JP4546198B2 - 光変調素子を利用したマスクレス露光装置、及び、光変調素子によるパターン生成性能の監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造等に用いられる露光装置に係り、特に、原版としてのフォトマスク（レチクル）を使用しないマスクレス露光に関する。本発明は、光を変調する光変調素子（「空間光変調器」ともいう。）を利用した露光装置における欠陥監視に好適である。

従来より、半導体デバイスや液晶パネル等を製造する際に、マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に露光転写する投影露光装置が使用されている。しかし、デバイスの集積度の向上や大面積化に伴い、マスクパターンの一層の微細化や大型化が要求されるため、マスクのコストの増大が問題になっている。そこで、マスクを用いずに露光するマスクレス露光が検討されている。

マスクレス露光の一例として、位相変調型の光変調素子を用いてパターンの像を基板上に投影する方法が注目されている。光変調素子は並列型のデバイスであるため、単位時間に処理できるピクセル数を非常に大きくできる可能性がある。位相変調方式は、必要なミラーの変位が微小で高速動作が可能である。特に、回折格子状の変調パターンを使用するＧｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ（ＧＬＶ）方式の光変調素子は、その動作性から大容量データ転送に向いているため、膨大なデータ量を転写するマスクレス露光装置に好適である。マスクレス露光装置は、マスクの代わりに光変調素子で所望パターンに応じて露光光を変調し、投影光学系を介して集光し、基板上にパターンを形成する。ＧＬＶは、例えば、非特許文献１に開示されている。

以下、従来のＧＬＶ２０の動作原理を図１０を参照して説明する。ここで、図１０（ａ）は、ＧＬＶ２０がオフ状態のＧＬＶ２０の断面と位相差の関係を示す図である。図１０（ｂ）は、ＧＬＶ２０がオン状態のＧＬＶ２０の断面と位相差の関係を示す図である。

ＧＬＶ２０は一つの要素２２が２本の光反射帯（以下、リボン）２１からなっており、要素２２が３個集まった一つの画素（以下、ピクセル）２３が複数個並べられた反射型位相変調素子である。各要素２２の一方のリボン２１は図示しないスイッチに接続され、例えば、リボン２１の下に電圧を印加することで高さが変更可能に構成されている。

動作においては、スイッチがオフの状態では、図１０（ａ）に示すように、全てのリボン２２が等しい高さになっている。一方、スイッチがオンになると、図１０（ｂ）に示すように、リボン２１が一つおきに照射波長の４分の１の高さだけ下がり、結果として反射光は隣り合うリボン２１で位相差１８０度を持つ。スイッチ２１がオフの状態では反射光は位相変調を受けずにそのまま反射するので０次回折光の反射しかない。しかるに、スイッチがオンの状態では反射光は位相変調を受けるため±１次回折光の方向に光が反射される。

以下、図１１（ａ）を参照して、ＧＬＶ２０を利用した回折光の制御について説明する。ここで、図１１（ａ）は、ＧＬＶ２０を利用した回折制御を説明するための模式図である。図１１（ａ）に示すように、レンズ３１とＧＬＶ２０の間に０次光を遮光するフィルタ３２を設置する。スイッチがオフのときはレンズ３１に光が入射しない。しかし、スイッチがオンになれば±１次回折光がレンズ３１に入射する。マスクの代わりにＧＬＶ２０を搭載してレンズ３１を投影光学系（投影レンズ）とみなせば、露光光を制御するマスクレス露光装置を構築することができる。

その他の従来技術としては非特許文献２がある。
オプティックス・レターズ、１７号、１９９２年、６８８−６９０頁（Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ． １７， ｐｐ．６８８−６９０（１９９２）） ジェー・ダブリュー・グッドマン、フーリエ光学への入門、第２版、ＩＳＢＮ０−０７−１１４２５７−６（Ｊ．Ｗ． Ｇｏｏｄｍａｎ、Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏ ＦｏｕｒｉｅｒＯｐｔｉｃｓ ２ｎｄｅｄ．：ＩＳＢＮ ０−０７−１１４２５７−６）

マスクレス露光は、露光転写時に光変調素子がマスクパターンに代わるパターンを生成するため、パターン生成の適否を確認することが重要である。もちろん、最終的なデバイスが正常に動作すれば露光が正常に行われたことの確認にはなるが、デバイスが動作不能である場合には、問題が露光にあるのか、その他のプロセスにあるのかを突き止めることができない。この結果、歩留まりの向上が困難になる。このため、パターン生成の適否を露光中に確認することが好ましい。

