JP4418665B2 - 測定装置、並びに、それを利用した露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、光学部材の性能を測定する装置に係り、特に、マスク上のパターンを被露光体に転写する投影光学系などの波面を測定する測定装置、並びに、それを用いた露光装置に関する。本発明の測定装置は、例えば、測定光がシンクロトロンリング、アンジュレータなどの放射光である場合に好適なものである。

半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスク（レチクル）に形成されたパターンを被露光体に転写する投影型露光装置が使用されている。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを所定の倍率で正確に被露光体に転写することが要求され、このために結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年、半導体デバイスの一層の微細化の要求により、転写パターンは、光学系の収差に対して敏感になってきている。このため、高精度に投影光学系の波面収差を測定する需要が存在する。

図６に、従来のレンズ性能測定装置１００の光路を示す。図中、１０１は被検光学部材又は被検光学系であり、例えば、投影光学系である。１０２は被検レンズ１０１の物点面、１０３は像面である。１０９は集光レンズであり、その最終面は参照面で入射光の一部を反射する。１０８は測定光を折り曲げるミラーである。１０５、１０６、１０７は集光レンズ１０９とミラー１０８を搭載し、それぞれＸ、Ｙ及びＺ方向に移動するステージである。１１３は球面ミラーであり、球面ミラーの曲率中心は物体面１０２に略一致している。１１０、１１１、１１２は球面ミラー１１３を搭載し、それぞれＸ、Ｙ及びＺ方向に移動するステージである。１０４は干渉計本体である。干渉計本体内には、不図示のレーザー光源、レンズ、コリメータレンズ、ビームスプリッター、干渉計集光レンズ、カメラ等が設置されている。

以上の構成において、干渉計本体１０４から出射した平行光束は球面ミラー１０９の最終面、および球面ミラーで反射され干渉光として、干渉計本体に入射し、不図示のカメラに干渉縞を形成する。この得られた干渉縞から、被検光学部材１０１の波面収差を計測することができる。また、被検光学部材１０１の像面１０３の複数の位置を計測するには集光レンズ１０９を搭載したステージ１０５、１０６、１０７を所定に位置に移動し、球面ミラー１１３を搭載したステージ１１１、１１２、１１３をそれに応じた位置に移動すればよい。このような装置は、例えば特許文献１に開示されている。
特開平０９−０９８５８９号公報

紫外光を測定光として使用する従来の測定装置は、ミラーで容易に反射することが可能なため、像面１０３の複数の位置を容易に測定することができる。これに対して、半導体素子の微細化の要請から、紫外光よりも更に波長が短い波長１０〜１５ｎｍ程度の極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を用いた縮小投影露光装置の実用化が検討されている。ＥＵＶ光学系の干渉測定には高輝度のＥＵＶ光源、例えば、電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータ光源を使用することが考えられる。しかし、電子蓄積リングは内部を超高真空に維持する必要があるため、光学素子も超高真空中に設置する必要があり、図６に示すステージ１０５乃至１０７のような直交方向に自由に駆動することは困難になる。特に、光軸方向とは垂直な方向に測定光を変位させることは困難になる。この結果、像面の複数の位置、換言すれば、被検光学系の必要な領域を測定することが困難になる。

そこで、本発明は、アンジュレータ光源などを測定光の光源として使用する場合であっても被検光学系の必要な領域の光学性能（例えば、波面）を測定することが可能な測定装置、並びに、それを利用した露光装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての測定装置は、測定光を被検光学系に照射して当該被検光学系の光学性能を測定するための測定装置であって、前記被検光学系を収納し、前記被検光学系の光軸周りに回転可能な鏡筒と、前記測定光を前記鏡筒に導入し、前記被検光学系の光軸に対し垂直な方向に沿って移動可能な照明光学系と、前記鏡筒の回転角と前記照明光学系の移動量によって決定される極座標によって、前記被検光学系上の前記測定光の照明領域を制御する制御部と、前記鏡筒に固定され、前記被検光学系の光軸を中心とする被測定領域である円弧状のフィールドの中心位置を示すために前記光軸から等しい距離に配置された少なくとも２つのアライメントマークと、前記鏡筒の外部に固定されて前記アライメントマークを検出する検出部と、を有し、前記制御部は、前記検出部による検出結果から前記鏡筒の回転軸と前記被検光学系の光軸とのずれ量を求め、前記ずれ量に基づいて前記鏡筒の駆動を制御して、前記照明領域により前記フィールドを照射することで光学性能を測定することを特徴とする。前記測定光は、例えば、電子蓄積リングからの放射光、又は、電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータからの光である。

