(57)【要約】【課題】  マスクパターンのピッチによって異なる光近接効果を補正可能な露光装置を提供する。【解決手段】  照射光を発する光源10を含む照明光学系20、照射光が照射されるマスクパターンが設けられたフォトマスク30を保持するマスクステージ31、及び照明光学系20内の、マスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置され、照射光の光束断面における光強度分布を変化させる光強度分布フィルタ5Aを備えて、光強度分布フィルタ5Aは、照射光に対して透明なフィルタ基板と、照明光学系20の光軸の垂直方向に向かって変化するフィルタピッチでフィルタ基板上に配置され、照射光に対して不透明な複数のフィルタ遮光部とを備える。【選択図】    図1
2008098382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光を発する光源を含む照明光学系と、
前記照射光が照射されるマスクパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスクステージと、
前記照明光学系内の、前記マスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置され、前記照射光の光束断面における光強度分布を変化させる光強度分布フィルタ
とを備える露光装置において、
前記光強度分布フィルタは、
前記照射光に対して透明なフィルタ基板と、
前記照明光学系の光軸の垂直方向に向かって変化するフィルタピッチで前記フィルタ基板上に配置され、前記照射光に対して不透明な複数のフィルタ遮光部
とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記フィルタピッチは、前記照射光の波長の10倍以上の長さであ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】
前記フィルタピッチは、前記照射光の波長以下の長さであることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
照明光学系の光源で照射光を発するステップと、
前記照射光の光束断面における光強度分布を、前記照明光学系内の前記照射光の進行方向に配置された光強度分布フィルタで変化させるステップと、
前記光強度分布フィルタに対して光学的にフーリエ変換の関係にある面に設けられたマスクパターンを、前記照射光で照射するステップ
とを備えることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
周期の異なる複数の回折パターンを含むマスクパターンを、光源から発した照射光で照射するステップと、
前記照射光による前記複数の回折パターンの投影像の寸法を計測するステップと、
前記計測された複数の寸法のそれぞれが設計値と異なる場合、前記マスクパターンと前記光源との間で、前記マスクパターンに対して光学的にフーリエ変換の関係にある面における前記照射光の光束断面の光分布強度を変化させ、前記複数の投影像の寸法のそれぞれを前記設計値に補正するステップ
とを備えることを特徴とする光近接効果補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は露光技術に係り、特に露光装置、露光方法、及び光近接効果補正方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化が進むにつれて、半導体装置を製造する露光装置の精度向上が強く望まれてきている。従来、露光装置の投影光学系の瞳面にフィルタを配置し、0次回折光の光強度を減衰させてマスクパターンの投影像のコントラストを上昇させる方法が提案されていた（例えば、特許文献１参照。）。しかし、投影光学系の瞳面にフィルタを配置すると、光の位相が乱れるという問題があった。さらに0次回折光の光強度を減衰させるだけでは、マスクパターンのピッチによって異なる光近接効果(OPE)を補正することはできなかった。
【特許文献１】特開平6-61122号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、マスクパターンのピッチによって異なる光近接効果を補正可能な露光装置、露光方法、及び光近接効果補正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】
【０００４】
本発明の第1の態様によれば、照射光を発する光源を含む照明光学系と、照射光が照射されるマスクパターンが設けられたフォトマスクを保持するマスクステージと、照明光学系内の、マスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置され、照射光の光束断面における光強度分布を変化させる光強度分布フィルタとを備える露光装置において、光強度分布フィルタは、照射光に対して透明なフィルタ基板と、照明光学系の光軸の垂直方向に向かって変化するフィルタピッチでフィルタ基板上に配置され、照射光に対して不透明な複数のフィルタ遮光部とを備えることを特徴とする露光装置が提供される。
【０００５】
本発明の第2の態様によれば、照明光学系の光源で照射光を発するステップと、照射光の光束断面における光強度分布を、照明光学系内の照射光の進行方向に配置された光強度分布フィルタで変化させるステップと、光強度分布フィルタに対して光学的にフーリエ変換の関係にある面に設けられたマスクパターンを、照射光で照射するステップとを備える露光方法が提供される。
【０００６】
