JPH0629182A

JPH0629182A - 露光方法

Info

Publication number: JPH0629182A
Application number: JP5110563A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-02-04

Abstract

(57)【要約】【目的】遮光部の幅が透光部の幅よりも大きな周期性
パターンの解像度、及び焦点深度を改善する。【構成】光源１からの照明光を光束分割系２０、２１
で分割し、フライアイレンズ４０、４１を介してレチク
ル９を傾斜照明する。レチクル９にはストレージノード
のような遮光部の幅が透光部の幅よりも大きな周期性パ
ターン１０が設けられている。ウェハホルダー１４を介
してウェハステージ上に設けられたウェハ１３には所定
量だけ難溶化されたレジストが塗布されている。パター
ン１０を投影光学系１１を介してウェハ１３上に露光す
る際、露光中にウェハ１３を投影光学系の光軸方向に振
動あるいは移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は露光方法に関し、特に半
導体素子等の回路パターン、液晶素子等の形成技術にお
ける投影露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の露光方法では、レチクルパターン
を照明する光束は、垂直入射を中心とする特定の角度範
囲（光束の広がり範囲）でレチクルに入射していた。た
だしこの角度範囲は、投影光学系のレチクル側開口数の
０．６倍程度の範囲であり、それほど大きな入射角度を
有してはいなかった。

【０００３】このような装置においては、解像度や焦点
深度は、投影光学系の開口数（ＮＡ）と露光波長（λ）
によりほぼ決定される。一般に解像度は、ｋ・λ／Ｎ
Ａ，焦点深度は、λ／ＮＡ²となる。ここでｋは感光物
質（フォトレジスト）の性能より決まる定数であり、
０．６程度である。現在の装置では、ＮＡは０．５程
度，λは０．３６５μｍ（水銀灯のｉ線）が主流であ
る。

【０００４】従って、高解像度を得るためには、ＮＡを
大きくし、光源からの露光光の波長を短くした露光装置
を使用すれば良い。しかしながらその場合、焦点深度は
激減し、フォーカスマージンの不足から集積回路の量産
は困難となる。また露光光の短波長化についても、適当
な光学材料やレジスト材料が無いなどの理由により実現
が難しい。

【０００５】最近になって、輪帯照明や変形光源と呼ば
れる技術が、注目されてきた。これは、レチクルパター
ンへの照明光の入射角度を大きくすることで（傾斜照明
とすることで）、投影光学系の解像度や焦点深度を改善
する技術である。これらの新しい照明技術（以下変形光
源技術と略す）は、ラインアンドスペースパターン（格
子状パターン）に対して有効であり、特に遮光部が透過
部と同程度のパターン、あるいは、遮光部が透過部より
細いパターンに対して有効である。

【０００６】このような変形光源技術は、例えば11-13
March 1992の The International Society for Optical
Engineering(SPIE)でのOptical/Laser Microlithgraph
y ＶVol.1674,741Page〜752Page 「New Imaging Techni
que for 64M-DRAM」に説明されている。また、焦点深度
を増大する手法としては、露光中の被露光物（ウェハ
等）を投影光学系の光軸方向に移動または振動させる方
法、あるいはレジストの高さ方向の異なる複数の位置で
それぞれ露光を行う方法がある（以下これらの総称して
「累進焦点法」という）。これは特に遮光部下地にある
孤立島状透過部パターンに対して有効であるが、遮光部
と透過部とが繰り返し並ぶ様なパターン、いわゆるライ
ンアンドスペースパターンに対しては累進焦点法のみで
は焦点深度の増大は望めない。この累進焦点法は例えば
USP4,992,825に開示されている。

【０００７】また、露光前のフォトレジストの表面をア
ルカリ浴等により難溶化処理すると、デフォーカスや解
像度不足等のコントラストの低い光学像（レチクルパタ
ーン像）であってもレジスト残しパターン部が膜減り
（溶解）せず、エッチング耐性の良いレジストパターン
が得られる。この難溶化技術については特開昭63-31642
9 号公報に開示されている。

【０００８】ただし、表面難溶化処理をしたレジストで
は、デフォーカスに伴うウェハ面近傍でのレジスト像の
強度分布が急激に変化することに起因して、レジスト形
状が逆テーパー（上部が底部より幅が広くなる）となる
（特に被露光物、すなわちウェハが投影レンズから遠ざ
かる方向のデフォーカス状態において逆テーパとなる）
ためエッチングによる寸法変化のばらつきが大きくな
り、寸法精度の厳しいパターンに対して、難溶化処理の
技術を使用する事は難しい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図９、図１０はウェハ
面をベストフォーカス面と一致させて、フォーカス状態
を固定（ウェハを固定）して露光した場合のレジスト形
状である。この場合像強度分布はずれ量ΔＦ（デフォー
カス量）と共に急激に変化する。それに応じてウェハ段
差上部、中部、下部では、それぞれ図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に
示すようなレジスト形状となる。ここで、図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は通常のレジストを使用した場
合であり、図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の夫々について表面を難溶化し
たレジストを使用した場合である。図９の如く像の光量
分布がフォーカスに応じて急激に変化する場合には図１
０（ｅ）に示すように好ましくないオーバーハング形状
が見られ、表面難溶化処理はあまり有効とはならない。

