JP2006140223A - 露光システム、偏光モニタマスク及び偏光モニタ方法 - Google Patents

露光システム、偏光モニタマスク及び偏光モニタ方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 照射光の偏光方向をモニタ可能な露光システムを提供する。
【解決手段】 それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影する露光装置200と、複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得する光強度情報取得機構309と、それぞれの投影領域の光強度情報を比較し、照明光の偏光方向を決定する偏光方向決定部311とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は露光技術に関し、特に露光システム、偏光モニタマスク及び偏光モニタ方法に関する。
半導体装置を製造する際、リソグラフィ工程に用いられる複数のマスクのそれぞれについて照射光の最適な偏光方向、露光量及びフォーカス位置を求めることが必要である。リソグラフィ工程で用いられる露光装置の光学系の解像限界R及び焦点深度DOFのそれぞれは、光学理論より下記(1)及び(2)式で求めることができる。
R = k1λ/ NA …(1)
DOF = k2λ / NA2 …(2)
(1)式及び(2)式において、k1及びk2のそれぞれはプロセス係数、λは光の波長、NAは投影レンズの開口数を表わす。プロセス係数k1は二点間解像の場合は0.61であり、k2は0.5である。(1)式から明らかなように、短波長化及び高NA化を図ることにより解像限界Rを下げることができる。しかし、(2)式から明らかなように、短波長化及び高NA化は同時にDOFの低下をもたらす。したがって、浅いDOF条件下で歩留まりの低下を招くことなく、加工寸精度の向上を図るには、より高精度な偏光方向、露光量及びフォーカス位置の管理方法が必要となっている。
これに対し、露光量管理については、解像限界Rよりも小さなピッチで配列された連続パターンを基板上に投影し、投影像の線幅変動から露光量の変動をモニタする方法が提案されている（例えば、特許文献1参照。）。しかし、露光装置の光学系において、照射光の偏光方向を正確にモニタする方法はなかった。
特開2000−310850号公報
本発明は、照射光の偏光方向をモニタ可能な露光システム、偏光モニタマスク及び偏光モニタ方法を提供する。
上記目的を達成するために本発明の第1の特徴は、（イ）それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影する露光装置と、（ロ）複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得する光強度情報取得機構と、（ハ）それぞれの投影領域の光強度情報を比較し、照明光の偏光方向を決定する偏光方向決定部とを備える露光システムであることを要旨とする。
本発明の第2の特徴は、（イ）マスク基板と、（ロ）マスク基板上に設けられ、露光装置の光学系においてそれぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンとを備える偏光モニタマスクであることを要旨とする。
本発明の第3の特徴は、（イ）それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影するステップと、（ロ）複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得するステップと、（ハ）それぞれの投影領域の光強度情報を比較し、照明光の偏光方向を決定するステップとを含む偏光モニタ方法であることを要旨とする。
本発明によれば、照射光の偏光方向をモニタ可能な露光システム、偏光モニタマスク及び偏光モニタ方法を提供可能である。
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
（第1の実施の形態）
本発明の第1の実施の形態に係る露光システムは、それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影する露光装置200、及び中央演算処理装置(CPU)300を備える。CPU300はさらに複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得する光強度情報取得機構309、及びそれぞれの投影領域の光強度情報を比較し、照明光の偏光方向を決定する偏光方向決定部311を有する。
露光装置200は、図2に示すように、波長193nmのフッ化アルゴン(ArF)エキシマレーザ等の照明光を照射する光源3、光源3から照射された照明光を受けるフライアイレンズ4、照明光の周辺光線を遮断する照明アパーチャ15、照明光を直線偏光にする偏光子が配置される偏光子ホルダ16、直線偏光を円偏光にする1/4波長板が配置される波長板ホルダ17、照明光の露光範囲を画定するレチクルブラインド7、照明光の進行方向を変える反射鏡8、反射鏡8で反射された照明光を集光するコンデンサレンズ9、コンデンサレンズ9の下部に配置されるレチクルステージ11、レチクルステージ11の下部に配置され照明光を受ける投影レンズ13、及び投影レンズ13の下部に配置されるウェハステージ32を備える。
