(57)【要約】【課題】均一な大きさの孤立ホールや密集したホール等のコンタクトホールが容易に形成できるコンタクトホールの形成方法および露光装置を得ること。【解決手段】レチクル上のコンタクトホールパターンの大きさを、設計されたコンタクトホールの中心位置を変えずに、すべて等しい大きさにバイアス補正した大きさにし、該レチクルを用いてコンタクトホールを形成すること。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計されたコンタクトホールパターンが所望の大きさＷ０と中心位置Ｒ０で形成されているとき、レチクル上のコンタクトホールを中心位置Ｒ０を変えずにホールの大きさを、倍率換算された所望の大きさＷ０からすべて等しい大きさＷにバイアス補正し、該レチクルを用いてコンタクトホールを形成することを特徴とするコンタクトホールの形成方法であり、
バイアス補正したホールの大きさＷは、近接効果が許容される最小の大きさとなるよう、設計されたコンタクトホールパターンの最小ピッチに基づいて決定される方法であり、コンタクトホールの最小ピッチをＰとすると、Ｐは露光波長λと投影光学系のＮＡにより、
Ｋ１＝（Ｐ／λ）ＮＡ　で表し、Ｐは　Ｋ１＜２．０　であり、
ホールの大きさＷは、ピッチＰとパターンの幅Ｗの比をＲとすると、
Ｒ＝Ｗ／Ｐ
Ｒ＝Ｋａ−Ｋｂ／Ｐ
Ｋａ＜０．６
Ｋｂ＜０．３
の関係を満足することを特徴とするコンタクトホールの形成方法。
【請求項２】
前記レチクルを照明する照明光の光束の投影系の瞳面上における形状は円形で、σが０．６以上であることを特徴とする請求項１のコンタクトホールの形成方法。
【請求項３】
前記レチクルを照明する照明光の光束の投影系の瞳面上における形状は輪帯であり、有効光源の半径をＲσ、遮光部の半径をＲσＯとするとき、（Ｒσ−ＲσＯ）が０．２５以上であることを特徴とする請求項１又は２のコンタクトホールの形成方法。
【請求項４】
前記レチクルを照明する照明光の光束は投影系の瞳面上において、円周方向に等間隔に独立に４つの有効光源部を形成しており、該１つの有効光源部の半径のσが０．２以上であることを特徴とする請求項１又は２のコンタクトホールの形成方法。
【請求項５】
前記レチクル上のコンタクトホールパターンと周期的パターンとを多重露光してコンタクトホールを形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項のコンタクトホールの形成方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項のコンタクトホールの形成方法を用いていることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
感光基板上に２光束干渉露光又は４光束干渉露光を用いた格子状パターンの露光とコンタクトホールパターンの通常露光との多重露光を行って、コンタクトホールを形成するコンタクトホールの形成方法であって、前記格子状パターンのピッチは、設計されたコンタクトホールパターンのピッチと等しく、該パターンは全て同じ大きさにバイアス補正されていることを特徴とするコンタクトホールの形成方法。
【請求項８】
前記設計されたコンタクトホールパターンのピッチが全て同じであることを特徴とする請求項７のコンタクトホールの生成方法。
【請求項９】
前記格子状パターンのピッチが設計されたコンタクトホールパターンのピッチと全て同じでないとき、前記格子状パターンのピッチを該設計されたコンタクトホールパターンのピッチと重なるように、場所的に変調させるとともにコンタクトホールの大きさを一定にしたことを特徴とする請求項７のコンタクトホールの形成方法。
【請求項１０】
前記コンタクトホールパターンの大きさは設計されたコンタクトホールパターンの大きさと異なっていることを特徴とする請求項７のコンタクトホール形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンタクトホールの形成方法および露光装置に関し、特に微細な回路パターンを感光基板上を露光し、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の製造に用いられる際に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＩＣ、ＬＳＩ、液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造するときには、フォトマスクまたは、レチクル等（以下、マスクと記す）の面上に形成した回路パターンを投影光学系によってフォトレジスト等が塗布されたシリコンウエハまたはガラスプレート等（以下、ウエハと記す）の感光基板上に投影し、そこに露光することによっておこなっている。この回路パターンの一部として、コンタクトホールパターンがある。
【０００３】
コンタクトホール（以下「ホール」ともいう。）は、回路上の素子と金属配線を接続し、電流を通すための穴としてあけられる。１つの素子と金属配線の間に流れる電流の量が、ホール１個あたりに流れる電流の量を超えると、１つの素子に対して複数個のホールが並んだコンタクトホール列としてあけられる。コンタクトホール露光の工程は、配線パターンの工程とは別におこなわれることが多く、各場所でのコンタクトホールパターンが一括して転写される。
【０００４】
また各パターンの個々のコンタクトホールの大きさは、一般には同じ大きさのもので構成されている。
【０００５】
コンタクトホール露光の転写の工程で重要なことは、単位電流の量が各場所で同じになるように、各場所でのコンタクトホールが全て同じ大きさ、形状となることである。
【０００６】
コンタクトホールパターンは、多数個の密集した任意のピッチの任意のデューティをもつ周期的コンタクトホール列が混在している。
【０００７】
