JP2006203217A - 振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタ - Google Patents
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Abstract
【課題】光学系が伴う振幅収差を測定する方法および光学系が伴う振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタを提供する。
【解決手段】振幅収差測定方法は、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の5倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、その転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。
【選択図】なし
【解決手段】振幅収差測定方法は、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の5倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、その転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。
【選択図】なし
Description
本発明は、LSI(Large Scale Integrated Circuit)製造工程で使用される投影露光装置における振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタに関するものである。
なお本願における振幅収差とは、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化のことをいう。
まず、従来の露光装置について説明する。
図22は、従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。図22を参照して、この投影露光装置110においては、ランプハウス11の前方にミラー12を介してフライアイレンズ13が配置され、フライアイレンズ13の前方にアパーチャ14が位置している。アパーチャ14の前方には、集光レンズ15を介してブラインド16が配置され、さらに集光レンズ17、ミラー18および集光レンズ19を介して、所望の回路パターンが形成されたフォトマスク20が配置されている。このフォトマスク20の前方には投影光学系106を介してウェハ21が配置されている。
図22は、従来の投影露光装置の構成を示す概略図である。図22を参照して、この投影露光装置110においては、ランプハウス11の前方にミラー12を介してフライアイレンズ13が配置され、フライアイレンズ13の前方にアパーチャ14が位置している。アパーチャ14の前方には、集光レンズ15を介してブラインド16が配置され、さらに集光レンズ17、ミラー18および集光レンズ19を介して、所望の回路パターンが形成されたフォトマスク20が配置されている。このフォトマスク20の前方には投影光学系106を介してウェハ21が配置されている。
投影光学系106では、フォトマスク20の前方に集光レンズ101と瞳面105と集光レンズ102とが配置されている。
一般に、縮小露光方法を用いたフォトリソグラフィ技術における解像限界R(nm)は、
R=k1・λ/(NA)
と表わされる。ここで、λは使用する光の波長(nm)、NAはレンズの開口数、k1はレジストプロセスに依存する定数である。
R=k1・λ/(NA)
と表わされる。ここで、λは使用する光の波長(nm)、NAはレンズの開口数、k1はレジストプロセスに依存する定数である。
上式からわかるように、解像限界Rの向上を図るためには、すなわち微細パターンを得るためには、k1とλとの値を小さくし、NAの値を大きくする方法が考えられる。つまり、レジストプロセスに依存する定数を小さくするとともに、短波長化や高NA化を進めればよいのである。
しかし、短波長化および高NA化を進めることによって、光の焦点深度δ(δ=k2・λ/(NA)2)が浅くなり、却って解像度の低下を招くため、この方法には限界がある。また、露光光の短波長化には、転写プロセスを大幅に改造する必要がある。特に170nm以下の露光波長では紫外線の長時間照射により硝材の内部にカラーセンターのような点状の格子欠点が発生する。このカラーセンターの発生により、レンズに透過率や屈折率の不均一が生じ、これにより実質的にレンズ系の寿命が決定されてしまうため、レンズを利用した光学系では高解像度の実現は徐々に難しくなってきている。
そこで、投影光学系の一部にミラーを使うことでこの困難を緩和する試みもなされている。投影光学系の一部にミラーを用いた例については、たとえば特開平6−181162号公報、特開平6−181163号公報などに詳しく述べられている。以下、特開平6−181162号公報に示された投影光学系について説明する。
図23は、上記公報に開示された投影露光装置の投影光学系を示す概略図である。図23を参照して、この投影露光装置は、フォトマスク20の前方に、正の屈折率を有する第1のレンズ群201、202と、ビームスプリッタ203と、負の屈折率を有する第2のレンズ群204と、凹面鏡205と、正の屈折率を有する第3のレンズ群206とを有している。
この露光装置においては、フォトマスク20からの回折光は、第1のレンズ群201、202を透過した後、ビームスプリッタ203を透過し、さらに第2のレンズ群204を透過して凹面鏡205で反射される。凹面鏡205で反射された回折光は、再度第2のレンズ群204を透過した後、ビームスプリッタ203で反射され、第3のレンズ群206を透過してウェハ21の被露光面上に結像される。
上記の投影露光装置では、投影光学系の一部にミラーを用いているとはいえ、まだ多くのレンズ201、202、204、206が用いられている。このため、この露光装置は、上述した露光光の短波長化による硝材劣化に伴う透過率の不均一を解消し得るものとして完全とは言えない。また、ビームスプリッタ203のようなハーフミラーにおいても、露光波長が170nm以下となると、上述のレンズと同様、カラーセンターが発生し、それに伴う硝材劣化によって透過率分布(透過率の不均一)が発生してしまう。
一方、完全にレンズをなくした例としては、特開平8−54738号公報に見られるような光学系もある。以下、この公報に示された投影光学系について説明する。
図24は、上記公報に開示された投影露光装置の投影光学系の構成を示す概略図である。図24を参照して、この投影露光装置は、アパーチャー301と、凸面鏡302と、凹面鏡303とを有している。
この露光装置においては、フォトマスク20からの回折光は、アパーチャ301を透過した後、凸面鏡302で反射され、さらに凹面鏡303で反射されて被露光基板21に結像される。
この投影露光装置では、レンズを用いていないためレンズの硝材劣化による透過率の不均一は生じない。しかし、たとえば0次回折光のように凸面鏡302に図中真上から入射された光はそのまま真上に反射されるため被露光基板21に照射できない、いわゆる立体障害が生ずるという問題点があった。
また、仮に0次回折光が被露光基板21に照射されるとしても、0次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なり、良好な結像特性が得られないという問題点もあった。たとえば0次回折光が凸面鏡302で反射された後、凹面鏡303の図中右側部分で反射されて被露光基板21に照射されるとする。この場合、+1次回折光が凹面鏡303の図中右側部分での反射により、また−1次回折光が凹面鏡303の図中左側部分での反射により被露光基板21に照射されると、0次回折光に対する+1次回折光と−1次回折光との入射角が異なり、良好な結像特性が得られなくなる。
また上述した回折光の挙動などにより、フォトマスク20の縦パターンと横パターンとの被露光基板21への結像条件も異なり、これによって縦パターンと横パターンとの良好な結像特性が得られないという問題点もあった。
また一般に、ミラー系は波面収差を除去することが難しいため、波面収差の少ない部分を選んで使う必要があるという問題点もあった。
なお、代表的な波面収差としては、球面収差、非点収差、像面湾曲、歪曲収差、コマ収差がある。これらの収差は、瞳面上の波面収差に換算すると、それぞれ図25(a)〜(e)のように表現できることが知られている。ここで、図25において(a)は球面収差、(b)は非点収差、(c)は像面湾曲、(d)は歪曲収差、(e)はコマ収差を各々示している。図においてφは瞳面における波面のずれ量、ρは瞳面(ηξ面)上での半径、θはη軸に対する回転角、y0はウェハ面上で座標、B〜Fはそれぞれ定数を示している。これらの収差論については、たとえば文献「光学の原理I〜III」(東海大学出版)にその詳細が述べられている。
