JP2002184675A - 露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法 - Google Patents
露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法Info
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 一種類の微細パターンのベストフォーカスシ
フト量を求めることにより、寸法変動の原因となる球面
収差の収差量を精度良く測定する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、フォトリソグラフィ処理の際
に使用する露光装置の投影レンズの球面収差を修正する
方法である。本方法では、以下の式（１）及び（２）の
条件を満たすようなピッチで、位相シフト型ハーフトー
ンマスクに形成されたマスクサイズＭがλ／（２×Ｎ
Ａ）の値の０．８倍以上１．２倍以下のホールパターン
を露光して、ベストフォーカスシフト量を求め、 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１
（１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１
（２） （ここで、λは露光波長、ＮＡは開口数、及びσは照明
σである。）求めたベストフォーカスシフト量に基づい
て露光装置の投影レンズの球面収差を修正する。
フト量を求めることにより、寸法変動の原因となる球面
収差の収差量を精度良く測定する方法を提供する。 【解決手段】 本方法は、フォトリソグラフィ処理の際
に使用する露光装置の投影レンズの球面収差を修正する
方法である。本方法では、以下の式（１）及び（２）の
条件を満たすようなピッチで、位相シフト型ハーフトー
ンマスクに形成されたマスクサイズＭがλ／（２×Ｎ
Ａ）の値の０．８倍以上１．２倍以下のホールパターン
を露光して、ベストフォーカスシフト量を求め、 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１
（１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１
（２） （ここで、λは露光波長、ＮＡは開口数、及びσは照明
σである。）求めたベストフォーカスシフト量に基づい
て露光装置の投影レンズの球面収差を修正する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置の投影レ
ンズの球面収差の修正方法に関し、更に詳細には、露光
装置の投影レンズの球面収差の修正に当たり、球面収差
の修正に必要なベストフォーカスシフト量を比較的簡単
な方法で正確に測定でき、測定したベストフォーカスシ
フト量に基づいて球面収差を修正する方法に関するもの
である。
ンズの球面収差の修正方法に関し、更に詳細には、露光
装置の投影レンズの球面収差の修正に当たり、球面収差
の修正に必要なベストフォーカスシフト量を比較的簡単
な方法で正確に測定でき、測定したベストフォーカスシ
フト量に基づいて球面収差を修正する方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造過程では、半導体基板
上にパターンを形成する際、通常、フォトリソグラフィ
技術を適用してエッチングマスクを形成し、次いで形成
したエッチングマスクを用いたエッチング加工技術によ
ってパターニングしている。つまり、先ず、パターンを
形成すべき層、例えば配線層、絶縁膜等上にフォトレジ
スト膜を成膜し、次いで露光装置を使ってフォトリソグ
ラフィ技術により露光し現像してエッチングマスクを形
成する。続いて、形成したエッチングマスクを使って、
パターニングすべき配線層、絶縁膜等を種々のエッチン
グ法、例えばプラズマエッチング法によってエッチング
している。露光装置として、一般には、投影レンズ光学
系によってレチクルのパターンをフォトレジスト膜上に
縮小投影し、転写する縮小投影露光装置（以下、単に露
光装置と言う）が使用されている。
上にパターンを形成する際、通常、フォトリソグラフィ
技術を適用してエッチングマスクを形成し、次いで形成
したエッチングマスクを用いたエッチング加工技術によ
ってパターニングしている。つまり、先ず、パターンを
形成すべき層、例えば配線層、絶縁膜等上にフォトレジ
スト膜を成膜し、次いで露光装置を使ってフォトリソグ
ラフィ技術により露光し現像してエッチングマスクを形
成する。続いて、形成したエッチングマスクを使って、
パターニングすべき配線層、絶縁膜等を種々のエッチン
グ法、例えばプラズマエッチング法によってエッチング
している。露光装置として、一般には、投影レンズ光学
系によってレチクルのパターンをフォトレジスト膜上に
縮小投影し、転写する縮小投影露光装置（以下、単に露
光装置と言う）が使用されている。
【０００３】ところで、半導体装置には、益々、微細化
及び高集積化が要求されている。そして、半導体装置の
微細化及び高集積化の要求に応えるためには、パターン
の微細化が必要になる。パターンの微細化は、露光装置
の投影レンズ系の限界解像度Ｒを小さくすることが必要
であるから、従来、露光装置の投影レンズ系のＮＡ（開
口数）と限界解像度Ｒとの関係から、ＮＡを大きくする
ことにより、限界解像度Ｒを小さくしていた。しかし、
露光装置の高ＮＡ化を図ると、解像力は向上するもの
の、逆に焦点深度が狭くなり、僅かの焦点位置のずれも
許容できなくなる。そこで、焦点深度拡大のために、フ
ォーカス差の起因となる露光装置の投影レンズの球面収
差を小さくすることが、焦点深度の面から注目されてい
る。
及び高集積化が要求されている。そして、半導体装置の
