JP4235410B2

JP4235410B2 - 露光方法

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Publication number: JP4235410B2
Application number: JP2002225127A
Authority: JP
Inventors: 堅一郎森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-08-01
Filing date: 2002-08-01
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-01
Also published as: JP2004071650A; US20040021841A1; US6842224B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光方法に係り、特に、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板などのデバイスを製造するのに使用される露光方法に関する。本発明は、例えば、フォトリソグラフィー工程において、被処理体にコンタクトホール列のパターン、あるいは孤立コンタクトホールとコンタクトホール列とが混在するパターンを投影露光する方法に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えば、デザインルールは、１００ｎｍ以下の回路パターン形成を量産工程で達成しようとし、今後は更に８０ｎｍ以下の回路パターン形成に移行することが予想される。その主流となる加工技術はフォトリソグラフィーであり、マスク又はレチクル（本明細書ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画されたマスクパターンを投影光学系によってウェハに投影して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】
投影露光装置の解像度Ｒは、露光光源の波長λ、投影光学系の開口数（ＮＡ）及び現像プロセスなどによって定まるプロセス定数ｋ_１を用いて次式で与えられる。
【０００４】
【数１】

一方、一定の結像性能を維持できる焦点範囲を焦点深度といい、焦点深度ＤＯＦは定数ｋ_２を用いて，次式で与えられる。
【０００５】
【数２】

数式１及び数式２から、より一層の微細化の為に波長を短くして開口数を上げたいが、開口数に反比例して焦点深度が小さくなるので実現できないという問題がある。また、短波長が進むにつれて硝材の透過率が低下するために短波長化が困難であること、大きなＮＡはレンズの設計及び製造を困難にすること等の問題もある。
【０００６】
そこで、プロセス定数ｋ１の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術（ＲＥＴ：ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＥｎｈａｎｃｅｄＴｅｃｎｏｌｏｇｙ）が近年提案されている。かかる超解像技術の一つとして、変形照明法（斜入射照明法、多重極照明法、Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ照明法などと呼ばれる場合もある）と呼ばれるものがある。変形照明法は、光学系の光軸上に遮光板のある開口絞りを、均一な面光源を作るライトインテグレーターの射出面近傍に配置して、マスクに露光光束を斜めに入射させる方法であり、例えば、公開特許平成５年２１３１２号公報などに提案されている。変形照明法によれば、通常の照明方法では０．５以上であるプロセス定数ｋ_１値を、０．３程度にまで小さくする事ができ、微細化を達成する事ができる。
【０００７】
また、他の超解像技術として、露光転写したい所望のパターンと補助パターンの形成されたマスクを、所望のパターンを解像するために解像力の高い強い照明光と、補助パターンの解像を抑制する解像力の低い照明光で照明して露光を行う方法が、本出願人により特願２００２−１２３２６８号公報において提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
変形照明法は、かかる変形照明に対応する有効光源形状を作り出す必要がある。変形照明の有効光源を形成する方法として、照明光学系の瞳の位置に形成したい有効光源に対応する絞りを挿入して形成する方法がある。しかし、かかる方法は、絞りによって光を蹴るために光利用効率が低く，単位時間あたりの露光枚数（スループット）の低下を招く。
【０００９】
変形照明における光利用効率を上げる方法は、従来より数多く提案されている。例えば、プリズムによって導光する方法が公開特許平成５年２８３３１７号公報において提案されている。公開特許平成５年２８３３１７号公報で提案されている方法を用いれば円錐プリズムを用いれば輪帯状の有効光源を、四角錘プリズムを用いれば四重極状の有効光源を高効率で形成する事ができる。
【００１０】
しかし、上述した本出願人により提案されている超解像技術では、解像力を上げるための強い変形照明である有効光源分布と、補助パターンの解像を抑制する有効光源分布の和が必要となる。このような分布は、プリズムを用いた照明光学系では形成する事が難しい。
【００１１】
一方、公開特許平成４年２２５５１４号公報などで回折光学素子を用いて変形照明の有効光源を形成する方法が提案されている。回折光学素子としてコンピュータジェネレーティッドホログラム（以下、「ＣＧＨ」という。）を用いれば任意の有効光源形状を作成することが可能であり、上述した複雑な有効光源も作成することができる。しかし、回折光学素子の回折効率は約８０％程度と低く、光利用効率の向上はあまり望めない。
【００１２】
そこで、本発明は、光利用効率の低下によってスループットを落とす事無く、露光転写したい所望のパターンの解像力を上げ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。
【００１３】
【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、コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを照明して当該マスクを経た光を投影光学系を介して被露光体に投影し露光する露光方法において、前記被露光体を最良結像フォーカス位置に配置すると前記補助パターンが解像されてしまう場合に、前記最良結像フォーカス位置からずれた位置で前記被露光体を露光し、前記最良結像フォーカス位置からずれた位置のデフォーカス量は、前記コンタクトホールパターンのホール径をＤ、補助パターンのホール径をＳ、前記コンタクトホールパターン及び前記補助パターンのハーフピッチをＰ、前記光の波長をλ、前記投影光学系の開口数をＮＡとした場合、定数をｋ１として、ｋ１×（Ｄ／Ｓ）×（λ／ＮＡ ^２）以内、且つ、ｋ１＝（ＮＡ／λ）×Ｐを満たすことを特徴とする。
