JP2785757B2 - Photo mask - Google Patents

Photo mask

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JP2785757B2
JP2785757B2 JP22238195A JP22238195A JP2785757B2 JP 2785757 B2 JP2785757 B2 JP 2785757B2 JP 22238195 A JP22238195 A JP 22238195A JP 22238195 A JP22238195 A JP 22238195A JP 2785757 B2 JP2785757 B2 JP 2785757B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は縮小投影露光装置に
用いられるフォトマスクに関し、特に微細パターンの形
成を行う半導体装置製造用のフォトマスクに関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a photomask used in a reduction projection exposure apparatus, and more particularly to a photomask for manufacturing a semiconductor device for forming a fine pattern.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程の一つであ
るリソグラフィー工程では、主に光リソグラフィーが用
いらてきた。現在、光リソグラフィーに於いては、縮小
投影露光装置の投影レンズの高NA化により、縮小線幅
が0.35μm程度の半導体装置の量産も可能となって
きた。しかし、レンズの高NA化により解像力は向上す
るものの反対に焦点深度は減少してしまう。この為さら
に微細な0.35μm以下のパターン形成を考えると、
これまでのような投影レンズの高NA化だけでは、半導
体装置の安定した量産が困難となってきた。
2. Description of the Related Art Conventionally, optical lithography has been mainly used in a lithography process which is one of the manufacturing processes of a semiconductor device. At present, in optical lithography, the mass production of semiconductor devices having a reduced line width of about 0.35 μm has become possible by increasing the NA of a projection lens of a reduced projection exposure apparatus. However, although the resolution is improved by increasing the NA of the lens, the depth of focus is reduced. Therefore, considering the formation of a finer pattern of 0.35 μm or less,
It has been difficult to stably mass-produce semiconductor devices only by increasing the NA of the projection lens as in the past.

【0003】そこで、様々な超解像手法が検討されるよ
うになってきた。一般に超解像手法とは、照明光学系,
フォトマスク,および投影レンズ系における光の透過率
および位相を制御することにより結像面での光強度分布
を改善する手法である。各種方法があるなかでも、照明
系の最適化による解像特性の向上、いわゆる変形照明法
は実現性が高く近年特に注目を集めている。
Therefore, various super-resolution techniques have been studied. In general, the super-resolution method refers to the illumination optical system,
This is a technique for improving the light intensity distribution on the image plane by controlling the transmittance and phase of light in a photomask and a projection lens system. Among various methods, improvement in resolution characteristics by optimizing an illumination system, that is, a so-called deformed illumination method is highly feasible and has attracted particular attention in recent years.

【0004】そして、このための縮小投影露光装置は、
たとえば、特開昭61−91662号公報に示されてい
る。変形照明法およびそれを実現する露光装置について
述べる前に一般的な露光装置について簡単に説明する。
A reduction projection exposure apparatus for this purpose
For example, it is disclosed in JP-A-61-91662. Before describing a modified illumination method and an exposure apparatus for realizing the modified illumination method, a general exposure apparatus will be briefly described.

【0005】まず、図9に縮小投影露光装置の主な構成
要素を示す。光源として超高圧水銀ランプ101を用
い、放射された光を楕円ミラー102で集光し、コール
ドミラー103で反射する。そして、レンズ104によ
り平行とした後、干渉フィルター105を通す。超高圧
水銀ランプ101は露光光であるg線(波長436n
m)あるいはi線(波長365nm)の光を効率よく放
射するように設計されているが、赤外(長波長)から紫
外(短波長)線まで連続したスペクトルの光を発生させ
る。その為、楕円ミラー102及びコールドミラー10
3で光路を変えると同時に、波長の長い光(熱線)を分
離し、この干渉フィルター105でさらに所定の波長の
光のみにしぼる。この後、照明の均一性を得るためフィ
ライアイレンズ106を設ける。フライアイレンズ10
6は、一般には四角形の細長い同型の単体レンズを数十
本並行に束ねた光学素子であり、それぞれの単体レンズ
が焦点を結び、光源群を形成する。照明される対象物で
あるフォトマスクからは、もともとの超高圧水銀ランプ
101ではなく、このフライアイレンズで形成される点
光源群が照明光源とみえ、この点光源群の形状のみが解
像特性に影響を与える。その為、フライアイレンズで形
成される点光源群は有効光源と呼ばれる。
First, FIG. 9 shows main components of a reduction projection exposure apparatus. An ultra-high pressure mercury lamp 101 is used as a light source, and the emitted light is collected by an elliptical mirror 102 and reflected by a cold mirror 103. After being made parallel by the lens 104, the light passes through the interference filter 105. The ultra-high pressure mercury lamp 101 is a g-line (wavelength: 436 n
m) or i-line (wavelength 365 nm) is designed to emit light efficiently, but generates light with a continuous spectrum from infrared (long wavelength) to ultraviolet (short wavelength) lines. Therefore, the elliptical mirror 102 and the cold mirror 10
At the same time as changing the optical path in step 3, light having a long wavelength (heat ray) is separated, and the interference filter 105 further focuses only on light having a predetermined wavelength. Thereafter, a filler lens 106 is provided to obtain uniformity of illumination. Fly eye lens 10
Reference numeral 6 denotes an optical element in which dozens of generally elongated rectangular single lenses of the same type are bundled in parallel, and each single lens focuses to form a light source group. From the photomask that is the object to be illuminated, the point light source group formed by this fly-eye lens appears to be an illumination light source, not the original ultra-high pressure mercury lamp 101, and only the shape of this point light source group has resolution characteristics. Affect. Therefore, a group of point light sources formed by a fly-eye lens is called an effective light source.

