JP3984866B2 - 露光方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクパターン及び前記マスクパターンに最適な照明条件を設定する方法に係り、特に、所望のパターンと、当該所望のパターンのよりも寸法の小さな補助パターン又はダミーパターン(本出願では両者を交換可能に使用する。)とが配列されたマスクを、前記所望のパターンが解像され、かつ、前記補助パターンの解像が抑制されるように、複数種類の光で照明して前記マスクを経た光を被露光体に投影光学系を介して投影する露光方法に適したマスクパターン及び照明条件を設定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
投影露光装置は、フォトリソグラフィ技術を用いてICやLSI及び液晶パネル等のデバイスを製造する際に用いられる。投影露光装置でより小さな解像度を得るために、一般的には投影露光装置の露光波長を短くし、投影光学系の開口数(NA)を大きくする方法が採用されてきた。
【0003】
一般には露光光の短波長化と開口数の増加によって解像力は改善されるが、投影露光装置には、その性質上、解像しやすいパターンと解像しにくいパターンがある。一般に、線パターンの方がコンタクトホールパターンよりも解像しやすいといわれている。そのため、半導体チップなどに用いられる線パターンの幅よりコンタクトホールパターンの幅のほうが大きいのが通常である。以上のことから、フォトリソグラフィ技術の微細化における問題点は微細コンタクトホールパターンの作成である。より具体的には、コンタクトホールの露光は解像力、焦点深度、露光量裕度が得にくい。また、コンタクトホールはマスク誤差敏感度を表すMEF(Mask Error enhansement facter)も線パターンに比べて格段に大きいためにより微細化を困難にしている。
【0004】
これを解決する方法として、特許第3119217号は、開口部の間に露光時に解像されない大きさの補助開口部を設けることによって、ある程度の解像力と焦点深度が得られる方法を開示している。また、特開2002−122976号公報は、かかる方法をより具体化している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法では実施例に示されるように200nm程度の開口が解像されるにすぎず、現在必要とされる120nmの解像は不可能である。現在では露光波長やNAがより高解像化されているが、出願当時の200nmの解像力は、たとえば当時の一般的な、KrFレーザー光源(波長λ=248nm)、NA=0.6からNA=0.5の露光装置をもちいたとすると、レーリーの式(所望のコンタクトホールのホール径)=k1(λ/NA)を変形し、k1=(所望のコンタクトホールのホール径)/(λ/NA)で解像力k1をあらわすと、k1=0.48からk1=0.40であり、現在、通常用いられる露光装置、KrFレーザー光源(波長λ=248nm)、NA=0.73をもってしても、163nmから136nmの開口しか解像されない。
【0006】
従って、現在、通常に用いられる露光装置(KrF(波長λ=248nm)、NA=0.73)を用いて120nm以下の微細な開口を解像するために、k1=0.35以下の解像力を実用的な深度(焦点深度)で得られる露光方法を提供することが本発明の目的である。
【0007】
特に、k1=0.35以下の解像力を達成するために、特願2002−123268において、コンタクトホールのパターンと、当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように、複数種の光で照明することにより前記マスクを投影光学系を介して被露光体に投影することを特徴とする露光方法を提案しているが、より一層のプロセス(焦点深度、露光量)裕度を得ること、即ち、露光量変化、デフォーカス誤差などの露光条件の変化、マスク誤差などの影響を受けにくい安定したプロセスを確立することが本発明の目的である。
【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、コンタクトホールのパターンと、当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように、複数種の光で照明することにより前記マスクを投影光学系を介して被露光体に投影することを特徴とする露光方法であって、前記複数種の光で照明するための有効光源形状における、照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の比であるσ、前記有効光源形状の中心の遮光部を当該遮光部が直交する2軸に関して対称になるように直交2方向に配置した場合に前記前記2軸の一方から前記遮光部の輪郭までの距離をa及びbとすると、前記有効光源のパラメータa、b及びσが、a=1/(4k 1 )−C2/(4k 2 ) 2 、0.07≦C2≦0.20、0.5≦b≦0.55かつ、b≦a−0.1、0.80≦σ≦0.9かつ、σ≧a+0.1の条件を満足することを特徴とする。