特開平6−181162号公報
特開平6−181163号公報
特開平8−54738号公報
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、光学系が伴う振幅収差を測定する方法を提供することを目的としている。
また本発明は、光学系が伴う振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタを提供することも目的としている。
本発明の振幅収差測定方法は、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の5倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、その転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差を見積もる工程とを備えている。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとのコントラストの変動量から球面振幅収差が見積もられる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの縦方向のパターン要素のコントラストの変動量と横方向のパターン要素のコントラストの変動量とから非点振幅収差が見積もられる。
上記局面において好ましくは、抽出された複数の大パターンのコントラストの変動量から振幅像面湾曲量が見積もられる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの適正露光量の変動量からコマ振幅収差量が見積もられる。
上記局面において好ましくは、抽出された大パターンの露光された位置に依存した適正露光量の変動量により歪曲振幅収差が見積もられる。
本発明の振幅収差除去フィルタは、光源からの照明光によりフォトマスクを照明し、照明されたフォトマスクからの回折光を投影光学系によって被露光基板上に結像させて回路パターンを投影する投影露光装置であって、その投影光学系が、第1のハーフミラーと、第1のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第1の凹面鏡と、第1のハーフミラーと別個独立に設けられた第2のハーフミラーと、第2のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第2の凹面鏡とを有する投影露光装置に配置される振幅収差除去フィルタであって、主表面を有する透明基板と、λを露光波長、nを整数としたとき、光路長(n×λ)を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、階段状多層膜の形状が、投影露光装置に発生した、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差(透過率分布)により与えられ、階段状多層膜は半透明である。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面ドーム状の負の4次関数的であって正の球面振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面すり鉢状の正の4次関数的であって負の球面振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は1方向のみに断面ドーム状の負の2次関数的であって正の非点振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は1方向のみに断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の非点振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面ドーム状の負の2次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は同心円状に断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は1方向に1次関数的な断面を有して湾曲振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は1方向に3次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去するものである。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は、上記に示したいずれかの振幅収差測定方法により検出した振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を有している。
本発明の振幅収差測定方法に用いられるフォトマスクは、実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の5倍以上の寸法を有する大パターンとを有している。
このフォトマスクを用いて、被露光基板上に転写パターンを形成し、その転写パターンを観察することで、各種の振幅収差を見積もることができる。瞳上の光量分布を考えると、0次回折光源像の位置(中心付近)の光量が圧倒的に高く、振幅収差を測定するには、この瞳の中心付近に回折光を生じるパターンが必要である。これは、概ね露光波長λの5倍以上の大きさのマスクパターンに相当する。言い換えれば、大パターンの寸法を露光波長λの5倍以上とすることにより、振幅収差の測定が可能となる。
本発明の振幅収差測定方法では、上記のフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、転写パターンを観察することで微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくと
もいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。
もいずれかの変動量から振幅収差を見積もる工程とを備えている。
本発明の振幅収差測定方法では、各種の振幅収差を正確に見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとのコントラストの変動量から球面振幅収差量が見積もられる。これにより、球面振幅収差量を見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとのコントラストの変動量から球面振幅収差量が見積もられる。これにより、球面振幅収差量を見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの縦方向のパターン要素のコントラストの変動量と横方向のパターン要素のコントラストの変動量とから非点振幅収差量が見積もられる。これにより、非点振幅収差量を見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された複数の大パターンのコントラストの変動量から振幅像面湾曲量が見積もられる。これにより、振幅像面湾曲量を見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された微細パターンと大パターンとの適正露光量の変動量からコマ振幅収差量が見積もられる。これにより、コマ振幅収差量を見積もることができる。
上記局面において好ましくは、抽出された大パターンの露光された位置に依存した適正露光量の変動量により歪曲振幅収差量が見積もられる。これにより、歪曲振幅収差量を見積もることができる。
本発明の振幅収差除去フィルタは、透明基板と、λを露光波長、nを整数としたとき、光路長(n×λ)を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、階段状多層膜の形状が、投影露光装置に発生した振幅収差により与えられ、階段状多層膜は半透明である。
