JPH11260703A - 露光装置および露光装置の投影レンズの評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】露光装置の投影レンズを評価する際に、投影レ
ンズの有する収差およびレチクルの有する製造誤差のレ
ジストパターン線幅に対する影響をそれぞれ独立に分離
でき、露光装置の投影レンズの評価をより正確に行なう
のに好適な露光装置および露光装置の投影レンズの評価
方法を提供する。 【解決手段】レチクル６上の位置Ｒａのパターンを投影
レンズ１３に対して複数の指定位置Ｌａ〜Ｌｅに移動
し、各々の指定位置において所定のパターンを被露光体
上のレジストに露光し、被露光体としてのウェハ１４の
レジストに形成された各々のパターンの線幅を測定し、
各々のパターンの線幅の測定結果を基に、投影レンズの
複数の指定位置Ｌａ〜Ｌｅにおける収差を評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に用いる露光装置および露光装置の投影レンズの評価方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴なって、
半導体基板上にレジストパターンを形成するリソグラフ
ィ技術においては、さらなるパターンの微細化および高
精度な線幅制御が必要とされている。微細化技術におい
ては、高ＮＡ（開口数）のステッパや高解像度レジスト
を用いることにより、パターンの微細化はある程度達成
されている。一方、線パターンの線幅制御技術において
は、反射防止技術の導入やデバイス段差の低減技術を用
いることが行なわれている。しかしながら、線パターン
の高精度な線幅制御という観点からは、上述の方法では
十分でない。さらなる線パターンの線幅のばらつきの低
減方法として、たとえば、レチクルの製造誤差を低減し
たり、投影レンズの収差を低減したりすることによって
線幅のばらつきを低減する方法が挙げられる。収差と
は、光学系によって結像されたビームの形状または位置
の理想値からのずれをいう。また、レチクルは、ステッ
パまたはフォトリピータに用いられるフォトマスクであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図５は、従来の縮小投
影露光装置の概略構成例を示す説明図である。図５に示
す縮小投影露光装置は、任意の位置に移動可能なウェハ
ステージ１０６に支持されたウェハ１０５に光源１０１
により照明されたレチクル１０２上のパターンを投影レ
ンズ１０４を介して投影し、ウェハ１０５上のレジスト
に露光するものである。なお、レチクル１０２上のパタ
ーンは所定の倍率で縮小されてウェハ１０５上のレジス
トに露光される。このような縮小投影露光装置では、レ
チクルステージ１０３に支持されたレチクル１０２は、
投影レンズ１０４に対して固定されているかあるいは微
動できるのみである。

【０００４】矩形状のレチクル１０２上のパターンには
製造誤差が存在するため、たとえば、図６（ａ）に示す
ように、レチクル１０２上の位置Ｒａ〜Ｒｅにおけるパ
ターン線幅はばらつきを有する。また、投影レンズ１０
４内には、各位置で異なる収差が存在するため、たとえ
ば、図６（ｂ）に示すように、レチクルの各位置Ｒａ〜
Ｒｅに対応する投影レンズ１０４内の各位置Ｌａ〜Ｌｅ
ではそれぞれ異なる収差が存在する。このため、ウェハ
１０５上のレジストに形成されたパターンの線幅は、投
影レンズ１０４内の収差およびレチクル１０２上のパタ
ーンの製造誤差に起因してばらつきが発生する。

【０００５】従来においては、これら投影レンズ１０４
内の収差およびレチクル１０２上のパターンの製造誤差
に起因するレジストパターン線幅のばらつきを評価する
際に、投影レンズ１０４内の収差のレジストパターンの
線幅のばらつきへの影響の度合いとレチクル１０２上の
パターンの製造誤差の線幅のばらつきへの影響の度合い
とを分離して評価することができなかった。したがっ
て、レジストに対する露光のフォーカスオフセットを変
化させてレジストに形成されたパターンの線幅を測定
し、図７に示すように、フォーカスオフセットとレチク
ルの各位置Ｒａ〜Ｒｅに対応したパターン線幅ａ〜ｅと
の関係を求めた場合に、投影レンズ１０４内の収差およ
びパターンの製造誤差が含まれているため、フォーカス
オフセットの最適値を決定することができない。

