JP2004138620A - Pattern inspection method - Google Patents
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Abstract
【課題】
白黒のマスクを用いて光学系の有する解像度以上の分解能でマスク上のパターンを基板上に結像する露光装置及びその方法を提供する。
【解決手段】
露光装置を、レーザを発射する光源手段と、該光源手段から発射されたレーザを走査する走査手段と、該走査手段によって走査されたレーザを前記マスクに照射する照射手段と、該照射手段によりレーザを照射された前記マスクからの光をウェハ上に結像させる結像光学系手段と、前記ウェハを載置するテーブル手段とを備えて構成し、光源から発射されたレーザをガルバノミラーを用いて走査し、該走査されたレーザを前記マスクに照射し、該レーザが照射された前記マスクからの光を結像光学系を介してウェハ上に結像させて該ウェハを露光するようにした。
【選択図】 図8【Task】
Provided is an exposure apparatus that forms a pattern on a mask on a substrate at a resolution higher than the resolution of an optical system using a black-and-white mask, and a method thereof.
[Solution]
An exposure apparatus, light source means for emitting a laser, scanning means for scanning the laser light emitted from the light source means, irradiation means for irradiating the mask with the laser scanned by the scanning means, and laser irradiation by the irradiation means An imaging optical system means for forming an image of the light from the mask irradiated on the wafer, and a table means for mounting the wafer, the laser emitted from the light source using a galvanometer mirror The laser is scanned, the mask is irradiated with the scanned laser, and light from the mask irradiated with the laser is focused on a wafer through an imaging optical system to expose the wafer.
[Selection] Fig. 8
Description
本発明は、マスク上に形成された極微細な回路パターンにおいて生じる干渉光の影響をなくし、投影レンズを通して基板上に高分解能でもってエキシマレーザ光等を用いて結像させて露光するようにしたエキシマ等の露光方法及びその装置並びにエキシマ等の露光方式並びにマスク回路パターン検査方式に関する。 The present invention eliminates the influence of interference light generated in an extremely fine circuit pattern formed on a mask, and forms an image with high resolution on a substrate through a projection lens using an excimer laser beam or the like for exposure. The present invention relates to an excimer exposure method and apparatus, an excimer exposure method, and a mask circuit pattern inspection method.
LSI製造では、マスク上の回路パターンをウエハ上に露光転写して、ウェハ上に微細な回路パターンを形成する。ところが、LSIの高集積化のニーズに対応するため、ウェハ上に転写する回路パターンは、極微細化し、結像光学系の解像限界まで来ている。 In LSI manufacturing, a circuit pattern on a mask is exposed and transferred onto a wafer to form a fine circuit pattern on the wafer. However, in order to meet the needs for high integration of LSIs, circuit patterns transferred onto wafers have become extremely fine and have reached the resolution limit of the imaging optical system.
そこで、従来より、極微細な回路パターンを転写するために、さまざまな技術が開発されている。 Therefore, various techniques have been developed to transfer an extremely fine circuit pattern.
例えばSOR(シンクロトロン・オーガナイズド・レゾナンス)光等のX線を用いて露光する方法がある。 For example, there is a method of exposing using X-rays such as SOR (Synchrotron Organized Resonance) light.
また、EB(エレクトロンビーム,電子ビーム露光機)を用いる方法がある。 方法 There is also a method using EB (electron beam, electron beam exposure machine).
また、露光のスループットが早く、取り扱いが比較的簡便ということで
、「エキシマ レーザ ステッパ フォ サブ−ハーフ ミクロン リソグラフ
ィ、 アキカズ タニモト、エスピーアイイー 第1088号 オプティカル レーザ マイクロリソグラフィ 2(1989)」”Excimer Laser Stepper for Sub−half
Micron Lithography, Akikazu Tanimoto, SPIE Vol.1088 Optical Laser
Microlithography 2(1989)”又は特開昭57−198631号公報に開示されているエキシマレーザを用いた方法がある。
In addition, since the exposure throughput is fast and the handling is relatively easy, "Excimer Laser Stepper for Sub-Half-micron Lithography, Akikazu Tanimoto, SPII No. 1088 Optical Laser Microlithography 2 (1989)""Excimer Laser Stepper for Sub-half
Micron Lithography, Akikazu Tanimoto, SPIE Vol. 1088 Optical Laser
Microlithography 2 (1989) "or a method using an excimer laser disclosed in JP-A-57-198631.
また、特公昭62−50811号公報によりマスクを工夫して分解能を向上する位相シフタ法が知られている。この位相シフタ法は、近接するパターンからの光を干渉させることにより分解能を上げるものであり、隣り合うパターンの位相が反転するように交互に位相をπずらした膜(位相シフタ)を設けることにより実現する。 位相 Furthermore, Japanese Patent Publication No. Sho 62-50811 discloses a phase shifter method for improving the resolution by devising a mask. This phase shifter method increases the resolution by interfering light from an adjacent pattern. By providing a film (phase shifter) whose phase is alternately shifted by π so that the phase of an adjacent pattern is inverted. Realize.
また、部分的コヒーレント結像の理論的解析を紹介した文献として、「ステッ
パの光学(1),(2),(3),(4)」(光学技術コンタクト、Vol.27,No.12,pp.76
2−771,Vol.28,No.1,pp.59−67,Vol.28,No.2.pp.108−119,Vol.28,No.3,
pp.165−175)がある。
References introducing theoretical analysis of partial coherent imaging include “Optics of Stepper (1), (2), (3), (4)” (Optical Technology Contact, Vol. 27, No. 12, pp. 76
2-771, Vol. 28, No. 1, pp. 59-67, Vol. 28, No. 2. pp. 108-119, Vol. 28, No. 3,
pp. 165-175).
また、空間フィルターを用いて、解像度を向上した例が、特開平3ー27516号公報に記載されている。 例 Further, an example in which the resolution is improved by using a spatial filter is described in JP-A-3-27516.
上記特公昭62−50811号公報に知られた従来技術は、位相シフタの配置が難しいと共に、位相シフタを設けたマスクの製造が難しいという課題を有するものである。 The prior art disclosed in Japanese Patent Publication No. Sho 62-50811 has a problem that it is difficult to arrange a phase shifter and it is difficult to manufacture a mask provided with the phase shifter.
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、マスク上に形成された白黒の極微細な回路パターンを、位相シフタと同等以上の分解能で基板上に転写できるようにしたエキシマ等の露光方法及びその装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and expose an excimer or the like which can transfer a black and white ultrafine circuit pattern formed on a mask onto a substrate with a resolution equal to or higher than that of a phase shifter. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus therefor.
また本発明の目的は、実際に露光装置によって転写される基板上への転写パターンのデータを演算処理によりシュミレーションして確認できるようにしたエキシマ等の露光方式を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide an exposure method such as an excimer, which can simulate and confirm data of a transfer pattern onto a substrate which is actually transferred by an exposure apparatus by a calculation process.
また本発明の目的は、マスク上に形成された極微細な回路パターンと基板上に転写されるパターンとが異なる場合でも、マスク上に形成された極微細な回路パターンを高精度に検査できるようにしたマスク回路パターン検査方式を提供することにある。 Further, an object of the present invention is to enable a very fine circuit pattern formed on a mask to be inspected with high accuracy even when a very fine circuit pattern formed on a mask is different from a pattern transferred on a substrate. It is another object of the present invention to provide a mask circuit pattern inspection method.
本発明は、可干渉性をある程度維持したエキシマレーザ光等の光を照明手段と
、この照明手段によりマスク(レチクルも含む)を照明した光をウエハ上に結像する結像手段と、マスクを透過又は反射して来る光のうち0次回折光の少なくとも一部を遮光する遮光手段と備えたエキシマ等の露光装置あるいは露光方法であり、上記課題を解決することができる。
The present invention provides an illumination unit that emits light such as an excimer laser beam that maintains coherence to some extent, an imaging unit that forms an image on a wafer by illuminating a mask (including a reticle) with the illumination unit, and a mask. An exposure apparatus or an exposure method, such as an excimer, provided with a light shielding unit that shields at least a part of the zero-order diffracted light among the transmitted or reflected light, can solve the above-described problem.
また、本発明は、上記空間フィルタを、該照明手段のNAに相当する領域を遮光するもので形成することを特徴とするエキシマ等の露光装置である。 The present invention is also an exposure apparatus such as an excimer, wherein the spatial filter is formed of a device that shields a region corresponding to NA of the illumination unit from light.
また、本発明は、上記照明手段として、インテグレータと空間フィルタとを有することを特徴するエキシマ等の露光装置である。 The present invention is also an exposure apparatus such as an excimer, which has an integrator and a spatial filter as the illumination means.
また、本発明は、上記マスクは、結像分解能のほぼ1/2のライン幅で形成された回路パターンを有することを特徴とするエキシマ露光装置である。 The present invention is also an excimer exposure apparatus, wherein the mask has a circuit pattern formed with a line width of approximately 1/2 of an image resolution.
また、本発明は、マスクに対して、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を、露光領域においてほぼ一様に施す照明手段と、該照明手段によってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過する光の内、0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク上に形成された回路パターンを基板上に結像する縮小投影レンズとを備え、ステップアンドリピートして順次基板上にマスクに形成された回路パターンをろこうする投影式露光装置およびその方法である。 Further, the present invention provides an illumination unit that applies annular diffused illumination formed from a number of virtual point light sources to a mask almost uniformly in an exposure region, and a diffuse illumination that is almost uniformly provided by the illumination unit. An optical pupil that blocks at least a part of the zero-order diffracted light or the low-order diffracted light of the light transmitted through the mask, and forms an image of a circuit pattern formed on the mask on the substrate in the exposure region. And a method of step-and-repeat and sequentially removing a circuit pattern formed on a mask on a substrate.
また、本発明は、回路パターンが形成されたマスクを照明し、照明されたマスクの回路パターンを透過あるいは反射する光の内、0次回折光の少なくとも一部を遮光して結像手段により結像させて基板上に転写することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。 Further, the present invention illuminates a mask on which a circuit pattern is formed, and forms an image by an imaging unit by shielding at least a part of the 0th-order diffracted light from light transmitted or reflected by the illuminated mask circuit pattern. And exposing it to a substrate.
また、本発明は、上記マスク上の回路パターンの最小ライン幅を、上記結像手段の結像分解能に適合させて形成することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。 The present invention is also an exposure method for excimer or the like, wherein the minimum line width of the circuit pattern on the mask is formed in conformity with the imaging resolution of the imaging means.
また、本発明は、上記マスクは、結像分解能のほぼ1/2のライン幅で形成された回路パターンを有することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。 The present invention is also an excimer or other exposure method, characterized in that the mask has a circuit pattern formed with a line width of approximately の of the imaging resolution.
また、本発明は、マスク上の回路パターンは結像分解能のほぼ1/2のライン幅で形成されており、更に基板上に転写した際の広い回路パターンについては、マスク上において透過部が結像分解能のほぼ1/2から1/3のピッチのラインアンドスペースあるいは格子パターンで形成されていることを特徴とするエキシマ等の露光方法である。 Further, according to the present invention, the circuit pattern on the mask is formed with a line width of about 1/2 of the imaging resolution, and for a wide circuit pattern transferred onto the substrate, a transmission portion is formed on the mask. An excimer or other exposure method characterized by being formed in a line-and-space or lattice pattern with a pitch of about 1/2 to 1/3 of the image resolution.
