JP2001507870A - Method and apparatus for integrating optical and interference lithography to generate complex patterns - Google Patents

Method and apparatus for integrating optical and interference lithography to generate complex patterns

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JP2001507870A JP53461998A JP53461998A JP2001507870A JP 2001507870 A JP2001507870 A JP 2001507870A JP 53461998 A JP53461998 A JP 53461998A JP 53461998 A JP53461998 A JP 53461998A JP 2001507870 A JP2001507870 A JP 2001507870A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、空間周波数成分によって半導体ウェハ上の単一構造(11)を規定するための方法および装置を提供し、空間周波数成分の幾つか(12〜16)は、光学リソグラフィーによって得られ、あるものは、干渉リソグラフィー技術によって得られる。干渉リソグラフィーは、高周波数成分を結像し、光学リソグラフィーは低周波数成分を結像する。オプティックスによって、多くの空間周波数を収集し、干渉によって、空間周波数を高い空間周波数にシフトする。従って、マスクが高い空間周波数を提供する必要がないので、マスクは低い周波数成分のみを生成するように構成され、これにより、より大きな構造を有するより単純なマスクの製造が可能になる。これらの方法および装置は、より複雑な反復的および非反復的パターンを、公知の光学リソグラフィーのみを用いた場合に現在利用可能な解像度よりも高い解像度で、1回の露光によって書き込むことを容易にする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a method and apparatus for defining a single structure (11) on a semiconductor wafer by spatial frequency components, wherein some of the spatial frequency components (12-16) are optical Obtained by lithography, some are obtained by interference lithography techniques. Interference lithography images high frequency components and optical lithography images low frequency components. The optics collects many spatial frequencies and the interference shifts the spatial frequencies to higher spatial frequencies. Thus, since the mask does not need to provide high spatial frequencies, the mask is configured to generate only low frequency components, which allows for the manufacture of simpler masks with larger structures. These methods and apparatus facilitate the writing of more complex repetitive and non-repetitive patterns with a single exposure at higher resolutions than currently available when using only known optical lithography. I do.

Description

【発明の詳細な説明】 光学および干渉リソグラフィを統合して 複雑なパターンを生成する方法および装置 本発明は、2年間にわたる、1996年5月29日付けのNAVYのDARPA/Department 付与番号第N66001-96-C8617に従う研究の功績においてなされた。技術分野 本発明は概して、半導体製造の間に反復構造を作るための干渉技術の使用に関 し、具体的には、任意に複雑なパターンをウエハ上に作るための、干渉リソグラ フィの光学リソグラフィとの統合に関する。背景技術と技術的課題 大規模集積(VLSI)を用いた集積回路の生産における進歩は、ますます小 さくなっている機能寸法により特徴付けられてきた。トランジスタ機能の横方向 の寸法は、1970年の〜5マイクロメートル(4K DRAM)から、今日の 0.35マイクロメートル(64M DRAM)に減少している。機能寸法にお けるこの継続的な改善は、直線寸法が3年ごとに30%ずつ縮小されることによ って特徴付けられる指数関数的な機能寸法の減少を見積もる、「ムーアの法則」 の必須部分である。この「法則」は、「National Technology Roadmap for Semi conductors」(Semiconductor Industry Association、1994)の中で例示される ように、半導体産業計画の基礎となっている。 この進歩全体を通して、光学リソグラフィは、製造の応用のための支配的なリ ソグラフィ技術のままであった。この劇的な規模の縮小を可能にするために、光 学リソグラフィにおいて多くの進歩がなされてきた。現在の技術水準のリソグラ フィツールにおいて使用される光の波長は、水銀G線(436nm)から、水銀 I線(365nm)ないし248DUV(KrFレーザ)に減少している。現在 、193nmArFレーザをベースとしたステッパが開発されてきており、この 歴 史的な傾向を継続している。同時に、光学システムは、開口数(NA)が0.2 から〜0.6〜0.7に改良されている。 これらの方向に沿ったさらなる重要な改善は起こりそうにないこと、および、 業界がリソグラフィ技術において重大な変化を経験する必要があることを示唆す る幾つかのファクタがある。これらのファクタのうちの主要なものは、機能寸法 が、利用可能な光の波長よりも短くなっていることである。さらに、波長を下回 る規模の減少が線幅制御をより困難にしている時でさえ、高速な回路動作のため に線幅を制御することがますます重要になっている。193nmArFの波長を 下回る波長については、透過性光学材料が利用可能でないと考えられており、恐 らく、全反射システムへの移行が必要とされるであろう。現在の多層反射体およ び非球面光学技術は、これらの要求を満たすほど十分には開発されていないため 、このことは問題である。反射光学への移行の結果、可能なNAが大幅に減少す る可能性が最も高く、より短い波長の利益を低減してしまう。 高スループットの製造のための十分な平均出力を有する光源が、193nmよ りも短い波長にとって、別の主要な問題点である。EUVリソグラフィは、レー ザにより生成されるプラズマ源と、多層反射体を有する5倍縮小の非球面全反射 光学とに基づいた有望なアプローチである。しかし、この計画が、次世代のリソ グラフィ能力への業界の要求をタイムリーに満たすことができるコスト効率の高 いリソグラフィツールにつながるかどうかは、まだ分からない。 リソグラフィ技術の実質的な変化を示唆する別のファクタは、将来のULSI 世代のために必要とされるマスクの複雑さに関連する。この複雑さは、定義によ り、世代ごとに4のファクタずつ増加している(すなわち、チップ上に4倍の数 のトランジスタ)。さらに、集合的に解像度増大技術として知られている、光学 リソグラフィの問題点に対する潜在的な解決策の多くは、マスクの複雑さの増加 (例えば、セリフ、ヘルパーバー(helper bar)、およびその他の副解像度機能 の導入)につながるか、または、伝統的なガラス上クロムの2次元マスクの代わ りに3次元マスクを必要とする(位相シフト技術)。これらの傾向は、ULSI 構造を高歩留まりで製造する困難さおよびコストを増大する。 多くの他のリソグラフィ技術が今研究されている。これらのリソグラフィ技術 には、X線技術、電子ビーム技術、イオンビーム技術、およびプローブチップ技 術がある。上記技術の各々は利点および不利な点を有するが、それでも、今のと ころ、上記技術のうちのいずれも、光リソグラフィに代わる満足のいくものには なっていないと言って間違いない。 近年、干渉リソグラフィ、すなわち、2本以上のコヒーレントな光ビームによ り生成される定常波パターンを使用してフォトレジスト層を露光することが、次 の幾つかのULSI世代のために必要な規模を作る非常に単純な技術を提供する として実証された。NA/lに及ぶ空間周波数で低周波数のための光学露光を、 高周波数のための干渉リソグラフィ露光と組み合わせるある特定の技術が存在す る。しかし、これらの方法は、高空間周波数空間内容を少ない数の点に限定し、 それにより、高周波数露光に対応する周期を有する周期的パターンしか得られな い。例えば、以下の文献を参照されたい。1995年5月16日に発行された、「Fine -Line Interferometric Lithography」と題された、Steven R.J.Brueck、Salee m ZaidiおよびAn-Shyang Chuの米国特許第5,415,835号;1993年6月1日に発行 された、「0verlay of Submicron Lithographic Features」と題された、Steven R.J.BrueckおよびSaleem H.Zaidiの米国特許第5,216,257号;1994年8月30日 に発行された、「Method and Apparatus for Alignment of Submicron Lithogra phic Features」と題された、Steven R.J.BrueckおよびSaleem H.Zaidiの米国 特許第5,343,292号;1991年2月2日出願の、「Use of Diffracted Light from Latent Images in Photoresist for Exposure Control」と題された、Kenneth P.Bishop、Steven R.J.Brueck、Susan M.Gaspar、Kirt C.Hickman、John R.McNeil、S.Sohail H.Naqvi、Brian R.StallardおよびGary D.Tiptonの米 国特許出願シリアル番号第07/662,676号;1998年6月2日に発行された米国特許第 5,759,744号、1998年7月15日に出願の、米国特許出願シリアル番号第08/614,991 号であって、「Methods and Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays o f Sub-Micrometer Features」と題された、Steven R.J.Brueck、Xiaolan Chen 、Saleem ZaidiおよびDaniel J.Devine;1993年9月21日に発行された、「Arra ngement for Producing Large Second-Order Optical Nonlinearities in aWave guide Structure Including Amorphous SIO2」と題された、Richard A.Myers、 Nand ini MukherjeeおよびSteven R.J.Brueckの米国特許番号第5,247,601号;1993年 8月24日に発行された、「Methods and Apparatus for Large Second-Order Non linearities in Fused Silica」と題された、Steven R.J.Brueck、Richard A .Myers、Anadi MuskerjeeおよびAdam Wuの米国特許第5,239,407号;1991年1月 22日に発行された、「High Position Resolution Sensor with Rectifying Cont acts」と題された、Steven R.J.Brueck、S.Schubert Kristin McArdle、およ びBill W.Mullinsの米国特許第4,987,461号;1989年11月14日に発行された、「 Wavelength-Resonant Surface-Emitting Semiconductor Laser」と題された、St even R.J.Brueck、Christian F.Schauss、Marek A.Osinski、John G.McIner ney、M.Yasin A.Raja、Thomas M.BrennanおよびBurrell E.Hammonsの米国特 許第4,881,236号;1992年9月16日出願の、「Method for Fine-Line Interferom etric Lithography」と題された、StevenR.J.Brueck、Saleem ZaidiおよびAn-S hyang Chuの米国特許出願シリアル番号第08/635,565号;1995年3月16日出願の 、「Methods and Apparatus for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Microm eter Features」と題された、Steven R.J.Brueck、Xiaolan Chen、Saleem Zaid iおよびDaniel J.Devineの米国CIP特許出願シリアル番号第08/407,067号;1 993年9月20日出願の、「Method for Manufacture of Quantum Sized Periodic Structures in Si Materials」と題された、Steven R.J.Brueck、An-Shyang Ch u、ruce L.DraperおよびSaleem H.Zaidiの米国特許出願シリアル番号第08/123 ,543号;1995年6月6日出願の、「Method for Manufacture of Quantum Sized Periodic Structures in Si Materials」と題された、Steven R.J.Brueck、An- Shyang Chu、Bruce L.DraperおよびSaleem Zaidiの米国特許第5,705,321号;19 96年9月25日出願の、「Manufacture of Quantum Sized Periodic Structures I n Si Materials」と題された、Steven R.J.Brueck、An-Shyang Chu、Bruce L. DraperおよびSaleem H.Zaidiの米国DIV特許出願シリアル番号第08/719,896 号:1992年3月5日出願の、「Use of Diffracted Light from Latent Images i n Photoresist for Optimizing Image Contrast」と題された、Kenneth P.Bish op、Lisa M.Milner、S.Sohail H.Naqvi、John R.McNeilおよびBruce L.Dra perの米国特許出願シリアル番号第07/847,618号:1995年9月8日出願の、「Tec hnique for Fabrication of a Poled Electrooptic Fiber Segment」と題された 、Steven R.J.BrueckおよびXiang-Cun Longの米国特許出願シリアル番号第08/5 25,960号;1995年6月20日出願の、「Method and Apparatus for Real-time Spe ckle Interferometry for Strain or Displacement of an Object Surface」と 題された、Steven R.J.Brueck、David B.Burckel、Andrew Frauenglassおよび Saleem Zaidiの米国特許第5,426,498号;SIA、National Technology Roadmap fo r Semiconductors(1994);J.W.Goodman、Introduction to Fourier Optics、 2nd Ed.(McGraw Hill、NY 1996);J.W.Goodman、Statistical Optics(John Wiley、NY 1985);Xiaolan Chen、S.H.Zaidi、S.R.J.BrueckおよびD.J.Dev ine、Interferometric Lithography of Sub-Micrometer Sparse Hole Arrays fo r Field-Emission Display Applications(Jour.Vac.Sci.Tech B14、3339-33 49、1996);S.H.ZaidiおよびS.R.J.Brueck、Multiple-Exposure Interferome tric Lithography(Jour.Vac.Sci.Tech.B11、658、1992);A.Yariv、Intr oduction to Optical Electronics(Holt、ReinhardおよびWinston、NY 1971) 。 干渉リソグラフィにおける制限的な空間周波数は一般的に〜λ/2であると考 えられる。ここで、λはレーザー波長であり、1:1のラインアンドスペースに おける臨界寸法(CD)はλ/4である。これは、通常k1λ/NAであると言 われる結像光学システムの制限的なCDと対比されるべきである。ここでk1は 製造公差および光学システムの関数であり、λは露光システムの中心波長であり 、そしてNAは結像光学システムの開口数である。k1の典型的な値は、1.0 から〜0.6までの範囲である。これは、制限的なスケールの簡略化しすぎた説 明であるが、主要な点を示す役割は果たしている。193波長の光学リソグラフ ィツールの場合の見積もりではNAは0.6であり、これは〜0.19マイクロ メートルという制限的なCDにつながる。対照的に、I線(365nm)では、 干渉リソグラフィは、〜0.09マイクロメートルという制限的な解像度を有す る。193波長を用いると、干渉リソグラフィの制限的な解像度は〜0.05マ イクロメートルである。これはすでに、現在のEUVリソグラフィの見積もり( 波長13nmおよびNA0.1であり、k1が0.6のとき0.08マイクロメ ートルのCDにつながる)よりも優れている。 干渉リソグラフィに関連する主要な障害は、VSLIおよびULSIのコンテ キストにおいて有用な回路パターンを生成するのに十分なパターン柔軟性の開発 に関連する。2ビーム干渉露光は単に、フィールド全体にわたって、ラインアン ドスペースの周期的なパターンを生成するだけである。マルチビーム(4本また は5本)露光は、2次元構造を生成するが、ホールまたは柱などの比較的単純な 反復パターンの構造も生成する。より複雑な構造は、例えば1995年5月16日に発 行された、「Method and Apparatus for Fine-Line Interferometric Lithograp hy」と題された、S.R.J.BrueckおよびSaleem H.Zaidiの米国特許第5,415,835 号、および、Jour.Vac.Sci.Tech.B11 658(1992)に記載されるように、多 数回の干渉露光を用いることにより作製され得る。更なる柔軟性は、上述の特許 で記載されるままに、干渉リソグラフィと光学リソグラフィを組み合わせること により成し遂げられる。これまで、実証には、例えば、干渉リソグラフィにより 線のアレイを規定し且つ第2の光学露光によりフィールドの境界を定める、など の比較的単純な例などがある。多数回の露光は、より複雑な構造ではあるが、依 然として反復の構造を生成するものとして実証されている。 制限されたパターン柔軟性の他に、現在知られている干渉リソグラフィ技術に は、所望の構造を得るための十分に規定された合成手順がない。 従って、従来技術に関連する上記欠点をとりわけ克服する技術が必要とされる 。発明の要旨 本発明は、従来技術の欠点の多くを克服する態様で光学リソグラフィおよび干 渉リソグラフィを統合する方法および装置を提供する。 本発明の好適な実施形態は、光学リソグラフィ技術と干渉リソグラフィ技術と の間のリソグラフィタスクを解析する方法および装置を提供する。特に好適な実 施形態によれば、干渉リソグラフィと光学リソグラフィとの統合を容易にして、 同じワークピース、例えば半導体ウエハ、の上に複雑な構造を生成する光学シス テムが提供される。好適な例示的実施形態では、2つのマスクが、光学システム によりウエハ上に結像される均一な平行光ビームの2つの部分を遮断するように 構成される。干渉光学システムは、装置に組み込まれ、2つのマスク像を、ウエ ハに垂直な平面に関して実質的に等しい角度および対頂角(opposite angle)で ウエハ上にもたらす。この好適な実施形態によれば、干渉光学を通過した後にウ エハ面と一致する像面を作るために、マスクは、適切には、光軸に関して適切に 傾けられる。 本発明の別の局面によれば、任意の所望のパターンを、多数の特定の干渉およ び光学リソグラフィ露光に分けるための形式的解析手順が提案される。 本発明の別の局面によれば、マルチビーム干渉リソグラフィは、多数の離散的 空間周波数、または、代替的には、空間周波数の連続する範囲を含むように拡張 され、それにより、1回の露光で、より複雑な反復パターンおよび非反復パター ンの書き込みを容易にする。 本発明の別の局面によれば、拡張されたマルチビーム干渉リソグラフィを光学 リソグラフィと組み合わて、公知の光学リソグラフィだけを用いて現在得ること ができる解像度よりも高い解像度で任意の構造を作る方法および装置が提供され る。 本発明の別の局面によれば、干渉露光において使用されるマスクを光学的に規 定する方法および装置が提供される。 本発明のさらに他の局面によれば、組み合わされた光学および干渉リソグラフ ィ露光の光学リソグラフィ部分において用いられるマスクの複雑さを低減する方 法および装置が提供される。図面の簡単な説明 以下、本発明を、添付の図面に関して説明する。図中、同じ符号は同じエレメ ントを示す。 図1は、フーリエ変換を容易にするための、特定の構造の矩形への分解の概略 図であり、矩形は、明瞭さのために、わずかにオフセットされて示されている。 図2は、コヒーレントおよび非コヒーレントな照射についての光学伝達関数の 例示的なグラフである。 図3は、所定の波長およびNAで、回折が制限された光学リソグラフィーツー ルにより書き込まれた0.18マイクロメートルCDの従来技術のVLSIパタ ーンの例を示す図であり、左欄は、非コヒーレントな照射の結果を示し、右欄は 、コヒーレントな照射の結果を示す。 図4は、光学露光と干渉露光との組み合わせを用いて書き込まれた0.18マ イクロメートルCDのVLSIパターンの実施例を示す。 図5は、統合された光学および干渉リソグラフィー技術のコンテキストにおけ るマスク構造の簡略化を示す。 図6は、本発明の好適な実施形熊による、ウエハ上にフィールドストップ(fi eld stop)を結像する際に有用な例示的光学システムの概略図である。 図7は、図6の光学システムを、干渉リソグラフィ技術を含むように拡張した システムの概略図である。 図8Aおよび図8Bは、高空間周波数にバイアスされたマスク像を生成する際 に有用な別の干渉光学システムの概略図である。 図9Aおよび図9Bは、図8Aの光学システムを用いて結像された矩形開口の エッジ領域のSEM顕微鏡写真であって、それぞれ焦点が合っている場合および 焦点がずれている場合のSEM顕微鏡写真を示す。 図10は、結像光学露光と干渉露光との組み合わせの空間周波数空間表現を示 す概略図である。 図11は、本発明の好適な実施形態による、像の空間周波数内容(spatial fr equency content)をゼロの中心周波数から離れるようにバイアスするための光 学システムの概略図である。 図11Bは、図11に示される概略図の別の実施形態である。 図12は、完全なパターンのマスクをプリズムとともに用いてサブマスクを結 像し、周波数成分を低周波数から離れるようにバイアスするための光学システム の概略図である。 図12Bは、図12に示される概略図の別の実施形態である。 図13は、図11の構成を用いる干渉リソグラフィと、結像光学リソグラフィ (IIL)との組み合わせにより、365nmの波長で書き込まれた0.18マ イクロメートルCDのVLSIパターンの概略的な実施例を示す。 図14は、上記の方法および装置を用いて実施したものを示す。好適な例示的実施形態の詳細な説明 本発明を詳細に説明する前に、フーリエ光学の検討を示す。J.W.Goodman、In troduction to Fourier Optics、2nd Ed.(John Wiley Press.NY 1996)も参照 されたい。本明細書において、上記文献の内容全体を参考として援用する。 簡略化のために、以下の説明は、非コヒーレントな照射の使用を仮定しており 、像の各フーリエ成分は、独立して処理および評価され得る。その後、説明は、 コヒーレントな照射の限界に及ぶ。コヒーレントな照射の場合、各成分は、電界 と、露光面での強度を決定するために二乗した結果とを示す。実際的には、実際 の光学リソグラフィツールは、典型的には、部分的にコヒーレントな照射を用い る。部分的なコヒーレンスのより詳細な説明については、例えば、J.W.Goodman ,Statistical Optics(John Wiley、NY 1985)を参照されたい。部分的にコヒー レントな照射の使用は、数学的解析の計算の複雑さを増加するが、本明細書に説 明されるように、その他の面で本発明に大きな影響を与えない。 光学リソグラフィーシステムは、照射サブシステム、マスク、結像光学サブシ ステム、およびフォトレジスト光学応答に分けられ得る。照射サブシステムの目 的は、マスクの均一な照射を提供することである。光ビームは、マスクを通過す ると、マスクパターンのフーリエ成分に対応する多数の平面波に回折される。こ れらの平面波成分の各々は、波数ベクトルのkx成分およびky成分により特徴付 けられる異なる空間方向に伝搬する。数学的には、これは、マスクの平面におい て、以下のように示される。 ここで、加算は、許容された空間周波数kx=n/Px;n=0,±1,±2,.. .;ky=m/Py;m=0,±1,±2,...にわたってとり、PxおよびPyはそ れぞれ、x方向およびy方向へのパターンの反復周期である。PxおよびPyは、 非反復パターンの場合、露光ダイサイズと同じ大きさであり得る。ガラス上クロ ムのマスクは2値透過関数を有する(各画素は1またはゼロのいずれかであ る)ため、(1)のフーリエ変換は単に、所望のパターンの矩形への分解に対応 する適切な位相シフトを有するsin(x)/x関数にわたる和により与えられ る。即ち、以下のようになる。 ここで、ai(bi)はx(y)における各矩形の広がりであり、ci(di)はx (y)における座標原点からの矩形中心のオフセットである。 少し図1を参照して、所望のパターンの矩形への上記分解が、典型的なVLS Iゲート構造について概略的に示される。特に、示された実施形態において典型 的なゲート11として示される例示的なパターンは、複数の矩形12〜16に分 解される。明瞭さのために、これらの矩形は、図では、オフセットされて示され る。 結像光学サブシステムは、像(ウエハ)面へのフーリエ成分の伝搬に、変調伝 達関数(MTF)を課す。円対称を有する、回折が制限された光学の場合、伝達 関数は、空間周波数kopt=NA/λで特徴付けられ、ここでNAは開口数であ り、λは中心波長である。非コヒーレントな照射の制限において、MTFは、Go odman、Introduction to Fourier Optics、2nd Ed.(McGraw Hill、NY 1996) の参照により与えられる。即ち、以下の通りである。 =0である。コヒーレントな光学システムの場合、伝達関数は、単に以下のよう になる。 (4) k≦koptの場合、Tcoh(kx,ky)=1、および k>koptの場合、Tcoh(kx,ky)=0 ここで、上記のように、この伝達関数は、適切には、空中像強度を評価する前に 光電界に適用される。 ここで図2を参照して、これら2つの伝達関数が、以下により詳細に説明され る干渉リソグラフィの場合の伝達関数とともに示される。スケールは、kopt= NA/λにより設定され、ここで、NAは、光学サブシステムの開口数であり、 λは、照射システムの中心波長である。非コヒーレントな照射21の場合、伝達 関数Tincohが、マスクでの強度パターンの各フーリエ成分に適用される。コヒ ーレントな照射22の場合、伝達関数Tcohが、マスクでの電界のフーリエ成分 に適用され、強度は、ウエハ面で評価される。2/λにまで及ぶ、干渉リソグラ フィの光学伝達関数(23)もまた示される。この図をプロットするために使用 されたパラメータは、λ=365nmおよびNA=0.65である。図2のグラ フでは、k/koptへの正規化により、λへのいかなる明らかな依存も取り除か れる。 最後に、ウエハ面での像強度は、レジストに転写される。レジストは、典型的 には、非線形応答を示す。この点に関して、業界では通常、ポジ型およびネガ型 トーン(tone)レジストの両方が使用される。明確さのために、本明細書に示さ れる計算は、ネガ型トーンレジストの場合のものである(即ち、レジストの照射 領域は、現像時に保持され、非照射領域は除去される)。計算は、マスクを単純 に反転して照射領域および非照射領域を逆にすれば、ポジ型トーンレジストに等 しく適用され得ることが理解される。計算の簡略化のために、フォトレジスト応 答は、ステップ関数として近似される。即ち、閾値よりも小さい局所強度の場合 、フォトレジストは、現像時に完全に取り除かれると仮定され、閾値よりも大き い局所強度の場合、レジスト厚は、現像プロセスによる影響を受けない。実際に は、レジストは有限のコントラストを有し、非局所強度は、現像に影響を与える 。これらの実際的な考察の影響は、以下に示される結果における高空間周波数変 動の幾らかを取り除くこと、および、この単純モデルにより予測される急な側壁 ではなく有限の側壁傾斜を生じることである。しかし、これらの影響は、本発明 の範囲または内容に影響を及ぼすものではない。 ここで図3を参照して、従来技術の例は、365nm、248nm、および1 93nmの光学リソグラフィツール(それぞれ図の下から上)を用いた、0.1 8マイクロメートルCDの典型的なVLSIゲートパターンの印刷にこの公知の フーリエ解析を適用した結果を示す。所望のパターンは、各セルに点線で示され る。光学ツールにより印刷されたパターンの周囲だけが示される。これらの周囲 の内側では、レジストは露光され、現像時に無傷のままである。周囲の外側では 、レジストは露光されず、現像中に除去される(ネガ型レジスト)。上記のよう に、ポジ型レジストの場合にこの応答を逆にすることは、解析への単純な改変で ある。パターンは周期的である。従って、実際の露光では、各セルが多数回繰り 返され、言うまでもなく、各セルの輪郭を描くフレームは印刷されない。図3に おいてより多くの情報を提供するために、異なる露光ツールおよび照射条件の結 果を有する隣接するセルが、示されている。NAは、365nm(I線)の場合 0.65に設定され、248nm(KrFレーザ源)および193nm(ArF レーザ源)の場合0.6に設定された。左欄は、非コヒーレントな照射の結果を 示し、右欄は、コヒーレントな照射の結果を示す。背景の章に示された単純な解 析から予期されるように、I線光学リソグラフィツールは、0.18マイクロメ ートルCDの構造を簡便に書き込むことができない(例えば、〜k1λ/NA〜 0.8×.365/.65〜0.45マイクロメートルの最小解像度)。印刷さ れた形状は、利用可能な周波数成分が制限されていることから起こる深刻な歪み を示す。実際に、コヒーレントな照射の像は、2つの分離された特徴でさえない が、合わさって単一の構造になる。図3には示されていないが、パターンはまた 、プロセス変動に非常に敏感であり、光学露光レベルのわずかな変動に対して大 きな変化を示す。248nmの光学ツールから得ることができるパターンは大幅 に改善されたが、それでも、これらのパターンはまだ、エッジにかなりの丸みを 示し、所望の構造からのずれを示す。193nmのツールから得ることができる パターンでさえ、理想からは遠い。 上記手順は、光学リソグラフィと干渉リソグラフィとの間のリソグラフィタス クを解析する(parse)ために使用され得る。この解析技術は、本発明の核心で ある。 本発明の解析技術を詳細に示す前に、干渉リソグラフィについてのMTFの評 価がまず示される。 より具体的には、ILは、その最も単純な形では、ウエハに垂直な平面におい て等しい方位角および対頂方位角(opposite angle)(θ)で基板に入射する2 つのコヒーレントな光ビームを使用する。ウエハでの強度は、以下の式により与 えられる。 ここで、各ビームの強度は個々にI0であり、k=1/λであり、λは、コヒー レントなビームの波長であり、位相因子φは、ウエハ座標システムに関するパタ ーンの位置を示す。所望の最終パターンを形成するために、この位相因子を多重 露光において適切に調整すること、すなわち(露光間アライメント)が必要であ り得る。これは、MTFが1である。即ち、強度は、最小でゼロになる。空間周 波数は、以下の式により与えられ、 (6) kx=2ksin(θ) 最大空間周波数は、kxmax≡kIL=2/λである。