JP2012099766A - 露光装置及び露光装置の露光量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＵＶ光源を用いた場合に、ウェハ面上での露光量を正確に算出することができ、パターン寸法精度の向上に寄与する。
【解決手段】パルス駆動により極端紫外域のパルス光を発生する光源１０と、光源１０からのパルス光を試料面５０上に導く光学系２０，４０と、試料面５０上の照度を計測する照度計測器７１と、光学系２０，４０の光路途中の照度を計測する照度計測器７２と、を備えた露光装置である。実際の露光とは別に、光源１０の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、照度計測器７１で得られた計測値と照度計測器７２で得られた計測値との比を求めて記憶し、実際の露光において、光源１０の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、照度計測器７２を用いて得られた計測値とこれ対応する比との積を求めて露光量推定値を算出し、算出した露光量推定値に対応して露光動作を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、極端紫外光（ＥＵＶ光）を用いた露光装置及び該装置における露光量制御方法に関する。

半導体素子などの製造に使用される露光装置では、マスク上に形成された回路パターンを、投影光学系を介してウェハ上に転写する。ウェハ上にはレジストが塗布されており、投影光学系を介した露光によりレジストが感光し、マスクパターンに対応したレジストパターンが得られる。

露光装置、特に露光光としてＥＵＶ光を用いるＥＵＶ露光装置では、精密なパターン寸法を得るためにウェハ面上における露光量を制御する必要があるが、ウェハ面上での露光量を露光中にリアルタイムに計測することはできない。このため、反射型マスクの近傍に配置されたセンサによりマスクに入射する光の強度をリアルタイムに計測し、この計測結果に基づいて、光源の出力強度、マスクステージ及びウェハステージの走査速度、照明光路中に配置された減衰フィルタの減衰値等を調整することにより、ウェハ面上における露光量を制御している。

特開２０００−９１１９５号公報 特開２００６−１３４９９５号公報 特開２００１−１７６７９４号公報

本発明の実施形態は、ＥＵＶ光源を用いた場合に、ウェハ面上での露光量を正確に算出することができ、パターン寸法精度の向上に寄与し得る露光装置及び露光装置の露光量制御方法を提供する。

実施形態によれば、パルス駆動により極端紫外域のパルス光を発生する光源と、前記光源からのパルス光を試料面上に導く光学系と、前記試料面上の照度を計測する第１の照度計測器と、前記光学系の光路途中の照度を計測する第２の照度計測器と、を露光装置に備えている。そして、実際の露光とは別に、前記光源の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、前記第１の照度計測器で得られた第１の計測値と前記第２の照度計測器で得られた第２の計測値の比を求めて記憶する記憶手段と、実際の露光において、前記光源の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、前記第２の照度計測器を用いて得られた第３の計測値と前記順番に対応する前記記憶された比との積を求めて露光量推定値を算出する露光量算出手段と、前記露光量算出手段による露光量推定値に対応して露光動作を制御する制御手段と、を設けている。

第１の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置を示す概略構成図。 図１の露光装置を制御するための制御部分の回路構成を示すブロック図。 第１の実施形態のＥＵＶ露光装置の動作を説明するためのフローチャート。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係わるＥＵＶ露光装置を示す概略構成図である。

図中の１０は光源（放電プラズマ方式光源）であり、この光源１０は、高圧電源１１、キャパシタ１２，第１電極（例えばカソード電極）１３、第２電極（例えばアノード電極）１４、デブリ除去ツール（ＤＭＴ）１６、及びコレクタ１７から構成されている。そして、電極１３，１４間にプラズマ１８を生成し、プラズマからＥＵＶ光を取り出すようになっている。そして、ＥＵＶ光は、中間集光点（ＩＦ）１９から放出されるようになっている。

光源１０から放出されたＥＵＶ光は、反射型光学系からなる照明光学系２０によりマスク（レチクル）３０の表面に照射される。

マスク３０からの反射光は、反射型光学系からなる投影光学系４０により、ステージ６０上に載置されたウェハ５０の表面に照射される。これにより、マスクパターンの像がウェハ５０の表面に投影されるようになっている。

ステージ６０上には、ウェハ面上照度を計測する第１の照度測定器（以下、ウェハ面上照度センサと呼ぶ）７１が設けられている。また、照明光学系２０には、光路途中の照度を計測する第２の照度計測器（以下、光路中照度センサと呼ぶ）７２が設けられている。

ウェハ面上照度センサ７１は、露光中の露光フィールド内部の照度を直接計測することはできるものの、マスクのパターンによって検出値が異なってしまう。また、光路中照度センサ７２は、露光フィールド内に配置することが難しいため、フィールドの外側近傍に配置されている。そのため、露光中の露光フィールド内部の照度を直接計測することはできない。

