DE69413348T2

DE69413348T2 - Musterprojektionsverfahren

Info

Publication number: DE69413348T2
Application number: DE69413348T
Authority: DE
Inventors: Tohru C/O Sony Corporation Shinagawa-Ku Tokyo Ogawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2014-10-26
Also published as: NL1000201A1; JPH07122478A; NL1000201C2; DE69413348D1; US5627625A; EP0651291B1; BE1009529A3; EP0651291A1

Description

Musterprojektionsverfahren

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Musterprojektionsverfahren, das für das Projizieren eines feinen Schaltkreismusters einer Halbleitereinrichtung auf einen Wafer geeignet ist, und insbesondere auf ein Verfahren zum Vermeiden der Verschlechterung der Schärfentiefe abhängig von dem Muster und der Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung.
Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist der 16 MDRAM auf der Basis einer Entwurfsdimension auf einem Niveau von einem halben Mikron (0,5 um) bereits in eine Massenproduktionslinie eingetreten. In der Forschung bei Halbleiterbauelementen wurde die Prozessierung des für den 64 MDRAM benötigten sub-Halbmikron-Niveaus (bis zu 0,35 um) und des für den 256 MDRAM benötigten Viertelmikron-Niveaus (0,25 um) untersucht. Die Auflösung einer Belichtungseinrichtung, insbesondere einer für die Photolithographie verwendeten Belichtungseinrichtung mit reduzierter Projektion (bezeichnet als Stepper), bestimmt die Möglichkeit der Forschung an und der Entwicklung und Massenproduktion des Halbleiterbauelements.
Üblicherweise wurde die Auflösung in der Photolithographie durch Verkürzung der Belichtungswellenlänge und Erhöhung der numerischen Apertur einer Projektionslinse des Steppers verbessert. Diese Verbesserung wird aus der Beziehung deutlich, die durch die folgende Gleichung I gezeigt ist, die als Rayleigh's Formel bekannt ist:
R = k&sub1; · λ / NA ... Gleichung I
worin R die Auflösung, k&sub1; den Prozeßkoeffizienten, λ die Belichtungswellenlänge und NA die numerische Apertur der Projektionslinse des Steppers bezeichnen.
Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements sind die Auflösung (R) und die Schärfentiefe (DOF) auch aus dem folgenden Grund wichtige Parameter. Da die Waferoberfläche, auf welche ein Muster zu projizieren ist, Unregelmäßigkeiten aufweist, die darin durch Verbie gung des Musters oder des Wafers erzeugt werden, kann der Photoresist-Beschichtungsfilm nicht auf derselben einzelnen Brennebene bei jeder Position in der Waferoberfläche oder in demselben Chip belichtet werden. Die Schärfentiefe (DOF) wird durch die folgende Gleichung II ausgedrückt:
DOF = k&sub2; · λ / (NA)² ... Gleichung II
worin k&sub2; den Prozeßkoeffizienten bezeichnet.
Eine Schärfentiefe (DOF) von annähernd 1,5 um wird bei der Massenproduktion bevorzugt.
Aus der obigen Gleichung II wird entnommen, daß die Auflösung (R) auf bis zu 0,35 um begrenzt ist, um eine DOF von 1,5 um unter Verwendung eines KrF-Exzimerlasers mit einer Wellenlänge λ = 248 nm zu erzielen. Anders ausgedrückt, stehen die geforderte Auflösung und Schärfentiefe in einem gegenläufigen Verhältnis zueinander. Es ist daher extrem schwierig, eine Linienbreite aufzulösen, die feiner ist als 0,35 um, und gleichzeitig eine Schärfentiefe von nicht weniger als 1,5 um zu erzielen.
Daher wurde kürzlich der Versuch unternommen, die obige Schwierigkeit durch Verbessern des optischen Systems des Steppers zu eliminieren. Für die Verbesserung des optischen Systems wird eine bekannte Technik verwendet, in welcher die Abdunkelung des Zentrums einer effektiven Lichtquellenebene oder einer dazu zugeordneten Pupillenebene der Projektionslinse ein Über- oder Superauflösungsphänomen verursacht, welches den Kontrast eines Bildes verbessert. Diese Technik ist in einem teilweise kohärenten Bildformungssystem wie dem Stepper wirksam.
Eine Technik, um das Überauflösungsphänomen zu erzeugen, ist ein schräges Beleuchtungsverfahren oder ein modifiziertes Beleuchtungsverfahren. In diesem Verfahren wird ein Filter auf eine Fliegenaugenlinse montiert, die zwischen einer Belichtungslichtquelle und einer Maske in dem optischen Steppersystem positioniert ist, so daß die Maske schräg beleuchtet wird.