【００１０】昨今提案されている変形光源技術において
は、ポジ型フォトレジストの使用を前提とすると、特に
遮光部が透過部と同程度、あるいは遮光部が透過部より
細いラインアンドスペースパターンに対して有効である
が、遮光部が透過部より太いラインアンドスペースパタ
ーンに対しては、解像度、焦点深度の改善効果が少な
い。

【００１１】すなわち、集積回路の微細化に伴って、上
述の遮光部が透過部より太いラインアンドスペースパタ
ーン、すなわちポジレジストパターニング後にレジスト
残し部がレジスト除去部より太いパターンの必要度が増
してきている。特に、スタックキャパシター型のダイナ
ミック・ランダムアクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）に於
いては、１記憶素子当たりの容量（コンデンサー容量）
を十分に確保するために、コンデンサー電極となるレジ
スト残しパターン部の線幅を維持しつつ、コンデンサー
電極間を絶縁するレジスト除去パターン部の線幅を微細
化する必要がある。このようなパターンはポジレジスト
が溶け始める光量レベルを高くする必要があるため、デ
ューティ１：１のパターンの場合と比べて変形光源技術
による解像度、焦点深度の改善効果は少ない。

【００１２】ネガ型フォトレジストを使用すれば、ポジ
型フォトレジストの使用を前提とした、遮光部が透過部
より太いラインアンドスペースパターンは、遮光部が透
過部より細いラインアンドスペースパターンに成るので
変形光源技術は有効となるが、現在ではネガ型フォトレ
ジストの性能はポジ型フォトレジストに較べて劣ってお
り、実用的には効果は現れない。

【００１３】一方、スタックキャパシター用のコンデン
サーパターンは周期的に密に配列されるパターンである
ので、従来の累進焦点法のみでは焦点深度の増大は望め
ない。なぜなら、累進焦点法のみでは周期的に密に配列
されたパターンに対しては像コントラストを著しく低下
させてしまうためである。尚、スタックキャパシター用
のコンデンサーパターンの寸法ばらつき、および形状の
変形は誤動作の原因となる。このため、スタックキャパ
シター用のコンデンサーパターンのような寸法精度の厳
しい周期性パターンに対して従来のフォトレジスト表面
の難溶化処理を適用すると、前述の如くパターンが逆テ
ーパーとなり、形状の変形が激しく実使用は困難であっ
た。

【００１４】以上の問題点を解決するために、本発明は
周期性パターン、特に寸法精度の厳しい周期性パターン
の解像度や焦点深度を改善し、良好なレジスト形状の得
られる露光方法を得ることを目的とする。特に、本発明
はスタックキャパシター用のコンデンサーパターンの如
き、ポジ型レジストを用いた場合のレジスト残し部（遮
光部）が、レジスト除去部（透光部）より太くなり、か
つ周期的に密なパターンであって、寸法精度の厳しいパ
ターンの解像度、焦点深度を改善し、良好なレジスト形
状の得られる露光方法を得ることを目的とする。

【００１５】また、本発明は難溶化処理されたレジスト
が塗布されたウェハを露光する際、レジスト像の強度分
布（コントラスト）をウェハ面に垂直な方向（投影光学
系の光軸方向）に対して一様とすることを目的とする。
また、本発明は本発明は難溶化処理されたレジストが塗
布されたウェハを露光する際、レジスト像の強度分布
（コントラスト）がウェハ面に垂直な方向（投影光学系
の光軸方向）に対して一様となる範囲を拡大することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】遮光部と透光部とを有
し、かつ遮光部の幅が透過部の幅より大きい周期パター
ン（１０）が形成されたマスク（９）を所定の入射角で
斜め方向から照明する照明光学系（１、３、４、２０、
２１、４０、４１、４２、４３、５、６、７、８）と投
影光学系（１１）とを有する露光装置を用いて、表面が
難溶化処理された感光物質が塗布された被露光物上に周
期性パターンの像を投影光学系を介して形成する露光方
法であって、周期性パターンの照明光学系の内における
フーリエ変換面もしくはその共役面上で照明光学系の光
軸から偏心し、かつ光軸を含まない領域を通過した光束
により周期パターンを照明する第１工程と；第１工程に
よる周期パターンの照明中に、周期性パターンの像と被
露光物とを投影光学系光軸方向に関して相対的に移動あ
るいは振動させる第２工程とを有する露光方法を採用す
ることとした。

【００１７】

【作用】本発明の一態様においては累進焦点法を採用し
たために、ウェハ近傍の光学像（正確には、その累進焦
点法による合成像）の強度分布は、ウェハ面に垂直な方
向（投影光学系の光軸方向）に対して一様となる。この
ため、難溶化処理されたレジストが塗布されたウェハに
レチクルパターンを露光する際にウェハがデフォーカス
状態であっても、レチクルパターンの光学像の強度分布
が一様となる光軸方向の範囲内においてはレジスト形状
が逆テーパーと成らず良好な形状を維持することができ
る。

