JP3958163B2

JP3958163B2 - 露光方法

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Publication number: JP3958163B2
Application number: JP2002272626A
Authority: JP
Inventors: 美代子川島; 賢治山添
Original assignee: Canon Inc
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Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2022-09-19
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光に係り、特に、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細コンタクトホールパターンの製造に用いられる露光方法に関する。ここで、マイクロメカニクスは、半導体集積回路製造技術を微細構造体の製作に応用し、ミクロン単位の高度な機能を持った機械システムを作る技術をいう。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。近年では、半導体素子の微細化への要請に伴い、解像度はより小さい値を要求されている。露光光の短波長化だけではこの要求を満足するには限界となっており、投影光学系の高ＮＡ化により解像度の向上を見込んでいる。そのため、現在、投影光学系のＮＡの向上は加速度的になされ、ＮＡ＝０．９を超える投影光学系の開発がされようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高ＮＡ化が進むにつれ、光の偏光による結像性能への影響が無視できなくなるという報告がなされている。入射角が大きいほど、光の偏光方向による結像性能に差が生じてしまうためである。高ＮＡ化が進むと、光の偏光方向による結像性能は、従来のスカラー理論では予測することができず、光を電磁波としてより正確に扱ったベクトル回折理論によって、光の偏光による結像性能への影響が明らかとできる。
【０００５】
また、光の偏光による結像性能への影響は、通常の０次回折光と２つの１次回折光が干渉することによって結像する３光束干渉よりも２光束干渉の方がはるかに大きい。なぜなら、３光束干渉は、入射光全体で大きな割合を占める０次回折光は入射角がゼロに近いために偏光の影響をほとんど受けず、入射角の大きな他の２つの１次回折光のみが偏光の影響を受けるためである。２光束干渉による結像は、位相シフトマスクのような２つの１次回折光が干渉する場合や、斜入射照明のような０次回折光と１つの１次回折光が干渉する場合があるが、偏光による結像性能への影響は同様である。
【０００６】
上述したように、微細パターンを形成するためには投影光学系の高ＮＡ化が必要であるが、高ＮＡ化による偏光の影響により結像性能が低減し、所望のパターンを形成することができないことが示唆されている。即ち、投影光学系の高ＮＡ化は微細パターン形成のために避けて通ることができないため、高ＮＡ化による結像性能の劣化という相反する現象を解決する必要がある。それにもかかわらず、偏光による結像性能への影響を詳細に検討した報告は少なく、偏光を制御することができる露光装置もあらわれていない。
【０００７】
そこで、本発明は、偏光の影響による結像性能の劣化を防止し、所望のパターンを形成することができる露光方法を提供することを例示的目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面としての露光方法は、マスクに形成されたパターンを、Ｓ偏光のみが存在する第１の部分とＳ偏光及びＰ偏光が混在する第２の部分とを有する有効光源を形成する照明系を用いて照明し、前記マスクを経た光を、投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、前記第１の部分は、輪帯形状であって、前記Ｓ偏光は、前記輪帯形状の接線方向に偏光し、前記第２の部分は、円形形状であって、前記輪帯形状の第１の部分の内側に位置することを特徴とする。
【００１５】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１７】
本発明者は、高ＮＡ化による光の偏光の結像性能への影響を鋭意検討した結果、例えば、ＮＡ＝０．９（最大入射角６４°）では、ベクトル理論において、偏光状態によりコントラストに差を生じ、２光束干渉では、かかる差が顕著に現れることを発見した。ここでは、位相シフトマスクを用いた場合の偏光の結像性能への影響を説明する。
【００１８】
