JP2006245374A

JP2006245374A - Ｅｕｖ露光装置の調整方法

Info

Publication number: JP2006245374A
Application number: JP2005060201A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kamijo; 康一上條
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】転写されるパターンに応じて、露光時に発生する収差・歪みを正しく補正をすることが可能なＥＵＶ露光装置の調整方法を提供する。
【解決手段】ステップＳ１で、レチクル面を分割して小領域に分けた場合に、各小領域全体にパターンが形成されていると仮定した場合の、各小領域からの反射光が、各ミラーの反射面に与える照射光量分布を計算する。ＬＳＩに形成すべきパターンが決定されると、そのデータがステップＳ２で計算機に入力される。すると、計算機は、ステップＳ３で、そのパターンを露光する際の、各ミラー面における照度分布を計算する。次にステップＳ４で各ミラー面の変形を計算する。次に、ステップＳ６〜ステップＳ８の繰り返し計算により、ステップＳ４で計算された各ミラー面の熱変形によって発生する結像の収差や歪を補正するための、補正パラメータを求める。最後に、ステップＳ９で補正パラメータの値を出力して計算を終了する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＵＶ光（極端紫外線とも呼ばれ、本明細書及び特許請求の範囲においては、波長が150nm以下の光又はＸ線を意味する）を使用して、レチクル（マスクを含む）に形成されたパターンをウエハ等の感応基板上に露光転写するＥＵＶ露光装置（極端紫外線露光装置）に関するものである。

半導体素子又は液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、マスク(本明細書および特許請求の範囲においてはレチクルを含む)に形成されたパターン像を、投影光学系を介して感光材（レジスト）が塗布されたウエハ上の各投影（ショット）領域に縮小して投影する縮小投影露光装置が使用されている。半導体素子、液晶表示素子等の回路は、上記投影露光装置でウエハやガラス上に回路パターンを露光することにより転写され、後処理によって形成される。

近年、集積回路の高密度集積化、すなわち、回路パターンの微細化が進められてきた。これに対応するため、投影露光装置における投影光も短波長化される傾向にある。すなわち、これまで主流だった水銀ランプの輝線に代わって、KrFエキシマレーザー（248nm）が用いられるようになり、さらに短波長のArFエキシマレーザー（193nm）を用いた投影露光装置が実用化されている。また、更なる高密度集積化をめざしてＦ_２レーザー（157nm）を使用する露光装置や液浸機構を有する光露光装置の開発も進められている。

さらに、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代えてこれより短い波長（11〜14 nm）のＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィが開発されている。この技術は、ＥＵＶリソグラフィと呼ばれており、従来の光リソグラフィでは実現不可能な45nm以下の解像力を得られると共に、焦点深度が深いこと、丈夫で耐久性のある反射マスクを使用できることの利点を持ち、次世代の露光転写技術として期待されている。

このような、ＥＵＶ光を使用した露光装置（ＥＵＶ露光装置）の概要を図４に示す。光源３１から放出されたＥＵＶ光３２は、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡３４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー３５ａおよび３５ｂからなるオプティカルインテグレータ３５に入射する。

こうして、フライアイミラー３５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ３５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は平面反射鏡３６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する。ここで、円弧状の照明領域を形成するための開口板は、図示していない。

マスクＭの表面で反射された光は、その後、投影光学系３７のミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５、Ｍ６で順に反射されて、マスクＭの表面に形成されたパターンの像を、ウエハ３８上に塗布されたレジスト３９上に形成する。

このようなＥＵＶ露光装置に使用されるミラーは、基板の上に多層膜を形成し、各多層膜間で反射されるＥＵＶ光の位相を合わせて大きな反射率を得るものであるが、通常の可視光域におけるミラーに比して得られる反射率は小さく、現在では、波長が13.5nmのＥＵＶ光の場合、７０％程度に留まっている。すなわち、ＥＵＶ光が持つエネルギーのうち３０％程度がミラーで吸収され熱となる。

このため、ＥＵＶ露光装置の処理速度を上げるためＥＵＶ光の強度を上げると、熱によりミラー面が変形し転写像に収差・歪みが発生してしまうという問題点が発生する。このような解像性能の劣化を補償するため、転写光学系を構成するミラーに微小な移動・傾きを与える解決策が提案されていたが、従来はＥＵＶ光源の照射強度に応じて補正量を与える程度のアイデアにとどまっていた。

