JPH09213627A - 微細パターン形成時の露光方法及びその装置 - Google Patents
微細パターン形成時の露光方法及びその装置Info
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- JPH09213627A JPH09213627A JP8328836A JP32883696A JPH09213627A JP H09213627 A JPH09213627 A JP H09213627A JP 8328836 A JP8328836 A JP 8328836A JP 32883696 A JP32883696 A JP 32883696A JP H09213627 A JPH09213627 A JP H09213627A
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- G03F7/70125—Use of illumination settings tailored to particular mask patterns
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- G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
- G03F7/70566—Polarisation control
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は適切な楕円偏光を用いてコントラス
トギャップを低減させ、コントラストを向上させたた
め、微細パターン形成が容易であり素子の高集積化に適
し工程余裕度が増加されて工程収率及び動作の信頼性を
向上させることができる微細パターン形成時の露光方法
及びその装置に関する。 【解決手段】 本発明は、従来の線形偏光から発生する
コントラストギャップ即ち、パターンの長手方向と偏光
方向の不一致に対するコントラストの差を防止するため
ベクトルイメージ理論を利用して類推した式等を用いて
偏光分布函数を求め、これを利用して露光マスクに入射
するｘ，ｙ成分を有する偏光を子午平面と垂直の成分Ｓ
−偏光成分（Ｓcom ）と平行な成分Ｐ−偏光成分（Ｐco
m ）を求めて適正なコントラストギャップとコントラス
トを有する楕円偏光程度を決定する。
トギャップを低減させ、コントラストを向上させたた
め、微細パターン形成が容易であり素子の高集積化に適
し工程余裕度が増加されて工程収率及び動作の信頼性を
向上させることができる微細パターン形成時の露光方法
及びその装置に関する。 【解決手段】 本発明は、従来の線形偏光から発生する
コントラストギャップ即ち、パターンの長手方向と偏光
方向の不一致に対するコントラストの差を防止するため
ベクトルイメージ理論を利用して類推した式等を用いて
偏光分布函数を求め、これを利用して露光マスクに入射
するｘ，ｙ成分を有する偏光を子午平面と垂直の成分Ｓ
−偏光成分（Ｓcom ）と平行な成分Ｐ−偏光成分（Ｐco
m ）を求めて適正なコントラストギャップとコントラス
トを有する楕円偏光程度を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の微細パ
ターン形成方法に関し、特に微細パターン形成時の露光
方法及びその装置に関する。
ターン形成方法に関し、特に微細パターン形成時の露光
方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置を製造するにおい
て、最近の半導体装置の高集積化の趨勢は、半導体装置
の製造工程の中でのエッチング、又はイオン注入工程等
のマスクに非常に広く用いられている感光膜パターンを
形成するリソグラフィ工程による微細パターン形成技術
の発展に大きな影響を受けている。
て、最近の半導体装置の高集積化の趨勢は、半導体装置
の製造工程の中でのエッチング、又はイオン注入工程等
のマスクに非常に広く用いられている感光膜パターンを
形成するリソグラフィ工程による微細パターン形成技術
の発展に大きな影響を受けている。
【０００３】特に、感光膜パターンを形成する微小露光
装置（steppor)の光分解能を向上させるための方法とし
て光源の波長を低減させる方法がある。
装置（steppor)の光分解能を向上させるための方法とし
て光源の波長を低減させる方法がある。
【０００４】例えば、波長が３６５ｎｍのｉ−ライン縮
小露光装置は工程分解能が約０．５μｍ程度であり、２
４８ｎｍのＫｒＦレーザや１９３ｎｍのＡｒＦレーザを
光源に用いる縮小露光装置はライン／スペースパターン
の場合に約０．２５μｍ程度のパターン分解が可能であ
る。
小露光装置は工程分解能が約０．５μｍ程度であり、２
４８ｎｍのＫｒＦレーザや１９３ｎｍのＡｒＦレーザを
光源に用いる縮小露光装置はライン／スペースパターン
の場合に約０．２５μｍ程度のパターン分解が可能であ
る。
【０００５】さらに、微細パターン形成のための方法で
は隣接パターン間の光干渉を利用する位相反転マスク
（phase shift mask：以下ＰＳＭという）を用いたり、
ステッパの光源を偏光して用いる偏光照明法等を用いる
こともある。
は隣接パターン間の光干渉を利用する位相反転マスク
（phase shift mask：以下ＰＳＭという）を用いたり、
ステッパの光源を偏光して用いる偏光照明法等を用いる
こともある。
【０００６】なお、リソグラフィ工程の際に、所定形状
の感光膜パターンをウェハ上に形成するためには所定の
光遮断膜パターンが形成されたマスク、例えばレチクル
（reticle)を用いて露光を行う。
の感光膜パターンをウェハ上に形成するためには所定の
光遮断膜パターンが形成されたマスク、例えばレチクル
（reticle)を用いて露光を行う。
【０００７】このような観点から、従来の微細パターン
の形成の際の露光方法を添付の図面を参照して説明する
と、次の通りである。
の形成の際の露光方法を添付の図面を参照して説明する
と、次の通りである。
【０００８】図１は、従来の一般照明使用時での縮小露
光装置の構造を説明するための概略図で、キルラー（Ko
hler）照明法の例である。
光装置の構造を説明するための概略図で、キルラー（Ko
hler）照明法の例である。
【０００９】図１に示すように、先ず縮小露光装置は光
源（１）から出た光（２）がアパチャ（aperture）
