JPH0697029A - 投影露光方法及びそれに用いるレチクルまたはマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レチクルまたはマスクを斜め方向から照明し
て解像度や焦点深度を向上させる投影露光法において生
じる転写パタンの細りを防止できるレチクルまたはマス
クを提供することを目的とする。 【構成】 露光用光線のレチクルまたはマスクパタンに
よるプラス１次とマイナス１次の一方の回折光が投影光
学系を外れることにより生じる転写パタンの細りを補償
するため、レチクルまたはマスクの遮光体パタンの厚さ
を従来よりはるかに厚く構成し、遮光体パタン側壁によ
って斜め照明光の一部が遮られることによる、光強度分
布曲線の遮光部に相当する光強度が低い部分の拡大を利
用することを特徴とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の微
細パタンを、光リソグラフィによってウエハ等の被露光
基板上に形成する際に原図基板として用いる、レチクル
およびマスクに関するものである。また、該レチクルま
たはマスクを用いて、レチクルまたはマスクを斜め方向
から照明して投影露光を行う方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の投影露光装置の構成図
である。光リソグラフィによって、レチクルまたはマス
クが有する半導体集積回路等の微細パタンを、ウエハ等
の被露光基板上に転写して形成するため、図１１に示す
ような投影露光装置を用いた投影露光法が多用されてい
る。

【０００３】レチクルまたはマスク１３とウエハ等の被
露光基板１４は、投影レンズ等の投影光学系１５に関し
て結像関係の位置に置かれる。すなわち、レチクルまた
はマスク１３を、水銀ランプやエキシマレーザ等を光源
とする照明光学系１６によって照明する時、該レチクル
またはマスク１３が有する半導体集積回路等の微細パタ
ンの像が、前記投影光学系１５によって、前記被露光基
板１４の表面に形成される。

【０００４】該被露光基板１４の表面に感光性レジスト
膜１７を形成しておけば、露光により、前記レチクルま
たはマスク１３が有する半導体集積回路等の微細パタン
に対応して、該レジスト膜１７が感光する。したがっ
て、現像処理を施すことにより、被露光基板１４上に、
レジストからなる、前記レチクルまたはマスク１３が有
する半導体集積回路等の微細パタンを形成できる。

【０００５】前記レチクルまたはマスク１３が有する半
導体集積回路等の微細パタンの寸法と、被露光基板１４
上の転写パタン寸法との比率、すなわち、前記投影光学
系１５の投影倍率が１の場合、１３をマスク、投影倍率
が１より小さい場合をレチクルと称することとする。図
１１において、照明光学系１６とレチクルまたはマスク
１３、レチクルまたはマスク１３と投影光学系１５、投
影光学系１５と被露光基板１４との間に描いた線は、露
光光線の範囲を模式的に示したものである。

【０００６】このような、投影露光法においては、色収
差を減らして前記投影光学系１５の製作を容易にするた
め、光源の波長帯域を狭めた単色光が照明光として使わ
れる。現状で良く使用される照明光は、水銀ランプから
取り出す、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５
ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザを光源とする波長２４８
〜２４９ｎｍの遠紫外光、ＡｒＦエキシマレーザを光源
とする波長１９３ｎｍの遠紫外光、等である。

【０００７】図１２は、従来のレチクルまたはマスクの
部分的な拡大図である。上記の短波長可視光ないし遠紫
外光の波長帯域では、図１２に示したような構成のレチ
クルまたはマスクが使用される。図は部分的な拡大図で
あり、左右を省略し、基板１８の上下方向の寸法を実際
の比率より縮めて描いてある。

【０００８】基板１８は、上記の短波長可視光〜遠紫外
光を透過するガラスまたは石英等の材料で作られ、厚さ
は、２〜６ｍｍ程度、大きさは、１辺が１２．５〜１５
ｃｍ位の矩形形状のものが多い。その表面に半導体集積
回路等の遮光体パタン１９が形成されている。通常、遮
光体パタン１９はクロムで作られ、表面に酸化クロムの
被膜を付けたものが多い。また、基板１８との界面にも
酸化クロム膜を置き、クロム層を酸化クロム層によりサ
ンドイッチにした構造のものも存在する。また、一部で
は、モリブデンシリサイドで遮光体パタン１９を形成し
たレチクルまたはマスクも使用されている。

【０００９】遮光体パタン１９の厚さは、該遮光体パタ
ン１９の寸法精度を得やすくするため、前記短波長可視
光〜遠紫外光を所定の強度比以下の透過量に押さえられ
る範囲でなるべく薄くしてある。一例を挙げれば、遮光
体パタン１９を透過する光の強度が遮光体に照射される
光の強度の１０００分の１程度になるような厚さであ
り、遮光体パタン１９をクロムとすると、その厚さは８
０ｎｍ程度である。

【００１０】遮光体パタン１９を構成する材料によって
その厚さは変わるが、一般的に上記の値に近い厚さであ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように遮光体パタ
ン１９の厚さが薄いレチクルまたはマスク１３は、従来
の、該レチクルまたはマスク１３を垂直入射する光線を
多く含む照明光線によって照明する投影露光法に用いる
には好適である。しかし、円環光源、多点光源等によっ
て、レチクルまたはマスク１３を斜め方向から照明して
解像性を上げる、特開昭６１−９１６６２号、特願平３
−９９８２２、特願平３−１３５３１７、特願平３−１
４２７８２、特願平３−１４８１３３、特願平３−１５
７４０１、特願平３−２１８１００、特願平３−２１８
０９８、特願平３−２１８０９９、特願平３−２２５３
３５、特願平３−２３５７５３、特願平３−２５４３０
６、特願平３−２９０４４２に開示されているような投
影露光法や投影露光装置に適用する際には適当でない。

