專利名稱：曝光裝置的照度不勻度的測定方法和修正方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件的制造工序中使用的光平版印刷技術，具體而言，是涉及一種曝光裝置的所有曝光區域內的照度不勻度的測定方法、照度不勻度的修正方法、半導體器件的制造方法和曝光裝置。
背景技術：
在半導體器件的電路圖案制造中，通常使用光平版印刷技術。在使用于光平版印刷工序的投影曝光裝置中，從照明光學系統射出的光可入射到描繪有電路圖案的光掩膜(網線)。由光學系統匯聚通過光掩膜的光。通常在涂布光致抗蝕膜的感光襯底、具體而言例如在硅晶片上成像投影半導體器件的電路圖案。
通常，在半導體器件制造工序等中使用的曝光裝置通過部分相干成像系統來復制圖像。所謂部分相干成像系統是指向光掩膜照射光的照明光學系統的數值孔徑大于0，而比將通過光掩膜的光像投影到感光襯底表面的投影光學系統的數值孔徑小的狀態。即，該曝光裝置將來自具有一定面積的二次光源的光照射到光掩膜上，通過投影光學系統將透射光掩膜的光匯聚到襯底上，在襯底表面上成像投影光掩膜面的圖案。
通過以適當光強度進行曝光，從而適當地使光掩膜感光，結果，向襯底上復制適當的抗蝕膜圖案。無論曝光量過高還是過低。都不能進行適當復制。通常，存在成批地復制圖像的有限區域、即成批曝光區域的縱向橫向尺寸有數mm到數十mm大小，該成批曝光區域中，光的照度必須均勻。圖案越精細，關于復制適當的圖像的曝光量的變動容限越窄，照度必須高精度地均勻。
在實際的曝光裝置中，由于構成投影光學系統的透鏡反射防止膜的不均勻性等原因，成批曝光區域內的照度恐怕會變化。為了抑制照度不均，提出了沿光軸方向移動透鏡的方法，或在光學系統內的某個面上設置修正照度分布的濾光器的方法等方法。作為進行這種修正的前提，有必要正確測定實際發生的照度分布。
現有的曝光裝置的曝光區域內照度不勻度的測定方法中，在沒有圖案的狀態下向光掩膜面上照射光，測定襯底面中的照度的成批曝光區域內的分布，根據結果來進行照度修正。例如，在特開平7-192995中，表示了掃描型曝光裝置中成批曝光區域內的照度不勻度的測定方法。由受光元件接收照射襯底面的光，測定照度，通過在成批曝光區域內的多個點處進行該測定，測定照度不勻度。
但是，即使使用上述測定方法測定的照度不勻度數據來修正照度不勻度，在曝光并復制精細的器件圖案時，也會存在在曝光區域內產生照度不勻度的問題。如上所述，因為曝光裝置是部分相干成像系統，當在沒有圖案的狀態下在光掩膜面上進行曝光時，曝光光僅通過接近投影光學系統內光軸的路徑，換言之，僅通過光瞳面的中央附近。即現有的照度不勻度的測定未考慮離開投影光學系統的光軸的區域，即通過光瞳面端附近的光的路徑的透射率。另一方面，在精細的半導體器件圖案的投影曝光中，使用通過光瞳面端附近的衍射光。通常，從光掩膜射出的光沿各種路徑通過由多個透鏡構成的投影光學系統，匯聚在感光襯底上。通過透鏡部件的長度或對透鏡面的入射角因路徑而不同。當產生光的反射、散射時，曝光光的強度衰減，但由于反射或散射依賴于透鏡部件通過長度或對透鏡面的入射角，所以根據光的路徑，從而光的衰減量不同。換言之，根據光的路徑，投影光學系統的透射率不同。特別是，光瞳面的中心和端部透鏡厚度不同，另外，入射到透鏡表面上的光的入射角不同，所以在通過投影光學系統的光瞳面的中央附近的光路徑和通過光瞳面端附近的光路徑之間，透射率可能大不相同。因此，在感光襯底上的某個點上成像投影精細的半導體器件圖案的情況下，當通過光瞳面端附近的衍射光的路徑的透射率變動時，復制在該成像點上的曝光光的強度相對其它成像點的曝光光強度變動。但是，在上述照度不勻度測定方法中，因為未考慮通過光瞳面端附近的路徑的透射率，所以不能得到相對該精細圖案復制而言較適當的照度不勻度的修正值。這種照度不均使精細的半導體器件圖案難以正常形成，可能降低半導體器件制造的成品率。
發明內容
