(57)【要約】【課題】パターンの露光マージンを十分に確保したまま十分な光近接効果補正を可能とする。【解決手段】４つ以上の頂点を備えた転写用のパターンが形成されたレチクル３を照明し当該レチクル３のパターン像を半導体ウェハ５上に投影する露光装置１において、４重照明光を適用し当該光束毎の重心位置を維持したまま当該光束の断面積を光束毎に調整した照明光学系２を適用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４以上の複数の光束を用いた多重照明光を適用し複数の光束毎の重心位置を維持したまま当該光束の断面積を前記光束毎に調整した照明光学系を適用し、４つ以上の頂点を備えた転写用のパターンが形成されたレチクルを照明し当該レチクルのパターン像を基板上に投影することを特徴とする露光装置の調整方法。
【請求項２】
請求項１記載の露光装置の調整方法において、
前記照明光学系の照明要素の座標を（ｘ，ｙ）とし、前記座標における輝度をＩx,yとしたとき、
前記光束の重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）を、それぞれ（１）（２）式で表される位置もしくはその近傍としたことを特徴とする露光装置の調整方法。
Ｇｘ＝ΣΣ（ｘ・Ix,y）／ΣΣＩx,y…（１）
Ｇｙ＝ΣΣ（ｙ・Ix,y）／ΣΣＩx,y…（２）
【請求項３】
請求項１または２記載の露光装置の調整方法において、
前記照明光学系の光束の断面積を前記光束毎に調整するときには、多重照明の光束の断面積と前記輝度との積の各光束間の比率を同一値にして調整することを特徴とする露光装置の調整方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の露光装置の調整方法において、
前記照明光学系の多重照明光について対向して対となる光束の断面積を同一値にして調整することを特徴とする露光装置の調整方法。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れかに記載の露光装置の調整方法を用いて半導体装置を製造する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、多重極照明を適用した露光装置の調整方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばフラッシュメモリなどの不揮発性半導体記憶デバイスの技術分野においては、設計ルールの縮小化および素子の微細化が常に要求されており、当該半導体記憶デバイスの製造に使用される露光装置の精度や性能向上も常に求められている。また近年、微細なパターンを形成するために用いられる照明光学系も多様化が進んでおり、例えば４重極以上の多重極照明が用いられる機会が増してきている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に開示されている露光装置によれば、基板パターンの縦方向の線幅および横方向の線幅のうちの少なくとも一方を調整するため、４つの実質的な面光源の瞳面またはその近傍の面上における各面光源のＸポジション及び／又はＹポジション（位置座標）を実質的に異なるように設定することにより、レチクル上の微細パターンの方向性に依存することなく、最適な照明条件にしたがって露光処理を行うことができるようになる。
【０００４】
しかしながら近年の微細化パターンでは有効な照明の領域が極めて狭く限定されており、十分な光近接効果補正の調整尤度を確保できないという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−６８６０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、パターンの露光マージンを十分に確保したまま十分な光近接効果補正を可能とした露光装置の調整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】
【０００６】
