曝光方法 【技术领域】
本发明涉及曝光方法，特别涉及降低半导体制造的平版印刷工序的象差的影响的技术。
背景技术
近年来，伴随着电路图案的微细化，曝光装置的投影透镜的象差的影响已成为问题。
如果减小投影透镜的象差，则由于需要进行物理光学的处理，故要将光学系统的象差变换成波面象差地形式。作为用瞳坐标的函数表示波面象差的方法，目前广泛使用Zernike多项式。该Zernike多项式的前16项可表示为
Z1：1
Z2：rcosθ
Z3：rsinθ
Z4：2r2-1
Z5：r2cos2θ
Z6：r2sin2θ
Z7：(3r2-2r)cosθ
Z8：(3r2-2r)sinθ
Z9：6r4-6r2+1
Z10：r3cos3θ
Z11：r3sin3θ
Z12：(4r4-3r2)cos2θ
Z13：(4r4-3r2)sin2θ
Z14：(10r5-12r3+3r)cosθ
Z15：(10r5-12r3+3r)sinθ
Z16：20r6-30r4+12r2-1
这里，Z10以及Z11一般被称为3θ象差，是图案的非对称或DOF(焦点的深度，Depth of Focus)低下的原因。下面参照图12以及图13对它们进行说明。
图12是原理地给出Z10的瞳面上的分布的图，以X轴的正方向为基准，在圆周方向上0度、120度以及240度处超前相位为最大值，60度、180度以及360度处滞后相位为最大值。
这里，如果考虑根据形成在标线片(reticule)上的图案在X轴方向产生了衍射光的情况，则如图13所示的那样，晶片上的0次光和1次衍射光的成像位置将不同。为此，由于晶片上的光强分布呈左右非对称，故将把左右非对称的图案转印在晶片上，不能得到所期望的图案。
对于由透镜象差导致不能得到所期望的图案的问题，以往是通过进行透镜调整来谋求解决。但是，对于3θ象差，进行透镜调整极其困难，故要解决上述这样的转印左右非对称的图案之类的问题极其困难。
特别地，在标线片上形成有方格栅形的图案时，如后述的那样，起因于衍射光的瞳面上的强度分布，3θ象差的影响将被增强，转印左右非对称的图案之类的问题将成为更为深刻的问题。
这样，伴随着电路图案的微细化，因投影透镜的象差而在晶片上难以得到所期望的图案，特别是降低3θ象差的影响极为困难。
【发明内容】
本发明是鉴于上述课题而形成的，其目的在于提供可降低3θ象差等的影响并能够精度良好地转印所期望的图案的曝光方法。
涉及本发明的曝光方法是一种将来自光源系统的照明光照射到形成有掩膜图案的曝光掩膜上，进而中介于投影透镜将透过该曝光掩膜的光的像投影到基板上的曝光方法，其特征在于：上述掩膜图案包含排列成方格栅形的多个单位电路图案和配置在该单位电路图案间的多个单位辅助图案，配置上述辅助图案，使在基于对应上述多个单位电路图案以及上述多个单位辅助图案所产生的衍射光的上述投影透镜的瞳面上的多个光点中，光强最强的4个光点在上述瞳面上以90度周期分布。
如已经叙述过的那样，例如，3θ象差以60度周期在瞳面上分布着相位偏移(相位超前或相位滞后)的最大值位置。此外，如后述的那样，在将形成在曝光掩膜上的方格栅形图案转印到基板上时，起因于衍射光的瞳面上的强度分布，3θ象差的影响被强烈地反映出来。在本发明中，由于通过设置上述这样的单位辅助图案，可以修正由方格栅形的图案造成的在衍射光的瞳面上的强度分布，故可以降低3θ象差的影响，大幅度地降低图案尺寸的变动。
另外，涉及本发明的曝光方法是一种将来自光源系统的照明光照射到形成有掩膜图案的曝光掩膜上，进而中介于投影透镜将透过该曝光掩膜的光的像投影到基板上的曝光方法，其特征在于：上述照明系统是具有遮光区域的照明形状，通过调整上述照明系统和上述投影透镜的上述投影透镜的圆周方向的相对角度，可以使上述遮光区域重叠在分布在上述投影透镜的圆周方向的象差的相位偏离量达到最大的至少一个位置上。
