JP2008192834A - 露光装置のフレア測定方法と露光装置の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置のフレアを正確に測定することができ、メンテナンス効率の向上をはかる。
【解決手段】フォトマスクの像を基板上に投影する露光装置のフレアの測定方法であって、基板上にフォトマスク上のモニタパターンを露光することにより、第１のパターンを形成するステップ（Ｓ１，Ｓ３）と、基板上の前記第１のパターンを形成する領域とは異なる領域又は別の基板上に、フォトマスク上のモニタパターン及び遮光パターンを同一位置に露光することにより、第２のパターンを形成するステップ（Ｓ２，Ｓ３）と、第１のパターンの寸法と第２のパターンの寸法をそれぞれ計測し（Ｓ４）、これらの寸法差を求めるステップ（Ｓ５）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光装置のメンテナンスのために露光装置のフレアを測定する方法、更には測定されたフレアの情報を基に露光装置を管理する方法に関する。

従来、半導体基板上にＬＳＩパターンを形成するものとして、露光用マスクのパターンを投影レンズにより基板上に縮小転写する露光装置が用いられている。この種の露光装置において発生するフレアとしては、マスクパターンと相関のある分布を示すフレア（ミッドレンジフレア）と、マスクパターンの微細構造とはあまり相関がなく、マスク全体の被覆率と関係するフレア（ロングレンジフレア）が存在する。このうち後者は、投影レンズ表面が汚れることによって増大することが知られている。レンズ表面の汚染は、ウェーハ処理枚数と関係があるから、フレアを定期的に計測し、フレアが所定値を超えた場合にレンズを清掃するなどの処置がとられる。

ロングレンジフレアの計測方法としては、例えば（非特許文献１）に記載された方法が一般的に使われている。この方法では、マスクパターンとして１辺１００μｍ程度の正方形（寸法はウェーハ上スケール）の遮光パターンを用い、このパターンをポジ型レジスト膜上に露光する。通常の露光量程度では正方形のレジストパターン（残しパターン）が形成されるが、通常より高い露光量で露光を行うと、フレアの影響によりレジストパターンが消失する。この残しパターンが消失する最小の露光量Ｅと、大きな透過パターン領域を露光した際のレジストが消失する最小の露光量Ｅｔｈとの比率Ｒ＝Ｅｔｈ／Ｅがフレアの大きさを表している。従って、ＥとＥｔｈを求めることによりフレアを計測することができる。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があって。即ち、残しパターンの消失は光学顕微鏡を用いて、作業者の視覚により判断する。このとき、膜の色の変化で判断することになるが、膜厚変化に対して膜の色の変化が小さい場合があるため、誤りを生じやすい。特に、作業者間で計測の結果がばらつきやすいという問題があった。
J. P. Kirk, Proc. SPIE Vol.2197 (1994) pp.566-572

このように従来、露光装置のフレアを測定する場合、作業者の目視により判定しているため、測定にバラツキが生じる問題があった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、露光装置のフレアを正確に測定することができ、メンテナンス効率の向上をはかり得る露光装置のフレア測定方法と露光装置の管理方法を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。

即ち、本発明の一態様は、フォトマスクの像を試料基板上に投影する露光装置のフレアを測定する方法であって、フレア測定用基板上にフォトマスク上のモニタパターンを露光することにより、第１のパターンを形成するステップと、前記フレア測定用基板上の前記第１のパターンを形成する領域とは異なる領域又は別の基板上に、前記フォトマスク上のモニタパターン及び遮光パターンを同一位置に露光することにより、第２のパターンを形成するステップと、前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法をそれぞれ計測し、これらの寸法差を求めるステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様は、フォトマスクの像を投影レンズを介して試料基板上に投影する露光装置に対し、フレアの量に基づくメンテナンスを行う露光装置の管理方法であって、フレア測定用基板上にフォトマスク上のモニタパターンを露光することにより、第１のパターンを形成するステップと、前記フレア測定用基板上の前記第１のパターンを形成する領域とは異なる領域又は別の基板上に、前記フォトマスク上のモニタパターン及び遮光パターンを同一位置に露光することにより、第２のパターンを形成するステップと、前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法をそれぞれ計測し、これらの寸法差を求めるステップと、上記各ステップを定期的に行い、前記寸法差を所定の管理値と比較し、前記寸法差が前記管理値を上回った場合は、前記露光装置の投影レンズのメンテナンスを行うステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、フレア測定のための残しパターンの消失ではなく、フレア測定のための第１及び第２のパターンの寸法差からフレアを測定しているため、露光装置のフレアを正確に測定することができ、メンテナンス効率の向上をはかることができる。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

