JP2007234716A

JP2007234716A - 露光方法

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Publication number: JP2007234716A
Application number: JP2006051779A
Authority: JP
Inventors: Hideki Komatsuda; 秀基小松田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】フレアによる露光パターンの線幅のばらつきを抑制することができる露光方法を提供する。
【解決手段】所定のパターンを投影光学系を用いて基板上に投影露光する露光方法において、投影光学系が有する散乱特性を計測する散乱特性計測工程（Ｓ１０）と、散乱特性計測工程により計測された散乱特性に基づいて、基板上でのフレア量分布を算出するフレア量分布算出工程（Ｓ１１）と、フレア量分布算出工程により算出されたフレア量分布に基づいて補正ドーズ量分布を算出する補正ドーズ量分布算出工程（Ｓ１２）と、所定のパターンを基板上に投影露光する前、または投影露光した後、補正ドーズ量分布算出工程により算出された補正ドーズ量分布に基づいて基板上に補正露光を行なう補正露光工程（Ｓ１４）とを含む。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体素子、液晶表示素子等のマイクロデバイスをリソグラフィ工程で製造するための露光装置を用いた露光方法に関するものである。

近年、半導体素子回路の微細化に伴い、解像力を更に向上させるために、短い波長（５〜２０ｎｍ）のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を使用した投影リソグラフィ技術が開発されている。この波長域では、従来のレンズのような透過屈折型の光学素子を使用できず、ミラー等の反射型の光学素子を使用し、レチクルとして反射型レチクルを用いる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２２４０５３号公報

ところで、基板上にレチクルに形成されたパターンを露光する際、露光装置を構成する光学素子の表面粗さ等により散乱光が発生する。この散乱光は、フレアと呼ばれるノイズ光となり、結像性能に悪影響を与え、基板上に露光されたパターンの線幅にばらつきが生じる。この現象は、レチクルに描かれたパターンの線幅が同じであるにもかかわらず、このパターンがウエハに投影され、現像された時に露光された位置により像の線幅が異なる現象である。特に、ＥＵＶ用露光装置において用いられる反射型光学素子は、屈折型光学素子と比較して、その表面粗さの影響が大きくなる。また、光学素子の表面粗さの影響は入射する光の波長に対する表面粗さの大きさが問題となる。ここで、ＥＵＶ光の波長はＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等の波長より短く、ＥＵＶ光に対する光学素子の表面粗さは大きくなり、ＥＵＶ用露光装置においては散乱光の発生量が多くなる。

また、露光装置の使用を重ねることによりレンズやミラー等の光学素子の表面の形状が変化したり、表面に異物が付着した場合においても、散乱光の発生が変化し、基板上に露光されたパターンの線幅にばらつきが生じていた。

この発明の課題は、フレアによる露光パターンの線幅のばらつきを抑制することができる露光方法を提供することである。

ところで、フレアに起因する露光パターンの線幅のばらつきは、主に、フレア量が場所により異なることにより生ずる。もちろん、フレアそのものも、像のコントラストを低下させ、デフォーカス時の線幅変化を大きくし焦点深度の減少を招く等、結像へ悪影響をおよぼすが、フレア量が位置により異なる場合の悪影響は、同じ焦点深度の減少という観点のみを考慮しても、桁違いに大きくなる。

露光パターンの線幅ばらつきに対する影響については、所謂近接効果補正（ＯＰＣ）と呼ばれる手法と同様の手法を用いてレチクルに形成されるパターンを変形させることにより補正を行う事が考えられるが、この補正に要する計算量は膨大であり、経済的な理由から実質的には不可能である。

そこで、本発明では、フレアの絶対量を低減するのではなく、面内のフレアが少ない箇所に意図的にフレアを加えることにより、フレアの絶対量が例え増えたとしても、フレア量の面内ばらつき（フレア量分布）を低減させるという露光方法を提案する。具体的には、以下のような方法である。

