JP3900601B2 - 露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置 - Google Patents
露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中のマスクパターンを感光性の基板上に転写する工程で使用される露光装置の露光条件選択方法、及びその方法で使用される検査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
マスクとしてのレチクルのパターンの像を投影光学系を介して、フォトレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写するための投影露光装置(ステッパー等)においては、常に最良の結像特性を維持することが要求されている。その結像特性の一つの基準として、露光及び現像後にウエハ上に残されるレジストパターンの断面のエッジ部の形状がある。即ち、ウエハ上のフォトレジスト層に所定のパターンの像を露光して現像した場合、最も結像特性が良好な状態は一例として、残されるレジストパターン(レジスト像)の断面のエッジ部がウエハの表面に対して垂直となることであり、そのエッジ部が斜めに崩れるに従って結像特性は劣化するとみなされる。そのレジストパターンのエッジ部の形状に影響する露光条件には、露光量、投影光学系の像面に対するウエハ面のデフォーカス量、照明条件、及びフォトレジストの膜厚等がある。
【0003】
そこで、従来より最も良好な結像特性を得るための最適な露光条件を決定するために、転写すべきレチクルのパターンと同じ線幅の周期的パターン、又は孤立パターンよりなる評価用パターンが形成されたテストレチクルを用意し、このテストレチクルのパターンを順次露光量やデフォーカス量等を変えながらフォトレジストの塗布してあるウエハ上の一連のショット領域に順次露光する方法が用いられている。この方法では、ウエハを現像してレジスト像を形成した後、各ショット領域内の評価用パターンの像の部分でウエハを割り、この断面内のレジスト像のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、そのエッジ部の形状が所定の形状(例えばウエハの表面に垂直)となるときの露光条件を最適な露光条件として選択していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く従来は投影露光装置の最適な露光条件を決定するために、評価用パターンを露光したウエハを割り、その断面のレジスト像のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察していた。この場合、各露光条件についてそれぞれウエハを割って、断面のエッジ部の形状を走査型電子顕微鏡で観察する必要があるため、各露光条件について最適な条件を決定するためには、長い時間と莫大な労力とを必要とするという不都合があった。更に、ウエハを割る際にレジスト像を壊さないようにする必要があるため、ダイシングソー等を用いることができず手でウエハを割る必要があることから、作業時間が特に長くなると共に、検査用に割ったウエハは再生して使用できないという不都合もあった。
【0005】
また、計測に用いるテストレチクルの評価用パターンは、断面の位置がずれても計測できるように、通常は実露光用のレチクルのパターンと同じ線幅の周期的パターン、又は孤立パターンを長く形成したパターンであるため、実際の露光の際に最適な露光条件を決定できるとは限らないという不都合もあった。
本発明は斯かる点に鑑み、評価用の基板を割ることなく所定の露光条件を選択できる露光条件選択方法を提供することを第1の目的とする。
【0006】
更に本発明は、実露光用のレチクルのパターンを評価用のパターンとして使用できると共に、効率的に所定の露光条件を選択できる露光条件選択方法を提供することを第2の目的とする。
また、本発明は、そのような露光条件選択方法を実施する際に使用できる検査装置を提供することを第3の目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明による露光条件選択方法は、第1面のパターンの像を投影系(PL)を介して第2面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性が得られるように所定の露光条件を決定するための露光条件選択方法であって、その第1面に所定のマスクパターンを配置し、その第2面上に感光材料が塗布された評価用の基板(W)を配置し、基板(W)上の複数の露光領域に互いにその所定の露光条件を変えてそのマスクパターンの像を投影系(PL)を介して露光する第1工程(ステップ701,702)と、基板(W)上の感光材料を現像する第2工程(ステップ703)と、この現像後に残されるその感光材料のパターンが形成された基板(W)全面に検査用の照明光を照射して、その感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方により個別に形成される基板(W)の全面の像を撮像し、この全面像の各部の像強度よりその複数の露光領域毎のその正反射光及びその回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、この受光量に基づいてその所定の結像特性が得られるようにその所定の露光条件を決定する第3工程(ステップ704〜707)と、を有するものである。
