(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を反射手段で反射させて所定の角度で反射型マスクに入射し、その反射型マスク上のパターンをウエハ上へ転写する露光方法において、
前記ＥＵＶ光の出射方向と計測光の出射方向とを一致させておき、前記反射手段に設置した計測光用のミラーによって前記計測光を反射してセンサにて検出することで、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクに対する入射角度の変化を検出し、その検出した前記入射角度の変化量に基づき前記ＥＵＶ光の反射照明系瞳の位置を変化させることにより、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクに対する入射角度を修正して露光を行う
ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記入射角度の変化を検出するにあたり、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクへの入射方向と整合のとれた可視光を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】
前記入射角度の変化を随時検出して前記入射角度の修正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】
前記入射角度の変化を定期的に検出して前記入射角度の修正を行う
ことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項５】
ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を出射するＥＵＶ光源と、
前記ＥＵＶ光源から出射されたＥＵＶ光を反射手段で反射させて所定の角度で反射型マスクに照射する反射照明手段と、
前記ＥＵＶ光と出射方向が一致する計測光を前記反射照明手段の反射手段に設置された計測光用のミラーによって反射させセンサにて検出することで、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクに対する入射角度の変化を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段によって検出された入射角度の変化に基づき前記反射照明手段の照明系瞳の位置を変化させることにより、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクに対する入射角度を修正する角度修正手段と
を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記角度修正手段は、前記反射照明手段の照明系瞳の位置を光軸進行方向に対して垂直な面内で平行移動することによって前記入射角度を修正する
ことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
前記角度検出手段は、前記入射角度の変化を検出するにあたり、前記ＥＵＶ光の前記反射型マスクへの照射方向と整合のとれた可視光を用いる
ことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項８】
前記角度検出手段は、前記入射角度の変化を随時検出する
ことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項９】
前記角度検出手段は、前記入射角度の変化を定期的に検出する
ことを特徴とする請求項５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、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を反射型マスクに照射し、その反射型マスク上の回路パターンを基板に転写する露光方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイス作製等におけるリソグラフィープロセスは、パターンの微細化とともに露光装置の光源波長の短波長化が進み、ｉ線(波長365nm)→KrFエキシマ(波長248nm)→ArFエキシマ(波長193nm)→F2(波長153nm)と推移してきた。原理的に解像力を上げるためには投影光学系の開口数（NA）増大と露光波長の短波長化によって達成される。一般的に最小線幅を表す露光装置の解像度は次式（１）で与えられる。
【０００３】
解像度＝K1・λ／NA  …（１）
ここでK1は使用するレジスト等のプロセスから決まる１以下の正の定数である。
【０００４】
また、さらなる微細化のために、今日においては波長5〜15nmの軟Ｘ線領域の光、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光を露光光とする露光装置の開発が行われている（例えば、特開２０００−９１２１６号公報参照）。
【０００５】
