JP2004111579A

JP2004111579A - 露光方法及び装置

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Publication number: JP2004111579A
Application number: JP2002270751A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Morohoshi; 諸星　洋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-04-08
Also published as: US7095481B2; US20040053148A1

Abstract

【課題】投影光学系の残存収差による像質劣化を抑え、所望のパターンを形成することができる解像度に優れた露光方法及び装置を提供する。
【解決手段】マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、前記マスクを照明する有効光源の領域が複数に分割された点光源において、前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるステップと、前記Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、前記点光源の強度によって有効光源分布を決定するステップとを有することを特徴とする露光方法を提供する。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、薄膜磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイスを製造するのに使用される露光方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）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縮小投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
近年では、電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなるため、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が図られている。
【０００４】
一方、回路パターンの微細化に伴い、投影光学系の投影像の像質に対する要求も厳しくなっている。例えば、１３０ｎｍノードの半導体素子においては、投影像で回路パターンの線幅ばらつき１０ｎｍ以下が要求されている。かかる投影像の像質に対する要求に応えるために、投影光学系の残像収差をできる限り小さくすることが必要であり、投影光学系の設計値及び設計手法の最適化、投影光学系の製造工程の高精度化、残存収差調整手法及び機構の開発などが行われている。しかし、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化に伴い、残存収差を小さくすることが困難となってきている。
【０００５】
そこで、投影光学系の残存収差による投影像の像質劣化が許容できない場合は、かかる像質劣化が半導体素子の製造に影響をおよぼさないように、露光装置に収差補正機構を搭載することや投影光学系の開口数及び／又は照明光学系の開口数（半導体素子の露光装置では、投影光学系の開口数との比、σ＝照明光学系の開口数／投影光学系の開口数を使って表現されることが多い。）に微小なオフセットを加えて像質の劣化を抑えることが行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、露光装置に搭載されている収差補正機構では、投影光学系の残存収差のうち、低次の波面収差のみしか補正することができない。このことについて詳細に説明する。波動光学において投影光学系の収差量は、瞳面上各点での光波の位相のばらつきで表される。換言すれば、波面（光波の位相が同一の面）の歪み（波面収差）として表すことができる。一般に投影光学系の瞳面は円形をしているので、波面収差は瞳面上の極座標（ｒ、θ）に対して以下の数式１及び数式２で示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式で表される。なお、半導体素子の露光装置では、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｉを用いて投影光学系の収差量を表すことが一般的となってきている。
【０００７】
【数１】

