とスペクトル半値幅の関係を示すグラフを、図3(b)にF2レーザーのガス圧と中心波長の関係を示すグラフを示す。図3(a)は、横軸にF2レーザーのガス圧を、縦軸にスペクトル半値幅を採用し、図3(b)は、横軸にF2レーザーのガス圧を、縦軸に中心波長を採用している。なお、図3(a)及び(b)のグラフは、APPLIED OPTICS/20 April 2001/Vol.40,No.12を基に作成した。
【0036】
図3(a)を参照するに、露光時の使用状態に対して、ガス圧を約200kPa下げれば、スペクトル半値幅を1pmから0.5pmへ狭められることがわかる。しかしながら、図3(b)に示すように、ガス圧の変化に伴い、中心波長も同時に変化し、本実施形態の条件の場合には、−0.3pmの中心波長シフトが発生する。これは、投影レンズ用の波面収差に要求される測定精度を超えた量であり、無視することができないため、図4を参照して以下に説明される測定方法1000を用いる必要がある。
【0037】
図4は、本発明の測定方法1000を説明するためのフローチャートである。測定方法1000は、被測定体Tの波面収差を測定する測定方法であって、ガス圧を変化することで生じる中心波長シフトを考慮した一例である。測定方法1000は、制御部170において次のような処理を行い、測定した波面収差に対して補正を施す。まず、光源110からガス圧を通信により受信する(ステップ1002)。次に、ステップ1002で受信したガス圧と図3(b)に示したガス圧と中心波長の関係から、ガス圧を変化させた後の中心波長を計算する(ステップ1004)。更に、ガス圧を変化させた後の中心波長と基準波長(露光時の中心波長)との波長差を計算する(ステップ1006)。また、制御部170には、被測定体Tの設計上の波面収差の波面収差敏感度が記録されていて、ステップ1006で得た波長差とかかる波面収差敏感度から補正値を計算する(ステップ1008)。そして、測定された波面収差(即ち、測定値)から補正値を減算すれば(ステップ1010)、露光時における波面収差を得ることができる。
【0038】
以上、高精度に干渉縞を計測するためには、干渉縞のコントラストが50%以上必要であるという条件で説明を行ったが、外乱の大きさ、要求される測定精度に応じて必要な干渉縞のコントラストを決定し、図2及び図3から、上述した測定方法1000を用いて、半値幅、ガス圧、中心波長シフトを順次求め、必要に応じて測定した波面収差に補正を行えばよい。
【0039】
この結果、波長157nmにおいて、露光用光源であるF2レーザーを使用しながらも、コントラストの良好な干渉縞が得られ、高精度な波面収差の測定が可能となる。
【0040】
以下、図5を参照して、本発明の一側面である露光装置200について説明する。図5は、本発明の一側面である露光装置200の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置200は、測定装置100を露光装置に適用したものである。露光装置200は、露光用の照明光としてF2レーザーを用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク210に形成された回路パターンをウェハ214に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置(「スキャナー」とも呼ばれる。)を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン(走査)してマスクパターンをウェハに露光すると共に、1ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次の露光領域に移動する露光方法である。
【0041】
露光装置200の基本的な構成は、先願である公開特許公報2000年277412号と同様である。図5を参照するに、光源110から射出したF2レーザーは、ビーム整形光学系202により光軸に対して対称なビーム形状に変換され、光路切り替えミラー204に導光される。光路切り替えミラー204は、通常の露光時は光路外に配置される。
【0042】
ビーム整形光学系202を射出した光束は、インコヒーレント化光学系206へ入射し、可干渉性を低下させた後に照明光学系208を透過し、マスク(又はマスク面)210を照明する。マスク210を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系212によってウェハ214が配置されるウェハ面位置214aに結像される。なお、図5においては、露光時を示していないため、ウェハ214はウェハ面位置214aに位置していないが、露光時には、ウェハステージ216によってウェハ面位置214aに移動される。
【0043】
一方、露光時以外には、光路切り替えミラー204が光路中に配置される。ビーム整形光学系202からの光束は、光路切り替えミラー204により反射され、引き回し光学系220へと導かれ、マスク210の近傍に配置された干渉計ユニット120付近へと導光される。引き回し光学系220から射出した光束は、集光レンズ222により一点に集められる。ここで、集光レンズ222の焦点近傍にはピンホール224が配置されている。
【0044】
ピンホール224を通過した光束は、コリメータレンズ226により平行光に変換される。ピンホール224の径は、コリメータレンズ226の開口数(NA)によって決まるエアリーディスク径と同程度に設定されている。この結果、ピンホール224から射出した光束は、ほぼ理想的な球面波となっている。コリメータレンズ226からの平行光は、ハーフミラー228により反射され、TWG−XYZステージ140に搭載されたトワイマングリーンユニット150へと入射する。トワイマングリーンユニット150に入射した光束は、上述したように、被検光と参照光に分割され、干渉計ユニット120にて重ね合わせられ干渉縞を形成する。
【0045】