露光装置では、K1=0.8とした時、13.5nmのEUV光を露光波長として用いる場合、NA=0.25と仮定すると上記（１）式により解像度43nmが得られ、最小線幅50nmのデザインルールの加工が可能となる。このためＥＵＶ露光技術は次世代の露光装置の有力な候補として挙げられている。
【０００６】
ところで、ＥＵＶ光においては、存在するほとんどの物質は透過せず吸収してしまい、従来の光露光機のような屈折投影光学系を構成することが不可能である。このため反射投影光学系を用いた構成で開発が進められている。この場合、原版としてのマスクは反射型となり、マスクへの照明は斜入射照明となる。
【０００７】
このマスクへの入射角度は、マスク入射面における照明NA（以下、NAillと表記）により決まるが、これは所望の解像度から決まる反射投影光学系のウエハ面NAと投影倍率とから決まる。投影倍率は現行の光露光機を踏襲する形で４倍系、又は５倍系として開発が進んでおり、ＥＵＶ露光を適用する際の所望の解像度から決まるNA=0.2〜0.3のレベルにおいては、マスク面への入射角度は４°程度となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、前述のような斜入射照明にした場合、入射光線の射影ベクトルに対するパターンの方位（ＬＳＩパターンを走査方向に対して平行か垂直かで区分すると仮定）で、ウエハ上に転写するパターン線幅に方位による差が発生するために、ウエハ上の転写パターン線幅が均一となるように、レイアウト段階でマスク上のパターンの方位によりマスクパターン線幅に補正（VH線幅補正）を施すことが検討されている。
【０００９】
しかしながら、ＥＵＶ光源は非常に大がかりな設備を必要とするため、メカニカルにはいくつかの系に分割される。即ち、ＥＵＶ光源とその光をマスクに反射させる照明系とで別個の装置構成となり、ＥＵＶ光源から出射されるＥＵＶ光のマスクへの入射角度がずれやすい。この入射角度のずれにより、マスクに対して上記VH線幅補正をしてあっても方位によるパターン線幅の差が変動してしまい、正解な転写パターン寸法を維持できなくなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、ＥＵＶ光を反射手段で反射させて所定の角度で反射型マスクに入射し、その反射型マスク上のパターンをウエハ上へ転写する露光方法であり、ＥＵＶ光の出射方向と計測光の出射方向とを一致させておき、反射手段に設置した計測光用のミラーによって計測光を反射してセンサにて検出することで、ＥＵＶ光の反射型マスクに対する入射角度の変化を検出し、その検出した入射角度の変化量に基づきＥＵＶ光の反射照明系瞳の位置を変化させることにより、ＥＵＶ光の反射型マスクに対する入射角度を修正して露光を行う方法である。
【００１１】
また、ＥＵＶ光を出射するＥＵＶ光源と、ＥＵＶ光源から出射されたＥＵＶ光を反射手段で反射させて所定の角度で反射型マスクに照射する反射照明手段と、ＥＵＶ光と出射方向が一致する計測光を反射照明手段の反射手段に設置された計測光用のミラーによって反射させセンサにて検出することで、ＥＵＶ光の反射型マスクに対する入射角度の変化を検出する角度検出手段と、角度検出手段によって検出された入射角度の変化に基づき反射照明手段の照明系瞳の位置を変化させることにより、ＥＵＶ光の反射型マスクに対する入射角度を修正する角度修正手段とを備える露光装置でもある。
【００１２】
このような本発明では、ＥＵＶ光を反射型マスクに照射してその反射光による露光を行うにあたり、ＥＵＶ光の反射型マスクに対する入射角度の変化を検出し、入射角度の初期設定値からの変化量を修正して露光を行うことから、正確な入射角度でＥＵＶ光を反射型マスクへ入射することができ、マスク上のパターン方位による転写パターン線幅の変動を発生させずに正確な露光を行うことができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置を説明する概略構成図である。露光装置は大きく分けて光源系、照明系、投影系から構成されている。ここではアライメント系などは省略するものとする。
【００１４】
ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型マスク４に照明光を斜めから入射し、そのマスク面からの反射光を投影光学系６を介して感光物質を塗布したウエハ９に投影する（反射型投影系）。これにより反射型マスク４上の照明領域内のパターンがウエハ９に転写されるようになっている。
【００１５】
本実施形態の露光装置では反射型マスク４上の照明領域は弓型状に形成されるようになっており、反射型マスク４とウエハ９とを投影光学系６に対して相対走査することにより反射型マスク４上のパターンをウエハ９上に逐次転写する走査露光方式を取るものとする。
【００１６】
ここで、本実施形態における定義を図２に沿って説明する。反射型マスク４は図中Y方向に走査され、パターンがウエハに転写される。本実施形態における縦線、横線方位の定義は、走査方向と平行な方位を縦線（V line）、走査方向と垂直な方位を横線（H line）とする。なお、斜入射の角度は図２においてX軸回りの角度であると定義する。
【００１７】