これは、結像光学システム の場合の最大空間周波数、即ち、k|max=2kopt=2NA/λと比較されるべ きである。さらに、干渉露光の場合の変調伝達関数は、従来の光学システムの場 合の急激な降下とは異なり、典型的には、すべてのk<kILの場合に1である。 これは、コヒーレントな照射の光学結像システムおよび非コヒーレントな照射の 光学結像システムの両方の場合の対応するMTFとともに、図2に示される。コ ヒーレントな照射のMTFが、強度のフーリエ成分ではなく、電界のフーリエ成 分に適用されることを覚えておくことが重要である。強度をとることに関与する 非線形二乗演算は、2×koptまでに及ぶ周波数成分を生成する。 従って、本発明により所望のパターンを露光するための規定された手順は、光 学リソグラフィおよび干渉リソグラフィに関連する。特に好適な実施形熊によれ ば、光学リソグラフィは主としてより低い周波数成分を提供するために使用され 、干渉リソグラフィは主としてより高い空間周波数成分を提供するために使用さ れる。閾値は、干渉露光の周波数(即ち、最大および最小の空間周波数)および 振幅(フーリエ振幅が予め設定されたレベルよりも低いいかなる周波数成分をも 無くす)の両方に対して設定され得る。これは、従来技術の例(図3)に使用さ れたものと同じVLSIパターンについて、図4に示される。 続けて図4を参照して、左欄は、周波数範囲を設定する実施例を示す。左上の パネルの場合、干渉リソグラフィにより利用できる全周波数空間が使用され、従 って、この場合は、光学リソグラフィステップは必要でない。結果として得られ るパターンは、任意の従来技術が例示する所望のパターンをより厳密に表したも のであり、実質的により短い波長における場合でさえ所望のパターンをより厳密 に表したものである。しかし、この例では51回の露光が必要であった。左欄の その下の2つのパネルは、まず低周波数を制限する実施例、次いで、低および高 周波数の両方を制限する実施例を示す。各々の場合、低周波数成分は、光露光に よって得られる。右欄は、干渉リソグラフィ露光の強度について閾値を設定した 結果を示す。閾値が徐々に高くなっていくと(上から下)、干渉リソグラフィ露 光の回数は徐々に少なくなり、且つ、徐々に所望の構造へ近似がより理想的でな くなる。この現象は、露光時間に関する製造コストに関連する露光回数と、パタ ーン忠実度との間のトレードオフを強調する。このトレードオフは、好ましくは 、本発明の教示による各レベルの具体的なコンテキストにおいて最適化され得る 。 上記のように、光学リソグラフィに直面する主な困難点のうちの1つは、必要 とされるマスクの複雑さの増加である。本明細書において概説される解析手順は 、好ましくは、像の低空間周波数成分のために光リソグラフィを利用し、干渉リ ソグラフィにより高空間周波数成分を供給するため、マスクの複雑さは、劇的に 低減され得る。 ここで図5を参照して、図4に示されるパターンと類似した例示的なVLSI パターンが、再び、上記のパラダイムを用いて示される。即ち、光学リソグラフ ィは、マスクの低空間周波数成分のために用いられ(leveraged)、干渉リソグ ラフィは、高空間周波数成分のために使用される。より具体的には、図5の左上 のパネルは、完全なマスク構造を用いて低空間周波数成分(kopt=NA/λま で)のみを印刷した(非コヒーレントに結像した)結果得られる像を示す(点線 で示される)。右上のパネルは、51回の干渉露光を追加した結果(実線)(図 4の左上のパネルを参照)および干渉リソグラフィを単純な振幅閾値を用いた7 回の露光にのみ制限した結果(破線)を示す。これらの結果は、図4に示される 結果と実質的に等しい。図5の左側の真ん中のパネルは、はるかに単純なマスク (簡略化されたマスクAと呼ばれ、点線で示される)と、結像システムに固有の 空間周波数を超える空間周波数に対して制限を与えずに、結像システムにこのマ スクからの像を通過させる場合に結果として得られる強度プロファイルとを示す 。これは、完全なパターンよりもはるかに単純なマスクであるが、光学ツールの 制限された周波数空間内で非常に類似した結果を作り出す。マスクパターンAは 、前の段落で説明された結像シミュレーションにAのパターンを通過させること により、上のパネルの低周波数の結果から単なる試行錯誤により得られた。反復 パターニングのため、パターンAは単に、反復単位あたりに1つの矩形開口であ ることに注意されたい。 続けて図5を参照して、右側の真ん中のパネルは、簡略化されたパターンAを 光学露光に用い、且つ、干渉リソグラフィ露光を追加した結果を示し(閾値なし 、利用可能な空間周波数の完全な範囲)、このパネルは、完全なマスクについて のパネルに非常に近い。破線の曲線は、7回の干渉リソグラフィ露光の場合であ る。低周波数マスクは、左下のパネルに示される単純な直線セグメントにさらに 簡略化され得る。反復パターンのため、これは、単に、ダイの完全な高さに延び る、幅の広いラインである。 図5の右下のパネルは、51回(実線)および7回(破線)の干渉リソグラフ ィ露光を用いて高周波数成分を追加した結果を示す。この結果は、完全なマスク で得られる結果に非常に近く、この場合も、193nmの光学露光ツールででも 得ることができる結果よりもはるかに優れている。結果として得られた露光間の 差は非常にわずかであり、これは、簡略化されたマスクが、光学リソグラフィス テップに使用され得ることを示し、優れたパターン忠実度をまだ維持しながら、 マスク作製の困難さを緩和する。上記のように、個々のレベルについて、露光回 数(製造スループット)とパターン忠実度との間の慎重なトレードオフがなされ る必要がある。 1回の露光において多数(2本以上)のビームを組み合わせることにより、干 渉露光の回数を低減することもまた可能である。このことの単純な例は、「Meth ods and Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Micrometer F eature」と題された、Steven R.J.Brueck、Xiaolan Chen、Saleem Zaidiおよび Daniel J.Devineによる1995年2月24日出願の関連米国特許出願番号第08/399,3 81号にいくらか詳細に説明されている。この先出願は、特定の2次元露光を書き 込むため、具体的には、ポジ型フォトレジスト層にまばらなホールアレイ(>1 :3のホール径:ホール間距離)を書き込むための一連の技術を提供する。上記 出願には、3回、4回および5回のビーム露光の具体的な例が提供されている。 干渉リソグラフィ露光のフィールドの境界を定めることが望ましい場合が多く 、且つ、それが必要である場合が多い。1回の露光のための典型的なダイサイズ (今日では、20×30mm2のオーダ)は、ウエハサイズ(直径200mm〜 300mm)よりもはるかに小さい。ダイ全体に均一な露光を得るためには、光 ビームは広げられ、フィールドサイズにわたって均一な強度に変えられる。しか し、ビームのエッジは、必然的に不均一であり、ウエハを露光することが可能に されても、パターンが実質的に不均一になる。これに取り組む1つの技術は、ウ エハの真上にフイールドストップ(マスク)開口を追加して、露光面積の境界を 定めることである。しかし、このアプローチでの重大な問題点は、開口の回折効 で、Lは、フィールドストップからウエハまでの距離である。Lが約1mmとい う実際的な分離距離の場合、この回折リンギング(diffraction ringing)は、 パターン内に約0.3mm延びる。多くの応用では、これは、許容不可能な結果 である。このリンギングを無くすための1つの技術は、エッジから散在したフィ ールドがエッジからコヒーレントに離れて追加されないように、波長のスケール で開口のエッジを無造作に粗くすることである。 さらに従来のリソグラフィから離れずに且つ大幅に高められた柔軟性を提供す る際の別の代替例は、フィールドストップをウエハから離し、以下の2つの機能 を同時に提供する光学システムを追加することである。この機能とは、1)フィ ールドストップをウエハ上に結像すること、および、2)フィールドストップに 入射する平行ビームを、ウエハの位置で平行ビームになるようにすることである 。 ここで図6を参照して、フィールドストップ31をウエハ32上に結像するた めに用いられる光学システムの好適な例示的実施形態は、焦点距離f1およびf2 をそれぞれ有するレンズ33および34を含み、マスク31は、第1のレンズ3 3から距離f1だけ前に配置され、レンズ間の間隔は、適切にはf1+f2であり 、ウエハ32は、第2のレンズ34から距離f2だけ後ろに配置される。像の倍 率は、−f2/f1により示される。フィールドストップは、適切には、第1のレ ンズ33の前に配置され、平行にされ(即ち、波面が、非常に大きい曲率半径を 有する)且つフィールドストップの面積にわたってほぼ均一であるレーザ源によ り照射される。この構成では、波面の曲率は、この光学システムによる影響を実 質的に受けない。ウエハでのフィールドストップ像の、回折が制限されたエッジ 解像力(edge definition)は、適切には、光学システムの波長に比例し、且つ 、開口数に反比例する。これは、マスク像を転写し且つそれと同時に波面全体の 平坦性を維持する役割を果たす光学システムの分類のほんの1つにすぎない。適 切な光学システムを特定する一般的な条件は、光学システムを示すABCD光線 転送行列(transfer matrix)全体のBおよびCの項がゼロであることである(A .Yariv、Introduction to Optical Electronics(Holt、ReinhartよびWinston 、NY 1971)の、ABCD光線追跡転送行列の説明を参照せよ)。 この結像システムの数学的な説明は、上で紹介したフーリエ光学の概念に関し ては容易である。マスク照射は、コヒーレントな均一のビームを用いるため、コ ヒーレントな結像の解析が適切である。マスクの直後の電界は、以下のように書 くことができる。 ここで、M(kx,ky)は、マスク透過関数のフーリエ変換であり、便宜上、離 散的であると仮定される。非周期的なマスクパターンの場合、kx、kyにわ たる加算は、通常の様式で積分に置き換えられる。光学システムへの通過により 、以下の変調伝達関数が課される。 ここで、下付き文字Eは、この伝達関数が強度ではなく電界に適用されることを 示すものである。次いで、ウエハでの電界は、以下の式により与えられ、 強度は、以下の式により与えられる。 ここで、Iは強度のフーリエ変換であり、単純な透過マスクの場合実数である。 kx’およびky’の上のプライム符号は、二乗演算の結果、電界フーリエ変換の kxとkyとの適切な和からなり、2×koptまで及ぶことを示す。 マスクにより規定される低周波数パターンは、光路を分割し且つ干渉光学を導 入することにより、より高い空間周波数にシフトされ得る。ここで図7を参照し て、本発明の好適な例示的実施形態は、図6の光学システムを、干渉技術をリソ グラフィシステムに統合するための装置を含むように拡張したものを示す。より 具体的には、マスク41および42はそれぞれ、適切には、図中上方または下方 に示される、光ビームの2つの部分(例えば、半分)に導入される。マスク41 および42は、必ずしも同一であるとは限らない。最終光学素子により同位相波 面に導入されるいかなる傾きをも補償するために、これらのマスクは、最終像面 がウエハに垂直な平面にあるように、好ましくは傾けて配置され得る。光学シス テムは、図6を参照して説明されたように配置されるレンズ33および34から なる。最後に、高周波数バイアスを提供するために、干渉光学が導入される。 図7に示される干渉光学システムは、適切には、複数(例えば、4個)のミラ ー(45、46、47および48)を含み、これらのミラーは、光ビームをそれ ぞれのセグメント(例えば、2つ)に分割し、且つ、これらのセグメントに、ウ エハ15の平面で干渉を起こさせる。示された実施形態では、干渉光学システム は、適切には、ウエハに垂直な平面に対して実質的に等しい角度および対頂角で 、マスク像をウエハ上にもたらすように構成される。このシステムの利点には、 2本のビームの中心光路長が等しいことと、誘導される非点収差がないことが挙 げられる。 ここで図8を参照して、高空間周波数にバイアスされたマスク像を生成するた めに、様々な他の実施形態が使用され得る。特に、図8Aは、ワークピース(例 えば、ウエハ)32にマスク像を付与するように構成された、レンズ34および ミラー51を含む単純なフレネル構成を使用する。図8Aの構成は、ミラー(5 1)を1つだけを含むはるかに単純な構成であるという点では魅力的であるが、 2つの中心光路長は等しくなく、2つのマスクのための異なるマスク平面を必要 とする。図8Bは、プリズム(52)構成を示し、ここでは、中心光路長は等し いが、プリズムがx線およびy線のための異なるマスク平面を必要とする、非点 収差を導入する。 ここで、これらのシステムの数学的な説明が、図7に関して得られる。この説 明を図8の別の光学機構に適合するためには、本質的な結果に影響を与えないわ ずかな変更が必要とされる。図7の光学システムに方程式9を適合すると、以下 の式が与えられる。ここで、下付き文字uおよびlは、マスクフーリエ変換が必ずしも同一であると は限らないことを示すために、マスクフーリエ変換に追加されている。w=2Π sinθ/λは、干渉光学により各ビームに追加された空間周波数バイアスであ る。強度をとると、フォトレジスト層上に印刷される像が与えられる。即ち、以 下のようになる。 そして、2つのマスクが同一であるという特殊な場合、これは、以下の式になる 。 方程式(13)は、高周波数干渉パターンにより変調されるマスク像に対応する 。例えば、マスクパターンが単にフィールドストップである場合、結果として得 られる印刷パターンは、フィールドストップによりエッジで境界が定められる高 空間周波数ライン:スペースパターンである。上記のように、フィールドストッ プのエッジは、典型的には、光学システムの制限により〜λ/NAの距離内に規 定される。より複雑なマスクパターンが明らかに可能である。実際に、光学シス テムの空間周波数範囲内のいかなるマスクパターンも、本発明による干渉光学シ ステムにより導入される追加の高空間周波数変調で再現され得る。 次に図9を参照して、図8Aの光学構成を用いて有限のフィールド内で均一な ライン:スペースパターンを印刷する最初の実験証拠を示す、複数のSEM顕微 鏡写真が示される。光源は、364nmのArイオンレーザであった。これは、 単一エレメントの非補正球面レンズだけを用いる非常に低いNAの光学システム (〜0.06)であり、回折が制限されたエッジ解像力は、わずか〜6マイクロ メートルであった。おそらく、レンズ収差からのかなりの寄与があると思われる 。上の2つのSEM(図9A)は、焦点が合っている場合を示す。フィールドス ト ップの垂直方向のエッジ(干渉格子ラインに平行)および水平方向のエッジ(干 渉格子ラインに垂直)の両方が、〜10マイクロメートル以内に規定される。こ のエッジ解像力は、理論上の回折限界(λ1/NA〜4マイクロメートル)の2 〜3のファクタの範囲内である。尚、0.9マイクロメートルの格子周期が、本 質的に、組み込み式測定装置を提供する。対照的に、下のSEM(図9B)は、 焦点がずれている状態の場合の同様の結果を示す。エッジでの強度縞形成は、回 折によるものである。〜30マイクロメートルという最初の縞までの距離は、焦 点面からの距離(即ち、焦点ずれ)を約3.5mmで較正するために使用され得 る。 方程式(13)は、この像に関連する空間周波数寄与の分布を強調するように 書き直すことができる。即ち、以下のようになる。 方程式(14)を細かく吟味すると、周波数内容を有する3つの周波数空間領域 があることが示唆される。即ち、レンズシステムにより変調され且つ強度項によ り表される低周波数領域と、この強度パターンの2つの複製である。これらの複 製のうち1つは、干渉光学の結果、+2wxだけシフトされ、1つは−2wxだ けシフトされる。この状態は図10Aに示され、図10Aは、図8Aに示される ような例示的光学システムを用いて、方程式14で示される露光によりカバーさ れる周波数空間の完全な広がりを適切にモデル化している。特に、利用可能な周 波数空間の完全な広がりは、半径kIL=2/λの大きい円104としてモデル化 され、中が塗られた3つの円106、108および110は、有意な周波数内容 を有する3つの周波数空間領域を表す。図9の実証に使用された光学システムの 場合、低周波数領域は、NA=0.06で半径2kopt=2NA/λの円の中に 含まれ、干渉により作られた2つの領域は、2w=2sin(θ)/λだけオフ セットされ、0.9マイクロメートルピッチの格子の場合、sin(θ)=0. 2である。各オフセット領域の半径は、低周波数領域の半径と等しい。方程式( 3)から、光学システムのMTFは、これらの周波数領域の各々において、半径 方向に沿って単調に減少し、図10Aに示される円のエッジではゼロである。尚 、レンズ光学システムだけ(図6)では、0.9マイクロメートル周期の格子を 作ることはできず、レンズシステムと組み合わされた干渉システム(図8A)は 、像の周波数内容を、像の面積を規定する低周波数内容を保持しながら格子を生 成するために必要とされる、より高い周波数にシフトしている。重要なことに、 組み合わされた光学システムにより、周波数内容が連続する周波数空間領域をカ バーする像が得られる。これは、小さい周期のパターン(xには12×CD、y には5×CD)について比較的広く間隔が空けられた周波数空間内の点だけが、 パターンを再現するために必要とされる上記の周期的構造の説明と対比されるべ きである(例えば、図1、図3、図4および図5の上記説明を参照されたい)。 この第1の実証の場合、非常に控えめな光学システムが使用された。図10A から明らかなように、結果として得られたパターンは、利用可能な周波数空間の 非常に小さい領域しかカバーしない。図10Bは、少ない回数の露光および控え めな光学システムで、例えば0.33のレンズNAの場合に、空間周波数空間の 多くをカバーする可能性を示す。周波数空間のオフセット領域は、kx方向およ びky方向の両方に示される。これらは、図7および図8に示される光学システ ムと類似した光学システムを用いた2回の露光において、または、「Methods an d Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Micrometer Feature s」と題された、Steven R.J.Brueck、Xiaolan Chen、Saleem ZaidiおよびDanie l J.Devineによる、1995年2月24日出願の米国特許出願シリアル番号第08/399, 381号において平面波(例えば、周波数空間の単一点)に関して説明されるよう な4ビーム干渉システムを用いた1回の露光において、提供され得る。kx軸お よびky軸に沿った周波数成分の相対位相はパターンによって変わり得るため、 2回の露光が必要とされる可能性が高い。λ/3のNAは、3つの円の間の直径 に沿って、周波数空間の連続するカバレッジが達成される最小のNAであるため 、このλ/3のNAが選択された。光学システムの周波数応答が円のエッジでは 不適切であるため、完全なカバーレッジを達成するためには、迫加の露光または よ り大きいNAの光学システムのいずれかが必要とされる。直線パターンの周波数 内容の大部分は、kx軸およびky軸に近い値に集中される。そのため、この周波 数空間カバーレッジは、満足のいくものであり得る。そうでない場合、追加の露 光または追加のビーム経路、またはその両方が、必要に応じて使用され得る。 周波数空間の完全なカバレッジを確実にするのに十分に大きいNAで十分な露 光を行っても、この構成は、簡便には、任意のパターンの結像を可能にしない。 これは、各強度パターンが、実際のマスク像を表すからであり、これは、フーリ エ成分に幾らかの制約を与える。具体的には、方程式10により示される単純な 透過マスクの場合、マスクの後の強度が実数であり且つ正でなければならないと いう要求により、以下の式が必要とされる。 同じ関係が、最終像にも当てはまらなければならない。しかし、干渉光学システ ムは、例えば以下の式のようなより制約的な関係を課す。 ここでも、最終像について、各行に示される対の関係が当てはまらなければなら ないが、これらの対の間で関係が当てはまらなければならないという要求により 、最終像は過度に制約される。 本発明によれば、以上の制約を調停するための少なくとも以下の3つのアプロ ーチ解決策がある。(1)多数の露光を重ねて、この対称性をこわすこと、(2 )位相マスクまたは他の3次元マスクを用いて、方程式15に示される全体的な 対称性をこわすこと、ならびに、(3)上方および下方アームに異なるマスクを 用いることにより、および、追加の光学を導入して周波数応答の中心をkx =ky=0から離れるようにシフトし、レンズMTFにより正および負の周波数 項に異なる重み付けがなされるようにすることにより、光学システムを改変する ことである。 実際的な重要性が大きい(3)(上記)の特殊な場合は、干渉システムの1つ のアーム、例えば上方アームにはフィールドストップ開口のみを配置し、且つ、 下方アームにはより複雑なマスクを配置することにより得られ得る。次いで、方 程式12は、以下のように書くことができる。 方程式17は、フィールドストップが十分に大きいためMuに関連するフーリエ 成分がM1に含まれる周波数よりもはるかに小さい周波数であるという仮定の下 で導出された。具体的には、方程式17の加算の各周波数は、パターンを、フィー ルドストップにより規定される面積に制限するために適切な関数と置き換えられ 得る。即ち、以下のようになる。 ここで、aおよびbは、フィールドストップの直線寸法であり、フーリエ変換対 の乗算と畳込みとが等しいことが利用されている。 この結果は、依然として、方程式16に関して示された制約の問題を完全には 解決しない場合がある。 特に、フーリエ係数、例えば、Ml(kx,ky)=Ml*(−kx,−ky)に は、任意の最終像と一致しないという制約がある。上記のように、これは、光学 システムの中心周波数応答を|k|=0から離れるようにシフトすることにより 回避され得る。これを達成する1つの可能な光学機構が、図11に示される。 次に図11を参照して、有効なマスク41および42が使用され、マスク41 は、適切には、単純なオープンフィールドストップ開口を含む。プリズム71は 、適切には、マスク42の後ろに配置され、周波数成分の角度オフセットを提供 する。中心光線72および73は、追加の情報を提供するために示されている。 プリズム71は、好ましくは、マスク42から現れるゼロ周波数成分が、レンズ 33の開口のエッジに向けられるように選択される。この構成では、プリズム7 1は、レンズシステムにより受け入れられる周波数成分に、全体の傾きまたはバ イアスwtiltを効果的に与える。示された実施形態では、プリズム角度は、マス ク42から現れるゼロの空間周波数の光線を傾けてこの光線が第1のレンズ(3 3)の開口をちょうど避けるように選択される。この結果を、上方マスクとして の単純なフィールドストップ開口に限定し、再び、この開口のゼロでないフーリ エ係数がマスクの周波数よりもはるかに低い周波数であり、初めに無視され得る と推定すると、マスクでの合計フィールドは、以下のようになり、 強度は、以下のようになる。 tiltを、例えば、正のkxだけがレンズシステムに受け入れられるように調整 することにより、任意の像の形成に対する最終的な制約が取り除かれる。図11 に示されるようなプリズムの使用には多数の可能な変形がある。例えば、プリズ ムは、図11Bのようにマスクの前に配置されてもよく、プリズムは、透過また は反射のいずれかにおいて使用される適切な回折格子と置き換えられてもよく、 マスク透過の適切なサブセットのみを選択するためにフーリエ平面フィルタが使 用されてもよい(例えば、光学システムの第1のレンズ(33)の焦点の開口) 。 この概念を用いて生成され得るパターンの計算が、図13に示される。左上の パネル(「全周波数」と示されている)は、すべての妥当に利用可能な干渉露光 を用いた結果を示す。このパネルは、比較のために含まれ、多数回の露光でこれ までに得られた最良のパターンを示し、図4の左上のパネルと本質的に同一であ る。左側の真ん中のパネルは、二重露光、即ち、結像干渉露光および非コヒーレ ントに照射された光学露光の結果を示す。この左側の真ん中のパネルは、図11 の構成を用いて、y方向即ち垂直方向にオフセット(バイアス)された1回の結 像干渉リソグラフィ(IIL)露光と、伝統的な非コヒーレントに照射された光 学露光とを組み合わせた結果であり、これらの露光の両方で、0.4という控え めなレンズNAを用いた。左側の真ん中のパネルに示された実施例では、結像干 渉露光は、好ましくは、例えば、図11のプリズム71により0.5のy空間周 波数でバイアスされ得る。好適な実施形態によれば、このバイアスはその後、干 渉光学(例えば、図7のミラー45〜48)により効果的に相殺され、最終的に 、パターンのための適切な周波数分布を生成する。所望のパターンを有するマス クは、適切には、光学システムの一方のアームに配置され、フィールドの輪郭を 描く開いた開口は、適切には、他方のアームに配置される。図13に示される実 施例の場合、パターンは、水平(x)方向にPx=12CD、垂直(y)方向に Py=5CDという周期で反復している。パターンのフーリエ級数表現は、周波 数成分kn,m=2Π(nx/Px+my/Py)を有する。CDに正規化された対 応する空間周波数は、CD/Px=0.083およびCD/Py=0.2であり、 干渉リソグラフィにより支持される(n,m)の現在の実際的に実現可能な最大 値は、(11,5)である。即ち、nmax=Int(2PxCD/λl)=Int (PxIL)であり、ここで、Int関数は、引数の整数部を戻す。プリズム7 1は、周波数のすべてを、Wtite=0.5だけ傾けるように選択された。従って 、高空間周波数フーリエ成分、例えば、m=3、4は、レンズ33の集束円 錐にシフトされる。干渉光学、例えば、図7のミラー45〜48により導入され るバイアスWILは、2WIL=Wtiltであり且つオフセットされた傾きが干渉光学 により追加されるバイアスをちょうど相殺するように選択された。 続けて図13を参照して、左下のパネルは、レンズNAが0.7であるの場合 の同様の計算を示す。おもしろいことに、パターンの一番左側および右側のエッ ジは、NAがより大きい場合はより多く膨らんでいるが、下側の特徴の中心にあ るつまみは、より大きいNAではより不十分に規定される。これは主に、この特 徴が、干渉露光または結像光学露光のいずれかにより最適には供給されない、x 方向のより高い空間周波数成分を必要とするからである。これは、右上のパネル において改善され得る。この右上のパネルは、この露光をより満足のいくように 規定するために必要な空間周波数を提供するために1回は同じWtilt=0.5だ けyにバイアスされ、1回は同じ量だけxにバイアスされた2回の結像干渉露光 を、非コヒーレントに照射された標準の光学露光とともに用いた結果を示す。こ れらの露光はすべて、0.4のレンズNAであった。明らかに、つまみは、この 露光の場合の方がより良く規定されている。水平方向の棒の起伏は、より低い周 波数成分が、厳密に正しい振幅および位相で存在しないために起こる。これらの 成分は、結像干渉露光の各々(方程式19の第2の項)および光学露光から生じ る。ほとんどの実際的なマイクロエレクトロニクスパターンは、必ず両方の方向 に小さい特徴を有し、2回の干渉露光が必要である可能性が高い。右側の真ん中 のパネルは、伝統的な光学露光の代わりに1回の低周波数干渉露光(λ/Pxの 周波数)を用いた結果を示す。この結果は、前のパネルと非常に類似しているが 、必要とされる露光ははるかに単純である。最後に、右下のパネルは、λ/Px での1回の干渉露光とともに、NA=0.7のレンズを用いた2回の結像干渉露 光を使用した場台の像の計算を示す。この結果は、左上に示された可能な最良の パターンにほぼ匹敵するが、3回の露光しか必要とせず、マイクロエレクトロニ クス処理の完全な複雑さに匹敵する。これらの実施例は、結像干渉露光と伝統的 な結像露光との組み合わせにより可能にされる柔軟性を示す役割を果たす。所望 の結果に到達するための方法は多数ある。 非常に重要なことに、結像干渉露光は、構造の周期的なアレイに制限されない 。 これは、非反復性のフィールドストップを結像する以前の実施例により明らかに 実証される。いかなる任意のパターンも、フーリエ級数として示され得、ここで 、反復周期は、露光フィールドである。典型的なULSIスケールの場合、これ は、含まれなければならないフーリエ成分が非常に多数ある(例えば、潜在的に は、1億のオーダ)ことを意味する。明らかに、これは、個々のフーリエ成分が 別個に露光される場合は非現実的であるが、多数の周波数成分を扱う結像光学の 能力と、高空間周波数を可能にする干渉法の能力とを組み合わせる結像干渉露光 の場合問題ではない。 最適化のための幾つかの可能性が、本発明のコンテキストにおいてさらに探求 され得る。例えば、露光全体が幾つかの副露光に分けられる場合、これらの露光 の相対強度を調整することが、簡単な手順になる。さらに、結像干渉露光は、2 つの(または、おそらくそれ以上の)光路を必要とし、ここでも、これらの光路 の光ビームの強度を調整することが可能である。さらに、説明された最後の2つ のパネルが示すように(図13)、様々な副露光間でレンズNAを調整すること が有利である場合もある。即ち、非コヒーレントな光学露光の場合のレンズNA は、単純な干渉露光において使用される単一の周波数成分だけを通す点まで低減 されている。干渉露光の2つのビーム強度は、等しいものと考えられ、各露光の 強度はまた、結像露光のすべてについて等しかった。単純な干渉露光(即ち、ち ようど2本のビームのみ、および、各アームにフィールドストップ開口)の場合 、強度は、所望のパターンへの、非常に定性的な最良の適合を提供するように調 整された。 任意の像を規定するために必要とされるマスクを特定および製造するための手 順を特定することが残っている。尚、異なる周波数空間領域は、完全な像を形成 するために異なるサブマスクを必要とするため、今の場合、これは、一連のサブ マスクである。サブマスクの総数は、とりわけ像の空間周波数内容、露光に使用 される光学システムのNA、および、必要とされる像忠実度により決定される。 上で概説された数学により、機能的な設計装置が得られる。しかし、実際のUL SIパターンの複雑さにより、これは、困難なタスクになる。原則として、再現 される空間周波数の数は、画像中の画素数と同じであり得、2×3cm2の像お よび0.18マイクロメートルのCDの場合、2×1010!もの数であり得る。 次に図12を参照して、別のアプローチは、光学を使用して、パターンを完全 に規定する元のマスクからマスクを生成することである。セリフ、ヘルパーバー 、または位相シフトなどのいかなる解像度の増大もない例えば、電子ビーム直接 書き込みパターニング、の現在のマスク作製手順により書き込まれた完全なパタ ーンマスク(81)は、非コヒーレント光により照射される。マスクの後ろには 、図11のプリズムと機能が類似した、既存の波面を傾けるプリズム(82)が ある。あるいは、図11Bのように、プリズム(82)は、マスク81の前に配 置される。これは、光学システム(レンズ33および34)により結像された空 間周波数においてバイアスWbiasを導入する。ウエハ面での強度パターンは、以 下の式により表される。 ウエハを結像する代わりに、この強度パターンは、マスクブランク(83)を 露光するために使用され得る。マスクブランク(83)は後に、サブマスクを形 成するために現像およびパターニングされる。これはまさに、必要とされるフー リエ成分をウエハで生成するために好ましくは図11の構成において使用され得 るサブマスクである。以下の関係を満たすと、ウエハ面での適切な空間周波数の 生成が容易にされることを示すことは簡単である。 (22) 2W=Wbias 図14は、実験とモデル化との優れた一致を示すことにより、モデル化を有効 にする上記方法および装置を用いて例示的に実施したものを示す。この結果は、 上記発明が、所定のレンズシステムについての解像度の劇的な向上につながるこ とを明らかに示す。これらの実験に関して、発明者らは、安価な色消し複レンズ を使用した。比較的収差のない像を保証するために、レンズは、わずか0.04 のNAにされた。パターンは、入れ子状の5つの「L」を含み、中心の特徴は、 細長くなって、分離された線を提供し、10×10CD2の大きい箱形が、密集 した線にすぐ隣接している。大きく露光された像を提供するために、反復パター ンは40CDずつ分離され、散乱光の効果についての厳格なテストを提供した。 このビューグラフ(viewgraph)から、特徴は、2μmCDである。 左上のパネルは、従来の像の結果(コヒーレントな照射)を示す。上記CDで の小さい特徴(高空間周波数)は、解像されない。左下のパネルは、モデル化の 結果を示す。非常によく一致している。 上側の真ん中のパネルは、1回の露光はx方向、第2の露光はy方向、という 2回の連続したオフセット露光の結果を示す。密集したライン:スペースパター ンに対応する高空間周波数情報は捕獲されるが、低周波数情報はない。この場合 も、モデル化の結果は、よく一致している。特に、「L」の角部が、実験と一致 した態様で印刷されないことに注目されたい。 最後に、左側のパネルは、完全な3回の連続した露光の結像干渉リソグラフィ (IIL)の結果を示す。完全なパターンが印刷されている。