(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の物体が有する回路パターンを投影光学系で第２の物体上に投影し露光する露光方法において、
前記第１の物体は、前記回路パターンに隣接して形成され前記投影光学系で解像できない程度に微細な周期性パターンからなる遮光部分を更に有し、
前記遮光部分からの０次光の光量を、前記投影光学系を介して前記第２の物体側で測定することで、前記第１の物体の使用の可否を判断することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記第１物体は、ハーフトーンレチクルであることを特徴とする請求項１の露光方法。
【請求項３】
前記微細な周期性パターンは、前記投影光学系の開口数をＮＡ、露光波長をλとしたとき、ピッチＰが
Ｐ＜０．５λ／ＮＡ
という関係を満たす程度に微細であることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
第１の物体が有する回路パターンを投影光学系で第２の物体上に投影し露光する露光装置において、
前記第１の物体を照明する照明光学系と、
前記第１の物体を装着する手段と、
前記第２の物体を装着する手段と、
前記第１の物体が有する遮光部分からの０次光の光量を、前記投影光学系を介して前記第２の物体側で測定する手段と、
前記測定する手段からの出力に基づいて、前記第１の物体の使用の可否を判断する手段と、を備え、
前記遮光部分は、前記回路パターンに隣接して形成され、前記投影光学系で解像できない程度に微細な周期性パターンからなることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記第１物体は、ハーフトーンレチクルであることを特徴とする請求項４の露光装置。
【請求項６】
前記微細な周期性パターンは、前記投影光学系の開口数をＮＡ、露光波長をλとしたとき、ピッチＰが
Ｐ＜０．５λ／ＮＡ
という関係を満たす程度に微細であることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレチクル等の第１物体上に形成されたパターンに紫外光や遠紫外光を照射し、該パターンを投影光学系を介して感光剤を塗布したウェハー等の第２物体に転写する露光方法、及び該方法を用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光露光技術の進展に伴い、光による微細加工の限界が問題になっている。このため位相シフトや変形照明等の新しい結像技術が開発され、限界を伸ばすことが試みられ、成果を上げている。実際、これらの新技術の中には既に適用され、確立した技術となっているものもある。
【０００３】
中でも注目されているのは位相シフト技術の一種であるハーフトーンレチクルを用いた結像である。位相シフト技術では成膜技術や回路パターンのＣＡＤなどが実際の適用時に問題となっている。これは特にレヴェンソン型といわれるタイプにおいて顕著である。これに対しハーフトーンレチクルは効果がレヴェンソン型ほどではないものの、作製が容易で適用パターンさえ限定すれば効果が得られるため注目されている。
【０００４】
ハーフトーンレチクルは従来のレチクルのように透過・非透過という単純な２値の透過状態を取るのではなく、従来非透過であったところに光を数パーセント透過させる技術で、これがハーフトーンといわれる所以である。ハーフトーンレチクルが従来型と異なるもう一つの点は前記数パーセント透過部を透過した光の位相を、通常の透過部を透過した光に対し180 °異ならせることである。このためレチクルは振幅も位相も用いることになり、結像性能の向上に寄与するところが大きい。ハーフトーンレチクルは特に従来の光露光技術で最も難度の高い工程の一つとされている微小な角パターン（コンタクトホール・パターン）の結像性能改良に大きな効果を発揮することが知られている。
【０００５】
ハーフトーンレチクルはレベンソン型といわれる効果が大きいがＣＡＤなどの周辺技術の向上が不可欠なものと異なり、作成が非常に容易である。基板に付ける膜は一層で振幅と位相を同時にコントロールされたものが供給されるため、パターニングに従来技術をそのまま適用することができる。
【０００６】
本発明は実用化が最も早い段階で行われようとしているハーフトーンレチクルの露光方法及び該方法を用いた露光装置に関するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
