JP3084761B2 - Exposure method and mask - Google Patents

Exposure method and mask

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JP3084761B2
JP3084761B2 JP03034515A JP3451591A JP3084761B2 JP 3084761 B2 JP3084761 B2 JP 3084761B2 JP 03034515 A JP03034515 A JP 03034515A JP 3451591 A JP3451591 A JP 3451591A JP 3084761 B2 JP3084761 B2 JP 3084761B2
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    • 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
    • G03F7/70425Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70466Multiple exposures, e.g. combination of fine and coarse exposures, double patterning or multiple exposures for printing a single feature

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の回路パター
ン形成技術、特にリソグラフィー工程で使われるマス
ク、あるいはそのマスクを使った投影露光方法、及び露
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 technique for forming a circuit pattern of a semiconductor or the like, and more particularly to a mask used in a lithography process, a projection exposure method using the mask, and an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体等の回路パターン形成に際して、
現在の微細化したLSIの場合、実際のパターンの5倍
から10倍に拡大された遮光部分と透過部分とからなる
原版(マスク、レチクル)を、縮小投影型露光装置を用
いて、半導体基板(ウェハ)等の表面に塗布された感光
性膜(レジスト)上に結像し、これを感光する方法がと
られる。
2. Description of the Related Art In forming a circuit pattern of a semiconductor or the like,
In the case of the current miniaturized LSI, an original (mask, reticle) including a light-shielding portion and a transmissive portion that is magnified 5 to 10 times that of an actual pattern is formed on a semiconductor substrate (mask or reticle) using a reduction projection exposure apparatus. An image is formed on a photosensitive film (resist) applied on the surface of a wafer or the like, and a method of exposing the image is used.

【0003】従来、使用されるレチクル上には、転写す
べき回路パターンが、投影型露光装置の倍率だけ拡大さ
れて描画されており、従ってウェハ上には回路パターン
が所望の大きさとなって転写される。従来この種の装置
においては、図15に示す如く照明光束L10は、照明
光学系の瞳面(フーリエ変換面)付近に、投影光学系P
Lの瞳epとほぼ共役に配置されたほぼ円形の開口絞り
100により照明光学系の光軸を中心とする円形領域内
を通る光束L11となってレチクル(マスク)Rを照明
していた。ここで、光束を表す実線は1点から出た光の
主光線を表している。
Conventionally, a circuit pattern to be transferred has been drawn on a reticle to be used at a magnification of a projection type exposure apparatus, so that the circuit pattern is transferred to a desired size on a wafer. Is done. Conventionally, in an apparatus of this type, as shown in FIG. 15, an illumination light beam L10 is projected near a pupil plane (Fourier transform plane) of an illumination optical system.
The reticle (mask) R is illuminated as a light beam L11 passing through a circular area centered on the optical axis of the illumination optical system by the substantially circular aperture stop 100 arranged substantially conjugate with the pupil ep of L. Here, a solid line representing a light beam represents a principal ray of light emitted from one point.

【0004】このとき照明光学系の開口数と投影光学系
PLのレチクル側開口数の比、所謂σ値は開口絞り10
0により決定され、その値は0.3〜0.6程度が一般
的である。照明光L11はレチクルRにパターニングさ
れたパターンPPにより回折され、パターンPPからは
0次回折光D0 、+1次回折光Dr、−1次回折光Dl
が発生する。それぞれの回折光は投影光学系PLにより
集光され、ウェハ( 試料基板)W上に干渉縞を発生させ
る。この干渉縞がパターンPPの像である。
At this time, the ratio between the numerical aperture of the illumination optical system and the numerical aperture on the reticle side of the projection optical system PL, that is, the so-called σ value is determined by the
It is determined by 0, and the value is generally about 0.3 to 0.6. The illumination light L11 is diffracted by the pattern PP patterned on the reticle R. From the pattern PP, the 0th-order diffracted light D 0 , the + 1st-order diffracted light Dr, and the −1st-order diffracted light Dl
Occurs. The respective diffracted lights are condensed by the projection optical system PL and generate interference fringes on the wafer (sample substrate) W. This interference fringe is an image of the pattern PP.

【0005】このとき0次回折光D0 と±1次回折光D
r、Dlのなす角θはsinθ=λ/P(λ:露光波
長、P:パターンピッチ)により決まる。パターンピッ
チが微細化するとsinθが大きくなり、sinθが投
影光学系のレチクル側開口数 (NAR ) より大きくなる
と±1次回折光Dr、Dlは投影光学系PLに入射でき
なくなる。
At this time, the 0th-order diffracted light D 0 and the ± 1st-order diffracted light D
The angle θ formed by r and Dl is determined by sin θ = λ / P (λ: exposure wavelength, P: pattern pitch). When the pattern pitch becomes finer, sin θ becomes larger, and when sin θ becomes larger than the reticle-side numerical aperture (NA R ) of the projection optical system, the ± first-order diffracted lights Dr and Dl cannot enter the projection optical system PL.

【0006】このときウェハW上には0次回折D0 のみ
しか到達せず干渉縞は生じない。つまり sinθ>NAR
なる場合にはパターンPPの像は得られず、パターンP
PをウェハW上に転写することができなくなってしま
う。以上より従来の露光装置においては、sinθ=λ
/P≒NAR となるピッチPは次式で得られ、 P≒λ/NAR ……(1) このピッチPがウェハW上に転写可能となるパターンの
レチクル上での最小ピッチである。
At this time, only the zero-order diffraction D 0 reaches the wafer W, and no interference fringes occur. That is, when sinθ> NA R , an image of the pattern PP cannot be obtained, and the pattern P
P cannot be transferred onto the wafer W. As described above, in the conventional exposure apparatus, sin θ = λ
The pitch P at which / P ≒ NA R is obtained by the following equation: P ≒ λ / NA R (1) This pitch P is the minimum pitch on the reticle of a pattern that can be transferred onto the wafer W.

【0007】従って最小パターン幅としては、この半分
の0.5×λ/NAR 程度となるが、実際には焦点深度
との関係上、0.6×λ/NAR 程度が最小パターン幅
となっている。これを投影光学計の像面 (ウェハW) 側
に直すと0.6×λ/NAW ( NAW は投影光学系のウ
ェハ側開口数であり、NAW =B・NAR 、Bは投影光
学系の縮小率) 程度となる。
Therefore, the minimum pattern width is about 0.5 × λ / NA R which is half of this, but in actuality, about 0.6 × λ / NA R is the minimum pattern width due to the depth of focus. Has become. If this is converted to the image plane (wafer W) side of the projection optical meter, 0.6 × λ / NA W (where NA W is the numerical aperture on the wafer side of the projection optical system, NA W = B · NA R , and B is the projection Optical system).

【0008】以後この値を投影光学系の解像限界と呼
ぶ。この投影光学系自体の解像限界以上に微細なパター
ンを転写するために、レチクルパターン自体を変更して
解像度を高めようという方法も提案されている。これは
位相シフトと呼ばれる方法であり、レチクル上に他の部
分とは透過光の位相がπだけずれる、いわゆる位相シフ
ター膜を形成し、位相シフター部と、他の部分との透過
光の干渉効果(特に相殺効果)を利用して解像度、及び
焦点深度を高めるものである。
Hereinafter, this value is called the resolution limit of the projection optical system. In order to transfer a pattern finer than the resolution limit of the projection optical system itself, a method of increasing the resolution by changing the reticle pattern itself has been proposed. This is a method called phase shift, in which a so-called phase shifter film is formed on the reticle, where the phase of the transmitted light is shifted by π from the other parts, and the interference effect of the transmitted light between the phase shifter part and the other parts The resolution and the depth of focus are enhanced by using (especially the offset effect).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】従来の投影型露光装置
においては、ウェハ上に転写可能な回路パターンの微細
度(サイズ)は、露光波長をλ、投影光学系のウェハ側
開口数をNAW として、0.6×λ/NAW 程度が限界
であった。これは、光が波動である為に生じる回折現象
の為であり、従って露光波長をより短くすれば解像度は
原理的には向上する。
In a conventional projection type exposure apparatus, the fineness (size) of a circuit pattern that can be transferred onto a wafer is such that the exposure wavelength is λ and the numerical aperture on the wafer side of the projection optical system is NA W. The limit was about 0.6 × λ / NA W. This is due to the diffraction phenomenon that occurs because the light is a wave. Therefore, if the exposure wavelength is made shorter, the resolution is improved in principle.

【0010】しかし波長が 200nmより短くなると、これ
を透過する適当な光学材料が存在せず、また空気による
吸収が発生するなど問題点が多い。また開口数NAW は現
在、既に技術的限界にあり、これ以上の大NA化は望めな
い状況である。また、位相シフト法を使用した露光では
解像度の向上、及び焦点深度の増大は可能であるが、位
相シフト法で使用する位相シフター付レチクルは、製造
工程が複雑で、従って欠陥の発生率が高く、また製造コ
ストもきわめて高価となる。また、検査方法及び修正方
法も未だ確立されていないなど問題点が多く、実用化に
は多くの問題が残る。
However, when the wavelength is shorter than 200 nm, there are many problems that there is no suitable optical material that transmits the wavelength and that absorption by air occurs. The numerical aperture NA W is now already in the technical limitations, no more larger the NA is the situation can not be expected. Although the exposure using the phase shift method can improve the resolution and increase the depth of focus, the reticle with a phase shifter used in the phase shift method has a complicated manufacturing process and therefore has a high defect rate. In addition, the manufacturing cost is extremely high. Further, there are many problems such as an inspection method and a correction method not yet established, and many problems remain for practical use.

【0011】現在のLSI製造工程においては、成膜、
フォトリソグラフィー( 回路パターン転写) 、エッチン
グのサイクルが20回程度繰り返されるのが普通であ
る。また各膜の膜厚は0.05μmから1μm程度であ
り、従って工程が進むにつれウェハ上には数μm程度の
段差が形成され、この上部と下部に同時にパターニング
を行なうには、焦点深度の大きな投影型露光方法が必要
になる。
In the current LSI manufacturing process, film formation,
Usually, the cycle of photolithography (circuit pattern transfer) and etching is repeated about 20 times. The thickness of each film is about 0.05 μm to 1 μm. Therefore, as the process proceeds, a step of about several μm is formed on the wafer. A projection exposure method is required.

【0012】一方で、焦点深度を拡大する1つの手法と
して、多重焦点露光法も知られている。この露光方法に
よる深度増大法においては、特に単独で存在するパター
ン(パターンサイズに対してパターン以外のサイズが
1:3程度以上であるパターン、以後孤立パターンと略
す) に対して、通常の露光方法に比べ、大きな実用上の
焦点深度が得られるが、解像度を向上することは原理的
に不可能であった。
On the other hand, as one method for increasing the depth of focus, a multi-focus exposure method is also known. In the depth increasing method by this exposure method, a normal exposure method is particularly applied to a pattern which exists alone (a pattern having a size other than the pattern with respect to the pattern size of about 1: 3 or more, hereinafter abbreviated as an isolated pattern). Although a larger practical depth of focus can be obtained as compared with, it is impossible in principle to improve the resolution.

【0013】本発明はこの様な現状に鑑みてなされたも
ので、従来と同じ遮光部と透過部から成るレチクル(マ
スク)を使用し、かつ高解像度及び深い焦点深度を得ら
れる露光方法、及び装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a situation, and uses the same reticle (mask) comprising a light-shielding portion and a transmissive portion as before, and provides an exposure method capable of obtaining high resolution and a deep depth of focus. It is intended to provide a device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明は、照明光学系を
通してマスク(R)に照明光を照射し、投影光学系(P
L)を介して照明光で感光基板(W)を露光する方法に
関するものである。そして、本発明による第1の露光方
法では、互いに異なる複数のパターン(PA、PB)が
少なくとも1つの周期的なパターン(PA)を含み、感
光基板上で周期的なパターンの一部(PA2)に形状が
異なる他のパターン(PB)が重なるように、その複数
のパターンにそれぞれ照明光を照射して感光基板を多重
露光するとともに、その周期的なパターン(PA)の転
写時に、照明光学系内でマスクのパターン面に対してほ
ぼフーリエ変換の関係となる所定面(瞳面)上での照明
光の光量分布を中心部よりもその外側で高めるものであ
る。このため、感光基板上に形成すべき微細パターンを
高解像度、大焦点深度で転写することができる。なお、
照明光学系内の所定面上でその光軸から偏心した局所領
域、あるいは輪帯領域内に照明光の光量分布を規定する
ことが望ましい。また、本発明による第2の露光方法で
は、感光基板上に微細パターン(PA2)を形成するた
めに、微細パターンの近傍にダミーパターン(PA1
PA3)を設けた第1パターン(PA)に照明光を照射
して感光基板を露光するとともに、感光基板上でダミー
パターンの転写像が形成される所定領域に照明光を照射
するものである。このため、感光基板上で微細パターン
の寸法、形状を正確に規定することができるとともに、
ダミーパターンの転写像が形成されることがなくなる。
なお、感光基板上で微細パターンが形成される領域に対
する照明光の照射を阻止するために、感光基板上で微細
パターンに第2パターン(PB)を重ねて所定領域に照
明光を照射することが望ましい。
According to the present invention, a mask (R) is irradiated with illumination light through an illumination optical system, and a projection optical system (P) is illuminated.
L) to expose the photosensitive substrate (W) with illumination light. In the first exposure method according to the present invention, the plurality of different patterns (PA, PB) include at least one periodic pattern (PA) and a part of the periodic pattern (PA 2 ) on the photosensitive substrate. ) Is irradiated with illumination light to each of the plurality of patterns so as to overlap with another pattern (PB) having a different shape, and the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure. In this system, the light amount distribution of the illumination light on a predetermined plane (pupil plane), which is substantially in a Fourier transform relationship with the pattern plane of the mask, is increased outside the central portion. Therefore, a fine pattern to be formed on the photosensitive substrate can be transferred with high resolution and a large depth of focus. In addition,
It is desirable to define the light quantity distribution of the illumination light in a local area decentered from the optical axis on a predetermined surface in the illumination optical system or in an annular area. In the second exposure method according to the present invention, in order to form a fine pattern (PA 2 ) on the photosensitive substrate, dummy patterns (PA 1 , PA 1 ,
The first pattern (PA) provided with PA 3 ) is irradiated with illumination light to expose the photosensitive substrate, and the predetermined area on the photosensitive substrate where a dummy pattern transfer image is formed is irradiated with illumination light. . Therefore, the size and shape of the fine pattern can be accurately defined on the photosensitive substrate,
The transfer image of the dummy pattern is not formed.
In addition, in order to prevent irradiation of the illumination light to the region where the fine pattern is formed on the photosensitive substrate, it is possible to irradiate the predetermined pattern with the illumination light by overlapping the second pattern (PB) on the fine pattern on the photosensitive substrate. desirable.

【0015】さらに本発明は、投影光学系(PL)を介
して感光基板(W)上に微細パターン(孤立パターンな
ど)を形成するために、感光基板の多重露光に使用され
るマスクに関するものである。そして、本発明による第
1のマスクでは、微細パターンをその一部に含む周期的
な第1パターン(PA)と、感光基板上で第1パターン
の一部に重ね合わされる第2パターン(PB)とが形成
され、第1及び第2パターンを用いた感光基板の多重露
光時、第1パターンの一部に第2パターンが重ね合わさ
れるものである。また、本発明による第2のマスクで
は、微細パターン(PA2)の近傍にダミーパターン
(PA1、PA3)を設けた第1パターン(PA)と、こ
の第1パターンと形状が異なり、かつ感光基板上で微細
パターンに重ね合わされる第2パターン(PB)とが形
成されるものである。このため、感光基板上で微細パタ
ーンの寸法、形状を共に正確に規定することができると
ともに、第1及び第2パターンを用いた多重露光時にマ
スクの交換が不要となり、露光装置のスループットの向
上などを図ることが可能となっている。
Further, the present invention relates to a mask used for multiple exposure of a photosensitive substrate for forming a fine pattern (such as an isolated pattern) on a photosensitive substrate (W) via a projection optical system (PL). is there. In the first mask according to the present invention, a periodic first pattern (PA) including a fine pattern in a part thereof and a second pattern (PB) superimposed on a part of the first pattern on the photosensitive substrate. Are formed, and at the time of multiple exposure of the photosensitive substrate using the first and second patterns, the second pattern is superimposed on a part of the first pattern. Further, the second mask according to the present invention is different from the first pattern (PA) in which the dummy patterns (PA 1 , PA 3 ) are provided in the vicinity of the fine pattern (PA 2 ) in a shape different from the first pattern, and A second pattern (PB) to be superimposed on the fine pattern is formed on the photosensitive substrate. For this reason, the size and shape of the fine pattern can both be accurately defined on the photosensitive substrate, and the mask does not need to be replaced during multiple exposure using the first and second patterns, thereby improving the throughput of the exposure apparatus. It is possible to aim at.

