KR100538362B1 - 노광방법 및 장치 - Google Patents

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KR100538362B1
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Abstract

본 발명의 노광방법은, 컨택트홀 패턴과, 각각이 이 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수의 패턴이 배열된 마스크를 형성하는 공정과, 투영광학계를 개재해서 피처리체에 소망의 패턴을 해상하고 보다 치수가 작은 패턴을 해상하지 않도록 복수 종류의 광을 사용해서 마스크를 조명하는 공정으로 이루어진다.

Description

노광방법 및 장치{EXPOSURE METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 일반적으로 노광에 관한 것으로서, 특히 노광장치 및 방법, 디바이스 제조방법, 그리고 노광되는 물체 또는 피처리체로부터 제조되는 디바이스 제조방법에 관한 것이다. 상기 노광장치 및 방법은 IC 및 LSI와 같은 반도체칩, 액정패널과 같은 표시소자, 자기헤드와 같은 검출소자, 마이크로메카닉스에서 사용되는 미세 컨택트홀 패턴의 제조에 사용된다. 여기서 마이크로메카닉스는 반도체 IC(집적회로) 제조기술을 미세구조체의 제조에 응용하고, 이에 의해 고도의 기능을 가진 미크론(micron) 수준에서 동작할 수 있는 기계시스템을 만드는 기술이다.
포토리소그래피공정은, 마스크 패턴을 실리콘 웨이퍼, 유리 플레이트 등(이하, 간단히 "웨이퍼"라고 한다)에 도포한 감광성 물질(레지스트)에 노광장치를 사용해서 전사하는 공정이며, 레지스트 도포, 노광, 현상, 에칭 및 레지스트 제거의 공정을 포함한다. 이들 일련의 공정에 있어서의 노광에 대해서는, 해상도, 중첩 정밀도, 쓰루풋(throughput)의 3개의 요소가 중요하다. 해상도는 정확하게 전사할 수 있는 최소 치수이고, 중첩 정밀도는 웨이퍼에 패턴을 몇개 중첩할 때의 정밀도이며, 쓰루풋은 단위시간당 처리하는 매수이다.
포토리소그래피 기술을 이용해서 디바이스를 제조할 때에는, 마스크 또는 레티클(본 출원에서는 이들의 용어를 교환가능하게 사용함)에 묘화된 패턴을 투영광학계를 사용해서 웨이퍼에 투영해서 패턴을 전사하는 투영노광장치가 이용되고 있다. 투영광학계는 패턴으로부터의 회절광을 웨이퍼 위에서 간섭 및 결상시키고, 통상의 노광에서는 0차 및 ±1차의 회절광(즉, 3광속)을 서로 간섭시킨다.
마스크 패턴은, 근접한 주기적인 라인 앤드 스페이스(L&S)패턴, 근접 및 주기적인(즉, 홀 직경과 동일 간격으로 배열된) 컨택트홀열, 근접하지 않고 고립한 고립 컨택트홀, 그 외의 고립 패턴 등을 포함하고, 고해상도로 패턴을 전사하기 위해서는, 패턴의 종류에 따라서 최적인 노광조건(조명조건이나 노광량 등)을 선택할 필요가 있다.
투영노광장치의 해상도(R)는, 광원의 파장(λ)과, 투영광학계의 개구수(NA)를 이용해서 이하의 레일리(Rayleigh)의 식에 의해 부여된다:
R=k1(λ/NA) (1).
여기서, λ는 광원의 파장, NA는 투영광학계의 개구수, k1는 현상 프로세스 등에 의해 정해지는 정수이며, 통상 노광의 경우에는 k1는 약 0.5∼0.7이다.
최근 디바이스의 고집적화에 대해서는, 전사되는 패턴의 미세화, 또는 고해상도화가 더욱 더 요구되고 있다. 고해상력을 얻으려면, 상기 식으로부터 개구수(NA)를 크게 하는 것과 파장(λ)을 작게 하는 것이 유효하지만, 이들 요소의 개선은 현단계에서는 이미 한계에 달하고 있고, 따라서 통상 노광의 경우에 웨이퍼에 0.15㎛이하의 패턴을 형성하는 것은 곤란하다. 그래서 패턴을 거친 회절광중에서 2개의 회절광을 서로 간섭 및 결상시키는 위상 시프트 마스크 기술이 종래부터 제안되어 있다. 위상시프트 마스크는 그 뒤에서 인접하는 광투과 부분의 위상을 180° 반전해서 0차 회절광을 상쇄하고, 2개의 ±1차회광을 서로 간섭시켜서 결상하는 것이다. 이러한 기술에 위하면, 상기의 k1을 실질적으로 0.25로 저감할 수 있으므로, 해상도(R)를 개선해서, 웨이퍼에 0.15㎛ 이하의 패턴을 형성할 수가 있다.
그러나, 이러한 해상 한계에 가까운 미세한 컨택트홀의 경우는 서로 인접한 위상을 180도 바꾸면 광이 광축으로부터 큰 각도로, 즉, 동공면 위에서 45°방향으로 회절되기 때문에, 투영계의 동공으로부터 벗어나 버린다.
그 결과, 회절광은 투영렌즈의 동공을 통과하지 못하여, 해상되지 않는다. 해상할 수 있는 것은, 기껏해야 L&S의 최저한의 임계치수의 배의 미세패턴까지이다. 따라서 L&S패턴의 해상도와 동등의 컨택트홀열(또는 컨택트홀 어레이)의 해상도를 얻는 것이 요구되고 있다.
또한, 최근 반도체산업은, 보다 고부가가치인, 다종 다양한 패턴을 포함하는 시스템 칩으로 생산이 이행하고 있고, 따라서 마스크에도 1종류 이상의 컨택트홀 패턴을 형성하는 것이 필요하게 되었다. 그러나, 종래의 위상시프트마스크 기술로는 컨택트홀열과 고립 컨택트홀이 혼재한 컨택트홀 패턴을 한번에 해상도 좋게 충분히 노광할 수 없었다. 한편, 2매의 마스크로 다른 종류의 패턴을 별도로 노광하는 이중노광(또는 다중노광)을 사용하는 것을 생각할 수 있지만, 종래의 이중노광은, 2매의 마스크를 필요로 하므로 실용상 해결해야할 문제점이 많다. 즉, 이러한 방법은 2회의 노광공정 때문에 코스트가 증가하고 쓰루풋이 저하할 뿐만 아니라, 2매의 마스크의 교환에 높은 중첩정밀도를 필요로 한다.
도 1은 본 발명의 노광장치의 개략 블럭도.
도 2는 도 1에 도시한 노광장치의 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략평면도.
도 3은 도 1에 도시한 개구조리개의 다른 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 4는 도 1에 도시한 개구조리개의 또 다른 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 5는 도 1에 도시한 개구조리개의 또 다른 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 6은 도 1에 도시한 개구조리개의 또 다른 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 7은 도 1에 도시한 개구조리개의 또 다른 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 8은 도 1에 도시한 노광장치의 마스크의 개략 평면도.
도 9는 도 8에 도시한 마스크의 변형예를 나타내는 개략도.
도 10은 도 8에 도시한 마스크의 다른 변형예를 나타내는 개략 평면도.
도 11은 실시예 1의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
도 12는 도 11에 도시한 마스크를 도 2에 도시한 개구조리개를 사용해서 조명한 경우에 축외에 피크를 가지는 조명광에 의해 투영광학계의 동공면에 나타나는 회절광의 분포를 도시한 개략 평면도.
도 13은 실시예 2의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴
도 14는 소망의 컨택트홀 패턴을 형성한 바이너리 마스크의 평면도.
도 15는 광축부근에 피크를 가지는 조명광을 도 14에 도시한 마스크를 조명하기 위해 사용한 경우, 노광장치의 투영광학계의 동공면 위에 나타나는 회절광의 분포를 나타내는 개략 평면도.
도 16은 도 14에 도시한 패턴과 더미 컨택트홀 패턴을 2차원적으로 배열한 컨택트홀 패턴을 가진 마스크의 개략적 평면도.
도 17은 십자(4중극) 조명광을 사용해서 도 14에 도시한 마스크를 조명한 경우에 노광장치의 투영광학계의 동공면에 나타내는 회절광의 분포를 설명하기 위한 개략도.
도 18은 도 16에 도시한 마스크를 조명하기 위한 십자(4중극)조명 조리개의 개략평면도.
도 19는 본 발명의 노광장치를 사용하는 디바이스의 제조방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 20은 도 19에 도시한 스텝 4의 상세한 플로우챠트.
도 21은 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 22는 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 23은 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 24는 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 25는 도 9에 도시한 위상시프트마스크에 작은 σ조명을 했을 때의 동공면 위의 회절광의 위치와 경사입사조명을 했을 때의 회절광이 이동하는 위치를 나타낸 모식도.
도 26은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 27은 십자경사입사조명 및 본 발명의 변형조명에 있어서의 노광량 및 이 노광량에 대응하는 상을 도시한 도면.
도 28은 동공면 위의 회절광의 입사위치를 나타낸 모식도.
도 29는 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 30은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 31은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 32는 유효광원분포를 나타내는 도면.
도 33은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 34는 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도
도 35은 도 8에 도시한 바이너리 마스크에 작은 σ조명을 했을 때의 동공면 위의 회절광의 위치와 경사입사조명을 했을 때의 회절광이 이동하는 위치를 도시한 모식도.
도 36은 유효광원 분포를 설명하기 위한 모식도.
도 37은 유효광원 분포를 설명하기 위한 모식도.
도 38은 십자형(4중극)의 개구조리개 및 본 발명의 개구조리개와, 이 개구조리개를 사용해서 경사입사조명을 했을 때의 플레이트상에서의 해상패턴의 시뮬레이션을 나타낸 도면.
도 39는 유효광원분포의 일례를 나타낸 도면.
도 40은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도.
도 41은 제 5실시예에서의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
도 42는 제 6실시예에서의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
도 43은 도 24로부터 얻어지는 1쌍의 서브조리개.
도 44는 도 43에 도시한 서브조리개의 기능을 설명하기 위한 도면.
도 45는 도 24의 조리개를 사용해서 플레이트에 전사된 패턴.
도 46은 실시예 9의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
도 47은 3개의 개구조리개의 예시적 형상을 나타내는 개략 평면도.
도 48은 실시예 10의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
도 49는 실시예 11의 노광결과로서 플레이트에 전사된 패턴.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 노광장치
100 : 조명장치
120 : 조명광학계
132 : 노광량 조정부
150 : 개구조리개
200 : 마스크
210 : 소망의 컨택트홀
220 : 더미 컨택트홀
260 : 더미 컨택트홀
300 : 투영광학계
320 : 동공
400 : 플레이트
500 : 해상 위치 조절 장치
발명의 개시
따라서, 미세한 홀 직경(예를 들면, 0.15㎛ 이하)을 가진, 컨택트홀 패턴 또는 고립 컨택트홀로부터 컨택트홀열까지가 혼재하는 컨택트홀 패턴을, 마스크를 교환하지 않고, 고해상도(즉, 컨택트홀열에 대해서는 위상 시프트 마스크를 이용하는 L&S패턴과 동등의 해상도)로 노광가능한 노광방법 및 장치를 제공하는 것을 본 발명의 예시적 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 일 측면으로서의 노광방법은, 컨택트홀 패턴과, 각각 상기 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수의 패턴이 배열된 마스크를 준비하는 공정과, 상기 컨택트홀 패턴이 해상되고, 또한, 상기 치수가 작은 패턴의 해상이 억제되도록, 복수 종류의 광으로 상기 마스크를 투영광학계를 개재하여 조명하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다. 이러한 노광방법에 의하면, 복수 종류의 조명광(예를 들면, 통상의 환형상의 조명과는 다른 조명)을 동시에 또는 순차로 이용하고, (레지스트의) 역치를 적당하게 선택함으로써, 현상 후, 소망의 컨택트홀 패턴을 피노광면에 형성한다. 마스크 및 디바이스 제조방법도 본 발명의 다른 측면을 구성한다.
상기 마스크 위의 컨택트홀의 치수는 상기 피노광체에 형성해야 할 본래의 컨택트홀의 치수와는 달라도 된다. 상기 복수 종류의 광은 광축근방에 강도분포의 피크를 가지는 제1 조명광과 축외에 강도분포의 피크를 가지는 제2 조명광을 포함해도 된다. 선택적으로, 상기 복수 종류의 광은 큰 σ의 조명과 작은 σ의 조명을 포함해도 된다. 상기 복수 종류의 광은 상기 소망의 패턴으로부터 생기는 2개의 회절광이 상기 투영광학계의 동공면 위에 입사하도록 하는 제1 조명광과 상기 2개의 회절광을 직선적으로 연결해서 규정되는, 동공면 위의 영역에는 어떠한 회절광도 입사하지 않도록 하는 제2 조명광을 포함해도 된다.
상기 제2 조명광은 상기 동공면 위에 적어도 하나의 회절광이 동공면에 입사하도록 설정되어도 된다. 상기 복수 종류의 조명광은 σ가 0.9보다도 큰 유효광원을 형성하는 것이어도 된다. 상기 마스크를, 상기 소망의 패턴에 대하여 체크 무늬 형상으로 위상이 0도와 180도로 설정된 위상 시프트 마스크로 구성해도 된다. 상기 보다 작은 패턴으로서는 복수 종류의 보조패턴이어도 된다. 상기 소망의 패턴에 인접하는 상기 보조패턴의 치수는 다른 보조패턴의 치수보다 작게 되어있다. 상기 복수종류의 광은, 외주에서의 σ가 0.9보다 큰 실질적으로 환형상의 유효광원과 4중극 형상의 광원을 포함해도 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면으로서의 노광 방법은, 컨택트홀 패턴과, 상기 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수의 패턴이 배열된 마스크를 형성하는 공정과, 투영광학계를 개재하여 피노광체에 상기 컨택트홀 패턴이 해상되고 또한 상기 보다 작은 컨택트홀 패턴의 해상이 억제되도록, 중앙부에 비원형의 어두운 부분을 가지는 유효광원을 형성하는 광을 이용해서 상기 마스크를 조명하는 공정을 포함한다. 비원형의 어두운 부분은 십자 형상(十)을 가진다. 상기 설명한 마스크 및 그 제조 방법도 본 발명의 다른 측면을 구성한다.