【００１２】すなわち、上述の文献に記載された投影露
光法や投影露光装置に、遮光体パタン１９の厚さが薄い
従来のレチクルまたはマスクを用いると、レチクルまた
はマスク上の遮光体パタン１９の寸法に投影露光倍率を
掛けた正規の寸法の転写パタンを、微細な寸法迄形成す
ることが難しくなる。これは、上記文献記載の影露光法
や投影露光装置のように、円環光源、多点光源等によっ
て、レチクルまたはマスク１３を、斜め方向から照明し
てパタン形成すると、遮光体パタン１９の遮光部に相当
する部分が正規の寸法より細いパタンとなり易いことに
起因する。

【００１３】そして、転写されるパタンの遮光部に相当
する部分の寸法が、正規の寸法より細いパタンとなるこ
とを許容すれば、非常に微細な寸法のパタン迄形成する
ことができるが、正規の寸法を得ようとすると、高解像
性が得られない。図１３は、レチクルまたはマスク１３
を、斜め方向から照明してパタン形成する投影露光法や
投影露光装置の、上記の問題点を明確にするために示す
実験結果の一例である。

【００１４】縮小倍率１／５、開口数ＮＡ＝０．５４の
投影レンズを有するｇ線縮小投影露光装置を用い、照明
２次光源のフライアイレンズ中央部を遮蔽して、本来の
照明２次光源の円の半径の３／５に相当する中央部分か
らの照明光が来ないようになした円環光源により、投影
露光した。なお、該照明２次光源が投影レンズ開口絞り
上に作る円環像の外径は、開口絞り直径の１／２であ
る。

【００１５】図１３の横軸は、レチクルまたはマスク１
３上の遮光体パタン１９の寸法に縮小倍率１／５を掛け
た、転写されるパタンの設計寸法であり、縦軸は、実際
に転写形成されたレジストパタンの寸法である。縦軸、
横軸とも、１対１ライン＆スペースパタンのライン部の
寸法を示している。レジストは、東京応化（株）製のポ
ジ形レジストＴＳＭＲ−Ｖ３を用いた。

【００１６】転写形成されたレジストパタンの寸法が設
計寸法通りになると、測定値は原点を通って縦軸、横軸
と４５度をなす方向の直線ＯＡ上にのる。図１３より明
らかなように、転写形成されたレジストパタンの寸法
が、大半の寸法のライン＆スペースパタンについて設計
寸法通りになる露光量では、あまり微細な寸法のパタン
は転写できない。すなわち、０．４８μｍのライン＆ス
ペースパタンまでしか解像しない。しかし、露光量を増
やして、大半のパタンが設計寸法より細くなる露光量と
すると、大幅に解像度を向上させることができ、０．４
２〜０．４０μｍのライン＆スペースパタン迄の解像度
を得ることができる。

【００１７】また、大半のパタンが設計寸法より細くな
る露光量とすると、同時に、焦点深度も向上する。しか
し、たとえ解像度や焦点深度が向上しても、このよう
に、大半のパタンが設計寸法より細くなることは好まし
くなく、設計寸法通りにパタンを転写形成できるように
することが必要であった。

【００１８】特開昭６１−９１６６２号、特願平３−９
９８２２、特願平３−１３５３１７、特願平３−１４２
７８２、特願平３−１４８１３３、特願平３−１５７４
０１、特願平３−２１８１００、特願平３−２１８０９
８、特願平３−２１８０９９、特願平３−２２５３３
５、特願平３−２３５７５３、特願平３−２５４３０
６、特願平３−２９０４４２に開示せられたような、レ
チクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影露光法
や投影露光装置において、上記のように、遮光体パタン
１９の遮光部に相当する部分が正規の寸法より細いパタ
ンとなり易い理由は次の通りである。

【００１９】図１４は、ライン＆スペースパタンを有す
るレチクルまたはマスクの評価関数を説明する図であ
る。図１４に示すように、波数ｋ（周期１／ｋ）のライ
ン＆スペースパタンを有するレチクルまたはマスク２０
を考え、レチクルまたはマスク２０から出る光の振幅
を、 Ａ（ｘ） ＝ Ａ₀ ＋２Ａ₁ ｃｏｓｋｘ とする。

【００２０】ここで、ｘは位置を表す変数である。レチ
クルまたはマスク２０上のライン＆スペースパタンは、
本来矩形波的な光透過率分布を有する。しかし、解像限
界に近い波数ｋのライン＆スペースパタンでは、高次の
周波数成分の光は、投影露光光学系を経て結像すること
ができないため、上記のような余弦関数により良く近似
できる。

