JP2003163152A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法及びデバイス - Google Patents
露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法及びデバイスInfo
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- JP2003163152A JP2003163152A JP2001360923A JP2001360923A JP2003163152A JP 2003163152 A JP2003163152 A JP 2003163152A JP 2001360923 A JP2001360923 A JP 2001360923A JP 2001360923 A JP2001360923 A JP 2001360923A JP 2003163152 A JP2003163152 A JP 2003163152A
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract
た場合に、限界解像よりも大きな線幅のパターンを所望
のコントラストで転写して所望の解像度を確保する露光
方法及び装置、並びにデバイス製造方法及びデバイスを
提供する。 【解決手段】 本発明の一側面としての露光方法は、中
央が遮光(反射又は吸収等による)される瞳を有する投
影光学系を介して、被処理体に転写される所望のパター
ンが形成されたマスクを経た光束を前記被処理体に投影
する時に、前記パターンの限界解像よりも大きい全ての
線幅に対して前記マスクを経た0次回折光の6割以上が
±1次回折光の一方と干渉するように、前記マスクを変
形照明する。
Description
置に関し、特に、瞳の中央が遮光又は吸収される投影光
学系を利用して半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディ
スプレイ(LCD)用のガラス基板などの被処理体を露
光する露光方法及び露光装置、前記被処理体を使用する
デバイスの製造方法、及び、前記被処理体から製造され
るデバイスに関する。
請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への
要求はますます高くなっている。例えば、マスクパター
ンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース
(L&S)0.1μm以下の寸法像を広範囲に形成する
ことが要求され、今後は更に80nm以下の回路パター
ン形成に移行することが予想される。L&Sは露光にお
いてラインとスペースの幅が等しい状態でウェハ上に投
影された像であり、露光の解像度を示す尺度である。
影露光装置は、(本出願では交換可能に使用する)マス
ク又はレチクル上に描画されたパターンをウェハ上に投
影露光する投影光学系を備えている。投影露光装置の解
像度(正確に転写できる最小寸法)Rは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数(NA)を用いて次式で与えられ
る。
び、NAを上げれば上げるほど、解像度は良くなる。ま
た、近年では、変形照明法(又は斜入射照明法)を使用
して比例定数(プロセス定数とも呼ばれる)k1を小さ
くすることも提案されている。k1は、後述するよう
に、規格化された線幅としても機能する。
囲を焦点深度といい、焦点深度DOFは次式で与えられ
る。
び、NAを上げれば上げるほど、焦点深度は小さくな
る。焦点深度は小さくなるとフォーカス合せが難しくな
り、基板のフラットネス(平坦度)やフォーカス精度を
上げることが要求されるため、基本的に大きい方が好ま
しい。
Aを大きくするよりも望ましいことが理解される。近年
では、露光光源の波長はKrFエキシマレーザー(波長
約248nm)からArFエキシマレーザー(波長約1
93nm)に、NAは約0.6から約0.75になろうと
している。また、F2エキシマレーザー(波長約157
nm)の実用化も進んでいる。
透過する硝材が限られてしまうために屈折素子、即ち、
レンズを多用することは難しく、投影光学系に反射素
子、即ち、ミラーを含めることが有利になる。例えば、
色収差を緩和してスペックルを除去するカタディオプト
リック光学系は、ミラーとレンズの混成型光学系とし
て、かかる投影光学系に適している。カタディオプトリ
ック光学系の代表例としてのシュバルツシルド(Sch
warzshild)型は、例えば、米国特許第475
7354号公報に開示されている。
20に示すように、投影光学系1は4枚のレンズ2、
3、6及び7と2枚のミラー4及び5を有する。ここ
で、図20は、シュバルツシルド型投影光学系1の概略
断面図である。シュバルツシルド型光学系は、光軸上に
おけるマスクMとウェハWの配置を可能にするが、ミラ
ー5が影となって、図21に示すように、瞳の中央部分
が遮光される。ここで、図21は、投影光学系1の瞳面
を示す概略断面図である。図21において、瞳面上の黒
い部分が遮光された領域(中抜け領域)である。また、
同図では、瞳の径を1として瞳の径に対する瞳の遮光又
は吸収される領域の径の割合をαで表示している。この
ような投影光学系1において、中抜け半径αが0.4以
上のシュバルツシルド型光学系も存在する。
けのある投影光学系は、限界解像よりも大きいパターン
を解像する場合やαが大きくなった場合に、ウェハ上で
コントラストやMEF(Mask error Enha
ncement Factor)が低下して所望のパタ
ーンを転写できないという問題がある。本発明者は、か
かる解像の低下の原因を鋭意検討した結果、マスクパタ
ーンの結像に必要な光が上記中抜けのために消失してし
まうことにあることを発見した。なお、MEFは次式で
与えられ、マスクパターンの機械的誤差によって生じる
ウェハ面上での所望のパターンに対するズレ(誤差)を
示す指標である。
た場合に、限界解像よりも大きな線幅のパターンを所望
のコントラストで転写して所望の解像度を確保する露光
方法及び装置、並びにデバイス製造方法及びデバイスを
提供することを本発明の例示的目的とする。
に、本発明の一側面としての露光方法は、中央が遮光
(反射又は吸収等による)される瞳を有する投影光学系
を介して、被処理体に転写される所望のパターンが形成
されたマスクを経た光束を前記被処理体に投影する時
に、前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に
対して前記マスクを経た0次回折光の6割以上が±1次
回折光の一方と干渉するように、前記マスクを変形照明
する。代替的に、本発明の別の側面としての露光方法
は、被処理体に転写される所望のパターンが形成された
マスクを、照明光学系を介して変形照明し、中央が遮光
(反射又は吸収等による)される瞳を有する投影光学系
を介して前記マスクを経た光束を前記被処理体に投影す
る前に、前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線
幅に対して前記マスクを照明した0次回折光の6割以上
が±1次回折光の一方と干渉するように、前記照明光学
系及び/又は前記投影光学系を調節するステップを有す
る。かかる露光方法によれば、マスクを照明した0次回
折光及び1次回折光の内瞳面から外れる又は中抜けによ
って遮光される割合が少なく、互いに干渉する割合が高
い。0次回折光及び1次回折光が干渉すると高いコント
ラスト(例えば、0.6以上)が得られると共にMEF
を低く(例えば、1.5以下に)維持することができ
る。前記線幅は、前記マスクを照明する照明光の波長
λ、前記投影光学系の開口数NA、前記パターンの線幅
Rによって、k1=R/(λ/NA)のように定まる前
記線幅に相当するk1が0.35以上である。また、か
かるk1の条件において(即ち、k1≧0.35)、前
記調節ステップは、前記パターンの最小線幅が0.7≦
k1≦0.9である場合、前記マスクからの3次回折光
が前記0次回折光及び1次回折光と干渉しないように前
記瞳の半径に対する前記マスクへの照明の有効光源の外
径の割合σを調節する。
調節ステップは、前記パターンを構成する主要な線幅に
応じて前記瞳の半径に対する前記マスクに対する照明の
有効光源の外径の割合σを調節するステップを含むこと
ができる。また、前記調節ステップは、前記瞳の半径に
対する前記瞳の遮光領域の半径の割合αに応じて前記瞳
の半径に対する前記マスクへの照明の有効光源の内径の
割合σinを調節するステップを含むこともできる。ま
た、前記調節ステップは、前記マスクが、α≦σin、
0.5≦σ≦0.9(ここで、αは前記瞳の半径に対す
る前記瞳の遮光又は吸収される領域の半径の割合、σは
前記瞳の半径に対する前記輪帯照明の有効光源の外径の
割合、σinは前記瞳の半径に対する前記輪帯照明の有
効光源の内径の割合である。)の式を満たすように輪帯
照明されるように調節することもできる。この調節によ
れば、σinを前記α以上とするので、ピークコントラ
ストの低下とMEFの悪化が最も少ない。また、k1=
0.8付近のMEFが悪化するものの、焦点深度(k1
≦1.0)や限界解像力が若干伸びる。更に、前記調節
ステップは、前記マスクがα≦σin、0.5≦σ≦σ
MAX、σMAX=1.4−2α(0.5≦σMAX≦
0.9、α<0.5)(ここで、αは前記瞳の半径に対
する前記瞳の遮光される領域の半径の割合、σは前記瞳
の半径に対する前記輪帯照明の有効光源の外径の割合、
σinは前記瞳の半径に対する前記輪帯照明の有効光源
の内径の割合である。)の式を満たすように輪帯照明さ
れるように調節することもできる(*)。この調節によ
れば、線幅0.5≦k1≦1.0のコントラストの低下
とMEFの悪化が少なく、シミュレーションの結果これ
が正しいことが確認された。
明するアフォーカル光学系の角倍率を変更することによ
って調節することができる。また、前記調節ステップ
は、前記マスクを照明する開口絞りの開口形状を変更す
ることによって調節をおこなうこともできる。
ップは、前記調節ステップは、前記マスクを照明する照
明光の波長λ、前記投影光学系の開口数NA、前記パタ
ーンの前記被処理体上に投影された主たるパターンピッ
チPによって、k1=(P/2)/(λ/NA)のよう
に定まる前記線幅に相当するk1が0.5以下のときσ
=σMAXとなるように調節することができる。かかる
調節ステップは、前記k1が、前記パターンの最小線幅
が0.7≦k1≦0.9である場合、σ=0.5となる
ように調節することができる。
明ステップは、前記瞳の半径に対する前記マスクへの照
明の有効光源の外径の割合をσ、前記瞳の半径に対する
前記マスクへの照明の有効光源の内径の割合σinとし
た場合にσinとσとの間に前記有効光源(の主要部)
を有することができる。
央が遮光(反射又は吸収等のよる)される瞳であって当
該瞳の径に対する前記瞳の遮光領域の径の割合αを0.