【0016】ところで、本発明が適用される投影露光装
置は、マスクのパターン面のフーリエ変換面となる照明
光学系内の所定面(瞳面)上で照明光の光量分布を変更
可能となっていることが望ましく、特に所定面上での光
量分布を照明光学系の光軸外で高める、即ち所定面上で
光軸以外の少なくとも1点をそれぞれ中心とする局所領
域内、あるいは所定面上で光軸を中心とする輪帯領域内
で高める照明方式を採用可能となっていることが好まし
い。これにより、本発明で多重露光時に用いる周期的な
第1パターン、又はダミーパターンを有する第1パター
ンに対してその照明方式を適用することで、感光基板上
に第1パターンをより一層、高解像度かつ大焦点深度で
転写することができ、感光基板上に形成すべき微細パタ
ーンの転写精度、例えば寸法(線幅など)、形状などの
忠実度を向上させることが可能となる。また、本発明に
よるマスクを用いる場合、被露光基板(半導体ウェハ
等)の表面に形成された感光性膜の露光を複数のサブ露
光に分割して行う(感光基板の多重露光を行う)とき、
この複数のサブ露光のそれぞれに於いて、マスク(レチ
クル)と感光基板との相対位置関係を投影光学系の光軸
と垂直な面内に於いて異ならせるものとした。このと
き、マスクと感光基板との相対位置関係は、感光基板上
の少なくとも1つの領域が、複数のサブ露光の全てに於
いて、マスク上のそれぞれ異なるパターンの重ね合わせ
露光となるものとした。
In the projection exposure apparatus to which the present invention is applied, the light amount distribution of the illumination light can be changed on a predetermined plane (pupil plane) in the illumination optical system which becomes a Fourier transform plane of the pattern surface of the mask. In particular, the light amount distribution on a predetermined surface is enhanced outside the optical axis of the illumination optical system, that is, in a local region centered on at least one point other than the optical axis on the predetermined surface, or on a predetermined surface. It is preferable to be able to adopt an illumination method that increases the intensity within an annular zone centered on the optical axis. Thereby, by applying the illumination method to the periodic first pattern used in the multiple exposure or the first pattern having the dummy pattern in the present invention, the first pattern can be further improved on the photosensitive substrate with higher resolution. In addition, the image can be transferred with a large depth of focus, and the transfer accuracy of a fine pattern to be formed on the photosensitive substrate, for example, the fidelity of a dimension (such as a line width) and a shape can be improved. When the mask according to the present invention is used, when exposing a photosensitive film formed on the surface of a substrate to be exposed (a semiconductor wafer or the like) to a plurality of sub-exposures (to perform multiple exposure of the photosensitive substrate),
In each of the plurality of sub-exposures, the relative positional relationship between the mask (reticle) and the photosensitive substrate is made different in a plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system. At this time, the relative positional relationship between the mask and the photosensitive substrate was such that at least one region on the photosensitive substrate was subjected to overlapping exposure of different patterns on the mask in all of the plurality of sub-exposures.

【0017】なお、この重ね合わせ露光される複数のパ
ターンのうち少なくとも2つをそれぞれほぼ周期的に配
列されたパターン群から成るものとし、かつそれらの周
期的なパターンの周期又は方向性をそれぞれ異ならせる
ようにしてもよい。また、上記周期的パターンを形成す
るパターン群は投影光学系の解像限界以下程度に微細な
ものであり、それ以外のパターンは上記解像限界の2倍
以上程度に大きなパターン又はパターン群から成るもの
とすることが望ましい。さらに、複数のサブ露光のそれ
ぞれに於いて、マスクと感光基板(半導体ウェハ等)と
の相対的位置関係の変更は、感光基板を保持するステー
ジの投影光学系の光軸に対する移動により成されるもの
としてもよい。
It is assumed that at least two of the plurality of patterns to be superposed and exposed consist of a group of patterns arranged substantially periodically, and that the periods or directions of the periodic patterns are different from each other. You may make it do. Further, the group of patterns forming the periodic pattern is finer than about the resolution limit of the projection optical system, and the other patterns are composed of patterns or pattern groups about twice or more as large as the resolution limit. Is desirable. Further, in each of the plurality of sub-exposures, the relative positional relationship between the mask and the photosensitive substrate (such as a semiconductor wafer) is changed by moving the stage holding the photosensitive substrate with respect to the optical axis of the projection optical system. It may be a thing.

【0018】[0018]

【作用】本発明で使用するレチクルパターンとフーリエ
変換の関係となる照明光学系中の面内に於いて、レチク
ルを照明する照明光束が光軸以外の1点以上を中心とす
る1つ以上の領域に集中した投影型露光装置を使用する
と、特に周期的なレチクルパターンに対して、解像度及
び焦点深度を増大することができる。
In a plane in an illumination optical system having a relationship between a reticle pattern and a Fourier transform used in the present invention, one or more illumination light beams for illuminating the reticle are centered at one or more points other than the optical axis. Using a projection exposure apparatus focused on an area can increase the resolution and depth of focus, especially for periodic reticle patterns.

【0019】以下、図面を用いてこの原理について説明
する。従来の投影露光装置では、レチクルに対して上方
から種々の入射角で入射する露光光が無差別に用いら
れ、レチクルパターンで発生した0次、±1次、±2
次、…の各回折光がほぼ無制限に投影光学系を透過して
ウェハ上に結像していた。これに対して、本発明の投影
露光装置では、図16の如く照明光L10から照明光学
系中のレチクルパターン面と略フーリエ変換の関係とな
る面内に於いて、照明光学系の光軸AXが通る中央部以
外に透過部を有する遮光板100’を設け、照明光学系
の光軸上を通らない光束、つまりレチクルパターンに対
して特定の方向と角度で斜めに入射する任意の2つの光
束L12、L13、或いは2n本(nは自然数)の光束
を形成させ、レチクルパターンPPを照明する。レチク
ルパターンPPは通常、光透過部と遮光部とが所定のピ
ッチで繰り返し形成された周期構造を有するパターンを
多く含んでいる。そしてレチクルパターンPPで発生し
た0次回折光と±1次回折光とを投影光学系PLを介し
てウェハW上に結像させる。
Hereinafter, this principle will be described with reference to the drawings. In a conventional projection exposure apparatus, exposure light incident on a reticle from above at various angles of incidence is used indiscriminately, and 0th order, ± 1st order, ± 2th order generated in a reticle pattern is used.
Next, each of the diffracted lights transmitted through the projection optical system almost indefinitely to form an image on the wafer. On the other hand, in the projection exposure apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 16, the optical axis AX of the illumination optical system is set in a plane having a relationship between the illumination light L10 and the reticle pattern surface in the illumination optical system in a substantially Fourier transform relationship. A light shielding plate 100 ′ having a transmission portion other than the central portion through which the light passes does not pass on the optical axis of the illumination optical system, that is, any two light beams obliquely incident on the reticle pattern at a specific direction and at an angle. L12, L13, or 2n light beams (n is a natural number) are formed to illuminate the reticle pattern PP. The reticle pattern PP usually includes many patterns having a periodic structure in which light transmitting portions and light shielding portions are repeatedly formed at a predetermined pitch. Then, the 0th-order diffracted light and ± 1st-order diffracted light generated by the reticle pattern PP are imaged on the wafer W via the projection optical system PL.

【0020】すなわち、レチクルパターンPPの微細度
に応じてパターンPPに所定の方向と角度で2本、或い
は2n本の光束を入射させることによって、最適な0次
回折光と±1次光を発生させることにより従来では十分
に解像できなかったパターンをウェハW上に高コントラ
ストに、かつ、大きい焦点深度を持って結像させること
が可能となる。ここで、レチクルRに入射する光束L1
2、L13は、前述の遮光板100’によって投影光学
系PLの光軸AXに対して対称に所定の角度ψだけ傾い
て入射する主光線を有する2本の光束に変換されたもの
である。ここでも、光束を表す実線は1点から出た光の
主光線を表している。まず図16に基づいて照明光L1
2による回折光について説明する。照明光L12はレチ
クルパターンPPにより回折され0次回折光D0 、+1
次回折光Dr、−1次回折光Dlを発生する。しかしな
がら、照明光L12は投影光学系PLの光軸AXに対し
て角度ψだけ傾いてレチクルパターンPPに入射するの
で、0次回折光D0 もまた投影光学系PLの光軸AXに
対して角度ψだけ傾いた方向に進行する。ここで、投影
光学系PLは両側テレセントリック系とする。
That is, by irradiating two or 2n luminous fluxes in a predetermined direction and at an angle to the pattern PP according to the fineness of the reticle pattern PP, optimal 0th-order diffracted light and ± 1st-order light are generated. This makes it possible to form a pattern that could not be resolved sufficiently in the past on the wafer W with a high contrast and a large depth of focus. Here, the light beam L1 incident on the reticle R
Reference numerals L13 and L13 are converted into two luminous fluxes having chief rays that are incident symmetrically with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL at a predetermined angle に よ っ て by the above-described light shielding plate 100 ′. Again, the solid line representing the luminous flux represents the chief ray of the light emitted from one point. First, the illumination light L1 based on FIG.
2 will be described. The illumination light L12 is diffracted by the reticle pattern PP and is diffracted by the 0th order light D 0 , +1.
A first-order diffracted light Dr and a first-order diffracted light Dl are generated. However, since the illumination light L12 is incident on the reticle pattern PP at an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL, the zero-order diffracted light D 0 is also at an angle ψ with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL. Proceed only in the inclined direction. Here, the projection optical system PL is a two-sided telecentric system.

【0021】従って、+1次光Drは光軸AXに対して
θP +ψの方向に進行し、−1次回折光Dlは光軸AX
に対してθm −ψの方向に進行する。このときθP 、θ
m はそれぞれ sin(θP +ψ)−sinψ=λ/P ……(2) sin(θm +ψ)−sinψ=λ/P ……(3) である。
Accordingly, the + 1st-order light Dr travels in the direction of θ P + ψ with respect to the optical axis AX, and the −1st-order diffracted light Dl receives the optical axis AX.
Proceeds in the direction of θ m −ψ. At this time, θ P , θ
m is sin (θ P + ψ) -sinψ = λ / P (2) sin (θ m + ψ) -sinψ = λ / P (3)

【0022】仮にいま+1次回折光Dr、−1次回折光
Dlの両方が投影光学系PLに入射しているとする。レ
チクルパターンPPの微細化に伴って回折角が増大する
と先ずθP +ψの方向に進行する+1次回折光Drが投
影光学系PLを透過できなくなる(sin(θP +ψ)
>NAR となる)。しかし照明光L12が光軸AXに対
して傾いて入射している為、このときの回折角でも−1
次回折光Dlは、投影光学系PLを透過可能となる(s
in(θm +ψ)<NAR となる)。
It is assumed that both the + 1st-order diffracted light Dr and the -1st-order diffracted light Dl are incident on the projection optical system PL. When the diffraction angle increases with the miniaturization of the reticle pattern PP, the + 1st-order diffracted light Dr that first travels in the direction of θ P + ψ cannot pass through the projection optical system PL (sin (θ P + ψ)).
> NA R ). However, since the illumination light L12 is incident obliquely with respect to the optical axis AX, even the diffraction angle at this time is -1.
The next-order diffracted light Dl can pass through the projection optical system PL (s
in (θ m + ψ) <NA R ).

【0023】従って、ウェハW上には0次回折光D0
−1次回折光Dlの2光束による干渉縞が生じる。この
干渉縞はレチクルパターンPPの像でありレチクルパタ
ーンPPが1:1のラインアンドスペースの時、約90
%のコントラストとなり、表面にレジストが塗布されへ
たウェハW上にパターンPPをパターニングすることが
可能となる。このときの解像限界は、 sin(θm +ψ)=NAR ……(4) となるときであり、従って NAR +sinψ=λ/P P=λ/(NAR +sinψ) ……(5) がレチクル上の転写可能な最小パターンのピッチであ
る。
Accordingly, interference fringes are generated on the wafer W by two light beams of the 0th-order diffracted light D0 and the -1st-order diffracted light Dl. This interference fringe is an image of the reticle pattern PP. When the reticle pattern PP is 1: 1 line and space, about 90%
%, And the pattern PP can be patterned on the wafer W having the surface coated with the resist. The resolution limit at this time is when sin (θ m + ψ) = NA R (4), and therefore, NA R + sinψ = λ / PP = λ / (NA R + sinψ) (5) Is the pitch of the minimum transferable pattern on the reticle.

【0024】今sinψを0.5×NAR 程度に定める
とすれば転写可能なレチクル上のパターンの最小ピッチ
は P=λ/(NAR +0.5NAR )=2λ/3NAR ……(6) である。一方、図15に示したように、照明光が投影光
学系PLの光軸AXを中心とする円形領域内を通る光束
である従来の露光装置の場合、解像限界は(1)式に示
したようにP≒λ/NAR であった。従って、従来の露
光装置より高い解像度が実現できる。
Assuming that sinψ is about 0.5 × NA R , the minimum pitch of the pattern on the reticle that can be transferred is P = λ / (NA R + 0.5NA R ) = 2λ / 3NA R (6) ). On the other hand, as shown in FIG. 15, in the case of a conventional exposure apparatus in which the illumination light is a light beam passing through a circular area centered on the optical axis AX of the projection optical system PL, the resolution limit is expressed by the equation (1). As described above, P ≒ λ / NA R was satisfied. Therefore, a higher resolution than the conventional exposure apparatus can be realized.

【0025】照明光L13についても同様に考えて、+
1次光Dr1 は光軸AXに対してθ P1−ψの方向に進行
し、−1 次回折光Dl1 は光軸AXに対してθm1+ψの
方向に進行する。D01は0次回折光を表している。この
ときθP1、θm1はそれぞれ sin(θm1+ψ)−sinψ=λ/P ……(7) sin(θP1−ψ)+sinψ=λ/P ……(8) であり、解像限界はsin(θP1−ψ)=NAR のとき
である。
Considering the illumination light L13 similarly,
Primary light Dr1Is θ with respect to the optical axis AX. P1Proceed in the direction of -ψ
-1st order diffracted light Dl1Is θ with respect to the optical axis AX.m1+ Ψ
Proceed in the direction. D01Represents the zero-order diffracted light. this
When θP1, Θm1Are sin (θm1+ Ψ) −sinψ = λ / P (7) sin (θP1−ψ) + sinψ = λ / P (8), and the resolution limit is sin (θP1−ψ) = NARWhen
It is.

【0026】従って、照明光L12の場合と同様に
(5)式に示すパターンピッチが転写可能なパターンの
最小ピッチとなる。照明光L12とL13の両方を使う
ことにより投影光学系の光軸に対して光量重心が偏らな
いようにしている。次に、レチクルパターンに対して特
定の入射方向と入射角で露光光を入射して、0次回折光
と1次回折光とを用いてウェハ上に結像パターンを形成
することにより、焦点深度が大きくなる理由を説明す
る。
Therefore, similarly to the case of the illumination light L12, the pattern pitch shown in the equation (5) is the minimum pitch of a transferable pattern. By using both the illumination lights L12 and L13, the center of gravity of the light quantity is not deviated with respect to the optical axis of the projection optical system. Next, the exposure light is incident on the reticle pattern in a specific incident direction and an incident angle, and an imaging pattern is formed on the wafer using the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light, thereby increasing the depth of focus. The reason will be explained.

【0027】ウェハが投影光学系の焦点位置に一致して
いる場合には、レチクル上の1点を出てウェハ上の一点
に達する各回折光は、投影光学系のどの部分を通るもの
であってもすべて等しい光路長を有する。このため従来
のように0次回折光が投影光学系の瞳面のほぼ中心を貫
通する場合でも、0次回折光とその他の回折光とで光路
長は相等しく、相互の波面収差も0である。しかし、ウ
ェハが投影光学系の焦点位置に一致していない場合(デ
フォーカスを起こした場合)、斜めに入射する高次の回
折光の光路長は光軸付近を通る0次回折光に対して焦点
前方(投影光学系から遠ざかる方)では短く、焦点後方
(投影光学系に近づく方)では長くなりその差は入射角
の差に応じたものとなる。従って、0次、1次、…の各
回折光は相互に波面収差を形成して焦点位置の前後にお
ける結像パターンのぼけを発生する。この波面収差ΔW
は、次式、 ΔW=1/2×(NA)2 Δf Δf:デフォーカス量 NA:瞳面上の中心からの距離を開口数で表した値 で表され、従って、瞳面のほぼ中心を貫通する0次回折
光(ΔW=0)に対して、瞳面の周囲、半径r1 (〔N
A〕を単位とする)を通る1次回折光では、 ΔW=1/2×r1 2 Δf の波面収差をもつこととなり、焦点位置の前後での解像
度、すなわち焦点深度を低くしている。
When the wafer coincides with the focal position of the projection optical system, each diffracted light that leaves one point on the reticle and reaches one point on the wafer passes through any part of the projection optical system. All have the same optical path length. For this reason, even when the zero-order diffracted light penetrates substantially the center of the pupil plane of the projection optical system as in the related art, the optical path lengths of the zero-order diffracted light and the other diffracted lights are equal, and the mutual wavefront aberration is zero. However, when the wafer does not match the focal position of the projection optical system (when defocusing occurs), the optical path length of the high-order diffracted light obliquely incident is focused on the 0th-order diffracted light passing near the optical axis. The distance is short in front (away from the projection optical system) and long behind the focal point (approaching to the projection optical system), and the difference depends on the difference in the incident angle. Therefore, the 0th-order, 1st-order,... Diffracted lights mutually form wavefront aberrations, and blur the imaging pattern before and after the focal position. This wavefront aberration ΔW
Is expressed by the following equation: ΔW = 1/2 × (NA) 2 Δf Δf: Defocus amount NA: Value representing the distance from the center on the pupil plane by the numerical aperture. For the penetrating zero-order diffracted light (ΔW = 0), the radius r 1 ([N
In 1st-order diffracted light that passes through the a unit) of A], will have a wavefront aberration of ΔW = 1/2 × r 1 2 Δf, are resolution before and after the focal position, i.e. the depth of focus decreases.

