JP2002353098A

JP2002353098A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JP2002353098A
Application number: JP2001153008A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Unno; 靖行吽野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】【課題】マスク上に形成された微細な孤立パターンの
像を高い解像力でウェハ上に転写可能な露光方法及び装
置を提供する。【解決手段】ある波長の光でマスクの孤立パターンを
投影光学系により被露光面上に投影する段階を含む露光
方法において、当該孤立パターンの前記孤立パターンの
両端から出て前記投影光学系を介して前記被露光面に入
射する光束間の位相が実質的に当該光束の半波長ずれる
ように前記光により前記マスクを所定方向から照明する
ことを特徴とする露光方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、露光方
法に関し、特に、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デバイスを
製造するのに使用される露光方法及び装置、デバイス製
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。本発明は、例えば、フォトリソグラフィ工程に
おいて、被処理体に微細な孤立パターンを投影露光する
露光方法に好適である。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィ技術を用いてデバイ
スを製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこ
れらの用語を交換可能に使用する）に描画されたパター
ンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転
写する投影露光装置が従来から使用されている。投影光
学系はパターンからの回折光をウェハ上に干渉及び結像
させ、通常の露光ではパターンからの０次及び±１次の
回折光（即ち、三光束）を干渉させる。

【０００３】マスクパターンは、近接した周期的なライ
ンアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的
なコンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立ライン
パターンや孤立コンタクトホール等を含むが、高解像度
でパターンを転写するためには、パターンの種類に応じ
て最適な露光条件（照明条件や露光量など）を選択する
必要がある。

【０００４】投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリー
の式で与えられる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、ｋ_１は現像プロセスなどによって
定まるプロセス定数であり、通常露光の場合にはｋ_１は
約０．５〜０．７である。

【０００７】近年のデバイスの高集積化に対応して、転
写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要
求されている。高解像力を得るには、上式から開口数Ｎ
Ａを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが
有効であるが、これらの改善は現段階では限界に達して
いる。そこで、パターンを経た回折光の中で二光束を干
渉及び結像させる変形照明法や位相シフトマスク技術が
従来から提案されている。変形照明法は、斜入射照明法
などと呼ばれる場合もあるが、マスクパターンを光軸か
ら傾斜した角度で照明し、０次回折光と＋又は−１次回
折光を干渉させて結像するものである。また、位相シフ
トマスクは、マスクの隣接する光透過部分の位相を１８
０°反転することによって０次回折光を相殺し、２つの
±１次回折光を干渉させて結像するものである。これら
の技術によれば、上式のｋ_１を実質的に０．２５にする
ことができ、高解像度化に寄与する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の技術
は、周期的なＬ＆Ｓパターンのような単純なパターンに
は効果的であるが、孤立ラインパターンには適用しにく
く、従って、孤立ラインパターンとＬ＆Ｓパターンが混
在するような複雑なパターンにも適用しにくいため、こ
れらのパターンに対しては十分な解像度が得られなかっ
た。特に後者のパターンについては、近年の半導体産業
は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在する
システムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複
数種類のパターンを混在させる必要が生じてきている。
加えて、単位時間当たり処理される枚数（スループッ
ト）の低下を防止するために、マスクの交換をせずに後
者のパターンを同時に露光したいという需要もある。

【０００９】そこで、微細な孤立ラインパターンや、孤
立ラインパターンとＬ＆Ｓパターンを組み合わせた複雑
なパターンを含むマスクパターンを解像度良く露光可能
な露光方法及び装置を提供することを本発明の例示的目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の一側面としての
露光方法は、ある波長の光でマスクの孤立パターンを投
影光学系により被露光面上に投影する段階を含む露光方
法において、当該孤立パターンの前記孤立パターンの両
端から出て前記投影光学系を介して前記被露光面に入射
する光束間の位相が実質的に当該光束の半波長ずれるよ
うに前記光により前記マスクを所定方向から照明するこ
とを特徴とする。前記光束間の位相のずれは、前記波長
をλ、ｍを整数として、（λ／２）＋ｍλを満足するこ
とを特徴とする。また、本発明の別の側面としての露光
方法は、マスクに形成された孤立ラインパターンを、当
該孤立ラインパターンの短手方向に関して前記孤立パタ
ーンの両端に入射する照明光束の位相が当該照明光束の
半波長と波長の整数倍の和に相当する量だけずれるよう
に照明し、前記マスクを経た照明光束を、投影光学系を
介して被露光面に投影することを特徴とする。また、本
発明の更に別の側面としての露光方法は、物体面上のパ
ターンを波長λの照明光束によって照明し、該パターン
の像を、投影光学系を介して像面上に投影露光する方法
において、前記物体面上に設けられ、短手方向に幅Ｌを
有する孤立ラインパターンを、ｍを整数として、前記短
手方向に関して斜めから光軸と角度θで、Ｌｓｉｎθ＝
（λ／２）＋ｍλを満足するように照明することによっ
て前記像面上に前記孤立ラインパターンに対応する暗線
を形成することを特徴とする。これらの露光方法は、前
記両端から発生する散乱光の位相が反転させるため、被
露光面上ではこれらが打ち消し合ってシャープな光学像
を形成し、解像度を向上させる。