パターンの生成不良の原因としては、大別して、１）データ転送エラー又はＧＬＶの動作不良による設定パターンからの外れ（以下、かかる原因を「欠陥」と呼ぶ。）と、２）ＧＬＶの汚れなどによる光量不足（以下、かかる原因を「画面照度むら」と呼ぶ。）を挙げることができる。欠陥は、意図しないパターンの生成や光量不足に帰結するため、最終的なデバイスが作動しない可能性が極めて高い。画面照度むらは、画面内での線幅ばらつきとなって現れ、デバイスの性能劣化をもたらす。特に、最先端の半導体製造技術では線幅ばらつきは極めて厳しく管理する必要があり、今後マスクレス露光装置を最先端分野に適用させていくには画面照度むらの除去も必要である。

これらの原因が露光時に発生した場合、光変調素子のチェックと共に、修正可能な欠陥や画面照度むらについては補正（又は補助）露光、修正不能な欠陥についてはデバイスの破棄ないしはレジストを再塗布して露光をやり直すといった対応が必要になる。補正露光で対応する場合には、補正が必要な領域で光量が想定よりどの程度低下しているか、又は、露光領域全体でどのような光量分布となっているかといった情報を持っている必要がある。これら情報は露光時かつ露光位置毎のものが必要とされる。

そこで、本発明は、位相変調型の光変調素子を利用したマスクレス露光装置において、露光転写時に照度むらや欠陥を監視するパターン監視方法、並びに、当該機能を備えた露光装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としてのパターン監視方法は、入射光に複数の位相差を与える要素を少なくとも１つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの出射光のうち第１の回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系とを備える露光装置におけるパターン監視方法であって、前記要素は変位可能な光反射帯を複数有し、前記光変調素子からの出射光のうち前記第１の回折光とは次数が異なる第２の回折光であって、前記第１の回折光の次数をｍ、前記光反射帯の数をＮ、ｋを任意の整数とすると、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次の回折光、および、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次以外の次数の回折光を検出するステップと、該検出ステップによる検出結果に基づいて前記被露光体上に投影される前記パターンの状態を取得するステップとを備えることを特徴とする。
また、本発明の別の側面としての露光装置は、入射光に複数の位相差を与える要素を少なくとも１つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの出射光のうち第１の回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系と、前記光変調素子からの出射光のうち前記第１の回折光とは次数が異なる第２の回折光であって、前記第１の回折光の次数をｍ、前記光反射帯の数をＮ、ｋを任意の整数とすると、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次の回折光、および、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次以外の次数の回折光を検出する検出手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて前記被露光体上に投影される前記パターンの状態を取得する取得手段とを備え、前記要素は変位可能な光反射帯を複数有することを特徴とする。

更に、本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、かかるマスクレス露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、位相変調型の光変調素子を利用したマスクレス露光装置において、露光転写時に照度むらや欠陥を監視するパターン監視方法、並びに、当該機能を備えた露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明に適用可能な光変調素子（ＧＬＶ）１２０及びそれを利用したマスクレス露光装置１００を詳細に説明する。ＧＬＶ１２０は、光量を規格化しており、一ピクセル１２１の長さ（即ち、リボン１２３の幅にリボン１２３の本数を乗じた長さ）は不変である。また、ピクセル１２１内での周期を２に規格化する。そのため、フーリエ面上では±０．５の位置に±１次光が発生する。

図２を参照して、本発明の一実施例のＧＬＶ１２０について説明する。図２（ａ）は、ＧＬＶ１２０がオン状態のＧＬＶ１２０の断面と位相差の関係を示す図であり、図２（ｂ）は、ＧＬＶ１２０による反射光の光強度分布を従来のＧＬＶ２０と比較して示したグラフである。ＧＬＶ１２０がオフ状態の場合の図２（ａ）に相当する図１０（ａ）と同様である。

ＧＬＶ１２０は複数のピクセル１２１を有し、各ピクセル１２１は３つの要素（エレメント）１２２を有している。各要素１２２は６本のリボン１２３を有し、６本のリボン１２３は、それぞれ、０度、６０度、１２０度、１８０度、２４０度、３００度の位相差をこの順番で反射光に与える。このため、ＧＬＶ１２０は６位相３周期のＧＬＶである。このような位相差を与えるには、例えば、リボン１２３の下に印加する電圧を変えることによって実現することができる。

