(57)【要約】【課題】コストの上昇を伴うことなく、収差測定が可能なＥＵＶ露光装置を提供する。【解決手段】（ア）のように収差の無い状態では、その下段に示すように収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）とで出力の差はないが（収差測定用開口パターン位置が反転しているので反転しているように描かれている）、（イ）のような状態では、その下段に示すように収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）とでＥＵＶセンサの出力に差が出るので、収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）の信号の出力差（図で一方の左右を反転したもの同士の出力差）を収差量として評価することができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系により、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記投影光学系の収差を測定する空間像センサを有し、当該空間像センサは、物面に配置されたパターンの投影像を像面に配置されたスリット状の開口を持つＥＵＶセンサの前記スリット状の開口上に投影させて前記ＥＵＶセンサの出力を計測することにより、前記投影光学系の収差を測定するものであり、前記物面に配置されたパターンは、平行に配列された複数本の細長い矩形状のスリットからなり、前記像面に配置されたスリット状の開口は平行に配列された複数本の矩形状のスリットからなり、前記物面に配置されたパターンと前記像面に配置されたスリット状の開口の少なくとも一方において、複数本のスリットの最も外側のスリットの幅が、互いに異なっていることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項２】
投影光学系により、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記投影光学系の収差を測定する空間像センサを有し、当該空間像センサは、物面に配置されたパターンの投影像を像面に配置されたスリット状の開口を持つＥＵＶセンサの前記スリット状の開口上に走査させて前記ＥＵＶセンサの出力を計測することにより、前記投影光学系の収差を測定するものであり、前記物面に配置されたパターンは、平行に配列された複数本のスリットからなり、前記像面に配置されたスリット状の開口は平行に配列された２本のスリットからなり、前記物面に配置されたパターンの両端のパターン、及び像面に配列された開口の少なくとも一方において、両端のスリット又は開口が、幅が徐々に変化する同一形状とされていることを特徴とするＥＵＶ露光装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のＥＵＶ露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＵＶ露光装置及び半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路素子の微細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の解像力を向上させるために、従来の紫外線に代わって、これより波長の短いＥＵＶ光を使用した投影リソグラフィー技術が開発されている。この技術に使用されるＥＵＶ露光装置は、主としてＥＵＶ光源、照明光学系、マスク、投影光学系、ウエハステージ等により構成される。
【０００３】
ＥＵＶ光源には、放射光またはレーザープラズマ光源やＤｅｎｓｅ  Ｐｌａｓｍａ  Ｆｏｃｕｓ光源などが使用される。照明光学系は、斜入射反射鏡、多層膜反射鏡、および所定の波長のＥＵＶ光のみを反射または透過させるフィルター等により構成され、マスク上を所望の波長のＥＵＶ光で照明する。マスクには反射型マスクが使用される。反射型マスクは、例えばＥＵＶ光を反射する多層膜上に反射率の低い部分を所定の形状に設けることによってパターンを形成したものである。このようなマスク上に形成されたパターンは、複数の多層膜反射鏡で構成された投影光学系により、フォトレジストが塗布されたウエハ等の感応基板上に結像してレジストに転写される。なお、ＥＵＶ光は大気に吸収されて減衰するため、その光路は全て所定の真空度に維持されている。
【０００４】
ＥＵＶ光の波長域では、透明な物質は存在せず、また物質表面での反射率も非常に低いため、レンズや反射鏡などの通常の光学素子が使用できない。そのため、ＥＵＶ光用の光学系は、反射面に斜め方向から入射したＥＵＶ光を全反射を利用して反射させる斜入射反射鏡や、多層膜の各界面での反射光の位相を一致させて干渉効果によって高い反射率を得る多層膜がコーティングされたＥＵＶ反射鏡等により構成されている。
【０００５】
反射マスクもこのようなＥＵＶ多層膜反射鏡を利用する。このようなＥＵＶ多層膜反射鏡は、シリコンのＬ吸収端（１２．３ｎｍ）の長波長側でモリブデンとシリコンからなる多層膜を用いたときに最も高い反射率が得られるが、波長１３〜１５ｎｍでは入射角によらず７０％程度である。シリコンのＬ吸収端よりも短波長側では、垂直入射で３０％以上の反射率が得られる多層膜は殆ど開発されていない。多層膜反射鏡の基板材料には、形状精度が高く表面粗さの小さい加工が可能な、石英や低熱膨張ガラス等のガラス材料が用いられている。
【０００６】
投影光学系に使用できる光学素子は、ＥＵＶ多層膜反射鏡のみである。反射鏡のみで構成する場合、細いリング上の露光フィールドを持つ実用的な設計解が得られている。
【０００７】
このようなＥＵＶＬの投影光学系の場合、その波面収差は非常に小さくしておく必要がある。また、波面収差が小さいときには、経時変化などによって波面収差が変化してしまうおそれがある。そこで、投影光学系の波面収差を測定することが望ましい。従来のｇ線、ｉ線、エキシマレーザーを使った露光装置では、装置上で波面収差を測定する方法として、空間像センサを用いる方法がある。
