TW200407966A - Inspection method for exposure device and the exposure device - Google Patents

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200407966 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用於半導體裝置之製程之曝光裝置之檢 查方法及用於簡便地施行該檢查方法之曝光裝置。 【先前技術】 維持半導體裝置之良率於較高狀態之重要條件之一，有 將使用於光微影工序之曝光裝置保持於正常之成像狀態。 因此，要求以簡單之方法檢查•監視曝光裝置之狀態之技 術。在曝光裝置中，二次光源之形狀及亮度之分布變化時 ，在光罩圖案之基板面上成像之特性也會發生變化。因此 ’對於曝光裝置之照明光學系統，也有必要經常加以檢杏 ，使其保持於相同狀態。 作為影響曝光裝置之成像特性之照明光學系統之誤差要 因’除了二次光源之形狀及亮度之分布外，尚有入射於光 罩足照明光整體斜傾之現象（照明軸偏移）。 利用圖19說明照明軸偏移之影響時，在未發生照明軸偏 移之狀態（圖19(a))時，以晶圓上塗敷光阻膜之基板（感光基 板）1〇〇處在像面1〇1之狀態（最佳焦點），在光1〇2八曝光所得 (光阻圖案1 03 A、與以由最佳焦點略微散焦之狀態，在 光102B、102C曝光所得之光阻膜圖案1〇3β、1〇3〔之間因無 位置偏移，故可成為可牢固地抗拒焦點變動之裝置。另一 万面’在發生照明軸偏移之狀態(圖19(b))下’因感光基板 1〇〇m ’光阻膜圖案如八〜103C之形成位置會向橫方 向偏移’以致有曝光區域整體難以形成希望之圖案之虞。 87348 407966 此係造成瑕疵品增加之原因。 此種不利現象如能隨時檢查照明軸偏移，確認有照明軸 偏和時，彳τ止B恭光裝置之動作而進行維修，即可防範未然 以下，將一次光源之形狀、亮度之分布、照明軸偏移之 檢查統一稱為「照明光學系統之檢查」。 作為半導體裝置之製造裝置之檢查方法，最妤採用不必 1丁止取且而可在短時間簡便地計測之方法。作為可滿足此 種條件之照明光學系統之檢查方法，在USp 597377 1、及 Proceedmgs 〇f SPIE v〇1 3334,帅 28卜288 中曾揭示利用將 周圍遮光I開口圖案（針孔圖案），將此開口圖案設置於與感 光基板之表面非處於共軛之位置而施行曝光，藉以在感光 基板上形成一 ’人光源之像而計測二次光源之形狀及亮度分 布4万法。在此等方法中，使開口圖案具有作為針孔攝影 機之鏡頭之機能，將二次光源之像轉印在感光基板上，利 用觀察轉印光像，以施行檢查。另一方面，usp 6〇4865 1 則揭7F不使用單純之開口圖案，而使用波帶片取得二次光 源之轉印圖像，以施行檢查之方法。 但，上述公報等所揭示之任何一種方法均無法測知照明 軸偏移。因為在感光基板上形成之圖案係表示二次光源之 亮度分布之像，不含任何有關投影光學系統之資訊，無法 判斷是否對投影光學系統保持照明光之垂直性之故。 另外，日本特開2000 — 2 1732曾揭示：作為在計測二次光 源足形狀及亮度分布之同時也一併計測照明軸偏移之方法 ，使用將繞射光柵設置於周圍遮光之開口圖案内部之圖案 87348 200407966 (光栅針孔圖案，例如圖20)之方法。在此方法中，利用姑射 光拇產生之繞射光，將規定投影光學系統之數值孔徑Γ光 圈位置與二次光源之亮度分布同時轉印。 圖21係利用此曝光在感光基板上形成之圖案之—例。〇 次繞射光之像110含有二次光源之亮度分布之資訊。丨次繞 射光之像(輪廓像)⑴含有光圈輪廓之位置之資訊。。次繞射 光足像U0之中央與光圈之輪廓像⑴之中央間之位置偏移 表示照明軸偏移之量。 但’採用此種方法時’用於檢查之光罩上之繞射光栅之 週期必須控制在非常小。兹就此點具體地說明如下。 用於檢查照明光學系統之光罩上之繞射光柵之週期有必 要滿足有關繞射光之二種限制條件，即：⑴0次繞射光之 像與1次繞射光之像不能重疊、(2) i次繞射光必，員通過光圈 位置（光瞳之端）。 例如，在曝光波長193 nm、投影縮小率1/4之曝光裝置中 ，檢查投影光學系統之射出侧數值孔徑^為〇 68、相干因 i σ為0.75足狀處時，滿足上述二條件所需之適切的繞射 光柵之週期、約為0.64 _。將其換算成感光基板上之標度時 ’為半間距0.08 μηι，遠比目前量產中之半導體裝置所使用 之重複圖案之最小線寬〇.13〜〇 η μηι更小。 奴製成具有此種微細圖案之光罩需要高度之技術，且需 花費成本。因此，在以往之技術中，難以不花費成本而檢 查曝光裝置之照明軸偏移。 【發明所欲解決之問題】 87348 200407966 如上所述，作為在計測二次光源之形狀及亮度分布之同 時也一併計測照明軸偏移之曝光裝置之檢查方法，雖已知 有使用將繞射光撕設置於周® it光之開口圖案内部之圖案 <万法。