偏光は、図１２（ａ）に示すように、投影光学系ＯＰの断面に対して垂直な方向に偏光している光ＬをＳ偏光、図１２（ｂ）に示すように、投影光学系ＯＰの断面に対して平行な方向に偏光している光ＬをＰ偏光と定義する。ここで、図１２は、Ｓ偏光及びＰ偏光を定義するための模式図である。換言すれば、光Ｌの進行方向をＺ軸にとり、Ｚ軸と直交し投影光学系ＯＰの断面（紙面）と平行な方向をＸ軸、投影光学系ＯＰの断面（紙面）と直交する方向をＹ軸にとると、Ｓ偏光はＹ軸方向に、Ｐ偏光はＸ軸方向に偏光していることになる。Ｓ偏光及びＰ偏光を用いて、図１３に示すような、Ｘ軸方向に繰り返しのあるパターン１４１のコントラストを計算する。図１３は、Ｘ軸方向に繰り返しのあるマスクパターンを示す模式図である。
【００１９】
ＫｒＦエキシマレーザー（波長λ＝２４８ｎｍ）を光源とした、ＮＡ＝０．９０の露光装置において、スカラー理論上の光、Ｓ偏光の光、Ｐ偏光の光、無偏光の光で、位相シフトマスクを露光したときの空中像のコントラストは、図１４に示すようになる。なお、位相シフトマスクは、図１３に示すようなＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンで、隣り合うパターンの位相が反転しているものである。ここで、図１４は、Ｌ／Ｓパターンの線幅とコントラストとの関係を示すグラフであって、横軸にＬ／Ｓの線幅、即ち、ハーフピッチの長さ、縦軸にベストフォーカスでのコントラスト、即ち、あるフォーカス範囲でのコントラストピークを採用している。
【００２０】
図１４を参照するに、Ｓ偏光の光のコントラストは従来のスカラー理論のコントラストとほぼ同等であるのに対し、Ｐ偏光の光のコントラストは激減し、Ｌ／Ｓ＝９０ｎｍでゼロになる。これは、Ｌ／Ｓ＝９０ｎｍでは、２つの光束の方向がちょうど直角に交わるので、２つの光束は干渉せず結像しないためである。Ｓ偏光とＰ偏光が混在する（無偏光）状態では、これらのほぼ平均の値となるが、従来のスカラー理論で予想されていたものよりコントラストは非常に低くなる。
【００２１】
偏光による２光束干渉のコントラスト低下の例を位相シフトマスクで説明したが、バイナリマスクを斜入射照明しても同様な結果が得られる。従って、２光束干渉を用いても通常のように無偏光状態であると、スカラー理論で予測したような高解像な結像性能は実現されないことになる。
【００２２】
スカラー理論で予測されるような高解像な結像性能を達成するには、Ｐ偏光の偏光状態の光をカットし、Ｓ偏光の光のみを結像させればよい。即ち、図１５に示すように、マスクパターンがＹ軸方向に長い線パターン１６１に対して、Ｙ軸方向に偏光方向を有するＳ偏光１６２を用いて結像させればよい。図１５は、パターンの形成方向と偏光方向との関係を示す模式図である。
【００２３】
図１２に示す投影光学系ＯＰにおいては、像面であるレジストＰＲ面に至る前の投影光学系ＯＰの射出瞳ＥＥから出た光がＳ偏光であれば像面上のパターンでは高コントラストな結像となるため、例えば、瞳ＥＥにＰ偏光の光のみを吸収又は反射する瞳フィルターを入れてもよいし、レチクルＭＳと瞳ＥＥの間にＰ偏光の光のみを吸収又は反射する光学部材を挿入する方法が考えられる。
【００２４】
しかしながら、瞳ＥＥにＰ偏光吸収部材を入れると、かかる部材が光を吸収することによって熱が発生し、周辺の光学部材の屈折率変化及び形状変化を引き起こし、収差が発生する問題が生じる。
【００２５】
瞳ＥＥにＰ偏光のみを反射する反射部材を入れた場合には、反射した光が投影光学系ＯＰの他の部分（例えば、光学部材）に吸収され、同様に、熱収差を引き起こす要因となったり、投影光学系ＯＰの他の部分に吸収されなかった光が投影光学系ＯＰの中を散乱し、結像に関与しないフレアー光となりコントラストを悪化させたりする。
【００２６】
レチクルＭＳと瞳ＥＥの間にＰ偏光の光を吸収又は反射する光学部材を挿入しても上述したのと同様の問題を生じさせてしまうために、投影光学系ＯＰの中で偏光を制御することは難しい。
【００２７】
そのため、レチクルＭＳより前段、つまり、照明光学系で偏光を制御し、Ｓ偏光のみをレチクルＭＳに照射する方がよい。従って、図１６に示すような照明光学系１７０を用いてレチクルＭＳをＳ偏光のみで照明する。図１６において、光学系１７１とオプティカルインテグレーター１７２の間で偏光を制御するのが最も効果的である。なぜならば、照明光学系１７０のうち、特に、オプティカルインテグレーター１７２より後段の光学系１７３では、レチクルＭＳに照射することに適した光を形成するためのものであるので、オプティカルインテグレーター１７２より前段にフィルターなどを入れたことで、かかるフィルター近傍に光の散乱が発生したり、熱収差が発生したりしたとしてもオプティカルインテグレーター１７２より後段の光学系１７３がある程度補正してくれるからである。ここで、図１６は、露光装置の概略構成図である。