この場合も、モデ ルと非常によく一致している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                   Integrate optical and interference lithography                  Method and apparatus for generating complex patterns   This invention relates to NAVY's DARPA / Department dated May 29, 1996 for two years. This was done in the course of research pursuant to Grant No. N66001-96-C8617.Technical field   The present invention generally relates to the use of interference techniques to create repeating structures during semiconductor manufacturing. More specifically, an interference lithography for making arbitrarily complex patterns on a wafer. On integration with optical lithography.Background technology and technical issues   Advances in the production of integrated circuits using large scale integration (VLSI) are becoming smaller and smaller. It has been characterized by shrinking functional dimensions. Transverse direction of transistor function Dimensions range from 55 micrometers (4K DRAM) in 1970 to today's 0.35 micrometers (64M DRAM). For functional dimensions The continuous improvement in this is achieved by reducing linear dimensions by 30% every three years. "Moore's law" to estimate the decrease in exponential function size characterized by Is an essential part of This “law” is described in the “National Technology Roadmap for Semi conductors "(Semiconductor Industry Association, 1994) As such, it is the basis of the semiconductor industry plan.   Throughout this advance, optical lithography has become the dominant resource for manufacturing applications. It remained a sography technique. To enable this dramatic scale reduction, light Many advances have been made in chemical lithography. Lithography of the current state of the art The wavelength of light used in Fitzur is from mercury G-line (436 nm) to mercury I-line (365 nm) to 248 DUV (KrF laser). Current , 193 nm ArF laser based steppers have been developed, History Historical trends continue. At the same time, the optical system has a numerical aperture (NA) of 0.2 From -0.6 to 0.7.   Further important improvements along these directions are unlikely, and Suggests industry needs to undergo significant changes in lithography technology There are several factors. The main one of these factors is the functional dimension Is shorter than the available light wavelength. Further below the wavelength Even when the reduction in scale makes line width control more difficult, It is increasingly important to control the line width. 193nm ArF wavelength For wavelengths below, it is believed that transmissive optical materials are not available and Easily, a transition to a total internal reflection system will be needed. Current multilayer reflectors and And aspheric optics have not been sufficiently developed to meet these requirements. This is a problem. The transition to reflective optics results in a significant reduction in possible NA This is most likely to reduce the benefits of shorter wavelengths.   A light source with sufficient average power for high throughput manufacturing is For shorter wavelengths, it is another major problem. EUV lithography Plasma source generated by the laser and 5x reduced aspheric total reflection with multilayer reflector A promising approach based on optics. However, this plan is Cost-effective to meet industry demands for graphics capabilities in a timely manner Whether it will lead to a new lithography tool is not yet known.   Another factor suggesting a substantial change in lithography technology is the future ULSI It is related to the complexity of the mask required for the generation. This complexity is by definition Increase by a factor of four per generation (ie, four times the number on the chip) Transistor). In addition, optics, collectively known as resolution enhancement techniques Many of the potential solutions to lithography problems are due to increased mask complexity (Eg, serifs, helper bar, and other sub-resolution features Or replace traditional 2D chrome masks on glass Requires a three-dimensional mask (phase shift technology). These trends are Increases the difficulty and cost of fabricating structures at high yields.   Many other lithographic techniques are currently being studied. These lithography technologies Include X-ray technology, electron beam technology, ion beam technology, and probe tip technology. There is art. Each of the above techniques has advantages and disadvantages, but nonetheless, In the meantime, none of the above techniques are satisfactory alternatives to optical lithography There is no doubt that it is not.   In recent years, interference lithography, or the use of two or more coherent light beams, has Exposure of the photoresist layer using the generated standing wave pattern Provides a very simple technique to create the required scale for several ULSI generations Proven as Optical exposure for low frequencies with spatial frequencies ranging up to NA / 1 Certain techniques exist that combine with interference lithography exposure for high frequencies You. However, these methods limit the high spatial frequency spatial content to a small number of points, As a result, only a periodic pattern having a period corresponding to the high-frequency exposure can be obtained. No. For example, see the following document. "Fine" issued on May 16, 1995 -Line Interferometric Lithography ", Steven R.J. Brueck, Salee m US Patent 5,415,835 to Zaidi and An-Shyang Chu; issued June 1, 1993 Titled "0verlay of Submicron Lithographic Features"  R.J. Brueck and Saleem H.C. Zaidi, U.S. Patent No. 5,216,257; August 30, 1994. `` Method and Apparatus for Alignment of Submicron Lithogra phic Features ”, Steven R.J. Brueck and Saleem H.C. Zaidi USA Patent No. 5,343,292; "Use of Diffracted Light from February 2, 1991" Kenneth, titled `` Latent Images in Photoresist for Exposure Control ''   P. Bishop, Steven R.J. Brueck, Susan M. Gaspar, Kirt C. Hickman, John R. McNeil, S.M. Sohail H. Naqvi, Brian R. Stallard and Gary D. Tipton rice National Patent Application Serial No. 07 / 662,676; U.S. Patent No. issued June 2, 1998 U.S. Patent Application Serial No. 08 / 614,991, filed July 15, 1998, Issue, `` Methods and Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays o f Sub-Micrometer Features ”, Steven R.J. Brueck, Xiaolan Chen , Saleem Zaidi and Daniel J .; Devine; "Arra," published September 21, 1993. ngement for Producing Large Second-Order Optical Nonlinearities in aWave guide Structure Including Amorphous SIO2. Myers, Nand ini Mukherjee and Steven R.J. Brueck US Patent No. 5,247,601; 1993 Published on August 24, "Methods and Apparatus for Large Second-Order Non  linearities in Fused Silica, "Steven R.J. Brueck, Richard A . U.S. Patent No. 5,239,407 to Myers, Anadi Muskerjee and Adam Wu; January 1991. `` High Position Resolution Sensor with Rectifying Cont, issued on the 22nd acts ", Steven R.J. Brueck, S.M. Schubert Kristin McArdle and And Bill W. Mullins, U.S. Pat. No. 4,987,461; issued Nov. 14, 1989; Wavelength-Resonant Surface-Emitting Semiconductor Laser '' even R.J. Brueck, Christian F. Schauss, Marek A. Osinski, John G. McIner ney, M .; Yasin A. Raja, Thomas M. Brennan and Burrell E. Hammons US Special No. 4,881,236; "Method for Fine-Line Interferom" filed on September 16, 1992 etric Lithography ", Steven R.J. Brueck, Saleem Zaidi and An-S US Patent Application Serial No. 08 / 635,565 to hyang Chu; filed on March 16, 1995 , `` Methods and Apparatus for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Microm eter Features ”, Steven R.J. Brueck, Xiaolan Chen, Saleem Zaid i and Daniel J. Devine US CIP Patent Application Serial No. 08 / 407,067; 1 `` Method for Manufacture of Quantum Sized Periodic, '' filed on September 20, 993 Structures in Si Materials ", Steven R.J. Brueck, An-Shyang Ch u, ruce L. Draper and Saleem H. Zaidi U.S. Patent Application Serial No. 08/123 No. 543, filed on June 6, 1995, entitled "Method for Manufacture of Quantum Sized". Periodic Structures in Si Materials ", Steven R.J. Brueck, An- Shyang Chu, Bruce L. U.S. Patent No. 5,705,321 to Draper and Saleem Zaidi; 19 “Manufacture of Quantum Sized Periodic Structures I, filed on September 25, 1996 n Si Materials ", Steven R.J. Brueck, An-Shyang Chu, Bruce L. Draper and Saleem H. Zaidi US DIV Patent Application Serial No. 08 / 719,896 Issue: “Use of Diffracted Light from Latent Images i, filed March 5, 1992 n Photoresist for Optimizing Image Contrast. Bish op, Lisa M. Milner, S.M. Sohail H. Naqvi, John R. McNeil and Bruce L. Dra U.S. Patent Application Serial No. 07 / 847,618, filed Sep. 8, 1995, entitled "Tec hnique for Fabrication of a Poled Electrooptic Fiber Segment '' , Steven R.J. Brueck and Xiang-Cun Long U.S. Patent Application Serial No. 08/5 No. 25,960; filed on June 20, 1995, entitled "Method and Apparatus for Real-time Spe ckle Interferometry for Strain or Displacement of an Object Surface '' Entitled, Steven R.J. Brueck, David B. Burckel, Andrew Frauenglass and Saleem Zaidi US Patent No. 5,426,498; SIA, National Technology Roadmap fo r Semiconductors (1994); J.W. Goodman, Introduction to Fourier Optics, 2nd Ed. (McGraw Hill, NY 1996); J.W. Goodman, Statistical Optics (John  Wiley, NY 1985); Xiaolan Chen, S.H. Zaidi, S.R.J. Brueck and D.J. Dev ine, Interferometric Lithography of Sub-Micrometer Sparse Hole Arrays fo r Field-Emission Display Applications (Jour. Vac. Sci. Tech B14, 3339-33 49, 1996); S.H. Zaidi and S.R.J. Brueck, Multiple-Exposure Interferome tric Lithography (Jour. Vac. Sci. Tech. B11, 658, 1992); Yariv, Intr oduction to Optical Electronics (Holt, Reinhard and Winston, NY 1971) .   The limiting spatial frequency in interference lithography is generally considered to be ~ λ / 2. available. Here, λ is a laser wavelength, and a 1: 1 line and space Critical dimension (CD) is λ / 4. This is usually k1say λ / NA It should be contrasted with the limiting CD of the imaging optics system used. Where k1Is Is a function of manufacturing tolerances and the optical system, where λ is the center wavelength of the exposure system , And NA is the numerical aperture of the imaging optical system. k1Is typically 1.0 To ~ 0.6. This is an oversimplified theory of restrictive scale Clearly, it plays a key role. 193 wavelength optical lithography In the case of a microtool, the estimate is 0.6, which is ~ 0.19 micron It leads to a limited CD of meters. In contrast, for the I line (365 nm) Interference lithography has a limiting resolution of ~ 0.09 micrometers You. With 193 wavelengths, the limiting resolution of interference lithography is ~ 0.05 mask. It is a micrometer. This is already a current EUV lithography estimate ( Wavelength 13 nm and NA 0.1, k10.08 micrometer when Better than a CD).   The major obstacles associated with interference lithography are the VSLI and ULSI contexts. Develop sufficient pattern flexibility to generate useful circuit patterns in the quist is connected with. Two-beam interference exposure simply involves line-an It only produces a periodic pattern of space. Multi-beam (4 or Exposure produces a two-dimensional structure, but is relatively simple, such as holes or columns. It also generates the structure of the repeating pattern. More complex structures, for example, originated on May 16, 1995 `` Method and Apparatus for Fine-Line Interferometric Lithograp hy ”, S.R.J. Brueck and Saleem H.C. Zaidi U.S. Patent 5,415,835 No. and Jour. Vac. Sci. Tech. As described in B11 658 (1992), It can be made by using several interference exposures. For additional flexibility, the patents mentioned above Combining interference lithography and optical lithography as described in Achieved by So far, demonstrations have included, for example, Defining an array of lines and delimiting the field by a second optical exposure, etc. There are relatively simple examples. Multiple exposures are more complex structures, but However, it has been demonstrated to produce repetitive structures.   In addition to the limited pattern flexibility, currently known interference lithography techniques Do not have well-defined synthetic procedures to obtain the desired structure.   Accordingly, there is a need for a technique that specifically overcomes the above disadvantages associated with the prior art. .Summary of the Invention   The present invention provides optical lithography and drying in a manner that overcomes many of the disadvantages of the prior art. A method and apparatus for integrating interference lithography is provided.   The preferred embodiment of the present invention relates to optical lithography technology and interference lithography technology. Method and apparatus for analyzing a lithography task during Particularly suitable fruit According to the embodiment, the integration of interference lithography and optical lithography is facilitated, Optical systems that create complex structures on the same workpiece, for example, a semiconductor wafer System is provided. In a preferred exemplary embodiment, the two masks are To block the two parts of the uniform parallel light beam imaged on the wafer Be composed. The interferometric optical system is integrated into the apparatus and the two mask images are At substantially equal angles and opposite angles with respect to a plane perpendicular to c Bring on wafer. According to this preferred embodiment, after passing through the interference optics, To create an image plane that coincides with the Eha plane, the mask should be properly adjusted with respect to the optical axis. Can be tilted.   According to another aspect of the present invention, any desired pattern can be transferred to a number of specific interference and A formal analysis procedure is proposed to divide exposure and optical lithography exposure.   According to another aspect of the invention, multi-beam interference lithography comprises a number of discrete Spatial frequency, or alternatively, extended to include a continuous range of spatial frequencies This allows more complex repetitive patterns and non-repetitive patterns in a single exposure. To make writing easier.   According to another aspect of the present invention, an enhanced multi-beam interference lithography What you get now using only known optical lithography in combination with lithography Methods and apparatus are provided for making arbitrary structures at higher resolutions than can be provided. You.   According to another aspect of the invention, a mask used in interference exposure is optically defined. Methods and apparatus are provided.   According to yet another aspect of the invention, a combined optical and interference lithography To reduce the complexity of the mask used in the optical lithography part of the exposure Methods and apparatus are provided.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same reference numerals indicate the same elements. Shows the event.   FIG. 1 is a schematic of a decomposition of a particular structure into rectangles to facilitate a Fourier transform. In the figure, the rectangles are shown slightly offset for clarity.   FIG. 2 shows the optical transfer function for coherent and non-coherent illumination. 5 is an exemplary graph.   