なお、干渉計ユニット120は、トワイマングリーンユニット150を搭載しない場合は、上述した干渉縞を検出する機能(即ち、集光レンズ121、空間フィルター122、結像レンズ126、CCDカメラ127)を有すればよいが、トワイマングリーンユニット150を搭載しない場合は、公開特許公報2000年277412号で示されているように、干渉計ユニット120内で参照光被検光とに分割し、重ね合わせる干渉方式を実現する構成となっていればよい。例えば、ラテラルシェアー方、ラジアルシェアー型の干渉計タイプなどがあげられる。
【0046】
ここで、図6を参照して、露光装置200を用いた露光方法2000について説明する。図6は、本発明の露光方法2000を説明するためのフローチャートである。露光方法2000は、投影光学系212を調整して(即ち、投影光学系212の波面収差を露光に最適な波面収差の範囲内に調整して)、露光を行うための方法である。
【0047】
通常は、光源110は露光時のガス圧に設定されているが、投影光学系212の波面収差の測定前に、制御部170が、ガス圧を変化させる指令を調整手段170に送信する(ステップ2002)。かかる指令に従って、F2レーザーのスペクトル半値幅の狭帯域化(例えば、0.5pm以下)が行われる(ステップ2004)。F2レーザーのスペクトル半値幅の狭帯域化が行われた後、投影光学系212の波面収差を測定する指令が送信され、例えば、トワイマングリーン型の場合は、参照ミラーを駆動させることにより、所謂、フリンジスキャン法により、波面収差の測定が行われる(ステップ2006)。波面収差測定後に、制御部170は、変更したF2レーザーのガス圧を受信し(ステップ2008)、ガス圧を変化させた後の中心波長を計算する(ステップ2010)。更に、ガス圧を変化させた後の中心波長と基準波長(露光時の中心波長)との波長差を計算し(ステップ2012)、かかる波長差と波面収差敏感度から補正値を計算する(ステップ2014)。そして、ステップ2006で測定された波面収差(即ち、測定値)とステップ2014で得た補正値から露光時(露光波長)における波面収差を求める(ステップ2016)。その後、制御部180により、通常のガス圧(露光時のガス圧)に戻す指令が送信され(ステップ2018)、露光状態のF2レーザーのスペクトル半値幅及び中心波長に再設定される(ステップ2020)。なお、ステップ2016で求めた波面収差が許容範囲を超える場合(即ち、結像性能に悪影響を与える場合)は、制御部170は、かかる波面収差が低減するように、駆動手段212aよって投影光学系212を構成する光学素子を駆動させて、投影光学系212を調整する(ステップ2022)。このようにして、投影光学系212の波面収差を露光に適した範囲に調整後、露光が行われる。
【0048】
次に、図7及び図8を参照して、露光装置200を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図7は、デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)では、デバイスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ3(ウェハ製造)では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。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ェハを用いて半導体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デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0049】
図8は、ステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では、露光装置200によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像したレジスト像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。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置200を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【0050】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【0051】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【0052】
〔実施態様1〕 光源からの射出光を被測定体の物体面上又は像面上に集光させる集光光学系と、前記被測定体の像面上又は物体面上に曲率中心が配置された反射光学系と、干渉縞を観察するための検出光学系とを有し、前記被測定体の波面収差を測定する測定装置であって、
前記光源は、F2レーザーであることを特徴とする測定装置。
【0053】
〔実施態様2〕 被測定体の波面収差を測定する測定方法であって、
前記被測定体に照射するF2レーザーのスペクトル幅を減少させるように、当該F2レーザーのガス圧を変化させるステップと、
スペクトル幅を減少させた前記F2レーザーを前記被測定体に照射するステップとを有することを特徴とする測定方法。
【0054】
〔実施態様3〕 前記F2レーザーのガス圧は、100kPa以上、500kPa以下であることを特徴とする実施態様2記載の測定方法。
【0055】
〔実施態様4〕 前記F2レーザーのスペクトル幅は、0.7pm以下であることを特徴とする実施態様2記載の測定方法。
【0056】
〔実施態様5〕 被測定体の波面収差を測定する測定方法であって、
前記被検出体に照射されるF2レーザーのガス圧を変更するステップと、
前記ガス圧に基づいて、前記F2レーザーの中心波長を算出するステップと、
