專利名稱：曝光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曝光方法，特別涉及降低半導體制造的平版印刷工序的象差的影響的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著電路圖案的微細化，曝光裝置的投影透鏡的象差的影響已成為問題。
如果減小投影透鏡的象差，則由于需要進行物理光學的處理，故要將光學系統(tǒng)的象差變換成波面象差的形式。作為用瞳坐標的函數(shù)表示波面象差的方法，目前廣泛使用Zernike多項式。該Zernike多項式的前16項可表示為Z11Z2rcosθZ3rsinθZ42r2-1Z5r2cos2θZ6r2sin2θZ7(3r2-2r)cosθZ8(3r2-2r)sinθZ96r4-6r2+1Z10r3cos3θZ11r3sin3θ
Z12(4r4-3r2)cos2θZ13(4r4-3r2)sin2θZ14(10r5-12r3+3r)cosθZ15(10r5-12r3+3r)sinθZ1620r6-30r4+12r2-1這里，Z10以及Z11一般被稱為3θ象差，是圖案的非對稱或DOF(焦點的深度，Depth of Focus)低下的原因。下面參照圖12以及圖13對它們進行說明。
圖12是原理地給出Z10的瞳面上的分布的圖，以X軸的正方向為基準，在圓周方向上0度、120度以及240度處超前相位為最大值，60度、180度以及360度處滯后相位為最大值。
這里，如果考慮根據(jù)形成在標線片(reticule)上的圖案在X軸方向產(chǎn)生了衍射光的情況，則如圖13所示的那樣，晶片上的0次光和1次衍射光的成像位置將不同。為此，由于晶片上的光強分布呈左右非對稱，故將把左右非對稱的圖案轉(zhuǎn)印在晶片上，不能得到所期望的圖案。
對于由透鏡象差導致不能得到所期望的圖案的問題，以往是通過進行透鏡調(diào)整來謀求解決。但是，對于3θ象差，進行透鏡調(diào)整極其困難，故要解決上述這樣的轉(zhuǎn)印左右非對稱的圖案之類的問題極其困難。
特別地，在標線片上形成有方格柵形的圖案時，如后述的那樣，起因于衍射光的瞳面上的強度分布，3θ象差的影響將被增強，轉(zhuǎn)印左右非對稱的圖案之類的問題將成為更為深刻的問題。
這樣，伴隨著電路圖案的微細化，因投影透鏡的象差而在晶片上難以得到所期望的圖案，特別是降低3θ象差的影響極為困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述課題而形成的，其目的在于提供可降低3θ象差等的影響并能夠精度良好地轉(zhuǎn)印所期望的圖案的曝光方法。
涉及本發(fā)明的曝光方法是一種將來自光源系統(tǒng)的照明光照射到形成有掩膜圖案的曝光掩膜上，經(jīng)由投影透鏡將透過該曝光掩膜的光的像投影到基板上的曝光方法，其特征在于上述照明系統(tǒng)是具有遮光區(qū)域的照明形狀，通過調(diào)整上述照明系統(tǒng)和上述投影透鏡之間的上述投影透鏡的圓周方向的相對角度，可以使上述遮光區(qū)域重疊在分布于上述投影透鏡的圓周方向的象差的相位偏離量達到最大時的至少一個位置上。
如已經(jīng)敘述過的那樣，例如，3θ象差以60度周期在瞳面上分布著相位偏移(相位超前或相位滯后)的最大值位置。此外，如后述的那樣，在將形成在曝光掩膜上的方格柵形圖案轉(zhuǎn)印到基板上時，起因于衍射光的瞳面上的強度分布，3θ象差的影響被強烈地反映出來。在本發(fā)明中，由于通過設(shè)置上述這樣的單位輔助圖案，可以修正由方格柵形的圖案造成的在衍射光的瞳面上的強度分布，故可以降低3θ象差的影響，大幅度地降低圖案尺寸的變動。
