JPWO2011055758A1 - フォーカステストマスク、フォーカス計測方法、露光装置、及び露光方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、このような事情に鑑み、投影光学系のフォーカス情報を高い計測再現性で計測すること、又は高い計測効率で計測することを目的とする。
また、第4の態様によれば、デバイス用マスクを投影光学系の物体面側に配置することと、デバイス用マスクのパターンの投影光学系による像のフォーカス位置を上記フォーカス計測方法を用いて計測されたテストパターンの像の位置情報に基づいて調整することと、フォーカス位置が調整されたデバイス用マスクのパターンの像を基板に投影することを含む露光方法が提供される。
また、第5の態様によれば、第3の態様による露光装置を用いて、基板にパターンを転写することと、そのパターンが転写された基板をそのパターンに基づいて加工することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
以下、第1の実施形態につき図1〜図8を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る露光装置EXを示す。本実施形態の露光装置EXは、一例としてスキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査露光型の露光装置(投影露光装置)である。図1において、露光装置EXは、露光光源(不図示)と、この露光光源から射出される照明光(露光光)ILによりレチクルR(マスク)を照明する照明光学系ILSとを備えている。さらに、露光装置EXは、レチクルRを保持して移動するレチクルステージRSTと、レチクルRから射出された照明光ILをフォトレジスト(感光材料)が塗布されたウエハW(基板)上に投射する投影光学系PLと、ウエハWの位置決め及び移動を行うウエハステージWSTと、装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系2と、その他の駆動系等とを備えている。
照明光学系ILSは、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、回折光学素子等を含み瞳面の光量分布を円形、輪帯状、又は複数極の領域等に設定する光量分布設定光学系、オプティカルインテグレータ(フライアイレンズ、ロッドインテグレータなど)等を含む照度均一化光学系、レチクルブラインド(可変視野絞り)、及びコンデンサ光学系等を含んでいる。
また、以下では線幅a及び幅bの数値は、投影像の段階での数値を示している。例えば、この場合、線幅aは200nm以上であることが好ましい。一例として、位相シフト部15C及び透過部15BのX方向の幅bは50〜200nmの範囲である。本実施例において、幅bは50〜70nmの範囲内であることが好ましい。その範囲内で幅bは例えば60nmに設定することが可能である。この場合、ラインパターン14AのX方向の線幅aは2〜3μmであることが好ましい。ラインパターン14A、透過部15B、位相シフト部15CのY方向の長さは、一例としてラインパターン14Aの線幅aの10〜15倍である。ラインパターン14A,14BのX方向の間隔は、ラインパターン14Aの長さよりも長く設定されている。
図3(A)のBB線に沿う断面図である図3(B)に示すように、透過部15B,15DはフォーカステストレチクルTRのガラス基板の表面(光射出面)であり、位相シフト部15A,15Cは、その表面に例えばエッチングによって形成された深さdの凹部である。すなわち、位相シフト部15A,15Cは、光射出面に関して透過部15B,15Dよりも低く形成されている。ラインパターン14A及びラインパターン14Bは、光射出面に関して透過部15B,15Dよりも高く形成されている。この場合、透過部15B,15Dを透過する照明光ILの位相θBDに対して、位相シフト部15A,15Cを透過する照明光ILの位相θACは、例えば90°だけ進むように深さdが設定されている。即ち、位相θBDと位相θACとの位相差δθは90°であることが好ましい。なお、位相差δθの範囲を0°≦δθ<360°で表す場合、位相差δθは、0°及び180°以外の任意の値、例えば、位相差δθは0°〜30°,150°〜210°及び330°〜360°以外の任意の値にすることが好ましい。位相差δθを180°以外の値、例えば、位相差δθを上述した180°近傍以外の値にするのは、位相差δθが180°あるいは180°近傍の値になると、例えば位相シフト部15Aと透過部15Bとの境界線が暗線として転写されてしまうからである。また、位相差δθを0°及び360°近傍以外の値にするのは、デフォーカスに対するパターン13と14の間の間隔変化の感度が低いためである。
