JPH09199390A

JPH09199390A - パターン形成方法、投影露光装置および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09199390A
Application number: JP8004942A
Authority: JP
Inventors: Bunoo Rudorufu; ブノールドルフ; Hiroshi Fukuda; 宏福田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-16
Filing date: 1996-01-16
Publication date: 1997-07-31
Also published as: KR970060356A; US5863712A

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクパターンの複雑な補正を行なうことなし
に、設計パターンに忠実な投影像またはホトレジストパ
ターンを形成できるパターン形成方法、投影露光装置お
よび半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】投影露光装置の投影レンズの瞳位置に、振
幅透過率の可変な瞳フィルタを配置して露光を行う。瞳
フィルタは透明基板、位相シフト膜、半透明膜および遮
光用のステンシル等で構成され、被露光基板表面の同一
位置に対する複数回または１回の露光中に、交換あるい
は回転される。【効果】投影レンズの高ＮＡ化、露光光の短波長化ある
いはマスクパターンの一部の補正等を行なうことなし
に、パターン転写像の輪郭の忠実性を向上でき、解像不
良の発生を防止して、半導体集積回路装置等を高い歩留
まりで製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はパターン形成方法、
投影露光装置および半導体装置の製造方法に関し、詳し
くは、各種固体素子の微細パターンを形成するのにに好
適なパターン形成方法、このパターン形成方法に使用さ
れる投影露光装置および上記パターン形成方法による半
導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、近年における半導体集積
回路の高集積化は、主に各種回路パターンを微細化する
ことによって達成されてきた。これらの回路パターンの
形成は、現在、主として縮小投影露光装置を用いた光リ
ソグラフィによって行なわれている。縮小投影露光装置
の構成の概略を図１に示す。マスク１４は、照明光学系
１１から発する光によって照明され、上記マスク１４が
有するパターンは、投影光学系１５を介して、被露光基
板であるウェーハ１９上に塗布されたホトレジスト膜に
投影される。図１から明らかなように、照明光学系１１
は、光源１０、コンデンサレンズ１２および有効光源の
形状を規定する絞り１３から構成され、投影光学系１５
は、投影レンズ１６、瞳フィルタ１７およびこの投影レ
ンズ１６の瞳面に配置され、レンズの開口数（ＮＡ）を
定める開口絞り１８から構成されている。

【０００３】投影光学系が転写できるパターンの最小寸
法Ｒは、一般に露光に用いられた光の波長λに比例し
て、上記投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例しするの
で、Ｒ＝ｋ₁λ／ＮＡと表される。ここでｋ₁はプロセス
条件等で決められる定数でり、ｋ₁＝０．６１はレーリ
ーの解像限界と呼ばれる。

【０００４】上記式から明らかなように、解像力（最小
寸法Ｒ）を向上させるためには、波長λを短くすること
および開口数ＮＡを大きくすることが有効であり、従
来、露光光の短波長化や、投影レンズの高ＮＡ化によっ
て解像力の向上が行なわれてきた。しかし、最近は光学
材料の制約からＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ）以下の短波長化は困難であり、光学系高ＮＡ化も限
界に達している。そのため、集積回路の回路パターン寸
法は、投影露光装置の解像限界ぎりぎりのところで設計
されるようになっている。

【０００５】一般に、パターン寸法が上記レーリーの解
像限界に近づくと、投影像がマスクパターン形状に忠実
でなくなり、部分的にひずむという問題が現れてくる。
この現象は光学的近接効果として知られ、パターン角部
の丸み、パターン端部での長手方向の縮みあるいはパタ
ーン線幅の変化といった現象として現れてくる。この問
題を解決するため、上記光学的近接効果を補正して投影
像の形状が所望の形になるように、マスクパターンの形
状を予め変形させておくアルゴリズムが提案されてい
る。この近接効果補正については、例えば、マイクロプ
ロセス９５、ダイジェスト・オブ・ペーパー第１３８頁
以降(MicroProcess'95, Digest of paper,p.138)におけ
る論文に示されている。

【０００６】一方、与えられて光学系に対して、光学的
にその結像特性を改良することによって、解像限界を向
上させる試み（上記ｋ₁の値を小さくする試み：像改良
法）も行なわれてきた。位相シフトマスクの採用はその
代表例である。位相シフトマスクは、従来のマスクの透
過部の１個おきに位相差を与えるものであり、その技術
の例は、アイ・イー・イー・イー、トランザクション・
オン・エレクトロンデバイス２９（１９８２年）第１２
８２頁以降(IEEE, Trans. on Electron Devices, Vol.
ED-29, No.12(1982) P. 1282)におけるマーク・ディー
・レベンソン等による論文に示されている。

【０００７】また、ロジックＬＳＩのゲートパターン等
において要求される微細な孤立遮光線パターンの転写に
適した位相シフト法のひとつとして、シフタエッジ露光
法が知られている。この方法に用いられるマスクは、１
８０度の位相差を与える透明膜を透明領域内に設け、そ
の輪郭線に沿って明領域の中に極めて細い線状の暗部を
形成することができる。シフタエッジ露光法について
は、例えば、プロシーディング・オブ・エスピーアイイ
ー１４９６（１９９０年）第２７頁以降(Proc. SPIE 14
96, p.27)に論じられている。

【０００８】上記位相シフト法以外の像改良法として
は、斜方照明法と瞳フィルタ法が知られている。斜方照
明法は、照明光学系１１内に配置される絞り１３の透過
率を、中央部より周辺部が大きくなるように設定し、マ
スク１４を照明する光の入射角を大きくする方法であ
り、特に周期パターンの解像度と焦点深度の向上に効果
がある。瞳フィルタ法は、投影レンズの瞳位置に配置さ
れた、透過光の強度や位相を局所的に変えるフィルタ
（瞳フィルタ）を介して露光を行う方法であり、特に孤
立パターンの焦点深度を飛躍的に大きくすることができ
る。上記斜方照明法は、例えば、プロシーディング・オ
ブ・エスピーアイイー１６７４（１９９２年）第７４１
頁以降(Proc. SPIE 1674, p.741)に論じられている。ま
た、瞳フィルタ法は、例えばジャパニーズ・ジャーナル
・オブ・アプライド・フィズィックス３２（１９９３
年）第５８４５頁以降(Jpn. J. Appl. Phys. 32, p.584
5)に論じられている。さらに、斜方照明法と瞳フィルタ
法を組み合わせることにより、周期パターンの解像度を
一層向上できることが、プロシーディング・オブ・エス
ピーアイイー２１９７（１９９４年）第８５４頁以降(P
roc. SPIE 12197 p.854)、および、ヨーロッパ特許ＥＰ
Ａ，No.95105002,7に示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記近接効果補正を実
際の回路パターンの形成に適用しようとすると、複雑か
つ莫大な量の回路パターンに対して膨大な計算処理時間
を要し、また、多くの微細な補正パターンを必要とする
ので、マスク作成のための描画データが極度に増加して
しまう。さらに、発明者らの検討によれば、パターン角
部の丸まり等はこの方法で本質的に解決不可能であるこ
とが明らかになった。

【００１０】一方、上記位相シフト法は、シフタの輪郭
線に沿ったすべての遮光線が形成されるので、所望の線
パターンのみを形成するためには、異なるマスクを用い
て２度露光しなければならず、実用上煩雑である。ま
た、斜方照明法と瞳フィルタ法を組み合わせる像改良法
については、OriiらやSandstromにより提案されている
が、Oriiらの方法では、結像特性が非対称であって正確
に転写されるパターンが限られてしまう。一方、Sandst
romの方法は、像のコントラストが低いばかりでなく、
瞳を露光中に連続的に回転させる必要があり、煩雑であ
る。

