(57)【要約】      （修正有）【課題】  １００ｎｍ以下のパターンを用いる露光装置の投影光学系のディストーションの計測を、高精度かつ高いスループットで行うことを可能とする。【解決手段】  レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測方法であって、計測する前記投影光学系の画角に対応した位置にマークを有するマークパターンを、前記露光装置のショット全域において、前記被処理体上に露光する第１の露光ステップと、前記マークパターンの前記投影光学系の軸上近傍のマークのみを、前記被処理体上に露光する第２の露光ステップと、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定する測定ステップと、前記測定ステップで測定されたマークの形状から前記投影光学系のディストーションを算出する算出ステップとを有することを特徴とする計測方法。【選択図】          図８
2005347593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測方法であって、
計測する前記投影光学系の画角に対応した位置にマークを有するマークパターンを、前記露光装置のショット全域において、前記被処理体上に露光する第１の露光ステップと、
前記マークパターンの前記投影光学系の軸上近傍のマークのみを、前記被処理体上に露光する第２の露光ステップと、
前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定されたマークの形状から前記投影光学系のディストーションを算出する算出ステップとを有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記第２の露光ステップは、前記マークパターンが有するマークの全てについて行うことを特徴とする請求項２記載の計測方法。
【請求項３】
前記第２の露光ステップは、前記第１の露光ステップで露光された前記マークに対して、所定の距離をずらして前記マークを露光することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項４】
前記マークパターンは、前記マークが繰り返して配置された繰り返しパターンであって、
前記第１の露光ステップは、前記繰り返しパターンを２つ露光し、
前記第２の露光ステップは、前記第１の露光ステップで露光された２つの前記繰り返しパターンの各々に対して、前記マークの繰り返し方向において互いに逆方向に、前記マークの繰り返し距離の１／４だけずれるように前記繰り返しパターンを露光することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項５】
前記マークパターンは、前記投影光学系の像面内の所定の方向と、前記所定の方向に直交する方向とを別々に露光できるように、前記マークが配置されていることを特徴とする請求項４記載の計測方法。
【請求項６】
前記測定ステップは、前記２つの繰り返しパターンの各々について前記マークの形状を測定し、
前記算出ステップは、前記マークの形状の差分の半分を前記投影光学系のディストーションとすることを特徴とする請求項４記載の計測方法。
【請求項７】
前記測定ステップは、分光エプソメーターを用いて、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項８】
前記測定ステップは、原子間力顕微鏡を用いて、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項９】
レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測装置であって、
請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の計測方法を行うことができる計測モードを有することを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
請求項１１記載の計測装置を利用してディストーションが計測され、所望の光学性能を有する投影光学系を介してレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
レチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
前記投影光学系のディストーションを計測する請求項１１記載の計測装置と、
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記投影光学系を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には、計測方法に係り、特に、ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置に使用される投影光学系のディストーションを計測する計測方法に関する。本発明は、例えば、線幅１００ｎｍ以下のパターンを露光する露光装置の投影光学系のディストーションの計測に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（又はマスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が使用されている。
【０００３】
縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる光の波長は短くなってきた。現在は、次の光源としてＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実現に向けて開発が進められている。
【０００４】
