JPWO2005008754A1 - Flare measurement method, exposure method, and mask for flare measurement - Google Patents
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Abstract
投影光学系のフレアを正確に計測できるフレア計測技術である。計測対象の投影光学系を介してレジストの塗布されたウエハ(W)上に、次第に間隔が広くなる3対の開口パターン及びライン・アンド・スペースパターンの像(38AP,39AP)、(38BP,39BP)、及び(38CP,39CP)を転写した後、そのウエハ(W)を現像する。現像後に得られるレジスト像の内で、開口パターンの像(38AP,38BP,38CP)に最も近いスペースパターン像(40A,40B,40C)の線幅を計測し、この計測結果からその投影光学系のフレアを求める。This is a flare measurement technology that can accurately measure the flare of the projection optical system. Three pairs of opening patterns and line-and-space pattern images (38AP, 39AP) and (38BP, 39BP) that are gradually widened on a wafer (W) coated with a resist via a projection optical system to be measured. ) And (38CP, 39CP) are transferred, and then the wafer (W) is developed. Among the resist images obtained after development, the line width of the space pattern image (40A, 40B, 40C) closest to the aperture pattern image (38AP, 38BP, 38CP) is measured. Ask for flare.
Description
本発明は、第1面上のパターンの像を第2面上に投影する投影光学系のフレアを計測するためのフレア計測技術に関し、例えば半導体集積回路、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程において、マスクパターンを基板上に転写するために使用される投影露光装置の投影光学系のフレアを計測する際に使用して好適なものである。本発明は更に、フレア計測技術を用いた露光技術、及びフレアを計測する際に使用できるマスクに関する。 The present invention relates to a flare measurement technique for measuring a flare of a projection optical system that projects an image of a pattern on a first surface onto a second surface, such as a semiconductor integrated circuit, a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. It is suitable for use in measuring a flare of a projection optical system of a projection exposure apparatus used for transferring a mask pattern onto a substrate in a lithography process for manufacturing various devices. The present invention further relates to an exposure technique using a flare measurement technique and a mask that can be used when measuring flare.
例えば半導体集積回路を製造するためのリソグラフィ工程中で、マスクとしてのレチクル(又はフォトマスク等)のパターンを投影光学系を介して感光基板(感応物体)としてのレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)の各ショット領域に転写するために、ステッパー型又はスキャニングステッパー型等の投影露光装置が使用されている。近年の集積回路の一層の微細化に伴い、投影露光装置に要求される転写後のパターンに対する線幅均一性も高まっている。そのため、従来は無視することができた投影光学系のフレアによる線幅均一性の劣化が問題となりつつある。なお、光学系で発生するフレアには大きく分けて、光学系を構成する光学部材(レンズ等)の表面やコーティング膜で小さい角度範囲で発生する前方散乱光に起因する結像には望ましくない迷光(又はかぶり光)であるいわゆるローカルフレア(loca1 flare)と、光学部材のコーティング膜における反射に起因する結像には望ましくない迷光であるいわゆるロングレンジフレアとがある。パターンの線幅均一性の劣化に寄与するのは主にローカルフレアであるため、以下ではフレアとしてローカルフレアを例にとって説明する。 For example, in a lithography process for manufacturing a semiconductor integrated circuit, a reticle (or a photomask or the like) pattern as a mask is coated with a resist as a photosensitive substrate (sensitive object) through a projection optical system (or glass). A projection exposure apparatus such as a stepper type or a scanning stepper type is used for transfer to each shot area of a plate or the like. With the further miniaturization of integrated circuits in recent years, the line width uniformity with respect to a pattern after transfer required for a projection exposure apparatus is also increasing. For this reason, degradation of line width uniformity due to flare in the projection optical system, which could not be ignored in the past, is becoming a problem. The flare generated in the optical system is roughly divided into stray light that is not desirable for imaging caused by forward scattered light generated in a small angle range on the surface of the optical member (lens, etc.) constituting the optical system and the coating film. There are so-called local flare (or fog light) that is (or fog light) and so-called long-range flare that is undesirable stray light for imaging caused by reflection on the coating film of the optical member. Since it is mainly local flare that contributes to the degradation of the line width uniformity of the pattern, the following description will be made taking local flare as an example of flare.
図16は、ウエハ上に投影されるパターンに付随するローカルフレアを示す模式図であり、この図16において、遮光部の中央に細長い所望の結像パターン31が投影され、結像パターン31に付随してローカルフレア32が投影されている。ローカルフレアは、ウエハ上の本来の結像パターンの周辺の数100nm〜数10μm程度の幅の範囲内に発生する「かぶり光」である。通常、ローカルフレア32の強度は、結像パターン31を形成する結像光束の強度に対してほぼ1%程度以下である。このようなローカルフレアによって次のように線幅均一性が劣化する。 FIG. 16 is a schematic diagram showing local flare associated with a pattern projected on the wafer. In FIG. 16, an elongated desired
図17は、転写対象のレチクルR1のパターンを示し、この図17において、クロムの遮光膜35中に開口部(光透過部)よりなる第1のレチクルウィンドウ34と、開口部よりなりそのレチクルウィンドウ34に比べてかなり広い第2のレチクルウィンドウ37とが形成されている。そして、レチクルウィンドウ34及び37の中央部に互いに同一形状のクロムの遮光膜よりなる細長いレチクルパターン33及び36が形成されている。図18は、図17のレチクルR1のパターンを投影光学系を介してレジストの塗布されたウエハ上に投影した後、そのレジストを現像して得られるレジスト像R1Pを示し、この図18において、レジスト像33P及び36Pは、それぞれ図17のレチクルパターン33及び36に対応して形成された凹凸のパターンである。レジストがポジ型であれば、レジスト像33P及び36Pはそれぞれ凸パターンであり、レジストがネガ型であれば、レジスト像33P及び36Pはそれぞれ凹パターンである。 FIG. 17 shows a pattern of a reticle R1 to be transferred. In FIG. 17, a
ローカルフレアが無い理想的な状態では、同一パターンであるレチクルパターン33及び36に対応するレジスト像は同一形状になる。一方、ローカルフレアが存在する場合、レチクルパターン33の周辺に存在するレチクルウィンドウ34より、レチクルパターン36の周辺に存在するレチクルウィンドウ37の方が広いため、後者のレチクルウィンドウ37から発生するローカルフレアの方が前者のレチクルウィンドウ34から発生するローカルフレアよりも量が大きくなる。即ち、図18のレジスト像33Pにかぶさる、レチクルウィンドウ34で発生するローカルフレアの量より、レジスト像36Pにかぶさる、レチクルウィンドウ37で発生するローカルフレアの量の方が大きくなるため、レジスト像36Pの線幅は、レジスト像33Pの線幅より細くなる。このように、同じ形状のレチクルパターンを投影して形成されるレジスト像が、各パターンの周辺の開口パターンから発生するローカルフレアのため、形状(線幅)が変化してしまう。これがローカルフレア起因の線幅のばらつきとなり、これによって露光性能が低下して、露光プロセスの歩留まりが悪化する。このようなローカルフレア起因の線幅のばらつきを低減するためには、ローカルフレアを低減する必要がある。そのためには、ローカルフレアを正確に計測する必要がある。 In an ideal state with no local flare, the resist images corresponding to the
従来、投影光学系のフレアを計測する方法としては、例えばテストレチクルの照明領域の全面にほぼ均一な分布で複数のほぼ同一形状の遮光パターンを形成しておき、そのテストレチクルのパターンを投影光学系を介してレジストの塗布されたウエハ上に投影露光する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。この方法では、積算露光量を変えて複数回の露光を行い、露光後、現像によって得られるそれぞれのレジスト像の形状を計測することによって、それらの遮光パターンに対応する部分が露光されないとき(レジスト像が形成されないとき)の露光量と、それらの遮光パターンに対応する部分が露光されるとき(レジスト像が形成されるとき)の露光量との関係からフレアの量が求められる。
一般に現像後のレジスト像の線幅を変化させるのはフレアだけではなく、投影光学系の収差によってもレジスト像の線幅、又はレジスト像が形成されるときの露光量は変化する。
しかしながら、従来のフレア計測方法では、レジスト像の線幅の変化がフレアに起因するものか収差に起因するものかを必ずしも正確に判別することができなかった。そのため、投影光学系のフレアの量、特にローカルフレアの量を正確に計測することが困難であるという問題があった。Generally, it is not only flare that changes the line width of the resist image after development, but also the line width of the resist image or the exposure amount when the resist image is formed depending on the aberration of the projection optical system.
However, the conventional flare measurement method cannot always accurately determine whether the change in the line width of the resist image is caused by flare or aberration. Therefore, there is a problem that it is difficult to accurately measure the amount of flare in the projection optical system, particularly the amount of local flare.
また、解像度を向上するために、露光光の短波長化が進んでおり、最近では露光光として波長248nmのKrFエキシマレーザ、及びより短い波長193nmのArFエキシマレーザなどのパルス発光のエキシマレーザが使用されている。このエキシマレーザに対する感光材料としては、高感度の化学増幅型レジストが使用される。ところが、化学増幅型レジストでは、特に現像前ベークであるPEB(Post−Exposure Bake)工程におけるレジストからの酸の揮発によって、現像後のレジスト像の線幅が僅かに変化することがある。そのため、エキシマレーザを用いて露光した場合、レジスト像の線幅の変化には、上記のフレア及び収差に起因する変化分の他に、レジスト中の酸の揮発に起因する変化分も含まれる。しかしながら、従来はレジスト中の酸の揮発に起因するレジスト像の線幅の変化分のみを正確に求める方法は知られておらず、これがフレア計測精度を更に高める上での一つの問題となっていた。 In addition, in order to improve the resolution, the exposure light has been shortened. Recently, a pulsed excimer laser such as a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm and an ArF excimer laser having a shorter wavelength of 193 nm is used as the exposure light. Has been. As a photosensitive material for this excimer laser, a highly sensitive chemically amplified resist is used. However, in the case of a chemically amplified resist, the line width of the resist image after development may slightly change due to the volatilization of acid from the resist in the PEB (Post-Exposure Bake) process, which is a baking before development. For this reason, when the exposure is performed using an excimer laser, the change in the line width of the resist image includes a change due to volatilization of the acid in the resist in addition to the change due to the flare and aberration. However, conventionally, there is no known method for accurately obtaining only the change in the line width of the resist image due to the volatilization of the acid in the resist, and this is a problem for further improving flare measurement accuracy. It was.
本発明は、斯かる点に鑑み、投影光学系のフレアを正確に計測できるフレア計測技術を提供することを第1の目的とする。
また、本発明は、投影光学系のフレアを低減させて高い線幅均一性が得られる露光技術を提供することを第2の目的とする。
また、本発明は、投影光学系のフレア計測に使用できるマスクを提供することを第3の目的とする。In view of this point, the present invention has a first object to provide a flare measurement technique capable of accurately measuring the flare of a projection optical system.
