JP3335139B2 - 露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents
露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法Info
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- JP3335139B2 JP3335139B2 JP15785499A JP15785499A JP3335139B2 JP 3335139 B2 JP3335139 B2 JP 3335139B2 JP 15785499 A JP15785499 A JP 15785499A JP 15785499 A JP15785499 A JP 15785499A JP 3335139 B2 JP3335139 B2 JP 3335139B2
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- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
置、およびデバイス製造方法に関し、特に微細な回路パ
ターンを感光基板上に多重露光する露光方法および露光
装置に関する。本発明の露光方法および露光装置は、例
えばIC・LSIなどの半導体チップ、液晶パネルなど
の表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、CCDなどの
撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで
用いる広域なパターンの製造に用いられる。
て、図19に示す構成のものが知られている(例えば特
開平2−100311号公報)。同図において、1はS
OR等のX線源(発光点)、2はx方向にスリット状に
広がったSORX線、3はスリット状のX線2をy方向
に拡大するための凸面ミラー(例えばSiC製)、2a
は凸面ミラー3で面状に拡大されたX線、7はレジスト
を塗布した半導体ウエハ等の被露光体、10はマスクで
ある。また、4はSOR側の雰囲気とマスクおよび被露
光体側の雰囲気とを分離するベリリウム薄膜、5は露光
量調節のためのフォーカルプレイン型のシャッタであ
る。露光は、マスク10と被露光体7とを10μm程度
の間隔(ギャップ)を置いて配置し、シャッタ5を開い
て、SOR等からのスリット状高輝度X線2を凸面ミラ
ー3により面状に拡大したX線2aをマスク10を介し
て被露光体7上に照射して、マスク10のパターン像を
被露光基板7上に等倍で転写する。
ィ露光装置においては、X線としては波長0.5nm〜
20nm程度のものが用いられる。したがって、波長の
みで考えると、0.05μm(50nm)以下の高解像
度が得られるはずである。しかしながら、現状では、こ
のような高解像度のマスクは作製が困難である。従来の
最小線幅0.1μm(100nm)のマスクを作製する
技術で例えば名目的な最小線幅が0.05μmのマスク
を作製した場合、でき上がったパターンのラインアンド
スペース(線幅および間隔、以下、L&Sという)や位
置等の誤差がマスクの欠陥としてそのまま転写されてし
まい、形成すベきパターンが欠けたり、位置ずれを起こ
すという問題があった。また、実際のマスクパターンが
充分な線幅または間隔や所望の精度で作製されていない
等の理由で、充分なコントラストが得られず解像ができ
ないという問題もあった。
(感光基板)に対して、周期パターン露光と通常露光の
二重露光を行う露光方法および露光装置によって、0.
15μm以下の部分を備える回略パターンを作成するこ
とが検討されている。ここでの「通常露光」とは、周期
パターン露光より解像度は低いが、任意のパターンで露
光することが可能な露光であり、代表的なものとして、
投影光学系によってマスクのパターンを投影することが
可能な投影露光が挙げられる。通常露光によって露光さ
れるパターンは、(以下通常露光パターンという)解像
度以下の微細なパターンを含んでおり、周期パターン露
光はこの微細なパターンと同線幅の周期パターンなどを
形成するものである。この周期パターン露光には、レベ
ンソン型の位相シフトマスクなどが用いられる。その1
例を図1に示す。図1の周期パターンと、図1の通
常露光パターンを同じ位置に露光し、その合成像である
微細なパターン図1を得ることが可能になる。このよ
うに、最終的に作成したいパターンは通常露光パターン
として露光するが、この通常露光パターンには解像度以
下のパターンを含んでいるため、同位置に高解像度の周
期パターンを露光することによって、その通常露光パタ
ーンの解像度を向上し、最終的に解像度以下の微細線を
含んだ、所望のパターンを作成することが出来るもので
ある。
重露光においては、図1の通常露光パターンの解像度
を向上するために、図1の高解像度周期パターンを同
位置に露光する。この二重露光において、図1に示し
たパターンの微細線部分が図の周期方向と一致してい
る場合には特に問題は生じない。しかしながら、通常露
光パターンとして、図2に示したような微細線の方向が
混在したパターンの場合を例とすると、周期パターンの
周期方向と直交する方向の微細線は問題なく解像できる
が、この周期方向と同じ方向の微細線は解像することが
出来ない場合がある。ゲートパターン、Tゲートパター
ンと呼ばれるパターンを例に、ポジレジストを用いた場
合を想定し、図1、図2を用いて説明する。図では、周
期パターンはすべてパターンに光が透過し、位相が反転
しているものとする。この周期パターンは、周期数が2
以上のものとする。また、通常パターンは、周辺に光が
透過し、パターン部分を遮光された位相が一定のバイナ
リー振幅のものとする。
通常露光パターンであるゲートパターンの微細線の方向
と、図1の周期パターンを構成するパターンの方向が
一致しているため、図1の通常露光パターンであるゲ
ートパターンの微細線の解像度を向上することが可能に
なる。次に、図2に示した、微細線に直交した微細線が
ついているTゲートパターンの場合、微細線の方向が混
在している。このように、微細線の方向が混在している
パターンを作成する場合、図のような周期パターンを用
いると、周期方向と直交する微細線は解像するが、周期
方向と同じ方向の微細線は解像できない。したがって、
