(57)【要約】 【課題】  レジストパターンの寸法ばらつきを低減可能な露光装置を提供する。【解決手段】  有効光源面２３において、マスクパターンを照明する垂直光を形成する中央領域２２０、及び互いに対向する位置からマスクパターンを照明する斜入射光をそれぞれ形成する第１及び第２偏心領域２２１，２２２を形成する照明光学系２と、マスクパターンの像を被処理体（ウェハ）６上に投影する投影光学系５とを備える。斜入射光は、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きい。【選択図】      図１
2006179516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有効光源面において、マスクパターンを照明する垂直光を形成する中央領域、及び互いに対向する位置から前記マスクパターンを照明する斜入射光をそれぞれ形成する第１及び第２偏心領域を形成する照明光学系と、
前記マスクパターンの像を被処理体上に投影する投影光学系
とを備え、
前記斜入射光は、前記第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きいことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記有効光源面は、前記マスクパターン面のフーリエ変換面に略一致することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記斜入射光は、前記マスクパターン面の法線に対して対称な角度から前記マスクパターンを照明することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項４】
前記斜入射光と前記垂直光とは互いに異なる偏光状態を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項５】
前記斜入射光は、前記直線に対して垂直方向に直線偏光していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項６】
前記垂直光は、円偏光光及び無偏光光のいずれかであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記垂直光は、前記直線に対して垂直方向よりも平行方向の電気ベクトル成分が大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記垂直光は、前記直線に対して平行方向に直線偏光していることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
【請求項９】
前記有効光源面近傍、及び該有効光源面と光学的に略共役な面のいずれかにおいて、前記第１及び第２偏心領域を通過する光路中に配置され、前記斜入射光となる光を直線偏光にする偏光子を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記有効光源面近傍、及び該有効光源面と光学的に略共役な面のいずれかにおいて、前記中央領域を通過する光路中に配置され、前記垂直光となる光の光強度を低減する濃度フィルタを更に備えることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記有効光源面近傍、及び該有効光源面と光学的に略共役な面のいずれかにおいて、前記中央領域を通過する光路中に配置され、前記垂直光となる光を円偏光にする１／４波長板を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記有効光源面近傍、及び該有効光源面と光学的に略共役な面のいずれかにおいて、前記偏心領域を通過する光路中に配置され、前記斜入射光となる光の光強度を低減する濃度フィルタを更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記有効光源面近傍、及び該有効光源面と光学的に略共役な面のいずれかにおいて、前記第１及び第２偏心領域を通過する光路中に配置され、前記斜入射光となる光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させる１／２波長板を更に備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記照明光学系は、前記第１及び第２偏心領域と光軸を中心に９０度回転対称にそれぞれ配置され、前記直線に対して垂直方向よりも平行方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きい前記マスクパターンを照明する斜入射光を形成する第３及び第４偏心領域を更に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
【請求項１５】
有効光源面において中央領域からマスクパターンを照明する垂直光を形成するステップと、
前記有効光源面において互いに対向する位置の第１及び第２偏心領域から、前記第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分が大きく前記マスクパターンを照明する斜入射光を形成するステップと、
前記マスクパターンの像を被処理体上に投影するステップ
とを含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
前記斜入射光を形成するステップは、前記マスクパターン面の法線に対して対称な角度から前記マスクパターンを照明する前記斜入射光を形成することを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
【請求項１７】