【０００８】
【数２】

【０００９】
整数ｎ及びｍの値が小さい、即ち、ｒに関する関数の次数が低いＺｅｒｎｉｋｅ係数で表される収差を低次収差と呼称しており、投影光学系のレンズ間隔や露光光の波長を微小に変化させて収差補正を行う従来の収差補正機構では低次の収差補正しか行えず、高次の収差は残存収差となってしまう。
【００１０】
また、投影光学系の開口数及び／又は照明光学系の開口数に微小なオフセットを加えて像質劣化を抑える方法では、変更可能なパラメータが開口数だけであるため、全ての半導体素子の回路パターンに要求される像質劣化を抑えることができない。
【００１１】
一方、投影像の残存収差による寸法変動や形状変化を想定して、マスク上の回路パターンの寸法にオフセットを加えたり、補助パターンを付加したりして形状変化を抑える方法も考えられる。しかし、投影光学系の残存収差と回路パターンの形状変化に合わせて露光毎に最適な寸法オフセットや補助パターン形状を決定しなければならず、マスク設計の大きな負荷となる。また、寸法オフセットや補助パターンを加えることによってマスク製造のコストを増大させる要因ともなる。
【００１２】
更に、露光装置間で残存収差が異なるため、多大な時間とコストをかけて製造したマスクであっても、回路パターンの像質への要求が最も厳しい工程では、固定した装置でしか像質劣化を許容範囲に抑えることができない。従って、露光装置の運用が非効率なものとなり、半導体素子の生産能力（スループット）を落とす原因となる。
【００１３】
そこで、本発明は、投影光学系の残存収差による像質劣化を抑え、所望のパターンを形成することができる解像度に優れた露光方法及び装置を提供することを例示的目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光方法は、マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、前記マスクを照明する有効光源の領域が複数に分割された点光源において、前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるステップと、前記Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、前記点光源の強度によって有効光源分布を決定するステップとを有することを特徴とする。かかる露光方法によれば、投影光学系の波面収差に応じて、任意の有効光源分布を決定することができるので、波面収差による像質の劣化を防止することができる。前記Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるステップは、全ての複数の前記点光源と前記Ｚｅｒｎｉｋｅ係数との組み合わせについて行われることを特徴とする。前記有効光源決定ステップは、前記所望のパターンの像質が劣化しないように、前記点光源の強度を変えた組み合わせから前記有効光源を決定することを特徴とする。前記波面収差は、前記投影光学系の残存収差を含むことを特徴とする。上述の露光方法を実行するプログラムも本発明の別の側面を構成する。
【００１５】
本発明の別の側面としての露光装置は、マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光装置であって、前記マスクを照明する有効光源の分布形状を可変とする照明光学系と、前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、前記有効光源の分布形状を制御する制御部とを有することを特徴とする。かかる露光装置によれば、上述の露光方法の作用と同様の作用を奏する。
【００１６】
本発明の更に別の側面としてのデータベースは、マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法に適した有効光源の設定に使用されるデータベースであって、前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を表示することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光した前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とする。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の露光方法及び露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
図１は、本発明の例示的一態様である露光方法１０００を説明するためのフローチャートである。露光方法１０００は、マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法である。
【００２１】
図１を参照するに、まず、マスクを照明する有効光源の領域を点光源に分割する（ステップ１００２）。例えば、有効光源の領域を格子上に分割し、分割した各点光源を行番号ｉと列番号ｊを添え字にして表すものとする。即ち、行番号ｉ、列番号ｊに位置する点光源をＰ_ｉｊと表すものとする。従って、各点光源Ｐ_ｉｊの強度をｂ_ｉｊとすれば、有効光源の領域内の任意の有効光源分布ＩＬを以下の数式３で表すことができる。
【００２２】
【数３】

【００２３】
次に、マスクに形成された所望のパターンの形状と、かかる所望のパターンにおいて改善したい像質とを入力情報として、各点光源Ｐ_ｉｊについてＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋに対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を光学シミュレーションを用いて求める（ステップ１００４）。ここで、Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数とは、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋの変化に対する所望のパターンの像質の変化の敏感度を表す係数であって、像質の変化をｘ、点光源Ｐ_ｉｊのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋに対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数をａ_ｉｊｋとすれば、以下の数式４で表すことができる。
【００２４】
【数４】

【００２５】
そして、全ての点光源Ｐ_ｉｊについてＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを求めたか判断し（ステップ１００６）、求めていなければ、ステップ１００４を繰り返して全ての点光源Ｐ_ｉｊについてＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを求める。
【００２６】
また、全てのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋについてＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを求めたか判断し（ステップ１００８）、求めていなければ、ステップ１００４を繰り返して全てのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋについてＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを求める。ステップ１００４乃至ステップ１００８によって、全ての点光源Ｐ_ｉｊと全てのＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｋとの組み合わせについてＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋが求まる。
【００２７】
続いて、像質改善を行いたい投影光学系の波面収差情報をＺｅｒｎｉｋｅ係数の形で入力し、ステップ１００４乃至ステップ１００８で求めたＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを用いて、任意の有効光源分布に対して投影光学系における所望のパターンの像質を計算する。ここで、任意の有効光源分布は、上述したように、各点光源Ｐ_ｉｊの強度ｂ_ｉｊを用いて数式３で表すことができるので、任意の有効光源分布と波面収差Ｃ_ｋ´をもつ投影光学系との組み合わせで得られる所望のパターンの像質ｘ´は、以下の数式５で表すことができる。
【００２８】
【数５】

