(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、
前記マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターンと、該単位回路パターン間に配置された複数の単位補助パターンとを含み、
前記複数の単位回路パターン及び前記複数の単位補助パターンに応じて生じる回折光に基づく前記投影レンズの瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが前記瞳面上において９０度周期で位置するように、前記補助パターンが配置されており、
前記単位補助パターンは、線状の補助線パターンである
ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記補助線パターンは、前記基板表面において解像限界以下となるような線幅である
ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記線幅Ｗは、前記照明光の波長をλ、前記投影レンズの開口数をＮＡとして、Ｗ≦０．４×λ／ＮＡである
ことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記補助線パターンの長さは、前記単位回路パターンの前記補助線パターンと平行な辺の長さに等しい
ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項５】
照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、
前記マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターンと、該単位回路パターン間に配置された複数の単位補助パターンとを含み、
前記複数の単位回路パターン及び前記複数の単位補助パターンに応じて生じる回折光に基づく前記投影レンズの瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが前記瞳面上において９０度周期で位置するように、前記補助パターンが配置されており、
前記単位回路パターンは、基本形状が長方形状である同一形状の複数の長方形状パターンが該長方形状パターンの短辺に平行な方向に配列したものであり、
前記単位補助パターンは、前記長方形状パターンの短辺と平行に配置された線状パターンである
ことを特徴とする露光方法。
【請求項６】
照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、
前記マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターンと、該単位回路パターン間に配置された複数の単位補助パターンとを含み、
前記複数の単位回路パターン及び前記複数の単位補助パターンに応じて生じる回折光に基づく前記投影レンズの瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが前記瞳面上において９０度周期で位置するように、前記補助パターンが配置されており、
前記単位回路パターンは、基本形状が長方形状である長方形状パターンであり、
前記単位補助パターンは、前記長方形状パターンの短辺と平行に配置された線状パターンである
ことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、
前記照明系は遮光領域を有する照明形状であり、前記投影レンズの周方向に分布する収差の位相ずれ量が最大になる少なくとも一つ位置に前記遮光領域が重なるように、前記照明系と前記投影レンズとの前記投影レンズの周方向における相対角度を調整する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターンを含む
ことを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法、特に半導体製造のリソグラフィ工程での収差の影響を低減する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、回路パターンの微細化に伴い、露光装置における投影レンズの収差の影響が問題となってきている。
【０００３】
投影レンズの収差が小さくなってくると、物理光学的な取り扱いが必要となるため、光学系の収差を波面収差の形に変換する。波面収差を瞳座標の関数で表す方法として、Zernike 多項式が広く用いられている。このZernike 多項式を第１６項まで記載すると、
Ｚ1   ：  1
Ｚ2   ：  ｒcosθ
Ｚ3   ：  ｒsinθ
Ｚ4   ：  2ｒ2−1
Ｚ5   ：  ｒ2 cos2θ
Ｚ6   ：  ｒ2 sin2θ
