JP2807936B2 - Fine pattern projection exposure equipment - Google Patents

Fine pattern projection exposure equipment

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JP2807936B2
JP2807936B2 JP3254306A JP25430691A JP2807936B2 JP 2807936 B2 JP2807936 B2 JP 2807936B2 JP 3254306 A JP3254306 A JP 3254306A JP 25430691 A JP25430691 A JP 25430691A JP 2807936 B2 JP2807936 B2 JP 2807936B2
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optical axis
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partial annular
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勝征 原田
誠太郎 松尾
良亘 竹内
一彦 小松
恵美 為近
義昭 三村
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、LSI等の微細パタン
をマスクと投影レンズを用いてウエハ(基板)上に形成
する投影露光装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for forming a fine pattern such as an LSI on a wafer (substrate) using a mask and a projection lens.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来よりLSI等の微細パタンを形成す
るための投影露光装置には、高い解像力が要求されてい
る。そのため、最近の投影露光装置の投影レンズは、光
の波長から決まる理論限界に近い解像度を有している。
それにもかかわらず、近年のLSIパタンの微細化に対
応するため、さらに高解像化が要求されている。この要
求に答えるため近年、レチクル上の隣合う光透過部に1
80度に近い位相差を設けることにより遮光部での光強
度を零に近づける位相シフト法が提案され、解像度が向
上することが示された。
2. Description of the Related Art Conventionally, a projection exposure apparatus for forming a fine pattern such as an LSI has been required to have a high resolution. Therefore, a projection lens of a recent projection exposure apparatus has a resolution close to a theoretical limit determined by the wavelength of light.
Nevertheless, in order to respond to recent miniaturization of LSI patterns, higher resolution is required. In order to meet this demand, in recent years, one
By providing a phase difference close to 80 degrees, a phase shift method for reducing the light intensity at the light shielding portion to zero has been proposed, and it has been shown that the resolution is improved.

【0003】しかし、位相シフト法は、L&Sパタン
(ラインアンドスペースパタン)のように隣合う光透過
部で180度の位相差を容易に設けることができるパタ
ンでは高い微細化の効果が得られるのに対して、ランダ
ムパタンではこの条件を満たすことが困難となるため効
果が低下する、すなわちパタンの種類により解像性向上
の効果が異なる。このため、ランダムパタンに対する効
果的なシフタ配置法やシフタ製作および検査,修正など
の技術的な困難性やレチクル製作費が大幅に増加するな
どの欠点があった。
However, in the phase shift method, a pattern having a high degree of miniaturization can be obtained in a pattern such as an L & S pattern (line-and-space pattern) in which a phase difference of 180 degrees can be easily provided in the adjacent light transmitting portion. On the other hand, with a random pattern, it is difficult to satisfy this condition, and the effect is reduced. That is, the effect of improving the resolution differs depending on the type of the pattern. For this reason, there are disadvantages such as an effective shifter arrangement method for random patterns, technical difficulties such as shifter production, inspection, and correction, and a significant increase in reticle production costs.

【0004】これに対して、同一出願人は、微細パタン
投影露光装置においてレチクルに入射する光を投影光学
系の開口数に対応した角度だけ光軸から傾けて照射する
ことにより、位相シフト法と同等の解像性を実現する方
法を提案している(特願平3−135317号)。この
方法は、位相シフト法とは異なり、解像性向上の効果が
パタンの種類によらず、しかも従来マスクがそのまま使
えるため、位相シフト法に比べて大きな利点を有してい
る。この方法について図6を用いて簡単に説明する。
On the other hand, the assignee of the present application has proposed a phase shift method by irradiating a light incident on a reticle in a fine pattern projection exposure apparatus at an angle corresponding to a numerical aperture of a projection optical system from an optical axis. A method for realizing equivalent resolution has been proposed (Japanese Patent Application No. 3-135317). Unlike the phase shift method, this method has a great advantage over the phase shift method because the effect of improving resolution does not depend on the type of pattern and the conventional mask can be used as it is. This method will be briefly described with reference to FIG.

【0005】図6(a) は同一出願人にて提案された前述
の斜入射投影法(特願平3−135317号)を示し、
図6(b) は従来の投影法を示している。従来の投影法に
おいては、図6(b)に示すように、入射光I(波数k0
はレチクル31の面に垂直に入射し、光軸の両側に回折
光(波数k1 )を生ずる。レチクル31下部の開口絞り
(アパーチャ)32により、投影系を通過することの出
来る最大波数はk1 となり、これにより波数の大きい光
すなわち2π/k1 より短い周期のパタンによる回折光
は遮られてしまう。ここで回折角をαとすると
FIG. 6A shows the above-mentioned oblique incidence projection method (Japanese Patent Application No. 3-135317) proposed by the same applicant.
FIG. 6B shows a conventional projection method. In the conventional projection method, as shown in FIG. 6B, the incident light I (wave number k 0 )
Is perpendicularly incident on the surface of the reticle 31 and generates diffracted light (wave number k 1 ) on both sides of the optical axis. The reticle 31 under the aperture stop (aperture) 32, a maximum wave number that can pass through the projection system is k 1, and the thereby diffracted by pattern of large optical i.e. shorter period than 2 [pi / k 1 wave number is blocked I will. Here, if the diffraction angle is α,

