(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部、前記光源部から放出する光を制限するフィルタを含む調節部、前記調節部から出る光を屈折および回折させる屈折および回折部、前記屈折および回折部から出る光をウェーハ上に集光させる集光部を具備する変形露光装置において、
前記フィルタは、四重極フィルタ（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）と環状フィルタ（ａｎｎｕｌａｒ  ｆｉｌｔｅｒ）とが組み合わされたものであり、当該フィルタの中心から第１距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第１ホール群と、前記第１距離より遠い第２距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第２ホール群とを具備し、前記第１ホール群が具備する複数のホールのサイズと前記第２ホール群が具備する複数のホールのサイズとは同じであることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記第１および第２ホール群はそれぞれ４個のホールを具備することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記４個のホールは相互一定な角を持つことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
変形露光装置を用いる露光方法において、
中心から第１距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第１ホール群と、前記第１距離よりも遠い第２距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第２ホール群とを具備するフィルタを使って、光源から発散する光を近軸光と遠軸光に発生させる段階と、
前記近軸光および遠軸光をマスクパターンに斜入射させる段階と、
前記マスクパターンから出る光をウェーハ上に集光させる段階とを含み、
前記フィルタは、四重極フィルタ（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）と環状フィルタ（ａｎｎｕｌａｒ  ｆｉｌｔｅｒ）とが組み合わされたものであり、前記第１ホール群が具備する複数のホールのサイズと前記第２ホール群が具備する複数のホールのサイズとは同じであることを特徴とする露光方法。
【請求項５】
前記第１および第２ホール群はそれぞれ４個のホールを具備することを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は改善された露光装置及びこの装置を用いた露光方法に係り、特に四重極（quadrupole）露光系と環状（annular ）露光系を組み合わせた形態の露光系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ディバイスのデザインルールが０．３５μｍ以下になり従来のｉ−ラインを用いる露光技術としては半導体ディバイスの微細加工に必要な解像度および焦点深度（Depth Of Focus，以下、ＤＯＦ）を満足させなく、製品開発および量産性確保が大変難しい。これを克服するためいろいろのリソグラフィ（lithography ）技術が使われている。この中には変形露光装置を用いるパターニング技術も含まれる。しかし、従来の変形露光装置は段差を持つ構造物上に塗布された感光膜にラインパターンを形成することにおいて、不完全なラインパターンを形成する。また、形成されたラインの中央と縁で解像度が異なる、即ち、縁部分で解像度が低い近接効果（proximity effect）が発生する可能性があり、特にコンタクトホールパターンを形成するにおいては効果が無い。
【０００３】
従来の変形露光装置では０次と＋１次回折光が使われる。したがって、変形露光装置の解像度とＤＯＦが向上される。理論的には従来の変形露光装置は従来の露光装置より約１．５倍ほど高い解像度を持つ。フライアイレンズ（fly eye lense ）とコンデンサーレンズ（condenser lense ）、そして前記両レンズの間に挿入されたフィルタを含む従来の露光装置およびこの装置を用いる露光方法について図面と共にさらに詳細に説明する。
