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フレア計測装置及びフレア計測方法 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 フレア計測装置及びフレア計測方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−12949(P2007−12949A)
公開日 平成19年1月18日(2007.1.18)
出願番号 特願2005−193229(P2005−193229)
出願日 平成17年7月1日(2005.7.1)
代理人 【識別番号】100113859
【弁理士】
【氏名又は名称】板垣 孝夫
発明者 中村 哲也
要約 課題
露光装置の光学系に生じるフレアをレジストパターンを実際に露光することなく、容易に測定でき、さらにフレアが生じた際の露光装置の調整部位を特定できるフレア計測装置を提供することを目的とする。

解決手段
光源101から照射された露光光109はマスキングブレード102、照明光学系ユニット104を通ってレチクル105上に照射される。マスキングブレード102とレチクル105との間に、照明光学系ユニット104にフレアが発生した場合に照明光学系ユニット104から反射される反射光を検出し、その光量を計測する照度センサ106および107を設け、これら照度センサ106および107により検出される反射光の有無とその光量によりフレアに関する情報を求める。
特許請求の範囲
【請求項1】
光学照明系を通してレチクルに光を照射するための光源と、前記光源と前記光学照明系との間に前記光学照明系への光を制限し露光領域を形成するための遮光部を備える露光装置において、前記光学照明系に生じるフレアを計測するフレア計測装置であって、
前記遮光部と前記レチクルとの間に、前記光源から照射され、前記光学照明系から反射される反射光を検出する光検出装置を少なくとも一つ配置し、
前記光検出装置による前記反射光の検出により前記フレアに関する情報を求めること
を特徴とするフレア計測装置。
【請求項2】
前記光検出装置の一つは、前記光学照明系からの反射光を検出するように前記遮光部の近傍かつ前記露光領域に接するように設置され、
前記光検出装置の一つは、前記光学照明系からの反射光を検出するように前記レチクルの近傍かつ前記露光領域に接するように設置され、
これら光検出装置により検出される前記反射光の光量により、前記フレアの発生量と発生位置を求めること
を特徴とする請求項1に記載のフレア計測装置。
【請求項3】
前記遮光部の近傍かつ前記露光領域に接するように光検出装置が、遮光部の開口部の形状に合わせて複数設置され、
前記レチクルの近傍かつ前記露光領域に接するように光検出装置が、レチクルのレチクル周辺部の形状に合わせて複数設置され、
これら複数の光検出装置により検出される前記反射光の光量により、前記フレアの発生量と発生位置を求めること
を特徴とする請求項2に記載のフレア計測装置。
【請求項4】
光学照明系を通してレチクルに光を照射するための光源と、前記光源と前記光学照明系との間に前記光学照明系への光を制限し露光領域を形成するための遮光部を備える露光装置において、前記光学照明系に生じるフレアを計測するフレア計測方法であって、
前記レチクルの近傍かつ前記露光領域、および前記遮光部の近傍かつ前記露光領域においてそれぞれ、前記光源から照射され、前記光学照明系から反射される反射光の光量を検出し、
これら検出される反射光の光量により、前記フレアの発生量と発生位置を求めること
を特徴とするフレア計測方法。


発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に露光装置の光学系に生じるフレアを計測するフレア計測装置及びフレア計測方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程においては、一般的にフォトリソグラフィー技術が半導体回路のパターン形成のために用いられている。フォトリソグラフィー技術は、被処理膜の上にレジスト膜を形成し、これを露光、現像処理してレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクに使用して被処理膜をエッチングするといった工程を経て行われる。
【0003】
レジスト上へパターンを露光するための装置は、ガラス基板上へCr膜などで半導体回路パターンを形成した基板(レチクル)に露光光をあて、照明光学系を通してウエハ上へパターンを転写する。