本発明の振幅収差除去フィルタでは、階段状多層膜を各種の振幅収差に応じた形状とすることで、各種の振幅収差を除去することができる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の4次関数的であって正の球面振幅収差を除去する。これによりの正の球面振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の4次関数的であって負の球面振幅収差を除去する。これにより、負の球面振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が1方向のみに断面ドーム状の負の2次関数的であって正の非点振幅収差を除去する。これにより、正の非点振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が1方向のみに断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の非点振幅収差を除去する。これにより、負の非点振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の2次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去する。これにより正の振幅像面湾曲を除去することができる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去する。これにより、負の振幅像面湾曲を除去することができる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が1方向に1次関数的な断面を有して歪曲振幅収差を除去する。これにより、歪曲振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜が1方向に3次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去する。これにより、コマ振幅収差を除去することが可能となる。
上記局面において好ましくは、階段状多層膜は、上記の振幅収差測定方法によって検出された振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を持っている。これにより、各種振幅収差をすべて除去することが可能となり、結像性能が向上する。
上記の振幅収差除去フィルタが配置される投影露光装置では、投影光学系が、第1のハーフミラーと、第1のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第1の凹面鏡と、第1のハーフミラーと別個独立に設けられた第2のハーフミラーと、第2のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第2の凹面鏡とを有している。
このようにハーフミラーと凹面鏡とを2組ずつ有することにより、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれに、他方のハーフミラーで逆特性の透過率分布や波面ずれを与えることができる。このため、投影光学系において透過率分布や波面ずれは互いに相殺され、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも除去することができる。
また、完全にレンズをなくしたミラー系の従来例のように立体障害が生ずることも防止でき、0次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線とで結像条件が異なることもなく、優れた結像特性を得ることができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、第1および第2のハーフミラーは、第1のハーフミラーから第2のハーフミラーに向かう回折光の光軸の垂線に対して対称または相似対称となるように配置されている。
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、第1および第2のハーフミラーの反射面の各々は、第1のハーフミラーから第2のハーフミラーに向かう回折光の光軸の垂線に対して対称となる仮想線に沿って配置されており、第1の凹面鏡の第1のハーフミラーに対する配置方向と第2の凹面鏡の第2のハーフミラーに対する配置方向とが、垂線に対して対称となるように第1および第2の凹面鏡が配置されている。
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれのなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光が第1のハーフミラーを介在して第1の凹面鏡に照射され、第1の凹面鏡で反射された後、第1および第2のハーフミラーを介在して第2の凹面鏡に照射され、第2の凹面鏡で反射された後第2のハーフミラーを介在して被露光基板上に結像されるように第1および第2のハーフミラーと第1および第2の凹面鏡とが配置されている。
このように配置することで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれも相殺することができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光が、第1のハーフミラーを透過した後、第1の凹面鏡で反射し、第1および第2のハーフミラーで順次反射した後、第2の凹面鏡で反射し、さらに第2のハーフミラーを透過して被露光基板上に結像されるように第1および第2のハーフミラーと第1および第2の凹面鏡とは配置されている。回折光がこのような経路をたどるように各部材が配置されることで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれを互いに逆特性にすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、フォトマスクからの回折光は、第1のハーフミラーで反射した後、第1の凹面鏡で反射し、第1および第2のハーフミラーを順次透過した後、第2の凹面鏡で反射し、さらに第2のハーフミラーで反射して被露光基板上に結像されるように第1および第2のハーフミラーと第1および第2の凹面鏡とは配置されている。回折光がこのような経路をたどるように各部材が配置されることで、一方および他方のハーフミラーで生じる透過率分布や波面ずれなどを互いに逆特性とすることができる。このため、カラーセンターの発生に伴う透過率の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、第1のハーフミラーと、第2のハーフミラーと、第1および第2のハーフミラーの間に位置する瞳面との少なくとも1つに波面収差を除去する波面収差除去フィルタがさらに備えられている。これにより、波面収差を除去することができる。
上記の投影露光装置において好ましくは、第1のハーフミラーと、第2のハーフミラーと、第1および第2のハーフミラーの間に位置する瞳面との少なくとも1つに振幅収差を除去する振幅収差除去フィルタがさらに備えられている。これにより、振幅収差を除去することができる。
また上記の投影露光装置を用いた投影露光方法では、フォトマスクからの回折光が第1のハーフミラーを介して第1の凹面鏡で反射された後、第1のハーフミラーと第2のハーフミラーとを介して第2の凹面鏡で反射され、さらに第2のハーフミラーを介して被露光基板上に結像される。
回折光がこのような経路をたどるように露光することで、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれに、他方のハーフミラーで逆特性の透過率分布や波面ずれを与えることができる。このため、一方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれは他方のハーフミラーで生じた透過率分布や波面ずれによって相殺される。よって、カラーセンターの発生に伴う透過率分布の不均一分布を均一化することができ、また波面ずれもなくすことができる。
また、完全にレンズをなくしたミラーなどの従来例のように立体障害が生ずることも防止でき、0次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線とで結像条件が異なることもなく、優れた結像特性を得ることができる。
上記の投影露光方法において好ましくは、第1のハーフミラーと、第2のハーフミラーと、第1および第2のハーフミラーの間に配置された瞳面との少なくとも1つに配置された波面収差除去フィルタを回折光が透過することによって、回折光の波面収差が補償される。これにより、波面収差を除去することができる。
上記の投影露光方法において好ましくは、第1のハーフミラーと、第2のハーフミラーと、第1および第2のハーフミラーの間に配置された瞳面との少なくとも1つに配置された振幅収差除去フィルタを回折光が透過することによって回折光の振幅収差が補償される。これにより振幅収差を除去することができる。
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における投影露光装置の構成を示す概略図である。
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における投影露光装置の構成を示す概略図である。
図1を参照して、本実施の形態による投影露光装置10においては、ランプハウス11の前方にミラー12を介してフライアイレンズ13が配置され、フライアイレンズ13の前方にアパーチャ14が位置している。アパーチャ14の前方には、集光レンズ15を介してブラインド16が配置され、さらに集光レンズ17、ミラー18および集光レンズ19を介して、所望の回路パターンが形成されたフォトマスク20が配置されている。