また、本発明は、マスク上に形成された回路パターンの微細パターン部と大きなパターン部とに分けて結像手段により結像させて基板上に転写することを特徴とするエキシマ等の露光方法である。 The present invention also relates to an excimer or other exposure method, which comprises dividing a circuit pattern formed on a mask into a fine pattern portion and a large pattern portion, forming an image by an imaging unit, and transferring the image onto a substrate. is there.
また、本発明は、配線データからマスクのデータを変換生成するマスクデータ変換手段と、該マスクデータ変換手段から得られるマスクデータに対して、マスク上に形成された回路パターンをエキシマレーザ光を用いて基板上に転写する結像手段とほぼ等価の伝達関数に基づく演算処理を施して基板上への転写パターンのデータを算出する算出手段とを備えたことを特徴とするエキシマ等の露光方式である。 Further, the present invention provides a mask data converting means for converting and generating mask data from wiring data, and using excimer laser light for a circuit pattern formed on a mask for mask data obtained from the mask data converting means. Calculation means for performing calculation processing based on a transfer function substantially equivalent to imaging means for transferring the image onto the substrate and calculating data of a transfer pattern onto the substrate. is there.
また、本発明は、配線データからマスクのデータを変換生成するマスクデータ変換手段と、該マスクデータ変換手段から得られるマスクデータに対して、マスク上に形成された回路パターンをエキシマレーザ光等の光を用いて基板上に転写する結像手段とほぼ等価の伝達関数に基づく演算処理を施してウエハ上への転写パターンのデータを算出する算出手段と、マスクをエキシマレーザ光等により照明する照明手段、該照明手段によって照明されたマスクを透過あるいは反射する光を検出位置に結像し、且つ上記結像手段とほぼ等価の伝達関数を有する結像手段及び該検出位置に結像された結像回路パターンを受光して画像信号を得る受光手段を備えた検査装置と、該検査装置の受光手段から得られる画像信号と上記算出手段によって算出されたウエハ上への転写パターンのデータとを比較する比較手段とを備えたことをマスク回路パターン検査方式である。 Further, the present invention provides a mask data converting means for converting and generating mask data from wiring data, and a circuit pattern formed on a mask, such as an excimer laser beam, for mask data obtained from the mask data converting means. Calculation means for performing arithmetic processing based on a transfer function substantially equivalent to imaging means for transferring light onto a substrate using light to calculate data of a transfer pattern onto a wafer, and illumination for illuminating a mask with excimer laser light or the like Means for imaging light transmitted or reflected by the mask illuminated by the illuminating means at a detection position and having a transfer function substantially equivalent to that of the imaging means, and an image formed at the detection position. An inspection apparatus having a light receiving means for receiving an image circuit pattern to obtain an image signal; an image signal obtained from the light receiving means of the inspection apparatus; A mask circuit pattern inspection system further comprising a comparison means for comparing the the data transfer pattern onto the wafer.
エキシマレーザ光等の光を用いる露光装置において、基板上に転写する回路パターンのコントラストを落す原因は、結像手段の開口(瞳)内に回折光を十分に取り込めないことにある。ところでマスク上の回路パターンからは、使用波長および回路パターンの寸法に応じて光が回折する。この際、露光波長に対して、回路パターンが極微細なった場合、回折角度が大きくなり、また回折光の強度も大きくなる。その結果、転写に用いる結像手段(投影レンズ)の開口に光が入らなくなり、これが分解能を落す原因となる。 (4) In an exposure apparatus using light such as excimer laser light, the cause of lowering the contrast of a circuit pattern transferred onto a substrate is that diffracted light cannot be sufficiently captured in the aperture (pupil) of the imaging means. Meanwhile, light is diffracted from the circuit pattern on the mask according to the wavelength used and the dimensions of the circuit pattern. At this time, when the circuit pattern becomes extremely fine with respect to the exposure wavelength, the diffraction angle increases, and the intensity of the diffracted light also increases. As a result, light does not enter the opening of the imaging means (projection lens) used for transfer, which causes a reduction in resolution.
そこで、この回折光をなるべく取りこぼさないように、エキシマレーザステッパのように波長を短くして回折成分を小さくするか、又は結像手段(投影レンズ
)のNAを大きくすることにより回折光をより多く取り込むようにするものが考えられる。
Therefore, in order to reduce the diffracted light as much as possible, as in an excimer laser stepper, to reduce the diffracted component, or to increase the NA of the image forming means (projection lens) so as not to miss the diffracted light as much as possible. There is a thing to take in a lot.
これに対して本発明は、マスク上の回路パターンからの回折光は結像手段(投影レンズ)に取り込まれる成分が少ないのに対し、マスク上の回路パターンからの回折しない成分(0次回折光)は全てレンズに取り込まれるという現象から、結像に必要な光のうち0次回折光だけが結像手段(投影レンズ)に多く取り込まれることになり、相対的に結像手段(投影レンズ)に回折光成分が少なく取り込まれることに着目して、0次回折光の少なくとも一部を遮光することにより、結像手段(投影レンズ)から出射される回折光と0次回折光の光量のバランスを相対的に良くし、マスク上に形成された極微細の回路パターンを結像手段(投影レンズ)を通して基板上に結像転写されるコントラストを向上させて高分解能の露光を実現しようとするものである。 On the other hand, according to the present invention, while the diffracted light from the circuit pattern on the mask has a small amount of components captured by the imaging means (projection lens), the component not diffracted from the circuit pattern on the mask (zero-order diffracted light) Of the light required for image formation, only the 0th-order diffracted light is largely taken into the image forming means (projection lens), and is relatively diffracted by the image forming means (projection lens). Focusing on the fact that a small amount of light component is taken in, at least a part of the 0th-order diffracted light is shielded so that the balance between the amounts of the diffracted light and the 0th-order diffracted light emitted from the imaging means (projection lens) is relatively controlled. In order to realize high-resolution exposure, the contrast in which an extremely fine circuit pattern formed on a mask is image-transferred onto a substrate through an imaging means (projection lens) is improved. It is intended.
さらに、この0次回折光の遮光を効率よく実現するには、マスクの照明光の可干渉性(コヒーレンシー)を高くする必要がある。かつ、投影露光装置では、改造能力を高い空間周波数までもたせるために、照明系の空間コヒーレンス度(シグマ、σ)を大きくしている。この2つの条件は、一見、背反するものであるが
、位相差顕微鏡等で用いられて織る輪帯状の照明光源を用いることで、同時に達成される。
Further, in order to efficiently realize the shielding of the 0th-order diffracted light, it is necessary to increase the coherency of the illumination light of the mask. Further, in the projection exposure apparatus, the spatial coherence degree (sigma, σ) of the illumination system is increased in order to provide the remodeling ability to a high spatial frequency. These two conditions seemingly contradict each other, but can be simultaneously achieved by using an annular illumination light source used in a phase contrast microscope or the like.
また、この輪帯状の光源は、可干渉性を高くできるため、光学系の焦点深度を深くできる。 Also, since the annular light source can increase the coherence, the depth of focus of the optical system can be increased.
特に本発明は、マスクに対して、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明を、露光領域においてほぼ一様に施す照明手段と、該照明手段によってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過する光の内、0次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する光学的瞳を有し、上記露光領域において上記マスク上に形成された回路パターンを基板上に結像する縮小投影レンズとを備えたことにより、マスク上に形成された極微細の回路パターンを縮小投影レンズを通して基板上に結像転写されるコントラストを向上させて高分解能の露光を実現することができる。 In particular, the present invention provides an illumination unit that applies an annular diffused illumination formed from a large number of virtual point light sources to a mask in an exposure region almost uniformly, and the illumination unit performs a diffuse illumination in a substantially uniform manner. Has an optical pupil that blocks at least a part of the zero-order diffracted light or the low-order diffracted light of the light transmitted through the mask, and forms a circuit pattern formed on the mask on the substrate in the exposure region on the substrate. With the provision of the reduction projection lens, it is possible to improve the contrast in which an extremely fine circuit pattern formed on the mask is image-transferred onto the substrate through the reduction projection lens, thereby realizing high-resolution exposure.
なお、本発明は、必ずしも、エキシマレーザ光を用いた投影式露光方法に限られるものでないことは明らかである。 It is apparent that the present invention is not necessarily limited to the projection type exposure method using excimer laser light.
本発明は、マスクパターンを転写する際、0次回折光と、回折光の光強度のアンバランスを回避できるため、従来通りの白黒のマスクパターンにより、位相シフタを用いたのと同等以上の分解能で露光できるという効果を有する。 The present invention can avoid imbalance between the 0th-order diffracted light and the light intensity of the diffracted light when transferring the mask pattern. Therefore, the conventional black-and-white mask pattern can be used with a resolution equal to or higher than that using a phase shifter. It has the effect that it can be exposed.
まず本発明の原理について、図1及び図7に基いて説明する。
即ち、本発明は、マスク上の回路パターンを結像手段(投影レンズ)により基板上に忠実に転写するというより、コントラストを向上させて転写するものである
。つまり、投影露光においては、必ずしも「回路パターンを正確に転写する」必要はなく、「基板(ウェハ)上に得たい回路パターンをコントラスト高く転写す
れば良い」という新しい技術思想に基づくものである。
First, the principle of the present invention will be described with reference to FIGS.
That is, in the present invention, a circuit pattern on a mask is transferred with an improved contrast rather than faithfully transferred onto a substrate by an imaging means (projection lens). That is, in the projection exposure, it is not always necessary to “transfer the circuit pattern accurately”, but it is based on a new technical idea that “the circuit pattern desired to be obtained on the substrate (wafer) should be transferred with high contrast”.
