JP2002025884A - 投影光学系の収差補正方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
投影光学系の収差補正方法及び半導体装置の製造方法Info
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Abstract
が可能な収差補正方法を提供する。 【解決手段】 フォトマスク上に形成されたパターンを
感光基板上に投影するための投影光学系を有する露光装
置を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する収差
の影響を補正する投影光学系の収差補正方法であって、
予め測定された投影光学系の残留収差の測定結果に基づ
いて調整可能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化
させたときに、所望のパターンに対する残留収差の影響
が所望の領域内で最小となるような収差係数を計算によ
って求める工程(S5,S6)と、調整可能な収差項に
関し、予め測定された収差係数と計算によって求められ
た収差係数との差に対応して、投影光学系の収差を移動
させる工程(S7)とを有する。
Description
補正方法及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関す
る。
られる縮小投影露光装置において、投影レンズの残留収
差によってデバイスパターンの変形やフォーカス裕度の
低下等が引き起こされることが問題となってきている。
このような残留収差によるデバイスパターンへの悪影響
を補正する手法として、例えば特開平11−52582
号公報に記載された方法が提案されている。
ソン型位相シフトマスクによるデバイスパターンの転写
において、コマ収差検出用のマスクパターンを所定の縮
小率でレジストに転写し、転写されたレジストパターン
と元々のマスクパターンを所定の縮小率で単純に縮小し
たパターンとを直接比較することにより、コマ収差によ
る影響の大きさを測定し、その測定結果に基づいてマス
クを補正する、というものである。
デバイスパターンをコマ収差検出用のマスクパターンと
して用いた場合において、一般的に行われている最適マ
スクパターンの条件出し作業をレベンソン型マスクに適
応した場合と何ら違いがない。通常のバイナリーマスク
における最適マスクパターンの条件出し作業では、光近
接効果(Optical Proximity Effect;OPE)やレジス
トのプロセス効果に対する補正作業と同時に、収差の影
響に対する補正作業が行われている。何故ならば、両者
の補正作業は分離することができないからである。一
方、レベンソン型位相シフトマスクの方がバイナリーマ
スクよりも収差の影響が大きいことは周知の事実であ
り、レベンソン型位相シフトマスクにおける最適マスク
パターンの条件出し作業では、収差の影響を補正する作
業の比率が相対的に高くなるのは当然であると言える。
従って、上記公開公報に記載された発明は、このような
ことを強調したものであると思われる。
わされる収差の影響の度合いは、マスクの種類(バイナ
リーマスク,ハーフトーン型位相シフトマスク,レべン
ソン型位相シフトマスク)、照明条件(通常照明,小σ
照明,輪帯照明,四つ目照明)、パターンのデザイン
(形状,グランドルール,諸所の寸法)等の違いによっ
て、千差万別である。従って、収差自体が大きければ収
差の影響も大きいとは必ずしも言えず、収差の影響が小
さければ収差自体も小さいとは必ずしも言えない。従っ
て、収差を実際に測定しなければ、実際のところは何も
わからないのが現実である。また一方で、完全に収差の
ない投影レンズが論理的に有り得ないことも事実であ
り、収差の問題は光リソグラフィが続く限り避けること
はできない。
を製造する場合、収差の影響を補正する手法として、い
くつかの方法が考えられる。
スクパターンのデザインを収差の影響を加味して補正す
る方法が考えられる。この方法では、最初に理想的な状
況を想定したデバイスマスクを作成し、このデバイスマ
スクのパターンを転写することによって得られた結果を
用いて、最終的なデバイスマスクを作成しなければなら
ない。従って、最初のマスクの精度が最終的なマスクの