但有檢查所使用之光罩之製造成本偏高之問題。 【發明内容】 t發明係為解決上逑問題經多方研發而成，纟目的在於 k供不必化費成本’即可執行照明軸偏移之檢查之曝光裝 置之檢查方法及曝光裝置。 【解決問題之手段】 么么將本案所揭不足發明中較具代表性之發明之概要簡單 說明如下：即，為了達成上述㈣，本發明之曝光裝置之 =查方法之特徵在於：利用照明光學系統照明設置於第！設 且手段上4 τυ罩，將珂述光罩之圖案像介由投影光學系統 技衫在設置於第2設置手段上之基板上之曝光裝置之檢查 万去，且包含選擇工序，其係在前述第2設置手段上設置檢 反用又感光基板作為前述基板，以使此感光基板之表面與 則逑照明光學系統之二次光源之面成為光學的共軛狀態， 將珂述感光基板雙重曝光，而在前述雙重曝光之一方，照 月不含前述投影光學系統之光瞳之端之第1區域，在他方， ’、、、明含別述投影光學系統之光瞳之端之第2區域，且選擇互 不重疊之區域作為前述第丨區域與前述第2區域者；及檢查 工序，其係依據顯影前述感光基板所得之圖案檢查曝光裝 置之照明軸之偏移者。 在本發明中，使照明光學系統之二次光源之面與感光基

W34H 200407966 板之表面成為光學的共輛狀態，施行照明不含投影光學系 統之光瞳之端之第1區域而曝光感光基板，並照明含投影光 學系統之光瞳之端之第2區域之雙重曝光，依據顯影該雙重 曝光後之感光基板所得之圖案檢查曝光裝置之照明軸之偏 移。 在此，上述二個圖案中，對應於前者之曝光之圖案（第1 圖案）含有照明光學系統之貪訊，但不含投影光學系統之資 訊。另一方面，對應於後者之曝光之圖案（第2圖案）則含有 照明光學系統及投影光學系統之資訊。具體而言，第2圖案 之輪廓含投影光學系統之光瞳之端之資訊，第2圖案中在上 述輪廓内側之圖案含有照明光學系統之資訊。 因此，可利用第1圖案與第2圖案之比較來執行照明軸偏 移（照明光學系統與投影光學系統之光學的偏移）之檢查。而 ，由於此種檢查無需使用昂貴之光柵針孔即可實施，故不 必花費成本。有關此等之部分，將在實施方式中再詳加說 明。 又，本發明之曝光裝置之特徵在於包含：第1設置手段， 其係設置光罩者；照明光學系統，其係用於照明形成在設 置於此第1設置手段上之前述光罩之圖案者；第2設置手段 ，其係設置基板者；投影光學系統，其係用於將前述光罩 之圖案投影在設置於此第2設置手段上之前述基板上者；及 透鏡構件，其係設置於前述照明光學系統之二次光源之面 與前述投影光學系統之間之光程中或前述投影光學系統與 前述基板之間之光程中者。 87348 -10 - 200407966 採用此種構成時’由於科設置有使照明光學系統之二 ^光源之面與感光基板之表面成為光學的m態用之透 鏡構件，故可簡便地施行本發明之檢查方法。 本發明之上述及其他目的盥新 ^、研禎 < 特徵可由本專利說明 書之說明及附圖獲得更明確之瞭解。 【實施方式】 以下，一面參照圖式，一面說明本發明之實施形態。 (第1實施形態） 圖1係表不本發明之第丨實施形態之曝光裝置之檢查方法 中所使用之檢查用光罩（以下僅簡稱光罩）之平面圖。 光罩1係包含厚6.35 mm (0.25吋）作為透明基板之石英基 板（未圖示）、與由逐次沉積於石英基板上之絡膜、氧化絡膜 之疊層膜所構成而具有直徑55 μΐΏ之圓形開口部2(開口圖 木）之遮光膜3。上述石英基板之厚度不限定於6 35，只 要在1 mm以上1〇 mm以下之範圍均無妨。 在距離圓形開口部2之端200 μπι以内之區域中，並無別的 圓形開口部。即，採用不使透過圓形開口部2之光、與透過 有別於圓形開口邵2之圓形開口部之光照射在同一處之設 4 °另外’在圓形開口邵2之内部並無繞射光栅等之遮光區 域。 光罩1因無微細之圖案，故較容易製造，因此，光罩1與 以往具有微細之繞射光柵圖案之光罩相比，較不花費製造 成本。 其次，說明使用光罩1之曝光裝置之檢查方法。 ^7348 -II - 200407966 圖2係表示將本實施形態之光罩1設置於作為檢查對象之 週知之曝光裝置内之狀態之模式圖。光罩丨具有作為針孔攝 影機之機能，利用此光罩1之機能，使照明光學系統13之二 次光源14之面與感光基板1 8之表面成為光學的共軛狀態。 在圖2中，11表示KrF準分子雷射光源或汞燈等光源，此 光源11所發出之曝光之光12經過照明光學系統13整形而形 成一次光源1 4。 在二次光源1 4之面上設有未圖示之多數孔徑光罩，可選 擇使用此等孔徑光罩中之任何一個，因此，可使二次光源 14之照明形狀對應於所選擇之孔徑光罩之開口部（孔徑）之 形狀。 而，二次光源14所發射，且通過上述孔徑光罩之光經過 聚光透鏡1 5以大致均勾之照度照射設置於光罩台1 第！設 且手段）上之光罩1。 通過光罩1 <光被投影光學系統丨7所會聚，將光罩丨之圖 案像投射於檢查用之感光基板18上。感光基板18設置於基 板台19(第2設置手段）上。在此，將投影光學系統17之縮小 率设定為1/4。縮小率Μ通常設定為1/4或1/5。 投影光學系統17之内部有規定光瞳之大小之光圈，遠離 投影光學系統1 7之中心軸之光在此被遮斷。因此，照射通 過光圈邊緣附近之光束時，可將表示光圈邊緣之圖案轉印 於感光基板18上。可由表示上述光圈邊緣之圖案之轉印位 置瞭解二次光源1 4發射之光束通過投影光學系統〗7之光瞳 之哪一區域。 87348 -12 - 200407966 感光基板18包含直徑200 _之石夕晶圓、與塗敷於此石夕西 ®上心正片型光阻膜。使用負片型光阻膜以取代正 阻膜也無妨。本實施形態之檢查用感光基板18由於係：用 m用屋矽晶圓、光阻膜)所構成，故較不花費成本。 在本實施形態中，检杏日吴亦 t旦蔡先表置時，將光罩1安置於曝光