(1)根據本發明的一個實例的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，向光掩膜照射從照明光學系統射出的照明光，對于通過投影光學系統而在感光襯底上的有限區域內投影并曝光通過該光掩膜的光的曝光裝置，進行所述投影光學系統引起的、所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度的測定，其特征在于，包括按所述感光襯底上的有限區域內的多個成像點的每一個，計算從所述光掩膜的一點射出并到達成像點的光線的每個路徑的所述投影光學系統的透射率的平均值，根據按所述每個成像點求出的透射率的平均值，算出所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度。
(2)根據本發明的一個實例的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，向形成了光透射圖案的光掩膜照射從照明光學系統射出的照明光，對于使透射該光掩膜的光經由投影光學系統，從而在感光襯底上的有限區域內復制與所述光圖案相似的圖案的曝光裝置，進行所述投影光學系統引起的、在所述感光襯底上的所述有限區域內的照度不勻度的測定，其特征在于，在所述光掩膜的規定區域內配置有多個具有一樣周期性的衍射圖案，在所述感光襯底面上設置有測定任意點的照度的照度測定機構；用來自所述照明光學系統的光照明所述衍射圖案，用所述照度測定機構來測定所述感光襯底面上由所述衍射圖案形成的圖像的位置的照度，算出所述感光襯底的有限區域內的照度分布。
圖1是表示根據本發明第一實施例的照度不勻度修正方法的流程圖。
圖2是表示根據第一實施例的作為檢查對象的曝光裝置的整體結構的圖。
圖3A、3B是表示組裝在圖2所示曝光裝置中的光掩膜的圖。
圖4是模式地表示通過光瞳內的衍射光的平面圖。
圖5是模式地表示通過光瞳面內圖案復制所得到的抗蝕膜圖案的平面圖。
圖6A-6C是表示變化曝光量后對光致抗蝕膜進行曝光所得的抗蝕膜圖案的平面圖。
圖7是表示根據第一實施例的作為檢查對象的曝光裝置的整體結構的圖。
圖8是表示測定的光瞳面內的透射率分布的一個實例的圖。
圖9是表示平均透射率在成批曝光區域內變動的圖。
圖10是表示具有修正濾光器的曝光裝置的示意結構的圖。
圖11是表示照度不勻度修正濾光器內的透射率分布的圖。
圖12是表示使用輪帶照明的情況下的光瞳面內的衍射光分布的平面圖。
圖13是表示在圖12所示的衍射光分布的情況下測定透射率的區域的平面圖。
圖14是將衍射光的強度的對路徑的依賴性表示為光瞳面上的等強度線圖的圖。
圖15A、15B是表示根據第三實施例的光掩膜的示意結構的圖。
圖16A是表示使用圖15A、15B所示光掩膜的曝光裝置的示意結構的圖。
圖17是表示根據第四實施例的周期圖案實例的平面圖。
具體實施例方式
下面參照附圖來說明本發明的實施例。
(第一實施例)圖1是表示根據本發明第一實施例的照度不勻度修正方法的流程圖。
(步驟S101)首先，求出曝光裝置依賴于投影光學系統的路徑的透射率分布。
在本實施例的照度不勻度測定方法中，本發明人使用特愿2000-36690(特開2001-230179公報，美國專利申請號09/783295)中所示的測定依賴于路徑的投影透鏡透射率的方法。下面說明依賴于特愿2000-36690中所示的路徑的投影透鏡的透射率測定方法。
圖2是表示根據第一實施例的作為檢查對象的曝光裝置的整體結構的圖。在本實施例中，舉例說明進行KrF激元激光器縮小投影曝光裝置(λ＝248nm、NA＝0.6、σ＝0.3、M＝4)的檢查的情況。這里，λ為曝光波長，NA為投影光學系統的晶片側的數值孔徑，σ為曝光裝置的相干系數，M為光掩膜的倍率。
如圖2所示，沿曝光光2的光路依次排列照明光學系統1、光掩膜3、投影光學系統4、晶片5，從而構成曝光裝置。
圖3A、3B是表示組裝在所示曝光裝置中的檢查用光掩膜3的圖。如圖3A的整體結構平面圖所示，在光掩膜3的圖案面內配置作為光透射圖案的光柵針孔圖案22。該光柵針孔圖案22的周圍變為遮光區域23。該光柵針孔圖案22的直徑為50微米(光掩膜上刻度)。