【0012】
上述の露光方法を用いて被露光体を露光するステップと、前記露光された被露光体に所定のプロセスを行うステップとを有するデバイス製造方法も本発明の別の側面を構成する。上述のマスクの製造方法の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、LSIやVLSIなどの半導体チップ、CCD、LCD、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【0013】
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。
【0014】
【発明の実施の形態】
本出願では、コンタクトホールのパターンと、当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように、複数種の光で照明することにより前記マスクを投影光学系を介して被露光体に投影することを特徴とする露光方法のパラメータを最適化することを目的とする。そのパラメータとは、最終的に像面上に得たいコンタクトホールの寸法をLとした時、マスク上のパターンの解像すべき個々のホールの大きさt、解像されないダミーの補助開口の大きさd、後述の図1に示す有効光源のパラメータであるσ(照明光学系のNAと投影光学系のNAの比)と中心遮光の大きさa、bである。
【0015】
解像したい所望のパターンは図3のようなものである。開口部の大きさは120nm以下である。図2に示すような、マスクパターンをもつ開口部のまわりが遮光されたバイナリーマスクを用いる。マスクはバイナリーマスクの例を用いて、以下説明するが、遮光部が光をわずかに透過し、その光の位相が開口部の位相と180度ずれたハーフトーンマスクを用いてもまったく同じ結果となる。マスクパターンは、図3の所望のパターンとそのパターンの周囲に解像されない大きさの補助開口を設ける。補助開口の位置は、所望のパターンと周期的になるように配置する。
【0016】
図2に示すように、パターンの開口の大きさは、所望の解像したいコンタクトホールの大きさをtとし、解像しない補助的な開口の大きさをdとする。マスクパターンの大きさは、露光装置の倍率に応じて所望の大きさの4倍か5倍の大きさを持つが、ここでは、像面上の大きさに換算して、倍率をかけない大きさで表す。また、この場合の解像力k1はウェハを露光する露光光の波長λと投影光学系のNAで規格化して、前述したようにレーリーの式を変形して、最終的に得たいコンタクトホールの寸法をLとすると以下の式であらわすことができる。
【0017】
解像力k1=(L/λ)NA
露光装置の照明系における有効光源の形状は図1のようなものである。図中、黒く示した部分が光が透過しない部分であり、白く示した部分が光を透過する部分である。σ(照明光学系のNAと投影光学系のNAの比)と中心遮光の大きさa、bによって光源形状が決定される。また有効光源の形状は図1に限定されたものでなく、たとえば図4に示すように角が取れたような形をしていてもいいし、光が遮光領域の境界を多少染み出ていてもよい。
【0018】
まず、マスク上のパターンの解像すべき個々の開口の大きさt、解像されないダミーの補助開口の大きさdを求める。特許第3119217号に開示された方法では、200nmの開口を解像するために、150nmの補助開口を設けており、特開2002−122976では200nmの開口を解像するために、140nmの補助開口を設けている。しかし、補助開口の大きさは主の開口の大きさの7割程度とあるが、どの程度の大きさにしたらいいか不明である。
【0019】
ここでは有効光源の形状は、とりあえず、σ=0.9.a=0.7,b=0.5とした。開口の大きさtと補助開口の大きさdをふって、CDバラツキ、MEFへの影響、深度を調べた。パターンは図3に示した120nmの大きさとしたが、露光装置によって露光された像面上の9個のホールの大きさを求める。このときの露光量は図3中の左下のホールが所望の大きさの120nmとなるように決めた。他の8個のホールの大きさ(CD)が120nm(L:所望の大きさ)よりどれだけずれているか、その差分を所望の大きさでわり、差分の割合(%)をもとめる。(CDi)そのなかで最も大きい値を、この値以下で大きさがばらついているので、CDバラツキとした。
【0020】
【数1】
【0021】
【数2】
【0022】