FIG. 3 shows an optical lithography tool with limited diffraction at a given wavelength and NA. Prior art VLSI pattern of 0.18 micrometer CD written by It is a diagram showing an example of the pattern, the left column shows the results of non-coherent irradiation, the right column Shows the results of coherent irradiation.   FIG. 4 shows a 0.18 mask written using a combination of optical exposure and interference exposure. 7 shows an embodiment of a VLSI pattern of an micrometer CD.   FIG. 5 illustrates the context of integrated optical and interference lithography technology. 3 shows a simplified mask structure.   FIG. 6 shows a field stop (fi) on a wafer according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram of an exemplary optical system useful in imaging eld stops.   FIG. 7 extends the optical system of FIG. 6 to include interferometric lithography technology. It is a schematic diagram of a system.   FIGS. 8A and 8B illustrate the generation of a mask image biased to a high spatial frequency. FIG. 3 is a schematic diagram of another interferometric optical system useful for the present invention.   9A and 9B show a rectangular aperture imaged using the optical system of FIG. 8A. SEM micrographs of edge areas, each in focus and 5 shows an SEM micrograph when the focus is out of focus.   FIG. 10 shows a spatial frequency spatial representation of a combination of imaging optical exposure and interference exposure. FIG.   FIG. 11 shows the spatial frequency content (spatial fr.) Of an image according to a preferred embodiment of the present invention. light to bias the frequency (equency content) away from zero center frequency It is a schematic diagram of a learning system.   FIG. 11B is another embodiment of the schematic shown in FIG.   FIG. 12 illustrates the use of a complete pattern mask with prisms to combine sub-masks. Optical system for imaging and biasing frequency components away from low frequencies FIG.   FIG. 12B is another embodiment of the schematic shown in FIG.   FIG. 13 shows interference lithography using the configuration of FIG. (IIL) and 0.18 mm written at 365 nm wavelength 1 shows a schematic example of a VLSI pattern of an Chromometer CD.   FIG. 14 shows an implementation using the method and apparatus described above.Detailed Description of Preferred Exemplary Embodiments   Before describing the present invention in detail, a discussion of Fourier optics is provided. J.W. Goodman, In troduction to Fourier Optics, 2nd Ed. (John Wiley Press, NY 1996) I want to be. In this specification, the entire contents of the above documents are incorporated by reference.   For simplicity, the following description assumes the use of non-coherent illumination. , Each Fourier component of the image can be processed and evaluated independently. Then the explanation is Pushes the limits of coherent irradiation. For coherent illumination, each component is an electric field And the result of squaring to determine the intensity on the exposed surface. In practice, actually Optical lithography tools typically use partially coherent illumination You. For a more detailed description of partial coherence, see, for example, J.W. Goodman , Statistical Optics (John Wiley, NY 1985). Partially coffee The use of lent radiation increases the computational complexity of mathematical analysis, but is not discussed here. As will be apparent, it does not significantly affect the invention in other respects.   Optical lithography systems include an illumination subsystem, a mask, and an imaging optics subsystem. It can be divided into a stem, and a photoresist optical response. Eye of irradiation subsystem The goal is to provide uniform illumination of the mask. Light beam passes through the mask Then, the light is diffracted into a number of plane waves corresponding to the Fourier components of the mask pattern. This Each of these plane wave components is k of the wave number vector.xComponent and kyCharacterized by component Propagation in different spatial directions. Mathematically, this is in the plane of the mask Thus, it is shown as follows. Here, the addition is performed at the allowed spatial frequency k.x= N / PxN = 0, ± 1, ± 2,. .; Ky= M / Py; M = 0, ± 1, ± 2,.xAnd PyHaso These are the repetition periods of the pattern in the x and y directions, respectively. PxAnd PyIs For non-repeating patterns, it can be as large as the exposure die size. Black on glass The system mask has a binary transmission function (each pixel is either 1 or zero). Therefore, the Fourier transform of (1) simply corresponds to the decomposition of the desired pattern into rectangles. Given by the sum over the sin (x) / x function with the appropriate phase shift You. That is, it becomes as follows. Where ai(Bi) Is the extent of each rectangle in x (y), ci(Di) Is x This is the offset of the center of the rectangle from the coordinate origin in (y).   Referring briefly to FIG. 1, the above decomposition of the desired pattern into rectangles is a typical VLS Shown schematically for an I-gate structure. In particular, typical in the illustrated embodiment The exemplary pattern shown as a typical gate 11 is divided into a plurality of rectangles 12-16. Understood. For clarity, these rectangles are shown offset in the figure You.   The imaging optics subsystem modulates the propagation of the Fourier component to the image (wafer) plane. Imposes a transfer function (MTF). In the case of diffraction-limited optics with circular symmetry, transmission The function is the spatial frequency kopt= NA / λ, where NA is the numerical aperture And λ is the center wavelength. In the limitation of non-coherent illumination, the MTF is Go odman, Introduction to Fourier Optics, 2nd Ed. (McGraw Hill, NY 1996) Given by reference. That is, it is as follows. = 0. For a coherent optical system, the transfer function is simply become. (4) k ≦ koptIn the case of Tcoh(Kx, Ky) = 1, and                 k> koptIn the case of Tcoh(Kx, Ky) = 0 Here, as described above, this transfer function is suitably adjusted before evaluating the aerial image intensity. Applies to optical electric fields.   Referring now to FIG. 2, these two transfer functions are described in more detail below. Along with the transfer function in the case of interference lithography. The scale is kopt= Set by NA / λ, where NA is the numerical aperture of the optical subsystem, λ is the center wavelength of the illumination system. In the case of non-coherent illumination 21, transmission Function TincohIs applied to each Fourier component of the intensity pattern at the mask. Kohi Transfer function TcohIs the Fourier component of the electric field at the mask And the strength is evaluated on the wafer surface. Interference lithography up to 2 / λ The optical transfer function of the filter (23) is also shown. Used to plot this figure The parameters set are λ = 365 nm and NA = 0.65. Fig. 2 H, k / koptRemoves any obvious dependence on λ by normalizing to It is.   Finally, the image intensity at the wafer surface is transferred to the resist. Resist is typical Shows a non-linear response. In this regard, the industry typically uses positive and negative Both tone resists are used. Shown here for clarity The calculations performed are for a negative tone resist (ie, resist irradiation). Areas are retained during development and non-irradiated areas are removed). Calculate simple mask By reversing the irradiation area and the non-irradiation area, it can be used as a positive tone resist. It is understood that the above can be applied properly. Photoresist The answer is approximated as a step function. That is, when the local intensity is smaller than the threshold The photoresist is assumed to be completely removed during development and is larger than the threshold. For high local strengths, the resist thickness is not affected by the development process. actually Resist has finite contrast and non-local intensity affects development . The effect of these practical considerations is that high spatial frequency variation in the results presented below is Eliminating some of the motion and the steep sidewalls predicted by this simple model Rather than producing a finite sidewall slope. However, these effects are Does not affect the scope or content of   Referring now to FIG. 3, examples of the prior art are 365 nm, 248 nm, and 1 nm. 0.1 with a 93 nm optical lithography tool (each from bottom to top in the figure) This known technique is used to print a typical VLSI gate pattern on an 8 micrometer CD. The result of applying Fourier analysis is shown. The desired pattern is indicated by a dotted line in each cell. You. Only the perimeter of the pattern printed by the optical tool is shown. Around these Inside, the resist is exposed and remains intact during development. Outside the surrounding The resist is not exposed and is removed during development (negative resist). As above In the case of a positive resist, reversing this response is a simple modification to the analysis. is there. The pattern is periodic. Therefore, in actual exposure, each cell is repeated many times. Returned and, of course, the frame that outlines each cell is not printed. In FIG. Different exposure tools and exposure conditions to provide more information Neighboring cells with the results are shown. NA is 365 nm (I line) Set to 0.65, 248 nm (KrF laser source) and 193 nm (ArF (Laser source) was set to 0.6. The left column shows the results of non-coherent irradiation. The right column shows the results of coherent irradiation. Simple solution shown in background chapter As expected from the analysis, I-line optical lithography tools can Cannot write the structure of the title CD easily (for example, ~ k1λ / NA ~ 0.8 ×. 365 /. 65-0.45 micrometers minimum resolution). Printed Shape can result in severe distortion due to limited available frequency components Is shown. In fact, an image of coherent illumination is not even two separate features But combine into a single structure. Although not shown in FIG. 3, the pattern is also Are very sensitive to process variations and are sensitive to small variations in optical exposure levels. Change Significant patterns can be obtained from 248nm optical tools However, these patterns still have significant roundness at the edges. And shows the deviation from the desired structure. Can be obtained from 193nm tool Even patterns are far from ideal.   The above procedure describes the lithography tasks between optical lithography and interference lithography. Can be used to parse the query. This analysis technology is at the heart of the present invention. is there.   Before describing the analysis technique of the present invention in detail, a review of the MTF for interference lithography. The value is shown first.   More specifically, the IL is, in its simplest form, in a plane perpendicular to the wafer. Incident on the substrate at equal and opposite azimuth angles (θ) Use two coherent light beams. The strength at the wafer is given by the following equation: available. Here, the intensity of each beam is individually I0And k = 1 / λ, where λ is the coherent Is the wavelength of the transparent beam and the phase factor φ is the Indicates the position of the Multiply this phase factor to form the desired final pattern It is necessary to make appropriate adjustments in exposure, that is, Can get. This means that the MTF is 1. That is, the intensity is at least zero. Space circumference The wave number is given by the following equation: (6) kx= 2 ksin (θ) The maximum spatial frequency is kx|max≡kIL= 2 / λ. This is an imaging optical system The maximum spatial frequency in the case ofmax= 2kopt= 2NA / λ It is. In addition, the modulation transfer function for interference exposure is Unlike a sharp drop in the case, typically all k <kILIt is 1 in the case of. This includes optical imaging systems for coherent illumination and non-coherent illumination. It is shown in FIG. 2 with the corresponding MTF in both cases of the optical imaging system. Ko The MTF of the helical irradiation is not the Fourier component of the intensity, but the Fourier component of the electric field. It is important to remember that it applies to minutes. Involved in taking strength The nonlinear square operation is 2 × koptTo generate frequency components up to.   Thus, the defined procedure for exposing a desired pattern according to the present invention is optical Related to optical lithography and interference lithography. Particularly preferred embodiment bear If optical lithography is mainly used to provide lower frequency components , Interference lithography is mainly used to provide higher spatial frequency components It is. The threshold is determined by the frequency of the interference exposure (ie, the maximum and minimum spatial frequencies) and Amplitude (any frequency component whose Fourier amplitude is lower than a preset level Can be set for both. This is used in the prior art example (FIG. 3). The same VLSI pattern as shown is shown in FIG.   Continuing to refer to FIG. 4, the left column shows an embodiment for setting a frequency range. Upper left For panels, the full frequency space available through interference lithography is used and Thus, in this case, no optical lithography step is required. Resulting Pattern more closely represents the desired pattern as exemplified by any prior art. The desired pattern, even at substantially shorter wavelengths. This is shown in FIG. However, in this example, 51 exposures were required. In the left column The two panels underneath are first the low frequency limiting embodiment, then the low and high An example is shown that limits both frequencies. In each case, the low frequency components are Thus obtained. The right column sets a threshold value for the intensity of the interference lithography exposure. The results are shown. As the threshold gradually increases (from top to bottom), the interference lithography exposure The number of times of light gradually decreases, and the approximation to the desired structure gradually becomes less ideal. It becomes. This phenomenon is due to the number of exposures, Emphasis on the trade-off between on-line fidelity. This tradeoff is preferably Can be optimized in each level of specific context according to the teachings of the present invention .   As mentioned above, one of the major difficulties facing optical lithography is the need This is an increase in the complexity of the mask. The analysis procedure outlined herein is Preferably, optical lithography is used for the low spatial frequency components of the image to reduce interference interference. The complexity of the mask is dramatically increased by providing high spatial frequency components through lithography. Can be reduced.   