(57)【要約】【課題】反射率測定パターンにより反射した光強度を検出する。【解決手段】光反射型マスク１００は、基板１０１上に設けられ、かつ光を反射する反射層１０２と、反射層１０２上に設けられ、かつ光を吸収する吸収層１０５と、吸収層１０５の第１の領域に形成されたデバイスパターンと、吸収層１０５の第２の領域に形成された反射率測定パターンとを含む。そして、反射率測定パターンは、回折格子である。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けられ、かつ光を反射する反射層と、
前記反射層上に設けられ、かつ光を吸収する吸収層と、
前記吸収層の第１の領域に形成されたデバイスパターンと、
前記吸収層の第２の領域に形成された反射率測定パターンと、
を具備し、
前記反射率測定パターンは、回折格子であることを特徴とする光反射型マスク。
【請求項２】
露光光を放射する光源と、
反射率測定パターンを有する光反射型マスクを保持する保持機構と、
前記露光光が照射された前記反射率測定パターンにて反射される光の強度を検出する光センサと、
を具備することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
デバイスパターン及び反射率測定パターンを有する光反射型マスクを配置する工程と、
前記反射率測定パターンに光を照射する工程と、
前記反射率測定パターンにて反射された光の強度を検出する工程と、
を具備することを特徴とする測定方法。
【請求項４】
前記光の強度を検出する工程は、前記デバイスパターンを用いた露光工程内で行われることを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
【請求項５】
デバイスパターン及び反射率測定パターンを有する光反射型マスクを配置する工程と、
レジストが塗布されたウェハを配置する工程と、
前記デバイスパターンにて反射される露光光の光路外に光センサを配置する工程と、
前記光反射型マスクに露光光を照射する工程と、
前記ウェハに前記デバイスパターンを転写する工程と、
前記反射率測定パターンにて反射された光の強度を前記光センサにより検出する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＵＶ（extreme ultra-violet：極端紫外線）光によるリソグラフィに使用される光反射型マスク、露光装置、及び測定方法に関する。さらに、光反射型マスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
波長が１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ光を用いたリソグラフィにおいては、露光光を反射することでパターンを転写できる光反射型マスクが使用される。この光反射型マスクは、例えば、ガラス基板上に、光を反射する反射層、シリコン（Ｓｉ）などからなるキャップ層、光を吸収する吸収層が順に積層されて構成される。そして、吸収層が部分的にエッチングされてパターンが形成される。
【０００３】
このように構成された光反射型マスクでは、露光を繰り返すと、露出したキャップ層の表面が酸化若しくは溶食され、又は、キャップ層表面への付着物等の影響により、反射率が低下する。これにより、ウェハ上にパターンを転写する際に、像コントラストの劣化を招いてしまう。
【０００４】
特許文献１には、露光装置内に配置されるミラー等の光学素子について、その劣化を計測する技術が開示されている。しかし、光反射型マスクの劣化については、一般的にマスク上に形成されたパターンは一様でないため、その特性及び変化を測定することは困難である。
【特許文献１】特開２００４−６１１７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、反射率測定パターンにより反射した光強度を検出することで、反射率劣化度合を測定することが可能な光反射型マスク、露光装置、及び測定方法を提供する。さらに、この光反射型マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一視点に係る光反射型マスクは、基板上に設けられ、かつ光を反射する反射層と、前記反射層上に設けられ、かつ光を吸収する吸収層と、前記吸収層の第１の領域に形成されたデバイスパターンと、前記吸収層の第２の領域に形成された反射率測定パターンとを具備する。前記反射率測定パターンは、回折格子である。
【０００７】
本発明の一視点に係る露光装置は、露光光を放射する光源と、反射率測定パターンを有する光反射型マスクを保持する保持機構と、前記露光光が照射された前記反射率測定パターンにて反射される光の強度を検出する光センサとを具備する。
【０００８】
本発明の一視点に係る測定方法は、デバイスパターン及び反射率測定パターンを有する光反射型マスクを配置する工程と、前記反射率測定パターンに光を照射する工程と、前記反射率測定パターンにて反射された光の強度を検出する工程とを具備する。
【０００９】
