JP3090754B2 - Projection exposure equipment - Google Patents

Projection exposure equipment

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JP3090754B2
JP3090754B2 JP04007835A JP783592A JP3090754B2 JP 3090754 B2 JP3090754 B2 JP 3090754B2 JP 04007835 A JP04007835 A JP 04007835A JP 783592 A JP783592 A JP 783592A JP 3090754 B2 JP3090754 B2 JP 3090754B2
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projection
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壮一 井上
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    • 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
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路の製造
に要する微細レジストパターンを形成する投影露光装置
に係わり、特に焦点深度が最大となるように光学系を最
適化した投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for forming a fine resist pattern required for manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a projection exposure apparatus in which an optical system is optimized so that the depth of focus is maximized.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、光リソグラフィ技術の進歩は目覚
ましく、g線(436nm)やi線(365nm)の投
影露光装置では、0.5μmルールも実現できる可能性
が出てきた。これは、投影露光装置の高性能化、特にレ
ンズのNA化が進んだことによる。しかし、次世代の
0.3μmルールも今までの延長で達成できるかは疑問
である。レンズの高NA化や、露光光の短波長化により
解像度は向上するが、焦点深度は低下するため実用解像
度はあまり向上しない。従って、焦点深度の向上技術の
開発が望まれている。
2. Description of the Related Art In recent years, the progress of optical lithography has been remarkable, and there is a possibility that a 0.5 μm rule can be realized in a g-line (436 nm) or i-line (365 nm) projection exposure apparatus. This is because the performance of the projection exposure apparatus has been improved, and in particular, the NA of the lens has been increased. However, it is doubtful that the 0.3 μm rule of the next generation can be achieved with the extension up to now. Although the resolution is improved by increasing the NA of the lens and shortening the wavelength of the exposure light, the practical resolution is not significantly improved because the depth of focus is reduced. Therefore, development of a technology for improving the depth of focus is desired.

【0003】図25に、従来一般的に用いられている投
影露光装置の概略構成を示す。この図において、1は水
銀灯からなるランプ、2は楕円反射鏡、3は楕円反射鏡
2の第2焦点、4はインプットレンズ、5はオプチカル
インテグレータ(はえの目レンズ)、6はアウトプット
レンズ、7はコリメーションレンズ、8はレチクル(マ
スク)、9は均一絞りとしての開口絞り、10は光学系
が収差補正されている波長の光だけを通すためのフィル
タ、11,12は光路を曲げて装置の高さを低くするコ
ールドミラー、13はランプハウス、14はレンズ,ミ
ラー或いはその組み合わせによりレチクル8上のパター
ンの像をウエハ上に投影する投影光学系、15はウエ
ハ、16は開口数を決定する絞りである。
FIG. 25 shows a schematic configuration of a conventional projection exposure apparatus generally used. In this figure, 1 is a lamp composed of a mercury lamp, 2 is an elliptical reflecting mirror, 3 is a second focal point of the elliptical reflecting mirror 2, 4 is an input lens, 5 is an optical integrator (fly-eye lens), 6 is an output lens, 7 is a collimation lens, 8 is a reticle (mask), 9 is an aperture stop as a uniform stop, 10 is a filter for passing only light of a wavelength whose optical system is aberration-corrected, and 11 and 12 are optical path bending devices. Cold mirror for lowering the height of the lens, 13 is a lamp house, 14 is a projection optical system for projecting a pattern image on the reticle 8 onto a wafer by a lens, mirror or a combination thereof, 15 is a wafer, and 16 is a numerical aperture It is an aperture to do.

【0004】従来の投影露光装置の基本構成は、図25
に示した以外にも多数あるが、模式的には図26(a)
に示すように、光源1,第1集光光学系18,均一化光
学系19,第2集光光学系20,レチクル8,投影光学
系14,ウエハ15の順に配列されている。第1集光光
学系18は、図25の例で楕円反射鏡2及びインプット
レンズ4に相当する部分であり、楕円鏡のほか球面鏡,
平面鏡,レンズ等を適当に配置し、光源から出る光束を
できるだけ効率良く均一化光学系19に入れる役目を持
つ。また、均一化光学系19は図25のオプチカルイン
テグレータ5に相当する部分であり、その他として光フ
ァイバや多面体プリズム等が使用されることもある。
The basic structure of a conventional projection exposure apparatus is shown in FIG.
26, there are many other than those shown in FIG.
1, a light source 1, a first condensing optical system 18, a uniforming optical system 19, a second condensing optical system 20, a reticle 8, a projection optical system 14, and a wafer 15 are arranged in this order. The first condensing optical system 18 is a part corresponding to the elliptical reflecting mirror 2 and the input lens 4 in the example of FIG.
A plane mirror, a lens, and the like are appropriately arranged, and have a role of allowing the light beam emitted from the light source to enter the uniforming optical system 19 as efficiently as possible. The homogenizing optical system 19 is a part corresponding to the optical integrator 5 in FIG. 25, and an optical fiber, a polyhedral prism, or the like may be used as the other components.

【0005】第2集光光学系20は、図25のアウトプ
ットレンズ6及びコリメーションレンズ7に相当する部
分であり、均一化光学系19の出射光を重畳させ、さら
に像面テレセントリック性を確保する。この他、光束が
光軸平行に近い個所に図25のフィルタ10に相当する
フィルタが挿入され、またコールドミラー11,12に
相当する反射鏡も、場所は一義的でないが挿入される。
The second condensing optical system 20 is a portion corresponding to the output lens 6 and the collimating lens 7 in FIG. 25, superimposes the light emitted from the uniformizing optical system 19, and further secures the image plane telecentricity. In addition, a filter corresponding to the filter 10 of FIG. 25 is inserted at a position where the light beam is close to the optical axis parallel, and a reflecting mirror corresponding to the cold mirrors 11 and 12 is also inserted, although the location is not unique.

【0006】このように構成された装置においてレチク
ル8から光が来る側を見た場合、光の性質は、第2集光
光学系20を通して均一化光学系19から出てくる光の
性質となり、均一化光学系19の出射側が見掛け上の光
源に見える。このため、上記のような構成の場合、一般
に均一化光学系19の出射側24を2次光源と称してい
る。レチクル8がウエハ15上に投影されるとき、投影
露光パターンの形成特性、即ち解像度や焦点深度等は、
投影光学系14の開口数及びレチクル8を照射する光の
性状、即ち2次光源24の性状によって決まる。
When the light coming from the reticle 8 is viewed from the apparatus having the above-described configuration, the nature of the light becomes the nature of the light coming out of the homogenizing optical system 19 through the second condensing optical system 20. The exit side of the homogenizing optical system 19 appears as an apparent light source. For this reason, in the case of the above configuration, the exit side 24 of the homogenizing optical system 19 is generally called a secondary light source. When the reticle 8 is projected onto the wafer 15, the formation characteristics of the projection exposure pattern, that is, the resolution and the depth of focus,
It is determined by the numerical aperture of the projection optical system 14 and the properties of the light irradiating the reticle 8, that is, the properties of the secondary light source 24.

【0007】図26(b)は同図(a)に示した投影露
光装置におけるレチクル照明光線,結像光線に関する説
明図である。図26(b)において、投影光学系14は
通常内部に開口絞り16を有しており、レチクル8を通
った光が通過し得る角度θaを規制すると共に、ウエハ
15上に落射する光線の角度θを決めている。
FIG. 26B is an explanatory diagram relating to a reticle illumination light beam and an image forming light beam in the projection exposure apparatus shown in FIG. In FIG. 26B, the projection optical system 14 usually has an aperture stop 16 inside, and regulates the angle θa through which the light passing through the reticle 8 can pass, and the angle of the light beam falling on the wafer 15. θ is determined.

【0008】一般に、投影光学系の開口数NAと称して
いるのは、NA=sinθで定義される角度であり、投
影倍率を1/mとすると、sinθa=sinθ/mの
関係にある。また、この種の装置においては「像面テレ
セントリック」、即ち像面に落ちる主光線が像面に垂直
に構成されるのが普通であり、この「像面テレセントリ
ック」の条件を満たすため、図26(a)の均一化光学
系19の出射面、即ち2次光源24の光源面の実像が開
口絞り16の位置に結像される。
Generally, the numerical aperture NA of a projection optical system is an angle defined by NA = sin θ, and when the projection magnification is 1 / m, the relationship is sin θa = sin θ / m. In this type of apparatus, it is common that the image plane telecentric, that is, the principal ray falling on the image plane is formed perpendicular to the image plane. In order to satisfy the condition of this "image plane telecentric", FIG. A real image of the exit surface of the homogenizing optical system 19, that is, the light source surface of the secondary light source 24 in FIG.

【0009】このような条件下でレチクル8から第2集
光光学系20を通して2次光源面を見た時の立体角をレ
チクル8に入射する光の範囲してとらえ、その半角をφ
とし照明光のコヒーレンシイσをσ=sinφ/sin
θaで定義した場合、パターン形成特性はNAとσで決
定せられるものと考えていた。
Under these conditions, a solid angle when the secondary light source surface is viewed from the reticle 8 through the second condensing optical system 20 is taken as a range of light incident on the reticle 8, and a half angle thereof is φ.
And the coherency σ of the illumination light is σ = sinφ / sin
When defined by θa, it was considered that the pattern formation characteristics were determined by NA and σ.

【0010】次に、NA及びσとパターン形成特性との
関連について詳細に説明する。NAが大きい程解像度は
上がるが、焦点深度が浅くなり、また投影光学系14の
収差のため広露光領域の確保が難しくなる。ある程度の
露光領域と焦点深度(例えば10mm角、±1μm)がな
いと実際のLSI製造等の用途に使えないため、従来の
装置ではNA=0.35程度が限界となっている。一
方、σ値は主としてパターン断面形状,焦点深度に関係
し、断面形状と相関を持って解像度に関与する。σ値が
小さくなるとパターンの淵が強調されるため、断面形状
は側壁が垂直に近づいて良好なパターン形状となるが、
細かいパターンでの解像性が悪くなり解像し得る焦点範
囲が狭くなる。逆に、σ値が大きいと細かいパターンで
の解像性,解像し得る焦点範囲が若干良くなるが、パタ
ーン断面の側壁傾斜がゆるく、厚いレジストの場合、断
面形状は台形ないし三角形となる。このため、従来の投
影露光装置では、比較的バランスのとれたσ値として、
σ=0.5〜0.7に固定設定されており、実験的にσ
=0.3等の条件が試みられているにすぎない。σ値を
設定するには2次光源24の光源面の大きさを決めれば
良いため、一般に2次光源24の光源面の直後にσ値設
定用の円形開口絞り9を置いている。
Next, the relationship between NA and σ and the pattern forming characteristics will be described in detail. The larger the NA, the higher the resolution, but the shallower the depth of focus, and it becomes difficult to secure a wide exposure area due to the aberration of the projection optical system 14. Without a certain exposure area and a certain depth of focus (for example, 10 mm square, ± 1 μm), it cannot be used for actual LSI manufacturing and the like, so that the conventional apparatus has a limit of about NA = 0.35. On the other hand, the σ value is mainly related to the pattern cross-sectional shape and the depth of focus, and is related to the resolution in correlation with the cross-sectional shape. When the σ value is small, the edge of the pattern is emphasized, so the cross-sectional shape becomes a good pattern shape with the side wall approaching perpendicular,
The resolution of a fine pattern deteriorates, and the focus range that can be resolved is narrowed. Conversely, when the σ value is large, the resolution in a fine pattern and the focus range that can be resolved are slightly improved. However, in the case of a thick resist, the cross section of the pattern is trapezoidal or triangular in the case where the pattern cross section is inclined slowly. For this reason, in a conventional projection exposure apparatus, a relatively balanced σ value is
σ is fixedly set to 0.5 to 0.7, and σ is experimentally
= 0.3 and the like are only being attempted. Since the size of the light source surface of the secondary light source 24 can be determined to set the σ value, the circular aperture stop 9 for setting the σ value is generally placed immediately after the light source surface of the secondary light source 24.