【００１４】
本発明の別の側面としての露光方法は、コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを照明して前記マスクを経た光を投影光学系を介して被露光体に投影し露光する露光方法において、デフォーカス量が互いに異なる複数の位置で前記被露光体を露光し、前記デフォーカス量は、前記コンタクトホールパターンのホール径をＤ、補助パターンのホール径をＳ、前記コンタクトホールパターン及び前記補助パターンのハーフピッチをＰ、前記光の波長をλ、前記投影光学系の開口数をＮＡとした場合、定数をｋ１としたとき、ｋ１×（Ｄ／Ｓ）×（λ／ＮＡ ^２）以内、且つ、ｋ１＝（ＮＡ／λ）×Ｐを満たすことを特徴とする。
【００１７】
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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、図２に示すような、転写したいコンタクトホールパターン２１０の他に、解像力限界以下の補助パターン２２０が描画されているレチクル２００を用いて強い変形照明で露光を行う。同図において、斜線部がＣｒによる遮光部である。従来、マスク２００に形成されたコンタクトホールパターン２１０だけを被露光体に転写するためには、コンタクトホールパターン２１０を解像するための解像力の高い変形照明光と、補助パターン２２０の解像を抑制する解像力の低い照明光を実現するために、図８に示すような有効光源を形成する必要があった。同図を参照するに、αが解像力の高い強い変形照明光であり、βが解像力の低い照明光である。
【００１９】
補助パターン２２０はコンタクトホールパターン２１０に比べて、大きさが小さいため像が解像するフォーカスずれ許容量（焦点深度）が小さい。この事を利用して最良結像フォーカス位置（ベストフォーカス）からずれたフォーカス位置で露光を行うことによって、補助パターン２２０の解像を抑制する。強い変形照明の有効光源分布は従来のプリズムを用いた照明系によって形成できるので、高い光利用効率で形成できる。従って、スループットの低下を招かずにコンタクトホール２１０の解像力をあげる事ができる。
【００２０】
図９を用いて、本発明の原理を説明する。なお、説明を分かりやすくするために、レチクル２００と被露光体４００とは等倍の結像関係で説明する。
【００２１】
コンタクトホールパターン２１０と補助パターン２２０が入ったレチクル２００を強い変形照明で露光を行うと、ベストフォーカスでは図９のベストフォーカスのプロファイルで示したプロファイルとなる。通常、レチクル２００上のコンタクトホール２１０の寸法と一致するように、被露光体４００の露光量は決められるので、ベストフォーカスで露光を行った際には、プロファイル上に点線で示した位置がスライスレベルとなる。よって、ベストフォーカスで露光を行った場合には補助パターン２２０の部分も解像してしまい、所望のコンタクトホール２１０の形状とは異なった転写パターンとなってしまう。
【００２２】
一方、デフォーカスをして露光を行った際には、図９のデフォーカスにおけるプロファイルに示したプロファイルとなる。上述したように微細なパターンである補助パターン２２０は焦点深度が小さいために、コントラストがなくなってしまい、コンタクトホールパターン２１０の部分でなだらかなピークをもつプロファイルとなる。従って、コンタクトホールパターン２１０と補助パターン２２０の入ったレチクル２００を強い変形照明で照明して、デフォーカスした位置で露光を行うと、コンタクトホール２１０の解像が得られる。これが本発明の原理である。
【００２３】
但し、デフォーカスした位置で露光を行うと、像のコントラストが低いために露光量の誤差によって線幅が変化してしまう。そのため露光量に対する誤差の許容度が小さく、パターニングによって形成されるチップの歩留まりが低下する。
【００２４】
従って、より好適には、ベストフォーカス位置とデフォーカス位置で露光を行う事が望ましい。ベストフォーカス位置とデフォーカス位置で露光を行うと、図９におけるベストフォーカスにおけるプロファイルとデフォーカスにおけるプロファイルとの和となるので、補助パターン２２０の解像を抑制し、且つ、像のコントラストをデフォーカス位置での露光に比べてあげることができるので、露光量に対する誤差の許容度が大きくする事ができチップの歩留まりが向上する。
【００２５】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的一態様である露光方法について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。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。
【００２６】
図１に本発明の第１の実施形態を示す。本実施形態は、２重露光によって、ベストフォーカスとベストフォーカス以外の場所での露光を行う方法である。図１を参照するに、照明光学系１００は、微細パターンを解像するために解像力が向上するＯｆｆ−Ａｘｉｓ照明によって、被照明面を均一な照度で照明する。
【００２７】
解像力が向上するＯｆｆ−Ａｘｉｓ照明の照明光学系１００の瞳強度分布の例としては、図３に示すような、偏心した位置に４つの円状の開口Ａのある４重極分布や、図４に示すような、円開口Ｂに四角の遮光部Ｃを持った４重極分布や、図５に示すような、輪帯開口Ｄのある輪帯分布などがある。
【００２８】
変形照明の有効光源分布は従来技術によるプリズムによって形成することが望ましい。但し、プリズムのみで形成できない際には、更に、絞りによる切り出しを行う。本発明において有効光源分布の形成方法については任意であり、いかなる形成方法であっても構わない。図３乃至図５において、斜線部が暗部である。
【００２９】
投影光学系３００は、図２に示したレチクル２００上に描画されたパターンをのレジストと呼ばれる感光剤の塗布された基板４００上に投影する。
【００３０】
第１の実施形態においては、まずベストフォーカス位置において第１の露光を行う。続いて、光軸方向に感光剤の塗布された基板４００を移動させフォーカス位置をずらして第２の露光を行う。ここで、ベストフォーカス位置から基板４００を移動させる、即ち、ベストフォーカス位置からずれたフォーカス位置の範囲（デフォーカス量）Ａは、コンタクトホールパターン２１０のホール径をＤ、補助パターン２２０のホール径をＳ、コンタクトホールパターン２１０及び補助パターン２２０のハーフピッチをＰ、露光光の波長をλ、投影光学系３００の開口数をＮＡとした場合、以下の式を満足することが望ましい。
【００３１】
【数３】

