(57)【要約】【課題】  露光装置間の光近接効果の差異を低減し、安定したパターン形成を行うことができる、露光装置の調整方法、パターン形成方法、および露光装置を提供する。【解決手段】  ＯＰＥルールの作成に使用した基準装置である露光装置Ａにおいて、光近接効果による形状変形が生じるピッチＰ２のＬ／Ｓパターンを形成する。次に、露光装置Ｂにおいて、同一のマスクを用いて同一のＬ／Ｓパターンを形成するとともに、当該Ｌ／Ｓパターンのライン幅ＰＢと、露光装置Ａで形成したＬ／Ｓパターンライン幅ＰＡとの間の寸法差が最小になる条件に、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整する。このとき、リレーレンズ１１を光軸に沿って平行に移動させる。あるいは、照明絞りアパーチャ２０の開口径を変更することで、コヒーレンスファクタの調整を行う。【選択図】  図２
2006229042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の露光装置間に適用される露光装置の調整方法であって、
第１の露光装置において、転写パターンに光近接効果による形状変形が生じる第１のマスクを用いて、被転写体に第１のパターンを形成するステップと、
第２の露光装置において、前記第１のマスクを用いて、被転写体に第２のパターンを形成するステップと、
前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法との間の寸法差を求めるステップと、
当該寸法差が最小になる条件に、前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタを調整するステップと、
を有することを特徴とする露光装置の調整方法。
【請求項２】
前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整前に、
前記第１の露光装置において、転写パターンに光近接効果による形状変形が生じることのない第２のマスクを用いて、被転写体に第３のパターンを形成するステップと、
前記第２の露光装置において、前記第２のマスクを用いて、被転写体に第４のパターンを形成するステップと、
前記第３のパターンの寸法と前記第４のパターンの寸法との間の寸法差を求めるステップと、
当該寸法差が最小になる条件に、当該第２の露光装置の照明条件を調整するステップと、
を有する請求項１に記載の露光装置の調整方法。
【請求項３】
前記第１のマスクのマスクパターンが、ラインアンドスペースパターンである請求項１または２に記載の露光装置の調整方法。
【請求項４】
前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタが、前記第１のパターンのライン幅と前記第２のパターンのライン幅との間の寸法差が最小になる条件に調整される請求項３に記載の露光装置の調整方法。
【請求項５】
前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタが、前記第１のパターンのスペース幅と前記第２のパターンのスペース幅との間の寸法差が最小になる条件に調整される請求項３に記載の露光装置の調整方法。
【請求項６】
前記第１のマスクのマスクパターンがホールパターンであり、前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタが、第１のパターンのホール径と第２のパターンのホール径との間の寸法差が最小になる条件に調整される請求項１または２に記載の露光装置の調整方法。
【請求項７】
前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整は、当該第２の露光装置が備える光学系を構成する一部のレンズを、露光光の光軸に沿って平行移動させることを含む請求項１〜６のいずれかに記載の露光装置の調整方法。
【請求項８】
前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整は、当該第２の露光装置の露光光の光軸上に設けられた遮光板に形成された、照明絞りアパーチャの開口寸法または、開口数を変更することで行われる請求項１〜７のいずれかに記載の露光装置の調整方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の露光装置の調整方法を適用した第２の露光装置において、第１の露光装置において生じる光近接効果に基づいて導出された光近接効果補正を適用したマスクを用いて被転写体にパターンを形成するパターン形成方法。
【請求項１０】
光源から出射された光を、第１の照明絞りアパーチャを通過させて整形された露光光とし、当該露光光により、マスク上に遮光部として形成されたパターンを被転写体に転写する露光装置において、
前記露光光を前記マスクに誘導して、前記マスクを照明させる光学系と、
前記光学系の一部として設けられ、前記露光光の光軸に沿って平行に移動可能に設けられたレンズと、
前記第１の照明絞りアパーチャの前記光源側、または前記第１の照明絞りアパーチャの前記光学系側に隣接して設置され、コヒーレンスファクタを微調整可能な第２の照明絞りアパーチャと、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記第２の照明絞りアパーチャが、前記第１の照明絞りアパーチャに代えて、当該第１の照明絞りアパーチャの位置に設置される請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記第２の照明絞りアパーチャは、前記露光光の光軸と平行な軸心周りに回転可能な円板上に、形状の異なる複数のアパーチャ群として形成され、当該円板を回転させることにより前記アパーチャ群から、１つのアパーチャを選択可能に構成された請求項１０または請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
光源から出射された露光光により、マスク上に遮光部として形成されたパターンを被転写体に転写する露光装置において、
前記露光光を前記マスクに導光し、当該マスクを照明する光学系と、
前記光学系の一部として配置されるとともに、前記露光光の光軸に沿って平行に移動可能に設けられたレンズと、
