检查装置、检查方法、曝光系统及曝光方法、以及元件制造方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于判定形成于基板的图案的加工条件的检查技术、使用此检查技术的曝光技术、以及使用此曝光技术的元件制造技术。
【背景技术】
[0002]在用以制造元件(半导体元件等)的微影工艺中使用的扫描步进机(scanningstepper)或步进机(stepper)等的曝光装置中，曝光量(所谓的剂量(dose量))、焦点位置(相对于投影光学系像面的曝光对象基板的散焦量)、及曝光波长等的多个曝光条件皆须高精度的加以管理。为此，必须使用以曝光装置使基板曝光、于曝光后的基板形成的图案等，高精度的判定该曝光装置的实际的曝光条件。
[0003]例如作为曝光装置的焦点位置的现有检查方法，一种以主光线倾斜的照明光照明标线片的评价用图案，一边以载台变更基板高度一边将该图案的像依序曝光于该基板的多个照射区域后，测量以曝光后的显影所得的光阻图案的横移量，从此测量结果判定各照射区域的曝光时的焦点位置的方法，广为人知(例如，参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006][专利文献I]美国专利申请公开第2002/0100012号说明书；
[0007][专利文献2]特开2010- 249627号公报；
[0008]非专利文献
[0009][非专利文献I]鹤田匡夫著:应光学II(应用物理学选书)，P.233 (培风馆，1990)；
[0010][非专利文献 2]M.Totzeck, P.Graeupner, T.Heil, A.Goehnermeier, 0.Dittmann, D.S.Kraehmer, V.Kamenov and D.G.Flagello:Proc.SPIE 5754,23(2005)。
【发明内容】
[0011]发明欲解决的课题
[0012]现有焦点位置的检查方法，于测量结果中有可能某种程度的包含曝光量不均现象等的影响。今后，为了能更高精度的评价分别的曝光条件，最好是尽可能的抑制其他曝光条件的影响。此外，现有焦点位置的检查方法中，由于需使专用的评价用图案曝光，因此对在使实际元件用图案曝光的场合的评价是非常不易的。
[0013]本发明的各态样即是有鉴于上述问题而为，其目的在使用于多个加工条件(例如曝光条件)下加工所设的图案的基板，高精度判定该多个加工条件的各加工条件。
[0014]用以解决课题的手段
[0015]本发明第I态样提供一种检查装置，判定图案的加工条件，具备:载台，可保持表面形成有图案的基板；照明部，以偏振光照明该基板的表面；检测部，接收从该基板表面射出的光，以检测规定该光的偏振状态的条件；存储部，储存用以判定检查对象基板表面形成的检查对象图案的该加工条件的装置条件，该装置条件是依据规定以已知该加工条件形成有图案的基板射出的光的该偏振状态的条件；以及检查部，根据规定以该装置条件从该检查对象基板表面射出的光的该偏振的状态的条件，判定该检查对象图案的该加工条件。
[0016]又，本发明第2态样提供一种曝光系统，具备:曝光部，具有于基板表面曝光出图案的投影光学系；第I态样的检查装置；以及控制部，根据以该检查装置判定的该加工条件，修正于该曝光部的加工条件。
[0017]又，本发明第3态样提供一种检查方法，判定检查对象图案的加工条件，其包含:以根据规定从通过已知的该加工条件形成有图案的基板射出的光的偏振的状态的条件的检查条件，对形成有该检查对象图案的检查对象基板表面照明偏振光的动作；以该检查条件接收从该检查对象基板表面射出的光，以检测规定该光的该偏振的状态的条件的动作；以及根据规定所检测的该偏振的状态的条件，判定该检查对象图案的该加工条件的动作。