It is a second object of the present invention to provide an exposure technique that can reduce flare in a projection optical system and obtain high line width uniformity.
A third object of the present invention is to provide a mask that can be used for flare measurement of a projection optical system.
本発明によるフレア計測方法は、第1面上のパターンの像を第2面上に投影する投影光学系(PL)のフレアを計測するためのフレア計測方法において、その第1面に配置された開口パターン(38A;38)及びこの開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターン(39A;39)の像をその投影光学系を介してその第2面上に投影する第1工程と、その第2面上に投影されたその線状パターンの像(39AP)の線幅に基づいてその投影光学系のフレアを求める第2工程とを有するものである。 A flare measurement method according to the present invention is a flare measurement method for measuring flare of a projection optical system (PL) that projects an image of a pattern on a first surface onto a second surface, and is arranged on the first surface. An image of the opening pattern (38A; 38) and one or more linear patterns (39A; 39) arranged adjacent to the opening pattern is projected onto the second surface via the projection optical system. A first step and a second step of obtaining a flare of the projection optical system based on the line width of the image (39AP) of the linear pattern projected on the second surface.
斯かる本発明によれば、その開口パターンとその線状パターンとの組み合わせによって、収差の発生に対しては投影された線状パターンの像の線幅変化が小さく、フレアの発生に対してはその線状パターンの像の線幅変化が大きくなる。従って、その線状パターンの像の線幅又はその変化を計測することによって、投影光学系のフレアを正確に計測できる。なお、その線状パターンの像の線幅は、現像後の感光材料の凹凸パターンとして計測してもよく、感光材料の潜像又は空間像の段階で計測してもよい。感光材料上に像を投影する場合には、その開口パターンと線状パターンとは同時に露光する必要はなく、多重露光で個別に露光してもよい。 According to the present invention, due to the combination of the opening pattern and the linear pattern, the change in the line width of the projected linear pattern image is small with respect to the occurrence of aberration, and the occurrence of flare is The line width change of the image of the linear pattern becomes large. Therefore, the flare of the projection optical system can be accurately measured by measuring the line width of the image of the linear pattern or its change. The line width of the image of the linear pattern may be measured as a concavo-convex pattern of the photosensitive material after development, or may be measured at the stage of the latent image or aerial image of the photosensitive material. When an image is projected onto the photosensitive material, the opening pattern and the linear pattern do not need to be exposed at the same time, and may be individually exposed by multiple exposure.
この場合、その第1工程において、その開口パターン及びその線状パターンとそれぞれ同じ形状で、かつ互いに間隔の異なる複数組の開口パターン(38A,38B,38C)及び線状パターン(39A,39B,39C)の像をその投影光学系を介してその第2面上に投影し、その第2工程において、複数のその線状パターンの像の線幅に基づいてその投影光学系のフレアを求めてもよい。 In this case, in the first step, a plurality of sets of opening patterns (38A, 38B, 38C) and linear patterns (39A, 39B, 39C) having the same shape as the opening pattern and the linear pattern and different from each other. ) Is projected onto the second surface via the projection optical system, and the flare of the projection optical system is obtained based on the line widths of the images of the plurality of linear patterns in the second step. Good.
その開口パターンと線状パターンとの間隔によって、その線状パターンの像に対するフレアの影響が異なるため、複数のその線状パターンの像の線幅の計測値を用いることによって、より正確にフレアを計測することができる。
また、その第1工程において、その開口パターン(38)及びその線状パターン(39)の像を、互いに重ならないように、かつ間隔を変えながら複数回露光してもよい。このように同一のパターンを多重露光することによって、マスクパターンの製造誤差や、投影光学系中の光束の通過位置の相違によるフレアの計測誤差を低減することができる。Since the influence of the flare on the image of the linear pattern differs depending on the interval between the opening pattern and the linear pattern, the flare can be more accurately obtained by using the measurement values of the line widths of the images of the linear pattern. It can be measured.
In the first step, the images of the opening pattern (38) and the linear pattern (39) may be exposed a plurality of times so as not to overlap each other and at different intervals. Thus, by performing multiple exposure of the same pattern, it is possible to reduce a mask pattern manufacturing error and a flare measurement error due to a difference in the light beam passage position in the projection optical system.
また、その第1工程において、その線状パターン(47A)の像の上に所定の小さい交差角で別の線状パターン(47B)の像を重ねて露光し、その第2工程において、その線状パターンの像とその別の線状パターンの像とが重なった部分(47AP,48BP)の長手方向の幅(h1,hn)を計測し、この計測結果に基づいてその投影光学系のフレアを求めるようにしてもよい。 In the first step, an image of another linear pattern (47B) is superimposed on the image of the linear pattern (47A) at a predetermined small crossing angle and exposed, and in the second step, the line is exposed. Measure the width (h1, hn) in the longitudinal direction of the part (47AP, 48BP) where the image of the linear pattern and the image of the other linear pattern overlap, and the flare of the projection optical system is calculated based on this measurement result. You may make it ask.
そのように2つの線状パターンの像を小さい交差角で重ねて露光することによって、得られるパターンの像の長手方向の幅は、その線状パターンの像の線幅を大きく拡大した値となる。従って、実質的にその線状パターンの像の線幅を拡大して高精度に計測することができるため、フレアをより高精度に計測できるか、又はより簡単な計測装置を用いてそのフレアを計測できる。 By exposing the images of two linear patterns so as to overlap with a small crossing angle, the width in the longitudinal direction of the obtained pattern image is a value obtained by greatly expanding the line width of the image of the linear pattern. . Therefore, since the line width of the image of the linear pattern can be substantially enlarged and measured with high accuracy, the flare can be measured with higher accuracy, or the flare can be measured using a simpler measuring device. It can be measured.
また、本発明において、一例として、その開口パターンの大きさはほぼ数μm〜数100μm角であり、その線状パターンの幅はほぼ数100nm〜数μmであり、その開口パターンとその線状パターンとの間隔はほぼ1μm〜数10μmである。これによって、例えば縮小倍率の投影光学系を用いた場合に、その第2面上で開口パターンの像の周辺にほぼ数100nm〜数10μm程度の幅に広がるローカルフレアを正確に計測できる。 In the present invention, as an example, the size of the opening pattern is approximately several μm to several 100 μm square, the width of the linear pattern is approximately several 100 nm to several μm, and the opening pattern and the linear pattern Is approximately 1 μm to several tens of μm. Thereby, for example, when a projection optical system with a reduction magnification is used, a local flare spreading on the second surface around the aperture pattern image in a width of about several hundred nm to several tens of μm can be accurately measured.
また、本発明において、その第1工程は、基板(W)上に感光材料(PR)を塗布した後、この感光材料上に上層膜(TC)を塗布する塗布工程(ステップ101,102)と、その基板の表面をその第2面にほぼ合わせ込んで、その開口パターン及びこの開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターンの像をその投影光学系を介してその基板の表面に投影する投影工程(ステップ103)と、その基板上のその感光材料の現像前ベークを行う予備現像工程(ステップ104)と、その基板上のその感光材料の現像を行ってその線状パターンの凹凸の像を形成する現像工程(ステップ105)とを含むことが望ましい。 In the present invention, the first process includes an application process (steps 101 and 102) in which a photosensitive material (PR) is applied on the substrate (W) and then an upper layer film (TC) is applied on the photosensitive material. The surface of the substrate is substantially aligned with the second surface, and the opening pattern and an image of one or more linear patterns arranged adjacent to the opening pattern are passed through the projection optical system. A projection process (step 103) for projecting onto the surface of the substrate, a pre-development process (step 104) for performing pre-development baking of the photosensitive material on the substrate, and developing the photosensitive material on the substrate to develop the line And a development step (step 105) for forming an uneven image of the pattern.
このように、感光材料上に上層膜を塗布することによって、現像前ベーク時にその感光材料からの線幅に影響を与える物質の揮発が抑制されるため、現像後の線状パターンの像の線幅は実質的にフレアのみに応じた値となる。従って、感光材料に起因する誤差を排除して、高精度にフレアを計測できる。
この場合、その感光材料の一例は化学増幅型レジストである。また、その上層膜は、その予備現像工程においてその感光材料からの酸の揮発を抑制することが望ましい。化学増幅型レジストを使用することによって、エキシマレーザのような短波長の露光ビームを使用できるため、転写する線状パターンの線幅をより微細化でき、フレア計測精度を向上できる。その際に、その上層膜によって酸の揮発を抑制することで、計測精度の劣化を防止できる。In this way, by applying the upper layer film on the photosensitive material, volatilization of the substance that affects the line width from the photosensitive material during baking before development is suppressed, so that the lines of the image of the linear pattern after development are suppressed. The width is substantially a value corresponding to only the flare. Therefore, the flare can be measured with high accuracy by eliminating the error caused by the photosensitive material.
In this case, an example of the photosensitive material is a chemically amplified resist. Further, the upper layer film desirably suppresses volatilization of acid from the photosensitive material in the preliminary development step. By using a chemically amplified resist, an exposure beam having a short wavelength such as an excimer laser can be used, so that the line width of the linear pattern to be transferred can be further miniaturized and flare measurement accuracy can be improved. At that time, the deterioration of measurement accuracy can be prevented by suppressing the volatilization of the acid by the upper layer film.
次に、本発明による露光方法は、第1物体(R)のパターンを投影光学系(PL)を介して2物体(W)上に投影露光する露光方法において、本発明のフレア計測方法を用いてその投影光学系のフレアを計測する計測工程と、その計測工程での計測結果に基づいてその投影光学系のフレアを補正する補正工程とを有するものである。
この露光方法によれば、本発明のフレア計測方法を用いることにより、その投影光学系のフレアを正確に計測できる。従って、その補正工程において、例えばその投影光学系中のレンズ等の光学部材の再加工を行うか、又はその光学部材を交換することによって、その投影光学系のフレアを低減することができる。従って、高い線幅均一性が得られる。
また、例えば線幅均一性が悪化したような場合に、本発明の計測工程を実施することで、その原因がその投影光学系のフレアであるか否かを正確に判別できるようになる。更に、フレアの経時変化も正確に計測できるようになる。従って、露光工程で発生するトラブルへの適切な対応が可能になる。Next, an exposure method according to the present invention uses the flare measurement method of the present invention in an exposure method in which a pattern of a first object (R) is projected and exposed onto two objects (W) via a projection optical system (PL). A measuring step for measuring the flare of the projection optical system, and a correcting step for correcting the flare of the projection optical system based on the measurement result in the measuring step.