【0006】k1=k0・sinαK 1 = k 0 · sin α

【0007】であるから、最小解像寸法は2π/(k0
・sinα)の1/2となる。一方、図6(a)に示す斜
入射投影法においては、照明光I(波数k0)の直進に
より得られる0次光が投影系開口絞り32の最外周を通
るような傾きを持つ時、図に示すごとく回折角2αをも
つ回折光と0次光とが最も高い解像度を与える。この回
折光の波数は
Therefore, the minimum resolution dimension is 2π / (k 0
(Sin α). On the other hand, in the oblique incidence projection method shown in FIG. 6A, when the 0th-order light obtained by the straight traveling of the illumination light I (wave number k 0 ) has an inclination such that it passes through the outermost periphery of the projection system aperture stop 32, As shown in the figure, the diffracted light having the diffraction angle 2α and the zero-order light give the highest resolution. The wave number of this diffracted light is

【0008】k1′=2k0・sin(2α)=2k1 K 1 ′ = 2k 0 · sin (2α) = 2k 1

【0009】となるので、最小解像寸法は2π/(2k
0 ・sinα)の1/2、すなわち従来の露光法に比べ
て1/2の寸法が解像できることになる。ここで、si
nαは投影レンズの開口数:NAであるので、この斜入
射照明方式は照射光を光軸に対してNAに対応した角度
だけ傾けることによって、より大きな回折角の光を通過
させ解像度を上げることができるものである。
Therefore, the minimum resolution dimension is 2π / (2k
0 · sin α), that is, half the size of the conventional exposure method can be resolved. Where si
Since nα is the numerical aperture of the projection lens: NA, this oblique incidence illumination system raises the resolution by passing light with a larger diffraction angle by tilting the irradiation light with respect to the optical axis by an angle corresponding to NA. Can be done.

【0010】この斜入射照明の具体的な実現方法とし
て、同一出願人の出願に係る特願平3−142782号
の「マスク照明光学系及びそれを用いる投影露光装置並
びに方法」でプリズムやグレーティングなどの光学素子
を照明光学系の一部に設ける方法が示されている。この
方法を説明する前に、従来の代表的な微細パタン投影露
光装置つまりステッパーの光学系の構成を図7を用いて
説明する。
As a specific method of realizing the oblique incidence illumination, a prism, a grating, or the like is disclosed in "Mask illumination optical system and projection exposure apparatus and method using the same" in Japanese Patent Application No. 3-142772 filed by the same applicant. Is provided in a part of the illumination optical system. Before describing this method, the configuration of an optical system of a conventional typical fine pattern projection exposure apparatus, that is, a stepper will be described with reference to FIG.

【0011】図7において、楕円反射鏡2の第1焦点に
光源ランプ1を置き、楕円反射鏡2の第2焦点3付近に
コールドミラー12を経て一旦光束を集める。そして第
2焦点3とほぼ焦点を共有するインプットレンズ4によ
り光束を平行光束に直す。フィルタ10を通過した光線
は、コーンレンズ5により光束を中心部に集め光強度分
布を均一化して、レチクル面での照射強度分布を均一と
するオプチカルインテグレータ6に入る。これを出た光
は、アウトプットレンズ7,コールドミラー13および
コンデンサレンズ群8によって、レチクル9を均一に照
明する。オプチカルインテグレータ6の射出側には開口
絞り11が置かれ、射出寸法を決めている。レチクル9
を照射した光は投影光学系14を通り、レチクル9上の
微細パタンの像がウエハ15上のレジストに投影露光さ
れる。投影光学系14の中には開口数を決定する絞り1
6が存在する。
In FIG. 7, a light source lamp 1 is placed at a first focal point of an elliptical reflecting mirror 2, and a light beam is once collected near a second focal point 3 of the elliptical reflecting mirror 2 via a cold mirror 12. The luminous flux is converted into a parallel luminous flux by the input lens 4 which shares the focal point substantially with the second focal point 3. The light beam that has passed through the filter 10 enters the optical integrator 6 where the light flux is collected at the center by the cone lens 5 to make the light intensity distribution uniform, and the irradiation intensity distribution on the reticle surface is made uniform. The emitted light uniformly illuminates the reticle 9 by the output lens 7, the cold mirror 13, and the condenser lens group 8. An aperture stop 11 is placed on the emission side of the optical integrator 6, and determines the emission size. Reticle 9
Is passed through the projection optical system 14, and the image of the fine pattern on the reticle 9 is projected and exposed on the resist on the wafer 15. A stop 1 for determining the numerical aperture is included in the projection optical system 14.
There are six.