【００２８】
バイナリマスクにおいては、図１７に示すように、Ｘ軸方向に周期の繰り返しのあるパターン１８１に関し、繰り返し周期と直交する方向に偏光している光１８２を用いて照明すると、解像性能がよい。このときの有効光源、即ち、投影光学系の瞳に照明光の分布を投影した分布は、図１８に示すような、円形状の有効光源１９１を周辺に２極化し、かかる有効光源１９１の偏光方向１９２を図中矢印方向に制御したダイポール型の有効光源形状１９０が有効である。ここで、図１７は、パターンの繰り返し方向と偏光方向との関係を示す模式図である。図１８は、図１７に示すパターンを解像するために用いられる有効光源形状の一例を示す概略図である。
【００２９】
また、様々な方向のパターンを解像するために、図１９に示すような、有効光源形状２００が知られている。有効光源形状２００は、輪帯照明において、偏光の向きを制御したものであって、詳細には、有効光源２０１を輪帯形状にし、かかる有効光源２０１の偏光方向を輪帯形状の有効光源２０１の接線方向（図中矢印方向）に制御したものである。図１９は、様々な方向のパターンを解像するために用いられる有効光源形状の一例を示す概略図である。
【００３０】
有効光源形状２００においては、有効光源２０１の外側になるほど、細かいＬ／Ｓパターンの解像に有効な光を得られるため、有効光源２０１の内側のσｉｎが有効光源２０１の外側のσｏｕｔに近いと微細周期パターンを解像する。しかしながら、パターン全体の解像性能は悪くなり、Ｌ／Ｓパターンの端部が悪化したり、周期パターンの線幅と孤立パターンの線幅に差が生じたりする。このような現象を回避するために、輪帯照明の幅を大きく、即ち、有効光源２０１の内側のσｉｎを小さくする。
【００３１】
しかし、有効光源の周波数成分を考えると、投影光学系の瞳の周辺の高周波数成分と内側の低周波数成分ではＰ偏光の悪化の度合いが異なっているのは図１４に示すグラフより明らかである。図１４に示すグラフの横軸であるハーフピッチの長さが短いほど、光の入射角度が大きくなるため（２光束のなす角が直角に近づくほど）、Ｐ偏光の悪化が大きいが、ハーフピッチの長さが長くなるとＰ偏光の悪化は小さくなる。
【００３２】
そのために、投影光学系の瞳の内側の低周波数成分では偏光方向によるコントラストの低下が少なく、偏光方向を考えなくてよい。逆に、微細でないパターン全体を全体的に解像させたり、周期性のないパターン又はＬ／Ｓパターンではない比較的に大きなパターンを解像させたりするためには、方向性のない光（即ち、Ｓ偏光とＰ偏光が混在している光）の方が均質性などの点で解像性能がよくなる。ここでの、Ｓ偏光とＰ偏光が混在している光とは、Ｓ偏光とは異なる直線偏光でも、円偏光でも、無偏光でも良い。
【００３３】
以上の理由から、本発明は、微細なパターンの解像性能を向上させ、Ｌ／Ｓパターンや孤立パターン全体のパターンの解像性能の均質性をよくするために、本発明は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような、有効光源形状１０Ａ及び１０Ｂを提案する。図１は、本発明が提案する有効光源形状の一例を示す概略図である。
【００３４】
図１（ａ）に示す有効光源形状１０Ａは、微細な線幅のパターンを解像するために、σｉｎから有効光源１６の外側のσｏｕｔまでの輪帯形状の第１の部分１２に輪帯形状の接線方向に偏光したＳ偏光を用い、微細でないパターンを全体的に解像するために、σｉｎより内側の円形形状の第２の部分１４をＳ偏光とＰ偏光が混在した無偏光状態にするものである。
【００３５】
なお、σｉｎより内側の第２の部分１４の光強度を、σｉｎより外側の第１の部分１２の光強度に比べて小さくすると、微細な線幅のパターンの解像性は保たれる。σｉｎは、解像性能を向上させたい微細な線幅のパターンの長さＬ、波長λ、投影光学系の開口数ＮＡによって、以下の数式１で示される。
【００３６】
【数１】

【００３７】
あるいは、図１（ｂ）のような有効光源形状１０Ｂとしても同じ効果が得られる。有効光源形状１０Ｂは、微細な線幅のパターンを解像するために、σｉｎから有効光源１６の外側のσｏｕｔまでの輪帯形状の第１の部分１２に輪帯形状の接線方向に偏光したＳ偏光を用い、微細でないパターンを全体的に解像するために、σｉｎ１より内側のσｉｎ２までの輪帯形状の第２の部分１４をＳ偏光とＰ偏光が混在した無偏光状態にするものである。
【００３８】
即ち、投影光学系の瞳における有効光源において、パターンの周期の方向に依存しやすい有効光源周辺の、パターンの周期と平行した軸上に前記Ｓ偏光を入射し、有効光源中心部分の、パターンの方向にあまり依存しない部分にＳ偏光及びＰ偏光が混在する光を分布させるものである。
【００３９】
