JPH0277627A - 露光強度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は，半導体製造工程で用いる露光装置等に関し，
特にウェハ上に塗布されたレジストにマスクパターンを
露光転写する露光装置における転写露光用光線の強度測
定方法および装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年の集積回路の微細化に伴い現像後のレジスト線幅の
均一性が一層要求されるようになってきた．レジスト線
幅の均一性を達成するにはマスク線幅の均一性や現像条
件の安定性はもちろんのこと露光量の一様性が重要とな
っｔくる．露光領域内の各位置で単位時間当たりのレジ
ストの露光量を測定できれば．各位置で露光量に見合っ
た時間露光することにより領域内で一定の露光量を得る
ことができる．従って．ウェハ面上の露光強度測定は十
分な信頼性を必要とし．露光強度検出が重要な問題とな
ってくる。

一般にレジストと検出器の感度は一層しないがウェハ面
内で相対的な分光強度が同じ場合，例えば光露光やＸ線
管球等による露光では．各点での安定した検出器の出力
が得られれば，それに応じた時間だけ露光することによ
り均一な露光量を得ることができる。

（発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、近年注目を浴びているシンクロトロン放
射光をＸ線ミラーによって反射させる露光方法では，一
般には露光位置によってＸ線の絶対強度はもちろん波長
分布に大きな差があり．検出器による強度測定は困難で
あった．例えばミラー揺動法や固定ミラー等によって放
射光を拡大する場合．露光位置による波長分布の差異を
無視してＸ線強度測定を行い，検出器の出力に基づいて
各露光位置における露光時間を決定すると，ウェハ面内
で±ｌＯ％以上の露光むらが生じるおそれがあった．こ
れは検出器とレジストの感じる波長が異なるためである
．そこで従来このような場合。

レジストを露光してその結果から各点でのＸ線強度を測
定していた．例えばレジストを露光．現像してＸ線強度
を測定した例は，特開昭５９−６９９２７号公報に開示
されまた１９８８春の応用物理学会（２８ｐ−Ｎ−１８
）等で報告されている．しかしながら。

レジスト露光によるＸ線強度測定には次のような欠点が
あった。

ａ．レジストの現像条件や再現性がそのまま露光時間の
誤差となる等精度上問題があった。

ｂ．測定の精度を上げるためには，多くの実験を行わな
くてはならず，多くの時間を要，した。

Ｃ．注入電子の軌道変化やミラー，Ｂｅ（ベリリウム）
窓の汚染によって露光波長が変化した場合その度毎に試
し露光を行う必要があった。

本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされたものであっ
て、高精度でかつ短時間でウェハ面上の露光量分布を測
定可能な露光強度測定方法の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため２本発明では、レジストを塗布
したウェハ上にマスクのパターンを露光転写する露光装
置における露光領域での露光用光線強度分布測定方法で
あって、露光領域の各点において、マスク基板と同一材
料からなる第１のフィルターを透過する光線の強度と、
前記マスク基板と同一材料の基板上にレジストを塗布し
た第２のフィルターを透過する光線の強度との差を検出
し。

該検出結果に基づいて前記露光領域各点での光線強度を
求めている。

〔作用〕

−Ｓに同種のレジストにおいて、感光度は露光に寄与す
る光線の吸収量に比例すると考えられている。特にｘ＊
ｉ域内での露光では、吸収されたＸ線が二次電子を放出
しそれらがレジストを感光させると考えられるため、近
似的にＸ線の吸収量は感光度に比例するとしてよい。

そこで本発明の基本概念は、露光位置の各点でレジスト
の吸収量を測定し、ウェハ面上の各点における露光強度
を求めるものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。

なお２本発明はｘｍａ域の露光に限るものではないが、
以下の説明ではＸ線露光について述べる。

第１図は本発明方法を実施するための装置の一例の斜視
図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は本
発明に係わる露光装置の概念図である。第４図はミラー
揺動におけるＸ線の分光強度のグラフ、第５図は従来技
術による露光むらを示す図、第６図は本発明による露光
むらを示す図である。第７図および第８図は各々本発明
の別の実施例を示す図、第９図は第８図のＡ−Ａ断面図
である。

図において、ｌは露光用のマスク基板と同じ材料の薄膜
６からなる第１のフィルター、２は露光用のマスク基板
と同９材料の薄膜６上にレジスト７を塗布した第２のフ
ィルター、３は第１および第２のフィルター１．２を支
持するフィルターホルダ、４はＸ線強度検出器である。