【0011】このような一般的な投影露光装置の焦点深
度を向上させる1つの方法として、投影露光装置の2次
光源の強度分布を周辺部強度が中央部強度より大とせし
める特殊絞りを挿入する輪帯照明露光法がある(特開昭
61−91662号公報)。即ち、図25のσ値設定用
円形開口絞り9の代わりに図27に示すフィルタを挿入
する。図27(a)に示すフィルタによって得られる焦
点深度向上効果をシミュレーションによって評価した。
図28はマスクパターンサイズに対する焦点深度を示し
ており、輪帯照明フィルタの中心遮蔽率ε依存性を示し
ている。中心遮蔽率とは、図27(a)(d)の輪帯フ
ィルタの外周円半径r1 と内周円半径r2 により、ε=
2 /r1 で示される。露光装置のNAは0.54,コ
ヒーレンスファクタは0.5,露光波長は436nm(g
線)である。εが大きいほど限界解像度及び焦点深度の
向上効果が大きいことが判る。
As one method of improving the depth of focus of such a general projection exposure apparatus, a special stop is inserted to make the intensity distribution of the secondary light source of the projection exposure apparatus higher at the peripheral portion than at the central portion. There is a ring illumination exposure method (JP-A-61-91662). That is, the filter shown in FIG. 27 is inserted instead of the circular aperture stop 9 for setting the σ value in FIG. The effect of improving the depth of focus obtained by the filter shown in FIG. 27A was evaluated by simulation.
FIG. 28 shows the depth of focus with respect to the mask pattern size, and shows the dependency of the annular illumination filter on the center occlusion ratio ε. The central shielding ratio is obtained by the following equation: ε = ε = R 1 and R 2 of the annular filter shown in FIGS.
represented by r 2 / r 1. The NA of the exposure apparatus is 0.54, the coherence factor is 0.5, and the exposure wavelength is 436 nm (g
Line). It can be seen that the larger the ε, the greater the effect of improving the critical resolution and the depth of focus.

【0012】しかしながら、実際の2次光源は前記はえ
の目レンズの射出面上に構成され、空間的にディスクリ
ートであるため、εをあまり大きくする(輪帯を細くす
る)と輪帯絞りを光が通過できなくなる。従って、通常
はε=0.5〜0.7程度にする。すると、図28から
分かるように焦点深度向上効果は最大でも13%程度と
小さくなってしまう。また図28は、焦点深度向上効果
のパターンサイズ依存性が著しいことも示しており、パ
ターンサイズ0.6〜0.9μmでは焦点深度向上効果
が認められるが、0.9μm以上ではかえって悪くなっ
ている。さらにまた、図27(b)のような透過率に分
布を有する輪帯絞りに関しては具体的な透過率の決定方
法については記載されていない。
However, since the actual secondary light source is formed on the exit surface of the fly-eye lens and is spatially discrete, if ε is made too large (the annular zone is made thin), the annular aperture stop is increased. Light cannot pass through. Therefore, ε is usually set to about 0.5 to 0.7. Then, as can be seen from FIG. 28, the effect of improving the depth of focus is reduced to about 13% at the maximum. FIG. 28 also shows that the effect of improving the depth of focus on the pattern size is remarkable. The effect of improving the depth of focus is recognized when the pattern size is 0.6 to 0.9 μm, but becomes worse when the pattern size is 0.9 μm or more. I have. Further, with respect to the annular diaphragm having a transmittance distribution as shown in FIG. 27B, no specific method for determining the transmittance is described.

【0013】また、投影露光装置の焦点深度を向上させ
る他の方法として、投影露光装置の瞳に空間周波数フィ
ルタを挿入するスーパーフレックス法がある(第38回
応用物理学関係連合講演会講演予稿集,29a−ZC−
8)。これによると、光軸方向の異なる位置z=±βに
結像し、各々位相の±Δφずれた2つの像の振幅を合成
すると、(1) 多重結像(FLEX)効果による焦点深度
増大と、(2) パターンエッジにおける位相の打ち消し合
いによる疑似位相シフト効果、が同時に得られる。横
(x)方向及び光軸(z)方向の振幅分布をU(x,
z)とすると、このような合成振幅は、 U′(x,z)=[exp(iΔφ)U(x,z−β) +exp(−iΔφ)U(x,z+β)]/2 で与えられる。この振幅は、投影レンズ瞳(開口)に、
次式で表される複素振幅透過率の半径方向分布を持つ空
間フィルタを設けることにより得られるものに等しい。
As another method for improving the depth of focus of a projection exposure apparatus, there is a superflex method in which a spatial frequency filter is inserted into the pupil of the projection exposure apparatus. , 29a-ZC-
8). According to this, when images are formed at different positions z = ± β in the optical axis direction and the amplitudes of the two images each having a phase shift of ± Δφ are combined, (1) an increase in the depth of focus due to the multiple imaging (FLEX) effect And (2) a pseudo phase shift effect due to cancellation of phases at the pattern edge can be obtained at the same time. The amplitude distribution in the horizontal (x) direction and the optical axis (z) direction is represented by U (x,
z), such a composite amplitude is given by U ′ (x, z) = [exp (iΔφ) U (x, z−β) + exp (−iΔφ) U (x, z + β)] / 2 . This amplitude is applied to the projection lens pupil (aperture)
This is equivalent to that obtained by providing a spatial filter having a radial distribution of complex amplitude transmittance represented by the following equation.

【0014】 t(r)=cos(2πβr2 −θ/2)、 (但し、θ=2Δφ−8πβ/NA2 ) βとθを適当に選択すると、2つの像の間の結像面間距
離と干渉効果(又は空間周波数伝達特性)を任意に制御
することができる。
T (r) = cos (2πβr 2 −θ / 2) (where θ = 2Δφ−8πβ / NA 2 ) If β and θ are appropriately selected, the distance between the imaging planes between the two images And the interference effect (or the spatial frequency transfer characteristic) can be arbitrarily controlled.

【0015】この手法では投影光学系の内部にある瞳に
透過率が小さいフィルタを挿入するために、フィルタが
露光光を吸収して熱となり、光学系が熱膨張を起こし転
写精度を劣化させるというデメリットが生じる。また、
図29に示すように焦点深度向上効果のパターンサイズ
に対する依存性が大きいという問題をも有している。図
29の横軸はマスクパターンサイズをλ/NAで規格化
した値を、縦軸はフォーカスマージンをλ/NA2 にて
規格化した値を示している。像面上でのパターンコント
ラスト60%以上を確保するフォーカスマージンで見る
と、パターンサイズ0.8(規格化寸法)以上では通常
の露光法の方がフォーカスマージンが大きくなってしま
う。
In this method, since a filter having a small transmittance is inserted into a pupil inside the projection optical system, the filter absorbs exposure light and becomes heat, and the optical system causes thermal expansion and deteriorates transfer accuracy. There are disadvantages. Also,
As shown in FIG. 29, there is also a problem that the effect of increasing the depth of focus greatly depends on the pattern size. The abscissa of FIG. 29 indicates a value obtained by standardizing the mask pattern size by λ / NA, and the ordinate indicates a value obtained by standardizing the focus margin by λ / NA 2 . When viewed from a focus margin that secures a pattern contrast of 60% or more on the image plane, the focus margin becomes larger in a normal exposure method when the pattern size is 0.8 (standardized dimension) or more.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記に示した2つの焦
点深度向上のための手法は、それぞれ次のような問題点
を有している。即ち、輪帯照明露光法においては、 (1) 実際の2次光源の構成を考慮すると、焦点深度向上
効果が高々13%と小さい。 (2) 図29に示すように、焦点深度向上効果のパターン
サイズに対する依存性が大きい。 (3) 図27(b)のような透過率に分布を有する輪帯絞
りに関しては、具体的な透過率の決定方法については記
載されていない、 という3つの問題点を有している。
The above two techniques for improving the depth of focus have the following problems, respectively. That is, in the annular illumination exposure method, (1) when considering the actual configuration of the secondary light source, the effect of improving the depth of focus is as small as 13% at most. (2) As shown in FIG. 29, the effect of the depth of focus improvement on the pattern size is large. (3) The annular diaphragm having the transmittance distribution as shown in FIG. 27B has three problems that no specific method for determining the transmittance is described.

【0017】また、スーパーフレックス法においては、 (1) フィルタが露光光を吸収して熱となり、光学系が熱
膨張を起こし転写精度を劣化させる。 (2) 図29に示すように焦点深度向上効果のパターンサ
イズに対する依存性が大きい、 という2つの問題を有している。
Further, in the superflex method, (1) the filter absorbs the exposure light and turns into heat, and the optical system causes thermal expansion to deteriorate the transfer accuracy. (2) As shown in FIG. 29, there is a two problem that the depth of focus improvement effect largely depends on the pattern size.

【0018】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、投影光学系の開口数と
2次光源の大きさが与えられたときに、上記問題を解決
して焦点深度を最適化することができ、露光精度の向上
をはかり得る投影露光装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and has as its object to solve the above problem when the numerical aperture of the projection optical system and the size of the secondary light source are given. It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus which can optimize the depth of focus and improve the exposure accuracy.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では次のような構成を採用している。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.

【0020】[0020]

【0021】即ち本発明は、マスクのパターンを投影光
学系を介してウエハ上に投影露光する投影露光装置にお
いて、所望するパターンサイズに応じて焦点深度が最大
となるように、マスクを照明する2次光源として、該光
源の射出面内強度分布を中央部より周辺部の方で大とせ
しめる特殊絞りを設け、且つ投影光学系の瞳面に、光の
透過率を変えることなしに、該瞳面を通過する光に対し
光軸を中心とする半径方向に沿って光学的光路長を変化
せしめるフィルタを配置したものである。
That is, according to the present invention, in a projection exposure apparatus for projecting and exposing a mask pattern onto a wafer via a projection optical system, the mask is illuminated so that the depth of focus becomes maximum according to a desired pattern size. the next source, a special diaphragm allowed to large the exit surface in the intensity distribution of the light source in the direction of the peripheral portion than the central portion is provided, and on the pupil plane of the projection optical system, the light
A filter is provided for changing the optical path length of the light passing through the pupil plane along the radial direction centered on the optical axis without changing the transmittance .