【0012】このような投影露光装置で投影光学系の結
像特性を正確に取り扱うには、部分的コヒーレント光の
理論を用いる必要がある。マスクの振幅透過率をA
(x)(簡単なため1次元表現とするが、実際はx,y
の関数)とし、そのフーリエ変換をA(k)とすると
(ただし、本文中ではフーリエ変換を表わす記号^は省
略し単にA(k)とし、以下のJ(k;k′),J
0(ks),K(k)なども同様とする。)、像面強度I
(x)は次式で与えられる。
In such a projection exposure apparatus, it is necessary to use the theory of partially coherent light in order to accurately handle the imaging characteristics of the projection optical system. The amplitude transmittance of the mask is A
(X) (one-dimensional representation for simplicity, but in reality x, y
), And its Fourier transform is A (k) (however, in the text, the symbol 表 わ す representing the Fourier transform is omitted, and simply A (k), and the following J (k; k ′), J
The same applies to 0 (k s ), K (k) and the like. ), Image plane intensity I
(X) is given by the following equation.

【0013】[0013]

【数1】 (Equation 1)

【0014】ここでA* (x)はAの複素共役、J
(k;k′)は相互伝達係数と呼ばれるもので、次式で
与えられる。
Where A * (x) is the complex conjugate of A, J
(K; k ') is called a mutual transfer coefficient and is given by the following equation.

【0015】[0015]

【数2】 (Equation 2)

【0016】ここで、J0(ks)は瞳空間で表された光
源、K(k)は瞳関数を表わす(ボルン,ウォルフ「光
学の原理I,II,III 」(草川,横田訳)東海大学出版
会参照)。光学的伝達関数(OTF)は(2) 式を用い
て、概ねJ(k;0)で評価できる(インコヒーレント
光の極限で完全に一致)。
Here, J 0 (k s ) is a light source expressed in a pupil space, and K (k) is a pupil function (Born, Wolff “Principles of Optics I, II, III” (translated by Kusagawa and Yokota)) See Tokai University Press). The optical transfer function (OTF) can be roughly evaluated by J (k; 0) using equation (2) (completely coincident at the limit of incoherent light).

【0017】コヒーレント光の場合では振幅が、インコ
ヒーレント光の場合では強度が重ね合わせの原理に従
い、それぞれの値の周波数依存性を明確に定義すること
が可能であるが、部分的コヒーレント光の場合では
(1),(2)式に示すように2つの周波数(k,k′)の関
数で表され、周波数k,k′の波の干渉したものの重ね
合わせの表現になっている。(1) 式から判るように、像
面強度における周波数成分はマスクパタンの周波数分布
A(k)にも依存するため、この式のままでは照明系お
よび投影光学系の性能の客観評価が困難である。
In the case of coherent light, the amplitude depends on the principle of superposition, whereas in the case of incoherent light, the frequency dependence of each value can be clearly defined according to the principle of superposition. Then
As shown in the equations (1) and (2), it is represented by a function of two frequencies (k, k '), and represents a superposition of interference of waves of frequencies k, k'. As can be seen from equation (1), since the frequency component in the image plane intensity also depends on the frequency distribution A (k) of the mask pattern, it is difficult to objectively evaluate the performance of the illumination system and the projection optical system using this equation. is there.

【0018】そこで、コントラストの周波数依存性(M
TF)の評価に関しては、マスクパタンつまりマスクの
種類をA0,A1 として(3)式で表されるようなL&Sパ
タンのパターンに限定し単純化して、A0=1/2,A1
=1/4とし、
Therefore, the frequency dependence of the contrast (M
Regarding the evaluation of TF), the mask pattern, that is, the type of the mask is A 0 , A 1 and the pattern is limited to the L & S pattern represented by the equation (3), and A 0 = 1/2, A 1
= 1/4,

【0019】[0019]

【数3】 (Equation 3)

【0020】とすると便利である。このとき像面強度I
(x)は(フーリエ級数を表す記号^は省略)
This is convenient. At this time, the image plane intensity I
(X) is (the symbol 表 す representing Fourier series is omitted)

【0021】[0021]

【数4】 (Equation 4)

【0022】となる。コントラストMTF=(Imax
min)/(Imax+Imin)は基本周期に着目すると、
## EQU1 ## Contrast MTF = (I max
Focusing on the basic period, I min ) / (I max + I min )

【0023】[0023]

【数5】 (Equation 5)

【0024】で与えられる。(5)式の分母は平均強度
(Imax+Imin)/2を与える。 (2) 式で瞳関数K(k)として、フィルタ構成を表す関
数を用いることにより、斜入射照明系とフィルタ構成の
最適化の計算が容易に実行できるようになる。図8(a)
は、前述した特願平3−135317号のものを適用し
た一例で、図9(a) に示すように投影レンズの入射瞳空
間において、斜線を施した光源17が入射瞳円18に外
接した円環状のものを用い、かつ瞳円の半径を1とした
とき、円環光源の幅wがそれぞれ、0.1,0.2,
0.3,0.4について上述(5)式のコントラストを算
出したものである。図8において横軸が照明光の波数で
規格化した空間周波数、縦軸はコントラスト:MTFを
表す。
Is given by (5) The denominator of the equation gives the mean intensity (I max + I min) / 2. By using the function representing the filter configuration as the pupil function K (k) in the equation (2), the calculation for optimizing the oblique incidence illumination system and the filter configuration can be easily performed. Fig. 8 (a)
Is an example to which the above-mentioned Japanese Patent Application No. 3-135317 is applied. As shown in FIG. When an annular light source is used and the radius of the pupil circle is 1, the width w of the annular light source is 0.1, 0.2,
The contrast of equation (5) is calculated for 0.3 and 0.4. In FIG. 8, the horizontal axis represents the spatial frequency normalized by the wave number of the illumination light, and the vertical axis represents the contrast: MTF.