本発明の一視点に係る半導体装置の製造方法は、デバイスパターン及び反射率測定パターンを有する光反射型マスクを配置する工程と、レジストが塗布されたウェハを配置する工程と、前記デバイスパターンにて反射される露光光の光路外に光センサを配置する工程と、前記光反射型マスクに露光光を照射する工程と、前記ウェハに前記デバイスパターンを転写する工程と、前記反射率測定パターンにて反射された光の強度を前記光センサにより検出する工程とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射率測定パターンにより反射した光強度を検出することで、反射率劣化度合を測定することが可能な光反射型マスク、露光装置、及び測定方法を提供することができる。さらに、この光反射型マスクを用いた半導体装置の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】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光反射型マスク１００に用いられるブランク基板の構造を示す断面図である。
【００１３】
熱膨張係数が極めて小さいガラス基板１０１の上面には、光を反射するための反射層１０２が設けられている。この反射層１０２は、モリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）からなる積層膜を４０層程度スパッタリングにより成膜して形成される。反射層１０２上には、反射層１０２の上面を保護するために、例えばシリコン（Ｓｉ）からなるキャップ層１０３が設けられている。
【００１４】
キャップ層１０３上には、例えばクロム（Ｃｒ）からなるバッファー層１０４が設けられている。バッファー層１０４上には、ＥＵＶ光を吸収するために、例えば窒化タンタル（ＴａＮ）からなる吸収層１０５が設けられている。吸収層１０５上には、波長２５０ｎｍ近傍の検査光を吸収するために、例えば酸化タンタル（ＴａＯ）からなる吸収層１０６が設けられている。また、ガラス基板１０１の底面には、ＥＵＶ露光時に静電チャックを行えるようにするために、例えば窒化クロム（ＣｒＮ）からなる導電層１０７が設けられている。
【００１５】
次に、ブランク基板に所望のパターンが形成された光反射型マスクの製造方法について説明する。  
まず、図１に示したブランク基板を準備する。続いて、図２に示すように、ブランク基板上（すなわち、吸収層１０６上）に、感光性樹脂（レジスト）１０８を塗布し、このレジスト１０８に電子ビームを用いて所望のパターンを描画する。続いて、露光後の熱処理工程であるＰＥＢ（post exposure bake）工程、及び現像工程を経て、ブランク基板上にレジストパターンを形成する。
【００１６】
続いて、図３に示すように、レジストパターンをマスクとして、例えばプラズマプロセスにより、吸収層１０５、１０６を選択的にエッチングする。その後、レジストパターンを除去する。続いて、図４に示すように、吸収層１０５、１０６をマスクとして、例えばプラズマプロセスにより、バッファー層１０４を選択的にエッチングする。この工程により、光反射面（キャップ層１０３）が露出され、光反射型マスク１００が完成する。
【００１７】
ところで、本実施形態の光反射型マスク１００は、図５に示すように、デバイス情報を持ったデバイスパターンが形成されるデバイスパターン領域１００Ａと、光反射型マスク１００の反射率を測定するための反射率測定パターンが形成される反射率測定パターン領域１００Ｂとを備えている。反射率測定パターンとしては、回折格子が用いられる。本実施形態では、図５に示すように、回折格子として、ラインアンドスペースパターンを用いている。回折格子の他の例としては、市松パターンが挙げられる。反射率測定パターン領域１００Ｂはデバイスパターン領域１００Ａに隣接して設けられており、リソグラフィ工程を行う際に、反射率測定パターン領域１００Ｂには、露光光がデバイスパターン領域１００Ａと同程度照射される。
【００１８】
次に、露光装置２００の構成について説明する。図６は、露光装置２００の構成を示す概略図である。露光装置２００は、ＥＵＶ光源２０１、照明光学系２０２、光反射型マスク１００を保持するマスクホルダ（マスク保持機構）２０３、結像光学系２０４、及びウェハ２０６を保持するウェハステージ（ウェハ保持機構）２０５を備えている。
【００１９】
ＥＵＶ光源２０１は、露光光（ＥＵＶ光）を供給する。照明光学系２０２は、ＥＵＶ光源２０１から放射された露光光を整形し、光反射型マスク１００を照明する。マスクホルダ２０３は、例えば、静電チャックから構成され、光反射型マスク１００を固定する。結像光学系２０４は、光反射型マスク１００に反射された露光光を、ウェハ２０６上に縮小投影する。
【００２０】
また、本実施形態の露光装置２００は、反射率測定パターン領域１００Ｂからの反射光（回折光）のうち、ウェハ２０６に照射されない高次回折光を検出する光センサ３０１を備えている。具体的には、ウェハ２０６に照射される回折光を０次とすると、光センサ３０１は、１次以上の高次回折光を検出する。換言すると、光センサ３０１は、０次回折光より回折角が大きい回折光を検出する。光センサ３０１は、光反射型マスク１００よりもウェハ２０６側に配置され、さらに、露光光（０次回折光）の光路外で１次以上の高次回折光が入射される場所に配置される。
【００２１】
次に、光反射型マスク１００を用いたリソグラフィ方法について説明する。図７は、リソグラフィ方法を示すフローチャートである。
【００２２】
まず、光反射型マスク１００、及びレジストが塗布されたウェハ２０６を準備する（ステップＳ１００）。すなわち、露光装置２００内のマスクホルダ２０３に光反射型マスク１００を固定し、またウェハステージ２０５にウェハ２０６を載置する。続いて、露光光の光路外で反射率測定パターン領域１００Ｂにて反射された高次回折光が入射される場所に、光センサ３０１を配置する（ステップＳ１０１）。