【0004】
照明光学系は複数のレンズから形成されており、レンズの微細な凹凸、反射防止膜での反射などが原因で生じるフレアが問題になることがある。
このようなフレアが生じると露光領域内の全体の光強度を高めたり光の部分的な不均一を生じるため、パターンの解像度の低下や寸法精度の悪化を引き起こす。近年のパターンの微細化に伴い、このフレアの影響が特に重要視されるようになっている。
【0005】
フレアの影響を求めるにはフレアの計測が必要となり、このフレアの計測方法が、例えば、特許文献1に開示されている。
この特許文献1には、光源装置から照射された露光光を、照明光学系、ブラインド部、基板(レチクル)、投影光学系と導いて感光基板に照射する露光装置が開示され、この露光装置において、照明光学系−レチクル間に生じるフレアを計測し、レチクル−投影光学系−感光基板間に生じるフレアを計測するフレア計測装置が開示されている。このフレア計測装置は、前記感光基板が設置される基板ステージに光検出装置(照度センサ)を配置し、また感光基板のレジストの形状を計測する形状計測装置を配置しており、計測時にテスト用レチクル(テストマスク)を用いている。
【0006】
そして、フレア計測装置において、照明光学系−レチクル間に生じるフレアを計測するとき、まずフレアが検知されない条件として、テスト用レチクルの光透過部のみに露光光を導くように前記ブラインド部を調整し、光透過部を通過した露光光の光量を光検出装置において検出し、続いて露光の所定条件として、テスト用レチクル全体に露光光を導き、このときテスト用レチクルの光透過部を通過した露光光の光量を光検出装置において検出し、これら2つの条件において検出した光量を比較することにより、フレアの計測を行っている。
【0007】
またフレア計測装置において、マスク−投影光学系−感光基板間に生じるフレアを計測するとき、まず光源装置から照射される露光光の光量を除除にあげていき、感光基板のレジストが、テスト用レチクルのパターンで感光したことを形状計測装置により計測したときの前記光源装置から照射される露光光の光量を求め、続いてさらに露光光の光量を上げて、フレアにより感光基板のレジストがテスト用レチクルのパターンからずれて感光したことを形状計測装置により計測したときの前記光源装置から照射される露光光の光量を求め、これら求めた光量を比較することにより、フレアの計測を行っている。
【特許文献1】WO02/009163(国際公開番号)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、従来のフレア計測装置では、テスト用レチクルを用いる必要があり、さらに実際にテスト用レチクルのパターンを感光基板のレジストに感光させて確認する必要があり、また光源装置から照射される露光光の光量を変えて計測を行う必要があり、手順が複雑で時間がかかるという課題があった。また照明光学系と投影光学系において、どの部位にフレアが発生しているかを検知できず、露光装置の調整が困難であるという課題があった。
【0009】
そこで、本発明は、露光装置の光学系に生じるフレアをレジストパターンを実際に露光することなく、容易に測定でき、さらにフレアが生じた際の露光装置の調整部位を特定できるフレア計測装置およびフレア計測方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記の目的を達成するため、本発明に係るフレア計測装置は、光学照明系を通してレチクルに光を照射するための光源と、前記光源と前記光学照明系との間に前記光学照明系への光を制限し露光領域を形成するための遮光部を備える露光装置において、前記光学照明系に生じるフレアを計測するフレア計測装置であって、前記遮光部と前記レチクルとの間に、前記光源から照射され、前記光学照明系から反射される反射光の光量を検出する光検出装置を少なくとも一つ配置し、前記光検出装置による前記反射光の検出により前記フレアに関する情報を求めることを特徴とする。
【0011】
なお、前記光検出装置は前記遮光部の前記光源からくる光に対して反対面に設置してあり、前記遮光部で規定される露光エリアの淵に単体もしくは複数個設置してあっても良い。また、複数の光検出装置を前記光学照明系からの反射光を検出するように前記遮光部の近傍かつ前記露光領域に接するように、そして遮光部の開口部の形状に合わせて設置し、さらに複数の光検出装置を前記光学照明系からの反射光を検出するように前記レチクルの近傍かつ前記露光領域に接するように、そしてレクチル周辺部の形状に合わせて設置し、これら光検出装置により検出される反射光の光量により、前記フレアの発生量と発生位置を求めることを特徴とする。