【００１１】前記孤立ラインパターンは、入射光の一部
を透過すると共に透過した光の位相を該パターンが設け
られていない部分を透過した光に対して１８０°反転さ
せるハーフトーン型位相シフト部材から形成され、かつ
その透過率は、像面上に形成される前記暗線の中央部の
光強度がゼロになるように設定されてもよい。ハーフト
ーン型位相シフト部材は孤立パターンに比較的効果的で
あるので上述の露光方法に組み合わされてその作用を高
めることができる。前記マスクは、線幅と間隔が共にＬ
／２のラインアンドスペースパターンを更に含み、前記
照明は前記照明光束から生じる二つの回折光を干渉させ
るための変形照明であってもよい。これにより、孤立ラ
インパターンとＬ＆Ｓパターンとを同時に露光すること
ができる。

【００１２】本発明の別の側面としてのマスクは、上述
の露光方法によって照明された場合に、前記被露光面の
光強度分布が、前記孤立ラインパターンの前記短手方向
の中心において０になるような透過率に設定されたハー
フトーン位相シフタによって前記孤立ラインパターンが
形成されていることを特徴とする。かかるマスクは、被
露光面の光強度がゼロになるために、コントラストの高
い像を形成することができる。

【００１３】本発明の更に別の側面としての露光装置
は、上述の照明を行う照明装置と、上述の投影を行う投
影光学系とを有する。かかる露光装置は、上述の露光方
法と同様の作用を奏する。また、本発明の更に別の側面
としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて
被処理体を投影露光するステップと、前記投影露光され
た前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有
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。また、かかるデバイス
は、例えば、ＬＳＩやＶＳＬＩなどの半導体チップ、Ｃ
ＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含
む。

【００１４】本発明の更なる目的又はその他の特徴は、
以下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。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の例示的な露光装置１について説明する。ここで、図６
は、露光装置１の概略ブロック図である。露光装置１
は、図６で示すように、回路パターンが形成されたマス
ク１０を照明する照明装置１００と、プレートを支持す
るステージ４５と、照明されたマスクパターンから生じ
る回折光をプレート３０に投影する投影光学系３００と
を有する。

【００１６】露光装置１は、例えば、ステップアンドリ
ピート方式やステップアンドスキャン方式でマスク１０
に形成された回路パターンをプレート３０に露光する投
影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンや
クオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であ
り、以下、本実施形態ではステップアンドスキャン方式
の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）を例に説明
する。ここで、「ステップアンドリピート方式」は、マ
スクに対してウェハを連続的にスキャンしてマスクパタ
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して、次のショットの露光領域
に移動する露光法である。「ステップアンドリピート方
式」は、ウェハのショットの一括露光ごとにウェハをス
テップ移動して次のショットを露光領域に移動する露光
法である。

【００１７】マスク１０は、例えば、石英などの透明な
基板１２に転写されるべき回路パターン（本実施形態で
は孤立ラインパターン１１）が形成され、図示しないス
テージ（「レチクルステージ」と呼ばれる場合もある）
に支持される。マスク１０を経た照明光から生じる回折
光は投影光学系３００を通り、プレート３０に投影され
る。

【００１８】図１に、マスク１０の概略断面図を示す。
同図を参照するに、マスク１０は、透明基板１２を含
み、その短手方向Ａに線幅Ｌの遮光部１４によって孤立
ラインパターン１１が構成されている。遮光部１４は、
例えば、クロムなどによって形成される。なお後述する
ように、遮光部１４は透過光の位相を変換させる光透過
部に置換されてもよい。なお、本実施形態のマスク１０
に構成された孤立ラインパターン１１は、簡略化及び説
明の都合上、同図紙面と垂直方向に長く伸びた１次元物
体とする。線幅Ｌは、例えば、約０．１５μｍであり、
照明装置１００が一括して露光することができる大きさ
である。ここでの説明では、便宜上投影光学系３００の
結像倍率を１としているが、実際の装置ではマスク上の
パターンはプレート３０上に４分の１倍、或いは５分の
１倍に縮小投影される構成をとることが多い。その場合
には、マスク上の遮光部の線幅は４Ｌ或いは５Ｌに拡大
された大きさになる。