この発明の露光方法は、所定のパターンを投影光学系を用いて基板上に投影露光する露光方法において、前記投影光学系が有する散乱特性を計測する散乱特性計測工程（Ｓ１０）と、前記散乱特性計測工程（Ｓ１０）により計測された前記散乱特性に基づいて、前記基板上でのフレア量分布を算出するフレア量分布算出工程（Ｓ１１）と、前記フレア量分布算出工程（Ｓ１１）により算出された前記フレア量分布に基づいて補正ドーズ量分布を算出する補正ドーズ量分布算出工程（Ｓ１２）と、前記所定のパターンを前記基板上に投影露光する前、または投影露光した後、前記補正ドーズ量分布算出工程（Ｓ１２）により算出された前記補正ドーズ量分布に基づいて前記基板上に補正露光を行なう補正露光工程（Ｓ１４）とを含むことを特徴とする。

また、この発明の露光方法は、所定のパターンを投影光学系を用いて基板上に投影露光する露光方法において、前記基板上でのフレア量分布を求めるフレア量分布導出工程と、前記フレア量分布導出工程により導出された前記フレア量分布に基づいてフレア量が相対的に少ない領域に補正露光を行なう工程とを含むことを特徴とする。

この発明の露光方法によれば、所定のパターンを基板上に投影露光する前、または投影露光した後、基板上でのフレア量分布に基づく補正ドーズ量分布に基づいて基板上に補正露光を行なうため、基板上に均一のフレアが生じているのと等価となり、フレアによる露光パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。したがって、良好な露光を行なうことができる。

以下、図面を参照して、この発明の第１の実施の形態にかかる露光方法について説明する。第１の実施の形態においては、ＥＵＶ光を露光光とするＥＵＶ用露光装置を用いて、反射型レチクル上に形成されたパターンを投影光学系を用いてウエハ（基板）上に投影露光する露光方法について説明する。

ウエハ上にパターンを投影露光する際、露光装置を構成するレンズやミラー等の光学素子の表面粗さ等により散乱光が発生する。この散乱光は、フレアと呼ばれるノイズ光となり、結像性能に悪影響を与え、ウエハ上に露光されるパターンの線幅にばらつきが生じる。また、露光装置の使用を重ねることにより露光装置を構成する光学素子の表面の形状が変化したり、表面に異物が付着することに散乱光の発生に変化が生じ、ウエハ上に露光されるパターンの線幅にばらつきが生じる。

ここで、ＥＵＶ用露光装置では、屈折型光学素子を使用することができず反射型光学素子を用いるため、露光光としてＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザを用いた露光装置と比較して散乱光の発生量が多くなる。即ち、屈折型光学素子の屈折面に入射する露光光の波面がｎ−１（ｎは屈折率）の割合で屈折面の粗さの影響を受けるのに対し、反射型光学素子の反射面により反射される露光光の波面は反射面の粗さの２倍の影響を受ける。屈折率ｎが平均して約１．５であるため、露光光の波面は、屈折型光学素子の表面粗さの影響の４倍の反射光学素子の表面粗さの影響を受ける。

また、光学素子の表面粗さの露光光に対する影響は露光光の波長に対する表面粗さの大きさが問題となる。ここで、ＥＵＶ光の波長はＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等の波長より短いため、ＥＵＶ光に対する反射型光学素子の相対的な表面粗さは大きくなる。したがって、ＥＵＶ用露光装置においては散乱光の発生量が多くなる。例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザと波長１３．５ｎｍのＥＵＶ光とでは波長比が１４．３倍であるため、ＥＵＶ光の波面は、ＡｒＦエキシマレーザの波面の１４．３倍の光学素子の表面粗さの影響を受ける。

散乱光により発生するフレアは、波面揺らぎの２乗に比例するため、同一の表面粗さを有する屈折型光学素子と比較して発生するフレアの光エネルギ量は、（４倍×１４．３倍）^２＝３２７２倍となる。したがって、ＥＵＶ用露光装置においては、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等を露光光として用いる露光装置と同一のレベルにまでフレアを抑制することは困難であった。