光源3から照射された照明光はフライアイレンズ4を構成する複数のレンズ104a, 104b, 104c, 104dのそれぞれに入射する。複数のレンズ104a〜104dのそれぞれを透過した照明光は、反射鏡8及びコンデンサレンズ9を介してレチクルステージ11上に配置される偏光モニタマスク5の露光領域の全面に照射される。よって偏光モニタマスク5上においては、フライアイレンズ4の複数のレンズ104a〜104dのそれぞれを透過した照明光が重なり合い、均一な照明がなされる。ウェハステージ32上にはウェハ31が配置される。偏光モニタマスク5を透過した光は投影レンズ13で集光され、ウェハ31表面に照射される。露光装置200にはカメラ21が組み込まれている。カメラ21はウェハ31表面に到達した光の光強度Iを測定する。カメラ21には電荷結合素子(CCD)カメラ等が使用可能であり、CCDカメラの光電変換機能により、ウェハ31表面からの反射光の明暗を電圧の大小に変換し、光強度Iを測定する。
第1の実施の形態に係る偏光モニタマスク5は、図3に示すように、石英ガラス等からなる透明なマスク基板1、及びマスク基板1上に設けられ、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターン10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10hを備える。
図3に示す格子パターン10aの長手方向に対して格子パターン10bは135度方向に、格子パターン10cは90度方向に、格子パターン10dは45度方向に延伸している。また格子パターン10aの長手方向に対して格子パターン10hは45度方向に、格子パターン10gは90度方向に、格子パターン10fは135度方向に延伸している。さらに格子パターン10eは、格子パターン10aの長手方向と同じ方向に延伸している。
格子パターン10aは、拡大平面図である図4に示すように、それぞれストライプ状にマスク基板1上に配置された複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…の1次元配列による1次元格子である。複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…のそれぞれはクロム(Cr)等からなり、線幅wP及び100nmの膜厚を有する。また複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…のそれぞれは、下記(3)式で与えられる条件を満たすスペース幅pSをおいて配置されている。
pS ＜λ/ {M×(NA×(1 + σ))} …(3)
(3)式において、λは図2に示す光源3が照射する照明光の波長、Mは投影レンズ13の投影倍率、NAは投影レンズ13の開口数、σはコヒーレンスファクタを表す。スペース幅pSの大きさが(3)式を満たす場合、図5に示すように複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…によって生じる1次回折光は露光装置200の投影レンズ13に入射することができない。0次回折光以外の他の高次回折光についても同様である。したがって偏光モニタマスク5を透過した照明光は、0次回折光のみが図2に示す投影レンズ13に入射し、ウェハステージ32上に配置されるウェハ31に到達する。一例として、照明光の波長λが193nm、投影レンズ13の投影倍率Mが1/4、開口数NAが0.75、コヒーレンスファクタσが0.52の場合、図4に示すスペース幅pSが677.2nmよりも小さければ、偏光モニタマスク5を透過した照明光の0次回折光のみが投影レンズ13に入射する。このようにスペース幅pSが(3)式の条件を満たす場合、照明光の高次回折光がウェハ31に到達しないため、ウェハ31表面の配置位置がフォーカス位置からずれても、ウェハ31上の任意の位置に到達する光の光強度Iは、それぞれの位置で略一定に保たれる。
図3に示す他の格子パターン10b〜10hのそれぞれも、(3)式を満たす大きさのスペース幅pSをおいて配置された遮光パターンを有する。格子パターン10b〜10hのそれぞれの拡大平面図は図4と同様であるので、図示は省略する。図3に示す偏光モニタマスク5を用いることにより、図2に示す偏光子ホルダ16に配置された偏光子を透過した照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる。以下、偏光モニタマスク5によって照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる原理を説明する。
図3及び図4に示す格子パターン10aのスペース幅pSと図2に示すウェハ31上の格子パターン10aの投影領域の光強度Iとの関係を図6のグラフに示す。スペース幅pSが照明光の波長λ(193nm)の4倍（約800nm)以下になると、照射光の電場ベクトルの方向である偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して直角である場合と平行である場合とで、投影領域の光強度Iがそれぞれ異なる値をとるようになる。特にスペース幅pSが波長λの2倍（約400nm)以下になると、投影領域の光強度Iの違いが顕著になる。他の格子パターン10b〜10hのそれぞれにおいても同様である。