【００２１】図１５は、レチクルまたはマスク２０が垂
直に照明される時の回折光に関する説明図である。上記
のような周期分布を有する光は互いに干渉し合い、結果
として、図１５に示すように０次、±１次、±２次・・
・の回折光２１を生ずる。レチクルまたはマスク２０か
ら出るこれらの回折光２１は、投影光学系１５に一部が
取り込まれる。なお、図１５では、周期パタンを図面上
見易くするため、誇張して大きく描いてある。

【００２２】±２次以下の回折光強度は、０次、±１次
回折光強度に比べるとかなり小さいため、投影光学系１
５の結像性能は、０次、±１次回折光がどのように取り
込まれるかで概ね決まってしまう。回折光が出る角度は
レチクルまたはマスク２０上のライン＆スペースパタン
の周期に依存し、波数ｋが大きいパタン、すなわち、細
かい周期のパタン程、外側に広がって回折光が出る。し
たがって、投影光学系１５の開口が大きい程高解像とな
る。

【００２３】一方、図１６は、レチクルまたはマスク２
０が斜めに照明される時の回折光に関する説明図であ
る。前記の特開昭６１−９１６６２号以下の多くの文献
に示される、レチクルまたはマスクを斜め方向から照明
する投影露光法や投影露光装置においては、図１６に示
すように、０次回折光の方向がその斜め照明光の方向と
なるため、±１次回折光のうち、片側の回折光は投影光
学系１５に取り込まれなくなる一方、他方の１次回折光
は入り易くなる。すなわち、片側の１次回折光が失われ
る一方、片側の１次回折光は最高約２倍の波数ｋのパタ
ンから出るもの迄取り込むことができるようになる。そ
して、高波数のパタンから出る回折光迄結像に寄与させ
ることができるため、高解像が得られる。

【００２４】投影光学系１５に取り込まれる各回折光ど
うしが互いに干渉しあう度合いを表す量として相互伝達
関数Ｊ（ｋ_i ；ｋ_j ）が定義されている。波数ｋ_i の回
折光と波数ｋ_j の回折光とを重畳させた時、互いに干渉
しあう度合を示すパラメータがＪ（ｋ_i ；ｋ_j ）であ
る。ｋ_i ，ｋ_j の符号は回折光の符号を示している。

【００２５】０次回折光と±１次回折光だけを考える場
合には、ｋ_i ，ｋ_j として、 ｋ_i ＝０，±１ ｋ_j ＝０，±１ だけを考えれば良い。詳しい式の導出は省略するが、こ
の相互伝達関数Ｊ（ｋ_i ；ｋ_j ）を係数として、被露光
基板１５に結像される像の光強度分布は、次式で表され
る。

【００２６】 Ｉ（ｘ）＝Ａ₀ ²・Ｊ（０；０）＋Ａ₁ ²｛Ｊ（ｋ；ｋ）＋Ｊ（−ｋ；−ｋ）｝ ＋ ２Ａ₀ Ａ₁ ｛Ｊ（ｋ；０）＋Ｊ（−ｋ；０）｝ｃｏｓｋｘ ＋ ２Ａ₁ ²・Ｊ（ｋ；−ｋ）ｃｏｓ２ｋｘ 位置ｘに関して上式を見ると、 Ｉ（ｘ）＝定数項＋定数項 ＋ ｃｏｓｋｘの項 ＋ ｃｏｓ２ｋｘの項 から構成されている。

【００２７】前述したように、前記のレチクルまたはマ
スクを斜め方向から照明する投影露光法や投影露光装置
においては、波数ｋのパタンの±１次回折光のうち、＋
または−いずれかの１次回折光が投影光学系１５に取り
込まれない。したがって、波数ｋのパタンの＋１次回折
光と−１次回折光とは、もともと片方がないのであるか
ら投影光学系１５内で干渉しあうことがない。

【００２８】すなわち、Ｉ（ｘ）を示す式において、Ｊ
（ｋ；−ｋ）の値が０となり、ｃｏｓ２ｋｘの項が無く
なる。図１７は、被露光基板１４上の光強度Ｉ（ｘ）の
変化の様相について説明する図である。Ｉ（ｘ）は、上
記のように定数項、ｃｏｓｋｘの項、ｃｏｓ２ｋｘの項
の和からなる。 それぞれの光強度成分は、係数を適当
な値とすると、図１７のような関係にある。

【００２９】図１７から明らかなように、ｃｏｓ２ｋｘ
の項があると、光強度が大きいｃｏｓｋｘ＝１となる部
分でピークが大きくなる一方、ｃｏｓｋｘ＝−１となる
谷部での光強度が増加する。そして、今、最も着目すべ
きは、定数項、ｃｏｓｋｘの項、ｃｏｓ２ｋｘの項を足
し合わせた、被露光基板１４上の光強度Ｉ（ｘ）は、図
１７に破線で示すような光強度分布となり、光強度が平
均値より高くなる部分では、光強度分布曲線の広がりが
ｃｏｓｋｘの曲線より小さくなり、逆に、光強度が平均
値より低くなる部分では、光強度分布曲線の広がりがｃ
ｏｓｋｘの曲線より大きくなる点である。

【００３０】従来のレチクルまたはマスクを垂直光を含
めて照明する投影露光法や投影露光装置においては、±
１次回折光の両方が投影光学系１５に取り込まれるた
め、Ｊ（ｋ；−ｋ）の値が０とはならず、ｃｏｓ２ｋｘ
の項が存在する。他方、レチクルまたはマスクを斜め方
向から照明する投影露光法や投影露光装置においては、
前記のように、ｃｏｓ２ｋｘの項が存在しない。

