DE69127054T2

DE69127054T2 - Verfahren zur Herstellung eines Musters und Projektionsbelichtungsapparat

Info

Publication number: DE69127054T2
Application number: DE69127054T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kokunbunji-Shi Fukuda; Tsuneo Ome-Shi Terasawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-10-24
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2011-09-28
Also published as: EP0485062B1; JPH04348017A; JP3245882B2; US5595857A; KR920008870A; EP0485062A2; KR100213605B1; EP0777147A1; US5316896A; DE69127054D1; EP0485062A3; US5418598A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines feinen Musters für verschiedene Typen von Festkörper-Bauelementen. Diese Erfindung betrifft weiterhin eine Projektionsbelichtungsvorrichtung und eine Projektionsbelichtungsmaske, die für die Bildung eines feinen Musters verwendet werden, ein Verfahren zur Herstellung der Maske sowie ein Verfahren zum Entwerfen des Layouts des Maskenmusters. Diese Erfindung betrifft weiterhin eine für alle optischen Vorrichtungen verwendete optische Linse sowie ein in der optischen Linse eingerichtetes optisches Filter.
Um den Integrationsgrad und die Arbeitsgeschwindigkeit von Festkörper-Bauelementen, wie LSJS, zu verbessern, wurden die Schaltungsmuster immer weiter verkleinert. Gegenwärtig wird ein Belichtungsverfahren mit verkleinernder Projektion, das hinsichtlich der Produktivität bei der Massenfertigung und des Auflösungsvermögens überlegen ist, weithin zur Bildung solcher Schaltungsmuster verwendet. Die Auflösungsgrenze bei diesem Verfahren ist zur Belichtungswellenlänge proportional und zur numerischen Apertur (NA) der Projektionslinse umgekehrt proportional. Andererseits ist die Schärfentiefe proportional zur Belichtungswellenlänge und umgekehrt proportional zum Quadrat der NA. Infolgedessen wird die Schärfentiefe bei einer Verbesserung der Auflösungsgrenze (Erhöhung der NA und Verkürzung der Wellenlänge) stark verringert.
Herkömmlich wurde ein Phasenverschiebungsverfahren zur Umkehrung der Phase des durch eine angrenzende Öffnung auf der Maske hindurchtretenden Lichts als Verfahren zum erheblichen Verbessern der Auflösung der Projektionsbelichtung vorgeschlagen. Weiterhin wurde ein FLEX-Verfahren (Belichtungsverfahren mit erhöhter Fokusbreite) zum Bewirken einer Belichtung unter Verwendung der von an mehreren Positionen entlang der Lichtachse gebildeten Bilder desselben Maskenmusters als Verfahren zum erheblichen Verbessern der Schärfentiefe beim herkömmlichen Projektionsbelichtungsverfahren vorgeschlagen. Das Phasenverschiebungsverfahren ist beispielsweise in IEEE Trans. Electron Devices, Band ED-29, S. 1828 - 1836 (1982), und das FLEX-Verfahren beispielsweise in IEEE Electron Device Letters, Band EDL-8, S. 179 - 180 (1987), erörtert.
Ein Verfahren zum Andern der Bildeigenschaften durch Andern der Verteilung der Amplitude oder der Phase in einer Linsenpupille ist andererseits allgemein als eine Apodisation oder ein optisches Filtern bekannt. Weiterhin ist das Doppelbrechungsverfahren als ein Verfahren zur Wiederherstellung des verringerten Kontrasts eines Bildes bekannt. Diese Verfahren sind beispielsweise in Progress in Optics, Band 2, S. 133 - 152 (1983), North-Holland Publishing Co., erörtert.
In den letzten Jahren wurde das Schaltungsmuster bei Erhöhung des Grads der Großintegration mehr und mehr verkleinert, während die elektronischen Bauelementstrukturen eines DRAM, eines typischen LSIs und ähnliches in zunehmendem Maße in drei Dimensionen gebildet werden. Infolgedessen wird die Oberfläche des LSI-Substrats, das eine Projektionsfläche eines Maskenmusters bildet, gegenüber der sich immer weiter verringernden Schärfentiefe in unerwünschter Weise versetzt, wodurch es in zunehmendem Maße erschwert wird, ein feines Muster auf der ganzen Fläche eines LSI-Chips zu bilden. Es ist daher erforderlich, eine hohe Auflösung mit der erforderlichen Schärfentiefe sicherzustellen.
Falls das vorhergehend erwähnte Phasenverschiebungsverfahren auf sich wiederholende Muster, wie das Verdrahtungsmuster eines LSIs, unter den Beleuchtungsbedingungen eines Kohärenzfaktors von etwa 0,3 angewendet wird, wird nicht nur die Auflösung, sondern auch die Schärfentiefe um einen Faktor von zwei oder mehr in erheblichem Maße verbessert. Bei den herkömmlichen Anwendungen auf Lochmuster oder andere isolierte Muster werden jedoch sowohl die Auflösung als auch die Schärfentiefe nur um etwa 20 % verbessert. Weiterhin kann infolge eines erhöhten Proximity-Effekts bei einem Muster mit einer komplizierten Form kein Übertragungsmuster erzielt werden, das zur Maskenform identisch ist.
Gemäß dem vorhergehend erwähnten FLEX-Verfahren wird die Schärfentiefe eines isolierten Musters, wie eines Lochmusters, andererseits um einen Faktor von zwei oder drei in erheblichem Maße verbessert. Bei diesem Verfahren, das mehrere Belichtungen aufweist, die ausgeführt werden, während der Substrattisch hauptsächlich entlang der Lichtachse bewegt wird, ergeben sich jedoch Probleme, die darin bestehen, daß die Belichtungssteuerung kompliziert ist und daß der mechanische Betrieb des Substrattisches während der Belichtung desselben Chips erforderlich ist. Ein weiteres Problem besteht darin, daß der Bildkontrast bei Mustern mit einem vergleichsweise hohen Anteil an belichteter Fläche oder insbesondere bei sich wiederholenden Mustern von LSI-Verdrahtungen oder ähnlichem verschlechtert wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren zur Musterbildung sowie eine Projektionsbelichtungsvorrichtung vorzusehen, durch die trotz einer größeren NA und einer kürzeren Wellenlänge eine größere Schärfentiefe aufrechterhalten werden kann, um die Auflösungsgrenze zu verbessern, ohne irgendwelche der vorhergehend erwähnten Probleme aufzuwerfen.
In den vorhergehend zitierten Entgegenhaltungen ist durch Dr. Tsujiuchi u. a. ein Filter mit mehreren Brennpunkten vorgeschlagen, ein solches Filter ist jedoch dafür vorgesehen, den Brennpunkt bei einem System mit einer großen Aberration auf mehrere in einem Abstand zueinander angeordnete Ebenen zu legen, und kann die Phasenbeziehung zwischen mehreren an den Brennpunkten gebildeten Bildern nicht voll berücksichtigen. Es ist daher nicht immer möglich, die gewünschte Wirkung bei einem beugungsbegrenzten optischen System sicherzustellen. Weiterhin ist die räumliche Verteilung der Übertragung (der Durchlässigkeit) und der Phase des Filters zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Lichtintensität entlang der Lichtachse in Übereinstimmung mit verschiedenen Mustern nicht klar festgelegt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Projektionsbelichtungsvorrichtung vorzusehen, bei der ein neues optisches Filter, eine optische Linse sowie die vorhergehend erwähnte Linse, durch die eine große Schärfentiefe und eine Auflösungsfähigkeit in einem beugungsbegrenzten optischen System einer Projektionsbelichtungsvorrichtung für LSIS oder ähnliches aufrechterhalten werden kann, verwendet werden.
Eine große Schärfentiefe ist in verschiedenen Gebieten der Optik zusätzlich zur vorhergehend beschriebenen verkleinernden Projektionsbelichtung erforderlich. Genauer gesagt wird erwartet&sub1; daß ein optisches Mikroskop zur Beobachtung von Objekten mit einer dreidimensionalen Struktur, wie lebender Geschöpfe und der Oberflächen von LSIs, eine Mikrolinse für einen Bildplattenkopf und allgemein optische Vorrichtungen einschließlich einer Kamera und eines Teleskops durch Erhöhen der Schärfentiefe in weiteren Gebieten Anwendungen finden werden und in ihrer Leistungsfähigkeit verbessert werden können. Gemäß der zweiten Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung eine neue optische Linse, durch die auch bei allgemeinen optischen Vorrichtungen eine große Schärfentiefe aufrechterhalten werden kann, sowie ein für diesen Zweck verwendetes optisches Filter vor.
In US-A-4 370 405 ist vorgeschlagen, daß zur Verbesserung des Brennpunkts des Lichts auf einem Substrat mit einer unregelmäßigen Oberfläche über dieser Oberfläche dicke Schichten gebildet werden sollten, um eine ebene obere Fläche auszubilden.
In EP-A-0 370 935 ist ein System offenbart, bei dem in der Ebene der Oberfläche in einem Abstand angeordnete Photolackbereiche in unterschiedlicher Weise belichtet werden.
In einem Artikel mit dem Titel "A New Method for Enhancing Focus Latitude in Optical Lithography : FLEX" von H. Fukuda u. a., veröffentlicht in IEEE Electron Device Letters, Band EDL-8, Nr. 4, April 1987, S. 179 und 180, ist ein Verfahren zur Musterbildung offenbart, bei dem ein Maskenmuster Licht ausgesetzt und über eine Projektionslinse auf eine Photolackschicht auf einem Substrat abgebildet wird. Die Photolackschicht wird daraufhin entwickelt. In dem Artikel ist offenbart, daß zwei Bilder des Maskenmusters an unterschiedlichen Positionen gebildet werden, wobei eines der oberen Fläche der Photolackschicht und eines der unteren Fläche entspricht. Dieses Dokument entspricht auf diese Weise dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einer ersten Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung folgendes vor:
ein Verfahren zur Musterbildung mit dem Schritt des Projizierens und Belichtens eines Maskenmusters über eine Projektionslinse der numerischen Apertur NA mittels Licht mit einer wellenlänge λ auf einem vorgegebenen Bereich einer auf einem Substrat ausgebildeten Photolackschicht und dem Schritt des Entwickelns der Photolackschicht, wobei die Projektion und Belichtung so durchgeführt werden, daß die Abbildungen des Maskenmusters mit im wesentlichen derselben Lichtamplitude an ersten und zweiten Positionen in unterschiedlichen Abständen vom Bezugsniveau des Substrats längs der optischen Achse der Projektionslinse ausgebildet werden,
wobei
die Bilder durch räumliches Filtern des Lichts ausgebildet werden, so daß die Lichtamplitudenverteilung direkt nach Durchgang durch die Pupille der Projektionslinse das Produkt von cos (2πβr² - θ/2) und der Lichtamplitudenverteilung, die an der Pupille zum Zeitpunkt der Beleuchtung des Maskenmusters mit dem Licht erhalten wird, ist, wobei das Licht entweder räumlich teilweise kohärentes Licht oder räumlich kohärentes Licht ist, r die durch den maximalen Radius der Pupille normierte Radialkoordinate der Pupillenebene ist, β im Bereich von 0,3 < β < 0,7 liegt und θ im Bereich von 10β - 5 < θ < 10β - 2 liegt;
die Bilder des Maskenmusters gleichzeitig ausgebildet werden und die relativen Phasen der an den beiden Positionen ausgebildeten Bilder geregelt werden und die Intensität des Lichts angepaßt wird, so daß die Summe der Belichtungsdosen in den zwischen den ersten und zweiten Positionen liegenden Bereichen größer ist als eine Belichtungsdosis, die geeignet ist, ein Muster mit der Photolackschicht durch Entwicklung zu bilden.
Vorzugsweise wird die Lichtamplitudenverteilung direkt nach Durchgang durch die Pupille der Projektionslinse als i) die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung des Maskenmusters, ii) die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung der Pupille einer Projektionslinse oder die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung einer Aperturbegrenzung an einer hiermit zusammenhängenden Position oder iii) die Leuchtdichteverteilung der Beleuchtungslichtquelle festgelegt.
In einer anderen Hinsicht sieht die vorliegende Erfindung eine Projektionsbelichtungsvorrichtung vor, die eine Lichtquelle mit teilweise kohärentem Licht sowie eine Projektionslinse zum Belichten eines Maskenmusters durch Projektion auf ein Substrat aufweist;
wobei
die Projektionslinse ein räumliches Filter mit einer komplexen Amplitudenübertragungsverteilung enthält, die im wesentlichen gleich dem cos (2πβr² - θ/2) als Funktion der durch den maximalen Radius der Pupille oder der Apertur der Projektionslinse in einer Hauptpupillenebene der Linse normierten Radialkoordinate r ist, wobei eine mit der Pupillenebene oder einer Aperturbegrenzungsebene zusammenhängende Ebene die numerische Apertur der Linse bestimmt, β im Bereich von 0,3 < β < 0,7 liegt und θ im Bereich von 10β - 5 < θ < 10 β - 2 liegt.
In der Zeichnung ist folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist ein Diagramm, in dem der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung typisch dargestellt ist.