【０００８】
この空間像センサを使う場合は、物体面（マスク面）に１つ或いは複数のスリットパターンを配置し、このパターンを露光装置の投影光学系によって像面（ウエハ面）に投影し、投影されたパターンの空間像を、１つ又は複数のスリット開口を持つＥＵＶセンサによって計測する方法で、空間像をこの開口を持つＥＵＶセンサ上に走査させ、そのときのセンサの出力信号を解析することで収差を測定する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の露光装置では、波面収差を測定するための空間像センサが利用されるが、一般に空間像センサは、スリットなどを使用するため、光量が少なくなり、精度が高くないと言う問題があった。更に、ＥＵＶ露光装置に適用する場合には、１フォトンのエネルギーが、従来のＵＶ光、ＤＵＶ光に比べて１桁以上大きいため、同じエネルギーを使っても相対的にフォトンノイズが大きくなり、測定精度が上がらないという問題があった。また、空間像をスリットで単純に走査して収差を調べる場合には、スリットの空間像の線幅以下の、極めて高い分解能を有するステージが必要となり、露光装置のコストが上昇してしまうという問題点があった。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、従来の空間像センサを用いた収差測定技術を改良することにより、コストの上昇を伴うことなく、収差測定が可能なＥＵＶ露光装置、及びこのＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、投影光学系により、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記投影光学系の収差を測定する空間像センサを有し、当該空間像センサは、物面に配置されたパターンの投影像を像面に配置されたスリット状の開口を持つＥＵＶセンサの前記スリット状の開口上に投影させて前記ＥＵＶセンサの出力を計測することにより、前記投影光学系の収差を測定するものであり、前記物面に配置されたパターンは、平行に配列された複数本の細長い矩形状のスリットからなり、前記像面に配置されたスリット状の開口は平行に配列された複数本の矩形状のスリットからなり、前記物面に配置されたパターンと前記像面に配置されたスリット状の開口の少なくとも一方において、複数本のスリットの最も外側のスリットの幅が、互いに異なっていることを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項１）である。
【００１２】
本手段においては、像面に配置されたスリット状の開口を通過したＥＵＶ光を別々のＥＵＶセンサで測定する。そして、物面に配置されたパターン又は像面に配置された開口のうち、最も外側のスリットの幅が異なっているものを反転させ、反転させる前のＥＵＶセンサの出力と比べる。もし、ＥＵＶ装置に収差がなければ、反転前と反転後において、２つのＥＵＶセンサの出力が逆転するはずであるが、収差があると完全に逆転せず、逆転した出力からずれが出力からずれた出力が得られる。よって、反転前と反転後のＥＵＶセンサの出力を比較することにより、収差を測定することができる。像面に配置されたスリット状の開口として、１つのものを反転させて使用するのでなく、左右対称に形成された２つのものを使用してもよい。
【００１３】
前記課題を解決するための第２の手段は、投影光学系により、マスクに形成されたパターンを感応基板上に露光転写するＥＵＶ露光装置であって、前記投影光学系の収差を測定する空間像センサを有し、当該空間像センサは、物面に配置されたパターンの投影像を像面に配置されたスリット状の開口を持つＥＵＶセンサの前記スリット状の開口上に走査させて前記ＥＵＶセンサの出力を計測することにより、前記投影光学系の収差を測定するものであり、前記物面に配置されたパターンは、平行に配列された複数本のスリットからなり、前記像面に配置されたスリット状の開口は平行に配列された２本のスリットからなり、前記物面に配置されたパターンの両端のパターン、及び像面に配列された開口の少なくとも一方において、両端のスリット又は開口が、幅が徐々に変化する同一形状で、長手方向に逆転した形状を有することを特徴とするＥＵＶ露光装置（請求項２）である。
【００１４】
本手段においては、物面に配置されたパターンのスリットの長さ方向と、像面に配置されたスリット状の開口の長さ方向を一致させ、その長さ方向に走査を行う。このとき、物面に配置された像のパターン幅の少なくとも一部が像面に配置されたスリット状の開口の幅の一部より大きくなるようにしておく。
【００１５】
そして、像面に配置されたスリット状の開口を通過したＥＵＶ光を別々のＥＵＶセンサで測定する。すると、収差がない場合は、両方のＥＵＶセンサの出力波形パターンは同一となる（同一形状のスリット又は開口の向きが同じ場合）か、逆転した波形となる（同一形状のスリット又は開口の向きが逆の場合）。しかし、収差があるとこの関係が崩れるので、その程度から収差の程度を測定することができる。この場合、同一形状のスリット又は開口の向きを逆にしておくと、小さな変化が検出しやすくなるので、特に好ましい。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のＥＵＶ露光装置を用いて、マスクに形成されたパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１７】
