DE69215942T2

DE69215942T2 - Verfahren und System zur optischen Projetkionsbelichtung

Info

Publication number: DE69215942T2
Application number: DE69215942T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Setagaya-Ku Tokyo Harada; Toshiyuki Sagamihara-Shi Kanagawa Horiuchi; Kazuhiko Atsugi-Shi Kanagawa Komatsu; Seitaro Atsugi-Shi Kanagawa Matsuo; Yoshiaki Atsugi-Shi Kanagawa Mimura; Yoshinobu Machida-Shi Tokyo Takeuchi; Emi Isehara-Shi Kanagawa Tamechika
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1991-04-05
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2012-03-25
Also published as: EP0507487B1; EP0507487A3; EP0507487A2; KR920020229A; KR970004682B1; US5208629A; DE69215942D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren und ein System zur Verwendung desselben und, genauer, ein Verfahren und ein System zum Belichten einer Mikrostruklur wie einer LSI- Struktur, um die Mikrostruktur auf einen Substrat unter Verwendung einer optischen Projektionslinse zu bilden.
Ein als "Stepper" bezeichnetes optisches Projektionsbelichtungssystem zum Bilden einer Mikrostruktur wie einer LSI-Struktur erfordert herkömmlicherweise ein hohes Auflösungsvermögen. Um diese Anforderung zu erfüllen, weist eine optische Projektionslinse eines neueren optischen Projektionsbelichtungssystems eine größere numerische Apertur auf und verkürzt die Wellenlänge von Licht, um die Auflösungseigenschaft zu verbessern. Die am weitesten entwickelte Projektionslinse weist ein Auflösungsvermögen auf, das fast einem theoretischen Grenzwert, der durch die Wellenlänge von Licht bestimmt ist, entspricht. Trotzdem ist ein höheres Auflösungsvermögen erforderlich, um mit dem Mikrostrukturieren neuerer LSI-Strukturen fertig zu werden. Um diese Anforderung bewältigen zu können, ist ein Phasenverschiebungsmaskenverfahren vorgeschlagen, bei dem jedem vorbestimmten Interval transparenter Strukturen Phasenschieber zugefügt sind, so daß ein Phasenunterschied π in transmittierten Strahlen zwischen benachbarten Strukturen auf der auf der Objektebene der optischen Projektionskinse angeordneten Maske erscheint, wodurch eine Lichtintensität in einem opaken Bereich dazu gebracht wird, dicht an Null heranzukommen. Dieses Verfahren wird mitteas eines einfachen Beispiels beschrieben.
Fig. 17 ist eine Ansicht zur Erklärung der Auflösungsgrenze der Maske dieses Phasenverschiebungsmaskenverfahrens, während Fig. 18 eine Ansicht zur Erklärung einer Auflösungsgrenze einer Maske mittels eines normalen Beleuchtungsverfahrens ist. Man unterstellt, daß jede Maske eine große Anzahl Linienfiguren von gleicher Breite und paralleler Anordnung zueinander in gleichen Abständen aufweist. Fig. 18 ist ein Schnitt einer Maske M entlang einer zu einer Richtung von Linien der Maske M senkrechten Ebene. Die Länge eines Wiederholungsintervalls der Linienfiguren der in Fig. 18 gezeigten Maske M ist als d definiert. Phasenschieber 5 sind in jedem vorbstimmten Intervall transparenter Bereiche in einer in Fig. 17 gezeigten Phasenverschiebungsmaske NP zugefügt, um einen Phasenunterschied π zwischen zwei durch zwei benachbarte transparente Bereiche hindurchtretenden Strahlen zu verursachen. Das heißt, weil man jedes vorbestimmte Interval der Strukturen eine negative Amplitude erhält, ist die Periode als 2d definiert, und eine DC-Komponente wird Null. Aus diesem Grund wird Beleuchtungslicht I&sub0; mit einer Wellenzahl k&sub0; und vertikalem Einfall auf die Phasenverschiebungsmaske MP von der Maske gebeugt, um eine Welle l1 zu erzeugen, die im Verhältnis zu einer optischen Achse z in einem Winkel geneigt ist. Die Wellenzahl dieser Welle ist als k&sub1; = k&sub0;sin(α¹) definiert, wobei α¹ der Beugungswinkel ist. Die Grundperiode der Wiederholungsstruktur 2d ist, ist die Wellenzahl jedoch als k&sub1; = 2π/2d definiert. Eine elektrische Feldamplitude u transmittierten Lichts weist Komponenten in ±x-Richtungen auf und ist wie folgt dargestellt:
wobei x eine Koordinate in einer Strukturwiederholungsrichtung ist.
Wenn sich eine durch Gleichung (1) definierte Welle entlang der optischen Projektionslinse ausbreitet, nimmt man an, daß diese Welle nahe der Periphery eine Blende A (Eingangspupille), die unter der Phasenverschiebungsmaske MP angeordnet ist, passiert. Das heißt, es ist anzunehmen, daß eine kleine Struktur, die in einem Winkel, der größer ist als die Größe der Blende A, nicht von der optischen Projektionslinse aufgelöst werden kann. Da die Lichtintensität in der Bildebene proportional dem Quadrat des absoluten Werts der elektrischen Feldamplitude ist, wird die folgende Gleichung abgeleitet:
so daß eine Struktur, die eine Grundperiode d und eine Wellenzahl k&sub1; aufweist, reproduziert werden kann.
Auf der anderen Seite ergibt sich, wenn das Licht 10 mit der Wellenzahl k&sub0; vertikal auf die normale Maske M fällt, die keinen Phasenschieber 5 aufweist, eine Welle I&sub1;' mit der folgenden Wellenzahl, wie in Fig. 18 gezeigt ist:
2k&sub1; = 2k&sub0; sin(α')
Diese Welle I&sub1; wird von der Blende A abgeschirmt und erreicht nicht die Bildebene. Das heißt, daß bei vertikalem Einfall auf die normale Maske die Struktur nicht aufgelöst wird.
Wie aus der obigen Beschriebung ersichtlich ist, kann das Auflösungsvermögen im Vergleich zur herkömmlichen Technik vergrößert werden, wenn das Phasenverschiebungsmaskenverfahren verwendet wird.
Wie oben beschrieben, ist das Phasenverschiebungsmaskenverfahren, auch wenn es für benachbarte lineare Strukturen wirksam ist, bei benachbarten Strukturen mit unterschiedlichen Größen und isolierten Strukturen nicht wirksam. Der Schritt des Zufügens von Phasenschiebern bei der Maskenherstellung führt zu einer geringen Ausbeute und hohen Maskenherstellungskosten.
Ein anderes Verfahren, das ein höheres Auflösungs vermögen erreicht, um mit dem Mikrostrukturieren fertigzuwerden, ist ein ringförmiges Lichtquellen-Blenden- Verfahren. Wie in der japanischen Patentanmeldung Nr. 59- 211269 (JP-Patent-Offenlegung Nr. 61-91662, offengelegt am 9. Mai 1986) mit dem Titel "Optisches Projektions belichtungssystem" und vom vorliegenden Anmelder eingereicht, beschrieben ist, wird eine ringförmige Blende als Lichtquellenblende verwendet. Die Funktion dieses Verfahrens ist auf experimentellen Fakten begründet. Dieser Stand der Technik beschreibt, daß eln höheres Auflösungsvermögen durch eine Außenlichtquelle in der ringförmigen Lichtquellenblende erreicht werden kann. Es ist jedoch keine Beschreibung bezüglich eines Verfahrens der Bestimmung einer Größe der Ringlichtquellenblende erfolgt, um eine maximale Auflösung der optischen Projek tionslinse zu erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein hauptsächliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren und ein System zur Verwendung desselben zur Verfügung zu stellen, die die Auflösung relativ zu der im herkömmlichen Fall verbessern können.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung,ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren und ein System zur Verwendung desselben zur Verfügung zu stellen, die zusätzlich zu obigem Ziel den Kontrast verbessern können.
Um obige Ziele zu erreichen, ist entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren einer Mikrostruktur eines Mikromusters vorgesehen, umfassend die Schritte des Neigens eines Beleuchtungslichtes zum Beleuchten einer Maske mit der Mikrostruktur darauf in einem Winkel, der der numenschen Apertur einer optischen Projektionslinse entspricht, die im Verhältnis zur optischen Achse unter der Maske angeordnet ist, und des Bewirkens, daß das Beleuchtungslicht schräg einfallend auf die Maske ist, um die Mikrostruktur auf einem unter der optischen Projektionslinse angeordnetem Objekt zu bejichten.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine optische Projektionsbelichtungsvorrichtung einer Mikrostruktur vorgesehen, umfassend eine Lichtquelle, eine Maske, auf der die Mikrostruktur gezeichnet wird, eine optische Projektionslinse, die unter der Maske angeordnet ist, und Mittel zur schrägen Beleuchtung der Mikrostruktur auf der Maske, wobei das Beleuchtungslicht in Bezug auf die optische Achse in einem Winkel geneigt ist, der der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse entspricht, wobei das Beleuchtungslicht schräg auf die Maske einfällt, um die Mikrostruktur auf ein mlter der optischen Projektionslinse angeordnetes Objekt zu bringen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Ansicht zur Erklärung des Prinzips der vorliegenden Erfindung;
Figuren 2(a) und 2(b) sind Ansichten zur Erklärung der Auflösung bei einem 2- oder 4-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 3(a) und 3(b) sind Ansichten zur Erklärung der Auflösung bei einem achsensymmetrischen Schrägemfallbeleuchtungsverfahren entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine graphische Auftragung, die eine OTF (beste Betriebsfrequenz) zeigt, wenn der Amplituden lichtdurchlaßgrad bzw. die Amplituderilichttransmittanz auf einem Bogen des peripheren Abschnitts der optischen Projektionslinsenblende entsprechend der vorliegenden Erfindung 50% beträgt;
Figuren 5A und 5B sind Ansichten, die eine optische Projektionslinsenblende zeigen, um den Kontrast bei einem 4-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung zu erhöhen;
Figuren 6(a) bis 6(d1) sind Ansichten, die eine Beziehung zwischen einer Lichtquellenanordnung und einem Lichtdurchlaßgrad einer optischen Projektionslinsenblende zeigen, wobei Figuren 6(a) bis 6(d) Ansichten sind, die die Lichtquellenanordnung zeigen, und Figuren 6(a1) bis 6(d1) Ansichten sind, die optischen Projektionslinsen blenden entsprechend der in Figuren 6(a) bis 6(d) gezeigten Lichtquellen zeigen;
Fig. 7 ist eine schematische Ansicht eines optischen Systems zur Bildung eines Bildes auf einer Scheiben- bzw. Waferoberfläche bei Einfall von Beleuchtungslicht von einer punktförmigen Lichtquelle auf eine Maskenstruktur durch eine Kondensorlinse;
Fig. 8 ist eine Ansicht, die eine in den Ausführungsformen verwendete Maskenstruktur zeigt;
Figuren 9(a) und 9(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines durch das Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren der vorliegenden Erfindung erhaltenen Bildes zeigen;
Figuren 10(a) und 10(b) sind graphische Auftragungen, die eine Intensitätsverteilung eines mittels normalem Phasenverschiebungsverfahren erhaltenen Bildes;
Figuren 11(a) und 11(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines mittels normalem Beleuchtungsverfahren erhaltenen Bildes zeigen;
Figuren 12(a) und 12(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines unter Verwendung einer Inversionsmaske entsprechend der vorliegenden Erfindung erhaltenen Bildes zeigen;
Figuren 13(a) und 13(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines mittels normalen Verfahrens unter Verwendung einer Inversionsmaske erhal tenen Bilds zeigen;
Figuren 14(a) und 14(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung elnes Bildes zeigen, das man durch Beleuchtungslicht, das bei dem 4-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren enlsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, erhält;
Figuren 15(a) und 15(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines Bildes zeigen, das man durch das 4-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren unter Verwendung einer Inversionsmaske entsprechend der vorliegenden Erfindung erhält;
Figuren 16(a) und 16(b) sind graphische Auftragungen, die die Intensitätsverteilung eines Bildes zeigen, das man erhält, wenn der Lichtdurchlaßgrad des peripheren Abschnitts der Blende einer optischen Projektionslinse 50% beträgt und eine Inversionsmaske verwendet wird;
Fig. 17 ist eine Ansicht zur Erklärung eines herkömmlichen Phasenverschiebungsmaskenverfahrens;
Fig. 18 ist eine Ansicht zur Erklärung eines normalen Beleuchtungsverfahrens;
Figuren 19(a) und 19(b) sind Ansichten, die eine Grundanordnung einer ringförmigen Lichtquelle zeigen;
Figuren 20 bis 26(b) sind Ansichten, die noch eine weitere Ausführungsform unter Verwendung einer optischen Einrichtung des Phasengittertyps zeigen, das eine periodische Struktur als Lichtquelle aufweist;
Fig. 27 ist eine schematische Ansicht einer Maske, die in der in Figuren 20 bis 26(b) gezeigten Ausführungsform verwendet wird;
Fig. 28(a) ist eine schematische Ansicht, die eine Maske entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 28(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 28(a);
Fig. 29(a) ist eine schematische Ansicht, die eine Maske entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 29(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 29(a);
Figuren 30(a) und 30(b) sind Ansichten, die jeweils Abwandlungen der Phasengittermusterstruktur in Fig. 30 zeigen;
Fig. 31(a) ist eine schematische Ansicht einer Maske entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 31(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 31(a);
Fig. 32 ist eine schematische Ansicht einer Maske entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 33(a) ist eine schematische Ansicht, die eine Maske entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
Fig. 33(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 33(a);
Figuren 34(a) und 34(b) sind Ansichten, die das Prinzip einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei Fig. 34(a) eine Ansicht ist, die eine schematische Anordnung zeigt, und Fig. 34(b) eine Ansicht ist, die eine invertierte konische schräge Beleuchtung zeigt;
Fig. 35 ist eine Ansicht, die einen divergenten Beleuchtungswinkel dieser Ausführungsform zeigt;
Fig. 36(a) ist eine perspektivische Ansicht, die eine detaillierte Anordnung eines Prismas in Fig. 34(a) zeigt, und Fig. 36(b) ist eine Abschnittsansicht des Prismas;
Fig. 37(a) ist eine Draufsicht auf ein geriffeltes Prisma, das als optische Einrichtung in dieser Ausführungsform verwendet wird, und Fig. 37(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 37(a);
Fig. 38(a) ist eine Draufsicht auf ein eindimensionales Phasengitter, das als optische Einrichtung dieser Ausführungsform verwendet wird, und Fig. 38(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A ind Fig. 38 (a);
Figuren 39(a) und 39(b) zeigen noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,wobei Fig. 39(a) ein Schnitt ist, der einen optischen Faserabschnitt zeigt, und Fig. 39(b) eine Ansicht ist, die eine praktische Anordnung einer ringförmigen Lichtquelle unter Verwendung dieser optischen Faser zeigt;
Fig. 40 ist eine Ansicht, die eine Gesamtanordnung eines optischen Projektionsbelichtungssystems zeigt, das die in Figuren 39(a) und 39(b) gezeigte optische Faser umfaßt;
Figuren 41(a) und 41(b) zeigen noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 41(a) ein vergrößerter Schnitt ist, der einen konischen Linsenabschnitt zeigt, und Fig. 41(b) eine Ansicht ist, die eine praktische Anordnung einer ringförmigen Lichtquelle unter Verwendung dieser konischen Linse zeigt;
Figuren 42(a) und 42(b) zeigen eine Strahlenspur von einer sekundären Quelle in einem optischen Projektionsbelichtungssystem und einen Zustand, in dem von einer Strichplatte gestreute Strahlen auf einer Wafer- oder Scheibenoberfläche gebündelt werden, bei denen Fig. 42(a) eine Ansicht ist, die eine punktförmige Lichtquelle veranschaulicht, und Fig. 42(b) ist eine Ansicht, die eine ringförmige Lichtquelle veranschaulicht, deren Radius nicht optimiert ist;
Figuren 43(a) und 43(b) zeigen noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und zeigen insbesondere einen Strahlengang von Strahlen, die von einer sekundären Quelle emittiert sind, und einen Zustand, in dem von einem Strichgitter gestreute Strahlen auf einer Wafer-oder Scheibenoberfläche gebündelt werden, wobei Fig. 43(a) eine Ansicht ist, die eine ringförmige Lichtquelle veranschaulicht, die einen der numerischen Apertur eines optischen Projektionssystems entsprechenden Radius aufweist, und Fig. 43(b) eine Ansicht ist, die einen Fall veranschaulicht, in dem eine Kondensorlinse mit hoher Vergrößerung in einer ringförmigen Lichtquelle wie in Fig. 42(b) verwendet wird;
Fig. 44 zeigt noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Anordnung zeigt, in der ringförmige konvexe Linsen mit ringartigen konkaven Linsen kombiniert sind, um eine ringförmige Lichtquelle zu verwirklichen;
Fig. 45(a) ist ein Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem die ringförmigen konvexen Linsen in Fig. 44 im Mittelpunkt von der Vorderseite gezeigt sind, und Fig. 45(b) ist ein Schnitt, der einen Zustand zeigt, in dem die ringförmigen konkaven Linsen in Fig. 44 im Mittelpunkt von der Vorderseite gezeigt sind;
Figuren 46(a) bis 46(b2) sind Ansichten zur Erk lärung einer schräg einfallenden Beleuchtungslichtquelle bei Einführung des optischen Mittels (vorgeschlagen in der vorangehenden Zeichnung);
Figuren 47(a) und 47(b) sind Ansichten zur Erklärung einer schrägen Einfallbeleuchtungslichtquelle mittels der optischen Faser und der ringförmigen Aperturblende (vorgeschlagen in den vorigen Zeichnungen);
Figuren 48(a) bis 48(f) sind Ansichten, die besondere Aperturblenden, die jeweils in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zeigen;
Fig. 49 ist eine Ansicht zur Erklärung einer in eine Richtung gerichteten Schrägeinfallbeleuchtungslichtquelle nach noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 50 ist eine Ansicht zur Erklärung einer in zwei Richtungen gerichteten Schrägeinfallbeleuchtungslichtquelle unter Verwendung einer konischen Linse nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figuren 51(a) bis 51(d) sind Ansichten zur Erklärung eines opaken Bereichs um konvexe Linsen dieser Ausführungsform;
Figuren 52(a) und 52(b) sind graphische Auftragungen, die MTF-Frequenzcharakteristika gemäß vertikalen bzw. schrägen Einfallbeleuchtungsverfahren zeigen;
Figuren 53(a) und 53(b) sind Ansichten, die ein vergrößerungsvariables projektionsoptisches System in einem optischen Projektionsbelichtungssysstem nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figuren 54 (a) und 54 (b) sind Anischten, die eine in der vorliegenden Erfindung verwendete bereichsvariable Aperturblende zeigen;
Figuren 55(a) bis 55(h) sind Ansichten, die jeweils in der vorliegenden Erfindung verwendete beleuchtungsseitige Aperturblende zeigen;
Figuren 56(a) bis 56(c) sind Ansichten zur Erklärung eines Schrägeinfallbeleuchtungsverfahrens unter Ver wendung eines Einfallswinkels, der einer Mustergröße nach der vorliegenden Erfindung entspricht, in Vergleich mit einem herkömmlichen vertikalen Einfallbeleuchtungsverfahren;
Figuren 57(a) bis 57(d) und 57(a') bis 57(d') sind Ansichten zur Erklärung praktischer Fälle zum Verändern der Richtung und des Winkels des Lichteinfalls auf einer Scheibe entsprechend einer Musterform;
Fig. 58 ist eine graphische Auftragung, die Simulationsergebnisse von Auflösungsgrenzwerten zeigt, die man erhält, wenn das herkömmliche optische Projektionsbelichtungssystem und das oben beschriebene Schrägeinfallbeleuchtungssystem verwendet werden;
Fig. 59 ist eine schematische Ansicht, die eine spezielle Okularblende entsprechend der vorliegenden Erfindung beschreibt;
Figuren 60(a) bis 60(d) sind Ansichten zur Erklärung noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei Figuren 60(a) und 60(b) die Positionen und Größen der Lichtquellen in Pupillenräumen in einem herkömmlichen Verfahren S, zu Vergleichszwecken verwen det, und eines Schrägeinfallbeleuchtungssystems P zeigen, und Figuren 60(c) und 60(d) die Positionen und Größen in Pupillenräumen A und B zeigen, wenn die Bedingungen eines Prismas oder Gitters und einer speziellen Okularblende verändert werden;
Figuren 61(a), 61(b) und 61(c) sind Ansichten zur Erklärung dieser Ausführungsform, wobei Figuren 62(a), 62(b) und 62(c) die Positioenen und Größen in Pupillenräumen F, G bzw. H zeigen, wenn die Bedingungen des Prismas oder des Gitters und der spezielten Okularblende verändert werden;
Fig. 63 ist eine graphische Auftragung, die die Simulationsergebnisse des mit einem herkömmlichen optischen Projektionsbelichtungsverfahren erhaltenen Kontrasts, verwendet zu Vergleichszwecken, und unter Pupil lenbedingungen A, B und C entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 64 ist eine graphische Auftragung, die die Simulationsergebnisse des mit einem herkömmlichen optischen Projektionsbelichtungsverfahren erhaltenen Kontrasts, verwendet zu Vergleichszwecken, und unter Pupillenbedingungen A, D und E entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 65 ist eine graphische Auftragung, die die Simulationsergebnisse des mit einem herkömmlichen optischen Projektionsbelichtungsverfahren erhaltenen Kontrasts, verwendet zu Vergleichszwecken, und unter Pupillenbedingungen F und G entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 66 ist eine graphische Auftragung, die die Simulationsergebnisse des mit einem herkömmlichen optischen Projektionsbelichtungsverfahren erhaltenen Kontrasts, verwendet zu Vergleichszwecken, und unter Pupillenbedingung H entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figuren 67(a) und 67(b) sind Ansichten, die eine Anordnung einer Lichtquelle und eines Filters auf einem Pupillenkoordinatensystem zeigen, um noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erklären;
Fig. 68 ist eine graphische Auftragung, die die Wellenzahlabhängigkeit von Kontrast und Intensität und die durchschnittliche Intensität (normalisiert mit der Lichtintensität) entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 69 ist eine graphische Auftragung, die die Wellenzahlabhängigkeit von Kontrast und Intensität und die durchschnittliche Intensität (normalisiert mit der Lichtintensität) entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 70 ist eine graphische Auftragung, die die Wellenzahlabhängigkeit von Kontrast und Intensität entsprechend einem herkömmlichen Verfahren zeigt;
Fig. 71 ist eine Ansicht zur Erklärung der in dem Schrägeinfallbeleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung und in einem Einfallpupillenraum dargestellten Parameter zeigt;
Fig. 72 ist eine graphische Auftragung, die erhaltene optimierte experimentelle Ergebnisse zeigt, so daß die Auflösung ein Maximum erreicht, wenn eine im Verfahren erforderliche MTF als 0,6 und die Defokussiergröße als ±1 um gegeben ist;
Fig. 73 ist eine graphische Auftragung, die experimentelle Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn die MTF wie in Fig. 72 als 0,7 gegeben ist,und zwar entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 74 ist eine graphische Auftragung, die experimentelle Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn die mittlere Position einer ringförmigen Lichtquelle entsprechend noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung optimiert wird;
Fig. 75 ist eine graphische Auftragung, die experimentelle Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn die Stärke/Breite einer ringförmigen Lichtquelle entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung optimiert wird;
Fig. 76 ist eine graphische Auftragung, die experimentelle Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn ein Lichtintensitätseinstellfilter T1 entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung optimiert wird;
Fig. 77 ist eine graphische Auftragung, die experimentelle Ergebnisse zeigt, die man erhält, wenn ein Lichtintensitätseinstellfilter T2 entsprechend noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung optimiert wird;
Fig. 78 ist eine graphische Auftragung, die die in den Ausführungsformen von Figuren 1 bis 16(b) gezeigten MTF-Charakteristika zeigt;
Fig. 79(a) ist eine Ansicht, die eine Lichtquellenanordnung in einem Eingangspupillenraum in den in Fig. 1 bis 16(d) gezeigten Ausführungsformen zeigt, und Fig. 79(b) ist eine Ansicht, die eine Lichtquellenanordnung in einem herkömmlichen Eingangspupillenraum zeigt;
Fig. 80 ist eine schematische Ansicht, in der eine typische teilweise ringförmige Lichtquellenanordnung im Eingangspupillenraum dargestellt ist;
Fig. 81 ist eine graphische Auftragung, die den auf Grundlage von Gleichung (20) berechneten Kontrast unter Verwendung der Lichtquellenanordnung und der Größe der Lichtquelle im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 82 ist eine graphische Auftragung, die den auf Grundlage von Gleichung (20) berechneten Kontrast unter Verwendung der Lichtquellenanordnung und der Größe der Lichtquelle im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 83 ist eine graphische Auftragung, die den auf Grundlage von Gleichung (20) berechneten Kontrast unter Verwendung der Lichtquellenanordnuiig und der Größe der Lichtquelle im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 84 ist eine graphische Auftragung, die den auf Grundlage von Gleichung (5) berechneten Kontrast unter Verwendung der Lichtquellenanordnung und der Größe der Lichtquelle im Vergleich zu einem herkömmlichen Verfahren nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 85(a) ist eine schematische Ansicht einer in einem optische Projektionsbelichtungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendeten Maske,
Fig. 85(b) ist eine Ansicht, die eine Amplitudenverteilung dieser Maske zeigt, und Fig. 85(c) ist eine Ansicht zur Erklärung von Veränderungen in der Verteilung von gestreuten Komponenten in 0. und (±1). Ordnung gestreuten Strahlen von der Maske; und
Fig. 86 ist ein graphische Auftragung, die Computersimulationsergebnisse im Zusammenhang mit Veränderungen im Kontrast von Bildern als Funktion des Amplitudenlichtdurchlaßgrades der Maske dieser Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird allgemein beschrieben. Das Grundprinzip eines optisches Projektionsbelichtungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist es, das Beleuchtungslicht zum Beleuchten einer Maske im Verhältnis zu einer optischen Achse zu neigen.
Das Prinzip wird unter Bezug auf lineare Strukturen (Wellenzahl: 2k&sub1;) in Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 zeigt einen Schnitt einer Maske M entlang einer der Richtung von Linien der Maske M senkrechten Ebene. Eine Wiederholungsperiodenlänge von Linienfiguren ist als d definiert. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist, wenn Licht 1 mit einer Wellenzahl k&sub0;, räumlich kohärent in einer Richtung vom Mittelpunkt einer optischen Achse z auf der Maske M zum Rand einer Blende A in einem Neigungswinkel α', geneigt im Verhältnis zur optischen Achse z auf die normale Maske M fällt, eine Welle l&sub1;, die von der Maske M gestreut und durch diese durchgelassen wird, eine Welle mit einem Winkel 2α' im Verhältnis zum einfallenden Licht. Diese Welle weist eine Wellenzahl k&sub1; auf. Für eine Welle, die sich gerade in der Einfallrichtung fortpflanzt und den Rand der Blende A passiert, nimmt man an, daß sie eine Welle mit der Wellenzahl k&sub1; ist. Wahlweise ist die Wellenzahl der gestreuten Welle 2k&sub1;, wenn eine Welle, die sich gerade in der Einfallrichtung fortpflanzt als 1 definiert ist. Daher ist die Amplitude des elektrischen Feldes u des durchgelassenen Lichtes wie folgt definiert:
Die Lichtintensität in Bildebene ist wie folgt definiert:
Gleichung (4) ist zu Gleichung (2) identisch. Das heißt, man findet, wenn die normale Maske M mit Licht aus einer schrägen Richtung bestrahlt wird, daß eine Funktion gleich einer Phasenverschiebungsmakse erhalten wird. Dies umfaßt auch, daß schräge Beleuchtung Phasendifferenzen von 0, π, 0, π, ... zu den jeweiligen transparenten Strukturen liefert.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zum ersten Mal die Tatsache herausgefunden, daß dieses Phasenverschiebungsverfahren zu dem Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren bei einem maximalen Auflösungsvermögen identisch ist. Die vorliegende Erfindung basiert auf dieser Tatsache.
Die Funktion der Zwei-Richtungs-Periodizität einer Maskenstruktur nach der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben. Die meisten integrierten Schaltkreisstrukturen sind aus vertikalen und horizontalen Strukturen aufgebaut. In diesem Fall kann man bei schräg einfallender Beleuchtung aus x- und y-Richtungen erwarten, daß man die gleiche Wirkung erhält wie bei linearen Strukturen. Diese Beleuchtung aus zwei Richtungen und aus vier Richtungen, die man durch Verbesserung der Symmetrie von Beleuchtung aus zwei Richtungen erhält, wird unter Bezug auf Figuren 2(a) und 2(b) beschrieben.
Zueinander aus einer Mehrzahl von Richtungen inkohärente Beleuchtungstechniken werden verwendet, wobei diese Vorgänge den Fällen gleich sind, in denen unabhängige Strahlen beleuchtend wirken und keine übermäßige Interferenz auftritt. Der Neigungsbetrag βx (Wellenzahl: βx) in der x-Richtung ist entlang dei Abszisse in Fig. 2(a) aufgetragen, und der Neigungsbetrag βy (Wellenzahl: βy) in der y-Richtung ist entlang der Ordinate aufgetragen. Punkte AP1 bis AP4, die Neigungsbeträge einer Lichtquelle darstellen, sind auf einem Kreis A1 in vier zum Ursprung symmetrischen Punkten aufgetragen. Der Radius R des Kreises A1 ist gleich einer numerischen Apertur NA1, die man erhält, wenn die Ausgangspupille einer optischen Projektionslinse vom Mittelpunkt der optischen Achse der Bildebene beobachtet wird. Der Beleuchtungswinkel, der der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse entspricht, ist für eine Reduktionsvergrößerung 1/m als α' gegeben:
sin α' = (1/m) sin α (5)
wobei sinα die numerische Apertur der optischen Projektionslinse ist. Zum Beispiel ist, wenn die Reduktionsvergrößerung 1/5 und die numerische Apertur der optischen Projektionslinse 0,5 ist, sinα' = (1/5) x 0,5, d.h. α' 5,7º.
Entsprechend dem Hauptgedanken der vorliegenden Erfindung wird die schrägeinfallende Beleuchtung in einem Winkel gleich diesem Wert durchgeführt. Der Punkt, der das Beleuchtungslicht darstellt, ist auf dem Kreis A1 angeordnet. Kreise A1' und A1" repräsentieren Bereiche, in denen Komponenten höherer Ordnung, die den Wellenzahlen k&sub1; und 2k&sub1; entsprechen, von den optischen Projektionslinsen aufgenommen werden, wenn eine Maskenstruktur in räumliche harmonische Wellen getrennt wird. Der Kreis A1' stellt eine Lage eines Kreises optimaler Auflösung dar, die man erhält, wenn Strahlen parallel zur optischen Achse belichtet werden. Der Kreis A1" stellt den Bereich dar, in den Wellenzahlbestandteile, die von der vorliegenden Erfindung aufgelöst sind, fallen. Der Mittelpunkt PX des Kreises A1" weist einen Wert paralleler Beleuchtung auf.
Die optische Übertragungsfunktion OTF in Fig. 2(a) weist in Fig. 2(b) gezeigte flache Charakteristika auf. Die maximale Wellenzahl in der x- oder y-Richtung ist zweimal (d.h. 2k&sub1;) dem Wert k&sub1;, den man bei Beleuchtung parallel zur optischen Achse erhält. Die Wellenzahl in einer Richtung zwischen den x- und y-Richtungen ist [2] mal der einer Beleuchtung parallel zur optischen Achse und ist geeignet, um eine gewünschte Struktur aufzulösen.