オン状態では位相差に対応する変位量Δはλ／（２Ｎ）に設定されている。Ｎは各要素に含まれるリボン１２３の数であり、ここでは６、λは入射光４１の波長である。ＧＬＶ１２０に入射光４１が入射した場合、反射光の光強度分布は、図２（ｂ）に示すように、１次回折光成分４２はあるが−１次回折光の強度が非常に弱い。また、ＧＬＶ１２０は７次回折光４３と−５次回折光４４も形成する。オフ状態では、４２〜４４に相当する反射回折光は現れず、０次回折光に相当する反射光のみが生じる。

このように、ＧＬＶ１２０は、オン状態では±１次回折光のうち＋１次回折光成分４２に光量を集中させることができる。このような性質は好ましい。以下、かかる理由について図１１を参照して説明する。

図１１（ａ）に示す、ＧＬＶ２０を搭載したマスクレス露光装置においては、投影光学系３１は±１次回折光を受容する広がりを持たなければならないため、装置が大型になる。また、２光束を投影光学系３１に入射すると干渉して不要なパターンの形成をもたらす。そこで、図１１（ｂ）に示すようなＧＬＶ２０と斜入射照明との組み合わせが考えられる。かかる構成では、スイッチがオフの状態ではＧＬＶ２０からの出射光が０次光しかないためレンズ３１に光が照射することはない。また、スイッチがオンになると±１次回折光が発生し、ＧＬＶへの照射角度を調節してどちらか一方（図１１（ｂ）では−１次回折光）をレンズ３１に入射させることができる。この結果、投影光学系３１は小型で済み、また、１光束のみを投影光学系３１に入射することによって所望のパターンのみを被露光体上へ解像する高品質な露光を実現することができる。しかし、±１次光のどちらか一方を捨ててしまうため露光光量が低下してしまい、スループットが低下するという問題が発生する。かかる問題をＧＬＶ１２０は解決している。即ち、ＧＬＶ１２０は、−１次回折光を捨てて１次回折光のみを利用しても光量損失はＧＬＶ２０よりも小さいため、１次回折光４２を露光に使用してもスループットの低下を防止することができる。

なお、ここでは露光に使用する第１の回折光４２を１次回折光としたが、場合によっては−１次とすることもある。これは次数の定義や座標系の向きによって変わりうるが、通常１次と−１次を特に区別する必要はない。また、変位量Δの値を大きくすることで１次より大きい高次の光量を向上させることも可能であるが、通常は光量の集中度（回折効率）が１次に最適になるよう設定した場合に比べて低下する。以下では１次回折光を転写投影に使用する次数とするが、これによって一般性が失われることはない。

ＧＬＶ１２０がオンの状態にあるとき、第１の回折光である１次回折光のみではなく、回折効率は小さいものの、他の次数の光である第２の回折光も現れる。特に重要なものは、各要素１２２内のリボン１２３の個数をＮとし、各リボン１２３の隣接した帯に対する段差が正確にΔ＝λ／（２Ｎ）となる状態でも現れる（Ｎ×ｋ＋ｍ）次の次数である。ここで、ｍは第１の回折光の次数、ｋは任意の整数である。以下では、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次のことを随伴次数と呼ぶ。

図２（ａ）では１次に最も近い随伴次数として、−５次回折光４４と７次回折光４３（ｋ＝±１に相当）を示している。随伴次数の特徴として、例えば、要素１２２中の一つのリボン１２３がオン状態をした時に稼働しなかった場合、１次回折光４２の回折効率低下と同じ割合で随伴次数の回折効率も低下することが挙げられる。また、ピクセル１２１がコンタミを受けた場合、反射率全体が低下するのみで、１次回折光４２と他の随伴次数との回折効率の分配は変化しないため、やはり１次回折光４２の光量変化に追従することになる。

この事実を利用して、随伴次数を監視すれば転写投影に使用する１次回折光４２の光量の振る舞いを知ることができる。

随伴次数を監視して１次回折光４２の光量変化を知ることができれば、転写投影の際の露光ミスを判別することが可能になるが、ピクセル１２１内のリボン１２３の欠陥か、ＧＬＶ１２０の汚れかを判別することはできない。このため、１次回折光４２及び随伴次数以外の次数の回折光を監視することが必要である。ＧＬＶ１２０の汚れの場合、ＧＬＶ１２０での反射率全体が低下する一方、１次回折光４２と他の次数との回折効率の分配は変化しない。しかし、リボン１２３が稼働しない場合は１次回折光４２及び随伴次数の回折効率は低下するが、その他の次数の回折効率は増加する。従って、随伴次数以外の次数を監視することでＧＬＶ１２０の欠陥を判別することができる。