（実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる露光装置のフレア測定方法を説明するためのフローチャートである。

フレア測定の前に、図２及び図３に示すようなフレア測定のためにフォトマスクを用意する。図２は、本発明の第１の実施形態に使用したフレア測定用マスクを示す平面図であり、図３（ａ）は図２の矢視Ａ−Ａ’断面図、図３（ｂ）は図２の矢視Ｂ−Ｂ’断面図である。

露光光に対して透明な石英基板１上にクロム等の遮光膜２が設けられ、この遮光膜２を選択的に除去することにより、上半分にモニタパターン１１が形成され、下半分に遮光パターン１２が形成されている。モニタパターン１１は、所定のピッチ及びデューティ比を持つ、例えばハーフピッチ６５ｎｍのラインアンドスペースパターン（以下Ｌ／Ｓと表記）である。Ｌ／Ｓの存在領域は、例えば１０μｍ四方の正方形領域とする。遮光パターン１２は、例えば５００μｍ四方の正方形領域である。

上記のマスクを用い、まず、ウェーハ上のレジストにモニタパターン１１を複数の領域にそれぞれ露光した（ステップＳ１）。フォーカス設定はベストフォーカス条件で、レジスト上でライン：スペースが１：１となるような露光量で露光する。同一ウェーハ上の異なる２箇所、又は異なるウェーハ上に、同じ条件でそれぞれ露光する。同一ウェーハ上の場合、露光領域は互いに重ならないようにする。

図４は同一ウェーハ上に露光する場合の例であり、例えばウェーハの上半分に位置する第１の領域２１と下半分に位置する第２の領域２２にそれぞれ１つずつモニタパターン１１を露光する。より精度を高めるために、上半分の領域と下半分の領域のそれぞれに複数個ずつモニタパターン１１を露光するようにしても良い。なお、上記のマスクとしては、フレア測定用に用意された専用のマスクを用いるのが最も簡単であるが、デバイスパターン形成用のマスクの一部を利用することも可能である。

次いで、先にモニタパターン１１を露光した領域の一方（第２の領域）２２を覆うように、遮光パターン１２を重ねて二重露光する（ステップＳ２）。露光量は予め定められた露光量とする。

次いで、ウェーハを現像し、レジストパターンを形成する（ステップＳ３）。レジストパターンには、図５（ａ）に示すように、遮光パターン１２の露光が行われていない第１のパターン３１と、図５（ｂ）に示すように、遮光パターン１２の露光が行われた第２のパターン３２の二種類が存在する。即ち、第１の領域２１には、モニタパターン１１のみの露光により第１のパターン３１が形成され、第２の領域２２には、モニタパターン１１及び遮光パターン１２の二重露光による第２のパターン３２が形成される。このとき、第２のパターン３２のライン幅は第１のパターン３１のそれよりも細くなっている。

次いで、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、第１のパターン３１と第２のパターン３２のそれぞれのライン寸法を計測する（ステップＳ４）。

次いで、計測された第１のパターン３１の寸法と第２のパターン３２の寸法との差を計算する（ステップＳ５）。この寸法差がフレアの量に相当するものである。

露光装置に対し、上記のステップＳ１〜Ｓ５を定期的、例えば１日に１回実施し、第１のパターン３１と第２のパターン３２との寸法差の経時変化を管理する。寸法差が所定値を超えたら、露光装置のフレアが許容範囲を超えたと判断し、例えば露光装置レンズの表面を洗浄するなどの作業を行う。

ここで、ステップＳ２では、第２の領域２２のＬ／Ｓの形成領域は、マスク上の遮光パターン１２により露光光が遮られるはずであるが、フレア光は到達する。従って、フレアの大きさとステップＳ４で計測される寸法差には相関がある。シミュレーションなどを利用して寸法差とフレアとの関係を調べ、フレアの上限から寸法差の限界を求めておけば、実際の測定値からフレアの低減対策が必要か否かを判断することができる。

このように本実施形態によれば、モニタパターン１１のみの露光により得られる第１のパターン３１と、モニタパターン１１及び遮光パターン１２の二重露光により得られる第２のパターン３２との寸法差を計算することによって、露光装置のフレアを測定することができる。そしてこの場合、作業者の目視に頼らず、検査装置（ＳＥＭ）を使用することによって、精度の高いフレアモニタが可能である。このため、露光装置メンテナンス効率の向上をはかることができる。