一方、解像する回路パターンの微細化に伴い、重ね合わせ精度にも高精度化が必要とされている。重ね合わせ精度を劣化させる要因の一つとして、縮小投影露光装置の投影光学系のディストーション（歪曲収差）があり、今後微細化に伴い重ね合わせ精度を向上させるためには、投影光学系のディストーションを最小限に抑える必要がある。
【０００５】
最近のリソグラフィーにおいては、線幅１００ｎｍ以下のパターンを形成している。かかるナノメートルオーダーのパターンに対して、従来の定義では考えられない現象が問題となっている（例えば、非特許文献１参照。）。特に、線幅が変化した場合におけるディストーションの変化が、重ね合わせ精度を向上させる上で最も問題となる。
【０００６】
ザイデルによるディストーションの定義では、光束の中心の主光線が像面での交差する点の位置となっている（即ち、像上の点全体の変位）。従って、結像する線幅が変わった場合でもディストーションは変わらない。
【０００７】
しかし、結像光学系、即ち、露光装置では、レチクルパターンの像をウェハ上に結像する投影光学系は、わずかであるが設計値及び製造誤差によるコマ収差を有する。つまり、投影光学系が結像した像は、コマ収差の影響で歪んで非対称となり、コマ収差のない理想の位置からずれた位置に像を形成することになる。このコマ収差のない理想の位置からのずれ量が、実際（即ち、ザイデルの定義ではなく）のディストーションとなる。従って、パターンの線幅が変わった場合には、回折光の角度も異なるのでコマ収差の影響も線幅によって異なり、像の歪みも異なるので像の位置も異なり、実際のディストーションも線幅毎で異なる。
【０００８】
また、投影光学系のＮＡを変えるとコマ収差も変わってしまうので、そのときに線幅が変わった場合には、回折光の角度も異なるのでコマ収差の影響も線幅によって異なり、像の歪みも異なるので像の位置も異なり、実際のディストーションも線幅毎で異なる。
【０００９】
更に、投影光学系に、例えば、λ／１０程度のわずかな球面収差が残存し、レチクルパターンを照明する照明系の均一性が悪い場合にも、実際のディストーションが発生する。種々の照明モードを有する露光装置の場合には、それぞれの照明モードにおいて、ディストーションが線幅毎で異なることになる。
【００１０】
このように、形成する回路パターンの線幅が変わるとディストーションが発生し、重ね合わせ精度が劣化することになる。
【非特許文献１】「ＯｐｌｕｓＥ」  新技術コミュニケーション社出版、２００３年３月号、Ｏｆｆｓｉｄｅ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、従来の重ね合わせ検査装置では、線幅によるディストーションを計測することができなかった。従来の重ね合わせ検査装置の計測原理は、光学系の結像の特性、特に、「明視野照明＋画像処理」という方式を採用しているからである。
【００１２】
例えば、重ね合わせ検査装置の光学系の結像においては、開口数（ＮＡ）を０．９以上、用いる光の波長を３００ｎｍとしても、ビデオ信号として分離できる線幅の最小サイズは０．８μｍ程度のライン・アンド・スペースであり、近年のリソグラフィーにおいて解像している１００ｎｍ以下のパターンをコントラストよく結像することができない。
【００１３】
換言すれば、１００ｎｍ以下のパターンを用いる露光装置の投影光学系のディストーションの計測を、高精度、且つ、高いスループットで検査可能な方法は現在のところ存在していない。
【００１４】
そこで、本発明は、１００ｎｍ以下のパターンを用いる露光装置の投影光学系のディストーションの計測を、高精度、且つ、高いスループットで行うことを可能とし、パターンの線幅差による投影光学系のディストーションの計測を実現する計測方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測方法は、レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測方法であって、計測する前記投影光学系の画角に対応した位置にマークを有するマークパターンを、前記露光装置のショット全域において、前記被処理体上に露光する第１の露光ステップと、前記マークパターンの前記投影光学系の軸上近傍のマークのみを、前記被処理体上に露光する第２の露光ステップと、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定する測定ステップと、前記測定ステップで測定されたマークの形状から前記投影光学系のディストーションを算出する算出ステップとを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の別の側面としての計測装置は、レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測装置であって、上述の計測方法を行うことができる計測モードを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の計測装置を利用してディストーションが計測され、所望の光学性能を有する投影光学系を介してレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、前記投影光学系のディストーションを計測する上述の計測装置と、前記計測装置の計測結果に基づいて、前記投影光学系を調整する調整手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、１００ｎｍ以下のパターンを用いる露光装置の投影光学系のディストーションの計測を、高精度、且つ、高いスループットで行うことを可能とし、パターンの線幅差による投影光学系のディストーションの計測を実現する計測方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての計測方法について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の計測方法１０００を説明するためのフローチャートである。
