JP3351401B2 - 投影露光装置 - Google Patents

投影露光装置

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JP3351401B2 JP25678299A JP25678299A JP3351401B2 JP 3351401 B2 JP3351401 B2 JP 3351401B2 JP 25678299 A JP25678299 A JP 25678299A JP 25678299 A JP25678299 A JP 25678299A JP 3351401 B2 JP3351401 B2 JP 3351401B2
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70308Optical correction elements, filters or phase plates for manipulating imaging light, e.g. intensity, wavelength, polarisation, phase or image shift

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (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】
【発明が属する技術分野】本発明は、投影露光装置に関
し、特にコンタクトホールなどの抜きパターンを露光す
る投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】投影露光装置は、例えば半導体素子、薄
膜磁気ヘッドなどを製造するためのリゾグラフィ工程で
マスク上のパターンを感光性の基板上に露光するために
使用される。近年、このリソグラフィ工程では、コンタ
クトホールパターンの解像力向上が課題となっている。
瞳フィルタ法は、投影レンズ瞳面の一部の透過率ないし
位相を変調させることにより解像性能を向上させる超解
像手法であり、特にコンタクトホールのような抜きパタ
ーンに効果が大きいことがわかっている。最も一般的な
手法は、瞳面に瞳フィルタを設け、瞳面中心付近の回折
光を遮光するることである。
【0003】この手法によりコンタクトホールの解像力
・焦点深度・露光量マージン・レチクル寸法誤差に対す
る敏感度(敏感でないほうが望ましい)などが大きく向上
する。瞳遮光率が大きいほど、透過率は小さいほど(す
なわち完全遮光で)、かつ小σ照明でその効果が大きい
ことがわかっている(図5)。
【0004】なお、図5は、遮光半径R(NA比)を種
々変化させた場合のNew Contrast特性につ
いてのシミュレーション結果である{R依存性(T=0
(完全遮光),σ=0.30conv.),ArF(193nm)、130nmC/H
(+40nm Mask Bias)}。図5は、広いフォーカス範囲に
亘って一定値(ここでは0.6)以上のコントラストが
保たれていれば、パターンが解像することを示した図で
ある。図5において、R=0.75では、フォーカス範
囲±0.6μmでパターンが解像する。このとき、R=
0.5では、フォーカス範囲±0.1μmでパターンが
解像するが、これではまだ効果が不足である。一方、R
がNA比で1に近づくと投影レンズを通過する光が極端
に減るため、露光時間の増大、即ちスループットの低下
を招く。したがって、Rの最適値は、NA比で0.75
程度であることがわかる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、瞳フィルタの
副作用は、上記スループットの他に、マスクリニアリテ
ィや近接効果にも表れる。図6は、遮光半径R(NA
比)を種々変化させた場合のマスクリニアリティとCD
(寸法)の関係のシミュレーション結果である{R依存
性(T=0(完全遮光),σ=0.30conv.),ArF(193n
m)、130nmC/H(+40nmMask Bias)}。
【0006】また、図7は、遮光半径R(NA比)を種
々変化させた場合のピッチとCD(寸法)の関係(近接
効果)のシミュレーション結果である{R依存性(T=
0(完全遮光),σ=0.30conv.),ArF(193nm)、130nmC
/H(+40nm Mask Bias)}。
【0007】まず、露光波長よりも大きな寸法のコンタ
クトホールの光強度分布は著しく劣化するため、パター
ンを形成することができない。したがって、マスクリニ
アリティは、図6に示すように大幅に悪化する。その理
由は、大寸法コンタクトホールの回折光は、そのほとん
どが瞳面の中心付近を通過するが、瞳フィルタの適用に
より回折光のほとんどが遮光されてしまうためである。
【0008】また、ピッチが小さい密ホールの光強度分
布も著しく劣化するため、パターンを形成することがで