另外，根據(jù)本發(fā)明，通過如上述這樣調(diào)整照明系統(tǒng)和投影透鏡的圓周方向的相對角度，可以抑制3θ象差的影響，大幅度地降低圖案尺寸的變動。


圖1是原理地示出本發(fā)明的第1以及第2實施形態(tài)的曝光裝置的概略構(gòu)成圖。
圖2是示出本發(fā)明的第1實施形態(tài)的在曝光掩膜上形成的掩膜圖案的圖。
圖3是示出本發(fā)明的第1實施形態(tài)的由圖2所示的掩膜圖案造成的衍射光的、在投影透鏡的瞳面上的強度分布的圖。
圖4是示出第1實施形態(tài)的比較例的在曝光掩膜上形成的掩膜圖案的圖。
圖5是示出第1實施形態(tài)的比較例的由圖4所示的掩膜圖案造成的衍射光的、在投影透鏡的瞳面上的強度分布的圖。
圖6是示出本發(fā)明的第2實施形態(tài)的比較例的在曝光掩膜上形成的掩膜圖案的圖。
圖7是示出本發(fā)明的第2實施形態(tài)的在曝光掩膜上形成的掩膜圖案的圖。
圖8是原理地示出本發(fā)明第3實施形態(tài)的曝光裝置的概略構(gòu)成圖。
圖9是示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)的3θ象差與照明系統(tǒng)的遮光區(qū)域的對應關(guān)系的圖。
圖10是示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)的遮光區(qū)域的變更例的圖。
圖11是示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)的遮光區(qū)域的變更例的圖。
圖12是示出現(xiàn)有技術(shù)的在瞳面上的3θ象差的強度分布圖。
圖13是示出現(xiàn)有技術(shù)的問題點的圖。
具體實施例方式
下面參照

本發(fā)明的實施形態(tài)。
(實施形態(tài)1)圖1所示是原理地給出的涉及本實施形態(tài)的曝光裝置的概略構(gòu)成圖?；旧吓c通常的曝光裝置是同樣的，即，是將來自由光源1以及照明光學系統(tǒng)2組成的照明系統(tǒng)的照明光照射到形成有期望的掩膜圖案的曝光掩膜3上，并經(jīng)由投影透鏡(投影光學系統(tǒng))4將由通過了曝光掩膜(標線片)3的光所形成的圖案圖像投影到晶片(半導體基板)5上的曝光裝置。此外，這里所說的投影透鏡4在投影光學系統(tǒng)包含有多個透鏡時，意味著是這多個透鏡的集合，可認定為具有與通過這些多個透鏡所得到的光學特性等價的光學特性的透鏡。
首先，為了明確化本實施形態(tài)的特征，我們對圖4以及圖5所示的比較例進行說明。
圖4是在比較例中給出了在曝光掩膜3上形成有掩膜圖案的圖。掩膜圖案由排列成方格柵形的多個單位電路圖案11組成，各單位電路圖案11在X方向以及Y方向均按一定的周期排列(X方向的周期為Px，Y方向的周期為Py)。各單位電路圖案11是在半導體集成電路中廣為應用的、所謂的2條線圖案。即，各單位電路圖案11是基本形狀為長方形的同一形狀的2個長方形狀圖案在X方向排列而成的圖案。此外，雖然實際上各單位電路圖案11為實施了光鄰近效應校正的復雜的多角形狀，但這里為了簡便起見，將對沒有實施光鄰近效應校正的情況進行說明。
圖5所示是利用圖4所示的掩膜圖案獲得的衍射光的、在投影透鏡4的瞳面上的強度分布圖。這里，為了簡便起見，給出的是將光源1作為點光源進行了模擬的結(jié)果。此外，設(shè)在0次光的瞳面上的光點21為XY坐標的原點(0，0)。本坐標系給出的是將投影透鏡的數(shù)值孔徑作為1并標準化了的相對的位置關(guān)系。
