JP3123548B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents
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Description
装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基板上を露
光する露光方法及び露光装置に関する。本発明の露光方
法及び露光装置は、例えば、IC、LSI等の半導体チ
ップ、液晶パネル等の表示素子、磁気へッド等の検出素
子、CCD等の撮像素子といった各種デバイスの製造に
用いられる。
のデバイスをフォトリソグラフイー技術を用いて製造す
る時には、フォトマスク又はレチクル等(以下、「マス
ク」と記す。)の回路パターンを投影光学系によってフ
ォトレジスト等が塗布されたシリコンウエハ又はガラス
プレート等(以下、「ウエハ」と記す。)の感光基板上
に投影し、そこに転写する(露光する)投影露光方法及
び投影露光装置が使用されている。
ハに転写するパターンの微細化即ち高解像度化とウエハ
における1チップの大面積化とが要求されており、従っ
てウエハに対する微細加工技術の中心を成す上記投影露
光方法及び投影露光装置においても、現在、0.5μm
以下の寸法(線幅)の像を広範囲に形成するべく、解像
度と露光面積の向上が計られている。
す。図18中、191は遠紫外線露光用光源であるエキ
シマレーザ、192は照明光学系、193は照明光、1
94はマスク、195はマスク194から出て光学系1
96に入射する物体側露光光、196は縮小投影光学系
(光学系)、197は光学系196から出て基板198
に入射する像側露光光、198は感光基板であるウエ
ハ、199は感光基板を保持する基板ステージを、示
す。
光は、引き回し光学系によって照明光学系192に導光
され、照明光学系192により所定の光強度分布、配光
分布、開き角(開口数NA)等を持つ照明光193とな
るように調整され、マスク194を照明する。
る微細パターンを投影光学系196の投影倍率の逆数倍
(例えば2倍や4倍や5倍)した寸法のパターンがクロ
ム等によって石英基板上に形成されており、照明光19
3はマスク194の微細パターンによって透過回折さ
れ、物体側露光光195となる。投影光学系196は、
物体側露光光195を、マスク194の微細パターンを
上記投影倍率で且つ充分小さな収差でウエハ198上に
結像する像側露光光197に変換する。像側露光光19
7は図18の下部の拡大図に示されるように、所定の開
口数NA(=sinθ)でウエハ198上に収束し,ウエ
ハ198上に微細パターンの像を結ぶ。基板ステージ1
99は、ウエハ198の互いに異なる複数の領域(ショ
ット領域:1個又は複数のチップとなる領域)に順次微
細パターンを形成する場合に、投影光学系の像平面に沿
ってステップ移動することによりウエハ198の投影光
学系196に対する位置を変える。
レーザを光源とする投影露光装置は,0.15μm以下
のパターンを形成することが困難である。
長に起因する光学的な解像度と焦点深度との間のトレー
ドオフによる解像度の限界がある。投影露光装置による
解像パターンの解像度Rと焦点深度DOFは,次の
(1)式と(2)式の如きレーリーの式によって表され
る。
さを表す像側の開口数、k1、k2はウエハ198の現像
プロセス特性等によって決まる定数であり,通常0.5
〜0.7程度の値である。
小さい値とする高解像度化には開口数NAを大さくする
「高NA化」があるが、実際の露光では投影光学系19
6の焦点深度DOFをある程度以上の値にする必要があ
るため、高NA化をある程度以上進めることは不可能と
なることと、高解像度化には結局露光波長λを小さくす
る「短波長化」が必要となることとが分かる。
題が発生する。この間題とは投影光学系196のレンズ
の硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透
過率は遠紫外線領域では0に近く、特別な製造方法を用
いて露光装置用(露光波長約248nm)に製造された
硝材として溶融石英が現存するが,この溶融石英の透過
率も波長193nm以下の露光波長に対しては急激に低
下するし,0.15μm以下の微細パターンに対応する
露光波長150nm以下の領域では実用的な硝材の開発
は非常に困難である。また遠紫外線領域で使用される硝
材は、透過率以外にも、耐久性,屈折率均一性,光学的
歪み,加工性等の複数条件を満たす必要があり、この事
から、実用的な硝材の存在が危ぶまれている。
光装置では、ウエハ198に0.15μm以下のパター
ンを形成する為には150nm程度以下まで露光波長の
短波長化が必要であるのに対し、この波長領域では実用
的な硝材が存在しないので、ウエハ198に0.15μ
m以下のパターンを形成することができなかった。
露光によって微細パターンを形成する技術を開示してお
り、2光束干渉露光によれば、ウエハに0.15μm以
下のパターンを形成することができる。
明する。2光束干渉露光は、レーザ151からの可干渉
性を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラー
152によって2光束に分割し、2光束を夫々平面ミラ
ー153によって反射することにより2個のレーザ光
(可干渉性平行光線束)を0より大きく90度未満のあ
る角度を成して交差させることにより交差部分に干渉縞
を形成し、この干渉縞(の光強度分布)によってウエハ
154を露光して感光させることで干渉縞の光強度分布
に応じた微細な周期パターンをウエハに形成するもので
ある。
いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態でウエハ面で交差
する場合、この2光束干渉露光における解像度Rは次の
(3)式で表される。
々の幅即ち干渉縞の明部と暗部の夫々の幅を、θは2光
束の夫々の像面に対する入射角度(絶対値)を表し、N
A=sinθである。
(1)式と2光束干渉露光における解像度の式である
(3)式とを比較すると、2光束干渉露光の解像度Rは
(1)式においてk1=0.25とした場合に相当する
から、2光束干渉露光ではk1=0.5〜0.7である
通常の投影露光の解像度より2倍以上の解像度を得るこ
とが可能である。
えばλ=0.248nm(krFエキシマ)でNA=
0.6の時は、R=0.10μmが得られる。
渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布(露光量分布)
に相当する単純な縞パターンしか得られないので、回路
パターンをウエハに形成することができない。
は、2光束干渉露光によって単純な縞パターン(周期パ
ターン)即ち2値的な露光量分布をウエハ(のレジス
ト)に与えた後、ウエハを現像することなく露光装置の
分解能の範囲内の大きさのある開口が形成されたマスク
を用いて通常リソグラフィー(露光)を行なって更に別
の2値的な露光量分布をウエハに与えることにより、孤
立の線(パターン)を得ることを提案している。
公報の露光方法も、2光束干渉露光より複雑な所望の形
状の回路パターンを得ることができなかった。
光束干渉露光と通常露光の2つの露光法を組み合わせる
ことは開示しているが、このような組み合せを達成する
露光装置を具体的に示してはいない。
像は行なわないで周期パターンと通常パターンを順次露
光、あるいは数回露光を繰り返している。
れる。コヒーレントな光の2光束を干渉させて得られる
干渉縞は原理的には焦点深度が無限大であるが、実際に
は装置上の問題から部分的コヒーレントの光によって2
光束を干渉させるため、焦点深度は有限なものとなる。
れる投影露光装置は近来の高NA化により焦点深度が非
常に狭くなっている。又、通常露光において、マスク
(レチクル)が限界解像以下の微小な大きさのパターン
を含むと焦点深度はますます狭くなってくる。
焦点深度のひろい周期パターン露光を多重露光すること
によって、解像度以下の微小パターンが解像される。
度が少ないために、多重露光することによって得られる
合成パターン像は、周期パターン露光の深度より、少な
い深度しか得られない。つまり、従来の多重露光では位
相シフト法によって得られる周期パターン露光の深度を
十分に生かしていないのが問題であった。