In dem schrägen Beleuchtungsverfahren ist die Belichtungsstrahlung schräg einfallend auf die Maske und versetzt von der optischen Achse. Der einfallende Lichtstrahl wird aufgeteilt in einen 0-dimensionalen abgebeugten Lichtstrahl, welcher durch -ein Cr-Muster auf der Maske nicht abgebeugt wurde und sich auf geradem Wege ausgebreitet hat, einen ±1- dimensionalen abgebeugten Lichtstrahl, der durch das Cr-Muster abgebeugt wurde, und einen ± n-dimensionalen abgebeugten Lichtstrahl höherer Dimension oder Ordnung. Wenn die Belichtungslichtstrahlung auf die Maske aus solch einem Winkel gerichtet wird, daß der 0-dimensionale abgebeugte Lichtstrahl durch die äußere Peripherie der Eintrittspupille tritt, fallen Lichtkomponenten auf einer Seite eines abgebeugten Lichtstrahls, der symmetrisch um den 0-dimensionalen abgebeugten Lichtstrahl erzeugt wird, auf die reduzierte Projektionslinse ein. Mit dem konventionellen Verfahren kann, da der 0-dimensionale abgebeugte Lichtstrahl vertikal in der Richtung der optischen Achse einfallend ist, nur der abgebeugte Lichtstrahl mit einem Beugungswinkel von bis zu cx auf die reduzierte Projektionslinse auftreffen. Im Gegensatz dazu kann mit dem schrägen Beleuchtungsverfahren der abgebeugte Lichtstrahl mit einem Beugungswinkel von bis zu etwa 2α, allerdings auf einer Seite des 0- dimensionalen abgebeugten Lichtstrahls auf der reduzierten Projektionslinse auftreffen. Somit wird der Abstand der Interferenzringe verkleinert, so daß die kritische Auflösung verbessert werden kann.
Unterdessen verursacht in dem konventionellen Belichtungsverfahren für die vertikale Beleuchtung der Maske die Abweichung des Wafers entlang der optischen Achse von der Brennebene, das heißt die Defokussierung eine optische Pfaddifferenz in dem ± 1 - dimensionalen Lichtstrahl und begrenzt somit die Schärfentiefe. In dem schrägen Beleuchtungsverfahren können jedoch, falls der Winkel der schrägen Beleuchtung, das heißt der Winkel des Einfalls des 0-dimensionalen abgebeugten Lichtstrahls als Antwort auf den Abstand des Cr-Musters optimiert wird, die durch die Mittellinie der reduzierten Projektionslinse mit dem 0-dimensionalen Lichtstrahl und dem ± 1 - dimensionalen Lichtstrahl jeweils gebildeten Winkel gleich gemacht werden. Somit kann die optische Pfaddifferenz eliminiert werden. Da der 0-dimensionale Lichtstrahl und der ± 1 - dimensionale Lichtstrahl konstant mit derselben Phase auf dem Wafer interferieren können, nimmt die Schärfentiefe zu und ein zufriedenstellender Bildformungsstatus kann auch in dem Fall der Defokussierung aufrechterhalten werden.
Ein in der Richtung entlang der longitudinalen Richtung eines zyklischen Musters einfallender Lichtstrahl verbessert jedoch die Auflösung des zyklischen Musters nicht. Somit wird, um die Abhängigkeit von der Richtung des Musters zu reduzieren, die effektive Lichtquelle in eine kreisförmige Zonenform geformt oder in zwei Teile (linkes und rechtes Teil) oder in vier Teile (obere linke und rechte, und untere linke und rechte Teile) unterteilt.
Die Unterteilung in vier Teile verbessert die Auflösung durch Zerschneiden des vertikalen auftreffenden Lichtstrahls in Linien und Räume in eine bestimmte Richtung. Zum Beispiel ist ein Verfahren zum Kontrollieren der Form der effektiven Lichtquelle unter Verwendung eines Vierlochfilters 10, der eine Gesamtheit von vier kreisförmigen Aperturen 2 aufweist, die jeweils in den ersten bis vierten Quadranten einer Scheibe 1 positioniert sind, wie gezeigt in Fig. 1, in der EP-A-0 500 393 offenbart.
Wie oben beschrieben, ist das schräge Beleuchtungsverfahren erwähnenswert, als es in der Lage ist, die kritische Auflösung und die Schärfentiefe im Vergleich zu dem konventionellen Verfahren zu verbessern, obwohl es das konventionelle Fadenkreuz oder Strichmarke verwendet. Es weist jedoch Probleme auf, die für den praktischen Gebrauch gelöst werden müssen.
Da der auf der Fliegenaugenlinse montierte Filter Licht filtert, ist die Ausleuchtung auf der Waferoberfläche herabgesetzt. Diese Herabsetzung der Ausleuchtung kann die Erzeugung einer dimensionalen Änderungsdifferenz innerhalb der Waferoberfläche oder eine erhebliche Reduktion im Durchsatz verursachen, wenn ein chemisches Verstärkungsresistmaterial in der Exzimerlaserlithographie verwendet wird, für welche ein höchst sensitiver Photoresist noch nicht entwickelt worden ist.
