(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
実効σ評価パターンとして所定の配列で配置された複数個の目盛りパターンを有する実効σ計測用レチクル本体と、目盛りパターンに対応して目盛りパターンと同じ数のピンホールを有する遮光膜とを備え、露光装置の露光フィールド内の実効σを計測して実効σのバラツキを算出する際に使用する、実効σ計測用レチクルであって、
遮光膜は、実効σ計測用レチクル本体から離隔し、かつピンホールが実効σ計測用レチクル本体の対応する目盛りパターンの起点下に位置するように、配置され、
実効σ計測用レチクル本体に設けた目盛りパターンは、σ値ｘの点光源と遮光膜の対応するピンホールとを結ぶ直線が目盛りパターンを交差するときの交差位置の目盛りがｘになるように、目盛られていることを特徴とする実効σ計測用レチクル。
【請求項２】
目盛りパターンは、起点を中心にして放射状に延びる複数本の直線で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の実効σ計測用レチクル。
【請求項３】
目盛りパターンには、起点を０とし、０から１までの目盛り、又は０から最大のσ値までの目盛りが目盛られていることを特徴とする請求項１又は２に記載の実効σ計測用レチクル。
【請求項４】
請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の実効σ計測用レチクルを使って、露光装置の露光フィールド内の実効σのバラツキを算出する方法であって、
露光装置のレチクル保持台に実効σ計測用レチクルを設置し、次いでウエハ上に成膜したフォトレジスト膜上に目盛りパターンを転写する工程と、
ウエハ上に転写された目盛りパターンの最大目盛りを読み取り、読み取った目盛りを露光フィールド内の目盛りパターン転写位置での実効σとする工程と、
露光フィールド内の各目盛りパターン転写位置の実効σから実効σのバラツキを算出する工程と
を有することを特徴とする露光装置の露光フィールド内の実効σのバラツキを算出する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置の露光フィールド内の実効σを計測して実効σのバラツキを算出する際に使用する実効σ計測用レチクル、及び実効σのバラツキの算出方法に関し、更に詳細には、露光装置の露光フィールド内の実効σを正確かつ簡便に計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを算出することができる実効σ計測用レチクル及び実効σのバラツキの算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造では、通常、ウエハ上にフォトレジスト膜を成膜し、フォトレジスト膜にフォトリソグラフィ処理を施して回路パターンを転写したエッチングマスクを形成し、次いでエッチングマスクを使ってウエハをエッチングすることにより、ウエハ上に回路パターンを形成している。
フォトリソグラフィ処理では、通常、露光装置を使ってフォトレジスト膜にパターンを転写している。露光装置は、図８に示すように、水銀ランプ等の光源と、レチクルに光を集光する集光レンズ系と、レチクルを透過した光をウエハ上に投射する縮小レンズ系とから構成されている。
【０００３】
ところで、露光装置の光学系、つまり集光レンズ系及び縮小レンズ系の収差は、プロセスマージンや、露光フィールド内の寸法バラツキに影響を及ぼす。
そして、半導体装置の微細化及び高集積化に伴って、設計ルールが、露光装置の解像限界に近づくにつれ、露光装置の光学系の収差の影響は、益々、大きくなって来ている。
【０００４】
光学系の収差を効率的に低減するためには、露光フィールド内のσバラツキを高精度で簡便に計測する方法を開発することが、重要である。
σは光学系の有効な大きさを表すコヒーレンス・ファクタであって、露光フィールド内のσバラツキとは、一回の露光ショットの露光領域内の各地点でのσの変動を意味する。σは像のコントラストを支配するパラメータであるから、σの露光フィールド内の変動は露光フィールド内の露光性能の変動を意味する。
【０００５】
σバラツキは転写パターンの寸法バラツキに大きく影響するので、従来は、実効σが大きいほど、孤立ラインの寸法が細る傾向を利用して、図９に示すように、孤立ラインをフォトレジスト膜上に転写し、フィールドポジション間の孤立ライン寸法バラツキから実効σバラツキを定性的に予測していた。
即ち、従来のσバラツキ評価方法では、例えば図９（ａ）に示すように、格子の各交点にパターン３２として孤立ラインを配置したσバラツキ評価レチクル３０を使用し、図９（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜上に孤立ライン３４を転写し、転写された孤立ライン３４の寸法をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）で計測し、フィールドポジション間の孤立ライン寸法バラツキから実効σバラツキを定性的に予測している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した、従来の実効σのバラツキの算出方法には、以下のような問題があった。