如圖5所示的那樣，衍射光的光點22之中光強度相對強的衍射光光點分布在坐標(1.2，0)、(-1.2，0)、(0.3，0.7)、(0.3，-0.7)、(-0.3，0.7)、以及(-0.3，-0.7)的6個位置上。為此，在將圖4所示的那樣的掩膜圖案轉(zhuǎn)印到晶片上時，會強烈地受到按60度周期相位偏離(相位超前以及相位滯后)為最大值(參照圖12)的3θ象差的影響。因而，晶片上的光強度分布呈左右非對稱，且左右非對稱的圖案被轉(zhuǎn)印到晶片上，圖案尺寸的變動變大。
于是，在本實施形態(tài)中，增加使瞳面上的衍射光的強度分布發(fā)生變化的輔助圖案。
圖2是示出在本實施形態(tài)中在曝光掩膜3上形成的掩膜圖案的圖。掩膜圖案除了有排列成方格柵形的多個單位電路圖案11(與圖4的比較例同一的圖案)外，還由配置在單位電路圖案11間的線狀的多個單位輔助圖案12組成。這里，與比較例同樣，雖然實際上各單位電路圖案11為實施了光鄰近效應校正的復雜的多角形狀，但這里為了簡便起見，將對沒有實施光鄰近效應校正的情況進行說明。
各單位輔助圖案12在晶片5的表面是達到分辨極限以下的線寬，具體地，單位輔助圖案12的線寬W在光源1產(chǎn)生的照明光的波長為λ，投影透鏡4的數(shù)值孔徑為NA時，滿足W≤0.4×λ/NA的關(guān)系。此外，單位輔助圖案12的長度L與單位電路圖案11的X方向的邊的長度L相等。這里，在圖所給出的例中，單位輔助圖案12為連續(xù)的1條的圖案，但也可以是使之對應構(gòu)成單位電路圖案11的二個長方形狀圖案的各自的短邊(對峙)分割成為二個的圖案。
另外，單位輔助圖案12與單位電路圖案11同樣地，在X方向以及Y方向均按一定的周期排列(X方向的周期為Px，Y方向的周期為Py)。并且，單位輔助圖案12的中心和夾住該單位輔助圖案12的二個單位電路圖案11各自的中心的距離相互相等。即，在X方向的各中心間的距離為Px/2，在Y方向的各中心間的距離為Py/2。
圖3所示是利用圖2所示的掩膜圖案獲得的衍射光的、在投影透鏡4的瞳面上的強度分布圖。與比較例同樣，給出的是將光源1作為點光源進行了模擬的結(jié)果，并以0次光的瞳面上的光點21為XY坐標的原點(0，0)。
如圖3所示的那樣，在由衍射光產(chǎn)生的衍射光光點22之中光強度相對強的衍射光光點分布在坐標(1.2，0)、(-1.2，0)、(0，1.4)以及(0，-1.4)4個位置上。即，這些衍射光光點22在瞳面的圓周方向按90度周期分布著。因此，可以緩和按60度周期相位偏離(相位超前以及相位滯后)為最大值的3θ象差的影響。從而，可以抑制由3θ象差造成的晶片上的光強度分布的非對稱性，能夠大幅度地降低晶片上的圖案尺寸的變動。
此外，在本例中，作為單位電路圖案11使用了2條線圖案，但也可以是進一步增加了線的條數(shù)的圖案。另外，關(guān)于單位輔助圖案12的形狀、條數(shù)、長度等也并非僅限于上述的例子，只要瞳面上的多個光點中，光強度最強的4個光點在瞳面上是按90度周期分布這樣的單位輔助圖案即可。
(實施形態(tài)2)下面對第2實施形態(tài)進行說明。關(guān)于曝光裝置的構(gòu)成，與圖1所示的第1實施形態(tài)的裝置同樣。
