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JPH0756318A - Pattern forming method and mask used for the same - Google Patents

Pattern forming method and mask used for the same

Info

Publication number
JPH0756318A
JPH0756318A JP20744593A JP20744593A JPH0756318A JP H0756318 A JPH0756318 A JP H0756318A JP 20744593 A JP20744593 A JP 20744593A JP 20744593 A JP20744593 A JP 20744593A JP H0756318 A JPH0756318 A JP H0756318A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
mask
substrate
light
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP20744593A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Akira Imai
彰 今井
Akiyoshi Shigeniwa
明美 茂庭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP20744593A priority Critical patent/JPH0756318A/en
Publication of JPH0756318A publication Critical patent/JPH0756318A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide an exposing method which obviates the generation of pattern projection movement occurring in defocusing by changing the progressing direction of illuminating light of a specific region among patterns and illuminat ing this region diagonally with the optical axis of a projecting optical system. CONSTITUTION:The short wavelength light emitted from a light source 1 consisting of a mercury lamp, etc., illuminates a mask 3 which is a first substrate via a condenser lens 2. This mask 3 is placed on a reticule stage 6. This reticule stage 6 is driven by a reticule stage driving means 19 and is so positioned that the central position of the mask 3 aligns to the optical axis of a projecting lens 7. The patterns 5 drawn on the mask 3 are projected via the projecting lens 7 onto a wafer 8 which is a second substrate. A prism-shaped transparent optical element 4 which bends the direction of the illuminating light is arranged in order to diagonally illuminate only the specific region on the mask 3. The quantity at which the projected images moves according to defocusing is thus corrected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路等の製
造に必須の光リソグラフィに係り、特に、微細パターン
の転写方法及びそこに用いるマスクに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical lithography essential for manufacturing semiconductor integrated circuits and the like, and more particularly to a method for transferring a fine pattern and a mask used therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路等のパターンの形成に
は、リソグラフィ技術と呼ばれるマスク上に描かれたパ
ターンを試料基板(ウェハ)上に転写する方法が広く採
用されている。このパターン転写を行うために、一般に
は、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投影型
の投影露光装置が用いられる。
2. Description of the Related Art A method called a lithography technique for transferring a pattern drawn on a mask onto a sample substrate (wafer) is widely used for forming a pattern of a semiconductor integrated circuit or the like. In order to perform this pattern transfer, a reduction projection type projection exposure apparatus that reduces and transfers the pattern on the mask is generally used.

【0003】近年、半導体集積回路等のパターンの微細
化が進むに伴って、投影露光装置には、解像力が高く微
細なパターンの転写が可能であることが要求されてい
る。一般に、投影レンズの開口数(NA)が大きいほ
ど、あるいは露光の波長が短いほど解像力は向上する。
しかし、NAの極端な向上は焦点深度の低下を招き、実
用上不都合を生じる。また、露光の短波長化も、要求さ
れるパターンの一層の微細化に対して対応できる光源が
無く、更にレンズ材料やレジスト材料の制約の面から限
界に近づいてきているのが現状である。
With the recent miniaturization of patterns in semiconductor integrated circuits and the like, projection exposure apparatuses are required to have high resolution and capable of transferring fine patterns. Generally, the larger the numerical aperture (NA) of the projection lens or the shorter the wavelength of exposure, the higher the resolution.
However, an extreme increase in NA causes a decrease in the depth of focus, which is a practical disadvantage. In addition, there is no light source capable of coping with the further miniaturization of the required pattern, and the short wavelength of exposure is approaching the limit in view of restrictions of lens materials and resist materials.