補正精度に大きく影響してしまうという問題がある。ま
た、途中で照明条件を変更した場合には、それまでの情
報は何の役にも立たず、最初から作業をやり直さなけれ
ばならないという問題がある。さらに、収差による影響
は、寸法の微妙な違いによっても変る可能性があり、許
容範囲内にマスクデザインを収束させるためには、数回
以上のマスク作製・修正が必要になると考えられる。
明条件を変更する方法が考えられる。しかし、露光裕度
が最大になるように初期の照明条件が設定されているた
め、このような理想的な照明条件下でのパターン転写に
比べ、照明条件変更後は必ず露光裕度が減少してしま
う。また、そもそも実用的な解が存在するか否かも不明
であるため、確実な方法であるとは言い難い。
る方法であり、迅速な対応は不可能である。現在及び将
来において製造される半導体装置は、少量多品種が一般
的であり、デバイスパターンの種類が飛躍的に増大して
いる。従って、デバイスパターンへの収差の影響も多種
多様になることが予想され、迅速な対応が可能な収差補
正方法が必要となる。
装置において、投影光学系の残留収差が大きな問題とな
ってきている。しかしながら、マスクパターンを補正す
る方法や照明条件を補正する方法では迅速な対応が困難
であり、少量多品種時代においては根本的な改善が必要
となる。
ものであり、投影光学系の残留収差の影響を迅速に補正
することが可能な方法を提供することを目的としてい
る。
の収差補正方法は、フォトマスク上に形成されたパター
ンを感光基板上に投影するための投影光学系を有する露
光装置を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する
収差の影響を補正する投影光学系の収差補正方法であっ
て、予め測定された投影光学系の残留収差の測定結果に
基づいて調整可能な収差項に対する収差係数を仮想的に
変化させたときに、所望のパターンに対する残留収差の
影響が所望の領域内で最小となるような収差係数を計算
によって求める工程と、前記調整可能な収差項に関し、
予め測定された収差係数と前記計算によって求められた
収差係数との差に対応して、前記投影光学系の収差を移
動させる工程と、を有することを特徴とする。
ォトマスク上に形成されたパターンを感光基板上に投影
するための投影光学系を有する露光装置を用い、フォト
マスク毎に投影光学系に残留する収差の影響を補正して
フォトマスク上に形成されたパターンを半導体基板上の
感光膜に投影する半導体装置の製造方法であって、予め
測定された投影光学系の残留収差の測定結果に基づいて
調整可能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化させ
たときに、所望のパターンに対する残留収差の影響が所
望の領域内で最小となるような収差係数を計算によって
求める工程と、前記調整可能な収差項に関し、予め測定
された収差係数と前記計算によって求められた収差係数
との差に対応して、前記投影光学系の収差を移動させる
工程と、前記収差を移動させた投影光学系によって、フ
ォトマスク上に形成されたパターンを半導体基板上の感
光膜に投影する工程と、を有することを特徴とする。
正する場合に、従来のようにマスクパターン等を補正す
るのではなく、予め測定した残留収差の測定結果に基づ
いて残留収差の影響が最小となるような収差係数を計算
し、その計算結果に基づいて投影光学系の収差を移動さ
せるので、長時間が必要なマスク作製工程を何回も行う
必要はなく、露光裕度を減少させることなく、収差の影
響を迅速に補正することが可能である。また、露光装置
の特性等により調整可能な収差(移動させやすい収差)
と調整不能な収差(移動させにくい収差)があるが、本
発明では移動させやすい収差を移動させることで、移動
させにくい収差によって受ける影響を相殺することがで
きる。
ため、収差について説明する。
角内での異なる位置間を比較することで初めて確認でき
る収差(グローバル収差)であり、もう一つはZern
ike収差で表現できる収差(ローカル収差)である。
スずれ分布を表わす像面彎曲と、画角内での転写パター
ンの横ずれ分布を表わすディストーションがある。ロー
カル収差、すなわちZernike収差は、レンズの回
転方向における対称数と半径方向の次数に従って分類す