4以上に設定した投影光学系を介して、被処理体に転写
される所望のパターンが一方向に限定されたマスクを経
た光束を前記被処理体に投影する時に、前記パターンの
限界解像よりも大きい全ての線幅に対して、前記一方向
に直交する方向の瞳軸上から前記割合α以内の領域の有
効光源を遮光した分布を形成するように前記マスクを照
明をするステップとを有する。かかるステップによれ
ば、後述する図13(a)乃至(b)に示す形状の開口
絞りを適用することで実現可能である。かかる露光方法
も上述の露光方法と同様の作用を奏する。
理体に転写される所望のパターンが形成されたマスクを
輪帯照明できる照明光学系と、中央が遮光(反射又は吸
収等による)される瞳を設定でき、前記マスクを経た光
束を前記被処理体に投影できる投影光学系とを有し、前
記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に対して
前記マスクを照明した0次回折光の6割以上が1次回折
光と干渉するように、前記照明光学系及び/又は前記投
影光学系は調節できる。かかる露光装置によれば、上述
した本発明の露光方法を実行するものであり、上述の露
光方法と同様の作用を奏する。
た前記パターンに基づいて、前記照明光学系の照明条件
を切り替える制御部を更に有してもよい。これにより、
0次回折光と1次回折光とが干渉する割合を更に高める
ことができる。また、かかる露光装置は、前記瞳の半径
に対する前記マスクへの照明の有効光源の外径の割合
σ、前記瞳の半径に対する前記マスクへの照明の有効光
源の内径の割合σinを変更するために、前記照明光学
系を調節する制御部を更に有してもよい。また、かかる
露光装置において、前記制御部は、前記照明光学系に含
まれる、前記マスクを照明するアフォーカル光学系の角
倍率を変更することができる。また、かかる露光装置に
おいて、前記制御部は、前記照明光学系に含まれる、前
記マスクを照明する開口絞りの開口形状を変更してもよ
い。また、かかる露光装置において、前記制御部は、α
≦σin、0.5<σ<0.9の式を満たすように前記
照明光学系及び/又は前記投影光学系を調節することが
できる。これらにより、本発明の露光装置は上述した露
光方法を実現することができ、同様の作用及び効果を奏
するものである。
部は、前記パターンと前記照明条件とを比較して前記パ
ターンの解像可能性を判断し、解像不能と判定した場合
には露光を中止することを特徴とする。また、前記制御
部は、前記パターンと前記照明条件とを比較して前記パ
ターンの解像可能性を判断し、解像不能と判定した場合
には適切な照明条件に切り替えすることを特徴としても
よい。更に、前記制御部は、前記パターンと前記照明条
件とを比較して前記パターンの解像可能性を判断し、解
像不能と判定した場合には警告を発することを特徴とし
てもよい。かかる構成により、露光装置を操作するオペ
レータなどが解像不能を理解することができるので、最
適な像性能を得ることができる。
は、瞳の中央が遮光できる、レチクルのパターンをウェ
ハ上に投影する投影光学系と、前記レチクルへの照明条
件を設定する手段とを有し、前記設定手段で設定した照
明条件が前記投影光学系の瞳上での有効光源の遮光部分
が前記瞳の前記遮光した部分より小さいかどうか判別
し、小さい場合には設定照明条件での露光を禁止する。
かかる構成により、露光装置を操作するオペレータなど
が解像不能を理解することができるので、最適な像性能
を得るように照明条件を設定することができる。
には警告することを特徴とすることができる。また、前
記小さい場合には、前記照明条件を前記マスクが、α≦
σi n、0.5≦σ≦σMAX、σMAX=1.4−2
α(0.5≦σMAX≦0.9、α<0.5)(ここ
で、αは前記瞳の半径に対する前記瞳の遮光される領域
の半径の割合、σは前記瞳の半径に対する前記輪帯照明
の有効光源の外径の割合、σinは前記瞳の半径に対す
る前記輪帯照明の有効光源の内径の割合である。)の式
を満たす形で輪帯照明されるようにすることができる。
更に、瞳の中央が遮光できる、レチクルのパターンをウ
ェハ上に投影する投影光学系と、前記レチクルへの照明
条件を設定する手段とを有し、前記設定手段で設定した
輪帯照明では、σ>σMAX(ここで、α≦σin、
0.5≦σ≦σMAX、σMAX=1.4−2α(0.