【0008】
斯かる本発明によれば、現像後に残される基板(W)上の感光材料のパターンに検査用の照明光を照射して、その感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光している。そのパターンの断面形状等によって回折光等の光量が変化することを利用して、その受光量に基づいて所定の結像特性が得られるようにその所定の露光条件を決定できるため、基板(W)を割ることなくその所定の露光条件を正確に決定できる。更に、基板(W)は検査後に感光材料を剥離して再びリソグラフィ工程を経ることで、所定のデバイスとして再生できる。また、回折光等を検出できればよいため、その評価用の所定のパターンとして、実露光用のマスクパターンも使用できる。
また、一度その基板の全面の像を撮像して、各露光領域毎の受光量を求めるだけで、極めて効率的にその所定の露光条件を決定できる。
【0009】
この場合、その所定の結像特性の一例は、現像後の感光材料の断面形状であり、その所定の露光条件の一例は、投影系(PL)の像面からのデフォーカス量、その感光材料に対する露光量、及びそのマスクパターンに対する照明条件の少なくとも1つである。
【0010】
次に、本発明による検査装置は、上記の本発明による露光条件選択方法の前記第3工程で使用される検査装置であって、表面が複数の露光領域に区分されると共に検査対象の感光材料のパターンが形成された基板(W)の全面に検査用の照明光を照射する照明系(21,23)と、その基板からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光してその基板の表面の全面の像を個別に形成して撮像する受光系(22,23〜26,27a〜30a)と、この受光系からの検出信号に基づいてその複数の露光領域毎のその正反射光及びその回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、この受光量に基づいてその基板上の複数の露光領域における感光材料のパターンの断面形状を推定する演算装置(32)と、を有するものである。斯かる本発明の検査装置によれば、その照明系及び受光系によって、基板(W)からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方の光量が検出でき、この検出結果より感光材料の断面形状が推定できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、投影露光装置で最適な露光条件を決定する場合に本発明を適用したものである。
図1は、本例で評価対象となる投影露光装置を示し、この図1において、露光光源としてのKrF(波長248nm)、又はArF(波長193nm)等のエキシマレーザ光源1から射出された紫外パルス光よりなる露光光ILは、光路折り曲げ用のミラー2で反射された後、第1レンズ3A、第2レンズ3B、及びミラー4を介してフライアイレンズ5に入射する。露光光としては、水銀ランプのi線やYAGレーザの高調波等も使用できる。
【0012】
照度分布均一化用のフライアイレンズ5の射出面には、照明系の開口絞り板6が回転自在に配置され、開口絞り板6の回転軸の周りには、通常照明用の円形の開口絞り8A、複数の偏心した小開口より成る変形照明用の開口絞り8B、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り8C、及び小さいコヒーレンスファクタ(σ値)用の小さい円形の開口絞り8D等が形成されている。そして、装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系19が、開口絞り板6を駆動モータ7で回転することによって、フライアイレンズ5の射出面に所望の照明系開口絞りを配置できるように構成されている。
【0013】