Die Figuren 2A bis 2D sind andere Diagramme, in denen der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung und ein Prozeß zur Herstellung eines modifizierten Maskenmusters aus einem entworfenen Maskenmuster typisch dargestellt sind, Fig. 2E ist ein Diagramm zur Darstellung der Verteilung der Lichtintensität durch eine modifizierte Maske, und Fig. 2F ist ein Diagramm zur Darstellung der Verteilung der Lichtintensität einer herkömmlichen Maske.
Fig. 3A ist ein Diagramm zur Darstellung der Phasen-Amplituden-Verteilung eines projizierten Bildes eines linearen Öffnungsmusters gemäß dem Stand der Technik (herkömmliches Belichtungsverfahren), Fig. 3B ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung eines projizierten Bildes eines linearen Öffnungsmusters gemäß dem Stand der Technik, Fig. 3C ist ein Diagramm zur Darstellung der Phasen-Amplituden-Verteilung eines projizierten Bildes eines linearen Öffnungsmusters gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 3D ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung eines projizierten Bildes eines linearen Öffnungsmusters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4A ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines Filters gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 4B ist ein Diagramm zur Darstellung der Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung mit einem auf ein Lochmuster angewendeten Filter gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5A ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung in einer Pupille gemäß dem Stand der Technik, und Fig. 5B ist ein Diagramm zur Darstellung der Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 6A ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Kontaktlochmusters, Fig. 6B ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung unter der Bedingung einer genauen Fokussierung, ohne daß irgendein Filter gemäß der vorliegenden Erfindung für das in Fig. 6A dargestellte Kontaktlochmuster verwendet wird, Fig. 6C ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung, ohne daß das Filter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei das Kontaktlochmuster um 1 µm defokussiert ist, Fig. 6D ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für den Fall, in dem das Filter gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem Kontaktlochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer genauen Fokussierung verwendet wird, und Fig. 6E ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für den Fall, in dem das Filter gemäß der vorliegenden Erfindung für das Kontaktlochmuster aus Fig. 6A verwendet wird, wobei das Kontaktlochmuster um 1 µm defokussiert ist.
Fig. 7A ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines anderen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 7B ist ein Diagramm zur Darstellung der Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung für den Fall, in dem ein anderes Filter gemäß der vorliegenden Erfindung auf das Lochmuster angewendet wird.
Fig. 8A ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines noch weiteren Filters gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 8B ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Schärfentiefe und der Größe, wenn kein Filter verwendet wird, und Fig. 8C ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Schärfentiefe und der Größe für den Fall, in dem ein Filter verwendet wird.
Fig. 9A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels des Verdrahtungsmusters eines LSIs, die Figuren 9B bis 9E sind Diagramme zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung unter verschiedenen Bedingungen, wenn das herkömmliche Verfahren äuf das in Fig. 9A dargestellte Verdrahtungsmuster angewendet wird, und die Figuren 9F und 9G sind Diagramme zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung unter verschiedenen Bedingungen, wenn die vorliegende Erfindung auf das in Fig. 9A dargestellte Verdrahtungsmuster angewendet wird.
Fig. 10A ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines Filters, Fig. 10B ist ein Diagramm zur Darstellung der Al-Schichtdickenverteilung eines Filters, und Fig. 10C ist ein Diagramm zur Darstellung der SiO&sub2;-Schichtdickenverteilung auf einem Filter.
Fig. 11A ist ein Diagramm zur Darstellung der Radialverteilung der Dicke eines auf einem Filter gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten Absorbers, Fig. 11B ist ein Diagramm zur Darstellung der Radialverteilung der Dicke einer auf einem Filter gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten MgF&sub2;-Schicht, und Fig. 11C ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung eines anderen optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14A ist ein Diagramm zur Darstellung der Radialverteilung der Dicke eines auf einem Filter gemäß der vorliegenden Erfindung gebildeten ringförmigen Absorbermusters, Fig. 14B ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtübertragungsverteilung desselben Filters, Fig. 14C ist eine Draufsicht des Phasenfiltermusters des Filters, und Fig. 14D ist ein Diagramm zur Darstellung der komplexen Amplitudenübertragung des Filters.
Fig. 15A ist ein Diagramm zur Darstellung eines Öffnungsmusters, Fig. 15B ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung entlang einer Linie A-A' in Fig. 15A, Fig. 15C ist eine Umrißkarte zur Darstellung der Amplitudenübertragungsverteilung einer auf der Grundlage der in Fig. 15A dargestellten Öffnung erhaltenen Maske, und Fig. 15D ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung entlang der Linie A-A' in Fig. 15C.
Fig. 16A ist ein Diagramm zur Darstellung der Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung gemäß dem Stand der Technik, und Fig. 16B ist ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung vom Brennpunkt gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren 17A bis 17D sind Diagramme zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für verschiedene Kohärenzfaktoren, wobei eine Maske gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 18A ist eine Draufsicht einer Maske gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 18B ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung der in Fig. 18A dargestellten Maske, und Fig. 18C ist ein Diagramm zur Darstellung der Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung, wenn die in Fig. 18A dargestellte Maske verwendet wird.
Fig. 19A ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Beispiels der Maske für das Kontaktloch, und Fig. 19B ist eine Draufsicht der Maske für das Kontaktloch gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 20A ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 0 µm, wenn die in Fig. 19A dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 20B ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 1 µm, wenn die in Fig. 19A dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 20C ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 0 µm, wenn die in Fig. 19B dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 20D ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 1 µm, wenn die in Fig. 19B dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 20E ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 0 µm, wenn die Maske verwendet wird, wobei die Interferenz zwischen den Mustern unterdrückt ist, und Fig. 20F ist ein Diagramm zur Darstellung des Lichtintensitätsmusters für eine Defokussierung von 1 µm, wenn dieselbe Maske verwendet wird, wobei die Interferenz zwischen den Mustern unterdrückt ist.
Fig. 21A ist eine teilweise Draufsicht einer herkömmlichen Maske für das Lochmuster, Fig. 21B ist eine teilweise Draufsicht einer Maske für das Lochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung, und Fig. 21C ist eine teilweise Draufsicht einer anderen Maske für das Lochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 22A ist eine Draufsicht zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 0 µm, wenn die in Fig. 21A dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 22B ist eine Draufsicht zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 1 µm, wenn die in Fig. 21A dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 22C ist eine Draufsicht zur Darstellung des Lichtintensitätsmusters für eine Defokussierung von 0 µm, wenn die in Fig. 21B dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 22D ist ein Diagramm zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 1 µm, wenn die in Fig. 21B dargestellte Maske verwendet wird, Fig. 22E ist eine Draufsicht zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von um, wenn die in Fig. 21C dargestellte Maske verwendet wird, und Fig. 22F ist eine Draufsicht zur Darstellung der Lichtintensitätsverteilung für eine Defokussierung von 1 µm, wenn die in Fig. 21C dargestellte Maske verwendet wird.
Fig. 23A ist ein Diagramm zur Darstellung einer Maske für das Lochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 23B ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung der Maske, Fig. 23C ist ein Diagramm zur Darstellung der erhaltenen Lichtintensität, wenn dieselbe Maske verwendet wird, Fig. 23D ist ein Diagramm zur Darstellung einer anderen Maske für das Lochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 23E ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung derselben Maske, Fig. 23F ist ein Diagramm zur Darstellung der erhaltenen Lichtintensität, wenn dieselbe Maske verwendet wird, Fig. 23G ist ein Diagramm zur Darstellung einer anderen Maske für das Lochmuster gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig. 23H ist ein Diagramm zur Darstellung der Amplitudenübertragung derselben Maske, und Fig. 23I ist ein Diagramm zur Darstellung der erhaltenen Lichtintensität, wenn dieselbe Maske verwendet wird.
Um ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird deren Grundgedanke zuerst, Bezug nehmend auf die Figuren 1, 2A bis 2F und 3A bis 3D, beschrieben.
Die Amplitudenverteilung U&sub0; eines durch kohärentes Licht projizierten Bildes läßt sich, wie nachfolgend gezeigt, als eine Funktion der Defokussierung z und des Positionsvektors x innerhalb der zur Lichtachse senkrechten Ebene schreiben.
U&sub0;(x,z) = exp(iφ) a(f) p&sub0;( f ,z) exp(2π ix f)df p&sub0;(r,z) = circ(r) exp((2π izr²) ..... (1)
wobei a(f) das Fourier-Spektrum des Maskenmusters, p&sub0;(r,z) die Pupillenfunktion, f der durch NA/λ normierte räumliche Frequenzvektor und r die durch den maximalen Öffnungsradius normierte Radialkoordinate der Pupillenebene ist. Es wird angenommen, daß die Amplitudenübertragungsverteilung der Pupillenebene der Projektionslinse eine zweidimensionale Funktion circ(r) ist, die 1 wird, wenn 0 ≤ r ≤ 1 ist, und 0, wenn 1 < r ist. Die Defokussierung z erfüllt die Beziehung D 2zλ/NA², wobei D der Defokussierungswert mit einer realen Dimension auf der Lichtachse ist. Der Term exp(iφ) repräsentiert die Lichtphase, und φ wird als 2πD/λ = 4πz/NA² gleichend angesehen.
Wenn nun die Bildebene des ursprünglichen Bildes um +β parallel zur Lichtachse (z) verschoben wird, wobei dessen Phase um +Δφ versetzt wird, ist dessen Amplitudenverteilung durch U&sub0;(x,z - β)exp(iΔφ) gegeben. Die Amplitudenverteilung U' (x,z) eines zusammengesetzten Bildes, das aus einem bei z = +β gebildeten Bild, dessen Phase um +Δφ versetzt ist, und einem bei z = -β gebildeten Bild, dessen Phase um -Δφ versetzt ist, zusammengesetzt ist, ist daher durch
U'(x,z) = [U&sub0;(x,z-β)exp(iΔφ)+U&sub0;(x,z-β)exp(-Δφ)]/2 ..... (2)
gegeben.
Durch Einsetzen von Gleichung (1) in Gleichung (2) ergibt sich
U'(x,z) = exp(iφ) x a(f) cos(2πβf² - θ/2) p&sub0;( f ,z) exp(2πix f)df ..... (3)
wobei θ = 2Δφ - 8πβ/NA² ist, was zu einer resultierenden Phasendifferenz equivalent ist, die durch die Differenz zwischen der Phasendifferenz der beiden Bilder und der durch die Änderung des Abstands zwischen den Bildebenen bewirkten Phasenänderung ausgedrückt wird. Ein Vergleich der Gleichungen (1) und (3) zeigt, daß die Amplituden der an verschiedenen Positionen entlang der Lichtchse gebildeten beiden Bilder (bei einer Differenz von 2β zwischen den Bildebenen) überlagert werden können, während die Phasendifferenz (θ) eines jeden Bildes durch Einführen von cos(2πβf2 - θ/2) bei der Amplitudenintegration geregelt werden kann. Falls die Lichtquelle eine endliche Größe aufweist (teilweise kohärente Beleuchtung) kann "a(f)" in Gleichung (3) zu [ S(s) a(f- s)ds] geändert werden, wobei S(s) eine effektive Lichtquelle ist.