Wenn Symmetrie der Maskenstruktur zur optischen Achse erforderlich ist, muß schräges Beleuchtungslicht entsprechend der numerischen Apertur NA1 im Verhältnis zur optischen Achse isotopisch (achsensysmmetrisch) auf die Maske fallen. Zu diesem Zeitpunkt weist das Beleuchtungslicht eine kleinere ringförmige Form auf, wie in Fig. 3(a) gezeigt ist, und seine optische Übertragungsfunktion OTF wird wie folgt angegeben:
f(k) = (i/π)cos&supmin;¹(k/2k&sub1;) (6)
Dies ist in Fig. 3(b) gezeigt. Im Vergleich zum normalen Beleuchtungsverfahren einschließlich Komponenten parallel zur optischen Achse und geneigt in einem gegebenen Neigungswinkel sind harmonische Komponenten leicht verringert. Es kann jedoch ein großer Wert bis zur maximalen harmonischen Wellenzahl aufrecht erhalten werden, was dem normalen Beleuchtungsverfahren überlegen ist.
Wenn die numerische Apertur des Beleuchtungslichts nicht dazu gebracht wird, genau der des optischen Projektionsbelichtungssystems zu entsprechen, erhält man keinen großen Unterschied von normal teilkohärenter Beleuchtung, selbst wenn ein ringförmiges Beleuchtungssystem verwendet wird, wie aus der oben beschriebenen OTF-Berechnung hervorgeht.
Ein Verfahren zum weiteren Verbessern von Bildcharakteristika und zum Erhöhen des Kontrastes wird unten beschrieben.
Die OTF-Komponente für k = 0 in Fig. 3(b) ist extrem groß, und dies zeigt an, daß die DC-Komponente der räumlichen Frequenzkomponente der Struktur groß ist, wodurch der Kontrast verringert wird. Diese DC-Komponente kann entfernt werden, wenn die DC-Komponente der schräg einfallenden Beleuchtung die Peripherie der Blende der optischen Projektionslinse passiert. Da Komponenten höherer Ordnung der Struktur diesen peripheren Abschnitt auch passieren, muß der Transmissionsfaktor des peripheren Abschnitts unter Berücksichtung des Verhältnisses zwischen der Auflösung und dem Kontrast in Übereinstimmung mit schräg einfallender Beleuchtung gesetzt werden. Wenn diese Blende der optischen Projektionskinse verwendet wird, kann man bessere Bildcharakterist;ika erhalten. Die Apertur der optischen Projektionslinse stellt einen Teil einer Aperturblende dar, der in einer Position angebracht ist, in der ein Lichtquellenbild in dem optischen Projektionslinsensystem fokussiert ist. Fig. 4 zeigt die OTF, die man erhält, wenn nur der Bogen des peripheren Abschnitts der Apertur der optischen Projektionslinse einen Amplitudentransmissionsfaktor von 50 % aufweist.
Um eine DC-Komponente zu entfernen, die eine OTF- Spitzen-DC-Komponente in Fig. 2(b) in einem in Figuren 2(a) und 2(b) gezeigten vier-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren aufweist, wird die Blende einer in Figuren 5A und 5B gezeigten optischen Projektionslinse verwendet.
AP1', AP2', AP3' und AP4' in Fig. 5A sind Abschnitte, die den Schrägeinfallbeleuchtungspunkten entsprechen, und der Amplitudentransmissionsfaktor dieser Abschnitte wird als 1/2 gesetzt. Die Quadratfläche, die von AP5 dargestellt wird, weist einen Amplitudentransmissions faktor von 1 auf. Vier halbkreisförmige Bereiche der Flächen, die von AP6 dargestellt werden, sind ausgestaltet, kein Licht durchzulassen, d.h. sie weisen einen Transmissionsfaktor von 0 auf. Wenn diese Blende der optischen Projektionslinse verwendet wird, kann der Kon trast verbessert werden.
AP1', AP2', AP3' und AP4' in Fig. 5B sind Abschnitte, die den Schrägeinfallbeleuchtungspunkten wie in Fig. 5A entsprechen, und der Amplitudentransmissionsfaktor dieses Abschnitts ist als 1/4 gesetzt. Vier längliche Rechtecke, die von AP6 verkörpert werden, weisen einen Amplitudentransmissionsfaktor von 1/2 auf. Die quadratische, von AP5 dargestellte Fläche weisl einen Amplitudentransmissionsfaktor von 1/1 auf. Vier halbkreisförmige Flächen, die von AP7 dargestellt werden, lassen dort kein Licht hindurch. Der Kontrast kann verbessert werden, auch wenn diese Blende der optischen Projektionslinse verwendet wird.
Wenn die numerische Apertur dieses Beleuchtungslichts nicht dazu gebracht wird, dem des optischen Projektionslinsensystems genau zu entsprechen, erhält man keinen großen Unterschied zu normal tellweise kohärenter Beleuchtung, selbst wenn ein ringförmiges Beleuchtungssystem verwendet wird, wie aus der oben beschriebenen OTF-Berechnung ersichtlich ist.
Die in der obigen Beschreibung verwendete OTF wird nun beschrieben. Es muß bei einer teilweise kohärenten Lichtquelle ein Transmissionskreuzkoeffizient verwendet werden. Dieser ist eine Funktion, die zwei Sätze Wellenzahlen aufweist und von den Strukturtypen abhängig ist. Aus diesem Grund wird die OTF von dem Transmissionskreuzkoeffizienten definiert, der durch Eliminierung der Strukturabhängigkeit eine Variable aufweist, und in der obigen Beschreibung verwendet ist.
Die Beziehung zwischen der Lichtquellenanordnung und dem Transmissionsfaktor der Blende der optischen Projektionslinsen ist in Figuren 6(a) bis 6(d1) gezeigt. Fig. 6(a) zeigt einen Fall bei Einpunkt-Schrägeinfallbeleuchtung, Fig. 6(b) zeigt einen Fall bei Zweipunkt- Schrägeinfallbeleuchtung, Fig. 6(c) zeigt einen Fall bei in Fig. 5A gezeigter Vierpunkt-Schrägeinfallbeleuchtung, und Fig. 6(d) zeigt einen Fall unter Verwendung eines ringförmigen Beleuchtungssystems. Figuren 6(a1) bis 6(d1) zeigen Transmissionsfaktoren der Blenden der optischen Projektionslinsen, die den jeweiligen Lichtquellen in Figuren 6(a) bis 6(d) entsprechen. Genauer zeigt Fig. 6(a1) die Blende einer optischen Projektionslinse, in der eine fast kreisförmige Fläche AP7, die dem Schrägeinfallbeleuchtungspunkt entspricht, elnen Transmissionsfaktor von "1" aufweist, und die bogenförmige Fläche AP8, die dem Schrägeinfallbeleuchtungspunkt entspricht, weist einen Transmissionsfaktor von "1/2" auf. Fig. 6(b1) zeigt die Blende einer optischen Projektionslmse, in den Abschnitte AP1' und AP2', die den Schrägeinfallbeleuchtungspunkten entsprechen, einen Transmissionsfaktor von "1/2" aufweisen, eine fast rechteckige Fläche AP9 einen Transmissionsfaktor von "1" aufweist und drei halbkreisförmige Flächen AP6 einen Transmissionsfaktor "0" aufweisen. Fig. 6(d1) zeigt die Blende einer optischen Projektionslinse, in der eine kreisförmige Fläche AP10 einen Transmissionsfaktor von "1" und eine ringförmige Fläche Ap11 einen Transmissionsfaktor von "1/2" aufweist.
Die obige Beschreibung wurde gemacht, um das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Ein optisches System eines praktischen optischen Reduktionsprojektionsentwicklungssystems wird ergänzend und allgemein unten beschrieben.
Fig. 7 zeigt eine Grundanordnung eines optischen Systems, in dem Beleuchtungslicht von einer Punktquelle unter Verwendung einer (nicht gezeigten) Kondensorlinse leicht konvergiert wird und eine Maskenstruktur (Strichplatte) 11 belichtet, um ein Bild auf einer Scheibenfläche 15 zu erzeugen. Das optische Projektionslinsensystem ist in ein erstes Linsensystem t2 und ein zweites Linsensystem 13 unter Berücksichtigung ihrer Funktionen unterteilt. Jedes erste und zweite Linsensystem 12 und 13 ist als eine einzelne Linse in Fig. 7 dargestellt. In der Praxis wird jedes Linsensystem jedoch zur Optimierung von Aberration und ähnlichen aus einer Mehrzahl von Linsen aufgebaut. Vom Gesichtspunkt der Linsenfunktionen aus betrachtet kann jeden Linsensystem von einer Einzellinse dargestellt werden.
Zwischen den ersten und zweiten Linsensystemen 12 und 13 ist eine Aperturblende 14 angeordnet. Im normalen Zustand ist eine Beleuchtungspunktlichtquelle auf den Mittelpunkt der Aperturblende 14 fokussiert. Das Bild (virtuelles Bild) an der Aperturblende 14, das durch das erste Linsensystem 12 beobachtet wird, wird als Eingangspupille bezeichnet. Strahlen, die (von Punkten p und p') von der Maskenstruktur 11 gestreut werden, können innerhalb des Winkelbereiches einschließiich der Eingangspupille 16 durch das optische Projektionslinsensystem passieren und zur Bildbildung auf der Scheibenoberfläche 15 beitragen. Es ist festzuhalten, daß die Eingangspupille nach oben unbegrenzt ist.
Die Blende A, die wie in Fig. 1 gezeigt, das Grundprinzip veranschaulicht, zeigt tatsächlich die oben beschriebene Eingangspupille an. Weil in einer Bildeinheit ein telezentrisches optisches System, in dem ein Hauptstrahl, der den Mittelpunkt der Aperturblende 14 passiert, zur Scheibenoberfläche 15 senkrecht ist, verwendet wird, sind die Aperturblende 14 und die Scheibenoberfläche 15 im Verhältnis zur Brennweite f&sub2; des zweiten Linsensystems 13 in den veranschaulichten Positionen angeordnet. Wenn die Reduktionsvergrößerung 1/5 beträgt, ist die Maskenstruktur (Strichplatte) 11 in der Position der Brennweite f&sub1; des ersten Linsensystems 12 so angeordnet, daß f&sub1;/f&sub2; 5 ist.
Fig. 7 zeigt einen Zustand, in dem gestreute Strahlen vom Punkt p auf der optischen Achse und dem Punkt p' außerhalb der optischen Achse der Maskenstruktur 11 auf Q und Q' auf der Scheibenoberfläche 15 fokussiert sind. Diese Strahlen sind parallele Strahlen zwischen den ersten und zweiten Linsensystemen 12 und 13.
Wenn man die Aperturblende 14 betrachtet, hängt ein gestreuter Strahl, der den größten Streuwinkel aufweist, nicht von den Positionen p und p' auf den Maskenstrukturen 11 ab und passiert den peripheren Abschnitt der Aperturblende 14. Das heißt, die Aperturblende 14 entspricht einer Fourier-Transformations-Ebene der Maskenstruktur 11.
Um Bildcharakteristika durch Verändern des Transmissionsfaktors der Blende der optischen Projektionslinse zu verbessern, ist an der Aperturblende 14 ein Filter angeordnet, um den Lichttransmissionsfaktor einzustellen. Daher können, wie man leicht verstehen kann, die Bildcharakteristika (Kontrast) auf der gesamten Oberfläche der Maskenstruktur 11 verbessert werden.
Diese Ausführungsform entsprechend der vorliegenden Erfindung wird unten durch numerische Werte beispielhaft dargestellt. Fig. 8 zeigt die Maskenstruktur 11 (M). Rechteckige Abschnitte, die von Strukturen 1 bis 3 dargestellt sind, sind transparente Bereiche, und der verbleibende Bereich ist ein opaker Bereich. Diese Maskenstruktur basiert auf der Annahme, daß eine 3µm x 3µm große Fläche periodisch und unendlich in x- und y- Richtung angeordnet ist. Die Breite a jeder Struktur ist 0,3µm, und der Abstand b zwischen den Strukturen ist 0,3µm.
Figuren 9(a) und 9(b) zeigen eine numerische Ausführungsform, in der der Schrägeinfallbeleuchtungsbereich als NAS = 0,37 bis 0,40 definiert ist, die numerische Apertur einer optischen Projektionslinse als NA1 = 0,40 gesetzt ist, die Lichtwellenlänge λ als λ = 0,365µm und die Reduktionsvergrößerung auf 1/1 gesetzt ist. Fig. 9(a) zeigt Konturlinien von Intensitätsverteilungen der 3µm x 3µm-Fläche auf der Bildebene. Der maximale Intensitätswert max und der minimale Intensitätswert min sind als max = 3,830900e-02 und min = 8.079000e-04 angezeigt. Konturwerte, die man durch Teilen der (0-max) Werte durch 10 erhält, sind als dicke Konturlinien aufgetragen. Der Koordinatenursprung ist im Mittelpunkt des Anzeigerahmens angeordnet.
Der Abstand alx bis zum Ende des Rahmens in x- Richtung und Abstand aly in y-Richtung sind in µm- Einheiten dargestellt. Fig. 9(b) ist eine graphische Auftragung der Intensitätsverteilung, entlang der Linie in der x-Richtung gesehen, die von einer Markierung x in Fig. 9(a) dargestellt wird. Strukturen 1 bis 3 entsprechen Strukturen, die jeweils mit den Bezugszeichen 1 bis 3 in Fig. 8 bezeichnet sind. Numerische Werte, die als (xa, ya) und (xb, yb) dargestellt sind, sind Koordinatenwerte von beiden Enden eines Liniensegmentes, das von der Markierung x in Fig. 9(a) dargestellt wird,und zwar in µm-Einheiten. Genauer sind (xa, ya) = -1,500542; 0,00674 und (xb, yb) = 1,493813; 0,026966.
Wie aus Figuren 9(a) und 9(b) ersichtlich ist, nehmen die Intensitäten in einer Reihe von Struktur 3, Struktur 2 und Struktur 1 ab. Wenn ein photoempfindlicher Film, der auf einem Substrat ausgebildet ist, unter Verwendung dieser Intensitätsverteilung belichtet wird, kann man unterstellen, daß man eine fast-Grenzbedingung erhält, obwohl die Tatsache, ob die entwickelte Struktur 1 aufgelöst wird oder nicht, von einem Widerstandssystem abhängt.
Figuren 10(a) und 10(b) zeigen die Intensitätsverteilung eines Bildes, wenn Strukturen 1 und 3 nicht ver ändert sind und Struktur 2 eine Phasenschieber zur Verschiebung der Phase um π zugefügt ist. Die Bildbedingungen sind im wesentlichen die gleichen wie die von Figuren 9(a) und 9(b), außer daß NAs = 0,0 bis 0,2 ist. Wie aus Fig. 10(a) ersichtlich ist, setzt sich Struktur 1 in Struktur 3 fort, und sie werden nicht aufgelöst, weil Struktur 1 mit Struktur 3 in Phase ist. Das Phasenverschiebungsmaskenverfahren macht es schwierig, eine 0-π- Beziehung zu erhalten.
Figuren 11(a) und 11(b) zeigen eine Intensitätsverteilung, wenn die Maske (Fig. 8), die nicht phasenverschoben ist, einem Abbildungsvorgang unter den gleichen optischen Bedingungen wie in Figuren 10(a) und 10(b) unterzogen wird. Strukturen 1, 2 und 3 sind nicht auf gelöst.
Figuren 12(a) und 12(b) zeigen eine Intensitätsverteilung, die man bei Verwendung einer Inversionsmaske erhält, um die Strukturen 1, 2 und 3 dazu zu bringen, kein Licht dort hindurch zu transmittieren, und um einen peripheren Abschnitt zu veranlassen, Licht zu transmittieren, wenn das Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Die Abbildungsbedingungen sind die gleichen wie die in Figuren 9(a) und 9(b).
Figuren 13(a) und 13(b) zeigen die Intensitätsverteilung, die man unter den Bedingungen der normalen Maske wie in Figuren 12(a) und 12(b) erhält, d.h. unter den gleichen Bedingungen wie in Figuren 11(a) und 11(b). Wie aus einem Vergleich zwischen Figuren 12(a) und 12(b) und Figuren 13(a) und 13(b) ersichtlich ist, stellt sich die vorliegende Erfindung als wirkungsvoll heraus. Eine Anordnung einer Phasenverschiebungsmaske für diese Maske ist nicht dargestellt, weil diese Phasenverschiebungs maskenanordnung ziemlich schwierig ist.
Figuren 14(a) und 14(b) zeigen die Intensitätsverteilung, die man erhält, wenn Beleuchtungslicht unter Verwendung der in Fig. 8 gezeigten Maske in Übereinstimmung mit dem Vier-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren fokussiert wird. Eine viereckige Fläche wird für AP1 in Fig. 2(a) festgesetzt (βx 0,35 bis 0,4 und βy = 0,55 bis 0,05), und die gleichen Flächen wie die viereckige Fläche werden für AP2, AP3 und AP4 festgesetzt. Wie aus Figuren 14(a) und 14(b) ersichtlich ist, stellt sich die vorliegende Erfindung als wirkungsvoll im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren heraus.
Figuren 15(a) und 15(b) zeigen Intensitätsverteilungen, die man erhält, wenn Beleuchtungsticht unter Verwendung der Inversionsmaske (Fig. 8) mit Strukturen 1, 2 und 3 zum Abschirmen von Licht und einem verbleibenden Abschnitt zum Transmittieren von Licht dort hindurch in Übereinstimmung mit dem Vier-Punkt Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren fokussiert wird. Wie aus Figuren 15(a) und 15(b) ersichtlich ist, stellt sich die vorliegende Erfindung als wirkungsvoll im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren heraus.
Eine andere numerische Ausführungsform, in der die Transmissionsfaktor einer Apertur einer optischen Projektionslinse angepaßt wird, um den Kontrast zu verbessern, wird nachfolgend beschrieben.
Figuren 16(a) und 16(b) zeigen die Intensitätsverteilung, die man bei Verwendung der gleichen Inversionsmaske wie in Figuren 12(a) und 12(b) unter den Bedingungen erhält, daß der periphere Abschnitt der Blende der optischen Projektionslinse, der als NA1 = 0,37 bis 0,40 gesetzt wird, einen Transmissionsfaktor von 50 % und ein Abschnitt, der auf NA1 0,0 bis 0,37 gesetzt wird, einen Transmissionsfaktor von 100 % aufweist. Im Vergleich mit Fig. 12(b) ist der Kontrast ungefähr um das doppelte verbessert, und die Abbildungscharakteristika stellen sich als stark verbessert heraus.
Ein Berechnungsergebnis, das man unter Verwendung eines i-Strahls einer Quecksilberbogen(Hg)lampe als Lichtquelle erhält, ist beispielhaft beschrieben worden. Jedoch könnte ein g-Strahl der Hg-Lampe oder ein Excimerlaser als Lichtquelle verwendet werden, um den gleichen Effekt, wie oben beschrieben, zu erhalten.
Weil entsprechend der vorliegenden Erfindung der periphere Abschnitt der optischen Projektionslinse etwas wichtiger ist als der mittlere Abschnitt der optischen Projektionslinse , wird der Einfluß von Aberration der Linse und der Einfluß auf die Fokussierungstiefe als größer eingeschätzt als die bei dem herkömmlichen Verfahren. Aus diesen Gründen wird eine Aperturblende verwendet, die eine leicht kleinere numerische Apertur als die maximale Wirksamkeit der optischen Projektionslinse aufweist. Zusätzlich wird der Frequenzbereich ausreichend verbreitert, wenn man die vorliegende Erfindung anwendet, während die numerische Apertur leicht verringert wird, und die Fokussierungstiefe wird auch vergrößert, um optische Projektionsbelichtung mit geringer Aberration zu ermöglichen.
Entsprechend der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Neigungsbereich des im herkömmlichen System verwendeten Beleuchtungslichts in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur der optischen Proijektionslinse gesetzt, und die optische Projektionslinse kann ein Bild mit maximalem Auflösungsvermögen fokussieren. Das gleiche Auflösungsvermögen wie in dem Phasenverschiebungsmaskenverfahren des herkömmlichen Systems kann man für eine beliebige Struktur ohne Vewendung der Phasenverschiebungs maske erreichen. Insbesondere weist diese Ausführungsform einen Vorteil darin auf, daß die Auflösung für eine Struktur verbessert werden kann, die eine Form aufweist, die es schwierig macht, eine herkömmliche Verschiebungsanordnung anzuordnen. Bei der obigen Anordnung kann die Integrationsdichte erhöht und die Zuverlässigkeit bei der Bildung von Mikrostrukturen wie einer LSI-Struktur verbessert werden.
Noch eine weitere Ausführungsform wird unter Berücksichtigung einer Lichtquelle zur Anwendung schräg einfallender Beleuchtung auf die Maskenoberfläche nachstehend beschrieben. Es wird ein Verfahren unter Verwendung der in Fig. 6(d) gezeigten Blende betrachtet. In diesem Fall kann man, wie in Figuren 19(a) und 19(b) gezeigt ist, schräg einfallende Beleuchtung unter Verwendung einer Blende 22 erreichen, die einen rlngförmigen transparenten Bereich 23 aufweist. Fig. 19(a) zeigt den Hauptteil seines optischen Systems, und Fig. 19(b) ist eine Draufsicht auf die Blende. Bezugszeichen 24 bezeichnet einen Kondensor; und 25 eine normale Maske. Um den gleichen Effekt wie bei dem Phasenverschiebungsverfahren zu erhalten, ist es wichtig, Beleuchtungslicht zu erhalten, das in einem Winkel geneigt ist, der der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems entspricht.
Wenn die numerische Apertur des beleuchtungsoptischen Systems als NAs und die numerische Apertur des projektionsoptischen Systems als NA&sub0; definiert werden, ist Kohärenz des optischen Projektionsbelichtungssystems als = NAs/NA&sub0; gegeben, was ein wichtiger Faktor zur Bestimmung der Strukturbildungscharakteristika wird.
Selbst wenn eine ringförmige Blende verwendet wird, muß Beleuchtungslicht mit Kohärenz = 1, was anzeigt, daß die numerische Apertur des beleuchtungsoptischen Systems gleich der der projektionsoptischen Systems gesetzt ist, verwendet werden um schräg einfallende Beleuchtung effektiv zu nutzen. Die Kohärenz des optischen Projektionsbelichtungssystems, das bei der Strukturbildung intergrierter Schaltkreise verwendet wird, wird von der erforderlichen Auflösung und der erforderlichen Fokussierungstiefe bestimmt und fällt im allgemeinen in den Bereich von 0,4 bis 0,6. Aus diesem Grund kann man keinen ausreichenden Schrägeinfallbeleuchtuflgseffekt erhalten, selbst wenn die Apertur des bestehenden Systems verändert wird.
Obwohl die Verwendung der ringförmigen Blende wichtig ist, um die schräg einfallende Beleuchtung zu verwirklichen, ist ein beleuchtungsoptisches System erforderlich, das Kohärenz = 1 aufweist. Wenn ein bestehendes Belichtungssystem verwendet wird, muß es stark modifiziert werden. Selbst wenn eine solche Modifikation durchgeführt wird, ist aufgrund einer Abnahme an Lichtmenge und Einheitlichkeit der Beleuchtungsintensität es schwierig, gleichzeitig eine normale Belichtungsbedingung einzurichten, die Kohärenz = 0,5 und die obige Belichtungsbedingung aufweist. Ein Vorschlag für ein beleuchtungsoptisches System, das eine variable Kohärenz aufweist, wird in Übereinstimmung mit einer Untersuchung des Phasenverschiebungsverfahrens gemacht. Dies zielt auf eine Verringerung in Kohärenz und ist nicht mit der schräg einfallenden Beleuchtung mit = 1 kompatibel.
Um dieses Problem zu lösen, wird ein maskenbeleuchtungsoptisches System derart gesetzt, daß ein Phasengitter oder etwas Ahnliches mit einer periodischen Struktur direkt über der Maske angeordnet ist und daß Beleuchtungslicht in einem Winkel, der der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems entspricht, im Verhältnis zur optischen Achse geneigt ist. Diese Anordnung wird unter Bezug auf Figuren 20 bis 26(b) unten beschrieben.
Eine optische Einrichtung 30, die in Fig. 20 eine periodische Struktur aufweist, umfaßt eine Phasengitterplatte 31, die eine Periode p aufweist. Die Breite jedes Rezesses 32 und die Breite jedes Vorsprungs 33 sind einander gleich zu p/2, und der Phasenunterschied zwischen Licht, das den Rezeß 32 passiert, und Licht, das den Vorsprung 33 passiert wird gleich π gesetzt. In dieser Phasengitterplatte 31 weist der gebeugte Strahl nullter Ordnung idealerweise eine Intensität von Null und nur Strahlen erster Ordnung und weiter gebeugte auf. Wenn die Periode p so gewählt wird, daß die Beugungswinkel (±1). Ordnung zu Winkeln entsprechend dem projektionsoptischen System gesetzt werden und daß die optische Einrichtung 30, die eine Phasengitterplatte 31 aufweist, direkt über einer normalen Maske 25 angeordnet ist, um zu bewirken, daß die optische Einrichtung 30 die gesamte Strukturfläche der Maske 25 bedeckt, kann schräg einfallende Beleuchtung auf die Maske 25 aus zwei Richtungen unter Verwendung vertikalen Beleuchtungslichts I verwirklicht werden.
Der Vorgang unter Verwendung eines Prismas wird unter Bezug auf Fig. 21 beschrieben. Der Spitzenwinkel φ eines Prismas 36 wird so bestimmt, daß vertikal einfallendes Licht 1, das in einem der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems entsprechenden Winkel geneigt ist, und daß das Prisma direkt über einer Maske 25 eingefügt wird. Unter diesen Bedingungen kann schräg einfallende Beleuchtung von einer Richtung verwirklicht werden.
Diese Ausführungsformen werden unter Verwendung numerischer Werte beispielhaft dargestellt. Wenn ein optisches Projektionsbelichtungssystem unter den Bedingungen aufgesetzt wird, daß die numerische Apertur der optischen Projektionslinse auf NA&sub0; = 0,5 und die Reduktionsvergrößerung auf 1/5 gesetzt wird, wird der Beleuchtungswinkel α des Beleuchtungssystems entsprechend dem projektionsoptischen System wie folgt definiert:
sin α = (1/5)*0.5 = 1 (7)
somit ist α 5,7º. Beleuchtungslicht ist als g-Strahl der Hochdruckquecksilberbogenlampe gegeben, und die Wellenlänge wird als λ = 436 nm gesetzt. Diese Parameterwerte sind abhängig von dem verwendeten System unterschiedlich.
Die in Fig. 20 gezeigte Ausführungsform führt beispielhaft die Verwendung einer Phasengitterplatte aus. In dieser Ausführungsform ist, weil der Beugungswinkel erster Ordnung der Phasengitterplatte 31 gleich α gesetzt ist, eine Periode (Abstand) p des Gitters auf Grundlage des vertikal einfallenden Lichts I wie folgt definert:
p* sin α = λ (8)
daher ist p = 4,36 µm. Diese Periode beträgt zehn mal der Wellenlänge. Die Struktur der Phasengitterplatte ist so gegeben, daß der Phasenunterschied zwischen dem Rezeß 32 und dem Vorsprung 33 gleich π gesetzt ist, und die Länge des Rezesses 32 und des Vorsprungs 33 einander gleich, nämlich p/2, sind. Wenn eine Übertragungsfläche des optischen Projektionsbelichtungssystems zu 15 mm x 15 mm gegeben ist, fällt die Struktur auf der Maske 25 in die Fläche, die eine Größe von 75 mm x 75 mm aufweist. Die Größe der Gitterplatte 31 muß diese Fläche abdecken, z.B. 80 mm x 80 mm.
Die Struktur der Gitterplatte 31 kann unter Verwendung eines Elektronenstrahls wie bei der Struktur der Maske 25 gezeichnet werden. Um einen Phasenunterschied π einzustellen, kann ein Substrat, auf dem ein Gitter gebildet wird, direkt geätzt werden, oder ein Oxidfilm oder etwas Ahnliches kann auf einem Substrat ausgebildet werden, und das Substrat kann geätzt werden. Ein solches Gitter kann leicht unter Verwendung von IC- Verfahrenstechniken nach dem Stand der Technik hergestellt werden.
Wie aus dem obigen Prinzip ersichtlicht ist, kann die optische Einrichtung 30, auf dem die Phasengitterplatte 31 ausgebildet wird, direkt auf der Maske 25 angeordnet werden. Da Licht zwischen der unteren Oberfläche des Gittersubstrats und der oberen Oberfläche des Maskensubstrats stört, um Randbereiche zu bilden, wird die optische Einrichtung 30 jedoch vorteilhafterweise von der Maske 25 um einen angemessenen Abstand, z.B. 5 mm , beabstandet. Mit der obigen Anordnung kann man schräg einfallende Beleuchtung aus den beiden Richtungen erreichen.
Fig. 22 zeigt Teil eines zweidimensionalen Gitterelements 36', das man durch zweidimensionale Anordnung eines Gitters als dem optischen Mittel der obigen Anordnung erhält. Eine planare Struktur des Gitters ist eine Schachbrettstruktur. Schraffierte Abschnitte entsprechen Rezessen und nicht schraffierte Abschnitte entsprechen Vorsprüngen. Bei dieser Ausführungsform liegt eine Grundperiode p des Gitters wie dargestellt vor, und ein Beugungswinkel erster Ordnung wird durch diesen Abstand bestimmt. Man kann schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen durch Verwendung des zweidiniensionalen Gitterelements 36' erreichen.
Ein numerisches Beispiel der Ausführungsform der Fig. 21 unter Verwendung eines Prismas als optisches Mittel wird im folgenden erlärt. Der Brechungsindex des Prismamaterials ist als n definiert, und der Einfallswinkel ist als Φ definiert, wobei die folgenden Beziehungen zwischen α und Φ aufgestellt werden:
sin φ = n* sin φ' (9)
n* sin(φ-φ') (10)
Wenn der Brechungsindex von Quarzglas als n = 1,465 gegeben und sinα = 0,1 ist, dann ist Φ = 12,2. Das Prisma 36 ist direkt über der Maske 25 angeordnet und wird betrieben, um den gleichen Effekt wie in Fig. 20 zu erhalten. In diesem Fall kann man schräg einfallende Beleuchtung aus einer Richtung ausführen.
Figuren 23(a) bis 23(d) zeigen jeweils verschiedene Prismen 36a bis 36d, die bei schräg einfallender Beleuchtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Fig. 23(a) zeigt ein Prisma, das eine geringe Höhe durch periodische Wiederholung einer geneigten Oberfläche aufweist. Fig. 23(b) zeigt ein dachartiges Prisma, das schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen zuläßt, Fig. 23(c) zeigt ein pyranidales Prisma, das schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen zuläßt und Fig. 23(d) zeigt ein konisches Prisma, das achsensymmetrische schräg einfallende Beleuchtung erlaubt. Bei jedem der Prismen 36b bis 36d, die jeweils in den Figuren 23(b), 23(c) und 23(d) gezeigt sind, weist das Prisma, um Strahlen aus zwei oder vier Punkten auf dem Prisma auf einen Punkt auf der Maske zu fokussieren, eine Größe auf, die größer ist als die Strukturfläche auf der Maske, und der Abstand zwischen dem Prisma und der Maske muß groß sein. Flache Profilanordnungen, die man durch periodische Wiederholung einer geneigten Oberfläche erhält, kann man mit den in Figuren 23(b), 23(c) und 23(d) gezeigten Prismen erhalten.
Fig. 24 zeigt noch eine andere Ausführungsform Bei dieser Ausführungsform kann man schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtung unter Verwendung eines optischen Mittels 37 erreichen, das aus einem Gitter 37a und einem Prisma 37b besteht. Man kann Maskenbeleuchtung durch Verwendung nur eines nullter Ordnung gebeugten Strahls I&sub0; und eines (+1). Ordnung gebeugten Strahls I&sbplus;&sub1; des Gitters ausführen.Die Tiefe h des Gitters 37a wird sorgfältig ausgewählt, um die Intensität des ersten gebeugten Strahls zu erhöhen. Die Größe der gebeugten Strahlen höherer Ordnung kann man verringern, weil der Beugungswinkel gleich 2α gesetzt werden kann, wodurch wirkungsvoll eine schräg einfallende Beleuchtung durchgeführt werden kann. Entsprechend diesem Verfahren ist, selbst wenn irgendein Defekt oder Fabrikationsfehler im Gitter 37a vorliegt, vorteilhafterweise keine Beleuchtungslichtkomponente senkrecht zur Maskenoberfläche vorhanden.
Fig. 25 zeigt noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform verwendet eine Gittereinrichtung 38, die aus zwei Gittern 38&sub1; und 38&sub2; besteht. Diese Einrichtung 38 kann man erhalten, indem man zwei Substrate stapelt, von denen jedes ein Gitter auf einer seiner Oberflächen aufweist. Um einfallendes Licht wirksam zu nutzen, sind die Gitter 38&sub1; und 38&sub2; jedoch auf beiden Oberflächen eines Substrats ausgebildet. Dabei ist der Brechungsindex des Substrats als n definiert, und der Abstand p&sub1; des Gitters 38&sub1; auf der Lichtquellenseite und der Abstand p&sub2; des Gitters 38&sub2; auf der Maskenseite, der Beugungswinkel und ähnliches sind wie in Figuren 6(a) bis 6(d1) definiert. Unter Bezugnahme auf Fig. 25 bezeichnen Bezugszeichen Ia und Ib (-1). und (+1). Ordnung gebeugte Strahlen, die von dem Gitter 38&sub1; erzeugt werden. Der gebeugte Strahl nullter Ordnung von dem unteren Gitter 38&sub2; ist bei Einfall des gebeugten Strahls (-1). Ordnung als Ia&sub0; definiert, und der (+1). Ordnung gebeugte Strahl vom unteren Gitter 38&sub2; ist bei Einfall des gebeugten Strahls (-1). Ordnung als Ia+&sub1; definiert. In ähnlicher Weise werden gebeugte Strahlen nullter und (-1). Ordnung bei Einfall des Strahls Ib als Ib&sub0; bzw. Ib&submin;&sub1; definiert.
Wenn eine Welle der Wellenlänge λ in einem Vakuum von einem Medium mit einem Brechungsindex nin auf ein Gitter mit einem Abstand p bei einem Einfallswinkel θin einfällt und von einem Medium mit einem Brechungsindex nout bei einem Beugungswinkel θout gebeugt wird, erhält man die folgende Beziehung für m als eine arbiträre ganze Zahl:
p(nin* sinθin -nout* sinθout) = mλ (11)
