JP2014045148A - 露光装置の制御方法、露光装置の制御プログラムおよび露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】照度分布を高精度に制御できる露光装置の制御方法、露光装置の制御プログラムおよび露光装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、露光装置10の制御方法は、レチクル13に照射された光のレチクル13上での照度分布と、レチクル13を経由した光をウェーハ18に投影させる投影光学系としての反射光学系16の特性を反映した像強度分布と、反射光学系16を介してウェーハ18に照射された光のウェーハ18上での照度分布との相関関係を表す関係式と、ウェーハ18上での照度分布の測定値とに基づいて、レチクル13上での照度分布の目標値からのずれを算出する。
【選択図】図1
【解決手段】実施形態によれば、露光装置10の制御方法は、レチクル13に照射された光のレチクル13上での照度分布と、レチクル13を経由した光をウェーハ18に投影させる投影光学系としての反射光学系16の特性を反映した像強度分布と、反射光学系16を介してウェーハ18に照射された光のウェーハ18上での照度分布との相関関係を表す関係式と、ウェーハ18上での照度分布の測定値とに基づいて、レチクル13上での照度分布の目標値からのずれを算出する。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、露光装置の制御方法、露光装置の制御プログラムおよび露光装置に関する。
半導体装置に形成されるパターンの微細化に伴い、露光光の短波長化が進んでおり、波長13.5nmの極端紫外(EUV:Extreme Ultra Violet)光を利用するEUV露光の実用化に対する要求が高まっている。
EUV光は短波長であり、またウェーハへの投影光学系として反射光学系が用いられることから、EUV露光では、その反射光学系におけるミラー表面の凹凸に起因した散乱光による迷光(フレア)が生じやすい。
本発明の実施形態は、照度分布を高精度に制御できる露光装置の制御方法、露光装置の制御プログラムおよび露光装置を提供する。
実施形態によれば、露光装置の制御方法は、レチクルに照射された光の前記レチクル上での照度分布と、前記レチクルを経由した光をウェーハに投影させる投影光学系の特性を反映した像強度分布と、前記投影光学系を介して前記ウェーハに照射された光の前記ウェーハ上での照度分布との相関関係を表す関係式と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とに基づいて、前記レチクル上での照度分布の目標値からのずれを算出する。
EUV光は、光学部材として現在用いられているあらゆる物質に対する吸収係数が、KrF光やArF光といった深紫外光(DUV:Deep Ultra Violet)よりも大きい。そのため、レチクルとウェーハとの間の投影光学系としては透過レンズを用いた屈折光学系の使用が難しい。したがって、EUV露光では、ミラーを用いた反射光学系で投影光学系が構成される。
その反射光学系の問題の一つとして、図10に示すように、ミラー40の反射面の微小凹凸に起因する散乱光101によるフレア(迷光)の存在が挙げられる。このフレアは、露光光の波長が短くなるほど影響が大きくなることが知られており、ArF光(波長193nm)やKrF光(245nm)に対して、波長13.5nmのEUV光100を用いたEUV露光ではフレアの影響を無視することができない。
そのフレアの影響を受けるものとして、例えば照度分布の調整が挙げられる。屈折光学系を用いた露光装置においては、ウェーハステージ上で測定された照度分布に基づいて、レチクルに光を通す露光スリットの形状を変形させたり、光路中に濃淡を変化させたフィルターを挿入することによって、ウェーハ上での照度分布が均一になるように調整することができる。そして、フレアの影響が小さい露光装置では、ウェーハ上での照度分布が均一になるように調整すれば、レチクル上での照度分布も均一に調整することができる。
しかしながら、EUV露光装置では、フレアの影響が大きいために、ウェーハ上での照度分布の測定結果には、反射光学系を構成するミラーによって発生するフレアの影響が含まれてしまう。したがって、フレアの影響を考慮せずにウェーハ上での照度分布を図11(b)に示すように均一となるように調整しても、図11(a)に示すようにレチクル面上での照度分布は均一に調整されないことがある。
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
図1は、実施形態の露光装置10の模式図である。
実施形態の露光装置10は、光源11として波長13.5nmのEUV光を用いたEUV露光装置である。露光装置10は、光源11と、光量調整機構33と、レチクルステージ12と、反射光学系16と、ウェーハステージ17と、制御装置20と、記憶装置21とを有する。