Ｚ7   ：  (3ｒ2−2r)cosθ
Ｚ8   ：  (3ｒ3−2r)sinθ
Ｚ9   ：  6ｒ4−6ｒ2＋1
Ｚ10  ：  ｒ3 cos3θ
Ｚ11  ：  ｒ3 sin3θ
Ｚ12  ：  (4ｒ4−3ｒ2)cos2θ
Ｚ13  ：  (4ｒ4−3ｒ2)sin2θ
Ｚ14  ：  (10ｒ5−12ｒ3＋3r)cosθ
Ｚ15  ：  (10ｒ5−12ｒ3＋3r)sinθ
Ｚ16  ：  20ｒ6−30ｒ4＋12ｒ2−1
と表される。
【０００４】
ここで、Ｚ１０及びＺ１１は一般的に３θ収差と呼ばれ、パターンの非対称やＤＯＦ（Depth Of Focus）低下の原因となる。以下、これについて、図１２及び図１３を参照して説明する。
【０００５】
図１２は、Ｚ１０の瞳面上の分布を模式的に示したものであり、Ｘ軸の正方向を基準として周方向に、０度、１２０度及び２４０度で位相進みがピークとなり、６０度、１８０度及び３００度で位相遅れがピークとなる。
【０００６】
ここで、レチクルに形成されたパターンによってＸ軸方向に回折光が生じた場合を考えると、図１３に示すように、ウエハ上における０次光と１次回折光の結像位置が異なることになる。そのため、ウエハ上における光強度分布は左右非対称となるため、左右非対称なパターンがウエハ上に転写されてしまい、所望のパターンが得られなくなる。
【０００７】
レンズ収差に起因して所望のパターンが得られないという問題に対しては、従来はレンズ調整を行うことによって解決をはかっていた。しかしながら、３θ収差については、レンズ調整を行うことが極めて難しく、上述したような左右非対称のパターンが転写されるという問題を解決することは極めて困難であった。
【０００８】
特に、レチクルに市松格子状のパターンが形成されている場合、後述するように、回折光の瞳面上での強度分布に起因して３θ収差の影響が増強され、左右非対称のパターンが転写されるという問題がより深刻なものとなる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、回路パターンの微細化に伴い、投影レンズの収差によってウエハ上で所望のパターンが得られ難くなってきており、特に３θ収差の影響を低減することは極めて困難であった。
【００１０】
本発明は上記従来の課題に対してなされたものであり、３θ収差等の影響を低減して所望のパターンを精度よく転写することが可能な露光方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光方法は、照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、前記マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターンと、該単位回路パターン間に配置された複数の単位補助パターンとを含み、前記複数の単位回路パターン及び前記複数の単位補助パターンに応じて生じる回折光に基づく前記投影レンズの瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが前記瞳面上において９０度周期で位置するように、前記補助パターンが配置されていることを特徴とする。
【００１２】
すでに述べたように、例えば３θ収差は、位相ずれ（位相進み及び位相遅れ）のピーク位置が瞳面上において６０度周期で分布している。また、後述するように、露光マスクに形成された市松格子状のパターンを基板上に転写する場合には、回折光の瞳面上での強度分布に起因して３θ収差の影響が強く反映される。本発明では、上記のような単位補助パターンを設けることで、市松格子状のパターンによる回折光の瞳面上での強度分布が修正されるため、３θ収差の影響を低減することが可能となり、パターン寸法の変動を大幅に低減することができる。
【００１３】
また、本発明に係る露光方法は、照明系からの照明光をマスクパターンが形成された露光マスクに照射し、該露光マスクを透過した光の像を投影レンズを介して基板上に投影する露光方法であって、前記照明系は遮光領域を有する照明形状であり、前記投影レンズの周方向に分布する収差の位相ずれ量が最大になる少なくとも一つ位置に前記遮光領域が重なるように、前記照明系と前記投影レンズとの前記投影レンズの周方向における相対角度を調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、照明系と投影レンズとの周方向における相対角度を上記のように調整することにより、３θ収差の影響を抑制することができ、パターン寸法の変動を大幅に低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る露光装置の概略構成を模式的に示した図である。基本的には通常の露光装置と同様であり、光源１及び照明光学系２からなる照明系からの照明光を、所望のマスクパターンが形成された露光マスク３に照射し、露光マスク（レチクル）３を通過した光によるパターン像を、投影レンズ（投影光学系）４を介してウエハ（半導体基板）５上に投影するものである。なお、ここで言う投影レンズ４は、投影光学系に複数のレンズが含まれる場合には、それら複数のレンズの集合を意味するものであり、それら複数のレンズによって得られる光学特性と等価な光学特性を有するレンズとして想定されたものである。