【0022】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) フィルタは、投影光学系の瞳面の周辺部を通過する
光が、その他の部分を通過する光に対して相対的に光学
的光路長が長くなるようにするものである。 (2) フィルタは、投影光学系の瞳面の周辺部を通過する
光が、その他の部分を通過する光に対して相対的に光学
的光路長が短くなるようにするものである。 (3) フィルタは、投影光学系の瞳面の周辺部及び中央部
を通過する光が、その他の部分を通過する光に対して相
対的に光学的光路長が長くなるようにするものである。 (4) フィルタは、投影光学系の瞳面の周辺部及び中央部
を通過する光が、その他の部分を通過する光に対して相
対的に光学的光路長が短くなるようにするものである。 (5) 転写に用いるマスクを変える毎に、2次光源の射出
面内強度分布及び投影光学系の瞳関数複素振幅透過率分
布の少なくとも一つを再設定し、マスク毎に前記2次光
源強度分布及び投影光学系の瞳関数複素振幅透過率分布
の少なくとも一つを変化させる手段を有すること。
Here, as a preferred embodiment of the present invention,
The following are listed. (1) The filter passes through the periphery of the pupil plane of the projection optical system
Light is optical relative to light passing through other parts
The target optical path length is made longer. (2) The filter passes through the periphery of the pupil plane of the projection optical system
Light is optical relative to light passing through other parts
The objective optical path length is to be shortened. (3) The filter is located at the periphery and center of the pupil plane of the projection optical system.
Light passing through
In contrast, the optical path length is made longer. (4) The filter is located at the periphery and center of the pupil plane of the projection optical system.
Light passing through
On the other hand, the optical path length is shortened. (5) Each time the mask used for transfer is changed, the secondary light source is emitted
In-plane intensity distribution and complex amplitude transmittance of pupil function of projection optical system
Reset at least one of the cloths and use the secondary light for each mask.
Source intensity distribution and pupil function complex amplitude transmittance distribution of projection optics
Having means for changing at least one of the following.

【0023】[0023]

【0024】また本発明は、光源からの光を集光する第
1集光光学系と、この第1集光光学系で集光された光を
均一化する均一化光学系と、この均一化光学系で均一化
された光を集光してマスクに照射する第2集光光学系
と、マスクを透過した光をウェハ上に投影する投影光学
系とを具備し、マスクに形成されたパターンをウェハ上
に転写する投影露光装置において、均一化光学系の出射
側の2次光源として、該光源の射出面内強度分布を中央
部より周辺部の方で大とせしめる特殊絞りを設け、且つ
前記投影光学系の瞳面に、光の透過率を変えることなし
に、該瞳面の周辺部を通過する光に対し、その他の部分
を通過する光よりも位相の相対的な遅れ又は進みを発生
せしめるフィルタを配置し、2次光源の半径をLとする
とき、該2次光源の強度小なる中央部半径dがd≧0.
5Lを満たし、強度小なる中央部の強度lcが周辺部強
度lpに対してlc≦0.35×lpであり、且つ瞳面
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、r≦
6H/7の領域を通過する光の位相に対して相対的に1
30°以上の遅れ又は進みを発生せしめる領域がr>6
H/7の範囲内に存在する瞳関数としたことを特徴とす
る。
According to the present invention, there is provided a first light-collecting optical system for collecting light from a light source, a uniforming optical system for uniformizing light collected by the first light-collecting optical system, A second condensing optical system for condensing the light uniformized by the optical system and irradiating the mask with the light, and a projection optical system for projecting the light transmitted through the mask onto a wafer; In a projection exposure apparatus that transfers the light onto a wafer, as a secondary light source on the emission side of the uniformizing optical system, a special stop is provided that makes the intensity distribution in the emission surface of the light source larger in the peripheral part than in the central part, and No change in light transmittance on the pupil plane of the projection optical system
When a filter that generates a relative delay or advance of the phase with respect to light passing through the peripheral portion of the pupil plane than light passing through other portions is disposed, and the radius of the secondary light source is L The radius d of the central portion where the intensity of the secondary light source is small is d ≧ 0.
When 5L is satisfied and the intensity lc at the central portion where the intensity is small is lc ≦ 0.35 × lp with respect to the peripheral intensity lp, and the radius of the pupil plane is H, the radial coordinate r of the pupil is , R ≦
1 relative to the phase of light passing through the 6H / 7 region.
The region that causes a delay or advance of 30 ° or more is r> 6
The pupil function exists in the range of H / 7.

【0025】[0025]

【作用】本発明によれば、投影光学系の開口数と2次光
源の大きさが与えられた時に、投影光学系の2次光源動
径方向強度分布,マスクの複素振幅透過率分布及び投影
光学系の瞳関数動径方向複素振幅透過率分布の少なくと
も一つを、逐次近似法を用いて設定することによって、
所望するパターンサイズに応じた最適な焦点深度を実現
することが可能となる。
According to the present invention, when the numerical aperture of the projection optical system and the size of the secondary light source are given, the secondary light source radial intensity distribution of the projection optical system, the complex amplitude transmittance distribution of the mask, and the projection By setting at least one of the pupil function radial direction complex amplitude transmittance distribution of the optical system using a successive approximation method,
It is possible to realize an optimum depth of focus according to a desired pattern size.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の詳細を図示の実施例によって
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0027】図1は本発明の第1の実施例に係わる投影
露光装置を示す概略構成図である。図1において、1は
ランプ(光源)、2は楕円反射鏡、3は楕円反射鏡2の
第2焦点、4はインプットレンズ、5はオプチカルイン
テグレータ、6はアウトプットレンズ、7はコリメーシ
ョンレンズ、8はレチクル、9′は透過率に分布を有す
る特殊絞り、10はフィルタ、11,12はコールドミ
ラー、13はランプハウス、14はレンズ,ミラー或い
はその組み合わせによりレチクル8上のパターンの像を
ウエハ上に投影する投影光学系、15はウエハ、16′
は光路長に分布を有するフィルタである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a lamp (light source), 2 is an elliptical reflecting mirror, 3 is a second focal point of the elliptical reflecting mirror 2, 4 is an input lens, 5 is an optical integrator, 6 is an output lens, 7 is a collimation lens, and 8 is A reticle, 9 'is a special aperture having a distribution in transmittance, 10 is a filter, 11 and 12 are cold mirrors, 13 is a lamp house, 14 is a lens, a mirror, or a combination thereof, and an image of a pattern on the reticle 8 is formed on a wafer. Projection optical system for projecting, 15 is a wafer, 16 '
Is a filter having a distribution in the optical path length.

【0028】光源のランプ1として水銀灯を使用し、g
線436nm,h線405nm,i線365nm等の輝線、又
はこれらの波長近辺の連続スペクトルを取り出して用い
ている。このため、光源のランプ1は高い輝度が必要で
あるとともに集光効率や照射均一性を考えると点光源に
近い方がよい。しかし、実際にはそのような理想的な光
源は存在しないため、有限の大きさでしかも強度に分布
を持つランプ1を使用せざるを得ず、そのようなランプ
1から発せられる光をいかに高効率で、且つ照射均一性
の良い光に変換するかが課題となる。
A mercury lamp was used as the light source lamp 1 and g
Bright lines such as a line 436 nm, an h line 405 nm, and an i line 365 nm, or a continuous spectrum near these wavelengths are extracted and used. For this reason, the lamp 1 as the light source needs to have high luminance, and it is better to be close to a point light source in consideration of the light collection efficiency and irradiation uniformity. However, since such an ideal light source does not exist in practice, a lamp 1 having a finite size and a distribution of intensity must be used, and the light emitted from such a lamp 1 cannot be reduced. An issue is how to convert the light into light with good efficiency and uniform irradiation.

【0029】図1に示した装置では、楕円反射鏡2の第
1焦点にランプ1を置き、楕円反射鏡2の第2焦点3付
近に一旦光束を集める。そして、第2焦点3とほぼ焦点
位置を共有するインプットレンズ4により光束をほぼ平
行光束に直し、オプチカルインテグレータ5に入れる。
オプチカルインテグレータ5は多数の棒状レンズを束ね
たもので、はえの目レンズとも称される。このオプチカ
ルインテグレータ5を通すことが照射均一性を高める主
因となっており、インプットレンズ4はオプチカルイン
テグレータ5を通る光線のケラれを少なくして集光効率
を高める役目をなす。
In the apparatus shown in FIG. 1, the lamp 1 is placed at the first focal point of the elliptical reflecting mirror 2, and the light beam is once collected near the second focal point 3 of the elliptical reflecting mirror 2. Then, the light beam is converted into a substantially parallel light beam by the input lens 4 which shares a substantially focal position with the second focal point 3, and is input into the optical integrator 5.
The optical integrator 5 is a bundle of a number of rod-shaped lenses, and is also called a fly-eye lens. Passing through the optical integrator 5 is a main factor for improving the irradiation uniformity, and the input lens 4 plays a role in reducing vignetting of the light beam passing through the optical integrator 5 and improving the light collection efficiency.

【0030】オプチカルインテグレータ5を出た光は、
アウトプットレンズ6及びコリメーションレンズ7によ
って、オプチカルインテグレータ5の各小レンズから出
た光束がレチクル8上に重畳して当たるよう集光され
る。オプチカルインテグレータ5に入射された光線は場
所による強度分布を有するが、オプチカルインテグレー
タ5の各小レンズから出る光がほぼ等しく重畳される結
果、レチクル8上では照射強度がほぼ均一となる。当然
のことながらオプチカルインテグレータ5に入射する光
の強度分布が均一に近ければ、出射光を重畳させたレチ
クル8の照度分布はより均一になる。オプチカルインテ
グレータ5の出射側には、後述する特殊絞り9′が配置
される。
The light exiting the optical integrator 5 is
By the output lens 6 and the collimation lens 7, the light beams emitted from the respective small lenses of the optical integrator 5 are collected so as to be superimposed on the reticle 8. Although the light beam incident on the optical integrator 5 has an intensity distribution depending on the location, the light emitted from each small lens of the optical integrator 5 is superimposed almost equally, so that the irradiation intensity on the reticle 8 becomes almost uniform. As a matter of course, if the intensity distribution of the light incident on the optical integrator 5 is close to uniform, the illuminance distribution of the reticle 8 on which the emitted light is superimposed becomes more uniform. On the emission side of the optical integrator 5, a special stop 9 'described later is arranged.

【0031】ランプ1として水銀灯を用いて楕円反射鏡
2で集光する場合、水銀灯の構造が図1に示すように縦
長であり両端が電極となっているため、ランプ1の軸方
向の光線を取り出すことができない。そのため、図1に
示すように、インプットレンズ4として凸レンズを使用
したのみではオプチカルインテグレータ5の中心部に入
る光の強度分布が落ちる場合がある。そこで、インプッ
トレンズ4とオプチカルインテグレータ5との間に両凸
又は片凸片凹の円錐レンズを挿入し、オプチカルインテ
グレータ5に入る光の強度分布をより一様にする場合も
ある。
When a mercury lamp is used as the lamp 1 and the light is condensed by the elliptical reflecting mirror 2, the structure of the mercury lamp is vertically elongated as shown in FIG. I can't take it out. Therefore, as shown in FIG. 1, the intensity distribution of light entering the central portion of the optical integrator 5 may be reduced only by using a convex lens as the input lens 4. Therefore, a biconvex or one-sided convex / concave conical lens may be inserted between the input lens 4 and the optical integrator 5 to make the intensity distribution of light entering the optical integrator 5 more uniform.

【0032】フィルタ10は光学系が収差補正されてい
る波長の光だけを通すためのものであり、コールドミラ
ー11,12は光路を曲げて装置の高さを低くすると共
に、長波長光熱線を透過させてランプハウス13の冷却
可能部分に吸収させる役目を担う。レチクル8を照射し
た光は投影光学系14を通り、レチクル8上の微細パタ
ーンの像がウエハ15上のレジストに投影露光転写され
る。投影光学系14の中には、透過光に対し光軸から半
径方向における光学的光路長を変化させるためのフィル
タ16′が存在する。
The filter 10 is for passing only light having a wavelength whose optical system has been aberration-corrected. The cold mirrors 11 and 12 bend the optical path to lower the height of the apparatus and to reduce long-wavelength photothermal rays. It plays the role of transmitting the light and absorbing it into the coolable portion of the lamp house 13. The light irradiated on the reticle 8 passes through the projection optical system 14, and the image of the fine pattern on the reticle 8 is projected and transferred to the resist on the wafer 15. In the projection optical system 14, there is a filter 16 'for changing the optical path length in the radial direction from the optical axis with respect to the transmitted light.