根据本发明，通过如上述这样调整照明系统和投影透镜的圆周方向的相对角度，可以抑制3θ象差的影响，大幅度地降低图案尺寸的变动。
【附图说明】
图1是原理地示出本发明的第1以及第2实施形态的曝光装置的概略构成图。
图2是示出本发明的第1实施形态的在曝光掩膜上形成的掩膜图案的图。
图3是示出本发明的第1实施形态的由图2所示的掩膜图案造成的衍射光的、在投影透镜的瞳面上的强度分布的图。
图4是示出第1实施形态的比较例的在曝光掩膜上形成的掩膜图案的图。
图5是示出第1实施形态的比较例的由图4所示的掩膜图案造成的衍射光的、在投影透镜的瞳面上的强度分布的图。
图6是示出本发明的第2实施形态的比较例的在曝光掩膜上形成的掩膜图案的图。
图7是示出本发明的第2实施形态的在曝光掩膜上形成的掩膜图案的图。
图8是原理地示出本发明第3实施形态的曝光装置的概略构成图。
图9是示出本发明的第3实施形态的3θ象差与照明系统的遮光区域的对应关系的图。
图10是示出本发明的第3实施形态的遮光区域的变更例的图。
图11是示出本发明的第3实施形态的遮光区域的变更例的图。
图12是示出现有技术的在瞳面上的3θ象差的强度分布图。
图13是示出现有技术的问题点的图。
【具体实施方式】
下面参照附图说明本发明的实施形态。
(实施形态1)
图1所示是原理地给出的涉及本实施形态的曝光装置的概略构成图。基本上与通常的曝光装置是同样的，即，是将来自由光源1以及照明光学系统2组成的照明系统的照明光照射到形成有期望的掩膜图案的曝光掩膜3上，并经由投影透镜(投影光学系统)4将由通过了曝光掩膜(标线片)3的光所形成的图案图像投影到晶片(半导体基板)5上的曝光装置。此外，这里所说的投影透镜4在投影光学系统包含有多个透镜时，意味着是这多个透镜的集合，可认定为具有与通过这些多个透镜所得到的光学特性等价的光学特性的透镜。
首先，为了明确化本实施形态的特征，我们对图4以及图5所示的比较例进行说明。
图4是在比较例中给出了在曝光掩膜3上形成有掩膜图案的图。掩膜图案由排列成方格栅形的多个单位电路图案11组成，各单位电路图案11在X方向以及Y方向均按一定的周期排列(X方向的周期为Px，Y方向的周期为Py)。各单位电路图案11是在半导体集成电路中广为应用的、所谓的2条线图案。即，各单位电路图案11是基本形状为长方形的同一形状的2个长方形状图案在X方向排列而成的图案。此外，虽然实际上各单位电路图案11为实施了光邻近效应校正的复杂的多角形状，但这里为了简便起见，将对没有实施光邻近效应校正的情况进行说明。
图5所示是利用图4所示的掩膜图案获得的衍射光的、在投影透镜4的瞳面上的强度分布图。这里，为了简便起见，给出的是将光源1作为点光源进行了模拟的结果。此外，设在0次光的瞳面上的光点21为XY坐标的原点(0，0)。本坐标系给出的是将投影透镜的数值孔径作为1并标准化了的相对的位置关系。
如图5所示的那样，衍射光的光点22之中光强度相对强的衍射光光点分布在坐标(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个位置上。为此，在将图4所示的那样的掩膜图案转印到晶片上时，会强烈地受到按60度周期相位偏离(相位超前以及相位滞后)为最大值(参照图12)的3θ象差的影响。因而，晶片上的光强度分布呈左右非对称，且左右非对称的图案被转印到晶片上，图案尺寸的变动变大。
于是，在本实施形态中，增加使瞳面上的衍射光的强度分布发生变化的辅助图案。
