JP2694707B2 - 投影露光方法及び投影露光装置 - Google Patents

投影露光方法及び投影露光装置

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JP2694707B2
JP2694707B2 JP17781691A JP17781691A JP2694707B2 JP 2694707 B2 JP2694707 B2 JP 2694707B2 JP 17781691 A JP17781691 A JP 17781691A JP 17781691 A JP17781691 A JP 17781691A JP 2694707 B2 JP2694707 B2 JP 2694707B2
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良亘 竹内
一彦 小松
恵美 為近
勝征 原田
義昭 三村
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、LSI等の微細パタン
を投影光学系を用いて基板上に形成するときの微細パタ
ン形成方法いわゆる投影露光方法およびそれに用いるマ
スク(レチクル)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、LSI等の微細パタンを形成
するための投影露光装置には高い解像力が要求されてい
る。そのため、最近の投影露光装置の投影レンズ系は、
光の波長から決まる理論限界に近い解像度を有してい
る。それにもかかわらず、さらに微細なパタンを形成す
ることが要求されている。それに答えるための方法とし
て、位相シフト法が知られている。この位相シフト法で
は従来法の約2倍の解像度の向上が図れるが、適用でき
るパタンが限定される。マスクの製作が複雑で信頼性や
歩留りの低下の原因になるなどの欠点を有していた。
【0003】これに対し、同一出願人にて既に提案した
「微細パタン投影露光方法」では、マスクを照明する光
線に対し、投影レンズの開口数に対応した傾きを光軸に
対し付与したマスク照明系を用いることによって、従来
のマスクを用いても位相シフト法と同程度の高解像性を
実現できることを明らかにした。
【0004】その原理を図3に示す。図3(a)に示す従
来法では、照射光Iはマスク11にほぼ垂直に入射す
る。そして、マスクパタン12の波数(空間周波数)に
応じた回折光を生じて、その回折光が投影レンズ系13
の入射瞳(アパーチャ)14を通過して基板つまりウエ
ハ上に像を生じる。このとき、用いる光の波数k0(波
数の逆数)に対し、k1=k0sinα(ただしsin
α:投影レンズの開口数)で与えられる波数k1が投影
レンズ系13を通過できる最大波数を与え、解像限界を
与える。
【0005】これに対し、図3(b)に示す如く投影レン
ズ系の開口数に対応させて斜め方向からマスク11を照
射する斜入射法では、マスクパタン12の波数成分の2
1までが投影レンズ系13を通過できるようになり、
従来の約2倍の解像性が得られるようになる。詳しくは
先の同一出願人に係る上記「微細パタン投影露光方法」
を参照されたい。なお、図3中I′はマスク11を斜め
方向から照射するために投影レンズ系の開口数に対応し
た角度の傾きが光軸zに対し付与される照射光であり、
0とI+1,I-1はマスクパタンの波数に応じた0次と
+1次,−1次の回折光をそれぞれ示している。
【0006】ここで説明のため、マスクパタン(マスク
通過直後の光)が1+coskxで与えられるような1
次元格子パタンを考える。その時、回折光は0次と+1
次,−1次の3つの成分からなり(I0,I+1
-1)、その振幅の比は2:1:1となる。図3(a)の
従来方法ではその全部を利用して、マスクパタンを像と
して再現する。
【0007】しかし、図3(b)の斜入射法を用いた投影
露光方法では0次と+1次の2つの成分(I0,I+1
のみしか利用しないので、高解像性が得られる反面、像
のコントラストが低下する。上記の「微細パタン投影露
光方法」では、これを解決するために、投影レンズの開
口絞り部に0次光成分を1/2にするようなフィルタを
設ける方法を提案している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな投影露光方法においては、投影レンズ系の設計では
種々の収差を極限まで低下するようにし、きわめて高精
度に製造され、調整されているので、開口絞り部に設け
るフィルタの精度や構成が十分ではない場合は、期待さ
れる解像特性の向上が十分には実現できないこともあり
うるという欠点がある。
【0009】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、上記の開口部フィルタを用いる必要