圖3B是將光掩膜3的光柵針孔圖案22的一部分放大后的圖。如圖3B所示，在光掩膜3的光柵針孔圖案22中形成由周期地形成遮光部25和透光部26的線和空間圖案構成的衍射圖案24。
如圖2所示，設置上面所示的光掩膜3，使形成圖案的面配置在照明光學系統1側，進行圖案曝光。在通常的圖案曝光的情況下，設置在晶片5側，以便出現實圖案形成面。如本實施例，可通過做成與實圖案曝光表里相反后將光掩膜3安裝在掩膜臺上，從而使晶片5和光掩膜3的圖案面處于不共軛的狀態。在晶片5上涂布未圖示的光致抗蝕膜。
因為光掩膜圖案面和晶片面不共軛，所以在晶片面上不復制線和空間圖案，代之，由線和空間圖案產生的衍射光到達各自位置后，形成抗蝕膜圖案。光掩膜3為僅由遮光部和透光部構成的二進制掩膜。因此，以同強度發生+1次衍射光和-1次衍射光。
將衍射圖案24的周期p設定為滿足p＞Mλ/NA(1+σ)。因此，在晶片5中，在分離的位置上復制0次衍射光和1次衍射光。在該狀態下，在后述的±次衍射光的測定中，可不妨礙0次衍射光圖像地進行測定，很方便。
在本實施例中，線和空間圖案的周期為1.6微米(光掩膜上刻度)，遮光部25的寬度和透光部26的寬度之比為1∶1。
圖4是模式地表示通過光瞳內的衍射光的平面圖。如圖4所示，0次衍射光6、+1次衍射光7a和-1次衍射光7b通過光瞳面。在圖4中，31為光瞳面的端。
圖5是模式地表示通過光瞳面內圖案復制所得到的抗蝕膜圖案的平面圖。如上所述，各自的衍射光照射在晶片上的各自不同的位置上，因此，如圖5所示，在抗蝕膜中分別形成0次衍射光圖案32、+1次衍射光圖案33a和-1次衍射光圖案33b。衍射光圖案32、33a和33b分別為與在曝光裝置的照明光學系統1內形成的二次光源面的亮度分布的形狀相似的形狀，為反映表示照明大小的相關濾光器σ的值的大小。
在投影光學系統內，0次衍射光6、+1次衍射光7a和-1次衍射光7b通過各處的路徑到達晶片5上，使晶片表面的光致抗蝕膜感光。因此，可從光致抗蝕膜的感光曝光量來求出+1次和-1次的各衍射光的強度。具體而言，改變曝光量，進行曝光，在光致抗蝕膜上形成圖案，從其結果找出將目的位置的抗蝕膜完全變無的最小曝光量，將該曝光量作為感光曝光量，通過得到這些倒數比，求出+1次/-1次衍射光通過的路徑的透射率的比。
圖6A-6C是表示變化曝光量后對光致抗蝕膜進行曝光所得的抗蝕膜圖案的平面圖。因為±1次衍射光比0次衍射光的強度小，所以如圖6A所示，雖然完全去除了0次衍射光圖案32中的光致抗蝕膜，但不能完全去除+1次衍射光圖案33a和-1次衍射光圖案33b中的光致抗蝕膜。
當曝光量比圖6A的情況大時，如圖6B所示，雖然完全去除了+1次衍射光圖案33a的光致抗蝕膜，但不能完全去除照射-1次衍射光區域的光致抗蝕膜。另外，當曝光量大時，如圖6C所示，可完全去除+1和-1次衍射光圖案33a、33b的光致抗蝕膜。
例如，設完全去除+1次衍射光圖案33a的光致抗蝕膜的最低曝光量為Ma，設完全去除-1次衍射光圖案33b的光致抗蝕膜的最低曝光量為Mb。另外，從得到的曝光量Ma和Mb中可知完全去除光致抗蝕膜的光強度。可認為光強度比為曝光量的比的倒數。因此，當將通過+1次衍射光完全去除光致抗蝕膜的光強度設為Ia、將通過-1次衍射光完全去除光致抗蝕膜的光強度設為Ib時，有Ia∶Ib＝1/Ma∶1/Mb。例如在Ma∶Mb＝9∶10的情況下，Ia∶Ib＝1/9∶1/10＝10∶9。
若為理想的投影光學系統，則+1次衍射光通過的路徑和-1次衍射光通過的路徑的透射率相等，所以衍射光強度Ia和Ib相等。另一方面，在通過構成投影光學系統的透鏡部件時光被散射，或透鏡表面的反射率變大，或在所謂的表面上有污垢的情況下，該部位的光的透射率變低。結果，透射率根據光路徑而變動。在上述實例中表示如下狀態通過光掩膜上的衍射光柵中的衍射以同強度產生的+1次衍射光和-1次衍射光通過透射率各不相同的路徑后通過投影光學系統，在到達晶片時強度比為10∶9。這里，當考慮用射出光的強度與入射光的強度之比來定義物質的光透射率時，可知+1次衍射光的路徑的透射率與-1次衍射光的路徑的透射率為10∶9。如上所述，根據曝光量Ma和Mb，可檢查投影光學系統的透射率的對光路徑的依賴性。