（３）と集光レンズ系（４）を通過する。
源（１）から出た光（２）がアパチャ（aperture）
（３）と集光レンズ系（４）を通過する。
【００１０】次いで、光（２）は露光マスク（５）の光
遮断膜パターン（５ａ）等を通過して像（image)を現わ
す。
遮断膜パターン（５ａ）等を通過して像（image)を現わ
す。
【００１１】その次に、光（２）は投射レンズ系（６）
を通過してウェハ（７）上に至る。
を通過してウェハ（７）上に至る。
【００１２】前記のような経路を経て露光が進行する一
般照明法においては、露光の際の露光時間は短いが、焦
点深度が浅くなるため工程進行の際、生産収率を低下さ
せる問題点がある。
般照明法においては、露光の際の露光時間は短いが、焦
点深度が浅くなるため工程進行の際、生産収率を低下さ
せる問題点がある。
【００１３】さらに、このような問題点を解決するため
の方法としては、アパチャの形状を変化させアパチャの
中心部分に光を遮断する遮断部を設けて露光マスク像に
傾斜光が入射するよう変形照明法が提案されている。
の方法としては、アパチャの形状を変化させアパチャの
中心部分に光を遮断する遮断部を設けて露光マスク像に
傾斜光が入射するよう変形照明法が提案されている。
【００１４】この方法を用いる場合に露光マスクから回
折された光の中、０次回折光と±１次回折光の中、一つ
がその下部に位置した転斜レンズ（Projection Lens)に
集束されるため０次回折光と±１次回折光の入射角が同
じ場合に焦点深度の増加効果を得ることができる。
折された光の中、０次回折光と±１次回折光の中、一つ
がその下部に位置した転斜レンズ（Projection Lens)に
集束されるため０次回折光と±１次回折光の入射角が同
じ場合に焦点深度の増加効果を得ることができる。
【００１５】しかし、この従来の変形照明法においては
アパチャの中心部に位置した光遮断部がアパチャ（aper
ture）の中心部分を通過する光を遮断することになるた
め、露光マスク及びウェハ上に到達する光の強さが一般
照明法に比べ概して小さくなる。
アパチャの中心部に位置した光遮断部がアパチャ（aper
ture）の中心部分を通過する光を遮断することになるた
め、露光マスク及びウェハ上に到達する光の強さが一般
照明法に比べ概して小さくなる。
【００１６】従って、従来の変形照明法においては一般
照明法に比べ長い時間の間、露光を行わなければならな
いため、光分布が一定にならなくなるので大量生産の場
合生産収率が低減することになる。
照明法に比べ長い時間の間、露光を行わなければならな
いため、光分布が一定にならなくなるので大量生産の場
合生産収率が低減することになる。
【００１７】前記のような問題点を解決するため提示さ
れた方法として、光源で照射される光を一つの方向に線
形偏光して用いる線形偏光照明法がある。
れた方法として、光源で照射される光を一つの方向に線
形偏光して用いる線形偏光照明法がある。
【００１８】線形偏光照明法は、露光マスクの光遮断膜
パターンが偏光方向と並んで形成されている場合に対し
ては、ｉ−線光源の縮小露光装置でも０．１７５μｍの
ライン／スペースの幅まで像を現わすことができる。
パターンが偏光方向と並んで形成されている場合に対し
ては、ｉ−線光源の縮小露光装置でも０．１７５μｍの
ライン／スペースの幅まで像を現わすことができる。
【００１９】しかし、線形偏光照明法は光遮断膜パター
ンが偏光方向と垂直を成す場合に対しては、並列方向の
パターンより像のコントラストが非常に低下する現象で
あるコントラストギャップ（contrast gap）が存在す
る。
ンが偏光方向と垂直を成す場合に対しては、並列方向の
パターンより像のコントラストが非常に低下する現象で
あるコントラストギャップ（contrast gap）が存在す
る。
【００２０】線形偏光を利用した一般露光（convention
al illumination)と斜入射露光（off-axis illuminatio
n)及び位相反転マスク（phase shift mask）を用いる場
合に、ライン／スペース パターンで線形偏光の主軸が
露光マスクの光遮断膜パターンと並列の場合（φ＝９０
°のＳcom成分）が露光マスクの光遮断膜パターンと垂
直の場合（φ＝０°のＰcom 成分）に比べ大きいコント
ラストを有するので、二成分間のコントラストギャップ
が存在することになる。
al illumination)と斜入射露光（off-axis illuminatio
n)及び位相反転マスク（phase shift mask）を用いる場
合に、ライン／スペース パターンで線形偏光の主軸が
露光マスクの光遮断膜パターンと並列の場合（φ＝９０
°のＳcom成分）が露光マスクの光遮断膜パターンと垂
直の場合（φ＝０°のＰcom 成分）に比べ大きいコント
ラストを有するので、二成分間のコントラストギャップ
が存在することになる。
【００２１】即ち、コントラストギャップは分解能が小
さい順の一般露光と斜入射露光及び位相反転マスクを用
いる場合の全てに存在することになる。
さい順の一般露光と斜入射露光及び位相反転マスクを用
いる場合の全てに存在することになる。
【００２２】このようなコントラストギャップは、アパ
チャから透光面積と全体面積間の空間部分干渉度σとイ
メージ大きさ（feature size）が小さいほど、レンズ口
径数（Numerical Aperture；以下ＮＡと称する）が大き
くなるほど、一層大きくなる。
チャから透光面積と全体面積間の空間部分干渉度σとイ
メージ大きさ（feature size）が小さいほど、レンズ口
径数（Numerical Aperture；以下ＮＡと称する）が大き
くなるほど、一層大きくなる。
【００２３】なお、位相反転マスクや斜入射照明を用い
る場合にもコントラストギャップは一層大きくなる。
る場合にもコントラストギャップは一層大きくなる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】前記のように、従来の
微細パターン形成時の露光方法においてはコントラスト
ギャップが大きいため、線形偏光照明法を用いて種々な
方向のパターンでなる露光マスクの微細パターンを現わ
すのに大きい障害となることにより、半導体素子の高集
積化が困難である。
微細パターン形成時の露光方法においてはコントラスト
ギャップが大きいため、線形偏光照明法を用いて種々な
方向のパターンでなる露光マスクの微細パターンを現わ