前記斜入射光を形成するステップは、前記第１及び第２偏心領域と光軸を中心に９０度回転対称の位置の第３及び第４偏心領域から、前記直線に対して垂直方向よりも平行方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きい前記マスクパターンを照明する斜入射光を更に形成することを特徴とする請求項１５に記載の露光方法。
【請求項１８】
ウェハ上にレジスト膜を塗布し、
有効光源面において中央領域からマスクパターンを照明する垂直光を形成し、前記有効光源面において互いに対向する位置の第１及び第２偏心領域から、前記第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分が大きく前記マスクパターンを照明する斜入射光を形成し、前記マスクパターンの像をレジスト膜に投影し、
前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンをマスクとして用いて、前記ウェハを加工すること
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に露光装置、露光方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスのフォトリソグラフィ工程においては、照明光学系内に形成される有効光源（二次光源）から射出された照明光が、フォトマスク（レチクル）上に描かれたマスクパターンを照明する。フォトマスクで回折された照明光は、投影光学系によりレジスト膜上に集光される。半導体基板上に塗布されたレジスト膜上に光学像が形成され、形成された光学像でレジスト膜が感光される。露光されたレジスト膜を現像することにより、レジストパターンが形成される。
【０００３】
フォトマスクを照明する光の光強度分布は、有効光源の光強度（輝度）分布（以下、「照明」という。）で表される。照明は、フライアイレンズの入射側に設置されたズームレンズや回折光学素子、あるいは有効光源面に配置されたフィルタ（照明絞り）により制御できる。有効光源の大きさを表す照明コヒーレンスファクターσを制御して、通常照明や輪帯照明等のレジストパターンの形状に適する形状の照明が形成される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
例えばフラッシュメモリを製造する場合のフォトリソグラフィ工程では、レジストパターンとして、一方向に周期的に配列されるホールパターン列が形成される。ホールパターンの周期的な配列方向（以下、「周期方向」という。）の繰り返し周期は、基板上で光の波長以下の長さであり、露光装置の解像限界に近い。このような微細なレジストパターンを、通常照明や輪帯照明を用いて形成することは困難である。
【０００５】
微細なレジストパターンを形成するために、有効光源に光強度極大の領域が３箇所存在する「三重極照明」が用いられる。三重極照明は、有効光源の中央に位置する光強度極大の中央領域と、中央領域を挟んで有効光源の端部近傍に対向して位置する光強度極大の２つの偏心領域を含む。例えばホールパターン列を形成するときには、中央領域及び２つの偏心領域が並ぶ方向と、ホールパターン列の周期方向を平行にする。この結果、微細なホールパターン列を形成するのに有効な解像力が得られるとともに、露光量誤差とフォーカス誤差に対するホールパターンの寸法ばらつき（寸法誤差）が低減される、即ちプロセスウインドウの大きな露光を実現することができる。
【０００６】
しかしながら、更なる微細化が進み、例えば波長の３／４以下の周期を持つホールパターン列等の微細なレジストパターンを形成する場合には、三重極照明を用いたとしてもプロセスウインドウが十分に確保できない場合がある。このため、レジストパターンの寸法ばらつきが増大する問題がある。
【特許文献１】特開平６−５３１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、レジストパターンの寸法ばらつきを低減可能な露光装置、露光方法、及びこの露光装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の特徴は、（イ）有効光源面において、マスクパターンを照明する垂直光を形成する中央領域、及び互いに対向する位置からマスクパターンを照明する斜入射光をそれぞれ形成する第１及び第２偏心領域を形成する照明光学系と、（ロ）マスクパターンの像を被処理体上に投影する投影光学系とを備え、（ハ）斜入射光は、第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きい露光装置であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、（イ）有効光源面において中央領域からマスクパターンを照明する垂直光を形成するステップと、（ロ）有効光源面において互いに対向する位置の第１及び第２偏心領域から、第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分が大きくマスクパターンを照明する斜入射光を形成するステップと、（ハ）マスクパターンの像を被処理体上に投影するステップとを含む露光方法であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第３の特徴は、（イ）ウェハ上にレジスト膜を塗布し、（ロ）有効光源面において中央領域からフォトマスクのマスクパターンを照明する垂直光を形成し、有効光源面において互いに対向する位置の第１及び第２偏心領域から、第１及び第２偏心領域を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分が大きくマスクパターンを照明する斜入射光を形成し、マスクパターンの像をレジスト