そこで本実施形態では、光路中照度センサ７２を用いて計測した照度計測結果と、ウェハ面上照度センサ７１を用いて計測した露光フィールド内部の照度計測結果との比率（即ち、照度比）を予め求めておき、この照度比を用いて露光量を制御している。

図２は、図１の露光装置を制御する制御部の回路構成を示すブロック図である。露光装置１００には、露光装置１００からの各種情報を入力し、露光装置の各部の動作を制御するための制御回路８０が設けられている。

露光装置１００に設けられたウェハ面上照度センサ７１及び光路中照度センサ７２の各出力は、露光装置１００を制御するための制御回路８０に供給される。制御回路８０には、照度比を記憶するためのメモリ８１及び目標露光値を記憶するためのメモリ８２等が接続されている。制御回路８０では、後述するように実際の露光前に、センサ７１，７２の各出力の比を演算し、その結果をメモリ８１にテーブル化して記憶する。さらに、実際の露光時にセンサ７２の出力とメモリ８１に記憶された情報を基に露光量推定値を算出し、この露光量推定値に対応して露光動作を制御するようになっている。例えば、露光量推定値を積算して実際の露光量を演算し、露光量がメモリ８２に記憶された目標値に達したら露光を終了するようになっている。

図３は、本実施形態の動作を説明するためのフローチャート図である。

まず、実際の露光前に露光用マスクの代わりに照度比測定用のマスクをセットし、ウェハ面上照度センサ７１を用いて計測した照度（第１の計測値）と、光路中照度センサ７２を用いて計測した照度（第２の計測値）との比（照度比）をパルス単位に求めて記憶する（第１のステップＳ１）。即ち、ｋ番目のパルスの照度比Ｃ（ｋ）
Ｃ（ｋ）＝ウェハ面照度（ｋ）／光路中照度（ｋ） …（１）
を求めて、メモリ８１に格納しておく。

なお、照度比測定用のマスクとは、マスクパターンの影響を受けないように、マスク３０として全体が反射面となっているものである。通常の露光用マスクであっても、マスクパターンの形成されていない領域を反射面として利用することも可能である。また、必ずしも照射領域全体が反射面でなくても、マスク３０におけるマスクパターンの面積比が明らかであれば、その分を補正することで使用が可能である。

次に、所望の露光量に対応する目標値を設定する。

次に、パターン露光の際には露光用のマスクをセットし、露光のためにパルス発光して（第３のステップＳ３）、当該パルスの照度（第３の計測値）を光路中照度センサ７２を用いて計測する（第４のステップＳ４）。そして、当該パルス番号に対応する、パルス単位に前記記憶した照度比Ｃ（ｋ）を読み出して光路中照度センサ７２の計測結果との積（露光量推定値）を求め、この露光量推定値を積算する（第５のステップＳ５）。

これにより、実際の露光量を
露光量＝ウェハ面照度×時間
＝α×Σ｛Ｃ（ｋ）×光路中照度（ｋ’）｝ …（２）
但し、αは装置定数：
として求める。

次いで、上記の露光量推定値の積算値（実際の露光量）とステップＳ２で求めた目標値とを比較して積算値が小さければ次のパルス発光を行い（Ｓ３に戻り）、積算値が大きければ露光を終了する（第６のステップＳ６）。

ここで、目標値を露光量設定値ではなく、
目標値＝露光量設定値／α …（３）
に設定しておけば、ステップＳ５の演算では、
露光量＝Σ｛Ｃ（ｋ）×光路中照度（ｋ’）｝ …（４）
を計算すれば良いため、計算が簡単に済むことになる。

このように本実施形態によれば、実際の露光に先立って、予めｋ番目のパルスの照度比Ｃ（ｋ）を求めて記憶しておき、パターン露光の際には、露光中にパルス単位に光路中照度センサ７２で照度を計測した計測値と係数Ｃ（ｋ）の積（露光量推定値）をパルス単位に積算して、目標値に達したところでパルス発光を停止するようにした。これにより、露光中にウェハ面上照度と光路中照度センサ値との照度比に変動があっても、予め照度比の変化を計測した際と同等の変動であれば、その変化を補正することができる。即ち、従来よりも高精度な露光量制御が可能になる。その結果、高精度なパターンを得ることができる。

