DE69519143T2

DE69519143T2 - Mustererzeugungsverfahren und Verfahren und Apparat zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung unter Verwendung von diesem Verfahren

Info

Publication number: DE69519143T2
Application number: DE69519143T
Authority: DE
Inventors: Tohru Ogawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-08-26
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2015-08-26
Also published as: EP0698824A3; EP0698824B1; KR100377206B1; EP0698824A2; DE69519143D1; KR960008997A; SG48693A1; SG67481A1

Description

Hintergrund der Erfindung

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Musterbildungsverfahren und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer Halbleitereinrichtung, bei der dieses Verfahren verwendet wird, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Belichtungsverfahren, bei dem ein gutes Muster ohne die Schwierigkeit einer Sekundärspitze gebildet werden kann, sogar wenn eine Phasenverschiebungsmaske verwendet wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Zur Zeit bemüht man sich bei der Forschung und Entwicklung von integrierten Halbleiterschaltungen, Einrichtungen einer Bauform in der Größenordnung von unter 1/2 um zu entwickeln. Bei dem Entwickeln solcher Einrichtungen ist die Photolithographie unentbehrlich. Es ist nicht zu viel gesagt, daß die Auflösungsperformance von den Entwicklungseinrichtungen, die bei der Photolithographie verwendet werden, d. h., die sogenannte "Reduktions-, Projektions- und Entwicklungseinrichtungen" den Erfolg oder das Mißlingen der Forschung und Entwicklung bei Halbleitereinrichtungen und die Durchführbarkeit einer Massenproduktion bestimmt.
Üblicherweise wurde die Auflösungsperformance der Reduktions-Projektion und von Entwicklungseinrichtungen verbessert, indem die numerische Apertur der Reduktions- Projektionslinse vergrößert oder die Entwicklungswellenlänge auf der Basis des folgenden Rayleigh-Kriteriums gekürzt wird:
R = k1 · λ/NA
wobei, R: Auflösung
λ: Belichtungswellenlänge
NA: numerische Apertur
kl: Prozeßkoeffizient
Bei der Herstellung einer Halbleitereinrichtung gibt es jedoch Abstufungsunterschiede, die durch die Topographie, die Wafer-Flachheit der Halbleitereinrichtung verursacht werden, und daher ist die Sicherung der Tiefenschärfe ebenfalls ein wichtiger Parameter im gleichen Zeitpunkt wie die Auflösungsperformance. Die Abmessungsgenauigkeit des Resistmusters (Lackmusters) im Photolithographie-Schritt im Herstellungszeitpunkt einer Halbleitereinrichtung beträgt allgemein ± 5%. Bei einer vorhandenen Einrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt ist, gibt es immer eine Unebenheit der Oberfläche des Halbleitersubstrats S. Beispielsweise gibt es einen konvexen Bereich In von polykristallinen Silizium usw.. Als Ergebnis ist das Muster des Resist PR nicht auf der gleichen Fokussierungsebene gebildet. Aus diesem Grund differieren die Abmessungen des Musters auf dem Resist PR zwischen dem oberen Bereich und dem unteren Bereich mit einer Abstufungsdifferenz. Dies wird jedoch auffälliger, je feiner das Muster in dem Fall ist, wo ein Stepper der gleichen Welle und der gleichen numerischen Apertur verwendet wird. Diese Tendenz sieht man allgemein bei allen Resistarten.
Die Tiefenschärfe wird proportional zur Belichtungswellenlänge und umgekehrt proportional zum Quadrat der numerischen Apertur kleiner. Bei der Massenproduktion ist eine Tiefenschärfe von ungefähr 1,5 um notwendig. Aus diesem Grund gibt es Einschränkungen, um sowohl die Auflösungsperformance als auch die Tiefenschärfe, die als notwendig angesehen werden, zu erfüllen.
Fig. 2A und 2B zeigen die Abhängigkeit in bezug auf die numerische Apertur, wenn die Auflösungsperformance der Tiefenschärfe (D.O.F) bei der Excimer-Laser-KrF-Lithographie, die die fortgeschrittenste Belichtung ist, als Parameter verwendet wird. Wie man aus den Figuren sieht, beträgt die höchste Auflösung, die erhalten wird, wenn die notwendige Tiefenschärfe von 1,5 um erfüllt werden soll, ungefähr 0,35 um. Somit ist es extrem schwierig, eine Stegbreite von 0,35 um oder weniger mit einer Tiefenschärfe von 1,5 um oder mehr aufzulösen. Zum Vergrößern der Tiefenschärfe ist eine spezielle Verfahrensart notwendig.
Als Antwort auf eine solche Anforderung wurde in den vergangenen Jahren das Halbton-Phasenverschiebungsverfahren vorgeschlagen. Dieses Belichtungsverfahren ist ein extrem wirksames Verfahren, um die Auflösung und die Tiefenschärfe eines isolierten Musters, beispielsweise eines Kontaktloches zu verbessern. Beim Halbton-Phasenverschiebungsverfahren wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, ein halbtransparenter Cr-, SixNy-, SiOxNy-, MOxSiy- Film oder dgl., der einen Durchlässigkeitsfaktor in bezug auf das Belichtungslicht von mehreren Prozent bis ungefähr 20% hat, d. h., der den Durchlaß einer feinen Menge an Belichtungslicht gestattet, als Halbtonfilm 2 verwendet, der den dunklen Bereichen 1 entspricht. Bei den hellen Bereichen 3 wird veranlaßt, daß sowohl der Film 2 als auch das transparente Substrat (mit einem konkaven Bereich 5, der darin gebildet ist,) oder nur der Film 2 geätzt wird und als Maske dient. Dabei kann durch Wählen der Phasendifferenz zwischen den hellen Bereichen 3 und den dunklen Bereichen 1, die durch den halbdurchlässigen Film gebildet sind, auf 180º, wie in Fig. 4B gezeigt ist, der Gradient der Verteilung der Intensität des Lichtes in einem isolierten Muster (beispielsweise ein Lochmuster von 0,6 λ/NA) scharf ausgebildet werden. Es sei angemerkt, daß Fig. 4A die Verteilung der Intensität des Lichtes in einem isolierten Muster zeigt, bei dem eine herkömmliche Chrom-Maske verwendet wird.
Bei der Gestaltung dieser Phasenverschiebungsmaske ist der Durchlässigkeitsfaktor des Halbtonfilms 2 ein wichtiger Faktor. Um nämlich den Gradienten der Verteilung der Intensität des Lichts in einem isolierten Muster schärfer auszubilden ist es ausreichend, den Durchlässigkeitsfaktor des Halbtonfilms 2 anzuheben. Durch Anheben des Durchlässigkeitsfaktors wird jedoch der Lichtabschirmeffekt durch den Halbtonfilm 2 geschwächt, und der Resist wird schließlich über seine gesamte Fläche belichtet.
Üblicherweise wird außerdem im Zeitpunkt der Bildung eines Musters, wie in Fig. 5A gezeigt ist, eine Sekundärspitze, die als Seitenzipfel bezeichnet wird, aufgrund des Nachbareffekts auf beiden Seiten der gewünschten Musterposition bei der Verteilung der Lichtintensität des Lichts unabhängig von der Lichtabschirmposition erzeugt. Die Sekundärspitze wird stärker, wenn der Halbton-Durchlässigkeitsfaktor angehoben wird. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, ist, sogar bei einem sogenannten vollständig isolierten Kontaktloch, wobei beispielsweise, wenn die Gestaltungsabmessung des Lochmusters 6 als W festgelegt ist, der Abstand zwischen den benachbarten Mustern 3W oder mehr, wobei der Umfangsbereich zu einer ausgehöhlten Form wird (Bezugszeichen 8). Bei einer Form, wie in Fig. 5B gezeigt ist, ist es nachteilig, daß der Durchmesser des Kontaktlochs beim Ätzschritt vergrößert wird.
Wenn man beabsichtigt, das Halbtonphasen-Phasenverschiebungs-Maskierungsverfahren auf einen sogenannten periodischen Musterbereich anzuwenden, der eine hohe Musterdichte hat, wird die Sekundärspitze aufgrund der Interferenz zwischen benachbarten Mustern, d. h., der wechselseitige Nachbareffekt, bei dem periodischen Musterbereich, der die hohe Musterdichte hat, stärker.
Wenn somit beabsichtigt ist, ein Einrichtungsmuster zu bilden, wobei das Halbton-Phasenverschiebungs-Maskierungsverfahren verwendet wird, muß die Gestaltung und ein CAD-Prozeß ausreichend in bezug auf den Abstand zwischen Mustern abgewogen werden. Dies ist eine enorme Arbeitsbelastung bei der Gestaltung und den CAD-Prozeß und verhindert die praktische Anwendung.
Die JP-5 047 639 offenbart ein Beleuchtungsgerät und einen Projektionsausrichter, der dieses verwendet. Dieser umfaßt ein optisches Integrationsgerät, das aus mehreren Balkenlinsen besteht. Das Integrationsgerät empfängt mehrere Strahlen, die von einem Einzelstrahl resultieren, der in mehreren Strahlen von unterschiedlichen optischen Weglängen unterteilt ist, um dadurch eine Sekundärlichtquelle zu bilden. Ein optisches Kondensorsystem dreht einen Sekundärstrahl von der zweiten Lichtquelle in Richtung auf eine Fläche, die zu beleuchten ist.
Die DE-43 03 028 offenbart ein Projektionsbelichtungsgerät und ein Musterbildungsverfahren, welches dabei verwendet wird. Das Belichtungsgerät besitzt eine wirksame Quelle, eine Maske, eine Projektionslinse und eine optisches Filter. Die Maske wird mit dem Licht von der wirksamen Quelle beleuchtet, welche eine im wesentlichen ringförmige Belichtungsverteilung hat.
Die EP-0 485 062 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines Muster und ein Projektionsbelichtungsgerät. Auf der Pupille einer Projektionslinse des Projektionsgeräts ist ein optisches Filter befestigt, welches eine komplexe Amplitudenübertragungsverteilung hat, die als T(r) = cos(2πβr² - θ/2) als Funktion einer Radialkoordinate r, die durch den maximalen Radius der Pupille normiert ist, ausgedrückt werden kann.
Die US-5 309 198 offenbart ein Lichtbelichtungssystem, welches ein optisches Beleuchtungssystem umfaßt, um das erste Objekt zu beleuchten, ein optisches Projektionssystem, um das Muster auf dem ersten Objekt auf das zweite Objekt zu projizieren, eine Stufeneinrichtung, um das zweite Objekt zweidimensional zu bewegen, während das zweite Objekt gehalten wird, ein Referenzteil, welches auf der Stufeneinrichtung befestigt ist, eine Ermittlungseinrichtung, um Licht von dem Referenzteil zu ermitteln, und eine Meßeinrichtung, um eine vorherbestimmte Messung auf der Basis eines Ausgangssignals der Ermittlungseinrichtung durchzuführen.
Um die oben beschriebenen Schwierigkeiten zu lösen, wird ein intensives Studium auf verschiedenen Bereichen laufend durchgeführt, wie die Tiefenschärfe vergrößert werden kann, ohne den Nachbareffekt auffälliger zu machen und ohne eine schwere Arbeitsbelastung in bezug auf die Gestaltung der Maske erforderlich zu machen. Es wurde jedoch kein wirksames Belichtungsverfahren zum Vergrößern der Tiefenschärfe, welches nicht an den oben beschriebenen Problemen leidet, herausgefunden. Somit ist es wesentlich, schnell ein Belichtungsverfahren anzugeben, um die Tiefenschärfe zu vergrößern, ohne daß der Nachbareffekt auffällig ist und ohne daß eine schwere Arbeitsbelastung bei der Gestaltung der Maske erforderlich ist.
Da zur Zeit eine annehmbare Tiefenschärfe bei der Herstellung einer Einrichtung nicht erhalten werden kann, wurde die Musterbildung ausgeführt, wobei das Mehrschicht- Resistverfahren, das Elektronenstrahl-Belichtungsverfahren usw. verwendet wird. Jedoch wurde ein ausreichend zufriedenstellender Effekt nicht erzielt.
Somit ist es wesentlich, ein Belichtungsverfahren zum Vergrößern der Tiefenschärfe schnell einzurichten, ohne den Nachbareffekt auffällig zu machen, ohne schwere Arbeitsbelastung bei der Gestaltung der Maske und ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Aberration oder weitere Abbild-Charakteristiken durch ein Verfahren auszuüben, welches anders ist als das oben erwähnte.