このフォトマスク20の前方には、投影光学系6を介して被露光基板となるウェハ21が配置されている。
投影光学系6は、第1のハーフミラー1と、第1の凹面鏡2と、瞳面5と、第2のハーフミラー3と、第2の凹面鏡4とを有している。第1のハーフミラー1はフォトマスク20の前方に位置しており、第1の凹面鏡2は第1のハーフミラー1の透過光を第1のハーフミラー1側へ反射可能なように配置されている。瞳面5は、第1のハーフミラー1での反射光が通過可能なように配置されており、第2のハーフミラー3は、瞳面5の通過光が入射可能なように配置されている。第2の凹面鏡4は、第2のハーフミラー3での反射光を第2のハーフミラー3側へ反射可能なように配置されている。そして第2の凹面鏡4で反射した回折光は第2のハーフミラー3を透過した後、被露光基板21上に結像される。
特に図2に示すように、第1のハーフミラー1の反射面と第2のハーフミラー3の反射面とは、第1のハーフミラー1から第2のハーフミラー3へ向かう回折光の光軸OAの垂線P−Pに対して対称(つまり線対称)な仮想線A−AとA′−A′の線上に沿うように配置されている。仮想線A−Aが垂線P−Pとなす角度θ1は、仮想線A′−A′と垂線P−Pとのなす角度θ2と実質的に等しい。また第1の凹面鏡2の第1のハーフミラー1に対する配置方向(D1)と、第2の凹面鏡4の第2のハーフミラー3に対する配置方向(D2)とが、垂線P−Pに対して対称となるように、第1および第2の凹面鏡2、4は配置されている。
また、瞳面5において光源像を形成する点を通過する光軸OAの垂線Q−Qに対して、第1および第2のハーフミラー1、3が対称もしくは相似対称となるように配置されている。また垂線Q−Qに対して、回折光の光路が対称もしくは相似対称になるように第1および第2のハーフミラー1、3と第1および第2の凹面鏡2、4とは配置されている。ここで相似対称とは、垂線Q−Qの図中左側のハーフミラーもしくは光路軌跡が、図中右側のハーフミラーもしくは光路軌跡の線対称形状を相似形状にしたものであることを意味する。
なお、第1および第2のハーフミラー1、3は、互いに同一もしくは相似形状を有しており、かつ第1および第2の凹面鏡2、4も同一もしくは相似形状を有している。
次に、この投影露光装置を用いた露光方法について説明する。
図1を参照して、まず水銀ランプやエキシマレーザ11からの紫外線は、ミラー12で反射された後、フライアイレンズ13によって独立な点光源に分割され、さらにアパーチャ14により成形されて2次光源面を形成する。そして、集光レンズ15を通過した後、ブラインド16で露光領域が設定され、集光レンズ17、ミラー18および集光レンズ19を介してフォトマスク20が照明される。フォトマスク20を通過した光は、マスクパターンにより回折され、回折光を発生する。図1には、その代表として±1次回折光のみを図示しているが、もちろん高次回折光も実際には存在する。
図1を参照して、まず水銀ランプやエキシマレーザ11からの紫外線は、ミラー12で反射された後、フライアイレンズ13によって独立な点光源に分割され、さらにアパーチャ14により成形されて2次光源面を形成する。そして、集光レンズ15を通過した後、ブラインド16で露光領域が設定され、集光レンズ17、ミラー18および集光レンズ19を介してフォトマスク20が照明される。フォトマスク20を通過した光は、マスクパターンにより回折され、回折光を発生する。図1には、その代表として±1次回折光のみを図示しているが、もちろん高次回折光も実際には存在する。
フォトマスク20からの回折光は、第1のハーフミラー1により透過光と反射光とに分割された後、その透過光が第1の凹面鏡2によって反射され、さらに第1のハーフミラー1によって平面反射され、瞳面5に光源像を形成する。その後、瞳面5を透過できた回折光は第2のハーフミラー3により平面反射され、第2の凹面鏡4によって反射される。第2の凹面鏡4で反射された回折光は第2のハーフミラー3を透過して被露光基板21上に結像される。そして得られた光学像に基づいて被露光基板21は加工される。
本実施の形態の投影露光装置および投影露光方法では、露光波長が170nmより短くなった場合でも、投影光学系における透過率分布を補償でき、かつ立体障害や結像特性の劣化が生じない。以下、そのことについて詳細に説明する。
図2を参照して、第1のハーフミラー1内のハッチング領域R1は、第1のハーフミラー1を透過する光、凹面鏡2で反射した光および第1のハーフミラー1の反射面で反射した光とが3重に重なる領域である。また第2のハーフミラー3内のハッチング領域R2も、第1のハーフミラー1から第2のハーフミラー3へ入射した光、第2のハーフミラー3の反射面で反射した光および凹面鏡4で反射した光とが3重に重なる領域である。露光波長が170nmより小さい場合に硝材に生じるカラーセンターの数は光の強度が高いほど増える。このため、このハッチング領域R1およびR2は特にカラーセンターが多数生じ、透過率が低くなる領域である。このように第1および第2のハーフミラー1、3内には、相対的に透過率の低い領域と高い領域とが存在することになるため、透過率分布が不均一となる。
ここで図中実線で示した光の各々を+1次回折光および−1次回折光とした場合に、ハーフミラー1内において+1次回折光は光路P11で、−1次回折光は光路P12で各々、ハッチング領域R1を通過する。ここで、光路P11とP12との光路長が異なる場合には、+1次回折光および−1次回折光の透過量が異なってくる。具体的には、光路P11が光路P12よりも長い場合には、+1次回折光の透過量は−1次回折光の透過量よりも低くなる。
ところが、ハーフミラー3内においては、−1次回折光は光路P21で、+1次回折光は光路P22で各々、ハッチング領域R2を通過する。ここで、ハッチング領域R2の光路P21はハッチング領域R1の光路P11に対応し、光路P22は光路P12に対応する。このため、光路P11が光路P12よりも長いときは、光路P21は光路P22よりも長くなり、+1次回折光が光路P22を通ることによる透過量の低下は、−1次回折光が光路P21を通ることによる透過量の低下よりも小さくなる。
このように、回折光は、第1のハーフミラー1で与えられた透過率分布と逆特性の透過率分布を第2のハーフミラー3によって与えられることになる。これによって、第1および第2のハーフミラー1、2の透過率分布は互いに補償されて、第1および第2のハーフミラー1、3の全体として透過率分布の均一化を図ることができ、透過率の不均一によるレンズ系の寿命の短縮化を防止することができる。
また透過率分布に限らず、ハーフミラー1で与えられる波面ずれについても、ハーフミラー3によってハーフミラー1で与えられる波面ずれと逆特性の波面ずれを与えることができるため、ハーフミラー1および3の全体として見たときに波面ずれは互いに相殺される。
また、従来例のように完全にレンズをなくしたミラー系ではないため、立体障害は生じず、また0次回折光の左と右とで回折光の挙動が異なることもなく、さらに縦線と横線との結像条件が異なることもないため良好な結像特性を得ることもできる。
さて、収差というと一般には波面収差のことを指すが、本願ではもっと広く光学像の像質の劣化を招く原因になるものと定義することにする。波面収差とその評価方法や除去方法などは、特願平7−325988号に詳細に記述されている。波面のほかに像質を劣化させる原因となるものとしては、硝材の透過率分布がある。たとえば、振幅0.5の0次回折光と振幅0.6の1次回折光による干渉で結像される系があったとした場合、もし振幅収差が0ならばこのまま2つの回折光の干渉で結像すればよい。
しかし、硝材の一部にカラーセンターが発生し透過率の分布が発生したり、またはレンズ表面の反射防止膜の効率が分布しているため0次回折光の透過率が1.0、1次回折光の透過率が0.9に成ったとすると、0次回折光の振幅0.5(=0.5×1.0)と1次回折光の振幅0.54(=0.6×0.9)による干渉で結像されることになる。ここで光の強度は振幅の二乗に対応するため、振幅が適正値からずれると、光学像のコントラストが変化する(一般的には劣化する)。
波面分布の乱れに起因する像質の劣化を波面収差と呼ぶのに対して、このように振幅分布の乱れに起因する像質の劣化を本願では振幅収差と呼ぶことにする。たとえば、レンズの透過率の分布が同心円状の四次関数的なとき、波面収差の球面収差になぞられて、球面振幅収差と呼ぶ。また、レンズの透過率の分布がxyで異なるときには、非点収差やコマ収差になぞらえて、非点振幅収差やコマ振幅収差と呼ぶ。さらに、結像面内に適正露光量の分布が見られた場合には、像面湾曲や歪曲収差になぞらえて振幅像面湾曲や歪曲振幅収差と呼ぶ。