【００１９】プレート３０は、ウェハや液晶基板などの
被処理体である。プレート３０にはフォトレジストが塗
布されている。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（Ｈｅｘａｍ
ｅｔｈｙｌ−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。

【００２０】プレート３０は、ステージ（「ウェハステ
ージ」と呼ばれる場合もある。）４５に支持される。ス
テージ４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用す
ることができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説
明は省略する。例えば、ステージ４５はリニアモータを
利用してＸＹ方向にプレート３０を移動することができ
る。マスク１０とプレート３０は、例えば、同期して走
査され、レチクルステージ及びステージ４５の位置は、
例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一
定の速度比率で駆動される。ステージ４５は、例えば、
ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に
設けられ、レチクルステージ及び投影光学系３００は、
例えば、鏡筒定盤は床等に載置されたベースフレーム上
にダンパ等を介して支持される図示しない鏡筒定盤上に
設けられる。

【００２１】照明装置１００は転写用の孤立パターンが
形成されたマスク１０を照明し、光源部１１０と、照明
光学系１２０とを有する。

【００２２】光源部１１０は、例えば、光源としてレー
ザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒ
Ｆエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシ
マレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザー
などを使用することができるが、レーザーの種類はエキ
シマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを
使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されな
い。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用
すれば固体レーザー相互間のコヒーレンスはなく、コヒ
ーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さら
にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回転
的に揺動させてもよい。また、光源部１２にレーザーが
使用される場合、レーザー光源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
ト化光学系を使用することが好ましい。また、光源部１
１０に使用可能な光源はレーザーに限定されるものでは
なく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどの
ランプも使用可能である。本実施例では光源部１１０
は、波長λの露光光を生成する。

【００２３】照明光学系１２０はマスク１０を照明する
光学系であり、本実施例では、波長λの照明光４００を
投影光学系３００の光軸Ｈから角度θだけ傾けてマスク
１０に照射することによってマスク１０を照明する。但
し、本実施形態の照明光学系１２０による照明は従来の
斜入射照明とは異なる。従来の斜入射照明法の特徴は照
明光を、周期的なパターンの繰り返し方向を含む面内で
角度θだけ傾けることであるのに対して、本実施形態の
照明光学系１２０は、孤立ラインパターン１１のように
周期的なパターンを使用していないからである。

【００２４】角度θを決定するに当たり、本発明者は、
まず、θ＝０の場合に線幅Ｌの変化による光学像の劣化
について検討した。まず、図１０に示すように、孤立ラ
インパターン５０１を垂直に照明した場合の像形成につ
いて説明する。図１０において、マスク５００は、透明
基板５０２と線幅Ｌの遮光部５０４とを有する。遮光部
５０４によってマスクパターンとしての孤立ラインパタ
ーン５０１が構成されている。説明の都合上、マスクパ
ターンを同図紙面と垂直方向に長く伸びた１次元物体と
する。マスク５００を波長λの照明光５５０で照明する
と、マスク５００をそのまま透過した光束５５２及び５
５４と共に遮光部５０２の両端で散乱した散乱光５５６
及び５５８は投影光学系５２０に入射し、ウェハ５４０
に光学像５３０を形成する。理解されるように、散乱光
５５６及び５５８は、ウェハ５４０上の遮光部５０４の
中央に対応する中央位置Ｏで干渉し、本来ゼロになるべ
き光強度を増加させる。この結果、コントラストが減少
し、光学像５３０が劣化する。

【００２５】ウェハ５４０上には感光性のレジスト５４
５が塗布されており、光学像５３０にレジスト５４５が
感光することによりマスク５００のパターン５０１がウ
ェハ５４０上に転写される。転写後に得られるウェハ５
４０は、図１１に示すようなレジスト形状をもつ。図１
１（ａ）はレジスト５４５ａがネガタイプの場合のウェ
ハ５４０上のレジスト形状、図１１（ｂ）はレジスト５
４５ｂがポジタイプの場合のウェハ５４０上のレジスト
形状を示している。但し、図１０に示す遮光部５０４の
線幅Ｌが狭くなると、光学像５３０が不明瞭となるた
め、形成可能なレジスト像の幅Ｙには下限が存在する。

【００２６】図１２に、遮光部５０４の線幅Ｌの変化に
よる光学像５３０の劣化を示す。グラフの縦軸は光強度
を表し、遮光部５０４の影響が及ばない位置の強度が１
となるように規格化されている。また、横軸は線幅Ｌの
大きさをλ／ＮＡ（投影光学系３０の開口数）で規格化
した値である。例えば、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７
の場合には、図に示す数値×２７６ｎｍが実際の値にな
っている。また、グラフは、遮光部５０４の線幅Ｌを１
とした場合、遮光部５０４の線幅Ｌを０．５とした場
合、遮光部５０４の線幅Ｌを０．２５とした場合のウェ
ハ５４０上の光強度分布をそれぞれ示している。

