JP2010114308A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体プロセスの立上げ期間の短縮を図れる、レジストスタックを用いた半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、レジストスタックを設計する工程（Ｓ１）と、レジストスタックのレジストを露光および現像して得られるレジストパターンが所望通りに仕上がるように、前記レジストの露光条件を設計する工程（Ｓ１）と、くびれＣＤ値を取得する工程（Ｓ２）と、前記くびれＣＤ値に基づいて、前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程（Ｓ３）と、前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程（Ｓ３）において、前記設計した露光条件を採用しないと判断した場合（Ｓ６）には、前記設計したレジストスタックを変えずに、前記レジストの露光条件を再設計する工程とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、露光光に対して反射防止機能を有する膜およびその上に設けられたレジストを含むレジスト構造を用いた半導体装置の製造方法に関する。

レジストと被加工基板との間に反射防止膜を設け、露光時に発生するレジスト下からの反射光を抑制して、レジストパターンの形状を整形する方法が知られている（非特許文献１）。

近年のデバイスパターンの微細化により、使用される露光装置の開口数（ＮＡ）は大きくなってきている（高ＮＡ化）。このような高ＮＡ化により、レジストを露光する光として垂直光から斜めの角度（約７０度）まで広い範囲の入射角の光が使用されるようになっている。この状況に対して適切な反射防止効果を持つ反射防止膜の使用が提案されている（特許文献１、非特許文献２）。

次に、ハードマスクプロセスと呼ばれる被加工基板の加工方法の１例について説明する。

この加工方法では、まず、被加工基板上に下層膜、中間膜、レジストを順次形成する。下層膜、中間膜およびレジストはレジストスタックを構成する。

次に、露光および現像を行って、上記レジストからなるレジストパターンを形成する。このとき、中間膜は露光時において反射防止膜の機能を有する。場合によっては、下層膜も露光時において反射防止膜の機能を有する。

次に、レジストパターンをマスクとして中間膜をエッチングする。

次に、レジストパターン、中間膜をマスクとして下層膜をエッチングする。レジストパターンは、下層膜エッチングの過程で消滅する。

しかし、この種の加工方法には以下の問題がある。

上述の通り、露光工程においては、中間膜は、反射防止膜として機能することが求められ、場合によっては、下層膜も反射防止膜として機能することが求められる。以下、中間膜の単層膜、中間膜および下層膜の積層膜を総称して下地膜という。

一方、エッチンジ工程において、下地膜は、エッチングマスクとしての特性（エッチング選択比、側壁形状の安定性など）が所望である必要がある。しかし、下地膜の膜材料として、反射防止膜およびエッチングマスクの両方の特性を両立できる膜材料を見つけるには時間を要し、また、両方の特性を両立できる膜材料を使用できるとも限らない。その結果、半導体プロセスの立上げ期間が長くなるという問題が生じる。

また、中間膜とレジストとの間、もしくは、下層膜と中間膜との間に反射特性調節のための膜（調整膜）を１層ないし複数層追加することによって、所望の反射防止特性が得られる場合がある。しかし、この方法は、調整膜のエッチングマスクとしての特性を考慮しなければならないのと、調整膜を追加することによる半導体デバイスの製造コストの上昇があり、半導体デバイスの製造においては適切な方法とはいえない。
C.Mack, Microlithography World Feb.2003 松澤, J. Photopolymer Science and Technology、18, 2005, pp. 587-592 特許第３４６８２２６号公報

本発明の目的は、露光条件を調整することにより簡易な方法で所望のパターンを形成することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様による半導体装置の製造方法は、被加工基板上に形成される、露光光に対して反射防止機能を有する膜および該膜上に設けられたレジストを含むレジスト構造を設計する工程と、前記レジストを露光および現像して得られるレジストパターンが設計通りに仕上がるように、前記レジストの露光条件を設計する工程と、前記設計した露光条件で前記レジストを露光し、この露光したレジストを現像して得られるレジストパターンをマスクにして前記レジスト構造の残りの部分をエッチングして得られるパターンをマスクに用いて前記被加工基板をエッチングしてデバイスパターンを形成した場合に、前記レジストパターンが前記デバイスパターンの寸法または形状に与える影響を見積もるための指標値を取得する工程と、前記指標値に基づいて、前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程と、前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程において、前記設計した露光条件を採用しないと判断した場合には、前記設計したレジスト構造を変えずに、前記レジストの露光条件を再設計する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、露光条件を調整することにより簡易な方法で所望のパターンを形成することができる半導体装置の製造方法を実現できるようになる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２は、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