本発明の別の側面としての露光装置は、光束を用いてマスクに形成されたパターンを被露光体に露光する露光装置であって、前記パターンを前記被露光体に投影する投影光学系と、前記投影光学系の波面収差を干渉縞として検出する上述の測定装置とを有することを特徴とする。前記露光光は、例えば、波長２０ｎｍ以下の極紫外線である。

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。

本発明によれば、直交座標系ではなく極座標系を使用するために、アンジュレータ光源などを測定光の光源として使用する場合であっても被検光学系の必要な領域の光学性能（例えば、波面）を測定することが可能な測定装置、並びに、それを利用した露光装置を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態の測定装置２０を備えたＥＵＶ露光装置１０について、図１乃至図３を参照して説明する。ここで、図１（ａ）はかかるＥＵＶ露光装置１０の要部断面図である。また、図２は、測定装置２０の要部構成を示す概略光路図である。測定装置２０は、図示しないアンジュレータからのＥＵＶ光を光源としたＥＵＶ露光装置１０の鏡筒１１に収納された投影光学系の波面を測定する。本実施形態の測定装置２０は、干渉法として点回折干渉法（ＰＤＩ：Ｐｏｉｎｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）を使用するが、本発明は測定方法を限定するものではなく、測定装置２０は、ＬＳＩ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）や、ＬＤＩ（Ｌｉｎｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）など、その他の干渉法を使用することができる。

図１（ａ）において、１１は被検光学系としての投影光学系の鏡筒である。１５は鏡筒１１を光軸周り（θｚ軸）に回転させるθｚステージである。１２はピンホール１２ａと窓を設けたウエハ側マスクである。ウエハ側マスク１２は鏡筒１１の像面付近に設置される。１３は干渉縞を計測するＣＣＤカメラである。１４はウエハ側マスクを搭載し、Ｙ方向に駆動するウエハ側マスクステージである。１９はピンホール１９ａを設けたレチクル側マスクである。２１はレチクル側マスクを搭載し、Ｙ方向に駆動するレチクル側マスクステージである。２２はグレーティングである。２３はグレーティングを搭載し、Ｙ方向に駆動するグレーティングステージである。３０は、グレーティングステージを駆動して波面の位相をシフトする位相シフト手段である。１７はレチクル側マスク１９のピンホール１９ａを照明するための照明光学系である。１８は照明光学系を搭載にＹ方向に駆動する照明系ステージである。１６は鏡筒１１、θｚステージ１５など各ステージ類を搭載する構造体である。２４は干渉計全体を真空に保つ真空チャンバーである。２５は、図示しないアンジュレータからのＥＵＶ光を導入するビームラインである。２７は、鏡筒上に設置され、鏡筒１１のフィールドと計測位置をアライメントするためのアライメントマークを検出するためのアライメントマーク検出手段である。アライメントマーク検出手段２７は、レチクル側マスクステージ２１に固定されている。図１（ｂ）は鏡筒１１を上から見た平面図であり、図中２６は鏡筒の露光フィールドである。

次に、図２を参照して計測手順について説明する。図示しないアンジュレータからのＥＵＶ光は、照明系７により所定のＮＡでレチクル側マスク１９上のピンホール１９ａに入射する。ピンホール１９ａを出射したＥＵＶ光は球面波となり、グレーティング２２により２つの光束にわかれ、鏡筒１１に入射する。２つの光束はウエハ側マスク１２上のピンホール１２ａと窓１２ｂにそれぞれ入射する。ピンホール１２ａに入射した光は球面波となる。窓１２ｂに入射した光は鏡筒１１の波面の情報を持ったまま窓１２ｂを通過する。これら２つの光束により干渉光としてＣＣＤカメラ１３に入射し撮像面に干渉縞を形成する。以上により鏡筒１１のフィールド２６中の１点の計測が可能となる。

フィールド２６内の複数の点を計測する場合について図３を参照して説明する。ここで、図３（ａ）は、測定装置２０が被検光学系上の測定光の照射領域を制御する様子を示すための部分断面図であり、図３（ｂ）は照明光学系１７を移動した場合の照射領域（フィールド２６）の変化を示す鏡筒１１を上から見た平面図であり、図３（ｃ）は鏡筒１１を回転した場合のフィールド２６の変化を示す鏡筒１１を上から見た平面図である。