周期の方向が混在した場合、パターンの間隔Aが解像度
以下になると、従来用いていた単純な周期パターンを用
いただけでは、図2のパターン間隔Aの部分がくっつき
分離できない。このように、周期パターンと通常露光パ
ターンの二重露光を行う場合、通常パターンの形状が複
雑になると、従来用いていた単純な高解像度周期パター
ンでは、良好な像が得られない場合が生じる。特に、微
細線の方向が混在しているパターンに関しては、徒来の
方法で対応することは難しい。
し、周期構造を有するパターンと通常露光パターンの多
重露光を行う場合において、周期構造を有するパターン
に光近接効果によるパターン歪みの補正を行うことので
きるように工夫を施して、良好なパターンを得ることが
できる露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を
提供することを目的とするものである。
成するために、露光方法、露光装置、およびデバイス製
造方法を、つぎのように構成したことを特徴とするもの
である。すなわち、本発明の露光方法は、被露光基板に
対して第1のパターンによる露光と第2のパターンによ
る露光を含む多重露光を行う露光方法において、前記第
1のパターンは、微細線を解像するための周期構造を有
するパターンであって、該第1のパターンに前記第2の
パターンの露光における光近接効果によるパターン歪み
の補正を行うための前記(微細線を解像するための)周
期構造のない領域を形成したことを特徴としている。ま
た、本発明の露光方法は、前記第2のパターンは、ウエ
ハ面上の光強度分布が多値であることを特徴としてい
る。また、本発明の露光方法は、前記第2のパターン
は、設計パターンそのものか、それに近いものであるこ
とを特徴としている。また、本発明の露光方法は、前記
第1のパターンは、その光強度分布が設計パターンの形
状に近くなるような前記光近接効果によるパターン歪み
の補正を行うことを特徴としている。また、本発明の露
光方法は、前記第1のパターンと第2のパターンにおい
て、それらを露光した合成像の光強度分布が、設計パタ
ーンに近くなるように前記光近接効果によるパターン歪
みの補正を行うことを特徴としている。また、本発明の
露光方法は、前記第1のパターンの前記周期構造のない
領域に、部分的に線幅を太くした領域を形成して、前記
光近接効果によるパターン歪みの補正を行うことを特徴
としている。また、本発明の露光方法は、前記第1のパ
ターンの前記周期構造のない領域において、前記第2の
パターンのうち該第1のパターンの周期の方向と直交し
ない方向の微細線と重なる領域に孤立線を形成し、該孤
立線の線幅を該第2のパターンの微細線の線幅よりも太
くすることを特徴としている。また、本発明の露光方法
は、前記孤立線は、第1のパターンにおける周期的部分
から作成される合成像の微細線と孤立線から作成される
合成像の微細線とが同じ線幅になるように、該孤立線の
線幅を最適化することを特徴としている。また、本発明
の露光方法は、前記第1のパターンの前記周期構造のな
い領域に、補正パターンを形成し、前記光近接効果によ
るパターン歪みの補正を行うことを特徴としている。ま
た、本発明の露光方法は、前記補正パターンは、前記第
1のパターンの前記周期構造のない領域に、前記第2の
パターンのうち該第1のパターンの前記周期構造の周期
の方向と同じ方向の微細線と重なるように形成された孤
立線において、該孤立線の短縮を見込んで所定の形状と
なるように形成されることを特徴としている。また、本
発明の露光方法は、第1のパターンにおいて、第2のパ
ターンの微細線の3倍以上太い線幅のパターンには遮光
部を設け、光量調節することを特徴としている。また、
本発明の露光方法は、前記第1のパターンは、該パター
ンの線幅の調整をすることにより、該第1のパターン全
体の光量バランスを調整することを特徴としている。ま
た、本発明の露光方法は、前記第1のパターンにおい
て、交差するパターンを用いる場合、その交点あるいは
交点近傍に遮光部を設けることを特徴としている。ま
た、本発明の露光方法は、前記第1のパターンにおい
て、L字型に直交するパターンを用いる場合、その交点
あるいは近傍に遮光部を設けることを特徴としている。
また、本発明の露光方法は、前記第1のパターンにおい
てT字型に直交するパターンを用いる場合、その交点あ
るいは近傍に遮光部を設けることを特徴としている。ま
た、本発明の露光方法は、前記第1のパターンは、周期
数2以上の周期パターンであって、レベンソン型位相シ
フトマスク、またはバイナリー型マスクのいずれかのマ
スクで構成されることを特徴としている。
対して第1のパターンによる露光と第2のパターンによ
る露光を含む多重露光を行う露光モードを有する露光装
置において、前記第1のパターンは、微細線を解像する
ための周期構造を有するパターンであって、該第1のパ
ターンが前記第2のパターンの露光における光近接効果
によるパターン歪みの補正を行うための前記周期構造の
ない領域を有していることを特徴としている。また、本
発明の露光装置は、前記第2のパターンは、ウエハ面上
の光強度分布が多値であることを特徴としている。ま
た、本発明の露光装置は、前記第2のパターンは、設計
パターンそのものか、それに近いものであることを特徴
としている。また、本発明の露光装置は、前記第1のパ
ターンは、その光強度分布が設計パターンの形状に近く
なるような前記光近接効果によるパターン歪みの補正を
行うように構成されていることを特徴としている。ま
た、本発明の露光装置は、前記第1のパターンと第2の
パターンにおいて、それらを露光した合成像の光強度分
布が、設計パターンに近くなるように前記光近接効果に
よるパターン歪みの補正を行うように構成されているこ
とを特徴としている。また、本発明の露光装置は、前記
第1のパターンの前記周期構造のない領域に、部分的に
線幅を太くした領域を有し、光近接効果によるパターン
歪みの補正を行う構成を備えていることを特徴としてい
る。また、本発明の露光装置は、前記第1のパターンの
前記周期構造のない領域において、前記第2のパターン
のうち該第1のパターンの前記周期構造の周期の方向と
直交しない方向の微細線と重なる領域に孤立線を有し、
該孤立線の線幅が該第2のパターンの微細線の線幅より
も太く形成されていることを特徴としている。また、本
発明の露光装置は、前記孤立線は、第1のパターンにお