【０００４】
図１は従来の技術による露光装置を示した図面であり、その構成はフライアイレンズ４ａとフィルタ４ｂ、焦点距離がｆのコンデンサーレンズ４ｃとマスクパターン４ｄ及び投影レンズ４ｅより構成される。このように構成された露光装置による露光方法を説明する。
【０００５】
一般的に、光源（図示せず）から照射された光はフライアイレンズ４ａを通過した後フィルタ４ｂにより制限される。フィルタ４ｂはコンデンサーレンズ４ｃによるマスクパターン４ｄのフーリエ変換面（Fourier transform plane ）と一致する。図１に示した従来の露光方法によると、フーリエ変換面上に照明された光の０次回折光は垂直に投影レンズ４ｅに入射する。＋１次と−１次回折光は図１に示したようにθrcの角に投影レンズ４ｅに入射（斜入射成分）する。したがって、ウェーハ４ｆ上では０次、＋１次及び−１次に回折された光が相互干渉し入射光の強さの分布が再形成される。前記ウェーハ４ｆ上での光大きさ分布は図７に示したように光の強さが最大の極大点と光の強さが０点の極小点が明確に区分される不連続的な分布を示す。図７で参照番号１０はウェーハを示す。
【０００６】
図１でマスクパターン４ｄが微細であればあるほど回折角θrcは増加する。したがって、ｓｉｎθrcが開口数（ＮＡ）より大きくなると、０次以外の回折光は投影レンズ４ｅを外れるようになり、結局０次回折光のみがウェーハ４ｆ到達するようになり干渉は起こらない。この時、最小解像度は次のようになる。
Ｒ＝λ／２ＮＡ（λ：入射光の波長、ＮＡ：開口数（Numerical Aperture））図２及び図３はそれぞれ従来技術による変形露光装置に使われる四重極フィルタ（quadrupole filter ）と環状フィルタ（annular filter）を示した図面である。
【０００７】
図４は従来技術による変形露光装置を示した図面であって、その構成は従来の露光装置に使われるフィルタ（図１の“４ｂ”）とは異なるフィルタ５ｂを使う。即ち、従来の露光装置ではフィルタ（図１の“４ｂ”）の露光部分がコンデンサーレンズ（図１の“４ｃ”）の中央部分であるが、従来の変形露光装置ではフィルタ５ｂの露光部分がコンデンサーレンズ５ｃの縁部分に形成されている。したがって、フライアイレンズ５ａから発散される光は、初めはコンデンサーレンズ５ｃの光軸に平行にレンズの縁に入射する。しかし、コンデンサーレンズ５ｃの縁を通過しながらコンデンサーレンズ５ｃにより屈折されコンデンサーレンズ５ｃの光軸とθｒの角にマスクパターン５ｄに入射する。マスクパターン５ｄに入射した光はパターンの間隙により回折角が決定される。−１次及びそれ以上の高次回折光はマスクパターン５ｄの開口数ＮＡがｓｉｎ２θｒより大きいので投影レンズ５ｅを外れるようになり、結局０次及び１次回折光のみがウェーハ５ｆ上に到達され相互干渉し光エネルギーの分布を再形成するようになる。このように再形成されたウェーハ上での光強さ分布は図８に示したように連続的な分布だが、極小点における光強さの分布は無視できる。図８で参照番号２０はウェーハを示す。
【０００８】
図７及び図８は共にウェーハ上での光強さ分布は極大点と極小点を形成し、特に極小点では光強さが０であるので光強さ分布が不連続的で全体的にウェーハ上で光強さは均一な分布を成されない。
【０００９】
一方、図４で０次及び＋１次光が投影レンズ５ｅの中心周囲に均一に分布するので、焦点の外れによる位相変化は０次及び１次光で同一なので位相差がなくなりＤＯＦが従来の露光装置より深くなる。
【００１０】
この時、解像度は次のようである。
【００１１】
Ｒ＝λ／２（ＮＡ＋ｓｉｎ（θｒ））
５倍投影拡大を予想し、ｓｉｎ（θｒ）がＮＡ／２ならば、ウェーハ５ｆ上の限界解像度は、
Ｒ＝λ／２（ＮＡ＋ＮＡ／２）＝λ／３（ＮＡ）
となり、従来の露光装置より１．５倍高い解像度を示す。
【００１２】
前述したように従来の四重極照明系ではフィルタの露光部分の面積はフィルタの光を遮断する面積よりはるかに小さい。したがって、露光時間が長くなる。
【００１３】