を行なわないで、通常露光をベストフォーカス位置及び
それから+側にデフォーカスして露光し、その後、反対
方向の−側にデフォーカスして露光することによって焦
点深度を広くする方法がある。
122号公報に提案されている。
回の露光を行う多重露光方法は、特開平2−24470
8号公報で開示されている。
露光装置に関しては、特開平4−277612号公報で
その方法が開示されている。
し、瞳フィルターを用いて、二重焦点とするような公知
の方法を用いても良く、二重焦点が得られるようなら
ば、どのような方法を用いても良い。
重露光のみでは、k1≦0.5の限界解像以下のパター
ンを解像するのは難しく、また、多重露光によるデフォ
ーカス像の平均化のためにコントラストが低減し、レジ
ストの解像が可能なコントラストレベルに達しないため
に解像されないという問題点もある。
周期パターンの露光と例えばデバイスパターンを露光す
る通常の露光の2つの露光を含む多重露光より複雑な形
状のパターンを感光材料に露光することが可能な露光方
法及び装置を提供することにある。
以下の部分を備える回路パターンを得ることが可能な露
光方法及び露光装置を提供することにある。
法は感光体を2光束の干渉に基づく周期パターンで露光
する第1段階と前記感光体を投影光学系を用いて前記周
期パターンとは異なるパターンで露光する第2段階とを
含み、前記第1段階の露光における深度が前記第2段階
の露光における深度よりも大きい多重露光を行う露光方
法において、前記第1段階は、前記周期パターンのフォ
ーカス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸
方向の位置を一つに設定して露光を行ない、前記第2段
階は、前記周期パターンとは異なるパターンのフォーカ
ス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向
の位置を前記第1段階の露光における深度の範囲内で複
数設定して各位置で露光を行なうことを特徴とする露光
方法としている。
前記周期パターンは多数個の微細線を含んでおり、前記
第2段階で露光するパターンはマスクの回路パターンの
像であり、前記多数個の微細線の一部と前記回路パター
ンの像の一部分とを、前記感光体の同じ位置に、それぞ
れの露光量合計が前記感光体のしきい値を越えるように
露光することを特徴とすることを特徴とする請求項1の
露光方法としている。
前記回路パターンの像の他の部分の露光量が前記感光体
のしきい値を越えるように露光することを特徴とする請
求項2の露光方法としている。
前記回路パターンの像の前記一部分は前記回路パターン
のうちの最小線幅を有する部位を含むことを特徴とする
請求項2の露光方法としている。
前記周期パターンの前記微細線の線幅は前記回路パター
ンの前記最小線幅を有する部位の線幅に前記投影光学系
の投影倍率を乗じた値と同じかそれよりも小さいことを
特徴とする請求項4の露光方法としている。
前記微細線の光強度分布のピークと前記回路パターン像
の前記一部分の中心とを一致又はほぼ一致させるように
多重露光を行なうことを特徴とする請求項4の露光方法
としている。
前記第2段階において、互いに波長が異なる複数の露光
光により露光を行なうことで前記フォーカス位置に対す
る前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数
設定することを特徴とする請求項1の露光方法としてい
る。
前記第2段階において、前記感光体またはマスクを前記
光軸方向に変位させることにより、前記周期パターンと
は異なるパターンのフォーカス位置に対する前記感光体
の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数設定すること
を特徴とする請求項1の露光方法としている。
前記第2段階は走査露光で行われ、前記第2パターンに
関するマスクを前記光軸と直交する方向に走査し、これ
と同期させて前記感光体を前記光軸と直交しない方向に
に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置
を複数設定することを走査することによって、前記周期
パターンとは異なるパターンのフォーカス位置特徴とす
る請求項1の露光方法としている。
て前記走査露光による全露光範囲の走査方向の長さを
S、前記感光体のベストフォーカス面に対する傾き角を
θ、前記周期パターンの深度をDとしたとき、 S×tanθ<D を満足することを特徴とする請求項9の露光方法として
いる。
ずれか1項の発明において前記第2段階は最終的に前記
感光体に露光したい回路パターンと同じ形状のパターン
を備えたマスクを用いて行なうことを特徴とする請求項
1〜10のいずれか1項の露光方法としている。
ずれか1項の発明において 前記第2段階において、n
個の位置で露光を行うとき、前記複数の位置の隣り合う
位置同士の間隔は、前記周期パターンの深度をn−1で
割った値以下に設定することを特徴とする請求項1〜1
0のいずれか1項の露光方法としている。
いて前記互いに波長が異なる複数の露光光により露光を
行なうことで前記第2パターンのフォーカス位置に対す
る前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数
設定するとき、最も長い波長と最も短い波長の波長差を
λd としたとき、波長幅Δλを、 Δλ=λd /(n−1) だけ変化させつつ露光を行なうことを特徴とする請求項
12の露光方法としている。
ずれか1項の発明において前記第1段階、前記第2段階
の順、または前記第2段階、第1段階の順に露光を行う
ことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項の露光
方法としている。
ずれか1項の発明において前記第2段階が365nm以
下の中心波長を有する露光光によって行なわれることを
特徴とする請求項1〜14のいずれか1項の露光方法と
している。
いて前記露光光はi線、又はKrFエキシマレーザー、
ArFエキシマレーザー、若しくはF2エキシマレーザ
ーにより供給されるレーザー光であることを特徴とする
請求項15の露光方法としている。
ら16のいずれか1項の露光方法によって露光を行なう
露光モードを有することを特徴とする露光装置としてい
る。
請求項1から16のいずれか1項の露光方法によってデ
バイスパターンでウエハを露光する段階と該露光したウ
エハを現像する段階とを含むデバイスの製造方法として
いる。
では、前記周期パターン露光も一回又は複数回の露光段
階より成り、複数回の露光段階を採る場合は、各露光段
階毎に異なる露光量分布を感光基板に与える。
周期パターン露光と前記通常露光はどちらを先に行なっ
ても、同時に行なっても良い。
波長は、投影露光の場合、400nm以下であり、好ま
しくは250nm以下である。250nm以下の露光波
長の光を得るにはKrFエキシマレーザ(波長約248
nm)やArFエキシマレーザ(波長約193nm)や
F2エキシマレーザ(波長約157nm)を用いる。
クに形成された任意のパターンからの3個以上の平行光
線束が互いに異なる様々な角度で像面に入射して露光が
行なわれるものである。
エハに投影する投影光学系と、大σ(シグマ)の部分的
コヒーレント照明と、コヒーレント照明や小σの部分的
コヒーレント照明の双方の照明が同時又は切り換えて実
行可能なマスク照明光学系とを有し、部分的コヒーレン
ト照明によって通常の露光を行ない、コヒーレント照明
によって2光束干渉露光を行なって周期パターンの露光
を行なうこと特徴とする。
明光学系の開口数/投影光学系の開口数)の値がゼロよ
り大きく1より小さい照明であり、「コヒーレント照
明」とは、σの値がゼロまたはそれに近い値であり、部
分的コヒーレント照明のσに比べて相当小さい値であ
る。例えば、小σはσが0〜0.3程度、大σはσが
0.5〜0.8程度である。
露光装置と通常(投影)露光装置と両装置で共用される
被露光基板(感光基板)を保持する移動ステージとを有
することを特徴とする。この露光装置の露光波長も、4
00nm以下であり、好ましくは250nm以下であ
る。250nm以下の露光波長の光を得るにはKrFエ
キシマレーザ(波長約248nm)やArFエキシマレ
ーザ(波長約193nm)やF2エキシマレーザ(波長