5≦σMAX≦0.9、α<0.5)(ここで、αは前
記瞳の半径に対する前記瞳の遮光される領域の半径の割
合、σは前記瞳の半径に対する前記輪帯照明の有効光源
の外径の割合、σinは前記瞳の半径に対する前記輪帯
照明の有効光源の内径の割合である))となる場合には
警告をだすことができる。
法は、上述したうちいずれかの形態の露光装置を用いて
被処理体を投影露光する工程と、前記投影露光された被
処理体に所定のプロセスを行う工程とを有する。上述の
露光方法の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法
の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体に
もその効力が及ぶ。よって、上述したうちいずれかの形
態の露光装置を用いて投影露光された前記被処理体より
製造されるデバイスも本発明の一部として機能する。ま
た、かかるデバイスは、LSIやVLSIなどの半導体
チップ、CCD、LCD、磁気センサー、薄膜磁気ヘッ
ドなどを含む。
添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって
明らかにされるであろう。
明の例示的な露光装置10について説明する。なお、各
図において同一の参照符号は同一部材を表している。こ
こで、図1は露光装置10の概略構成図である。露光装
置10は、図1に示すように、照明光学系115を含む
照明装置100と、マスク200と、投影光学系300
と、制御装置400を有する。露光装置10は、例え
ば、ステップアンドスキャン方式でマスク200に形成
されたパターンをウェハW上に露光する投影露光装置で
ある。ここで、「ステップアンドスキャン方式」は、マ
スクに対してウェハを連続的にスキャンさせてマスクの
パターンをウェハに露光すると共に、1ショットの露光
終了後ウェハをステップ移動させて、次のショットの露
光領域に移動させる投影露光法をいう。
のレーザー110と照明光学系115とを有し、転写用
パターンが形成されたマスク200を照明する。
で、本実施例では、波長約157nmのF2エキシマレ
ーザーであるが、波長約248nmのArFエキシマレ
ーザー等に置換されても良い。なお、光源にレーザー1
10が使用される場合、レーザー110からの平行光束
を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒー
レントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコ
ヒーレント化光学系をレーザー110と照明光学系11
5の間に設けることが好ましい。
を照射する光学系であり、本実施形態ではマスク200
を変形照明することができる。照明光学系115は、光
学系120、オプティカルインテグレータ(又は、ライ
トインテグレータ)130、開口絞り140、集光レン
ズ150、ブレード(絞り)160、結像レンズ170
を有する。
射側および射出側でテレセントリックとなるアフォーカ
ル系を構成している。アフォーカル系は、例えば、一対
の光学系より構成可能であり、当該光学系はシリンドリ
カルレンズによって実現される。かかる光学系のうち一
の光学系は光軸と垂直な面において所定の一方向に光束
を拡大及び縮小可能にし、また、他方の光学系は光軸と
垂直な面において当該所定の一方向と直行する方向に光
束を拡大及び縮小可能にする。この一対の光学系を光軸
上、且つ、レーザー110とオプティカルインテグレー
タ130の間に配置することで、アフォーカル系(光学
系120)を構成することができる。露光装置10はア
フォーカル系の各倍率を変えることで、レーザー110
から射出された光束(コヒーレント光のビーム断面)を
光軸において直交する2方向に連続的に光束を拡大及び
縮小することができる。なお、光学系120はズームレ
ンズ等からなりレンズを光軸方向に移動させることで、
倍率を変えられるようにしてもよい。
えば、ハエの目レンズであって、マスク200を効率的
に均一に照明する作用を有する。
常の円形開口を含む後述する図9及び図13に示すよう
な投影光学系300の瞳面上の光強度分布を変化させる
各種の絞りからなっている。開口絞り140は予め代表
的な半径の大きさをもつ円形開口の形状の絞りをいくつ
か入れておいてもいい。可変開口絞りを変えるためには
これらの開口絞り140を形成した円盤状ターレットを
用い、開口制御装置140aが開口を切り替えるべくタ
ーレットを回転させることで可能となる。
ーレンズであって、オプティカルインテグレータ140
から出た光束をできるだけ多く集めて絞り160上で重
畳的に重ね合わせ絞り160をケーラー照明する。結像
レンズ170は絞り160を通過した高速をマスク20
0面上に結像する。
140(開口制御装置140a)は後述する制御装置4
00によって制御され、所定半径の円形照明、輪帯2重
極照明、輪帯4重極照明を含む各種の変形照明を可能に
している。露光装置10の照明光学系115にはその他
当業界で既知のいかなる技術をも適用可能であり、ここ
では詳しい説明は省略する。
されており、マスク200から発せられた回折光は投影
光学系300を通りウェハW上にパターン像を形成す
る。ウェハWはウェハや液晶基板などの被処理体であり
レジストが塗布されているものである。絞り160とマ
スク200のフーリエ変換面は共役な関係に配置され
る。オプティカルインテグレータ130はマスク200
のフーリエ変換面の近傍に2次光源を形成する。マスク
200とウェハWとは共役の関係にある。
面上にマスクの種類、名前、パターン210の形状など
を含むマスク200を識別するための情報と対応するバ
ーコードが付されている。
0はバイナリマスクであり、例示的に5本線のバーパタ
ーンより形成される。ここで、図2(a)はマスク20
0の概略平面図、図2(b)はマスク200のパターン
210に入射した光の振幅の分布を示す図である。しか
しながら、露光装置10に適用可能なマスク200のパ
ターン210はかかる形状に限定されるものでなく、本
実施例のマスク200には所望の回路パターン210が
形成されているにたりるものである。マスク200は、
図2(a)で暗く示されているように、パターン210
の周囲で光を遮光し、図2(a)で明るく示されている
ように、パターン210において光を透過する。
瞳の中央部分に中抜け(瞳の半径を1とした場合に中抜
け半径α)のある投影光学系である。投影光学系300
は、例えば、全ミラー型光学系又はカタディオプトリッ
ク光学系により実現可能である。本実施例の投影光学系
300はレンズの使用数を減らし、色収差を緩和し、ス
ペックルを除去して照明照度を均一にする機能を有し、
光源110の波長の短波化に寄与する。
いメモリ、入出力装置420、マスクバーコードリーダ
430を有する。また、制御装置400は上述した開口
制御装置140a及び光学系120と接続されている。
CPU410はMPUなど名前の如何を問わずいかなる
プロセッサも含み、各部の動作を制御する。メモリはR
OM及びRAMより構成され、露光装置10を動作する
ファームウェアを格納する。更に、本実施例ではメモリ
はデフォルトの照明条件を格納する。デフォルトの照明
条件は、例えば、投影光学系300の瞳の半径に対する
中抜け領域の半径の割合αは予め分かっているので、投
影光学系300の瞳の半径に対する有効光源の内径の割
合σinをαに一致させ、瞳の半径に対する有効光源の
外径の割合σを後述するσmaxと一致させたものであ
る。なお、デフォルトの照明条件は後述する照明条件の
代表的なものの1つであってもよいし、マスクパターン
210の線幅に応じて自動的に最適設定されてもよい。
また、メモリは予めマスク200の名前と照明条件を対
応させた情報を格納するか、マスク200の名前とパタ
ーン210の線幅や方向などの詳しいパターンデータを
格納する。
ド、液晶ディスプレイ等であって、当該周知のいかなる
技術をも適用可能である。かかる入出力装置420を使
用することで、オペレータは露光装置10の照明条件及
びマスク200のパターン210を把握することができ
る。更に、オペレータは入出力装置420を使用し、任
意に照明条件、露光装置10を操作することができる。
マスクバーコードリーダ430はマスク200面上にあ
るマスクの情報が書き込まれたバーコードを読み取るた
めのバーコードリーダである。バーコードリーダ430
は読み取ったマスク200の情報を制御装置400に送
信する。なお、本実施例ではマスクバーコードリーダ4
30を使用しバーコードを介しマスク200の情報を取
得するが、バーコードリーダ430はこれと同様の作用
を奏する装置又は技術に代替されてもよい。
リーダ430より送られた情報を元にパターン210の
線幅及び形状を検知し、かかる情報に基づき照明装置1
00の照明条件(即ち、σ、σin)を変更することが
できる。制御装置400は、照明光学系115の光学系
120(の、例えば、アフォーカル光学系の倍率)を調
節することによってσ及び/又はσinを変更し、開口
絞り140に含まれる種々の形状の絞りを選択すること
によってσ及び/又はσinを変更することができる。
いる。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向
上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベー
ク処理とを含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着
性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性
を高めるための表面改質(即ち、界面活性剤塗布による
疎水性化)処理であり、HMDS(Hexamethy
l−disilazane)などの有機膜をコート又は
蒸気処理する。プリベークはベーキング(焼成)工程で
あるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去す
る。ウェハWはウェハステージに載置され、ウェハW
は、例えば、マスク200と所定の速度で同期して互い
に逆方向に移動する。
中抜けのある投影光学系300を使用した場合に、限界
解像よりも大きな線幅のパターンを所望のコントラスト
で転写して所望の解像度を確保するわけだが、本発明の
露光装置10の動作(露光方法)を説明する前に、本発
明の照明方法を使用しない場合の投影光学系300の露
光性能について説明する。今、波長λ=157nm、開
口数NA=0.70、コヒーレンス度σ=0.8の一様
な照明(σin=0)をマスク200に与える場合につ
いて考える。コヒーレンス度σは投影光学系300の瞳
の外径に対応するため、図3に示すように有効光源の光
透過部分の半径を示す。ここで、図3は、コヒーレンス
度σにおける投影光学系300の瞳面上の光透過部分を
示す平面図である。図1に示すような露光装置10を用
いてマスク200を照明光学系115によって照明し、
投影光学系300を介してウェハW面に露光する。ここ
で、線幅と共に、線幅を(λ/NA)で次式のように割
って規格化した線幅k1を使用する。
5本バーパターンの中央におけるコントラスト及びME
Fを計算した結果を図4及び図5に示す。ここで、図4
は、照明条件σ=0.8において中抜け半径αをパラメ
ータとしたときの線幅、規格化された線幅k1及びコン
トラストの関係を示すグラフである。図5は、照明条件
σ=0.8において中抜け半径αをパラメータとしたと
きの線幅、規格化された線幅k1及びMEFの関係を示
すグラフである。図4及び図5において、中抜け半径α
はobs(obscuration)と記す。高解像レ
ジストは、コントラスト40%以上で解像可能であり、
焦点深度(DOF)は0.5μm以上で実用可能であ
り、MEFは1.5以下で実用可能である。
示すMEFから以下のことが分かる。即ち、中抜けのな
いα=0において、線幅k1=0.4のとき、ピークコ
ントラスト=0.55、コントラストが40%以上確保
できる焦点深度(DOF)>0.6μm、MEF=1.