【００１１】本発明の第１の目的は、上記従来の技術が
有する問題を解決し、複雑なマスク補正を行なうことな
しに、回路設計パターンと同じパターンを有する従来の
マスクを用いても、設計パターンの形状に極めて近い投
影像あるいはレジストパターンを形成することができ、
パターン角部の丸みおよび線の縮みなどに関しても、パ
ターン形状の忠実性を向上させるることができる、新規
なパターン形成方法およびこのようなパターン形成方法
に使用される投影露光装置を提供することである。

【００１２】本発明の他の目的は、複雑な位相シフトマ
スクや、２枚以上の異なるマスクによる多重露光を用い
ることなしに、極めて微細なパターンを高い精度で形成
することができる、新規なパターン形成方法およびこの
ようなパターン形成方法に使用される投影露光装置を提
供することである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、工程数を増加
させることなしに各種パターンを高い精度に形成するこ
とができる半導体装置の製造方法を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を課題を解決す
るため、本発明はマスクに形成された所定のパターンを
投影レンズを介して基板上に投影露光して、上記パター
ンを上記基板上に転写する方法において、上記マスクを
ほぼ垂直上方から照明し、上記基板表面の同一位置に対
する同一の上記パターンの露光は、上記投影レンズの瞳
位置に配置された瞳フィルタの瞳関数を上記露光中に変
えて行なわれ、上記瞳関数の少なくとも一つは、瞳中心
に対して非軸対称な振幅透過率分布を有していることを
特徴としている。

【００１５】上記瞳関数が下記関係を満たす瞳関数Ａ₁
および瞳関数Ａ₂を含むことによって好ましい結果が得
られる。

【００１６】Ａ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ａ₁（−Ｘ，Ｙ）＝Ａ
₁（Ｘ，−Ｙ）＝Ａ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ａ₂（Ｘ，Ｙ）＝−Ａ₂（−Ｘ，Ｙ）＝−Ａ₂（Ｘ，−
Ｙ）＝−Ａ₂（−Ｘ，−Ｙ）（ただし、Ｘ，Ｙは光軸を中心とする瞳面上の直交座標
を示す。）上記瞳関数Ａ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内全域で１であり、上記
瞳関数Ａ₂（Ｘ，Ｙ）は上記投影レンズの瞳面内で１、
０または−１のいずれかの値を取り、かつＡ₂（Ｘ，
Ｙ）＝０の領域は上記瞳面上で有効光源の像を含むほぼ
十字型の領域であることによって好ましい結果が得られ
る。

【００１７】上記瞳関数が、下記関係を満たす瞳関数Ｂ
₁および瞳関数Ｂ₂を含むことことによって好ましい結果
が得られる。

【００１８】Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｂ₁（Ｙ，Ｘ）＝Ｂ₁（−Ｙ，−Ｘ）Ｂ₂（Ｘ，Ｙ）＝Ｂ₁（−Ｙ，Ｘ）（ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座
標を示す。）上記瞳関数Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）は上記瞳面内で１、０．５ま
たは０のいずれかの値を取り、かつＢ₁（Ｘ，Ｙ）＝
０．５の領域は瞳面上で有効光源の像を含む領域である
ことによって好ましい結果が得られる。

【００１９】上記瞳関数Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内で１また
は０の値を取り、かつＢ₁（Ｘ，Ｙ）＝０の領域は瞳中
心に対して対称に配置されていることよって好ましい結
果が得られる。

【００２０】上記瞳関数が下記関係を満たす瞳関数
Ｃ₁、Ｃ₂およびＣ₃を含むことによって好ましい結果が
得られる。Ｃ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₁（−Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₁（Ｘ，−Ｙ）＝
Ｃ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ｃ₂（Ｘ，Ｙ）＝−Ｃ₂（−Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₂（Ｘ，−Ｙ）Ｃ₃（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₂（−Ｙ，Ｘ）（ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座
標を示す。）上記瞳関数Ｃ₁（Ｘ，Ｙ）は上記瞳内の全域で１であ
り、上記瞳関数Ｃ₂（Ｘ，Ｙ）は上記瞳面内で１、０ま
たは−１のいずれかの値を取り、かつＣ₂（Ｘ，Ｙ）＝
０の領域は上記瞳面上で有効光源の像を含むストライプ
状の領域であることによって好ましい結果が得られる。

【００２１】上記瞳関数が下記関係を満たす瞳関数
Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄を含むことによって好ましい結
果が得られる。Ｄ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（Ｙ，Ｘ）Ｄ₂（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（−Ｙ，Ｘ）Ｄ₃（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ｄ₄（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（Ｙ，−Ｘ）（ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座
標を示す。）上記瞳関数Ｄ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内で１、０．５または０
のいずれかの値を取り、かつＤ₁（Ｘ，Ｙ）＝０．５の
領域は瞳面上で有効光源の像を含む領域であることによ
って好ましい結果が得られる。

【００２２】上記露光を上記瞳関数に応じて照度分布が
異なる有効光源を用いて行なうことができる。

【００２３】上記瞳関数は、上記光に対して不透明な
膜、上記光を部分的に吸収する膜および上記光の位相を
変化させる膜からなる群から選択された膜が、透明基板
上に部分的に設けられた瞳フィルタを、上記投影レンズ
のほぼ瞳面に設けることによって設定っすることができ
る。

【００２４】上記投影露光は、互いに異なる振幅透過率
分布を有する上記瞳フィルタを、上記基板表面の同一位
置に対して行われる複数回または一回の露中に交換する
ことによって行なうことができる。

【００２５】上記投影露光は、一つの振幅透過率分布を
有する上記瞳フィルタを、上記基板表面の同一位置に対
して行われる複数回または一回の露光中に回転させて行
なうことができる。

【００２６】上記異なる瞳関数は、透明基板上に、上記
光に対して不透明な膜、上記光を部分的に吸収する膜お
よび上記光の位相を変化させる膜からなる群から選択さ
れた膜を部分的に設けて形成されたフィルタと、上記光
に対して不透明なステンシルマスクを、上記投影レンズ
のほぼ瞳面に設けることによって設定することができ
る。

【００２７】上記投影露光は、上記ステンシルマスク
を、上記基板表面の同一位置に対する複数回または一回
の露光中に、回転させすことによって行なうことができ
る。

【００２８】上記投影レンズのほぼ瞳面には、上記光に
対して複屈折性を有する基板上に、上記光に対して不透
明な膜、上記光を部分的に吸収する膜および上記光の位
相を変化させる膜からなる群から選ばれた膜が部分的に
設けられたフィルタが形成されており、上記投影露光
は、上記基板表面の同一位置に対する複数回または一回
の露光中に、上記光の偏光方向を回転させて行なうこと
ができる。

【００２９】また、光源と、マスクを搭載するためのマ
スクステージと、上記光源から発した光を上記マスク上
に照射する照明光学系と、基板を搭載するための基板ス
テージと、上記マスクを通過した光を上記基板に投影露
光するための投影光学系と、上記投影光学系のほぼ瞳近
傍に配置された瞳フィルタまたはステンシルフィルタ
と、上記基板の表面の同一位置に対する複数回または一
回の露光中に上記瞳フィルタまたはステンシルフィルタ
を交換または回転させる手段を具備することを特徴とす
る投影露光装置によっても、上記目的は達成される。

【００３０】さらに、マスクに形成された所定のパター
ンを投影レンズを介して半導体基板の主平面に投影露光
して、上記パターンを上記半導体基板の主平面上に転写
する方法において、上記マスクをほぼ垂直上方から照明
し、同一の上記パターンの上記基板表面の同一位置に対
する露光が、互いに異なる複数の瞳関数を有する瞳フィ
ルタを上記投影レンズの瞳位置に配置して行なうことに
よって、半導体装置を製造することができる。