約157nm)を用いる。
ーマライズしたk1=R/λ×NA≦0.5の限界解像
以下のパターン深度DOFをノーマライズしたk2=D
OF/λ×NA2 >0.7の広い深度に渡って解像し、
レジストの解像が可能なコントラスト(たとえば最近の
高解像レジストでは40%で解像する)にするために、
さらにこのデフォーカス重ね露光の後にコントラストの
高い像(周期パターン像)を重ねて露光している。
明の露光方法の一実施形態を説明する。
ートである。図1には本発明の露光方法を構成する周期
パターン露光ステップ、投影露光ステップ(通常露光ス
テップ)、現像ステップの各ブロックとその流れが示し
てあるが、周期パターン露光ステップと投影露光ステッ
プの順序は、図1の逆でもいいし、どちらか一方のステ
ップが複数回の露光段階を含む場合は各ステップを交互
に行うことも可能である。また,各露光ステップ間に
は、現像ステップはなく、精密な位置合わせを行なうス
テップ等があるが、ここでは図示を略した。又、周期パ
ターン露光ステップは例えば2光束干渉露光によって行
なわれる。
まず周期パターン露光によりウエハ(感光基板)を図2
に示すような周期パターンで露光する。図2中の数字は
露光量を表しており、図2(A)の斜線部は露光量1
(実際は任意)で白色部は露光量0である。
する場合、通常,感光基板のレジストの露光しきい値E
thは図2(B)の下部のグラフに示す通り露光量0と
1の間に設定する。尚、図2(B)の上部は最終的に得
られるリソグラフィーパターン(凹凸パターン)を示し
ている。
関して、現像後の膜厚の露光量依存性と露光しきい値と
をポジ型レジスト(以下、「ポジ型」と記す。)とネガ
型レジスト(以下、「ネガ型」と記す。)の各々につい
て示してあり、ポジ型の場合は露光しきい値以上の場合
に、ネガ型の場合は露光しきい値以下の場合に、現像後
の膜厚が0となる。
とエッチングプロセスを経てリソグラフィーパターンが
形成される様子を、ネガ型とポジ型の場合に関して示し
た摸式図である。
度設定とは異なり、図5(図2(A)と同じ図面)及び
図6に示す通り、周期パターン露光(2光束干渉露光)
での最大露光量を1とした時、感光基板のレジストの露
光しきい値Ethを1よりも大きく設定する。
光のみ行った露光パターン(露光量分布)を現像した場
合は露光量が不足するので、多少の膜厚変動はあるもの
の現像によって膜厚が0となる部分は生じず、エッチン
グによってリソグラフィーパターンは形成されない。こ
れは即ち周期パターンの消失と見倣すことができる
(尚、ここではネガ型を用いた場合の例を用いて本発明
の説明を行うが、本発明はポジ型の場合でも実施でき
る。)。
パターンを示し(何もできない)、下部のグラフは露光
量分布と露光しきい値の関係を示す。尚、下部に記載の
E1は周期パターン露光における露光量を、E2は通常の
投影露光における露光量を表わしている。
みでは一見消失する多数の微細線より成る高解像度の第
1の露光パターンを通常の投影露光による露光装置の分
解能以下の大きさのパターンを含む任意の形状の第2露
光パターンと融合して(必要に応じて第3の露光パター
ンも)所望の領域のみ選択的にレジストの露光しきい値
以上露光し、最終的に所望のリソグラフィーパターンを
形成できるところにある。
ターン(露光量分布)であり、露光装置の分解能以下の
微細なパターンである為、解像できずに被露光物体上で
の強度分布はぼけて広がっている。
の約半分の線幅の微細パターンとしている。
を、図5の周期パターン露光の後に、現像工程なしで、
同一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、この
レジストの合計の露光量分布は図7(B)の下部のグラ
フのようになる。尚、ここでは周期パターン露光の露光
量E1と投影露光による通常露光の露光量E2の比が1:
1、レジストの露光しきい値Ethが露光量E1(=1)
と、露光量E1と投影露光の露光量E2の和であるE1+
E2(=2)との間に設定されている為、図7(B)の
上部に示したリソグラフィーパターンが形成される。そ
の際通常露光の露光パターンの中心を周期パターン露光
の露光パターンのピークと合致させておく、図7(B)
の上部に示す孤立線パターンは、解像度が周期パターン
露光のものであり且つ単純な周期的パターンもない。従
って通常の投影露光で実現できる解像度以上の高解像度
のパターンが得られたことになる。
影露光(図5の露光パターンの2倍の線幅で露光しきい
値以上(ここではしきい値の2倍の露光量)の投影露
光)を、図5の周期パターン露光の後に、現像工程なし
で、同一レジストの同一領域に重ねる。その際通常露光
のパターンの中心が、周期露光のピークと合致させるこ
とで、位置重ね合されたパターンの対称性が良く、良好
な像が得られる。このレジストの合計の露光量分布は図
8(B)のようになり、2光束干渉露光の露光パターン
は消失して最終的に投影露光による露光パターンのみが
形成され、現像すると投影露光のパターンに対応するリ
ソグラフィーパターンのみが形成される。
ンの3倍の線幅で行う場合も理屈は同様であり,4倍以
上の線幅の露光パターンでは、基本的に2倍の線幅の露
光パターンと3倍の線幅の露光パターンの組み合わせか
ら、最終的に得られるリソグラフィーパターンの線幅は
自明であり、投影露光で実現できるリソグラフィーパタ
ーンは全て、本実施形態でも、形成可能である。
影露光(通常露光)の夫々による露光量分布(絶対値及
び分布)と感光基板のレジストのしきい値の調整を行う
ことにより、図6、図7(B)、図8(B)、及び図9
(B)で示したような多種のパターンの組み合せより成
り且つ最小線幅が周期パターン露光の解像度(図7
(B)のパターン)となる回路パターンを形成すること
ができる。
ン露光領域即ちレジストの露光しきい値以下の周期露光
パターンは現像により消失する。
で行った通常露光のパターン領域に関しては通常露光と
周期パターン露光の双方の露光パターンの組み合わせに
より決まる,周期パターン露光の解像度を持つ所望の回
路パターンの一部である露光パターンが形成される。
常露光のパターン領域はマスクパターンに対応した露光
パターンが形成される。ということになる。更にこの多
重露光方法の利点として,最も解像力の高い周期パター
ン露光を、2光束干渉露光で行なえば、大きい焦点深度
が得られることが挙げられる。
光の順番は周期パターン露光を先としたが、この順番に
限定されない。
ーン(リソグラフィーパターン)として、図10に示す
所謂ゲート型のパターンを対象としている。
中A−A’方向の最小線幅が0.1μmであるのに対し
て、縦方向では0.2μm以上である。本発明によれ
ば、このような1次元方向のみ高解像度を求められる2
次元パターンに対しては例えば2光束干渉露光による周
期パターン露光をかかる高解像度の必要な1次元方向の
みで行えばいい。
向のみの2周期パターン露光と通常の投影露光の組み合
わせの一例を示す。
向のみの2光束干渉露光による周期的な露光パターンを
示す。この露光パターンの周期は0.2μmであり、こ
の露光パターンは線幅0.1μmL&Sパターンに相当
する。図11の下部における数値は露光量を表すもので
ある。
装置としては、図14で示すような、レーザ151、ハ
ーフミラー152、平面ミラー153による干渉計型の
分波合波光学系を備えるものや、図15で示すような、
投影露光装置においてマスクと照明方法を図16又は図
17のように構成した装置がある。
る2光束の夫々が角度θでウエハ154に斜入射し、ウ
エハ154に形成できる干渉縞パターン(露光パターン
の)線幅は前記(3)式で表される。角度θと分波合波
光学系の像面側のNAとの関係はNA=sinθである。
角度θは一対の平面ミラー153の夫々の角度を変える
ことにより任意に調整、設定可能で、一対の平面ミラー
角度θの値を大きく設定すれば干渉縞パターンの夫々の
縞の線幅は小さくなる。例えば2光束の波長が248n
m(KrFエキシマレーザ光)の場合、θ=38度でも
各縞の線幅は約0.1μmの干渉縞パターンが形成でき
る。尚、この時のNA=sinθ=0.62である。角度
θを38度よりも大きく設定すれば、より高い解像度が
得られることは言うまでもない。
説明する。
光学系(多数枚のレンズより成る)を用いた投影露光装
置であり、現状で露光波長248nmに対してNA0.