Referring now to FIG. 5, an exemplary VLSI similar to the pattern shown in FIG. The pattern is again shown using the above paradigm. That is, optical lithography Is used for the low spatial frequency components of the mask (leveraged) and Luffy is used for high spatial frequency components. More specifically, in the upper left of FIG. The panel of the low spatial frequency component (kopt= NA / λ (In dotted line) shows the resulting image (dotted line) ). The upper right panel shows the result of adding 51 interference exposures (solid line) (Fig. 4 upper left panel) and 7 using interference amplitude lithography with simple amplitude threshold The result (broken line) of limiting the exposure to only one exposure is shown. These results are shown in FIG. Substantially equal to the result. The middle panel on the left in Figure 5 is a much simpler mask (Referred to as simplified mask A and shown in dashed lines) and Without limiting spatial frequencies beyond the spatial frequency, this Shows the resulting intensity profile when passing the image from the disc . This is a much simpler mask than the complete pattern, It produces very similar results in a limited frequency space. Mask pattern A is Passing the pattern of A through the imaging simulation described in the previous paragraph Was obtained by simple trial and error from the low frequency results of the upper panel. Repetition For patterning, pattern A is simply one rectangular opening per repeating unit. Note that   With continued reference to FIG. 5, the middle panel on the right shows the simplified pattern A. Shows the result of using optical exposure and adding interference lithography exposure (no threshold) The complete range of available spatial frequencies), this panel is about a complete mask Very close to the panel. The dashed curve is for seven interference lithography exposures. You. The low frequency mask is further added to the simple straight line segment shown in the lower left panel. It can be simplified. Due to the repeating pattern, this simply extends to the full height of the die It is a wide line.   The lower right panel of FIG. 5 shows 51 (solid line) and 7 (dashed line) interference lithographs. 3 shows the result of adding a high frequency component by using the exposure. The result is a complete mask Is very close to the result obtained in this case, again with a 193 nm optical exposure tool. Much better than the results you can get. Between the resulting exposures The difference is very slight, because the simplified mask Showing that it can be used for tep, while still maintaining excellent pattern fidelity Relieves the difficulty of fabricating masks. As described above, for each level, Careful trade-off between number (manufacturing throughput) and pattern fidelity Need to be   By combining multiple (two or more) beams in one exposure, It is also possible to reduce the number of cross exposures. A simple example of this is "Meth ods and Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Micrometer F eature ", Steven R.J. Brueck, Xiaolan Chen, Saleem Zaidi and Daniel J. Related US Patent Application No. 08 / 399,3 filed February 24, 1995 by Devine Issue 81 provides some details. This earlier application writes a specific two-dimensional exposure Specifically, a sparse hole array (> 1) is formed in the positive photoresist layer. : 3 hole diameter: distance between holes). the above The application provides specific examples of three, four and five beam exposures.   It is often desirable to demarcate the field of interference lithography exposure And it is often necessary. Typical die size for one exposure (Today, 20 × 30mmTwoIs the wafer size (diameter 200mm ~ 300 mm). In order to obtain uniform exposure over the die, The beam is expanded and turned to a uniform intensity over the field size. Only And the beam edges are necessarily non-uniform, allowing the wafer to be exposed Even so, the pattern becomes substantially non-uniform. One technique that addresses this is c. Add a field stop (mask) opening directly above Eha to define the boundary of the exposure area It is to determine. However, a significant problem with this approach is the diffraction effect of the aperture. Where L is the distance from the field stop to the wafer. L is about 1mm For practical separation distances, this diffraction ringing is Extends about 0.3 mm into the pattern. In many applications, this is an unacceptable result It is. One technique to eliminate this ringing is to scatter the scattered edges. The wavelength scale so that the field is not added coherently away from the edge. Is to roughen the edge of the opening randomly.   In addition, it offers significantly increased flexibility without leaving traditional lithography Another alternative when moving the field stop away from the wafer is to perform two functions: Is to add an optical system that simultaneously provides This function is 1) Imaging the field stop on the wafer, and 2) the field stop The purpose is to make the incident parallel beam a parallel beam at the position of the wafer .   Referring now to FIG. 6, field stop 31 is imaged on wafer 32. A preferred exemplary embodiment of the optical system used for1And fTwo And the mask 31 includes the first lens 3 Distance f from 31And the spacing between the lenses is appropriately f1+ FTwoIs , The wafer 32 is at a distance f from the second lens 34.TwoJust placed behind. Double the statue The rate is -fTwo/ F1Is indicated by The field stop is suitably the first level Placed in front of the lens 33 and collimated (ie, the wavefront has a very large radius of curvature). Laser source that is substantially uniform over the area of the field stop. Irradiated. In this configuration, the curvature of the wavefront effects the effect of this optical system. Not qualitatively. Diffraction limited edge of field stop image on wafer The edge definition is appropriately proportional to the wavelength of the optical system, and , Is inversely proportional to the numerical aperture. This transfers the mask image and at the same time the entire wavefront This is only one class of optical systems that serve to maintain flatness. Suitable A general condition for specifying a clear optical system is the ABCD ray that indicates the optical system. The B and C terms of the entire transfer matrix are zero (A . Yariv, Introduction to Optical Electronics (Holt, Reinhart and Winston , NY 1971), the description of the ABCD ray tracing transfer matrix).   The mathematical description of this imaging system is based on the Fourier optics concept introduced above. Is easy. Since mask irradiation uses a coherent uniform beam, Analysis of a healing imaging is appropriate. The electric field immediately after the mask is written as Can be Here, M (kx, Ky) Is the Fourier transform of the mask transmission function. It is assumed to be sporadic. For an aperiodic mask pattern, kx, Kygarden Barrel addition is replaced by integration in the usual manner. Through the optical system , The following modulation transfer function is imposed: Here, the subscript E indicates that this transfer function applies to an electric field instead of an intensity. It is shown. The electric field at the wafer is then given by: The strength is given by the following equation. Here, I is the Fourier transform of the intensity, which is a real number in the case of a simple transmission mask. kx’And ky′ Is the square of the electric field Fourier transform kxAnd ky2xkoptTo reach   The low frequency pattern defined by the mask splits the optical path and guides the interference optics. By entering, a higher spatial frequency may be shifted. Referring now to FIG. Thus, a preferred exemplary embodiment of the present invention implements the optical system of FIG. Fig. 2 shows an extension to include a device for integration into a graphics system. Than Specifically, each of the masks 41 and 42 is appropriately positioned above or below the figure. Are introduced into two parts (e.g., half) of the light beam. Mask 41 And 42 are not necessarily the same. In-phase wave by last optical element To compensate for any tilt introduced into the plane, these masks are Can be arranged, preferably at an angle, such that is in a plane perpendicular to the wafer. Optical cis The system comprises lenses 33 and 34 arranged as described with reference to FIG. Become. Finally, interferometric optics are introduced to provide a high frequency bias.   The interferometric optical system shown in FIG. 7 suitably has a plurality (eg, four) mirrors. (45, 46, 47 and 48), which mirror the light beam Each segment (for example, two) is divided into Interference is caused on the plane of Eha15. In the illustrated embodiment, an interferometric optical system Suitably at substantially equal and vertical angles to a plane perpendicular to the wafer. , To provide a mask image on the wafer. The advantages of this system include: The two beams have equal central optical path lengths and no induced astigmatism. I can do it.   Referring now to FIG. 8, a mask image biased to a high spatial frequency is generated. Various other embodiments may be used for this. In particular, FIG. For example, a lens 34 and a lens 34 configured to impart a mask image to the wafer 32 A simple Fresnel configuration including a mirror 51 is used. The configuration of FIG. It is attractive in that it is a much simpler configuration involving only one of 1), Two central optical path lengths are not equal, requiring different mask planes for the two masks And FIG. 8B shows a prism (52) configuration where the center optical path lengths are equal. But the prism requires different mask planes for x-rays and y-rays, Introduce aberrations.   Here, a mathematical description of these systems is obtained with respect to FIG. This theory In order for the light to be compatible with the alternative optics of FIG. 8, it does not affect the essential results. Small changes are needed. Applying equation 9 to the optical system of FIG. Is given.Here, the subscripts u and l have the same mask Fourier transform. Has been added to the mask Fourier transform to show that it is not limited. w = 2Π sin θ / λ is the spatial frequency bias added to each beam by interference optics You. Taking the intensity gives an image to be printed on the photoresist layer. That is, It looks like below. And in the special case that the two masks are the same, this becomes . Equation (13) corresponds to the mask image modulated by the high frequency interference pattern . For example, if the mask pattern is simply a field stop, the resulting The printed pattern is a high Spatial frequency line: Space pattern. As described above, The edge of the loop is typically defined within a distance of ~ λ / NA due to optical system limitations. Is determined. Clearly more complex mask patterns are possible. In fact, the optical system Any mask pattern within the spatial frequency range of the It can be reproduced with an additional high spatial frequency modulation introduced by the stem.   Referring now to FIG. 9, a uniform within a finite field using the optical configuration of FIG. Line: Multiple SEM micrographs showing first experimental evidence of printing a space pattern A mirror photograph is shown. The light source was a 364 nm Ar ion laser. this is, Very low NA optical system using only a single element uncorrected spherical lens (.About.0.06) and diffraction limited edge resolution is only .about.6 micron. Meters. Probably a significant contribution from lens aberrations . The top two SEMs (FIG. 9A) show the case in focus. Fields G Vertical (parallel to the grating line) and horizontal (dry) Both perpendicular to the grating line) are defined within -10 micrometers. This Is 2 times the theoretical diffraction limit (λ1 / NA〜4 micrometers). Within a factor of ~ 3. Note that the grid period of 0.9 micrometer is Qualitatively, a built-in measuring device is provided. In contrast, the lower SEM (FIG. 9B) Similar results are shown for a defocused state. The intensity fringing at the edge It is due to the occasion. The distance to the first stripe of ~ 30 micrometers is Can be used to calibrate the distance from the point plane (ie, defocus) at about 3.5 mm You.   Equation (13) rewrites the distribution of spatial frequency contributions associated with this image Can be rewritten. That is, it becomes as follows. A closer examination of equation (14) reveals three frequency space domains with frequency content. It is suggested that there is. That is, it is modulated by the lens system and A low-frequency region represented by two different copies of this intensity pattern. These duplicates One is shifted by + 2wx as a result of interference optics and one is -2wx Shift. This situation is shown in FIG. 10A, which is shown in FIG. 8A. Using an exemplary optical system such as that covered by the exposure shown in Equation 14, The complete spread of the frequency space is modeled appropriately. In particular, available laps The complete spread of wavenumber space is given by the radius kILModeled as a large circle 104 of = 2 / λ The three filled circles 106, 108 and 110 have significant frequency content. Represents three frequency space regions having The optical system used to demonstrate FIG. In this case, the low-frequency region has a radius of 2 k with NA = 0.06.opt= In the circle of 2NA / λ Included, two regions created by interference are off by 2w = 2 sin (θ) / λ Set, for a 0.9 micrometer pitch grating, sin (θ) = 0. 2. The radius of each offset region is equal to the radius of the low frequency region. equation( From 3), the MTF of the optical system has a radius in each of these frequency ranges. It decreases monotonically along the direction and is zero at the edge of the circle shown in FIG. 10A. still In the lens optical system alone (FIG. 6), a grating with a period of 0.9 micrometer is used. Cannot be made and the interference system combined with the lens system (FIG. 8A) Generates a grid while preserving the frequency content of the image and the low frequency content that defines the area of the image. To the higher frequencies needed to achieve this. Importantly, The combined optical system covers the frequency space region where the frequency content is continuous. A barred image is obtained. This is because a pattern with a small period (x is 12 × CD, y Only the points in the frequency space that are relatively widely spaced about 5 × CD) This should be contrasted with the above description of the periodic structure needed to reproduce the pattern. (See, for example, the above description of FIGS. 1, 3, 4, and 5).   For this first demonstration, a very conservative optical system was used. FIG. 10A As can be seen from the figure, the resulting pattern is Covers only a very small area. FIG. 10B shows a small number of exposures and duplicates. For example, in the case of a lens NA of 0.33, Shows the potential to cover many. The offset region in the frequency space is kxDirection and KyShown in both directions. These are the optical systems shown in FIGS. In two exposures using an optical system similar to the d Apparatuses for Lithography of Sparse Arrays of Sub-Micrometer Feature s ", Steven R.J. Brueck, Xiaolan Chen, Saleem Zaidi and Danie l J. Devine, U.S. Patent Application Serial No. 08/399, filed February 24, 1995, As described in 381 for plane waves (eg, a single point in frequency space) In one exposure using a suitable four-beam interference system. kxShaft And kySince the relative phase of the frequency components along the axis can vary from pattern to pattern, It is likely that two exposures will be required. NA of λ / 3 is the diameter between three circles Along with the smallest NA at which continuous coverage of the frequency space is achieved , This NA of λ / 3 was selected. The frequency response of the optical system is at the edge of the circle Because of inadequacy, in order to achieve full coverage, additional exposure or Yo Any of the larger NA optical systems is required. Frequency of linear pattern Most of the content is kxAxis and kyFocused on values close to the axis. Therefore, this frequency Number space coverage can be satisfactory. If not, additional dew Light or additional beam paths, or both, may be used as needed.   