MEFはマスクパターンに誤差を与えない時の像面上のパターンの大きさ(CD)から、マスクパターンにある量の誤差(CD_mask_error)を与えたときの像面上のパターンの大きさ(CD’)がどれだけ変化したかを、マスクパターンに与えた誤差量で割って規格化したものである。
【0023】
【数3】
【0024】
【数4】
【0025】
マスクパターンの誤差量は9個の主開口とその周りの補助開口すべて同じ大きさにして、縦方向と横方向に誤差を与えるが、像面上の9個の縦方向と横方向の大きさ変化はすべて別々にばらついたものである。その中で大きさ変化の最も大きいものを誤差量で割ったものをMEFとして求めた。
【0026】
また、露光時における像面位置にデフォーカスを与え、9個のホールの大きさ変化を調べ、9個のホールのうち、ベストフォーカスでの大きさから10%変化した時のデフォーカス量の最小値を深度とした。結果をそれぞれ、図7、図8及び図9に示す。図中、横方向の大きさ変化は主の開口tの大きさ変化(左から所望の大きさの100%,105%,110%,115%)を示し、縦方向の大きさは補助開口d(下から所望の大きさの75%,80%,85%,90%,95%)の大きさ変化を示している。
【0027】
図7のCDバラツキの結果では、補助開口dの大きさが大きく、主の開口tの大きさに近いものほど、CDバラツキの量が少ない。CDバラツキの量は少ないほどよい。図8のMEFの結果では、逆に補助開口dの大きさが小さく、主の開口tの大きさと差のあるものほど、MEFの量が少ない。MEFの量は少ないほどよい。図9の深度の結果では、補助開口dの大きさが大きく、主の開口tの大きさに近いものほど、深度の量が大きい。深度の量は大きいほどよい。従って、MEFとCDバラツキまたは深度は、逆の方向で好ましい結果になる。
【0028】
CDバラツキは、マスク上のパターンにあらかじめ、大きさ変化を見込んで補正すればよいが、深度とマスク誤差敏感度MEFは両者とも重要な量であるので、他方を無視することはできない。しかし、図から見てわかるように、これらの補助開口の大きさdと主の開口tの大きさの変化においては、MEF値はたかだか3.2以下である。コンタクトホールプロセスにおいてはMEF値は3.5以下は許容される範疇なので、深度を優先して補助開口の大きさdと主の開口tの大きさの比を0.75<d/t<0.9とすると深度が優先的に得られる。なお、上限は、補助開口が像面上にパターンとなって現れないような補助開口の大きさの最大値であるから、レジストの種類によって異なりこの値は多少前後する。
【0029】
一方、もっと所望パターンの大きさを小さくしていって110nmのホール(k1=0.32)になると、dとtの大きさ変化がd/tが80%を超えると、有効光源パラメータの値で多少変わるが、MEFが3.5をこえる。したがって、MEFも考慮すると、0.7≦d/t≦0.80とするとMEFも実用の範囲内であるし、深度が実用的に得られる。なお、有効光源パラメータを変えると、MEFや深度の値は変わるが、開口の大きさの比d/tとMEF、あるいは深度の相対的な関係は変わるものではない。
【0030】
しかしながら、図1のような有効光源形状でないと、MEFの値も大きくなり、d/tをどのようにしても深度は得られないために、このd/tは図1のような有効光源形状のもとで有効な範囲である。
【0031】
また、このd/tはホール径がk1≦0.4の微細なものに関して特に有効である。
【0032】
また、最適な比は上記のようなものであるが、実際、dとtの大きさをどのようにすればいいかという問題はレジストの種類に依存する。ホール専用のレジストは、主の開口tの大きさが所望のパターンの大きさに近い方がよい結果が得られ、L/S用のレジストでは、主の開口tの大きさを所望のパターンの大きさより大きく、所望の大きさの1.1倍くらいにした方がよいことが今までの露光結果から経験的に得られている。主の開口tの大きさは、所望の大きさLの0.85倍から1.15倍の大きさであることが望ましい。実際にはマスク上の開口の寸法は、これらの大きさに投影光学系の倍率の逆数をかけたものであることはいうまでもない。
【0033】
さて、補助開口の大きさdを所望の大きさの80%にして、主の開口tの大きさを所望の大きさの100%にして、比d/t=0.8にして有効光源の形状のパラメータを最適化する。コンタクトホールパターンは、通常、ホール径の大きさは1種類であるか、1種類でなくても近傍の限られた範囲の大きさである。しかし、パターン間隔は異なる場合が多く、間隔がホール径と同じに1:1で並んでいるものから、間隔がホール径より短いもの、隣のパターンがホール径の2倍の距離にあるもの、3倍以上の距離にあるような孤立とみなされるものまでさまざまである。一般的にコンタクトホールパターンは、ホール径の大きさが1種類で、ホールの間隔即ちピッチがさまざまに変化したものが多いため、ここでは、MEFの一般的な傾向を知るために、ホール径の大きさが1種類でホールの間隔すなわち、ピッチを変化させた時のMEFを調べる。