このように、格子パターン10a〜10hのそれぞれに対する照明光の偏光方向によって、照明光の透過率が異なってくる。そのため、図3に示す偏光モニタマスク5を図2に示す露光装置200に配置し、格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域の光強度Iを計測し比較すれば、偏光子ホルダ16に配置された偏光子を透過した照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる。
なお上述したように、複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…のスペース幅pSが(3)式の条件を満たす場合、ウェハ31上の任意の位置に到達する光の光強度Iはウェハ31のフォーカス位置からのズレに影響されない。したがって、露光装置200の投影レンズ13が非点収差を有する場合においても、図3に示すマスク基板1上における格子パターン10a〜10hのそれぞれの配置位置によって光強度Iの測定結果が変化することはない。
図1に示す光強度情報取得機構309は、図2に示すカメラ21が計測した図3に示す格子パターン10aの図2に示すウェハ31上における投影領域の光強度Iを第1光強度情報I1として取り込む。また光強度情報取得機構309は、格子パターン10bの投影領域の光強度Iを第2光強度情報I2、格子パターン10cの投影領域の光強度Iを第3光強度情報I3、格子パターン10dの投影領域の光強度Iを第4光強度情報I4、格子パターン10eの投影領域の光強度Iを第5光強度情報I5、格子パターン10fの投影領域の光強度Iを第6光強度情報I6、格子パターン10gの投影領域の光強度Iを第7光強度情報I7、及び格子パターン10hの投影領域の光強度Iを第8光強度情報I8として取り込む。
図1に示す偏光方向決定部311は、第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8のそれぞれを比較し、図2に示す露光装置200に配置された偏光モニタマスク5に照射された光の偏光方向を決定する。例えば、図6に示すように、照射光の偏光方向が格子パターン10a, 10eの長手方向に対して直角方向である場合、第1光強度情報I1及び第5光強度情報I5のそれぞれの値が最も強くなり、第2光強度情報I2、第4光強度情報I4、第6光強度情報I6、及び第8光強度情報I8のそれぞれの値は等しくなる。この場合、図1に示す偏光方向決定部311は、照明光の偏光方向は図3に示す格子パターン10a, 10eの長手方向に対して直角方向であると決定する。また、例えば第1光強度情報I1及び第5光強度情報I5のそれぞれの値が最も強くなり、第4光強度情報I4及び第8光強度情報I8のそれぞれの値が第2光強度情報I2及び第6光強度情報I6のそれぞれの値よりも強い場合は、照明光の偏光方向は格子パターン10cの長手方向から第1ラインアンドスペース10bの長手方向側に傾いていることを意味する。この場合図1に示す偏光方向決定部311は、第2光強度情報I2と第8光強度情報I8のそれぞれの値とを、あるいは第4光強度情報I4と第6光強度情報I6のそれぞれの値とを比較することにより、照明光の偏光方向を算出する。
CPU300には、入力装置312、出力装置313、プログラム記憶装置330、及び一時記憶装置331がさらに接続される。入力装置312としては、例えばキーボード、及びマウス等のポインティングデバイス等が使用可能である。出力装置313には液晶ディスプレイ、モニタ等の画像表示装置、及びプリンタ等が使用可能である。プログラム記憶装置330は、CPU300を制御するオペレーティングシステム等を保存する。一時記憶装置331は、CPU300による演算結果を逐次格納する。プログラム記憶装置330及び一時記憶装置331としては、例えば半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスクや磁気テープなどのプログラムを記録する記録媒体等が使用可能である。
次に図7に示すフローチャートを用いて第1の実施の形態に係る偏光モニタ方法について説明する。
(a) ステップS101で、図2に示す露光装置200にレチクルステージ11に偏光モニタマスク5を、偏光子ホルダ6に偏光子をそれぞれ配置する。ステップS102でウェハ31を用意し、ウェハステージ32上に配置する。ステップS103で、光源3から照明光を照射し、図3に示す複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれをウェハ31上に投影する。
(b) ステップS104で、図2に示すカメラ21で複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域の光強度Iを計測する。ステップS105で、図1に示す光強度情報取得機構309は図3に示す格子パターン10aの投影領域の光強度Iを第1光強度情報I1、格子パターン10bの投影領域の光強度Iを第2光強度情報I2、格子パターン10cの投影領域の光強度Iを第3光強度情報I3、格子パターン10dの投影領域の光強度Iを第4光強度情報I4、格子パターン10eの投影領域の光強度Iを第5光強度情報I5、格子パターン10fの投影領域の光強度Iを第6光強度情報I6、格子パターン10gの投影領域の光強度Iを第7光強度情報I7、及び格子パターン10hの投影領域の光強度Iを第8光強度情報I8として取り込む。
(c) ステップS106で、図1に示す偏光方向決定部311は第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8のそれぞれの値を比較し、図2に示す露光装置200に配置された偏光モニタマスク5に照射された光の偏光方向を決定し、第1の実施の形態に係る偏光モニタ方法を終了する。