ところで、図1(a)は、ガラス基板101上にクロム102によりマスク回路パターン104が形成されたマスク100の断面図である。図1(b)の波形301は、マスク回路パターン104について、図4乃至図6に示す投影露光装置3000によって基板(ウエハ)200上に結像された結像パターンの強信号度分布である。この波形301を0次回折光による波形302と高次回折光による波形303に分けて考える。マスク回路パターン104が図1(a)に図示したような微細な回路パターン105の場合、0次回折光による波形302に対し
、高次回折光による波形303が小さいため検出される波形301はコントラストAM/AVは小さくなる。ここで、0次回折光を遮光することにより、波形302の成分を除けるため、検出波形は波形302のようなコントラストの高いものになる。
FIG. 1A is a sectional view of a
また、本発明のもう一つの原理について以下説明する。即ち、本発明は、このマスク上の隣合う回路パターンの位相を位相膜を用いずに、反転させようと(すなわちπずらそうと)するものである。図2及び図3に示すように、マスク(レティクル)100の隣合う回路パターン321(A)、323(B)の間の遮光
部が狭い場合には、完全に相補的な図形となり、該遮光部が有限の幅を持つ場合には、近似的に相補的になる。そしてマスク(レティクル)100の隣合う回路パターン321(A)、323(B)は、結像光学系(投影レンズ)3201に
より回折像面3203に、バビネ(Babinet)の原理により、フラウンホーファー回折像では、中央の1点(0次回折光)を除いて、光強度が等しく、位相がπずれることになる。この回折像面3203において、0次回折光以外の回折パターンでは隣合う回路パターン321(A)、323(B)からの光は位相
が反転し(πずれている)、該回折パターン(回折像面)上で遮光板324(結
像空間フィルター3302)により0次回折光の少なく一部を遮光することによって、基板200面(結像面)上に結像する光は、あたかも位相が反転している(πずれている)隣合うパターンからの光が結像しているのと等価になり、基板200上に高コントラストの極微細な回路パターン(ウエハ上で0.1μm程度又はそれ以下の極微細な回路パターン)を転写することができる。即ち、図2又は図3に示すように、回折像面で遮光板324(結像空間フィルター3302)により0次回折光の少なくとも一部を遮光することによって位相の反転した回折光のみが結像面に届くため、結像面からみると、あたかもマスク上に位相膜が形成されているように見える。この結果、位相シフタ法と同じ回路パターンをウエハ上に結像するようになり、結像面の強度分布は、図7に示す従来の縮小投影露光の場合と比較してウエハ200上に高コントラストの極微細な回路パターンが得られる。図7は、従来の縮小投影露光の場合を説明するための図であり、隣合う微細の回路パターン321、323の像は結像面においてコントラストが低くなっている。要するに、本発明に係る縮小投影露光の場合は、図2及び図3に示すように、図7に示す従来の縮小投影露光の場合と比較して結像面においてコントラストが高い極微細な回路パターン(ウエハ上で0.1μm程度又はそれ以下の極微細な回路パターン)が転写露光されることになる。
Further, another principle of the present invention will be described below. That is, in the present invention, the phase of an adjacent circuit pattern on the mask is intended to be inverted (that is, to be shifted by π) without using a phase film. As shown in FIGS. 2 and 3, when the light-shielding portion between the adjacent circuit patterns 321 (A) and 323 (B) of the mask (reticle) 100 is narrow, the light-shielding portion becomes a completely complementary figure. If the parts have a finite width, they will be approximately complementary. Circuit patterns 321 (A) and 323 (B) adjacent to the mask (reticle) 100 are applied to a
以下、図4に示した例について数式を用いて説明する。図4の例では、水銀ランプ3101から射出した光を集光レンズ3103により光源空間フィルター3301に集光し、コンデンサレンズ3106により、マスク100を照明する。
マスクを透過した光は、一部を結像空間フィルター3302により遮光され、結像レンズ3201によりウエハ200上に結像される。光源空間フィルター3301の形状をl(u,v)、マスク100上のパターンの形状をf(x,y)、結像空間フィルター3302の形状をa(u,v)とすると、ウエハ200での像の強度gp(x,y)は以下の(数1)式で算出される。
Hereinafter, the example shown in FIG. 4 will be described using mathematical expressions. In the example of FIG. 4, the light emitted from the
A part of the light transmitted through the mask is shielded by the imaging
(数1)式では、光源空間フィルター3103上の各(u,v)から射出した光は互
いに干渉しないため、結像面で強度を算出した後に積分している。ここで、久保田著、波動光学(岩波書店)によれば、一般に光学系の分解能は、光学系のレスポンス関数、あるいは光学的伝達関数(OTF、Optical Transfer Function)を用いて考えることができる。図4の例のレスポンス関数H(u,v)は、物体面上の
パターンf(x,y)、およびその像の強度gp(x,y)を用いて以下の(数2)式で、算出される。
In the expression (1), since the lights emitted from the respective (u, v) on the light source
図32、曲線351に算出した本光学系のレスポンス関数を示す。横軸は空間周波数sを示し、参考のために対応する結像レンズの開口数(NA=0.38の場合)を示している。縦軸は、0次の成分で正規化したレスポンス関数を示している。ここで、点355の位置は結像レンズの開口の大きさを示す。曲線352は
、従来の光学系すなわち光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302を用いない場合のレスポンス関数を示し、曲線353は位相シフト法による見かけ上のレスポンス関数を示し、曲線354はレーザ等コヒーレント光を用いた際のレスポンス関数を参考のために示している。従来法のレスポンス関数352は以下の(数3)式が示す位置s1までレスポンス関数が延びている。
FIG. 32 shows a calculated response function of the present optical system in a curve 351. The horizontal axis indicates the spatial frequency s, and for reference, the corresponding numerical aperture of the imaging lens (when NA = 0.38). The vertical axis indicates the response function normalized by the zero-order component. Here, the position of the
本発明による方法でも上記(数3)式に示す位置までレスポンス関数が延びている点では、従来の方法と同一であるが、曲線がNA0.2付近から0.6の位置まで安定した形状になっている。さらに本発明では、低周波成分のレスポンス関数を、後述するようなマスクパターンの形状の工夫により低下させることにより
、本発明のシステム全体のレスポンス関数を曲線356の形状にしている。正規化して示したのが曲線357であり、低周波成分から高周波成分まで広い帯域にわたって安定したレスポンス関数を有している。これにより、本発明により微細なパターンを高いコントラストで結像できることが示される。具体的には、例えば0.3μmのラインアンドスペースは点358の位置になり、このコントラストは、従来法ではC1になるが、本発明ではC2という高い値になる。本発明では、前記(数1)式を用いて算出したレスポンス関数を最適にするように光源空間フィルター3301および結像空間フィルター3302の形状を決定している
。以上のように、本発明により、低周波成分のレスポンス関数を小さくすることにより、相対的に高周波成分のレスポンス関数の値を大きくすることができる。
また、輪帯状の光源空間フィルタ−を用いることにより、前記(数3)式による帯域までレスポンス関数を延ばすことができる
。光源空間フィルタ−3301及び結像空間フィルタ−3302の大きさ及び幅はいずれも、前記(数2)式を用いてレスポンス関数を算出することにより最適化することができる。
The method according to the present invention is the same as the conventional method in that the response function extends to the position shown in the above equation (Equation 3), but the curve has a stable shape from the vicinity of NA 0.2 to the position of 0.6. Has become. Further, in the present invention, the response function of the low-frequency component is reduced by devising the shape of the mask pattern as described later, so that the response function of the entire system of the present invention has a
Further, by using the annular light source spatial filter, the response function can be extended to the band according to the above equation (3). Both the size and the width of the light source spatial filter-3301 and the imaging spatial filter-3302 can be optimized by calculating a response function using the above-described equation (2).
シミュレーションにより、ウエハ200での結像状況を算出して、マスク形状を確認する方法を後述するが、前記(数1)式が解析的には解けないため、前記(数1)式を基にして数値計算によって算出する。また、前記(数2)式で算出できるレスポンス関数を求め、以下の(数4)式により算出すると計算時間を短縮できる。
A method of calculating the image formation state on the
図33から図38に光源空間フィルター3301および結像空間フィルター3302の形状を決定する方法を説明する。本発明の光学系は、いわゆる部分的コヒーレンス結像の光学系であり、いわゆるレスポンス関数では十分説明できない
。部分的コヒーレンス結像の光学系については「ステッパの光学」(光学技術コ
ンタクト、Vol.27,No.12,pp.762−771)に説明されている。この概念を用い本発明の輪帯状光源、および輪帯状空間フィルターをもちいた光学系の結像特性を算出する。
33 to 38, a method for determining the shapes of the light source
この部分的コヒーレンス結像の結像特性は、光源形状と検出光学系の瞳面の形状との関係を示すTransmission Cross−Coefficient、T(x1,x2) という概念を用いて以下の(数5)式で算出される。さらに、上記「ステッパの光学」によれば、この光学系の結像特性(OTF、Optical Transfer Function)は最低次のTransmission Cross−Coefficient、T(x,0)によって近似的に決定される
。また、T(x,0)は光源形状と瞳面の形状の相関関数で示される。
The imaging characteristic of this partial coherence imaging is represented by the following (Equation 5) using the concept of Transmission Cross-Coefficient, T (x1, x2) indicating the relationship between the shape of the light source and the shape of the pupil plane of the detection optical system. It is calculated by the formula. Further, according to the above-mentioned "optical system of the stepper", the imaging characteristic (OTF, Optical Transfer Function) of this optical system is approximately determined by the lowest-order Transmission Cross-Coefficient, T (x, 0). T (x, 0) is represented by a correlation function between the shape of the light source and the shape of the pupil plane.
すなわち、複雑な(数5)式で示される部分的コヒーレント結像の特性は、光源形状と瞳面形状の相関関数という幾何の問題になる。図33に、光源空間フィルタ3301の光透過部3305、および結像空間フィルタ3302の光遮光部3306を示す。座標xのときの光源と瞳面の相関関数は図33の斜線部364の面積で示される。同様に、従来技術の光源と瞳面の相関関数を図34の斜線部365に示す。
That is, the characteristic of the partially coherent imaging represented by the complicated equation (5) is a geometrical problem of a correlation function between the shape of the light source and the shape of the pupil plane. FIG. 33 shows a
図37の曲線367に、図33の場合の相関関数、いいかえればTransmission
Cross−Coefficient、T(x,0)の算出値を示す。図34に示す従来の場合の相関関数、曲線366に比べて、高周波領域でその値が大きくなっている。すなわち、コントラストが増加する。この図37は、N.A.=0.38,σ=0.9の場合について計算したものである。また、図37の横軸には波長0.365ミクロンの場合に、各N.A.に相当する最小パターン寸法を示す。(例えば、
0.3はラインアンドスペース0.3ミクロンを意味する。)0.3ミクロンの
OTFは従来例の約2倍になっているのがわかる。
The
Shows the calculated value of Cross-Coefficient, T (x, 0). The value is larger in the high frequency region than the correlation function and the
0.3 means line and space 0.3 microns. It can be seen that the 0.3 micron OTF is about twice that of the conventional example.
また、図36および図37には、この光源空間フィルタ3301および結像空間フィルタ3302の形状設定の直感的理解を深め、設定を助けるための図を示す。図35(a)の斜線部Aは光源の外径と遮光部3306との相関関数を示し
、図35(b)の斜線部Bは光源の内径と遮光部3306との相関関数を示す。ま
た、図35(C)の斜線部Cは光源の透過部3305と光学系の最大瞳との相関関数を示す。最終的な光源形状と空間フィルターとの相関関数は、図36の斜線部367で示され、これは、上記のC−A+Bで求められる。このように相関関数を求めることにより、空間フィルタあるいは輪帯状照明の効果が直感的に理解でき、逆にこれらの形状を決定すれ際の助けになる。具体的には、輪帯状照明によって、中周波領域381に対して、高周波領域382の値が大きくなる。また
、低周波領域383が大きすぎるのに対し、空間フィルターの効果A部およびB部を航路刷ることにより、低周波領域の値をさらに低減している。このように、輪帯状照明、および空間フィルタの効果は直感的にも説明された。
FIGS. 36 and 37 are diagrams for deepening intuitive understanding of the shape setting of the light source
もちろん、この光源形状および空間フィルターの形状は、(数5)式を基にし
て、評価されるべきであり、近似的には、光源と空間フィルタの相関関数で評価されるべきものである。
Of course, the shape of the light source and the shape of the spatial filter should be evaluated based on the equation (5), and approximately should be evaluated by the correlation function between the light source and the spatial filter.
また、この輪帯状の光源は、可干渉性を高くできるため、光学系の深度を深くできる。ここで、輪帯状光源の帯幅が狭い程、光源の可干渉性が高くなるため焦点深度が上がり、輪帯状光源の輪帯の直径が大きいほど、空間コヒーレンス度が大きくなるため解像度が高くなる。 輪 Moreover, since the annular light source can increase the coherence, the depth of the optical system can be increased. Here, the narrower the band width of the annular light source, the higher the coherence of the light source, so the depth of focus increases, and the larger the diameter of the annular light source of the annular light source, the higher the degree of spatial coherence, and the higher the resolution. .