【０００６】本発明は上述の問題に鑑みてなされたもの
であって、露光装置の投影レンズを評価する際に、投影
レンズの有する収差およびレチクルの有する製造誤差の
レジストパターン線幅に対する影響をそれぞれ独立に分
離でき、露光装置の投影レンズの評価をより正確に行な
うのに好適な露光装置および露光装置の投影レンズの評
価方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は、任
意の位置に移動可能な第１のステージに支持された被露
光体に露光照明系により照明されたレチクル上のパター
ンを投影レンズを介して投影し、前記被露光体上のレジ
ストに露光する露光装置であって、前記レチクルを投影
レンズに対して任意の位置に移動可能な第２のステージ
と、前記レチクル上の所定のパターンを前記投影レンズ
に対して複数の指定位置に移動させ、各々の指定位置に
おいて前記所定のパターンを前記被露光体に露光させる
制御手段とを有する。

【０００８】本発明では、第２のステージによってレチ
クル上の所定のパターンを投影レンズに対して複数の指
定位置に移動する。各々の指定位置において露光するこ
とにより、被露光体上のレジストには、投影レンズの各
々の指定位置を通じたレチクル上の所定のパターンが露
光されることになる。したがって、レチクル上の所定の
パターンに製造誤差が存在しても、被露光体上のレジス
トに形成された複数のパターンの線幅へのレチクルの製
造誤差の影響は等しくなる。このため、被露光体上のレ
ジストに形成された複数のパターンの線幅への投影レン
ズの各指定位置における収差の影響のみを抽出すること
ができる。

【０００９】本発明の露光装置は、任意の位置に移動可
能な第１のステージに支持された被露光体に露光照明系
により照明されたレチクル上のパターンを投影レンズを
介して投影し、前記被露光体上のレジストを露光する露
光装置の前記投影レンズの有する収差を評価する露光装
置の投影レンズの評価方法であって、前記レチクル上の
所定のパターンを前記投影レンズに対して複数の指定位
置に移動し、各々の指定位置において前記所定のパター
ンを前記被露光体上のレジストに露光するステップと、
前記被露光体のレジストに形成された各々のパターンの
線幅を測定するステップと、前記各々のパターンの線幅
の測定結果を基に、前記投影レンズの複数の指定位置に
おける収差を評価するステップとを有する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形
態に係る露光装置の一構成例を示す説明図である。図１
に示す露光装置は、光源１と、光ビーム整形部２と、ミ
ラー３と、コンデンサレンズ５と、レチクルステージ７
と、リニアモータ８と、バーミラー９と、レーザ干渉計
１０と、投影レンズ１３と、ウェハチャック１５と、ウ
ェハステージ１７と、ウェハチャック１６と、バーミラ
ー２０と、レーザ干渉計２１と、リニアモータ２３と、
レチクルステージ駆動部３１と、ウェハステージ駆動部
３３と、制御装置３２とを有する。

【００１１】光源１は、たとえば、水銀灯ランプおよび
水銀灯ランプの光を集光する為の楕円ミラーからなり、
光を光ビーム整形部２に向けて照射する。光ビーム整形
部２は、光源１からの光を所定の大きさに整形する。ミ
ラー３は、光ビーム整形部２を通じた光を投影レンズ系
の光軸方向に屈曲させる。