【0033】次に、上記実施例装置における2次光源強
度分布及び瞳関数の設計方法について、図2〜図4に従
って詳細に説明する。図2は、投影露光装置の2次光源
及び瞳関数を最適化するアルゴリズムを示している。こ
の最適化アルゴリズムは、シミュレーティッド・アニー
リング(Simuleted Annealing )と呼ばれる方法であ
る。シミュレーティッド・アニーリング法は統計熱力学
のアナロジーを用いたモンテカルロ法的な最適化アルゴ
リズムであり、適当なコスト関数が与えられたときにそ
の大局的最小点を見つけるために用いられる。
Next, a method of designing the secondary light source intensity distribution and the pupil function in the apparatus of the embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 shows an algorithm for optimizing a secondary light source and a pupil function of the projection exposure apparatus. This optimization algorithm is a method called simulated annealing (Simuleted Annealing). The simulated annealing method is a Monte Carlo optimization algorithm using an analogy of statistical thermodynamics, and is used to find a global minimum when an appropriate cost function is given.

【0034】今、露光装置としてNA=0.54(開口
数),λ=436nm(露光波長),σ=0.5(コヒー
レンスファクタ)を想定する。開口数と2次光源の大き
さ(コヒーレンスファクタ)が与えられたとき、この露
光装置の性能が最適となるように2次光源の強度分布及
び投影光学系における瞳関数の複素振幅透過率分布を決
定する。L/S=0.6μmのパターンの焦点深度を向
上させたい場合の計算手順を、図2に従って説明する。
Now, it is assumed that NA = 0.54 (numerical aperture), λ = 436 nm (exposure wavelength), and σ = 0.5 (coherence factor) as an exposure apparatus. Given the numerical aperture and the size of the secondary light source (coherence factor), the intensity distribution of the secondary light source and the complex amplitude transmittance distribution of the pupil function in the projection optical system are optimized so that the performance of this exposure apparatus is optimized. decide. The calculation procedure when the depth of focus of the pattern of L / S = 0.6 μm is to be improved will be described with reference to FIG.

【0035】ステップS1では、まず2次光源の動径方
向強度分布S(r)と瞳関数の動径方向複素振幅透過率
分布t(r),φ(r)の初期分布を決める。但し、r
は動径方向空間座標、tは振幅透過率、φは位相であ
る。初期分布の与えかたによって収束速度に違いが出る
ものの、0≦S(r)≦1、0≦t(r)≦1、0≦φ
(r)≦180°の境界条件を満足していれば、どんな
分布でもよい。
In step S1, the initial distribution of the radial intensity distribution S (r) of the secondary light source and the radial complex amplitude transmittance distributions t (r) and φ (r) of the pupil function are determined. Where r
Is the spatial coordinate in the radial direction, t is the amplitude transmittance, and φ is the phase. Although the convergence speed varies depending on how the initial distribution is given, 0 ≦ S (r) ≦ 1, 0 ≦ t (r) ≦ 1, 0 ≦ φ
Any distribution may be used as long as the boundary condition (r) ≦ 180 ° is satisfied.

【0036】ステップS2では、図3に示すようにこの
初期分布の一箇所に大きさεの微小変位(グレイン)を
与える。グレインを与える場所、±はランダムに選ばれ
る。ステップS3では、グレインを与える前と後におけ
る像強度分布lを計算する。ここで、前もって理想(目
標)とする像強度分布liも計算しておく。
In step S2, as shown in FIG. 3, a small displacement (grain) having a magnitude of ε is applied to one portion of the initial distribution. The place to give the grain, ±, is chosen randomly. In step S3, an image intensity distribution 1 before and after grain application is calculated. Here, an ideal (target) image intensity distribution li is also calculated in advance.

【0037】ステップS4では、コスト関数E、E′を
計算する。ここで、 E =(C −Ci)2 E′=(C′−Ci)2 で与えられる。但し、Cはグレインを与えた後で計算し
た像強度分布より求めたコントラスト値、C′はグレイ
ンを与える前に計算した像強度分布より求めたコントラ
スト値、Ciは理想(目標)とする像強度分布より求め
たコントラスト値である。
In step S4, cost functions E and E 'are calculated. Here, it is given by E = (C -Ci) 2 E '= (C'-Ci) 2. Here, C is a contrast value obtained from the image intensity distribution calculated after applying the grain, C ′ is a contrast value obtained from the image intensity distribution calculated before the application of the grain, and Ci is an ideal (target) image intensity. This is a contrast value obtained from the distribution.

【0038】ステップS5では、ΔE=E−E′を求め
る。ΔE<0である場合、グレインを与えた後の像強度
分布の方が理想(目標)とする像強度分布に近いことを
間接的に示していることになり、与えたグレインがロー
カルにみて最適値に漸近するのに貢献したことを示して
いる。逆に、ΔE>0であれば、与えたグレインがロー
カルにみて最適値から遠ざかるのに貢献したことを示し
ている。
In step S5, ΔE = EE ′ is obtained. If ΔE <0, it implies that the image intensity distribution after applying the grain is closer to the ideal (target) image intensity distribution, and the applied grain is locally optimal. It indicates that it has contributed to asymptotically approaching the value. Conversely, if ΔE> 0, it indicates that the given grain contributed to keep away from the optimum value when viewed locally.

【0039】ステップS6では、ΔEを元にグレインε
を受け入れるか否かを判断する。ΔE<0である場合
は、上記の通り与えたグレインがローカルにみて最適値
に漸近するのに貢献したことになるから、全て受け入れ
る。逆に、ΔE>0であれば与えたグレインがローカル
にみて最適値から遠ざかるのに貢献したことになるか
ら、基本的には受け入れない。但し、全て受け入れない
と、局所的最小値から抜け出すことが不可能となるた
め、ある程度の確率で受け入れることにする。この確率
をあまり大きくし過ぎるとコスト関数の値が振動してし
まい、いつまでたっても最適解が得られない。逆に、小
さ過ぎると局所最小点から抜け出すための十分な力とは
なりえず、最適解が得られにくくなる。
In step S6, the grain ε is calculated based on ΔE.
It is determined whether or not to accept. If ΔE <0, it means that the given grain has contributed to asymptotically approaching the optimal value locally, and thus all are accepted. Conversely, if ΔE> 0, it means that the given grain has contributed to keep away from the optimum value when viewed locally, and is basically not accepted. However, if all are not accepted, it will not be possible to escape from the local minimum value, so it will be accepted with a certain probability. If the probability is too large, the value of the cost function fluctuates, and an optimal solution cannot be obtained forever. Conversely, if it is too small, it will not be a sufficient force to escape from the local minimum point, and it will be difficult to obtain an optimal solution.

【0040】そこで、ΔE>0のとき熱力学からの類推
を用いて、 P(ΔE)=exp(−ΔE/T) というボルツマン分布に従う確率で、コスト関数を上昇
させるようなグレインを受け入れる。つまり、コスト関
数を僅かだけ上昇させるようなグレインは比較的高い確
率で受け入れ、大きく上昇させるグレインは小さな確率
で受け入れる。但し、Tは確率をコントロールするため
の「温度」と呼ばれる変数である。
Then, when ΔE> 0, by using analogy from thermodynamics, a grain that raises the cost function is accepted with a probability according to the Boltzmann distribution of P (ΔE) = exp (−ΔE / T). In other words, grains that slightly increase the cost function are accepted with a relatively high probability, and grains that greatly increase the cost function are accepted with a small probability. Here, T is a variable called “temperature” for controlling the probability.

【0041】ステップS7では、グレインを受け入れた
場合には、グレインを与えた後の2次光源の動径方向強
度分布と瞳関数の動径方向複素振幅透過率分布を改め
て、S(r),t(r),φ(r)とする。グレインを
受け入れない場合は、グレインを与える前の2次光源の
動径方向強度分布と瞳関数の動径方向複素振幅透過率分
布を改めて、S(r),t(r),φ(r)とする。そ
して全てのS(r),t(r),φ(r)に対して、こ
のような操作を繰り返し行うことによって最適解を得る
ことができる。収束点に近づくにつれて「温度」Tを小
さくすることにより、収束点付近での振動を抑える。T
が小さくなるにつれて、大きな正のΔEに対してεの変
化を受け入れる確率が急激に低くなっていく。
In step S7, when the grains are received, the radial intensity distribution of the secondary light source and the radial complex amplitude transmittance distribution of the pupil function after the grains are applied are re-determined to obtain S (r), Let t (r) and φ (r). When the grain is not accepted, the radial intensity distribution of the secondary light source and the radial complex amplitude transmittance distribution of the pupil function before giving the grain are re-examined, and S (r), t (r), φ (r) And An optimal solution can be obtained by repeating such an operation for all S (r), t (r), and φ (r). By decreasing the "temperature" T as the convergence point is approached, vibration near the convergence point is suppressed. T
Decreases, the probability of accepting a change in ε for a large positive ΔE sharply decreases.

【0042】上記の手法を用いて最適化したS(r),
φ(r)を図4に示す。t(r)は1(コンスタント)
とした。そして、この結果に基づき、特殊絞り9′の透
過率分布及びフィルタ16′の光路長分布を定めた。即
ち特殊絞り9′は、光軸の中央部では透過率は低くほぼ
一定で、周辺部で透過率が高くなるようにした。またフ
ィルタ16′は、光軸の中央部では光路長は短くほぼ一
定で、周辺部で光路長が長くなるようにした。なお、図
5に示すように、通常照明(S(r)=1)、通常瞳
(t(r)=1,φ(r)=0)におけるデフォーカス
0.5μmでの像強度分布を理想(目標)像強度分布l
iとした。そして、デフォーカス1μmにおける像強度
分布を最適化した。つまり、通常照明、通常瞳における
デフォーカス0.5μm時のコントラストにより近いコ
ントラストをデフォーカス1μmで得るためのS
(r),φ(r)を求めたことになる。
S (r), which is optimized using the above method,
FIG. 4 shows φ (r). t (r) is 1 (constant)
And Based on this result, the transmittance distribution of the special diaphragm 9 'and the optical path length distribution of the filter 16' were determined. That is, the special aperture 9 'has a low transmittance at the center of the optical axis and is almost constant, and has a high transmittance at the periphery. The filter 16 'has a short optical path length at the center of the optical axis and is almost constant, and has a long optical path length at the periphery. As shown in FIG. 5, the image intensity distribution at a normal focus (S (r) = 1) and a normal pupil (t (r) = 1, φ (r) = 0) at a defocus of 0.5 μm is ideal. (Target) Image intensity distribution l
i. Then, the image intensity distribution at a defocus of 1 μm was optimized. That is, S for obtaining a contrast closer to the contrast at the time of defocus of 0.5 μm in the normal illumination and the normal pupil at the defocus of 1 μm.
(R) and φ (r) are obtained.

【0043】図6には、上記のS(r),φ(r)での
露光におけるパターンサイズに対するフォーカスマージ
ンを計算した結果を示す。この図から、焦点深度が向上
しているのが分かり、さらにパターンサイズに対する依
存性が小さくなっているのが分かる。
FIG. 6 shows the result of calculation of the focus margin for the pattern size in the exposure at S (r) and φ (r). From this figure, it can be seen that the depth of focus has been improved, and that the dependence on the pattern size has been reduced.