膜に投影し、（ハ）レジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、（ニ）レジストパターンをマスクとして用いて、ウェハを加工することを含む半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レジストパターンの寸法ばらつきを低減可能な露光装置、露光方法、及びこの露光装置を用いた半導体装置の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る露光装置は、図１に示すように、有効光源面２３においてマスクパターンを照明する垂直光を形成する中央領域（透光領域）２２０、及び有効光源面２３において互いに対向する位置からマスクパターンを照明する斜入射光をそれぞれ形成する第１及び第２偏心領域（透光領域）２２１，２２２を形成する照明光学系２と、マスクパターンの像を被処理体（ウェハ）６上に投影する投影光学系５とを備える。ここで、斜入射光は、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を互いに結ぶ直線に対して平行方向よりも垂直方向の電気ベクトル成分がそれぞれ大きい。
【００１４】
露光装置は、例えば縮小比が１／４の投影縮小露光装置（ステッパ）である。なお、縮小比は１／４に特に限定されず、任意の縮小比でよい。また、露光装置としては、ステッパの他にもスキャナが使用可能である。更には屈折型に限らず、反射型や反射屈折型等の露光装置に対しても適用できることは勿論である。
【００１５】
露光装置は、光源１、照明光学系２、マスクステージ４、投影光学系５、及びウェハステージ７を備える。光源１として、例えば波長λ＝１９３ｎｍのアルゴンフロライド（ＡｒＦ）エキシマレーザ光源が用いられる。光源１として、ＡｒＦエキシマレーザ光源の他にも、波長λが１５７ｎｍのフッ素（Ｆ2）エキシマレーザ光源、波長λが２４８ｎｍのクリプトンフロライド（ＫｒＦ）エキシマレーザ光源等を用いても良い。更に、光源１としてエキシマレーザ光源に限らず、波長λが３６５ｎｍの紫外線（ｉ線）、あるいは波長λが１０〜２０ｎｍの極端紫外光（ＥＵＶ）等を射出する光源１が使用可能である。
【００１６】
照明光学系２は、集光光学系２０、フライアイレンズ２１、照明絞り２２、及びコンデンサレンズ２４を含む。集光光学系２０は、光源１からの照明光を集光する。フライアイレンズ２１は、集光光学系２０からの照明光の光強度分布を均一化する。照明絞り２２は、有効光源面２３に配置されている。有効光源面２３は、フォトマスク３のマスクパターン面に略フーリエ変換の関係となる平面、即ち、マスクパターン面のフーリエ変換面に略一致する。照明絞り２２は、光を選択的に遮り、照明として図２に示すような三重極照明を規定する。三重極照明は、光強度極大の中央領域２２０と、中央領域２２０を挟んで対向して配置された光強度極大の第１及び第２偏心領域２２１，２２２と、中央領域２２０及び第１及び第２偏心領域２２１，２２２の周辺に配置され、中央領域２２０や第１及び第２偏心領域２２１，２２２より光強度が小さい周辺領域２２５を含む。周辺領域２２５の外縁は、照明コヒーレンスファクターσが１を表す。
【００１７】
第１及び第２偏心領域２２１，２２２は、有効光源中心を通る直線上において、中央領域２２０から互いに等距離の位置に対向して存在する。中央領域２２０や第１及び第２偏心領域２２１，２２２は、照明絞り２２の開口に対応する。第１及び第２偏心領域２２１，２２２は、フォトマスク３のマスクパターンを斜めに照明する光（以下、「斜入射光」という。）を形成する。中央領域２２０は、マスクパターンを垂直に照明する光（以下、「垂直光」という。）を形成する。周辺領域２２５を通過する光は、中央領域２２０を通過する垂直光及び第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光よりも小さい。
【００１８】
図１に示した光源１から射出される光は、例えば円偏光又は無偏光である。照明絞り２２上には、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する光路中に偏光子２３１，２３２が配置される。偏光子２３１，２３２は、入射した光の成分のうち、所定の直線偏光光のみを通過させる。例えば、偏光子２３１，２３２は、図２に示した第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光の成分のうち、電気ベクトルの振動方向が、矢印で示すように第１及び第２偏心領域２２１，２２２を互いに結ぶ直線に対して垂直方向（Ｙ軸方向）の光のみを通過させる方向に配置される。このため、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光は、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を互いに結ぶ直線に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に直線偏光している。一方、中央領域２２０を通過する垂直光は、無偏光又は円偏光している。なお、偏光子２３１，２３２は、照明絞り２２と接していなくても良く、有効光源面２３近傍に照明絞り２２と離間して配置しても良い。
【００１９】
投影光学系５は、投影レンズ５１及び開口絞り５２を備える。開口絞り５２で囲まれた平面が瞳である。光軸ＡＸは、光源１、照明光学系２及び投影光学系５の中心線である。
【００２０】