ハーフトーンレチクルを用いる場合の問題点は、ハーフトーン特性を与える膜の安定性にある。即ち従来のレチクルは透過かあるいは非透過かという単純な２値的な状態であったため、非透過を保証するためには例えば光をブロックするクロムの膜をある値以上に厚く付ければ良かった。しかしながらハーフトーン型の場合には光を減衰させる物質の厚さを正確にコントロールして所定の透過率及び位相を保証しなければならない。特に紫外光の領域では使用する光のエネルギーが大きいため、初期状態はチェックして良くても経時的に透過率あるいは位相が変化すると大きな問題となる。特に最近ではKrF エキシマレーザの使用が確実視されているが、DUV といわれるフォトンのエネルギーが大きい領域では、露光に用いる光が膜に経時変化を起こさせることに留意しなければならない。
【０００８】
位相及び振幅の経時変化による結像への影響には２つの項目が考えられる。一つは形成されるパターンの大きさ、いわゆる焼き付け線幅への影響で、もう一つは隣のショットとのオーバーラップから生じるフレア光の存在である。このうち第１の線幅への影響は露光量を用いてコントロールすることが可能である。実際、最終的に露光量を決定する際には試し焼きをしてSEM を用いて線幅検査をすることが常用されるため、ハーフトーン膜の特性変化はある程度補正することができる。しかしながら第２の隣のショットとのオーバーラップは露光量で逃げることができず、経時的な特性変化の影響を除去することができない。
【０００９】
ハーフトーンレチクルで隣のショットとのオーバーラップの影響を除去するのに常用されるのが、実際の回路パターンに隣接して解像しないくらいの細かいパターンを配置する手法である。該細かいパターンに当たった光は回折して光学系の外に散逸し、ウェハーまで到達しない。本発明では以下この細かいパターン部を遮光帯と称することにする。遮光帯の実際の適用例示したのが図２である。ハーフトーンレチクル１に形成された回路パターン２に隣接して配置されているのが微細パターンで形成された遮光帯３で、この例では市松模様となっている。この微細パターンは投影光学系の開口数を NA 、露光波長をλとしたとき、ピッチ pが
p ＜ 0.5λ/NA                                   (1)
という関係を満足するくらい微細なパターンとなるように設定される。
【００１０】
図３は遮光帯３に設けられた微細パターンの作用の説明図である。ハーフトーンレチクル１に入射した光は遮光帯３により回折を受ける。オーバーラップの影響を避けるために重要なのは
▲１▼回折光の回折角を大きくして回折光が投影光学系４に捉えられないこと
▲２▼０次光がハーフトーン膜の振幅と位相の効果で消失すること
という２点である。▲１▼の回折角の条件を決めるのが (1)であるが、▲２▼の条件が振幅及び位相の経時変化により影響を受ける項目である。特に０次光の消失はハーフトーン膜の位相と振幅の微妙なバランスの上に成立しているので、膜の光学特性な経時変化は結像性能に重大な影響を与える。
【００１１】
図４は０次光が現われたときに生じる現象を示したものである。被露光物体のウェハー上にはステッパーのステップ機能を用いて格子状の配列で関係で回路パターンが形成される。０次光が現われると回路パターンに隣接して存在する遮光帯３の領域の光が完全に遮光されない。この場合、光学系を通過するのは０次光のみなので微細パターンは解像しないが、遮光帯３に対応する部分はウェハー上で一定のＤＣ成分的な光強度を持つ。即ち回路パターン部２を露光すると、回路パターン部２と一緒に外側の額縁のようになった遮光部３が光量は小さいものの露光されることになる。遮光部３の光強度分布はステップ・アンド・リピートされると隣のショットの回路パターン部に重なり、転写されるパターンの寸法精度に影響を与える。特に隅の部分ではこのように余分な光が三重に重なって、影響をより大きくする。
【００１２】
本発明はハーフトーンレチクルの状態に応じて生じるこのようにフレア成分となる光を検出し、該ハーフトーンレチクル使用の可否を判断することを目的としている。
【００１３】
特に、本発明は回路パターンに隣接して設けられている遮光帯部の位置における光量を検出し、該ハーフトーンレチクルの使用の可否をチェックする露光方法、及び該方法を用いた露光装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明ではこのためレチクル等の第１物体上に形成されたパターンに紫外光や遠紫外光を照射し、該パターンを投影光学系を介して感光剤を塗布したウェハー等の第２物体に転写する露光方法、及び該方法を用いた露光装置において該露光装置の被露光物体である第２物体と等価な位置に導くことのできる光量センサを用いて、ハーフトーレチクルの位相及び振幅の状態をチェックし、該ハーフトーンレチクルが使用不適かどうかを判定することを特徴としている。