本発明の一態様は、４以上の複数の光束を用いた多重照明光を適用し複数の光束毎の重心位置を維持したまま当該光束の断面積を前記光束毎に調整した光源を適用し、４つ以上の頂点を備えた転写用のパターンが形成されたレチクルを照明し当該レチクルのパターン像を基板上に投影することを特徴とした露光装置の調整方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様によれば、有効な照明の領域が極めて狭く限定されていたとしてもパターンの露光マージンを十分に確保したまま充分な光近接効果補正を行うことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の特徴部分を示す露光装置の照明光学系および投影光学系の一例を概略的に示している。
【０００９】
露光装置１には所謂ＡｒＦエキシマレーザ露光装置を適用している。図１に示すように、露光装置１は、照明光学系２と、照明光学系２から発せられる照明光をレチクル３を介して入射する投影光学系４とを備え、当該投影光学系４を通じて半導体ウェハ（基板）５上に露光光を縮小投影する。
【００１０】
照明光学系２は、図示しない光源や各種レンズや絞りなどにより構成され４重（多重）極照明を構成する。光源には、例えば波長λ＝１９３［ｎｍ］のＡｒＦエキシマレーザを使用する。この照明光学系２は、中央位置ＣからＸ方向に対して所定距離離間した２箇所の極部（縁部）から光束Ｌａ、Ｌｂをレチクル３に対して出射すると共に、中央位置ＣからＸ方向に直交したＹ方向に対して所定距離離間した２箇所の極部（縁部）から光束Ｌｃ、Ｌｄをレチクル３に対して出射する。この照明光学系２によって斜入射照明を実現している。
【００１１】
レチクル（マスク)３には半透過位相シフトマスクを適用している。この半透過位相シフトマスクには、所定波長の光を１００％透過する透過領域と、前記所定波長における透過率１桁％程度（例えば６％）で且つ透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域との組み合わせパターンが形成される。
【００１２】
例えば、パターンの微細化が極限まで要求されるＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置などの半導体装置においては、半導体ウェハ５上にレジストを塗布し当該レジストの露光処理を行う場合、図２に示すように、ラインＬとスペースＳとをある所定方向に周期的に構成したラインアンドスペースパターン（以下、ＬＳパターンと称す)ＬＳＰや、図３に示すように、有限長矩形型パターンを所定方向に周期的に構成した二次元パターンＤＰをレジストに形成することが多い。
【００１３】
パターンの微細化が進むにつれ光近接効果（ＯＰＥ）の影響が顕著になってきており、パターンの解像寸法が目標寸法からずれてしまい、半導体ウェハ５上のレジストパターンの寸法変動や当該パターンの変形が顕著となってしまう。そこで、これらの影響を除去するため光近接効果補正技術（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）を用いている。
【００１４】
光近接効果補正の方法としては、実際の半導体ウェハ５上のパターンに対応して光近接効果の影響を予め見込んだ多数（４つ以上）の頂点を備えたパターンをレチクル３に対して作成する方法を用いる。実際にはパターンの角部に修正用の凸パターンや凹パターンを付加したり、実際のパターンから離間して解像補助パターンを付加したり、実際のパターンの線幅を増加／減少させる手法などを用いる。さらに本実施形態では、照明光学系２の照明光の照明条件を変更して光近接効果補正を行っている。投影光学系４は、投影レンズ４ａ（図４（ａ）参照)および絞りにより形成される。尚、以下の説明では、当該照明光学系２の照明光による補正の効果を理解しやすくするため、レチクル３に対して施すパターンとして単純なＬＳパターンＬＳＰや２次元パターンＤＰを適用して説明を行う。
【００１５】
図４（ａ）は、投影光学系に入射する回折光の経路を模式的に表しており、図４（ｂ）は、投影光学系を構成する投影レンズの瞳面における回折光の分布を概略的に表している。
【００１６】
例えば、投影光学系４の開口数ＮＡを０．９３としたときに、半導体ウェハ５上のレジストにＬＳパターンＬＳＰを形成する場合を考える。図４（ａ）に示すように、照明光学系２はレチクル３に対し斜入射照明光を出射するが、ＬＳパターンＬＳＰが形成されたレチクル３を介すると、主に０次光Ａ１と１次回折光Ａ２を得る。
【００１７】