基準マスクを用いて転写パターンを形成した際に、前記基準マスクにより形成されるべきパターンと前記転写パターンとの寸法差に基づいて、当該寸法差が最小となる前記レンズの位置を演算するレンズ位置演算手段と、
前記レンズ位置演算手段の演算結果に基づいて、前記レンズを前記寸法差が最小となるレンズ位置に移動させるレンズ移動手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程において複数台の露光装置が使用される際に、各露光装置の光近接効果の差異を緩和する露光装置の調整方法、パターン形成方法、及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の製造工程の中で、微細な半導体回路パターンを形成する装置として投影露光装置（ステッパ）が広く使用されている。図９は、従来の投影露光装置の一例を示す概略構成図である(例えば、特許文献１等参照。)。
【０００３】
この種の投影露光装置（以下、単に露光装置という。）は、一般に、水平方向に移動自在に設けられたステージ１を備え、当該ステージ１上に、表面にフォトレジスト３が塗布された半導体ウエハ２（被転写体）が載置される。当該ステージ１には、図示しない光源から出射された露光光７が、フォトマスク６を介して照射され、これにより、フォトマスク６に形成されたマスクパターンがフォトレジスト３に転写される。通常、フォトマスク６は、ガラス基板４と、当該ガラス基板４にマスクパターンを構成する遮光部５とからなり、当該遮光部５により半導体回路素子や各種テストパターン等が構成されている。
【０００４】
また、光源から出射された露光光７は、光束の形状を整形する照明絞りアパーチャ９（９ａ〜９ｄ）、露光光７の強度を均一化するフライアイレンズ１０を通過した後、露光光７の光軸に沿って移動可能に設けられたリレーレンズ１１およびコンデンサレンズ１２を順に通過し、反射ミラー１３で反射されてフォトマスク６に入射する。そして、フォトマスク６を通過した露光光７は、複数の投影レンズ８に構成される投影光学系により、例えば、１／５のサイズに縮小されるともにフォトレジスト３上に結像される。
【０００５】
上記照明絞りアパーチャ９は、その形状を変更することにより、コヒーレンスファクタの変更や、変形照明を実現することができる。図９の例では、露光光７の光軸と平行な軸心周りに回転可能に設けられた円板１４上に、形状の異なる複数の照明絞りアパーチャ９が形成されており、当該円板１４を回転させることで、露光の目的に応じた所望のアパーチャ９を選択できるようになっている。
【０００６】
なお、上記円板１４上に形成される照明絞りアパーチャ９としては、図１０に例示するような、通常照明の高開口数（ＮＡ：Numerical Aperture）の条件を実現するアパーチャ９ａ、通常照明の低ＮＡの条件を実現するアパーチャ９ｂ、変形照明である輪帯条件を実現するアパーチャ９ｃ、および変形照明である４重極条件を実現するアパーチャ９ｄ等がある。
【０００７】
さて、上述の露光装置を使用して、例えば、光源の波長と同程度のライン幅を有するラインアンドスペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパターンという。）を形成する場合、フォトマスク６上では同一線幅のパターンであっても、Ｌ／Ｓパターンの配置周期（以下、ピッチという。）が異なると、フォトレジスト３に異なるライン幅のパターンが転写されるという現象が生じる。この現象は、フォトレジスト３上において、遮光部５に対応する領域の光強度が上記ピッチに応じて変化するために生じるものであり、一般に光近接効果（ＯＰＥ：Optical Proximity Effect）と呼ばれている。
【０００８】
この光近接効果の対策として、従来から、フォトマスク６の設計時に、ＯＰＥを考慮して遮光部５のパターン形状を補正する光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）が行われている。
【０００９】
このような光近接効果補正を行うために、半導体ウエハ２上に形成されるレジストパターンのライン幅のピッチ依存性のデータを、フォトマスク６上のライン幅をパラメータとして予め取得し、当該データに基づいて光近接効果ルール（以下、ＯＰＥルールという）が作成される。
【００１０】
図１１は、ＯＰＥルールを説明する模式図であり、上述の露光装置を用いてＬ／Ｓパターンを形成した場合におけるライン幅のピッチ依存性を示している。図１１において、横軸がフォトマスク６上のＬ／Ｓパターンのピッチに対応し、縦軸が半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのライン幅に対応する。
【００１１】
なお、フォトレジスト３が、ポジ型レジストであるか、ネガ型レジストであるかによってフォトマスク６上に形成される遮光部５のパターンは反転することになる。ここでは、フォトレジスト３がポジ型レジストであり、フォトマスク６上に、半導体ウエハ２上に形成されるレジストパターンのライン部に相当する遮光部５が形成される場合について説明する。
【００１２】
また、図１１に示す曲線ａ〜ｈは、フォトマスク６上にそれぞれ異なるライン幅ａ〜ｈ（ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇ＜ｈ）の遮光部５を形成した場合のデータである。
【００１３】
上述したように、各曲線ａ〜ｈにおいて、半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのライン幅は、光近接効果のためにフォトマスク６上のピッチに応じて変化する。
【００１４】
ここで、半導体ウエハ２上にライン幅ｒのパターンを形成する場合を考える。
【００１５】
図１１において、例えば、ピッチが比較的広い範囲Ｗでは、フォトマスク６上にライン幅ｂの遮光部５を形成した場合に、半導体ウエハ２上にライン幅rに最も近いレジストパターンが形成されている。
【００１６】
これに対し、図１１において、ピッチが最も狭い範囲Ｘでは、フォトマスク６上にライン幅aの遮光部５を形成した場合が、ライン幅rに最も近いレジストパターンが形成される。また、範囲Ｘに隣接する範囲Ｙでは、ライン幅ａの遮光部５よりも、ライン幅ｂの遮光部５を形成した方が、ライン幅ｒに近いレジストパターンを得ることができる。
【００１７】
同様に、図１１に示す範囲Ｚでは、ライン幅ｄの遮光部５を形成した場合が、ライン幅rに最も近いレジストパターンが形成される。