Sufficient exposure at a NA large enough to ensure complete coverage of the frequency space Even with light, this configuration simply does not allow imaging of any pattern. This is because each intensity pattern represents the actual mask image, which D) Some restrictions are imposed on the components. Specifically, the simpler equation 10 In the case of a transmissive mask, the intensity after the mask must be real and positive Thus, the following equation is required. The same relationship must apply to the final image. However, interference optical systems The system imposes a more restrictive relationship, for example: Again, for the final image, the pairs shown in each row must apply. No, but due to the requirement that a relationship be applied between these pairs , The final image is overly constrained.   According to the present invention, at least the following three approaches for arbitrating the above constraints are provided. There is a solution. (1) Breaking this symmetry by repeating a number of exposures, (2) Using a phase mask or other three-dimensional mask, the overall Breaking symmetry, and (3) using different masks for the upper and lower arms And by introducing additional optics to center the frequency response by kx = Ky= 0 away from the positive and negative frequencies due to the lens MTF Modify the optical system by giving different weights to the terms That is.   In the special case of practical importance (3) (above), one of the interference systems Arm, for example, the upper arm, only the field stop opening is arranged, and This can be obtained by placing a more complex mask on the lower arm. Then Equation 12 can be written as: Equation 17 states that the field stop is large enough that MuRelated to Fourier The component is M1Under the assumption that the frequency is much lower than Was derived. Specifically, each frequency of addition in Equation 17 represents a pattern, Replaced by an appropriate function to limit the area defined by the field stop obtain. That is, it becomes as follows. Where a and b are the linear dimensions of the field stop and the Fourier transform pair It is used that the multiplication and convolution of are equal.   This result still completely solves the constraint problem presented with respect to equation 16. May not be resolved.   In particular, Fourier coefficients, for example, Ml (kx, Ky) = Ml*(-Kx, -Ky) Has the constraint that it does not match any final image. As mentioned above, this is optical By shifting the center frequency response of the system away from | k | = 0 Can be avoided. One possible optical mechanism to accomplish this is shown in FIG.   Referring now to FIG. 11, effective masks 41 and 42 are used Suitably include a simple open field stop opening. Prism 71 Suitably positioned behind mask 42 to provide an angular offset of frequency components I do. Center rays 72 and 73 are shown to provide additional information. Prism 71 preferably has a zero frequency component emerging from mask 42 It is selected to be directed to the edge of the 33 opening. In this configuration, the prism 7 1 gives the overall slope or bar to the frequency components accepted by the lens system. Ias wtiltEffectively. In the embodiment shown, the prism angle is The light beam of zero spatial frequency emerging from the lens 42 is tilted and this light beam is It is chosen to just avoid the opening of 3). Use this result as an upper mask Limited to a simple field stop aperture of D coefficient is much lower than the mask frequency and can be ignored at first And the sum field in the mask is: The strength is as follows. WtiltTo, for example, a positive kxOnly adjusted to be accepted by the lens system By doing so, the final constraint on the formation of any image is removed. FIG. There are many possible variations in the use of a prism as shown in FIG. For example, Priz The prism may be placed in front of the mask as in FIG. May be replaced with a suitable diffraction grating used in any of the reflections, A Fourier plane filter is used to select only the appropriate subset of the mask transmission. (E.g., the aperture of the focal point of the first lens (33) of the optical system). .   The calculation of a pattern that can be generated using this concept is shown in FIG. Upper left The panel (indicated as “all frequencies”) shows all reasonably available interference exposures Shows the results of using. This panel was included for comparison and was 4 shows the best pattern obtained, and is essentially identical to the upper left panel of FIG. You. The middle panel on the left is the double exposure, i.e. imaging interference exposure and non-coherent exposure. 4 shows the results of optical exposure applied to the paint. The middle panel on the left is shown in FIG. With one configuration, a single connection offset (biased) in the y direction, that is, the vertical direction, is used. Image interference lithography (IIL) exposure and traditional non-coherently illuminated light Result of the combination of the chemical exposure and the 0.4 A lens NA was used. In the example shown in the middle panel on the left, The cross exposure is preferably performed, for example, by a prism 71 of FIG. It can be biased at the wave number. According to a preferred embodiment, this bias is then It is effectively canceled by the optics (eg, mirrors 45-48 in FIG. 7) and ultimately , Generate the appropriate frequency distribution for the pattern. Mass with desired pattern Is suitably located on one arm of the optical system to outline the field The open opening to be drawn is suitably located on the other arm. The fruit shown in FIG. In the case of the embodiment, the pattern is P in the horizontal (x) direction.x= 12CD, in vertical (y) direction Py= 5CD. The Fourier series representation of the pattern is Number component kn, m= 2Π (nx / Px+ My / Py). Pair normalized to CD The corresponding spatial frequency is CD / Px= 0.083 and CD / Py= 0.2, (N, m) current practically feasible maximum supported by interference lithography The value is (11,5). That is, nmax= Int (2PxCD / λl) = Int (PxkIL) Where the Int function returns the integer part of the argument. Prism 7 1 means that all of the frequenciestite= 0.5 was chosen to tilt. Therefore , The high spatial frequency Fourier component, eg, m = 3,4, Shifted to a cone. Introduced by interference optics, for example, mirrors 45-48 in FIG. Bias WILIs 2WIL= WtiltAnd the offset tilt is interference optics Was chosen to just cancel the added bias.   Continuing to refer to FIG. 13, the lower left panel shows a case where the lens NA is 0.7. 2 shows a similar calculation. Interestingly, the left and right edges of the pattern The bulges more when the NA is larger, but in the center of the lower feature. The knob is less well defined for larger NAs. This is mainly due to this feature X is not optimally provided by either interference exposure or imaging optical exposure, x This is because a higher spatial frequency component in the direction is required. This is the upper right panel Can be improved. This top right panel makes this exposure more satisfying Once the same W to provide the spatial frequency needed to definetilt= 0.5 Two imaging interference exposures, one biased to y and one biased to x by the same amount Shows the results of using with non-coherently illuminated standard optical exposure. This All of these exposures had a lens NA of 0.4. Obviously, the knob is The case of exposure is better defined. The horizontal bar undulations are lower This occurs because the wavenumber components are not exactly at the correct amplitude and phase. these The components result from each of the imaging interference exposures (the second term of Equation 19) and the optical exposure You. Most practical microelectronic patterns always have both directions And it is highly likely that two interference exposures are required. Middle right Panel replaces the traditional optical exposure with a single low frequency interference exposure (λ / Pxof Frequency). This result is very similar to the previous panel, The required exposure is much simpler. Finally, the lower right panel shows λ / Px Imaging exposure using a lens with NA = 0.7, with one interference exposure at Fig. 4 shows the calculation of the image of the field table using light. This result is the best possible Similar to a pattern, but requires only three exposures Equivalent to the full complexity of box processing. These examples are based on imaging interference exposure and traditional It plays a role in showing the flexibility enabled by the combination with the proper imaging exposure. Desired There are a number of ways to reach the results.   Very importantly, imaging interference exposure is not limited to periodic arrays of structures . This is evident from earlier examples of imaging non-repetitive field stops. Proven. Any arbitrary pattern can be shown as a Fourier series, where , The repetition period is the exposure field. For a typical ULSI scale, this Has a very large number of Fourier components that must be included (eg, potentially Means on the order of 100 million). Obviously, this means that the individual Fourier components Although impractical when exposed separately, imaging optics that handle many frequency components Imaging interference exposure combining the ability with the ability of interferometry to enable high spatial frequencies It doesn't matter if   Several possibilities for optimization are further explored in the context of the present invention Can be done. For example, if the entire exposure is divided into several sub-exposures, these exposures Adjusting the relative strength of the is a simple procedure. Further, the imaging interference exposure requires 2 Need one (or possibly more) light paths, and again, these light paths Can be adjusted. In addition, the last two described Adjusting the lens NA between the various sub-exposures as shown by the panel (Figure 13) May be advantageous. That is, the lens NA for non-coherent optical exposure Reduces to the point where only a single frequency component used in simple interference exposure is passed Have been. The two beam intensities of the interference exposure are considered equal and the The intensity was also equal for all of the imaging exposures. A simple interference exposure (ie, (Only two beams and a field stop aperture on each arm) The intensity is adjusted to provide the best qualitative fit to the desired pattern. It was arranged.   Hands to identify and manufacture the masks needed to define any image The order remains to be determined. Note that different frequency space regions form a complete image In this case this is a series of sub-masks, since different sub-masks are needed to It is a mask. The total number of sub-masks is used for the spatial frequency content of the image, especially for exposure And the required image fidelity. The mathematics outlined above gives a functional design device. But the actual UL This becomes a difficult task due to the complexity of the SI pattern. In principle, reproduction The number of spatial frequencies to be performed can be the same as the number of pixels in the image, 2 × 3 cmTwoStatue of And 2 × 10 for a 0.18 micrometer CDTen! Can be the number of things.   Referring now to FIG. 12, another approach uses optics to complete the pattern. Is to generate a mask from the original mask specified in (1). Lines, helper bar Or without any increase in resolution, such as phase shift Complete pattern written by current mask fabrication procedure of write patterning The irradiation mask (81) is irradiated with non-coherent light. Behind the mask An existing wavefront tilting prism (82) similar in function to the prism of FIG. is there. Alternatively, as shown in FIG. 11B, the prism (82) is arranged in front of the mask 81. Is placed. This is the sky imaged by the optical system (lenses 33 and 34). Bias W at inter-frequencybiasIs introduced. The intensity pattern on the wafer surface is It is represented by the following equation.   Instead of imaging the wafer, this intensity pattern creates a mask blank (83). Can be used to expose. The mask blank (83) will later form the sub-mask. Developed and patterned to form. This is exactly what the required foot 11 can be used in the arrangement of FIG. Sub-mask. If the following relationship is satisfied, the appropriate spatial frequency on the wafer surface It is easy to show that generation is facilitated. (22) 2W = Wbias   FIG. 14 shows that modeling is valid by showing excellent agreement between experiment and modeling. An example is shown using the above-described method and apparatus. The result is The above invention leads to a dramatic increase in resolution for a given lens system. Are clearly shown. With regard to these experiments, the inventors have developed an inexpensive achromatic doublet. It was used. To ensure a relatively aberration-free image, the lens should be only 0.04 Of NA. The pattern contains five nested "L" s, and the central feature is Elongated to provide separated lines, 10 × 10 CDTwoLarge box shape is dense Immediately adjacent to the line that was made. Repeated putters to provide large exposed images Were separated by 40 CDs, providing a rigorous test for the effects of scattered light. From this viewgraph, the feature is a 2 μm CD.   The upper left panel shows the result of a conventional image (coherent illumination). On the above CD Small features (high spatial frequencies) are not resolved. The lower left panel shows the model The results are shown. Very well matched.   The middle panel on the top says that one exposure is in the x direction and the second exposure is in the y direction. The results of two consecutive offset exposures are shown. Dense line: space putter The high spatial frequency information corresponding to the signal is captured, but no low frequency information. in this case However, the modeling results are in good agreement. Especially, the corner of "L" is consistent with the experiment Note that it is not printed in the manner described.   Finally, the left panel shows three consecutive exposures of imaging interference lithography. (IIL) shows the results. The complete pattern is printed. Again, the model Very well with Le.