あるいは、周囲との位置関係で周期パターンとみなされないものや、周期パターンであってもピッチが極端に長いもので、ホール１個の周囲に隣とのホールの間隔がホール幅の数値以上あるものもあり、このようなものを孤立のホールパターンと呼ぶ。
【０００８】
周期的コンタクトホール列のデューティ（ホール幅と間隔の比）、は通常１：１から１：２．０程度である。
【０００９】
コンタクトホールは、孤立とみなされるものや、任意のピッチで任意のデューティをもつ周期的コンタクトホール列が混在しているが、孤立のホールと密集したホール列の大きさにバラツキがでやすい。密集したホール列でも両端と中央でも大きさにバラツキがでやすく、全て同じ大きさに転写する事は難しい。
【００１０】
さらに、大きさが限界解像付近の微細な大きさで、なおかつ、焦点深度がある程度要求されることが、コンタクトホールの工程をいっそう難しくしている。
【００１１】
ホール幅がｋ１＜０．５（ｋ１は線幅を（λ／ＮＡ）で割ったもの）の微細なもので、ピッチが小さくなるととなりのホールとの近接効果が大きくなり、周辺にホールパターンのないものとの大きさの差が拡大する。
【００１２】
周期的コンタクトホール列のデューティ、ホール幅と間隔の比、は通常１：１から１：２．０程度であるから、バターンをｋ１＜０．５へと微細にしていくとピッチはｋ１＜１．０からｋ１＜１．５程度になる。
【００１３】
次にピッチが小さくなって解像が難しくなった例を示す。
【００１４】
ＫｒＦエキシマレーザからの発振されるレーザ光の波長２４８ｎｍ、ＮＡ（投影光学系の像側の開口数）０．６０の露光装置を用い、設計パターンのピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）であるコンタクトホール列を露光した例を示す。照明条件は投影光学系の瞳面上での有効光源が図１５に示した円形の分布で、コンタクトホールの照明に通常用いられるσ＝０．５とした。ここでσは投影系の瞳面上の光源が占める割合を瞳の半径を１として表したものである。
【００１５】
レチクル上のパターンは、設計パターンと同じピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）とした。
【００１６】
ここで、レチクル上のホールの大きさは倍率換算後のものである。これらパターンのあるレチクルを露光装置により、レジストを塗布したウエハに転写する。レジストは一般には、解像性のよいポジレジストが多く使われている。
【００１７】
ウエハ面上でのコンタクトホールパターンの像を図３に示す。
【００１８】
ウエハ面上のレジストをポジレジストにした場合、レチクル面上でのパターンは、パターン周囲が遮光されてパターン部が光を透過する、透過型パターンとなる。
【００１９】
ウエハ面上のレジストをネガレジストにした場合、レチクル面上でのパターンは、パターン周囲が光を透過しパターン部が光を遮光する、遮光型パターンとなる。
【００２０】
図３（Ａ）に透過型パターンのポジレジスト上の像を示し、図３（Ｂ）に遮光型パターンのネガレジスト上の像を示す。図３は設計パターンを破線で示し、ウエハ面上での像の強度分布を、設計パターンの幅と等しくなる強度を中心に等高線で示している。この場合、レチクルパターンは設計パターンと等しい。
【００２１】
どちらの場合も、５個並んだホールの形状と大きさが均一に露光される。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
ホールの間隔が狭くなって、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）、すなわちホール幅が同じで設計パターンのピッチが０．３０μｍ（ｋｌ＝０．７３）であるコンタクトホール列を露光した例を図４に示す。
【００２３】
図４（Ａ）に透過型パターンのポジレジスト上の像を示し、図４（Ｂ）に遮光型パターンのネガレジスト上の像を示す。
【００２４】
どちらの場合も、５個並んだホールが近接効果により隣に引っ張られていてくっつき、解像されない。このように、ホールの幅が同じ大きさであっても、密集度を大きくするために、間隔を狭めてピッチをｋ１＝１．０以下に小さくするととたんに解像が難しくなる。
【００２５】
このようにピッチを小さくしていくと、コントラストが低下し解像できなくなる。ピッチが小さくなった時の解像性能の悪化を回避するために、コンタクトホールを２重露光によって露光する技術が特開平７−２２６３６２号公報でも開示され、２重露光によってコンタクトホールが作成される例が示されている。
【００２６】
しかしこの例では、周期パターンの大きさに対して、通常露光のパターンの大きさは周期パターンの２倍程度の大きさとなっている。この大きさにすると、周期パターンのピッチと同じ２個以上のコンタクトホール列を作成しようとした場合、通常露光のパターンはつながり、線パターンとなる例が示されている。これを限界解像の近傍で行うと、線の長さにより強度の大きさが異なり、二重露光の結果、非常に形状の均一性が悪くなり、解像できない場合もある。
【００２７】
波長ＫｒＦ（２４８ｎｍ）、ＮＡ、０．６０の露光装置を用い、周期パターンのピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）であるコンタクトホール列を二重露光によって露光した例を図５に示す。周期パターンは図５（Ａ）上図に示したように位相シフトの縦横に隣り合う位相が反転している周期パターンで、照明条件は、σ０．２の円形の分布とし、周期パターンでない通常露光は図５（Ｂ）の上図に示したようなバイナリマスクのパターンとし、照明条件は通常用いられるσ＝０．５とした。図５で、パターンの灰色の部分は光が透過しない部分、白い部分は光が透過する部分を示している。
【００２８】