圖6是示出在本實施形態(tài)的比較例中在曝光掩膜3上形成的掩膜圖案的圖。掩膜圖案13由排列成方格柵形的多個單位電路圖案13組成，各單位電路圖案13在X方向以及Y方向均按一定的周期排列著(X方向的周期為Px，Y方向的周期為Py)。各單位電路圖案13是在半導體集成電路中被廣泛應用的、布線用的所謂的線圖案，是在X方向細長的長方形狀。這里，雖然實際上各單位電路圖案13為實施了光鄰近效應校正的復雜的多角形狀，但與第1實施形態(tài)同樣，為了簡便起見，給出的是沒有實施光鄰近效應校正的圖案。
圖6所示的利用掩膜圖案獲得的衍射光的、在投影透鏡4的瞳面上的強度分布也顯示出與圖5所示的第1實施形態(tài)的比較例類似的趨勢。因此，由于強烈地受到3θ象差的影響，晶片上的光強度分布呈左右非對稱，故左右非對稱的圖案將被轉(zhuǎn)印在晶片上，圖案尺寸的變動變大。
于是，在本實施形態(tài)中，增加使瞳面上的衍射光的強度分布發(fā)生變化的輔助圖案。
圖7是示出在本實施形態(tài)中在曝光掩膜3形成的掩膜圖案的圖。掩膜圖案除了有排列成方格柵形的多個單位電路圖案13(與圖6的比較例同一的圖案)外，還由配置在單位電路圖案13間的線狀的多個單位輔助圖案14組成。這里，與比較例同樣，雖然實際上各單位電路圖案13為實施了光鄰近效應校正的復雜的多角形狀，但這里為了簡便起見，給出的是沒有實施光鄰近效應校正的圖案。
各單位輔助圖案14在晶片5的表面是達到分辨極限以下的線寬，與第1實施形態(tài)一樣，單位輔助圖案14的線寬W滿足W≤0.4×λ/NA的關(guān)系。此外，單位輔助圖案14的長度L與單位電路圖案13的Y方向的邊的長度L相等。
此外，各單位輔助圖案14與單位電路圖案13同樣地，在X方向以及Y方向上均按一定的周期排列著(X方向的周期為Px，Y方向的周期為Py)。并且，單位輔助圖案14的中心與夾住該單位輔助圖案14的二個單位電路圖案13各自的中心的距離相互相等。即，在X方向的各中心間的距離為Px/2，在Y方向的各中心間的距離為Py/2。
在本實施形態(tài)中，利用圖7所示的掩膜圖案獲得的衍射光的、在投影透鏡4的瞳面上的強度分布也顯示出與圖3所示的第1實施形態(tài)類似的趨勢。即，在由衍射光產(chǎn)生的衍射光光點之中，光強度相對最強的4個衍射光光點在瞳面的圓周方向按90度周期分布著。為此，與第1實施形態(tài)同樣，可以緩和3θ象差的影響。因而，可以抑制由3θ象差造成的晶片上的光強度分布的非對稱性，大幅度地降低晶片上的圖案尺寸的變動。
進而，在本實施形態(tài)中與第1實施形態(tài)同樣，單位輔助圖案14的形狀、條數(shù)、長度等也并非僅限于上述的例子，只要在瞳面上的多個光點中，光強度最強的4個光點在瞳面上是按90度周期分布這樣的單位輔助圖案即可。
(實施形態(tài)3)圖8所示是原理地給出涉及本實施形態(tài)的曝光裝置的概略構(gòu)成圖。
圖8所示的曝光裝置的基本構(gòu)成雖然與圖1所示的曝光裝置同樣，但在本實施形態(tài)中，除了圖1所示的各構(gòu)成要素之外，還具有用于調(diào)整由光源1以及照明光學系統(tǒng)2組成的照明系統(tǒng)和投影透鏡4的旋轉(zhuǎn)方向(投影透鏡4的圓周方向)的相對角度的調(diào)整系統(tǒng)(調(diào)整機構(gòu))6。此外，照明系統(tǒng)為具有遮光區(qū)域的照明形狀。
在作為曝光掩膜3的圖案使用第1實施形態(tài)給出的圖4的圖案或者第2實施形態(tài)給出的圖6的圖案時，如已經(jīng)敘述過的那樣，由于強烈地受到投影透鏡4的3θ象差的影響，故晶片上的光強度分布為非對稱，圖案尺寸的變動變大。