図39に、本発明で用いている輪帯状光源と輪帯状空間フィルターの効果について説明する。図39(a)には、結像レンズの瞳3301、瞳上に結像される光源の像3305a(0次回折光)、及びマスク100上にy方向に形成された
パターン(回路パターン)による光源の回折像3305b,3305cを示す。
光源が輪帯状の場合を図39(a)に示し、円形の場合を図39(b)に示す。
0次回折光を遮光するためのフィルターを斜線部371で示す。この斜線部371により光源の回折光3305b,3305cの一部でもある372も同時に遮光されることになるが、(a)の場合は10%から20%だけが遮光されている
が、(b)の場合は、40%以上は遮光されている。すなわち、0次回折光のみ
を効率よく遮光するという目的は、図39(a)の輪帯状の光源の方が効果的に達成される。つまり、輪帯状の光源の方が性能が上がる。ここで輪帯状光源の幅が小さいほど、遮光されてしまう回折光の比率が小さくなる。
FIG. 39 illustrates the effects of the annular light source and the annular spatial filter used in the present invention. FIG. 39A shows a
FIG. 39A shows a case where the light source has a ring shape, and FIG. 39B shows a case where the light source is circular.
A filter for blocking the 0th-order diffracted light is indicated by a hatched
また、本発明では、0次回折光の一部を遮光するため図40(a)に示したような光源の輪帯幅の30%程の狭さの輪帯幅を有する空間フィルター3306を用いているが、0次回折光の一部を遮光すれば良いわけであっる為、図40
(b)に示したような輪帯幅は光源とほぼ同じであって透過率を約70%程度にした空間フィルターを用いても良い。勿論、輪帯幅を光源の像の輪帯幅よりも小さくし、透過率を70%よりも下げたものをもちても良い。更に、ここでは0次回折光の遮光率をほぼ30%にした場合を示したが、遮光率は後で述べるように30%に限るものではない。更に、0次回折光の一部を遮光するために空間フィルター3306部を透過率は100%で使用波長での位相がπずれるような位相板を用いても良い。このようなフィルターも実質的に0次回折光の一部を遮光するフィルターになる。更には、偏光と偏光板を用いて遮光しても良い。
Further, in the present invention, a
As shown in (b), the width of the annular zone is almost the same as that of the light source, and a spatial filter having a transmittance of about 70% may be used. Of course, the ring width may be smaller than the ring width of the image of the light source, and the transmittance may be lower than 70%. Further, although the case where the light-shielding ratio of the 0th-order diffracted light is set to approximately 30% is shown here, the light-shielding ratio is not limited to 30% as described later. Further, in order to block a part of the zero-order diffracted light, a phase plate may be used in which the
更に、図50に示したように、透過率を約70%にしたフィルターの輪帯幅を
、光源の輪帯幅より大きくしても良い。このような構成することにより、0次回折光のみでなく、低次回折光の一部を遮光することができ、MTFカーブをより良くすることができる。また図40(a)に示した例も、図50の例のように低次回折光の一部を遮光する構成になっている。
Further, as shown in FIG. 50, the annular width of the filter having the transmittance of about 70% may be larger than the annular width of the light source. With such a configuration, not only the zero-order diffracted light but also a part of the low-order diffracted light can be shielded, and the MTF curve can be further improved. Also, the example shown in FIG. 40A is configured to block a part of the low-order diffracted light as in the example of FIG.
以上説明したように、0次回折光を効率よく遮光するためには、輪帯状の光源が効果を発揮し、輪帯の幅を小さくすると効果は大きくなる。ここで、輪帯状光源を小さな光源が輪帯状に並んだものと考えることができる。すなわちコヒーレントな点光源の集合体と考えることができる。そこで、図41に示したように点光源に近いような空間コヒーレンス度が0.1から0.3程度の光源375の集合として、これに対応する位置に光源375より小さな遮光版376を設置しても本発明の目的は達成される。透過率を下げた遮光版376を用いても良いことはいうまでもない。図41(a)には、輪帯状に並べた例を示す。さらに、この考え方を進めると、図41(b)に示すように輪帯状の形をしていなくても0次回折光の遮光は達成される。同時に、図41(c)に示すようにこのような光源と遮光版を何重かの輪帯として並べてもよい。また、図41(d)のように0次回折光の一部を遮光するために、対応する光源の一部に対してのみ遮光版を設置してもよい。
As described above, in order to efficiently block the 0th-order diffracted light, a ring-shaped light source is effective, and the effect increases when the width of the ring is reduced. Here, the annular light source can be considered as small light sources arranged in an annular shape. That is, it can be considered as an aggregate of coherent point light sources. Therefore, as shown in FIG. 41, a light-shielding
図42(a),(b)にはそれぞれ、光源の光強度分布と空間フィルタの透過
率を半径方向について示している。ここで、図42では、光強度分布および透過率分布共に矩形の分布を示しているが、図43に示したように、なだらかな分布を示していても問題ない。これは、OTFが、これらの相関関数で示されることを考えれば理解できる。すなわち、重複部分について、加重をとりながら積分していったのが相関関数であるため、なだらかな分布を示しても、相関関数の値は大きくは変わらない。いずれの場合も半径方向に等しい分布、同心円状の分布になっており、これが重要である。
42A and 42B show the light intensity distribution of the light source and the transmittance of the spatial filter in the radial direction, respectively. Here, FIG. 42 shows a rectangular distribution for both the light intensity distribution and the transmittance distribution. However, as shown in FIG. 43, there is no problem if a gentle distribution is shown. This can be understood by considering that the OTF is represented by these correlation functions. That is, since the correlation function is obtained by integrating weights with respect to the overlapped portion, the value of the correlation function does not change significantly even if a gentle distribution is shown. In each case, the distributions are equal in the radial direction and concentric distributions, and this is important.
ここで説明した光源が図43(a)のように分布をもってもよいということは
、図41(b),(c),(d)に示す光源の強度を中心になるに従って、小さ
くするような形であっても良いことを示している。このような実施例では、よりコヒーレンシーのない光源が作れると同時に低周波成分を更に小さくできるという効果を有する。
The fact that the light source described here may have a distribution as shown in FIG. 43 (a) means that the intensity of the light source shown in FIGS. 41 (b), (c) and (d) decreases as the center increases. Indicates that the shape may be used. Such an embodiment has the effect that a light source having less coherency can be produced and at the same time the low frequency component can be further reduced.
以上説明したように、本発明では、露光装置あるいはその他の結像光学系で0次回折光の一部を効率的に遮光するということが解像度向上及び焦点深度向上という目的を解決する手段である。ところが、0次回折光を効率的に遮光するためには、空間フィルターを配置するフーリエ変換面で0次回折光と回折光が重ならず、分かれている必要があり、このためには、照明光のコヒーレンシーが高くなければいけない。すなわち、点光源に近いことが望ましい。一方で、結像光学系の解像度を向上するためには、光源の空間コヒーレンス度すなわちσ値を大きくすることが望ましい。すなわち、大きな光源が望ましいということになる。つまり、点光源であって、大きな光源という相反することを両立させる必要がある。
この相反することを両立させるのが本発明の輪帯状光源と空間フィルタである。
これを効率的に満足させるためには小さな光源の集合体を用いることが一策である。さらに、この集合体を大きな輪帯状に配置すれば大きな光源という条件も満足する。すなわち、輪帯の幅を小さくすればコヒーレンシーが増し焦点深度が向上し、輪帯の半径を大きくすれば空間コヒーレンス度が増し解像度が向上する。
As described above, in the present invention, to effectively block a part of the 0th-order diffracted light with an exposure apparatus or another image forming optical system is a means for solving the objects of improving resolution and depth of focus. However, in order to efficiently shield the 0th-order diffracted light, the 0th-order diffracted light and the diffracted light need to be separated and not overlapped on the Fourier transform plane where the spatial filter is arranged. Coherency must be high. That is, it is desirable to be close to a point light source. On the other hand, in order to improve the resolution of the imaging optical system, it is desirable to increase the spatial coherence degree of the light source, that is, the σ value. That is, a large light source is desirable. In other words, it is necessary to balance the contradiction of a point light source and a large light source.
It is the annular light source and the spatial filter of the present invention that make these conflicts compatible.
In order to satisfy this efficiently, it is one measure to use an aggregate of small light sources. Further, if this assembly is arranged in a large annular shape, the condition of a large light source is satisfied. That is, if the width of the orbicular zone is reduced, coherency is increased and the depth of focus is improved, and if the radius of the orbicular zone is increased, the degree of spatial coherence is increased and the resolution is improved.
そこで、以上の0次回折光の一部を遮光しながら、輪帯の半径を大きくしていくと、空間フィルター3306の径が光学系の瞳と同じ程度の大きさになる条件が存在する。この条件が、0次回折光の一部を遮光し、輪帯状光源の大きさが最大になる条件である。すなわち、ある縮小投影レンズに関して、最大の解像度を得られる条件となる。図44(a),(b),(c)に、この実施例を示す。い
ずれも光源の大きさがレンズ瞳より大きくなっている。一般には光源の大きさを大きくすると焦点深度が浅くなり、リソグラフィには使用できないとされてきた
。しかしながら、すでに説明したように輪帯状の光源を用いることにより焦点深度を深くすることができるため、図44に示すような瞳より大きな光源を用いることができる。個の実施例も0次回折光の一部377を遮光する構成になっている。この構成のOTFも相関関数で現される。そこで、光源の大きさが瞳より小さい場合より、OTFの遮断周波数が延びるという効果がある。また、この構成の他の効果として高い精度が必要な縮小投影レンズを用いず大N.A.化が容易な照明系の改良のみで解像度を向上できる点がある。この実施例では、N.A.0.4のレンズを用いi線で概ね0.2μmのパターンを転写することができる
。
Therefore, if the radius of the orbicular zone is increased while blocking a part of the above zero-order diffracted light, there is a condition that the diameter of the
これらの0次回折光遮光の結像系で重要なことは、OTFカーブが緩やかに単調減少することである。図45に本発明のOTF378を示す。ここで、OTFが緩やかでなく、379のように波うっている場合、波の極小点付近でコントラストが低くなることになり、様々な空間周波数成分を持つ実際のLSIパターンではパターンが正しく転写しない。但し、特定の空間周波数成分のみから形成されている特殊なパターンではこの限りでなく、特定の空間周波数に対してだけコントラストを大きくすればよい。すなわち、MTFカーブが特定の幅Wbの範囲にある必要がある。このWbは、後述する転写シミュレータで算出した転写結果より算出されるべきものである。
What is important in these 0-order diffracted light shielding image forming systems is that the OTF curve gradually decreases monotonically. FIG. 45 shows an
従って、図44に示した光源が大きい場合にもこの緩やかに単調減少するOTFが必要になる。このことから、実際のLSIのパターンを転写する場合は、図44に示したように光源の内径と縮小投影レンズの瞳径の差と光源の外径と縮小投影レンズの瞳径の差がほぼ等しいのが望ましい。現実的な焦点深度を得るためには縮小投影レンズの瞳径と内径との比率が0.6以上有るのが望ましい。 Therefore, even when the light source shown in FIG. 44 is large, the OTF that gradually decreases monotonously is required. From this, when an actual LSI pattern is transferred, as shown in FIG. 44, the difference between the inner diameter of the light source and the pupil diameter of the reduction projection lens and the difference between the outer diameter of the light source and the pupil diameter of the reduction projection lens are almost equal. Desirably equal. In order to obtain a realistic depth of focus, it is desirable that the ratio between the pupil diameter and the inner diameter of the reduction projection lens be 0.6 or more.