２重露光によって図５（Ｃ）の上図に示したようなパターンとなるはずであるが、露光パターンはそれぞれ図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の下図に示すようなものとなり、図５（Ｃ）の下図に示すようにこのような露光方法では孤立パターンは分離できても密集パターンは分離できない。図中、点線によって囲まれた部分はレチクル上のパターンを示している。
【００２９】
本発明は、コンタクトホールの露光の工程において、微細なホールパターンを、均一な大きさでなおかつ焦点深度が得られるようにしたコンタクトホールの形成方法および露光装置の提供を目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明のコンタクトホールの形成方法は、
設計されたコンタクトホールパターンが所望の大きさＷ０と中心位置Ｒ０で形成されているとき、レチクル上のコンタクトホールを中心位置Ｒ０を変えずにホールの大きさを、倍率換算された所望の大きさＷ０からすべて等しい大きさＷにバイアス補正し、該レチクルを用いてコンタクトホールを形成することを特徴とするコンタクトホールの形成方法であり、
バイアス補正したホールの大きさＷは、近接効果が許容される最小の大きさとなるよう、設計されたコンタクトホールパターンの最小ピッチに基づいて決定される方法であり、コンタクトホールの最小ピッチをＰとすると、Ｐは露光波長λと投影光学系のＮＡにより、
Ｋ１＝（Ｐ／λ）ＮＡ　で表し、Ｐは　Ｋ１＜２．０　であり、
ホールの大きさＷは、ピッチＰとパターンの幅Ｗの比をＲとすると、
Ｒ＝Ｗ／Ｐ
Ｒ＝Ｋａ−Ｋｂ／Ｐ
Ｋａ＜０．６
Ｋｂ＜０．３
の関係を満足することを特徴としている。
【００３１】
請求項２の発明は請求項１の発明において、
前記レチクルを照明する照明光の光束の投影系の瞳面上における形状は円形で、σが０．６以上であることを特徴としている。
【００３２】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記レチクルを照明する照明光の光束の投影系の瞳面上における形状は輪帯であり、有効光源の半径をＲσ、遮光部の半径をＲσＯとするとき、（Ｒσ−ＲσＯ）が０．２５以上であることを特徴としている。
【００３３】
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において、
前記レチクルを照明する照明光の光束は投影系の瞳面上において、円周方向に等間隔に独立に４つの有効光源部を形成しており、該１つの有効光源部の半径のσが０．２以上であることを特徴としている。
【００３４】
請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項の発明において、
前記レチクル上のコンタクトホールパターンと周期的パターンとを多重露光してコンタクトホールを形成することを特徴としている。
【００３５】
請求項６の発明の露光装置は、
請求項１から５のいずれか１項のコンタクトホールの形成方法を用いていることを特徴としている。
【００３６】
請求項７の発明のコンタクトホールの形成方法は、
感光基板上に２光束干渉露光又は４光束干渉露光を用いた格子状パターンの露光とコンタクトホールパターンの通常露光との多重露光を行って、コンタクトホールを形成するコンタクトホールの形成方法であって、前記格子状パターンのピッチは、設計されたコンタクトホールパターンのピッチと等しく、該パターンは全て同じ大きさにバイアス補正されていることを特徴としている。
【００３７】
請求項８の発明は請求項７の発明において、
前記設計されたコンタクトホールパターンのピッチが全て同じであることを特徴としている。
【００３８】
請求項９の発明は請求項７の発明において、
前記格子状パターンのピッチが設計されたコンタクトホールパターンのピッチと全て同じでないとき、前記格子状パターンのピッチを該設計されたコンタクトホールパターンのピッチと重なるように、場所的に変調させるとともにコンタクトホールの大きさを一定にしたことを特徴としている。
【００３９】
請求項１０の発明は請求項７の発明において、
前記コンタクトホールパターンの大きさは設計されたコンタクトホールパターンの大きさと異なっていることを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
まず、ピッチ（ホール幅）ｋ１＝１．５以下のコンタクトホール列を解像するための照明条件について説明する。ここでは、ホールの幅と間隔が等しくなる、デューティを１とした。波長２４８ｎｍ、ＮＡ、０．６０の露光装置を用い、照明条件を変えたときのコントラストを調べた。線幅Ｌを（λ／ＮＡ）で割りｋ１（ｋ１＝Ｌ／（λ／ＮＡ））で表し、焦点深度Δを（λ／ＮＡ２）で割りｋ２（ｋ２＝Δ／（λ／ＮＡ２））で表す。
【００４１】
図１８（Ａ）に有効光源分布が通常の円形照明である場合、σを０．３、０．５、０．８にした結果を示す。
【００４２】
図１８（Ａ）の結果からピッチｋ１＝１．５以下のコンタクトホール列を解像するための照明条件は、コヒーレンス度σが大きい方がいいといえる。詳細に調べた結果、σ０．６以上にすると、ｋ１＝１．０でコントラスト６０％以上が深度ｋ２＝０．５で得られる。σ０．７５以上にするとｋ１＝０．８でコントラスト４０％以上が深度ｋ２＝０．５で得られることがわかった。
【００４３】
また、ホールの解像性、コントラストをさらによくするために斜入射照明が有効である。
【００４４】
図１８（Ｂ）に有効光源分布が通常の円形照明と輪帯照明、四重極照明（投影系の瞳面上で、円周方向に等間隔に独立に４つの有効光源部を形成する照明）にした結果を示す。それぞれ有効光源は図１５、図１６、図１７に示したようなものである。
【００４５】
有効光源領域を大きくしたほうが、近接効果が小さくなり、形状均一性がよくなる。輪帯照明の半径σと遮光半径σＯの差（σ，σＯ）または、四重極照明の１つの有効光源をあまり小さくしない方がよい。
