露光机のフォーカス精度测定方法の开発
星野大子山内孝裕渡辺明 小野寺俊雄东野秀博
近年半导体デバイスの急速な高集积化に伴い,フォト リソグラフィ技术では露光波长の短波长化,露光投影レ ンズの大口径化(レンズの高开口数化)だけでなく,位 相シフトマスクや光近接効果补正技术,露光照明条件の 工夫等のさまざまな超解像技术を駆使して微细パターン の形成を実现している.现在では,露光波长248nmのKrF エキシマレーザ光を露光光としたフォトリソグラフィプ ロセスで,130nmレベルのパターン形成を可能にして いる. 一方,微细化に伴い,露光エネルギーやフォーカス(露 光结像面の焦点)のエラー,レジスト涂布におけるレジ スト膜厚のばらつき等,プロセス変动に対するパターン 形成マージン(プロセスウィンドウ)は益々减少している. 図1にテクノロジノード(DRAMセルの半ピッチで规定さ れる最小実现线幅の指标)と焦点深度(パターン形成に 支障のないフォーカスエラーの范囲)の関系を示す. 焦点深度は解像度の2乗に反比例するため,高解像力を 必要とされる露光プロセスにおいては非常に浅い焦点深 度の下で安定したパターン形成が求められる.そこで最 近のフォトリソグラフィプロセスでは,露光投影レンズ の结像性能だけでなく,ウェハ表面やフォトマスクの非 平坦性の影响など,焦点深度の低下を招く微小なフォー カスエラーまでも考虑し,これらをいかに抑制するかが 重要な课题となっている. 今回我々はフォーカス自动测定技术を用い,KrFス キャナ型露光机における微小なフォーカスエラーを高精 度かつ简便に测定する技术を独自に开発したので报告する.
フォーカスエラー测定の概要
フォーカスエラー测定については,近年他社において もさまざまな手法が検讨され実用化されている.表1は, 现在露光机メーカの装置调整ツールなどで広く用いられ ているPSFM法1) ,PGFM法2)と我々が开発した测定手法 の条件について示している.PSFM法は位相シフトパ ターンの転写位置がフォーカスエラーに比例してシフト する现象を利用しており,PGFM法はPSFM法のマスク パターン配置と露光プロセスを工夫することで测定感度 を向上させている.表中のフォーカス测定感度は,フォー カスオフセットに対する测定値(PSFM法,PGFM法は パターン転写位置,OKI手法はパターン寸法)のシフト量 の比率で定义しており,感度が高いほど微小なフォーカ スエラーを高精度で测定できる.PSFM法やPGFM法で はフォトマスクに复雑なパターン构成の位相シフトマスク を用いるのに対して,我々は単纯なパターンのバイナリ
表1 フォーカスエラー计测条件
900 800 焦点深度 (nm) 700 600 500 400 300 200 100 0 250 180 150 130 テクノ ロジノー (nm) ド 100
PSFM PGFM OKI 位相シフト 位相シフト バイナリ フォトマスク マスク マスク マスク 露光照明条件 小σ照明 小σ照明 制约なし 露光方法 通常露光 二重露光 通常露光 光学式重ね 光学式重ね 光学式重ね 测定机 合せ测定机 合せ测定机 合せ测定机 フォーカス 测定感度 0.3 0.6 1.0
図1 テクノロジノードと焦点深度の関系
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冲テクニカルレビュー
2003年10月/第196号Vol.70 No.4
デバイス特集 ●
マスク*1)を用いるため,マスク作成が容易でありコスト も安い.また,位相シフトマスクを用いる手法では高い フォーカス测定感度を得るために,小σ照明(露光光の 入射领域を小さく绞って露光する)の设定を要するが, 我々の手法では任意の照明条件で高いフォーカス测定感 度が得られる.したがって,本手法はさまざまな照明条 件を用いる実用条件に合せたフォーカスエラー测定が可 能である.さらに本手法では,露光エネルギーやフォー カス测定用パターンのサイズを変えることによって, フォーカス感度を容易に変化させることも可能である.
の重ね合せ测定机によって再现性良く自动测定すること ができる.図3は露光机のフォーカスオフセット(露光机 ウェハステージのZ座标)とフォーカス测定パターン寸法 の関系を示している.フォーカス测定パターンの寸法は, 対向するラインアンドスペース先端间の距离を縦方向(Y 方向)および横方向(X方向)に対して测定される.図中 のグラフはX方向测定したデータを示している.本手法は, ラインアンドスペースパターンの先端部がフォーカスエ ラーに対して后退する现象を利用している.フォーカス 测定パターンは,4001200nmのフォーカス范囲で は良好な直线性を示し,かつ1に近い大きな倾きを有して いる.すなわち,このフォーカス范囲ではフォーカス测

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