【００１８】
したがって、図１１に示すような、レジストパターンのライン幅のピッチ依存性を、遮光部５のライン幅をパラメータとして予め取得しておけば、半導体ウエハ２上にライン幅rを形成するために、フォトマスク６上に形成すべき遮光部５のライン幅を、当該ラインパターンに隣接するパターンとの間隔に応じて決定することができる。したがって、このようなＯＰＥルールに基づいて、フォトマスク６の設計時に、遮光部５の寸法補正を行うことにより、光近接効果を考慮した設計を行うことが可能となる。
【特許文献１】特開平９−１１５８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
半導体集積回路装置の生産においては、大量の半導体ウエハ２を並行して処理するために、同一機種、同一性能を持った複数台の露光装置を使用してフォトレジスト３の露光が行われている。しかしながら、仕様上、同一性能である露光装置を使用した場合であっても、実際、個々の装置には固体差が存在するため、上記光近接効果の発現の様相は、それぞれの露光装置で異なる。
【００２０】
図１２に、同一性能である、異なる露光装置Ａ、Ｂにおいて、同一のフォトマスク６を使用してそれぞれ取得された、半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのライン幅のピッチ依存性を示す。図１２に示すように、ピッチが大きい（ライン間隔が大）場合、両装置で形成されるライン幅に差はないが、ピッチが小さい（ライン間隔が小）場合には、異なるライン幅のパターンが形成される。
【００２１】
すなわち、光近接効果補正がなされたフォトマスク６を使用して露光を行っても、当該光近接効果補正が、他の露光装置により取得されたＯＰＥルールに基づいてなされた光近接効果補正であれば、所望のライン幅のパターンが形成できないのである。
【００２２】
特に、回路素子パターンが微細になると、上記光近接効果が出現する箇所が増大するため、露光装置ごとの光近接効果バラツキのために各露光装置で形成したパターンに生じる寸法差が、素子特性、製造歩留り等に与える影響が大きくなる。このため、各露光装置で形成したパターン間に寸法差が存在することは好ましくない。
【００２３】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、複数の露光装置間の光近接効果の差を低減し、安定したパターン形成を行うことができる、露光装置の調整方法、パターン形成方法、および露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記従来の課題を解決するための本発明は、以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る露光装置の調整方法は、まず、第１の露光装置において、被転写体に形成される転写パターンに光近接効果による形状変形が生じるマスクパターンを備えた第１のマスクを用いて、被転写体に第１のパターンを形成する。次に、第２の露光装置において、前記第１のマスクを用いて、被転写体に第２のパターンを形成する。続いて、前記第１のパターンの寸法と前記第２のパターンの寸法との間の寸法差を求め、当該寸法差が最小になる条件に、当該第２の露光装置のコヒーレンスファクタを調整する。
【００２５】
上記コヒーレンスファクタの調整は、例えば、第２の露光装置により、異なるコヒーレンスファクタとした複数の条件において、上記第１のマスクを用いて第２のパターンの形成を行い、各パターンのうち、上記第１のパターンに最も寸法が近いコヒーレンスファクタの条件を選択すればよい。なお、コヒーレンスファクタは、光源からフォトマスクまでの光源側光学系のＮＡ、あるいは、投影光学系のＮＡを変更することにより調整することが可能である。
【００２６】
また、同一機種の露光装置では、上記コヒーレンスファクタの調整は、コヒーレンスファクタを微小量変動させることで実行することができる。このため、本発明に係る調整方法を適用する露光装置は、例えば、σが０．０１程度のステップで変化させることができるように構成されることが好ましい。
【００２７】
また、上記構成において、第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整前に、第１の露光装置において、被転写体に形成される転写パターンに光近接効果による形状変形が生じることのない第２のマスクを用いて第３のパターンを形成するとともに、第２の露光装置において、前記第２のマスクを用いて、第４のパターンを形成する。そして、前記第３のパターンの寸法と第４のパターンの寸法との間の寸法差が最小になる条件に、第２の露光装置の照明条件を調整してもよい。ここで、照明条件とは、主として、露光量（露光エネルギー）を指す。
【００２８】
以上の構成において、第１のマスクのマスクパターンは、例えば、ラインアンドスペースパターンとすることができる。この場合、前記第２の露光装置のコヒーレンスファクタは、第１のパターンのライン幅と第２のパターンのライン幅との間の寸法差が最小になる条件に調整されても、第１のパターンのライン間隔と第２のパターンのライン間隔との間の寸法差が最小になる条件に調整されてもよい。また、第１のマスクのマスクパターンをホールパターンとし、第２の露光装置のコヒーレンスファクタを、第１のパターンのホール径と第２のパターンのホール径との間の寸法差が最小になる条件に調整してもよい。
【００２９】
一方、第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整は、例えば、第２の露光装置が備える光学系を構成する一部のレンズを、露光光の光軸に沿って平行移動させることで行うことができる。また、第２の露光装置のコヒーレンスファクタの調整は、第２の露光装置の露光光の光軸上に設けられた遮光板に形成された照明絞りアパーチャの開口寸法（開口数）を変更することで行うこともできる。さらに、これらの手法を同時に採用する構成を採用してもよい。
【００３０】
以上のように調整を行った露光装置では、両露光装置において生じる光近接効果の差異が小さくなっているため、例えば、第１の露光装置における光近接効果に基づいて導出された光近接効果補正を適用したマスクを用いて、第２の露光装置で転写パターンを形成した場合であっても、従来に比べて、光近接効果の差異により生じるパターン寸法のバラツキを小さくすることができる。