前述したように従来の変形露光装置はフィルタによる光の一部を遮断する形態なので変形露光時露光量が小さすぎて露光時間が顕著に長くなり、露光装置が誤動作し、ウェーハ上での光の強さ分布の均一性が低下する。また、従来の変形露光装置は像形成面上で光の強さ分布が均一でないのでマスクパターンの縁を通過する光の情報を多く失うことになる。したがって、特に従来の変形露光装置によっては適切なコンタクトホールパターンを形成できない。
【００１４】
又、近接効果によるラインパターンの中心ラインと縁ライン間の間隙サイズの差異と縁ラインの非対称と縮小、ライン間の非対称的な“Ｖ”字形ノッチングの形成及びフォトレジストの不完全な除去によるスカム（scum）発生と斜線及び孤立されたパターンの損傷により生産現場での適用は無理がある。
【００１５】
【発明の解決しようとする課題】
本発明は前述した従来の問題点を解決するために案出されたものであり、像形成領域で光強さを最大化しながら均一な光大きさ分布を形成できる組合形態のフィルタを持つ改善された露光装置を提供するにその目的がある。
【００１６】
本発明は前記改善された露光装置を用いる露光方法を提供するに他の目的がある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明による露光装置は、光源部、前記光源部から放出する光を制限するフィルタを含む調節部、前記調節部から出る光を屈折および回折させる屈折および回折部、前記屈折および回折部から出る光をウェーハ上に集光させる集光部を具備する変形露光装置において、前記フィルタは、四重極フィルタ（ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）と環状フィルタ（ａｎｎｕｌａｒ  ｆｉｌｔｅｒ）とが組み合わされたものであり、当該フィルタの中心から第１距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第１ホール群と、前記第１距離より遠い第２距離に形成された同じサイズの複数のホールを具備する第２ホール群とを具備し、前記第１ホール群が具備する複数のホールのサイズと前記第２ホール群が具備する複数のホールのサイズとは同じであることを特徴とする。
【００１８】
前記第１および第２ホール群はそれぞれ４個のホールを具備している。したがって前記フィルタは８個の露光口を持つ。
【００１９】
前記光源部はフライアイレンズである。また、前記調節部から出る光を屈折させる手段はコンデンサーレンズであり、回折させる手段はマスクパターンである。そして前記集光部は投影レンズである。また、前記４個のホールは相互一定な角を持つ。
【００２０】
前記他の目的を達成するために、本発明の露光方法は近軸光と遠軸光を発生する段階、前記光はマスクパターンに斜入射させる段階及び前記マスクパターンより出る光をウェーハ上に集光させる段階を含む。前記近軸光及び遠軸光は前記変形露光装置のフィルタにより発生される。本発明による露光装置のフィルタは２個の離軸露光領域を持っている。本発明によるフィルタは従来の四重極フィルタと環状フィルタを組合せしたものと同一な効果を持つ。したがって本発明による変形露光装置の解像度は従来の変形露光装置の解像度より高く、像形成面での光強さは均一である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照し本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
図６は本発明による変形露光装置を示した図面である。具体的に、本発明の変形露光装置の構成は光源から出る光を平行光として放出するフライアイレンズ６ａと前記フライアイレンズ６ａから出る光を制限するフィルタ６ｂと前記フィルタ６ｂから出る光を屈折させ前記光軸３と角（Ф１ｒおよびФ２ｒ）を成す焦点長さがｆのコンデンサーレンズ６ｃと前記コンデンサーレンズ６ｃから出る光を回折させるマスクパターン６ｄと前記マスクパターン６ｄにより回折された光をウェーハ６ｆに集光させる投影レンズ６ｅより構成される。
【００２３】
前記フィルタ６ｂは、図５に示すように、８個の露光ホールを含めている。この８個のホールは幾何学的な配列形態により２グループのホール、即ち、第１ホール群Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６および第２ホール群Ｈ１、Ｈ２、Ｈ７、Ｈ８に分けられる。
