JP3937903B2 - Exposure method and apparatus - Google Patents

Description

【０００７】
ここで、ｋ_１は現像プロセスなどによって定まる定数であり、通常露光の場合にはｋ_１は約０．５〜０．７である。
【０００８】
近年のデバイスの高集積化に対応して、転写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要求されている。高解像力を得るには、上式から開口数ＮＡを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが有効であるが、これらの改善は現段階では限界に達しており、通常露光の場合にウェハに０．１５μｍ以下のパターンを形成することは困難である。そこで、パターンを経た回折光の中で二光束を干渉及び結像させる位相シフトマスク技術が従来から提案されている。位相シフトマスクは、マスクの隣接する光透過部分の位相を１８０°反転することによって０次回折光を相殺し、２つの±１次回折光を干渉させて結像するものである。かかる技術によれば、上式のｋ_１を実質的に０．２５にすることができるので、解像度Ｒを改善してウェハに０．１５μｍ以下のパターンを形成することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような限界解像に近い微細なコンタクトホールの場合は隣り合う位相を１８０度変えると回折光が瞳面上では４５度の方向で、光軸から大きな角度で回折される為、投影系の瞳から外へ飛び出してしまい、投影レンズの瞳を通ることが出来ず、解像されない。解像できるのは、Ｌ＆Ｓの限界線幅の√２倍の微細パターンまでである。従って、Ｌ＆Ｓパターンの解像度と同等のコンタクトホール列の解像度を得る需要が存在している。
【００１０】
また、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタクトパターンを混在させる必要が生じてきた。しかし、従来の位相シフトマスク技術だけではコンタクトホール列と孤立コンタクトが混在したコンタクトホールパターンを同時に解像度良く露光できなかった。これに対して、２枚のマスクを用いて異なる種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露光）を使用することが考えられるが、従来の二重露光は、２枚のマスクを必要とするのでコストアップを招き、２回の露光のためにスループットが低下し、マスク交換２回の露光の高い重ね合わせ精度を必要とするため実用上解決すべき問題が多い。
【００１１】
そこで、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持ち、コンタクトホールあるいは孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを、マスクを交換せずに、高解像度（即ち、コンタクトホール列については位相シフトマスクを用いたＬ＆Ｓパターンと同等の解像度）で露光可能な露光方法及び装置を提供することを本発明の例示的目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光方法は、コンタクトホールのパターンと当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように複数種の光で照明し、前記コンタクトホールのパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光する露光方法において、前記複数種の光は、前記パターンの配列から生じる２つの回折光が前記投影光学系の瞳面に入射するような第１の照明光と、前記パターンの配列から生じる１つの回折光のみが前記投影光学系の瞳面に入射するような第２の照明光とを含み、前記第１の照明光は、十字に配置された４つの有効光源を形成することを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の側面としての露光方法は、コンタクトホールのパターンと当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列された位相シフトマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように複数種の光で照明し、前記コンタクトホールのパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光する露光方法において、前記複数種の光は、前記パターンの配列から生じる２つの回折光が前記投影光学系の瞳面に入射するような第１の照明光と、前記パターンの配列から生じる少なくとも１つの回折光が前記投影光学系の瞳面に入射するような第２の照明光とを含み、前記第２の照明光は、矩形、円形、又は略菱形の中抜けを有する矩形の有効光源を形成することを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、コンタクトホールのパターンと当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたバイナリー又はハーフトーンマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように複数種の光で照明し、前記コンタクトホールのパターンを投影光学系で被露光体に投影することにより、当該被露光体を露光する露光方法において、前記複数種の光は、前記パターンの配列から生じる２つの回折光が前記投影光学系の瞳面に入射するような第１の照明光と、前記パターンの配列から生じる少なくとも１つの回折光が前記投影光学系の瞳面に入射するような第２の照明光とを含み、前記第２の照明光は、十字に配置された４つの扇型の有効光源を形成することを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、コンタクトホール列の縦横の軸に相当する十字に配置された４つの図形からなる有効光源を形成する第１の照明とそれ以外の形状からなる有効光源を形成する第２の照明との照明光量比を調整する手段をもつことを特徴とする。
【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、前記露光され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。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の例示的な露光装置について説明する。
ここで、図１は、本発明の露光装置の概略ブロック図である。図１に示すように、露光装置は、照明装置１００と、マスク２００と、投影光学系３００と、プレート４００と、ステージ４５０と、結像位置調節装置５００とを有する。
【００２５】
本実施形態の露光装置は、ステップアンドスキャン方式でマスク２００に形成された回路パターンをプレート４００に露光する投影露光装置であるが、本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式を適用することができる。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してマスクパターンをウェハのあるショットに露光すると共に、このショットの露光終了後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法である。また、ステップアンドリピート方式は、ウェハのショット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を露光領域に移動する露光法である。
【００２６】
照明装置１００は転写用の回路パターン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。
【００２７】
光源部１１０は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。
【００２８】
レーザー１１２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１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザーなどのパルスレーザーからの光を使用することができる。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。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、光源部１１０に使用可能な光源はレーザー１１２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。
【００２９】
ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシリンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使用することができ、レーザー１１２からの平行光の断面形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１１４は、後述するオプティカルインテグレータ１４０を照明するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。
【００３０】
また、図１には示されていないが、光源部１１０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開特許平成３年第２１５９３０号公報の図１に開示されているような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光のコヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにした折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いることができる。
【００３１】
照明光学系１２０は、マスク２００を照明する光学系であり、本実施形態では、集光光学系１３０と、オプティカルインテグレータ１４０と、開口絞り１５０と、コンデンサーレンズ１６０とを含む。照明光学系１２０は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。なお、本実施形態の照明光学系１２０は、プレート４００上の転写領域の寸法を変更するためのマスキングブレードやスキャンブレードを有してもよい。本実施形態の照明光学系１２０は、複数のレンズ及び必要なミラーを有し、射出側でテレセントリックとなるアフォーカル系を構成している。
【００３２】
集光光学系１３０は、まず、必要な折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。例えば、集光光学系１３０は、ビーム成形系１１４の出射面と後述するハエの目レンズとして構成されたオプティカルインテグレータ１４０の入射面とが光学的に物体面と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる関係を本出願ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある）になるように配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過した光束の主光線をオプティカルインテグレータ１４０の中心及び周辺のどのレンズ素子１４２に対しても平行に維持する。
【００３３】
集光光学系１３０は、マスク２００への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部１３２を更に含む。露光量調整部１３２は、アフォーカル系の角倍率を変えることにより入射光束のビーム断面形状を変化させることができる。代替的に、露光量調整部１３２はズームレンズ等からなり、レンズを光軸方向に移動させ角倍率を変えられるようにしてもよい。必要があれば、露光量調整部１３２は、入射光束をハーフミラーにより分割してセンサにより光量を検出してかかる検出結果に基づいてレーザー１１２の出力及び／又は光学系の一部を調整することができる。露光量調整部１３２は、光学素子（例えば、光量調整（ＮＤ）フィルター）を入れ替えたり、及び／又は、ズームレンズにより結像倍率を変えたりすることにより、後述する開口絞り１５０の中央部と周辺部との光量比を調整することもできる。露光量調節部１３２は、前記所望のコンタクトホールのパターン及び／又は前記プレート４００において求められるコントラストに基づいて、露光量を調節することができる。本実施形態の露光量調整部１３２は、軸外に強度分布を有する照明光（大σ照明）の前記ピーク位置を調節する機能も有する。
【００３４】
オプティカルインテグレータ１４０はマスク２００に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射するハエの目レンズとして構成される。ハエの目レンズは、その入射面１４０ａと出射面１４０ｂとがフーリエ変換の関係に維持されている。但し、後述するように、本発明が使用可能なオプティカルインテグレータ１４０はハエの目レンズに限定されるものではない。
【００３５】
ハエの目レンズ１４０は互いの焦点位置がそれと異なるもう一方の面にあるレンズ（レンズ素子）１４２を複数個並べたものである。また、ハエの目レンズを構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子のレンズ面が球面である場合、照明装置の照明領域と略相似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの目レンズの光入射面と照明領域が物体と像の関係（共役関係）であるからである。
【００３６】
ハエの目レンズは、本実施形態ではマスク２００の形状に合わせて正方形断面のレンズ素子を多数組み合わせて構成されているが、本発明は、断面円形、長方形、六角形その他の断面形状を有するレンズ素子を排除するものではない。ハエの目レンズの出射面１４０ｂ又はその近傍に形成された複数の点光源（有効光源）からの各光束をコンデンサーレンズ１６０によりマスク２００に重畳している。これにより、多数の点光源（有効光源）によりマスク２００全体が均一に照明される。
【００３７】
ハエの目レンズ１４０は光学ロッドに置換される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であった照度分布を出射面で均一にし、ロッド軸と垂直な断面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩形断面を有する。なお、光学ロッドはロッド軸と垂直な断面形状にパワーがあると出射面での照度が均一にならないので、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで形成される多角形である。その他、ハエの目レンズ１３０は、拡散作用をもった回折素子に置換されてもよい。
【００３８】
オプティカルインテグレータ１４０の出射面１４０ｂの直後には、形状及び径が固定された開口絞り１５０が設けられている。本発明の開口絞り１５０は、コンタクトホール２１０を解像するための十字斜入射照明と、十字斜入射照明によって生じる偽解像を抑制する（即ち、偽解像パターンに対応する露光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明とを利用してマスク２００を照明するための開口形状を有する。開口絞り１５０は投影光学系３００の瞳面３２０と共役な位置に設けられており、開口絞りの１５０の開口形状は投影光学系３００の瞳面３２０の有効光源形状に相当する。
【００３９】
本実施形態の例示的な一形態としての開口絞り１５０は、光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光を利用して（即ち、これらを順次投射するか合成した状態で投射することによって）マスク２００を照明するための開口形状を有する。このように、本発明は、光軸付近にピークを有する照明光をもたらす開口絞りと、軸外にピークを有する照明光をもたらす開口絞りを用意して、そのうちの一方を先にマスク２００に投射して、その後、他方をマスク２００に投射する場合も含む。本発明の特徴の一つはマスク２００の交換に伴う諸問題を解決することであり、マスク２００が交換されない限り、開口絞り１５０の交換は問題ではないからである。
【００４０】
光軸近傍にピークを有する照明光はσが０．３以下であり、０次回折光と±１次回折光の干渉をもたらす。また、軸外にピークを有する照明光はσが０．６以上であり、０次回折光と＋１次又は−１次回折光からなる二光束の干渉をもたらす。ここで、σは投影光学系３００のマスク２００側の開口数（ＮＡ）に対する照明光学系１２０のマスク２００側のＮＡである。光軸近傍にピークを有する照明光は小σ照明、通常の照明と呼ばれる場合もある。軸外にピークを有する照明光は大σ照明、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合もある。
【００４１】
図２乃至図７を参照して、開口絞り１５０に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図２乃至図７は、開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図である。図２は、５重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ａの概略平面図である。開口絞り１５０Ａは、中心に１つの円１５１と、σ＝１以下の０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置された４つの円１５２Ａとを有する。開口絞り１５０Ａは、円１５１及び１５２Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ａとを有する。ここで、図中のσ＝１の円は、投影光学系３００の開口絞り１５０を各照明絞り上に逆投影したときの絞り１５０の開口の像の縁（円）に対応する。従って、本願の各図面で示す絞りの開口は、投影光学系の開口絞りの開口（σ＝１）上に投影される有効光源と言える。
【００４２】
円１５１は光軸付近にピークを有する円形照明光をもたらす。一方、円１５２Ａは、軸外にピークを有する四重極照明光をもたらす。好ましくは、各円１５２Ａがもたらす照明光のσは等しい。開口絞り１５０Ａの円１５１及び１５２Ａは同一の大きさを有する。
【００４３】
軸外にピークを有する照明は、σの大きな照明、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合もあり、様々な変形例を有する。例えば、４つの円１５２Ａは他の任意の図形に置換されても良い。
【００４４】
例えば、円１５２Ａは、図３に示す矩形１５２Ｂや図４に示す扇形１５２Ｃに置換されてもよい。ここで、図３及び図４は、開口絞り１５０Ａの変形例としての、５重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｂ及びＣの概略平面図である。開口絞り１５０Ｂは、円１５１と矩形１５２Ｂからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｂとを有する。矩形１５２Ｂは、例示的に、一辺の長さが円１５１の直径と等しい正方形である。開口絞り１５０Ｃは、円１５１と扇形１５２Ｃからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｃとを有する。扇形１５２Ｃの寸法は任意に調節することができる。開口絞り１５０Ｂ及びＣの機能は開口絞り１５０Ａと同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４５】
また、開口絞り１５０は、図５に示す開口絞り１５０Ｄを使用してもよい。開口絞り１５０Ｄは、四重極の代わりに輪帯開口１５４Ａを有している。ここで、図５は、輪帯照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｄの概略平面図である。開口絞り１５０Ｄは、円１５１と輪帯１５４Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｄとを有するが、それらの機能については開口絞り１５０Ａと同一であるので詳しい説明は省略する。
【００４６】
更に、開口絞り１５０は、図６及び図７に示す開口絞り１５０Ｅ及び１５０Ｆを使用してもよい。開口絞り１５０Ｅ及び１５０Ｆはσが１を部分的に超えた光透過部１５４Ｂ及び１５２Ｄを有する。本発明者はσが１を部分的に超えた照明光を利用するとプレート４００に形成されるパターン像が明確になることを発見した。ここで、図６及び図７は、輪帯照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｅ及び四重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｆの平面図である。開口絞り１５０Ｅは、円１５１とσ＝１を部分的に超えた輪帯（又は矩形帯）１５４Ｂからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｅとを有し、開口絞り１５０Ｆは、円１５１とσ＝１を部分的に超えた矩形１５２Ｄとからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｆとを有するが、それらの機能については開口絞り１５０Ａと同一であるので詳しい説明は省略する。
【００４７】
また、本実施形態の別な例示的な一形態としての開口絞り１５０は、マスク２００によって生じる回折光のうち２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光（この照明光を便宜的に第１の照明光とする。）と、投影光学系３００の瞳面３２０であって第１の照明光を邪魔しないような領域（瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表させる領域を除く領域）に少なくとも一つの回折光が入射するような照明光とを利用して（即ち、これらを順次投射するか合成した状態で投射することによって）マスク２００を照明するための開口形状を有する。このように、本発明は、２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光をもたらす開口絞りと、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つかかる照明光を邪魔しないような領域にどれか一つの回折光が入射するような照明光をもたらす開口絞りを用意して、そのうちの一方を先にマスク２００に投射して、その後、他方をマスク２００に投射する場合も含む。本発明の特徴の一つはマスク２００の交換に伴う諸問題を解決することであり、マスク２００が交換されない限り、開口絞り１５０の交換は問題ではないからである。
【００４８】
２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような有効光源に対応する（第１の）照明光は、図９に示し後述される位相シフトマスク２００Ａにおいては±１次回折光の二光束の干渉、図８に示し後述する（バイナリー）マスク２００においては０次回折光と＋１次回折光又は−１次回折光との二光束の干渉をもたらす。一方、第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が瞳面３２０上に入射するような有効光源に対応する照明光は、第１の照明光によって生じるプレート４００面上でコンタクトホール２１０に相当するコンタクトホールパターンの露光量を強調する。
【００４９】
図２１乃至図２４を参照して、開口絞り１５０に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図２１乃至図２４は、開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図である。図２１は、図９に示し後述される位相シフトマスク２００Ａに適用されて、十字型の照明で中心部が矩形の有効光源を有する変形照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｇの概略平面図である。開口絞り１５０Ｇは、０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置されて半径方向に長手に形成された４つの矩形１５５と、中心に１つの矩形１５６とを有する。開口絞り１５０Ｇは、矩形１５５及び１５６からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｇとを有する。ここで、図中のσ＝１の円は、投影光学系３００の開口絞り１５０を各照明絞り上に逆投影したときの絞り１５０の開口の像の縁（円）に対応する。従って、本願の各図面で示す絞りの開口は、投影光学系の開口絞りの開口（σ＝１）上に投影される有効光源と言える。
【００５０】
矩形１５５は、４つの矩形１５５のそれぞれにより斜入射照明が行われるように位置を設定することで、２つの回折光（±１次回折光）が投影光学系３００の瞳面３２０に入射する照明光をもたらし、プレート４００面上で干渉縞を形成する。一方、矩形１５６は、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する照明光をもたらし、偽解像パターンを抑制しコンタクトホールパターンを強調する。
【００５１】
投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する照明は、様々な変形例を有する。例えば、矩形１５６は他の任意の図形に置換されても良い。
【００５２】
例えば、矩形１５６は、図２２に示す中央に遮光部１５３Ｈ_２を有する矩形１５６Ａや図２３に示す円形１５７に置換されてもよい。ここで、図２２及び図２３は、開口絞り１５０Ｇの変形例としての、開口絞り１５０Ｈ及びＩを示す概略平面図である。開口絞り１５０Ｈは、上述した４つの矩形１５５と中央に遮光部１５３Ｈ_２を有する矩形１５６Ａからなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｈ_１及び１５３Ｈ_２とを有する。矩形１５６Ａは、一つの回折光のみが瞳面３２０に入射する領域を厳密に画定するために、矩形１５６の中心部に略菱形の遮光部１５３Ｈ_２を有する。開口絞り１５０Ｉは、上述した４つの矩形１５５と円形１５７からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５３Ｉとを有する。開口絞り１５０Ｉは、一つの回折光のみが瞳面３２０に入射する領域を簡単な有効光源とするため、矩形１５６に内接するような円形１５７形状を有している。開口絞り１５０Ｈ及び１５０Ｉの機能は開口絞り１５０Ｇと同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００５３】
また、図２４は、図８に示し後述されるバイナリーマスク２００に適用されて、中心が非円形状であるところの十字形状に遮光された有効光源分布を与える変形照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｊの概略平面図である。図２４Ａにおいて開口絞り１５０Ｊは、０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置されて半径方向と直交する方向に長手に形成された４つの矩形１５８と、当該矩形１５８から４５度傾いて０度、９０度、１８０度及び２７０度（即ち、十字形状に）に配置された扇型１５９とを有する。開口絞り１５０Ｇは、矩形１５８及び扇型１５９からなる透過率１の光透過部と、透過率０の外周に位置する遮光部１５３Ｊ_１及び中心に十字形状を有する遮光部１５３Ｊ_２とを有する。なお、ここでは光透過部を矩形１５８と扇形１５９とを独立して記載したが、通常これらは連続する一つの光透過部として構成される。その一例としての本発明に係る絞りの好ましい形態の一例が図２４Ｂに示してある。
【００５４】
矩形１５８は、４つの矩形１５８のそれぞれが斜入射照明を行うように位置を設定することで、２つの回折光（０次回折光と＋１次回折光又は−１次回折光）が投影光学系３００の瞳面３２０に入射する有効光源分布を有する照明光をもたらし、プレート４００面上で干渉縞を形成する。一方、扇形１５９は、投影光学系３００の瞳面３２０であって且つ第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射する有効光源分布を有する照明光をもたらし、偽解像パターンを抑制しコンタクトホールパターンを強調する。
【００５５】
以上説明した照明用開口絞り１５０Ａ〜１５０Ｊは、σ＝１に達する有効光源を作り出していることに特徴があり、我々の検討によればσ＞０．９の位置に有効光源の最も外側（軸外）の部分があるのが好ましい。例えば図２４Ｂの絞りにおける有効光源は外側の円の直径がσ＝０．９２の担当する大きさをもつ。この外側の円の直径は０．９＜σ＜１が好ましい。