According to this exposure method, the flare of the projection optical system can be accurately measured by using the flare measurement method of the present invention. Therefore, in the correction step, flare of the projection optical system can be reduced, for example, by reworking an optical member such as a lens in the projection optical system or replacing the optical member. Therefore, high line width uniformity can be obtained.
For example, when the line width uniformity is deteriorated, it is possible to accurately determine whether or not the cause is a flare of the projection optical system by performing the measurement process of the present invention. Furthermore, it is possible to accurately measure a change in flare over time. Accordingly, it is possible to appropriately deal with troubles occurring in the exposure process.
また、本発明によるマスクは、投影光学系のフレア計測用のマスクであって、開口パターン(38A;38)及びこの開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターン(39A;39)が形成されたものである。このマスクを用いることによって、本発明のフレア計測方法を使用できる。
この場合、一例としてその開口パターンはほぼ数μm〜数100μm角の角形パターンであり、その線状パターンは、ラインパターンの幅がほぼ数100nm〜数μmのライン・アンド・スペースパターンであり、その開口パターンとその線状パターンとの間隔はほぼ1μm〜数10μmである。これによって、特にローカルフレアを正確に計測できる。The mask according to the present invention is a flare measurement mask for a projection optical system, and includes an opening pattern (38A; 38) and one or a plurality of linear patterns (39A) arranged adjacent to the opening pattern. 39) is formed. By using this mask, the flare measuring method of the present invention can be used.
In this case, as an example, the opening pattern is a square pattern of about several μm to several 100 μm square, and the linear pattern is a line and space pattern whose width of the line pattern is about several hundred nm to several μm, The distance between the opening pattern and the linear pattern is approximately 1 μm to several tens of μm. As a result, local flare can be measured accurately.
本発明によれば、線状パターンの投影像の線幅の変化は、ほぼ投影光学系のフレアに起因するため、実質的に投影光学系のフレアのみを正確に計測することができる。
また、感光材料上に上層膜を塗布することによって、例えば高感度の感光材料を用いた場合に、その感光材料に起因するフレア計測精度の劣化を防止できる。
更に、その計測結果に基づいてその投影光学系のフレアを補正することによって、転写パターンの線幅均一性を高めることができる。According to the present invention, since the change in the line width of the projected image of the linear pattern is substantially caused by the flare of the projection optical system, substantially only the flare of the projection optical system can be measured accurately.
In addition, by applying an upper layer film on the photosensitive material, for example, when a highly sensitive photosensitive material is used, it is possible to prevent deterioration in flare measurement accuracy due to the photosensitive material.
Further, by correcting the flare of the projection optical system based on the measurement result, the line width uniformity of the transfer pattern can be improved.
以下、本発明の好ましい実施の形態の一例につき図1〜図13を参照して説明する。本例は、走査露光型の投影露光装置に装着される投影光学系のフレアを計測する場合に本発明を適用したものである。投影光学系のフレアは、例えば投影光学系の組立調整時に、照明光学系と、マスク及びウエハを保持する簡単なステージ機構とを備える検査装置を用いても計測することができる。以下では、実際の投影露光装置を検査装置として使用するものとして説明する。このような実際の投影露光装置を用いるフレアの計測は、例えば露光工程において線幅均一性が低下したような場合に、その要因を解析するために行うことができる。 Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied when measuring the flare of a projection optical system mounted on a scanning exposure type projection exposure apparatus. The flare of the projection optical system can be measured using an inspection apparatus that includes an illumination optical system and a simple stage mechanism that holds a mask and a wafer, for example, during assembly adjustment of the projection optical system. In the following description, an actual projection exposure apparatus is used as an inspection apparatus. Such flare measurement using an actual projection exposure apparatus can be performed in order to analyze the cause when, for example, the line width uniformity is reduced in the exposure process.
図1は、フレアが計測される投影光学系PLが装着された投影露光装置の概略構成を示し、この図1において、露光光源6としてはArFエキシマレーザ光源(波長193nm)が使用されている。なお、露光光源としては、KrFエキシマレーザ光源(波長247nm)、F2レーザ光源(波長157nm)、Kr2レーザ光源(波長146nm)、Ar2レーザ光源(波長126nm)などの紫外パルスレーザ光源、YAGレーザの高調波発生光源、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波発生装置、又は水銀ランプ(i線等)なども使用することができる。FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus equipped with a projection optical system PL for measuring flare. In FIG. 1, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used as the exposure light source 6. As an exposure light source, an ultraviolet pulse laser light source such as a KrF excimer laser light source (wavelength 247 nm), an F 2 laser light source (wavelength 157 nm), a Kr 2 laser light source (
露光時に露光光源6からパルス発光された露光ビームとしての露光光(露光用の照明光)ILは、ミラー7、不図示のビーム整形光学系、第1レンズ8A、ミラー9、及び第2レンズ8Bを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ(ユニフォマイザ又はホモジナイザ)としてのフライアイレンズ10に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ10の射出面(照明光学系の瞳面)には、露光光の光量分布を円形、複数の偏心領域、輪帯状などに設定して照明条件を決定するための開口絞り(σ絞り)13A,13B,13C,13Dを有する照明系開口絞り部材11が、駆動モータ12によって回転自在に配置されている。照明系開口絞り部材11中の開口絞りを通過した露光光ILは、反射率の小さいビームスプリッタ14及びリレーレンズ17Aを経て、固定視野絞りとしての固定ブラインド18A及び可動視野絞りとしての可動ブラインド18Bを順次通過する。この場合、可動ブラインド18Bは、マスクとしてのレチクルRのパターン面(レチクル面)とほぼ共役な面に配置され、固定ブラインド18Aは、そのレチクル面と共役な面から僅かにデフォーカスされた面に配置されている。 Exposure light (exposure illumination light) IL as an exposure beam pulsed from the exposure light source 6 during exposure is mirror 7, a beam shaping optical system (not shown), a first lens 8A, a mirror 9, and a second lens 8B. Then, the cross-sectional shape is shaped into a predetermined shape, and enters the fly-eye lens 10 as an optical integrator (a homogenizer or a homogenizer), and the illuminance distribution is made uniform. On the exit surface of the fly-eye lens 10 (the pupil plane of the illumination optical system), an aperture stop (σ stop) for determining the illumination condition by setting the light intensity distribution of the exposure light to a circular shape, a plurality of eccentric regions, an annular shape, or the like. ) The illumination system aperture stop member 11 having 13A, 13B, 13C, and 13D is rotatably arranged by the
固定ブラインド18Aは、レチクル面の照明領域21RをレチクルRの走査方向に直交する非走査方向に細長いスリット状の領域に規定するために使用される。可動ブラインド18Bは、レチクルRの走査方向及び非走査方向に対応する方向にそれぞれ相対移動自在な2対のブレードを備え、露光対象の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、照明領域を走査方向に閉じるために使用される。可動ブラインド18Bは、更に照明領域の非走査方向の中心及び幅を規定するためにも使用される。ブラインド18A,18Bを通過した露光光ILは、サブコンデンサレンズ17B、光路折り曲げ用のミラー19、及びメインコンデンサレンズ20を経て、マスクとしてのレチクルRのパターン領域の照明領域21Rを均一な照度分布で照明する。 The fixed blind 18A is used to define the
一方、ビームスプリッタ14で反射された露光光は、集光レンズ15を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ16に受光される。インテグレータセンサ16の検出信号は露光量制御系3に供給され、露光量制御系3は、その検出信号と予め計測されているビームスプリッタ14から基板(感光基板)としてのウエハWまでの光学系の透過率とを用いてウエハW上での露光エネルギーを間接的に算出する。露光量制御系3は、その算出結果の積算値及び装置全体の動作を統轄制御する主制御系1からの制御情報に基づいて、ウエハW上で適正露光量が得られるように露光光源6の発光動作を制御する。露光光源6、ミラー7,9、レンズ8A,8B、フライアイレンズ10、照明系開口絞り部材11、ビームスプリッタ14、リレーレンズ17A、ブラインド18A,18B、サブコンデンサレンズ17B、ミラー19、及びメインコンデンサレンズ20を含んで照明光学系5が構成されている。 On the other hand, the exposure light reflected by the
露光光ILのもとで、レチクルRの照明領域21R内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系PLを介して投影倍率β(βは1/4,1/5等)で、レジストが塗布されたウエハW上の一つのショット領域SA上の非走査方向に細長いスリット状の露光領域21Wに投影される。ウエハWは、例えば半導体(シリコン等)又はSOI(silicon on insulator)等の直径が200〜300mm程度の円板状の基板である。レチクルRのパターン面(レチクル面)及びウエハWの表面(ウエハ面)がそれぞれ投影光学系の第1面(物体面)及び第2面(像面)に対応している。また、レチクルR及びウエハWをそれぞれ第1物体及び第2物体(感応物体)とみなすこともできる。以下、図1において、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向に直交する非走査方向にX軸を取り、その走査方向にY軸を取って説明する。 Under the exposure light IL, the pattern in the
先ず、レチクルRはレチクルステージ(可動体)22上に保持され、レチクルステージ22はレチクルベース23上でY方向に一定速度で移動すると共に、後述するウエハステージ28との同期誤差を補正するようにX方向、Y方向、回転方向に微動して、レチクルRの走査を行う。レチクルステージ22の位置は、この上に設けられた移動鏡(不図示)及びレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してレチクルステージ22の位置及び速度を制御する。本例では前述したレチクルステージ22、ステージ駆動系2、駆動機構、及びレーザ干渉計によってレチクルステージシステムが構成されている。また、レチクルRの周辺部の上方には、レチクルアライメント用のレチクルアライメント顕微鏡(不図示)が配置されている。また、レチクルステージ22の近傍には、不図示であるがレチクルステージ22上のレチクルを交換するレチクルローダ、及び複数のレチクルが収納されたレチクルライブラリが設置されている。 First, the reticle R is held on a reticle stage (movable body) 22, and the
一方、ウエハWは、ウエハホルダ24を介してウエハステージ28上に保持され、ウエハステージ28はウエハベース27上でY方向に一定速度で移動すると共に、X方向、Y方向にステップ移動するXYステージ26と、Zチルトステージ25とを備えている。Zチルトステージ25は、不図示のオートフォーカスセンサによるウエハWのZ方向の位置の計測値に基づいて、ウエハWのフォーカシング及びレベリングを行う。ウエハステージ28のXY平面内での位置、及びX軸、Y軸、Z軸の回りの回転角はレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御系1からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系2は不図示の駆動機構(リニアモータなど)を介してウエハステージ28の動作を制御する。本例では前述したウエハホルダ24、ウエハステージ(可動体)28、ステージ駆動系2、駆動機構、及びレーザ干渉計によってウエハステージシステムが構成されている。 On the other hand, the wafer W is held on the wafer stage 28 via the wafer holder 24. The wafer stage 28 moves on the wafer base 27 at a constant speed in the Y direction, and moves in steps in the X and Y directions. And a Z tilt stage 25. The Z tilt stage 25 performs focusing and leveling of the wafer W based on the measurement value of the position of the wafer W in the Z direction by an auto focus sensor (not shown). The position of the wafer stage 28 in the XY plane and the rotation angles around the X, Y, and Z axes are measured by a laser interferometer (not shown), and the measured values and control information from the
更に、ウエハステージ28上のウエハWの近傍には、露光領域21Wよりも大きい受光面30Bを有する照射量モニタと、ピンホール状の受光面30Aを有する照度センサとを含む光量センサ部29が固定され、光量センサ部29の2つの検出信号は露光量制御系3に供給されている。また、ウエハステージ28の上方には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサ36が配置されており、この検出結果に基づいて主制御系1はウエハWのアライメントを行う。 Further, a light amount sensor unit 29 including a dose monitor having a
露光時には、レチクルステージ22及びウエハステージ28を駆動して、露光光ILを照射した状態でレチクルRとウエハW上の一つのショット領域とをY方向に同期走査する動作と、ウエハステージ28を駆動してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターン像が露光される。 At the time of exposure, the
次に、本例の投影光学系PLのフレアを計測する場合の動作の一例につき、図6のフローチャートを参照して説明する。そのフレア計測動作は、次のように大きく第1工程及び第2工程に分けられる。投影光学系のフレアには、前述のように、光学部材の表面やコーティング膜で小さい角度範囲で発生する前方散乱光に起因するいわゆるローカルフレアと、光学部材表面のコーティングでの反射に起因するいわゆるロングレンジフレアとがあり、以下ではローカルフレアを計測対象とする。なお、例えば後述のテストレチクルのパターンの変更等によって、ロングレンジフレアも同様に計測することができる。 Next, an example of the operation when measuring the flare of the projection optical system PL of this example will be described with reference to the flowchart of FIG. The flare measurement operation is roughly divided into a first process and a second process as follows. As described above, the flare of the projection optical system includes so-called local flare caused by forward scattered light generated in a small angle range on the surface of the optical member and the coating film, and so-called reflection caused by the coating on the surface of the optical member. There is a long-range flare. In the following, local flare is measured. For example, the long range flare can be measured in the same manner by changing the pattern of the test reticle described later.