［ステップＳ１］
露光条件を周知の方法にて設計する。この設計した露光条件とエッチング特性に基づいて、レジストおよびその下地膜を含む構造を周知の方法にて設計する。下地膜の例としては、中間膜のみの単層膜、下層膜／中間膜の積層膜、下層膜／中間膜／反射防止膜の積層膜、下層膜／反射防止膜／中間膜の積層膜がある。

さらに、レジスト上に膜を形成する必要がある場合には、レジスト上に形成する膜も含めて設計する。このレジスト上に形成する膜の例としては、液浸露光において、レジスト上に形成する表面保護膜がある。この表面保護膜は、レジストが液浸液に触れることで生じる水しみ（water mark）等の発生を防止するためのものである。

以下、レジストおよび下地膜を含む構造、ならびに、レジスト、下地膜およびレジスト上に形成する膜を含む構造を総称して、レジストスタック（レジスト構造）という。必要な反射防止特性、ＣＤ（critical dimension）精度およびエッチング特性が得られるように、レジストスタックは設計される。

レジストスタックの反射防止性能を設計する方法としては、たとえば、レジストと下地膜の反射率が使用する入射角度範囲内で小さくなるように設計する方法がある。別の方法としては、露光および現像の後に形成されるレジストパターンの３次元形状（寸法を含む）を計算し、レジストパターンのＣＤ（Critical Dimension）の精度が露光量誤差、および、フォーカス誤差に対して十分余裕があるように、レジストスタックを構成する各要素（レジスト、下地膜、表面保護膜）の膜厚と光学定数を設計する方法がある。

［ステップＳ２］
上記レジストスタックのレジストを露光および現像して得られるレジストパターンの高さ方向におけるある位置でのレジスト断面寸法（幅寸法）を取得する。ここでは、レジストパターンの高さ方向におけるくびれの位置での寸法（以下、くびれＣＤ値という。）を取得する。くびれＣＤ値として、レジストパターンの特定高さにおけるくびれの位置での値でも構わないし、あるいは、幅が最も狭いくびれの位置での寸法でも構わない。

くびれＣＤ値は、上記の露光および現像して得られるレジストパターンの３次元形状を計算により予測し、この予測したレジストパターンに基づいて取得するか、あるいは、上記レジストスタックを実際に露光および現像して得られるレジストパターンを実測して取得する。

くびれＣＤ値が小さいと、レジストの上方部分（くびれの位置から上の部分）が現像中に脱離したり、脱離した部分がレジストに再付着するなどして、レジストパターンの形状や寸法に乱れが発生する。このようなレジストパターンの形状や寸法の乱れは、レジストパターンをマスクとして使用したエッチング後の下地膜（中間膜、下層膜）のパターン形状に悪影響を及ぼす。下地膜（中間膜、下層膜）のパターン形状は、下地膜をマスクとして加工することで形成されるデバイスパターンの形状に影響を与える。したがって、くびれＣＤ値は、レジストパターンがデバイスパターンの形状に与える影響を見積もるための指標値となる。具体的には、くびれＣＤ値がある一定値（しきい値）よりも小さくなると、レジストパターンがデバイスパターンの形状（エッチング特性）に悪影響を与えると見積もることができる。

［ステップＳ３］
ステップ３で取得したくびれＣＤ値が、レジストパターンのＣＤ値を設計通りにする露光条件（レジストパターンのＣＤ寸法精度を確保できる露光条件）において、例えば、レジストパターンのボトム寸法が５９ｎｍとなる露光条件において、所定値（しきい値）以上か否かを判断する。この所定値は、レジストの機械強度やアスペクト比、現像液や現像条件に依存して適切に決定する。

［ステップＳ４］
ステップＳ３での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値以上の場合には、ステップＳ２で設計したレジストスタックが、必要な反射防止特性、ＣＤ精度およびエッチング特性は同時に満たされていると判断し、ステップＳ１で設計した露光条件で露光を行う。露光の対象は、ステップＳ２で設計したレジストスタック中のレジストである。