【0012】
また本発明に係るフレア計測方法は、光学照明系を通してレチクルに光を照射するための光源と、前記光源と前記光学照明系との間に前記光学照明系への光を制限し露光領域を形成するための遮光部を備える露光装置において、前記光学照明系に生じるフレアを計測するフレア計測方法であって、前記レチクルの近傍かつ前記露光領域、および前記遮光部の近傍かつ前記露光領域においてそれぞれ、前記光源から照射され、前記光学照明系から反射される反射光の光量を検出し、これら検出される反射光の光量により、前記フレアの発生量と発生位置を求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
本発明のフレア計測装置およびフレア計測方法は、光学照明系に生じるフレアを直接計測することができるため、フレアの量を容易に計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施の形態におけるフレア計測装置の概略構成図である。
光源101より発せられた露光光109は、露光装置内のマスキングブレード(遮光部の一例)102に導かれ、露光装置内の照明光学系ユニット(光学照明系)104内を通過しレチクル105上に光を投影している。
【0015】
前記マスキングブレード102は、露光光109が通過する範囲を限定する部材であり、例えば2枚のL字型平板によって構成され、この2枚の平板の組み合わせにより自由に照明光学系ユニット104への光を制限し露光領域103を形成する(露光範囲を限定する)ことが可能となっている。このマスキングブレード102の開口部を通過した光が、照明光学系ユニット104を通してレチクル105上の特定の範囲に光が投影されることになる。
【0016】
前記照明光学系ユニット104は、複数の光学部材から構成されている。
また前記レチクル105には一般的に所望のパターンが形成されており、これを通過した光は投影光学系ユニット(図示せず)を通じてシリコン等の基板に投影される。このシリコン基板にレジスト材料等を形成しておけば、現像処理を施すことにより投影されたパターンがレジストパターンを形成し、所望のパターンが形成できることになる。
【0017】
そして、フレア計測装置として、マスキングブレード102とレチクル105との間で、通常の露光光109の経路(露光領域103)以外の部分に、フレアが発生した場合に照明光学系ユニット104から反射される反射光を検出し、その光量を計測する照度センサ106,107を配置している。フレア計測装置は、これら照度センサ106,107および後述する制御装置108から構成される。
【0018】
図2はマスキングブレードの平面図である。図1でいうと下方から見た図となっている。マスキングブレード102の遮光帯部により露光光は遮光され開口部201に光が通過する。この場合、照度センサ106は遮光帯部202側の淵に設置している。開口部201は矩形形状であり4つの辺から構成されているためそれぞれの辺の中央付近に照度センサ106を設置している。また、この照度センサ106はマスキングブレード102の下に位置しているがマスキングブレード102に固定されているわけではなく、また、マスキングブレード102の位置に関係なく任意の位置で設置することが可能である。このように、複数(4つ)の照度センサ106が、照明光学系ユニット104からの反射光を検出するように、マスキングブレード102の近傍かつ露光領域103に接し、そして開口部201の形状に合わせて設置されている。
【0019】
図3はレチクル302上の照度センサ配置を示している。図1でいうと上方から見た平面図となっている。レチクル105は回路パターン部301とレチクル周辺部302からなっている。レチクル105上に露光光が投影されるときには、図1と図2のマスキングブレード102により照射範囲を制限された光が回路パターン部301の大きさと等しくなるように設定されている。レチクル105上に設けられた照度センサ107はこの回路パターン部301とレチクル周辺部302の境界部かつ光が照射されない部分に設置されている。回路パターン部301は矩形形状であり4つの辺から構成されているためそれぞれの辺の中央付近に照度センサ107を設置している。このように、複数(4つ)の照度センサ107が、照明光学系ユニット104からの反射光を検出するように、レチクル105の近傍かつ露光領域103に接し、そしてレチクル周辺部302の形状に合わせて設置されている。