【0025】なお、図8には、従来用いられているコヒ
ーレンスファクタσ=0.5の光源、すなわち、図9
(b) に示すように、入射瞳円19に対して1/2の大き
さで、中心を光軸とする光源20の場合も併記してある
(図中符号Bで表す)。図8から明らかなように、円環
状光源とすることにより高波数帯域のコントラストが伸
び大幅な解像性向上が図れることがわかる。
FIG. 8 shows a conventional light source having a coherence factor σ = 0.5, that is, FIG.
As shown in (b), the case of the light source 20 having a size that is half the size of the entrance pupil circle 19 and whose center is the optical axis is also shown (indicated by a reference symbol B in the figure). As is clear from FIG. 8, it is understood that the use of the annular light source increases the contrast in the high wavenumber band and can greatly improve the resolution.

【0026】[0026]

【発明が解決しようとする課題】一方、実際にある波数
のパタンが形成できるかどうかは、レジスト材料やレジ
ストプロセスできまるMTFのスレショルドで決まる。
例えて言うならば、MTFが0.5以上であればパタン
形成できるレジストプロセスもあれば、MTFが0.7
以上ないとパタン形成できないレジストプロセスもあ
る。
On the other hand, whether or not a pattern having a certain wave number can be actually formed is determined by the resist material and the MTF threshold that can be determined by the resist process.
For example, if the MTF is 0.5 or more, there is a resist process that can form a pattern, while the MTF is 0.7
There is also a resist process in which a pattern cannot be formed without the above.

【0027】また、一般にMTFのスレショルドが大き
いほど寸法マージンの大きな安定したレジストプロセス
となる。このような観点から、図8の円環光源によるM
TFカーブをみると、波数が大きくなると共にMTFが
緩やかに減少しているため、高い解像性を実現するため
には、小さなMTFでパタン形成できるレジストプロセ
スが必要であると共に、大きなMTFを必要とするレジ
ストプロセスに本方法を適用する場合、大きな解像性向
上は望めなくなる。このように、従来の円環光源では波
数によってMTFが緩やかに変化するため、パタン形成
のプロセスマージンが低くなる欠点を有していた。
In general, the larger the MTF threshold, the more stable the resist process with a larger dimensional margin. From such a viewpoint, M by the annular light source in FIG.
Looking at the TF curve, as the wave number increases and the MTF gradually decreases, a resist process capable of forming a pattern with a small MTF is required to achieve high resolution, and a large MTF is required. When this method is applied to a resist process to be performed, a large improvement in resolution cannot be expected. As described above, the conventional annular light source has a disadvantage that the process margin of pattern formation is low because the MTF gradually changes depending on the wave number.

【0028】本発明は以上の点に鑑み、上記のような問
題点を解消するためになされたもので、その目的は、高
波数領域でMTFを低下させず、かつ急峻なMTFカー
ブを与える光学系を構成することにより、パターン形成
のプロセスマージンを高めることができる投影露光装置
を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above points, and has been made in order to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide an optical system which does not reduce MTF in a high wavenumber region and provides a sharp MTF curve. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of increasing a process margin of pattern formation by configuring a system.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の投影露光装置は、マスクを照射する光線が光
軸に対して投影レンズの開口数に対応した角度の傾きを
与える手段を有し、光軸に垂直な面内で見たとき、光軸
に対称な4方向から4個の部分円環状光源で照明し、こ
の部分円環状光源の形状が、投影光学系の縮小倍率m、
投影レンズの開口数をNA、光軸を含む平面に投影した
光束中心線の光軸となす角をα′、レチクル照明光束の
広がり角をβ、部分円環光源の規格化入射角をR(=m
・sinα′/NA)、部分円環光源の幅を2σ (σ
=m・sinβ/NA)、部分円環光源の円周上の開
き角を2θとしたとき、R+σ =1で2σ が0.3
下で2θが60°以下の条件を満たすようにしたもので
ある。
In order to achieve the above-mentioned object, a projection exposure apparatus according to the present invention comprises means for giving a light beam irradiating a mask an inclination with respect to an optical axis at an angle corresponding to the numerical aperture of a projection lens. When viewed in a plane perpendicular to the optical axis, it is illuminated by four partial annular light sources from four directions symmetrical to the optical axis.
The shape of the partial toroidal light source is a reduction magnification m of the projection optical system,
The numerical aperture of the projection lens is projected onto a plane containing NA and the optical axis
The angle between the optical axis of the luminous flux center line and the optical axis is α ',
The divergence angle is β, and the normalized incident angle of the partial annular light source is R (= m
Sin α ′ / NA), and the width of the partial annular light source is set to 2σ D
D = m · sinβ / NA), the aperture on the circumference of the partial annular light source
When the inclination angle is 2θ, R + σ D = 1 and 2σ D is 0.3
Below, 2θ is set to satisfy the condition of 60 ° or less .