前記第１の手段又は第２の手段においては、ボケや収差の測定を正確に行えるので、ボケや収差を小さくすることができる。よって、このようなＥＵＶ装置を、マスクパターンをウエハ等の感応基板に露光転写する装置として用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスを製造することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要図である。ＥＵＶ露光装置は照明光学系１、マスクステージ６、投影光学系３、ウエハステージ７からなり、マスクステージ６上には、収差測定用パターン２ａが配置されたマスク２が搭載される。また、ウエハステージ７には、収差測定用開口４、ＥＵＶセンサ５が搭載され、このＥＵＶセンサ５からの出力信号は制御システム８により解析され、収差が評価される。
【００１９】
マスク２は、照明光学系１により照明され、マスク２上の収差測定用パターン２ａが投影光学系３によって収差測定用開口４上に投影される。
【００２０】
図２（ａ）に、本発明の第１の実施の形態に使用される収差測定用のマスクパターン、図２（ｂ）に、それに対応するウエハ側の収差測定用の開口を示す。本実施の形態では、収差測定用の開口には図２（ｂ）のパターン（Ｉ）と（ＩＩ）を使用する。マスクパターン１４においては、５本の矩形状のスリット１５が平行に形成されている。（Ｉ）の収差測定用開口１６、（ＩＩ）の収差測定用開口１８には、それぞれ幅の異なる矩形状の開口１７、１９が形成されている。（Ｉ）と（ＩＩ）のパターンは左右を反転させたもので、これらを別々に作って使用してもよいし、１枚のパターンを左右反転させて使用してもよい。
【００２１】
図３は、このようなマスクパターン１４と、収差測定用開口１６、１８を使用して収差を測定する方法を示す図である。
【００２２】
図２（ａ）のようなパターンを投影すると、収差の無い場合には、図３の上段、（ア）のような空間像が得られる。しかしながら、露光装置の投影光学系が非対称な収差を持っていると、（イ）の様な空間像になってしまうことがある。本図の例では、５本スリットの右のパターンはやや光強度が強く、左側が弱い状態になっている場合を示している（光強度の強さを模式的に示したもので、パターンの像の寸法を示しているのではない）。この状態では、半導体製造プロセスにおいて、マスクのパターンをウエハに転写したときに回路パターンの線幅が一定しなくなってしまうので、問題が多い。
【００２３】
以下、このような収差の有無を、判別する方法を示す。この例では、センサをスキャンさせることはなく、空間像の両端側２本のパターンに収差測定用開口パターンを重ねるようにして位置決めし、それぞれの収差測定用開口パターンを通過したＥＵＶ光を別々のＥＵＶセンサで検出し、それぞれのＥＵＶセンサの出力が最大になるようにする。すなわち、空間像の両側２本のパターンと収差測定用開口パターンが完全に重なるようにする。
【００２４】
図３（ア）のように収差の無い状態では、その下段に示すように収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）とで出力の差はないが（収差測定用開口パターン位置が反転しているので反転しているように描かれている）、図３（イ）のような状態では、その下段に示すように収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）とでＥＵＶセンサの出力に差が出るので、収差測定用開口（Ｉ）と（ＩＩ）の信号の出力差（図で一方の左右を反転したもの同士の出力差）を収差量として評価することができる。
【００２５】
本実施の形態では、収差測定用開口を、図２（ｂ）のような２本の幅の異なるスリットによって構成しているが、このパターンに限られることはなく、図４のように、収差のある場合の空間像に近いパターンなどにしてもよい。
【００２６】
図４においては、収差測定用開口１６と１８における開口１７、１９はそれぞれ５本のスリットから成り立っているが、収差測定用開口１６の開口パターンと、収差測定用開口１８の開口パターンとの間には左右対称の関係がある。この場合には、５つの開口１７又は１９を通過したＥＵＶ光をそれぞれの開口に対応する別々の５個のＥＵＶセンサで測定し、収差測定用開口１６を使用した場合と、収差測定用開口１８を使用した場合とのそれぞれのＥＵＶセンサの出力を比較して、収差の程度を判定することになる。
【００２７】
また、図では縦のスリットパターンでのみ示しているが、このほかにも横パターンや、斜めのパターンを使ってもよく、パターンの方向に対する出力の差によって、収差の方向を評価することもできる。上述のように本実施の形態によれば、、パターンの非対称性を測定するのに複数の開口を持つセンサを使えるので利用できる光量が増え、感度が高くなる。
【００２８】
また、本実施形態では、収差測定用のパターン及びマスクは、スキャンなどの動作はしていないが、どちらか一方、或いは両方を動かしてスキャンさせたときの信号を解析することで、より測定精度を上げることも可能である。
【００２９】
図５は、収差測定用のマスクパターンの像と、本発明の第２の実施の形態に用いられる収差測定用開口とを示す図である。この実施の形態においては、収差測定用のマスクパターンは、第２の実施の形態と同じく、図２（ａ）に示すようなものを使用する。
【００３０】
図５（ａ）は、図２（ａ）のマスクパターンが投影光学系によって投影された空間像（図２と同じく、光強度の強さを模式的に示したもので、パターンの像の寸法を示しているのではない）、図５（ｂ）はウエハ側の収差測定用の開口を示す。図５（ｂ）の収差測定用開口１６には、向きの異なるくさび形の開口１７が構成されており、開口１７の長さは、マスクのスリット１５の空間像よりも長く取っておく。
【００３１】
本実施の形態では、収差測定用開口１６を図５（ａ）に対して上下方向にスキャンさせて空間像センサの出力を評価する。このようにすると、図５（ｂ）の上部に空間像が投影されている場合、実質的に左側のスリット幅が広く、右が狭い、図２（ｂ）の（Ｉ）のパターンと同様の作用を示す。一方、図５（ｂ）の下部に空間像が投影されている場合、図２（ｂ）の（ＩＩ）のパターンと同様の作用を示す。従って、図５（ａ）の収差測定用開口を上下にスキャンさせ、信号変化を解析することで収差を評価する。