ける周期的部分から作成される合成像の微細線と孤立線
から作成される合成像の微細線とが同じ線幅になるよう
に、該孤立線の線幅が最適化されていることを特徴とし
ている。また、本発明の露光装置は、前記第1のパター
ンの周期構造のない領域に、補正パターンを有し、前記
光近接効果によるパターン歪みの補正を行う構成を備え
ていることを特徴としている。また、本発明の露光装置
は、前記補正パターンは、前記第1のパターンの前記周
期構造のない領域に、前記第2のパターンのうち該第1
のパターンの前記周期構造の周期の方向と同じ方向の微
細線と重なるように形成された孤立線において、該孤立
線の短縮を見込んで所定の形状となるように形成されて
いることを特徴としている。また、本発明の露光装置
は、第1のパターンにおいて、第2のパターンの微細線
の3倍以上太い線幅のパターンには遮光部を設け、光量
調節するように構成したことを特徴としている。また、
本発明の露光装置は、前記第1のパターンは、該パター
ンの線幅の調整をすることにより、該第1のパターン全
体の光量バランスを調整することを特徴としている。ま
た、本発明の露光装置は、前記第1のパターンにおい
て、交差するパターンがある場合、その交点あるいは交
点近傍に遮光部を設けることを特徴としている。また、
本発明の露光装置は、前記第1のパターンにおいて、L
字型に直交するパターンがある場合、その交点あるいは
近傍に遮光部を設けるように構成したことを特徴として
いる。また、本発明の露光装置は、前記第1のパターン
においてT字型に直交するパターンがある場合、その交
点あるいは近傍に遮光部を設けるように構成したことを
特徴としている。また、本発明の露光装置は、前記第1
のパターンは、周期数2以上の周期パターンであって、
レベンソン型位相シフトマスク、またはバイナリー型マ
スクのいずれかのマスクで構成したことを特徴としてい
る。また、本発明のデバイス製造装置は、上記した本発
明のいずれかの露光方法または露光装置を用いて、デバ
イスを製造することを特徴としている。
パターンと通常露光パターンとで多重露光を行う場合に
おいて、単純な周期パターンに部分的に周期をくずした
工夫を加えることで、微細線の方向が混在しているパタ
ーンなどの複雑なパターンを作成する際においても、す
べての微細線を良好に再現することが可能となる。ここ
で、周期パターンに、周期をくずした工夫を加えること
によって、実際には周期構造のある部分とない部分で構
成されることになるが、便宜上、これも周期パターンと
呼ぶことにする。さらに、このような周期パターンの工
夫を行うことによって、特に解像度以下の微細なパター
ンを作成する場合に生じる、光近接効果によるパターン
歪みをなくすことが可能となる。多重露光を行うに際し
て、例えば、二重露光は、2つのパターンを同位置に露
光することによって解像度の向上を図るものであるた
め、ここで用いる周期パターンは、すべて通常露光パタ
ーンの形状に合わせて設計される。
した周期パターンヘの工夫は、とりわけ以下のように施
される。 ・通常露光パターンに対して、周期パターンの線幅を変
化させることによって、光近接効果によるパターン歪み
を補正する。 ・通常露光パターンに対して、周期パターンの形状を変
化させることによって、光近接効果によるパターン歪み
を補正する。 ・周期パターンの線幅は、微細線よりも3倍以上極端に
大きいパターンには遮光部を設け、光量を調整する。 ・周期パターンがL字に交わる場合、交点の強度集中を
のぞくために、L字交点近傍に遮光を設ける。 ・周期パターンがT字に交わる場合、交点の強度集中を
のぞくために、T字交点近傍に遮光を設ける。 上記の工夫を施した周期パターンを用いることによっ
て、微細線の方向が混在しているパターンにおいても光
近接効果によるパターン歪みを補正することが可能とな
り、良好な合成像を得ることが出来るのである。
示す。周期パターン露光・通常露光・現像の各ブロック
の流れを示しているが、周期パターン露光と通常露光の
順序は図5の通りであってもその逆でもよく、また複数
回の露光段階を含む場合には、もちろん交互に行うこと
も可能である。また、各露光ステップ側には、精密な位
置合わせを行うステップが行われるが、この処理に関す
る詳細は省略する。本実施例は、波長248nmのKr
Fエキシマステッパーを用い、周期パターン露光・通常
露光の二重露光を行う際、周期パターンの工夫に関する
ものである。
る。二重露光は、通常露光と周期パターン露光を現像の
工程を介さないでおこなうものである。これは、レジス
トの露光しきい値以下で周期パターンを露光し、その
後、露光量が多値の分布を持つ通常露光をおこなうもの
である。通常露光の露光量は、露光パターン領域(露光
領域)の小領域ごとに異なる露光量分布を持ち、それぞ
れの露光量は、露光しきい値以上であっても以下であっ
てもよい。ここで言う露光量とは、すべて、レジスト上
の露光量を示している。
ラフィーパターン)として、図21(2)または(3)
に示すいわゆるゲートパターンを例に説明する。図のゲ
ートパターンは横方向の最小線幅が0.1μmであるの
に対して縦方向では、線幅は装置の通常露光による解像
力の範囲内である0.2μm以上である。二重露光法に
よれば、このような横方向のみの1次元方向にのみ高解
像度を求められる最小線幅パターンを持つ二次元パター
ンに対しては、例えば二光束干渉露光による周期パター
ン露光をかかる高解像度の必要な一次元方向のみでおこ
なう。
示している。図20の図中に示される数値はレジストに
おける露光量を表すものである。図20において、図2
0(1)は1次元方向のみに繰り返しパターンが生じる
周期的な露光パターンによる露光量分布である。パター
ン以外の露光量はゼロであり、パターン部分は1となっ
ている。図20(2)は多値の通常露光による露光量分
布である。パターン以外の露光量はゼロであり、パター
ン部分は1と2の、ここでは2値の分布となっている。
これらの露光を現像の工程を介さないで二重露光をおこ
なうと、レジスト上にそれぞれの露光量の和の分布が生
じ、図20(3)のような露光量分布となる。ここで、
レジストの感光しきい値が1から2の間にあるとき、1
より大きな部分が感光し、図20(3)の図中、太線で
示されたようなパターンが現像により形成される。
ターン露光による露光パターンは、レジストの露光しき