きない。したがって、図7に示すように近接効果による
寸法差も大幅に悪化する。その理由は、密ホールの回折
光は瞳面状に離散的に分布しているが、瞳フィルタを適
用すると0次光が遮光され、±1次光の干渉相手がなく
なる、ないし±1次光が干渉する倍周波数干渉となるか
らである。
【0009】つまり、従来では、遮光半径Rの最適化に
主眼が置かれていたが、遮光半径Rの最適化のみで、本
来の目的である解像力の向上と、マスクリニアリティや
近接効果に対する措置の双方を両立させることは困難で
ある。
【0010】本発明の目的は、瞳フィルタの透過率及び
照明の影響に関する知見に基づきコンタクトホールなど
の抜きパターンに対して、マスクリニアリティや近接効
果による寸法差を良好に保ちつつ、解像力の向上を図る
ことができる投影露光装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決する手段】請求項1に記載の発明に係る投
影露光装置は、投影光学系の瞳面に瞳フィルタを設ける
投影露光装置において、前記瞳フィルタは、コンタクト
ホールパターンに対し、遮光半径がNA比で0.6〜
0.8、透過率が0.1〜5%であり、σが0.6〜
0.9程度の通常照明で露光することを特徴とする。
【0012】請求項2に記載の発明に係る投影露光装置
は、投影光学系の瞳面に瞳フィルタを設ける投影露光装
置において、前記瞳フィルタは、ライン系パターンに対
し、遮光半径がNA比で0.6〜0.8、透過率が5%
〜10%であり、σが0.6〜0.9程度の通常照明で
露光することを特徴とする。
【0013】請求項3に記載の発明に係る投影露光装置
は、請求項1または請求項2に記載の投影露光装置にお
いて、前記瞳フィルタの透過率は、一様であることを特
徴とする。
【0014】請求項4に記載の発明に係る投影露光装置
は、請求項1または請求項2に記載の投影露光装置にお
いて、前記瞳フィルタの透過率は、中心部から周辺部に
向かい増加することを特徴とする。
【0015】本発明者は、瞳フィルタによる解像力の向
上について検討した結果、以下の知見を得た。(A)瞳
フィルタの遮光半径Rの影響については、R=0.6以
上でないと十分な解像力向上効果が得られない。その一
方で、マスクリニアリティや近接効果は、急激に悪化す
る。また、R=0.8以上では、露光時間が極端に長く
なるため、実用的でない。(B)瞳フィルタの遮光率T
の影響については、5%未満で解像力向上効果が急激に
向上する。また、マスクリニアリティや近接効果は、急
激に悪化する。(C)照明σの影響に関しては、解像力
向上効果の変化は小さいが、マスクリニアリティや近接
効果を良好に保つ瞳フィルタの透過率Tのリミットを大
きく左右する。大σ通常照明でフィルタ透過率Tを最も
下げることができる。
【0016】以上の検討結果から、遮光半径Rを0.6
〜0.8程度に保ち、大σ通常照明でマスクリニアリテ
ィや近接効果が極端に悪化しない限り、フィルタ透過率
Tをできるだけ下げていくのが最善である、と結論され
る。
【0017】したがって、請求項1乃至請求項4に記載
の発明によれば、コンタクトホールなどの抜きパターン
に対して、マスクリニアリティや近接効果による寸法差
を良好に保ちつつ、解像力の向上を図ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。
【0019】図1は、本発明の実施形態に係る投影露光
装置の投影光学系を示す図である。図1において、投影
露光装置では、レチクル1上のパターンを投影レンズ2
によってウェハ3へ露光投影する。この投影レンズ2の
瞳面4の中心付近に、瞳フィルタ5が設けられる。
【0020】レチクル1上のパターンは、この実施形態
では、抜きパターンの一種であるコンタクトホールパタ
ーンである。瞳フィルタ5は、そのようなコンタクトホ
ールパターンに対するものとして次のように定めてあ
る。
【0021】即ち、瞳フィルタ5は、遮光半径Rが、N
A比で0.6〜0.8,透過率Tが0.1%〜5%であ
る。そして、照明系は、図示してないが、露光は、σ
(コヒーレンシ・ファクタ)が0.6〜0.9程度の通
常照明で行うこととしてある。
【0022】これにより、微細ホールパターン回折光の
0次成分の全てではなく、一部が遮光される。また、大
寸法ホール回折光(0次から高次の項までの全て)及び
密集ホール回折光の0次成分についても、同様に、全て
ではなく、一部が遮光される。つまり、瞳フィルタ5
は、透過率及び照明との関係により、瞳面中心付近を通
過する回折光が部分的に取り込める構成となっている。
【0023】図2は、New Contrast特性図
である。図3は、マスクリニアリティ(Mask Li
nearity)特性図である。図4は、近接効果特性
図である。図2〜図4は、それぞれ、遮光半径R=0.