本発明の第3の態様によれば、周期の異なる複数の回折パターンを含むマスクパターンを、光源から発した照射光で照射するステップと、照射光による複数の回折パターンの投影像の寸法を計測するステップと、計測された複数の寸法のそれぞれが設計値と異なる場合、マスクパターンと光源との間で、マスクパターンに対して光学的にフーリエ変換の関係にある面における照射光の光束断面の光分布強度を変化させ、複数の投影像の寸法のそれぞれを設計値に補正するステップとを備える光近接効果補正方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マスクパターンのピッチによって異なる光近接効果を補正可能な露光装置、露光方法、及び光近接効果補正方法を提供可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。なお以下の示す実施の形態は、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配置等を下記のものに特定するものではない。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。
【０００９】
実施の形態に係る露光装置は、図1に示すように、フッ化アルゴン(ArF)レーザ等の照射光を発する光源10を含む照明光学系20、照射光が照射されるマスクパターンが設けられたフォトマスク30を保持するマスクステージ31、及び照明光学系20内の光源10とフォトマスク30の間の照射光の光路中であって、マスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置され、照射光の光束断面における光強度分布を変化させる光強度分布フィルタ5Aを備える。
【００１０】
照明光学系20において、光源10の下方に配置されたレンズ系21は照射光を集光する。レンズ系21の下方にはフライアイレンズ22が配置されている。フライアイレンズ22は照射光の光束断面における光強度分布を均一にする。フライアイレンズ22の下方には照明絞り23が配置されている。照明絞り23は照射光の外径を規定する。照明絞り23は、例えば図2に示すように、環状の開口124が設けられた絞り遮光部123を備える。照射光は環状の開口124のみを透過するため、照明絞り23によって輪帯照明が実現される。そのため図3(a)及び図3(b)に示すように、照明絞り23を透過した照射光の光軸と垂直な平面における光強度は、絞り遮光部123で遮光された部分では0となる。露光装置の照明光学系20の開口率をNAL、露光装置の投影光学系40の開口率をNAPとすると、輪帯照明の内側の(1)式で与えられるコヒーレンス比σは例えば0.76であり、輪帯照明の外側のコヒーレンス比σは例えば0.95である。なお、照明絞り23が配置されている位置は、図1に示すレンズ系21及びフライアイレンズ22からなる2次光源の2次光源面（照明瞳）に相当する。照明瞳は有限な面積を有する。
【００１１】
σ = NAL / NAP       …(1)
照明絞り23の下方には、照射光を平行光にするレンズ24が配置されている。レンズ24の下方には、フォトマスク30上における照射光の照射領域を規定する露光領域用絞り25が配置されている。露光領域用絞り25の下方には、照射光を集光するレンズ26が配置されている。レンズ26の焦点の位置と、照明絞り23が配置される位置は、光学的に共役である。レンズ26の下方には、照射光を再び平行光にするレンズ27が配置されている。
【００１２】
レンズ系21、フライアイレンズ22、レンズ24、レンズ26、及びレンズ27を備える照明光学系20の下方に、フォトマスク30を保持するマスクステージ31が配置されている。マスクステージ31上のフォトマスク30が配置される位置と、露光領域用絞り25が配置される位置は、光学的に共役である。フォトマスク30は、例えば図4に示すように、照射光に対して透明なマスク基板250、マスク基板250の底面に配置され、複数の第1回折パターン66a, 66b, 66c, 66d, 66e, 66f、複数の第2回折パターン67a, 67b, 67c, 67d, 67e, 67f、複数の第3回折パターン68a, 68b, 68c, 68d, 68e, 68f、複数の第4回折パターン69a, 69b, 69c, 69d, 69e、複数の第5回折パターン70a, 70b, 70c, 70d、複数の第6回折パターン71a, 71b, 71c, 71d、複数の第7回折パターン72a, 72b, 72c, 72d、複数の第8回折パターン73a, 73b, 73c、複数の第9回折パターン74a, 74b, 74c、及び複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれが設けられた光減衰膜155を備える。マスク基板250の材料には石英ガラス等が使用可能である。照射光に対して不透明あるいは照射光の光強度を減衰させる光減衰膜155の材料にはクロム(Cr)あるいはモリブデンシリサイド(MoSi)等が使用可能である。複数の第1回折パターン66a〜66f、複数の第2回折パターン67a〜67f、複数の第3回折パターン68a〜68f、複数の第4回折パターン69a〜69e、複数の第5回折パターン70a〜70d、複数の第6回折パターン71a〜71d、複数の第7回折パターン72a〜72d、複数の第8回折パターン73a〜73c、複数の第9回折パターン74a〜74c、及び複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれは、総て同じ線幅Woで光減衰膜155に設けられた互いに合同な短冊形の開口であり、それぞれよりマスク基板250が表出し照射光を透過させる。複数の第1乃至第9回折パターン66a〜75bは、フォトマスク30のマスクパターンを構成する。
【００１３】