【００５６】
複数種類の開口絞り１５０の中から所望の開口絞り１５０を選択するためには、開口絞り１５０Ａ乃至１５０Ｆ及び１５０Ｇ乃至１５０Ｊを、例えば、図示しない円盤状ターレットに配置して切り替えの際にターレットを回転させればよい。なお、かかるターレットには光軸にピークを有する照明光のみを与える円形開口を有する開口絞りや軸外にピークを有する照明光のみを与える（図１８に示すような）開口絞りを搭載することができる。これにより、照明装置１２０は、まず、光軸にピークを有する照明光及び軸外にピークを有する照明光のうちの一方によりマスク２００を照明し、その後、他方によりマスク２００を照明することができる。光軸にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光において、上述の露光量調整部１３２は、それぞれの露光量比を変化させることができる。
【００５７】
また、同様に、かかるターレットには２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光のみを与える十字に配された４つの矩形１５５又は矩形１５８が形成された開口を有する開口絞りや、一つの回折光が入射するような照明光のみを与える矩形１５６（又は、矩形１５６Ａ、円形１５７）又は４つの扇型１５９が形成された開口を有する開口絞りを搭載することができる。これにより、照明装置１２０は、まず、２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光及び一つの回折光が入射するような照明光のうちの一方によりマスク２００を照明し、その後、他方によりマスク２００を照明することができる。両者の照明光とが合成された照明光において、上述の露光量調整部１３２は、それぞれの露光量比を変化させることができる。
【００５８】
コンデンサーレンズ１６０はハエの目レンズ１４０から出た光をできるだけ多く集めて主光線が平行、すなわちテレセントリックになるようにマスク２００をケーラー照明する。マスク２００とハエの目レンズ１４０の出射面１４０ｂとはフーリエ変換の関係に配置されている。
【００５９】
露光装置は、必要があれば、照度ムラ制御用の幅可変スリットや走査中の露光領域制限用のマスキングブレード（絞り又はスリット）等を有する。マスキングブレードが設けられる場合にはマスキングブレードとハエの目レンズ１４０の出射面１４０ｂとはフーリエ変換の関係に配置され、マスク２００面と光学的に略共役な位置に設けられる。マスキングブレードの開口部を透過した光束をマスク２００の照明光として使用する。マスキングブレードは開口幅を自動可変できる絞りであり、後述するプレート４００の（開口スリットの）転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置は、プレート４００の（１ショットのスキャン露光領域としての）転写領域の横方向を変更可能にする、上述のマスキングブレードと類似した構造のスキャンブレードを更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動可変できる絞りであり、マスク２００面と光学的にほぼ共役な位置に設けられる。これにより露光装置は、これら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定することができる。
【００６０】
マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）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から発せられた回折光は投影光学系３００を通りプレート４００上に投影される。プレート４００は、被処理体でありレジストが塗布されている。マスク２００とプレート４００とは光学的に共役の関係に配置される。本実施形態の露光装置はステップアンドスキャン方式の露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク２００とプレート４００を走査することによりマスク２００のパターンをプレート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（即ち、「ステッパー」）であれば、マスク２００とプレート４００とを静止させた状態で露光を行う。
【００６１】
マスクステージは、マスク２００を支持して図示しない移動機構に接続されている。マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置されたベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステージを駆動することでマスク２００を移動することができる。露光装置は、マスク２００とプレート４００を図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。
【００６２】
本発明の一側面としてのマスク２００は、その上に２次元に配列されたコンタクトホールパターンが形成され、所望の位置のコンタクトホール径を他のコンタクトホール径よりも大きくされている。
【００６３】
本発明のマスク２００のパターン構成を説明するために、まず、所望のコンタクトホールのパターンを説明する。ここで、所望のコンタクトホールのパターンを、例えば、図１４に示すようなパターンとする。ここで、図１４は、所望のコンタクトホールのパターンを形成したバイナリーマスク２０Ａの概略平面図である。バイナリーマスク２０Ａは、透過率１の光透過部２２と透過率０の遮光部２４Ａとから構成されて、各光透過部２２の位相は等しい。コンタクトホール２２は、ホール径をＰとすると横方向（Ｘ方向）にピッチＰｘ＝２Ｐで整列し、縦方向（Ｙ方向）にピッチＰｙ＝４Ｐで整列して、コンタクトホール列を２次元的に形成する。ここで、コンタクトホール２２のホール径は約０．１５μｍ以下、例えば、０．１２μｍとする。後述する投影光学系３００はＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）でＮＡを０．６０とする。この場合、数式１に示すｋ_１ファクターは０．２９である。
【００６４】
図１５は、開口絞り１５０が円形開口１５１のみを有する絞りを使用して（即ち、垂直入射する小σ照明を使用して）マスク２０Ａを照明した場合に後述する投影光学系３００の瞳面３２０上に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。バイナリーマスク２０Ａを小σ照明で垂直に照明すると、上述したように、０次回折光と±１次回折光とが生じる。コンタクトホール２２のホール径が微小であり、Ｘ方向にホール径Ｐの２倍のピッチＰｘで整列しているため、図１５のＸ方向には０次回折光だけが瞳３２０上に入射して±１次回折光は瞳３２０からはずれてしまい、被露光面（プレート４００）上にはパターンができない。一方、コンタクトホール２２はＹ方向にホール径Ｐの４倍のピッチＰｙで整列しているため、このピッチＰｙに相当する±１次回折光は瞳３２０に入射するが、ホール径Ｐに相当する回折光は瞳３２０の外側にはみ出し、所望のパターンにはならない。照明光を軸外にピークを有する照明光として、回折光を投影光学系の瞳の内側に入れることによりある程度は解像することは可能であるが、それだけでは、ホール像の形状が悪く、焦点深度内での結像特性も悪い。
【００６５】
そこで、所望のコンタクトホール２２と同一のホール径のダミーのコンタクトホール２６を図１４に示す所望のコンタクトホール２２に加えることによって、所望のコンタクトホール２２のパターンとダミーのコンタクトホール２６のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトホールパターンを有するバイナリーマスク２０Ｂを、図１６に示すように、作成した。ここで、図１６はマスク２０Ｂの概略平面図である。バイナリーマスク２０Ｂはコンタクトホール２２及び２６からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部２４Ｂとを有する。また、各光透過部の位相は全て等しく０度に設定されている。
【００６６】
図１７（ａ）は、開口絞り１５０に４つの円形開口３２を有する図１８に示す十字（四重極）照明絞り１５を使用して（即ち、斜めに入射する軸外にピークを有する照明光を使用して）マスク２０Ｂを照明した場合に後述する投影光学系３００の瞳面３２０上に現れる回折光の分布を説明するための概略平面図である。ここで、図１８は、十字（四重極）照明絞り３０の概略平面図である。絞り３０は、絞り１５０Ａから中心円１５１が除去された絞りに相当し、４つの円１５２と同一の４つの円３２からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部３４とを有する。
【００６７】
図１７（ａ）及び（ｂ）は、垂直照明光を十字照明光に変更すると図１５に示す状態から図３５に示す状態に変化することを示している。これは、図１５において、例えば、右側（Ｘ方向）の＋１次回折光は斜入射照明により左側に移動して０次回折光が瞳面３２０の左側に＋１次回折光が瞳面３２０の右側に入射することから理解されるであろう（図１７（ａ）に示す３２０ｃに相当）。
【００６８】
バイナリーマスク２０Ｂを小さなσの照明光で垂直に照明すると、上述したように、０次回折光と＋１次又は−１次回折光とが生じる。４つの開口１５２を介して４方向から各々斜入射することにより、瞳面３２０ａ乃至ｄには０次回折光と＋１次又は−１次回折光とが入射し、図１７（ｂ）は、これが構成されて瞳面３２０の光強度分布が形成されることを示している。これより、図１６に示す微細なコンタクトホールパターンは、軸外にピークを有する照明光によって露光できるが、このままでは所望のコンタクトホール２２のパターンだけでなくダミーのコンタクトホール２６のパターンもプレート４００に転写してしまうことが理解される。
【００６９】
以下、図８を参照して本実施形態のマスク２００を説明する。ここで、図８はマスク２００の概略平面図である。マスク２００は、マスク２０Ｂにおいて所望のコンタクトホール２２のみのホール径を拡大することによって構成されている。マスク２００には、図８に示すように、所望のコンタクトホール２１０のパターンと、ダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトパターンが形成されている。マスク２００は、コンタクトホール２１０及び２２０からなる透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部２３０とを有するバイナリーマスクである。また、各光透過部の位相は全て等しく０度に設定されている。所望のコンタクトホール２１０は、ダミーのコンタクトホール２２０よりもホール径が約２５％大きいので露光量が増加する。
【００７０】
また、本発明の一の形態は、上述した開口絞り１５０（１５０Ａ乃至１５０Ｆ）を利用してマスク２００を光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光によって露光を行う。軸外にピークを有する照明光によりマスク２００を照明するとコントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。光軸付近にピークを有する照明光によりマスク２００を照明すると所望のコンタクトホール２２のパターンが強調された、周期性のないパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。また、本発明の別の形態は、上述した開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｊを利用してマスク２００を、当該マスク２００によって生じる回折光のうち２つの回折光が投影光学系３００の瞳面３２０に入射するような照明光（この照明光を便宜的に第１の照明光とする。）と投影光学系３００の瞳面３２０であって第１の照明光を邪魔しないような領域に少なくとも一つの回折光が入射するような照明光とが合成された照明光によって露光を行う。２つの回折光を瞳面３２０に入れることにより二光束の干渉縞をもたらし、コントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上で得ることができる。一つの回折光を瞳面３２０上で第１の照明光を邪魔しないような領域に入れることにより、第１の照明光によって生じる偽解像パターンが抑制されコンタクトホールパターンが強調される強度分布をプレート４００上で得ることができる。
【００７１】
この結果、これら２つの照明光を合成すると共に、後述するプレート４００レジストの閾値を適当に選択することによって、１回の露光で所望のコンタクトホール２１０のパターンをプレート４００のレジストに、高品質に（即ち、所望のコンタクトホール２１０の形状をそろえて、かつ、焦点深度内で変動しても結像性能良く）転写することができる。
【００７２】
マスク２００は、図９に示すマスク２００Ａに置換されてもよい。ここで、図９（Ａ）はマスク２００Ａの概略平面図であり、図９（Ｂ）はマスク２００Ａの光透過部の位相状態を説明するための概略平面図である。マスク２００Ａは、図９（Ａ）に示すように、かつ、マスク２００と同様に、所望のコンタクトホール２１０のパターンとダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトホールパターンが形成されている。しかし、マスク２００Ａは位相シフトマスクである点でマスク２００と相違する。即ち、マスク２００Ａは、図９（Ｂ）に示すように、コンタクトホールパターンが隣接するコンタクトホール２４０及び２５０が市松状に位相が０度と１８０度に設定されている。位相シフトマスクを使用すると、隣接する光透過部を通過する０次回折光が打ち消されるので、±１次回折光が結像に使用される。±１次回折光は光強度が等しいので、０次回折光と＋１次又は−１次回折光を使用する場合に比べて、干渉縞として得られるパターンのコントラストは大きくなり、プレート４００上に良好なパターンが得られることになる。
【００７３】
位相シフトマスク２００Ａを使用した場合の回折について図１２を参照してより詳しく説明する。ここで、図１２は、位相シフトマスク２００Ａを開口絞り１５０Ａを使用して照明した場合に軸外にピークを有する照明光によって瞳面３２０に現れる回折光の分布である。
【００７４】
一方、十字垂直入射の場合には図１２に示すように全ての回折光が瞳面３２０からはずれて結像しないが、照明光を十字斜入射とすると各回折光の瞳面３２０上の位置は矢印で示す方向にずれ、黒丸で示す位置に移動する。瞳面３２０上の縦方向２つの回折光の干渉縞による横線状の強度分布と、横方向２つの干渉縞による縦線状の強度分布がプレート４００面上では重なり、交点に所望のコンタクトホール２１０のパターンが形成される。所望のコンタクトホール２１０のホール径を大きくしてあるので、所望のコンタクトホールのみ強度が大きく、レジストの閾値をこの部分が像となるように設定してやることにより、所望のパターンを得ることができる。
【００７５】
一方、光軸付近にピークを有する照明光は所望のコンタクトホール形状を他の軸外のピークを持つ照明と合わせて良くする効果を示す。
【００７６】
図１２に示す状態は、当初４５度の位置にあった回折光がσ＝１の位置に移動しているために解像度は（１／√２）となる。換言すれば、位相シフトマスク２００Ａと軸外にピークを有する照明光を組み合わせることにより、従来はＬ＆Ｓパターンの解像線幅の√２倍までがコンタクトホールパターンの限界解像に近い解像度であったものが、Ｌ＆Ｓパターンの解像線幅と同様の解像度を得られるようになっている。
【００７７】
また、コンタクトホールのピッチが小さいと位相シフトマスク２００Ａを用いて少σ照明をした場合には、投影光学系３００の瞳面３２０上における回折光は瞳から外れてしまう。このように、コンタクトホールのピッチが小さいと回折光は、図２５に示すように黒丸で示す１乃至４の位置に回折され、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図２５は、図９に示す位相シフトマスク２００Ａに小σ照明したときの瞳面３２０上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【００７８】
そこで、これらの回折光が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光２及び４が図２５に実線の矩形で示されるような瞳面３２０上の領域に入射するようにするには、図２６（ａ）で示される有効光源面において暗い矩形として示される領域ａに斜入射照明を設定すればよい。これにより、２’、４’で示される回折光は明るい矩形として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２５に実線で示す矩形領域に回折光２及び４が入射して瞳に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート４００面上に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。このような矩形の有効光源領域ａを図２６（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、プレート４００面上には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源分布は図２６（ｃ）に示すような半径方向に長手を有する十字の矩形となる分布を有する。ここで、図２６は有効光源分布を説明するための模式図である。
【００７９】
位相シフトマスク２００Ａのように、マスク上のパターンとして所望の部分のみコンタクトホールのホール径の大きさを大きくしておけば、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールが形成されることになる。しかしながら、十字斜入射照明（即ち、２つの回折光が瞳に入射するような照明）のままではプレート４００面上での露光量は図２７に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）においては、所望パターンＰ_１の間に偽解像パターンＰ_２が生じてしまう。ここで、図２７は十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン４００上での像を示した図である。
【００８０】
そこで、偽解像を抑制するための方法を本発明者が鋭意検討した結果、図２８に示すように、瞳面上で２つの回折光位置を直線的に結んで表される領域ｃを除き、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するような有効光源分布を加えることでパターン４００上の偽解像をなくすことができることを発見した。ここで、図２８は、瞳面３２０上の回折光の入射位置を示した模式図である。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に黒色の扇型で示されるような瞳面３２０に入射するようにすればよく、図２９（ａ）で示される有効光源面において暗い円形の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は明るい矩形として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型を含む実線で示す矩形領域に回折光２又は４が入射するので、回折光が瞳面３２０に入射することになる。このような円形の有効光源領域ａを図２９（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図２９（ｃ）に示すような円形の有効光源となる。ここで、図２９は有効光源分布を説明するための模式図である。
【００８１】
このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２９（ｃ）参照）を足し合わせた図３０に示されるような十字型の照明で中心部が矩形の有効光源を持つ変形照明となる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート４００面上での露光量は図２７に示す太い実線で描かれた波線のようになり、所望径露光量レベル（レジストの閾値）において、マスク２００Ａの所望のパターンに相当する部分の露光量のみが増加され、偽解像パターンが消失した所望パターンＰ_３のみを得ることができる。ここで、図３０は有効光源形状を示した図である。
【００８２】
なお、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するようにするためには、上述したように、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に黒色の扇型で示されるような瞳面３２０に入射するように照明すればよく、図３１（ａ）で示される有効光源面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定してもよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型領域に回折光２又は４が入射して瞳面３２０に入射することになる。このような扇型の有効光源領域ａを図３１（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図３１（ｃ）に示すような中心に略菱形の中抜けを有する矩形の有効光源となる。ここで、図３１は有効光源分布を説明するための模式図である。
【００８３】
このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図３１（ｃ）参照）を足し合わせた図３２に示されるような十字型の照明で中心部が矩形で、かつ矩形の中心部が略菱形の中抜けの有効光源を持つ変形照明となる。かかる有効光源によれば、１つの回折光のみが瞳に入射する領域が厳密に画定されており、無駄な領域に光を入れないのでその分効率的である。ここで、図３２は有効光源形状を示した図である。
【００８４】
また、１つの回折光のみ瞳面３２０に入射するようにするためには、上述したように、例えば、１つの回折光２又は４が図２８に示される黒色の扇型に内接する円内に入射するように照明するに足りるものであり、図３３（ａ）で示される有効光源面において暗い円形の領域ａとして示されるように照明を設定してもよい。これにより、２’又は４’で示される回折光は領域ａと重なる円形の領域ｂにそれぞれ移動し、図２８に示す黒色の扇型に内接する領域に回折光２又は４が入射して瞳面３２０に入射することになる。このような円形の有効光源領域ａを図３３（ｂ）に示すように４つ組み合わせることにより、このときの有効光源分布は図３３（ｃ）に示すような円形の有効光源となる。ここで、図３３は有効光源分布を説明するための模式図である。
【００８５】
このように、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２６（ｃ）参照）と１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図３３（ｃ）参照）を足し合わせた図３４に示されるような十字型の照明で中心部が円形の有効光源を持つ変形照明となる。かかる有効光源によれば、一つの回折光のみが瞳に入射する領域を簡単な有効光源形状として設定することができる。ここで、図３４は、有効光源形状を示した図である。
【００８６】
図２５乃至図３４を参照して位相シフトマスク２００の回折光について説明したように、かかる変形照明は上述した開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｉを用いることで可能となることが理解されるが、かかる開口絞り１５０Ｇ乃至１５０Ｉの形状や寸法などはこれらの回折光の特性を考慮した上で決定されなければならないことは言うまでもない。
【００８７】
一方、コンタクトホールのピッチが小さいとマスク２００（又は透過率の異なるハーフトーンマスク）を用いて小σ照明をした場合には、投影光学系３００の瞳面３２０上における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図３５に示すように、瞳中心を通る０次回折光１０が生ずる。また、他の回折次数の回折光は瞳面上において、位相シフトマスクとは異なる位置へ来る。すなわち、回折光１１乃至１８のようになる。よって、０次以外の回折光は図３５のように投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図３５は、図９に示すバイナリーマスク２００に小σ照明したときの瞳面３２０上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【００８８】
そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図３５に示す瞳面３２０の斜線領域に来るようにするには、図３６で示される有効光源面において、暗い矩形の領域ａで示されるように斜入射照明を設定する。１０’及び１５’で示される回折光はクロス及び斜線で示す矩形領域ｂ_１及びｂ_２にそれぞれ移動し、投影光学系３００の瞳両端に入射することになる。一つの矩形で示される有効光源で２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉によりプレート４００面上に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。同様に、２つの回折光１０及び１７においても１０及び１５で説明した斜入射照明を設定することができる。このような矩形の有効光源領域を図３７に示すように４つ組み合わせることにより、プレート４００面上には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。このときの有効光源形状を図４０（ａ）に示すように、十字に配置された瞳の半径方向に直行する方向に長手を有する４つの矩形となる。
【００８９】
マスク２００上のコンタクトホール２１０として所望の部分のみ大きさを大きくしてあるので、その部分のみ周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンが形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明をしただけではプレート４００面上のパターンには、図３８（ａ）及び（ｂ）に示すように偽解像パターンが生じてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう。ここで、図３８は十字型開口絞り及び本実施形態の開口絞りと、当該開口絞りに対して斜入射照明を行ったときのパターン４００面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【００９０】
そこで、図３５に示すように、瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表される領域ｃを除き、少なくとも１つの回折光のみ瞳面３２０に入射する有効光源分布を加える。この場合は一つの回折光としては０次光とするのが斜入射角を小さくできるので都合が良い。図３９に有効光源分布の一例を示す。このような照明を行うためには、例えば、１つの回折光１０’が有効光源面において暗い扇型の領域ａとして示されるように照明を設定すればよい。これにより、１０’で示される回折光は明るい扇型として示される領域ｂにそれぞれ移動し、回折光が瞳面３２０に入射することになる。このような条件に相当するものは合計４つ存在し、結局図４０（ｂ）に示すような形の有効光源となる。
【００９１】
このように、照明系は、２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図４０（ａ）参照）と、１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図４０（ｂ）参照）を足し合わせた、図４０（ｃ）に示されるような中央が十字状に抜けた有効光源を持つ変形照明を行うことができる。このような有効光源分布を有する変形照明を行うことで、プレート４００面上では、図３８（ｃ）に示すように偽解像が消滅して所望のパターンのみを得られることが理解される。
【００９２】
図３５乃至図４０を参照して説明したように、かかる変形照明は上述した開口絞り１５０Ｊを用いることで可能となることが理解されるが、かかる開口絞り１５０Ｊの形状や寸法などはこれらの回折光の特性を考慮した上で決定されなければならないことは言うまでもない。中抜けとなる十字の最適な長さはパターンのピッチにより異なり、照明系の中央が十字状に抜けた部分の十字の長手方向はパターンから生じた±１次回折光が瞳に入射しない大きさを持つ変形照明系であることが好ましい。
【００９３】