【００３１】
なお、上記調整方法を適用する露光装置としては、光源から出射された光を、第１の照明絞りアパーチャを通過させて整形された露光光とし、当該露光光により、マスク上に遮光部として形成されたパターンを被転写体に転写する露光装置において、前記露光光を前記マスクに誘導し、前記マスクを照明させる光学系と、前記光学系の一部として設けられ、前記露光光の光軸に沿って平行に移動可能に設けられたレンズと、前記第１の照明絞りアパーチャに加えて、当該第１の照明絞りアパーチャの前記光源側または当該第１の照明絞りアパーチャの前記光学系側の前記光軸上に隣接して設置可能、あるいは、前記第１の照明絞りアパーチャに代えて当該第１の照明絞りアパーチャの位置に設置可能であり、開口数を微調整可能な第２の照明絞りアパーチャとを備えた構成を採用する。
【００３２】
上記第２の照明絞りアパーチャは、例えば、上記露光光の光軸と平行な軸心周りに回転可能な円板上に、形状の異なる複数のアパーチャ群として形成され、当該円板を回転させることにより第２の照明絞りアパーチャの開口数を選択できる構成を採用することができる。
【００３３】
さらに、他の観点では、本発明は上記調整方法を適用する装置として、以下の露光装置を提供することができる。すなわち、本発明に係る露光装置は、光源から出射された露光光により、マスク上に遮光部として形成されたパターンを被転写体に転写する露光装置において、前記露光光を前記マスクに導光し、当該マスクを照明する光学系と、当該光学系の一部として配置されるとともに、前記露光光の光軸に沿って平行に移動可能に設けられたレンズを備える。そして、基準マスクを用いて転写パターンを形成した際に、前記基準マスクにより形成されるべきパターンと前記転写パターンとの寸法差に基づいて、当該寸法差が最小となる前記レンズの位置を演算するレンズ位置演算手段と、前記レンズ位置演算手段の演算結果に基づいて、前記レンズを前記寸法差が最小となるレンズ位置に移動させるレンズ移動手段とを備えた構成とする。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように本発明は、ラインアンドスペースパターンのライン幅またはスペース幅や、ホールパターンのホール径等のピッチ依存性を利用して、特に、同一機種、同一構成を有する複数の露光装置で形成された転写パターンの寸法差を最小にするように、それぞれの露光装置のコヒーレンスファクタを調整するため、各露光装置における光近接効果の差異を低減することができる。このため、いずれの露光装置を用いても、所望の寸法を有するレジストパターンを安定に得ることができるようになる。
【００３５】
また、本発明の露光装置は、第２の照明絞りアパーチャを有することにより、コヒーレンスファクタを細かく調整することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３７】
図１は、本発明の各実施の形態に用いる露光装置の構成概略図である。なお、図１において、図９の従来の露光装置と同様の作用・効果を奏する部材には同一の符号を付している。
【００３８】
図１に示すように、本露光装置は、上記従来の露光装置と同様に、図示しない光源から出射された露光光７が、第１の照明絞りアパーチャ９、フライアイレンズ１０、リレーレンズ１１、コンデンサレンズ１２を通過し、反射ミラー１３で反射されフォトマスク６に入射する。また、フォトマスク６を通過した露光光７は、複数の投影レンズ８からなる投影光学系を通過し、フォトマスク６の遮光体５のパターンが、半導体ウエハ２上のフォトレジスト３に結像される。
【００３９】
上記リレーレンズ１１は、露光光７の光軸に沿って平行に移動可能に設けられており、当該移動により光源側光学系の拡大縮小率が変更できるようになっている。ここでは、リレーレンズ１１は、少なくとも１ｃｍ程度の範囲で移動が可能となるように光学系に組み込まれている。
【００４０】
また、本露光装置は、従来の露光装置が備える第１の照明絞りアパーチャ９に加えて、第１の照明絞りアパーチャ９の光源側の光軸上、または当該第１の照明絞りアパーチャ９の光学系側の光軸上に隣接して設置可能な第２の照明絞りアパーチャ２０を備えている。当該第２の照明絞りアパーチャ２０は、第１の照明絞りアパーチャ９と同様に、露光光７の光軸と平行な軸心周りに回転可能な円板１５上に複数のアパーチャ群として形成されており、当該円板１５を回転させることで、各照明絞りアパーチャ２０（図４に示す２０ａ、２０ｂ、・・・、２０ｆ）が、選択的に露光光７の光軸上に配置できるようになっている。この各照明絞りアパーチャ２０の詳細については後述する。
【００４１】
なお、第２の照明絞りアパーチャ２０は、第１の照明絞りアパーチャ９に代えて、第１の照明絞りアパーチャ９の位置に設置される構成であってもよい。
【００４２】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の調整方法を、同一機種の露光装置Ａと露光装置Ｂとの間に適用する場合について説明する。ここでは、露光装置ＡがＯＰＥルールを作成するために使用された基準装置であるとし、当該露光装置Ａにおいて、周期が異なる複数のＬ／Ｓパターンを転写することで、半導体ウエハ上に形成されたレジストパターンのライン幅のピッチ依存性が取得されているものとする。
【００４３】
なお、以下では、このようなＯＰＥルール作成のためのＬ／Ｓパターン等のテストパターンが構成されたフォトマスク６を、特に、テストマスク６という。また、特に言及がない限り、ライン幅は半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのライン幅を指すものであり、ピッチはテストマスク６上に形成されたＬ／Ｓパターンの周期を指すものである。
【００４４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明するための図である。図２（ａ）、（ｂ）において、実線で示す曲線は、露光装置Ａにおいて、上記テストマスク６を用いて、特定のライン幅のパターンを形成した場合のライン幅のピッチ依存性を示している。また、破線で示す曲線は、同一のテストマスク６を用いて、露光装置Ｂにおいてパターンを形成した場合のライン幅のピッチ依存性を示すものである。なお、露光装置Ｂにおけるライン幅のピッチ依存性は、本発明の理解のために記載したものであり、実際に取得されている必要はない。なお、図２（ａ）、（ｂ）において、横軸がピッチに対応し、縦軸がライン幅に対応する。