【００３１】したがって、従来のレチクルまたはマスク
を垂直光を含めて照明する投影露光法や投影露光装置
と、特開昭６１−９１６６２号、特願平３−９９８２
２、特願平３−１３５３１７、特願平３−１４２７８
２、特願平３−１４８１３３、特願平３−１５７４０
１、特願平３−２１８１００、特願平３−２１８０９
８、特願平３−２１８０９９、特願平３−２２５３３
５、特願平３−２３５７５３、特願平３−２５４３０
６、特願平３−２９０４４２に開示されているような、
レチクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影露光
法や投影露光装置とでは、被露光基板１４上の光強度分
布に、図１７に破線で示した曲線と、ｃｏｓｋｘの曲線
を平行移動しただけの曲線との差に相当する、大きな形
状の相違が現れる。

【００３２】パタンが安定して形成できる光強度のしき
い値は、レジストにも依存するが、一般に、光強度ピー
ク値の３０％前後である。図１７に破線で示したよう
に、ｃｏｓ２ｋｘの項が存在する従来のレチクルまたは
マスクを垂直光を含めて照明する投影露光法や投影露光
装置では、光強度が平均値より低くなる部分で光強度分
布曲線の広がりが大きくなるため、光強度ピーク値の３
０％前後にしきい値を取れば、転写パタン寸法は、正規
の設計寸法に近い値となる。

【００３３】一方、ｃｏｓ２ｋｘの項が存在しない、レ
チクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影露光法
や投影露光装置においては、光強度分布がｃｏｓｋｘを
平行移動した曲線となる。したがって、光強度ピーク値
の３０％前後にしきい値を取ると、遮光部に相当する部
分の転写パタン寸法は、正規の設計寸法より小さくなっ
てしまう。

【００３４】以上のような理由から、レチクルまたはマ
スクを斜め方向から照明する投影露光法や投影露光装置
において、正規の設計寸法の転写パタンを得るには、光
強度分布曲線の遮光部に相当する光強度の低い部分が、
従来のレチクルまたはマスクを垂直光を含めて照明する
投影露光法や投影露光装置並に広がる方策を必要とす
る。

【００３５】本発明は上述したような問題を解決し、正
規の設計寸法の転写パタンが容易に得られるレチクルま
たはマスク、及びそれを用いた投影露光方法を提供する
ことを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明では、円環光源、多点光源等によっ
て、レチクルまたはマスクを斜め方向から照明して解像
度や焦点深度を向上させる前記の各引例に開示せられた
投影露光法や投影露光装置に適用する時、設計寸法によ
り近いパタンを転写形成できるよう、遮光体パタンの厚
さを従来よりはるかに厚くすることにより、光強度分布
曲線の遮光部に相当する光強度が低い部分が広がるよう
にする。

【００３７】図１８は、遮光体パタンによって斜め照明
光の一部が遮られる様子を示す図である。 遮光体パタ
ンの厚さを厚くすると、レチクルまたはマスクを斜め方
向から照明する時、図１８に示すように、遮光体パタン
１９表面の遮光体パタン１９の近傍では、遮光体パタン
１９によって遮光体パタン１９側からの斜め照明光２
２、２３が遮られる。

【００３８】このため、遮光体パタン１９両脇の光強度
が低下し、光強度分布曲線の遮光部に相当する光強度の
低い部分が広がる。すなわち、図１８において、遮光体
が存在する部分ＡＢが遮光部となるのに加えて、境界部
分ＡＡ’およびＢＢ’が半影部となり、光強度が低くな
る。一方、遮光体パタン１９が無い側からの斜め照明光
が、遮光体パタン１９の側壁ＡＣ、ＢＤに当たった反射
光が、ＡＡ’およびＢＢ’の部分に入るようになるが、
側壁ＡＣ、ＢＤは製作上一般に粗面となるため、乱反射
してしまい、ＡＡ’およびＢＢ’の部分を通って結像に
寄与する光はほとんどない。

【００３９】したがって、半影部ができる分だけ、遮光
部に相当する部分の転写パタン寸法を大きくでき、従来
のレチクルまたはマスクを垂直光を含めて照明する投影
露光法や投影露光装置と同様に、正規の設計寸法のパタ
ンを得ることができる。図１９は、遮光体パタンの厚さ
を厚くすることによる、光強度分布の変化を示す図であ
る。

【００４０】上記のように、ｃｏｓ２ｋｘの項が存在し
ないレチクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影
露光法や投影露光装置においては、従来の遮光体パタン
の厚さが薄いレチクルまたはマスクを用いると、光強度
分布がｃｏｓｋｘを平行移動した曲線となる。それに対
して、遮光体パタンの厚さを厚くすると、遮光体パタン
両脇の光強度が低下して、図のように、光強度分布曲線
の遮光部に相当する光強度の低い部分が広がる。

【００４１】

【作用】遮光体パタンの厚さを厚くすると、遮光体パタ
ン両脇の光強度が低下して、光強度分布曲線の遮光部に
相当する光強度の低い部分が広がるので、レチクルまた
はマスクを斜め方向から照明する投影露光法や投影露光
装置において問題となっていた転写パタンが細くなると
いう問題を解決できる。