6以上のものが存在する。
ク161から出て光学系163に入射する物体側露光
光、163は投影光学系、164は開口絞り、165は
投影光学系163から出てウエハ166に入射する像側
露光光、166は感光基板であるウエハを示し、167
は絞り164の円形開口に相当する瞳面での光束の位置
を一対の黒点で示した説明図である。図15は2光束干
渉露光を行っている状態の摸式図であり、物体側露光光
162と像側露光光165は双方とも、図18の通常の
投影露光とは異なり、2つの平行光線束だけから成って
いる。
おいて2光束干渉露光を行うためには,マスクとその照
明方法を図16又は図17のように設定すればよい。以
下これら3種の例について説明する。
を示しており、クロムより成る遮光部171のピッチP
Oが(4)式で0、位相シフタ172のピッチPOSが
(5)式で表わされるマスクである。
長、NAは投影光学系163の像側の開口数を示す。P
はウエハ(像面)での周期パターン像のピッチである。
ムより成る遮光部のないシフタエッジ型の位相シフトマ
スクであり、レベンソン型と同様に位相シフタ181の
ピッチPOSを上記(5)式を満たすように構成したもの
である。
マスクを用いて2光束干渉露光を行なうには、これらの
マスクに、理想的にはσ≒0の所謂コヒーレント照明だ
が、現実には小σ(σ<0.3)程度の部分的コヒーレ
ント照明を行なう。具体的には、マスク面に対して垂直
な方向(光軸に平行な方向)からNAが小さい光線束
(平行光線束)をマスクに照射する。
記垂直な方向に出る0次透過回折光に関しては、位相シ
フタにより隣り合う透過光の位相差がπとなって打ち消
し合い存在しなくなり、±1次の透過回折光の2平行光
線束はマスクから投影光学系163の光軸に対して対称
に発生し、図15の2個の物体側露光165がウエハ1
66上で干渉する。また2次以上の高次の回折光は投影
光学系163の開口絞り164の開口に入射しないので
結像には寄与しない。
遮光部の遮光部のピッチPOが、(4)式と同様の
(6)式で表わされるマスクである。
長、NAは投影光学系163の像側の開口数を示す。
には、1個又は2個の平行光線束による斜入射照明とす
る。この場合の平行光線束のマスクヘの入射角θOは、
(7)式を満たすように設定される。2個の平行光線束
を用いる場合が、光軸を基準にして互いに逆方向にθO
傾いた平行光線束によりマスクを照明する。
影光学系163の像側の開口数を示す。
スクを上記(7)式を満たす平行光線束により斜入射照
明を行なうと、マスクからは、光軸に対して角度θOで
直進する0次透過回折光とこの0次透過回折光の光路と
投影光学系の光軸に関して対称な光路に沿って進む(光
軸に対して角度−θOで進む)−1次透過回折光の2光
束が図15の2個の物体側露光光162として生じ、こ
の2光束が投影光学系163の開口絞り164の開口部
に入射し、結像が行なわれる。
2個の平行光線束による斜入射照明も「コヒーレント照
明」として取り扱う。
干渉露光を行う技術であり、図18に示したような通常
の投影露光装置の照明光学系は大σの部分的コヒーレン
ト照明を行なうように構成してあるので、図18の照明
光学系の通常露光で用いるσ=0.5〜0.8に対応す
る不図示の開口絞りをσ=0〜0.3に対応する特殊開
口絞りに交換可能にする等して、投影露光装置において
実質的にコヒーレント照明又は小σの部分的コヒーレン
ト照明を行なうよう構成することができる。
戻る。
よる周期パターン露光の次に行なう通常の投影露光(例
えば図18の装置でマスクに対して部分的コヒーレント
照明を行なうもの)によって図11(B)が示すゲート
パターンの露光を行う。図11(B)の上部には2光束
干渉露光による周期パターンとの相対的位置関係と通常
の投影露光の露光パターンの領域での露光量を示し、同
図の下部は、通常の投影露光によるウエハのレジストに
対する露光量を縦横0.1μmピッチの分解能でマップ
化したものである。
幅の部分は解像せず広がり、露光量の各点の値は下が
る、露光量はおおまかに、パターン中心部は大きく、両
サイドは小さく、それぞれa,bで表わし、両側からの
ぼけ像がくる中央部をCとする。このような領域毎に露
光量が異なる、多値の露光量分布を生じさせることにな
る。ここで、露光量は1<a<2,0<b<1,0<C
<1となる。このマスクを用いる場合の各露光での露光
量比はウエハ(感光基板)上で、2光束干渉露光:投影
露光=1:2である。
の投影露光の組み合わせによって図10の微細回路パタ
ーンが形成される様子について述べる。本実施形態にお
いては2光束干渉露光による周期パターン露光と通常の
投影露光の間には現像過程はない。従って各露光の露光
パターンが重なる領域での露光量(分布)は加算され、
加算後の露光量(分布)により新たな露光パターンが生
じることとなる。
(A)の露光パターンと図11(B)の露光パターンの
露光量の加算した結果、生じる露光量分布(露光パター
ン)を示しており、eで示される領域の露光量は1+a
で2より大きく3未満である。
対して現像を行った結果のパターンを灰色で示したもの
である。本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい
値が1より大きく2未満であるものを用いており、その
ため現像によって露光量が1より大きい部分のみがパタ
ーンとして現れている。図11(C)の下部に灰色で示
したパターンの形状と寸法は図10に示したゲートパタ
ーンの形状と寸法と一致しており、本発明の露光方法に
よって、0.1μmといった微細な線幅を有する回路パ
ターンが、例えば大σの部分的コヒーレント照明とコヒ
ーレント照明又は小σの部分的コヒーレント照明が切換
え可能な照明光学系を有する投影露光装置を用いて、形
成可能となった。
ーザ光を放射するKrFエキシマレーザを光源とするス
テッパー(投影露光装置)を用いた時の具体的な実施例
である。図12に示すような、最小線幅0.12μmの
ゲートパターンを通常露光し、重ねてレベンソンタイプ
の位相シフトマスクでゲートパターンの最小線幅のパタ
ーン部分と重なるように周期パターンを露光したもので
ある。以下露光条件を示す。
ベンソンマスクによる露光ではσが0.3の通常照明と
し、通常マスク露光ではリング外側のσが0.8、リン
グ内側のσが0.6の輪帯照明とした。尚、周期パター
ン露光時の露光量の2倍に通常マスク露光時の露光量が
なるように設定した。
作成時のウエハ上の露光量分布、2段目には通常露光に
おける露光量分布、3段目には周期パターンと通常露光
の二重露光における露光量分布、4段目にはレジストに