前記算出ステップで算出された前記F2レーザーの中心波長と前記被測定体の波面収差敏感度に基づいて、測定される前記被測定体の波面収差を補正するステップとを有することを特徴とする測定方法。
【0057】
〔実施態様6〕 前記補正ステップは、
前記算出ステップで算出された前記中心波長と基準波長との波長差を求めるステップと、
前記波長差と前記被測定体の前記波面収差敏感度から補正値を求めるステップと、
前記測定される前記被測定体の波面収差から前記補正値を減算するステップとを有することを特徴とする実施態様5記載の測定方法。
【0058】
〔実施態様7〕 被測定体の波面収差を測定する測定装置であって、
所定のスペクトル幅を有する光を射出する光源と、
前記被測定体の波面収差を干渉縞として検出する検出光学系と、
前記光源から射出される光の前記スペクトル幅を調整する調整手段とを有することを特徴とする測定装置。
【0059】
〔実施態様8〕 前記光は、F2レーザーであることを特徴とする実施態様7記載の測定装置。
【0060】
〔実施態様9〕 前記調整手段は、前記検出光学系が前記干渉縞を検出できるように、前記スペクトル幅を調整することを特徴とする実施態様7記載の測定装置。
【0061】
〔実施態様10〕 前記調整手段は、前記光のガス圧を変化させることで前記スペクトル幅を調整することを特徴とする実施態様7記載の測定装置。
【0062】
〔実施態様11〕 所定のスペクトル幅を有する光を射出する光源を有する露光装置を調整する調整方法であって、
前記スペクトル幅を調整して波面収差を求めるステップと、
前記スペクトル幅を調整する前の状態を示すように波面収差を補正するステップとを有することを特徴とする調整方法。
【0063】
〔実施態様12〕 露光時に所定のスペクトル幅を有する光を用いてマスクに形成されたパターンを照明し、当該パターンを光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、
前記光の前記所定のスペクトル幅を前記露光時よりも狭帯域化するステップと、
前記狭帯域化したスペクトル幅の光を用いて前記光学系の波面収差を測定するステップと、
前記狭帯域化したスペクトル幅の光の中心波長と前記光学系の波面収差敏感度から前記測定された波面収差に補正をかけるステップと、
前記補正がかけられた波面収差が低減するように、前記光学系を調整するステップと、
前記狭帯域化したスペクトル幅の光を前記所定のスペクトル幅に戻すステップとを有することを特徴とする露光方法。
【0064】
〔実施態様13〕 光学素子から構成される投影光学系を介してマスクに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
実施態様1、7乃至10のうちいずれか一項記載の測定装置と、
前記測定装置が測定した前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記光学素子を駆動する駆動手段とを有することを特徴とする露光装置。
【0065】
〔実施態様14〕 実施態様13記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【0066】
【発明の効果】
本発明によれば、波長157nmにおいて、F2レーザーを用いながらもコントラストの良好な干渉縞による波面収差の検出を可能とし、かかる波面収差の測定精度に優れた測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一側面としての測定装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図2】光源のスペクトル半値幅と干渉縞のコントラストの関係を示すグラフである。
【図3】図3(a)は、F2レーザーのガス圧とスペクトル半値幅の関係を示すグラフであり、図3(b)は、F2レーザーのガス圧と中心波長の関係を示すグラフである。
【図4】本発明の測定方法を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明の一側面である露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図6】本発明の露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図7】デバイス(ICやLSIなどの半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフローチャートである。
【図8】図7に示すステップ4のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
100 測定装置
110 光源
120 干渉計ユニット
121 集光レンズ
122 空間フィルター
123 ハーフミラー
124 コリメータレンズ
130 引き回し光学系
140 TWG−XYZステージ
140a TWG−XYZステージ駆動部
150 トワイマングリーンユニット
151 ハーフミラー
152 参照ミラー
153 PZT素子
160 RZ−XYZステージ
160a RZ−XYZステージ駆動部
168 RZミラー
170 制御部
180 調整手段
T 被測定体
M1乃至M3 ミラー
200 露光装置
204 光路切り替えミラー
212 投影光学系
212a 駆動手段
214 ウェハ
216 ウェハステージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates generally to measuring devices, and in particular, to F 2 The present invention relates to a measuring apparatus for measuring a wavefront aberration of an optical system used for a laser.