【００４２】

【実施例】図１は、本発明の実施例のレチクルまたはマ
スクを部分的拡大図である。露光に用いる照明光線を透
過する基板１に、遮光体金属によって、半導体集積回路
等の遮光体パタン２を形成してある。遮光体パタン２の
厚さをｔとする。

【００４３】遮光体パタン２の寸法や厚さに対し、基板
１の厚さは実際の比率より小さく縮めて描いてある。本
発明では、遮光体パタン２の厚さｔを従来より厚くする
ことを特徴とするが、該遮光体パタン２の厚さｔの目安
は、次のようにして決定する。まず、本発明の実施例の
レチクルまたはマスクを用いる投影露光法や投影露光装
置の投影光学系の開口数をＮＡ、投影露光倍率を１／ｍ
とする。

【００４４】また、レチクルまたはマスクを斜め方向か
ら照明する照明光の照射角度を代表するパラメータとし
て、次に示すσmeanおよびσΔを定義する。一般の投影
露光装置では、レチクルまたはマスクを照明する２次光
源が投影光学系の開口絞り３の位置で像を結ぶようにな
っており、投影光学系の開口絞り３の大きさに対する前
記照明２次光源の像の大きさをコヒーレンシィファクタ
σと称している。

【００４５】図２乃至図８は、投影光学系の開口絞り３
と照明２次光源の像との関係を示した図ある。従来の投
影露光法や投影露光装置では、図２に示すように、円形
で近似される照明２次光源が一般的であり、投影光学系
の開口絞りの半径をｒ_NA、照明２次光源の円形像４（斜
線部）の半径をｒ_sourceとすれば、コヒーレンシィファ
クタσが、 σ＝ ｒ_source ／ ｒ_NA で定義される。

【００４６】一方、特開昭６１−９１６６２号、特願平
３−９９８２２、特願平３−１３５３１７、特願平３−
１４２７８２、特願平３−１４８１３３、特願平３−１
５７４０１、特願平３−２１８１００、特願平３−２１
８０９８、特願平３−２１８０９９、特願平３−２２５
３３５、特願平３−２３５７５３、特願平３−２５４３
０６、特願平３−２９０４４２に開示されているよう
な、レチクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影
露光法や投影露光装置では、図３乃至図８に示すような
各種形状または、該各種形状で近似される照明２次光源
が使用される。

【００４７】図３乃至図８に示した形状の射出絞りを置
く場合には正確にその形状となるが、多角形断面レンズ
の集合体や単体を直接照明２次光源射出口とする場合も
あり、その場合には、厳密には一致しないが、大略近似
される。前記の図３乃至図８に示すような各種形状で近
似される照明２次光源によって、レチクルまたはマスク
を斜め方向から照明する投影露光法や投影露光装置の場
合に、前述のレチクルまたはマスクを斜め方向から照明
する照明光の照射角度を代表するパラメータσmeanおよ
びσΔを以下のように定義する。

【００４８】まず、図３に示すような円環状の照明２次
光源、または、図４に示すような部分円環状の照明２次
光源の場合には、照明２次光源の円環像５または、部分
円環像６の平均半径をｒ_mean、幅を２ｂとする時、 σmean ＝ ｒ_mean ／ ｒ_NA σΔ ＝ ｂ ／ ｒ_NA 次に、点状の照明２次光源の場合には、図５乃至図７に
示すように、点状光源像７、８、９の中心と投影光学系
の開口絞りの中心との距離をｒ_point 、点状光源像７、
８、９の半径をａとする時、 σmean ＝ ｒ_point ／ ｒ_NA σΔ ＝ ａ ／ ｒ_NA 図４乃至図７における光源像の位置および個数は例を示
した迄であり、配置角度や数が変わっても、同様に、σ
mean、σΔを定義する。

【００４９】また、図８に示すように、照明２次光源が
強度の連続的な分布を有する場合にも、連続的強度分布
を有する光源像１０を、円環状または多点状の照明２次
光源像で近似してσmean、σΔを適宜定める。ここで、
レチクルまたはマスクを斜め方向から照明する照明光の
照射角度について考える。

【００５０】レチクルまたはマスク上の点から投影光学
系の開口絞りを見る時、投影光学系の開口絞りに光線を
取り込める最大角度をφとすれば、投影光学系の開口絞
りからの射出最大角度θ ＝ｓｉｎ^-1ＮＡ との間に
は、 ｍ・ｓｉｎφ ＝ ｓｉｎθ なる関係が存在する。現状の投影光学系の開口数ＮＡは
高々０．５〜０．６であり、θ＝３０°〜３７°であ
る。このため、ｍ＝５、１０等の、一般の縮小投影光学
系の場合はもちろん、ｍ＝１の等倍投影光学系の場合で
も、おおまかには、 ｍφ ≒ ＮＡ と近似される。

【００５１】したがって、σmean、σΔを有する各種形
態の、レチクルまたはマスクを斜め方向から照明する投
影露光法や投影露光装置の場合の照明光の照射角度α
は、 α ≒ （ σmean ±σΔ ）φ ≒ （ σmean ±σΔ ）ＮＡ／ｍ となる。