また、マスク２００は、図１０に示すマスク２００Ｂに置換されてもよい。ここで、図１０はマスク２００Ｂの概略平面図である。マスク２００Ｂは、光透過部の全ての位相は等しいバイナリーマスクであるが、所望のコンタクトホール２１０の周りにあるダミーの（×印が付された）コンタクトホール２６０は、それ以外のダミーのコンタクト２２０よりもホール径が小さく設定されている点でマスク２００と相違する。コンタクトホール２６０のホール径を小さくすることによって所望のコンタクトホール２１０のパターンをダミーのコンタクトホール２２０からより強調することができる。なお、マスク２００Ａのようにマスク２００Ｂを位相シフトマスクとして構成してよいことはいうまでもない。
【００９４】
投影光学系３００は、マスク２００に形成されたコンタクトホールパターンを経た回折光をプレート４００上に結像するための開口絞り３２０を有する。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。上述したように、投影光学系３００の瞳面３２０に形成される有効光源の形状は図２乃至図７に示す形状と同様である。
【００９５】
プレート４００は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレート４００にはフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００９６】
プレート４００はウェハステージ４５０に支持される。ステージ４５０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ４５０はリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート４００を移動する。マスク２００とプレート４００は、例えば、同期して走査され、図示しないマスクステージとウェハステージ４５０の位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系３００は、例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００９７】
結像位置調節装置５００は、ステージ４５０に接続されてステージ４５０と共にプレート４００を焦点深度の範囲内で図１に示すＺ方向に移動させ、プレート４００の結像位置を調節する。露光装置は、Ｚ方向において異なる位置に配置されたプレート４００に対して露光を複数回行うことにより、焦点深度内における結像性能のばらつきをなくすことができる。結像位置調節装置５００は、Ｚ方向に伸びる図示しないラックと、ステージ４５０に接続されてラック上を移動可能な図示しないピニオンと、ピニオンを回転させる手段など、当業界で周知のいかなる技術をも適用することができるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００９８】
露光において、レーザー１１２から発せられた光束は、ビーム成形系１１４によりそのビーム形状が所望のものに成形された後で、照明光学系１２０に入射する。集光光学系１３０は、それを通過した光束をオプティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。その際、露光量調節部１３２が照明光の露光量を調節する。オプティカルインテグレータ１４０は照明光を均一化し、開口絞り１５０は、光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明光を形成する。かかる照明光はコンデンサーレンズ１６０を介してマスク２００を最適な照明条件で照明する。
【００９９】
マスク２００には、所望のコンタクトホール２１０のパターンと、ダミーのコンタクトホール２２０のパターンとが２次元的に配列されたコンタクトパターンが形成されている。所望のコンタクトホール２１０はダミーのコンタクトホール２２０よりもホール径が大きくされているので露光量が増加する。
【０１００】
マスク２００を通過した光束は投影光学系３００の結像作用によって、プレート４００上に所定倍率で縮小投影される。ステップアンドスキャン方式の露光装置であれば、光源部１１０と投影光学系３００は固定して、マスク２００とプレート４００の同期走査してショット全体を露光する。更に、プレート４００のステージ４５０をステップして、次のショットに移り、プレート４００上に多数のショットを露光転写する。なお、露光装置がステップアンドリピート方式であれば、マスク２００とプレート４００を静止させた状態で露光を行う。
【０１０１】
軸外にピークを有する照明光はマスク２００を照明してコントラストが強調された周期性のあるコンタクトホールパターンの強度分布をプレート４００上に形成する。光軸付近にピークを有する照明光はマスク２００を照明して所望のコンタクトホール２１０のパターンが強調された、周期性のないパターンの強度分布をプレート４００上に形成する。この結果、プレート４００のレジストの閾値を適当に選択することによって所望のコンタクトホール２１０のパターンをプレート４００上に形成することができる。これにより、露光装置はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【０１０２】
次に、図１９及び図２０を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１９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技術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、これが出荷（ステップ７）される。
【０１０３】
図２０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。
（実施例１）
実施例１では図８に示すバイナリーマスク２００と、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置に使用した。マスク２００では、所望のコンタクトホール２１０のホール径を１５０ｎｍとし、ダミーコンタクトホール２２０のホール径１２０ｎｍよりも３０ｎｍだけ大きくした。また、開口絞り１５０には、図２に示す開口絞り１５０Ａを使用した光軸付近にピークを有する（即ち、円１５１によりもたらされる）照明光のσを０．２、軸外にピークを有する（即ち、４つの円１５２Ａによってもたらされる）照明光のσを０．９とした。また、露光量調整部１３２によって小さなσの照明光と大きなσの照明光との強度比は０．９対１に設定した。
【０１０４】
この時の露光結果を図１１に示す。同図は、結像位置調節装置５００によってプレート４００をＺ軸方向に焦点深度の範囲内で−０．４μｍ〜＋０．４μｍまで移動させて露光した場合の結像特性を示す。所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。
（実施例２）
実施例２では図９に示す位相シフトマスク２００Ａを使用した。その他の点（即ち、露光装置の構成、照明条件及び露光量）については実施例１と同様にした。このときの結果を図１３に示す。バイナリーマスク２００と比較して若干の改善が見られることが理解されるであろう。
（実施例３）
実施例３では、図１０に示すマスク２００Ｂを使用した以外は、実施例１又は実施例２と同様であった。本実施例では、所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径は残りのダミーのコンタクトホール２３０よりも約２０ｎｍだけ（従って、約１００ｎｍに）小さくした。所望のコンタクトホール２１０のパターン間のダミーパターン強度を抑えることにより、露光量裕度の改善が認められた。所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径を自動的に小さくすることにより結像性能の向上にかなりの効果があるが、更に、近接するホールの数と距離により最適化しても良い。
（実施例４）
実施例４では、結像位置調節装置５００を介して露光時に図１に示すＺ方向に結像位置を変化させながら連続露光した。露光装置の構成、マスク配列等は実施例１乃至３と基本的に同様である。本実施例では、露光中にウェハステージ４５０をＺ方向に移動させ、複数回露光を繰り返すことによって、焦点位置からの異なる距離で多重露光を行った。このような多重露光により、焦点深度の範囲内での異なる位置における結像特性の改善が認められた。
（実施例５）
実施例５では図９に示す位相シフトマスク２００Ａと、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置に使用した。マスク２００では、所望のコンタクトホール２１０のホール径を１５０ｎｍとし、ダミーコンタクトホール２２０のホール径１２０ｎｍよりも３０ｎｍだけ大きくした。また、開口絞り１５０には、図２に示す開口絞り１５０Ｇを使用した２つの回折光が投影光学系４００の瞳面上に入射するように設定した（即ち、４つの矩形１５５によりもたらされる）照明光、瞳面３２０であって上記の照明光を邪魔しないような領域（瞳面３２０上で２つの回折光位置を直線的に結んで表させる領域を除く領域、即ち、矩形１５６によってもたらされる）照明光とした。また、露光量調整部１３２によって前者の照明光と後者の照明光との強度比は０．９対１に設定した。
【０１０５】
この時の露光結果を図４１に示す。同図は、結像位置調節装置５００によってプレート４００をＺ軸方向に焦点深度の範囲内で−０．４μｍ〜＋０．４μｍまで移動させて露光した場合の結像特性を示す。所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。
（実施例６）
実施例６では図８に示すバイナリーマスク２００と、開口絞り１５０Ｊを使用した。その他の点（即ち、露光装置の構成、照明条件及び露光量）については実施例１と同様にした。このときの結果を図４２に示す。実施例５と同様、所望のコンタクトホール２１０が焦点からの距離−０．２μｍ〜＋０．２μｍの領域で良好に得られていることが理解されるであろう。
（実施例７）
実施例７では、図１０に示すマスク２００Ｂを使用した以外は、実施例５又は実施例６と同様であった。本実施例では、所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径は残りのダミーのコンタクトホール２３０よりも約２０ｎｍだけ（従って、約１００ｎｍに）小さくした。所望のコンタクトホール２１０のパターン間のダミーパターン強度を抑えることにより、露光量裕度の改善が認められた。所望のコンタクトホール２１０に隣接するダミーのコンタクトホール２６０のホール径を自動的に小さくすることにより結像性能の向上にかなりの効果があるが、更に、近接するホールの数と距離により最適化しても良い。
（実施例８）
実施例８では、結像位置調節装置５００を介して露光時に図１に示すＺ方向に結像位置を変化させながら連続露光した。露光装置の構成、マスク配列等は実施例５乃至７と基本的に同様である。本実施例では、露光中にウェハステージ４５０をＺ方向に移動させ、複数回露光を繰り返すことによって、焦点位置からの異なる距離で多重露光を行った。このような多重露光により、焦点深度の範囲内での異なる位置における結像特性の改善が認められた。
【０１０６】
本発明によれば、最小線幅が０．０８乃至０．１５μｍ以下の微細なコンタクトホールパターンを、マスク２００を交換せずにプレート４００面上に焦点深度内の異なる位置で結像特性良く転写することができた。本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザー、ＮＡ＝０．６の露光装置で最小線幅と最小間隔がともに０．１２μｍのコンタクトホールパターンが解像された。なお、解像線幅をｋ_１で規格化するとｋ_１＝０．２９、ピッチ０．２９×２＝０．５８である。
【０１０７】
以下、照明光学系の開口絞りにおける、所望のパターンの解像に寄与する第１の光透過部と、所望のパターンの光強度分布を高める第２の光透過部との間の開口面積比について説明する。
【０１０８】
一例として、開口絞り１５０Ｊに着目する。図２４Ｂに示す開口絞り１５０Ｊは、図４３に示すように、機能的に２つのサブ絞り１５０Ｊ１及び１５０Ｊ２に分けられる。図４３Ａはサブ絞り１５０Ｊ１の平面図を示し、図４３Ｂはサブ絞り１５０Ｊ２の平面図を示す。開口１５８Ａは第１の光透過部に相当し、開口１５９Ａは第２の光透過部に相当する。
【０１０９】
開口１５８Ａは、効果的に０次回折光と＋１次又は−１次回折光が投影光学系３００の瞳に入射することを許容し、従って微細パターンの解像に寄与する。一方、開口１５９Ａは、０次回折光が瞳に入射することを許容するが、＋１次又は−１次回折光のいずれも瞳に入射することを許容しない。開口１５９Ａは、１つの回折光のみが瞳に入射することを許容するので所望のパターンは形成されない。
【０１１０】
図４４は、シミュレーションの結果を示している。特に、図４４Ａは、サブ絞り１５０Ｊ１を図８に示すマスク２００と組み合わせており、所望のコンタクトホールは１１０ｎｍｘ１１０ｎｍでハーフピッチは１１０ｎｍに設定されている。下のパターンは、２つの光束の干渉の結果得られ、所望のコンタクトホールパターン２１０とダミーのコンタクトホールパターン２２０が得られる。一方、図４４Ｂは、サブ絞り１５０Ｊ２を図８に示すマスク２００と組み合わせており、所望のコンタクトホールは１１０ｎｍｘ１１０ｎｍでハーフピッチは１１０ｎｍに設定されている。下のパターンは、１つの回折光から得られた。図４４Ｂは、所望のコンタクトホールパターン２１０の輪郭を強調しているが、所望のコンタクトホールパターン２１０さえも解像していない。
【０１１１】
サブ絞り１５０Ｊ_１及び１５０Ｊ_２の組み合わせ、即ち、図２４Ｂに示す絞り１５０Ｊは、所望のコンタクトホールパターン２１０のみを成功裡に解像している。図４５は、サブ絞り１５０Ｊがマスク２００と組み合わされた場合のパターンを示しており、ａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４５は、ダミーのコンタクトホールパターン２２０のない所望のコンタクトホールパターン２１０を明示している。
【０１１２】
本発明者らの検討によれば、第１及び第２の光透過部の開口面積が大きすぎる場合は所望のパターンを解像できず、第１及び第２の光透過部の開口面積が小さすぎる場合は所望のパターンに加えて望ましくないパターンの解像をもたらす。（実施例９）
図８を参照して、投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に間隔１２０ｎｍ、縦方向に間隔３６０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１２０ｎｍ×１２０ｎｍの大きさを有する。プレート４００に換算されると、これは横方向に周期２４０ｎｍ、縦方向に周期４８０ｎｍであることを意味する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２４０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、所望のパターン２１０の外側に３個広がっている。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．６、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４６Ａに示すように良好な実験結果が得られた。
【０１１３】
別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２２０ｎｍ、縦方向に周期４４０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１１０ｎｍ×１１０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２２０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４６Ｂに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５８Ａと１５９Ａの面積比は、図２４Ｂにおいて０．２０である。
【０１１４】
更に別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２１に示す開口絞り１５０Ｇを使用しており、ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σは０．９２である。図４６Ｃに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５５と１５６の面積比は、図２１において約０．０６である。
【０１１５】
本実施例では、所望のコンタクトホール２１０の形状と大きさは調節されている。即ち、孤立コンタクトホール２１０の大きさは比較的大きくされている。さもないとその光強度は小さくなる。
【０１１６】
様々なパターンを調査した結果、本発明者等は遮光領域の大きさをパターンによって可変にすることが有効であることを発見した。図２４Ｂにおける開口絞り１５０Ｊは、ａ＝０．８、ｂ＝０．４及び最大σが０．９０であると開口１５８Ａ及び１５９Ａの面積比は約１．３０である。ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σが０．９２であると開口１５８Ａ及び１５９Ａの面積比は約０．０６である。絞り１５０Ａ乃至１５０Ｃに対しては比は約０．２５である。
【０１１７】
この面積比の結果は、ハーフトーンマスクや図４７に示す絞り１５０Ｋ、１５０Ｌ及び１５０Ｍにも適用される。これらも絞り１５０Ｋ、１５０Ｌ及び１５０Ｍは異なる縦横方向の周期を有し、１８０°回転対象である。
（実施例１０）
実施例９ではバイナリーマスクを使用するが、本実施例は図９に示す位相シフトマスク２００Ａを使用する。投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２１の開口絞り１５０Ｇを使用しており、ａ＝０．２、ｂ＝０．１及び最大σは０．９２である。図４６Ａに示すように良好な実験結果が得られた。開口１５５と１５６の面積比は、図２１において約０．２８である。その他の条件は実施例９におけるそれらと同じである。
【０１１８】
一般に、殆どの位相シフトマスクに対してａ≦０．３、ｂ≦０．２である。最大σは０．９乃至１．０の範囲内である時、第１及び第２の光透過部間の開口面積比は０．１３乃至０．７５である。
【０１１９】
所望のコンタクトホールパターンを解像するためには、実施例９及び１０からは、約０．０６乃至約０．１３が、照明光学系の開口絞りの所望のパターンの解像に寄与する第１の光透過部と、所望のパターンの光強度分布を高める第２の光透過部との間の適当な開口面積比であることが分かる。上記の様々な開口絞りにおいて、面積比が容易に制御可能になるために遮光領域を可変にすることが好ましい。
【０１２０】
以下、所望及びダミーのコンタクトホール間のホール径の関係について説明する。ダミーコンタクトホールのホール径が大きすぎるか、所望のコンタクトホールに近すぎると、ダミーのコンタクトホールパターンが不本意にも解像してしまう。一方、ダミーのコンタクトホールのホール径が小さすぎると、ダミーのパターンが所望のパターンに与える周期性が失われてしまう。ダミーコンタクトホールのホール径がより大きければ大きいほど、光利用効率とそれによるスループットが改善されることは、一般には正しい。従って、所望及びダミーのコンタクトホールのホール径の関係は重要である。
（実施例１１）
図８を参照して、投影露光装置は波長２４８ｎｍ、開口数０．７３を有する。所望のコンタクトホールパターン２１０は、プレート４００に換算されると、横方向に間隔１２０ｎｍ、縦方向に間隔３６０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１２０ｎｍ×１２０ｎｍの大きさを有する。プレート４００に換算されると、これは横方向に周期２４０ｎｍ、縦方向に周期４８０ｎｍであることを意味する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２４０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの７５％に相当する、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、所望のパターン２１０の外側に３個広がっている。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．６、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４９Ａに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至１００ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの約５８％乃至約８３％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。
【０１２１】
別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２２０ｎｍ、縦方向に周期４４０ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１１０ｎｍ×１１０ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２２０ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの約８２％に相当する、９０ｎｍ×９０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、開口絞り１５０Ｊを使用しており、図２４Ｂにおいてａ＝０．７、ｂ＝０．５及び最大σは０．９２である。図４９Ｂに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至９０ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの約６４％乃至約８２％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。
【０１２２】
更に別の実験も図８に示すマスク２００を使用する。プレート４００に換算されると、所望のコンタクトホールパターン２１０は、横方向に周期２００ｎｍ、縦方向に周期４００ｎｍを有する。各コンタクトホール２１０は、１００ｎｍ×１００ｎｍの大きさを有する。ダミーコンタクトホールパターン２２０は、プレート４００に換算されると、縦方向及び横方向それぞれに周期２００ｎｍを有する。各ダミーホール２２０は、コンタクトホール２１０の大きさの８０％に相当する８０ｎｍ×８０ｎｍの大きさを有する。本実施例は、図２４Ｂに示す開口絞り１５０Ｊを使用しており、ａ＝０．８、ｂ＝０．６及び最大σは０．９２である。図４９Ｃに示すように良好な実験結果が得られた。本実験は、ダミーコンタクトホールの大きさを７０ｎｍ乃至９０ｎｍで変化させ（これはコンタクトホール２１０の大きさの７０％乃至９０％に相当する）、所望のコンタクトホールパターン２１０の良好な解像を確認した。
【０１２３】
本実施例では、所望のコンタクトホール２１０の形状と大きさは調節されている。即ち、孤立コンタクトホール２１０の大きさは比較的大きくされている。さもないとその光強度は小さくなる。
【０１２４】
様々なパターンを調査した結果、本発明者等はダミーコンタクトホールが所望のコンタクトホールのホール径の約５５％乃至約９０％を有することが好ましいことを発見した。この割合の結果は、ハーフトーンマスクや位相シフトマスクにも適用される。
【０１２５】
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にその趣旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【０１２６】
【発明の効果】
本発明のマスク、露光方法及び装置によれば、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持ち、孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを一度に高解像度で露光することができる。また、かかる露光方法及び装置を使用したデバイス製造方法は高品位なデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の露光装置の概略ブロック図である。
【図２】 図１に示す露光装置の開口絞りの例示的形状の概略平面図である。
【図３】 図１に示す開口絞りの別の例示的形状の概略平面図である。
【図４】 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。
【図５】 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。
【図６】 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。
【図７】 図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の概略平面図である。
【図８】 図１に示す露光装置のマスクの概略平面図である。
【図９】 図８に示すマスクの変形例の概略図である。
【図１０】 図８に示すマスクの別の変形例の概略平面図である。
【図１１】 実施例１の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図１２】 図１１に示すマスクを図２に示す開口絞りで照明した場合に軸外にピークを有する照明光によって投影光学系の瞳面に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。
【図１３】 実施例２の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図１４】 所望のコンタクトホールのパターンを形成したバイナリーマスクの平面図である。
【図１５】 図１４に示すマスクを光軸付近にピークを有する照明光で照明した場合に露光装置の投影光学系の瞳面上に現れる回折光の分布を示す概略平面図である。
【図１６】 図１４に示すパターンとダミーのコントラストパターンとを２次元的に配列したコンタクトホールパターンを有するマスクの概略平面図である。
【図１７】 十字（四重極）照明光で図１４に示すマスクを照明した場合に露光装置の投影光学系の瞳面上に現れる回折光の分布を説明するための概略図である。
【図１８】 図１６に示すマスクを照明するための十字（四重極）照明絞りの概略平面図である。
【図１９】 本発明の露光装置を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２０】 図１９に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図２１】 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。
【図２２】 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。
【図２３】 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。
【図２４】 開口絞りの例示的な形状を示す概略平面図である。
【図２５】 図９に示す位相シフトマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図２６】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図２７】 十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応するパターン上での像を示した図である。
【図２８】 瞳面上の回折光の入射位置を示した模式図である。
【図２９】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図３０】 有効光源形状を示した図である。
【図３１】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図３２】 有効光源形状を示した図である。
【図３３】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図３４】 有効光源形状を示した図である。
【図３５】 図８に示すバイナリーマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図３６】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図３７】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図３８】 十字型（四重極）の開口絞り及び本発明の開口絞りと、当該開口絞りに対して斜入射照明を行ったときのパターン面上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【図３９】 有効光源分布の一例を示す図である。
【図４０】 有効光源分布を説明するための模式図である。