另外，在內部線和空間圖案的周期、占空比相同而方向不同的光柵針孔或具有占空比相同而周期不同的線和空間的光柵針孔中，由此發生的±1次衍射光的強度相同。將它們作為掩膜圖案，配置在附近的位置上，并進行曝光。在變化周期后的光柵針孔中，±1次衍射光的路徑在光瞳面上向動徑方向移動。另一方面，在方向變化的光柵針孔中，±1次衍射光的路徑在光瞳面上向角度方向移動。考慮到這些關系，當綜合根據不同種類的光柵針孔得到的結果時，判明有助于晶片上某一點成像的任意光的路徑中的透射率的變動狀態。為了知道關于在晶片上的不同位置的成像的因光路徑的透射率變動，也可在其它位置上配置相同的光柵針孔組，進行曝光。例如，圖2中表示曝光區域端附近的位置的測定，圖7表示曝光區域中央附近的測定。
圖8中表示使用該方法測定的光瞳面內的透射率分布的一個實例。在該圖中，作為測定對象的曝光裝置，其投影光學系統的數值孔徑為0.6，照明光學系統的數值孔徑大于0.18小于0.45，即具有部分相干成像系統的結構。
(步驟S102)下面，在關于成批曝光區域內的多個點用上述方法進行測定后的各個透射率分布中，算出對通過光瞳面內所有點的光線求出的透射率的平均值。換言之，求出在光瞳面內具有分布的透射率的平均值。對于曝光襯底上成批曝光區域(有限區域)的任意成像點，求出透射率的平均值。圖9是表示平均透射率在成批曝光區域內變動的圖。
(步驟S103)下面，根據透射率平均值分布，算出照度不勻度。通過格式化步驟S102中求出的每個成像點的透射率的平均值。可求出照度不勻度。
(步驟S104)下面，在照度不勻度的算出結果的基礎上，例如，存在于投影光學系統內，且在與光掩膜的圖案面基本共軛的位置上設置修正成批曝光區域內的照度不勻度用的濾光器(修正濾光器)。
圖10是表示具有修正濾光器的曝光裝置的示意結構的圖。如圖10所示，配置由激光器或水銀燈構成的光源900、透鏡系統901、福萊(フラィァィ)透鏡902、光闌903、第一透鏡904、光學濾光器帶有的光闌905、第二透鏡906和第二透鏡907，從而構成照明光學系統。光學濾光器帶有的光闌905是在與908的圖案面共軛的面內形成限制曝光區域的光闌，且在該面內設置了修正成批曝光區域內的照度不勻度的修正濾光器。該修正濾光器具有修正由與成批曝光區域內各點相關的投影光學系統4的平均透射率分布引起的照度不勻度的透射率分布。即，為圖11所示的、具有圖9所示的測定值倒數比的分布的濾光器。圖11是表示照度不勻度修正濾光器內的透射率分布的圖。
作為用于修正照度不勻度的光學濾光器，使用在透明襯底上疊層鉻等不透明材料而具有透射率分布的濾光器，或可表示使光透射率按每個部位變化的圖案的液晶面板等。在前者的情況下，可通過現有的光掩膜制作技術來簡單地制作。在使用液晶面板的情況下，每次變化光掩膜時，可自由地進行適于掩膜圖案的照度不勻度修正分布，因此，具有所謂可省略替換濾光器本身的工夫的優點。因此，若可適當修正照度不勻度，也可以是這里所示之外的濾光器。
結果，在精細的圖案復制中照射在襯底上的光強度均勻，可正常地成像并投影器件圖案。
下面說明本實施例的作用、效果。在不設置光掩膜的情況下或曝光較大尺寸的圖案的情況下，通過投影光學系統的光的路徑僅為通過投影光學系統光瞳面的中央附近(光軸附近)的光路。另一方面，投影并曝光曝光波長以下的尺寸的精細器件圖案時的光路有變寬到投影光學系統的光瞳面端的傾向。通常，從光掩膜射出的光經各種路徑通過多個透鏡構成的投影光學系統，匯聚在感光襯底上。透射透鏡部件的長度或對透鏡面的入射角因路徑而不同。當產生光的反射、散射時，曝光光的強度衰減，但因為反射或散射依賴于透鏡部件通過長度或對透鏡面的入射角，所以根據光的路徑，光的衰減量不同。換言之，投影光學系統的透射率根據光的路徑而不同。特別是，在光瞳面的中心和端部透鏡的厚度不同，或入射到透鏡表面的光的入射角不同，所以通過投影光學系統光瞳面的中央附近的光路徑和通過光瞳面的端附近的光路徑之間透射率可能大不相同。