フォトマスク３は、図３及び図４に示すようなマスクパターン３１を備えるハーフトーン位相シフトマスクである。マスクパターン３１は、透明基板３２上に配置された遮光部３０及び遮光部３０に設けられ一方向に配列された複数の開口部３１ａ〜３１ｆを備える。開口部３１ａ〜３１ｆは、ウェハ６上にレジストパターンとしてホールパターン列を形成するためのパターンである。開口部３１ａ〜３１ｆは、周期方向に幅Ｗ１、周期方向と直交する方向（以下、「孤立方向」という。）に長さＬ１で配置される。開口部３１ａ〜３１ｆのそれぞれの間のスペース幅Ｓ１は、開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗ１と略同一である。
【００２１】
図１に示した露光装置を用いて、図３及び図４に示したフォトマスク３のマスクパターン３１をウェハ６上に露光する場合、図５に示すように、三重極照明の中央領域２２０及び第１及び第２偏心領域２２１，２２２が並ぶＸ軸方向と、フォトマスク３のマスクパターン３１の周期方向が平行となるようにする。光源１から射出された光は、照明光学系２を介してマスクステージ４上に設置されたフォトマスク３を照明する。
【００２２】
マスクパターン３１を照明すると、０次から高次にわたる回折光が生じる。マスクパターン３１の開口部３１ａ〜３１ｆの周期が小さくなると、回折光の角度が大きくなり、低次の回折光のみしか結像に寄与しなくなる。したがって、ウェハ６上の周期が光の波長以下の光学像は、主に０次回折光（垂直光）と一次回折光（斜入射光）との２光束の干渉によって形成される。
【００２３】
第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光は、図６に示すように、ウェハ６上面の法線に対して略対称な角度θ１，θ２で入射されるのが望ましい。形成するパターンの周期が微細なほど、光の入射する角度θ１，θ２は大きくなり、ウェハ６上に生じる干渉波のコントラストが低下する。図６に示すように、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光の電気ベクトルの振動方向が入射面に平行方向（Ｘ軸方向）のとき、即ち入射面内にあるときの光の偏光状態は「ｐ偏光」と呼ばれる。ｐ偏光の場合は、ウェハ６に入射する斜入射光の電気ベクトルの振動方向が互いに平行でないため、平行な場合に比して斜入射光間の干渉の度合いが低下する。
【００２４】
一方、図７に示すように、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光の電気ベクトルの振動方向が入射面と垂直方向（Ｙ軸方向）にあるときの光の偏光状態は「ｓ偏光」と呼ばれる。ｓ偏光の干渉では、斜入射光の互いの電気ベクトルの振動方向が平行であり、平行でない場合に比して斜入射光間の干渉の度合いは大きい。また、光の入射角θ１，θ２によらずコントラストは一定値である。したがって、ｓ偏光の方が、ｐ偏光に比べ、光学像のコントラストが向上し、露光量余裕度が増大する。この結果、ウェハ６上のレジストパターンの寸法ばらつきが低減される。
【００２５】
図８及び図９に、コントラストと、レジストパターンの寸法に対する露光量余裕度の関係を示す。レジストパターンの寸法は近似的に、レジスト内に形成される光の干渉像において、所定のしきい値を超えた位置でレジストが感光するというモデルで表される。図８に示した光学像の強度の最大値Ｉmaxと最小値Ｉminとの間隔が、図９に示した光学像の強度の最大値Ｉmaxと最小値Ｉminとの間隔よりも広く、光学像のコントラストが大きい。コントラストが大きいと、露光量のばらつきに対して転写パターンの寸法変動を抑制することができる。一方、光学像のコントラストが小さいと、露光量の変動により転写パターンの寸法変動が増加する。したがって、ｓ偏光で結像させた像の方が、ｐ偏光、あるいはｐ偏光とｓ偏光が同強度存在する無偏光で結像させる場合よりもコントラストが増大するので、露光量余裕度ＥＬが大きくなる。
【００２６】
図１０及び図１１に示すウェハ６上のホールパターン列６１の周期方向の光学像の形成に寄与するのは、三重極照明の第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過した斜入射光である。斜入射光が孤立方向に直線偏光している場合に、ウェハ６の上面においてｓ偏光で結像させることになる。一方、中央領域２２０を通過した垂直光は、周期方向のパターンエッジの結像には寄与しない。フォトマスク３に入射した垂直光は、フォトマスク３上のマスクパターン３１によって回折され、周期方向及び孤立方向に回折光を発生させる。周期方向に発生した回折光は回折角が大きいため投影レンズ５１を通り抜けることができない。孤立方向に発生した回折光は投影レンズ５１を通過してウェハ６上に到達し、ホールパターン列６１の孤立方向のパターンエッジを形成する。したがって、この光をホールパターン列６１の孤立方向に偏光させた場合、ｐ偏光による結像となるため、ホールパターン列６１の孤立方向の寸法に関する露光量余裕度は悪化する。そこで、垂直光はホールパターン列６１の孤立方向に偏光させないのが望ましい。
【００２７】
図１に示した露光装置で、マスクパターン３１が転写されたホールパターン列６１は、図１０及び図１１に示すように、ウェハ６上に一方向に周期的に配列されたホールパターン６１ａ〜６１ｆを有する。ホールパターン６１ａ〜６１ｆは、図３及び図４に示した開口部３１ａ〜３１ｆが投影されたパターンであり、周期方向に幅Ｗ２、孤立方向に長さＬ２で配置される。ホールパターン６１ａ〜６１ｆの周期方向の繰り返し周期は、ウェハ６上で波長以下の長さであり、露光装置の解像限界に近い。なお、マスクパターン３１の開口部３１ａ〜３１ｆの幅Ｗ１が露光装置の解像限界或いは最小加工寸法（ＣＤ）程度の場合、パターン密度に起因する光近接効果（ＯＰＥ）やプロセス近接効果（ＰＰＥ）等によりホールパターン６１ａ〜６１ｆの形状及び幅Ｗ２が変動する。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態に係る露光方法を図１、図２、図５、図７、図１０及び図１１を用いて説明する。