Um eine schräg einfallende Beleuchtung durchzuführen, werden sinα = 0,1, n = 1,465 und θ&sub1; = 300 beispielhaft ausgeführt. Aus der obigen Gleichung ergeben sich p&sub1; = 595 nm und p&sub2; = 524 rim. Den Beugungswinkel am Gitter 38&sub1; mit dem Abstand p&sub1; wählt man groß, um die Intensitäten der gebeugten Strahlen (-1). und (+1). Ordnung Ia und Ib zu erhöhen. Die (±1). Ordnung gebeugten Strahlen werden am Gitter 38&sub2; mit dem Abstand p&sub2; verwendet, um einen erwünschten Schrägeinfallbeleuchtungswinkel zu erhalten. Das Gitter 38&sub2; mit dem Abstand p&sub2; ist so ausgebildet, daß die Tiefe h des Gitters so gewählt ist, um die Intensitäten der (±1). Ordnung gebeugten Strahlen Ia&submin;&sub1; und Ib&submin;&sub1; zu erhöhen.
Bei der Anordnung der in Fig. 25 gezeigten Gittereinrichtung 38 ist es, da der Beugungswinkel willkürlich erhöht werden kann, möglich, die Intensität der zu verwendenden gebeugten Strahlen zu erhöhen. In diesem Fall wird in dem Gitter 38&sub1; mit dem Abstand p&sub1; ein Phasenunterschied π gesetzt, um den gebeugten Strahl nullter Ordnung zu eliminieren. Weil der Abstand p&sub1; gleich der Wellenlänge ist, muß die Breite des Vorsprungs kleiner als p&sub1;/2 sein. Zusätzlich zu dem Fall von Fig. 25 muß, wenn der Abstand eines Gitters kleiner als ungefähr viermal die Wellenlänge ist, die Breite des Vorsprungs kleiner als der halbe Abstand sein.
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten optischen Einrichtungen selbst sind oben beschrieben worden, und im folgenden werden Schrägeinfallbeleuchtungswinkel beschrieben.
Fig. 26(a) ist eine Ansicht zur Erklärung einer Anordnung für die Verwirklichung schräg einfallender Beleuchtung unter Verwendung des Phasengltters 31 (Fig. 20) und für die Minimierung der numerischen Apertur des Beleuchtungssystems. Aus Gründen der Beschreibungsvereinfachung ist α als Winkel entsprechend der numerischen Apertur der zu neigenden optischen Projektionslinse verwendet worden, weil der Fall in Fig. 26(a) angenommen wird. Das heißt, man nimmt schräg einfallende Beleuchtung, die zur numerischen Apertur der optischen Projektionslinse paßt, um eine Übertragung zu ermöglichen, die eine feine Struktur mit der kürzesten Periode aufweist, unter der Bedingung an, daß das Beleuchtungslicht auf der Maske 25 aus genau parallelen Strahlen besteht. Ein sol ches System ist nur für eine fein periodische Struktur wirksam, aber nicht wirksam für eine Struktur wie eine Maskenstruktur eines integrierten Schaltkreises, der verschiedene räumliche Frequenzkomponenten aufweist. Das Verhältnis der numerischen Apertur des Beleuchtungssystems zu der des Projektionssystems, d.h. der -Wert wird normalerweise ungefähr gleich 0,5 gesetzt. Wie in Fig. 26(b) gezeigt, setzt man, da die numerische Apertur des Beleuchtungssystems einem divergenten Winkel η von Strahlen zur Beleuchtung der Maske 25 entspricht, den Schrägeinfallbeleuchtungswinkel im Verhältnis zu solchem Beleuchtungslicht für wirkungsvollere Nutzung des Beleuchtungslichts besser gleich (α - η) als gleich α.
Dies zeigt an, daß der Schrägeinfallbeleuchtungswinkel um einen Winkel, der der numerischen Apertur des Beleuchtungssystems entspricht, verringert wird, um ein besseres Ergebnis zu erhalten, wenn das beleuchtungsoptische System um den Winkel geneigt wird, der der numerischen Apertur des oben beschriebenen Projektionssystems entspricht. Ein Verfahren zur Verringerung des der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse entsprechenden Winkels um einen Winkel, der der numerischen Apertur des Beleuchtungssystems entspricht, wird auf jede optischen Einrichtung außer natürlich den in Figuren 26(a) und 26(b) gezeigten angewandt.
Eines der Verwendungsmerkmale der in der vorliegenden Erfindung beschriebenen optischen Einrichtung besteht darin, daß sie in ihrem Verfahren einfach zu verwirklichen ist. Das heißt, man ordnet einfach eine optische Einrichtung über einer Maske in einem vorhandenen Belichtungssystem an. In diesem Fall erfordert die optische Einrichtung, weil das Belichtungssystem nicht mit Staub oder ähnlichem verschmutzt sein sollte, um die vorliegende Erfindung zu erreichen, nicht nur einen Anbringungsraum direkt über der Maske, sondern vorzugsweise auch ein automatisches Anbringen und Entfernen. Wenn ein Belichtungssystem einen derartigen Mechanismus aufweist, kann die optische Einrichtung ohne das Anhaften von Staub in Betracht zu ziehen angebracht oder entfernt werden.
In einem Belichtungssytem, das eknen Mechanismus zum Anbringen/Entfernen der optischen Einrichtung an/von einem Abschnitt über der Maske und einen Mechanismus zum Wählen einer Position zur Unterbringung wenigstens einer optischen Einrichtung und zum Wählen einer aus einer Mehrzahl optischer Einrichtungen aufweist, wenn sie angebracht werden können, kann zusätzlich die Anwesenheit/Abwesenheit der Verwendung schräg einfallender Beleuchtung bestimmt und der Neigungswinkel gewählt werden. Daher kann eine Strukturübertragung unter den optischen Bedingungen, die einer zu übertragenden Struktur oder dem -Wert des Belichtungssystem entsprechen, ausgeführt werden.
Wie oben beschrieben, kann wie in Figuren 21 bis 26(b) gezeigt, kann die Neigung des Beleuchtungslichts, wenn eine optisches Einrichtung, die eine periodische Struktur wie ein Phasengitter aufweist, direkt über der Maske angeordnet wird, in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse eingestellt werden, und man kann Abbildung bei optimalem Auflösungsvermögen der optischen Projektionslinse durchführen.
Figuren 27 bis 33(b) zeigen andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsformen zeigen beispielhaft schräg einfallende Beleuchtung unter Verwendung eines vorhandenen Systems. Diese Ausführungsformen sind insofern die gleichen wie die der Figuren 20 bis 26(b), als ein optisches Element, das eine Wechselfunktion eines Beleuchtungslichtwinkels aufweist, auf der Lichtquellenseite der Strukturoberfläche der Maske angeordnet ist, aber sie unterscheiden sich dadurch, daß eine optische Einrichtung und eine Maske integral ausgebildet sind und daß die optische Einrichtung und die Maske gleichzeitig angebracht oder entfernt werden.
Der Betrieb dieser Ausführungsformen wird unter Verwendung einer optischen Einrichtung, die eine periodische Einrichtung aufweist, beispielhaft beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 27 wird ein transparentes Material wie Quarz als Maskensubstrat 41 verwendel,und besteht eine opake Struktur, d.h. eine Maskenstruktur 43, aus einem opaken Bereich 42a und einem transparenten Bereich 42b auf der unteren Oberfläche des Maskensubstrats 41, wodurch man eine optische Einrichtung 44 erhält. Die auf der oberen Oberfläche des Maskensubstrats ausgebildete optische Einrichtung 44 ist ein Phasengitter mit einer Periode p. Das Maskensubstrat 41 wird bearbeitet, um eine Maske 46 so zu erhalten, daß die Breite jedes Rezesses 45a und die Breite jedes Vorsprungs 45b des optischen Elements 44 einander gleich p/2 sind, und daß ein durch jeden Rezeß 45a passierender Strahl einen Phasenunter schied π zu dem durch jeden Vorsprung 45b passierenden aufweist.
In der optischen Einrichtung 44 der obigen periodischen Struktur, d.h. im Phasengitter 44, wird die Intensität des gebeugten Strahls nullter Ordnung idealerweise Null, und man kann nur gebeugte Strahlen erster oder höherer Ordnung erhalten. Nehmen wir an, daß die Periode p so gewählt wird, daß die Beugungswinkel (±1). Ordnung dem Winkel des projektionsoptischen Systems entsprechen, und nehmen wir an, daß das Phasengitter 44 auf der oberen Oberfläche des Maskensubstrats 41 ausgebildet ist, um die gesamte von dem opaken Bereich 42a gebildete Strukturfläche zu bedecken, und daß das einfallende Licht I vertikal von oben auf das Maskensubstrat 41 einfällt. Unter diesen Annahmen kann man schräg einfallende Beleuchtung auf der Maskenstruktur 43 aus zwei Richtungen verwirklichen.
Numerische Werte für diese Ausführungsform sind beispielhaft unter Bezug auf Gleichung (7) dargestellt. Das heißt, wenn die numerische Apertur des optischen Projektionssystems als NA&sub0; = 0,5 gegeben ist und die Reduktionsvergrößerung zu 1/5 gewählt wird, wird der Beleuch tungswinkel des Beleuchtungssystems α = 5,7º. Das zur Beleuchtung verwendete Licht ist ein g-Strahl einer Hochdruckquecksilberbogenlampe, und man wählt die Wellenlänge λ = 436 nm. Diese Parameter variieren in Abhängigkeit von einem verwendeten System, wie die oben beschrieben worden ist.
Das in Fig. 27 gezeigte Phasengitter wird unten beschrieben. Der Beugungswinkel erster Ordnung der Phasengitters 44 wird gleich α gesetzt. Aus diesem Grund wird die Gitterperiode p bei Einfall vertikal einfallenden Lchts I p = 4,36 µm. Diese Periode ist ausreichend größer als die Wellenlange. In der Struktur des Phasengitters 44 setzt man den Phasenunterschied zwischen dem Rezeß und Vorsprung 45a und 45b gleich π, und die Längen des Rezesses und des Vorsprungs 45a und 45b werden einander gleich mit p/2 gesetzt. Wenn die Übertragungsfläche des Belichtungssystems mit 15 mm x 15 mm gegeben ist, befindet sich die Struktur auf der Maske 46 in der Fläche mit einer Größe 75 mm x 75 mm, und das Gitter 44 muß eine Fläche (z.B. 80 mm x 80 mm) zum Bedecken der Strukturfläche aufweisen.
Die Struktur dieses Gitters 44 kann unter Verwendung eines Elektronenstrahls wie bei der Struktur 43 auf der Maske 46 gezeichnet werden. Um den Phasenunterschied lt zu erhalten, kann ein Substrat, auf dem ein Gitter ausgebildet wird, direkt geätzt werden. oder ein Film (z.B. ein Oxidfilm), der eine vorbestimmte Stärke und eine vorbestimmte optische Konstante aufweist, kann einheitlich auf einen Substrat ausgebildet werden, und das Substrat kann geätzt werden. Der opake Bereich 42a, der auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats gebildet ist, muß geschützt werden.Der opake Bereich 42a, der auf der gegenüberliegenden Fläche des Substrats gebildet ist, muß geschützt werden. Dieses Gitter 44 kann unter Verwendung der IC-Verfahrenstechniken des Standes der Technik leicht ausgebildet werden.
Der Betrieb der Ausführungsform von Figuren 28(a) bis 29(b) ist der gleiche wie der von Fig. 27. Ein Phasengitter 44 wird auf einem Substrat 41a verschieden von dem einer Maske ausgebildet und an ein Maskensubstrat 41b gebunden, das mit einem opaken Abschnitt 42a und einer Struktur 43 ausgebildet ist.
Fig. 28(a) weist eine Struktur auf, in der sich die zwei Substrate 41a und 41b miteinander in engem Kontakt befinden, und Fig. 28(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 28(a). Diese Substrate können unter Verwendung eines Klebers verbunden werden, oder sie können miteinander ohne Verwendung irgendwelchen Klebers in sogenannten optischen Kontakt gebracht werden.
Fig. 29(a) zeigt ein Verfahren zum Formen eines Raumes zwischen zwei Substraten 41a und 41b, und Fig. 29(b) ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts A in Fig. 29(a). Die Substrate 41a und 41b sind parallel zue inander mittels eines Klebers oder etwas ähnlichem über ein Distanzteil 47 befestigt. Obwohl diese Struktur viel Arbeit erfordert, können die Substrate 41a und 41b integral ausgebildet werden, nachdem sie unabhängig voneinander kontrolliert wurden, so daß man erwarten kann, daß die Produktausbeute während des Fabrikationsprozesses zunimmt. Es ist festzuhalten, daß das Gittersubstrat 41a kleiner ist als das Maskensubstrat 41b, weil das Substrat 41a nur die Obefläche der zu übertragenden Struktur bedecken kann.
Unter Bezugnahme auf Figuren 28(a) bis 29(b) stellt M&sub1; eine Gitterbildungsoberfläche auf einem Substrat 41a dar, und M&sub2; stellt eine Maskenbildungsoberfläche auf dem anderen Substrat 41b dar.
Die Beschreibung mit Bezug auf Fig. 27 wurde auf der Grundlage des eindimensionalen Gitters 44 gemacht. Wie in Fig. 30(a) gezeigt, ist eine planare Struktur jedoch eine viereckige Schachbrettstruktur, ein zweidimensionales Gitter 48 wie in Fig. 22 kann man erhalten, und man kann schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen erreichen. Die Anwesenheit/Abwesenheit von schraffierten Linien zeigt eine Unterscheidung zwischen zwei Flächen an, in denen dort hindurchtretende Strahlen einen Phasenunterschied einer halben Wellenlänge haben. Wie eine planare Struktur kann man ein Gitter 49 mit in Fig. 30(b) gezeigter dreieckiger Struktur annehmen. In diesem Fall kann man schräg einfallende Beleuchtung aus sechs Richtungen verwirklichen.
Figuren 31(a) und 31(b) zeigen einen integralen Körper eines normalen Maskensubstrats 41b und ein Substrat 41a als eine Kombination von zwei eindimensionalen Gittern 44&sub1; und 44&sub2;. Der Effekt dieser Struktur ist gleich dem in Fig. 25, und eine ausführliche Beschreibung davon wird unterlassen.
Fig. 32 zeigt einen integralen Körper unter Verwendung eines Prismas 50 mit einem Spitzenwinkel 4) als eine optische Einrichtung durch ein Substrat 41b und eine Distanzteil 47. Wenn der Brechungsindex des Prismamaterials als n gegeben ist, erhält man die folgende Beziehung zwischen α und φ:
sin φ = n* sin φ'
n* sin(φ-φ') = sin α (12)
Wenn der Brechungsindex von Quarzglas als n = 1,465 und sinα = 0,1 gegeben ist, dann ist φ = 12,2. Bei dieser Maskenstruktur kann man schräg einfallende Beleuchtung aus einer Richtung erreichen.
Figuren 33(a) und 33(b) zeigen eine Struktur, in der ein Phasengitter 44&sub3; auf der unteren Oberfläche eines Prismas 50, das als ein optisches Mittel dient, ausgebildet ist. In diesem Fall kann man wie in Fig. 24 schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen erreichen.
In den unter Bezugnahme auf Figuren 27 bis 33(b) beschriebenen Ausführungsformen sind die optischen Elemente integral mit den Masken ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf eine Maske anwendbar, in der ein opaker Breich von einem halbtransparenten Film gebildet sein kann, und der Phasenunterschied einer halben Wellenlänge im Verhältnis zu einem durch den transparenten Bereich passierenden Strahl wird einem durch den opaken Bereich passierenden Strahl gegeben.
Entsprechend jeder der Ausführungsformen in Figuren 27 bis 33 (b) ist die optische Einrichtung zum Neigen des Beleuchtungslichtes in Übereinstimmung mit der numen schen Apertur der optischen Projektionslinse mit dem Maskensubstrat integral ausgebildet, dessen opaker Bereich oder ähnliches in Übereinstimmung mit einer zu übertragenenden Maskenstruktur ausgebildet ist. Man kann Abbildungen bei maximalem Auflösungsvermögen der optischen Projektionslinse ohne Veränderung des herkömmlichen optischen Projektionsbelichtungssystems durchführen. Zusätzlich kann das Auflösungsvermögen fast gleich dem, das mit dem herkömmlichen Phasenverschiebungsverfahren im herkömmlichen System erreicht wird, vorteilhafterweise für jegliche Struktur ohne Verwendung einer Phasenverschiebungsmaske erreicht werden.
Figuren 34(a) bis 38(b) zeigen noch eine andere Ausführungsform, die ein Prisma als optische Einrichtung verwendet. Entsprechend einem Verfahren, das ein Prisma als optische Einrichtung zum Durchführen schräg einfallender Beleuchtung verwendet, kann bei schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung ein Prisma mit einer Größe fast gleich der Übertragungsstrukturfläche der Maske verwendet werden, wie in Figuren 21 und 23(a) gezeigt ist. Es tritt kein Problem auf, selbst wenn ein bestehendes optisches Projektionsbelichtungssystem verwendet wird. Jedoch muß, wenn ein Prisma für schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen, wie in Fig. 23(b) gezeigt, verwendet wird, die Größe des Prismas in Neigungsrichtung ungefähr zweimal die der mit dem Strahl bestrahlten Maske ausmachen. Zusätzlich muß der Abstand zwischen dem Prisma und der Maske in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel sichergestellt sein. Wenn ein Prisma für schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen, wie in Fig. 23(c) gezeigt, verwendet wird, gilt die gleiche Beschränkung. Wenn eine Schaltkreisstruktur eines integrierten Halbleiterschaltkreises übertragen werden soll, werden Bildpositionen bei schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung in solchen Fällen unerwünscht verschoben, daß die Waferoberfläche von der Bildebene weicht, d.h. ein defokussierter Zustand auftritt. Um diese Bildverschiebung zu eliminieren, ist Licht, das zur symmetrischen Abbildung im Bildpunkt beiträgt, erforderlich. In diesem Sinne ist schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen erforderlich. Außerdem ist invertierte konische schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen zusätzlich zu zwei Richtungen bevorzugt, weil Strukturen in verschiedenen Richtungen von den Schaltkreisstrukturen beinhaltet sind.
Unter Berücksichtigung der obigen Gesichtspunkte ist, wie in Figuren 34(a) bis 38(b) gezeigt, ein Mechanismus so zur Verfügung gestellt, daß eine optische Einrichtung, die eine Funktion zur Neigung von Beleuchtungslicht senkrecht zu einer Maskenoberfläche um einen vorbestimmten Winkel bis zu einem Winkel, der der numerischen Apertur einer optischen Projektionsimse entspricht, über der Maske des optischen Projektionsbelichtungssystems an der Lichtquellenseite gehalten ist, und daß diese optische Einrichtung um eine Achse senkrecht zur Maskenoberfläche gedreht wird.
Die Verwendung eines Halbdach-Prismas als optische Einrichtung zur Neigung von Beleuchtungslicht I senkrecht zu einer Maskenoberfläche unter einem Winkel, der der numenschen Apertur der optischen Projektionslinse entspricht, wird mit Bezug auf Figuren 34(a) und 34(b) beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 34(a) wird dieses Prisma 52 von einer Maske 51 auf der Lichtquellenseite gehalten. Das über der Maske 51 gehaltene Halbdach-Prisma 52 neigt das Beleuchtungslicht I senkrecht zur Maskenoberfläche um einen Winkel α, wobei α ein Winkel entsprechend der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems ist. Das von dem Prisma 52 geneigte Beleuchtungslicht belichtet die Maske 51. Das Prisma 52 wird um eine Achse I - I' senkrecht zur Maskenoberfläche in einer von einem Pfeil 53 angedeuteten Richtung gedreht. Licht IM, das irgendeinen Punkt Q auf der Maske 51 beleuchtet, dient als invertiertes schräg einfallendes Beleuchtungslicht, wie in Fig. 34(b) gezeigt.
Diese Ausführungsform wird in Einzelheiten unter Bezugnahme auf numerische Werte beschrieben. Das optische Projektionsbelichtungssystem weist eine numerische Apertur der optischen Projektionslinse als NA = 0,5 und eine Reduktionsvergrößerung von ungefähr 1/5 wie in den obigen Ausführungsformen auf. Wenn Maskenbeteuchtungslicht als parallele Strahlen und die Größe der Lichtquelle als Null betrachtet wird, wird der Schrägeinfallbeleuchtungslichtwinkel α, entsprechend dem projektionsoptischen System, nach Gleichung (7) wie in den obigen Ausführungsformen α = 5,7º. Im allgemeinen weist die Lichtquelle jedoch eine bestimmte Größe auf, und das Beleuchtungslicht I weist einen divergenten Winkel η auf, wie in Fig. 35 gezeigt. Der divergente Winkel des Beleuchtungslicht ändert sich von η zu η', wenn die optische Achse von dem Prisma 52 geneigt wird. Der Unter schied zwischen den Winkeln η und η' ist sehr klein, und man kann die Annahme η' = η aufstellen. In diesem Fall setzt man (α + η) wie folgt, um es dem projektionsoptischen System entsprechen zu lassen.
sin(α+η)=(1/5)*0.5 = 1 (13)
Dieser Schrägeinfallbeleuchtungswinkei α kann durch Optimierung des Spitzenwinkeis φ des Halbdach-Prismas 52 gewählt werden. Zum Beispiel ist, wenn das Prisma aus Quarzglas mit einem Brechungsindex von 1,465 besteht und Bedingungen η = 0,1 und sinα = 0,1 vorgesehen werden, φ = 12,2º.
Weil das Prisma die Strukturfläche der Maske bedecken muß, muß der Durchmesser des Prismas zum Beispiel 80 mm sein, wenn die Strukturfläche der Maske als 75 mm x 75 mm gegeben ist. Wenn das Prisma eine kreisförmige Form mit dem Mittelpunkt als dem Rotationszentrum aufweist, kann unnötige Luftverwirbelung vermieden werden, was zu Bedienungs freundlichkeit führt.
Da ein Belichtungszyklus in allgemeinen ungefähr 0,5 5 dauert, muß die Rotationsfrequenz auf ca. 30 Hz bis 50 Hz gesetzt werden, um fast einheitliche Beleuchtung unabhängig des Belichtungsbeginns und -endes durchzuführen. Diese Hochgeschwindigkeitsrotation wird aus der Sichtweise von Teileverschleiß und Verläßlichkeit vorzugsweise vermieden. Es ist ein Verfahren zur Regelung von n Drehungen pro Belichtungszyklus vorgeschlagen, wobei n 1 bis ungefähr 10 Drehungen darstellt. Der Wert n kann so bestimmt werden, daß der Drehmechanismus nicht überlastet wird.
Eine Rotationswelle muß in dem Rotationsmechanismus durch den Schwerpunkt eines Rotationskörpers gelegt sein. In einer in Fig. 36(a) gezeigten Anordnung weist das Halbdach-Prisma 52 kreisförmige Gestalt auf, und ein säulenförmiger Kragen 52a ist im peripheren Abschnitt des Prismas ausgebildet. Das Prisma 52 und der Kragen 52a können integral aus Quarz gemacht sein. Fig. 36(b) ist ein Querschnitt von Fig. 36(a). Ein Metallrahmen 54 wird auf den Kragen 52a gepaßt, und eine Ausgleichseinrichtung wird an dem metallrahmen 54 angebracht, um eine Struktur zu erhalten, bei der die Rotationsweile durch den Schwerpunkt des Rotationskörpers geht. Die äußere Oberfläche des Metallrahmens 54 kann z.B als Oberfläche, gegen die die Rotationswelle zum Anbringen einer Rotationskraft gedrängt wird, verwendet werden.
Wenn das Halbdach-Prisma 52 ohne irgendeine Veränderung verwendet wird, müssen die obigen Maßnahmen vorgenommen werden, um die Drehung auszugleichen. Als eine einfachere optische Einrichtung kann ein in Figuren 37(a) und 37(b) gezeigtes geripptes Prisma 55 verwendet werden. Diese Anordnung ist auch in Fig. 23(a) gezeigt. Dieses Prisma 55 wird so betrachtet, daß es eine fast ebene Oberfläche aufweist und Drehung nicht ausgleicht oder daß es mit geringer Drehungsanpassung gedreht werden kann. Zusätzlich weist das Prisma 55 insgesamt eine kleinere Stärke als die eines Halbdach-Prismas auf, und es kann Hochgeschwindigkeitsrotation erreicht werden.
Figuren 38(a) und 38(b) zeigen einen Fall, der ein eindimensionales Phasengitter 56 als optische Einrichtung, wie in Fig. 20 gezeigt, verwendet. Wenn Neigungswinkel α gleich sinα = 0,1 gesetzt und die Wellenlänge eines i-Strahls (365 nm) einer Quecksilberbogenlampe verwendet wird, ist die Periode des Gitters 56 zu 3,65 µm gegeben. Selbst wenn das eindimensionale Phasengitter 16 nicht gedreht wird, kann man schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen erreichen. Invertierte konische schrägeinfallende Beleuchtung kann jedoch durch Drehung erreicht werden.
Die optischen Einrichtungen zur Neigung des Beleuchtungslichtes in einer vorgegebenen Ri(htung sind in Figuren 37(a) bis 38(b) beispielhaft ausgeführt. In der Praxis sind jedoch ein sich von der Einrichtung nach außen erstreckender Abschnitt, wie in Figuren 36(a) und 36(b) gezeigt, und Mechanismen, die Teile zur Übertragung einer Rotationskraft bilden, in diesen optischen Einrichtungen erforderlich.
Entsprechend der unter Bezug auf Figuren 34(a) bis 38(b) beschriebenden Ausführungsform wird, wenn die nahe der Maske auf der Lichtquellenseite angeordnete optische Einrichtung gedreht wird, von einer begrenzten Richtung geneigtes Beleuchtungslicht gedreht, und ein jeglicher Punkt auf der Maske wird in einer invertierten konischen Form beleuchtet. Als Ergebnis können integrierte Schaltkreisstrukturen mit verschiedenen Richtungen bei maximalem Auflösungsvermögen des projektionsoptischen Systems übertragen werden.
Noch eine andere Ausführungsform, die eine ringförmige Lichtquelle darstellt, wird unter Bezug auf Figuren 39(a) bis 45 (b) beschrieben.
Figuren 39(a) und 39(b) zeigen ein Verfahren zum Verwirklichen einer ringförmigen Lichtquelle unter Verwendung optischer Fasern. Die optische Faser in dieser Anordnung wird so erhalten, daß eine säulenförmige optische Faser aus Glas mit einem hohen Brechungsindex und einem Durchmesser von ungefähr 10 µm oder weniger mit Glas, das einen niedrigen Brechungsindex aufweist, bedeckt ist. Das Licht pflanzt sich fort, während es innerhalb der Faser idealerweise durch Totalreflektion wiederholt reflektiert wird. Fig. 39(a) zeigt ein optisches Faserbündel 58, das eine Eintrittsfläche kleinen Durchmessers für Licht I und eine Austrittsfläche großen Durchmessers in einer Ringröhrenform aufweist. Das optische Faserbündel 58 ist zwischen einer konischen Linse 65 und einem optischen Integrator 66 in Fig. 40 angeordnet. Dieses optische Faserbündel kann an jeder Position zwischen einem Filter 70 und einer Kondenserlinse 68 angeordnet werden. Licht, das von einer primären Quelle emittiert wird und auf das Filter 70 trifft, weist eine Verteilung auf, die einen mittleren Abschnitt geringer Intensität und einen peripheren Abschnitt hoher Intensität in Übereinstimmung mit der Form der primären Quelle aufweist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 40 ist ein Abschnitt mit Ausnahme des optischen Faserbündels 58 eine Vorrichtung, die ein herkömmliches typisches Abbildungsverfahren verwendet. Die Anordnung von Fig. 40 wird untenstehend allgemein beschrieben. Eine Lampe 61 ist an einem ersten Brennpunkt eines elliptischen Splegels 62, der ein erstes fokussierungsoptischs System 77 bildet, angeordnet, um zeitweise Strahlen nahe einem zweiten Brennpunkt 63 der konischen Linse 65 zu fokussieren. Das Strahlenbündel wird von einer Eintrittslinse 64, die einen Brennpunkt fast nahe dem zweiten Brennpunkt 65 aufweist, parallel gerichtet, um parallele Strahlen zu erhalten. Die parallelen Strahlen werden an mittleren Abschnitt von der konischen Linse 65 fokussiert, während die Lichtintensität vereinheitlicht wird. Das resultierende Licht fällt durch das optische Faserbündel 58 der vorliegenden Erfindung auf den optischen Integrator 66. Der optische Integrator 66 wird von einer sogenannten Fliegenaugenlinse gebildet. Die Fliegenaugenlinse ist aus einer großen Zahl kurzer Stablinsen gebildet, die jeweils eine kurze Brennweite aufweisen, um eine Mehrzahl sekundärer Quellen zu bilden. Eine große Zahl Strahlen wird auf die Strichplattenfläche gestrahlt, um Bilder zu eliminieren, die von der Strichplatte gestreut werden, wodurch man eine einheitliche Beleuchtung frei von Unregelmäßigkeiten erhält. Die Beleuchtungsintensitätsverteilung auf der Strichplattenfläche kann fast einheitlich werden.
Die Eintrittslinse 64 und die konische Linse 65 dienen dazu, das Schattenwerfen von durch den optischen Integrator 66 passierenden Strahlen zu minimieren und die Abbildungswirksamkeit zu erhöhen. Die Strahlen, die aus den kleinen Linsen des optischen Integrators 66 treten, werden auf einer Strichplatte 69 durch eine Austrittslinse 67 und eine Kondensorlinsengruppe 68 überlagert. Durch das Filter 70 tretende Strahlen werden von der konischen Linse 65 fokussiert, und die Strahlen, die aus den kleinen Linse des optischen Integrators 66 treten, können fast gleich aufeinander überlagert werden, so daß die Beleuchtungsintensität auf der Strichplatte 69 fast einheitlich wird. Eine Aperturblende 71 ist auf der Austrittsseite des optischen Integrators 66 angeordnet, und die Antrittsgröße des optischen Integrators 66 wird von der Aperturblende 71 bestimmt. Das Filter 70 ist so angeordnet, daß es nur Strahlen transmittiert, die Wellenlängen des Aberrations-korrigierten optischen Systems aufweisen. Strahlen, die auf die Strichplatte 69 gestrahlt werden, treten durch ein projektionsoptisches System 74, und es wird ein Bild einer feinen Struktur auf der Strichplatte 69 projiziert und belichtet. Eine Blende 76 zum Bestimmen der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems 74 ist darin vorhanden. Es ist festzustellen, daß Bezugszeichen 72 bzw. 73 kalte Spiegel bezeichnen.
In dem System mit der obigen Anordnung ist die Natur der Strahlen wenn Strahlen von der Strichplatte 69 in Betracht gezogen werden, die gleiche wie die von Strahlen von dem optischen Integrator 66 durch die Austrittslinse 67 und die Kondensorlinse 68, so daß die Austrittsseite des optischen Integrators 66 eine virtuelle Lichtquelle zu sein scheint. Aus diesem Grund wird die Austrittsseite des optischen Integrators 66 in dieser Anordnung allgemein eine sekundäre Quelle genannt.
Die konische Linse 65 ist angeordnet, um eine einheitliche Lichtintensitätsverteilung zu erhalten. Die Lichtintensität des peripheren Abschnitts muß entsprechend der vorliegenden Erfindung erhöht werden. Aus diesem Grund braucht die einheitliche Intensitätsverteilung nicht durch die konische Linse erhalten zu werden. Das durch das Filter tretende Strahlenbündel kann zu dem in Fig. 39(a) gezeigten, ringröhrenförmigen optischen Faserbündel 58 geführt werden, und man kann ein ringförmiges Strahlenbündel mit einem gewünschten Radius erhalten. Wenn eine ringförmige Lichtquelle unter Verwendung nur einer ringförmigen Aperturblende verwirklicht werden soll, kann der äußere Durchmesser des Rings nicht größer sein als der Radius des Strahlenbündeis. Wenn die optische Faser verwendet wird, können der innere und der äußere Durchmesser des ringförmigen Bündels Austrittsstrahlen und die Richtung der Austrittsstrahlen frei verändert werden, und zwar ohne Rücksicht auf den Radius des Bündels Eintrittsstrahlen. Eine ringförmige Lichtquelle mit einem Radius, der der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems unter Verwendung einer optischen Faser entspricht, ist in Fig. 39(b) gezeigt.
Fig. 39(b) zeigt einen vergrößerten Zustand, in dem eine ringscheibenförmige optische Faser in Fig. 39(a) in einen entsprechenden Abschnitt von Fig. 40 eingefügt ist. Strahlen, die aus dem optischen Faserbündel 58 treten, fallen durch den optischen Integrator 66 und das zweite fokussierungsoptische System auf die Strichplatte. Die numerische Apertur NA der optischen Faser ist wie folgt definiert:
NA=(n&sub1;-n&sub2;)1/2 (14)
wobei n&sub1; der Brechungsindex der inneren Fasern und n&sub2; der Brechungsindex einer äußeren Abdeckung ist. Wenn n&sub1; = 1,7 und n&sub2; = 1,5 ist, dann ist NA = 0,8. Die numerische Apertur der Faser ist im allgemeinen größer als die der Linse. Von den Fasern austretende Strahlen werden divergente Strahlen. Selbst wenn der optische Integrator 66 nicht eingefügt wird, weisen auf die Strichplatte gestrahlte Strahlen eine fast einheitliche Intensitätsverteilung auf. Aus diesem Grund braucht der optische Integrator nicht eingefügt zu werden. Die Austrittsflächen der Fasern werden von Linsenflächen gebildet, um Divergenz zu verhindern.
Der optische Integrator 66 kann vor den Fasern angeordnet sein. In diesem Fall tritt Schattenbildung bei den Strahlen auf, die Winkel aufweisen, die von der numenschen Apertur der Fasern während des Einfalls zugelassen werden, wodurch die Wirksamkeit herabgesetzt wird. Eine ringförmige Aperturblende kann auf der Austrittsseite des optischen Integrators 66 eingefügt werden, nachdem die Strahlen aus den Fasern ausgetreten sind, wodurch die Strahlen perfekt von einem Abschnitt außer dem ringförmigen Abschnitt abgeschirmt werden. Wenn die numerische Apertur des projektionsoptischen Systems gleich 0,5 und die Reduktionsvergrößerung gleich 1/5 gesetzt wird, ist der Beleuchtungswinkel α', entsprechend diesen Bedingungen, in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung zu ungefähr 5,70 gegeben:
