JP2005294404A - 測定装置、測定方法及びそれを有する露光装置及び露光方法、それを利用したデバイス製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 被検光学系の収差を高精度に測定する測定装置及び測定方法とともに高解像度の露光を行える露光装置及び露光方法を提供する。
【解決手段】 光束を分割する光学素子を利用して被検光学系の光学性能を測定する第1の測定手段と、前記光学素子の光学性能を測定する第2の測定手段とを有する測定装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は一般的には、光学素子の性能を測定する装置及び方法に係り、特に、IC、LSI等の半導体デバイス、CCD等の撮影デバイス、液晶パネル等の表示デバイス等のデバイス製造用のステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式等の露光装置に用いる光学系の収差を計測する測定装置、測定方法及びそれを搭載した露光装置及び露光方法、それを利用したデバイス製造方法に関する。
近年の微細加工の要求から、投影露光装置には解像力の向上がますます要求されている。解像力の向上には、投影光学系の開口数(NA)を高めることが有効であり、そのため投影露光装置では、マスク上のパターンを所定の倍率(縮小率)で正確にウェハ上に転写することが要求される。この要求に応えるためには、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要となる。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、波長を短くすればするほど解像度が高くなる。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は、超高圧水銀ランプ(i線(波長約365nm))から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)、更には、波長10nm乃至15nm程度のEUV光と短波長化が進んでいる。こうした状況の中、露光装置の投影光学系収差を高精度に求めるための測定装置が要望されている。
測定装置1000は、図9に示すように、ピンホールを有する専用マスク1010と、被検光学系1020と、ビームスプリッタ作用をする光学素子1030と、CCD1040とを有している(例えば、特許文献1参照)。ここで、図9は、従来の収差測定装置を示す構成図である。図示しない光源から出た光線は、専用マスク1010によって無収差の球面波を有し、被検光学系1020へ入射する。被検光学系1020に入射した光は、被検光学系1020の収差をもって射出され、光学素子1030で波面ごとに分割されて、画像検出器(CCD)1040へ入射する。光学素子1030は、ハルトマン板や二次元回折格子等であり、回折格子の回折次数に対応した複数の波面に分割し、横ずらしして重ね合わせられて、干渉縞として画像検出器1040へ射出する。この干渉縞は被検光学系の収差の情報を含んでおり、積分操作を行うことによって被検光学系1020の透過波面形状を算出することができる。
特開2000−97666号公報
しかしながら、投影光学系のNAが高くなると、測定装置1000の測定精度も今まで以上に高精度なものが要求される。そのため、今までは特に問題とされていなかった光学素子1030の製造誤差等が問題となってくる。その理由として、測定装置1000は、専用マスク1010と画像検出器1040との間に被検光学系1020と光学素子1030が配置されているので、光学素子1030が製造誤差を有していると、被検光学系1020の収差と共に光学素子1030の製造誤差も画像検出器1040へ入射してしまう。そのため、被検光学系1020のみの誤差を高精度に測定することが困難であった。それにより、被検光学系1020の精密な収差の測定が困難となり、高精度な測定装置1000を提供することが難しかった。また、測定装置1000を使用した露光装置は、投影光学系に収差が発生するため高解像度の露光が行えなかった。
そこで、本発明は、被検光学系の収差を高精度に測定する測定装置及び測定方法とともに高解像度の露光を行える露光装置及び露光方法を提供することを例示的目的とする。
本発明の一側面としての測定装置は、光束を分割する光学素子を利用して被検光学系の光学性能を測定する第1の測定手段と、前記光学素子の光学性能を測定する第2の測定手段とを有することを特徴とする。
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。
本発明によれば、被検光学系の収差を高精度に測定する測定装置及び測定方法とともに高解像度の露光を行える露光装置及び露光方法を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態の測定装置100について説明する。ここで、図1(a)は、専用マスク130が光路上に配置されているときの測定装置100を示す構成図であり、図1(b)は、専用マスク130が光路上から退避しているときの測定装置100を示す概略図である。
測定装置100は、専用マスク130と、光学素子140と、検出器150と、制御部160とを有し、被検光学系(本実施形態では、投影光学系230とする)の光学性能(例えば、波面収差、像面湾曲及び歪曲成分等)を測定する。測定装置100では、EUV光を用いた投影光学系230の光路中に光学素子140と、収差測定用の専用マスク130を設けて、光学素子140から発生する収差を測定している。
専用マスク130は、無収差の理想球面波を射出し、ピンホール131を有する。専用マスク130は、着脱可能に投影光学系230と光学素子140との間に配置されている。ピンホール131は、露光領域に対応する領域内に任意の数、任意の位置のマスク130面に配置されている。専用マスク130は、光軸10と垂直に専用マスク130を駆動させる駆動部170によって駆動可能に保持されている。ピンホール131と光学素子140で用いる後述するホール141はサイズが異なる。ピンホール131は投影光学系の照明NAによって集光するエアリーディスク径以下のピンホール131であり、ホール141よりは、はるかに小さい。これによって透過光は、照明系のNA相当の拡がり角で回折する。このようなピンホール131から回折された光は、無収差になることが良く知られている。