【0034】
有効光源の形状を、とりあえず、σ=0.9、a=0.7、b=0.5として、ホール径の大きさ120nmのホールにおいてピッチを変化させた時のMEFの変化を図10に示した。図9ではハーフピッチ130nm(k1=0.38)すなわちピッチ260nmより小になると、MEF値が増大する。これは、パラメータ(σ、a、b)をどのように変えてもこの傾向は変わらなかった。
【0035】
最小ピッチにおいてMEFが最大であるという事実から、最小ピッチにおいてMEF値が小さければ、それより大きなピッチでのMEFはその値以下であることを意味し、MEFを最小にするように有効光源パラメータa、b、σを最適化するには、最小ピッチにおけるMEFについて考えればいいということになる。
【0036】
従って、最小ピッチの、ホール径と間隔のデューティが1のハーフピッチとホール径が等しいパターンにおいて最適化を行う。
【0037】
まずσ、aを一定にしておいて、bを変化させてMEFの変化を調べた。それからσ、aを一定にしておいて、bを変化させて深度の変化を調べた。深度は前にも述べたように、9個のホールの、ベストフォーカスでの大きさから10%変化した時のデフォーカス量それぞれのうちの最小値とした。MEF、深度の結果をそれぞれ、図11及び図12に示す。
【0038】
図11のMEFの結果では、有効光源パラメータbの大きさが小さいほど、MEFの量が少ない。前にも述べたようにMEFの量は少ないほどよい。図12の深度の結果では、有効光源パラメータbの大きさが大きいほど、深度の量が大きい。前にも述べたように深度の量は大きいほどよい。
【0039】
また、有効光源パラメータσの、MEFと深度への影響を見るために、さまざまな、a、bのもとでσを変化させて、MEFと深度への影響をマトリックス状に調べた。例として、a=0.70と固定して、b=0.45、0.5、0.55、0.6と変化させてMEFと深度への影響を調べたものをそれぞれ、図13及び図14に示す。これらの図では、横軸にσの大きさを変化させて、縦軸をそれぞれ、MEF、深度とした。なお、図13及び図14は、理解の便宜上、カラー図面を本出願に添付する。
【0040】
一般的に、σが大きいほど微細な解像に効果のある入射光成分が含まれているので、微細なパターンのコントラストは得られるようになる。そして、コントラストが高いとマスクパターンに誤差があってもレジスト上の像へは誤差量だけの影響しかうけないが、コントラストが低いとマスクパターンの誤差が誇張して転写されるようになる。従って、σが大きいほどコントラストが得られ、MEFへの影響は少ないことが予想され、図13の結果から、σが大きくなるとMEFが小さくなる傾向がみられる。しかしながら、あるa、bのもとでのσ値でMEFが極小となる点が存在する。このようにして、さまざまな、a、b、σを変化させて調べた結果から、120nm(k1=0.35)においてMEFを最小にする組み合わせとして、以下の結果を得た。
【0041】
【数5】
【0042】
また、一般に、σが大きくなると微細パターンは解像するようになるが、深度は得にくくなり不利になることはよく知られているが、本方法でもその傾向があることが図14によって認められる。しかしσを小さくすると深度は拡大するが、限界解像付近の微細パターンの解像やMEFが悪化するようになるのでこれらを悪化させないようにして、最大限深度を得るようにしたい。120nm(k1=0.35)においてMEFを小さくしたまま、深度が最大となる組み合わせとして、以下の結果を得た。
【0043】
【数6】
【0044】
一方、露光量裕度は大きいほど実用的である。なぜなら、露光量に多少誤差があってもコンタクトホールの大きさが変わらないので、露光量の誤差を許容できるからである。そのためにある露光量範囲で一定した解像力、ホールの大きさが得られるようにしたい。そこで、ここでは、露光量が±5%変化した時の深度がどれだけ減少したかを調べ、減少量が少ないように照明系の有効光源パラメータの値を最適化することにする。
【0045】
まず最適な露光量のもとでの深度を調べ、露光量が±5%変化した時の深度が前者に比べてどれだけ減少したかを求めた。深度はここでも、9個のホールの、ベストフォーカスでの大きさから10%変化した時のデフォーカス量それぞれのうちの最小値とした。結果を図15に示す。120nmのホールでは、照明系の有効光源パラメータの値を多少変化させても、露光量が±5%変化した時、5%程度の深度の低下にとどまった。ホールの大きさをこれより小さくすると、有効光源パラメータの値に依存するようになる。なお、図15は、理解の便宜上、カラー図面を本出願に添付する。
