(57)【要約】【課題】投影露光装置の露光パラメータに起因するOPE特性の変化を、照明光の２つの偏光間の位相差を制御することにより最適化し、理想のOPE特性に近づける露光装置および露光方法を提供する。【解決手段】照明光学系からの光の偏光情報、投影光学系の偏光情報、基板上のパターン情報、マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報、光の波長幅、照明光学系の有効光源の形状、有効光源の輝度分布、投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む露光パラメータ情報を基に、照明光学系からの光の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御する制御手段を有する露光装置。【選択図】図１
2008270502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンを基板上に投影する投影光学系と、を備えた露光装置であって、
前記照明光学系からの前記光の偏光情報、前記投影光学系の偏光情報、前記基板上のパターン情報、前記マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報、前記光の波長幅、前記照明光学系の有効光源の形状、前記有効光源の輝度分布、前記投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む露光パラメータ情報を基に、前記照明光学系からの前記光の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御する制御手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンを基板上に投影する投影光学系と、を備えた露光装置であって、
前記照明光学系からの前記光の偏光情報、前記投影光学系の偏光情報、前記基板上のパターン情報、前記マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報、前記光の波長幅、前記照明光学系の有効光源の形状、前記有効光源の輝度分布、前記投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む露光パラメータ情報を基に、前記照明光学系からの偏光状態の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御すると同時に、前記露光パラメータの少なくとも一つを制御する制御手段を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】
前記照明光学系の偏光情報を測定する測定手段を備えた請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】
前記投影光学系の偏光特性を測定する測定手段を備えた請求項１から３のいずれかに記載の露光装置。
【請求項５】
前記投影光学系は、０．９以上の前記開口数を有する請求項１から４のいずれかに記載の露光装置。
【請求項６】
光源からの光を用いてマスクを照明光学系により照明し、前記マスクのパターンを基板上に投影光学系により投影する露光方法であって、
前記マスクを照射する前記光の光軸に互いに直交する２つの偏光間の強度比及び位相差を前記照明光学系から取得するステップと、
前記投影光学系の偏光情報を取得するステップと、
前記投影光学系の偏光情報に基づいて、前記投影光学系の開口数、前記光源及び前記光の光軸に互いに直交する前記２つの偏光間の強度比及び位相差及び有効光源の大きさ又は形状を設定するステップと、を有することを特徴とする露光方法。
【請求項７】
焦点深度、NILS、EDウインドウ、コントラストの少なくても一つを最大にし、あるいは、CDばらつき、OPE特性ばらつきの少なくても一つを最小にすることを特徴とする請求項６記載の露光方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれかに記載の露光装置を用いてウェハを露光する工程と、
前記ウェハを現像する工程と、を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、CCD等の撮像素子、薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中に使用される投影露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体素子製造工程のリソグラフィ工程において投影露光装置が用いられる。
この投影露光装置は、光源から光を用いて、パターンが描画されたマスク(レチクル)を照明する照明光学系と、マスク上のパターンを感光剤が塗布された基板上に転写する投影光学系から成る。
投影光学系がNA0.9以上の高いNAを有する投影露光装置の場合、照明光学系がマスクを特定の偏光状態で照明する。
リソグラフィ工程は，半導体素子の回路パターンを半導体素子となるシリコン基板、ガラス基板、ウェハ等の基板上に投影転写する工程である。
近年、半導体素子の微細化が進んでおり、0.15μｍ以下の線幅を転写するようになっている。
半導体素子の微細化が進むことにより、半導体素子の集積度が向上し、低電力かつ高性能な素子が製造できる。
そのため、更なる半導体素子の微細化への要求が高く、それに伴い、投影露光装置に対する解像力向上への要求も高くなっている。
【０００３】
投影露光装置の解像力を向上させる方法として、近年、露光波長を短波長化する方法が進んでいる。また、投影光学系を高NA化する方法も、近年、益々、進んでいる。
従来は光源としてKrFエキシマレーザーを用いて波長248nmの光で露光を行っていた。