［ステップＳ５］
その後、露光したレジストを現像してレジストパターンを形成し、次いで、このレジストパターンをマスクに用いてレジストスタックの残り部分をエッチングして得られたパターンをマスクに用いて被加工基板をエッチングしてデバイスパターンを形成する等の周知のプロセスフローが続く。

被加工基板の最上層がポリシリコン膜や金属膜の場合、微細な電極パターンや配線パターンなどがデバイスパターンとして形成される。また、被加工基板の最上層が絶縁膜の場合、微細なコンタクトホールパターンやゲート絶縁膜などがデバイスパターンとして形成される。また、被加工基板の最上層が半導体基板の場合、微細な素子分離溝（ＳＴＩ）などがデバイスパターンとして形成される。

［ステップＳ６］
一方、ステップＳ３での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値未満の場合には、ステップＳ６に進み、レジストパターンのＣＤ値を所望にする露光条件（レジストパターンのＣＤ寸法精度を確保できる露光条件）において、くびれＣＤ値が所定値以上となるように、デバイスパターン製造に必要なパターン種類の情報（形状、寸法）に基づいて、露光条件の一つである露光装置の二次元照明形状を修正する。このとき、二次光源形状の変形は、デバイスパターンの中の特定パターンのＣＤ精度の低下、または粗密寸法差の変化を引き起こすことがあるので、これらの悪影響が十分小さい範囲内となるように、二次光源形状の変形の量を決めることが望ましい。二次光源形状は、例えば、二重極照明、四重極照明などの照明形状、ならびに、そのσ値および輝度バランスである。照明形状の設計は、被加工基板上における光の干渉状態を高速に予測できるAerial Imageのシミュレーションモデルを使用して行われる。

図３に、二次光源形状とレジストパターンの断面形状（くびれＣＤ値）との関係の一例を示す。図４に示すように、二次光源形状を変えると、レジストパターンの断面形状が変わり、くびれＣＤ値が変わることが分かる。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）の順で、くびれは緩和され、くびれＣＤ値は大きくなっている。

すなわち、本願発明者らの研究によれば、二次光源形状によってくびれＣＤ値を制御でき、二次光源形状を適切に設定することにより、レジストスタックのエッチング特性を変化させること無く、レジストパターンの断面形状を安定化させ、半導体デバイスパターンを適切に形成することができることが明らかになった。また、レジストスタックの変更なしにレジストパターンの断面形状を安定化させることができるので、半導体プロセスの立上げ期間を短縮できる。二次光源形状の変化がくびれＣＤを変化させる理由は、光のレジスト下面への入射角が変わることにより、レジスト下面からの反射光強度が変化するためである。

なお、図３において、レジストパターンのボトム寸法はみな５９ｎｍである。ボトム寸法は露光条件（例えば露光量）で制御できる。

［ステップＳ７］
ステップＳ１で設計した露光条件のうち、二次元照明形状をステップＳ６で修正した二次元照明形状に置き換えた露光条件を用いて、くびれＣＤ値を再取得する。

［ステップＳ８］
ステップＳ３と同様に、ステップ７で取得したくびれＣＤ値が、所定値以上か否かを判断する。

ステップＳ８での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値以上（ＹＥＳ）の場合には、ステップＳ４へ進む。一方、ステップＳ８での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値未満の場合には、ステップＳ８でＹＥＳが得られるまで、ステップＳ６−Ｓ８を繰り返す。ステップＳ６−Ｓ８を予め決めておいた一定の回数繰り返しても、ステップＳ８でＹＥＳが得られない場合には、プロセスを中止しても構わない。

なお、図４に示すように、ステップＳ８の判断をステップＳ３の判断と共通化する方法（アルゴリズム）にしても構わない。

従来技術では、レジストスタック中の下地膜（中間膜、下層膜等）の材料の制約で、下地膜により反射光を抑制できないという問題が起こる場合もある。また、中間膜とレジストとの間や下層膜と中間膜との間に調整膜を追加して反射光を抑制する方法もあるが、追加する調整膜によって製造コストが上昇するという問題がある。