【００４５】
さて、露光装置Ａにおいて、ライン幅ＰＡのパターンを形成する場合を考える。ここでは、テストマスク６上には、図２（ａ）に示すように、光近接効果によるパターンの形状変形が生じないピッチＰ１では、ライン幅ＰＡのパターンが形成される線幅を有する遮光体５が配置されているものとする。
【００４６】
図２（ａ）から理解できるように、露光装置Ａでは、光近接効果によるパターンの形状変形が生じないピッチＰ１（以下、広ピッチＰ１という。）と、光近接効果によるパターンの形状変形が生じる領域のピッチＰ２（以下、狭ピッチＰ２という。）において、ライン幅ＰＡのパターンが形成されている。
【００４７】
また、図２（ａ）は、当該テストマスク６を用いて、露光装置Ｂでパターンを形成した場合、広ピッチＰ１においてライン幅ＰＡのパターンが形成され、狭ピッチＰ２においてライン幅ＰＢのパターンが形成されることを示している。すなわち、露光装置の個体差により生じる光近接効果の差異によって、両ライン幅の間に寸法差（ＰＡ−ＰＢ）が生じている。
【００４８】
本願発明者らは、当該寸法差が生じる主要因が、露光装置Ａと露光装置Ｂとの間におけるコヒーレンスファクタの微差であることを見出した。
【００４９】
図３（ａ）は、上記ライン幅の寸法差（絶対値）と、そのときの両露光装置間のコヒーレンスファクタの差（絶対値）との関係を示す模式図である。図３（ａ）に示すように、露光装置ＡのコヒーレンスファクタσAと露光装置ＢのコヒーレンスファクタσBとの差（｜σA−σB｜）は、ライン幅の寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）と相関をもって変化していることが理解できる。
【００５０】
公知のように、コヒーレンスファクタσは、σ＝（光源側光学系のＮＡ）／（投影光学系のＮＡ）で定義されるため、光源側光学系のＮＡと、投影光学系のＮＡとのいずれか一方、または、両方を変化させることでコヒーレンスファクタを変化させることができる。ここでは、露光装置Ｂのリレーレンズ１１を露光光７の光軸に沿って平行に移動させることにより、光源側光学系のＮＡを変化させコヒーレンスファクタを調整している。
【００５１】
例えば、リレーレンズ１１を、可動範囲の一端から一方向に移動させた際に、光源側光学系のＮＡが単調に増加する場合、コヒーレンスファクタは、リレーレンズ１１の移動とともに単調に増加する。
【００５２】
すなわち、図３（ｂ）の模式図に例示するように、コヒーレンスファクタの差（｜σA−σB｜）は、リレーレンズ１１の移動量Δｍと相関をもって変化することになる。なお、図３（ｂ）では、コヒーレンスファクタの差が０となる位置を、リレーレンズ１１の移動原点とした図を示している。
【００５３】
したがって、図３（ａ）及び図３（ｂ）の関係から、ライン幅の寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）は、図３（ｃ）に示すように露光装置Ｂのリレーレンズ１１の移動量Δｍと相関をもって変化することになる。また、このような、ライン幅の寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）とリレーレンズ１１の移動量Δｍとの相関関係を予め求めておくことで、以下のコヒーレンスファクタの調整を効率的に行うことができる。
【００５４】
さて、図２（ａ）の例では、露光装置Ｂにおいて形成されたライン幅ＰＢが、露光装置Ａにおいて形成されたライン幅ＰＡよりも小さくなっている。すなわち、露光装置Ｂでは、露光光７のコントラストが、露光装置Ａに比べて大きい。
【００５５】
このため、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを大きくする（コントラストを低下させる）ことで、ライン幅の寸法差を小さくすることができる。したがって、露光装置Ｂのリレーレンズ１１を光源側光学系のＮＡが大きくなる方向に移動させることにより、ライン幅ＰＡとライン幅ＰＢとの寸法差が最小（ライン幅ＰＡとライン幅ＰＢとが同一）になる条件に、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整することができる。なお、このときのリレーレンズ１１の移動量Δｍは、図３（ｃ）の関係から求めればよい。
【００５６】
また、このようなコヒーレンスファクタの微調整を行った場合、光近接効果による形状変形が発生していない領域（例えば、広ピッチＰ１）で形成されたライン幅は、パターン形状が変化することはなく、ライン幅ＰＡのままである。
【００５７】
以上のようにして、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整することにより少なくとも、ピッチＰ２において、露光装置Ｂにおける光近接効果を、露光装置Ａにおける光近接効果に近づけることができる。すなわち、狭ピッチＰ２付近での、両露光装置の光近接効果を精度よく一致させることができる。
【００５８】
上述のようなリレーレンズ１１の位置調整は、例えば、図１に示すように、露光装置Ｂが上記リレーレンズ１１の移動量Δｍとリレーレンズ１１の移動方向とを演算するレンズ位置演算手段２１を備える構成を採用して行うこともできる。
【００５９】
この場合、レンズ位置演算手段２１は、上記ライン幅の寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）とリレーレンズ１１の移動量Δｍとの相関関係（図３（ｃ）に示す曲線）と、テストマスク６を使用して露光装置Ａによりレジストパターンを形成した場合のライン幅のピッチ依存性（図２（ａ）に実線で示す曲線Ａ）の情報をデータ（例えば、各曲線を示す数式や、各曲線上の点を示すテーブル）として記憶している。そして、レンズ位置演算手段２１は、これらのデータと、図示しない入力手段を介して入力されたライン幅ＰＢとに基づいて、上記ライン幅の寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）を演算するとともに、リレーレンズ１１の移動量Δｍとリレーレンズ１１の移動方向を演算する。
【００６０】
レンズ位置演算手段２１は、以上のようにして求めたリレーレンズ１１の移動量Δｍと移動方向とを、リレーレンズ１１を移動させるレンズ移動手段２２に入力し、レンズ移動手段２２が、リレーレンズ１１を該当するレンズ位置にリレーレンズ１１を移動させる。