【００３１】この際、上記マスクパターンを、ＭＯＳＬ
ＳＩのゲートパターンまたはＭＯＳＬＳＩのコンタクト
ホール、若しくはスルーホールパターンとすることがで
き、いずれも好ましい結果が得られる。

【００３２】図面を用いて本発明を説明する。上記瞳関
数の例として４種類の異なる瞳関数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを図
２に示した。図２（ａ）は４重対称瞳関数Ａを示し透過
部２０の全面に正の透過率を有している。図２（ｂ）に
示した瞳関数Ｂは、光透過部分のうち、左上と右下の領
域２１は正の透過率を有し、右上と左下の領域２２は負
の透過率を有している。直交する中央部分２３は完全な
遮光部であり、その幅は瞳面に投影される有効光源の像
の直径に対応する。この瞳関数Ｂは、投影レンズの瞳面
の中心を原点とするＸＹ座標系において、ＸＹ軸を４５
度および−４５度回転した軸に対して対称で、９０度回
転した軸に対しては反対称である。

【００３３】図２（ｃ）に示した瞳関数Ｃでは、光透過
部分の上半分の領域２４は正の透過率を有し、下半分の
領域２５は負の透過率を有している。中央線状部分２６
は完全な遮光部であり、その幅は瞳面に投影される有効
光源の像の直径以上の大きさを有している。瞳関数は、
縦方向の軸（Ｙ軸）に対して対称で、横方向の軸（Ｘ
軸）に対して反対称でる。図２（ｄ）に示した瞳関数Ｄ
は、上記瞳関数Ｃを上記瞳中心に９０度回転させたもの
である。

【００３４】図２（ａ）〜（ｄ）に示した瞳関数Ａ〜Ｄ
を用いて得られる点像の振幅分布を図３（ａ）〜（ｄ）
に示した。点像の振幅分布は、瞳関数の２次元フーリエ
変換で与えられるので、瞳関数と同様の対称性を有して
いる。瞳関数Ａに関する点像の振幅分布は、図３（ａ）
に示したように、小さなサイドローブを無視すると、暗
部の領域３１の中に、明るいスポット状の分布３０が形
成され、均一の位相を有する。

【００３５】上記瞳関数Ｂに関する点像の振幅分布は、
図３（ｂ）に示したように、直交する２軸（ＸＹ軸）に
沿った暗線部で分割された４個のピーク３２、３３が現
れる。図３（ｂ）において、左上と右下に生じたピーク
３２は、右上と左下に生じたピーク３３とは逆位相にな
っている。

【００３６】上記瞳関数Ｄに関する点像の振幅分布に
は、図３（ｃ）に示したように、暗線部３１の横方向の
部分によって上下に分割された２個のピーク３４、３５
が現れる。図３（ｃ）において、上側のピーク３４と下
側のピーク３５とは逆位相になっている。

【００３７】上記瞳関数に関する点像の振幅分布は、図
３（ｄ）に示したように、上記図３（ｃ）に示した分布
を上記瞳中心に９０度回転させたものと同一であり、暗
線部３１の水縦方向の部分によって左右に分割された２
個のピーク３４、３５が現れる。図３（ｄ）において、
左側のピーク３４と右側のピーク３５とは逆位相になっ
ている。

【００３８】したがって、上記瞳関数Ａ、Ｂ、Ｃおよび
Ｄを適宜組合わせて使用することによって、微細な各種
マスクパターンを高い精度で結像させることができる。

【００３９】まず、上記瞳関数ＡおよびＢを組合わせて
使用し、図４（ａ）に示した、遮光領域４１内に横方向
に長い開口部が形成されたパターンを結像させる場合を
説明する。

【００４０】図４（ａ）に示したパターンに対して、透
過部２０の全面が正の透過率を有する上記瞳関数Ａを用
いると、定性的に図４（ｂ）に示した投影像が得られ
る。この投影像は、暗い領域４３の中に明るい線状の像
４２が形成されている像であるが、上記像４２の幅が投
影光学系の解像限界に近い寸法になると、マスクパター
ンの輪郭４４と比べて、得られた上記像４２は長手方向
に縮み、角部は丸くなってしまう。

【００４１】一方、瞳関数Ｂを用いると、定性的に図４
（ｃ）に示す投影像が得られる。この場合は、遮光部４
３の十字形状の部分が瞳面上に存在するので、中心部を
透過すべき光およびパターンの辺で回折された光は瞳面
を通過せず、パターンの角部で回折された光のみが瞳を
通過し、像面に到達する。しかし、図３（ｂ）に示した
ように、瞳関数Ｂの場合は点像の振幅分布が反対称性で
あるため、右上と左下に生じた光のスポット４５ａは、
左上と右下に生じた光のスポット４５ｂとは逆位相にな
っている。そのため、隣接する角部に対しては、暗い領
域によって互いに分離されたスポット状の像が得られ
る。

【００４２】したがって、瞳関数Ａを用いた露光に瞳関
数Ｂを用いた露光を加えると、図４（ｄ）に示したよう
に、角部が強調された像を得ることができる。縦方向に
長い線パターンや正方形パターンについても同様の効果
が得られる。上記説明は開口部の角が凸部でり、角の部
分が強調される場合を示したが、開口部の角が凹部であ
る場合も、像が劣化されることはなく、線パターン像の
縮みが生ずることもない。すなわち、結像すべきパター
ンが開口パターンであれば、開口パターンの形状とは無
関係に本発明をすべて適用できる。

【００４３】次に、上記瞳関数Ａ、ＣおよびＤを用い
て、図５（ａ）に示したマスクパターンの結像を行なう
ことを説明する。図５（ａ）に示したマスクパターン
は、図４（ａ）に示したマスクパターンとは逆に、光透
過部５１中に遮光パターン５０が形成されている。瞳関
数Ａを用いて露光を行なうと、図５（ｂ）に示したよう
に、明るい領域５３の中に暗い像５２が形成された投影
像が得られる。この像５２は、線幅が投影光学系の解像
限界に近い寸法で、かつ投影像の幅が、破線で示したマ
スク設計寸法５４と同じになるように露光量を調整して
形成されているので、上記像５２の両端部に縮みが生
じ、角部は丸くなってしまう。像５２の長さがマスク設
計寸法５４と等しくなるように露光を行なうと、幅が設
計寸法５４より大きい像５５が形成されてしまうので、
幅と長さがいずれも設計寸法に等しく、かつ、角部に丸
みが生じないパターンを形成するのは困難である。

【００４４】しかし、線幅を保ったまま長さを長くする
代わりに、長さを保ったまま線幅を小さくすることがで
きれば、像端部における縮みの発生を防止できることは
明らかである。

【００４５】すなわち、瞳関数Ｃを用いて露光を行なう
と、図５（ｃ）に示したように、横方向のエッジに沿っ
て細長い光の明線５６ａ、５６ｂが形成される。これ
は、図２（ｃ）に示したように、瞳関数Ｃの瞳面内には
ストライプ状の遮光部２６が存在するので、パターンの
明るいバックグランド成分およびパターンの縦方向の辺
で回折された光は瞳を通過せず、横方向の辺とパターン
角部とで回折された光だけが像面に到達するためであ
り、バックグランド５７は暗くなる。

【００４６】瞳関数Ｃによって得られた像は、図３
（ｃ）に示した反対称性を有しているため、図５（ｃ）
に示した上側の上記明線（エッジ像）５６ａと下側の上
記明線（エッジ像）像５６ｂとは逆位相になり、これら
明線５６ａ、５６ｂは互いに分離される。