よるウエハ上のパターンを示す。
から0.2μm、0.4μmとふった時の変化を表わ
す。
通常露光のみではぼけて微細なゲートパターンが得られ
ないが、ぼけている部分に図13の1段目の周期パター
ン露光による微細線パターンを重ねることにより、図1
3の3段目に表わされるように微細な部分も解像され、
図13の4段目にあるような所望のゲートパターンが作
成された。
2光束干渉露光用の露光装置の一例を示す概略図であ
り、図19において、201は2光束干渉露光光学系
で、基本構成は図14の光学系と同じである。202
は、KrF又はArFエキシマレーザー、203はハー
フミラー、204は平面ミラー、205は光学系201
との位置関係が固定又は適宜ベースライン(量)として
検出できるオフアクシス型の位置合わせ光学系で、ウエ
ハ206上の2光束干渉用位置合わせマークを観察し、
その位置を検出する。206は感光基板であるウエハ、
207は光学系201の光軸に直交する平面及びこの光
軸方向に移動可能なXYZステージで、レーザー干渉計
等を用いてその位置が正確に制御される。装置205と
207の構成や機能は周知なので具体的な説明は略す。
2光束干渉用露光装置と通常の投影露光装置より成る高
解像度露光装置を示す概略図である。
201、205を備える2光束干渉露光装置であり、2
13は、不図示の照明光学系とレチクル位置合わせ光学
系214、ウエハ位置合わせ光学系(オフアクシス位置
合わせ光学系)217とマスク215の回路パターンを
ウエハ218上に縮小投影する投影光学系216とを備
える通常の投影露光装置である。
215上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出
する。ウエハ位置合わせ光学系217はウエハ206の
投影露光用又は2光束干渉と兼用の位置合わせマークを
観察し、その位置を検出する。光学系214、216、
217の構成や機能は周知なので、具体的な説明は略
す。
12と投影露光装置213で共用される一つのXYZス
テージであり、このステージ219は、装置212、2
13の各光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可
能で、レーザー干渉計等を用いてそのXY方向の位置が
正確に制御される。
は、図20の位置(1)に送り込まれてその位置が正確
に測定され、測定結果に基いて位置(2)で示す装置2
12の露光位置に送り込まれてウエハ218へ2光束干
渉露光が行なわれ、その後、位置(3)に送り込まれて
その位置が正確に測定され位置(4)で示す装置213
の露光位置に送り込まれてウエハ218へ投影露光が行
なわれる。
置合わせ光学系217の代わりに、投影光学系216を
介してウエハ218上の位置合わせマークを観察し、そ
の位置を検出する不図示のTTLの位置合わせ光学系
や、投影光学系216とマスク(レチクル)215とを
介してウエハ218上の位置合わせマークを観察し、そ
の位置を検出する不図示のTTRの位置合わせ光学系も
使用できる。
常露光)の双方が行なえるステッパータイプの高解像度
露光装置を示す概略図である。本装置はステップアンド
リピート方式又はステップアンドスキャン方式でウエハ
の多数個のショット領域のそれぞれに二重露光を行な
う。
レーザ(波長約248nm)又はArFエキシマレーザ
(波長約193nm)又はF2エキシマレーザ(波長約
157nm)、222は照明光学系、223はレチクル
(マスク)、224はマスクステージ、227はマスク
223の回格パターンをウエハ228上に縮小投影する
投影光学系、225はレチクルチェンジャであり、ステ
ージ224に、通常のレチクルと前述したレベンソン型
位相シフトレチクル又はエッジシフタ型レチクル又は位
相シフタを有していない周期パターンレチクルの一方を
選択的に供給するために設けてある。投影光学系227
は、屈折系のみ、屈折系と反射系、又は反射系のみによ
り構成できる。
ターン露光と投影露光で共用される一つのXYZステー
ジであり、このステージ229は、光学系227の光軸
に直交するXY方向及びこの光軸方向(矢印方向)に移
動可能で、レーザー干渉計等を用いてXY方向の位置が
正確に制御される。光軸方向に関するウエハ表面の位置
即ち高さは、不図示の公知の面位置測定系によって測定
される。
位置合わせ光学系、ウエハ位置合わせ光学系(図20で
説明したオフアクシス位置合わせ光学系とTTL位置合
わせ光学系とTTR位置合わせ光学系)とを備える。
部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明や小σの部
分的コヒーレント照明とを切換え可能に構成してあり、
コヒーレント照明の場合には、ブロック230内の図示
した前述した(1a)又は(1b)の照明光を、前述し
たレベンソン型位相シフトレチクル又はエッジシフタ型
レチクル又は位相シフタを有していない周期パターンレ
チクルの一つに供給し、部分的コヒーレント照明の場合
にはブロック230内に図示した照明(2)の照明光を
所望のレチクルに供給する。部分的コヒーレント照明か
らコヒーレント照明との切換えは、通常光学系222の
フライアイレンズの直後に置かれる開口絞りを、この絞
りに比して開口径が十分に小さいコヒーレント照明用絞
りと交換すればいい。
する。図22は本発明の露光方法の実施形態1の要部概
略図である。
ステッパー)を用いた周期パターン露光を含む多重露光
方法は、通常露光において1回目にウエハ228の表面
をベストフォーカス位置BFよりデフォーカスした位置
に設定して露光し、2回目はベストフォーカス位置BF
より1回目とは反対方向にデフォーカスした位置にウエ
ハ228の表面を設定して露光する二重露光又は三重以
上の露光を行なう。
ーカス位置BFより、投影光学系227より遠ざかる方
向を+デフォーカスとすれば、1回目に−dデフォーカ
スして露光し、2回目は+dデフォーカスして露光す
る。
限定されない。また、ウエハ228の表面の位置として
ベストフォーカス位置を加えた形で投影露光を行なって
も良い。
8を光軸方向に移動させながら連続して露光しても良い
し、露光回数は3回以上多数回繰り返しても良い。
パターン露光の際の焦点深度以内であればよく、n回露
光即ちn個の相異なる位置(高さ)でウエハ228を露
光するのであれば周期パターン露光の焦点深度を(n−
1)回で割った値をデフォーカス幅つまり隣り合う位置
(高さ)同志の間隔にする。
は、通常の投影露光の前でも後でも良い。
このようなウエハ228表面の光軸方向の位置を複数位