次数の監視が重要な役割を担う状況として、ＧＬＶ１２０で振幅変調を行う場合も考えられる。半導体露光装置におけるパターン転写において、しばしば解像しない程度の大きさの補助パターンをマスク上に設けて所望のパターンの解像を光学的に強調させることがある。しかしながら、ＧＬＶ１２０を用いたマスクレス露光装置を考えたとき、ＧＬＶ１２０の一つのピクセル１２１の大きさは全て同じでなければならないので、このような補助パターンを設定することが困難である。光学的には、補助パターンは光学的には弱い光を発生させるパターンであるため、ＧＬＶ１２０の回折光強度を制御することができれば補助パターンの代用になる。

回折光の強度を制御するためには、図３（ａ）に示すＧＬＶ１２０Ａを使用すればよい。ＧＬＶ１２０Ａはピクセル１２１Ａを複数有し、各ピクセル１２１Ａは３つの要素１２２Ａを有している。各要素１２２Ａは６本のリボン１２３Ａを有し、６本のリボン１２３Ａは、それぞれ、０度、０度、１２０度、１２０度、２４０度、２４０度の位相差をこの順番で反射光に与える。このため、ＧＬＶ１２０Ａは６位相３周期のＧＬＶで３位相３周期と等価なＧＬＶを構成したものである。このような位相差を与えるには、例えば、リボン１２３Ａの下に印加する電圧を変えることによって実現することができる。図３（ｂ）に、ＧＬＶ１２０とＧＬＶ１２０Ａの回折光強度分布の比較を示す。ＧＬＶ１２０Ａから射出される１次回折光の強度は、ＧＬＶ１２０Ａから射出される１次回折光の強度より弱くなっていることが理解される。

多段型のＧＬＶによって回折光の強度を変更（振幅変調ともいう）させ、補助パターンを作成することが可能となる。ｎ段型ＧＬＶは、理想的な状態としてあるピクセル１２１内での隣り合うリボン間の位相差が、０度と３６０度を等価としたときに、（３６０／ｎ）度になるように構成される。この位相差を連続的に変化させることで理想状態の強度を１として０から１の間の任意の変調が可能となるという特徴がある。更に、振幅変調と位相変調を組み合わせれば、いわゆるハーフトーンマスク（バックグラウンドが一定の光強度をもち、かつ、バックグラウンドが一定の位相を保っているようなマスク）を実現できることは明らかである。

振幅変調は、換言すれば、隣接するリボン１２３の段差Δを理想の値 λ／（２Ｎ）からずらすことによって達成される。この場合、リボン１２３が作動しなかった場合と同様に随伴次数、随伴次数以外に関わらず反射回折光が発生する。この光量、即ち、回折効率は１次、随伴次数、随伴次数以外のいずれも計算によって求めることができるため、１次以外の次数を監視することにより、振幅変調の精度を高めることができる。

かかる事実は、ＧＬＶ１２０をバイナリオプティクス（ＢＯ）素子と同様に扱うことで導出できる。ＢＯ素子は、非特許文献２に開示されている。但し、リボン１２３の幅が使用する光の波長λと同程度になると、Δを理想的にλ／（２Ｎ）としても随伴次数以外の光の回折効率が増加することが知られている。通常、リボン１２３の幅は波長よりも大きく取るため問題はないが、波長と同程度となり随伴次数以外が顕著に現れた状態でも予め発生する光量を計測しておくことで較正することが可能である。

以下、本発明の第１の実施例の監視方法について、図４及び図５を参照して説明する。ここで、図４は、本発明の第１の実施例を説明するための概略ブロック図である。図５は、図４に示す制御部６０による動作を説明するためのフローチャートである。

照明光源５１から発せられた光は図２（ａ）に示すＧＬＶ１２０を照明する。ＧＬＶ１２０は、オン状態において、転写投影に使用される１次回折光（露光光）４２と、転写投影に使用されない随伴次数の回折光４４を反射回折光として発生させる。一般に次数の絶対値が小さいものほど回折効率が大きく監視に有利であるため、本実施例は随伴次数としては７次回折光４３ではなく−５次回折光４４を使用する。