因此，一旦象以前那樣測定通過光軸附近的光來修正照度不勻度，則在進行相對于曝光波長其尺寸大的圖案曝光時，可抑制照度不勻度，但存在如下缺陷，對于使用通過投影光學系統的光瞳面端的光來成像并投影的精細圖案，不能進行適當的照度不勻度修正。
因此，根據本實施例，若測定根據投影光學系統的光路徑的光透射率的變化，根據測定的光透射率來算出平均透射率，求出晶片上成批曝光區域內多個點的平均透射率，算出照度不勻度，根據得到的照度不勻度數據進行修正后，曝光復制精細的器件圖案，則不僅大的圖案，即使是精細的圖案投影曝光，也可適當抑制照度不勻度。
本實施例中使用的光掩膜使用對光柵針孔圖案之外的區域遮光即使用覆蓋率高的光掩膜。此時，遮光量小，因此，對于覆蓋率高的光掩膜求出正確的修正值。當對使用覆蓋率低的光掩膜進行修正時，為了使透射率測定用光掩膜的覆蓋率相同，使用與測定圖案不干涉地分開配置透射區域的光掩膜，就能得到適當的照度不勻度修正值。
根據本實施例，可測定在現有方法中不能測定的、考慮了通過光瞳面的端區域的光影響的照度不勻度。在此基礎上通過加上照度不勻度修正，可適當修正實際器件圖案復制時產生的照度不勻度。
作為本方法的變形例，替代求出光瞳面整體的透射率平均值，也可計算光瞳面內任意一部分區域的平均值。根據計算出的平均值來實施照度不勻度修正則可高精度地抑制特定圖案復制中的實質照度不勻度。
例如，說明使用輪帶照明來復制精細的線和空間圖案的情況。圖12是表示使用輪帶照明的情況下的光瞳面內的衍射光分布的平面圖。在圖12中，41是衍射光通過的衍射光通過區域。42是衍射光未通過的衍射光非通過區域。43是光瞳面的端。如圖12所示，衍射光全部都不通過透鏡的中央附近，僅通過透鏡的端附近。因此，求出圖13所示的包含衍射光的通過區域的區域51的透射率的平均值，根據該值來施加修正，也可不求出區域52的透射率平均值。在圖13中，53為光瞳面的端。
本實施例中進行的根據光路徑的透射率分布的測定不限于特愿2000-36990中所示的方法，也可通過其它方法測定依賴于光路徑的透射率分布，根據求出的值來實施修正。例如，也可在曝光裝置感光襯底面的下方的與光瞳面共軛的面上設置受光元件來進行測定。或在組裝投影光學系統前，求出構成的每一個透鏡的透射率分布，通過對所有透鏡取得透射率的積，也可求出依賴于光路徑的透射率。
(第二實施例)在第一實施例中，經計算通過光瞳面整體的光透射率的平均，算出晶片面上某一個成像點處的照度不勻度修正值。該方法以到達該成像點的光路(全部或僅光通過的光路)的透射率給予成像的影響不依賴于該光路而一定為前提的。這是因為假設復制中的所有光路對成像具有同等的影響度，所以若出于這種考慮來進行照度不勻度修正，則對于所有形狀圖案，可實施有效的照度不勻度修正。
另一方面，可對特定的圖案較適當地修正照度不勻度。例如，在實器件圖案復制用的光掩膜中，對于曝光量容限最小的圖案(通常具有最精細周期的圖案)，通過進行修正使得有關該圖案復制的照度均勻，可容易地進行光掩膜的復制，其原理如下。
通常，有助于成像的光存在每個路徑具有不同強度的光線的情況。換言之，如線和空間圖案曝光時發生的0次衍射光和1次衍射光等，通過某個路徑的光強度大，而通過其它路徑的光強度小。此時，以強度大的光線通過的路徑的通過率為主來確定強度，認為強度小的光線通過的路徑的透射率對照度的幫助小。例如，在線和空間寬度比為1∶1的線和空間圖案的情況下，0次衍射光強度最大，±1次衍射光具有0次衍射光的約40％的強度。這里，例如，考慮在某個成像點A處0次衍射光的路徑透射率下降a％的情況，和在其它成像點B處+1次衍射光的路徑透射率下降a％的情況。若考慮入射到投影光學系統時的衍射光強度不同，則當設成像點A處的照度下降量為1時，成像點B處的照度下降量為0.4。