20<1.5である。一方、中抜けのあるα=0.4に
おいて、線幅k1=0.35のとき、ピークコントラス
ト=0.50、コントラストが40%以上確保できる焦
点深度(DOF)=0.6μm、MEF=1.40<
1.5である。よって、かかる線幅k1において、マス
ク200は実用的に解像可能である。
ラストとMTFの定義により、限界解像線幅は次式であ
り、
大きさによっても多少異なるが、次式で与えられる。
幅は中抜けのない光学系よりも限界解像は伸びることが
理解される。しかし、この場合の限界解像線幅k1は線
幅と間隔が等しい周期パターンを考えているので、間隔
が線幅よりもっと大きければ、限界解像線幅k1はこれ
よりも小さくなる。そのため、限界解像はピッチで定義
する。
マスクでの限界解像ピッチ(1/2)は次式となる。
光学系300のバイナリマスクでの限界解像ピッチ(1
/2)は次式となる。
(例えば、図4のα=0.4に見られるように)限界解
像k1より大きな線幅で、特に、0.5≦k1≦1.5
において、コントラストが低下し、(図5のα=0.4
に見られるように)k1=0.8付近でMEFが悪化す
る。また、図4のα=0.4に示すように、コントラス
トは限界解像付近の線幅k1<0.5(例えば、k1=
0.3乃至0.4)で瞳中抜けによってわずかに増加し
ているが、k1≧0.5の線幅では中抜け半径αが大き
いほど低下の割合が大きい。k1≧0.5の限界解像以
上の線幅の大きなパターンや中抜け半径αを大きくした
場合、このようなコントラストの低下やMEFの悪化が
起こる。
果、投影光学系300に入射する光束のうち結像に寄与
しない光を除くことによって、コントラストの低下とM
EFの悪化を防止することができることを発見した。図
6を参照するに、パーシャリーコヒーレントな照明光学
系115からの光は、コヒーレンス度σにもとづく角度
範囲(即ち、0<σ<1)のある角度だけ傾いてマスク
200上に入射する。ここで、図6は、図1に示す照明
光学系115からの光がマスク200にある傾きで入射
する様子を示す模式図である。マスク200上のパター
ン210によって光が回折するが、このうち0次回折光
は入射した方向に進み、0次以外の回折光はパターン2
10のピッチに応じた回折角の方向に進む。図6は、0
次回折光を実線の矢印で示し、1次回折光を点線の矢印
で示す。
条件に基づく回折光が投影光学系300の瞳上に入射し
た位置を模式的に示す。マスク200面上のパターン2
10が線幅と間隔が等しいL&Sの場合、回折光の次数
の3までを考えると±2次回折光は消滅するため、回折
光は0、±1次、±3次となる。図において、大きな丸
を0次回折光、これより小さな丸を1次あるいは3次の
回折光の中心とする。斜線部分は、中抜けの遮光部分を
示している。
遮光される場合を示す。例えば、図7(a)は、瞳上に
0次と±1次までの回折光が入射し、0次光は遮光され
る状態を示している。0次回折光は結像に関与しないた
め、±1次回折光のみが干渉して結像する。その結果、
図8(a)に示す光強度分布がウェハW上に形成され
る。ここで、図8(a)乃至図8(f)は、図7(a)
乃至図7(f)による照明を行ったときのウェハW上で
の光強度分布である。かかる強度分布は周期数が約2倍
になり、パターン210の間にもピークが存在する像が
形成される。
0次、±1次と+3次の回折光が入射し、0次回折光と
+1次回折光が中抜けによって遮光されている状態を示
している。−1次回折光と+3次回折光のみが干渉して
結像する結果、図8(b)に示す光強度分布がウェハW
上に形成され、像はパターン周期数が約4倍になる。
0次、±1次と±3次の回折光が入射し、0次回折光と
±1次回折光が中抜けによって遮光されている状態を示
している。±3次の回折光のみが干渉して結像する結
果、図8(c)に示す光強度分布がウェハW上に形成さ
れ、非常に細かい間隔でピークを持ちパターン周期数は
約6倍となる。
(a)乃至図8(c)から理解されるように、0次回折
光が他の回折光と干渉しなければ、パターン210から
かけ離れた像が形成される。
115がマスク200を変形照明(又は斜入射照明)し
て、0次回折光が瞳中央の中抜けを外れている(即ち、
0次回折光が遮光されない)状態を示している。例え
ば、図7(d)は、投影光学系300の瞳上に0次回折
光と±1次回折光が入射し、+1次回折光は中抜けによ
って遮光されている状態を示している。0次回折光と−
1次回折光のみが干渉して結像する結果、図8(d)に
示す光強度分布がウェハWに形成される。図8(d)に
示すように、ウェハWにはパターン210の形状とほと
んど近い像が形成される。
0次、±1次と+3次の回折光が入射し、+1次回折光
のみが遮光されている状態を示している。0次回折光と
−1次回折と+3次回折光のみが干渉して結像する結
果、図8(e)に示す光強度分布がウェハWに形成され
る。図8(e)に示すように、ウェハWに形成されるパ
ターンは、矩形に近づいているもののそのピークは割れ
ている。
0次回折光と+1次回折光と+3次回折光が入射し、+
1次回折光が中抜けにより遮光されている状態を示して
いる。0次回折光と+3次回折光が干渉して結像する結
果、図8(f)に示す光強度分布がウェハWに形成さ
れ、0次回折光と+3次回折光の干渉で3倍周期の像が
形成される。
(d)乃至図8(f)から理解されるように、光強度分
布のピークとピークの間隔は0次回折光と1次回折光の
間隔で決定される。よって、ピーク間の間隔が保たれる
ためには、0次回折光と1次回折光が干渉するような照
明であることが好ましい。
至図8(f)から理解されるように、中抜けに0次回折
光が入射すると遮光され、1次以上の回折光のみが結像
してパターン210からかけ離れた像を形成する。従っ
て、中抜けを有する投影光学系300において、限界解
像以上より大きなピッチにおいてコントラストを下げな
いためには、全てのピッチのパターンからの回折光の0
次光が必ず入射するようにしなければならない。また、
これと同時に、投影光学系300の瞳面上において、0
次光と少なくとも1つの1次光が同時に入射するように
するようにしなければならないことも理解される。換言
すれば、中抜けのある投影光学系300を利用して解像
限界よりも大きな線幅を有するマスクパターン210を
解像するためには、投影光学系300の瞳面上における
全入射領域S(図示せず)のなかで、0次回折光と少な
くとも1つの1次回折光が同時に入射する入射領域S1
(図示せず)を含み、入射領域の割合(S1/S)を大
きくすればよいことになる。即ち、記投影光学系300
の瞳面上における0次回折光がマスク200を照明した
0次回折光の内の多くが対応する1次回折光と干渉する
ように投影光学系300を照明すればよいことになる。
び少なくとも1つの1次回折光が同時に入射するのでコ
ントラストは1になる。S1/Sが0であれば、必ず0
次回折光及び少なくとも1つの1次回折光が同時に入射
しないから、コントラストは0になる。これから、S1
/Sはほぼコントラストに対応する量であることが分か
る。例えば、コントラスト0.6以上が解像に必要であ
るならS1/S≧0.6にすればよく、シミュレーショ
ンの結果からこれが正しいことが確認された。「S1/
S≧0.6」は、0次回折光とそれに対応する±1次回
折光のいずれか一方の1次回折光の6割以上が干渉する
ことを意味している。
分に0次回折光を入射させないようにすればよく、例え
ば、これは図9に示す輪帯照明によって実現することが
できる。ここで、図9は、輪帯照明における投影光学系
300の瞳面上における光透過部分を示した平面図であ
る。図9は、遮光部分を灰色で、光透過部分を白で示
す。図9を参照するに、有効光源の遮光部分の半径σ
inを投影光学系300の中抜け半径αと一致させる
と、0次回折光が中抜けで遮光されることはない。
系300の瞳面上に入射する条件より、輪帯照明外側の
σの最適条件を求める。パターン210は図2のよう
に、x方向に周期があってy方向には十分に長く構成さ
れ、瞳上のx方向の回折光のみを考える。光学の結像理
論から導き出される、よく知られた結果から、1/2ピ
ッチk1のL&Sパターンからの回折光において、0次