微細化及び高集積化の要求に応えるためには、パターン
の微細化が必要になる。パターンの微細化は、露光装置
の投影レンズ系の限界解像度Ｒを小さくすることが必要
であるから、従来、露光装置の投影レンズ系のＮＡ（開
口数）と限界解像度Ｒとの関係から、ＮＡを大きくする
ことにより、限界解像度Ｒを小さくしていた。しかし、
露光装置の高ＮＡ化を図ると、解像力は向上するもの
の、逆に焦点深度が狭くなり、僅かの焦点位置のずれも
許容できなくなる。そこで、焦点深度拡大のために、フ
ォーカス差の起因となる露光装置の投影レンズの球面収
差を小さくすることが、焦点深度の面から注目されてい
る。
【０００４】球面収差は、特に、位相シフトマスクを使
った露光で問題になる。それは、露光装置を導入する際
には、投影レンズのレンズ修正が露光装置メーカの標準
的なＮＡ及びσの条件で行われるが、実際の露光では、
ＮＡ値及び照明条件がレンズ修正の際の条件と異なるた
めに、投影レンズ中のマスク透過光の光路が変化し、そ
の結果、球面収差が生じるからである。球面収差は、図
４から判る通り、位相シフトマスクを透過した回折光の
瞳面中心からの距離に依存して光路差が存在するために
生じる収差であって、孤立パターンの寸法変動をもたら
す。これは、球面収差の下では、回折光同士に位相差が
発生するために、結像性能が劣化するからである。尚、
図４は球面収差が生じる理由を説明する概念図である。
したがって、パターニングの寸法精度向上が強く要求さ
れている現在、球面収差の低減は必須である。
った露光で問題になる。それは、露光装置を導入する際
には、投影レンズのレンズ修正が露光装置メーカの標準
的なＮＡ及びσの条件で行われるが、実際の露光では、
ＮＡ値及び照明条件がレンズ修正の際の条件と異なるた
めに、投影レンズ中のマスク透過光の光路が変化し、そ
の結果、球面収差が生じるからである。球面収差は、図
４から判る通り、位相シフトマスクを透過した回折光の
瞳面中心からの距離に依存して光路差が存在するために
生じる収差であって、孤立パターンの寸法変動をもたら
す。これは、球面収差の下では、回折光同士に位相差が
発生するために、結像性能が劣化するからである。尚、
図４は球面収差が生じる理由を説明する概念図である。
したがって、パターニングの寸法精度向上が強く要求さ
れている現在、球面収差の低減は必須である。
【０００５】従来、オンボディの露光装置、即ち球面収
差を生じている投影レンズ系を搭載している露光装置の
レンズ修正を行う場合、回折光はパターンの寸法によっ
て瞳面の異なる位置を通過するという理由から、球面収
差の指標として、異なる寸法のＬ＆Ｓパターンのベスト
フォーカス差が使われている。例えば、特開２０００−
２６６６４０号公報は、それぞれ特定の条件を満足する
ように市松格子的に配置された２次元周期パターンを有
する第１及び第２の収差評価用レチクルとを使って露光
し、互いに異なる複数のフォーカス位置と、これらのフ
ォーカス位置における転写パターンの偏平率との関係か
ら、投影レンズによる球面収差を定量的に評価する方法
を提案している。
差を生じている投影レンズ系を搭載している露光装置の
レンズ修正を行う場合、回折光はパターンの寸法によっ
て瞳面の異なる位置を通過するという理由から、球面収
差の指標として、異なる寸法のＬ＆Ｓパターンのベスト
フォーカス差が使われている。例えば、特開２０００−
２６６６４０号公報は、それぞれ特定の条件を満足する
ように市松格子的に配置された２次元周期パターンを有
する第１及び第２の収差評価用レチクルとを使って露光
し、互いに異なる複数のフォーカス位置と、これらのフ
ォーカス位置における転写パターンの偏平率との関係か
ら、投影レンズによる球面収差を定量的に評価する方法
を提案している。
【０００６】また、特許第３０８００２４号特許公報
は、孤立パターンを有し、位相差の異なる複数の位相シ
フトマスクを用いて露光を行い、フォーカス特性がフラ
ットになる位相シフトマスクを探し、その位相差によ
り、球面収差量を求める方法を提案している。
は、孤立パターンを有し、位相差の異なる複数の位相シ
フトマスクを用いて露光を行い、フォーカス特性がフラ
ットになる位相シフトマスクを探し、その位相差によ
り、球面収差量を求める方法を提案している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、球面収差の
絶対量とベストフォーカスシフト量との関係、また、球
面収差の絶対量とベストフォーカスシフト差は、１対１
に対応していない。一般に、収差は、Ｚｅｒｎｉｋｅと
呼ばれる多項式に分解して論じられ、球面収差は、Ｚｅ
ｒｎｉｋｅ定義の３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７
次（Ｚ４１）・・・に相当する。
絶対量とベストフォーカスシフト量との関係、また、球
面収差の絶対量とベストフォーカスシフト差は、１対１
に対応していない。一般に、収差は、Ｚｅｒｎｉｋｅと
呼ばれる多項式に分解して論じられ、球面収差は、Ｚｅ
ｒｎｉｋｅ定義の３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７
次（Ｚ４１）・・・に相当する。
【０００８】即ち、図５、６に示すように、異なる寸法
のパターンのベストフォーカス差あるいはハーフトーン
マスクに設けた孤立ホールのベストフォーカスシフト量
は、球面収差の次数成分に依存して様々な値を取る。
のパターンのベストフォーカス差あるいはハーフトーン
マスクに設けた孤立ホールのベストフォーカスシフト量
は、球面収差の次数成分に依存して様々な値を取る。
【０００９】図５は、Ｌが１３０ｎｍでＳが３００ｎｍ
のパターンを有し、ＨＴ透過率が６％の位相シフトマス