Überblick über die Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde in Abwägung der oben beschriebenen Situation gemacht und hat als Aufgabe, ein Musterbildungsverfahren und ein Verfahren und ein Gerät zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung bereitzustellen, bei der dieses verwendet wird, welches, wenn ein Halbleitereinrichtung oder dgl. hergestellt wird, bezüglich des Verfahrens sich zum Vergrößern der Tiefenschärfe entscheidet, so daß ein stabiles Resistmuster sogar dann gebildet werden kann, wenn das Maskenmuster fein ist, und wodurch eine gute Resistmusterbildung ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zum Vergrößern der Tiefenschärfe im Herstellungszeitpunkt einer Halbleitereinrichtung, ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Aberration und die Abbildkennlinie auszuüben, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird, die eine beliebige Musterdichte hat, sogar wenn das Maskenmuster der Halbleitereinrichtung fein ist. Die oben beschriebene Aufgabe wird dadurch gelöst. Dies wird durch Analyse des optischen Systems der Belichtungseinrichtung verstanden. Die vorliegende Erfindung wurde nämlich durch die folgende Entdeckung durch den Erfinder erlangt.
Die Tiefenschärfe wurde vergrößert, ohne einen nachteiligen Einfluß auf die Aberration und die anderen Abbild-Charakteristiken auszuüben, wobei eine Halbtonphasen- Verschiebemaske verwendet wird, die irgendeine Musterdichte hat, wobei die folgende Einrichtung verwendet wird:
(1) Um die Verwendung des Halbton-Phasenverschiebe-Maskierungsverfahren für ein Gestaltungsmuster zu ermöglichen, welches irgendeine Musterdichte hat, ohne die Gestaltung und den CAD-Prozeß übermäßig zu belasten, ist es ausreichend, wenn der sogenannte periodische Musterbereich verwendet wird, der eine hohe Musterdichte hat. Ein solcher periodischer Musterbereich, der eine hohe Musterdichte hat, wird durch Interferenz von benachbarten Mustern gebildet, so daß er ausreichend ist, wenn die Sekundärspitze in der Verteilung der Intensität des Lichts aufgrund des wechselseitigen Nachbareffekts reduziert werden kann.
(2) Die Verteilung der Intensität des Lichts hängt von der Verteilung der Intensität des Lichts in der wirksamen Lichtquelle der Belichtungseinrichtung ab. Das optische Projektionssystem der Belichtungseinrichtung, d. h., der "Stepper", wie in Fig. 6 gezeigt ist, besitzt eine Gesamtsystemblende 10, die bei der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe von Fokussierungsebenen angeordnet ist. Es ist ein duales telezentrisches Abbildsystem und ein afokales System insgesamt. Die Maskenfläche 12 und die Pupillenfläche (im wesentlichen gleich cier Blende 10) und die Pupillenfläche und die Waferfläche 14 stehen in einer Fourier-Transformationsbeziehung miteinander. Das Licht von dem optischen Beleuchtungssystem zum Beleuchten der Maske zeigt sich vollständig in Form von ebenen Wellen. Aufgrund der afolcalen Charakteristik entsprechen individuelle ebene Wellen individuellen Lichtemissionspunkten der Sekundärlichtquelle 16 (auch als Effektivlichtquelle bezeichnet) d. h., der Facettenlinse.
(3) Auf der Basis der durch (2) gezeigten Charakteristik kann, wenn die entsprechenden Koordinatensysteme der Maskenfläche, der Pupillenfläche und der Waferfläche als (x, y), (ξ,η) und (α, β) definiert sind und die Fokussierungsabstände der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe als f1 und f2 definiert sind, und die Übertragungsfunktion der Maske als o (x, y) bestimmt ist, die Amplitudenverteilung f(ξ, η, θ&sub1;, θ&sub2;) auf der Pupillenfläche durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
f(ξ,η,θ&sub1;,θ&sub2;)
= o(x, y) exp(jk(sinθ&sub1;x+sinθ&sub2;y)}
exp(jk(ξx-ηy)/f&sub1;)dxdy
= o(x, y) exp(jk((sinθ&sub1;+ξ/f&sub1;)x+ (sinθ&sub2;+η/f1)y)dxdy (1)
wobei θ&sub1; und θ&sub2; die Einfallswinkel der ebenen Welle sind, die auf die Maske in der x- und y-Richtung einfällt.
Wenn die Amplitudenverteilung auf der Waferfläche als g (α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) definiert wird und die Pupillenfunktion als p(ξ,η) definiert wird, gilt die folgende Gleichung:
g(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;)
= f(ξ,η,θ&sub1;,θ&sub2;)exp{-jk(αξ+βη)}dξdη
= o(x,y)p(ξ,η)
exp[jk{(sinθ&sub1;+ξ/f1)x+(sinθ&sub2;*n/f2)y}]
exp{-jk(αξ + βη)}dxdydξSdη (2)
Die Verteilung der Intensität I (α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) der ebenen Welle, die auf die Waferfläche mit θ&sub1; und θ&sub2; auftrifft, kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
I(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;)
= g(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;)g* (α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) (3)
Daher wird die Gesamtverteilung der Intensität I (α, β) zur Überlagerung der ebenen Wellen, und daher, wenn die Wichtungsfunktion als W θ&sub1;, θ&sub2; definiert wird, gilt die folgende Gleichung:
I(α,β)
= w(θ&sub1;, θ&sub2;)I(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;)dθ&sub1;dθ&sub2; (4)
Wenn angenommen wird, daß die Maske ein Gittermuster von gleichmäßigen Intervallen parallel zur y-Achse ist, kann die Übertragungsfunktion o(x, y) der Maske durch die folgende Gleichung dargestellt werden, die die Maskenfrequenz als ω definiert:
o(x, y) = o(x) = anexp (jnωx)
- ∞< n< +∞ (5)
Damit kann die Amplitudenverteilung f(ξ, η, θ&sub1;, θ&sub2;) auf der Pupillenfläche durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
f(ξ,η,θ&sub1;,θ&sub2;)
= Σ anexp (jnωx)
exp(jk((sinθ&sub1;+ξ/f1)x+(sinθ&sub2;+η/f1)y})dxdy
= anδ (sinθ&sub1;+nw/k+ξ/f1)δ(sinθ&sub2;+η/f1) (6)
Wenn die Aberration der ebenen Welle auf der Pupillenfläche gleich W(ξ, η) ist, kann die Amplitudenverteilung g(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) auf der Waferfläche durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
g(α, b, θ&sub1;, θ&sub2;)
= an δ(sinθ&sub1;+nω/k+ξ+f1)δ(sinθ&sub2;+η/f1)
pn(θ&sub1;, θ&sub2;)exp(jW(ξ,η))exp(-jk(ξα+ηβ)}dξdη
= anpn(θ&sub1;,θ&sub2;)exp(jW(-f1(sinθ&sub1;+nω/k), -f1sinθ&sub2;}]
exp[jk(sinθ&sub1;+nω/k)(f1/f2)α]
exp[jk(f1/f2)βsinθ&sub2;] (7)
Hier ist, wie aus der obigen Gleichung (7) deutlich wird, die Spektrumverteilung des Objekts auf der Pupillenfläche die Summe von δ-Funktionen. Demnach ist eine Entscheidung, ob das n-te gebeugte Licht in die Pupille eintritt oder nicht, klar. Daher wird von einem Vignettierungsfaktor Pn Gebrauch gemacht, um zu entscheiden, ob das gebeugte Licht in die Pupille eintreten sollte oder nicht (Gleichung (8):
pn(θ&sub1;, θ&sub2;) = 1 Spektrumsausgang in Pupillenebene
0 andernfalls (8)
Daraus kann die Verteilung der Intensität I (α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) der individuellen ebenen Wellen auf der Waferfläche durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
I(α, β, θ&sub1;, θ&sub2;)
= anampn(θ&sub1;,θ&sub2;)pm(θ&sub1;,θ&sub2;)
exp[jw{-f1(sirθ&sub1;+nω/k), -f1sinθ&sub2;}
-jW(-f1(sinθ&sub1;,mω/k, -f1sinθ&sub2;}]
exp(j(n-m) (f1/f2)ωα] (9)
Im Fall der idealen Bildignorierungsaberration usw. gilt die folgende Gleichung:
W(ξ,η) = 0 (10)
Daher kann die Intensitätsverteilung I (α, β, θ&sub1;, θ&sub2;) der individuellen ebenen Wellen durch die folgende Gleichung dargestellt werden:
I(θ&sub1;,θ&sub2;)
= an²pn(θ&sub1;, θ&sub2;) + 2ΣΣanampn(θ&sub1;, θ&sub2;)
pm(θ&sub1;, θ&sub2;)cos{(f1/f2)(n-m)ωα} (11)
Das heißt, die obige Gleichung wird gemäß dem Intensitätsverhältnis der jeweiligen Punkte der Facettenlinse gewichtet und überlagert, um die Gesamtverteilung der Intensität des Lichts I(α, β) auf der Waferfläche herauszufinden.
(4) Die obige Gleichung (119 ist eine Basisgleichung, wenn das ideale Abbilden durchgeführt wird. Anschließend wird die obige Gleichung (11) konkret analysiert. Um eine strickte Lösung zu erzielen, ist es notwendig, alle Ordnungen des gebeugten Lichts zu überlagern, jedoch, sogar wenn lediglich die Ode Ordnung und die ± 1-te Ordnung von Lichtstrahlen konkret betrachtet werden, wird das gebeugte Licht mit der höheren Ordnung durch die Pupille bei den problematischen feinen Stegbreiten zurückgeworfen, wodurch die Allgemeingültigkeit der Analyseergebnisse nicht verloren wird.
(5) Wenn lediglich die 0-te Ordnung und die ±1-te Ordnung der Lichtstrahlen betrachtet wird, existieren aufgrund der gegenseitigen Position des Zurückwerfens des gebrochenen Lichts, wie in Fig. 7 gezeigt ist, nur die vier folgenden Fälle in Gleichung (12):
(I)
P&sub0; = P&sub1; = P&submin;&sub1; = 1
I(θ&sub1;, θ&sub2;) = [a&sub0; + 2a&sub1;cos((f1/f2)ωα}]² (12)
p&sub0; = p&sub1; = 1, p&submin;&sub1; = 0 or p&sub0; = p&submin;&sub1; = 0, p1 = 0
I(θ&sub1;, θ&sub2;) = a&sub0;²+a&sub1;²+2a&sub0;a&sub1;cos{(f1/f2)ωα} (13)
(III)
p&sub0; = 1, p&sub1;, = p&submin;&sub1; = 0
I(θ&sub1;,θ&sub2;) = a&sub0;² (14)
(IV)
p&sub0; = p&sub1; = 0, p&submin;&sub1; = 1 or p&sub0; = p&submin;&sub1; = 0, p&sub1; = 1
I(θ&sub1;,θ&sub2;) = a&sub1;² (15)
Der Fall (I), der oben beschrieben wurde (Gleichung (12)), ist ein Fall, wo alle Lichtstrahlen der 0-ten Ordnung und der ±1-ten Ordnung herangezogen werden und das Abbilden durch die Drei-Strahlen-Interferenz ausgeführt wird. Der Fall (II), der oben beschrie ben wurde (Gleichung (13)), ist ein Fall, wo einer der Lichtstrahlen der 0-ten Ordnung und der ±1-ten Ordnung herangezogen werden und das Abbilden durch die Zwei-Strahlen-Interferenz ausgeführt wird. Der Fall (III), der oben beschrieben wurde (die oben beschriebene Gleichung (14)), ist ein Fall, wo lediglich der Lichtstrahl 0-ter Ordnung herangezogen wird und tritt unterhalb der Auflösungsgrenze auf, d. h., wenn die Raumfrequenz hoch ist. Der Fall (IV), der oben beschrieben wurde (die oben beschriebene Gleichung (15)), ist ein Fall, wo einer der Lichtstrahlen der ±1-ten Ordnung herangezogen wird und tritt auf, wenn die Lichtquelle extrem groß ist.
(6) Durch Substituieren jeder der oben beschriebenen Gleichungen (12) bis (15) in die obige Gleichung (4) wird die gesamte Verteilung der Intensität I (α, β) herausgefunden. Die Analyse der obigen Gleichungen (12) bis (15) schlägt jedoch vor, wie es möglich ist, das Halbton-Phasenverschiebungs-Maskierungsverfahren in bezug auf ein Gestaltungsmuster, welches eine beliebige Musterdichte hat, zu verwenden. Wenn die Gleichung (12) nämlich differenziert wird, gibt es eine Lösung, mit der der Kosinusausdruck und der Sinusausdruck zu 0 werden. Dies bedeutet, daß, wenn das Abbilden durch die Drei-Strahlen-Interferenz ausgeführt wird, die Sekundärspitze immer erzeugt wird. Sogar, wenn die obige Gleichung (13) differenziert wird, existiert nur eine Lösung, mit der der Sinusausdruck zu 0 wird. Dies legt nahe, daß die Sekundärspitze nicht erzeugt wird, wenn das Abbilden durch die Zwei-Strahlen- Interferenz ausgeführt wird. Dies legt nämlich nahe, daß, wenn einer Lichtquelle, der eine starke Intensität des Lichts im Mittelbereich der Facettenlinse gegeben wird, wie bei dem üblichen Stepper verwendet wird, die Drei-Strahlen-Interferenz dominant wird und eine Sekundärspitze erzeugt wird, während, wenn eine Lichtquelle, der eine starke Intensität des Lichts im Umfangsbereich der Facettenlinse gegeben wird, als sogenannte Schrägeinfall- Beleuchtung verwendet wird, diese zur Zwei-Strahlen-Interferenz wird und eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird.
(7) Beim Schrägeinfall-Beleuchtungsverfahren wird das Beleuchtungslicht auf die Maskenfläche in einer schrägen Richtung gestrahlt, und als Ergebnis fällt entweder der Lichtstrahl der 0-ten Ordnung oder der Lichtstrahl der +1-ten Ordnung auf die Pupillenfläche, wie in Fig. 8 und Fig. 9B gezeigt ist, das andere Primärlicht wird durch den Linsenzylinder usw. zurückgeworfen, und das Muster wird durch die Zwei-Strahlen-Interferenz gebildet. Als Ergebnis kann die scheinbare numerische Apertur der Linse reduziert werden, und es gibt einen großen Effekt, die Tiefenschärfe zu verbessern. Auf der anderen Seite gibt es jedoch Schwierigkeiten, beispielsweise einen Anstieg des Nachbareffekts aufgrund der Reduzierung der wirksamen Lichtquelle, ein Vermindern der Beleuchtung, einen Anstieg der Ungleichmäßig keit der Beleuchtung, ein Absenken der Belichtungsgrenze, einen starken Einfluß der Telezentrizität, usw..
Es sei angemerkt, daß in Fig. 8 das Bezugszeichen 20 eine Lampe oder einen Laser bezeichnet, das Bezugszeichen 21 eine Kollimatorlinse, das Bezugszeichen 22 eine Facettenlinse, das Bezugszeichen 23 eine Kondensorlinse und das Bezugszeichen 24 ein Retikel (Maske) bezeichnet. Außerdem zeigt Fig. 9A den Fall einer Drei-Strahl-Interferenz und Fig. 9B zeigt den Fall der Zwei-Strahl-Interferenz.
(8) Wenn die Situation, die oben unter (6) und (7) beschrieben wurde, betrachtet wird, versteht man, daß es wünschenswert ist, eine Verteilung der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse zu haben, die die Schrägeinfallkomponente bis zu einem Maß verstärkt, daß eine Sekundärspitze, die ein Problem bei der Halbton-Phasenverschiebungsmaske bildet, nicht erzeugt wird, und eine vertikale Einfallskomponente hat, so daß das Problem, das das Schrägeinfall-Belichtungsverfahren hat, nicht entsteht.
(9) Auf der Basis des oben beschriebenen Konzepts hat der Erfinder erkannt, daß das in Fig. 10A und 10B gezeigte Format als Verteilung der Lichtmenge auf der Oberfläche der Facettenlinse geeignet ist, wobei er bei Mustern in allen Richtungen die Tiefenschärfe des periodischen Musters, die Tiefenschärfe des isolierten Musters, die Erzeugung der Sekundärspitze, den Grad des Nachbareffekts, die Beleuchtung, die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung, die Verzerrungsänderung usw. in Betracht zog und damit die vorliegende Erfindung vollendete. Fig. 10A zeigt die Verteilung der Lichtmenge des Lichts, welches auf die Facettenlinse einfällt, mittels Zahlen. Die Sternchen zeigen die Spitzenteile der Lichtmenge und die Zahlen 0 bis 9 zeigen die Proportionen der Lichtmenge, wobei das Spitzenteil als 10 definiert ist. Eine Verteilung der Lichtmenge zeigt, daß diese im Mittelteil niedrig ist und in den Umfangsbereichen hoch ist. Außerdem zeigt Fig. 10B die Verteilung der Lichtmenge, die in Fig. 10A gezeigt ist, dreidimensional.
(10) Die vorliegende Erfindung kann vorzugsweise bei einem Fall verwendet werden, wo das Maskenmuster der Halbleitereinrichtung auf eine Abdeckung übertragen wird, wobei die Photolithographie verwendet wird, und bei anderen Fällen.
Konkret betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Musterbildung gemäß Patentanspruch 1.
Die vorliegende Erfindung ist besonders wegen der Verwendung einer Phasenverschiebungsmaske von Bedeutung. Die Phasenverschiebungsmaske ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise eine Kranz- oder Ausleger-Phasenverschiebungsmaske sein.
Der Bereich des Mittelbereichs der obigen wirksamen Lichtquelle, wo die Lichtmenge abgesenkt ist, ist beispielsweise ein Bereich von 10 bis 40% des Außendurchmessers der wirksamen Lichtquelle.
Die Spitze der Lichtmenge an den Umfangsbereichen der obigen wirksamen Lichtquelle tritt beispielsweise bei wenigen Punkten an rotations-symmetrischen Positionen an den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle auf.