【００１８】従って、スタックキャパシター用のコンデ
ンサーパターンの如きレジスト残し部がレジスト除去部
より太いパターンについても、フォトレジストの表面の
難溶化処理と累進焦点法によって、実用的な意味での解
像度および焦点深度を改善することができる。すなわ
ち、ウェハの段差形状等に対応可能なある程度のフォー
カスマージンを持った上での解像度を向上させることが
できる。

【００１９】また、本発明の別の態様によれば変形光源
技術と累進焦点法と難溶化処理とを採用したため、前述
の変形光源の作用として、デューティ１：１程度（例え
ば遮光部：透過部＝１．５：１）の周期パターンに対し
て高い解像度と広い焦点深度が得られるとともに、累進
焦点法と難溶化処理との組み合わせによりレジスト残し
部が大きく、レジスト除去部が小さいパターンでの膜べ
りを防ぐことができる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図１を参照して説明す
る。図１は本発明に好適な投影露光装置の概略を示す図
である。回路パターン等の原版であるレチクル１０は投
影光学系１１を介してウェハ等の被露光物１３上に投影
転写される。ウェハ１３上には１から数μｍ程度の厚さ
の感光物質が塗布されている。ウェハ１３はウェハホル
ダー１４に保持され、ウェハホルダー１４はウェハステ
ージ１５により３次元方向に移動可能となっている。高
圧水銀灯等の光源１、楕円鏡２により発する光束はミラ
ー３、リレーレンズ４を介して光束分割系２０、２１に
入射する。光束分割系２０、２１からの光束はオプチカ
ルインテグレータ４０、４１、４２、４３、及びコンデ
ンサーレンズ６、８、ミラー７等の作用によりレチクル
１０に導かれる。本実施例では光束分割系として多面プ
リズム２０、２１を用いており、多面プリズム２０、２
１は照明光束を光量的に効率よく分割している。そして
分割式オプチカルインテグレータ４０、４１、レンズ系
４２、４３によりレチクル１０上の照度を均一としてい
る。

【００２１】各分割式オプチカルインテグレータ系は第
１フライアイレンズ群４０ａ，４０ｂ、リレーレンズ４
２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、第２フライアイレンズ
群４１ａ、４１ｂより成り、２次光源は第２フライアイ
レンズ４１ａ、４１ｂの射出面に形成される。また、空
間フィルター５により、第２フライアイレンズ群４１
ａ、４１ｂの射出部に形成される２次光源の形状（変形
光源）をさらに変更することも可能である。本実施例で
は光束分割系２０、２１の間隔を変更することにより、
第１フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂに入射する光束
の位置を変えることができる。この光束の位置に合わせ
て第１フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂの間隔（光軸
ＡＸに垂直な方向の間隔）と第２フライアイレンズ群４
１ａ、４１ｂの間隔（光軸ＡＸに垂直な方向の間隔）を
それぞれ変更することにより、第２フライアイレンズ群
４１ａ、４１ｂの射出部に形成される２次光源の位置を
変更することができる。光束分割系２０、２１の間隔、
第１フライアイレンズ群４０ａ、４０ｂ、及び第２フラ
イアイレンズ群４１ａ、４１ｂの間隔の変更は駆動系５
６により行われる。

【００２２】以上により形成される２次光源（変形光
源）面１７はレチクルパターン１０に対してコンデンサ
ーレンズ６、８を介して光学的にフーリエ変換の関係と
なる面となっている。従って、各２次光源４１ａ、４１
ｂ射出面より射出される光束は、各フライアイレンズが
光軸ＡＸとは異なる位置にあるためにレチクルパターン
１０に対して傾いて入射することになる。前述の「Opto
cal/Laser Microlithography Ｖ：New Imaging Techni
que for 64M-DRAM」」に記載されているように、照明光
束の入射角の傾きをレチクルパターンに対して最適化す
ることにより、投影光学系の解像度や焦点深度を従来の
照明法に比べて大幅に改善することができる。

【００２３】なお、実施例中では多面プリズム２０、２
１から成る光束分割系により分割された光束を第１のフ
ライアイレンズ４０ａ、４０ｂ、及び第２のフライアイ
レンズ４１ａ、４１ｂから成る分割式オプチカルインテ
グレータに入射させることとしたが、光束を有効に分割
し、変形光源を形成する方法は他の方法であってもよ
い。例えば回折格子状パターンやミラー等を使って分割
された光束をロッドレンズからなるオプチカルインテグ
レータに入射させるようにしてもよい。あるいは通常の
照明光学系中のレチクルに対するフーリエ変換面に空間
フィルターを用いるだけであってもよい。

【００２４】図１中主制御系５０はシャッター３０、３
１を制御し、露光を開始、終了させる。そして主制御系
５０はこのシャッター３０、３１の制御による露光と同
期してウェハーステージ１５を投影光学系の光軸ＡＸ方
向に移動又は振動させる。なお、ウェハステージ１５の
前記移動又は振動の速度、移動量、振幅等の指示はキー
ボード５４より主制御系５０に入力可能となっている。