なお、σｉｎ１より内側のσｉｎ２までの第２の部分１４の光強度を、σｉｎより外側の第１の部分１２の光強度に比べて小さくすると、微細な線幅のパターンの解像性は保たれる。この有効光源形状１０Ｂは、σｉｎ２より内側を遮光部１８として光を遮光することで、微細な線幅のパターンの解像を損なわないようにしたものである。
【００４０】
あるいは、マスク上のパターンがＸ軸方向やＹ軸方向に長いもので主に構成されたものであった場合、図１（ｃ）に示すような有効光源形状１０Ｃがよい。有効光源形状１０Ｃも、微細な線幅のパターンを解像するために、σｉｎから有効光源１６の外側のσｏｕｔまでの輪帯形状の第１の部分１２に輪帯形状の接線方向に偏光したＳ偏光を用い、微細でないパターンを全体的に解像するために、σｉｎより内側の円形形状の第２の部分１４をＳ偏光とＰ偏光が混在した無偏光状態にするものである。
【００４１】
マスクのパターンがＸ軸方向やＹ軸方向に長いもので主に構成されたものであった場合、有効光源を図１（ａ）の有効光源形状１０Ａにすると、Ｘ軸方向やＹ軸方向以外の方向のパターンに対して有効な偏光成分が含まれてしまう。これらの偏光成分はパターン（Ｘ軸方向やＹ軸方向に長いもので主に構成されたパターン）と平行でないため、その分、解像に寄与するＳ偏光成分が少なくなってしまう。
【００４２】
したがって、マスクのパターンがＸ軸方向やＹ軸方向に長いもので主に構成されたものであった場合、図１（ｃ）に示すようなパターンに平行な偏光成分のみで構成されている有効光源の方が、露光装置の解像性能がよくなるし、照明系の構造が簡略化される。
【００４３】
なお、σｉｎより内側の第２の部分１４の光強度を、σｉｎより外側の第１の部分１２の光強度に比べて小さくする、あるいは、σｉｎより更に内側の部分を遮光しても、上述したのと同様に、微細な線幅のパターンの解像性は保たれるのはいうまでもない。なお、マスクパターンに、ある特定の偏光方向の光のみを透過する偏光膜を設けると、一層の効果が期待できる。
【００４４】
他の例として、コンタクトホールパターンを解像する場合を説明する。図２に示すようなコンタクトホールパターン２１を解像するために、通常は図１０のようなマスクパターンを用いるが、図３に示すようにコンタクトホールパターン２１を形成するための所望のパターン３１よりも寸法の小さなダミーパターンである補助パターン３２が更に配列されたマスク３０を用いると解像力が上がることが知られている。このようなパターンからなるマスクを、図４に示すような十字形状の遮光部４１と円形形状の有効光源（光透過部）４２を有する有効光源形状４０を用いて照明することで、所望のパターン３１のみを解像させる露光方法を露光方法Iと呼ぶことにする。ここで、図２は、コンタクトホールパターン２１を表す概略平面図である。図３は、コンタクトホールパターン２１を形成するための所望のパターン３１に補助パターン３２を挿入したマスク３０の概略平面図である。図４は、図３に示すマスク３０を解像するための有効光源形状４０の一例を示す概略図である。
【００４５】
図３に示すマスク３０では、コンタクトホールパターン２１を解像するための所望のパターン３１の開口径をｔ、所望のパターン３１を解像するためのそれ自身は解像しない補助パターン３２の開口径をｄとすると、ｔ／ｄが０．７以上であることを特徴としている。
【００４６】
以下では、露光方法Ｉについて詳しく述べる。
【００４７】
マスク３０に対して、複数種類の光による照明、つまり所望のコンタクトホールを解像するための十字斜入射照明（以下強調照明部と呼ぶ）と、その十字斜入射照明による補助パターンの解像を抑制する（即ち、補助パターンに対応する炉光量は抑え（露光量の増加小）、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調する（露光量の増加大））ような照明（以下抑制照明部と呼ぶ）を行うことで、所望のコンタクトホールパターンのみをウェハ等の被処理体に解像力良く露光することができる。
【００４８】
コンタクトホールのピッチが小さいとマスク３０を用いて小σ照明をした場合には、露光装置の投影光学系の瞳面における回折光は、０次回折光を除き他の回折光は瞳外へ外れてしまう。図２２（ａ）に示すように、０次回折光１０が生じ、他の回折次数の回折光は瞳面上において、回折光１１乃至１８のようになる。よって、０次以外の回折光は投影レンズの瞳の外へ出てしまい、このような条件のもとではパターンが形成されない。ここで、図２２（ａ）は、マスク３０に小σ照明したときの投影光学系の瞳面上の回折光の位置を示した模式図である。
【００４９】
そこで、これらの回折光１１乃至１８が瞳に入るような照明をする必要がある。例えば、２つの回折光１０及び１５を例にとって、かかる回折光が図２２（ａ）に示す投影光学系の瞳面の中に入るようにするには、図２２（ｂ）に示すように照明光を移動（斜入射照明）すればよい。このような斜入射照明を行うことにより０次回折光１０と±１次回折光のうち一つ１５が投影光学系の瞳の両端に入射することになり、その２つの回折光が瞳に入射し、両者の干渉により被処理体に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。