しかし近年では、ArFエキシマレーザーを光源とした波長193nmの光、さらには、F2レーザーを光源とした波長157nmの光で露光が行われるようになっている。
一方、投影光学系の高NA化は、1990年代にはNA0.6程度の投影光学系が主流だったものが、近年ではNA0.9を超える投影光学系が開発され進んでいる。
さらには、基板上を水等の高屈折液体で浸す液浸露光技術を用いたNA1.0を超える投影光学系も設計が進められている。
但し、高NAリソグラフィにおいては、感光剤内でP偏光同士の光が干渉縞のコントラストを下げる問題が発生する。このP偏光は、基板上に入射する光の電場ベクトルが、光線と基板の法線を含む平面にある光、ＴＭ偏光という場合もある。
この問題は、感光剤が光の電場強度によって感光することに起因し、P偏光の電場ベクトルが干渉縞を発生せず、場所によらず一律に強度を持つ強度分布になるためである。  
一方、S偏光同士の光は高コントラストな干渉縞を発生する。このS偏光は、基板上に入射する光の電場ベクトルが、基板の平行な平面にある光、ＴＥ偏光という場合もある。
【０００４】
図1を参照して、詳細に説明する。図1に示すように座標を取り、２つの回折光Ｅ＋とＥ−が干渉して干渉縞を形成するとする。
なお、本明細書では、特に断らない際には、ｚ方向を光軸方向とし、ｘ、ｙ平面をｚ軸を法線とする平面に取る。
ｙ方向は図１のように投影露光装置を書いた際に紙面に平行な方向、ｘ方向は紙面に垂直方向に取るものとする。
それぞれの光は電場ベクトルが基板と平行な振幅Es のS偏光と、それに直交する振幅EpのP偏光からなる。
それぞれの光は、振動数をν、波長をλとして、以下のように書ける。ここで、簡明化するためS偏光とP偏光の光の位相がそろっている45度方向の直線偏光とする。
【０００５】
【数１】
2008270502.tif 000003
【０００６】
【数２】
2008270502.tif 000004
【０００７】
これらのベクトルの和が干渉縞の振幅となり、以下のように書ける。
【０００８】
【数３】
2008270502.tif 000005
【０００９】
この振幅の絶対値の自乗が干渉縞の強度となる。
【００１０】
【数４】
2008270502.tif 000006
【００１１】
上式のｃｏｓ２（２π・ｘ・ｓｉｎθ／λ）の項が干渉縞をあらわし、周期λ／ｓｉｎθのｘ方向に周期を持つラインアンドスペースの強度分布となる。
【００１２】
高NAのレンズを用いて、微細なパターンの投影を行うと回折光のなす角θが大きくなる。
例えば、ArF波長λ=193nmで、周期Ｌnmのラインアンドスペースの投影を行った場合の感光剤内（レジスト内：屈折率1.7）の回折光のなす角度θを図2に示す。
マスク上にCrで遮光をしただけのマスクであるバイナリーマスクを用いると、160nmを切るあたりで回折光のなす角θが45度となる。
一方、Alt-PSMとも称され、マスク上で遮光のみならず位相の変調も行うマスクであるレベンソン位相シフトマスクを用いると80nmを切るあたりで回折光のなす角θが45度となる。
θが45度となると、上式の干渉縞の強度を示す式で、干渉縞の振動の幅を表す
ｃｏｓ２（２πｘｓｉｎθ／λ）間の項の係数内のｃｏｓ２θの項が０となる。
そのため、P偏光の振幅Epは干渉縞の振動幅の項には全く表れず、ｘ方向に振動しないｓｉｎ２θの項のみに表われる。
以上より、P偏光の光は、干渉縞のコントラストを下げる効果を与えるだけとなってしまうことが説明される。
以上に述べたように、高NAの投影光学系を備えた露光装置では、P偏光の光は像のコントラストを低減させる効果を持つ。
このため、高いコントラストの像を得るためには、P偏光の光を減らし、S偏光の光を増やした露光光で露光を行うことが効果的となってくる。
このためマスクを所定の偏光状態で照明する偏光照明系が今後の高NAリソグラフィでは必須となってくる。
【００１３】
ここで、図3を参照して、従来の偏光照明光学系を備えた投影露光装置を説明する。
光源１は、エキシマレーザーから成り、KrFエキシマレーザー（波長248nm）、ArFエキシマレーザー（波長193nm）、F2レーザー（波長157nm）等が使用される。
平行平面板２は、レーザーと露光装置を空間的に分離する板で、レーザーと露光装置で空間内の清潔度の要求が異なるため、空間的に分離し、個別パージとしている。
減光フィルター３は、被照明面の照度を調整する手段で、多段の減光フィルターが切り替え可能に配置される。
マイクロレンズアレイ４は、マイクロシリンドリカルレンズアレイとも称される。
レーザーと投影露光装置は分離されて配置され、異なる階に配置される場合も有る。
そのため、レーザーと投影露光装置の床振動が非同期に発生し、それによる二つのユニット間の軸ずれや軸の傾きが絶え間なく発生する。
マイクロレンズアレイ４は、いわゆるフィールドタイプのハエノ目レンズとしての役割を有し、マイクロレンズアレイ４に入射する光の光軸が傾いたとしても、マイクロレンズアレイ４の光軸を中心とした所定の角度分布で光を出射する。
これにより、床振動等により軸の傾きが発生した場合でも、投影露光装置には一定の角度分布の光が供給されるようになる。
マイクロレンズアレイ４から射出された光は、内面反射部材５内で反射され、内面反射部材５の出口で略均一な分布を得ることができる。
内面反射部材５により分布が均一化されるため、内面反射部材５から射出する光は、レーザーと投影露光装置の間に光路ずれが発生していても均一な光となる。
上述のマイクロレンズアレイ４と内面反射部材５とを組み合わせることによって、レーザーと投影露光装置の間に光軸ずれや光軸傾けが発生しても、内面反射部材５の射出面には、投影露光装置の光軸に対して均一で、一定の角度分布を持った光が得られる。
【００１４】
計算機ホログラム（Computer  Generated  Hologram）６１、６２は、所定の面に所定の光強度分布を形成する。計算機ホログラム６１、６２の代わりにマイクロレンズアレイが用いられる場合も有る。