光学素子140は、光束を分割する機能を有する。また、光学素子140は、本実施例ではハルトマン板であり、図2に示すように、複数のホール141を有する。ここで、図2(a)、(b)は、光学素子140に適用可能なハルトマン板140A及び140Bの平面図である。ハルトマン板140A及び140Bは、例えば、円板形状である。また、ハルトマン板140Aは、図2(a)に示すように中心から45度間隔で放射状に7つのホールを有して配置されている。ホール141Aの間隔は、予め設計された配置に従っており、光束を分割する機能を損なわない程度の配置変更は可能である。ハルトマン板140Bは、図2(b)のように縦横に均等な距離を保ってホール141Bが配置されている。ホール141A及び141Bの配置は、予め設計された条件(例えば、光束を分割する機能を損なわない)を満足することが出来れば、計測の目的によって配列を決めれば良く、特に限定されたものではない。ホール141A及び141Bの形状は、上述同様に予め設計された条件を満足することが出来れば、円形状でなくても楕円形状又は矩形状であってもよい。更に、光学素子140は、二次元回折格子であってもよい。光学素子140は、専用マスク130と検出器150との間に挿脱可能に配置されている。
検出器150は、光学素子140を経て、分割された光束の像を検出する。検出器として、本実施形態では、CCDを使用する。検出器150は、光学素子140を経て分割された光束又は、光学素子140を経て分割された光束を用いた投影光学系230の像を検出することが可能であれば、CCDでなくても変更可能である。
制御部160は、専用マスク130を駆動する駆動部170を制御する。また、制御部160は、光学素子140を経て分割された光束の像の測定結果に基づいて、光学素子140を経て分割された光束を用いた投影光学系230の像の光学性能を補正する。
以下、図3を参照して、本発明の別の実施形態としての測定装置100Aを説明する。ここで、図3は、別の実施形態としての測定装置100Aを示す構成図である。測定装置100Aは、測定装置100と構成は同一であるが、光学素子140Aと検出部150Aの配置が異なる。本実施形態は、専用マスクとしてマスク213を使用しているため、光学素子140Aのための専用マスクが必要ない。そのため、測定装置100Aは、部材点数を抑えることが可能である。また、マスクの枚数を最小限に抑えることで、光学系の反射損失の影響を最小限にして光学素子140Aの校正を行うことができる。但し、この場合の算出は、光学素子140Aが、マスク213側のNAiと検出部150側のNAoは角倍率γだけ異なる(NAi=γNAo)ため、光学素子140A及び検出器150Aの位置は、マスク213と光学素子140A間の距離をA、マスク213と検出器150A間の距離をBとすると、マスク213側と光学素子140Aの距離をγA、マスク213と検出器150Aの距離をγBとすることができる。それによって、測定装置100Aは、光学素子140Aの校正を行っている。
以下、図4を参照して、本発明の測定装置100を使用した測定方法を説明する。ここで、図4は、測定装置100を使用した測定方法を示すフローチャートである。光束を分割する光学素子140を利用して被検光学系(本実施形態では投影光学系230とする)の光学性能を測定する(ステップ801)。このとき、測定装置100は、図1(b)に示すように駆動装置170によって光学素子140と検出器150を投影光学系230から射出された光束上に挿入する。そして、検出器150が投影光学系230と光学素子140の画像を取得し、制御部160に伝達する。この画像情報は、光学素子140の配置誤差と投影光学系230の配列誤差のみを含んだ情報となる。そして、この情報を図示しないコンピュータのメモリに記憶させておく。光学素子140の光学性能を測定する(ステップ803)。このとき、測定装置100は、駆動装置170によって専用マスク130を投影光学系230と光学素子との間の光束上に挿入する。そして、検出器150が光学素子140の画像を取得し、制御部160に伝達する。この画像情報は、光学素子140のみを含んだ情報となる。そして、この情報を図示しないコンピュータのメモリに記憶させておく。これら2つの測定によって測定した結果によって収差を求める(ステップ805)。ステップ801で求めた測定値とステップ803で求めた測定値を減算すると投影光学系230のみの収差が算出される。これにより、被検光学系の精密な収差の測定ができるので高精度な測定装置100を提供することが可能となる。従って、測定装置100を使用した露光装置200は、高精度な露光を行うことができる。
以下、図5を参照して、本発明の測定装置100を適用した例示的な露光装置200について説明する。ここで、図5は、本発明の例示的な露光装置200の概略構成図である。
本発明の露光装置200は、露光用の照明光としてEUV光(例えば、波長13.4nm)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220に形成された回路パターンを被処理体240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ショットの露光領域に移動する露光方法である。
図5を参照するに、露光装置200は、照明装置210と、マスク220と、マスク220を載置するマスクステージ225と、投影光学系230と、被処理体240と、被処理体240を載置するウェハステージ245と、アライメント検出機構250と、フォーカス位置検出機構260とを有する。
また、図5に示すように、EUV光は、大気に対する透過率が低く、残留ガス(高分子有機ガスなど)成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、EUV光が通る光路中(即ち、光学系全体)は真空雰囲気CAとなっている。
照明装置210は、投影光学系230の円弧状の視野に対する円弧状のEUV光(例えば、波長13.4nm)によりマスク220を照明する照明装置であって、EUV光源212と、照明光学系214とを有する。