第１の露光と第２の露光は、各ショット続けて行っても良いし、基板４００上の全ショットに対して第１の露光を行った後、第２の露光を全ショットに行っても良い。また、第１の露光をベストフォーカスから光軸方向にずらした位置で行い、第２の露光をベストフォーカス位置で行っても良い。また露光量の誤差許容量は小さくなるが、デフォーカス位置でのみ露光を行っても良い。
【００３２】
図６に第２の実施形態を示す。第２の実施形態は、パターンの描画されたレチクル２００の一部を感光剤の塗布された基板４００上に投影した状態で同期走査して１ショットを露光する走査型投影露光装置においての実施例である。
【００３３】
照明光学系１１０は、微細パターンを解像するために解像力が向上するＯｆｆ−Ａｘｉｓ照明によって、被照明面を均一な照度で照明する。
【００３４】
投影光学系３１０は、図２に示すレチクル２００上に描画されたパターンの一部をレジストと呼ばれる感光剤の塗布された基板４１０上に投影する。この際、レチクル２００と基板４１０はパターンの一部を投影した状態で同期走査されることにより、レチクル２００上の全面のパターンを基板４１０上に投影する。第２の実施例においては、基板４１０を傾けて走査することによって、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置での露光を行う。但し、この際も、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置の移動範囲は、数式３を満たすようにする。レチクル２００が投影光学系３１０の光軸に対して垂直に配置されているので、ベストフォーカス位置は投影光学系３１０の光軸に対して垂直、即ち、レチクル２００と平行な位置にある。かかる状態で基板４１０を投影光学系３１０の光軸に対して傾けて走査することによって、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置で露光を行い、レチクルパターンを感光剤が塗布された基板４１０上に転写する。
【００３５】
図７に第３の実施形態を示す。第３の実施例はパターンの描画されたレチクル２００の一部を感光剤が塗布された基板４２０上に投影した状態で同期走査して１ショットを露光する走査型投影露光装置においての実施例である。
【００３６】
照明光学系１２０は、微細パターンを解像するために解像力が向上するＯｆｆ−Ａｘｉｓ照明によって、被照明面を均一な照度で照明する。
【００３７】
投影光学系３２０は、レチクル２００上に描画されたパターンの一部をレジストと呼ばれる感光剤の塗布された基板４２０上に投影する。この際、レチクル２００と基板４２０はパターンの一部を投影した状態で同期走査されることにより、レチクル２００上の全面のパターンを基板４２０上に投影する。第３の実施形態においては、レチクル２００を傾けて走査することによって、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置での露光を行う。但し、この際も、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置の移動範囲は、数式３を満たすようにする。レチクル２００が投影光学系３２０の光軸に対して傾いて配置されているので、ベストフォーカス位置は投影光学系の光軸に対して傾いた位置にある。その状態で基板４２０を投影光学系３２０の光軸に対して垂直に走査することによって、ベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置で露光を行い、感光剤が塗布された基板４２０上にレチクルパターンを転写する。
【００３８】
第４の実施形態は、走査型投影露光装置の場合に、投影光学系にわざと像面湾曲を発生させ，その状態で、レチクルと感光基板を投影光学系の光軸と垂直に走査して露光を行うことによって、感光基板上にレチクルパターンをベストフォーカス位置とそれ以外のデフォーカス位置で露光を行うものである。投影光学系は光学系内の複数のレンズもしくはレンズ群が光軸方向の駆動調整を自動に行えるようになっている。特定のレンズ群を光軸方向に移動させる事によって、投影光学系に像面湾曲を発生させる事が可能である。本発明の第４の実施形態は，本発明による露光を行う際には自動で投影光学系の駆動調整を行い、所定のデフォーカス量が発生するように像面湾曲を発生させ、レチクルと感光基板を投影光学系の光軸と垂直に走査して露光を行う。
【００３９】
なお、以上の実施例では、マスクのパターンの開口形状は略正方形であったがそれには限定されず、その形状は長方形でもよく、例えば十字型であってもＴ字型であってもよい。
【００４０】
また、所望のパターンの形状が長方形の場合には、その補助パターンの形状はそれに相似であったほうが、その所望のパターンの解像力が向上する。
【００４１】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光方法を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１０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、これが出荷（ステップ７）される。
【００４２】
図１０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、上述の露光方法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。本実施形態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。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の露光方法によれば、光の利用効率を低下させずに、転写したい所望のパターンの解像力を上げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す模式図である。
【図２】コンタクトホールパターンと補助パターンが描画されているレチクルの概略平面図である。
【図３】有効光源分布の一例を示す概略平面図である。
【図４】有効光源分布の一例を示す概略平面図である。
【図５】有効光源分布の一例を示す概略平面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す模式図である。
【図７】本発明の第３の実施形態を示す模式図である。
【図８】図２に示すレチクルのコンタクトホールパターンだけを解像するのに必要な有効光源分布の一例を示す概略平面図である。
【図９】本発明の原理を説明するための図である。
【図１０】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１１】図２２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。
【符号の説明】
１００照明光学系
２００レチクル
２１０コンタクトホールパターン
２２０補助パターン
３００投影光学系
４００基板