【００４７】したがって、瞳関数Ｃを用いた露光を瞳関
数Ａを用いた露光に加えることにより、長手方向の長さ
を保ったまま線幅を小さくすることができる。

【００４８】ところで、縦方向に長い線パターンに対し
ても同様の効果を得るためには、瞳関数Ｃを９０度回転
した瞳関数Ｄによる露光も行なわなければならない。こ
の場合、瞳関数Ｄによる投影像は、図５（ｄ）に示すよ
うに線パターンの縦方向エッジに沿った明線となるの
で、これが加わることにより長手方向の長さが短くなっ
てしまう可能性が考えられる。

【００４９】しかし、線幅が投影光学系の解像限界に近
い寸法である横長の線状パターンを形成する場合は、縦
方向のエッジの長さは極めて短いので、図５（ｄ）に示
す投影像の最大光強度は図５（ｃ）の場合と比べて極め
て小さい。したがって、瞳関数Ｃと瞳関数Ｄを用いる露
光を等しい露光量行ない、これを瞳関数Ａで得られる像
に加えると、線状の像の端部の縮みは極度に減少される
とともに、線状の像の幅を小さくすることができ、した
がって、図５（ｅ）に示したように、長さと幅がマスク
パターンの輪郭５４の長さと幅に一致した合成像５９を
得ることができる。縦方向に長い遮光パターンに対して
も同様であることはいうまでもない。

【００５０】光透過部内にＬ字型の遮光パターンが存在
する場合は、瞳関数Ｃおよび瞳関数Ｄを用いて得られる
像を、瞳関数Ａで得られる像に加えて合成像を形成する
と、Ｌ字型パターンの内側の角部の方が外側の凸部の角
部より光強度が大きくなるので、この場合もパターン形
状の忠実性が良好な合成像が得られる。

【００５１】瞳関数Ａ、ＣおよびＤを用いて得られた像
を合成することによって、上記光学的近接効果が緩和さ
れるばかりでなく、透光部中の遮光パターンの解像度を
大幅に向上させることが可能である。例えば、遮光パタ
ーンの面に沿って得られる光強度分布を考えると、瞳関
数Ａで得られる光強度分布は図１５に示す曲線１５０の
ようになり、パターン幅より太い暗線部が形成される。
一方、瞳関数Ｃで得られる分布は、図１５に示す曲線１
５１のようにエッジ部のみの明線部からなる。この場
合、瞳関数Ｄで得られる分布１５２は寄与しない。した
がって、光強度分布１５０、１５１および１５２とを重
ね合わせることによって、より忠実な光強度分布１５３
が得られる。

【００５２】この場合、最も小さい線幅を得るために、
瞳関数ＣおよびＤを用いる時の露光量を、瞳関数Ａを用
いる時の露光量よりも多くすることが望ましい。ただ
し、この方法はかなりのサイドローブが生じるので、隣
合うパターン間の干渉が生じない範囲に、遮光パターン
間の間隔を広くとることが望ましい。微細な線パターン
が要求されるロジックＬＳＩの多くは、この条件が満足
されているので、きわめて好ましい結果が得られる。

【００５３】

【発明の実施の形態】瞳関数がそれぞれ異なる多重露光
を実現する方法を説明する。このような多重露光を行な
うための最も直接的な方法は、瞳関数がそれぞれ異なる
複数の瞳フィルタを用意して、各露光ごとに上記瞳フィ
ルタを交換する方法であるが、下記のように、異なる瞳
フィルタを交換することなしに、瞳関数が互いに異なる
多重露光と等価な効果を達成することができる。

【００５４】すなわち、互いに異なる瞳関数Ａ_AとαＡ_B
を用いて行なわれる多重露光は、瞳関数Ａ₁＝(Ａ_A＋α
Ａ_B)／√２と瞳関数Ａ₂＝(Ａ_A−αＡ_B)／√２とを用い
る多重露光と等価である。図６（ａ）は瞳関数Ａ₁の一
例を示す図であり、符号６０は透過率が１である領域、
６１は遮光領域、６２は透過率が０．５である十字型領
域を、それぞれ表す。上記αは２種類の露光の重みを表
す値である。

【００５５】上記瞳関数Ａ_AとＡ_Bがそれぞれ図２に示す
瞳関数Ａおよび瞳関数Ｂと同じ対称性を有する場合は、
上記瞳関数Ａ₁と瞳関数Ａ₂は、互いに９０度回転させる
と同一の関数となる。したがって、単一瞳のフィルタを
露光中に回転させるだけで、二つの瞳関数Ａ、Ｂを用い
た２重露光と同等の効果が得られる。

【００５６】瞳関数Ａが完全透過（全面で透過率１）
で、瞳関数Ｂが振幅透過率−１、０、１のみを有する場
合は、α＝１に対しては、瞳関数Ａ₁、Ａ₂は０と０．５
と１のみの透過率を有する。しかも、透過率が０．５で
ある中央部の領域では、Ａ₁とＡ₂は共通である。

【００５７】瞳フィルタを回転させた場合、瞳フィルタ
を交換した場合と同様の問題が生じる。しかし、後記の
ように、特定の条件下では、瞳フィルタ全体を回転させ
るのではなく、瞳フィルタと組み合わされたステンシル
マスクのみを回転させることによって、瞳関数全体を回
転させたのと同様の効果が得られる。この場合は、瞳フ
ィルタの交換や回転にともなう上記問題が発生する恐れ
はない。なお、上記ステンシルマスクは回転可能でもよ
く、フィルタ上に固定されていてもよい。

【００５８】３種の瞳関数Ａ_A、αＡ_CおよびαＡ_Dを用
いる露光は、瞳関数Ａ₁＝(Ａ_A＋αＡ_C＋αＡ_D)／２、Ａ
₂＝(Ａ_A＋αＡ_C−αＡ_D)／２、Ａ₃＝(Ａ_A−αＡ_C＋αＡ
_D)／２およびＡ₄＝(Ａ_A−αＡ_C＋αＡ_D)／２を用いる多
重露光と等価である。

【００５９】上記瞳関数Ａ_A、Ａ_C、Ａ_Dが図２に示した
瞳関数Ａ、Ｃ、Ｄと同じ対称性を有し、かつ、Ａ_DがＡ_C
を９０度回転させた瞳関数である場合は、上記瞳関数Ａ
₁〜Ａ₄は同一の瞳フィルタを９０度ずつ回転して順次得
られる。したがって、単一の瞳フィルタを露光中に回転
させれば、３種の瞳関数Ａ、Ｃ、Ｄを用いた３重露光と
同じ結果が得られる。

【００６０】図６（ｂ）に示した瞳関数Ａ₁は、透過率
が１の領域６３、遮光領域６４および透過率が０．５の
正方形領域６５から構成されている。瞳関数Ａが完全透
過（全面で透過率１）で、瞳関数Ｃ、Ｄが透過率−１、
０、１のみを有するときは、α＝１に対しては、瞳関数
Ａ₁〜Ａ₄の透過率は０、０．５、１のみである。しか
も、瞳関数Ａ₁〜Ａ₄を有する瞳フィルタにおいては、透
過率が０．５である領域はすべて共通である。

【００６１】図６に示した瞳関数を有する瞳フィルタ
は、いずれも有効光源の像が生じる領域の透過率が減衰
される構成となっている。このような瞳フィルタは、高
次の回折光に対して０次回折光（回折しない光）の透過
強度を弱め、共役フィルタとして知られているものと共
通した作用を有している。