露光光４２は投影光学系１３０を介して像面１４１上に結像するよう構成される。

一方、随伴次数４４はＧＬＶ１２０によって反射回折された露光光４２と同等の情報を持っている。これを監視するため、折り曲げミラー５９によって光路を露光光４２と分離した後、光学系５７によってイメージセンサ５８上に結像される。このイメージセンサ５８上のパターンは随伴次数による像となるため、光学系５７が十分な解像力を有している場合、露光光４２の像面１４１上のイメージと照度を除いては同等である。従って、イメージセンサ５８上のパターンを精査することで像面１４１上の画面照度むらや欠陥を判別することができる。イメージセンサ５８は、制御部６０に接続され、制御部６０のイメージセンサ５８による検出結果に基づいてＧＬＶ１２０によるパターン生成の適否を判断する。

以下、図５を参照して、制御部６０による判断処理を説明する。まず、制御部６０は、照明装置１１０に対してＧＬＶ１２０を照明するように命令し、これにより、プレート１４０上にパターン転写を行う露光処理を行う（ステップ１０１）。同時に、イメージセンサ５８を介して随伴次数の光量ないし像の情報を取得する（ステップ１０２）。

次に、制御部６０は、イメージセンサ５８による測定結果に基づいて、図示しないメモリに格納されている光量データ又は像データとイメージセンサ５８による測定結果と比較する。それによって、露光光４２の光量分布が所定の範囲内であるか、ないしは所望の像が得られているかの判断を行う（ステップ１０３）。制御部６０は、ステップ１０３において、露光光４２の光量分布が所定の範囲内である、又は、所望の像が得られていると判断すれば露光を完了させ（ステップ１０４）、その後、処理を終了する（ステップ１０７）。

一方、制御部６０は、ステップ１０３において、露光光４２の光量分布が所定の範囲内ではない、又は、所望の像が得られていないと判断すれば、補正（又は補助）露光を行うか否かを判断する（ステップ１０５）。制御部６０は、ステップ１０５において、補正露光によっても十分な結果が得られないと判断すれば、露光失敗とし（ステップ１０６）処理を終了し、露光をやり直す。補正露光によって十分な結果が得られない場合としては、本来暗部である位置を露光した場合や所定の露光量を大きく超えた場合が挙げられる。

一方、制御部６０は、ステップ１０５において、補正露光によって十分な結果が得られると判断すれば、露光すべきに位置に対して必要な露光量を与えて（ステップ１０８）補正露光を行う（ステップ１０１）。

以上の監視プロセスでは、制御部６０は、露光中に随伴次数の光量や像の検出結果を判断しているが、ステップ１０２での計測結果を図示しないメモリに保持しておき、ステップ１０３及び１０５に使用してもよい。

なお、ここでは光学系５７とイメージセンサ５８との組み合わせにより、随伴次数４４を監視しているが、監視の方法はイメージセンサに限らず、光量検出装置を使用することもできる。この場合、２次元検出はできないが、光量検出の時間分割および当該時間でのＧＬＶ５２の照明位置を記憶することで２次元検出と同等の結果を得ることが可能となる。

また、ＧＬＶ１２０の構成は図２（ａ）に示す構成に限定されない。４位相１周期や４位相２周期（即ち、４本のリボン１２３が０度、９０度、１８０度、２７０度の位相差を与え、各ピクセル１２１内の要素１２２の数が１であるものや、２であるもの）も適用することができる。しかし、一般に、少なくとも２つ以上が変位可能な複数のリボンを有することが好ましい。４位相３周期（各ピクセル１２１内の要素数が３のもの）や３位相３周期（即ち、３本のリボン１２３が０度、１２０度、２４０度の位相差を与え、各ピクセル１２１内の要素１２２の数が３であるもの）など３種類以上の位相差を与えるものである。一般に、位相差の種類数が増加するに従って露光用の次数の回折光の強度を相対的に高めることができるからである。一方、Ｎが大きくなりすぎるとＧＬＶ１２０の作成が困難になる。このため、適当なＮは２乃至６である。

以下、本発明の第１の実施例の監視方法について、図６を参照して説明する。ここで、図６は、本発明の第２の実施例を説明するための概略ブロック図である。図７は、図６に示す制御部６０による動作を説明するためのフローチャートである。