回折光と1次回折光のなす距離は1/(2k1)であ
り、0次回折光と3次回折光の距離は3/(2k1)で
ある。回折角は瞳の最大半径に入射する光の距離を1に
規格化してある。
ピッチk1=0.5、0.6、0.7、1.0の周期パ
ターンにおける投影光学系300の瞳面上での回折光分
布を模式的に示す図である。瞳中央の領域310(図
中、薄い灰色で示す)は中抜け(半径α)によって光を
遮光する部分である。灰色の丸は回折光を示し、大きな
丸が0次回折光を、小さな丸が1次回折光を示す。
ち、領域310以外に0次回折光を入射するような輪帯
照明で照明すると、領域310には0次回折光は入射し
ないが1次回折光が入射する場合がある。例えば、1/
2ピッチk1が0.5のとき、図10(a)に示すよう
に、0次回折光が領域320(図中、点線で示す)に入
射すると領域310に片側の1次回折光が入射する。図
示しない他方の1次回折光は投影光学系300の瞳の外
側に外れるため、0次回折光のみが瞳を通過する。同様
に、図10(b)乃至(d)において、0次回折光が領
域320に入射すると中抜け領域310に1次回折光が
入射する。つまり、領域320に0次回折光が入射して
も1次回折光が投影光学系300の有効となる瞳面上に
入射しない。よって、ウェハには所望のコントラストが
形成されず、パターンが形成されない。従って、領域3
20を避けるような有効光源にすればパターン転写を有
効に行うことができる。
系300の瞳面に形成することが考えられる。ここで、
図11(a)乃至(d)は、図10(a)乃至(d)に
対応し、0次光と1次光が同時に入射する投影光学系3
00の瞳面上における有効光源分布を示す図である。図
11(a)乃至(d)において、領域330(濃い灰色
で示す領域)を有効光源にすると、0次光のみが入射す
る領域320との交わりをなくすことができる。
きい場合は、図12に示す有効光源を投影光学系300
の瞳面に形成することが考えられる。ここで、図12
(a)乃至(d)は、図10(a)乃至(d)に対応
し、投影光学系300の瞳面における有効光源分布を示
す図である。有効光源は図12(a)乃至(d)の領域
330(濃い灰色で示す領域)のようにすると、1次回
折光は領域320と交わりを少なくすることができる。
しかし、図12(b)に示す1/2ピッチk1=0.6
の場合と、図12(c)に示す1/2ピッチk1=0.
7の場合は、有効光源と領域320との交わる部分が存
在し、領域330が図12(a)1/2ピッチk1=
0.5或いは図12(d)の1/2ピッチk1=1.0
場合と比べても小さくなっている。
αが0.4以上になると、1/2ピッチk1=0.7以
上、特に0.7乃至0.8のパターン210では有効光
源を輪帯照明にする限り1次回折光が遮光される割合が
大きくなる。例えば、図12に示すようにk1が大きい
ほど0次回折光と1次回折光の間隔が小さくなるため、
領域320が投影光学系300の中心に寄ってきて領域
330と交わってしまう。但し、1/2ピッチk1=
0.8以上では、中抜け領域310に片側の1次回折光
が入射しても他方の1次回折光が瞳面上の入射するの
で、領域320が略半円となり有効光源と領域320と
の交わりが少なくなり、領域330は図12(a)とほ
ぼ同じと見なせる。
も3次回折光が加わると、0次回折光と3次回折光の干
渉、及び1次回折光と3次回折光の干渉が加わる。この
結果、3倍、4倍周期の成分が加わり、図8(e)に示
すようなピーク割れが生じてしまう。図5に示すグラフ
は、中抜けがあると1/2ピッチk1=0.8付近でM
EFが悪化することを示しているが、これも、k1=
0.8以上で3次回折光が結像に関与するためである。
回折光の瞳面上の距離は3/(2k 1)=1.875で
ある。瞳の半径は1だから、0次回折光と3次回折光の
距離3/(2k1)が2よりも小さければ0次回折光と
3次回折光は投影光学系300の瞳面に入射する。より
詳細には、コヒーレンス度σを考慮すると0次回折光と
3次回折光が瞳面上で採り得る最長距離は(1+σ)で
あって、距離3/(2k1)が(1+σ)よりも小さけ
れば0次回折光と3次回折光は瞳面に入射する。即ち、
1/2ピッチk1=0.8より小さなピッチでは回折角
が(1+σ)より大きくなり、3次回折光が瞳面に入ら
なくなる。1/2ピッチk1が0.8より大きいと、3
次回折光が結像に関与する。3次回折光が結像に関与し
ないようにするためには、(1+σ)を小さくするとよ
いことが理解される。従って、1/2ピッチ0.5≦k
1≦1.0で0次回折光と1次回折光が同時に入る領域
と、それに3次回折光が入らなくなる領域を考慮する
と、σが小さいほうがコントラストの低下とMEFの悪
化を小さくすることができる。しかし、通常のパーシャ
リーコヒーレントの理論から解されるように、σをあま
り小さくすると逆に解像力が落ちて形状再現性も悪くな
る。よって、次のようにσを決定すればよい。
において、照明条件は図9のような輪帯照明とし、輪帯
照明の内径σinは次式で与えられる。
次式で与えられる。
幅0.5≦k1≦1.0のコントラストの低下とMEF
の悪化が少なく、シミュレーションの結果からこれが正
しいことが確認された。
も詳細に調べた。結果をまとめると、(1)σin=α
の場合、ピークコントラストの低下とMEFの悪化が最
も少ない、(2)σin>αの場合、焦点深度(k1≦
1.0)や限界解像力が若干伸びるがk1=0.8付近
のMEFが悪化する、(3)σin<αの場合、コント
ラストや深度が低下する。従って、σinを中抜け半径
α以上にするとコントラストの低下を防止することがで
きる。ただし、σinを中抜け半径αより大きくする
と、限界解像力が伸びる代わりにk1=0.8付近でM
EFが悪化するため、σinをあまり大きくしない注意
が必要である。σinを中抜け半径αと同じにすると、
収差の影響も最小になり、総合的に安定した性能が得ら
れる。
内であれば、パターン210の方向にあわせて図13
(a)乃至(d)に示す形状の開口絞り140を使用
し、かかる形状の変形光源を用いてもいい。ここで、図
13(a)乃至(d)は、図1に示す開口絞り140の
例示的な形状を示す概略平面図である。図13に示すよ
うに、パターンがy方向に周期があってx方向に長い場
合、図13(a)又は図13(b)のような開口絞り1
40にするとよい。一方、パターン210がx、y方向
に伸びる場合は、図13(c)又は図13(d)に示す
ような開口絞り140にするとよい。
のとき、輪帯照明はあるピッチにおいて1次回折光が中
抜けする領域320と有効光源が交わってしまう場合が
ある(例えば、図12(c)に示す)。しかし、パター
ン210の方向を一方向に限れば、図12(c)に示す
領域320と重ならない有効光源をとることができる。
即ち、図13(a)に示す開口絞り140を使用し、輪
帯照明のx軸上を遮光する有効光源である。また、図1
3(b)に示す開口絞り140を使用してもよい。この
ようにすると、y方向に周期のあるx方向に長いパター
ンにおいて、線幅k1が0.5以上で高コントラストが
得られる。
するパターン210として、コンタクトホールやその他
任意形状のパターンであってもよい。また、マスク20
0はバイナリマスクの他、ハーフトーン型位相シフトマ
スクでも適用できる。光透過型のコンタクトホールの場
合、輪帯照明の外径σは0.5付近が性能がよいこと
が、計算結果より解っている。
最適である。照明光の瞳上の光源分布を、瞳半径を1と
したときの、有効光源分布とする。通常のバイナリマス
クでは、図9に示すように、有効光源外径σを0.5乃
至0.9にし、内径σinをα≦σinの輪帯照明にす
る(α<0.5)。特に、外径σの上限は数式11に従
う。上式より、αが0.25以下のときはσmax=
0.9より0.5≦σ≦0.9、αが0.30のときは
σmax=0.8より0.5≦σ≦0.8、αが0.4
5のときはσmax=0.5よりσ=0.5とすると像
性能が良好となる。
て説明する。図1に良く示されるように、露光装置10
はマスク200を照明装置100によって照明し、投影
光学系300を介しウェハ面上に所望のマスク200の
パターン210を露光する。より詳細には、露光装置1