置に変化させて多重露光を常に行う必要はないが、例え
ば、照明条件により極端に深度が低下する場合、又、間
隔と線幅がL/Sパターンの間隔が線幅よりも大きいよ
うな周期パターンや2次元格子パターンによる周期パタ
ーン露光を行なう場合には、周期パターン露光において
もウエハ228表面の光軸方向の位置を複数位置に変化
させて多重露光を行っても良い。
差による線幅誤差をネガレジストで調べた結果を図23
に示す。
レンズ系227から遠ざかる方向を+とする。
ザ光)、投影レンズ系227の像面側のNA=0.6
0、ウエハ表面でのパターン像は0.13μmの2本線
(L&Sパターン)とした。
露光との2重露光にした場合と、通常露光をデフォーカ
ス幅0.25μmの2重露光と周期パターン露光との3
重露光にした場合と、通常露光をデフォーカス幅0.5
μmの2重露光と周期パターン露光の3重露光にした場
合を示した。
露光にした場合よりも、通常露光のデフォーカス2重露
光と周期パターン露光との3重露光の場合の方がデフォ
ーカスに対して線幅変化が小さい。
ジレジストで調べた結果を図24に、2本線の間の間隔
変化を図25に示す。
ン露光の2重露光にした場合よりも、通常の投影露光の
デフォーカス2重露光と周期パターン露光の3重露光の
場合の方がデフォーカスに対して線幅変化が小さい。
系227で調べたが、球面収差がある量より大きくなる
とデフォーカスにより線幅が非対称に変化する。
も、平均化することによってデフォーカス線幅変化が低
下し、結果として線幅深度が拡大する。
影露光をベストフォーカス位置よりウエハ表面をデフォ
ーカスさせて露光し、その後ベストフォーカス位置より
反対方向にウエハ表面をデフォーカスさせて露光するよ
うな2回以上多数回露光によって、周期パターン露光と
の合成像の線幅再現性がよくなり実用的な充分な深度が
得られるようになった。
も、デフォーカス線幅変化が平均化することによって低
下し、結果として線幅深度が拡大した。
置)とウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する両者
の位置関係を変えてウエハ表面をフォーカスさせたり、
複数位置でデフォーカスさせたりするには、ウエハをこ
の光軸方向に移動させる方法以外に、投影光学系の焦点
距離、レチクル位置、投影光学系位置、露光波長などを
変化させる公知の方法が使用可能である。
いて説明する。図26,図27は本発明の多重露光方法
の実施形態2の要部概略図である。ここで示すのは、ス
テップ&スキャン型の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。
カス位置BFに対して走査方向に所定の傾き角θ傾けた
状態で走査しながら投影露光する。
に重ねて行うが、この順序は逆でもよい。
6(C)の順番に走査露光が進む状態を示している。走
査露光系はウエハ228とマスク223を反対方向に走
査しながら露光する。ただし、マスク223の走査速度
は投影倍率をmとするとウエハ228の走査速度のm倍
となっている。
一点に着目すると、図26(A)ではベストフォーカス
位置BFより投影光学系227に近い方、−dにデフォ
ーカスして露光され、図26(B)ではベストフォーカ
スBFで露光され、図26(C)ではベストフォーカス
位置BFより投影光学系227から遠い方、+dにデフ
ォーカスして露光される。
で、デフォーカス幅2dを連続的に露光している。
るので、デフォーカス幅を大きくしたければ、大きく傾
けるとよい。
角との関係について説明する。
と傾き角θとの関係は、走査露光全体における露光範囲
をsとすると、 2d=s×tanθ となる。
1μm程度の大きさであり、露光範囲sは数mmから、
数10mmであり、 2d=1μm、s=10mm とすると θ=0.0057deg となり、非常にわずかな傾きとなる。
範囲sが、実質より大きく引き延ばされることになる
が、前にも述べたように、傾き角θが非常にわずかなの
で、影響しないと考えられる。
とが問題となるならば、マスクの走査速度を1/cosθ
倍にするとよい。
3の要部概略図である。本実施形態では、通常露光を、
基準波長よりわずかに短い波長の光で第1露光し、その
後、基準波長よりわずかに長い波長の光で重ねて第2露
光するようにして投影レンズ系227の色収差によりフ
ォーカス位置を変化させている。
い周期パターン露光を現像工程の前に重ねて露光する。
光波長と露光の順番は限定されない。通常露光において
波長を変化させて露光するとき、波長幅を連続して変化
させて露光しても良いし、露光回数は2回以上繰り返し
ても良い。
光であれば、周期パターンの深度を(n−1)回で割っ
た量以下にするのが良い。
説明する。図28に示すように、ウエハ228を基準波
長のベストフォーカス位置BFに置く。基準波長λより
わずかに短い波長でλSの光で露光すると、投影レンズ
系227の色収差のために、この短い露光波長λSでの
ベストフォーカス位置BFSは、基準波長のベストフォ
ーカス位置BFとずれた位置に生じる。
ベストフォーカス位置からずれた、デフォーカスされた
位置におかれることになる。
λLの光で露光すると、上記色収差のために、この長い
露光波長でのベストフォーカス位置BFLは、基準波長
のベストフォーカス位置BFとずれた位置の、先程の短
い露光波長とは反対側に生じる。
トフォーカス位置からずれた、先程とは反対側にデフォ
ーカスされた位置に置かれることになる。
長λL側の露光がどちらが先でもよい。
露光しても良いし、連続的に露光しても良い。
長波長にするかは、投影レンズ系227の構成されるガ
ラスの屈折率分散値による。短波長側と長波長側の波長
の差が大きければ、デフォーカス幅を大きくしたことに
相当するが、色収差のデフォーカスシフト以外の他の影
響が出ないような補正範囲内にしておくと収差の影響が
無視できる。
パターン露光の効果について説明する。実施形態1,
2,3における効果を図29,図30に示す。
0.3655μmのi線、NA=0.60、コンタクト
ホール幅0.3μm(k1 =0.3/(λ/NA)より
k1 =(0.3/0.3655)×0.6=0.49)
とした。
期パターンはレベンソン型位相シフトマスクを用い、σ
=0.2とした。レベンソン型位相シフトマスクは格子
状クロムにシフターを市松格子に配置したものを用い
た。
る。ウエハを基準波長0.3655μmのベストフォー
カス位置において、通常露光の露光波長は0.3655
μm±2nm(Δλ=2nm)とし、周期パターン露光
は基準波長の一回露光とした。
に固定して、通常露光をベストフォーカス位置から0.