Die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der obigen wirksamen Lichtquelle fällt, kann in Relation zum Spitzenwert der Lichtmenge, die auf die Umfangsbereiche der effektiven Lichtquelle einfällt, vermindert werden, wobei ein Strahlenteiler und eine pyramidenförmige oder konische Prismenlinse verwendet wird. Außerdem kann die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der effektiven Lichtquelle fällt, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abgesenkt werden, die bei den Umfangsbereichen der effektiven Lichtquelle auftrifft, wobei lediglich ein Strahlenteiler oder eine pyramidenförmige oder eine konische Prismenlinse allein oder mehrere Pyramiden- oder konische Prismenlinsen verwendet werden.
Es ist außerdem möglich, die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der obigen effektiven Lichtquellenlinse auftrifft, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die auf die Umfangsbereiche der effektiven Lichtquelle auftrifft, wenn ein Filter verwendet wird, welches einen hohen Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen verglichen mit dem Mittelbereich hat.
Es ist außerdem möglich, die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der oben beschriebenen Facettenlinse emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die von den Umfangsbereichen der Facettenlinse emittiert wird, wenn man ein mechanisches Filter verwendet, welches Öffnungsbereiche hat, die den individuellen Linsen der Facettenlinse entsprechen und die Durchmesser der bezogenen Öffnungsbereiche haben, die an den Umfangsbereichen in bezug auf den Mittenbereich größer sind.
Es außerdem möglich, die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der obigen effektiven Lichtquelle fällt, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die auf die Umfangsbereiche der effektiven Lichtquelle fällt, wobei ein Prisma und optische Teile verwendet werden, die so ausgebildet sind, daß sie sich diesem Prisma in der Lichtpfadachsrichtung anzunähern oder sich davon weg bewegen.
Es ist außerdem möglich, die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der obigen effektiven Lichtquelle emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die von den Umfangsbereichen der effektiven Lichtquelle emittiert wird, wobei der Strahl, der auf die obige effektive Lichtquelle auftrifft, in zwei oder mehr Strahlen unterteilt wird, wobei die beiden oder mehreren unterteilten Strahlen auf die obige effektive Lichtquelle abgestrahlt werden, wobei ein bewegbarer Spiegel verwendet wird, und wobei der Unterschied bei der Abtastgeschwindigkeit bei unterschiedlichen Punkten der Oberfläche der effektiven Lichtquelle in Abhängigkeit von der Flächenform des oben genannten bewegbaren Spiegels verwendet wird.
Der Durchmesser der individuellen Linsen der Facettenlinse kann gleichförmig oder größer an dem Mittelbereich als an den Umfangsbereichen sein. Beispielsweise kann bei der Facettenlinse der Durchmesser der individuellen Linsen am Mittelbereich so gewählt werden, daß er das 1,1- bis 3-fache des Durchmessers der individuellen Linsen an den Umfangsbereichen ist. Durch dieses Ausbilden der Linsen ist es möglich, eine Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung zu vermeiden.
Außerdem ist es bei der vorliegenden Erfindung, wenn eine Einzelbelichtungszeit gleich T ist, möglich, das Licht über ein erstes Filter mit einem höheren Durchlässigkeitsfaktor bei den Umfangsbereichen als im Mittelbereich für eine Zeit von 0,05 · T bis 0,95 · T zu leiten und dieses über ein zweites Filter zu leiten, oder dieses nicht über ein Filter in der verbleibenden Belichtungszeit zu leiten. Dadurch ist es möglich, die Lichtmenge von dem Mittelbereich der effektiven Lichtquelle in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die von den Umfangsbereichen der effektiven Lichtquelle in gerade einer Einzelbelichtungszeit emittiert wird.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Gerät nach Anspruch 15.
Der Durchmesser der individuellen Linsen der Facettenlinse ist vorzugsweise größer am Mittelbereich als an den Umfangsbereichen.
Die Gegend des Mittelbereichs der oben genannten effektiven Lichtquelle, wo die Lichtmenge durch die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung abgesenkt ist, ist vorzugsweise eine Gegend von 10 bis 40% des Außendurchmessers der effektiven Lichtquelle.
Die Spitze der Lichtmenge bei den Umfangsbereichen der oben genannten effektiven Lichtquelle erscheint vorzugsweise bei wenigen Punkten bei rotations-symmetrischen Positionen an den Umfangsbereichen der effektiven Lichtquelle.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung hat vorzugsweise ein optisches Element, welches die Lichtmenge vermindert, die auf dem Mittelbereich der effektiven Lichtquelle fällt, in Abhängigkeit vom Spitzenwert der Lichtmenge, die auf die Umfangsbereiche der effektiven Lichtquelle fällt. Bei einer Facettenlinse ist der Durchmesser der individuellen Linsen am Mittelbereich vorzugsweise gleich dem 1,1- bis 3-fachen des Durchmessers der individuellen Linsen an den Umfangsbereichen.
Das optische Element ist vorzugsweise ein Strahlenteiler und/oder eine Prismenlinse.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung besitzt vorzugsweise ein Filter, welches einen hohen Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen verglichen mit dem Mittelbereich hat.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung hat vorzugsweise ein mechanisches Filter, wobei das mechanische Filter Öffnungsbereiche hat, die den individuellen Linsen der Facettenlinse entsprechen, und Durchmesser der bezogenen Öffnungsbereiche hat, die an den Umfangsbereichen in bezug auf den Mittelbereich größer sind.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung hat vorzugsweise ein optisches Element und optische Teile, die so angeordnet sind, daß sie sich diesem optischen Element in der Lichtpfadachsenrichtung annähern oder davon weg bewegen. In diesem Fall kann ein Prisma usw. als optisches Element verwendet werden.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung besitzt außerdem vorzugsweise eine Einrichtung, um den Strahl, der auf die oben genannte effektive Lichtquelle fällt, in zwei oder mehrere Strahlen zu unterteilen, einen bewegbaren Spiegel, um die beiden oder mehreren unterteilten Strahlen auf die oben genannte effektive Lichtquelle zu strahlen, und eine Abtasteinrichtung, um die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der oben genannten effektiven Lichtquelle emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die von den Umfangsbereichen der effektiven Lichtquelle emittiert wird, wobei die Differenz der Abtastgeschwindigkeit bei entsprechenden Punkten der Fläche der effektiven Lichtquelle in Abhängigkeit von der Flächenform des oben genannten bewegbaren Spiegels verwendet wird.
Die Lichtintensitätsverteilung-Korrektureinrichtung kann außerdem ein erstes Filter mit einem höheren Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen als an dem Mittelbereich haben, und eine Umschalteinrichtung, um zwischen einem Zustand umzuschalten, Licht über das erste Filter für eine Einzelbelichtungszeit zu leiten, und einem Zustand, eine Belichtung durchzuführen, ohne daß Licht durch das erste Filter geleitet wird. In diesem Fall hat das Gerät nach der vorliegenden Erfindung außerdem vorzugsweise ein zweites Filter mit einer Verteilung des Durchlässigkeitsfaktors, der gegenüber der des ersten Filters verschieden ist, und bewirkt, daß das Licht das zweite Filter in dem Zustand läuft, wo die Belichtung ausgeführt wird, ohne über das erste Filter geleitet zu werden.
Die Umschalteinrichtung hat vorzugsweise eine Drehplatte, auf welcher zumindest das erste Filter befestigt ist, und eine Antriebseinrichtung, um die Drehplatte drehbar anzutreiben. Außerdem hat die Umschalteinrichtung einen Schlittenmechanismus, der ermöglicht, daß zumindest das erste Filter sich durch Verschieben bewegt. Außerdem kann bei der Umschalteinrichtung ein optisches Material für einen Verschluß verwendet werden, dessen Durchlässigkeitsfaktor von Licht sich gemäß der angelegten Spannung ändert.
Die Erfindung umfaßt außerdem ein Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 32 und ist insbesondere zur Verwendung geeignet, wenn eine Halbleitereinrichtung auf einem Halbleitersubstrat hergestellt wird, bei dem das oben beschriebene Verfahren einer Musterbildung verwendet wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen in bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlicher, in denen:
Fig. 1 eine Ansicht ist, die die Tatsache zeigt, daß eine Unebenheit auf einer Substratfläche bei einer konkreten Einrichtung immer vorhanden ist;
Fig. 2A eine graphische Darstellung ist, die die Abhängigkeit von der numerischen Apertur zeigt, wenn die Auflösung einer Tiefenschärfe in einer KrF-Excimer-Laser- Lithographie als Parameter verwendet wird, und Fig. 2B eine Tabelle dafür ist;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Phasenverschiebungsmaske ist, die bei einem Halbton-Phasenverschiebungsverfahren verwendet wird;
Fig. 4A eine graphische Darstellung ist, die die Verteilung der Intensität des Lichts auf einer Waferfläche gemäß einem Chrom-Maskierungsverfahren zeigt, und Fig. 4B eine graphische Darstellung ist, die die Verteilung der Intensität des Lichts auf der Waferfläche gemäß dem Halbton-Phasenverschiebungsverfahren zeigt;
Fig. 5A eine graphische Darstellung ist, die die Existenz einer Sekundärspitze gemäß dem Halbton-Phasenverschiebungsverfahren zeigt, und Fig. 5B eine Querschnittsansicht ist, die zeigt, daß die Umfangsbereiche aufgrund der Sekundärspitze sogar in einem isolierten Kontaktloch bezüglich der Form "ausgehöhlt" sind;
Fig. 6 eine schematische Ansicht eines optischen Projektionssystems eines Steppers ist;
Fig. 7 eine Ansicht ist, die die gegenseitige Position des Zurückwerfens des gebeugten Lichts zeigt;
Fig. 8 eine Ansicht ist, welche das Konzept eines Schrägeinfall-Beleuchtungsverfahrens zeigt;
Fig. 9A einen Fall von Drei-Strahlen-Interferenz zeigt, und Fig. 9B eine schematische Ansicht ist, die den Fall einer Zwei-Strahlen-Interferenz zeigt;
Fig. 10A eine Ansicht ist, die die Verteilung der Lichtmenge auf einer Facettenlinse gemäß der vorliegenden Ausführungsform mittels numerischer Werte zeigt, und Fig. 10B eine Ansicht ist, die die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung dreidimensional zeigt;
Fig. 11 eine Ansicht ist, die ein Beispiel eines optischen Beleuchtungssystems eines KrF-Excimer-Laser-Steppers zeigt;
Fig. 12A eine Ansicht ist, die den Zustand des Strahls auf einem Prisma zeigt, Fig. 12B eine Ansicht ist, die eine Überlagerung von Strahlen auf der Facettenlinse zeigt, und Fig. 12C eine Ansicht ist, die die Gauß-Verteilung der Lichtmenge zeigt;
Fig. 13A eine Ansicht ist, die die Verteilung der Intensität der Lichts in einem hochdichten Muster zeigt, wo ein Retikel, welches aus einer üblichen Chrommaske besteht, verwendet wird, und außerdem die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse eine Gauß-Verteilung ist, und Fig. 13B eine Ansicht ist, die die Verteilung der Intensität des Lichts im hochdichten Muster zeigt, wo ein Retikel, welches aus einer üblichen Chrommaske besteht, verwendet wird, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse die Verteilung ist, die in den Fig. 10A und 10B gezeigt ist;
Fig. 14A eine Ansicht ist, die eine Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster zeigt, wo ein Retikel, welches aus einer Phasenverschiebe-Halbtonmaske besteht, verwendet wird, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse eine Gauß-Verteilung ist, und Fig. 14B eine Ansicht ist, die die Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster zeigt, wo ein Retikel, welches aus einer Phasenverschiebe-Halbtonmaske besteht, verwendet wird, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse die Verteilung ist, die in den Fig. 10A und 10B gezeigte ist;
Fig. 15A und 15B Ansichten sind, die ein Verfahren zur Überlagerung von Strahlen zeigen, wobei Fig. 15A den Status vor der Überlagerung zeigt und Fig. 15B den Status nach der Überlagerung zeigt;
Fig. 16 eine graphische Darstellung ist, die Meßergebnisse der Verteilung der Intensität des Lichts auf einer Waferfläche für das Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
Fig. 17 eine graphische Darstellung ist, die Meßergebnisse der Verteilung der Intensität des Lichts auf einer Waferfläche für das Beispiel A zeigt;
Fig. 18 eine graphische Darstellung ist, die Meßergebnisse der Verteilung der Intensität des Lichts auf der Waferfläche für das Beispiel B zeigt;
Fig. 19 eine graphische Darstellung ist, die Meßergebnisse der Verteilung der Intensität des Lichts auf der Waferfläche für das Beispiel C zeigt;
Fig. 20A eine Querschnittsansicht einer Muster ist, welches gebildet wird, wenn eine Halbton-Phasenverschiebemaske in einem üblichen Beleuchtungszustand des Vergleichsbeispiels 1 verwendet wird, und Fig. 20B eine Querschnittsansicht eines Musters ist, welches gebildet wird, wenn das Belichtungsverfahren gemäß dem Beispiel C verwendet wird;
Fig. 21A eine Draufsicht eines Kontaktlochmuster ist, welches gebildet wird, wenn eine Halbton-Phasenverschiebemaske in einem üblichen Beleuchtungszustand des Vergleichsbeispiels 1 verwendet wird, und Fig. 21 B eine Querschnittsansicht eines Kontaktlochmusters ist, welches gebildet wird, wenn das Belichtungsverfahren gemäß dem Beispiel C verwendet wird;
Fig. 22A und 22B die wirksame Verbesserung der Tiefenschärfe bei einer Linienbreite von 0,30 um zeigen, wobei Fig. 22A eine graphische Darstellung ist, die eine Tiefenschärfe zeigt, wenn die Verteilung der Intensität des Lichts auf der üblichen Facettenlinse (Vergleichsbeispiel 1) verwendet wird, ohne daß eine Halbton-Phsenverschiebemaske verwendet wird, und Fig. 22B eine graphische Darstellung ist, die die Tiefenschärfe zeigt, wenn das Belichtungsverfahren gemäß dem Beispiel C verwendet wird;
Fig. 23 eine Draufsicht der Facettenlinse ist;
Fig. 24 eine Ansicht ist, die das Konzept eines mechanischen Filters zur Verwendung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 25 eine Ansicht ist, die den Zustand eines Strahls zeigt, wenn ein pyramidenförmiges Prisma oder ein konisches Prisma gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 26 eine schematische Ansicht eines Musters ist, um das Beispiel 8 zu erklären;
Fig. 27A bis 27C graphische Darstellungen sind, die die Variationen bei kritischen Dimensionen zeigen, die gemäß dem Beispiel 8 und den Vergleichsbeispielen 4 und 5 erzielt werden;
Fig. 28A bis 28C SEM-Photographien von Lochmustern sind, die gemäß dem Beispiel 9 und den Vergleichsbeispielen 6 und 7 erzielt werden;
Fig. 29 eine Ansicht der Verteilung der Intensität des Lichts ist, die beim Beispiel 10 verwendet wird;
Fig. 30A und 30B Ansichten von Beispielen von Filtern sind, die bei den Beispielen 10 und 11 verwendet werden;
Fig. 31 eine Ansicht ist, die das Konzept der Addition von Verteilungen der Intensität des Lichts zeigt, die beim Beispiel 10 verwendet wird;
Fig. 32A bis 32C Ansichten von Beispielen von Umschalteinrichtungen von Filtern sind, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar sind;
Fig. 33 eine Ansicht ist, die das Konzept der Addition von Verteilungen der Intensität des Lichts zeigt, die beim Beispiel 11 verwendet werden;
Fig. 34A bis 34C SEM-Photographien von Lochmustern des Beispiels 13 und von Vergleichsbeispielen 8 und 9 sind; und
Fig. 35 eine Ansicht der Tiefenschärfe im Beispiel 13 und in den Vergleichsbeispielen 8 und 9 ist.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anschließend konkret erläutert. Es sei natürlich angemerkt, daß die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.