照明光源５１から発せられた光はＧＬＶ１２０を照明する。本実施例のＧＬＶ１２０は、図２（ａ）に示す構成であるが、上述のように、別の構成であってもよい。入射光４１を、転写投影に使用される１次回折光（露光光）４２と、転写投影に使用されない次数の内随伴次数の回折光４４、随伴次数以外（例えば、４次）の回折光４５を反射回折光として発生させる。随伴次数以外としては、０次、即ち、正反射光もあるが、オフ状態でも入射すること、露光光との分離が難しいことなどから、０次光の使用は好ましくない。さらに、−Ｎ以上Ｎ以下の次数を使用するのが好適である。これは、図２（ｂ）や図３（ｂ）で例示されるように、前記範囲以外の次数の場合、光反射帯の位置変化に対して光量変化が小さく計測が難しいためである。なお、光束の分離を考えると、随伴次数としてｋ＝１を使用した場合は負の次数、ｋ＝−１を使用した場合は正の次数を計測するように構成するのが好ましい。

露光光４２は投影光学系１３０を介して像面１４１上に結像するよう構成される。

一方、随伴次数の回折光４４はＧＬＶ１２０によって反射回折された露光光４２と同等の情報を持っている。これを監視するため、折り曲げミラー５９によって光路を露光光４２と分離した後、光学系５７によってイメージセンサ５８上に結像される。このイメージセンサ５８上のパターンは随伴次数による像となるため、光学系５７が十分な解像力を有している場合、露光光４２の像面１４１上の像と照度を除いては同等である。従って、イメージセンサ５８上のパターンを精査することで像面１４１上の画面照度むらや欠陥を判別することができる。

随伴次数以外の監視光４５は折り曲げミラー５２により露光光４２、及び、随伴次数４４と光路を分離した後、光量センサ５４へ入射する。回折光４５はＧＬＶ１２０をオン状態にしたときにピクセル１２１内のリボン１２３が想定通りに稼働しない場合に発生する。従って、回折光４５を回折光４４（又は回折光４３）と同時に計測することにより、ＧＬＶ１２０上の各ピクセル１２１が正しく作動しているかを判断することができる。また、ＧＬＶ１２０で振幅変調を行う場合も随伴次数４４の計測により変調された光量を追うことができ、随伴次数以外も同時に計測することでその精度を高めることができる。

光量センサ５４とイメージセンサ５８は、制御部６０に接続され、制御部６０の光量センサ５４とイメージセンサ５８による検出結果に基づいてＧＬＶ１２０によるパターン生成の適否を判断する。

以下、図７を参照して、制御部６０による判断処理を説明する。まず、制御部６０は、照明装置１１０に対してＧＬＶ１２０を照明するように命令し、これにより、プレート１４０上にパターン転写を行う露光処理を行う（ステップ１１０）。同時に、イメージセンサ５８及び光量センサ５４を介して回折光４４及び４５の光量ないし像の情報を取得する（ステップ１１１）。

次に、制御部６０は、イメージセンサ５８による測定結果に基づいて、図示しないメモリに格納されている光量データ又は像データとイメージセンサ５８による測定結果と比較する。これによって、露光光４２の光量分布が所定の範囲内であるか、ないしは所望の像が得られているかの判断を行う（ステップ１１２）。制御部６０は、ステップ１１２において、露光光４２の光量分布が所定の範囲内である、又は、所望の像が得られていると判断すれば露光を完了させ（ステップ１１７）、その後、処理を終了する（ステップ１１８）。

一方、ステップ１１２において、露光光４２の光量分布が所定の範囲内ではない、又は、所望の像が得られていないと判断すれば、光量が範囲外であると判定された位置に相当するピクセル１２１の光量判断の履歴をチェックする（ステップ１１３）。この履歴において、制御部６０は、当該ピクセル１２１が光量の問題を起こしているかどうかを判断する（ステップ１１４）。

制御部６０は、当該ピクセル１２１が光量の問題を起こしていないと判断した場合は、補正（又は補助）露光を行うか否かを判断する（ステップ１１５）。制御部６０は、ステップ１１５において、補正露光によっても十分な結果が得られないと判断すれば、露光失敗とし（ステップ１１６）処理を終了し、露光をやり直す。補正露光によって十分な結果が得られない場合としては、本来暗部である位置を露光した場合や所定の露光量を大きく超えた場合が挙げられる。

一方、制御部６０は、ステップ１１５において、補正露光によって十分な結果が得られると判断すれば、露光すべきに位置に対して必要な露光量を与えて（ステップ１２５）補正露光を行う（ステップ１１０）。

一方、制御部６０は、ステップ１１４において、当該ピクセル１２１に光量の問題があると判断すれば、随伴次数以外の次数の回折光４５の光量を確認する（ステップ１１９）。次いで、制御部６０は、回折光４５の光量が予め規定された値よりも大きいかどうかを判断する（ステップ１２０）。