Der Term cos(2πβf² - θ/2) kann durch eines der beiden nachfolgend erwähnten Verfahren in das Integral aus Gleichung (3) eingeführt werden.
Ein erstes Verfahren besteht darin, die Pupillenfunktion zu
p' ( r ,z) = cos(2πβr² - θ/2) p&sub0;( r ,z) ..... (4)
zu ändern.
Die Pupillenfunktion kann als eine komplexe Amplitudenübertragungsverteilung der Pupille der Projektionslinse (oder der Aperturbegrenzung an einer damit zusammenhängenden Position) angesehen werden. Infolgedessen wird die Amplitudenübertragungsverteilung der Pupille oder Aperturbegrenzung zur Erreichung der vorhergehend erwähnten Pupillenfunktion p' als cos(2πβr² - θ/2) festgelegt. Ein Schema dieses Verfahrens ist in Fig. 1 als Modell dargestellt. Falls ein durch eine komplexe Amplitudenübertragungsverteilung
T(r) = cos(2πβr² - θ/2) circ(r) ..... (5)
ausgedrücktes räumliches Filter in der Pupille oder der Aperturbegrenzung vorgesehen ist, können die Amplituden UI und UII zweier an verschiedenen Positionen entlang der Lichtachse ausgebildeter Bilder I und II kombiniert werden, während die Phasendifferenz zwischen den beiden Bildern geregelt wird. Der Abstand zwischen zwei Bildebenen und die Phasendifferenz können, abhängig von den Werten β und θ in Gleichung (5), nach Wunsch festgelegt werden.
Ein zweites Verfahren zum Einführen des Terms cos(2πβf² - θ/2) in das Integral der Gleichung (3) besteht darin, ein neues Maskenmuster zu verwenden, dessen Fourier- Transformierte a' (f)
a' (f) = a (f) x cos(2πβf² - θ/2) ..... (6)
wird.
Dieses Verfahren ist in Fig. 2 knapp als Modell dargestellt. Die Fourier-Transformierte a(f) (s. Fig. 2B) der komplexen Amplitudenübertragungsverteilung A(x) des in Fig 2A dargestellten entworfenen Maskenmusters wird bestimmt, und das Ergebnis wird mit cos(2πβf² - θ/2) circ(r) als a'(f) (Fig. 2C) multipliziert. Weiterhin wird die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung A' (x) (s. Fig. 2D) eines neuen Maskenmusters durch inverse Fourier-Transformation von a' (f) bestimmt. Wenn insbesondere eine Maske mit deren Amplitudenübertragungsverteilung durch
A'(x)=F&supmin;¹ [F{A(x)} x cos(2πβf² - θ/2) circ( f )] ..... (7)
ausgedrückt wird, wird die zusammengesetzte Amplitudenverteilung aus Gleichung (3) erhalten. Hierbei repräsentiert F[f(x)J die Fourier-Transformierte von f(x) und F&supmin;¹[g(t)] die inverse Fourier-Transformierte von g(t). Der Abstand zwischen den Bildebenen und die Phasendifferenz können durch die Werte von β und θ in Gleichung (7) nach Wunsch festgelegt werden. Wie in Fig. 2E dargestellt ist, kann eine zufriedenstellende Lichtintensitätsverteilung mit einer verglichen mit dem Stand der Technik (Fig. 2F) großen Schärfentiefe verwirklicht werden, wenn eine Maske verwendet wird, die Gleichung (7) erfüllt. Der Term "circ( f )" in Gleichung (7) kann beseitigt werden. Weiterhin kann die durch Ifl > 1 gegebene Fläche der einer inversen Fourier-Transformation unterzogenen Funktion a' (f) im wesentlichen einen beliebigen Wert annehmen.
Bei einer Lichtquelle mit einer endlichen Kapazität (teilweise kohärente Beleuchtung) wird "a(f)" in Gleichung (1) oder (3) zu [ S(s) a(f-s)ds] geändert, wobei S(s) eine effektive Lichtquelle ist. Es ist daher bei Verwendung der vorliegenden Erfindung bei einer (räumlich) teilweise kohärenten Beleuchtung erforderlich, ein Maskenmuster zu bestimmen, dessen Fourier-Transformierte a"(f)
S(s) a"(f-s)ds = S(s) a(f-s) cos(2πβf² - θ/2)ds .... (8)
erfüllt.
Die Amplitudenübertragungsverteilung A"(x) eines gewünschten Maskenmusters wird nachfolgend angegeben, wobei die obenerwähnte Gleichung hinsichtlich der inversen Fourier-Transformierten gelöst ist.
A"(x)=F&supmin;¹ [F{A(x) F&supmin;¹ [S(f)]} x cos(2πβf² - θ/2) circ( f )]/F&supmin;¹ [S(f)] ..... (9)
Bei dieser Gleichung wird das Faltungstheorem bezüglich der Fourier-Integration verwendet. Es ist durch Verwendung einer Maske, deren entworfenes Muster entsprechend Gleichung (9) geändert wird, möglich, bei einer (räumlich) teilweise kohärenten Beleuchtung eine ähnliche Wirkung zu erzielen wie bei einer räumlich kohärenten Beleuchtung. Dennoch gibt es bei Verwendung von Gleichung (9) einen durch F&supmin;¹ [S(f)] = 0 ausgedrückten singulären Punkt. Bei einer fast kohärenten Beleuchtung ist der singuläre Punkt vom Hauptmuster weit entfernt gelegen, und dessen Wirkung kann daher vernachlässigt werden. Mit abnehmender räumlicher Kohärenz nähert sich der singuläre Punkt andererseits dem Hauptmuster, was dazu führt, daß das Naskenmuster in erheblichem Maße kompliziert wird. Selbst dann, wenn Gleichung (7) verwendet wird, wird eine ausreichende Wirkung erzielt, solange die Kohärenz der Beleuchtung in gewissem Maße hoch ist. In einem solchen Fall wünschens werte Kohärenzbedingungen werden später, Bezug nehmend auf die Ausführungsformen, beschrieben.
Eine ähnliche Wirkung wird im Vergleich zur gewöhnlichen effektiven Lichtquelle mit einer teilweise kohärenten Beleuchtung endlichen Kapazität erreicht, indem eine effektive Lichtquelle mit einer Beleuchtungsverteilung S' (s) verwendet wird, die
S' (s) a(f-s)ds = S(s) a(f-s) cos(2πβf² - θ/2)ds ..... (10)
erfüllt.
Nun werden die Schärfentiefe und die obenbeschriebene Verbesserung der Auflösung durch eine Amplitudenüberlagerung, Bezug nehmend auf Fig. 3, erklärt.
Die Phasen-/Amplitudenverteilung U&sub0; und die Lichtintensitätsverteilung, die das Quadrat des Absolutwerts der Phasen-/Amplitudenverteilung U&sub0; eines projizierten Bildes eines linearen Öffnungsmusters gemäß dem Stand der Technik ist, verändern sich in der in den Figuren 3A und 3B dargestellten Art. Dies weist darauf hin, daß das Bild durch Defokussierung verschwindet.
Andererseits ist in den Figuren 3C und 3D ein ähnliches Ergebnis für die Phasenamplituden UI, UII und die zusammengesetzte Amplitude UI + UII der beiden Bilder dargestellt, die bei z = ±β gebildet sind und im wesentlichen entgegengesetzte Phasen aufweisen. Die Phasenänderung der Wellenlängenperiode ist jedoch nicht enthalten.
Die folgende Tatsache wird aus den Figuren 3C und 3D verständlich. Zuerst wird eine gleichmäßige Amplituden verteilung mit einer im wesentlichen entgegengesetzten Phase eines um (-)2β defokussierten Bildes einer bergförmigen Amplitudenverteilung eines fokussierten Bildes in der Umgebung einer jeden Bildebene überlagert. Hierdurch heben sich die Amplituden in der Nähe des Rands des Musters auf, wodurch die FWHM (volle Halbwertsbreite) der Amplitudenverteilung (Lichtintensitätsverteilung) verringert wird. In der Nachbarschaft eines zwischen zwei Bildebenen liegenden Punktes werden die Amplituden der um ±β defokussierten Bilder im Gegensatz dazu einander überlagert. Wenngleich der Absolutwert der Amplitude im wesentlichen gleichmäßig bleibt, wird die Phase in der Mitte des Musters um etwa ±45 Grad gedreht, während sie an dessen Rand fast unverändert bleibt. Die Amplituden der beiden Bilder werden auf diese Weise in der Mitte des Musters mit einer Phasendifferenz von etwa 90 Grad überlagert, während die zusammengesetzte Amplitude Null ist, wenn im wesentlichen entgegengesetzte Phasen einander am Rand des Musters aufheben. Die Wirkung besteht darin, daß ein Bild mit einer kleineren Ausdehnung der Lichtintensitätsverteilung ausgebildet wird, als dies beim ursprünglichen Bild der Fall ist. Hierdurch werden die Wirkungen der Fokusbreitenerhöhung des FLEX-Verfahrens und des Phasenverschiebungsverfahrens mittels eines am Rand hinzugefügten Teilphasenschiebers gleichzeitig erreicht, wodurch die Schärfentiefe und die Auflösung verbessert werden. Dies ist bei anderen Mustern fast der Fall.
Die Werte von β und θ (in Radiants) in den verschiedenen vorhergehend angegebenen Gleichungen liegen in den nachfolgend festgelegten Bereichen.
0,3 < β < 0,7 p10β - 5 < θ < 10β - 2
Weiterhin hängen die gewünschten Werte von β und θ vom übertragenen Muster ab. Bei einem periodischen Muster ist das Vorzeichen der Amplitudenübertragung beispielsweise, abgesehen vom äußersten Rand der Pupille, vorzugsweise konstant. Dies gilt nicht für das Lochmuster oder ähnliches, dessen Fourier-Transformierte ein kontinuierliches Spektrum darstellt. Bevorzugte Werte von β und θ, die dem Muster entsprechen, können beispielsweise anhand von den in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen angeführten betrachtet werden.
Die vorhergehend beschriebene Amplitudenüberlagerung ist der einfachste Fall. Die Anzahl und die Positionen von Ebenen zu überlagernder Bilder und die Phasenbeziehung zwischen diesen können auf verschiedene Arten betrachtet werden. Falls beispielsweise mindestens drei oder mehr Bilder unter Verwendung eines Pupillenfilters überlagert werden, wird die Kosinusfunktion in Gleichung (5) zur Summe von mindestens zwei oder mehreren Verteilungsfunktionen in Form von Gleichung (5) geändert, die ein geeignetes Gewicht und unterschiedliche Werte von β und θ aufweisen. Insbesondere ist eine allgemeine Formel der komplexen Amplitudenübertragung zur Sicherstellung der Amplitudenüberlagerung mehrerer Bilder durch
gegeben.
Angesichts dessen, daß sich die Lichtintensität eines Bildes stark verringert, wenn sich die Schärfentiefe mit der Erhöhung der Anzahl der Bildebenen erhöht, beträgt die Anzahl der Bildebenen jedoch vorzugsweise zwei oder drei. Um die Übertragung des optischen Filters zu erhöhen, ist der Wert eines jeden Ci andererseits vorzugsweise so festgelegt, daß der Maximalwert von T(r) (0 ≤ r ≤ 1) etwa eins beträgt.
Wenn die Maske mit einer Punktlichtquelle beleuchtet wird, wird in der Pupillenebene das Fourier-Spektrum eines Maskenmusters gebildet. Infolgedessen gleicht die Amplitudenübertragung T(r) der Pupille der kohärenten Übertragungsfunktion, wobei r als räumliche Frequenz angesehen wird. Ein optisches Filter, das in der Mitte eine kleinere Frequenz als am Rand aufweist, wirkt als ein die hohen Frequenzen verstärkendes oder die niedrigen Frequenzen unterdrückendes Filter zum Verringern der Übertragung der niedrigeren räumlichen Frequenz eines optischen Systems. Abhängig davon, wie β und θ ausgewählt werden, werden also die Abbildungseigenschaften beeinflußt.
Bei einem multifokalen Filter, bei dem sich die Übertragung mit ansteigendem r verringert, verschlechtern sich die Hochfrequenz-Übertragungseigenschaften des optischen Systems, so daß sich der Kontrast eines feinen Musters verringert. Wenn ein die niedrigeren Frequenzen unterdrückendes Filter mit einer geeigneten Übertragungsverteilung, wobei die Übertragung in der Mitte kleiner ist als am Rand, dem multifokalen Filter überlagert an der Pupillenposition angeordnet ist, kann die Verringerung des Bildkontrastes unterdrückt werden, während die FLEX-Wirkung erhalten bleibt.
Ein vergleichsweise zufriedenstellendes Ergebnis wird beispielsweise dann erzielt, wenn ein die niedrigen Frequenzen unterdrückendes Filter, das die Beziehung
T' (r) = a(r/r') + (1-a) ..... (12)
erfüllt, wobei 0,7 < a < 1,0 und 0,5 < r' < 1,0 ist, einem multifokalen Filter überlagert wird, das die Beziehung T(r) = C cos(2π 0,3 r²) erfüllt. In diesem Fall wird der Wert von C vorzugsweise so festgelegt, daß der Maximalwert des Produkts aus T(r) und T'(r) (0 ≤ r ≤ 1) fast eins ist. Statt einem multifokalen Filter ein die niedrigen Frequenzen unterdrükkendes Filter zu überlagern, ist es natürlich möglich, ein Filter mit einer komplexen Amplitudenübertragung zu verwenden, die dem Produkt der jeweiligen Amplitudenübertragungen gleicht.
Als Alternative zur Anordnung eines die niedrigen Frequenzen unterdrückenden Filters an der Pupillenposition des optischen Projektionssystems in Überlagerung mit einem multifokalen Filter kann ein ausgebildetes Bild mit einem niedrigen Kontrast durch das vorhergehend erwähnte Filter mit dem Doppelbrechungsverfahren reproduziert werden.
Das gleiche, was vorhergehend bezüglich der Unterdrückung der niedrigen Frequenzkomponenten der Fourier- Transformierten eines Musters durch Kombinieren zweier oder mehrerer Bilder hauptsächlich in bezug auf das Pupillenfilterverfahren beschrieben wurde, kann auch von einem Verfahren zum Modulieren der Phasenamplitudenübertragung einer Maske gesagt werden.