【0028】一方、本発明で使用する投影型露光装置の
場合、例えば図16の如く、θm =2ψとなる入射角で
レチクルパターンPPに2つの光束を入射した場合、パ
ターンPPからの0次回折光D0 と1次回折光Dlとが
瞳面ep上でほぼ中心から等距離となる位置(共に半径
2 とする)を通るようになり、0次回折光D0 と1次
回折光Dlの波面収差は相等しく、ΔW=1/2×r2
2 Δfとなり、0次回折光に対する1次回折光の収差は
零となって、ある範囲内ではデフォーカスによるぼけが
無くなる。従ってその分だけ従来装置よりも焦点深度が
大きくなることになる。
On the other hand, in the case of the projection type exposure apparatus used in the present invention, as shown in FIG. 16, for example, when two light beams are incident on the reticle pattern PP at an incident angle of θ m = 20, will pass through the position where the equal distance from the approximate center in order diffracted light D 0 and the first order on diffraction light Dl transgressions pupil plane ep (both the radius r 2), 0-order diffracted light D 0 and 1 wavefront aberration of the diffracted light Dl Are equal, ΔW = 1 / × r 2
2 Δf, the aberration of the first-order diffracted light with respect to the zero-order diffracted light becomes zero, and blurring due to defocus is eliminated within a certain range. Therefore, the depth of focus is larger than that of the conventional device.

【0029】以上、本発明で使用する投影型露光装置で
は、特に周期的なパターンについて、解像度及び焦点深
度の増大が可能である。本発明に於いては、レチクル上
の異なる複数のパターンを、ウェハ上の同一の部分に重
ね合わせ露光して1つの回路パターンを形成する。従っ
て、半導体ウェハ等の被露光基板上に形成されるパター
ンは、複数のレチクルパターンの合成像となる。この合
成像は、各複数のレチクルパターンを、その透過率に応
じて“0”部(概遮光部)と、“1”部(概透過部)と
すれば、これら複数のレチクルパターンの論理和として
形成される。すなわち、各レチクルパターンのすべてが
“0”部(概遮光部)の部分のみが、他の部分と異なっ
た状態となる。使用する感光性膜(フォトレジスト)が
ポジ型(光照射部が除去される)であれば、重ね合わせ
るレチクルパターンのすべてが“0”部となる部分のみ
レジストが残り、他部はレジストが除去された、いわゆ
る孤立ラインパターン、あるいは、孤立アイランドパタ
ーンが形成される。
As described above, the projection type exposure apparatus used in the present invention can increase the resolution and the depth of focus, especially for a periodic pattern. In the present invention, a plurality of different patterns on the reticle are overlaid and exposed on the same portion on the wafer to form one circuit pattern. Therefore, a pattern formed on a substrate to be exposed, such as a semiconductor wafer, is a composite image of a plurality of reticle patterns. If the plurality of reticle patterns are “0” (substantially light-shielded portion) and “1” (substantially transmissive portion) in accordance with the transmittance of this composite image, the logical sum of these reticle patterns is obtained. Is formed as That is, only the portion where all the reticle patterns are “0” (substantially light-shielded portion) is in a different state from the other portions. If the photosensitive film (photoresist) to be used is a positive type (light-irradiated portion is removed), only the portion where the reticle pattern to be superimposed becomes “0” remains, and the resist is removed in other portions. A so-called isolated line pattern or isolated island pattern is formed.

【0030】使用するフォトレジストがネガ型(光照射
部が残膜する)であれば、いわゆる孤立スペースパター
ン、あるいは、孤立ホールパターンが形成される。この
とき、重ね合わされる複数のレチクルパターンのうち、
少なくとも1つはほぼ周期的な配列を有するパターンで
あり、かつ、使用する投影型露光装置の照明光学系は、
前述の如く、このほぼ周期的な配列から成るパターンに
ついて、解像度及び焦点深度を、最大とするよう調整さ
れているものとする。また、重ね合わせにより形成すべ
き回路パターンのうち、特に重要であるものは周期的配
列から成るパターン、あるいは周期的配列から成る複数
のパターンからの合成で作ることにより、合成像の実質
的な焦点深度の増大が可能となる。
If the photoresist used is a negative type (light-irradiated portions remain), a so-called isolated space pattern or an isolated hole pattern is formed. At this time, of the plurality of reticle patterns to be superimposed,
At least one is a pattern having a substantially periodic arrangement, and the illumination optical system of the projection type exposure apparatus to be used includes:
As described above, it is assumed that the resolution and the depth of focus have been adjusted to the maximum with respect to the pattern having the substantially periodic arrangement. Of the circuit patterns to be formed by superposition, the most important one is a pattern consisting of a periodic array or a combination of a plurality of patterns consisting of a periodic array. The depth can be increased.

【0031】あるいは、同一の投影光学系を使用して
も、線幅の太いパターン程焦点深度が深くなる性質を利
用し、上記の周期的配列から成るパターン以外のパター
ンの線幅は、投影光学系の解像限界の2倍程度以上とす
れば、重ね合わせるレチクルパターンのすべてにおい
て、投影像の焦点深度を十分に大きくとることが可能と
なる。
Alternatively, even if the same projection optical system is used, the characteristic that the depth of focus becomes deeper for a pattern having a larger line width is utilized. If the resolution limit is about twice or more than the resolution limit of the system, the depth of focus of the projected image can be made sufficiently large for all the reticle patterns to be superimposed.

【0032】[0032]

【実施例】図1は本発明で使用する投影型露光装置の実
施例であって、水銀ランプ1を発した照明光(i線、又
はg線)は楕円鏡2で第2焦点に集光される。第2焦点
には照明光の遮断、解放を行うシャッター3が配置さ
れ、モータ4によって駆動される。シャッター3を通っ
た照明光はリレーレンズ(コリメータレンズ)5でほぼ
平行光束にされ、フライアイレンズ6に入射する。フラ
イアイレンズ6の各エレメントレンズの射出端の夫々に
形成される2次光源(点光源像の集合)からの各光束
は、リレーレンズ7によって集光され、ミラーM1 で反
射された後、光分割器8の入射部8Aに重畳される。従
って、入射部8Aの位置で、照明光束の強度分布はほぼ
均一なものになっている。図1ではフライアイレンズ6
の射出側に現れる点光源像のうち光軸上の1つの点光源
からの光束のみを代表的に図示した。さて、光分割器8
は入射部8Aからの照明光を複数の射出部8B、8Cへ
ほぼ等しい強度で分割する。射出部8B、8Cの各断面
積はともに等しいものとし、その中心点は光軸AXから
所定量だけ偏心させておく。この光分割器8の詳しい構
造については後で述べる。尚、射出部8B、8Cは、投
影露光をケーラ−照明で行うために、投影レンズPLの
射出瞳ep(又は入射瞳)と共役な面9、即ちフーリエ
変換面内に配置される。
FIG. 1 shows an embodiment of a projection type exposure apparatus used in the present invention. Illumination light (i-line or g-line) emitted from a mercury lamp 1 is condensed at a second focal point by an elliptical mirror 2. Is done. A shutter 3 for blocking and releasing illumination light is disposed at the second focal point, and is driven by a motor 4. The illumination light that has passed through the shutter 3 is converted into a substantially parallel light beam by a relay lens (collimator lens) 5 and enters a fly-eye lens 6. Each light beam from the exit end secondary light source formed on the respective (group of point light sources images) of each element lenses of the fly's eye lens 6 is condensed by the relay lens 7, is reflected by the mirror M 1, The light is superimposed on the incident portion 8A of the light splitter 8. Therefore, the intensity distribution of the illumination light beam is almost uniform at the position of the incident portion 8A. In FIG. 1, the fly-eye lens 6
Only the luminous flux from one point light source on the optical axis among the point light source images appearing on the exit side of FIG. Now, the light splitter 8
Divides the illumination light from the incident part 8A into a plurality of emission parts 8B and 8C with almost equal intensity. The respective cross-sectional areas of the emitting portions 8B and 8C are assumed to be equal, and the center point thereof is decentered from the optical axis AX by a predetermined amount. The detailed structure of the light splitter 8 will be described later. Note that the emission units 8B and 8C are arranged in a plane 9 conjugate to the exit pupil ep (or entrance pupil) of the projection lens PL, that is, in a Fourier transform plane, in order to perform projection exposure by Koehler illumination.

【0033】射出部8B、8C上の一点から射出した発
散光束は第1リレーレンズ(コリメータレンズ)10に
よってほぼ平行光束となってレチクルブラインドARB
を一様な照度で照明する。図1では簡略のために、射出
部8B、8C上の一点から発散した光束の進行状態のみ
を示してある。レチクルブラインドARBは4辺のエッ
ジ位置を駆動部11によって任意に調整することによっ
て、レチクルR上の照明領域を制限するものである。レ
チクルブラインドARBによって決まる矩形開口部を通
った照明光束には、図1の場合、基本的には光軸AXに
関して対称的に傾いた複数(射出部8B、8C……の数
に対応)の平行光束だけが含まれ、光軸AXと平行に進
む平行光束は存在しない。これら平行光束は第2リレー
レンズ12で集光され、ミラーM2 で反射された後、主
コンデンサーレンズ13に入射して再び互いに入射角が
異なる複数の平行光束となってレチクルRを照射する。
この際、レチクルRのパターン面(投影レンズPLと対
向する面)は、主コンデンサーレンズ13と第2リレー
レンズ12との合成系に関してレチクルブラインドAR
Bと共役になっているため、レチクルR上にはレチクル
ブラインドARBの矩形開口像が投影されることにな
る。
The divergent light beam emitted from one point on the emission portions 8B and 8C is converted into a substantially parallel light beam by a first relay lens (collimator lens) 10 to form a reticle blind ARB.
Is illuminated with uniform illuminance. For simplicity, FIG. 1 shows only the traveling state of the luminous flux diverging from one point on the emission units 8B and 8C. The reticle blind ARB limits the illumination area on the reticle R by arbitrarily adjusting the four edge positions by the driving unit 11. In the case of FIG. 1, a plurality of parallel light beams (corresponding to the number of the emission portions 8B, 8C,...) That are basically symmetrically inclined with respect to the optical axis AX are applied to the illumination light beam passing through the rectangular opening determined by the reticle blind ARB. Only the light beam is included, and there is no parallel light beam traveling parallel to the optical axis AX. These parallel light beam is converged by the second relay lens 12, it is reflected by the mirror M 2, together incidence angle again enters the main condenser lens 13 irradiates the reticle R is different from a plurality of parallel light beams.
At this time, the pattern surface of the reticle R (the surface facing the projection lens PL) is a reticle blind AR with respect to the combined system of the main condenser lens 13 and the second relay lens 12.
Since it is conjugate with B, a rectangular aperture image of the reticle blind ARB is projected on the reticle R.

【0034】レチクルRの透明部を通った照明光は投影
レンズPLを介してウェハW上に投影され、フォトレジ
スト層にレチクルRのパターン像が結像される。ここで
図1のレチクルブラインドARBからウェハWまでの光
路中に示した破線は、瞳共役を意味する光線である。先
に述べたように、本実施例ではレチクルRを対称的に傾
いた少なくとも2光束で照明することによって、通常の
レチクルパターン構成であっても、解像力と焦点深度と
を高めるものであり、この機能を達成するために新規に
設けられたものが光分割器8である。
The illumination light passing through the transparent portion of the reticle R is projected onto the wafer W via the projection lens PL, and a pattern image of the reticle R is formed on the photoresist layer. Here, the broken line shown in the optical path from the reticle blind ARB to the wafer W in FIG. 1 is a light ray meaning a pupil conjugate. As described above, in the present embodiment, the reticle R is illuminated with at least two beams that are symmetrically inclined, thereby improving the resolving power and the depth of focus even in a normal reticle pattern configuration. The light splitter 8 is newly provided to achieve the function.

【0035】ここで図2を参照して、照明光束の詳細な
振る舞いについて説明する。図2は図1中の光分割器8
の2つの射出部8B、8CからレチクルRまでの系を模
式的に表したものであり、特に射出部8B側の照明光束
の進み方を示したものである。まず射出部8Bの射出端
の中心が光軸AXからΔHだけ偏心しているものとす
る。そして射出端の両端の点P1 、P2 から発生した光
束の夫々がレチクルRまで進む様子を実線で示した。ま
た図2中の光路内に示した破線L1 、L2 は、それぞれ
点P1 、P2 からの光束の1本の光線を表し、瞳空間で
は光軸AXと平行になるものとする。この図2から明ら
かなように、点P1 、P2 は第2リレーレンズ12と主
コンデンサーレンズ13との間の瞳空間内の面EP’で
点P1 ’、P2 ’として結像する。従って、面EP’は
面9と共役であり、同様にフーリエ変換面である。さ
て、点P1 (点P1 ’)からの光束はレチクルR上では
ほぼ平行光束となって一定領域内を照射し、点P2 (点
2 ’)からの光束もほぼ平行光束となって一定領域内
を照明する。このとき、レチクルR上に達する2つの平
行光束は角度Δθだけ入射角がずれている。この角度Δ
θは面9内での点P1 と点P2 のずれ、すなわち射出部
8Bの実効的な光源としての大きさ(又は断面積)に依
存して決まるもので、射出部8Bの断面積が限りなく小
さくなれば角度Δθも限りなく小さくなる。しかしなが
ら、実際には射出部8Bの射出端に形成される光源像に
は実用上ある程度の大きさ(ただし瞳径よりは十分に小
さい)があり、角度Δθを完全に零にすることは難し
く、また完全に零にする必要はない。また、射出部8B
の端面(光源像)は2次元的な大きさを持っているた
め、角度Δθは図2中の紙面内の方向以外に紙面と垂直
な方向にも存在する。そして、先に図16で述べたよう
に、射出部8Bからの光束の中心線は光軸AXに対して
角度ψだけ傾いており、この角度ψはずれ量ΔHと関連
して、ΔH=m・sinψ(ただしmは定数)の関係に
ある。また、一例として、光軸AXに関して対称に配置
された他の射出部8Cからの照明光束の振る舞いも、射
出部8Bからの光束を光軸AXを中心に折り返したよう
になる。
Here, the detailed behavior of the illumination light beam will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the light splitter 8 in FIG.
3 schematically shows a system from the two emission units 8B and 8C to the reticle R, and particularly shows how an illumination light beam advances on the emission unit 8B side. First, it is assumed that the center of the emission end of the emission part 8B is eccentric by ΔH from the optical axis AX. The solid lines show how each of the light beams generated from the points P 1 and P 2 at both ends of the exit end advances to the reticle R. Dashed lines L 1 and L 2 shown in the optical path in FIG. 2 represent one light beam of the light flux from points P 1 and P 2 , respectively, and are assumed to be parallel to the optical axis AX in the pupil space. As is clear from FIG. 2, the points P 1 and P 2 are imaged as points P 1 ′ and P 2 ′ on the plane EP ′ in the pupil space between the second relay lens 12 and the main condenser lens 13. . Therefore, the plane EP ′ is conjugate to the plane 9 and is also a Fourier transform plane. Now, the light beam from the point P 1 (point P 1 ′) becomes a substantially parallel light beam on the reticle R and irradiates a certain area, and the light beam from the point P 2 (point P 2 ′) also becomes a substantially parallel light beam. To illuminate a certain area. At this time, the incident angles of the two parallel light beams reaching the reticle R are shifted by an angle Δθ. This angle Δ
θ is determined depending on the deviation between the points P 1 and P 2 in the plane 9, that is, the size (or cross-sectional area) of the emission section 8B as an effective light source. If it becomes infinitely small, the angle Δθ also becomes infinitely small. However, in practice, the light source image formed at the exit end of the exit section 8B has a practically large size (however, sufficiently smaller than the pupil diameter), and it is difficult to completely reduce the angle Δθ to zero. It is not necessary to make it completely zero. In addition, the injection unit 8B
2 has a two-dimensional size, the angle Δθ exists in a direction perpendicular to the paper surface in addition to the direction in the paper surface in FIG. 2. Then, as described above with reference to FIG. 16, the center line of the light beam from the emission part 8B is inclined by an angle に 対 し て with respect to the optical axis AX, and in relation to the deviation amount ΔH, ΔH = m · sinψ (where m is a constant). In addition, as an example, the behavior of the illumination light beam from another emission unit 8C symmetrically arranged with respect to the optical axis AX is such that the light beam from the emission unit 8B is turned around the optical axis AX.