フライアイレンズ5の射出面の開口絞りを通過した露光光ILの一部は、ビームスプリッタ9にて反射された後、集光レンズ10を介して光電検出器よりなるインテグレータセンサ11に入射する。インテグレータセンサ11の検出信号より主制御系19は、露光光ILのウエハWの表面での照度(パルスエネルギー)、及びウエハW上での積算露光量を間接的にモニタできる。その積算露光量が所定の目標値となるように、主制御系19は、エキシマレーザ光源1の発光タイミングを制御する。これによってウエハに対する露光量を制御できる。
【0014】
ビームスプリッタ9を透過した露光光ILは、第1リレーレンズ12A、可変視野絞り(レチクルブラインド)13、第2リレーレンズ12B、光路折り曲げ用のミラー14、及びコンデンサレンズ15を経て、マスクRのパターン面を照明する。マスクR上の照明領域内のパターン像は、投影光学系PLを介して所定の投影倍率β(βは例えば1/4,1/5等)で、フォトレジストが塗布されたウエハW上に投影される。ここで、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面の直行座標系をX軸、Y軸とすると、レチクルRはX方向、Y方向、回転方向に位置決めを行うレチクルステージ16上に保持されている。
【0015】
一方、ウエハWはウエハホルダ18上に吸着保持され、ウエハホルダ18はウエハステージ17上に固定され、ウエハステージ17はウエハWのZ方向の位置及び傾斜角を補正してウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合焦させると共に、ウエハWのX方向、Y方向へのステッピング、及び位置決めを行う。レチクルステージ16、及びウエハステージ17の位置はそれぞれ不図示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測結果に基づいて主制御系19がレチクルステージ16及びウエハステージ17の動作を制御する。
【0016】
露光時には、ウエハW上の1つのショット領域へのレチクルRのパターン像の露光が終わると、ウエハステージ17のステッピングによって次のショット領域が露光フィールド内に移動し、以下ステップ・アンド・リピート方式でウエハW上の各ショット領域への露光が繰り返される。なお、投影露光装置としては、ステッパー方式のみならず、レチクルRとウエハW上の各ショット領域とを投影光学系PLに対して投影倍率βを速度比として同期走査するステップ・アンド・スキャン方式等を使用してもよい。
【0017】
さて、図1に示す本例の投影露光装置を使用する場合には、レチクルRを実露光用のレチクルであるとして、予めレチクルRに対して最良の結像特性が得られるときの露光条件、即ち最適な露光条件を決定しておく必要がある。本例での最良の結像特性とは、フォトレジストを塗布したウエハ上に実際に回路パターンとして使用されるパターンの像を露光した後、現像によって得られるレジストパターンの断面形状のエッジ部が、ウエハの表面に対して垂直になる状態を言うものとする。なお、最良の結像特性の別の定義としては、例えば最終的にそのレジストパターンをマスクとして形成される回路パターンの線幅の設計値に対する誤差が所定の許容範囲内に収まる状態等も考えられる。
【0018】
また、本例で決定すべき露光条件は、ウエハ上の各ショット領域に対する露光量(積算露光量)、及び予め設定されているベストフォーカス位置の初期値に対するデフォーカス量であるとする。後者のデフォーカス量が決定されると、そのデフォーカス量をその初期値に加算した位置が新たなベストフォーカス位置となり、この新たなベストフォーカス位置がウエハステージ17を介してウエハの表面を合焦させる際の目標値となる。
【0019】
次に、本例では露光、及び現像後にウエハ上の各ショット領域に形成されるレジストパターン(レジスト像)の形状を、そのレジストパターンからの反射光、又は回折光を検出することによって間接的に計測する。
図2は、そのように間接的にレジストパターンの形状を計測するために使用される本例の検査装置を示す概略斜視図であり、この図2において、半導体レーザ素子のような可干渉な光源21から発散する波長が例えば550nm程度の検出光DLがハーフプリズム22に入射し、ハーフプリズム22を透過した検出光DLが集光レンズ23でほぼ平行光束に変換されて、検査対象のウエハ(ウエハWとする)のほぼ全面をほぼ垂直に照射する。ウエハWは高さ、傾斜角、及び回転角が調整できるターンテーブル38上に載置されている。このとき、集光レンズ23の前側焦点位置近傍に光源21を配置し、集光レンズ23の後側焦点位置近傍にウエハWの表面を配置して、ウエハWをケーラー照明するのが望ましい。なお、光源21の代わりに、He−Neレーザ光源のような平行ビームを発生する光源と、その平行ビームを発散するためのレンズとを組み合わせた光源系を使用してもよい。
【0020】