【００５０】
図２３は、ある微細なピッチのマスクパターンにたいして、斜入射照明時の０次回折光と１次回折光の関係を示したものである。領域ａの０次回折光に対して、±１次回折光がｂ、ｃのように発生する。本図において、領域ａの形状は、照明光の±１次回折光のうち１つが瞳内に入る形状である。投影光学系の瞳の左右に書かれた円は、投影光学系の瞳径と同じ直径を持ち、かつ所定量（図２２の１０と１５の間隔）だけ中心が瞳径中心から離れた位置としている。言い換えれば、領域ａ内にすべての０次光がある斜入射照明の場合、その±１次回折光のうちの１つが瞳内に入ることになり、両者の干渉により被処理体に等ピッチの直線状の干渉縞が形成される。
【００５１】
同様に、図２３の領域ｂを０次回折光とする斜入射照明の場合も、±１次回折光のうち１つが瞳内に入る（領域ａ）ことになる。
【００５２】
このような２つの円の合致領域である流線型の有効光源領域を図２４に示すように４つ組み合わせることにより、被処理体には縦と横の等ピッチ直線状の干渉縞が形成され、光強度の重なった交点に強度が大きい部分と小さい部分が２次元周期的に現れる。つまり、図２４に示した十字に配置された瞳の半径方向に直行する方向に長手を有する４つの流線型領域（斜線部分）が前述の強調照明部となる。なお、それ以外の部分（投影光学系瞳径内のうちの斜線部以外の部分）は前述の抑制照明部となる。
【００５３】
マスク３０上の所望のコンタクトホールパターン３１の部分は補助パターン３２よりも寸法を大きくしてあるので、その部分は周辺より強度が大きく、所望のコンタクトホールパターンが形成されることになる。しかしながら、単に十字型の斜入射照明をしただけでは被処理体上のパターンには、図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように補助パターンが解像されてしまい、所望のコンタクトホールパターン以外にも不必要なパターンが生まれてしまう（ここで、図２５は右側の有効光源形状に対応した被処理体上での解像パターンのシミュレーションを示した図である）。
【００５４】
つまり、露光量で考えると、図２６に示す細い実線で描かれた波線のようになり、所望のコンタクトホールパターンＰ１の径が所望の値となる露光量閾値（レジスト閾値：図２６中の細かい点数）においては、所望パターンＰ１だけでなく、その間に補助パターンＰ２が解像してしまっている（ここで、図２６は十字斜入射照明及び本発明の変形照明における露光量及び当該露光量に対応する被処理体上での像を示した図である）。
【００５５】
そこで、１つの回折光のみ瞳面に入射する有効光源分布（前述の抑制照明部）を図２４の有効光源分布に加えることが考えられる。その１つの回折光としては０次回折光を選ぶのが斜入射角を小さくできるので都合が良い。図２７にその有効光源分布の一例を示す。
【００５６】
２つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２４参照）と、１つの回折光が瞳に入射する有効光源分布（図２７参照）を足し合わせたものに近い、図２８に示されるような中央が十字状に抜けた有効光源分布を有する照明をマスク３０に対して行うと、露光量は図２６に示す太い実線で描かれた波線のようになる。つまり、マスク３０の所望のコンタクトホールパターン３１に相当する部分の露光量が特に増加され、所望のコンタクトホールパターンの径が所望の値となる露光量閾値（レジストの閾値：図２６中の太い点線）において、偽解像パターンＰ２が消失した所望パターンＰ３のみを得ることができる。
【００５７】
以上より、露光方法Iでは、図４に示す有効光源形状４０を用いることが特徴であり、有効光源形状４０は、２つの機能を有していることが分かる。即ち、有効光源形状４０は、図５（ａ）及び図５（ｂ）のように２つに分解することができる。このうち、図５（ａ）の４つの部分５１は、所望のパターン３１を効果的に解像させる効果を有するが、所望のパターン３１の周囲に配置された補助パターン３２までも解像させてしまう。一方、図５（ｂ）の４つの部分５２は、所望のパターン３１の輪郭をはっきりさせ、且つ、補助パターン３２の解像を抑制する効果がある。従って、図４に示す有効光源形状４０を用いて図３に示すマスク３０を露光すると、所望のパターン３１のみが解像され、補助パターン３２は解像されない。ここで、図５は、図４に示す有効光源形状４０を２つに分解した平面図であって、図５（ａ）は、所望のパターン３１の解像に寄与する部分５１を模式的に示した平面図であり、図５（ｂ）は、補助パターン３２の解像を抑制する部分５２を模式的に示した平面図である。