すのに大きい障害となることにより、半導体素子の高集
積化が困難である。
【００２５】そのため、従来の微細パターン形成時の露
光方法においては工程余裕度が低減され工程収率及び素
子動作の信頼性が落ちる問題点がある。
光方法においては工程余裕度が低減され工程収率及び素
子動作の信頼性が落ちる問題点がある。
【００２６】ここに本発明は、従来の諸般問題点を解決
するため考案したものであり、高いコントラストを維持
しながらコントラストギャップを減少させ半導体素子の
高集積化に適するようにした微細パターン形成時の露光
方法及びその装置を提供することにその目的がある。
するため考案したものであり、高いコントラストを維持
しながらコントラストギャップを減少させ半導体素子の
高集積化に適するようにした微細パターン形成時の露光
方法及びその装置を提供することにその目的がある。
【００２７】さらに、本発明の他の目的は工程余裕度を
増加させ工程収率及び半導体素子の動作特性の信頼性を
向上させることができる微細パターン形成時の露光方
法、及びその装置を提供することにある。
増加させ工程収率及び半導体素子の動作特性の信頼性を
向上させることができる微細パターン形成時の露光方
法、及びその装置を提供することにある。
【００２８】また、本発明のさらに他の目的は半導体素
子の製造時に微細パターンの形成を容易にした微細パタ
ーン形成時の露光方法、及びその装置を提供することに
ある。
子の製造時に微細パターンの形成を容易にした微細パタ
ーン形成時の露光方法、及びその装置を提供することに
ある。
【００２９】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するための本発明による微細パターンの形成時の露光方
法は、偏光した光を光源に用い偏光された光の楕円率と
偏光角を計算して工程余裕度が許す範囲内のコントラス
トギャップを有するようにすることを特徴とする。
するための本発明による微細パターンの形成時の露光方
法は、偏光した光を光源に用い偏光された光の楕円率と
偏光角を計算して工程余裕度が許す範囲内のコントラス
トギャップを有するようにすることを特徴とする。
【００３０】さらに、本発明による微細パターン形成時
の露光装置は光源から照射する光をウェハに照射させ像
を形成する露光装置において、光源から照射する光を一
定の楕円率と偏光角を有するよう偏光させる偏光板を備
えることを特徴とする。
の露光装置は光源から照射する光をウェハに照射させ像
を形成する露光装置において、光源から照射する光を一
定の楕円率と偏光角を有するよう偏光させる偏光板を備
えることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付の図面を参照
して詳細に説明する。
して詳細に説明する。
【００３２】本発明に用いられる円を含む楕円偏光を用
いるための理論的な根拠として、偏光分布函数（polari
zation distribution function）とそれに伴う偏光成分
を求めるための数式を簡単に考察してみれば、次の通り
である。
いるための理論的な根拠として、偏光分布函数（polari
zation distribution function）とそれに伴う偏光成分
を求めるための数式を簡単に考察してみれば、次の通り
である。
【００３３】先ず、物体面に方向単位ベクトル（direct
ional unit vector ）である（ｔx，ｔy ）方向に入射
した光がマスクを通過して（ｒx ，ｒy ）方向に回折す
る。
ional unit vector ）である（ｔx，ｔy ）方向に入射
した光がマスクを通過して（ｒx ，ｒy ）方向に回折す
る。
【００３４】次いで、前記の光は投射レンズ系を通過し
て出射洞で（Ｓx 、Ｓy ）方向にガウシアン像点（gaus
sian image point）に向けて進行し（ｘ，ｙ）の座標系
を有する像面に電気場（electric field）を作る。
て出射洞で（Ｓx 、Ｓy ）方向にガウシアン像点（gaus
sian image point）に向けて進行し（ｘ，ｙ）の座標系
を有する像面に電気場（electric field）を作る。
【００３５】この際、電気場は下記のような式（１）に
示す。
示す。
【００３６】
【数１】 ここで、Ａ＝（ｓ2 ｘ＋ｓ2 ｙ）1/2 ≦ＮＡであり、Ｆ
（ｒx −ｔx ，ｒy −ｔy ）はマスク透過函数（mask t
ransmission function）のフーリエ変換（Fourier tran
sformation）である。
（ｒx −ｔx ，ｒy −ｔy ）はマスク透過函数（mask t
ransmission function）のフーリエ変換（Fourier tran
sformation）である。
【００３７】なお、Ｋ（Ｓx ，Ｓy ：ｔx ，ｔy ）はベ
クトル伝達函数（vector transferfunction）で、Ｆ
（ｒx −ｔx ，ｒy −ｔy ）と共に（ｔx ，ｔy ）方向
に入射した光が投射レンズ系を通過した後、（Ｓx ，Ｓ
y ）方向への大きさ（amplitude)を決定する。
クトル伝達函数（vector transferfunction）で、Ｆ
（ｒx −ｔx ，ｒy −ｔy ）と共に（ｔx ，ｔy ）方向
に入射した光が投射レンズ系を通過した後、（Ｓx ，Ｓ
y ）方向への大きさ（amplitude)を決定する。
【００３８】即ち、像面での電気場はＦ（ｒx −ｔx ，
ｒy −ｔy ）×Ｋ（Ｓx −Ｓy ：ｔx ，ｔy ）の大きさ
を有し、（Ｓx −Ｓy ）方向に進行する平面波（plane
wave）等の重畳（superposition)である。
ｒy −ｔy ）×Ｋ（Ｓx −Ｓy ：ｔx ，ｔy ）の大きさ
を有し、（Ｓx −Ｓy ）方向に進行する平面波（plane
wave）等の重畳（superposition)である。
【００３９】しかし、ベクトル伝達函数Ｋ（Ｓx −
Ｓy ：ｔx ，ｔy ）は入射方向成分である（ｔx ，
ｔy ）に殆ど影響を受けない値として次のような近似値
（approximation value)を有する。
Ｓy ：ｔx ，ｔy ）は入射方向成分である（ｔx ，
ｔy ）に殆ど影響を受けない値として次のような近似値
（approximation value)を有する。
【００４０】
【数２】 なお、マスクの空間周波数を像面に伝える役割を行う近
似なベクトル伝達函数は次のように定義する。