ここで、互いに合同である複数の第1回折パターン66a〜66fのそれぞれは、光減衰膜155に第1レチクルピッチPR1で設けられている。互いに合同である複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれは、光減衰膜155に第1レチクルピッチPR1より広い第2レチクルピッチPR2で設けられている。互いに合同である複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれは、光減衰膜155に第2レチクルピッチPR2より広い第3レチクルピッチPR3で設けられている。互いに合同である複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれは、光減衰膜155に第3レチクルピッチPR3より広い第4レチクルピッチPR4で設けられている。互いに合同である複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれは、光減衰膜155に第4レチクルピッチPR4より広い第5レチクルピッチPR5で設けられている。互いに合同である複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれは、光減衰膜155に第5レチクルピッチPR5より広い第6レチクルピッチPR6で設けられている。互いに合同である複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれは、光減衰膜155に第6レチクルピッチPR6より広い第7レチクルピッチPR7で設けられている。互いに合同である複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれは、光減衰膜155に第7レチクルピッチPR7より広い第8レチクルピッチPR8で設けられている。互いに合同である複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれは、光減衰膜155に第8レチクルピッチPR8より広い第9レチクルピッチPR9で設けられている。互いに合同である複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれは、光減衰膜155に第9レチクルピッチPR9より広い第10レチクルピッチPR10で設けられている。
【００１４】
図1に示すマスクステージ31の下方には、開口率NAPが例えば0.93の投影光学系40が配置されている。フォトマスク30に設けられた図4に示す複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのそれぞれで照射光は回折し、図1に示す投影光学系40の瞳面で干渉しあう。投影光学系40の瞳面において、複数の第1回折パターン66a〜66fのフーリエ像、複数の第2回折パターン67a〜67fのフーリエ像、複数の第3回折パターン68a〜68fのフーリエ像、複数の第4回折パターン69a〜69eのフーリエ像、複数の第5回折パターン70a〜70dのフーリエ像、複数の第6回折パターン71a〜71dのフーリエ像、複数の第7回折パターン72a〜72dのフーリエ像、複数の第8回折パターン73a〜73cのフーリエ像、複数の第9回折パターン74a〜74cのフーリエ像、及び複数の第10回折パターン75a, 75bのフーリエ像が形成される。
【００１５】
図1に示す投影光学系40の瞳面と、レンズ26の焦点が位置する面は、光学的に共役である。投影光学系40の瞳面には、開口絞り41が配置されている。投影光学系40の下方には、照射光が照射されるウェハ50を保持するウェハステージ51が配置されている。ウェハ50はシリコン(Si)等からなる。フォトマスク30が配置される位置と、ウェハ50が配置される位置は、光学的に共役である。ウェハ50上に図4に示す複数の第1回折パターン66a〜66fの投影像、複数の第2回折パターン67a〜67fの投影像、複数の第3回折パターン68a〜68fの投影像、複数の第4回折パターン69a〜69eの投影像、複数の第5回折パターン70a〜70dの投影像、複数の第6回折パターン71a〜71dの投影像、複数の第7回折パターン72a〜72dの投影像、複数の第8回折パターン73a〜73cの投影像、複数の第9回折パターン74a〜74cの投影像、及び複数の第10回折パターン75a, 75bの投影像がそれぞれ形成される。第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのそれぞれのウェハ50上における投影像の線幅（寸法）の設計値は、例えば65nmである。
【００１６】
照明光学系20内で、マスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置される図1に示す光強度分布フィルタ5Aは、図5の斜視図に示すように、フィルタ基板55、及びフィルタ基板55上に配置され、開口57が設けられた遮光膜56を備える。フィルタ基板55は溶融石英等からなり、照射光に対して透明である。遮光膜56はCr等からなり、照射光に対して不透明である。開口57からは、フィルタ基板55が部分的に表出している。光強度分布フィルタ5Aは、図6に示す開口57の中心Cで、図1に示す照明光学系20の光軸と直交する。中心C近傍の部分150においては、拡大上面図である図7及びA-A方向から見た断面図である図8に示すように、それぞれCr等からなる照射光に対して不透明な複数のフィルタ遮光部60a, 60b, 60c…がフィルタピッチPF1でフィルタ基板55上に配置されている。なお、フィルタピッチPF1は複数のフィルタ遮光部60a, 60b, 60c…で照射光の回折が生じない大きさであり、照射光の波長の10倍以上の長さ、もしくは波長以下の長さである。図6に示す開口57の外周付近部分150においては、拡大上面図である図9及びA-A方向から見た断面図である図10に示すように、それぞれCr等からなる複数のフィルタ遮光部60o, 60p, 60q…がフィルタピッチPF1よりも広いフィルタピッチPF2でフィルタ基板55上に配置されている。
