JP6415186B2

JP6415186B2 - 評価用マスク、評価方法、露光装置及び物品の製造方法

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Publication number: JP6415186B2
Application number: JP2014173007A
Authority: JP
Inventors: 美和子安藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-08-27
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Description

本発明は、露光装置の性能を評価する際に用いられる評価用マスク、評価方法、露光装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置は、マスク又はレチクルのパターンを、投影光学系を介して、レジストなどの感光剤が塗布された基板（半導体ウエハやガラスプレート）に投影（結像）して基板上にパターンを転写する。近年では、マスクの一部の領域を照明し、投影光学系に対してマスクと基板とを走査して基板を露光する走査型の露光装置、所謂、ステップアンドスキャン方式の露光装置が主流となってきている。

近年では、デバイスの微細化に伴い、露光装置の高性能化が要求されているため、評価用マスクを用いて露光装置の性能を高い精度で評価することが必要となってきている。かかる評価用マスクには、例えば、露光装置の結像性能を評価するための機能、露光装置上での投影光学系の結像性能を評価するための機能、走査露光のための駆動系を調整するための機能などが求められている。特に、液晶露光装置に用いられる評価用マスクは、大型で高価であるため、多様な機能を有することが求められている。ここで、露光装置の結像性能は、フォーカス、線幅（ＣＤ：ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）、ディストーション、オーバーレイ（重ね合わせ）などを含む。投影光学系の結像性能は、投影光学系の有効領域内のフォーカス（像面、非点収差、アス）、ディストーションなどを含む。また、走査露光のための駆動系の調整は、マスクを保持して移動するマスクステージや基板を保持して移動する基板ステージの調整、マスク上の露光しない部分を遮光するマスキングブレードの位置の調整などを含む。

このような評価用マスクにおいても、上述した機能の精度の向上が求められている。特に、結像性能の高精細化に伴って投影光学系の有効領域が狭くなってきており、有効領域内の結像性能を従来と同等の分解能で評価するためには、例えば、ディストーションを評価するためのパターンを従来よりも細かいピッチで配置する必要がある。

露光装置や投影光学系の結像性能を評価する際には、評価用マスクを介してレジストが塗布された基板を露光し、かかる基板を現像して、評価用マスクのパターンに対応するレジスト像を計測装置で計測する。評価用マスクは、露光装置や投影光学系の結像性能を評価するための光透過型パターン以外の領域からの光の影響を受けないようにするため、光透過型パターン以外の領域は遮光部とされている。但し、評価用マスクには、一般に、複数種類のパターンが配置されており、光透過型パターンとかかるパターンの周囲の遮光部との比率（以下、「開口率」と称する）が基板上の領域ごとに異なっている。ここで、例えば、光が照射された部分のレジストが除去されるポジレジストを評価に用いる場合を考える。この場合、露光された基板上のポジレジストを現像する際、開口率が高い領域は、開口率が低い領域に比べて、現像する領域が広く、多くのポジレジストが現像液に溶解するため、その領域の現像液の現像力が局所的に低下してしまう。このような場合、部分的な現像力の低下による影響（例えば、ＣＤの変化など）をレジスト像が受けてしまうため、露光装置の性能を正しく評価することができない。そこで、基板を現像する現像装置側の対応として、現像液の現像力の低下を抑える技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３１９３５０号公報

しかしながら、露光装置や投影光学系の結像性能の評価は、露光装置の設置時に検査として行われるが、現像装置は露光装置の設置先によって異なり、特許文献１のような対応をしていない現像装置を使用しなければならない場合がある。