상기 작은 σ의 조명광은, σ가 0.3 이하인 원형의 유효광원을 형성하는 광이어도 된다. 상기 큰 σ의 조명광은, 십자로 배치된 4개의 도형의 유효광원을 형성해도 된다.
상기 큰 σ의 조명광은, 환형상의 유효광원을 형성해도 된다. 상기 4개의 도형의 각 조명광은 동등한 σ를 가져도 된다. 상기 큰 σ의 조명광은, 조명광의 중심위치에서 σ가 0.6이상이어도 된다. 상기 제1 σ의 조명광은, 십자로 배치된 4개의 도형의 유효광원을 형성해도 된다. 상기 마스크는 위상 시프트 마스크를 이용해도 되고, 상기 제2 조명광은, 직사각형, 원형, 또는 대략 마름모꼴의 중공부를 지닌 직사각형의 유효광원을 가져도 된다. 상기 마스크는 바이너리(binary) 또는 하프 톤 마스크를 이용하고, 상기 제2 조명광은 십자로 배치된 4개의 부채형의 유효광원을 가져도 된다. 상기 마스크는 바이너리 또는 위상 시프트 마스크를 이용해서 여러 가지 형상의 유효광원을 형성해도 된다. 상기 유효광원은 외주에서 σ가 0.9보다 커도 되고, 상기 유효광원은 원형의 광원의 중앙부에 십자형상의 어두운 부분을 형성해도 된다. 상기 유효광원은 외주에서 σ가 1.0보다 커도 된다. 상기 피노광체와 상기 소망의 패턴상 사이의 상기 투영광학계의 광축방향에 있어서의 위치관계를 변경하면서 상기 노광을 복수회 반복해도 된다. 상기 소망의 패턴과 보조패턴은 매트릭스형상(행렬을 이루는 형상)과 같이 2차원적으로 배치되어도 된다.
본 발명의 한 측면으로서의 노광장치는, 상기 노광방법을 행하는 노광모드를 포함한다. 상기 노광장치는 상기 노광방법의 작용을 발휘할 수 있다. 상기 노광장치는 개구조리개를 포함하는 조명광학계를 또 가지고, 상기 개구조리개는 제1 및 제2 광투과부와 차광부를 가지고, 상기 제1 광투과부는 상기 제2 패턴의 해상에 기여하고, 상기 제2 광투과부는 상기 제2 패턴의 광강도분포를 강조하고, 상기 제 1및 제2 광투과부사이의 면적비는 0.06 내지 1.30사이의 영역이어도 된다. 상기 노광장치는 개구조리개를 가지는 조명광학계를 또 가지고, 상기 개구조리개는 광투과부와 그 면적이 가변인 차광부를 가져도 된다.
본 발명의 다른 측면으로서의 노광장치는, 컨택트홀어레이의 종횡의 축에 상당하는 십자로 배치된 4개의 도형으로 이루어지는 유효광원을 가진 제 1조명과 다른 유효광원을 가진 제 2조명 사이의 조명광량비를 조정하는 기구를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면으로서의 디바이스 제조방법은, 상기 설명한 노광장치를 이용해서 상기 피처리체를 노광하는 공정과, 상기 노광된 피처리체에 소정의 프로세스를 행하는 공정을 가진다. 상기 설명한 노광장치의 작용과 같은 작용을 나타내는 디바이스의 제조방법은, 중간 및 최종 결과물로서의 디바이스를 포함한다. 또한, 이러한 디바이스는, 예를 들면, LSI나 VLSI 등의 반도체 칩, CCD, LCD, 자기센서, 박막 자기헤드 등을 포함한다.
본 발명의 다른 측면으로서의 마스크는, 컨택트홀 패턴과, 각각이 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수 종류의 보조패턴이 2차원적으로 배열된 마스크에 있어서, 상기 컨택트홀 패턴에 인접하는 보조패턴의 치수가 다른 보조패턴의 치수보다도 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다. 상기 보조패턴은 상기 소망의 패턴의 홀 직경의 약 55% 내지 약 90%에 상당하는 크기를 가져도 된다. 상기 마스크는 체크 무늬 형상으로 위상을 0도와 180도로 설정함으로써 소망의 패턴을 2차원적으로 배열한 위상 시프트 마스크로 구성되어도 된다.
본 발명의 다른 측면으로서의 투영 노광방법은, 컨택트홀 패턴과 각각 이 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수의 패턴이 배열된 마스크를 준비하는 공정과, 상기 컨택트홀 패턴을 해상하기 위한 제1 조명과 상기 보다 작은 패턴과 상기 제1 조명에 의해 발생하는 더미(dummy) 해상을 억제하는 제2 조명에 의해 마스크를 조명하는 공정을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 σ라고 기재하고 있는 것은, 투영광학계의 개구조리개의 개구(동공)의 직경에 대한 조명용 조리개의 개구상(유효광원)과 같은 대상의 크기와 위치를 나나낸다.
본 발명의 다른 목적 및 그 외의 특징은, 이하 첨부도면을 참조해서 설명하는 실시예로부터 명백하게 될 것이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하, 첨부도면을 참조해서 본 발명의 예시적인 노광장치에 대해 설명한다.
여기서, 도 1은, 본 발명의 노광장치의 개략 블럭도이다. 도 1에 표시한 바와 같이, 노광장치는, 조명장치(100)와, 마스크(200)와, 투영광학계(300)와, 플레이트(400)와, 스테이지(450)와, 결상 위치조절장치(500)를 가진다.
본 실시예의 노광장치는, 스텝 앤드 스캔 방식으로 마스크(200)에 형성된 회로패턴을 플레이트(400)에 노광하는 투영노광장치이지만, 본 발명은 스텝 앤드 리피트 방식과 그 외의 노광방식을 적용할 수가 있다. 여기서 사용되는, 스텝 앤드 스캔 방식은, 마스크에 대해서 웨이퍼를 연속적으로 스캔해서 마스크 패턴을 웨이퍼의 어느 쇼트에 노광하는 동시에, 이 쇼트의 노광 종료후, 웨이퍼를 다음의 쇼트의 노광영역으로 스텝 이동하는 노광법이다. 또한, 스텝 앤드 리피트 방식은, 웨이퍼의 쇼트의 일괄 노광 마다 웨이퍼를 스텝 이동해 다음 쇼트의 노광영역으로 이동하는 노광법이다.
조명장치(100)는 전사용의 회로패턴이 형성된 마스크(200)를 조명하고, 따라서 광원부(110)와 조명광학계(120)를 가진다.
광원부(110)는, 광원으로서 레이저(112)와, 빔 정형계(114)를 포함한다.
레이저(112)는, 파장 약 193㎚의 ArF 엑시머 레이저(excimer laser), 파장 약 248㎚의 KrF 엑시머 레이저(excimer laser), 파장 약 157㎚의 F2 엑시머레이저 등의 펄스 레이저를 사용할 수가 있다. 레이저의 종류는 엑시머 레이저에 한정하지 않고, 예를 들면, YAG 레이저를 사용해도 되고, 그 레이저의 개수도 한정되지 않는다. 예를 들면, 독립적으로 동작하는 2개의 고체 레이저를 사용하면, 이들 고체 레이저 상호간의 코히런스(coherence)가 없고, 따라서 코히런스에 기인하는 스펙클(speckle)이 상당히 저감한다. 또 스펙클을 저감하기 위해서 광학계를 직선적 또는 회전적으로 요동시켜도 된다. 또한, 광원부(110)에 사용가능한 광원은 레이저(112)에 한정되는 것은 아니고, 하나 또는 복수의 수은램프나 크세논램프 등의 램프도 사용가능하다.
빔 정형계(114)는, 예를 들면, 복수의 원주형상의 렌즈를 가진 빔 익스팬더(beam expander) 등을 사용할 수 있고, 레이저(112)로부터의 평행빔의 단면형상의 치수의 어스펙트비를 소망의 값으로 변환(예를 들면, 단면형상을 직사각형으로부터 정방형으로 변경)함으로써, 빔 형상을 소망의 것으로 성형한다. 빔 정형계(114)는, 후술하는 옵티컬 인티그레이터(140)를 조명하는 데 필요한 크기와 발산각을 가지는 광속을 형성한다.
또한, 도 1에는 표시하지 않았지만, 광원부(110)는, 코히어런트(coherent) 레이저 광속을 인코히어런트화(incoherent)하는 인코히어런트화 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 인코히어런트화 광학계는, 예를 들면, 일본국 공개 특허공보 평성3-215930호 공보의 도 1에 표시되고 있는 바와 같은, 입사광속을 광분할면에서 적어도 2개의 광속(예를 들면, p편광과 s편광)으로 분기한 후에 한 쪽의 광속을 광학부재를 개재하여 다른 쪽의 광속에 대해서 레이저광의 코히런스 길이보다도 큰 광로길이 차이를 주고 나서 광분할면에 재유도해 다른 쪽의 광속과 중첩되어 사출되도록 귀환계(return system)를 적어도 1개 구비하는 광학계를 이용할 수가 있다.
조명광학계(120)는 마스크(200)를 조명하는 광학계이며, 본 실시예에서는, 집광광학계(130), 옵티컬 인티그레이터(140), 개구조리개(150) 및 콘덴서렌즈(160)를 포함한다. 조명광학계(120)는, 축상광, 축외광을 불문하고 사용할 수가 있다. 또한, 본 실시예의 조명광학계(120)는, 플레이트(400) 위의 전사영역의 치수를 변경하기 위한 마스킹 블레이드나 스캔 블레이드를 가져도 된다. 본 실시예의 조명광학계(120)는, 복수의 렌즈 및 필요한 미러를 가지고, 사출쪽에서 텔레센트릭한 어포컬계(afocal system)를 구성하고 있다.
집광광학계(130)는, 필요한 편향 미러(deflecting mirror)나 렌즈 등을 포함하고, 그것을 통과한 광속을 옵티컬 인티그레이터(140)에 효율적으로 도입한다. 예를 들면, 집광광학계(130)는, 빔 정형계(114)의 출사면과 후술하는 파리의 눈렌즈로서 구성된 옵티컬 인티그레이터(140)의 입사면이 광학적으로 물체면과 동공면(또는 동공면과 상면)의 광학관계가 되도록 배치된 콘덴서렌즈를 포함하고, 이에 의해, 그것을 통과한 광속의 주광선을 옵티컬 인티그레이터(140)의 중심 및 그 주변의 어느 렌즈소자(142)에 대해서도 평행하게 유지한다.
이러한 관계를 본 출원에서는 푸리에 변환의 관계라고 부르는 경우가 있다.
집광광학계(130)는, 마스크(200)에의 조명광의 노광량을 조명마다 변경가능한 노광량 조정부(132)를 또 포함한다. 노광량 조정부(132)는, 어포컬계의 각 배율을 바꾸는 것에 의해 입사광속의 빔 단면형상을 변화시킨다. 선택적으로, 노광량 조정부(132)는 줌렌즈 등으로 이루어지고, 렌즈를 광축 방향으로 이동시키고 각(角) 배율을 바꿀 수 있도록 줌렌즈 등으로 이루어져도 된다. 필요하면, 노광량 조정부(132)는, 입사광속을 분할해서 센서에 의해 광량을 검출하고 이러한 검출 결과에 의거하여 레이저(112)의 출력 및/또는 광학계의 일부를 조정하도록 하프미러를 사용할 수가 있다. 노광량 조정부(132)는, 광학소자(예를 들면, 광량조정(ND) 필터)를 바꿔 넣고/넣거나, 줌렌즈에 의해 결상배율을 바꿈으로써 후술하는 개구조리개(150)의 중앙부와 주변부 사이의 광량비를 조정할 수도 있다. 노광량 조정부(132)는, 상기 소망의 컨택트홀 패턴 및/또는 상기 플레이트(400)에 있어서 요구되는 콘트라스트에 의거하여, 노광량을 조절해도 된다. 본 실시예의 노광량 조정부(132)는, 그 강도 분포에 있어서 축외에 피크위치를 가지는 조명광(큰 σ조명)의 상기 피크위치를 조정하는 기능도 가진다.
옵티컬 인티그레이터(140)는 마스크(200)에 조명되는 조명광을 균일화하고, 본 실시예에서는, 입사광의 각도분포를 위치분포로 변환해서 출사하는 파리의 눈렌즈로서 구성된다. 파리의 눈렌즈는, 그 입사면(140a)과 출사면(140b)이 푸리에 변환의 관계로 유지되고 있다. 단, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 사용가능한 옵티컬 인티그레이터(140)는 파리의 눈렌즈로 한정되는 것은 아니다.
파리의 눈렌즈(140)는 다른 면에 다른 초점위치를 가지는 복수개의 렌즈(렌즈소자)(142)를 배열한 것이다. 또한, 파리의 눈렌즈를 구성하는 각 렌즈소자의 단면형상은, 각 렌즈소자의 렌즈면이 구면(球面)인 경우, 조명장치의 조명영역과 대략 유사할 때 조명광의 이용효율이 높다. 이것은 광입사면과 조명영역이 물체와 상의 관계(공역 관계)이기 때문이다.