【図４１】 実施例５の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図４２】 実施例６の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図４３】 図２４から得られる一対のサブ絞りである。
【図４４】 図４３のサブ絞りの機能を説明するための図である。
【図４５】 図２４のマスクを利用してプレートに転写されるパターンである。
【図４６】 実施例９の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図４７】 ３つの開口絞りの例示的形状を示す概略平面図である。
【図４８】 実施例１０の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【図４９】 実施例１１の露光結果としてプレートに転写されたパターンである。
【符号の説明】
１０ 露光装置
１００ 照明装置
１２０ 照明光学系
１３２ 露光量調整部
１５０ 開口絞り
２００ マスク
２１０ 所望のコンタクトホール
２２０ ダミーのコンタクトホール
２６０ ダミーのコンタクトホール
３００ 投影光学系
３２０ 瞳
４００ プレート
５００ 解像位置調節装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention generally relates to exposure, and in particular, semiconductor chips such as IC and LSI, display elements such as liquid crystal panels, detection elements such as magnetic heads, various devices such as imaging elements such as CCDs, and fine contact holes used in micromechanics. The present invention relates to an exposure apparatus and method used for manufacturing a pattern, a device manufacturing method, and a device manufactured from the object to be processed. Here, micromechanics refers to a micron-scale mechanical system with advanced functions and a technology for making it by applying semiconductor integrated circuit manufacturing technology to the fabrication of fine structures.
[0002]
[Prior art]
The photolithography process is a process in which a mask pattern is transferred to a photosensitive material (resist) applied on a silicon wafer, glass plate or the like (hereinafter simply referred to as “wafer”) using an exposure apparatus. Development, etching, and resist removal. Of these, three parameters of resolution, overlay accuracy, and throughput are important for exposure. The resolution is the minimum size that can be accurately transferred, the overlay accuracy is the accuracy when overlaying several patterns on the wafer, and the throughput is the number of sheets processed per unit time.
[0003]
Projection in which a pattern drawn on a mask or reticle (in this application, these terms are used interchangeably) is projected onto a wafer by a projection optical system when a device is manufactured using photolithography technology, and the pattern is transferred. An exposure apparatus has been conventionally used. The projection optical system causes the diffracted light from the pattern to interfere and form an image on the wafer. In normal exposure, the 0th-order and ± 1st-order diffracted light (that is, three light beams) from the pattern interferes.
[0004]
Mask patterns include adjacent periodic line and space (L & S) patterns, adjacent and periodic contact hole rows (that is, arranged at the same level as the hole diameter), isolated contact holes isolated without being adjacent to each other, etc. In order to transfer a pattern with high resolution, it is necessary to select an optimal exposure condition (such as illumination condition and exposure amount) according to the type of pattern.
[0005]
The resolution R of the projection exposure apparatus is given by the following Rayleigh equation using the wavelength λ of the light source and the numerical aperture (NA) of the projection optical system.
[0006]
[Expression 1]

[0007]
Where k₁Is a constant determined by the development process or the like.₁Is about 0.5 to 0.7.
[0008]
In response to the recent high integration of devices, there is an increasing demand for miniaturization of transferred patterns, that is, higher resolution. In order to obtain high resolution, it is effective to increase the numerical aperture NA from the above equation and to reduce the wavelength λ. However, these improvements have reached the limit at this stage, and in the case of normal exposure. It is difficult to form a pattern of 0.15 μm or less on the wafer. Therefore, a phase shift mask technique for causing interference and image formation of two light beams in the diffracted light having passed through the pattern has been proposed. In the phase shift mask, the phase of adjacent light transmitting portions of the mask is inverted by 180 ° to cancel the 0th-order diffracted light, and the two ± 1st-order diffracted lights are interfered to form an image. According to this technique, k in the above equation₁Since the resolution R can be improved, a pattern of 0.15 μm or less can be formed on the wafer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of such a fine contact hole close to the limit resolution, if the adjacent phase is changed by 180 degrees, the diffracted light is diffracted at a large angle from the optical axis in the direction of 45 degrees on the pupil plane. It jumps out of the pupil of the system, cannot pass through the pupil of the projection lens, and is not resolved. The resolution can be up to a fine pattern of √2 times the limit line width of L & S. Accordingly, there is a demand for obtaining a contact hole row resolution equivalent to the resolution of the L & S pattern.
[0010]
In recent years, the semiconductor industry is shifting to a system chip having a higher value-added and a variety of patterns, and it has become necessary to mix a plurality of types of contact patterns in the mask. However, only the conventional phase shift mask technology cannot simultaneously expose a contact hole pattern in which contact hole arrays and isolated contacts are mixed with high resolution. On the other hand, it is conceivable to use double exposure (or multiple exposure) in which different types of patterns are separately exposed using two masks, but conventional double exposure uses two masks. This requires an increase in cost, lowers the throughput due to the two exposures, and requires a high overlay accuracy for the two exposures of the mask exchange.
[0011]
Therefore, a contact hole pattern having a fine hole diameter (for example, 0.15 μm or less) and mixed from a contact hole or an isolated contact hole to a contact hole array has a high resolution (ie, contact) without changing the mask. It is an exemplary object of the present invention to provide an exposure method and apparatus capable of exposing with a hole row at a resolution equivalent to that of an L & S pattern using a phase shift mask.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In an exposure method according to one aspect of the present invention, a mask in which a contact hole pattern and a pattern having a smaller dimension than the pattern are arranged, the contact hole pattern is resolved, and the pattern having a small dimension is used. In the exposure method of exposing the object to be exposed by illuminating with a plurality of types of light so that resolution is suppressed and projecting the pattern of the contact hole onto the object to be exposed by a projection optical system, As for the light, only the first illuminating light in which two diffracted lights generated from the array of patterns enter the pupil plane of the projection optical system and only one diffracted light generated from the array of patterns are Second illumination light that is incident on the pupil plane, and the first illumination light forms four effective light sources arranged in a cross shape.
[0013]
  An exposure method according to another aspect of the present invention provides a phase shift mask in which a contact hole pattern and a pattern having a dimension smaller than the pattern are arranged, the contact hole pattern is resolved, and the dimension is In an exposure method of exposing the object to be exposed by illuminating with a plurality of types of light so that resolution of a small pattern is suppressed, and projecting the pattern of the contact hole onto the object to be exposed by a projection optical system, The plurality of types of light includes a first illumination light in which two diffracted lights generated from the pattern arrangement enter the pupil plane of the projection optical system, and at least one diffracted light generated from the pattern arrangement is projected. Second illumination light that is incident on the pupil plane of the optical system, and the second illumination light forms a rectangular effective light source having a rectangular, circular, or substantially diamond-shaped hollow. And wherein the Rukoto.
[0014]
  An exposure method according to still another aspect of the present invention provides a binary or halftone mask in which a contact hole pattern and a pattern having a smaller dimension than the pattern are arranged, the contact hole pattern is resolved, and An exposure method for exposing the object to be exposed by illuminating with a plurality of types of light so that resolution of the pattern having a small dimension is suppressed and projecting the pattern of the contact hole onto the object to be exposed by a projection optical system The plurality of types of light include: first illumination light that causes two diffracted lights generated from the array of patterns to enter the pupil plane of the projection optical system; and at least one diffracted light generated from the array of patterns Is incident on the pupil plane of the projection optical system, and the second illumination light includes four fan-shaped effective light sources arranged in a cross shape. Characterized in that it formed.
[0015]
  An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention has an exposure mode in which the above-described exposure method can be performed.
[0016]
  An exposure apparatus according to still another aspect of the present invention includes a first illumination that forms an effective light source composed of four figures arranged in a cross corresponding to the vertical and horizontal axes of a contact hole row, and an effective shape other than that. It has a means to adjust the illumination light quantity ratio with the 2nd illumination which forms a light source, It is characterized by the above-mentioned.
[0017]
  A device manufacturing method according to still another aspect of the present invention includes a step of exposing a target object using the above-described exposure apparatus, and a step of performing a predetermined process on the exposed target object.
[0023]
Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exemplary exposure apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Here, FIG. 1 is a schematic block diagram of the exposure apparatus of the present invention. As shown in FIG. 1, the exposure apparatus includes an illumination apparatus 100, a mask 200, a projection optical system 300, a plate 400, a stage 450, and an imaging position adjustment apparatus 500.
[0025]
The exposure apparatus of the present embodiment is a projection exposure apparatus that exposes a circuit pattern formed on the mask 200 by a step-and-scan method onto the plate 400, but the present invention can apply a step-and-repeat method and other exposure methods. it can. Here, in the step-and-scan method, the wafer is continuously scanned with respect to the mask to expose the mask pattern onto a certain shot of the wafer, and after the exposure of this shot is completed, the wafer is stepped to the next shot. This is an exposure method for moving to an exposure region. The step-and-repeat method is an exposure method in which the wafer is stepped for each batch exposure of shots of the wafer and the next shot is moved to the exposure region.
[0026]
The illumination device 100 illuminates a mask 200 on which a transfer circuit pattern is formed, and includes a light source unit 110 and an illumination optical system 120.
[0027]
The light source unit 110 includes a laser 112 as a light source and a beam shaping system 114.
[0028]
The laser 112 includes an ArF excimer laser with a wavelength of about 193 nm, a KrF excimer laser with a wavelength of about 248 nm, and an F of about 157 nm.₂Light from a pulsed laser such as an excimer laser can be used. The type of laser is not limited to an excimer laser, for example, a YAG laser may be used, and the number of lasers is not limited. For example, if two solid-state lasers that operate independently are used, there is no coherence between the solid-state lasers, and speckle due to the coherence is considerably reduced. Further, the optical system may be swung linearly or rotationally to reduce speckle. Further, the light source usable in the light source unit 110 is not limited to the laser 112, and one or a plurality of lamps such as a mercury lamp and a xenon lamp can be used.
[0029]
For example, a beam expander including a plurality of cylindrical lenses can be used as the beam shaping system 114, and the aspect ratio of the dimension of the cross-sectional shape of the parallel light from the laser 112 is converted into a desired value (for example, the cross-section The beam shape is formed into a desired one by changing the shape from a rectangle to a square. The beam shaping system 114 forms a light beam having a size and a divergence angle necessary for illuminating an optical integrator 140 described later.