この複数の計算機ホログラム６１、６２あるいは計算機ホログラム６１、６２の代わりのマイクロレンズアレイが切り替え可能に光路に入れられる。
コンデンサレンズ７は、計算機ホログラム６１、６２あるいは計算機ホログラム６１、６２の代わりに用いられるマイクロレンズアレイのフーリエ像をAの位置に形成する。
計算機ホログラム６１、６２の代わりに使用されるマイクロレンズアレイは六角形状のマイクロレンズが並んだ六角マイクロレンズアレイ、もしくは円形状のマイクロレンズが並んだ円マイクロレンズアレイが使用される。
六角マイクロレンズアレイの場合にはAの位置に略均一な六角形の照度分布が、円マイクロレンズアレイの場合には、Aの位置に略均一な円形の照度分布が形成される。
計算機ホログラム６１、６２は任意の形状のフーリ変換像を形成することが可能であり、計算機ホログラム６１、６２を用いれば、輪帯形状や四重極形状、ダイポール形状等が形成可能である。
変倍リレー光学系８は、Aの分布を１０のハエノ目レンズ入射面に様々な倍率で投影する。
位相板９は、レーザーからの略偏光光を位相板によって所望の偏光状態に変換する。
例えば、レーザーからの光が紙面に垂直な方向に電場ベクトルを持つ偏光光であった場合について説明する。
マスク１５を、紙面に垂直な方向に電場ベクトルを持つ偏光光で照明する場合には、位相板９は光路から外されてレーザーの偏光度がそのまま保たれて、マスク面を照明する。
一方、マスク１５を、紙面に平行な方向に電場ベクトルを持つ偏光光で照明する際には、位相板９の紙面に垂直な方向と４５度の方向に進相軸を持つλ／２位相板が光路中に挿入される。
これにより、レーザーからの光の電場ベクトル方向が９０度回転されて、紙面に平行な方向に電場ベクトルを持つ偏光光でマスク面を照明する。
【００１５】
ハエノ目レンズ１０は、照明光学系の瞳位置に、複数の2次光源を形成する。
ハエノ目レンズ１０の代わりに、マイクロレンズアレイや、マイクロシリンドリカルレンズアレイ等を用いてもよい。
コンデンサレンズ１１は、Bの位置に2次光源からの光を重畳的に重ね合わせることにより、略均一な光分布を形成する。
Bの位置には被照明面の照明領域を制御する不図示の可変絞りがある。
リレー光学系１４は、Bの分布をパターンが描画されたマスク１５に投影する。
投影光学系１６は、感光剤の塗布された基板１７上にマスク１５に描画されたパターンを投影する。
通常の投影光学系１６は、マスク１５のパターンを基板上に1/4倍に縮小投影する。
ウェハステージ１９は、基板１７上に複数の転写を行うようにステップを行い、後述の走査露光を行う投影露光装置の場合はマスク１５と同期し走査、つまり、スキャンする。
【００１６】
露光方式としては、一括露光方式と走査露光方式の２つがある。
一括露光方式とはマスクのパターンと基板を共役な位置に固定して、感光剤の好適露光量になるまで露光を行うものである。
走査露光方式とはマスクのパターンの一部を照明し、瞬間、瞬間にはマスクの一部を基板上に投影露光し、マスクと基板を同期走査することによって、パターンの全領域を基板上に転写露光する方法である。
この際、パターンの各個所が露光される間に感光剤の好適露光量となるように同期走査する必要がある。
一括露光方式の場合の露光量制御方法は、基板への露光量をモニタして、基板上の露光量が所望の露光量になった際にレーザーの発振を終了する、もしくはシャッターにより露光を終了する方法などが用いられる。
【００１７】
一方、走査露光方式の場合の露光量制御方法は、基板とマスクの走査速度を一定に固定し、照明領域を通る時間で所望の露光量となる照度で露光するよう、照度を一定に制御する定照度制御を行う方法と、照度の変動に同期して走査速度を変える方法等がある。
定照度制御には、レーザーの発振周波数を制御する方法や、レーザーへの印加電圧を制御する方法などがある。
いずれの方法においても、基板への露光中に、露光量をモニタして露光量制御を行うことが必要である。
このため投影露光装置には露光光を分岐して、露光中に露光量をモニタする露光量センサが搭載されている。
ハーフミラー１２は、露光光を分岐し、Bと略共役な場所を位置１３に作りだす。
露光量センサ１３は露光量をモニタし、基板への露光を行いながら、露光量をモニタする。  照度計１８はウェハ面上の照度を計測する計器である。
露光量センサ１３の出力と、基板上への照度の関係は、投影光学系の透過率変化等によって変化するため、定期的に１８の照度計を光路にいれ、１８の照度計の出力と、１３の露光量モニタの出力を関係付け、２０の露光量制御装置に関係が保存さている。
露光時には１３の露光量モニタの出力が２０の露光量制御装置に入力され、前記関係から基板への露光量を算出し、それに基づいて、前述の露光量制御方法に従い露光量制御を行われる。
【００１８】
一方で、解像力向上のために露光条件やレチクルパターン更には露光装置のパラメータの最適化も重要となっている。
レチクルパターンの最適化は、例えばOPC補正(光近接補正)と言われるマスク上のパターン形状及び大きさを調整することが行われている。
また、露光装置のパラメータの例としては投影光学系の収差を調整することで行われている。
例えば、特開２００２−３２４７５２号公報（特許文献１）では投影光学系の波面収差の最適化について提案している。
また、特開平０６−１２０１１９号公報（特許文献２）では使用するデバイス形状、マスク形状、光学パラメーター(開口数や波長)に対して有効光源形状の最適化方法について提案している。
更に効率的な最適化のために露光せずシミュレーション又は光学シミュレーターを用いることが知られている。
例えば特開２００２−１８４６８８号公報（特許文献３）では光学シミュレーションの方法について提案している。
【特許文献１】特開２００２−３２４７５２号公報