しかし、本実施形態によれば、露光装置の二次元照明形状によってくびれＣＤを制御しているので、上記従来技術のレジストスタックの変更（下地膜の材料変更や、調整膜の追加による構造変更）に関連した問題は起こらない。したがって、本実施形態によれば、半導体プロセスの立上げ期間の短縮を図れる、レジストスタックを用いた半導体装置の製造方法を実現できるようになる。

以下、他の実施形態について説明する。以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ステップＳ３での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値未満の場合、ステップＳ６ａに進み、レジストパターンのＣＤ値を所望にする露光条件（レジストパターンのＣＤ寸法精度を確保できる露光条件）において、くびれＣＤ値が所定値以上となるように、露光条件の一つである露光光の偏光状態（偏光度）を修正することにある。

図６に、露光光の偏光状態（偏光度）とレジストパターンの断面形状（くびれＣＤ値）との関係の一例を示す。図６に示すように、偏光度を変えると、レジストパターンの断面形状が変わり、くびれＣＤ値が変わることが分かる。図６（ｃ）、図６（ｂ）、図６（ａ）の順で、つまり、偏光度が小さくなるにつれて、くびれは緩和され、くびれＣＤ値は大きくなっている。

すなわち、本願発明者らの研究によれば、露光光の偏光状態（偏光度）によってくびれＣＤ値を制御でき、偏光度を適切に設定することにより、レジストスタックのエッチング特性を変化させること無く、レジストパターンの断面形状を安定化させ、半導体デバイスパターンを適切に形成することができることが明らかになった。また、レジストスタックの変更なしにレジストパターンの断面形状を安定化させることができるので、半導体プロセスの立上げ期間を短縮できる。

露光光の偏光状態の変化がくびれＣＤを変化させる理由は、レジスト下面に入射する光の偏光度が変わることにより、レジスト下面からの反射光強度が変化するためである。一般に、電気ベクトルの振動方向が入射面に平行なｐ偏光光のほうが、電気ベクトルの振動方向が入射面に直交するｓ偏光光よりも界面における反射率が小さいので、ｐ偏光光成分を増大させる偏光状態の変化がレジスト断面形状のくびれの抑制に効果がある。

なお、図６において、レジストパターンのボトム寸法はみな５９ｎｍである。ボトム寸法は露光条件（例えば露光量（酸の拡散考慮））で制御できる。

第１の本実施形態と同様に、ステップＳ８の判断をステップＳ３の判断と共通化する方法（アルゴリズム）にしても構わない。

（第３の実施形態）
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、投影レンズの収差により、くびれＣＤ値を制御することにある。

図７は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、ステップＳ３での判断の結果、くびれＣＤ値が所定値未満の場合、ステップＳ６ｂに進み、レジストパターンのＣＤ値を所望にする露光条件（レジストパターンのＣＤ寸法精度を確保できる露光条件）において、くびれＣＤ値が所定値以上となるように、露光条件の一つである投影レンズの収差を修正することにある。具体的には、球面収差を修正する。

投影レンズの収差は、投影レンズの結像の誤差を表す量であり、とくに球面収差が存在すると光の入射角によって光の位相がずれ、この結果くびれの高さが光の入射角とともにずれる。露光光はある程度の光の入射角の範囲を持っているので、球面収差に応じて、結像により生成されるくびれ位置を入射角の異なる光同士で揃えたり、変えたりできる。すなわち、収差によってくびれＣＤ値を制御でき、収差を適切に設定することにより、レジストスタックのエッチング特性を変化させること無く、レジストパターンの断面形状を安定化させ、半導体デバイスパターンを適切に形成することができることが明らかになった。また、レジストスタックの変更なしにレジストパターンの断面形状を安定化させることができるので、半導体プロセスの立上げ期間を短縮できる。

第１の本実施形態と同様に、ステップＳ８の判断をステップＳ３の判断と共通化する方法（アルゴリズム）にしても構わない。

（第４の実施形態）
第１−第３の実施形態では、露光条件として、二次光源形状、露光光の偏光状態、および投影レンズ収差の一つにより、くびれＣＤ値を制御したが、これらの四つの露光条件のうちの二つ以上により、くびれＣＤ値を制御しても構わない。複数の露光条件によりくびれＣＤ値を制御することにより、レジストパターンの断面形状をより効果的に安定化させることが可能となる。