[0030]
Although not shown in FIG. 1, it is preferable that the light source unit 110 uses an incoherent optical system that makes a coherent laser beam incoherent. The incoherent optical system converts an incident light beam into at least two light beams (for example, p-polarized light and s-polarized light) on a light splitting surface as disclosed in FIG. 1 of Japanese Patent No. 215930. After branching, one beam is given an optical path length difference equal to or greater than the coherence length of the laser beam to the other beam via an optical member, and then redirected to the splitting surface to be superimposed on the other beam and emitted. An optical system including at least one folding system as described above can be used.
[0031]
The illumination optical system 120 is an optical system that illuminates the mask 200. In the present embodiment, the illumination optical system 120 includes a condensing optical system 130, an optical integrator 140, an aperture stop 150, and a condenser lens 160. The illumination optical system 120 can be used regardless of on-axis light or off-axis light. Note that the illumination optical system 120 of this embodiment may have a masking blade or a scan blade for changing the size of the transfer region on the plate 400. The illumination optical system 120 of this embodiment includes a plurality of lenses and necessary mirrors, and constitutes an afocal system that is telecentric on the exit side.
[0032]
First, the condensing optical system 130 includes necessary bending mirrors, lenses, and the like, and efficiently introduces the light flux that has passed through the optical integrator 140 into the optical integrator 140. For example, in the condensing optical system 130, the exit surface of the beam shaping system 114 and the entrance surface of an optical integrator 140 configured as a fly-eye lens, which will be described later, are optically object plane and pupil plane (or pupil plane and image plane). ) (Which may be referred to as a Fourier transform relationship in this application), and the principal ray of the light beam that has passed through the condenser lens The lens element 142 is also kept parallel.
[0033]
  The condensing optical system 130 further includes an exposure amount adjusting unit 132 that can change the exposure amount of the illumination light to the mask 200 for each illumination. The exposure adjustment unit 132 is an afocal system.CornerThe cross-sectional shape of the incident light beam can be changed by changing the magnification. Alternatively, the exposure amount adjustment unit 132 may be a zoom lens or the like, and the angular magnification may be changed by moving the lens in the optical axis direction. If necessary, the exposure amount adjustment unit 132 divides the incident light beam with a half mirror, detects the light amount with a sensor, and adjusts the output of the laser 112 and / or a part of the optical system based on the detection result. Can do. The exposure amount adjustment unit 132 replaces an optical element (for example, a light amount adjustment (ND) filter) and / or changes the imaging magnification by using a zoom lens, so that a central portion and a peripheral portion of an aperture stop 150 to be described later are provided. It is also possible to adjust the light quantity ratio with the part. The exposure amount adjusting unit 132 can adjust the exposure amount based on the desired contact hole pattern and / or the contrast required for the plate 400. The exposure amount adjustment unit 132 of the present embodiment also has a function of adjusting the peak position of illumination light (large σ illumination) having an intensity distribution off the axis.
[0034]
The optical integrator 140 makes the illumination light illuminated on the mask 200 uniform. In this embodiment, the optical integrator 140 is configured as a fly-eye lens that converts the angle distribution of incident light into a position distribution and emits it. In the fly-eye lens, the entrance surface 140a and the exit surface 140b are maintained in a Fourier transform relationship. However, as will be described later, the optical integrator 140 in which the present invention can be used is not limited to a fly-eye lens.
[0035]
The fly-eye lens 140 is formed by arranging a plurality of lenses (lens elements) 142 on the other surface having different focal positions. Moreover, when the lens surface of each lens element is a spherical surface, the use efficiency of illumination light is higher when the lens surface of each lens element is substantially similar to the illumination area of the illumination device. This is because the light incident surface of the fly-eye lens and the illumination area are in an object-image relationship (conjugate relationship).
[0036]
In the present embodiment, the fly-eye lens is configured by combining a large number of lens elements having a square cross section in accordance with the shape of the mask 200. However, the present invention is a lens having a circular cross section, a rectangle, a hexagon, and other cross sectional shapes. It does not exclude the element. Each light beam from a plurality of point light sources (effective light sources) formed on the exit surface 140 b of the fly-eye lens or in the vicinity thereof is superimposed on the mask 200 by the condenser lens 160. Thereby, the whole mask 200 is uniformly illuminated by a large number of point light sources (effective light sources).
[0037]
The fly-eye lens 140 may be replaced with an optical rod. The optical rod has a rectangular cross section in which the illuminance distribution that is non-uniform on the entrance surface is made uniform on the exit surface, and the cross-sectional shape perpendicular to the rod axis has the same aspect ratio as the illumination area. In addition, if the optical rod has power in a cross-sectional shape perpendicular to the rod axis, the illuminance at the exit surface is not uniform, and therefore the cross-sectional shape perpendicular to the rod axis is a polygon formed only by straight lines. In addition, the fly-eye lens 130 may be replaced with a diffractive element having a diffusing action.
[0038]
Immediately after the exit surface 140b of the optical integrator 140, an aperture stop 150 having a fixed shape and diameter is provided. The aperture stop 150 of the present invention suppresses the oblique incidence illumination for resolving the contact hole 210 and the false resolution caused by the oblique incidence illumination (that is, the exposure amount corresponding to the false resolution pattern is suppressed ( It has an opening shape for illuminating the mask 200 using illumination that enhances the exposure amount of the desired contact hole pattern and emphasizes the exposure amount of the desired contact hole pattern (increased increase of the exposure amount). The aperture stop 150 is provided at a position conjugate with the pupil plane 320 of the projection optical system 300, and the aperture shape of the aperture stop 150 corresponds to the effective light source shape of the pupil plane 320 of the projection optical system 300.
[0039]
The aperture stop 150 as an exemplary embodiment of the present embodiment uses illumination light having a peak near the optical axis and illumination light having a peak outside the axis (that is, a state in which these are sequentially projected or synthesized. Having an aperture shape for illuminating the mask 200. Thus, the present invention provides an aperture stop that provides illumination light having a peak near the optical axis and an aperture stop that provides illumination light having a peak off the axis, and one of them is projected onto the mask 200 first. Then, the case where the other is projected onto the mask 200 is included. One of the features of the present invention is to solve various problems associated with the replacement of the mask 200, because the replacement of the aperture stop 150 is not a problem unless the mask 200 is replaced.
[0040]
Illumination light having a peak in the vicinity of the optical axis has σ of 0.3 or less, and causes interference between 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light. In addition, the illumination light having a peak off-axis has σ of 0.6 or more, and causes interference of two light beams composed of 0th order diffracted light and + 1st order or −1st order diffracted light. Here, σ is the NA on the mask 200 side of the illumination optical system 120 with respect to the numerical aperture (NA) on the mask 200 side of the projection optical system 300. Illumination light having a peak in the vicinity of the optical axis is sometimes called small σ illumination or normal illumination. Illumination light having a peak off-axis is sometimes referred to as large σ illumination, oblique incidence illumination, or modified illumination.
[0041]
Exemplary shapes applicable to the aperture stop 150 will be described with reference to FIGS. 2 to 7 are schematic plan views of exemplary shapes of the aperture stop 150. FIG. FIG. 2 is a schematic plan view of an aperture stop 150A configured as a pentapole illumination stop. The aperture stop 150A has one circle 151 at the center and four circles 152A arranged at 0, 90, 180, and 270 degrees (that is, in a cross shape) with σ = 1 or less. The aperture stop 150A includes a light transmissive portion having a transmittance of 1 and consisting of circles 151 and 152A and a light shielding portion 153A having a transmittance of 0. Here, the circle with σ = 1 in the figure corresponds to the edge (circle) of the image of the aperture of the aperture 150 when the aperture aperture 150 of the projection optical system 300 is back-projected onto each illumination aperture. Therefore, the aperture of the stop shown in each drawing of the present application can be said to be an effective light source projected onto the aperture (σ = 1) of the aperture stop of the projection optical system.
[0042]
The circle 151 provides circular illumination light having a peak near the optical axis. On the other hand, the circle 152A provides quadrupole illumination light having a peak off-axis. Preferably, σ of illumination light provided by each circle 152A is equal. The circles 151 and 152A of the aperture stop 150A have the same size.
[0043]
Illumination having an off-axis peak is sometimes called illumination with a large σ, oblique incidence illumination, or modified illumination, and has various modifications. For example, the four circles 152A may be replaced with other arbitrary figures.
[0044]
For example, the circle 152A may be replaced with a rectangle 152B shown in FIG. 3 or a sector 152C shown in FIG. Here, FIG. 3 and FIG. 4 are schematic plan views of aperture stops 150B and 150C configured as a pentapole illumination stop as a modification of the aperture stop 150A. The aperture stop 150B includes a light transmissive portion having a transmittance of 1 and formed of a circle 151 and a rectangle 152B, and a light shielding portion 153B having a transmittance of 0. The rectangle 152B is, for example, a square in which the length of one side is equal to the diameter of the circle 151. The aperture stop 150C includes a light transmissive portion with a transmittance of 1 and a light shielding portion 153C with a transmittance of 0, which includes a circle 151 and a sector 152C. The dimensions of the sector 152C can be adjusted arbitrarily. Since the functions of the aperture stops 150B and C are the same as those of the aperture stop 150A, detailed description thereof is omitted here.
[0045]
As the aperture stop 150, an aperture stop 150D shown in FIG. 5 may be used. The aperture stop 150D has an annular opening 154A instead of a quadrupole. Here, FIG. 5 is a schematic plan view of an aperture stop 150D configured as an annular illumination stop. The aperture stop 150D has a light transmissive portion with a transmittance of 1 consisting of a circle 151 and an annular zone 154A, and a light shielding portion 153D with a transmittance of 0, but their functions are the same as those of the aperture stop 150A. Omitted.
[0046]
Further, as the aperture stop 150, aperture stops 150E and 150F shown in FIGS. 6 and 7 may be used. The aperture stops 150E and 150F have light transmission portions 154B and 152D in which σ partially exceeds 1. The inventor has found that the pattern image formed on the plate 400 becomes clear when illumination light having σ partially exceeding 1 is used. 6 and 7 are plan views of an aperture stop 150E configured as an annular illumination stop and an aperture stop 150F configured as a quadrupole illumination stop. The aperture stop 150E includes a light transmission portion having a transmittance of 1 consisting of a circle 151 and a ring zone (or rectangular band) 154B partially exceeding σ = 1, and a light shielding portion 153E having a transmittance of 0. 150F has a light transmission part with a transmittance of 1 consisting of a circle 151 and a rectangle 152D partially exceeding σ = 1, and a light-shielding part 153F with a transmittance of 0. Since it is the same, detailed description is abbreviate | omitted.
[0047]
In addition, the aperture stop 150 as another exemplary form of the present embodiment includes illumination light (this illumination light that causes two diffracted lights of the diffracted light generated by the mask 200 to enter the pupil plane 320 of the projection optical system 300. The illumination light is referred to as first illumination light for the sake of convenience.) And a region of the pupil plane 320 of the projection optical system 300 that does not interfere with the first illumination light (two diffracted light positions on the pupil plane 320). Using illumination light such that at least one diffracted light is incident on a region excluding a region that is linearly connected to each other) (that is, by sequentially projecting these or combining them) It has an opening shape for illuminating 200. As described above, the present invention provides an aperture stop that provides illumination light such that two diffracted lights are incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300, and the pupil plane 320 of the projection optical system 300. An aperture stop that provides illumination light in which any one diffracted light is incident on a region that does not interfere is prepared, one of which is projected on the mask 200 first, and the other is then projected on the mask 200. Including cases. One of the features of the present invention is to solve various problems associated with the replacement of the mask 200, because the replacement of the aperture stop 150 is not a problem unless the mask 200 is replaced.
[0048]
The (first) illumination light corresponding to an effective light source in which two diffracted lights enter the pupil plane 320 of the projection optical system 300 is ± 1st order diffracted light in the phase shift mask 200A shown in FIG. In the (binary) mask 200 shown in FIG. 8 and described later, interference of two light beams between the 0th order diffracted light and the + 1st order diffracted light or the −1st order diffracted light is brought about. On the other hand, illumination light corresponding to an effective light source in which at least one diffracted light is incident on the pupil plane 320 in a region that does not interfere with the first illumination light is generated on the surface of the plate 400 generated by the first illumination light. The exposure amount of the contact hole pattern corresponding to the contact hole 210 is emphasized.
[0049]
Exemplary shapes applicable to the aperture stop 150 will be described with reference to FIGS. 21 to 24 are schematic plan views of exemplary shapes of the aperture stop 150. FIG. FIG. 21 is a schematic plan view of an aperture stop 150G that is applied to the phase shift mask 200A shown in FIG. 9 and described later, and is configured as a modified illumination stop having a cross-shaped illumination and an effective light source having a rectangular center portion. is there. The aperture stop 150G has four rectangles 155 that are arranged at 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees (that is, in a cross shape) and formed longitudinally in the radial direction, and one rectangle 156 at the center. . The aperture stop 150G includes a light transmissive portion having a transmittance of 1 made of rectangles 155 and 156 and a light shielding portion 153G having a transmittance of 0. Here, the circle with σ = 1 in the figure corresponds to the edge (circle) of the image of the aperture of the aperture 150 when the aperture aperture 150 of the projection optical system 300 is back-projected onto each illumination aperture. Therefore, the aperture of the stop shown in each drawing of the present application can be said to be an effective light source projected onto the aperture (σ = 1) of the aperture stop of the projection optical system.
[0050]
The rectangle 155 is set so that oblique illumination is performed by each of the four rectangles 155, whereby two diffracted lights (± first-order diffracted lights) are incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300. Interference fringes are formed on the surface of the plate 400. On the other hand, the rectangle 156 provides illumination light in which at least one diffracted light is incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 and does not interfere with the first illumination light, and suppresses the false resolution pattern. Emphasize the contact hole pattern.
[0051]
The illumination in which at least one diffracted light is incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 and does not interfere with the first illumination light has various modifications. For example, the rectangle 156 may be replaced with any other graphic.
[0052]
For example, the rectangle 156 has a light shielding portion 153H at the center shown in FIG.₂It may be replaced by a rectangle 156A having a circle or a circle 157 shown in FIG. Here, FIG. 22 and FIG. 23 are schematic plan views showing aperture stops 150H and I as modifications of the aperture stop 150G. The aperture stop 150H includes the four rectangles 155 described above and a light shielding portion 153H at the center.₂A light transmission portion having a transmittance of 1 and a light shielding portion 153H having a transmittance of 0.₁And 153H₂And have. The rectangle 156A has a substantially diamond-shaped light shielding portion 153H at the center of the rectangle 156 in order to precisely define a region where only one diffracted light is incident on the pupil plane 320.₂Have The aperture stop 150I includes the light transmission portion having the transmittance of 1 and the light shielding portion 153I having the transmittance of 0, which includes the four rectangles 155 and the circle 157 described above. The aperture stop 150I has a circular shape 157 that is inscribed in the rectangular shape 156 so that a region where only one diffracted light is incident on the pupil surface 320 is used as a simple effective light source. Since the functions of the aperture stops 150H and 150I are the same as those of the aperture stop 150G, detailed description thereof is omitted here.
[0053]
Further, FIG. 24 is applied to the binary mask 200 shown in FIG. 8 and described later, and an aperture configured as a modified illumination stop that gives an effective light source distribution shielded in a cross shape whose center is a non-circular shape. It is a schematic plan view of the aperture stop 150J. In FIG. 24A, the aperture stop 150J includes four rectangles 158 that are arranged at 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, and 270 degrees (that is, in a cross shape) and are formed in the longitudinal direction in the direction perpendicular to the radial direction. And a fan-shaped 159 disposed at 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees (that is, in a cross shape) inclined by 45 degrees from 158. The aperture stop 150G includes a light transmissive portion having a transmittance of 1 consisting of a rectangle 158 and a fan shape 159, and a light shielding portion 153J positioned on the outer periphery of the transmittance of 0.₁And a light shielding portion 153J having a cross shape at the center.₂And have. Here, the light transmitting portion is described as the rectangle 158 and the sector 159 independently, but these are usually configured as one continuous light transmitting portion. An example of a preferable form of the diaphragm according to the present invention as an example thereof is shown in FIG. 24B.
[0054]
The rectangle 158 is set so that each of the four rectangles 158 performs oblique incidence illumination, so that two diffracted lights (0th order diffracted light and + 1st order diffracted light or −1st order diffracted light) are pupils of the projection optical system 300. Illumination light having an effective light source distribution incident on the surface 320 is provided, and interference fringes are formed on the surface of the plate 400. On the other hand, the fan-shaped 159 provides illumination light having an effective light source distribution in which at least one diffracted light is incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 and does not disturb the first illumination light. Suppress the image pattern and emphasize the contact hole pattern.
[0055]
The illumination aperture stops 150A to 150J described above are characterized in that an effective light source reaching σ = 1 is produced. According to our study, the outermost (axis) of the effective light source is located at a position where σ> 0.9. It is preferable that there is an outer part. For example, the effective light source in the stop of FIG. 24B has a size in which the diameter of the outer circle is in charge of σ = 0.92. The diameter of the outer circle is preferably 0.9 <σ <1.
[0056]
In order to select a desired aperture stop 150 from among a plurality of types of aperture stops 150, the aperture stops 150A to 150F and 150G to 150J are arranged, for example, in a disc-shaped turret (not shown), and the turret is rotated at the time of switching. You can do it. The turret may be equipped with an aperture stop having a circular aperture that gives only illumination light having a peak on the optical axis or an aperture stop (as shown in FIG. 18) that gives only illumination light having a peak off the axis. it can. Thereby, the illuminating device 120 can illuminate the mask 200 with one of the illumination light having a peak on the optical axis and the illumination light having a peak off the axis, and then illuminate the mask 200 with the other. . In the illumination light in which the illumination light having a peak on the optical axis and the illumination light having a peak outside the axis are combined, the above-described exposure amount adjustment unit 132 can change the respective exposure amount ratios.