図4(A)に拡大して示すように、ラインパターン13Aの−X方向側の透過部15D及び位相シフト部15Eを透過する照明光ILの波面17Aは、フォーカステストレチクルTRへZ方向に入射する入射光に対してZX面内でほぼ時計回りに傾斜する。同様に、ラインパターン13Aの+X方向側の透過部15F及び位相シフト部15Gを透過する照明光ILの波面17BもフォーカステストレチクルTRへZ方向に入射する入射光に対してZX面内で時計回りに傾斜する。従って、ラインパターン13Aの両端部を通過する光束の中心の光線(以下、便宜的に主光線という)17C,17Dは、ほぼ平行に光軸AXに対して時計回りに傾斜するため、ラインパターン13Aの投影光学系PLによる像13APのX方向の両端部を通過する主光線17CP,17DPは光軸AXに対して反時計回りに傾斜する。従って、投影光学系PLの像面側に配置されたウエハWの表面がベストフォーカス位置に対して+Z方向にFZだけデフォーカスすると、像13APの位置は−X方向にΔXだけシフトする。
なお、式(2A)及び(2B)の平均値を次のように検出レートRtとしてもよい。
Rt={(DX+DY)/2}/FZ …(3)
なお、検出レートRtは定数ではなく、デフォーカス量FZの1次若しくは2次以上の関数でもよく、又は指数関数等の関数であってもよい。仮に式(3)を用いる場合、評価用パターン12の像を投影し、像14Pに対する像13Pのシフト量DX,DYを計測し、このシフト量の平均値を検出レートRtで除算することによって、その像が投影された計測点におけるデフォーカス量FZ、ひいてはベストフォーカス位置を求めることができる。
まず、図8のステップ102において、図1のレチクルステージRSTにフォーカステストレチクルTRをロードし、そのアライメントを行う。次のステップ104において、ウエハステージWSTにフォトレジストが塗布された未露光の評価用のウエハ(ウエハWとする)をロードする。次のステップ106において、図6(A)に示すように、ウエハWの多数のショット領域SAk(k=1〜K;Kは2以上の整数)に、液浸法でかつ走査露光方式で、図2のフォーカステストレチクルTRの多数の評価用パターン12の投影光学系PLによる像を露光する。この際に、各ショット領域SAk毎に露光領域に対する走
査方向が+Y方向DPであるか、又は−Y方向DMであるかが記憶される。また、各ショット領域SAkには、図6(B)に拡大して示すように、X方向、Y方向に配列された各計測点Q(i,j)(i=1〜I;j=1〜J)の近傍にそれぞれ評価用パターン12の像12Pが露光される。この像12Pは、図5(A)に示すような外側パターン14の像14P及び内側パターン13の像13Pから構成されている。
本実施形態の効果等は以下の通りである。
なお、透過部15BのX方向の幅と位相シフト部15CのX方向の幅とは異なっていてもよい。
また、透過部15D(第2透過部)は必ずしも設ける必要はない。
なお、内側パターン13をテストパターンとみなし、外側パターン14を補助パターンとみなすことも可能である。
(7)また、本実施形態の露光装置EXは、照明光ILでレチクルRのパターンを照明し、照明光ILでそのパターン及び投影光学系PLを介してウエハW(基板)を露光する露光装置において、フォーカステストレチクルTRを保持するレチクルステージRSTと、フォーカステストレチクルTRの評価用パターン12の投影光学系PLによる像を投影させるとともに、評価用パターン12の像の計測方向の位置情報に基づいて、投影光学系PLの像面の補正値(像面情報)を求める主制御系2(制御装置)とを備えている。
なお、本実施形態において、外側パターン14が透過部15D及び16Dを備える構成について説明したが、この透過部15D及び16Dは、内側パターン13が備える構成であってもよい。同様に、外側パターン14が位相シフト部15Kを備える構成について説明したが、この位相シフト部15Kは、内側パターン13が備える構成であってもよい。
なお、本実施形態では次のような変形が可能である。
(1)本実施形態では、フォーカステストレチクルTRの評価用パターン12の像をウエハに露光し、現像後に形成されるレジストパターンの位置関係を重ね合わせ計測装置を用いて計測している。
図9(A)において、評価用パターン40は、Y方向に細長くX方向の線幅aの遮光膜とX方向に細長くY方向の線幅aの遮光膜とを中心で交差させた十字型の遮光パターン41を有する。また、遮光パターン41の中心に対して+Y方向のライン部41A(テストパターンの第1遮光部)の+X方向側に順に幅bの透過部42C及び正方形の位相シフト部42Dが設けられ、ライン部41Aの−X方向側に順に幅bの位相シフト部42B及び透過部42Aが設けられている。また、遮光パターン41の中心に対して−Y方向のライン部41B(補助パターンの第2遮光部)の+X方向側に順に幅bの位相シフト部43C及び透過部43Dが設けられ、ライン部41Bの−X方向側に順に幅bの透過部43B及び正方形の位相シフト部43Aが設けられている。
次に、第2の実施形態につき図11(A)及び図11(B)を参照して説明する。本実施形態でも図1の露光装置EXの投影光学系PLのフォーカス情報を計測するが、フォーカステストレチクルTRに形成されている評価用パターンの構成が異なっている。