【００５２】図９は、半影の幅ｗ_shadowについての説明
図である。前記遮光体パタン２の厚さｔが、照射角度α
の照明光線に対して作る半影の幅ｗ_shadowは、図９に示
すように、片側のエッジについて、 ｗ_shadow ＝ ｔ・ｔａｎα ≒ ｔα である。

【００５３】投影光学系の実用的なパタン解像限界ｗ
_min は、露光波長をλとする時、 ｗ_min ＝ ｋ・λ／ＮＡ と表せる。ここで、係数ｋは、レジストプロセス等によ
って決まる定数であり、０．６〜０．８程度の値であ
る。図１３に一例を示したように、レチクルまたはマス
クを斜め方向から照明する投影露光法や投影露光装置で
は、従来のレチクルまたはマスクを垂直光を含めて照明
する投影露光法や投影露光装置の場合より、遮光部に相
当する転写パタンの線幅が１０〜２０％程度細くなる露
光量とすれば、安定に高解像度と大きい焦点深度を得る
ことができる。

【００５４】本発明によって、遮光体パタン２の厚さｔ
を大きくして、レチクルまたはマスクの遮光部近傍にで
きる幅ｗ_shadowの半影により、転写されるパタンの寸法
を上記の実用的なパタン解像限界寸法ｗ_min のε倍以上
変化させるためには、 ２ｗ_shadow ≧ ε・ｗ_min の条件を満たす必要がある。

【００５５】ゆえに、 ２ｔα ≧ ε・ｋ・λ／ＮＡ したがって、 ｔ ≧（ε・ｋ・λ）／（２α・ＮＡ） 先に示したように、α≒（ σmean ±σΔ ）ＮＡ／
ｍ であるから、 ｔ ≧（ε・ｋ・λ・ｍ）／〔２ＮＡ² （ σmean ±
σΔ ）〕 なる条件が必要となる。

【００５６】先に示した定義から明らかなように、（σ
mean ±σΔ）は、±σΔに相当する範囲でレチクルま
たはマスクを照明する照明光の照射角度が分布している
ことを示す。そして、（σmean ＋σΔ）に相当する照
射角度が、最も傾いた照射角度なので、最大の半影領域
を形成する。

【００５７】したがって、本発明の効果が生ずる最小の
遮光体パタン２の厚さｔ_min は、 ｔ_min ≒（ε・ｋ・λ・ｍ）／〔２ＮＡ² （ σmean
＋σΔ ）〕 と求まる。ところで、半影の幅ｗ_shadowは、射出強度が
少しでも変化する部分に対応するのに過ぎないから、実
際に転写されるパタンの線幅は、半影の幅ｗ_shadow相当
程は変わらない。

【００５８】実際には上記半影の幅ｗ_shadowの１／ｃ≒
１／１．５〜３程度に相当する量だけ、転写パタン線幅
を変え得る。したがって、上記の遮光体パタン２の厚さ
ｔは、最低限必要値ｔ_min のｃ倍の厚さとすることが最
も好ましい。一方、レチクルまたはマスクを斜め方向か
ら照明する光線の中心に対応するのは、σmeanであるか
ら、好適な遮光体パタン２の厚さｔを求めるには、中心
になる照明光線の斜め照明角に対応するσmeanで（ σ
mean ±σΔ ）を置き換え、 ｔ_optimum ＝ ｃｔ_min を求めれば良い。すなわち、 ｔ_optimum ≒（ｃ・ε・ｋ・λ・ｍ）／（２ＮＡ² ・
σmean） と計算される。

【００５９】一例として、ｃ＝２、ε＝０．１、ｋ＝
０．８、λ＝０．３６５μｍ、ｍ＝５、ＮＡ＝０．５、
σmean＝０．７、σΔ＝０．１の場合について、上式を
計算すれば、 ｔ_min ≒ ０．３７ μｍ ｔ_optimum ≒ ０．８３ μｍ と計算される。

【００６０】照明光学系や投影光学系の形態、レジスト
プロセス、等によって、ｃ、ε、ｋは若干変わるが、前
述のように、 ｃ ＝ １．５〜３ ε ＝ ０．１〜０．２ ｋ ＝ ０．６〜０．８ 程度の範囲であり、上記の例と大きく変わることはな
い。

【００６１】以上の範囲を仮定すると、 ｃ・ε・ｋ ＝ ０．０９〜０．４８ となるので、一義的に定まる、パラメータである、λ、
ｍ、ＮＡ、σmeanによって、前記遮光体パタン２の厚さ
ｔの好適値ｔ_optimum は、 ｔ_optimum ＝（０．０４５〜０．２４）・（λ・ｍ）／
（ＮＡ² ・σmean） と表せる。

【００６２】したがって、細かく照明光学系や投影光学
系の形態やレジストプロセス等に合わせて最適値を割り
出せばなお良いものの、おおまかには、遮光体パタン２
の厚さｔを、上記に示すｔ_optimum 算出式の範囲とすれ
ば、良い結果が得られる。いずれにしても、上記の例に
典型的な値を示したように、遮光体パタン２の厚さｔ
を、従来のレチクルまたはマスクの遮光体パタンの厚さ
より、かなり厚くすることにより、効果が生ずる。