【００１２】コンデンサレンズ５は、光源１からの光を
集光するためのレンズである。レチクルステージ７は、
レチクル６を支持し、レチクル６をＸ軸およびＹ軸方向
の任意の位置に移動する。リニアモータ８は、レチクル
ステージ７をＸ軸方向に駆動するためのものであるが、
図示しないがレチクルステージ７をＹ軸方向に駆動する
ためのリニアモータも設けられている。バーミラー９
は、レチクルステージ７の所定の位置に固定されてお
り、レーザ干渉計１０から出力されるレーザ光を反射し
てレーザ干渉計１０に戻す。

【００１３】レーザ干渉計１０は、レチクルステージ７
のＸ軸方向の位置を検出するものであるが、図示しない
がレチクルステージ７のＹ軸方向の位置を検出するレー
ザ干渉計も設けられている。

【００１４】投影レンズ１３は、レチクル６のパターン
をウェハ１４上に投影するレンズである。ウェハチャッ
ク１５は、ウェハ１４を保持する。ウェハステージ１７
は、ウェハ１４をＸ軸およびＹ軸方向の任意の位置に移
動可能なステージである。なお、ウェハステージ１７に
は、図示しないが、Ｚ軸方向にステージを変位せせる、
たとえば圧電素子などからなる駆動源が設けられてお
り、Ｚ軸方向の高さ調整が可能となっている。

【００１５】バーミラ２０は、ウェハステージ１７の所
定の位置に設置されており、レーザ干渉計２１から出力
されるレーザ光を反射してレーザ干渉計２１に戻す。レ
ーザ干渉計２１は、ウェハステージ１７のＸ軸方向の位
置を検出するが、図示しないがウェハステージ１７のＹ
軸方向の位置を検出するレーザ干渉計も設けられてい
る。リニアモータ２３は、ウェハステージ１７をＸ軸方
向に駆動するものであるが、図示しないがウェハステー
ジ１７をＹ軸方向に駆動するリニアモータも設けられて
いる。

【００１６】レチクルステージ駆動部３１は、制御装置
３２からの制御指令にしたがって、レチクルステージ７
に設けられたリニアモータを駆動する駆動電流を出力す
る。ウェハステージ駆動部３３は、制御装置３２からの
制御指令にしたがって、ウェハステージ１７に設けられ
たリニアモータを駆動する駆動電流を出力する。

【００１７】制御装置３２は、レチクルステージ７およ
びウェハステージ１７の位置制御を行なうための制御指
令をレチクルステージ駆動部３１およびウェハステージ
駆動部３３にそれぞれ出力する。また、制御装置３２
は、光源１の作動を制御する。具体的には、投影レンズ
１３の評価のために、レチクル６の所定のパターンを投
影レンズ１３の各指定位置に移動する制御指令を出力
し、また、ウェハ１４の露光位置を変更するための制御
指令を出力し、さらに、光源１から光を発生させる制御
指令を出力する。

【００１８】次に、本発明の一実施形態に係る露光装置
の投影レンズの評価方法について説明する。本実施形態
では、レチクル６上の所定のパターンを投影レンズ１３
に対して複数の指定位置に移動し、各々の指定位置にお
いてレチクル６上の所定のパターンをウェハ１４上のレ
ジストに露光する。上記構成の露光装置では、レチクル
６は、投影レンズ１３に対してレチクルステージ７によ
ってＸ軸およびＹ軸方向の任意の位置に移動可能となっ
ている。このため、たとえば、図２（ａ）に示すレチク
ル６内の特定位置のパターンを、図２（ｂ）に示す投影
レンズ１３の任意の位置、たとえば、レチクル６内の各
位置Ｒａ〜Ｒｅに対応する各位置Ｌａ〜Ｌｅに移動させ
て、レチクル６内の特定位置のパターンをウェハ１４に
投影することができる。