がなく、コントラスト及び解像性が十分な投影露光方法
およびそれに用いるマスクを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、マスクの構成を変えることにより、回折
光の0次成分を相対的に1/2となるようにし、1次回
折光とのバランスを、開口部フィルタを用いることなく
達成し、さらに高コントラストと高解像性とを投影レン
ズ系を変更することなく、両立させるようにしたことを
最も主要な特徴とする。
【0011】ここで、回折光の各次数の光強度はマスク
パタンをフーリエ展開したときの各成分の大きさに比例
することに着目し、マスクの遮光部を視点を変えて積極
的に利用するようにしたものである。すなわち、従来で
は光を通さない遮光部を半透明にし、その透過率を調整
すると同時に、マスクの透明部との位相差が180°と
なるようにすることにより、負の強度(振幅強度)とし
て利用して、0次成分(直流成分)の値を調整するよに
している。
【0012】
【作用】このように本発明によると、マスクの遮光部を
半透明にし、その透過率をパタン幅などの性状によって
設定するとともに、半透明遮光部とマスク透明部を通る
光に180°の位相差をもたせることにより、開口部フ
ィルタを用いることなく、コントラスト,解像性を向上
させることができる。
【0013】
【実施例】本発明の投影露光方法に用いられるマスクの
構造と作用を図1に示す。ここで、図1(a)において1
は透明性のマスク基板、2はこのマスク基板1の一方の
面に所定パタンを有して形成された半透明の遮光部を構
成するマスク材、3はマスクの透明部であり、これらに
よりマスク4を構成している。マスク材2としては、用
いる光の波長λでの屈折率nに対して(n−1)d=λ
/2で決まる厚さdを用い、それと同時に、その時の透
過率がtとなるような材料を選べば、マスクの透明部3
の光と位相差π(180°)で振幅比tとすることがで
き、振幅の符号と値を調整することができる。他の方法
としては、マスク材として2層構造を用いて、透過率と
位相差を独立にそれぞれの層で制御してもよい。また、
位相差はマスク透明部(厚さなど)で制御し、透過率の
みをマスク材で調整してもよい。
【0014】図1(a)ではマスク4の遮光部と透明部の
比が1:1の1次元格子パタンの例が示されており、そ
のときの振幅分布が図1(b)に示されている。A0は直流
成分(0次成分)、A1はパタン形状の振幅を表してい
る。透過率t=0は従来の通常マスクの場合に対応し、
0=1/2、A1=1/2であり、A0/A1=1となっ
ている。A1は正と負の1次以上の回折光強度に対応す
る。そこで、A0/A1を従来値の1/2に設定すれば、
投影レンズ開口絞りに用いるフィルタと同等の結像特性
(コントラスト)が得られるようになる。
【0015】図1(b)からわかるように、振幅透過率を
tとすると、A0=(1−t)/2,A1=(1+t)/
2であるので、A0/A1=1/2の関係によりt=1/
3が得られる。回折光の0次,±1次への配分の変化の
様子(2次以上は省略)を図1(c)に示す。t=1/3
で、1:1:1が実現される。なお、図1(c)中Iは照
射光、I0は0次の回折光、I+1は+1次の回折光、I
-1は−1次の回折光をそれぞれ示している。
【0016】図2は、振幅透過率tの値を変化させたと
きの結像のコントラストの変化に関しての計算機シミュ
レーション結果を示す。ただし、このコントラストは最
大エネルギー強度をImax、最小エネルギー強度をImin
としたとき、(Imax−Imin)/(Imax+Imin)で表
される。この時のマスク照明系は軸対称の斜め照射(N
A′=0.45〜0.5)の条件であり、投影レンズ系
の開口数NA=0.5、光源はi線(λ=365nm)
としている。
【0017】これまでの説明に対応して、解像限界に近
い0.25μm以上のラインアンドスペース(パタン
幅)では、t=1/3で最大コントラストが得られてい
る。また、t=1/3のときのコントラストの各値は、
通常マスクでの開口部フィルタ(周辺円環部の透過率5
0%)と軸対称斜入射照明系との組合わせのシミュレー
ション結果に極めて良く一致しており、本発明における
考え方の正しさを裏付けている。
【0018】以上では本発明によるマスクの遮光部(半
透明)と透明部の面積比が1:1の場合を説明したが、
その比が変化した場合は、それに応じて透過率tを調整
すればよい。しかし、図2に示すように、透過率tの値
にはゆるやかな依存性を示すので、例えばt=0.2〜
0.6の範囲で大雑把にtの値を選んだとしてもかなり
大きな効果が得られる。このため、パタン性状に応じて
大まかなtの値を設定すれば、十分な効果が得られると