以上示したように、図1に示す露光システム、図3及び図4に示す偏光モニタマスク5、及び図7に示す偏光モニタ方法によれば、図2に示す露光装置200の投影レンズ13に非点収差が存在する場合にも、正確に照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる。従来においては、非点収差によりウェハ31表面の総ての領域が投影レンズ13のフォーカス位置にあるとはいえず、光強度Iを測定しても非点収差による誤差を含んでいるという問題があった。これに対し、図3及び図4に示す偏光モニタマスク5は、複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…のスペース幅pSが(3)式の条件を満たすため、図5に示すように複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…によって生じる高次回折光が投影レンズ13に入射することができない。そのため、測定される投影領域の光強度Iは非点収差の影響を受けないため、高い精度で照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる。
（第1の変形例）
図8に示す露光システムが図1に示した露光システムと異なるのは、現像装置201及び観察装置202を更に備えている点である。図8に示す現像装置201は、露光装置200に配置され、図3に示す格子パターン10a〜10hのそれぞれが投影された図2に示すウェハ31の表面に塗布されたレジストを現像するために用いられる。現像装置201には、現像液濃度、温度、及び現像時間等の現像条件を管理可能な装置が使用可能である。図8に示す観察装置202は、格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域における現像後のレジスト残膜を測定するために用いられる。観察装置202には光学的膜厚測定装置等が使用可能である。
図4に示す格子パターン10aを14mJの偏光にされた照明光で膜厚250nmのレジストに投影しレジストを現像した場合における、格子パターン10aの投影領域のレジスト残膜と照明光の偏光方向の関係を図9に示す。図9に示すように、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して0°に近づくほどレジスト残膜は厚くなり、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して90°に近づくほどレジスト残膜は薄くなる。図3に示した他の格子パターン10b〜10cのそれぞれの投影領域においても同様の現象が生じる。
複数の格子パターン10a〜10cのそれぞれの投影領域におけるレジスト残膜の膜厚が照明光の偏光方向によって変化するのは、図6で説明したように、露光時におけるそれぞれの投影領域における光強度Iが照明光の偏光方向によって変化するからである。したがって、図8に示す観察装置202が測定する複数の格子パターン10a〜10cのそれぞれの投影領域におけるレジスト残膜の膜厚は、露光時におけるそれぞれの投影領域における光強度Iを反映する。
そのため、第1の変形例においては、図8に示す光強度情報取得機構309は複数の格子パターン10a〜10cのそれぞれの投影領域におけるレジスト残膜の膜厚を第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8として観察装置202から取り込む。
偏光方向決定部311が、第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8のそれぞれの値を比較し、図2に示す露光装置200に配置された偏光モニタマスク5に照射された光の偏光方向を決定するのは図1と同様であるので、詳細な説明は省略する。
次に図10に示すフローチャートを用いて第1の変形例に係る偏光モニタ方法について説明する。
(a) ステップS201からステップS203を図7のステップS101からステップS103で説明した方法と同様に実施する。次に、ステップS204で、図2に示すウェハ31上のレジストを図8に示す現像装置201で現像処理する。ステップS205で図3に示す複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域のレジスト残膜の膜厚を図8に示す観察装置202で測定する。
(b)ステップS206で、光強度情報取得機構309は図3に示す複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域のレジスト残膜の膜厚を第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8として図8に示す観察装置202から取り込む。
(c) ステップS207で、偏光方向決定部311は第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8のそれぞれの値を比較し、図2に示す露光装置200に配置された偏光モニタマスク5に照射された光の偏光方向を決定し、第1の変形例に係る偏光モニタ方法を終了する。
以上示したように、複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域のレジスト残膜の膜厚を測定することによっても、図2に示す露光装置200の照明光の偏光方向をモニタすることが可能となる。