（第５の実施形態）
第１−第４の実施形態では、指標値としてくびれＣＤ値を使用したが、くびれＣＤ値以外にも、レジストパターンのボトム寸法（レジストパターンの幅に関する寸法）、レジストパターンの側壁角（レジストパターンの形状（レジストパターンの断面形状を台形で近似した場合のその台形の側辺と底辺とのなす角度））、レジストパターンの膜べり（レジストパターンの高さの所定値からの減少量）、レジストや被加工膜に形成するパターンを許容寸法に仕上げるための露光裕度（ＥＬ）、フォーカス裕度（ＤＯＦ）、レジスト上における露光光の光強度分布などが使用可能である。さらに、複数の指標値を使用して、これらの複数の指標が同時に所望の値になるように制御しても構わない。これにより、レジストパターンの断面形状をより効果的に安定化させることが可能となる。

（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る露光装置を模式的に示す図である。

本実施形態の露光装置は、出射されるレーザー光の偏光状態を制御することができるレーザー装置（露光光源）２１と、レーザー装置２１からのレーザー光２２をマスク基板（レチクル）に照明し、マスク基板（レチクル）のパターンを被処理基板に投影するための照明・投影光学系２３とを備えている。

レーザー装置２１は、共振器３１（３２,３３,３４）と、共振器３１内の光路中に設けられ、姿勢制御が可能な偏光子４１とを備えている。偏光子４１はレーザー光２２の波長に対して透明な平行平板で構成されている。偏光子４１（平行平板）に対するレーザー光２２の入射角度θは、Brewster角に設定できるようになっている。入射角度θをBrewster角に設定すると、レーザー光２２はｐ偏光を含まなくなる。偏光子４１は着脱可能であっても構わない。

偏光子４１の姿勢を光路内で変えることにより、レーザー光２２の偏光度が変化する。入射角度θをBrewster角に設定しても、偏光子４１の姿勢を変えることで、入射角度θをBrewster角からずらすことができる。

偏光子４１の姿勢制御は、図１１に示すように、回転軸４２に対する回転角、回転軸４３に対する回転角、または、その両方を変えることで行われる。回転軸４２は、レーザー光２２の入射面（不図示）に含まれ（紙面に対して平行）、かつ、偏光子４１（平行平板）の法線４４に対して垂直である。回転軸４３は、レーザー光２２の入射面（不図示）と直交し（紙面に対して垂直）、かつ、偏光子４１（平行平板）の法線４４に対して垂直である。

共振器３１は、レーザー媒質が封止されたレーザーチャンバ３２と、レーザーチャンバ３２の両端にそれぞれ設けられたミラー３３,３４とを備えている。ミラー３４は、半透明ミラーであり、レーザー光２２の出射側に設けられている。レーザーチャンバ３２内で発生した光が２枚のミラー３３,３４の間を数往復した後、レーザー光２２は偏光子４１を介して照明・投影光学系２３に向かって出射される。レーザー光２２は照明・投影光学系２３の照明光学系に入射する。

本実施形態によれば、偏光子４１の姿勢（回転角度）により、レーザー光２２（露光光）の偏光度を制御することができるので、マスク基板の被照射面における偏光状態を所望の状態に維持することができる。

本実施形態の露光装置は、例えば、第２の実施形態、つまり、くびれＣＤ値が所定値以上となるように、偏光状態（偏光度）を修正するという半導体装置の製造方法の実施に使用できる。

（第７の実施形態）
第６の実施形態では、光の偏光状態を制御する手段（偏光子）が光源内に設けられた場合について説明したが、本実施形態では、光の偏光状態を制御する手段（位相板）が光源の外に設けられた場合について説明する。

図１０は、本実施形態に係る露光装置を模式的に示す図である。光源５０から射出された光（レーザー光）５１は、露光装置内の光路中に設置された位相板５２に入射する。位相板５２は、光５１の偏光状態（直線偏光、円偏光、楕円偏光など）を変化させる機能を有する。

位相板５２の着脱もしくは位相板５２の姿勢制御（回転）により、光５１（射出光）の偏光状態を制御できる。位相板５２は図示しない周知の機構により脱着、姿勢制御されるようになっている。