파리의 눈렌즈는, 본 실시예에서는 마스크(200)의 형상에 맞추어 정방형 단면의 렌즈소자를 다수 조합해서 구성되어 있지만, 본 발명은, 원형, 직사각형, 또는 육각형의 단면형상, 또는 어떠한 다른 형상을 가지는 렌즈를 배제하는 것은 아니다. 파리의 눈렌즈의 출사면(140b) 또는 그 근방에 형성된 복수의 점광원(유효광원)으로부터의 각 광속을 콘덴서 렌즈(160)에 의해 마스크(200)에 중첩하고 있다. 이에 의해, 다수의 점광원(유효광원)에 의해 마스크(200) 전체가 균일하게 조명된다.
파리의 눈렌즈(140)는 광학로드로 치환해도 된다. 광학로드는, 입사면에서 불균일했던 조도분포를 출사면에서 균일하게 하고, 로드축과 수직인 단면형상이 조명영역과 거의 동일한 어스펙트비를 가지는 직사각형의 단면을 가진다. 또한, 광학 로드가 로드축과 수직인 단면형상에 대하여 파워를 가지면, 출사면에서의 조도는 균일하게 되지 않기 때문에, 그 로드축에 수직인 단면형상은 직선만으로 형성되는 다각형이다. 그리고, 파리의 눈렌즈(130)는 확산작용을 가진 회절소자로 치환되어도 된다.
옵티컬 인티그레이터(140)의 출사면(140b)의 바로 뒤에는, 형상 및 직경이 고정된 개구조리개(150)가 설치되어 있다. 본 실시예의 개구조리개(150)는, 컨택트홀(210)을 해상하기 위한 십자 경사 입사조명과, 십자 경사 입사조명에 의해 생기는 더미(dummy) 해상을 억제하는 조명을 이용해서(즉, 더미 해상패턴에 대응하는 노광량은 억제하고(노광량의 증가를 작게 하고), 소망의 컨택트홀 패턴의 노광량을 강조하는 것(노광량의 증가를 크게 하는 것)에 의해) 마스크(200)를 조명하기 위한 개구형상을 가진다. 개구조리개(150)는 투영광학계(300)의 동공면(320)과 공역(共役)인 위치에 설치되어 있다. 개구조리개(150)의 개구형상은 투영광학계(300)의 동공면(320)의 유효광원형상에 상당한다.
본 실시예의 예시적인 한 형태로서의 개구조리개(150)는, 광축 부근에 피크를 가지는 조명광과 축외에 피크를 가지는 조명광을 이용하고(즉, 이들 광속을 차례차례 투사하던가 또는 하나의 합성한 상태로 투사함으로써), 마스크(200)를 조명하기 위한 개구형상을 가진다. 이와 같이, 본 발명은, (1) 광축부근에 피크를 가지는 조명광을 제공하는 개구조리개와, 축외에 피크를 가지는 조명광을 제공하는 개구조리개의 2개의 개구조리개를 준비하고, (2) 이들 개구조리개를 하나씩 사용해서 마스크(200)를 조명한다. 본 발명의 특징은 마스크(200)의 교환에 수반하는 여러 가지 문제를 해결하는 것이고, 마스크를 교환하지 않는 한, 개구조리개(150)를 교환하는 문제는 발생하지 않는다.
광축근방에 피크를 가지는 조명광은 σ가 0.3이하이고, 0차 회절광과 ±1차 회절광 사이의 간섭을 일으킨다. 또한, 축외에 피크를 가지는 조명광은 σ가 0.6이상이고, 0차 회절광과 +1차 또는 -1차 회절광 사이에 간섭을 일으킨다. 여기서, σ는 투영광학계(300)의 마스크(200)측의 개구수(NA)에 대한 조명광학계(120)의 마스크(200)측의 NA이다. 광축근방에 피크를 가지는 조명광은 작은 σ조명이고, 통상의 조명으로 불리는 경우도 있다. 축외에 피크를 가지는 조명광은 큰 σ조명이고, 경사입사조명 또는 변형조명 등으로 불리는 경우도 있다.
도 2 내지 도 7을 참조해서, 개구조리개(150)에 적용가능한 예시적인 형상을 설명한다. 여기서, 도 2 내지 도 7은, 개구조리개(150)의 예시적 형상의 개략평면도이다. 도 2는, 5중극(重極) 조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150A)의 개략평면도이다. 개구조리개(150A)는, 그 중심에 1개의 원(151)과, σ=1 이하의 0도, 90도, 180도 및 270도로(즉, 십자형상으로) 배치된 4개의 원(152A)을 가진다. 개구조리개(150A)는, 원(151) 및 (152A)으로 이루어지는, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153A)를 가진다.
여기서, 도시한 바와 같이 σ=1인 원은, 투영광학계(300)의 개구조리개(150)를 각 조명용 조리개 위에 역방향으로 투영했을 때의 개구조리개(150)의 개구의 상의 (원형의) 윤곽에 대응한다. 따라서, 본 출원의 각 도면에서 나타낸 조리개의 개구는, 투영광학계의 개구조리개의 개구(σ=1) 위에 투영되는 유효광원이라고 말할 수 있다.
원(151)은 광축 부근에 피크를 가지는 원형 조명광을 제공한다. 한편, 원(152A)은, 축외에 피크를 가지는 4중극 조명광을 제공한다. 각 원(152A)이 제공하는 조명광의 σ는 동등한 것이 바람직하다. 개구조리개(150A)의 원(151) 및 (152A)은 동일한 크기를 가진다.
축외에 피크를 가지는 조명은, σ가 큰 조명, 경사입사조명 또는 변형조명 등으로 불리는 경우도 있고, 따라서 여러 가지 변형예를 가진다. 예를 들면, 4개의 원(152A)을 다른 임의의 도형으로 치환해도 된다.
예를 들면, 원(152A)은, 도 3에 도시한 직사각형(152B)이나 도 4에 도시한 부채형(152C)으로 치환되어도 된다. 여기서, 도 3 및 도 4는, 개구조리개(150A)의 변형예로서의, 5중극 조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150B) 및 (150C)의 개략평면도이다. 개구조리개(150B)는, 원(151)과 직사각형(152B)으로 이루어진 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153B)를 가진다. 직사각형(152B)은, 예를 들면, 한 변의 길이가 원(151)의 직경과 동등한 정방형이다. 개구조리개(150C)는, 원(151)과 부채형(152C)으로 이루어진 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153C)를 가진다. 부채형(152C)의 치수는 임의로 조절할 수가 있다. 개구조리개(150B) 및 (150C)의 기능은 개구조리개(150A)와 동일하기 때문에, 여기에서는 자세한 설명은 생략한다.
또한, 개구조리개(150)는, 도 5에 도시한 개구조리개(150D)를 사용해도 된다. 개구조리개(150D)는, 4중극 대신에 환형의 개구(154A)를 가지고 있다. 여기서, 도 5는, 환형의 조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150D)의 개략 평면도이다. 개구조리개(150D)는, 원(151)과 환형(154A)으로 이루어진, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153D)를 가지고, 이들 조리개의 기능에 대해서는 개구조리개(150A)와 동일하므로 이에 관한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 개구조리개(150)는, 각각 도 6 및 도 7에 도시한 개구조리개(150E) 및 (150F)를 사용해도 된다. 개구조리개(150E) 및 (150F)는 σ가 1을 부분적으로 초과하는 광투과부(154B) 및 (152D)를 가진다. 본 발명자는 σ가 1을 부분적으로 초과하는 조명광을 이용하면 플레이트(400)에 형성되는 패턴상이 명확하게 되는 것을 발견했다. 여기서, 도 6 및 도 7은, 환형의 조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150E) 및 4중극 조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150F)의 평면도이다. 개구조리개(150E)는, 원(151)과 σ=1을 부분적으로 초과하는 환형(또는 직사각형 벨트)(154B)으로 이루어진, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153E)를 가지고, 개구조리개(150F)는, 원(151)과 σ=1을 부분적으로 초과하는 직사각형(152D)으로 이루어진, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153F)를 가진다. 그들의 기능에 대해서는 개구조리개(150A)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시예의 별도의 예시적인 한 형태로서의 개구조리개(150)는, 마스크(200)에 의해 발생하는 회절광중 2개의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사할 수 있도록 하는 제1 조명광과 투영광학계(300)의 동공면(320)이며 제1 조명광을 차단하지 않는 영역(동공면(320) 위에서 2개의 회절광위치를 직선적으로 연결해서 나타내는 영역을 제외한 영역)에 적어도 1개의 회절광이 입사할 수 있도록 하는 조명광을 이용해서(즉, 이들을 차례차례 투사하던가 합성한 상태에서 투사하는 것에 의해) 마스크(200)를 조명하기 위한 개구형상을 가진다. 이와 같이, 본 실시예는, (1) 2개의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에의 입사를 가능하게 하는 조명광과, 적어도 하나의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 위치하고, 2개의 입사회절광을 형성하는 조명광을 차단하지 않는 영역에의 입사를 가능하게 하는 조명광을 제공하는 2개의 개구조리개를 준비해도 되고, (2) 이들 개구조리개를 하나씩 사용해서 마스크(200)를 조명해도 된다. 본 발명의 특징중 하나는 마스크(200)의 교환과 관련된 문제를 해결하는 것이고, 마스크(200)가 교환되지 않는 한, 개구조리개(150)의 교환에 관한 문제는 발생하지 않는다.
투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하는 유효광원에 대응하는 2개의 광을 가능하게 하는 (제1) 조명광은, 도 9를 참조해서 설명하게 될 위상 시프트 마스크(200A)에 있어서는 ±1차 회절광의 2 광속 사이의 간섭과, 도 8을 참조해서 설명하게 될 바이너리 마스크(200)에 있어서는 0차 회절광과 +1차 회절광 또는 -1차 회절광의 2광속 사이의 간섭으로 된다. 한편, 제1 조명광을 차단하지 않는 동공면(320)의 영역에 유효광원에 대응하는 적어도 하나의 회절광이 입사할 수 있도록 하는 조명광은, 플레이트(400) 위에서, 컨택트홀(210)에 상당하는, 제1 조명광을 통한 컨택트홀 패턴의 노광량을 강조한다.
도 21 내지 도 24를 참조해서, 개구조리개(150)에 적용가능한 예시적인 형상을 설명한다. 여기서, 도 21 내지 도 24는, 개구조리개(150)에 적용가능한 예시적인 현상의 개략평면도이다. 도 21은, 십자형의 조명으로 중심부에 직사각형의 유효광원을 가지는 변형조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150G)의 개략평면도이다. 개구조리개(150G)는, 0도, 90도, 180도 및 270도(즉, 십자형상)로 배치되어 반경길이 방향으로 형성된 4개의 직사각형(155)과, 중심에 1개의 직사각형(156)을 가진다. 개구조리개(150G)는, 직사각형(155) 및 (156)으로 이루어지는 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153G)를 가진다. 여기서, 도면중의 σ=1인 원은, 투영광학계(300)의 개구조리개(150)를 각 조명 조리개 위에 역방향으로 투영했을 때의 조리개(150)의 개구의 상의 (원형의) 윤곽에 대응한다. 따라서, 본원의 각 도면에 도시된 조리개의 개구는, 투영광학계의 개구조리개의 개구(σ=1) 위에 투영되는 유효광원이라고 말할 수 있다.
직사각형(155)은, 4개의 직사각형(155)의 각각에 의해 경사입사조명이 행해지도록 위치를 설정함으로써, 2개의 회절광 또는 (±1 차 회절광)이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하고 플레이트(400) 위에서 간섭무늬를 형성한다. 한편, 직사각형(156)은, 투영광학계(300)의 동공면(320)이며, 또한 제1 조명광을 차단하지 않는 영역에 적어도 하나의 회절광이 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광을 제공하고, 더미 해상패턴을 억제하고 소망의 컨택트 홀 패턴을 강조한다.
투영광학계(300)의 동공면(320)이며, 또한 제1 조명광을 차단하지 않는 영역에 적어도 하나의 회절광이 입사하는 것을 가능하게 하는 조명에 관해서는, 여러 가지 변형예를 가진다. 예를 들면, 직사각형(156)은 다른 임의의 도형으로 치환해도 된다.
예를 들면, 직사각형(156)은, 도 22에 도시한 차광부(153H2)를 가지는 직사각형(156A)이나 도 23에 도시한 원(157)으로 치환되어도 된다. 여기서, 도 22 및 도 23은, 개구조리개(150G)의 변형예로서의, 개구조리개(150H) 및 (150I)의 개략평면도이다. 개구조리개(150H)는, 상기 설명한 4개의 직사각형(155)과 중앙에 차광부(153H2)를 가지는 직사각형(156A)으로 이루어지는 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(153H1) 및 (153H2)를 가진다. 직사각형(156A)은, 하나의 회절광만이 동공면(320)에 입사하는 영역을 엄밀하게 구획하므로, 직사각형(156)의 중심부에 대략 마름모꼴의 차광부(153H2)를 가진다. 개구조리개(150I)는, 상기 설명한 4개의 직사각형(155)과 원(157)으로 이루어지는 투과율 1의 광투과부와 투과율 0의 차광부(153I)를 가진다. 개구조리개(150I)는, 하나의 회절광만이 동공면(320)에 입사하는 영역을 유효광원으로 하고, 직사각형(156)에 내접하게 되는 원형(157) 형상을 가지고 있다. 개구조리개(150H) 및 (150I)의 기능은 개구조리개(150G)와 동일하기 때문에 여기에서는 자세한 설명은 생략한다.