[0018]又，本发明第4态样提供一种曝光方法，于基板表面曝光出图案，并使用该第3态样的检查方法判定该基板的该加工条件，根据以该检查方法判定的该加工条件，修正该基板曝光时的加工条件。
[0019]又，本发明第5态样提供一种具有于基板表面设置图案的加工步骤的元件制造方法，其中，于该加工步骤是使用第4态样的曝光方法。
[0020]发明效果
[0021]根据本发明的态样，可使用具有在多个加工条件下藉加工设置的图案的基板，高精度评价该多个加工条件的各加工条件。
【附图说明】
[0022]图1(a)是显示实施形态的检查装置的整体构成的图、图1(b)是显示园片的俯视图、图1(c)是显示条件变更园片的俯视图。
[0023]图2(a)是显示重复图案的凹凸构造的放大立体图、图2(b)是显示直线偏振的入射面与重复图案的周期方向(或重复方向)的关系的图。
[0024]图3(a)是显示曝光量与偏振的状态的变化间的关系之例的图、图3(b)是显示焦点位置与偏振的状态的变化间的关系之例的图。
[0025]图4是显示求出检查条件的方法(求条件)之例的流程图。
[0026]图5是显示曝光条件的检查方法之例的流程图。
[0027]图6(a)是显示条件变更园片10的照射区域排列之例的俯视图、图6 (b)是显示一个照射区域的放大图、图6(c)是显示照射区域中的多个设定区域的一排列例的放大图。
[0028]图7 (a)是显示变化入射角的情形时对应斯托克斯参数S2的信号强度分布变化例的图、图7(b)是显示变化入射角的情形时对应斯托克斯参数S3的辉度分布变化例的图。
[0029]图8(a)及图8(b)分别显示变化入射角的情形时对应斯托克斯参数SI?S3的曝光量及焦点位置的变化的感度变化例的图。
[0030]图9 (a)、图9 (b)及图9 (c)分别显示变化入射光的偏振方向角度的情形时对应斯托克斯参数S1、S2、及S3的曝光量及焦点位置变化的感度变化例的图。
[0031]图10(a)及图10(b)分别显示斯托克斯参数S2与曝光量及焦点值间的关系的一例的图、图10(c)及图10(d)分别显示斯托克斯参数S3与曝光量及焦点值间的关系的一例的图。
[0032]图11(a)及图11(b)是显示以不同检查条件测量的曝光量变化曲线及焦点变化曲线的图。
[0033]图12是显示曝光量的合否判定用样板(template)之例的图。
[0034]图13(a)是显示第2实施形态的园片的主要部位的放大剖面图、图13(b)是显示形成有间隔层的园片的主要部位的放大剖面图、图13(c)是显示图13(b)之后工艺的园片的放大剖面图、图13(d)是显示形成在园片的部分图案的放大剖面图、图13(e)是显示斯托克斯参数S2、S3对应间隔层的堆积量的一变化例的图、图13(f)是显示斯托克斯参数S2、S3对应刻蚀量的一变化例的图。
[0035]图14是显示第2实施形态中求出检查条件的方法(求条件)的一例的流程图。
[0036]图15是显示第2实施形态中的加工条件的检查方法的一例的流程图。
[0037]图16(a)是显示第3实施形态的检查装置的图、图16(b)是显示曝光装置的概略构成图。
[0038]图17是显示第3实施形态中求出检查条件的方法(求条件)的一例的流程图。
[0039]图18是显示第3实施形态中曝光条件的检查方法的一例的流程图。
[0040]图19是显示半导体元件制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0041][第I实施形态]
[0042]以下，针对本发明的较佳第I实施形态，参照图1(a)?图11(b)加以说明。图1(a)中显示本实施形态的检查装置I。图1(a)中，检查装置I具备支承略圆板形半导体园片(以下，仅称园片，wafer) 10的载台5，以未图示的搬送系搬送而来的园片10被载置于载台5的上面(载置面)，例如以真空吸附方式加以固定保持。以下，在与未倾斜状态下的载台5上面平行的面，取与图1(a)的纸面平行的方向为X轴、与图1(a)的纸面垂直的方向为