制御部６０は、ステップ１２０において、回折光４５の光量が予め規定された値よりも小さいと判断した場合は、当該ピクセル１２１に汚れがあると判断し、ＧＬＶ１２０のクリーニングが必要かどうかを判断する（ステップ１２１）。制御部６０は、ステップ１２１において、クリーニングが必要であると判断した場合は、露光処理を中断し、クリーニングを行い、その後再露光を行う（ステップ１２２）。一方、制御部６０は、ステップ１２１において、クリーニングが必要でないと判断すれば、ステップ１１５に移行する。

ピクセルの汚れによる露光光４２の強度低下は通常補正露光で対応されることになる。ピクセルの強度の周辺に比べて著しい低下、又は強度の低下しているピクセルの数の増大によって、補正露光に時間がかかる場合や素子全体での強度が設置直後の強度に対して低下した場合等のスループット低下が顕著になる状況が生じる。すると、クリーニングが必要と判断される。判断基準としては、露光対象などに依存するが、３０％のスループット低下が挙げられる。

一方、制御部６０は、ステップ１２０において、回折光４５の光量が予め規定された値よりも大きいと判断した場合は、ピクセル１２１内のリボン１２３の欠陥が考えられる。この場合、ＧＬＶ１２０の交換の必要性を判断し（ステップ１２３）、必要であればＧＬＶ１２０を交換後に再露光を行い（ステップ１２４）、交換が不要であればステップ１１５に移行する。ステップ１２３においては、制御部６０は、ピクセル１２１単位ではなく、個々のリボン１２３が汚れた場合を想定し、クリーニング後に光量のチェックを行い、リボン１２３の稼動不良との切り分けを行うことが好ましい。素子の交換の回数は最小限に抑える必要があるのは言うまでもない。露光光４２の強度が不足する場合は補正露光による対応できるので、交換を行う判断は、オフ状態で露光光４２がある一定以上の強度で発生する場合に行う。この場合、フレアが発生するのと同等であるので、これも露光条件や露光対象にも依存するが、上記一定以上の強度の基準として例えばオン状態の強度の５％とするとよい。

以上の監視プロセスでは、制御部６０は、露光中に随伴次数の光量や像の検出結果を判断しているが、ステップ１０２での計測結果を図示しないメモリに保持しておき、ステップ１１５及び１１７に使用してもよい。

なお、ここでは光学系５７とイメージセンサ５８との組み合わせにより随伴次数４４を、光量センサ５４で随伴次数以外の監視光４５を監視しているが、監視の方法はこれらに限定されない。随伴次数に光量センサを、随伴次数以外にイメージセンサを使用することもできる。

以下、図１を参照して、本発明の画面照度むら及び欠陥監視方法を備えたマスクレス露光装置１００について説明する。ここで、図１は、本発明の例示的な露光装置１００の概略ブロック断面図である。照明装置１１０は上述のＧＬＶ１２０を照明し、光学系１１５は随伴次数または随伴次数以外を監視するためのものである。投影光学系１３０は照明されたＧＬＶ１２０から生じる回折光をプレート１４０に投影し、ステージ１４５はプレート１４０を支持する。

露光装置１００は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）して所望のパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。

照明装置１１０は、転写用の回路パターンに応じて制御されたＧＬＶ１２０を照明するための光源部１１２と、照明光学系１１４とを有する。

例えば、光源部１１２の光源は波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ_２レーザーなどを使用することができる。しかし、光源の種類は限定されず、その光源の個数も限定されない。また、光源部１１２にレーザが使用される場合、レーザ光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザ光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。

照明光学系１１４は、ＧＬＶ１２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系１１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。

ＧＬＶ１２０は、例えば、外部から電気的にスイッチがオン／オフされ回折光を制御し、図示しないステージに支持及び駆動される。ＧＬＶ１２０から発せられた回折光のうち転写投影に使用される１次回折光４２は、投影光学系１３０を通りプレート１４０上に投影される。ＧＬＶ１２０とプレート１４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１００は、スキャナーであるため、プレート１４０を縮小倍率比の速度比でスキャンする間にＧＬＶ１２０はオン／オフを繰り返すことによりＧＬＶ１２０のパターンをプレート１４０上に転写する。