また、図44(a)の例で、縮小投影レンズの瞳内の光源の0次回折光にあたる部分380の部分に適当な値の透過率をもつフィルタを配置しても良い。この場合、光源瞳外の部分377の幅を小さくでき、従って光源の大きさも小さくできる効果も有する
。また、逆に縮小投影レンズの瞳内の部分380の幅を377に対して太くできる。この場合光強度を大きくし易い広い帯域で安定したコントラストを保やすい等の効果を生む。
In the example of FIG. 44A, a filter having an appropriate transmittance may be disposed in a
更に、輪帯の光源の外径を、縮小投影レンズの瞳の外径と同じ大きさにしても本発明の目的をある程度達成することができる。但し、図44(a)に示す構成は、縮小投影レンズの瞳に空間フィルタを入れなくして、0次回折光の一部をカットすることができるため、構成が単純であり、実施しやすいという効果を有する。 Further, the object of the present invention can be achieved to some extent even if the outer diameter of the light source of the annular zone is the same as the outer diameter of the pupil of the reduction projection lens. However, the configuration shown in FIG. 44A is advantageous in that the configuration is simple and easy to implement because a part of the zero-order diffracted light can be cut without inserting a spatial filter in the pupil of the reduction projection lens. Having.
さらに、図47に示したように、図44の光源のさらに外側に輪帯状光源378を設置することにより解像度はさらに向上する。この図47に示した光源を実施した例を図48に示す。このようにN.A.を大きくした光源はレンズ系では難しいためレーザ光源3121、ビーム走査手段3122、リング状ミラー3123、3124を用いた構成としている。この実施例の場合、i線のN.A.0
.4のレンズを用い、0.15μmが解像できる。
Further, as shown in FIG. 47, the resolution is further improved by installing the annular
. 0.15 μm can be resolved using the lens No. 4.
なお、本実施例も0次回折光の一部を遮光している点で、本発明の基本思想と何等変わるところはない。 The present embodiment also has no difference from the basic idea of the present invention in that a part of the zero-order diffracted light is shielded.
次に、本発明に係るパターン転写系(縮小投影露光光学系)3000の一実施例について、図4乃至図6に基いて説明する。即ち、パターン転写系(縮小投影露光光学系)3000では、Hgランプ3101からの光のうち、波長365nmのi線を色フィルタ3102により選択的に透過させ、集光レンズ3103により、インテグレータ3104の面に集光される。インテグレータ3104内の各エレメント3107(図9)に入射した光が、個々に射出角αとして射出し、コンデンサレンズ3106により、マスク100上を照明する。ここで、インテグレータ3104については後述する。光源空間フィルター3301として仮想の多数の点光源を配列した形の輪帯状に形成してインテグレータ3104の出力端付近に設置される。
Next, an embodiment of a pattern transfer system (reduction projection exposure optical system) 3000 according to the present invention will be described with reference to FIGS. That is, in the pattern transfer system (reduction projection exposure optical system) 3000, of the light from the
そして、マスク100上のマスク回路パターン104(例えば図20に示す。
)を透過・回折した光は、結像レンズ(縮小投影レンズ)3201及び該結像レンズ3201の瞳の付近に設置された結像空間フィルター3302を通して、ウエハ(基板)200200上に高コントラストを有するウエハ回路パターン204(例えば図18に示す。)として結像転写される。
Then, a
) Has high contrast on the wafer (substrate) 200200 through an imaging lens (reduction projection lens) 3201 and an imaging
ところで、仮想の多数の点光源を配列した形の輪帯状に形成された光源空間フィルター3301の像が、コンデンサレンズ3106及び結像レンズ(縮小投影レンズ)3201により輪帯状に形成された結像空間フィルター3302の位置に結像する関係になっている。本実施例での光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302の結像関係を図13及び図14に示す。光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302とも輪帯状の形状をしている。
光源空間フィルター3301は、外径DLO,内径DLIの輪帯部3305の光源を形成するようになっており、輪帯部3305の内側、外側とも遮光される。
結像空間フィルター3302は、外径DLO,内径DLIの輪帯部3306が遮光されており、輪帯部3306の内側、外側とも光を透過する構造になっている
。なお、結像レンズ(縮小投影レンズ)3201の入射部を3205で示し、出射部を3206で示す。
By the way, the image of the light source
The light source
The imaging
ここで、結像空間フィルタ3302は結像レンズ3201の前側の位置3202であっても、結像レンズの後側の位置3204であっても、また結像レンズ内の瞳の位置3203であっても良い。設計上最も効果の良好なのは位置3203の場合であり,コストが最も低くかつ効果の十分にでるのは位置3204の場合である。図11に位置3204に結像空間フィルター3302を載置した結像レンズ3201の斜視図を示す。結像空間フィルター3302は金属板で形成しているため支持棒3311で支持している。この支持棒3311は少ないほどまた細いほど良いのは言うまでもない。また図12には、ガラス基板3312上に遮光膜3313を形成することにより形成された結像空間フィルター3302の例を示す。この場合、支持棒3311は不用であるが、ガラス基板3312による収差の分を考慮して結像レンズ3201を設計する必要がある。
Here, the imaging
ここで、光源空間フィルター3301、結像空間フィルター3302間の結像倍率をMとすると、図13に示すように光源空間フィルター3301の外径であるDLI、結像空間フィルター3302の外径であるDIO、結像空間フィルター3302の内径であるDII間の関係については後述する。要するに、0次回折光の一部ないし全部が遮光されれば、高コントラストでマスク上の微細な回路パターンをウエハ上に結像させることができる。
Here, assuming that the imaging magnification between the light source
このように、光源空間フィルター3301のDLO,DLIはもとより、結像空間フィルター3302のDIO,DIIについて、液晶表示素子等の可変空間フィルターに構成するか、それぞれ異なる寸法の空間フィルターを複数備えてそれらを交換することによって、空間フィルターの輪帯状の寸法を制御することが可能である。
As described above, in addition to the DLO and DLI of the light source
次に本発明の投影露光システムの全体の一実施例を図8乃至図17に基づいて説明する。 Next, an embodiment of the entire projection exposure system of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、パターンデータ生成系1000について説明する。
First, the pattern
パターンデータ生成系1000において、配線データ作成部1102は、設計データ等の配線図面データ1101に基づいて、基板(ウェハ)200上に形成したいウェハパターン形状データ1103が形成される。パターン変換部1104は、このウエハパターン形状データ1103を基にして、マスク(レティクル
)100上に形成したいマスクパターン形状データ1105に変換する。この際
、パターン転写シミュレータ1108は、パターン変換部1104で変換されたマスク100上のマスクパターンが、配線データ作成部1102によって形成されたウエハパターン形状データ1103と、光源空間フィルター3301の輪帯部3305の外径DLO、内径DLI等の設定条件、及び結像空間フィルター3302の輪帯部3306の外径DIO、内径DII等の設定条件とに基づいて、実際パターン転写光学系3000で基板200上に露光した際のウェハパターン形状データ1103と近似的に一致するかどかがチェックされ、パターン変換部1104にフィードバックされ、修正されると共に、ウエハパターン形状データ1103に合った空間フィルターの最適形状(輪帯部3305の外径DLO、内径DLI等、輪帯部3306の外径DIO、内径DII等)を求め、その結果を空間フィルター制御系3305を介して光源空間フィルター制御部(調整部)3303及び結像空間フィルター制御部(調整部)3304に導き、光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302の形状を制御(調整)する。パターン生成部1106は、パターン変換部1104によって変換されたマスクパターン形状データ1105に基づいて電子線描画装置2103に合うEBデータ1107に変換する。
In the pattern
次に、マスク製作系2000について説明する。即ち、マスク製作系2000において、成膜装置2101は、マスク基板101上に金属クロムあるいは、酸化クロムあるいは、金属クロムと酸化クロムの複数の積層膜202を形成する。
塗布装置2101は、成膜装置2101によって形成されたマスク基板101上にレジスト膜203を塗布する。そして、電子線描画装置2103は、パターン生成部1106から生成されるEBデータ1107に従い、マスクパターン形状データ1105と同一の回路パターンを描画して形成する。この後、現像装置2104により、マスク基板201上の回路パターンを現像してマスク100は完成する。完成したマスク100は、パターン検査装置2106において検出された画像データとマスクパターンデータ1103又はウエハパターンデータ1105又は転写シミュレータ1108からのデータと比較してパターン検査し、不良があればイオンビーム加工装置等で構成されたパターン修正装置2105で修正し、最後に異物検査装置2107でマスク100上の異物の検査をする.異物があれば洗浄装置2108で洗浄する。ここで、本発明によるマスク100は、例えば図20に示すように、1層の膜102で形成できるので、位相シフタのマスクに比べて洗浄し安いという特徴を有する。また、該マスク100を位相シフタのマスクに比べて容易に製造することができる。また、上記パターン検査装置2105では、検出された画像データと、マスクパターンデータ1103又はウエハパターンデータ1105又は転写シミュレータ1108からのデータのいずれと比較しても良い。ただし、パターン検査装置2105の光源及び結像光学系を本発明に係るパターン転写系(縮小投影露光系)3000と等価にして、ウエハパターンデータ1105と比較検査するのが、最も効果的である。即ち、パターン検査装置2105は、パターン転写系(縮小投影露光系)3000と等価の光学系で構成し、マスクステージ3401上に検査すべきマスク100を設置し、ウエハ(基板)200が設置される位置に受光素子を配置して受光素子上に結像される画像を検出するようにすればよい。このようにパターン検査装置2105を構成することによって、実際ウエハ上に投影露光される極微細な回路パターン(ウエハ上で0.1μm程度又はそれ以下の極微細な回路パターン)と同じ回路パターンが光の干渉に影響を受けることなく、受光素子から高コントラストの画像信号として検出することができ、その結果ウエハパターンデータ1105と比較検査することにより、微細な回路パターンでも、正確に検査することができる
。
Next, the
The coating device 2101 applies the resist
次に本発明の重要な構成であるパターン転写系(縮小投影露光光学系)3000について説明する。即ち、パターン転写系3000では、Hgランプ3101からの光のうち、波長365nmのi線を色フィルタ3102により選択的に透過させ、集光レンズ3103により、インテグレータ3104の面に集光される
。インテグレータ3104内の各エレメント3107(図9)に入射した光が、個々に射出角αとして射出し、コンデンサレンズ3106により、マスク100上を照明する。ここで、図9及び図10のそれぞれにインテグレータ3104の異なった実施例の構成を示す。図9には、インテグレータ3104の断面が輪帯状の場合を示す。また図10には、輪帯状の形状を遮光板3105によって形成したインテグレータ3104の実施例を示す。要するに空間フィルタの役目をするものであれば、即ち輪帯状に遮光機能を有するものであれば、他の構成であってもよいことは明らかである。なお、上記のように構成された光源空間フィルタ3301のDLI、DLOは、可変空間フィルタに構成するか、それぞれ異なる寸法の空間フィルタを複数備えてそれらを交換することによって制御できるようにして、光源空間フィルター制御部(調整部)3303からの指令で制御または調整できるようにすることが望ましい。そうしないと、非常に自由度の面で制約を受けることになる。
Next, a pattern transfer system (reduced projection exposure optical system) 3000 which is an important configuration of the present invention will be described. That is, in the
ここで、本実施例では、光源面に遮光版を置いた場合総合的な露光量が減ることになる。従って、光源の光強度を大きくする必要がある。ところが従来のランプでは光強度を大きくすることが難しかった。ファイバー照明用ストロボ光源が平成3年秋季応用物理学会学術講演会11p−ZH−8、山本他「ファイバー照明用ストロボ光源の開発研究」に開示されている。ここで開示されているようなストロボ光源は従来露光装置には使用されていなかった。しかしながら、光強度を十分得る必要がある本発明ではこのようなランプを用いる事は効果的である。
さらに、この光源は光源の径が大きいため本発明に適している。
Here, in this embodiment, when a light-shielding plate is placed on the light source surface, the total exposure amount is reduced. Therefore, it is necessary to increase the light intensity of the light source. However, it has been difficult for conventional lamps to increase the light intensity. A strobe light source for fiber illumination is disclosed in "Applied Physics Society of Japan Fall Meeting 1991, 11p-ZH-8", Yamamoto et al., "Development research of a strobe light source for fiber illumination". A strobe light source as disclosed herein has not been used in an exposure apparatus. However, it is effective to use such a lamp in the present invention in which it is necessary to obtain a sufficient light intensity.