【００６２】しかし、図６（ｂ）に示した瞳関数では、
瞳面の約半分が遮光部であるため、光の透過量が少な
く、実用上あまり有効ではない。そのため、瞳フィルタ
全体を有効光源と共に斜め方向にシフトさせれば、瞳フ
ィルタをより有効に使用することが可能になる。すなわ
ち、このようにすれば、投影レンズの瞳面内における使
用可能な半径方向距離が大きくなり、より大きな回折角
を有する回折光を通過させることができ、微細パターン
の像のコントラストが向上する。有効光源を斜め方向に
シフトすることは、いわゆる１方向からの斜方照明法を
用いることに他ならない。したがって、図６（ｂ）に示
した瞳関数を有効光源と共に斜め方向にシフトすると、
共役フィルタと斜方照明法を組合せた効果が得られる。

【００６３】

【実施例】

〈実施例１〉本実施例は図２（ａ）、（ｂ）に示した瞳
関数Ａ、Ｂを用いて２重露光を行なった例である。ま
ず、図７（ａ）、（ｂ）に示したように、投影レンズの
瞳位置に挿入するための２枚の瞳フィルタＡ’、Ｂ’を
準備した。

【００６４】図７（ａ）に示した瞳フィルタＡ’は、透
明基板７０のみで構成されているので、これを挿入する
ことによって、投影レンズは従来の円形開口、すなわち
瞳関数Ａの性能が達成される。

【００６５】また、図７（ｂ）に示す瞳フィルタＢ’
は、透明基板７１上に位相シフト膜７２が設けられ、さ
らに遮光用のステンシル７３がその上方に配置されてい
る。ただし、図７（ｂ）では、透明基板７１とステンシ
ル７３との間の距離は、誇張して大きく示されている。

【００６６】位相シフト膜７２は、この位相シフト膜７
２を透過した光の位相を、位相シフト膜７２が存在しな
い部分を透過した光に対して１８０度遅らせる作用を有
しており、膜厚は０.５λ／(ｎ−１)とした。ここに、
ｎは位相シフト膜７２の屈折率であり、本実施例では、
ＳｉＯ₂の蒸着膜を用いたのでｎの値はである。
上記瞳フィルタＡ’、Ｂ’を、縮小投影露光装置の投影
レンズの瞳位置に搭載して、マスクパターンの転写を行
なった。

【００６７】本実施例において使用した縮小投影露光装
置を図９に示した。光源９０から発する光は、フライア
イレンズ９１、照明の干渉性を規定する円形絞り９２、
コンデンサレンズ群９３ａ、９３ｂ、９３ｃを介してマ
スク９４を照明する。マスク９４に描かれたパターン
は、投影レンズ９５を介してウェーハ９７上に投影され
る。マスク９４はマスク位置制御手段１０４で制御され
たマスクステージ１０３上に載置され、その中心と投影
レンズ９５の光軸とは正確に位置合わせされている。ホ
トレジストが塗布されたウェーハ９７は、試料ステージ
９８ａ上に真空吸着されている。試料ステージ９８ａ
は、投影レンズ９５の光軸方向すなわちＺ方向に移動可
能なＺステージ９８ｂ上に載置され、さらにＸＹ方向に
移動可能なＸＹステージ９８ｃ上に搭載されている。Ｚ
ステージ９８ｂおよびＸＹステージ９８ｃは、主制御系
１０５からの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段１０
１ａ、１０１ｂによって駆動されるので、所望の露光位
置に移動可能である。その位置はＺステージ９８ｂに固
定されたミラー１００の位置として、レーザ測長器９９
で正確にモニタされる。また、ウェーハ９７の表面位置
は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測さ
れ、計測結果に応じてＺステージ９８ｂを駆動させるこ
とによって、ウェーハ９７の表面は常に投影レンズ９５
の結像面と一致している。投影レンズ９５の瞳位置に
は、瞳フィルタ駆動手段１０２によって各種瞳フィルタ
９６が選択されて挿入、交換、回転等が行なわれる。

【００６８】露光のフローを図１０に示す。正方形の微
細ホールパターンを有する所定のマスクＭを投影露光装
置に載置した後、第１の工程１１０で、ポジ型ホトレジ
ストを塗布したウェーハをウェーハステージ上に載置し
た後、第１の露光工程１１１で、瞳フィルタＡ’を用い
てマスクＭのパターン転写を行なう。

【００６９】次に、瞳フィルタを交換する工程１１２に
よって、瞳フィルタＡ’を瞳フィルタＢ’に交換し、さ
らにステンシル７３を挿入した。その後、第２の露光工
程１１３で、瞳フィルタＢ’を用いてマスクＭのパター
ン転写を行なった。

【００７０】最後に、瞳フィルタを交換する工程１１４
によって、瞳フィルタＢ’を瞳フィルタＡ’に戻し、ス
テンシル７３を排出する。ウェーハ搬送工程１１５に
て、ウェーハステージを移動させ、次のウェーハを搭載
した。この操作をすべてのウェーハ露光が終了するまで
繰り返した。

【００７１】上記のフローで瞳関数を変えた多重露光を
行ない、現像処理した後、形成された微細ホールパター
ンを走査型電子顕微鏡で観察した。ｉ線縮小投影露光装
置を用いて辺の長さ０．４μｍの正方形のホールパター
ンを転写した結果、図１４（ａ）に示したように形状劣
化の少ないほぼ正方形のレジストパターンが形成され
た。比較のため、瞳フィルタＡ’のみを用いて転写を行
ったが、この場合は、マスクパターンは正方形であるに
もかかわらず、レジストパターンは図１４（ｂ）に示す
ように円形となった。

【００７２】本実施例では、１枚のウェーハごとに瞳フ
ィルタを変えて露光を行ったが、準備されたすべてのウ
ェーハに対して瞳フィルタＡ’を用いた露光を行なった
後、次に瞳フィルタＢ’に取換えて、すべてのウェーハ
に対して露光を行なってもよい。露光装置は上記実施例
に示した装置に限られることなく、異なる波長の光を発
する光源を有するものでも良いし、また、マスクとウェ
ーハを走査しながら露光を行なう装置を用いても同一の
効果が得られる。

【００７３】本実施例において示した方法は、下記実施
例のすべてに用いることができる。また、特に遮光部中
に形成された孤立開口パターンを転写する場合は、瞳フ
ィルタＢ’からステンシル７３を省略しても、解像度向
上の効果が得られた。

【００７４】〈実施例２〉本実施例は、複数の瞳フィル
タを用いる際に、互いに位置合わせが要求される瞳フィ
ルタの交換とは別に、偏光フィルタを用いる方法によっ
てパターン転写を行なった。光源から発する光を偏光と
し、偏光フィルタは一方向の偏光に対して所定の透過率
を有し、かつ他方向の偏光に対しては図７（ｂ）に示し
た位相シフト膜７２と同様の位相差を発生させる。この
偏向フィルタは、複屈折性を有する基板とその上にパタ
ーニングされた位相シフト層から製作した。この位相シ
フト層は、位相シフト層となる材料を基板全面に堆積し
た後、レジスト塗布、パターニングおよびエッチングの
工程を順次行うことによって形成しても良く、また、レ
ジスト塗布、パターニング、位相シフト層となる材料の
堆積およびリフトオフの工程を順次行って形成しても良
い。

【００７５】この瞳フィルタを投影露光装置の投影レン
ズの瞳位置に挿入し、以下のようにして露光を行なっ
た。まず、第１の偏光で、実施例１と同様のマスクＭを
露光した。次に、照明光の偏光を９０度回転させた後、
瞳フィルタ駆動手段１０２によってステンシルを挿入
し、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一位置に露
光した。最後に、照明光の偏光を−９０度回転して戻
し、ステンシルを排出した。以後、すべてのウェーハが
露光処理されるまで上記の工程を繰り返した。