また、フレアの発生量はレチクル面上に形成されているパターン密度により異なり、フレアの量及びフレアのウエハ面内分布は、露光装置本体が有する散乱光のばらつきとレチクルパターンのレイアウトにより変化する。図１は、レチクルパターンＭに対するウエハ面内における露光光強度分布を示すグラフである。レチクルパターンＭの光が反射する領域Ａ１〜Ａ４と光が吸収される領域Ｂ１〜Ｂ５において、反射する領域Ａ１，Ａ２が大きい場合、フレアの発生量は多くなり、図１の補正前のグラフに示すように、領域Ｂ１，Ｂ２に対応する領域に多くのフレアが回り込み、領域Ｂ１，Ｂ２に対応するウエハ面上の領域の光強度が強くなる。また、反射する領域Ａ３，Ａ４が小さい場合、フレアの発生量は少なくなり、図１の補正前のグラフに示すように、領域Ｂ４，Ｂ５に対応する領域に回り込むフレアが少なく、領域Ｂ４，Ｂ５に対応するウエハ面上の領域の光強度が弱くなる。なお、領域Ｂ３は、フレアの影響を少し受けるため、光強度が少し強くなる。このように、ウエハ面内においてフレアの発生量にばらつきがあるため、フレアによりパターンの線幅にばらつきが生じていた。即ち、露光装置毎に、かつレチクル毎に特有のフレアが発生し、基板上に露光されるパターンの線幅を制御することが困難であった。

この実施の形態にかかる露光方法おいては、フレア量分布による露光パターンの線幅のばらつきを抑えて露光を行なう。図２は、実施の形態にかかる露光方法について説明するためのフローチャートである。

まず、反射型レチクルに形成されているパターン（以下、本パターンという。）をウエハ上に露光するＥＵＶ用露光装置を構成する投影光学系が有する散乱特性を計測する（ステップＳ１０、散乱特性計測工程）。具体的には、ウエハステージ上に散乱光計測用ウエハを載置し、Ｋｉｒｋ法に基づいて様々な線幅が形成されたパターン（以下、計測用パターンという。）を散乱光計測用ウエハ面内の複数箇所に転写露光し、散乱光計測用ウエハ上に露光された計測用パターンの線幅を計測する。そして、計測結果に基づいて、ウエハ面内の各箇所及び各線幅の計測用パターンにおける散乱光の拡散量（散乱特性）を算出する。

次に、ステップＳ１０において計測された散乱特性に基づいて、ウエハ面上でのフレア量分布を算出する（ステップＳ１１、フレア量分布算出工程）。例えば、本パターンが図１に示すようなパターンを有している場合、フレアの影響により図１の補正前のグラフに示すような光強度分布となる。このウエハ面内の場所及びパターンの線幅により異なる光強度分布に基づく散乱光の拡散量に基づいて、本パターンがウエハ面上に露光された際に発生するフレア量分布を算出する。フレアは、上述の通り、パターンの線幅、密度等により異なるため、反射型レチクル毎（パターン毎）に対応したフレア量分布を算出する。そして、フレア量分布に基づく本パターンの線幅のばらつきを算出する。

次に、ステップＳ１１において算出されたフレア量分布（本パターンの線幅のばらつき）に基づいて、補正ドーズ量分布を算出する（ステップＳ１２、補正ドーズ量分布算出工程）。具体的には、本パターンがウエハ面上で露光された際に発生するフレア量分布に基づいて、フレア量分布と逆の分布（オフセットフレア量分布）である補正ドーズ量分布を算出する。例えば、本パターンが図１に示すようなパターンを有している場合、図１の補正用のグラフに示すような補正ドーズ量分布をウエハ面上で発生させることにより、ウエハ面上に発生するフレアが均一となる。フレア量分布は反射型レチクル毎（パターン毎）に対応して存在するため、本パターンの線幅のばらつきを解消するための補正ドーズ量分布も反射型レチクル毎（パターン毎）に算出される。