【００２３】
続いて、ＥＵＶ光源２０１、照明光学系２０２及び結像光学系２０４を用いて、ウェハ２０６に、デバイスパターン領域１００Ａに形成されたデバイスパターンを露光する（ステップＳ１０２）。この時、反射率測定パターン領域１００ＢにもＥＵＶ光源２０１からのＥＵＶ光が照射される。
【００２４】
具体的には、図６に示すように、ＥＵＶ光源２０１から放射された露光光は、照明光学系２０２を通り、静電チャックなどで構成されるマスクホルダ２０３に固定された光反射型マスク１００に到達する。光反射型マスク１００によって反射された露光光は、光反射型マスク１００のパターン情報を持って結像光学系２０４を通り、ウェハステージ２０５に固定されたウェハ２０６に照射される。これにより、ウェハ２０６のレジストには、光反射型マスク１００のパターン情報が転写される。
【００２５】
ここで、図８に示すように、反射率測定パターン領域１００Ｂには、デバイスパターン領域１００Ａと同程度の露光光３０２が照明光学系２０２から照射される。ウェハ２０６の露光中において、デバイスパターン領域１００Ａにて反射された反射光（０次回折光３０３、及び高次回折光３０４）のうち高次回折光３０４は、光センサ３０１に入射される。光センサ３０１に入射された高次回折光３０４は、光センサ３０１によってその強度が検出される（ステップＳ１０２）。この得られた光強度を計測することで、光反射型マスク１００の反射率変化を露光中でのその場観察が可能となる。その後、ウェハ２０６が現像され（ステップＳ１０３）、ウェハ２０６にはデバイス情報を持ったレジストパターンが形成される。
【００２６】
以上詳述したように本実施形態では、光反射型マスク１００は、デバイス情報を持ったパターンが形成されるデバイスパターン領域１００Ａと、マスクの反射率劣化度合いを測定するための反射率測定パターンが形成される反射率測定パターン領域１００Ｂとを備えている。これにより、反射率測定パターン領域１００Ｂからの回折光強度を検出することで、光反射型マスク１００の反射率劣化度合を測定することができる。
【００２７】
また、ウェハ２０６に照射される露光光の光路外に、光反射型マスク１００によって反射された回折光のうち高次回折光を検出する光センサ３０１を配置するようにしている。これにより、露光中において、高次の回折角を持った光の強度を検出することができるため、ウェハ露光には影響を与えずに、結像光学系２０４の入射光強度変化を測定することが可能となる。
【００２８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、光反射型マスク１００に入射する直前の露光光を受ける光センサ４０１を新たに設ける。そして、この光センサ４０１によって、光反射型マスク１００に入射する直前の露光光の光強度を検出するようにしている。
【００２９】
図９は、本発明の第２の実施形態に係る露光装置２００の主要部の構成を示す概略図である。露光装置２００は、照明光学系２０２からの露光光３０２（すなわち、光反射型マスク１００に入射する直前の露光光３０２）の光強度を検出する光センサ４０１を備えている。この光センサ４０１は、光反射型マスク１００に入射する直前の露光光を受けるように配置される。具体的には、この光センサ４０１は、照明光学系２０２からの露光光３０２が通過するアパーチャを有する保持機構４０２に固定される。また、第１の実施形態と同様に、光センサ３０１は、光反射型マスク１００よりもウェハ側に配置され、さらに、０次回折光３０３の光路外に配置される。
【００３０】
この状態でウェハ露光を行うと、光センサ４０１は、光反射型マスク１００に入射する露光光３０２と同強度の光強度を検出することが可能となる。また、光センサ３０１は、第１の実施形態と同様に、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂによって反射された高次回折光３０４の光強度を検出することが可能である。従って、光センサ４０１及び光センサ３０１によって得られた２種類の光強度を用いて、光反射型マスク１００単体での反射係数の変化を測定することが可能となる。
【００３１】
以上詳述したように本実施形態によれば、光反射型マスク１００に入射する光の強度と、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂによって反射された光の強度とを、ウェハ露光中に検出することが可能となる。
【００３２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに直接ＥＵＶ光を照射し、これの反射光を光センサ３０１で検出するようにしている。
【００３３】
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る露光装置２００の主要部の構成を示す概略図である。露光装置２００は、露光光を供給するＥＵＶ光源２０１とは別に、新たにＥＵＶ光を供給するＥＵＶ光源５０１を備えている。ＥＵＶ光源５０１は、照明光学系２０２からの露光光３０２の光路外に配置される。また、光センサ３０１は、光反射型マスク１００よりもウェハ側に配置され、さらに、０次回折光３０３の光路外に配置される。
【００３４】
ウェハ露光中において、ＥＵＶ光源５０１から放射されたＥＵＶ光５０２は、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに照射される。反射率測定パターン領域１００Ｂによって反射された０次回折光５０３は、光センサ３０１によってその強度が検出される。この得られた光強度を計測することで、光反射型マスク１００の反射率変化を露光中でのその場観察が可能となる。