い値以下であり、現像により消失する。通常露光の、レ
ジストの露光しきい値以下の露光量が分布する部分に関
しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パターン
の和が、レジストの露光しきい値以上となる部分が現像
により形成される。従って、通常露光と周期パターン露
光の各露光パターンの重なる、周期パターン露光の露光
パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成され
る。通常露光の、レジストの露光しきい値以上の露光量
が分布する露光パターン領域に関しては、通常露光と周
期パターン露光の各露光パターンの重なる、通常露光の
露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成さ
れる。
成するためのパターンおよびマスクを示している。図2
1(1)は、高解像度の必要な一次元方向のみに繰り返
しパターンが生じるパターンおよびマスクであり、例え
ばレベンソン型位相シフトマスクによって実現が可能で
ある。レベンソン型位相シフトマスクの場合、図の白色
部分と灰色部分は位相が互いに反転し、位相反転の効果
により2光束干渉露光による高コントラストな周期的な
露光パターンが形成される。マスクは、レベンソン型位
相シフトマスクに限定されず、このような露光量分布を
形成するのであれば、どのようなものであってもよい。
この露光パターンの周期は0.2μmとし、この露光パ
ターンはラインとスペースのそれぞれの線幅が0.1μ
mのラインアンドスペースパターンにより、図20
(1)で示された露光量分布が形成される。
およびマスクは、最終的に形成したい回路パターンと相
似のパターンが描かれたマスクを用いる。この場合、図
21(2)で示されたゲートパターンが描かれたマスク
を用いる。前述したようにゲートパターンの微細線から
なる部分は、通常の露光の解像度以下のパターンなの
で、レジスト上では、微細線の2本線部分は解像され
ず、強度の弱い一様な分布となるが、これに対して微細
線の両端のパターンは、装置の通常露光による解像力の
範囲内である線幅なので強度の高いパターンとして解像
される。従って、図21(2)で示されたパターンおよ
びマスクを露光すると、図20(2)で示された多値の
露光量分布が形成される。
分布が光透過型のもので示したが、光遮光型のパターン
も、図21(3)に示したようなマスクを用いれば可能
である。光遮光型のパターンは、パターン以外の部分に
光が透過し、パターン部分に光を遮光したマスクを用い
れることによって実現可能になる。光遮光型パターンの
場合、解像度以上のパターンは光を遮光し、露光量分布
がゼロになるのに対し、解像度以下の微細パターンは、
完全には遮光されず、パターン周辺の露光量分布の半分
の露光量が分布するので、多値の露光量分布が形成され
る。
めると、 1.通常露光をしない領域にある最大露光量がレジスト
の露光しきい値以下の、周期パターン露光による露光パ
ターンは現像により消失する。 2.レジストの露光しきい値以下の露光量がレジストに
供給される、通常露光の露光パターン領域(露光領域)
に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パタ
ーンの組み合わせにより決まる周期パターン露光の露光
パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成され
る。 3.レジストの露光しきい値以上の露光量がレジストに
供給される、通常露光の露光パターン領域(露光領域)
に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パタ
ーンの組み合わせにより決まる通常露光の露光パターン
と同じ解像度を持つ露光パターンが形成される。
が要求される周期パターン露光を位相シフト形マスク等
を用いた2光束干渉露光でおこなえば、通常の投影露光
による周期パターンの結像に比べて、はるかに大きい焦
点深度が得られることが挙げられる。以上の説明では周
期パターン露光と通常露光の順番は、周期パターン露光
を先としたが、逆あるいは同時でもよい。
パターンの線幅を変化させることによって、光近接効果
によるパターン歪みを補正する場合を図4および図5を
用いて説明する。ここでは、図4(a)の光遮光部でパ
ターンを作成する場合を例として説明する。図5は、通
常露光パターンに合わせた周期パターンの作成手順を示
している。図4(a)は、実際に使用する周期パターン
と通常露光パターンを示しており、この2つのパターン
を合成することによって、最終的には図4(a)の通
常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的で
ある。
縦方向の微細線が4本、横方向の微細線が2本存在して
いる。また、特に解像が難しい領域は、図中に示したよ
うに、パターン同志が解像度以下の間隔で接している部
分である。そこで、周期方向は、微細線が多く存在し、
解像が難しい領域を解像できる縦方向とする。このよう
に、微細線とパターン同志が解像度以下の間隔で接して
いる「解像が難しい領域」に着目し、それらが解像でき
るように周期パターンの配置を決定すると、周期パター
ン1に示した領域に周期パターンを配置することが必須
となる。この時、周期パターンの長さは、通常露光パタ
ーンの微細線の長さ以上とする。次に、周期パターンの
周期方向と同じ方向の微細線が存在する領域は大きなパ
ターンにし、周期パターンを配置しないようにする。な
ぜなら、ここに周期パターンを配置してしまうと、周期
方向と同じ方向の微細線にくびれが生じてしまうからで
ある。そして、この大きなパターンも含めて、隣り合う
パターン同志の位相が0・πと逆位相になるよう、周期
パターン2に示したように位相を設定する。
なる周期パターン領域をCrで遮光し、光が透過せず、
遮光の孤立線になるようにする。このように作成した周
期パターン3が最終的に用いる周期パターンとなる。こ
こでは光遮光部でパターンが形成されるため、周期方向
と同じ方向の微細線を解像するためにこの孤立線である
遮光部を設けるのである。ここでこの孤立線は、実際に
作成したい微細線の線幅よりも太くする必要がある。な
ぜなら、光の回り込みによって微細線が細くなったり断
線するなど、良好な微細線が作成できないからである。