【００１５】
この他本発明では、微細パターンの形成された遮光帯部での光量チェックは最も問題となる０次光の強度を検出する直接検出で、原理的に最も単純で有効な手段であり、ハーフトーンレチクルの位相及び振幅をトータルとして検出し判断することを可能とした。また、本判定はハーフトーンレチクルの経時変化の特殊な場合として、初期状態のチェックにも用いることができるようにしている。
具体的には、請求項１の発明の露光方法は、第１の物体が有する回路パターンを投影光学系で第２の物体上に投影し露光する露光方法において、前記第１の物体は、前記回路パターンに隣接して形成され前記投影光学系で解像できない程度に微細な周期性パターンからなる遮光部分を更に有し、前記遮光部分からの０次光の光量を、前記投影光学系を介して前記第２の物体側で測定することで、前記第１の物体の使用の可否を判断することを特徴としている。
又、請求項４の発明の露光装置は、第１の物体が有する回路パターンを投影光学系で第２の物体上に投影し露光する露光装置において、前記第１の物体を照明する照明光学系と、前記第１の物体を装着する手段と、前記第２の物体を装着する手段と、前記第１の物体が有する遮光部分からの０次光の光量を、前記投影光学系を介して前記第２の物体側で測定する手段と、前記測定する手段からの出力に基づいて、前記第１の物体の使用の可否を判断する手段と、を備え、前記遮光部分は、前記回路パターンに隣接して形成され、前記投影光学系で解像できない程度に微細な周期性パターンからなることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例１の露光装置の概略図である。図中１０は照明系で、照明系の中には照明範囲を限定するマスキング機能を行うマスキングブレード１１が配置されている。該照明系からの光はハーフトーンレチクル（レチクル）１を照明し、レチクル１に形成されているパターンが投影光学系４によってウェハー５に結像される。ウェハー５はウェハーチャック６の上に保持され、更にウェハーチャック６はステップ・アンド・リピートの動作を行うウェハー・ステージ７の上に置かれている。ウェハー・ステージ７の位置は該ステージ上に設けられたミラー８を介してレーザ干渉計９によりモニタされている。
【００１７】
本発明でハーフトーンレチクルの光学特性をモニタする機能を行うのがウェハーステージ上に載置されているピンホール２０と、それに対応して配置されたディテクタ２１である。ピンホール２０とディテクタ２１は一体となっており、その位置はウェハーステージ７上にあるため、レーザ干渉計９によってモニタできる。
【００１８】
ハーフトーンレチクル１上には従来技術の説明で述べた回路パターン２と、それに隣接して微細パターンで形成された遮光帯３とが設けられている。ハーフトーンレチクルは光をブロックする作用をする膜部が従来レチクルのように光を完全にブロックせず、数パーセントの値で光を透過させてしまう。このため、回路パターン以外のところで光をブロックし、ウェハーに余分な光を到達させないようにするには特殊な手段を用いる必要がある。
【００１９】
前述の遮光帯３での微細パターンの使用はその一例である。微細パターンとしては回折光をはっきり分離するために周期的なパターン、例えば市松模様や、グレーティング状のパターンが用いられる。実際の露光では照明系の中に設けられているマスキング機能を使って、レチクル上の余分なところに光を当てないようにする。マスキングの機能は光をある程度遮光するだけのものなので、投影光学系ほどの結像性能を持つものではない。従って、遮光帯３はマスキングの結像性能によって定められ、マスキング機能が働いてレチクル上で照明光が確実にカットされるところから、回路パターンに隣接するところまでに設けられる。遮光帯３の幅は照明系１０内のマスキング・ブレード１１の結像性能と、ブレード自体の駆動性能によって装置固有の値として決定される。
【００２０】
レチクル内での遮光帯３の位置は予め回路パターンの設計上の大きさから定まる装置にとっての既知パラメータである。レチクル１には露光装置に装着するためのレチクルアライメントマーク２６が予め配置されている。レチクルアライメント動作を行った後、レチクル１は露光装置本体が認識している値に対して、１μm 以下の高精度な値で位置合わせされる。従って、レチクル１上に配置された遮光帯３がウェハー側で結像されている位置も１μm 以下の極めて高精度な値で装置側に分かっていることになる。
【００２１】