【００４６】
輪帯照明の半径σと遮光半径σＯの差（σ，σＯ）を０．２５以上、あるいは四重極照明のローカルな半径σを０．２以上にすると、ｋ１＝１．０以下でもコントラストのよく、孤立と密集パターンの大きさに差がない形状均一性のよい結果が得られた。
【００４７】
次に波長２４８ｎｍ、ＮＡ、０．６０の同じ装置を用い、密集したホールの解像性をよくするために照明条件をσ＝０．８とした例を示す。
【００４８】
図８ではレチクル上パターンのピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）であるコンタクトホール列を露光した例を示す。
【００４９】
図９ではレチクル上パターンのピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）であるコンタクトホール列を露光した例を示す。
【００５０】
図８のピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）どちらの場合も、５個並んだホールの形状と大きさが均一に露光される。
【００５１】
図９の透過型、遮光型どちらの場合も、５個並んだホールは解像されるようになったが、近接効果により隣に引っ張られていて形状がひずんでいることがわかる。また、近接したホールのない両端のホールの外側は、形状がひずんでいないために、５個のホールの形状と大きさが、両端と中央では均一ではない。
【００５２】
このように、ホールの幅が同じ大きさであっても、密集度を大きくするために、間隔を狭めてピッチを小さくすると解像されても、形状の均一性が悪化する。特に遮光型パターンにおいてその傾向が顕著である。
【００５３】
そこで、レチクル上パターンの中心位置あるいはピッチは設計パターンと同じにし、レチクル上パターンの大きさのみを変えてシミュレーションし、形状均一性のよくなる条件を調べた。レチクル上ホール列パターンは、ピッチを固定してすべて同じ大きさにしつつ、大きさを変化させた。即ちレチクル面上におけるパターンの個々のホールの大きさを全て同じ大きさとなるようにバイアス補正した。
【００５４】
即ちレチクル面上におけるパターンの個々のホールの大きさを全て同じ大きさとなるようにバイアス補正した。
【００５５】
像面上でのホール幅の大きさは、ベストフォーカスでの、ホール列中心のホール直径が所定の設計パターンの大きさと一致するような露光強度レベルを求め、その強度レベルでホール列両端のホールの直径を求めたものである。
【００５６】
ポジレジスト用のパターンとして光透過型のレチクルを用いた結果を図１１に、ネガレジスト用のパターンとして光遮光型のレチクルを用いた結果を図１２に示した。
【００５７】
図１１，１２の（Ａ）図では、レチクル上パターンのホール幅の大きさとコントラストの結果を示した。（Ｂ）図では、像面上でのホール列中央と両端のホール幅を示した。それぞれの横軸の、レチクル上パターンの大きさは、露光装置の倍率で割ったものである。これらの結果はベストフォーカスで求めてある。
【００５８】
その結果、ポジレジスト用の光透過パターンでは、レチクル上のパターンの大きさが小さいほどコントラストが得られている。
【００５９】
また、像面上の中央と両端のホール幅の差は少ないほど形状均一性がいいが、レチクル上パターンの大きさが小さいほど差が少なく良好である。
【００６０】
ネガレジスト用の光遮光パターンでは、コントラストがレチクル上パターンの大きさがある大きさ（ピッチの７割から８割くらい）をピークとしてそれまでは、レチクル上パターンの大きさが大きいほど得られるが、ホール幅がある大きさを超えるとコントラストは低下する。ところが、レチクル上パターンが大きくなると中央と両端のホール幅の差が大きくなる。
【００６１】
設計パターンのピッチを０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）とさらに小さくし、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔を０．１５μｍに近づけた場合の結果について同様に図１３，１４に示す。この場合、コントラストの最良な場合でも４０％ほどしかないが、定性的には、ピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）のときと同様な結果が得られている。
【００６２】
すなわち、光透過パターンではレチクル上パターンの大きさが小さいほど、コントラスト、形状均一性がよいが、光遮光パターンではレチクル上パターンの大きさがある大きさ（ピッチの７割から８割くらい）が最もコントラストが得られ、形状均一性は大きさが小さいほどよい。
【００６３】
すなわち、図１３より透過型パターンでピッチ０．３０μｍのとき、形状均一性は（Ｂ）図で像面上でのホール列中央と両端のホール幅の差が小さいほどいいが、ホール幅０．１０μｍ以下ではあまり変わらないのでホール幅は０．１０μｍ、間隔は０．２０μｍにすれば十分である。
【００６４】
光量を考えるとホール幅が大きいほどいいが、ピッチの半分の大きさの０．１５μｍにすれば、ホール列中央と両端のホール幅の差が１０％以内になるので、形状均一性が許容できる範囲である。コントラストと光量の兼ね合いで、ホール幅は０．１０μｍから０．１５μｍの問の適当なところにすると良い。この範囲であれば中央と両端のホール幅の差は１０％以内である。
【００６５】
図１４より遮光型パターンでもピッチ０，３０μｍのとき、形状均一性重視の場合はホール幅は０．１０μｍ、間隔は０．２０μｍとする。形状均一性はあまりよくないが、これ以上ホール幅を小さくすると、コントラストは２０％以下で解像が難しくなるので妥協する。
【００６６】