【0006】そして、フライアイレンズ106の直後
(焦点位置付近)には、絞り107が設けられ、有効光
源の形状を決定する。この有効光源の光はレンズ10
8,ミラー109及びコンデンサーレンズ110等の光
路を通して、フォトマスク100上を均一に照明する。
フィライアイレンズ106を用いるのは、一つの点光源
だけでは、その光源とフォトマスク100上の各位置と
の距離が異なるため、照明強度の均一性が得られない為
である。複数の有効光源を用いることにより、フォトマ
スクの全面で良好な照明均一が得られることを可能とし
ている。そして、フォトマスク100を選択に透過した
光は投影レンズ系111により、感光性樹脂の塗布され
た半導体基板112上に結像される。
[0006] Immediately after the fly-eye lens 106 (near the focal position), an aperture 107 is provided to determine the shape of the effective light source. The light of this effective light source is
8, the light on the photomask 100 is uniformly illuminated through the optical path of the mirror 109, the condenser lens 110, and the like.
The reason why the filament lens 106 is used is that the uniformity of illumination intensity cannot be obtained because the distance between the light source and each position on the photomask 100 is different with only one point light source. By using a plurality of effective light sources, it is possible to obtain good illumination uniformity over the entire surface of the photomask. Then, the light selectively transmitted through the photomask 100 is imaged by the projection lens system 111 on the semiconductor substrate 112 coated with the photosensitive resin.

【0007】次に、フライアイレンズ106の直後の絞
り107の影響に関して説明する。図9に示した一般の
照明法ではフライアイレンズ106の直後の絞り107
は円形の開口となっている。円形とするのは解像特性に
パターン方向依存性が生じないようにする為である。例
えば、絞りの形状を四角形とすると縦横方向パターンと
斜め(45度,135度方向)パターンとの解像特性が
異ってしまう。そして、この絞り107の大きさが、照
明系のNAを決定し解像特性に影響を及ぼす。
Next, the effect of the stop 107 immediately after the fly-eye lens 106 will be described. In the general illumination method shown in FIG. 9, the stop 107 immediately after the fly-eye lens 106 is used.
Is a circular opening. The reason for making the shape circular is to prevent the pattern characteristic from being dependent on the resolution characteristic. For example, if the shape of the aperture is a square, the resolution characteristics of the vertical and horizontal patterns and the oblique (45 °, 135 ° direction) pattern will be different. The size of the aperture 107 determines the NA of the illumination system and affects the resolution characteristics.

【0008】通常、照明系のNAに対する投影レンズ系
111のNAの比である、コヒーレントフアクターσ値
によりこの有効光源の大きさは示され、0.3から0.
7程度のσ値がフォトマスクのパターンにより選択され
る。例えば、微細なラインアンドスペースパターンでは
σ値は大きい方が焦点深度が広がり解像特性が良く、孤
立のコンタクトホールパターンに対してはσ値は小さい
方がよい。
Usually, the size of this effective light source is indicated by the coherent factor σ value, which is the ratio of the NA of the projection lens system 111 to the NA of the illumination system, and is 0.3 to 0.5.
A σ value of about 7 is selected according to the photomask pattern. For example, in a fine line and space pattern, the larger the σ value, the larger the depth of focus and the better the resolution characteristics, and the smaller the σ value for an isolated contact hole pattern.