また、現像力の低下による影響を考慮して評価用マスクを設計（製造）することも考えられる。しかしながら、現像力の低下による影響は、現像装置の調整状態によって異なるため、露光装置の設置時にその影響を確認して評価用マスクを製造しなければならないため、現実的ではない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、露光装置の性能を高い精度で評価するのに有利な評価用マスクを提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての評価用マスクは、基板を露光する露光装置の性能を評価する際に用いられる評価用マスクであって、前記露光装置の第１性能を評価するための第１パターン及び第２パターンと、前記露光装置の前記第１性能とは異なる第２性能を評価するための第３パターンと、前記第１パターンを含む第１部分領域における単位面積あたりの開口部と遮光部との第１比率と、前記第２パターンを含む第２部分領域における単位面積あたりの開口部と遮光部との第２比率との差分を±１０％以内にするためのダミーパターンと、を有し、前記第３パターンが、前記第１部分領域内において前記第１パターンの周囲に配置され、前記ダミーパターンが、前記第２部分領域内において前記第２パターンの周囲に配置されていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、露光装置の性能を高い精度で評価するのに有利な評価用マスクを提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。評価用マスクの比較例としての構成を示す概略図である。図２に示す評価用マスクの第１パターンに対応するレジスト像の線幅差の一例を示す図である。本実施形態における評価用マスクの構成を示す概略図である。図４に示す評価用マスクのパターンを含む部分領域を示す拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、マスクのパターンを基板に転写する、即ち、基板を露光するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、マスクステージ２と、照明光学系３と、投影光学系４と、基板ステージ６と、制御部７とを有する。

マスクステージ２は、基板５に転写すべきパターンを有するマスク１と、露光装置１００の性能を評価するための評価用マスク１０とを交換可能に保持する。照明光学系３は、マスクステージ２に保持されたマスク１や評価用マスク１０を照明する。投影光学系４は、照明光学系３によって照明されたマスク１や評価用マスク１０のパターンを基板５に投影する。基板ステージ６は、基板５を保持する。制御部７は、ＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１００の全体（露光装置１００の各部）を制御する。制御部７は、例えば、基板５を露光する処理、露光装置１００の性能を評価する処理、露光装置１００の性能を調整する処理などを制御する。

マスク１と基板５とは、投影光学系４を介して、光学的に略共役な位置に配置されている。照明光学系３は、円弧形状又は台形形状の露光領域を、均一な照度分布でマスク１の上に形成する。マスク１のパターンからの光は、投影光学系４を介して、基板ステージ６に保持された基板５の上に結像する。この際、投影光学系４の光軸に対して、マスクステージ２及び基板ステージ６の両方を駆動させることで、照明光学系３によって形成された露光領域よりも広い領域を露光することができる。

ここで、図２を参照して、評価用マスク１０の比較例としての構成について説明する。図２では、簡略化のため、説明に必要なパターンのみを示している。図２に示す評価用マスク１０は、露光装置１００の第１性能を評価するためのパターン（要素）１１乃至１９と、露光装置１００の第１性能とは異なる第２性能を評価するためのパターン２０とを含む。また、具体的には、第１性能は、線幅（ＣＤ：ＣｒｉｔｉｃａｌＤｉｍｅｎｓｉｏｎ）及びフォーカスの少なくとも一方を含み、第２性能は、投影光学系４のディストーションを含む。

パターン１１乃至１９はそれぞれ、例えば、所謂、ライン・アンド・スペースパターンで構成される。但し、図２では、簡略化して、円形状の開口で示している。パターン１１乃至１９は、露光装置１００の最大の露光領域をカバーするために、評価用マスク１０の中心及び周辺を含む全体に配置されている。また、パターン２０は、例えば、十字形状の開口が複数配列されたパターンで構成される。但し、図２では、簡略化して、矩形状の開口で示している。パターン２０は、投影光学系４の有効領域をカバーする程度の大きさの領域内に、パターン１４、１５及び１６の周囲に配置される。露光装置１００は、走査型の露光装置であるため、投影光学系４の有効領域は、露光装置１００の最大の露光領域よりも狭くなっている。パターン１１、１２及び１３と、パターン１４、１５及び１６と、パターン１７、１８及び１９とは、長手方向（ｙ方向）にずれて配置されている。露光装置１００は、評価用マスク１０をｙ方向に走査しながら、順次露光する。露光装置１００の性能を評価する際に、パターン１１乃至１９とパターン２０は、照明光学系３からの光を透過（通過）させる開口部（光透過部）として機能する。また、比較例では、露光装置１００の性能を評価する際に露光装置１００の性能を評価するためのパターン以外の領域からの光の影響を受けないようにするため、露光装置１００の性能を評価するためのパターン以外の領域を遮光部としている。