[0057]
Similarly, the turret has an opening formed with four rectangles 155 or 158 arranged in a cross to provide only illumination light such that two diffracted lights are incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300. It is possible to mount an aperture stop having an aperture stop having a rectangular 156 (or a rectangle 156A, a circle 157) or four fan-shaped 159 for providing only illumination light that allows one diffracted light to enter. it can. Thereby, the illuminating device 120 first sets the mask 200 with one of the illumination light in which two diffracted lights are incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 and the illumination light in which one diffracted light is incident. Illuminate and then the mask 200 can be illuminated by the other. In the illumination light obtained by combining both illumination lights, the above-described exposure amount adjustment unit 132 can change the exposure amount ratio.
[0058]
The condenser lens 160 collects as much light as possible from the fly's eye lens 140 and Koehler illuminates the mask 200 so that the principal rays are parallel, that is, telecentric. The mask 200 and the exit surface 140b of the fly-eye lens 140 are arranged in a Fourier transform relationship.
[0059]
If necessary, the exposure apparatus includes a variable width slit for controlling illuminance unevenness, a masking blade (a stop or slit) for limiting an exposure area during scanning, and the like. When a masking blade is provided, the masking blade and the exit surface 140b of the fly-eye lens 140 are arranged in a Fourier transform relationship, and are provided at a position optically conjugate with the mask 200 surface. The light beam that has passed through the opening of the masking blade is used as illumination light for the mask 200. The masking blade is an aperture that can automatically change the opening width, and allows a transfer area (of the opening slit) of the plate 400 described later to be changed in the vertical direction. Further, the exposure apparatus may further include a scanning blade having a structure similar to the above-described masking blade, which allows the lateral direction of the transfer region (as a one-shot scanning exposure region) of the plate 400 to be changed. The scanning blade is also a stop whose aperture width can be automatically changed, and is provided at a position optically conjugate with the mask 200 surface. Thus, the exposure apparatus can set the size of the transfer region in accordance with the size of the shot to be exposed by using these two variable blades.
[0060]
The mask 200 is made of, for example, quartz, on which a circuit pattern (or image) to be transferred is formed, and is supported and driven by a mask stage (not shown). Diffracted light emitted from the mask 200 passes through the projection optical system 300 and is projected onto the plate 400. The plate 400 is an object to be processed and is coated with a resist. The mask 200 and the plate 400 are arranged in an optically conjugate relationship. Since the exposure apparatus of the present embodiment is a step-and-scan type exposure apparatus (that is, a scanner), the pattern of the mask 200 is transferred onto the plate 400 by scanning the mask 200 and the plate 400. In the case of a step-and-repeat type exposure apparatus (ie, “stepper”), exposure is performed with the mask 200 and the plate 400 being stationary.
[0061]
The mask stage supports the mask 200 and is connected to a moving mechanism (not shown). The mask stage and projection optical system 300 is provided, for example, on a stage barrel surface plate that is supported on a base frame placed on a floor or the like via a damper or the like. Any configuration known in the art can be applied to the mask stage. A moving mechanism (not shown) includes a linear motor and the like, and the mask 200 can be moved by driving the mask stage in the XY directions. The exposure apparatus scans the mask 200 and the plate 400 in a synchronized state by a control mechanism (not shown).
[0062]
A mask 200 according to one aspect of the present invention has a two-dimensionally arranged contact hole pattern formed thereon, and a contact hole diameter at a desired position is larger than other contact hole diameters.
[0063]
In order to describe the pattern configuration of the mask 200 of the present invention, a desired contact hole pattern will be described first. Here, a desired contact hole pattern is, for example, a pattern as shown in FIG. Here, FIG. 14 is a schematic plan view of a binary mask 20A on which a desired contact hole pattern is formed. The binary mask 20A is composed of a light transmitting portion 22 having a transmittance of 1 and a light shielding portion 24A having a transmittance of 0, and the phases of the light transmitting portions 22 are equal. When the hole diameter is P, the contact holes 22 are aligned with a pitch Px = 2P in the horizontal direction (X direction) and aligned with a pitch Py = 4P in the vertical direction (Y direction). Form. Here, the hole diameter of the contact hole 22 is about 0.15 μm or less, for example, 0.12 μm. A projection optical system 300 described later has KrF (wavelength 248 nm) and NA of 0.60. In this case, k shown in Equation 1₁The factor is 0.29.
[0064]
FIG. 15 shows a pupil plane 320 of the projection optical system 300 to be described later when the aperture stop 150 illuminates the mask 20A using an aperture having only a circular aperture 151 (that is, using a small σ illumination with normal incidence). It is a schematic plan view which shows distribution of the diffracted light which appears on the top. When the binary mask 20A is vertically illuminated with small σ illumination, as described above, 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light are generated. Since the hole diameter of the contact hole 22 is very small and is aligned at a pitch Px twice the hole diameter P in the X direction, only the 0th-order diffracted light is incident on the pupil 320 in the X direction in FIG. The first-order diffracted light deviates from the pupil 320, and a pattern cannot be formed on the exposed surface (plate 400). On the other hand, since the contact holes 22 are aligned in the Y direction at a pitch Py that is four times the hole diameter P, ± first-order diffracted light corresponding to the pitch Py is incident on the pupil 320, but diffraction corresponding to the hole diameter P is performed. The light protrudes outside the pupil 320 and does not have the desired pattern. It is possible to resolve the illumination light as illumination light having an off-axis peak by putting the diffracted light inside the pupil of the projection optical system. The imaging characteristics within the depth are also poor.
[0065]
Therefore, by adding a dummy contact hole 26 having the same diameter as the desired contact hole 22 to the desired contact hole 22 shown in FIG. 14, the pattern of the desired contact hole 22 and the pattern of the dummy contact hole 26 are changed. A binary mask 20B having a two-dimensionally arranged contact hole pattern was prepared as shown in FIG. Here, FIG. 16 is a schematic plan view of the mask 20B. The binary mask 20B has a light transmissive part having a transmittance of 1 and comprising a contact hole 22 and 26 and a light shielding part 24B having a transmittance of 0. Further, the phases of the respective light transmission parts are all set equal to 0 degrees.
[0066]
FIG. 17A shows illumination light having an off-axis peak using the cross (quadrupole) illumination stop 15 shown in FIG. 18 having four circular openings 32 in the aperture stop 150 (that is, obliquely incident off-axis. 6 is a schematic plan view for explaining the distribution of diffracted light that appears on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 to be described later when the mask 20B is illuminated (using). Here, FIG. 18 is a schematic plan view of a cross (quadrupole) illumination stop 30. The diaphragm 30 corresponds to a diaphragm in which the central circle 151 is removed from the diaphragm 150A, and includes a light transmissive portion having a transmittance of 1 and four light shielding portions 34, which are the same as the four circles 152, and a light shielding portion having a transmittance of zero. Have.
[0067]
17A and 17B show that when the vertical illumination light is changed to the cross illumination light, the state shown in FIG. 15 changes to the state shown in FIG. In FIG. 15, for example, the right (X direction) + 1st order diffracted light is moved to the left side by oblique incidence illumination, and the 0th order diffracted light is incident on the left side of the pupil surface 320 and the + 1st order diffracted light is incident on the right side of the pupil surface 320. This will be understood (corresponding to 320c shown in FIG. 17A).
[0068]
When the binary mask 20B is vertically illuminated with small σ illumination light, as described above, 0th order diffracted light and + 1st order or −1st order diffracted light are generated. By obliquely entering each of the four directions through the four openings 152, the 0th-order diffracted light and the + 1st-order or -1st-order diffracted light are incident on the pupil planes 320a to 320d, and FIG. Thus, the light intensity distribution of the pupil plane 320 is formed. Thus, the fine contact hole pattern shown in FIG. 16 can be exposed by illumination light having an off-axis peak, but in this state, not only the desired contact hole 22 pattern but also the dummy contact hole 26 pattern is formed on the plate 400. It is understood that it will be transcribed.
[0069]
Hereinafter, the mask 200 of the present embodiment will be described with reference to FIG. Here, FIG. 8 is a schematic plan view of the mask 200. The mask 200 is configured by enlarging the hole diameter of only the desired contact hole 22 in the mask 20B. As shown in FIG. 8, the mask 200 is formed with a contact pattern in which a desired contact hole 210 pattern and a dummy contact hole 220 pattern are two-dimensionally arranged. The mask 200 is a binary mask having a light transmissive part with a transmittance of 1 consisting of contact holes 210 and 220 and a light shielding part 230 with a transmittance of 0. Further, the phases of the respective light transmission parts are all set equal to 0 degrees. Since the desired contact hole 210 has a hole diameter approximately 25% larger than that of the dummy contact hole 220, the exposure amount increases.
[0070]
Further, according to one embodiment of the present invention, the illumination light having a peak near the optical axis and the illumination light having a peak outside the axis are combined with the mask 200 using the above-described aperture stop 150 (150A to 150F). Exposure is performed with illumination light. When the mask 200 is illuminated with illumination light having an off-axis peak, an intensity distribution of a periodic contact hole pattern with enhanced contrast can be obtained on the plate 400. When the mask 200 is illuminated with illumination light having a peak near the optical axis, an intensity distribution of a non-periodic pattern in which a desired pattern of the contact hole 22 is emphasized can be obtained on the plate 400. In another embodiment of the present invention, two diffracted lights out of the diffracted light generated by the mask 200 are incident on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 using the above-described aperture stops 150G to 150J. Such illumination light (this illumination light is referred to as first illumination light for the sake of convenience) and at least one diffracted light in the pupil plane 320 of the projection optical system 300 that does not interfere with the first illumination light. The exposure is performed by the illumination light synthesized with the illumination light that is incident. By entering two diffracted lights into the pupil plane 320, two-beam interference fringes are produced, and the intensity distribution of a periodic contact hole pattern with enhanced contrast can be obtained on the plate 400. By placing one diffracted light on the pupil plane 320 in a region that does not interfere with the first illumination light, an intensity distribution in which the false resolution pattern generated by the first illumination light is suppressed and the contact hole pattern is enhanced. Can be obtained on the plate 400.
[0071]
As a result, by combining these two illumination lights and appropriately selecting a threshold value of the plate 400 resist described later, a desired contact hole 210 pattern can be formed on the resist of the plate 400 with high quality by one exposure. (That is, the image can be transferred with good imaging performance even if the desired contact hole 210 has the same shape and fluctuates within the focal depth.)
[0072]
The mask 200 may be replaced with a mask 200A shown in FIG. Here, FIG. 9A is a schematic plan view of the mask 200A, and FIG. 9B is a schematic plan view for explaining the phase state of the light transmitting portion of the mask 200A. As shown in FIG. 9A, the mask 200A has a contact hole pattern in which a desired contact hole 210 pattern and a dummy contact hole 220 pattern are two-dimensionally arranged as in the mask 200. Is formed. However, the mask 200A is different from the mask 200 in that it is a phase shift mask. That is, in the mask 200A, as shown in FIG. 9B, the contact holes 240 and 250 adjacent to the contact hole pattern are set in a checkered pattern and the phases are set to 0 degrees and 180 degrees. When the phase shift mask is used, the 0th-order diffracted light passing through the adjacent light transmitting portions is canceled, so that ± 1st-order diffracted light is used for imaging. Since ± 1st order diffracted light has the same light intensity, the pattern contrast obtained as interference fringes is larger than when 0th order diffracted light and + 1st order or −1st order diffracted light are used, and a good pattern is formed on the plate 400. Will be obtained.
[0073]
Diffraction using the phase shift mask 200A will be described in more detail with reference to FIG. Here, FIG. 12 shows a distribution of diffracted light that appears on the pupil plane 320 by illumination light having a peak off-axis when the phase shift mask 200A is illuminated using the aperture stop 150A.
[0074]
On the other hand, in the case of cross incidence, as shown in FIG. 12, all the diffracted light deviates from the pupil plane 320 and does not form an image. However, when the illumination light is made cross incident, the position of each diffracted light on the pupil plane 320 is It shifts in the direction indicated by the arrow and moves to the position indicated by the black circle. The horizontal line-shaped intensity distribution due to the interference fringes of the two diffracted light beams in the vertical direction on the pupil plane 320 and the vertical line-shaped intensity distribution due to the two interference fringes in the horizontal direction overlap on the plate 400 surface, and a desired contact hole 210 is formed at the intersection. Pattern is formed. Since the hole diameter of the desired contact hole 210 is increased, only the desired contact hole has a high strength, and a desired pattern can be obtained by setting the threshold value of the resist so that this portion becomes an image.
[0075]
On the other hand, illumination light having a peak near the optical axis shows an effect of improving the desired contact hole shape in combination with illumination having other off-axis peaks.
[0076]
  The state shown in FIG. 12 shows that the diffracted light that was originally at 45 degrees isσ =Since it has moved to position 1, the resolution is (1 / √2). In other words, the phase shift mask 200AIn the past, the resolution of the L & S pattern was reduced to a resolution close to the limit resolution of the contact hole pattern up to √2 times the resolution line width of the L & S pattern. A resolution similar to the line width can be obtained.
[0077]
Also, if the contact hole pitch is small, the diffracted light on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 deviates from the pupil when low σ illumination is performed using the phase shift mask 200A. Thus, when the pitch of the contact holes is small, the diffracted light is diffracted to positions 1 to 4 indicated by black circles as shown in FIG. 25, and no pattern is formed under such conditions. Here, FIG. 25 is a schematic diagram showing the position of the diffracted light on the pupil plane 320 when the phase shift mask 200A shown in FIG. 9 is illuminated with a small σ, and the position where the diffracted light moves when the oblique incident illumination is performed. FIG.
[0078]
Therefore, it is necessary to perform illumination so that these diffracted lights enter the pupil. For example, in order to allow the two diffracted lights 2 and 4 to be incident on a region on the pupil plane 320 as shown by a solid rectangle in FIG. 25, a dark rectangle on the effective light source plane shown in FIG. The oblique incident illumination may be set in the area a indicated as. As a result, the diffracted light indicated by 2 ′ and 4 ′ moves to the area b indicated as a bright rectangle, and the diffracted lights 2 and 4 enter the rectangular area indicated by the solid line in FIG. 25 and enter the pupil. Become. Two diffracted lights are incident on the pupil by an effective light source indicated by one rectangle, and a linear interference fringe having an equal pitch is formed on the surface of the plate 400 by interference between the two. By combining four such rectangular effective light source areas a as shown in FIG. 26B, vertical and horizontal equal pitch linear interference fringes are formed on the surface of the plate 400, and the light intensity overlaps. A portion having a high intensity and a portion having a small intensity appear two-dimensionally at the intersection. The effective light source distribution at this time has a cross-rectangular distribution having a length in the radial direction as shown in FIG. Here, FIG. 26 is a schematic diagram for explaining the effective light source distribution.
[0079]
As in the phase shift mask 200A, if the hole diameter of the contact hole is increased only in a desired portion as a pattern on the mask, the strength of the contact hole is higher than that in the periphery and the desired contact hole is formed. become. However, in the case of cruciform incidence illumination (that is, illumination in which two diffracted lights are incident on the pupil), the exposure amount on the surface of the plate 400 becomes a wavy line drawn by a thin solid line shown in FIG. At the desired diameter exposure amount level (resist threshold), the desired pattern P₁Pseudo-resolution pattern P during₂Will occur. Here, FIG. 27 is a view showing an exposure amount and an image on the pattern 400 corresponding to the exposure amount in the cross-incidence illumination and the modified illumination of the present invention.
[0080]
Therefore, as a result of the present inventors diligently examining a method for suppressing false resolution, as shown in FIG. 28, except for a region c represented by linearly connecting two diffracted light positions on the pupil plane. It has been discovered that false resolution on the pattern 400 can be eliminated by adding an effective light source distribution in which only one diffracted light is incident on the pupil plane 320. Here, FIG. 28 is a schematic diagram showing the incident position of the diffracted light on the pupil plane 320. In order to perform such illumination, for example, one diffracted light 2 or 4 may be incident on the pupil plane 320 as shown by a black fan shape in FIG. 28, as shown in FIG. The illumination may be set so as to be shown as a dark circular area a on the effective light source surface shown. As a result, the diffracted light indicated by 2 ′ or 4 ′ moves to the area b indicated as a bright rectangle, and the diffracted light 2 or 4 enters the rectangular area indicated by the solid line including the black fan shape shown in FIG. Therefore, the diffracted light is incident on the pupil plane 320. By combining four such circular effective light source regions a as shown in FIG. 29B, the effective light source distribution at this time becomes a circular effective light source as shown in FIG. Here, FIG. 29 is a schematic diagram for explaining the effective light source distribution.
[0081]
As described above, the effective light source distribution in which two diffracted lights enter the pupil (see FIG. 26C) and the effective light source distribution in which one diffracted light enters the pupil (see FIG. 29C) are added. The cross-shaped illumination as shown by 30 is a modified illumination having an effective light source whose center is rectangular. By performing the modified illumination having such an effective light source distribution, the exposure amount on the surface of the plate 400 becomes like a wavy line drawn by a thick solid line shown in FIG. , The exposure amount of the portion corresponding to the desired pattern of the mask 200A is increased, and the desired pattern P in which the false resolution pattern disappears₃Can only get. Here, FIG. 30 is a diagram showing an effective light source shape.
[0082]
In order to make only one diffracted light incident on the pupil plane 320, as described above, for example, the pupil plane 320 in which one diffracted light 2 or 4 is shown as a black fan shape in FIG. The illumination may be set so as to be incident on the effective light source surface shown in FIG. 31A, and the illumination may be set as shown as a dark sector area a. As a result, the diffracted light indicated by 2 ′ or 4 ′ moves to the area b shown as a bright fan shape, and the diffracted light 2 or 4 enters the black fan-shaped area shown in FIG. It will be incident. By combining four such fan-shaped effective light source regions a as shown in FIG. 31B, the effective light source distribution at this time has a substantially diamond-shaped hollow at the center as shown in FIG. 31C. It becomes a rectangular effective light source. Here, FIG. 31 is a schematic diagram for explaining the effective light source distribution.