ホール幅がピッチの半分の０．１５μｍからピッチの２／３の０．２０μｍにすると、中央と両端のホール幅の差は１０％以上となるが、コントラストは得られる。
【００６７】
これらの結果から、ウエハ面上の像の形状均一性は、光遮光パターン、光遮光パターンともに、レチクル上のパターンをホール幅を小さく間隔を大きくするとよいことがわかる。
【００６８】
このことはピッチが小さくなると、近接効果が大きくなり近接したパターンの影響を及ぼすためであり、ピッチが決まっている場合には、パターンの幅を小さくして間隔を広げると近接効果は減少するために、隣りの及ぼす形状歪みが少なくなるからである。
【００６９】
一般に近接効果ｆはパターン間隔Ｓに依存する。パターン間隔ＳがＫ１＝１．０以下になると、近接したパターンに影響を及ぼし、Ｋ１＝０．５以下になるとその効果は非常に顕著になる。
【００７０】
近接効果ｆとパターン間隔Ｓの関係は、
ｆ∞１／Ｓ
のように反比例する。
【００７１】
したがって、近接効果が大きくならないようにするためにはパターン間隔Ｓを大きくすればよい。ピッチが決まっている場合、パターンの幅を小さくして間隔を広げると近接効果が小さくなる。
【００７２】
一方、光量とコントラスト（遮光型パターン）との関係から、パターンの幅をあまり小さくすることはできない。
【００７３】
ゆえに、近接効果が形状歪に悪影響を及ぼさないような最大のパターン間隔Ｓをとる必要がある。このときのパターンの幅と間隔が、ピッチ一定のパターンの最適な幅と間隔となる。
【００７４】
パターンの幅をＷ、パターン間隔をＳ、パターンピッチをＰとすると、
Ｐ＝Ｗ＋Ｓ
パターンピッチＰとパターン幅をＷの比をＲとすると、
Ｒ＝Ｗ／Ｐ＝（Ｐ−Ｓ）／Ｐ＝１−Ｓ／Ｐ　　０≦Ｒ≦１
で表せる。
【００７５】
また、パターンピッチＰとパターン幅Ｗの比であるＲが一定の時、近接効果はピッチが小さいほど大であるから、近接効果とピッチは、
ｆ∞１／Ｐ
のように反比例する。
【００７６】
パターンピッチが小さくなると、Ｒが一定の時、近接効果は大きくなるので、ピッチが小さくなっても近接効果が変わらないようにするためにはＲを小さくし、ピッチが占めるパターンの間隔を大きくすればよいことになる。
【００７７】
すなわち、ＲとパターンピッチＰを次のようにするとパターンピッチが小さくなっても近接効果が変わらない。
【００７８】
Ｒ∞１／Ｐ
パターンピッチＰがさまざまな値をとるとき、とくにピッチがｋ１＜２．０のとき、近接効果を影響を抑え、光量が大きく低下しないためには、図１３、図１４における考察を繰り返して、パターンピッチＰとパターン幅Ｗの比であるＲを次のようにすればよいことがわかった。
【００７９】
Ｒ＝Ｋａ−Ｋｂ／Ｐ
Ｋａ＜０．６
Ｋｂ＜０．３
Ｋａ，Ｋｂは近接効果をどの程度抑えるかによって多少変化し、また照明系の有効光源の形状、すなわち近接効果の出やすさに依存する。近接効果を低く抑えたい場合、Ｋａを小さく、Ｋｂを大きくすればよい。また、照明系の有効光源が、近接効果の出やすいような、幅の狭い輪帯照明や、四重極などのローカルなσが小さいような、すなわち、有効光源の光源の占める面積が瞳全体の面積に比べて小さいようなときは、近接効果が大きく出るために、Ｋａを小さく、Ｋｂを大きくすればよい。
【００８０】
設計パターンのホール幅と間隔に関わらず、レチクル上のパターンは、たとえば、設計パターンの最小ピッチが０．４５μｍ（ｋ１＝１．０９）の場合、
ホール幅：間隔＝１：２＝０．１５：０．３０
設計パターンの最小ピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）の場合、
ホール幅：間隔＝１：２＝０．１０：０．２０
とする。間隔をホール幅の２倍とれば、近接効果は小さくなるので、密集した部分と孤立した部分との近接効果による形状の差は小さくなり均一性がよくなる。
【００８１】
しかし、パターンの大きさをこのように小さくすると、光量が得られないので露光時間が長くかかり、光遮光パターンではコントラストが得られない。そのため、光量やコントラストを重視する場合には、レチクル上のパターンをホール幅：間隔＝１：１より大きく、ホール幅：間隔＝２：１以下にする。
【００８２】
ホールの大きさは、形状均一性や光量またはコントラストを重視する兼ね合いで、形状均一性を重視する大きさから、光量やコントラストを重視する大きさの間で大きさを定めるとよい。
【００８３】
本実施形態では、個々のホールのコントラスト、大きさ均一性を、露光後のウエハ上の像がよりよい像となるように、レチクル上のパターンの大きさを最適化している。ここで、設計パターンの大きさはすべて同じ大きさであり、任意のピッチで、任意の場所に分布しているものとする。
【００８４】
本実施形態においてレチクル面上におけるパターンのバイアス補正は、次のものである。
【００８５】
レチクル面上におけるパターンの個々のホールの中心位置、つまりピッチを設計パターンと同じにする。レチクル面上におけるパターンの個々のホールの大きさをすべて同じ大きさにバイアス補正する。
【００８６】
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、補正の方法は設計パターンの最小ピッチに着目し、最小ピッチにおいて形状均一性を重視する場合、レチクル上のパターンのホール幅Ｌをピッチ３Ｌの１／３、すなわち、ホール幅：間隔＝１：２となるホール幅となる大きさにする。光量やコントラストを重視する場合、レチクル上パターンのホール幅をピッチの１／２から２／３、すなわち、ホール幅：間隔＝１：１となる大きさから、ホール幅：間隔＝２：１となる大きさにする。
【００８７】
次に本実施形態のコンタクトホールに形成方法を用いた投影露光装置の実施形態について説明する。
【００８８】
（実施形態１）１回露光
図１の投影露光装置を用いて実施形態１を説明する。
【００８９】