【0004】そこで、現状の投影露光装置を用いて、か
つ従来の解像限界を超える微細パターンを転写する試み
が為されている。特公昭62−50811 号公報には、マスク
自体に露光の位相差を与える工夫を導入することによ
り、解像力および焦点深度が大幅に向上することが示さ
れている。この技術は、マスク上の光透過部の一個おき
に透過光の位相をほぼ180度変化させる透明薄膜を設
けることにより、特に周期パターンに対して極めて有効
に作用する。一方、実際の回路パターンに適用する際
に、一個おきに透明薄膜を設けなければならないという
パターンレイアウトの制約を回避する手法として、マス
ク透過光の位相を0度,120度,240度の三種を導
入する方法が第53回応用物理学会学術講演会予稿集N
o.2,p.477(1992)に記載されている。
Therefore, an attempt has been made to transfer a fine pattern exceeding the conventional resolution limit using the current projection exposure apparatus. Japanese Patent Publication No. 62-50811 discloses that the resolution and the depth of focus are greatly improved by introducing a device for imparting a phase difference of exposure to the mask itself. This technique is extremely effective particularly for a periodic pattern by providing a transparent thin film that changes the phase of transmitted light by approximately 180 degrees at every other light transmitting portion on the mask. On the other hand, when applied to an actual circuit pattern, as a method of avoiding the restriction of the pattern layout in which every other transparent thin film must be provided, three types of phases of the mask transmitted light are 0 degrees, 120 degrees, and 240 degrees. The introduction method is the proceedings of the 53rd JSAP Academic Lecture N
o.2, p. 477 (1992).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】特公昭62−50811 号公
報に開示されているマスクを用いると、投影露光装置に
は何ら変更を加えること無く従来の解像力を実質的に超
えた微細パターンを転写することができる。特に、マス
ク全面にわたって周期性のある微細パターンが描かれて
いる場合はその効果を充分に発揮する。しかし、周期性
の少ない一般的なパターンに対しては、位相差を与える
パターンを適切に配置する手法を示してはいない。
When the mask disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-50811 is used, a fine pattern which substantially exceeds the conventional resolution can be transferred without any change in the projection exposure apparatus. can do. Particularly, when a periodic fine pattern is drawn over the entire surface of the mask, the effect is sufficiently exhibited. However, it does not show a method for appropriately arranging a pattern giving a phase difference for a general pattern having a small periodicity.

【0006】一方、第53回応用物理学会学術講演会予
稿集No.2,p.477(1992)に記載されている技
術では、パターン配置が複雑になっても位相シフタの配
置がしやすくなる。しかし、上記に示すような三種類の
位相を与える光透過部が並んで配置されている場合、ウ
ェハ表面が投影レンズの結像面からずれると、すなわ
ち、デフォーカスの状態では、転写されるパターンの結
像位置が面内で移動するという問題がある。この現象
は、第40回応用物理学関係連合講演会予稿集No.2,
p.606(1993)に記載されており、デフォーカス
が生じるとパターン位置精度が劣化することを意味して
いる。したがって、位相差を導入するマスクを用いて解
像力と焦点深度を向上させても、パターン転写位置精度
の面から焦点深度が制約されていた。
On the other hand, in the technique described in Proceedings of the 53rd Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics No. 2, p. 477 (1992), the phase shifter can be easily arranged even if the pattern arrangement becomes complicated. . However, when the light transmitting portions that give the three types of phases as described above are arranged side by side, when the wafer surface deviates from the image plane of the projection lens, that is, in the defocused state, the pattern to be transferred is transferred. However, there is a problem that the image forming position of is moved in the plane. This phenomenon is described in Proceedings of the 40th Joint Lecture on Applied Physics No.2.
p.606 (1993), it means that the pattern position accuracy deteriorates when defocus occurs. Therefore, even if the resolution and the depth of focus are improved by using a mask that introduces a phase difference, the depth of focus is limited in terms of the pattern transfer position accuracy.

【0007】本発明の目的は、少なくとも三種類の位相
を与える光透過部が並んで配置されたマスクを用いる露
光法を採用しても、デフォーカスに起因したパターン投
影像移動が生じない露光方法およびマスクを提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide an exposure method in which pattern projection image movement due to defocus does not occur even if an exposure method using a mask in which light transmitting portions that give at least three types of phases are arranged side by side is adopted. And to provide a mask.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題は、例えば、マ
スク上の三種類の位相を与える光透過部が並んで配置さ
れている領域に、デフォーカスとともに投影像が移動す
る量を補正するようにパターンを予め露光光学系の光軸
に対して斜めに照明することにより達成される。マスク
上の特定領域のみを斜めに照明するためには、前記定領
域の上方に照明光の照射方向を曲げるプリズム状の透明
光学素子を配置すればよい。前記透明光学素子は、マス
クの上面を直接加工して凹凸を形成したものを用いても
よいし、マスクとは異なる透明な部材をマスク上方に近
接あるいは密着させて配置したものを用いてもよい。
The above-mentioned problem is, for example, to correct the amount of movement of a projected image with defocus in a region on a mask where light transmitting portions for giving three kinds of phases are arranged side by side. The pattern is previously illuminated obliquely to the optical axis of the exposure optical system. In order to obliquely illuminate only a specific area on the mask, a prism-shaped transparent optical element that bends the irradiation direction of the illumination light may be arranged above the fixed area. The transparent optical element may be one in which the upper surface of the mask is directly processed to form irregularities, or one in which a transparent member different from the mask is arranged close to or in close contact with the mask may be used. .