【0036】再び図1を参照して装置の構成を説明す
る。ウェハWは2次元に移動するウェハステージWST
上に載置され、モータ20によって駆動される。ウェハ
ステージWSTの座標位置はステージWST上の移動鏡
と投影レンズPLの下端に取り付けされた固定鏡との相
対距離をレーザビームを用いた干渉計21によって逐次
モニターされる。
Referring again to FIG. 1, the structure of the apparatus will be described. Wafer stage WST moves two-dimensionally
It is placed on top and driven by the motor 20. The coordinate position of wafer stage WST is sequentially monitored by an interferometer 21 using a laser beam for the relative distance between a movable mirror on stage WST and a fixed mirror attached to the lower end of projection lens PL.

【0037】一方、レチクルRも2次元に微動するレチ
クルステージRST上に載置され、不図示のモータ等に
よって駆動される。レチクルRの光軸AXに対するアラ
イメントは、レチクルアライメント系22によって行わ
れ、レチクルRとウェハWの直接的なアライメント(ダ
イ・バイ・ダイアライメント)はTTR(スルー・ザ・
レチクル)アライメント系23によって行われる。さら
にウェハWの単独のアライメントは、投影レンズPLを
介してウェハW上のマークを検出するTTL(スルー・
ザ・レンズ)アライメント系24、或いは投影レンズP
Lの視野に接近した位置で投影レンズPLを介すること
なくウェハW上のマークを検出するOFF−AXIS
(オフ・アキシス)アライメント系25によって行われ
る。各アライメント系22、23、24、25からのア
ライメント信号は制御装置30によって統括的に処理さ
れ、ウェハステージWST、又はレチクルステージRS
Tの精密な位置決めに使われる。この制御装置30は、
シャッター3の開閉用のモータ4、光分割器8の射出部
8B、8Cの位置を調整するモータ(不図示)、レチク
ルブラインドARBの駆動部11、及びウェハステージ
WSTの駆動用のモータ20等の制御も行う。尚、図1
中には示していないが、水銀灯1から主コンデンサーレ
ンズ13までの照明系の光路中の適当な位置には、レチ
クルRへの照明光量(露光量)を検出する測光素子が設
けられ、積分回路と組み合わせることで、シャッター3
を適正露光量で閉じる自動露光制御が行われる。
On the other hand, the reticle R is also mounted on a reticle stage RST that finely moves in two dimensions, and is driven by a motor (not shown) or the like. The alignment of the reticle R with respect to the optical axis AX is performed by a reticle alignment system 22, and the direct alignment (die-by-die alignment) between the reticle R and the wafer W is performed by TTR (through-the-die).
(Reticle) This is performed by the alignment system 23. Further, the alignment of the wafer W alone is performed by a TTL (through-the-lens) detecting a mark on the wafer W via the projection lens PL.
The lens) alignment system 24 or projection lens P
OFF-AXIS for detecting a mark on the wafer W without passing through the projection lens PL at a position close to the visual field of L
This is performed by an (off-axis) alignment system 25. Alignment signals from the respective alignment systems 22, 23, 24, and 25 are collectively processed by the control device 30, and the wafer stage WST or the reticle stage RS
Used for precise positioning of T. This control device 30
A motor 4 for opening and closing the shutter 3, a motor (not shown) for adjusting the positions of the emission sections 8B and 8C of the light splitter 8, a driving section 11 for the reticle blind ARB, and a motor 20 for driving the wafer stage WST. Control is also performed. FIG.
Although not shown, a photometric element for detecting the amount of illumination (exposure) to the reticle R is provided at an appropriate position in the optical path of the illumination system from the mercury lamp 1 to the main condenser lens 13. Shutter 3 by combining with
Is performed with an appropriate exposure amount.

【0038】次に、図3、図4を参照して、光分割器8
の詳細な構成について説明する。図3は光分割器8を横
から見た様子を示し、図4は、図3を光軸AXの方向か
ら見た図である。入射部8Aからの光束は光ファイバー
80によって4つに分割され、それぞれ4つの射出部8
B、8C、8D、8Eに導かれる。4つの射出部8B、
8C、8D、8Eの夫々は、瞳共役面9上の瞳像範囲9
A内に位置するように可変長支持棒81B、81C、8
1D、81Eによって支持される。そして4本の支持棒
81B〜81Eは、環状のガイド83に沿って円周方向
に移動可能な可動部材82B、82C、82D、82E
の夫々に結合される。4本の支持棒81B〜81Eは、
各射出部8B〜8Eを光軸AXに対して放射方向に移動
させる。これら支持棒81B〜81Eと可動部材82B
〜82Eとはモータによって駆動される。尚、入射部8
Aの光ファイバーを保持する金具は、光軸AXを中心と
して自在に回転できるように構成され、4つの射出部8
B〜8Eの回動によって生じる光ファイバー80のスト
レスを低減する。
Next, referring to FIG. 3 and FIG.
Will be described in detail. FIG. 3 shows the light splitter 8 viewed from the side, and FIG. 4 is a view of FIG. 3 viewed from the direction of the optical axis AX. The light beam from the incident part 8A is divided into four by the optical fiber 80, and each of the four
B, 8C, 8D, and 8E. Four injection units 8B,
Each of 8C, 8D, and 8E is a pupil image range 9 on the pupil conjugate plane 9.
A variable length support rods 81B, 81C, 8
1D, supported by 81E. The four support rods 81B to 81E are movable members 82B, 82C, 82D, and 82E that can move in the circumferential direction along the annular guide 83.
Are combined with each other. The four support rods 81B to 81E are
The emission units 8B to 8E are moved in the radial direction with respect to the optical axis AX. These support rods 81B to 81E and movable member 82B
Are driven by a motor. In addition, the incident part 8
The bracket for holding the optical fiber A is configured to be freely rotatable about the optical axis AX,
The stress of the optical fiber 80 caused by the rotation of B to 8E is reduced.

【0039】本実施例で使用する装置では、4つの射出
部8B〜8Eを設けたが、その数は4つに限定されるも
のではなく、2つ(原理的には1つ)以上であればよ
い。また、本実施例では照明光束の分割を光ファイバー
により行なったが、他の部材、例えば回折格子や多面プ
リズムなどを用いても良い。また光分割器8よりレチク
ルR側に、さらに別のフライアイレンズを追加しても良
い。このとき、フライアイレンズは単独のものであって
も複数のフライアイレンズ群より成っていても良い。
In the apparatus used in this embodiment, four injection units 8B to 8E are provided. However, the number is not limited to four, but may be two (one in principle) or more. I just need. In the present embodiment, the illumination light beam is divided by the optical fiber. However, another member such as a diffraction grating or a polygon prism may be used. Further, another fly-eye lens may be added to the reticle R side from the light splitter 8. At this time, the fly-eye lens may be a single fly-eye lens or may be composed of a plurality of fly-eye lens groups.

【0040】また、投影レンズPLはここでは屈折系と
したが反射系であっても良く、また反射屈折系であって
もよい。またその投影倍率は任意でよいが、微細なパタ
ーンの露光・転写の為には縮小系であることが望まし
い。さらに、光源として水銀ランプを使用したが、他の
光源、例えば輝線ランプやレーザー光源等であってもか
まわない。
Although the projection lens PL is a refraction system here, it may be a reflection system or a catadioptric system. The projection magnification may be arbitrary, but it is desirable to use a reduction system for exposing and transferring a fine pattern. Further, although a mercury lamp is used as a light source, another light source such as a bright line lamp or a laser light source may be used.

【0041】次に本発明による方法で使用するレチクル
パターンの原理的な一例と露光方法について、図5を参
照して説明する。図5は、本発明による方法で孤立ライ
ンパターン(ポジ型レジスト使用時)、あるいは孤立ス
ペースパターン(ネガ型レジスト使用時)を形成する為
の模式的なパターン例を示す。まず図5(A)に示すよ
うに、重ね合わせ露光すべき一方のパターンPAは、一
例として3本の遮光性ラインパターンPA1 、PA2
PA3 をラインアンドスペース状(デューティ1:1)
にしておく。そして、このパターンPA(レチクル)上
の特定の点に光軸AXが通るようにレチクルRを位置決
めして、ウェハW上のレジスト層に1回目の露光を行
う。この図5(A)の場合、本来ウェハW上に形成すべ
き孤立ラインパターンは遮光性パターンPA2 である。
図5(A)のように周期性を持ったパターンPAの投影
にあたって、図1に示した装置は極めて有効である。先
にも述べた通り、図1の装置はレチクルR上のパターン
の周期性に合わせて照明光学系内の複数の射出部8B〜
8Eの位置を最適化するため、パターンPAが微細化し
てもコントラストが高く(つまり解像度が高く)なり、
焦点深度が深くなるといった特徴がある。もし仮に、ウ
ェハW上に形成すべき本来の孤立ラインパターンPA2
のみをレチクルR上に設けて、図1の装置で投影露光を
行なっても、ラインパターンPA2 のみでは±1次回折
成分がほとんど発生しないため、十分な解像は望めな
い。すなわち、図5(A)に示した両脇のラインパター
ンPA1、PA3 は、パターンPAに全体として周期性
を与える為のダミーパターンとして作用する。
Next, an example of the principle of a reticle pattern used in the method according to the present invention and an exposure method will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a typical pattern example for forming an isolated line pattern (when using a positive resist) or an isolated space pattern (when using a negative resist) by the method according to the present invention. First, as shown in FIG. 5A, one pattern PA to be overlap-exposed is, for example, three light-shielding line patterns PA 1 , PA 2 ,
PA 3 in line and space (duty 1: 1)
Keep it. Then, the reticle R is positioned so that the optical axis AX passes through a specific point on the pattern PA (reticle), and the first exposure is performed on the resist layer on the wafer W. In this FIG. 5 (A), the isolated line pattern to be formed on the wafer W originally a light-shielding pattern PA 2.
The apparatus shown in FIG. 1 is extremely effective in projecting a pattern PA having periodicity as shown in FIG. As described above, the apparatus shown in FIG. 1 uses a plurality of emission units 8B to 8B in the illumination optical system in accordance with the periodicity of the pattern on the reticle R.
In order to optimize the position of 8E, even if the pattern PA is miniaturized, the contrast is high (that is, the resolution is high),
There is a feature that the depth of focus becomes deep. If the original isolated line pattern PA 2 to be formed on the wafer W
Only be provided on the reticle R, be performed projection exposure in the apparatus of FIG. 1, only by the line pattern PA 2 for ± 1-order diffraction component hardly occurs, it can not be expected sufficiently resolved. That is, the line patterns PA 1 and PA 3 on both sides shown in FIG. 5A act as dummy patterns for providing the pattern PA with periodicity as a whole.

【0042】さて、図5(A)の1回目の露光時のレジ
スト層への露光量(ドーズ量)は、一例としてレジスト
層が現像時に完全に除去される最小露光量Eth(又は
膜減りが開始される最小露光量Ec)よりも大きくなる
ように設定される。図6(A)は1回目露光によってポ
ジ型レジスト層に与えられた露光量の分布(強度分布と
相似)IAを断面方向で表したものである。図6(A)
の縦軸は露光量を表し、横軸はパターンPAの周期方向
での位置を表す。
The exposure amount (dose amount) to the resist layer at the time of the first exposure in FIG. 5A is, for example, the minimum exposure amount Eth (or the reduction in film thickness) at which the resist layer is completely removed during development. It is set to be larger than the minimum exposure amount Ec) to be started. FIG. 6A shows the distribution (similar to the intensity distribution) IA of the exposure amount given to the positive resist layer by the first exposure in the sectional direction. FIG. 6 (A)
The vertical axis indicates the exposure amount, and the horizontal axis indicates the position of the pattern PA in the periodic direction.

【0043】ここで具体的な数値例をあげてみる。今、
ウェハW上に形成すべきラインパターンPA2 の線幅を
0.3μm(ピッチ0.6μm)、露光用照明光の波長
λを365nm(i線)、そして投影レンズPLの縮小
倍率を1/5とすると、回折角の理論式から、照明光学
系内の1つの射出部から発生してレチクルRを照明する
光束の入射角ψは、図16で説明したように次式で表さ
れる。 sin2ψ=λ/5・P=0.365×10-6/(5×0.6×10-6) ≒0.122 従って入射角ψは約3.5°になる。
Here, specific numerical examples will be given. now,
The line width of the line pattern PA 2 to be formed on the wafer W 0.3 [mu] m (pitch 0.6 .mu.m), 365 nm wavelength λ of the exposure illumination light (i line), and the reduction ratio of the projection lens PL 1/5 Then, from the theoretical expression of the diffraction angle, the incident angle の of the light beam generated from one emission part in the illumination optical system and illuminating the reticle R is expressed by the following expression as described with reference to FIG. sin2ψ = λ / 5 · P = 0.365 × 10 −6 /(5×0.6×10 −6 ) ≒ 0.122 Accordingly, the incident angle に な る is about 3.5 °.

【0044】次に図5(B)に示すように重ね合わせ露
光すべき他方のパターンPBをパターンPAの代りに配
置してウェハW上の同一位置に2回目の露光を行う。こ
のとき、パターンPBの幅Dbは、先のパターンPAの
両脇のラインパターンPA1 とPA3 の間隔Daよりも
狭く、かつラインパターンPA2 の線幅よりは大きく定
められている。すなわち、パターンPBはウェハW上に
潜像として形成されたラインパターンPA2 の像のみを
遮光し、その周辺は全て透過部とするような形状、大き
さに定められている。従って、図5のようなパターン形
状の場合、ラインパターンPAのピッチPから、パター
ンPBの幅Dbは0.5P<Db<1.5Pの範囲に設
定される。このパターンPBのみによってレジスト層に
与えられる露光量分布は、図6(B)に示すようにIB
となる。ここで2回目の露光の際も、レジスト層には最
小露光量Ethよりも大きな露光量が与えられたものと
する。こうしてウェハW上に2重露光が行われるとレジ
スト層には図6(A)の分布IAと図6(B)の分布I
Bとの合成された光量分布ISが図6(C)に示すよう
に与えられる。この図6(C)から明らかなように、合
成された光量分布ISの像(合成像と呼ぶ)は、周期性
をもつパターンPAと周期性をもたない(孤立した)パ
ターンPBとのいずれにおいても遮光部となっている部
分(ラインパターンPA2 )のみが十分に暗く、他の部
分は全て最小露光量Eth以上に明るくなっている。従
ってポジ型レジストの場合には、図6(D)のように現
像によって最小露光量(スレッシホールド値)Eth以
下の部分が残膜した孤立ラインパターンPrとなる。こ
の孤立ラインパターンPrが図5(A)中のラインパタ
ーンPA2 に対応していることは明らかである。
Next, as shown in FIG. 5B, the other pattern PB to be overlaid and exposed is arranged in place of the pattern PA, and the second exposure is performed at the same position on the wafer W. In this case, the width Db of the pattern PB, is defined greater than the narrow and the line width of the line pattern PA 2 than distance Da of the both sides of the previous pattern PA line patterns PA 1 and PA 3. That is, the pattern PB is defined shape as shields only the image of the line pattern PA 2 formed as a latent image on the wafer W, and all the peripheral transmissive portion, the size. Therefore, in the case of the pattern shape as shown in FIG. 5, the width Db of the pattern PB is set in the range of 0.5P <Db <1.5P from the pitch P of the line pattern PA. As shown in FIG. 6B, the exposure dose distribution given to the resist layer only by this pattern PB is IB
Becomes Here, also at the time of the second exposure, it is assumed that the resist layer is given an exposure amount larger than the minimum exposure amount Eth. When the double exposure is performed on the wafer W in this manner, the distribution IA of FIG. 6A and the distribution I of FIG.
The light quantity distribution IS combined with B is given as shown in FIG. As apparent from FIG. 6C, the image of the synthesized light amount distribution IS (referred to as a synthesized image) is either a periodic pattern PA or a non-periodic (isolated) pattern PB. In this case, only the light shielding portion (line pattern PA 2 ) is sufficiently dark, and all other portions are brighter than the minimum exposure amount Eth. Therefore, in the case of a positive resist, as shown in FIG. 6D, a portion having a minimum exposure amount (threshold value) Eth or less by development becomes an isolated line pattern Pr in which the remaining film is left. It is clear that this isolated line pattern Pr corresponds to a line pattern PA 2 in FIG. 5 (A).