Beispiel 1

Dieses Beispiel ist ein Beispiel, wo die Verteilung der Lichtmenge, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist, auf einer Einfallsebene der Facettenlinse 37 einer Belichtungseinrichtung, die in Fig. 11 gezeigt ist, gebildet ist, und wo die Tiefenschärfe verbessert ist, um somit ein Halbleitereinrichtungsmuster stabil zu übertragen, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Es sei angemerkt, daß Fig. 10A und 10B eine Form zeigen, wo ein Vierfach gebildet ist, welches schwach ausgebildet ist, wobei jedoch kein Problem auftritt, sogar wenn eine kreisförmige oder andere Form gewählt wird. Die in dem vorliegenden Beispiel gezeigten Ergebnisse sind Ergebnisse, die durch Verwendung eines KrF-Excimer-Laser-Steppers erzielt werden, wobei die Ergebnisse jedoch Allgemeingültigkeit haben und nicht Ergebnisse sind, die in Abhängigkeit von der verwendeten Wellenlänge erzielt werden können. Sie können unverändert ebenso bei herkömmlich-verwendeten g-Strahlen und i- Strahlen verwendet werden. Sie können außerdem vorzugsweise bei zukünftigen ArF-Excimer-Lasern und anderen Wellenlängen verwendet werden.
Zunächst wird der Gesamtaufbau der Belichtungseinrichtung erklärt.
Wie in Fig. 11 gezeigt ist, umfaßt diese Belichtungseinrichtung eine Lasereinrichtung und eine Steppereinrichtung. Die Lasereinrichtung besteht aus einem Excimer-Laser 30, einer Dosierungssteuereinheit 31, einer Strahlenform-Bildungseinheit 32, einer Verschiebeeinheit 33 und einem optischen Emissionssystem 34.
Die Steppereinrichtung besteht aus einem Strahlenteiler 35, einer Prismeneinheit 36, einer Facettenlinse 37, einer Maskierungsschneide 38, einem Retikel 39 und einer Projektionslinse 40. Das Licht für die Belichtung, welches vom Excimer-Laser 30 emittiert wird, fällt über die oben genannten verschiedenen optischen Systeme auf die Facettenlinse 37. Die Facettenlinse 37 wird zur Sekundärlichtquelle. Das Licht zur Belichtung erreicht den Kopf der Fläche des Wafers 41 über das Retikel 39, auf dem das Maskenmuster gebildet ist. Das Muster des Retikels 39 wird auf die Waferfläche übertragen.
Die Facettenlinse 37 ist eine Baugruppe von mehreren Linsen (beispielsweise 100). Der Außendurchmesser insgesamt beträgt üblicherweise 5 cm bis 20 cm.
Anschließend wird die Prozedur erklärt, wenn die Verteilung der Lichtmenge, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist, für die Einfallsebene für die oben genannte Facettenlinse 37 ausgewählt wird. Es werden die folgenden Prozeduren (1) bis (3) durchgeführt:
(1) Die Verteilung der Lichtmenge auf der Fläche der Facettenlinse eines herkömmlichen Steppers wird zu einer Gauß-Verteilung mit einer großen Höhe an der Mitte und einer niedrigen Höhe an den Umfangsbereichen, wie in Fig. 12C gezeigt ist. Der Grund dafür liegt darin, daß, wie in Fig. 12A gezeigt ist, das Licht, welches durch den Strahlenteiler 35 aufgespalten wird, durch das Prisma, wie in Fig. 12B gezeigt ist, kombiniert wird.
Da die Verteilung der Lichtmenge zu der wird, die in Fig. 12C gezeigt ist, bestand das Problem, daß das Beleuchtungslicht, welches für ein grobes Muster wirksam ist, stark war, und gleichzeitig das Beleuchtungslicht, welches eine Sekundärspitze auf der Waferfläche 41 erzeugt und für ein feines Muster wirksam ist, schwach war.
(2) Um dieses Problem zu lösen, wurde die Intensität des Lichts im Mittelbereich der Facettenlinse allmählich abgeschirmt, und die schräg auftreffende Komponente wurde bis zu einem Maß verstärkt, daß die Sekundärspitze, die das Problem bei einer Halbton-Phasenverschiebungsmaskierung ist, nicht erzeugt wurde.
(3) Als Ergebnis wurde herausgefunden, daß, wenn die maximale Intensität des Lichts, welches an den Umfangsbereichen auf der Facettenlinse existiert, mit 1 definiert wird, bei einer Intensitätsverteilung, wo die Intensität des Mittelbereichs 0,9 oder weniger war, vorzugsweise 0,8 oder weniger, eine Sekundärspitze nicht erzeugt wurde.
Fig. 13A zeigt die Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster für einen Fall, wo ein Retikel, welches aus einer üblichen Chrommaske besteht, verwendet wurde und wo zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse eine Gauß- Verteilung war. Fig. 13B zeigt die Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster für einen Fall, wo das Retikel, welches eine übliche Maske umfaßt, verwendet wird, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse die Verteilung ist, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist.
Fig. 14A zeigt die Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster für einen Fall, wo ein Retikel, welches eine Phasenverschiebungs-Halbtonmaske umfaßt, verwendet wurde, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse eine Gauß-Verteilung war. Fig. 14B zeigt die Verteilung der Intensität des Lichts in einem hochdichten Muster für einen Fall, wo das Retikel, welches eine Phasenverschiebungs-Halbtonmaske umfaßt, verwendet wurde, und zusätzlich die Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse die Verteilung war, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist.
In Fig. 13A und 13B und 14A und 14B gab es folgende Bedingungen: die Wellenlänge λ für das Belichtungslicht war 248 nm, die numerische Apertur NA betrug 0,45, σ betrug 0,7, das Verhältnis der Stegbreite gegenüber dem Intervall betrug 1 : 1, und die Auflösung betrug 0,35 um. Der Fokus F wurde auf 0,0, 0,4, 0,6, 0,8 und 1,0 um geändert.
Wie in Fig. 13B und 14B gezeigt ist, wird, wenn das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Sekundärspitze reduziert.
Die in Fig. 10A und 10B gezeigten Ergebnisse zeigen die Bildung eines Vierfachs, bei dem es, obwohl es schwach ist, keine Schwierigkeit gibt, sogar wenn eine ringförmige oder eine andere Form gewählt wird. Schließlich ist es insoweit ausreichend, wenn die Intensität des Mittelbereichs 0,9 oder geringer ist, vorzugsweise 0,8 oder geringer, wenn die maximale Intensität des Lichts, welches an den Umfangsbereichen auf der Facettenlinse existiert, als 1 definiert wird.
(4) Ein Belichtungsverfahren zum Vergrößern der Tiefenschärfe, ohne durch die Sekundärspitze beeinflußt zu werden, wurde unter Verwendung einer Halbton-Phasenverschiebungsmaske und ohne eine Arbeitsbelastung für die Gestaltung der Maske unter Verwendung des vorliegenden Beispiels angegeben.