【００３５】
なお、露光装置２００内に新たなＥＵＶ光源５０１を設けずに、露光光を供給するＥＵＶ光源２０１から放射されたＥＵＶ光を光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに直接照射するようにしてもよい。図１１は、露光装置２００の他の構成を示す概略図である。
【００３６】
露光装置２００は、ＥＵＶ光源２０１から放射されたＥＵＶ光を光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに直接照射するために必要なミラー５０５、５０６を備えている。ミラー５０５は、ＥＵＶ光源２０１からのＥＵＶ光が通過するアパーチャを有する保持機構５０４に固定される。
【００３７】
ミラー５０６によって反射されたＥＵＶ光５０２は、露光光とは別に、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに照射される。光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂによって反射された０次回折光５０３は、光センサ３０１によってその強度が検出される。この得られた光強度を計測することで、光反射型マスク１００の反射率変化を露光中でのその場観察が可能となる。
【００３８】
また、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに直接照射する光として、ＥＵＶ光に換えて、このＥＵＶ光より波長が長い光を用いるようにしてもよい。ＥＵＶ光より長い波長としては、マスク上でコントラストが得られ、かつ極力レジストを感光させない波長を選択する。本実施形態では、ＥＵＶ光より波長が長い光としては、吸収層１０５と反射層１０２とのコントラストがよいクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ光が挙げられる。
【００３９】
この場合の露光装置２００の構成は、図１０と同じである。ウェハ露光中において、光源５０１は、ＫｒＦエキシマレーザ光５０２を放射する。ＥＵＶ光源５０１から放射されたＫｒＦエキシマレーザ光５０２は、光反射型マスク１００の反射率測定パターン領域１００Ｂに照射される。反射率測定パターン領域１００Ｂによって反射された０次回折光５０３は、光センサ３０１によってその強度が検出される。この得られた光強度を計測することで、ＫｒＦエキシマレーザ光５０２の波長に対する光反射型マスク１００の反射係数を測定することができる。
【００４０】
また、マスク材質の反射率と、ＫｒＦエキシマレーザ光５０２及び露光光３０２の波長との関係を示すデータベースを取得する。そして、上記得られた反射係数を、上記データベースと比較することで、露光光波長に対する反射率変化を測定することが可能となる。
【００４１】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で、構成要素を変形して具体化できる。また、実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を構成することができる。例えば、実施形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光反射型マスク１００に用いられるブランク基板の構造を示す断面図。
【図２】光反射型マスク１００の製造工程を示す断面図。
【図３】図２に続く光反射型マスク１００の製造工程を示す断面図。
【図４】図３に続く光反射型マスク１００の製造工程を示す断面図。
【図５】光反射型マスク１００の構成を示す断面図。
【図６】第１の実施形態に係る露光装置２００の構成を示す概略図。
【図７】リソグラフィ方法を示すフローチャート。
【図８】光センサ３０１による高次回折光を検出する様子を説明する概略図。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る露光装置２００の主要部の構成を示す概略図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る露光装置２００の主要部の構成を示す概略図。
【図１１】第３の実施形態に係る露光装置２００の他の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００４３】
１００…光反射型マスク、１００Ａ…デバイスパターン領域、１００Ｂ…反射率測定パターン領域、１０１…ガラス基板、１０２…反射層、１０３…キャップ層、１０４…バッファー層、１０５…吸収層、１０５，１０６…吸収層、１０７…導電層、１０８…レジスト、２００…露光装置、２０１…ＥＵＶ光源、２０２…照明光学系、２０３…マスクホルダ、２０４…結像光学系、２０５…ウェハステージ、２０６…ウェハ、３０１…光センサ、４０１…光センサ、４０２…保持機構、５０１…ＥＵＶ光源、５０４…保持機構、５０５，５０６…ミラー。
【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】
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【図１１】
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