【0045】以上の実施例では、周期性のパターンPA
の解像度を従来の露光方法に比べて、1.5〜2倍程度
に高めることが可能であり、同時に周期性パターンPA
の転写像(潜像)から孤立パターンのみを残すように、
別のパターンPBで2重露光するため、最終的にウェハ
W上に形成されるレジストパターンは極めて微細な孤立
パターンとなる。先に述べた通り、非周期性のパターン
PBの幅Dbは周期性パターンPAの1本のラインパタ
ーンの幅(ピッチ/2)に対して2〜3倍程度がよい。
周期性パターンPAの1本のラインパターン(PA2
の幅が従来の解像度の1/2〜1/1.5であるとき、
非周期性パターンPBの幅は、従来の解像限界の2倍程
度となり、パターンPBの投影に関しては十分な焦点深
度が得られる。
In the above embodiment, the periodic pattern PA
Can be increased to about 1.5 to 2 times the resolution of the conventional exposure method.
So that only an isolated pattern is left from the transfer image (latent image) of
Since double exposure is performed with another pattern PB, the resist pattern finally formed on the wafer W becomes an extremely fine isolated pattern. As described above, the width Db of the non-periodic pattern PB is preferably about two to three times the width (pitch / 2) of one line pattern of the periodic pattern PA.
One line pattern (PA 2 ) of the periodic pattern PA
Is 1/2 to 1 / 1.5 of the conventional resolution,
The width of the non-periodic pattern PB is about twice the resolution limit of the related art, and a sufficient depth of focus can be obtained for the projection of the pattern PB.

【0046】尚、ポジ型レジストの場合は、露光量と残
膜厚の関係が図17(A)に示すようになるが、ネガ型
レジストの場合は、図17(B)に示すようにレジスト
が完全に除去される最大露光量Ecとレジストが完全に
残膜する最小露光量Ethとが決められる。このため、
ネガ型レジストを使って図5(A)、図5(B)の露光
を行うと、従来よりも1.5〜2倍程度微細な孤立スペ
ースパターンを形成することができる。
In the case of a positive resist, the relationship between the exposure amount and the remaining film thickness is as shown in FIG. 17A. In the case of a negative resist, as shown in FIG. Is completely determined, and the minimum exposure Eth at which the resist completely remains is determined. For this reason,
When the exposure shown in FIGS. 5A and 5B is performed using a negative resist, it is possible to form an isolated space pattern that is 1.5 to 2 times as fine as the conventional one.

【0047】図7及び図8は、共に、孤立アイランドパ
ターン(ポジ型レジスト使用時)及び孤立ホールパター
ン(ネガ型レジスト使用時)を形成するためのレチクル
パターン例を表わす。図7(A)は、投影光学系の解像
限界(0.6×λ/NAR )程度以下に微細な遮光パタ
ーンPAnが左右に3列、上下に3行の計9個が周期的
に並び、かつ遮光パターンPAnの中間に、遮光パター
ンPAnより微細な遮光パターンPAsが配置されたも
のである。この図7(A)の周期パターンのうち、実際
にウェハW上に形成すべきレジストパターンは、中央の
遮光パターンPA2 である。
FIGS. 7 and 8 show examples of reticle patterns for forming an isolated island pattern (when a positive resist is used) and an isolated hole pattern (when a negative resist is used). FIG. 7A shows a total of nine fine light-shielding patterns PAn in three columns on the left and right and three rows on the upper and lower sides which are smaller than about the resolution limit (0.6 × λ / NA R ) of the projection optical system. A light shielding pattern PAs finer than the light shielding pattern PAn is arranged between the light shielding patterns PAn. The 7 of the periodic pattern of (A), the resist pattern to be formed on the wafer W actually is the center of the light-shielding pattern PA 2.

【0048】一方図7(B)は、上記の遮光パターンP
Anより、上下方向、左右方向、ともに2〜2.5倍程
度大きな遮光パターンPBを表わす。ここで、9個の遮
光パターンPAnはいずれも正方形とし、左右方向、上
下方向のスペース幅は、パターンPAnの幅と等しいも
のとする。さらに中央の遮光パターンPA2 を左右で挟
み込む遮光パターンPAnの間隔をDax、遮光パター
ンPA2 を上下で挟み込む遮光パターンPAnの間隔を
Dayとすると、図7(B)の遮光パターンPBの左右
方向の幅Dbxは、Dbx<Daxであり、上下方向の
幅DbyはDby<Dayである。
On the other hand, FIG. 7B shows the light shielding pattern P
This represents a light-shielding pattern PB that is about 2-2.5 times larger in both the vertical direction and the horizontal direction than An. Here, each of the nine light-shielding patterns PAn is a square, and the space width in the horizontal direction and the vertical direction is equal to the width of the pattern PAn. Further Dax spacing of the light-shielding pattern PAn sandwiching the center of the light-shielding pattern PA 2 in the left and right, when Day spacing of the light-shielding pattern PAn sandwiching the light-shielding pattern PA 2 in the vertical, in the lateral direction of the light-shielding pattern PB shown in FIG. 7 (B) The width Dbx is Dbx <Dax, and the vertical width Dby is Dby <Day.

【0049】図7(A)の周期性パターンの投影像も図
6の場合と同様に、その周期性の為に、従来に比べて高
い解像度と、深い焦点深度をともなって露光される。一
方、図7(B)のパターンPBの投影像も十分な大きさ
を持つ為に、やはり深い焦点深度をともなって露光され
る。従って、2重露光による合成像により形成される孤
立アイランドパターンPS5(ポジ型レジスト使用時)
は、図7(C)に示すようにやはり十分な焦点深度を持
って形成されることとなる。この周期性パターンPAn
と、パターンPBとの重ね合わせは、9個の遮光パター
ンのうち中心の遮光パターンPA2 と、パターンPBの
中心が一致するようにレチクルRとウェハWをそれぞれ
位置合わせして多重露光するものとする。周期性パター
ンPAnと、非周期性パターンPBとのいずれもが遮光
部となる部分(PA2 )でのみ、レジストが残膜する理
由は図6に示す例と同様である。
As in the case of FIG. 6, the projected image of the periodic pattern shown in FIG. 7A is also exposed with a higher resolution and a deeper depth of focus than the conventional one because of its periodicity. On the other hand, since the projection image of the pattern PB in FIG. 7B also has a sufficient size, it is also exposed with a large depth of focus. Therefore, an isolated island pattern PS5 formed by a composite image by double exposure (when using a positive resist)
Is formed with a sufficient depth of focus as shown in FIG. This periodic pattern PAn
If, superposition of the pattern PB is a light-shielding pattern PA 2 in the center of the nine light-shielding pattern, and that multiple exposure by aligning each reticle R and the wafer W so that the center of the pattern PB coincides I do. The reason why the resist remains only in the portion (PA 2 ) where both the periodic pattern PAn and the non-periodic pattern PB are the light-shielding portions is the same as in the example shown in FIG.

【0050】なお、非周期的パターンPBの四隅は小さ
い方の周期的パターンPAsと重ね合わせにより合致す
るように配置されている。このため複数のレチクルパタ
ーンの重ね合わせでいずれもが遮光部の状態となるが、
周期的パターンPAsは解像限界に比べ十分小さく、ウ
ェハW上の投影像において十分な遮光効果を与えること
はない。その結果、周期的パターンPAsと非周期パタ
ーンPBとの合致部にレジストパターンは形成されな
い。周期的パターンPAsは、形成すべき孤立アイラン
ドパターンPS5の形状を、より正方形に近づけるため
の補助的なパターン(コーナ強調)であり、従って周期
的パターンPAsがなくとも、孤立アイランドパターン
PS5の形成は可能である。
The four corners of the non-periodic pattern PB are arranged so as to coincide with the smaller periodic pattern PAs by superposition. For this reason, when any of a plurality of reticle patterns are superimposed, each of them becomes a light shielding portion,
The periodic pattern PAs is sufficiently smaller than the resolution limit, and does not provide a sufficient light-shielding effect on the projected image on the wafer W. As a result, a resist pattern is not formed at a matching portion between the periodic pattern PAs and the non-periodic pattern PB. The periodic pattern PAs is an auxiliary pattern (corner emphasis) for making the shape of the isolated island pattern PS5 to be formed closer to a square. Therefore, the formation of the isolated island pattern PS5 can be performed without the periodic pattern PAs. It is possible.

【0051】図8(A)は、同図中左右方向に周期性を
有するラインアンドスペースパターンPA1 、PA2
PA3 を示し、図8(B)は同図中上下方向に周期性を
有するラインアンドスペースパターンPB1 、PB2
PB3 を示す。これら2つのパターンの斜線部はいずれ
も遮光部を表わす。これら2つの周期性パターンPA、
PBはいずれも周期的なパターンであり、従っていずれ
のパターンの露光に於いても本発明の特徴である高解像
度、及び大焦点深度を得ることができる。この2つのパ
ターンPA、PBの重ね合わせ露光による合成像(レジ
スト像)が図8(C)に示す孤立アイランドパターンP
S6となる。ここで、周期性パターンPAの左右のライ
ンパターンPA1 とPA3 の間隔をDaxとし、3本の
ラインパターンPA1 、PA2 、PA3 の長さをともに
Dayとすると、他方の周期性パターンPBの上下のラ
インパターンPB1 とPB3 の間隔Dbyは、Dby>
Dayに設定され、3本のラインパターンPB1 、PB
2 、PB3 の長さDbxは、Dbx<Daxに設定され
る。そして、ウェハW上に形成すべきレジストパターン
は、ラインパターンPA2 とPB2 の交差によってでき
る正方形部分である。この重ね合わせ露光においては、
周期性パターンPAの中心と周期性パターンPBの中心
がウェハW上の同一点でそれぞれ一致するように多重露
光を行なう。なお、レジスト像として必要なのは、各3
本の遮光ラインパターンの中心のラインパターンP
2 、PB2 の交差部のみなので、他の部分で遮光部が
重なり合わないように、各ラインアンドスペースの長さ
(長辺側寸法)は、幅(短辺側寸法)の3倍より短かい
程度とする。あるいは各ラインアンドスペースパターン
の長さをこれより長くし、これにより発生する不必要な
遮光部の重なりに対して、さらに図7(B)のパターン
PBと同等のパターンを用意して重ね合わせ露光によ
り、これを除去してもよい(不必要な遮光部はこれによ
り露光される。)。このことについては後で実施例とし
て詳しく述べる。
FIG. 8 (A) shows line and space patterns PA 1 , PA 2 ,
Indicates PA 3, FIG. 8 (B) is a line-and-space pattern PB 1, PB 2 with periodicity in the vertical direction in the drawing,
Shows the PB 3. Both shaded portions of these two patterns represent light-shielding portions. These two periodic patterns PA,
Each of the PBs is a periodic pattern, so that the high resolution and the large depth of focus, which are features of the present invention, can be obtained in exposure of any pattern. A composite image (resist image) obtained by superposing and exposing the two patterns PA and PB is an isolated island pattern P shown in FIG.
It becomes S6. Here, assuming that the interval between the left and right line patterns PA 1 and PA 3 of the periodic pattern PA is Dax, and the lengths of the three line patterns PA 1 , PA 2 and PA 3 are both Day, the other periodic pattern PA The distance Dby between the line patterns PB 1 and PB 3 above and below PB is Dby>
Day, and three line patterns PB 1 , PB
Length Dbx of 2, PB 3 is set to Dbx <Dax. Then, the resist pattern to be formed on the wafer W is a square portion which can be by the intersection of the line pattern PA 2 and PB 2. In this overlay exposure,
Multiple exposure is performed such that the center of the periodic pattern PA and the center of the periodic pattern PB coincide at the same point on the wafer W. In addition, only three images are required as a resist image.
Line pattern P at the center of book light-shielding line pattern
Since only the intersection of A 2 and PB 2 , the length (long side dimension) of each line and space should be more than three times the width (short side dimension) so that the light-shielding sections do not overlap in other areas. It should be short. Alternatively, the length of each line-and-space pattern is made longer, and for the unnecessary overlapping of the light-shielding portions, a pattern equivalent to the pattern PB of FIG. May be removed (unnecessary light shielding portions are exposed by this). This will be described in detail later as an example.

【0052】以上、図7、図8を用いて、孤立アイラン
ドパターンの形成例について説明したが、これはポジ型
レジストの使用を前提としたものである。ネガ型レジス
トを使用すれば同様の方法により、孤立ホールパターン
の形成が可能である。また、以上の図6、図7、図8に
おいて、周期的パターンの例として3本のラインパター
ン、あるいは3行、3列のドットパターンを挙げたが、
周期的パターンを構成するライン、又はドットの個数は
これに限ったものではなく、5本、あるいは7本等、ま
たは5行5列等、任意でよい。また、周期的パターンの
透光部と遮光部の線幅比(デューティー)は、1:1に
限らず任意でよい。ただし、遮光部の線幅を、透光部の
線幅に対して2割程度大きくしたものが、実験的により
よい結果を得られることがわかった。
The example of forming an isolated island pattern has been described above with reference to FIGS. 7 and 8, but it is assumed that a positive resist is used. If a negative resist is used, an isolated hole pattern can be formed by the same method. In addition, in FIGS. 6, 7 and 8 described above, three line patterns or three rows and three columns of dot patterns are given as examples of the periodic pattern.
The number of lines or dots constituting the periodic pattern is not limited to this, and may be any number such as 5 or 7 or 5 rows and 5 columns. Further, the line width ratio (duty) between the light-transmitting portion and the light-shielding portion of the periodic pattern is not limited to 1: 1 and may be arbitrary. However, when the line width of the light-shielding portion was increased by about 20% with respect to the line width of the light-transmitting portion, it was found that better results could be obtained experimentally.

【0053】また、周期的パターンの周期性は、それ程
厳密である必要はない。例えば周期的パターンを形成す
るパターン、すなわち3本ラインであれば両端の2本
は、中心部のパターンより細くなっていても良い。以
上、本発明により重ね合わせ露光(多重露光)される様
々なパターンの実施例について述べたが、それらを応用
した実際の各レチクルパターンのレチクル上での位置関
係、及び重ね合わせ方法の実施例について図9、及び図
10を用いて説明する。図9は一例として先の図5、図
7、図8の夫々に示したパターンPAとパターンPBと
の両方を一緒に描画したレチクルRのパターン配置図で
ある。このレチクルRはIC製造プロセス中のコンタク
トホール形成に使われるものである。図9において、レ
チクルRのパターン形成領域は遮光帯SBで囲まれてお
り、その外側にはレチクルアライメント用のマークRM
1 、RM2 が形成されている。パターン領域内には、黒
の正方形ドットで表したパターンPAと白の正方形ドッ
ト表したパターンPBとが規則的にX、Y方向に配列さ
れる。そしてこれらパターンPA、PBの周辺は全て光
透過部となっている。このレチクルは、2つのパターン
PA、PBの重ね合わせ露光をネガレジストに対して行
うことで孤立ホール(コンタクトホール)パターンが形
成されるものとする。メモリーICにおいては、一般的
に単位メモリーセルが規則的に(周期的に)配列してメ
モリーセル群を形成している。従って、各メモリーセル
に対応するコンタクトホールもまた、周期的に配列され
ている。図9においても、パターンPAとパターンPB
の各中心は、いずれもX方向のピッチがPx、Y方向の
ピッチがPyで配列されており、かつパターンPBは、
パターンPAと、それぞれ(Px/2、Py/2)離れ
たところに形成されている。
The periodicity of the periodic pattern does not need to be so strict. For example, a pattern forming a periodic pattern, that is, two lines at both ends in the case of three lines may be thinner than the pattern at the center. As described above, the embodiments of various patterns to be subjected to overlay exposure (multiple exposure) according to the present invention have been described. However, the embodiments are applied to the actual positional relationship of each reticle pattern on the reticle and the overlay method. This will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a pattern layout diagram of a reticle R in which both the pattern PA and the pattern PB shown in FIGS. 5, 7, and 8 are drawn together. The reticle R is used for forming a contact hole during an IC manufacturing process. In FIG. 9, the pattern formation region of the reticle R is surrounded by a light-shielding band SB, and a mark RM for reticle alignment is provided outside thereof.
1 and RM 2 are formed. In the pattern area, a pattern PA represented by black square dots and a pattern PB represented by white square dots are regularly arranged in the X and Y directions. The periphery of these patterns PA and PB are all light transmitting portions. In this reticle, it is assumed that an isolated hole (contact hole) pattern is formed by performing overlay exposure of two patterns PA and PB on a negative resist. In a memory IC, generally, unit memory cells are regularly (periodically) arranged to form a memory cell group. Therefore, contact holes corresponding to each memory cell are also periodically arranged. Also in FIG. 9, pattern PA and pattern PB
Are arranged such that the pitch in the X direction is Px and the pitch in the Y direction is Py, and the pattern PB is
It is formed at a position (Px / 2, Py / 2) apart from the pattern PA.