Die Fliegenaugenlinse ist ursprünglich ein optisches Teil für das Durchlassen von Licht von einer einzelnen Belichtungslichtquelle durch eine große Anzahl von darin enthaltenen Einheitslinsen, um die einzelne Belichtungslichtquelle praktisch in eine große Anzahl von Punktlichtquellen zu transformieren, um so die Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung auf der Maske durch die Integration der durch die individuellen Einheitslinsen transmittierten Lichtstrahlen zu eliminieren. Folglich wird, falls der Filter auf der Fliegenaugenlinse montiert ist, die Anzahl der Linsen, die dazu dienen, die Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung zu eliminieren, reduziert, und die Unregelmäßigkeit steigt notwendigerweise an. Zusätzlich erhöht die kleine Apertur des Filters den Naheffekt.
Ferner ist das schräge Beleuchtungsverfahren für ein isoliertes Muster wie ein Endmuster von Wiederholungsmustern oder ein Kontaktloch unwirksam, während es für Wiederholungsmuster aus Linien und Räumen, die ein Bild durch Interferenz formen, wirksam ist. Daher ist es für die Vorwegnahme dimensionaler Änderungen notwendig, das Muster zu der Zeit der Gestaltung der Maske derart zu modifizieren, daß es mal größer, mal kleiner ist. Bei der Produktion des Bauelements unter Einsatz der Entwurfsdimension von nicht mehr als 0,35 um ist die Modifikation extrem klein in der Größe und legt der Maskengestaltung und -produktion durchaus eine große Menge an Belastung auf.
Die EP-A-0 526 242 beschreibt ein Bildprojektionsverfahren, bei welchem ein Phasenschieberfadenkreuz oder -strichmarke vom Kantenwirkungstyp mit einer Lichtquelle beleuchtet wird, welche an der Pupille eine effektive Lichtquelle formt, die an ihrem peripheren Abschnitt eine höhere Intensität aufweist als an ihrem zentralen Abschnitt. In einer Ausführungsform wird an vier peripheren Abschnitten eine höhere Lichtintensität als an dem Zentrum der Pupille und auf den x- und y-Achsen bereitgestellt.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Musterprojektionsverfahren bereitzustellen, welches in der Lage ist, den Naheffekt und die Verschlechterung und Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung zu reduzieren, ohne der Maskengestaltung Belastungen aufzuerlegen und welches ebenso in der Lage ist, die Abhängigkeit der Schärfentiefe von dem Muster zu eliminieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Musterprojektionsverfahren mit den Merkmalen des beigefügten Anspruchs 1 geschaffen.
Im einzelnen wird, um die obige Lichtintensitätsverteilung zu erzielen, ein Verfahren der Unterteilung der Belichtungsstrahlung in Einheitsstrahlen derselben Anzahl wie die der Regionen mit der maximalen Lichtintensität und der Überlagerung der Kanten der benachbarten Einheitsstrahlen eingesetzt. An diesem Punkt kann, falls mindestens eine der Dimension einer kürzeren Seite des Einheitsstrahls und der Betrag der Überlagerung der Einheitstrahlen geändert wird, die Lichtintensitätsverteilung geändert werden. Es ist besonders bevorzugt, die vorbestimmte Lichtintensität in der zentralen Region innerhalb eines Bereiches von 20 bis 50% der maximalen Lichtintensität zu kontrollieren.
Um jede Region der Maskenoberfläche gleichmäßig zu bestrahlen, ist es bevorzugt, die mehreren Regionen mit der maximalen Lichtintensität in Rotationssymmetrie zu der zentralen Region der Pupille bereitzustellen.
Die Anzahl der Einheitsstrahlen wird typischerweise auf 4 eingestellt.
Die Lichtintensitätsverteilung der in dem Musterprojektionsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten effektiven Lichtquelle unterscheidet sich meistenteils darin von der des konventionellen schrägen Beleuchtungsverfahrens, daß die zentrale Region die vorbestimmte Lichtintensität aufweist, während die die maximale Lichtintensität aufweisenden mehreren Regionen in den peripheren Regionen vorgesehen sind. Anders ausgedrückt, kann abhängig von dem von der Region mit der maximalen Lichtintensität bereitgestellten Beleuchtungslicht die Schärfentiefe für ein Wiederholungsmuster auf ein Ausmaß gesteigert werden, das äquivalent oder höher als das des konventionellen schrägen Beleuchtungsverfahrens ist. Ebenso kann abhängig von dem von der zentralen Region mit der vorbestimmten Lichtintensität bereitgestellten Beleuchtungslicht die Verschlechterung der Schärfentiefe in einem Endmuster eines isolierten Musters oder des Wiederholungsmusters verhindert werden. Somit kann die Abhängigkeit der Schärfentiefe von dem Muster reduziert werden.
Da ein Abschirmungsfilter nicht verwendet wird, ist die Anzahl der Einheitslinsen der zur Beleuchtung dienenden Fliegenaugenlinse nicht reduziert. Folglich können die Verminderung und die Ungleichförmigkeit der Ausleuchtung oder der Naheffekt signifikant begrenzt werden.