クを使って、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが
０．７５、照明σが０．３の露光条件で露光した際のベ
ストフォーカスシフト量のフォーカス差（μｍ）を次数
成分毎に示している。横軸の下の３段の数列は、上から
３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球
面収差（単位λ）を示す。現実の露光装置の球面収差量
は±０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋
０．０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定
性的な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．
０２λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通
り、計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討
した水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準で
のフォーカス差（μｍ）を示す。
のパターンを有し、ＨＴ透過率が６％の位相シフトマス
クを使って、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが
０．７５、照明σが０．３の露光条件で露光した際のベ
ストフォーカスシフト量のフォーカス差（μｍ）を次数
成分毎に示している。横軸の下の３段の数列は、上から
３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球
面収差（単位λ）を示す。現実の露光装置の球面収差量
は±０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋
０．０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定
性的な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．
０２λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通
り、計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討
した水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準で
のフォーカス差（μｍ）を示す。
【００１０】図６は、直径１１０ｎｍの孤立ホールのパ
ターンを有し、ＨＴ透過率が６％の位相シフトマスクを
使って、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが０．７
５、照明σが０．３の露光条件で露光した際のベストフ
ォーカスシフト量のフォーカスシフト量（μｍ）を次数
成分毎に示している。横軸の下の３段の数列は、上から
３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球
面収差（単位λ）を示す。現実の露光機の収差量は±
０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋０．
０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定性的
な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．０２
λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通り、
計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討した
水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準でのフ
ォーカスシフト量（μｍ）を示す。したがって、ベスト
フォーカスシフト量またはそのフォーカス差を０に追い
込むだけでは、球面収差を必ずしも低減できない。ま
た、ハーフトーンマスクのように回折光同士の位相をマ
スク上で変化させる場合には、ベストフォーカスシフト
量はさらに大きく現れる。
ターンを有し、ＨＴ透過率が６％の位相シフトマスクを
使って、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが０．７
５、照明σが０．３の露光条件で露光した際のベストフ
ォーカスシフト量のフォーカスシフト量（μｍ）を次数
成分毎に示している。横軸の下の３段の数列は、上から
３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球
面収差（単位λ）を示す。現実の露光機の収差量は±
０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋０．
０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定性的
な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．０２
λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通り、
計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討した
水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準でのフ