【００５８】
以上の露光方法Ｉにおいても、偏光方向を制御した有効光源を取り入れることができる。具体的には、有効光源形状４０において、微細な所望のパターン３１を解像する４つの部分５１にＳ偏光を用いた図６（ａ）に示すような有効光源と、所望のパターン３１の輪郭を強調する部分５２はＳ偏光とＰ偏光が混在する無偏光状態にして図６（ｂ）に示すような有効光源とを形成し、図６（ａ）及び図６（ｂ）の有効光源を組み合わせることで形成される図７に示すような偏光方向が制御された有効光源形状４０が露光方法Ｉに効果的である。
【００５９】
即ち、投影光学系の瞳における有効光源において、有効光源周辺部のうち、パターンの周期方向と平行で且つ瞳の中心を通る軸上の周辺に前記Ｓ偏光を入射し、それ以外の部分にＳ偏光及びＰ偏光が混在する光を分布させるものである。
【００６０】
図７に示す有効光源形状４０は、露光方法Ｉのみならず、通常の露光においても十分効果を発揮する。ここで、図６（ａ）は、所望のパターン３１の解像に寄与する部分５１の偏光方向を模式的に示した平面図であり、図６（ｂ）は、補助パターン３２の解像を抑制する部分５２の偏光方向を模式的に示した平面図である。図７は、偏光方向が制御された有効光源形状４０を模式的に示した平面図である。
【００６１】
図７に示す有効光源形状４０の変形例として図８に示すような有効光源形状４０Ａとしてもよい。有効光源形状４０Ａは、矩形形状の遮光部４１Ａと遮光部４１Ａの外側に円形形状の有効光源４２Ａを有する。図８に示す有効光源形状４０Ａにおいて、９０°方向（即ち、Ｘ軸又はＹ軸に対して平行方向）の偏光をＳ偏光に制御し、４５°方向（即ち、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°方向）をＳ偏光とＰ偏光が混在する無偏光状態とすれば、露光方法Ｉに効果的な照明となる。ここで、図８は、図７に示す有効光源形状４０の変形例である有効光源形状４０Ａを模式的に示した平面図である。
【００６２】
また、有効光源形状４０Ａにおいて、図９に示すように、矩形形状の遮光部４１Ａを包含する円ＳＣより外側の偏光を円ＳＣの接線方向とし、円ＳＣより内側をＳ偏光とＰ偏光が混在する無偏光状態にした有効光源形状４０Ｂも露光方法Ｉに効果的な照明である。図９では、円ＳＣは遮光部４１Ａに接しているが、パターンの線幅等に応じて、その半径をそれよりも大きくしても良い。なお、有効光源形状４０Ａ及び４０Ｂも有効光源形状４０と同様に、露光方法Ｉのみならず、通常の露光においても効果を発揮する。ここで、図９は、図８に示す有効光源形状４０Ａの変形例である有効光源形状４０Ｂを模式的に示した平面図である。
【００６３】
以下、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）を光源とし、投影光学系の開口数が０．９である露光装置を仮定してシミュレーションを行ったので、その結果を示す。投影露光装置は、縮小投影露光が一般的である。縮小投影露光の場合、作成したいパターンサイズとマスクパターンは露光装置に依存した倍率だけ異なる。露光装置の倍率は、それぞれの機種において様々であるので、以下においては、マスク上でのパターンサイズをウェハ上の寸法に換算する。
【００６４】
例えば、投影露光装置の倍率が０．２５倍であるとき、１２０ｎｍのパターンを作成したい場合は、実際にはマスク上に４８０ｎｍのパターンを作成しなくてはならないし、投影露光装置の倍率が０．２０倍であるときは、マスク上に６００ｎｍのパターンを作成しなくてはならない。しかし、以下では、これらの状況に対する区別をなくすためにマスクパターンの大きさをウェハ上の寸法に換算し、１２０ｎｍのパターンと呼ぶ。
【００６５】
【実施例】
ターゲットパターンは、図２において、ｐ＝１８０ｎｍ、即ち、コンタクトホールパターン２１のホール径を９０ｎｍ、横方向のホール間隔を９０ｎｍ、縦方向のホール間隔を２ｐ＝３６０ｎｍとする。このような微細なパターンを通常のバイナリマスクで露光することは非常に困難である。かかる場合は、露光方法Ｉを用いることが好ましい。
【００６６】
縦方向及び横方向に周期１８０ｎｍで７０ｎｍの補助パターン３２を挿入し、図３に示すようなマスク３０を、十字形状の遮光部４１を有する有効光源形状４０で露光すればよい。なお、図４に示す有効光源形状４０において、σ＝０．９、ａ＝０．７、ｂ＝０．５５であるとする。
【００６７】
無偏光状態の有効光源形状４０を用いてシミュレーションを行ったところ、ベストフォーカス時の空中像の二次元像は、図１１（ａ）のようになった。
【００６８】
次に、図８に示したような有効光源形状４０Ａにおいて、９０°方向に接線方向の偏光を与え、４５°方向を無偏光にした有効光源形状４０Ａを用いてシミュレーションを行ったところ、所望のパターン３１が５つ並んでいる領域におけるベストフォーカス時の空中像は、図１１（ｂ）のようになった。