Wenn die oben beschriebene Lichtintensitätsverteilung durch Überlagerung der Kanten der durch Unterteilung der Belichtungsstrahlung geformten mehreren Einheitsstrahlen erzielt wird, werden die mehreren Regionen mit der maximalen Lichtintensität in einem überlagerten Abschnitt der zwei Einheitsstrahlen geformt und die die mehreren Regionen verbindende Region wird in der Nähe des Zentrums von jedem Einheitsstrahl geformt Die vorbestimmte Lichtintensität in der zentralen Region wird durch Zusammensetzen der Streu- oder Verlustlichtstrahlung von den Einheitsstrahlen erzielt.
Folglich ändert sich, falls mindestens eine der Dimension der kürzeren Seite des Einheitsstrahls und des Betrages der Überlagerung geändert wird, das Flächenverhältnis von jeder Region, so daß die Lichtintensitätsverteilung der effektiven Lichtquelle geändert werden kann.
Eine exzessiv hohe Lichtintensität in der zentralen Region erhöht die vertikal auftreffende Komponente des 0-dimensionalen Lichtes und verursacht die Verschlechterung der Auflösung und der Schärfentiefe. Somit ist die Beleuchtung in dieser Projektion mehr wie eine normale Beleuchtung. Im Gegensatz dazu bewirkt eine exzessiv niedrige Lichtintensität, daß die Beleuchtung mehr wie die konventionelle schräge Beleuchtung wird, bei welcher die Verschlechterung der und ein Anstieg in der Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung und ein Anstieg in dem Naheffekt verursacht werden können. Die Lichtintensität in der in der vor liegenden Erfindung beschriebenen zentralen Region wird in ihrem optimalen Bereich durch Simulation gefunden. In diesem optimalen Bereich kann zufriedenstellende Auflösung, welche weniger abhängig von dem Muster ist, erzielt werden.
Da unterdessen der Resistbeschichtungsfilm mit Licht mit der schräggestellten optischen Achse in dem schrägen Beleuchtungsverfahren bestrahlt wird, bewirkt die Beleuchtung in einer Richtung, daß das Bild in einer Position ist, die in der Richtung der Tiefe verschoben ist. Indem jedoch die Regionen mit der maximalen Lichtintensität in Rotationssymmetrie zu der zentralen Region bereitgestellt sind, kann die Verschiebung oder Abweichung korrigiert werden. Wenn mit der auf 4 eingestellten Anzahl der Einheitsstrahlen die Regionen mit der maximalen Lichtintensität in Positionen bereitgestellt werden, die die Spitzen eines Quadrats bedecken, wird ein Bild durch Lichtstrahlen in vier Richtungen zusammengesetzt, um so ein vertikales Muster zu formen.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines in einer konventionellen normalen Beleuchtung verwendeten Vierlochfilters.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines optischen Systems eines KrF- Exzimerlasersteppers.
Fig. 3A bis 3C sind Draufsichten zur Erläuterung der Unterteilung eines Laserstrahls und der Re-Superposition oder erneuten Überlagerung der unterteilten Laserstrahlen in der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4A und 4B sind Ansichten zur Erläuterung eines Beispiels der Lichtintensitätsverteilung einer effektiven Lichtquelle in der vorliegenden Erfindung. Fig. 4A ist eine zweidimensionale Karte davon. Fig. 4B ist eine dreidimensionale Karte davon.
Fig. 5 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Elementseparationsmusters auf einer Maske in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist ein Graph zur Darstellung der Auflösung in einem Fall, in welchem das Elementseparationsmuster der Fig. 5 unter Verwendung der vorliegenden Erfindung projiziert wird.
Fig. 7 ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Schaltkreismusters auf einer Maske unter Verwendung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist ein Graph zur Darstellung der Auflösung in einem Fall, in welchem das Elementseparationsmuster der Fig. 5 durch normale Beleuchtung projiziert wird.
Fig. 9 ist ein Graph zur Darstellung der Auflösung in einem Fall, in welchem das Elementseparationsmuster der Fig. 5 durch schräge Beleuchtung unter Verwendung eines Vierlochfilters projiziert wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Detail unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein KrF-Exzimerlaserstrahl in vier rechteckförmige Einheitsstrahlen durch einen Strahlteiler aufgeteilt. Die vier Einheitsstrahlen werden erneut überlagert, um eine effektive Lichtquelle zu formen, die in der Lage ist, eine Intensität von 30 bis 50% der maximalen Lichtintensität in der zentralen Region einer Pupille zu erzielen. Durch Verwendung der resultierenden effektiven Lichtquelle wird ein 0,35 um breites Muster aus Linie und Raum projiziert. Dann wird die Auflösung in diesem Fall untersucht.