【００２５】また、本装置にはレチクル９に設けられた
バーコード５２からの情報は主制御系５０に入力され
る。バーコードＢＣにはレチクルパターンのピッチ、周
期方向等に関する情報や露光に関する情報（例えばシャ
ッター３０の開閉情報）が記録されている。主制御系５
０はこれらの情報に基づいて駆動系５６を制御する。図
２は投影光学系１１下部、ウェハ１３、ウェハホルダー
１４、ウェハステージ１５の拡大図である。

【００２６】図中１００Ａ、１００Ｂはウェハ１３の光
軸ＡＸ方向位置を検出する光学的センサ−（ＡＦセンサ
ー）の光路を示す。駆動系１６はこのＡＦセンサ−から
の信号と主制御系５０からの命令により、ウェハホルダ
ー１４を図３（Ｂ）の如く移動する。図３（Ｂ）は時刻
ｔ₁から時刻ｔ₂までの時間におけるウェハホルダー１
４の移動を示している。図ではウェハ１３（ウェハホル
ダー１４）は最初−Ｚ ₂の位置（光軸ＡＸ方向）にあ
り、シャッター開放と共にＺ上を＋方向に移動する。移
動速度は移動の初期と末期では遅くなるように制御さ
れ、中間で早くなるように制御されている。このときウ
ェハ１３のＺ上単位長さ当たりの存在時間（存在確率）
は図３（Ａ）の如くなる。移動の終了（時刻ｔ₂）と共
にシャッターを閉じる。なお、図３（Ａ）の存在確率は
ウェハ１３がＺ方向に単振動した場合とほぼ同様のもの
となっている。

【００２７】ところで、前述の如くウェハ１３を露光中
に移動させても、あるいは一度ウェハが−Ｚ₁の位置で
露光を行い、ウェハを＋Ｚ₁に移動して再度露光を行っ
ても後述する効果（難溶化処理を行ったレジストを使用
して露光する際、光軸方向に関して光学像の一様な強度
分布を形成することができるため、良好なレジスト形状
を得ることができるという効果。詳細は後述する。）に
はあまり差がない。ただし露光中にウェハを移動する方
が処理時間が短くてすむという利点がある。

【００２８】さて、難溶化処理とは現像工程においてレ
ジストが溶解しにくくする処理である。ここではレジス
トの表面難溶化処理はウェハに塗布されたレジストを露
光前にアルカリ溶液で前浴するものとする。これにより
レジストの表面難溶解化処理はアルカリ浴処理という簡
便な方法で行うことができる。図４（ａ）は、本発明に
より改善される効果の大きいストレージノード（ＤＲＡ
Ｍ中のコンデンサー）形成用レチクルパターン１０の例
である。ポジレジストの使用を前提とすると、図中黒色
の遮光部が転写後にコンデンサー電極となる。コンデン
サーの容量（すなわちメモリーの信頼性）を向上させる
ためには、遮光部（黒色）の面積が大きいほどよい。こ
のため各遮光部間の間隔は、遮光部の幅に比べて狭くな
っている。各遮光部のピッチはＸ方向（左右）にＰｘ、
Ｙ方向（上下）にＰｙとなっている。従って、このパタ
ーンはきわめて周期性の高いパターンと見なせる。周期
性の高いパターンに対しては前述の変形光源はきわめて
有効である。図４（ａ）の如きパターンの場合、Ｘ方
向、Ｙ方向のピッチが異なるので、例えば図５（ａ）に
示す如き形状の変形光源を使用するとよい。図５（ａ）
中の斜線部は遮光部（光量＝０）であり、４つの白色部
が２次光源を表す。２次光源の間隔は図４（ａ）中で、
よりピッチの細かいＹ方向（Ｐｙ）で広く、ピッチの大
きいＸ方向（Ｐｘ）で狭くし、Ｘ、Ｙ方向のそれぞれに
最適化する光源配置とした。２次光源の最適位置につい
ては前述の「Optocal/Laser Microlithography Ｖ：Ne
w Imaging Technique for 64M-DRAM」に開示されている
ので、ここでは簡単に説明する。図１の射出面１７とレ
チクルパターン面との間はコンデンサーレンズ６、８の
合成系により等倍となっているものとし、合成系の焦点
距離をｆとして説明すると、図５（ａ）の２次光源（Ａ
ｉ、Ｂｉ、Ｃｉ、Ｄｉ）の最適位置は、Ｘａ＝ｆ・λ／（２・Ｐｘ）Ｙａ＝ｆ・λ／（２・Ｐｙ）の関係を満たすようにすればよい。その結果例えば１つ
の２次光源Ａｉに着目したとき、２次光源Ａｉから射出
した光束がレチクル９に入射し、Ｘ方向に関して発生す
る±１次回折光のどちらか一方である１次回折光Ｄｘと
Ｙ方向に関して発生する±１次回折光のどちらか一方で
ある１次回折光Ｄｙと０次回折光Ｄ₀との３つの光束が
投影光学系１１の瞳面１２上で光軸ＡＸから等距離とな
る位置を通過し、解像度，焦点深度が向上する。他の２
次光源Ｂｉ、Ｃｉ、Ｄｉについても同様に３つの光束
（１次回折光Ｄｘ、１次回折光Ｄｙ、０次回折光Ｄ₀）
が投影光学系１１の瞳面１２上で光軸ＡＸから等距離と
なる位置を通過するように配置されている。