レチクルステージ12にはレチクル13が保持され、ウェーハステージ17にはウェーハ18が保持される。レチクル13には、ウェーハ18に転写するパターンが形成されている。また、レチクル13は、反射型のフォトマスクである。
光源11とレチクル13との間に、光量調整機構33が設けられている。光量調整機構33は、露光スリット30と遮光ブレード31とを有する。
図2(a)は、光量調整機構33の模式平面図である。
露光スリット30は矩形状に形成され、その長手方向をX方向としし、X方向に対して直交する方向(露光スリット30の短手方向)をY方向とする。光源11からのEUV光は、露光スリット30を通ってレチクル13に照射される。
露光スリット30の短手方向(Y方向)の両端部付近には、複数の遮光ブレード31が設けられている。複数の遮光ブレード31は、露光スリット30の長手方向(X方向)に沿って並んでいる。各々の遮光ブレード31は、Y方向に長手方向を有する矩形板状に形成されている。
各遮光ブレード31は、図示しないアクチュエータによりY方向に駆動可能となっている。その遮光ブレード31のY方向の駆動により、図2(b)に示すように、露光スリット30の面積(形状)を変えることができる。したがって、遮光ブレード31の駆動により、レチクル13に対するEUV光の照射光量を調整することができる。
レチクル13とウェーハ18との間には、レチクル13で反射されたEUV光をウェーハ18に投影させる投影光学系として反射光学系16が設けられている。反射光学系16は、複数のミラー14、15を有する。
光源11から出射されたEUV光は、露光スリット30を通ってレチクル13に照射され、レチクル13で反射される。そのレチクル13で反射されたEUV光は、反射光学系16を経てウェーハ18のパターン形成面に照射される。ウェーハステージ17には、ウェーハ18上でのEUV光の照度分布を測定する照度センサー19が設けられている。
実施形態の露光装置10はスキャン露光方式であり、レチクルステージ12とウェーハステージ17とを同時に、露光スリット30の短手方向(Y方向)に、露光スリット30に対して相対移動させつつ、光源11からのEUV光を露光スリット30、レチクル13、および反射光学系16を介してウェーハ18に照射する。
制御装置20は、後述する図3に示す処理を実行し、また、遮光ブレード31の駆動を制御する。
ウェーハ18に照射されたEUV光のウェーハ18上での照度分布は、ウェーハステージ17に設けられた照度センサー19により、実測することができる。しかしながら、レチクル13上でのEUV光の照度分布の測定は難しい。また、反射光学系16でのフレアの影響のため、ウェーハ18上での照度分布からレチクル13上での照度分布を単純な線形関係により求めることができない。
そこで、実施形態によれば、(1)式の関係式により、ウェーハ18上での照度分布と、レチクル13上での照度分布とを対応付ける。
(1)式において、pは、反射光学系16の特性としてフレアの影響を反映させた点像強度分布関数(PSF:Point Spread Function)を表す。点像強度分布関数pは、以下のようにして求められる。
反射光学系16を構成する各々のミラー14、15の反射面の形状を計測し、その計測された面形状に対して点光源を仮定して光線追跡計算を行う。すると、集光点であるウェーハ18上では点像ではなく、光路差のために図4に示すような像強度分布になる。図4において横軸はウェーハ18上での距離(像の広がり)τを表す。
また、(1)式において、uwはウェーハ18上での照度分布を表し、urはレチクル13上での照度分布を表す。uw及びurは、露光スリット30の長手方向(X方向)の位置xの関数として表される。
(1)式は、レチクル13上での照度分布urと、反射光学系16の特性(フレアの影響)を反映した点像強度分布関数pと、ウェーハ18上での照度分布uwとの相関関係を表す関係式であり、ur*pは、urとpとの畳み込み積分(積和演算)を表す。
積分区間は、図2(a)に示す露光スリット30の長手方向(X方向)の幅に等しい。例えば、露光スリット30の長手方向の幅が2bであったとすると、積分区間は−bからbまでとなる。
なお、点像強度分布関数pは、あらかじめ計測しておいたミラー14、15の反射面の面精度(平坦度)データからの予測データであってもよいし、あるいは図4の点像強度分布を実際に測定したデータを用いてもよい。本実施形態では、予測データを用いている。
(1)式の関係式から、レチクル13上での照度分布urが均一に調整された場合、反射光学系16によるフレアの影響を受けたウェーハ18上での照度分布uwがどのようになっているのかということを計算的に求めることが可能である。
レチクル13上での照度分布urが均一であるときのウェーハ18上での照度分布uwが算出できれば、その計算値を、ウェーハ18上での照度分布の実測値と比較することで、実測できないレチクル13上での照度分布urを間接的に評価することができる。