図２に示す評価用マスク１０は、パターン１１乃至１９の間において、パターン１１乃至１９のそれぞれの周囲、即ち、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域内における開口部と遮光部との比率（開口率）が異なっている。例えば、パターン（第１パターン）１５を含む部分領域１５ａは、パターン（第３パターン）２０も含んでいるため、開口部の割合が高い（即ち、開口率が高い）。一方、パターン（第２パターン）１２を含む部分領域１２ａは、パターン２０を含んでいないため、開口部の割合が低い（即ち、開口率が低い）。

露光装置１００の性能を評価する際には、評価用マスク１０を介して、例えば、ポジレジストが塗布された評価用の基板を露光し、かかる基板を現像する。この際、開口率が高い部分領域１５ａは、開口率が低い部分領域１２ａに比べて、現像する領域が広く、多くのポジレジストが現像液に溶解するため、開口率が高い部分領域の現像液の現像力が局所的に低下してしまう。従って、パターン１１乃至１９がノコシパターン（評価用マスク１０における遮光部で評価するパターン）である場合、パターン１５に対応するレジスト像の線幅がパターン１２に対応するレジスト像の線幅よりも太くなる。また、パターン１１乃至１９がヌキパターン（評価用マスク１０における開口部で評価するパターン）である場合、パターン１５に対応するレジスト像の線幅がパターン１２に対応するレジスト像の線幅よりも細くなる。なお、ネガレジストの場合は露光された部分が現像で残されるため、ネガレジストが塗布された評価用の基板を露光し、かかる基板を現像する際には、開口率が低い部分領域の現像液の現像力が局所的に低下してしまう。以下では、ポジレジストの場合について説明する。

図３は、パターン１２、１５及び１８のそれぞれに対応するレジスト像の線幅差（ＣＤ差）の一例を示す図である。ここでは、パターン１２、１５及び１８をノコシパターンとし、パターン１２、１５及び１８の線幅を２．０μｍとしている。パターン１２、１５及び１８のそれぞれを含む部分領域における開口率は、パターン１２及び１８のそれぞれを含む部分領域で低く、パターン１５を含む部分領域で高くなっている。従って、図３に示すように、パターン１２及び１８のそれぞれに対応するレジスト像の線幅が２．０μｍよりも細く、パターン１５に対応するレジスト像の線幅が２．０μｍよりも太くなっている。このように、現像液の部分的な現像力の低下による影響で露光装置１００の性能を評価するための各パターンに対応するレジスト像の線幅が変化してしまうと、露光装置１００の性能を正しく評価することができない。このような場合、その評価結果に基づいて露光装置１００の性能が調整されるため、露光装置１００の性能を正しく調整することができない。

そこで、本実施形態では、評価用マスク１０は、図４に示すように、パターン１１乃至１９とパターン２０とに加えて、ダミーパターン２１及び２２を含む。図４では、簡略化のため、線幅及びフォーカスの少なくとも一方を評価するためのパターン１１乃至１９、投影光学系４のディストーションを評価するためのパターン２０、ダミーパターン２１及び２２のみを示している。但し、本実施形態における評価用マスク１０は、露光装置１００や投影光学系４の他の結像性能や走査露光のための駆動系を評価（調整）するためのパターンに加えて、テレセントリシティ、フレア、空中像などを評価するためのパターンを含んでもよい。

本実施形態における評価用マスク１０では、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域における単位面積あたりの開口部と遮光部との比率（開口率）の差分が±１０％以内となるように、ダミーパターン２１及び２２を形成している。本実施形態では、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域における単位面積あたりの開口率が等しくなるように、パターン１１乃至１３の周囲及びパターン１７乃至１９の周囲のそれぞれに、ダミーパターン２１及び２２を形成している。換言すれば、ダミーパターン２１及び２２は、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域における単位面積あたりの開口部の面積を一致させるために形成されている。また、ダミーパターン２１及び２２は、評価用マスク１０を介して基板を露光装置１００で露光して、かかる基板を現像したときに、パターン１１乃至１９のそれぞれに対応するレジスト像のそれぞれの線幅を同一とするために形成されているとも言える。