【0046】
このようにして、MEFが小さくマスク誤差に影響されにくく、かつ深度が得られ、また露光量に多少誤差があっても一定した大きさが得られるような露光量裕度が大きい有効光源パラメータの組み合わせを得た。
【0047】
有効光源の最適パラメータの組み合わせについて述べる前に、制限条件について付け加える。遮光の大きさを表すパラメータa、bは有効光源の全領域である半径σより小さくなければならない。ここで、aはbより大きいものと定義したため、σ>a>bの関係が必要である。このときaとbが等しいとすると、図5のように有効光源の分布がx軸及びy軸上のみになり、対角の分布がなくなってしまうので、a=bは含まない。対角の分布がなくなってしまうと偽解像が出やすくなり、プロセス裕度が得られにくくなるためである。また、図6に示すように、√2bがσと等しいかまたはσより大であるときも、有効光源の分布がx軸及びy軸上のみになり、対角の分布がなくなってしまうので、√2b<σの関係が必要である。
【0048】
上の2式を満たすa、b、σの最適な組み合わせを次に示す。このような組み合わせはホールの大きさ(解像力k1)に依存する。
【0049】
100nm(k1=0.29)では、a=0.75、0.5≦b≦0.55、σ=0.85 (0.85≦σ≦0.9)
110nm(k1=0.32)では、a=0.70、0.5≦b≦0.55、
σ=0.85(0.80≦σ≦0.9)
120nm(k1=0.35)では、a=0.65、0.5≦b≦0.55、
σ=0.85(0.80≦σ≦0.9)
130nm(k1=0.38)では、a=0.60、0.5≦b≦0.55、
σ=0.85(0.80≦σ≦0.9)
従って、k1が0.4以下の微細なホールパターンでは、解像するホールの大きさによって有効光源パラメータaの値が重要である。bは0.55近辺の一定値でよい。a>bであり、bがaに近いと対角上の光源の領域が少なくなってしまい、露光量裕度が得られなくなる。aとbの差は0.1以上は必要であるため、b≦a−0.1の関係が必要である。σは0.85がMEFと深度の観点から最もバランスのよいものであるが、括弧内の範囲の中で、MEFを小さくさせたい時はなるべく大きくし、深度を得たいときはなるべく小さくするとよい。σとaが近すぎると、x軸及びy軸上の光源領域が少なくなって、この場合はマスク誤差敏感度が悪化する。したがってMEFが悪化しないために、σとaの差は0.1以上は必要である。従って、σ≧a+0.1の関係が必要である。
【0050】
これらのプロセス裕度から得られた経験則は以下の通りである。
【0051】
【数7】
【0052】
σは上記の範囲の中で、MEFを小さくさせたい時はなるべく大きくし、深度を得たいときはなるべく小さくするとよい。MEFと深度とのバランスが取れた最適解はa=a(k1)=−1.7k1+1.25、b、σは k1≦0.4では線幅によらずb=0.55、σ=0.85を中心とする分布となった。
aに関しては以前に、
【0053】
【数8】
【0054】
とコントラストを得るための最適解から理論的に得られたが、プロセス裕度を考慮すると若干の補正をしてもよい。
【0055】
【数9】
【0056】
C2は0.07≦C2≦0.20の範囲で有効なことがわかった。
【0057】
【数10】
【0058】
C2=0.12とするとMEFと深度とのバランスが取れた解となる。
【0059】
【実施例】
以下、図18を参照して、本発明の露光装置について説明する。ここで、図18は、露光装置の概略ブロック図である。図18に示すように、露光装置は、照明装置100と、バイナリーマスク200と、投影光学系300と、ウェハ400とを有する。本実施形態の露光装置は、ステップアンドスキャン方式でマスク200に形成された回路パターンをウェハ400に露光する投影露光装置である。
【0060】
照明装置100はコンタクトホールパターンが形成されたバイナリーマスク200を照明し、光源部110と照明光学系120とを有する。光源部110は、光源としての波長約248nmのKrFエキシマレーザーと必要なビーム整形系とを含む。
【0061】
照明光学系120は、マスク200を照明する光学系であり、本実施形態では、ハエの目レンズ140と、開口絞り150と、コンデンサーレンズ160とを含む。
【0062】
集光光学系130は、まず、必要な折り曲げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をハエの目レンズ140の中心及び周辺のどのレンズ素子に対してもほぼ平行に維持する。集光光学系130は、バイナリーマスク200への照明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部132を更に含む。露光量調節部132は、マスク200の所望のコンタクトホールのパターン及び/又はウェハ400において求められるコントラストに基づいて、露光量を調節することができる。