似なベクトル伝達函数は次のように定義する。
【００４１】 Ｋ（Ｓx −Ｓy ）＝｛(1/cosα cosβ）｝1/2 Ψ（ｓx ，ｓy ） ｅｘｐ｛ｉ２πφ（ｓx ＋ｓy ）／λ｝ （ｓ2 x ＋ｓ2 y ≦ＮＡ2 の時） ＝０（他の値で） …（３） ここで、cos αとcos βはそれぞれマスクを通過した回
折光が光軸となす方向成分と投射レンズ系を通過した光
が光軸となす方向成分を示し、 cos α＝ｒx ＝（１−ｒ2 x −ｒ2 y ）1/2 …（４Ａ） cos β＝Ｓz ＝（１−Ｓ2 x −Ｓ2 y ）1/2 …（４Ｂ） に示される。
折光が光軸となす方向成分と投射レンズ系を通過した光
が光軸となす方向成分を示し、 cos α＝ｒx ＝（１−ｒ2 x −ｒ2 y ）1/2 …（４Ａ） cos β＝Ｓz ＝（１−Ｓ2 x −Ｓ2 y ）1/2 …（４Ｂ） に示される。
【００４２】また、Φ（ｓx ，ｓy ）は投射レンズ系を
通過しながら生じる波面収差函数（wavefront aberrati
on function)であり、Ψ（ｓx ，ｓy ）は偏光分布函数
（polarization distribution function）として光軸に
並んで入射した光が出射洞を通過する回折光に寄与する
値を現す。
通過しながら生じる波面収差函数（wavefront aberrati
on function)であり、Ψ（ｓx ，ｓy ）は偏光分布函数
（polarization distribution function）として光軸に
並んで入射した光が出射洞を通過する回折光に寄与する
値を現す。
【００４３】そして、部分干渉度（σ）が部分干渉照明
の場合には、マスクに入射する光の方向を現す（ｔx ，
ｔy ）の領域が入射洞に生じる有効光源（effective so
urce）領域である。
の場合には、マスクに入射する光の方向を現す（ｔx ，
ｔy ）の領域が入射洞に生じる有効光源（effective so
urce）領域である。
【００４４】そのため、像面での光度は（ｔx ，ｔy ）
に対し有効光源領域で次のように積分して求める。
に対し有効光源領域で次のように積分して求める。
【００４５】
【数３】 ここで、Ｂ＝（ｔ2 x ＋ｔ2 y ）1/2 ≦σＮＡであり、
積分領域はキルラ照明系から入射洞に作る有効光源の大
きさを現す。
積分領域はキルラ照明系から入射洞に作る有効光源の大
きさを現す。
【００４６】なお、Γ(tx ,ty ）は入射光分布の加重値
（weighting function）を現す値であり、キルラ照明系
ではマスク面に生じる光源の大きさを示す。
（weighting function）を現す値であり、キルラ照明系
ではマスク面に生じる光源の大きさを示す。
【００４７】前記式（１）〜（５）を相互代入し像面で
の光分布を計算すると、次の通りである。
の光分布を計算すると、次の通りである。
【００４８】
【数４】 前記式を計算するため物体（object）面での方向成分を
下記のように像面（image plane)での方向成分に置換す
る。
下記のように像面（image plane)での方向成分に置換す
る。
【００４９】（ｔx , ｔy ) ＝（−Ｍｕx −Ｍｕy ），
（ｒx ，ｒy ）＝（−Ｍｓx −Ｍｓy） ここで、Ｍは
投射レンズ系の倍率であり、（ｕx ，ｕy ）と（ｓx ，
ｓy ）はそれぞれ物体面での（ｔx , ｔy ) と（ｒx ,
ｒy ) 方向成分が投射レンズ系を通過しながら方向成分
の変化を現す。したがって、
（ｒx ，ｒy ）＝（−Ｍｓx −Ｍｓy） ここで、Ｍは
投射レンズ系の倍率であり、（ｕx ，ｕy ）と（ｓx ，
ｓy ）はそれぞれ物体面での（ｔx , ｔy ) と（ｒx ,
ｒy ) 方向成分が投射レンズ系を通過しながら方向成分
の変化を現す。したがって、
【数５】 前記式（７）をマスクを通過した回折光から投射レンズ
系を通過しながら生じる空間周波数に対する積分式に表
現するため次のように置換する。
系を通過しながら生じる空間周波数に対する積分式に表
現するため次のように置換する。
【００５０】 （ｆ，ｇ）＝（−ｕx ／λ，−ｕy ／λ） （ｆ′，ｇ′）＝（（−ｓx ＋ｕx ）／λ，（−ｓy ＋ｕy ）／λ） （ｆ，ｇ）＝（（−ｓx ＋ｕx ）／λ，（−ｓy ＋ｕy ）／λ） … (8) 従って、前記式（７）の光分布での方向成分に対する積
分式は、空間周波数に対する積分式表現に次のように置
換できる。
分式は、空間周波数に対する積分式表現に次のように置
換できる。
【００５１】
【数６】 ここで、ＴＣＣk （ｆ′，ｇ′：ｆ″，ｇ″）はベクト
ルＴＣＣ（vector transmission cross coefficient)の
ｋ方向成分として次のように計算される。
ルＴＣＣ（vector transmission cross coefficient)の
ｋ方向成分として次のように計算される。
【００５２】
【数７】 上記式（９）でＦ（Ｍｆ′，Ｍｇ′）はマスク自らの座
標を（ｘ，ｙ）から（ｘ／Ｍ，ｙ／Ｍ）に変換してフー
リエ計算すればＦ（ｆ′，ｇ′）に現すことができる。
標を（ｘ，ｙ）から（ｘ／Ｍ，ｙ／Ｍ）に変換してフー
リエ計算すればＦ（ｆ′，ｇ′）に現すことができる。
【００５３】さらに、Γ（Ｍｆ，Ｍｇ）もやはり積分領
域が像空間（image space)で半径がσＮＡim＝σＭＮＡ
obの円なのでΓ（ｆ，ｇ）に表現した後、積分領域を物
体空間（object space）から半径σＮＡobに置換すれば
上記のような結果を得ることができる。
域が像空間（image space)で半径がσＮＡim＝σＭＮＡ
obの円なのでΓ（ｆ，ｇ）に表現した後、積分領域を物
体空間（object space）から半径σＮＡobに置換すれば
上記のような結果を得ることができる。
【００５４】従って、像面での空間像（aerial image）
の光度分布は次のような規格化された空間周波数の積分
形態で計算される。
の光度分布は次のような規格化された空間周波数の積分
形態で計算される。
【００５５】
【数８】 ここで、前記（ｆ′，ｇ′）、（ｆ″，ｇ″）はＮＡ／
λに規格化された空間周波数であり、Ｆ（ｆ′，ｇ′）
はマスク透過函数のフーリエ（Fourier)変換を現し、Ｆ
* はＦの共軛複素数（complex conjugate)である。
λに規格化された空間周波数であり、Ｆ（ｆ′，ｇ′）
はマスク透過函数のフーリエ（Fourier)変換を現し、Ｆ