【0054】このようなレチクルRを使用して、先ずウ
ェハW上に適性露光量Eth以上で第1の露光を行な
う。従ってウェハ表面のレジストには、各パターンP
A、PBに応じた光量が露光される。続いて、レチクル
RとウェハWとのX、Y方向での相対位置を、ウェハス
テージWST、又はレチクルステージRSTによって
(Px/2、Py/2)(レチクル上寸法)だけ移動さ
せてから適性露光量Eth以上で第2の露光を行う。図
9の場合は右斜め上に動かす。この移動は図1に示した
装置の場合、ウェハステージWSTの駆動用のモータ2
0、干渉計21、及び制御装置30で行われる。
Using such a reticle R, first, a first exposure is performed on the wafer W at an appropriate exposure amount Eth or more. Therefore, each pattern P
A light amount corresponding to A and PB is exposed. Subsequently, the relative position of the reticle R and the wafer W in the X and Y directions is moved by (Px / 2, Py / 2) (dimension on the reticle) by the wafer stage WST or the reticle stage RST, and then the appropriate exposure is performed. The second exposure is performed with the amount Eth or more. In the case of FIG. 9, it is moved to the upper right. This movement is performed by the motor 2 for driving the wafer stage WST in the case of the apparatus shown in FIG.
0, the interferometer 21, and the controller 30.

【0055】前述のとおり、パターンPAとパターンP
Bとの距離は、(Px/2、Py/2)であったから、
上記第1と第2の露光により、ウェハW上において、パ
ターンPAとパターンPBは重ね合わせ露光されること
になる。尚、図9のレチクルパターン配置から明らかな
ようにパターンPAとパターンPBとをウェハW上で精
密に重ね合わせる相対移動方向は4方向に存在する。す
なわち図9の紙面内でレチクルR、又はウェハWを斜め
右上、斜め左上、斜め右下、及び斜め左下のいずれか一
方向に移動させることができる。どの方向に相対移動を
行うかは任意に設定できる。また図9のパターン配置の
場合、パターン形成領域内の最外周に位置するパターン
PA(黒の正方形)のうち、Y方向の一辺に並ぶ列とX
方向の一辺に並ぶ列に存在する各パターンPAは、パタ
ーンPBと2重露光されることがなく、残膜することに
なる。この残りパターンはコンタクトホールパターンと
しては不完全なものであるから、レジスト像として形成
されないことが望ましい。そこで図9中の最外周のパタ
ーンPAの並びと遮光帯SBとの間に幅Px、Py程度
の余白(透明部)を設けておくとよい。このようにする
と、その余白部が最外周のパターンPAの潜像と2重露
光され、不要な残りパターンの形成を防止することがで
きる。
As described above, the pattern PA and the pattern P
Since the distance to B was (Px / 2, Py / 2),
By the first and second exposures, the pattern PA and the pattern PB are overlaid and exposed on the wafer W. Note that there are four relative movement directions in which the pattern PA and the pattern PB are precisely overlapped on the wafer W, as is apparent from the reticle pattern arrangement in FIG. That is, the reticle R or the wafer W can be moved in any one of diagonally upper right, diagonally upper left, diagonally lower right, and diagonally lower left in the plane of FIG. In which direction the relative movement is performed can be set arbitrarily. In the case of the pattern arrangement shown in FIG. 9, of the pattern PA (black square) located at the outermost periphery in the pattern formation region, the row aligned with one side in the Y direction and X
Each pattern PA existing in a row aligned with one side in the direction is not exposed twice with the pattern PB, and remains as a film. Since the remaining pattern is incomplete as a contact hole pattern, it is preferable that the remaining pattern is not formed as a resist image. Therefore, it is preferable to provide a margin (transparent portion) having a width of about Px or Py between the arrangement of the outermost patterns PA in FIG. 9 and the light-shielding band SB. By doing so, the margin is double-exposed to the latent image of the outermost pattern PA, and the formation of an unnecessary remaining pattern can be prevented.

【0056】以上のようにして、ネガレジストを用いた
場合、ウェハW上には図7(C)のレジストパターンP
S5、又は図8(C)のレジストパターンPS6のよう
なコンタクトホールが、X、Y方向にピッチPx/2
M、Py/2M(ただし1/Mは投影倍率)で形成され
る。このようなコンタクトホールパターンは周期性はも
つものの、各ホールパターンが離散的に配置しているた
め、実質的には孤立パターンと考えてよく、図1に示し
た露光装置に、従来通りのコンタクトホール形成用のレ
チクルパターンを設定して露光しても、十分な解像が得
られない。
As described above, when the negative resist is used, the resist pattern P shown in FIG.
Contact holes such as S5 or the resist pattern PS6 in FIG. 8C have a pitch Px / 2 in the X and Y directions.
M, Py / 2M (where 1 / M is the projection magnification). Although such a contact hole pattern has a periodicity, since each hole pattern is discretely arranged, it can be considered as an isolated pattern, and the exposure apparatus shown in FIG. Even if a reticle pattern for forming a hole is set and exposed, sufficient resolution cannot be obtained.

【0057】図10は、図9のレチクルパターンを、図
8に示したパターンPAとパターンPBで構成した場合
の2重露光の様子を表したものである。X方向に周期性
をもつパターンPAとY方向に周期性をもつパターンP
Bとの2重露光によって、コンタクトホールとなるレジ
ストパターンPS6が形成される。同図中、破線で示し
たパターンPA、PBは1回目の露光によるもので、実
線で示したパターンPA、PBは2回目の露光によるも
のである。
FIG. 10 shows a state of double exposure when the reticle pattern of FIG. 9 is composed of the pattern PA and the pattern PB shown in FIG. Pattern PA having periodicity in X direction and pattern P having periodicity in Y direction
By the double exposure with B, a resist pattern PS6 serving as a contact hole is formed. In the figure, patterns PA and PB indicated by broken lines are obtained by the first exposure, and patterns PA and PB indicated by solid lines are obtained by the second exposure.

【0058】図11は、多重露光すべきレチクルパター
ンの別の位置関係を示す実施例である。本実施例では、
レチクルRとウェハWとを2回ずらして3回の重ね合わ
せ露光を行うものとする。先の図8、又は図10に示し
たように、回折光の発生しやすい周期性パターンPA、
PBを使う場合、回折効率から考えると、各パターンP
A、PBのラインアンドスペースの繰り返し数は極力多
い方が好ましい。そこで3つのパターンPA、PB、P
Cを同一レチクル上に形成する。パターンPAはX方向
に周期性を有するデューティほぼ1:1の回折格子状に
形成され、その遮光ラインパターン(斜線部)は5本と
してある。パターンPBはY方向に周期性を有するデュ
ーティほぼ1:1の回折格子状に形成され、その遮光ラ
インパターン(斜線部)は5本としてある。ここでパタ
ーンPAの中心とパターンPBの中心とはY方向にΔY
だけ離れ、3番目のパターンPCの中心は、パターンP
Bの中心から距離ΔXだけX方向に離して形成された正
方形の遮光部(斜線部)である。またパターンPCの周
辺の領域ABは2つのパターンPAとPBを重ね合わせ
たときの形状、及び面積とほぼ等しい。また各パターン
PA、PB、PCの周辺はいずれも透明部分である。コ
ンタクトホールパターンの形成にあたっては、パターン
PAの中央の遮光ラインパターンとパターンPBの中央
の遮光ラインパターンとの重ね合わせによる正方形の重
複部が使われる。パターンPCは、パターンPAとPB
の重ね合わせによって生じた不要な重複部(潜像)を消
去するためのものである。
FIG. 11 is an embodiment showing another positional relationship of a reticle pattern to be subjected to multiple exposure. In this embodiment,
It is assumed that the reticle R and the wafer W are shifted twice, and the overlap exposure is performed three times. As shown in FIG. 8 or FIG. 10, the periodic pattern PA in which diffracted light is likely to be generated,
When PB is used, each pattern P
The number of line and space repetitions of A and PB is preferably as large as possible. So three patterns PA, PB, P
C is formed on the same reticle. The pattern PA is formed in the shape of a diffraction grating having a periodicity in the X direction and a duty of about 1: 1 and has five light-shielding line patterns (shaded portions). The pattern PB is formed in the form of a diffraction grating having a periodicity in the Y direction and a duty of about 1: 1 and has five light-shielding line patterns (hatched portions). Here, the center of the pattern PA and the center of the pattern PB are ΔY in the Y direction.
And the center of the third pattern PC is the pattern P
A square light-shielding portion (hatched portion) formed in the X direction by a distance ΔX from the center of B. The area AB around the pattern PC is substantially equal to the shape and area when the two patterns PA and PB are overlapped. The periphery of each of the patterns PA, PB, and PC is a transparent portion. In forming the contact hole pattern, a square overlapping portion is used by superimposing the light blocking line pattern at the center of the pattern PA and the light blocking line pattern at the center of the pattern PB. Pattern PC is composed of patterns PA and PB
This is for erasing unnecessary overlapping portions (latent images) caused by the superposition of the images.

【0059】このようなレチクルを使用し、ウェハに対
して第1の露光を行った後、その第1の露光位置から、
レチクルRとウェハWとの各面内方向の相対的位置をレ
チクル上で(0、+ΔY)だけずらして第2の露光を行
う。その後、第1の露光位置から、レチクルRとウェハ
Wとの各面内方向の相対位置をレチクル上で(−ΔX、
−ΔY)だけずらして第3の露光を行う。
After performing a first exposure on a wafer using such a reticle, the first exposure position is
The second exposure is performed by shifting the relative positions of the reticle R and the wafer W in the respective in-plane directions by (0, + ΔY) on the reticle. Then, from the first exposure position, the relative positions of the reticle R and the wafer W in the respective in-plane directions are set on the reticle by (−ΔX,
The third exposure is performed by shifting by −ΔY).

【0060】図12は、図11中のパターンPAとパタ
ーンPBとを重ね合わせ露光したときにネガレジスト上
に形成される潜像PA’、PB’の様子を示したもので
ある。図12中、破線は各パターンの潜像のエッジを表
し、黒く塗り潰した複数の孤立領域は2回の重ね合わせ
露光によって全く露光されなかった未露光部分を表す。
これら複数の孤立領域のうち、中央の正方形パターンP
S8は、3回目のパターンPCとの重ね合わせ露光によ
っても未露光のままであり、パターンPS8の周辺に位
置する他の未露光の孤立領域は、パターンPCの周囲の
透明部(領域AB)によって完全に感光される。従って
最終的にウェハW上には正方形のパターンPS8のみが
形成される。ネガレジストの場合、現像によってパター
ンPS8の部分が除去され、その周辺のレジストはほぼ
完全に残膜した状態になるため、先の図10で説明した
のと同様に、コンタクトホールパターンが形成される。
FIG. 12 shows the state of latent images PA ′ and PB ′ formed on the negative resist when the pattern PA and the pattern PB in FIG. 11 are overlaid and exposed. In FIG. 12, broken lines represent the edges of the latent image of each pattern, and a plurality of isolated areas painted black represent unexposed portions that were not exposed at all by the two overlapping exposures.
Of the plurality of isolated areas, the central square pattern P
S8 remains unexposed even after the third overlapping exposure with the pattern PC, and other unexposed isolated areas located around the pattern PS8 are formed by the transparent portion (area AB) around the pattern PC. Fully exposed. Therefore, only the square pattern PS8 is finally formed on the wafer W. In the case of a negative resist, a portion of the pattern PS8 is removed by development, and the peripheral resist is almost completely left, so that a contact hole pattern is formed in the same manner as described with reference to FIG. .

【0061】図13は、図11に示した1組のパターン
配列の複数を規則的にレチクルR上に形成してコンタク
トホールパターンを作る場合の一例を示すものである。
図13中、図11のパターンPAは○印で表し、パター
ンPBは□印で表し、パターンPCは△印で表してあ
る。このようなレチクルRを用いて、同様にウェハWと
の相対位置ずらしを2回行い、3回の重ね合わせ露光を
行うと、ウェハWのレジストにはX方向のピッチがΔ
X、Y方向のピッチがΔYのコンタクトホールパターン
群が形成される。
FIG. 13 shows an example in which a plurality of one set of pattern arrangements shown in FIG. 11 are regularly formed on the reticle R to form a contact hole pattern.
In FIG. 13, the pattern PA in FIG. 11 is represented by a circle, the pattern PB is represented by a square, and the pattern PC is represented by a triangle. Using such a reticle R, similarly, the relative position with respect to the wafer W is shifted twice, and when the overlay exposure is performed three times, the pitch of the resist of the wafer W in the X direction becomes Δ
A contact hole pattern group having a pitch of ΔY in the X and Y directions is formed.

【0062】以上の図11、又は図13に於いては、レ
チクル中に形成するパターンをPA、PB、PCの3個
としたが、数はこれに限定されるものではなく、2個、
4個等のパターンを作っておき、各2回、4回の重ね合
わせ露光を行なってもよい。また、パターンPA、P
B、PC等のパターン群を1ブロックとして、それが複
数ブロック存在していてもよい。
In FIG. 11 or FIG. 13, the pattern formed in the reticle is three, PA, PB, and PC, but the number is not limited to this, and two patterns are used.
Four or more patterns may be formed, and two or four overlapping exposures may be performed. Also, the patterns PA, P
A pattern group such as B and PC may be regarded as one block, and a plurality of blocks may exist.

【0063】また、図5、図7、図11に示したよう
に、孤立したホールパターンのみを重ね合わせ露光で形
成する場合は、第1の露光、第2の露光、又は第3の露
光での照射光量(露光量)は、2回、又は3回共等しく
なってもよく、むしろ各露光毎に異なっていることが望
ましい。例えば、周期的パターン(PA、PB)の露光
時には、非周期的パターン(PC)の露光時より照射光
量を大きくするとよい。前述の図1に示す露光装置に於
いてはこの照射量の制御は、制御装置30及びシャッタ
3、及び照射量計(不図示)により行なう。制御装置3
0は現在行なわれている露光が上部の第nの露光である
ことを認識し、前述の照射量計からの出力信号に応じて
照射光量を求め、それが目標値に達したときに露光停止
の指令をシャッタ3の駆動モータ4へ送る。なお、図
9、図10、図13に示したように、同一レチクル上に
パターンPA、PB(又はPC)の組が規則的に複数設
けられる場合は第1の露光と、第2の露光、又は第3の
露光での照射光量は同一とすることが望ましい。
As shown in FIGS. 5, 7, and 11, when only an isolated hole pattern is formed by overlapping exposure, the first exposure, the second exposure, or the third exposure is used. The irradiation light amount (exposure amount) may be the same twice or three times, and it is rather preferable that the irradiation light amount differs for each exposure. For example, when exposing a periodic pattern (PA, PB), the irradiation light amount may be larger than when exposing a non-periodic pattern (PC). In the exposure apparatus shown in FIG. 1, the control of the irradiation amount is performed by the control device 30, the shutter 3, and an irradiation amount meter (not shown). Control device 3
0 recognizes that the currently performed exposure is the upper n-th exposure, obtains the irradiation light amount in accordance with the output signal from the above-described dosimeter, and stops the exposure when it reaches the target value. Is sent to the drive motor 4 of the shutter 3. As shown in FIGS. 9, 10, and 13, when a plurality of pairs of patterns PA and PB (or PC) are regularly provided on the same reticle, the first exposure and the second exposure are performed. Alternatively, it is desirable that the irradiation light amount in the third exposure be the same.

【0064】以上の各実施例で説明した方法でレチクル
とウェハとの相対位置の移動を実現する場合、図1の装
置では、ウェハーステージWSTが、制御装置30の指
示により、前述の第1と第2の露光の間に、あるいは第
2と第3の露光の間に移動するものとした。あるいは、
他の方法としてレチクルRを保持するステージRSTが
移動しても、両方のステージが移動してもかまわない。
ただし、現実の投影型露光装置の多くは、既に2次元移
動するウェハステージを有しており、これによりステッ
プアンドリピート、あるいはステップアンドスキャン露
光を行なっており、従って、ウェハステージWSTのみ
を干渉計21による計測座標値に基づいて移動する方法
は、従来の装置においても、最も簡単に実現できるもの
である。
When the relative position between the reticle and the wafer is to be moved by the method described in each of the above embodiments, in the apparatus shown in FIG. Moved during the second exposure, or between the second and third exposures. Or,
As another method, the stage RST holding the reticle R may move, or both stages may move.
However, most of the actual projection type exposure apparatuses already have a wafer stage that moves two-dimensionally, and perform step-and-repeat or step-and-scan exposure by using the wafer stage. The method of moving based on the measured coordinate values by 21 can be realized most easily even in a conventional apparatus.

【0065】図14は、本発明による露光方法に用いら
れるレチクルのほぼ全面を表わす図である。図14中に
示す投影レンズPLの有効エリア円91内、すなわち投
影光学系の解像度及びディストーション、照度均一性等
の諸性能が良好に保証される領域に内接するように、レ
チクルパターンエリア(パターン形成領域)92が存在
する。従来の露光方法においてはこのレチクルパターン
エリア92内のすべてに回路パターンを描画し、かつウ
ェハWへ露光転写可能であった。しかしながら、本発明
に於いては、例えば図9、図10に示す如く、第1露光
と第2露光に於いて、レチクルとウェハとの相対位置関
係が異なっている。図14に於いては、第1の露光に使
用されるエリアは破線93内となり、第2の露光に使用
されるエリアは2点鎖線94内となる。
FIG. 14 is a view showing almost the entire surface of a reticle used in the exposure method according to the present invention. The reticle pattern area (pattern formation) is inscribed in the effective area circle 91 of the projection lens PL shown in FIG. 14, that is, in an area in which various performances such as resolution, distortion, and uniformity of illuminance of the projection optical system are well guaranteed. Area) 92 is present. In the conventional exposure method, it is possible to draw a circuit pattern on the entire area of the reticle pattern area 92 and to expose and transfer the circuit pattern onto the wafer W. However, in the present invention, as shown in FIGS. 9 and 10, for example, the relative positional relationship between the reticle and the wafer differs between the first exposure and the second exposure. In FIG. 14, the area used for the first exposure is within a broken line 93, and the area used for the second exposure is within a two-dot chain line 94.