sinα' =(1/m)sin α (15)
Wenn der äußere Durchmesser und die Lage des optischen Faserbündels 58 gewählt werden, daß sie diesem Beleuchtungswinkel genügen, kann das in bezug auf die optische Achse unter diesem Neigungswinkel auf die Strichplatte fallende Licht maximales Auflösungsvermögen unter Bezug auf die optische Projektionslinse aufweisen. Wenn ein Mittel zum Erhalten einer ringförmigen Lichtquelle keine Blende, sondern eine optische Faser umfaßt, kann Schattenbildung von Strahlen eliminiert werden, um eine Verringerung an Beleuchtungsstärke zu verhindern. Wenn eine ringförmige Blende an die Austrittsseite der vom optischen Integrator austretenden Strahlen eingeführt wird, nachdem die Strahlen von der konischen Linse 65 wie in dem herkömmlichen System vereinheitlicht worden sind, und die ringförmige Blende einen äußeren Radius von 2,0 cm und einen inneren Radius von 1,5 cm aufweist, wird die Beleuchtungsstärke mit Ausnahme von Schattenbildung außerhalb der Blende auf 56% verringert. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann, da die Strahlen von optischen Fasern fokussiert und die Fasern in der gesamten Fläche, wo die Strahlen von der primären Quelle auftreffen, angeordnet sind, jedoch eine Beleuchtungsstärke von fast 100 % erhalten werden.
Figuren 41(a) und 41(b) zeigen ein Verfahren zur Verwirklichung einer ringförmigen Lichtquelle unter Ver wendung einer konischen Linse. Fig. 41(a) zeigt ein optisches System, das zwischen dem Filter 70 und der Kondentorlinse 68 in Fig. 40 angeordnet werden soll. Dieses optische System umfaßt eine konische Linse 77, eine ringartige konvexe Linse 78 und eine ringartige konkave Linse 79. Die das Filter 70 erreichenden Strahlen weisen einen mittleren Abschnitt geringer Intensität und einen peripheren Abschnitt hoher Intensität in Übereinstimmung mit der Form der primären Quelle auf. Bei einem normalen Betrieb ist die konische Linse 65 so angeordnet, daß sie die Intensität der auf den optischen Integrator einfallenden Strahlen vereinheitlicht. Dieser Vorgang, mit dem veranlaßt wird, das die konische Linse die Lichtintensität vereinheitlicht, braucht jedoch nicht durchgeführt zu werden, weil die Lichtintensität des peripheren Abschnitts erhöht werden muß.
Das durch das Filter 70 passierende Strahlenbündel weist keinen ausreichenden Radius auf, um eine Neigung entsprechend der numerischen Apertur der Linse des Projektionssystems zu bewirken. Wie in Fig. 41(b) gezeigt, wird der Radius des Strahlenbündels durch ein optisches System erhöht, das aus der konischen Linse 77, die entgegengesetzt zur normalen Richtung angeordnet ist, besteht. Diese konische Linse 77 ist eine Linse, die man durch das Stapeln von Kegeln erhält und die einen V- förmigen Abschnitt aufweist, wie er in Fig. 41(a) gezeigt ist. Strahlen I&sub1;, die parallel zur optischen Achse auf den Rezeß der konischen Linse 77 einfallen, werden auf der Linsenoberfläche in einer Richtung gebeugt, so daß sie divergieren, und dann gebeugt und treten am Vorsprung der konischen Linse 77 aus, wodurch man Strahlen I&sub2; parallel zur optischen Achse erhält. Als Ergebnis wird der Radius der ringscheibenförmigen einfallenden Strahlen I&sub1; erhöht.
Der Radius der mittleren Strahlen, die eine geringe Intensitätsverteilung aufweisen und durch das Filter 70 getreten sind, wird durch die konische Linse 77 erhöht, so daß sie ein ringförmiges Bündel von Strahlen 12 werden. Der Radius dieser Strahlen 12 wird von einer Kombination ringartiger konvexer Linsen 78 und ringartiger konkaver Linsen 79 verringert, wie dies in Fig. 41(a) gezeigt ist. Genauer gesagt ist eine optische Einrichtung, die eine ringartige konvexe Linse 78 auf der Austrittsseite der konischen Linse 77 aufweist, d.h. die ringartige konvexe Linse 78 so angeordnet, daß die Breite des ringförmigen Strahlenbündels verringert wird. Die Strahlen werden dann als parallele Strahlen durch eine optische Einrichtung mit einer ringartigen peripheren konkaven Linse, d.h. der ringartigen konkaven Linse 79, parallel gerichtet. Als Ergebnis ist es möglich, ein ringförmiges Bündel Strahlen 13 zu erhalten, das einen großen Radius und einen peripheren Abschnitt hoher Intensität aufweist.
In diesem Fall werden alle Strahlen aus der primären Quelle von der konischen Linse 77 in eine ringförmige Form fokussiert, um eine Beleuchtungsahnahme zu verhindem. Die Lichtintensität außer für den ringförmigen Abschnitt kann gleich Null gesetzt werden, indem die ringförmige Aperturblende 71 sofort hinter den optischen Integrator 66 eingefügt wird. Nach der vorliegenden Erfindung kann die Breite des ringförmigen Strahlenbündels durch eine Kombination der ringartigen konvexen Linse 78 und der ringartigen konkaven Linse 79 unter Verwendung der konischen Linse 77 eingestellt werden, die eine Form aufweist, um Strahlen zu erhalten, die einen der numerischen Apertur der Projektionssystemlinse entsprechenden Radius aufweisen. Man kann ein maximales Auflösungsvermögen des projektionsoptischen Systems erhalten, ohne daß die Beleuchtung bzw. Lichtintensität verringert wird.
In der in Figuren 39(a) bis 41(b) gezeigten Ausführungsform wird ein optisches System wie eine optische Faser und eine Linse verwendet, um den Radius der ringförmigen sekundären Quelle einzustellen und gleichzeitig die Beleuchtungsstärke aufrecht zu erhalten. Selbst wenn eine ringformige Blende, die den Strahlenradius nicht anpassen kann, verwendet wird, kann der Neigungswinkel durch eine andere Maßnahme, wie in Flguren 42(a) bis 43(b) gezeigt, eingestellt werden. In diesem Fall wird vorteilhafterweise keine Kondensorlinse zur Vereinheitlichung der Lichtintentensitätsverteilung in einem normalen Belichtungssystem verwendet, um so eine Abnahme der Beleuchtungsstärke zu verhindern. Zusätzlich wird vorzugsweise ein Mittel zum Konzentrieren der Lichtintensität an peripheren Abschnitt verwendet.
Figuren 42(a) bis 43(b) sind Ansichten zur Erklärung eines Verfahrens zum Einstellen einer Linsenvergrößerung im Vergleich zu einem anderen optischen System. Fig. 42(a) zeigt einen Fall, bei dem eine punktförmige Lichtquelle verwendet wird, die man durch ideale Anordnung eines normalen Belichtungssystems erhält. Fig. 43(b) zeigt einen Fall, in dem eine ringförmige Lichtquelle kleinen Durchmessers, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 59-211269 offenbart wurde (japanische Patentoffenlegung Nr. 61-91662), verwendet wird, um eine Beleuchtung durch eine Kondensorlinse durchzuführen. Tatsächliche optische Systeme werden für eine bequemere Beschreibung vereinfacht und illustrativ und qualitativ dargestellt. Gleichen Bezugszeichen wie in Figuren 39(a) und 39(b) bezeichnen die gleichen Teile in Figuren 42(a) bis 43(b). Vier durchgezogene Linien in jeder der Figuren 42(a), 43(a) und 43(b) sind zwei durch den Mittelpunkt einer Kondensorlinse 68 hindurchtretende Strahlen und zwei durch den Mittelpunkt einer ersten optischen Projektionslinse 14&sub1; hindurchtretende Strahlen. Gestrichelte Linien in jeder der Figuren 42(a), 43(a) und 43(b) zeigen Zustände der Beugung von Strahlen, die auf eine Strichplatte 69 fallen, und Bildzustände. Bezugssymbole f&sub1;, f&sub2;, fc und fc' bezeichnen Brennweiten der optischen Systeme.
Bei einem herkömmlichen optischen System weist eine sekundäre Quelle eine endliche Größe auf, die als Idealfall einer punktförmigen Lichtquwelle angenähert werden kann. Dieses optische System kann, entsprechend Fig. 42(a), dargestellt werden. Unter Bezugnahme auf Fig. 42(a) wird Licht, das von der punktförmigen Lichtquelle 80 emittiert wird und durch die Kondensorlinse 68 passiert, zu parallelem Licht und fällt vertikal auf die Strichplatte 69. Die Auflösungsgrenze wird von einem Beugungswinkel αo' von durch den äußersten Abschnitt einer Aperturblende 76 auf der Strichplattenoberfläche hindurchtretendem Licht bestimmt.
In Fig. 42(b) wird eine sekundäre Quelle zu einer ringförmigen Lichtquelle 80a mit einem kleinen Durchmesser. Auf die Strichplatte 69 fallendes Licht ist nicht senkrecht zur Strichplattenoberfläche, sondern ist um einen Winkel α&sub1;'/2 im Verhältnis zur optischen Achse geneigt. Weil dieser Neigungswinkel die Bedingung α&sub0;' < α&sub1;' erfüllt, ist das Auflösungsvermogen größer als das der punktförmigen Lichtquelle. Weil die Bedingung α&sub1;' < 2α&sub0;' besteht, passieren Strahlen nullter und erster Ordnung, die durch die Strichplatte 69 hindurchtreten, jedoch einen Abschnitt innerhalb des äußersten Abschnitts der Aperturblende 76 des Projektionssystems und werden fokussiert. Als Ergebnis kann das maximale Auflösungsvermögen, das von dieser Aperturblende bestimmt ist, nicht erreicht werden.
Fig. 43(a) zeigt ein optisches System, bei dem die Vergrößerung der Kondensorlinse in den beiden obigen Fällen unverändert gelassen und der Radius der sekundären Quelle gleich einem Wert zum Setzen der Neigung entsprechend der numerischen Apertur des Projektionssystems gesetzt wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 43(a) weist eine ringförmige sekundäre Quelle 80b einen großen Radius auf, und ein Winkel eines von einer Kondensorlinse 68 gebeugten und auf die Strichplattenoberfläche fallenden Strahls wird gleich α&sub0;' gesetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist ein divergenter Winkel zwischen den gebeugten Strahlen nullter und erster Ordnung gleich 2α&sub0;', und die Strahlen treten durch den äußersten Abschnitt der Aperturblende 76 hindurch, wodurch sie das maximale Auflösungsvermögen erhalten.
Ein Verfahren, um die Neigung eines auf eine Strichplatte fallenden Strahls dazu zu bringen, der numerischen Apertur eines Projektionssystems zu entsprechen, während eine ringförmige Lichtquelle mit kleinem Durchmesser unter Verwendung einer ringförmigen Blende, dessen Radius nicht justiert bzw., wie im folgenden bezeichnet, eingestellt werden kann, erhalten wird, ist in Fig. 43(b) gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 43(b) weist die ringförmige Lichtquelle 80a einen kleinen Radius wie in Fig. 42(b) auf. Weil die Brennweite fc' einer Kondensorlinse 68&sub1; klein ist, ist die ringförmige Lichtquelle 80a nahe der Kondensorlinse 68&sub1; angeordnet, oder die Kondensorlinse 68&sub1; wird so bewegt, daß jeder Punkt der Lichtquelle 80a in der Brennebene der Linse angeordnet ist. Ein Strahl, der aus einem Punkt der Lichtquelle 80a austritt, tritt durch die Kondensorlinse 68&sub1; und wird parallel gerichtet. Das resultierende parallele Licht fällt in einem Winkel α&sub0;' auf die Oberfläche der Strichplatte. Wie im Fall von Fig. 43(a) wird ein divergenter Winkel zwischen den gebeugten Strahlen nullter und erster Ordnung 2α&sub0;', wodurch man ein maximales Auflösungsvermögen des Projektionssystems erhält.
Die Kondensorlinse 68&sub1;, die eine hohe Vergrößerung aufweist, ist so angeordnet, daß der Einfallswinkel α&sub0;' auf die Strichplattenoberfläche so gewählt wird, daß der von der Strichplatte 69 gebeugte Strahl durch den äußersten Abschnitt der Aperturblende 76 Üritt. Wenn das optische Reduktionsprojektionssystem eine numerische Apertur von 0,5 und eine Reduktionsvergrößerung von 1/5 aufweist, wird der Neigungswinkel von gebeugten Strahlen, von allen durch die Strichplatte tretenden Strahlen, die eine maximale Wellenzahl aufweisen und von dem Projektionssystem ohne Schattenwerfen fokussiert werden, auf 5,70 gesetzt. Ein auf die Strichplatte 69 fallender Strahl wird in einem Winkel von 5,70 geneigt. Die Vergrößerung und Lage der Kondensorlinse 68&sub1; werden bestimmt, um diesen Neigungswinkel zu ergeben, wodurch man den optimalen Neigungswinkel des Beleuchtungslichtes durch Linsenvergrößerungskonversion erhält.
Bei dieser Ausführungsform kann eine Zoomlinse als Kondensorlinse verwendet werden, um die Neigung des Strichplattenbeleuchtungslichtes von der Zoomlinse in Übereinstimmung mit einer variablen numerischen Apertur eines projektionsoptischen Systems zu verändern. Auf diese Weise kann, wenn die Zoomlinse verwendet wird, normale vertikal einfallende Beleuchtung auch von einem einzelnen System ausgeführt werden.
Eine Ausführungsform, die ein Verfahren zum Anpassen bzw. Einstellen einer ringförmigen sekundären Quelle beispielhaft wiedergibt, die einen Radius zum Erhalten eines in einem der numerischen Apertur eines Projektionssystems entsprechenden Winkel geneigten Strahl aufweist, während die Breite a der ringförmigen Lichtquelle und ihre Beleuchtung gleich beibehalten werden, wird unter Bezug auf Fig. 44 beschrieben. Wie unter Bezugnahme auf die Ausführungsform von Figuren 41(a) und 41(b) unter Verwendung der konischen Linse beschrieben wurde, werden parallele Strahlen, die von einer Kombination einer ringartigen konvexen Linse 85 und einer ringartigen konkaven Linse 86, wie in Fig. 44 gezeigt, fokussiert. Figuren 45(a) und 45(b) sind Schnitte ringartiger konvexer und ringartiger konkaver Linsen 85 und 86, von deren Mittelpunkt aus gesehen.
Wenn die ringartigen konvexen Linsen 85 und die ringartigen konkaven Linsen 86 nebeneinander hinter einem Filter 70 in Fig. 44 angeordnet sind, werden Strahlen, die zentrale Strahlen aufweisen, die elne niedrige Intensitätsverteilung aufweisen und durch das Filter 70 getreten sind, zu Strahlen, deren Lichtinterisitäts-verteilung in einer ringförmigen Form konzentriert ist. Wenn die Vergrößerungen der ringartigen konvexen und konkaven Linsen 85 und 86 angepaßt werden, widr der Abstand zwischen ihnen verändert, um die Breite a der ringförmigen Form anzupassen. Der von der ringartigen Linsen 85 und 86 definierte innere Durchmesser wird kleün gewählt, der Verlust der Lichtintensität ist gering, und die hohe Beleuchtungsstärke kann aufrecht erhalten werden. Auf diese Weise wird, um eine einheitliche Beleuchtungsintensitätsverteilung auf der Strichplattenoberfläche zu erhalten, vorzugsweise eine optischer Integrator 66 eingefügt, nachdem die ringförmige Lichtquelle ausgebildet worden ist. Zusätzlich kann eine ringförmige Aperturblende 71 auf der Austrittsseite des optischen Integra tors 66 eingefügt werden.
Man erhält eine ringförmige Lichtquelle durch eine Kombination der ringartigen Linsen 85 und 86, ohne daß die Beleuchtungsstärke verringert wird, und durch das Verfahren des Veränderns der Vergrößerung der Kondensorlinse, wie oben beschrieben, erhält man einen Neigungswinkel entsprechend der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems. Durch diese beiden Verfahren können gleichzeitig eine Veränderung des Radius' der sekundären Quelle und eine Konzentration der austretenden Lichtintensitätsverteilung am peripheren Abschnitt von einem einzigem System verwirklicht werden, und gleichzeitig kann eine Abnahme an Beleuchtungsstärke verhindert werden. Dadurch kann das Auflösungsvermögen erhöht werden, ohne daß die Belichtungszeit erhöht werden müßte. Wie oben beschrieben, kann man durch Kombination einer Mehrzahl oben beschriebener Ausführungsformen einen verstärkten Effekt erhalten.
Wie oben beschrieben, wird in den unter Bezugnahme auf Figuren 39(a) bis 45(b) beschriebenen Ausführungsformen der Bereich des Neigungswinkel des im herkömmlichen System verwendeten Beleuchtungslicht in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur der optischen Projektionsimse gewählt, und man kann ein Abbilden bei einem maximalen Auflösungsvermögen der optischen Projektionslinse erreichen. Zusätzlich kann man eine ringförmige Lichtquelle erhalten, ohne daß man eine ringförmige Aperturblende verwenden muß, um eine Abnahme an Beleuchtungsstärke durch eine spezielle Blende zu verhindern. Das Auflösungsvermögen kann für jede Slruktur erhöht werden, ohne daß irgendein Probleme aufkommt wie z.B. eine Zunahme an Belichtungszeit.
Das Verfahren, einen Strahl senkrecht zu einer Maske durch Einfügen eines optischen Mittels in eine Belichtungsvorrichtung zu neigen, und eln Verfahren, Maskenbeleuchtungslicht durch Erhöhen des virtuellen Radius' einer Lichtquelle mittels einer optischen Faser, einer konischen Linse oder einer spezlellen Aperturblende und durch ausschließliche Verwendung von Strahlen am peripheren Rand der Aperturblende o.ä. zu neigen, sind oben beschrieben worden. Unterschiede in Beleuchtungssystemen bei diesen Verfahren werden unter Bezugnahme auf Figuren 46(a) bis 47(b) beschrieben.
Figuren 46(a) bis 46(b2) sind Ansichten zum Erklären von Effekten schräg einfallender Beleuchtungslichtquellen, die durch Einführen optischer Mittel verwirklicht werden. Figuren 46(a1) und 46(b1) zeigen Fälle, in denen auf eine Strichplatte fallende Strahlen durch Strahlen auf einer Austrittsfläche einer sekundären Quelle ersetzt werden. Figuren 46(a2) und 46(b2) veranschaulichen konzeptionell Winkel von Strahlen, die auf die Strichplatte fallen. Der Ursprung in sowohl Fig. 46(a1) wie auch 46(a2) fällt mit dem Schnittpunkt zwischen einer x-y- Ebene und der optischen Achse zusammen. Figuren 46(a1) und 46(a2) zeigen einen Fall für ein Prisma 21 eines rechtwinkligen Dreiecks, und Figuren 46(b1) und 46(b2) zeigen einen Fall für ein Prisma 22 eines rechtwinkligen gleichschenkligen Dreiecks oder eines eindimensionalen Beugungsgitters. Der Radius eines kleinen Kreises entspricht dem der Aperturblende der sekundären Quelle in einem normalen Belichtungssystem, und der Abstand r vom Ursprung bis zum Mittelpunkt des kleinen Kreises entspricht dem Neigungswinkel bei schräg einfallender Beleuchtung.
Figuren 47(a) und 47(b) sind Ansichten zum Erklären des Effekts einer Lichtquelle bei schräg einfallender Beleuchtung, die man durch eine optische Faser oder eine ringförmige Aperturblende erhält. Fig. 47(a) zeigt eine Aperturblende einer sekundären Quelle, und Fig. 47(b) veranschaulicht konzeptionell den Winkel von Strichplattenbeleuchtungslicht von dieser Llchtquelle. Wie aus einem Vergleich zwischen Figuren 46(a) bis 46(b2) und Figuren 47(a) und 47(b) ersichtlich ist, ist die Natur von Strahlen zur Beleuchtung einer Maske jeweils unterschiedlich in Übereinstimmung mit verschiedenen Verfahren, selbst wenn Beleuchtungslicht in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur der optischen Projektionsimse geneigt wird. Wenn das Beleuchtungsverfahren unter Verwendung des in Fig. 46(a) gezeigten Prismas als schräg einfallende Beleuchtung aus einer Richtung definiert wird, kann man das Beleuchtungsverfahren unter Verwendung einer ringförmigen Aperturblender als schräg einfallende Beleuchtung aus allen Richtungen in einem vorbestimmten Winkel ausdrücken.
Der Neigungswinkel schräg einfallender Beleuchtung in einem optischen Reduktionsbelichtungssystem wird als normalisierter Einfallwinkel R definiert, und Divergenz der Strahlen, die der Kohärenz in einem normalen Entwicklungssystem entspricht, wird als D wie folgt definiert:
R = m sinβ/NA
D =m sinβ'/NA (16)
wobei m die Reduktionsvergrößerung, β der Neigungswinkel des Mittelpunkts der einfallenden Strahlen in Bezug auf die optische Achse, β' der divergierente Winkel der Strahlen und NA die numerische Apertur des Projektionssystems ist. Wie in Figuren 46(a) bis 46(b2) und Figuren 47(a) und 47(b) die Bedeutungen von GD unterschiedlich zwischen Einfall aus allen Richtung wie bie einem ringförmigen Aperturblende und richtungsbegrenztem Einfall wie in einem Prisma. Die Fälle der Figuren 46(a) bis 46(b2) und 47(a) und 47(b) werden durch die folgenden Gleichungen angenähert:
r sin β = (R NA)/m
s sin β =( D NA)/m (17)
Von den Techniken zur Verwirklichung eines Belichtungsverfahrens bei schräg einfallender Beleuchtung be grenzt das Verfahren unter Verwendung des Prismas von dem rechtwinkligen gleichschenkligen Dreieck eine Fläche, in der Strahlen in beiden Richtungen aufeinander überlagert werden. Um schräg einfallende Beleuchtung auf den beiden gesamten Fläche einer Strichplatte zu bewirken, müssen Strahlen mit einer großen Fläche auf beide großen Seiten des Prismas fallen. Es ist sehr schwierig, dies in Übereinstimmung mit den Techniken des Standes der Technik zu erreichen.
Bei dem Verfahren, ein optisches Mittel einschließlich des Prismas des rechtwinkligen Dreiecks einzuführen, ist es erforderlich, die Installationsrichtung der optischen Einrichtung genau mit den x- und y-Richtungen der Struktur auszurichten. Dies verursacht immer ein Problem, wenn in einem lösbaren System eine Einrichtung durch eine andere ersetzt wird.
Bei den zwei Verfahren, schräg einfallende Beleuchtung zu verwirklichen, kann, wenn eine LSI-Struktur Linienstrukturen senkrecht zu den Einfügungsrichtungen der optischen Elemente aufweist, das Auflösungsvermögen nicht maximiert werden, was zu Unannehmlichkeien führt.
Um das obige Problem zu lösen, muß man schräg einfallende Beleuchtung aus einer bestimmten Richtung oder einer Mehrzahl endlicher Richtungen verwirklichen, ohne daß die optische Einrichtung eingefügt; wird. Dieses kann wie folgt erreicht werden. Man erhält einen Einfallswinkel, der der numerischen Apertur des Projektionssytems entspricht, durch Modifizierung einer sekundären Quelle oder durch Veränderung der Vergrößerung der Kondensorlinse wie bei ringförmiger Einfallsbeleuchtung. Zur gleichen Zeit wird eine spezielle Aperturblende, die eine für ein gewünschtes Einfallverfahren wie Einpunkt-Schrägeinfallbeleuchtung odet Zweipunkt- Schrägeinfallbeleuchtung geeignete Form aufweist, um eine gewünschte Form aus der zweiten Quelle austretenden Lichts zu erhalten, in einen Sekundärquellen- Austrittsabschnitt eingefügt.
Bei der obigen Anordnung kann der wirksame Radius der Lichtquelle durch Verwendung einer optischen Faser oder einer konischen Linse erhöht werden. Zur gleichen Zeit wird die Lichtintensität auf den peripheren Abschnitt oder verschiedene Flächen innerhalb des peripheren Abschnitts konzentriert, und eine spezielle Blende, die die gewünschte Form aufweist, wird dahinter eingefügt. Schräg einfallende Beleuchtung aus begrenzten Richtungen kann man leicht verwirklichen, ohne die Lichtintensität von der Aperturblende zu erhöhen. Durch diese schräg einfallende Beleuchtung aus begrenzten Richtungen kann man das Auflösungsvermögen erhöhen, damit es für eine LSI-Struktur geeignet ist, ohne daß man eine optische Einrichtung einfügt.
Eine oben beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Figuren 48(a) bis 52(b) beschrieben.
Ein Verfahren dieser Ausführungsform umfaßt den Grundschritt des Erhöhens des wirksamen Radius' einer Lichtquelle, um einen gewünschten Neigungswinkel zu erhalten und ein Austrittsloch einer Lichtquelle zu bilden, um eine schräg einfallende Beleuchtung aus begrenzter Richtung (eine Richtung) zu erhalten. Um eine Abnahme an Beleuchtungsstärke, verursacht durch eine Abnahme in der Fläche des Austrittslochs, zu verhindern, kann zusätzlich die Funktion des Konzentrierens von Strahlen an einem Austrittsabschnitt im voraus vorgesehen werden. Detaillierte Anordnungen werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen in Einheiten ihrer Funktionen beschrieben.
Zunächt ist ein Verfahren der Verwendung ver schiedener spezieller in Figuren 48(a) bis 48(f) gezeigter Aperturblenden anstelle der ringförmigen Aperturblenden zur Erhöhung des wirksamen Radius' der Lichtquelle und zum Konzentrieren der Strahlen in einer ringförmigen Form vorgesehen. Das Verfahren zur Erhöhung des wirksamen Radius' der Lichtquelle kann eines der drei in der Erfindung des Standes der Technik offenbarten Verfahren sein, d.h. ein Verfahren unter Verwendung einer optischen Faser, ein Verfahren unter Verwendung einer konischen Linse und ein Verfahren, einen Winkel schräg einfallender Beleuchtung zu erhalten, indem man die Vergrößerung der Kondensorlinse erhöht, während der tatsächliche Radius der Lichtquelle unverändert gelassen wird. Gewünschte Lichtquellen schräg einfallender Beleuchtung können durch Kombination dieser Verfahren und der folgenden speziellen Aperturblenden verwirklicht werden.
Die in Figuren 48(a) bis 48(f) gezeigten speziellen Aperturblenden werden zwischen das Filter 70 und die Austrittslinse 67 in dem Belichtungssystem in Fig. 40 eingefügt. Jede spezielle Aperturblende ist abnehmbar. Figuren 48(a) bis 48(f) zeigen jeweils Aperturen A von Aperturblenden in Sekundärquellen-Austrittsabschnitten. Die x- und y-Achsen auf der Austrittsebene entsprechen den x-und y-Achsen auf der Strichplatte, und der Ursprung ist ein Schnittpunkt zwischen der optischen Achse und jeder Austrittsebene.
Fig. 48(a) zeigt die Blende zur Verwirklichung schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung. Die Blende in Fig. 48(a) entspricht einer optischen Einrichtung, bei der ein Prisma eines in Fig. 21 gezeigten rechtwinkligen Dreiecks (Halbdach) eingefügt wird. Dieses Verfahren zielt auf eine Erhöhung des Auflösungsvermögens in einer entsprechenden Richtung. Diese Blende ist für einen Fall geeignet, in dem eine große Anzahl feinliniger Strukturen vorhanden sind, z.B. in der y-Richtung, während in der x-Richtung nur Strukturen mit einer Linienbreite vorhanden sind, die dreimal der der Linienstrukturen in der y-Richtung oder größeren Strukturen entspricht, vorhanden. In diesem Fall erhält man das maximale Auflösungsvermögen und es kann die Brenntiefe erhöht werden. Wenn die Strukturformen in den x- und y- Richtungen umgekehrt werden und die Strukturen in den x- Richtungen feinlinige Strukturen sind, wird die Blende in Fig. 48(a) um 90º gedreht und angebracht.
Die in Fig. 48(b) gezeigte Blende ist eine Aperturblende, die darauf abzielt, schräg einfallende Beleuchtung aus zwei zur optischen Achse assymetrischen Richtungen zu verwirklichen. Diese Aperturblende entspricht der optischen Einrichtung, bei dem das Prisma des rechteckigen gleichschenkligen Dreiecks (Volldach) in Fig. 23(b) eingefügt ist. Im Vergleich zu dem Fall, bei dem eine große Fläche zur Überlagerung einfallender Strahlen beider Richtungen nicht durch Prismaeinsetzung sichergestellt werden kann, können durch diese Apertur blende einfallende Strahlen in beiden der Richtungen auf fast die gesamte Oberfläche fallen. Wenn die Blende in Fig. 48(b) verwendet wird, kann das Auflösungsvermögen einer Struktur in einer der x- und y-Richtungen erhöht werden, wenn Strukturen sowohl in x- als auch in y- Richtung vorhanden sind. Im Vergleich mit der Blende von Fig. 48(a) ist eine Zunahme in der Fokussierungstiefe in der Blende von Fig. 48(b) klein. Jedoch weist die Blende in Fig. 48(b) ein Auf-lösungsvermögen auf, das fast dem in Fig. 48(a) entspricht. Weil die Fläche des Austrittslochs der sekundären Quelle verdoppelt wird, ist die Belichtungsintensität vorteilhaft hoch.
Die in Fig. 48(c) gezeigte Blende ist eine Aperturblende, die darauf abzielt, schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen senkrecht zueinander zu verwirklichen. Nach diesem Verfahren kann das Auflösungsvermögen der Strukturen in sowohl x- als auch in y-Richtung gleichzeitig erhöht werden.
Die in Fig. 48(d) gezeigte Blende ist eine Aperturblende, die darauf abzielt, schräg einfallende Beleuchtung aus vier Richtungen zu verwirklichen, die aus zwei zu einer gegebenen optischen Achse symmetrischen Richtungen und zwei Richtungen bestehen, die symmetrisch zu einer optischen Achse sind, die senkrecht zu der gegebenen optischen Achse ist. Dieses Verfahren kann das Auflösungsvermögen von Strukturen sowohl in x- als auch in y-Richtung wie im Verfahren von Fig. 48(c) erhöhen. Zusätzlich wird bei der Blende von Fig. 48(c) die Belichtungsintensität weiter erhöht, um die Belichtungszeit zu verkürzen.
Die in Fig. 48(e) gezeigte Blende ist eine Aperturblende, die darauf abzielt, schräg einfallende Beleuchtung aus sechs Richtungen, die im Bezug auf die optische Achse jedes einfallenden Strahls gleiche Winkelintervalle (60º) aufweisen, zu verwirklichen. Die in Fig. 48(f) gezeigte Blende ist eine Aperturblende, die darauf abzielt, schräg einfallende Beleuchtung aus acht Richtungen, die die gleichen Charakteristika aufweisen wie die der Blende von Fig. 48(e), zu verwirk]ichen. Die Blenden in Figuren 48(e) und 48(f) weisen Charakteristika sehr ähnlich der ringförmigen Aperturblende auf.
Selbst wenn irgendeine der oben beschriebenen Aperturblenden verwendet wird, kann das Auflösungsvermögen für Strukturen in einer Richtung oder einer Mehrzahl von Richtungen im Vergleich zu einen Fall erhöht werden, bei dem ein Verfahren zur Erhöhung des Lichtquellenradius' unter Verwendung einer optischen Faser oder einer konischen Linse mit einem normalen Beleuchtungsverfahren zur Bildung einer Struktur kombiniert wird. Wenn die Anzahl Einfallsrichtungen klein ist, können die Richtungen der Strichplatten-Einfallstrahlen leicht verändert werden, indem Aperturblenden eine nach der anderen in Übereinstimmung mit einer auszubildenden Struktur ersetzt werden, obwohl die Belichtungsintensität im Vergleich mit dem folgenden Fall stark verringert wird.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens der Verwirklichung einer sekundären Quelle wie in verschiedenen in Figuren 48(a) bis 48(f) gezeigten Aperlurblenden entsprechend einem anderen Verfahren ohne Verwendung einer Aperturblende oder unter Verwendung einer Aperturblende als Hilfseinrichtung wird nachfolgend beschrieben.
Fig. 49 zeigt ein Verfahren schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung durch Abbildung von Strahlen in einen Punkt unter Verwendung optischer Fasern. Bezugszeichen 63 in Fig. 49 bezeichnet einen zweiten Brennpunkt. Dieser Punkt ist ein Punkt, in dem von einer Lichtquellenlampe 61 emittierte Strahlen in einem optischen Projektionsbelichtungssystem von einem elliptischen Spiegel 62 fokussiert werden. Strahlen von diesem Brennpunkt 63 werden durch eine Eintrittslinse 64 parallele Strahlen. Vorgänge, bevor die Strahlen durch ein Filter 70 treten, sind die gleichen wie bei einer normalen Belichtung. Ein optisches Faserbündel 88 mit einem Radius (2r&sub1;) an einem Ende und einem Radius (2r&sub0;) am anderen Ende, der größer ist als der Radius an dem einen Ende wird in einer Anordnung, wie sie in Fig. 49 gezeigt ist, angebracht. Die Strahlen werden in einer kleinen Fläche konzentriert und auf eine Position gelenkt, in der der erwünschte Neigungswinkel gegeben ist. Angenommen, daß die numerische Apertur eines Projektionssystems 0,5 beträgt, ist dessen Reduktionsvergrößerung 1/5, der - Wert wird zu 0,5 gewählt, und der Radius der Eintrittspupille ist 1,5 cm.