【００２３】
計測方法１０００は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置に使用され、かかるパターンを被処理体に投影する投影光学系のディストーション（歪曲収差）を計測する方法である。計測方法１０００は、被処理体（本実施形態では、フォトレジストが塗布されたウェハ）に、以下に説明するステップ（後述するように、特殊な２回の露光シーケンス）を行うことで、投影光学系のディストーションを計測することができる。
【００２４】
まず、１回目の露光として、露光できる範囲（ショット全域）、例えば、３２×２２ｍｍ２を１回で露光する（ステップ１００２）。１回目の露光で露光するパターンは、ディストーションを計測したい投影光学系の画角に対応した位置にマークを有するマークパターンであって、かかるマークパターンを露光装置におけるレチクルが配置される位置に配置して露光を行う。
【００２５】
図２は、マークパターン１００の一例を示す概略平面図である。図２を参照するに、マークパターン１００は、ディストーションを計測したいピッチ、本実施形態では、２ｍｍ毎に、Ｘ方向に１２個、Ｙ方向に１７個のマーク１１０が配置されている。なお、マーク１１０は、後述するように、ＸＹ方向それぞれに２つのマークを含む。なお、図２において、ＳＳは、１回で露光する領域であるショットサイズを示す。
【００２６】
次に、２回目の露光として、干渉計測系で制御されたレチクルステージを駆動してマークパターン１００を移動し、投影光学系の軸上付近のみに配置されたＸＹ方向のマーク１１０に対して露光を行う（ステップ１００４）。例えば、図３に示すように、最初に図中の左上の画角（×印）を、投影光学系の光軸ＯＡ付近のみ露光する。更に、レチクルステージを駆動して、例えば、図４に示すように、図中左上から右下の画角（×印）の画角を露光する。これらを繰り返し、１回目に露光した３２×２２ｍｍ２の範囲の画角を全て露光する。本実施形態では、２ｍｍピッチの２０４個（即ち、１２個（Ｘ方向）×１７個（Ｙ方向））のマーク１１０を露光する。そして、１回目の露光及び２回目の露光を経たウェハを現像し、レジストパターンとする。ここで、図３及び図４は、投影光学系の軸上近傍に配置されたマークパターン１００のマーク１１０のみを露光することを説明するための図である。
【００２７】
１回目の露光と２回目の露光との間で、ウェハを装置の外に出す必要はなく連続的に露光を行えばよい。但し、２回目の露光では、投影光学系の軸上付近のみのマーク１１０を露光し、他のマーク１１０を誤って露光しないように、照明系に配置したマスキングブレードを駆動して、軸上付近のマーク１１０のみしか照明しないようにして露光を行うことが好ましい。
【００２８】
１回目の露光では各画角のディストーションの量に応じた位置にマークパターン１１０が露光され、２回目の露光は投影光学系の軸上のマーク１１０のみの露光のため、２回目の露光のずれ量は、偏心誤差のディストーションのみの値となる。かかる偏心誤差のディストーションは、全画角にも影響するため、２回目の露光のずれ量は、画角によるずれと偏心誤差によるずれの両方を含んだディストーションとなる。
【００２９】
そこで、各画角のディストーションの量から、１回目の露光の中心画角（即ち、投影光学系の軸上近傍）のディストーションの量との差分を取ることで、投影光学系の画角によるディストーションの量を求めることができる。換言すれば、１回目の露光及び２回目の露光を経て得られたレジストパターンの形状を測定し（ステップ１００６）、かかるレジストパターンの形状から投影光学系のディストーションを算出する（ステップ１００８）。
【００３０】
このように、計測方法１０００は、レチクルステージの駆動精度に依存するが、投影光学系の各画角のディストーションを求めることができる。
【００３１】
以下、マークパターン１００について詳しく説明する。まず、１回目の露光のマークパターン１００については、図５に示すように、グレーティング形状のマーク１１０をＸ方向（マーク１１０Ｘ）、Ｙ方向（マーク１１０Ｙ）それぞれ別に、同じピッチのものを２個用意する（ＸＹ方向で合計４個）。ここから、Ｘ方向とＹ方向は、同様であるため、Ｘ方向のみのパターン１１０Ｘを用いて説明を行う。また、１回目の露光におけるグレーディング形状のマーク１１０Ｘを、図６に示すように、マークＸ１１及びマークＸ１２と呼ぶ。ここで、図５は、マークパターン１００のマーク１１０を示す概略平面図である。図６は、Ｘ方向にグレーディング形状を有するマーク１１０Ｘを示す概略平面図である。
【００３２】
２回目の露光のマークパターンも、１回目の露光のマークパターン１００と同様に、グレーティング形状のマーク１１０と同じ形状及びピッチのものを２個用意する（ＸＹ方向で合計４個）。また、２回目の露光におけるＸ方向にグレーディング形状を有するマーク１１０Ｘ’を、図７に示すように、マークＸ２１及びマークＸ２２と呼ぶ。ここで、図７は、Ｘ方向にグレーディング形状を有するマーク１１０Ｘ’を示す概略平面図である。
【００３３】
１回目の露光におけるマークＸ１１及びＸ１２と２回目の露光におけるマークＸ２１及びＸ２２は、１つ１つの構成は同じであるが、マークＸ１１及びＸ１２の位置関係と、マークＸ２１及びＸ２２との位置関係は、同じではなく、理想的に重ね合わせても重ならないように、それぞれずらして構成することにより本発明が可能となる。
【００３４】
図８を参照して、１回目に露光するマークＸ１１及びＸ１２と２回目に露光するマークＸ２１及び２２との関係について説明する。図８において、各マークＸ１１、Ｘ１２、Ｘ２１及びＸ２２の繰り返しピッチをＰ、ラインとスペースを１：１とし、各マークＸ１１、Ｘ１２、Ｘ２１及びＸ２２の幅をＰ／２とした。
【００３５】
また、図８では、マークＸ１１及びＸ１２は実線で示し、マークＸ２１及びＸ２２は破線で示しており、重なり具合を判別しやすくするために、マークＸ２１及びＸ２２を、マークＸ１１及びＸ１２に対して上又は下にそれぞれずらして図示するが、実際には、マークＸ２１及びＸ２２は、マークＸ１１及びＸ１２に対して上又は下にずれていないことに注意されたい。