【0009】[0009]

【作用】マスクの透過光に位相差を与えると、パターン
を投影する投影レンズの見かけ上の分解能が向上し、よ
り微細なパターンも転写可能となる。この原理は特公昭
62−50811 号公報に記載されている。すなわち、図7に
示すように、マスク上の遮光部30の中に微細幅の光透
過部31−1〜31−5,32−1〜32−5が並んで
配置されている場合、光透過部32−1〜32−5に透
過光の位相を180度変化させると、パターン投影像のコ
ントラストが向上する。しかし、光透過部のパターン形
状が複雑で、たとえば図8に示したパターンの場合、も
はやすべてのパターンに対して隣接する光透過部に18
0度の位相差を与えるというルールを適用することはで
きない。すなわち、図8に示す例ではパターン35−1
と36−1、またパターン37−1と38と35−2は
互いに隣接していながら透過光の位相が同一であるとい
う矛盾が生じている。
When the phase difference is given to the transmitted light of the mask, the apparent resolution of the projection lens for projecting the pattern is improved and a finer pattern can be transferred. This principle is
62-50811. That is, as shown in FIG. 7, when the light-transmitting portions 31-1 to 31-5 and 32-1 to 32-5 having a fine width are arranged side by side in the light-shielding portion 30 on the mask, the light transmission is reduced. When the phase of the transmitted light is changed by 180 degrees in the parts 32-1 to 32-5, the contrast of the pattern projection image is improved. However, the pattern shape of the light transmitting portion is complicated. For example, in the case of the pattern shown in FIG.
The rule of giving a 0 degree phase difference cannot be applied. That is, in the example shown in FIG.
And 36-1, and patterns 37-1, 38, and 35-2 are adjacent to each other, but the phase of the transmitted light is the same.

【0010】このような場合、第53回応用物理学会学
術講演会予稿集No.2,p.477(1992)に記載さ
れている技術によって、図9に示すように、三種類の位
相を導入すると矛盾が解消される。光透過部のパターン
40−1,40−2,40−3に対して、パターン4
2,44−1,44−2,46−1,46−2は120
度の位相差を与え、パターン41,43−1,43−
2,45−1,45−2は240度の位相差を与える。
ここで、図9に示す線A−Aに沿った断面を考えると、
この断面内にあるパターンが与える位相は左から右に向
かって順に0度,120度,240度と周期的に並んで
いる。
In such a case, three types of phases are introduced as shown in FIG. 9 by the technique described in Proceedings of the 53rd Japan Society of Applied Physics Academic Lecture No. 2, p. 477 (1992). Then the contradiction is resolved. For the patterns 40-1, 40-2, 40-3 of the light transmitting portion, the pattern 4
2, 44-1, 44-2, 46-1, 46-2 is 120
The phase difference, the patterns 41, 43-1, 43-
2, 45-1 and 45-2 give a phase difference of 240 degrees.
Here, considering the cross section along the line AA shown in FIG.
The phases given by the patterns in this cross section are arranged in order from 0 to 120, and 240 degrees periodically from left to right.

【0011】このときのパターン投影像光強度分布は、
図10に示すように合焦点位置での像位置に対して、デ
フォーカス状態で得られる像の位置が移動する。この現
象は、第40回応用物理学関係連合講演会予稿集No.
2,p.606(1993)に記載されている。特に、完
全なコヒーレント照明条件下では、周期的に並ぶ光透過
部のピッチをL,照明光の波長をλ,デフォーカス量を
Zとすると、上記投影像の位置の移動量δは、
The pattern projection image light intensity distribution at this time is
As shown in FIG. 10, the position of the image obtained in the defocused state moves with respect to the image position at the in-focus position. This phenomenon is described in Proceedings of the 40th Joint Lecture on Applied Physics No.
2, p.606 (1993). In particular, under perfect coherent illumination conditions, if the pitch of the light transmitting portions arranged periodically is L, the wavelength of the illumination light is λ, and the defocus amount is Z, the movement amount δ of the position of the projected image is

【0012】[0012]