[0083]
As described above, the effective light source distribution in which two diffracted lights enter the pupil (see FIG. 26C) and the effective light source distribution in which one diffracted light enters the pupil (see FIG. 31C) are added. The cross-shaped illumination as shown in 32 is a modified illumination having an effective light source having a rectangular central portion and a substantially diamond-shaped hollow in the central portion of the rectangle. According to such an effective light source, an area where only one diffracted light is incident on the pupil is strictly defined, and light is not put into a useless area, which is efficient. Here, FIG. 32 is a diagram showing an effective light source shape.
[0084]
In order to make only one diffracted light incident on the pupil surface 320, as described above, for example, one diffracted light 2 or 4 is in a circle inscribed in the black fan shape shown in FIG. It is sufficient to illuminate so as to be incident, and illumination may be set so as to be shown as a dark circular region a on the effective light source surface shown in FIG. As a result, the diffracted light indicated by 2 ′ or 4 ′ moves to the circular area b overlapping the area a, and the diffracted light 2 or 4 enters the area inscribed in the black fan shape shown in FIG. It will enter the surface 320. By combining four such circular effective light source regions a as shown in FIG. 33 (b), the effective light source distribution at this time becomes a circular effective light source as shown in FIG. 33 (c). Here, FIG. 33 is a schematic diagram for explaining the effective light source distribution.
[0085]
As described above, the effective light source distribution in which two diffracted lights enter the pupil (see FIG. 26C) and the effective light source distribution in which one diffracted light enters the pupil (see FIG. 33C) are added. The cross-shaped illumination as shown by 34 is a modified illumination having an effective light source with a circular center. According to such an effective light source, a region where only one diffracted light is incident on the pupil can be set as a simple effective light source shape. Here, FIG. 34 is a diagram showing an effective light source shape.
[0086]
As described for the diffracted light of the phase shift mask 200 with reference to FIGS. 25 to 34, it can be understood that such modified illumination can be achieved by using the above-described aperture stops 150G to 150I. Needless to say, the shapes and dimensions of 150G to 150I must be determined in consideration of the characteristics of the diffracted light.
[0087]
On the other hand, when the pitch of the contact holes is small, when small σ illumination is performed using the mask 200 (or a halftone mask having different transmittance), the diffracted light on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 is zero-order diffracted light. Except for, the other diffracted light goes out of the pupil. As shown in FIG. 35, 0th-order diffracted light 10 passing through the center of the pupil is generated. Further, diffracted light of other diffraction orders comes to a position on the pupil plane different from that of the phase shift mask. That is, the diffracted lights 11 to 18 are obtained. Therefore, the diffracted light other than the 0th order goes out of the pupil of the projection lens as shown in FIG. 35, and no pattern is formed under such conditions. Here, FIG. 35 is a schematic diagram showing the position of the diffracted light on the pupil plane 320 when the binary mask 200 shown in FIG. 9 is illuminated with a small σ and the position where the diffracted light moves when the oblique incident illumination is performed. It is.
[0088]
Therefore, it is necessary to perform illumination so that these diffracted lights 11 to 18 enter the pupil. For example, taking two diffracted lights 10 and 15 as an example, in order to make such diffracted lights come to the shaded area of the pupil plane 320 shown in FIG. 35, a dark rectangular area a on the effective light source plane shown in FIG. Set the oblique incidence illumination as shown by. The diffracted light indicated by 10 'and 15' is a rectangular area b indicated by crosses and diagonal lines.₁And b₂Are incident on both ends of the pupil of the projection optical system 300. Two diffracted lights are incident on the pupil by an effective light source indicated by one rectangle, and a linear interference fringe having an equal pitch is formed on the surface of the plate 400 by interference between the two. Similarly, in the two diffracted lights 10 and 17, the oblique incidence illumination described in 10 and 15 can be set. By combining four such rectangular effective light source regions as shown in FIG. 37, vertical and horizontal equal-pitch linear interference fringes are formed on the surface of the plate 400, and the intensity at the intersection where the light intensities overlap. A portion with a large and a small portion appear periodically in two dimensions. As shown in FIG. 40A, the effective light source shape at this time is four rectangles having a length in the direction orthogonal to the radial direction of the pupil arranged in the cross.
[0089]
Since only a desired portion of the contact hole 210 on the mask 200 is increased in size, only that portion is stronger than the periphery, and a desired contact hole pattern is formed. However, if the cross-shaped oblique incidence illumination is simply applied, a false resolution pattern is generated in the pattern on the surface of the plate 400 as shown in FIGS. 38 (a) and 38 (b). Even an unnecessary pattern is born. Here, FIG. 38 is a diagram showing a simulation of a cross-shaped aperture stop, the aperture stop of the present embodiment, and a resolution pattern on the pattern 400 surface when oblique incidence illumination is performed on the aperture stop. .
[0090]
Therefore, as shown in FIG. 35, an effective light source distribution in which only at least one diffracted light is incident on the pupil surface 320 is added except for a region c represented by linearly connecting two diffracted light positions on the pupil surface 320. . In this case, it is convenient to use zero-order light as one diffracted light because the oblique incident angle can be reduced. FIG. 39 shows an example of the effective light source distribution. In order to perform such illumination, for example, the illumination may be set so that one diffracted light 10 'is shown as a dark sector area a on the effective light source surface. As a result, the diffracted light indicated by 10 ′ moves to the region b indicated as a bright fan shape, and the diffracted light enters the pupil plane 320. There are a total of four corresponding to such a condition, and eventually an effective light source having a shape as shown in FIG.
[0091]
As described above, the illumination system has an effective light source distribution in which two diffracted lights enter the pupil (see FIG. 40A) and an effective light source distribution in which one diffracted light enters the pupil (see FIG. 40B). As shown in FIG. 40 (c), modified illumination having an effective light source with the center removed in a cross shape can be performed. It is understood that by performing the modified illumination having such an effective light source distribution, the false resolution disappears and only a desired pattern can be obtained on the surface of the plate 400 as shown in FIG.
[0092]
As described with reference to FIGS. 35 to 40, it is understood that such modified illumination is possible by using the above-described aperture stop 150J. However, the shape and size of the aperture stop 150J are diffracted. Needless to say, it must be determined in consideration of the characteristics of light. The optimal length of the cross that becomes a hollow depends on the pitch of the pattern, and the longitudinal direction of the cross at the portion where the center of the illumination system is cross-shaped is such that the ± first-order diffracted light generated from the pattern does not enter the pupil. It is preferable to have a modified illumination system.
[0093]
Further, the mask 200 may be replaced with a mask 200B shown in FIG. Here, FIG. 10 is a schematic plan view of the mask 200B. The mask 200B is a binary mask in which all the phases of the light transmission parts are equal, but the dummy contact hole 260 around the desired contact hole 210 is the other dummy contact 220. This is different from the mask 200 in that the hole diameter is set smaller than that of the mask 200. By reducing the diameter of the contact hole 260, the desired pattern of the contact hole 210 can be more emphasized from the dummy contact hole 220. Needless to say, the mask 200B may be configured as a phase shift mask like the mask 200A.
[0094]
The projection optical system 300 has an aperture stop 320 for imaging the diffracted light that has passed through the contact hole pattern formed on the mask 200 on the plate 400. The projection optical system 300 includes an optical system including only a plurality of lens elements, an optical system (catadioptric optical system) having a plurality of lens elements and at least one concave mirror, a plurality of lens elements, and at least one kinoform. An optical system having a diffractive optical element such as an all-mirror optical system can be used. When correction of chromatic aberration is required, a plurality of lens elements made of glass materials having different dispersion values (Abbe values) can be used, or the diffractive optical element can be configured to generate dispersion in the opposite direction to the lens element. To do. As described above, the shape of the effective light source formed on the pupil plane 320 of the projection optical system 300 is the same as the shape shown in FIGS.
[0095]
The plate 400 is a wafer in this embodiment, but widely includes a liquid crystal substrate and other objects to be processed. Photoresist is applied to the plate 400. The photoresist coating process includes a pretreatment, an adhesion improver coating process, a photoresist coating process, and a prebaking process. Pretreatment includes washing, drying and the like. The adhesion improver coating process is a surface modification process for improving the adhesion between the photoresist and the base (that is, a hydrophobic process by application of a surfactant), and an organic film such as HMDS (Hexmethyl-disilazane) is used. Coat or steam. Pre-baking is a baking (firing) step, but is softer than that after development, and removes the solvent.
[0096]
The plate 400 is supported on the wafer stage 450. Since any structure known in the art can be applied to the stage 450, a detailed description of the structure and operation is omitted here. For example, the stage 450 moves the plate 400 in the XY directions using a linear motor. The mask 200 and the plate 400 are scanned synchronously, for example, and the positions of a mask stage and a wafer stage 450 (not shown) are monitored by, for example, a laser interferometer, and both are driven at a constant speed ratio. The stage 450 is provided on a stage surface plate supported on a floor or the like via a damper, for example. The mask stage and the projection optical system 300 are, for example, a base on which a lens barrel surface plate is placed on the floor or the like. It is provided on a lens barrel surface plate (not shown) supported on a frame via a damper or the like.
[0097]
The imaging position adjusting device 500 is connected to the stage 450 and moves the plate 400 together with the stage 450 in the Z direction shown in FIG. 1 within the range of the focal depth, thereby adjusting the imaging position of the plate 400. The exposure apparatus can eliminate variations in imaging performance within the depth of focus by performing exposure a plurality of times on the plates 400 arranged at different positions in the Z direction. The imaging position adjusting device 500 uses any technique known in the art, such as a rack (not shown) extending in the Z direction, a pinion (not shown) connected to the stage 450 and movable on the rack, and a means for rotating the pinion. Since it can be applied, detailed description is omitted here.
[0098]
In exposure, the light beam emitted from the laser 112 is incident on the illumination optical system 120 after its beam shape is shaped into a desired shape by the beam shaping system 114. The condensing optical system 130 efficiently introduces the light beam that has passed therethrough into the optical integrator 140. At this time, the exposure amount adjusting unit 132 adjusts the exposure amount of the illumination light. The optical integrator 140 makes the illumination light uniform, and the aperture stop 150 forms illumination light in which illumination light having a peak near the optical axis and illumination light having a peak outside the axis are combined. Such illumination light illuminates the mask 200 through the condenser lens 160 under optimum illumination conditions.
[0099]
The mask 200 is formed with a contact pattern in which a desired contact hole 210 pattern and a dummy contact hole 220 pattern are two-dimensionally arranged. Since the desired contact hole 210 has a hole diameter larger than that of the dummy contact hole 220, the exposure amount increases.
[0100]
The light beam that has passed through the mask 200 is reduced and projected onto the plate 400 at a predetermined magnification by the imaging action of the projection optical system 300. In the case of a step-and-scan exposure apparatus, the light source unit 110 and the projection optical system 300 are fixed, and the mask 200 and the plate 400 are scanned synchronously to expose the entire shot. Further, the stage 450 of the plate 400 is stepped to move to the next shot, and many shots are exposed and transferred onto the plate 400. If the exposure apparatus is a step-and-repeat method, exposure is performed with the mask 200 and the plate 400 being stationary.
[0101]
Illumination light having off-axis peaks illuminates the mask 200 to form a periodic contact hole pattern intensity distribution on the plate 400 with enhanced contrast. Illumination light having a peak near the optical axis illuminates the mask 200 to form an intensity distribution of a non-periodic pattern on the plate 400 in which the pattern of the desired contact hole 210 is emphasized. As a result, a desired contact hole 210 pattern can be formed on the plate 400 by appropriately selecting the resist threshold of the plate 400. Thus, the exposure apparatus can provide a high-quality device (semiconductor element, LCD element, imaging element (CCD, etc.), thin film magnetic head, etc.) by performing pattern transfer onto the resist with high accuracy.
[0102]
Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus will be described with reference to FIGS. FIG. 19 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like). Here, the manufacture of a semiconductor chip will be described as an example. In step 1 (circuit design), the device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced. In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by the lithography technique of the present invention using the mask and the wafer. Step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer created in step 4, and includes processes such as an assembly process (dicing and bonding) and a packaging process (chip encapsulation). . In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device created in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0103]
FIG. 20 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer. In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition or the like. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer. In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed. By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
Example 1
In Example 1, the binary mask 200 shown in FIG. 8, the KrF excimer laser (wavelength 248 nm) as the laser 112, and the projection optical system 300 with NA 0.60 were used for the exposure apparatus. In the mask 200, the hole diameter of the desired contact hole 210 is set to 150 nm, which is 30 nm larger than the hole diameter of the dummy contact hole 220 of 120 nm. Further, the aperture stop 150 has a peak near the optical axis using the aperture stop 150A shown in FIG. 2 (that is, the illumination light σ is 0.2) and has a peak off the axis ( That is, the σ of the illumination light (provided by the four circles 152A) was set to 0.9. Further, the intensity ratio between the small σ illumination light and the large σ illumination light is set to 0.9: 1 by the exposure amount adjusting unit 132.
[0104]
The exposure result at this time is shown in FIG. This figure shows imaging characteristics when the imaging position adjusting device 500 is exposed by moving the plate 400 in the Z-axis direction within the range of the focal depth from −0.4 μm to +0.4 μm. It will be appreciated that the desired contact hole 210 is well obtained in the region of distance from the focal point of −0.2 μm to +0.2 μm.
(Example 2)
In Example 2, the phase shift mask 200A shown in FIG. 9 was used. Other points (that is, the configuration of the exposure apparatus, the illumination conditions, and the exposure amount) were the same as those in Example 1. The result at this time is shown in FIG. It will be appreciated that some improvement is seen compared to the binary mask 200.
(Example 3)
Example 3 was the same as Example 1 or Example 2 except that the mask 200B shown in FIG. 10 was used. In this embodiment, the hole diameter of the dummy contact hole 260 adjacent to the desired contact hole 210 is made smaller by about 20 nm (and hence about 100 nm) than the remaining dummy contact holes 230. By suppressing the dummy pattern strength between the desired contact hole 210 patterns, an improvement in the exposure tolerance was recognized. By automatically reducing the hole diameter of the dummy contact hole 260 adjacent to the desired contact hole 210, there is a considerable effect in improving the imaging performance. However, the dummy contact hole 260 is optimized by the number and distance of adjacent holes. Also good.
(Example 4)
In Example 4, continuous exposure was performed while changing the imaging position in the Z direction shown in FIG. The configuration of the exposure apparatus, the mask arrangement, etc. are basically the same as those in the first to third embodiments. In this embodiment, the wafer stage 450 is moved in the Z direction during exposure, and multiple exposures are performed at different distances from the focal position by repeating the exposure a plurality of times. By such multiple exposure, an improvement in imaging characteristics at different positions within the range of the focal depth was recognized.
(Example 5)
In Example 5, the phase shift mask 200A shown in FIG. 9, the KrF excimer laser (wavelength 248 nm) as the laser 112, and the projection optical system 300 with NA 0.60 were used for the exposure apparatus. In the mask 200, the hole diameter of the desired contact hole 210 is set to 150 nm, which is 30 nm larger than the hole diameter of the dummy contact hole 220 of 120 nm. In addition, the aperture stop 150 is set so that two diffracted lights using the aperture stop 150G shown in FIG. 2 are incident on the pupil plane of the projection optical system 400 (that is, provided by four rectangles 155). Light, a region of the pupil plane 320 that does not interfere with the illumination light (provided by a rectangle 156 excluding a region on the pupil plane 320 where two diffracted light positions are linearly connected and represented) Illumination light. Further, the intensity ratio between the former illumination light and the latter illumination light was set to 0.9: 1 by the exposure amount adjusting unit 132.
[0105]
The exposure result at this time is shown in FIG. This figure shows imaging characteristics when the imaging position adjusting device 500 is exposed by moving the plate 400 in the Z-axis direction within the range of the focal depth from −0.4 μm to +0.4 μm. It will be appreciated that the desired contact hole 210 is well obtained in the region of distance from the focal point of −0.2 μm to +0.2 μm.
(Example 6)
In Example 6, the binary mask 200 shown in FIG. 8 and the aperture stop 150J were used. Other points (that is, the configuration of the exposure apparatus, the illumination conditions, and the exposure amount) were the same as those in Example 1. The result at this time is shown in FIG. It will be understood that the desired contact hole 210 is obtained well in the region of the distance from the focal point of −0.2 μm to +0.2 μm as in the fifth embodiment.
(Example 7)
Example 7 was the same as Example 5 or Example 6 except that the mask 200B shown in FIG. 10 was used. In this embodiment, the hole diameter of the dummy contact hole 260 adjacent to the desired contact hole 210 is made smaller by about 20 nm (and hence about 100 nm) than the remaining dummy contact holes 230. By suppressing the dummy pattern strength between the desired contact hole 210 patterns, an improvement in the exposure tolerance was recognized. By automatically reducing the hole diameter of the dummy contact hole 260 adjacent to the desired contact hole 210, there is a considerable effect in improving the imaging performance. However, the dummy contact hole 260 is optimized by the number and distance of adjacent holes. Also good.
(Example 8)
In Example 8, continuous exposure was performed while changing the image formation position in the Z direction shown in FIG. The configuration of the exposure apparatus, the mask arrangement, and the like are basically the same as those in the fifth to seventh embodiments. In this embodiment, the wafer stage 450 is moved in the Z direction during exposure, and multiple exposures are performed at different distances from the focal position by repeating the exposure a plurality of times. By such multiple exposure, an improvement in imaging characteristics at different positions within the range of the focal depth was recognized.
[0106]
According to the present invention, a fine contact hole pattern having a minimum line width of 0.08 to 0.15 μm or less is transferred with good imaging characteristics at different positions within the depth of focus on the surface of the plate 400 without replacing the mask 200. We were able to. In this example, a contact hole pattern having a minimum line width and a minimum interval of 0.12 μm was resolved with an exposure apparatus having a KrF excimer laser and NA = 0.6. The resolution line width is k₁When standardized by k₁= 0.29, and the pitch is 0.29 × 2 = 0.58.