Als Beispiel schräg einfallender Beleuchtung werden, wenn der divergente Winkel der Strahlen zu D = 0,2 und der Neigungsgrad zu R = 0,8 gegeben sind, die Strahlen durch das optische Faserbündel 88 zu einem Kreis mit einem Radius von 0,6 cm fokussiert. Zugleich wird der Mittelpunkt dieses Kreises zu einen von der optischen Achse um 2,4 cm in der x-Richtung beabstandeten Punkt verschoben, wodurch eine gewünschte schräg einfallende Beleuchtungslichtquelle verwirklicht wird. Die aus dem optischen Faserbündel 88 tretenden Strahlen passieren den optischen Integrator 65 wie in einem normalen Belichtungssystem und fallen auf die Austrittslinse 67 des Belichtungssystems. Der optische Integrator 65 kann weggelassen werden. Wahlweise kann auch ein Verfahren, bei dem kleine Linsen am Austrittsende des optischen Faserbündels 88 angeordnet werden, um als optischer Integrator zu dienen, wirksam sein.
Wenn der optische Integrator eingesetzt wird, wird eine Aperturblende 71, die so angeordnet ist, daß ein kreisförmiges Loch mit einem Radius von 0,6 cm darin in einer Position von der optischen Achse um 2,4 cm in der x-Richtung ausgebildet wird, vorzugswelse, insbesondere zwischen dem optischen Integrator 65 und der Austrittslinse 67 eingesetzt. Obwohl die Aperturblende vorzugsweise eingefügt wird, um eine erwünschte Schrägeinfallbeleuchtungslichtquelle zu erhalten, wird ein Strahlenbündel mit einem erwünschten Durchmesser bereits in einer gewünschten Position von dem optischen Faserbündel 88 ausgebildet, und die von dieser Aperturblende abgeschirmte Strahlenanzahl ist gering.
Die obige Beschreibung führt beispielhaft das Fokussieren von Strahlen auf einen Punkt aus. Jedoch wird, wenn, wie in Fig. 48(c) gezeigt, Strahlen aus zwei korrespondieren Richtungen einfallen, das optische Strahlenbündel 88 in zwei Teile geteilt, der Austritt eines Teils wird zu einer vorbestimmten Position in die x Richtung geführt, und der Austritt des anderen Teils wird zu einer vorbestimmten Position in y-Richtung geführt, wodurch man die gewünschten Lichtquellen erhält. Ahnlich können die schräg einfallenden Beleuchtungs-lichtquellen, die allen in Figuren 48 (a) bis 48 (f) gezeigten Apertur blenden entsprechen, aus den optischen Fasern ausgebildet werden.
Ein Verfahren, schräg einfallende Beleuchtung durch eine Kombination einer konischen Linse und konvexer und konkaver Linsen anstelle von optischen Fasern auszuführen, wird unten beschrieben. Fig. 50 ist eine Ansicht zur Erklärung dieses Verfahrens, bei dem schräg einfallende Beleuchtung aus zwei Richtungen symmetrisch zur optischen Achse ausgeführt wird. Vorgänge, bis die Strahlen, die durch eine Eintrittslinse 64 treten, ein Filter 70 passieren, sind die gleichen wie die des optischen Faserbündels in Fig. 49. In der Anordnung von Fig. 50 passieren die durch das Filter 70 tretenden Strahlen eine Linse, die man durch Stapeln von Kegeln erhält, d.h. eine konische Linse 65. Während dieses Vorgangs wird der Radius des Strahlenbündels erhöht, um einen gewünschten Neigungsgrad zu erhalten. Die durch die konische Linse 65 tretenden Strahlen sind ein ringförmiges Bündel paralleler Strahlen mit einem Querschnitt einer großen Breite. Konvexe Linsen 89 sind in zwei Winkelpositionen symmetrisch zur optischen Achse angeordnet, und konkave Linsen 90 sind koaxial mit den konvexen Linsen in Positionen vor der Brennpunkten der konvexen Linsen 89 angeordnet. Wenn die konvexen Linsen 89 an zwei Positionen des ringförmigen Strahlenbündels mit einer zweiten mit einer großen Breite angeordnet werden, so werden auf die beiden konvexen Linsen 89 einfallende Strahlen fokussiert. Weil die konkaven Linsen 90 vor den Brennpunkten der konvexen Linsen 89 angeordnet sind, erhält man ringförmige parallele Strahlen, die jeweils einen kleinen Radius aufweisen.
Zu diesem Zeitpunkt entsprechen die Lage des kreisförmigen Strahlenbündels und der Radius des Kreises dem Neigungsgrad bzw. der Divergenz der Strahlen. Wie in dem vorigen Beispiel weisen die beiden Strahlenbündel in einem Belichtungssystem, in dem der a-Wert gleich 0,5 gesetzt wird und der Radius der korrespondieren Lichtquelle 1,5 cm ist, um schräg einfallende Beleuchtung mit einem Neigungsgrad von R = 0,7 und einer Divergenz der Strahlen von D = 0,2 zu verwirklichen, Kreise mit Mittelpunkten als voneinander um 2,1 cm von der optischen Achse beabstandete Positionen (symmetrisch zur optischen Achse) auf. Zu diesem Zweck wird der maximale Radius des ringförmigen Strahlenbündels auf ein Maxim von 4,2 cm von der konischen Linse 65 erhöht. Um eine große Anzahl Strahlen zu fokussieren, ist der Radius jeder der beiden konvexen Linsen 89 vorzugsweise groß. Der Radius wird so gewählt, daß die beiden konvexen Linsen sich nicht überlappen. In diesem Fall werden die beiden konvexen Linsen mit einem Radius von 2,1 cm so angeordnet, daß ihre Mittelpunkte von der optischen Achse um 2,1 cm beabstandet sind.
Angenommen, die Brennweite der konvexen Linse 89 ist als f&sub1; definiert. Die konkave Linse 90 mit einem Radius von ungefähr 1 cm ist von der konvexen Linse um einen 5/7 f&sub1;-Abstand beabstandet und an einem 2,1-cm-Punkt wie bei der konvexen Linse von der optischen Achse beabstandet, so daß die Mittelpunkte der korrespondierenden konvexen und konkaven Linsen zueinander ausgerichtet sind. Unter dieser Bedingung werden die durch die konkave Linse 80 tretenden Strahlen ein Bündel paralleler Strahlen mit einem Radius von 0,6 cm. In diesein Linsensystem tragen Strahlen, die nicht auf die konvexe Linse 89 fallen, nachdem sie durch die konische Linse 65 getreten sind, nicht dazu bei, eine Lichtquelle zu bilden. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine lichtabschirmende Platte um die konvexe Linse angeordnet, oder eine Aperturblende wird vorzugsweise angeordnet, um den konvexen Linsenabschnitt zu öffnen, um die Randstrahlen abzuschirmen.
Opake Bereiche in verschiedenen Vorgängen schräg einfallender Beleuchtung begrenzter Richtung sind durch schraffierte Abschnitte in Figuren 51(a) bis 51(d) angedeutet. Bezugszeichen 101 in jeder der Figuren 51(a) bis 51 (d) bezeichnet eine transparente Fläche; 102 eine Lichteinfallfläche für die konvexe Linse 89. Fig. 51(a) zeigt einen Fall schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung, Fig. 51(b) zeigt einen Fall schräg einfallender Beleuchtung aus zwei Richtungen, Fig. 51(c) zeigt einen Fall schräg einfallender Beleuchtung aus vier Richtungen, und Fig. 51(d) zeigt einen Fall schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung bei Unterdrückung der Lichtintensität. Zu diesem Zeitpunkt nimmt man an, daß die Lichtintensität von durch die konische Linse 65 getretenen Strahlen vollständig einheitlich ist, und die Abnahme an Lichtintensität durch Abschirmung beträgt 50 %. Ahnlich wird die Lichtintensität um ungefähr 31 % verringert, wenn konvexe Linsen an vier Positionen symmetrisch zur optischen Achse angeordnet werden.
Das heißt, wenn eine große konvexe Linse verwendet wird, um einen Fokussierungsvorgang durchzuführen, nimmt die Abnahme an Belichtungsintensität, die durch Lichtabschirmung verursacht wird, um eine Schrägeinfallbeleuchtungslichtquelle zu erhalten, ein Maximum von 3/4, und zwar selbst bei schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung. Wenn eine lokalisierte Lichtintensitätsverteilung in einer Richtung erforderlich ist, wird jedoch ein Prisma anstelle einer konischen Linse verwendet, um Strahlen im voraus auf einem erforderlichen Abschnitt zu fokussieren, wodurch die Intensitätsabnahme weiter unterdrückt wird. Obwohl ein Verfahren, direkt eine in der Richtung begrenzte Schrägeinfallbeleuchtung slichtquelle durch eine Kombination einer optischen Faser und einer Linse zu erhalten, diese begrenzte Richtung nicht leicht verändern kann, weist es doch vorteilhafterweise eine geringe Abnahme in der Beleuchtungsintensität auf.
Die oben unter Bezugnahme auf Fiquren 48(a) bis 51(d) beschriebene Ausführungsform kann nach der vorliegenden Erfindung das Auflösungsvermögen stark erhöhen, wenn der Neigungsbereich des Strichplattenbeleuchtungs lichtes, das vom herkömmlichen System verwendet wird, in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse gewählt wird. Zusätzlich wird die Schrägeinfallbeleuchtung entsprechend den oft bei LSI's verwendeten Linienstrukturen von einer Lichtquelle verwirklicht, und man kann ein hohes Auflösungsvermögen für Strukturen wie LSI-Strukturen ohne Einfügen eines optischen Mittels, dessen Ausrichtung schwierig ist, erzielen.
Die Beziehung zwischen dem Winkel schräg einfallender Beleuchtung und einer Strukturform soll nun untersucht werden.
Bei der Erfindung der vorliegenden Anwendung in Fig. 1 wird Licht, das auf die Strichplatte geleuchtet wird, im Verhältnis zur optischen Achse geneigt, so daß das Licht mit einem großen Beugungswinkel durch die Strichplatte hindurchtritt, um das Auflösungsvermögen zu erhöhen. Licht mit dem größten Beugungswinkel kann durchtreten, wenn der nullter Ordnung gebeugte Strahl den äußersten Abschnitt passiert, wodurch man ein maximales Auflösungsvermögen erhält.
Die obige Diskussion trifft für endlich lange Linien und Intervallstrukturen zu, wenn das Strichplattenbeleuchtungslicht von einer perfekt kohärenten Punktlichtquelle abgegeben wird. In einem praktischen Belichtungssystem ist jedoch, weil eine Lichtquelle eine endliche Größe aufweist, teilweise kohärente Beleuchtung erforderlich.
Eine genaue Diskussion über Kohärenz in einer teilweise kohärenten Anordnung wird aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung vermieden, und die Tatsache, daß eine Lichtquelle eine endliche Größe aufweist, wird in Betracht genommen. Ein normalisierter Einfallswinkel R, der einen Neigungsgrad einer Lichtquelle darstellt, und die Divergenz D der Strahlen, die der Kohärenz der Lichtquelle entsprechen, um ein Schrägeinfallbeleuchtungsverfahren bei einer optischen Reduktionsprojektionsbelichtung mit einer Lichtquelle endlicher Größe zu beschreiben, sind wie folgt definiert:
R = m sin β/NA (14)
D = sin β"/NA (15)
wobei m die Reduktionsvergrößerung, β der Neigungswinkel des Mittelpunkts der einfallenden Strahlen unter Bezug auf die optische Achse, β' der divergierente Winkel der Strahlen, und NA die numerische Apertur des Projektionssystems ist. Entsprechend diesen Definitionen wird der der numerischen Apertur des Projektionssystems entsprechende Winkel durch R = 1 dargestellt.
Selbst wenn die Lichtquelle eine endliche Größe aufweist, ist die Beschaffenheit, bei der man ein stärkeres Auflösungsvermögen durch schräg einfallende Beleuchtung von Strahlen aus dem Mittelpunkt der Lichtquelle auf die Strichplatte im Vergleich zu vertikal einfallender Beleuchtung erhält, aus der Analogie in der obigen Diskussion ersichtlich. Ungleich einer Punktlichtquelle ist jedoch, wenn in Gleichungen (14) und (15) R = 1 ist, der D-Wert nicht gleich Null. Bei einfallendem Licht mit dem größten Neigungswinkel wird dessen Strahl nullter Ordnung von der Aperturblende des Projektionssystems abgeschirmt. Wenn ein Teil des gebeugten Strahls nullter Ordnung abgeschirmt ist, wird der Auflösungsverbesserungseffekt nachteilig beeinflußt. Daher kann das Auflösungsvermögen für R = 1 nicht maximal sein. Weil die Strahlen im Bereich von R- D bis R+ D verteilt sind, wird angenommen, daß der maximale Effekt bei einer Erhöhung im Auflösungsvermögen in einem Linienintervall erhalten werden kann, in dem eine Kombination von R und D, die 1 nahe kommt, sich innerhalb des Bereichs unter R+ D unendlich fortsetzt.
Bei der obigen Diskussion, die nur den mittleren Abschnitt der Linienintervallstruktur untersucht, muß der D-Wert verringert werden, um das Auflösungsvermögen mit einem großen R-Wert zu erhöhen. Wenn der -Wert klein ist, ist jedoch die wirksame Fläche der Lichtquelle klein. Aus diesem Grund wird die Beleuchtungsstärke verringert, was die Belichtungszeit unerwünscht verlängert, womit ein weiteres Problem auftritt.
Wenn der -Wert nahe Null geht, werden die Hochfrequenzkomponenten der MTF-Frequenzcharakteristika abrupt Null. Aus diesem Grund wird die Intensitätsverteilung an Enden der Strukturen aufgrund von Kohärenz gewellt, und eine Struktur mit gewünschter Struktur kann am Ende einer Struktur nicht ausgebildet werden. Um einen Strukturendabschnitt verhältnismäßig ordentlich auszu- bilden, sind bei den MTF-Frequenzcharakteristika differentielle Koeffizienten vorzugsweise klein nahe Null-MTF. Diese MTF- Charakteristika kann man nicht erhalten, indem man den - Wert veranlaßt, einen endlichen Wert anzunehmen.
Die MTF-Charakteristika bei Normalbeleuchtungs belichtung und schräg einfallender Beleuchtung in einem festen Winkel sind qualitativ in Figuren 52(a) und 52(b) veranschaulicht. Fig. 52(a) zeigt einen Fall bei vertikal einfallender Beleuchtung, und Fig. 52(b) zeigt einen Fall schräg einfallender Beleuchtung (Nullter-Ordnung Strahlenfilter).
Bei MTF-Charakteristika für kohärente schräg einfallende Beleuchtung ( D = 0) wird die MTF plötzlich auf 0,5 nahe der Nullfrequenz verringert, wie durch eine charakteristische Kurve b-1 in Fig. 52(b) angedeutet wird. Dieses wird durch Überlagerung des gebeugten Strahls nullter Ordnung, der durch die Strichplatte getreten ist, verursacht. Diesen Mißstand kann man beseitigen, indem man einen Transmittanz-Dämpfungsfilter im peripheren Abschnitt der Pupille der optischen Projektionslinse anordnet, d.h. innerhalb der Aperturblende. Die MTF-Charakteristika für D = 0 bei Anordnung dieses Filters werden durch eine Charakteristik-Kurve b-2 in Fig. 52(b) dargestellt.
Im Gegensatz dazu werden die MTF-Charakteristika mit einem Filter für einen endlichen OD-Wert relativ sanft Null, wie dies durch eine Charakteristik-Kurve b-3 in Fig. 52(b) gezeigt wird. In einer LSI-Struktur ist eine große Anzahl Strukturen nahe Linieniritervallstrukturen vorhanden. Diese Strukturen bestehen aus Linienstrukturen mit einer endlichen Anzahl, und Linienendabschnitte und Strukturen mit großen Flächen sind auch vorhanden. Wenn verschiedene Strukturen im LSI aufgelöst werden sollen, erhält man nicht immer einen besseren Effekt durch einen kleinen -Wert. Bei normaler Belichtung wird = 0,5 als optimaler Wert betrachtet und allgemein in vielen optischen Projektionsbelichtungssystemen verwendet. Bei Schrägeinfallbeleuchtungslicht nimmt man an, daß der optimale Wert in Übereinstimmung mit Strukturen und Formen der Lichtquellen in den Bereich von 0,05 bis 0,5 fällt.
Auf der anderen Seite nimmt man an, daß man, wenn der Neigungsgrad bei schräg einfallender Beleuchtung auf R = 1 oder R+ D = 1 gesetzt wird, ein maximales Auflösungsvermögen für Bildstrahlen unter Verwendung des äußersten Linsenabschnitts erhält. Bei Strukturen in der Praxis ist, wenn eine Struktur mit einer schmalsten Breite als z.B. eine 0,3 µm-Struktur gegeben ist, die Notwendigkeit eines Auflösungsvermögens für eine Größe kleiner als die kleinste Breite gering. Es ist wichtiger, eine größere Fokussierungstiefe für das maximale Auflösungsvermögen von 0,3' µm, einen größeren Belichtungsbetragsspielraum und einen größeren Verfahrensspielraum zu erhalten.
Nur ein System zur Fixierung des Neigungswinkels ist als Belichtungssystem unter Verwendung eines Schrägeinfallbeleuchtungsschemas vorgeschlagen. Wenn D auf einen gegebenen Wert festgesetzt wird, wird der R-Wert zum Erhalt eines maximalen Auflösungsvermögens bestimmt, und es wird das System mit dem Neigungswinkel, der dem bestimmten R-Wert entspricht, hergestellt. Weil ein optimaler OD-Wert oft nicht einem optimaten, von den oben beschriebenen Strukturen abhängigen, R-Wert entspricht, kann man jedoch durch das obige Neigungswinkelfixierungsschema keine maximale Strukturbildungskapazität erhalten.
Um dieses Problem zu lösen, werden der divergente Winkel und der Neigungsgrad des Bündels einfallender Strahlen in Übereinstimmung mit verschiedenen Strukturen festgesetzt, um genaue Mikrostrukturen zu erhalten. Gleichzeitig werden der divergente Wänkel des Bündels einfallender Strahlen und sein Neigungsgrad in Übereinstimmung mit Strukturen und Verfahren verändert.
Zu diesem Zweck wird bei einem optischen Projektionsbelichtungssystem zum Projizieren und Belichten einer Struktur auf einer Maske auf eine Wafer durch ein projektionsoptisches System eine Aperturblende in einem sekundären Quellenaustrittsabschnitt abnehmbar angeordnet, oder eine Aperturflächeneinstellfunktion wird für eine Aperturblende selbst vorgesehen, und die Aperturblende wird entlang der optischen Achse beweglich gesetzt, während die Vergrößerung der Kündensorlinse als variabel angesetzt wird.
Bei der obigen Anordnung kann die Aperturblende in dem zweiten Lichtquellenaustrittsabschnitt abnehmbar angeordnet werden, oder die Aperturflächeneinstellfunktion wird der Aperturblende selbst gegeben, um die Divergenz des Bündels einfallender Strahlen einzustellen. Zusätzlich kann die Vergrößerung der Kondensorlinse variabel gewählt werden, und das Bündel einfallender Strahlen kann entlang der optischen Achse bewegl werden. Daher kann der Neigungswinkel des Bündels einfallender Strahlen beliebig oder mit einem oder einer Mehrzahl vorbestimmter Winkel verändert werden. Die Divergenz der Strahlen kann in Übereinstimmung mit Charakteristika von Strukturformen eingestellt werden, der Neigungsgrad der Strahlen wird in Übereinstimmung mit der Strukturgröße und der Divergenz eingestellt, und die genaue Struktur kann durch ein Normalbelichtungssystem stabil mit einem maximalen Prozeßspielraum entsprechend der Strukturgröße ausgebildet werden.
Die oben beschriebene vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf eine Ausführungsform der Figuren 53(a) bis 57(d') beschrieben.
Figuren 53(a) und 53(b) veranschaulichen ein vergrößerungsvariables projektionsoptisches System in einem optischen Projektionsbelichtungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei eine Ausführungsform eines Verfahrens des Veränderns von Strahten, die eine Strichplatte 112 in dem Bereich von Winkeln, die den optischen Projektionslinsen 113 und 114 entsprechen, beleuchten, oder des Setzens der Strahlen in einer Mehrzahl vorbe stimmter Winkel beispielhaft erläutert wird, wodurch eine Beleuchtung erfolgt.Ein Teil einer endlichen Lichtquelle, die keine optische Achse umfaßt, wird als Lichtquelle verwendet. Es wird ein Linsensystem als eine Kombination verschiedener Linsen und mit einer Zoomfunktion als die Kondesorlinse 111 verwendet. Die einfachste Anordnung ist eine Kombination von zwei konvexen Linsen, um den relativen Abstand dazwischen zur Veränderung der Brennweite zu verändern. Es kann jegliches Linsensystem verwendet werden, wenn es die Funktion des Fixierens eines Brennpunktes und des Veränderns der Brennweite erfüllt. Eine Projektionssytemaperturblende 115 ist zwischen der ersten optischen Projektionslinse 113 und der zweiten optischen Projektionslinse 114 angeordnet. Von einer Maskenstruktur auf der Strichplatte gebeugtes Licht tritt durch das Projektionslinsensystem, so daß auf einer Waferoberfläche 116 ein Bild gebildet wird.
Es wird ein Strahl von einem Punkt P und von der optischen Achse um r beabstandet betrachtet. Sowohl in Figur 53(a) wie auch in Figur 53(b) wird das eine Zoomfunktion aufweisende Kondensorlinsensystem 111 von einer Linse und einem Liniensegment senkrecht zur optischen Achse dargestellt. Das Kondensorlinsensystem 111 wird so eingestellt, daß die Lichtquelle immer auf der negativen fokalen Ebene des Kondensorlinsensystems angeordnet ist. Das optische System in Fig. 53(a) ist das gleiche wie das in Fig. 53(b). Wenn die Vergrößerung oder die Brennweite des Kondensorlinsensystems 111 verändert wird, wird der Winkel schräg einfallender Beleuchtung geändert, wie die in Figuren 53(a) und 53(b) gezeigt ist. Genauer zeigt Fig. 53(a) einen Fall bei schräg einfallender Beleuchtung mit einem kleinen Winkel, während Fig. 53(b) einen Fall mit schräg einfallender Beleuchtung mit einem großen Winkel aufweist. Sowohl in Fig. 53(a) wie auch in Fig. 53(b) ist das Kondensorlinsensystem 111 als eine Linse veranschaulicht, so daß das Linsensysfem so bewegt wird, daß die Lichtquelle an der Brennebene der Linse angeordnet ist. In der Praxis wird die Brennweite durch die Zoomfunktion des Kondensorlinsensystems verändert, und gleichzeitig wird das Linsensystem eingestellt, damit der Brennpunkt nicht verändert wird. Ein Verfahren, einen Brennpunkt zu fixieren, kann durchgeführt werden, indem das in Figuren 53(a) und 53(b) gezeigte Linsensystem bewegt wird.
Es ist nur der von der optischen Achse um den Abstand r beabstandete Strahl aus dem Punkt P beschrieben worden. Jede Lichtquelle, die keine optische Achse beinhaltet und einen wirksamen Bereich aufweist, kann als Lichtquelle in der Praxis verwendet werden.Es wird angenommen, daß ein Punkt in diesem wirksamen Bereich als Punkt P zu betrachten ist. Ein beliebiger Winkel kann variabel als Vergrößerung durch eine Zoomlinsenfunktion gesetzt werden. Linsen des Zoomlinsensystems können jedoch im Bereich der endlichen Anzahl von Positionen gesetzt werden, um eine Vergrößerung stabil und leicht festzusetzen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform eines Verfahrens, einen wirksamen Bereich einer Lichtquelle zu verändern, beschrieben. Die Veränderung der Größe der Lichtquelle zeigt eine Anderung des Variationsgrades der Einfallswinkel von auf die Strichplatte fallenden Strahlen an. Diese Veränderung ist mit einem Effekt eines schräg einfallenden Beleuchtungsverfahrens verbunden. Wenn zu bildende Strukturen nur aus Linienintervallstrukturen bestehen, ist der D-Wert geeigneterweise klein wie nur ungefähr 0,1. Unter Berücksichtigung der Anwesenheit von Strukturenden und großen Strukturen muß der D-Wert jedoch auf z.B. 0,3 eingestellt werden.
Eine Aperturblende, deren Apertur veränderbar ist, ist an der Austrittsapertur einer sekundären Quelle angeordnet, oder die Aperturblende eines Beleuchtungssystems ist austauschbar eingesetzt. Im ersten Fall wird die Größe einer Blende 121a unter Verwendung eines Aperturblendes 121 mit einer in Figuren 54(a) und 54(b) gezeigten Form verändert. Fig. 54(b) zeigt einen Zustand, in dem die Apertur 121a der Aperturblende 54(a) ver größert wird. Im letzteren Fall werden Aperturblenden mit kreisförmigen Aperturen von unterschiedlichen Größen fabriziert, und man wählt in Übereinstimmung mit einer gegebenen Struktur eine geeignete Aperturblende. Wenn ein Winkel bei schräg einfallender Beleuchtung fixiert wird, wird eine Aperturblende in einer dem Winkel entsprechenden Lage angeordnet. Wenn din Beleuchtungsaperturblende in Kombination mit der Ausführungsform zum Verändern der Vergrößerung der Kondensorlinse, um das auf die Strichplatte fallende Licht zu neigen, verwendet wird, muß der Mittelpunkt einer Blende, wenn sie kreisförmig ist, von der optischen Achse verschoben werden.
Beleuchtungsaperturblenden, die in diesem Fall verwendet werden, sind in Figuren 55(a) bis 55(h) beispielhaft beschrieben. Die x- und y-Achsen sind auf betreffenden Beleuchtungsaperturblenden 123a bis 123h aufgetragen, und der Schnittpunkt zwischen den x- und y-Achsen ist als Ursprung definiert. Wenn eine solche Aperturblende in einem Belichtungssystem angeordnet werden soll, muß die optische Achse des projektionsoptischen Systems durch den Ursprung der Aperturblende treten. Fig. 55(a) zeigt die Aperturblende für einseitig einfallende Beleuchtung mit einem kleinen D. Wenn diese Aperfurblende 123a verwendet wird, kann das Auflösungsvermögen stark erhöht werden. Die Aperturblende 123a ist für feinlinige Intervallstrukturen geeignet. Fig. 55(b) zeigt die Aperturblende mit einem großen D. Diese Aperturblende 123b ist für isolierte Strukturen und große Strukturen, die eine kleine Anzahl periodischer Abschnitte umfassen, geeignet. Der in Fig. 55(c) gezeigte Aperturblende für von zwei Seiten einfallende Beleuchtung ist für ein zur optischen Achse symmetrisches Abbildungssystem geeignet.
Wenn die in Figuren 55(a),55(b) und 55(c) gezeigten Aperturblenden 123a bis 123c verwendet werden, kann das Auflösungsvermögen der Strukturen in der y-Richtung erhöht werden, aber das Auflösungsvermögen von Strukturen in der x-Richtung wird fast nicht erhöht. Figuren 55(d), 55(e) und 55(f) zeigen die Aperturblenden 123d bis 123f, die das Auflösungsvermögen sowohl in x- als auch in y- Richtung erhöhen können. Genauer gesagt zeigt Fig. 55(d) die Aperturblende für einfallende Beleuchtung von einer Seite in sowohl der x- als auch in der y-Richtung, und Fig. 55(e) zeigt die Aperturblende für einfallende Beleuchtung von zwei Seiten. Fig. 55(f) zeigt die Aperturblende für einfallende Beleuchtung von zwei Seiten in sowohl der x- als auch der y-Richtung. Die in Fig. 55(f) gezeigte Aperturblende stellt ein höheres Auflösungsvermögen als die in Fig 55(e) zur Verlügung. Figuren 55(g) und 55(h) zeigen die Aperturblende 123g und 123h für einfallende Beleuchtung aus allen Richtungen unter Verwendung ringförmiger Lichtquellen. Diese Aperturblenden sind wirksam, um das Auflösungsvermögen von Strukturen in allen Richtungen zu erhöhen. Wenn die in Fig. 55(h) gezeigte Aperturblende 123h verwendet wird, weist sie eine größere Kohärenz auf als die in Fig. 55(g), weil die Aperturblende in Fig. 55(h) eine größere Apertur als die in Fig. 55(g) aufweist. Daher ist die Aperturblende 123h für Strukturen mit höherer Periodizität geeignet.
Das auf die Strichplatte fallende Licht wird in dem Bereich von Winkeln, die der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse entsprechen, geneigt, und der wirksame Bereich der Lichtquelle wird verändert, um die Kohärenz des auf die Strichplatte fallenden Lichts einzustellen. Diese Ausführungsform wird detaillierter unter Verwendung numerischer Werte beschrieben.
Zum Beispiel wird die numerische Apertur eines Projektionssystems eines optischen Projektionsbelichtungssystems zu 0,5 eingestellt, die Reduktionsvergrößerung wird gleich 1/5 gesetzt, der dem System inhärente -Wert wird gleich 0,5 gesetzt, und der Radius der Lichtquelle, die diesem a-Wert entspricht, wird gleich 1,5 cm gesetzt. Symbole, die die entsprechenden Winke] und ähnliches darstellen, sind in Figuren 53(a) und 53(b) bezeichnet, wenn die Reduktionsvergrößerung gleich 1 gesetzt ist. Wenn die einer Struktur entsprechende Kohärenz als 0,2 gegeben ist, wird die Lage des Mittelpunktes der sekundären Quelle so gesetzt, daß sie von der optischen Achse um 0,9 cm beabstandet ist und daß der Raciius der Aperturblende mittels einer austauschbaren kreisförmigen Aperturblende oder einer Aperturblender mit einer veränderbaren Aperturgröße gleich 0,6 cm gesetzt wird. In diesem Fall ist R = 0,3 und R+ D = 0,5, so daß das Auflösungsvermögen nicht stark erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Mittelpunktswert des Strichplatteneinfallwinkels wie folgt gegeben:
sinα&sub1;' = 0,03
α&sub1;' = 1,720
Das Licht wird dann von der Zoomfunktlon der Kondensorlinse wie folgt geneigt:
sinα&sub2;' = 0,075
α&sub2; = 4,300
Das Verhältnis einer Brennweite fC2 der Kondensorlinse 111 zur Brennweite fc1 der originalen Kondensorlinse ist wie folgt definiert:
fc2/fc1 = tanα&sub1;'/tanα&sub2;' = sinα&sub1;'/sinα&sub2;' = 0,03/0,075 = 0,4
fc2 = 0,4 fc1
Damit erhält man R = 0,75, R+ D = 0,95, um ein Auflösungsvermögen bei schräg einfallender Beleuchtung zu erhöhen. In diesem Fall wird ein relativ großer R-Wert von 0,75 gesetzt. Wenn zum Beispiel D gleich 0,3 gesetzt wird, dann ist R = 0,75, und R+ D wird größer als 1. Der gebeugte Strahl nullter Ordnung wird teilweise von der Aperturblende des Projektionssystems abgeschirmt. Die Vergrößerung der Kondensorlinse muß so verändert werden, daß in Übereinstimmung mit dem D-Wert R = 0,6 ist. Das heißt, eine Veränderung in der Größe der einfallenden Aperturblende und eine Veränderung in der Vergrößerung der Kondensorlinse können unabhängig voneinander in Übereinstimmung mit einer gegebenen Struktur oder synchron durchgeführt werden.
Der numerische Wert des Neigungsgrades R, der der Strukturgröße entsprechend der vorliegenden Erfindung entspricht, wird unter Bezugnahme auf Figuren 56(a) bis 56(c) beschrieben. Gleiche Bezugszeichen wie in Figuren 53(a) und 53(b) bezeichnen gleiche Teile in Figuren 56(a) bis 56(c). Als ein Beispiel wird ein Vorgang zum Bilden einer Struktur mit einer Bezugsgröße von 0,3 µm beschrieben, wenn die numerische Apertur des Projektionssystems gleich NA = 0,5 und die Wellenlänge λ = 365 nm gesetzt werden unter der Bedingung, daß die Reduktionsvergrößerung zur Veranschaulichungsvereinfachung gleich 1 gesetzt wird. Weil der Abstand d als 0,6 µm gegeben ist, ist der Beugungswinkel erster Ordnung bei vertikalem Einfall wie folgt gegeben:
sinθ&sub1; = λ/d = 0,608
θ&sub1; = 37,5º
Wie in Fig. 56(a) gezeigt, wird diese Struktur nicht aufgelöst, weil sie von einer Aperturblende 115 in einem Belichtungssytem für NA = 0,5 abgeschirmt wird.
Wenn die Beleuchtung in einem der numerischen Apertur NA des Projektionssystems entsprechenden Winkel ohne Rücksicht auf die Strukturgröße durchgeführt wird, ist NA = 0,5 gegeben. Wenn ein Strahl in einem Winkel von 30º in Bezug auf die optische Achse fällt, kann die Größe, die einem Winkel von 60º entspricht, d.h. eine 0,22 µm Linienintervallstruktur, im Prinzip unter Verwendung des Einstellungsfilters für Lichtintensität nullter Ordnung in dem Projektionssystem aufgelöst werden. Wenn die minimale Größe der tatsächlichen Strukturen als 0,3 µm gegeben ist, ist jedoch ein Auflösungsvermögen für eine 0,22 um-Größe nicht erforderlich. Es ist wichtiger, eine 0,3 um-Struktur stabil aufzulösen. Wenn eine 0,3 µm- Linienintervallstruktur bei schräg einfallender Beleuchtung bei diesem Winkel aufgelöst weiden soll, tritt ein Strahl der abzubildenden Strahlen durch den äußersten Abschnitt der Linse, und die anderen Strahlen passieren innerhalb von dem einem Strahl.
Auf der anderen Seite wird, wenn eine 0,3 µm-Struktur aufgelöst werden soll und ein Strahl unter einem Winkel von 18,7º als 1/2 des Winkels e&sub1; einfällt, die folgende Bedingung erzeugt:
sinθ&sub1;/2 = 0,321
Wie in Fig. 56(c) gezeigt, kann der Strahl aufgelöst werden, wenn die numerische Apertur NA des Projektionssystems ungefähr 0,35 beträgt. Zur Abbildung beitragende gebeugte Strahlen nullter und erster Ordnung treten durch Zwischenlinsenpositionen, die fast symmetrisch zur op tischen Achse sind. Wenn man Einflüsse von Bildebenenverzerrungen und Aberrationen berücksichtigt, kann man ein besseres Ergebnis für eine Beleuchtung unter einem Winkel von 18,70 erwarten, was der Auflösungsgröße eher entspricht als der bei einem Winkel von 30º.