【数1】 δ=(λZ)/(6L) (数1) である。通常の露光装置は部分コヒーレント照明である
が、その部分コヒーレント照明の度合いを表わすパラメ
ータ(コヒーレンスファクタと称す)σの値によってδ
は図11に示すように変化する。一方、図9に示す線B
−Bに沿った断面を考えると、この断面内にあるパター
ンが与える位相は左から右に向かって順に240度,1
20度,0度であり、線A−Aに沿ったパターンとは逆
である。この場合、投影像位置の移動量δは逆向きの量
を与える。露光装置の公称の焦点深度内といえどもこれ
らの移動量が大きくなるとパターン位置精度が劣化する
ことになるので、マスクパターンに位相差を導入しても
実際の焦点深度は制限される。
## EQU1 ## δ = (λZ) / (6L) (Equation 1) An ordinary exposure apparatus uses partial coherent illumination, but δ is determined by the value of a parameter (called a coherence factor) σ representing the degree of the partial coherent illumination.
Changes as shown in FIG. On the other hand, the line B shown in FIG.
Considering the cross section along −B, the phases given by the patterns in this cross section are 240 degrees, 1 from left to right.
They are 20 degrees and 0 degrees, which is the opposite of the pattern along the line AA. In this case, the amount of movement δ of the projected image position gives an opposite amount. Even if it is within the nominal depth of focus of the exposure apparatus, since the pattern position accuracy is deteriorated if the amount of movement of these increases, the actual depth of focus is limited even if the phase difference is introduced into the mask pattern.

【0013】以上の投影像位置の移動は次のように説明
される。図5に示すように遮光部5の有無で定義される
パターンのうち、透明薄膜21−1,21−2で120
度の位相差を与え、透明薄膜22−1,22−2で24
0度の位相差を与える周期パターンを考える。このと
き、マスクパターンを照明する光20はパターン部で回
折されて、パターンの基本空間周波数ν0 を表わす回折
光23,24となる。
The above-mentioned movement of the projected image position will be explained as follows. As shown in FIG. 5, the transparent thin films 21-1 and 21-2 have 120
Phase difference of 24 degrees, and the transparent thin films 22-1 and 22-2
Consider a periodic pattern that gives a phase difference of 0 degrees. At this time, the light 20 illuminating the mask pattern is diffracted by the pattern portion to become diffracted lights 23 and 24 that represent the fundamental spatial frequency ν 0 of the pattern.

【0014】このときの回折角θ1,θ2は異なる値を有
するので、投影レンズの瞳27上に形成される回折像2
8,29は図6に示すように投影レンズの瞳27の中心
に対して非対称になる。この非対称性がデフォーカスに
依存した投影像位置の移動を引き起こす。ただし、基本
空間周波数ν0 なる本パターンは投影レンズ7の解像限
界より微細なパターンとしている。もし位相差を導入し
なければ、回折像が投影レンズの瞳27の外側のν=−
ν0,ν0なる位置に形成されるのでパターン転写は不可
能となる。
Since the diffraction angles θ 1 and θ 2 at this time have different values, the diffraction image 2 formed on the pupil 27 of the projection lens 2
As shown in FIG. 6, 8 and 29 are asymmetric with respect to the center of the pupil 27 of the projection lens. This asymmetry causes the movement of the projected image position depending on the defocus. However, this pattern having the fundamental spatial frequency ν 0 is a finer pattern than the resolution limit of the projection lens 7. If the phase difference is not introduced, the diffraction image is ν = − outside the pupil 27 of the projection lens.
[nu 0, pattern transfer because it is formed in [nu 0 a position becomes impossible.

【0015】このような非対称性を避けるには、パター
ン部を予め投影レンズの光軸に対して斜めに照明し、回
折角θ1とθ2とが同一になるようにすればよい。
In order to avoid such asymmetry, the pattern part may be previously illuminated obliquely with respect to the optical axis of the projection lens so that the diffraction angles θ 1 and θ 2 are the same.

【0016】図2に示すような、マスク上に配置するプ
リズム状の透明光学素子は、その下側にあるマスクパタ
ーンを斜めに照明する役割を果たす。斜めに照明する入
射角はプリズム状の透明光学素子の表面の傾斜角φ0
よって決めることができる。前述のように、コヒーレン
スファクタσによって最適な傾斜角は変化するが、σ=
0の場合のφ0 は次のように定められる。いま、パター
ン部を斜めに照明する照明光の入射角をφ1 ,プリズム
状の透明光学素子の屈折率をnとすると、sinφ0=nsi
n(φ0−φ1)なる関係が成立する。角度φ0,φ1はいず
れも小さく、nの値は1.5 程度なので、φ0とφ1との
間の関係は近似的に次のように表わされる。
The prism-shaped transparent optical element arranged on the mask as shown in FIG. 2 plays a role of obliquely illuminating the mask pattern below it. The angle of incidence for oblique illumination can be determined by the inclination angle φ 0 of the surface of the prism-shaped transparent optical element. As described above, the optimum tilt angle changes depending on the coherence factor σ, but σ =
In the case of 0 , φ 0 is defined as follows. Now, assuming that the incident angle of the illumination light that obliquely illuminates the pattern portion is φ 1 and the refractive index of the prism-shaped transparent optical element is n, sin φ 0 = nsi
The relationship n (φ 0 −φ 1 ) holds. Since the angles φ 0 and φ 1 are both small and the value of n is about 1.5, the relationship between φ 0 and φ 1 can be approximately expressed as follows.