ォーカスシフト量（μｍ）を示す。したがって、ベスト
フォーカスシフト量またはそのフォーカス差を０に追い
込むだけでは、球面収差を必ずしも低減できない。ま
た、ハーフトーンマスクのように回折光同士の位相をマ
スク上で変化させる場合には、ベストフォーカスシフト
量はさらに大きく現れる。
【００１１】特開２０００−２６６６４０号公報による
方法では、市松格子的に配置された相互に異なる２次元
周期パターンを有する２枚の位相シフトマスクを必要と
するために、コストが嵩むという問題がある。また、孤
立パターンを使っている特許第３０８００２４号特許公
報が提案する方法では、孤立パターンの寸法変動は、各
次数成分の２乗和（ＲＭＳ）に伴うため、それぞれの次
数成分の球面収差の低減が望まれる。
方法では、市松格子的に配置された相互に異なる２次元
周期パターンを有する２枚の位相シフトマスクを必要と
するために、コストが嵩むという問題がある。また、孤
立パターンを使っている特許第３０８００２４号特許公
報が提案する方法では、孤立パターンの寸法変動は、各
次数成分の２乗和（ＲＭＳ）に伴うため、それぞれの次
数成分の球面収差の低減が望まれる。
【００１２】特に、オンボディの露光装置において、修
正可能であるのは、低次の球面収差だけであり、本来、
低次成分だけを高精度に求め補正したいところ、実際に
は、高次成分の影響も含まれてしまう。このため、異な
る寸法のベストフォーカス差あるいはハーフトーンマス
クにおける孤立ホールのベストフォーカスシフト量を基
にして球面収差の修正を試みても、孤立パターンの寸法
変動を抑えられないことが多い。
正可能であるのは、低次の球面収差だけであり、本来、
低次成分だけを高精度に求め補正したいところ、実際に
は、高次成分の影響も含まれてしまう。このため、異な
る寸法のベストフォーカス差あるいはハーフトーンマス
クにおける孤立ホールのベストフォーカスシフト量を基
にして球面収差の修正を試みても、孤立パターンの寸法
変動を抑えられないことが多い。
【００１３】以上のように、従来の球面収差の測定方法
では、大パターンのベストフォーカスシフト量と小パタ
ーンのベストフォーカスシフト量とのフォーカス差が用
いられているが、球面収差は、瞳面上で波面収差が持つ
変曲点の数で決まる様々な次数の項で構成されているの
で、測定対象は、球面収差量そのものではなく、あくま
でも指標である。従って、これら各項の切り分け、特に
実際に修正できる低次項の切り分けを行わない限り、球
面収差量を低減することができない。また、前述した特
開２０００−２６６６４０号公報では、「偏平率を０と
するフォーカス」なる条件も、各項の切り分けを行った
値ではないという点で、従来用いられて来た指標と同類
であると考えられる。
では、大パターンのベストフォーカスシフト量と小パタ
ーンのベストフォーカスシフト量とのフォーカス差が用
いられているが、球面収差は、瞳面上で波面収差が持つ
変曲点の数で決まる様々な次数の項で構成されているの
で、測定対象は、球面収差量そのものではなく、あくま
でも指標である。従って、これら各項の切り分け、特に
実際に修正できる低次項の切り分けを行わない限り、球
面収差量を低減することができない。また、前述した特
開２０００−２６６６４０号公報では、「偏平率を０と
するフォーカス」なる条件も、各項の切り分けを行った
値ではないという点で、従来用いられて来た指標と同類
であると考えられる。
【００１４】以上の説明のように、特開２０００−２６
６６４０号公報を含めて従来の方法は、露光波長より大
きな大パターンを球面収差の測定に必要としている。大
パターンのフォーカス裕度は非常に広いために、そのベ
ストフォーカスシフト量を正確に求めるのは極めて難し
い。従って、ベストフォーカスシフト量を正確に求める
ために、大小複数パターンのベストフォーカスシフト量
の差を求めるのではなく、一種類の微細パターンのベス
トフォーカスシフト量を求めることにより、球面収差量
を求める方法が求められている。
６６４０号公報を含めて従来の方法は、露光波長より大
きな大パターンを球面収差の測定に必要としている。大
パターンのフォーカス裕度は非常に広いために、そのベ
ストフォーカスシフト量を正確に求めるのは極めて難し
い。従って、ベストフォーカスシフト量を正確に求める
ために、大小複数パターンのベストフォーカスシフト量
の差を求めるのではなく、一種類の微細パターンのベス
トフォーカスシフト量を求めることにより、球面収差量
を求める方法が求められている。
【００１５】そこで、本発明の目的は、半導体製造用投
影露光装置の球面収差の修正するために、一種類の微細
パターンのベストフォーカスシフト量を求めることによ
り、寸法変動の原因となる球面収差の収差量を精度良く
測定する方法を提供することである。
影露光装置の球面収差の修正するために、一種類の微細
パターンのベストフォーカスシフト量を求めることによ
り、寸法変動の原因となる球面収差の収差量を精度良く
測定する方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、課題の解決
方法を研究する過程で、次のことを見い出した。 （１）回折光の成分と球面収差 ここで、図３を参照し、瞳面上の光路差（波面収差）に
よる球面収差を説明する。図３（ａ）は回折光の次数と
実際に生じる球面収差との関係を示す概念図、及び図３
（ｂ）は実際の球面収差を各次数成分による球面収差に
分解して各次数成分の寄与を示す概念図である。上述に
ように、球面収差は、Ｚｅｒｎｉｋｅ定義の３次（Ｚ１
３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）・・・に相当す
るものの、フォーカスシフトが球面収差に最も敏感とな
る条件は、図３（ａ）に示すように、０次球面成分回折