【００２９】
（イ）まず、図１に示すように、フォトマスク３及びウェハ６をマスクステージ４及びウェハステージ７上にそれぞれ配置する。そして、開口絞り５２により、図２及び図５に示すように、フォトマスク３のマスクパターン３１の周期方向と、第１及び第２偏心領域２２１，２２２の並ぶ軸方向が一致するように、三重極照明を形成する。
【００３０】
（ロ）図１に示した露光装置において、光源１から無偏光又は円偏光している光を射出する。照明光学系２において、集光光学系２０及びフライアイレンズ２１を介した光を、偏光子２３１，２３２は、入射した円偏光光又は無偏光光の成分のうち、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線に対して垂直方向（Ｙ軸方向）の電気ベクトル成分のみを通過させる。第１及び第２偏心領域２２１，２２２は、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線に対して垂直方向（Ｙ軸方向）に直線偏光している斜入射光を形成する。中央領域２２０は、無偏光又は円偏光している垂直光を形成する。第１及び第２偏心領域２２１，２２２により形成された斜入射光、及び中央領域２２０により形成された垂直光は、図５に示したフォトマスク３のマスクパターン３１を照明する。
【００３１】
（ハ）図１に示した投影光学系５は、フォトマスク３のマスクパターン３１をウェハ６上のレジスト膜２０に投影する。ここで、第１及び第２偏心領域２２１，２２２により形成された斜入射光は、図７に示すようにｓ偏光となり、ウェハ６上のレジスト膜２０に投影される。投影されたレジスト膜２０を現像すれば、図１０及び図１１に示したホールパターン６１ａ〜６１ｆからなるホールパターン列６１が形成される。
【００３２】
本発明の実施の形態によれば、図１０及び図１１に示したホールパターン列６１のような微細なレジストパターンを形成する場合に、レジストパターンの孤立方向の露光量余裕度を落とさずに、周期方向の露光量余裕度を向上させる。この結果、露光量のばらつきに対してレジストパターンの周期方向の寸法ばらつきの発生を抑制することができる。
【００３３】
なお、ｓ偏光照明を用いることによるコントラスト増大の効果は、光強度全体に対するｓ偏光成分の比率に依存する。したがって、図２に示した第１及び第２偏心領域２２１，２２２により形成される斜入射光が、完全にｓ偏光だけを生じておらず多少のｐ偏光成分が含まれていても良い。即ち、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線に対して平行方向（Ｘ軸方向）よりも垂直方向（Ｙ軸方向）の電気ベクトル成分が大きければ、斜入射光が無偏光、円偏光又は第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線に対して垂直方向（Ｙ軸方向）よりも平行方向（Ｘ軸方向）の電気ベクトル成分が大の場合に比して、露光量余裕度を向上することができる。
【００３４】
なお、図１２に示すように、中央領域２２０を通る光路中に、中央領域２２０を通過する光の光強度を低減する濃度フィルタ２４０を更に設置しても良い。偏光子２３１，２３２を通過した光の光強度が低下するため、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光に比して、周期方向の結像に寄与しない中央領域２２０を通過する垂直光の光強度が相対的に増大する。このために、所望の露光量余裕度が得られない場合がある。図１２に示すように中央領域２２０付近に濃度フィルタ２４０を設置することにより、中央領域２２０を通過する垂直光の光強度を制御することにより、中央領域２２０を通過する垂直光を第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通過する斜入射光の強度を略等しくすることができ、所望の露光量余裕度が得られる。
【００３５】
また、図１２に示した偏光子２３１，２３２及び濃度フィルタ２４０は、開口絞り２２に接して配置されなくても良い。例えば、図１３に示すように、偏光子２３１，２３２及び濃度フィルタ２４０が、開口絞り２２と離間して、開口絞り２２の入射側の有効光源面２３に対して光学的に略共役な面に配置されても良い。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態に係る半導体集積回路（ＬＳＩ）の製造方法を図１４のフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に述べる半導体記憶装置の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
【００３７】
（イ）まず、ステップＳ１００において、プロセス・マスクシミュレーションやデバイスシミュレーションにより、電気的特性を得る。電気的特性を用いてＬＳＩの回路シミュレーションが行われ、設計パターンのレイアウトデータ（設計データ）を生成する。次に、ステップＳ２００において、ステップＳ１００で生成されたレイアウトデータの設計パターンに対して、マスクパターンのマスクデータを生成する。図３及び図４に示すようなマスクパターン３１が透明基板３２に形成され、フォトマスク３が作製される。なお、フォトマスク３の他にもＬＳＩの製造工程の各段階に対応した各層分のフォトマスクが作製されて、フォトマスクのセットが用意される。
【００３８】
（ハ）ステップＳ３０２におけるフロントエンド工程（ウェハ工程）では、ステップＳ３１０における酸化工程、ステップＳ３１１におけるレジスト塗布工程、ステップＳ３１２におけるフォトリソグラフィ工程、ステップＳ３１３におけるイオン注入工程及びステップＳ３１４における熱処理工程等が繰り返して実施される。一連の工程が終了すると、ステップＳ３０３へ進む。