【００６１】
なお、レンズ移動手段２２の構成は特に限定されるものではないが、図１の例では、リレーレンズ１１が、露光光７の光軸に沿って平行に設けられたガイドレール２２ａに規制されながら移動する支持部材２２ｂに支持されている。そして、ステッピングモータ等の駆動手段２２ｃが、支持部材２２ｂに設けられたネジ穴２２ｃに螺合するネジで構成される回転軸２２ｄを回転させることで、リレーレンズ１１を露光光７の光軸に沿って微小移動させる。
【００６２】
また、上記レンズ位置演算手段２１は、例えば、記憶手段と演算手段からなるマイクロプロセッサ等のハードウエアや、当該ハードウエアにおいて実行されるソフトウエアにより構成することができる。
【００６３】
以上のようにして、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整した後、露光装置ＡおよびＢを用いて半導体集積回路装置の生産レベルでの露光を行うことで、均質な半導体集積回路装置を生産することができるとともに、生産歩留まりを向上させることができる。
【００６４】
なお、上記では、広ピッチＰ１を基準として、狭ピッチＰ２におけるライン幅の寸法差が最小となるように露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整したが、図２（ｂ）に示すように、狭ピッチＰ２だけでなく、中間ピッチＰ３におけるライン幅の寸法差を考慮して、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタの調整を行ってもよい。
【００６５】
この場合は、狭ピッチＰ２における寸法差（｜ＰＡ−ＰＢ｜）と、中間ピッチＰ３における寸法差（｜ＰＡ１−ＰＢ１｜）との平均の寸法差を計算し、当該平均寸法差が最小となるように、露光装置Ｂのリレーレンズ１１を移動させればよい。
【００６６】
これにより、狭ピッチＰ２、および、中間ピッチＰ３における、ライン幅の寸法差は、上述の狭ピッチＰ２のみで調整を行う場合とは異なり、０になることはないが、中間ピッチＰ３における寸法差が考慮されているため、広範囲のピッチに渡って露光装置Ａ、Ｂの光近接効果の差を小さくすることができる。なお、図２（ｂ）の例では、２点の異なるピッチのデータに基づいて、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整したが、この点数は２点に限定されるものではなく、さらに多点であってもよい。
【００６７】
なお、上記では、光近接効果によるパターンの形状変形が生じない範囲では、露光装置Ａと、露光装置Ｂとにおいて、同一ライン幅ＰＡのパターンが形成されることを前提にした。このような状態は、露光装置Ｂにおいて、広ピッチＰ１におけるライン幅が、露光装置Ａにおいて形成した広ピッチＰ１におけるライン幅ＰＡと一致する照明条件（主として露光量あるいは露光に用いる光の積算エネルギー）を決定することで実現可能である。
【００６８】
また、以上の実施の形態において、各露光装置の光近接効果を調整するために使用するテストマスク６には、少なくとも、広ピッチＰ１と狭ピッチＰ２の２種類のＬ／Ｓパターンが形成されていればよい。さらに、露光工程において、定期的に当該テストマスク６にてパターン形成を行い、当該パターンのライン幅の測長を結果に基づいて、コヒーレンスファクタの調整を行うことにより、生産の安定性を高めることもできる。
【００６９】
（第２の実施の形態）
上述のように、第１の実施の形態では、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタの調整を、リレーレンズ１１を移動させることにより行ったが、他の方法により、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタの調整を行うことも可能である。本実施の形態では、図１に示す第２の照明絞りアパーチャ２０により、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタの調整を行う手法について説明する。
【００７０】
図４は、第２の照明絞りアパーチャ２０が形成された円板１５を示す図である。図４に示すように、円板１５には、開口径が異なる複数のアパーチャ２０（２０ａ、２０ｂ、・・・２０ｆ）が設けられている。この点については、図１０の第１の照明絞りアパーチャ９に設けられたアパーチャ９ａ、９ｂと同じである。
【００７１】
しかしながら、第１の照明絞りアパーチャ９では、各アパーチャに対応するコヒーレンスファクタが、例えば、０．７５（高ＮＡ条件）と０．４（低ＮＡ条件）のように大幅に異なっている。これに対して、第２の照明絞りアパーチャ２０では、各アパーチャに対応するコヒーレンスファクタが、０．７５、０．７６、・・・のように、０．０１〜０．１のような微小ステップで変化するようになっている。例えば、図４に示すように、円板１５上には、通常照明の高ＮＡ条件２０ｃ（図１０のアパーチャ９ａと同一形状）に対して、上述したコヒーレンスファクタの変動量を満足するように、ＮＡを僅かに増加させた条件２０ｄ、２０ｅ、２０ｆや、通常照明の高ＮＡ条件２０ｃに対して、ＮＡを僅かに減少させた条件２０ａ、２０ｂが設けられる。
【００７２】
そして、露光装置Ｂにおける光近接効果を、露光装置Ａにおける光近接効果に近づけるために、第２の照明絞りアパーチャ２０に形成されたアパーチャ２０ａ、２０ｂ、・・・２０ｆの中から、適切なアパーチャが選択される。
【００７３】
本構成においても、コヒーレンスファクタの微調整が可能であり、上記第１の実施の形態で説明したように、露光装置Ｂにおける光近接効果を、露光装置Ａにおける光近接効果に近づけることができる。
【００７４】
なお、上記では、円板１５上に、複数の第２の照明絞りアパーチャ２０が形成された構成について説明したが、開口径が可変である公知の可変アパーチャにより第２の照明絞りアパーチャ２０を構成してもよい。
【００７５】
また、第２の照明絞りアパーチャ２０を用いたコヒーレンスファクタの調整と、第１の実施の形態で説明したリレーレンズ１１の移動による調整とを併用することにより、コヒーレンスファクタの調整範囲をさらに広く取ることができる。
【００７６】