【００６９】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）を参照するに、偏光を制御した有効光源形状４０Ａを用いた方が、無偏光状態の有効光源形状４０を用いた場合よりも、所望のパターン３１の空中像が鋭くなっていることがわかる。
【００７０】
図１１（ａ）に見られるように無偏光状態では像がぼけてコントラストが落ちていることがわかるが、図１１（ｂ）ではシャープな像が得られており、スカラー理論で得られる像に近いものが得られている。微細なパターンを解像する上で、無偏光状態におけるようなコントラスト低下は大きな問題であるが、露光方法Ｉと偏光を制御した有効光源形状４０Ａを用いることにより微細なパターンを恵贈できるようになることがわかった。偏光を制御した効果が最も現れやすいのは、周期的なパターンであり、露光方法Ｉは、擬似的ではありながら、周期パターンを形成するために、特に、偏光を制御した照明の効果を得やすい。
【００７１】
本実施例により、露光方法Ｉにおける偏光を制御した有効光源の効果、特に、図８に示したような、有効光源形状４０Ａの効果が確認された。同様に、図７及び図９に示したような、有効光源形状４０及び４０Ｂについても、その効果を確認してある。
【００７２】
また、本実施例ではＮＡ＝０．９の場合を例にして説明したが、この露光方法の効果は高ＮＡになればなるほど、また微細なパターンになればなるほど顕著に現れる。しかし、高ＮＡの偏光の影響はＮＡが０．７０以上で現れると一般的には言われているので、ＮＡが０．９より小さい場合においても同様な効果が望める。
【００７３】
なお、図１及び図７乃至図９に示す偏光が制御された有効光源形状は、典型的に、図１６の露光装置の照明光学系１７０において、照明光学系の瞳面であるオプティカルインテグレーター１７２の射出面の直後に配置された開口絞り１７４の形状として具体化される。開口絞り１７４は、露光装置の投影光学系ＯＰの瞳面とほぼ共役な位置に設けられており、開口絞りの開口形状は投影光学系の瞳面の有効光源形状に相当する。従って、図１に示す有効光源形状１０Ｂは、例えば、光透過部（第１の部分）１２及び（第２の部分）１４と遮光部１８とを有する開口絞り１０Ｂとして具体化され、図７に示す有効光源形状４０は、光透過部４２と遮光部４１とを有する開口絞り４０として具体化され、図８に示す有効光源形状４０Ａは、光透過部４２Ａと遮光部４１Ａとを有する開口絞り４０Ａとして具体化され、図９に示す有効光源形状４０Ｂは、光透過部４２Ｂと遮光部４１Ｂとを有する開口絞り４０Ｂとして具体化される。上述した開口絞りを有する照明光学系及び露光装置、又、上述のように偏光を制御した露光方法を行うことができる露光モードを有する露光装置も本発明の一側面を構成する。
【００７４】
次に、図２０及び図２１を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図２０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００７５】
図２１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本発明のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、本発明のリソグラフィー技術を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。なお、ここでは、被処理体としてシリコンを用いたウェハを例にあげたが、ガラス基板や球状半導体などを被処理体として用いても良い。
【００７６】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、偏光の影響による結像性能の劣化を防止し、良好なパターン形成が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が提案する有効光源形状の一例を示す概略図である。
【図２】コンタクトホールパターンを表す概略平面図である。
【図３】コンタクトホールパターンを形成するための所望のパターンに補助パターンを挿入したマスクパターンの概略平面図である。
【図４】図３に示すマスクパターンを解像するための有効光源形状の一例を示す概略図である。
【図５】図４に示す有効光源形状を２つに分解した平面図であって、図５（ａ）は、所望のパターンの解像に寄与する部分を模式的に示した平面図であり、図５（ｂ）は、補助パターンを抑制する部分を模式的に示した平面図である。
【図６】図６（ａ）は、所望のパターンの解像に寄与する部分の偏光方向を模式的に示した平面図であり、図６（ｂ）は、補助パターンを抑制する部分の偏光方向を模式的に示した平面図である。