【0017】[0017]

【数2】 φ0=3φ1 (数2) 図6に示す回折像28,29を対称な配置とするには、
回折像28,29をν0/6に相当する分だけ移動させ
ればよい。そのための照明光の入射角φ1は、マスク上
での光透過部のピッチをL′として、
The Equation 2] φ 0 = 3φ 1 (number 2) diffraction pattern 28, 29 shown in FIG. 6 in a symmetrical arrangement,
It may be moved by the amount corresponding the diffraction image 28, 29 [nu 0/6. The incident angle φ 1 of the illumination light therefor is L ′, where the pitch of the light transmitting portions on the mask is

【0018】[0018]

【数3】 φ1=λ/(6L′) (数3) である。数2と数3とからプリズム状透明光学素子の表
面の傾斜角φ0の値は
Φ 1 = λ / (6L ′) (Equation 3) From the equations 2 and 3, the value of the inclination angle φ 0 of the surface of the prismatic transparent optical element is

【0019】[0019]

【数4】 φ0=λ/(2L′) (数4) と設定すればよい。## EQU4 ## φ 0 = λ / (2L ') (Equation 4) may be set.

【0020】[0020]

【実施例】図1を用いて本発明のパターン形成方法を実
現する投影露光装置の構成を説明する。水銀ランプ等か
らなる光源1から発する短波長光は、コンデンサレンズ
2を介して第一の基板であるマスク3を照明する。以
下、マスク3をレティクルと称する。レティクル3は、
レティクルステージ6上に載置される。レティクルステ
ージ6はレティクルステージ駆動手段19によって駆動
され、レティクル3の中心位置が投影レンズ7の光軸と
一致するように位置決めされている。レティクル3に描
かれたパターン5は、投影レンズ7を介して第二の基板
であるウェハ8上に投影される。尚、レティクル3上に
は後述する照明光に対して透明な光学素子4が設けられ
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a projection exposure apparatus for realizing the pattern forming method of the present invention will be described with reference to FIG. Short-wavelength light emitted from a light source 1 such as a mercury lamp illuminates a mask 3, which is a first substrate, via a condenser lens 2. Hereinafter, the mask 3 is referred to as a reticle. Reticle 3 is
It is placed on the reticle stage 6. The reticle stage 6 is driven by the reticle stage driving means 19 and is positioned so that the center position of the reticle 3 coincides with the optical axis of the projection lens 7. The pattern 5 drawn on the reticle 3 is projected on the wafer 8 which is the second substrate through the projection lens 7. An optical element 4 that is transparent to illumination light, which will be described later, is provided on the reticle 3.

【0021】ウェハ8は、投影レンズ7の光軸方向、す
なわち、Z方向に移動可能なZステージ13上に載置さ
れ、さらにXY面内に移動可能なXYステージ14上に
搭載されている。Zステージ13およびXYステージ1
4は、システム制御系18で制御されたそれぞれの駆動
手段16,17によって駆動されるので、投影レンズ7
に対して所望の露光位置に移動可能である。その位置
は、Zステージ13に固定されたミラー11の位置とし
て、レーザ測長器12で正確にモニタされている。ま
た、ウェハ8の表面のZ方向の位置は、光源9から発し
た長波長の光を斜入射するように照明し、その反射光を
検出器10で検出することによって計測される。以上の
検出結果に応じてパターン転写の際にウェハ8が停止す
べき位置を求め、XYステージ14,Zステージ13の
移動により逐次位置決めしていく。
The wafer 8 is mounted on a Z stage 13 movable in the optical axis direction of the projection lens 7, that is, the Z direction, and further mounted on an XY stage 14 movable in the XY plane. Z stage 13 and XY stage 1
4 is driven by the respective drive means 16 and 17 controlled by the system control system 18, so that the projection lens 7
Can be moved to a desired exposure position. The position is accurately monitored by the laser length measuring device 12 as the position of the mirror 11 fixed to the Z stage 13. The position of the surface of the wafer 8 in the Z direction is measured by illuminating the long-wavelength light emitted from the light source 9 so as to be obliquely incident, and detecting the reflected light with the detector 10. The position at which the wafer 8 should be stopped at the time of pattern transfer is determined according to the above detection result, and the XY stage 14 and the Z stage 13 are moved to sequentially position the wafer.