【００２７】ウェハ５４０上に微細なパターン像を形成
するためには光強度が弱くなる部分（暗部）の幅を小さ
くする必要があるが、同時に暗部の光強度がほぼゼロと
なるように抑えることが必要である。図１２を参照する
に、遮光部５０４の線幅Ｌを狭くするにつれて暗部ｗの
幅は小さくなる。しかし、暗部の中心の光強度をゼロに
抑えるという条件からは、遮光部５０４の線幅Ｌは０．
５程度が下限となることが理解される。ここで、光強度
が０．５となる位置における暗部の幅ｗ（即ち、光学像
が形成可能なレジスト像の幅Ｙ）を定義すれば、ｗは次
式で与えられ、これが暗部線幅の最小値となる。

【００２８】

【数２】

【００２９】従って、遮光部５０４の線幅Ｌが（例え
ば、本実施形態のように約０．１５μｍに）狭くなると
良好な光学像５３０が得られないため、ウェハ５４０上
に微細な線幅を有する孤立のマスクパターンを形成する
ことができない。

【００３０】次に、本発明者は、図１０に示す遮光部５
０４を透明な位相シフト部材に置換して同様に光学像の
劣化を検討した。この場合のマスク５００Ａを図１３に
示す。マスク５００Ａは、透明基板５０２と透明な位相
シフタ５０６とを有する。照明光５５０によって照明し
た際に、位相シフタ５０６を透過した光束５６２と位相
シフタ５０６が存在しない部分を透過した光束５６４、
５６６の間に１８０度の相対位相差が発生する。そのた
めに位相シフタ５０６の屈折率をｎとすれば、その厚み
ｄは次式により決定される。

【００３１】

【数３】

【００３２】マスク５００Ａ上の孤立ラインパターン５
０１Ａとしてこのような位相シフタ５０６を用いた場合
に、図示しないウェハ上に形成される光学像の劣化を図
１４に示す。位相シフタ５０６の幅Ｌを狭くすることに
より像の暗部の幅が減少するのは図１２を参照して説明
したようにマスク５００を用いた場合と同様である。こ
こで図１２の場合と同様に、暗部中心の光強度がほぼゼ
ロになるということを良質な像が得られることの条件と
すれば、位相シフタ５０６の幅の値としてＬ＝０．２５
程度が下限となる。前と同様に光強度が０．５となる位
置で暗部の幅ｗを定義すれば、ｗは次式で与えられ、こ
れが暗部線幅の最小値となる。

【００３３】

【数４】

【００３４】数式４に示すｗは数式２に示すｗ＝０．７
７７よりも僅かながら小さくなっており、遮光部５０４
の代わりに位相シフタ５０６を用いたことの効果が現れ
ている。但し、改善された値は微細な孤立ラインパター
ンを形成する露光について、ＬＳＩ等の更なる高集積化
の要求を満足する解像度を提供するには至っていない。
これには、互いに位相が同じである散乱光５６８及び５
６９による影響がある。

【００３５】さて、図１に戻って、本実施形態の照明光
学系１２０は、散乱光４０２及び４０４によるプレート
３０上の悪影響をなくすために、以下の次式に示す条件
を満足するように照明光４００の入射角度θを設定して
いる。

【００３６】

【数５】

【００３７】数式５の条件は、遮光部１４の右端と左端
を照明する光束の位相が相対的に１８０度（即ち、長さ
λ／２）ずれることに相当する。なぜなら、照明光４０
０のうち、図１に示す遮光部１４の左端１５に到達する
光と右端１６に到達する光の光路差はＬｓｉｎθに相当
し、これが半波長（λ／２）であれば数式５のようにな
るからである。数式５は、整数ｍを用いて以下の数式５
に示す一般式に拡張することができることが理解される
であろう。

【００３８】

【数６】

【００３９】数式５により、遮光部１４の左端１５から
発せられる散乱光４０２と遮光部１４の右端１６から発
せられる散乱光４０４は相対的に位相が反転することに
なる。散乱光４０２及び４０４と共にマスク１０をその
まま透過した光束４０６及び４０８は投影光学系３００
に入射する。従って、投影光学系３００を介した散乱光
４０２及び４０４は実質的に半波長の位相差が生じた状
態でプレート３０上に入射し、部分的に重なることにな
る。但し、同図中のマスク１０をそのまま透過した光束
４０６及び４０８、散乱光４０２及び４０４の矢印方向
は、実際の方向を示しているのではなく便宜的に示した
ものである。