したがって、微細線に対する光の回り込みを防ぐ目的な
どから、実際作成したいパターンの微細線の線幅が1L
の場合、1.5L〜3Lと若干太くした周期パターンを
用いることが必要である。このように、孤立線を太くし
た周期パターンを用いることで、二重露光後に周期構造
のある部分と孤立線の線幅が等しくなる。この孤立線の
線幅は、最終的に作成したい微細線の線幅によって、変
化する。つまり、二重露光を行う場合で、通常露光マス
ク上の周期と異なる方向の微細線と重なる周期パターン
の領域に孤立線を置く際、この孤立線の線幅を、微細線
の線幅より若干太くする光近接効果補正(OPC)を行
うことで解像性を強めることができ、周期方向と異なる
微細線が存在するパターンでも良好な像を作成すること
が出来るのである。
を作成する場合に限らず、図4(b)で示したような光
透過部でパターンを作成する場合でも同様である。図4
(b)で示した周期パターンと通常露光パターンを用い
るが、ここでも図4(b)の周期パターンに置かれた孤
立線部分は、微細線よりも若干太くなっている。以上の
説明からも分かるように、通常露光パターンの微細線よ
り、周期パターンの線幅を変化させることによって、光
近接効果を補正することができ、良好な合成像を得るこ
とが可能となるのである。
期パターンの形状を変化させることによって、光近接効
果によるパターン歪みを補正する場合について、図6を
用いて説明する。図6(a)は、実際に使用する周期パ
ターンと通常露光パターンを示しており、この2つのパ
ターンを合成することによって、最終的には図6(a)
のの通常露光パターンと同じ形のパターンを得ること
が目的である。本実施例1で述べた周期パターン(図4
)を用いる場合では、線幅やその他条件によって、通
常露光パターンの図6(a)ののBの部分に、くびれ
が生じてしまう場合がある。そこで、本実施例2では、
このくびれの補正も含めた周期パターンについて説明す
る。基本的な周期パターンの作成手順は実施例1の通り
である。このBの部分は、周期方向と同じ方向の微細線
と重なるように作成した遮光部と、周期パターンである
透過部の境界になっており、光の回り込みなどの影響に
よって、くびれが生じるのである。そこで、遮光部を図
6(a)のの周期パターンに示したような構成にし、
境界部に微細線の幅Lと同じ1L角の遮光部からなる補
助パターンを付けて遮光部を大きくし、光の回り込みを
防ぐことによって、このくびれを補正することが可能に
なる。
ターンを用いたシミュレーション結果を示す。図7
は、実施例1で示したくびれ補正を行う前の合成像であ
り、図7は本実施例2で述べた通り、くびれ補正を行
うための遮光部からなる補助パターンをつけた場合の、
二重露光後の合成像を示したものである。点線は欲しい
パターンの配置図で、実線はシミュレーションによって
得られた光強度分布である。このシミュレーション結果
からも、解像が難しい領域を解像している上、くびれを
防止する補助パターンを付けた図6(a)のの周期パ
ターンを用いることによって、周期方向と同じ方向の微
細線が存在する図6(a)のの通常露光パターンと合
成する場合においても、より良好な再現が得られている
ことを確認できる。勿論、くびれを補正するための補助
パターンの形状はここに記したものには限らない。つま
り、二重露光を行う場合で、通常露光マスク上の周期方
向と直交しない方向の微細線と重なる周期パターンの領
域に孤立線を置く際、この孤立線の光近接効果による短
縮を見込んで、あらかじめ所定の形状になるよう、孤立
線の形状を部分的に広げることで、最終的に得られる合
成像の形状を良好に再現することが可能となる。
を作成する場合に限らず、図6(b)で示したような光
透過部でパターンを作成する場合でも同様である。図6
(b)で示した周期パターンと通常露光パターンを用い
るが、ここでも図6(b)のの周期パターンに置かれ
た孤立線の光近接効果による短縮を見込んで、あらかじ
め所定の形状になるよう、孤立線の形状を部分的に広げ
ることで、最終的に得られる合成像の形状を良好に再現
することが可能となる。このように、周期構造を特たな
い領域を部分的に形状を変化させた周期パターンを用い
ることで、光の回り込みによる光近接効果を補正するこ
とが出来、最終的に得られる合成像の形状を向上するこ
とが出来るのである。
ーンのみが得られるよう光量を調整するもので、光透過
部でパターンを作成するTゲートパターンの場合を例
に、図8を用いて説明する。図8(a)は、図2のTゲ
ートパターンの一部分を抜きだしたものである。最終的
には図8(a)のの通常露光パターンと同じ形のパタ
ーンを得ることが目的である。図8(a)のに示した
パターンを通常露光パターンとして二重露光を行う際、
ここで、微細線に着目し、この微細線を良好に再現する
ために、実施例1の考え方で周期パターンを作成する
と、図8(a)のの周期パターン1のようなものを使
用する必要がある。ここで注意が必要なことは、周期パ
ターンの中央部は隣り合う位相が反転していれば、微細
線は作成することが可能である。しかし、光透過部でパ
ターンを作成するため、この中央部のパターンが大きす
ぎると、中央部の光量が微細線の光量よりも多くなり、
二重露光の合成像を作成すると、中央部のパターンも残
ってしまうため、所望の微細線だけを得ることが出来な
くなることである。そこで、本実施例3のように、図8
(a)のの周期パターン2に示したように、大きなパ
ターンの一部を遮光し、周期パターンを微細線で構成す
ることによって、全体の光量をそろえなくてはならな
い。ただし、隣り合う位相は反転させ、なおかつ大きな
パターンの線幅を微細線と同じ程度に細くするため、図
8(a)のの周期パターン2のようなパターンを用い
る必要がある。つまり、光透過部でパターンを作成する
際、設計パターン以外の領域に、微細線よりも太い線幅
のパターンがある場合、この太い線幅のパターンに遮光
部を設け、微細線の光量と一致するように周期パターン
に工夫をすることが必要になるのである。さらに、太い
線幅のパターンをなくす事で、光量バランスをそろえる
事に加え、位相シフトマスクの効果も高める事ができ、
より良い再現が得られるのである。この効果は上記で説
明した光透過パターンを作成する場合に限らず、図8
(b)で示したような光遮光部でパターンを作成する場
合でも同様である。図8(b)で示した周期パターンと