しかし、実用上は転写されるパターンは様々であり、例えば半導体デバイスのロジック部分によくみられるコンタクトホールと、メモリ領域のラインアンドスペースとではパターンの粗密が異なる。パターンの粗密は鏡面における発熱分布に影響を与え、その結果、鏡面の変形、引いては転写像に発生する収差・歪みの大きさや傾向も、転写されるパターンの粗密の影響を受ける。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、転写されるパターンに応じて、露光時に発生する収差・歪みを正しく補正をすることが可能なＥＵＶ露光装置の調整方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、ＥＵＶ露光装置の調整方法であって、露光転写されるパターンから、当該ＥＵＶ露光装置の投影光学系を構成するミラー面における照度分布を算出し、算出された照度分布から当該ミラー面の変形量を算出し、算出された変形量から、当該変形により発生する転写像の歪み又は収差のうち少なくとも一方を算出し、当該歪み又は収差を低減する前記ミラーの移動量又は傾き量を算出し、当該算出値に基づいて、前記ミラーの移動量又は傾き量の少なくとも一つを調整することを特徴とするＥＵＶ露光装置の調整方法である。

本手段においては、まずウエハ等の感応基板に転写すべきパターンから投影光学系を構成する個々のミラー面における照度分布を計算し、その後に、各ミラー面の面変形を計算する。次にミラー面の変形により転写像に生じる収差と歪みのうち少なくとも一方を計算し、これらを低減するようなミラーの移動と傾きの補正量を算出する。実際に使用されるパターンの粗密の影響を考慮して熱変形及びこれに起因する収差の計算を行うことができるので、正確に照射熱の転写像への影響を補正し、収差と歪みの低減されたパターンをウエハ上に形成することができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記ミラー面における照度分布を算出する方法が、レチクル面を複数のエリアに分割し、分割された各エリアの全域にパターンが形成されている場合の、前記ＥＵＶ露光装置の投影光学系を構成するミラー面における照度分布（エリア照度分布）を、前記各エリア毎に計算しておき、実際に露光転写するパターンが与えられた場合に、前記各エリアにおける前記パターンの占有率を計算し、当該エリアの占有率と当該エリアの前記エリア照度分布を掛けて、その値を全エリアについて足し合わせたものを、前記ミラー面における照度分布とする方法であることを特徴とするものである。

本手段は、実際に露光転写されるパターンが分かる前に、レチクル面を複数のエリアに分割し、分割された各エリアの全域にパターンが形成されている場合の、前記ＥＵＶ露光装置の投影光学系を構成するミラー面における照度分布（エリア照度分布）を、前記各エリア毎に計算しておくようにしている。この計算は、露光転写されるパターンによらず一定である。よって、実際に露光転写されるパターンが分かった後の計算を簡単にすることとができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のＥＵＶ露光装置の調整方法を行った後に残った歪を低減するように、露光転写するパターンを変形することを特徴とするＥＵＶ露光装置の調整方法である。

前記第１の手段及び第２の手段においては、実際に使用されるパターンの粗密の影響を考慮して熱変形に起因する収差と歪みを低減することができるが、ミラー面に移動と傾きを与える方法では低減できる程度に限度がある。そこで熱変形により転写像に生じる歪みを計算して、予めマスクに形成するパターンを逆に歪ませておくことにより、最終的に感応基板に形成されるパターンを正確にすることができる。

本発明によれば、転写されるパターンに応じて、露光時に発生する収差・歪みを正しく補正をすることが可能なＥＵＶ露光装置の調整方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例を示すフローチャートであり、与えられたＬＳＩのパターンから、露光転写時に転写光学系のミラー面に与えるべき移動量及び傾き量を算出する方法を示すものである。この方法は、通常計算機を用いて行われる。

図１において、まずステップＳ１で、レチクル面を分割して小領域に分けた場合に、各小領域全体にパターンが形成されていると仮定した場合の、各小領域からの反射光が、各ミラーの反射面に与える照射光量分布を計算する。

この様子を、図２を用いて説明する。通常、レチクルとウエハは、各々一方向に走査されながら露光転写が行われる。この方向のことを走査方向と称する。この実施の形態においては、図２（ａ）に示すようにレチクル１を走査方向と直角な方向にＮ個の矩形に分割する。各矩形領域２をｎ（ｎ＝１〜Ｎ）番目の領域と称する。

一方、投影光学系のＭ個のミラーのそれぞれをｉ番目のミラー（ｉ＝１〜Ｍ）とし（図２（ｂ）においてはｉ番目のミラーを符号３で示している）、各ミラーの表面を正方形の微小な矩形領域４に分割し各々の矩形領域４の位置を（ｘ，ｙ）で表現する。