【0030】[0030]

【作用】したがって本発明によれば、4個の部分円環状
光源を光軸に対して対称な位置に配置することにより、
直交するL&Sパタンの解像性を向上させることができ
るとともに、MTFカーブを空間周波数に対して急峻と
することができる。
Therefore, according to the present invention, by arranging four partial annular light sources at symmetrical positions with respect to the optical axis,
The resolution of orthogonal L & S patterns can be improved, and the MTF curve can be steeper with respect to the spatial frequency.

【0031】[0031]

【実施例】以下本発明を実施例と共に詳細に説明する。
本発明による斜入射照明は、4個の部分円環光源を用
い、かつその照明する方向を特定するので、解像性向上
の効果にも方向性を生じる。説明を容易にするため、こ
こでは、光軸に垂直な平面に、光軸を原点として直交す
るX軸とY軸をとり、X,−X,Yおよび−Yの4方向
に対称に配置された同じ形状を持つ4個の部分円環光源
を設定する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to embodiments.
The oblique incidence illumination according to the present invention uses four partial annular light sources and specifies the direction in which the light is illuminated, so that the effect of improving the resolution also has directionality. For ease of explanation, here, an X axis and a Y axis orthogonal to the optical axis as the origin are set on a plane perpendicular to the optical axis, and are arranged symmetrically in four directions of X, -X, Y and -Y. Further, four partial annular light sources having the same shape are set.

【0032】このような系において、部分円環光源の規
格化入射角Rと部分円環光源の幅を表す2σDを次のよ
うに定義する。 R=m・sinα′/NA σD=m・sinβ/NA ここで、mは縮小倍率、NAは投影レンズの開口数、β
はレチクル照明光束の広がり角、α′は光軸を含む平面
に投影した光束中心線の光軸となす角である。さらに、
部分円環光源の円周上の開き角を2θと定義する。
In such a system, the normalized incident angle R of the partial annular light source and 2σ D representing the width of the partial annular light source are defined as follows. R = m · sin α ′ / NA σ D = m · sin β / NA where m is the reduction magnification, NA is the numerical aperture of the projection lens, and β
Is the spread angle of the reticle illumination light beam, and α 'is the angle formed by the light axis of the light beam center line projected on a plane including the optical axis. further,
The open angle on the circumference of the partial annular light source is defined as 2θ.

【0033】図1は本発明の実施例で、代表的な部分円
環光源21の配置を入射瞳空間で表したものである。入
射瞳円22の大きさを投影レンズのNAで規格化した半
径1の円で表すと、R,σ,θはそれぞれ図示したよ
うになる。本発明では、R+σ=1で、2σが0.
以下、2θが60゜以下の条件で本発明の高い効果が
得られる。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a typical arrangement of partial annular light sources 21 is represented by an entrance pupil space. When the size of the entrance pupil circle 22 is represented by a circle having a radius of 1 standardized by the NA of the projection lens, R, σ D , and θ are as illustrated. In the present invention, R + σ D = 1 and 2σ D is 0.
Under the condition of 3 or less and 2θ of 60 ° or less, a high effect of the present invention can be obtained.

【0034】斜入射照明方式では、一般に空間周波数の
直流成分が大きくコントラストを低下させる。これに対
しては、同一出願人の出願に係る特願平3−15740
1号で提案されているような投影レンズ開口部への透過
率調整フィルタの適用が有効である。本フィルタは、投
影レンズ開口部で、0次光が通過する周辺部のみに所定
の透過率を有するもので、入射瞳空間でみた場合、光源
と丁度重なる位置に所定の透過率を有するフィルタがく
るように配置した場合に最も高い効果が得られる。
In the off-axis illumination system, the DC component of the spatial frequency is generally large and lowers the contrast. To address this, Japanese Patent Application No. 3-15740 filed by the same applicant
It is effective to apply a transmittance adjusting filter to the opening of the projection lens as proposed in No. 1. This filter has a predetermined transmittance only in the peripheral portion where the 0th-order light passes through the opening of the projection lens, and when viewed in the entrance pupil space, a filter having a predetermined transmittance is provided at a position just overlapping with the light source. The highest effect can be obtained when they are arranged so that they are arranged.

【0035】しかし、本発明にかかる部分円環光源で
は、光源と丁度重なる位置に所定の透過率を有する部分
円環状フィルタを用いた場合と円環状フィルタを用いた
場合とで顕著な効果の差異が見られなかったため、後者
のフィルタ配置を適用した。また、フィルタ透過率は後
述するように最も高いMTFを与える0.35とした。
However, in the partial annular light source according to the present invention, a remarkable difference in effect is obtained between the case where the partial annular filter having a predetermined transmittance is used at the position just overlapping the light source and the case where the annular filter is used. Was not seen, so the latter filter arrangement was applied. The filter transmittance was set to 0.35 which gives the highest MTF as described later.

