JP3927003B2 - 露光方法 - Google Patents
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Description
【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
Claims (8)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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