【００４０】照明光学系１２０は、レンズ、ミラー、ラ
イトインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデ
ンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサ
ーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等であ
る。照明光学系１２０は、軸上光、軸外光を問わず使用
することができる。ライトインテグレーターは、ハエの
目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレ
ンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成され
るインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子
に置換される場合もある。本実施形態の照明光学系１２
０は、その図示しない光軸を投影光学系３００の光軸Ｈ
から角度θだけ傾けることによってマスク１０に対する
斜入射照明光を生成してもよい。代替的に、照明光学系
１２０は、例えば、図示しないハエの目レンズの射出面
の直後に配置される開口絞りの形状を制御することによ
ってマスク１０に対する斜入射照明光を生成する。いず
れにしても本実施形態では、数式５に定義する角度θは
予め算出されて固定されている。但し、照明角度θの固
定は本発明に必須のものではなく、後述する別の実施形
態では角度θは使用される孤立ラインパターン１１に応
じて可変に調節される。開口絞りの形状についてもかか
る他の実施例と共に説明する。

【００４１】投影光学系３００はマスク１０を経た光を
プレート３０に投影して光学像４１０を形成する。投影
光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学
系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有
する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレ
ンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光
学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用
することができる。色収差の補正が必要な場合には、互
いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数
のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子
と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

【００４２】投影光学系３００は、倒立像を形成するた
めに、図１に示すように光束４０６及び４０８の位置は
投影光学系３００の前後で逆転する。もっとも、本発明
は、投影光学系３００が正立像を形成する場合にも適用
することができる。散乱光４０２及び４０４は、位相が
反転しているため、投影光学系３００により投影された
プレート３０上で両者は互いに打ち消し合うので高品位
の光学像４１０を形成することができる。

【００４３】露光において、光源部１１０から発せられ
た光束は、ビーム整形系などを経た後で、波長λの露光
光として照明光学系１２０に導入される。数式５で表さ
れる照明角度θでマスク１０を照明する。

【００４４】ステップアンドスキャン方式の露光装置１
であれば、光源部１１０と投影光学系３００は固定し
て、マスク１０とプレート３０の同期走査してショット
全体を露光する。更に、プレート３０のステージをステ
ップして、次のショットに移り、プレート３０上に多数
のショットを露光転写する。これにより、孤立パターン
をプレート３０上に転写する。なお、露光装置１がステ
ップアンドリピート方式であれば、マスク１０とプレー
ト３０を静止させた状態で露光を行う。

【００４５】マスク１０を通過した散乱光４０２、４０
４及び光束４０６、４０８は投影光学系３００の結像作
用によって、プレート３０上に所定倍率で縮小投影され
て光学像４１０を形成する。光学像４１０は、散乱光４
０２及び４０４とマスク１０をそのまま透過した光束４
０６及び４０８がプレート３０上で干渉して形成され
る。プレート３０上の中心位置Ｏは、幾何光学的にはマ
スク１０の遮光部１４の影となりマスク１０をそのまま
透過した光束は存在しないため、遮光部１４の両端から
の散乱光４０２及び４０４のみの干渉によって光学像が
形成される。

【００４６】数式５で表現される照明角度θでマスク１
０を照明することによって散乱光４０２及び４０４の位
相は反転するため、プレート３０上の中心位置Ｏにおい
て散乱光４０２及び４０４の振幅が打ち消しあって結果
的に非常にシャープな暗線を形成することが可能とな
る。換言すれば、本発明は、散乱光４０２及び４０４に
よる光学像４１０の劣化を抑えることができる。これに
より、露光装置１は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。

【００４７】ここで、数式５で表される照明角度θは、
従来の斜入射照明法による照明角度とは異なることを、
図１５を参照して説明する。ここで、図１５は、従来の
斜入射照明法の原理を説明するための概略断面図であ
る。マスク５００Ｂは、透明基板５０２上には幅Ｌの遮
光部５０５が周期的に形成され、周期２Ｌのパターン５
０１Ｂが形成されている。従来の斜入射照明法の特徴
は、周期パターンが繰り返す方向Ｂを含む面（紙面）内
で照明光５７０を角度θだけ傾けて、角度θの方向に発
生する０次回折光５７２と、角度βの方向に発生する１
次回折光５７６によって図示しないウェハ上に像を形成
することである。ここでβ＝θの条件を選ぶことによっ
て二光束の回折光が発生することになり、以下の数式６
に示す解像可能なパターン線幅の範囲を有するようにな
る。β＝θとするためには、照明光５７０の入射角度θ
を以下の数式７を満足するように設定する必要がある。