投影露光装置は、光源を含んだ照明光学系からレチクル（マスク）を照明し、投影光学系によりウエハ面にレチクル面上のパタンを縮小投影し、ウエハを露光させる。
【００９０】
図中１はエキシマレーザーなどのパルスレーザーで構成されている光源で、１から供給されたパルス光をビーム整形光学系１ａによってインコヒーレント化し、かつ所定の形状に整形している。
【００９１】
２は光学系であり、複数のレンズからなり、入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。これらは、特開平５−４７６３９号公報のようにアフォーカル系の各倍率を変えることにより入射光束のビーム断面形状を変化させている。あるいは特開平５−４７６４０号公報のようにズームレンズ等からなり、レンズを光軸方向に移動させ角倍率を変えられるようにしてもよい。
【００９２】
３はオプティカルインテグレータであり、複数の微小レンズを２次元的に配列して構成しており、その射出面上に２次光源を形成している。
【００９３】
４は可変開口絞りであり、通常の円形開口の絞り（図１５）を含む、輸帯照明や他の斜入射照明を示すような投影レンズ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。可変開口絞りを変えるためにこれらの開口絞りを形成した円盤状ターレットを用い、４ａの開口駆動装置が絞り４を切り替えるべくターレットを回転させている。オプティカルインテグレータ３の射出面上の２次光源から射出した複数の光束は、集光レンズ５で集光され、ミラーで折り曲げられた後、マスキングブレード６に入射し、結像レンズ１３を通り、レチクル面上の必要な領域を均一に照射する。
【００９４】
図中８は、レチクル面上にある、レチクル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ーである。
【００９５】
本実施例の照明条件のσは、この投影露光装置における照明光学系を構成する光学系２によって変える。照明条件のびは開口絞り４に含まれる図１５の形状の絞りを選択することによって、露光方法１と２の切り替えで最適な照明条件飼σにすることができる。また、開口絞り４の各絞りの形状、図１５の図中のσは、σとしてとりうる最大の大きさにしておき、光学系１によってσの大きさを変えるようにしてもいい。
【００９６】
投影露光装置の露光条件は、主制御装置のメモリにあらかじめ露光方法の手順をプログラム化しておき記憶させておく。その露光方法の手順に従い，照明条件を記憶させ、その照明条件に基づいて照明系の開口制御装置４ａに信号を送り、絞りを所定の有効光源の絞りとなるよう回転させ、かつ、光学系１に信号を送り、照明条件にもとづいて、光学系１の各倍率を所定の値にする。そして、所定の露光量となるよう、不図示のシヤッター装置により露光時間を制御する。
【００９７】
たとえば露光１のとき、露光１に用いるレチクル１をレチクルステージにセットし、露光１の照明条件に設定し、所定の露光量により露光する。
【００９８】
二重露光を行う場合、露光１、露光２の順に露光するならば、露光１に用いるレチクル１をレチクルステージにセットし、露光１の照明条件に設定し所定の露光量により露光する。次に露光２に用いるレチクル２をレチクルステージにセットし、露光２の照明条件に設定し重ねて、所定の露光量により露光する。
【００９９】
または、主制御装置のメモリに、あらかじめ、レチクルの名前と露光条件を対応させた情報を記憶させておき、レチクルの名前などの情報を書き込んだレチクルのバーコードをバーコードリーダー８で読み取り、レチクルをレチクルステージに設定した後、照明条件、露光量に設定し露光するなどの方法によって最適な露光条件で露光する。
【０１００】
このような波長２４８ｎｍ、ＮＡ、０．６０の露光装置を用い、照明条件を円形分布のσ０．８に設定し、設計パターンのピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７１）、ホール幅が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）であるコンタクトホール列を解像するために透過型パターンのホール幅を０．１０μｍ（ｋ１＝０．２４）で間隔が０．２０μｍ（ｋ１＝０．４８）のレチクルを露光した。
【０１０１】
通常の１回露光で適切な露光量を設定することにより、図１０（Ａ）のような像が得られた。図９（Ａ）のレチクル上の透過型パターンのホール幅を０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）とした場合に比べて、露光時間は２倍以上かかるが非常に形状の均一性がよい像が得られる。
【０１０２】
また、レチクル上の遮光型パターンのホール幅を０．１０μｍ（ｋ１＝０．２４）で間隔が０．２０μｍ（ｋ１＝０．４８）とし、適切な露光量を設定することにより、図１０（Ｂ）のような像が得られた。形状のひずみはまだ残るが、図９（Ｂ）のレチクル上の透過型パターンのホール幅を０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）で間隔が０．１５μｍ（ｋ１＝０．３６）とした場合に比べて形状の均一性は改善する。
【０１０３】
さらに、レチクル上の遮光型パターンのホール幅を０．２０μｍ（ｋ１＝０．４８）で間隔が０．１０μｍ（ｋ１＝０．２４）とし、適切な露光を量を設定することにより、図１０（Ｃ）のような像が得られた。形状のひずみは悪化するが、コントラストは改善する。
【０１０４】
このように光透過型パターンでは形状均一性をよくすると、露光時間が長くなり遮光型パターンでは形状均一性をよくするとコントラストが低下するため、解像が難しい。
【０１０５】
したがって、露光方式をはじめとするコントラストの高い周期パターンとの２重露光の方法が有効である。
【０１０６】