光と１次球面成分回折光の２種類だけである。しかも、
１次球面成分回折光は瞳面の端（つまり、瞳座標〜１）
付近を通過する場合である。特に、照明σが０．３程度
で、かつ高次の球面収差が大きくない場合には、５次以
上の高次の成分の影響は打ち消されると推測され、図３
（ｂ）に示すように、フォーカスシフトは３次球面成分
Ｚ１３のみに依存し、後述の図２に示すように、Ｚ２
５、Ｚ４１には因らず、ほぼ一定の値を取る、つまりフ
ォーカスシフトは３次球面成分Ｚ１３のみに敏感となる
からである。
方法を研究する過程で、次のことを見い出した。 （１）回折光の成分と球面収差 ここで、図３を参照し、瞳面上の光路差（波面収差）に
よる球面収差を説明する。図３（ａ）は回折光の次数と
実際に生じる球面収差との関係を示す概念図、及び図３
（ｂ）は実際の球面収差を各次数成分による球面収差に
分解して各次数成分の寄与を示す概念図である。上述に
ように、球面収差は、Ｚｅｒｎｉｋｅ定義の３次（Ｚ１
３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）・・・に相当す
るものの、フォーカスシフトが球面収差に最も敏感とな
る条件は、図３（ａ）に示すように、０次球面成分回折
光と１次球面成分回折光の２種類だけである。しかも、
１次球面成分回折光は瞳面の端（つまり、瞳座標〜１）
付近を通過する場合である。特に、照明σが０．３程度
で、かつ高次の球面収差が大きくない場合には、５次以
上の高次の成分の影響は打ち消されると推測され、図３
（ｂ）に示すように、フォーカスシフトは３次球面成分
Ｚ１３のみに依存し、後述の図２に示すように、Ｚ２
５、Ｚ４１には因らず、ほぼ一定の値を取る、つまりフ
ォーカスシフトは３次球面成分Ｚ１３のみに敏感となる
からである。
【００１７】（２）球面収差測定用の位相シフトマスク 位相シフトマスクの構成を研究した結果、以下の式
（１）及び（２）の条件を満たすようなピッチで位相シ
フト型ハーフトーンマスクに形成されたマスクサイズＭ
がλ／（２×ＮＡ）の値の０．８倍以上１．２倍以下の
ホールパターンを露光することにより、上述の（１）の
事象と相まって、球面収差の修正に最適な３次成分のベ
ストフォーカスシフト量を正確に求めることができるこ
とが判った。 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） （ここで、λは露光装置の露光波長、ＮＡは開口数、及
びσは照明σである。） 但し、照明σの値は、実用の観点から０．１以上、上式
（１）及び（２）を満たすピッチＰが存在するという条
件から０．３３以下の値が必要である。また、σはコヒ
ーレンスファクタとも称される因子である。尚、式
（１）及び（２）の関係は、図７に示す回折角度と波
長、ピッチの関係、図８に示す瞳面模式図に示す０次球
面成分回折光と１次球面成分回折光の通過位置、及び、
図９に示す２次球面成分回折光に対する０次球面成分回
折光と１次球面成分回折光の通過位置の関係から幾何学
的に導かれたものである。式（１）は１次回折光が１０
０％瞳面に入射する条件を示し、式（２）は２次回折光
が瞳面に全く入射しない条件を示す。ここで、図８は、
大円の半径は１で、コヒーレント（σ＝０）の場合を示
し、図９は小円の半径がσ、大円の半径が１で、インコ
ヒーレント（σ≠０）の場合を示す。
（１）及び（２）の条件を満たすようなピッチで位相シ
フト型ハーフトーンマスクに形成されたマスクサイズＭ
がλ／（２×ＮＡ）の値の０．８倍以上１．２倍以下の
ホールパターンを露光することにより、上述の（１）の
事象と相まって、球面収差の修正に最適な３次成分のベ
ストフォーカスシフト量を正確に求めることができるこ
とが判った。 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） （ここで、λは露光装置の露光波長、ＮＡは開口数、及
びσは照明σである。） 但し、照明σの値は、実用の観点から０．１以上、上式
（１）及び（２）を満たすピッチＰが存在するという条
件から０．３３以下の値が必要である。また、σはコヒ
ーレンスファクタとも称される因子である。尚、式
（１）及び（２）の関係は、図７に示す回折角度と波
長、ピッチの関係、図８に示す瞳面模式図に示す０次球
面成分回折光と１次球面成分回折光の通過位置、及び、
図９に示す２次球面成分回折光に対する０次球面成分回
折光と１次球面成分回折光の通過位置の関係から幾何学
的に導かれたものである。式（１）は１次回折光が１０
０％瞳面に入射する条件を示し、式（２）は２次回折光
が瞳面に全く入射しない条件を示す。ここで、図８は、
大円の半径は１で、コヒーレント（σ＝０）の場合を示
し、図９は小円の半径がσ、大円の半径が１で、インコ
ヒーレント（σ≠０）の場合を示す。
【００１８】上記目的を達成するために、本発明に係る
露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法は、フォト
リソグラフィ処理の際に使用する露光装置の投影レンズ
の球面収差を修正する方法であって、以下の式（１）及
び（２）の条件を満たすようなピッチで、位相シフト型
ハーフトーンマスクに形成されたマスクサイズＭがλ／
（２×ＮＡ）の値の０．８倍以上１．２倍以下のホール
パターンを露光して、ベストフォーカスシフト量を求
め、 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） （ここで、λは露光装置の露光波長、ＮＡは開口数、及
びσは照明σである。） 求めたベストフォーカスシフト量に基づいて露光装置の
投影レンズの球面収差を修正することを特徴としてい
る。
露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法は、フォト