（第2の変形例）
第2の変形例に係る図11に示す偏光モニタマスク55が図3に示す偏光モニタマスク5と異なるのは、複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれに隣接して平行に延伸し、図2に示す露光装置200でそれぞれ結像可能な線幅を有する複数の参照パターン30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30hを更に有する点である。複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれは、Cr等からなる遮光膜である。
図12の拡大平面図に示すように、参照パターン30aの線幅は990nmである。また格子パターン10aの複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…のそれぞれは120nmのスペース幅pSをおいてストライプ状に配置されている。参照パターン30aに最も隣接する遮光パターン100aと、参照パターン30aとのスペース幅も120nmである。図11に示した他の格子パターン10b〜10h及び参照パターン30b〜30hのそれぞれの拡大平面図は図12と同様であるので省略する。
ここで図2に示す露光装置200の解像限界Rは、一例として、プロセス係数k1が0.61、波長λが193nm、及び投影レンズ13の開口数NAが0.75であるとすると、(1)式より157nmである。露光装置200の投影レンズ13の投影倍率Mが1/4の場合、図12に示す参照パターン30aの投影像の線幅は隣接する格子パターン10aの影響がなければ本来247.5nmとなるはずである。ところが、格子パターン10aの複数の遮光パターン100a〜100cのそれぞれのスペース幅pSは(3)式の条件を満たすため、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して90度であれば、図6に示すように、格子パターン10aの投影領域の光強度Iはより強くなり、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して0度であれば投影領域の光強度はより弱くなる。したがって、図12に示す参照パターン30aの投影像の線幅は、照明光の偏光方向が90度であればより細くなり、照明光の偏光方向が0度であればより太くなる。
図2に示す光源3から16mJの光を照射し、偏光方向を変化させた場合の図12に示す参照パターン30aの投影像の線幅変化を示したグラフが図13である。図13に示すように、偏光方向が90度から0度に変化させていくと参照パターン30aの投影像の線幅が増加する。図11に示す他の参照パターン30b〜30hのそれぞれの投影像の線幅についても、同様の現象が生じる。したがって、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅を比較することにより、照明光の偏光方向を見積もることが可能となる。
参照パターン30a及び格子パターン10aをレジストに投影し、現像して得られるレジストパターンの断面形状を示したのが図14である。偏光方向を0度に変化させていくと格子パターン10aの投影領域の光強度Iがより弱くなるため、参照パターン30aを投影して得られるレジストパターンの格子パターン10aの投影領域と隣接する側のエッジがなだらかになり、結果としてレジストパターンの線幅が増加する。
なお第1の実施の形態で説明したように、図12に示す複数の遮光パターン100a, 100b, 100c…の間のスペース幅pSが(3)式の条件を満たす場合、図2に示すウェハ31上の格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域の光強度Iはフォーカス位置からのズレに影響されない。反対に参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅は、露光装置の200の解像限界Rより1.5倍以上大きいため、参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影領域の光強度Iは収差によって生じる程度のフォーカスずれには影響されない。したがって、露光装置200の光学系が非点収差を有する場合においても、マスク基板1上における格子パターン10a〜10h及び参照パターン30a〜30hのそれぞれの配置位置によって投影像の線幅の測定結果が変化することはない。
次に、図11に示す偏光モニタマスク55及び図1に示す露光システムを用いる場合の偏光モニタ方法について説明する。まず図7のステップS101からステップS103を偏光モニタマスク55を用いて第1の実施の形態と同様に実施した後、ステップS104で図11に示す複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅を図2に示すカメラ21で計測する。次に、ステップS105で図1に示す光強度情報取得機構309は複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅を第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8として取り込む。最後にステップS106を第1の実施の形態と同様に実施することにより、照明光の偏光方向を決定することが可能である。