Ｘ線強度検出器４は図示しないア・ンブに接続され出力
が読み取られる。５はホルダ駆動部であり外部からの信
号によりフィルター３を回転させることができる。

８はＸ線、９はＳＲリング、１０はＸ線ミラー。

１１はステージ、１２はＸ線マスク、１３はバイパスフ
ィルターなどの交流成分を検出する回路である。

以下本発明の理論について説明を加える。

露光位置ｙにおける露光後のレジスト吸収量Ｄｅ（ｙ）
は、単位時間当たりのレジスト吸収量Ｄ（ｙ）と各点に
おける露光時間Ｔｅ（ｙ）によって次式で表せる。

Ｄｅ（ｙ）　　＝　　Ｄ（ｙ）零Ｔｅ（ｙ）　　・　・
　・　（１）ここで露光位置ｙとは任意の露光点の座標
を示す。

また、　Ｔｅ（ｙ）はＸ線強度データを１（ｙ）とする
とＴｅ（ｙ）　＝　Ｃ／Ｉ（ｙ）　・・−（２）められ
る値である。比例定数Ｃはレジストの感度目標とする露
・光現像後のレジスト線幅および露光時のＸ線強度等に
よって決められる。従って、レジスト吸収量とＸ線強度
データの比Ｄ（ｙ）／Ｉ（ｙ）をＲ（ｙ）で定義し１式
２を式ｌに代入すると。

Ｄｅ（ｙ）　　＝　　Ｃ零〇（ｙ）／Ｉ　（ｙ）＝　Ｃ
零Ｒ（ｙ） となる、さらに露光むらＥｒｒ（ｙ）を平均露光量から
の差として定義すると Ｅｒｒ（ｙ）＝　（Ｄｅ（ｙ）　−Ｄｅ）／Ｄｅ平均値
とする０以上のことから、露光むらを小さくするには、
レジスト吸収量とＸ線強度データの比Ｒ（ｙ）を一定に
すればよいことが分かる０本発明ではＸ線強度データ！
（ｙ）をレジスト吸収量Ｄ　（ｙ）に近似的に比例する
ようｍｙ）を一定にしようとするものである。

次に本発明の基本概念を簡単に述べる。露光用マスク基
板と同種の材料からなる薄膜およびその上にレジストを
塗布した薄膜からなる第１および第２の２種類のフィル
ターを用意し、各フィルターを透過したＸ線強度の差を
検出することによりレジストのみに吸収されたエネルギ
ーを測定し前述のＲ（ｙ）を位置によらず一定値に近づ
けようとするものである。

以下ミラー揺動法のＸ線強度測定に本発明を応用した例
について述べる。ミラー揺動法は、第３図に示すように
、Ｘ線ミラー１０を振動することによりＳＲリング９か
らの狭い幅のＸ線ビームを上下に振動させ、露光面積を
拡大するのに有効な手段である。しかしＸ線ミラーの分
光反射率が。

入射Ｘ線８の視射角θによって、大きく異なるので各露
光位置におけるＸ線の分光強度に大きな差がある０例え
ば視射角θ−８■ｒａｄおよび１５ｓｒａｄにおいてＳ
ｉＣミラーによって反射されたＸ線の分光強度を第４図
に示す、横軸に波長を、縦軸に単位波長当たりのＸ線強
度をとる。ここで、露光領域は、視射角と装置の配置に
より定まるので。

視射角を露光位置と考えてよい０例えばＸ線ミラー１０
とウェハが４ｍ離れてい゛るとすると露光領域は３０■
■角の場合、θ＝８■ｒａｄを露光領域の上端とすると
下端はθ＝αｒａｄに対応する。このような系において
、露光用マスクとして５ｉ３Ｎ４（２μｍ厚）、レジス
トとしてＰＭＭＡ　（１μｍ厚）を用いた露光では、従
来のようにフィルター無しや第１のフィルター（露光用
マスク基板）を透過したＸ線をＸ線強度検出器４で測定
した値を各位置でのＸ線強度データＩとして各位置にお
ける露光時間Ｔｅを決定すると１式３から露光むらＥｒ
ｒは第５図に示すように、±１０％の誤差を生じてしま
う。

次に１本発明の基本概念に基づいた測定法について説明
する。まず、第３図のように、Ｘ線検出器４が所定の露
光位置にくるようにステージ１１を移動して第１のフィ
ルター１　（ＳｉＪａマスク基板２基板２フ 後，Ｘ線８がＸ線検出器４の上方を通過するようにＸ線
ミラーＩＯを揺動し第１のフィルター１を通してＸ線８
の強度を測定し．その出力を■１とする０次に．Ｘ線検
出器４の上方に第２のフィルター２が位置するようにホ
ルダ駆動部５によってフィルターホルダ３を回転し，第
２のフィルター２を通してＸ線強度を測定する．その出
力を１２とする．なお、第２のフィルター２は，　Ｓｉ
３Ｎ．マスク基板（厚さ２ｐｍ程度）上にＰＭＭＡレジ
ストを厚さ１μｍ程度に塗布した構造である．このよう
にして測定した１．、１．の差（＝１．−　　１１）を
求め。