通常露光パターンを用いるが、ここでも微細線よりも太
い線幅のパターンがある場合、この太い線幅のパターン
に遮光部を設け、微細線の光量と一致するように周期パ
ターンに工夫をすることが必要になるのである。但し、
図8(b)の内Cと記載した線幅は、微細線よりも
1.5〜3倍程度太くする必要がある。それはこのCの
領域がある程度広くないと、孤立線の像性能に影響を及
ぼすからである。図8(a)は光透過部でパターンを作
成するため、パターン部である光透過領域と周辺部の遮
光領域で生じる強度0の効果で微細線を形成することに
なる。したがって、太い線幅のパターンに遮光部を設
け、その遮光部を広くとることで周辺部は強度0に近づ
ける必要がある。一方、図8(b)は光遮光部でパター
ンを作成するため、パターン部である遮光領域と周辺部
の透過領域で生じる強度0の効果で微細線を形成するこ
とになる。したがって、太い線幅のパターンに遮光部を
設け、その周辺部の光透過領域を図8(a)の場合より
も広くとることで、周辺部は強度を1に近づけるように
する必要がある。以上のように、最適な線幅は場合によ
って異なるが、周期パターン全体の光量バランスをそろ
えるため、周期パターンを微細線をLとした時3L以下
の線幅のパターンで構成することによって、周期パター
ン全体の線幅が一定になるため、図8のの周期パター
ンと図8の通常露光パターンとの合成によって、周期
と異なる方向の微細線が存在するパターンでもさらに良
好な再現を得ることができる。
周期パターン全体の光量を調整するもので、光遮光部で
パターンを作成する場合を例に、図9を用いて説明す
る。最終的には図9の通常露光パターンと同じ形のパ
ターンを得ることが目的である。この通常露光パターン
はピッチがずれているため、連続した周期パターンを用
いることが出来ない場合を例としている。図9に示し
たパターンを通常露光パターンとして二重露光を行う
際、ここで、微細線に着目し、この微細線を良好に再現
できるよう位相を配置したものが図9の周期パターン
である。
するために、となりあう周期パターンの位相が反転する
必要があるが、その点では、図9の2つの周期パター
ンは同じ構成である。しかし、周期パターン1では、中
央の位相0のパターンの線幅だけが太くなっており、こ
の部分のみ光が多く透過してしまう。そのため、微細線
とこの太いパターンとの光量が大きく変わってしまうこ
とにより、合成像に悪影響を及ぼす可能性がある。そこ
で、周期パターン2のように、二重露光で用いる周期パ
ターンはすべて同じ線幅で構成するために周期パターン
の線幅が太い領域に遮光部を設けることで、周期パター
ン全体の光量のバランスを調整することが出来、二重露
光において良好な合成像を得ることが出来るのである。
さらに、位相シフトの効果を高めることができるのであ
る。
周期パターン全体の光量を調整するもので、光透過部で
パターンを作成する場合を例に、図10を用いて説明す
る。最終的に作成したいパターンは図10に示したパ
ターンである。図10に示したパターンを通常露光パ
ターンとして二重露光を行う際、ここで、微細線に着目
し、この微細線を良好に再現できるよう位相を配置した
ものが図10の周期パターンである。
するために、となりあう周期パターンの位相が反転させ
ることからは、図10の周期パターン1と周期パター
ンは同じである。しかし、周期パターン1では、斜め線
の領域が太くなっており、この部分のみ光が多く透過し
てしまう。そのため、微細線とこの太いパターンとの光
量が大きく変わってしまうことにより、合成像に悪影響
を及ぼす可能性がある。特に、光透過部でパターンを作
成する場合においては、線幅が太い領域は光が多く透過
するため、本来必要でない部分もパターンとして残って
しまうのである。そこで、周期パターン2のように、二
重露光で用いる周期パターンはすべて同じ線幅で構成す
るために周期パターンの線幅が太い領域に遮光部を設け
ることで、周期パターン全体の光量のバランスを調整す
ることが出来、二重露光において良好な合成像を得るこ
とが出来るのである。
例について説明する。最終的には図11の通常露光パ
ターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。こ
の図11の通常露光パターンは、縦方向にも横方向に
も微細線が存在し、その微細線の間隔は解像度以下であ
る。このようなパターンを作成するためには、図11の
に示したような周期パターンを用いる必要がある。こ
の周期パターンは、通常露光パターンにおける解像度以
下の微細線の領域および隣り合うパターンの間隔が解像
度以下の領域を含んでいる必要がある。本実施例6のパ
ターンの場合は、通常露光パターンはすべて微細線領域
および解像度以下の間隔でパターンが隣接されている領
域であるため、周期パターンの領域は通常露光パターン
と同じ領域以上にする。
は、図11の通常露光パターンの微細線を解像するよ
う、微細線部分にエッジを重ね、解像の向上を行うこと
をねらいとした。図12は、図11に示した周期パター
ン1・周期パターン2と各周期パターンと通常露光パタ
ーンの合成像のシミュレーション結果を示したものであ
る。点線は実際に作成したいパターンであり、実線はシ
ミュレーションによって計算した合成像の光強度分布で
ある。この図12のシミュレーション結果をみると、
図11の周期パターン1の光強度分布は、直交する微
細線にうねりを生じており、図12の二重露光後の像
にもこのうねりがはっきり分かる。このうねりは断線の
原因となるため、実用的には好ましくない。そこで、こ
の微細線のうねりをなくすため、図11右側の周期パ
ターン2のように、エッジを形成している光透過部の一
部を図のように遮光した周期パターンを用いることによ
って、図12,に示したように、微細線のうねりを
排除した良好な像を得ることができた。
を用いて説明する。このようなパターンでは、位相反転
によるエッジ効果を用いて、微細線を形成することを目
的としている。図13周期パターン1の場合、L字の角
に着目すると、逆位相によるエッジ効果がAとB、Bと
C、BとD間で生じる。他の部分ではAとBあるいはB
とD間で起こるのと同様の方向にエッジ効果が生じるが
L字角の部分では、BとCの斜め方向の効果も加わるた
め、位相反転によるエッジ効果がL字の角だけ二重に起
こり強度が集中するため、微細線にうねりが生じるので