【００１９】たとえば、レチクル６内の位置Ｒａのパタ
ーンを投影レンズ１３の各位置Ｌａ〜Ｌｅを通じてそれ
ぞれウェハ１４上のレジストに露光投影すると、投影レ
ンズ１３の位置Ｌａを通じて投影されたレジストパター
ンの線幅ａは、投影レンズ１３の位置Ｌａの収差および
レチクル６内の位置Ｒａのパターンの製造誤差の影響を
含んでいることになる。同様に、投影レンズ１３の位置
Ｌｂ，Ｌｃ，ＬｄおよびＬｅを通じて投影されたレジス
トパターンの線幅ｂ，ｃ，ｄおよびｅは、投影レンズ１
３の位置Ｌｂ，Ｌｃ，ＬｄおよびＬｅの収差およびレチ
クル６内の位置Ｒａのパターンの製造誤差の影響をそれ
ぞれ含んでいることになる。

【００２０】この結果、レジストパターンの線幅ａ，
ｂ，ｃ，ｄおよびｅには、レチクル６内の位置Ｒａのパ
ターンの製造誤差の影響が同じく含まれることになるた
め、投影レンズ１３の各位置Ｌａ〜Ｌｅの収差を独立し
て評価することが可能になる。

【００２１】したがって、投影レンズ１３の各位置Ｌａ
〜Ｌｅにおいて、ウェハ１４上のレジストに対する露光
のフォーカスオフセットを複数に変化させて複数のレジ
ストパターンを得ることにより、図３に示すような、フ
ォーカスオフセットと投影レンズ１３の各位置Ｌａ〜Ｌ
ｅに対応するレジストパターン線幅ａ〜ｅとの関係がそ
れぞれ得られる。図３において、各レジストパターン線
幅ａ〜ｅの最大となる位置のフォーカスオフセットが最
適なフォーカスオフセットとなり、このフォーカスオフ
セットは、たとえば、レチクル６内の位置Ｒａのパター
ンの製造誤差の影響を受けない。

【００２２】次に、上述した露光装置における投影レン
ズの評価方法の手順の一例について、図４に示すフロー
チャートに基づいて説明する。まず、レチクル６をレチ
クルステージ７を駆動して所定の位置に移動する（ステ
ップＳ１）。具体的には、レチクル６の位置Ｒａを投影
レンズ１３の位置Ｌａに移動する。

【００２３】次いで、フォーカスオフセットを所定の値
に設定・変更し（ステップＳ２）、ウェハ１４に露光す
る（ステップＳ３）。フォーカスオフセットの設定・変
更は、ウェハステージ１７をＺ軸方向に移動させること
により行なう。露光が完了したら、ウェハステージ１７
を駆動して、ウェハ１４の未露光領域を投影レンズ１３
の下に移動する（ステップＳ４）。

【００２４】ここで、フォーカスオフセット量が予め設
定された値に到達したか否かを判断し（ステップＳ
５）、到達していない場合には、再度ステップＳ２に戻
ってフォーカスオフセットを変更する。

【００２５】フォーカスオフセット量が設定値に達して
いる場合には、レチクル６の位置Ｒａの投影レンズ１３
の位置Ｌａ〜Ｌｅへの移動がすべて完了したかを判断す
る（ステップＳ６）。レチクル６の移動が完了していな
い場合には、ステップＳ１に戻って、レチクル６内の位
置Ｒａを所定の位置に再度移動する。

【００２６】レチクル６の移動が完了した場合には、ウ
ェハ１４に形成された各レジストパターンの線幅を測定
する（ステップＳ７）。レジストパターンの線幅の測定
には、たとえば、ＳＥＭ装置を用いる。ＳＥＭ装置は、
電子ビームの走査に同期してＣＲＴ（陰極線管）を走査
し、電子ビーム走査でウェハ表面から発生する反射電
子、二次電子などの信号を用いてＣＲＴの輝度変調をす
ることにより、ウェハ表面の拡大像をＣＲＴ上に表示す
る装置である。