ここで、従来方法では、予め一定の照度比（定数Ｃ＝ウェハ面上照度センサ値／光路中照度センサ値）を求めておく。

パルス発光光源を有する露光装置の露光量は、次式で表される。

露光量＝ウェハ面照度×時間
＝α×Ｃ×Σ光路中照度センサ値（ｋ） …（５）
但し、αは装置定数、ｋはパルス番号である。

従って、露光中にパルス単位に光路中照度センサ７２で照度を計測して積算して露光量を求め、露光量が目標値に達した段階でパルス発光を停止すると、所望の露光量が得られることになる。

ところが、現実には下記のような要因によって、光路中照度センサ７２と露光フィールドの照度比（即ち、定数Ｃ）が変化してしまう。

（１）放電プラズマ方式光源の高電圧回路の温度変化
放電発光のために高電圧の充電と放電を繰り返す回路（１１と１２）の温度が変化することで、放電電極（１３と１４）に印加される電圧が変化する。そのため、放電によって生成されるプラズマ１８の位置・大きさ・光強度が変化する。その結果、マスク３０面を照明する照明光の照度が変化する。

（２）コレクタの温度変化
ＥＵＶ光を集光する集光鏡１７（コレクタ）は、プラズマ１８からの熱輻躰によって温度が変化し、熱膨張によって、中間集光点１９における集光スポット位置・形状が変化する。その結果、マスク３０面を照明する照明光の照度が変化する。

（３）電極形状の変化
放電プラズマ方式光源の場合、放電を繰り返すと高温プラズマ１８に曝された放電電極（１３と１４）は溶解して形状が変化し、プラズマ１８の位置・大きさ・光強度が変化する。その結果、マスク３０を照明する照明光の照度が変化する。

（４）ＤＭＴの劣化に伴う透過率分布の変化
溶解した電極（１３と１４）は飛散してデブリと化す。デブリ除去ツール（ＤＭＴ）１６は、デブリがコレクタ１７に達することを防止するための機講であるが、自身がデブリ付着によって光透過率を変化させてしまう。その結果、マスク３０面を照明する照明光の照度が変北する。

（５）コレクタの劣化に伴う反射率分布の変化
ＤＭＴ１６によってデブリによる劣化は抑制されはするが、完全に劣化を防止することはできない。発光を繰り返すと、コレクタ１７は徐々に集光牲能が低下するため、中間集光点１８における集光スポット位置・形状が変化する。その結果、マスク３０面を照明する照明光の照度が変化する。

（６）照明光学系のコンタミ成長
照明光学系２０の反射ミラーの表画にコンタミが成長すると、反射特性にムラが生じ、その結果、マスク面を照明する照明光の照度が変化する。

従来は、露光に要する時間は比較的長時間であることから、露光中の照度比Ｃが一定であると仮定して固定値を用いて露光量を制御していた。そのため、照度比Ｃに短時間の変動が存在すると、露光量制御の誤差が大きくなり、結果として、パターン寸法誤差が大きくなってしまうという問題があった。特に、短時間の変動としては、上記の（１）（２）に示す温度変化が顕著であり、本実施形態ではこの温度変化による露光量誤差の発生を抑制するのに有効である。

また、ＥＵＶ露光装置は、先に説明したように、パルス駆動の際に高電圧の充電と放電を繰り返す回路の温度が変化することで、放電電極１３，１４に印加される電圧が変化する。さらに、ＥＵＶ光を集光する集光鏡１７は、プラズマ１８からの熱輻躰によって温度が変化し、熱膨張によって、中間集光点１９における集光スポット位置・形状が変化する。従って、ＥＵＶ光の照射パルス回数に伴い光路中照度センサ７２の計測値とウェハ面上照度センサ７１の計測値との比が変化する。このため、この比を一定にしておくと、露光量を正確に算出することはできなくなり、その結果としてパターン精度の低下を招く。

これに対し本実施形態のように、ＥＵＶ光の照射開始からのパルス回数毎に光路中照度センサ７２の計測値とウェハ面上照度センサ７１の計測値との比Ｃ（ｋ）を予め求めて記憶しておくことにより、ウェハ面上での実際の露光量を正確に算出することができる。

なお、上記の方法は、前記（１）（２）に説明した温度変化に対応するものであり、短期的な変動に対応するものである。しかし、定期的にＣ（ｋ）を求めるようにすれば、前記（３）〜（６）で述べた電極形状変化、ＤＭＴ劣化、コレクタ劣化、及び照明光学系のコンタミ成長等の長期的な変動に対応することも可能である。

（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。実施形態にかかるＥＵＶ露光装置では、ＥＵＶ光を供給するための光源として放電プラズマ方式光源を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＥＵＶ光を供給する他の適当な光源、例えばレーザープラズマ方式光源、或いは、シンクロトロン放射（ＳＯＲ）光源などを用いることもできる。また、実施形態ではマスクの反射光を試料上に投影する方式としたが、マスクの透過光を試料上に投影する方式に適用することも可能である。