Y轴、与包含X轴及Y轴的面垂直的方向为Z轴进行说明。又，后述图1(b)、图1(c)中，在与园片10等的表面平行的面，取正交的2轴为X轴及Y轴，与包含此等X轴及Y轴的面垂直的轴为Z轴。图1(a)中，载台5是通过控制以在载台5上面中心的法线CA为旋转轴的旋转角度Φ1的第I驱动部(未图示)、与控制以例如通过载台5上面的中心而与图1(a)的纸面垂直(与图1(a)的Y轴平行)的轴TA(倾斜轴)为旋转轴的倾斜角的倾(tilt)角Φ2(园片10表面的倾角)的第2驱动部(未图示)，被支承于基座构件(未图示)。
[0043]检查装置1，亦具备对被支承于载台5其表面形成有既定重复图案的园片10表面(以下，称园片面)将照明光ILI以平行光加以照射的照明系20、承受照明光ILI的照射而从园片面射出的光(正反射光及绕射光等)加以集光的受光系30、承受以受光系30集光的光以检测园片面的像的摄影装置35、处理从摄影装置35输出的图像信号以求出用以规定偏振的状态的条件的图像处理部40、以及使用该条件的信息进行园片面图案的曝光条件(加工条件)的判定等的运算部50。摄影装置35具有形成园片面的像的成像透镜35a与例如CXD即CMOS等2维摄影元件35b，摄影元件35b —次拍摄园片10的全面的像后输出图像信号。
[0044]图像处理部40根据从摄影装置35输入的园片10的图像信号生成园片10的数字图像(每一像素的信号强度、就每一照射区域平均化的信号强度、或较照射区域小的每一区域平均化的信号强度等)的信息，将根据此信息所得的作为规定偏振的状态的条件的后述斯托克斯参数输出至运算部50。规定偏振的状态的条件，例如包含第I规定条件及第2规定条件，举一例而言，第I规定条件为后述斯托克斯参数S2、第2规定条件为后述斯托克斯参数S3。又，图像处理部40亦可仅将数字图像的信息(每一像素的信号强度分布的信息等)输出至运算部50。此外，运算部50，具备:包含处理该斯托克斯参数等信息的运算部60a、60b、60c的检查部60、控制图像处理部40及检查部60的动作等的控制部80、储存与图像相关的信息等的存储部85、以及将所得的曝光条件的检查结果(后述)输出至曝光装置100的控制部(未图示)的信号输出部90。
[0045]照明系20，具有射出照明光的照明单元21、与将从照明单元21射出的照明光朝向园片面作为平行光加以反射的照明侧凹面镜25。照明单元21，具有金属卤素灯或水银灯等的光源部22、依据控制部80的指令从来自光源部22的光中选择既定波长(例如，不同的波长λ?、λ2、λ3等)的光并调节其强度的调光部23、将以调光部23选择且强度经调节的光从既定射出面往照明侧凹面镜25射出的导光光纤24、以及将从导光光纤24的射出面射出的照明光转换成直线偏振的偏振子26。偏振子26，例如是具有穿透轴的偏振板，能以通过从导光光纤24的射出面射出的照明光入射的入射面26a的中心、与入射面26a正交的轴为旋转轴旋转。亦即，可将偏振子26的穿透轴的方位设定于任意方位，使透过偏振子26射入园片面的直线偏振光的偏振方向(亦即，直线偏振光的振动方向)为任意的方向。偏振子26的旋转角(亦即，偏振子26的穿透轴的方位)是依据控制部80的指令以未图示的驱动部加以控制。例如，波长λ I可以为248nm、λ 2为265nm、λ 3为313nm。此场合，由于导光光纤24的射出面是配置在照明侧凹面镜25的焦点面，因此于照明侧凹面镜25反射的照明光ILI成为平行光束照射于园片面。照明光对园片10的入射角Θ1，可依据控制部80的指令通过未图示的驱动机构控制导光光纤24的射出部的位置以及照明侧凹面镜25的位置及角度来加以调整。本实施形态中，照明侧凹面镜25的位置及角度是通过照明侧凹面镜25以载台5的倾动轴TA为中心倾动来加以控制，据以调整射入园片面的照明光的入射角Θ 1本实施形态中，是控制载台5的倾角Φ2以使来自园片10表面的正反射光(来自园片面的射出角Θ I的光)ILR射入受光系30。又，照明光对园片面的入射角Θ1，是设为载台5的法线CA与射入园片面的主光线所夹的角度，而来自园片10的射出角Θ 2则设定为载台5的法线CA与从园片面射出的主光线所夹的角度。