【００２９】
即ち、Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを用いることによって、任意の有効光源分布に対する像質を簡易に計算することが可能となる。
【００３０】
このように、数式５で計算される任意の有効光源分布による像質ｘ´の中から、所望のパターンに所望される像質に最も近いものを選択することができる。即ち、像質ｘ´を所望の像質に最も近づけるための最適な有効光源Ｐ_ｉｊの強度ｂ_ｉｊ´の組み合わせを求めることができる（ステップ１０１０）。
【００３１】
この際、波面収差Ｃ_ｋ´をもつ投影光学系において、所望のパターンの像質を所望の像質にする最適な有効光源分布ＩＬｏは、以下に示す数式６で決定される（ステップ１０１２）。
【００３２】
【数６】

【００３３】
そして、最適な有効光源分布ＩＬｏを用いてマスクを照明し、マスク上に形成された所望のパターンを被処理体に露光する。なお、ステップ１０１２で求めたＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を全ての有効な光源位置に対しデータベース化し、保存することもできる。
【００３４】
本発明の露光方法１０００は、所望のパターンがどのような形状であっても、また、投影光学系の波面収差、例えば、残存収差がどのような量であっても、必要とする投影像質の改善を行うことができる最適有効光源分布を簡便に決定することができる。
【００３５】
従って、かかる最適有効光源分布を任意の有効光源形状分布を形成可能な照明光学系によって形成し、マスク上の所望のパターンを照明することで、投影光学系によって被処理体上へ投影される投影像の残存収差による像質劣化を抑え、解像度に優れた露光を行うことができる。
【００３６】
また、投影光学系の波面収差による投影像質の劣化の防止が、照明光学系の形成する任意の有効光源分布によって可能となるため、マスク上の所望のパターンに寸法オフセットや補助パターンを付加する必要がなく、マスク設計の負荷やマスクコストを低減することができる。
【００３７】
以下に、図２乃至図１３を参照して、本発明の露光方法１０００による最適有効光源分布決定を半導体製造用の露光装置１で行った具体的な実施形態について説明する。図２は、本発明の一側面としての露光装置１の例示的一形態を示す概略構成図である。露光装置１は、図２に示すように、所望のパターン２１０が形成されたマスク２００を照明する照明装置１００と、照明された所望のパターン２１０から生じる回折光をプレート４００に投影する投影光学系３００と、プレート４００を支持するステージ４５０と、オートフォーカス系５００と、制御部６００とを有する。
【００３８】
露光装置１は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク２００に形成された所望のパターン２１０をプレート４００に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」は、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００３９】
照明装置１００は、転写用の所望のパターン２１０が形成されたマスク２００を照明し、光源部１１０と、照明光学系１２０とを有する。
【００４０】
光源部１１０は、例えば、光源としてレーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５３ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなどを使用することができるが、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００４１】
照明光学系１２０は、マスク２００を照明する光学系であり、マスク２００を照明する有効光源の分布形状を可変とすることができる。照明光学系１２０は、本実施形態では、インプットレンズ１２１と、フライアイレンズ１２２と、開口絞り１２３と、第１のリレーレンズ１２４と、投影式レチクルブラインド１２５と、第２のリレーレンズ１２６と、メインコンデンサーレンズ１２７とを有する。なお、照明光学系１２０は、開口形状を変更可能な開口絞り１２３により、任意の有効光源分布を形成しているが、例えば、プリズムなどを用いてもよい。
【００４２】
