JPH0982628A - 露光方法及び該方法を用いた露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ハーフトーンレチクルの光学特性を初期状態
及び経時変化を含めて露光装置上でチェックすること。 【解決手段】 ハーフトーンレチクル上に形成されたパ
ターンを投影光学系を介してウェハーに転写する露光方
法において、該ハーフトーンレチクル上に形成された遮
光用の微細パターン部分が前記投影光学系を介してウェ
ハー側で形成する像の光量分布を測定し、該ハーフトー
ンレチクルの光学特性を検定すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレチクル等の第１物
体上に形成されたパターンに紫外光や遠紫外光を照射
し、該パターンを投影光学系を介して感光剤を塗布した
ウェハー等の第２物体に転写する露光方法、及び該方法
を用いた露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光露光技術の進展に伴い、光による微細
加工の限界が問題になっている。このため位相シフトや
変形照明等の新しい結像技術が開発され、限界を伸ばす
ことが試みられ、成果を上げている。実際、これらの新
技術の中には既に適用され、確立した技術となっている
ものもある。

【０００３】中でも注目されているのは位相シフト技術
の一種であるハーフトーンレチクルを用いた結像であ
る。位相シフト技術では成膜技術や回路パターンのＣＡ
Ｄなどが実際の適用時に問題となっている。これは特に
レヴェンソン型といわれるタイプにおいて顕著である。
これに対しハーフトーンレチクルは効果がレヴェンソン
型ほどではないものの、作製が容易で適用パターンさえ
限定すれば効果が得られるため注目されている。

【０００４】ハーフトーンレチクルは従来のレチクルの
ように透過・非透過という単純な２値の透過状態を取る
のではなく、従来非透過であったところに光を数パーセ
ント透過させる技術で、これがハーフトーンといわれる
所以である。ハーフトーンレチクルが従来型と異なるも
う一つの点は前記数パーセント透過部を透過した光の位
相を、通常の透過部を透過した光に対し180 °異ならせ
ることである。このためレチクルは振幅も位相も用いる
ことになり、結像性能の向上に寄与するところが大き
い。ハーフトーンレチクルは特に従来の光露光技術で最
も難度の高い工程の一つとされている微小な角パターン
（コンタクトホール・パターン）の結像性能改良に大き
な効果を発揮することが知られている。

【０００５】ハーフトーンレチクルはレベンソン型とい
われる効果が大きいがＣＡＤなどの周辺技術の向上が不
可欠なものと異なり、作成が非常に容易である。基板に
付ける膜は一層で振幅と位相を同時にコントロールされ
たものが供給されるため、パターニングに従来技術をそ
のまま適用することができる。

【０００６】本発明は実用化が最も早い段階で行われよ
うとしているハーフトーンレチクルの露光方法及び該方
法を用いた露光装置に関するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】ハーフトーンレチ
クルを用いる場合の問題点は、ハーフトーン特性を与え
る膜の安定性にある。即ち従来のレチクルは透過かある
いは非透過かという単純な２値的な状態であったため、
非透過を保証するためには例えば光をブロックするクロ
ムの膜をある値以上に厚く付ければ良かった。しかしな
がらハーフトーン型の場合には光を減衰させる物質の厚
さを正確にコントロールして所定の透過率及び位相を保
証しなければならない。特に紫外光の領域では使用する
光のエネルギーが大きいため、初期状態はチェックして
良くても経時的に透過率あるいは位相が変化すると大き
な問題となる。特に最近ではKrF エキシマレーザの使用
が確実視されているが、DUV といわれるフォトンのエネ
ルギーが大きい領域では、露光に用いる光が膜に経時変
化を起こさせることに留意しなければならない。

【０００８】位相及び振幅の経時変化による結像への影
響には２つの項目が考えられる。一つは形成されるパタ
ーンの大きさ、いわゆる焼き付け線幅への影響で、もう
一つは隣のショットとのオーバーラップから生じるフレ
ア光の存在である。このうち第１の線幅への影響は露光
量を用いてコントロールすることが可能である。実際、
最終的に露光量を決定する際には試し焼きをしてSEM を
用いて線幅検査をすることが常用されるため、ハーフト
ーン膜の特性変化はある程度補正することができる。し
かしながら第２の隣のショットとのオーバーラップは露
光量で逃げることができず、経時的な特性変化の影響を
除去することができない。