【００３６】
図８は、アライメント誤差やディストーションが発生しない理想的な重ね合わせの場合を示しており、２回目に露光されるマークＸ２１は、１回目に露光されるマークＸ１１の右側にピッチＰの１／４だけずれて重なるように、同様に、２回目に露光されるマークＸ２２は、１回目に露光されるマークＸ１２の左側にピッチＰの１／４だけずれて重なるようにする。
【００３７】
フォトレジストの感光タイプは、本実施形態では、感光後に現像するとレジストが剥離されるポジ型レジストとし、各マークＸ１１、Ｘ１２、Ｘ２１及びＸ２２の透過及び遮光の関係（即ち、マークパターン）を、マークＸ１１及びＸ１２は遮光部（即ち、現像するとレジストが残る部分）に、マークＸ２１及びＸ２２は透過部（即ち、現像するとレジストが剥離する部分）とする。
【００３８】
図８では、マークＸ１１及びＸ１２とマークＸ２１及びＸ２２は二重露光され、現像後は、マークＸ１１及びＸ１２のマークＸ２１及びＸ２２が重なっていない部分（図中斜線部分）のみにレジストが残ることになる。
【００３９】
そして、現像されたレジスト（即ち、レジストパターン）において、マークＸ２１で二重露光されたマークＸ１１の線幅とマークＸ２２で二重露光されたマークＸ１２の線幅とは、理想的な重ね合わせ（即ち、ずれ量が０）の場合は同じ線幅Ｐ／４となる。
【００４０】
次に、ディストーションを有する投影光学系を用いた場合における１回目に露光するマークＸ１１及びＸ１２と２回目に露光するマークＸ２１及び２２との関係を図９に示す。
【００４１】
図９を参照するに、投影光学系がディストーションを有し、ある画角では、１回目に露光されるマークＸ１１及びＸ１２は左側にディストーションの量Δだけ、ずれるとする。そのため、２回目に露光されるマークＸ２１は、１回目に露光されたマークＸ１１の右側にΔだけずれて重なり、現像後の線幅もΔだけ太くなる。一方、２回目に露光されるマークＸ２２も同様に、１回目に露光されたマークＸ１２の右側にΔだけずれて重なり、現像後の線幅はΔだけ細くなる。
【００４２】
このように、マークＸ１１及びＸ１２の両方の線幅は、それぞれＰ／４＋、Ｐ／４−Δとなるので、それぞれの線幅を測定し、その差分の半分を算出することで、ディストーションの量Δが求まることになる。従って、投影光学系の各画角に対応した位置のマークに対して同様のことを行うことで、各画角のディストーションが求まる。更に、マークのピッチＰの値を変えることで、線幅差のディストーションの計測が可能となる。
【００４３】
図８及び図９では、マークＸ２１及びＸ２２を、マークＸ１１及びＸ１２に対して上又は下にそれぞれずらして示したが、１回目の露光及び／又は２回目の露光を経て形成されるレジストパターン（即ち、実際のレジストパターンの形状）を図１０乃至図１２に示す。
【００４４】
図１０は、１回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンＲＰ１（但し、実際に投影光学系のディストーションを計測する場合にはない）を示す概略平面図である。図１１は、投影光学系がディストーションを含まない（即ち、ずれ量がない）場合に、１回目及び２回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンＲＴ２を示す概略平面図である。図１２は、投影光学系がディストーション（ディストーションの量Δ）を含む場合に、１回目及び２回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンＲＴ３を示す概略平面図である。
【００４５】
図１１及び図１２に示すような、レジストパターンの形状を測定することは、１回目の露光及び２回目の露光を経てウェハ上に形成されるマークの形状を測定することであり、以下、その測定方法について説明する。
【００４６】
レジストパターンの形状を測定する方法は、本実施形態のように、１００ｎｍ以下のパターンを対象とした場合、例えば、分光エリプソメーターや原子間力顕微鏡等を使用することで可能となる。
【００４７】
まず、分光エリプソメーターを使用する方法について説明する。かかる方法は、光ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）計測器と呼ばれる装置を用いる。
【００４８】
分光エリプソメーターを使用する方法は、構造体複屈折の原理を用いて、１００ｎｍ以下のグレーティング形状のパターンであって、ラインアンドスペースの繰り返しパターンの形状（線幅、高さ、側壁角度等）を求める手段であり、ＡｒＦレジストの走査電子顕微鏡での測定精度の問題から、半導体製造の量産現場で光ＣＤ計測器の使用が予想されている。ＲＣＷＡを使用したライブラリィーを事前に作製する手段や、作製せずに測定時のみに計算するＲｅｇｒｅｓｓｉｏｎ（回帰）モード等が適用されている。
【００４９】
図１３は、光ＣＤ計測器３００の構成を示す概略断面図である。図１３を参照するに、光源３１０より発せられ、複数の波長を含んだ光は、ポラライザー３２０により、偏光状態（Ｓ偏光及びＰ偏光）と位相差が調整される。そして、偏光状態と位相が調整された光束をグレーティングパターンＧＰに、ある角度で入射させ、グレーティングパターンＧＰによって反射され偏光状態が変化した光は、分光光学系３３０に入り、波長ごとに分離される。分離された波長ごとのＳ偏光とＰ偏光の反射率と位相差の変化が光電検出器３４０により検出され、計算機３５０に測定データが送られる。
【００５０】