裝置内，使照明光學手蛴n夕—、A 、 、 无〕之一，人先源14之面與感光基板 1 表面成為光學的共軛狀態。 欲曝光半導體裝置圖案時，使二次光源此面與投 影光學系統17之光曈面成為光學的共軛，使光罩以圖案面 與感光基板18之表面成為光學的共_係。此時，二次光 源14之面之光強度分布與光罩1之圖案面之像強度可利用 傅里葉變換對之關係加以表示。投影光學系統17之光瞳面 〈光強度分布與感光基板18之表面之像強度也可利用傅里 葉變換對之關係加以表示。 在本實施形態中，如圖2所示，使光罩！之圖案面方向朝 向與曝光半導體裝置圖案時之方向（圖3)相反，即利用翻轉 方式加以设置’因此，本蓄1 士固 九罩圖案面與感光基板18之表面 不必成為光學的共辆狀態。 在此，光罩1之圖案面與感光基板18之表面若成為光學的 共輛狀態時’光罩1之資訊（圖案之形狀•尺寸）會反映在顯 影感光基板18所得之光阻膜圖案上。照明減移之檢查所 需之資訊為照明光學系統與投影光學系統之資訊，不需要 光罩1之資訊。 光罩1之資訊反映在光阻膜圖案上時，有必要對光罩1之 H7348 -13 - 200407966 資訊與照明光學系統及投影光學系統之資訊加以區別，以 致於有造成檢查更為繁雜之虞。因此，為了簡便地執行检 查，最好不要使光罩1之資訊反映在光阻膜圖案上。 又，如後述第5實施形態之情形一般，使用無圖案之光罩 1之基板，也就是說使用透明基板時，即使使光罩1與感光 基板1 8成為光學的共辆狀態，也不會成問題。 如此’將光罩1設置於光罩台1 6，將感光基板1 §設置於基 板台1 9，而，在靜止狀態下施行光罩1與感光基板丨8之曝光 。此曝光係採用分別以二次光源14之照明形狀不同之二種 狀態分別逐次地進行之雙重曝光。 圖4係表示本實施形態所使用之二次光源丨4之照明形狀 之平面圖。圖4(a)係表示第1次曝光所使用之照明形狀2 }， 圖4(b)係表示第2次曝光所使用之照明形狀22。以下詳細說 明使用此等照明形狀之雙重曝光。 假設欲以ΝΑ-0.55、σ =0 85之狀態（狀態丨）執行某一半導 體裝置之某一層圖案之曝光，並檢查此狀態之曝光裝置時 ，以ΝΑ=0.55、σ=0.85之狀態（狀態υ執行第！次曝光。另 外，在此第1次曝光中，使用照明形狀2丨(可顯示二次光源 1 4之中心位置之情形之二次光源形狀）。 又，σ係照明光學系統之出射側數值孔徑1^八1丨丨與投影光 學系統17炙入射側數值孔徑ΝΑιη之比（ΝΑι11 / ΝΑιη)。因 NAm= ΝΑΧΜ(Μ為投影透鏡之縮小率），故也可利用σ = ΝΑιΙΙ /(ΝΑ · Μ)加以表示。上述ΝΑ(〇 55)係投影光學系統” 〈出射側數值孔徑，σ =〇 85，Μ = 1/4，故NAm = 〇 ] 3 75， 87348 200407966 NAilH 0.1 16875。因此，NAin> NAll][。 第2次曝光係在不改變Ν a而將照明形狀2丨變更為照明形 狀22之狀態（狀態2)下進行。第2次曝光之照明形狀22之之照 明係採用輪帶照明，即採用輪帶外周大小大於σ二〗，且輪 帶内周大小小於σ 之輪帶照明。另外，第2次曝光之照明 形狀22係以不與第1次曝光之照明形狀2〗重疊之方式所選 擇。 ， 在此’形成輪帶内周之光與該光所入射之光罩1之面之法 線所形成之角度6> 12 (對應於二次光源之内周之光之入射角） 以數值孔徑之維數表示之數值NAi2 ( = sm0 in)小於ΝΑιιι。 因此’在本實施形態之情形，可滿足NAil > ΝΑιη> ΝΑι2 之不等式。 考慮第1次曝光之NAill = 〇.i 1 6875，將第2次曝光之輪帶照 明之外周設定於大於ΝΑιη=〇. 1 375之位置，將内周設定於小 於ΝΑιη = 0·1375且大於NAilM).1 1 687 5之位置。具體而言， 例如，將第2次曝光之輪帶照明之外周設定為NAill二0.15， 將内周設定為NAill = 〇.i25。此時，投影在感光基板18上之 二次光源14之像之外側會被投影光學系統17之光圈所遮住 。換g之’投影光學系統1 7之光瞳之輪廓會投影在感光基 板1 8上。 圖5(a)係表示第丨次曝光時二次光源14所發射之光束在投 景> 光學系統1 7之光目重面之位置（光束位置）3 1及光圈位置3 2 ’圖5(b)係表示第2次曝光時二次光源14所發射之光束在投 景> 光學系統1 7之光瞳面之位置（光束位置）3 3及光圈位置34。 