【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成10年8月18日(1998.8.18) 【補正内容】 【図7】 【図11】【図12】 【図14】 [Procedure for Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Date of Submission] August 18, 1998 (August 18, 1998) [Contents of Amendment] [Figure 7] FIG. 11 FIG. FIG. 14

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GW,HU,ID,IL ,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC, LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ, TM,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,Z W (72)発明者 チェン,シャオラン アメリカ合衆国 ニューメキシコ 87100, アルバカーキー,エイ205,ブエナ ビス タ ドライブ エス.イー.929 (72)発明者 フローエングラス,アンドリュー アメリカ合衆国 ニューメキシコ 87106, アルバカーキー,ギラード エス.イー. 417 (72)発明者 ザイディ,セイリーム エイチ. アメリカ合衆国 ニューメキシコ 87111, アルバカーキー,フォストリア ロード エヌ.イー.9813────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, L U, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF) , CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, M W, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY) , KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM , AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, E S, FI, GB, GE, GH, GW, HU, ID, IL , IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, M K, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO , RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, Z W (72) Inventor Chen, Xiaolan             United States New Mexico 87100,             Albuquerque, A 205, Buena Bis             TA Drive S. E. 929 (72) Inventor Flowengrass, Andrew             United States New Mexico 87106,             Albuquerque, Girard S. E.             417 (72) Inventors Zaidi, Salem H.             United States New Mexico 87111,             Albuquerque, Fostoria Road             N. E. 9813

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.基板上の感光性材料における二次元空間パターンであって、 第1のマスクパターンを特徴とする第1のマスクの照射を提供するための第1 の照射システムと、基板上の該感光性材料上に該第1のマスクパターンを結像す るための第1の結像システムとを含む第1の光学アレンジメントを用いた該感光 性材料の第1の露光であって、第1の強度パターンを持つ第1の露光と、 第2の光学アレンジメントを用いた該感光性材料の第2の露光であって、該第 2の露光は、第2の強度パターンを持ち、該二次元空間パターンの空間周波数の 第1および第2のサブセットを提供する該第1および第2の強度パターンを組み 合わせて、これにより、該感光性材料に該二次元空間パターンを規定する、第2 の露光と、 該感光性材料を処理し、それによって該二次元空間パターンを例示することと 、 のプロセスから生じる基板上の感光性材料における二次元空間パターン。 2.前記感光性材料がフォトレジスト層である、請求項1に記載のプロセス。 3.前記基板がウェハである、請求項1に記載のプロセス。 4.前記処理により、前記感光性材料が前記二次元空間パターンに従って前記基 板の適切な特性を変更するためのマスクとして作用するように該感光性材料にお いて物理的変化が生じる、請求項1に記載のプロセス。 5.前記第2の光学アレンジメントが、第2のマスクパターンを特徴とする第2 のマスクの照射を提供するための第2の照射システムと、前記基板上の前記感光 性材料上に該第2のマスクパターンを結像するための第2の結像システムとを含 む、請求項1に記載のプロセス。 6.前記第2の光学アレンジメントが、第3のマスクパターンを特徴とする第3 のマスクの照射を提供するための第3の照射システムと、前記第2のマスクパタ ーンおよび該第3のマスクパターンに対応する電界がコヒーレントに干渉し、そ れによって、前記基板上の前記感光性材料上に強度パターンが提供されるように 該第3のマスクパターンを結像するための第3の結像システムとをさらに含む、 請求項5に記載のプロセス。 7.前記第3のマスクは前記第2のマスクと実質的に同一である、請求項6に記 載のプロセス。 8.前記第1および第2の露光ステップが、時間的に連続して行われる、請求項 1に記載のプロセス。 9.前記組み合わせのステップが、直交偏光を持つ照射源を用いて、前記露光の 前記第1および第2の強度パターンを実質的に同時に足すプロセスを包含する、 請求項1に記載のプロセス。 10.前記組み合わせのステップが、互いに非コヒーレントな照射源を用いて、 前記露光の前記第1および第2の強度パターンを実質的に同時に足すプロセスを 包含する、請求項1に記載のプロセス。 11.前記第1の露光ステップが、第1の波長λ1の照射源を有し且つ第1の開 口数NA1を特徴とする第1の光学リソグラフィー露光システムを用いて、前記 二次元空間パターンの低い空間周波数成分を前記感光性材料に対して露光するプ ロセスを包含し、該低い空間周波数成分の空間周波数の大きさが約NA1/λ1よ り小さい、請求項1に記載のプロセス。 12.前記第2の露光が、マルチビーム干渉露光を用いて露光し、それによって 前記感光性材料に対して前記二次元空間パターンの高い空間周波数成分を提供す るプロセスを包含し、該高い空間周波数成分の空間周波数の大きさが、約NA1 /λ1より大きく、該第2の露光が、 前記基板上の該感光性材料上への該マルチビームの入射角によって確立される 空間周波数での該基板における強度パターンと、 該第2の露光で用いられた露光量によって確立される、該感光性材料における 該強度パターンの振幅と、 該基板上の基準点に対する該強度パターンの位相と、 を特徴とする、請求項1に記載のプロセス。 13.前記第2の露光が、結像干渉露光を用いて露光し、それによって前記感光 性材料に対して前記二次元空間パターンの高い空間周波数成分を提供するプロセ スを包含し、該高い空間周波数成分の空間周波数の大きさが、約NA1/λ1より 大きく、該第2の露光が、 中心空間周波数における中心空間周波数成分と、 該第2の露光で用いられた露光量によって確立される該中心空間周波数成分の 振幅と、 該中心空間周波数成分の位相と、 前記基板上の該感光性材料における該二次元空間パターンを規定するように調 整された振幅および位相を持つ該中心空間周波数を中心とする円の少なくとも一 部の中にある空間周波数を持つ該高い空間周波数成分の範囲と、 を特徴とする、請求項1に記載のプロセス。 14.前記結像干渉露光が、結像干渉光学システムによって形成され、該結像干 渉光学システムは、 波長λ2の空間的にコヒーレントな照射源と、 開口数NA2と、倍率M2とを持つ第2の光学結像システムと、 該第2の結像光学システムに固定された座標システムに対して極角(−arc sin[M2sin(θ2)],φ2)に第2のマスクを取付けるための手段と、 該第2のマスクを、実質的に均一な平面波で、該座標システムに対して極角 (−arcsin[sin(θ3)/M2],Φ2)に照射するための光学手段と、 該座標システムに対して極角(θ22)に前記基板を取付けるための手段と 、 前記基板上の露光領域を定めるために第3のマスクを通して基準平面波を指向 し、該第2のマスクの該照射および該第2の光学結像システムによって生じる光 学場とコヒーレントに、該座標システムに対して極角(θ32)に該基板上に 入射する結像のゼロ次空間周波数で、該基板上に該第3のマスクを結像するため の光学手段と、 基板位置または相対的光学経路長を調整し、それによって前記第1の露光の周 波数成分と前記第2の露光の周波数成分との間の適切な位相関係を保証する整合 手段と、 を備え、これにより、該基板上に該第2の露光が行われ、該第2の露光は、 φ2で表される方向において+[sin(θ2)+sin(θ3−θ2)]/λ2 および−[sin(θ2)+sin(θ3−θ2)]/λ2の2つのオフセット中心 空間周波数と、 該オフセット中心空間周波数の各々を中心とする空間周波数空間における、半 径NA2/λ2の円の少なくとも前記部分の中にある空間周波数成分と、 を特徴とし、該円の少なくとも一部の中にある空間周波数成分の相対的振幅お よび位相が、該基板上に所望のパターンの相対的振幅および位相を実質的に再現 する、請求項13に記載のプロセス。 15.前記角度θ2はθ3/2に固定されており、これにより、前記基板上の前記 感光性材料を対称的に照射し、前記第2の光学結像システムの中心線は該基板に 対して−θ3/2の角度であり、前記結像光学手段の中心線は該基板に対して+ θ3/2の角度であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ2で表される方向にお いて、それぞれ+2sin(θ3/2)/λ2および−2sin(θ3/2)/λ2 である、請求項14に記載のプロセス。 16.前記角度θ2は0に固定されており、これにより、前記第2のマスクおよ び前記基板は前記第2の光学結像システムの中心線に対して垂直であり、さらに 、 前記中心空間周波数は、φ2で表される方向において、それぞれ+sin(θ3) /λ2および−sin(θ3)/λ2である、請求項14に記載のプロセス。 17.前記結像干渉露光は結像干渉光学システムによって行われ、該結像干渉光 学システムは、 波長がλ2でコヒーレントがσ2である部分的に空間的にコヒーレントな照射源 と、 開口数NA2および倍率M2を持つ第2の光学結像システムと、 該第2の結像光学システムに固定された座標システムに対して極角(−arc sin[M2sin(θ2)],φ2)に第2のマスクを取付けるための手段と、 該座標システムに対して(−arcsin[sin(θ3)/M2],φ2)を中 心とする極角で、該第2のマスクを照射するための光学手段と、 該座標システムに対して極角(θ22)に基板を取付けるための手段と、 該基板上の露光領域を定めるために第3のマスクを通して基準波を指向し、該 基板上に該第3のマスクを結像する光学手段であって、該結像のゼロ次空間周波 数は、該座標システムに対する極角(θ32)で該基板上に入射して、該第2 のマスクおよび該第2の光学結像システムの該照射によって生じる光学場と干渉 する、光学手段と、 基板位置または相対的光学経路長を調整し、それによって該第1の露光の周波 数成分と該第2の露光の周波数成分との間の適切な位相関係が保証される整合手 段と、 を含包し、これにより、該基板上に該第2の露光が行われ、該第2の露光は、 φ2で表される方向において+[sin(θ2)+sin(θ3−θ2)]/λ2 および−[sin(θ2)+sin(θ3−θ2)]/λ2の2つのオフセット中心 空間周波数と、 該オフセット中心空間周波数の各々を中心とする空間周波数空間における、半 径(1+σ2)NA2/λ2の円の少なくとも一部の中にある空間周波数成分と、 を特徴とし、 該円の該少なくとも該一部の中にある空間周波数成分の相対的振幅および位相 が、該基板上に所望のパターンの相対的振幅および位相を実質的に再現する、請 求項13に記載のプロセス。 18.前記角度θ2はθ3/2に固定されており、これにより、前記基板上の前記 感光性材料を対称的に照射し、前記第2の光学結像システムの中心線は該基板に 対して−θ3/2の角度であり、前記結像光学手段の中心線は該基板に対して+ θ3/2の角度であり、さらに、前記中心空間周波数は、φ2で表される方向にお いて、それぞれ+2sin(θ3/2)/λ2および−2sin(θ3/2)/λ2 である、請求項17に記載のプロセス。 19.前記角度θ2は0に固定されており、これにより、前記第2のマスクおよ び前記基板は前記第2の光学結像システムの中心線に対して垂直であり、さらに 、前記中心空間周波数は、φ2で表される方向において、それぞれ+sin(θ3 )/λ2および−sin(θ3)/λ2である、請求項17に記載のプロセス。 20.前記第2のマスクおよび前記第3のマスクは実質的に同じ空間パターンを 含み、さらに、前記第2の光学結像システムおよび前記光学手段は、実質的に等 価な開口数を提供し、前記基板上の前記感光性材料上の前記二次元パターンは、 空間周波数2sin(θ2/2)の高空間周波数成分で畳み込みされた該マスク の縮小空間パターンを特徴とする、請求項14に記載のプロセス。 21.前記第2のマスクおよび前記第3のマスクは実質的に同じ空間パターンを 含み、さらに、前記第2の光学結像システムおよび前記光学手段は、実質的に等 価な開口数を提供し、前記基板上の前記感光性材料上の前記二次元パターンは、 空間周波数2sin(θ2/2)の高空間周波数成分で畳み込みされた該マスク の縮小空間パターンを特徴とする、請求項17に記載のプロセス。 22.前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位 相が、前記第2の光学システムおよび前記光学手段によって収集されない他の周 波数空間領域に生じる該空間周波数成分の振幅および位相に関して何ら制約もな しに、前記周波数空間領域内の最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同 じであるように、前記第2のマスクおよび前記第3のマスクが構成される場合を さらに含む、請求項14に記載のプロセス。 23.前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位 相が、前記第2の光学システムおよび前記光学手段によって収集されない他の周 波数空間領域に生じる空間周波数成分の振幅および位相に関して何ら制約もなし に、前記周波数空間領域内の最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じ であるように、前記第2のマスクおよび前記第3のマスクが構成される場合をさ らに含む、請求項17に記載のプロセス。 24.前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位 相が、最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるが、空間周波数 に関してシフトされるように該第2のマスクおよび前記第3のマスクが構成され 、前記光学結像システムが、前記基板上の所望の周波数空間領域内に前記空間周 波数を印刷するように調整され、該周波数空間領域内にはない空間周波数成分に は何ら制約がない場合をさらに含む、請求項14に記載のプロセス。 25.前記マスクの前記照射によって生じた前記空間周波数成分の振幅および位 相が、最終結像に望まれる振幅および位相と実質的に同じであるが、空間周波数 に関してシフトされるように該第2のマスクおよび前記第3のマスクが構成され 、前記光学結像システムが、前記基板上の所望の周波数空間領域内に前記空間周 波数を印刷するように調整され、該周波数空間領域内にはない空間周波数成分に は何ら制約がない場合をさらに含む、請求項17に記載のプロセス。 26.完全なマスクおよび前記コヒーレントに照射される結像干渉光学システム を用いて、前記マスクを光学的に生成するプロセスであって、 前記所望の周波数空間領域を、少なくともその一部が基板平面に位置する、フ ォトレジストコーティングされたブランクなマスクブランク上に結像するプロセ スと、 その後に該マスクブランクを処理し、それによって該フォトレジストを現像し 、前記光学的に生成されたパターンを該マスクに転写するプロセスと、 のプロセスを包含する光学的生成ステップをさらに包含する、請求項13に記 載のプロセス。 27.前記第2のマスクの前記二次元パターンは、主に直交方向xおよびyに配 向されたエッジを有する構造を含み、これにより、対応するx軸に沿った小さな 寸法の構造によって生じる高空間周波数を包含するように前記極角φ2を該x方 向に整合させることを有利にし、さらに、第3の露光において、対応するy軸に おける小さな寸法の小さな構造によって生じる高空間周波数を包含するようにφ2 を直交するy軸に整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空 間周波数包括範囲を最大化する、請求項14に記載のプロセス。 28.前記第2のマスクの前記二次元パターンは、主に直交方向xおよびyに配 向されたエッジを有する構造を含み、これにより、対応するx軸に沿った小さな 寸法の構造によって生じる高空間周波数を包含するように前記極角φ2を該x方 向に整合させることを有利にし、さらに、第3の露光において、対応するy軸に おける小さな寸法の小さな構造によって生じる高空間周波数を包含するようにφ2 を直交するy軸に整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空 間周波数包括範囲を最大化する、請求項17に記載のプロセス。 29.対応するx空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高 い空間周波数を包含するように、前記第2の露光の前記オフセット中心空間周波 数をx周波数軸に沿って整合させるステップと、 対応するy空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空 間周波数を包含するように、前記第3の露光の前記中心空間周波数を直交するy 周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間 周波数包括範囲を最大化するステップと、 のプロセスをさらに含む、請求項22に記載のプロセス。 30.対応するx空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高 い空間周波数を包含するように、前記第2の露光の前記オフセット中心空間周波 数をx周波数軸に沿って整合させるステップと、 対応するy空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空 間周波数を包含するように、前記第3の露光の前記中心空間周波数を直交するy 周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに関する空間 周波数包括範囲を最大化するステップと、 のプロセスをさらに含む、請求項23に記載のプロセス。 31.対応するx空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高 い空間周波数を包含するように、前記第2の露光の前記オフセット中心空間周波 数をx周波数軸に沿って整合させるステップと、 対応するy空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空 間周波数を包含するように、前記第3の露光の前記オフセット中心空間周波数を 直交するy周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに 関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、 のプロセスをさらに含む、請求項24に記載のプロセス。 32.対応するx空間軸に沿った小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高 い空間周波数を包含するように、前記第2の露光の前記オフセット中心空間周波 数をx周波数軸に沿って整合させるステップと、 対応するy空間軸において小さな寸法を持つ小さな構造によって生じる高い空 間周波数を包含するように、前記第3の露光の前記オフセット中心空間周波数を 直交するy周波数軸に沿って整合させ、これにより、直線配置の空間パターンに 関する空間周波数包括範囲を最大化するステップと、 のプロセスをさらに含む、請求項25に記載のプロセス。 33.前記第1の露光および前記第2の露光を、単一のコヒーレント放射源から 引き出す、請求項1に記載のプロセス。[Claims] 1. A two-dimensional spatial pattern in a photosensitive material on a substrate,   A first mask for providing illumination of a first mask featuring the first mask pattern; And an imaging system for imaging the first mask pattern on the photosensitive material on a substrate. Using a first optical arrangement including a first imaging system A first exposure of the reactive material, the first exposure having a first intensity pattern;   A second exposure of said photosensitive material using a second optical arrangement, said second exposure comprising: Exposure 2 has a second intensity pattern and the spatial frequency of the two-dimensional spatial pattern Combining the first and second intensity patterns to provide first and second subsets. Together, this defines a second spatial pattern in the photosensitive material, Exposure and   Processing the photosensitive material, thereby illustrating the two-dimensional spatial pattern; ,   Two-dimensional spatial pattern in photosensitive material on a substrate resulting from the above process. 2. The process of claim 1, wherein said photosensitive material is a photoresist layer. 3. The process according to claim 1, wherein the substrate is a wafer. 4. Due to the processing, the photosensitive material is converted into the substrate according to the two-dimensional spatial pattern. The photosensitive material is acted upon as a mask to modify the proper properties of the plate. The process of claim 1 wherein the physical change occurs. 5. The second optical arrangement comprises a second mask pattern. A second illumination system for providing illumination of the mask; A second imaging system for imaging the second mask pattern on the conductive material. The process of claim 1. 6. The third optical arrangement is characterized in that the second optical arrangement is characterized by a third mask pattern. A third illumination system for providing illumination of the mask, the second mask pattern And the electric field corresponding to the third mask pattern interferes coherently, and Thereby, an intensity pattern is provided on the photosensitive material on the substrate. A third imaging system for imaging the third mask pattern. The process according to claim 5. 7. 7. The method of claim 6, wherein the third mask is substantially identical to the second mask. On-boarding process. 8. The first and second exposure steps are performed continuously in time. The process of claim 1. 9. The step of combining, using an illumination source having orthogonal polarization, Adding the first and second intensity patterns substantially simultaneously. The process of claim 1. 10. The combining step uses mutually non-coherent illumination sources, Adding the first and second intensity patterns of the exposure substantially simultaneously. The process of claim 1, comprising. 11. The first exposing step comprises a first wavelength λ1And a first opening NA1Using a first optical lithographic exposure system, characterized in that A step of exposing the photosensitive material to a low spatial frequency component of a two-dimensional spatial pattern. And the spatial frequency magnitude of the low spatial frequency component is about NA1/ Λ1Yo The process of claim 1, wherein the process is smaller. 