ウエハWの表面で正反射した光束である0次光(正反射光)DL0 は、再び集光レンズ23を通過してハーフプリズム22に戻り、ハーフプリズム22で反射された0次光DL0 は、正反射光受光系に導かれる。正反射光受光系では、集光レンズ23に対して光源21と共役な位置に絞り24が設けられ、絞り24によって0次光DL0 以外の迷光を遮光している。絞り24を通過した0次光DL0 は、結像レンズ25を介して、CCD型の2次元の撮像素子26の撮像面上にウエハWの表面の正反射光による像を形成する。撮像素子26からの画像信号は、コンピュータよりなる演算処理装置32に供給され、演算処理装置32では、供給された画像信号をアナログ/デジタル変換して、撮像素子26の各画素毎の画像信号の強度を求める。また、予めウエハW上の各ショット領域の位置と撮像素子26の各画素との対応関係が求めて記憶されており、演算処理装置32では、各画素毎の画像信号の強度よりウエハW上の各ショット領域毎の画像信号、即ち0次光(正反射光)の画像信号の強度の平均値を算出し、算出結果を記憶する。
【0021】
本例では、ウエハWをほぼ垂直に検出光DLで照明しているため、ウエハW上の各ショット領域にレジストの周期的パターンが形成されている場合には、その周期的パターンから回折光が発生する。その検出光DLの波長をλ、その周期的パターンのピッチをpとすると、そのときのn次(n=1,2,…)の回折光の回折角θn は、次式のように表せる。また、−n次の回折光の回折角は対称に−θn となる。
【0022】
sin θn =(n・λ)/p (1)
ウエハWからの±n次の回折光はその周期的パターンのピッチ方向に沿って回折角±θn の方向に進むため、本例の検査装置には、2対の回折光受光系が設けられている。この場合、直交する周期的パターンからの回折光を同時に受光するために2対の回折光受光系が設けられており、更に、各ピッチ方向で回折光を受光する際に、レジストの膜厚むら、及び周期的パターンの非対称性の影響を避けるために、同時に±n次の1対の回折光を受光するようにしている。そして、ウエハW上の同一のショット領域からの±n次の回折光の画像信号の和を、そのショット領域からのn次の回折光の光強度に対応する画像信号とみなしている。
【0023】
即ち、図2において、ウエハWに対して第1のピッチ方向で回折角θn の方向に発生するn次回折光DLY(+1)は、受光レンズ27aで集光され、受光レンズ27aの後側焦点位置近傍に設けられた絞り28aを通過する。絞り28aでは、n次回折光以外の光束が遮光され、絞り28aを通過した光束は、結像レンズ29aを介してCCD型の2次元の撮像素子30aの撮像面上に、ウエハWの表面のn次回折光による像を形成する。撮像素子30aの撮像信号も演算処理装置32に供給されている。このとき、ウエハWの表面と撮像素子30aの撮像面とは、受光レンズ27a及び結像レンズ29aに関してほぼアオリの結像関係、即ちシャインプルーフの条件を満たしており、ウエハWの表面の全面の像はその撮像面にほぼ鮮明に形成されている。更に、絞り28aと結像レンズ29aの主点との間隔、及び撮像素子30aの撮像面と結像レンズ29aの主点との間隔をそれぞれ結像レンズ29aの焦点距離に等しくなるように配置して、回折光受光系を両側テレセントリックにしておく。これによって、ウエハWの表面の像の倍率は像面内でほぼ一定になる。
【0024】
また、受光レンズ27aから撮像素子30aまでの回折光受光系は、一体的に鏡筒31aに固定され、鏡筒31aはウエハWに対する傾斜角φを調整できるように支持されている。例えば、撮像素子30aがほぼn次回折光DLY(+1)の像を受光している状態で、その鏡筒31aの傾斜角φ、及びターンテーブル38の回転角を調整して、撮像素子30aからの撮像信号の和を最大にすることによって、所望のn次の回折光を十分な光量で受光できる。受光レンズ27a〜撮像素子30aよりなる受光系と対称に、−n次の回折光DLY(-1)を受光するための受光レンズ27b〜撮像素子30bよりなる受光系が配置されている。
【0025】
更に、これら1対の受光系と直交するように、第2のピッチ方向に対してn次の回折光DLX(+1)を受光するための受光レンズ27c〜撮像素子30cよりなる受光系、及び−n次の回折光DLX(-1)を受光するための受光レンズ27d〜撮像素子30dよりなる受光系が配置されている。撮像素子30b〜30dの各撮像信号も演算処理装置32に供給され、演算処理装置32では、第1のピッチ方向に対応する2つの撮像素子30a,30bの撮像信号の和を求め、この撮像信号の和を用いて、ウエハW上の各ショット領域毎にn次回折光の強度を求めると共に、第2のピッチ方向に対応する2つの撮像素子30c,30dの撮像信号の和を求め、この撮像信号の和を用いて、ウエハW上の各ショット領域毎に第2のピッチ方向のn次回折光の強度を求める。
【0026】