光源部１１０から射出される照明される照明光ＩＬは、インプットレンズ１２１、フライアイレンズ１２２を経て、開口絞り１２３にて任意の有効光源分布に形成された後、第１のリレーレンズ１２４を通り、投影式レチクルブラインド１２５にてマスク２００上の照明領域を限定されて、第２のリレーレンズ１２６、メインコンデンサーレンズ１２７を経てマスク２００を照明する。
【００４３】
マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき所望のパターン（又は像）２１０が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２００上に配置された所望のパターン２１０は、照明光ＩＬにて照明され、投影光学系３００を介してウェハステージ４５０上に載置されたプレート４００上に投影される。マスク２００とプレート４００は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１はスキャナーであるため、マスク２００とプレート４００を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク２００のパターン２１０をプレート４００上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク２００とプレート４００を静止させた状態で露光が行われる。
【００４４】
投影光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００４５】
プレート４００は、ウェハステージ４５０上のウェハホルダー４５２に吸着保持されており、オートフォーカス系５００の検出結果に基づき、制御回路５１０に制御された駆動機構５２０よってプレート４００の表面と投影光学系３００の結像面ＺＰとを一致させることができるようになっている。また、プレート４００は、ウェハステージ４５０によってＸ方向、又は、Ｙ方向に移動可能であり、プレート４００の任意の位置にマスク２００上の所望のパターン２１０の投影光学系３００を介した投影像を転写可能となっている。
【００４６】
制御部６００は、投影光学系３００の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する所望のパターン２１０の像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、有効光源の分布形状を制御する。即ち、制御部６００は、照明光学系１２０の開口絞り１２３の開口形状を制御して、最適有効光源分布を形成する。
【００４７】
図３は、図２に示すマスク２００上の所望のパターン２１０の詳細を示す概略平面図である。所望のパターン２１０は、本実施形態では、Ｌ字形状をしており、図中縦方向のパターン２１０ａの線幅ｈｄと図中横方向のパターン２１０ｂの線幅ｖｄとの差分Δｈｖ＝ｈｄ−ｖｄの値を、プレート４００上に投影された投影像において小さく抑えることが、かかるＬ字形状の所望のパターン２１０に必要な像質とする。即ち、露光方法１０００のステップ１００４における数式４の改善したい像質ｘをΔｈｖとする。
【００４８】
図４は、最適化を行う前の照明光学系１２０の有効光源分布１３０を示す概略平面図である。有効光源分布１３０は、図４に示すように、輪帯形状をしており、投影光学系３００の開口数に相当する円の直径を１としたとき、輪帯形状の外側の直径は０．７５、内側の直径は０．５０である。なお、図４に示す有効光源分布１３０は、典型的に、露光装置１の照明光学系１２０において、フライアイレンズ１２２の射出面の直後に配置された開口絞り１２３の形状として具体化される。開口絞り１２３は、露光装置１の投影光学系３００の瞳面３１０と共役な位置に設けられており、開口絞り１２３の開口形状は投影光学系３００の瞳面３１０の有効光源分布に相当する。
【００４９】
図３に示すマスク２００の所望のパターン２１０を、図４に示す有効光源分布１３０をもち、光源部１１０がＫｒＦエキシマレーザーである照明装置１００で照明し、開口数０．７３の投影光学系３００を介したプレート４００上での投影像において、各Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対し、パターン２１０ａの線幅ｈｄとパターン２１０ｂの線幅ｖｄがどのように変化するかを光学シミュレーションによって計算した結果の一例を図５に示す。ここで、計算に使用したＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_ｉ（ｉ＝１〜３６）の数式１に対応する数式を表１に示す。
【００５０】
【表１】