本実施の形態でも、非対称なパターンを計測するのに、複数の開口を持つセンサを利用するので、利用できる光量が増し、感度が高くなる。
【００３２】
以上説明したごとく、これら本実施の形態に係るＥＵＶ露光装置においては、本発明による空間像センサを用いて収差を評価することができるので、定期的に収差を測定し、収差がある場合は、露光装置の投影光学系の光学調整を修正し、収差を少なくして露光することができる。
【００３３】
図６は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主行程を含む。
（１）ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを準備するウエハ準備工程）
（２）露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）
（３）ウエハに必要な加工処理を行うウエハプロセッシング行程
（４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立行程
（５）できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞぞれの行程はさらに幾つかのサブ行程からなっている。
【００３４】
これらの主行程の中で、半導体のデバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主行程がウエハプロセッシング行程である。この行程では、設計された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッシング行程は以下の各工程を含む。
（１）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜などを形成する薄膜形成行程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化行程
（３）薄膜層やウエハ基板などを選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー行程
（４）レジストのパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング行程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（５）イオン・不純物注入拡散行程
（６）レジスト剥離行程
（７）さらに加工されたウエハを検査する検査工程
なお、ウエハプロセッシング行程は必要な層数だけ繰り返し行ない、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【００３５】
図７は、図６のウエハプロセッシング行程の中核をなすリソグラフィー行程を示すフローチャートである。このリソグラフィー行程は以下の各工程を含む。
（１）全段の行程で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストをコートするレジスト塗布行程
（２）レジストを露光する露光行程
（３）露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像行程
（４）現像されたレジストパターンを安定化させるためのアニール行程
以上の半導体デバイス製造工程、ウエハプロセッシング行程、リソグラフィー行程については、周知のものであり、これ以上の説明を要しないであろう。
【００３６】
上記リソグラフィー行程の中の（２）の露光行程に、本発明によるＥＵＶ露光装置を用いると、収差を測定することが出来るので、収差の変化によるリソグラフィー状態の変化に迅速に対応することができる。そのため、安定して転写像が得られ、半導体デバイスの歩留まりが向上する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来の空間像センサを用いた収差測定技術を改良することにより、コストの上昇を伴うことなく、収差測定が可能なＥＵＶ露光装置、及びこのＥＵＶ露光装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるＥＵＶ露光装置の概要図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に使用される収差測定用のマスクパターンと、それに対応する収差測定用開口のパターンを示す図である。
【図３】図４に示す収差測定用のマスクパターンと収差測定用開口のパターンを用いて周差を測定する原理を説明するための図である。
【図４】収差測定用開口のパターンの別の例を示す図である。
【図５】収差測定用のマスクパターンの像と、本発明の第３の実施の形態に用いられる収差測定用開口とを示す図である。
【図６】本発明による半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】図８のウエハプロセッシング行程の中核をなすリソグラフィー行程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…照明光学系、２…マスク、２ａ…収差測定用パターン、３…投影光学系、４…収差測定用開口、５…ＥＵＶセンサ、６…マスクステージ、７…ウエハステージ、８…制御システム、１４…収差測定用のマスクパターン、１５…スリット、１６…収差測定用開口、１７…開口、１８…収差測定用スリット、１９…開口
【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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【図６】
2004273673.tif 000008
【図７】
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