【００７６】以上のように、偏光を発する光源を有する
投影露光装置を用いて、ホトレジストが塗布されたウェ
ーハ９７上に上記多重露光を行ない、現像処理した後、
形成された微細ホールパターンを走査型電子顕微鏡で観
察した。その結果、実施例１と同様の効果が得られたこ
とが確認された。

【００７７】〈実施例３〉本実施例は図６（ａ）に示し
た瞳関数（上記瞳関数Ａ₁）を有する瞳フィルタとし
て、図７（ｃ）に模式的に示した瞳フィルタＣ’を用い
て露光を行なった例である。この瞳フィルタＣ’は、振
幅透過率が０．５である膜７５が十字型に形成された透
明基板７４と、遮光部であるステンシル７６から構成さ
れており、瞳関数は図６（ａ）に示した瞳関数に相当す
る。なお、フィルタ基板７４とステンシル７６との間の
距離は、誇張して大きく図示されている。

【００７８】本実施例では、透明基板７４は固定され、
ステンシル７６のみを回転できるようにした。この瞳フ
ィルタを投影レンズの瞳位置に挿入し、以下のフローで
露光を行なった。

【００７９】まず、第１の位置にステンシル７６を配置
し、上記瞳フィルタＣ₁'（瞳関数Ａ₁）を用いてマスク
Ｍを露光した。次に、瞳駆動手段１０２によりステンシ
ル７６のみを９０度回転させた。その後、同一のマスク
パターンをウェーハ上の同一位置に露光する。最後に、
ステンシル７６を−９０度回転して第１の位置に戻し
た。以後、すべてのウェーハが露光処理されるまで上記
の工程を繰り返した。ホトレジストが塗布されたウェー
ハ９７上に上記多重露光を行なって、現像処理して得ら
れたレジストパターンを走査型電子顕微鏡の観察し、実
施例１と同様の効果が得られることが確認された。

【００８０】〈実施例４〉本実施例は、遮光領域の中に
孤立した開口パターンが形成されているマスクを用い
て、多重露光を行なった例であり、上記実施例３におい
て使用された瞳フィルタの有する透過率が０．５である
上記十字形の領域７５を省略することができた。

【００８１】すなわち、上記透明基板７４および上記十
字形の領域７５は使用せず、ステンシル７６のみを用い
た。図７（ｃ）から明らかなように、ステンシル７６
は、瞳面上の対向する四分円の領域に大半の遮光部を有
している。このステンシル７６からなるフィルタを投影
露光装置の瞳位置に挿入し、下記フローで露光を行なっ
た。

【００８２】まず、第１の位置にステンシル７６を配置
（瞳関数Ａ₁）し、孤立した開口パターンが形成されて
いるマスクＭを露光した。次に、瞳フィルタ駆動手段１
０２によってステンシル７６を９０度回転させた。その
後、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一位置に露
光した。最後に、ステンシル７６を−９０度回転して第
１の位置に戻した。以後、すべてのウェーハが露光処理
されるまで上記の工程を繰り返した。ホトレジストが塗
布されたウェーハ９７上に上記の多重露光を行ない、現
像処理した結果、走査型電子顕微鏡の観察により実施例
１と同様の効果が得られることが確認された。

【００８３】〈実施例５〉本実施例は、図２に示した瞳
関数Ａ、Ｃ、Ｄによる３重露光を、図８に示す瞳フィル
タを用いて行なった例である。３重露光を容易に行なう
ために、異なる瞳フィルタＡ”、Ｂ”を組み合わせて用
いた。瞳フィルタＡ”は、図８（ａ）に示すように、透
明基板８０のみから構成され、瞳関数Ａが全面透過の場
合（図７（ａ））に相当する。図２に示した瞳関数Ｃ、
Ｄは同一形状を互いに９０度回転させたものであるか
ら、回転する瞳フィルタＢ”によって瞳関数Ｃ、Ｄを実
現した。この瞳フィルタＢ”は、図８（ｂ）に示したよ
うに、透明基板８１、位相シフト膜８２および遮光用の
ステンシル８３から構成した。これら瞳フィルタＡ”，
Ｂ”を投影露光装置の投影レンズの瞳位置に挿入し、以
下のフローで露光を行なった。

【００８４】まず、透明なフィルタＡ”を用いて、一方
向に長いパターンを有するマスクＭを露光する。次に、
瞳フィルタ駆動手段１０２を用いて瞳フィルタＡ”を瞳
フィルタＢ”（瞳関数Ｃ、Ｄに相当）と交換し、ステン
シル８３を挿入して同一のマスクパターンをウェーハ上
の同一位置に露光した（瞳関数Ｃ）。

【００８５】ステンシル８３を９０度回転させ、同一の
マスクパターンをウェーハ上の同一位置に露光した（瞳
関数Ｄ）。最後に、瞳フィルタＡ”を基板に戻し、ステ
ンシル８３を排出した。以後、すべてのウェーハが露光
処理されるまで上記工程を繰り返した。ホトレジストが
塗布されたウェーハ９７上に上記多重露光を行なって現
像処理した結果、マスクパターン形状に忠実なレジスト
パターンを形成することができた。なお、横方向に長い
パターンを露光する場合は、上記瞳関数Ａ、Ｃによる露
光のみでよく、上記瞳関数Ｄによる露光を省略すること
ができた。同様に、縦方向に長いパターンを露光する場
合も、瞳関数Ｃによる露光を省略しても同様の効果が得
られた。

【００８６】〈実施例６〉本実施例は、偏光を利用して
瞳関数を変えて多重露光を行なった例である。本実施例
では、偏光光源、および１方向の偏光に対しては所定の
透過率で透過し、他の方向の偏光に対しては図８（ｂ）
に示す位相シフト層８２のように位相差を生じさせる瞳
フィルタを用いた。この瞳フィルタは実施例２に示した
方法で形成した。この瞳フィルタを、偏光光源を有する
投影露光装置の投影レンズの瞳位置に挿入し、以下のフ
ローで露光を行なった。

【００８７】まず、１方向の偏光を用いてを用いて、実
施例５と同様のマスクＭを露光する（瞳関数Ａ）。次
に、偏光の方向を９０度回転させて、ステンシルを挿入
した後、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一位置
に露光する（瞳関数Ｃ）。

【００８８】ステンシルを９０度回転させ、同一のマス
クパターンをウェーハ上の同一位置に露光する（瞳関数
Ｄ）。最後に、偏光を−９０度回転させてもとに戻し、
ステンシルを排出する。以後、すべてのウェーハが露光
処理されるまで上記の工程を繰り返した。ホトレジスト
が塗布されたウェーハ９７上に上記多重露光を行なっ
て、現像処理した結果、マスクパターンの形状に忠実な
レジストパターンを形成することができた。

【００８９】〈実施例７〉本実施例は、単一の瞳フィル
タを、露光中に９０度ずつ回転することによって瞳関数
Ａ、Ｃ、Ｄを順次実現し、パターンの転写を行なった例
である。図８（ｃ）に示す瞳関数Ｃ”は、図６（ｂ）の
瞳関数に相当する瞳フィルタで、透過率０．５の膜８５
が部分的に形成された透明基板８４と遮光ステンシル８
６から構成されている。この瞳関数Ｃ”を、投影露光装
置の投影レンズの瞳位置に挿入し、以下のフローで露光
を行なった。

【００９０】まず、所定位置に基板８４とステンシル８
６を配置し、実施例５と同様にしてマスクＭを露光した
（瞳関数Ａ₁）。次に、ステンシル８６を９０度回転さ
せた後、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一位置
に露光した（瞳関数Ａ₂）。