【0022】図2は、本発明の一実施例になる透明光学
素子4が設けられている部分を拡大して示したレティク
ル3の断面図である。透明光学素子4の下側は、図5に
示すレティクルと同様に遮光部5の有無でパターンが定
義され、光透過部に設けられた透明薄膜21−1,21
−2は120度の位相差を、また透明薄膜22−1,2
2−2は240度の位相差をそれぞれ与えている。マス
クパターンを照明する光20は、透明光学素子4により
曲げられた光20−1となった後パターン部で回折され
る。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the reticle 3 showing a portion where the transparent optical element 4 according to the embodiment of the present invention is provided. Similar to the reticle shown in FIG. 5, a pattern is defined on the lower side of the transparent optical element 4 by the presence or absence of the light shielding portion 5, and the transparent thin films 21-1 and 21-21 provided on the light transmitting portion are provided.
-2 has a phase difference of 120 degrees and transparent thin films 22-1 and 22-2.
2-2 gives a phase difference of 240 degrees. The light 20 illuminating the mask pattern becomes the light 20-1 bent by the transparent optical element 4 and then diffracted by the pattern portion.

【0023】本実施例では、倍率が1/5、露光波長λ
が365nm,投影レンズのNAが0.5である縮小投
影露光装置を用いてウェハ上に0.3μmライン/スペ
ースパターン(ピッチ0.6μm)の転写を行った。レテ
ィクル上でのパターンピッチL′は3μmであるから、
数4に示すように透明光学素子4の表面の傾斜角φ0
0.0608ラジアン(約3.5度)とした。
In this embodiment, the magnification is 1/5 and the exposure wavelength is λ.
Of 0.3 μm and a projection lens NA of 0.5 were used to transfer a 0.3 μm line / space pattern (pitch 0.6 μm) onto the wafer. Since the pattern pitch L'on the reticle is 3 μm,
As shown in Formula 4, the inclination angle φ 0 of the surface of the transparent optical element 4 was set to 0.0608 radian (about 3.5 degrees).

【0024】その結果、図3に示すようにパターンの基
本空間周波数ν0 を表わす回折光23,24の回折角θ
3,θ4を同一にすることができ、投影レンズの瞳27上
に形成される回折像25,26は対称な位置となった。
ここで、基本空間周波数ν0 なる本パターンは投影レン
ズ7の解像限界より微細なパターンとしているが、位相
差を導入しているので回折像が投影レンズの瞳27の内
側に形成されてパターン転写が可能となる。回折像2
5,26が対称な位置に形成された結果、従来、透明光
学素子4が無かった場合に発生したデフォーカスに伴う
パターン投影像の移動を防止することができ、大きな焦
点深度の範囲内でパターン投影像の位置精度を確保する
ことができた。尚、本実施例のように位相が三種類の場
合は、透明光学素子4の表面の傾斜角φ0 は数4で表わ
されるのでパターンの寸法に応じて異なる値を取る。
As a result, as shown in FIG. 3, the diffraction angle θ of the diffracted lights 23 and 24 representing the fundamental spatial frequency ν 0 of the pattern.
3 and θ 4 can be made the same, and the diffraction images 25 and 26 formed on the pupil 27 of the projection lens have symmetrical positions.
Here, the basic spatial frequency ν 0 is a finer pattern than the resolution limit of the projection lens 7, but since a phase difference is introduced, a diffraction image is formed inside the pupil 27 of the projection lens. Transfer is possible. Diffraction image 2
As a result of 5 and 26 being formed at symmetrical positions, it is possible to prevent the movement of the pattern projection image due to defocus that conventionally occurs when there is no transparent optical element 4, and it is possible to prevent the pattern within a large depth of focus. It was possible to secure the positional accuracy of the projected image. When there are three types of phases as in the present embodiment, the inclination angle φ 0 of the surface of the transparent optical element 4 is expressed by the equation 4, and therefore takes different values depending on the dimensions of the pattern.

【0025】透明光学素子4は、図2に示すように光透
過部の位相が三種類以上順に並ぶ領域のみに設ければ良
く、レティクル3の全面にわたって設ける必要は無い。
また、図9における線A−Aと線B−Bに沿った断面で
は光の位相の並ぶ順が逆になるので、透明光学素子4の
表面の傾斜は逆向きになる。また、線パターンの方向も
一方向に限られることはない。したがって、透明光学素
子4の配置位置や傾斜の方向は、パターンに応じて適切
に設定すればよい。
As shown in FIG. 2, the transparent optical element 4 may be provided only in a region where the phases of the light transmitting portions are arranged in order of three or more types, and need not be provided over the entire surface of the reticle 3.
Further, in the cross section taken along the line AA and the line BB in FIG. 9, the order in which the phases of light are arranged is opposite, and therefore the inclination of the surface of the transparent optical element 4 is opposite. Also, the direction of the line pattern is not limited to one direction. Therefore, the arrangement position and the inclination direction of the transparent optical element 4 may be appropriately set according to the pattern.