本実施の形態では、第1のハーフミラー1で発生した振幅分布は、上述と同様、第2のハーフミラー3で逆特性の振幅分布を与えられるため、相殺される。
なお、本実施の形態では、第1および第2のハーフミラー1、3と第1および第2の凹面鏡2、4とを図1、2に示すような透過および反射の関係で配置したが、図3に示すような透過および反射の関係で配置されてもよい。
つまり図3を参照して、第1のハーフミラー1は、フォトマスク20の前方に位置しており、第1の凹面鏡2は第1のハーフミラー1の反射光を第1のハーフミラー1側へ反射可能なように配置されている。瞳面5は、第1のハーフミラー1の透過光が通過可能なように配置されており、第2のハーフミラー3は、瞳面5の通過光が入射可能なように配置されている。第2の凹面鏡4は、第2のハーフミラー3の透過光を第2のハーフミラー3側へ反射可能なように配置されている。そして第2の凹面鏡4で反射した回折光は第2のハーフミラー3で反射して被露光基板21上に結像される。
このように各部材を配置した場合においても、上述で説明したと同様、第1のハーフミラー1で与えられる透過率分布と逆特性の透過率分布を第2のハーフミラー3で与えることができるため、全体として透過率分布の均一化を図ることができる。
また波面ずれについても、第1のハーフミラー1で与えられる波面ずれと逆特性の波面ずれを第2のハーフミラー3によって与えることができるため、互いに波面ずれは相殺される。
また、第1のハーフミラー1で発生した振幅分布も、上述と同様、第2のハーフミラー3で逆特性の振幅分布を与えられるため、相殺される。
(実施の形態2)
図4は、図1に示す投影露光装置に空間フィルタを備えた状態を示す概略図である。図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の瞳面21に波面収差を除去する空間フィルタ21を備えれば、主に球面収差、非点収差、コマ収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4は、図1に示す投影露光装置に空間フィルタを備えた状態を示す概略図である。図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の瞳面21に波面収差を除去する空間フィルタ21を備えれば、主に球面収差、非点収差、コマ収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
(実施の形態3)
図4を参照して、また実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第1のハーフミラー1に波面収差を除去する空間フィルタ22を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4を参照して、また実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第1のハーフミラー1に波面収差を除去する空間フィルタ22を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
(実施の形態4)
図4を参照して、また実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第2のハーフミラー3に波面収差を除去する空間フィルタ23を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4を参照して、また実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第2のハーフミラー3に波面収差を除去する空間フィルタ23を備えれば、主に像面湾曲、歪曲収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
なお、実施の形態2〜4に記載の波面収差を除去する空間フィルタ21、22、23は、たとえば透明基板と、その透明基板上に形成された透明多層膜とを有しており、上述した特願平7−325988号にその詳細が示されている。
(実施の形態5)
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の瞳面5に振幅収差を除去する空間フィルタ21を備えれば、主に球面振幅収差、非点振幅収差、コマ振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の瞳面5に振幅収差を除去する空間フィルタ21を備えれば、主に球面振幅収差、非点振幅収差、コマ振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
(実施の形態6)
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第1のハーフミラー1に振幅収差を除去する空間フィルタ22を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第1のハーフミラー1に振幅収差を除去する空間フィルタ22を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
(実施の形態7)
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第2のハーフミラー3に振幅収差を除去する空間フィルタ23を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
図4を参照して、実施の形態1における投影露光装置において、投影光学系6の第2のハーフミラー3に振幅収差を除去する空間フィルタ23を備えれば、主に振幅像面湾曲、歪曲振幅収差を除去でき、良好な像質を得ることができる。
(実施の形態8)
図5は、本発明の実施の形態8における投影露光方法を示すフローチャートである。
図5は、本発明の実施の形態8における投影露光方法を示すフローチャートである。
図5を参照して、まず振幅収差評価用マスクパターンを露光し(ステップ31)、この露光により得られた現像パターンをSEM(走査型電子顕微鏡)で観察し(ステップ32)、その観察の結果、どの振幅収差の組合せかを分類する(ステップ33)。さらに、レンズの個体に支配的な振幅収差を決定し(ステップ34)、続いて支配的な振幅収差を補償する振幅収差除去フィルタを選択する(ステップ35)。このようにして選択された振幅収差除去フィルタ(瞳フィルタ)を、たとえば瞳面に挿入して回路パターンの露光を行う(ステップ36)。
このような露光方法を採用することで、レンズ個体に支配的な振幅収差を選択的に除去し、良好な結像特性を得ることができる。
(実施の形態9)
図6(a)は、実施の形態8で用いた振幅収差評価用マスクパターンの構成を示す平面図である。図6(a)を参照して、透明基板33上に縦5列、横5列に配列された計25個の矩形の大パターン31が形成されており、各大パターン31の内部には、縦3列、横3列の配列された計9個の微細パターン32がそれぞれ形成されている。大パターン31は露光波長の5倍以上、たとえば10倍程度の寸法を有している。また微細パターン32は、投影露光装置の解像限界と実質的に同じ寸法を有している。
図6(a)は、実施の形態8で用いた振幅収差評価用マスクパターンの構成を示す平面図である。図6(a)を参照して、透明基板33上に縦5列、横5列に配列された計25個の矩形の大パターン31が形成されており、各大パターン31の内部には、縦3列、横3列の配列された計9個の微細パターン32がそれぞれ形成されている。大パターン31は露光波長の5倍以上、たとえば10倍程度の寸法を有している。また微細パターン32は、投影露光装置の解像限界と実質的に同じ寸法を有している。
この振幅収差評価用マスクパターン30を収差のないレンズで露光すると、回折のために角の部分が丸まり、図6(b)に示すような大パターン31aと微細パターン32aとを有する転写パターンが得られる。一般に、微細なパターンは収差に対して敏感で、大きいパターンは収差に対して鈍感なため、転写パターンにおける大パターン31aと微細パターン32aとを観察することにより、容易かつ明確に5種類の振幅収差を分類することができる。
瞳上の光量分布を考えると、0次回折光源像の位置(中心付近)の光量が圧倒的に高く、振幅収差を評価するには、瞳の中心付近に回折光を生じるパターンが必要である。これは、概ね露光波長λの5倍以上の大きさのマスクパターンに相当する。言い換えれば、大パターン21を露光波長λの5倍以上の寸法にすることにより、振幅収差の評価が可能となる。よって、本実施の形態のマスクパターンを用いれば振幅収差の評価をすることが可能となる。
(実施の形態10)
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて球面振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図7(a)のように微細パターン32のコントラストを25点のそれぞれで求めるとともに、図7(b)のように大パターン31のコントラストを25点のそれぞれで求める。