また、後述のように予めウエハ上のレジストパターンのエッジ部がウエハの表面に対して垂直になるときの、そのレジストパターンからの0次光、及びn次回折光の強度の関係が求めて演算処理装置32内の記憶部に記憶されている。演算処理装置32では、計測された各ショット領域の0次光の強度、及びn次光の強度がその記憶されている関係になるときのショット領域の番号を特定する。このショット領域に対して露光を行ったときの露光条件が最適な露光条件となる。
【0027】
なお、DRAM等の半導体素子では回路パターンは直交して配置されている場合が多いので、図2の2対の回折光受光系は直交した方向に設けるのが望ましい。但し、回折光の生じる方向が直交していない場合に備えて、2対の回折光受光系の交差角を調整できるようにしておくことが望ましい。また、結像レンズ25、及び回折光受光系の受光レンズ27a〜27dは集光作用を持つ凹面鏡を用いて構成してもよく、これによって検査装置がコンパクトに構成できる。
【0028】
次に、図1の投影露光装置の露光量、及びデフォーカス量の露光条件を決定する場合の動作の一例につき図7のフローチャートを参照して説明する。
このとき、図1のレチクルRは実露光用の原版パターンが描画されたレチクルであり、その原版パターンは、図3(b)に示すように、X方向に遮光部(斜線部)と透過部とが1:1の幅で形成されたX軸のライン・アンド・スペースパターン20Xと、Y方向に遮光部(斜線部)と透過部とが1:1の幅で形成されたY軸のライン・アンド・スペースパターン20Yとからなるパターンユニットを、縦横に多数配列したものであるとする。
【0029】
先ず、図7のステップ701で、厚さ1.0μmでフォトレジストを塗布した未露光のウエハ(ウエハWとする)を、図1の投影露光装置のウエハホルダ18上に載置し、次のステップ702で、レチクルRのパターンの像を、ウエハW上の複数のショット領域に順次露光条件(露光量、及びデフォーカス量)を次第に変化させてステップ・アンド・リピート方式で露光する。
【0030】
図3(a)は、ウエハWのショット配列の一例を示し、この図3(a)において、ウエハWの露光面はX方向、Y方向に所定ピッチでN(Nは3以上の整数)個のショット領域SA1,SA2,…,SANに分かれ、X方向に並んだ各行のショット領域内ではデフォーカス量が負の値から次第に正の値になるように段階的に変化しており、Y方向に並んだ各列のショット領域内では露光量が負の値から次第に正の値になるように段階的に変化している。従って、N個のショット領域は露光条件が互いに異なっており、その中でレジストパターンのエッジ部の形状が最も良くなるショット領域で使用された露光量、及びデフォーカス量が最適な露光条件となる。
【0031】
次に、ステップ703で、露光されたウエハWを現像して、凹凸のレジストパターンを形成した後、ステップ704で、ウエハWを図2の検査装置のターンテーブル38上に載置する。それに続くステップ705で、検査装置の光源21より検出光DLをウエハW表面の全面に照射し、ステップ706で、撮像素子26によってウエハWからの正反射光(0次光)によるその表面の像を撮像し(受光し)、これと並列に撮像素子30a〜30dを介してウエハWからの±n次回折光による像を撮像し、各画素の受光量に対応する画像信号を演算処理装置32に供給する。本例では、±n次回折光として、±1次回折光を受光する。具体的に、図3(b)のY軸のライン・アンド・スペースパターン20Yに対応するレジストパターンからの1次回折光、及び−1次回折光をそれぞれ図2の撮像素子30a及び30bで受光し、X軸のライン・アンド・スペースパターン20Xに対応するレジストパターンからの1次回折光、及び−1次回折光をそれぞれ図2の撮像素子30c及び30dで受光する。
【0032】
次に、ステップ707で、演算処理装置32は、得られた正反射光、及び回折光の受光量に対応する画像信号に基づいて最適露光条件を決定する。以下では、Y軸のライン・アンド・スペースパターン20Yに対応するレジストパターンを判断基準にするものとして、演算処理装置32は、先ず撮像素子26の画像信号よりウエハW上の各ショット領域毎の0次光(正反射光)の強度I(0)を求める。更に、撮像素子30a及び30bの画像信号の和を求めた後、ウエハWの各ショット領域毎の1次光の強度I(±1)を求める。
【0033】
この場合、正反射光や回折光の光量はデバイスの設計データからも計算することができるので、実際の露光プロセスでもその設計データから計算される光量に合致するような露光条件を選ぶことができる。