[0002]
[Prior art]
When a fine semiconductor element such as a semiconductor memory or a logic circuit is manufactured using a photolithography (printing) technique, a circuit pattern drawn on a reticle or a mask (these terms are used interchangeably in the present application). A projection exposure apparatus that projects a circuit pattern onto a wafer or the like by a projection optical system to transfer a circuit pattern has conventionally been used.
[0003]
The minimum dimension (resolution) that can be transferred by the projection exposure apparatus is proportional to the wavelength of light used for exposure and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, the shorter the wavelength, the better the resolution. For this reason, with the recent demand for miniaturization of semiconductor elements, the exposure light source is an ultra-high pressure mercury lamp (i-line (wavelength: about 365 nm)), KrF excimer laser (wavelength: about 248 nm), ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm) And the wavelength has been shortened. 2 The use of lasers (wavelength about 157 nm) is promising.
[0004]
Further, when the projection lens constituting the projection optical system is deformed, the optical path is refracted before and after the deformation, and the light rays to be imaged at one point do not converge at one point, causing an aberration. The aberration causes a displacement and a short circuit of the circuit pattern on the wafer. On the other hand, if the pattern size is increased in order to prevent a short circuit, it is against the demand for miniaturization. Therefore, it is necessary to assemble and adjust the wavefront aberration of the projection lens so as to be close to that of the ideal lens. For that purpose, it is essential to measure the wavefront aberration of the projection lens.
[0005]
At the wavelength of 365 nm, projection is performed by forming a stable interferometer represented by a Fizeau type using an oscillation wavelength of 363.8 nm of an Ar ion laser having a long coherence distance with respect to an exposure wavelength of 365 nm of i-line. Measurement of the wavefront aberration of the lens is possible. For the difference between the two wavelengths, the wavefront aberration at the exposure wavelength can be obtained by correcting the measured value using, for example, chromatic aberration in design.
[0006]
In addition, at a wavelength of 248 nm, a stable interferometer represented by a Fizeau-type using a second harmonic of 248.248 nm of an Ar ion laser having a long coherence distance with respect to an exposure wavelength of 248.248 nm of a KrF excimer laser. Is configured, it is possible to measure the wavefront aberration of the projection lens. In such a case, there is no need to correct the measured values using chromatic aberration, because the two wavelengths are exactly the same.
[0007]
Further, at a wavelength of 193 nm, it is difficult to obtain a stable light source with good coherence, but it is possible to oscillate pulsed light at a high frequency, and by constructing an interferometer using such oscillation wavelength, the projection lens Measurement of wavefront aberration is possible.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, at a wavelength of 157 nm, it is very difficult to obtain a stable light source with good coherence. Therefore, the actual F 2 The use of a laser is also conceivable. However, when the test lens has chromatic aberration such as a projection lens, F 2 Since the spectral width of the laser is as wide as about 1 pm, the interference fringes are shifted little by little and overlap, thereby lowering the measurement accuracy of the wavefront aberration.
[0009]
Therefore, at this stage, at a wavelength of 157 nm, an interferometer for measuring the wavefront aberration cannot be configured. Therefore, a method other than actually printing a pattern by exposure and assembling and adjusting a projection lens from the printing characteristics is used. Absent. In such a method, there is a problem that it takes a long time for exposure and an adjustment accuracy is insufficient.
[0010]
Therefore, the present invention provides an F 2 An exemplary object of the present invention is to provide a measuring apparatus which enables detection of wavefront aberration by interference fringes having good contrast while using a laser, and which has excellent measurement accuracy of such wavefront aberration.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a measuring apparatus according to one aspect of the present invention includes a condensing optical system that condenses light emitted from a light source on an object plane or an image plane of a measurement object, and the measurement object. A reflection optical system in which the center of curvature is arranged on the image plane or the object plane, and a detection optical system for observing interference fringes, which is a measuring device for measuring the wavefront aberration of the object to be measured. , The light source is F 2 It is a laser.