【００３９】
（ニ）ステップＳ３０３において、ウェハ６表面に対して配線処理が施されるバックエンド工程（表面配線工程）が行われる。バックエンド工程では、ステップＳ３１５における化学気相成長（ＣＶＤ）工程、ステップＳ３１６におけるレジスト塗布工程、ステップＳ３１７におけるフォトリソグラフィ工程、ステップＳ３１８におけるエッチング工程、ステップＳ３１９における金属堆積工程等が繰り返し実施される。ステップＳ３１７において、図１に示した露光装置を用いて、ステップＳ２００で作製された図３及び図４に示したフォトマスク３のマスクパターン３１をウェハ上のレジスト膜に転写する。その後レジスト膜を現像して、図１０及び図１１に示すようにレジスト膜にレジストパターン（ホールパターン列）６１が形成される。ステップＳ３１８において、ホールパターン列６１を用いて、ウェハを加工する。一連の工程により多層配線構造が完成したら、ステップＳ３０４へ進む。
【００４０】
（ホ）ステップＳ３０４において、ダイヤモンドブレード等のダイシング装置により、所定のチップサイズに分割される。そして、金属若しくはセラミックス等のパッケージング材料にマウントされ、チップ上の電極パッドとリードフレームのリードを金線で接続された後、樹脂封止などの所要のパッケージ組み立ての工程が実施される。ステップＳ４００において、半導体集積回路の性能・機能に関する特性検査、リード形状・寸法状態、信頼性試験などの所定の検査を経て、半導体集積回路が完成される。ステップＳ５００において、以上の工程をクリアした半導体集積回路は、水分、静電気などから保護するための包装を施され、出荷される。
【００４１】
以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、露光量のばらつきに対してホールパターン列６１のような微細なレジストパターンの周期方向の寸法ばらつきの発生を抑制できるので、半導体装置製造の歩留まりを向上可能となる。
【００４２】
なお、ステップＳ３１７においてホールパターン列６１を形成する場合を示したが、ステップＳ３１２におけるフォトリソグラフィ工程においてホールパターン列６１を形成しても良い。
【００４３】
（第１の変形例）
本発明の実施の形態の第１の変形例においては、図１に示した光源１から射出した光の電気ベクトルの振動面が、図２に示した第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通る直線と垂直方向（Ｙ軸方向）と一致する例を例する。図１５に示すように、有効光源面２３において中央領域２２０を通る光の光路中であって、有効光源面２３と共役な面に、１／４波長板２５０が設置される。１／４波長板２５０が、入射した直線偏光光を円偏光にする。その結果、図２に示すように、有効光源面２３では、第１及び第２偏心領域２２１，２２２によりマスクパターン３１の孤立方向に電気ベクトルの振動面が一致するように直線偏光している斜入射光が形成される。中央領域２２０により円偏光している垂直光が形成される。
【００４４】
第１の変形例によれば、光源１から射出した光が直線偏光光の場合でも、１／４波長板２５０を配置することにより、実施の形態と同様に、レジストパターンの寸法ばらつきを抑制することができる。
【００４５】
なお、図１６に示すように、１／４波長板２５０が設置される有効光源面２３と光学的に共役な面であって、１／４波長板２５０が無い光路に濃度フィルタ２４１，２４２を更に設置しても良い。濃度フィルタ２４１，２４２を設置することにより、１／４波長板２５０を通過する光の強度と、１／４波長板２５０を通過しない光の光強度を一致させるように有効光源の光強度分布を調節可能となる。
【００４６】
また、第１の変形例において、光源１から発した光が無偏光又は円偏光の場合にも、図１７に示すように、有効光源面２３と光学的に共役な面に、１／４波長板２５０及び濃度フィルタ２４１，２４２を配置しても良い。１／４波長板２５０の入射側に、偏光子２３０を配置する。偏光子２３０が、無偏光又は円偏光を、電気ベクトルの振動面が図２に示した第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通る直線と垂直方向（Ｙ軸方向）と一致するように直線偏光にする。この結果、図１７に示した電気ベクトルの振動面が図２に示した第１及び第２偏心領域２２１，２２２を通る直線と垂直方向（Ｙ軸方向）と一致するように予め直線偏光している場合と同様に、光強度分布を調整することができる。
【００４７】
（第２の変形例）
本発明の実施の形態の第２の変形例においては、図１８に示すように、中央領域２２０を通過する垂直光の電気ベクトルの振動方向が、第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線に平行方向（Ｘ軸方向）である例を説明する。図１９に示すように、有効光源面２３と共役な面であって、有効光源の中央領域２２０を通る光の光路中に、１／２波長板２６０が設置される。１／２波長板２６０が、入射した直線偏光光の電気ベクトルの振動方向を９０度回転させる。
【００４８】