強度Ｉ_０のＥＵＶ光でレチクル１面を照射し、レチクル１を走査した場合、レチクル１のｎ番目の領域で反射されたＥＵＶ光は、ｉ番目のミラー３を照射するが、そのうち、（ｘ、ｙ）の位置にある矩形領域４を照射するＥＵＶ光の強度を、
Ｉ＝Ｉ（ｎ，ｉ，ｘ，ｙ）Ｉ_０ …(1)
で表す。物面上の単純な図形、例えば単なる矩形を像面に転写する際のミラー面における照度分布を求める方法は当業者に周知のものであり、市場で販売されている光学計算プログラム（例えば商品名ＣＯＤＥ−Ｖ）も提供されているので、Ｉは、それらを適宜選択して計算することができる。上記のような照度Ｉを、考えられるすべてのｎ、ｉ、ｘ、ｙについて求めておく。

図１のフローチャートとは別にＬＳＩ設計が行われ、それにより１個のＬＳＩに形成すべきパターンが決定される。
そのデータがステップＳ２で計算機に入力される。すると、計算機は、ステップＳ３で、そのパターンを露光する際の、各ミラー面における照度分布を計算する。その方法を図３を参照して説明する。図３に示すように、レチクル１にハッチングで示すような露光パターン５が形成されているものとする。そして、ｎ番目の矩形領域４において、露光パターン５がその面積中に占める割合をａとする。

実際の露光においてレチクル１を照明するＥＵＶ光の強さをＩ_１とするとき、図３に示すような露光パターンを露光中に、ｉ番目のミラーの、（ｘ、ｙ）の位置にある矩形領域を照射するＥＵＶ光の強度Ｉrは、

として求めることができる。

次にステップＳ４で各ミラー面の変形を計算する。各ミラーの各微小部分に照射されるＥＵＶ光の強度は（２）式により計算されているので、この計算は有限要素法により行うことができ、市場で販売されている熱伝導解析ソフトウェア及び構造解析ソフトウェア（例えば、商品名ＮＡＳＴＲＡＮ、Ｉ−ＤＥＡＳ、ＡＮＳＹＳ等）を適宜選択して計算することができる。具体的には、これらのプログラムにより、ステップＳ３で求められた照度分布に従って、ミラー表面の有限要素に発熱荷重を設定して熱伝導解析を行い、その結果の温度分布によりミラー面に発生する変形を構造解析により求める。

ステップＳ５では、各ミラーの微小な移動または傾きをパラメータとして初期設定を行う。初期値としては、普通補正パラメータを０とした、各ミラーの位置、傾きの標準値を使用する。この標準値は、例えばミラー面が熱変形を起こさなかった場合に収差や歪を最適にするような値を使用する。

次に、ステップＳ６〜ステップＳ８の繰り返し計算により、ステップＳ４で計算された各ミラー面の熱変形によって発生する結像の収差や歪を補正するための、補正パラメータを求める。

ステップＳ６で、各ミラー面の熱変形により転写像に発生する収差と歪みを計算する。この計算も当業者に周知のものであり、また、市販のソフトウェア（例えば商品名ＣＯＤＥ−Ｖ）により機能が供給されているので行うことができる。

ステップＳ７では収差と歪みの評価を行う。収差や歪みが予めユーザーにより設定された許容範囲内の大きさでない場合は、ステップＳ８で補正パラメータの値を変えステップＳ５に処理を戻す。許容範囲内となった場合にはループを抜け、ステップＳ９で補正パラメータの値を出力して計算を終了する。ループを終了するか否かの条件は単に収差や歪みの大きさだけでなく、収差や歪みの大きさの変化率（収束度）により判断してもよい。

ステップＳ８における最も簡単な補正パラメータの変化のさせ方は、まず試験的に微少量だけ補正パラメータを増加させた場合と減少させた場合の収差及び歪みの変化を、各補正パラメータについて調べ、これらがより小さくなる方向に、各補正パラメータを変化させる方法（一種の山登り法）である。その他、周知の最適化手法を選択して用いることができる。

ステップＳ５からＳ８までの補正パラメータの算出には、上記の他、通常の光学系最適化に用いられるＤＬＳ法（減衰最小二乗法）などの方法を代わりに用いてもよい。又、上述のＣＯＤＥ−Ｖには、求められた収差や歪の大きさを入力すると、これらを小さくする補正パラメータを自動的に計算するプログラムが含まれているので、これを使用してもよい。