ることができ、回転方向における対称数に従って順に、
球面収差,コマ収差,非点収差,Three−foi
l,Four−foil,Five−foil、……と
いった各成分に分類される。一般に、高次収差と呼ぶ場
合は、回転方向における対称数が多い収差成分及び半径
方向の次数の大きい収差成分の両方を指す。
の変化或いは投影光学系を構成する個々のレンズユニッ
トの微少移動に対して容易に変動する傾向があり、逆に
高次の収差ほど状況の変化に対して変動し難い傾向にあ
ると言われている。
ke収差(Zernike多項式)について簡単に説明
する。
したものである。各項は、 Z1 =1 Z2 =2ρcosθ Z3 =2ρsinθ Z4 =31/2 (2ρ2−1) Z5 =61/2 ρ2 cos2θ Z6 =61/2 ρ2 sin2θ Z7 =81/2 (3ρ2−2)ρcosθ Z8 =81/2 (3ρ2−2)ρsinθ Z9 =51/2 (6ρ4−6ρ2+1) Z10=81/2 ρ3 cos3θ Z11=81/2 ρ3 sin3θ Z12=101/2 (4ρ2−3)ρ2 cos2θ Z13=101/2 (4ρ2−3)ρ2 sin2θ Z14=121/2 (10ρ4−12ρ2+3)ρcosθ Z15=121/2 (10ρ4−12ρ2+3)ρsinθ Z16=71/2 (20ρ6−30ρ4+12ρ2−1) Z17=101/2 ρ4 cos4θ Z18=101/2 ρ4 sin4θ Z19=121/2 (5ρ2−4)ρ3 cos3θ Z20=121/2 (5ρ2−4)ρ3 sin3θ Z21=141/2 (15ρ4−20ρ2+6)ρ2 cos2θ Z22=141/2 (15ρ4−20ρ2+6)ρ2 sin2θ Z23=4 (35ρ6−60ρ4+30ρ2−4)ρcosθ Z24=4 (35ρ6−60ρ4+30ρ2−4)ρsinθ Z25=3 (70ρ8−140ρ6+90ρ4−20ρ2−1) Z26=121/2 ρ5 cos5θ Z27=121/2 ρ5 sin5θ Z28=141/2 (6ρ2−5)ρ4 cos4θ Z29=141/2 (6ρ2−5)ρ4 sin4θ Z30=4 (21ρ4−30ρ2+10)ρ3 cos3θ Z31=4 (21ρ4−30ρ2+10)ρ3 sin3θ Z32=181/2 (56ρ6−105ρ4+60ρ2−10)ρ2 cos2θ Z33=181/2 (56ρ6−105ρ4+60ρ2−10)ρ2 sin2θ Z34=201/2 (126ρ8−280ρ6+210ρ4−60ρ2+5)ρco
sθ Z35=201/2 (126ρ8−280ρ6+210ρ4−60ρ2+5)ρsi
nθ Z36=111/2 (252ρ10−630ρ8+650ρ6−210ρ4+30ρ
2−1) と表すことができる。
類されており、左から順に、球面収差(デフォーカスを
含む)、コマ収差(像シフトを含む)、非点収差、Th
ree−foil、Four−foil、Five−f
oil、と並んでいる。また、下側ほど半径方向の次数
が大きな収差を表わしている。一般的なローカル収差
は、これらの各Zernike多項式の線形和で表現す
ることができる。従って、各収差の大きさは各項の係数
によって表現される。また、図1において、左上ほど低
次の収差すなわち変化が容易な収差を表わし、右下ほど
高次の収差すなわち変化し難い収差を表わしている。
したフローチャートを参照して説明する。
の例として、図3に示したようなウイグル付き2本パタ
ーンを採用した。このパターンは、2本ずつペアになっ
たラインパターンが周期的に並んでおり、投影レンズの
収差の影響によって、図4に示すように左右の線幅が非
対称に転写されるという問題がある。本実施形態では、
このような左右の線幅差をマスク全面において低減させ
るための方法を例にあげて説明する。
く補正方法を示すフローチャートを示した。従来技術で
は、「マスクパターンのCADデータ(デザインデー
タ)作成」の後、「マスク作製」「露光」「収差の影響
を測定」の一連の工程を行い、その後、測定した収差の
影響に基づいて「マスクの補正」を行って再び「マスク
作製」からやり直すか、或いは、「露光装置の収差を補
正」して再び「露光」からやり直す。このようにして、
許容されるパターンが得られるまで、これらの補正工程
を繰り返している。
ローチャートでは、予め「収差係数の測定」(S3)を