此時，根據光的強度來加權透射率，由此計算平均，算出照度不勻度的修正值。即，設0次衍射光路徑的透射率加權系數為1，設1次衍射光路徑的透射率加權系數為0.4后，進行用于將上述線和空間圖案在全部成像點處用均勻的照度來照明的照度不勻度修正值的算出。
表示引入上述加僅的照度不勻度修正值的算出法的一個實例。當光瞳面上的位置(X，Y)上的入射光強度為I(X，Y)時，用下式定義對應晶片上的成像點(x，y)上的有效照度D(x，y)。
D(x，y)＝∫T(X，Y)·I(X，Y)dXdY(式1)這里，T(X，Y)是通過光瞳面上點(X，Y)到達成像點(x，y)的路徑的透射率，例如用第一實施例所示方法求出的值。另外，設積分區域為光瞳面整體。設照度不勻度的修正值為有效照度倒數(1/D(x，y))的常數倍。
下面使用具體實例進行說明。考慮用曝光波長為193nm的曝光裝置、在NA＝0.6、σ＝0.75、2/3輪帶照明的光學條件下、復制線和空間寬度比為1∶1的130nm的線和空間圖案的情況。使用的光掩膜設定為網板移相掩膜(半透明部的強度透射率為6％，相位差為180°)。此時，如圖14所示，用光瞳面上的強度分布來表示入射到投影透鏡上的衍射光的強度(上述的I(X，Y))的路徑依賴性。另外，可從夫瑯和費衍射理論導出0次衍射光的強度I0和1次衍射光的強度I1之比基本上為7∶9。
如圖14所示，光瞳面中的光強度分布分為如下四個區域1)0次衍射光通過的區域1301、2)1次衍射光通過的區域1302、3)0次和1次衍射光通過的區域1303、4)衍射光不通過的區域1304。
分別將各區域1301-1304的強度I(X，Y)值設為I0、I1、(I0+I1)、0。使用這些強度和例如使用第一實施例所示方法等另外求出的、表示根據光路徑的透射率的變動的函數Y(X，Y)，根據式1來進行計算，從而計算照度不勻度修正值。若使用該修正值修正照度不勻度，則晶片面上曝光區域內的照度對于上述線和空間圖案復制變得均勻。
(第三實施例)在光掩膜表面上配置衍射圖案。衍射圖案在內部包含衍射光柵，作為具體的衍射光柵，可以是線和空間圖案等單純的周期圖案、半導體器件圖案中實際使用的二維周期圖案等任何一個。設半徑約10微米(晶片上刻度)的圓形區域或比其寬的區域內一樣是周期性的。在該狀態下，將周期的區域作為整體，稱為一個“衍射圖案”。在成批曝光區域內整體分散地配置多個這種衍射圖案。這里，設各衍射圖案的內部結構相同。
圖15A是表示光掩膜示意結構的平面圖，15B是表示存在于光掩膜表面內的衍射圖案結構的圖。圖15A、15B所示光掩膜是滿足上述條件的光掩膜的實例。如圖15A所示，在光掩膜1401的成批曝光區域1402內形成7個衍射圖案1403。衍射圖案1403縱向和橫向為500微米。如圖15B所示，衍射圖案1403將縱向橫向半間距為0.15微米的正方柵圖案作為衍射光柵。
圖16是表示使用圖15A、15B所示光掩膜的曝光裝置的示意結構的圖。在圖16中，1501是照明光學系統，1503是投影光學系統，1504是光闌，1505是光瞳面，1506是照度計。
如圖16所示，把測定照度的照度計1506配置晶片上。該照度計1506在成批曝光區域內可向任意位置移動，測定晶片表面某位置上的照度。另外，設照度計1506的有效測定范圍為數微米左右的圓形或具有與其同程度面積的任意形狀。設該照度計1506的光掩膜上的衍射圖案在不能析像的程度上為低空間分解能。換言之，具有測定有效測定范圍內的平均照度的功能。如圖16所示，光掩膜1401的圖案面和照度計1506的感光面在共軛的狀態下進行投影曝光，在復制衍射圖案(未圖示)的像的位置上配置照度計1506，進行照度測定。對存在于成批曝光區域內的多個衍射圖案進行同樣的測定，匯集這些測定結果，作為成批曝光區域內的照度不勻度測定值。
在本實施例中，當復制衍射光柵時，可測定因衍射光通過光路中時的透射率變動產生的照度不均。因此，根據該測定值修正照度不勻度，可降低對該圖案復制特有的照度不勻度。例如，在必須進行非常高度的照度調整的半導體器件圖案的情況下，若根據本實施例的方法測定該圖案成像中使用的光束特有的照度不勻度來進行修正，則可實現良好地復制該器件圖案的這種照度分布特性。