또한, 도 24는, 도 8을 참조해서 후술되는 바이너리 마스크(200)에 적용되고, 중심에서 십자형상(비원형상)의 차광부를 가지는 유효광원분포를 제공하는 변형조명용 조리개로서 구성된 개구조리개(150J)의 개략평면도이다. 도 24a에 있어서 개구조리개(150J)는, 0도, 90도, 180도 및 270도(즉, 십자형상)로 배치되어 반경방향과 직교하는 길이 방향으로 형성된 4개의 직사각형(158)과, 상기 직사각형(158)으로부터 45도 기울어 0도, 90도, 180도 및 270도로(즉, 십자형상으로) 배치된 부채형(159)을 가진다. 개구조리개(150G)는, 직사각형(158) 및 부채형(159)으로 이루어지는 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 외주에 위치하는 차광부(153J1) 및 중심에 십자형상을 가지는 차광부(153J2)를 가진다. 또한, 여기에서는 광투과부를 직사각형(158)과 부채형(159)으로 독립해서 기재했지만, 통상 이들은 연속하는 하나의 광투과부로서 구성된다. 그 일례로서의 본 발명에 관한 조리개의 바람직한 형태의 일례가 도 24b에 도시되어 있다.
직사각형(158)은, 4개의 직사각형(158)의 각각이 경사입사조명을 행하도록 위치를 설정함으로써, 2개의 회절광(0 차 회절광과, +1차 회절광 또는 -1차 회절광 중의 하나)이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하고, 플레이트(400) 면상에 간섭무늬를 형성한다. 한편, 부채형(159)은, 투영광학계(300)의 동공면(320)이며 또한 제1 조명광을 차단하지 않는 영역에 적어도 하나의 회절광이 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광을 제공하고, 더미 해상패턴을 억제하면서 소망의 컨택트홀 패턴을 강조한다.
이상 설명한 개구조리개(150A)~(150J)는, σ=1에 이르는 유효광원을 제조하는 것에 특징이 있고, 본 발명자들의 검토에 의하면, σ>0.9의 위치에 유효광원의 가장 외측(축외)의 부분이 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 도 24b의 조리개(150J)에 있어서의 유효광원은 외측의 원의 직경이 σ=0.92에 상당하도록 하는 크기를 가진다. 이 외측의 원의 직경은 0.9<σ<1의 영역에 위치하는 것이 바람직하다.
복수 종류의 개구조리개(150)중에서 소망의 개구조리개(150)를 선택하기 위해서는, 개구조리개(150A) 내지 (150F) 및 (150G) 내지 (150J)를, 예를 들면, 도시하지 않은 원반형상 터렛트(turret)에 배치하고, 개구조리개를 교체할 때 터렛트를 회전시키면 된다. 또한, 이러한 터렛트에는 광축 부근에 피크를 가지는 조명광만을 제공하는 원형개구를 가지는 개구조리개와, 축외에 피크를 가지는 조명광만을 제공하는(도 18에 도시한 바와 같은) 개구조리개를 탑재해도 된다. 결과적으로, 조명장치(120)는, 마스크(200)용 조명광으로서, 광축부근에 피크를 가지는 조명광과 축외에 피크를 가지는 조명광 중 한 쪽에 의해 마스크(200)를 조명하고, 그 후, 다른 쪽에 의해 마스크(200)를 조명할 수가 있다. 광축에 피크를 가지는 조명광과 축외에 피크를 가지는 조명광을 합성해서 발생하는 조명광을 사용하는 데 있어서, 상기 노광량 조정부(132)는, 노광량비를 변화시킬 수가 있다.
또한, 마찬가지로, 상기 터렛트에는 2개의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광을 제공하는 십자로 배치된 4개의 직사각형(155) 또는 직사각형(158)이 형성된 개구를 가지는 개구조리개나, 하나의 회절광이 동공면(320)에 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광을 제공하는 직사각형 156)(또는, 직사각형(156A), 또는 원형(157))과 4개의 부채형(159)이 형성된 개구를 가지는 개구조리개를 탑재해도 된다. 결과적으로, 조명장치(120)는, 2개의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광 및 하나의 회절광이 동공면에 입사하는 것을 가능하게 하는 조명광 가운데 한 쪽에 의해 마스크(200)를 조명하고, 그 후, 다른 쪽에 의해 마스크(200)를 조명할 수가 있다. 양자의 조명광을 합성해서 얻어진 조명광을 사용하는 데 있어서, 상기 노광량조정부(132)는, 각각의 노광량비를 변화시킬 수가 있다.
콘덴서 렌즈(160)는 파리의 눈렌즈(140)로부터 나온 광을 가능한 한 많이 집광하고, 주광선이 평행, 즉 텔레센트릭하게 되도록 마스크(200)를 쾰러(Koehler) 조명한다. 마스크(200)와 파리의 눈렌즈(140)의 출사면(140b)은 푸리에 변환의 관계로 배치되어 있다.
광량분포가 상기 개구조리개(150a-150J)중의 하나의 개구(또는 유효광원)와 유사한 광을 형성하기 위해 광반사면을 가지는 프리즘부재 등을 단독으로, 또는 상기 개구조리개 중 하나와 결합해서 사용해도 된다. 이러한 프리즘부재는, 파리의 눈렌즈(140)의 광입사원에 상기 광량분포를 형성하도록, 예를 들면, 광원과 파리의 눈렌즈(140) 사이에 설치해도 된다.
노광장치는, 필요할 경우, 불균일한 조명의 폭가변 슬릿이나 주사시에 노광영역 제한용의 마스킹 블레이드(조리개 또는 슬릿) 등을 가져도 된다. 마스킹블레이드가 설치되는 경우에는, 마스킹 블레이드와 파리의 눈렌즈(140)의 출사면(140b)은 푸리에 변환의 관계로 배치되고, 마스크(200)면과 광학적으로 대략 공역인 위치에 설치된다. 마스킹 블레이드는 개구폭을 자동 가변할 수 있는 조리개이며, 따라서 후술하는 플레이트(400)의(개구 슬릿의) 전사영역을 수직방향으로 변경가능하게 한다. 또한, 노광장치는, 플레이트(400)의 (1쇼트의 스캔노광영역으로서의) 전사영역을 수평방향으로 변경 가능하게 하는, 상기 설명한 마스킹 블레이드와 유사한 구조의 스캔 블레이드를 가져도 된다. 스캔 블레이드도 개구폭을 자동가변할 수 있는 조리개이며, 마스크(200)면과 광학적으로 거의 공역인 위치에 설치된다. 따라서, 상기 노광장치는, 이들 2개의 가변 플레이트를 이용함으로써 노광 쇼트의 치수에 따라서 전사영역의 치수를 설정할 수 있다.
마스크(200)는, 예를 들면, 석영제로서 그 위에는 전사되어야 할 회로패턴(또는 상)이 형성되고, 마스크 스테이지(도시하지 않음)에 의해 지지 및 구동된다. 마스크(200)로부터 출사한 회절광은 투영광학계(300)를 지나고, 그 후 플레이트(400) 위에 투영된다. 플레이트(400)는, 피노광체이며, 그 위에는 레지스트가 도포되어 있다. 마스크(200)와 플레이트(400)는 광학적으로 공역의 관계에 배치된다. 본 실시예의 노광장치는 스텝 앤드 스캔방식의 노광장치(즉, 스캐너)이기 때문에, 마스크(200)와 플레이트(400)를 주사함으로써 마스크(200)의 패턴을 플레이트(400) 위에 전사한다. 또한, 스텝 앤드 리피트 방식의 노광장치(즉, 스텝퍼)이면, 마스크(200)와 플레이트(400)를 정지시킨 상태에서 노광을 행한다.
마스크 스테이지는 마스크(200)를 지지하고, 이동기구(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 마스크 스테이지 및 투영광학계(300)는, 예를 들면, 마루 등에 놓인 베이스 프레임에 댐퍼를 개재하여 지지되는 스테이지경통정반 위에 설치된다. 마스크 스테이지는 당업계 주지의 어떠한 구성도 적용할 수 있다. 이동기구는(도시하지 않음) 리니어모터 등으로 구성되고, XY방향으로 마스크 스테이지를 구동하고, 이에 의해 마스크(200)를 이동시킨다. 노광장치는, 마스크(200)와 플레이트(400)를 제어기구(도시하지 않음)에 의해 동기한 상태에서 주사한다.
본 발명의 한 측면으로서의 마스크(200)는, 그 위에 2차원으로 배열된 컨택트홀 패턴이 형성되고, 소망의 위치의 컨택트 홀직경을 다른 컨택트 홀직경보다도 크게 하고 있다.
본 발명의 마스크(200)의 패턴구성을 설명하기 위하여, 먼저, 소망의 컨택트홀 패턴을 설명한다. 여기서, 소망의 컨택트홀 패턴을, 예를 들면, 도 14에 도시한 바와 같은 패턴으로 한다. 여기서, 도 14는, 소망의 컨택트홀 패턴을 형성하는 바이너리 마스크(20A)의 개략평면도이다. 바이너리 마스크(20A)는, 투과율 1의 광투과부(22)와 투과율 0의 차광부(24A)로 구성되고, 각 광투과부(22)의 위상은 동등하다. 컨택트홀(22)은, 홀 직경을 P로 하면, 수평방향(즉, X방향)으로 피치 Px=2P로 정렬하고, 수직방향(즉, Y방향)으로 피치 Py=4P로 정렬하고, 이에 의해 컨택트홀열을 2차원적으로 형성한다. 여기서, 컨택트홀(22)의 홀직경은 약 0.15㎛이하, 예를 들면, 0.12㎛로 한다. 후술하는 투영광학계(300)는 KrF(파장 248㎚)로 NA를 0.60으로 한다. 이 경우, 상기 식 1에 있어서의 k1팩터는 0.29이다.
도 15는, 개구조리개(150)이 원형 개구(151)만을 가지는 조리개를 사용해서(즉, 수직 입사하는 작은 σ조명을 사용해서) 마스크(20A)를 조명했을 경우에 후술하는 투영광학계(300)의 동공면(320) 위에 나타나는 회절광의 분포를 도시한 개략평면도이다. 바이너리 마스크(20A)를 작은 σ조명으로 수직으로 조명하면, 상기 설명한 바와 같이 , 0차 회절광과 ±1차 회절광이 발생한다. 컨택트홀(22)의 홀직경이 미소하고, X방향으로 홀직경 P의 2배의 피치 Px로 정렬하고 있기 때문에, 도 15의 X방향에는 0차 회절광만이 동공(320) 위에 입사하고, ±1 차 회절광은 동공(320)에서 벗어나버리고, 따라서 피노광면(플레이트(400)) 위에는 패턴이 형성되지 않는다. 한편, 컨택트홀(22)은 Y방향으로 홀 직경 P의 4배의 피치 Py로 정렬하고 있기 때문에, 이 피치 Py에 상당하는 ±1차 회절광은 동공(320)에 입사하지만, 홀직경 P에 상당하는 모든 회절광은 동공(320)으로부터 벗어나, 소망의 패턴은 형성되지 않는다. 축외에 피크를 가지는 조명광을 사용하면, 회절광을 투영광학계의 동공의 내측에 들어가게 하고, 어느 정도는 상이 형성되는 것이 가능하지만, 그것만으로는, 상의 형상이 나쁘고, 초점심도내에서의 결상특성도 나쁘다.
따라서, 소망의 컨택트홀(22)과 동일한 홀 직경의 더미 컨택트홀(26)을 도 14에 나타낸 소망의 컨택트홀(22)에 부가함으로써, 소망의 컨택트홀(22)의 패턴과 더미 컨택트홀(26)의 패턴이 2차원적으로 배열된 컨택트홀 패턴을 가지는 바이너리 마스크(20B)를, 도 16에 표시한 바와 같이 작성했다. 여기서, 도 16은 마스크(20B)의 개략평면도이다. 바이너리 마스크(20B)는 컨택트홀(22) 및 (26)로 이루어지는, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(24B)를 가진다. 또한, 각 광투과부의 위상은 모두 동일하게 0도로 설정되어 있다.
도 17a는, 개구조리개(150)에 4개의 원형 개구(32)를 가지는 도 18에 도시한 십자(4중극) 조명조리개(15)를 사용해서(즉, 비스듬하게 입사하는 축외에 피크를 가지는 조명광을 사용해서) 마스크(20B)를 조명했을 경우에 후술하는 투영광학계(300)의 동공면(320) 위에 나타나는 회절광의 분포를 설명하기 위한 개략평면도이다. 여기서, 도 19는, 십자(4중극)조명조리개(30)의 개략평면도이다. 조리개(30)는, 조리개(150A)로부터 중심원(151)이 제거된 조리개에 상당하고, 4개의 원(152)과 동일한 4개의 원(32)으로 이루어진 투과율 1의 광투과부를 가진다.
도 17a 및 도 17b는, 수직 조명광을 십자 조명광으로 변경하면, 도 15에 표시한 상태로부터 도 35에 표시한 상태로 변화하는 것을 나타내고 있다. 이것은, 도 15에 있어서, 예를 들면, 우측(X방향)의 +1차 회절광은 경사 입사조명에 의해 좌측으로 이동하고, 0차 회절광은 동공(320)의 좌측으로 입사하고, +1차 회절광은 동공(320)의 우측으로 입사하는 것으로부터 이해될 것이다(도 17a에 표시한 (320C)에 상당).
바이너리 마스크(20B)를 작은 σ의 조명광으로 수직으로 조명하면, 상기 설명한 바와 같이 0차 회절광과 +1차 또는 -1차 회절광이 발생한다. 4개의 개구(152)를 개재하여 4방향으로부터 경사입사함으로써, 동공면(320a) 내지 (320d)에는 0차 회절광과 +1차 또는 -1차 회절광이 입사하고, 도 17b는, 이것이 동공면(320)의 광강도분포를 형성하는 것을 나타내고 있다. 도 16에 도시한 미세한 컨택트홀 패턴은, 축외에 피크를 가지는 조명광에 의해 노광할 수 있지만, 이 상태에서 소망의 컨택트홀(22)의 패턴뿐만 아니라 더미 컨택트홀(26)의 패턴도 플레이트(400)에 전사된다는 것을 이해할 수 있다.