図4は、現像後のウエハW上に形成されたレジストパターンの断面形状の種々の例を示し、これらの内で図4(b)の断面33は、エッジ部がウエハの表面に垂直になったレジストパターンを示し、このときの露光条件が最適な露光条件となる。一方、図4(a)の断面34は、ウエハWの表面が像面に対して上側(+方向)に僅かにデフォーカスした場合のレジストパターンを示し、このときは断面34の上部が設計値(ここでは底部の位置)に比べてδだけ細くなっている。このδをレジストの崩れ量と呼び、上部が設計値に比べて細くなる場合の崩れ量δの符号を+とする。また、図4(c)の断面35は、ウエハWの表面が像面に対して下側(−方向)に僅かにデフォーカスした場合のレジストパターンを示し、断面35の底部に設計値(ここでは上部の位置)に比べてδ(符号は−)の崩れ量が生じている。このようにデフォーカスが生じた場合、そのデフォーカス量の絶対値がかなり小さい内は、レジストの形状の崩れ量δはデフォーカス量にほぼ比例する。
【0034】
次に、レジストパターンの形状の崩れ量と、0次光、及び1次回折光の光強度との関係について、コンピュータを用いたシミュレーションの結果を用いて説明する。図5(a)及び(b)は、それぞれ1μmの膜厚のレジスト内に形成された線幅が1μmのライン・アンド・スペースパターンを波長550nmの検出光で垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δと、1次回折光の強度I(±1)及び0次光の強度I(0)との関係を示すシミュレーション結果である。図5(a),(b)において、横軸はレジストの崩れ量δ(μm)、縦軸は1次回折光、0次光の強度である。この場合、0次光、1次回折光共にレジストの形状の崩れ量δが0となるときに光強度がほぼ最大となっている。
【0035】
一方、図6(a)及び(b)は、それぞれ0.8μmの膜厚のレジスト内に形成された線幅が1μmのライン・アンド・スペースパターンを同じ検出光で垂直に照明したときの、レジストの形状の崩れ量δと、1次回折光の強度I(±1)及び0次光の強度I(0)との関係を示すシミュレーション結果である。この場合、1次回折光の強度I(±1)はレジストの形状の崩れ量が0となる位置で最大となるが、0次光はレジストの形状の崩れ量が0となる位置で最大とはなっいない。このように0次光(正反射光)の光強度はレジストの膜厚の影響を受けやすく、レジスト像の端部の形状の影響に対しても感度が高い。従って、0次光の強度I(0)により露光条件を決定する場合には、予めレジストの膜厚に対して計算しておいた所定の強度になる条件を選ぶことが望ましい。
【0036】
これに対し、1次回折光の強度はレジストの膜厚に拘らず、レジストの崩れ量δが0となる位置(ここではデフォーカス量も0となる)でほぼ最大となっている。そこで、1次回折光の検出により露光条件を決定する場合には、回折光の強度が最大となる点が最適条件と判断できる。そのため、図7のステップ707において、演算処理装置32は、一例として1次回折光の強度I(±1)が最大となるショット領域の番号を求め、このショット領域の番号を図1の主制御系19に供給する。主制御系19では、その番号のショット領域に露光したときの露光量、及びデフォーカス量を最適な露光条件として記憶し、それ以後のレチクルRのパターンの露光に際してはその記憶してある露光条件で露光を行う。これによって、その後に露光されるウエハを現像して得られるレジストパターンの形状は最適なものとなり、最終的に高い解像度、及び線幅制御精度で回路パターンが形成される。
【0037】
なお、上記の実施の形態では、1次回折光(n次回折光)の強度に基づいてレジストパターンの形状を間接的に求めているが、図5(b)に示されているように、レジストの膜厚によっては0次光(正反射光)の強度を用いて、露光条件を判定してもよい。即ち、レジストの膜厚が所定の範囲内にあるときには、0次光の強度が最大になる、又は大きく変化するときの露光条件を最適な露光条件とすることができる。また、n次回折光と0次光とを組み合わせて、最適な露光条件を判定してもよい。
【0038】
また、露光条件としては、露光量やデフォーカス量の他に、フォトレジストの膜厚や照明条件(σ値等)を用いてもよい。フォトレジストの膜厚については、ウエハ毎に膜厚を変えて露光して検査を行うことになるが、照明条件については、1枚のウエハのショット領域毎に条件を変えて露光することができる。更に、本例では、ウエハに対する露光条件を決定する場合について説明したが、本発明による露光条件選択方法は、液晶表示素子等の露光条件を決定する場合にも適用できるのは言うまでもない。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【0039】
【発明の効果】
本発明の露光条件選択方法によれば、評価用の基板上の感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光し、その基板上の複数の露光領域毎の受光量に基づいて所定の露光条件を決定しているため、その評価用の基板を割ることなく所定の露光条件を選択できる利点がある。従って、その検査後の基板上の感光材料を剥離することで、その基板を再生使用できる。