[0012]
A measuring method according to another aspect of the present invention is a measuring method for measuring a wavefront aberration of an object to be measured. 2 To reduce the spectral width of the laser, the F 2 Changing the gas pressure of the laser; 2 Irradiating the object to be measured with a laser. The F 2 The gas pressure of the laser is not less than 100 kPa and not more than 500 kPa. The F 2 The laser has a spectrum width of 0.2 pm or more and 1.0 pm or less.
[0013]
A measurement method according to still another aspect of the present invention is a measurement method for measuring a wavefront aberration of an object to be measured, wherein F is applied to the object to be detected. 2 Changing the gas pressure of the laser; and 2 Calculating the center wavelength of the laser; and calculating the F 2 Correcting the wavefront aberration of the measured object based on the center wavelength of the laser and the wavefront aberration sensitivity of the measured object. The correction step is a step of obtaining a wavelength difference between the center wavelength and the reference wavelength calculated in the calculation step, a step of obtaining a correction value from the wavelength difference and the wavefront aberration sensitivity of the measured object, Subtracting the correction value from the measured wavefront aberration of the measured object.
[0014]
A measuring device as still another aspect of the present invention is a measuring device for measuring a wavefront aberration of a device under test, wherein the light source that emits light having a predetermined spectral width interferes with the wavefront aberration of the device under test. It is characterized by having a detection optical system for detecting as a fringe, and adjusting means for adjusting the spectral width of light emitted from the light source. The light is F 2 It is a laser. The adjustment means adjusts the spectrum width so that the detection optical system can detect the interference fringes. The adjusting means adjusts the spectrum width by changing a gas pressure of the light.
[0015]
An adjustment method according to still another aspect of the present invention is an adjustment method for adjusting an exposure apparatus having a light source that emits light having a predetermined spectral width. Correcting the wavefront aberration so as to show a state before the adjustment of the spectrum width.
[0016]
According to still another aspect of the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a pattern formed on a mask using light having a predetermined spectral width during exposure, and exposing the pattern to an object to be processed via an optical system. A method, the step of narrowing the predetermined spectral width of the light than at the time of the exposure, and measuring the wavefront aberration of the optical system using the light of the narrowed spectral width, Correcting the measured wavefront aberration from the center wavelength of the light having the narrowed spectral width and the wavefront aberration sensitivity of the optical system, so that the corrected wavefront aberration is reduced. The method includes adjusting an optical system and returning the light having the narrowed spectral width to the predetermined spectral width.
[0017]
An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention is an exposure apparatus that exposes a pattern formed on a mask to a target object via a projection optical system including an optical element, and the measurement apparatus described above. A driving unit for driving the optical element based on the wavefront aberration of the projection optical system measured by the measuring device.
[0018]
A device manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a step of exposing an object to be processed using the above-described exposure apparatus, and a step of performing a predetermined process on the exposed object to be processed. And
[0019]
Further objects and other features of the present invention will become apparent from preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a
[0021]
The measuring
[0022]
The measuring
[0023]
The parallel light incident on the TWG-
[0024]
Inside the Twyman
[0025]
Thereafter, the re-imaged light is reflected by the
[0026]
The light that has entered the
[0027]
On the other hand, in the
[0028]
Here, the TWG-XYZ stage 140 (the X stage 142, the
[0029]
Next, the
[0030]
Usually, the projection lens for the exposure apparatus is F 2 The chromatic aberration is designed to be sufficiently small so that the resolution characteristics (contrast and the like) of the pattern are not deteriorated even under the condition that the laser half width at half maximum is 1 pm. However, under such conditions, the contrast of interference fringes deteriorates too much, and it is difficult to obtain sufficient accuracy. Therefore, it is necessary to narrow the spectrum of the
[0031]
However, for example, due to the narrowing unit, F 2 When the band of the laser is narrowed, unlike conventional KrF excimer lasers and ArF excimer lasers, 2 A significant decrease in laser power occurs. Further, it is difficult to obtain an optical member having good transmission characteristics at such a wavelength, and thus it is also difficult to manufacture a band narrowing unit. That is, F of a wavelength of 157 nm 2 In a laser, it is extremely difficult to reduce the spectral half width by a band narrowing unit.