リソグラフィ処理の際に使用する露光装置の投影レンズ
の球面収差を修正する方法であって、以下の式（１）及
び（２）の条件を満たすようなピッチで、位相シフト型
ハーフトーンマスクに形成されたマスクサイズＭがλ／
（２×ＮＡ）の値の０．８倍以上１．２倍以下のホール
パターンを露光して、ベストフォーカスシフト量を求
め、 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） （ここで、λは露光装置の露光波長、ＮＡは開口数、及
びσは照明σである。） 求めたベストフォーカスシフト量に基づいて露光装置の
投影レンズの球面収差を修正することを特徴としてい
る。
【００１９】本発明方法では、本発明で特定した位相シ
フトマスクを使うことにより、３次成分のベストフォー
カスシフト量を正確に測定することができる。これによ
り、オンボディの露光装置において修正可能なレンズ収
差は、低次成分、即ち３次成分のみであるところ、本発
明方法によって３次成分のベストフォーカスシフト量を
正確に測定できるので、修正可能な球面収差成分を高精
度に求めることができる。また、求めたベストフォーカ
スシフト量に基づく、露光装置の投影レンズの球面収差
の修正は、従来の既知の方法に従って行う。好適には、
露光の際には、０．１以上０．３３以下の照明σの照明
条件で露光する。
フトマスクを使うことにより、３次成分のベストフォー
カスシフト量を正確に測定することができる。これによ
り、オンボディの露光装置において修正可能なレンズ収
差は、低次成分、即ち３次成分のみであるところ、本発
明方法によって３次成分のベストフォーカスシフト量を
正確に測定できるので、修正可能な球面収差成分を高精
度に求めることができる。また、求めたベストフォーカ
スシフト量に基づく、露光装置の投影レンズの球面収差
の修正は、従来の既知の方法に従って行う。好適には、
露光の際には、０．１以上０．３３以下の照明σの照明
条件で露光する。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、添付図面を参照し、実施
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る露光装置の投影レンズの
球面収差の修正方法の実施形態の一例であって、図１は
本実施形態例方法で使用するハーフトーンマスクのパタ
ーン配置図及び図２はベストフォーカスシフト量の大き
さを示すグラフである。本実施形態例方法では、先ず、
図１に示すように、所定のピッチｐで配置されたマスク
サイズＭがλ／（２×ＮＡ）のホールパターン１２を有
するハーフトーンマスク（ＨＴＰＳＭ）を球面収差測定
用の位相シフトマスク１０として作製する。位相シフト
マスク１０は、パターン部１２以外の領域を透過率〜２
０％、位相差１８０度の半透明膜としたハーフトーンマ
スク（ＨＴＰＳＭ）である。
形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に
説明する。実施形態例 本実施形態例は、本発明に係る露光装置の投影レンズの
球面収差の修正方法の実施形態の一例であって、図１は
本実施形態例方法で使用するハーフトーンマスクのパタ
ーン配置図及び図２はベストフォーカスシフト量の大き
さを示すグラフである。本実施形態例方法では、先ず、
図１に示すように、所定のピッチｐで配置されたマスク
サイズＭがλ／（２×ＮＡ）のホールパターン１２を有
するハーフトーンマスク（ＨＴＰＳＭ）を球面収差測定
用の位相シフトマスク１０として作製する。位相シフト
マスク１０は、パターン部１２以外の領域を透過率〜２
０％、位相差１８０度の半透明膜としたハーフトーンマ
スク（ＨＴＰＳＭ）である。
【００２１】ピッチｐは、次の（１）及び（２）の式を
満足するように定める。ここで、λは露光装置の露光波
長、ＮＡは露光装置の投影レンズの開口数、及びσは照
明σである。 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） ベストフォーカスシフト量を測定する。照明σの値は、
実用の観点から０．１以上、上式（１）及び（２）を満
たすピッチＰが存在する条件から０．３３以下が必要と
される。
満足するように定める。ここで、λは露光装置の露光波
長、ＮＡは露光装置の投影レンズの開口数、及びσは照
明σである。 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） ベストフォーカスシフト量を測定する。照明σの値は、
実用の観点から０．１以上、上式（１）及び（２）を満
たすピッチＰが存在する条件から０．３３以下が必要と
される。
【００２２】上述にように、球面収差は、Ｚｅｒｎｉｋ
ｅ定義の３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４
１）・・に相当する。Ｚ１３＝０．０２λの各々の場合
について、３８０ｎｍピッチホールのベストフォーカス
シフト量を図２に示した。尚、ピッチｐは、λ＝１９３
ｎｍ、ＮＡ＝０．７５、及びσ＝０．３として、式
（１）及び（２）によって３６８ｎｍ以上３９６ｎｍ以
下と求められる。図２は、位相シフトマスク１０を使っ
て、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが０．７５、
照明σが０．３の露光条件で露光した際のベストフォー
カスシフト量のフォーカス差（μｍ）を次数成分毎に示
している。横軸の下の３段の数列、上から３次（Ｚ１
３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球面収差（単
位λ）を示す。前述のように、現実の露光機の収差量は