図3は、第1実施形態による露光装置10の制御方法のフローチャートである。
以下に説明する一連の処理は、図1に示す記憶装置21に格納された実施形態による露光装置の制御プログラムを制御装置20が読み込み、その命令のもとに実行される。
まず、ステップS1として、(1)式にしたがい、レチクル13上での目標照度分布ur_targetと、反射光学系16の特性(フレアの影響)を反映した点像強度分布関数pとの畳み込み積分を行う。
この畳み込み積分により、レチクル13上で目標とする照度分布になっているときに、フレアの影響を反映させたウェーハ18上での照度分布が算出される。この計算によって得られたウェーハ18上での目標照度分布uw_targetと、ウェーハ18上での照度分布の実測値との差を比較することで、実測のできないレチクル13上での照度分布が目標照度分布ur_targetになっているかどうかを間接的に評価することができる。
図5は、レチクル13上での目標照度分布ur_targetと、それに対応するウェーハ18上での目標照度分布uw_targetとを表す。図5において、横軸は露光スリット30の長手方向(X方向)の位置xを表し、0は露光スリット30のX方向の中心位置を表す。
第1実施形態において、レチクル13上での目標照度分布ur_targetは、均一な照度分布である。レチクル13上で均一な照度分布になっているとき、反射光学系16のフレアの影響により、ウェーハ18上では均一な照度分布にならず、図5に示すuw_targetのように、露光スリット30の長手方向の両端で照度が相対的に低下する照度分布となっている。
上記ステップS1での計算結果は、ステップS2として、露光装置10が備えた図1に示す記憶装置21のデータベース上に格納しておく。あるいは、上記計算結果は、露光装置10との通信が可能な外部の記憶装置22に格納してもよい。
次に、ステップS3として、照度センサー19を用いてウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureを取得する。このウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureは、記憶装置21に格納される。
図6に、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureと、ウェーハ18上での目標照度分布uw_targetとを表す。図6において、横軸は露光スリット30の長手方向(X方向)の位置xを表し、0は露光スリット30のX方向の中心位置を表す。
そして、ステップS4として、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureと、ウェーハ18上での目標照度分布uw_targetとの差を計算する。すなわち、ウェーハ18上での照度分布がuw_measureとなっているときのレチクル13上での照度分布urの、目標照度分布ur_targetからのずれが、間接的に算出されることになる。
次に、ステップS5として、ステップS4で算出されたuw_measureとuw_targetとの差、すなわちレチクル13上での照度分布urの目標照度分布ur_targetからのずれが、設定されたスペック(許容範囲)内かどうかの判定が行われる。
このスペック判定でOKであれば、ステップS6に進み、レチクル13上での照度分布の調整は完了する。
上記スペック判定でNGであった場合には、ステップS7として、ステップS4の計算で得られた差分に基づき、図2(a)及び(b)に示す遮光ブレード31の駆動制御量を算出し、その駆動制御量にしたがって遮光ブレード31を駆動させて露光スリット30の面積を調整する。
そして、調整された露光スリット30を通じてレチクル13にEUV光を照射し、その反射光を反射光学系16を介してウェーハ18に投影させる。そして、そのときのウェーハ18上での照度分布を測定する。すなわち、ステップS3に戻る。そして、次のステップS4として、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureと、ステップS1の計算で得られたウェーハ18上での目標照度分布uw_targetとの差を計算し、ステップS5でその差を評価する。
ステップS5のスペック判定でOKとなるまで上記処理を繰り返すことで、レチクル13上での照度分布を均一に調整することができる。したがって、実施形態によれば、フレアの影響を考慮した高精度なレチクル13上での照度分布制御を行える。なお、レチクル13上での照度分布の評価及び調整は、例えば、露光装置10の定期的な点検として行われる。
また、レチクル13上での目標照度分布ur_targetは均一分布であることに限らず、実施形態によれば、任意のレチクル上照度分布に調整することが可能である。最終的には、ウェーハ18に転写されるパターンサイズのばらつきを小さくするために他の要素の補正が行われるが、その補正を精度良く且つ簡便に行うことの前提として、レチクル13上での照度分布を均一にすることが求められることが多い。