图2是示出在本实施形态中在曝光掩膜3上形成的掩膜图案的图。掩膜图案除了有排列成方格栅形的多个单位电路图案11(与图4的比较例同一的图案)外，还由配置在单位电路图案11间的线状的多个单位辅助图案12组成。这里，与比较例同样，虽然实际上各单位电路图案11为实施了光邻近效应校正的复杂的多角形状，但这里为了简便起见，将对没有实施光邻近效应校正的情况进行说明。
各单位辅助图案12在晶片5的表面是达到分辨极限以下的线宽，具体地，单位辅助图案12的线宽W在光源1产生的照明光的波长为λ，投影透镜4的数值孔径为NA时，满足W≤0.4×λ/NA的关系。此外，单位辅助图案12的长度L与单位电路图案11的X方向的边的长度L相等。这里，在图所给出的例中，单位辅助图案12为连续的1条的图案，但也可以是使之对应构成单位电路图案11的二个长方形状图案的各自的短边(对峙)分割成为二个的图案。
另外，单位辅助图案12与单位电路图案11同样地，在X方向以及Y方向均按一定的周期排列(X方向的周期为Px，Y方向的周期为Py)。并且，单位辅助图案12的中心和夹住该单位辅助图案12的二个单位电路图案11各自的中心的距离相互相等。即，在X方向的各中心间的距离为Px/2，在Y方向的各中心间的距离为Py/2。
图3所示是利用图2所示的掩膜图案获得的衍射光的、在投影透镜4的瞳面上的强度分布图。与比较例同样，给出的是将光源1作为点光源进行了模拟的结果，并以0次光的瞳面上的光点21为XY坐标的原点(0，0)。
如图3所示的那样，在由衍射光产生的衍射光光点22之中光强度相对强的衍射光光点分布在坐标(1.2，0)、(-1.2，0)、(0，1.4)以及(0，-1.4)4个位置上。即，这些衍射光光点22在瞳面的圆周方向按90度周期分布着。因此，可以缓和按60度周期相位偏离(相位超前以及相位滞后)为最大值的3θ象差的影响。从而，可以抑制由3θ象差造成的晶片上的光强度分布的非对称性，能够大幅度地降低晶片上的图案尺寸的变动。
此外，在本例中，作为单位电路图案11使用了2条线图案，但也可以是进一步增加了线的条数的图案。另外，关于单位辅助图案12的形状、条数、长度等也并非仅限于上述的例子，只要瞳面上的多个光点中，光强度最强的4个光点在瞳面上是按90度周期分布这样的单位辅助图案即可。
(实施形态2)
下面对第2实施形态进行说明。关于曝光装置的构成，与图1所示的第1实施形态的装置同样。
图6是示出在本实施形态的比较例中在曝光掩膜3上形成的掩膜图案的图。掩膜图案13由排列成方格栅形的多个单位电路图案13组成，各单位电路图案13在X方向以及Y方向均按一定的周期排列着(X方向的周期为Px，Y方向的周期为Py)。各单位电路图案13是在半导体集成电路中被广泛应用的、布线用的所谓的线图案，是在X方向细长的长方形状。这里，虽然实际上各单位电路图案13为实施了光邻近效应校正的复杂的多角形状，但与第1实施形态同样，为了简便起见，给出的是没有实施光邻近效应校正的图案。
图6所示的利用掩膜图案获得的衍射光的、在投影透镜4的瞳面上的强度分布也显示出与图5所示的第1实施形态的比较例类似的趋势。因此，由于强烈地受到3θ象差的影响，晶片上的光强度分布呈左右非对称，故左右非对称的图案将被转印在晶片上，图案尺寸的变动变大。
于是，在本实施形态中，增加使瞳面上的衍射光的强度分布发生变化的辅助图案。
图7是示出在本实施形态中在曝光掩膜3形成的掩膜图案的图。掩膜图案除了有排列成方格栅形的多个单位电路图案13(与图6的比较例同一的图案)外，还由配置在单位电路图案13间的线状的多个单位辅助图案14组成。这里，与比较例同样，虽然实际上各单位电路图案13为实施了光邻近效应校正的复杂的多角形状，但这里为了简便起见，给出的是没有实施光邻近效应校正的图案。