ライブラリィーを事前に作成する手法では、あらかじめ想定されるグレーティングパターンＧＰの形状（線幅、高さ、側壁角度等）と構造体の光学情報（屈折率等）より、波長ごとの反射率と位相差の変化を計算（ＲＣＷＡ）より求めておく。これを想定されるグレーティングパターンＧＰの形状の範囲内で複数作成しライブラリィーとする。実際に測定された波長ごとの反射率と位相差の変化は、ライブラリィーのものと比較され、最も合致するものが選択され、その時の計算のもとになったグレーティングパターンＧＰの形状が測定の結果として出力される。Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ（回帰）モードではあらかじめライブラリィーは作成せずに、測定時に計算を行う。
【００５１】
分光エリプソメーターを使用する方法は、既に、６０ｎｍ以下のラインアンドスペースのマークの形状を高精度、且つ、高いスループットで計測可能なことが確認されている。
【００５２】
次に、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を使用したレジストパターンの形状の計測について説明する。ナノメートル以下の測定精度を有するＡＦＭは、ＣＤ測定の分野にも光ＣＤ計測器の導入を必要とした同じＡｒＦレジストの走査電子顕微鏡での測定精度の問題から、半導体製造の量産現場での使用が検討され、製品化されている。
【００５３】
例えば、Ｖｅｅｃｏ社製のＡＦＭ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ−Ｘ３Ｄ）は、フレア状の先端部が広がった形状のカンチレバーを、測定方向に対し垂直方向（上下）だけでなく左右方向にも共振させるＣＤモードで測定することで、アスペクト比１０までの測定を可能としている。パターンの線幅の測定再現性は、１１０ｎｍの孤立レジストパターンに対して３０回の測定で、３σ０．３０ｎｍと高精度な結果がでている。
【００５４】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）との相関も、ＳＥＭを用いた測定の問題のないＫｒＦレジストにおいて、Ｒ２＝０．９６の相関のある結果を得ており、ＡＦＭを使用したＣＤ測定がナノメートル以下の高精度であり、ＳＥＭに代わり得る技術であることが確認できている。
【００５５】
このように、計測方法１０００によれば、露光シーケンス（２回の露光）、露光するマークパターンを工夫し、現像後のレジストパターンの形状を測定することで、１００ｎｍ以下のパターンを用いる露光装置の投影光学系のディストーションの計測を、高精度、且つ、高いスループットで行うことができる。また、パターンの線幅差による投影光学系のディストーションの計測を可能とする。
【００５６】
ここまで、マークパターンのＸ方向のマークに関して説明してきたが、Ｘ方向の直交方向であるＹ方向に関しても同様のマークを構成し、Ｘ方向のマークの露光、測定方法で、同様に、パターンの線幅差による投影光学系のディストーションの計測が可能になることは明らかである。
【００５７】
また、Ｘ方向のディストーションを計測するために、１回目に露光するマークとしてマークＸ１１及びＸ１２、２回目に露光するマークとしてマークＸ２１及びＸ２２の合計４個を使用したが、そのうち２個を共通化して１個のマークとして使用することも可能である。例えば、１回目に露光するマークを、図１４に示すように、マークＸ１１Ａ及びＸ１２Ａ（線幅ｄ）とし、２回目に露光するマークを一つのマークとして、図１５に示すように、マークＸ２３とする。そして、２回目に露光するマークＸ２３を、１回目に露光するマークＸ１１Ａ及びＸ１２Ａのそれぞれの右側と左側を露光するようにすることで、本発明の効果を得ることができる。ここで、図１４は、１回目に露光するマークＸ１１Ａ及びＸ１２Ａを示す概略平面図である。図１５は、１回目に露光するマークＸ１２Ａ及びＸ１２Ｂに対して２回目に露光するマークＸ２３を示す概略平面図である。
【００５８】
なお、図１５は、２回目に露光されるマークＸ２３が、ずれ量がなく（即ち、投影光学系がディストーションを含まず）露光され、現像されたレジストパターンを示している。例えば、２回目に露光されるマークＸ２３に、ずれ量Δがあった場合（即ち、投影光学系がディストーションを含む）には、図１６に示すように、マークＸ１１Ａでのレジストパターンの線幅がｄ／２＋Δとなり、マークＸ１２Ａでのレジストパターンの線幅がｄ／２＋Δとなる。ここで、図１６は、１回目に露光するマークＸ１２Ａ及びＸ１２Ｂに対して２回目に露光するマークＸ２３がずれ量を含む場合を示す概略平面図である。
【００５９】
但し、レジストパターンの線幅の測定を行う際に、１回目に露光するマークＸ１１Ａ及びＸ１２Ａの二つが離れているという条件を満足する必要がある。この離れている条件が５００μｍ以上ある場合は、２回目に露光するマークＸ２３の長さも同じ値だけ必要となる。この場合、マークＸ２３をマークＸ２１とマークＸ２２とに分けて構成した場合と異なるのは、マークＸ２１とマークＸ２２の途中の使用しないマークがあるかないかだけであり、機能としてはまったく同等のものである。同様に、１回目に露光するマークＸ１１Ａ及びＸ１２Ａを共通化して、２回目に露光用するマークをマークＸ２１及びＸ２２としても本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
本実施形態では、投影光学系のディストーションを計測するためのマークパターンとして繰り返しピッチがＰ、ラインアンドスペースの比率１：１のパターンについて説明したが、かかる比率以外であってもよい。例えば、ラインアンドスペースの比率を１：ｘとし、繰り返しピッチをＰ’とする。そして、２回目に露光するマークＸ２１は、１回目に露光するマークＸ１１の右側に繰り返しピッチＰ’の１／｛２×（１＋ｘ）｝だけずれて重なるように、２回目に露光するマークＸ２２は、１回目に露光するマークＸ１２の左側に繰り返しピッチＰ’１／｛２×（１＋ｘ）｝だけずれて重なるようにする。２回目に露光するマークＸ２１で二重露光されたマークＸ１１の線幅と、２回目に露光するマークＸ２２で二重露光されたマークＸ１２の線幅とは、理想的な重ね合わせ（即ち、ずれ量がない）場合には、線幅Ｐ’／｛２×（１＋ｘ）｝で同じになる。投影光学系にディストーションがあり、１回目の露光したマークＸ１１及びＸ１２が左側にディストーションの量Δだけずれると、２回目の露光によりマークＸ２１及びＸ２２を重ね合わせた後の線幅は、マークＸ１１が［Ｐ’／｛２×（１＋ｘ）｝］＋Δ、マークＸ１２が［Ｐ’／｛２×（１＋ｘ）｝］−Δとなる。従って、それぞれの線幅を測定し、その差分の半分を計測することで、ディストーションの量（ずれ量）Δが求まり、投影光学系のディストーションを計測することが可能となる。