【０００９】ハーフトーンレチクルで隣のショットとの
オーバーラップの影響を除去するのに常用されるのが、
実際の回路パターンに隣接して解像しないくらいの細か
いパターンを配置する手法である。該細かいパターンに
当たった光は回折して光学系の外に散逸し、ウェハーま
で到達しない。本発明では以下この細かいパターン部を
遮光帯と称することにする。遮光帯の実際の適用例示し
たのが図２である。ハーフトーンレチクル１に形成され
た回路パターン２に隣接して配置されているのが微細パ
ターンで形成された遮光帯３で、この例では市松模様と
なっている。この微細パターンは投影光学系の開口数を
NA 、露光波長をλとしたとき、ピッチpが p ＜ 0.5λ/NA (1) という関係を満足するくらい微細なパターンとなるよう
に設定される。

【００１０】図３は遮光帯３に設けられた微細パターン
の作用の説明図である。ハーフトーンレチクル１に入射
した光は３により回折を受ける。オーバーラップの影響
を避けるために重要なのは 回折光の回折角を大きくして回折光が投影光学系４に
捉えられないこと ０次光がハーフトーン膜の振幅と位相の効果で消失す
ること という２点である。の回折角の条件を決めるのが (1)
であるが、の条件が振幅及び位相の経時変化により影
響を受ける項目である。特に０次光の消失はハーフトー
ン膜の位相と振幅の微妙なバランスの上に成立している
ので、膜の光学特性な経時変化は結像性能に重大な影響
を与える。

【００１１】図４は０次光が現われたときに生じる現象
を示したものである。被露光物体のウェハー上にはステ
ッパーのステップ機能を用いて格子状の配列で関係で回
路パターンが形成される。０次光が現われると回路パタ
ーンに隣接して存在する遮光帯３の領域の光が完全に遮
光されない。この場合、光学系を通過するのは０次光の
みなので微細パターンは解像しないが、３に対応する部
分はウェハー上で一定のＤＣ成分的な光強度を持つ。即
ち回路パターン部２を露光すると、２と一緒に外側の額
縁のようになった遮光部３が光量は小さいものの露光さ
れることになる。遮光部３の光強度分布はステップ・ア
ンド・リピートされると隣のショットの回路パターン部
に重なり、転写されるパターンの寸法精度に影響を与え
る。特に隅の部分ではこのように余分な光が三重に重な
って、影響をより大きくする。

【００１２】本発明はハーフトーンレチクルの状態に応
じて生じるこのようにフレア成分となる光を検出し、該
ハーフトーンレチクル使用の可否を判断することを目的
としている。

【００１３】特に、本発明は回路パターンに隣接して設
けられている遮光帯部の位置における光量を検出し、該
ハーフトーンレチクルの使用の可否をチェックする露光
方法、及び該方法を用いた露光装置を提供することを目
的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明ではこのためレチ
クル等の第１物体上に形成されたパターンに紫外光や遠
紫外光を照射し、該パターンを投影光学系を介して感光
剤を塗布したウェハー等の第２物体に転写する露光方
法、及び該方法を用いた露光装置において該露光装置の
被露光物体である第２物体と等価な位置に導くことので
きる光量センサを用いて、ハーフトーレチクルの位相及
び振幅の状態をチェックし、該ハーフトーンレチクルが
使用不適かどうかを判定することを特徴としている。

【００１５】この他本発明では、微細パターンの形成さ
れた遮光帯部での光量チェックは最も問題となる０次光
の強度を検出する直接検出で、原理的に最も単純で有効
な手段であり、ハーフトーンレチクルの位相及び振幅を
トータルとして検出し判断することを可能とした。ま
た、本判定はハーフトーンレチクルの経時変化の特殊な
場合として、初期状態のチェックにも用いることができ
るようにしている。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例１の露光装
置の概略図である。図中１０は照明系で、照明系の中に
は照明範囲を限定するマスキング機能を行うマスキング
ブレード１１が配置されている。該照明系からの光はハ
ーフトーンレチクル１を照明し、１に形成されているパ
ターンが投影光学系４によってウェハー５に結像され
る。ウェハー５はウェハーチャック６の上に保持され、
更に６はステップ・アンド・リピートの動作を行うウェ
ハー・ステージ７の上に置かれている。ウェハー・ステ
ージ７の位置は該ステージ上に設けられたミラー８を介
してレーザ干渉計９によりモニタされている。

【００１７】本発明でハーフトーンレチクルの光学特性
をモニタする機能を行うのがウェハーステージ上に載置
されているピンホール２０と、それに対応して配置され
たディテクタ２１である。２０と２１は一体となってお
り、その位置はウェハーステージ７上にあるため、レー
ザ干渉計９によってモニタできる。