【００４８】

【数７】

【００４９】

【数８】

【００５０】このように、本実施形態の線幅Ｌの遮光部
１４から構成されるマスク１０を照明する場合、周期的
なパターンを照明する従来の斜入射照明法による照明角
度θと比較して、孤立ラインパターンを照明する本発明
の照明角度θは数式５及び８からｓｉｎで２倍となるこ
とが理解される。

【００５１】

【実施例１】本発明の効果を実証するシミュレーション
結果を図２に示す。ここで、図２は線幅Ｌ＝０．６を有
する孤立ラインパターン１１を垂直に照明した場合、及
び、数式５を満足するように斜入射照明を行った場合の
光学像の比較を示すグラフである。Ｌの値、図の横軸が
λ／ＮＡで規格化された値となっていることは前述の通
りである。同図から理解されるように、本発明の斜入射
照明を適用することにより暗部の線幅が著しく減少し、
それに対応して、プレート３０上に従来よりも微細な線
幅の孤立パターンを形成することが可能となる。

【００５２】

【実施例２】図２の結果では、本発明の斜入射照明法に
よって暗部の線幅は狭くなっているが、プレート３０上
の中心位置Ｏの光強度はゼロになっていない。これは、
中心位置Ｏの光強度は図１に示す散乱光４０２及び４０
４の干渉の結果として与えられ、中心位置Ｏでは散乱光
４０２及び４０４の位相は反転しているものの、散乱光
４０２及び４０４の振幅の大きさが異なるために完全に
打ち消し合うことができないためと解釈される。

【００５３】そこで、遮光部１４を入射する光束の一部
を透過し、且つ、透過光の位相を周囲と反転させるハー
フトーン型位相シフタに置換した図示しないマスク１０
Ａを使用した。ハーフトーン型位相シフタは、例えば、
ＭｏＳｉ系半透膜から構成することができ、透過率及び
位相は、例えば、ＭｏＳｉ系半透膜の厚さと濃度を設定
することにより設定することができる。

【００５４】本実施例では、ハーフトーン型位相シフタ
の振幅透過率を４６％（強度透過率を２１％）、位相を
１８０度に設定し、孤立ラインパターン１１の線幅Ｌを
０．６に設定した。かかるマスク１０Ａを数式５で表さ
れる照明角度θで照明した場合にプレート３０に現れる
光強度分布を図３に示す。図２と同様に、縦軸は光強度
を表し、遮光部１４の影響が及ばない位置の強度が１と
なるように規格化されている。また、横軸は線幅Ｌの大
きさをλ／ＮＡ（投影光学系３００の開口数）で規格化
されている。図３の結果から微細な線幅で、かつ、プレ
ート３０上の中心位置Ｏにおける光強度ゼロの理想的な
光強度分布が実現されていることが理解される。

【００５５】光強度が０．５となる位置における暗部の
幅ｗを定義すれば、ｗは次式で与えられる。

【００５６】

【数９】

【００５７】かかるｗの値が本発明の斜入射照明による
暗部線幅の最小値であり、数式２及び数式４で表される
暗部線幅ｗと比較すると非常に大きな解像度の向上が実
現されていることがわかる。

【００５８】なお、照明装置１００は、照明光４００を
左右２方向から対称的にマスク１０に与えることが好ま
しい。図４に、照明光４００を左方向４００ａ及び右方
向４００ｂから与える例を示す。投影光学系３００に内
在する収差及び／又は焦点深度の影響等で光学像４１０
の横方向のずれが生じる場合において、左右２方向から
対称的に与えられる照明光４００ａ及び４００ｂは光学
像４１０が非対称になるのを防ぐ効果がある。

【００５９】

【実施例３】以下、図５を参照して、マスク１０の例と
してマスク１０Ｂに形成された周期パターン及び孤立ラ
インパターンの解像度を同時に向上させる露光方法につ
いて説明する。ここで、図５は、マスク１０Ｂの概略断
面図である。同図を参照するに、マスク１０Ｂは透明基
板１２を含み、線幅Ｌの遮光部１４によって図１に示す
孤立ラインパターン１１が構成される。照明光４００
（左方向から入射する照明光４００ａ及び右方向から入
射する照明光４００ｂ）は、遮光部１４の線幅Ｌ及び照
明角度θにおいて本発明の斜入射照明法を適用するため
に数式５の関係を維持している。

【００６０】マスク１０Ｂは、周期パターン１１Ａを形
成する遮光部１４Ｂを更に有する。遮光部１４Ｂは、線
幅をＬ／２とし、遮光部１４Ｂ及び光透過部１７を合わ
せた周期パターンのピッチはＬとなるように設定されて
いる。かかる構成は、マスク１０Ａの周期パターンに対
しても従来の斜入射照明法によって解像度が向上する条
件となっている。このことは、従来の斜入射照明法に最
適な照明角度θを表す数式７のＬをＬ／２で置換すると
数式５と同等になることからも理解される。