【００５１】
図５は、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１の変化に対する図３に示すパターン２１０ａの線幅ｈｄとパターン２１０ｂの線幅ｖｄの変化を示すグラフである。図５を参照するに、パターン２１０ａの線幅ｈｄとパターン２１０ｂの線幅ｖｄは、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１の変化に対して２次関数形状で変化をし、以下に示す数式７で表すことができる。
【００５２】
【数７】

【００５３】
但し、ｈ０及びｖ０は、投影光学系３００の残存収差が０の場合のパターン２１０ａの線幅ｈｄ及びパターン２１０ｂの線幅ｖｄである。
【００５４】
即ち、露光方法１０００のステップ１００４における数式４で表されるＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋの内、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１に対する像質ΔｈｖのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数をａ_ｈ及びａ_ｖで表す。
【００５５】
また、図５を参照するに、投影光学系３００にＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１が大きくんなるような残存収差がある場合、図３の示したＬ字形状の所望のパターン２１０の投影像のΔｈｖが劣化することがわかる。
【００５６】
Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１で表されるような残存収差は、従来の露光装置に搭載されている収差補正機構では補正できない収差である。
【００５７】
そこで、本発明の露光方法１０００に基づき、最適有効光源分布を形成し、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１で表される投影光学系３００の残存収差による像質劣化を改善する。
【００５８】
露光方法１０００は、上述したように、各Ｚｅｒｎｉｋｅ項毎に、かかるＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対する点光源による投影像の像質変化（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数）を全ての有効な光源位置に対してデータベース化することが可能であり、かかるデータベースから所望のパターン２１０の投影像の像質を最適にする各点光源の強度を変えた組み合わせから最適有効光源分布を決定することができる。但し、本実施形態では、説明を簡略にするために、図６に示すように、有効光源分布１４０の中心Ｃを通る水平線上に直径０．１０の２つの有効光源１４２を付加し、２つの有効光源１４２間の距離ｒｓを変化させた場合の像質ΔｈｖのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を数式７の２次関数ａ_ｈ及びａ_ｖで表して有効光源分布１４０を最適化し、像質Δｈｖを改善する方法について説明する。ここで、図６は、Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるための有効光源分布１４０を示す概略平面図である。
【００５９】
２つの有効光源１４２間の距離ｒｓを変化させた場合における、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１の変化に対するパターン２１０ａの線幅ｈｄとパターン２１０ｂの線幅ｖｄのＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｈ及びａ_ｖの変化を表２に示す。表２の値は、露光方法１０００において、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１についてのみＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｉｊｋを計算した結果に相当する。
【００６０】
【表２】