さらに、露光装置のコヒーレンスファクタを変化させる機構は、上述の機構に限られるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、公知の他の機構を採用することも可能である。
【００７７】
（第３の実施の形態）
以下、本発明の第３の実施の形態係る露光装置の調整方法を、同一機種の露光装置Ａと露光装置Ｂとの間に適用する場合について説明する。なお、第１の実施の形態と同様に、露光装置ＡがＯＰＥルールを作成するために使用された基準装置であり、光近接効果によるパターンの形状変形が生じない領域で、露光装置Ｂにおいて形成されたパターンのライン幅が、露光装置Ａにおいて形成されたライン幅と一致するように、露光装置Ｂの照明条件が調整されているものとする。
【００７８】
本実施の形態は、スペース幅が一定でかつ異なるピッチを有するＬ／Ｓパターンが形成されたテストマスク６を用いて露光装置の調整を行う点で第１の実施の形態と異なる。
【００７９】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明するための図である。図５に実線で示す曲線は、露光装置Ａにおいて、上記テストマスク６を用いて、特定のスペース幅のパターンを形成した場合のスペース幅のピッチ依存性を示している。また、破線で示す曲線は、同一のテストマスク６を用いて、露光装置Ｂにおいて形成したスペース幅のピッチ依存性を示すものである。なお、露光装置Ｂにおけるスペース幅のピッチ依存性は、本発明の理解のために記載したものであり、実際に取得されている必要はない。
【００８０】
また、図５では、光近接効果により形状変形が生じるスペース幅を上記特定のスペース幅としているため、図中の全ピッチ領域で、両露光装置により形成されたスペース幅に寸法差が生じている。なお、図５において、横軸がピッチに対応し、縦軸がスペース幅に対応する。以下、スペース幅とは、半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのスペース幅を指すものとする。
【００８１】
図５から理解できるように、露光装置Ａでは、ピッチＰ４において、スペース幅ＳＡのパターンが形成され、当該テストマスク６を用いて、露光装置Ｂでパターンを形成した場合、ピッチＰ４において、スペース幅ＳＢのパターンが形成される。すなわち、露光装置の個体差により生じる光近接効果の差異によって、両スペース幅の間に寸法差（ＳＡ−ＳＢ）が生じている。
【００８２】
第１の実施の形態において、図３を用いて説明したように、上記スペース幅の寸法差と、そのときの両露光装置間のコヒーレンスファクタの差との間にも、図６（ａ）に示すように、相関関係が存在する。図６は、当該相関関係を示す模式図であり、図６において、縦軸がコヒーレンスファクタの差（｜σA−σB｜）に対応し、横軸がスペース幅の寸法差（｜ＳＡ−ＳＢ｜）に対応する。
【００８３】
また、図３（ｂ）で説明したように、コヒーレンスファクタの差（｜σA−σB｜）は、リレーレンズ１１の移動量Δｍと相関をもって変化する（図６（ｂ））。したがって、図６（ａ）及び図６（ｂ）の関係から、スペース幅の寸法差（｜ＳＡ−ＳＢ｜）は、図６（ｃ）に示すように露光装置Ｂのリレーレンズ１１の移動量Δｍと相関をもって変化することになる。
【００８４】
さて、図５の例では、露光装置Ｂにおいて形成されたスペース幅ＳＢが、露光装置Ａにおいて形成されたスペース幅ＳＡよりも小さくなっている。これは、露光装置Ｂでは、スペースの両端を構成するラインパターンが、露光装置Ａに比べて広くなっていることを示している。すなわち、露光装置Ｂでは、露光光７のコントラストが、露光装置Ａに比べて小さい。
【００８５】
このため、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを小さくする（コントラストを増大させる）ことで、スペース幅の寸法差を小さくすることができる。したがって、露光装置Ｂのリレーレンズ１１を、光源側光学系のＮＡが小さくなる方向に移動させることにより、スペース幅ＳＡとスペース幅ＰＢとの寸法差が最小（ライン幅ＰＡとライン幅ＰＢとが同一）になる条件に、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整することができる。なお、このときのリレーレンズ１１の移動量Δｍは、図６（ｃ）の関係から求めればよい。
【００８６】
ＯＰＥの影響によるスペース幅の寸法変動は、一般に、ライン幅の寸法変動より大きい。このため、スペース幅の寸法測定では、ライン幅の寸法測定に比べて誤差が大きくなることを考慮しても、ライン幅を測定するよりも露光装置間の光近接効果の差異をより正確に低減することできるという利点がある。
【００８７】
以上のようにして、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整することにより少なくとも、ピッチＰ４において、露光装置Ｂにおける光近接効果を、露光装置Ａにおける光近接効果に近づけることができる。すなわち、ピッチＰ４付近での、両露光装置の光近接効果を精度よく一致させることができる。
【００８８】
この調整の後、露光装置ＡおよびＢを用いて半導体集積回路装置の生産レベルでの露光を行うことで、均質な半導体集積回路装置を生産することができるとともに、生産歩留まりを向上させることができる。
【００８９】
なお、上記第１の実施の形態と同様に、上記ピッチの異なる複数点の寸法差に基づいて、コヒーレンスファクタの調整を行ってもよいことはいうまでもない。
【００９０】
（第４の実施の形態）
以下、本発明の第４の実施の形態係る露光装置の調整方法を、同一機種の露光装置Ａと露光装置Ｂとの間に適用する場合について説明する。本実施の形態では、上記各実施の形態とはことなり、所定周期で配列されたコンタクトホール等のホールパターンにより、露光装置間の光近接効果の調整を行う。
【００９１】
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明するための図である。なお、上記各実施の形態と同様に、本実施の形態においても、露光装置ＡがＯＰＥルールを作成するために使用された基準装置である。また、光近接効果によるパターンの形状変形が生じない領域で、露光装置Ｂにおいて形成されたパターンのライン幅が、露光装置Ａにおいて形成されたライン幅と一致するように、露光装置Ｂの照明条件は調整されているものとする。
【００９２】