【0026】図4は、レティクル3上に必要に応じて透
明部材4−1,4−2,4−3,4−4,4−5を配置
した例を示している。透明光学素子4は、所定の領域に
所定の長さだけ設けるが、傾斜方向に沿って長く配置す
ると透明光学素子4の厚さが厚くなる。透明光学素子4
の役割は照明光20の方向を変えることであるから、図
2に示す透明光学素子4を複数個並べても良い。ただ
し、透明光学素子4を複数個並べることによって光の回
折が生じることを防ぐために、並べるピッチは照明光2
0の波長に比べて充分長い方が望ましい。
FIG. 4 shows an example in which transparent members 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5 are arranged on the reticle 3 as needed. The transparent optical element 4 is provided in a predetermined area for a predetermined length, but if the transparent optical element 4 is arranged long along the inclination direction, the thickness of the transparent optical element 4 increases. Transparent optical element 4
The role of is to change the direction of the illumination light 20, so a plurality of transparent optical elements 4 shown in FIG. 2 may be arranged. However, in order to prevent light from being diffracted by arranging a plurality of transparent optical elements 4, the arranging pitch is the illumination light 2
It is desirable that the wavelength is sufficiently longer than the wavelength of 0.

【0027】また図12に示すように、透明光学素子4
はその役割から、レティクル3の表面に密着させて設け
てもよいし(a)、レティクル3の表面そのものに形成
した凹凸でもよいし(b)、また、レティクル3に近接
して設けたもの(c)でもよい。更に、透明光学素子4
の表面は滑らかな傾斜面でもよいし、微細な階段状の表
面構造で実現してもよい。
Further, as shown in FIG. 12, the transparent optical element 4
Depending on its role, may be provided in close contact with the surface of the reticle 3 (a), or may be unevenness formed on the surface of the reticle 3 itself (b), or may be provided in the vicinity of the reticle 3 ( It may be c). Furthermore, the transparent optical element 4
The surface of may be a smooth inclined surface, or may be realized by a fine stepped surface structure.

【0028】本実施例では、レティクル透過光の位相と
して0度の他120度と240度の場合を示したが、こ
れに限られることなく三種類以上の位相が定義される場
合はその配置や位相差に応じて透明光学素子4の表面の
傾斜角を変えて同様の効果を得ることができる。
In the present embodiment, the case where the phase of the reticle transmitted light is 120 degrees and 240 degrees in addition to 0 degrees is shown. However, the present invention is not limited to this, and when three or more types of phases are defined, their arrangement and The same effect can be obtained by changing the inclination angle of the surface of the transparent optical element 4 according to the phase difference.

【0029】[0029]

【発明の効果】本発明によれば、レティクル透過光に三
種類以上の位相を与える位相シフト露光法を採用する
際、パターン投影像の位置精度の面から制約される焦点
深度の低下を解消することができる。したがって、パタ
ーンレイアウトの制約を受けにくい位相シフト露光法を
採用して解像力を向上させると共に、パターン投影像の
位置精度と焦点深度の向上を実現できるという効果があ
る。
According to the present invention, when the phase shift exposure method that gives three or more kinds of phases to the reticle transmitted light is adopted, the reduction of the depth of focus, which is restricted by the positional accuracy of the pattern projection image, is solved. be able to. Therefore, there is an effect that the phase shift exposure method, which is less likely to be restricted by the pattern layout, is adopted to improve the resolution, and at the same time, the positional accuracy and the depth of focus of the projected pattern image can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明を実施する投影露光装置のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a projection exposure apparatus that embodies the present invention.

【図2】本発明の一実施例のマスクの一部分を示す断面
図。
FIG. 2 is a sectional view showing a part of a mask according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明のマスクパターンが形成する回折像の一
例を示す平面図。
FIG. 3 is a plan view showing an example of a diffraction image formed by the mask pattern of the present invention.

【図4】本発明の一実施例のマスクの一例を示す平面
図。
FIG. 4 is a plan view showing an example of a mask according to an embodiment of the present invention.

【図5】三種類の位相を与える従来マスクの一部分を示
す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a part of a conventional mask which gives three kinds of phases.