【0036】本発明の効果を評価するためのパタンは、
次の記述によりX軸およびY軸に並行なL&Sパタン
と、X軸,Y軸に対して45°の傾きをもつL&Sパタ
ンで代表させた。 L(‖):X軸またはY軸に並行なL&Sパタン L(#):X軸またはY軸に対して45°の傾きをもつ
L&Sパタン 本発明では、部分円環光源が光軸に対して対称な4方向
にあるので、X軸に並行なL&SパタンとY軸に並行な
L&Sパタンは同じ解像性となり、同様にX軸またはY
軸に対して45°の傾きをもつL&Sパタンはすべて同
じ解像性となる。
The pattern for evaluating the effect of the present invention is as follows:
In the following description, an L & S pattern parallel to the X-axis and the Y-axis and an L & S pattern having an inclination of 45 ° with respect to the X-axis and the Y-axis are represented. L (‖): L & S pattern parallel to X-axis or Y-axis L (#): L & S pattern having an inclination of 45 ° with respect to X-axis or Y-axis Since there are four symmetrical directions, the L & S pattern parallel to the X-axis and the L & S pattern parallel to the Y-axis have the same resolution.
All L & S patterns having an inclination of 45 ° with respect to the axis have the same resolution.

【0037】以下、これらのパラメータを使用し、いく
つかの実施例について図を用いて説明する。図2,図
3,図4および図5は本発明による実施例で、各光源の
配置,大きさの条件により前述 (5)式に基づいて計算し
たコントラストを表している。それぞれの条件および評
価対象パタンは以下の通りである。
Hereinafter, some embodiments will be described with reference to the drawings using these parameters. FIGS. 2, 3, 4 and 5 show an embodiment according to the present invention, and show the contrast calculated based on the above equation (5) under the conditions of the arrangement and size of each light source. The conditions and evaluation target patterns are as follows.

【0038】 図2:R=0.95,2σD =0.1で、2θが20
°,40°,60°,90°の場合のL(‖) 図3:2θ=20°で、R+σD =1の条件で、Rとσ
D を変えた場合のL(‖) 図4:R=0.95,2σD =0.1で、θが20°,
40°,60°の場合のL(#) 図5:2θ=20°で、R+σD =1の条件で、Rとσ
D を変えた場合のL(#)
FIG. 2: R = 0.95, 2σ D = 0.1 and 2θ is 20
L (‖) in the case of °, 40 °, 60 °, 90 ° Fig. 3: R and σ under the condition of 2θ = 20 ° and R + σ D = 1
L (‖) when D is changed FIG. 4: R = 0.95, 2σ D = 0.1, θ is 20 °,
L (#) at 40 ° and 60 ° FIG. 5: Under the condition of 2θ = 20 ° and R + σ D = 1, R and σ
L (#) when D is changed

【0039】図2から明らかなように、本発明の適用に
より、従来法や円環光源に比べてMTFカーブが高波数
側へ伸び、かつ急峻となっている。MTFが0.7以下
のレジストプロセスを用いれば、解像性向上と大きなプ
ロセスマージンが得られることがわかる。また、部分円
環光源の円周上の開き角2θを小さくすることにより、
本発明の効果が大きくなることも明かである。なお、従
来法によるMTFカーブを符号Bで示している。
As is apparent from FIG. 2, the application of the present invention makes the MTF curve longer and steeper than the conventional method and the annular light source. It is understood that the use of a resist process having an MTF of 0.7 or less can improve resolution and provide a large process margin. Also, by reducing the open angle 2θ on the circumference of the partial annular light source,
It is also clear that the effect of the present invention increases. Note that the MTF curve according to the conventional method is indicated by reference numeral B.

【0040】図3は、部分円環光源の幅を変えた場合
で、幅が狭めれば本発明の効果は大きくなる。逆に幅を
広げれば本発明の効果は低下していくが、2σが0.
以下であれば、図8のそれぞれ対応する2σの円環
光源に比べて本発明の効果が得られている。
FIG. 3 shows a case in which the width of the partial annular light source is changed. The effect of the present invention is increased when the width is reduced. Conversely, if the width is increased, the effect of the present invention is reduced, but 2σ D is 0.
If 3 or less, the effect of the present invention as compared to the circular light sources of the corresponding 2 [sigma] D of FIG. 8 is obtained.