【0044】このように本実施例によれば、投影光学系
の瞳関数の振幅透過率が100%であるため、従来の技
術の項で述べたスーパーフレックス法の問題の1つ、即
ちフィルタが露光光を吸収して熱となり、光学系が熱膨
張を起こし転写精度を劣化させるという問題は生じな
い。また、図6に示すように焦点深度向上効果のパター
ンサイズに対する依存性が非常に小さく、スーパーフレ
ックス法のもう1つの問題点も解決してかつ、焦点深度
向上効果が非常に大きい。また、上記の説明ではt
(r)=1としたが、t(r)も含めて最適化すれば更
に効果が大きくなる。
As described above, according to the present embodiment, since the amplitude transmittance of the pupil function of the projection optical system is 100%, one of the problems of the superflex method described in the section of the prior art, that is, the filter is There is no problem that the exposure light is absorbed to be turned into heat and the optical system is thermally expanded to deteriorate the transfer accuracy. In addition, as shown in FIG. 6, the dependence of the depth of focus improvement effect on the pattern size is very small, which solves another problem of the superflex method and has a very large depth of focus effect. In the above description, t
Although (r) = 1, the effect is further enhanced by optimizing t (r).

【0045】なお、上記の実施例ではL/S=0.6μ
mパターンのデフォーカス1μmでのコントラストを最
適化したが、他の寸法のパターンでの任意のデフォーカ
スでのパターンについても最適化できる。さらに、実施
例ではL/Sについて最適化したが、孤立パターン,コ
ンタクトホールパターン等、任意のパターンについて最
適化できる。また、コスト関数としては、コントラスト
Cの最適コントラストCiとの差の自乗に限るものでは
なく、適切なコスト関数であれば何でもよい。
In the above embodiment, L / S = 0.6 μm
Although the contrast of the m patterns at a defocus of 1 μm has been optimized, it is also possible to optimize a pattern at an arbitrary defocus with a pattern of another size. Further, in the embodiment, L / S is optimized, but any pattern such as an isolated pattern and a contact hole pattern can be optimized. Further, the cost function is not limited to the square of the difference between the contrast C and the optimum contrast Ci, but may be any appropriate cost function.

【0046】次に、本発明の第2の実施例を図7を参照
して説明する。図7は、コスト関数としてMTF(Modu
lation Transfer Function)を用いて最適化する場合の
アルゴリズムを示している。MTFは光学系の空間周波
数伝達特性を示す関数であって、マスクパターンを構成
する空間周波数fxがどの程度の振幅で光学系を通過で
きるかを示している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 shows MTF (Modu
2 shows an algorithm in the case of optimizing by using a lation transfer function). MTF is a function indicating the spatial frequency transfer characteristic of the optical system, and indicates how much amplitude the spatial frequency fx forming the mask pattern can pass through the optical system.

【0047】計算の手順は概ね第1の実施例に従うが、
ステップS3,S4,S5における計算が第1の実施例
とは異なるので、これらについて記載する。
Although the calculation procedure generally follows the first embodiment,
Since the calculations in steps S3, S4, and S5 are different from those in the first embodiment, these will be described.

【0048】ステップS3では、グレインを与える前と
後におけるMTF、M(fx)を計算する。前もって理
想(目標)とするMi(fx)も計算しておく。
In step S3, MTF and M (fx) before and after grain application are calculated. The ideal (target) Mi (fx) is also calculated in advance.

【0049】ステップS4では、コスト関数E、E′を
計算する。
In step S4, cost functions E and E 'are calculated.

【0050】[0050]

【数1】 で与えられる。但し、M(fx)はグレインを与えた後
で計算したMTF、M′(fx)はグレインを与える前
に計算したMTF、Mi(fx)は理想(目標)とする
MTFである。また、fcはカットオフ周波数である。
(Equation 1) Given by Here, M (fx) is the MTF calculated after applying the grain, M '(fx) is the MTF calculated before applying the grain, and Mi (fx) is the MTF that is ideal (target). Fc is a cutoff frequency.

【0051】ステップS5では、ΔE=E−E′を求め
る。ΔE<0である場合、グレインを与えた後のMTF
の方が理想(目標)とするMTFに近いことを間接的に
示していることになり、与えたグレインがローカルにみ
て最適値に漸近するのに貢献したことを示している。逆
に、ΔE>0であれば、与えたグレインがローカルにみ
て最適値から遠ざかるのに貢献したことを示している。
In step S5, ΔE = EE ′ is obtained. If ΔE <0, MTF after grain application
Indirectly indicates that the MTF is closer to the ideal (target) MTF, and indicates that the given grain has contributed to asymptotically approaching the optimum value locally. Conversely, if ΔE> 0, it indicates that the given grain contributed to keep away from the optimum value when viewed locally.

【0052】本実施例によると第1の実施例よりも計算
量は増すものの、特定サイズのパターンに対して最適化
するのではないので、転写性能向上効果のパターンサイ
ズ依存性が更に軽減される。
According to this embodiment, although the amount of calculation is larger than that of the first embodiment, the pattern size dependence of the transfer performance improving effect is further reduced since the optimization is not performed for a pattern of a specific size. .

【0053】なお、第2の実施例におけるコスト関係は
MTFであったが、OTF(Optical Transfer Functio
n )をコスト関数としてもよい。
Although the cost relationship in the second embodiment is MTF, the OTF (Optical Transfer Functio
n) may be a cost function.

【0054】また、露光する層がL/S主体のパターン
であれば、図4に示す光源強度分布及び瞳関数位相分布
を与えるフィルタ9′,16′(図1図示)を挿入すれ
ばよいが、コンタクトホール層等、孤立主体のパターン
を転写する場合には、最適条件からずれる場合がある。
この場合には、主体となるマスクパターンについて改め
て2次光源動径方向強度分布,マスクの複素振幅透過率
分布及び投影光学系の瞳関数動径方向複素振幅透過率分
布の少なくとも一つを最適化する。そして、転写する層
毎にフィルタ9′又は16′を切り替え、2次光源動径
方向強度分布,マスクの複素振幅透過率分布及び投影光
学系の瞳関数動径方向複素振幅透過率分布の少なくとも
一つを変化させるようにすればよい。
If the layer to be exposed is mainly an L / S pattern, filters 9 'and 16' (shown in FIG. 1) for providing the light source intensity distribution and the pupil function phase distribution shown in FIG. 4 may be inserted. When transferring a pattern mainly composed of an isolated element such as a contact hole layer, the pattern may deviate from the optimum condition.
In this case, at least one of the secondary light source radial direction intensity distribution, the mask complex amplitude transmittance distribution, and the pupil function radial direction complex amplitude transmittance distribution of the projection optical system is optimized again for the main mask pattern. I do. The filter 9 'or 16' is switched for each layer to be transferred, and at least one of the secondary light source radial direction intensity distribution, the mask complex amplitude transmittance distribution, and the pupil function radial direction complex amplitude transmittance distribution of the projection optical system is used. One may be changed.

【0055】次に、本発明の第3の実施例について説明
する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0056】この装置は、マスクのパターンを投影光学
系を介してウエハ上に投影露光する投影露光装置におい
て、マスクを照明する2次光源として、該光源の射出面
内強度分布を中央部より周辺部の方で大とせしめる特殊
絞りを設け、且つ投影光学系の瞳面に、該瞳面の周辺部
を通過する光が、その他の部分を通過する光の位相に対
して相対的に遅れ又は進みを発生せしめるようなフィル
タを設置したものである。
This apparatus is a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a mask onto a wafer via a projection optical system. In a projection exposure apparatus, a secondary light source for illuminating the mask is provided with an intensity distribution in an emission plane of the light source from a central portion to a peripheral portion. Provide a special stop to make it larger in the part, and in the pupil plane of the projection optical system, light passing through the periphery of the pupil plane is relatively delayed or delayed with respect to the phase of light passing through other parts. A filter is installed to cause the advance.

【0057】そして、2次光源の半径をLとするとき、
該2次光源の強度小なる中央部半径dがd≧0.5Lを
満たし、且つ強度小なる中央部の強度Icが周辺部強度
Ipに対してIc≦0.35Ipを満たすようにした。
さらに、瞳の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標
rが5H/7<r<6H/7の領域外を通過する光の位
相に対して相対的に130°以上の遅れ又は進みを発生
せしめる領域が5H/7<r<6H/7の範囲内に存在
する瞳関数としたことを特徴とする。
When the radius of the secondary light source is L,
The radius d of the central portion where the intensity of the secondary light source is small satisfies d ≧ 0.5 L, and the intensity Ic of the central portion where the intensity is small satisfies Ic ≦ 0.35 Ip with respect to the peripheral portion intensity Ip.
Further, assuming that the radius of the pupil is H, the radial coordinate r of the pupil is 130 ° or more relative to the phase of light passing outside the region of 5H / 7 <r <6H / 7 or It is characterized in that the region where the advance occurs is a pupil function that exists within the range of 5H / 7 <r <6H / 7.

【0058】本実施例による効果を、図8〜図10に示
す。図8は前記の手法を用いて最適化したS(r)を示
し、図9は同様にして最適化したφ(r)を示してい
る。t(r)は1(コンスタント)とした。なお、最適
化はライン幅0.6μm、スペース幅1.8μmのマス
クパターンにおけるデフォーカス±1μm及びジャスト
フォーカスにおける像強度分布のピーク強度を最大とす
るようにした。また、露光装置のNA,コヒーレンスフ
ァクタσ,露光波長λはそれぞれ0.54,0.5,4
36nmである。
FIGS. 8 to 10 show the effects of this embodiment. FIG. 8 shows S (r) optimized using the above method, and FIG. 9 shows φ (r) optimized in the same manner. t (r) was set to 1 (constant). The optimization was performed so that the defocus ± 1 μm in the mask pattern having the line width of 0.6 μm and the space width of 1.8 μm and the peak intensity of the image intensity distribution in the just focus were maximized. The NA of the exposure apparatus, the coherence factor σ, and the exposure wavelength λ are 0.54, 0.5, 4 respectively.
36 nm.

【0059】図10は、上記のS(r),φ(r)での
露光における像強度プロファイルと通常露光における像
強度プロファイルを計算した結果を示す。実線が通常露
光、短い点線が通常のCrマスクを用いた場合の本実施
例による露光、長い点線がハーフトンマスクを用いた場
合の本実施例による露光である。本実施例によると像強
度プロファイルのピーク強度が増大するのが分かる。ま
た、ハーフトーンマスクを用いると更に効果が高いこと
が判る。
FIG. 10 shows the results of calculation of the image intensity profile in exposure at S (r) and φ (r) and the image intensity profile in normal exposure. The solid line is normal exposure, the short dotted line is exposure according to the present embodiment when using a normal Cr mask, and the long dotted line is exposure according to the present embodiment when a halfton mask is used. According to the present embodiment, it can be seen that the peak intensity of the image intensity profile increases. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective.

【0060】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

【0061】この実施例は、第3の実施例において、瞳
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、0≦
r<H/7且つH/7<r<3H/7の領域外を通過す
る光の位相に対して相対的に130°以上の遅れ又は進
みを発生せしめる領域が0≦r<H/7且つH/7<r
<3H/7の範囲内に存在する瞳関数としたことを特徴
とする。
In this embodiment, when the radius of the pupil is H in the third embodiment, the radial coordinate r of the pupil is 0 ≦
The region that causes a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing outside the region of r <H / 7 and H / 7 <r <3H / 7 is 0 ≦ r <H / 7 and H / 7 <r
The pupil function exists within the range of <3H / 7.