【0063】
ハエの目レンズ140はマスク200に照明される照明光を均一化し、本実施形態では、入射光の角度分布を位置分布に変換して出射する。ハエの目レンズ140の出射面の直後には、形状及び径が固定された開口絞り150が設けられている。この開口絞り150は図1又は図4に示すような開口形状を有する。これにより、偽解像パターンに対応する露光量は抑え、所望のコンタクトホールパターンの露光量を強調するような照明を利用してマスク200を照明することとなる。
【0064】
開口絞り150は投影光学系300の瞳面320と共役な位置に設けられており、開口絞りの150の開口形状は投影光学系300の瞳面320の有効光源形状に相当する。
【0065】
バイナリーマスク200のパターンは、図3に示すようなホールパターン120nmの所望パターンを得るため、図2に示すように作成し、ホール径はウェハ400上での大きさに換算してt=120nm、d=90nmとした。
【0066】
投影光学系300は、マスク200に形成されたコンタクトホールパターンを経た回折光をウェハ400上に結像する。320はこの投影光学系300の瞳面である。本実施例の投影光学系300は、0.73のNAを有する。ウェハ400にはフォトレジストが塗布されている。
【0067】
露光装置はマスク200のバーコードから所望ホールの大きさを読み取って、自動的に照明系の最適な有効光源を設定する。あるいは、コンタクトホールの大きさや、有効光源パラメータを入力して照明系の有効光源を設定してもよい。
このとき、コンタクトホールの大きさから、有効光源パラメータの入力値が最適なパラメータの値からはずれていたら、露光装置のコンソールの画面上に最適なパラメータ値を出力して、警告を促すようになっている。
【0068】
また、有効光源パラメータの入力値がσ≦a、a=b、√2b≧σのいずれかであったら、有効光源パラメータの入力をうけつけないようにエラーメッセージを出し、最適なパラメータの値に設定するようになっている。
【0069】
本実施例では、照明光の実効的なσを0.85に、遮光部分のaの長さを0.7、bの長さを0.5とした。また、露光量調整部132によって光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と対角に強度分布のピークを有する照明光との強度比は1対1に設定し、露光量のムラがないように調整した。
【0070】
反射防止膜AR3(60nm)を塗布した後、フォトレジストTDK−DP746HCを350nmの厚さで塗布したウェハ上基板を露光装置にセットし、露光装置でバイナリーマスク200を露光した。その後、PEB(Post Exposure Bake)を140℃で90秒行い、NMD−3の現像液で、23℃で60秒間現像をおこなった。露光量は250mJ/cm2から400mJ/cm2まで5mJ/cm2きざみで設定し、フォーカス方向にも変化させて露光を行った。
【0071】
露光量340mJ/cm2における露光結果を図16に示す。他の露光量での露光結果は省略する。横方向の並びはフォーカス位置を変えたもので、0.05μmピッチでデフォーカス−0.25μmから0.30μmでの露光結果を示している。図16を参照するに、0.30μmでの露光結果はレジストにホールの穴が一部抜けてなく、それ以外のデフォーカス−0.25μmから0.25μmでは膜べりすることもなく貫通している。更に、ホールの大きさをすべて実測すると、デフォーカス0.15μmから0.20μmでは所定の大きさの±10%以内に変動している。即ち、各ホールの大きさが、所定の大きさ120nmなので108nmから132nmまでの範囲にある。従って、深度は0.35μm得られている。
【0072】
露光量とデフォーカスを変化させたときのプロセスウインドウを図17に示す。図17は、横方向にフォーカス変化を示し、縦方向に露光量変化を示している。ここでは、膜べりなくホールがウェハ基板まで抜けたものを○で記し、ホールの大きさの実測値が所定の大きさの±10%以内にあるものを●で記した。ホールが抜けていても膜べりがあれば○で記していなく、ホールの大きさがホール9個のうち1個でも、所定範囲の1nmでも超えると●で記していないので非常に厳しい見方をしているが、露光量裕度20mJ/cm2で約0.3μmの深度が得られている。
【0073】
なお、マスクパターンが120nmの所望の大きさに対して、ウェハ上の大きさに換算してt=120nm、d=100nmとしても同様以上に、プロセス裕度が得られた。この場合は、最適露光量が先ほどのものより少なくて、スループット上やや有利な結果となった。