あるいは図11に示す偏光モニタマスク55と図8に示す露光システムを用いて偏光モニタ方法を実施してもよい。この場合、図10のステップS201からステップS204を偏光モニタマスク55を用いて第1の変形例と同様にまず実施する。次にステップS205で図8に示す観察装置202は図11に示す複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影領域のレジストパターンの線幅を測定する。ステップS206で光強度情報取得機構309は複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影領域のレジストパターンの線幅を第1光強度情報I1、第2光強度情報I2、第3光強度情報I3、第4光強度情報I4、第5光強度情報I5、第6光強度情報I6、第7光強度情報I7、及び第8光強度情報I8として取り込む。最後にステップS207を第1の変形例と同様に実施することにより、照明光の偏光方向を決定することが可能である。
（第3の変形例）
図15に示す第3の変形例に係る偏光モニタマスク65が図11に示す偏光モニタマスク55と異なるのは、複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれと平行に延伸する複数の基準パターン40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g, 40hがマスク基板1上に配置されている点である。複数の基準パターン40a〜40hのそれぞれは、Cr等からなる遮光膜である。複数の基準パターン40a〜40hのそれぞれは、図2に示す露光装置200でそれぞれ結像可能な線幅を有する。
図13で説明したように、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の複数の格子パターン10a〜10hの投影領域と接する側の端は、照明光の偏光方向によってそれぞれ移動する。したがって、図15に示す複数の基準パターン40a〜40hのそれぞれの投影像と、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の複数の格子パターン10a〜10hの投影領域と接する側の端との相対距離を測定することによっても、照明光の偏光方向を決定することが可能となる。
また、参照パターン30aの投影像の格子パターン10aの投影領域と接する側の端と、参照パターン30eの投影像の格子パターン10eの投影領域と接する側の端のそれぞれは、照明光の偏光方向によって反対側に移動する。他の参照パターン30b, 30fのように同方向に延伸する組み合わせでも同様である。したがって偏光モニタマスク65を用いることにより、高精度に照明光の偏光方向による格子パターン10a〜10hのそれぞれの投影領域の光強度Iの変化を測定することが可能となる。
（第4の変形例）
第4の変形例に係る図16に示す偏光モニタマスク105が図11に示す偏光モニタマスク55と異なるのは、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれが、両端を複数の格子パターン10a〜10h及び図2に示す露光装置200の光学系においてそれぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、マスク基板1上に設けられた複数の格子パターン20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20hで挟まれている点である。
図17の拡大平面図に示すように、格子パターン20aはマスク基板1上に配置された複数の遮光パターン120a, 120b, 120c…を備える。複数の遮光パターン120a〜120cのそれぞれはCr等からなり、120nmのスペース幅pSをおいてストライプ状に配置されている。線幅1110nmの参照パターン30aに最も隣接する遮光パターン100aと、参照パターン30aとのスペース幅も120nmである。図16に示した他の格子パターン10b〜10h、参照パターン30b〜30hの、及び格子パターン20b〜20hのそれぞれの拡大平面図は図17と同様であるので省略する。
図16に示す偏光モニタマスク105を図2に示す露光装置200に配置した場合、図13の説明と同様の理由により、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅は照明光の偏光方向によって変化する。図18に参照パターン30aの投影像の線幅と、照明光の偏光方向の関係の一例を示す。図18に示すように、参照パターン30aの投影像の線幅は、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して90度であればより細くなり、照明光の偏光方向が格子パターン10aの長手方向に対して0度であればより太くなる。他の複数の参照パターン30b〜30hのそれぞれの投影像の線幅も同様である。したがって、複数の参照パターン30a〜30hのそれぞれの投影像の線幅を比較することにより、照明光の偏光方向を見積もることが可能となる。
（第2の実施の形態）