一方、ウェハーステージ上にはピンホール２０と、ピンホール２０を通過した光を検出するフォトディテクタ２１が配置されている。光を検出する窓となるピンホール２０をレチクル上に形成されている遮光帯３に対応する位置に持っていくのは、ピンホール２０の位置を予め装置側で既知にしておけば容易に行うことができる。またピンホール２０の投影光学系４の光軸方向に対する位置も、投影光学系４のピント位置を検出するフォーカス系２５によって知ることができる。
【００２２】
続いてフォトディテクタ２１を用いた光電検出の手順について詳述する。ハーフトーンレチクル１は不図示のレチクル搬送システムによってレチクルステージ２７上に搬送された後、該レチクルに予め配置されているレチクルアライメントマーク２６により、露光装置上にセットされる。この際、予めレチクルが持っている回路パターンの大きさ情報から、照明系１０の中にあるマスキングブレード１１が所定の位置まで駆動され、回路パターン部を一様な強度で照明し、なおかつレチクルの余分なところを照明しない状態にして初期セットを完了する。マスキング機能は照明系内にブレードを設けて、それをレチクル上に結像することで照明範囲を限定する。回路パターンを転写するわけではないのでブレードの結像性能はそれほど良くなく、レチクル上で数mmの大きさのぼけを持っている。従ってレチクルの照明は回路パターンの部分に一様な光が照射され、該回路パターンの外側にマスキング・ブレードのぼけに伴って緩やかに強度が数mmにわたって下降する遷移部分があり、その外側で照明光強度が０になるという分布になる。
【００２３】
露光装置の構成によってはマスキングブレード１１がレチクル１の近辺に配置されるだけで、レチクル１との間になんら結像光学系が存在しない場合もある。この場合にはレチクル面でのブレード１１のぼけ量が大きくなってしまうため、遷移部分の幅も大きくなり、それに応じて遮光帯３の幅も大きくしなければならない。
【００２４】
従来のクロムレチクルではこの遷移部分に十分厚いクロム膜が存在しているため光がカットされるが、ハーフトーンレチクルをそのまま用いたのでは光が透過して、図４に示すオーバーラップ現象が起こって不都合である。遮光帯３はこの遷移領域に対して配置されるもので、遮光帯３の部分に入射した光が微細な周期性パターンで回折作用を受け、図３で示したように等価的に遮光帯３の部分を透過してウェハー側に到達する光をカットする作用を行う。遮光を行うためにまっすぐ透過していく０次光の値をハーフトーン膜の振幅と位相の関係で０にすることが重要なのは、従来技術の説明で述べたとおりである。
【００２５】
初期セットが完了した後、装置は図５のようにウェハーステージ７を移動させ、ピンホール２０が遮光帯３の結像される位置に一致する位置まで持っていく。ピンホール２０の位置は遮光帯３の像の形成されるべき領域に納まるように設定される。ピンホール２０を含む光電検出ユニットは他の目的、例えば照度むらの測定にも使用することができる。但し、ピンホール２０を遮光帯３の領域に納めることと、照度むら測定がシステム的に両立しないときにはピンホール２０の大きさを可変にする機構を設けてもよい。システム的に両立しない例としては例えばピンホール２０の大きさが小さくなりすぎて、照度むらの測定に時間がかかりすぎる場合が考えられる。その時には照度むら測定時にピンホールの径を大きくし、本発明の遮光帯３での光強度測定時には予め定められた値までピンホールの径を小さくすればよい。なおピンホール２０を用いて遮光帯３に対応する領域の光量を測定する場合、ピンホール２０の光軸方向の位置は装置に設けられたフォーカス機構２５により投影光学系のピント面に合致するようにセットされる。
【００２６】
以上の状態にした上で、フォトディテクタ２１で光量測定を行う。この状態でフォトディテクタ２１は回路パターン以外のところに余分に到達する光を直接測定することになり、ハーフトーンレチクルの振幅及び位相の状態の直接的なモニタとなっている。この値を増幅器２２からコンパレータ２３、ＣＰＵ２４に導き、フォトディテクタ２１の出力が所定の値を越えた場合は「ハーフトーンレチクルの光学性能が不十分で遮光帯が目的通り機能しておらず、使用不可」と判断できる。該判断を遮光帯３の領域に沿ってウェハーステージ７を移動させ、複数個の場所で行えば、場所的な差を検出することもできる。この場合、勿論１ケ所でも所定の値を越せばハーフトーンレチクルの光学性能は不十分と判断される。
【００２７】
フォトデテクタ２１で測定を行うときには照明系のシャッタが開かれる。従って測定は実際の照明系の光で露光波長を用い、露光する状態で測定することになり、結像状態の直接的なモニタになって、信頼性が高く実用的である。
【００２８】