12. Wherein said second exposure exposes using a multi-beam interference exposure, whereby Providing a high spatial frequency component of the two-dimensional spatial pattern to the photosensitive material; The spatial frequency magnitude of the high spatial frequency component is approximately NA1 / Λ1Greater, the second exposure   Established by the angle of incidence of the multi-beam on the photosensitive material on the substrate An intensity pattern on the substrate at a spatial frequency;   In the photosensitive material, established by the exposure dose used in the second exposure The amplitude of the intensity pattern;   A phase of the intensity pattern with respect to a reference point on the substrate,   The process according to claim 1, characterized in that: 13. The second exposure is performed using an image-forming interference exposure, and Process for providing a high spatial frequency component of the two-dimensional spatial pattern to a conductive material. And the magnitude of the spatial frequency of the high spatial frequency component is approximately NA1/ Λ1Than Large, the second exposure is   A center spatial frequency component at the center spatial frequency;   Of the central spatial frequency component established by the exposure used in the second exposure Amplitude and   A phase of the central spatial frequency component;   An adjustment is made to define the two-dimensional spatial pattern in the photosensitive material on the substrate. At least one of the circles centered on the central spatial frequency having adjusted amplitude and phase. A range of said high spatial frequency component having a spatial frequency within the part;   The process according to claim 1, characterized in that: 14. The imaging interference exposure is formed by an imaging interference optical system, the imaging interference exposure comprising: The optics system   Wavelength λTwoA spatially coherent illumination source,   Numerical aperture NATwoAnd the magnification MTwoA second optical imaging system having:   Polar angles (-arc) with respect to a coordinate system fixed to the second imaging optical system sin [MTwosin (θTwo)], ΦTwoMeans for attaching a second mask to   Providing the second mask with a substantially uniform plane wave at a polar angle with respect to the coordinate system; (-Arcsin [sin (θThree) / MTwo], ΦTwoOptical means for irradiating   The polar angle (θTwo, φTwoMeans for attaching said substrate to ,   Direct a reference plane wave through a third mask to define an exposure area on the substrate And the light produced by the illumination of the second mask and the second optical imaging system Coherently with the school, the polar angle (θThree, φTwo) On the substrate To image the third mask on the substrate at the zero order spatial frequency of the incident image Optical means of   Adjusting the substrate position or relative optical path length, thereby adjusting the circumference of said first exposure. Matching to ensure an appropriate phase relationship between the wave number component and the frequency component of the second exposure Means,   Whereby the second exposure is performed on the substrate, the second exposure comprising:   φTwo+ [Sin (θ in the direction represented byTwo) + Sin (θThree−θTwo)] / ΛTwo And-[sin (θTwo) + Sin (θThree−θTwo)] / ΛTwoTwo offset centers Spatial frequency,   In the spatial frequency space centered on each of the offset center spatial frequencies, Diameter NATwo/ ΛTwoA spatial frequency component within at least said portion of the circle of   Characterized in that the relative amplitude and the spatial frequency component within at least a part of the circle And phase substantially reproduce the relative amplitude and phase of the desired pattern on the substrate 14. The process according to claim 13, wherein 15. The angle θTwoIs θThree/ 2, which allows the A photosensitive material is symmetrically illuminated and the center line of the second optical imaging system is -ΘThree/ 2, and the center line of the imaging optical means is + θThree/ 2, and the central spatial frequency is φTwoIn the direction represented by And +2 sin (θThree/ 2) / λTwoAnd -2 sin (θThree/ 2) / λTwo The process of claim 14, wherein 16. The angle θTwoIs fixed to 0, whereby the second mask and And the substrate is perpendicular to a centerline of the second optical imaging system, and , The center spatial frequency is φTwoIn the direction represented byThree) / ΛTwoAnd -sin (θThree) / ΛTwoThe process of claim 14, wherein 17. The imaging interference exposure is performed by an imaging interference optical system, and the imaging interference light The science system   Wavelength is λTwoAnd coherent is σTwoPartially spatially coherent illumination source When,   Numerical aperture NATwoAnd magnification MTwoA second optical imaging system having   Polar angles (-arc) with respect to a coordinate system fixed to the second imaging optical system sin [MTwosin (θTwo)], ΦTwoMeans for attaching a second mask to   For the coordinate system, (-arcsin [sin (θThree) / MTwo], ΦTwo) Inside Optical means for irradiating the second mask at a polar angle with respect to the center;   The polar angle (θTwo, φTwoMeans for mounting the substrate on   Directing a reference wave through a third mask to define an exposure area on the substrate; Optical means for imaging said third mask on a substrate, said zero-order spatial frequency of said imaging being The number is the polar angle (θThree, φTwo) Is incident on the substrate and the second Field and interference caused by the illumination of the mask and the second optical imaging system Optical means;   Adjusting the substrate position or the relative optical path length, thereby adjusting the frequency of the first exposure. A matching method that ensures an appropriate phase relationship between several components and the frequency components of the second exposure. Steps and   Whereby the second exposure is performed on the substrate, the second exposure comprising:   φTwo+ [Sin (θ in the direction represented byTwo) + Sin (θThree−θTwo)] / ΛTwo And-[sin (θTwo) + Sin (θThree−θTwo)] / ΛTwoTwo offset centers Spatial frequency,   In the spatial frequency space centered on each of the offset center spatial frequencies, Diameter (1 + σTwo) NATwo/ ΛTwoA spatial frequency component within at least a portion of the circle of Characterized by   Relative amplitude and phase of a spatial frequency component within the at least the portion of the circle Provide a substantial reproduction of the relative amplitude and phase of the desired pattern on the substrate. The process of claim 13. 18. The angle θTwoIs θThree/ 2, which allows the A photosensitive material is symmetrically illuminated and the center line of the second optical imaging system is -ΘThree/ 2, and the center line of the imaging optical means is + θThree/ 2, and the central spatial frequency is φTwoIn the direction represented by And +2 sin (θThree/ 2) / λTwoAnd -2 sin (θThree/ 2) / λTwo The process of claim 17, wherein 19. The angle θTwoIs fixed to 0, whereby the second mask and And the substrate is perpendicular to a centerline of the second optical imaging system, and , The central spatial frequency is φTwoIn the direction represented byThree ) / ΛTwoAnd -sin (θThree) / ΛTwoThe process of claim 17, wherein 20. The second mask and the third mask have substantially the same spatial pattern. Further comprising the second optical imaging system and the optical means are substantially equal. Providing a numerical aperture, the two-dimensional pattern on the photosensitive material on the substrate, Spatial frequency 2 sin (θTwo/ 2) the mask convolved with the high spatial frequency component of The process according to claim 14, characterized by a reduced spatial pattern of: 21. The second mask and the third mask have substantially the same spatial pattern. Further comprising the second optical imaging system and the optical means are substantially equal. Providing a numerical aperture, the two-dimensional pattern on the photosensitive material on the substrate, Spatial frequency 2 sin (θTwo/ 2) the mask convolved with the high spatial frequency component of 18. The process according to claim 17, characterized by a reduced spatial pattern of: 22. Amplitude and position of the spatial frequency component caused by the illumination of the mask A phase is not collected by the second optical system and the optical means. There are no restrictions on the amplitude and phase of the spatial frequency component generated in the wave number space domain. In addition, the amplitude and phase desired for the final imaging in the frequency space domain are substantially the same. As described above, the case where the second mask and the third mask are configured 15. The process of claim 14, further comprising: 23. Amplitude and position of the spatial frequency component caused by the illumination of the mask A phase is not collected by the second optical system and the optical means. No restrictions on the amplitude and phase of spatial frequency components generated in the wavenumber space domain Substantially the same as the amplitude and phase desired for final imaging in the frequency space domain. In the case where the second mask and the third mask are configured, 18. The process of claim 17, further comprising: 24. Amplitude and position of the spatial frequency component caused by the illumination of the mask The phase is substantially the same as the amplitude and phase desired for final imaging, but the spatial frequency The second mask and the third mask are configured to be shifted with respect to , The optical imaging system may include the spatial frequency within a desired frequency spatial region on the substrate. Adjusted to print the wave number, to spatial frequency components that are not in the frequency spatial domain 15. The process of claim 14, further comprising the case where there are no restrictions. 25. Amplitude and position of the spatial frequency component caused by the illumination of the mask The phase is substantially the same as the amplitude and phase desired for final imaging, but the spatial frequency The second mask and the third mask are configured to be shifted with respect to , The optical imaging system may include the spatial frequency within a desired frequency spatial region on the substrate. Adjusted to print the wave number, to spatial frequency components that are not in the frequency spatial domain 18. The process of claim 17, further comprising the case where there are no restrictions. 26. Complete mask and coherently illuminated imaging interference optical system A process of optically generating the mask using   The desired frequency space region is at least partially located in the plane of the substrate. Process on a blank mask blank coated with photoresist And   Thereafter, the mask blank is processed, thereby developing the photoresist. Transferring the optically generated pattern to the mask;   14. The method of claim 13, further comprising an optical generation step comprising the process of: On-boarding process. 27. The two-dimensional pattern of the second mask is mainly arranged in orthogonal directions x and y. Including a structure with oriented edges, thereby providing a small Said polar angle φ to encompass the high spatial frequency caused by the dimensional structureTwoIs the x direction In the third exposure, and in the third exposure to the corresponding y-axis. Φ to encompass the high spatial frequency caused by the small structures of small dimensions inTwo Are aligned with the orthogonal y-axis, which allows the 15. The process of claim 14, wherein the inter-frequency coverage is maximized. 28. The two-dimensional pattern of the second mask is mainly arranged in orthogonal directions x and y. Including a structure with oriented edges, thereby providing a small Said polar angle φ to encompass the high spatial frequency caused by the dimensional structureTwoIs the x direction In the third exposure, and in the third exposure to the corresponding y-axis. Φ to encompass the high spatial frequency caused by the small structures of small dimensions inTwo Are aligned with the orthogonal y-axis, which allows the The process of claim 17, wherein the inter-frequency coverage is maximized. 29. The height caused by small structures with small dimensions along the corresponding x-space axis The offset center spatial frequency of the second exposure to include Matching the numbers along the x frequency axis;   High sky created by small structures with small dimensions in the corresponding y-space axis Intersect the center spatial frequency of the third exposure so as to include the inter-frequency Aligned along the frequency axis, thereby providing spatial Maximizing the frequency coverage; and   23. The process of claim 22, further comprising the process of: 30. The height caused by small structures with small dimensions along the corresponding x-space axis The offset center spatial frequency of the second exposure to include Matching the numbers along the x frequency axis;   High sky created by small structures with small dimensions in the corresponding y-space axis Intersect the center spatial frequency of the third exposure so as to include the inter-frequency Aligned along the frequency axis, thereby providing spatial Maximizing the frequency coverage; and   24. The process of claim 23, further comprising: 31. The height caused by small structures with small dimensions along the corresponding x-space axis The offset center spatial frequency of the second exposure to include Matching the numbers along the x frequency axis;   High sky created by small structures with small dimensions in the corresponding y-space axis The offset center spatial frequency of the third exposure to include the inter-frequency. Aligned along the orthogonal y-frequency axis, thereby creating a linear pattern of spatial patterns Maximizing the spatial frequency coverage of the   25. The process of claim 24, further comprising: 32. The height caused by small structures with small dimensions along the corresponding x-space axis The offset center spatial frequency of the second exposure to include Matching the numbers along the x frequency axis;   High sky created by small structures with small dimensions in the corresponding y-space axis The offset center spatial frequency of the third exposure to include the inter-frequency. Aligned along the orthogonal y-frequency axis, which creates a spatial pattern of linear Maximizing the spatial frequency coverage of the   26. The process of claim 25, further comprising the process of: 33. The first exposure and the second exposure from a single coherent radiation source The process of claim 1 wherein withdrawing.
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