これをその位置におけるＸ線強度データ１とする。

次にステージ１１を移動してこの過程を順次繰り返し，
全ての露光位置においてＸ線強度データ１を求める．こ
のＩを式３に代入して本発明による露光むらを求めると
，第６図に示すように，±０。

１％以内の誤差になることが分かる。

このようにして求めたＩに反比例するように各位Ｗｙで
の相対露光時間Ｔ’ｅ（ｙ）を決定する．実際の露光時
間ＴｅとＴ’ｅとの間の比例定数は，レジストの感度．
目標とする露光現像後のレジスト線幅および露光時のＸ
線強度により定まる．露光時のＸ線強度の測定は本発明
で用いたＸ線検出器４によって行ってもよいし．別の検
出器を用いてもよい．或いは，ＳＲリングの露光時の電
流値から求めてもよい．各位置での露光時間が決定され
た露光時間ＴｅとなるようにＸ線ミラーｌＯの揺動速度
を変えながら露光を行う。

以上説明したように１本発明によって露光むらに対して
著しい改善が得られることが分かった。

また１本発明をミラー揺動法で説明したが１本発明はこ
れに限定されず，固定ミラー法による露光その他広く一
般に露光装置の露光むらを検出するのに有効である．な
お、固定ミラー法では．Ｘ線検出器４を固定しフィルタ
ーを交換してＸ線強度を測定する他，フィルターを固定
してＸ線検出器４を連続的に移動させて測定した後，再
度フィルターを交換してＸ線強度を測定すれば．連続的
なＸ線強度分布が得られる．また１両フィルター１。

２のマスク基板およびそれに塗布されたレジスト層の厚
さは露光用マスクおよびレジスト層の厚さと必ずしも一
致させる必要はない。

本発明の別の実施例について以下に説明する。

第１図では３個のＸ線透過穴を有するフィルターホルダ
３を示したが、フィルターホルダ３に取付けられている
フィルターはさらに多くてもよい。

この場合、異なる材質のマスク基板材、レジスト材、あ
るいは異なる厚さのマスク基板材、レジスト材をフィル
ターとして用いてもよい、さらに。

Ｘ線分光強度が等しい方向、即ち水平方向に校正された
Ｘ線検出器を複数設置し各フィルター１゜２を通したＸ
線強度を同時に測定することも可能である。

第７図に示すように、パターンを有しないマスクの半面
にレジストを塗布し、レジストが塗布された側（図中Ａ
）と塗布されてない側（図中Ｂ）をＸ線検出器で測定し
その差分をとることによりＸ線強度データＩを得てもよ
い、この実施例では位置Ａ、ＢによってＸ線の分光強度
が変化しないように測定することが重要である。そのた
°めに暖ミラー揺動法や固定ミラー法においては１位置
Ａ。

Ｂを同一の水平面方向にとることが考えられる。

また、Ｘ線検出器４を移動させずにマスク！２を移動さ
せてもよい。さらに、−枚のマスク基板に異なる種類ま
たは厚さのレジストを塗布してもよい、その場合、同一
マスク基板の表裏に塗布してもよい、この実施例によれ
ば、フィルターやフィルターホルダ等の特別な装置を用
意する必要がなく、マスクの交換のみで測定できる。

第８図および第９図に本発明のさらに別の実施例を示す
０図示したように、−枚の薄膜上にレジストを塗布し分
けた構造のフィルターをフィルターホルダ３に取付け、
フィルター駆動部５によって回転させることによりレジ
ストが塗布された部分と塗布されない部分を透過したＸ
線が交互にＸ線検出器に入射し２種のＸ線強度信号を交
互に得ることができ、さらにＸ線検出器は両者のＸ線強
度差検出ができる回路１３．例えばバイパスフィルター
等に接続されている。このような構成の検出器では２検
出器部（検出器４．フィルターホルダ３．駆動部等を一
体にした部分）を蕗動させることにより連続的にかつ迅
速にＸ線強度差を検出できる他、別個に測定した後、差
分をとるより高精度に強度差を検出できる。

以上の実施例では１強度むらの測定中にＸ線強度が変化
しないとして説明したが、電子ビームの半減期が短い場
合、測定中にＸ線強度が減衰することがある。この場合
には、測定値１（ｙ）に補正をかけることが可能である
。補正方法として、計算による方法と測定による方法が
ある。測定による方法は９本発明とは別の検出器（出力
１ｐ）によって強度むら測定中のＸ線強度の減衰を測定
し、Ｘ線強度データＩ　（ｙ）にフィードバックし１（
ｙ）に補正をかければよい０例えばＩｐを一定の位置で
測定する場合９位置ｙのＸ線強度データをＩ　（ｙ）、
測定時のＸ線強度をＩｐ（ｙ）とすれば、真のＸ線強度
データＩｔ（ｙ）は次式で表せる。