【0062】本実施例による効果を図11〜図13に示
す。図11は前記手法を用いて最適化したS(r)を示
し、図12は同様にして最適化したφ(r)を示してい
る。t(r)は1(コンスタント)とした。なお、最適
化はL/S=0.4μmのマスクパターンにおけるデフ
ォーカス±1μm及びジャストフォーカスにおける像強
度分布より算出したコントラストを最大とするようにし
た。また、露光装置のNA、コヒーレンスファクタσ、
露光波長λはそれぞれ0.54,0.5,436nmで
ある。
The effects of this embodiment are shown in FIGS. FIG. 11 shows S (r) optimized using the above method, and FIG. 12 shows φ (r) optimized in the same manner. t (r) was set to 1 (constant). The optimization was performed so that the contrast calculated from the image intensity distribution in the defocus ± 1 μm in the mask pattern of L / S = 0.4 μm and the just focus was maximized. Further, the NA of the exposure apparatus, the coherence factor σ,
The exposure wavelength λ is 0.54, 0.5, 436 nm, respectively.

【0063】図13は、上記のS(r),φ(r)での
露光におけるパターンサイズに対するフォーカスマージ
ンを計算した結果を示す。短い点線が通常露光、実線が
通常のCrマスクを用いた場合の本実施例による露光、
長い点線がハーフトンマスクを用いた場合の本実施例に
よる露光である。本実施例によると通常露光に比べて焦
点深度が向上するのが判る。また、ハーフトーンマスク
を用いると更に効果が高いことが判る。上記のNA及び
露光波長ではL/S=0.4μmという線幅は解像限界
に近いため、この線幅の焦点深度を増大するように最適
化すると、限界解像力も向上することが分かる。
FIG. 13 shows the result of calculation of the focus margin for the pattern size in the exposure at S (r) and φ (r). The short dotted line indicates normal exposure, and the solid line indicates exposure according to this embodiment when a normal Cr mask is used.
A long dotted line indicates exposure according to this embodiment when a halfton mask is used. According to the present embodiment, it is understood that the depth of focus is improved as compared with the normal exposure. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective. At the above NA and exposure wavelength, the line width of L / S = 0.4 μm is close to the resolution limit, and it can be seen that when the line width is optimized to increase the depth of focus, the limit resolution also improves.

【0064】次に、本発明の第5の実施例について説明
する。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.

【0065】この実施例は、第3の実施例において、瞳
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、0≦
r<H/7且つH/7<rの領域外を通過する光の位相
に対して相対的に130°以上の遅れ又は進みを発生せ
しめる領域が0≦r<H/7且つH/7<rの範囲内に
存在する瞳関数とすることを特徴とする。
In this embodiment, when the radius of the pupil is H in the third embodiment, the radial coordinate r of the pupil is 0 ≦
Regions that cause a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing outside the regions of r <H / 7 and H / 7 <r are 0 ≦ r <H / 7 and H / 7 < The pupil function exists within the range of r.

【0066】本実施例による効果を図14〜図16に示
す。図14は前記手法を用いて最適化したS(r)を示
し、図15は同様にして最適化したφ(r)を示してい
る。t(r)は1(コンスタント)とした。なお、最適
化はL/S=0.4μmのマスクパターンにおけるデフ
ォーカス±1μm及びジャストフォーカスにおける像強
度分布の暗部を0に近づけるようにした。像強度分布の
暗部を0に近づけるということは、コントラストを最大
にすることとほぼ等しい。また、露光装置のNA,コヒ
ーレンスファクタσ,露光波長λはそれぞれ0.54,
1,436nmである。
FIGS. 14 to 16 show the effects of this embodiment. FIG. 14 shows S (r) optimized using the above method, and FIG. 15 shows φ (r) optimized in the same manner. t (r) was set to 1 (constant). In the optimization, the defocus ± 1 μm in the mask pattern of L / S = 0.4 μm and the dark part of the image intensity distribution in the just focus are brought close to 0. Bringing the dark part of the image intensity distribution close to 0 is almost equivalent to maximizing the contrast. The NA of the exposure apparatus, the coherence factor σ, and the exposure wavelength λ are 0.54, respectively.
1,436 nm.

【0067】図16は、上記のS(r),φ(r)での
露光におけるパターンサイズに対するフォーカスマージ
ンを計算した結果を示す。短い点線が通常露光、実線が
通常のCrマスクを用いた場合の本実施例による露光、
一点鎖線がハーフトンマスクを用いた場合の本実施例に
よる露光である。本実施例によると通常露光に比べて焦
点深度が向上するのが分かる。また、ハーフトーンマス
クを用いると更に効果が高いことが分かる。上記のNA
及び露光波長ではL/S=0.4μmという線幅は解像
限界に近いため、この線幅の焦点深度を増大するように
最適化すると、限界解像力も向上することが分かる。
FIG. 16 shows the result of calculation of the focus margin with respect to the pattern size in the exposure at S (r) and φ (r). The short dotted line indicates normal exposure, and the solid line indicates exposure according to this embodiment when a normal Cr mask is used.
An alternate long and short dash line indicates exposure according to this embodiment when a halfton mask is used. According to this embodiment, it can be seen that the depth of focus is improved as compared with the normal exposure. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective. NA above
Also, at the exposure wavelength, the line width of L / S = 0.4 μm is close to the resolution limit, and it can be seen that when the line width is optimized to increase the depth of focus, the limit resolution also improves.

【0068】次に本発明の第6の実施例について説明す
る。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.

【0069】この実施例は、マスクのパターンを投影光
学系を介してウエハ上に投影露光する投影露光装置にお
いて、投影光学系の瞳関数として、該瞳面の周辺部を通
過する光の位相が、その他の部分を通過する光の位相に
対して相対的に遅れ又は進みを発生せしめるように設定
し、瞳の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標r
が、r≦6H/7の部分を通過する光の位相に対して相
対的に130°以上の遅れ又は進みを発生せしめる領域
がr>6H/7の範囲の中に存在する瞳関数とすること
を特徴とする。
In this embodiment, in a projection exposure apparatus for projecting and exposing a mask pattern onto a wafer via a projection optical system, the phase of light passing through the periphery of the pupil plane is defined as a pupil function of the projection optical system. Is set to generate a delay or advance relative to the phase of light passing through other portions, and when the radius of the pupil is H, the radial coordinate r of the pupil
Is a pupil function in which a region that causes a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing through r ≦ 6H / 7 exists in the range of r> 6H / 7. It is characterized by.

【0070】本実施例の効果を図17及び図18に示
す。図17は前記の手法を用いて最適化したφ(r)を
示している。t(r)は1(コンスタント)とした。な
お、最適化はL/S=0.6μmのマスクパターンにお
けるデフォーカス±1μmにおける像強度分布の暗部を
0に近付けるようにした。像強度分布の暗部を0に近付
けるということはコントラストを最大にすることとほぼ
等しい。また、露光装置のNA,コヒーレンスファクタ
σ,露光波長λはそれぞれ0.54,0.5,436n
mである。
FIGS. 17 and 18 show the effect of this embodiment. FIG. 17 shows φ (r) optimized using the above method. t (r) was set to 1 (constant). In the optimization, the dark part of the image intensity distribution at the defocus of ± 1 μm in the mask pattern of L / S = 0.6 μm was made to approach 0. Bringing the dark part of the image intensity distribution close to 0 is almost equivalent to maximizing the contrast. The NA of the exposure apparatus, the coherence factor σ, and the exposure wavelength λ are 0.54, 0.5, and 436 n, respectively.
m.

【0071】図18は、上記のφ(r)での露光におけ
るパターンサイズに対するフォーカスマージンを計算し
た結果を示す。短い点線が通常露光、実線が通常のCr
マスクを用いた場合の本実施例による露光、一点鎖線が
ハーフトンマスクを用いた場合の本実施例による露光で
ある。本実施例によると通常露光に比べて焦点深度が向
上するのが判る。また、ハーフトーンマスクを用いると
更に効果が高いことが判る。つまり、焦点深度向上効果
のパターンサイズ依存性が非常に小さいという特徴を有
している。
FIG. 18 shows the result of calculation of the focus margin with respect to the pattern size in the exposure at φ (r). Short dotted line is normal exposure, solid line is normal Cr
Exposure according to the present embodiment when a mask is used, and the dashed line indicates exposure according to the present embodiment when a halfton mask is used. According to the present embodiment, it is understood that the depth of focus is improved as compared with the normal exposure. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective. That is, there is a feature that the pattern size dependence of the depth of focus improvement effect is very small.

【0072】次に、本発明の第7の実施例について説明
する。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described.

【0073】この実施例は、第6の実施例において、瞳
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、5H
/7<r<6H/7以外の領域を通過する光の位相に対
して相対的に130°以上の遅れ、又は進みを発生せし
める領域が5H/7<r<6H/7の範囲の中に存在す
る瞳関数とすることを特徴とする。
In this embodiment, when the radius of the pupil is H in the sixth embodiment, the radial coordinate r of the pupil is 5H.
/ 7 <r <6H / 7 A region that causes a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing through the region other than 6H / 7 is within the range of 5H / 7 <r <6H / 7. It is characterized by an existing pupil function.

【0074】本実施例による効果を、図19及び図20
に示す。図19は、前記の手法を用いて最適化したφ
(r)を示している。t(r)は1(コンスタント)と
した。なお、最適化はライン幅0.6μm、スペース幅
1.8μmのマスクパターンにおけるデフォーカス±1
μm及びジャストフォーカスにおける像強度分布のピー
ク強度を最大とするようにした。また、露光装置のN
A,コヒーレンスファクタσ,露光波長λはそれぞれ
0.54,0.5,436nmである。
FIGS. 19 and 20 show the effect of this embodiment.
Shown in FIG. 19 shows a graph obtained by optimizing φ using the above-described method.
(R). t (r) was set to 1 (constant). The optimization was performed by defocusing ± 1 in a mask pattern having a line width of 0.6 μm and a space width of 1.8 μm.
The peak intensity of the image intensity distribution at μm and just focus was set to be maximum. In addition, the N
A, coherence factor σ, and exposure wavelength λ are 0.54, 0.5, and 436 nm, respectively.

【0075】図20は、上記S(r),φ(r)での露
光における像強度プロファイルと、通常露光における像
強度プロファイルを計算した結果を示す。実線が通常露
光、短い点線が通常のCrマスクを用いた場合の本実施
例による露光、長い点線がハーフトンマスクを用いた場
合の本実施例による露光である。本実施例によると像強
度プロファイルのピーク強度が増大するのが分かる。ま
た、ハーフトーンマスクを用いると更に効果が高いこと
が判る。
FIG. 20 shows the calculation results of the image intensity profile in the exposure at S (r) and φ (r) and the image intensity profile in the normal exposure. The solid line is normal exposure, the short dotted line is exposure according to the present embodiment when using a normal Cr mask, and the long dotted line is exposure according to the present embodiment when a halfton mask is used. According to the present embodiment, it can be seen that the peak intensity of the image intensity profile increases. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective.

【0076】次に、本発明の第8の実施例について説明
する。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described.