【００１７】
まず、本実施形態の特徴を明確化するため、図４及び図５に示した比較例について説明する。
【００１８】
図４は、比較例において、露光マスク３に形成されたマスクパターンを示したものである。マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターン１１からなり、各単位回路パターン１１は、Ｘ方向及びＹ方向ともに一定の周期で配列されている（Ｘ方向の周期Ｐx 、Ｙ方向の周期Ｐy ）。各単位回路パターン１１は、半導体集積回路で広く用いられている、いわゆる２本線パターンである。すなわち、各単位回路パターン１１は、基本的な形状が長方形状である同一形状の二つの長方形状パターンがＸ方向に配列したものである。なお、実際には、各単位回路パターン１１は、光近接効果補正が施された複雑な多角形状となっているが、ここでは簡単のために、光近接効果補正が施されていない場合について説明する。
【００１９】
図５は、図４に示したマスクパターンによって得られる回折光の、投影レンズ４の瞳面上での強度分布を示したものである。ここでは、簡単のために、光源１を点光源として、シミュレーションを行った結果を示している。また、０次光の瞳面上でのスポット２１をＸＹ座標の原点（0 , 0）としている。本座標系は、投影レンズのＮＡを１として規格化した相対的な位置関係を示している。
【００２０】
図５に示すように、回折光のスポット２２の内、光強度が相対的に強い回折光スポットは、座標（1.2 , 0）、（-1.2 , 0）、（0.3 , 0.7）、（0.3 , -0.7）、（-0.3 , 0.7）及び（-0.3 , -0.7）の６箇所に分布している。そのため、図４に示したようなマスクパターンをウエハ上に転写する場合、６０度周期で位相ずれ（位相進み及び位相遅れ）がピークとなる（図１２参照）３θ収差の影響を強く受けることになる。したがって、ウエハ上における光強度分布が左右非対称となり、左右非対称なパターンがウエハ上に転写されてしまい、パターン寸法の変動が大きくなる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、瞳面上での回折光の強度分布を変化させるような補助パターンを追加するようにしている。
【００２２】
図２は、本実施形態において、露光マスク３に形成されたマスクパターンを示したものである。マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターン１１（図４の比較例と同一のパターン）の他、単位回路パターン１１間に配置された線状の複数の単位補助パターン１２からなる。なお、比較例と同様、単位回路パターン１１は、実際には光近接効果補正が施された複雑な多角形状となっているが、ここでは簡単のために、光近接効果補正が施されていないパターンを示している。
【００２３】
各単位補助パターン１２は、ウエハ５の表面において解像限界以下となるような線幅であり、具体的には、単位補助パターン１２の線幅Ｗは、光源１から生じる照明光の波長をλ、投影レンズ４の開口数をＮＡとして、Ｗ≦０．４×λ／ＮＡなる関係を満たしている。また、単位補助パターン１２の長さＬは、単位回路パターン１１のＸ方向の辺の長さＬと等しくなっている。なお、図に示した例では、単位補助パターン１２は、連続した１本のパターンとなっているが、単位回路パターン１１を構成する二つの長方形状パターンのそれぞれの短辺に対応（対向）させて二つに分割したパターンであってもよい。
【００２４】
また、単位補助パターン１２は、単位回路パターン１１と同様に、Ｘ方向及びＹ方向ともに一定の周期で配列されている（Ｘ方向の周期Ｐx 、Ｙ方向の周期Ｐy ）。そして、単位補助パターン１２の中心と、該単位補助パターン１２を挟む二つの単位回路パターン１１のそれぞれの中心との距離は、互いに等しくなっている。すなわち、Ｘ方向における各中心間の距離はＰx ／２であり、Ｙ方向における各中心間の距離はＰy ／２となっている。
【００２５】
図３は、図２に示したマスクパターンによって得られる回折光の、投影レンズ４の瞳面上での強度分布を示したものである。比較例と同様、光源１を点光源として、シミュレーションを行った結果を示しており、０次光の瞳面上でのスポット２１をＸＹ座標の原点（0 , 0）としている。