Zuerst wird ein optisches System eines in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten KrF-Exzimerlasersteppers unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.
Das optische System führt einen von einer KrF-Exzimerlasereinheit 11 emittierten Laserstrahl durch eine Ausgangskontrolleinrichtung 12, ein optisches Strahlformungssystem 13, ein optisches Verschiebungssystem 14 und ein optisches Zuführungssystem 15 zu einer Strahlteilereinheit 16. Die Strahlteilereinheit 16 teilt den Laserstrahl in vier Einheitsstrahlen B1 bis B4 unter Verwendung einer nicht dargestellten Zylinderlinse auf. Nachdem die vier Einheitsstrahlen B1 bis B4 durch eine Prismeneinheit 17 erneut überlagert wurden, wird der überlagerte Laserstrahl sequentiell durch eine Zwischenlinse 18, eine Fliegenaugenlinse 19 zur Erzeugung gleichförmiger Ausleuchtung, eine Zwischenlinse 20, einen Halbspiegel HM zum Abteilen eines Teils des überlagerten Laserstrahls zu einem Bestrahlungsstärkesensor 21, eine Maskierungsblende 22, eine Zwischenlinse 23 und eine Kondenserlinse 24 hin durchgeführt, um eine Maske 25 zu beleuchten. Der transmittierte Strahl der Maske 25 trifft auf die Pupille einer reduzierten Projektionslinse 26 auf, um so ein Muster auf einen Wafer 27 zu projizieren. Der optische Pfad des Laserstrahls in diesem optischen System wird durch Spiegel M1 bis M5 umgelegt, die in bevorzugten Positionen angeordnet sind, um die Abmessungen der Vorrichtung zu reduzieren.
In diesem optischen System ist die Oberfläche der Fliegenaugenlinse 19, das heißt die effektive Lichtquellenebene der reduzierten Projektionslinse 26 zugeordnet. Die Oberfläche der Maske 25 ist der Oberfläche des Wafers 27 zugeordnet. Das heißt, ein fouriertransformiertes Abbild auf der Maskenoberfläche wird auf der Pupillenebene geformt und das invers transformierte Abbild davon wird auf der Waferoberfläche geformt.
Die Operation des Teilens des Laserstrahls in vier Einheitsstrahlen durch die Strahlteilereinheit 16 und die erneute Überlagerung der geteilten Strahlen durch die Prismeneinheit 17 wurde konventionellerweise eingesetzt, um die Tupfen- oder Maserbildung ("speckles") zu verhindern. Die Re-Superpositions-Operation stellt eine optische Pfaddifferenz bereit, die nicht kleiner als die Kohärenzlänge ist, um so die Kohärenz des Laserstrahls zu reduzieren. In der konventionellen Operation kann jedoch, da die in vier Richtungen aufgeteilten Einheitsstrahlen überlagert werden, ohne daß Abstände zwischen ihnen bestehen, die gleichförmige Lichtintensitätsverteilung der effektiven Lichtquelle bereitgestellt werden.
Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung die eigentümliche Lichtintensitätsverteilung auf dem Fliegenauge durch Kontrollieren der Überlagerung der geteilten Einheitsstrahlen erzeugt. Das Überlagerungsverfahren wird unter Bezugnahme auf die Fig. 3A bis 3C erläutert.
Fig. 3A zeigt die Anordnung der vier rechteckförmigen Einheitsstrahlen B1 bis B4, die durch eine innerhalb der Strahlteilereinheit 16 angeordneten Zylinderlinse geformt werden. Die Dimension W der kürzeren Seite von jedem Strahl kann in Übereinstimmung mit der Krümmung der Zylinderlinse geändert werden. Der Abstand D zwischen den Strahlen kann durch Kontrollieren der Position der keilförmigen Prismeneinheit 17 auf der nachfolgenden Stufe geändert werden.
Fig. 3B zeigt einen Zustand, in welchem die vier Einheitsstrahlen B1 bis B4 überlagert werden, so daß Kanten der Einheitsstrahlen innerhalb der effektiven Lichtquellenebene der Fliegenaugenlinse 19 überlagert werden. In diesem Zustand werden Regionen M maximaler Lichtintensität, in welchen zwei Einheitsstrahlen überlagert werden, an vier Ecken des Quadrats bereitgestellt und Regionen, die die maximalen Intensitätsregionen M verbinden, haben eine vorbestimmte Lichtintensität als Antwort auf die ursprüngliche Lichtintensität der Einheitsstrahlen B1 bis B4 und den Betrag der Überlagerung. Zusätzlich als die Charakteristiken der Lichtintensitätsverteilung in der vorliegenden Erfindung wird eine vorbestimmte Lichtintensität, die niedriger als die maximale Intensität ist, aufgrund von Licht, das aus Verlust- oder Streustrahlung von den Einheitsstrahlen B1 bis B4 kommt, in einer zentralen Region C bereitgestellt, welche nicht direkt mit dem Strahl beleuchtet wird.