【0066】従って、第1、第2の露光に、共に使用さ
れる領域(斜線部)が本発明を使用したときにおける有
効なレチクルパターンエリアとなり、従来のものより減
少することとなる。ただし、例えば現在のステップアン
ドリピート式投影型露光装置に於いては、図14に示す
ようにレチクルパターンエリア92の大きさ(X0 、Y
0 )は、共に100mm前後(レチクル上寸法)であ
り、また、図9、図10に示す、第1の露光と第2の露
光との相対的位置ずれ量(Px/2、Py/2)は、ほ
ぼメモリーセルサイズと等しく、レチクル上の寸法で1
0μm前後である(図14中のΔX、ΔY)。
Therefore, the area (shaded area) used for both the first and second exposures becomes an effective reticle pattern area when the present invention is used, which is smaller than the conventional one. However, for example, in a current step-and-repeat type projection exposure apparatus, the size (X 0 , Y
0 ) is around 100 mm (dimension on the reticle), and the relative displacement between the first exposure and the second exposure (Px / 2, Py / 2) shown in FIGS. Is approximately equal to the memory cell size,
It is around 0 μm (ΔX, ΔY in FIG. 14).

【0067】従って、従来のレチクル有効エリア10
0,000μm×100,000μmに対して本発明に
於いては(100,000−2×10)μm×(10
0,000−2×10)μmとなる。この値の比は、
1:0.9996であり、従って、本発明により減少す
るレチクルパターン有効エリアは、従来の場合の面積の
わずかに0.04%程度に過ぎないことになる。
Therefore, the conventional reticle effective area 10
In the present invention, (100,000-2 × 10) μm × (10,000 μm × 100,000 μm).
000-2 × 10) μm. The ratio of this value is
1: 0.9996, and thus the reticle pattern effective area reduced by the present invention is only about 0.04% of the area in the conventional case.

【0068】なお、図14に於いては、特に投影光学系
の有効エリアが円形であるステップアンドリピート型の
投影型露光装置について示したが、他の投影型露光装
置、例えばステップアンドスキャン型の露光装置であっ
ても同様であり、減少するレチクルパターンエリアの面
積はやはり微少である。以上の各実施例で、図1に示し
た装置を使う場合、レチクルRとウェハWとの相対位置
を(ΔX、ΔY)だけずらす手法の1つとして、各アラ
イメント系22〜25におけるマーク検出中心を光学的
(平行平板ガラスの傾斜)、又は電気的にオフセットさ
せ、オフセットしたマーク検出中心に対してレチクルR
のマーク、又はウェハWのマークを追い込むように、レ
チクルステージRST、又はウェハステージWSTをサ
ーボ制御してもよい。さらに、今までの説明ではレチク
ルRとウェハWのうちいずれか一方を(ΔX、ΔY)だ
けシフトさせるとしたが、レチクルRとウェハWの両方
を逆方向、又は同一方向にシフトさせてもよい。等倍投
影光学系で鏡像投影を行う装置では、レチクルとウェハ
を光軸に対して逆方向に同一距離だけシフトさせること
は意味がないが、逆方向に異なる距離で、もしくは同一
方向にレチクルとウェハを移動させると同様のシフトが
可能である。また縮小投影光学系(鏡像投影)の場合
は、投影倍率を1/Mとしたとき、レチクルの移動量に
対してウェハの移動量が1/Mで逆方向にシフトさせる
ことは意味がないが、それ以外の移動量比によるシフト
方法(同一方向の移動も含む)であれば、同様の位置ず
らしが可能である。また縮小投影の場合は、レチクルR
とウェハWとは装置上で静止したままにして、投影光学
系のみを光軸AXと垂直な方向に平行移動させても、同
様に投影像とウェハとの相対的な位置ずらしができる。
FIG. 14 shows a step-and-repeat type projection exposure apparatus in which the effective area of the projection optical system is circular, but other projection type exposure apparatuses, for example, a step-and-scan type exposure apparatus. The same applies to an exposure apparatus, and the area of the reticle pattern area that is reduced is still very small. In each of the above embodiments, when the apparatus shown in FIG. 1 is used, as one of the methods for shifting the relative position between the reticle R and the wafer W by (ΔX, ΔY), the mark detection center in each of the alignment systems 22 to 25 is used. (Tilt of parallel flat glass) or electrically offset the reticle R with respect to the offset mark detection center.
The reticle stage RST or the wafer stage WST may be servo-controlled so as to drive the mark or the mark on the wafer W. Furthermore, in the description so far, one of the reticle R and the wafer W is shifted by (ΔX, ΔY), but both the reticle R and the wafer W may be shifted in the opposite direction or the same direction. . In an apparatus that performs mirror image projection using a unit-magnification projection optical system, it does not make sense to shift the reticle and the wafer by the same distance in the opposite direction with respect to the optical axis. A similar shift is possible by moving the wafer. In the case of a reduction projection optical system (mirror image projection), when the projection magnification is 1 / M, it is meaningless to shift the wafer movement amount in the reverse direction by 1 / M with respect to the reticle movement amount. In the case of a shift method (including movement in the same direction) using other movement amount ratios, the same position shift is possible. In the case of reduced projection, the reticle R
Even when the projection optical system and the wafer W are kept stationary on the apparatus and only the projection optical system is moved in parallel in a direction perpendicular to the optical axis AX, the relative position between the projection image and the wafer can be similarly shifted.

【0069】[0069]

【発明の効果】以上の様に本発明によれば、1枚の原版
(マスク)中の異なる場所に設けられた1つの周期性パ
ターンと別のパターンとを重ね合わせ露光し、かつ、特
殊な照明光学系を有する投影型露光装置を使用すること
により、従来では実現の難しかった微細パターン、特に
微細孤立パターンの露光転写が可能となる。
As described above, according to the present invention, one periodic pattern and another pattern provided at different positions in one master (mask) are overlaid and exposed, and a special pattern is formed. By using a projection type exposure apparatus having an illumination optical system, it becomes possible to expose and transfer a fine pattern, particularly a fine isolated pattern, which has conventionally been difficult to realize.

【0070】また、本発明は多重露光すべき複数のパタ
ーンを別々のマスクに形成するのではなく、一枚のマス
ク上に形成する為、それだけスループットが高い。同時
にマスクの製造コストも低減される。また、重ね合わせ
られる複数のパターンは、同一マスク中の近接した位置
であるため、マスク製造誤差による重ね合わせずれの量
は極めて少なくすることができる。また、同一マスクに
重ね合わせるパターンが存在するため、アライメント誤
差に起因する重ね合わせ誤差は発生しない。
Further, according to the present invention, since a plurality of patterns to be subjected to multiple exposure are formed on one mask instead of being formed on separate masks, the throughput is correspondingly high. At the same time, the manufacturing cost of the mask is reduced. In addition, since a plurality of patterns to be superimposed are located at close positions in the same mask, the amount of misalignment due to mask manufacturing errors can be extremely reduced. Further, since there is a pattern to be superimposed on the same mask, no superposition error due to the alignment error occurs.

【0071】また、本発明で使用するマスクは、透過率
のみの情報を持つ通常のマスクであり、位相シフターを
設ける必要がないといった利点がある。以上の実施例に
おいては、使用する投影型露光装置は前述の如く、照明
光学系中の瞳面において光軸から偏心した位置に中心を
有する局所領域に照明光束の光量分布が集中しているも
のとしたが、変形例として上記瞳面(若しくは、照明光
学系内のフーリエ変換面)上において輪帯状の光量分布
を有する露光装置を使用することもできる。この場合、
輪帯状光量分布の外径はσ値相当で0.6〜0.8程度、内
径はσ値相当で0.3〜0.6程度とするとよい。
The mask used in the present invention is a normal mask having only information on transmittance, and has an advantage that it is not necessary to provide a phase shifter. In the above embodiment, the projection type exposure apparatus used is one in which the light quantity distribution of the illuminating light beam is concentrated in a local area having a center at a position decentered from the optical axis on the pupil plane in the illumination optical system as described above. However, as a modification, an exposure apparatus having an annular light quantity distribution on the pupil plane (or a Fourier transform plane in the illumination optical system) can be used. in this case,
The outer diameter of the annular light quantity distribution is preferably about 0.6 to 0.8 corresponding to the σ value, and the inner diameter is preferably about 0.3 to 0.6 corresponding to the σ value.

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

【図1】本発明で使用する投影露光装置の全体構成を示
す図、
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a projection exposure apparatus used in the present invention;

【図2】図1の装置の照明系を模式的に表した光路図、2 is an optical path diagram schematically showing an illumination system of the apparatus of FIG.

【図3】光分割器の構成を示す側面図、FIG. 3 is a side view showing a configuration of a light splitter;

【図4】光分割器の構成を示す正面図、FIG. 4 is a front view showing the configuration of a light splitter;

【図5】本発明の露光方法の原理及び動作を説明する斜
視図、
FIG. 5 is a perspective view illustrating the principle and operation of an exposure method according to the present invention;

【図6】図5の露光方法によって得られるパターン露光
時の光量分布を説明する図、
FIG. 6 is a view for explaining a light amount distribution at the time of pattern exposure obtained by the exposure method of FIG. 5;

【図7】本発明の他の実施例によるレチクルパターンの
組合せを説明する図、
FIG. 7 is a diagram illustrating a combination of reticle patterns according to another embodiment of the present invention;

【図8】本発明の他の実施例によるレチクルパターンの
組合せを説明する図、
FIG. 8 is a diagram illustrating a combination of reticle patterns according to another embodiment of the present invention;

【図9】図8に示したレチクルパターンを設けたレチク
ルのパターン配置図、
FIG. 9 is a pattern layout diagram of a reticle provided with the reticle pattern shown in FIG. 8;

【図10】図9のレチクルを使ったときの多重露光の様
式を示す図、
FIG. 10 is a view showing a mode of multiple exposure when the reticle of FIG. 9 is used;

【図11】本発明の他の実施例によるレチクルパターン
の配置を示す図、
FIG. 11 is a diagram showing an arrangement of a reticle pattern according to another embodiment of the present invention;

【図12】図11のレチクルパターンを多重露光とした
ときの様子を示す図、
FIG. 12 is a diagram showing a state when the reticle pattern of FIG. 11 is subjected to multiple exposure;

【図13】図11のレチクルパターンを実際のレチクル
上に配列する場合の一例を示す図、
FIG. 13 is a view showing an example in which the reticle pattern of FIG. 11 is arranged on an actual reticle;

【図14】本発明を使用したレチクル上のパターン有効
領域を説明する図、
FIG. 14 is a view for explaining a pattern effective area on a reticle using the present invention;

【図15】従来の投影露光装置の構成、及び露光状態を
説明する図、
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration and an exposure state of a conventional projection exposure apparatus;

【図16】本発明で使用する露光装置の原理を説明する
図、
FIG. 16 is a view for explaining the principle of an exposure apparatus used in the present invention,