Beispiel 2

Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wo eine gewünschte Verteilung der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse bei der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wenn ein Halbleitereinrichtungsmuster stabil übertragen wird, wobei die KrF-Excimer-Lithographie verwendet wird, bei der die Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Es wurden die folgenden Prozeduren (I) bis (3) ausgeführt.
(1) Bei dem optischen Beleuchtungssystem des KrF-Excimer-Laser-Steppers, das in Fig. 11 gezeigt ist, wurde der Laserstrahl in vier Strahlen durch den Strahlenteiler geteilt. Dadurch wurde eine gewünschte Verteilung der Lichtmenge auf der Facettenlinse reproduziert, wobei der Öffnungswinkel der Strahlen und die Strahlenintervalle eingestellt werden, wenn diese unterteilten Strahlen re-überlagert werden.
(2) Durch Unterteilen eines Strahls 42, wurde, wie in Fig. 15A gezeigt ist, durch den Strahlenteiler 35, der in Fig. 11 gezeigt ist, und durch Überlagern der resultierenden Strahlen, wobei eine Prismeneinheit 36 verwendet wird, die in Fig. 11 gezeigt ist (siehe Fig. 15B), die gewünschte Verteilung der Lichtmenge des vorliegenden Beispiels auf die Facettenlinse reproduziert.
In Fig. 15A wurde die Form der Lichtquelle nach der Überlagerung festgelegt, wieviel die jeweiligen Strahlen 42 vor der Überlagerung zur Innenseite verschoben wurden oder wie groß die Abmessungen auf der kürzeren Seitenrichtung der Strahlen festgelegt werden sollten. In Fig. 15B sind die vier Eckenbereiche 43 schwache Überlagerungsbereiche und Teile, die als Spitzenteile der Lichtmenge dienen. Im Mittelbereich 44 existiert Licht aufgrund der Ausbreitung der jeweiligen Strahlen, wobei jedoch die Lichtmenge gering ist.
Die Verteilung der Lichtmenge auf der Fläche der Facettenlinse, die erhalten wird, wenn die Strahlen unter Verwendung des vorliegenden Verfahrens überlagert werden, ist ähnlich den Ergebnissen, die in Fig. 10A und 10B gezeigt sind.
(3) Bei dem Beispiel nach der vorliegenden Erfindung wurde demnach eine Form einer Lichtquelle, bei der die schrägeinfallende Komponente bis zu einem Maß angehoben wird, daß die Sekundärspitze nicht erzeugt wird, erreicht.

Beispiel 3

Bei dem oben beschriebenen Beispiel 2 wird, wenn eine Form der Lichtquellenform, die die Schrägeinfall-Komponente bis zu einem Maß verstärkt, daß die Sekundärspitze nicht erzeugt wird, wenn die Intensität des Lichts bei dem Mittelbereich der Facettenlinse zu klein gewählt wird, das Problem, welches der Schrägeinfall-Belichtungsmethode anhaftet, die oben erwähnt wurde, auffälliger, obwohl eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird. Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wo die untere Grenze (2%) der Intensität des Lichts des Mittelbereichs der Facettenlinse auf der folgenden Optimierung basiert:
(1) Der Einfluß, der auf die Auflösungsperformance ausgeübt wird, wenn die Intensität des Lichts bei dem Mittelbereich der Facettenlinse geändert wird, ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Die Tabelle 1 zeigt die Änderung der Tiefenschärfe, der Stegbreiten-Gleichförmigkeit, der Beleuchtung, der Beleuchtungsungleichmäßigkeit und einer Verzerrung mit einer Stegbreite von 0,35 um.
In der Tabelle ist der Teil, der mit "gesamt" bezeichnet ist, die gemeinsame Tiefenschärfe für alle diese Gruppen. Die Werte der Tiefenschärfe, die mit "gesamt" bezeichnet sind, sind die Tiefenschärfen, die wichtig sind, wenn eine tatsächliche Halbleitereinrichtung hergestellt wird, bei der verschiedene Musterformen, Rauhigkeit oder Dichte des Musters oder Richtwirkung enthalten sind.
Auch das Vergleichsbeispiel 1 zeigt ein herkömmliches Belichtungsverfahren, wobei eine Verteilung der Intensität des Lichts einer Gauß-Verteilung auf der Oberfläche der Facettenlinse angegeben ist; das Vergleichsbeispiel 2 zeigt eine Vier-Punktbeleuchtung bei der Schrägeinfall-Beleuchtung, und das Vergleichsbeispiel 3 zeigt eine ringförmige Beleuchtung.
Die Beispiele A, B, C und D zeigen Tiefenschärfen, wenn Verteilungen der Intensität des Lichts verwendet werden, die eine vertikale Einfallskomponente haben, so daß die schräge Einfallskomponente allmählich bezüglich der Intensität des Lichts des Mittelbereichs der Facettenlinse angehoben wird und das Problem, welches dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren anhaftet, nicht auftritt. Bei diesen Beispielen A, B, C und D sind die Bedingungen die gleichen, mit der Ausnahme, daß die Lichtmenge des Mittelbereichs der Einfallsebene der Facettenlinse auf 90%, 50%, 30% bzw. 2% in bezug auf den Spitzenwert der Umfangsbereiche geändert wird.
Die Gesamttiefenschärfe beträgt 0,42 um bei dem herkömmlichen Belichtungsverfahren (Vergleichsbeispiel 1), während die Tiefenschärfe 1,02 um bei der Schrägeinfall- Beleuchtung (Vergleichsbeispiel 2) und 1,2 um bei der ringförmigen Beleuchtung (Vergleichsbeispiel 3) beträgt. Wo nämlich die Schrägeinfall-Beleuchtung und die ringförmige Beleuchtung verwendet werden, gibt es einen auffälligen Verbesserungseffekt der Tiefenschärfe im Mittelbereich eines Fünf-Strahlendiagramms, wobei jedoch die Tiefenschärfe, die alle Muster aufgrund des schon erwähnten Problems enthalten, d. h., den Nachbareffekt, nicht so groß ist.
Andererseits wird bei der Intensität des Lichts am Mittelbereich der Facettenlinse, wenn die Schrägeinfallskomponente allmählich angehoben wird, und eine Verteilung der Intensität des Lichts, welches eine vertikale Einfallskomponente hat, verwendet wird, so daß das Problem, welches dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren anhaftet, nicht auftritt (Beispiele A bis D), sogar bei dem Effekt einer Verbesserung der Tiefenschärfe an der Mittellinie des Fünf-Strahlendiagramms, ein Verbesserungseffekt der Tiefenschärfe äquivalent dem durch die ringförmige Beleuchtung (Vergleichsbeispiel 3) erhalten, d. h., die Tiefenschärfe wird um das 2,5-fache oder mehr im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) verbessert.
Die Meßergebnisse der Verteilung der Intensität des Lichts auf der Waferfläche für die genannten Beispiele A, B und C sind in Fig. 17 bis 19 gezeigt, während diejenigen für das herkömmliche Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) in Fig. 16 gezeigt sind. Wie in Fig. 17 bis 19 gezeigt ist, konnte im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren, welches in Fig. 16 gezeigt ist, bei den vorhandenen Beispielen A, B und C die Sekundärspitze p reduziert werden.
Konkret ist bei dem oben beschriebenen Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 2 die Differenz der Auflösungsperformance, wo das Muster auf der Fläche des Halbleiter-Wafer gebildet ist, in Fig. 10A und 20B gezeigt. Fig. 20A ist eine Querschnittsansicht eines Wafers, wo ein Linienmuster, welches eine Stegbreite von 0,30 um hat, konkret gebildet ist, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske in einem üblichen Beleuchtungsstatus des Vergleichsbeispiels 1 verwendet wird. Die verwendete Belichtungseinrichtung ist ein KrF-Excimer-Laser-Stepper mit einer numerischen Apertur von 0,45. Als Resist wurde ein chemischverstärkter Positivresist verwendet. Beachtung wurde dem Muster geschenkt, welches eine grobes/dichtes Stegverhältnis zum Raum von 1 : 1,5 hat.
Fig. 20B ist eine Querschnittsansicht eines Wafers für den Fall, wo das Licht auf die Facettenlinse mit einer Verteilung der Lichtmenge des Beispiels C abgestrahlt wird, dieses als Sekundärlichtquelle verwendet wird, und ein Stegmuster, welches eine Stegbreite von 0,30 um hat, konkret gebildet wird, wobei die Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Die anderen Bedingungen sind ähnlich dem Fall von Fig. 20A.
Bei dem herkömmlichen Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) wird schließlich das Muster 52, welches von der Sekundärspitze herkommt, zusätzlich zu dem gewünschten Musterbereich 50 aufgelöst. Auf der anderen Seite ist bei dem Belichtungsverfahren gemäß dem vorliegenden Beispiel C das Muster 50 vorzugsweise ohne den Einfluß durch die Sekundärspitze gebildet. Sogar, wenn der Fokus um ± 0,6 um abweicht, wird ein gutes Muster 50 gebildet.
Fig. 21 ist eine Draufsicht eines Halbleiter-Wafers, wo ein Kontaktloch von 0,3 um konkret gebildet ist, wobei die Halbton-Phasenverschiebungsmaske im üblichen Beleuchtungszustand des oben beschriebenen Vergleichsbeispiels 1 verwendet wird. Die verwendete Belichtungseinrichtung ist ein KrF-Excimer-Laser-Stepper mit einer numerischen Apertur von 0,45. Als Resist wurde ein chemisch verstärkter Positivresist verwendet. Auf merksamkeit wurde einem Muster geschenkt, welches ein Grob-/Dichte-Verhältnis von 1 : 1 hat.
Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht eines Wafers für den Fall, wo das Licht auf die Facettenlinse mit einer Verteilung der Lichtmenge des Beispiels C gestrahlt wird, diese als Sekundärlichtquelle verwendet wird, und ein Kontaktloch von 0,30 um konkret gebildet wird, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Die anderen Bedingungen sind ähnlich dem Fall von Fig. 20A.
Bei dem herkömmlichen Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) wird das Muster 52a, welches aus der Sekundärspitze resultiert, zusätzlich zu dem gewünschten Musterbereich 50a aufgelöst. Andererseits ist bei dem Belichtungsverfahren gemäß dem vorliegenden Beispiel C das Muster 50a vorzugsweise ohne Einfluß der Sekundärspitze gebildet. Sogar, wenn die Fokussierung um ± 0,6 um abweicht, wird ein gutes Muster 50a gebildet.
Fig. 22A und 22B zeigen die Wirkung der Verbesserung der Tiefenschärfe bei einer Stegbreite von 0,30 um. Die verwendete Belichtungseinrichtung ist ein KrF-Excimer-Laser-Stepper mit einer numerischen Apertur von 0,45. Als Resist wurde ein chemisch verstärkter Positivresist verwendet. Aufmerksamkeit wurde Mustern beigemessen, die ein grobes/dichtes Stegverhältnis gegenüber dem Raum von 1 : 1 und 3 : 1 haben. Wenn eine Halbton- Phasenverschiebungsmaske nicht verwendet wurde und die herkömmliche Verteilung (Vergleichsbeispiel 1) der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse verwendet wurde, konnte eine Tiefenschärfe von lediglich von ungefähr 0,9 um erzielt werden. Andererseits wird bei dem Belichtungsverfahren gemäß dem vorliegenden Beispiel C eine Tiefenschärfe von 1,86 um, welche mehr als das zweifache davon ist, erhalten. Es sei angemerkt, obwohl dies schon angemerkt wurde, wenn die Verteilung der Intensität des Lichts der herkömmlichen Facettenlinse und die Halbton-Phasenverschiebungsmaske kombiniert werden, ein Muster, welches aus der Sekundärspitze resultiert, aufgelöst wird und eine zulässige Abbildung nicht erzielt wird.
Gemäß dem vorhandenen Beispiel C wurde bestätigt, daß die Tiefenschärfe ohne Einfluß durch die Sekundärspitze vergrößert werden konnte und ohne eine Arbeitsbelastung, die für die Gestaltung der Maske erforderlich wäre, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird.
(2) Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wird die Beleuchtung (Beleuchtungsausgangsleistung) auf ungefähr 30% im Vergleich zu dem herkömmlichen Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) abgesenkt, wenn das Schrägeinfall-Beleuchtungsverfahren (Vergleichsbeispiel 2) oder das Ringbeleuchtungsverfahren (Vergleichsbeispiel 3) verwendet wird. Andererseits ist bei den vorhandenen Beispielen A bis D eine Beleuchtung (Beleuchtungsausgangsleistung), die um ungefähr 10% abgesenkt ist, ausreichend. Außerdem verschlechtert sich die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung (Beleuchtungsgleichmäßigkeit) um ungefähr 5%, wenn das Schrägeinfall-Verfahren (Vergleichsbeispiel 1) oder das Ringbeleuchtungsverfahren (Vergleichsbeispiel 3) verwendet wird. Wenn man die Empfindlichkeit des Resist in Betracht zieht, variiert die Stegbreite aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung. Wenn andererseits die Beispiele der vorliegenden Erfindung verwendet werden, hat die Ungleichmäßigkeit der Beleuchtung das gleiche Maß wie bei der herkömmlichen Methode, so daß kein negativer Einfluß durch die vorliegende Erfindung hervorgerufen wird.
(3) Wenn die Intensität an den Umfangsbereichen der Facettenlinse als 100 festgelegt wird, findet man, daß bei einer Verteilung der Intensität, wobei eine Intensität des Mittelbereichs von 2%, vorzugsweise 20% oder mehr angegeben wird, es keine Probleme gab, die das Schrägeinfall-Belichtungsverfahren aufwies, d. h., die Vergrößerung des Nachbareffekts aufgrund der Reduktion der effektiven Lichtquelle, das Absenken der Lichtquelle, Vergrößern der Beleuchtungsungleichmäßigkeit, Absenken der Belichtungsgrenze, ein strenger Einfluß der Telezentrizität, usw..
Man hat nämlich gelernt, daß eine Verteilung der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse, die eine vertikale Einfallkomponente von 2% hat, vorzugsweise ungefähr 20% oder mehr, bevorzugt wird, um nicht Probleme zu verursachen, die bei dem Schrägeinfall- Belichtungsverfahren vorhanden sind.
(4) Aus den obigen Ausführungen hat man herausgefunden, daß, gemäß dem Beispiel 1 und dem vorhandenen Beispiel, wenn die maximale Intensität des Lichts in der Verteilung der Intensität des Lichts auf die Facettenlinse 100 betrug, durch Einstellen der Intensität des Lichts des Mittelbereichs auf 2 bis 90%, vorzugsweise 20 bis 80%, keine Sekundärspitze bei der Verteilung der Intensität des Lichts auf der Waferfläche erzeugt wurde und es keine Probleme gab, die dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren anhaften.
Die Ergebnisse, die im vorliegenden Beispiel gezeigt sind, sind Ergebnisse, die durch Verwendung des KrF-Excimer-Laser-Steppers erhalten werden, wobei jedoch die Ergebnisse Allgemeingültigkeit haben und angewendet werden können, wie sie sind, ebenfalls auf herkömmlich verwendete g-Strahlen und i-Strahlen. Außerdem können vorzugsweise ebenfalls in bezug auf zukünftige ArF-Excimer-Laser und andere Wellenlängen verwendet werden.