【００６１】
表２を参照するに、図４に示す最適化を行う前の照明光学系１２０の有効光源分布１３０では、Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｈ及びａ_ｖの差が大きく、図５に示したように、投影光学系３００にＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１が大きくなるような残存収差がある場合、図２に示したＬ字形状の所望のパターン２１０の投影像の像質Δｈｖが劣化することが理解できる。
【００６２】
一方、図６のように２つの小さな有効光源１４２を付加した場合、Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数ａ_ｈ及びａ_ｖの差を小さくすることができることも表２からわかる。即ち、２つの有効光源１４２間の距離ｒｓ＝０．２５となる２つの有効光源１４２を付加することにより、投影光学系３００にＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１が大きくなるような残存収差がある場合にも像質Δｈｖの劣化を改善できることがわかる。つまり、露光方法１０００から求められる最適な有効光源分布は、図７に示すように、図４の有効光源分布１３０に距離ｒｓ＝０．２５となる２つの有効光源１４２を付加した有効光源分布１４０である。図７は、最適化を行った後の照明光学系１２０の有効光源分布１４０を示す概略平面図である。
【００６３】
実際にＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１を変化させた場合のΔｈｖの変化を図４の最適化を行う前の照明光学系１２０の有効光源分布１３０と図７の最適な有効光源分布１４０とを比較した結果を図８に示す。図８を参照するに、図４の有効光源分布１３０を図７の最適な有効光源分布１４０にすることで、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１で表される大きな残存収差が投影光学系３００にある場合でも、像質Δｈｖの劣化を防ぐことができることがわかる。ここで、図８は、最適化前後の有効光源分布１３０及び１４０におけるＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１で表される投影光学系３００の残存収差による像質Δｈｖの変化を示すグラフである。
【００６４】
このように、投影光学系３００に残存収差がある場合に、かかる残存収差によって発生するマスク２００上の所望のパターン２１０のプレート４００への投影像の像質劣化を、照明光学系１２０で形成される有効光源分布を最適化することによって補正する際に、有効光源を任意の領域をもつ点光源の集合と見なし、投影光学系３００の残存収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に分解した場合の各Ｚｅｒｎｉｋｅ項毎にそのＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化量に対する各点光源による投影像の像質変化（Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数）を全ての有効な光源位置に対して計算し、表２に示すようにデータベース（テーブル）化することによって、像質改善に最適な有効光源分布を簡易に決定することができる。
【００６５】
本実施形態では、説明を簡略化するために、投影光学系３００の残存収差がＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１に相当する収差のみが大きく発生しているものとして計算し、表２においてもＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１項に対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を示したが、残存収差がＺｅｒｎｉｋｅ係数Ｃ_１１項以外の場合であっても同様にそのＺｅｒｎｉｋｅ係数項に対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を計算することによって最適な有効光源分布を決定することができる。
【００６６】
また、投影光学系３００の残存収差が複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数項の組み合わせで表される場合であっても、複数のＺｅｒｎｉｋｅ係数に対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度を計算し、投影像の像質劣化を複数のＺｅｒｎｉｋｅ敏感度の関数として表すことによって、像質劣化を最小とする最適な有効光源分布を決定することができる。
【００６７】
更に、本実施形態では、マスク２００に形成される所望のパターン２１０をＬ字形状のパターンとし、改善すべき像質劣化をΔｈｖで表される量としたが、形状の異なるパターンの異なる量で評価される像質であっても、かかるパターンでの着目すべき像質に対するＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めることによって、像質劣化を最小とする最適な有効光源分布を決定することができる。また、着目すべき像質が複数であっても、同様に、最適な有効光源分布を決定することができる。
【００６８】
更に、所望のパターンの改善すべき像質のＺｒｎｉｋｅ敏感度係数を計算し、データベース化する過程と、かかるデータベースから最適な有効光源分布を決定する過程を自動的に計算できるようにソフトウェア化することも可能である。このようなプログラムも本発明の側面を構成する。
【００６９】
更に、データベースを記憶した装置と計算機から構成される最適な有効光源分布を決定するシステムとして構成することも可能である。なお、本実施形態では、かかる最適な有効光源分布を決定するシステムを露光装置１の制御部６００が担っている。
【００７０】
更に、露光装置１の有する投影光学系３００の収差に対する最適な有効光源分布を自動計算し、露光装置１にフィードバックをかけるように構成することもできる。例えば、有効光源分布を任意の形状に可変できる機構を構成すれば、計算結果に応じて、最適な有効光源分布に自動的に変更する露光システムを構成することも可能である。