【0020】
上記4つの照度センサ106と4つの照度センサ107は、コンピュータからなる制御装置108に接続され、それぞれの反射光の検出信号およびその光量のデータが制御装置108に入力されている。この制御装置108におけるフレアの計測方法について図4を用いて説明する。
【0021】
図4に示すように、通常の露光状態では光源101から発せられた露光光109はマスキングブレード102により露光範囲を制限され照明光学系ユニット104を通ってレチクル105上に照射される。マスキングブレード102による制限範囲はレチクル105上に設けられた回路パターンと同じ大きさになるように設定される。フレアが発生していない状態では照度センサ106,107は露光経路上にないので露光光を検出することはない。しかし、照明光学系ユニット104を形成する各部材間で露光光109が散乱しフレアが生じる場合がある。露光装置内のコンタミの影響により照明光学系が曇ることがあり、これによりフレアが発生するケースがあることが知られている。このとき、光源101から発せられた露光光109は通常の経路以外の部分を通過してしまう。図4の401および402は照明光学系に曇りが発生した場合の露光光の散乱した反射光路を示している。
【0022】
反射光路401は、照明光学系ユニット104で散乱および反射が発生し、さらにマスキングブレード102で反射してしまった場合の経路を示している。マスキングブレード102で反射した光はさらにレチクル105を照射することになるが、このときレチクル105上に照射される光は、マスキングブレード102で制限した露光領域103以外の領域を照射してしまう。これを通過した光はそのまま露光装置の投影光学系を通じて基板上へ照射されてしまい、フレアとして検出される。この反射経路401の場合、マスキングブレード102が反射面となっているため、照度センサ106に露光光が検知される。また、マスキングブレード102で反射した光がレチクル105上を通過した際に、照度センサ107に露光光が検知される。
【0023】
前記反射光路402は、前記反射経路401と違い、レチクル105上面での反射と照明光学系ユニット104で反射した経路を示している。レチクル105は構成する材料の種類により値は異なるが、露光光109に対してある程度の反射率を有するため、レチクル105に照射された光の一部は照明光学系ユニット104へ再照射されることになる。照明光学系ユニット104に曇りがなければそのまま照明光学系ユニット104を通過するため、基板上への影響はないが、照明光学系ユニット104に曇りが生じた場合、レチクル105上面で反射した露光光は照明光学系ユニット104で再反射し、さらにレチクル105を照射することになるが、このときレチクル105上に照射される光は、マスキングブレード102で制限した露光領域103以外の領域を照射してしまう。これを通過した光はそのまま露光装置の投影光学系を通じて感光基板上へ照射されてしまい、フレア光として検出される。この反射光路402の場合、レチクル105上に設けた照度センサ107に露光光が検知されることになる。
【0024】
以上のように、フレアが生じていない場合は照度センサ106および107に露光光が検出されないが、フレアが生じている場合、照度センサ106,107に露光光が検知されることになる。よって制御装置108は、これら照度センサ106,107の検出信号をモニターすることにより、露光装置にフレアが生じているかどうか(フレアに関する情報の一例)を判定することができ、その結果(フレアの有無)を出力する。
【0025】
このとき、制御装置108は、各照度センサ106,107に光が検知されるかどうかを判定するとともに照射量(光量)を確認することにより、照明光学系ユニット14の劣化量を計測することができる。通常、露光装置では若干のフレアが生じていることがあり、また経時的に照明光学系ユニット104が劣化してきたときに照度系の計測値が徐々に劣化していることになる。どの程度の劣化量で半導体デバイスへの影響が生じるかを把握し、制御装置108に設定しておけば、照度センサ106,107により計測する光量をモニターすることにより露光装置の状態を適正に管理することが可能で、計測する光量が設定値を超えることで警報(半導体デバイスへの影響が生じる恐れがあることを報知する警報)を出力できる。
【0026】
このように、照度センサ106,107により照明光学系ユニット104に生じるフレアを直接計測することができるため、フレアの量を容易に計測することができ、露光装置の照明光学系ユニット104に生じるフレアをレジストパターンを実際に露光することなく、容易に測定できる。