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて球面振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図7(a)のように微細パターン32のコントラストを25点のそれぞれで求めるとともに、図7(b)のように大パターン31のコントラストを25点のそれぞれで求める。
なお図7(a)、(b)において矢印の大きさはコントラストの大きさを示している。
このとき、図7(a)、(b)に示すように微細パターン32と大パターン31とで、理想光学像のコントラストとの差が四次関数的に観測されればこの光学系に球面振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン32と大パターン31との間のコントラストの変動量から球面振幅収差量を見積ることができる。
このとき、図7(a)、(b)に示すように微細パターン32と大パターン31とで、理想光学像のコントラストとの差が四次関数的に観測されればこの光学系に球面振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン32と大パターン31との間のコントラストの変動量から球面振幅収差量を見積ることができる。
(実施の形態11)
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて非点振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図8(a)のように各パターンの横方向(x方向)のパターン要素(辺)のコントラストを25点のそれぞれで求めるとともに、図8(b)のように各パターンの縦方向(y方向)のパターン要素(辺)のコントラストを25点のそれぞれで求める。
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて非点振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図8(a)のように各パターンの横方向(x方向)のパターン要素(辺)のコントラストを25点のそれぞれで求めるとともに、図8(b)のように各パターンの縦方向(y方向)のパターン要素(辺)のコントラストを25点のそれぞれで求める。
このとき、図8(a)、(b)に示すように横方向のパターン要素と縦方向のパターン要素との間で、コントラストが変動していることが観測されれば露光光学系に非点振幅収差が存在していることがわかる。そして横方向のパターン要素と縦方向のパターン要素との間のコントラストの変動量から非点振幅収差量を見積もることができる。
(実施の形態12)
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて振幅像面湾曲を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図9のように大パターン31のコントラストを25点のそれぞれで求める。
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて振幅像面湾曲を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図9のように大パターン31のコントラストを25点のそれぞれで求める。
このとき、図9に示すように大パターン31のコントラストが二次関数的に観測されれば、露光光学系に振幅像面湾曲が存在していることがわかる。そして大パターン31のコントラストの変動量から振幅像面湾曲量を見積もることができる。
(実施の形態13)
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いてコマ振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光量条件を変更しながら露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図10(a)のように微細パターン32の適正露光量を25点のそれぞれで求めるとともに、図10(b)のように大パターン31の適正露光量を25点のそれぞれで求める。
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いてコマ振幅収差を評価する方法について説明する。まず、図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光量条件を変更しながら露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図10(a)のように微細パターン32の適正露光量を25点のそれぞれで求めるとともに、図10(b)のように大パターン31の適正露光量を25点のそれぞれで求める。
なお図10(a)、(b)に示す矢印の大きさは適正露光量の大きさを示している。
このとき、図10(a)、(b)に示すように、微細パターン32と大パターン31とで適正露光量が相対的に変動していることが観測されれば、この露光光学系にコマ振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン32と大パターン31との適正露光量の相対的な変動量からコマ振幅収差量を見積もることができる。
このとき、図10(a)、(b)に示すように、微細パターン32と大パターン31とで適正露光量が相対的に変動していることが観測されれば、この露光光学系にコマ振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン32と大パターン31との適正露光量の相対的な変動量からコマ振幅収差量を見積もることができる。
(実施の形態14)
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて歪曲振幅収差を評価する方法について説明する。まず図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図11のように微細パターン32の適正露光量を25点のそれぞれで求めるとともに、図11のように大パターン31の適正露光量を25点のそれぞれで求める。
図6(a)に示した振幅収差評価用マスクパターン30を用いて歪曲振幅収差を評価する方法について説明する。まず図6(a)に示す振幅収差評価用マスクパターン30を露光し、図6(b)のように仕上がった25組の転写パターンをSEMなどにより観察する。これにより、図11のように微細パターン32の適正露光量を25点のそれぞれで求めるとともに、図11のように大パターン31の適正露光量を25点のそれぞれで求める。
このとき、図11に示されるように、微細パターン32と大パターン31とで適正露光量が相対的に同じで、露光された位置に依存して適正露光量が変動していることが観測されれば、この露光光学系に歪曲振幅収差が存在していることがわかる。そして微細パターン32と大パターン31とで露光された位置に依存した適正露光量の変動量から歪曲振幅収差量を見積もることができる。
(実施の形態15)
本発明の実施の形態15における正の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図12(a)に、斜視図を図12(b)に示す。正の球面振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、nを整数とし、λを露光波長としたとき、n×λである。
本発明の実施の形態15における正の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図12(a)に、斜視図を図12(b)に示す。正の球面振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、nを整数とし、λを露光波長としたとき、n×λである。
図25(a)に示したように、球面収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Bρ4/4と表わされる。このため、光学系の支配的な振幅収差が正の球面振幅収差であった場合、正の球面振幅収差を補償するための半透明多層膜42は同心円状にドーム状の負の四次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の球面振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態16)