于是，在本實施形態(tài)中，采用如圖9所示那樣的做法，降低了3θ象差的影響。如圖9(a)所示的那樣，3θ象差按60度周期相位偏移(相位超前以及相位滯后)呈現(xiàn)最大值(最大值位置(最大值角度)A1～A6)。在本實施形態(tài)中，如圖9(b)所示的那樣，可通過調(diào)整系統(tǒng)6調(diào)整照明系統(tǒng)和投影透鏡的旋轉(zhuǎn)方向的相對角度，使照明系統(tǒng)的遮光區(qū)域31對應至少一個的最大值位置(重疊在該位置)。
這樣，通過調(diào)整照明系統(tǒng)和投影透鏡的位置關(guān)系，可以抑制3θ象差的影響。因而，可以修正由3θ象差造成的晶片上的光強度分布的非對稱性，大幅度地降低晶片上的圖案尺寸的變動。
這里，在上述的例子中使用了圖9(b)所示那樣的四重極照明，但除此以外，還可以使用圖10所示的二重極照明或圖11所示的五重極照明等各種照明形狀。此外，關(guān)于遮光區(qū)域31以及開口區(qū)域32的形狀也可以使用各種形狀。另外，在增加照明系統(tǒng)和投影透鏡的旋轉(zhuǎn)方向的相對角度的調(diào)整的同時，還可以進一步調(diào)整相對曝光掩膜的照明系統(tǒng)以及投影透鏡的旋轉(zhuǎn)方向的相對角度。
上面說明了本發(fā)明的實施形態(tài)，但本發(fā)明并非僅限定于上述實施形態(tài)，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可以進行種種變形實施。進而，在上述實施形態(tài)中，包含有種種階段的發(fā)明，通過適當?shù)亟M合所公開的構(gòu)成要件，可以抽出并得到種種發(fā)明。例如，即使從所開示的構(gòu)成要件中去除若干個構(gòu)成要件，只要是可以得到規(guī)定效果的實施形態(tài)，均可以作為發(fā)明抽取并獲得。
按照本發(fā)明，由于可以降低3θ象差等的影響，故可以高精度地將所期望的圖案轉(zhuǎn)印到基板上。
權(quán)利要求
1.一種曝光方法，將來自光源系統(tǒng)的照明光照射到形成有掩膜圖案的曝光掩膜上，經(jīng)由投影透鏡將透過該曝光掩膜的光的像投影到基板上，其特征在于上述照明系統(tǒng)是具有遮光區(qū)域的照明形狀，通過調(diào)整上述照明系統(tǒng)和上述投影透鏡之間的上述投影透鏡的圓周方向的相對角度，可以使上述遮光區(qū)域重疊在分布于上述投影透鏡的圓周方向的象差的相位偏離量達到最大時的至少一個位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記述的曝光方法，其特征在于上述掩膜圖案包含排列成方格柵形的多個單位電路圖案。
全文摘要
提供可降低3θ象差等的影響并高精度地轉(zhuǎn)印所期望的圖案的曝光方法。采用將來自光源系統(tǒng)的照明光照射到形成有掩膜圖案的曝光掩膜上，經(jīng)由投影透鏡將透過該曝光掩膜的光的像投影到基板上，且上述照明系統(tǒng)是具有遮光區(qū)域的照明形狀，通過調(diào)整上述照明系統(tǒng)和上述投影透鏡之間的上述投影透鏡的圓周方向的相對角度，可以使上述遮光區(qū)域重疊在分布于上述投影透鏡的圓周方向的象差的相位偏離量達到最大時的至少一個位置上。
文檔編號G03F1/36GK1645256SQ200510003858
公開日2005年7月27日 申請日期2002年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者小峰信洋, 淺沼慶太, 東木達彥 申請人:株式會社東芝