ＥＵＶ光を用いる反射型マスクの構造を図３の模式斜視図に示す。基板として低膨張ガラスを用いており、反射面が例えば２種類の物質を交互に積層した多層膜となっている。ここでは例としてモリブデン（Mo）と珪素（Si）との多層膜を用いて波長13nmのEUV光入射に対して反射率約70%の反射膜が形成されているものを想定する。
【００１８】
この反射膜の上にEUV光を吸収する物質を一面に塗布し、パターンニングを行う。吸収膜ブランクスに多層膜のような反射物質をパターンニングすると失敗したときの修復が不可能であるのに対して、吸収膜を設けてパターンニングする方法だとやり直しが可能となるのでパターン修復が可能になる。
【００１９】
斜入射照明によるパターン線幅の縦横差を厳密にシミュレーションする場合には、図３に示すような吸収膜の段差の３次元構造を加味した電磁場シミュレーションが必要となるが、ここでは簡単のため、シミュレーションとして吸収層の厚みがゼロと仮定した２次元構造バイナリマスクに斜入射した場合で近似するものとする。
【００２０】
斜入射照明による転写線幅のVH（縦線・横線）差のシミュレーション結果を図４に示す。このシミュレーション結果は、露光波長＝13.5nm、NA＝0.25、σ＝0.70、マスク上入射角度＝４°（X軸回り）、投影倍率４倍、ウエハ上パターン＝50nmラインアンドスペースの縦線および横線で、縦横毎のウエハ上転写線幅を計算したものである。
【００２１】
図４に示すように、ベストフォーカスにおいて約5nmの線幅差があり、これを補正するために予めレイアウト段階でマスクパターン線幅を補正してマスクパターンをパターンニングする。これにより転写されたパターン線幅に縦横差が発生することを防ぐ。
【００２２】
次に、図５に同上の計算条件の下で入射角度を変えた場合を示す。マスクへの入射角度が変動した場合に、ウエハ上転写パターンに発生するVH差も変動する。マスクの方位毎パターン線幅補正量はあらかじめ決められた入射角度の元で成立するので、所定外の入射角度以外では結果としてウエハ転写パターンの線幅が方位によってばらつきを持つようになる。本実施形態では、このVH線幅ばらつきをゼロにする点に特徴がある。
【００２３】
図５より許容誤差としてベストフォーカスでのVH間CD差変動を±１nmと仮定すると、４°±０．５°程度に維持されていなければいけないことが見積もられる。従来技術ではこのような照明光入射角度の変動を含む公差は特に議論されていなかった。
【００２４】
さらに、マスク上のパターンの繰り返し周期性（ピッチ）、すなわち疎密性によっても転写パターン線幅は変化するが（以下OPE特性：Optical Proximity Effectと表記）、この疎密特性も照明光入射角度が変動すると変動してしまう。
【００２５】
マスクの疎密性毎パターン線幅補正はあらかじめ決められた入射角度の元で成立するので、結果としてウエハ転写パターンの線幅がパターンの疎密によってばらつきを持つようになる。このシミュレーション結果を図６（H lineのOPE特性）、図７（V lineのOPE特性）、図８（OPE特性V-H差分）に示す。計算条件は前述のものとする。
【００２６】
この結果より、４°±０．５°の範囲外の入射角度においてはVH差OPE特性が平行シフトするだけでなく、カーブ形状変動（即ち特性変動）も発生し得るので、許容外の入射角度に系が変動してしまった場合、予め４°の入射角度の条件下で疎密特性を補正してあるマスクを転写した場合、VH間線幅差がオフセットだけでなく、疎密によってもその差が変動することになる。本実施形態では、この線幅ばらつきをゼロにする点に特徴がある。
【００２７】
次に、ＥＵＶ光源について説明する。ＥＵＶ光源の一つの例としてはレーザプラズマ系が挙げられる。これは、例えばエキシマレーザ等の高出力レーザ光をノズルからジェット状に噴出して希ガスなどのＥＵＶ発生物質に集光照射し、この物質をプラズマ状態に励起させ、低ポテンシャル状態に遷移する際にＥＵＶ光を発生するものである。
【００２８】
図９の模式図に示すように、ＥＵＶ光は、高出力レーザ１１からＥＵＶ発生源１３に集光されたレーザ光によって発生する。そして、全方位に放射され、背面の放物面反射鏡１２により平行光に変換される。その後、反射型強度均一化素子２１、反射型のコンデンサミラー２３によりマスク上照明領域内において強度、NAillの均一な細長い弓型スリット状のビームとして照射される。
【００２９】
図１０は、露光装置の光学系における共役関係を抽出した模式図である。反射型マスク４上に斜めからＥＵＶ光を入射するには、具体的に平面ミラー５の角度を振るか、照明系の瞳面、具体的には反射型強度均一化素子２１（図９参照）の射出面（通常ここには光源形状を決定する絞り等が設置されている）を絞りと均一化素子を一体化して光軸進行方向に対して垂直な平面内で１次元的または２次元的にシフト駆動することにより実現される。
【００３０】
図１１は、照明系瞳面のシフトによる照射角度変化を説明する模式図である。このような照明系瞳面のシフトによりマスクへの入射角度を制御することは、ミラーチルトよりも制御が容易な上、良好な制御精度も得られるため、本実施形態ではこの方式を入射角度修正手段として採用している。また、この照明系瞳面シフトによるマスクへの入射角度変化量は光学設計上一意に決まるのでオープン制御で問題はない。
【００３１】