이하, 도 8을 참조해서 본 실시예의 마스크(200)를 설명한다. 여기서, 도 8은 마스크(200)의 개략평면도이다. 마스크(200)는, 마스크(20B)에 있어서 소망의 컨택트홀(22)만의 홀 직경을 확대함으로써 구성되어 있다. 마스크(200)에는, 도 8에 도시한 바와 같이, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴과, 더미 컨택트홀(220)의 패턴이 2차원적으로 배열된 컨택트 패턴이 형성되어 있다. 마스크(200)는, 컨택트홀(210) 및 (220)로 이루어지는, 투과율 1의 광투과부와, 투과율 0의 차광부(230)를 가지는 바이너리 마스크이다. 또한, 각 광투과부의 위상은 모두 동일하게 0도로 설정되어 있다. 소망의 컨택트홀(210)은, 더미 컨택트홀(220) 보다도 홀 직경이 25% 크기 때문에 노광량이 증가한다.
또한, 본 실시예는, 상기 설명한 개구조리개(150)((150A) 내지 (150F))를 이용해서 마스크(200)를 광축부근에 피크를 가지는 조명광과 축외에 피크를 가지는 조명광이 합성된 조명광에 의해 노광을 행한다. 축외에 피크를 가지는 조명광에 의해 마스크(200)를 조명하면, 콘트라스트가 강조된 주기성이 있는 컨택트홀 패턴의 강도분포를 플레이트(400) 위에서 얻을 수 있다. 광축부근에 피크를 가지는 조명광에 의해 마스크(200)를 조명하면 소망의 컨택트홀(22)의 패턴이 강조된, 주기성이 없는 패턴의 강도분포를 플레이트(400) 위에서 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 설명한 개구조리개(150G) 내지 (150J)를 이용해서 상기 마스크(200)에 의해 생기는 회절광중 2개의 회절광이 투영광학계(300)의 동공면(320)에 입사하는 것을 가능하게 하는 제1 조명광과 투영광학계(300)의 동공면(320)이고 제1 조명광을 차단하지 않는 영역에 적어도 1개의 회절광이 입사하게 되는 제2 조명광에 의해 마스크(200)를 노광한다. 2개의 회절광을 동공면(320)에 입사함으로써 2광속의 간섭무늬를 발생시키고, 콘트라스트가 강조된 주기성이 있는 컨택트홀 패턴의 강도분포를 플레이트(400)의 표면에서 얻을 수 있다. 1개의 회절광을 동공면(320) 위에서 제1 조명광을 차단하지 않는 영역에 입사시킴으로써, 제1 조명광에 의해 생기는 더미 해상패턴이 억제되어, 소망의 컨택트홀 패턴이 강조되는 강도분포를 플레이트(400) 위에서 얻을 수 있다.
이 결과, 이들 2개의 조명광을 서로 합성하는 동시에, 후술하는 플레이트 (400) 위의 레지스트의 역치를 적당하게 선택함으로써, 1회의 노광으로 소망의 컨택트홀(210)의 패턴을 플레이트(400)의 레지스트에 고품질로(즉, 소망의 컨택트홀(210)의 형상을 균일하게, 또한, 초점심도내에서 변동해도 결상 성능이 좋게) 전사할 수가 있다.
마스크(200)는, 도 9에 도시한 마스크(200A)로 치환되어도 된다. 여기서, 도 9a는 마스크(200A)의 개략평면도이고, 도 9b는 마스크(200A)의 광투과부의 위상상태를 설명하기 위한 개략평면도이다. 마스크(200A)는, 도 9a에 표시한 바와 같이, 또한, 마스크(200)와 마찬가지로, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴과 더미 컨택트홀(220)의 패턴이 2차원적으로 배열된 컨택트홀 패턴을 형성하고 있다. 그러나, 마스크(200A)는 위상 시프트 마스크라는 점에서 마스크(200)와는 상위하다. 즉, 마스크(200A)의 컨택트홀 패턴은, 도 9b에 표시한 바와 같이, 인접하는 컨택트홀(240) 및 (250)이 체크무늬형상으로 위상이 0도와 180도로 설정되어 있다. 위상 시프트 마스크를 사용하면, 인접하는 광투과부를 통과하는 0차 회절광이 지워지므로, ±1차 회절광이 결상에 사용된다. ±1차 회절광은 광강도가 동등하므로 0차 회절광과 ±1차 또는 -1차 회절광을 사용하는 경우에 비해, 간섭무늬로서 얻어지는 패턴의 콘트라스트는 크게 되어, 플레이트(400) 위에 양호한 패턴을 얻을 수 있게 된다.
위상 시프트 마스크(200A)를 사용했을 경우의 회절에 대해 도 12를 참조해서 보다 자세하게 설명한다. 여기서, 도 12는, 위상 시프트 마스크(200A)를 개구조리개(150A)를 사용해서 조명했을 경우에 축외에 피크를 가지는 조명광에 의해 동공면(320)에 나타나는 회절광의 분포이다.
한편, 십자수직입사의 경우에는, 도 12에 표시한 바와 같이 모든 회절광이 동공면(320)에서 벗어나 결상하지 않지만, 조명광을 십자경사입사로 하면, 각 회절광의 동공면(320) 위의 위치는 화살표로 가리키는 방향으로 어긋나 검은원으로 표시한 위치로 이동한다. 동공면(320) 위의 수직 방향 2개의 회절광의 간섭 무늬에 의한 수평방향의 강도분포와 수평방향 2개의 간섭 무늬에 의한 세로방향의 강도분포는 플레이트(400) 위에서는 중첩되어, 교점에 소망의 컨택트홀(210)의 패턴이 형성된다. 소망의 컨택트홀(210)의 홀직경을 크게 하고 있기 때문에, 소망의 컨택트홀만 광강도가 크고, 레지스트의 역치를 이 부분이 상으로 되도록 설정해 주는 것에 의해 소망의 패턴을 얻을 수 있다.
한편, 광축 부근에 피크를 가지는 조명광은 소망의 컨택트홀 형상을 다른 축외의 피크를 가지는 조명과 합해져서 좋게 하는 효과를 나타낸다.
도 12에 도시한 상태는, 원래 45도의 위치에 있던 회절광이 1의 위치로 이동하고 있기 때문에 해상도는 로 된다. 환언하면, 위상 시프트 마스크(200B)와 축외에 피크를 가지는 조명광을 조합시킴으로써, 종래는 L&S패턴의 해상임계치수의 배까지가 컨택트홀 패턴의 한계해상이었던 것이, L&S패턴의 해상임계치수와 같은 해상도를 얻을 수 있도록 되고 있다.
또한, 컨택트홀 사이의 피치가 작으면, 위상 시프트 마스크(200A)를 이용해서 작은 σ조명을 했을 경우에는, 투영광학계(300)의 동공면(320)으로부터 회절광은 벗어나 버린다. 이와 같이, 컨택트홀 사이의 피치가 작으면, 회절광은, 도 25에서 검은 원으로 표시한 1 내지 4의 위치로 이동하여, 패턴은 형성되지 않는다. 여기서, 도 25는, 도 9에 도시한 위상 시프트 마스크(200A)에 작은 σ조명했을 때의 동공면(320) 위의 회절광의 위치와 경사입사조명을 했을 때의 회절광이 이동하는 위치를 도시한 모식도이다.
따라서, 이들 회절광이 동공에 들어오도록 조명을 할 필요가 있다. 예를 들면, 2개의 회절광(2) 및 (4)이 도 25에 실선의 직사각형으로 표시한 바와 같은 동공면(320) 위의 영역에 입사하도록 하기 위해서는 도 26a에 표시한 유효광원면 위에 어두운 직사각형으로서 표시한 영역 "a"에 경사 입사조명을 설정하면 된다. 이에 의해, (2') 및 (4')로 표시한 회절광은 밝은 직사각형으로서 표시한 영역 "b"로 이동하여, 도 25에 실선으로 표시한 직사각형 영역에는 회절광(2) 및 (4)이 입사해서 동공에 입사하는 것으로 된다. 하나의 직사각형으로 나타내는 유효광원으로 2개의 회절광이 동공에 입사하고, 양자의 간섭에 의해 플레이트(400) 위에 등 피치의 간섭 무늬가 형성된다. 이러한 직사각형의 유효광원영역 "a"를 도 26b에 표시한 바와 같이 4개 조합함으로써, 플레이트(400)면 위에는 세로와 가로방향으로 동일 피치의 직선형상의 간섭무늬가 형성되어, 광강도가 중첩된 교점에 강도가 큰 부분과 작은 부분이 2차원적으로 그리고 주기적으로 나타난다. 이때의 유효광원 분포는 도 26c에 표시한 바와 같은 반경방향으로 신장하는 십자의 직사각형으로 분포를 가진다. 여기서, 도 26은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도이다.
위상 시프트 마스크(200A)에서와 같이, 마스크 위의 소망의 패턴에 대해서 컨택트 홀의 홀 직경의 크기를 크게 해두면, 그 부분만 주변보다도 강도가 커서, 소망의 컨택트홀이 형성되게 된다. 그러나, 십자경사입사조명(즉, 2개의 회절광이 동공에 입사하도록 하는 조명)의 상태로는 플레이트(400) 위에서의 노광량은 도 27에 도시한 가는 실선으로 표시한 바와 같이 되어, 소망의 직경의 노광량 레벨(또는, 레지스트의 역치)에 있어서는, 소망의 패턴 사이에 더미 해상패턴(P2)이 생겨버린다. 여기서, 도 27은 십자 경사입사조명 및 본 발명의 변형조명에 있어서의 노광량 및 이 노광량에 대응하는 플레이트(400) 위에서의 상을 도시한 도면이다.
그래서, 더미 해상을 억제하기 위한 방법을 본 발명자가 예의 검토한 결과, 도 28에 표시한 바와 같이, 동공면 위에서 2개의 회절광 위치를 직선을 사용해서 나타낸 영역 "c"를 제외하고, 1개의 회절광만 동공면(320)에 입사하도록 하는 유효광원 분포를 부가함으로써 더미 해상을 없앨 수 있다는 것을 발견했다. 여기서, 도 28는, 동공면(320) 위의 회절광의 입사위치를 도시한 모식도이다. 이러한 조명을 행하기 위해서는, 예를 들면, 1개의 회절광(2) 또는 (4)이 도 28에 흑색의 부채형으로 나타낸 동공면(320)에 입사하도록 하면 되고, 도 29a에 표시한 유효광원면에 있어서 어두운 직사각형의 영역＂a＂로서 나타내도록 조명을 설정해도 된다. 그 결과, (2') 또는 (4')로 표시한 회절광은 밝은 직사각형의 영역 "b"로 이동한다. 도 28에 도시한 흑색의 부채형을 포함하는 실선으로 나타낸 직사각형 영역에 회절광(2) 또는 (4)이 입사하므로, 회절광은 동공면(320)에 입사하게 된다. 이러한 직사각형의 유효광원 영역 "a"를 도 29b에 표시한 바와 같이 4개 조합함으로써, 이때의 유효광원 분포는 도 29c에 표시한 바와 같은 직사각형의 유효광원이 된다. 여기서, 도 29는 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도이다.
이와 같이, 2개의 회절광이 동공에 입사하는 유효광원분포(도 26c 참조) 와 1개의 회절광이 동공에 입사하는 유효광원분포(도 29c 참조)를 서로 합한 도 30에 나타낸 바와 같은 십자형의 조명은 중심부에 직사각형의 유효광원을 가지는 변형조명으로 된다. 이러한 유효광원 분포를 가지는 변형 조명을 행함으로써, 플레이트(400) 위에서의 노광량은 실선과 같이 되고, 이에 의해 소망의 직경의 노광량 레벨(레지스트의 역치)에 있어서, 마스크(200A)의 소망의 패턴에 상당하는 노광량이 증가하기 때문에 더미 해상패턴이 소실된 소망의 패턴(P3)만을 얻을 수 있다. 여기서, 도 30은 유효광원 형상을 도시한 도면이다.
또한, 1개의 회절광만 동공면(320)에 입사하도록 하기 위해서는, 상기 설명한 바와 같이 예를 들면, 1개의 회절광(2) 또는 (4)이 도 28에 흑색의 부채형으로 나타낸 바와 같은 동공면(320)에 입사하도록 조명하면 된다. 그리고, 도 31a에 나타낸 유효광원에 있어서 어두운 원형의 영역 "a"로서 나타낸 바와 같이 조명을 설정해도 된다. 그 결과, (2') 또는 (4')로 나타낸 회절광은 밝은 직사각형으로서 나타내는 영역 "b"로 각각 이동하여, 도 28에 도시한 흑색의 부채형 영역에는 회절광(2) 또는 (4)이 입사해서 동공면(320)에 입사하게 된다. 이러한 원형의 유효광원영역 "a"는 도 31b에 표시한 바와 같이 4개 조합되고, 이때의 유효광원 분포는 도 31c에 나타낸 바와 같은 원형의 유효광원으로 된다. 여기서, 도 31은 유효광원 분포를 설명하기 위한 모식도이다.
이와 같이, 2개의 회절광이 동공에 입사하도록 하는 유효광원 분포(도 26c 참조)와 1개의 회절광이 동공에 입사하도록 하는 유효광원분포(도 31c 참조)를 서로 더한 도 32에 표시한 바와 같은 십자형의 조명은 중심부가 직사각형이고 또한 직사각형의 중심부가 대략 마름모꼴 중공부를 지닌 유효광원을 가지는 변형조명으로 된다. 이러한 유효광원에 의하면, 1개의 회절광만이 동공에 입사하는 영역을 엄밀하게 구획하여, 쓸데없는 영역에 광이 입사하지 않기 때문에 효율적이다. 여기서, 도 32는 유효광원 형상을 도시한 도면이다.