【図6】図5に示すマスクパターンが形成する回折像の
一例を示す平面図。
6 is a plan view showing an example of a diffraction image formed by the mask pattern shown in FIG.

【図7】隣接する光透過部に180度の位相差を与える
マスクパターンを示す平面図。
FIG. 7 is a plan view showing a mask pattern that gives a phase difference of 180 degrees to adjacent light transmitting portions.

【図8】隣接するすべての光透過部に180度の位相差
を与えることができないパターンの例を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing an example of a pattern in which a phase difference of 180 degrees cannot be given to all adjacent light transmitting portions.

【図9】光透過部に三種類の位相を与えたパターンの例
を示す平面図。
FIG. 9 is a plan view showing an example of a pattern in which three kinds of phases are given to a light transmitting portion.

【図10】デフォーカス状態でパターン投影像が移動す
ることを示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing that the pattern projection image moves in a defocused state.

【図11】パターン投影像のデフォーカス依存性を示す
特性図。
FIG. 11 is a characteristic diagram showing the defocus dependence of a projected pattern image.

【図12】本発明の一実施例のマスクの断面図。FIG. 12 is a sectional view of a mask according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、2…コンデンサレンズ、3…レティクル、4
…透明光学素子、7…投影レンズ、8…ウェハ、13…
Zステージ、14…XYステージ。
1 ... Light source, 2 ... Condenser lens, 3 ... Reticle, 4
... Transparent optical element, 7 ... Projection lens, 8 ... Wafer, 13 ...
Z stage, 14 ... XY stage.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第一の基板を照明し、前記第一の基板上に
描かれている原画パターンを投影光学系を介して第二の
基板上に転写するパターン形成方法において、前記第一
の基板には、透過光の位相を変化させる領域を含む所定
のパターンが定義され、前記パターンのうちの特定の領
域は照明光の進行方向を変えて前記投影光学系の光軸に
対して斜めに照明されることを特徴とするパターン形成
方法。
1. A pattern forming method for illuminating a first substrate and transferring an original image pattern drawn on the first substrate onto a second substrate via a projection optical system, A predetermined pattern including a region that changes the phase of transmitted light is defined on the substrate, and a specific region of the pattern changes the traveling direction of the illumination light and is oblique to the optical axis of the projection optical system. A pattern forming method characterized by being illuminated.
【請求項2】請求項1において、前記第一の基板の一方
の面に定義されている前記原画パターンは透過光に少な
くとも三種類の位相を与える光透過部を配置する領域を
含み、前記領域に対応する前記第一の基板の他面には前
記光路差を発生させる光学素子が近接あるいは密着させ
て設けられているパターン形成方法。
2. The original image pattern defined on one surface of the first substrate according to claim 1, including a region for arranging a light transmitting portion that imparts at least three types of phases to transmitted light, An optical element for generating the optical path difference is provided close to or in close contact with the other surface of the first substrate corresponding to the above.
【請求項3】請求項1において、前記第一の基板の原画
パターンが定義されている面とは反対の面に設けられた
光路差を発生させる光学素子は、前記第一の基板を構成
する透明基板の表面の凹凸で定義されているパターン形
成方法。
3. The optical element for generating an optical path difference, which is provided on a surface of the first substrate opposite to a surface on which the original image pattern is defined, constitutes the first substrate. A pattern forming method defined by the unevenness of the surface of a transparent substrate.
【請求項4】一方の面には透過光の位相を変化させる領
域を含む光透過パターン群で定義された所望のパターン
が定義され、他方の面には前記パターンのうちの所定の
領域に所定の光路差を発生させて光の進行方向を変える
手段が設けられていることを特徴とするマスク。
4. A desired pattern defined by a light transmission pattern group including a region for changing the phase of transmitted light is defined on one surface, and a predetermined pattern is defined on a predetermined region of the pattern on the other surface. And a means for changing the traveling direction of light by generating the optical path difference of the mask.
【請求項5】請求項4において、前記マスクに定義され
ているパターンは少なくとも三種類の位相を与える光透
過部を並べて配置する領域を含み、前記領域に対応する
他面に前記光路差を発生させる手段は、透明基板の表面
の凹凸で定義されているかあるいは表面に近接あるいは
密着させて設けた所定の傾斜角を有する透明光学素子で
あるマスク。
5. The pattern defined in the mask according to claim 4, including a region in which light transmitting portions that give at least three kinds of phases are arranged side by side, and the optical path difference is generated on the other surface corresponding to the region. The means for making the mask is a transparent optical element having a predetermined inclination angle which is defined by the unevenness of the surface of the transparent substrate or which is provided close to or in close contact with the surface.
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