87348 200407966 在光0里面上，第1次曝光時光束通過之第1區域與第2次曝 光時光束通過之第2區域不相重疊，第2次曝光時之光束會 轉印光圈之輪廓。又，將狀態！之曝光與狀態2之曝光調換 也典妨，且狀態1之曝光之曝光量與狀態2之曝光之曝光量 大致同值。 第1、2次曝光完成後，由曝光裝置送出感光基板丨8，以 施行顯影。圖6係表示形成於感光基板18上之光阻膜圖案。 光阻膜圖業之構造包含在中央反映狀態1之照明形狀及亮 度分布之圖案（以下稱内侧圖案）41、與在此内侧圖案41周圍 反映狀態2之照明形狀及亮度分布之輪帶狀圖案（以下稱外 側圖案）42。圖中，43表示外側圖案42之外周之圓，即表示 投影光學系統17之光瞳之圓（投影光學系統17之光圈邊緣之 像）。 明光學系統之檢查係利用測定上述光阻膜圖案之方式 進行。首先，二次光源14之形狀與亮度分布之檢查係利用 /’、J足内側圖案41之方式進行。若以適切之曝光量曝光時， i呈現光阻膜在鬲党度之區域中溶解，在低亮度之區域中 不/谷解之狀怨，故可依據曝光量與光阻膜之溶解分布之關 係，判明照明形狀與亮度分布。 另一方面，照明車由偏移之檢查係利用計測表示内侧圖案 41之外周之圓中心與表示外侧圖案42之外周之圓中心之偏 移之方式進行。在無照明軸偏移之理想的狀態下，二圓之 中心會一致。 另一方面，二圓之中心之偏移值不為〇時，意味著二次光 87348 16 200407966 源14所發射之光束係通過偏離投影光學系統1 7之光瞳之中 / \ \y7 、 1 此思味著入射於投影光學系統]7之照明光整體 ^現傾斜之狀態（照明抽偏移之狀態），：圓之中心之偏移值 愈大時，表示照明軸偏移程度愈大。 、在此，入射於光罩〗之光軸（正確而言，係指入射於光罩1 (具有有限寬度之圓雜光之中心軸）、與該光所入射之光 罩1面之法線所構成之角（入射於光罩丨之具有有限寬度之 圓錐狀光之中心軸之傾斜角）為0弧角時，照明軸偏移可利 用下式（1)加以評估： -LXNA/R ⑴ 表示内侧圖案41之外周之圓與表示外侧圖案42之外周 义圓之中心間之距離 R :表示投影光學系統17之光瞳之圓之半徑 由於L與R可測定，故使用式（丨），可求出照明軸偏移之大 J (sin 61 )。照明軸偏移之方向例如可利用以表示内侧圖案 41之外周之圓中心為原點之χ-γ座標系之表示外側圖案42 <外周之圓中心之X座標與Y座標之值加以評估。 在本實施形態中，雖以狀態1、狀態2之二種狀態施行曝 光’但檢查對象之狀態係狀態1而非施行狀態2之照明光學 系統1 3之檢查。 施行狀態2之曝光之目的係在於將投影光學系統1 7 —直 保持與狀態1同樣狀態，利用曝光將在狀態1之光圈位置（投 影光學系統1 7之資訊）投影在光阻膜圖案上。因此，在狀態 2 ’即使發生若干之照明軸偏移，只要處於光束投射在光圈 17 200407966 之狀態，在計測尚不會有問題。圖7係表示在該情形下所得 之光阻膜圖案之例。 如上所述，依據本實施形態，作為使用於檢查之光罩， 可以使用容易製造之光罩i來取代以往方法中；使用之具 有微細構造而難以製造之光罩，故不必花費製造成本，即 可執行曝光裝置照明軸偏移之檢查。 又’在本實施形態中，雖將圓形開口部2(針孔）直徑設為 55 μηι，但並非將圓形開口部2直徑限定於55 一步說明此點。 μηι。以下，進 為正確地將二次光源14之像轉印於感光基板18，必須適 切地設定圓形開口部2之尺寸。此係因為太 Μ上之像的模糊會變大，反之，太小時，也會因Si使 光像變得模糊之故。 適切之圓形開口邵2之尺寸和由圓形開口部2至光罩工之 下面之距離（光罩丨之透明基板厚度）與曝光波長有關係。本 發明人等從實驗中確認：在光罩〗厚度6 3 mm、折射率約15 、曝光波長248 nm(KrF準分子雷射之波長）之情形，將圓形 開口部直徑設定於50〜60 μηι時，在感光基板18可獲得 表示解像度良好之二次光源〗4之像之光阻膜圖案。 又’同時也確認：即使略微偏離上述5〇〜6〇 ^❿之直徑條 件時，若使用直徑4〇 μΐΏ以上80 μπι以下之大小之圓形開口 邵2 ’有時雖精度略微降低，但仍可獲得實用上必要之精度 ’並可加以檢查。 又’如本貫施形態所示，在光罩1之表面（上面）設置，圓 87348 -18 - 200407966 形開口部2而檢查曝光裝置時，假設由圓形開口部2至光罩} 之下面之距離（透明基板厚度）為D，曝光波長為λ，透明基 板之折射率為η時，圓形開口部2之半徑r可利用下式求得： r 二 a (nD λ )1/2 式中，a為0.5〜0.6程度之值。 (第2實施形態） 本實施形態與第1實施形態不同之點在於：如圖8(b)所示 ’將狀態2之照明形狀設定為具有在縱橫4個方向具有亮度 分布之極大值之照明形狀52。狀態2之照明形狀如圖8(a)所 示，為相同於圖4(a)之照明形狀2 1之圓形之照明形狀5 !。 