第2の実施の形態に係る露光システムの図19に示す光強度情報取得機構319は、図1に示した光強度情報取得機構309と同様に第1乃至第8光強度情報I1〜I8のそれぞれを取り込む。さらに図19に示す光強度情報取得機構319は、図2に示す波長板ホルダ17に1/4波長板を配置し、照明光を右回転円偏光にした場合の格子パターン10aの投影領域の光強度Iを右偏光光強度情報IRとして取り込む。また光強度情報取得機構319は、照明光を左回転円偏光にした場合の格子パターン10aの投影領域の光強度Iを左偏光光強度情報ILとして取り込む。なお、図19に示す光強度情報取得機構319が右偏光光強度情報IR及び左偏光光強度情報ILを取り込むために選択する投影領域は、格子パターン10aの投影領域に限定されることはなく、格子パターン10a〜10hのいずれの投影領域でもよい。
図19に示す偏光評価部310は、第1乃至第8光強度情報I1〜I8、右偏光光強度情報IR、及び左偏光光強度情報ILを基に、図2に示す偏光子ホルダ16に配置された偏光子を透過した照明光の偏光状態を評価する。偏光状態の評価にはストークスパラメータが採用可能である。「ストークスパラメータ」は、下記(4)乃至(7)式で表される4つのパラメータs0、s1、s2、及びs3からなる。
s0 = I0° + I90° …(4)
s1 = I0° - I90° …(5)
s2 = I45° - I135° …(6)
s3 = IR - IL …(7)
ここでI0°は第1乃至第8光強度情報I1〜I8の任意の一である。例えば第1光強度情報I1がI0°に選択された場合、I45°は図3に示す格子パターン10aに対して45度方向に延伸する格子パターン10bの投影領域の第2光強度情報I2である。またI90°は格子パターン10aに対して90度方向に延伸する格子パターン10cの投影領域の第3光強度情報I3であり、I135°は格子パターン10aに対して135度方向に延伸する格子パターン10cの投影領域の第4光強度情報I4である。
4つのパラメータs0、s1、s2、及びs3は完全偏光の場合には下記(8)式の関係を満たし、部分偏光の場合には下記(9)式の関係を満たす。
s0 2 = s1 2 + s2 2 + s3 2 …(8)
s0 2 > s1 2 + s2 2 + s3 2 …(9)
図19に示す偏光評価部310は(4)乃至(7)式を用いてストークスパラメータs0〜s3のそれぞれを算出する。さらに偏光評価部310は、算出したストークスパラメータs0〜s3が(8)式の条件を満たせば照明光は完全偏光であると評価し、(9)式の条件を満たせば、照明光は部分偏光であると評価する。
図19に示す露光システムのその他の構成要件は図1と同様であるので、説明は省略する。
次に図20に示すフローチャートを用いて第2の実施の形態に係る偏光モニタ方法について説明する。
(a) ステップS301からステップS306を図7のステップS101からステップS106で説明した方法と同様に実施する。次にステップS307で、図2に示す波長板ホルダ17に1/4波長板を配置する。このとき、偏光子ホルダ16に配置された偏光子で直線偏光にされた照明光の偏光面が、1/4波長板の光学軸に対して45°の角度になるように1/4波長板を配置する。次にカメラ21で格子パターン10aの投影領域の光強度Iを計測する。ステップS308で、図19に示す光強度情報取得機構319は格子パターン10aの投影領域の光強度Iを右偏光光強度情報IRとして取り込む。
(b) ステップS309で、図2に示す波長板ホルダ17に配置された1/4波長板を、偏光子ホルダ16に配置された偏光子で直線偏光にされた照明光の偏光面が、1/4波長板の光学軸に対して135°の角度になるように設定する。次にカメラ21で格子パターン10aの投影領域の光強度Iを計測する。ステップS310で、図19に示す光強度情報取得機構319は格子パターン10aの投影領域の光強度Iを左偏光光強度情報ILとして取り込む。
(c) ステップS111で図19に示す偏光評価部310は、(4)式乃至(9)式を用いて照明光の偏光状態を評価し、第2の実施の形態に係る偏光モニタ方法を終了する。
以上示したように、図19に示した露光システム、図3に示した偏光モニタマスク5、及び図20に示した偏光モニタ方法によれば、図2に示す露光装置200の投影レンズ13に非点収差が存在する場合にも、正確に照明光の偏光状態をモニタすることが可能となる。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、図3に示した偏光モニタマスク5においては、複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれは正八角形の辺を形成するように配置されている。しかし、複数の格子パターン10a〜10hのそれぞれの配置は図3に示した例に限定されることはない。例えば図21に示すように、格子パターン10aの長手方向に対して格子パターン10bを45度方向に、格子パターン10cを90度方向に、格子パターン10dを135度方向に、格子パターン10hを-45度方向に、格子パターン10gを-90度方向に、格子パターン10fを-135度方向に、格子パターン10eを180度方向に延伸するよう配置してもよい。