Ｉｔ（ｙ）　　＝　　Ｉ（ｙ）零（ＩＰ（ｏ）／１ｐ（
ｙ））さらに、補正を電気的に行うことも可能である。

例えば、　ｔｐを除算回路の分母入力とし、　Ｉ（ｙ）
を分子入力とすれば、除算回路の出力としてＴ　Ｌ　（
ｙ）が得られる。また、計算による方法は幾つか考えら
れるが１例えば電子ビームの寿命をτとし、さらにＸ線
強度データ測定開始時の時刻を０とし２位置ｙの測定時
刻をｔとすれば Ｉｔ（ｙ）　＝　Ｉ（ｙ）＊ｅｘｐ（Ｌ／ｒ）と補正す
ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように２本発明においては、高精度でかつ
短時間でウェハ面上の露光分布を測定し露光むらの極め
て少ないウェハ露光を可能とする露光強度測定方法が達
成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の一例の斜視
図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は本発明に
係わる露光装置の概念図、第４図はミラー揺動における
Ｘａの分光強度のグラフ。 第５図は従来技術による露光むらを示すグラフ。 第６図は本発明による露光むらを示すグラフ、第７図は
本発明の別の実施例を示す断面図、第８図は本発明のさ
らに別の実施例の斜視図、第９図は第８図のＡ−Ａ断面
図である。 ｌ・・・第１のフィルター。 ２・・・第２のフィルター。 ３・・・フィルターホルダ。 ４・・・Ｘ線強度検出器。 ５・・・ホルダ駆動部。 ８・・・Ｘ線。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）レジストを塗布したウェハ上にマスクのパターン
   を露光転写する露光装置における露光領域での露光用光
   線強度分布測定方法であって、露光領域の各点において
   、マスク基板と同一材料からなる第１のフィルターを透
   過する光線の強度と。 前記マスク基板と同一材料の基板上にレジストを塗布し
   た第２のフィルターを透過する光線の強度との差を検出
   し、該検出結果に基づいて前記露光領域各点での光線強
   度を求めることを特徴とする露光強度測定方法。
2. （２）前記第１のフィルターおよび第２のフィルターを
   回転可能なフィルターホルダに装着し、該フィルターホ
   ルダを移動ステージ上に設け、該移動ステージを駆動し
   てフィルターホルダを露光領域各点に対応した位置に移
   動させ、各位置においてフィルターホルダを回転させて
   第１および第２の各フィルターを通過する光線の強度を
   検出することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   露光強度測定方法。
3. （３）前記第１のフィルターをマスク基板自体とし、前
   記第２のフィルターを該マスク基板にレジストを塗布し
   て構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の露光強度測定方法。
4. （４）前記第１および第２のフィルターを通過する光線
   強度を交互に連続的に検出して両者の差を計測すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光強度測定
   方法。
5. （５）前記露光光線の時間的な強度変化を補正して前記
   第１および第２のフィルターを通過する光線強度の差を
   求めることを特徴とする特許請求の範囲第１項から第４
   項までのいずれか１項記載の露光強度測定方法。
6. （６）マスク基板と同一材料からなる第１のフィルター
   と、前記マスク基板と同一材料の基板上にレジストを塗
   布した第２のフィルターと、該第１および第２の各フィ
   ルターを通過した光線を検出するための光検出器と、前
   記各フィルターを該光検出器上に移動させるためのフィ
   ルター移動手段と、該光検出器を露光領域各点に移動さ
   せるための測定位置移動手段とを具備したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の方法を実施するための
   露光強度測定装置。
7. （７）前記第１および第２の各フィルターを装着したフ
   ィルターホルダおよび該フィルターホルダの回転手段を
   備え、該フィルターホルダに隣接して前記光検出器を設
   け、該フィルターホルダを回転させることにより前記各
   フィルターを通過する光線を順番に前記光検出器で検出
   可能に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の露光強度測定装置。
8. （８）前記第１のフィルターをマスク基板自体で構成し
   、前記第２のフィルターを該マスク基板にレジストを塗
   布して構成したことを特徴とする特特許請求の範囲第６
   項記載の露光強度測定装置。
9. （９）前記第１および第２の各フィルターを通過する光
   線を交互に連続的に測定する手段を備えたことを特徴と
   する特許請求の範囲第６項記載の露光強度測定装置。
10. （１０）前記露光光線の時間的な強度変化を補正して前
    記各フィルターの透過光線強度の差を求める補正手段を
    具備したことを特徴とする特許請求の範囲第６項から第
    ９項までのいずれか１項記載の露光強度測定装置。