【００１７】
図5に示す開口57において、図7乃至図10に示す複数のフィルタ遮光部60a〜60c, 60o〜60qが、中心Cから外周に向かって同心円状にフィルタピッチを広げながらフィルタ基板55上に配置されている。したがって、図5に示す開口57において照射光の透過率は不均一に分布しており、図11(a)及び図11(b)に示すように開口57の中心C付近では透過率は低く、開口57の外周付近では中心C付近と比較して透過率は高い。換言すれば、光強度分布フィルタ5Aの透過率は、半径方向に2次曲線的な分布を示す。そのため、図12(a)及び図12(b)に示すように、照明絞り23で実現された輪帯照明の外周付近と比較して、内周付近における照射光の光強度は弱くなる。光強度分布フィルタ5Aは、照明光学系20内の、図4に示すフォトマスク30の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bが位置する面と光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置される。ただし、光強度分布フィルタ5Aが配置される位置は、フーリエ変換の関係にある面から1〜2mm程度ズレていても許容される。
【００１８】
ここで、図1に示す光強度分布フィルタ5Aを露光装置に配置しなかった場合の、図4に示す第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのウェハ50上におけるそれぞれの投影像の線幅（寸法）の実測値と、投影像のピッチとの関係の一例を図13に示す。なお投影光学系40の縮小投影倍率が1/4の場合、投影像のピッチは、第1乃至第10レチクルピッチPR1〜PR10の1/4である。第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅の設計値は65nmであるが、光近接効果(OPE)等により、投影像のピッチが広がるにつれて投影像の線幅が設計値の65nmよりも広くなっている。これに対し、図1に示す光強度分布フィルタ5Aを露光装置に配置すると、図4に示す第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのウェハ50上におけるそれぞれの投影像の線幅の実測値は、図14に示すように、ピッチに依存せず、ほぼ設計値の65nmになる。
【００１９】
光強度分布フィルタ5Aを配置することにより、2次光源面（照明瞳）の輝度分布が変化すると、ウェハ50上に形成される照射光の干渉波（光学像）が変化する。照射光の干渉波（光学像）の変化は、マスクパターンの寸法及び周期等によって異なる振る舞いを示す。そのため、マスクパターンの寸法及び周期等に依存して、光学像の光強度が上下したり、光学像のコントラストが変化したりする。このような光学像の変化は、光学シミュレーションにより予測可能である。したがって、予測される変化に基づいて、投影像の線幅が設計値となるよう、光強度分布フィルタ5Aにおけるフィルタ基板55上のフィルタ遮光膜の配置を設計し、光強度分布フィルタ5Aの透過率分布を設定すればよい。
【００２０】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第1回折パターン66a〜66fのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較して細くなる。結果として、複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれの投影像の線幅を、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２１】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２２】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２３】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２４】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２５】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２６】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２７】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２８】
図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合、図13に示すように、複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれの投影像の線幅より、複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅は太くなる。これに対し、図1に示す露光装置に光強度分布フィルタ5Aを配置すると、複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅は、光強度分布フィルタ5Aを配置しなかった場合と比較してより細くなる。結果として、複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅も、図14に示すように設計値の65nmに近づけることが可能となる。