本発明の実施の形態16における負の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図13(a)に、斜視図を図13(b)に示す。負の球面振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態16における負の球面振幅収差除去フィルタの断面図を図13(a)に、斜視図を図13(b)に示す。負の球面振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(a)に示したように、球面収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Bρ4/4と表わされる。このため、光学系の支配的な振幅収差が負の球面振幅収差であった場合、負の球面振幅収差を補償するための半透明多層膜42は同心円状にすり鉢状の正の四次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の球面振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態17)
本発明の実施の形態17における正の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図14(a)に、斜視図を図14(b)に示す。正の非点振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態17における正の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図14(a)に、斜視図を図14(b)に示す。正の非点振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(b)に示したように、非点収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Cy0 2ρ2cos2θと表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が正の非点振幅収差であった場合、正の非点振幅収差を補償するための半透明多層膜42は1方向のみにドーム状の負の二次関数的な断面形状、すなわち鞍形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の非点振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態18)
本発明の実施の形態18における負の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図15(a)に、斜視図を図15(b)に示す。負の非点振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態18における負の非点振幅収差除去フィルタの断面図を図15(a)に、斜視図を図15(b)に示す。負の非点振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(b)に示したように、非点収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Cy0 2ρ2cos2θと表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が負の非点振幅収差であった場合、負の非点振幅収差を補償するための半透明多層膜42は1方向のみにすり鉢状の正の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の非点振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態19)
本発明の実施の形態19における正の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図16(a)に、斜視図を図16(b)に示す。正の振幅像面湾曲除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有することになる。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態19における正の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図16(a)に、斜視図を図16(b)に示す。正の振幅像面湾曲除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有することになる。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(c)に示したように、像面湾曲を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Dy0 2ρ2/2と表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が正の振幅像面湾曲であった場合、正の振幅像面湾曲を補償するための半透明多層膜42は、同心円状にドーム状の負の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、正の振幅像面湾曲が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態20)
本発明の実施の形態20における負の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図17(a)に、斜視図を図17(b)に示す。負の振幅像面湾曲除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態20における負の振幅像面湾曲除去フィルタの断面図を図17(a)に、斜視図を図17(b)に示す。負の振幅像面湾曲除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(c)に示したように、像面湾曲を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=−Dy0 2ρ2/2と表わされる。このため、露光光学系の支配的な振幅収差が負の振幅像面湾曲であった場合、負の振幅像面湾曲を補償するための半透明多層膜42は、同心円状にすり鉢状の正の二次関数的な断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、負の振幅像面湾曲が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態21)
本発明の実施の形態21における歪曲振幅収差除去フィルタの断面図を図18(a)に、斜視図を図18(b)に示す。歪曲振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
本発明の実施の形態21における歪曲振幅収差除去フィルタの断面図を図18(a)に、斜視図を図18(b)に示す。歪曲振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15で説明したと同様、n×λである。
図25(d)に示したように、歪曲収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=Ey0 3ρcosθと表わされる。このため、露光光学系の支配的な収差が歪曲振幅収差であった場合、歪曲振幅収差を除去するための半透明多層膜42は、1方向に一次関数的な斜面状の断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、歪曲振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態22)
本発明の実施の形態22におけるコマ振幅収差除去フィルタの断面図を図19(a)に、斜視図を図19(b)に示す。コマ振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15と同様、n×λである。
本発明の実施の形態22におけるコマ振幅収差除去フィルタの断面図を図19(a)に、斜視図を図19(b)に示す。コマ振幅収差除去フィルタ40は、透明基板41と、その透明基板41の表面上に形成された半透明多層膜42とを有している。半透明多層膜42の各層の膜厚は、実施の形態15と同様、n×λである。
図25(e)に示したように、コマ収差を瞳面上の波面収差に換算すると、波面のずれ量φは、φ=Fy0ρ3と表わされる。このため、露光光学系の支配的な収差がコマ振幅収差であった場合、コマ振幅収差を補償するための半透明多層膜42は、1方向に三次関数的な斜面状の断面形状を有している。この振幅収差除去フィルタ40を投影光学系の瞳面に挿入することにより、コマ振幅収差が除去でき、結像性能が向上する。