第１の問題は、実効σのバラツキの評価精度が非常に悪いことである。
第２の問題は、実効σのバラツキの定量的な評価が不可能なことである。
第３の問題は、ＳＥＭによる測長が必要なため、多大な時間を要することである。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、露光フィールド内のσバラツキを正確かつ簡便に測定する実効σ計測用レチクル及び実効σのバラツキの算出方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る実効σ計測用レチクルは、実効σ評価パターンとして所定の配列で配置された複数個の目盛りパターンを有する実効σ計測用レチクル本体と、目盛りパターンに対応して目盛りパターンと同じ数のピンホールを有する遮光膜とを備え、露光装置の露光フィールド内の実効σを計測して実効σのバラツキを算出する際に使用する、実効σ計測用レチクルであって、
遮光膜は、実効σ計測用レチクル本体から離隔し、かつピンホールが実効σ計測用レチクル本体の対応する目盛りパターンの起点下に位置するように、配置され、
実効σ計測用レチクル本体に設けた目盛りパターンは、σ値ｘの点光源と遮光膜の対応するピンホールとを結ぶ直線が目盛りパターンを交差するときの交差位置の目盛りがｘになるように、目盛られていることを特徴としている。
【０００９】
目盛りパターンの起点（目盛り０）の真下の位置で、遮光膜に設けられた直径数１０μｍ程度のピンホールは、実効σ計測用レチクルに対して特定の角度から放射された光線のみを選択してウエハ面へ伝達する役割を果たす。
目盛りパターンは、実効σ評価パターンとして設けられ、σ値ｘの点光源と遮光膜の対応するピンホールとを結ぶ直線が目盛りパターンを交差するときの交差位置の目盛りがｘになるように、目盛られているので、ウエハ上に転写された目盛りの値をσ値することができる。
目盛りパターンの線幅は数μｍから１０μｍ程度であり、露光波長に比べて十分大きいため、回折の影響は無視できるので、パターン転写を幾何光学的に扱うことができ、また、実効σ計測用レチクル上で、目盛りパターンを直径２ｍｍ程度にすることにより、ウエハ上の転写パターンも光学顕微鏡で十分に観察できる大きさになる。
【００１０】
本発明に係る実効σ計測用レチクルを使って、容易にかつ正確に実効σを計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを算出することができるので、照明光学系の収差に起因する、フィールドポジション毎の実効σバラツキを正確かつ簡便に計測でき、その結果に基づき照明光学系の高精度の収差調整を効率的に行うことができる。
本発明に係る実効σ計測用レチクルは、照明光学系の収差に起因する露光フィールド内σバラツキだけではなく、いわゆる照明テレセンつまり有効照明点光源の軸ずれも簡便かつ高精度に計測することができる。
【００１１】
σ値がｘの点光源から照射された照明光が遮光膜のピンホールを通過する際、実効σ計測用レチクル本体を交差する位置の目盛りがｘであるような目盛りパターンである限り、目盛りパターンの形状には制約はない。例えば、目盛りパターンは、起点を中心にして放射状に延びる複数本の直線で形成されている。
また、目盛りパターンには、起点を０とし、０から１までの目盛り、又は０から最大のσ値までの目盛りが目盛られている。
【００１２】
本発明に係る実効σのバラツキの算出方法は、上述の実効σ計測用レチクルを使って、露光装置の露光フィールド内の実効σのバラツキを算出する方法であって、
露光装置のレチクル保持台に実効σ計測用レチクルを設置し、次いでウエハ上に成膜したフォトレジスト膜上に目盛りパターンを転写する工程と、
ウエハ上に転写された目盛りパターンの最大目盛りを読み取り、読み取った目盛りを露光フィールド内の目盛りパターン転写位置での実効σとする工程と、
露光フィールド内の各目盛りパターン転写位置の実効σから実効σのバラツキを算出する工程と
を有することを特徴としている。
【００１３】
本発明方法は、露光装置の露光フィールド内の所定配置の地点で実効σを正確かつ簡便に計測し、計測した実効σ値に基づいて、実効σのバラツキを算出する方法を実現している。
これにより、照明光学系の収差に起因する、フィールドポジション毎の実効σバラツキを正確かつ簡便に計測でき、その結果に基づき照明光学系の高精度の収差調整を効率的に行うことができる。よって、露光フィールド内のパターン寸法バラツキを格段に低減させることができ、良品率を大きく向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例
本実施形態例は本発明に係る実効σ計測用レチクルの実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の実効σ計測用レチクルの裏面図、図２は本実施形態例の実効σ計測用レチクルを構成する実効σ計測用レチクル本体の平面図、図３は実効σ計測用レチクル本体に設けた実効σ評価パターンのパターン図、図４は図３の″Ａ″の拡大図であって、実効σ評価パターンの目盛り０．５から０．６の間の拡大図、及び図５は実効σ計測用レチクル本体と遮光膜とを組み合わせた実施形態例の実効σ計測用レチクルの断面図である。