[0107]
Hereinafter, in the aperture stop of the illumination optical system, the aperture area ratio between the first light transmission part that contributes to the resolution of the desired pattern and the second light transmission part that increases the light intensity distribution of the desired pattern explain.
[0108]
  As an example, attention is focused on the aperture stop 150J. The aperture stop 150J shown in FIG. 24B is functionally divided into two sub stops 150J1 and 150J2, as shown in FIG. FIG. 43A shows a plan view of the sub diaphragm 150J1, and FIG. 43B shows a plan view of the sub diaphragm 150J2. The opening 158A corresponds to the first light transmitting portion, and the opening 159A is the first light transmitting portion.2It corresponds to the light transmission part.
[0109]
  The aperture 158A effectively allows the 0th-order diffracted light and the + 1st-order or −1st-order diffracted light to enter the pupil of the projection optical system 300, and thus contributes to the resolution of the fine pattern. On the other hand, the aperture 159A allows 0th-order diffracted light to enter the pupil, but does not allow either + 1st-order or −1st-order diffracted light to enter the pupil. The opening 159A isOneSince only the diffracted light is allowed to enter the pupil, a desired pattern is not formed.
[0110]
  FIG. 44 shows the result of the simulation. In particular, FIG. 44A combines the sub diaphragm 150J1 with the mask 200 shown in FIG. 8, and the desired contact hole is set to 110 nm × 110 nm and the half pitch is set to 110 nm. The lower pattern is obtained as a result of interference between two light beams, and a desired contact hole pattern 210 and a dummy contact hole pattern 220 are obtained. On the other hand, FIG. 44B combines the sub diaphragm 150J2 with the mask 200 shown in FIG. 8, and the desired contact hole is set to 110 nm × 110 nm and the half pitch is set to 110 nm. The pattern below isOneObtained from the diffracted light. FIG. 44B highlights the contour of the desired contact hole pattern 210 but does not resolve even the desired contact hole pattern 210.
[0111]
Sub aperture 150J₁And 150J₂The diaphragm 150J shown in FIG. 24B successfully resolves only the desired contact hole pattern 210. FIG. 45 shows a pattern when the sub diaphragm 150J is combined with the mask 200, where a = 0.7, b = 0.5, and the maximum σ is 0.92. FIG. 45 clearly shows the desired contact hole pattern 210 without the dummy contact hole pattern 220.
[0112]
According to the study by the present inventors, when the opening areas of the first and second light transmission parts are too large, a desired pattern cannot be resolved, and the opening areas of the first and second light transmission parts are small. If too much, it results in the resolution of an undesirable pattern in addition to the desired pattern. Example 9
Referring to FIG. 8, the projection exposure apparatus has a wavelength of 248 nm and a numerical aperture of 0.73. When converted into the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a spacing of 120 nm in the horizontal direction and a spacing of 360 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 120 nm × 120 nm. In terms of the plate 400, this means that the period is 240 nm in the horizontal direction and the period is 480 nm in the vertical direction. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 240 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 90 nm × 90 nm. Three dummy contact hole patterns 220 extend outside the desired pattern 210. In this embodiment, an aperture stop 150J is used, and a = 0.6, b = 0.5, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 46A.
[0113]
Another experiment also uses the mask 200 shown in FIG. When converted to the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a period of 220 nm in the horizontal direction and a period of 440 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 110 nm × 110 nm. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 220 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 90 nm × 90 nm. In this embodiment, an aperture stop 150J is used, and a = 0.7, b = 0.5, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 46B. The area ratio of the openings 158A and 159A is 0.20 in FIG. 24B.
[0114]
Still another experiment uses the mask 200 shown in FIG. When converted to the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a period of 200 nm in the horizontal direction and a period of 400 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 100 nm × 100 nm. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 200 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 80 nm × 80 nm. In this embodiment, an aperture stop 150G shown in FIG. 21 is used, and a = 0.8, b = 0.6, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 46C. The area ratio of the openings 155 and 156 is about 0.06 in FIG.
[0115]
In the present embodiment, the shape and size of the desired contact hole 210 are adjusted. That is, the size of the isolated contact hole 210 is relatively large. Otherwise, the light intensity is reduced.
[0116]
As a result of investigating various patterns, the present inventors have found that it is effective to make the size of the light-shielding region variable according to the pattern. In the aperture stop 150J in FIG. 24B, when a = 0.8, b = 0.4, and the maximum σ is 0.90, the area ratio of the apertures 158A and 159A is about 1.30. When a = 0.8, b = 0.6, and the maximum σ is 0.92, the area ratio of the openings 158A and 159A is about 0.06. For the diaphragms 150A to 150C, the ratio is about 0.25.
[0117]
This area ratio result is also applied to the halftone mask and the diaphragms 150K, 150L and 150M shown in FIG. These diaphragms 150K, 150L, and 150M also have different vertical and horizontal periods, and are 180 ° rotation targets.
(Example 10)
In the ninth embodiment, a binary mask is used. In this embodiment, a phase shift mask 200A shown in FIG. 9 is used. The projection exposure apparatus has a wavelength of 248 nm and a numerical aperture of 0.73. When converted to the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a period of 200 nm in the horizontal direction and a period of 400 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 100 nm × 100 nm. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 200 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 80 nm × 80 nm. In this embodiment, the aperture stop 150G shown in FIG. 21 is used, and a = 0.2, b = 0.1, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 46A. The area ratio of the openings 155 and 156 is about 0.28 in FIG. Other conditions are the same as those in Example 9.
[0118]
In general, a ≦ 0.3 and b ≦ 0.2 for most phase shift masks. When the maximum σ is in the range of 0.9 to 1.0, the opening area ratio between the first and second light transmission parts is 0.13 to 0.75.
[0119]
In order to resolve the desired contact hole pattern, from Examples 9 and 10, from about 0.06 to about 0.13 is the first contribution to the resolution of the desired pattern of the aperture stop of the illumination optical system. It can be seen that the aperture ratio is an appropriate ratio between the light transmitting portion of the first light transmitting portion and the second light transmitting portion that increases the light intensity distribution of the desired pattern. In the various aperture stops described above, it is preferable to make the light-shielding region variable so that the area ratio can be easily controlled.
[0120]
Hereinafter, the relationship of the hole diameter between the desired and dummy contact holes will be described. If the hole diameter of the dummy contact hole is too large or too close to the desired contact hole, the dummy contact hole pattern is unintentionally resolved. On the other hand, if the hole diameter of the dummy contact hole is too small, the periodicity given to the desired pattern by the dummy pattern is lost. It is generally true that the larger the hole diameter of the dummy contact hole, the better the light utilization efficiency and the resulting throughput. Therefore, the relationship between the hole diameters of the desired and dummy contact holes is important.
(Example 11)
Referring to FIG. 8, the projection exposure apparatus has a wavelength of 248 nm and a numerical aperture of 0.73. When converted into the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a spacing of 120 nm in the horizontal direction and a spacing of 360 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 120 nm × 120 nm. In terms of the plate 400, this means that the period is 240 nm in the horizontal direction and the period is 480 nm in the vertical direction. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 240 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 90 nm × 90 nm corresponding to 75% of the size of the contact hole 210. Three dummy contact hole patterns 220 extend outside the desired pattern 210. In this embodiment, an aperture stop 150J is used, and a = 0.6, b = 0.5, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 49A. In this experiment, the size of the dummy contact hole is changed from 70 nm to 100 nm (this corresponds to about 58% to about 83% of the size of the contact hole 210), and the desired contact hole pattern 210 is well resolved. It was confirmed.
[0121]
Another experiment also uses the mask 200 shown in FIG. When converted to the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a period of 220 nm in the horizontal direction and a period of 440 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 110 nm × 110 nm. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 220 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 90 nm × 90 nm corresponding to about 82% of the size of the contact hole 210. In this embodiment, an aperture stop 150J is used. In FIG. 24B, a = 0.7, b = 0.5, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 49B. In this experiment, the size of the dummy contact hole is changed from 70 nm to 90 nm (this corresponds to about 64% to about 82% of the size of the contact hole 210), and a desired resolution of the desired contact hole pattern 210 is improved. It was confirmed.
[0122]
Still another experiment uses the mask 200 shown in FIG. When converted to the plate 400, the desired contact hole pattern 210 has a period of 200 nm in the horizontal direction and a period of 400 nm in the vertical direction. Each contact hole 210 has a size of 100 nm × 100 nm. When converted to the plate 400, the dummy contact hole pattern 220 has a period of 200 nm in each of the vertical direction and the horizontal direction. Each dummy hole 220 has a size of 80 nm × 80 nm corresponding to 80% of the size of the contact hole 210. In this embodiment, an aperture stop 150J shown in FIG. 24B is used, and a = 0.8, b = 0.6, and the maximum σ is 0.92. Good experimental results were obtained as shown in FIG. 49C. In this experiment, the size of the dummy contact hole was changed from 70 nm to 90 nm (this corresponds to 70% to 90% of the size of the contact hole 210), and a good resolution of the desired contact hole pattern 210 was confirmed. did.
[0123]
In the present embodiment, the shape and size of the desired contact hole 210 are adjusted. That is, the size of the isolated contact hole 210 is relatively large. Otherwise, the light intensity is reduced.
[0124]
As a result of investigating various patterns, the present inventors have found that it is preferable that the dummy contact hole has about 55% to about 90% of the hole diameter of the desired contact hole. This ratio result also applies to halftone masks and phase shift masks.
[0125]
The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof.
[0126]
【The invention's effect】
According to the mask, the exposure method and the apparatus of the present invention, a contact hole pattern having a fine hole diameter (for example, 0.15 μm or less) and mixed from an isolated contact hole to a contact hole array is exposed at a high resolution at a time. can do. In addition, a device manufacturing method using such an exposure method and apparatus can manufacture a high-quality device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an exposure apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of an exemplary shape of an aperture stop of the exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view of another exemplary shape of the aperture stop shown in FIG. 1;
4 is a schematic plan view of still another exemplary shape of the aperture stop shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a schematic plan view of still another exemplary shape of the aperture stop shown in FIG. 1;
6 is a schematic plan view of yet another exemplary shape of the aperture stop shown in FIG. 1. FIG.
7 is a schematic plan view of still another exemplary shape of the aperture stop shown in FIG. 1; FIG.
8 is a schematic plan view of a mask of the exposure apparatus shown in FIG.
FIG. 9 is a schematic view of a modification of the mask shown in FIG.
10 is a schematic plan view of another modification of the mask shown in FIG. 8. FIG.
11 is a pattern transferred to a plate as an exposure result of Example 1. FIG.
12 is a schematic plan view showing the distribution of diffracted light that appears on the pupil plane of the projection optical system by illumination light having a peak off-axis when the mask shown in FIG. 11 is illuminated by the aperture stop shown in FIG. 2;
13 is a pattern transferred to a plate as an exposure result of Example 2. FIG.
FIG. 14 is a plan view of a binary mask in which a desired contact hole pattern is formed.
15 is a schematic plan view showing the distribution of diffracted light that appears on the pupil plane of the projection optical system of the exposure apparatus when the mask shown in FIG. 14 is illuminated with illumination light having a peak near the optical axis.
FIG. 16 is a schematic plan view of a mask having a contact hole pattern in which the pattern shown in FIG. 14 and a dummy contrast pattern are two-dimensionally arranged.
17 is a schematic diagram for explaining the distribution of diffracted light that appears on the pupil plane of the projection optical system of the exposure apparatus when the mask shown in FIG. 14 is illuminated with cross (quadrupole) illumination light.
18 is a schematic plan view of a cross (quadrupole) illumination stop for illuminating the mask shown in FIG.
FIG. 19 is a flowchart for explaining a device manufacturing method having the exposure apparatus of the present invention.
FIG. 20 is a detailed flowchart of Step 4 shown in FIG. 19;
FIG. 21 is a schematic plan view showing an exemplary shape of an aperture stop.
FIG. 22 is a schematic plan view showing an exemplary shape of an aperture stop.
FIG. 23 is a schematic plan view showing an exemplary shape of an aperture stop.
FIG. 24 is a schematic plan view showing an exemplary shape of an aperture stop.
25 is a schematic diagram showing the position of the diffracted light on the pupil plane when the phase shift mask shown in FIG. 9 is illuminated with a small σ, and the position where the diffracted light moves when oblique incidence illumination is performed.
FIG. 26 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution.
FIG. 27 is a diagram showing an exposure amount and an image on a pattern corresponding to the exposure amount in the oblique incidence illumination and the modified illumination of the present invention.
FIG. 28 is a schematic diagram showing an incident position of diffracted light on the pupil plane.
FIG. 29 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution.
FIG. 30 is a diagram showing an effective light source shape.
FIG. 31 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution;
FIG. 32 is a diagram showing an effective light source shape.
FIG. 33 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution;
FIG. 34 is a diagram showing an effective light source shape.
35 is a schematic diagram showing the position of the diffracted light on the pupil plane when the binary mask shown in FIG. 8 is illuminated with a small σ, and the position where the diffracted light moves when oblique incidence illumination is performed.
FIG. 36 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution;
FIG. 37 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution.
FIG. 38 is a diagram showing a simulation of a cross pattern (quadrupole) aperture stop, the aperture stop of the present invention, and a resolution pattern on the pattern surface when oblique incidence illumination is performed on the aperture stop. It is.
FIG. 39 is a diagram showing an example of an effective light source distribution.
FIG. 40 is a schematic diagram for explaining an effective light source distribution.
41 shows a pattern transferred to a plate as an exposure result of Example 5. FIG.
42 shows a pattern transferred to the plate as an exposure result of Example 6. FIG.
FIG. 43 is a pair of sub-apertures obtained from FIG.
44 is a diagram for explaining the function of the sub-aperture of FIG. 43. FIG.
45 is a pattern transferred to the plate using the mask of FIG. 24. FIG.
46 shows a pattern transferred to the plate as an exposure result of Example 9. FIG.
47 is a schematic plan view showing an exemplary shape of three aperture stops. FIG.
48 shows a pattern transferred to a plate as an exposure result of Example 10. FIG.
49 shows a pattern transferred to the plate as an exposure result of Example 11. FIG.
[Explanation of symbols]
10 Exposure equipment
100 lighting equipment
120 Illumination optical system
132 Exposure adjustment unit
150 aperture stop
200 mask
210 Desired contact hole
220 dummy contact hole
260 dummy contact hole
300 Projection optical system
320 eyes
400 plates
500 Resolution position adjustment device

Claims (11)

A mask in which a contact hole pattern and a pattern having a smaller dimension than the pattern are arranged is used in a plurality of types so that the contact hole pattern is resolved and the resolution of the pattern having a small dimension is suppressed. illuminated with light, by projecting the object to be exposed with the pattern of the contact hole in the projection optical system, an exposure method for exposing the object to be exposed,
The plurality of types of light include only the first illuminating light in which two diffracted lights generated from the array of patterns enter the pupil plane of the projection optical system and the one diffracted light generated from the array of patterns. Second illumination light that is incident on the pupil plane of the projection optical system,
4. The exposure method according to claim 1, wherein the first illumination light forms four effective light sources arranged in a cross shape . The phase shift mask dimensions are arranged with a small pattern than the pattern and the pattern of the contact hole pattern of the contact hole is resolved, and, more so that the dimension resolution of small patterns can be suppressed by illuminating with the species of light, projecting the pattern of the contact hole in the object to be exposed by the projection optical system, an exposure method for exposing the object to be exposed,
The plurality of types of light include a first illumination light in which two diffracted lights generated from the array of patterns enter the pupil plane of the projection optical system, and at least one diffracted light generated from the array of patterns. Second illumination light that is incident on the pupil plane of the projection optical system,
The exposure method is characterized in that the second illumination light forms a rectangular effective light source having a rectangular, circular, or substantially diamond-shaped hollow . Binary or halftone mask dimension and the small pattern arranged than the pattern and the pattern of the contact hole, the pattern of the contact hole is resolved, and so that the dimension resolution of small patterns can be suppressed the exposure method illuminating a plurality of kinds of light, by projecting the pattern of the contact hole in the object to be exposed by the projection optical system, which exposes the object to be exposed to,
The plurality of types of light include a first illumination light in which two diffracted lights generated from the array of patterns enter the pupil plane of the projection optical system, and at least one diffracted light generated from the array of patterns. Second illumination light that is incident on the pupil plane of the projection optical system,
4. The exposure method according to claim 1, wherein the second illumination light forms four fan-shaped effective light sources arranged in a cross shape . 4. The exposure method according to claim 3, wherein the first illumination light forms four effective light sources arranged in a cross shape. The contact hole pattern and the pattern having a small size are arranged vertically and horizontally on the mask,
5. The exposure method according to claim 1, wherein the four effective light sources formed by the first illumination light are arranged in a cross corresponding to the vertical and horizontal axes. 5. The exposure method according to claim 1, wherein the plurality of types of light forms an effective light source having a cross-shaped dark portion at a central portion. The contact hole pattern and the pattern having a small size are arranged vertically and horizontally on the mask,
7. The exposure method according to claim 6, wherein the dark portion has a cross shape corresponding to the vertical and horizontal axes. Exposure apparatus characterized by having an exposure mode capable of performing an exposure method as claimed in any one of claims 1 to 7. 9. The exposure apparatus according to claim 8 , further comprising an illumination optical system having an aperture stop, wherein the aperture stop includes a light transmission portion and a variable light shielding portion. Illumination light quantity ratio between the first illumination forming an effective light source composed of four figures arranged in a cross corresponding to the vertical and horizontal axes of the contact hole array and the second illumination forming an effective light source composed of other shapes An exposure apparatus having means for adjusting the exposure. Comprising the steps of exposing an object using an exposure apparatus according to any one of claims 8 to 10,
Performing a predetermined process on the exposed object to be processed.

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