【0074】
次に、図19及び図20を参照して、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図19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、これが出荷(ステップ7)される。
【0075】
図20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。
【0076】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、通常に用いられる露光装置(KrF(波長λ=248nm)、NA=0.73)を用いて120nm以下の微細な開口を解像するために、k1=0.35以下の解像力を実用的な深度で得られる露光方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の露光方法に使用される有効光源形状の概略平面図である。
【図2】 本発明の露光方法に使用されるマスクパターンを示す概略平面図である。
【図3】 図2におけるマスクパターンの所望のパターンを示す概略平面図である。
【図4】 図1に示す有効光源形状の変形例の概略平面図である。
【図5】 本発明の露光方法には適当ではない有効光源形状の一例を示す概略平面図である。
【図6】 本発明の露光方法には適当ではない有効光源形状の別の例を示す概略平面図である。
【図7】 パターンバイアスと線幅誤差のバラツキとの関係を示す表である。
【図8】 パターンバイアスとマスクエラーエンハンスメントファクターとの関係を示す表である。
【図9】 パターンバイアスと焦点深度との関係を示す表である。
【図10】 マスクパターンのハーフピッチとマスクエラーエンハンスメントファクターとの関係を表すグラフである。
【図11】 マスクエラーエンハンスメントファクターと有効光源パラメータとの関係を示すグラフである。
【図12】 焦点深度と有効光源パラメータとの関係を示すグラフである。
【図13】 マスクエラーエンハンスメントファクターと有効光源パラメータとの関係を示すグラフである。
【図14】 焦点深度と有効光源パラメータとの関係を示すグラフである。
【図15】 露光量を5%変化したときの焦点深度と有効光源パラメータとの関係を示すグラフである。
【図16】 本発明の実施例の露光実験結果である。
【図17】 露光量とでフォーカスとの関係を示すプロセスウィンドウである。
【図18】 本発明の実施例に使用される露光装置の概略ブロック図である。
【図19】 本発明の露光装置を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図20】 図19に示すステップ4の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
132 露光量調整部
150 開口絞り
200 マスク
300 投影光学系
400 ウェハ
Claims (3)
- コンタクトホールのパターンと、当該パターンよりも寸法が小さなパターンとが配列されたマスクを、前記コンタクトホールのパターンが解像され、且つ、前記寸法が小さなパターンの解像が抑制されるように、複数種の光で照明することにより前記マスクを投影光学系を介して被露光体に投影することを特徴とする露光方法であって、
前記複数種の光で照明するための有効光源形状における、照明光学系の開口数と投影光学系の開口数の比をσ、前記有効光源形状の中心の遮光部を当該遮光部が直交する2軸に関して対称になるように直交2方向に配置した場合に前記2軸の一方から前記遮光部の輪郭までの距離をa及びbとし、解像力k1を、所望のコンタクトホールのホール径をL、露光波長λ、前記投影光学系のNAから、k1=(L/λ)NAとすると、
前記有効光源のパラメータa、b及びσが、
a=1/(4k1)−C2/(4k1)2、0.07≦C2≦0.20
0.5≦b≦0.55 かつ、b≦a−0.1
0.80≦σ≦0.9 かつ、σ≧a+0.1
の条件を満足することを特徴とする方法。 - k1≦0.4であり、
前記寸法が小さなパターンの開口の大きさdと前記コンタクトホールのパターンの開口tの大きさの比が、
0.7≦d/t≦0.80
を満足し、かつ、前記コンタクトホールのパターンの開口tの大きさは、所望のコンタクトホールのホール径の0.l85倍から1.15倍の大きさであることを特徴とする請求項1記載の露光方法。 - 請求項1または2記載の露光方法を使用して被露光体を露光するステップと、
前記露光された前記被露光体に所定のプロセスを行うステップとを有するデバイス製造方法。
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