（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、レジストを現像して得られるレジストパターンから寸法差の測定を行ったが、現像前の潜像パターンから寸法差の測定を行うことも可能である。即ち、ＳＥＭの代わりに、例えば文献２（特開２００４−１５８４７８号公報）に記載されているような光学的スキャトロメトリ装置を使用することもできる。

また、モニタパターンは必ずしもＬ／Ｓに限るものではなく、別のパターンを使用することもできる。例えば、文献３（特許２５３００８０号公報）に記載されているような、電気抵抗計測用パターンを使用する。この場合に寸法計測されるパターンは孤立ラインであり、フレアによって孤立ライン寸法の変化量を計測する。但し、この方法では酸化膜、導電膜の形成が必要である。

また、モニタパターンとして露光量によって寸法が変化する露光量モニタパターンを用いることも可能である。例えば、文献４（特開２０００−３１０８５０号公報）に記載されているような、実効露光量計測マーク（ドーズメータ）パターンを配置する。ドーズメータパターンは露光量に依存して長さが変化するマークであり、光学式の計測装置（例えば、ニコン社製重ね合わせ測定機：ＮＲＭ−１０００Ａ）を用いて計測できる。この方法では、ドーズメータパターンの寸法はフォーカス誤差の影響を受けないので、条件出しを省略できるという利点がある。

また、実施形態では、第１のパターンと第２のパターンを同一ウェーハの異なる領域に形成したが、異なるウェーハ上にそれぞれ形成するようにしても良い。さらに、モニタパターンと遮光パターンは必ずしも同じフォトマスクに形成されたものである必要はなく、別のフォトマスクに形成されたものであっても良い。また、露光装置はＡｒＦエキシマレーザ光を用いたものに限るものではなく、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＥＵＶ光（波長１３〜１４ｎｍ）、Ｘ線を用いた露光装置にも適用することができる。ＥＵＶ光を用いる露光装置では一般には反射型フォトマスクが使用されるが、透過型フォトマスクを使用する場合と同様の方法で計測を行うことができる。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係わる露光装置のフレア測定方法を示すフローチャート。 本発明の一実施形態に使用したフレア測定用マスクを示す平面図。 図２の矢視Ａ−Ａ’断面図と矢視Ｂ−Ｂ’断面図。 測定用ウェーハの例を示す平面図。 ウェー上に形成される第１のパターンと第２のパターンの様子を示す図。

符号の説明

１…石英基板
２…遮光膜
１１…モニタパターン
１２…遮光パターン
２１…第１の領域
２２…第２の領域
３１…第１のパターン
３２…第２のパターン

Claims (5)

1. フォトマスクの像を試料基板上に投影する露光装置のフレアを測定する方法であって、
   フレア測定用基板上にフォトマスク上のモニタパターンを露光することにより、第１のパターンを形成するステップと、
   前記フレア測定用基板上の前記第１のパターンを形成する領域とは異なる領域又は別の基板上に、前記フォトマスク上のモニタパターン及び遮光パターンを同一位置に露光することにより、第２のパターンを形成するステップと、
   前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法をそれぞれ計測し、これらの寸法差を求めるステップと、
   を含むことを特徴とする露光装置のフレア測定方法。
2. 前記モニタパターンは、ラインアンドスペースパターンであることを特徴とする請求項１記載の露光装置のフレア測定方法。
3. 前記モニタパターンは、露光量によって寸法が変化する露光量モニタパターンであることを特徴とする請求項１記載の露光装置のフレア測定方法。
4. 前記モニタパターン及び遮光パターンは前記フレア測定用基板上のレジストに露光されるものであり、前記レジストの現像前の潜像パターン、又は前記レジストを現像した後のレジストパターンから前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法をそれぞれ計測することを特徴とする請求項１記載の露光装置のフレア測定方法。
5. フォトマスクの像を投影レンズを介して試料基板上に投影する露光装置に対し、フレアの量に基づくメンテナンスを行う露光装置の管理方法であって、
   フレア測定用基板上にフォトマスク上のモニタパターンを露光することにより、第１のパターンを形成するステップと、
   前記フレア測定用基板上の前記第１のパターンを形成する領域とは異なる領域又は別の基板上に、前記フォトマスク上のモニタパターン及び遮光パターンを同一位置に露光することにより、第２のパターンを形成するステップと、
   前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法をそれぞれ計測し、これらの寸法差を求めるステップと、
   上記各ステップを定期的に行い、前記寸法差を所定の管理値と比較し、前記寸法差が前記管理値を上回った場合に前記露光装置の投影レンズのメンテナンスを行うステップと、
   を含むことを特徴とする露光装置の管理方法。

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