【0027】
さらに制御装置108は、照度センサ106と照度センサ107に検知される光量の比率をモニターすることにより、どの反射光路401または402でフレアが生じているかどうか(フレアに関する情報の一例)を検出することができる。
【0028】
いま、反射光路401が原因で照度センサが検知した反射光について照度センサ106がAの光量、照度センサ107がBの光量を検知したとする。また、反射光路402が原因で照度センサが検知した反射光について照度センサ106がCの光量、照度センサ107がDの光量を検知したとする。このときCは0である。以下の3通りの場合が考えられる。
【0029】
(1)反射光路401のみが生じている場合、
(2)反射光路402のみが生じている場合、
(3)反射光路401と402が同時に生じている場合、
である。
【0030】
それぞれの場合で各照度センサに検知される光量は以下の通りになる。
(1)の場合、照度センサ106の光量=A、照度センサ107の光量=B
(2)の場合、照度センサ106の光量=C=0、照度センサ107の光量=D
(3)の場合、照度センサ106の光量=A、照度センサ107の光量=B+D
以上より、制御装置108は、各照度センサ106,107に検知される光量をモニターし、検出結果の比率を計算することにより、照明光学系ユニット104の反射経路401または402を検知することができる。フレアが発生した場合、劣化した光学部材を交換することで対策をとる場合が多いが、反射光路401または402により光学部材の交換部位が変わるので、反射経路401または402の検知により光学部位(フレアの発生位置)が特定される。制御装置108に、反射経路401または402の検知により特定される光学部位(交換する光学部材;露光装置の調整部位)を設定することにより、光学部位を特定するデータを出力することができる。
【0031】
このように制御装置108において、フレアに関する情報の一例として、照度センサ106,107により光量(フレアの発生量)を計測し、この計測する光量(フレアの発生量)が、半導体デバイスへの影響が生じる恐れがある光量となったとき、どの反射経路401または402でフレアが発生しているかを検知し、フレアが発生している反射経路401または402の検知により、フレアに関する情報の一例として、光学部位(フレアの発生位置)を特定し、この光学部位を特定するデータを出力することにより、この光学部位を速やかに交換でき、露光装置の稼動停止時間を短縮でき、交換部材を削減することができる。
【0032】
なお、本実施の形態では、照度センサの設置箇所を照度センサ106はマスキングブレード102の境界、照度センサ107はレチクル105のパターン領域との境界に設置しているがこれはフレアの影響が遮光部分の境界が最も大きく、距離が離れると影響が小さくなるため照度センサによる反射光の検知を最も効率よくする観点から選択しているが、本発明の目的とする計測を達成できるのであればこの場所に限定するものではない。また、照度センサの数に関しても同様であり、単数でもよく、このときはフレアの有無だけを検出可能である。
【0033】
また本実施の形態では、照度センサはマスキングブレード102とレチクル105の間に設置しているが、マスキングブレード102やレチクル105自身に埋め込む等して設置してもよい。
【産業上の利用可能性】
【0034】
本発明にかかるフレア計測装置およびフレア計測方法は、フレアの計測が必要な半導体製造分野等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施の形態におけるフレア計測装置を備えた露光装置の一部構成を示す概略図である。
【図2】同フレア計測装置のマスキングブレード上の照度センサの位置を示す平面図である。
【図3】同フレア計測装置のレチクル上の照度センサの位置を示す平面図である。
【図4】同フレア計測装置を備えた露光装置の反射光路を示す図である。
【符号の説明】
【0036】
101 光源
102 マスキングブレード
103 露光領域
104 照明光学系ユニット
105 レチクル
106,107 照度センサ
108 制御装置
109 露光光
201 開口部
202 遮光帯部
301 回路パターン部
302 レチクル周辺部
401,402 反射光路




 

 


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