또한, 1개의 회절광만 동공면(320)에 입사하도록 하기 위해서는, 상기 설명한 바와 같이 예를 들면, 1개의 회절광(2) 또는 (4)이 도 28에 있어서의 흑색의 부채형에 내접하는 원내에 입사하도록 조명하고, 도 33a에 있어서의 유효광원면에 있어서 어두운 직사각형의 영역 "a"와 같이 조명을 설정해도 된다. 그 결과, (2') 또는 (4')로 표시한 회절광은 영역 "a"와 중첩하여 원형의 영역 "b"로 각각 이동한다. 도 28에 표시한 흑색의 부채형 영역에 내접하는 영역에 회절광(2) 또는 (4)이 입사하기 때문에, 상기 회절광은 동공면(320)에 입사하게 된다. 이러한 직사각형의 유효광원영역 "a"를 도 33b에 표시한 바와 같이 4개 조합함으로써, 이때의 유효광원분포는 도 33c에 나타낸 바와 같은 직사각형의 유효광원으로 된다. 여기서, 도 33은 유효광원분포를 설명하기 위한 모식도이다.
이와 같이, 2개의 회절광이 동공에 입사하도록 유효광원분포(도 26c 참조)와 1개의 회절광이 동공에 입사하도록 유효광원분포(도 33c 참조)를 서로 더한 도 34에 나타낸 바와 같은 십자형의 조명은 중심부에 원형의 유효광원을 가지는 변형조명으로 된다. 이러한 유효광원에 의하면, 하나의 회절광이 동공에 입사하는 영역을 유효광원으로서 용이하게 설정할 수가 있다. 여기서, 도 34는, 유효광원 형상을 도시한 도면이다.
도 25 내지 도 34를 참조해서 위상 시프트 마스크(200)의 회절광에 대해 설명한 바와 같이, 이러한 변형조명은 상기 설명한 개구조리개(150G) 내지 (150I)를 이용함으로써 가능해지는 것이 이해되지만, 이러한 개구조리개(150G) 내지 (150I)의 형상이나 치수 등은 이들 회절광의 특성을 고려해서 결정해야한다는 것은 말할 필요도 없다.
한편, 컨택트홀 사이의 피치가 작으면 마스크(200)(또는 투과율이 다른 하프 톤 마스크)를 이용해서 작은 σ조명을 했을 경우에는, 투영광학계(300)의 동공면(320) 위에 있어서의 회절광은, 0차 회절광을 제외하고 투영광학계(300)의 동공면으로부터 벗어나 버린다. 도 35에 도시한 바와 같이, 동공 중심을 통과하는 0차 회절광(10)이 발생한다. 또한, 동공면 위의 다른 차수의 회절광은 위상 시프트 마스크와는 다른 위치에 위치한다. 즉, 회절광(11) 내지 (18)과 같이 된다. 따라서, 0차 이외의 회절광은, 도 35에 도시한 바와 같이, 투영렌즈의 동공으로부터 벗어나 버린다. 그리고, 이러한 조건에서는 패턴이 형성되지 않는다. 여기서, 도 35는, 도 9에 도시한 바이너리 마스크(200)에 작은 σ조명을 했을 때의 동공면(320) 위의 회절광의 위치와, 경사입사조명을 했을 때의 회절광의 이동하는 위치를 도시한 모식도이다.
따라서, 이들 회절광(11) 내지 (18)이 동공에 들어오도록 조명을 할 필요가 있다. 예를 들면, 2개의 회절광(10) 및 (15)을 예로 하여, 이러한 회절광이 도 35에 도시한 동공면(320)의 사선영역에 입사하도록 하려면, 도 36에 나타낸 유효광원면에 있어서 어두운 직사각형의 영역 "a"에 경사입사조명을 설정한다. (10') 및 (15')으로 나타낸 회절광은 십자선 및 사선으로 나타낸 영역 "b1" 및 "b2"로 각각 이동하고, 투영광학계(300)의 동공 위의 양단에 입사하게 된다. 하나의 직사각형으로 나타낸 유효광원으로 2개의 회절광이 동공에 입사하고, 간섭에 의해 플레이트(400) 위에 등 피치의 간섭무늬가 형성된다. 마찬가지로, 2개의 회절광(10) 및 (17)에 대해서도 도 10 및 15에 대해 설명한 바와 같은 경사입사조명을 설정할 수가 있다. 이러한 4개의 직사각형의 유효광원영역 "a"를 도 37에 도시한 바와 같이 조합함으로써, 플레이트(400) 위에는 세로와 가로방향의 등 피치의 직선형상의 직선간섭무늬가 형성되어, 광강도가 중첩된 교점에 강도가 큰 부분과 작은 부분이 2차원적으로, 그리고 주기적으로 나타난다. 이때의 유효광원은, 도 40a에 표시한 바와 같이, 십자로 배치된, 동공의 반경방향에 수직 방향으로 뻗는 4개의 직사각형으로 된다.
마스크(200)는 컨택트홀(210)로서 소망의 부분을 크게 하고 있으므로, 그 부분은 주변보다도 강도가 커서, 소망의 컨택트홀 패턴을 형성하게 된다. 그러나, 단지 십자형의 경사입사조명을 하는 것만으로는 플레이트(400) 위에, 도 38a 및 도 38b에 표시한 바와 같이, 소망의 컨택트홀 패턴 이외의 불필요한 패턴인 더미 해상패턴이 생긴다. 여기서, 도 38은 십자형 개구조리개 및 본 실시예의 개구조리개와, 상기 개구조리개에 대해서 경사입사조명을 행했을 때의 플레이트(400) 위에서의 해상패턴의 시뮬레이션을 도시한 도면이다.
따라서, 도 35에 도시한 바와 같이, 동공면(320) 위에서 2개의 회절광의 위치를 직선적으로 연결해서 규정되는 영역 "c"를 제외하고는, 적어도 1개의 회절광만 동공면(320)에 입사하도록 하는 유효광원분포를 부가한다. 이 경우는, 하나의 회절광으로서는 경사입사각을 작게 할 수 있으므로 O차광이 적합하다. 도 39는 유효광원분포의 일례를 나타낸다. 이러한 조명을 행하기 위해서는, 예를 들면, 1개의 회절광(10')이 유효광원면에 있어서의 어두운 부채형의 영역 "a"에 입사하도록 하면 된다. 이에 의해, (10')로 나타낸 회절광은 밝은 부채형의 영역 "b"로 이동하고, 이에 의해 회절광이 동공면(320)에 입사하게 된다. 이러한 조건에 상당하는 것은 4개 존재하고, 결국, 도 40b에 나타낸 바와 같은 형태의 유효광원이 된다.
이와 같이, 2개의 회절광이 동공에 입사하도록 하는 유효광원 분포(도 40a 참조)에, 1개의 회절광이 동공에 입사하도록 하는 유효광원 분포(도 40b 참조)를 합하면, 도 40c에 나타낸 바와 같은, 중앙이 십자형상으로 빠진 유효광원을 가지는 변형조명으로 된다. 이러한 유효광원 분포를 가지는 변형조명을 행함으로써, 플레이트(400) 위에서는, 도 38c에 표시한 바와 같이 더미 해상이 제거되어, 소망의 패턴을 얻을 수 있다.
도 35 내지 도 40을 참조해서 설명한 바와 같이, 이러한 변형조명은 상기 설명한 개구조리개(150J)를 이용함으로써 가능하다는 것이 이해되지만, 이러한 개구조리개(150J)의 형상이나 치수는 이들 회절광의 특성을 고려해서 결정할 필요가 있다는 것은 말할 필요도 없다. 십자형상으로 안이 빠진 부분의 최적의 길이는 패턴의 피치에 따라 다르고, 투영광학계의 세로방향에 있어서의 십자형상으로 안이 빠진 부분이 패턴에 의해 발생한 ±1차 회절광이 동공에 입사하지 않도록 하는 크기를 가지는 변형조명계인 것이 바람직하다.
또한, 마스크(200)는, 도 10에 나타낸 마스크(200B)로 치환되어도 된다. 여기서, 도 10는 마스크(200B)의 개략평면도이다. 마스크(200B)는, 광투과부의 모든 위상이 동등한 바이너리 마스크이지만, 소망의 컨택트홀(210)의 둘레에 있는(×로 표시된) 더미 컨택트홀(260)이, 다른 더미 컨택트홀(220)보다도 홀 직경이 작다는 점에서 마스크(200)와는 다르다. 컨택트홀(260)의 홀 직경을 작게 하면 소망의 컨택트홀(210)의 패턴을 더미 컨택트홀(220)보다도 강조할 수가 있다. 또한, 마스크(200A)와 같이 마스크(200B)를 위상 시프트 마스크로서 구성해도 되는 것은 물론이다.
투영광학계(300)는, 마스크(200)에 형성된 컨택트홀 패턴을 통과한 회절광을 플레이트(400) 위에 결상하기 위한 개구조리개(320)를 가진다. 투영광학계(300)로서는, 복수의 렌즈소자만으로 이루어지는 광학계, 복수의 렌즈소자와 적어도 한 매의 오목면경을 가지는 광학계(반사굴절(catadioptric) 광학계), 복수의 렌즈소자와 적어도 한 매의 키노폼(kinoform)과 같은 회절광학 소자를 가지는 광학계, 전체 미러형의 광학계 등을 사용할 수가 있다. 색수차의 보정이 필요한 경우에는, 분산치(압베치)가 다른 유리재로 이루어진 복수의 렌즈 소자를 사용하거나 회절광학 소자를 렌즈소자와 역방향의 분산이 생기도록 구성해도 된다. 상기 설명한 바와 같이, 투영광학계(300)의 동공면(320)에 형성되는 유효광원의 형상은 도 2 내지 도 7에 도시한 형상과 같다.
플레이트(400)는, 본 실시예에서는 웨이퍼이지만, 액정기판과 그 외의 피노광체를 넓게 포함한다. 플레이트(400)에는 포토레지스트가 도포된다. 포토레지스트 도포공정은, 전 처리와, 밀착성 향상제 도포처리와, 포토레지스트 도포처리와, 프리베이크 처리를 포함한다. 전처리는 세정, 건조 등을 포함한다. 밀착성 향상제 도포처리는, 포토레지스트와 베이스와의 접착성을 높이기 위한 표면개질처리(즉, 계면활성제 도포에 의한 소수성화를 증가시키기 위한 처리)이며, HMDS (Hexamethyl-disilazane)와 같은 유기막을 코트 또는 증착처리한다. 프리베이크(pre-bake) 처리는 소성공정이며, 현상 후의 그것보다도 부드러우며, 용제를 제거한다.
플레이트(400)는 웨이퍼 스테이지(450)에 의해 지지된다. 스테이지(450)는, 당업계에서 주지된 어떠한 구성도 적용할 수가 있으므로, 여기에서는 자세한 구조 및 동작의 설명은 생략한다. 예를 들면, 스테이지(450)는 리니어모터를 이용해서 XY방향으로 플레이트(400)를 이동시킨다. 마스크(200)와 플레이트(400)는, 예를 들면, 동기해서 주사되고, 마스크 스테이지와 웨이퍼 스테이지(450)(도시하지 않음)의 위치는, 예를 들면, 레이저 간섭계 등에 의해 감시되고, 양자는 일정한 속도비율로 구동된다. 스테이지(450)는, 예를 들면, 댐퍼 등을 개재하여 마루 등의 위에 지지된 스테이지 정반 위에 설치되고 마스크 스테이지 및 투영광학계(300)는, 예를 들면, 경통정반은 마루 등에 놓인 베이스 프레임에 댐퍼를 개재하여 지지된 경통정반 위에 설치된다.
스테이지(450)에 접속된 결상위치조절장치(500)는, 스테이지(450)와 함께 플레이트(400)를 초점심도의 범위내에서 (도 1에 도시한) Z방향으로 이동시키고, 이에 의해 플레이트(400)의 결상위치를 조절한다. 노광장치는, Z방향으로 다른 위치에 배치된 플레이트(400)에 대해서 노광을 여러 차례 행함으로써, 초점심도내에 있어서의 결상성능의 불균일을 제거할 수가 있다. 결상위치 조절장치(500)는, Z방향으로 신장하는 랙(도시하지 않음)과, 스테이지(450)에 접속되고 랙 위에서 이동가능한 피니온(도시하지 않음)과, 피니온 등을 회전시키는 수단 등과 같은, 당업계에서 공지된 어떠한 기술도 적용할 수가 있으므로, 여기에서는 자세한 설명은 생략한다.
노광에 있어서, 레이저(112)로부터 사출된 광속은, 빔 정형계(114)에 의해 그 빔 형상이 소망의 것으로 성형되고, 그 후 조명광학계(120)에 입사한다. 집광광학계(130)는, 그것을 통과한 광속을 옵티컬 인티그레이터(140)에 효율적으로 도입한다. 그 때, 노광량 조절부(132)가 조명광의 노광량을 조절한다. 옵티컬 인티그레이터(140)는 조명광을 균일화하고, 개구조리개(150)는, 광축부근에 피크를 가지는 조명광과 축외에 피크를 가지는 조명광이 합성된 조명광을 형성한다. 이러한 조명광은 콘덴서렌즈(160)를 개재하여 마스크(200)를 최적의 광학 조건하에서 조명한다.
마스크(200)에는, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴과, 더미 컨택트홀(220)의 패턴이 2차원적으로 배열된 컨택트 패턴이 형성되어 있다. 소망의 컨택트홀(210)은 더미 컨택트홀(220)보다도 홀 직경이 크게 되어 있으므로 노광량이 증가한다.