【図17】レジスト層への露光量と残膜厚との関係を示
すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the amount of exposure to a resist layer and the remaining film thickness.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…光源、3…シャッター、8…光分割器、8B〜8E
…射出部、9…フーリエ変換面、20…モータ、21…
干渉計、30…制御装置、R…レチクル、W…ウェハ、
PL…投影光学系、RST…レチクルステージ、WST
…ウェハステージ、PA…第1の周期性パターン、PB
…第2のパターン、PC…第3のパターン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3 ... Shutter, 8 ... Light splitter, 8B-8E
... Ejection unit, 9 ... Fourier transform surface, 20 ... Motor, 21 ...
Interferometer, 30: control device, R: reticle, W: wafer,
PL: Projection optical system, RST: Reticle stage, WST
... wafer stage, PA ... first periodic pattern, PB
... second pattern, PC ... third pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (50)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】照明光学系を通してマスクに照明光を照射
し、投影光学系を介して前記照明光で感光基板を露光す
る方法において、 互いに異なる複数のパターン少なくとも1つ周期的
なパターンを含み、前記感光基板上で前記周期的なパタ
ーンの一部に形状が異なる他のパターンが重なるよう
、前記複数のパターンにそれぞれ前記照明光を照射し
て前記感光基板を多重露光するとともに、前記周期的な
パターンの転写時に、前記照明光学系内で前記マスクの
パターン面に対してほぼフーリエ変換の関係となる所定
面上での前記照明光の光量分布を中心部よりもその外側
で高めることを特徴とする露光方法。
1. A irradiates illumination light to the mask through an illumination optical system, a method of exposing a photosensitive substrate with the illumination light via the projection optical system, the plurality of different patterns with each other at least one periodic pattern The periodic pattern on the photosensitive substrate.
So that another pattern with a different shape overlaps a part of the
To, as well as multiple exposure the photosensitive substrate by irradiating each of the plurality of patterns the illumination light, during the transfer of the periodic pattern, substantially the Fourier transform with respect to the pattern surface of the mask in the illuminating optical system An exposure method characterized in that the light amount distribution of the illumination light on a predetermined surface, which satisfies the following relationship, is increased outside the central portion.
【請求項2】前記複数のパターンは互いに形状が異な
り、前記複数のパターンが重なる特定部分が前記感光基
板上に形成すべき微細パターンとなることを特徴とする
請求項1に記載の露光方法。
2. The exposure method according to claim 1, wherein said plurality of patterns have different shapes, and a specific portion where said plurality of patterns overlap is a fine pattern to be formed on said photosensitive substrate.
【請求項3】前記複数のパターンはそれぞれ前記微細パ
ターンと形状、又は大きさが異なることを特徴とする請
求項2に記載の露光方法。
3. The exposure method according to claim 2, wherein the plurality of patterns have different shapes or sizes from the fine patterns.
【請求項4】前記微細パターンは孤立パターンであるこ
とを特徴とする請求項2又は3に記載の露光方法。
4. The exposure method according to claim 2, wherein the fine pattern is an isolated pattern.
【請求項5】前記周期的なパターンは、前記感光基板上
に形成すべき微細パターンの近傍にダミーパターンを形
成したものであることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか一項に記載の露光方法。
5. The periodic pattern according to claim 1, wherein a dummy pattern is formed near a fine pattern to be formed on the photosensitive substrate. Exposure method.
【請求項6】前記ダミーパターンは、前記微細パターン
を挟んでその両端に形成されることを特徴とする請求項
5に記載の露光方法。
6. The exposure method according to claim 5, wherein the dummy pattern is formed at both ends of the fine pattern.
【請求項7】前記微細パターンは孤立パターンであり、
前記ダミーパターンは、前記微細パターンとほぼ同一の
形状、及び大きさであることを特徴とする請求項5又は
6に記載の露光方法。
7. The fine pattern is an isolated pattern,
The exposure method according to claim 5, wherein the dummy pattern has substantially the same shape and size as the fine pattern.
【請求項8】前記ダミーパターンは、前記微細パターン
との間隔が前記微細パターンの大きさとほぼ同一である
ことを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の
露光方法。
8. The exposure method according to claim 5, wherein a distance between the dummy pattern and the fine pattern is substantially equal to a size of the fine pattern.
【請求項9】前記周期的なパターンは遮光部の線幅が透
過部の線幅よりも大きいことを特徴とする請求項1〜5
のいずれか一項に記載の露光方法。
9. The periodic pattern according to claim 1, wherein a line width of the light shielding portion is larger than a line width of the transmission portion.
The exposure method according to any one of the above.
【請求項10】前記周期的なパターンは、前記感光基板
上に形成すべき微細パターンを1つの要素パターンとし
て含み、前記複数のパターンの1つは、前記微細パター
ンよりも大きく、前記感光基板上で前記周期的なパター
ン中の前記微細パターンと重ね合わされることを特徴と
する請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光方法。
10. The periodic pattern includes a fine pattern to be formed on the photosensitive substrate as one element pattern, one of the plurality of patterns being larger than the fine pattern, The exposure method according to any one of claims 1 to 4, wherein the pattern is overlapped with the fine pattern in the periodic pattern.
【請求項11】前記1つのパターンは、前記周期的なパ
ターンの配列方向に関する大きさが、前記周期的なパタ
ーンを構成する1つの要素パターンの前記配列方向に関
する大きさの2倍〜3倍程度であることを特徴とする請
求項10に記載の露光方法。
11. The size of the one pattern in the arrangement direction of the periodic pattern is about two to three times the size of the one element pattern constituting the periodic pattern in the arrangement direction. The exposure method according to claim 10, wherein
【請求項12】前記微細パターンは、前記周期的なパタ
ーン内でその2つの要素パターンに挟まれ、前記1つの
パターンは、前記周期的なパターンの配列方向に関する
大きさが、前記2つの要素パターンの間隔よりも小さい
ことを特徴とする請求項10に記載の露光方法。
12. The fine pattern is sandwiched between the two element patterns in the periodic pattern, and the one pattern has a size in the arrangement direction of the periodic pattern that is equal to the two element patterns. 11. The exposure method according to claim 10, wherein the distance is smaller than the distance.
【請求項13】前記周期的なパターンは、補助的なパタ
ーンが近接して形成される前記微細パターンを含むこと
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光
方法。
13. The exposure method according to claim 1, wherein the periodic pattern includes the fine pattern in which an auxiliary pattern is formed close to the periodic pattern.
【請求項14】前記複数のパターンは、互いに周期又は
方向性が異なる2つの周期的なパターンを含むことを特
徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の露光方
法。
14. The exposure method according to claim 1, wherein the plurality of patterns include two periodic patterns having different periods or directions from each other.
【請求項15】前記2つの周期的なパターンは、前記感
光基板上でその配列方向が交差するように重ね合わされ
ることを特徴とする請求項14に記載の露光方法。
15. The exposure method according to claim 14, wherein the two periodic patterns are overlapped on the photosensitive substrate so that their arrangement directions cross each other.
【請求項16】前記2つの周期的なパターンの配列方向
はほぼ直交することを特徴とする請求項15に記載の露
光方法。
16. The exposure method according to claim 15, wherein the arrangement directions of the two periodic patterns are substantially orthogonal.
【請求項17】前記2つの周期的なパターンはそれぞれ
2つの要素パターンに挟まれた要素パターン同士が部分
的に重ね合わされることを特徴とする請求項15又は1
6に記載の露光方法。
17. The device according to claim 15, wherein each of the two periodic patterns is formed by partially overlapping element patterns sandwiched between two element patterns.
7. The exposure method according to 6.
【請求項18】前記2つの周期的なパターンの一方は、
前記2つの周期的なパターンの他方の配列方向に関する
大きさが、前記他方の周期的なパターン中で前記一方の
周期的なパターンと重ね合わされる要素パターンを挟ん
で配置される2つの要素パターンの間隔よりも小さいこ
とを特徴とする請求項17に記載の露光方法。
18. One of said two periodic patterns is:
The size of the two periodic patterns in the other array direction is the size of the two element patterns arranged with the element pattern overlapped with the one periodic pattern in the other periodic pattern. 18. The exposure method according to claim 17, wherein the distance is smaller than the interval.
【請求項19】前記微細パターンとなる前記特定部分以
外で、前記複数のパターンが重なる未露光部分に前記照
明光を照射することを特徴とする請求項2に記載の露光
方法。
19. The exposure method according to claim 2, wherein the illumination light is applied to an unexposed portion where the plurality of patterns overlap except for the specific portion which becomes the fine pattern.
【請求項20】前記未露光部分に前記照明光を照射する
とき、前記複数のパターンの1つを前記特定部分に重ね
合わせて、前記特定部分への前記照明光の到達を阻止す
ることを特徴とする請求項19に記載の露光方法。
20. When irradiating the unexposed portion with the illumination light, one of the plurality of patterns is superimposed on the specific portion to prevent the illumination light from reaching the specific portion. The exposure method according to claim 19, wherein
【請求項21】前記微細パターンは、互いに周期又は方
向性が異なる2つの周期的なパターンを部分的に重ね合
わせて形成することを特徴とする請求項19又は20に
記載の露光方法。
21. The exposure method according to claim 19, wherein the fine pattern is formed by partially overlapping two periodic patterns having different periods or directions.
【請求項22】前記所定面上で前記中心部の外側に分布
する照明光は、前記周期的なパターンの微細度に応じた
角度だけ、前記照明光学系の光軸に関して傾いて前記マ
スクに照射されることを特徴とする請求項1〜21のい
ずれか一項に記載の露光方法。
22. Illumination light distributed outside the central portion on the predetermined surface illuminates the mask while being inclined with respect to the optical axis of the illumination optical system by an angle corresponding to the fineness of the periodic pattern. The exposure method according to any one of claims 1 to 21, wherein the exposure is performed.
【請求項23】前記照明光の照射によって前記周期的な
パターンから発生する0次回折光と他の回折光とは、前
記投影光学系内の前記マスクのパターン面に対するフー
リエ変換面上でその光軸からほぼ等距離の位置を通過す
ることを特徴とする請求項22に記載の露光方法。
23. The 0th-order diffracted light and other diffracted light generated from the periodic pattern by the irradiation of the illumination light have their optical axes on a Fourier transform plane with respect to the pattern plane of the mask in the projection optical system. 23. The exposure method according to claim 22, wherein the light passes through a position that is substantially equidistant from.
【請求項24】前記照明光学系の光軸にほぼ沿って進む
照明光は前記マスクへの入射が阻止されることを特徴と
する請求項22又は23に記載の露光方法。
24. The exposure method according to claim 22, wherein illumination light traveling substantially along the optical axis of the illumination optical system is prevented from entering the mask.
【請求項25】前記照明光は、前記所定面上での光量分
布が前記照明光学系の光軸から偏心した局所領域内で高
められることを特徴とする請求項1〜21のいずれか一
項に記載の露光方法。
25. The illumination light according to claim 1, wherein a light amount distribution on the predetermined surface is enhanced in a local region decentered from an optical axis of the illumination optical system. Exposure method according to 1.
【請求項26】前記光量分布は、前記照明光学系の光軸
からの距離がほぼ等しい複数の局所領域内でそれぞれ高
められることを特徴とする請求項25に記載の露光方
法。
26. The exposure method according to claim 25, wherein the light quantity distribution is increased in each of a plurality of local regions having substantially equal distances from the optical axis of the illumination optical system.
【請求項27】前記局所領域から射出される光束の照射
によって前記周期的なパターンから発生する0次回折光
と他の回折光とが、前記投影光学系内の前記マスクのパ
ターンに対するフーリエ変換面上でその光軸からほぼ等
距離の位置を通過するように、前記所定面上での前記局
所領域の位置が調整されることを特徴とする請求項25
又は26に記載の露光方法。
27. A zero-order diffracted light and another diffracted light generated from the periodic pattern by irradiation of a light flux emitted from the local area are formed on a Fourier transform plane with respect to the mask pattern in the projection optical system. 26. The position of the local area on the predetermined surface is adjusted so as to pass through a position substantially equidistant from the optical axis.
Or the exposure method according to 26.
【請求項28】前記他の回折光は±1次回折光の一方で
あることを特徴とする請求項23又は27に記載の露光
方法。
28. The exposure method according to claim 23, wherein the other diffracted light is one of ± first-order diffracted lights.
【請求項29】前記複数の局所領域のうち第1局所領域
から射出される第1光束の照射によって前記周期的なパ
ターンから発生する第1回折光と、前記第1局所領域と
異なる第2局所領域から射出される第2光束の照射によ
って前記周期的なパターンから発生する、前記第1回折
光と次数が異なる第2回折光とは、前記投影光学系内の
第1光路を通って前記感光基板上に照射されることを特
徴とする請求項26に記載の露光方法。
29. A first diffracted light generated from the periodic pattern by irradiation of a first light beam emitted from a first local area of the plurality of local areas, and a second local area different from the first local area. The second diffracted light having a different order from the first diffracted light, which is generated from the periodic pattern by the irradiation of the second light flux emitted from the region, passes through the first optical path in the projection optical system and is exposed to the light. The exposure method according to claim 26, wherein the light is irradiated onto the substrate.
【請求項30】前記第1光束の照射によって前記周期的
なパターンから発生する、前記第1回折光と次数が異な
る第3回折光と、前記第2光束の照射によって前記周期
的なパターンから発生する、前記第2回折光と次数が異
なる第4回折光とは、前記投影光学系内で前記第1光路
と異なる第2光路を通って前記感光基板上に照射される
ことを特徴とする請求項29に記載の露光方法。
30. A third diffracted light having an order different from that of the first diffracted light, which is generated from the periodic pattern by the irradiation of the first light flux, and a third diffracted light generated by the irradiation of the second light flux from the periodic pattern. The fourth diffracted light having a different order from the second diffracted light is irradiated on the photosensitive substrate through a second optical path different from the first optical path in the projection optical system. Item 30. An exposure method according to Item 29.
【請求項31】前記第1及び第2光路は、前記投影光学
系内の前記マスクのパターンに対するフーリエ変換面上
でその光軸からの距離がほぼ等しいことを特徴とする請
求項30に記載の露光方法。
31. The apparatus according to claim 30, wherein the first and second optical paths have substantially the same distance from the optical axis on a Fourier transform plane with respect to the mask pattern in the projection optical system. Exposure method.
【請求項32】前記第1及び第4回折光は0次回折光で
あることを特徴とする請求項30に記載の露光方法。
32. The exposure method according to claim 30, wherein the first and fourth diffracted lights are zero-order diffracted lights.
【請求項33】前記第2及び第3回折光は1次回折光で
あることを特徴とする請求項32に記載の露光方法。
33. The exposure method according to claim 32, wherein the second and third diffracted lights are first-order diffracted lights.
【請求項34】前記光量分布は、前記周期的なパターン
の配列方向に沿って並ぶ一対の局所領域内でそれぞれ高
められることを特徴とする請求項25又は26に記載の
露光方法。
34. The exposure method according to claim 25, wherein the light quantity distribution is increased in each of a pair of local regions arranged along the direction in which the periodic patterns are arranged.
【請求項35】前記照明光は、前記所定面上での光量分
布がほぼ輪帯状の特定領域内で高められることを特徴と
する請求項1〜21のいずれか一項に記載の露光方法。
35. The exposure method according to claim 1, wherein a light amount distribution of the illumination light on the predetermined surface is increased in a substantially annular specific region.
【請求項36】前記特定領域から射出する照明光の開口
数と前記投影光学系の開口数との比が0.6〜0.8程
度となるように前記特定領域の外径が定められることを
特徴とする請求項35に記載の露光方法。
36. An outer diameter of the specific area is determined so that a ratio of a numerical aperture of illumination light emitted from the specific area to a numerical aperture of the projection optical system is about 0.6 to 0.8. The exposure method according to claim 35, wherein:
【請求項37】前記特定領域から射出する照明光の開口
数と前記投影光学系の開口数との比が0.3〜0.6程
度となるように前記特定領域の内径が定められることを
特徴とする請求項35又は36に記載の露光方法。
37. An inner diameter of the specific area is determined so that a ratio of a numerical aperture of illumination light emitted from the specific area to a numerical aperture of the projection optical system is about 0.3 to 0.6. The exposure method according to claim 35 or 36, characterized in that:
【請求項38】前記複数のパターンは同一のマスクに形
成され、前記多重露光時に前記感光基板上で前記複数の
パターンが重ね合わされるように前記マスクと前記感光
基板との相対位置関係が調整されることを特徴とする請
求項1〜4のいずれか一項に記載の露光方法。
38. The plurality of patterns are formed on the same mask, and the relative positional relationship between the mask and the photosensitive substrate is adjusted so that the plurality of patterns are overlapped on the photosensitive substrate during the multiple exposure. The exposure method according to claim 1, wherein:
【請求項39】照明光学系を通してマスクに照明光を照
射し、投影光学系を介して前記照明光で感光基板を露光
する方法において、 前記感光基板上に微細パターンを形成するために、前記
微細パターンの近傍にダミーパターンを設けた第1パタ
ーンに前記照明光を照射して前記感光基板を露光すると
ともに、前記感光基板上で前記ダミーパターンの転写像
が形成される所定領域に前記照明光を照射することを特
徴とする露光方法。
39. A method of irradiating a mask with illumination light through an illumination optical system and exposing a photosensitive substrate with the illumination light through a projection optical system, wherein the fine pattern is formed on the photosensitive substrate. A first pattern having a dummy pattern provided in the vicinity of the pattern is irradiated with the illumination light to expose the photosensitive substrate, and the illumination light is applied to a predetermined area where a transfer image of the dummy pattern is formed on the photosensitive substrate. An exposure method characterized by irradiating.
【請求項40】前記所定領域への前記照明光の照射時、
前記感光基板上で前記微細パターンが形成される領域へ
の前記照明光の照射を阻止するために、前記微細パター
ンに第2パターンを重ね合わせることを特徴とする請求
項39に記載の露光方法。
40. When irradiating the predetermined area with the illumination light,
40. The exposure method according to claim 39, wherein a second pattern is superimposed on the fine pattern in order to prevent irradiation of the illumination light on a region where the fine pattern is formed on the photosensitive substrate.
【請求項41】前記第1パターンに照射される前記照明
光は、前記照明光学系内で前記マスクのパターン面に対
してほぼフーリエ変換の関係となる所定面上での光量分
布が中心部よりもその外側で高められることを特徴とす
る請求項39又は40に記載の露光方法。
41. The illumination light applied to the first pattern has a light amount distribution on a predetermined surface which is substantially Fourier-transformed with respect to a pattern surface of the mask in the illumination optical system. 41. The exposure method according to claim 39, wherein the temperature is also increased outside of the area.
【請求項42】前記光量分布は、前記所定面上の輪帯状
領域、又は前記照明光学系の光軸から偏心した局所領域
内で高められることを特徴とする請求項41に記載の露
光方法。
42. The exposure method according to claim 41, wherein the light quantity distribution is enhanced in an annular area on the predetermined surface or in a local area decentered from the optical axis of the illumination optical system.
【請求項43】前記微細パターンは孤立パターンである
ことを特徴とする請求項35〜42のいずれか一項に記
載の露光方法。
43. The exposure method according to claim 35, wherein the fine pattern is an isolated pattern.
【請求項44】投影光学系を介して感光基板上に微細パ
ターンを形成するために、前記感光基板の多重露光に使
用されるマスクであって、 前記微細パターンをその一部に含む周期的な第1パター
ンと、前記感光基板上で前記第1パターンの一部に重ね
合わされる第2パターンとが形成され、前記第1及び第
2パターンを用いた前記感光基板の多重露光時、前記第
1パターンの一部に前記第2パターンが重ね合わされる
ことを特徴とするマスク。
44. A mask used for multiple exposure of the photosensitive substrate for forming a fine pattern on the photosensitive substrate via a projection optical system, the mask comprising a periodic pattern including the fine pattern in a part thereof. A first pattern and a second pattern superposed on a part of the first pattern are formed on the photosensitive substrate, and the first pattern is formed by multiple exposure of the photosensitive substrate using the first and second patterns. A mask, wherein the second pattern is superimposed on a part of the pattern.
【請求項45】前記第2パターンは、前記第1パターン
を構成する複数の要素パターンの1つを包含するように
重ね合わされ、前記1つの要素パターンが前記微細パタ
ーンとして形成されることを特徴とする請求項44に記
載のマスク。
45. The method according to claim 45, wherein the second pattern is overlapped so as to include one of a plurality of element patterns constituting the first pattern, and the one element pattern is formed as the fine pattern. 45. The mask according to claim 44.
【請求項46】前記複数の要素パターンはそれぞれ前記
微細パターンと同一であることを特徴とする請求項45
に記載のマスク。
46. The device according to claim 45, wherein each of the plurality of element patterns is the same as the fine pattern.
The mask according to 1.
【請求項47】前記第2パターンは、前記第1パターン
を構成する複数の要素パターンの1つと交差するように
重ね合わされ、前記交差部が前記微細パターンとして形
成されることを特徴とする請求項44に記載のマスク。
47. The apparatus according to claim 47, wherein the second pattern is overlapped with one of a plurality of element patterns constituting the first pattern so as to intersect, and the intersection is formed as the fine pattern. 44. The mask according to 44.
【請求項48】前記第2パターンは周期的なパターンで
あり、両端以外の1つの要素パターンが前記第1パター
ンの一部と重なることを特徴とする請求項47に記載の
マスク。
48. The mask according to claim 47, wherein said second pattern is a periodic pattern, and one element pattern other than both ends overlaps a part of said first pattern.
【請求項49】投影光学系を介して感光基板上に微細パ
ターンを形成するために、前記感光基板の多重露光に使
用されるマスクであって、 前記微細パターンの近傍にダミーパターンを設けた第1
パターンと、前記第1パターンと形状が異なる第2パタ
ーンとが形成され、前記第2パターンは、前記感光基板
上で前記微細パターンに重ね合わされることを特徴とす
るマスク。
49. A mask used for multiple exposure of the photosensitive substrate for forming a fine pattern on the photosensitive substrate via a projection optical system, wherein a mask provided with a dummy pattern near the fine pattern is provided. 1
A mask, wherein a pattern and a second pattern having a shape different from the first pattern are formed, and the second pattern is superimposed on the fine pattern on the photosensitive substrate.
【請求項50】前記ダミーパターンは前記微細パターン
を挟んでその両端にそれぞれ形成されることを特徴する
請求項49に記載のマスク。
50. The mask according to claim 49, wherein said dummy pattern is formed at both ends of said fine pattern.
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