【0009】更に、σ値の最適化だけなく、それぞれの
フォトマスクパターンに対して有効光源形状を最適化す
ることも行われる。これが一般に言われる変形照明法で
あり、またその光源形状(絞り開口形状)によりいくつ
かの方式に分類される。
Furthermore, not only optimization of the σ value but also optimization of the effective light source shape for each photomask pattern is performed. This is a modified illumination method generally called, and is classified into several types according to its light source shape (aperture opening shape).

【0010】図10(a)〜(d)は従来の変形照明法
の原理を説明する為の絞りの平面図及びフライアイレン
ズ以降の光学素子の構成図であり、図10(a),
(b)は通常のもの、又図10(c),(d)は特開昭
61−91662号公報に示されたものである。
FIGS. 10 (a) to 10 (d) are a plan view of an aperture and a configuration diagram of an optical element after a fly-eye lens for explaining the principle of the conventional modified illumination method.
(B) is a conventional one, and FIGS. 10 (c) and (d) are shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-91662.

【0011】図10(c),(d)に示すように、絞り
107Bの中央部を遮光して、フライアイレンズ106
の周辺箇所のみを用いる照明法は輪帯照明法と呼ばれ
る。図10(a)に示すような通常の円形開口の絞り1
07Aでは、同図(b)に示すようにフォトマスク5に
ほぼ垂直に入射する光が存在する。フォトマスク5のパ
ターンを解像する為には、その回折光のうち、0次光と
+1あるいは−1次光を集めることが必要であるが、パ
ターンが微細になると回折角が大きくなり投影レンズ系
111に入らなくなる。その為、微細パターンにおいて
は、垂直に入射する光は解像には寄与しないノイズ成分
となり、像面での光強度分布のコントラストを低下させ
てしまう。しかし、同図(c)に示すようなリング形の
開口部を有する絞り107Bを用いると、フォトマスク
5に斜めからのみ光が入射し、その分、+1あるいは−
1次回折光のいずれかが投影レンズ系111に入るよう
になり、照明光の大部分がパターンを解像させるのに役
立つようになる。このように、輪帯照明法では、照明光
のうち解像に寄与しない垂直入射成分を除去することに
より解像度および焦点深度を向上させることができる。
As shown in FIGS. 10C and 10D, the central portion of the stop 107B is shielded from light and the fly-eye lens 106 is blocked.
The illumination method using only the peripheral portion is called an annular illumination method. A diaphragm 1 having a normal circular aperture as shown in FIG.
At 07A, there is light that enters the photomask 5 almost perpendicularly as shown in FIG. In order to resolve the pattern of the photomask 5, it is necessary to collect the 0th-order light and +1 or -1st-order light among the diffracted lights. It will not enter the system 111. Therefore, in a fine pattern, the vertically incident light becomes a noise component that does not contribute to the resolution, and lowers the contrast of the light intensity distribution on the image plane. However, when a stop 107B having a ring-shaped opening as shown in FIG. 3C is used, light is incident only obliquely on the photomask 5, and +1 or −.
Any of the first order diffracted light will enter the projection lens system 111, and most of the illumination light will help resolve the pattern. As described above, in the annular illumination method, the resolution and the depth of focus can be improved by removing the vertical incident component of the illumination light that does not contribute to the resolution.

【0012】また、上記変形照明法のほかにも、フォト
マスク側の改善による超解像手法である、位相シフトマ
スクの検討も盛んに行われている。位相シフトマスクに
も多数の方式が提案されているが、いずれもフォトマス
クを透過する光の位相を制御することにより結像面上で
の光強度分布のプロファイルを改善し、解像度および焦
点深度を向上させる手法である。特に最近では、そのマ
スク作成の容易さからハーフトーン方式の位相シフトマ
スクが注目されている。ハーフトーン方式(減衰方式)
の位相シフトマスクは、通常のフォトマスクの遮光膜を
半透明膜とし、5〜10%程度の光を漏らし、かつその
漏れた光の位相を透明部分の光の位相と180度異なら
せるフォトマスクである。
In addition to the above-mentioned modified illumination method, a phase shift mask, which is a super-resolution method by improving the photomask side, has been actively studied. Numerous methods have been proposed for phase shift masks, all of which improve the light intensity distribution profile on the image plane by controlling the phase of light passing through the photomask, and improve resolution and depth of focus. It is a technique to improve. In particular, recently, a phase shift mask of a halftone system has been attracting attention because of its ease of mask formation. Halftone method (attenuation method)
Is a photomask in which a light-shielding film of a normal photomask is a translucent film, leaks about 5 to 10% of light, and makes the phase of the leaked light 180 degrees different from the phase of light in a transparent portion. It is.