Als eine Modifikation davon können die Einheitsstrahlen B1 bis B4 auch solcherart überlagert werden, daß ihre Kanten sich geringfügig übereinander erstrecken, wie gezeigt in Fig. 3C. Somit kann das Verhältnis der die effektive Lichtquellenebene 19a bedeckenden Flächen der maximalen Intensitätsregionen M zu der zentralen Region C geeignet geändert werden.
Die Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel, in welchem der Betrag der Strahlüberlagerung durch Simulation optimiert wird. Fig. 4A ist eine Karte, in welcher Abschnitte, die dieselbe Lichtintensität aufweisen, durch Linien zusammengefaßt sind. Der jeder Linie hinzugefügte numerische Wert drückt den Anteil oder die Rate der Lichtintensität zu der durch 1.0 ausgedrückten maximalen Lichtintensität der maximalen Lichtintensitätsregionen M aus. Fig. 4B zeigt die oben beschriebene Karte in der dreidimensionalen Weise.
Somit deuten die Fig. 4A und 4B an, daß die Lichtintensitätsverteilung der effektiven Lichtquelle erzielt werden kann, die einem Fall nahekommt, in welchem das Vierlochfilter 10 verwendet wird, wie gezeigt in Fig. 1, obwohl ein solches Filter in der vorliegenden Erfindung nicht verwendet wird.
Durch Verwendung der effektiven Lichtquelle mit der in den Fig. 4A und 4B gezeigten Lichtintensitätsverteilung wird ein 0,35 um breites Muster aus Linie und Raum projiziert und die Auflösung in diesem Fall wird untersucht.
Das in diesem Fall verwendete Muster weist eine 5-Steg-Karte, in welcher 5 Linien, von denen jede eine Breite von 0,35 um aufweist, regelmäßig vertikal und schräg bei einem Winkel von ± 45º mit Intervallen von 0,35 um voneinander angeordnet sind, und isolierte vertikale und schräge 0,35 um breite Muster auf.
Die Schärfentiefe des zentralen Musters der vertikalen 5-Steg-Karte, die Schärfentiefe der zentralen und Endmuster der vertikalen und schrägen 5-Steg-Karte, die Schärfentiefe der vertikalen und schrägen isolierten Muster und die gemeinsame Tiefe werden untersucht. Die gemeinsame Tiefe, welche die allen Mustern gemeinsame Schärfentiefe ist, repräsentiert einen signifikanten Wert in der Produktion des aktuellen Bauelements, in welchem Muster mit vielfältigen Formen, Dichten und Orientierungen gemischt vorhanden sind.
Die Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt, in welcher die Resultate der normalen Beleuchtung, der schrägen Beleuchtung mit einem Vierlochfilter und der zonalen Beleuchtung ebenso zum Vergleich dargestellt sind. Tabelle 1
Die konventionellen Beleuchtungsverfahren werden zuerst untersucht. Mit der schrägen Beleuchtung und der zonalen Beleuchtung ist die Schärfentiefe des zentralen Musters der 5- Steg-Karte viel besser als die Schärfentiefe mit der normalen Beleuchtung. Die schräge Beleuchtung und die zonale Beleuchtung sind jedoch für die Verbesserung der alle Muster umfassenden gemeinsamen Tiefe wegen des unteren Naheffekts und des unteren Effekts für das isolierte Muster unwirksam.
Im Gegensatz dazu kann in der vorliegenden Ausführungsform eine Verbesserung in der Schärfentiefe der 5-Steg-Karte auf eine gleiche oder größere als die Schärfentiefe mit der zonalen Beleuchtung erzielt werden. Zusätzlich wird, da die Verbesserung ebenso in dem isolierten Muster beobachtet wird, die gemeinsame Tiefe um annähernd 38% im Vergleich zu der gemeinsamen Tiefe mit der normalen Beleuchtung verbessert. Der Grund hierfür ist, daß die zentrale Region der effektiven Lichtquelle ebenso einen gewissen Grad an Lichtintensität aufweist.
Dann werden die Ausleuchtung und die Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung untersucht. Die Resultate sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
In Tabelle 2 sind die durch Verwendung der Werte der normalen Beleuchtung standardisierten Ausleuchtungswerte ebenso in Klammern dargestellt. Wie gezeigt in Tabelle 2, verursachen die schräge Beleuchtung und die zonale Beleuchtung eine Reduktion in der Ausleuchtung um annähernd 30% und eine Verschlechterung der Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung um nicht weniger als 5% im Vergleich zu der normalen Beleuchtung. Eine solche Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung verursacht eine große Unregelmäßigkeit in der Linienbreite angesichts der relativ niedrigen Sensitivität des vorliegenden Photoresistmaterials.