【００６１】マスク１０Ｂのパターン構成において、周
期パターン１１Ａは、従来の斜入射照明法の効果によっ
て解像度が向上し、孤立ラインパターン１１は、上述し
たように本発明の斜入射照明法の効果によって解像度が
向上する。従って、マスク１０Ｂに構成された孤立ライ
ンパターン１１及び周期パターン１１Ａに関して同時に
解像度を向上させることが可能である。

【００６２】

【実施例４】照明装置１００は、任意のマスク１０に対
する照明角度θを可変的に制御してもよい。かかる実施
例を図７及び図１６を参照して説明する。ここで、図７
は、露光装置１の変形例としての露光装置１Ａの概略断
面図である。露光装置１Ａは、照明制御部１７０を有す
る点で露光装置１と異なる。

【００６３】照明制御部１７０は、検出部１７２と、演
算部１７４と、駆動部１７６とを有する。検出部１７２
は、マスク１０及び演算部１７４に接続され、マスク１
０の遮光部１４で形成された孤立ラインパターン１１の
線幅Ｌを読み取る。例えば、検出部１７２は、マスク１
０に予め記載されて、孤立ラインパターン１１の線幅Ｌ
を識別する識別子又はバーコード等を読み取る。読み取
られたマスク１０に形成された孤立ラインパターン１１
のデータは演算部１７４に送信される。演算部１７４
は、検出部１７２及び駆動部１７６に接続され、検出部
１７２からのデータに基づいてマスク１０の孤立ライン
パターン１１の位置を認識し、数式５で表される照明角
度θを算出して駆動部１７６に送信する。駆動部１７６
は、演算部１７４及び照明装置１００に接続され、演算
部１７４の算出した照明角度θでマスク１０を照明する
ように照明装置１００を駆動する。

【００６４】例えば、演算部１７４は、図８に示す複数
の開口絞り１５０が装備されたターレットを回転させて
最適な開口絞りを選択することによって照明角度θを形
成する。なお、参照番号１５０は、以下に説明する１５
０Ａ、１５０Ｂなどを総括するものとする。

【００６５】以下、図１６を参照して、開口絞り１５０
に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図１６
は開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図である。図
１６（Ａ）は、遮光部１５１Ａと四重極の円１５２から
なる透過率１の光透過部とを有する開口絞り１５０Ａの
概略平面図である。円形開口１５２は、中心位置のσが
１以下の照明光をもたらし、それぞれ、±４５度と±１
３５度に配置されている。好ましくは、各円１５２がも
たらす照明光のσは等しい。開口１５３の形状は、四角
形その他の多角形、扇形の一部など種々の変更が可能で
ある。また、σが１を超えてもよい。図１６（Ｂ）は、
遮光部１５１Ｂと輪帯開口１５３からなる透過率１の光
透過部とを有する開口絞り１５０Ｂの概略平面図であ
る。

【００６６】図示しないターレットにはσが異なる（即
ち、円１５２や輪帯１５３の位置や寸法が異なる）開口
絞り１５０が複数搭載されており、演算部１７４は最適
の照明角度θをもたらす開口絞り１５０を選択する。

【００６７】次に、図８及び図９を参照して、上述の露
光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明
する。図８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本発明のリソグラ
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、それが出荷（ステップ７）される。

【００６８】図９は、ステップ４のウェハプロセスの詳
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。

【００６９】本発明の露光方法及び装置によれば、製造
が困難な特殊なマスク構造を用いることなく、微細な孤
立ラインパターンの像をウェハ上に転写可能にする。

【００７０】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。

【００７１】

【発明の効果】本発明の露光方法及び装置によれば、微
細な孤立ラインパターンや、孤立ラインパターンとＬ＆
Ｓパターンを組み合わせた複雑なパターンを含むマスク
パターンを解像度良く露光することができる。また、か
かる露光方法及び装置を使用したデバイス製造方法は高
品位なデバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光装置の概略断面図である。