【００１８】ハーフトーンレチクル１上には従来技術の
説明で述べた回路パターン２と、それに隣接して微細パ
ターンで形成された遮光帯３とが設けられている。ハー
フトーンレチクルは光をブロックする作用をする膜部が
従来レチクルのように光を完全にブロックせず、数パー
セントの値で光を透過させてしまう。このため、回路パ
ターン以外のところで光をブロックし、ウェハーに余分
な光を到達させないようにするには特殊な手段を用いる
必要がある。

【００１９】前述の遮光帯３での微細パターンの使用は
その一例である。微細パターンとしては回折光をはっき
り分離するために周期的なパターン、例えば市松模様
や、グレーティング状のパターンが用いられる。実際の
露光では照明系の中に設けられているマスキング機能を
使って、レチクル上の余分なところに光を当てないよう
にする。マスキングの機能は光をある程度遮光するだけ
のものなので、投影光学系ほどの結像性能を持つもので
はない。従って、遮光帯３はマスキングの結像性能によ
って定められ、マスキング機能が働いてレチクル上で照
明光が確実にカットされるところから、回路パターンに
隣接するところまでに設けられる。遮光帯３の幅は照明
系１０内のマスキング・ブレード１１の結像性能と、ブ
レード自体の駆動性能によって装置固有の値として決定
される。

【００２０】レチクル内での遮光帯３の位置は予め回路
パターンの設計上の大きさから定まる装置にとっての既
知パラメータである。レチクル１には露光装置に装着す
るためのレチクルアライメントマーク２６が予め配置さ
れている。レチクルアライメント動作を行った後、１は
露光装置本体が認識している値に対して、１μm 以下の
高精度な値で位置合わせされる。従って、レチクル１上
に配置された遮光帯３がウェハー側で結像されている位
置も１μm 以下の極めて高精度な値で装置側に分かって
いることになる。

【００２１】一方、ウェハーステージ上にはピンホール
２０と、２０を通過した光を検出するフォトディテクタ
２１が配置されている。光を検出する窓となるピンホー
ル２０をレチクル上に形成されている遮光帯３に対応す
る位置に持っていくのは、２０の位置を予め装置側で既
知にしておけば容易に行うことができる。またピンホー
ル２０の投影光学系４の光軸方向に対する位置も、投影
光学系４のピント位置を検出するフォーカス系２５によ
って知ることができる。

【００２２】続いてフォトディテクタ２１を用いた光電
検出の手順について詳述する。ハーフトーンレチクル１
は不図示のレチクル搬送システムによってレチクルステ
ージ２７上に搬送された後、該レチクルに予め配置され
ているレチクルアライメントマーク２６により、露光装
置上にセットされる。この際、予めレチクルが持ってい
る回路パターンの大きさ情報から、照明系１０の中にあ
るマスキングブレード１１が所定の位置まで駆動され、
回路パターン部を一様な強度で照明し、なおかつレチク
ルの余分なところを照明しない状態にして初期セットを
完了する。マスキング機能は照明系内にブレードを設け
て、それをレチクル上に結像することで照明範囲を限定
する。回路パターンを転写するわけではないのでブレー
ドの結像性能はそれほど良くなく、レチクル上で数mmの
大きさのぼけを持っている。従ってレチクルの照明は回
路パターンの部分に一様な光が照射され、該回路パター
ンの外側にマスキング・ブレードのぼけに伴って緩やか
に強度が数mmにわたって下降する遷移部分があり、その
外側で照明光強度が０になるという分布になる。

【００２３】露光装置の構成によってはマスキングブレ
ード１１がレチクル１の近辺に配置されるだけで、レチ
クル１との間になんら結像光学系が存在しない場合もあ
る。この場合にはレチクル面でのブレード１１のぼけ量
が大きくなってしまうため、遷移部分の幅も大きくな
り、それに応じて遮光帯３の幅も大きくしなければなら
ない。

【００２４】従来のクロムレチクルではこの遷移部分に
十分厚いクロム膜が存在しているため光がカットされる
が、ハーフトーンレチクルをそのまま用いたのでは光が
透過して、図４に示すオーバーラップ現象が起こって不
都合である。遮光帯３はこの遷移領域に対して配置され
るもので、３の部分に入射した光が微細な周期性パター
ンで回折作用を受け、図３で示したように等価的に３の
部分を透過してウェハー側に到達する光をカットする作
用を行う。遮光を行うためにまっすぐ透過していく０次
光の値をハーフトーン膜の振幅と位相の関係で０にする
ことが重要なのは、従来技術の説明で述べたとおりであ
る。