* はＦの共軛複素数（complex conjugate)である。
【００５６】なお、前記ＴＣＣk （ｆ′，ｇ′：ｆ″，
ｇ″）はベクトルＴＣＣのｋ成分を現す。
ｇ″）はベクトルＴＣＣのｋ成分を現す。
【００５７】即ち、前記ＴＣＣk （ｆ′，ｇ′：ｆ″，
ｇ″）は露光マスクの光遮断膜パターンと無関係の光学
系の特性値として次のように計算される。
ｇ″）は露光マスクの光遮断膜パターンと無関係の光学
系の特性値として次のように計算される。
【００５８】
【数９】 前記式（１１）でΓ（ｆ，ｇ）は入射洞（entrance pup
il) に生じる照明系の有効光源を現す値として円形照明
の場合、 Γ（ｆ，ｇ）＝１／πσ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ＜σ2 の時） ＝０ （他の値である時） …（１２） の同じ値を有する。
il) に生じる照明系の有効光源を現す値として円形照明
の場合、 Γ（ｆ，ｇ）＝１／πσ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ＜σ2 の時） ＝０ （他の値である時） …（１２） の同じ値を有する。
【００５９】そして、前記Ｋ（ｆ，ｇ）はベクトル回折
理論で新しく定義されるベクトル伝達函数（vector tra
nsfer function）として次のように定義される。
理論で新しく定義されるベクトル伝達函数（vector tra
nsfer function）として次のように定義される。
【００６０】 Ｋk （ｆ，ｇ）＝ＣΨk （ｆ，ｇ）ｅｘｐ｛ｉ（２π／λ）Φ（ｆ，ｇ）｝ （ｆ2 ＋ｇ2 ≦１の時）＝０ （他の値である時） …（１３） ここで、Ｃは物体面と像面の間に光エネルギーが保存さ
れるための値として、Ｃ＝｛１−λ2 （１＋Ｍ2 ）（ｆ
2 ＋ｇ2 ）＋λ4 （ｆ2 ＋ｇ2 ）2 ｝-1/2に計算され
る。
れるための値として、Ｃ＝｛１−λ2 （１＋Ｍ2 ）（ｆ
2 ＋ｇ2 ）＋λ4 （ｆ2 ＋ｇ2 ）2 ｝-1/2に計算され
る。
【００６１】なお、Φ（ｘ，ｙ）は投射レンズの脱焦点
（defocus)を含む波面収差函数である。
（defocus)を含む波面収差函数である。
【００６２】さらに、偏光分布函数（polarization dis
tribution function）Ψk （ｆ，ｇ）は、入射光の偏光
成分が光学系を通過して出射洞から（λｆ，λｇ）方向
に向かう回折光のｋ（ｋ＝ｘ，ｙ，ｚ）方向成分に寄与
する量を現す値である。
tribution function）Ψk （ｆ，ｇ）は、入射光の偏光
成分が光学系を通過して出射洞から（λｆ，λｇ）方向
に向かう回折光のｋ（ｋ＝ｘ，ｙ，ｚ）方向成分に寄与
する量を現す値である。
【００６３】前記式（１）〜（１３）を利用して図２
（Ａ）乃至図２（Ｃ）に示されているような線形偏光、
円偏光、楕円偏光三つの偏光状態の全ての場合に対し、
偏光分布函数を求めれば次の通りである。
（Ａ）乃至図２（Ｃ）に示されているような線形偏光、
円偏光、楕円偏光三つの偏光状態の全ての場合に対し、
偏光分布函数を求めれば次の通りである。
【００６４】図２（Ａ）乃至図２（Ｃ）は、本発明によ
る多様な偏光状態光の進行分布図である。
る多様な偏光状態光の進行分布図である。
【００６５】図２（Ａ）乃至２（Ｃ）に示すように、先
ず三つの偏光状態を入射洞に入射する偏光のｘ，ｙ方向
の成分により決定される。
ず三つの偏光状態を入射洞に入射する偏光のｘ，ｙ方向
の成分により決定される。
【００６６】即ち、ｘ，ｙ成分の振幅比（amlitude rat
io) と位相差（phase difference）により全ての偏光状
態を表現することができる。
io) と位相差（phase difference）により全ての偏光状
態を表現することができる。
【００６７】この際、入射する照射の偏光状態をｘ，ｙ
成分に分解すれば、次の通りである。
成分に分解すれば、次の通りである。
【００６８】 Ｅx （ｚ，ｔ）＝Ｅoxｅｘｐ｛ｉ（τ＋δx ）｝ Ｅy （ｚ，ｔ）＝Ｅoyｅｘｐ｛ｉ（τ＋δy ）｝ ここで、τ＝ωt −ｋz であり、Ｅox，Ｅoyとδx ，δ
y はｘ，ｙ方向の大きさと位相を現す。
y はｘ，ｙ方向の大きさと位相を現す。
【００６９】ｘ，ｙ方向の二成分Ｅx （ｚ，ｔ）、Ｅy
（ｚ，ｔ）が空間上で描く形跡の姿により図２（Ａ）乃
至２（Ｃ）の通り、３種の偏光状態を作る。
（ｚ，ｔ）が空間上で描く形跡の姿により図２（Ａ）乃
至２（Ｃ）の通り、３種の偏光状態を作る。
【００７０】さらに、ｘ，ｙ方向の偏光成分を現す式で
位相が同様であれば、線形偏光（linear polarization)
を作り、大きさが同様であり位相が９０°の差が出れば
円偏光（circular polarization)を作り、大きさと位相
が全て異なれば、楕円偏光（elliptical polarization)
を作る。
位相が同様であれば、線形偏光（linear polarization)
を作り、大きさが同様であり位相が９０°の差が出れば
円偏光（circular polarization)を作り、大きさと位相
が全て異なれば、楕円偏光（elliptical polarization)
を作る。
【００７１】前記で楕円偏光の場合、図２（Ｃ）のよう
に光学系の座標系と光線進行経路を図のように定義す
る。
に光学系の座標系と光線進行経路を図のように定義す
る。
【００７２】なお、楕円偏光照明法で楕円の傾斜角は偏
光角（the angle of polarization)（φ）と定義し、長
軸と短軸の比は楕円率（the ratio of ellipticity）
（χ，χtan χ＝ｂ／ａ）に定義する。
光角（the angle of polarization)（φ）と定義し、長
軸と短軸の比は楕円率（the ratio of ellipticity）
（χ，χtan χ＝ｂ／ａ）に定義する。
【００７３】この際、前記φとχが決まれば、偏光分布
函数Ψは全ての偏光状態に対し計算することができる。
函数Ψは全ての偏光状態に対し計算することができる。
【００７４】さらに、マスクに入射される光の楕円偏光
（円偏光含む）のｘ，ｙ成分を示す前記の式で偏光分布