【００２９】
以上示したように、実施の形態に係る露光装置によれば、第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bが位置する面と光学的にフーリエ変換の関係にあり、照明光学系20の内部にある面に光強度分布フィルタ5Aを配置することにより、第1乃至第10レチクルピッチPR1〜PR10に依存して生じる投影像の線幅のばらつきを補正することが可能となる。なお実施の形態においては、図13に示すように、投影像のピッチが広くなるにつれて、投影像の線幅が広くなる誤差を補正する例を示した。これに対し、投影像のピッチが狭くなるにつれて、投影像の線幅が広くなる場合は、図15(a)及び図15(b)に示すように、中心Cで最も透過率が高く、開口57の外周付近で透過率が低くなる光強度分布フィルタ5Bを、フォトマスク30のマスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にあり、照明光学系20の内部にある面に配置することにより、投影像の線幅のばらつきを補正することが可能となる。
【００３０】
次に図16に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る光近接効果補正(OPC)方法について説明する。
【００３１】
(a) ステップS101で、図4に示すフォトマスク30を図1に示す露光装置のマスクステージ31に配置する。ステップS102でウェハ50上にレジスト膜をスピン塗布し、ウェハステージ51に配置する。ステップS103で、光強度分布フィルタ5Aを配置しない状態で光源10から照射光を発し、フォトマスク30に設けられた複数の第1回折パターン66a〜66f、複数の第2回折パターン67a〜67f、複数の第3回折パターン68a〜68f、複数の第4回折パターン69a〜69e、複数の第5回折パターン70a〜70d、複数の第6回折パターン71a〜71d、複数の第7回折パターン72a〜72d、複数の第8回折パターン73a〜73c、複数の第9回折パターン74a〜74c、及び複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれの投影像をウェハ50上に形成する。
【００３２】
(b) ステップS104で、複数の第1回折パターン66a〜66fのそれぞれの投影像の線幅である第1の線幅をCCDカメラ等で計測する。また複数の第2回折パターン67a〜67fのそれぞれの投影像の線幅である第2の線幅、複数の第3回折パターン68a〜68fのそれぞれの投影像の線幅である第3の線幅、及び複数の第4回折パターン69a〜69eのそれぞれの投影像の線幅である第4の線幅を計測する。また複数の第5回折パターン70a〜70dのそれぞれの投影像の線幅である第5の線幅、複数の第6回折パターン71a〜71dのそれぞれの投影像の線幅である第6の線幅、及び複数の第7回折パターン72a〜72dのそれぞれの投影像の線幅である第7の線幅を計測する。また複数の第8回折パターン73a〜73cのそれぞれの投影像の線幅である第8の線幅、複数の第9回折パターン74a〜74cのそれぞれの投影像の線幅である第9の線幅、及び複数の第10回折パターン75a, 75bのそれぞれの投影像の線幅である第10の線幅を計測する。
【００３３】
(c) ステップS105で、投影像のピッチと、第1乃至第10の線幅との関係を取得する。図13に示す例では、投影像のピッチが広くなるにつれて、投影像の線幅が広くなっている。この場合、ステップS106で、図5乃至図10に示す、光軸が通過する中心Cから垂直方向に向かって透過率が上昇する光強度分布フィルタ5Aを、複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置し、実施の形態に係る光近接効果補正方法(OPC)を終了する。
【００３４】
(d) ステップS105で、投影像のピッチが狭くなるにつれて、投影像の線幅が広くなっていた場合、ステップS106で、図15(a)に示す、光軸が通過する中心Cから垂直方向に向かって透過率が低下する光強度分布フィルタ5Bを、複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置し、実施の形態に係る光近接効果補正方法(OPC)を終了する。
【００３５】
以上示した光近接効果補正(OPC)方法で補正された露光装置を用いて複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bの像をウェハ50上に投影すれば、第1乃至第10レチクルピッチPR1〜PR10に依存せず、線幅（寸法）が設計値に補正された投影像を形成することが可能となる。なお、ステップS103で投影像を形成した後、ウェハ50上のレジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、レジストパターンの線幅を走査型原子間力顕微鏡(AFM)あるいは走査型電子顕微鏡(SEM)等で観察することにより、投影像のピッチと、第1乃至第10の線幅との関係を取得してもよい。レジスト膜がポジ型のフォトレジストからなる場合、投影像が形成された部分が露光され、現像により溶解する。したがって、現像により形成されるレジストパターンの開口の線幅を計測すればよい。レジスト膜がネガ型のフォトレジストからなる場合、投影像が形成されなかった部分が現像により溶解する。したがって、現像により形成されるレジストパターンの線幅を計測すればよい。
【００３６】