【００６１】
また、１台の装置において、２つ以上の照明モード間で発生するディストーションを計測する場合にも本発明を適用することができる、但し、この場合は複数の中で２つの照明モードに対して露光をそれぞれ行い、最初の照明モードでの露光で上述のマークＸ１１及びＸ１２を、もう一つの照明モードでの露光でマークＸ２１及びＸ２２を露光することで、同様に照明モード間で発生するディストーションを、線幅変化も含めて計測することが可能となる。
【００６２】
更に、複数台の装置間で発生するディストーションを計測する場合にも本発明を適用することができる。但し、この場合は照明モード間の場合と同様に、ある装置でマークＸ１１及びＸ１２を露光し、もう一つの装置でマークＸ２１及びＸ２２を露光することで、複数の装置間で発生するディストーションを、線幅変化も含めて計測することが可能となる。
【００６３】
これまでは、ディストーションを計測するために、１回目の露光で露光できる画角内を１回で露光し、２回目の露光で干渉計測系に制御されたレチクルステージを駆動して投影光学系の軸上付近に配置したマークを、１回目の露光の画角内の各マークに重ね合わせて露光する方法について説明した。
【００６４】
しかし、単なる重ね合わせ露光でも本発明の効果を得ることができる。その際は、１回目に露光するマークＸ１１及びＸ１２を、露光装置が露光できる範囲内（ショット）に、ディストーションを計測したいピッチでマークを配置する。そして２回目に露光するマークＸ２１及びＸ２２は、１回目に露光するマークＸ１１及びＸ１２と同じピッチで１回目に露光するマークの近傍に同じ数だけ配置する。また、１回目に露光するグレーティング形状のマークと２回目に露光するマークは、同じピッチで、線幅は２回目に露光するマークのほうが１回目に露光するマークより太いように構成する。露光の際は、１回目の露光でショット全域を露光し、２回目は、１回目のマークに重なるようにずらして、ショット全域を露光する。これにより、ショット内のある画角での１回目に露光したマークと２回目に露光したマークのズレ量は、それぞれの線幅でのディストーションの差分となり、これを計測することにより、ショット内の各画角でのディストーションの線幅による差を求めることができる。
【００６５】
なお、上述したマークパターンを有する計測装置、又、上述した計測方法を行うことができる計測モードを有する計測装置も本発明の一側面を構成する。
【００６６】
以下、図１７を参照して、本発明の計測方法１００を適用した例示的な露光装置５００について説明する。ここで、図１７は、本発明の一側面としての露光装置５００を示す概略ブロック図である。露光装置５００は、図１７に示すように、回路パターンが形成されたレチクル５２０を照明する照明装置５１０、照明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート５４０に投影する投影光学系５３０と、プレート５４０を支持するステージ５４５とを有する。
【００６７】
露光装置５００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクル５２０に形成された回路パターンをプレート５４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後、ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００６８】
照明装置５１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル５２０を照明し、光源部５１２と、照明光学系５１４とを有する。
【００６９】
光源部５１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。また、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長１０ｎｍ乃至２０ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光源等を用いてもよい。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固定レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減させるために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源部５１２にレーザーが使用させる場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部５１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００７０】
照明光学系５１４は、レチクル５２０照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系２１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。開口絞りは解像度を向上させる変形照明用の輪帯照明絞りや４重極照明絞りとして構成されてもよい。
【００７１】