【特許文献２】特開平０６−１２０１１９号公報
【特許文献３】特開２００２−１８４６８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来の露光条件やレチクルパターンの最適化手法では、高NAリソグラフィにおいて所望の解像性能が得られなくなってきた。
これは、マスクを所望の偏光状態で照明したとしても投影光学系内複屈折の影響によって所望の偏光状態から崩れてしまうことが知られている。
実際の光学系を構成する硝材は製造時の残留応力起因の複屈折、或いは蛍石のような等方結晶硝材の場合は真性複屈折、または、加工時の加工歪起因の複屈折やメカニカルな保持による外部からの応力起因の複屈折をもっている。
図4はレンズ内の複屈折の分布を模式的に示したものである。
色の濃さが複屈折量を示し、矢印が進相軸の方向を示す。複屈折は二つの直交する偏光光に対して、屈折率が異なって作用するものであり、レンズを透過後に二つの直交する偏光光間の波面の進んだ距離の差分を複屈折量とよびｎｍで示し、波面が進む偏光光の方向を進相軸と呼ぶ。
【００２０】
図4に示されるように複屈折分布はレンズの周辺に行くに従い複屈折量が増える傾向を有する。
更に、光学系を構成する光学素子の境界面の反射を抑える為の反射防止膜は、その境界面を透過する光の偏光状態を変化させる。
以上説明したように、投影光学系は瞳内複屈折分布が発生する。これら瞳内複屈折分布は、像高毎に異なった分布を持つ。
【００２１】
図5は投影光学系を模式的に示したものである。
マスク３０と基板３３が結像関係にあり、実線が軸上像高に結像する軸上光線３４を示し、破線が軸外像高に結像する軸外光線３５を示す。
簡略化のためレンズ３１，３２は２枚しか記載していないが、軸上光線３４はレンズ３１の領域１ａとレンズ３２の領域２ａを通る。
また、軸外光線３５はレンズ３１の１ｂの領域とレンズ３２の領域２ｂを通る。
レンズ３１，３２の複屈折分布は図６に示されるように均一ではない分布を持つので、軸上光線３４と軸外光線３５では異なる複屈折の影響を受けることとなる。
また、同じ軸上光線３４でもレンズ３１，３２のどの位置を通るかによって影響を受ける複屈折量が異なるため、複屈折分布は瞳内でも均一ではない分布を持つこととなる。
【００２２】
次に偏光度変化による光学性能変化について説明する。
ここでは偏光度を全光量に対する主偏光成分の光量の割合をＲｏＰ（Ratio of Polarized light intensity）として定義する。
主偏光成分とは所望の偏光成分のことをいう。主偏光成分と直交する不要偏光成分のことを副偏光成分という。ＲｏＰが100%であれば、光量のすべてが主偏光成分ということになり、ＲｏＰが50%であれば、主偏光成分と副偏光成分の比が１：１ということになる。
図6に、結像時のＲｏＰ変化に対する基板上のOPE特性変化を示す。ここでOPE特性変化とは、各パターンピッチに対して理想値から線幅差が起こる現象のことである。
露光条件は、投影光学系のNAが 1.35 、コヒーレンスファクターσが0.20、マスクはレベンソン型位相シフトマスクである。
転写線幅は45nmであり、露光量はＲｏＰが10%の時に各ピッチのパターンが所望の線幅になる露光量を設定した。
グラフ中の線はマスクパターンのピッチの違いを表しており、LineとSpaceが1:1から1：5のまでの場合についてプロットしたものである。
グラフからわかるように、結像時のウェハ面上の偏光度の違いによってCDが変化し、そのCD変化量はピッチによって異なる。ピッチごとにCD変化量が異なるということはOPE特性が変化してしまうことを意味する。このようなOPE特性が変化してしまうと、特定のピッチに関しては露光量を制御することで所望の線幅に露光することができるが、他のピッチパターンの線幅変化が生じてしまう。
転写パターンの線幅変化が発生すると、投影露光装置を用いて製造した半導体素子におけるトランジスターの電気特性が変化してしまう。
特に半導体素子のチップ内でトランジスターの電気特性がばらついてしまうと、素子内の同期が取れなくなってしまうため、素子が不良となってしまう。
以上に述べたように、高NAの投影光学系を備えた露光装置では、結像時の偏光状態によって光学特性が変わってしまう。また、投影光学系内の複屈折以外にも反射防止膜の影響によってはウェハ面上の結像時の偏光度はマスク上を照明する照明光の偏光状態とは異なってしまう。
このため、露光条件やレチクルパターンの最適化時に偏光状態を考慮することが重要となる。
そこで、本発明は、投影露光装置の露光パラメータに起因するOPE特性の変化を、照明光の２つの偏光間の位相差を制御することにより最適化し、理想のOPE特性に近づける露光装置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】
【００２３】
本発明の一側面としての露光装置は、光源からの光を用いてマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンを基板上に投影する投影光学系と、を備えた露光装置であって、前記照明光学系からの前記光の偏光情報、前記投影光学系の偏光情報、前記基板上のパターン情報、前記マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報、前記光の波長幅、前記照明光学系の有効光源の形状、前記有効光源の輝度分布、前記投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む露光パラメータ情報を基に、前記照明光学系からの前記光の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御する制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