また、制御回路における動作は、必ずしも露光量推定値の積算値が所望の露光量に対応する目標値に達したら露光を終了することに限らず、露光量推定値に対応して露光動作を制御するものであればよい。例えば、露光量推定値が一定となるように光源の発光条件を制御したり、露光量推定値に応じて試料ステージとレチクルステージの移動速度を制御するようにしてもよい。このような制御により、試料に対する単位時間当たりの露光量を一定にすることが可能となる。

本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…光源（放電プラズマ方式光源）
１１…高圧電源
１２…キャパシタ
１３…第１電極（例えばカソード電極）
１４…第２電極（例えばアノード電極）
１６…ＤＭＴ
１７…コレクタ１７
１８…プラズマ
１９…中間集光点（ＩＦ）
２０…照明光学系
３０…マスク（レチクル）
４０…投影光学系
５０…ウェハ
６０…ウェハステージ
７１…ウェハ面上照度センサ（第１の照度測定器）
７２…光路中照度センサ（第２の照度計測器）
８０…制御回路
８１，８２…メモリ

Claims (9)

1. パルス駆動により極端紫外域のパルス光を発生する光源と、
   前記光源からのパルス光を試料面上に導く光学系と、
   前記試料面上の照度を計測する第１の照度計測器と、
   前記光学系の光路途中の照度を計測する第２の照度計測器と、
   実際の露光とは別に、前記光源の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、前記第１の照度計測器で得られた第１の計測値と前記第２の照度計測器で得られた第２の計測値の比を求めて記憶する記憶手段と、
   実際の露光において、前記光源の駆動により出力されるパルス光の順番毎に、前記第２の照度計測器を用いて得られた第３の計測値と前記順番に対応する前記記憶された比との積を求めて露光量推定値を算出する露光量算出手段と、
   前記露光量算出手段による露光量推定値に対応して露光動作を制御する制御手段と、
   を具備したことを特徴とする露光装置。
2. 前記露光量算出手段は、前記露光量推定値を積算する機能を有し、
   前記制御手段は、前記露光量推定値の積算値が所望の露光量に対応する目標値に達したら露光を終了することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記記憶手段は、前記第１の計測値として得られるｋ番目のウェハ面照度（ｋ）及び前記第２の計測値として得られるｋ番目の光路中照度（ｋ）から、ｋ番目のパルスの照度比Ｃ（ｋ）
   Ｃ（ｋ）＝ウェハ面照度（ｋ）／光路中照度（ｋ）
   を求めて記憶し、
   前記露光量算出手段は、前記第３の計測値として得られるｋ番目の光路中照度（k’）から、
   露光量＝α×Σ｛Ｃ（ｋ）×光路中照度（k’）｝ ：αは装置定数
   を求めることを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記制御手段は、前記露光量推定値が一定となるように前記光源の発光条件を制御することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
5. 前記光学系は、前記光源からのパルス光をレチクル面上に導く照明光学系と、前記レチクルからの反射光又は前記レチクルの透過光を前記試料面上に導く投影光学系とを有し、
   前記制御手段は、前記露光量推定値に応じて前記試料を載置した試料ステージと前記レチクルを載置したレチクルステージの移動速度を制御することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 露光に先立ち、パルス駆動される光源による極端紫外域のパルス光の順番毎に、ウェハ面上の照度を第１の照度計測器により計測すると共に、光路途中の照度を第２の照度計測器により計測し、第１の照度計測器で得られる第１計測値と第２の照度計測器で得られる第２の計測値との比をパルス単位に求めて記憶する工程と、
   実際の露光において、前記光源から出力されるパルス光の順番毎に、前記第２の照度計測器を用いて得られた第３の計測値と前記パルス光の順番に対応する前記記憶された比との積を求めて露光量推定値を算出する工程と、
   前記算出された露光量推定値に対応して露光動作を制御する工程と、
   を含むことを特徴とする露光量制御方法。
7. 前記露光動作を制御する工程として、前記算出された露光量推定値を積算して露光量を求めると共に、前記露光量推定値の積算値が所望の露光量に対応する目標値に達したら露光を終了させることを特徴とする請求項６記載の露光量制御方法。
8. 前記露光動作を制御する工程として、前記露光量推定値が一定となるように前記光源の発光条件を制御することを特徴とする請求項６記載の露光量制御方法。
9. 前記露光動作を制御する工程として、前記露光量推定値に応じて前記試料を載置した試料ステージと前記レチクルを載置したレチクルステージの移動速度を制御することを特徴とする請求項６記載の露光量制御方法。

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