【００７１】
ここで、有効光源分布を任意の形状に可変できる機構としてテキサスインスツルメンツ社のＤｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ（以下、ＤＭＤと称する。）を用いて露光システムを構成した実施例を説明する。
【００７２】
図９は、ＤＭＤ７００を示す概略構成図である。ＤＭＤ７００の表面には微細なミラー７１０が格子状に並べられていて、一つのミラー面を構成している。更に、一つ一つの微細なミラー７１０は、傾きを変えられるようにねじれヒンジ７２０で支持されており、ミラー７１０の下に配置された２つの駆動電極を、オン及びオフすることで、静電気力でミラー７１０を吸引して傾きを制御することができる。即ち、ミラー面を分割した微細な領域毎にミラー７１０の角度を±１０度の範囲で制御できるようになっている。微細なミラーの駆動機構の下には、制御用の電子回路７３０が構成されており、制御信号の入力で毎秒５０００回以上のミラー駆動制御が可能となっている。
【００７３】
図１０は、図９に示すＤＭＤ７００を用いた有効光源分布の形状を任意に可変することができる照明装置８００の一例を示す概略構成図である。図１０を参照するに、光源部１１０から射出した光は、インプットレンズ１２１によってフライアイレンズ１２２上に結像する。即ち、照明装置８００は、フライアイレンズ１２２を２次光源とするケーラー照明をしている。フライアイレンズ１２２の射出面とリレーレンズ１２４を通した共役な位置には、ＤＭＤ７００が配置されており、ＤＭＤ７００のミラー面にフライアイレンズ１２２の射出面が結像する。つまり、ＤＭＤ７００のミラー面上には２次光源形状、即ち、有効光源形状が投影されていることになる。
【００７４】
ここで、図１１に示すように、ＤＭＤ７００の微細ミラー７１０のうち、有効光源分布に使用する部分にあたるミラー７１０ａを−１０度に、有効光源分布に使用しない部分のミラー７１０ｂを＋１０度に傾ける。図１１は、図１０に示すＤＭＤ７００の部分拡大図である。
【００７５】
−１０度に傾けたミラー７１０ａからの反射光ＲＬ１は左下方向に反射し、図１０に示すリレーレンズ１２６、リレーレンズ１２８及びコンデンサーレンズ１２７を経てマスク２００面を照明する。一方、＋１０度に傾けたミラー７１０ｂからの反射光ＲＬ２は左上方向に反射し、図１０に示すリレーレンズ１２９を経て光吸収体８２１に吸収される。
【００７６】
即ち、−１０度に傾けたミラー７１０ｂからの反射光ＲＬ１のみが、有効光源としてマスク２００面上を照明することになり、−１０度及び＋１０度に傾けるミラー７１０ａ及び７１０ｂの位置を任意に制御することにより、マスク２００面を照明する照明光の有効光源分布の形状を任意に変更することができる。
【００７７】
図１２は、図９に示すＤＭＤ７００を用いた有効光源分布の形状を任意に可変することができる別の照明装置９００の一例を示す概略構成図である。照明装置９００は、図１０に示す照明装置８００と同じく、フライアイレンズ１２２を２次光源とするケーラー照明をしている。フライアイレンズ１２２の後段に偏光ビームスプリッター９２１が配置されており、照明光の偏光状態に応じて光路は２つに分割させる。２つの光路に分かれた照明光は、λ／４板９２２及びリレーレンズ９２４を経てＤＭＤ７００ａに、λ／４板９２３及びリレーレンズ９２５を経てＤＭＤ７００ｂに到達する。照明装置９００は、図１０に示す照明装置８００と同様に、ＤＭＤ７００ａ及び７００ｂは、フライアイレンズ１２２と共役な位置に配置されており、偏光状態に応じた有効光源分布がＤＭＤミラー面上に投影される。
【００７８】
ここで、図１３に示すように、ＤＭＤ７００ａ及び７００ｂにおいて、マスク２００を照明する有効光源として使用する部分のミラー７１０ａを０度に、有効光源として使用しない部分のミラー７１０ｂを−１０度に傾けると、０度のミラー７１０ａに投影された照明光ＲＬ１は、ミラー７１０ａで正反射し、λ／４板９２２（λ／４板９２３）を経てビームスプリッター９２１に再び入射する。一方、−１０度に傾いたミラー７１０ｂからの反射光ＲＬ２は、左下方向に反射され、図１２に示すリレーレンズ９２６（リレーレンズ９２７）を経て光吸収体９２８（光吸収体９２９）に吸収される。図１３は、図１２に示すＤＭＤ７００ａ（ＤＭＤ７００ｂ）の部分拡大図である。
【００７９】
ミラー７１０ａで正反射された照明光ＲＬ１は、行き帰りでλ／４板９２２（λ／４板９２３）を２回通ることになるので偏光状態が反転し、ビームスプリッター９２１、リレーレンズ９３１、コンデンサーレンズ１２７を経て、マスク２００面上を照明する。
【００８０】
この際、ＤＭＤ７００ａ及び７００ｂを連動して駆動させ、ビームスプリッター９２１で分かれた２つの光路で形成される有効光源分布の形状を一致させることで、照明光の光量の損失を少なくすることができる。
【００８１】
ビームスプリッター９２１とリレーレンズ９３１との間にλ／４板９３２を配置することで、マスク２００面上に照射する照明光を無偏光化することができる。また、干渉縞による照明光の照度ムラが問題となる場合は、光源部１１０にインコヒーレント化された光を用いればよい。
【００８２】
このように、ＤＭＤ７００を用いることにより、照明光の有効光源分布を任意に変更可能な照明装置を構成することが可能である。また、有効光源分布の形状を任意に変更する手段として、例えば、所望のパターンの種類に応じて、必要な数だけ最適な有効光源分布を形成可能な開口絞り１２３を照明光学系１２０内に保持し、図示しない制御機構によって自動的に切り替える機構であってもよい。また、開口絞り１２３を任意の位置の照明光を透過、又は、遮断の切り替えのできる、例えば、液晶表示装置のような機構とし、図示しない制御装置で自動的に任意の形状を形成できるようにしてもよい。
【００８３】
次に、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー工程によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００８４】