【００２９】あるいは２次光源の配置を図５（ｂ）の如
き配置とし、２次光源の間隔がＸ、Ｙ方向共に、よりピ
ッチの細かいＹ方向（Ｐｙ）に合わせた間隔であっても
実用的には十分な効果を有する。すなわち、Ｘａ＝Ｙａ
＝ｆ・λ／（２・Ｐｙ）としても実用的には十分な効果
を有する。また、図４（ｂ）に示すようなＸ方向に２種
類のピッチを有するパターンもストレージノードパター
ンとして使用されるパターンである。図４（ｂ）のパタ
ーンについてもＸ方向のピッチＰｘ₁、Ｐｘ₂の合成ピ
ッチ（Ｐｘ₁＋Ｐｘ₂）／２を図４（ａ）のパターンに
おけるピッチＰｘとして扱えば、図４（ａ）のパターン
と同様に変形光源は有効である。

【００３０】前述の如く、図４（ａ）に示す如きパター
ン、すなわち遮光部（ライン部）の線幅が透過部（スペ
ース部）の線幅より太い周期性パターンの場合、ポジレ
ジストが溶け始める光量レベルを高くする必要があるた
めデフォーカスの影響を受けやすく、変形光源（輪帯照
明を含む）はライン：スペース＝１：１の場合と比べて
焦点深度の改善効果が少ない。

【００３１】図６は図４（ａ）に示すようなスペース部
とライン部との比が１より大きいパターン（以後ライン
リッチパターンと略す）でのウェハに投影される光学像
（光量分布）を示す。図６（ａ）はレチクルパターンの
断面を示し、図６（ｂ）はベストフォーカスにおける光
量分布Ｉ₀、図６（ｃ）はデフォーカスにおける光量分
布Ｉ₁を示している。図中Ｅｔｈは現像によりポジレジ
ストが完全に溶解する光量レベルであり、Ｅｃはレジス
ト像が膜減りし始める光量レベルを示している。ライン
リッチパターンにおいては、ベストフォーカスにおいて
図６（ｂ）の如く所望のライン寸法を得るために、光量
レベルＥｔｈが光学像（ほぼ正弦関数）の最大値近傍と
なるように露光量を設定する。するとデフォーカス状態
では図６（ｃ）の如く光学像（光量分布）の最大値さえ
もＥｔｈに達しなくなり、レジストを完全に溶解するこ
とが難しい。

【００３２】このようなラインリッチパターンを大きな
焦点深度で露光するためには、光学像（強度分布）のベ
ストフォーカスにおけるコントラストを低下させてで
も、コントラストが各デフォーカス状態で一様であるよ
うにすることが望ましい。そこで、累進焦点法（ウェハ
１３を露光中に移動もしくは振動させたり、あるいは一
度ウェハが−Ｚ₁の位置で露光を行い、ウェハを＋Ｚ₁
に移動して再度露光を行う方法）を用いて、光学像の強
度分布が各デフォーカス状態で一様であるようにした。
すなわち、光学像の強度分布（コントラスト）が投影光
学系の光軸方向に関して、所定の範囲内で一様となるよ
うにした。

【００３３】また、累進焦点法によるコントラストの低
下によって、レジスト形状に膜べりが生じる。これを改
善するため、レジストに難溶化処理を行ってから露光を
行うようにした。また、累進焦点法により光学像の強度
分布（コントラスト）が各デフォーカス状態で一様とな
るようにしたため、難溶化処理によりレジスト形状に逆
テーパが生じるという問題を２つの組み合わせにより解
決することができる。

【００３４】すなわち、累進焦点法と難溶化処理とを組
み合わせることにより、膜減りやテーパ形状等の形状変
形の少ない良好なレジスト形状を広範囲のフォーカスレ
ンジで得ることができる。すなわち、良好なレジストプ
ロファイルが得られるレンジが拡大する。さらに、変形
光源法を使用することにより、解像度を向上させるとと
もに、光学像の強度分布（コントラスト）が各デフォー
カス状態で一様となる投影光学系の光軸方向の範囲を拡
大した。

【００３５】すなわち、本実施例ではラインリッチパタ
ーンの露光に累進焦点法（ウェハ１３を露光中に移動も
しくは振動させたり、あるいは一度ウェハが−Ｚ₁の位
置で露光を行い、ウェハを＋Ｚ₁に移動して再度露光を
行う方法）とレジスト表面の難溶化処理と変形光源法と
を組み合わせて、解像度と良好なレジストプロファイル
が得られるレンジを改善することより、良好なレジスト
形状を得ることとした。