【0041】図2と図3で、規格化空間周波数が0.5
付近から1.5付近でMTFがほぼ0.7となるのは
(5)式で、フィルタを通過するk=0成分に対して透過
率0.35,他を透過率1と置き、各相互伝達係数の値
を、 J(k;0)=0.35 J(−k;0)=0.35 J(0;0)=0.35×0.35 J(k;k)=1 J(−k;k)=1 J(k;−k)=0
In FIGS. 2 and 3, the normalized spatial frequency is 0.5
The MTF is about 0.7 from 1.5 to 1.5
In equation (5), the transmittance is set to 0.35 for the k = 0 component passing through the filter, and the others are set to transmittance 1, and the value of each mutual transfer coefficient is expressed as J (k; 0) = 0.35 J (−k; 0) = 0.35 J (0; 0) = 0.35 × 0.35 J (k; k) = 1 J (−k; k) = 1 J (k; −k) = 0

【0042】また、A0=1/2,A1=1/4を (5)式
に代入すれば、MTFは約0.7となる。逆に透過率
0.35の値をtとおき、 (5)式について、dM/dt
=0となるtを求めると、最も高い解像性を与えるフィ
ルタの透過率t=(ルート2)/4=0.35、そのと
き、MTF=(ルート2)/2≒0.7を得る。
By substituting A 0 = 1 and A 1 = に in equation (5), the MTF becomes about 0.7. Conversely, the value of the transmittance 0.35 is set as t, and dM / dt is obtained from the expression (5).
When t is determined to be = 0, the transmittance t = (route 2) /4=0.35 of the filter providing the highest resolution, and then, MTF = (route 2) /2≒0.7 is obtained. .

【0043】図4と図5は、図2および図3に対応する
条件で、L(#)について評価した結果である。いずれ
もMTFが0.7付近以下になると円環光源よりもMT
Fは落ちつくが、従来法に比べると高い解像性を示して
いる。この結果は本光学系の最悪値を示すもので、X
軸,Y軸に対して45°以外の傾斜と並行なL&Sパタ
ンの解像性は、本結果のMTFカーブと対応する条件の
図2および図3のMTFカーブの間に存在する。
FIGS. 4 and 5 show the results of evaluating L (#) under the conditions corresponding to FIGS. 2 and 3. In any case, when the MTF is around 0.7 or less, the MT is higher than that of the annular light source.
Although F calms down, it shows higher resolution than the conventional method. This result shows the worst value of the present optical system.
The resolution of the L & S pattern parallel to the inclination other than 45 ° with respect to the axis and the Y axis exists between the MTF curve of the present result and the MTF curves of FIGS. 2 and 3 corresponding to the conditions.

【0044】一般にLSIパタンは殆どが直交するライ
ンパタンまたは矩形パタンから構成されており、一部で
効率の高いスペースワークとするために斜めのパタンが
用いられる。この場合、斜めパタンに対する寸法精度や
解像性への要求は直交パタンに比べて一般に低いことか
ら、実際のLSIパタン形成では問題とならない。
In general, the LSI pattern is mostly composed of orthogonal line patterns or rectangular patterns, and a diagonal pattern is used in order to partially make the space work highly efficient. In this case, since the requirements for dimensional accuracy and resolution for the oblique pattern are generally lower than those for the orthogonal pattern, there is no problem in actual LSI pattern formation.

【0045】本発明では4個の合同な部分円環光源を、
光軸に対して対称な位置に配置して用いるが、この部分
円環光源の具体的実現手段としては、以下の2つの方法
があり、いずれも同じ効果を与える。 特願平3−148133号で円環光源について提案さ
れている方法で、レンズ系や光ファイバを用いて部分円
環光源を得る方法。 コヒーレントファクタσ=1の従来光源で、部分円環
光源に相当する開口をもつアパーチャを2次光源面の直
後に装着する方法。
In the present invention, four congruent partial annular light sources are
Although it is used by arranging it at a position symmetrical with respect to the optical axis, there are the following two methods as concrete means for realizing the partial annular light source, and both provide the same effect. A method of obtaining a partial annular light source by using a lens system or an optical fiber according to the method proposed in Japanese Patent Application No. 3-148133 for an annular light source. A method in which an aperture having an opening corresponding to a partial annular light source is mounted immediately after a secondary light source surface in a conventional light source having a coherent factor σ = 1.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、円環光源
を用いる投影露光装置に比べ、直交するL&Sパタンの
解像性を向上させるとともに、MTFカーブを空間周波
数に対して急峻とすることができることから、寸法精度
や再現性などのプロセスマージンの高い投影露光装置
(リソグラフィ)を提供できる。このような本発明によ
る投影露光装置を用いれば、直交するパタンで高い解像
性を必要とする一般のLSIパタン形成において、パタ
ンの微細化が可能となり、集積度やデバイス性能の大幅
な向上が達成できる。
As described above, the present invention improves the resolution of orthogonal L & S patterns and makes the MTF curve steeper with respect to the spatial frequency, as compared with a projection exposure apparatus using an annular light source. Therefore, a projection exposure apparatus (lithography) having a high process margin such as dimensional accuracy and reproducibility can be provided. By using such a projection exposure apparatus according to the present invention, it is possible to miniaturize the pattern in a general LSI pattern formation that requires high resolution with orthogonal patterns, and it is possible to greatly improve the degree of integration and device performance. Can be achieved.

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

【図1】本発明の一実施例で、代表的な部分円環光源の
配置を入射瞳空間で表した概略図である。
FIG. 1 is a schematic view showing an arrangement of a representative partial annular light source in an entrance pupil space according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明による実施例で、光源の配置,大きさの
条件により (5)式に基づいて計算したコントラストを従
来法と対比して表した図である。
FIG. 2 is a diagram showing a contrast calculated based on the equation (5) according to the arrangement of the light source and the size of the light source in the embodiment according to the present invention in comparison with the conventional method.