EUV光源212は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中のターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させ、これから放射される、例えば、波長13nm程度のEUV光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、液滴などが用いられる。放射されるEUV光の平均強度を高くするためにはパルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数kHzの繰り返し周波数で運転される。
照明光学系214は、集光ミラー214a、オプティカルインテグレーター214bから構成される。集光ミラー214aは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるEUV光集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター214bは、マスク220を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、照明光学系214は、マスク220と共役な位置に、マスク220の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ214cが設けられている。かかる照明光学系214を構成する光学部材である集光ミラー214a及びオプティカルインテグレーター214bに本発明の測定装置100によって測定した被検光学系を適用することができる。
マスク220は、反射型マスクで、その上には転写されるべき回路パターン(又は像)が形成され、マスクステージに支持及び駆動されている。マスク220から発せられた回折光は、投影光学系230で反射されて被処理体240上に投影される。マスク220と被処理体240とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置200は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク220と被処理体240を走査することによりマスク220のパターンを被処理体240上に縮小投影する。
マスクステージ225は、マスク220を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ225は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、少なくともX方向にマスクステージ225を駆動することでマスク220を移動することができる。露光装置200は、マスク220と被処理体240を同期した状態で走査する。ここで、マスク220又は被処理体240面内で走査方向をX、それに垂直な方向をY、マスク220又は被処理体240面内に垂直な方向をZとする。
投影光学系230は、複数の反射ミラー(即ち、多層膜ミラー)230aを用いて、マスク220面上のパターンを像面である被処理体240上に縮小投影する。複数のミラー230aの枚数は、4枚乃至6枚程度である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域(リングフィールド)だけを用いて、マスク220と被処理体240を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系230の開口数(NA)は、0.2乃至0.3程である。かかる投影光学系230を構成する光学部材であるミラー230aに本発明の測定装置100によって測定した被検光学系を適用することができる。また、投影光学系の収差を測定するときは、マスク220と第4ミラー230aとの間の光路中で露光光が重ならない位置に複数の開口部を有したハルトマン板を挿入して測定してもよい。
被処理体240は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体240には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質(即ち、界面活性剤塗布による疎水性化)処理であり、HMDS(Hexamethyl−disilazane)などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング(焼成)工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
ウェハステージ245は、ウェハチャック245aによって被処理体245を支持する。ウェハステージ245は、例えば、リニアモーターを利用してXYZ方向に被処理体240を移動する。マスク220と被処理体240は、同期して走査される。また、マスクステージ225の位置とウェハステージ245との位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
アライメント検出機構250は、マスク220の位置と投影光学系230の光軸との位置関係、及び、被処理体240の位置と投影光学系230の光軸との位置関係を計測し、マスク220の投影像が被処理体240の所定の位置に一致するようにマスクステージ225及びウェハステージ245の位置と角度を設定する。
フォーカス位置検出機構260は、被処理体240面でZ方向のフォーカス位置を計測し、ウェハステージ245の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体240面を投影光学系230による結像位置に保つ。
本実施形態は、EUV光に限らず非EUV光でも同様に実施することができる。EUV露光光学系は完全反射光学系であり、色収差が発生しないため、他の波長の光によっても計測可能である。
但し、EUVの反射ミラーは表面がMo(モリブデン)とSi(シリコン)を積層した多層膜よりなっており、EUV光と非EUV光とでは、反射時に位相変化に差異を生じるため、非EUV光によって収差を計測する際は、EUV光で計測値との相関を予め調べておくことが必要となる。