【0013】しかし、位相シフトマスクを用いる場合も
照明条件は重要である。すなわち、コンタクトホールパ
ターンのハーフトーンマスクに対しては、フライアイレ
ンズ直後の絞りを小さくし、干渉性の高い照明条件にし
なければ、位相シフト法の効果が得られない。また、ラ
インアンドスペースパターンのように周期パターン用の
ハーフトーンマスクに対しては、絞りの中央部分を遮光
して輪帯照明としなければ十分な効果がえられない。輪
帯照明法では従来0次光と+/−1次光の3光束で像を
形成していたのに対して、+/−1次光の片方を捨てて
いるため2光束干渉となり、0次光と+/−1次光の片
方の強度が大きく異なるためコントラストが低下すると
いう欠点があった。そこで、ハーフトーンマスクと組み
合わせ、0次光を低下させ1次光と釣り合わせることに
よりコントラストを向上させることができる。
However, the illumination conditions are also important when using a phase shift mask. That is, for the halftone mask of the contact hole pattern, the effect of the phase shift method cannot be obtained unless the stop immediately after the fly-eye lens is reduced and illumination conditions with high coherence are set. For a halftone mask for a periodic pattern such as a line and space pattern, a sufficient effect cannot be obtained unless the central part of the stop is shielded from annular illumination. In the annular illumination method, an image is conventionally formed by three light fluxes of the 0th-order light and +/- 1st-order light. On the other hand, since one of the +/- 1st-order lights is discarded, two-beam interference occurs. There is a disadvantage that the contrast is reduced because the intensity of one of the secondary light and the +/- primary light is significantly different. Therefore, the contrast can be improved by combining with a halftone mask and reducing the 0th-order light and balancing it with the 1st-order light.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の縮小投影露光においては、マスクパターンにより高σ
/低σの照明条件を変更するのにフライアイレンズ直後
の絞りをはずして交換していた。しかし一般の量産工程
で用いられる露光装置では、絞りを自動的に交換する機
構はない為、照明条件を変更するのは困難であるという
問題点があった。
As described above, in the conventional reduced projection exposure, a high σ
In order to change the lighting conditions of / low σ, the diaphragm immediately after the fly-eye lens was removed and replaced. However, in an exposure apparatus used in a general mass production process, there is no mechanism for automatically changing the aperture, so that there is a problem that it is difficult to change the illumination conditions.

【0015】例えば、露光装置の光学系のカバーを開
け、作業者が作業を行えば絞りの交換はできるが、この
場合は露光装置の光学系にゴミを落とす可能性が生じ
る。そのため、絞りの交換作業のたびに光学系内の異物
検査を行うことが必要となる。しかし、この光学系内の
異物検査は数時間も要するため量産性が極端に低下して
しまうという問題を生じる。このような理由で、作業者
による絞り交換は実際の量産現場では行われていなかっ
た。
For example, the aperture can be replaced by opening the cover of the optical system of the exposure apparatus and performing an operation by an operator, but in this case, there is a possibility that dust is dropped on the optical system of the exposure apparatus. Therefore, it is necessary to perform a foreign substance inspection in the optical system every time the diaphragm is replaced. However, the inspection of foreign matter in the optical system requires several hours, and thus has a problem that mass productivity is extremely reduced. For this reason, the aperture change by the operator has not been performed in the actual mass production site.

【0016】なお、ごく最近の露光装置では上記理由を
ふまえて、絞りの自動交換機能を有する機種も開発され
ている。例えば大きな円板の同心円上に複数の絞りを有
し、この円板を回転させて絞りを変える方式や、長い板
に複数の絞りを有しこの長い板をスライドさせて絞りを
交換する機構がある。しかし、これら最新機能を有する
露光装置は高額であるため、すでに使用中の露光装置と
置き換えることはコスト面の問題で困難であり、現状の
露光装置での対策が望まれていた。
Incidentally, in recent exposure apparatuses, a model having an automatic aperture changing function has been developed in consideration of the above-mentioned reasons. For example, a large disk has a plurality of diaphragms on concentric circles, and this disk is rotated to change the diaphragm, or a long plate has a plurality of diaphragms and a mechanism that slides this long plate to replace the diaphragm. is there. However, since the exposure apparatus having these latest functions is expensive, it is difficult to replace the exposure apparatus which is already in use due to cost considerations, and measures for the current exposure apparatus have been desired.