図7に偏光度は同じ且つ直交する２つの偏光間の位相差が異なる場合の偏光状態の差異を示す。
図7に示す偏光状態はすべて主偏光成分（図７では紙面上下方向の偏光成分）と副偏光成分（図７では紙面左右方向の偏光成分）の強度比が等しい同じ偏光度である。
しかし、図が示すように直交する２つの偏光間の位相差の違いによって偏光状態が異なることがわかる。
例えば、主偏光成分と副偏光成分の位相差が０度ということは図7(a)に示される主軸が傾いた直線偏光であり、位相差が90度であるということは図7(C)に示される主軸が主偏光成分方向と一致する楕円偏光になることがわかる。
本発明者の検討によって、全く同じ複屈折を持つ投影光学系に対して、マスク上を照明する照明光の偏光度RoPが同じであったとしても、照明光の２つの偏光間の位相差によってウェハ面上の偏光度分布が異なることがわかった。
【００２５】
ここで、簡単にする為に照明光学系から単光線が投影光学系に入ってきた場合を考える。
ここでは、主偏光成分をX偏光とし、副偏光成分をY偏光としている。マスク上を照明する光のRoPをA,偏光間位相差をδrとしたときのジョーンズベクトルJは次のように書ける。
【００２６】
【数５】
2008270502.tif 000007
【００２７】
また、X方向から角度θの方向に進相軸がある複屈折量φの投影光学系のジョーンズ行列Tは、次のように書くことができる。
【００２８】
【数６】
2008270502.tif 000008
【００２９】
X方向から±45度方向に進相軸がある場合(θ°)を例とすると、ウェハ面上の偏光度A’はJ×Tによって計算することができ次のようになる。
【００３０】
【数７】
2008270502.tif 000009
【００３１】
図8にX方向から±45度方向に進相軸がある場合(θ°)を例とするグラフを示す。
横軸はマスクを照明する照明光の偏光間位相差δr、縦軸はウェハ面上の偏光度A’である。
実線３６及び点線３７は進相軸が±45°方向のときを表す。δr=±90°のときにA’(δr)の大きさは最大になる。このようにウェハ面上の偏光度はマスク面上を照明する光の偏光状態特に直交する２つの偏光間の位相差に強く依存することがわかる。
実際には投影光学系に入射する光束は単光線の集まりであると考えられる。
投影光学系の複屈折進相軸方向は前記のように不定である。したがって入射偏光の位相差によって瞳の各点での偏光度が変化する。
マスク上のパターンピッチによって生じる回折光が投影光学系の瞳上を通過する位置が異なる為、ピッチによって結像時に受ける偏光度の影響は異なることになる。
図6に示したように偏光度が変化するとOPE特性が変化する。このOPE変化は照明光の偏光度および直交する２つの偏光間位相差と投影光学系の偏光特性(例えば、Jones Matrix)が分ればOPEの変化量は予測が可能となり、その他の光学要因よって変化したOPE特性を調整することが可能となる。
以上、説明したように、本発明は、投影光学系に入射する照明光の２つの偏光間の位相差によって、マスクパターンが転写される基板上のOPE特性が変化することに着目した。
これにより、投影露光装置の露光パラメータに起因するOPE特性の変化を、照明光の２つの偏光間の位相差を制御することで最適化し、理想のOPE特性に近づける。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００３３】
本実施例１を構成する制御手段は、露光パラメータ情報を基に、照明光学系からの光の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御する手段である。
露光パラメータ情報は、照明光学系からの光の偏光情報、投影光学系の偏光情報、基板上のパターン情報、マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報の少なくとも一つを含む。
さらに、光の波長幅、照明光学系の有効光源の形状、有効光源の輝度分布、投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む。
本実施例１は、照明光学系の偏光情報を測定する測定手段および投影光学系の偏光特性を測定する測定手段を備え、さらに、投影光学系は、０．９以上の開口数を有する。
本実施例１では、照明光の光軸に直交する２つの偏光間の位相差を制御することによりOPE特性を補正する実施例について説明する。
ここでは、簡単な為に,投影光学系の持つ瞳強度分布と複屈折によるOPE変動に対する補正に限定して説明する。
図9に本実施例の露光装置を示す。既に従来例で説明した構成要素については、同一の記号で示し、説明を省略する。
一般的に、露光装置に搭載の投影光学系には硝材表面での反射を抑える為に反射防止膜が付けられる。
反射防止膜の露光波長の透過特性は角度特性をもっており、硝材に対する光線の入射角度によって透過率が異なる。
このため、瞳内透過率分布、更には、瞳内透過率分布の像高差が生じる。反射防止膜は実際には製造ばらつき等によって誤差を持っているので瞳透過率分布や像高差も装置ごとにばらついてしまう。
一方、マスク上のパターンのピッチをPとすると、一次回折光と0次回折光との成す角度θと照明光の波長λはsinθ=λ/Pの関係がある。
ピッチPが小さくなるほど回折角度は大きくなる。一般にウェハ面上で回折光同士が干渉して像を形成するとき回折角度が大きい程コントラストは低下してしまう。
したがって、ピッチごとにコントラストが変化してウェハ面上の焼き付け線幅が変化してしまう。
このようにピッチとウェハ面上の線幅の関係をOPE特性と言う。このOPE特性の補正方法としてあらかじめマスク上のパターン寸法を補正することが一般的に行われている。
しかし、実際にはマスク上のパターンピッチよってマスクで発生した回折光の瞳通過位置が異なる為に、瞳内透過率分布があるとピッチ毎にウェハ面上の結像時に回折光同士の光量が変わってしまい結果として所望の寸法からずれが生じてしまう。