5μmデフォーカスして露光して、次に−0.5μmデ
フォーカスして露光してもよい。
ォーカス量Δd=0.5μmとして、d±Δdの位置で
二重露光、または連続露光しても同様な効果が得られ
る。
の露光結果である。図29では、上から波長λ−Δλの
1回露光の結果、波長λ+Δλの1回露光の結果、これ
らの露光波長の重ね焼きの結果、さらに周期パターン露
光との重ね焼きの結果を示す。deg=0.0は基準波長
λのときのベストフォーカス位置に相当している。波長
を変えたときはベストフォーカス位置がずれている。
0.75/0.3655×(0.6)2 =0.74)、
通常露光のデフォーカスシフトの2重露光では1.0μ
mの深度(k2 =0.98)が得られるがコントラスト
低下のため解像は難しい。さらに周期パターン露光との
3重露光では、1.5μmの深度(k2 =1.48)が
得られる。
場合では、通常パターンが露光波長の重ね焼きの結果、
像がぼけるが深度はひろがっている。
よって、コントラストが向上し、通常1回露光の約2倍
となっている。
いコンタクトホール列の露光結果であるが、上から波長
λ−Δλの1回露光の結果、波長λ±Δλの露光波長の
重ね焼きの結果、さらに周期パターン露光との重ね焼き
の結果を示す。
露光波長の重ね焼きの結果、深度が増加しているが、コ
ントラストが1回露光よりも落ちている。
よって、コントラストが向上し、通常露光1回露光の約
2倍の1.5μmの深度(k2 =1.48)となってい
る。
たが、i線の露光に限定されない。KrFやArFなど
のエキシマレーザーでは波長幅が狭くなるが、その範囲
内で、Δλを半値幅程度以下にして、λ±Δλの重ね焼
きを行えば、同様な効果が得られる。
ォーカス位置において、露光波長を基準波長よりずらし
たλ−Δλとλ+Δλの2波長で重ね焼きしたが、実施
形態1や2の露光波長を基準波長にしてウエハの位置を
ベストフォーカス位置より±0.5μm上下にずらして
重ね焼き、または連続露光しても、同様な効果が得られ
る。
ル同様、コンタクトホール列の露光結果でも大きな効果
が得られた。
で露光した結果であるが、これらを比較すると通常露光
の波長λ±Δλの重ね焼きでは、孤立のホールと密集ホ
ール列の大きさとコントラストに差があることがわかる
が、周期パターンとの三重露光では、ほとんど差がなく
なっていることがわかる。
よって焦点深度が拡大し、孤立のホールと密集ホール列
の大きさが均一になり、形状再現性が非常に優れた像が
形成される。
ース(L/S)より成るL/Sパターンからなる配線パ
ターンでの効果を示す。
もパターン部分の線幅と間隔が等しい1:1の密集パタ
ーンは殆ど無く、1:1でも二本線となっているものが
多い。また、線幅と間隔が1:2以上に離れている場合
が多く、孤立パターンとみなせる場合が多い。たとえ
ば、図31に示したようなパターンがあるがこのような
パターンは回路パターンの一部として一般的である。
場合の露光した結果を示す。基準波長をλ=0.365
5μmのi線、NA=0.60、線幅を0.3μm(k
1 =0.3/0.3655*0.6=0.49)とし
た。1本目のパターン線幅Lと間隔を5Lあけて2本
目、間隔を3Lあけて3本目、間隔を1Lあけて4本目
と配置した計4本線とした。周期パターンはL/Sレベ
ンソン型位相シフトマスクを用いた。 通常露光の露光
波長は、0.3655μm±2nm(Δλ=2nm)と
し、周期パターン露光は基準波長の一回露光とした。
から0.5μmデフォーカスして露光して、次に−0.
5μmデフォーカスして露光する。
と、Δd=0.5μmとして、d±Δdの位置で二重露
光したことと等価である。
強度分布を図32,図33に示す。図32では、通常露
光のλ−Δλ露光でのデフォーカスdの位置、または、
露光波長λでのデフォーカスd−Δdの位置で露光した
場合、次にλ+Δλ露光でのデフォーカスdの位置、ま
たは、露光波長λでのデフォーカスd+Δdの位置で露
光した場合、これらを二重露光した場合の強度分布を示
す。
ベストフォーカス位置に相当している。
d±Δd)で二重露光した場合、周期パターンを露光し
た場合、2重露光の像に周期パターン露光の像を重ね焼
きした3重露光後の強度分布を示す。
は、1回露光のときと比べて像がぼけてコントラストが
落ちているけれども、このぼけ像がデフォーカス−1.
0μmから1.0μmまで、大きなデフォーカス深度で
解像がされていることがわかる。
場合では、線パターンと線パターンの間隔の中央で最小
値をとるために強度分布のすそが広がり、間隔が広がっ
ている線パターンと、間隔が狭い線パターンとで、パタ
ーンのエッジの傾きが4本線で異なっている。
度分布では、λ±Δλ(またはd±Δd)で二重露光し
た場合と比べて、4本線のエッジの傾きが急峻かつ一様
で、従って4本線のコントラストが増加し、かつ一様に
なっていることが分かる。
しないで1回の露光のみにし、周期パターン露光と二重
露光した実施例を示す。
期パターンを露光した場合、通常1回露光と周期パター
ン露光の二重露光した場合の1次元断面での強度分布を
示す。
に、通常1回露光に周期パターン露光を二重露光する
と、コントラストと深度はともに増加している。
ーカス付近で図33の方がコントラストが若干低いが、
一様なコントラストが広範囲にわたって深度が増加して
いることが分かる。
し、コントラストが1番低いところのデフォーカス範囲
でコントラスト深度を定義する。
り50%深度は通常1回露光で1.1μm(k2 =1.
08)、通常デフォーカス二重露光(デフォーカス幅1
μmk2 =0.98)で0.5μm(k2 =0.4
9)、周期パターン三重露光で1.6μm(k2 =1.
58)、40%深度は通常1回露光で1.3μm(k2
=1.28)、通常デフォーカス二重露光で1.2μm
(k2 =1.18)、周期パターン三重露光で2.1μ
m(k2 =2.07)であった。
常1回露光で1.1μm(k2 =1.08)、周期パタ
ーン二重露光で1.5μm(k2 =1.48)、40%
深度は通常1回露光で1.3μm(k2 =1.28)、
周期パターン2重露光で1.8μm(k2 =1.77)
であった。
ーンとの三重露光は、通常1回露光と周期パターンとの
二重露光より深度が得られている。
ォーカス幅をこれより大きくすると、より深度が拡大さ
れる。また、三重露光のコントラストはデフォーカスに
対して緩やかに変化するので、デフォーカスに対する像
形状の変化が少なくなり、デフォーカス特性が改善され
る。
題は、通常露光による像を多少ぼけるようになっても、
デフォーカスに対して平均化して均質な像を提供するよ
うにすればよい。
施形態2に示したようなコンタクトホールのパターン、
実施形態1と3に示したような配線パターンに効果があ
った。
ンタクトホールはもちろんのこと、ホール幅と間隔が
1:1のコンタクトホール列のパターンでも孤立コンタ
クトホールと同じに効果があった。この場合、通常二重
露光は±0.5μm、デフォーカスシフト幅は1.0μ
m(k2 =0.98)とした。
パターンではL/Sパターンでもパターン部分の線幅と
間隔が等しい1:1の密集パターンは少ない為に、配線
パターンでも効果がある。
25にL/S配線パターンを三重露光した場合を示した
が通常二重露光のデフォーカスシフトの幅は0.25μ
m(k2 =0.36)あるいは0.5μm(k2 =0.