0は制御装置400が光学系120に信号を送り、デフ
ォルトの照明条件にもとづいて光学系120の角倍率を
所定の値にしておく。その後、マスク200の種類、名
前などの情報を書き込んだマスク面上のバーコードをバ
ーコードリーダ430で読み取り、マスク200をレチ
クルステージに設定する。制御装置400はバーコード
の情報に基づいて最適な照明条件をきめ、その照明条件
に基づいて照明系120の開口制御装置140aと光学
系120に信号を送り、開口絞り140及び光学系12
0を起動させる。
2ピッチ)でk1が0.5以下のパターンのみであれ
ば、輪帯照明の外径σをσmaxに設定したほうがいい
ので、デフォルト位置に絞りをあわせたままにする。又
は、最小の線幅が限界解像より大きい(1/2ピッチ)
k1が0.7乃至0.9であれば、輪帯照明の外径σを
最小値の0.5に設定する。また、よって、制御装置4
00はこれに相当する大きさに光学系120を動かし、
角倍率を変えてσの大きさを変化させる。即ち、制御装
置400はメモリに格納された照明条件に基づいて開口
制御装置140a及び光学系120に信号を送り、開口
絞り140及び光学系120を所定の照明条件となるよ
うに制御する。なお、照明条件は上述した通りとし、こ
こでは詳細な説明を省略する。後述する実施例におい
て、かかる照明条件は更によく理解されるであろう。
ーンデータ(例えば、パターンを構成する一又は複数の
線幅、主要パターンの形状、パターンそのもの、など)
の一部又は全部を記臆させてもよい。更に、制御装置4
00に強度分布を計算するシュミレーションツールを含
ませてもよい。かかる構成では、制御装置400はマス
ク200のパターンデータからシュミレーションツール
によってウェハW面上の像強度分布を計算し、必要なコ
ントラストが得られるような照明条件を設定する。
装置420から照明条件を入力してもよい。この場合、
例えば、モニターに上記で設定された有効光源を投影光
学系300の瞳上に投影させた照明条件を表示するよう
にしておく。なお、この表示はしてもしなくてもいいよ
うに予め設定しておく。かかる場合、この表示を見てか
ら照明条件を入力してもいい。入力された照明条件のう
ち、かかる照明条件が上述の最適な条件に反し、明らか
に像性能を低下させるものであれば、制御装置400は
エラーメッセージをモニターに表示し、オペレータの入
力指示を受け付けないようにする。または、上述した最
適な条件を表示しその範囲内での入力指示を促すように
する。即ち、照明条件の禁止事項を設けておいて、入力
指示がその禁止事項に含まれていれば、エラーメッセー
ジをモニターにだして入力指示を受け付けないようにす
る。あるいは警告メッセージをモニターに表示してもよ
い。また、その際の主要なパターンの入力した照明条件
のもとでのウェハ上での像やレジスト形状などのシミュ
レーションによる結果を画像表示してもいい。
でも、読み取られたパターン210の線幅から照明条件
が最適照明条件と異なり像性能を低下させると予想され
た場合、警告メッセージをモニターに表示してもよい。
例えば、中抜け半径α=0.3の例で、σin≦α=
0.3では明らかに像性能を落とすので、エラーメセー
ジをモニターに表示して入力指示を受け付けないように
してもよい。また、k1≦0.5以下の微細線が多い場
合、外径σ=0.5、σin=α=0.3では像性能が
得られないので、エラーメッセージをモニターに表示し
て入力指示を受け付けないようにするか、警告メッセー
ジと最適σ値をモニターに表示して入力指示を再考する
ように促してもよい。
1≦0.5以下の微細線が多ければ警告メッセージの表
示は選択的である。しかし、k1≧0.5の線のみで構
成されていれば像性能が得られないので、エラーメッセ
ージ又は警告メッセージを表示することが好ましい。
を超えていても問題はないので警告メッセージを表示し
なくてもいい。又は、線幅が何であってもσmaxを超
えている場合で、照明光学系のNAを超え設定できない
場合であれば、エラーメッセージをモニターに表示して
入力指示を受け付けないようにする。
少なくとも一の1次回折光が同時に入射する割合が大き
な照明条件を求めて最適照明条件を設定してもよい。そ
のため、0次回折光と少なくとも1つの1次回折光が同
時に入射する入射領域(S1)を含み、0次光が入射す
る全入射領域(S)のなかで、入射領域の割合(S1/
S)を大きくする照明条件を求めればよい。
けを有する投影光学系300を使用した場合であって
も、照明条件を要求線幅によって変更することで高コン
トラストを得ることができる。よって、レジストへのパ
ターン転写を高精度に行って高品位なデバイス(半導体
素子、LCD素子、撮像素子(CCDなど)、薄膜磁気
ヘッドなど)を提供することができる。
の露光装置10を利用したデバイスの製造方法の実施例
を説明する。図18は、デバイス(ICやLSIなどの
半導体チップ、LCD、CCD等)の製造を説明するた
めのフローチャートである。ここでは、半導体チップの
製造を例に説明する。ステップ1(回路設計)ではデバ
イスの回路設計を行う。ステップ2(マスク製作)で
は、設計した回路パターンを形成したマスクを製作す
る。ステップ3(ウェハ製造)ではシリコンなどの材料
を用いてウェハを製造する。ステップ4(ウェハプロセ
ス)は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグ
ラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4
によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する
工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディ
ング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を
含む。ステップ6(検査)では、ステップ5で作成され
た半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなど
の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完
成し、これが出荷(ステップ7)される。
詳細なフローチャートである。ステップ11(酸化)で
はウェハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)
では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ13
(電極形成)では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)で
は、露光装置1によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ17(現像)では、露光したウェ
ハを現像する。ステップ18(エッチング)では、現像
したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ19
(レジスト剥離)では、エッチングが済んで不要となっ
たレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。本実施例の製造方法によれば従来は製造が難しか
った高品位のデバイスを製造することができる。
影光学系300を有する投影露光装置10を用いて輪帯
照明の内径σinを変えて露光した。露光装置10は、
光源110としてF2エキシマレーザー(波長λ=15
7nm)、投影光学系300のNA=0.70を使用
し、線幅を限界解像線幅から大きな線幅まで細かく変化
させた図2に示すパターン(即ち、5本バーのL&S)
を、図9に示す外径σ=0.8、内径σinの照明条件
で輪帯照明した。投影光学系300の中抜け半径α=
0.3のとき、照明条件をσin=0.0、0.1、
0.2、0.3、0.4、0.53と変えた場合のピー
クコントラスト線幅特性の結果を図14及び図15に示
す。ここで、図14及び図15は、照明条件σ=0.8
において内径σ inをパラメータとしたときの線幅に対