尚、図４（ｂ）に示すように、これらの光Ａ１およびＡ２が投影レンズ４ａの周縁部４ａａの一部に分布を形成するように露光装置１の各光学系２および４が設定される。すなわち、図４（ｂ）に示すように、投影レンズ４ａの瞳面の周縁部４ａａのうち一端部および他端部のみに露光処理に有効な照明領域Ｒが設けられる。尚、この有効照明領域Ｒ以外の投影レンズ４内に入射する光は露光マージンを確保することができないため、露光処理に有効な照明要素とはならない。この領域Ｒ以外の投影レンズ４内に入射する光はＹ方向のパターン長さ調整に有効な照明要素となる。
【００１８】
このような従来に比較して狭い有効照明領域Ｒ内で照明光の調整を行うことが露光マージンを確保しつつ光近接効果補正を行う際に有効な方法となる。この有効照明領域Ｒ内において有効な光近接効果補正を行うためには、照明光学系２の光束の重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）を維持するのが良い。
【００１９】
このときの光束の重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）としては、光束の照明要素の座標を（ｘ，ｙ）とし、当該座標における輝度をＩx,yとしたとき、
Ｇｘ＝ΣΣ（ｘ・Ix,y）／ΣΣＩx,y…（１）
Ｇｙ＝ΣΣ（ｙ・Ix,y）／ΣΣＩx,y…（２）
とするかもしくはその近傍にすると良い。
【００２０】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、発明者らが検討を行った照明光学系の説明図を示している。図５（ａ）は、光束Ｌａ〜Ｌｄの断面積をそれぞれ一定とした場合、図５（ｂ）および図５（ｃ）は、光束Ｌａ〜Ｌｄの断面積を調整した場合を示している。
【００２１】
これらの図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、照明光学系２として４重極照明を適用した場合、Ｙ方向に対向した一対極部に位置する光束Ｌｃ、Ｌｄの断面積を、Ｘ方向に対向した一対極部に位置する光束Ｌａ、Ｌｂの断面積に対して広狭調整すると良い。このとき、上述したように光の重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）を維持しながら調整すると良い。
【００２２】
図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す例では、４重極照明の形状をそれぞれ円形状とし、当該円形状の中心位置Ｃａ〜Ｃｄを光の重心位置とした面光源を適用し、当該中心位置Ｃａ〜Ｃｄからの半径Ｒａ〜Ｒｄを調整することで光束の絞り（断面積）を広狭調整している。基準半径をＲとした場合、図５（ａ）に示す例ではＲａ＝Ｒｂ＝Ｒｃ＝Ｒｄ＝Ｒとして一定の基準半径Ｒとしているが、図５（ｂ）に示す例では、Ｒ＝Ｒａ＝Ｒｂ＜Ｒｃ＝Ｒｄとして光束Ｌｃ、Ｌｄの絞り半径を基準半径Ｒよりも広く調整している。また、図５（ｃ）に示す例では、Ｒａ＝Ｒｂ＜Ｒｃ＝Ｒｄ＝Ｒとして光束Ｌａ、Ｌｂの絞り（断面積）の半径を基準半径Ｒよりも狭く調整している。
【００２３】
レジストを露光する場合には、光束Ｌａ〜Ｌｄ毎の（各光束Ｌａ〜Ｌｄの断面積Ｓ）×輝度Ｉx,yの比率を一定とするように調整すると良い。図６（ａ）は、全てのＬａ〜Ｌｄの輝度が同一レベルである場合に２次元パターンＤＰを転写したときの寸法を示しており、図６（ｂ）は、Ｘ方向に対向した一対の光束Ｌａ〜Ｌｂの輝度と、Ｙ方向に対向した一対の光束Ｌｃ〜Ｌｄの輝度が互いに異なる例を示している。
【００２４】
これらの図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、光束Ｌｃ、Ｌｄの輝度が他の光束Ｌａ、Ｌｂの輝度に比較して低いと、特にレジストパターン６のＹ方向寸法Ｌｙに変化を生じる。すなわち、各光束Ｌａ〜Ｌｄ間の輝度に差があると半導体ウェハ５上のレジストパターン６に転写されるパターン形状も変化してしまう。尚、レチクル３に単純な２次元パターンＤＰを構成しレジストに転写した場合、レジストパターン６として実際に得られるパターンは平面矩形状ではなく後述するように楕円形状となるが、図６（ａ）および図６（ｂ）には定性的な傾向を示すため模式的に矩形状に図示している。
【００２５】