図3のフローチャートで示される第1実施形態によれば、(1)式に基づいてあらかじめ設定されたウェーハ18上での目標照度分布uw_targetと、実測値uw_measureとの比較から、間接的にレチクル13上での照度分布を目標分布(均一分布)になるように調整することができる。しかしながら、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureと(1)式とから、レチクル13上での照度分布を計算的に求めて、直接レチクル13上での照度分布を評価することも可能である。
以下、第2実施形態による露光装置10の制御方法として、(1)式と、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureとから、レチクル13上での照度分布を計算的に求めて、直接レチクル13上での照度分布を評価する方法について説明する。
図7は、そのフローチャートである。
第2実施形態における以下に説明する一連の処理も、図1に示す記憶装置21に格納された露光装置の制御プログラムを制御装置20が読み込み、その命令のもとに実行される。
まず、ステップS1として、照度センサー19を用いてウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureを取得する。このウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureは、記憶装置21に格納される。
次に、ステップS2として、上記(1)式のデコンボリューション演算をして、レチクル13上での照度分布を、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureから推算する。
図8は、ウェーハ18上での照度分布の測定値uw_measureと、ステップS2でのデコンボリューション演算により得られたレチクル13上での照度分布ur_calcを表す。図8において、横軸は露光スリット30の長手方向(X方向)の位置xを表し、0は露光スリット30のX方向の中心位置を表す。
そして、ステップS3として、ステップS2で得られたレチクル13上での照度分布ur_calcを直接的に評価することができる。すなわち、照度分布ur_calcの、目標照度分布ur_targetからのずれが、設定されたスペック(許容範囲)内かどうかの判定が行われる。
このスペック判定でOKであれば、ステップS4に進み、レチクル13上での照度分布の調整は完了する。
上記スペック判定でNGであった場合には、ステップS5として、照度分布ur_calcと目標照度分布ur_targetとの差分に基づき、図2(a)及び(b)に示す遮光ブレード31の駆動制御量を算出し、その駆動制御量にしたがって遮光ブレード31を駆動させて露光スリット30の面積を調整する。
そして、調整された露光スリット30を通じてレチクル13にEUV光を照射し、その反射光を反射光学系16を介してウェーハ18に投影させる。そして、そのときのウェーハ18上での照度分布uw_measureを測定する。すなわち、ステップS1に戻る。そして、ステップS2及びステップS3が繰り返され、レチクル13上での照度分布ur_calcを評価する。
ステップS3のスペック判定でOKとなるまで上記処理を繰り返すことで、レチクル13上での照度分布を目標分布(例えば均一分布)に調整することができる。
具体的には、(1)式からレチクル13上での照度分布urを求めるために、フーリエ変換を行う。畳み込みを直接計算するよりも、フーリエ変換をしてかけ算をしてから、フーリエ変換の逆演算(逆フーリエ変換)をした方がはるかに少ない計算量で計算することができる。
レチクル13上での照度分布をur、反射光学系16の特性としてフレアの影響を反映させた点像強度分布関数をpとすると、ウェーハ18上での照度分布uwは、上記(1)式で表すことができる。
ここで、uwの逆フーリエ関数ciが存在するとすると、urは、uwとciを用いて(2)式のように表すことができる。
例えばレチクル13上での照度分布urを均一にすることは、urを最小にすることと等価である。したがって、レチクル13上での照度分布urを均一にする場合、(2)式におけるurを最小にするciが最適な補正値となる。すなわち、(2)式におけるurを最小にするように、図2(a)及び(b)に示す遮光ブレード31を駆動させて露光スリット30の面積が調整される。
上記具体例ではフーリエ変換を用いて(1)式のデコンボリューション演算を行ったが、逆フーリエ関数が存在しない場合には、図9(a)〜(e)を参照して以下に説明する繰り返し計算による方法で、レチクル13上での照度分布を推算することが可能である。
まず、レチクル13上での照度分布として、図9(a)に示すように適当な照度分布を設定する。