図４では、投影光学系４のディストーションを評価するためのパターン２０が形成された領域を破線で示し、ダミーパターン２１及び２２のそれぞれが形成された領域を２点鎖線で示している。ダミーパターン２１及び２２は、上述したように、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域における単位面積あたりの開口率の差分を±１０％以内にする目的で形成されている。従って、投影光学系４のディストーションを評価する際には、ダミーパターン２１及び２２は使用しない。また、ダミーパターン２１及び２２のそれぞれは、投影光学系４のディストーションを評価するためのパターン２０と同一の開口パターンとしているが、これに限定されるものではない。例えば、ダミーパターン２１及び２２は、パターン２０と同一の開口パターンである必要はなく（即ち、パターン２０と異なる開口パターンであってもよく）、パターン１１乃至１３及びパターン１７乃至１９のそれぞれを含む部分領域のみに形成してもよい。

図５（ａ）乃至図５（ｃ）のそれぞれは、パターン１１、１５及び１９のそれぞれの近傍、具体的には、パターン１１、１５及び１９のそれぞれを含む部分領域１１ａ、１５ａ及び１９ａを示す拡大図である。パターン１５（第１パターン）を含む部分領域１５ａ（第１部分領域）における単位面積あたりの開口率（第１比率）と、パターン１１（第２パターン）を含む部分領域１１ａ（第２部分領域）における単位面積あたりの開口率（第２比率）とが等しくなっている。同様に、パターン１５を含む部分領域１５ａにおける単位面積あたりの開口率と、パターン１９（第２パターン）を含む部分領域１９ａ（第２部分領域）における単位面積あたりの開口率（第２比率）とが等しくなっている。

本実施形態では、パターン１１を含む部分領域１１ａは、パターン１１を中心とする円形状の領域であり、パターン１５を含む部分領域１５ａは、パターン１５を中心とする円形状の領域である。同様に、パターン１９を含む部分領域１９ａは、パターン１９を中心とする円形状の領域である。また、部分領域１１ａ、１５ａ及び１９ｂは、評価用マスク１０を用いて評価するフォーカスや露光量などの露光条件を変えて露光する際の影響（基板上の露光領域を変えること）を考慮し、直径５ｍｍ以上８０ｍｍ以下の領域としている。

次に、評価用マスク１０を用いて線幅及びフォーカスを評価する際の処理（評価方法）について説明する。かかる処理は、上述したように、制御部７が露光装置１００の各部を統括的に制御することで行われる。

まず、露光量の条件だしを行う。具体的には、評価用マスク１０をマスクステージ２に保持させて、評価用マスク１０（パターン１１乃至１９）を介して、レジストを塗布した基板上のＸ方向の位置をずらした箇所を、フォーカスと露光量とを変えながら露光する。そして、かかる基板を現像し、基板上に形成されたパターン１１乃至１９のそれぞれに対応するレジスト像の線幅を計測し、その計測結果に基づいてベストフォーカスの最適な露光量を求める。

次に、最適な露光量で、評価用マスク１０（パターン１１乃至１９）を介して、レジストを塗布した基板上のＸ方向の位置をずらした箇所を、フォーカスを変えながら露光する。そして、かかる基板を現像し、基板上に形成されたパターン１１乃至１９のそれぞれに対応するレジスト像の線幅を計測し、その計測結果に基づいてフォーカスと線幅との関係を求める。

次に、フォーカスと線幅との関係に基づいて、線幅及びフォーカスを評価する。具体的には、パターン１１乃至１９の全てで許容される線幅の範囲を満たす共通のフォーカス範囲を求め、露光装置１００の焦点深度（ＤＯＦ：ＤｅｐｔｈｏｆＦｏｃｕｓ）とする。また、パターン１１乃至１９の全ての平均ベストフォーカスでの線幅のばらつきを線幅均一性とする。

本実施形態によれば、図４に示す評価用マスク１０を用いることで、パターン１１乃至１９のそれぞれを含む部分領域における単位面積あたりの開口率の差分による現像の影響を受けずに、露光装置１００の性能を高い精度で評価することができる。

また、本実施形態では、図４に示す評価用マスク１０を用いて評価された露光装置１００の性能に基づいて、露光装置１００の性能を調整する。なお、露光装置１００の性能の調整は、例えば、線幅を調整するために照明光学系３の照度むらを調整することやフォーカスを調整するために投影光学系４の光学素子を調整することなどを含む。これにより、上述した現像の影響を受けずに、露光装置１００の性能を調整することが可能となり、優れた性能を有する露光装置１００を提供することができる。従って、露光装置１００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（液晶表示デバイス、半導体デバイスなど）を提供することができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、液晶表示デバイスなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光した基板を現像する工程を含む。また、上記形成工程につづけて、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１００：露光装置１０：評価用マスク１１〜２０：パターン２１、２２：ダミーパターン