Furthermore, this light source is suitable for the present invention because of its large diameter.
また、本発明の図44に示す実施例では、図49に示すような光ファイバーを用いたインタグレーターが効果的である。この光ファイバーを用いたインテグレーターは、多数の光ファイバー380を束ねたものである。光の導入面3131は光源3101からの光を集光し安いように円形であり、光の射出面は輪帯状になるように光ファイバーの束を束ねなおしたものである。このように光ファイバーを用いることにより、水銀ランプ等の円形の光源形状を有する光源を用い、輪帯状の光源を効率的に作成できる。さらに、光ファイバーを用いることでインテグレーター3104をフルキシブルに作成できるため、熱源である光源を温度制御が必要な装置本体から離して設置できるという効果がある。
In the embodiment shown in FIG. 44 of the present invention, an intagrator using an optical fiber as shown in FIG. 49 is effective. The integrator using this optical fiber is obtained by bundling a large number of
ここで、図49に示したファイバーの束を、固着せずにばらばらの状態にしておき、外径、内径を可変にできる構成にしておくと良い。このような可変機構は光源空間フィルター制御機構3303により制御される。
Here, it is preferable that the bundle of fibers shown in FIG. 49 be separated without being fixed, so that the outer diameter and the inner diameter can be changed. Such a variable mechanism is controlled by the light source spatial
そして、マスク100上のマスクパターン104(図15)を透過・回折した光は、結像レンズ3201及び結像空間フィルタ3302を通して、ウェハ200上にウェハパターン204(例えば図18に示す。)として結像する。
Then, the light transmitted and diffracted through the mask pattern 104 (FIG. 15) on the
ここで、結像空間フィルタ3302は結像レンズ3201の前側の位置3202であっても、結像レンズの後側の位置3204であっても、また結像レンズ内の瞳の位置3203であっても良い。設計上最も効果の良好なのは位置3203の場合であり、コストが最も低くかつ効果の十分にでるのは位置3204の場合である。図11に位置3204に結像空間フィルター3302を載置した結像レンズ3201の斜視図を示す。結像空間フィルター3302は金属板で形成しているため支持棒3311で支持している。この支持棒3311は少ないほどまた細いほど良いのは言うまでもない。また図12には、ガラス基板3312上に遮光膜3313を形成することにより形成された結像空間フィルター3302の例を示す。この場合、支持棒3311は不用であるが、ガラス基板3312による収差の分を考慮して結像レンズ3201を設計する必要がある。
Here, the imaging
ここで、光源空間フィルター3301の像がコンデンサレンズ3106、結像レンズ3201により結像空間フィルター3302の位置に結像する関係になっている。本実施例での光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302の結像関係を図13及び図14に示す。光源空間フィルター及び結像空間フィルターとも輪帯状の形状をしており、光源空間フィルター3301は、外径DLO、内径DLIの輪帯部3305を有し、輪帯部3305の内側、外側とも遮光される。結像空間フィルター3302は、外径DIO、内径DIIの輪帯部3306が遮光されており、輪帯部3306の内側、外側とも光を透過する構造になっている。光源空間フィルター3301、結像空間フィルター3302間の結像倍率をMとすると、DLO,DLI,DIO,DII間には次式(数6)の関係がある。
Here, the image of the light source
DIO = M・δ・DLO
DII = M・ε・DLI
M・DLI≦DII≦DIO≦M・DLO ・・・(数6)
ここで,δ,εは、係数であり、次式(数6)を満たす。
DIO = M · δ · DLO
DII = M · ε · DLI
M · DLI ≦ DII ≦ DIO ≦ M · DLO (Equation 6)
Here, δ and ε are coefficients and satisfy the following equation (Equation 6).
0.7 ≦ δ ≦ 1.0
1.0 ≦ ε ≦ 1.3 ・・・(数7)
尚、これら係数は、上記の式(数7)を満たすときに本発明の効果が最も顕著に現れる。しかしながら、必ずしもこれらの式を満たす必要はなく、0次回折光の一部ないし全部が遮光されれば良い。
0.7 ≦ δ ≦ 1.0
1.0 ≦ ε ≦ 1.3 (Equation 7)
When these coefficients satisfy the above equation (Equation 7), the effect of the present invention appears most remarkably. However, it is not always necessary to satisfy these expressions, and it is only necessary that part or all of the zero-order diffracted light be shielded.
また、δ及びεを設定するに当たり、パターン転写シミュレータ1108により最もコントラストの高い空間フィルターのδ及びεの値が選定される。
In setting δ and ε, the
図23にδ及びεの値を変えたときのコントラストをしめす。この図によればδが0.8εが1.1の時最も良好なコントラストが得られる。しかし、この値の時のみ良好なコントラストが得られるものでないことは図23から明らかである。 FIG. 23 shows the contrast when the values of δ and ε are changed. According to this figure, the best contrast is obtained when δ is 0.8ε and 1.1. However, it is clear from FIG. 23 that good contrast cannot be obtained only at this value.
ここで結像レンズ(縮小投影光学系)3200の射出側3204の開口数をNAO、同じ3204の位置での光源の像を投影したものの開口数をNALとする
。ここでNAL/NAOを空間コヒーレンス度σと定義する。図24に、このσとコントラストの関係を示す。σが0.9程度の時最も良好なコントラストが得られている。しかし、σが0.9より多少ズレたとしても、高コントラストは得られる。
Here, the numerical aperture of the
本発明の目的が最も顕著に達成されるのは、図13に示した光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302を用いた場合であるが、本発明の目的は0次回折光の一部あるいは全部を遮光することによって達成されるため、図14から図17に示した空間フィルターを用いても高コントラストの回路パターンをウエハ上に結像させることができる。図14から図17に示した空間フィルターでは、図に示した斜線部が遮光部である。
The object of the present invention is most remarkably achieved when the light source
なお、パターン転写系3000は、Hgランプ3101、色フィルター3102、集光レンズ3103、インテグレータ3104及びコンデンサレンズ3106より構成される光源部3100と、結像レンズ3201より構成される結像光学系3200と、光源空間フィルター3301、結像空間フィルター3302、光源空間フィルター3301を制御する光源空間フィルタ制御部(調整部)3303、結像空間フィルター3302を制御する結像空間フィルタ制御部(調整部
)3304並びにパターン転写シミュレータ1108から得られるDLO,DLI,DIO,DII等の指令信号に基いて光源空間フィルタ制御部(調整部)3303、結像空間フィルタ制御部(調整部)3304及び位置決めマーク検出部3403に制御信号を送出して全体を制御する全体制御部3305より構成される空間フィルター制御系(調整系)3300と、マスク100を載置するマスクステージ3401、ウエハ200を載置するウェハステージ3402、ウエハ上の位置決めマークを検出する位置決めマーク検出部3403、位置決めマーク検出部3403からの指令でマスクステージ3304を制御するマスクステージ制御系3404及び位置決めマーク検出部3403からの指令でウエハステージ3402を制御するウエハステージ制御系3405より構成される位置決め部3400とにより構成される。
The
上記構成により次のように動作する。即ち、マスク製作系2000で製作されたマスク100は、マスクステージ3401に載置され、光源部3100により照明される。マスク100から透過、光源部3100内の光源空間フィルター3301からの0次回折光の一部が、結像空間フィルター3302により遮光され
、高次回折光と0次回折光の一部が結像光学系(縮小投影レンズ)3200を通してウエハ200上に回路パターンを結像する。
The following operation is performed by the above configuration. That is, the
ここで、空間フィルターとして図13に示したように、仮想の多数の点光源を配列して形成した輪帯状のものを用いているのは光源に可干渉性を持たせるためである。干渉性は、時間的なものと空間的なものの2つある。この時間的可干渉性は光源の波長の帯域であり、帯域の短い光ほど干渉性が高い。空間的干渉性は
、光源の大きさであり、本発明では、光源空間フィルター3301の大きさに当たる。ところが、干渉性を上げるために光源の大きさを小さくすると、光源の光強度が小さくなってしまい露光時間が長くなり、露光のスループットが落ちる。
Here, as shown in FIG. 13, as the spatial filter, a ring-shaped one formed by arranging a large number of virtual point light sources is used in order to make the light source have coherence. There are two types of coherence, temporal and spatial. The temporal coherence is the wavelength band of the light source, and the shorter the band, the higher the coherence. The spatial coherence is the size of the light source, and corresponds to the size of the light source
そこで、輪帯状の光源空間フィルター3301を用いると、この結像位置にできた光源空間フィルター3301の像は0次回折光である。つまり、輪帯状の空間フィルター3301を用いることにより強度の強い、且つ干渉性のある光源を実現できる。これは、位相差顕微鏡において白色光から可干渉光を得るのに輪帯状の空間フィルターを用いるのと同一のものであり、久保田著、波動光学(岩波書店)に示されている。
Therefore, when the annular light source
光源空間フィルター3301が輪帯状の形状をしているのには、もう一つの理由がある。先に説明したように、転写したいウエハ上パターンの寸法とその寸法のパターンを最もコントラスト高く転写する光源の空間コヒーレンス度との間には図に示したような関係がある。そこで、転写したいパターンの寸法(ピッチ)に合わせて空間コヒーレンス度を決定すると本発明の効果は、顕著に現れる。光源空間フィルター3301および結像空間フィルター3302を輪帯上に形成することで、空間コヒーレンス度すなわち輪帯の大きさを制御し安い。しかしながら、輪帯状光源と空間フィルターの輪帯半径(空間コヒーレンス度)はできる限り大きい方が解像度は向上することはいうまでもない。
There is another reason that the light source
また、本発明では、輪帯状光源も空間フィルターも同心円としている。同心円状にすることによって、MTFが転写すべき回路パターンに対して方向性を持たせなくできる。様々な方向の回路パターンを有するLSI回路パターンを転写する際にはMTFが方向性を持たないことが重要である。更に同心円のフィルターは、図17に示すような非同心円のフィルターに比べ、レンズに複雑な収差が入りにくいという効果を持つ。 Also, in the present invention, both the annular light source and the spatial filter are concentric circles. The concentric shape makes it possible to make the circuit pattern to be transferred by the MTF have no directionality. When transferring an LSI circuit pattern having circuit patterns in various directions, it is important that the MTF has no directionality. Further, the concentric filter has an effect that it is difficult for a lens to have complicated aberrations as compared with a non-concentric filter as shown in FIG.