行っておくことで、「マスクパターンのCADデータ作
成」(S1)が終了した時点で、作成されたCADデー
タを用いて、「所望パターンに対する各収差の影響計
算」(S5)と「マスク作製」(S2)に移行し、「マ
スク作製」が終了した段階で「露光」(S9)を行い、
充分に許容されるパターンを得ることができる。特に
「マスク作製」はこれらの工程の中で最も時間のかかる
工程であり、「マスク作製」を繰り返す従来技術に比
べ、本実施形態では1回の「マスク作製」しか行わない
ために、充分に迅速であると言える。
ャートに従って各工程について説明する。
て説明する。収差係数の測定には、特開平11−237
310号公報、或いは文献1「Appl.Opt.3
7,pp1136−1147(2000)」に記載の方
法を採用した。この方法は測定結果を直接Zernik
e係数に変換できる利点がある。特に、図4に示すよう
なラインパターンの左右線幅差に注目した場合、球面収
差や非点収差等の偶関数的な関数で表わされる収差に関
しては、ほとんど影響されないことがわかっているの
で、本例ではコマ収差やThree−foil等の奇関
数的な関数で表わされる収差のみに着目した。
パターンを示したものである。この収差測定用マスクの
パターンはAマークとBマークで構成され、レジストが
塗布された基板上にこれらのA,B両マークの中心が重
なるように続けて露光することで、現像後に図6に示す
ような所望の測定マークを得ることができる。このよう
にして得られたレジストパターンからなる測定マーク
は、通常のオーバーレイ検査装置を用いることで、外側
のボックスパターンと内側の微細パターンの相対的な転
写位置ずれを測定することができる。また、0°,30
°,60°に回転したマークを測定することで、コマ収
差だけでなく、Three−foilやFive−fo
ilも同時に測定することが可能である。
エキシマレーザー光を光源とするスキャンタイプの露光
装置を用いて露光を行ったときの測定結果を示したもの
である。この露光装置は、通常は長方形のスリットをス
キャンしながら露光を行うが、今回はレンズの収差測定
を目的としているため、スリットを固定して露光を行っ
た。図7中の長方形はスリットを表わしている。測定し
たマークの内側を構成する微細パターンの1周期長は、
0.9μm,0.6μm及び0.45μmである。この
周期長はレンズの半径と反比例の関係があるため、周期
長が短いほどレンズの外側の収差を測定していることに
なる。また、上段はコマ収差、下段はThree−fo
ilに対応し、それぞれスリット内での収差の分布を表
わしている。
各測定位置でのZernike係数を先に示した文献1
に示される方法に従って算出した。実際の数値データに
関してはデータ数が膨大であるため省略する。
1−237310号公報或いは文献1に記載された収差
測定方法を採用したが、本発明はこれらの収差測定方法
に限定されるものではなく、フィゾータイプの干渉計を
用いた収差測定方法、或いはUSP5,978,085
に記載された収差測定方法を用いてもよい。なお、投影
光学系を構成するレンズユニットを移動させることで収
差を所望の状態に変化させた後、収差が正しく変化した
か否かを確認するために改めて収差を測定することが望
ましいが、両収差測定については同一の測定方法を用い
た方がよいことは言うまでもない。
分別」(S4)について説明する。今回使用した露光装
置はコマ収差のみ変えることが可能な装置である。従っ
て、低次のコマ収差Z7及びZ8、Z14及びZ15、
Z23及びZ24、……を、各レンズユニットを微少に
移動させることで意識的に変える機能がある。ただし、
調整可能な大きさは低次の収差ほど大きく、高次の収差
ほど小さい。また、収差はスリット内で任意に変えられ
るわけではなく、同心円状の分布に限られている。一
方、Three−foilやFive−foilに関し
ては全く調整機能を有していない。従って、今回は移動
させる収差をZ7とZ8に限定した。本実施形態では、
収差測定に文献1に記載の方法を用いたが、この方法
は、測定データ自体が予めコマ収差,Three−fo
il及びFive−foilを分離して表現しているた
め、露光装置の機能と比較することで、測定の段階で調
整可能な収差と不可能な収差を分別することが容易であ
る。