Ein detaillierter Fall eines Verfahrens, eine Richtung und Neigung auf eine Strichplatte fallenden Lichts in Übereinstimmung mit einer Strukturform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu verändern, wird unter Bezugnahme auf Figuren 57(a) bis 57(d') beschrieben. Die x- und y-Achsen in Figuren 57(a) bis 57(d') stellen Koordinaten auf der Pupillenebene dar. Der großer Kreis stellt eines Aperturblende eines Projektionssystems dar. Figuren 57(a), 57(b), 57(c) und 57(d) zeigen Positionen von sekundären Quellen (einfallendes Licht) auf den Pupillenebenen, und Figuren 57(a'), 57(b'), 57(c') und 57(d') zeigen gebeugte Strahlen nullter Ordnung A0, B0, C0 und D0, die von durch schraffierte Linien angezeigten Lichtquellen emittiert worden und durch die Strichplatte getreten sind, und gebeugte Strahlen erster Ordnung AX1, AY1, BX1 und BY1 in den x- und y-Richtungen. In jedem Fall erreicht der gebeugte Strahl nullter Ordnung eine Position des auf die Pupillenebene fallenden Strahls und eine zum Ursprung symmetrische Position. Der gebeugte Strahl erster Ordnung für eine Struktur der y- Richtung ist auf einem Liniensegment angeordnet, das durch den gebeugten Strahl erster Ordnung und parallel zur x-Achse passiert. Von allen gebeugten Strahlen ist ein maximal gebeugter Strahl in einer Position am weitesten von dem gebeugten Strahl nullter Ordnung entfernt innerhalb des die Aperturblende darstellenden Kreises angeordnet. Dies gilt auch für einen Fall in der x- Richtung.
Fig. 57(a) zeigt einen Fall, in dem eine Lichtquelle auf der x-Achse in der Pupillenebene angeordnet ist. In diesem Fall ist, wie in Fig. 57(a') gezeigt ist, ein maximal gebeugter Strahl für eine Linienstruktur parallel zur y-Achse in einer Position am weitesten von dem gebeugten Strahl nullter Ordnung auf der x-Achse entfernt, und wird von AY1 dargestellt. Weil der maximale Beugungswinkel ungefähr zweimal ist, wird das Auflösungsvermögen in der y-Richtung erhöht. Jedoch wird, weil nur Strahlen mit sehr kleinen Beugungswinkeln, wie von AX1 angezeigt, in der x-Richtung passieren, das Auflösungsvermögen ziemlich herabgesetzt. Die in Fig. 57(a) gezeigte sekundäre Quelle dient als eine Lichtquelle, die für nur in einer Richtung vorhandene Strukturen sehr effektiv ist. Wenn die numerischen Werte in der Ausführungsform der Figuren 56(a) bis 56(c) verwendet werden, sofern ein Verfahrenskoeffizient als 0,6 für NA sinθ = 0,5 in einem Projektionssystem unter Verwendung eines Strahls mit einer Wellenlänge von 365 nm gegeben ist, ist die folgende Gleichung gegeben:
d = 0,6λ/sin2θ = 0,25
Eine 0,25 µm-Linienintervallstruktur in nur einer Richtung kann aufgelöst werden.
Bei dieser Lichtquelle ist jedoch das Auflösungsvermögen für die Struktur in der x-Richtung sehr niedrig. Die Lichtquelle ist nicht für Strukturen geeignet, die in sowohl der x- als auch der y-Richtung vorhanden sind. Wenn Strukturen gleichmäßig in beiden der Richtungen vorhanden sind, ist eine in Fig. 57(b) gezeigte Lichtquelle geeignet. Fig. 57(b) zeigt eine Lichtquelle, die in einem 45º-Punkt von der x-Achse auf der Pupillenebene angeordnet ist. Wie in Fig. 57(b') gezeigt, weil sine des maximalen Beugungswinkels in sowohl der x- als auch der y- Richtung im Vergleich zu vertikal einfallender Beleuchtung ungefähr [2] mal so groß ist. In diesem Fall kann das Auflösungsvermögen als ungefähr 1,4 mal einem Fre quenzverhältnis gegeben sein. Die in Fig. 57(b) gezeigte Lichtquelle ist für einen Fall geeignet, in dem nur parallele Linienstrukturen in den x- und y-Richtungen vorhanden und schräge Strukturen nicht vorhanden sind. Unter den obigen Projektionsbelichtungs-bedingungen können 0,33 µm-Strukturen gleichzeitig in sowohl der x- als auch der y-Richtung ausgebildet werden.
Eine in Fig. 57(c) gezeigte sekundäre Quelle weist unterschiedliche Auflösungsvermögen in x- und y-Richtung auf. Diese sekundäre Quelle ist für einen Fall geeignet, in dem Strukturen in der y-Richtung fein sind und Strukturen in der x-Richtung relativ große Linienbreiten aufweisen können. Durch Veränderung des Winkels φ kann das Auflösungsvermögen in beiden Richtungen eingestellt werden. Wenn z.B. φ = 30º ist, dann kann der sinθ-Wert des maximalen Beugungswinkels einer Stuktur in der y-Richtung im Vergleich zu vertikal einfallender Beleuchtung [3] mal so groß sein, und die Auflösungs-linienbreite kann 0,28 um sein. Zu diesem Zeitpunkt kann die Struktur in x- Richtung bis zu einer Größe von 0,45 µm aufgelöst werden. Das heißt, während das Auflösungsvermögen in einer Richtung wie in einem herkömmlichen Fall unverändert gelassen wird, kann das Auflösungsvermögen einer Struktur in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung so gesetzt werden, daß es ungefähr 60 % entspricht. Bei einer Lichtquelle, die einen Neigungswinkel außer 45º aufweist, wird ein Auflösungsvermögen einer Linienstruktur mit einem Neigungswinkel von 45º in Bezug auf die x- und y-Richtungen nicht stark verringert. Ahnliche Ergebnisse herkömmlicher vertikal einfallender Beleuchtung sind als Bezug in Figuren 57(d) und 57(d') gezeigt.
Wie oben beschrieben, ist der Einfallswinkel, der für eine gegebene aufzulösende Strukturgröße geeignet ist, vorhanden. Man kann eine stabile und gute Struktur erhalten, wenn ein Strahl in diesem Winkel einfällt.
Die Ausführungsform der Figuren 53(a) bis 57(d') kann das Auflösungsvermögen stark erhöhen, indem man den Neigungsbereich des Strichplattenbeleuchtungslichts in dem herkömmlichen System in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur einer optischen Projektionslinse wählt. Zusätzlich kann Kohärenz des einfallenden Lichts und der Einfallswinkel des auf die Strichplatte fallenden Lichts in Übereinstimmung mit der minimalen Größe und Form der Struktur verändert werden. Daher kann man für Strukturen wie LSI-Strukturen stabil ein hohes Auflösungsvermögen erhalten.
Fig. 58 zeigt Kontrastsimulationswerte eines herkömmlichen Verfahrens und einen Fall, in dem das optische Faserbündel 58 weggelassen ist, ein Halbdach-Prisma (Fig. 21) mit einem Neigungswinkel von 9,2º als das optische Mittel 30 über einer Strichplatte 69 in Fig. 40 angeordnet, und der Aperturblende 71 mit dem Kohärenzfaktor = 0,2 angewandt wird. Die mit der Wellenzahl von Beleuchtungslicht normalisierte räumliche Frequenz wird entlang der Abszisse in Fig. 58 aufgetragen, und der Kontrast:MTF wird auf der Ordinate aufgetragen. Wie aus Fig. 58 ersichtlich ist, werden die Neigungsrichtung des Halbdach- Prismas und die Auflösung einer groß&klein-Struktur P:L(Y) stark verbessert. Die Auflösung einer parallelen groß&klein-Struktur P:L(X) ist jedoch geringer als S:L(X) und S:L(Y) des herkömmlichen Verfahrens. Den ersteren Effekt kann man durch die oben beschriebene schräg einfallende Beleuchtung erhalten. Die Abnahme an Auflösungsvermögen wird jedoch von einem kleineren NA-Wert in einer Richtung senkrecht zur Lichtquelle und zur optischen Achse verursacht, weil die Lichtquelle nahe dem peripheren Abschnitt der Pupille in der Pupillenebene angeordnet ist.
In einem System schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung unter Verwendung eines Gitters, bestehend aus einem Halbdach-Prisma, einem Volldach-Prisma oder einer groß&klein-Struktur, oder schräg einfallender Beleuchtung aus zwei Richtungen symmetrisch zur optischen Achse in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse wird das Auflösungsvermögen der groß&klein-Struktur parallel zur Richtung, die mit der optischen kchse verbunden ist, in der Ebene senkrecht zur optischen Achse verringert.
Bei dem Schrägeinfallbeleuchtungssystem unter Verwendung eines Prismas oder eines Gitters wird, um obiges Problem zu lösen, wenn die mit der optischen Achse verbundene Richtung und die Lichtquelle in der Ebene senkrecht zur optischen Achse gewählt werden, das Auflösungsvermögen der groß&klein-Struktur senkrecht zur groß&klein-Struktur parallel zur gewählten Richtung erhöht oder verringert. Ausführungsformen, die in der Lage sind, diese Auflösungsvermögen beliebig zu steuern, werden mit Bezug auf Figuren 58 bis 66 beschrieben.
Bei diesen Ausführungsformen umfaßt ein optisches Projektionsbelichtungssystem mit Mitteln, die geeignet sind, einem Strahl zur Beleuchtung einer Objektebenenmaske, auf der eine Struktur gezeichnet wird, einen Winkel entsprechend der numerischen Apertur einer optischen Projektionslinse unter Bezug auf die optische Achse zu erteilen, ein Mittel zur Durchführung schräg einfallender Beleuchtung aus einer Richtung außerhalb der optischen Achse oder schräg einfallender Beleuchtung aus zwei Richtungen außerhalb der optischen Achse und symmetrisch zur optischen Achse, von einer Ebene senkrecht zur optischen Achse aus betrachtet, und eine spezielle Blende mit einer Apertur nahe einer gegebenen geraden Linie, die durch die optische Achse tritt, wobei die gegebene gerade Linie senkrecht zu einer geraden Linie ist, die die eine Richtung oder die beiden Richtungen verbindet.
Bei der obigen Anordnung wird die schräg einfallende Beleuchtung aus einer Richtung oder zwei Richtungen außerhalb der optischen Achse mit der speziellen Blende kombiniert, und Schrägeinfallbeleuchtungsbedingungen für diese Beleuchtungsarten werden so ausgewählt, daß man die Auflösungsvermögen von groß&klein-Strukturen senkrecht zueinander beliebig steuern kann.
Weil die Beleuchtungsrichtung bei schräg einfallender Beleuchtung unter Verwendung eines optischen Mittels, wenn sie von einer Ebene senkrecht zur optischen Achse aus betrachtet wird, spezifiziert wird, weist der Auflösungsverbesserungseffekt auch einen Richtungsfaktor auf. Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung werden die X- und Y-Achsen senkrecht zueinander unter Verwendung der optischen Achse als Ursprung auf der Ebene senkrecht zur optischen Achse aufgetragen, und es wird schräg einfallende Beleuchtung untei Verwendung eines Prismas mit einem Neigungswinkel in der X-Achse oder eines aus einer groß&klein-Struktur parallel zur X-Achse bestehenden Gitters durchgeführt. Dieser Vorgang ist einem Vorgang äquivalent, bei dem schräg einfallende Beleuchtung von der x-Achsen-Richtung außerhalb der optischen Achse durchgeführt wird. Bewertungsstrukturen werden von groß&klein-Strukturen parallel zu den X- und Y-Achsen dargestellt:
L(X): eine groß&klein-Struktur parallel zur X-Achse
L(Y): eine groß&klein-Struktur parallel zur Y-Achse
Bei diesem System sind normalisierte Einfallswinkel RX und RY und ein divergenter Winkel D des einfallenden Lichtes wie folgt definiert:
RX = m sinβx/NA
RY = m sinβy/NA
D = m sinβ'/NA
wobei m die Reduktionsvergrößerung, NA die numerische Apertur der optischen Projektionslinse, β' der divergente Winkel des Strichplattenbeleuchtungs-lichtes, βx der Winkel des Mittelstrahls, der auf eine Ebene, die die optische Achse und die X-Koordinate eiiischließt, projiziert wird, und βy der Winkel des Mittelstrahls der Strahlen ist, die auf eine Ebene, die die optische Achse und die Y-Koordinate einschließt,projiziert werden.
Weil das spezielle Blende dieser Ausführungsform eine Apertur nahe der y-Achse aufweist, ist RX durch den Neigungswinkel des Prismas oder den groß&klein-Struktur(L&S-Struktur-) Abstand des Gitters bestimmt. RY wird von der Blendenposition der speziellen Blende bestimmt. Zusätzlich wird D von der Größe der Apertur der speziellen Blende bestimmt.
Verschiedene Ausführungsformen werden unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen unter Verwendung dieser Parameter beschrieben.
Fig. 59 zeigt eine Anordnung eines speziellen Blende 131 entsprechend der vorliegenden Erfindung. Diese spezielle Blende 131 weist eine ringförmige Apertur 132 in einer Position symmetrisch zur optischen Achse auf der Y- Achse, von einer Ebene senkrecht zur optischen Achse aus betrachtet, auf. Die spezielle Blende 131 wird auf ein optisches Projektionsbelichtungssystem angewandt, wobei der verwendeter Strahl ein g-Strahl ist, die numerische Apertur der optischen Projektionslinse gleich NA = 0,54 und die Reduktionsvergrößerung gleich m = 5 gesetzt wird. In der Praxis wird die spezielle Blende 131 mit der Aperturblende 71 des in Fig. 40 gezeigtexi optischen Projektionsbelichtungssystems ersetzt, und es wird eine optische Einrichtung 30 über einer Strichplatte 69 angeordnet.
In einer in Figuren 60(a) bis 62(c) gezeigten Ausführungsform sind Positionen und Größen einer Lichtquelle 135 in einem Pupillenraum 134 gezeigt, wenn verschiedene Bedingungen der speziellen Blenden und des Prismas oder des Gitters verändert werden. Die zugehörigen RX, RY und OD-Werte sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1
Figuren 60(a) bis 60(d) und Tabelle 1 zeigen auch das herkömmliche Verfahren 5 (Fig. 60(a)) mit einem Kohärenzfaktor = 0,5 und das Schrägeinfallbeleuchtungssytem P der Figuren 20 bis 26(b) (Fig. 60(b)) mit RX = 0,9. Die Kontrastsimulationsergebnisse sind in Fig. 58 gezeigt.
Pupillenbedingungen A (Fig. 60(c)), B (Fig. 60(d)) und C (Fig. 61(a)) dieser Ausführungsform sind für Lichtquellen 135 gegebenen, die nahe der Pupille in Winkelpositionen von 300, 450 und 600 in Bezug auf die X-Achse begrenzt sind. Die Kontrastsimulationsergebnisse sind in Fig. 63 gezeigt. Unter Bezugnahme auf Fig. 63 ist bei der Bedingung A (Fig. 60(c)) das Auflösungsvermögen für L(X) im Vergleich zu dem Schrägeinfallbeleuchtungssystem P der Fig. 58 stark erhöht. Zusätzlich erhält man bei der Bedingung B die Auflösungscharakteristika für L(X) und L(Y) entgegengesetzt zur Bedingung A.
L&S (Linien und Raum)-Strukturen mit verschiedenen Größen wurden belichtet und auf einer mit einem 0,5 umstarken Resist oder Abdeckung beschichteten Wafer entwickelt, und die gebildeten Strukturen wurden mit einem Beopbachtungselektronenmikroskop beobachtet, um Strukturgrößen von Grenzauflösung zu erhalten. Die Grenzauflösungsstrukturgröße ist als eine Größe kleinster Struktur der normal gebildeten Strukturen als Strukturen mit je 20 Linien und Räumen ohne jede Beschädigung an den Strukturen und ohne einen Resistrest zwischen den Strukturen definiert. Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt und weisen gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen auf. Die mit dem herkömmlüchen Verfahren 5 erhaltenen Ergebnisse (Fig. 60(a)) und dem Schrägeinfallbeleuchtungssytem P (Fig. 60(b)) erhattenen Ergebnisse sind auch in Tabelle 1 gezeigt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform können, wenn die schrägeinfallbeleuchtung und die spezielle Blende verwendet werden, um geeignete RX- und RY-Werte zu kombinieren, beliebige Auflösungsvermögen für L(X) und L(Y) kontrolliert werden.
Pupillenbedingungen A (Fig. 60(c)), D (Fig. 60(b)) und E (Fig. 61(c)) erhält man in dieser Ausführungsform so, daß die Lichtquelle 135 nahe der Pupille in einer Position von 300 in Bezug auf die X-Achse begrenzt wird und daß die Kohärenzfaktoren in D = 0,1 und D 0,3 geändert werden. Die Kontrastsimulationsergebnisse sind in Fig. 64 gezeigt. Grenzauflösungscharakteristika, die man bei tatsächlicher Belichtung und Entwicklung von Strukturen wie bei dem obigen Verfahren erhält, sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wenn die Größe der Lichtquelle 135 erhöht wird, findet man, daß das Auflösungsvermögen der Strukturen L(Y) und L(X) verringert wird. Diese Ergebnisse deuten jedoch nicht an, daß die Wirkung der vorliegenden Erfindung verloren wird.
Bei dem herkommlichen optischen Projektionsbelichtungssystem wählt man einen Kohärenzfaktor, um ein optimales Auflösungsvermögen zu erhalten, zu ungefähr = 0,5. Die Pupillenbedingungen F, G und H (Figuren 62(a) bis 62(c) zeigen entsprechend der vorliegenden Erfindung Ausführungsformen, die auf das optische Projektionsbelichtungssystem mit einem Kohärenzfaktor von = 0,5 angewandt werden.
Die Pupillenbedingungen F (Fig. 62(a)) und G (Fig. 62(b)) werden so gesetzt, daß die Lichtquellen 135 mit einem Halbkreis der Pupille in Posititonen von 300 und 45º in Bezug auf die X-Achse begrenzt werden. Die Pupillenbedingung H (Fig. 62(c)) wird so gewählt, daß die Lichtquelle so angeordnet ist, daß der Halbkreis in der y-Achse und der Kreis von 1 in der X-Achse begrenzt wird. Die Kontrastsimulationsergebnisse sind in Figuren 65 und 66 gezeigt, und Grenzauflösungscharakteristika, die man durch tatsächliche Belichtung und Entwicklungsstrukturen wie im gleichen Verfahren, wie oben beschrieben, erhält, sind in Tabelle 1 gezeigt. Im Vergleich zu den Ergebnissen in Fig. 63 ist die Veränderungsrate bei der Auflösung gering, aber der Effekt der vorliegenden Erfindung wird bestätigt. Im Vergleich zu den Ergebnissen von Fig. 58, die das herkömmliche Schrägeinfallbeleuchtungssystem darstellt, sind die Auflösungscharakteristika der Strukturen L(X) in Fig. 66 stark verbessert.
Bei der obigen Ausführungsform ist die spezielle Blende mit der kreisförmigen Apertur direkt hinter der sekundären Quellenebene angeordnet. Diese spezielle Blende kann jedoch aus zwei identischen Kreisen bestehende Aperturen aufweisen, oder man kann identische zur optischen Achse symmetrische Polygone verwenden, um den gleichen Effekt, wie oben beschrieben, zu erhalten.
Bei dem optischen Projektionsbelichtungssystem nach der vorliegenden Erfindung, wie die oben beschrieben worden ist, ist die spezielle Blende mit der schräg einfallenden Beleuchtung aus einer oder aus zwei Richtungen kombiniert, und es werden die Schrägeinfallbeleuchtungsbedingungen für diese Beleuchtungsarten gewählt. Im Vergleich zu dem herkömmlichen optischen Projektionsbeleuchtungssystem kann das Auflösungsvermögen der L&S- Strukturen senkrecht zueinander beliebig gesteuert werden.
In jedem der optischen Projektionsbeleuchtungssyteme in den Ausführungsformen der Figuren 59 bis 66 kann man, weil das Auflösungsvermögen sowohl in X- als auch in Y- Richtung verteilt werden kann, bei Bildung einer Mikrostruktur wie einer LSI-Struktur aus einer Struktur, die ein hohes Auflösungsvermögen in einer Richtung in einem Gitter oder einem oberflächenelastischen Wellenelement erfordert, eine optische Auflösungsvermögensverteilung erhalten, bei der identische Auflösungsvermögen bei Strukturen senkrecht zueinander wie eine Torstruktur und eine Verdrahtungsstruktur nicht erforderlich sind. Daher kann die Integrationsdichte von LSI's und ähnlichen stark erhöht werden, und das Einrichtungsverhalten kann ebenfalls stark verbessert werden.
Bei den obigen Ausführungsformen sind, obwohl ein Vorteil, der dem des herkömmlichen Phasenverschiebungsverfahren überlegen ist, verwendet wird, die detaillierte Beziehung zwischen der Aperturblende des projektionsoptischen Systems und des Beleuchtungssystems, zulässige Werte der Transmittanz-Einstellung und deren Anordnung bisher noch nicht vollständig geklärt.
Bei Berücksichtigung des bei Bildung einer Resiststruktur in einem tatsächlichen Belichtungsvorgang erforderlichen Abbildungskontrastes wird nachfolgend ein Verfahren, einen Einstellungsfilter für Lichtintensität von Licht nullter Ordnung einer Aperturblende ent-sprechend einem schräg einfallenden Beleuchtungssystem zu bauen, verdeutlicht.
Genauer gesagt wird in der folgenden Ausführungsform entsprechend den charakteristischen Merkmalen ein ringförmiger Filter in einer Aperturblende eines projektionsoptischen Systems angeordnet, um die Amplitudentransmit tanz des gebeugten Strahls nullter Ordnung einzustellen, ist der mittlere Abschnitt des Filters völlig transparent, und entspricht ein Lichtquellenbild bei schräg einfallender Beleuchtung einer äußeren Fläche, deren Transmittanz angepaßt wird. Bei der obigen Anordnung kann man durch Anpassung oder Einstellung der Transmittanz des Anpassungsfilters für Intensität von Licht nullter Ordnung einen maximalen Frequenzbereich in Übereinstimmung mit dem erforderlichen Bildkontrast sicherstellen.
Diese Ausführungsform wird mit Bezug auf Figuren 67(a) bis 70 beschrieben.
In dem optischen-Projektionsbelichtungssystem für Mikrostrukturen der obigen Ausführungsform ist die Transmittanz des äußersten Abschnitts des Filters 1/2 und von einen theoretischen Wert abgeleitet, den man bei Verbesserung des Kontrastes einer Niedrigfrequenz-Komponente erhält. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben extensive Studien über Wellenzahlabhängigkeit (MTF) von Kontrast und Intensität durchgeführt und gefunden, daß man im Amplitudentransmittanzbereich von 30 bis 50 % einen bemerkenswerten Effekt erhalten kannt. Dies wird nachfolgend in Einzelheiten beschrieben.
Man muß die Theorie teilweise kohärenten Lichts verwenden, um präzise mit den Abbildungscharakteristika des projektionsoptischen Systems umzugehen. Wenn die Amplitudentransmittanz der Maske A(x) (obwohl diese Funktion zur Vereinfachung der Beschreibung als lineare Funktion dargestellt ist, ist sie als Funktion von x und y gegeben) und die Fourier-Transformation als A(k) definiert ist (es ist anzumerken, daß ein die Fourier-Transformation darstellendes Symbol ^ weggelassen und die Funktion einfach als A(k) dargestellt ist; dies gilt auch für Funktionen J(k;k'), J&sub0;(ks) und K(k), die unten beschreiben werden), wird die Bildebenenintensität I(x) wie folgt dargestellt:
I(x) = A(k)A*(k')J(k;k')e1(k-k')xdkdk' (16)
wobei A*(X) eine konjugiert komplexe Funktion ist und J(k;k') als Transmissions-Kreuzkoeffizient bezeichnet wird, der durch die folgende Gleichung dargestellt ist:
J(k;k')= J&sub0;(ks)K(k-ks)K*(k'-ks)dks (17)
wobei J&sub0;(ks) eine von einem Pupillenraum repräsentierte Lichtquelle, K(k) die Pupillenfunktion (Born, Wolf "Principles of Optics I, II, and III", (übersetzt von Kusakawa und Yokota), Tokai University Press) ist.
Die optische Transferfunktion (OTF) kann im wesentlichen von J(k;O) unter Verwendung von Gleichung (2) (völlige Übereinstimmung an der Grenze von inkohärentem Licht) berechnet werden.
Wellenzahlabhängigkeit einer Amplitude für kohärentes Licht und die einer Intensität für inkohärentes Licht können eindeutig als Werte in Übereinstimmung mit dem Prinzip der Überlagerung definiert werden. Bei teilweise kohärentem Licht wird die Wellenzahlabhängigkeit als Funktion von zwei Wellenzahlen k und k' ausgedrückt, wie durch die Gleichungen (16) und (17) dargestellt, und sie ist somit als Interferenz zwischen Wellen bei den Wellenzahlen k und k' ausgedrückt. Wie man aus Gleichung (16) sehen kann, ist es, da die Wellenzahlkomponente bei der Bildebenenintensität auch von der Wellenzahlverteil-ung A(k) einer Maskenstruktur abhängt, schwierig, das Verhalten des projektionsoptischen Systems objektiv zu berechnen.
Es ist zweckmäßig, die Anzahl von Maskenstrukturtypen zu begrenzen und die Maskenstrukturen (A&sub0; = 1/2 und A&sub1; = 1/4) bei Berechnung der Wellenzahlabhängigkeit (MTF) von Kontrast und Intensität wie folgt zu vereinfachen:
A(x) = A&sub0; + A&sub1;(e1kx + e-1kx) = A&sub0; +2A&sub1;coskx (18)
Zu diesem Zeitpunkt wird die Bildebenenintensität I(x) wie folgt definiert:
I(x) = A&sub0;²J(0;0) + A&sub1;² {J(k;k) + J(-k;-k)} + 2A&sub0;A&sub1;{J(k;0)+J(-k;O)}coskx +2A&sub1;²J(k;-k)cos2kx (19)
Der Kontrast M = (Imax - Imin)/(Imax + Imin) ist unter Bezug auf die fundamentale Periode k wie folgt gegeben:
Der Zähler in Gleichung (20) gibt die durchschnittliche Intensität (Imax - Imin)/2 an. Die MTF und die durchschnittliche Intensität kann man aus Gleichungen (17) und (20) erhalten. Wenn die Pupillenfunktion K(k) in Gleichung (17) als eine eine Filteranordnung repräsentierende Funktion verwendet wird, kann man eine optische Berechnung eines schrägeinfallenden Beleuchtungssystems und einer Filteranordnung leicht durchführen. Ein Berechnungsbeispiel einer wie oben beschrieben erhaltenen MTF wird unten beschrieben.
Fig. 67(a) zeigt einen ringförmigen Abschnitt (1,0 entspricht der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse) 142 mit einem Radius R = 0,8 bis 1,0, der von Pupillenkoordinaten als Lichtquelle 141 ausgedrückt wird. In Übereinstimmung mit Fig. 67(a) wird dietransmittanz t einer Blende 145 eines ringförmigen Filters 143 so verändert, daß die Transmittanz eines mittleren Abschnitts der Blende gleich 1 gesetzt wird, und die Transmittanz eines peripheren Abschnitts 146 wird gleich Null gesetzt, wie in Fig. 67(b) gezeigt. Fig. 68 zeigt das MTF-Berechnungsergebnis. Bei einen praktischen Resistvorgang muß, weil der Kontrast&Intensitäts-Level von 0,5 bis 0,7 erforderlich ist, der Kontrast&Intensität in dem maximalen Wellenzahlbereich sichergestellt sein. Diese Situation ist anders als das Design anderer optischer Gebiete wie dem Gebiet der Mikroskope. Wenn die Transmittanz t leicht auf 0,3 verringert wird, wird der Kontrastlevel im Bereich kleiner Wellenzahlen leicht verringert, aber der Kontrast&Intensitäts-Level wird in einem Bereich von großen Wellenzahlen (d.h. nahe dem normalisierten räumlichen Wellenzahlbereich von 1,5 bis 1,6) erhöht. Der Bereich, in dem Strukturen ausgebildet werden können, wird beträchtlich erhöht. Wenn die Transmittanz auf 0,2 verringert wird, wird der Kontrast im gesamten Bereich verringert. Wenn nur der Kontrast von 0,5 erforderlich ist, kann man jedoch einen breiten Wellenzahlbereich erhalten. Auf diese Weise kann man, wenn die Transmittanz so gewählt wird, daß sie in den Bereich von 0,2 bis 0,6 fällt, gute Charakteristika in Übereinstimmung mit einem erforderlichen Kontrastlevel erhalten.
Figuren 67(a) und 67(b) zeigen Anordnungen der Lichtquelle und des Filters auf dem Pupillenkoordinatensystem entsprechend der vorliegenden Erfindung. Die Pupillenkoordinaten oder der Pupillenraum stellen ein Lichtquellenbild dar, das am Aperturblendenabschnitt normalisiert ist. Die Maskenstruktur entspricht der Fouriertransformationsebene. In Figuren 67(a) und 67(b) ist kx/k&sub1; auf der Abszisse aufgetragen, und ky/k&sub1; ist auf der Ordinate aufgetragen. In diesen Zeichnungen ist k&sub1; gleich k&sub0;sinα, und k&sub0; ist 2π/λ.
Fig. 69 ist eine graphische Darstellung, die man erhält, wenn eine ringförmige Lichtquelle mit einem Radius R = 0,9 bis 1,0 verwendet wird. Die Lichtquelle wird weiter auf eine engere Fläche entsprechend der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems begrenzt.
Die Charakteristika großer Wellenzahlen werden im Vergleich mit dem Fall von Fig. 66 weiter verbessert. Dieses beweist Effektivität, die abgeleitet wird, wenn ein Beleuchtungssystem entsprechend der numerischen Apertur verwendet wird.
Fig. 70 zeigt einen herkömmlichen Fall unter Verwendung einer charakteristischen Kurve a als Referenz. In diesem Fall weist die Lichtquelle eine innere Fläche (Kohärenzfaktor = 0,5) eines Kreises mit einem Radius R = 0,5 auf. Der Kontrast&Intensitäts-Wert wird nahe der normalisierten räumlichen Wellenzahl von 1,0 plötzlich verringert.
Die charakteristische Kurve b in Fig. 70 ist eine ringförmige Lichtquelle unter Verwendung einer herkömmlichen Lichtquelle. Diese Lichtquelle weist eine Fläche mit einem Radius R = 0,4 bis 0,5 auf. Die charakteristische Kurve b zeigt einen Wert, der viel kleiner ist als der, der von der charakteristischen Kurve a in Fig. 70 repräsentiert wird. Es ist ersichtlich, daß man keinen Effekt erhält, selbst wenn man ringförmige Beleuchtung unter Verwendung der herkömmlichen Lichtquelle durchführt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist, wie oben beschrieben worden ist, das ringförmige Filter 141 an der Aperturblende des projektionsoptischen Systems angeordnet, und die Transmittanz t des Filters 141 wird eingestellt, um den maximalen Wellenzahlbereich, entsprechend dem erforderlichen Bildkontrast, sicherzustellen. Dieses ringförmige Einstellungsfilter für Intensität von Licht nullter Ordnung ist nicht auf die Verwendung für eine ringförmige Lichtquelle beschränkt, sondern es kann gleichermaßen verwendet werden, wenn ein Lichtquellenbild in einem Transmissionseinstellungsbereich wie bei zwei- oder vier-Punkt-Schrägeinfallbeleuchtung ausgebildet wird.
Anzumerken ist, daß die numerische Apertur des projektionsoptischen Systems auf der Grundlage einer erforderlichen Fokussierungstiefe, eines zulässigen Verzerrungsbetrags, der Wellenlänge einer verwendeten Lichtquelle optimiert wird.
In der mit Bezug auf Figuren 67(a) bis 70 beschriebenen Ausführungsform wird ein Strahl zur Beleuchtung einer Maske in einem optischen Projektionsbelichtungssys tem für eine Mikrostruktur um einen Wlnkel entsprechend der numerischen Apertur des projektionsoptischen Systems in bezug auf die optische Achse geneigt, und zur gleichen Zeit wird das Intensitätseinstellungsfilter von Licht nullter Ordnung in einer Position der Aperturblende oder der Pupille des projektionsoptischen Systems so angebracht, daß die Amplitudentransmittanz des peripheren Abschnitts der Apertur, die dem Lichtquellenbild des Beleuchtungssystems entspricht, gleich 0,2 bis 0,6 gewählt wird und daß die Amplitudentransmittanz der mittleren Abschnitts der Apertur gleich 1 gesetzt wird. Wenn die Transmittanz des Intensitätseinstellungsfilters für Licht nullter Ordnung eingestellt wird, kann man einen maximalen Wellenzahl-bereich entsprechend einem benötigten Bildkontrast sicherstellen. Aus diesem Grund können das Schrägeinfall-beleuchtungssystem und die Filteranordnung optimiert werden, und der Bereich, in dem Strukturen wie LSI-Strukturen ausgebildet werden können, kann vergrößert werden.
Bei einem Mikrostrukturbildungsvorgang (z.B. LSI- Strukturen) in der Praxis weicht die Brennebene aufgrund von Unebenheiten einer Substratoberfläche und der Abweichung der Belichtungsoberfläche von der Referenzoberfläche ab. Aus diesem Grund muß man auch einen Defokussierungsbetrag berücksichtigen, wenn man die vorliegende Erfindung auf einen Vorgang in der Praxis anwendet.
Dieses Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf Figuren 71 bis 77 nachstehend beschrieben.
Bei diesen Ausführungsformen wird ein optisches Projektionsbelichtungssystem mit einem Mittel zur Neigung eines Strahls zur Beleuchtung einer Objektebenenmaske mit einer Struktur darauf um einen Winkel, der der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse unter Bezug auf die optische Achse entspricht, vorgesehen, wobei ein Strahl, der auf einem Blendenstop fokussiert wird, eine ringförmige Lichtquelle mit innerem und äußerem Radius aufweist, wenn der Radius einer Eintrittspupille mit der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse normalisiert und als 1 definiert wird, und eine Intesitätseinstellung(filter) für Licht nullter Ordnung mit dem gleichen inneren Radius wie der des auf dem Blendenstop fokussierten Strahls und einem äußeren Durchmesser von 1 wird an der Aperturblende der optischen Projektionslinse angeordnet.
Als eine Bedingung zum Erhalten eines maximalen Auflösungsvermögens ohne jeglichen Defokussierungsbetrag werden eine ringförmige Lichtquelle mlt einem maximalen Neigungswinkel in Bezug auf die numerlsche Apertur NA oder verschiedene Punktlichtquellen verwendet. Wenn die Fokussierungstiefe berücksichtigt wird, zeigt die Bedeutung von "Kohärenz" in der Bedingung schräg einfallender Beleuchtung in Übereinstimmung mit der numerischen Apertur NA der optischen Projektionslinse auch an, daß der Neigungswinkel dem maximalen Wert der numerischen Apertur entspricht und gleichzeitig eine Lichtquelle leicht nach innen angeordnet ist, um den Rand zur Verbesserung der Auflösungsgrenze einzustellen, um die Auflösungsgröße zu verbessern und so die Fokussierungstiefe sicherzustellen.