마스크(200)를 통과한 광속은 투영광학계(300)의 결상작용에 의해, 플레이트(400) 위에 소정배율로 축소 투영된다. 스텝 앤드 스캔방식의 노광장치는, 광원부(110)와 투영광학계(300)를 고정하고, 마스크(200)와 플레이트(400)를 동기주사하며, 그 후 쇼트 전체를 노광한다. 또한, 플레이트(400)의 스테이지(450)를 다음의 쇼트까지 스텝하고, 이와 같이 해서, 플레이트(400) 위에 다수의 쇼트를 노광 전사한다. 또한, 노광장치가 스텝 앤드 리피트방식이면, 마스크(200)와 플레이트(400)를 정지시킨 상태에서 노광을 행한다.
축외에, 피크를 가지는 조명광은 마스크(200)를 조명하여, 주기성이 있는 컨택트홀 패턴의 콘트라스트가 강조된 강도분포를 플레이트(400) 위에 형성한다. 광축부근에 피크를 가지는 조명광은 마스크(200)를 조명하고 소망의 컨택트홀(210)의 패턴이 강조된, 주기성이 없는 패턴의 강도분포를 플레이트(400) 위에 형성한다. 그 결과, 플레이트(400)의 레지스트의 역치를 적당하게 선택함으로써 소망의 컨택트홀(210)의 패턴을 플레이트(400) 위에 형성할 수가 있다. 그 결과, 노광장치는 레지스트에의 패턴전사를 고정밀도로 행하여, 고품위의 디바이스(반도체소자, LCD소자, (CCD 등과 같은) 촬상소자, 박막 자기헤드 등)를 제공할 수가 있다.
다음에, 도 19 및 도 20을 참조해서, 상기 설명한 노광장치를 사용한 디바이스의 제조방법의 실시예를 설명한다. 도 19는, 디바이스(즉, IC나 LSI 등의 반도체 칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 플로차트(flow chart)이다. 여기에서는, 반도체 칩의 제조를 예로 해서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체디바이스의 회로설계를 행한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는, 설계한 회로 패턴을 형성한 마스크를 제작한다. 스텝 3(웨이퍼 제조)에서는 실리콘과 같은 재료를 이용하여 웨이퍼를 제조한다. 스텝 4(웨이퍼 프로세스)는 전공정으로 불리고, 마스크와, 웨이퍼를 이용해서 본 발명의 리소그래피 기술에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 스텝 5(조립)은 후공정으로 불리우고 스텝 4에 의해 작성된 웨이퍼를 이용해서 반도체칩화하는 공정이며, 어셈블리공정(예를 들면, 다이싱, 본딩), 패키징공정(칩 봉입) 등의 공정을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는, 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스의 동작확인 테스트 및 내구성 테스트 등과 같은 여러 가지 검사를 행한다. 이러한 공정을 거쳐 반도체 디바이스가 완성되고, 출하된다(스텝 7).
도 20은, 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 플로우차트이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화시킨다. 스텝 12(CVD)에서는, 웨이퍼의 표면에 절연막을 형성한다. 스텝 13(전극 형성)에서는, 웨이퍼 위에 전극을 증착 등에 의해 형성한다. 스텝 14(이온 주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입한다. 스텝 15(레지스트 처리)에서는 웨이퍼에 감광제를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는, 노광장치를 사용해서 마스크의 회로 패턴을 웨이퍼 위에 노광한다. 스텝 17(현상)에서는, 노광한 웨이퍼를 현상한다. 스텝 18(에칭)에서는, 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭한다. 스텝 19(레지스트 박리)에서는, 에칭 후에 불필요해진 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복해서 실시함으로써 웨이퍼 위에 다층의 회로 패턴이 형성된다.
(실시예 1)
실시예 1에서는 도 8에 도시한 바이너리 마스크(200)와, 레이저(112)로서의 KrF 엑시머레이저(파장 248m)와, NA=0.60의 투영광학계를 노광장치에 사용했다. 마스크(200)는, 소망의 컨택트홀(210)의 홀 직경을 더미컨택트홀(220)의 홀직경 120㎚보다도 30㎚만큼 큰 150㎚로 하였다. 또한, 개구조리개(150)로는, 도 2에 도시한 개구조리개(150A)을 사용하고, 광축부근에 피크를 가지는(즉, 원(151)에 의해) 조명광의 σ를 0.2로 하고, 축외에 피크를 가지는(즉, 4개의 원(152A)에 의해서) 조명광의 σ을 0.9로 하였다. 또한, 노광량 조정부(132)에 의해 작은 σ의 조명광과 큰 σ의 조명광사이의 강도비는 0.9 대 1로 설정했다.
이때의 노광결과를 도 11에 나타낸다. 동 도면은, 결상위치조절장치(500)에 의해 플레이트(400)를 Z축 방향으로 DOF(초점심도)의 범위내에서 ―0.4㎛~+0.4㎛까지 이동시켜서 노광했을 경우의 결상특성을 나타낸다. 소망의 컨택트홀(210)이 초점으로부터의 거리 -0.2㎛~+0.2㎛의 영역에서 양호하게 얻을 수 있는 것이 이해될 것이다.
(실시예 2)
실시예 2에서는 도 9에 도시한 위상 시프트 마스크(200A)를 사용했다. 그 외의 점(즉, 노광장치의 구성, 조명조건 및 노광량 등)에 대해서는 실시예 1과 마찬가지 조건으로 했다. 이때의 결과를 도 13에 도시한다. 바이너리 마스크(200)와 비교해서 약간의 개선이 이루어진 것을 이해할 수 있다.
(실시예 3)
실시예 3에서는, 도 10에 도시한 마스크(200B)를 사용한 것 이외에는, 실시예 1 또는 실시예 2와 같았다. 본 실시예에서는, 소망의 컨택트홀(210)에 인접하는 더미 컨택트홀(260)의 홀 직경은 다른 더미 컨택트홀(230)보다도 약20㎚만큼(따라서, 약 100㎚로) 작게 했다. 소망의 컨택트홀(210)의 패턴 간의 더미패턴강도를 억제함으로써, 노광량을 개선하였다. 소망의 컨택트홀(210)에 인접하는 더미 컨택트홀(260)의 홀 직경을 자동적으로 작게 하는 것은 결상성능의 향상에 상당한 효과가 있지만, 또한 인접하는 홀의 수와 거리에 의해 최적화해도 된다.
(실시예 4)
실시예 4에서는, 결상위치 조절장치(500)를 개재하여 노광시에 도 1에 나타낸 Z방향으로 결상위치를 변화시키면서 연속노광을 반복했다. 노광장치의 구성, 마스크 배열 등은 실시예 1 내지 3과 기본적으로 같다. 본 실시예에서는, 노광중에 웨이퍼 스테이지(450)를 Z방향으로 이동시키고, 여러 차례 노광을 반복함으로써 초점 위치로부터의 다른 거리에서 다중노광을 행한다. 이러한 노광은 초점심도의 범위내에서의 다른 위치에 있어서의 결상특성을 개선한다.
(실시예 5)
실시예 5에서는 도 9에 도시한 위상시프트마스크(200A)와, 레이저(112)로서의 KrF엑시머레이저(파장 248㎚)와 NA 0.60의 투영광학계(300)를 노광장치에 사용했다. 마스크(200)에서는 소망의 컨택트홀(210)의 홀직경을 150㎚로 하고, 더미컨택트홀(220)의 홀직경보다도 30㎚만큼만 크게 했다. 또한 개구조리개(150)에는 도 2에 도시한 개구조리개(150G)를 사용하고, 2개의 회절광이 투영광학계(400)의 동공면에 입사하도록 하는 제 1조명광(또는, 4개의 직사각형(155)에 의해 발생할 조명광)과, 직사각형 또는 제 1조명광을 차단하지 않고 직선을 사용해서 2개의 회절광위치를 연결해서 나타낸, 동공면(320) 위의 영역을 제외한 영역으로부터 발생하는 제 2조명광을 사용한다. 또한 작은 σ조명광과 큰 σ조명광사이의 강도비는 조광량조정부(132)에 의해 0.9 대 1로 설정되어 있다.
이때의 노광결과를 도 41에 도시한다. 동 도면은 결상위치조절장치(500)가 DOF의 범위내에서 0.4㎛∼+0.4㎛까지 플레이트(400)를 이동시켜서 노광했을 때의 결상특성을 나타낸다. 소망의 컨택트홀(210)은 초점으로부터의 거리 -0.2㎛ ∼ +0.2㎛의 영역에서 양호한 조건으로 얻어지는 것이 이해될 것이다.
(실시예 6)
실시예 6은 도 8에 도시한 바이너리 마스크(200)와 개구조리개(150J)를 사용한다. 그 외의 점(즉, 노광장치의 구조, 조명조건, 조광량 등)에 있어서는, 실시예 1과 같은 조건으로 하였다. 이때의 결과를 도 42에 도시한다. 소망의 컨택트홀이 초점으로부터의 거리 -0.2㎛∼+0.2㎛의 영역에서 양호한 조건으로 얻어지는 것이 이해될 것이다.
(실시예 7)
실시예 7에서는, 도 10에 도시한 마스크(200B)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 5 또는 6과 같았다. 본 실시예에서는 소망의 컨택트홀(210)에 인접한 더미 컨택트홀의 홀직경을 다른 더미 컨택트홀보다도 20㎚정도 작게(따라서 약 100㎚) 하고 있다. 소망의 컨택트홀(230)의 패턴간의 더미패턴의 강도를 제어함으로써 노광량을 개선하고 있다. 소망의 컨택트홀(210)에 인접한 더미컨택트홀(210)의 홀직경을 자동적으로 작게 하는 것은 결상성능의 향상에 상당한 효과가 있지만, 인접하는 홀의 수와 거리에 의해 최적화해도 된다.
(실시예 8)
실시예 8에서는 결상위치조절장치(500)를 개재하여 노광시에 도 1에 도시한 Z방향으로 결상위치를 변경하면서 연속노광을 반복했다. 노광장치의 구성, 마스크의 배열 등은 기본적으로 실시예 5∼7과 같다. 본 실시예에서는 노광시에 웨이퍼스테이지(450)를 Z방향으로 이동시키고, 여러 차례 노광을 반복함으로써 초점위치로부터의 다른 거리에서 다중노광을 행했다. 이러한 노광에 의해 초점심도의 범위내에서의 다른 위치에서 결상성능을 개선하였다.
이와 같이 해서, 본 실시예에서는 최소임계치수가 0.08㎛∼0.15㎛인 미세한 컨택트홀 패턴을 마스크(200)를 교환하지 않고 플레이트(400) 위에 초점심도내의 다른 위치에서 결상특성이 좋게 전사할 수 있었다. 본 실시예에서는. KrF엑시머레이저를 사용하고 NA=0.6의 노광장치로 최소임계치수와 최소간격이 모두 0.12㎛인 컨택트홀 패턴을 해상하였다. 또 해상임계치수를 k1으로 규격화하면, k1=0.29이고, 피치는 0.29×2=0.58이다.
이하, 조명광학계의 개구조리개에 있어서의 소망의 패턴의 해상에 기여하는 제 1광투과부와, 소망의 패턴의 광강도분포를 높이는 제 2광투과부사이의 개구면적비에 대해 설명한다.
일례로서, 개구조리개(150J)에 주목한다. 도 24b에 도시한 개구조리개(150J)는 기능적으로 도 43에 도시한 바와 같은 2개의 서브조리개(150J1) 및 (150J2)로 분할할 수 있다. 도 43a는 서브조리개(150J1)의 평면도를 나타내고, 도 43b는 서브조리개(150J2)의 평면도를 나타낸다. 개구조리개(158A)는 제 1광투과부에 상당하고, 조리개(159A)는 제 2광투과부에 상당한다.
개구(158A)는 효과적으로 0차 회절광과 +1차 또는 -1차 회절광이 투영광학계(300)의 동공에 입사하는 것을 허용하고, 따라서 미세패턴의 해상에 기여한다. 한편, 개구(159A)는 0차 회절광이 동공에 입사하는 것을 허용하지만, +1차 또는 -1차 회절광의 어느 것도 동공에 입사하는 것을 허용하지 않는다. 개구(159A)는 하나의 회절광만 동공에 입사하는 것을 허용하기 때문에 소망의 패턴을 형성할 수 없다.
도 44는 시뮬레이션의 결과이다. 특히, 도 44a는 서브조리개(150J1)를 도 8에 도시한 마스크(200)와 조합하고 있고, 소망의 컨택트홀은 사이즈가 110㎚×110㎚이고, 하프피치는 110㎚로 설정되어 있다. 아래의 패턴은 2광속사이의 간섭결과로서 얻어졌고, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴과 더미 컨택트홀(220)의 패턴을 포함한다. 한편, 도 44b는 서브조리개(150J2)를 도 8에 도시한 마스크(200)와 조합하고 있고, 소망의 컨택트홀은 크기가 110㎚×110㎚이고, 하프피치는 110㎚로 설정되어 있다. 아래의 패턴은 하나의 회절광으로부터 얻어졌다. 도 44b에서의 패턴은 소망의 컨택트홀 패턴의 윤곽을 강조하고 있지만, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴조차도 해상하지 않는다.
서브조리개(150J1) 및 (150J2)의 조합, 즉 도 24b에 도시한 조리개(150J)는 소망의 컨택트홀(210)의 패턴만을 성공적으로 해상하고 있다. 도 45는 조리개(150J)를 마스크(200)와 조합했을 때의 패턴이고, 여기서 a=0.7, b=0.5, 최대σ는 0.92이다. 도 45는 더미 컨택트홀(220)의 패턴이 없는 소망의 컨택트홀(210)의 패턴을 명시하고 있다.
본 발명자들의 검토에 의하면, 제 1 및 제 2광투과부사이의 개구면적비가 너무 크면, 소망의 패턴을 해상하지 못한다. 한편, 제 1 및 제 2광투과부 사이의 개구면적비가 너무 작으면 소망의 패턴에 부가하여 바람직하지 않은 패턴의 해상을 가져온다.