以上により具体的な露光パターンの粗密に応じた補正パラメータを算出し、これに応じて投影光学系の各ミラーを動かすことにより転写像の収差及び歪みを低減できる。しかし、ミラーの移動や傾きでは、基本的に転写像の倍率や位置ずれなどの１次歪みを補正することはできるが、複雑な歪みを補正することは難しい。

そこで、ミラーを動かして補正を行った後にまだ残る歪みを、逆向きに予めマスクに作り込むパターンに与え歪ませることにより、最終的にウエハに形成されるパターンを正しいものとすることができる。

例えば、熱変形によりウエハ上のｘ座標でｘの位置に転写されるべき像が、ｘ＋ｋｘ^２（ｋは係数）の位置に転写されるような歪みが転写像に生じているとき、ミラーの移動により、ｘの位置に転写されるべき像がｘ＋ｃｘ（ｃは定数）の位置に転写されるような倍率変化を与えて補正するようにすることを考える。

ｘ座標のフィールドでの最大値をｘ_０とするとき、例えばｘ＝０とｘ＝ｘ_０の点で歪を０とするような補正を行うと、ｘ＝０とｘ＝ｘ_０との中間の点では、残る歪の大きさが一方向に偏って、その結果、残る歪の量が大きくなってしまう。よって、このような補正方法とるのでなく、補正後に残る歪の量を、残る歪量をプラス方向とマイナス方向に振り分けて小さくすることが望ましい。

残る歪量Ａを最小にするには、
Ａ（ｘ）＝（ｋｘ^２−ｃｘ） …（３）
であるから、この絶対値の０≦ｘ≦ｘ_０における最大値が、最小となるようにｃの値を定めればよい。残る歪の量の絶対値が最大となる点は、Ａが極大値又は極小値をとる点か、ｘ＝ｘ_０の点である。

Ａが極大値又は極小値をとる点は、Ａをｘで微分して０とおいた
ｘ_１＝−ｃ／（２ｋ） …（４）
の点であり、このときの歪量は、（４）を（３）式に代入して
Ａ（ｘ_１）＝−ｃ^２／（４ｋ） …（５）
である。

一方、ｘ_０におけるＡの値は
＝（ｋｘ_０ ^２−ｃｘ_０） …（６）であるから
よって、Ａ（ｘ_１）＝−Ａ（ｘ_０）として、残る歪量をプラス方向とマイナス方向に振り分けることにより、残る歪を最小にすればよい。

この方程式より、ｃを求めると、

となり、このとき、各点において補償しきれずに残る歪は、

となる。

そこで、レチクルに形成する像のｘ方向の位置を、

だけシフトさせておけば、この歪を補正することができる。但し、ｂは縮小倍率で、例えばレチクル像が１／４となってウエハ上に転写される場合には４である。

本発明の実施の形態の１例を示すフローチャートである。各小領域からの反射光が、各ミラーの反射面に与える照射光量分布を計算する方法を説明するための図である。パターンを露光する際の、各ミラー面における照度分布を計算するための図である。ＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。

符号の説明

１…レチクル、２…矩形領域、３…ミラー、４…矩形領域、５…露光パターン

Claims

ＥＵＶ露光装置の調整方法であって、露光転写されるパターンから、当該ＥＵＶ露光装置の投影光学系を構成するミラー面における照度分布を算出し、算出された照度分布から当該ミラー面の変形量を算出し、算出された変形量から、当該変形により発生する転写像の歪み又は収差のうち少なくとも一方を算出し、当該歪み又は収差を低減する前記ミラーの移動量又は傾き量を算出し、当該算出値に基づいて、前記ミラーの移動量又は傾き量の少なくとも一つを調整することを特徴とするＥＵＶ露光装置の調整方法。
前記ミラー面における照度分布を算出する方法が、レチクル面を複数のエリアに分割し、分割された各エリアの全域にパターンが形成されている場合の、前記ＥＵＶ露光装置の投影光学系を構成するミラー面における照度分布（エリア照度分布）を、前記各エリア毎に計算しておき、実際に露光転写するパターンが与えられた場合に、前記各エリアにおける前記パターンの占有率を計算し、当該エリアの占有率と当該エリアの前記エリア照度分布を掛けて、その値を全エリアについて足し合わせたものを、前記ミラー面における照度分布とする方法であることを特徴とする請求項１に記載のＥＵＶ露光装置の調整方法。
請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置の調整方法を行った後に残った歪を低減するように、露光転写するパターンを変形することを特徴とするＥＵＶ露光装置の調整方法。