次に、図12(A)は第2の実施形態の変形例の評価用パターン60を示す。図11(A)に対応する部分に同一符号を付した図12(A)において、評価用パターン60は、X方向の両端部にダミーパターン53A,53Bが配置されている。そして、ダミーパターン53A,53Bの間に、X方向に沿って、同一形状のラインパターン54A,56A,54B,56B,54C,56C,54D,56Dがほぼ線幅の2倍〜3倍の間隔で配置されている。
なお、本実施形態において、ラインパターン54A〜54D及び56A〜56Dの本数はそれぞれ少なくとも1本あればよい。また、ダミーパターン53A,53Bは必ずしも設ける必要はない。
また、本発明は、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、MEMS(Microelectromechanical Systems)、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にも適用することができる。
また、本願に記載した上記公報、各国際公開パンフレット、米国特許、又は米国特許出願公開明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。また、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む2009年11月5日付け提出の日本国特許出願第2009−253785号の優先権の利益を主張し、その全ての開示内容を援用して本文の記載の一部とする。
Claims (25)
- 投影光学系を介して物体上に投影されるテストパターンが設けられたフォーカステストマスクであって、
前記テストパターンは、
第1方向にライン状に延び、光を遮光する第1遮光部と、
前記第1方向と直交する第2方向に関して前記第1遮光部の一方側に設けられ、前記第1方向にライン状に延びるとともに、前記第2方向に関する線幅が前記第1遮光部の線幅より狭く形成され、透過する前記光の位相を変化させる第1位相シフト部と、
前記第2方向に関して前記第1遮光部の他方側に設けられ、前記第1方向にライン状に延びるとともに、前記第2方向に関する線幅が前記第1遮光部の線幅より狭く形成され、前記光を透過する第1透過部と、
前記第2方向に関して前記第1透過部の前記第1遮光部とは反対側に設けられ、前記第2方向に関する線幅が前記第1透過部より広く形成され、透過する前記光の位相を変化させる第2位相シフト部と、
を有するフォーカステストマスク。 - 前記第1透過部の前記第2方向の線幅は、前記第1位相シフト部の前記第2方向の線幅と同じである請求項1に記載のフォーカステストマスク。
- 前記テストパターンは、
前記第2方向に関して前記第1位相シフト部の前記第1遮光部とは反対側に設けられ、前記第2方向に関する線幅が前記第1位相シフト部より広く形成され、前記光を透過する第2透過部を有する請求項1又は請求項2に記載のフォーカステストマスク。 - 前記第2透過部の前記第2方向の線幅は、前記第2位相シフト部の前記第2方向の線幅と同じである請求項3に記載のフォーカステストマスク。
- 前記第1遮光部の前記第2方向の線幅は、前記第1位相シフト部の前記第2方向の線幅の少なくとも4培である請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 前記第1遮光部の前記第2方向の線幅は、前記第2透過部の前記第2方向の線幅及び前記第2位相シフト部の前記第2方向の線幅と同じである請求項3又は請求項4に記載のフォーカステストマスク。
- 前記第1遮光部の前記投影光学系による像の前記第2方向の線幅は少なくとも200nmである請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 前記テストパターンの像の位置ずれを計測するための補助パターンを有する請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 前記補助パターンは、
前記第1方向にライン状に延び、光を遮光する第2遮光部と、
前記第2方向に関して前記第2遮光部の一方側に設けられ、前記第1方向にライン状に延びるとともに、前記第2方向に関する線幅が前記第2遮光部の線幅より狭く形成され、前記光を透過する第3透過部と、
前記第2方向に関して前記第2遮光部の他方側に設けられ、前記第1方向にライン状に延びるとともに、前記第2方向に関する線幅が前記第2遮光部の線幅より狭く形成され、透過する前記光の位相を変化させる第3位相シフト部と、
前記第2方向に関して前記第3透過部の前記第2遮光部とは反対側に設けられ、前記第2方向に関する線幅が前記第3透過部より広く形成され、透過する前記光の位相を変化させる第4位相シフト部と、
を有する請求項8に記載のフォーカステストマスク。 - 前記テストパターンは、
前記第2方向に関して前記第1位相シフト部の前記第1遮光部とは反対側に設けられ、前記第2方向に関する線幅が前記第1位相シフト部より広く形成され、前記光を透過する第2透過部を有し、
前記補助パターンは、
前記第2方向に関して前記第3位相シフト部の前記第2遮光部とは反対側に設けられ、前記第2方向に関する線幅が前記第3位相シフト部より広く形成され、前記光を透過する第4透過部を有する請求項9に記載のフォーカステストマスク。 - 前記テストパターン及び前記補助パターンで構成される複数のパターン群を有し、