[第1工程]
本例では、図1のレチクルステージ22上に、図2に示すフレア計測用のマスクとしてのテストレチクルR2をロードする。図2(以下の図3、図10〜図13も同様)のX方向及びY方向はそれぞれ図1のX方向(非走査方向)及びY方向(走査方向)に対応している。[First step]
In this example, a test reticle R2 as a flare measurement mask shown in FIG. 2 is loaded on the
図2において、テストレチクルR2のパターン領域にはクロム等の遮光膜41を背景として、X方向の幅DでY方向の高さHの四角形の開口パターンよりなるパッドパターン38Aが形成されている。また、遮光膜41中でパッドパターン38AにX方向に近接して間隔r1で、それぞれX方向の幅dでY方向を長手方向とする長方形の開口パターンよりなる8本のスペースパターン40をX方向にピッチPで配列したライン・アンド・スペースパターン(以下、「L&Sパターン」と言う)39Aが形成されている。L&Sパターン39Aが線状パターンに対応している。なお、L&Sパターン39Aのスペースパターン40の本数は1本以上の任意であり、L&Sパターン39Aが1本のスペースパターン40(孤立線)からなる場合には、スペースパターン40が線状パターンに対応する。また、L&Sパターン39Aとしては、2本以上の長方形の遮光パターンをX方向に配列した線状パターンを用いてもよい。 In FIG. 2, a
本例では、パッドパターン38Aの幅Dと幅Hとは互いに等しく、それぞれ数μm〜数100μm程度に設定されている。即ち、パッドパターン38Aは正方形の開口パターンである。但し、パッドパターン38Aの幅Dと幅Hとは、それぞれ数μm〜数100μm程度の範囲内で異なる値に設定してもよい。また、L&Sパターン39Aを構成するスペースパターン40のX方向の幅dは、数100nm〜数μm程度であり、スペースパターン40のY方向の長さは幅dの数10倍程度、即ち数μm〜数10μm程度である。なお、図2の例ではスペースパターン40のY方向の長さは、パッドパターン38AのY方向の高さHとほぼ等しく設定してあるが、両者は異なってもよい。そして、スペースパターン40の配列のピッチPは、ほぼ幅dの2倍である。 In this example, the width D and the width H of the
更に、テストレチクルR2の遮光膜41中には、パッドパターン38A及びL&Sパターン39Aに対してY方向に数μm程度の間隔でパッドパターン38B及びL&Sパターン39Bが形成され、このパッドパターン38B及びL&Sパターン39Bに対してY方向に数μm程度の間隔でパッドパターン38C及びL&Sパターン39Cが形成されている。パッドパターン38B及び38Cはそれぞれパッドパターン38Aと同一形状の開口パターンであり、L&Sパターン39B及び39Cは、それぞれL&Sパターン39Aと同一構成のパターン(8本のスペースパターン40をX方向にピッチPで配列したもの)である。但し、上部のパッドパターン38AとL&Sパターン39AとのX方向の間隔r1に対して、中央のパッドパターン38BとL&Sパターン39BとのX方向の間隔r2は数倍に設定され、その間隔r2に対して下部のパッドパターン38CとL&Sパターン39CとのX方向の間隔r3は10倍程度に設定されている。一例として、間隔r1は1μm程度、間隔r2は数μm程度、間隔r3は数10μm程度である。 Further, in the
次に、図6のステップ101において、不図示のレジストコータを用いて図4(A)に示すように、フレア評価用の基板としてのウエハ(これをウエハWとする)の高い平面度を有する上面に感光材料としてのフォトレジストPRを塗布する。本例では露光ビームとしてArFエキシマレーザ光が使用されるため、そのフォトレジストPRとしては、高感度レジストである化学増幅型レジストが使用される。次のステップ102において、例えば別のコータを用いて、ウエハW上のフォトレジストPR(本例では化学増幅型レジスト)上に、後述のPEB(Post−Exposure Bake)時のフォトレジストからの酸の揮発を抑制するための上層膜としてのトップコートTCを重ねて塗布する。一例として、フォトレジストPRの厚さは100〜200nm程度、トップコートTCの厚さは100nm程度である。なお、図4(A),(B),(C),(D)はそれぞれウエハWの一部の拡大側面図を示しているが、ウエハW以外の部分の厚さ方向の倍率が大きく設定されている。 Next, in step 101 of FIG. 6, using a resist coater (not shown), as shown in FIG. 4A, a wafer as a substrate for flare evaluation (this is referred to as wafer W) has high flatness. A photoresist PR as a photosensitive material is applied on the upper surface. In this example, since ArF excimer laser light is used as the exposure beam, a chemically amplified resist that is a highly sensitive resist is used as the photoresist PR. In the next step 102, the acid from the photoresist at the time of PEB (Post-Exposure Bake) described later is formed on the photoresist PR (chemically amplified resist in this example) on the wafer W by using, for example, another coater. A top coat TC as an upper layer film for suppressing volatilization is applied in an overlapping manner. As an example, the thickness of the photoresist PR is about 100 to 200 nm, and the thickness of the topcoat TC is about 100 nm. 4A, 4B, 4C, and 4D show enlarged side views of a part of the wafer W, respectively, the magnification in the thickness direction of the part other than the wafer W is set to be large. Has been.
次に、図6のステップ103において、フォトレジストPR及びトップコートTCが重ねて塗布された未露光のウエハWを、図1のウエハステージ28上のウエハホルダ24上にロードする。そして、通常の露光時と同様に図1の投影露光装置を用いて、図2のテストレチクルR2のパターン(フレア評価用パターン)を投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW上の一つのショット領域上に転写露光する。この際に、ウエハW上の複数のショット領域上にそれぞれテストレチクルR2のパターンを転写露光してもよい。例えば図2のテストレチクルR2のパッドパターン38A及びL&Sパターン39Aにそれぞれ対応する投影像の結像光束38A1及び39A1を含む露光光ILは、図4(B)に示すように、ウエハW上のフォトレジストPR及びトップコートTCを露光する。なお、図4(B)及び図4(C)において、露光量の多い部分には細かい斜線を施し、露光量の殆ど無い部分には粗い斜線を施した。 Next, in step 103 in FIG. 6, the unexposed wafer W on which the photoresist PR and the top coat TC are applied in an overlapping manner is loaded onto the wafer holder 24 on the wafer stage 28 in FIG. Then, using the projection exposure apparatus of FIG. 1 as in normal exposure, the pattern of the test reticle R2 (flare evaluation pattern) of FIG. 2 is scanned on the wafer W by the scanning exposure system PL via the projection optical system PL. Transfer exposure on one shot area. At this time, the pattern of the test reticle R2 may be transferred and exposed onto a plurality of shot areas on the wafer W, respectively. For example, the exposure light IL including the imaging light beams 38A1 and 39A1 corresponding to the
そして、露光終了後に、ステップ104に移行して、不図示のベーキング装置において、その露光されたウエハWのフォトレジストPRの現像前ベークであるPEBを行う。本例の露光ビームは単一波長のArFエキシマレーザ光であるため、定在波効果によるレジストパターンの変形を軽減するためにPEBが必要となる。なお、図4(C)に示すように、PEBによる加熱処理によって化学増幅型レジストであるフォトレジストPRの露光量の多い部分には酸50が発生するが、この酸50の揮発はトップコートTCによって抑制される。従って、L&Sパターン39Aを通過した露光光39A1によって露光された部分にその酸50が付着することは防止される。次のステップ105において、不図示の現像装置において、そのPEBが行われたウエハWのフォトレジストPRの現像を行う。これによって、ウエハW上の一つ又は複数のショット領域に図2のテストレチクルR2のパターンの投影像に対応する凹凸のレジスト像が形成される。 Then, after completion of the exposure, the process proceeds to step 104, and PEB which is a pre-development baking of the photoresist PR of the exposed wafer W is performed in a baking apparatus (not shown). Since the exposure beam in this example is a single-wavelength ArF excimer laser beam, PEB is required to reduce deformation of the resist pattern due to the standing wave effect. As shown in FIG. 4C,
具体的に、フォトレジストPRをポジ型であるとすると、図4(D)のウエハW上には、図2のパッドパターン38Aの像に対応する凹のレジスト像38AP、及び図2のL&Sパターン39Aの像に対応する周期的な凹のレジスト像39APが形成される。後述のように本例では、レジスト像39AP中の最もレジスト像38APに近いスペースパターン像40Aの線幅dP1が計測される。この際に、本例では図4(C)のフォトレジストPR中で発生した酸50は、他の部分には付着しないため、スペースパターン像40Aの線幅dP1には、酸50の揮発による変化分は生じていない。従って、化学増幅型レジストを使用しても、フレア(特にローカルフレア)によるレジストパターンの線幅の変化のみを計測でき、その結果としてフレアを高精度に計測できる。 Specifically, assuming that the photoresist PR is a positive type, a concave resist image 38AP corresponding to the image of the
これに対して、比較のために、上記のステップ102のトップコートの塗布工程を省略した場合の、図4に対応するウエハWの状態の変化を図5(A)(レジスト塗布)、図5(B)(露光)、図5(C)(PEB)、及び図5(D)(現像)に示す。この場合、トップコートが無いため、図5(C)に示すように、化学増幅型レジストよりなるフォトレジストPRのPEB(Post−Exposure Bake)を行うと、露光量の多いパッドパターン(開口パターン)の像の部分で発生した酸50が揮発し、この揮発した酸50が、パッドパターンの像に近接したL&Sパターンの像の部分に混入する。そのため、フォトレジストPRの現像後に、図5(D)に示すように、レジスト像38APに近接しているスペースパターン像40A1の線幅dQ1は、本来の線幅よりも狭くなり、フレアの計測精度が低下する。 On the other hand, for comparison, FIG. 5A (resist application) and FIG. 5 show changes in the state of the wafer W corresponding to FIG. (B) (exposure), FIG. 5 (C) (PEB), and FIG. 5 (D) (development). In this case, since there is no top coat, a PEB (Post-Exposure Bake) of a photoresist PR made of a chemically amplified resist is performed as shown in FIG. The
なお、本例では露光ビームとしてエキシマレーザ光を用い、感光材料として化学増幅型レジストを用いているため、酸の揮発を抑制するためにトップコートを用いている。しかしながら、例えば、酸の揮発量の少ないフォトレジストを用いる場合、L&Sパターンの像の線幅が大きく酸の揮発の影響が少ない場合、又は露光ビームとして水銀ランプの輝線(i線等)を用いる場合などでは、トップコートを省略しても、フレアを高精度に計測することができる。 In this example, an excimer laser beam is used as the exposure beam, and a chemically amplified resist is used as the photosensitive material. Therefore, a top coat is used to suppress acid volatilization. However, for example, when using a photoresist with a small amount of acid volatilization, when the line width of the image of the L & S pattern is large and the influence of volatilization of the acid is small, or when using a bright line (i-line etc.) of a mercury lamp as the exposure beam For example, flare can be measured with high accuracy even if the top coat is omitted.