±０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋
０．０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定
性的な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．
０２λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通
り、計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討
した水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準で
のフォーカス差（μｍ）を示す。
ｅ定義の３次（Ｚ１３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４
１）・・に相当する。Ｚ１３＝０．０２λの各々の場合
について、３８０ｎｍピッチホールのベストフォーカス
シフト量を図２に示した。尚、ピッチｐは、λ＝１９３
ｎｍ、ＮＡ＝０．７５、及びσ＝０．３として、式
（１）及び（２）によって３６８ｎｍ以上３９６ｎｍ以
下と求められる。図２は、位相シフトマスク１０を使っ
て、波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ）、ＮＡが０．７５、
照明σが０．３の露光条件で露光した際のベストフォー
カスシフト量のフォーカス差（μｍ）を次数成分毎に示
している。横軸の下の３段の数列、上から３次（Ｚ１
３）、５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）の球面収差（単
位λ）を示す。前述のように、現実の露光機の収差量は
±０．０２λ程度に収まっているのが普通であり、＋
０．０２λ、０、−０．０２λの３通りを考えれば、定
性的な議論ができる。そこで、３次（Ｚ１３）が＋０．
０２λの場合で５次（Ｚ２５）、７次（Ｚ４１）各３通
り、計９通りの水準を検討した。横軸下の数値は、検討
した水準を示し、縦軸の数値は、その球面収差の水準で
のフォーカス差（μｍ）を示す。
【００２３】図５及び図６に示す従来例と比べて、フォ
ーカスシフト量が、球面収差に対して敏感に現れてい
て、しかも、３次球面成分Ｚ１３にのみ依存し、Ｚ２
５、Ｚ４１によらずほぼ一定の値を取る。
ーカスシフト量が、球面収差に対して敏感に現れてい
て、しかも、３次球面成分Ｚ１３にのみ依存し、Ｚ２
５、Ｚ４１によらずほぼ一定の値を取る。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、フォトリソグラフィ処
理の際に使用する露光装置の投影レンズの球面収差を修
正する際、本発明で特定した条件の位相シフトマスクを
使って３次成分のベストフォーカスシフト量を求め、求
めたベストフォーカスシフト量に基づいて露光装置の投
影レンズの球面収差を修正する、露光装置の投影レンズ
の球面収差の修正方法を実現している。本発明方法で
は、大小複数パターンのベストフォーカスシフト量の差
を求めるのではなく、一種類の微細パターンを有する位
相シフトマスクを使って正確な３次成分のベストフォー
カスシフト量を求めることができる。オンボディの露光
装置において修正可能なレンズ収差は、低次成分、つま
り３次成分のみであるから、本発明方法によって修正可
能な球面収差成分を高精度に求めることが可能となる。
理の際に使用する露光装置の投影レンズの球面収差を修
正する際、本発明で特定した条件の位相シフトマスクを
使って３次成分のベストフォーカスシフト量を求め、求
めたベストフォーカスシフト量に基づいて露光装置の投
影レンズの球面収差を修正する、露光装置の投影レンズ
の球面収差の修正方法を実現している。本発明方法で
は、大小複数パターンのベストフォーカスシフト量の差
を求めるのではなく、一種類の微細パターンを有する位
相シフトマスクを使って正確な３次成分のベストフォー
カスシフト量を求めることができる。オンボディの露光
装置において修正可能なレンズ収差は、低次成分、つま
り３次成分のみであるから、本発明方法によって修正可
能な球面収差成分を高精度に求めることが可能となる。
【図１】ハーフトーンマスクのパターン配置図である。
【図２】ベストフォーカスシフト量の大きさを示すグラ
フである。
フである。
【図３】３次球面成分が支配的であることを説明する概
念図である。
念図である。
【図４】球面収差が生じる理由を説明する概念図であ
る。
る。
【図５】ベストフォーカスシフト量のフォーカス差（μ
ｍ）を次数成分毎に示しているグラフである。
ｍ）を次数成分毎に示しているグラフである。
【図６】フォーカス差（μｍ）を次数成分毎に示してい
るグラフである。
るグラフである。
【図７】回折角度と波長、ピッチの関係を示す模式図で
ある。
ある。
【図８】０次球面成分回折光と１次球面成分回折光の通
過位置を示す瞳面模式図である。
過位置を示す瞳面模式図である。
【図９】２次球面成分回折光に対する０次球面成分回折
光と１次球面成分回折光の通過位置の関係を示す瞳面模
式図である。
光と１次球面成分回折光の通過位置の関係を示す瞳面模
式図である。
１０ 球面収差測定用の位相シフトマスク １２ パターン部
Claims (2)
- 【請求項１】 フォトリソグラフィ処理の際に使用する
露光装置の投影レンズの球面収差を修正する方法であっ
て、以下の式（１）及び（２）の条件を満たすようなピ
ッチで、位相シフト型ハーフトーンマスクに形成された
マスクサイズＭがλ／（２×ＮＡ）の値の０．８倍以上
１．２倍以下のホールパターンを露光して、ベストフォ