ＧＬＶ１２０から発せされた回折光のうち監視として使用される光１２５（光４３乃至４５）は光量センサ又はイメージセンサ等の観測手段を備えた光学系１１５によって監視される。監視光１２５は随伴次数又は随伴次数以外のどちらでもよいし、図１では一つの監視光のみを図示しているが、両者を同時に監視してもよい。監視光１２５として好適な次数は、随伴次数の場合、１次回折光４２に近く、かつ回折効率の高いものであり、例えば、各要素１２２のリボン１２１の個数Ｎが６の場合、−５次が最適である。但し、センサの仕様・能力によってはこの限りではない。随伴次数以外の次数の回折光４５を監視する場合は、光路の分離が容易な次数が好適である。

投影光学系１３０は、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の気のフォームなどの回折光学素子とを有する光学系が使用できる。また、複数のレンズ素子のみからなる光学系や全ミラー型の光学系等も使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

プレート１４０は、ウェハや液晶基盤などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

ステージ１４５は、プレート１４０を支持する。ステージ１４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレートを移動することができる。ＧＬＶ１２０とプレート１４０とは、例えば、同期走査され、ステージ１４５と図示しないステージの位置は、例えば、レーザ干渉計などにより監視され、ステージ１４５の駆動に合わせてＧＬＶ１２０はオン／オフされる。ステージ１４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、ステージ及び投影光学系１３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

露光において、光源部１１２から発せられた光束は、照明光学系１１４によりＧＬＶ１２０を、例えば、ケーラー照明する。ＧＬＶ１２０で反射してパターンを反映する光は、投影光学系１３０によりプレート１４０に結像される。露光装置１００が使用するＧＬＶ１２０は、ＮＡを無駄にすることもなく、光量を損失することもないため作業性を高めて従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図８及び図９を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターン形成をするために露光中のＧＬＶ動作、すなわちＧＬＶへの入力信号を設定する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、ＧＬＶとウェハを用いて本発明のリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置１００によってＧＬＶで形成される回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例のデバイス製造方法によれば、マスクを使わずとも高品位なデバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明によれば、原版としてのマスクを使用しないマスクレス露光装置において、転写投影時の素子の欠陥や画面照度むらを観測することが可能となり、装置コストとデバイスの生産性が両立した装置の開発が可能となる。

本発明の一実施例による露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置に適用可能なＧＬＶの構造と当該ＧＬＶによる反射光の光強度分布を示す図である。 図２に示すＧＬＶの変形例と当該ＧＬＶによる反射光の光強度分布を示す図である。 本発明の第１の実施例を説明するための概略ブロック図である。 図４に示す制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施例を説明するための概略ブロック図である。 図６に示す制御部の動作を説明するためのフローチャートである。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図８に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来のＧＬＶの構造及び動作を模式的に示す図である。 図１０に示すＧＬＶを利用した光を照射制御する光学系を模式的に示す図である。

符号の説明

１００ 露光装置
１２０ 光変調素子（ＧＬＶ）
１２１ 光反射帯（リボン）
１２２ 要素
１２３ 画素（ピクセル）

Claims (5)

1. 入射光に複数の位相差を与える要素を少なくとも１つ有する光変調素子と、前記光変調素子からの出射光のうち第１の回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系とを備える露光装置におけるパターン監視方法であって、
   前記要素は変位可能な光反射帯を複数有し、
   前記光変調素子からの出射光のうち前記第１の回折光とは次数が異なる第２の回折光であって、前記第１の回折光の次数をｍ、前記光反射帯の数をＮ、ｋを任意の整数とすると、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次の回折光、および、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次以外の次数の回折光を検出するステップと、
   該検出ステップによる検出結果に基づいて前記被露光体上に投影される前記パターンの状態を取得するステップとを備えることを特徴とするパターン監視方法。
2. （Ｎ×ｋ＋ｍ）以外の次数は−ＮからＮの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のパターン監視方法。
3. 入射光に複数の位相差を与える要素を少なくとも１つ有する光変調素子と、
   前記光変調素子からの出射光のうち第１の回折光を用いて被露光体上にパターンを投影する投影光学系と、
   前記光変調素子からの出射光のうち前記第１の回折光とは次数が異なる第２の回折光であって、前記第１の回折光の次数をｍ、前記光反射帯の数をＮ、ｋを任意の整数とすると、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次の回折光、および、（Ｎ×ｋ＋ｍ）次以外の次数の回折光を検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出結果に基づいて前記被露光体上に投影される前記パターンの状態を取得する取得手段とを備え、
   前記要素は変位可能な光反射帯を複数有することを特徴とする露光装置。
4. 前記要素は、変位可能な光反射帯を３つ以上有することを特徴とする請求項３記載の露光装置。
5. 請求項３又は４記載の露光装置を利用して前記被露光体を露光するステップと、
   前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。