本実施形態例の実効σ計測用レチクル１０は、図１に示すように、実効σ計測用レチクル本体１２と、実効σ計測用レチクル本体１２の下方に設けられ、ピンホール１４を有する遮光膜１６とから構成されている。
【００１５】
実効σ計測用レチクル本体１２は、図２に示すように、所定の配列で設けられた各フィールドポジションに、それぞれ、実効σ評価パターン１８を有する。本実施形態例では、１３個の実効σ評価パターン１８は、間隔Ｐが１１０ｍｍの格子の交点と格子中心に配置されている。
各実効σ評価パターン１８は、図３に示すように、パターン中心２０から１６本の直線状パターン２２が等角度間隔で放射状に外方に延びるパターンになっている。
各直線状パターン２２には、パターン中心の目盛りを０とし、０から１までの目盛り、又は０から最大σまでの目盛りが目盛られている目盛りパターンとなっている。例えば、０．５から０．６までの目盛りは、図４に示すように、各直線状パターン２０上に目盛られている。
【００１６】
遮光膜１６には、図１に示すように、実効σ計測用レチクル本体１２の実効σ評価パターン１８と同じ配置で、同じ数の直径数１０μｍのピンホール１４が設けられている。
そして、遮光膜１６は、図５に示すように、実効σ計測用レチクル本体１２の下方に、１０ｍｍ離隔し、実効σ計測用レチクル本体１２のパターン中心（目盛り０）の真下の位置にピンホール１４が位置するように配置されている。
【００１７】
図５に示すように、σ＝ｘに相当する点光源（図示せず）から放射された照明光がピンホール１４を通過する際、実効σ計測用レチクル本体１２の目盛りパターン２２と交差する位置の目盛りがｘになるように、目盛りパターン２２の目盛りが目盛られている。図５は、ｘ＝０．５として図示している。
つまり、σ＝ｘに相当する点光源から放射された照明光がピンホール１４に投射する際にパターン目盛りｘで交差するので、パターン目盛りｘは、その目盛りｘに等しいσ（＝ｘ）に相当する一つの点光源から放射される照射光のみに対応する。
例えば、投影レンズの開口数（ＮＡ）＝０．６５、縮小倍率１／５とすると、σ＝０．８に相当する点光源から放射された照明光が光軸となす角θの正弦は、ｓｉｎθ＝  ０．６５×１／５×０．８＝０. １０  である。よって、実効σ計測用レチクル本体１２と遮光膜１６のピンホール１４の間の距離が１０ｍｍならば、目盛り０．８はパターン中心から１０×ｔａｎθ＝１. ０ｍｍのところに刻印されることになる。
【００１８】
上述のように、パターン中心を目盛り０とし、放射方向に０から１まで、又は０から最大σまでの目盛りが目盛りパターン２２には設けられている。目盛りパターン２２を構成するパターンの線幅は数μｍから１０μｍ程度であり、露光波長に比べて十分に大きいので、回折の影響は無視でき、パターン転写を幾何光学的に扱うことができる。
【００１９】
パターン中心（目盛り０）の真下の位置で、遮光膜１６に設けられた直径数１０μｍ程度のピンホール１４は、実効σ計測用レチクル本体１２に対して特定の角度から放射された光線のみを選択してウエハ面へ伝達する役割を果たす。
図３に示すような実効σ評価パターン１８を、図１及び図２に示すように、露光フィールド内に多数配置した実効σ計測用レチクル本体１２と遮光膜１６とからなる実効σ計測用レチクル１０を使うことにより、露光フィールド内の実効σを容易にかつ正確に計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを算出することができる。
これにより、照明光学系の収差に起因する、フィールドポジション毎の実効σバラツキを正確かつ簡便に計測して、その結果に基づき照明光学系の高精度の収差調整を効率的に行うことができる。
【００２０】
実効σの計測方法の実施形態例
本実施形態例は、上述の実効σ計測用レチクル１０を使って本発明に係る実効σのバラツキを算出する方法を実施する実施形態の一例であって、図６及び図７は、それぞれ、は本実施形態例の方法の原理を説明する模式図である。
図５に示すように、σ＝ｘに相当する点光源から放射された照明光がピンホール１４に投射する際にパターン目盛りｘで交差するので、パターン目盛りｘは、その目盛りｘに等しいσ（＝ｘ）に相当する一つの点光源から放射される照射光のみに対応する。
【００２１】
ここで、図６を参照して、実効σ計測用レチクル１０の目盛り０（パターン中心）について考えてみる。
パターン中心２０は、様々なσに相当する点光源によって様々な角度から照明されるものの、照明光のうち、ピンホール１４を通過し、ウエハ面上に到達する照明光は、図６に示すように、軸平行な（垂直入射）光線、つまりσ＝  ０に相当する光軸上の点光源からの照明光のみである。
そして、その他の点光源から放射された照明光、例えばσ＝０．５に相当する点光源から放射された照明光、σ＝０．８に相当する点光源から放射された照明光はピンホール１４を通過しない。
【００２２】
また、図７を参照して、例えばパターン目盛り０．９について考える。