【００６３】なお、本発明でレチクルまたはマスクの遮
光体パタン２の厚さｔを厚くする領域は、レチクルまた
はマスクの全域であっても良く、その一部であっても良
い。用途に合わせて遮光体パタン２の厚さｔを厚くする
領域を決定すれば良い。遮光体パタン２の厚さｔを厚く
する領域を、レチクルまたはマスクの一部の領域とすれ
ば良い例を以下に示す。

【００６４】投影露光時に、レチクルまたはマスク上の
パタンと被露光ウエハ上の既形成パタンとを正確に重ね
合わせるため、位置合わせを行うことが、一般的であ
る。位置合わせのための光線がレチクルまたはマスクの
面に傾斜して入ると、レチクルまたはマスクの遮光体パ
タン２の厚さｔが厚い時には、その厚さの範囲のどの位
置がレチクルまたはマスクの位置として捉えられるかに
よって、すなわち、レチクルまたはマスクへの位置合わ
せ光学系の焦点合わせ如何によって、位置合わせ誤差を
生ずる。

【００６５】たとえば、レチクルまたはマスク上に設け
た位置合わせマークと被露光基板上に設けた位置合わせ
マークとを顕微鏡で同時に目視観察して位置合わせした
り、前記顕微鏡観察像を画像処理して位置合わせする場
合には、位置合わせ誤差が出やすい。したがって、位置
合わせのための光線がレチクルまたはマスクの面に傾斜
して入る可能性がある位置合わせ方式の投影露光法や投
影露光装置に本発明を用いる場合には、レチクルまたは
マスクの位置合わせマークが存在する部分だけを従来通
りの薄い遮光体とすれば良い。

【００６６】図１０は、レチクルまたはマスクの中央部
のみ厚い遮光体で形成した例である。位置合わせマーク
が存在する領域は、露光領域の最外縁付近であることが
多い。そのような場合には、たとえば、図１０に示すよ
うに、レチクルまたはマスクの周辺部１１を従来通りの
薄い遮光体とし、中央の実際のパタン部１２を厚い遮光
体で形成すれば良い。

【００６７】一方、レチクルまたはマスク上のパタン寸
法に忠実に対応したレジストパタンを被露光基板上に形
成できても、該レジストパタンをエッチングマスクとし
て、下地の材料を加工する場合、パタンの種類、寸法に
よって、下地のエッチングのされ方が異なり、下地材料
の加工寸法が、前記のレチクルまたはマスク上のパタン
寸法に忠実に対応したレジストパタンの寸法と異なって
しまう場合がある。

【００６８】たとえば、ライン＆スペースパタンのよう
に、パタンが密に存在する部分と孤立ラインのようなパ
タンが粗に存在する部分とが共存する場合、レジストパ
タンの寸法が同じであっても、パタンが密なライン＆ス
ペースパタン部は、パタンが粗の孤立ライン部より、レ
ジストでマスクされる部分が太く加工される。したがっ
て、このような場合には、パタンが密なライン＆スペー
スパタン部と、パタンが粗の孤立ライン部とで、遮光体
パタン２の厚さｔを変えることにより、エッチング加工
後の下地材料の加工寸法を、ライン＆スペースパタン
部、孤立ライン部とも、レチクルまたはマスク上のパタ
ン寸法に忠実に対応した寸法とすることができる。

【００６９】パタンが密なライン＆スペースパタン部
と、パタンが粗の孤立ライン部との、遮光体パタン２の
厚さｔの変え方は、レジストがポジ形かネガ形かに応じ
て、露光、現像後得られるレジスト部の寸法が、パタン
が粗の孤立ライン部で太くなるようにすれば良い。たと
えば、ポジ形レジストの場合には、パタンが粗の孤立ラ
イン部のみ遮光体パタン２の厚さｔを厚くし、パタンが
密なライン＆スペースパタン部の遮光体パタン２の厚さ
ｔを従来通りの薄い値とすれば良い。

【００７０】遮光体パタン２の厚さｔに応じて、露光、
現像後得られるレジストパタンの寸法は漸次変化するの
で、遮光体パタン２の厚さｔをパタンの粗密に応じて、
漸次数段階または連続的に変えても良いことは言う迄も
ない。その場合、ライン＆スペースパタン部、孤立ライ
ン部とも、遮光体パタン２の厚さｔを厚くし、その厚さ
をライン＆スペースパタン部と孤立ライン部とで変えて
も良い。

【００７１】さらに、レチクルまたはマスクを斜め方向
から照明しても、回折光があまり外側に広がらない大き
いパタンでは、両側の１次回折光がともに投影光学系の
開口絞りに取り込まれるため、微細なパタン部程、遮光
部に相当する転写パタンの線幅が細くならない。したが
って、パタンの寸法に応じて、遮光体パタン２の厚さｔ
を変え、遮光部に相当する転写パタンの線幅を制御する
こともできる。

【００７２】厚い遮光体を形成する材料は任意であり、
従来のクロムやクロムと酸化クロムの組合せあるいはモ
リブデンシリサイド等が使用できる。また、Ｘ線マスク
のＸ線吸収体として使用されているような、金、タンタ
ル、タングステン等によって形成しても良い。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
レチクルまたはマスクを斜め方向から照明する投影露光
法や投影露光装置によって、レチクルまたはマスク上の
遮光体寸法通りのレジストパタンが容易に形成できるよ
うになる。これにより、レチクルまたはマスクを斜め方
向から照明する投影露光法や投影露光装 置が本来有す
る高解像性や大焦点深度等の特徴を十分に発揮させるこ
とができる。