特開２０００−０４０６５６号公報では、通常の露光に加えて、２次元格子を形成するような露光を重ねて露光し、格子上の所定の位置に所定のパターンを形成するものである。解像度以下の微細なコンタクトホールパターンにおいても、この露光方式により形成することができる。
【０１０７】
次に、実施形態２として２重露光（多重露光）によって露光された例を示す。
【０１０８】
（実施形態２）２重露光
波長２４８ｎｍ、ＮＡ、０．６０の露光装置を用い、設計パターンは図５（ｃ）のようなものを解像した実施形態を示す。設計パターンの最小ピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）、ホール幅が０．１５μｍで間隔を０．１５μｍのコンタクトホール列を２重露光によって解像した実施例を示す。
【０１０９】
ポジレジストを用いた場合について二重露光をおこなう方法の概略を図１９で説明する。尚、多重露光については後で詳述する。
【０１１０】
図１９の最上段（Ａ）は、今まで述べたような方法でホールパターンを適切な大きさに補正した通常１回露光のパターンである。四角の白い部分が光強度の強い、透過部分である。第２段（Ｂ）は縦横に数多く配列した周期的コンタクトホール列の露光を示す。周期的コンタクトホール列は、４光束干渉や、２光束干渉の重ね合わせによって二次元格子を作成する。
【０１１１】
通常露光や周期パターン露光は１回でなくてもよくフォーカスなどの露光条件を変えて多数回おこなってもよい。通常露光、周期的パターン露光のレチクルのパターンは、設計パターンのピッチと同じであれば、設計パターンのホール幅の大きさと同じでなくてもよい。周期的パターン露光と通常露光のコンタクトホールパターンの露光は、露光装置が同じでなくてもよく、波長、照明条件、瞳のフィルター、露光量などの露光条件が同じでなくてもいい。通常露光や周期パターン露光の露光量は、ウエハ上のパターンが設計パターンのホールの大きさと同じ大きさで得られるように、それぞれ適切に設定しておく。
【０１１２】
図１９の第３段（Ｃ）は、通常露光のコンタクトホールパターンと周期的コンタクトホール列を重ね合せた図である。斜線を施した部分が通常露光のコンタクトホールパターンを示す。図１９の第４段（Ｄ）は、このような多重露光後、現像によって得られる像である。ここで、設計されたパターンのコンタクトホールが形成される。
【０１１３】
ここで注意すべきことは、まず、設計パターンでコンタクトホールが配置され、パターンのピッチ、大きさが決められる。通常露光のレチクル上のパターンは、設計パターンのピッチと等しくし、つまり、パターンの中心位置を同じにして、今まで述べたような方法でホールパターンを適切な大きさに補正して、かならずしも、大きさを設計パターンと同じにしなくても良い。周期的なコンタクトホール列のパターンも設計パターンのピッチと等しくし、大きさは同じとする。
【０１１４】
現像後の最終的なパターンの大きさが設計パターンの大きさと一致すればよく、そのためには、通常露光と周期パターン露光の露光量を調整することによって所定の大きさにする。
【０１１５】
また、通常露光のレチクルのパターンは、最終的に得たい設計パターンの光透過型か光遮光型のどちらかにあわせる。たとえば、ポジレジストを使用するなら、設計パターンを光透過型にしたいので、通常露光のレチクルのパターンも光透過型にする。ネガレジストを使用するなら、設計パターンを光遮光型にしたいので、通常露光のレチクルのパターンも光遮光型にする。
【０１１６】
設計パターンが光透過型でも光遮光型どちらであっても、周期パターンはどちらでもよく、通常露光のパターンが光透過型であれば、周期パターンの各透過部分と通常露光のパターンの光が透過する部分に重ね合わせればよく、通常露光のパターンが光遮光型であれば、周期パターンの遮光部分と通常露光のパターンの光遮光部分に重ね合わせればよい。
【０１１７】
また、周期的なパターンと通常露光のパターンのどちらを先に露光してもいいが、現像前の潜像の状態で像を重ね合わせるものとする。
【０１１８】
このようにして得られた通常パターンの１回露光および周期パターンとの２重露光の結果を図６に示す。図中、点線によって囲まれた部分はレチクル上のパターンを示している。
【０１１９】
周期パターンは位相シフトマスクの周期パターンをσ＝０．２のコヒーレント照明による４光束干渉によって得てもいいが、このように４光束干渉ではピッチが
【０１２０】
【数１】
2004055898.tif 000003
【０１２１】
以上でないと得られない。この場合、周期パターンのピッチはｋ１＝０．７３なので、４光束干渉によって図５（Ａ）下図のようなパターンが得られるが、ここではあえて２光束干渉の重ねあわせによって得ることにする。２光束干渉の重ねあわせによると、コントラストは４光束干渉より低下するが、ｋ１＝０．５以上のピッチで解像が可能になる。もちろん，周期パターンを４光束干渉によって得てもいい。
【０１２２】
２光束干渉の重ねあわせの照明条件は図７のような矩形環状として、図５（Ａ）上図のようなパターンで位相がすべて同じバイナリマスクを露光した結果が図６（Ａ）である。周期パターンのピッチは最小ピッチと同じものとし、線幅はピッチの１／２とした。線幅は厳密にピッチの１／２でなくても、ピッチの１／２近傍でよい。位相シフトマスクの場合、ピッチの１／２近傍からピッチと等しい大きさの間に設定してもいい。ピッチと等しい大きさの場合、クロムレス、またはエッジ型といわれる位相シフトマスクとなる。
【０１２３】
通常の１回露光では露光は、図５（Ａ）上図のようなパターンでホール幅の大きさをピッチの１／３すなわち、０．１０μｍとしたものを、σ＝０．８の円形照明によって露光した。通常露光の結果は図６（Ｂ）の像が得られ、形状の均一性が非常に良く、密集パターンはわずかにひずんでいるが、孤立と密集のホールの面積にほとんど差がないことから１回露光でも十分に許容できる。