函数のｘ，ｙ，ｚ方向成分はそれぞれ Ψx (f, g)＝［−ｇＳcom ＋ｆＰcom ｛１−λ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］ ／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψy (f, g)＝［ｆＳcom ＋ｇＰcom ｛１−λ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］ ／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψz (f, g)＝−λＰcom ［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 …（１４） となる。
（円偏光含む）のｘ，ｙ成分を示す前記の式で偏光分布
函数のｘ，ｙ，ｚ方向成分はそれぞれ Ψx (f, g)＝［−ｇＳcom ＋ｆＰcom ｛１−λ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］ ／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψy (f, g)＝［ｆＳcom ＋ｇＰcom ｛１−λ2 （ｆ2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］ ／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψz (f, g)＝−λＰcom ［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 …（１４） となる。
【００７５】ここで、ｆ，ｇは空間周波数成分であり、
光軸と像点（focal point)を向かう光線がなす子午平面
（meridional plane）を定義する。
光軸と像点（focal point)を向かう光線がなす子午平面
（meridional plane）を定義する。
【００７６】なお、子午平面と垂直の成分はＳ−偏光成
分（Ｓcom)に定義し、平行な成分はＰ−偏光成分（Ｐco
m)に定義する。
分（Ｓcom)に定義し、平行な成分はＰ−偏光成分（Ｐco
m)に定義する。
【００７７】また、露光マスクに入射するｘ，ｙ成分を
有する偏光をＳcom ，Ｐcom に分離すれば、 Ｓcom ＝｛ｆＥoyｅi δ−ｇＥox｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝1/2 …（１５） Ｐcom ＝｛ｆＥox＋ｇＥoyｅi δ｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝1/2 …（１６） に示される。
有する偏光をＳcom ，Ｐcom に分離すれば、 Ｓcom ＝｛ｆＥoyｅi δ−ｇＥox｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝1/2 …（１５） Ｐcom ＝｛ｆＥox＋ｇＥoyｅi δ｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝1/2 …（１６） に示される。
【００７８】前記計算式等を実際の露光工程に適用した
場合の結果を図３を参照して考察してみれば、次の通り
である。
場合の結果を図３を参照して考察してみれば、次の通り
である。
【００７９】図３は、ライン／スペースパターンに対し
ｉ−line，ＮＡ＝０．５，σ＝０．５の場合、前記式
（１４）〜（１６）を用いて円偏光で得た値を利用した
場合には実線で示し、線形偏光を用いた場合には点線で
示した。
ｉ−line，ＮＡ＝０．５，σ＝０．５の場合、前記式
（１４）〜（１６）を用いて円偏光で得た値を利用した
場合には実線で示し、線形偏光を用いた場合には点線で
示した。
【００８０】前記図３に示すように、小さいパターンの
大きさからそれぞれ位相反転マスク（Phase Shift Mask
; PSM）を用いた場合と斜入射露光（Off-Axis Illumin
ation ; OAI)した場合及び一般露光（Conventional Ill
umination ; CT）の場合に対し、円偏光照明を用いた
時、先形偏光の偏光角がφ＝９０°の時に比べコントラ
ストは低下するが、コントラストキャップがなくなるこ
とが分かる。
大きさからそれぞれ位相反転マスク（Phase Shift Mask
; PSM）を用いた場合と斜入射露光（Off-Axis Illumin
ation ; OAI)した場合及び一般露光（Conventional Ill
umination ; CT）の場合に対し、円偏光照明を用いた
時、先形偏光の偏光角がφ＝９０°の時に比べコントラ
ストは低下するが、コントラストキャップがなくなるこ
とが分かる。
【００８１】さらに、図４は前記の式等を用いてライン
／スペースパターンに対しｉ−line，ＮＡ＝０．５，σ
＝０．５の場合、楕円偏光照明を用いたとき、偏光角が
φ＝９０°（楕円偏光の主軸がマスクパターンと垂直の
場合）に対し、それぞれ楕円率をχ＝１００％，７５
％，５０％，２５％，０％に変化させた場合、コントラ
ストとコントラストギャップの特性を調べたグラフであ
る。
／スペースパターンに対しｉ−line，ＮＡ＝０．５，σ
＝０．５の場合、楕円偏光照明を用いたとき、偏光角が
φ＝９０°（楕円偏光の主軸がマスクパターンと垂直の
場合）に対し、それぞれ楕円率をχ＝１００％，７５
％，５０％，２５％，０％に変化させた場合、コントラ
ストとコントラストギャップの特性を調べたグラフであ
る。
【００８２】図４に示すように、χが大きくなるほど、
即ち、円に近くなるほどコントラストギャップが低減す
ることが分かる。
即ち、円に近くなるほどコントラストギャップが低減す
ることが分かる。
【００８３】なお、図５は、楕円偏光照明法で位相反転
マスクを共に用いた場合の特性を示すグラフである。
マスクを共に用いた場合の特性を示すグラフである。
【００８４】図５に示すように、前記図４のような一般
的な露光マスクを用いる場合に比べパターンの大きさが
低減することが分かる。
的な露光マスクを用いる場合に比べパターンの大きさが
低減することが分かる。
【００８５】そして、図６は楕円偏光照明法と斜入射照
明（σout ＝０．５，σin＝０．３）を用いた場合の特
性を示すグラフである。
明（σout ＝０．５，σin＝０．３）を用いた場合の特
性を示すグラフである。
【００８６】図６に示すように、パターンの大きさが前
記図４の場合よりは小さいが、前記図５の場合よりは増