Im Gegensatz dazu wird die Ausleuchtung in der vorliegenden Ausführungsform nur um etwa 10% herabgesetzt im Vergleich zu der Ausleuchtung mit der normalen Beleuchtung und die Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung wird auf einem Niveau aufrechterhalten, das äquivalent zu dem der normalen Beleuchtung ist.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung der in den Fig. 4A und 4B gezeigten effektiven Lichtquelle eine Elementseparationsmuster eines tatsächlichen Halbleiterbauelements auf der Basis der Entwurfsdimension von 0,28 um projiziert. Die Auflösung in diesem Fall wird untersucht.
Fig. 5 zeigt das Elementseparationsmuster. Dieses Elementseparationsmuster ist ein Muster zum Definieren einer Oxidationsregion in dem LOCOS-Verfahren innerhalb einer Speicher zelle 30 eines SRAM. Die schattierten Bereiche repräsentieren Linien von Cr- Abschirmungsfilmen auf einer Maske 25 entsprechend der Elementseparationsregion, während die weißen (lichttransmittierenden) Bereiche Räume oder Zwischenräume repräsentieren.
Um die Wirkung des Naheffekts aufgrund der Dichte des Musters aufzufinden, werden eine Zellenmittellinie LC, ein Zellenmittelraum SC und eine Zellenendlinie LE markiert und Änderungen in der kritischen Dimension in einem Fall, in dem die fokale Position geändert wird, werden gemessen. Die Resultate sind in Fig. 6 gezeigt. In diesem Fall wird ein erlaubter Bereich von Änderungen in der kritischen Dimension definiert, um einen maximalen Wert der Linienbreite auf der Photoresistoberfläche als obere Grenze zu haben und um einen um 0,056 um reduzierten Wert entsprechend ±10% der Entwurfsdimension von 0,28 um als untere Grenze zu haben. Der Bereich der fokalen Position (das heißt die Tiefe von der Resistoberfläche), der in der Lage ist, den erlaubten Bereich zu erzielen, wird als die Schärfentiefe DOF gefunden.
Im Vergleich sind die Meßergebnisse mit der normalen Beleuchtung und solche mit der schrägen Beleuchtung unter Verwendung eines Vierlochfilters jeweils in den Fig. 8 und 9 dargestellt.
Die Schärfentiefe DOF in der vorliegenden Ausführungsform beträgt 1,18 um und die DOF mit der normalen Beleuchtung beträgt 0,94 um, während die DOF mit der schrägen Beleuchtung 1,02 um beträgt. Kurz gesagt, wird die Schärfentiefe DOF in der vorliegenden Ausführungsform um etwa 26% im Vergleich zu dem Fall der normalen Beleuchtung verbessert.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird unter Verwendung der in den Fig. 4A und 4B gezeigten effektiven Lichtquelle ein Schaltkreismuster eines tatsächlichen Halbleiterbauelements auf der Basis der Entwurfsdimension von 0,28 um projiziert. Die Auflösung in diesem Fall wird untersucht.
Fig. 7 zeigt das Schaltkreismuster. Die schattierten Bereiche repräsentieren Linien L1, L2 von Cr-Abschirmungsfilmen auf der Maske 15 entsprechend dem Schaltkreismuster und der weiße (lichttransmittierende) Bereich repräsentiert einen Raum oder Zwischenraum. Unter Verwendung dieses Schaltkreismusters wird eine Messung ähnlich der der zweiten Ausführungsform durchgeführt. Im Vergleich wird die Messung mit der normalen Beleuchtung und der schrägen Beleuchtung unter Verwendung des Vierlochfilters ebenso durchgeführt.
Die Schärfentiefe DOF in der vorliegenden Ausführungsform beträgt 1,50 um und die DOF mit der normalen Beleuchtung beträgt 0,90 um, während die DOF mit der schrägen Beleuchtung 1,15 um beträgt. Kurz gesagt, wird die Schärfentiefe in der vorliegenden Ausführungsform um etwa 60% im Vergleich zu der mit der normalen Beleuchtung verbessert. Die resultierende Schärfentiefe ist auf einem zufriedenstellenden Niveau für die Massenproduktion.
Die vorliegende Erfindung ist auf der Basis der obigen drei Ausführungsformen beschrieben worden. Dies ist jedoch so zu verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese drei Ausführungsformen beschränkt ist und daß die Anzahl und Form von maximalen Lichtintensitätsregionen, der Typ und die Entwurfsdimensionen der Projektionsmuster oder numerische Werte der Lichtintensität und der Belichtungswellenlänge geeignet geändert werden können.
Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, kann in der vorliegenden Erfindung die Abhängigkeit der Auflösung von dem Muster, die unzureichende Ausleuchtung und die Unregelmäßigkeit in der Ausleuchtung in der konventionellen schrägen Beleuchtung verbessert werden. Die Verbesserung legt der Gestaltung und Herstellung der Maske keine Belastung auf und ist kostenmäßig extrem vorteilhaft.
Somit leistet die vorliegende Erfindung einen bedeutenden Beitrag für die Herstellung von Halbleiterbauelementen von großer Integration ("large-scale integration") und hoher Leistungsfähigkeit, die auf der Basis von feinen Entwurfsdimensionen gestaltet wurden.