【図７】偏光方向が制御された図４に示す有効光源形状を模式的に示した平面図である。
【図８】図７に示す有効光源形状の変形例である有効光源形状を模式的に示した平面図である。
【図９】図８に示す有効光源形状の変形例である有効光源形状を模式的に示した平面図である。
【図１０】コンタクトホールパターンを形成するためのホールが配列されたマスクパターンの概略平面図である。
【図１１】実施例における空中像のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】Ｓ偏光及びＰ偏光を定義するための模式図である。
【図１３】Ｘ軸方向に繰り返しのあるマスクパターンを示す模式図である。
【図１４】Ｌ／Ｓパターンの線幅とコントラストとの関係を示すグラフである。
【図１５】パターンの形成方向と偏光方向との関係を示す模式図である。
【図１６】露光装置の概略構成図である。
【図１７】パターンの繰り返し方向と偏光方向との関係を示す模式図である。
【図１８】図１７に示すパターンを解像するために用いられる有効光源形状の一例を示す概略図である。
【図１９】様々な方向のパターンを解像するために用いられる有効光源形状の一例を示す概略図である。
【図２０】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図２１】図２０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図２２】図３に示すバイナリマスクに小σ照明したときの瞳面上の回折光の位置と、斜入射照明をしたときの回折光の移動する位置を示した模式図である。
【図２３】ある微細なピッチのパターンにたいして、斜入射照明時の０次光と１次光の関係を示した図である。
【図２４】２つの円の合致領域である流線型の有効光源領域（０次光領域）を４つ組み合わせた図である。
【図２５】被処理体上での解像パターンのシミュレーションを示した図である。
【図２６】変形照明における露光量及び当該露光量に対応する被処理体上での像を示した図である。
【図２７】有効光源分布を説明するための模式図である。
【図２８】有効光源分布を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ有効光源形状
１２第１の部分
１４第２の部分
１６有効光源
１８遮光部
２１コンタクトホールパターン
３０マスクパターン
３１所望のパターン
３２補助パターン
４０、４０Ａ、４０Ｂ有効光源形状
４１、４１Ａ、４１Ｂ遮光部
４２、４２Ａ、４２Ｂ有効光源
１００マスクパターン
１０１ホール

Claims

マスクに形成されたパターンを、Ｓ偏光のみが存在する第１の部分とＳ偏光及びＰ偏光が混在する第２の部分とを有する有効光源を形成する照明系を用いて照明し、
前記マスクを経た光を、投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、
前記第１の部分は、輪帯形状であって、
前記Ｓ偏光は、前記輪帯形状の接線方向に偏光し、
前記第２の部分は、円形形状であって、
前記輪帯形状の第１の部分の内側に位置することを特徴とする露光方法。
マスクに形成されたパターンを、Ｓ偏光のみが存在する第１の部分とＳ偏光及びＰ偏光が混在する第２の部分とを有する有効光源を形成する照明系を用いて照明し、
前記マスクを経た光を、投影光学系を介して被処理体に投影する露光方法であって、
前記第１の部分は、輪帯形状であって、
前記Ｓ偏光は、前記輪帯形状の接線方向に偏光し、
前記第２の部分は、輪帯形状であって、
前記輪帯形状の第１の部分の内側に位置することを特徴とする露光方法。
前記第２の部分の光強度は、前記第１の部分の光強度よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
光源からの光を用いてマスクに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する露光方法であって、
前記光をＳ偏光とＰ偏光とに分離するステップと、
前記投影光学系の瞳における、前記パターンの周期方向と平行した軸上周辺部に前記Ｓ偏光を入射し、前記瞳における、前記軸上周辺部以外に前記Ｓ偏光及び前記Ｐ偏光が混在する光を入射するステップとを有することを特徴とする露光方法。
前記光を入射するステップは、前記投影光学系の瞳における、前記軸及びそれに垂直な軸に対して平行な方向に前記Ｓ偏光を入射し、前記瞳における、前記軸及びそれに垂直な軸に対して４５°方向に前記Ｓ偏光及び前記Ｐ偏光が混在する光を入射することを特徴とする請求項４記載の露光方法。
請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の露光方法を行うことができる露光モードを有することを特徴とする露光装置。