図３（ｂ）に示すように、照明光学系１７を照明系ステージ１８によりＹ方向に駆動すると、フィールド２６の計測位置（照明光のスポット）もＹ方向に移動することが理解される。この量に応じて、レチクル側マスクステージ１９、グレーティングステージ２３もＹ方向に移動する。またウエハ側マスクステージ１４はレチクル側ステージ１９の移動量に鏡筒１１の倍率をかけた分の量だけＹ方向に移動する。以上により、フィールド２６内のＹ方向の複数点の計測が可能となる。放射光を用いる場合、放射方向（図中Ｙ方向）の位置を変えるのは照明系全体をＹ方向に移動すれば良く、ミラーを追加する必要がなく、比較的容易に行うことができる。一方、図３（ｃ）に示すように、鏡筒１１をθｚステージ１５により回転駆動すると、フィールド２６の計測位置（照明光のスポット）も回転移動することが理解される。かかる極座標系による駆動により、フィールド２６の全面の計測をすることができる。フィールド２６は光軸を中心とした円弧形状であるが、矩形であってもよい。

以上、説明したように、照明系１７のＹステージと鏡筒１１のθｚステージ１５を組み合わせることにより、アンジュレータからのＥＵＶ光を光源とする波面測定装置において、容易に鏡筒１１のフィールド２６全面の任意の位置を測定することができる。また、マスク１９上の１つのピンホール１９ａでフィールド２６全面が計測することができるため、複数のマスク１９を用意することによるコストアップを防止することができる。若しくは、例えば図４（ａ）のようにマスク１９上に複数の形状の違うピンホール設ける事、又は図４（ｂ）のように予備のピンホールを設けることが可能となる。図４（ａ）はサイズの違うピンホールをＹ方向に並べた場合を示している。図４（ｂ）はさらにＸ軸方向に予備のピンホールを設けたものである。但し、図４（ｂ）の場合はレチクルがマスクステージにＸ軸のステージを追加する必要がる。

次に、図５を参照して、鏡筒１１のフィールド２６とレチクル側ピンホール１９ａとのアライメント、又は、θｚステージ１５の回転中心と光軸との誤差の補正について説明する。図中、２８は鏡筒１１に固定された、フィールド２６中心の位置を示すアライメントマークであり、鏡筒１１が角度θｚだけ回転した時の回転中心のズレが検出できるように、光軸中心から等しい距離に少なくとも２個設置されている。２７は、上述したように、レチクル側ピンホール１９ａとの位置関係が計測されており、レチクル側マスクステージ２１に固定された、アライメントマーク検出手段である。

図５（ａ）は鏡筒１１の光軸とθｚステージ１５の回転中心が一致している時（図５（ａ）左側）に、鏡筒１１を角度θｚだけ駆動した状態（図５（ａ）右側）を示している。同図に示すように、鏡筒１１が所定の角度θｚだけ回転すると２つ目のアライメントマーク２８がアライメントマーク検出手段２７の真下に来ている。一方、図５（ｂ）は鏡筒１１の光軸とθｚステージ１５の回転中心がずれているものを示している。

まず一方のアライメントマーク２８がアライメントマーク検出手段２７の真下に来るようにθｚステージ１５、レチクル側マスクステージの位置を調整する。この状態でθｚステージ１５を回転すると、お互いの中心がずれているため、鏡筒は偏心した回転となる。図５（ｂ）に示すように２つ目のアライメントマークはアライメントマーク検出手段２７の中心とはずれた位置になる。このズレ量ΔＢ＝（δｘ、δｙ）をアライメントマーク２８をアライメントマーク検出手段１７の真下に来るように駆動することにより計測する。得られたΔＢより以下の式により、設置時の回転中心のずれΔＡ＝（ΔＸ、ΔＹ）を算出する。ここでＲは回転の行列とする。１番目のアライメントマークの座標をＡ、２番目のアライメントマークの座標をＢとする。尚、アルファベット太字は行列を表す。

得られた（ΔＸ、ΔＹ）の値からフィールド内所定の位置を計測する際のステージの駆動量に補正を加える。

以上、説明したように鏡筒に２つのアライメントマークを設け、鏡筒の中心とθｚステージの回転中心とのズレを計測し、ステージの駆動量を補正することにより、高精度にフィールドの任意の位置の計測をすることが可能となる。