【０１２４】
周期パターン露光と重ね合わせて露光した結果、図６（Ｃ）の像が得られた。従来の方法と比較すると、解像できなかった密集パターンが解像できるようになり、しかも形状の均一性がさらによくなることがわかる。
【０１２５】
ここで、通常の１回露光の光量を優先して、ホール幅の大きさをピッチの１／２すなわち、０．１５μｍとしたパターンによっても、孤立パターンと密集パターンの形状の均一性が十分許容できる均一な像が得られる。
【０１２６】
次に本発明の実施形態３について説明する。
【０１２７】
波長２４８ｎｍ、ＮＡ、０．６０の露光装置を用い、設計パターンは３個並んだ密集ホール列を解像した実施形態を示す。照明条件は通常の１回露光の時、輪帯照明σ＝０．８、σ０＝０．４とした。二重露光の時の周期パターンは、バイナリマスク周期パターンを矩形環状照明によって、２光束干渉の重ね合わせにより露光した。
【０１２８】
設計パターンの最小ピッチは０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）、ホール幅が０．１５μｍで間隔を０．１５μｍのコンタクトホール列と、最小ピッチが０．３０μｍ（ｋ１＝０．７３）、ホール幅が０．１０μｍで間隔を０．２０μｍのコンタクトホール列とを通常１回露光と２重露光によって解像した。
【０１２９】
前者の設計パターンは図２０、２１（上段）に示すようなものであり、後者の設計パターンは２２、２３（上段）に示すようなものである。
【０１３０】
これらの設計パターンを、レチクル上のパターンに大きさ補正したものが図２０、２１、２２、２３（中、下段）に示すようなものである。中段の図は透過型パターンに適用したもので下段の図は遮光型パターンに適用したものである。図２０，２２（中、下段）は形状均一性重視の大きさ補正によるものであり、ホールの大きさはピッチの１／３とした。図２１、２３（中、下段）はコントラスト重視の大きさ補正によるものであり、ホールの大きさはピッチの１／２または２／３とした。
【０１３１】
露光した結果を、それぞれ、図２４、２５、２６、２７に示した。
【０１３２】
横にフォーカスした結果を並べて示してある。左側から順に０、０．２、０．４（μｍ）フォーカスした結果である。図で点線はレチクルパターンである。
【０１３３】
これらの結果から、通常の１回露光で、パターンのホール列の端と中央の大きさに差がなく、均一なホールパターンが得られていることがわかる。また、通常１回露光に比べて、二重露光による像は、コントラストが向上し、形状均一性がさらによくなっていることがわかる。また、フォーカス時の悪化も少なくなり，フォーカス＋／−０．３から０．４μｍの範囲で、均一な像が得られていることから、深度を延ばしていることがわかる。二重露光による像の深度はｋ２＝０．５（λ／ＮＡ２）＝０．３４μｍよりあるので、実用的な深度が得られていると結論できる。
【０１３４】
この結果は、３個のホール列に関するものであるが、３個のホール列の中央は密集パターンに相当し、３個のホール列の両端は、片側が孤立のホールに相当する。従って、３個のホール列のホールの大きさが均一なら、密集パターンと孤立パターンにわたって均一性が向上すると結論できる，
【０１３５】
【発明の効果】
本発明によれば、コンタクトホールの露光の工程において、微細なホールパターンを、均一な大きさでなおかつ焦点深度が得られるようにしたコンタクトホールの形成方法および露光装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１の要部概略図
【図２】本発明に係るコンタクトホールパターンの最適化の説明図
【図３】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図４】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図５】従来のコンタクトホールの２重露光の説明図
【図６】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図７】矩形環状照明の説明図
【図８】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図９】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図１０】本発明に係るコンタクトホールパターンの説明図
【図１１】本発明に係るポジレジスト用透過型コンタクトホールパターンの説明図
【図１２】本発明に係るネガレジスト用透過型コンタクトホールパターンの説明図
【図１３】本発明に係るポジレジスト用透過型コンタクトホールパターンの説明図
【図１４】本発明に係るネガレジスト用透過型コンタクトホールパターンの説明図
【図１５】通常照明の説明図
【図１６】４重極照明の説明図
【図１７】輪帯照明の説明図
【図１８】コンタクトホールのコントラストの説明図
【図１９】コンタクトホールの２重露光の説明図
【図２０】通常露光の形状重視の説明図
【図２１】通常露光の光量コントラスト重視の説明図
【図２２】通常露光の形状重視の説明図
【図２３】通常露光の光量コントラスト重視の説明図
【図２４】設計パターンホールの説明図
【図２５】設計パターンホールの説明図
【図２６】設計パターンホールの説明図
【図２７】設計パターンホールの説明図
【符号の説明】
８０　照明光学系
８１　マスク
８３　投影光学系
８４　開口絞り
８６　感光基板
８７　瞳面
９０　レベンソン型マスク
９４、１０１　マスク
【図１】
2004055898.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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