此時也與第1實施形態同樣地，以在狀態1之照明形狀5 1 與在狀怨2之照明形狀52之間無重疊方式，將對應於狀態2 足照明形狀之最外周之圓53之大小設定於大於σ =1之狀態 ’將對應於最内周之圓54之大小設定於小於σ=1之狀態。 此時’所取得之光阻膜圖案如圖9所示，其構造包含在中 央反映狀態1之照明形狀•亮度分布之圖案61、與在此圖案 61周圍反映狀態2之照明形狀及亮度分布之4個圖案62。 4田繪圖粱62外周之假想的圓63相當於第1實施形態之圖6 <圓43，表示顯示投影光學系統1 7之光瞳之圓（投影光學系 統Π之光圈之邊緣之像）。 曝光裝置之檢查方法可利用分別以圖案61、圖案62、圓 63取代第1實施形態之内側圖案4卜外側圖案42、圓43而與 第1貫施形態同樣地實施。 又’在本貫施形態中，雖採用在縱橫4個方向具有亮度分 87348 -19 - 200407966 布之極大值之照明形狀52，但在原理上，只要屬於在3個方 向以上具有亮度分布之極大值之照明形狀，即可實施測定。 (第3實施形態） 本實施形態與第1實施形態不同之點在於：第—、如圖1〇 所示，將光罩1之圖案面方向設定於相同於曝光半導體裝置 圖案時之方向。本實施形態之光罩1之圓形開口部直徑為15 μπι，小於第1實施形態之情形。在光罩1中，其他條件與第 1實施形態相同。 弟一、、难持此狀悲不‘^1時’光罩1之圖案面與感光基板18 之表面會成為光學的共輛狀態，故如圖1 0所示，使感光基 板18之表面位置由光罩圖案轉印時之位置口丨向在感光基板 1 8之表面之法線方向遠離投影光學系統丨7之方向移動3 〇 μιτι，而使光罩1之圖案面與感光基板丨8之表面成為非光學 的共軛狀態。 如此設置光罩1與感光基板1 8，再利用使光罩1及感光基 板1 8靜止之狀態施行曝光。此曝光係採用分別以二次光源} 4 之照明形狀不同之二種狀態分別逐次地進行之雙重曝光。 第1次曝光之光學條件為NA=0.55、NAill=〇.1 16875，在 第2次曝光為ΝΑ=0.55、外周為NAill = 0.15，採用内周為 NAill = 0.125之輪帶照明。狀態1之曝光之曝光量與狀態2之 0恭光之曝光量大致同值。 第1、2次曝光完成後，由曝光裝置送出感光基板1 8，以 施行顯影。形成於感光基板1 8上之光阻膜圖案係與圖6相似 。上述光阻膜圖案之構造包含形成於中央之圓盤狀之圖案 -20 - 87348 200407966 與在此圓盤狀之圖案周圍之輪帶狀圖案。照明光學系統之 檢查係利用與第1實施形態所載方法相同之步驟進行。 又，在本實施形態中，雖使感光基板1 8向遠離投影光學 系統1 7之方向移動，但使其向接近投影光學系統1 7之方向 移動而使光罩1之圖案面與感光基板18之表面成為非光學 的共軛狀態時，也可獲得同樣之效果。 又，在本實施形態中，雖將光罩丨之圓形開口部（針孔）直 徑設為1 5 μιη，但並非將圓形開口部直徑限定於1 5 。以 下，進一步說明此點。 為正確地將二次光源14之像轉印於感光基板〗8上，必須 適切地設定圓形開口部2之尺寸。此係因為太大時，感光基 板18上心像的模糊會變大，反之，太小時，也會因繞射而 使光像變得模糊之故。 適切之圓形開口部2之尺寸和由光罩丨之圖案面至感光基 板18之表面之距離與曝光波長有關係。本發明人等從實驗 中確認··在偏離感光基板18iP1位置之距離（散焦距離）約 30 μπι、曝光波長248 nm之情形，將光罩丨之圓形開口部之 直徑設定於:^〜^以㈤之範圍内時’在感光基板“可獲得表 不解像度良好之二次光源]4之像之光阻膜圖案。 又同時也確認·即使略微偏離上述1 〇〜丨5 μΐΉ&直徑條 件m罩1之圓形開口部之直徑在1 以上20㈣以^ 之範圍時有時雖精度略微降低，但仍可獲得實用上必要 之精度’並可加以檢查。 (弟4貫施形態） 87348 -21 - 200407966 圖〗1係表示本發明$裳4y α、 之弟4声、她形恶之g恭光裝置之檢杳 法之說明圖。在太會A P M r+> 在本只她形怨中，將光罩！之圖案面之方向 轉設置，並使用圖j 2所干+ 谇、甘」 . q所不（構造足基板作為感光基板18,。 感光基板1 8，係句令料g/ 行匕Q對日恭先足先（曝光波長）大致透明之 料，如圖12所示，由炫融石英形成之厚I随之薄的透明其 板7〇、設於此透明基板70表面而具有可使曝光之光（曝光波 長）疋4分透過《程度之透明度之光阻膜（感光劑川、及 設於透明基板70背自，將該背面鏡面化而可反射曝光之光 之路膜（反射膜）72。光阻膜7 !係以塗敷法形成，路膜Μ係以 蒸鍍法形成。 光罩丨如第1實施形態（圖〗）所說明，具有圓形開口部2，其 直徑在此為8〇 μΐΏ。光罩1之圖案面與感光基板18,之表面處 於光學的共軛狀態。 利用第3實施形態所記載之光學條件施行第丨次及第2次 心曝光。