各单位辅助图案14在晶片5的表面是达到分辨极限以下的线宽，与第1实施形态一样，单位辅助图案14的线宽W满足W≤0.4×λ/NA的关系。此外，单位辅助图案14的长度L与单位电路图案13的Y方向的边的长度L相等。
此外，各单位辅助图案14与单位电路图案13同样地，在X方向以及Y方向上均按一定的周期排列着(X方向的周期为Px，Y方向的周期为Py)。并且，单位辅助图案14的中心与夹住该单位辅助图案14的二个单位电路图案13各自的中心的距离相互相等。即，在X方向的各中心间的距离为Px/2，在Y方向的各中心间的距离为Py/2。
在本实施形态中，利用图7所示的掩膜图案获得的衍射光的、在投影透镜4的瞳面上的强度分布也显示出与图3所示的第1实施形态类似的趋势。即，在由衍射光产生的衍射光光点之中，光强度相对最强的4个衍射光光点在瞳面的圆周方向按90度周期分布着。为此，与第1实施形态同样，可以缓和3θ象差的影响。因而，可以抑制由3θ象差造成的晶片上的光强度分布的非对称性，大幅度地降低晶片上的图案尺寸的变动。
进而，在本实施形态中与第1实施形态同样，单位辅助图案14的形状、条数、长度等也并非仅限于上述的例子，只要在瞳面上的多个光点中，光强度最强的4个光点在瞳面上是按90度周期分布这样的单位辅助图案即可。
(实施形态3)
图8所示是原理地给出涉及本实施形态的曝光装置的概略构成图。
图8所示的曝光装置的基本构成虽然与图1所示的曝光装置同样，但在本实施形态中，除了图1所示的各构成要素之外，还具有用于调整由光源1以及照明光学系统2组成的照明系统和投影透镜4的旋转方向(投影透镜4的圆周方向)的相对角度的调整系统(调整机构)6。此外，照明系统为具有遮光区域的照明形状。
在作为曝光掩膜3的图案使用第1实施形态给出的图4的图案或者第2实施形态给出的图6的图案时，如已经叙述过的那样，由于强烈地受到投影透镜4的3θ象差的影响，故晶片上的光强度分布为非对称，图案尺寸的变动变大。
于是，在本实施形态中，采用如图9所示那样的做法，降低了3θ象差的影响。如图9(a)所示的那样，3θ象差按60度周期相位偏移(相位超前以及相位滞后)呈现最大值(最大值位置(最大值角度)A1～A6)。在本实施形态中，如图9(b)所示的那样，可通过调整系统6调整照明系统和投影透镜的旋转方向的相对角度，使照明系统的遮光区域31对应至少一个的最大值位置(重叠在该位置)。
这样，通过调整照明系统和投影透镜的位置关系，可以抑制3θ象差的影响。因而，可以修正由3θ象差造成的晶片上的光强度分布的非对称性，大幅度地降低晶片上的图案尺寸的变动。
这里，在上述的例子中使用了图9(b)所示那样的四重极照明，但除此以外，还可以使用图10所示的二重极照明或图11所示的五重极照明等各种照明形状。此外，关于遮光区域31以及开口区域32的形状也可以使用各种形状。另外，在增加照明系统和投影透镜的旋转方向的相对角度的调整的同时，还可以进一步调整相对曝光掩膜的照明系统以及投影透镜的旋转方向的相对角度。
上面说明了本发明的实施形态，但本发明并非仅限定于上述实施形态，在不脱离其主旨的范围内可以进行种种变形实施。进而，在上述实施形态中，包含有种种阶段的发明，通过适当地组合所公开的构成要件，可以抽出并得到种种发明。例如，即使从所开示的构成要件中去除若干个构成要件，只要是可以得到规定效果的实施形态，均可以作为发明抽取并获得。
按照本发明，由于可以降低3θ象差等的影响，故可以高精度地将所期望的图案转印到基板上。