[0032]
Therefore, in the present invention, F 2 Adjustment means 180 for adjusting the half-width of the spectrum of the laser is provided. More specifically, the adjusting
[0033]
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the half width of the spectrum of the
[0034]
Referring to FIG. 2, when the spectral half width of the
[0035]
Further, FIG. 2 FIG. 3B is a graph showing the relationship between the gas pressure of the laser and the half width of the spectrum. 2 3 is a graph showing a relationship between a laser gas pressure and a center wavelength. FIG. 3A shows that F is plotted on the horizontal axis. 2 The gas pressure of the laser is adopted, and the half-width of the spectrum is adopted on the vertical axis. In FIG. 2 The gas pressure of the laser is employed, and the center wavelength is employed on the vertical axis. The graphs in FIGS. 3A and 3B are shown in APPLIED OPTICS / 20 April 2001 / Vol. 40, no. 12 was prepared.
[0036]
Referring to FIG. 3A, it can be seen that, when the gas pressure is reduced by about 200 kPa with respect to the use state at the time of exposure, the half width of the spectrum can be reduced from 1 pm to 0.5 pm. However, as shown in FIG. 3B, the center wavelength changes simultaneously with the change in gas pressure, and under the conditions of the present embodiment, a center wavelength shift of −0.3 pm occurs. This is an amount exceeding the measurement accuracy required for the wavefront aberration for the projection lens and cannot be ignored. Therefore, it is necessary to use the
[0037]
FIG. 4 is a flowchart for explaining the
[0038]
As described above, the description has been given on the condition that the contrast of the interference fringes is required to be 50% or more in order to measure the interference fringes with high accuracy. The contrast of the fringe is determined, and the half-width, the gas pressure, and the center wavelength shift are sequentially obtained from FIGS. 2 and 3 using the above-described
[0039]
As a result, at a wavelength of 157 nm, the exposure light source F 2 Even when a laser is used, interference fringes with good contrast can be obtained, and highly accurate measurement of wavefront aberration becomes possible.
[0040]
Hereinafter, an
[0041]
The basic configuration of the
[0042]
The light beam emitted from the beam shaping
[0043]
On the other hand, except during exposure, the optical
[0044]
The light beam that has passed through the
[0045]
When the
[0046]
Here, an
[0047]
Normally, the
[0048]
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the
[0049]
FIG. 8 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4. Step 11 (oxidation) oxidizes the wafer's surface. Step 12 (CVD) forms an insulating film on the surface of the wafer. Step 13 (electrode formation) forms electrodes on the wafer by vapor deposition or the like. Step 14 (ion implantation) implants ions into the wafer. In step 15 (resist processing), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the
[0050]
The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, it goes without saying that the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the invention.
[0051]
The present application further discloses the following matters.
[0052]
[Embodiment 1] A condensing optical system for condensing light emitted from a light source on an object plane or an image plane of a measured object, and a center of curvature is arranged on an image plane or an object plane of the measured object. Reflection optical system, having a detection optical system for observing interference fringes, a measuring apparatus for measuring the wavefront aberration of the measured object,
The light source is F 2 A measuring device characterized by being a laser.
[0053]
[Embodiment 2] A measurement method for measuring a wavefront aberration of a measured object,
F to irradiate the object to be measured 2 To reduce the spectral width of the laser, the F 2 Changing the gas pressure of the laser;
The F having reduced spectrum width 2 Irradiating the object to be measured with a laser.
[0054]
[Embodiment 3] The above F 2 The measurement method according to embodiment 2, wherein the laser gas pressure is 100 kPa or more and 500 kPa or less.
[0055]
[Embodiment 4] The above F 2 3. The measuring method according to claim 2, wherein the spectrum width of the laser is 0.7 pm or less.
[0056]
[Embodiment 5] A measurement method for measuring a wavefront aberration of an object to be measured,
F applied to the object to be detected 2 Changing the gas pressure of the laser;
Based on the gas pressure, the F 2 Calculating the center wavelength of the laser;
The F calculated in the calculation step 2 Correcting the wavefront aberration of the measured object based on the center wavelength of the laser and the wavefront aberration sensitivity of the measured object.