[第2工程]
次に、図6のステップ106において、現像で形成されたレジストパターンの線幅を計測する。以下では、その線幅計測によってフレアが計測できる原理から説明する。
図3は、図2のテストレチクルR2のパターン像の転写及び現像によってウエハW上に形成されるレジスト像を示す。図1の投影光学系PLは反転投影を行うが、説明の便宜上図3においては、正立像が投影されるものとしている。また、ウエハW上のレジストはポジ型又はネガ型のどちらでもよいが、ここではポジ型であるとすると、図2の遮光膜41に対応する図3の背景部41Pはレジストが残された凸の部分である。また、図3において、ウエハW上には図2のパッドパターン38A,38B,38Cの像に対応する四角形の凹のレジスト像38AP,38BP,38CPが形成され、図2のL&Sパターン39A,39B,39Cの像に対応するL&Sパターン状の凹のレジスト像39AP,39BP,39CPが形成されている。このとき、投影光学系PLのレチクルからウエハへの投影倍率βを用いると、レジスト像38AP及び39AP、レジスト像38BP及び39BP、並びにレジスト像38CP及び39CPのX方向の間隔は、それぞれ図2の対応する間隔r1,r2,及びr3のほぼβ倍となる。また、仮に投影光学系PLのフレアが無いものとすると、レジスト像39AP,39BP,39CPを構成する凹部よりなる各スペースパターン像のX方向の幅は、図2のスペースパターン40の幅dのβ倍となる。[Second step]
Next, in step 106 of FIG. 6, the line width of the resist pattern formed by development is measured. Below, it demonstrates from the principle which can measure a flare by the line width measurement.
FIG. 3 shows a resist image formed on the wafer W by transferring and developing the pattern image of the test reticle R2 of FIG. The projection optical system PL of FIG. 1 performs reverse projection, but for the sake of convenience of explanation, it is assumed that an erect image is projected in FIG. Further, the resist on the wafer W may be either a positive type or a negative type. In this case, if it is a positive type, the
しかしながら、投影光学系PLにおいてローカルフレアが発生しているものとすると、ローカルフレアは図2のパッドパターン38A,38B,38Cの像に対応する図3のレジスト像38AP,38BP,38CPに近い領域ほど多くなる。従って、上部のレジスト像38AP及び39APの間隔が最も狭く、下部のレジスト像38CP及び39CPの間隔が最も広いため、ローカルフレアの量は上部のレジスト像39AP、中央のレジスト像39BP、下部のレジスト像39CPの順に少なくなる。即ち、図3の上部のレジスト像38APにX方向に近接するレジスト像39AP中でも、更に最もレジスト像38APに近いスペースパターン像40Aでは、最も多くローカルフレアをかぶるため、現像後の線幅dP1は本来の幅β・dよりもかなり広くなる。一方、下部のレジスト像38CPにX方向に近接するレジスト像39CP中の、最もレジスト像38CPに近いスペースパターン像40Cでは、ローカルフレアは殆ど届かないため、現像後の線幅dP3はほぼ本来の幅β・dと同じになる。そして、中央のレジスト像38BPにX方向に近接するレジスト像39BP中の、最もレジスト像38BPに近いスペースパターン像40Bでは、ローカルフレアの量は上下のスペースパターン像40A及び40Cのほぼ中間となるため、現像後の線幅dP2は上下の線幅dP1及びdP3のほぼ中間となる。従って、以下の関係が成立する。 However, assuming that local flare occurs in the projection optical system PL, the local flare is closer to the resist images 38AP, 38BP, and 38CP in FIG. 3 corresponding to the images of the
dP1>dP2>dP3≒β・d …(1)
また、ローカルフレアの量が多くなる程、スペースパターン像40A,40B,40Cの線幅変化は大きくなるため、それらの線幅の計測値からローカルフレアの量を評価する(求める)ことができる。そこで、本例では例えば走査型電子顕微鏡を用いて、図3の現像後のレジスト像中の3個のスペースパターン像40A,40B,40CのX方向の線幅dP1,dP2,dP3を高精度に計測する。この際に、ウエハW上の複数のショット領域にそれぞれ図2のテストレチクルR2のパターンを転写した場合には、その複数のショット領域のそれぞれでスペースパターン像40A,40B,40CのX方向の線幅dP1,dP2,dP3を計測し、これらの計測結果の平均値をスペースパターン像40A,40B,40Cの線幅としてもよい。これによって、露光誤差及び計測誤差等が平均化されて、計測精度が向上する。なお、ウエハW上のレジストがネガ型の場合には、図3のレジスト像の凹凸が反転するだけで、(1)式の線幅の関係は同じである。dP1>dP2> dP3≈β · d (1)
Further, since the line width change of the
次に、図6のステップ107において、投影光学系PLのローカルフレアの計測(評価)を行う。このために、投影光学系PLのローカルフレアの量とスペースパターン像40A〜40Cの線幅との関係について、本発明者がコンピュータのシミュレーションを行って求めた結果を図7〜図9を参照して説明する。
図7、図8、図9の横軸は、図2のテストレチクルR2上のパッドパターン38A,38B,38Cと、対応するL&Sパターン39A,39B,39C中の最もパッドパターンに近いスペースパターン40とのX方向の間隔(パッド−スペース間距離)r1,r2,r3(nm)を示し、それらの縦軸は、図3のレジスト像中で最もパッドパターンのレジスト像38AP,38BP,38CPに近いスペースパターン像40A,40B,40Cの線幅dP1,dP2,dP3(nm)を示している。Next, in step 107 of FIG. 6, measurement (evaluation) of the local flare of the projection optical system PL is performed. For this purpose, the results obtained by the inventor's computer simulation regarding the relationship between the amount of local flare of the projection optical system PL and the line widths of the
The horizontal axes of FIGS. 7, 8, and 9 are the
また、シミュレーションに際して、図1の露光光ILの波長λは193nm(ArFエキシマレーザ)、検査対象の投影光学系PLの開口数NAは0.78.照明光学系5のコヒーレンスファクタであるσ値は0.85とした。また、図2のパッドパターン38Aの幅D及び高さHは共に1μm、L&Sパターン39Aのスペースパターン40の幅dは140nmとした。なお、これらの幅D、高さH、及び幅dの値は、投影光学系PLによる投影像での値である。そして、n次(nは1以上の整数)のZernike Polynomial(ゼルニケの多項式)をZnで表して、本例では投影光学系PLの収差をZernike Polynomialの37次まで(Z1〜Z37)の波面収差の全体のRMS(Root Mean Square)で表し、投影光学系PLのローカルフレアをZernike Polynomialの38次(Z38)以上の高次の波面収差の全体のRMSで表した。なお、波面収差の単位は露光波長λである。 In the simulation, the wavelength λ of the exposure light IL in FIG. 1 is 193 nm (ArF excimer laser), and the numerical aperture NA of the projection optical system PL to be inspected is 0.78. The σ value that is the coherence factor of the illumination optical system 5 was set to 0.85. Further, the width D and the height H of the
具体的に、本例では投影光学系PLの収差、即ちZernike Polynomialの37次まで(Z1〜Z37)の波面収差の全体のRMSが0mλ、13mλ、及び26mλの場合について、パッド−スペース間距離に対するスペースパターン像の線幅を計算した。それぞれ、図7が収差としてのRMS=0mλ、図8が収差としてのRMS=13mλ、図9が収差としてのRMS=26mλの場合の計算結果である。また、それぞれの収差状態について、投影光学系PLのローカルフレア、即ちZernike Polynomialの38次(Z38)以上の高次の波面収差の全体のRMSが0mλ、10mλ、及び20mλの場合について、パッド−スペース間距離に対するスペースパターン像の線幅を計算した。図7、図8、図9においてそれぞれ実線の曲線42A,43A,44AがローカルフレアとしてのRMS=0mλの場合、破線の曲線42B,43B,44BがローカルフレアとしてのRMS=10mλの場合、点線の曲線42C,43C,44CがローカルフレアとしてのRMS=20mλの場合の計算結果である。 Specifically, in this example, the aberration of the projection optical system PL, that is, the total RMS of wavefront aberrations up to the 37th order (Z1 to Z37) of Zernike Polynomial is 0 mλ, 13 mλ, and 26 mλ with respect to the pad-space distance. The line width of the space pattern image was calculated. FIG. 7 shows the calculation results when RMS = 0 mλ as aberration, FIG. 8 shows RMS = 13 mλ as aberration, and FIG. 9 shows RMS = 26 mλ as aberration. For each aberration state, the local flare of the projection optical system PL, that is, the pad-space in the case where the overall RMS of the Zernike Polynomial 38th order (Z38) or higher wavefront aberration is 0 mλ, 10 mλ, and 20 mλ. The line width of the space pattern image with respect to the distance was calculated. 7, 8, and 9, when solid line curves 42 </ b> A, 43 </ b> A, and 44 </ b> A are RMS = 0 mλ as local flare, and broken line curves 42 </ b> B, 43 </ b> B, and 44 </ b> B are RMS = 10 mλ as local flare, Curves 42C, 43C, and 44C are calculation results when RMS = 20 mλ as a local flare.