[0046]如以上所述，在偏振子26插入光路上的状态下，进行利用直线偏振光的检查。又，在将偏振子26从光路上拔去的状态下、或偏振子26在光路上的状态下，亦可进行利用来自园片10的正反射光以外的绕射光的检查。
[0047]受光系30，具有与载台5对向的受光侧凹面镜31、配置在于受光侧凹面镜31反射的光的光路上的1/4波长板33、以及配置在通过1/4波长板33的光的光路的检光子32，摄影装置35的摄影元件35b的拍摄面配置在受光侧凹面镜31的焦点面。因此，从园片面射出的平行光被受光侧凹面镜31及摄影装置35的成像透镜35a聚光，于摄影元件35b的拍摄面成像出园片10的像。检光子32，亦是例如与偏振子26同样的具有穿透轴的偏振板，可以通过于受光侧凹面镜31反射的光入射的入射面32a的中心、与入射面32a正交的轴为旋转轴旋转。亦即，可将检光子32的穿透轴的方位设定为任意的方位，将以检光子32转换的直线偏振的振动方向设定为任意的方向。检光子32的旋转角(偏振板的穿透轴的方位)是根据控制部80的指令，以未图示的驱动部加以控制。举一例而言，检光子32的穿透轴可相对偏振子26的穿透轴设定于正交的方向(正交尼科耳crossed nicol)。又，1/4波长板33，可以通过于受光侧凹面镜31反射的光射入的入射面33a的中心、与入射面33a正交的轴为旋转轴旋转。1/4波长板33的旋转角，可根据控制部80的指令以未图示的驱动部在360°范围内控制。通过对在旋转1/4波长板33的同时所得的园片10的多个图像进行处理，可如后所述的，将规定来自园片10的反射光的偏振的状态的条件、亦即斯托克斯参数，例如就每一像素加以求出。
[0048]又，园片10是在以曝光装置100对最上层的光阻(例如，感光性树脂)通过标线片投影曝光出既定图案并以涂布显影装置(未图示)进行显影后，被搬送至检查装置I的载台5上。于被搬送至载台5上的园片10上面经使用曝光装置100及涂布显影装置(未图示)进行的曝光、显影步骤而形成有重复图案12(参照图1(b))。此时，园片10在搬送途中通过未图示的对准机构以园片10的照射区域内的图案、园片面的标记(例如搜寻对准标记)、或外缘部(notch及orientat1n flat等)为基准进行了对准的状态下，被搬送至载台5上。于园片面，如图1(b)所示，多个照射区域11于正交的2个方向(设为X方向及Y方向。)分别以所定间隔排列，于各照射区域11中，作为半导体元件的电路图案形成有线图案或洞图案等的凹凸的重复图案12。此外，图1(b)、图1(c)中，在与园片10、10a表面平行的面，取正交的2轴为X轴及Y轴，与包含X轴及Y轴的面垂直的轴设为Z轴。重复图案12可以是以例如光阻图案等的介电质为材料的图案、亦可以是以金属为材料的图案。又，一个照射区域11中多包含多个园片区域，但于图1(b)中则为亦于理解而设为在一个照射区域中有一个园片区域。
[0049]检查部60依据控制部80的指令，如后述般处理园片面的图像，判定使园片10曝光的曝光装置100的曝光量(所谓的剂量(dose)量)、焦点位置(曝光装置中于投影光学系光轴方向的标线片图案的像面位置、及对曝光对象园片的于投影光学系光轴方向的标线片图案的像面的散点量等)、曝光波长(中心波长及/或半宽)、及以液浸法曝光时的投影光学系与园片间的液体的温度等多个曝光条件中的既定曝光条件。该曝光条件的判定结果被供应至曝光装置100内的控制部(未图示)，根据该检查结果曝光装置100可进行该曝光条件的修正(例如偏置及不均现象等的修正)。又，曝光条件是园片上形成的重复图案的加工条件的一例，例如，该曝光条件亦包含作为第I加工条件的第I曝光条件、及作为第2加工条件的第2曝光条件。举一例而言，该第I曝光条件为曝光量、该第2曝光条件为焦点位置。