【００３６】図７（ａ）、図７（ｂ）はラインリッチ
パターンに累進焦点法を適用した場合の光量分布を示
し、縦軸ΔＦはウェハ面の平均的な高さ（光軸方向位
置、すなわちＺ方向位置）からの位置ずれ量を示してい
る。縦軸でΔＦ＝０はウェハ面の平均的な高さ（ウェハ
面に塗布されているレジストの平均的な高さ）を示して
おり、＋方向は投影光学系に近づく方向を示しており、
−方向は投影光学系から遠ざかる方向を示している。

【００３７】図７（ａ）は、ウェハステージのＺ位置を
ずれ量−ａだけベストフォーカス位置からずらして露光
した場合のウェハ面近傍での像光量分布を示したもので
あり、図７（ｂ）は同様にウェハステージのＺ位置をず
れ量＋ａだけベストフォーカス位置からずらして露光し
た場合のウェハ面近傍での像光量分布である。これら２
回の露光の光量合成（和）をＥＸｔｏｔａｌとして図７
（ｃ）に示す。図７（ｃ）のＥＸｔｏｔａｌ中の実線Ｅ
ｔｈ、点線Ｅｃは図６の場合と同様である。

【００３８】ここで、図７（ｃ）はウェハステージをベ
ストフォーカス位置から±方向に等量だけ移動させ、＋
方向の移動での露光と−方向の移動での露光の２回の露
光の光量合成であるので、図７（ｃ）のＥＸｔｏｔａｌ
はウェハの平均的な高さ面がベストフォーカス面に位置
している場合の光軸方向に関する各位置における光量分
布と見なすことができる。

【００３９】一方、実際のフォトレジストは１μｍ程度
の厚さを有し、ウェハ上にも１μｍ程度の段差があり、
図７（ｃ）に対応させて概念的に示した領域、、
はそれぞれウェハ上の段差の高部、中部、低部になる１
μｍ厚のフォトレジストを示す（すなわちここではずれ
量２ａ＝１μｍとした）。尚、図７では説明の便宜上投
影光学系の焦点深度（像のコントラストがある値以上と
なる範囲）は１μｍ、すなわちずれ量±ａの範囲内であ
るものとして説明している。

【００４０】ここで、焦点深度の範囲内でウェハを移動
もしくは振動させるということは、ウェハの光軸方向に
移動又は振動する移動量又は振動の振幅を投影光学系の
焦点深度と程度することにより、投影光学系の焦点深度
程度内での像コントラストを一様とし、かつ光量分布の
ピークをレベルＥｔｈ以上、光量分布のボトムをＥＣ以
下することができる。すなわち、投影光学系の焦点深度
程度内においてはコントラスト変動はほとんど無くなり
良好なパターン得られるということを意味する。これに
対して、累進焦点法を用いない場合は、投影光学系の焦
点深度内であっても、コントラストが一定でないため、
ラインアンドリッチパターンのレジスト像を良好に形成
することができなくなる。

【００４１】例えば図７（ｃ）の高部のレジスト領域
でのレジスト表面（ΔＦ＝＋２ａ）、中部（ΔＦ＝＋
ａ）、底部（ΔＦ＝０）における光量分布ＥＸｔｏｔａ
ｌはレジスト表面で暗線部においてもＥｃより大きい
し、中部（ΔＦ＝＋ａ）、底部（ΔＦ＝０）についても
累進焦点法のため、若干のコントラスト低下がある。従
ってレジスト像に膜減り（ポジレジストにおいてはライ
ン部のレジスト厚が十分残らない状態）が生じる。この
様子を図８（ａ）に示す。図８（ａ）〜（ｆ）はレジス
ト像を示し、斜線部はレジストの断面である。ところ
が、表面を難溶化処理したレジストを使用するとライン
部の膜減りが防止され、図８（ｄ）に示す如き良好なレ
ジスト形状を得ることができる。

【００４２】また、図７（ｃ）の中部のレジスト領域
でのベストフォーカス状態（ウェハの段差中部）におい
ては、レジスト表面（ΔＦ＝＋ａ）、中部（ΔＦ＝
０）、底部（ΔＦ＝−ａ）のいずれかにおいても、ほぼ
同等の良好な光量分布となるが、累進焦点法のために、
若干のコントラスト低下がある。このため、光量がＥｃ
以下となる部分が減少するため、図８（ｂ）に示すよう
に通常のレジストではレジスト形状は台形に近い形とな
る。一方、表面難溶化を施すと図８（ｅ）に示す如く良
好なレジスト形状とすることができる。このとき、レジ
スト表面（ΔＦ＝＋ａ）、中部（ΔＦ＝０）、底部（Δ
Ｆ＝−ａ）のいずれかにおいても、ほぼ同等の良好な光
量分布となるため、レジスト像にデフォーカスに応じた
テーパーの変化はなく、良好なレジスト像となる。