【００９１】上記ステンシル８６を９０度回転させた
後、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一位置に露
光する（瞳関数Ａ₃）。上記ステンシル８６を９０度回
転させた後、同一のマスクパターンをウェーハ上の同一
位置に露光した（瞳関数Ａ₄）。最後に、ステンシル８
６を９０度回転させてもとの位置に戻した。以後、すべ
てのウェーハが露光処理されるまで上記の工程を繰り返
した。ホトレジストが塗布されたウェーハ９７上に上記
多重露光を行ない、現像処理した結果、マスクパターン
形状に忠実なレジストパターンを形成することができ
た。

【００９２】〈実施例８〉上記実施例１〜４に示した２
重露光は、特に図１１（ａ）に示したような遮光部１２
１中に形成された孤立した開口パターン１２０の転写に
適している。また、上記実施例５〜７に示した多重露光
は、特に図１１（ｂ）に示したような光透過部１２３内
に配置された微細遮光線パターン１２２の転写に適して
いる。

【００９３】本実施例は、本発明を半導体集積回路装置
の製造に適用した例であり、半導体集積回路装置の製造
工程の一部を示す図１２を用いて説明する。

【００９４】まず、図１２（ａ）に示したように、Ｎ~
形シリコン基板１３０に、周知の方法を用いてＰ形ウェ
ル層１３１、Ｐ形層１３２およびフィールド酸化膜１３
３を形成し、その上に酸化膜１２５および多結晶シリコ
ン膜１２６を形成した。さらに、ホトレジストの塗布、
図１３（ａ）に示したゲートパターン１４５を形成する
ためのマスクを用いた露光および現像処理を順次行なっ
て、レジストパターン１２７−１、１２７−２を形成し
た。上記露光は、上記実施例５、６または７に示した方
法において、瞳フィルタを変えて行なった。

【００９５】上記レジストパターン１２７−１、１２７
−２をマスクとして多結晶シリコン膜１２６および酸化
シリコン膜１２５の露出された部分を順次ドライエッチ
ングして、多結晶シリコン膜と酸化シリコン膜の積層膜
１３４−１、１３４−２を形成した後、レジストパター
ン１２７−１、１２７−２を除去した。

【００９６】次に、周知のイオン打ち込みを行なって、
図１２（ｂ）に示したように、Ｐ形高濃度拡散層１３５
およびＮ形高濃度拡散層１３６を形成した。

【００９７】周知の方法を用いてリンガラス（ＰＳＧ）
膜１３７を全面に形成し、その上にホトレジスト膜１３
８を周知の塗布法によって形成した後、上記実施例５、
８、７に示したように、瞳フィルタをそれぞれ換えて露
光を行なって、図１２（ｃ）に示したように、ホールパ
ターン１３９を形成した。

【００９８】次に、図１２（ｄ）に示したように、上記
ホトレジスト膜１３８をマスクにして、上記リンガラス
膜１３７の露出部分をドライエッチングし、コンタクト
ホール１４０を形成した。

【００９９】Ｗ膜とＴｉＮ膜の積層膜からなる電極配線
１４１および層間絶縁膜１４２を周知の方法を用いて順
次形成した後、さらに、ホトレジストマスク（図示せ
ず）を周知の方法によって形成し、実施例１に示した方
法を用いた露光と通常のエッチングを行なって、図１２
（ｅ）に示したように、ホールパターン１４３を形成し
た。このホールパターン１４３の中にＷプラグを埋込
み、Ａｌ膜からなる第２配線１４４を接続した。

【０１００】以降の工程は従来方法を用いて行なった。
図１３（ｂ）に、配線層Ｍ１と配線層Ｍ２とを連結する
コンタクトホールパターン１４６のレイアウトの一例を
示した。

【０１０１】なお、本実施例では主な製造工程のみを示
したが、ゲートパターンとコンタクトホールパターンの
転写に本発明の露光法を用いた以外は、従来法と同じ工
程を用いた。その結果、ゲートパターンとコンタクトホ
ールパターンの解像不良の発生を防止でき、半導体集積
回路装置を高歩留まりで製造することができた。

【０１０２】

【発明の効果】本発明によれば、投影レンズの高ＮＡ
化、露光に用いる光の短波長化あるいはマスクパターン
の一部の変形等を行なうことなしに、パターン転写像の
輪郭の忠実性を向上させることができる。本発明では、
露光中に瞳関数を変えるだけでよいから、実用上極めて
容易である。特に、多くの半導体素子に共通な、縦と横
の辺からなるパターンに対しては、瞳関数を最適化する
ことによって、線像の縮みや角部の丸みといった像の劣
化を防止できる。さらに、微細な遮光線パターンの結像
性能も向上できるので、特に半導体装置製造工程の中
で、高い解像度と形状の正確性が要求される、ゲートパ
ターンやコンタクトホールパターンの形成において、解
像不良の発生を防止でき、半導体集積回路装置を高い歩
留まりで製造でき、実用上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】投影露光装置の基本的な構成を示す図、