【図２】本発明による斜入射照明と従来の垂直照明に
よってプレート上に現れる光強度分布である。

【図３】本発明による斜入射照明法によってハーフト
ーン位相シフトマスクを露光する際にプレート上に現れ
る光強度分布である。

【図４】本発明による照明を左右二方向から対称的に
与える例を示す図である。

【図５】図１に示すマスクの変形例の概略断面図であ
る。

【図６】本発明の一側面としての露光装置の概略断面
図である。

【図７】図６に示す露光装置の変形例の概略断面図で
ある。

【図８】本発明の露光工程を有するデバイス製造方法
を説明するためのフローチャートである。

【図９】図７に示すステップ４の詳細なフローチャー
トである。

【図１０】遮光部によって形成された孤立ラインパタ
ーンを従来の垂直照明光によって露光する方法を説明す
る概略断面図である。

【図１１】ウェハに形成されるレジストの種類に応じ
て形成されるパターン形状を示す概略断面図である。

【図１２】図１０に示す露光によってウェハに現れる
光強度分布である。

【図１３】ハーフトーン位相シフタによって形成され
た孤立ラインパターンを従来の垂直照明光によって露光
する方法を説明する概略断面図である。

【図１４】図１３に示す露光によってウェハに現れる
光強度分布である。

【図１５】従来の斜入射照明法の原理を説明するため
の概略断面図である。

【図１６】図７に示す露光装置に適用可能な開口絞り
の概略平面図である。

【符号の説明】

１露光装置１０及び１０ａマスク１４、１４Ｂ遮光部４００照明光４０２、４０４散乱光４１０光学像

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ある波長の光でマスクの孤立パターンを
投影光学系により被露光面上に投影する段階を含む露光
方法において、当該孤立パターンの前記孤立パターンの
両端から出て前記投影光学系を介して前記被露光面に入
射する光束間の位相が実質的に当該光束の半波長ずれる
ように前記光により前記マスクを所定方向から照明する
ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記光束間の位相のずれは、前記波長を
λ、ｍを整数として、（λ／２）＋ｍλを満足すること
を特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】マスクに形成された孤立ラインパターン
を、当該孤立ラインパターンの短手方向に関して前記孤
立パターンの両端に入射する照明光束の位相が当該照明
光束の半波長と波長の整数倍の和に相当する量だけずれ
るように照明し、前記マスクを経た照明光束を、投影光学系を介して被露
光面に投影することを特徴とする露光方法。
【請求項４】物体面上のパターンを波長λの照明光束
によって照明し、該パターンの像を、投影光学系を介し
て像面上に投影露光する方法において、前記物体面上に
設けられ、短手方向に幅Ｌを有する孤立ラインパターン
を、ｍを整数として、前記短手方向に関して斜めから前
記投影光学系の光軸と角度θで、Ｌｓｉｎθ＝（λ／
２）＋ｍλを満足するように照明することによって前記
像面上に前記孤立ラインパターンに対応する暗線を形成
することを特徴とする露光方法。
【請求項５】前記孤立ラインパターンは、入射光の一
部を透過すると共に透過した光の位相を該パターンが設
けられていない部分を透過した光に対して１８０°反転
させるハーフトーン型位相シフト部材から形成され、か
つその透過率は、像面上に形成される前記暗線の中央部
の光強度がゼロになるように設定されることを特徴とす
る請求項３又は４記載の露光方法。
【請求項６】前記マスクは、線幅と間隔が共にＬ／２
のラインアンドスペースパターンを更に含み、前記照明は前記照明光束から生じる二つの回折光を干渉
させるための変形照明である請求項３又は４記載の露光
方法。
【請求項７】マスクに形成された孤立ラインパターン
を、当該孤立ラインパターンの短手方向に関して前記孤
立パターンの両端に入射する照明光束が当該照明光束の
半波長と波長の整数倍の和だけずれるように照明する照
明装置と、前記マスクを経た照明光束を、投影光学系を
介して被露光面に投影する投影光学系とを有する露光装
置。
【請求項８】前記マスクは、線幅と間隔が共にＬ／２
のラインアンドスペースパターンを更に含み、前記照明装置は前記照明光束から生じる二つの回折光を
干渉させるための変形照明によって前記孤立ラインパタ
ーンと前記ラインアンドスペースパターンを同時に照明
する請求項７記載の露光装置。
【請求項９】前記孤立ラインパターンを応じて、前記
マスクに対する前記照明光束の照明角度を決定して前記
照明装置を制御する制御部を更に有する請求項７記載の
露光装置。
【請求項１０】請求項７乃至９のうちいずれか一項記
載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するステップ
と、前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行
うステップとを有するデバイス製造方法。
【請求項１１】請求項７乃至９のうちいずれか一項記
載の露光装置を用いて投影露光された被処理体より製造
されるデバイス。
【請求項１２】請求項３記載の露光方法によって照明
された場合に、前記被露光面の光強度分布が、前記孤立
ラインパターンの前記短手方向の中心において０になる
ような透過率に設定されたハーフトーン位相シフタによ
って前記孤立ラインパターンが形成されていることを特
徴とするマスク。