【００２６】
図３に示すように、回折光によって生じる回折光スポット２２の内、光強度が相対的に強い回折光スポットは、座標（1.2 , 0）、（-1.2 , 0）、（0 , 1.4）及び（0 , -1.4）の４箇所に分布している。すなわち、これらの回折光スポット２２は、瞳面の周方向において９０度周期で分布していることになる。そのため、６０度周期で位相ずれ（位相進み及び位相遅れ）がピークとなる３θ収差の影響を緩和することが可能である。したがって、３θ収差によるウエハ上の光強度分布の非対称性を抑制することができ、ウエハ上におけるパターン寸法の変動を大幅に低減することが可能となる。
【００２７】
なお、本例では、単位回路パターン１１として２本線パターンを用いたが、さらに本数を増やしたパターンでもよい。また、単位補助パターン１２の形状、本数、長さ等についても、上述した例に限定されるものではなく、瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが瞳面上において９０度周期で位置するようなものであればよい。
【００２８】
（実施形態２）
次に、第２の実施形態について説明する。露光装置の構成については、図１に示した第１の実施形態のものと同様である。
【００２９】
図６は、本実施形態の比較例において、露光マスク３に形成されたマスクパターンを示したものである。マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターン１３からなり、各単位回路パターン１３は、Ｘ方向及びＹ方向ともに一定の周期で配列されている（Ｘ方向の周期Ｐx 、Ｙ方向の周期Ｐy ）。各単位回路パターン１３は、半導体集積回路で広く用いられている、配線用のいわゆるラインパターンであり、Ｘ方向に細長の長方形状である。なお、実際には、各単位回路パターン１３は、光近接効果補正が施された複雑な多角形状となっているが、第１の実施形態と同様、簡単のために、光近接効果補正が施されていないパターンを示している。
【００３０】
図６に示したマスクパターンによって得られる回折光の、投影レンズ４の瞳面上での強度分布も、図５に示した第１の実施形態の比較例と類似の傾向を示す。そのため、３θ収差の影響を強く受け、ウエハ上における光強度分布が左右非対称となるため、左右非対称なパターンがウエハ上に転写されてしまい、パターン寸法の変動が大きくなる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、瞳面上での回折光の強度分布を変化させるような補助パターンを追加するようにしている。
【００３２】
図７は、本実施形態において、露光マスク３に形成されたマスクパターンを示したものである。マスクパターンは、市松格子状に配列された複数の単位回路パターン１３（図６の比較例と同一のパターン）の他、単位回路パターン１３間に配置された線状の複数の単位補助パターン１４からなる。なお、比較例と同様、単位回路パターン１３は、実際には光近接効果補正が施された複雑な多角形状となっているが、ここでは簡単のために、光近接効果補正が施されていないパターンを示している。
【００３３】
各単位補助パターン１４は、ウエハ５の表面において解像限界以下となるような線幅であり、第１の実施形態と同様、単位補助パターン１４の線幅Ｗは、Ｗ≦０．４×λ／ＮＡなる関係を満たしている。また、単位補助パターン１４の長さＬは、単位回路パターン１３のＹ方向の辺の長さと等しくなっている。
【００３４】
また、単位補助パターン１４は、単位回路パターン１３と同様に、Ｘ方向及びＹ方向ともに一定の周期で配列されている（Ｘ方向の周期Ｐx 、Ｙ方向の周期Ｐy ）。そして、単位補助パターン１４の中心と、該単位補助パターン１４を挟む二つの単位回路パターン１３のそれぞれの中心との距離は、互いに等しくなっている。すなわち、Ｘ方向における各中心間の距離はＰx ／２であり、Ｙ方向における各中心間の距離はＰy ／２となっている。
【００３５】
本実施形態においても、図７に示したマスクパターンによって得られる回折光の投影レンズ４の瞳面上での強度分布は、図３に示した第１の実施形態と類似の傾向を示す。すなわち、回折光によって生じる回折光スポットの内、光強度が相対的に最も強い方の４つの回折光スポットは、瞳面の周方向において９０度周期で分布している。そのため、第１の実施形態と同様、３θ収差の影響を緩和することが可能である。したがって、３θ収差によるウエハ上の光強度分布の非対称性を抑制することができ、ウエハ上におけるパターン寸法の変動を大幅に低減することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、単位補助パターン１４の形状、本数、長さ等は、上述した例に限定されるものではなく、瞳面上での複数の光スポットのうち、光強度が最も強い方の４つの光スポットが瞳面上において９０度周期で位置するようなものであればよい。