(実施の形態23)
複数種の振幅収差が共存している場合には、実施の形態15〜22に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せて用いてもよい。たとえば、図20(a)および(b)に示すように、実施の形態19における負の振幅像面湾曲を補償するための振幅収差除去フィルタ(図16)と実施の形態22に示したコマ振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタ(図19)とが組合せられれば、正の振幅像面湾曲とコマ振幅収差とを同時に補償することができる。実際の光学系では、一般に各種の振幅収差が共存しているので、実施の形態15〜22に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せることにより、各種の振幅収差がすべて除去され、結像性能がより一層向上する。
複数種の振幅収差が共存している場合には、実施の形態15〜22に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せて用いてもよい。たとえば、図20(a)および(b)に示すように、実施の形態19における負の振幅像面湾曲を補償するための振幅収差除去フィルタ(図16)と実施の形態22に示したコマ振幅収差を補償するための振幅収差除去フィルタ(図19)とが組合せられれば、正の振幅像面湾曲とコマ振幅収差とを同時に補償することができる。実際の光学系では、一般に各種の振幅収差が共存しているので、実施の形態15〜22に示した振幅収差除去フィルタを適宜組合せることにより、各種の振幅収差がすべて除去され、結像性能がより一層向上する。
(実施の形態24)
実施の形態10〜14の振幅収差量評価方法によりそれぞれ評価された各種の振幅収差量を、図21のように合成して、その合成された振幅収差を補償するような特性の複合振幅収差除去フィルタを製造することもできる。たとえば、図21に示されるような合成された振幅収差に対応する断面形状を有する半透明多層膜を透明基板上に形成することにより振幅収差除去フィルタが製造される。
実施の形態10〜14の振幅収差量評価方法によりそれぞれ評価された各種の振幅収差量を、図21のように合成して、その合成された振幅収差を補償するような特性の複合振幅収差除去フィルタを製造することもできる。たとえば、図21に示されるような合成された振幅収差に対応する断面形状を有する半透明多層膜を透明基板上に形成することにより振幅収差除去フィルタが製造される。
この複合の振幅収差除去フィルタを導入することで、各種の振幅収差がすべて除去され、結像性能がより一層向上する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、LSI製造工程で使用される投影露光装置における振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタに特に有利に適用される。
1、3 ハーフミラー、2、4 凹面鏡、5 瞳面、6 投影光学系、10 投影露光装置、11 ランプハウス、20 フォトマスク、21、22、23 波面収差除去フィルタもしくは振幅収差除去フィルタ。
Claims (16)
- 実質的に解像限界の寸法を有する微細パターンと、露光波長の5倍以上の寸法を有する大パターンとを備えたフォトマスクを露光して転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンを観察することで前記微細パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動と、前記大パターンのコントラストおよび適正露光量の少なくともいずれかの変動量から、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差を見積もる工程とを備えた、振幅収差測定方法。 - 抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの前記コントラストの変動量から球面振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項1に記載の振幅収差測定方法。
- 抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの縦方向のパターン要素の前記コントラストの変動量と横方向のパターン要素の前記コントラストの変動量とから非点振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項1に記載の振幅収差測定方法。
- 抽出された複数の前記大パターンの前記コントラストの変動量から振幅像面湾曲量を見積もることを特徴とする、請求項1に記載の振幅収差測定方法。
- 抽出された前記微細パターンと前記大パターンとの前記適正露光量の変動量からコマ振幅収差量を見積もることを特徴とする、請求項1に記載の振幅収差測定方法。
- 抽出された前記大パターンの露光された位置に依存した前記適正露光量の変動量により歪曲振幅収差を見積もることを特徴とする、請求項1に記載の振幅収差測定方法。
- 光源からの照明光によりフォトマスクを照明し、照明された前記フォトマスクからの回折光を投影光学系によって被露光基板上に結像させて回路パターンを投影する投影露光装置であって、前記投影光学系が、第1のハーフミラーと、前記第1のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第1の凹面鏡と、前記第1のハーフミラーと別個独立に設けられた第2のハーフミラーと、前記第2のハーフミラーの反射光もしくは透過光を反射するための第2の凹面鏡とを有している投影露光装置に配置される振幅収差除去フィルタであって、
主表面を有する透明基板と、
λを露光波長、nを整数としたとき、光路長(n×λ)を有する段差により位相変化をなくした階段状多層膜とを備え、
前記階段状多層膜の形状が、前記投影露光装置に発生した、振幅分布の乱れに起因する像質の劣化である振幅収差(透過率分布)により与えられ、
前記階段状多層膜が半透明であることを特徴とした、振幅収差除去フィルタ。 - 前記階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の4次関数的であって正の球面振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の4次関数的であって負の球面振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が1方向のみに断面ドーム状の負の2次関数的であって正の非点振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が1方向のみに断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の非点振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が同心円状に断面ドーム状の負の2次関数的であって正の振幅像面湾曲を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が同心円状に断面すり鉢状の正の2次関数的であって負の振幅像面湾曲を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が1方向に1次関数的な断面を有して歪曲振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜が1方向に3次関数的な断面を有してコマ振幅収差を除去することを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
- 前記階段状多層膜は、請求項1〜6のいずれかにより検出した振幅収差による透過率分布を合成し、これを補償する透過率分布を持つことを特徴とする、請求項7に記載の振幅収差除去フィルタ。
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JP2006032747A JP2006203217A (ja) | 2006-02-09 | 2006-02-09 | 振幅収差測定方法および振幅収差除去フィルタ |
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JP2014075610A (ja) * | 2007-08-03 | 2014-04-24 | Carl Zeiss Smt Gmbh | マイクロリソグラフィのための投影対物系、投影露光装置、投影露光方法、及び光学補正プレート |
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