【００２５】初期セットが完了した後、装置は図５のよ
うにウェハーステージ７を移動させ、ピンホール２０が
遮光帯３の結像される位置に一致する位置まで持ってい
く。ピンホール２０の位置は遮光帯３の像の形成される
べき領域に納まるように設定される。ピンホール２０を
含む光電検出ユニットは他の目的、例えば照度むらの測
定にも使用することができる。但し、ピンホール２０を
３の領域に納めることと、照度むら測定がシステム的に
両立しないときには２０の大きさを可変にする機構を設
けてもよい。システム的に両立しない例としては例えば
ピンホール２０の大きさが小さくなりすぎて、照度むら
の測定に時間がかかりすぎる場合が考えられる。その時
には照度むら測定時にピンホールの径を大きくし、本発
明の遮光帯３での光強度測定時には予め定められた値ま
でピンホールの径を小さくすればよい。なお２０を用い
て３に対応する領域の光量を測定する場合、２０の光軸
方向の位置は装置に設けられたフォーカス機構２５によ
り投影光学系のピント面に合致するようにセットされ
る。

【００２６】以上の状態にした上で、フォトディテクタ
２１で光量測定を行う。この状態で２１は回路パターン
以外のところに余分に到達する光を直接測定することに
なり、ハーフトーンレチクルの振幅及び位相の状態の直
接的なモニタとなっている。この値を２２の増幅器から
コンパレータ２３、ＣＰＵ２４に導き、２１の出力が所
定の値を越えた場合は「ハーフトーンレチクルの光学性
能が不十分で遮光帯が目的通り機能しておらず、使用不
可」と判断できる。該判断を３の領域に沿ってウェハー
ステージ７を移動させ、複数個の場所で行えば、場所的
な差を検出することもできる。この場合、勿論１ケ所で
も所定の値を越せばハーフトーンレチクルの光学性能は
不十分と判断される。

【００２７】フォトデテクタ２１で測定を行うときには
照明系のシャッタが開かれる。従って測定は実際の照明
系の光で露光波長を用い、露光する状態で測定すること
になり、結像状態の直接的なモニタになって、信頼性が
高く実用的である。

【００２８】また本発明では露光装置自体を用いて測定
を行い、測定点数も少ない為検定を高速で行うことがで
きる。またハーフトーンレチクル自体の光学特性をオフ
ラインで測定する装置を特にそろえる必要がない。オフ
ラインでハーフトーンレチクル自体を測定しようとする
と、振幅と位相の双方を精度良く測定しなければならな
いが、本測定はその両者が混合された状態での測定であ
る。実際には位相が変化しても、振幅が変化しても０次
光を発生させてしまうため、使用可否の判定には両者を
混合した状態で測定する本発明の方法が最適である。

【００２９】本発明の実施例２は、３の部分での測定を
マスキング・ブレードを開いて、マスキング機能の結像
性能の影響を受けない状態で行うものである。遮光帯３
の部分にマスキング結像機能の光の遷移的な分布を重ね
ると、測定はマスキング・ブレードの設定の仕方や、照
明系の結像性能の差の影響を受け、回路パターンを囲む
４辺で必ずしも同一の感度にならない。極端な例で言う
と、マスキング・ブレードの直交度の調整が異なる場
合、同じ辺の上でも端と端では光の分布が微妙に異なる
ことがある。実施例１で複数箇所の測定を行う例を挙げ
たのも以上の影響を除去するためであるが、ハーフトー
ンレチクル自体が所定の性能さえ持っていれば、マスキ
ングの影響を考慮する必要はない。従ってハーフトーン
レチクル自体の性能を純粋な形で取り出すために、遮光
帯３の部分にも回路パターン部と同じ一様な分布の光を
与えれば、３の部分により強い光が当たるため、厳しい
条件下での測定となり、検定が正確となる。

【００３０】従って、マスキングブレードが遮光帯３に
重ならない状態で、３に回路部と同じ強さの光を入射さ
せフォトディテクタ２１の出力を検定すれば、信頼性の
高い測定を行うことができる。勿論この場合にも、ハー
フトーンレチクル１の膜の面内ばらつきを測定するた
め、複数個の場所を測って、信頼度を向上させることも
できる。