次に図17に示すフローチャートを用いて実施の形態に係る露光方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００３７】
(a) ステップS201で、図16で説明した光近接効果補正(OPC)方法を実施する。図17のステップS202でウェハ50上にレジスト膜をスピン塗布し、ウェハステージ51に配置する。次に図1の光源10から照射光を発する。照射光はレンズ系21及びフライアイレンズ22を透過し、照明絞り23によって光束断面における外径を規定される。
【００３８】
(b) ステップS203で、光強度分布フィルタ5Aで照射光の光束断面における光強度分布を不均一に変化させる。ステップS204で、照射光は図1に示すレンズ24、露光領域用絞り25、及びレンズ26, 27を透過し、フォトマスク30に到達する。照射光は図4に示す複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bで回折し、投影光学系40の瞳面で複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bのフーリエ像を形成する。
【００３９】
(c) ステップS205で照射光は図1に示す投影光学系40を透過し、ウェハ50上のレジスト膜上に複数の第1乃至第10回折パターン66a〜66f, 67a〜67f, 68a〜68f, 69a〜69e, 70a〜70d, 71a〜71d, 72a〜72d, 73a〜73c, 74a〜74c, 75a, 75bの投影像を形成する。ステップS206でウェハ50上のレジスト膜を現像処理し、ウェハ50上にレジストパターンを形成する。その後、ウェハ50に不純物イオン等を注入し、実施の形態に係る半導体装置を完成させる。
【００４０】
以上示した実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、光近接効果(OPE)によるレジストパターンの線幅のばらつきを抑制することが可能となる。そのため、高い精度で半導体装置を製造することが可能となる。
【００４１】
フォトマスク30には、それぞれ寸法及び周期が異なる複数の回折パターンからなるマスクパターンが設けられる。マスクパターンの像をウェハ50上のレジスト膜に投影する投影露光法において、マスクパターンの寸法誤差はレジスト膜上における結像の妨げになる。そのためマスクパターンが寸法誤差を有すると、レジスト膜を現像して得られるレジストパターンも寸法誤差を有することになる。また光近接効果(OPE)やプロセス近接効果(PPE)が生じると、回折パターンの寸法が、レジストパターンの設計寸法を投影光学系40の投影倍率で割った値であったとしても、必ずしも設計寸法のレジストパターンが得られるとは限らない。
【００４２】
したがって、フォトマスク30を製造する前に、露光装置の照明光学系20、投影光学系40、レジスト膜の材料、露光後ベーク(PEB)条件、及び現像条件等に基づいて光近接効果(OPE)及びプロセス近接効果(PPE)のレジストパターンの寸法誤差へ与える影響をシミュレーションで予測し、マスクパターンの寸法やパターン形状を補正する光近接効果補正(OPC)及びプロセス近接効果補正(PPC)が実施されている。しかしフォトマスク30の製造工程に問題があり、マスクパターンが寸法誤差を有すると、光近接効果補正(OPC)及びプロセス近接効果(PPE)を実施してもレジストパターンに寸法誤差が生じる。またシミュレーションで露光工程及び露光後のPEB及び現像工程の総ての環境要因をパラメータとして取り込むのは困難であるため、不適切な光近接効果補正(OPC)及びプロセス近接効果補正(PPC)が実施される場合もある。また、マスクパターンに寸法誤差がなく、光近接効果補正(OPC)に問題がなかった場合でも、露光装置の光源10、照明光学系20、あるいは投影光学系40が経時変化すると光近接効果(OPE)も変化し、光近接効果補正(OPC)が有効でなくなることも生じる。同様にプロセス近接効果補正(PPC)に問題がなかった場合でも、レジスト膜の品質、PEB用の加熱装置、及び現像装置等が経時変化するとプロセス近接効果(PPE)も変化し、プロセス近接効果補正(PPC)が有効でなくなることも生じる。
【００４３】
このような場合、製作されたフォトマスク30を用いてレジスト膜を露光しても、所望のレジストパターンが形成されない。また、ある特定の回折パターンの投影像が所望寸法になるよう全体の露光量を変更すると、寸法または周期の異なる別の回折パターンの投影像の寸法が所望値からずれる場合がある。一般に、光近接効果補正(OPC)の誤差が発生した場合に、誤差の原因がすぐにわかる場合は少ない。そのため、光近接効果(OPE)の原因となる問題箇所を即座に修正することは困難である。この場合、従来は適切な近接効果補正(OPC)を施したフォトマスク30を作り直すことが必要であった。しかし、フォトマスク30の製造にはコストと時間がかかり、半導体デバイス製造の点から許されない場合がある。これに対し、実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、光強度分布フィルタ5Aを露光装置に挿入することにより、回折パターンの投影像の線幅を補正することが可能となる。