Erste Ausführungsform

Ein Filter mit einer komplexen Amplitudenübertragungsverteilung (Fig. 4A) mit β = 0,65 und θ = 260º in Gleichung (5) ist an der Position der Blende (mit der Eintrittspupille zusammenhängende Ebene) eingefügt, die die numerische Apertur einer Projektionslinse einer KrF-Excimerlaser-Belichtungsvorrichtung mit verkleinernder Projektion (Kohärenzfaktor = 0,5) bestimmt, die eine numerische Apertur von 0,5 aufweist. Hierdurch wird die Fokusabhängigkeit der in Fig. 4B dargestellten Lichtintensitätsverteilung für ein Lochmuster von 0,3 µm erhalten, das der Rayleighschen Auflösungsgrenze entspricht. In den Figuren 5A und 5B ist zum Vergleich ein ähnliches Ergebnis dargestellt, das erhalten wird, wenn kein Filter vorhanden ist. Ein Vergleich zwischen den Figuren 4 und 5 zeigt, daß die Schärfentiefe durch Einfügen des Filters mehr als verdreifacht wird, während die FWHM der Lichtintensitätsverteilung bei der Auflösungsgrenze dabei um etwa 20 % verringert wird. Die Lichtintensität verringert sich jedoch auf ein Fünftel des Normalwerts.
Das vorhergehend erwähnte Muster wurde unter Verwendung eines chemisch verstärkten Photolacks vom positiven Typ mit einer Empfindlichkeit von etwa 10 mJ/cm² übertragen. Durch Regeln der Belichtungszeit wurde ein Lochmuster mit einem Durchmesser von 0,22 um bis 0,35 µm mit einem zufriedenstellenden Querschnitt über den Fokusbereich von ±1,5 um gebildet. Obwohl sich die Lichtintensität auf etwa ein Fünftel verringerte, waren für die Belichtung nur etwa 0,2 bis 0,4 Sekunden erforderlich.
Wirkliche LSI-Kontaktlochmuster, wie sie in Fig. 6A dargestellt sind, wurden unter Verwendung des vorhergehend beschriebenen optischen Systems belichtet (die numerische Apertur wurde zu 0,45 geändert). Die sich ergebenden Lichtintensitätsverteilungen sind in den Figuren 6B bis 6E dargestellt. Durch das Einfügen eines Filters kann ein Muster selbst dann aufgelöst werden, wenn eine Defokussierung von 1 µm auftritt. Wenn das Filter nicht vorhanden ist, bewirkt eine Defokussierung von 1 µm andererseits, daß das Bild fast vollständig verschwindet.
Die Wellenlänge der Belichtungsvorrichtung, die numerische Apertur, die Kohärenzbedingungen, der verwendete Photolackprozeß, die Strukturgröße des Maskenmusters usw. sind nicht auf die in den hier beschriebenen Ausführungsformen aufgeführten eingeschränkt. Weiterhin sind die Werte von β und θ nicht auf die vorhergehend verwendeten beschränkt. Wenn beispielsweise β = 0,55 und θ = 140º betragen, gleicht die FWHM des Intensitätsprofils fast dem gemäß dem Stand der Technik erhaltenen Wert, während die FWHM des Intensitätsprofils um etwa 30 % ansteigt, wenn β = 0,35 und θ = 0º ist. In beiden Fällen erhöht sich die Schärfentiefe so, wie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Ausführungsform.