Beispiel 4

Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wo die gewünschte Verteilung der Intensität des Lichts auf einer Facettenlinse bei der vorliegenden Erfindung durch Verwendung eines Absorptions-Reflexions-Filters gebildet ist, welches auf der Facettenlinse befestigt ist, wenn das Halbleitereinrichtungsmuster stabil übertragen wird, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird.
Bei dem optischen Stepper-Beleuchtungssystem kann, wenn die Verteilung der Intensität des Lichts bestimmt wird, unmittelbar bevor das Licht auf die Facettenlinse 37 auftrifft, die in Fig. 23 gezeigt ist, I&sub0;(x, y) ist, kann die gewünschte Verteilung der Intensität des Lichts dadurch erhalten werden, daß ein Absorptions- oder Reflexionsfilter, welches einen Durchlässigkeitsfaktor T (x, y) hat, an der Position unmittelbar vor oder nach der das Licht auf die Facettenlinse fällt, befestigt wird. Ein Filter, welches einen unterschiedlichen Durchlässigkeitsfaktor für jede Position hat, wurde durch Dampfbeschichtung eines halbdurchlässigen Films auf dem Substrat eines Basismaterials, beispielsweise synthetischen Quarz erhalten. Es sei darauf hingewiesen, daß das Koordinatensystem auf der Facettenlinsenfläche durch (x, y) gebildet ist.
Aufgrund der obigen Ausführungen wurde ein Status der Lichtquelle, die eine schräge einfallende Komponente bis zu einem Maß anhebt, daß die Sekundärspitze nicht erzeugt wird, und die nicht irgendwelche Probleme in Verbindung mit dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren hat, eingerichtet.

Beispiel 5

Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wo die gewünschte Verteilung der Lichtmenge auf der Fläche der Facettenlinse durch Verwendung eines mechanischen Filters 60, wie in Fig. 24 gezeigt ist, gebildet wird, wenn ein Halbleitereinrichtungsmuster unter Verwendung einer Halbton-Phasenverschiebungsmaske stabil übertragen wird.
Bei der Verteilung der Intensität des Lichts, unmittelbar bevor das Licht auf die Facettenlinse auftrifft, wird in dem Fall einer sogenannten "Gauß-Verteilungs"-Beleuchtung, wo der Mittelbereich eine starke Intensität des Lichts hat, eine Metallplatte, die mit Öffnungen versehen ist, die eine Größe haben, mit der gleichen Ausdehnung wie die der individuellen Facettenlinsen für den Umfangsbereich, in welchem die schräg einfallende Komponente angehoben werden sollte, und allmählich kleinere Öffnungen als die der individuellen Facettenlinsen in Richtung auf den Mittelbereich hat, unmittelbar vor der Facettenlinse eingefügt, so daß die Verteilung der Intensität des Lichts unmittelbar nach der Übertragung über die Facettenlinse zur gewünschten Verteilung der Intensität des Lichts wird.
Es sei angemerkt, daß im Fall einer sogenannten "flachen" Beleuchtung, wo die Verteilung der Intensität des Lichts, unmittelbar bevor das Licht auf die Facettenlinse fällt, flach ist, eine Metallplatte, die mit Öffnungen versehen ist, die eine Größe mit der gleichen Ausdehnung wie die der individuellen Facettenlinsen für den Bereich haben, bei dem die Schrägeinfall-Komponente angehoben werden sollte, die kleinere Öffnungen als die der individuellen Facettenlinsen im Mittelbereich hat, wo die Intensität des Lichts abgesenkt werden sollte, unmittelbar vor der Facettenlinse eingefügt wird, so daß die Verteilung der Intensität des Lichts unmittelbar nach der Übertragung über die Facettenlinse zur gewünschten Verteilung der Intensität des Lichts wird.
Aufgrund der obigen Ausführungen wurde ein Zustand der Lichtquelle, die eine Schrägeinfall-Komponente bis zu einem Maß anhebt, daß eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird und nicht irgendwelche Probleme, die dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren anhaften, hat, eingerichtet.

Beispiel 6

Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wo die gewünschte Verteilung der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse bei der vorliegenden Erfindung durch Anbringen eines pyramidenförmigen Prismas oder eines konischen Prismas im Innenraum des Beleuchtungssystems erzielt wird, der nicht in den Lichtpfad unterteilt ist, wenn ein Halbleitereinrichtungsmuster stabil übertragen wird, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Es ist außerdem möglich, diese Prismen alleine zu verwenden oder ein Prisma 70 integriert mit einem optischen Teil 72 zu verwenden, welches eine Form hat, die in dieses paßt, wie in Fig. 25 gezeigt ist. Wenn sie integriert verwendet werden, wird, wenn das Belichtungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die gewünschte Verteilung der Intensität des Lichts auf der Facettenlinse dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen dem Prisma 70 und dem optischen Teil 72, die eine Form haben, die zueinander passen, variabel gemacht wird.
Außerdem wird bei der Ausbildung eines Musters durch Verwendung einer üblichen Beleuchtung ebenfalls ein Prisma und ein optisches Teil 72 verwendet, welche eine Form haben, die passend zueinander ist, die eng miteinander befestigt sind. Eine Zoom-Funktion wird entweder von dem Prisma 70 oder dem optischen Teil 72 verliehen, die eine Form haben, die passend zueinander ist, und die Zoom-Funktion wird durch eine Eingabe von der Konsole gesteuert.
Aufgrund der obigen Ausführungen wurde ein Zustand der Lichtquelle, die eine Schrägeinfall-Komponente bis zu einem Maß anhebt, daß eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird, und die keine Schwierigkeiten hat, die dem Schrägeinfall-Belichtungsverfahren anhaften, eingerichtet.

Beispiel 7

Das vorliegende Beispiel ist ein Beispiel, wobei, wenn ein Halbleitereinrichtungsmuster stabil übertragen wird, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird, der Lichtpfad 2 oder mehr Pfade unterteilt ist, das Beleuchtungslicht auf die Facettenlinse gestrahlt wird, wobei ein Vibrationsspiegel verwendet wird, der eine konkave Fläche oder einen polygonalen Drehspiegel bei individuellen Pfaden verwendet, und es wird die Differenz der Abtastgeschwindigkeit bei den Flächen von Punkten der Facettenlinse in Abhängigkeit von der Form der Spiegelfläche verwendet, um so die Schrägeinfall-Komponente und die Vertikaleinfall-Komponente über die gesamte Belichtungszeit zu steuern und um die Verteilung des gebeugten Lichts in der Maske zu steuern. Es sei angemerkt, daß die Abtastrichtungen, wenn zwei oder mehr unterteilte Strahlen verwendet werden, orthogonal sind. Außerdem sei angemerkt, daß die Abtastgeschwindigkeit durch deren Synchronisation mit der Resist-Belichtungszeit gesteuert wurde.
Aufgrund des obigen Beispiels wurde ein Zustand der Lichtquelle, die eine Schrägeinfall-Komponente bis zu einem Maß anhebt, daß eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird, und keine Probleme im Zusammenhang mit der Schrägeinfall-Belichtungsmethode hat, eingerichtet.

Beispiel 8

Dieses Beispiel ist ein Beispiel, bei dem die Intensität des Lichts im Mittelbereich der Facettenlinse so ist, daß sie 30% in bezug auf die der Umfangsbereiche wie im Beispiel 6 des obigen Beispiels 3 ist, wenn ein Speicherzellenmuster übertragen wird, wobei eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske verwendet wird. Die Verteilung der Intensität des Lichts ist die Gleiche wie die Verteilung, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist. Die verwendete Belichtungseinrichtung war eine, die in Fig. 11 gezeigt ist. Insbesondere wurde von einem KrF-Excimer-Laserstepper mit einer numerischen Apertur von 0,45 Gebrauch gemacht. Außerdem wurde als Resist ein chemisch verstärkter Positivresist (WKR-PT2) verwendet.
Ein Überblick über das Speicherzellenmuster, welches durch diese Belichtung erzielt wird, ist in Fig. 26 gezeigt. Eine Zelle besteht aus zwei paarweise angeordneten Gate elektroden 80a und 80b. Wenn man die Tatsache in Betracht zieht, daß die Speicherzellen dicht angeordnet sind, ungeachtet davon, wo die Position auf dem Wafer ist, werden Zellennummern in der Reihenfolge vom Ende vergeben, und die kritischen Abmessungen des Musters einer Elektrode in einer Zelle, beispielsweise in der linken Gateelektrode 80a wurden gemessen. Die Variationen bei den kritischen Abmessungen im Beispiel 8 sind in Fig. 27A gezeigt.
Bei dem Vergleichsbeispiel 4 wurde die gleiche Prozedur wie im Beispiel 8 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wird, zur Gauß-Verteilung gemacht wurde, die in Fig. 12C gezeigt ist, um ein Speicherzellenmuster zu bilden. Die Ergebnisse der Messung, die in der gleichen Weise wie beim Beispiel 8 durchgeführt wurde, sind in Fig. 27B gezeigt.
Beim Vergleichsbeispiel 5 wurde die gleiche Prozedur wie beim Beispiel 8 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wurde, eine ringförmige Beleuchtungsverteilung war (die Intensität des Lichts im Mittelbereich von 0), um ein Speicherzellenmuster zu bilden. Die Ergebnisse der Messung, die in der gleichen Weise wie beim Beispiel 8 durchgeführt wurde, sind in Fig. 27C gezeigt.
Beim Beispiel 8 wurde bestätigt, daß die Variationen bei kritischen Abmessungen größtenteils im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 5 der ringförmigen Beleuchtung reduziert wurden. Außerdem war im Vergleichsbeispiel 4, wo es wenig Variation bei den kritischen Abmessungen gab, die effektive Lichtquelle eine Lichtquelle mit einer üblichen Gauß-Verteilung, so daß es die Gelegenheit eines Auftretens einer Sekundärspitze gab und die Tiefenschärfe klein war.