図１５は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本発明のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、本発明のリソグラフィー技術を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００８５】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の露光方法及び装置によれば、投影光学系の残存収差による像質劣化を抑え、所望のパターンを解像度よく形成することができる。よって、かかる露光方法及び装置は、高品位なデバイスを露光性能良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の例示的一態様である露光方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図３】図２に示すマスク上の所望のパターンの詳細を示す概略平面図である。
【図４】最適化を行う前の照明光学系の有効光源分布を示す概略平面図である。
【図５】Ｚｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する図３に示すパターンの線幅の変化を示すグラフである。
【図６】Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるための有効光源分布を示す概略平面図である。
【図７】最適化を行った後の照明光学系の有効光源分布を示す概略平面図である。
【図８】最適化前後の有効光源分布におけるＺｅｒｎｉｋｅ係数で表される投影光学系の残存収差による像質の変化を示すグラフである。
【図９】Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅを示す概略構成図である。
【図１０】図９に示すＤＭＤを用いた有効光源分布の形状を任意に可変することができる照明装置の一例を示す概略構成図である。
【図１１】図１０に示すＤＭＤの部分拡大図である。
【図１２】図９に示すＤＭＤを用いた有効光源分布の形状を任意に可変することができる別の照明装置の一例を示す概略構成図である。
【図１３】図１２に示すＤＭＤの部分拡大図である。
【図１４】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１４に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　露光装置
１００　　　　　　　　　　　照明装置
１２０　　　　　　　　　　　照明光学系
１２１　　　　　　　　　　　インプットレンズ
１２２　　　　　　　　　　　フライアイレンズ
１２３　　　　　　　　　　　開口絞り
１２４　　　　　　　　　　　第１のリレーレンズ
１２５　　　　　　　　　　　投影式レチクルブラインド
１２６　　　　　　　　　　　第２のリレーレンズ
１２７　　　　　　　　　　　メインコンデンサーレンズ
２００　　　　　　　　　　　マスク
２１０　　　　　　　　　　　所望のパターン
３００　　　　　　　　　　　投影光学系
４００　　　　　　　　　　　プレート
６００　　　　　　　　　　　制御部
７００　　　　　　　　　　　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ
７１０　　　　　　　　　　　ミラー
８００　　　　　　　　　　　照明装置
８２１　　　　　　　　　　　光吸収体
９００　　　　　　　　　　　照明装置
９２１　　　　　　　　　　　ビームスプリッター
９２２、９２３、９３２　　　λ／４板
９２８、９２９　　　　　　　光吸収体

Claims

マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、
前記マスクを照明する有効光源の領域が複数に分割された点光源において、前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるステップと、
前記Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、前記点光源の強度によって有効光源分布を決定するステップとを有することを特徴とする露光方法。
前記Ｚｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を求めるステップは、全ての複数の前記点光源と前記Ｚｅｒｎｉｋｅ係数との組み合わせについて行われることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
前記有効光源決定ステップは、前記所望のパターンの像質が劣化しないように、前記点光源の強度を変えた組み合わせから前記有効光源を決定することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
前記波面収差は、前記投影光学系の残存収差を含むことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光装置であって、
前記マスクを照明する有効光源の分布形状を可変とする照明光学系と、
前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数に基づいて、前記有効光源の分布形状を制御する制御部とを有することを特徴とする露光装置。
マスクに形成された所望のパターンを投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法に適した有効光源の設定に使用されるデータベースであって、
前記投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合のＺｅｒｎｉｋｅ係数の変化に対する前記所望のパターンの像質の変化の敏感度を表すＺｅｒｎｉｋｅ敏感度係数を表示することを特徴とするデータベース。
請求項１乃至４の方法を実行するためのプログラム。
請求項５記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光した前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。