【0077】この実施例は、第6の実施例において、瞳
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、0≦
r<H/7且つH/7<r<3H/7の領域外を通過す
る光の位相に対して相対的に130°以上の遅れ又は進
みを発生せしめる領域が0≦r<H/7且つH/7<r
<3H/7の範囲の中に存在する瞳関数とすることを特
徴とする。
In this embodiment, when the radius of the pupil is H in the sixth embodiment, the radial coordinate r of the pupil is 0 ≦
The region that causes a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing outside the region of r <H / 7 and H / 7 <r <3H / 7 is 0 ≦ r <H / 7 and H / 7 <r
The pupil function exists within the range of <3H / 7.

【0078】本実施例による効果を図21及び図22に
示す。図21は、は前記の手法を用いて最適化したφ
(r)を示している。t(r)は1(コンスタント)と
した。なお、最適化はL/S=0.4μmのマスクパタ
ーンにおけるデフォーカス±1μm及びジャストフォー
カスにおける像強度分布より算出したコントラストを最
大とするようにした。また、露光装置のNA,コヒーレ
ンスファクタσ,露光波長λはそれぞれ0.54,0.
5,436nmである。
The effects of this embodiment are shown in FIGS. FIG. 21 shows φ optimized using the above method.
(R). t (r) was set to 1 (constant). The optimization was performed so that the contrast calculated from the image intensity distribution in the defocus ± 1 μm in the mask pattern of L / S = 0.4 μm and the just focus was maximized. The NA of the exposure apparatus, the coherence factor σ, and the exposure wavelength λ are 0.54, 0.
5,436 nm.

【0079】図22は、上記のφ(r)での露光におけ
るパターンサイズに対するフォーカスマージンを計算し
た結果を示す。短い点線が通常露光、実線が通常のCr
マスクを用いた場合の本実施例による露光、長い点線が
ハーフトンマスクを用いた場合の本実施例による露光で
ある。本実施例によると通常露光に比べて焦点深度が向
上するのが分かる。また、ハーフトーンマスクを用いる
と更に効果が高いことが判る。この実施例によると、瞳
関数の振幅透過率が100%であるため、従来の技術の
項で述べたスーパーフレックス法の問題の1つ、即ちフ
ィルタが露光光を吸収して熱となり、光学系が熱膨張を
起こし転写精度を劣化させるという問題は生じない。ま
た、上記のNA及び露光波長ではL/S=0.4μmと
いう線幅は解像限界に近いため、この線幅の焦点深度を
増大するように最適化すると、限界解像力も向上するこ
とが分かる。
FIG. 22 shows the result of calculation of the focus margin with respect to the pattern size in the exposure at φ (r). Short dotted line is normal exposure, solid line is normal Cr
The exposure according to the present embodiment using a mask and the long dotted line represent the exposure according to the present embodiment using a halfton mask. According to this embodiment, it can be seen that the depth of focus is improved as compared with the normal exposure. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective. According to this embodiment, since the amplitude transmittance of the pupil function is 100%, one of the problems of the superflex method described in the section of the prior art, that is, the filter absorbs the exposure light to become heat, and the optical system However, there is no problem that thermal transfer causes thermal transfer to deteriorate transfer accuracy. Also, at the above NA and exposure wavelength, the line width of L / S = 0.4 μm is close to the resolution limit. Therefore, it can be seen that when the line width is optimized to increase the depth of focus, the limit resolution also improves. .

【0080】次に、本発明の第9の実施例について説明
する。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described.

【0081】この実施例は、第6の実施例において、瞳
の半径をHとするとき、該瞳の動径方向座標rが、0≦
r<H/7且つH/7<rの領域外を通過する光の位相
に対して相対的に130°以上の遅れ又は進みを発生せ
しめる領域が0≦r<H/7且つH/7<rの範囲内に
存在する瞳関数とすることを特徴とする。
In this embodiment, when the radius of the pupil is H in the sixth embodiment, the radial coordinate r of the pupil is 0 ≦
Regions that cause a delay or advance of 130 ° or more relative to the phase of light passing outside the regions of r <H / 7 and H / 7 <r are 0 ≦ r <H / 7 and H / 7 < The pupil function exists within the range of r.

【0082】本実施例による効果を、図23及び図24
に示す。図23は、前記の手法を用いて最適化したφ
(r)を示している。t(r)は1(コンスタント)と
した。なお、最適化はL/S=0.4μmのマスクパタ
ーンにおけるデフォーカス±1μm及びジャストフォー
カスにおける像強度分布の暗部を0に近づけるようにし
た。像強度分布の暗部を0に近付けるということは、コ
ントラストを最大にすることとほぼ等しい。また、露光
装置のNA,コヒーレンスファクタσ,露光波長λはそ
れぞれ0.54,1.0,436nmである。
FIGS. 23 and 24 show the effects of this embodiment.
Shown in FIG. 23 shows a graph obtained by optimizing φ using the above method.
(R). t (r) was set to 1 (constant). In the optimization, the defocus ± 1 μm in the mask pattern of L / S = 0.4 μm and the dark part of the image intensity distribution in the just focus are brought close to 0. Bringing the dark part of the image intensity distribution close to 0 is almost equivalent to maximizing the contrast. The NA, coherence factor σ, and exposure wavelength λ of the exposure apparatus are 0.54, 1.0, and 436 nm, respectively.

【0083】図24は、上記のφ(r)での露光におけ
るパターンサイズに対するフォーカスマージンを計算し
た結果を示す。短い点線が通常露光、実線が通常のCr
マスクを用いた場合の本実施例による露光、一点鎖線が
ハーフトンマスクを用いた場合の本実施例による露光で
ある。本実施例によると通常露光に比べて焦点深度が向
上するのが分かる。また、ハーフトーンマスクを用いる
と更に効果が高いことが分かる。
FIG. 24 shows the result of calculation of the focus margin with respect to the pattern size in the exposure at φ (r). Short dotted line is normal exposure, solid line is normal Cr
Exposure according to the present embodiment when a mask is used, and the dashed line indicates exposure according to the present embodiment when a halfton mask is used. According to this embodiment, it can be seen that the depth of focus is improved as compared with the normal exposure. It can also be seen that the use of a halftone mask is more effective.

【0084】この実施例によると、瞳関数の振幅透過率
が100%であるため、従来の技術の項で述べたスーパ
ーフレックス法の問題の1つ、即ちフィルタが露光光を
吸収して熱となり、光学系が熱膨張を起こし転写精度を
劣化させるという問題は生じない。また、上記のNA及
び露光波長ではL/S=0.4μmという線幅は解像限
界に近いため、この線幅の焦点深度を増大するように最
適化すると、限界解像力も向上することが分かる。
According to this embodiment, since the amplitude transmittance of the pupil function is 100%, one of the problems of the superflex method described in the section of the prior art, that is, the filter absorbs the exposure light and becomes heat. In addition, there is no problem that the optical system causes thermal expansion and deteriorates the transfer accuracy. Also, at the above NA and exposure wavelength, the line width of L / S = 0.4 μm is close to the resolution limit. Therefore, it can be seen that when the line width is optimized to increase the depth of focus, the limit resolution also improves. .

【0085】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例においては、焦点震度を向上
させる目的で、光源強度分布及び瞳関数を最適化した
が、これ以外に限界解像力又は寸法精度等、他の評価量
を向上させる目的で最適化することが可能である。
The present invention is not limited to the above embodiments. In the embodiment, the light source intensity distribution and the pupil function are optimized for the purpose of improving the focal seismic intensity. However, the optimization can be performed for the purpose of improving other evaluation amounts such as the limit resolution or the dimensional accuracy. It is.

【0086】上記の実施例においては最適化アルゴリズ
ムとして、シミュレーティッド・アニーリング法を用い
たが、これは本発明を何等限定するものではなく、DL
S法(DumpedLeast Squre Method)、GA(Genetic Al
gorithm )、Simplex法等、適切な最適化アルゴ
リズムであれば何でも構わない。
In the above embodiment, the simulated annealing method was used as the optimization algorithm, but this does not limit the present invention in any way.
S method (Dumped Least Squre Method), GA (Genetic Al
gorithm), Simplex method, or any other appropriate optimization algorithm.

【0087】また、上記の実施例では、投影光学系のN
A(開口率),照明系のσ(コヒーレンスファクター)
が決定された上で2次光源動径方向強度分布S(r),
瞳関数動径方向複素振幅透過率分布t(r),φ(r)
を最適化したが、合わせ投影光学系のNA,照明系の
σ、さらにはレチクルパターンの複素振幅透過率分布も
最適化することが可能である。また、マスクとしてレベ
ンソン型位相シフトマスク,ハーフトーンマスク,自己
整合型位相シフトマスク等の位相シフトマスクを想定す
ることも可能である。
In the above embodiment, the N of the projection optical system
A (aperture ratio), σ of illumination system (coherence factor)
Is determined, and the secondary light source radial intensity distribution S (r),
Pupil function radial direction complex amplitude transmittance distribution t (r), φ (r)
Has been optimized, it is also possible to optimize the NA of the overlay projection optical system, the σ of the illumination system, and the complex amplitude transmittance distribution of the reticle pattern. It is also possible to assume a phase shift mask such as a Levenson type phase shift mask, a halftone mask, a self-alignment type phase shift mask as the mask.

【0088】以上記載した実施例に基づく本発明の手法
は、半導体製造用投影光学系の転写性能向上に限らず、
光学顕微鏡,光描画装置等、パーシャルコヒーレント光
学系を元に構成されるあらゆる光学装置の性能向上を可
能とする。
The method of the present invention based on the above-described embodiments is not limited to the improvement of the transfer performance of the projection optical system for semiconductor manufacturing.
It is possible to improve the performance of all optical devices configured based on a partial coherent optical system, such as an optical microscope and an optical drawing device.

【0089】[0089]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、所
望のパターンサイズにおいて所望の焦点深度が得られる
ように、投影光学系の2次光源動径方向強度分布,マス
クの動径方向複素振幅透過率分布及び投影光学系の瞳関
数動径方向複素振幅透過率分布の少なくとも一つを最適
化するので、焦点深度及びパターン解像性能を最適化す
ることができ、露光精度の向上をはかることが可能とな
る。
As described above in detail, according to the present invention, the secondary light source radial intensity distribution of the projection optical system and the mask radial direction are adjusted so that a desired depth of focus can be obtained at a desired pattern size. Since at least one of the complex amplitude transmittance distribution and the pupil function radial amplitude complex amplitude transmittance distribution of the projection optical system is optimized, the depth of focus and the pattern resolution performance can be optimized, and the exposure accuracy can be improved. It becomes possible to measure.

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

【図1】本発明の第1の実施例に係わる投影露光装置を
示す概略構成図、
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施例における2次光源及び瞳関数を最
適化するアルゴリズムを示す模式図、
FIG. 2 is a schematic diagram showing an algorithm for optimizing a secondary light source and a pupil function in the first embodiment;

【図3】初期分布の一箇所に大きさεのグレインを与え
る様子を示す模式図、
FIG. 3 is a schematic view showing a state where a grain having a size of ε is given to one portion of an initial distribution;

【図4】最適化したS(r),φ(r)における光軸か
らの距離に対する2次光源強度及び瞳位相の変化を示す
特性図、
FIG. 4 is a characteristic diagram showing changes in secondary light source intensity and pupil phase with respect to the distance from the optical axis at optimized S (r) and φ (r);

【図5】実施例におけるデフォーカス量とコントラスト
との関係を示す特性図、
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a defocus amount and a contrast in the embodiment.