図7〜図9の計算結果より、パッド−スペース間距離が短くなると、ローカルフレアのないときの曲線42A,43A,44Aに比べて、ローカルフレアが生じたときの曲線42B,43B,44Bは大きく上方に変化し(線幅が太くなり)、更にローカルフレアが大きくなったときの曲線42C,43C,44Cは更に大きく上方に変化している(線幅が更に太くなっている)ことが分かる。即ち、パッド−スペース間距離が短くなって図2のパッドパターン38A〜38CがL&Sパターン39A〜39Cに近づくにつれ、L&Sパターン39A〜39Cの最もパッドパターン38A〜38Cに近いスペースパターンのレジスト像の線幅は太くなってくることが分かる。更に、図7の曲線42A〜42C、図8の曲線43A〜43C、及び図9の曲線44A〜44Cは互いにほぼ同じ傾向であることから、本例のスペースパターンのレジスト像の線幅の変化は、投影光学系PLの収差(Z1〜Z37のRMS)には実質的に影響されず、主に投影光学系PLのローカルフレア(Z38以上のRMS)によって発生していることが分かる。つまり、このスペースパターン像の線幅計測の結果は、実質的にローカルフレアに起因する線幅変化のみを表していることになる。 From the calculation results of FIGS. 7 to 9, when the pad-space distance is shortened, the
そこで、上記のように走査型電子顕微鏡によって図3のスペースパターン像40A,40B,40Cの線幅dP1,dP2,dP3を計測した後、それぞれ対応する図2のパッド−スペース間距離r1,r2,r3を例えば図7の横軸上の位置として、線幅dP1,dP2,dP3をその縦軸の位置としてプロットする。次に、それらのプロットした点を曲線42A〜42Cに対して補間することによって、対応する線幅dP1,dP2,dP3が示す投影光学系PLのローカルフレア(Z38以上のRMS)LF1,LF2,LF3を、本例ではほぼ0mλ〜20mλの範囲内で定量的に正確に求めることができる。このように線幅の計測値からローカルフレアを求める処理は、例えば不図示のホストコンピュータ(フレアを求めるための演算装置)によって実行される。この場合、3個のローカルフレアのLF1,LF2,LF3の平均値を投影光学系PLのローカルフレアとしてもよい。このように平均化することによって、計測精度が向上する場合がある。また、パッド−スペース間距離が最も短い場合が最もスペースパターン像の線幅の変化が大きい(検出感度が高い)ため、パッド−スペース間距離が最も短い場合の線幅の計測結果のみからローカルフレアを求めてもよい。 Therefore, after measuring the line widths dP1, dP2, and dP3 of the
上記のように本例によれば、投影光学系PLの収差の発生に対してはレジスト像の線幅の変化が殆ど無く、投影光学系PLのローカルフレアの発生に対してはレジスト像の線幅の変化が大きいレチクルパターンを用いているため、このレチクルパターンを使ってレジスト像の線幅(又は線幅の変化)を計測するだけで、投影光学系PLのローカルフレアの量を正確に計測することができる。 As described above, according to the present example, there is almost no change in the line width of the resist image with respect to the occurrence of aberration in the projection optical system PL, and the line of the resist image with respect to the occurrence of local flare in the projection optical system PL. Since a reticle pattern with a large change in width is used, the amount of local flare in the projection optical system PL can be accurately measured simply by measuring the line width (or change in line width) of the resist image using this reticle pattern. can do.
なお、本例においては、図2のテストレチクルR2のパターンを1回の露光でウエハ上に転写しているため、テストレチクルR2の描画誤差によるパターン線幅の誤差が、レジスト像の線幅の計測結果に混入して、ローカルフレアの計測誤差を生ずる恐れがある。そこで、レチクルパターンの線幅誤差(描画誤差)によるローカルフレアの計測誤差を排除するため、以下の図10〜図13を参照して説明するような重ね露光を適用してもよい。 In this example, since the pattern of the test reticle R2 of FIG. 2 is transferred onto the wafer by one exposure, the pattern line width error due to the drawing error of the test reticle R2 is the line width of the resist image. There is a risk that local flare measurement errors may occur when mixed in the measurement results. Therefore, in order to eliminate local flare measurement errors due to reticle pattern line width errors (drawing errors), overlay exposure as described with reference to FIGS. 10 to 13 below may be applied.
[第1工程の変形例]
この上記の第1工程に対する変形例では、図1のレチクルステージ22上に、図10に示すフレア計測用のマスクとしてのテストレチクルR3をロードする。
図10において、テストレチクルR3のパターン領域をX方向に挟むように1対の2次元のアライメントマーク45A及び45Bが形成されている。また、テストレチクルR3のパターン領域にはクロム等の遮光膜46を背景として、X方向の幅DでY方向の高さHの四角形の開口パターンよりなるパッドパターン38が形成されている。また、遮光膜46中でパッドパターン38にX方向に近接して例えば数mmの間隔で、X方向の幅dでY方向を長手方向とする長方形の開口パターンよりなる8本のスペースパターン40をX方向にピッチPで配列したL&Sパターン39が形成されている。L&Sパターン39が線状パターンに対応している。パッドパターン38及びL&Sパターン39の形状は、それぞれ図2のパッドパターン38A及びL&Sパターン39Aと同じであり、ここでは幅Dは高さHと等しく設定されている。また、アライメントマーク45A,45Bとパッドパターン38及びL&Sパターン39との位置関係は、図1の主制御系1に露光データとして記憶されている。[Modification of the first step]
In this modification to the first step, a test reticle R3 as a flare measurement mask shown in FIG. 10 is loaded on the
In FIG. 10, a pair of two-dimensional alignment marks 45A and 45B are formed so as to sandwich the pattern region of the test reticle R3 in the X direction. Further, a
次に、図1のウエハステージ28上のウエハホルダ24上にレジストの塗布された未露光のウエハ(これをウエハW1とする)をロードする。そして、先ず図1の不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用いて図10のアライメントマーク45A,45Bの位置を検出することによって、テストレチクルR3のアライメントを行う。次に、図1の可動ブラインド18Bの非走査方向の幅を調整することによって、露光光ILの照明領域が図10の照明領域21RAで示すように、Y方向への走査露光時にL&Sパターン39のみを照明するように設定する。この照明状態で、通常の露光時と同様に図1の投影露光装置を用いて、図10のテストレチクルR3のL&Sパターン39のみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW1上の第1のショット領域上に転写露光する。この際に、ウエハW1上の他の複数の第2、第3等のショット領域上にもそれぞれL&Sパターン39を転写露光してもよい(以下同様)。これによって、図11に示すように、ウエハW1上の第1のショット領域にL&Sパターン39の第1のレジスト像39APが転写される。 Next, an unexposed wafer coated with resist (referred to as wafer W1) is loaded onto the wafer holder 24 on the wafer stage 28 in FIG. First, the test reticle R3 is aligned by detecting the positions of the alignment marks 45A and 45B shown in FIG. 10 using a reticle alignment microscope (not shown) shown in FIG. Next, by adjusting the width of the movable blind 18B in FIG. 1 in the non-scanning direction, only the L &
次に、ウエハW1をY方向にレジスト像39APのY方向の幅及び数μmの幅だけステップ移動させた後、同様に図10のテストレチクルR3のL&Sパターン39のみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW1上の第1のショット領域上に転写露光する。次に、再びウエハW1をY方向にレジスト像39APのY方向の幅及び数μmの幅だけステップ移動させた後、同様に図10のテストレチクルR3のL&Sパターン39のみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW1上の第1のショット領域上に転写露光する。これによって、図12に示すように、ウエハW1上の第1のショット領域にL&Sパターン39の第1、第2、及び第3のレジスト像39AP,39BP,39CPがY方向に数μm間隔で転写される。 Next, after the wafer W1 is moved stepwise in the Y direction by a width in the Y direction of the resist image 39AP and a width of several μm, only the L &
次に、図1の可動ブラインド18Bの非走査方向の幅を調整することによって、露光光ILの照明領域が図10の照明領域21RBで示すように、Y方向への走査露光時にパッドパターン38のみを照明するように設定する。また、図12のウエハW1を、パッドパターン38が図3のレジスト像38APの位置関係で投影されるようにX方向、Y方向にステップ移動した後、通常の露光時と同様に図1の投影露光装置を用いて、図10のテストレチクルR3のパッドパターン38のみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW1上の第1のショット領域上に転写露光する。同様にして、ウエハW1の位置を順次、パッドパターン38が図3のレジスト像38BP及び38CPの位置関係で投影されるようにX方向、Y方向にステップ移動して、それぞれ図10のテストレチクルR3のパッドパターン38のみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハW1上の第1のショット領域上に転写露光する。これによって、図13に示すように、ウエハW1上の第1のショット領域にレジスト像39AP,39BP,39CPにX方向に近接するようにパッドパターン38の第1、第2、第3のレジスト像38AP,38BP,38CPが転写される。また、この図13のレジスト像38AP〜38CPとレジスト像39AP〜39CPとの位置関係は、図3のレジスト像38AP〜38CPとレジスト像39AP〜39CPとの位置関係と実質的に同一である。即ち、上部のレジスト像38AP及び39APのX方向の間隔が最も狭く、中央のレジスト像38BP及び39BPの間隔、並びに下部のレジスト像38CP及び39CPの間隔は次第に広くなっている。 Next, by adjusting the width of the movable blind 18B in FIG. 1 in the non-scanning direction, only the
そして、露光終了後に、不図示の現像装置においてその露光されたウエハW1の現像を行う。これによって、ウエハW1上の一つ又は複数のショット領域に図13のレジスト像に対応する凹凸のレジスト像が形成される。 Then, after the exposure, the exposed wafer W1 is developed in a developing device (not shown). Thereby, an uneven resist image corresponding to the resist image of FIG. 13 is formed in one or a plurality of shot regions on the wafer W1.