以上の効果は、0次回折光と高次回折光の強度のバランスをとれれば達成できるので、結像空間フィルター3302を省き、光源空間フィルター3301のみでもやや低いが達成することができる。逆に、光源空間フィルター3301を省き、結像空間フィルター3302のみでも上記効果はやや低いものが達成することができる。
Since the above effects can be achieved if the intensity of the 0th-order diffracted light and the higher-order diffracted light are balanced, the imaging
次にパターンの形成方法について、更に具体的に図18〜図22を用いて説明する。即ち、以上説明したように、本発明の目的は、光源空間フィルター3301及び結像空間フィルター3302を用いることにより達成できるが、以下説明するようにマスクパターン104を工夫することで更に本発明の効果を向上させることができる。
Next, a method of forming a pattern will be described more specifically with reference to FIGS. That is, as described above, the object of the present invention can be achieved by using the light source
図25はマスク100上に形成する等しいピッチのラインスペースパターンのライン幅(光透過)を変えた時の結像光学系3200でウエハ200上に投影された回路パターンのコントラストを示したものである。図25に示すようにコントラストはライン幅が小さくなると大きくなる。つまりライン幅を小さくするとよい。ここでライン幅を小さくすると光強度は小さくなるため、露光時間を長くする必要がでて来る。そこで、マスク100上に形成する回路パターンのライン幅は、回路パターンを転写するのに必要なコントラストと露光時間とのかねあいで決定されるものである。
FIG. 25 shows the contrast of the circuit pattern projected on the
従って、本発明による露光方法では、マスクパターン104を形成するライン幅は一定にすることが望ましい。そのため、幅の広いウエハパターン204を形成したい場合は、工夫がいる。ここでこのライン幅が一定にできず広くなった場合、結像面での光強度が周辺のライン幅が一定のパターンに対し大きくなり、レジスト現像後の転写パターンの形状が本来得ようとする回路パターンと大きくかけ離れたものとなってしまう。これは、一部に光強度の大きい回路パターンがあった場合、ここから回り込む光による影響と考えられる。
Therefore, in the exposure method according to the present invention, it is desirable that the line width for forming the
この広い回路パターンを正しく形成するには、光強度を周辺のライン幅一定の回路パターンと同じ光強度で形成する必要がある。この広い回路パターンの形成方法を図を用いて説明する。結像光学系3200を用いて回路パターンを転写する際、結像光学系の分解能より十分小さい回路パターンは解像できず、均一なものとして結像される。上記の広い回路パターンを結像する際は、この現象を利用する。即ち、本光学系の分解能以下の微細パターンを図20、21に105、106、108で示すようにマスク100上に形成することで図18、19に示すように広い回路パターンをウエハ200上に転写することができる。
正 し く In order to correctly form this wide circuit pattern, it is necessary to form the light intensity with the same light intensity as the peripheral circuit pattern having a constant line width. A method for forming this wide circuit pattern will be described with reference to the drawings. When a circuit pattern is transferred using the imaging optical system 3200, a circuit pattern sufficiently smaller than the resolution of the imaging optical system cannot be resolved and is formed as a uniform image. This phenomenon is used when imaging the wide circuit pattern. That is, by forming a fine pattern having a resolution lower than the resolution of the present optical system on the
図26はラインスペースパターンのピッチを変えた時のコントラストを示したものである。図26のようにコントラストはピッチが小さくなると小さくなる。
つまりピッチを小さくするとコントラストがほぼ0になる位置331がある。広い回路パターンの全面を白くしたい場合、この331の位置のピッチのパターンを用いるとよい。具体的には、解像したいパターンのピッチの1/2程度のパターンが最も良い。このピッチの時、広い回路パターンの光強度が最小パターンの光強度と同程度になる。
FIG. 26 shows the contrast when the pitch of the line space pattern is changed. As shown in FIG. 26, the contrast decreases as the pitch decreases.
That is, there is a position 331 where the contrast becomes almost zero when the pitch is reduced. When it is desired to make the entire surface of a wide circuit pattern white, a pattern having a pitch of 331 is preferably used. Specifically, a pattern of about 1/2 of the pitch of the pattern to be resolved is best. At this pitch, the light intensity of the wide circuit pattern is almost equal to the light intensity of the minimum pattern.
具体的には、図18に示したようなウエハパターン204を得ようという場合
、図20に示したようなマスクパターンを製作し、ネガレジストを使用するか、図21に示したようなマスクパターンを製作し、ポジレジストを使用すればよい
。この場合、光を透過させたいパターン105、106、107、108は、図22に示したようなピッチの小さいパターンによって形成される。また、これら105、106、107、108のように広い範囲にわたって光を透過させたい場合のマスクパターン104は、パターン変換部1104で自動生成され、必要に応じパターン転写シミュレータ1108でシミュレートされる。
Specifically, to obtain a
ここでの1/2ピッチのパターンはX方向あるいはY方向の一方のみ1/2ピッチであれば良い。もちろんX,Y両方向が1/2ピッチの格子パターンであっても良いのは言うまでもない。またピッチは必ずしも1/2である必要はなく、ウエハパターン204上で光強度が必要十分になる他のピッチであっても良い。
パ タ ー ン The pattern of the half pitch here may be a half pitch only in one of the X direction and the Y direction. Of course, it goes without saying that the X and Y directions may be a half-pitch grid pattern. Further, the pitch does not necessarily need to be 、, and may be another pitch that makes the light intensity on the
以上の方法により、極微細な回路パターンと大きな回路パターンとが混在したマスクの場合であっても1回の縮小投影露光で転写することができる。しかしながら、極微細な回路パターンと大きな回路パターンを2回以上の縮小投影露光で転写する場合は、以上の方法による必要はなく、ライン幅の一定なパターンのみでパターン104を形成できる。この場合は、パターン変換部1104などのシステムが不用になるという効果を有する。
According to the method described above, even in the case of a mask in which an extremely fine circuit pattern and a large circuit pattern are mixed, the transfer can be performed by one reduced projection exposure. However, when an extremely fine circuit pattern and a large circuit pattern are transferred by two or more reduction projection exposures, the above method is not necessary, and the
以上説明したように、本発明による方法では、位相シフタを配置する必要がないのでパターン変換部1104での処理が簡単であり、時間を省き、間違いを減らすという効果がある。
As described above, in the method according to the present invention, there is no need to dispose a phase shifter, so that the processing in the
また、本実施例では、一定のライン幅の回路パターンを基本としてマスクパターンを変換したが、メモリなど繰り返し部の多い回路パターンでは、転写シミュレータ1108でシミュレーションしながら最適なウエハパターン204を得られるようなマスクパターン104を求めても良い。つまりメモリセルごとに転写シミュレータ1108でマスクパターン104を求めるわけである。
Further, in the present embodiment, the mask pattern is converted based on a circuit pattern having a constant line width. However, in a circuit pattern having a large number of repetitive portions such as a memory, an
次にマスクパターンのウェハ上の転写メカニズムについて、図1、図2、図3を用いて説明する。図1(a)は、ガラス基板101上にクロム102によりマスクパターン104が形成されたマスク100の断面図である。図1(b)の波形301は、マスクパターン104の結像パターンの強信号度分布である。波形301は0次回折光による波形302と高次回折光による波形303に分けて考えれる。マスクパターン104が図示したような微細なパターン105の場合、0次回折光による波形302に対し高次回折光による波形303が小さいため検出される波形301はコントラストAM/AVは小さくなる。ここで、0次回折光を遮光することにより、波形302の成分を除けるため,検出波形は波形302のようなコントラストの高いものになる。
Next, the transfer mechanism of the mask pattern on the wafer will be described with reference to FIGS. 1, 2, and 3. FIG. FIG. 1A is a cross-sectional view of a
また、バビネの原理によれば、0次回折光以外の回折パターンでは隣合うパターンからの光はあたかも隣合うパターンの位相が反転している(πずれている)ように見えることになる。つまり、回折パターン上で0次回折光を遮光すれば、ウエハ面上に結像する光は、あたかも位相が反転している(πずれている)隣合うパターンからの光が結像しているのと等価になる。この技術思想に基いて図2及び図3に示すように回折像面で遮光板324(結像空間フィルター3302)により0次回折光の少なくとも一部を遮光することによって図2及び図3に示すように位相の反転した回折光のみが結像面に届くため、結像面の強度分布はコントラストの高いものになる。 According to Babinet's principle, in a diffraction pattern other than the zero-order diffraction light, light from an adjacent pattern appears as if the phase of the adjacent pattern is inverted (shifted by π). In other words, if the 0th-order diffracted light is blocked on the diffraction pattern, the light that forms an image on the wafer surface is formed by the light from an adjacent pattern whose phase is inverted (shifted by π). Is equivalent to Based on this technical idea, as shown in FIGS. 2 and 3, at least a part of the 0th-order diffracted light is shielded by a light shielding plate 324 (imaging spatial filter 3302) on the diffraction image plane, as shown in FIGS. Since only the diffracted light whose phase has been inverted reaches the image plane, the intensity distribution on the image plane has a high contrast.
次にコントラスト向上メカニズムについて説明する。即ち、一例として、図27に示したマスク上に形成された回路パターンの転写結果を図28に示し、図29にピッチPITを変えたときのコントラストの変化を示す。従来の縮小投影露光方法では、342で示すようにコントラストがパターンサイズが極微細するに従って急激に落ちるのに対して、本発明による縮小投影露光方法では、341に示すようにコントラストが落ちないのが分かる。 Next, the mechanism for improving the contrast will be described. That is, as an example, FIG. 28 shows a transfer result of the circuit pattern formed on the mask shown in FIG. 27, and FIG. 29 shows a change in contrast when the pitch PIT is changed. In the conventional reduction projection exposure method, the contrast sharply decreases as the pattern size becomes extremely fine as indicated by 342, whereas in the reduction projection exposure method according to the present invention, the contrast does not decrease as indicated by 341. I understand.
図30に本発明による縮小投影露光方法の焦点深度の評価例を示す。本発明によれば、343で示すように、コントラストは±1.5μmの範囲で約80%以上の値を示している。従来の縮小投影露光方法では、344で示すように、焦点ずれによりコントラストが急激に落ちている。このことは、本発明によりレジスト膜厚の厚いレジストに対応でき、結果として、高いアスペクト比でレジストによるウエハパターンを形成できることを示している。この結果、エッチング時にレジストの持ちがよく高アスペクト比のパターンを形成できる。 FIG. 30 shows an evaluation example of the depth of focus of the reduction projection exposure method according to the present invention. According to the present invention, as indicated by 343, the contrast shows a value of about 80% or more in a range of ± 1.5 μm. In the conventional reduced projection exposure method, as indicated by 344, the contrast sharply drops due to defocus. This indicates that the present invention can cope with a resist having a large resist film thickness, and consequently can form a wafer pattern using the resist with a high aspect ratio. As a result, a pattern having a good aspect ratio and a high aspect ratio can be formed during etching.