Zweite Ausführungsform

Ein Filter, das dem für die erste Ausführungsform verwendeten ähnelt, wurde so hergestellt, wie in Fig. 7A durch eine dicke durchgezogene Linie dargestellt ist. Dieses Filter wurde wie in der ersten Ausführungsform zur Belichtung eines Maskenmusters an der mit der Eintrittspupille einer Projektionslinse zusammenhängenden Ebene angeordnet. Die durch die durchgezogene Linie dargestellte angenäherte komplexe Amplitudenübertragungsverteilung T' (r) ist als
T = 1,0 (wenn cos(2πβr² - θ/2) ≥ 0) oder -0,6 (wenn cos(2πβr² - θ/2) < 0)
gegeben.
Hierdurch wird die in Fig. 7B dargestellte Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung erhalten, wodurch die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt wird. Weiterhin wird die Lichtintensität im Vergleich zur ersten Ausführungsform um einen Faktor von 1,5 erhöht, wodurch Belichtungszeit eingespart wird. Auf diese Weise kann Gleichung (5) in geeigneter Weise diskret approximiert werden.
Es gibt zusätzlich zu dem vorhergehend dargestellten verschiedene Approximationsverfahren.
Wenn a(f) (oder S(s)a(f-s)ds bei einer teilweisen Kohärenz) im Integral der Gleichung (3) eine Funktion mit einer geeigneten Ausdehnung gegenüber der räumlichen Frequenz f ist, gibt es eine Funktion T'(f), die im wesentlichen das gleiche Ergebnis liefert, als wenn das (Fourier-)Integral des Produkts aus a(f) (oder S(s)a(f-s)ds) und T'(f) (und der Pupillenfunktion) im wesentlichen (innerhalb von ±10 %) dem (Fourier-)Integral des Produkts von a(f) (oder S(s)a(f-s)ds und cos(2πβf² - θ/2) (und der Pupillenfunktion) gleicht. Die durch eine solche Funktion ausgedrückte komplexe Amplitudenübertragungsverteilung T'(r) kann als angenäherte Verteilung von Gleichung (5) verwendet werden.

Dritte Ausführungsform

Ein Filter mit einer komplexen Amplitudenübertragungsverteilung mit einem β von etwa 0,55 und einem θ von etwa 140º in Gleichung (5) (Fig. 8A) wurde an der Position der Blende (mit der Eintrittspupille zusammenhängende Ebene) eingefügt, die die numerische Apertur der Projektionslinse einer Eximerlaser-Belichtungsvorrichtung mit verkleinernder Projektion mit einer numerischen Apertur von 0,5 bestimmt. Im nächsten Schritt wurden Linien-und-Freiraum-Muster (Streifenmuster) verschiedener Größen belichtet und an verschiedene Fokalpositionen übertragen, um die Schärfentiefe zu prüfen, die ein Photolackmuster mit der gewünschten Linienbreite erzeugt, das einen zufriedenstellenden Querschnitt aufweist, wobei ein Photolack verwendet wurde, der dem in der ersten Ausführungsform verwendeten ähnelt. Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnliches Experiment für einen Fall ausgeführt, bei dem kein Filter vorhanden war. Hierdurch wurde die in Fig. 8B dargestellte Beziehung zwischen der Schärfentiefe und den Abmessungen erhalten. Das Ergebnis eines anderen ähnlichen Tests, der mit einer Phasenverschiebungsmaske ausgeführt wurde, die für jedes Öffnungsmuster der Linie und des Freiraums eine invertierte Phase aufwies, ist in Fig. 8C dargestellt. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, wird die Schärfentiefe durch Vorsehen eines Filters bei einer 0,3 µm aufweisenden, der Rayleighschen Grenze entsprechenden herkömmlichen Übertragungsmaske, und bei einem 0,2 µm aufweisenden Muster bei einer Phasenverschiebungsmaske, um etwa 50% bis 70 % erhöht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringert sich der Absolutwert der Lichtintensität, wie in der ersten Ausführungsform, erheblich, während die Verwendung eines positiven chemisch verstärkten Photolacks mit einer Empfindlichkeit von 10 mJ/cm² eine Belichtung in etwa 0,3 Sekunden ermöglicht.
Ein ähnliches Ergebnis wurde auch erzielt, wenn die Amplitudenübertragungsverteilung aus Fig. 8A, wie in der zweiten Ausführungsform, einer geeigneten diskreten Approximation unterzogen wurde.
Ein wirkliches LSI-Verdrahtungsmuster, wie es in Fig. 9A dargestellt ist, wurde unter verschiedenen Bedingungen mittels des vorhergehend erwähnten optischen Systems belichtet (die numerische Apertur wurde zu 0,45 geändert). Die sich ergebenden Lichtintensitätsverteilungen sind in den Figuren 9B bis 9G dargestellt (es wurde eine Phasenverschiebungsmaske verwendet). Falls kein Filter vorhanden ist, verschwindet ein Bild im wesentlichen bei einer Defokussierung von 1 µm bei = 0,5. Selbst dann, wenn = 0,3 ist, verschlechtert eine Defokussierung von 1 µm das Bild an den Randbereichen der Verdrahtung. Durch Einfügen eines Filters wird eine Musterauflösung ermöglicht, die selbst bei einer Defokussierung von 1 µm ein Maskenmuster getreu wiedergibt.

Vierte Ausführungsform

Nun wird ein Beispiel der Auslegung eines optischen Filters gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt.
Zwei Materialtypen mit unterschiedlichen Brechungsindizes und Absorptionskoeffizienten sind in einer geeigneten achsensymmetrischen Dickenverteilung schichtweise auf einer optisch parallelen transparenten Platte angeordnet. Die Dicke eines jeden der Materialien ist so eingestellt, daß die gewünschten Werte der Phase und der Amplitude des durch die schichtweise angeordneten Filme hindurchtretenden Lichts erreicht werden. Die Brechungsindizes der beiden Materialtypen seien n&sub1;, n&sub2;, deren Absorptionskoeffizienten k&sub1;, k&sub2; und deren Dicken d&sub1;, d&sub2;. Die Phase des durch die schichtweise angeordneten Filme hindurchtretenden Lichts ist als (2π/λ&sub0;) (n&sub1;d&sub1; + n&sub2;d&sub2;) gegeben, und die Amplitudenübertragung ist exp[(2π/λ&sub0;) (k&sub1;d&sub1; + k&sub2;d&sub2;)] (der Mehrfachinterferenzeffekt wird zur Vereinfachung ignoriert). Infolgedessen wird die vorgesehene Dickenverteilung durch gleichzeitiges Lösen der nachfolgend angegebenen Primärgleichung mit d&sub1; und d&sub2; als Variablen bezüglich der gewünschten Amplitudenübertragungsverteilung t(r) eines Filters erhalten.
(2π/λ&sub0;) [(n&sub1;-1)d&sub1;+(n&sub2;-1)d&sub2;] = 2nπ (wenn t(r) < 0)
oder (2n+1)π (wenn t(r) < 0)
exp[-(2π/λ&sub0;) (k&sub1;d&sub1; + k&sub2;d&sub2;)] = t(r) (n: ganze Zahl)
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurden Al und SiO&sub2; als die beiden Materialtypen verwendet. Die Brechungsindizes von Al und SiO&sub2; für die Wellenlänge von 250 nm betragen etwa 0,175 bzw. 1,5, und deren Absorptionskoeffizienten betragen etwa 2,725 bzw. 0,0. Aluminium hat einen großen Absorptionskoeffizienten und einen kleinen Brechungsindex. Die erforderliche Dicke und die Phasenänderung nach dem Hindurchtreten durch die Al-Schicht sind daher gering. Bei dieser Materialkombination kann die Übertragung folglich als im wesentlichen nur durch die Al-Dicke und die Phasenänderung als nur durch die SiO&sub2;-Dicke bestimmt angesehen werden. Die komplexe Amplitudenübertragung eines für eine komplexe Übertragungsverteilung mit β = 0,65 und θ = 260º in Gleichung (5) ausgelegten Filters sowie die jeweiligen Schichtdickenverteilungen für Al und SiO&sub2; sind in den Figuren 10A, 10B bzw. 10C dargestellt.
Der zur Vereinfachung in der vorliegenden Ausführungsform übergangene Mehrfachinterferenzeffekt sollte in allgemeinen Fällen in Betracht gezogen werden. Weiterhin können natürlich alternativ auch andere Materialien als Al und SiO&sub2; verwendet werden.