【００４３】さらに、図７（ｃ）の底部のレジスト領域
でのレジスト表面（ΔＦ＝０）、中部（ΔＦ＝−
ａ）、底部（ΔＦ＝−２ａ）についても、図８（ｃ）に
示すように通常のレジストではレジスト形状は台形に近
い形となる。同様に表面難溶化処理により、図８（ｆ）
に示すように良好なレジスト形状を得ることができる。
尚、前述の如く、図１０（ａ）〜（ｆ）はウェハを固定
したまま露光を行った場合を示している。図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は通常のレジストを使用した場
合であり、図１０（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は図１０
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の夫々について表面を難溶化し
たレジストを使用した場合である。図１０（ａ）〜
（ｆ）のいずれの場合においても前述の図８（ｄ）、
（ｅ）、（ｆ）に比べて良好なレジストプロファイルが
得られるフォーカスレンジが十分に得られない。

【００４４】さて、図８で説明した表面難溶化の程度は
例えばレジスト領域において、図７（ｃ）のレジスト
形状が良好となるように予め定めておき、所望の表面難
溶化程度となるように前述のアルカリ処理を行えばよ
い。すなわち、レジスト領域での光学像の変化（Ｚ方
向での光学像の変化）とレジスト領域での光学像の変
化とは共にレジスト領域での光学像の変化に近いので
レジスト領域においてレジスト形状が良好となるよう
に表面難溶化の程度を定めれば、レジスト領域、に
おいても良好なレジスト形状が得られる。

【００４５】以上の説明では、露光中にウェハを光軸方
向に移動又は振動する移動量又は振動の振幅は投影光学
系の焦点深度程度とした。より理想的な移動量はベスト
フォーカス面近傍でΔＦ（Ｚ）方向によらずに像コント
ラストが一様となるような移動量とすればよい。例えば
ΔＦ＝−２ａ、ΔＦ＝０、ΔＦ＝＋２ａの３点で露光を
行なうようにし、像コントラスト（像コントラストの
和）をΔＦ（Ｚ）方向によらずに一様としてもよい。

【００４６】なお、図７、８においてウェハの段差の上
部、低部、下部にかかわらず、良好なレジスト形状が得
られることを示したがウェハ段差による影響にとどまら
ず、投影露光装置の合焦機構のエラーによるフォーカス
ずれに対しても同様に有効である。尚、図４（ａ）、
（ｂ）のようなパターンに対して難溶化処理と累進焦点
深法との併用だけでも焦点深度（焦点裕度）は拡大し、
良好なレジスト像が得られる。しかしながら、前述の変
形光源法を併用することにより投影光学系の実質的な焦
点深度は拡大するので、この拡大された焦点深度をウェ
ハの光軸方向に移動又は振動する移動量又は振動の振幅
とすることにより、像コントラストが一様であり、かつ
コントラスト低下を若干量すなわち、光量分布のピーク
をレベルＥｔｈ以上、光量分布のボトムをＥＣ以下とな
る焦点深度（焦点余裕）を拡大することができる。

【００４７】この結果より良好なレジストプロファイル
の得られるレンジを拡大することができる。従って、レ
ジスト厚が厚い場合やウェハ段差が大きい場合でも良好
なレジスト像が得られるという効果がある。また、難溶
化処理と累進焦点法との併用、あるいはこれらと変形光
源との併用は図４（ａ）、（ｂ）のパターンの遮光部の
パターン寸法が透過部のパターン寸法の１．５倍程度以
上大きい場合に特に効果的である。

【００４８】尚、表面難溶化処理は前述のアルカリ処理
に限定されるものではなく、塗布後のレジストを窒素ガ
ス中に放置しておくだけでもよい。また窒素ガス中で露
光前ベークまたは露光後ベークを行ってもよく、あるい
は第１のレジストを塗布した後に、その上にさらに第１
のレジストよりも低感度なレジストを薄く塗布しても同
等の効果が得られる。

【００４９】以上によりに、従来形成が困難であったラ
イン幅がスペースの幅より大きいラインアンドスペース
パターン、あるいはストレージノードパターン等をポジ
型レジストを使用して十分な焦点深度で露光することが
可能となる。以上の実施例ではすべてポジ型レジストの
使用を前提としたが、本発明の効果はネガレジストにお
いても発揮される。ネガ型レジストにおいても、第１の
レジストの上層により感度の高いレジストを塗布する等
により表面に難溶化処理を施すことができる。

【００５０】なお輪帯照明も周期パターンの焦点深度を
拡大するので照明光学系は輪帯照明であってもよい。ま
た、位相シフトレチクル（特にエッジ強調型の位相シフ
トレチクルやハーフトーンレチクル）を用いてラインリ
ッチパターンの露光を行う場合にも、表面難溶化と累進
焦点法との併用は有効である。位相シフトレチクルにつ
いては特公昭６２−５０８１１号公報や特開平４−１６
２０３９号公報等に開示されている。

【００５１】また、光源１としてエキシマレーザやＹＡ
Ｇレーザの高調波を用いてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、難溶化処
理されたレジストが塗布されたウェハを露光中に移動ま
たは振動、あるいはウェハの移動毎の多重露光を行うこ
とにより、合成像の強度分布形状をほぼ一様なものとす
ることができるので、ラインアンドスペースパターンの
良好なレジスト像を得ることができる。