【００３４】
例として、図10に理想状態のOPE特性と投影光学系に図11のような瞳透過率分布がある場合のOPE特性を示す。
ここでの露光条件は投影光学系の開口数NA1.35、照明条件は外σ0.85の4/5輪帯を30度で切り出したクロスポールタイプ、マスクは6%透過のハーフトーン型である。
転写線幅は60nmでラインとスペースが1:1になるような露光量を設定した。
投影光学系内の反射防止膜の製造誤差や硝材の透過率ばらつきによって瞳内透過率分布は露光装置ごとに異なる為に、装置ごとにOPE特性が異なる。
瞳透過率を補正する手段として瞳フィルターを用いて瞳強度分布を補正することが提案されているが、現実的に達成できる精度の瞳フィルタは存在していない。
【００３５】
次に、図10のグラフに前述の瞳透過率分布と図12に示すような複屈折分布を瞳内にもつ投影光学系に、RoP 0.90の偏光状態の照明光が入射したときのOPE特性を追加したグラフを図13に示す。
照明光の直交する２つの偏光間の位相差が0°の時、理想のOPE特性からのズレが最大で2.5nmである。
ここで、照明光の直交する２つの偏光間の位相差を85°まで制御することで理想のOPE特性からのずれが最大1.2nmまで低減させることができる。
このグラフからわかるように、投影光学系に複屈折がある場合、入射偏光の直交する２つの偏光間の位相差を制御することでOPE特性が変化させることができることがわかる。
つまり、瞳透過率分布と複屈折によって生じたOPE特性のズレを偏光間の位相差を制御することでOPE補正することができる。
【００３６】
本実施例の位相差制御は図9に記載の二つの直交する方向の位相差制御ユニット装置により行う。
予め測定された照明光の偏光情報に基づく位相差を、或いは計測装置２２で計測された２つの直交する偏光間の位相差を、別途算出されたOPE特性が許容範囲に入るような位相差量へと駆動装置２３を介して位相差補正ユニット２１を駆動する。
位相差補正前のOPE特性を求める為に必要な、照明光の偏光情報、投影光学系の偏光情報や瞳強度はあらかじめ各々のユニットで測定した測定値を用いて構わない。
しかし、露光中に投影光学系中の光学素子表面の付着やペリクルの光学特性の経時変化等によって、投影光学系の瞳透過率分布や偏光情報が変化してしまうことがある。
このことより、好ましくは露光装置上の搭載された瞳透過率分布測定器によって計測された測定値をもとにOPE特性が許容範囲にはいるような位相差制御量を決定することが好ましい。
偏光情報の測定手段としてはマスク面上の偏光状態を計測する為の偏光状態を計測装置２２や投影光学の偏光情報あるいは瞳透過率を計測する為の計測装置２４を用いる。
偏光情報や瞳強度の計測方法としては位相子法が一般に知られている。
【００３７】
次に、２つの偏光間の位相差を必要な量へと制御する手段について説明する。
以下の説明では、紙面に平行な方向に電場ベクトルをもつ偏光と、紙面に垂直な方向に電場ベクトルを持つ偏光間の位相差を補正するものとする。
図14は位相差補正ユニット21の詳細を説明する図である。
位相差制御ユニット２１は、水晶、フッ化マグネシウム等の一軸性結晶の平行平板２を傾けることにより位相差を制御する。
図14は、この位相差制御ユニット２１を横から見た図であり、平行平板２は図の光軸３８を中心とした円筒形状をしている。
一軸性結晶の光軸３８は平行平板２の平面の法線方向、つまり円筒形状の対称軸方向を向いている。
平行平板２は図１4における光軸３８となす角が90度から変わるように傾けられ、回転軸３９は紙面に垂直な直線、もしくは紙面に偏光な直線に取られる。
また、このユニット位相差制御ユニット２１に入射する光の偏光方向は回転軸方向、もしくは回転軸に垂直方向である。
【００３８】
図１5は厚さ2mmのフッ化マグネシウムの平行平板を用いた場合の位相差の発生量を示す。
横軸は平行平板の傾け角度、縦軸は紙面に平行な方向に電場ベクトルをもつ偏光と紙面に垂直な方向に電場ベクトルを持つ偏光間で発生する位相差をとった。
平行平板を傾けることによって、直交する偏光間の位相差は徐々についていき、5度傾けたあたりで180度の位相差がつき、8度まで傾けることにより±180度の任意の位相差を発生することができる。
図13のOPE補正の実例で示した直交する２つの偏光間に85°の位相差をつける場合、位相差ユニット21の平行平板を7.2°傾けることになる。
以上のように、一軸性結晶からなる平行平板の傾け量を調整することにより、マスク面の直交する２つの偏光間の位相差を調整することができる。
上記、一軸性結晶からなる平行平板を傾けて位相差を補正する方法のほかに,ソレイユ補正器によって位相差を補正することもできる。
本実施例によれば、照明光の直交する２つの偏光間の位相差を制御することで投影光学系内の瞳強度分布起因による所望なOPE特性からのズレを補正することが可能となり、良好な解像性能を得ることができる。
【００３９】
また、本実施例では、簡単の為に瞳透過率分布と複屈折についてのみ記述べたが、実際には、瞳透過率分布と複屈折以外にも、照明光の半値幅や偏光度、有効光源の形状や輝度分布、投影光学系の開口数、収差等によってもOPE特性は変化してしまう。
これらの露光パラメータの測定値を基に偏光間位相差の制御量を決めても構わない。
また、本実施例は一つの像点についてのOPE特性補正について述べた。
しかし、実際は複数の像点について評価を行い、像点間のOPE特性のばらつきも考慮しつつ２つの偏光間の位相差を制御しても構わない。
また、偏光間の位相差によって制御可能なOPE特性パターンは投影光学系の複屈折が固定な為に、露光装置ごとに決まる。
一方、上記の露光パラメータの中にも容易に制御可能なものもある。例えば、投影光学系の開口数は開口絞りを大きさで制御が可能である。