ある。一方、図13の周期パターン2は、エッジを形成
している光透過部の一部を遮光している場合であり、こ
の場合のL字角は、AとB、BとD間に生じる、光透過
部と遮光部のエッジ効果を用いて作成している。そし
て、周期パターン1で強度集中の原因となった、斜め方
向に生じるエッジ効果はなくなるため、うねりを排除す
ることができるのである。
図11の中央2本であるがその周辺に1本づつエッジ
を追加することで、微細線の解像度を向上するだけでな
く、微細線の端についている四角いコンタクトホール接
続部のパターンを良好に解像することが出来る。以上の
ように、並列して配置されたL字の微細線を解像するた
めには、L字の位相シフトマスクエッジ型を用い、かつ
そのL字の交点近傍はCrで遮光し、強度の集中をのぞ
くことによって、良好な合成像を得ることが出来るので
ある。この場合、エッジ型に限らず、パターン線幅は周
期のピッチを2Lとすると、0<周期パターン線幅≦2
Lであれば良い。したがって、図14に示したレベンソ
ン型のパターンを用いてもこのL型のパターンは作成で
き、この場合も同じく、L字の交点近傍をCrで遮光
し、強度の集中をのぞくことによって、良好な合成像を
得ることが出来るのである。
いるパターン例であって、光透過部でパターンを作成す
る場合を例に、図15を用いて説明する。最終的には図
15の通常露光パターンと同じ形のパターンを得るこ
とが目的である。この図15の通常露光パターンは、
縦方向にも横方向にも微細線が存在し、解像度以下の間
隔で隣接している。このようなパターンを作成するため
には、図15のに示したような周期パターンを用いる
必要がある。実施例1と同様に、図15周期パターン
1では1方向の周期パターンを用い、この周期パターン
の周期方向と同じ方向の微細線に関しては孤立線を設け
ている。ここで、図15周期パターン1は、図15
の通常露光パターンの微細線を解像するよう、微細線部
分に周期パターンを重ね、解像の向上を行うことをねら
いとした。
ーン1・周期パターン2と各周期パターンと通常露光パ
ターンの合成像のシミュレーション結果を示したもので
ある。それぞれ、上から周期パターン・通常露光パター
ン・二重露光後の合成像の光強度分布であり、点線は実
際に作成したいパターンであり、実線はシミュレーショ
ンによって計算したものである。このシミュレーション
結果をみると、図16の周期パターンの光強度分布を
見ると、T字が交わる部分に光強度の集中が起こり、設
計値よりもかなり太いパターンになっていることが分か
る。そのため、合成像においても、T字が交わる部分が
大きくなっている。そこで、図15の周期パターン2の
ように、T字の付け根に遮光部を設けることで、良好な
再現を得ることが出来る。その結果を図16に示す。
図16の周期パターンが異なるシミュレーション結
果を比較すると、図16の方がT字の丸みがなくな
り、良好な像が得られていることが分かる。
に遮光部を設けても良い。この場合は、図16の周期
パターンではT字の交点部がへこむが、通常露光パター
ンは丸みを帯びているため、二重露光を行うことで、図
16の合成像におけるT字の接点部の再現が良好にな
るのである。図16ともに、合成像のT字接点部の
微細線は、左側にふくらんでいるが、周期パターン3を
用いることで、このT字接点部のふくらみを排除するこ
とが出来るのである。また、この場合は、周期パターン
を所定の形状にするだけでなく、通常パターンを補正す
る+のような過補正の周期パターンでも良い。この
ようにすることで、周期パターンの光強度分布は所定の
形状から多少ずれていたとしても、二重露光後の合成像
を所定の形状にすることが出来るのである。このよう
に、T字の付け根に遮光部を設ける、またはT字の交点
に遮光部を設けることで、T字の接点部の再現を良好に
することが出来るのである。
本発明においては上記したように工夫を施した周期パタ
ーンを用いることによって、微細線の方向が混在してい
るパターンにおいても光近接効果によるパターン歪みを
補正することが可能となり、良好な合成像を得ることが
出来るのである。実施例6でL字、実施例7ではT字パ
ターンの場合を説明したがパターンはこの形に限らず、
パターンが交差している場合に、その交点あるいは交点
近傍に遮光部を設けることでパターンのひずみを取り除
くことができるのは言うまでもない。尚、バイナリーマ
スクで斜入射照明によって像を形成する場合は、周期パ
ターンに関しては位相シフトマスクと同等の効果が得ら
れるため、この場合も効果がある。この、斜入射照明に
よって周期パターンを作成する場合のパターン例は、実
施例1の場合は、図4(b)に示したパターンの位相の
ないバイナリーマスクを用いる。他の実施例の場合も位
相のないバイナリーマスクを用いることで同様の効果が
得られ、また遮光部と透過部を反転させることで、ネガ
レジスト・ポジレジストの場合でも効果がある。
の2光束干渉用露光と通常の投影露光の双方が行なえる
高解像度露光装置を示す概略図である。図17におい
て、221はKrF又はArFエキシマレーザ、222
は照明光学系、223はマスク(レチクル)、224は
マスクステージ、227はマスク223の回路パターン
をウエハ228上に縮小投影する投影光学系、225は
マスク(レチクル)チェンジャであり、ステージ224
に、通常のレチクルと前述したレベンソン型位相シフト
マスク(レチクル)又はエッジシフタ型マスク(レチク
ル)又は位相シフタを有していない周期パターンマスク
(レチクル)の一方を選択的に供給するために設けてあ
る。図17の229は2光束干渉露光と投影露光で共用
される一つのXYZステージであり、このステージ22
9は、光学系227の光軸に直交する平面及びこの光軸
方向に移動可能で、レーザー干渉計等を用いてそのXY
方向の位置が正確に制御される。また、図17の装置
は、不図示のレチクル位置合わせ光学系、ウエハ位置合
わせ光学系(オフアクシス位置合わせ光学系とTTL位
置合わせ光学系とTTR位置合わせ光学系)とを備え
る。図17の装置の照明光学系222は部分的コヒーレ
ント照明とコヒーレント照明とを切換え可能に構成して
あり、コヒーレント照明の場合には、ブロック230内
の図示した前述した(1a)又は(1b)の照明光を、
前述したレベンソン型位相シフトレチクル又はエッジシ
フタ型レチクル又は位相シフタを有していない周期パタ