【００５３】また、レチクルパターンのフーリエ変換面
もしくはその共役面上で光軸を含まない領域を通る光束
でレチクル上のパターンを照明することとしたので、合
成像の強度分布形状をほぼ一様なものとすることができ
る範囲を拡大することができる。また、本発明による露
光中のウェハ移動量または多重露光間のウェハの移動量
を投影光学系の焦点深度程度とすることにより合成され
る像の強度分布形状をベストフォーカス近傍でフォーカ
ス位置によらずほぼ均一とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による投影露光装置の概略を
示す図である。

【図２】図１の装置のうち投影光学系の下部付近を部分
的に示す図である。

【図３】ウェハのＺ上単位長さ当たりの存在時間を示す
図である。

【図４】（ａ）遮光部の幅が透光部の幅より大きい周期
パターンの一例を示す図であり、Ｘ方向のピッチが１種
類であるパターンを示す図である。（ｂ）遮光部の幅が透光部の幅より大きい周期パターン
の一例を示す図であり、Ｘ方向のピッチが２種類である
パターンを示す図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）図４のパターンに最適な空間フ
ィルターを示す図である。

【図６】（ａ）レチクルパターンの断面を示す図であ
る。（ｂ）ベストフォーカスにおける光量分布を示す図であ
る。（ｃ）デフォーカス状態における光量分布を示す図であ
る。

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）図４のパターンに累進
焦点法を適用した場合の光量分布を示す図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）図７の光量分布に対す
るレジスト形状を示す図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）難溶化処理されたレジストを使
用した場合の図７の光量分布に対するレジスト形状を示
す図である。

【図９】図４のパターンをウェハを固定して露光した場
合の光量分布を示す図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）図９の光量分布に対
するレジスト形状を示す図である。（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）難溶化処理されたレジストを使
用した場合の図９の光量分布に対するレジスト形状を示
す図である。

【符号の説明】

１…光源５…空間フィルター９…レチクル１０…レチクルパターン１１…投影光学系１４…ウェハホルダー１５…ウェハステージ１６、３１、５６…駆動系２０、２１…光束分割系３０…シャッター４０、４１…フライアイレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】遮光部と透光部とを有し、かつ該遮光部の
幅が該透過部の幅より大きい周期パターンが形成された
マスクを所定の入射角で斜め方向から照明する照明光学
系と投影光学系とを有する露光装置を用いて、表面が難
溶化処理された感光物質が塗布された被露光物上に前記
周期性パターンの像を前記投影光学系を介して形成する
露光方法であって、前記周期性パターンの前記照明光学系の内におけるフー
リエ変換面もしくはその共役面上で前記照明光学系の光
軸から偏心し、かつ該光軸を含まない領域を通過した光
束により前記周期パターンを照明する第１工程と；前記
第１工程による前記周期パターンの照明中に、前記周期
性パターンの像と前記被露光物とを前記投影光学系光軸
方向に関して相対的に移動あるいは振動させる第２工程
とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記投影光学系の光軸方向に関する相対位
置の移動あるいは振動は、前記被露光物の移動あるいは
振動により行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】前記投影光学系光軸方向に関しての相対な
移動あるいは振動は、前記投影光学系の焦点深度程度の
範囲で行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の方法。
【請求項４】前記遮光部のパターン寸法は前記透過部の
パターン寸法の１．５倍程度以上大きいことを特徴とす
る請求項１記載の方法。
【請求項５】前記第１工程における照明光は、前記フー
リエ変換面上で前記照明光学系の光軸から偏心し、かつ
該光軸を含まない少なくとも２つの離散的な領域を通過
した光束であることを特徴とする請求項１、請求項２、
請求項３、又は請求項４記載の方法。
【請求項６】前記第１工程における照明光は、前記フー
リエ変換面上で前記照明光学系の光軸を含まない輪帯状
の領域を通過した光束であることを特徴とする請求項
１、請求項２、請求項３、又は請求項４記載の方法。
【請求項７】前記感光物質はポジレジストであって、前
記表面の難溶化処理はアルカリ性溶液により行われてい
ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請
求項４、請求項５、又は請求項６記載の方法。
【請求項８】遮光部と透光部とを有し、かつ該遮光部の
幅が該透過部の幅より大きい周期パターンが形成された
マスクを照明する照明光学系と投影光学系とを有する露
光装置を用いて、表面が難溶化処理された感光物質が塗
布された被露光物上に前記周期性パターンの像を前記投
影光学系を介して形成する露光方法であって、前記周期
パターンの照明中に、前記周期性パターンと前記被露光
物とを前記投影光学系光軸方向に関して相対的に移動あ
るいは振動させる工程を有することを特徴とする露光方
法。
【請求項９】前記投影光学系の光軸方向に関する相対位
置の移動あるいは振動は、前記被露光物の移動あるいは
振動により行うことを特徴とする請求項８記載の方法。