【0017】本発明の目的は、既存の露光装置において
も照明条件の変更が容易にできるフォトマスクを提供す
ることにある。
An object of the present invention is to provide a photomask in which illumination conditions can be easily changed even in an existing exposure apparatus.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】第1の発明のフォトマス
クは、透明基板上に第1の膜により形成された所定のパ
ターンを有し、透過照明により照明され前記所定のパタ
ーンを結像面上に形成するフォトマスクにおいて、前記
透明基板の表面或いは裏面の全面に入射角度により光の
透過率が異なる第2の膜を有していることを特徴とする
ものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a photomask having a predetermined pattern formed on a transparent substrate by a first film , and illuminated by transmission illumination to convert the predetermined pattern into an image forming surface. In the photomask formed thereon, a second film having a different light transmittance depending on an incident angle is provided on the entire surface of the front surface or the back surface of the transparent substrate.

【0019】[0019]

【0020】この透過率において、角度依存性を有する
膜によりマスク上のパターンに特定方向からの光を強調
して入射させることにより、各マスクパターンに対して
より適切な照明を可能としている。
In this transmittance, light from a specific direction is emphasized and incident on a pattern on the mask by a film having an angle dependency, thereby enabling more appropriate illumination for each mask pattern.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1(a),(b)は本発明の第1の実施
の形態のフォトマスクの上面図及びA−A線断面図であ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, the present invention will be described with reference to the drawings. 1A and 1B are a top view and a sectional view taken along line AA of a photomask according to a first embodiment of the present invention.

【0022】図1(a),(b)に示すようにフォトマ
スク10は、石英の透明基板1と、この基板1の上面に
形成されたクロムの遮光膜2による孤立のコンタクトホ
ールパターンと、基板の下面に形成された多層コーティ
ング膜3とから主に構成されている。そしてこの多層コ
ーティング膜3によりマスク入射光に対して透過率の角
度依存性を生じさせている。ここで、図2に示すように
多層コーティング膜は厚さ86.9nmの窒化シリコン
(Si3 4 )膜6および厚さ123.8nmの酸化シ
リコン(SiO2 )膜7の各5層で形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the photomask 10 includes a quartz transparent substrate 1 and an isolated contact hole pattern formed of a chrome light-shielding film 2 formed on the upper surface of the substrate 1. And a multilayer coating film 3 formed on the lower surface of the substrate. The multilayer coating film 3 causes the transmittance of the mask incident light to have an angle dependence. Here, as shown in FIG. 2, the multilayer coating film is formed of five layers each of a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 6 having a thickness of 86.9 nm and a silicon oxide (SiO 2 ) film 7 having a thickness of 123.8 nm. Have been.

【0023】なお、多層コーティング膜3を構成するこ
れらの透明膜(Si3 4 ,SiO2 )の膜厚tはt=
mλ/4n(λは光の波長,nは透明膜の屈折率、mは
偶数2、4、6、・・・)により決定されている。この
条件を満たす場合、垂直入射光に対して、各透明膜内の
入射光と反射光の位相が一致するため、干渉により強め
られ光の強度が増加する。すなわち、垂直入射光の透過
率が最大となり、入射角度が大きくなるほど、膜内の反
射光の位相がずれ、透過率が低下するようになる。そし
て、その角度依存性は、膜の積層数により決定される。
ここで用いた、Si3 4 ,SiO2 のi線(λ=36
5nm)に対するn値はそれぞれ2.099と1.47
4なので、その膜厚は、86.9nmおよび123.8
nmとなる。
The thickness t of these transparent films (Si 3 N 4 , SiO 2 ) constituting the multilayer coating film 3 is t =
mλ / 4n (λ is the light wavelength, n is the refractive index of the transparent film, and m is an even number 2, 4, 6,...). When this condition is satisfied, the phase of the incident light in each transparent film and the phase of the reflected light are the same with respect to the vertically incident light. That is, as the transmittance of the vertically incident light becomes maximum and the incident angle increases, the phase of the reflected light in the film shifts and the transmittance decreases. The angle dependence is determined by the number of film layers.
The i-line of Si 3 N 4 and SiO 2 used here (λ = 36
5 nm) are 2.099 and 1.47, respectively.
4, the film thicknesses are 86.9 nm and 123.8.
nm.