加することが分かる。
記図４の場合よりは小さいが、前記図５の場合よりは増
加することが分かる。
【００８７】前記のように、楕円偏光の偏光角を調節し
てコントラストを決めることができ、楕円率を調節して
コントラストギャップを決定することができる。
てコントラストを決めることができ、楕円率を調節して
コントラストギャップを決定することができる。
【００８８】従って、工程過程で許されるコントラスト
とコントラストギャップが決定すれば、前記式等を利用
して一番適切な偏光角と楕円率を選択し高いコントラス
トを維持しながらコントラストギャップを最小化させる
ことができる。
とコントラストギャップが決定すれば、前記式等を利用
して一番適切な偏光角と楕円率を選択し高いコントラス
トを維持しながらコントラストギャップを最小化させる
ことができる。
【００８９】よって、既存のｉ−line偏光照明ステッパ
の構造を大きく変更しなくても約１Ｇ ＤＲＡＭ等のよ
うな高集積素子の製作に必須的な約０．１８μｍ級微細
パターン像をウェハに現す時、利用することができる。
の構造を大きく変更しなくても約１Ｇ ＤＲＡＭ等のよ
うな高集積素子の製作に必須的な約０．１８μｍ級微細
パターン像をウェハに現す時、利用することができる。
【００９０】特に、マスクのパターンが大部分一つの方
向になっており、残りの部分が多方向に構成されている
場合、偏光角を主なパターン方向に一致させ、許容され
るコントラストギャップの最大値に楕円率を調節すれば
微細パターンを容易に形成することができる。
向になっており、残りの部分が多方向に構成されている
場合、偏光角を主なパターン方向に一致させ、許容され
るコントラストギャップの最大値に楕円率を調節すれば
微細パターンを容易に形成することができる。
【００９１】さらに、前記のような楕円偏光の偏光角及
び楕円率を望み通り製作された偏光板を用いれば任意の
値等を得ることができるため、従来のステッパ（steppe
r)で光源とアパチャの間に偏光板を設けることだけでも
本発明の効果を実現させることができる。
び楕円率を望み通り製作された偏光板を用いれば任意の
値等を得ることができるため、従来のステッパ（steppe
r)で光源とアパチャの間に偏光板を設けることだけでも
本発明の効果を実現させることができる。
【００９２】
【発明の効果】前記で説明したように、本発明による半
導体素子の微細パターン形成時の露光方法及びその装置
においては従来の線形偏光から発生するコントラストギ
ャップ、即ち、パターンの長手方向と偏光方向の不一致
によるコントラストの差を防止するためベクトルイメー
ジ理論を利用し類推された式等を用いて偏光分布函数を
求め、露光マスクに入射するｘ，ｙ成分を有する偏光を
子午平面と垂直の成分Ｓ−偏光成分（Ｓcom ）と平行な
成分Ｐ−偏光成分（Ｐcom ）を求めて適正なコントラス
トギャップとコントラストを有する楕円偏光程度を決定
することができる。
導体素子の微細パターン形成時の露光方法及びその装置
においては従来の線形偏光から発生するコントラストギ
ャップ、即ち、パターンの長手方向と偏光方向の不一致
によるコントラストの差を防止するためベクトルイメー
ジ理論を利用し類推された式等を用いて偏光分布函数を
求め、露光マスクに入射するｘ，ｙ成分を有する偏光を
子午平面と垂直の成分Ｓ−偏光成分（Ｓcom ）と平行な
成分Ｐ−偏光成分（Ｐcom ）を求めて適正なコントラス
トギャップとコントラストを有する楕円偏光程度を決定
することができる。
【００９３】従って、本発明による半導体素子の微細パ
ターン形成時の露光方法及びその装置いおいては、適切
な楕円偏光の使用が容易でありコントラストギャップを
低減させることができるためコントラストを向上させる
ことができる。
ターン形成時の露光方法及びその装置いおいては、適切
な楕円偏光の使用が容易でありコントラストギャップを
低減させることができるためコントラストを向上させる
ことができる。
【００９４】よって、本発明による半導体素子の微細パ
ターン形成時の露光方法及びその装置においては、微細
パターン形成が容易であり半導体素子の高集積化に適す
る。
ターン形成時の露光方法及びその装置においては、微細
パターン形成が容易であり半導体素子の高集積化に適す
る。
【００９５】さらに、本発明による半導体素子の微細パ
ターン形成時の露光方法及びその装置においては、工程
余裕度が増加し工程収率及び素子動作の信頼性を向上さ
せることができる。
ターン形成時の露光方法及びその装置においては、工程
余裕度が増加し工程収率及び素子動作の信頼性を向上さ
せることができる。
【図１】一般の縮小露光装置（stopper)を説明するため
の概略図。
の概略図。
【図２】（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明による多様な偏光
状態光の進行分布図。
状態光の進行分布図。
【図３】本発明によるライン／スペースパターンに対し
一般露光と斜入射露光（off-axis illumination）及び
円偏光を用いたパターンの大きさに対するパターンコン
トラストのグラフ。
一般露光と斜入射露光（off-axis illumination）及び
円偏光を用いたパターンの大きさに対するパターンコン
トラストのグラフ。
【図４】本発明の第１実施形態による露光方法を用いて
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
【図５】本発明の第２実施形態による露光方法を用いて
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
【図６】本発明の第３実施形態による露光方法を用いて
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
楕円率の変化に伴うコントラストに対するパターン大き
さのグラフ。
１…光源 ２…光 ３…アパチャ（aperture） ４…集光レンズ
系 ５…露光マスク ６…投射レンズ
系 ７…ウェハ
系 ５…露光マスク ６…投射レンズ
系 ７…ウェハ
Claims (10)
- 【請求項１】 光源を介してウェハに像を照射しパター
ンを形成する方法において、 偏光した光を光源に用い、前記偏光した光の楕円率と偏
光角を計算して工程余裕度が許す範囲内のコントラスト
ギャップを有するようにすることを特徴とする微細パタ