また、投影光学系の収差は、投影光学系内の光学素子を光軸に平行或いは垂直方向に駆動させることで制御が可能である。
よって、より良いOPE補正を行いたい場合は、偏光間位相差の制御と同時に上記露光パラメータを制御することが好ましい。
或いは、実際の実露光結果を行い、SEM等によるパターン寸法測定を基に偏光間位相差の制御量を決めてもかまない。
【実施例２】
【００４０】
次に、本発明の実施例２を説明する。本実施例２では露光条件の最適化について説明する。
本実施例２を構成する制御手段は、露光パラメータ情報を基に、照明光学系からの偏光状態の光軸に平行な互いに直交する２つの偏光間の位相差を制御すると同時に、前記露光パラメータの少なくとも一つを制御する手段である。
露光パラメータ情報は、照明光学系からの光の偏光情報、投影光学系の偏光情報、基板上のパターン情報、マスク基板の偏光情報及びペリクルの光学情報の少なくとも一つを含む。
さらに、光の波長幅、照明光学系の有効光源の形状、有効光源の輝度分布、投影光学系の開口数、瞳透過率分布及び収差の少なくとも一つを含む。
本実施例２は、照明光学系の偏光情報を測定する測定手段および投影光学系の偏光特性を測定する測定手段を備え、さらに、投影光学系は、０．９以上の開口数を有する。
さらに、本実施例２の露光装置は、マスクを照射する光の光軸に互いに直交する２つの偏光間の強度比及び位相差を照明光学系から取得するステップと、投影光学系の偏光情報を取得するステップと、を実行する。
さらに、投影光学系の偏光情報に基づいて、投影光学系の開口数、光源及び光の光軸に互いに直交する２つの偏光間の強度比及び位相差及び有効光源の大きさ又は形状を設定するステップを実行する。
ここで、焦点深度、NILS、EDウインドウ、コントラストの少なくても一つを最大にし、あるいは、CDばらつき、OPE特性ばらつきの少なくても一つを最小にする。
図16に本実施例２の露光装置を示す。既に従来例で説明した物については、同一の記号で示し、説明を省略する。
投影光学系開口絞りユニット制御部221は投影光学系内に設定された開口絞りを駆動させて投影光学系の開口数を設定する。
投影光学系ユニット制御部222は投影光学系内の光学素子の駆動や変形によって投影光学系の収差を変動させるユニットである。
照明光学系制御ユニット223は照明光学系内の有効光源の形状や大きさの設定や照明光の偏光状態の設定を制御する。
レーザーユニット制御224はレーザースペクトル分布や中心波長を制御する。露光装置制御部210は各ユニット制御部を制御する。
シミュレーター200はレチクルパターン情報から投影光学系で結像したときの光強度分布を計算する。
更に、その光強度分布とレジストの相互作用を考慮してレジスト像の計算も行う。
このとき光学像は、偏光の影響が考慮できるように結像時の光の電場の振動方向成分ごとに分離した光学像の和から求める。
また、光学像計算或いはレジスト像計算時にはマスクを照明する照明光の偏光状態と投影光学系の偏光状態を入力する。
更には露光波長や使用レーザーのスペクトル分布、マスク基板の複屈折情報、ペリクルの光学特性、有効光源の形状や輝度分布、投影光学系の開口数や瞳強度分布や収差量や露光装置のフレア分布の少なくても一つを露光パラメータとして入力することが可能である。
これら露光パラメータは外部計測装置や露光装置上の計測装置結果として入力も可能である。
本シミュレーターは計算された光学像やレジスト像のCD、NILS、コントラスト、焦点深度、EDウインドウの少なくても一つを評価ができる。
【００４１】
一般にマスクをパターニングするのに次の3段階がある。
第1段階は、露光装置の特性や補正用の敏感度情報を計測し、それとマスク基本データーから露光条件を決定する。
第2段階は、マスクのOPCデーターを作成するために、OPC抽出用のテストパターンのマスクを第1段階で求めた露光条件をセットした露光装置で露光した結果を解析し、シミュレーターとの差を把握し、OPCモデルを作成する。
第3段階は露光装置の特性や敏感度、マスク基本データー、モデルOPC情報の3つを統合し、露光条件やレチクルパターンの最適化を行い、そのマスクに最適な露光条件を露光装置に設定する。
この3段階の中で本シミュレーターは主に露光パラメータを決定する為に使用される。
具体的な露光装置パラメータの最適化において、まず、スリット全体に対する性能を改善するための最適化を行う。
スリット全体の像性能への影響を調べるために、歩留りに直結するクリティカルなレチクルパターンと評価方法を選択する。もしくは、性能を評価するような基本パターンを予め用意してそれを使用する。
補正パラメータは投影光学系の開口数や有効光源度分布、照明光の偏光度及び直交する２つの偏光の強度及び位相差として、光学像評価量が許容値になるように調整する。
ここでの光学像評価量としては、シミュレーター200で評価可能なCDの像高ばらつきでやEDウインドウ、NILSの値が許容範囲になる条件や、それぞれの評価量に重みを付けた評価量が一定条件を満たすとしてもよい。
【００４２】
また、上記補正パラメータ以外に、レーザースペクトル分布、収差を同時に補正パラメータとすることでさらに良好な最適化が可能となる。
最適化は設定したすべての補正項目を一度にパラメータとして行っても構わない。
最適化のターゲット評価量が複数におよぶ場合はステップを踏んでも良い。
まず、第1のステップとしてEDウインドウ又は焦点深度又はNILSのOPE特性の像高平均が許容の範囲に入るように投影光学系の開口数と照明光の形状及び輝度分布及び偏光度のうち少なくても一つをパラメータとして最適化する。
第2のステップとして第1のステップで求められた最適な投影光学系の開口数と照明光の形状および偏光度を設定した状態で２つの偏光間の位相差をパラメータとする。
このパラメータにより、ＣＤやコントラストやＥＤ−ｗｉｎｄｏｗ、ＮＩＬＳ、OPE特性のスリット内ばらつきを最適化する。