本実施形態によれば、位相板５２の脱着または姿勢制御（回転）により、光５１の偏光度を制御することができるので、マスク基板の被照射面における偏光状態を所望の状態に維持することができる。

本実施形態の露光装置は、例えば、第２の実施形態の実施に使用できる。

（第８の実施形態）
光リソグラフィー技術を用いて半導体デバイスを製造する際に、フォトマスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。

近年では、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光波長の半分以下の大きさのパターンを露光するような露光装置も開発されている。このような高解像化は、一般に、露光光の短波長化および投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすることでなされる。投影光学系のＮＡを大きくすることは、像面からの垂線と入射光の進行方向との成す角が大きくなることを意味する。

高ＮＡ結像では、露光光の偏光が問題となる。例えば、ラインとスペースが繰り返されているような、ライン・アンド・スペース（ＬＳ）パターンを露光する場合を考える。ＬＳパターンは、平面波２光束干渉によって形成される。２光束の入射方向ベクトルを含む面を入射平面とし、光の電気ベクトルが入射平面に垂直な偏光をｓ偏光、入射平面に平行な偏光をｐ偏光とする（特開２００７−２５８５７５号公報）。

２光束の入射方向ベクトルの互いに成す角が９０度に近い場合、ｓ偏光は干渉するのでＬＳパターンに応じた光強度分布が像面上に形成される。一方、ｐ偏光は電気ベクトルの振動方向が垂直に近くなるため、干渉の効果が弱くなって光強度分布が一定に近くなり、ＬＳパターンに応じた光強度分布が像面上に形成されることはない。

ｓ偏光とｐ偏光が混在していると、ｓ偏光だけのときよりもコントラストが悪い光強度分布が像面上に形成され、ｐ偏光の割合が大きくなると像面上の光強度分布のコントラストが低下し、パターンが形成されにくくなる。このため、たとえばハーフピッチが４５ｎｍの微細ラインアンドスペースパターンを形成する際には、ｓ偏光の光で露光することが一般的である。

さらには、露光装置間の照明の偏光度の微小な違いは、疎パターンと密パターンの像性能に影響を与え、露光装置間の疎密寸法差を発生させる。疎密寸法差が存在する露光装置間では同じフォトマスクを使用できず、言い換えると異なる光近接効果補正（ＯＰＣ）が施されたマスクが必要となる。このような、露光装置ごとに異なるＯＰＣを適用することは、半導体デバイス量産のリードタイムおよびＯＰＣの計算コストの観点から受け入れることは困難である。

近年、微細な半導体デバイスパターンを形成するために、エキシマレーザーを光源とする露光装置が一般に使用されている（例えば、特開２００３−３４７６２７号公報）。

エキシマレーザーは偏光光を発する構造となっており、前に述べた偏光照明露光を行う際に、このエキシマーレーザーの偏光度の誤差が像特性に影響を及ぼす。偏光度の誤差は露光装置間で一般には異なるので、上述した半導体デバイス量産のリードタイムおよびＯＰＣの計算コストの問題もある。

本実施形態では、上述した露光装置間での偏光度の誤差の違いにより生じる問題を解決できる半導体装置の製造方法について説明する。

図１３は、第９の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

［ステップＳ１１］
レーザー光を露光光とする第１の露光装置の被加工基板上における露光光の偏光状態（偏光度）を周知の方法にて計測する。この計測結果をＤｏＰ１と表記する。

［ステップＳ１２］
レーザー光を露光光とする第２の露光装置の被加工基板上における露光光の偏光状態（偏光度）ＤｏＰ２を周知の方法にて計測する。この計測結果をＤｏＰ２と表記する。第１の露光装置と第２の露光装置との構成上の違いは、レーザー光の偏光状態を制御することができるか否かにあり、その他の構成は同じである。ここでは、第２の露光装置がレーザー光の偏光状態を制御することができるとする。このような第２の露光装置の例としては、第７の実施形態や第８の実施形態で述べた露光装置があるが、これらに限定されるものではない。