ーンレチクルの一つに供給し、部分的コヒーレント照明
の場合にはブロック230内に図示した(2)の照明光
を所望のレチクルに供給する。部分的コヒーレント照明
からコヒーレント照明との切換えは、通常光学系222
のフライアイレンズの直後に置かれる開口絞りを、この
絞りに比して開口径が十分に小さいコヒーレント照明用
絞りと交換すればいい。
る。このような露光装置を用いて、本実施例の方法によ
り露光を行うことも可能である。以上説明した露光方法
及び露光装置を用いてIC、LSI等の半導体チップ、
液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、C
CD等の撮像素子といった各種デバイスの製造が可能で
ある。なお、本発明は以上説明した実施態様および実施
例等に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない範囲において種々に変更することが可能である。
と、周期構造を有するパターンと通常露光パターンの多
重露光を行う場合において、周期構造を有するパターン
に光近接効果によるパターン歪みの補正を行うことので
きる工夫を施すことによって、良好な合成像を得ること
が可能となる。
い場合を説明するための図。
る微細線が混在していて、問題を生じる場合を説明する
ための図。
順を示す図であり、(a)は光遮光部でパターンを作成
する場合、(b)は光透過部でパターンを作成する場合
を示す図。
順を示す図。
順を示す図であり、(a)は光遮光部でパターンを作成
する場合、(b)は光透過部でパターンを作成する場合
を示す図。
果を示す図。
順を示す図であり、(a)は光透過部でパターンを作成
する場合、(b)は光遮光部でパターンを作成する場合
を示す図。
順を示す図。
手順を示す図。
手順を示す図。
結果を示す図。
果を説明するための図。
ターンを用いた場合の周期パターン作成手順を示す図。
手順を示す図。
結果を示す図。
を示す図。
Claims (18)
- 【請求項1】被露光基板に対して第1のパターンによる
露光と第2のパターンによる露光を含む多重露光を行う
露光方法において、 前記第1のパターンは、微細線を解像するための周期構
造を有するパターンであって、該第1のパターンに、前
記第2のパターンの露光における光近接効果によるパタ
ーン歪みの補正を行うための前記周期構造のない領域を
形成したことを特徴とする露光方法。 - 【請求項2】前記第2のパターンは、ウエハ面上の光強
度分布が多値であることを特徴とする請求項1に記載の
露光方法。 - 【請求項3】前記第2のパターンは、設計パターンその
ものか、それに近いものであることを特徴とする請求項
1または請求項2に記載の露光方法。 - 【請求項4】前記第1のパターンは、その光強度分布が
設計パターンの形状に近くなるような前記光近接効果に
よるパターン歪みの補正を行うことを特徴とする請求項
1〜3のいずれか1項に記載の露光方法。 - 【請求項5】前記第1のパターンと第2のパターンにお
いて、それらを露光した合成像の光強度分布が、設計パ
ターンに近くなるように前記光近接効果によるパターン
歪みの補正を行うことを特徴とする請求項1〜4のいず
れか1項に記載の露光方法。 - 【請求項6】前記第1のパターンの前記周期構造のない
領域は部分的に線幅を太くした領域であり、これにより
前記光近接効果によるパターン歪みの補正を行うことを
特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の露光方
法。 - 【請求項7】前記第1のパターンの前記周期構造のない
領域において、前記第2のパターンのうち該第1のパタ
ーンの前記周期構造の周期の方向と直交しない方向の微
細線と重なる領域に孤立線を形成し、該孤立線の線幅を
該第2のパターンの微細線の線幅よりも太くすることを
特徴とする請求項6に記載の露光方法。 - 【請求項8】前記孤立線は、第1のパターンにおける周
期的部分から作成される合成像の微細線と孤立線から作
成される合成像の微細線とが同じ線幅になるように、該
孤立線の線幅を最適化することを特徴とする請求項7に
記載の露光方法。 - 【請求項9】前記第1のパターンの前記周期構造のない
領域に、補正パターンを形成し、前記光近接効果による
パターン歪みの補正を行うことを特徴とする請求項2〜
5のいずれか1項に記載の露光方法。 - 【請求項10】前記補正パターンは、前記第1のパター
ンの前記周期構造のない領域に、前記第2のパターンの
うち該第1のパターンの前記周期構造の周期の方向と同
じ方向の微細線と重なるように形成された孤立線におい
て、該孤立線の短縮を見込んで所定の形状となるように
形成されることを特徴とする請求項9に記載の露光方
法。 - 【請求項11】第1のパターンにおいて、第2のパター
ンの微細線の3倍以上太い線幅のパターンには遮光部を
設け、光量調節することを特徴とする請求項1に記載の
露光方法。 - 【請求項12】前記第1のパターンは、該パターンの線
幅の調整をすることにより、該第1のパターン全体の光
量バランスを調整することを特徴とする請求項1に記載
の露光方法。 - 【請求項13】前記第1のパターンにおいて、交差する
パターンを用いる場合、その交点あるいは交点近傍に遮
光部を設けることを特徴とする請求項1に記載の露光方
法。 - 【請求項14】前記第1のパターンにおいて、L字型に
直交するパターンを用いる場合、その交点あるいは近傍
に遮光部を設けることを特徴とする請求項1に記載の露
光方法。 - 【請求項15】前記第1のパターンにおいてT字型に直
交するパターンを用いる場合、その交点あるいは近傍に
遮光部を設けることを特徴とする請求項1に記載の露光
方法。 - 【請求項16】前記第1のパターンは、周期数2以上の
周期パターンであって、レベンソン型位相シフトマス
ク、またはバイナリー型マスクのいずれかのマスクで構
成されることを特徴とする請求項1〜15のいずれか1
項に記載の露光方法。 - 【請求項17】請求項1〜16のいずれか1項に記載の
露光方法を行う多重露光モードを有することを特徴とす
る露光装置。 - 【請求項18】請求項1〜16のいずれか1項に記載の
露光方法を用いて、デバイスを製造することを特徴とす
るデバイス製造方法。
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