Eine unter Berücksichtigung eines Defokussierungsbetrages erfolgende MTF-Berechnung wird eingeführt. Der mit λ/2NA² normalisierte Defokussierungsbetrag wird als ±Z definert, und die Bildebenenintensität I in Gleichung (2) wird in Gleichung (6) modifiziert. Das heißt,
J(k;k') = J&sub0;(k&sub3;)K(k - ks)K*(k'-ks)xe1fdks
für f=(z/2k&sub0;)(k-k')(k+k'-2ks)t(k-k')x (21)
Die Intensität 1(x) wird unter Verwendung von Gleichung (6) berechnet, und MTF = (Imax - Imin)/(Imax + Imin) wird auf der Grundlage der MTF-Definition berechnet. Dies ergibt:
Wenn die folgenden Bedingungen gegeben sind:
C(k;o) = J(ks)K(k - ks)K(-ks)
C(- k;O) = J(ks)K(- k - ks)K(- ks)
C(k;-k) = J(ks)K(k - ks)K(k + ks)
dann sind A, B, A', B' wie folgt gegeben:
Die wichtigen Parameter zur Behandlung schräg ein fallender Beleuchtung unter Verwendung einer ringförmigen Lichtquelle nach der vorliegenden Ertindung werden wie folgt definiert. Das heißt, daß angenommen wird, daß der Radius der mit der numerischen Apertur NA der optischen Projektionsimse normalisierten Eintrittspupille als 1 gegeben ist. In diesem Fall ist der Innere Radius der ringförmigen Lichtquelle als R&sub1;, äußerer Radius als R&sub2;, die Amplitudentransmittanz des Intensitätseinstellungsfilters für Licht nullter Ordnung, das an der Aperturblende angeordnet ist, vom inneren Radius R&sub1; zum äußeren Radius R&sub2; als T&sub1;, und die Amplitudentransmittanz vom inneren Radius R&sub2; bis 1 als T&sub2; definiert.
Fig. 71 zeigt eine Lichtquellenanordnung, die im Eintrittspupillenraum so dargestellt ist, daß sie noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Unter Bezugnahme auf Fig. 71 bezeichnet Bezugszeichen 151 den Mittelpunkt einer optischen Achse; 152 einen Eintrittspupillenkreis und 153 eine ringförmige Lichtquelle, die durch einen schraffierten Abschnitt angedeutet ist. Bezugszeichen R&sub1; bezeichnet einen inneren Radius der ringförmigen Lichtquelle 153, wenn der Radius des Eintrittspupillenkreise 152 mit der numerischen Apertur NA der optischen Projektionslinse normalisiert ist; und R&sub2; ihren äußeren Radius.
Wenn das Z, die optische Anordnuiig und die Filterbedingung in Übereinstimmung mit Gleichung (22) gesetzt werden, erhält man eine Kurve als Funktion der Wellenzahl und der MTF. Wenn eine Wellenzahl an einem Schnittpunkt zwischen dieser Kurve und der in diesem Vorgang erforderlichen MTF als kmax gegeben ist, ist der Defokussierungsbetrag:±L wie folgt gegeben, wenn die Wellenlänge der Lichtquelle als λ gegeben ist:
L = λZ/2(NA)² (23)
Zu diesem Zeitpunkt ist ein minimaler Wert einer L&S- Struktur, die aufgelöst werden soll, wie folgt definiert:
W = λ/2 (NA x kmax) (24) Man elimiert NA aus Gleichungen (23) und (24), um W wie folgt zu erhalten:
W = [λL/2/(kmax [Z] (25)
Um W unter den Bedingungen des in dem Verfahren benötigten Defokussierungsbetrages:±L zu minimieren, d.h. um das Auflösungsvermögen des optischen Systems entsprechend Gleichung (25) zu maximieren, muß man eine Lichtquellenanordnung und eine Filterbedingung ertialten, die kmax Wurzel Z maximieren, wobei Wurzel ist.
Fig. 72 zeigt Optimierungsergebnisse für ein maximales Auflösungsvermögen, wenn das in dem Vorgang erforderliche MTF gleich 0,6, und der Defokussierungsbetrag L gleich ±1 µm gesetzt werden. Die mit λ/2NA normalisierte Wellenzahl wird auf der Abszisse aufgetragen. Wenn R&sub1; = 0,65, R&sub2; = 0,75, T&sub1; = 0,35 und T&sub2; = 0,7 ist, dann ist Z = 1,5 und k = 1,29, wodurch man den maximalen Wert für kmax wurzel Z erhält. Wenn diese Bedingungen auf ein Belichtungssystem für einen i-Strahl (λ = 0,365) angewandt werden, wird ein optimaler NA 0,5, und man erhält ein maximales Auflösungsvermögen: W = 0,27 µm. Daher kann man eine MTF-Kurve für jeden in Fig. 72 gezeigten Defokussierungsbetrag erhalten.
Fig. 73 zeigt noch eine andere Ausführungsform, in der man Optimisrung durchführt, wenn die in einem Vorgang erforderliche MTF gleich 0,7 und der Defokussierungsbetrag L gleich ±1 µm gesetzt werden. Wenn R&sub1; = 0,6, R&sub2; = 0,7, T&sub1; = 0,35 und T&sub2; = 0,7 ist, dann ist Z = 1,25 und k = 1,12, so daß man den maximalen Wert für kmax Wurzel Z erhält. Wenn diese Bedingungen auf ein Belichtungssystem für einen i-Strahl (λ = 0,365) angewandt werden, wird ein optimaler NA 0,48, und man erhält ein maximales Auflösungsvermögen: W 0,34 µm. Dadurch kann man eine in Fig. 73 gezeigte MTF-Kurve für jeden Defokussierungsbetrag erhalten.
Fig. 74 zeigt noch eine weitere Ausführungsform, in der die mittlere Position einer ringförmigen Lichtquelle optimiert ist, wenn die für den Vorgang erforderliche MTF-Frequenz gleich 0,6 und der Defokussierungsbetrag gleich ±1 µm gesetzt werden. Das mit der Wellenlänge einer verwendeten Lichtquelle normalisierte maximale Auflösungsvermögen ist entlang der Ordinate aufgetragen. In diesem Fall wird R&sub2;-R&sub1; konstant gleich 0,1 gehalten, und der Mittelpunkt der ringförmigen Lichtquelle und R&sub1;+0,05 oder R&sub2;-0,05 werden verändert. Ein optimaler Wert ist vorhanden, wenn die Position der ringförmigen Lichtquelle nahe 0,7 angeordnet ist. Diese optimale Position variiert in Abhängigkeit von der MTF und dem Defokussierungsbetrag, die für den Vorgang erforderlich sind. Selbst wenn diese Bedingungen in einem praktischen Bereich verändert werden, kann man ein maximales Auflösungsvermögen erhalte, wenn R&sub1; 0,5 oder mehr und R&sub2; 1 oder weniger ist.
Fig. 75 zeigt noch eine weitere Ausführungsform, in der die Breite einer ringförmigen Lichtquelle optimiert ist, wenn die für den Vorgang erforderliche MTF-Frequenz gleich 0,6 und der Defokussierungsbetrag gleich ±1 um gewählt werden. Das mit der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle normalisierte maximale Auflösungsvermögen ist entlang der Ordinate aufgetragen. Wie aus Fig. 75 ersichtlich ist, kann man ein größeres Auflösungsvermögen erhalten, wenn die Breite der ringförmigen Lichtquelle, d.h. der R&sub2;-R&sub1;-Wert , verringert wird.
Fig. 76 zeigt noch eine weitere Ausführungsform, in der ein T&sub1;-Wert (Fig. 77 - T&sub2;-Wert) optimiert ist, wenn die für den Vorgang erforderliche MTF-Frequenz gleich 0,6 und der Defokussierungsbetrag gleich ±1 µm gewählt werden. Das mit der Wellenlänge der verwendeten Lichtquelle normalisierte maximale Auflösungsvermögen ist entlang der Ordinate aufgetragen. In diesem Fall wird R&sub2;-R&sub1; konstant auf 0,1 gehalten. Man erhält ein maximales Auflösungsvermögen für T&sub1; = 0,35. Wenn T&sub2; sich 1 nähert, wird das Auflösungsvermögen leicht verringert. Das Auflösungsvermögen wird verringert, wenn T&sub2; = 0,2 oder weniger ist. Weil die Filtertransmittanz größer gewählt werden muß, um eine höhere Belichtungsintensität zu erhalten, braucht T&sub2; nicht gleich T&sub1; zu sein.
Wie oben beschrieben, kann man ein optisches System zum Erhalten eines maximalen Auflösungsvermögens unter den für den Vorgang erforderlichen MTF und Defokussierungsbeträgen entwerfen, indem man die Parameter zum Maximieren von kmax Wurzel Z optimiert. Daher kann man einen optimalen Wert für jeden Parameter erhalten.
In den Ausführungsformen von Figuren 71 bis 77 kann man, wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, weil die Parameter des Schrägeinfallbeteuchtungssystems in Übereinstimmung mit einer Technik zur Sicherstellung des Kontrasts-MTF und der für den Vorgang und gleichzeitig zum Erhalten eines maximalen Auflösungsvermögens erforderlichen Defokussierungsbeträge entworfen sind, ein Schrägeinfallbeleuchtungssystem zum Erhalten maximaler Wirkungsweise erhalten, um den Prozeß-erfordernissen gerecht zu werden.
Fig. 78 ist eine graphische Auftragung, die Charakteristika einer Kontrast-(MTF)-normalisierten räumlichen Wellenzahl zeigt, wenn die in Fig. 6(d) gezeigte ringförmige Lichtquelle verwendet wird. Speziell ist, wie in Fig. 79(a) gezeigt ist, eine von einem schraffierten Abschnitt angedeutete ringförmige Lichtquelle 161 mitt einem Eintrittspupillenkreis 162 begrenzt. Gleichzeitig werden, wenn der Radius des Pupillenkreises als 1 definiert ist, Kontrastwerte von Gleichung (20) unter der Bedingung berechnet, daß die Stärke w der ringförmigen Lichtquelle gleich 0,1; 0,2; 0,3 oder 0,4 gewählt wird. Die normalisierte Raumwellenzahl des Beleuchtungslichtes ist entlang der Abszisse aufgetragen, und der Kontrast: MTF ist entlang der Ordinate in Fig. 78 aufgetragen.
Fig. 78 zeigt auch die Lichtquelle 164 (durch B dargestellt) mit ihrem Mittelpunkt als der optischen Achse und mit halber Größe des Eintrlttspupillenkreises 163, wie in Fig. 79(b) gezeigt, an, d.h. die herkömmliche Lichtquelle mit einem Kohärenzfaktor = 0,5. Wie aus Fig. 78 ersichtlich ist, wird, wenn eine ringförmige Lichtquelle verwendet wird, der Kontrast im Bereich großer Wellenzahlen erhöht, und das Auflösungsvermögen kann stark erhöht werden.
Auf der anderen Seite wird der Umstand, ob nun eine Struktur mit einer bestimmten Wellenzahl tatsächlich gebildet werden kann oder nicht, von einem MTF-Schwellenwert bestimmt, der von einem Resistmaterial und einem Resistvorgang bestimmt wird. Zum Beispiel stehen ein Resistvorgang, der in der Lage ist, eine Struktur auszubilden, wenn der MTF-Wert 0,5 oder größer ist, und ein Resistvorgang, der nicht in der Lage ist, eine Struktur zu bilden, es sei denn, der MTF-Wert ist 0,7 oder größer, zur Verfügung.
Man kann generell eine stabile Resiststruktur mit einem größer dimensionierten Rand erhalten, wenn der MTF- Schwellenwert erhöht wird. Unter diesem Gesichtspunkt wird, wenn man eine MTF-Kurve der ringförmigen Lichtquelle von Fig. 78 in Betracht zieht, die Wellenzahl erhöht, und gleichzeitig wird der MTF-Wert leicht verringert. Um ein hohes Auflösungsvermögen zu erhalten, ist ein Resistvorgang, der in der Lage ist, eine Struktur mit einem kleinen MTF-Wert auszubilden, erforderlich. Wenn das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf einen Resistvorgang, der einen großen MTF-Wert erfordert, angewandt wird, kann man kein hohes Auflösungsvermögen erwarten.
Da der MTF-Wert von einer Wellenzahl bei einer herkömmlichen ringförmigen Lichtquelle leicht verändert wird, ist der Spielraum für den Vorgang zum Ausbilden einer Struktur unerwünscht klein.
In Anbetracht der obigen Lage weist ein optisches Projektionsbelichtungssystem dieser Ausführungsform ein Mittel zum Neigen eines Strahls zur Beleuchtung einer Maske um einen Winkel auf, der der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse entspricht. Man verwendet vier teilweise ringförmige Lichtquellen, um die Maske aus vier zur optischen Achse symmetrischen Richtungen, von einer Ebene senkrecht zur optischen Achse betrachtet, zu beleuchten. Bei dieser Anordnung sind die vier teilweise ringförmigen Lichtquellen in symmetrischen Positionen in bezug auf die optische Achse angeordnet. Das Auflösungsvermögen der zu einander senkrechten L&S-Strukturen kann erhöht werden. Gleichzeitig kann die MTF-Kurve in bezug auf die Raumwellenzahl steil sein.
Eine derartige Ausführungsform wird detailliert mit Bezug auf Figuren 80 bis 84 beschrieben.
Bei der schräg einfallenden Beleuchtung dieser Ausführungsform werden die vier teilweise ringförmigen Lichtquellen verwendet, und die Beleuchtungsrichtungen werden spezifiziert. Der Auflösungsverbesserungseffekt weist Gerichtetheit auf. Aus Gründen der Beschreibungsvereinfachung werden X- und Y-Achsen senkrecht zueinander und mit einem Ursprung als optischer Achse aufgetragen, und man wählt vier teilweise ringförmige Lichtquellen mit gleicher Form und in vier Winkelpositionen in den X-, -X-, Y- und -Y-Richtungen angeordnet.
In diesem System sind der normalisierte Einfallswinkel R jeder teilweise ringförmigen Lichtquelle und das die Breite bzw. Stärke jeder teilweise ringförmigen Lichtquelle darstellende 2 D wie folgt definiert:
R = m sinβ/NA
D = m sinβ'/NA
wobei m die Reduktionsvergrößerung, NA die numerische Apertur der optischen Projektionslinse, β' der divergente Winkel des Bündels von Strichplattenbeleuchtungsstrahlen, und β der zwischen der optischen Achse und der mittleren Linie von auf eine die optische Achse einschließenden Ebene projizierten Strahlen gebldete Winkel ist. Ein divergenter Winkel jeder teilweise ringförmigen Lichtquelle auf der Peripherie ist als 20 definiert.
Fig. 80 ist diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Anordnung der typischen teilweise ringför migen Lichtquellen 171 ist in dem Eintritts-pupillenraum dargestellt. Wenn die Größe des Eintrittspupillenkreises 172 von einem mit dem NA der optischen Projektionslinse normalisierten Kreis mit einem Raditis von 1 dargestellt wird, sind R, D und θ in Fig. 80 veranschaulicht. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann man einen verstärkten Effekt erhalten, wenn R + D = 1, 2 D ≥ 0,3 und 60º ≥ 2θ ist.
Bei einem Schrägeinfallbeleuchtungssystem ist die Datenaustauschkomponente im allgemeinen groß, um den Kontrast zu verringern. Um diesen zu eliminieren, wird vorzugsweise ein Transmissionsanpassungsfilter in der optischen Projektionslinsenblende angeordnet, wie in Figuren 1 bis 6(d1) gezeigt ist. Dieses Filter weist eine vorbestimmte Transmittanz nur am peripheren Abschnitt der Apertur auf, durch die ein nullter Ordnung gebeugter Strahl tritt. Man erhält den besten Effekt, wenn das Filter mit der vorbestimmten Transmittanz in einer die Lichtquelle überlappenden Position, von dem Eintrittspupillenraum aus betrachtet, angeordnet ist.
Bei den teilweise ringförmigen Lichtquellen dieser Ausführungsform liefert die Verwendung des teilweise ringförmigen Filters mit der vorbestimmten Transmittanz und in der die Lichtquelle überlappenden Lage angeordnet nicht einen typischen Effekt, der sich viel von der Verwendung eines ringförmigen Filters unterscheiden würde. Letzterer Filter wird verwendet. Man wählt die Filtertransmittanz zu 0,35, um einen (später zu beschreibenden) MTF-Wert zur Verfügung zu stellen.
Strukturen, um den Effekt dieser Ausführungsform zu berechnen, sind von L&S-Strukturen parallel zu X- und Y- Achsen und im Verhältnis zu den X- und Y-Achsen um 450 geneigten L&S-Strukturen dargestellt.
L( ): eine L&S-Struktur parallel zur X- oder Y-Achse
L(#): eine L&S-Struktur, geneigt um 45º in Bezug auf die X- oder Y-Achse
Bei dieser Ausführungsform weist: eine zur X-Achse parallele L&S-Struktur, weil die teilweise ringförmigen Lichtquellen in den vier zur optischen Achse symmetrischen Richtungen angeordnet sind, ein Auflösungsvermögen auf, das gleich dem einer zur Y-Achse parallelen L&S- Struktur ist. Ahnlich weisen alle in bezug auf die X- oder Y-Achse um 45º geneigten L&S-Strukturen das gleiche Auflösungsvermögen auf.
Diverse Ausführungsformen werden unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die diese Parameter verwenden, unten beschrieben.
Figuren 81, 82, 83 und 84 sind diese Ausführungsformen entsprechend der vorliegenden Erfindung. Auf Grundlage von Gleichung (20) unter den Bedingungen der jeweiligen Lichtquellenanordnungen und ihrer Größen berechnete Kontrastwerte sind in Figuren 81 bis 84 gezeigt. Die jeweiligen Bedingungen und Berechnungsobjektstrukturen sind wie folgt:
Fig. 81: L(#), wenn R = 0,95, 2 d = 0,1 und 2θ = 20º, 40º, 60º und 90º
Fig. 82: L( ), wenn 2θ = 20º und wenn R und D unter der Bedingung von R+ D = 1 verändert werden
Fig. 83: L(#), wenn R = 0,95, 2 d = 0,1 und θ = 20º, 40º und 60º
Fig. 84: L(#), wenn 2θ = 20º und wenn R und und D unter der Bedingung von R+ D = 1 verändert werden
Wie aus Fig. 81 ersichtlich ist, erstreckt sich die MTF-Kurve zur Seite einer großen Wellenzahl hin im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren und einer ringförmigen Lichtquelle, und ist steil. Wenn man einen Resistvorgang mit einem MTF-Wert von 0,7 oder weniger verwendet, kann man sowohl einen Auflösungsverbesserungseffekt wie auch einen großen Spielraum für den Prozeß erhalten. Wenn der divergente Winkel 2θ jeder teilweise ringförmigen Lichtquelle am Umfang verringert wird, so wird der Effekt der vorliegenden Erfindung verstärkt. Eine MTF-Kurve des herkömmlichen Verfahrens wird von Bezugszeichen B dargestellt.
Fig. 82 ist ein Fall, in dem die Breite der teilweise ringförmigen Lichtquelle verändert wird. Wenn die Breite verringert wird, kann der Effekt der vorliegenden Erfindung verstärkt werden. Wenn die Breite/Stärke verringert wird, wird der Effekt der vorliegenden Erfindung jedoch verringert. Wenn 2 d 0,3 oder größer ist, kann man den Effekt der vorliegenden Erfindung wie im Vergleich mit den entsprechenden 2 d-ringförmigen Lichtquellen von Fig. 78 erhalten.
Die MTF-Werte werden auf fast 0,7 im Bereich der normalisierten Raumwellenzahl von 0,5 bis 1,5 in Figuren 81 und 82 gesetzt, wenn die Transmittanz für eine k = 0- Komponente, die durch ein Filter passiert, gleich 0,35 und die Transmittanz für andere Komponenten gleich 1 gewählt wird, und die Transmissionskoeffizienten wie folgt definiert sind:
J(k;0) = 0,35
J(-k;0) = 0,35
J(0;0) = 0,35 x 0,35
J(k;k) = 1
J(-k;k) = 1
J(k;-k) = 0
Das Ersetzen von A&sub0; = 1/2 und A&sub1; = 1/4 in Gleichung (20) liefert einen MTF-Wert von ungefähr 0,7. Wenn die Transmittanz von 0,35 als t definiert ist und man die Transmittanz t für dM/dt = 0 in Gleichung (20) erhält, ist die Transmittanz t zum Erhalten eines maximalen Auflösungsvermögens als t = (Wurzel 2)/4 = 0,35 gegeben. Zu der Zeit erhält man MTF = (Wurzel 2)/2 0,7.
Figuren 83 und 84 zeigen Berechnungsergebnisse von L(#) unter den Figuren 81 und 82 entsprechenden Bedingungen. Wenn der MTF-Wert 0,7 oder weniger ist, wird er von der ringförmigen Lichtquelle stabilisiert. Man kann ein höheres Auflösungsvermögen als im herkömmlichen Fall erhalten. Dieses Ergebnis ergibt den minimalen Wert dieses optischen Systems. Die Auflösungsvermögen von L&S- Strukturen, parallel zu X- und Y-Achsen und um Winkel außer 45º geneigt, werden von einer zwischen die MTF- Kurven von Figuren 74 und 82, die Bedingungen entsprechend der MTF-Kurve dieses Ergebnisses aufweisen, fallenden Kurve dargestellt.
Die meisten LSI-Strukturen werden im allgemeinen von zueinander senkrechten Linienstrukturen und rechteckigen Strukturen gebildet. Schräge Strukturen werden als einige LSI-Strukturen verwendet, um eine Raumarbeit hoher Effektivität durchzuführen. In diesem Fall sind die Anforderungen an Dimensionsgenauigkeit und Auflösung der schrägen Strukturen im allgemeinen weniger streng als die für zueinander senkrechte Strukturen. Bei der praktischen LSI-Strukturbildung stellt sich kein Problem.
In dieser Ausführungsform sind vier identische, teilweise ringförmige Lichtquellen in zur optischen Achse symmetrischen Positionen angeordnet. Die beiden folgenden Verfahren stehen als ein Mittel zum Erhalten dieser teilweise ringförmigen Lichtquelle zur Verfügung, um den gleichen Effekt zu erhalten:
1. Ein für die ringförmige Lichtquelle in der Ausführungsform der Figuren 41(a) bäs 45(b) vorgeschlagenes Verfahren, um eine teilweise ringförmige Lichtquelle unter Verwendung eines Linsensystems oder einer optischen Faser zu erhalten; und
2. Ein Verfahren, eine Apertur mit einer einer teilweise ringförmigen Lichtquelle entsprechenden Apertur direkt hinter einer sekundären Quellenebene in einer herkömmlichen Lichtquelle mlt einem Kohärenzfaktor = 1 anzubringen.
Wie oben beschrieben wurde, kann in der in Figuren 80 bis 84 gezeigten Ausführungsform im Vergleich zu einem optischen Projektionsbelichtungssystem unter Verwendung einer ringförmigen Lichtquelle das Auflösungsvermögen der zueinander senkrechten L&S-Strukturen erhöht werden, und die MTF-Kurve kann als eine Funktion der Raumwellenzahl steil werden. Daher wird ein optisches Projektionsbelichtungssystem (Lithographie) mit großen Prozeßräumen bei dimensionaler Genauigkeit und Reproduzierbarkeit vorgesehen.
Wenn das optische Projektionsbelichtungssystems mit der oben beschriebenen Anorndung verwendet wird, kann man bei allgemeiner LSI-Strukturbildung, die hohes Auflösungsvermögen in den zueinander senkrechten Strukturen erfordert, Mikrostrukturen erhalten. Die Integrationsdichte kann stark erhöht werden, und das die Wirkungsweise der Einrichtung kann ebenfalls stark verbessert werden.
Zurück unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nochmals ein Verfahren schräg einfallender Beleuchtung untersucht. Bei schräg einfallender Beleuchtung zum Beleuchten einer Maske 11 aus einer schrägen Richtung mit Beleuchtungslicht, das in einem Winkel entsprechend der numerischen Apertur des optischen Projektionssystems geneigt ist, können Wellenzahlkomponenten einer Maskenstruktur M bis zu 2k&sub1; ein optisches Projektionslinsensystem A passieren, um ein Auflösungsvermogen zu erhalten, das ungefähr zweimal so groß ist wie im herkömmlichen Fall, wie oben beschrieben wurde. Es sei angenommen, daß eine Maskenstruktur (Licht direkt, nachdem es durch die Maske getreten ist) als eine eindimensionale, durch von 1+coskx definierte Gitterstruktur gegeben ist. Die gebeugten Strahlen bestehen aus drei Komponenten (I&sub0;, I&sbplus;&sub1; und I&submin;&sub1;), d.h. die gebeugten Strahlen nullter, (+1). und (-1). Ordnung. Das Verhältnis der Amplituden dieser gebeugten Strahlen ist als 2 : 1: 1 gegeben (alle Komponenten werden bei dem herkömmlichen Verfahren aus Fig. 17 verwendet, um eine Maskenstruktur als ihre Abbildung zu reproduzieren). Bei dem optischen Projektionsbelichtungsverfahren unter Verwendung schräg einfallender Beleuchtung nach Fig. 1 kann man, weil nur zwei Komponenten (I&sub0; und I&sbplus;&sub1;), d.h. die gebeugten Strahlen nullter und plus erster Ordnung verwendet werden, ein höheres Auflösungsvermögen erreichen, aber der Kontrast wird verringert. Bei der obigen Ausführungsform wird das Verfahren, ein Filter zur Verringerung des gebeugten Strahls nullter Ordnung an der Aperturblende der optischen Projektionslinse anzubringen, beispielhaft dargestellt.
Bei diesem optischen Projektionsbelichtungsverfahren werden jedoch verschiedene Aberrationen zur Zeit der Anordnung des optischen Projektionslinsensystems minimiert, und das Linsensystem wird mit extrem hoher Genauigkeit hergestellt und eingestellt. Die Genauigkeit und die Anordnung eines an der Blendenapertur angeordneten Filters sind nicht zufriedenstellend, und man kann nicht oft eine erwünschte Auflösungscharakteristikverbesserung erwarten.
Um dieses Problem zu lösen, ist in der folgenden Ausführungsform die Anordnung einer Maske so verändert, daß die gebeugte Komponente nullter Ordnung der gebeugten Strahlen relativ zu 1/2 gewählt ist, um eine gute Balance mit dem gebeugten Strahl erster Ordnung zu erhalten, ohne das Blendenfilter zu verwenden. Zusätzlich kann man sowohl einen hohen Kontrast wie auch ein hohes Auflösungsvermögen erhalten, ohne das optische Projektionslinsensystem zu modifizieren.
Ein opaker Bereich einer Maske wird positiv aufgrund der Tatsache verwendet, daß die Lichtintensität jeder Ordnung der gebeugten Strahlen proportional zur Größenordnung jeder durch Fourier-Entwicklung der Maskenstruktur erhaltenen Komponente ist. Das heißt, bei einer herkömmlichen Anordnung ist der opake Bereich, durch den kein Licht tritt, halbtransparent, um seine Transmittanz einzustellen. Gleichzeitig wählt mau den Phasenunterschied zwischen dem opaken Bereich und dem transparenten Bereich gleich 180º, um den opaken Bereich als negative Intensität (Amplitudenintensität) zu verwenden, wodurch der Wert der Komponente nullter Ordnung (DC-Komponente) angepaßt wird.
Da der opake Bereich der Maske halbtransparent ist, um seine Transmittanz in Übereinstimmung mit physikalischen Eigenschaften wie der Strukturbreite zu setzen, und da gleichzeitig dem durch den halb-transparenten opaken Bereich und den Masken transparenten Bereich passierenden Licht der Phasenunterschied von 180º erteilt wird, können bei dieser Anordnung der Kontrast und das Auflösungsvermögen ohne Verwendung des Aperturfilters erhöht werden.
Die obige Anordnung wird detailliert mit Bezug auf Figuren 85(a) bis 86 beschrieben. Unter Bezugnahme auf Fig. 85(a) bezeichnen Bezugszeichen 181 ein transparentes Maskensubstrat; 182 ein Maskenelement, das einen halbtransparenten opaken Bereich mit einer vorbestimmten Struktur auf einer Oberfläche des Maskensubstrats 181 bildet; und 183 einen transparenten Bereich der Maske, wobei alle zusammen eine Maske 184 ausmachen. Das Maskenelement 182 weist eine Stärke d auf, die durch (n-1)d = λ/2 im Hinblick auf den Brechungsindex n bei einer Wellenlänge λ des verwendeten Lichts bestimmt wird. Gleichzeitig wird das Maskenmaterial ausgewählt, um die Maskentransmittanz t zu erhalten. Unter diesen Bedingungen kann man das Amplitudenverhältnis t durch Licht, das durch den Masken-transparenten Bereich 183 tritt, und den Phasenunterschied π (180º) erhalten, und das Vorzeichen und der Wert der Amplitude können eingestellt werden.
Für ein anderes Verfahren wird eine zweilagige Struktur als Maskenelement verwendet, und die Transmittanz und der Phasenunterschied können durch diese Schichten unabhängig kontrolliert werden. Wahlweise kann der Phasenunterschied durch den Masken-transparenten Bereich (z.B. seiner Stärke) kontrolliert werden, und es kann nur die Transmittanz von dem Maskenelement kontrolliert werden.
Fig. 85(a) zeigt eine eindimensionale Gitterstruktur, in der das Verhältnis des opaken Bereichs zum transparenten Bereich der Maske 184 gleich 1:1 gewählt ist. Die zugehörige Amplitudenverteilung ist in Fig. 85(b) gezeigt. Bezugszeichen A&sub0; bezeichnet eine Datenaus-(DC)- tauschkomponente (d.h. die gebeugte Komponente nullter Ordnung); und A&sub1; bezeichnet die Amplitude der Strukturform. Die t = 0 entsprechende Transmittanz ist die die der herkömmlichen Normalmaske, so daß A&sub0; = 1/2, A&sub1; = 1/2 und A&sub0;/A&sub1; = 1 ist. In diesem Fall entspricht A&sub1; der Intensität der gebeugten Strahlen (±1). Ordnung oder höher. Wenn das Verhältnis A&sub0;/A&sub1; gleich 1/2 des herkömmlichen Wertes gewählt wird, kann man die gleichen Abbildungscharakteristika (Kontrast) wie die für das in der optischen Projektionslinsenaperturblende verwendete Filter erhalten.
Wie aus Fig. 85(b) ersichtlich ist, ist, wenn die Amplitudentransmittanz gleich t gesetzt wird, A&sub0; = (1-t)/2 und A&sub1; = (1+t)/2. Daher wird t = 1/3 von dem Ver hältnis A&sub0;/A&sub1; = 1/2 abgeleitet. Zustände gebeugter Strahlen nullter und (11). Ordnung (Strahlen (±3). Ordnung und höher sind weggelassen) sind in Fig. 85(c) gezeigt. Ist t = 1/3, so kann man ein Verhältnis von 1:1:1 erhalten. Unter Bezugnahme auf Fig. 85(c) bezeichnet Symbol I Beleuchtungslicht; I&sub0; einen gebeugten Strahl nullter Ordnung; I&sbplus;&sub1; einen gebeugten Strahl (+1). Ordnung; I&submin;&sub1; einen gebeugten Strahl (-1). Ordnung.
Fig. 86 zeigt Computersimulationsergebnisse von Veränderungen im Abbildungskontrast bei Veränderungen in Werten der Amplitudentransmittanz t. In diesem Fall wird der Kontrast von (Imax-Imin)/ (Imax+Imin) dargestellt, wobei Imax die maximale Energieintensttät und Imin die minimale Energieintensität ist. Gleichzeitig wird das Maskenbeleuchtungssystem unter den Bedingungen (NA' = 0,45 bis 0,5) für schräg einfallende Beleuchtung von Achsensymmetrie gewählt. Die numerische Apertur des optischen Projektionslinsensystems wird gleich NA 0,5 gesetzt, und die Lichtquelle ist ein i-Strahl (λ = 365 nm).
In einer Linien- und Raumstruktur (d.h. einer Strukturbreite) mit einer Größe von 0,25 µm oder mehr, die nahe der Auflösungsgrenze ist, erhält man einen maximalen Kontrast für t = 1/3. Jeder Kontrastwert für t = 1/3 fällt genau mit einem Simulationsergebnis einer Kombination eines Blendenfilters (Transmittanz von 50 % im peripheren ringförmigen Abschnitt) in einer normalen Maske und dem Schrägeinfallbeleuchtungssystem mit Achsensymmetrie zusammen. Dieses beweist die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung.
Bei der obigen Beschreibung ist das Flächenverhältnis des opaken Bereichs (halbtransparenter Bereich) zu dem transparenten Bereich der Maske gleich 1:1. Wenn dieses Verhältnis jedoch verändert wird, wird die Transmittanz t entsprechend verändert. Weil die Werte der Transmittanz t, wie in Fig. 86 gezeigt, moderate Abhängigkeit zeigen, kann man einen großen Effekt erhalten, selbst wenn der Wert der Transmittanz t in einem großen Bereich, z.B. 0,2 bis 0,6, gewählt wird. Daher kann man, wenn eine ungefähre Transmittanz t in Übereinstimmung mit den physikalischen Eigenschaften der Struktur gewählt wird, annehmen, daß man einen ausreichend großen Effekt erhält.
Bei der obigen Ausführungsform sind die Funktion und der Effekt der Maske entsprechend der vorliegenden Erfindung in Kombination mit dem Schrägeinfallbeleuchtungssystem beschrieben worden. Jedoch kann man, wenn die Maske der vorliegenden Erfindung mit einem normalen Beleuchtungssystem kombiniert wird, eine Strukturgrenze ähnlich der bei dem Phasenverschiebungsverfahren unterscheiden. Speziell können in einem Bereich von t = 0,2 oder weniger die Charakteristika des normalen Beleuchtungssystems verbessert werden.
Wenn eine Maske für eine typische Lichtquelle (z.B. einen i-Strahl, einen g-Strahl oder einen ArF- oder KrF- Excimerlaser) zur Nutzung in zukünftiger Photo-lithographie verwendet werden, kann die Maske so angeordnet wird, daß sie die beiden folgenden Bedingungen so erfüllt, daß (i) ein opaker Bereich einer Maske als halbtransparent für jede oben beschriebene Lichtquelle gesetzt wird, und seine Transmittanz in Übereinstimmung mit physikalischen Eigenschaften wie der Strukturbreite gesetzt wird, und daß gleichzeitig (II) durch den halb transparenten opaken Bereich und durch den transparenten Bereich tretende Strahlen einen Phasenunterschied von 180º aufweisen.
Weil der opake Bereich der Maske halbtransparent gewählt und seine Transmittanz eingestellt und gleichzeitig der Phasenunterschied zwischen den durch den opaken Bereich und durch den transparenten Bereich der Maske tretenden Strahlen gleich 180º gewählt wird, werden gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben worden ist ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren und eine Maske zur Verfügung gestellt, wobei die charakteristischen Eigenschaften des Schrägeinfall-beleuchtungssystems ausreichend verstärkt werden können. Aus diesem Grund können Hochgenauigkeits-Mikrostrukturen genau ausgebildet werden.
Wenn nur eine Modifikation unter Verwendung eines Maskenelements, das die Erfordernisse der vorliegenden Erfindung erfüllt, anstelle eines herkömmlichen Maskenelements (z.B. eines dünnen Chromfilms) durchgeführt wird, ist der Maskenstruktur-Herstellungsprozeß der vor liegenden Erfindung fast der herkömmliche Maskenstruktur- Herstellungsprozeß. Man kann hohe Verläßlichkeit und hohe Ausbeute sicherstellen, und die vorliegende Erfindung ist in vorteilhafter Weise für fast alle beliebigen Strukturen wirksam.