本實施例中使用的衍射光柵可以是黑白型衍射光柵或移相型衍射光柵。如上所述，雖然衍射圖案的區域大小是半徑為10微米的圓形或比其寬的區域。但不必限于此，只要與照度計的有效測定范圍程度相同或此上的面積，則可以是任何大小。
另外，上述實施例雖然使用照度計來測定晶片面上的照度，但不必限于測定照度的設備，也可使用任意感光性材料、例如光掩膜來測定亮度。此時，可根據曝光量和光掩膜顯影后的殘留膜厚的關系來求照度。
第三實施例的方法與第一實施例的方法相比，更簡便，另外，還具有所謂可測定反映僅與測定圖案成像直接相關的光路徑的透射率變動狀態的照度不勻度的優點。
(第四實施例)在半導體器件圖案制作時平版印刷工序中使用的光掩膜中，描繪了周期圖案或孤立圖案、隨機圖案等各種形狀。在各圖案的復制中，曝光量的容限依賴于圖案的周期性或尺寸、形狀而不同。換言之，存在易于受到或難以受到曝光區域內照度不勻度影響的圖案，通常，圖案越精細，則越易受到照度不勻度的影響。為了提高半導體器件制造的合格率，必須使曝光區域內的照度均勻，最好最易受到照度不勻度影響的圖案曝光的照度是均勻的。
在制造DRAM時使用的光掩膜的存儲器單元圖案區域中，存在例如圖17所示元件分離圖案等、由遮光部1601和透光部1602構成的精細周期圖案。圖17所示周期圖案在該周期圖案存在的光掩膜圖案中最精細，是根據光學模擬預測的曝光量容限最小的圖案。用第三實施例所示方法算出修正值，使關于該圖案復制的照度均勻。在與光軸垂直的方向上，將具有進行求出的修正值部分的照度不勻度修正用的透射率分布的濾光器配置在曝光裝置的照明光學系統內的與掩膜圖案面共軛的面、例如限制曝光區域的光闌所存在的面附近。在實施該照度不勻度修正的狀態下，曝光所述光掩膜，復制包含存儲器單元區域的光掩儲。結果，與這里所述的未進行修正的情況相比，可高合格率地制造DRAM。如第一實施例所示，修正照度不勻度用的濾光器可使用例如在透明襯底上疊層鉻等不透明材料而具有透射率分布的、或顯示在每個部位改變光透射率的圖案的液晶面板、以及其它可適當修正照度不勻度的濾光器。
本發明不限于上述實施例。例如，如上所述，雖然在存在限制曝光區域的光闌的面內設置修正濾光器，但不限于此，通過在光路中追加透鏡適當對其進行組合，制造與光掩膜的圖案面共軛的其它面，設置在該面上。
另外，在不脫離精神的范圍內，可進行各種變形來實施本發明。
對于本領域的技術人員而言，其它的優點和變更是顯而易見的。因此，本發明在其寬的方面不限于這里所示和所述的特定細節和代表性的實施例。因此，在不脫離下面權利要求及其等效定義的一般發明概念的精神或范圍下，可進行不同的變更。
權利要求
1.一種曝光裝置的照度不勻度的測定方法，向光掩膜照射從照明光學系統射出的照明光，對于通過投影光學系統而在感光襯底上的有限區域內投影并曝光通過該光掩膜的光的曝光裝置，進行所述投影光學系統引起的、在所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度的測定，其特征在于，包括按在所述感光襯底上的有限區域內的多個成像點的每一個，計算從所述光掩膜的一點射出并到達成像點的光線的、在所述投影光學系統的透射率的平均值，根據按所述成像點求出的透射率的平均值，算出所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度。
2.根據權利要求1所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，其特征在于，在檢查用光掩膜和所述感光襯底相對于所述投影光學系統不共軛的狀態下，曝光所述檢查用光掩膜，而該檢查用光掩膜包含作為以有限周期向規定方向重復透光部和遮光部的衍射光柵圖案的、周圍被遮光區域遮住的光透射圖案并通過光學部件形成圖案，通過所述投影光學系統向晶片上投影通過所述檢查用光掩膜的衍射光，形成反映所述衍射光的強度的測定圖案，根據復制到所述晶片上的所述測定圖案圖像，通過涉及任意成像點的光線路徑的函數形式來測定投影光學系統的透射率分布。