Fünfte Ausführungsform

Nun wird ein Beispiel der Herstellung eines Filters mit einer Amplitudenübertragungsverteilung, die nicht notwendigerweise durch Gleichung (5) ausgedrückt werden kann, sowie dessen Wirkung beschrieben.
Ein ringförmiges Cr-Absorbermuster mit einer diskreten Dickenverteilung wurde durch im Vakuum stattfindendes konzentrisches Aufbringen von Cr durch verschiedene kreisförmige oder ringförmige Masken mit einem vorgegebenen Radius auf eine für die Belichtung durchlässige optisch parallele Platte mit einer ausreichenden Dickengenauigkeit bezüglich der Wellenlänge λ erzeugt. Die Radialverteilung der Absorberdicke ist in Fig. 11A typisch dargestellt. Im nächsten Schritt wird MgF&sub2; mit einer Dicke d von λ/{2(n-1)} im Vakuum durch eine ringförmige Maske gleichmäßig auf eine mit dem vorhergehend erwähnten Absorbermuster versehene optisch parallele Platte aufgebracht, wodurch ein kreisförmiges Phasenfiltermuster mit einer MgF&sub2;-Schicht erzeugt wurde (n: Brechungsindex des MgF&sub2;-Films). Es ist natürlich so eingerichtet, daß das Zentrum des Phasenfiltermusters mit dem des ringförmigen Absorbermusters übereinstimmt. In Fig. 11B ist eine Radialverteilung einer MgF&sub2;-Schichtdicke typisch dargestellt. Die sich ergebende Radialverteilung der komplexen Amplitudenübertragung des so gebildeten optischen Filters ist so, wie in Fig. 11C durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Diese komplexe Amplitudenübertragungsverteilung ist eine diskrete Approximation von T(r) = [1 - 2 cos(2π º0,8 r²)]/3 (die unterbrochene Linie in der Zeichnung). Beim Verwenden dieses Filters in einer Projektionsbelichtungseinrichtung wie in der ersten Ausführungsform wurde im wesentlichen die gleiche Wirkung wie in dieser erzielt.
Daraufhin wurde ein optisches Filter mit einer durch eine durchgezogene Linie in Fig. 12 gezeigten Radialverteilung der komplexen Übertragung in ähnlicher Weise hergestellt. Diese komplexe Übertragungsverteilung ist eine diskrete Approximation von T(r) = sin(2π 0,65 r²) (unterbrochene Linie in der Zeichnung). Durch Verwenden dieses Filters für eine Projektionsbelichtungsvorrichtung, wie in der ersten Ausführungsform, wird die Schärfentiefe für ein Linien-und-Freiraum-Muster mit einer an der Rayleigh- Grenze liegenden Größe um etwa 70 % vergrößert.
Nachfolgend wurde T(r) = cos(2π 0,3 r²) mit T'(r) = 0,9r² + 0,1 multipliziert, und das Produkt wurde diskret approximiert, um eine Übertragungsverteilung zu erhalten. Ein optisches Filter mit einer solchen Übertragungsverteilung wurde durch ein dem vorhergehend erwähnten ähnelndes Verfahren hergestellt. Die Radialverteilung der komplexen Amplitudenübertragung des so erhaltenen optischen Filters ist in Fig. 13 dargestellt. Durch Verwenden dieses Filters in einer Projektionsbelichtungsvorrichtung wie in der ersten Ausführufigsform wurde im wesentlichen die gleiche Wirkung wie in der dritten Ausführungsform erzielt. Bei einem optischen Filter, bei dem nicht mit T'(r) multipliziert wurde, waren sowohl die Auflösung als auch das Querschnittsprofil des Photolackmusters stark verschlechtert. Das Verfahren zur Auswahl von T(r) und T'(r) ist nicht auf das vorhergehend erwähnte beschränkt.
Um eine gegenüber dem Lochmuster besonders große Schärfentiefe zu erzielen, wurde ein optisches Filter hergestellt, indem die Amplitudenübertragungsverteilung mit M = 5 in Gleichung (11) diskret approximiert wurde. In Fig. 14A ist eine Radialverteilung der Dicke eines ringförmigen Absorbermusters, in Fig. 14B eine entsprechende Übertragungsverteilung, in Fig. 14C eine Draufsicht eines Phasenfiltermusters und in Fig. 14D eine Radialverteilung (durchgezogene Linie) der komplexen Amplitudenübertragung eines endgültigen optischen Filters dargestellt (die gepunktete Linie in Fig. 14D zeigt eine auf der ursprünglichen Gleichung beruhende Verteilung). Dieses Filter wurde, wie in der ersten Ausführungsform, für eine verkleinernde Projektionsbelichtungsvorrichtung verwendet, was dazu führte, daß bei einem Lochmuster von 0,3 µm eine Schärfentiefe von mehr als 5 µm erzielt wurde. Die Belichtungsintensität war jedoch stark verringert. Wenngleich die Amplitudenübertragungsverteilung gemäß der vorliegenden Ausführungsform diskret approximiert wurde, wie in Fig. 14D dargestellt ist, kann ein Phasenfilter statt dessen erzeugt werden, indem nur die Phaseninformation gewonnen wird, während der Diskretisierungswert verringert oder detaillierter festgelegt wird.
Das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Absorbermaterial Cr kann durch irgendein anderes Material einschließlich Aluminium, das eine geeignete Absorptionsfähigkeit für das belichtende Licht aufweist, ersetzt werden. Weiterhin kann das Phasenfilter aus irgendeinem anderen Material als MgF&sub2; bestehen, das für das belichtende Licht transparent ist und einen geeigneten Brechungsindex aufweist. Das Filter kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das dem vorhergehend beschriebenen ähnelt. Es kann beispielsweise durch einen normalen Lithographieprozeß unter Verwendung des Kontaktbelichtungsverfahrens ein Muster eines SOG-Films (eines Films eines aufgeschleuderten Glases) übertragen werden. Weiterhin kann zum Verhindern der Dickenänderung des Phasenfilters, abhängig vom Absorbermaterial, eine Planarisierungsschicht oder etwas Ähnliches auf dem Absorbermuster gebildet werden.

Sechste Ausführungsform

Diese Ausführungsform ist so gestaltet, daß verschiedene optische Filter, wie die in der ersten bis fünften Ausführungsform gezeigten, von außen an der Pupillenposition der Projektionslinse der Projektionsbelichtungsvorrichtung einfügbar sind. Auch wenn keines dieser speziellen optischen Filter verwendet wird, wird eine optisch parallele Platte, die das gleiche Material und die gleiche Dicke aufweist wie die Platte eines jeden Filters, eingefügt, um die Änderung der optischen Eigenschaften der Projektionslinse zu verhindern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann jedes Filter automatisch oder manuell durch einen Befehl von der Steuerkonsole der Projektionsbelichtungsvorrichtung festgelegt werden.

Siebte Ausführungsform

Mehrere sehr kleine Filter, deren Lichtdurchlässigkeit und deren Brechungsindex durch eine Spannung stetig veränderbar waren, wurden zweidimensional angeordnet, um ein Filterarray an der Begrenzungsposition zum Bestimmen der Pupille oder der Apertur der Projektionslinse einer Projektionsbelichtungsvorrichtung zu bilden. Durch unabhängiges Steuern der än jedes der das Filterarray bildenden kleinen Filter angelegten Spannung kann die gewünschte komplexe Amplitudenübertragungsverteilung der Begrenzungsebene, die die Pupille oder die Apertur der Projektionslinse bestimmt, festgelegt werden. Normalerweise wird die Spannung durch vorab im Steuercomputer der Projektionsbelichtungsvorrichtung stattfindendes Programmieren einer gewünschten komplexen Amplitudenübertragungsverteilung automatisch festgelegt.
Diese Funktion wurde verwendet, um eine komplexe Amplitudenübertragungsverteilung mit β = 0,65 und θ = 140º in Gleichung (5) zu erhalten. Hierdurch wurde sichergestellt, daß die gleiche Wirkung wie in der ersten Ausführungsform erzielt wurde. Andererseits wurden unterschiedliche Spannungen an verschiedene kleine Filter angelegt, um eine komplexe Amplitudenübertragungsverteilung mit β = 0,55 und θ = 140º in Gleichung (5) zu erhalten, um auf diese Weise sicherzustellen, daß die gleiche Wirkung wie in der zweiten Ausführungsform erzielt wurde.