如圖12所示，到達感光基板18，之表面之曝光之光 使光阻膜71感光而形成光罩丨之圖案之像（第丨像），並通過光 阻膜71及透明基板7〇而利用鉻膜72(感光基板18，之背面之 鏡面）加以反射，再到達感光基板18，之表面而使光阻膜71 感光而形成像（第2像）。 在此，由於光罩1之圖案面與感光基板18,之表面處於光 學的共輛狀態，故光罩1之圖案面與形成第丨像之區域之感 光基板1 8之表面處於光學的共輛狀態。 但’被感光基板1 8 ’之背面反射之光之光程因比被感光基 板18’之表面反射之光之光程長，故光罩〗之圖案面與形成 87348 -22 - 200407966 第2像之區域之感光基板18之表面並未處於光學的共軛狀 態。 即形成第2像之光實質上與第3實施形態同樣地，可將由 光罩圖案轉印時之位置移動至遠離投影光學系統1 7之方向 之感光基板1 8曝光。 第1、2次曝光完成後，由曝光裝置送出感光基板丨8，以 施行顯影。圖1 3係表示形成於感光基板1 8，上之光阻膜圖案 。光阻膜圖案之構造包含在中央對應於光罩1之圖案之縮小 像（第1像）之圖案8 1、與對應於在此圖案8丨周圍藉感光基板 18’之背面之鏡面反射之光感光所形成之第2像之圖案82。 圖中’ 83係表示圖案82之外周之圓，即表示投影光學系 統之光圈邊緣之像。又，二個圖案82中，内側之圓形圖案相 當於圖6之圖案41，外侧之輪帶圖案相當於圖6之圖案42。 對圖業82，利用相同於第1實施形態所記載之方法之步驟 —行照明光學系統之檢查。此時，圖案8丨之直徑在圖案8 2 之1/1 00以下，故在圖案82之分析中不構成障礙。 (第5實施形態） 本實施形態與第1實施形態不同之點在於：使用圖14所示 足透鏡陣列90，以取代光罩1，並使照明光學系統1 3之二次 光源14之面與感光基板18之表面成為光學的共軛狀態。又 ，透鏡陣列9 0係被裝入於曝光裝置。 透鏡陣列90係包含對曝光之光（曝光波長）透明之透鏡架 91、與以矩陣狀固定設至於此透鏡架91之多數透鏡92。圖 14(a)表示側面圖’圖14(b)表示上平面圖。 -23 - 200407966 透鏡架9 1係被未圖示之驅動機構控制之臂93(退避手段） 所支持而^入光程中或由光程退㉟。因此，在曝光所又配 置 < 半導體裝置圖案之際，透鏡陣列9〇退避至光程外，而 則如圖1 5所示，被插入於曝 此時，透鏡架川系以使配置透鏡92之面（透鏡面）與感光基 板18之表面成平行之方式被插入於光罩丨之表面之上方。又 ，在此，光罩1為不含圖案之單純的透明基板，可予以省略。 另外，透鏡陣列90係在光罩之表面之上方，向垂直於該 表面之方肖，被設置於離開特定距離之 對曝光波長之光之細之焦距或與該特定距離約二: 《距離(貫質上與焦距相同之距離)。將透鏡陣列9〇設置於此 種位置時，即可將鮮明之光阻膜圖案（像）形成於感光基板 18。 一在此狀態下，二次光源14之面與光幻之表面（上面）成為 光卞U $外’光罩之背面（下面）與感光基板1 8之背面 成為光學的共輛，故：次光源14之面與感光基㈣之表面 成為光學的共輛。 又’不使用光罩1(透明基板）之情形、或假想地認為有光 罩1(透明基板）之情㈣，以使焦點位於該假想的光罩u透 明基板）之表面之方式設置透鏡陣列9〇。光罩i雖可予以省 略’但有可作為透鏡陣列90之定位基準之光罩】實際存在時 ’較可容易正確地執行定位。

，在檢查照明光學系統之際 光之光之光程中。 在插入透鏡陣列90之狀態下，實施第1實施形態所記載之 87348 -24- /^66 曝光万法，取得光阻膜圖案， 盥 ^ 利 /、弟1貝、施形態同樣地 斤先阻膜圖案時，即可執行照明光學系統之檢查。 之：’依據本實施形態，由於裝置本身具有執行曝光裝置 …、明光學系統1 3之檢杳所兩少她採、 動 松旦所而；機構义透鏡陣列9 0及其驅 二未圖示之驅動機構’故與每次檢查時都需準備檢查 而足機構<情形相比，可較簡便地執行檢查。 又’圖14、圖15中’所描績者雖為有厚度之透鏡^，但 ”吏使用圓形開口或波帶片’也可獲得同樣之效果。 又：在本實施形態中，由於使用透鏡陣列9〇，故可概括 也執仃8恭光場整體之檢查，但如使用i個， 透鏡之配置位置，—面施㈣次曝光，然後施行顯料: 也:獲得同樣之檢查效果。使用透鏡陣列9〇時，可在短時 間施行檢查’另—方面，使用㈣透鏡時，則可降低裝置成 本。 圖16係表示透鏡陣列9Q之變形例。此變形例之透鏡陣列 =〇係含有透鏡架91，其設置透鏡92之區域構成對曝光之光 透明之透明區域’未設置透鏡92之區域構成遮住曝光之光 之遮光區域。 此種透鏡陣列90,可使用例如含有透明基板、與形成於此 透明基板上而在設有透鏡92之區域具有開口部之遮光膜之 基板作為透鏡架91之方式加以實現。 使用此種透鏡陣列9〇,時，僅照射於設有透鏡”之區域之 透鏡架9】之表面之曝光之光才能到達感光基㈣之透鏡μ ，因此，可防止不要之曝光之光成為迷光而到達感光基板 87348 -25 - 200407966 1 8，故可防止因該迷光造成測定圖案之形狀之劣化，達成 更高精度之測定。 (第6實施形態） 圖1 7係本發明之第6實施形態之曝光裝置之檢查方法之 說明圖。 