【００４４】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、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。例えば図1においては、照明絞り23に接して光強度分布フィルタ5Aを配置する例を示した。これに対し、レンズ26の焦点位置も、フォトマスク30の複数のマスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある位置である。したがって、図18に示すように、レンズ26の焦点が位置する面に光強度分布フィルタ5Aを配置してもよい。また図11(a)で、光強度分布フィルタ5Aの透過率は同心円状に変化していると説明した。これに対し、フォトマスク30のマスクパターンの長手方向が総て一方向に揃っている場合には、図19に示すように、中心から外周に向かって一方向のみ透過率が上昇する光強度分布フィルタ5Cや、図20に示すように、中心から外周に向かって一方向のみ透過率が低下する光強度分布フィルタ5Dを図1に示す露光装置に配置してもよい。また、図7乃至図10に示す複数のフィルタ遮光部60a〜60c, 60o〜60qが、中心Cから外周に向かって同心円状にフィルタピッチを広げながらフィルタ基板55上に配置されている例を示した。これに対し、フィルタピッチを一定とし、複数のフィルタ遮光部60a〜60c, 60o〜60qのそれぞれの大きさを、中心Cから外周に向かって変化させてもよい。あるいは、図21に示すように、複数の光強度分布フィルタ5A〜5Dを保持可能なリボルバ300を、図1に示す露光装置のフォトマスク30の複数のマスクパターンと光学的にフーリエ変換の関係にある面に配置してもよい。この場合、複数のマスクパターンの投影像の線幅に応じて、リボルバ300を回転させて複数の光強度分布フィルタ5A〜5Dのいずれかを選択的に照明光学系20の光軸と直交させ、複数のマスクパターンの線幅を揃える補正をしてもよい。また、リボルバ300に複数の光強度分布フィルタ5A〜5Dのいずれをも保持しない開口を設け、光近接効果(OPE)が生じない場合には、開口を照明光学系20の光軸と直交させてもよい。以上示したように、本発明の技術的範囲は上記の説明からは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】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る照明絞りの上面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る照明絞りを透過した照射光の光強度分布を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るフォトマスクの上面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの上面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第１の拡大上面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第１の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第２の拡大上面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第２の断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの透過率分布を示す第１の模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る照明絞り及び光強度分布フィルタを透過した照射光の光強度分布を示す模式図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタがない状態での投影像のピッチと線幅との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタが配置された状態での投影像のピッチと線幅との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態に係る光強度分布フィルタの透過率分布を示す第２の模式図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る光近接効果補正方法を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【図１８】本発明のその他の実施の形態に係る露光装置を示す模式図である。
【図１９】本発明のその他の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第１の上面図である。
【図２０】本発明のその他の実施の形態に係る光強度分布フィルタの第２の上面図である。
【図２１】本発明のその他の実施の形態に係る光強度分布フィルタのリボルバの上面図である。
【符号の説明】
【００４６】
5A, 5B, 5C, 5D…光強度分布フィルタ
10…光源
20…照明光学系
30…フォトマスク
31…マスクステージ
40…投影光学系
50…ウェハ
55…フィルタ基板
60a, 60b, 60c, 60o, 60p, 60q…フィルタ遮光部
【図１】
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【図４】
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【図８】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１５】
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【図１９】
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【図２０】
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