Achte Ausführungsform

Nun wird die sich aus der Modulation der Phasenamplitudenübertragung einer Maske ergebende Wirkung erklärt.
Zuerst wurde die Amplitudenübertragung für ein quadratisches Öffnungsmuster mit 0,3 µm messenden Seiten, wie es in den Figuren 15A und 15B dargestellt ist, gemäß Gleichung (7) umgewandelt. Die Amplitudenübertragungsverteilung der so erhaltenen Maske ist in den Figuren 15C und 15D als eine Umrißkarte und eine Verteilung entlang der Linie A-A' dargestellt. In diesen Diagrammen war β jedoch auf 0,7 und θ auf 250º gesetzt.
Masken mit den Amplitudenübertragungen der Figuren 15A, 15B und 15C, 15D wurden hergestellt. Ein Verfahren zur Herstellung der in den Figuren 15C, 15D dargestellten Maske wird kurz beschrieben werden. Mehrere Kombinationen eines Al-Films, der das belichtende Licht absorbieren kann, sowie einer Ätzstoppschicht für den Al-Fum, die für das belichtende Licht transparent ist, wurden auf einem Si- Substrat gebildet. Daraufhin wurde jede der Schichten wiederholt dem Photolack-Strukturierungsprozeß unter Verwendung des Elektronenstrahlschreibens und des Ätzens des Al-Films mit dem Photolack als Maske unterzogen. Hierdurch wurde die Al-Filmdickenverteilung so geändert, daß die Amplitudenübertragung in etwa den Absolutwert der in den Figuren 15C und 15D dargestellten Amplitudenübertragung annahm. Daraufhin wurde entsprechend dem gewöhnlichen Phasenverschiebungsverfahren der Maskenherstellung ein aus einem SiO&sub2;-Film bestehendes Phasenverschiebungsmuster in einem Bereich gebildet, in dem die Amplitudenübertragung in den Figuren 15C und 15D negativ ist. Es ist genauer gesagt wünschenswert, die SiO&sub2;-Dickenverteilung zu bestimmen, indem die Phasenänderung infolge des Durchgangs durch den Al-Film berücksichtigt wird. Da die Phasenänderung jedoch sehr gering ist, wurde die SiO&sub2;-Dickenverteilung in der vorliegenden Ausführungsform als gleichmäßig angesehen.
Im nächsten Schritt wurde die Maske durch Projektion mittels einer KrF-Excimerlaser-Verkleinerungsprojektionsvorrichtung mit einer numerischen Apertur von 0,5 auf ein mit einem chemisch verstärkten Photolack vom positiven Typ mit einer Empfindlichkeit von etwa 50 mJ/cm² durch Aufschleudern beschichteten Substrat belichtet. Bei dem Prozeß wurde eine hochkohärente Beleuchtung mit einem Kohärenzfaktor von 0,1 verwendet. Hierdurch wurde die Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung eines in den Figuren 16A und 16B dargestellten optischen Bildes für die in den Figuren 15A bzw. 15C dargestellten Muster erhalten. Unter Verwendung der in Fig. 15C dargestellten Maske wurde die Schärfentiefe im Vergleich zur in Fig. 15C dargestellten herkömmlichen Maske mehr als verdreifacht. Weiterhin wurde die FWHM der Lichtintensitätsverteilung um etwa 20 % verringert, wodurch die Auflösungsgrenze verbessert wurde (die Größe des ursprünglichen Lochmusters befindet sich an der Auflösungsgrenze, und die FWHM der Lichtintensitätsverteilung wird daher nicht durch eine weitere Erhöhung der Maskengröße verringert). Weiterhin wurde die absolute Lichtintensität mehr als verdoppelt.
Das Belichten und das Entwickeln wurden bei verschiedenen Belichtungsdosen und unter verschiedenen Fokusbedingungen ausgeführt. Hierdurch wurden Lochmuster mit Durchmessern von 0,2 µm bis 0,35 µm mit einem zufriedenstellenden Querschnittsprofil durch Einstellen der Belichtungszeit über einen Fokusbereich von ±1,5 um gebildet. Der Belichtungsprozeß erforderte weniger als 0,3 Sekunden.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, ist eine weitgehende Kohärenz (ein kleiner Kohärenzfaktor ) eine der wünschenswerten Belichtungsbedingungen für die vorliegende Erfindung. Eine Belichtung wurde daher unter Änderung des Kohärenzfaktors durchgeführt. Die Kohärenzabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung bei Verwendung der in den Figuren 15C und 15D dargestellten Maske ist in den Figuren 17A bis 17D dargestellt. Wenn 0,2 beträgt, verbreitert sich ein Bild bei einer Defokussierung von 1,5 µm geringfügig, und wenn 0,3 wird, verschlechtert sich das Bild ersichtlich. Ein Vergleich des optischen Bildes bei = 0,5 mit dem ursprünglichen optischen Bild zeigt, daß die Verbesserung der Schärfentiefe auf etwa 20 % abgesunken ist. Der Kohärenzfaktor ist daher vorzugsweise geringer als 0,3 oder bevorzugt geringer als 0,2 oder 0,1.
Die Wellenlänge, die numerische Apertur, der verwendete Photolackprozeß, die Kohärenz und die Form und die Größe des Maskenmusters der Belichtungsvorrichtung sind nicht auf die in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten beschränkt. Weiterhin sind die Werte von β und θ nicht auf die vorhergehend angeführten beschränkt, und es sollten entsprechend der Form und der Größe des betroffenen Musters die optimalen Werte verwendet werden. Weiterhin kann anstelle der Formel cos(2πβf² - θ/2) in Gleichung (7) die Funktion T'(f), die die in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen erfüllt, als eine Umwandlungsformel verwendet werden, wodurch selbst nach der Musterumwandlung im wesentlichen das gleiche Ergebnis erzielt wird. Abhängig von der Kohärenz kann Gleichung (9) für die Umwandlung verwendet werden. Weiterhin kann abgesehen von dem in der vorliegenden Ausführungsform beschriebenen irgendein Verfahren zum Bilden einer Maske verwendet werden, insofern eine vorgegebene Amplitudenübertragung verwirklicht werden kann. Um die Übertragung zu ändern, kann beispielsweise ein geeignetes Material mit einer Absorptionscharakteristik gegenüber dem belichtenden Licht unter Verwendung einer fokussierten Ionenstrahlvorrichtung oder etwas Ähnlichem selektiv eingebracht werden.
Verschiedene bekannte Verfahren können auch verwendet werden, wenn die Dickenverteilung eines Absorbers geändert wird.

Neunte Ausführungsform

Es wurde eine Maske hergestellt, die die in den Figuren 15C und 15D dargestellte Amplitudenübertragung aufwies und diskret approximiert wurde, wie in den Figuren 18A und 18B dargestellt ist. Es wurde eine zusammengesetzte Schicht aus durch das CVD-Verfahren auf einem am Rand hinzugefügten Unteraperturmuster gebildeten SiO&sub2;- und Si&sub3;N&sub4;-Filmen selektiv hergestellt. Die Dicken der Filme wurde so bestimmt, daß die Amplitudenübertragung 60 % beträgt und die Phase des durch sie durchtretenden Lichts gegenüber der Phase des durch das Hauptaperturmuster hindurchtretenden Lichts invertiert ist.
Die Brennpunktabhängigkeit der Lichtintensitätsverteilung eines bei Verwendung der Maske aus Fig. 18A erhaltenen optischen Bildes ist in Fig. 18C dargestellt. Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform im wesentlichen die gleiche Wirkung erzielt wie in der achten Ausführungsform. Das Approximationsverfahren ist nicht auf das in Fig. 18A dargestellte eingeschränkt, sondern es sind verschiedene andere Verfahren mit der gleichen Wirkung verfügbar. Beispielsweise können die Ecken des Unteraperturmusters um das Hauptmuster herum entfernt werden. Eine im wesentlichen gleiche Wirkung wird auch erzielt, indem der Mittenabstand zwischen dem Haupt- und dem Unteraperturmuster fast konstant gehalten wird, während die Breite und die Durchlässigkeit eines jeden Musters unter den Bedingungen, daß das Verhältnis des Produkts aus der Breite (oder der Fläche) und der Durchlässigkeit zwischen den beiden Mustern im wesentlichen konstant bleibt.
Der Prozeß der Maskenherstellung wurde durch die vorliegende Erfindung bemerkenswert vereinfacht.

Zehnte Ausführungsform

Nun wird ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Lochmusterbildung in einem DRAM (dynamischer Direktzugriffsspeicher) beschrieben.
Eine Anordnung von Kontaktiöchern bei einer gefalteten Bitleitungszelle ist in Fig. 19A dargestellt. Die Layoutregel liefert eine Verdrahtungsteilung von 0,5 µm. Muster, die in etwa der in Fig. 15B dargestellten Übertragungsverteilung nahekommen, sind einfach an den in Fig. 19A dargestellten Lochmusterpositionen der Entwurfsmaske angeordnet, so daß die in Fig. 19B dargestellte Maske gebildet wird. Die Durchlässigkeit wurde sowohl für den 0º- als auch für den 180º-Bereich auf 100 % festgelegt. Die in den Figuren 19A und 19B dargestellten Masken wurden durch ein optisches System belichtet, das dem in der ersten Ausführungsform verwendeten ähnelt, und die sich ergebenden Lichtintensitätsverteilungen sind in den Figuren 20A, 20B bzw. 20C, 20D dargestellt. Wenn diese modifizierte Maske verwendet wird, könnte ein Muster selbst bei einer Defokussierung von 1 µm, die bei den herkömmlichen Masken ein weitgehendes Verschwinden des Bildes verursacht, aufgelöst werden. Da der Proximity-Effekt eine erhebliche Spitze der Lichtintensität zwischen den Mustern bewirkte, war die Belichtungsbreite jedoch sehr schmal. Unter Berücksichtigung der Zellensymmetrie wurde daher die Phasendifferenz von 120º zwischen angrenzenden Mustern eingeführt, um dadurch die Interferenz zu unterdrücken. Eine solche Maske wurde durch vorab erfolgendes Bilden topographischer Muster (deren Größe und Genauigkeit relativ grob sein kann), entsprechend den Phasendifferenzen von 120 und 240 Grad auf einer Retikelplatte und durch Anordnen eines Phasenschiebers ähnlich dem für die in Fig. 19B dargestellte Maske, auf der Anordnung hergestellt. Auf diese Weise wurden Lichtintensitätsverteilungen, wie die in den Figuren 20E und 20F dargestellten, erhalten. Die Lichtintensitätsspitze zwischen den Lochmustern, wie sie in den Figuren 20C und 20D dargestellt ist, wurde relativ unterdrückt, um einen Fokusbereich zu erzeugen, der eine gleichmäßige Lichtintensitätsverteilung mit einer schmalen FWHM aufweist.
Nun wird in den Figuren 21A bis 21C und den Figuren 22A bis 22F ein ähnliches Ergebnis für Löcher dargestellt, die in Abständen der Periode der Verdrahtungsmuster (beispielsweise Durchkontaktlöcher zwischen dem Substrat und der Zellenpiatte) angeordnet sind. In diesem Fall werden angrenzende Muster bei der herkömmlichen Übertragungsmaske selbst am Brennpunkt in unerwünschter Weise durch den Proximity-Effekt verbunden. Angesichts dessen wurde eine Maske hergestellt (Fig. 21A), die zwischen angrenzenden Mustern die Phasendifferenz von 180 Grad herbeiführt. Da ein Unter- Verschiebermuster weiterhin eine große Fläche einnimmt, wie in den Figuren 15C, 15D und Fig. 18 dargestellt ist, überlagern sich Unter-Verschiebermuster in unerwünschter Weise, wenn der Abstand zwischen den Lochmustern gering ist. Die in Fig. 21A dargestellten Muster werden gemäß Gleichung (7) gemeinsam umgewandelt, um die in Fig. 21B dargestellte Maske zu erzeugen. Weiterhin wurde die in Fig. 21C dargestellte Maske durch diskrete Approximation erhalten.
Die durch die Masken in den Figuren 21A, 21B und 21C erhaltenen Lichtintensitätsverteilungen sind in den Figuren 22A, 22B und 22C, 22D dargestellt. Trotz der Verbesserung der Schärfentiefe durch die gemäß Gleichung (7) einer gemeinsamen Umwandlung unterzogene Maske ist die Lichtintensität am Ende des Musters verringert. Bei der in Fig. 21C dargestellten Maske ist eine gleichmäßige Lichtintensitätsverteilung mit einer schmalen FWHM ohne eine Verringerung der Lichtintensität an den Musterenden verwirklicht. Die in Fig. 21C dargestellte verbesserte (modifizierte) Maske kann durch genau den gleichen Prozeß hergestellt werden, wie die herkömmliche Phasenverschiebungsmaske.
Wenn die Löcher bei einer Periode angeordnet sind, die 2mal größer ist als der Verdrahtungsabstand (quasi-gefaltete Bitleitungszelle), wird eine wünschenswertere Wirkung erzielt, indem zwischen angrenzenden Mustern keine Phasendifferenz herbeigeführt wird.