【００３７】
（実施形態３）
図８は、本実施形態に係る露光装置の概略構成を模式的に示した図である。
【００３８】
図８に示した露光装置の基本的な構成は図１に示した露光装置と同様であるが、本実施形態では、図１に示した各構成要素の他、光源１及び照明光学系２からなる照明系と投影レンズ４との回転方向（投影レンズ４の周方向）における相対角度を調整するための調整系（調整機構）６を備えている。また、照明系は、遮光領域を有する照明形状となっている。
【００３９】
露光マスク３のパターンとして、第１の実施形態で示した図４のパターン或いは第２の実施形態で示した図６のパターンを用いた場合、すでに述べたように、投影レンズ４の３θ収差の影響を強く受けるため、ウエハ上における光強度分布が非対称となり、パターン寸法の変動が大きくなる。
【００４０】
そこで、本実施形態では、図９に示すようにして、３θ収差の影響を低減するようにしている。図９（ａ）に示すように、３θ収差は６０度周期で位相ずれ（位相進み及び位相遅れ）がピーク（ピーク位置（ピーク角度）Ａ１〜Ａ６）となる。本実施形態では、図９（ｂ）に示すように、少なくとも一つのピーク位置に照明系の遮光領域３１が対応するように（重なるように）、調整系６によって照明系と投影レンズとの回転方向における相対角度を調整する。
【００４１】
このように、照明系と投影レンズとの位置関係を調整することにより、３θ収差の影響を抑制することができる。したがって、３θ収差によるウエハ上の光強度分布の非対称性を修正することができ、ウエハ上におけるパターン寸法の変動を大幅に低減することが可能となる。
【００４２】
なお、上述した例では、図９（ｂ）に示したような四重極照明を用いたが、これ以外にも、図１０に示す二重極照明や図１１に示す五重極照明等、種々の照明形状を用いることが可能である。また、遮光領域３１及び開口領域３２の形状についても、種々の形状を用いることが可能である。また、照明系と投影レンズとの回転方向における相対角度の調整に加えてさらに、露光マスクに対する照明系及び投影レンズの回転方向における相対角度を調整するようにしてもよい。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、３θ収差等の影響が低減されるため、所望のパターンを精度よく基板上に転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施形態に係る露光装置の概略構成を模式的に示した図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係り、露光マスクに形成されたマスクパターンを示した図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係り、図２に示したマスクパターンによる回折光の投影レンズの瞳面上での強度分布を示した図。
【図４】第１の実施形態の比較例に係り、露光マスクに形成されたマスクパターンを示した図。
【図５】第１の実施形態の比較例に係り、図４に示したマスクパターンによる回折光の投影レンズの瞳面上での強度分布を示した図。
【図６】本発明の第２の実施形態の比較例に係り、露光マスクに形成されたマスクパターンを示した図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係り、露光マスクに形成されたマスクパターンを示した図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る露光装置の概略構成を模式的に示した図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係り、３θ収差と照明系の遮光領域との対応関係を示した図。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係り、遮光領域の変更例を示した図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係り、遮光領域の変更例を示した図。
【図１２】従来技術に係り、瞳面上での３θ収差の強度分布を示した図。
【図１３】従来技術の問題点について示した図。
【符号の説明】
１…光源
２…照明光学系
３…露光マスク
４…投影レンズ
５…ウエハ
６…調整系
１１、１３…単位回路パターン
１２、１４…単位補助パターン
２１…０次光のスポット
２２…回折光のスポット
３１…遮光領域
３２…開口領域
【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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