本貫施形態與第5實施形態不同之點在於將透鏡陣列9〇 之插入位置設於照明光學系統1 3與投影光學系統；| 7之間， 具體上係設置於光罩1與投影光學系統丨7之間。此時，將透 鏡陣列90插入於由光罩1之距離與對曝光之光之透鏡92之 焦距之位置相同或大致一致之位置。 將透鏡陣列90插入於此種位置時，可施行與第5實施形態 同樣心測足，且也可構成與第5實施形態同樣之變形例。 (第7實施形態） 圖18係本發明之第7實施形態之曝光裝置之檢查方法之 說明圖。 本實施形態與第7實施形態不同之點在於將透鏡陣列9〇 之插入位置設於投影光學系統17與感光基板Μ之間。此時 ’利用將透鏡_9〇插人於料光波長之光之透鏡Μ之焦 點位於感光基板18之表面或表面附近之位置時，可施行盘 第5實施形態同樣之敎’且也可構成與第5實施形態同樣 之變形例。 又’本發明並非限定於上述實施形態。例如，在上述實 施形態中，為了使照明光學系統之二次光源之面與感光基 ^表面成為光學的共_狀態，使用光罩（針孔攝影卿或 87348 -26- 200407966 透鏡陣列90,但使用其他圖案構件也無妨。 另外，在上述實施形態中包含各種階段之發明，可利用 所揭示之多數構成要件之適當組合，#出各種發明。例如 ’即使由貫施型態所示之全部構成要件中，剔除若千構成 要件，也可解决發明所欲解決之問題之項中所述之問題時 ，可抽出已剔除此構成要件之構成作為發明。 此外，在不脫離本發明之要旨之範圍内，可作種種變形 而予以實施。 【發明之效果】 如以上所詳述，依據本發明，可實現不必花費成本，即 可執行照明車由偏移之檢查之曝光裝置之檢查方〉去及曝光裝 置。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之第丨實施形態之曝光裝置之檢查方法 中所使用之光罩之平面圖。 圖2係表示將該光罩設置於作為檢查對象之週知之曝光 裝置内之狀態之模式圖。 圖3係表示曝光半導體裝置圖案時之光罩之圖案面之方 向之圖。 圖4(a)(b)係表示第！實施形態所使用之二次光源之照明 形狀之平面圖。 圖5〇)(b)係表示第1次及第2次曝光時二次光源所發射之 光束在投影光學系統之光瞳面之位置及光圈位置之圖。 圖6係表示使用圖4之二次光源之照明形狀時形成於感光 87348 -27- 200407966 基板上之光阻膜圖案之平面圖。 、圖7係表示使用變形例之二次光源之照明形狀時形成於 感光基板上之光阻膜圖案之平面圖。 圖8(a)(b)係表示本發明之第2實施形態之二次光源之照 明形狀之平面圖。 圖9係表示使用圖8之二次光源之照明形狀時形成於感光 基板上之光阻膜圖案之平面圖。 圖1 〇係表示本發明之第3實施形態之曝光裝置之檢查方 法之說明圖。 圖11係表示本發明之第4實施形態之曝光裝置之檢查方 法之說明圖。 圖12係表示該曝光裝置之檢查方法中所使用之感光基板 之剖面圖。 圖13係表示該感光基板上所形成之光阻膜圖案之平面圖。 圖14U)(b)係表示本發明之第5實施形態之透鏡陣列之側 面圖及上面圖。 圖15係表示為檢查照明光學系統而將該透鏡陣列插入光 經路中之曝光裝置之圖。 圖16U)(b)係表示圖14之透鏡陣列之變形例之側面圖及 平·面圖。 圖17係表示本發明之第6實施形態之曝光裝置之檢杏方 法之說明圖。 一 圖18係表示本發明之第7實施形態之曝光裝置之檢查方 法之說明圖。 — 87348 -28- 200407966 圖19(a)(b)係曝光裝置之照明軸偏移之^ 圖20係表示以往之照明軸偏移之計丨則方 響 之說明圖 針孔之平面圖。 圖21係表示以往之照明軸偏移之計測方、去 基板上之圖案之平面圖。 【圖式代表符號說明】 光罩（圖案構件） 圓形開口部 遮光膜 •光源 •曝光之光 •照明光學系統 •二次光源 •聚光透鏡 •光罩台（第1設置手段） •投影光學系統 • ••感光基板 基板台（弟2設置手段） ••照明形狀 ••光束位置 ••光圈位置 内側圖案 外側圖案 投影光學系統之光圈邊緣之像 • · 11 12 13 14 15 16 17 18 19 21 31 32 41 42 43 18,鲁， 22 . 33 . 34 < 4所使用之光柵 所形成之感光 87348 -29 - 200407966 51、52 · ••照明形狀 61、62 · ••圖案 63 · · ·假想的圓 70· ··透明基板 71 · · ·光阻膜 7 2 · · ·路膜（反射膜） 81、82 · ••圖案 83· ··投影光學系統之光圈邊緣之像 90、90’ ···透鏡陣列（圖案構件） 91 · · ·透鏡架 9 2 · · ·透鏡 93 · · ·臂（退避手段） 87348 -30 -

Claims (1)

1. 200407966 拾、申請專利範圍： 1. 一種曝光裝置之檢查方法，其特徵在於·· 茲曝光裝置係利用照明光學系統照亮設置於第丨設置 手段上之光罩，將前述光罩之圖案像經由投影光學系統 投射到設置於第2設置手段上之基板上，該檢查方法具 有以下工序：