次に、ＥＵＶ光のマスクへの入射角度の変化検出について図１２の模式図に基づき説明する。図１２においてマスクへの入射を行う平面ミラー５（反射プリズム）は投影光学系に対して機械的に固定されている。この平面ミラー５の背面に可視光反射ミラー５１を設置しておく。一方、光源系には計測用光源５２および位置計測センサ５３を設置しておく。これにより、計測用光源５２から出射された計測光を可視光反射ミラー５１で反射させ、その反射光を位置計測センサ５３にて受けることで、ＥＵＶ光の出射角度ずれθを検出する。
【００３２】
なお、光源光源系に設置された計測光（例えばHe-Neレーザ）の出射方位は予めＥＵＶ光出射方向と一致するように調整しておく。位置計測センサ５３としては単純な２次元センサ、あるいは４分割センサでよい。
【００３３】
例えば、光源系全体の投影光学系に対する角度が初期設定に対してθ変動した場合を例とすると、計測光源〜反射ミラー〜計測面のスパンが2Lの場合、2Lθの位置ズレとして検出される。このようにして光源系と投影系の相対的な角度情報を常時もしくは一定時間間隔で計測する。
【００３４】
マスクへの入射角度が初期設定（本実施形態では４°）からずれると、先に説明したようにVH間の線幅差、OPE疎密特性が変動して、所望の均一寸法制御が達成できなくなる。よって、マスクへの入射角度が規格外に外れた場合は、そのずれた角度量を算出し、前述の如く照明系瞳面の位置シフトによりこのずれた角度を補正する。
【００３５】
露光方法のフローの例としては、ウエハ露光前に前述の角度計測系によるマスク入射角度計測を行っておき、VH間の線幅差許容変動量、OPE疎密特性許容変動量から予め求まっている入射角度の許容量を超えているか否かウエハ毎、あるいはショット毎に確認判断する。
【００３６】
そして、許容量を超えている場合、その角度ズレを補正するように照明系瞳面を光軸進行方向に垂直な面内で２次元平行駆動する。角度修正が終了したのが確認された後、露光動作を行う。
【００３７】
これにより、ＥＵＶ光の反射型マスクへの入射角度を正確に制御でき、パターン方位によるウエハ転写パターン線幅の差を発生させずに正確な露光を行うことができるようになる。
【００３８】
なお、これらの角度ずれ計測は常時計測できるので１ショットの走査露光中に動的に補正しても構わない。つまり、計測されたマスク面への入射角度情報に基づき、角度ズレが所定量を超えた場合に、ウエハ毎、ショット毎ないしは必要時任意に露光シーケンスの中でそれを照明瞳の位置を制御することにより補正する。
【００３９】
また、本実施形態では角度ズレはX軸回りの回転角度（基準角度は本例では４°）に限定して説明したが、Y軸回りの回転角度（基準角度は０°）に関しても同様にVH線幅差、OPE疎密特性のＶＨ差から許容角度ずれ量が求まる。これに関しても系間の相対角度ずれ計測系をさらにもう一系統追加して同様に運用すればよい。補正はやはり照明系瞳を光線進行方向に対して垂直な面内で２次元平行シフト駆動すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、ＥＵＶ光を反射型マスクに照射して露光を行うにあたり、反射型マスクへのＥＵＶ光の入射角度を正確に管理、制御することから、転写パターンの方位（垂直、水平間の）線幅差およびOPE特性変動を許容変動量内に収めることができ、ＥＵＶ光による高精度な露光を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る露光装置を説明する概略構成図である。
【図２】本実施形態における定義を説明する模式図である。
【図３】ＥＵＶ光を用いる反射型マスクの構造を説明する模式斜視図である。
【図４】パターン線幅のVH差を説明する図である。
【図５】斜入射照明による転写線幅のVH差のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】入射角度を変えた場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】パターンの疎密によるばらつきのシミュレーション結果（V lineのOPE特性）を示す図である。
【図８】パターンの疎密によるばらつきのシミュレーション結果（OPE特性V-H差分）を示す図である。
【図９】光源系および照明系を説明する模式図である。
【図１０】露光装置の光学系における共役関係を抽出した模式図である。
【図１１】照明系瞳面のシフトによる照射角度変化を説明する模式図である。
【図１２】ＥＵＶ光のマスクへの入射角度の変化検出を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…ＥＵＶ光源、２…ステージ、３…マスクホルダ、４…反射型マスク、５…平面ミラー、６…投影光学系、７…ウエハステージ、８…ウエハホルダ、９…ウエハ
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0004100038.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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