【００２７】各レジストパターンの線幅の測定が完了す
ると、投影レンズ１３の位置Ｌａ〜Ｌｅの収差の評価を
行なう。各レジストパターンの線幅の測定結果には、レ
チクル６の位置Ｒａのパターンの製造誤差が同じく含ま
れているため、レチクル６の製造誤差のレジストパター
ンの線幅への影響を除去して各収差のレジストパターン
の線幅への影響を独立して評価することができる。ま
た、レチクル６の製造誤差のレジストパターンの線幅へ
の影響を除去することができるため、投影レンズ１３に
対する最適なフォーカスオフセットを決定することがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、露光装置の投影レンズ
を評価する際に、投影レンズの有する収差およびレチク
ルの有する製造誤差のレジストパターン線幅に対する影
響をそれぞれ独立に分離でき、露光装置の投影レンズの
評価をより正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る評価方法の評価対象としての露光
装置の一構成例を示す説明図である。

【図２】レチクルに存在する製造誤差および投影レンズ
に存在する収差を説明するための図である。

【図３】投影レンズの各領域におけるフォーカスオフセ
ットとレジスト線幅の関係を示す図である。

【図４】露光装置における投影レンズの評価方法の手順
の一例を示すフローチャートである。

【図５】縮小投影露光装置の概略構成を示す説明図であ
る。

【図６】レチクルに存在する製造誤差および投影レンズ
に存在する収差を説明するための図である。

【図７】投影レンズの各領域におけるフォーカスオフセ
ットとレジスト線幅の関係を示す図である。

【符号の説明】

７…レチクルステージ、１７…ウェハステージ、３１…
レチクルステージ駆動部、３２…制御装置、３３…ウェ
ハステージ駆動部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】任意の位置に移動可能な第１のステージに
   支持された被露光体に露光照明系により照明されたレチ
   クル上のパターンを投影レンズを介して投影し、前記被
   露光体上のレジストに露光する露光装置であって、 前記レチクルを投影レンズに対して任意の位置に移動可
   能な第２のステージと、 前記レチクル上の所定のパターンを前記投影レンズに対
   して複数の指定位置に移動させ、各々の指定位置におい
   て前記所定のパターンを前記被露光体に露光させる制御
   手段とを有する露光装置。
2. 【請求項２】任意の位置に移動可能な第１のステージに
   支持された被露光体に露光照明系により照明されたレチ
   クル上のパターンを投影レンズを介して投影し、前記被
   露光体上のレジストを露光する露光装置の前記投影レン
   ズの有する収差を評価する露光装置の投影レンズの評価
   方法であって、 前記レチクル上の所定のパターンを前記投影レンズに対
   して複数の指定位置に移動し、各々の指定位置において
   前記所定のパターンを前記被露光体上のレジストに露光
   するステップと、 前記被露光体のレジストに形成された各々のパターンの
   線幅を測定するステップと、 前記各々のパターンの線幅の測定結果を基に、前記投影
   レンズの複数の指定位置における収差を評価するステッ
   プとを有する露光装置の投影レンズの評価方法。
3. 【請求項３】前記被露光体上のレジストに露光するステ
   ップは、前記各々の指定位置における被露光体上のレジ
   ストに対する露光のフォーカスオフセットを複数に変化
   させて行なう請求項２に記載の露光装置の投影レンズの
   評価方法。
4. 【請求項４】前記投影レンズの複数の指定位置における
   収差を評価するステップは、前記被露光体上のレジスト
   に対する露光のフォーカスオフセットを複数に変化させ
   て形成したパターンの線幅が最大のものに対応するフォ
   ーカスオフセットを最適なフォーカスオフセットとする
   請求項３に記載の露光装置の投影レンズの評価方法。
5. 【請求項５】前記投影レンズの複数の指定位置における
   収差を評価するステップは、前記複数のパターンの線幅
   の測定結果から前記レチクルの所定パターンが有する製
   造誤差の影響を除去し、前記レジストに形成された各々
   パターンの線幅に対する前記投影レンズの収差の影響を
   評価する請求項２に記載の露光装置の投影レンズの評価
   方法。