２対の極の光束間の比率を異ならせた場合には、Ｘ方向のパターンとＹ方向のパターンに対する照明寄与率に差が生じるため、得られるレジストパターン６のパターンニング縦横比が所望の比率からずれてしまう。Ｘ方向のパターンニングに必要な露光量とＹ方向のパターンニングに必要な露光量とに乖離が生じてしまうため、Ｘ方向寸法ＬｘとＹ方向寸法Ｌｙとを同時に所望の寸法にすることができない。
【００２６】
この影響を回避するため、図７（ａ）および図７（ｂ）に調整概念イメージを示すように、断面積の広い光束Ｌｃ、Ｌｄに対応した領域における輝度Ｉx,yを低く調整し、断面積の狭い光束Ｌａ、Ｌｂに対応した領域における輝度Ｉx,yを高く調整すると良い。すると、Ｘ方向のパターン形成に必要な露光量や、Ｙ方向のパターン形成に必要な露光量を所望の量に調整できるようになり、Ｘ方向寸法ＬｘとＹ方向寸法Ｌｙとを同時に所望の寸法に調整できるようになる。
このようにして調整を行った露光装置１において２次元パターンＤＰを露光したとき、所望の露光マージンを確保しながら所望の縦横寸法比率のレジストパターンを得ることができる。
【００２７】
以下、重心位置を固定して調整を行った実験結果を示す。
＜実験結果＞
図８（ａ）および図８（ｂ）は、図５（ｂ）に示す光束Ｌｃの半径Ｒｃと光束Ｌｄの半径Ｒｄを調整し、２対の照明比率を変更調整した場合の実験結果を定性的に示している。図８（ｂ）の横軸は、光束Ｌａ、Ｌｂの開口面積に対する光束Ｌｃ、Ｌｄの開口面積の比率（面積比）を示しており、縦軸はその結果得られたレジストパターン６（図８（ａ）参照）のＸ方向径寸法ＣＤｘとＹ方向径寸法ＣＤｙとの開口寸法比率を示している。図８（ｂ）に示すように、面積比を大きくすると開口寸法比率は低くなり、面積比を小さくすると開口寸法比率は高くなることが確認されている。これにより、解像度を高く維持したまま光近接効果補正を行うことができることが確認された。
【００２８】
本実施形態によれば、４つ以上の頂点を備えた転写用のパターンが形成されたレチクル３を照明し当該レチクル３のパターン像を半導体ウェハ５上に投影する露光装置１において、４重照明光を適用し当該光束Ｌａ〜Ｌｄ毎の重心位置を維持したまま当該光束Ｌａ〜Ｌｄの断面積を光束毎に調整した照明光学系２を適用しているため、特に二次元パターンＤＰについて所望のパターン寸法比率でパターンを転写できるようになり、パターンの露光マージンを十分に確保したまま光近接効果補正を行うことができる。また、光束Ｌａ〜Ｌｄの重心位置（Ｇｘ，Ｇｙ）を（１）（２）式で表される位置もしくはその近傍とすると良い。また、光束Ｌａ〜Ｌｄの断面積を光束毎に調整するときには、光束の断面積と輝度との席の各光束間の比率を同一値にして調整すると良い。照明光学系２の４重照明光について対向して対となる光束の断面積を同一値にして調整すると良い。
【００２９】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
照明光学系２の照明形状を円形状としたが、円形に限られず、例えば四角形状などの他の形状であっても良い。
４重極照明に適用したが、その２対の極間中央に１つの照明を設けた十字型の照明を適用した光学系に適用しても良い。
【００３０】
例えば露光装置１を構成する部品の製造寸法誤差などにより露光装置１の性能に差を生じる場合もある。そこで、前述実施形態に示した方法を複数の露光装置１毎に照明光学系２を調整する方法にも適用できる。すると、各露光装置１間における製造時のばらつきも許容範囲内に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態に係る露光装置を概略的に示す構成図
【図２】ラインアンドスペースパターンの説明図
【図３】二次元パターンの一例を示す図
【図４】（ａ）は回折光の説明図、（ｂ）はラインアンドスペースパターンを露光するときの有効照明領域を示す図
【図５】（ａ）〜（ｃ）は照明光学系の多重照明光の例を示す図
【図６】輝度差によるレジストパターンの転写状態を表した説明図
【図７】調整概念を表した説明図
【図８】面積比を変更した場合の実験結果を示す説明図
【符号の説明】
【００３２】
図面中、１は露光装置、２は照明光学系、３はレチクル、４は投影光学系、４ａは投影レンズ、５は半導体ウェハ（基板）、６はレジストパターンを示す。
【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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