次に、ステップＳ１２において算出された補正ドーズ量分布に基づいて、透過型の補正レチクルを作製する（ステップＳ１３、補正レチクル作製工程）。補正レチクルは、オフセットフレア量分布に対応した透過率分布を有するように、微小な遮光体のドットの密度を変化させてドットを描画することにより作製される。即ち、フレアの発生が少ない領域（図１においては、レチクルＭの領域Ｂ３，Ａ３，Ｂ４，Ａ４，Ｂ５）には、多くのオフセットフレアを与える必要があるため、高い透過率を有するようにドットの密度を低くする。また、フレアの発生が多い領域（図１においては、レチクルＭの領域Ｂ１，Ａ１，Ｂ２，Ａ２）には、多くのオフセットフレアを与える必要がないため、低い透過率を有するようにドットの密度を高くする。なお、透過型の補正レチクルに代えて、反射型の補正レチクルを作製してもよい。

次に、ステップＳ１３において作製された補正レチクルを用いてウエハ上に補正露光を行なう（ステップＳ１４、補正露光工程）。具体的には、補正レチクル上のドットに対する解像力が小さくなるように解像限界周波数を低下させて投影露光する。例えば、投影光学系の開口数（ＮＡ）を絞る、投影光学系のフォーカス位置をデフォーカスさせる、投影光学系の収差を発生させる等してＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を変化させる等により、解像限界周波数を低下させ、補正露光を行なう。ここで、本パターンをウエハ上に投影露光するＥＵＶ用露光装置とは異なる露光装置により補正露光するとよい。異なる露光装置として、例えば本パターンを投影露光する露光光であるＥＵＶ光の波長（１３．５ｎｍ）より長い波長の光を露光光とする露光装置により補正露光する。即ち、補正露光においては高い解像力は必要ないため、稼働率の下がった旧露光装置（長波長を有する光を露光光とする露光装置）等により補正露光を行なってよい。このように、旧露光装置を用いることにより、露光全体のスループットを低下させることなく、また補正露光を行なうためのコストを削減することができる。

次に、ＥＵＶ用露光装置により、ステップＳ１４において補正露光されたウエハ上に、反射型レチクル上に形成されている本パターンを転写露光する（ステップＳ１５）。本パターンを露光する前にステップＳ１４において補正露光を行っているため、ウエハ上に均一のフレアが生じているのと等価となり、フレアによる本パターンの線幅のばらつきを抑制した露光を行うことができる。例えば、本パターンが図１に示すようなパターンを有している場合、図１の補正後のグラフに示すような光強度分布を有した状態で露光したのと等価となり、線幅にばらつきのない良好な露光を行なうことができる。

次に、ステップＳ１５において反射型レチクル上に形成されている露光パターンが露光されたウエハを露光装置から搬出し、現像装置において現像を行う（ステップＳ１６）。ステップＳ１６において、ウエハ上で露光パターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、反射型レチクル上に形成されているパターンに対応するパターンが、ウエハ上に形成される。

次に、この発明の第２の実施の形態にかかる露光方法について説明する。第２の実施の形態においては、ＥＵＶ用露光装置を用いて、反射型レチクル上に形成されたパターンを投影光学系を用いてウエハ（基板）上に投影露光する露光方法について説明する。

まず、ウエハ上に露光するパターン（以下、本パターンという。）が形成されている反射型レチクルをＥＵＶ用露光装置に搭載し、反射型レチクルの本パターンを実際にウエハ上に転写露光し、本パターンの線幅のばらつきを計測する。次に、この反射型レチクルに対応したフレア量分布が算出される。

次に、第１の実施の形態にかかるステップＳ１２（図２参照）と同様に、算出されたフレア量分布（本パターンの線幅のばらつき）に基づいて、補正ドーズ量分布を算出する。そして、第１の実施の形態にかかるステップＳ１３〜Ｓ１６（図２参照）と同様に、補正レチクルを作製し、補正レチクルを用いて補正露光を行い、本パターンの露光及び現像を行う。第１の実施の形態にかかるステップＳ１２〜Ｓ１６の動作と同一のため、詳細な説明を省略する。