Beispiel 9

Dieses Beispiel ist ein Beispiel, bei dem die Intensität des Lichts im Mittelbereich der Facettenlinse zu 30% in bezug auf die Umfangsbereiche gemacht ist, wie im Beispiel C des obigen Beispiels 3, wenn ein Kontaktlochmuster mit einem Innendurchmesser von 0,30 um übertragen wird, wobei eine Halbtonphasen-Verschiebungsmaske verwendet wird. Die Verteilung der Intensität des Lichts ist die gleiche wie die Verteilung, die in Fig. 10A und 10B gezeigt ist. Die verwendete Belichtungseinrichtung war eine, die in Fig. 11 gezeigt ist. Insbesondere wurde ein KrF-Excimer-Laserstepper mit einer numerischen Apertur von 0,45 verwendet. Als Resist wurde ein chemisch verstärkter Positivresist verwendet (WKR-PT2).
Die Muster wurden unter der Bedingung einer optimalen Fokussierung, einer Defokussierung von -1,0 um und einer Defokussierung von +1,0 um für Musterverhältnisse des Innendurchmessers der Kontaktlöcher und Intervallen zwischen diesen (relative Einschaltdauer) von 1 : 3, 1 : 1,5 und 1 : 1 gebildet. Das heißt, daß Muster für 9 Zustandssätze gebildet wurden. SEM-Photographien der Kontaktlochmuster, die unter diesen 9 Belichtungszustandssätzen erzielt wurden, sind in Fig. 28A gezeigt. Wie gezeigt ist, wurde bestätigt, daß die Kontaktlochmuster ausgezeichnet ausgebildet werden können, sogar wenn die relative Einschaltdauer unterschiedlich ist oder eine Defokussierung vorhanden ist.
Beim Vergleichsbeispiel 6 wurde die gleiche Prozedur wie im Beispiel 9 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wird, zur Gauß-Verteilung gemacht wurde, die in Fig. 12C gezeigt ist, um Kontaktlochmuster zu bilden. Die Ergebnisse der Beobachtung durch SEM-Photographien, die in der gleichen Weise wie beim Beispiel 9 durchgeführt wurden, sind in Fig. 28B gezeigt. Bei den Mustern mit eng-angeordneten Löchern werden Löcher, die durch die Sekundärspitze letztendlich verursacht werden, gebildet.
Beim Vergleichsspiel 7 wurde die gleiche Prozedur wie im Beispiel 9 durchgeführt, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wird, zu einer ringförmigen Beleuchtungsverteilung gemacht wurde (die Intensität des Lichts im Mittelbereich von 0), um Kontaktlochmuster zu bilden. Die Ergebnisse der Beobachtung durch SEM-Photographien, die in dergleichen Weise wie beim Beispiel 9 durchgeführt wurde, sind in Fig. 28B gezeigt. Obwohl es keine Schwierigkeit im Zeitpunkt der optimalen Fokussierung gab, konnten gute Löcher im Zeitpunkt der Defokussierung nicht gebildet werden.

Beispiel 10

Das Beispiel 10 ist ein Beispiel, bei dem die Menge von Licht, die vom Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, um einen gewissen Betrag in bezug auf die Menge des Lichts abgesenkt ist, welche von den peripheren Bereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, wobei das Licht durch ein erstes Filter geleitet wird, welches einen höheren Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen gegenüber dem Mittelbereich hat, für eine Zeit von 0,05 · T bis 0,95 · T, wenn eine Einzelbelichtungszeit T ist, und dieses durch das Filter während der verbleibenden Belichtungszeit nicht durchgelassen wird.
Bei diesem Beispiel wurde eine Belichtungseinrichtung auf der Basis des Aufbaus, der in Fig. 11 gezeigt ist, verwendet. In dem Zustand, wo das Licht nicht durch das Fil ter läuft, wird die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse auftrifft, die als wirksame Lichtquelle verwendet wird, zu einer flachen Verteilung der Intensität des Lichts gemacht, wie in Fig. 29 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel ist die Drehplatten-Filterumschalteinrichtung 90, die in Fig. 32A gezeigt ist, an der Lichteinfallsseite oder der Lichtemissionsseite der Facettenlinse 37 angeordnet, die in Fig. 11 gezeigt ist. Die Filterumschalteinrichtung 90 besteht aus einer Drehplatte 92 und einer Drehantriebswelle 94, um diese anzutreiben. Auf der Drehplatte 92 ist längs der Umfangsrichtung eine Lichtübertragungsöffnung 95, ein Filter 96 und weitere Filter angeordnet. Das Filter 96 blockiert beispielsweise, wie in Fig. 30A gezeigt ist, Licht in einen Bereich von 0,5 vom Mittelbereich, wenn der Außendurchmesser 1,0 ist.
Wenn eine einzelne Gesamtbelichtungszeit 1 Sekunde beträgt, läuft in der anfänglichen Zeit von 0,2 Sekunden das Belichtungslicht durch die Öffnung 95, die in Fig. 32A gezeigt ist, dann wird die Drehplatte 92 sofort gedreht, und das Belichtungslicht läuft durch das Filter 96, um in der verbleibenden Zeit von 0,8 Sekunden eine Belichtung durchzuführen. Als Ergebnis wird, wie in Fig. 31 gezeigt ist, die Verteilung der Intensität des Lichts von der wirksamen Lichtquelle pro Einzelbelichtungszeit gleich der Verteilung der Intensität des Lichts der Summe des Produkts der Verteilung der Intensität des Lichts, wie in Fig. 29 gezeigt ist, und der Zeit und des Produkts der Verteilung der Intensität des Lichts, wie in Fig. 30A gezeigt ist, und der Zeit.
Damit kann auch bei diesem Beispiel die Verteilung der Intensität des Lichts der Lichtquelle ein gewisses Maß von Lichtintensität im Mittelbereich der Lichtquelle liefern, wobei die Zwei-Strahlkomponente angehoben wird, und eine Vergrößerung der Tiefenschärfe des dichten Musters ermöglichen, ohne die isolierten Muster zu beeinträchtigen.
Bei diesem Beispiel wurde eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske als Maske verwendet. Außerdem ist die Gesamtbelichtungszeit nicht auf 1 Sekunde begrenzt. Diese kann kürzer oder länger in Abhängigkeit von weiteren Zuständen sein.

Beispiel 11

Das Beispiel 11 ist ein Beispiel, bei dem die Menge des Lichts, die vom Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, um einen gewissen Betrag in bezug auf die Menge des Lichts abgesenkt ist, die von den peripheren Bereichen der effektiven Lichtquelle emittiert wird, wobei das Licht durch ein erstes Filter mit einem höheren Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen gegenüber dem Mittelbereich für eine Zeit von 0,05 · T bis 0,95 · T läuft, wenn eine Einzelbelichtungszeit T ist, und in der verbleibenden Belichtungszeit nicht über das Filter läuft.
Bei diesem Beispiel wurde ein Belichtungsgerät verwendet, welches den in Fig. 11 gezeigten Basisaufbau hat. In dem Zustand, wo das Licht nicht durch das Filter läuft, wird die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse fällt, die als wirksame Lichtquelle verwendet wird, zu der flachen Verteilung der Intensität des Lichts, die in Fig. 29 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel wird das Verschiebefilter-Umschaltgerät 97, welches in Fig. 32B gezeigt ist, beispielsweise an der Lichteinfallsseite oder der Lichtemissionsseite der in Fig. 11 gezeigten Facettenlinse 37 angeordnet. Dieses Filterumschaltgerät 97 besitzt einen Filterhalter 98, der mehrere Arten von Filtern 96a bis 96d hält und der diese mit einer hohen Geschwindigkeit verschieben kann. Das Filter 96a blockiert beispielsweise, wie in Fig. 30B gezeigt ist, Licht in einem Bereich in einem Querschnittsbereich einer Breite von 0,35, wenn der Außendurchmesser 1,0 beträgt.
Wenn eine einzelne Gesamtbelichtungszeit 1 Sekunde beträgt, werden in der anfänglichen 0,2 Sekunde alle Filter 96a bis 96d in den Halter 98 gezogen, der in Fig. 32B gezeigt ist, und das Belichtungslicht läuft durch kein Filter. Danach wird das Filter 96a sofort herausgeschoben und das Belichtungslicht läuft über das Filter 96a, wobei 0,3 Sekunden lang eine Belichtung durchgeführt wird. Danach wird das Filter 96a, welches in Fig. 32B gezeigt ist, in den Halter 98 sofort zurückgezogen, und gleichzeitig wird das Filter 96b herausgezogen und das Belichtungslicht läuft über das Filter 96b, wobei in den verbleibenden 0,5 Sekunden eine Belichtung durchgeführt wird. Als Ergebnis wird, wie in Fig. 33 gezeigt ist, die Verteilung der Intensität des Lichts von der effektiven Lichtquelle für eine einzelne Belichtungszeit gleich der Verteilung der Intensität des Lichts der Summe des Produkts der Verteilung der Intensität des Lichts, die in Fig. 29 gezeigt ist, und der Zeit und des Produkts der Verteilung der Intensität des Lichts, die in Fig. 30B gezeigt ist, und der Zeit.
Damit kann auch bei diesem Beispiel die Verteilung der Intensität des Lichts der Lichtquelle einen gewissen Betrag an Intensität des Lichts in dem Mittelbereich der Lichtquelle liefern, wobei die Zwei-Strahlkomponente angehoben wird, und eine Vergrößerung der Tiefenschärfe des dichten Musters ermöglichen, ohne isolierte Muster zu beeinträchtigen.
Bei diesem Beispiel wurde eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske als Maske verwendet. Weiter ist die Gesamtbelichtungszeit nicht auf 1 Sekunde beschränkt. Diese kann kürzer oder länger in Abhängigkeit von anderen Umständen gemacht werden.

Beispiel 12

Beispiel 12 ist ein Beispiel, bei dem die Menge des Lichts, welches von dem Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, um einen gewissen Betrag in bezug auf die Menge des Lichts abgesenkt wird, welches von dem Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, wobei das Licht durch ein Filter mit einem variablen Durchlässigkeitsfaktor läuft und eine Belichtung ausgeführt wird, wobei die Verteilung des Lichtdurchlässigkeitsfaktors des Filters in der Mitte einer einzelnen Belichtungszeit geändert wird.
Bei diesem Beispiel wurde ein Belichtungsgerät mit einem Basisaufbau, der in Fig. 11 gezeigt ist, verwendet. In dem Zustand, wo das Licht nicht über das Filter läuft, wird die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse fällt, die als wirksame Lichtquelle verwendet wird, zur flachen Verteilung der Intensität des Lichts, welche in Fig. 29 gezeigt ist.
Bei diesem Beispiel ist das optische Verschlußmaterial 100, welches in Fig. 32C gezeigt ist, beispielsweise an der Lichteinfallsseite oder der Lichtemissionsseite der Facettenlinse 37 angeordnet, die in Fig. 11 gezeigt ist. Dieses optische Verschlußmaterial besteht beispielsweise aus PLZT (lead zirconate titanium dioxide with lanthanum) und besteht aus mehreren feinen Elektroden auf zumindest einer Seite seines Substrats. Der Lichtdurchlässigkeitsfaktor dieses Materials ändert sich in Abhängigkeit von dem Anlegen einer Spannung. Durch geeignete Gestaltung der Formen der Elektroden, die auf der Oberfläche des optischen Materials 100 vorgesehen sind, ist es möglich, den Mittelbereich 102 und den peripheren Bereich 104 separat zu steuern, und es ist möglich, sofort Licht in der genauen Mittelposition 102 zu blockieren, indem eine Spannung angelegt wird.
Wenn eine einzelne Gesamtbelichtungszeit 1 Sekunde beträgt, übertragen in der anfänglichen 0,2 Sekunde der Mittelbereich 102 und der Umfangsbereich 104, die in Fig. 32C gezeigt sind, Licht, wobei das Belichtungslicht über diese läuft. Anschließend wird eine Spannung sofort an die Elektroden des Mittelbereichs 102 angelegt, damit der Mittelbereich 102 das Licht blockiert. Das Belichtungslicht läuft in diesem Zustand hindurch. Als Ergebnis ist es möglich, ähnliche Ergebnisse wie im Beispiel 10 zu zielen.
Es sei angemerkt, daß es möglich ist, verschiedene Verteilungsarten von Intensitäten des Lichts zu erzielen, wobei die Formen der Elektroden, die auf der Fläche des optischen Materials 100 gebildet sind, die Intervalle ihrer Anordnung, und die Zustände der Anwendung einer Spannung geeignet ausgebildet sind.
Somit kann auch bei diesem Beispiel die Verteilung der Intensität des Lichts der Lichtquelle einen gewissen Grad von Intensität von Licht im Mittelbereich der Lichtquelle liefern, wobei die Zwei-Strahlkomponente angehoben wird, und die Vergrößerung der Tiefenschärfe des dichten Musters ermöglichen, ohne isolierte Muster zu beeinträchtigen.
Bei diesem Beispiel wurde eine Halbtonphasen-Verschiebungsmaske als Maske verwendet. Außerdem ist die Gesamtbelichtungszeit nicht auf 1 Sekunde beschränkt. Diese kann kürzer oder länger in Abhängigkeit von weiteren Zuständen sein.