Claims

基板を露光する露光装置の性能を評価する際に用いられる評価用マスクであって、
前記露光装置の第１性能を評価するための第１パターン及び第２パターンと、
前記露光装置の前記第１性能とは異なる第２性能を評価するための第３パターンと、
前記第１パターンを含む第１部分領域における単位面積あたりの開口部と遮光部との第１比率と、前記第２パターンを含む第２部分領域における単位面積あたりの開口部と遮光部との第２比率との差分を±１０％以内にするためのダミーパターンと、
を有し、
前記第３パターンが、前記第１部分領域内において前記第１パターンの周囲に配置され、
前記ダミーパターンが、前記第２部分領域内において前記第２パターンの周囲に配置されていることを特徴とする評価用マスク。
前記ダミーパターンは、前記第１比率と前記第２比率とを等しくするように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の評価用マスク。
前記第１部分領域は、前記第１パターンを中心とする円形状の領域であり、
前記第２部分領域は、前記第２パターンを中心とする円形状の領域であることを特徴とする請求項１又は２に記載の評価用マスク。
前記第１部分領域及び前記第２部分領域は、直径５ｍｍ以上８０ｍｍ以下の領域であることを特徴とする請求項３に記載の評価用マスク。
前記第１パターン、前記第２パターン、前記第３パターン及び前記ダミーパターンは、開口パターンであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の評価用マスク。
前記ダミーパターンは、前記第３パターンと同一の開口パターンで形成されていることを特徴とする請求項５に記載の評価用マスク。
前記第１性能は、線幅及びフォーカスの少なくとも一方を含み、
前記第２性能は、ディストーションを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の評価用マスク。
基板を露光する露光装置の性能を評価する際に用いられる評価用マスクであって、
前記露光装置の第１性能を評価するための第１パターン及び第２パターンと、
前記露光装置の前記第１性能とは異なる第２性能を評価するための第３パターンと、
前記評価用マスクを介してレジストが塗布された基板を前記露光装置で露光して、当該基板を現像したときに、当該基板の上の前記第１パターンに対応するレジスト像の線幅と、前記第２パターンに対応するレジスト像の線幅とを同一とするためのダミーパターンと、
を有し、
前記第３パターンが、前記第１パターンを含む第１部分領域内において前記第１パターンの周囲に配置され、
前記ダミーパターンが、前記第２パターンを含む第２部分領域内において前記第２パターンの周囲に配置されていることを特徴とする評価用マスク。
基板を露光する露光装置の性能を評価する際に用いられる評価用マスクであって、
前記露光装置の第１性能を評価するための第１パターン及び第２パターンと、
前記露光装置の前記第１性能とは異なる第２性能を評価するための第３パターンと、
前記第１パターンを含む第１部分領域における単位面積あたりの開口部の面積と、前記第２パターンを含む第２部分領域における単位面積あたりの開口部の面積とを一致させるためのダミーパターンと、
を有し、
前記第３パターンが、前記第１部分領域内において前記第１パターンの周囲に配置され、
前記ダミーパターンが、前記第２部分領域内において前記第２パターンの周囲に配置されていることを特徴とする評価用マスク。
基板を露光する露光装置の性能を評価する評価方法であって、
前記露光装置を用いて、評価用マスクを介して、レジストが塗布された基板を露光する工程と、
露光された前記基板を現像する工程と、
現像された前記基板の上のレジスト像に基づいて、前記露光装置の性能を評価する工程と、を有し、
前記評価用マスクは、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の評価用マスクであることを特徴とする評価方法。
基板を露光する露光装置であって、
前記基板に転写すべきパターンを有するマスクと、前記露光装置の性能を評価するための評価用マスクとを交換可能に保持するマスクステージと、
前記評価用マスクを用いて評価された前記露光装置の性能に基づいて、前記露光装置の性能の調整を制御する制御部と、を有し、
前記評価用マスクは、請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の評価用マスクであることを特徴とする露光装置。
請求項１１に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光した前記基板を現像する工程と、
を有し、現像された前記基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。