ーン形成時の露光方法。 - 【請求項２】 マスクに入射する光の偏光程度は下記式
により表示される偏光分布函数を利用し求めることを特
徴とする請求項１に記載の微細パターン形成時の露光方
法。偏光分布函数のｘ，ｙ，ｚ方向成分はそれぞれ Ψx（ｆ，ｇ）＝［−ｇＳcom＋ｆＰcom｛１−λ2（ｆ2
＋ｇ2）｝1/2］／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψy （ｆ，ｇ）＝［ｆＳcom ＋ｇＰcom ｛１−λ2 （ｆ
2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψz （ｆ，ｇ）＝−λＰcom ［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 （ここで、ｆとｇは空間周波数成分） 子午平面と垂直のＳcom 成分と平行なＰcom 成分をそれ
ぞれ Ｓcom ＝｛ｆＥoyｅi δ−ｇＥox｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝
1/2 Ｐcom ＝｛ｆＥox＋ｇＥoyｅi δ｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝
1/2 （ここで、Ｅox，Ｅoyとδx ，δy はそれぞれｘ，ｙ方
向の大きさと位相） - 【請求項３】 前記偏光した光は、楕円偏光を用いるこ
とを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成時の露
光方法。 - 【請求項４】 前記偏光した光は、円形偏光を用いるこ
とを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成時の露
光方法。 - 【請求項５】 光源から照射する光をウェハに照射させ
像を形成する露光装置において、前記光源から照射する
光を、一定の楕円率と偏光角を有するよう偏光させる偏
光板を備えることを特徴とする微細パターン形成時の露
光装置。 - 【請求項６】 前記偏光板により偏光された光は、楕円
型偏光であることを特徴とする請求項５記載の微細パタ
ーン形成時の露光装置。 - 【請求項７】 前記偏光板により偏光した光は、円形偏
光であることを特徴とする請求項５記載の微細パターン
形成時の露光装置。 - 【請求項８】 前記偏光程度を偏光分布函数式 Ψx （ｆ，ｇ）＝［−ｇＳcom ＋ｆＰcom ｛１−λ
2 （ｆ2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψy （ｆ，ｇ）＝［ｆＳcom ＋ｇＰcom ｛１−λ2 （ｆ
2 ＋ｇ2 ）｝1/2 ］／［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 Ψz （ｆ，ｇ）＝−λＰcom ［ｆ2 ＋ｇ2 ］1/2 ここで、ｆとｇは空間周波数成分と、子午平面と垂直の
成分Ｓcom と平行な成分Ｐcom である。 Ｓcom ＝｛ｆＥoyｅi δ−ｇＥox｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝
1/2 Ｐcom ＝｛ｆＥox＋ｇＥoyｅi δ｝／｛ｆ2 ＋ｇ2 ｝
1/2 （ここで、Ｅox，Ｅoyとδx ，δy はそれぞれｘ，ｙ方
向の大きさと位相）を用いて求めた後、偏光角及び楕円
率ほど偏光させることを特徴とする請求項５記載の微細
パターン形成時の露光装置。 - 【請求項９】 前記光源から照射される光は、アパチャ
と集光レンズ系と露光マスク及び投射レンズ系を介して
ウェハに照射されることを特徴とする請求項５記載の微
細パターン形成時の露光装置。 - 【請求項１０】 前記偏光板は、前記光源とアパチャの
間に配置されることを特徴とする請求項９記載の微細パ
ターン形成時の露光装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR95-48047 | 1995-12-08 | ||
| KR1019950048047A KR0171947B1 (ko) | 1995-12-08 | 1995-12-08 | 반도체소자 제조를 위한 노광 방법 및 그를 이용한 노광장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09213627A true JPH09213627A (ja) | 1997-08-15 |
| JP2914927B2 JP2914927B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=19438815
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8328836A Expired - Fee Related JP2914927B2 (ja) | 1995-12-08 | 1996-12-09 | 微細パターン形成時の露光方法及びその装置 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5922513A (ja) |
| JP (1) | JP2914927B2 (ja) |
| KR (1) | KR0171947B1 (ja) |
| CN (1) | CN1101007C (ja) |
| DE (1) | DE19650722B4 (ja) |
| GB (1) | GB2307992B (ja) |
| TW (1) | TW353198B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100343140B1 (ko) * | 1999-12-06 | 2002-07-05 | 윤종용 | 종방향 및 횡방향 패턴간의 선폭 차이에 대한 보정이가능한 노광장치 및 이에 사용되는 어퍼쳐 |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100549776B1 (ko) * | 1999-07-01 | 2006-02-06 | 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. | 공간필터링을 통한 이미지향상의 장치 및 방법 |
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