Beispiel 13

Dieses Beispiel ist ein Beispiel, bei dem eine der Mehrfach-Belichtungen, in den Beispielen 10 bis 12 gezeigt sind, verwendet wird, um die Verteilung der Intensität des Lichts der effektive Lichtquelle, die in Fig. 34B gezeigt ist, zu erzielen.
Wenn eine effektive Lichtquelle mit einer niedrigen Intensität des Lichts in der Mittelposition, eine Halbton-Phasenverschiebungsmaske und ein KrF-Excimer-Laserstepper mit einer numerischen Apertur von 0,45 verwendet werden, werden Kontaktlochmuster mit Innendurchmessern von 0,30 um auf Substraten gebildet. Als Resist wurde ein chemisch verstärkter Positivresist (WKR-PT2) verwendet. Die Kontaktlochmuster wurden gebildet, wobei das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser der Kontaktlöcher und den Intervallen zwischen diesen (relative Einschaltdauer) auf 1 : 3, 1 : 1,5 und 1 : 1 geändert wurde. Die Ergebnisse der SEM-Photographien sind in Fig. 34B gezeigt.
Beim Vergleichsbeispiel 8 wurde die gleiche Prozedur durchgeführt wie beim Beispiel 13, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wird, zur Gauß-Verteilung gemacht wurde, die in Fig. 34A gezeigt ist, um Kontaktlochmuster unter drei Sätzen von Zuständen zu bilden. Die Ergebnisse der Beobachtung durch SEM-Photographien, die in der gleichen Weise im Beispiel 13 vorgenommen wurde, sind Fig. 34A gezeigt. In den Mustern mit dicht-angeordneten Löchern werden Löcher, die durch die Sekundärspitze verursacht werden, letztendlich gebildet.
Außerdem folgte im Vergleichsbeispiel 9 die gleiche Prozedur wie im Beispiel 13, mit der Ausnahme, daß die Verteilung der Intensität des Lichts, welches auf die Facettenlinse gestrahlt wird, zu einer Verteilung einer ringförmigen Beleuchtung gemacht wurde (die Intensität des Lichts im Mittelbereich von 0), um ein Kontaktlochmuster unter drei Zustandssätzen zu bilden. Die Ergebnisse einer Prüfung durch SEM-Photographien in der gleichen Weise wie beim Beispiel 9 sind in Fig. 34C gezeigt.
Außerdem sind die Meßergebnisse der Tiefenschärfe des isolierten Musters im Beispiel 13 und der Vergleichsbeispiele 8 und 9 in Fig. 35 gezeigt. Beim Beispiel 13 wurde bestätigt, daß eine Tiefenschärfe gleich der normalen Beleuchtung wie beim Vergleichsbeispiel 8 sichergestellt wurde.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann im Zeitpunkt einer Herstellung einer Halbleitereinrichtung, sogar wenn das Maskenmuster fein ist, ein Einrichtungsmuster mit einer ausreichenden notwendigen Tiefenschärfe gut hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Musterbildung, welches die Schritte zum Strahlen von Licht von einer wirksamen Lichtquelle (37) umfaßt, wobei die wirksame Lichtquelle eine Facettenlinse (37) ist, die eine Baugruppe von mehreren Linsen umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Licht von der wirksamen Lichtquelle (37) auf eine Phasenverschiebungsmaske (39) gestrahlt wird,

das Muster der Maske auf ein Substrat (41) übertragen wird,

und das Muster auf dem Substrat gebildet wird,

wobei die Lichtmenge, die von einem Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) emittiert wird, um 2 bis 90% in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abgesenkt wird, die von den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, wodurch eine Schrägeinfall-Komponente bis zu einem Maß angehoben wird, daß eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird.

2. Verfahren zur Musterbildung nach Anspruch 1, wobei der Bereich des Mittelbereichs der wirksamen Lichtquelle (37), wo die Lichtmenge abgesenkt wird, ein Bereich von 20 bis 70% des Außendurchmessers der wirksamen Lichtquelle ist.

3. Verfahren zur Musterbildung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Spitzenwert der Lichtmenge an den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle (37) bei wenigen Punkten bei rotations-symmetrischen Positionen an den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle auftritt.

4. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) auftrifft, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die auf die Umfangsbereiche der wirksamen Lichtquelle auftrifft, unter Verwendung eines optischen Elements abgesenkt wird.

5. Verfahren zur Musterbildung nach Anspruch 4, wobei das optische Element ein Strahlenteiler (35) und/oder eine Prismenlinse ist.

6. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtmenge, die von einem Mittelbereich der Facettenlinse emittiert wird, unter Verwendung eines Strahlenteilers (35) und/oder einer Prismenlinse abgesenkt wird.

7. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) auftrifft, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die auf die Umfangsbereiche der wirksamen Lichtquelle auftrifft, unter Verwendung eines Filters (60; 100) abgesenkt wird, welches einen hohen Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen verglichen mit dem Mittelbereich hat.

8. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der Facettenlinse (37) emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die von den Umfangsbereichen der Facettenlinse (37) emittiert wird, absenkt, wobei ein mechanisches Filter (60) verwendet wird, welches Öffnungsbereiche besitzt, die den individuellen Linsen der Facettenlinse entsprechen und die Durchmesser der bezogenen Öffnungsbereiche haben, die an den Umfangsbereichen in bezug auf den Mittelbereich größer sind.

9. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) auftrifft, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtquelle, die auf die Umfangsbereiche der wirksamen Lichtquelle auftrifft, absenkt, wobei ein optisches Element (70) und optische Teile (72) verwendet werden, die so angeordnet sind, damit sie sich in der Lichtpfadachsenrichtung einander annähern oder voneinander weg bewegen können.

10. Verfahren zur Musterbildung nach Anspruch 9, wobei das optische Element ein Prisma (70) ist.

11. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die von den Umfangsbereichen der wirksamen Licht quelle emittiert wird, absenkt, wobei der Strahl, der auf die wirksame Lichtquelle fällt, in zwei oder mehrere Strahlen unterteilt wird, die beiden oder mehreren unterteilten Strahlen auf die wirksame Lichtquelle gestrahlt werden, wobei ein bewegbarer Spiegel verwendet wird, und die Differenz der Abtastgeschwindigkeit an entsprechenden Punkten der Oberfläche der wirksamen Lichtquelle in Abhängigkeit von der Flächenform des bewegbaren Spiegels verwendet wird.

12. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Durchmesser der individuellen Linsen der Facettenlinse (37) am Mittelbereich größer ist als am Umfangsbereich.

13. Verfahren zur Musterbildung nach Anspruch 12, wobei bei der Facettenlinse (37) der Durchmesser der individuellen Linsen am Mittelbereich das 1,1- bis 3-fache des Durchmessers der individuellen Linsen am Umfangsbereich beträgt.

14. Verfahren zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches, wenn eine Einzelbelichtungszeit T ist, das Licht durch ein erstes Filter (96; 96a) mit einem höheren Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen als am Mittelbereich Wir eine Zeitdauer von 0,05 · T bis 0,95 · T durchläßt, und das Licht durch ein zweites Filter (96b/96c/96d) durchläßt oder das Licht durch irgendwelche Filter in der verbleibenden Belichtungszeit nicht durchläßt, wodurch die Lichtmenge vom Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die von den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, in einer Einzelbelichtungszeit abgesenkt wird.

15. Gerät zur Musterbildung, wobei Licht von einer wirksamen Lichtquelle (37) abgestrahlt wird, wobei die wirksame Lichtquelle eine Facettenlinse (37) ist, die eine Baugruppe von mehreren Linsen umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Licht von der wirksamen Lichtquelle (37) zu einer Phasenverschiebungsmaske (39) gestrahlt wird,

das Muster der Maske auf ein Substrat (41) übertragen wird,

und das Muster auf dem Substrat gebildet wird,

mit einer Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung, um die Lichtmenge, die von einem Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, um 2 bis 90% in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge abzusenken, die von den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, wodurch eine Schrägeinfallskomponente bis zu einem Maß angehoben wird, daß eine Sekundärspitze nicht erzeugt wird.

16. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 15, wobei der Bereich des Mittelbereichs der wirksamen Lichtquelle (37), wo die Lichtmenge durch die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung abgesenkt wird, ein Bereich von 20 bis 40% des Außendurchmessers der wirksamen Lichtquelle ist.

17. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Spitzenwert der Lichtmenge an den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle (37) an wenigen Punkten bei rotations-symmetrischen Positionen an den Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle auftritt.

18. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung ein optisches Element aufweist, welches die Lichtmenge, die auf den Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle (37) auftrifft, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die auf die Umfangsbereiche der wirksamen Lichtquelle auftrifft, absenkt.

19. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 18, wobei das optische Element ein Strahlenteiler (35) und/oder eine Prismenlinse ist.

20. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung ein Filter (60; 100) besitzt, welches einen hohen Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen verglichen mit dem Mittelbereich hat.

21. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung ein mechanisches Filter (60) aufweist, wobei das mechanische Filter Öffnungsbereiche hat, die den individuellen Linsen der Facettenlinse (37) entsprechen, und Durchmesser der bezogenen Öffnungsbereiche hat, die an den Umfangsbereichen in bezug auf den Mittelbereich größer sind.

22. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung ein optisches Element (70) und optische Teile (72) hat, die so angeordnet sind, daß sie sich diesem optischen Element in der Lichtpfad-Achsenrichtung annähern oder sich davon weg bewegen können.

23. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 22, wobei das optische Element ein Prisma (70) ist.

24. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung außerdem eine Einrichtung zum Unterteilen des Strahls, der auf die wirksame Lichtquelle (37) auftrifft, in zwei oder mehrere Strahlen, einen bewegbaren Spiegel, um die zwei oder mehreren unterteilten Strahlen auf die wirksame Lichtquelle (37) zu strahlen, und eine Abtasteinrichtung aufweist, um die Lichtmenge, die vom Mittelbereich der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, in bezug auf den Spitzenwert der Lichtmenge, die von dem Umfangsbereichen der wirksamen Lichtquelle emittiert wird, abzusenken, wobei die Differenz der Abtastgeschwindigkeit an entsprechenden Punkten der Fläche der wirksamen Lichtquelle in Abhängigkeit von der Flächenform des bewegbaren Spiegels verwendet wird.

25. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei der Durchmesser der individuellen Linsen der Facettenlinse (37) am Mittelbereich verglichen mit den Umfangsbereichen größer sind.

26. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 25, wobei bei der Facettenlinse (37) der Durchmesser der individuellen Linsen am Mittelbereich das 1,1- bis 3-fache des Durchmessers der individuellen Linsen an den Umfangsbereichen ist.

27. Gerät zur Musterbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Lichtintensitätsverteilungs-Korrektureinrichtung außerdem aufweist:

ein erstes Filter (96; 100; 96a) mit einem höheren Durchlässigkeitsfaktor an den Umfangsbereichen als am Mittelbereich, und

eine Umschalteinrichtung (90-94; 97, 98), um zwischen einem Zustand umzuschalten, bei dem Licht durch das erste Filter für eine Einzelbelichtungszeit läuft, und einem Zustand, bei dem eine Belichtung durchgeführt wird, ohne durch das erste Filter zu laufen.

28. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 27, welches außerdem ein zweites Filter (96b, 96c, 96d) mit einer Durchlässigkeitsfaktor-Verteilung hat, die gegenüber dem ersten Filter verschieden ist und die bewirkt, daß Licht durch das zweite Filter in dem Zustand läuft, bei dem die Belichtung durchgeführt wird, ohne durch das erste Filter zu laufen.

29. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Umschalteinrichtung eine Drehplatte (92) aufweist, auf welcher zumindest das erste Filter (96) befestigt ist, und eine Antriebseinrichtung (94), um die Drehplatte drehbar anzutreiben.

30. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Umschalteinrichtung einen Schlittenmechanismus (98) aufweist, der ermöglicht, daß zumindest das erste Filter (96a) sich verschiebbar bewegt.

31. Gerät zur Musterbildung nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Umschalteinrichtung ein optische Blende aus einem optischen Material (100) besitzt, deren Lichtdurchlässigkeitsfaktor sich gemäß der angelegten Spannung ändert.

32. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitereinrichtung, welches das Verfahren zur Musterbildung nach den Patentansprüchen 1-14 umfaßt.