【００７４】レチクルまたはマスク上に形成する遮光体
パタンの平面方向の寸法は従来のレチクルまたはマスク
と全く同じである。したがって、レチクルまたはマスク
上に遮光体パタンを形成する際に、電子ビーム描画によ
って、遮光体パタンのもととなるレジストパタンを作る
時には、線幅補正や露光量補正等の特別な工夫を要さ
ず、従来のレチクルまたはマスク描画データを変更なく
そのまま使用できる利点も有する。

【００７５】さらに、本発明によれば、被露光基板上の
像の寸法がレチクルまたはマスク上の遮光体寸法通りと
なる光強度において、光強度分布曲線の勾配が、従来の
遮光体パタンの厚さが薄い場合より大きくなる。したが
って、露光量すなわち光強度の変化に対する転写パタン
寸法の変化が従来の遮光体パタンの厚さが薄い場合より
小さくなり、露光量の変化に対する転写パタン寸法の安
定性が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のレチクルまたはマスクを部分
的拡大図。

【図２】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図３】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図４】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図５】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図６】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図７】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図８】投影光学系の開口絞りと照明２次光源の像との
関係を示した図。

【図９】半影の幅Ｗ_shadowについての説明図である。

【図１０】レチクルまたはマスクの中央部のみ厚い遮光
体で形成した例。

【図１１】従来の投影露光装置の構成図

【図１２】従来のレチクルまたはマスクの部分的な拡大
図。

【図１３】レチクルまたはマスクを斜め方向から照明し
てパタン形成する投影露光法や投影露光装置の問題点を
明確にするために示す実験結果の一例。

【図１４】ライン＆スペースパタンを有するレチクルま
たはマスクの評価関数を説明する図。

【図１５】レチクルまたはマスク２０が垂直に照明され
る時の回折光に関する説明図。

【図１６】レチクルまたはマスク２０が斜めに照明され
る時の回折光に関する説明図である。

【図１７】被露光基板１４上の光強度Ｉ（ｘ）の変化の
様相について説明する図。

【図１８】遮光体パタンによって斜め照明光の一部が遮
られる様子を示す図。

【図１９】遮光体パタンの厚さを厚くすることによる、
光強度分布の変化を示す図。

【符号の説明】

１．基板 ２．遮光体パタン ３．開口絞り ４．円形像 ５．円環像 ６．部分円環像 ７．８．９．点状光源像 １０．連続的強度分布を有する光源像 １１．レチクルまたはマスクの周辺部 １２．レチクルまたはマスクの中央の実際のパタン部 １３．レチクルまたはマスク １４．被露光基板 １５．投影光学系 １６．照明光学系 １７．感光性レジスト膜 １８．基板 １９．遮光体パタン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 9122−2Ｈ 7352−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 21/30 ３１１ Ｗ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レチクルまたはマスクを斜め方向から照
   明して、該レチクルまたはマスク上の微細パタンを投影
   光学系を介して被露光基板上に露光転写する投影露光法
   において、 露光用光線のレチクルまたはマスクパタンによるプラス
   １次とマイナス１次の一方の回折光が投影光学系を外れ
   ることにより生じる転写パタンの細りを、前記レチクル
   またはマスクパタンの厚さにより補償することを特徴と
   する投影露光方法。
2. 【請求項２】 レチクルまたはマスクを斜め方向から照
   明して、該レチクルまたはマスク上の微細パタンを投影
   光学系を介して被露光基板上に露光転写する投影露光法
   において、 前記投影光学系の、露光波長をλ、開口数をＮＡ、投影
   露光倍率を１／ｍ、とし、 該投影光学系の開口絞りに結像する、前記レチクルまた
   はマスクを斜め方向から照明する照明２次光源の像の、
   開口絞り中心からの平均隔たり量を該投影光学系の開口
   絞り半径で除した値をσ_meanとする時、 遮光体の一部または全部の厚さｔが、 （0.045 ・λ・ｍ）／（ＮＡ² ・σmean）≦ｔ≦（0.24
   ・λ・ｍ）／（ＮＡ² ・σmean） の範囲の厚さであるレチクルまたはマスクを用いて投影
   露光することを特徴とする投影露光方法。
3. 【請求項３】 レチクルまたはマスクを斜め方向から照
   明し、該レチクルまたはマスク上の微細パタンを投影光
   学系を介して被露光基板上に転写する、投影露光に用い
   るレチクルまたはマスクにおいて、 前記投影露光の影光学系の、露光波長をλ、開口数をＮ
   Ａ、投影露光倍率を１／ｍ、とし、 該投影光学系の開口絞りに結像する、前記レチクルまた
   はマスクを斜め方向から照明する照明２次光源の像の、
   開口絞り中心からの平均隔たり量を前記影光学系の開口
   絞り半径で除した値をσ_meanとする時、 前記レチクルまたはマスク面上の、遮光体の一部または
   全部の厚さｔを、 （0.045 ・λ・ｍ）／（ＮＡ² ・σmean）≦ｔ≦（0.24
   ・λ・ｍ）／（ＮＡ² ・σmean） となしたことを特徴とするレチクルまたはマスク。