73)と比較的せまい場合でも、通常露光のデフォーカ
スシフト二重露光と周期パターン露光と三重露光によっ
て線幅がデフォーカスに対して平均化される効果があっ
た。
露光を行なった後、コントラストの高い、周期パターン
露光をさらに重ね露光をすることによって、コントラス
トの高い、形状再現性のよいパターン像を得ている。
なうだけでは、コントラストが低く、形状再現性もあま
り良好ではない。
光との重ね露光は、孤立部分と密集部分の像形状が均質
になり、例えばコンタクトホール列の両端と中央部分と
に大きさの差がなくなるので、形状再現性に優れてい
る。
のずれた重ね露光をすることによって深度が拡大する
と、これより深度の広い周期パターン露光を重ね露光を
するとさらに深度拡大が得られるという効果がある。
えば通常露光をベストフォーカス位置よりデフォーカス
して露光し、その後反対方向にデフォーカスして露光す
るような2回以上多数回露光を用いれば、合成パターン
像のデフォーカス特性がよくなり、実用的な深度よりさ
らに大きな深度が得られるようになる。
多数回露光によっても同じ効果が得られる。波長は実施
形態に示したエキシマレーザーの248nm、i線の3
65nmに限定されない。
線パターンであっても得られ、コンタクトホールでは、
非常に大きな効果が得られる。
も、デフォーカス線幅変化が平均化することによって低
下し、結果として線幅深度を拡大することができる。
てIC,LSI等の半導体チップ、液晶パネル等の表示
素子、磁気ヘッド等の検出素子、CCD等の撮像素子と
いった各種デバイスの製造が可能である。
るものではなく,本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て種々に変更することが可能である。特に2光束干渉露
光および通常露光の各ステップでの露光回数や露光量の
段数は適宜選択することが可能であり、更に露光の重ね
合わせもずらして行う等適宜調整することが可能であ
る。このような調整を行うことで形成可能な回路パター
ンにバリエーションが増える。
む公知の多重露光にも適用できる。
光と通常の露光を融合して例えば0.15μm以下の微
細な線幅を有する複雑なパターンを得ることが可能とな
る。
パターン)を示す説明図
光パターン)を示す説明図
ーン(露光パターン)を示す説明図
ン(リソグラフィーパターン)の一例を示す説明図
ン(リソグラフィーパターン)の他の一例を示す説明図
ン(リソグラフィーパターン)の他の一例を示す説明図
用露光装置の一例を示す概略図
投影露光装置の一例を示す概略図
法の1例を示す説明図である
法の他の1例を示す説明図
略図
図
略図
えて多重露光を行なう様子を示す説明図
の関係を示す図
の関係を示す図
の関係を示す図
Claims (18)
- 【請求項1】 感光体を2光束の干渉に基づく周期パタ
ーンで露光する第1段階と前記感光体を投影光学系を用
いて前記周期パターンとは異なるパターンで露光する第
2段階とを含み、前記第1段階の露光における深度が前
記第2段階の露光における深度よりも大きい多重露光を
行う露光方法において、前記第1段階は、前記周期パタ
ーンのフォーカス位置に対する前記感光体の前記投影光
学系の光軸方向の位置を一つに設定して露光を行ない、
前記第2段階は、前記周期パターンとは異なるパターン
のフォーカス位置に対する前記感光体の前記投影光学系
の光軸方向の位置を前記第1段階の露光における深度の
範囲内で複数設定して各位置で露光を行なうことを特徴
とする露光方法。 - 【請求項2】 前記周期パターンは多数個の微細線を含
んでおり、前記第2段階で露光するパターンはマスクの
回路パターンの像であり、前記多数個の微細線の一部と
前記回路パターンの像の一部分とを、前記感光体の同じ
位置に、それぞれの露光量合計が前記感光体のしきい値
を越えるように露光することを特徴とすることを特徴と
する請求項1の露光方法。 - 【請求項3】 前記回路パターンの像の他の部分の露光
量が前記感光体のしきい値を越えるように露光すること
を特徴とする請求項2の露光方法。 - 【請求項4】 前記回路パターンの像の前記一部分は前
記回路パターンのうちの最小線幅を有する部位を含むこ
とを特徴とする請求項2の露光方法。 - 【請求項5】 前記周期パターンの前記微細線の線幅は
前記回路パターンの前記最小線幅を有する部位の線幅に
前記投影光学系の投影倍率を乗じた値と同じかそれより
も小さいことを特徴とする請求項4の露光方法。 - 【請求項6】 前記微細線の光強度分布のピークと前記
回路パターン像の前記一部分の中心とを一致又はほぼ一
致させるように多重露光を行なうことを特徴とする請求
項4の露光方法。 - 【請求項7】 前記第2段階において、互いに波長が異
なる複数の露光光により露光を行なうことで前記フォー
カス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方
向の位置を複数設定することを特徴とする請求項1の露
光方法。 - 【請求項8】 前記第2段階において、前記感光体また
はマスクを前記光軸方向に変位させることにより、前記
周期パターンとは異なるパターンのフォーカス位置に対
する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複
数設定することを特徴とする請求項1の露光方法。 - 【請求項9】 前記第2段階は走査露光で行われ、前記
第2パターンに関するマスクを前記光軸と直交する方向
に走査し、これと同期させて前記感光体を前記光軸と直
交しない方向にに対する前記感光体の前記投影光学系の
光軸方向の位置を複数設定することを走査することによ
って、前記周期パターンとは異なるパターンのフォーカ
ス位置特徴とする請求項1の露光方法。 - 【請求項10】 前記走査露光による全露光範囲の走査
方向の長さをS、前記感光体のベストフォーカス面に対
する傾き角をθ、前記周期パターンの深度をDとしたと
き、 S×tanθ<D を満足することを特徴とする請求項9の露光方法。 - 【請求項11】 前記第2段階は最終的に前記感光体に
露光したい回路パターンと同じ形状のパターンを備えた
マスクを用いて行なうことを特徴とする請求項1〜10
のいずれか1項の露光方法。 - 【請求項12】 前記第2段階において、n個の位置で
露光を行うとき、前記複数の位置の隣り合う位置同士の
間隔は、前記周期パターンの深度をn−1で割った値以
下に設定することを特徴とする請求項1〜10のいずれ
か1項の露光方法。 - 【請求項13】 前記互いに波長が異なる複数の露光光
により露光を行なうことで前記第2パターンのフォーカ
ス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向
の位置を複数設定するとき、最も長い波長と最も短い波
長の波長差をλd としたとき、波長幅Δλを、 Δλ=λd /(n−1) だけ変化させつつ露光を行なうことを特徴とする請求項
12の露光方法。 - 【請求項14】前記第1段階、前記第2段階の順、また
は前記第2段階、第1段階の順に露光を行うことを特徴
とする請求項1〜10のいずれか1項の露光方法。 - 【請求項15】 前記第2段階が365nm以下の中心
波長を有する露光光によって行なわれることを特徴とす
る請求項1〜14のいずれか1項の露光方法。 - 【請求項16】 前記露光光はi線、またはKrFエキ
シマレーザー、ArFエキシマレーザー、若しくはF2
エキシマレーザーにより供給されるレーザー光であるこ
とを特徴とする請求項15の露光方法。 - 【請求項17】 請求項1〜16のいずれか1項の露光
方法によって露光を行なう露光モードを有することを特
徴とする露光装置。 - 【請求項18】 請求項1〜16のいずれか1項の露光
方法によってデバイスパターンでウエハを露光する段階
と該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイスの
製造方法。
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