また本発明では露光装置自体を用いて測定を行い、測定点数も少ない為検定を高速で行うことができる。またハーフトーンレチクル自体の光学特性をオフラインで測定する装置を特にそろえる必要がない。オフラインでハーフトーンレチクル自体を測定しようとすると、振幅と位相の双方を精度良く測定しなければならないが、本測定はその両者が混合された状態での測定である。実際には位相が変化しても、振幅が変化しても０次光を発生させてしまうため、使用可否の判定には両者を混合した状態で測定する本発明の方法が最適である。
【００２９】
本発明の実施例２は、遮光帯３の部分での測定をマスキング・ブレードを開いて、マスキング機能の結像性能の影響を受けない状態で行うものである。遮光帯３の部分にマスキング結像機能の光の遷移的な分布を重ねると、測定はマスキング・ブレードの設定の仕方や、照明系の結像性能の差の影響を受け、回路パターンを囲む４辺で必ずしも同一の感度にならない。極端な例で言うと、マスキング・ブレードの直交度の調整が異なる場合、同じ辺の上でも端と端では光の分布が微妙に異なることがある。実施例１で複数箇所の測定を行う例を挙げたのも以上の影響を除去するためであるが、ハーフトーンレチクル自体が所定の性能さえ持っていれば、マスキングの影響を考慮する必要はない。従ってハーフトーンレチクル自体の性能を純粋な形で取り出すために、遮光帯３の部分にも回路パターン部と同じ一様な分布の光を与えれば、遮光帯３の部分により強い光が当たるため、厳しい条件下での測定となり、検定が正確となる。
【００３０】
従って、マスキングブレードが遮光帯３に重ならない状態で、遮光帯３に回路部と同じ強さの光を入射させフォトディテクタ２１の出力を検定すれば、信頼性の高い測定を行うことができる。勿論この場合にも、ハーフトーンレチクル１の膜の面内ばらつきを測定するため、複数個の場所を測って、信頼度を向上させることもできる。
【００３１】
またここまでの説明は主に初期性能が合格したハーフトーンレチクルの経時変化に着眼してて述べてきたが、本発明の方法は遮光帯のパターニングの良否を含めたハーフトーンレチクルの初期性能チェックにも用いることが可能である。
【００３２】
またこれまでの実施例では遮光帯３の光量分布をピンホールを用いた光電検出系で検知する例を示したが、本発明では遮光帯のところでの光量分布を測定して判断を行うことが重要なので、ピンホール光学系の代わりに結像位置にＣＣＤ等の光量分布測定素子を配置してもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明のレチクル等の第１物体上に形成されたパターンに紫外光や遠紫外光を照射し、該パターンを投影光学系を介して感光剤を塗布したウェハー等の第２物体に転写する露光方法、及び該方法を用いた露光装置ではハーフトーンレチクルのパターニングも含めた光学性能チェックを、ウェハー側で光電検出して直接測定し検定することを可能とした。特にハーフトーンレチクル特有のパターンである回路パターン周辺に設けられた遮光帯に対応するウェハー側の結像位置で、光量を露光光により測定する露光方法、及び該方法を用いた露光装置を提供することでハーフトーンレチクル自体の光学特性を短時間で、即判定することが可能となった。
【００３４】
本発明の効果は第一にハーフトーレチクルのチェックを高い信頼性で達成できたことにある。この効果は特に DUV領域のようなフォトンのエネルギーが強い領域で顕著である。第二の効果としてはハーフトーンレチクルの位相あるいは振幅を測定する特別なツールを用いなくても、露光装置自体で検定が瞬時ににできるというコスト及び時間的なメリットをあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１を示した露光装置の概略図
【図２】ハーフトーンレチクルのパターン形成例
【図３】遮光帯３の微細パターンの効果を示す図
【図４】０次光の出現による余分な光のオーバーラップ効果
【図５】遮光帯とピンホールとの関係を示す図
【符号の説明】
１  ハーフトーンレチクル
２  回路パターン
３  回路パターンに隣接して設けられた遮光帯
４  投影光学系
５  ウェハー
６  ウェハーチャック
７  ウェハーステージ
８  干渉計ミラー
９  レーザ干渉計
１０  照明系
１１  マスキング・ブレード
２０  ピンホール
２１  フォトディテクタ
２２  増幅器
２３  コンパレータ
２４  ＣＰＵ
２５  フォーカス系
２６  レチクルアライメントマーク
２７  レチクルステージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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