有効光源面２３においては、図１８に示すように、中央領域２２０を通過した垂直光が直線偏光している。垂直光の電気ベクトルの振動面は、図３及び図４に示したマスクパターン３１の孤立方向に一致する。中央領域２２０を通過した垂直光は、フォトマスク３上のマスクパターン３１において、周期方向を含む面内及び孤立方向を含む面内に発生する。周期方向を含む面内に発生した回折光は、回折角が大きいため投影レンズ５１を通り抜けることができず、レジストパターン形成に寄与しない。一方、孤立方向を含む面内に発生した回折光は、投影レンズ５１を通過してウェハ６上に到達し、図１０及び図１１に示したホールパターン列６１の孤立方向のパターンエッジを形成する。したがって、垂直光をホールパターン列６１の周期方向に平行方向に直線偏光させた場合、ｓ偏光による結像となるため、ホールパターン列６１の孤立方向の寸法に関する露光量余裕度を、垂直光が円偏光又は無偏光している場合に比して向上する。また、垂直光は、ホールパターン列６１の周期方向のエッジの形成には寄与しないので、中央領域２２０から発した垂直光の偏光状態を変えてもホールパターン列６１の周期方向の露光量余裕度は変化しない。
【００４９】
第２の変形例によれば、微細なホールパターン列６１の形成において、密集方向の露光量余裕度を落とさずに、孤立方向の露光量余裕度を向上させることができる。この結果、露光量のばらつきに対してホールパターン列６１の孤立方向の寸法ばらつきの発生を抑制できる。
【００５０】
なお、図２０に示すように、１／２波長板２６０が設置される面であって１／２波長板２６０は無い光路に濃度フィルタ２４１，２４２を設置しても良い。濃度フィルタ２４１，２４２を設置することにより、照明を調節することができ、１／２波長板２６０を通過する光の強度と１／２波長板２６０を通過しない光の強度を合わせることができる。
【００５１】
（第３の変形例）
本発明の実施の形態の第３の変形例においては、図２１に示すように、フォトマスク３に、開口部３１ａ〜３１ｆのマスクパターン３１に加えて、種々の形状のパターン３３１，３３２，３３３が含まれている例を説明する。図２１に示したパターン３３１は、開口部３１ａ〜３１ｆの孤立方向に延伸する細線パターンである。パターン３３２は、矩形のパターンである。パターン３３３は、開口部３１ａ〜３１ｆの周期方向に延伸する細線パターンである。
【００５２】
図２１に示したフォトマスク３を用いた投影露光において、図２又は図１８に示した三重極照明を用いると、開口部３１ａ〜３１ｆの孤立方向と周期方向で照明が異なるために、孤立方向の寸法に関する露光量余裕度と、周期方向の寸法に関する露光量余裕度が異なり、不具合が生じる。例えば図２１においては、矩形のパターン３３２は隣り合う辺の寸法が異なるように変形し、また縦ラインと横ラインの寸法が異なる量だけ変わる。
【００５３】
この場合、照明として、図２２に示すような「五重極照明」を用いることが好ましい。五重極照明は、光強度極大の中央領域２２０の他に、光軸ＡＸを通る直線上であって光軸ＡＸを挟んで等距離の位置に存在する２つの光強度極大の第１及び第２偏心領域２２１，２２２、及び第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線とは直交する直線上であって光軸ＡＸを挟んで等距離の位置に存在する２つの光強度極大の第３及び第４偏心領域（透光領域）２２３，２２４を備える。第１及び第２偏心領域２２１，２２２と、第３及び第４偏心領域２２３，２２４とは、光軸ＡＸに対して９０度回転対称に配置されている。第１及び第２偏心領域２２１，２２２を結ぶ直線と、第３及び第４偏心領域２２３，２２４とを結ぶ直線のうち少なくとも１本が、図２１に示したフォトマスク３上のマスクパターン３１の周期方向に平行である。
【００５４】
図２２に示すように、第１〜第４偏心領域２２１〜２２４付近を通過する斜入射光を、電気ベクトルの振動方向が、それぞれの位置と有効光源中心とを結ぶ線に対して直交する方向であるような直線偏光にする。第１〜第４偏心領域２２１〜２２４付近を通過する光は、図１０及び図１１に示したホールパターン列６１の周期方向のエッジの形成において有効である。中央領域２２０を通過する垂直光は、円偏光又は無偏光している。図２２に示した五重極照明は、光強度が縦方向と横方向で共通であるから、ホールパターン列６１の孤立方向の寸法に関する露光量余裕度と、周期方向の寸法に関する露光量余裕度が共通である。したがって、図２１に示したパターン３３１〜３３３の結像を実現できる。しかし、開口部３１ａ〜３１ｆの周期が小さい場合、露光量余裕度が十分出なくなる場合がある。
【００５５】
第３の変形例によれば、密集したホールパターン列の露光量余裕度を向上させるとともに、密集したホールパターン列以外のレジストパターンの寸法精度を良好に保つ。この結果、露光量のばらつきに対して密集したホールパターンの寸法ばらつき、密集したホールパターン以外のパターンの寸法ばらつきを抑制できる。
【００５６】
なお、第３の変形例において、図２３に示すように、ホールパターン列を形成する開口部３１ａ〜３１ｆと周期方向が９０度回転した、微細なホールパターン列を形成するマスクパターン３１ｘが含まれていても良い。マスクパターン３１，３１ｘの投影露光において、図２又は図１８に示した三重極照明を用いると、縦方向に並んだホールパターンの密集方向が解像しない。この場合も、図２２に示した五重極照明を用いれば、マスクパターン３１，３１ｘに対応するホールパターン列を形成可能となる。
【００５７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。実施の形態の説明においては、図３及び図４に示したフォトマスク３として、遮光部３０及び開口部３１ａ〜３１ｆを有するハーフトーン位相シフトマスクを説明したが、バイナリマスク、レベンソン型位相シフトマスク、クロムレス位相シフトマスク等を使用しても良い。
【００５８】
また、図２４に示すように、フォトマスク３は、ホールパターン列を形成するための開口部３１ａ〜３１ｆに加えて、アシストパターンやＳＲＡＦとも呼ばれる、ウェハ６上で非解像となる非解像パターン３５１，３５２が配置されていても良い。非解像パターン３５１，３５２を設置することによって、ホールパターン列の孤立方向寸法の露光量余裕度又は焦点深度が増大し、寸法精度が向上する。フォトマスクのマスクパターン３１の転写においても、図２、図１８、図２２に示した三重極照明や五重極照明を用いることによって、更なる露光量余裕度の増大と寸法精度の向上が実現する。