第2のステップ時に投影光学系の収差を補正パラメータとして追加することでより良い最適化が可能となる。最適化フローは、順番を変更してもよい。
また、露光条件の最適化においては最適化の範囲を限定して効率を上げてもよい。
シミュレーター700で求められた補正パラメータ情報は露光装置の制御部210へ転送される。
転送された補正パラメータ情報をもとに露光装置制御部210から投影光学系開口絞りユニット221, 投影光学系ユニット制御部222、照明有効光源ユニット223,レーザー制御ユニット224に補正情報が転送され各ユニット上で補正される。
以上説明したように、本実施例によれば、偏光による結像性能が無視できなくなるような高ＮＡの光学系に対しても、露光条件を最適化でき、歩留りを大幅に改善することができる。
【００４３】
次に、図１７及び図１８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図１７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方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ１（回路設計）では半導体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に基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等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、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製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）等の組み立て工程を含む。
ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００４４】
図１８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、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）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、露光装置によってマスクの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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】高NA時の像のコントラストを説明する為の図である。
【図２】ラインアンドスペースの周期とレジスト内の回折光角度を示す図である。
【図３】従来の露光装置の説明図である。
【図４】硝材複屈折の例の説明図である。
【図５】投影光学系の複屈折量に像高差があることの説明図である。
【図６】ＲｏＰとOPE特性の説明図である。
【図７】位相差によって偏光状態が変わることの説明図である。
【図８】マスク面の位相差によって、基板上の偏光度が変わることの説明図である。
【図９】本発明の実施例１の露光装置の説明図である。
【図１０】OPE特性の説明図である。
【図１１】瞳透過率分布の説明図である。
【図１２】複屈折分布の説明図である。
【図１３】本発明の実施例１の位相差制御によるOPE補正効果の説明図である。
【図１４】本発明の実施例１の位相差制御機構の説明図である。
【図１５】本発明の実施例１の位相差補正機構の効果の説明図である。
【図１６】本発明の実施例２の露光装置の説明図である。
【図１７】露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１７に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
1.光源（エキシマレーザー）  2.平行平面板
3.減光フィルター          4.マイクロレンズアレイ(MLA)
5.内面反射部材            6.ＣＧＨ
６１、６２  マイクロレンズアレイ
7.コンデンサレンズ        8.変倍リレー光学系
9.位相板
10.ハエノ目レンズ（マイクロレンズアレイ）
11.コンデンサレンズ      12.ハーフミラー
13.露光量センサ          14.リレー光学系
15.マスク                16.投影光学系
17.ウェハ                18.照度計
19.ウェハステージ        20.露光量制御装置
21.位相差解放ユニット    22.照明光偏光状態計測装置
24.投影光学系波面計測装置
25.投影光学系波面計測装置
【図１】
2008270502.tif 000010
【図２】
2008270502.tif 000011
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008270502.tif 000014
【図６】
2008270502.tif 000015
【図７】
2008270502.tif 000016
【図８】
2008270502.tif 000017
【図９】
2008270502.tif 000018
【図１０】
2008270502.tif 000019
【図１１】
2008270502.tif 000020
【図１２】
2008270502.tif 000021
【図１３】
2008270502.tif 000022
【図１４】
2008270502.tif 000023
【図１５】
2008270502.tif 000024
【図１６】
2008270502.tif 000025
【図１７】
2008270502.tif 000026
【図１８】
2008270502.tif 000027