[0050]接着，说明使用以上构成的检查装置1，进行依据来自园片面的反射光的偏振的状态变化的检查方法的一例。此场合，图1(b)的园片面的重复图案12，如图2(a)所示，是多个线(line)部2A沿为短边方向的排列方向(此处为X方向)、隔着间隔(space)部2B以一定节距(亦即，周期)P排列的光阻图案(例如、线图案)。线部2A的排列方向(X方向)，亦称为重复图案12的周期方向(或重复方向)。
[0051]此处，是设重复图案12中的线部2A的线宽04的设计值为节距P的1/2。以最佳正确的曝光条件(亦即，曝光量及焦点位置)形成重复图案12时，线部2A的线宽Da与间隔部2B的线宽Db相等、且线部2A的侧壁部2Aa相对园片10表面形成为大致直角，线部2A与间隔部2B的体积比大致为1:1。又，此时线部2A的X — Z剖面形状为正方形或长方形。相对于此，当形成重复图案12时曝光装置100中的焦点位置脱离正确的焦点位置时，节距P虽不会改变，但线部2A的侧壁部2Aa相对园片10表面不会成为直角，线部2A的X — Z剖面形状亦成为梯形。从而导致线部2A的侧壁部2Aa、线部2A及间隔部2B的线宽DA、D/变得与设计值不同，此外，线部2A与间隔部2B的体积比亦脱离大致1:1的范围。另一方面，当曝光装置100的曝光量变化时，由于节距P与线宽Da产生变化，因此线部2A与间隔部2B的体积比脱离大致1:1的范围。
[0052]本实施形态的检查，是利用随着上述于重复图案12中的线部2A与间隔部2B的体积比变化的来自园片面的反射光的偏振的状态的变化(所谓、于园片面上重复图案12中的因构造性复折射造成的反射光的偏振的状态的变化)，进行重复图案12状态(良否等)的检查。又，为简化说明，是设理想的体积比(设计值)为1:1。体积比的变化是起因于脱离焦点位置的最佳值等，而就园片10的一照射区域11、甚或照射区域11内的多个区域出现。又，亦可将体积比称为剖面形状的面积比。
[0053]使用本实施形态的检查装置I进行园片面图案的检查，是由控制部80读出储存在存储部85的配方(recipe)信息(检查条件及程序等)后，进行以下处理。本实施形态中，作为规定偏振的状态的条件是测量于园片面正反射的光的以次式(式I?式4)定义的斯托克斯(Stokes)参数S0、S1、S2、S3。又，是设在与该光的光轴垂直的面内彼此正交的轴为X轴及y轴、X方向的直线偏振成分(横偏振)的强度为Ix、y方向的直线偏振成分(纵偏振)的强度为Iy、相对X轴倾斜45°的方向的直线偏振成分(45°偏振)的强度为Ιρχ、相对X轴倾斜135° ( — 45° )的方向的直线偏振成分(135°偏振)的强度为Imx、向右旋转的圆偏振成分的强度为Ir、而向左旋转的圆偏振成分的强度为II。
[0054](式I)SO =光束的全强度；
[0055](式2)SI (横偏振与纵偏振的强度差)=Ix — Iy ;
[0056](式3)S2(45°偏振与135°偏振的强度差)=Ipx— Imx ；
[0057](式4)S3(右旋及左旋的圆偏振成分的强度差)=Ir一 II。
[0058]又，以下是以斯托克斯参数SO为I的方式加以规格化。此场合，其他参数SI?S3的值在一 I?+1的范围内。斯托克斯参数(S0、S1、S2、S3)在例如完全的135°偏振为(1，0，一 1，0)、完全的右璇圆偏振为(1，0，0，1)。
[0059]首先，将形成有检查对象的重复图案12的园片10以既定方向装载于载台5上的既定位置。载台5的倾角是设定成能以受光系30进行来自园片10