［ステップＳ１３］
ステップＳ１１およびＳ１２の計測結果（ＤｏＰ１,ＤｏＰ２）に基づいて、第２の露光装置のレーザー光の偏光状態が第１の露光装置のレーザー光の偏光状態に近づくように（ＤｏＰ２→ＤｏＰ１）、第２の露光装置のレーザー光の偏光状態を制御する。これにより、第２の露光装置の被加工基板上のレジスト上における像特性を、第１の露光装置の被加工基板上のレジスト上における像特性に近づけることが可能となる。上記像特性とは、例えば、第１のパターンと、該第１のパターンとは異なる周期性を有する第２のパターンとの間の寸法差や、第１のパターンの露光量余裕度や、光強度分布である。

［ステップＳ１４］
ステップＳ１３にてレーザー光の偏光状態が制御された第２の露光装置を用いて、被加工基板上のレジストを露光する。

［ステップＳ１５］
露光したレジストを現像してレジストパターンを形成する工程、このマスクパターンをマスクにして被加工基板をエッチングする工程等の周知の工程を経て、デバイスパターンを形成する。

本実施形態によれば、第１の露光装置と第２の露光装置との間で像特性を共通化でき、同じＯＰＣを施したマスクを使用できることから、装置稼動までのリードタイムを短縮でき、生産性の向上を図れるようになる。

なお、第１および第２の露光装置の両方がレーザー光の偏光状態を制御できても構わない。この場合、例えば、第１の露光装置のレーザー光の偏光状態（Ｓ偏光、Ｐ偏光）を制御して所望の像特性（例えば、ＬＳパターンに応じた光強度分布が像面上に形成されるように）を得るようにし、さらに、上記の所望の像特性が得られるように第２の露光装置のレーザー光の偏光状態を制御することにより、微細なデバイスパターンを精度良く形成することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 図１に続く第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 二次光源形状とレジストパターンの断面形状（くびれＣＤ値）との関係の一例を示す図。 第１の実施形態の変形例を説明するためのフローチャート。 第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 露光光の偏光状態（偏光度）とレジストパターンの断面形状（くびれＣＤ値）との関係の一例を示す図。 第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 第５の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。 偏光子の姿勢制御を説明するための図。 第８の実施形態に係る露光装置を模式的に示す図。 第９の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

符号の説明

２１…レーザー装置（露光光源）、２２…レーザー光、２３…照明・投影光学系、３１…共振器、３２…レーザーチャンバ、３３,３４…ミラー、４１…偏光子、４２,４３…回転軸、４４…法線、５０…光源、５２…レーザー光、５２…位相板。

Claims (5)

1. 被加工基板上に形成される、露光光に対して反射防止機能を有する膜および該膜上に設けられたレジストを含むレジスト構造を設計する工程と、
   前記レジストを露光および現像して得られるレジストパターンが設計通りに仕上がるように、前記レジストの露光条件を設計する工程と、
   前記設計した露光条件で前記レジストを露光し、この露光したレジストを現像して得られるレジストパターンをマスクに用いて前記レジスト構造の残りの部分をエッチングして得られるパターンをマスクに用いて前記被加工基板をエッチングしてデバイスパターンを形成した場合に、前記レジストパターンが前記デバイスパターンの寸法または形状に与える影響を見積もるための指標値を取得する工程と、
   前記指標値に基づいて、前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程と、
   前記設計した露光条件を採用するか否かを判断する工程において、前記設計した露光条件を採用しないと判断した場合には、前記設計したレジスト構造を変えずに、前記レジストの露光条件を再設計する工程と
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記露光条件は、露光装置の二次光源形状、露光光の偏光状態、および、露光装置の投影レンズの収差を含み、
   前記レジストの露光条件を再設計する工程において、前記二次光源形状、前記偏光状態、および、前記収差のうちの少なくとも一つを再設計することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記指標値は、前記レジストパターンの幅に関する寸法、前記レジストパターンの側壁角、前記レジストパターンの膜べり、露光裕度、フォーカス裕度、または、前記レジスト上における前記露光光の光強度分布であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記レジスト構造は、前記レジストの表面を液体から保護する保護膜をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記レジストの露光条件を再設計する工程において、少なくとも前記偏光状態を再設計する場合には、前記露光光の偏光状態を制御できる露光装置を用いて前記レジストを露光することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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