Claims

コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを照明して当該マスクを経た光を投影光学系を介して被露光体に投影し露光する露光方法において、
前記被露光体を最良結像フォーカス位置に配置すると前記補助パターンが解像されてしまう場合に、前記最良結像フォーカス位置からずれた位置で前記被露光体を露光し、
前記最良結像フォーカス位置からずれた位置のデフォーカス量は、前記コンタクトホールパターンのホール径をＤ、補助パターンのホール径をＳ、前記コンタクトホールパターン及び前記補助パターンのハーフピッチをＰ、前記光の波長をλ、前記投影光学系の開口数をＮＡとした場合、定数をｋ１として、
ｋ１×（Ｄ／Ｓ）×（λ／ＮＡ ^２）以内、且つ、ｋ１＝（ＮＡ／λ）×Ｐ
を満たすことを特徴とする露光方法。
コンタクトホールパターンと、当該コンタクトホールパターンよりも寸法が小さな補助パターンとを有するマスクを照明して前記マスクを経た光を投影光学系を介して被露光体に投影し露光する露光方法において、
デフォーカス量が互いに異なる複数の位置で前記被露光体を露光し、
前記デフォーカス量は、前記コンタクトホールパターンのホール径をＤ、補助パターンのホール径をＳ、前記コンタクトホールパターン及び前記補助パターンのハーフピッチをＰ、前記光の波長をλ、前記投影光学系の開口数をＮＡとした場合、定数をｋ１としたとき、
ｋ１×（Ｄ／Ｓ）×（λ／ＮＡ ^２）以内、且つ、ｋ１＝（ＮＡ／λ）×Ｐ
を満たすことを特徴とする露光方法。