次に、この発明の第３の実施の形態にかかる露光方法について説明する。第３の実施の形態においても、ＥＵＶ用露光装置を用いて反射型レチクル上に形成されたパターン（以下、本パターンという。）を投影光学系を用いてウエハ（基板）上に投影露光する露光方法について説明する。

まず、第１の実施の形態にかかるステップＳ１０と同様に、散乱光計測用ウエハをウエハステージ上に載置し、Ｋｉｒｋ法に基づいて様々な線幅が形成されたパターン（以下、計測用パターンという。）を散乱光計測用ウエハ面内の複数箇所に露光し、散乱光計測用ウエハ上に露光された計測用パターンの線幅を計測する。そして、計測結果に基づいて、ウエハ面内の各箇所及び各線幅の計測用パターンにおける散乱光の拡散量（散乱特性）を算出する。次に、ウエハ面内の各箇所における散乱光の拡散量の平均値を算出し、または散乱光の拡散量が同量であると仮定し、ウエハ面上での代表的なフレア量分布を求める。

次に、代表的なフレア量分布に基づいて、本パターンがウエハ面上に露光された際に発生する線幅のばらつきを算出する。即ち、代表的なフレア量分布に基づいて、反射型レチクル毎（パターン毎）に対応した線幅のばらつきを算出する。次に、算出された本パターンの線幅のばらつきに基づいて、ウエハ面上に発生するフレアが均一になるために必要なオフセットフレア量分布である補正ドーズ量分布を算出する。そして、算出された補正ドーズ量分布に基づいて補正レチクルを作製する。第３の実施の形態においては、代表的なフレア量分布を求め、この代表的なフレア量分布に基づいて本パターンの線幅のばらつき、ひいては補正ドーズ量を算出するため、本パターンの線幅のばらつきを算出するための計算量を少なくすることができる。

次に、第１の実施の形態にかかるステップＳ１４〜Ｓ１６（図２参照）と同様に、補正レチクルを用いて補正露光を行い、本パターンの露光及び現像を行う。

次に、この発明の第４の実施の形態にかかる露光方法について説明する。第４の実施の形態においても、ＥＵＶ用露光装置を用いて反射型レチクル上に形成されたパターンを投影光学系を用いてウエハ上に投影露光する露光方法について説明する。

まず、ＥＵＶ用露光装置本体が有するフレア量分布を計測する。次に、ＥＵＶ用露光装置本体が有するフレア量分布に基づいて、ウエハ面上に発生するフレアが装置間で均一になるために必要なオフセットフレア量分布である補正ドーズ量分布を算出する。次に、算出された補正ドーズ量に基づいてＥＵＶ用露光装置を用いて補正露光を行う。そして、第１の実施の形態にかかるステップＳ１５及びＳ１６と同様に、本露光（反射型レチクルに形成されたパターンの転写露光）及び現像を行う。第４の実施の形態にいては、装置間のオフセットフレア量分布に基づく補正ドーズ量分布をウエハ面内に均一に与えるため、補正レチクルを作製する必要がなく、補正レチクル作製コストを削減することができる。

上述の各実施の形態にかかる露光方法によれば、反射型レチクルに形成されている本パターンをウエハ上に投影露光する前にウエハ上でのフレア量分布に基づく補正ドーズ量分布に基づいてウエハ上に補正露光を行なうため、ウエハ上に均一のフレアが生じているのと等価となり、フレアによる露光パターンの線幅のばらつきを抑制することができる。したがって、線幅にばらつきのない良好な露光を行なうことができる。

なお、上述の各実施の形態にかかる露光方法においては、反射型レチクルに形成されているパターンをウエハ上に投影露光する前に補正露光を行なっているが、反射型レチクルに形成されているパターンをウエハ上に投影露光した後に補正露光を行なってもよい。

また、上述の各実施の形態においては、ＥＵＶ用露光装置を用いた露光方法を例に挙げて説明しているが、ＥＵＶ用露光装置以外の露光装置にも本発明を適用することができる。

また、上述の各実施の形態においては、レチクルに形成されているパターンをウエハ上に投影露光する露光装置を例に挙げて説明しているが、電気的にオンオフ制御することによりパターンを形成するマスク（例えば、液晶マスク等）を用いた露光装置、または所謂マスクレスと呼ばれている電子線を用いてウエハ上に露光を行なう露光装置等にも本発明を適用することができる。