考えられる。
【0019】以上の実施例では本発明によるマスクを斜
入射照明系との組合わせについて作用,効果を説明した
が、通常の照明系と組合わせた場合は、位相シフト法と
類似のパタン境界部をシャープにする効果があり、特に
t=0.2以下の領域では通常照明系での特性改善効果
が得られる。
【0020】なお、今後、光リソグラフィーで使われそ
うな代表的な光源(i線やg線,あるいはArF,Kr
Fエキシマー等)に対して用いるときは、各光に対し、
(i)マスクの遮光部が半透明で、その透過率がパタン幅
などの性状によって設定され、かつ(ii)半透明遮光部と
透明部を通った光が180°の位相差をもつ、2つの要
件を満たすようにマスクを構成することもできる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、マ
スクの遮光部を半透明にし、その透過率を調整するとと
もに、マスクの透過部との位相差が180°となるよう
にすることにより、投影レンズ系の変更なしに、斜入射
照明系の特長を十分に発揮できるような投影露光方法お
よびマスクを提供できる。このため、微細,高精度なパ
タンを確実に形成することができる。また、マスク製作
に際し、従来のマスク材(クロム薄膜など)のかわりに
本発明の要件を満たすマスク材を用いるだけの変更で、
従来のマスクパタン製造工程とほぼ同様のため、信頼性
や歩留りも十分に確保でき、また、ほとんど任意のパタ
ンに対して有効であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の投影露光方法に用いるマスクの
概略図、(b)はそのマスクの振幅分布を示す図、(c)は同
じくそのマスクの回折光の0次,±1次への配分の変化
の様子を従来例と対比して示す説明図である。
【図2】本実施例のマスクの振幅透過率に対する結像の
コントラストの変化に関する計算機シミュレーション結
果を示す図である。
【図3】(a)は従来の照射法の説明図、(b)は同一出願人
にて提案しているマスクを斜め方向から照射する斜め入
射法の説明図である。
【符号の説明】
1 マスク基板 2 マスク材(半透明遮光部) 3 マスクの透明部 4 マスク
フロントページの続き (72)発明者 為近 恵美 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 原田 勝征 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 三村 義昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−162039(JP,A) 特開 平4−136854(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスク基板と、該マスク基板の一方の面
    に所定パタンを有して形成された遮光部を構成するマス
    ク材からなり、前記マスクの遮光部は半透明であって、
    その透過率がパタン性状に基いて設定され、かつその遮
    光部分の通過光がマスクの透明部の通過光と半波長の位
    相差をもつようにしたマスクを用い、該マスクを照明す
    る光線に対して、投影光学系の開口数に対応した角度の
    傾きを光軸に対し与えることにより、その斜め方向から
    前記マスクを照射することを特徴とする投影露光方法。
  2. 【請求項2】 マスク基板と、該マスク基板の一方の面
    に所定パタンを有して形成された遮光部を構成するマス
    ク材からなり、前記マスクの遮光部は半透明であって、
    その透過率がパタン性状に基いて設定され、かつその遮
    光部分の通過光がマスクの透明部の通過光と半波長の位
    相差をもつようにしたマスクと、投影光学系の開口数に
    対応した角度だけ光軸を傾けて前記マスクを斜め方向か
    ら照射する手段とを有することを特徴とする投影露光装
    置。
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DE69215942T DE69215942T2 (de) 1991-04-05 1992-03-24 Verfahren und System zur optischen Projetkionsbelichtung
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KR1019920005715A KR970004682B1 (ko) 1991-04-05 1992-04-06 투영노광방법 및 그 사용시스템

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