【図3】本発明による他の実施例で、光源の配置,大き
さの条件により (5)式に基づいて計算したコントラスト
を従来法と対比して表した図である。
FIG. 3 is a diagram showing a contrast calculated based on Expression (5) according to another embodiment of the present invention based on the conditions of the arrangement and size of the light source in comparison with the conventional method.

【図4】本発明による別の実施例で、光源の配置,大き
さの条件により (5)式に基づいて計算したコントラスト
を従来法と対比して表した図である。
FIG. 4 is a diagram showing contrast calculated based on Expression (5) according to another embodiment of the present invention based on the conditions of arrangement and size of a light source in comparison with a conventional method.

【図5】本発明によるさらに別の実施例で、光源の配
置,大きさの条件により (5)式に基づいて計算したコン
トラストを従来法と対比して表した図である。
FIG. 5 is a diagram showing a contrast calculated based on equation (5) according to another embodiment of the present invention based on the conditions of the arrangement and size of the light source in comparison with the conventional method.

【図6】(a)は同一出願人にて提案された斜入射露光法
によるレチクル照射を表わす説明図、 (b)はこれと比較
するための従来法によるレチクル照射の説明図である。
FIG. 6A is an explanatory diagram showing reticle irradiation by an oblique incidence exposure method proposed by the same applicant, and FIG. 6B is an explanatory diagram of reticle irradiation by a conventional method for comparison with this.

【図7】従来の投影露光装置の一例を示す概略図であ
る。
FIG. 7 is a schematic view showing an example of a conventional projection exposure apparatus.

【図8】同一出願人にて提案された特願平3−1353
17号のものを適用した一例を示すMTFの特性図であ
る。
FIG. 8: Japanese Patent Application No. 3-1353 proposed by the same applicant.
It is a characteristic view of MTF which shows an example to which the thing of No. 17 is applied.

【図9】(a)は上記特願平3−135317号の入射瞳
空間における光源配置の一例を示す図、 (b)は参考のた
め挙げた従来法の入射瞳空間における光源配置を示す図
である。
9A is a diagram showing an example of a light source arrangement in an entrance pupil space of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 3-135317, and FIG. It is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源ランプ 4 インプットレンズ 5 コーンレンズ 6 オプチカルインテグレータ 7 アウトプットレンズ 8 コンデンサレンズ群 9 レチクル 14 投影光学系 15 ウエハ 16 絞り 21 部分円環光源 22 入射瞳空間 Reference Signs List 1 light source lamp 4 input lens 5 cone lens 6 optical integrator 7 output lens 8 condenser lens group 9 reticle 14 projection optical system 15 wafer 16 stop 21 partial annular light source 22 entrance pupil space

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松 一彦 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 為近 恵美 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 三村 義昭 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−91662(JP,A) ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuhiko Komatsu 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Emi Tamechika 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Yoshiaki Mimura 1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nippon Telegraph and Telephone Corporation (56) References JP-A-61-91662 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 物面マスク上のパタンを投影光学系を介
してウエハ上に投影露光する投影露光装置において、 マスクを照射する光線が光軸に対して投影レンズの開口
数に対応した角度の傾きを与える手段を有し、光軸に垂
直な面内で見たとき、光軸に対称な4方向から4個の部
分円環状光源で照明し、 この部分円環状光源の形状が、投影光学系の縮小倍率を
m、投影レンズの開口数をNA、光軸を含む平面に投影
した光束中心線の光軸となす角をα′、レチクル照明光
束の広がり角をβ、部分円環光源の規格化入射角をR
(=m・sinα′/NA)、部分円環光源の輻を2σ
(σ =m・sinβ/NA)、部分円環光源の円周
上の開き角を2θとしたとき、 R+σ =1で2σ が0.3以下で2θが60゜以下
の条件を満たす ことを特徴とする微細パタン投影露光装
置。
1. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern on an object surface mask onto a wafer via a projection optical system, wherein a light beam illuminating the mask has an angle with respect to an optical axis corresponding to a numerical aperture of a projection lens. It has means for giving an inclination, and when viewed in a plane perpendicular to the optical axis, it is illuminated by four partial annular light sources from four directions symmetrical to the optical axis, and the shape of the partial annular light source is System
m, the numerical aperture of the projection lens is projected onto a plane containing the NA and the optical axis
The angle between the center of the light beam and the optical axis is α ', the reticle illumination light
The divergence angle of the bundle is β, and the normalized incident angle of the partial annular light source is R
(= M · sin α ′ / NA), the radiation of the partial annular light source is 2σ
D D = m · sin β / NA), circumference of partial annular light source
Assuming that the upper opening angle is 2θ, R + σ D = 1, 2σ D is 0.3 or less, and 2θ is 60 ° or less
A fine pattern projection exposure apparatus characterized by satisfying the following conditions:
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