[第2工程の変形例]
ここでは、上記の実施形態の第2工程と同様に、例えば走査型電子顕微鏡を用いて、図13のウエハW1上のL&Sパターン39のレジスト像39AP,39BP,39CP中で最もパッドパターン38のレジスト像38AP,38BP,38CPに近いスペースパターン像40A,40B,40Cに対応するレジスト像のX方向の線幅を計測する。そして、この計測結果を例えば図7のシミュレーションに当てはめることによって、投影光学系PLのローカルフレアの量を正確に求めることができる。[Modification of the second step]
Here, as in the second step of the above-described embodiment, the resist of the
この変形例では、図13のレジスト像39AP〜39CPの原版パターンとしては同一の図10のL&Sパターン39を用いているため、図7のパッド−スペース間距離の変化によるスペースパターン像の線幅変化の中に、レチクルパターンの線幅誤差(描画誤差)による変化分は入らなくなる。よって、より正確に投影光学系PLのローカルフレアによる線幅変化分だけを計測できる。更に、例えば2重露光時に、ローカルフレアの影響で露光量の多い部分が発生してL&Sパターンの線幅が変化する等の理由により、ローカルフレアをより高精度に計測できる場合もあり得る。 In this modification, the same L &
なお、上記の実施形態では、投影光学系PLのローカルフレアを計測している。しかしながら、例えば図2において、パッドパターン38CとL&Sパターン39CとのX方向の間隔を広くした計測用パターンを用いて、そのL&Sパターン39Cのレジスト像の線幅の変化を計測することによって、投影光学系PLの光学部材のコーティング膜での反射に起因するロングレンジフレアを求めることができる可能性もある。 In the above embodiment, the local flare of the projection optical system PL is measured. However, for example, in FIG. 2, by using a measurement pattern in which the distance between the
また、上記の実施形態では、現像後のレジスト像の線幅を計測しているが、例えばウエハ上に塗布されたレジスト像(潜像)の段階でその線幅を計測するようにしてもよい。この際に感光材料(感光体)として熱感光樹脂などを用いてもよい。
また、図1の投影露光装置のレチクルステージ22を静止させて、例えば図2のテストレチクルR2のパッドパターン38A及びL&Sパターン39Aの像(このY方向の一部の像でもよい)を、図1の投影光学系PLを介してウエハステージ28上に投影した状態で、ウエハステージ28をX方向に移動させて、光量センサ部29のピンホール状の受光面30AでL&Sパターン39Aの像をX方向に走査して、その検出信号からL&Sパターン39Aの像(空間像)の線幅を直接計測してもよい。この線幅の計測結果を図7のシミュレーション結果に適用しても、投影光学系PLのローカルフレアの量を大まかに求めることができる。更に、光量センサ29とは別に、リレー結像系とラインセンサ(CCD等)等の撮像素子とを含む空間像計測系をウエハステージ28上に設け、この空間像計測系を用いてL&Sパターンの像の線幅を直接計測してもよい。これによって、レジストの塗布及び現像工程を実行することなく、極めて短時間に投影光学系PLのフレアを計測することができる。In the above embodiment, the line width of the resist image after development is measured. However, the line width may be measured at the stage of the resist image (latent image) applied on the wafer, for example. . At this time, a photosensitive resin or the like may be used as the photosensitive material (photosensitive member).
Further, the
次に、本発明の実施の形態の他の例につき図14及び図15を参照して説明する。本例はレジスト像の線幅を実質的に拡大して計測できるようにしたものであり、図14及び図15において、図2及び図3に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細説明を省略する。本例でも図1の投影露光装置を用いて投影光学系PLのフレアを計測するものとして、その計測動作について以下の第1工程、及び第2工程に分けて説明する。 Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the line width of the resist image can be substantially enlarged and measured. In FIGS. 14 and 15, the same or similar reference numerals are given to portions corresponding to FIGS. Detailed description thereof will be omitted. In this example as well, the measurement operation is divided into the following first step and second step, assuming that the flare of the projection optical system PL is measured using the projection exposure apparatus of FIG.
[第1工程]
本例では、図1のレチクルステージ22上に、図14に示すフレア計測用のマスクとしてのテストレチクルR4をロードする。
図14において、テストレチクルR4のパターン領域をX方向に挟むように1対の2次元のアライメントマーク45A及び45Bが形成されている。また、テストレチクルR3のパターン領域にはクロム等の遮光膜46を背景として、X方向の幅DでY方向の高さHの四角形の開口パターンよりなるパッドパターン38が形成されている。また、遮光膜46中でパッドパターン38にX方向に近接してY方向の中央での間隔r1で、X方向の幅dでほぼY方向を長手方向とする長方形の開口パターンよりなる8本のスペースパターン48をX方向にピッチPで配列した第1のL&Sパターン47Aが形成されている。但し、本例ではL&Sパターン47Aの各スペースパターン48は、Y方向に対して反時計方向に角度θだけ傾いている。[First step]
In this example, a test reticle R4 as a flare measurement mask shown in FIG. 14 is loaded on the
In FIG. 14, a pair of two-dimensional alignment marks 45A and 45B are formed so as to sandwich the pattern region of the test reticle R4 in the X direction. Further, a
また、遮光膜46中に第1のL&Sパターン47Aに対してY方向に数μmの間隔で、X方向の幅dでほぼY方向を長手方向とする長方形の開口パターンよりなる8本のスペースパターン49をX方向にピッチPで配列した第2のL&Sパターン47Bが形成されている。但し、第2のL&Sパターン47Bの各スペースパターン49は、Y方向に対して時計方向に角度θだけ傾いている。即ち、第1のL&Sパターン47Aを構成するスペースパターン48と、第2のL&Sパターン47Bを構成するスペースパターン49とは角度20で交差するように傾いている。L&Sパターン47A及び47B(又はスペースパターン48及び49)が、それぞれ線状パターンに対応している。パッドパターン38の形状は、図2のパッドパターン38Aと同じで、幅Dと高さHとは等しく設定されている。また、スペースパターン48,49の幅d、配列のピッチP(=2d)、及び間隔r1は、図2のスペースパターン40の場合と同じである。そして、アライメントマーク45A,45Bとパッドパターン38及びL&Sパターン47A,47Bとの位置関係は、図1の主制御系1に露光データとして記憶されている。 Further, eight space patterns formed of a rectangular opening pattern having a width d in the X direction and a length substantially in the Y direction at an interval of several μm in the Y direction with respect to the first L &
また、仮にスペースパターン48,49のY方向の長さを高さHに等しいものとすると、傾斜角θは、一例として次のように高さHでスペースパターン48,49の端部がX方向にほぼ幅Pだけ位置ずれする角度に設定されている。
θ≒P/H=2d/H(rad) …(2)Assuming that the length of the
θ≈P / H = 2d / H (rad) (2)
次に、図1のウエハステージ28上のウエハホルダ24上にフォトレジストの塗布された未露光のウエハをロードする。この例でも、フォトレジストが化学増幅型レジストである場合には、その上にトップコートを施すことが望ましい。そして、先ず図1の不図示のレチクルアライメント顕微鏡を用いて図14のアライメントマーク45A,45Bの位置を検出することによって、テストレチクルR4のアライメントを行う。次に、通常の露光時と同様に図1の投影露光装置を用いて、図14のテストレチクルR4のパッドパターン38及び第1のL&Sパターン47Aのみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハ上の第1のショット領域上に転写露光する。この際に、ウエハ上の他の複数の第2、第3等のショット領域上にもそれぞれそのパターンを転写露光してもよい(以下同様)。 Next, an unexposed wafer coated with a photoresist is loaded onto the wafer holder 24 on the wafer stage 28 of FIG. Also in this example, when the photoresist is a chemically amplified resist, it is desirable to apply a top coat thereon. First, the alignment of the test reticle R4 is performed by detecting the positions of the alignment marks 45A and 45B in FIG. 14 using a reticle alignment microscope (not shown in FIG. 1). Next, using the projection exposure apparatus of FIG. 1 in the same manner as in normal exposure, only the
次に、ウエハをY方向に第1のL&Sパターン47Aの像のY方向の幅及び数μmの幅だけステップ移動させた後、図14の第2のL&Sパターン47Bのみを投影光学系PLを介して走査露光方式でウエハ上の第1のショット領域上に転写露光する。そして、露光終了後に、不図示の現像装置においてその露光されたウエハのPEB及び現像を行う。これによって、ウエハ上の一つ又は複数のショット領域の遮光部46に対応する背景部46P中に、図15に示すように、図14のパッドパターン38のレジスト像38APと、図14の2つのL&Sパターン47A及び47Bを重ねて露光して得られるレジスト像47AP及び47BPとが形成される。なお、レジストをポジ型としている。図15において、レジスト像47AP,47BPの内で最もパッドパターン38のレジスト像38APに近い部分のスペースパターン像48A,49Aのくさび型(菱形)の重複部Aは、ローカルフレアが多いためX方向の線幅dP1が太くなり、それに応じてY方向の長さh1も長くなっている。一方、最もレジスト像38APから離れた部分のスペースパターン像48H,49Hのくさび型の重複部Hは、ローカルフレアのかぶり光が殆ど無いため、X方向の線幅dPnは、ほぼローカルフレアが無い場合と同じであり、それに応じてY方向の長さhnも短くなっている。 Next, after the wafer is stepped in the Y direction by a width in the Y direction and a width of several μm of the image of the first L &
即ち、スペースパターン48,49の傾斜角θを用いると、重複部A,HのX方向の幅dP1,dPnに対してY方向の長さh1,hnは次のように大きく拡大されている。
h1≒dP1/θ,hn≒dPn/θ …(3)
(2)式において、ピッチPを数100nm、高さHを数μmとすると、傾斜角θはほぼ0.1(rad)となり、(3)式よりX方向の幅はY方向の高さにほぼ10倍拡大される。That is, when the inclination angles θ of the
h1≈dP1 / θ, hn≈dPn / θ (3)
In the equation (2), if the pitch P is several hundred nm and the height H is several μm, the inclination angle θ is approximately 0.1 (rad), and the width in the X direction is the height in the Y direction from the equation (3). It is magnified almost 10 times.