【0024】図3にこの多層コーティング膜3の透過率
の角度依存性を示す。同図に示すよう、多層コーティン
グ膜3は、入射光の透過率において入射角が大きいほど
透過率が低くなる特性を有し、垂直の透過率を100%
とした時に入射角度5度では透過率が50%になってい
る。よって、孤立コンタクトホールパターンに対して、
焦点深度を狭める照明光の斜め入射成分を低減させ、焦
点深度を拡大できる。
FIG. 3 shows the angle dependence of the transmittance of the multilayer coating film 3. As shown in the figure, the multilayer coating film 3 has such a characteristic that the transmittance decreases as the incident angle increases with respect to the transmittance of the incident light.
When the incident angle is 5 degrees, the transmittance is 50%. Therefore, for the isolated contact hole pattern,
The oblique incidence component of the illumination light for narrowing the depth of focus can be reduced, and the depth of focus can be increased.

【0025】なお、多層コーティング膜の透過率の角度
依存性は交互に積層させる材料の屈折率と膜厚および積
層数で広範囲に設定可能であるが、平均の透過率がある
程度低下するとスループットの問題が生じるので、もと
の透過率(石英で92%)の1/3以下にならないよう
に設定する必要がある。尚、第1の実施の形態では多層
コーティング膜としてSi3 4 膜とSiO2 膜とを用
いたが、これに限定されるものではなく、SnO4 膜,
HfO2 膜,Al2 3 膜及びITO(インジウム・テ
ィン・オキサイド)膜等を用いることができる。
The angle dependence of the transmittance of the multilayer coating film can be set in a wide range by the refractive index, the film thickness and the number of layers of the materials to be alternately laminated. However, if the average transmittance is reduced to some extent, there is a problem of throughput. Therefore, it is necessary to set the transmittance so as not to be 1/3 or less of the original transmittance (92% for quartz). Although using the the Si 3 N 4 film and the SiO 2 film as a multilayer coating film in the first embodiment, is not limited thereto, SnO 4 layer,
An HfO 2 film, an Al 2 O 3 film, an ITO (indium tin oxide) film, or the like can be used.

【0026】図4は本発明の第2の実施の形態のフォト
マスクの上面図およびB−B線断面図である。
FIG. 4 is a top view and a sectional view taken along the line BB of a photomask according to a second embodiment of the present invention.

【0027】図4(a),(b)に示すようにフォトマ
スク10Aは、透明基板1とこの基板の一方の面に形成
された遮光膜2からなる所定のパターンと、基板の他方
の面に形成された多層コーティング膜3Aとから構成さ
れている。ここではパターンが露光装置の解像限界に近
い寸法の周期パターン(ラインアンドスペースパター
ン)となっている。そして多層コーティング膜3Aは第
1の実施の形態と同様にSi3 4 膜とSiO2 膜とか
ら構成されるが多層コーティング膜の透過率の角度依存
性は第1の実施の形態とは反対になっている。
As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the photomask 10A comprises a transparent substrate 1 and a predetermined pattern formed of a light shielding film 2 formed on one surface of the substrate, and the other surface of the substrate. And the multi-layer coating film 3A formed on the substrate. Here, the pattern is a periodic pattern (line and space pattern) having dimensions close to the resolution limit of the exposure apparatus. The multilayer coating film 3A is composed of a Si 3 N 4 film and a SiO 2 film as in the first embodiment, but the angle dependency of the transmittance of the multilayer coating film is opposite to that of the first embodiment. It has become.