以下、図6を参照して露光方法を説明する。ここで、図6は本発明の測定装置100を使用した露光装置200の露光方法を示すフローチャートである。上述の測定方法800(ステップ901)での測定結果に収差があるかを判断する(ステップ903)。収差があると判断すると収差補正を行う(ステップ905)。そして、再度、ステップ901の工程を行う。また、収差がないと判断した場合は、露光を行う(ステップ907)。露光装置200は投影光学系230を構成する図示しない複数の光学素子が光軸方向及び/又は光軸直交方向へ移動可能になっており、不図示の収差調節用の駆動系により、本実施形態により得られる収差情報にもとづいて、一又は複数の光学素子を駆動することにより、投影光学系の一又は複数値の収差(特に、ザイデルの5収差)を補正したり、最適化したりすることができる。また、投影光学系230の収差を調整する手段としては、可動レンズ以外に、可動ミラー(光学系がカタディオプトリック系やミラー系のとき)や、傾動できる平行平面板や、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正などさまざまな公知の系を用いるものが適用できる。
このように、露光装置200は、測定装置100を使用し投影光学系230の面精度や光学系調整などの較正を行い、収差の少ない投影光学系230を形成することができる。更に、測定装置100を露光装置200に搭載することによって、投影光学系230を取り外すことなく(オンマシンで)その光学性能を測定することができる。
露光において、照明装置210から射出されたEUV光はマスク220を照明し、本発明の測定装置100を使用した投影光学系230を通過しマスク220面上のパターンを被処理体540面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状(リング状)の像面となり、マスク220と被処理体240を縮小倍率比の速度比で走査することにより、マスク220の全面を露光する。
次に、図7及び図8を参照して、上述の露光装置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、それが出荷(ステップ7)される。
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。本実施形態の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。
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。
本発明の測定装置を示す概略構成図である。 図1に示す測定装置に使用される光学素子を示す概略平面図である。 図1に示す別の実施形態としての測定装置を示す概略構成図である。 図1に示す測定装置を使用した測定方法を示すフローチャートである。 図1に示す本発明の収差測定装置を使用したEUV露光装置の概略構成図である。 図5に示す露光装置の露光方法を示すフローチャートである。 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。 従来の収差測定装置を示す概略構成図である。
符号の説明
100 測定装置
130 専用マスク
131 ピンホール
140 光学素子
140A 光学素子
141 ホール
150 検出器
150A 検出器
160 制御部
170 駆動部
213 マスク
230 投影光学系

Claims (12)

  1. 光束を分割する光学素子を利用して被検光学系の光学性能を測定する第1の測定手段と、
    前記光学素子の光学性能を測定する第2の測定手段とを有することを特徴とする測定装置。
  2. 前記第2の測定手段の測定結果に基づいて前記第1の測定手段が測定した前記被検光学系の前記光学性能を補正する制御部とを有することを特徴とする請求項1記載の測定装置。
  3. 前記第1の測定手段は、前記光束を無収差にする第1のピンホールを含み、前記無収差光を前記被検光学系に導光するための第1のマスクと、
    前記被検光学系を経て前記光学素子によって分割された前記光束の像を検出する検出部とを有することを特徴とする請求項1記載の測定装置。
  4. 前記第2の測定手段は、前記光束を無収差にする第2のピンホールを含み、前記無収差光を前記光学素子に導光するための第2のマスクと、
    前記光学素子を経て分割された前記光束の像を検出する検出部とを有することを特徴とする請求項1記載の測定装置。
  5. 前記第2のマスクを光路上へ配置及び退避させる駆動部を更に有することを特徴とする請求項4記載の測定装置。
  6. 前記光学素子は、ハルトマン板であることを特徴とする請求項1記載の測定装置。
  7. 前記光学素子は、二次元回折格子であることを特徴とする請求項1記載の測定装置。
  8. 光束を分割する光学素子を利用して被検光学系の光学性能を測定する第1の測定ステップと、
    前記光学素子の光学性能を測定する第2の測定ステップと、
    前記第2の測定ステップの測定結果に基づいて前記第1の測定ステップが測定した前記被検光学系の前記光学性能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。
  9. 請求項1乃至7記載の測定装置を利用して投影光学系の光学性能を算出するステップと、
    前記算出された前記投影光学系の前記光学性能に基づいて前記投影光学系を調節するステップと、
    前記調節された前記投影光学系を有する前記露光装置を使用して被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
  10. 光源からの光を利用して被露光体にマスク上のパターンを転写するための投影光学系と、
    当該投影光学系の光学性能を測定するための請求項1記載の測定装置とを有することを特徴とする露光装置。
  11. 前記光は、20nm以下の波長を有することを特徴とする請求項10記載の露光装置。
  12. 請求項10記載の露光装置を利用して被露光体を露光するステップと、
    前記露光された前記被露光体を現像する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。
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