(실시예 9)
도 8을 참조하면, 투영노광장치는 파장 248㎚, NA 0.73을 가진다. 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향으로 120㎚의 간격, 그리고 세로방향으로 360㎚의 간격을 가진다. 각 컨택트홀(210)은 120㎚×120㎚의 크기를 가진다. 이것은, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴이 플레이트(400)로 환산되면 가로방향으로 240㎚의 주기와 세로방향으로 480㎚의 주기를 가진다는 것을 의미한다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은 플레이트(400)로 환산되면 가로방향 및 세로방향 모두 240㎚의 주기를 가진다. 각 더미홀은 90㎚×90㎚의 크기를 가진다. 더미컨택트홀(220)의 패턴은 소망의 패턴(210)의 외측으로 3개 뻗어 있다. 본 실시예에서는 개구조리개(150J)를 사용하고, a=0.6, b=0.5, 최대 σ는 0.92이다. 도 46a에 표시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다.
다른 실험도 도 8에 도시한 마스크(200)를 사용한다. 플레이트(400)로 환산되면, 소망의 컨택트홀(210)은 가로방향으로 220㎚의 주기와 세로방향으로 440㎚의 주기를 가지고, 소망의 컨택트홀(210)은 110㎚×110㎚의 크기를 가진다. 플레이트(400)로 환산되면, 더미 컨택트홀(220)의 패턴은 가로방향과 세로방향 모두 220㎚의 주기를 가지며, 각 더미컨택트홀은 90㎚×90㎚의 크기를 가진다. 본 실시예에서는 개구조리개(150J)를 사용하고, a=0.7, b=0.5, 최대 σ는 0.92이다. 도 46b에 표시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다. 개구면적(158A) 및 (158B)의 비는 도 24b에 있어서 0.20이다.
또, 다른 실험에 있어서도 도 8에 도시한 마스크(200)를 사용한다. 플레이트(400)로 환산되면, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은 가로방향으로 200㎚의 주기와 세로방향으로 400㎚의 주기를 가지며, 소망의 컨택트홀(210)은 100㎚×100㎚의 크기를 가진다. 플레이트(400)로 환산되면, 더미 컨택트홀(220)의 패턴은 가로방향 및 세로방향 모두 200㎚의 주기를 가지며, 각 더미 컨택트홀패턴은 80㎚×80㎚의 크기를 가진다. 본, 실시예에서는 도 21에 있어서의 개구조리개(150G)를 사용하고 있고, a=0.8, b=0.6, 최대 σ는 0.92이다. 도 46c에 표시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다.
개구면적(155) 및 (156)의 비는 도 21에 있어서 약 0.06이다.
본 실시예에 있어서는, 소망의 컨택트홀(210)의 형상과 크기는 조절되고 있다. 즉, 고립 컨택트홀(210)의 크기는 비교적 크게 되어 있으며, 그렇지 않으면 그 광강도는 작아진다.
여러 패턴을 조사한 결과, 본 발명자들은 패턴에 따라 차광영역의 크기를 가변으로 하는 것이 효과적이라는 것을 발견했다. 도 24b의 개구조리개(150J)에 있어서는, a=0.8, b=0.4, 최대 σ가 0.9이면, 개구면적(158A) 및 (159B)의 비는 약 1.30이다. a=0.8, b=0.6, 최대 σ가 0.92이면, 개구면적(158A) 및 (158B)의 비는 약 0.06이다. 조리개(150A)∼(150C)에 대해서는, 비는 약 0.25이다.
이 면적비의 결과는 하프 톤 마스크와 도 47에 도시한 조리개(150K), (150L) 및 (150M)에도 적용된다. 이들 조리개(159K), (150L) 및 (150M)의 각각은 세로방향 및 가로방향으로 다른 주기를 가지며, 180°회전대칭이다.
(실시예 10)
실시예 9에서는 바이너리 마스크를 사용하지만, 본 실시예에서는 도 9에 도시한 위상시프트마스크를 사용한다. 투영노광장치는 파장 248㎚와 NA 0.73을 가진다. 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향으로 200㎚의 주기와 세로방향으로 400㎚의 주기를 가지며, 소망의 컨택트홀(210)은 100㎚ ×100㎚의 크기를 가진다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향 및 세로방향으로 모두 200㎚의 주기를 가지며, 각 더미 컨택트홀은 80㎚×80㎚의 크기를 가진다. 본 실시예에서는 도 21에 있어서의 개구조리개(150G)를 사용하며, a=0.2, b=0.1, 최대 σ는 0.92이다. 도 48에 도시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다. 개구면적(155) 및 (156)의 비는 도 21에 있어서 약 0.28이고, 다른 조건은 실시예 9와 같다.
일반적으로, 대부분의 위상시프트마스크에 대해서 a≤0.3, b≤0.2이다. 최대 σ가 0.9∼1.0의 범위 내에 있으면, 제 1 및 제 2광투과부 사이의 개구면적의 비는 약 0.13∼약 0.75사이의 범위내에 있다.
소망의 컨택홀 패턴을 행상하기 위해서는, 실시예 9 및 10에서는, 약 0.06∼약 1.30이 조명광학계의 개구조리개의 소망의 패턴의 해상에 기여하는 제 1광투과부와 소망의 패턴의 광강도분포를 높이는 제 2광투과부 사이의 개구면적의 비에 대해서 적당한 영역이라는 것을 알 수 있다. 상기 여러 가지 조리개에 있어서, 상기 면적비를 용이하게 제어가능하게 되기 때문에, 차광영역을 가변으로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 소망 및 더미 컨택트홀 사이의 관계에 대해서 설명한다. 더미 컨택트홀의 홀 직경이 너무 크거나 또는 소망의 컨택트홀의 것에 너무 가까우면, 더미 컨택트홀 패턴은 본의 아니게 해상되어 버린다. 한편, 더미 컨택트홀의 홀직경이 너무 작으면, 더미 패턴이 소망의 패턴에게 부여되는 주기성이 없어져 버린다. 더미 컨택트홀의 홀직경이 크면 클수록 광이용효율과 거기에 따른 쓰루풋이 개선되는 것은 일반적으로 사실이다. 따라서, 소망 및 더미 컨택트홀 사이의 홀직경의 관계는 중요하다.
(실시예 11)
도 8을 참조하면, 투영노광장치는 파장 248㎚와 NA 0.73을 가진다. 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향으로 120㎚와 세로방향으로 360㎚의 간격을 가진다. 각 컨택트홀(210)은 120㎚×120㎚의 크기를 가진다. 이것은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향으로 240㎚의 주기와 세로방향으로 480㎚의 주기를 가진다는 것을 의미한다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향과 세로방향으로 모두 240㎚의 주기를 가진다. 각 더미 컨택트홀(220)은 컨택트홀(210)의 크기의 75%에 상당하는, 90㎚×90㎚의 크기를 가진다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은 소망의 패턴(210)의 외측으로 3개 뻗어 있다. 본 실시예에서는 개구조리개(150J)를 사용하고, 도 24b에 있어서 a=0.6, b=0.5, 최대 σ는 0.92이다. 도 49a에 도시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다. 본 실험에서는 더미 컨택트홀의 크기를 70㎚ 내지 100㎚(컨택트홀(210)의 크기의 약 58%~약 83%에 상당)로 변화시켜, 소망의 컨택트홀(210)의 양호한 해상을 확인했다.
다른 실험에서도 도 8에 도시한 마스크(200)를 사용했다. 플레이트(400)로 환산되면, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은, 가로방향으로 220㎚의 주기와 세로방향으로 440㎚의 주기를 가지고, 소망의 컨택트홀(210)은 110㎚×110㎚의 크기를 가진다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향과 세로방향으로 모두 220㎚의 주기를 가지고, 각 더미 컨택트홀은 컨택트홀(210)의 크기의 약 82%에 상당하는 90㎚×90㎚의 크기를 가진다. 본 실시예의 개구조리개(150J)를 사용하고, 도 24b에 있어서 a=0.7, b=0.5, 최대 σ는 0.92이다. 도 49b에 표시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다. 본 실험에서는 더미 컨택트홀의 크기를 70㎚~90㎚(컨택트홀(210)의 크기의 약 64%~약 82%에 상당)로 변화시켜, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴의 양호한 해상을 확인했다.
또 다른 실험에서도 도 8에 도시한 마스크(200)를 사용했다. 플레이트(400)로 환산되면, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴은 가로방향으로 200㎚의 주기와 세로방향으로 400㎚의 주기를 가지며, 소망의 컨택트홀(210)은 100㎚×100㎚의 크기를 가진다. 더미 컨택트홀(220)의 패턴은, 플레이트(400)로 환산되면, 가로방향과 세로방향으로 모두 200㎚의 주기를 가지며, 각 더미 컨택트홀은 컨택트홀(210)의 크기의 약 80%에 상당하는, 80㎚×80㎚의 크기를 가진다. 본 실시예에서는 도 24b에 있어서의 개구조리개(150J)를 사용하고 있고, a=0.8, b=0.6, 최대 σ는 0.92이다. 도 49c에 표시한 바와 같이 양호한 실험결과를 얻었다. 본 실험에서는 더미 컨택트홀의 크기를 70㎚~90㎚(컨택트홀(210)의 크기의 70%~90%에 상당)로 변화시켜, 소망의 컨택트홀(210)의 패턴의 양호한 해상을 확인했다.
본 실시예에 있어서는, 소망의 컨택트홀(210)의 형상과 크기는 조절되고 있다. 즉, 고립 컨택트홀(210)의 크기는 비교적 크게 되어 있고, 그렇지 않으면 그 광감도는 작아진다.
여러 가지 패턴을 조사한 결과, 본 발명자들은 더미 컨택트홀이 소망의 컨택트홀 홀직경의 약 55% ~ 약 90%에 상당하는 홀직경을 가지도록 설정되는 것이 바람직하다는 것을 발견했다. 이 비율의 결과는 하프톤 및 위상시프트마스크에도 적용된다.
또, 본 발명은 이들 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 취지의 범위내에서 벗어나지 않고 여러 가지 변형과 변경이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 노광방법 및 노광장치에 의하면 미세한 홀직경(예를 들면, 0.15㎛ 이하)을 가지고, 고립 컨택트홀과 컨택트홀열이 혼재하는 컨택트홀 패턴을 한 번에 고해상도로 노광할 수가 있다. 또, 이러한 노광방법 및 장치를 이용하는 디바이스의 제조방법은 고품질의 디바이스를 제조할 수 있다.

Claims (35)

  1. 컨택트홀 패턴과, 각각 상기 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 복수의 보조패턴이 배열된 마스크를 제공하는 공정과,
    상기 컨택트홀 패턴 해상용의 제 1조명광과, 상기 제 1조명 및 상기 보조패턴에 의한 위조 해상방지용의 제 2조명광에 의해 상기 마스크를 조명하는 공정을 구비한 투영노광방법에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2조명광은 그의 중심부에 비원형의 어두운 부분을 지닌 유효광원을 형성하고,
    상기 제 1조명광은, 0°방향, 90°방향, 180°방향 및 270°방향에서 상기 유효광원의 부분들을 형성하고,
    상기 제 2조명광은, 45°방향, 135°방향, 225°방향 및 315°방향에서 상기 유효광원의 부분들을 형성하고,
    0°방향은, 상기 컨택트홀 패턴과 상기 보조패턴이 일렬로 늘어선 방향인 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 마스크 위의 컨택홀 패턴은 피로광체에 형성해야 할 본래의 직경과는 다른 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1조명광은 상기 컨택트홀 패턴으로부터 발생한 2개의 회절광이 상기 투영광학계의 동공면 위에 입사가능하게 하고, 상기 제 2조명광은 상기 2개의 회절광을 직선적으로 연결함으로써 규정되는 동공면 위의 영역에는 어느 회절광도 입사하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 2조명광은 상기 동공면 위에 하나의 회절광만 입사하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 유효광원은 σ가 0.9보다 큰 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 컨택트홀 패턴에 인접한 상기 보조 패턴의 치수를 다른 보조패턴의 치수보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 마스크는 바이너리(binary) 또는 하프 톤 마스크를 이용하는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 유효광원은 외주에서 σ가 0.1보다 큰 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 컨택트홀 패턴과 상기 보조패턴은 매트릭스 형상과 같이 2차원적으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 보조 패턴의 형상은 상기 컨택트홀 패턴과 유사한 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  11. 제 1항에 있어서, 0°방향, 90°방향, 180°방향 및 270°방향에서의 중심으로부터 상기 어두운 부분의 가장자리까지의 길이는, 45°방향, 135°방향, 225°방향 및 315°방향에서의 중심으로부터 상기 어두운 부분의 가장자리까지의 길이보다도 긴 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 어두운 부분은 십자형상인 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 유효광원은 이하의 형상:
    을 지니는 것을 특징으로 투영노광방법.
  14. 컨택트홀 패턴과, 상기 컨택트홀 패턴보다도 치수가 작은 보조패턴이 배열된 마스크를 제공하는 공정과;
    중심부에 어두운 부분을 지닌 유효광원을 형성하는 조명광으로 상기 마스크를 조명하는 공정과;
    투영광학계를 이용해서 물체 위에 상기 컨택트홀 패턴을 투영하는 공정을 구비한 투영노광방법에 있어서,
    상기 컨택트홀 패턴과 상기 보조패턴이 적어도 제 1방향을 따라 마스크 위에 배열되어 있고,
    상기 어두운 부분은, 상기 제 1방향 및 해당 제 1방향과 직교하는 제 2방향에 축을 지닌 십자형상인 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 컨택트홀 패턴과 상기 보조패턴은, 상기 제 1방향 및 제 2방향을 따라 마스크 위에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 마스크는 바이너리 혹은 하프 톤 마스크인 것을 특징으로 하는 투영노광방법.
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