また、上述の第１〜第３の実施の形態においては、算出された補正ドーズ量に基づいて作製された補正レチクルを用いて補正露光を行なっているが、補正ドーズ量に基づいて電気的にオンオフ制御することによりパターンを形成するマスク（例えば、液晶マスク等）、または所謂マスクレスと呼ばれている電子線を用いて補正露光を行なうようにしてもよい。

また、補正ドーズに基づいて補正露光を行う方法は、レジストが感度を有するのであれば補正露光にＥＵＶ、ＵＶ、ＥＢ等どのようなエネルギー線を用いても構わない。各エリア毎に露光量を変えるだけなので、等倍露光（密着／近接露光）や投影分解能が相対的に悪い露光装置を用いる事もできる。また、電子線（ＥＢ）を用いる場合には、直接描画装置、セルプロジェクション、マルチビーム等各種の装置を用いる事が可能である。また、マスクとして液晶やＥＣＤなどダイナミックにパターンや諧調を変えられる素子をマスクとして露光することも可能である。

また、この発明の露光方法においては、上述の各実施の形態にかかる露光方法に限定されず、この発明の露光方法にかかる範囲内であれば他の実施の形態にかかる露光方法を適用することができる。

レチクルパターンに対するウエハ面内におけるフレアの強度分布を示すグラフである。実施の形態にかかる露光方法について説明するためのフローチャートである。

符号の説明

Ｍ…レチクルパターン、Ａ１〜Ａ４…光が反射する領域、Ｂ１〜Ｂ５…光を吸収する領域。

Claims

所定のパターンを投影光学系を用いて基板上に投影露光する露光方法において、
前記投影光学系が有する散乱特性を計測する散乱特性計測工程と、
前記散乱特性計測工程により計測された前記散乱特性に基づいて、前記基板上でのフレア量分布を算出するフレア量分布算出工程と、
前記フレア量分布算出工程により算出された前記フレア量分布に基づいて補正ドーズ量分布を算出する補正ドーズ量分布算出工程と、
前記所定のパターンを前記基板上に投影露光する前、または投影露光した後、前記補正ドーズ量分布算出工程により算出された前記補正ドーズ量分布に基づいて前記基板上に補正露光を行なう補正露光工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
前記フレア量分布算出工程は、前記所定のパターン毎に対応した前記フレア量分布を算出し、
前記補正ドーズ量算出工程は、前記所定のパターン毎に対応した前記補正ドーズ量を算出することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
前記補正ドーズ量算出工程により算出された前記補正ドーズ量分布に基づいて補正レチクルを作製する補正レチクル作製工程を含み、
前記補正露光工程は、前記所定のパターンを前記基板上に投影露光する前、または投影露光した後、前記補正レチクル作製工程により作製された前記補正レチクルを用いて前記基板上に補正露光を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の露光方法。
前記補正レチクル作製工程は、微小な遮光体のドットの密度を変化させて前記ドットを描画することにより前記補正レチクルを作製することを特徴とする請求項３記載の露光方法。
前記補正露光工程は、前記ドットに対する解像力が小さくなるように解像限界周波数を低下させて投影露光することを特徴とする請求項４記載の露光方法。
前記補正露光工程は、前記所定のパターンを前記基板上に投影露光する露光装置とは異なる露光装置により補正露光することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の露光方法。
前記補正露光工程は、前記所定のパターンを投影露光する露光光の波長より長い波長を有する露光光により補正露光することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の露光方法。
所定のパターンを投影光学系を用いて基板上に投影露光する露光方法において、
前記基板上でのフレア量分布を求めるフレア量分布導出工程と、
前記フレア量分布導出工程により導出された前記フレア量分布に基づいてフレア量が相対的に少ない領域に補正露光を行なう工程と
を含むことを特徴とする露光方法。