【0028】ここでは、多層コーティング膜3Aを構成
する透明膜の膜厚tをt=m2 λ/4n(λは光の波
長,nは透明膜の屈折率、m2 は奇数1,3,5・・
・)としている。このとき、垂直入射光に対して、各透
明膜内の入射光の位相が180度異なるため、干渉によ
り打ち消し合い、強度が低下する。すなわち、垂直入射
光の透過率が最低となり、入射角度が大きくなるほど膜
内の反射光の位相がずれ、透過率が増加するようにな
る。そして、その角度依存性は、膜の積層数により決定
される。ここで用いた、Si3 4 ,SiO2 のi線
(λ=365nm)に対するn値はそれぞれ2.099
と1.474なので、その膜厚は、43.5nmおよび
61.9nmとなる。すなわち、図5に示すように、垂
直に入射する光の透過率が低くなるようにしている。こ
のように、輪帯照明法と同様にパターン形成に寄与しな
い垂直入射成分を低減することにより焦点深度を拡大す
ることができる。
Here, the thickness t of the transparent film constituting the multilayer coating film 3A is represented by t = m 2 λ / 4n (λ is the wavelength of light, n is the refractive index of the transparent film, and m 2 is an odd number 1, 3, 5 ...
・) At this time, since the phase of the incident light in each transparent film differs by 180 degrees from the vertically incident light, they cancel each other out due to interference, and the intensity decreases. That is, the transmittance of the vertically incident light becomes the lowest, and the phase of the reflected light in the film shifts as the incident angle increases, and the transmittance increases. The angle dependence is determined by the number of film layers. The n values of Si 3 N 4 and SiO 2 used here for the i-line (λ = 365 nm) are each 2.099.
And 1.474, the film thicknesses are 43.5 nm and 61.9 nm. That is, as shown in FIG. 5, the transmittance of vertically incident light is reduced. As described above, the depth of focus can be increased by reducing the vertical incident component that does not contribute to pattern formation as in the annular illumination method.

【0029】図6(a),(b)は本発明に関連する技
のフォトマスクの上面図およびC−C線断面図であ
る。図6(a),(b)に示すように、フォトマスク1
0Bは透明基板1と、この透明基板1上に形成された半
透明膜4からなるコンタクトホールパターンとから構成
されている。そして、図7に示すように、半透明膜4は
厚さ4nmのクロム膜8と厚さ60nmの酸化シリコン
膜7の各5層の多層コーティング膜で形成され、透明部
と半透明部を透過する光に180度の位相差を生じさせ
ている。また、入射光の透過率において角度依存性を有
しており、図8に示すように、垂直入射光に対してより
高い透過率を有し入射角度が大きくなるほど透過率が低
くなっている。
FIGS. 6A and 6B show a technique related to the present invention.
It is the top view of a photomask of operation , and sectional drawing along CC line. As shown in FIGS. 6A and 6B, the photomask 1
Reference numeral 0B denotes a transparent substrate 1 and a contact hole pattern formed of a translucent film 4 formed on the transparent substrate 1. As shown in FIG. 7, the translucent film 4 is formed of a five-layer multilayer coating film of a chromium film 8 having a thickness of 4 nm and a silicon oxide film 7 having a thickness of 60 nm. The light having a phase difference of 180 degrees is generated. Further, the transmittance of incident light has an angle dependency, and as shown in FIG. 8, the transmittance is higher for vertically incident light, and the transmittance is lower as the incident angle is larger.

【0030】このように構成されたマスクを用いること
により、通常の露光装置(コヒーレントファクターσ=
0.5〜0.7)においても、照明光の垂直入射成分を
相対的に大きくし、位相シフト効果を十分得ることが可
能となる。なお、目的とするパターンがラインアンドス
ペースパターンのように周期パターンの場合には、上記
とは反対に入射角度が大きいほど透過率が大きくなるよ
うな透過率依存性のある多層コーティング膜により半透
明膜を構成する。この場合には、変形照明とハーフトー
ンマスクの組み合わせと同等の効果が得られ、より焦点
深度を拡大することができる。
By using the mask having such a configuration, a conventional exposure apparatus (coherent factor σ =
Also in the range of 0.5 to 0.7), the vertical incidence component of the illumination light can be relatively increased, and the phase shift effect can be sufficiently obtained. When the target pattern is a periodic pattern such as a line-and-space pattern, contrary to the above, a translucent multi-layer coating film having a transmittance that increases as the incident angle increases becomes larger. Make up the membrane. In this case, an effect equivalent to the combination of the modified illumination and the halftone mask can be obtained, and the depth of focus can be further increased.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、フォトマ
スクを構成する透明基板上に入射角度により透過率が異
なる層を形成することにより、照明条件の変更が容易で
はない既存の露光装置においても照明条件の最適化が容
易に可能となる効果がある。また擬似的に変形照明法が
実現でき、焦点深度および解像度を向上させることが可
能となるという効果もある。
As described above, the present invention can be applied to an existing exposure apparatus in which it is not easy to change illumination conditions by forming a layer having different transmittance depending on the incident angle on a transparent substrate constituting a photomask. This also has the effect that the illumination conditions can be easily optimized. Also, there is an effect that the modified illumination method can be realized in a pseudo manner, and the depth of focus and the resolution can be improved.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態のフォトマスクの上
面図および断面図。
FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view of a photomask according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態のフォトマスクの多層コーテ
ィング膜の断面図。
FIG. 2 is a sectional view of a multilayer coating film of the photomask according to the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態のフォトマスクが有する多層
コーティング膜の透過率の角度依存性を示した図。
FIG. 3 is a view showing the angle dependence of the transmittance of a multilayer coating film included in the photomask of the first embodiment.