以上説明したように、本実施形態によれば、電子蓄積リングなどを光源に用いても、容易に被検光学系のフィールド全面を計測することができる。また、被検光学系のアライメントを少なくとも２箇所で行うことにより、被検光学系の光軸と光軸周り駆動手段の中心のずれを算出でき、算出されたずれ量に基づき、ステージの駆動を補正することにより、より精密に被検光学系のフィールドアライメントを行うことが可能となる。

露光装置１０は、測定装置とは別の図示しない照明装置と、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の回路パターンが形成されたマスクと、プレートとを有し、ＥＵＶ光を用いて、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マスクに形成された回路パターンをプレートに露光する。ＥＵＶ光源としては、測定用の電子蓄積リングとは別に当業界で周知のレーザープラズマ光源を使用してもよい。もっとも、本発明の露光装置はＥＵＶ光に限定されるものではない。本実施形態では、マスクとして反射パターンを用いることで投影露光装置内に収差測定機能を付加しやすい構成となっている。

以下、本発明の一実施形態の収差補正方法について説明する。露光装置１０は投影光学系を構成する図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸直交方向へ移動可能になっており、不図示の収差調節用の駆動系により、本実施形態により得られる収差情報にもとづいて、一又は複数の光学素子を駆動することにより、投影光学系の一又は複数値の収差（特に、ザイデルの５収差）を補正したり、最適化したりすることができる。また、投影光学系の収差を調整する手段としては、可動レンズ以外に、可動ミラー（光学系がカタディオプトリック系やミラー系のとき）や、傾動できる平行平面板や、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正などさまざまな公知の系を用いるものが適用できる。

次に、露光装置１０を利用したデバイス製造方法を説明する。図７は，半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ステップ１（回路設計）では、半導体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。一方、ステップ３（ウエハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウエ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で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。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。

図８は、図７のステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１０によってマスクパターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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部を削り取る。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、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法を用いれば、波面収差が高精度に補正されているので、従来は製造が難しかった高精度の半導体デバイスを製造することができる。

本発明の一実施形態の測定装置を備えた露光装置の光路図である。 図１に示す測定装置の例示的な測定原理を示す光路図である。 図１に示す測定装置が測定領域を設定する方法を説明するための平面図である。 本実施形態の複数のピンホールを有するマスクの図である。 図１に示す測定装置のアライメントを説明するための平面図である。 従来の光学性能測定装置の構成を説明するための光路図である。 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７に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１０ 露光装置
１１ 鏡筒
１２ ウエハ側マスク
１５ θｚステージ
１７ 照明光学系
１８ 照明系ステージ
１９ レチクル側マスク
２０ 測定装置
２６ 測定フィールド
２７ アライメントマーク検出手段
２８ アライメントマーク

Claims (4)

1. 測定光を被検光学系に照射して当該被検光学系の光学性能を測定するための測定装置であって、
   前記被検光学系を収納し、前記被検光学系の光軸周りに回転可能な鏡筒と、
   前記測定光を前記鏡筒に導入し、前記被検光学系の光軸に対し垂直な方向に沿って移動可能な照明光学系と、
   前記鏡筒の回転角と前記照明光学系の移動量によって決定される極座標によって、前記被検光学系上の前記測定光の照明領域を制御する制御部と、
   前記鏡筒に固定され、前記被検光学系の光軸を中心とする被測定領域である円弧状のフィールドの中心位置を示すために前記光軸から等しい距離に配置された少なくとも２つのアライメントマークと、
   前記鏡筒の外部に固定されて前記アライメントマークを検出する検出部と、を有し、
   前記制御部は、前記検出部による検出結果から前記鏡筒の回転軸と前記被検光学系の光軸とのずれ量を求め、前記ずれ量に基づいて前記鏡筒の駆動を制御して、前記照明領域により前記フィールドを照射することで光学性能を測定することを特徴とする測定装置。
2. 前記測定光は、電子蓄積リングからの放射光又は電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータからの光であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 光束を用いてマスクに形成されたパターンを被露光体に露光する露光装置であって、
   前記パターンを前記被露光体に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系の波面収差を干渉縞として検出する請求項１記載の測定装置とを有することを特徴とする露光装置。
4. 前記露光光は、波長２０ｎｍ以下の極紫外線であることを特徴とする請求項３記載の露光装置。