レチクル５２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。レチクル５２０から発せられた回折光は、投影光学系５３０を通りプレート５４０上に投影される。レチクル５２０とプレート５４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置５００はスキャナーであるため、レチクル５２０とプレート５４０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル５２０のパターンをプレート５４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクル５２０とプレート５４０を静止させた状態で露光が行われる。
【００７２】
投影光学系５３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を利用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００７３】
投影光学系５３０は、上述した本発明の計測方法１００及び計測装置などによりディストーションが計測され、所望の光学性能を有するように調整されている。計測方法１００及び計測装置は、上述した通りであり、ここでの詳細な説明は省略する。従って、投影光学系５３０は、ディストーションの計測及び調整を重ねることで極限までディストーションを抑えることが可能であり、所望の光学性能を達成することができる。勿論、露光装置５００が、上述した計測装置や、計測装置が計測するディストーションを基に投影光学系を調整する調整手段を有してもよく、計測方法１００が行えるようにしてもよい。
【００７４】
プレート５４０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。
【００７５】
ステージ５４５は、プレート５４０を支持する。ステージ５４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ５４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート５４０を移動することができる。レチクル５２０とプレート５４０は、例えば、同期走査され、ステージ５４５と図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ５４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ及び投影光学系５３０は、床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００７６】
露光において、光源部５１２から発せられた光束は、照明光学系５１４によりレチクル５２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル５２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系５３０により投影倍率（例えば、１／４、１／５）でプレート５４０に結像される。露光装置５００が使用する投影光学系５３０は、極限までディストーションが抑えられているので、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００７７】
次に、図１８及び図１９を参照して、上述の露光装置５００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【００７８】
図１９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置５００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置５００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の計測方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】マークパターンの一例を示す概略平面図である。
【図３】投影光学系の軸上近傍に配置されたマークパターンのマークのみを露光することを説明するための図である。
【図４】投影光学系の軸上近傍に配置されたマークパターンのマークのみを露光することを説明するための図である。
【図５】マークパターンのマークの一例を示す概略平面図である。
【図６】Ｘ方向にグレーディング形状を有するマーク（１回目の露光）を示す概略平面図である。
【図７】Ｘ方向にグレーディング形状を有するマーク（２回目の露光）を示す概略平面図である。
【図８】１回目に露光するマークと２回目に露光するマークとの関係について説明するための図である。
【図９】１回目に露光するマークと２回目に露光するマークとの関係について説明するための図である。
【図１０】１回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンを示す概略平面図である。
【図１１】投影光学系がディストーションを含まない場合に、１回目及び２回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンを示す概略平面図である。
【図１２】投影光学系がディストーションを含む場合に、１回目及び２回目に露光したマークを現像して得られるレジストパターンを示す概略平面図である。
【図１３】光ＣＤ計測器の構成の一例を示す概略断面図である。
【図１４】１回目に露光するマークの一例を示す概略平面図である。
【図１５】図１４に示すマークに対して２回目に露光するマークを示す概略平面図である。
【図１６】図１４に示すマークに対して２回目に露光するマークがずれ量を含む場合を示す概略平面図である。
【図１７】本発明の一側面としての露光装置を示す概略ブロック図である。
【図１８】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１９】図１８に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１００                  マークパターン