図７に、実線で示す曲線は、露光装置Ａにおいて、ホール径が一定で、ピッチが異なるホールパターンが形成されたテストマスク６を用いて、パターンを形成した場合のホール径のピッチ依存性を示している。また、破線で示す曲線は、同一のテストマスク６を用いて、露光装置Ｂにおいて形成したホール径のピッチ依存性を示すものである。
【００９３】
なお、露光装置Ｂにおけるホール径のピッチ依存性は、本発明の理解のために記載したものであり、実際に取得されている必要はない。なお、図７において、横軸がピッチに対応し、縦軸がホール径に対応する。以下、ホール径とは、半導体ウエハ２上に形成されたレジストパターンのホール径を指すものとする。
【００９４】
図７から理解できるように、露光装置Ａでは、光近接効果によりパターンの形状変形が生じる狭ピッチＰ５と、光近接効果によりパターンの形状変形が生じない広ピッチＰ６において、ホール径ＨＡのパターンが形成されている。
【００９５】
なお、このような光近接効果は、テストマスク６を通過した露光光７の、レジスト３上での光強度分布を演算するシミュレーションを用いても得ることができる。図８に、ホール径のピッチ依存性を計算したシミュレーション結果の一例を示す。図８に示すように、ホールパターンの場合、コヒーレンスファクタが変化した場合であっても、ホール径がほとんど変化しないピッチＰ５が存在することが理解できる。
【００９６】
この性質を利用し、本実施の形態では、上記のようなシミュレーションあるいは、実測により予め求めたピッチＰ５に対応するホール径ＨＡが形成される広ピッチＰ６のパターンを、露光装置Ｂにおいて形成する。このとき、露光装置Ｂで使用されるテストマスク６が、露光装置Ａにおいて、ホールパターンを形成したテストマスクと同一のマスクであることは、言うまでもない。
【００９７】
そして、露光装置Ｂでの広ピッチＰ６に対応するホール径ＨＢから、寸法差ＨＡ−ＨＢを求める。
【００９８】
そして、当該寸法差（ＨＡ−ＨＢ）が最小となるように、図１に示す露光装置のリレーレンズ１１を移動させ、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整する。なお、このような調整は、上記実施の形態における図３及び図６の説明と同様に、ホール径、コヒーレンスファクタの差、及び、リレーレンズ１１の移動量の間に相関関係が成立するために実行できるのであるが、重複を避けるためここでの説明は省略する。
【００９９】
以上のようにして、露光装置Ｂのコヒーレンスファクタを調整することにより、露光装置Ｂにおける光近接効果を、露光装置Ａにおける光近接効果に近づけることができる。すなわち、ピッチＰ６付近での、両露光装置の光近接効果を精度よく一致させることができる。
【０１００】
この調整の後、露光装置ＡおよびＢを用いて半導体集積回路装置の生産レベルでの露光を行うことで、均質な半導体集積回路装置を生産することができるとともに、生産歩留まりを向上させることができる。
【０１０１】
なお、上記第１の実施の形態と同様に、上記ピッチの異なる複数点の寸法差に基づいて、コヒーレンスファクタの調整を行ってもよいことはいうまでもない。
【０１０２】
また、本実施の形態の場合、露光装置Ｂの照明条件の調整は、上述の方法に変えて、露光装置Ｂにおいて形成したピッチＰ５に対応するホール径が、露光装置Ａにおいて形成したピッチＰ５に対応するホール径ＨＡに一致するように調整することもできる。
【０１０３】
以上、各実施の形態で述べたように、本発明によれば、複数の露光装置間における光近接効果の差を低減することができ、半導体集積回路装置の露光工程において、いずれの露光装置を用いても、均質なパターンを得ることができる。本発明は、特に、光近接効果の露光装置間のバラツキの影響が顕著になる０．２５μｍ以下の最小寸法を持つようなパターンを形成する場合に効果が大きい。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、半導体集積回路のリソグラフィ技術に応用にして有益なだけでなく他の微細なパターン形成が必要なデバイスの量産製造にも有効である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の露光装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明する説明図。
【図３】ライン幅の寸法差、σの差、及びリレーレンズの移動量の関係を示す模式図。
【図４】本発明の第２の照明絞りアパーチャの構成を示す図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明する説明図。
【図６】ライン幅の寸法差、σの差、及びリレーレンズの移動量の関係を示す模式図。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る露光装置の調整方法を説明する説明図。
【図８】ホール径のピッチ依存性のシミュレーション結果を示す図。
【図９】従来の露光装置を示す概略構成図。
【図１０】従来の従来の照明絞りアパーチャを示す図。
【図１１】ＯＰＥルールを説明する模式図。
【図１２】ライン幅のピッチ依存性の露光装置間差を示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１  ステージ
２  ウエハ
３  レジスト
６  フォトマスク
７  露光光
８  投影レンズ
９  第１の照明絞りアパーチャ
１０  フライアイレンズ
１１  リレーレンズ
１２  コンデンサレンズ
１３  反射ミラー
２０  第２の照明絞りアパーチャ
２１  レンズ位置演算手段
２２  レンズ移動手段
【図１】
2006229042.tif 000003
【図２】
2006229042.tif 000004
【図３】
2006229042.tif 000005
【図４】
2006229042.tif 000006
【図５】
2006229042.tif 000007
【図６】
2006229042.tif 000008
【図７】
2006229042.tif 000009
【図８】
2006229042.tif 000010
【図９】
2006229042.tif 000011
【図１０】
2006229042.tif 000012
【図１１】
2006229042.tif 000013
【図１２】
2006229042.tif 000014