【００３１】またここまでの説明は主に初期性能が合格
したハーフトーンレチクルの経時変化に着眼してて述べ
てきたが、本発明の方法は遮光帯のパターニングの良否
を含めたハーフトーンレチクルの初期性能チェックにも
用いることが可能である。

【００３２】またこれまでの実施例では遮光帯３の光量
分布をピンホールを用いた光電検出系で検知する例を示
したが、本発明では遮光帯のところでの光量分布を測定
して判断を行うことが重要なので、ピンホール光学系の
代わりに結像位置にＣＣＤ等の光量分布測定素子を配置
してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上述べてきたように本発明のレチクル
等の第１物体上に形成されたパターンに紫外光や遠紫外
光を照射し、該パターンを投影光学系を介して感光剤を
塗布したウェハー等の第２物体に転写する露光方法、及
び該方法を用いた露光装置ではハーフトーンレチクルの
パターニングも含めた光学性能チェックを、ウェハー側
で光電検出して直接測定し検定することを可能とした。
特にハーフトーンレチクル特有のパターンである回路パ
ターン周辺に設けられた遮光帯に対応するウェハー側の
結像位置で、光量を露光光により測定する露光方法、及
び該方法を用いた露光装置を提供することでハーフトー
ンレチクル自体の光学特性を短時間で、即判定すること
が可能となった。

【００３４】本発明の効果は第一にハーフトーレチクル
のチェックを高い信頼性で達成できたことにある。この
効果は特に DUV領域のようなフォトンのエネルギーが強
い領域で顕著である。第二の効果としてはハーフトーン
レチクルの位相あるいは振幅を測定する特別なツールを
用いなくても、露光装置自体で検定が瞬時ににできると
いうコスト及び時間的なメリットをあげることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示した露光装置の概略図

【図２】ハーフトーンレチクルのパターン形成例

【図３】遮光帯３の微細パターンの効果を示す図

【図４】０次光の出現による余分な光のオーバーラップ
効果

【図５】遮光帯とピンホールとの関係を示す図

【符号の説明】

１ ハーフトーンレチクル ２ 回路パターン ３ 回路パターンに隣接して設けられた遮光帯 ４ 投影光学系 ５ ウェハー ６ ウェハーチャック ７ ウェハーステージ ８ 干渉計ミラー ９ レーザ干渉計 １０ 照明系 １１ マスキング・ブレード ２０ ピンホール ２１ フォトディテクタ ２２ 増幅器 ２３ コンパレータ ２４ ＣＰＵ ２５ フォーカス系 ２６ レチクルアライメントマーク ２７ レチクルステージ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の物体上に形成されたパターンを投
   影光学系を介して第２の物体上に転写する露光方法にお
   いて、第１の物体上に形成された特定のパターン部分が
   前記投影光学系を介して第２の物体側で形成する像の光
   量分布を測定し、前記第１の物体の光学特性を検定する
   ことを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 前記第２の物体側の結像位置で像の光量
   分布を測定する手段がピンホールと光電検出系で構成さ
   れていることを特徴とする請求項１の露光方法。
3. 【請求項３】 該ピンホールの大きさが前記第１の物体
   上に形成された特定のパターン部が第２の物体側で形成
   する像の大きさより小さいことを特徴とする請求項２の
   露光方法。
4. 【請求項４】 該ピンホールの大きさが可変であること
   を特徴とする請求項３の露光方法。
5. 【請求項５】 前記第２の物体側での測定を前記第１の
   物体上に形成された特定のパターン部が第２の物体側で
   形成する像の複数か所で行うことを特徴とする請求項１
   の露光方法。
6. 【請求項６】 前記光量分布の測定を第１の物体を照明
   する照明光学系からの光を用いて行うことを特徴とする
   請求項１の露光方法。
7. 【請求項７】 第１の物体上に形成されたパターンを投
   影光学系を介して第２の物体上に転写する露光装置にお
   いて、該装置は前記第１の物体を照明する照明光学系
   と、前記投影光学系と、前記第１の物体を装着する手段
   及び前記第２の物体を装着する手段と、前記第１の物体
   上に形成された特定のパターン部分が前記投影光学系を
   介して前記第２の物体側で形成する像の光量分布測定手
   段を持ち、該手段からの出力により前記第１の物体の光
   学特性を検定することを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 前記第２の物体側での結像位置で像の光
   量分布を測定する手段がピンホールと光電検出系である
   ことを特徴とする請求項７の露光装置。