そして、(1)式にしたがって、図9(a)で設定されたレチクル13での照度分布と、反射光学系16のフレアの影響を反映させた図9(b)に示す点像強度分布関数pとの畳み込み積分を行う。
その畳み込み積分で得られたウェーハ18上での照度分布の計算値を、図9(c)において実線で表す。図9(c)における破線は、照度センサー19を用いて測定されたウェーハ18上での照度分布の測定値を表す。
そして、ウェーハ18上での照度分布の計算値と、ウェーハ18上での照度分布の測定値との差を評価し、その差がスペック(許容範囲)内でない場合には、その差に基づいて、図9(d)において実線で表すようにレチクル13上での照度分布を修正する。図9(d)において破線は、修正前の図9(a)で設定されたレチクル13上での照度分布を表す。
そして、再び、(1)式にしたがって、図9(d)で修正されたレチクル13上での照度分布と、図9(e)に示す点像強度分布関数pとの畳み込み積分を行う。
そして、その畳み込み積分で得られたウェーハ18上での照度分布の計算値と、ウェーハ18上での照度分布の測定値(図9(c)における破線)との差を評価する。その差がスペック(許容範囲)内になるまで以上の処理を繰り返す。
以上の処理により、(1)式による畳み込み積分で算出されたウェーハ18上での照度分布の計算値と、ウェーハ18上での照度分布の測定値との差が小さくなるように、(1)式で使われるレチクル13上での照度分布の設定値(予想分布)を修正していく。この結果、ウェーハ18上でこういう照度分布の実測値が得られていれば、レチクル13上ではこういう照度分布になっているだろうということが推算される。
レチクル13上の照度分布を求めることができれば、その照度分布に基づいて、露光スリット30の面積を調整することで、レチクル13上での照度分布を目標分布に調整することが可能になる。
本発明のいく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ともに、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…露光装置、13…レチクル、14,15…ミラー、16…反射光学系、17…ウェーハステージ、18…ウェーハ、19…照度センサー、20…制御装置、21,22…記憶装置、30…露光スリット、31…遮光ブレード、33…光量調整機構
Claims (5)
- レチクルに照射されたEUV(Extreme Ultra Violet)光の前記レチクル上での照度分布と、前記レチクルで反射したEUV光をウェーハに投影させる反射光学系の特性を反映した像強度分布と、前記反射光学系を介して前記ウェーハに照射されたEUV光の前記ウェーハ上での照度分布との相関関係を表す関係式と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とに基づいて、前記レチクル上での照度分布の目標値からのずれを算出する露光装置の制御方法。
- レチクルに照射された光の前記レチクル上での照度分布と、前記レチクルを経由した光をウェーハに投影させる投影光学系の特性を反映した像強度分布と、前記投影光学系を介して前記ウェーハに照射された光の前記ウェーハ上での照度分布との相関関係を表す関係式と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とに基づいて、前記レチクル上での照度分布の目標値からのずれを算出する露光装置の制御方法。
- 前記関係式から、前記レチクル上での目標照度分布に対応する前記ウェーハ上での目標照度分布を算出し、
前記ウェーハ上での目標照度分布と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とを比較する請求項1または2に記載の露光装置の制御方法。 - レチクルに照射された光の前記レチクル上での照度分布と、前記レチクルを経由した光をウェーハに投影させる投影光学系の特性を反映した像強度分布と、前記投影光学系を介して前記ウェーハに照射された光の前記ウェーハ上での照度分布との相関関係を表す関係式と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とに基づいて、前記レチクル上での照度分布の目標値からのずれを算出する処理をコンピュータに実行させるための露光装置の制御プログラム。
- 光源からの光をレチクルに通すスリットの面積を変更可能な光量調整機構と、
前記スリットを通過して前記レチクルを経由した光をウェーハに投影させる投影光学系と、
前記レチクルに照射された光の前記レチクル上での照度分布と、前記投影光学系の特性を反映した像強度分布と、前記投影光学系を介して前記ウェーハに照射された光の前記ウェーハ上での照度分布との相関関係を表す関係式と、前記ウェーハ上での照度分布の測定値とに基づいて、前記レチクル上での照度分布の目標値からのずれを算出する制御装置と、
を備えた露光装置。
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