[0057]
[Embodiment 6] The correction step includes:
Obtaining a wavelength difference between the center wavelength and the reference wavelength calculated in the calculation step,
Obtaining a correction value from the wavelength difference and the wavefront aberration sensitivity of the measured object,
Subtracting the correction value from the measured wavefront aberration of the measured object.
[0058]
[Embodiment 7] A measuring device for measuring a wavefront aberration of a measured object,
A light source that emits light having a predetermined spectral width,
A detection optical system that detects the wavefront aberration of the measured object as interference fringes,
Adjusting means for adjusting the spectral width of light emitted from the light source.
[0059]
Embodiment 8 The light is F 2 The measuring device according to embodiment 7, wherein the measuring device is a laser.
[0060]
[Embodiment 9] The measuring apparatus according to embodiment 7, wherein the adjusting means adjusts the spectrum width so that the detection optical system can detect the interference fringes.
[0061]
[Embodiment 10] The measuring apparatus according to Embodiment 7, wherein the adjusting means adjusts the spectrum width by changing a gas pressure of the light.
[0062]
Embodiment 11 is an adjustment method for adjusting an exposure apparatus having a light source that emits light having a predetermined spectral width,
Obtaining the wavefront aberration by adjusting the spectral width;
Correcting the wavefront aberration so as to show a state before adjusting the spectrum width.
[0063]
(Embodiment 12) An exposure method of illuminating a pattern formed on a mask with light having a predetermined spectral width at the time of exposure, and exposing the pattern to an object to be processed via an optical system,
Step of narrowing the predetermined spectral width of the light to a band narrower than at the time of the exposure,
Measuring the wavefront aberration of the optical system using the light of the narrowed spectral width,
Correcting the measured wavefront aberration from the center wavelength of the light having the narrowed spectral width and the wavefront aberration sensitivity of the optical system,
Adjusting the optical system so that the corrected wavefront aberration is reduced; and
Returning the light having the narrowed spectral width to the predetermined spectral width.
[0064]
[Embodiment 13] An exposure apparatus for exposing a pattern formed on a mask to an object to be processed via a projection optical system including an optical element,
Embodiment 1, the measuring device according to any one of 7 to 10,
An exposure device, comprising: driving means for driving the optical element based on the wavefront aberration of the projection optical system measured by the measurement device.
[0065]
[Embodiment 14] A step of exposing an object to be processed using the exposure apparatus according to Embodiment 13;
Performing a predetermined process on the exposed object to be processed.
[0066]
【The invention's effect】
According to the present invention, at a wavelength of 157 nm, F 2 It is possible to detect a wavefront aberration due to interference fringes having a good contrast while using a laser, and it is possible to provide a measuring apparatus excellent in the measurement accuracy of the wavefront aberration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an exemplary embodiment of a measuring device as one aspect of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the half width of the spectrum of a light source and the contrast of interference fringes.
FIG. 3 (a) is an illustration of F 2 FIG. 3B is a graph showing the relationship between the gas pressure of the laser and the half width of the spectrum. 2 4 is a graph showing the relationship between laser gas pressure and center wavelength.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the measurement method of the present invention.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating an exemplary embodiment of an exposure apparatus according to one aspect of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart for explaining an exposure method of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart for explaining the manufacture of devices (semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like).
FIG. 8 is a detailed flowchart of a wafer process in Step 4 shown in FIG. 7;
[Explanation of symbols]
100 measuring device
110 light source
120 interferometer unit
121 Condensing lens
122 Spatial Filter
123 half mirror
124 collimator lens
130 Routing optical system
140 TWG-XYZ stage
140a TWG-XYZ stage driver
150 Twyman Green Unit
151 half mirror
152 Reference mirror
153 PZT element
160 RZ-XYZ stage
160a RZ-XYZ stage driver
168 RZ mirror
170 control unit
180 adjustment means
T DUT
M1 to M3 mirror
200 Exposure equipment
204 Optical path switching mirror
212 Projection optical system
212a driving means
214 wafer
216 Wafer stage
Claims (1)
前記光源は、F2レーザーであることを特徴とする測定装置。A condensing optical system that condenses the light emitted from the light source on the object plane or the image plane of the measured object, and a reflective optical system in which the center of curvature is arranged on the image plane or the object plane of the measured object Having a detection optical system for observing interference fringes, a measuring apparatus for measuring the wavefront aberration of the object to be measured,
It said light source, measurement device, characterized in that the F 2 laser.
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