するコントラスト及びMEFを示したグラフである。図
中、σinをSin、σをSと記した。
させたとき(α=σin=0.3)がコントラストの低
下とMEFの悪化が最も少ないことが理解される。な
お、結果は示さないが焦点深度の低下も少ないことが確
認された。焦点深度は、k1≦1.0の微細な線幅でσ
in=0.53(>α)がこの中では最も大きいが、M
EFが最も大きく悪化する。
ークコントラストとMEFの悪化が最も少ない。σin
>αの場合、焦点深度(k1≦1.0)や限界解像力が若
干伸びるがk1=0.8付近のMEFを悪化させる。σ
in≦αの場合、コントラストや焦点深度の低下が起き
る。従って、σinを中抜け半径α以上に設定するとコ
ントラストの低下を防止することができることが確認さ
れた。但し、σinを中抜け半径αより大きくすると、
限界解像力が伸びる代わりに、k1=0.8付近でME
Fの悪化があるので、σinをあまり大きくしない注意
が必要である。なお、図示しないがσinを中抜け半径
αと同じにすると、収差の影響も最小になり総合的に安
定した性能が得られた。
を有する投影露光装置10を用いて輪帯照明の外径σを
変化させた実施例2を説明する。露光装置10は、同様
に光源110にF2エキシマレーザー(波長λ=157
nm)、投影光学系300のNA=0.70を使用し、
線幅を限界解像線幅から大きな線幅まで細かく変化させ
た図2に示すパターン(即ち、5本バーL&S)を、図
9に示す外径σ、内径σin=0.3照明条件で輪帯照
明とした。投影光学系300の中抜け半径α=0.3の
とき、照明条件σを0.5、0.6、0.7、0.8、
0.9、1.0と変化させた場合のピークコントラスト
と線幅との関係を図16及び図17に示す。ここで、図
16及び図17は、照明条件σin=0.3において外
径σをパラメータとしたときの線幅に対するコントラス
ト及びMEFの特性を示すグラフである。図中、σin
をSin、σをSと記した。
1.2で、次のことが確認される。σが小さいほどピー
クコントラストの悪化が少ない。但し、図示しないが焦
点深度は、σ=0.7乃至0.8が最も大きく、σ=
1.0が最も少ない。一方、MEFは、σが大きくなる
ほど低いk1側で悪化し、かつ悪化の度合いが大きい。
σ≦0.8でMEF<1.5となる場合がある。k1=
0.4付近を境として、σの小さいものと大きいもので
コントラストの高低が逆転する。σ≦0.5で急激にコ
ントラストが低下し、MEFが悪化する。従って、α=
0.3では、0.5≦k1においてコントラストの悪化
の限界とMEFの実用限界からσ≦0.8、k1≦0.
5でコントラストの悪化の限界とMEFの実用限界から
σ≦0.5が確認される。
α=0.3のとき、k1≧0.5の全ての線幅で80%
以上のコントラストが得られるσ=0.7、σin=α
=0.3の輪帯照明をデフォルトの照明条件とすること
が好ましい。また、マスク200のパターン210よ
り、中抜け半径がα=0.3のときは、σmax=0.
8より0.5≦σ≦0.8に変更してもよい。例えば、
マスク200が、1/2ピッチk1≧0.5のパターン
で構成されていれば、デフォルトの照明条件のままでよ
い。あるいはコンタクトホールパターンのように単純な
パターンで高コントラストを要求するものであれば、σ
=0.5、σin=α=0.3と設定する。1/2ピッ
チk1≧0.5の微細パターンを含んでいれば、σを大
きくσ=0.8、σin=α=0.3と設定する。k1
≦0.5の微細線が多ければ、外径σmax、内径σ
in=α=0.3の間に分布を持つ変形照明を設定して
もいい。
すXY方向のみの縦横パターンであれば、図13(c)
及び図13(d)のような4重極照明にしてもいい。ま
た、XY方向以外の方向があれば、外径σmax、内径
σin≧αの輪帯照明に設定してもいい。一方向のみの
パターンであれば、図13(a)及び図13(b)のよ
うな輪帯照明(有効光源)を2分割した照明にしてもい
い。本露光装置10では、方向性が限定されているもの
は、パターン方向と有効光源分布の方向が一致するよう
に自動的に設定するように構成されている。
あってもσの範囲の中でσを小さくすると、線幅が0.
5≦k1≦1.0の範囲でコントラストの低下とMEF
の悪化が少ない。即ち、0.5≦k1の線幅を解像する
ときは、特にk1が0.7乃至0.8のときはσの下限
に近づける。σを大きくすると線幅k1≦0.5のコン
トラストと焦点深度が大きくなる。0.5≦k1の線幅
があればσの上限σm axに近づけるか、変形照明にな
る。あるいは、通常のパーシャリーコヒーレントの議論
がここでも適用でき、複雑な二次元形状をしているパタ
ーンであれば、σを大きくしたほうが形状再現性をよく
することができるので、パターンが何種類課の線幅を含
み、複雑な形状であれば、σの上限σmaxに近づける
とよい。
が、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で種
々の変形及び変更が可能である。
悪化を防止するとともに高いコントラストを被処理体上
に確保することができるので被処理体を高品位に露光す
ることができる。また、本発明のデバイス製造方法は、
高品位な半導体ウェハ、LCD、薄膜磁気ヘッドなどの
デバイスを提供することができる。
図である。
(b)は図2(a)に示すマスクパターンに入射した光
の強度分布を示すグラフである。
上の光透過部分を示す平面図である。
パラメータとしたときの線幅、規格化された線幅及びコ
ントラストの関係を示すグラフである。
パラメータとしたときの線幅、規格化された線幅及びM
EFの関係を示すグラフである。
る傾きで入射する様子を示す模式図である。
影光学系の瞳面上に異なる照明条件で入射した回折光の
位置を各々示した図である。
たときの図1に示すウェハ上に形成される光強度分布を
示したグラフである。
瞳面上における光透過部分を示した図である。
における瞳面上の回折光分布、図10(b)は1/2ピ
ッチk1=0.6における瞳面上の回折光分布、図10
(c)は1/2ピッチk1=0.7における瞳面上の回
折光分布、図10(d)は1/2ピッチk1=1.0に
おける瞳面上の回折光分布を模式的に示す図である。
学系の瞳面における有効光源分布を示す、それぞれ図1
0(a)乃至図10(d)に対応する図である。
きくした場合の投影光学系の瞳面における有効光源分布
を示す、それぞれ図10(a)乃至図10(d)に対応
する図である。
示す開口絞りの例示的形状を示す概略平面図である。
をパラメータとしたときの線幅に対するコントラストを
示すグラフである。
をパラメータとしたときの線幅に対するMEFを示すグ
ラフである。
σをパラメータとしたときの線幅に対するコントラスト
を示したグラフである。
σをパラメータとしたときの線幅に対するMEFを示し
たグラフである。
プ、LCD、CCD等)の製造を説明するためのフロー
チャートである。
の詳細なフローチャートである。
図である。
る。
Claims (29)
- 【請求項1】 中央が遮光(反射又は吸収等による)さ
れる瞳を有する投影光学系を介して、被処理体に転写さ
れる所望のパターンが形成されたマスクを経た光束を前
記被処理体に投影する時に、 前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に対し
て前記マスクを経た0次回折光の6割以上が±1次回折
光の一方と干渉するように、前記マスクを変形照明する
露光方法。 - 【請求項2】 被処理体に転写される所望のパターンが
形成されたマスクを、照明光学系を介して変形照明し、 中央が遮光(反射又は吸収等による)される瞳を有する
投影光学系を介して前記マスクを経た光束を前記被処理
体に投影する前に、 前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に対し
て前記マスクを照明した0次回折光の6割以上が±1次
回折光の一方と干渉するように、前記照明光学系及び/
又は前記投影光学系を調節するステップを有する露光方
法。 - 【請求項3】 前記線幅は、前記マスクを照明する照明
光の波長λ、前記投影光学系の開口数NA、前記パター