【００２４】
前記第１ホール群と第２ホール群はそれぞれ４個のホールを具備している。前記第１ホール群を構成する４個のホールＨ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６は前記フィルタ６ｂの中心から一定な距離（以下、“第１距離”と言う）に形成されており、前記４個のホールＨ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６は相互一定した角を維持する。そして前記第２ホール群を構成する４個のホールＨ１、Ｈ２、Ｈ７、Ｈ８は前記フィルタの中心から前記第１ホール群の４個のホールＨ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６が形成された距離より遠い距離（以下、“第２距離”と言う）に形成されている。そして、前記第１ホール群のように、前記第２ホール群の４個のホールＨ１、Ｈ２、Ｈ７、Ｈ８は相互一定な角を維持している。前記第１ホール群と第２ホール群Ｈ１、Ｈ２、Ｈ７、Ｈ８は同じ形態である。そしてホールの大きさも相互同じである。
【００２５】
続いて、前記変形露光装置による露光方法を説明する。遠軸光２と近軸光１はそれぞれ前記コンデンサーレンズ６ｃによりマスクパターン６ｄ上に前記コンデンサーレンズの光軸３とФ１ｒ及びФ２ｒの角に入射される。前記マスクパターン６ｄにより前記入射された光１、２をそれぞれ２個の０次、＋１次及び−１次光（０、１及び−１）に回折させる。このうち２個の−１次光（−１）はそれぞれ前記光軸３とθ１rm及びθ２rmの角に回折され前記投影レンズ６ｅを外れ前記０次及び＋１次光（０、１）のみが前記投影レンズ６ｅに入射するが入射条件は次のようである。即ち、前記２個の０次光（０）はそれぞれ前記光軸３とФ１ｒ及びФ２ｒの角に投影レンズ６ｅに入射される。そして前記２個の＋１次光（１）はそれぞれ前記投影レンズ６ｅに前記光軸３とθ１ｒｐ及びθ２ｒｐの角に入射される。前記投影レンズ６ｅにより前記マスクパターン６ｄの像が像形成面即ち、ウェーハ６ｆ上に形成される。前記近軸及び遠軸光１、２による解像度はそれぞれ次式で表現できる。
【００２６】
Ｒ１＝λ／２（ＮＡｒ＋ｓｉｎФ１ｒ）  （近軸光による解像度）
Ｒ２＝λ／２（ＮＡｒ＋ｓｉｎФ２ｒ）  （遠軸光による解像度）
前記式で限界解像度は遠軸光による解像度を求める式により決定される。したがって、前記マスクパターン６ｄに入射する光の入射角を最大にすることにより、従来の変形露光装置による限界解像度以上の解像度を取ることができる。
【００２７】
一方、本発明の変形露光装置は従来の四重極フィルタより多くの露光のための開口を持つフィルタ６ｂを使うので前記ウェーハ６ｆ上に従来より均一な光大きさ分布を形成することができる。
【００２８】
本発明によるフィルタ６ｂを通過する光の波長をλという時、ウェーハ上での光の強さ分布は次式（１）〜（２８）により決定される。
【００２９】
ｄＨ１，Ｈ２ｓｉｎθＨ１，Ｈ２＝ｍλ  …（１）
ｄＨ１，Ｈ３ｓｉｎθＨ１，Ｈ３＝ｍλ  …（２）
・・・
ｄＨ７，Ｈ８ｓｉｎθＨ７，Ｈ８＝ｍλ  …（２８）
前記式でｄＨｉ，Ｈｊ（ｉ≠ｊ＝1,2,…8 ）は前記フィルタ（図５参照）の８個の露光口のうち選ばれた露光口ｉとｊ間の距離を示す。そしてθＨｉ，Ｈｊ（ｉ≠ｊ＝1,2,…8 ）は前記フィルタの８個の露光口のうち選ばれた露光口ｉとｊから出る光の間の角である。
【００３０】
前記式を参照すれば、前記ウェーハ６ｆ上で光大きさが極大になる条件はｍが1,2,3,…の場合である。したがって、前記ウェーハ６ｆ上の任意の点で光の強さが極大になる確率は１／２28である。
【００３１】
前記ウェーハ６ｆ上で光の強さが極小になる条件は前記式でｍ＝Ｍ／２の場合である。ここで前記Ｍは奇数（1,3,5,…）である。したがって、前記ウェーハ６ｆ上の任意の点で光の強さが極小になる確率は１／２28であり、極大になる確率と同じである。
【００３２】