響計算」(S5)について説明する。Zernike多
項式で表現される各収差係数の図3に示すウイグル付き
2本パターンへの影響について調べた。このパターンの
左右線幅差は、各収差係数×影響度の線形和で近似的に
表現できることがわかっている。従って、各収差係数を
単独に旦つ一律に想定したときの左右線幅差をフーリエ
計算より算出した。その結果を図8に示す。今回は、左
右線幅差が各収差係数×影響度の線形和で表わされるこ
とがわかっていたため、考慮するZernike係数の
数だけの計算でよいが、パターンの寸法等の場合は二つ
以上の係数のクロスタームを考慮しなければならない場
合もある。このような場合は、収差の影響度を示すグラ
フの横軸にはクロスタームも追加しなければならない。
(S6)について説明する。実際に測定した収差係数と
図8の各収差の影響度を示すグラフから、スリット内全
面における左右線幅差の分布を算出し、同時に、調整を
行う収差(Z7とZ8、ただしZ8については影響度は
無視できるくらい小さいため、今回はZ7のみ)を露光
装置の機能に従って変化させ、スリット全面で最も線幅
差が小さくなるような変化量を算出した。なお、今回は
スリット全面を想定したが、所望パターンが露光領域内
で限られている場合は、所望の領域に限定して変化量を
算出してもよい。また、このようにして算出された収差
の変化量を中心に、その近傍で収差量を変化させて所望
パターンを露光し、さらに最適な変化量を露光結果に基
いて補正してもよい。
及び「収差係数の測定」(S8)について説明する。前
述した工程で算出した移動量に基づいて収差を移動した
結果、収差が所望通り移動しているかどうかについて再
度収差を測定した。図9に収差調整後の測定結果を示し
た。また、図10には、初期状態(図7)と調整後(図
9)との差を示した。図10に示すように、Three
−foilは測定誤差精度の違いしか見られず(図示し
ないが、Five−foilも同様)、今回の調整によ
ってほとんど動いていないことが確認できた。一方、コ
マ収差に関しては、周期長が小さくなるに従って同心円
状に且つ内向きに分布しており、所望の変化が正しく行
われていることが確認できた。なお、今回の調整に伴
い、球面収差や非点収差等の偶関数的な収差や、グロー
バル収差である像面彎曲やディストーションに関して
も、半導体装置の製造に支障が無い程度の変化であった
ことは、別途確認した。
基板上に形成されたレジスト上に所望のパターンを投影
して露光を行った結果、露光領域全面で良好なパターン
を形成することができた。また、このような調整を行っ
た上で製造した半導体装置は、従来の方法によって製造
した半導体装置に比べ、露光領域内での線幅分布が小さ
い良好な半導体装置であった。なお、本実施形態におい
ては、調整不可能なThree−foilに対して調整
可能なコマ収差を変化させて、Three−foilの
影響を相殺させたが、本発明はThree−foilと
コマ収差の関係に限定されるものではなく、如何なる収
差の関係においても有効であることは言うまでもない。
随時選択して露光しているため、個々のフォトマスクに
対応した露光レシピが用意されている。この露光レシピ
には、使用するフォトマスク、露光量やフォーカスオフ
セット等の露光条件、露光領域の指定、ウエハ内での露
光位置の指定、アライメント情報等が登録されている。
本発明の方法を迅速に行うためには、この露光レシピ内
に収差の変化量に対応する情報も追加されていることが
望ましい。また、「調整可能な収差の移動」が、露光レ
シピ内の収差情報に関連して、露光レシピの選択に対応
して自動で行なわれることが望ましい。
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。
響を補正する場合に、従来のようにマスクパターン等を
補正するのではなく、投影光学系の調整可能な収差を移
動させることにより、露光裕度を減少させることなく、
収差の影響を迅速に補正することが可能となる。
の各項を説明するための図。
示したフローチャート。
ーンを示した図。
った場合の転写パターンを示した図。
スクパターンを示した図。
ジストパターンを示した図。
を測定した結果を示した図。
数の影響度を示した図。
測定した結果を示した図。
た収差分布を示した図。
Claims (4)