ーカスシフト量を求め、 ｛λ／（Ｐ×ＮＡ）｝＋σ≦１ （１） ｛〔２×λ）／（Ｐ×ＮＡ）｝−σ≧１ （２） （ここで、λは露光装置の露光波長、ＮＡは開口数、及
びσは照明σである。） 求めたベストフォーカスシフト量に基づいて露光装置の
投影レンズの球面収差を修正することを特徴とする露光
装置の投影レンズの球面収差の修正方法。 - 【請求項２】 露光の際には、０．１以上０．３３以下
の照明σの照明条件で露光することを特徴とする請求項
１に記載の露光装置の投影レンズの球面収差の修正方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000383166A JP2002184675A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法 |
| US10/013,481 US20020075458A1 (en) | 2000-12-18 | 2001-12-13 | Method for correcting spherical aberration of a projection lens in an exposure system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000383166A JP2002184675A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002184675A true JP2002184675A (ja) | 2002-06-28 |
Family
ID=18850864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000383166A Pending JP2002184675A (ja) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | 露光装置の投影レンズの球面収差の修正方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020075458A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002184675A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100803105B1 (ko) | 2005-04-04 | 2008-02-13 | 가부시끼가이샤 에키쇼 센탄 기쥬츠 가이하쯔 센터 | 박막 트랜지스터의 제조방법, 박막 트랜지스터, 집적회로,액정표시장치, 및 하프톤 마스크를 이용한 노광방법 |
| US8142960B2 (en) | 2008-08-08 | 2012-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Exposure method, mask data producing method, and semiconductor device manufacturing method |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008043324B4 (de) | 2008-10-30 | 2010-11-11 | Carl Zeiss Smt Ag | Optische Anordnung zur dreidimensionalen Strukturierung einer Materialschicht |
| CN105527795B (zh) | 2014-09-28 | 2018-09-18 | 上海微电子装备（集团）股份有限公司 | 曝光装置及离焦倾斜误差补偿方法 |
| DE102017105928B4 (de) * | 2017-03-20 | 2024-08-14 | Carl Zeiss Microscopy Gmbh | Mikroskop und Verfahren zum Abbilden eines Objektes |
| CN107390475B (zh) * | 2017-08-09 | 2019-03-05 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种曝光设备及其曝光方法 |
-
2000
- 2000-12-18 JP JP2000383166A patent/JP2002184675A/ja active Pending
-
2001
- 2001-12-13 US US10/013,481 patent/US20020075458A1/en not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100803105B1 (ko) | 2005-04-04 | 2008-02-13 | 가부시끼가이샤 에키쇼 센탄 기쥬츠 가이하쯔 센터 | 박막 트랜지스터의 제조방법, 박막 트랜지스터, 집적회로,액정표시장치, 및 하프톤 마스크를 이용한 노광방법 |
| US8142960B2 (en) | 2008-08-08 | 2012-03-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Exposure method, mask data producing method, and semiconductor device manufacturing method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020075458A1 (en) | 2002-06-20 |
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