同様に図38に、本発明の焦点深度362と位相シフタ法の焦点深度363を示す。両者はほぼ一致し、本発明の焦点深度362は、従来の方法の焦点深度361に比べて、十分に良好な結果を示している。
Similarly, FIG. 38 shows the depth of
図31に光源としてi線より短波長のエキシマレーザを用いたいわゆるエキシマステッパの実施例を示す。この実施例によれば、光源空間フィルター3301の位置に輪帯状の形状になるようにエキシマレーザ光を走査することで、光源空間フィルター3301の効果が達成できる。この実施例によれば、光源空間フィルター3301の形状は、走査部を制御することで容易に制御することができる
。即ち、この実施例は、図8に示す実施例の光源部3100に、さらに波長の短いKrF(ふっ化クリプトン)等のガスを用いたエキシマレーザを用いた例である。このようにさらに短い波長の光を用いることでさらに微細な回路パターンを転写することができる。この実施例では、他の波長のレーザを用いても良いことは言うまでもない。この実施例の光源部3100は、エキシマレーザ3111、シャッター3108、ビームエキスパンダ3112、Xガルバノミラー3113
、Yガルバノミラー3114、インテグレータ3104、インテグレータ冷却手段3120、コンデンサレンズ3106より構成され、空間フィルター部3300は、走査制御系3311、液晶表示素子3312、液晶制御系3313より構成され、図8に示す実施例の光源空間フィルター調整系3303はXガルバノミラー3113、Yガルバノミラー3114、走査制御系3311に当たる
。ここで、インテグレータ冷却手段3120は、エキシマレーザの光がインテグレータに集中することによるインテグレータの温度の上昇を防ぐものであり、具体的には、冷却水を循環するものでもあるいは冷却用の窒素ガス等を吹き付けるものであってもよい。その他の構成要素は、図8に示す実施例に準じる。即ち、この実施例では、光源空間フィルター3301の位置はインテグレータ3104の位置になり、光源空間フィルター調整部3303内のXガバノミラー3113およびYガルバノミラー3114を走査することにより光源空間フィルター3301と同形上の輪帯状の光源を作る。また、結像空間フィルター3302は、図8に示す実施例で説明したように0次回折光の一部あるいは全部を遮光する形状に液晶制御系3313により輪帯状の遮光部が液晶表示素子3312上に形成される。従って、液晶表示素子3303の分解能は上記の輪帯状の形状を形成できるに必要十分な精度を持つ必要がある。また、結像空間フィルターを形成できれば良いわけであり、液晶表示素子でなくても他の例えば始めから、輪帯状に遮光するように形成された金属板であっても、ガラス上に輪帯上の遮光膜を形成したものであってもよい。
FIG. 31 shows an embodiment of a so-called excimer stepper using an excimer laser having a wavelength shorter than i-line as a light source. According to this embodiment, the effect of the light source
, Y galvanometer mirror 3114,
さらに、本実施例では、エキシマレーザ光は、結像空間フィルター3302上では1点に光は集光する。光源空間フィルター上で輪帯上に走査することによってはじめて,結像空間フィルター上で輪帯状の形状になる。そこで、光源空間フィルター上の走査に合わせて、結像空間フィルター上では各点上のみ遮光すれば
、本発明の目的は達成できる。これにより、光を遮光し過ぎないので、露光時間を短くできスループットを上げることができるという効果がある。ところで、マスク100をマスクステージ3401上に載置し、マスクステージ制御系3404によりマスクステージ3401を制御してマスク100を基準位置に位置決めし、その後ウエハ100上のアライメントマークの位置は、位置決めマーク検出部3403により検出され、該検出信号に基いてウエハステージ制御系3405によりウエハステージ3402を制御し、マスク100とウエハ200とを位置合わせする。位置合わせ後、シャッター3108が開き、光源空間フィルター調整部3303により輪帯状の光源を作ることにより、マスク100が照明され、ウエハ200上にマスクパターンが転写されウエハパターンが形成される。
Further, in this embodiment, the excimer laser light is focused on one point on the imaging
この実施例では、エキシマレーザ3111からの光が強い干渉性を持つためこの干渉性を適度な値に落とす必要があり、光源空間フィルター3301上に輪帯状の光源を作ることにより、同時に達成されるという効果もある。
In this embodiment, since the light from the
特に本発明においては、露光フィールド内(露光領域内)で一様な照明ができれば良く、仮想の多数の点光源を配列して形成された輪帯状照明を必ずしも同時に照明する必要はなく、複数に時分割して実現しても、前記実施例のように走査することによって実現してもよいことは明らかである。また、多数の点光源を配列して形成された輪帯状照明を複数に分割して実現しても良いことは明らかである。 In particular, in the present invention, uniform illumination within the exposure field (in the exposure area) is sufficient, and it is not always necessary to simultaneously illuminate annular illumination formed by arranging a large number of virtual point light sources. Obviously, the present invention may be realized by time division or by scanning as in the above-described embodiment. Also, it is obvious that the annular illumination formed by arranging a large number of point light sources may be realized by being divided into a plurality.
以上説明したように、本発明は、大きい回路パターン部と小さい回路パターン部を2回に分けて露光することも可能である。更に、マスク上の回路パターンの少なくとも一部(一部あるいは全部)に、位相シフタを配置したマスクを用いることもできる。この場合、輪帯光源を用いることで、レチクルに入射する照明光の入射角度の中心値が大きくなるため、位相シフタによる位相ズレをπとするためには、位相シフタの厚さを多少薄くする必要が有る。この値は入射角度θを用いて算出される。 As described above, according to the present invention, a large circuit pattern portion and a small circuit pattern portion can be exposed twice. Further, a mask in which a phase shifter is arranged at least partially (partly or entirely) of the circuit pattern on the mask can be used. In this case, since the central value of the incident angle of the illumination light incident on the reticle is increased by using the annular light source, the thickness of the phase shifter is slightly reduced in order to set the phase shift by the phase shifter to π. There is a need. This value is calculated using the incident angle θ.
(2m+1)π=(d/cosθ)・(n/λ)・2π (数8)
但し、mは整数、dは位相シフタの厚さ、nは位相シフタの屈折率、λは露光波長である。
(2m + 1) π = (d / cos θ) · (n / λ) · 2π (Equation 8)
Here, m is an integer, d is the thickness of the phase shifter, n is the refractive index of the phase shifter, and λ is the exposure wavelength.
このように、本発明は、従来技術の露光装置、或いは位相シフタ等を組み合わせて用いることにより、様々な回路パターンに対応が可能になる等の新しい効果を生むものである。 As described above, the present invention produces new effects such as being able to cope with various circuit patterns by using a combination of a conventional exposure apparatus or a phase shifter.
また、本発明を実施するにあたっては、レチクルに照射される光の入射角度が大きくなるため、マスク上のクロム等の回路パターンの厚さが問題になる。つまり、照射角度によっては、マスク上のクロム等の回路パターンの厚さによる影ができてしまうためである。従って、本発明を実施する上で、正確な転写パターン寸法を得るためには、マスク上のクロム等の回路パターンの厚さが薄い方が望ましい。従って、クロム等の回路パターンの厚さをdm、転写パターンの許容値を
pc とすると(数9)式を満たす必要が有る。
Further, in practicing the present invention, the incident angle of light applied to the reticle becomes large, so that the thickness of the circuit pattern such as chrome on the mask becomes a problem. That is, depending on the irradiation angle, a shadow due to the thickness of the circuit pattern such as chrome on the mask may be formed. Therefore, in the practice of the present invention, in order to obtain an accurate transfer pattern dimension, it is desirable that the thickness of the circuit pattern such as chrome on the mask be thin. Therefore, when the thickness of the circuit pattern of chrome or the like is dm and the allowable value of the transfer pattern is pc, it is necessary to satisfy Expression (9).
dm≦pc/l (数9)
但し、lは縮小投影レンズの縮小率である。
これを実現するためには、クロムよりも透過率の低い他の材料でマスクをパターニングする必要がある。しかし、照明の入射角度による寸法変化を考慮してマスクの回路パターンの寸法を決定すれば、上記課題を低減することができる。
dm ≦ pc / l (Equation 9)
Here, 1 is a reduction ratio of the reduction projection lens.
To achieve this, it is necessary to pattern the mask with another material having a lower transmittance than chromium. However, if the size of the circuit pattern of the mask is determined in consideration of the dimensional change due to the incident angle of illumination, the above problem can be reduced.
更に、マスクの透過部に、使用している入射角度で入射する光束の透過率が最大になるようなコーティングを施すと、露光量が大きくなり、露光に要する時間を短縮することができる。 (4) Further, if the transmission portion of the mask is provided with a coating that maximizes the transmittance of the light beam incident at the used incident angle, the exposure amount increases, and the time required for exposure can be reduced.
また、
なお、本発明は、前記の如く波動性を利用しているので、電子線、X線を用いた露光装置に適用可能であることは明らかである。
Also,
Since the present invention utilizes wave nature as described above, it is apparent that the present invention can be applied to an exposure apparatus using an electron beam or X-ray.
1000…パターン生成系、2000…マスク製作系、3000…露光系
3101…Hgランプ、3104…インテグレータ、3301…光源空間フィルタ(輪帯状)100…マスク、3201…結像レンズ、3302…結像空間フィルタ、200…ウェハ
1000: pattern generation system, 2000: mask production system, 3000: exposure system 3101: Hg lamp, 3104: integrator, 3301: light source spatial filter (ring-shaped) 100: mask, 3201: imaging lens, 3302: imaging spatial filter , 200 ... wafer
Claims (7)
光源から発射された光から輪帯状の2次光源を形成し、
該形成された輪帯状の2次光源から出射した光を前記パターンが形成された基板に照射し、
該光が照射された前記基板を撮像して該基板の画像を得、
該撮像して得た画像を参照画像と比較することにより前記パターンの欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン検査方法。 A method for inspecting a pattern formed on a substrate, comprising:
Forming an annular secondary light source from the light emitted from the light source,
Irradiating the substrate on which the pattern is formed with light emitted from the formed annular secondary light source,
Imaging the substrate irradiated with the light to obtain an image of the substrate,
A pattern inspection method for detecting a defect in the pattern by comparing the image obtained by the imaging with a reference image.
光源からレーザを発射し、
該発射されたレーザの光路を変換して2次光源を形成し、
該形成した2次光源から出射したレーザを前記基板に照射し、
該レーザが照射された前記基板のパターンからの回折光による回折光像を撮像し、
該撮像して得た回折光学像を参照画像と比較することにより前記パターンの欠陥を検出する
ことを特徴とするパターン検査方法。 A method for inspecting a pattern formed on a substrate, comprising:
Fire a laser from the light source,
Transforming the optical path of the emitted laser to form a secondary light source;
Irradiating the substrate with a laser emitted from the formed secondary light source,
Imaging a diffracted light image by diffracted light from the pattern of the substrate irradiated with the laser,
A pattern inspection method for detecting a defect of the pattern by comparing the diffracted optical image obtained by the imaging with a reference image.
The pattern inspection method according to claim 6, wherein the annular secondary light source is formed by scanning light emitted from the light source in an annular shape using a pair of galvanomirrors.
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