また測定精度を高めるために、図7で説明した偏光モニタ方法を1度実施した後、図2に示したレチクルステージ11上に配置された偏光モニタマスク5を90度回転させた後に図7で説明した偏光モニタ方法を再度実施し、算出される照明光の偏光方向の両者の平均値を求めてもよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の第1の実施の形態に係る露光システムを示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態に係る露光装置の模式図である。 本発明の第1の実施の形態に係る偏光モニタマスクの平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る格子パターンの拡大平面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る光学系の概念図である。 本発明の第1の実施の形態に係るピッチと光強度の関係を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態に係る偏光モニタ方法を示すフローチャート図である。 本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る露光システムを示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る偏光方向とレジスト残膜の膜厚との関係を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係る偏光モニタ方法を示すフローチャート図である。 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る偏光モニタマスクの平面図である。 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る偏光モニタマスクの拡大平面図である。 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る偏光方向と投影像の線幅の増加量との関係を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態の第2の変形例に係る偏光方向とレジストパターンの線幅との関係を示すグラフである。 本発明の第1の実施の形態の第3の変形例に係る偏光モニタマスクの平面図である。 本発明の第1の実施の形態の第4の変形例に係る偏光モニタマスクの平面図である。 本発明の第1の実施の形態の第4の変形例に係る偏光モニタマスクの拡大平面図である。 本発明の第1の実施の形態の第4の変形例に係る偏光方向と投影像の線幅との関係を示すグラフである。 本発明の第2の実施の形態に係る露光システムを示すブロック図である。 本発明の第2の実施の形態に係る偏光モニタ方法を示すフローチャート図である。 本発明のその他の実施の形態に係る偏光モニタマスクの平面図である。
符号の説明
1…マスク基板
5, 55, 65, 105…偏光モニタマスク
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 20a, 20b, 20c, 20d, 20e, 20f, 20g, 20h…格子パターン
30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h…参照パターン
200…露光装置
309, 319…光強度情報取得機構
310…偏光評価部
311…偏光方向決定部

Claims (7)

  1. それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影する露光装置と、
    前記複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得する光強度情報取得機構と、
    前記それぞれの投影領域の光強度情報を比較し、前記照明光の偏光方向を決定する偏光方向決定部
    とを備えることを特徴とする露光システム。
  2. 前記それぞれの投影領域の光強度情報を基に前記照明光の偏光状態を評価する偏光評価部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の露光システム。
  3. マスク基板と、
    前記マスク基板上に設けられ、露光装置の光学系においてそれぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターン
    とを備えることを特徴とする偏光モニタマスク。
  4. 前記マスク基板上に設けられ、前記複数の格子パターンのそれぞれに平行して延伸し、前記露光装置で結像可能な線幅をそれぞれ有する複数の参照パターンを更に備えることを特徴とする請求項３に記載の偏光モニタマスク。
  5. それぞれ高次回折光が結像しないスペース幅を有し、互いに異なる方向に延伸する複数の格子パターンを照明光で投影するステップと、
    前記複数の格子パターンのそれぞれの投影領域の光強度情報を取得するステップと、
    前記それぞれの投影領域の光強度情報を比較し、前記照明光の偏光方向を決定するステップ
    とを含むことを特徴とする偏光モニタ方法。
  6. 前記それぞれの投影領域の光強度情報を取得するステップは、
    前記複数の格子パターンが投影されたレジストを現像するステップと、
    前記現像されたレジストの形状を測定するステップ
    とを更に含むことを特徴とする請求項５に記載の偏光モニタ方法。
  7. 前記それぞれの投影領域の光強度情報を基に前記照明光の偏光状態を評価するステップを更に備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の偏光モニタ方法。
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