【図4】本発明の第2の実施の形態のフォトマスクの上
面図および断面図。
FIG. 4 is a top view and a cross-sectional view of a photomask according to a second embodiment of the present invention.

【図5】第2の実施の形態のフォトマスクが有する多層
コーティング膜の透過率の角度依存性を示した図。
FIG. 5 is a diagram showing the angle dependence of the transmittance of a multilayer coating film of a photomask according to a second embodiment.

【図6】本発明に関連する技術のフォトマスクの上面図
および断面図。
6A and 6B are a top view and a cross-sectional view of a photomask according to a technique related to the present invention .

【図7】本発明に関連する技術のフォトマスクの半透明
膜部分の断面図。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a translucent film portion of a photomask according to a technique related to the present invention .

【図8】本発明に関連する技術のフォトマスクが有する
多層コーティング膜の透過率の角度依存性を示した図。
FIG. 8 is a view showing the angle dependence of the transmittance of a multilayer coating film included in a photomask of a technique related to the present invention .

【図9】従来の縮小投影露光装置の主な光学素子の構成
図。
FIG. 9 is a configuration diagram of main optical elements of a conventional reduction projection exposure apparatus.

【図10】従来の変形照明法の原理を説明する為の絞り
の平面図及び光学素子の構成図。
FIG. 10 is a plan view of a stop and a configuration diagram of an optical element for explaining the principle of a conventional modified illumination method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 透明基板 2 遮光膜 3,3A 多層コーティング膜 4 半透明膜 5 フォトマスク 6 酸化シリコン膜 7 窒化シリコン膜 8 クロム膜 10,10A,10B,100 フォトマスク 101 超高圧水銀ランプ 102 楕円ミラー 103 コールドミラー 104 レンズ 105 干渉フィルター 106 フライアイレンズ 107 絞り 108 レンズ 109 ミラー 110 コンデンサーレンズ 111 投影レンズ系 112 半導体基板 REFERENCE SIGNS LIST 1 transparent substrate 2 light-shielding film 3, 3A multilayer coating film 4 translucent film 5 photomask 6 silicon oxide film 7 silicon nitride film 8 chromium film 10, 10A, 10B, 100 photomask 101 ultra-high pressure mercury lamp 102 elliptical mirror 103 cold mirror Reference Signs List 104 lens 105 interference filter 106 fly-eye lens 107 aperture 108 lens 109 mirror 110 condenser lens 111 projection lens system 112 semiconductor substrate

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−253655(JP,A) 特開 平6−342205(JP,A) 特開 平6−19109(JP,A) 特開 平6−83027(JP,A) 特開 平5−232677(JP,A) 特開 平6−95359(JP,A) 特開 平4−24638(JP,A) 特開 平4−45446(JP,A) 特開 平5−100408(JP,A) 特開 平7−209849(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 1/08 H01L 21/027──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-7-253655 (JP, A) JP-A-6-342205 (JP, A) JP-A-6-19109 (JP, A) JP-A-6-209 83027 (JP, A) JP-A-5-232677 (JP, A) JP-A-6-95359 (JP, A) JP-A-4-24638 (JP, A) JP-A-4-45446 (JP, A) JP-A-5-100408 (JP, A) JP-A-7-209849 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G03F 1/08 H01L 21/027

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 透明基板上に第1の膜により形成された
所定のパターンを有し、透過照明により照明され前記所
定のパターンを結像面上に形成するフォトマスクにおい
て、前記透明基板の表面或いは裏面の全面に入射角度に
より光の透過率が異なる第2の膜を有していることを特
徴とするフォトマスク。
1. A photomask having a predetermined pattern formed by a first film on a transparent substrate and illuminated by transmitted illumination to form the predetermined pattern on an image forming surface. A photomask comprising a second film having a different light transmittance depending on an incident angle on the entire surface of a front surface or a rear surface of a transparent substrate.
【請求項2】 前記透過率の角度依存性を有する第2の
は、屈折率の異なる複数の材料からなる積層膜である
請求項1記載のフォトマスク。
2. A second having angle dependence of the transmittance
2. The photomask according to claim 1, wherein the film is a laminated film made of a plurality of materials having different refractive indexes.
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