Claims

1. Musterprojektionsverfahren umfassend den Verfahrensschritt

Belichten einer Maske (25), welche ein darin geformtes feines Muster aufweist, mit einer Belichtungsstrahlung und Veranlassen des durch die Maske (25) hindurchgetretenen Lichtes, auf eine Eintritts- oder Pupillenöffnung eines optischen Projektionssystems (26) aufzutreffen, um ein Bild des feinen Musters auf ein Substrat (27) zu projizieren,

wobei in dem Belichtungsschritt eine effektive Lichtquelle verwendet wird, welche in der Lage ist, eine solche Lichtintensitätsverteilung zu erzielen, durch die eine vorbestimmte Lichtintensität in einer zentralen Region (C) der Eintrittsöffnung, eine maximale Lichtintensität in mehreren peripheren Regionen (M) um die zentrale Region und eine Lichtintensität, die niedriger als die maximale Lichtintensität ist, in einer die mehreren peripheren Regionen (M) verbindenden Region bereitgestellt wird, wobei

die Lichtintensitätsverteilung dadurch erzielt wird, daß die Belichtungsstrahlung in mehrere periphere Einheitsstrahlen (B1 - B4) der gleichen Anzahl wie die Anzahl der mehreren peripheren Regionen (M) unterteilt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

Randbereiche benachbarter Einheitsstrahlen (B1 - B4) überlagert werden.

2. Musterprojektionsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Lichtintensitätsverteilung dadurch eingestellt wird, daß mindestens eine der Längen (W) einer kürzeren Seite der Einheitsstrahlen (B1 - B4) und das Ausmaß der Überlagerung der Einheitsstrahlen (B1 - B4) verändert wird.

3. Musterprojektionsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die vorbestimmte Lichtintensität in der zentralen Region (C) der Eintrittsöffnung innerhalb eines Bereiches von 20 bis 50% der maximalen Lichtintensität eingestellt wird.

4. Musterprojektionsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die mehreren peripheren Regionen (M), welche die maximale Lichtintensität aufweisen, in Rotationssymmetrie zu der zentralen Region (C) der Eintrittsöffnung angeordnet werden.

5. Musterprojektionsverfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Anzahl der Einheitsstrahlen (B1 - B4) auf 4 eingestellt wird.