   在岫逑第2設置手段上設置檢查用之感光基板作為前 述基板，以使此感光基板之表面與前述照明光學系統之 二次光源之面在光學上共軛的狀態，使前述感光基板雙 重曝光，而在前述雙重曝光之一方照亮不含前述投影光 學系統之光瞳端之第1區域，在他方照亮含前述投影光 學系統之光瞳端之第2區域，且選擇互不重疊之區域作 為荊述第1區域與前述第2區域，·及 依據使前述感光基板顯影所得之圖案檢查前述曝光 裝置之照明軸偏移。

   2. 如甲^寻利軛圍第丨項之曝光裝置之檢查方法，其 使則逑感光基板之表面與前述照明光學系統之二 源之面成為光學上共軛的狀態，在前述照明光學系 前述投影光學系統之間、或前述投影光學系統盥前 光基板之間，設置表面形成有圖案之圖_件。 3. 如申請專利範圍第2項之曝光裝置之檢查方法，並 述圖案構件係檢查用光罩，且該檢查用光罩係形成 圖案之面在與前述投影基板之表面$學上不:业 狀態下，被設置於前述第】設置手段上=、疋共 87348 200407966 •如申μ專利範圍第3項之曝光裝置之檢查方法，其中前 旦用光罩之前述圖案包含對曝光光透明之圓形圖 案。 5 ’如申請專利範圍第4項之曝光裝置之檢查方法，其中使 汉有削逑圓形圖案之面朝向前述二次光源之面，藉由將 丽述檢查用光罩設置於前述第丨設置手段上，使前述檢 一用光罩之形成有前述開口圖案之面與前述感光基板 之表面成為光學上不是共輛的狀態。 6.如申請專利範圍第5項之曝光裝置之檢查方法，其中將 前述開口圖案之直徑設定於4〇 μΐΏ以上8〇 μπι以下之範 圍。 7如申請專利範圍第4項之曝光裝置之檢查方法，其中使 設有前述圓形圖案之面朝向前述投影光學系統之光瞳 .，將前述檢查用光罩設置於前述第1設置手段上。 8 .如申請專利範圍第7項之曝光裝置之檢查方法，其中藉 由控制前述投影光學系統之光瞳與前述感光基板之表 面之間之距離，使前述檢查用光罩之形成有前述開口圖 案之面與前述感光基板之表面成為光學上不是共軛的 狀態。 9.如申請專利範圍第7項之曝光裝置之檢查方法，其中作 為前述感光基板，使用包含對曝光光透明之基板及設在 與該基板《前述曝光光入射側之面相反之面，反射前迷 曝光光之反射膜。 1 〇.如申請專利範圍第7項之曝光裝置之檢查方法，其中將 87348 200407966 ㈤述開口圖案之直徑設定於1 μΐΉ以上20 μπι以下之範圍。 1 1 .如申請專利範園第1項之曝光裝置之檢查方法，其中前 述感光基板包含矽晶圓、與塗敷在該矽晶圓上之光阻。 12.如申請專利範圍第2項之曝光裝置之製造方法，其中前 述圖案構件係透鏡構件，且該透鏡構件設置於前述照明 光學系統之二次光源之面與前述投影光學系統之間之 光私·中或前述投影光學系統與前述感光基板之間之光 程中。 1 3 .如申請專利範圍第丨項之曝光裝置之檢查方法，其中利 用前述二次光源照亮前述第2區域，使前述感光基板曝 光之際，使前述二次光源之照明形狀成為輪帶狀。 14.如申請專利範圍第丨項之曝光裝置之檢查方法，其中利 用W述二次光源照亮前述第2區域，使前述感光基板曝 光之際，使前述二次光源之照明形狀成為在3個方向以 上具有亮度極大之形狀。 1 5 .如申請專利範圍第1 3或14項之曝光裝置之檢查方法，其 中前述投影光學系統之光瞳面之前述二次光源之照明 形狀滿足下列不等式： NAil > ΝΑιη> ΝΑι2 N Ain ·蓟述技於光學系統之入射側數值孔徑 ΝΑι 1 ··前述投影光學系統之出射側數值孔徑 NAi2 ··以數值孔徑之次元表示對應於前述二次光源 内周·之光之入射角之數值。 1 6. —種曝光裝置，其特徵在於具備： 87348 200407966 17. 18. 19. 20. 21. 第1設置手段，其係設置光罩者； 照明光學系統，其係用於照明形成在設置於此第1設 置手段上之前述光罩之圖案者； 第2設置手段，其係設置基板者； 投影光學系統，其係用於將前述光罩之圖案像投射到 設置於此第2設置手段上之前述基板上者；及 h叙構件’其係配置於前述照明光學系統之二次光源 之面與前述投影光學系統之間之光程中或前述投影光 學系統與前述基板之間之光程中者。 如申請專利範圍第1 6項之曝光裝置，其中前述透鏡構件 在别述光罩之表面上方對於該表面垂直之方向，或在前 述基板之表面上方對於該表面垂直之方向，設置於離開 特定距離之位置。 如申請專利範圍第17項之曝光裝置，其中前述特定距離 係與前述透鏡構件之焦距實質上相同之距離。 如申請專利範圍第16項之曝光裝置，其中前述透鏡構件 包含含有主面之基板及設於該基板之前述主面上之多 數透鏡，且以前述基板之前述主面與前述感光基板之表 面平行之方式設置前述透鏡構件。 如申請專利範圍第19項之曝光裝置，其中前述基板之前 述主面中’未設置前述多數透鏡之區域阻斷曝光光者 如申請專利範圍第16至20項中任一項之曝光裝置，其中 進一步具備使前述透鏡構件退避至曝光光之光程外之 退避手段。 87348