[第2工程]
ここでは、図15の最もパッドパターンのレジスト像38APに近いスペースパターン像48AのX方向の線幅dP1を計測する代わりに、スペースパターン像48A,49Aの重複部AのY方向の高さh1を計測する。この際に、高さh1は線幅dP1に対してほぼ10倍に拡大されているため、例えば図1のアライメントセンサ36を用いても比較的高精度に計測することができる。また、図15のレジスト像38APから最も離れたスペースパターン像48HのX方向の線幅dPnを計測する代わりに、スペースパターン像48H,49Hの重複部HのY方向の高さhnをも、例えば図1のアライメントセンサ36を用いて計測する。その後、(3)式からスペースパターン像48A及び48HのX方向の線幅dP1,dPnを求め、この計測結果を例えば図7のシミュレーション結果に当てはめることによって、投影光学系PLのローカルフレアの量を正確に求めることができる。[Second step]
Here, instead of measuring the line width dP1 in the X direction of the
この実施形態では、L&Sパターンの像を露光する代わりに、互いに交差する2つのL&Sパターン47A及び47Bの像を重ねて露光し、重複して露光された部分の長手方向の長さの計測値を各スペースパターン像48A,48Hの線幅に換算しているため、その線幅を例えばアライメントセンサ36等のより簡単な構造の計測装置で間接的に高精度に、且つ効率的に計測することができる。従って、フレア計測を例えば図1の投影露光装置のみで行うことが可能となる。 In this embodiment, instead of exposing the image of the L & S pattern, the images of the two L &
なお、図15の重複部A,Hの長さh1,hNを走査型電子顕微鏡を用いて計測することも可能である。この場合には、線幅の計測精度をより高めることができ、その結果としてフレアの計測精度を高めることができる。 It is also possible to measure the lengths h1 and hN of the overlapping portions A and H in FIG. 15 using a scanning electron microscope. In this case, the line width measurement accuracy can be further increased, and as a result, the flare measurement accuracy can be increased.
次に、上記の投影光学系PLのフレアの計測方法を用いた露光方法の一例につき、次の計測工程及び補正工程に分けて説明する。
[計測工程]
この計測工程では、例えば上記の第1工程及び第2工程を実行することによって、図1の投影光学系PLのフレア(特にローカルフレア)の量を計測する。Next, an example of an exposure method using the above-described flare measurement method of the projection optical system PL will be described separately in the following measurement process and correction process.
[Measurement process]
In this measurement step, for example, the amount of flare (particularly local flare) of the projection optical system PL in FIG. 1 is measured by executing the first step and the second step described above.
[補正工程]
この補正工程では、その計測工程でのフレアの計測結果を用いて投影光学系PLのフレア(特にローカルフレア)を補正する。具体的に、投影光学系PLを構成する所定の光学部材(レンズ等)を交換する等によって、投影光学系PLのフレアを低減させる。また、例えばその第1工程を投影光学系PLの組立調整中に実行する場合には、投影光学系PL中の所定の光学部材の再加工等を行うようにしてもよい。[Correction process]
In this correction step, the flare (particularly local flare) of the projection optical system PL is corrected using the flare measurement result in the measurement step. Specifically, flare of the projection optical system PL is reduced by replacing a predetermined optical member (lens or the like) constituting the projection optical system PL. Further, for example, when the first step is executed during the assembly adjustment of the projection optical system PL, a predetermined optical member in the projection optical system PL may be reworked.
その後、フレアの補正された投影光学系PLを用いて露光工程を実行することによって、最終的に得られる半導体集積回路等のデバイスの線幅均一性を高めることができ、そのデバイスの歩留まりを向上できる。
また、例えば露光工程において、線幅均一性が悪化したような場合に、その計測工程を実施することで、その原因がその投影光学系のフレアであるか否かを正確に判別できるようになる。更に、投影光学系のフレアの経時変化も正確に計測できるようになる。従って、露光工程で発生するトラブルへの適切な対応が可能になる。After that, by performing the exposure process using the projection optical system PL with corrected flare, the line width uniformity of the finally obtained device such as a semiconductor integrated circuit can be improved, and the yield of the device is improved. it can.
Further, for example, when the line width uniformity is deteriorated in the exposure process, it is possible to accurately determine whether the cause is a flare of the projection optical system by performing the measurement process. . Furthermore, it is possible to accurately measure a change in the flare of the projection optical system with time. Accordingly, it is possible to appropriately deal with troubles occurring in the exposure process.
なお、上記の実施の形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 The projection exposure apparatus of the above embodiment includes an illumination optical system composed of a plurality of lenses, a projection optical system incorporated in the exposure apparatus main body, and optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage composed of a large number of mechanical parts. Is attached to the exposure apparatus main body, wiring and piping are connected, and further comprehensive adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.) is performed. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
また、上記の実施の形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施の形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)、及び検査ステップ等を経て製造される。 Further, when a semiconductor device is manufactured using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, the semiconductor device includes a step of designing a function / performance of the device, a step of manufacturing a reticle based on this step, and a silicon material. A step of forming a wafer, a step of performing alignment with the projection exposure apparatus of the above-described embodiment and exposing a reticle pattern onto the wafer, a step of forming a circuit pattern such as etching, a device assembly step (dicing process, bonding process, (Including a packaging process) and an inspection step.
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置のみならず、一括露光型の投影露光装置の投影光学系のフレアを計測する場合にも同様に適用することができる。また、例えば国際公開(WO)第99/49504号などに開示される液浸型露光装置で投影光学系のフレアを計測する場合にも本発明を適用することができる。また、本発明によってフレアが計測される投影光学系は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明によってフレアが計測される投影光学系は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。 Note that the present invention can be applied not only to scanning exposure type projection exposure apparatuses but also to measuring flare in the projection optical system of a batch exposure type projection exposure apparatus. The present invention can also be applied to the case where the flare of the projection optical system is measured by an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, International Publication (WO) No. 99/49504. Further, the projection optical system in which flare is measured according to the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device. For example, a liquid crystal display element or a plasma display formed on a square glass plate The present invention can be widely applied to exposure apparatuses for display devices such as display devices, and exposure devices for manufacturing various devices such as imaging devices (CCDs, etc.), micromachines, thin film magnetic heads, and DNA chips. Furthermore, the projection optical system in which flare is measured according to the present invention is an exposure process (exposure apparatus) for manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which a mask pattern of various devices is formed using a photolithography process. It can also be applied to.
なお、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ことは勿論である。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2003年7月18日付け提出の日本国特許出願第2003−277008、並びに2003年10月14日付け提出の日本国特許出願第2003−353965の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用して本願に組み込まれている。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Of course, a various structure can be taken in the range which does not deviate from the summary of this invention. In addition, Japanese Patent Application No. 2003-277008 filed July 18, 2003, including specification, claims, drawings, and abstract, and Japanese Patent Application No. 2003 filed October 14, 2003, are filed. The entire disclosure of -353965 is incorporated herein by reference in its entirety.
本発明のフレア計測方法を用いることにより、投影光学系のフレアを正確に計測できるため、例えばその計測結果に基づいてフレアを低減させた投影光学系を用いて露光を行うことによって、各種デバイスを高い線幅均一性で高精度に製造することが可能となる。 Since the flare of the projection optical system can be accurately measured by using the flare measurement method of the present invention, for example, by performing exposure using the projection optical system in which the flare is reduced based on the measurement result, various devices can be obtained. It becomes possible to manufacture with high accuracy with high line width uniformity.
Claims (11)
前記第1面に配置された開口パターン及びこの開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターンの像を前記投影光学系を介して前記第2面上に投影する第1工程と、
前記第2面上に投影された前記線状パターンの像の線幅に基づいて前記投影光学系のフレアを求める第2工程とを有することを特徴とするフレア計測方法。In a flare measurement method for measuring a flare of a projection optical system that projects an image of a pattern on a first surface onto a second surface,
A first projection that projects an image of an opening pattern arranged on the first surface and an image of one or a plurality of linear patterns arranged adjacent to the opening pattern onto the second surface via the projection optical system. Process,
And a second step of obtaining a flare of the projection optical system based on a line width of the image of the linear pattern projected on the second surface.
前記第2工程において、複数の前記線状パターンの像の線幅に基づいて前記投影光学系のフレアを求めることを特徴とする請求項1に記載のフレア計測方法。In the first step, a plurality of sets of opening patterns and linear patterns having the same shape as the opening pattern and the linear pattern and different from each other are formed on the second surface via the projection optical system. Project,
The flare measurement method according to claim 1, wherein in the second step, the flare of the projection optical system is obtained based on line widths of images of the plurality of linear patterns.
前記開口パターン及び前記線状パターンの像を、互いに重ならないように、かつ間隔を変えながら複数回露光することを特徴とする請求項2に記載のフレア計測方法。In the first step,
The flare measurement method according to claim 2, wherein the opening pattern and the image of the linear pattern are exposed a plurality of times so as not to overlap each other and at different intervals.
前記第2工程において、前記線状パターンの像と前記別の線状パターンの像とが重なった部分の長手方向の幅を計測し、この計測結果に基づいて前記投影光学系のフレアを求めることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のフレア計測方法。In the first step, an image of another linear pattern is superimposed on the image of the linear pattern at a predetermined small crossing angle and exposed.
In the second step, a longitudinal width of a portion where the image of the linear pattern and the image of the other linear pattern overlap is measured, and a flare of the projection optical system is obtained based on the measurement result. The flare measuring method according to any one of claims 1 to 3, wherein
基板上に感光材料を塗布した後、該感光材料上に上層膜を塗布する塗布工程と、
前記基板の表面を前記第2面にほぼ合わせ込んで、前記開口パターン及び該開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターンの像を前記投影光学系を介して前記基板の表面に投影する投影工程と、
前記基板上の前記感光材料の現像前ベークを行う予備現像工程と、
前記基板上の前記感光材料の現像を行って前記線状パターンの凹凸の像を形成する現像工程とを含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のフレア計測方法。The first step includes
An application step of applying an upper layer film on the photosensitive material after applying the photosensitive material on the substrate;
The surface of the substrate is substantially aligned with the second surface, and the opening pattern and an image of one or more linear patterns arranged adjacent to the opening pattern are passed through the projection optical system to the substrate. Projecting onto the surface of
A pre-development step of performing pre-development baking of the photosensitive material on the substrate;
6. The flare measurement method according to claim 1, further comprising: a development step of developing the photosensitive material on the substrate to form an image of unevenness of the linear pattern.
請求項1から8のいずれか一項に記載のフレア計測方法を用いて前記投影光学系のフレアを計測する計測工程と、
前記計測工程での計測結果に基づいて前記投影光学系のフレアを補正する補正工程とを有することを特徴とする露光方法。In an exposure method for projecting and exposing a pattern of a first object onto two objects via a projection optical system,
A measurement step of measuring the flare of the projection optical system using the flare measurement method according to any one of claims 1 to 8,
An exposure method comprising: a correction step of correcting a flare of the projection optical system based on a measurement result in the measurement step.
開口パターン及びこの開口パターンに隣接して配置された1本又は複数本の線状パターンが形成されたことを特徴とするフレア計測用のマスク。A mask for flare measurement of a projection optical system,
A flare measurement mask comprising an opening pattern and one or more linear patterns arranged adjacent to the opening pattern.
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