ンの線幅Rによって以下のように定まる前記線幅に相当
するk1が0.35以上である請求項1及び2記載の露
光方法 k1=R/(λ/NA)。 - 【請求項4】 前記調節ステップは、前記パターンの最
小線幅が0.7≦k 1≦0.9である場合、前記マスク
からの3次回折光が前記0次回折光及び1次回折光と干
渉しないように前記瞳の半径に対する前記マスクへの照
明の有効光源の外径の割合σを調節する請求項3記載の
方法。 - 【請求項5】 前記調節ステップは、前記パターンを構
成する主要な線幅に応じて前記瞳の半径に対する前記マ
スクに対する照明の有効光源の外径の割合σを調節する
ステップを含む請求項2記載の方法。 - 【請求項6】 前記調節ステップは、前記瞳の半径に対
する前記瞳の遮光領域の半径の割合αに応じて前記瞳の
半径に対する前記マスクへの照明の有効光源の内径の割
合σinを調節するステップを含む請求項2記載の方
法。 - 【請求項7】 前記調節ステップは、前記マスクが以下
の式を満たすように輪帯照明されるように調節する請求
項2記載の方法 α≦σin、 0.5≦σ≦0.9、 ここで、αは前記瞳の半径に対する前記瞳の遮光又は吸
収される領域の半径の割合、σは前記瞳の半径に対する
前記輪帯照明の有効光源の外径の割合、σinは前記瞳
の半径に対する前記輪帯照明の有効光源の内径の割合で
ある。 - 【請求項8】 前記調節ステップは、前記マスクが以下
の式を満たすように輪帯照明されるように調節する請求
項2記載の方法 α≦σin、 0.5≦σ≦σMAX、 σMAX=1.4−2α(0.5≦σMAX≦0.9、
α<0.5)、 ここで、αは前記瞳の半径に対する前記瞳の遮光される
領域の半径の割合、σは前記瞳の半径に対する前記輪帯
照明の有効光源の外径の割合、σinは前記瞳の半径に
対する前記輪帯照明の有効光源の内径の割合である。 - 【請求項9】 前記調節ステップは、前記マスクを照明
するアフォーカル光学系の角倍率を変更する請求項2乃
至8のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項10】 前記調節ステップは、前記マスクを照
明する開口絞りの開口形状を変更する請求項1乃至8の
うちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項11】 前記調節ステップは、前記マスクを照
明する照明光の波長λ、前記投影光学系の開口数NA、
前記パターンの前記被処理体上に投影された主たるパタ
ーンピッチPによって以下のように定まる前記線幅に相
当するk1が0.5以下のときσ=σMAXとなるよう
に調節する請求項8記載の方法 k1=(P/2)/(λ/NA)。 - 【請求項12】 前記調節ステップは、前記k1が、前
記パターンの最小線幅が0.7≦k1≦0.9である場
合、σ=0.5となるように調節する請求項11記載の
方法。 - 【請求項13】 前記照明ステップは、前記瞳の半径に
対する前記マスクへの照明の有効光源の外径の割合を
σ、前記瞳の半径に対する前記マスクへの照明の有効光
源の内径の割合σinとした場合にσinとσとの間に
前記有効光源(の主要部)を有する請求項2記載の方
法。 - 【請求項14】 中央が遮光(反射又は吸収等のよる)
される瞳であって当該瞳の径に対する前記瞳の遮光領域
の径の割合αを0.4以上に設定した投影光学系を介し
て、被処理体に転写される所望のパターンが一方向に限
定されたマスクを経た光束を前記被処理体に投影する時
に、 前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に対し
て、前記一方向に直交する方向の瞳軸上から前記割合α
以内の領域の有効光源を遮光した分布を形成するように
前記マスクを照明をするステップとを有する露光方法。 - 【請求項15】 被処理体に転写される所望のパターン
が形成されたマスクを輪帯照明できる照明光学系と、 中央が遮光(反射又は吸収等による)される瞳を設定で
き、前記マスクを経た光束を前記被処理体に投影できる
投影光学系とを有し、 前記パターンの限界解像よりも大きい全ての線幅に対し
て前記マスクを照明した0次回折光の6割以上が1次回
折光と干渉するように、前記照明光学系及び/又は前記
投影光学系は調節できる露光装置。 - 【請求項16】 前記マスクに形成された前記パターン
に基づいて、前記照明光学系の照明条件を切り替える制
御部を更に有する請求項15記載の露光装置。 - 【請求項17】 前記瞳の半径に対する前記マスクへの
照明の有効光源の外径の割合σ、前記瞳の半径に対する
前記マスクへの照明の有効光源の内径の割合σinを変
更するために、前記照明光学系を調節する制御部を更に
有する請求項15記載の露光装置。 - 【請求項18】 前記制御部は、前記照明光学系に含ま
れる、前記マスクを照明するアフォーカル光学系の角倍
率を変更する請求項16又は17記載の露光装置。 - 【請求項19】 前記制御部は、前記照明光学系に含ま
れる、前記マスクを照明する開口絞りの開口形状を変更
する請求項16又は17記載の露光装置。 - 【請求項20】 前記制御部は以下の式を満たすように
前記照明光学系及び/又は前記投影光学系を調節する請
求項16又は17記載の露光装置 α≦σin、 0.5<σ<0.9。 - 【請求項21】 前記制御部は、前記パターンと前記照
明条件とを比較して前記パターンの解像可能性を判断
し、解像不能と判定した場合には露光を中止することを
特徴とする請求項16又は17に記載の露光装置。 - 【請求項22】 前記制御部は、前記パターンと前記照
明条件とを比較して前記パターンの解像可能性を判断
し、解像不能と判定した場合には適切な照明条件に切り
替えすることを特徴とする請求項16又は17に記載の
露光装置。 - 【請求項23】 前記制御部は、前記パターンと前記照
明条件とを比較して前記パターンの解像可能性を判断
し、解像不能と判定した場合には警告を発することを特
徴とする請求項16又は17に記載の露光装置。 - 【請求項24】 瞳の中央が遮光できる、レチクルのパ
ターンをウェハ上に投影する投影光学系と、前記レチク
ルへの照明条件を設定する手段とを有し、 前記設定手段で設定した照明条件が前記投影光学系の瞳
上での有効光源の遮光部分が前記瞳の前記遮光した部分
より小さいかどうか判別し、小さい場合には設定照明条
件での露光を禁止する投影露光装置。 - 【請求項25】 前記小さい場合には警告することを特
徴とする請求項24記載の投影露光装置。 - 【請求項26】 前記小さい場合には、前記照明条件を
前記マスクが以下の式を満たす形で輪帯照明されるよう
にする請求項24記載の投影露光装置。 α≦σin、 0.5≦σ≦σMAX、 σMAX=1.4−2α(0.5≦σMAX≦0.9、
α<0.5)、 ここで、αは前記瞳の半径に対する前記瞳の遮光される
領域の半径の割合、σは前記瞳の半径に対する前記輪帯
照明の有効光源の外径の割合、σinは前記瞳の半径に
対する前記輪帯照明の有効光源の内径の割合である。 - 【請求項27】 瞳の中央が遮光できる、レチクルのパ
ターンをウェハ上に投影する投影光学系と、前記レチク
ルへの照明条件を設定する手段とを有し、前記設定手段
で設定した輪帯照明では、σ>σMAXとなる場合には
警告をだす投影露光装置 ここで、α≦σin、 0.5≦σ≦σMAX、 σMAX=1.4−2α(0.5≦σMAX≦0.9、
α<0.5)、 ここで、αは前記瞳の半径に対する前記瞳の遮光される
領域の半径の割合、σは前記瞳の半径に対する前記輪帯
照明の有効光源の外径の割合、σinは前記瞳の半径に
対する前記輪帯照明の有効光源の内径の割合である。 - 【請求項28】 請求項15乃至27記載の露光装置を
用いて前記被処理体を投影露光する工程と、 前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工
程とを有するデバイス製造方法。 - 【請求項29】 請求項15乃至27記載の露光装置を
用いて投影露光された前記被処理体より製造されるデバ
イス。
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