75,大σ通常照明(σ=0.75conv.)での透過率依存
性についてのシミュレーション結果である。なお、光源
やコンタクトホールパターンは、図5〜図7の場合と同
様に、波長193nmのArFエキシマレーザ、130
nmC/H(+40nm MASKBias)である。
【0024】図において、最適な透過率Tを決定するの
は、図3(マスクリニアリティ)及び図4(近接効果)
である。図3から、T=0%は許容されない。また、図
4から、T=0.1%は許容されない。なお、図4中の
横線は、ターゲット寸法±10%の範囲であり、0.3
5μmよりも大きなピッチのパターンがこの範囲に入る
と考えられる。
【0025】図3,図4から、従来例と比べて同じ遮光
半径Rでも、マスクリニアリティや近接効果は小さくな
りこそすれ、大きくなることはないことが解る。したが
って、コンタクトホールパターンに対しては、マスクリ
ニアリティや近接効果による寸法差を良好に保ちつつ、
解像力が向上することが理解できる。
【0026】以上は、コンタクトホールパターンへの適
用例であるが、ライン系パターンに対しても同様に適用
できる。ライン系パターンに対する最適条件は、遮光半
径Rが、NA比で0.6〜0.8,透過率Tが5%〜1
0%である。そして露光は、σが0.6〜0.9程度の
通常照明で行う。
【0027】なお、以上説明した2つの実施形態におい
て、フィルタの透過率は、一様でなくとも良い。例え
ば、中心部(例えばR<0.3)を完全遮光とし、周辺
部(R>0.3)を半透明としてもも良い。最適なフィ
ルタ透過率分布は、実験ないしシミュレーションにより
求められる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
瞳フィルタの透過率T及び照明σの最適化を図ることに
より、瞳フィルタは、瞳面中心付近を通過する回折光を
部分的に取り込めるようにしてあるので、抜きパターン
に対して、マスクリニアリティや近接効果による寸法差
を良好に保ちつつ、解像力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(1)は実施形態の投影露光装置の投影光学系
の側面図である。(2)は瞳フィルタの配置を示す上面
図である。
【図2】瞳フィルタのNew Contrast特性の透過率依存性
についてのシミュレーション結果を示す図である{T依
存性(R=0.75、σ=0.75conv.)、ArF(193nm)、130n
mC/H(+40nm Mask Bias)}。
【図3】瞳フィルタのマスクリニアリティ(Mask Linea
rity)特性の透過率依存性についてのシミュレーション
結果を示す図である{T依存性(R=0.75、σ=0.75co
nv.)、ArF(193nm)、130nmC/H(+40nm Mask Bia
s)}。
【図4】瞳フィルタの近接効果特性の透過率依存性につ
いてのシミュレーション結果を示す図である{T依存性
(R=0.75、σ=0.75conv.)、ArF(193nm)、130nmC
/H(+40nm Mask Bias)}。
【図5】瞳フィルタのNew Contrast特性の遮光半径依存
性についてのシミュレーション結果を示す図である{R
依存性(T=0(完全遮光)、σ=0.75conv.)、ArF(1
93nm)、130nmC/H(+40nm Mask Bias)}。
【図6】瞳フィルタのマスクリニアリティ(Mask Linea
rity)特性の遮光半径依存性についてのシミュレーショ
ン結果を示す図である{R依存性(T=0(完全遮
光)、σ=0.75conv.)、ArF(193nm)、130nmC/H(+4
0nm Mask Bias)}。
【図7】瞳フィルタの近接効果特性の遮光半径依存性に
ついてのシミュレーション結果を示す図である{R依存
性(T=0(完全遮光)、σ=0.75conv.)、ArF(193n
m)、130nmC/H(+40nm Mask Bias)}。
【符号の説明】
1 レチクル 2 投影レンズ 3 ウェハ 4 瞳面 5 瞳フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 投影光学系の瞳面に瞳フィルタを設ける
    投影露光装置において、 前記瞳フィルタは、コンタクトホールパターンに対し、
    遮光半径がNA比で0.6〜0.8、透過率が0.1〜
    5%であり、σ(コヒーレンシ・ファクタ)が0.6〜
    0.9程度の通常照明で露光することを特徴とする投影
    露光装置。
  2. 【請求項2】 投影光学系の瞳面に瞳フィルタを設ける
    投影露光装置において、 前記瞳フィルタは、ライン系パターンに対し、遮光半径
    がNA比で0.6〜0.8、透過率が5%〜10%であ
    り、σが0.6〜0.9程度の通常照明で露光すること
    を特徴とする投影露光装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2に記載の投影露
    光装置において、 前記瞳フィルタの透過率は、一様であることを特徴とす
    る投影露光装置。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2に記載の投影露
    光装置において、 前記瞳フィルタの透過率は、中心部から周辺部に向かい
    増加することを特徴とする投影露光装置。
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