１１０                  マーク
１１０Ｘ                マーク（Ｘ方向）
１１０Ｙ                マーク（Ｙ方向）
Ｘ１１及びＸ１２        マーク（１回目の露光）
Ｘ２１及びＸ２２        マーク（２回目の露光）
Ｘ１１Ａ及びＸ１２Ａ    マーク（１回目の露光）
Ｘ２３                  マーク（２回目の露光）
３００                  光ＣＤ計測器
５００                  露光装置
【図１】
2005347593.tif 000003
【図２】
2005347593.tif 000004
【図３】
2005347593.tif 000005
【図４】
2005347593.tif 000006
【図５】
2005347593.tif 000007
【図６】
2005347593.tif 000008
【図７】
2005347593.tif 000009
【図８】
2005347593.tif 000010
【図９】
2005347593.tif 000011
【図１０】
2005347593.tif 000012
【図１１】
2005347593.tif 000013
【図１２】
2005347593.tif 000014
【図１３】
2005347593.tif 000015
【図１４】
2005347593.tif 000016
【図１５】
2005347593.tif 000017
【図１６】
2005347593.tif 000018
【図１７】
2005347593.tif 000019
【図１８】
2005347593.tif 000020
【図１９】
2005347593.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月15日(2005.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測方法であって、
計測する前記投影光学系の画角に対応した位置にマークを有するマークパターンを、前記露光装置のショット全域において、前記被処理体上に露光する第１の露光ステップと、
前記マークパターンの前記投影光学系の軸上近傍のマークのみを、前記被処理体上に露光する第２の露光ステップと、
前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定する測定ステップと、
前記測定ステップで測定されたマークの形状から前記投影光学系のディストーションを算出する算出ステップとを有することを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記第２の露光ステップは、前記マークパターンが有するマークの全てについて行うことを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項３】
前記第２の露光ステップは、前記第１の露光ステップで露光された前記マークに対して、所定の距離をずらして前記マークを露光することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項４】
前記マークパターンは、前記マークが繰り返して配置された繰り返しパターンであって、
前記第１の露光ステップは、前記繰り返しパターンを２つ露光し、
前記第２の露光ステップは、前記第１の露光ステップで露光された２つの前記繰り返しパターンの各々に対して、前記マークの繰り返し方向において互いに逆方向に、前記マークの繰り返し距離の１／４だけずれるように前記繰り返しパターンを露光することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項５】
前記マークパターンは、前記投影光学系の像面内の所定の方向と、前記所定の方向に直交する方向とを別々に露光できるように、前記マークが配置されていることを特徴とする請求項４記載の計測方法。
【請求項６】
前記測定ステップは、前記２つの繰り返しパターンの各々について前記マークの形状を測定し、
前記算出ステップは、前記マークの形状の差分の半分を前記投影光学系のディストーションとすることを特徴とする請求項４記載の計測方法。
【請求項７】
前記測定ステップは、分光エプソメーターを用いて、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項８】
前記測定ステップは、原子間力顕微鏡を用いて、前記第１の露光ステップ及び前記第２の露光ステップを経て前記被処理体上に形成されたマークの形状を測定することを特徴とする請求項１記載の計測方法。
【請求項９】
レチクルに形成されたレチクルパターンを被処理体に露光する露光装置に使用される前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系のディストーションを計測する計測装置であって、
請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の計測方法を行うことができる計測モードを有することを特徴とする計測装置。
【請求項１０】
請求項９記載の計測装置を利用してディストーションが計測され、所望の光学性能を有する投影光学系を介してレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
レチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
前記投影光学系のディストーションを計測する請求項９記載の計測装置と、
前記計測装置の計測結果に基づいて、前記投影光学系を調整する調整手段とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。