【0040】
また、正反射光、又は回折光を受光しているため、実露光用のマスクのパターンを評価用のパターンとして使用できる。正反射光や回折光の光量はデバイスの設計データからも計算することができるので、実際の露光プロセスでもその設計データから計算される光量に合致するような露光条件を選ぶことができる。
また、所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状であり、所定の露光条件とは、投影系の像面からのデフォーカス量、感光材料に対する露光量、及びマスクパターンに対する照明条件の少なくとも1つである場合には、現像後の感光材料の断面形状が所望の形状となるように露光条件を最適化できる。
【0041】
また、第3工程において、基板の全面の感光材料のパターンに検査用の照明光を照射して、その基板の全面の像を撮像し、この全面の像の各部の像強度より複数の露光領域毎の受光量を求める場合には、その基板の全面の像を1回撮像して露光領域毎の光量を求めるのみで露光条件を効率的に決定できる利点がある。
次に、本発明の検査装置によれば、本発明の露光条件選択方法の第3工程を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す斜視図である。
【図2】その実施の形態の一例で使用される検査装置を示す概略斜視図である。
【図3】(a)はその実施の形態で露光されるウエハのショットマップの一例を示す図、(b)は露光されるパターンの一例を示す拡大平面図である。
【図4】ウエハ上のレジストパターンの断面形状の種々の例を示す断面図である。
【図5】厚さ1μmのレジスト像の崩れ量と、1次回折光及び0次光(正反射光)との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図6】厚さ0.8μmのレジスト像の崩れ量と、1次回折光及び0次光(正反射光)との関係のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図7】本発明の実施の形態の一例で露光条件を決定する場合の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
R レチクル
PL 投影光学系
W ウエハ
17 ウエハステージ
19 主制御系
21 光源
23 集光レンズ
24,28a〜28d 絞り
25,29a〜29d 結像レンズ
26,30a〜30d 撮像素子
27a〜27d 受光レンズ
32 演算処理装置
Claims (3)
- 第1面のパターンの像を投影系を介して第2面上に投影する投影露光装置で所定の結像特性が得られるように所定の露光条件を決定するための露光条件選択方法であって、
前記第1面に所定のマスクパターンを配置し、前記第2面上に感光材料が塗布された評価用の基板を配置し、該基板上の複数の露光領域に互いに前記所定の露光条件を変えて前記マスクパターンの像を前記投影系を介して露光する第1工程と、
前記基板上の感光材料を現像する第2工程と、
該現像後に残される前記感光材料のパターンが形成された基板全面に検査用の照明光を照射して、前記感光材料のパターンからの正反射光、及び回折光の少なくとも一方により個別に形成される前記基板の全面の像を撮像し、該全面像の各部の像強度より前記複数の露光領域毎の前記正反射光及び前記回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、該受光量に基づいて前記所定の結像特性が得られるように前記所定の露光条件を決定する第3工程と、を有することを特徴とする露光条件選択方法。 - 請求項1記載の露光条件選択方法であって、
前記所定の結像特性とは、現像後の感光材料の断面形状であり、
前記所定の露光条件とは、前記投影系の像面からのデフォーカス量、前記感光材料に対する露光量、及び前記マスクパターンに対する照明条件の少なくとも1つであることを特徴とする露光条件選択方法。 - 請求項1又は2記載の露光条件選択方法の前記第3工程で使用される検査装置であって、
表面が複数の露光領域に区分されると共に検査対象の感光材料のパターンが形成された基板の全面に検査用の照明光を照射する照明系と、
前記基板からの正反射光、及び回折光の少なくとも一方を受光して前記基板の表面の全面の像を個別に形成して撮像する受光系と、
該受光系からの検出信号に基づいて前記複数の露光領域毎の前記正反射光及び前記回折光の少なくとも一方の個別の受光量を算出し、該受光量に基づいて前記基板上の前記複数の露光領域における前記感光材料のパターンの断面形状を推定する演算装置と、を有することを特徴とする検査装置。
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