【００５９】
更に、本発明の実施の形態に係る照明としては、図２、図１８、図２２に示した照明の他にも種々の照明が採用可能である。例えば、図２５に示すような中央領域２２０が環状の照明を用いても良い。中央領域２２０の内側には、中央領域２２０や第１及び第２偏心領域２２１，２２２より光強度が小さい遮光領域２２５ｘが配置されいる。更に、図２に示した中央領域２２０を、周辺領域２２５が光軸ＡＸを通ってＸ軸方向及びＹ軸方向に分割したような、図２６に示す照明を用いても良い。図２６においては、４つの中央領域２２０ａ〜２２０ｄが配置されている。即ち、「中央領域」は光軸ＡＸ上にはなくても良く、光軸ＡＸ近傍に配置されていても良い。
【００６０】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る三重極照明の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの一例を示す断面図（図３のＡ−Ａ方向の断面図）である。
【図５】本発明の実施の形態に係る照明、マスクパターンの位置関係を説明するための概略斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るｐ偏光を説明するための概略斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るｓ偏光を説明するための概略斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るコントラストと露光量余裕度との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態に係るコントラストと露光量余裕度との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態に係るウェハの一例を示す平面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るウェハの一例を示す断面図（図１１のＡ−Ａ方向の断面図）である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る露光装置の他の一例を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る露光装置の更に他の一例を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一例を説明するためのフローチャートである。
【図１５】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る照明光学系の一例を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る照明光学系の他の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る他の照明光学系の断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る三重極照明の一例を示す模式的平面図である。
【図１９】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る照明光学系の一例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る照明光学系の他の一例を示す断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。
【図２２】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る五重極照明の一例を示す模式的平面図である。
【図２３】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るフォトマスクの他の一例を示す平面図である。
【図２４】本発明のその他の実施の形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。
【図２５】本発明のその他の実施の形態に係る照明の一例を示す平面図である。
【図２６】本発明のその他の実施の形態に係る照明の他の一例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１…光源
２…照明光学系
３…フォトマスク
４…マスクステージ
５…投影光学系
６…ウェハ
２３…有効光源面
３１，３１ｘ…マスクパターン
６０…レジスト膜
２２０，２２０ａ〜２２０ｄ…中央領域（透光領域）
２２１〜２２４…第１〜第４偏心領域（透光領域）
２２５，２２５ｘ…周辺領域（遮光領域）
２３０，２３１，２３２…偏光子
２４０，２４１，２４２…濃度フィルタ
２５０…１／４波長板
２６０…１／２波長板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2006179516.tif 000018
【図１７】
2006179516.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2006179516.tif 000024
【図２３】
2006179516.tif 000025
【図２４】
2006179516.tif 000026
【図２５】
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【図２６】
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