Claims

1. Ein optisches Projektionsbelichtungsverfahren einer Mikrostruktur, umfassend die Schritte des Neigens von Beleuchtungslicht zum Beleuchten einer Maske, die eine Mikrostruktur darauf aufweist, unter einem Winkel, der der numerischen Apertur einer optischen Projektionslinse entspricht, die unterhalb der Maske bezüglich der optischen Achse angeordnet ist, und das Beleuchtungslicht schräg auf die Maske einfallen zu lassen, um die Mikrostruktur auf einem Objekt, das unter der optischen Projektionslinse angeordnet ist, zu belichten.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht durch Überlagern bzw. Superposition einer Mehrzahl zueinander inkohärenter Strahlen erzielt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht durch Strahlen, die aus zwei Richtungen unter gleichem Winkel schräg einfallen, gebildet wird, und zwar bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht durch Strahlen, die aus vier Richtungen unter gleichem Winkel schräg einfallen, gebildet wird, und zwar bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Strahlen, die das Beleuchtungslicht bilden, in axialer Symmetrie bezüglich der optischen Achse unter Winkeln entsprechend der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse bezüglich der optischen Achse schräg einfallen.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht eine ringförmige Form aufweist.

7. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die optische Projektionslinse eine optische Projektionslinsenblende aufweist, deren Transmittanz wenigstens auf einem Teil justiert wird, der eine Form entsprechend einer Abbildung der Lichtquelle, die an der Blende fokussiert wird, aufweist.

8. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht, das schräg auf die Maske einfällt, durch eine optische Einrichtung (30, 36, 36a - 35d, 37, 38) gebildet wird, die an einer Lichtquellenseite der Maske angeordnet ist.

9. Ein Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die optische Einrichtung um eine Achse senkrecht zur Maske gedreht wird.

10. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das ringförmige Beleuchtungslicht so gebildet wird, daß Licht von einer Lichtquelle auf eine Eintrittsfläche mit kleinem Durchmesser einfällt, die durch Bündelung von Lichtleitfasern (58) in Form einer Ringröhre erhalten wird und aus einer Austrittsfläche davon mit großem Durchmesser austritt.

11. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt, das Beleuchtungslicht schräg auf die Maske einfallen zu lassen, die Schritte des Einfallenlassens des Lichts von einer Lichtquelle auf eine Eintrittsfläche, die durch Bündelung von Lichtleitfasern (58, 88) in Form einer Ringröhre erhalten wird, und des Beleuchtungslichts, das aus einer Austrittsfläche davon austritt, wenigstens aus einer Richtung schräg auf die Maske umfaßt.

12. Ein Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Eintrittsfläche der Lichtleitfasern einen Durchmesser aufweist, der größer als der der Austrittsfläche ist.

13. Ein Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Beleuchtungslicht so erhalten wird, daß Licht von einer Lichtquelle zu einer sekundären Quelle durch ein erstes optisches System geführt wird und Licht, das aus der sekundären Lichtquelle austritt, durch ein zweites optisches System übertragen wird.

14. Ein Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die sekundäre Quelle eine ringförmige Lichtquelle ist.

15. Ein Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das ringförmige Beleuchtungslicht so gebildet wird, daß Licht von einer Lichtquelle auf eine Eintrittsfläche einer konischen Linse (77, 65) fällt und aus der Austrittsflche derselben austritt.

16. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht, das auf die Maske fällt, innerhalb eines Winkelbereiches, der der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse (111) entspricht, variabel geneigt ist.

17. Ein Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der Winkel des Beleuchtungslichtes, das auf die Maske fällt, gemäß einem Parameter verändert wird, der aus dem Muster der Maske abgeleitet wird.

18. Ein Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Parameter wenigstens einen Faktor umfapt, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Musterform und Mustergröße besteht.

19. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Kohärenz des Maskenbeleuchtungslichtes durch Verändern eines wirksamen Bereiches der Lichtquelle (121) justiert wird.

20. Ein Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Kohärenz des Beleuchtungslichtes gemäß einem Parameter, der aus dem Muster abgeleitet wird, verändert wird.

21. Ein Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der Parameter wenigstens einen Faktor umfaßt, der aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Musterform und Mustergröße besteht.

22. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungslicht durch wenigstens eine Blende, die an einer Position außerhalb der optischen Achse angeordnet ist, schräg auf die Maske einfällt.

23. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, wenn der Radius einer Eintrittspupille mit der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse normalisiert und als 1 definiert wird, Strahlen, die an einer Aperturblende eines optischen Projektionssystems fokussiert werden, auf das das Beleuchtungslicht schräg einfällt, eine ringförmige Lichtquelle bilden, die innere und äußere Radien hat, und ein Justierfilter für die Lichtintensität riullter Ordnung, das den gleichen inneren Radius wie die Abbildung der Strahlen, die an der Aperturblende des optischen Projektionssystems fokussiert werden, und einen äußeren Radius von 1 aufweist, an der Aperturblende der optischen Projektionslinse angeordnet wird.

24. Ein Verfahren nach Anspruch 23, bei dem, wenn die inneren und äußeren Radien der ringförmigen Lichtquelle als R&sub1; bzw. R&sub2; definiert werden, der innere Radius die Bedingung R&sub1;> 0,5 erfüllt und der äußere Radius die Bedingung R&sub2;< 1 erfüllt.

25. Ein Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Justierfilter für die Lichtintensität nullter Ordnung eine Amplituden-Transmittanz T aufweist, die die Bedingung 0,2< T< 1 erfüllt.

26. Ein Verfahren nach Anspruch 23, bei dem, wenn die inneren und äußeren Radien der ringförmigen Lichtquelle als R&sub1; bzw. R&sub2; definiert werden, ein Teil des inneren Radius' R&sub1; bis zu dem äußeren Radius R&sub2; des Justierfilters für die Lichtintensität nullter Ordnung eine Amplituden-Transmittanz aufweist, die unterschiedlich zu der eines Teils von dem inneren Radius R&sub1; zu dem äußeren Durchmesser 1 ist.

27. Ein Verfahren nach Anspruch 11 bei dem das Beleuchtungslicht durch Strahlen von vier teilweise ringförmigen Lichtquellen aus vier Richtungen gebildet wird, die bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse symmetrisch bezüglich der optischen Achse sind.

28. Eine optische Projektionsbelichtungsvorrichtung einer Mikrostruktur umfassend:

eine Lichtquelle;

eine Maske, auf der die Mikrostruktur gezeichnet ist;

eine optische Projektionslinse, die unterhalb der Maske angeordnet ist;

und gekennzeichnet durch Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske mit Beleuchtungslicht, das bezüglich der optischen Achse um einen Winkel entsprechend der numerischen Apertur der Projektionslinse geneigt ist,

wobei das Beleuchtungslicht schräg auf die Maske einfällt, um die Mikrostruktur auf ein Objekt, das unter der Projektionslinse angeordnet ist, zu belichten.

29. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der das Beleuchtungslicht durch Mittel für das Überlagern bzw. die Superposition einer Mehrzahl zueinander inkohärenter Strahlen erzielt wird.

30. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Lichtquelle so ausgebildet ist, daß das Beleuchtungslicht als Strahlen, die bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse aus zwei Richtungen unter gleichen Winkelabständen schräg einfallen, vorgesehen wird.

31. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Lichtquelle so ausgebildet ist, daß das Beleuchtungslicht als Strahlen, die bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse aus vier Richtungen unter gleichen Winkelabständen schräg einfallen, vorgesehen wird.

32. Eine Vorrichtung nach Anspruch 29, bei der die Lichtquelle so ausgebildet ist, daß das Beleuchtungslicht als Strahlen, die mit axialer Symmetrie bezüglich der optischen Achse unter Winkeln entsprechend der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse bezüglich der optischen Achse schräg einfallen, vorgesehen wird.

33. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Lichtquelle so ausgebildet ist, daß das Beleuchtungslicht in einer ringförmigen Form bereitgestellt wird.

34. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die optische Projektionslinse eine optische Projektionslinsenblende aufweist, deren Transmittanz wenigstens auf einem Anteil justiert ist, der eine Form entsprechend der Abbildung der Lichtquelle, die an der Blende fokussiert ist, aufweist.

35. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die optische Projektionslinse erste und zweite Linsensysteme (12,13) und eine Aperturblende (14), die zwischen den ersten und zweiten Linsensystem (12,13) angeordnet ist, umfaßt.

36. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske eine optische Einrichtung (30, 36, 36a-35d, 37, 38) umfassen, die an einer Lichtquellenseite der Maske angeordnet ist.

37. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der die optische Einrichtung ein Gerät (30) mit einer periodischen Struktur umfaßt.

38. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der die optische Einrichtung ein Prisma (36) ist.

39. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der die optische Einrichtung eine Kombination aus einem Gerät mit einer periodischen Struktur und einem Prisma (37) umfaßt.

40. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der die optische Einrichtung ein Gerät (38), das periodische Muster aufweist, umfaßt, die jeweils auf beiden Oberflächen eines Substrates ausgebildet sind.

41. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, weiterhin umfassend einen Optikeinrichtung-Befestigungs- / Lösungsmechanismus zum Halten der optischen Einrichtung auf einer Lichtquellenseite der Maske und zum Befestigen/Lösen der optischen Einrichtung an/von der Maske.

42. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, bei der die optische Einrichtung (44) integral mit der Maske ausgebildet ist.

43. Eine Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der die Maske einen opaken Bereich und einen transparenten Bereich aufweist, wobei der opake Bereich semi-transparent ist, eine auf der Basis einer Musterform eingestellte Transmittanz bzw. Lichtdurchlässigkeit hat und eine Struktur derart aufweist, daß Licht, das den opaken Bereich durchläuft, eine Phasendifferenz einer halben Wellenlänge des Lichtes aufweist, das den transparenten Bereich durchläuft.

44. Eine Vorrichtung nach Anspruch 36, die Mittel zum Rotieren der optischen Einrichtung um eine zu der Maske senkrechte Achse umfaßt.

45. Eine Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske ein Bündel Lichtleitfasern (58) umfassen, die in Form einer Ringröhre gebündelt sind und eine Eintrittsfläche mit kleinem Durchmesser und eine Austrittsfläche mit gropem Durchmesser haben, so daß Licht von der Lichtquelle, um das Beleuchtungslicht zu bilden, auf die Eintrittsfläche mit kleinem Durchmesser des Bündels Lichtleitfasern fällt und aus der Austrittsfläche mit großem Durchmesser davon austritt.

46. Eine Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske Mittel zum Führen des Lichtes von einer Lichtquelle zu einer sekundären Quelle durch ein erstes optisches System und Mittel zum Übertragen von Licht von der sekundären Quelle durch ein zweites optisches System als Beleuchtungslicht umfassen.

47. Eine Vorrichtung nach Anspruch 46, bei der die sekundäre Quelle eine ringförmige Lichtquelle ist.

48. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske Lichtleitfasern (58,88), die eine Eintrittsfläche zum Aufnehmen von Licht von der Lichtquelle und eine Austrittsfläche, um das Beleuchtungslicht austreten zu lassen, umfassen, wobei das aus der Austrittsfläche austretende Beleuchtungslicht von wenigstens einer Richtung schräg auf die Maske einfällt.

49. Eine Vorrichtung nach Anspruch 48, bei der die Eintrittsfläche der Lichtleitfasern einen Durchmesser aufweist, der gröper als der der Austrittsfläche ist.

50. Eine Vorrichtung nach Anspruch 48, bei der das Beleuchtungslicht so erhalten wird, daß Licht von einer Lichtquelle zu einer sekundären Quelle durch ein erstes optisches System geführt und Licht, das aus der sekundären Lichtquelle austritt, durch ein zweites optisches System übertragen wird.

51. Eine Vorrichtung nach Anspruch 50, bei der die sekundäre Quelle eine ringförmige Lichtquelle ist.

52. Eine Vorrichtung nach Anspruch 50, bei der das zweite optische System eine konvexe Linse und eine konkave Linse (78, 79; 89, 90) umfaßt.

53. Eine Vorrichtung nach Anspruch 48, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske eine konische Linse (77, 65) umfassen, die eine Eintrittfläche zum Aufnehmen von Licht von einer Lichtquelle und eine Austrittsfläche, um das Beleuchtungslicht austreten zu lassen, aufweist.

54. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske Mittel (111) für ein variables Neigen des auf die Maske einfallenden Beleuchtungslichtes innerhalb eines Bereiches von Winkeln entsprechend der numerischen Apertur der optischen Projektionslinse umfassen.

55. Eine Vorrichtung nach Anspruch 54, bei der die Mittel für ein variables Neigen des Beleuchtungslichtes den Winkel des auf die Maske fallenden Beleuchtungslichtes gemäß einem Parameter verändern, der aus den Muster der Maske abgeleitet wird.

56. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske weiterhin Mittel zum Justieren der Kohärenz des die Maske beleuchtenden Lichtes durch Veränderung der wirksamen Oberfläche der Lichtquelle umfassen.

57. Eine Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der die Mittel zum Justieren der Kohärenz des Beleuchtungslichtes die Kohärenz des Beleuchtungslichtes gemäß einem Parameter, der aus dem Muster auf der Maske abgeleitet wird, verändern.

58. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske wenigstens eine Blende (132,135) umfassen, die an einer Position außerhalb der optischen Achse angeordnet ist, so daß das Beleuchtungslicht durch diese Blende schräg auf die Maske einfällt.

59. Eine Vorrichtung nach Anspruch 58, bei der die Blende zwei Blendenöffnungen (132,135) umfaßt, die gleiche Form und Mitten entsprechend zur optischen Achse symmetrischen Punkten aufweisen.

60. Eine Vorrichtung nach Anspruch 58, bei der die Blende unmittelbar hinter der zweiten Lichtquelle angeordnet ist.

61. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske so angeordnet sind, daß ein Filter (143), das so ausgebildet ist, daß ein peripherer Teil einer einer Abbildung einer Lichtquelle eines Beleuchtungssystems entsprechenden Blendenöffnung eine Amplituden-Transmittanz von 0,2 bis 0,6 hat und ein zentraler Teil der Blendenöffnung eine Amplituden-Transmittanz von 1 hat, an einer Aperturblende eines optischen Projektionssystems, auf das das Beleuchtungslicht schräg einfällt, angeordnet ist.

62. Eine Vorrichtung nach Anspruch 61, bei der das Beleuchtungssystem und das Filter so angeordnet sind, daß die gesamte Abbildung der Lichtquelle, die an der Aperturblende fokussiert wird, einem Bereich entspricht, in dem der periphere Teil des Filters, der an der Position der Aperturblende angeordnet ist, eine Transmittanz von 0,2 bis 0,6 aufweist.

63. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der, wenn der Radius einer Eintrittspupille mit der numerischen Apertur der Projektionslinse normalisiert und als 1 definiert ist, die Lichtquelle, deren Strahlen an einer Aperturblende eines optischen Projektionssystem fokussiert werden, in das das Beleuchtungslicht schräg einfällt, eine ringförmige Lichtquelle mit inneren und äuperen Radien ist, und die Mittel zum schrägen Beleuchten der Mikrostruktur auf der Maske so angeordnet sind, daß ein Justierfilter für die Lichtintensität nullter Ordnung, das den gleichen inneren Radius wie die Abbildung der Strahlen, die an der Aperturblende des optischen Projektionssystems fokussiert werden, und einen äußeren Radius von 1 aufweist, an der Aperturblende des optischen Projektionssystems angeordnet ist.

64. Eine Vorrichtung nach Anspruch 63, bei der, wenn die inneren und äußeren Radien der ringförmigen Lichtquelle als R&sub1; bzw. R&sub2; definiert sind, der innere Radius die Bedingung R&sub1;> 0,5 und der äußere Radius die Bedingung R&sub2;≤1 erfüllt.

65. Eine Vorrichtung nach Anspruch 63, bei der das Justierfilter für die Lichtintensität nullter Ordnung eine Amplituden-Transmittanz T aufweist, die die Bedingung 0,2< T< 1 erfüllt.

66. Eine Vorrichtung nach Anspruch 63, bei der, wenn die inneren und äußeren Radien der ringförmigen Lichtquelle als R&sub1; bzw. R&sub2; definiert sind, ein Teil von dem inneren Radius R&sub1; bis zu dem äußeren Radius R&sub2; des Justierfilters für die Lichtintensität nullter Ordnung eine Amplituden-Transmittanz aufweist, die unterschiedlich zu der eines Teils von dem inneren Radius R&sub1; zu dem äußeren Durchmesser von 1 ist.

67. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Lichtquelle so ausgebildet ist, daß das Beleuchtungslicht durch Strahlen von vier teilweise ringförmigen Lichtquellen aus vier Richtungen gebildet ist, die bei Betrachtung in einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse symmetrisch bezüglich der optischen Achse sind.

68. Eine Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Maske ein Maskensubstrat umfaßt, das einen opaken Bereich mit einem vorbestimmten Muster auf einer Oberfläche des Maskensubstrates aufweist, wobei der opake Bereich semitransparent ist, eine auf der Basis einer Musterform eingestellte Transmittanz bzw. Lichtdurchlässigkeit hat und eine Struktur derart aufweist, daß Licht, das den opaken Bereich durchläuft, eine Phasendifferenz einer halben wellenlänge des Lichtes aufweist, das den transparenten Bereich durchläuft.