Elfte Ausführungsform

Nun wird ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Maske mit Lochmustern unterschiedlicher Strukturgrößen beschrieben.
Eine Maske mit drei in den Figuren 23A, 23B; 23D, 23E und 23G, 23H dargestellten diskret approximierten Mustertypen wird hergestellt und verwendet, um, wie in der achten Ausführungsform, eine Belichtung und Entwicklung vorzunehmen, wodurch ein Photolackmuster erzeugt wird. Die Abhängigkeit der Defokussierung von der durch Belichtung erhaltenen Lichtintensitätsverteilung ist in den Figuren 23C, 23F und 23I dargestellt.
Fig. 23D stellt eine Grenze dar, über die hinaus die FWHM der Lichtintensitätsverteilung selbst beim Ändern der Anordnung nicht weiter verringert werden konnte. In Fig. 23A sind die Größen (Breiten) des in Fig. 23D dargestellten Haupt- und Untermusters verringert. Hierdurch wird der Absolutwert der Lichtintensitätsverteilung ohne Ändern von deren Form verringert. In Fig. 23G wurde die FWHM der Lichtintensitätsverteilung andererseits durch Ändern der Werte von β und θ in Gleichung (7) erhöht. Durch Verwenden der in den Figuren 23A, 23D und 23G dargestellten Maskenmuster wurden Lochmuster mit Durchmessern von etwa 0,2 µm, 0,3 µm und 0,4 µm erzeugt. Diese Muster entsprechen im wesentlichen der Breite (W in der Zeichnung) der Lichtintensitätsverteilung beim in der Zeichnung dargestellten Lichtintensitätswert 1.
In dieser Ausführungsform wurden die gleiche Belichtungswellenlänge, die gleiche numerische Apertur, der gleiche Kohärenzfaktor und der gleiche Photolackprozeß wie in der ersten Ausführungsform verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt. Es gibt außer den in den Figuren 23A bis 23I dargestellten mehr als eine Musteranordnung zur Erzeugung eines Photolackmusters der gewünschten Größe. Wenngleich der Absolutwert der Lichtintensität durch Verringern der Musterbreite gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringert wurde, kann statt dessen die Durchlässigkeit verringert werden.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Anforderungen an die Maske einschließlich verschiedener Lochgrößen durch Musterumwandlung oder eine nachfolgende Approximation in Übereinstimmung mit jeder Lochmustergröße zu erfüllen.
Wie vorhergehend beschrieben wurde, wird eine Maske gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Licht durch eine Projektionslinse zur Belichtung auf ein Substrat abgebildet, um auf dem Substrat ein Muster zu bilden. Bei dem Prozeß werden die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung des Maskenmusters oder die Pupille der Projektionsimse (oder der Aperturbegrenzung an einer damit zusammenhängenden Position) oder die Beleuchtungsverteilung einer das Licht aussendenden effektiven Lichtquelle so festgelegt, daß ein Bild erzeugt wird, das die Amplituden von mehreren an verschiedenen Punkten entlang der Lichtachse gebildeten Bildern aufweist, wobei diese Amplituden mit einer geeigneten Phasendifferenz überlagert werden. Durch Verkürzen der Wellenlänge und Erhöhen der NA zur Verbesserung der Auflösungsgrenze können daher gleichzeitig eine große Schärfentiefe und eine ausgezeichnete Bildqualität verwirklicht werden.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Filter mit einer durch
T(r) = cos(2πβr² - θ/2),
(β, θ: geeignete Konstante)
ausgedrückten komplexen Amplitudenübertragungsverteilung verwirklicht, wobei die Radialkoordinate r durch den maximalen Radius als Funktion an der Pupillen-, oder Aperturblendenposition standardisiert ist. Hierdurch ist es selbst in dem Fall, in dem zur Verbesserung der Auflösungsgrenze die Wellenlänge verkürzt oder die NA erhöht wird, möglich, eine große Schärfentiefe und eine hohe Bildqualität aufrechtzuerhalten.
Weiterhin werden gemäß der vorliegenden Erfindung ein auf den LSI geschriebenes Layoutmuster einer Fourier- Transformation unterzogen und die nachfolgenden Musterdaten mit cos(2πβf² - θ/2) multipliziert. Das einer inversen Fourier-Transformation unterzogene sich ergebende Muster mit einer geeigneten Auflösung wird als Maskenmuster verwendet, so daß ein LSI durch Belichtung hergestellt wird, wodurch gleichzeitig die Erhöhung der Lichtintensität sowie die Sicherstellung einer großen Schärfentiefe und einer hohen Bildqualität ermöglicht werden.
Hierdurch kann ein feines Muster mit einer hochentwickelten dreidimensionalen Bauelementstruktur auf der ganzen Oberfläche eines LSI-Substrats gebildet werden, wodurch ein 0,2 bis 0,3 µm messendes Muster in einem optischen Belichtungssystem verwirklicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Musterbildung mit dem Verfahrensschritt Projizieren und Belichten eines Maskenmusters über eine Projektionsimse der numerischen Apertur NA mittels Licht mit einer Wellenlänge λ auf einem vorbestimmten Bereich einer auf einem Substrat ausgebildeten Photolackschicht und dem Verfahrensschritt Entwickeln der Photolackschicht, wobei die Projektion und Belichtung so durchgeführt wird, daß die Abbildungen des Maskenmusters mit im wesentlichen derselben Lichtamplitude an ersten und zweiten Positionen in unterschiedlichen Abständen von einem Bezugsniveau des Substrats längs der optischen Achse der Projektionsimse ausgebildet werden,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Abbildungen durch räumliches Filtern des Lichts ausgebildet werden, so daß die Lichtamplitudenverteilung direkt nach Durchgang durch die Pupille der Projektionslinse das Produkt des cos(2πβf² - θ/2) und der Lichtamplitudenverteilung, die auf der Pupille zum Zeitpunkt der Beleuchtung des Naskenmusters mit dem Licht erhalten wird, ist, wobei das Licht entweder räumlich teilweise kohärentes Licht oder räumlich kohärentes Licht ist, r die Radialkoordinate der Pupillenebene, normiert durch den maximalen Radius der Pupille, ist, β im Bereich von 0,3 < β < 0,7 liegt und θ im Bereich von 10β - 5 < θ < 10β - 2 liegt;

die Abbildungen des Maskenmusters gleichzeitig ausgebildet werden; und

die relativen Phasen der an den zwei Positionen ausgebildeten Abbildungen geregelt werden und die Intensität des Lichts angepaßt wird, so daß die Summe der Belichtungsdosen in den zwischen den ersten und zweiten Positionen liegenden Bereichen größer ist als eine Belichtungsdose, die geeignet ist, ein Muster mit der Photolackschicht durch Entwicklung auszubilden.

2. Verfahren zur Musterbildung gemäß Anspruch 1, wobei die Lichtamplitudenverteilung direkt nach Durchgang der Pupille der Projektionslinse als

i) die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung des Maskenmusters,

ii) die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung der Pupille der Projektionslinse oder die komplexe Amplitudenübertragungsverteilung oder einer Aperturbegrenzung an einer hiermit zusammenhängenden Position, oder

iii) der Leuchtdichteverteilung der Beleuchtungslichtquelle

festgelegt wird.

3. Verfahren zur Musterbildung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand D zwischen den ersten und zweiten Positionen längs der optischen Achse der Projektionslinse D = 4βγ/NA² ist , wobei β im Bereich von 0,3 < β < 0,7 liegt,

und die Phasendifferenz θ in Radiants zwischen den an den ersten und zweiten Positionen ausgebildeten Abbildungen im Bereich von 10β - 5 < θ < 10β - 2 liegt, wobei die Phasendifferenz die Nettophasendifferenz ist, die sich durch Substrahieren der Phasenänderung über diese Distanz D von der Phasendifferenz an den jeweiligen Bildebenen ergibt.

4. Projektionsbelichtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle mit teilweise kohärentem Licht und einer Projektionslinse zum Belichten eines Maskenmusters durch Projektion auf ein Substrat;

dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionslinse ein räumliches Filter mit einer komplexen Amplitudenubertragungsverteilung enthält, die im wesentlichen gleich dem cos(2πβr² - θ/2) ist als eine Funktion der Radialkoordinate r, normiert durch den maximalen Radius der Pupille oder der Apertur der Projektionslinse in einer Hauptpupillenebene der Linse, wobei eine mit der Pupillenebene oder einer Öffnungsbegrenzungsebene zusammenhängende Ebene die numerische Apertur der Linse bestimmt, β im Bereich von 0,3 < β < 0,7 liegt und θ im Bereich von 10β - 5 < θ < 10β - 2 liegt.

5. Projektionsbelichtungsapparate gemäß Anspruch 4, wobei das räumliche Filter ein Muster enthält, das wenigstens einen Absorptionsschichttyp mit einer diskreten Dicke und ein Filmmuster aus transparentem Material zum Invertieren der Phase des Übertragungslichts aufweist.

6. Projektionsbelichtungsapparat gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei das räumliche Filter so angeordnet ist, daß es im wesentlichen an der Pupillenposition des Projektionslinse festgelegt ist.

7. Projektionsbelichtungsapparat gemäß Anspruch 4, wobei die Projektionslinse ein Filterarray mit einer Vielzahl kleiner Filter enthält, die zweidimensional an einer ausgewählten Hauptpupillenebene der Linse angeordnet sind, wobei eine Ebene mit der Pupillenebene und der die Linsenapertur festlegenden Begrenzungsposition zusammenhängt&sub1; wobei jedes kleine Filter wenigstens einen Lichtübertragungsfaktor oder einen Brechungsindex hat, die mittels einer Spannung kontinuierlich veränderbar sind.