ウェーハ６ｆ上での回折光の強さの極大および極小点の間には他の波長の回折光が形成されるので全体的にウェーハ６ｆ上で回折光の強さの分布は連続的である。したがって、本発明は像形成面のウェーハ６ｆ上で従来の変形露光装置よりさらに広い範囲にかけて均一な光の強さ分布が形成される。結果的に従来の変形露光装置より光の強さは多少落ちるが、光の強さ分布の均一性は大変優秀である。また、前記マスクパターン６ｄの中心と縁を通過する光は像形成のための情報を均一に持っている。したがって、コンタクトホールパターンを形成する場合にもコンタクトホールの形態を円形に近く形成できる。また、近接効果で現れた問題点も大部分解決できる。
【００３３】
図９は本発明によるウェーハ上での光の強さ分布を示した図面である。図９を参照すれば、ウェーハ９４上で光の強さが０の部分は無い。そして光の強さの極大値と極小値の差は従来より小さい。結果的に従来技術による変形露光装置を用いる露光方法より本発明による変形露光装置を用いる露光方法がはるかに均一な光の強さ分布が取られる。
【００３４】
図１０乃至図１３は本発明と従来の変形露光装置により形成されたコンタクトホールの走査電子顕微鏡（SEM ）写真の比較を示した図面である。
【００３５】
図１０はコンタクトホール（黒い部分）が三角形に近く形成され、図１１はコンタクトホール（黒い部分）が同様に三角形から大いに外れないことを示す。また、図１２は示されたようにコンタクトホール（黒い部分）が楕円形に近く形成される。図１３は本発明により形成されたコンタクトホール（中心が黒い部分）であってその形態が円形である。
【００３６】
【発明の効果】
前述したように本発明による改善された照明装置のフィルタは、２個の離軸（off-axis）照明領域を持つ。本発明によるフィルタは四重極フィルタと環状フィルタを組合したものと同じ効果を持つ。したがって、本発明による変形露光装置の解像度は従来の変形露光装置の解像度より高く、像形成面での光の強さは均一である。また、マスクパタンーを通過する光が持つ像形成情報を均一にすることにより、コンタクトホールパタンーを円形に近く形成でき、近接効果を縮められる。
【００３７】
本発明は前記実施の形態に限定されものではなく、多くの変形が本発明の技術的な思想内に当分野で通常の知識を持っている者により実施可能なことは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術による露光装置を示した図面である。
【図２】  従来技術による変形露光装置に使われる四重極フィルタを示した図面である。
【図３】  従来技術による変形露光装置に使われる環状フィルタを示した図面である。
【図４】  従来技術による四重極フィルタまたは環状フィルタを含む変形露光装置を示した図面である。
【図５】  本発明の変形露光装置に使われるフィルタを示した図面である。
【図６】  本発明による変形露光装置を示した図面である。
【図７】  従来技術による光の強さ分布を示した図面である。
【図８】  従来技術による光の強さ分布を示した図面である。
【図９】  本発明による光の強さ分布を示した図面である。
【図１０】  従来の露光装置により形成されたコンタクトホールの走査電子顕微鏡写真である。
【図１１】  従来の露光装置により形成されたコンタクトホールの走査電子顕微鏡写真である。
【図１２】  従来の露光装置により形成されたコンタクトホールの走査電子顕微鏡写真である。
【図１３】  本発明による露光装置により形成されたコンタクトホールの走査電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１…近軸光、
２…遠軸光、
３…光軸、
６ａ…フライアイレンズ、
６ｂ…フィルタ、
６ｃ…コンデンサーレンズ、
６ｄ…マスクパターン、
６ｆ…ウェーハ。
【図１】
0003887034.tif 000002
【図２】
0003887034.tif 000003
【図３】
0003887034.tif 000004
【図４】
0003887034.tif 000005
【図５】
0003887034.tif 000006
【図６】
0003887034.tif 000007
【図７】
0003887034.tif 000008
【図８】
0003887034.tif 000009
【図９】
0003887034.tif 000010
【図１０】
0003887034.tif 000011
【図１１】
0003887034.tif 000012
【図１２】
0003887034.tif 000013
【図１３】
0003887034.tif 000014