【図２】本発明において用いられる基本的な瞳関数を示
す図、

【図３】図２に示した瞳関数を用いて得られる点像の振
幅分布を示す図、

【図４】本発明によって開口パターンを転写した場合の
投影像を説明する図、

【図５】本発明によって遮光パターンを転写した場合の
投影像を説明する図、

【図６】本発明の瞳関数を示す図、

【図７】本発明の瞳関数を実現するための瞳フィルタの
構成を示す図、

【図８】本発明の他の瞳関数を実現するための瞳フィル
タの構成を示す図、

【図９】本発明において用いられる縮小投影露光装置の
構成を示す図、

【図１０】本発明における露光工程のフローの一例を示
す図、

【図１１】マスクパターンの例を示す図、

【図１２】本発明を半導体集積回路装置の製造に適用し
た例を示す工程図、

【図１３】半導体集積回路装置を製造する際の、マスク
パターンレイアウトを示す図、

【図１４】形成されたレジストパターンの輪郭を示す
図、

【図１５】異なる瞳フィルタを用いる露光の重ね合わせ
の概念を示す図。

【符号の説明】

１０…光源、１１…照明光学系、１２…コンデンサ
レンズ１３…絞り、１４…マスク、１５…投影光学
系、１６…投影レンズ、１７…瞳フィルタ、１８…
開口絞り、１９…被露光基板、２０…透過部、２
３…遮光部、３０…スポット状の分布、４０…マス
クの開口パターン、４１…遮光部、４２、４６…投
影像の輪郭、５０…マスクの遮光パターン、５２、
５５…投影像の輪郭、６０…透過率１の領域、６１
…透過率０の領域、６２…透過率０．５の領域、６
３…透過率１の領域、６４…透過率０の領域、６５
…透過率０．５の領域、７０…透明基板、７２…位
相シフト膜、７３…ステンシル、７５…半透明膜、
７６…ステンシル、８０…透明基板、８２…位相シ
フト膜、８３…ステンシル、８５…半透明膜、８
６…ステンシル、９０…照明光源、９４…マスク、
９５…投影レンズ、９６…瞳フィルタ、９７…ウ
ェーハ、９８ａ，ｂ，ｃ…ＸＹＺステージ、９９…
レーザ測長系、１００…ミラー、１０５…投影露光
装置の主制御系、１２０…コンタクトホールパター
ン、１２２…微細遮光線パターン、１３０…シリコ
ン基板、１３３…フィールド酸化膜、１３４−１，
２…ゲートパターン、１３７…絶縁膜、１３８…フォ
トレジスト、１４０…コンタクトホール、１４１…電
極配線、１４４…第２配線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクに形成された所定のパターンを投影
レンズを介して基板上に投影露光して、上記パターンを
上記基板上に転写する方法において、上記マスクはほぼ
垂直上方から照明され、上記基板表面の同一位置に対す
る同一の上記パターンの露光が、上記投影レンズの瞳位
置に配置された瞳フィルタの瞳関数を上記露光中に変え
て行なわれ、上記瞳関数の少なくとも一つは、瞳中心に
対して非軸対称な振幅透過率分布を有していることを特
徴とするパターン形成方法。
【請求項２】上記瞳関数は、下記関係を満たす瞳関数Ａ
₁および瞳関数Ａ₂を含むことを特徴とする請求項１に記
載のパターン形成方法。Ａ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ａ₁（−Ｘ，Ｙ）＝Ａ₁（Ｘ，−Ｙ）＝
Ａ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ａ₂（Ｘ，Ｙ）＝−Ａ₂（−Ｘ，Ｙ）＝−Ａ₂（Ｘ，−
Ｙ）＝−Ａ₂（−Ｘ，−Ｙ）ただし、Ｘ，Ｙは光軸を中心とする瞳面上の直交座標を
示す。
【請求項３】上記瞳関数Ａ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内全域で１
であり、上記瞳関数Ａ₂（Ｘ，Ｙ）は上記投影レンズの
瞳面内で１、０または−１のいずれかの値を取り、かつ
Ａ₂（Ｘ，Ｙ）＝０の領域は上記瞳面上で有効光源の像
を含むほぼ十字型の領域であることを特徴とする請求項
２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】上記瞳関数は、下記関係を満たす瞳関数Ｂ
₁および瞳関数Ｂ₂を含むことを特徴とする請求項１記載
のパターン形成方法。Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｂ₁（Ｙ，Ｘ）＝Ｂ₁（−Ｙ，−Ｘ）Ｂ₂（Ｘ，Ｙ）＝Ｂ₁（−Ｙ，Ｘ）ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座標
を示す。
【請求項５】上記瞳関数Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）は上記瞳面内で
１、０．５または０のいずれかの値を取り、かつＢ
₁（Ｘ，Ｙ）＝０．５の領域は瞳面上で有効光源の像を
含む領域であることを特徴とする請求項４に記載のパタ
ーン形成方法。
【請求項６】上記瞳関数Ｂ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内で１また
は０の値を取り、かつＢ₁（Ｘ，Ｙ）＝０の領域は瞳中
心に対して対称に配置されていることを特徴とする請求
項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】上記瞳関数は、下記関係を満たす瞳関数Ｃ
₁、Ｃ₂およびＣ₃を含むことを特徴とする請求項１記載
のパターン形成方法。Ｃ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₁（−Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₁（Ｘ，−Ｙ）＝
Ｃ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ｃ₂（Ｘ，Ｙ）＝−Ｃ₂（−Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₂（Ｘ，−Ｙ）Ｃ₃（Ｘ，Ｙ）＝Ｃ₂（−Ｙ，Ｘ）ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座標
を示す。
【請求項８】上記瞳関数Ｃ₁（Ｘ，Ｙ）は上記瞳内の全
域で１であり、上記瞳関数Ｃ₂（Ｘ，Ｙ）は上記瞳内で
１、０または−１のいずれかの値を取り、かつＣ
₂（Ｘ，Ｙ）＝０の領域は瞳面上で有効光源の像を含む
ストライプ状の領域であることを特徴とする請求項７記
載のパターン形成方法。
【請求項９】上記瞳関数は、下記関係を満たす瞳関数Ｄ
₁、Ｄ₂、Ｄ₃およびＤ₄を含むことを特徴とする請求項１
記載のパターン形成方法。Ｄ₁（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（Ｙ，Ｘ）Ｄ₂（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（−Ｙ，Ｘ）Ｄ₃（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（−Ｘ，−Ｙ）Ｄ₄（Ｘ，Ｙ）＝Ｄ₁（Ｙ，−Ｘ）ただし、Ｘ，Ｙは、光軸を中心とする瞳面上の直交座標
を示す。
【請求項１０】上記瞳関数Ｄ₁（Ｘ，Ｙ）は瞳内で１、
０．５または０のいずれかの値を取り、かつＤ₁（Ｘ，
Ｙ）＝０．５の領域は瞳面上で有効光源の像を含む領域
であることを特徴とする請求項９記載のパターン形成方
法。
【請求項１１】上記露光は、上記瞳関数に応じて照度分
布が異なる有効光源を用いて行なわれることを特徴とす
る請求項１から１０のいずれか一に記載のパターン形成
方法。
【請求項１２】上記瞳関数は、上記光に対して不透明な
膜、上記光を部分的に吸収する膜および上記光の位相を
変化させる膜からなる群から選択された膜が、透明基板
上に部分的に設けられた瞳フィルタを、上記投影レンズ
のほぼ瞳面に設けることによって設定されることを特徴
とする請求項１から１１のいずれか一に記載のパターン
形成方法。
【請求項１３】上記投影露光は、互いに異なる振幅透過
率分布を有する上記瞳フィルタを、上記基板表面の同一
位置に対して行われる複数回または一回の露中に交換し
て行なわれることを特徴とする請求項１から１２のいず
れか一に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】上記投影露光は、一つの振幅透過率分布
を有する上記瞳フィルタを、上記基板表面の同一位置に
対して行われる複数回または一回の露光中に回転させて
行なうことを特徴とする請求項１から１２のいずれか一
に記載のパターン形成方法。
【請求項１５】上記異なる瞳関数は、透明基板上に、上
記光に対して不透明な膜、上記光を部分的に吸収する膜
および上記光の位相を変化させる膜からなる群から選択
された膜を部分的に設けて形成されたフィルタと、上記
光に対して不透明なステンシルマスクを、上記投影レン
ズのほぼ瞳面に設けることにより設定されることを特徴
とする請求項１から１１のいずれか一に記載のパターン
形成方法。
【請求項１６】上記投影露光は、上記ステンシルマスク
を、上記基板表面の同一位置に対する複数回または一回
の露光中に回転させて行なうことを特徴とする請求項１
５記載のパターン形成方法。
【請求項１７】上記投影レンズのほぼ瞳面には、上記光
に対して複屈折性を有する基板上に、上記光に対して不
透明な膜、上記光を部分的に吸収する膜および上記光の
位相を変化させる膜からなる群から選ばれた膜が部分的
に設けられたフィルタが形成されており、上記投影露光
は、上記基板表面の同一位置に対する複数回または一回
の露光中に、上記光の偏光方向を回転させて行なうこと
を特徴とする請求項１から１１のいずれか一に記載のパ
ターン形成方法。
【請求項１８】光源と、マスクを搭載するためのマスク
ステージと、上記光源から発した光を上記マスク上に照
射する照明光学系と、基板を搭載するための基板ステー
ジと、上記マスクを通過した光を上記基板に投影露光す
るための投影光学系と、上記投影光学系のほぼ瞳近傍に
配置された瞳フィルタまたはステンシルフィルタと、上
記基板の表面の同一位置に対する複数回または一回の露
光中に上記瞳フィルタまたはステンシルフィルタを交換
または回転させる手段を具備することを特徴とする投影
露光装置。
【請求項１９】マスクに形成された所定のパターンを投
影レンズを介して半導体基板の主平面に投影露光して、
上記パターンを上記半導体基板の主平面上に転写する方
法において、上記マスクをほぼ垂直上方から照明し、同
一の上記パターンの上記基板表面の同一位置に対する露
光が、互いに異なる複数の瞳関数を有する瞳フィルタを
上記投影レンズの瞳位置に配置して行なわれることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２０】上記マスクパターンは、ＭＯＳＬＳＩの
ゲートパターンであることを特徴とする請求項１９記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】上記マスクパターンは、ＭＯＳＬＳＩの
コンタクトホールまたはスルーホールパターンであるこ
とを特徴とする請求項１９記載の半導体装置の製造方
法。