3.根據權利要求2所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，其特征在于，設所述投影光學系統的所述感光襯底側的數值孔徑為NA，所述曝光裝置的相干系數為σ，曝光波長為λ，所述測定用光掩膜的倍率為M時，所述衍射光柵圖案的周期滿足p＞Mλ/NA(1+σ)。
4.根據權利要求1所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，其特征在于，根據到達所述成像點的光線所通過的、大致所有的路徑的透射率，算出所述投影光學系統的透射率的平均值。
5.根據權利要求1所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，其特征在于，根據到達所述成像點的光線所通過的路徑中的某一部分路徑的透射率，算出所述投影光學系統的透射率的平均值率。
6.根據權利要求1所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法，其特征在于，所述投影光學系統的透射率平均值是在涉及所述任意一點的成像的光線所通過的任意路徑中，對每個路徑進行加權后計算出的加權平均。
7.一種曝光裝置的照度不勻度的測定方法，向形成了光透射圖案的光掩膜照射從照明光學系統射出的照明光，對于使透射該光掩膜的光經由投影光學系統從而在感光襯底上的有限區域內復制與所述光圖案相似的圖案的曝光裝置，進行所述投影光學系統引起的、在所述感光襯底上的所述有限區域內的照度不勻度的測定，其特征在于，在所述光掩膜的規定區域內配置有多個具有一樣周期性的衍射圖案，在所述感光襯底面上設置有測定任意點的照度的照度測定機構；用來自所述照明光學系統的光照明所述衍射圖案，用所述照度測定機構來測定所述感光襯底面上由所述衍射圖案形成的圖像的位置中的照度，算出所述感光襯底的有限區域內的照度分布。
8.一種曝光裝置的照度不勻度的修正方法，其特征在于，根據使用權利要求1至7之一所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法所測定的所述感光襯底的有限區域內的照度不勻度，進行照度不勻度的修正。
9.一種半導體器件的制造方法，其特征在于，使用由權利要求8所述的方法實施照度不勻度修正的曝光裝置。
10.根據權利要求9所述的半導體器件的制造方法，其特征在于所述衍射圖案的形狀與半導體器件制造過程中使用的所述光掩膜中包含的周期圖案之一相同。
11.一種曝光裝置，其特征在于根據使用權利要求1所述的曝光裝置的照度不勻度的測定方法測定的照度不勻度，在照明光學系統內設置修正機構，該修正機構進行所述有限區域內的照度不勻度的修正。
12.根據權利要求11所述的曝光裝置，其特征在于所述修正機構包含液晶面板。
13.根據權利要求11所述的曝光裝置，其特征在于所述修正機構包含光學部件，該光學部件在透明襯底上疊層不透明膜，在面內具有透射率的分布。
全文摘要
一種曝光裝置的照度不勻度的測定方法，向光掩膜照射從照明光學系統射出的照明光，對于通過投影光學系統而在感光襯底上的有限區域內投影并曝光通過該光掩膜的光的曝光裝置，進行所述投影光學系統引起的、在所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度的測定，其特征在于，包括按在所述感光襯底上的有限區域內的多個成像點的每一個，計算從所述光掩膜的一點射出并到達成像點的光線的、在所述投影光學系統的透射率的平均值，根據按所述成像點求出的透射率的平均值，算出所述感光襯底上的有限區域內的照度不勻度。
文檔編號G03F1/70GK1396494SQ0212180
公開日2003年2月12日 申請日期2002年4月26日 優先權日2001年4月27日
發明者佐藤和也, 井上壯一, 田中聰 申請人:株式會社東芝