σ＝０、σ＝０．５、更にはσ＝０．８に相当する点光源から放射された照明光は、図５に示すように、遮光膜１６のピンホール１４を通過しない。
目盛り０．９からピンホール１４を通過できる程、斜入射角の大きな点光源が存在しない場合、目盛り０．９はウエハには転写されない。よって、ウエハ上のフォトレジスト膜に転写された最大目盛りは、実効σレチクル本体１２に対する実際の最大斜入射角のパターン目盛り、つまり実効σに相当するので、ウエハ上のフォトレジスト膜に転写された最大目盛りを読み取ることにより、その地点の実効σを計測することができる。
つまり、ウエハ上にパターン目盛りとして転写された最大目盛りは、そのフィールドポジションにおける最大斜入射角を有する点光源を示すことになるから、そのフィールドポジションにおける実効σを正確に計測できる。
【００２３】
以上の実効σの計測原理に基づいて、本実施形態例では、先ず、実効σ計測用レチクル本体１２と実効σ計測用レチクル本体１２の下方で所定の位置に配置された遮光膜１６とからなる実効σ計測用レチクル１０を露光装置のレチクル保持台に設置する。
次いで、ウエハ上に成膜したフォトレジスト膜上に実効σ計測用レチクル１０の実効σ評価パターン１８、つまり目盛りパターン２２を転写する。
次いで、ウエハのフォトレジスト膜上に転写された目盛りパターン２２の最大目盛りを読み取り、読み取った目盛りを露光フィールド内の目盛りパターン転写位置での実効σとする。
そして、露光フィールド内の各目盛りパターン転写位置の実効σを読み取り、読み取った実効σから実効σのバラツキを算出する。
【００２４】
以上のように、実効σ計測用レチクル本体１２と遮光膜１６とからなる実効σ計測用レチクル１０を使って、容易にかつ正確に実効σを計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを正確に算出することができる。
これにより、照明光学系の収差に起因する、フィールドポジション毎の実効σバラツキを正確かつ簡便に計測できるので、その結果に基づき照明光学系の高精度の収差調整を効率的に行うことができる。よって、露光フィールド内のパターン寸法バラツキを格段に低減させることができ、良品率を大きく向上させることができる。
【００２５】
本発明は、照明光学系の収差に起因する露光フィールド内σバラツキだけではなく、いわゆる照明テレセンつまり有効照明点光源の軸ずれも簡便かつ高精度に計測することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明に係る実効σ計測用レチクルを使って、容易にかつ正確に実効σを計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを算出することができるので、照明光学系の収差に起因する、フィールドポジション毎の実効σバラツキを正確かつ簡便に計測でき、その結果に基づき照明光学系の高精度の収差調整を効率的に行うことができる。
本発明に係る実効σ計測用レチクルは、照明光学系の収差に起因する露光フィールド内σバラツキだけではなく、いわゆる照明テレセンつまり有効照明点光源の軸ずれも簡便かつ高精度に計測することができる。
また、本発明方法は、本発明に係る実効σ計測用レチクルを使って、容易にかつ正確に実効σを計測し、実効σ計測値に基づいて実効σのバラツキを算出する方法を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の実効σ計測用レチクルの裏面図である。
【図２】本実施形態例の実効σ計測用レチクルを構成する実効σ計測用レチクル本体の平面図である。
【図３】実効σ計測用レチクル本体に設けた実効σ評価パターンのパターン図である。
【図４】図３の区画″Ａ″の拡大図であって、実効σ評価パターンの０．５から０．６の間の拡大図である。
【図５】実効σ計測用レチクル本体と遮光膜とを組み合わせた実施形態例の実効σ計測用レチクルの断面図である。
【図６】実施形態例の方法の原理を説明する模式図である。
【図７】実施形態例の方法の原理を説明する別の模式図である。
【図８】露光装置の構成を示す図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の実効σ計測用レチクルの構成を示す平面図、及び転写パターンの平面図である。
【符号の説明】
１０  実施形態例の実効σ計測用レチクル
１２  実効σ計測用レチクル本体
１４  ピンホール
１６  遮光膜
１８  実効σ評価パターン
２０  パターン中心
２２  直線状パターン
３０  従来のσバラツキ評価レチクル
３２  パターン
３４  フォトレジスト膜に転写された孤立ライン３４
【図１】
0004439690.tif 000002
【図２】
0004439690.tif 000003
【図３】
0004439690.tif 000004
【図４】
0004439690.tif 000005
【図５】
0004439690.tif 000006
【図６】
0004439690.tif 000007
【図７】
0004439690.tif 000008
【図８】
0004439690.tif 000009
【図９】
0004439690.tif 000010