- 【請求項1】フォトマスク上に形成されたパターンを感
光基板上に投影するための投影光学系を有する露光装置
を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する収差の
影響を補正する投影光学系の収差補正方法であって、 予め測定された投影光学系の残留収差の測定結果に基づ
いて調整可能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化
させたときに、所望のパターンに対する残留収差の影響
が所望の領域内で最小となるような収差係数を計算によ
って求める工程と、 前記調整可能な収差項に関し、予め測定された収差係数
と前記計算によって求められた収差係数との差に対応し
て、前記投影光学系の収差を移動させる工程と、 を有することを特徴とする投影光学系の収差補正方法。 - 【請求項2】フォトマスク上に形成されたパターンを感
光基板上に投影するための投影光学系を有する露光装置
を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する収差の
影響を補正する投影光学系の収差補正方法であって、 投影光学系の残留収差を測定する工程と、 前記投影光学系の残留収差の測定結果に基づいて調整可
能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化させたとき
に、所望のパターンに対する残留収差の影響が所望の領
域内で最小となるような収差係数を計算によって求める
工程と、 前記調整可能な収差項に関し、前記測定工程によって得
られた収差係数と前記計算によって求められた収差係数
との差に対応して、前記投影光学系の収差を移動させる
工程と、 前記投影光学系の収差を移動させた後に前記投影光学系
の収差を測定する工程と、 を有することを特徴とする投影光学系の収差補正方法。 - 【請求項3】フォトマスク上に形成されたパターンを感
光基板上に投影するための投影光学系を有する露光装置
を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する収差の
影響を補正してフォトマスク上に形成されたパターンを
半導体基板上の感光膜に投影する半導体装置の製造方法
であって、 予め測定された投影光学系の残留収差の測定結果に基づ
いて調整可能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化
させたときに、所望のパターンに対する残留収差の影響
が所望の領域内で最小となるような収差係数を計算によ
って求める工程と、 前記調整可能な収差項に関し、予め測定された収差係数
と前記計算によって求められた収差係数との差に対応し
て、前記投影光学系の収差を移動させる工程と、 前記収差を移動させた投影光学系によって、フォトマス
ク上に形成されたパターンを半導体基板上の感光膜に投
影する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】フォトマスク上に形成されたパターンを感
光基板上に投影するための投影光学系を有する露光装置
を用い、フォトマスク毎に投影光学系に残留する収差の
影響を補正してフォトマスク上に形成されたパターンを
半導体基板上の感光膜に投影する半導体装置の製造方法
であって、 投影光学系の残留収差を測定する工程と、 前記投影光学系の残留収差の測定結果に基づいて調整可
能な収差項に対する収差係数を仮想的に変化させたとき
に、所望のパターンに対する残留収差の影響が所望の領
域内で最小となるような収差係数を計算によって求める
工程と、 前記調整可能な収差項に関し、前記測定工程によって得
られた収差係数と前記計算によって求められた収差係数
との差に対応して、前記投影光学系の収差を移動させる
工程と、 前記投影光学系の収差を移動させた後に前記投影光学系
の収差を測定する工程と、 前記収差を移動させた投影光学系によって、フォトマス
ク上に形成されたパターンを半導体基板上の感光膜に投
影する工程と、 を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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