【図6】実施例におけるパターンサイズとデフォーカス
との関係を示す特性図、
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a relationship between a pattern size and defocus in the embodiment.

【図7】第2の実施例においてコスト関数としてMTF
を用いて最適化する場合のアルゴリズムを示す模式図、
FIG. 7 shows MTF as a cost function in the second embodiment.
Schematic diagram showing an algorithm when optimizing using

【図8】第3の実施例における最適化したS(r)を示
す図、
FIG. 8 is a diagram showing optimized S (r) in the third embodiment;

【図9】第3の実施例における最適化したφ(r)を示
す図、
FIG. 9 is a diagram showing an optimized φ (r) in the third embodiment;

【図10】第3の実施例における像強度プロファイルを
計算した結果を示す図、
FIG. 10 is a diagram showing a result of calculating an image intensity profile in the third embodiment.

【図11】第4の実施例における最適化したS(r)を
示す図、
FIG. 11 is a diagram showing optimized S (r) in a fourth embodiment;

【図12】第4の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 12 is a diagram showing an optimized φ (r) in the fourth embodiment;

【図13】第4の実施例におけるフォーカスマージンを
計算した結果を示す図、
FIG. 13 is a diagram showing a result of calculating a focus margin in the fourth embodiment.

【図14】第5の実施例における最適化したS(r)を
示す図、
FIG. 14 is a diagram showing optimized S (r) in the fifth embodiment;

【図15】第5の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 15 is a diagram showing an optimized φ (r) in the fifth embodiment;

【図16】第5の実施例におけるフォーカスマージンを
計算した結果を示す図、
FIG. 16 is a diagram showing a result of calculating a focus margin in the fifth embodiment;

【図17】第6の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 17 is a diagram showing an optimized φ (r) in the sixth embodiment;

【図18】第6の実施例におけるフォーカスマージンを
計算した結果を示す図、
FIG. 18 is a diagram showing a result of calculating a focus margin in the sixth embodiment.

【図19】第7の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 19 is a diagram showing an optimized φ (r) in the seventh embodiment;

【図20】第7の実施例における像強度プロファイルを
計算した結果を示す図、
FIG. 20 is a diagram showing a result of calculating an image intensity profile in the seventh embodiment;

【図21】第8の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 21 is a diagram showing an optimized φ (r) in the eighth embodiment;

【図22】第8の実施例におけるフォーカスマージンを
計算した結果を示す図、
FIG. 22 is a diagram showing a result of calculating a focus margin in the eighth embodiment.

【図23】第9の実施例における最適化したφ(r)を
示す図、
FIG. 23 is a diagram showing an optimized φ (r) in the ninth embodiment;

【図24】第9の実施例におけるフォーカスマージンを
計算した結果を示す図、
FIG. 24 is a diagram showing a result of calculating a focus margin in the ninth embodiment;

【図25】従来の投影露光装置を示す概略構成図、FIG. 25 is a schematic configuration diagram showing a conventional projection exposure apparatus.

【図26】従来装置の問題点を説明するための図、FIG. 26 is a diagram for explaining a problem of the conventional device;

【図27】開口絞りの代わりに用いるフィルタの例を示
す図、
FIG. 27 is a diagram showing an example of a filter used in place of an aperture stop,

【図28】従来装置におけるパターンサイズと焦点深度
との関係を示す特性図、
FIG. 28 is a characteristic diagram showing a relationship between a pattern size and a depth of focus in a conventional device;

【図29】従来装置におけるパターンサイズとデフォー
カスとの関係を示す特性図。
FIG. 29 is a characteristic diagram showing a relationship between a pattern size and defocus in a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ランプ、 2…楕円反射鏡、 3…楕円反射鏡2の第2焦点、 4…インプットレンズ、 5…オプチカルインテグレータ、 6…アウトプットレンズ、 7…コリメーションレンズ、 8…レチクル(マスク)、 9′…特殊絞り、 10…フィルタ、 11,12…コールドミラー、 13…ランプハウス、 14…投影光学系、 15…ウエハ、 16′…フィルタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Lamp, 2 ... Elliptical reflecting mirror, 3 ... Second focus of elliptical reflecting mirror 2, 4 ... Input lens, 5 ... Optical integrator, 6 ... Output lens, 7 ... Collimation lens, 8 ... Reticle (mask), 9 ' ... Special aperture, 10 ... Filter, 11 and 12 ... Cold mirror, 13 ... Lamp house, 14 ... Projection optical system, 15 ... Wafer, 16 '... Filter.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−91662(JP,A) 特開 昭61−276217(JP,A) 特開 昭49−53449(JP,A) 特開 平4−348017(JP,A) 特開 平5−102006(JP,A) 特開 平4−369208(JP,A) 特開 平4−267515(JP,A) 特開 平4−251914(JP,A) 1991(平成3)年春季 第38回応用物 理学会関係連合講演会予稿集第2分冊 (1991年3月28日発行)29a−ZC−8 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 Continuation of front page (56) References JP-A-61-91662 (JP, A) JP-A-61-276217 (JP, A) JP-A-49-53449 (JP, A) JP-A-4-348017 (JP) JP-A-5-102006 (JP, A) JP-A-4-369208 (JP, A) JP-A-4-267515 (JP, A) JP-A-4-251914 (JP, A) 1991 (Heisei 9) 3) Spring of the 38th Annual Meeting of the Japan Society of Applied Physics Related Proceedings, Volume 2 (issued March 28, 1991) 29a-ZC-8 (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスクのパターンを投影光学系を介してウ
エハ上に投影露光する投影露光装置において、所望する
パターンサイズに応じて焦点深度が最大となるように、
前記マスクを照明する2次光源として、 該光源の射出面内強度分布を中央部より周辺部の方で大
とせしめる特殊絞りを設け、 且つ前記投影光学系の瞳面に、光の透過率を変えること
なしに、該瞳面を通過する光に対し光軸を中心とする半
径方向に沿って光学的光路長を変化せしめるフィルタを
配置してなることを特徴とする投影露光装置。
In a projection exposure apparatus for projecting and exposing a mask pattern onto a wafer via a projection optical system, a depth of focus is maximized according to a desired pattern size.
As a secondary light source for illuminating the mask, a special stop for increasing the intensity distribution in the emission surface of the light source in the peripheral part from the central part is provided, and the transmittance of light is provided on the pupil plane of the projection optical system. Change
No, the projection exposure apparatus characterized by comprising placing a filter for varying the optical light path length along the radial direction around the optical axis with respect to light passing through the pupil plane.
【請求項2】前記フィルタは、前記投影光学系の瞳面の
周辺部を通過する光が、その他の部分を通過する光に対
して相対的に光学的光路長が長くなるようにするもので
あることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
2. The filter according to claim 1, wherein light passing through a peripheral portion of a pupil plane of the projection optical system has a longer optical path length than light passing through other portions. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】前記フィルタは、前記投影光学系の瞳面の
周辺部を通過する光が、その他の部分を通過する光に対
して相対的に光学的光路長が短くなるようにするもので
あることを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
3. The filter according to claim 1, wherein light passing through a peripheral portion of a pupil plane of the projection optical system has a shorter optical path length than light passing through other portions. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項4】前記フィルタは、前記投影光学系の瞳面の
周辺部及び中央部を通過する光が、その他の部分を通過
する光に対して相対的に光学的光路長が長くなるように
するものであることを特徴とする請求項1記載の投影露
光装置。
4. The filter according to claim 1, wherein light passing through a peripheral portion and a central portion of a pupil plane of the projection optical system has an optical path length longer than light passing through other portions. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein
【請求項5】前記フィルタは、前記投影光学系の瞳面の
周辺部及び中央部を通過する光が、その他の部分を通過
する光に対して相対的に光学的光路長が短くなるように
するものであることを特徴とする請求項1記載の投影露
光装置。
5. The filter according to claim 1, wherein light passing through a peripheral portion and a central portion of a pupil plane of the projection optical system has a shorter optical path length than light passing through other portions. 2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein
【請求項6】転写に用いるマスクを変える毎に、前記
次光源強度分布及び前記フィルタにおける光学的光路長
の少なくとも一つを変化させる手段を有することを特徴
とする請求項1記載の投影露光装置。
6. Each time the mask used for transfer is changed ,
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, further comprising means for changing at least one of a secondary light source intensity distribution and an optical path length in the filter.
【請求項7】部分的にコヒーレントな光によって照明さ
れたマスクパターンを投影光学系を介してウェハ上に投
影露光する投影露光装置において、 前記マスクを照明する2次光源として、該光源の射出面
内強度分布を中央部より周辺部の方で大とせしめる特殊
絞りを設け、且つ前記投影光学系の瞳面に、光の透過率
を変えることなしに、該瞳面の周辺部を通過する光に対
し、その他の部分を通過する光よりも位相の相対的な遅
れ又は進みを発生せしめるフィルタを配置し、 前記2次光源の半径をLとしたとき、該2次光源の強度
小なる中央部半径dがd≧0.5Lを満たし、強度小な
る中央部の強度lcが周辺部強度lpに対してlc≦
0.35×lpであり、且つ前記瞳面の半径をHとした
とき、該瞳の動径方向座標rが、r≦6H/7の領域を
通過する光の位相に対して相対的に130°以上の遅れ
又は進みを発生せしめる領域がr>6H/7の範囲内に
存在する瞳関数とすることを特徴とする投影露光装置。
7. A projection exposure apparatus for projecting and exposing a mask pattern partially illuminated by coherent light onto a wafer through a projection optical system, wherein a secondary light source illuminating the mask is an emission surface of the light source. A special stop is provided to make the inner intensity distribution larger in the peripheral part than in the central part, and light transmittance is provided on the pupil plane of the projection optical system.
A filter that causes a relative delay or advance of the phase of light passing through the periphery of the pupil plane with respect to light passing through other portions without changing the radius of the secondary light source. Is L, the radius d of the central portion where the intensity of the secondary light source is small satisfies d ≧ 0.5 L, and the intensity lc of the central portion where the intensity is small is lc ≦ lc with respect to the peripheral intensity lp.
0.35 × lp and the radius of the pupil plane is H, the radial coordinate r of the pupil is 130 relative to the phase of light passing through the region of r ≦ 6H / 7. A projection exposure apparatus characterized in that an area in which a delay or advance of more than ° is generated is a pupil function that exists within the range of r> 6H / 7.
【請求項8】前記マスクは、透光性基板と、この透光性
基板上に配設された半透明材料のパターンとからなり、
半透明材料の透光性基板に対する位相差が、 180×(2n+1)±10(度):nは整数、 の関係を満たし、且つ半透明材料の振幅透過率Tが透光
性基板の振幅透過率T0に対して、 0.01×T0 ≦T≦0.16×T0 を満たすことを特徴とする請求項1又は7に記載の投影
露光装置。
8. The mask comprises a light-transmitting substrate and a pattern of a translucent material disposed on the light-transmitting substrate.
The phase difference of the translucent material with respect to the translucent substrate is 180 × (2n + 1) ± 10 (degrees): n is an integer, and the transmissivity of the translucent material is the amplitude transmission T of the translucent substrate. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the ratio T0 satisfies 0.01 × T0 ≦ T ≦ 0.16 × T0.
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KR100468740B1 (en) * 2002-06-22 2005-01-29 삼성전자주식회사 Method for designing phase grating pattern providing modified illumination and method for manufacturing photo mask system using therewith
NL2007577A (en) * 2010-11-10 2012-05-14 Asml Netherlands Bv Optimization of source, mask and projection optics.

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