前記複数のパターン群のうち第1パターン群は、前記テストパターンと前記補助パターンとが、前記第2方向の一方側から、前記第2透過部、前記第1位相シフト部、前記第1遮光部、前記第1透過部、前記第2位相シフト部、前記第4位相シフト部、前記第3透過部、前記第2遮光部、前記第3位相シフト部、前記第4透過部の順に配列されて形成される請求項10に記載のフォーカステストマスク。 - 前記第2位相シフト部は、前記第4位相シフト部を兼用する請求項11に記載のフォーカステストマスク。
- 前記複数のパターン群のうち第2パターン群は、前記第2方向の他方側から、前記第2透過部、前記第1位相シフト部、前記第1遮光部、前記第1透過部、前記第2位相シフト部、前記第4位相シフト部、前記第3透過部、前記第2遮光部、前記第3位相シフト部、前記第4透過部の順に配列されて形成される請求項11又は請求項12に記載のフォーカステストマスク。
- 前記複数のパターン群のうち第3パターン群は、前記第1方向の一方側から、前記第2透過部、前記第1位相シフト部、前記第1遮光部、前記第1透過部、前記第2位相シフト部、前記第4位相シフト部、前記第3透過部、前記第2遮光部、前記第3位相シフト部、前記第4透過部の順に配列されて形成される請求項11から請求項13のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 前記複数のパターン群のうち第4パターン群は、前記第1方向の他方側から、前記第2透過部、前記第1位相シフト部、前記第1遮光部、前記第1透過部、前記第2位相シフト部、前記第4位相シフト部、前記第3透過部、前記第2遮光部、前記第3位相シフト部、前記第4透過部の順に配列されて形成される請求項11から請求項14のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 前記テストマスクパターンが前記フォーカステストマスクの光射出面に形成されており、前記第1遮光部は、第1透過部より高く形成されており、前記第1及び第2位相シフト部は、第1透過部より低く形成されている請求項1から請求項15のいずれか一項に記載のフォーカステストマスク。
- 投影光学系の像面情報を計測するフォーカス計測方法において、
請求項1から請求項16のいずれか一項に記載のフォーカステストマスクを前記投影光学系の物体面側に配置する工程と、
前記フォーカステストマスクに設けられた前記テストパターンの前記投影光学系による像を計測面に投影する工程と、
前記テストパターンの像の計測方向の位置情報を計測する工程と、
を含むフォーカス計測方法。 - 前記フォーカステストマスクは、前記テストパターンの像の位置ずれを計測するための補助パターンを有し、
前記テストパターンの像の前記計測方向の位置情報は、前記テストパターンの像と前記補助パターンの像との前記計測方向の間隔を含む請求項17に記載のフォーカス計測方法。 - 前記テストパターンの前記投影光学系による像を投影する工程は、
前記像を感光基板に投影する工程と、前記感光基板を現像する工程とを含む請求項17又は請求項18に記載のフォーカス計測方法。 - 前記テストパターンの像及び前記補助パターンの像の前記計測方向の位置情報を計測する工程は、前記像の前記計測方向の光強度分布を空間像計測系を用いて計測する工程を含む請求項18に記載のフォーカス計測方法。
- デバイス用マスクを投影光学系の物体面側に配置することと、
デバイス用マスクのパターンの投影光学系による像のフォーカス位置を、請求項17から請求項20に記載のフォーカス計測方法を用いて計測されたテストパターンの像の位置情報に基づいて調整することと、
フォーカス位置が調整されたデバイス用マスクのパターンの像を基板に投影することを含む露光方法。 - 露光光でマスクのパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
請求項1から請求項16のいずれか一項に記載のフォーカステストマスクを保持するマスクステージと、
前記フォーカステストマスクの前記テストパターンの前記投影光学系による像を投影させるとともに、前記テストパターンの像の計測方向の位置情報に基づいて、前記投影光学系の像面情報を求める制御装置と、
を備える露光装置。 - 前記フォーカステストマスクは、前記マスクステージの前記マスクが保持される領域に近接した領域に保持される請求項22に記載の露光装置。
- 前記テストパターンの前記投影光学系による像を検出する空間像計測系を備える請求項22又は請求項23に記載の露光装置。
- 請求項22から請求項24のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、基板にパターンを転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を前記パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
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