JP3309920B2 - Exposure method and projection exposure apparatus - Google Patents

Exposure method and projection exposure apparatus

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JP3309920B2
JP3309920B2 JP24238992A JP24238992A JP3309920B2 JP 3309920 B2 JP3309920 B2 JP 3309920B2 JP 24238992 A JP24238992 A JP 24238992A JP 24238992 A JP24238992 A JP 24238992A JP 3309920 B2 JP3309920 B2 JP 3309920B2
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宏一 松本
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Projection-Type Copiers In General (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (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、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用され、フォトマスクのパターンを投影光学系を介
して感光基板上に投影露光する投影露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used, for example, in manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device in a photolithography process, and projects a photomask pattern onto a photosensitive substrate via a projection optical system. The present invention relates to an exposure apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル(以下、「フォトマスク」と総称する)のパター
ンを露光光で照明する照明光学系と、そのパターンを感
光材が塗布されたウエハ又はガラス基板等の基板上に投
影露光する投影光学系とを有する投影露光装置が使用さ
れている。即ち、従来の投影露光装置は、照明光学系の
下に1枚のフォトマスクが配置され、そのフォトマスク
のパターンが感光基板上に投影されるという構成になっ
ている。
2. Description of the Related Art An illumination optical system for illuminating a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a "photomask") with exposure light when a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process. A projection exposure apparatus having a projection optical system for projecting and exposing the pattern on a substrate such as a wafer or a glass substrate coated with a photosensitive material is used. That is, the conventional projection exposure apparatus has a configuration in which one photomask is arranged under an illumination optical system, and the pattern of the photomask is projected on a photosensitive substrate.

【0003】最近はLSI等が更に集積化されるのに応
じて、投影露光装置においても更に解像力を高めること
が要求されている。初等光学より理解される様に、露光
されるパターンの解像力を高める為には、投影光学系の
開口数(NA)を大きくする大NA化、又は露光光とし
てより短波長の光を使用する短波長化といった手法が知
られており、従来から大NA化及び露光光の短波長化の
面での工夫がなされている。また、それ以外にもこの種
の光学性能を高める為の幾つかの手法が提案されてきて
いる。
Recently, as LSIs and the like are further integrated, there is a demand for a projection exposure apparatus to further increase the resolving power. As understood from elementary optics, in order to increase the resolution of a pattern to be exposed, a numerical aperture (NA) of a projection optical system must be increased to a large NA, or a shorter wavelength using shorter wavelength light as exposure light. A method of increasing the wavelength is known, and conventionally, measures have been taken to increase the NA and shorten the wavelength of the exposure light. In addition, some other techniques have been proposed to enhance this type of optical performance.

【0004】そのような新たな手法の一つに、例えば特
公昭62−50811号公報に開示されているような位
相シフトマスクの使用がある。位相シフトマスクには種
々の変形例があるが、基本的にはフォトマスク面の開口
部に入って来る照明光の一部の位相を位相シフターで変
えることにより、光学的な結像性能を向上させるもので
ある。
One of such new techniques is to use a phase shift mask as disclosed in Japanese Patent Publication No. Sho 62-50811, for example. There are various modifications of the phase shift mask, but basically, the optical imaging performance is improved by changing the phase of some of the illumination light entering the opening on the photomask surface with a phase shifter. It is to let.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影光
学系の開口数を大きくするのには限界があると共に、露
光光を短波長化する場合には現状では投影光学系を構成
するレンズ系として適当な硝材の種類が少ない等の不都
合がある。また、位相シフトマスクを使用する場合に
は、従来のフォトマスクを使用する場合と較べると、フ
ォトマスクの製造が困難であるという不都合がある。本
発明は斯かる点に鑑み、従来のフォトマスクを用いても
位相シフトマスクを使用する場合と同様に露光するパタ
ーンの解像度を向上できる露光方法、及びそのような露
光方法を実施できる投影露光装置を提供することを目的
とする。
However, there is a limit to increasing the numerical aperture of the projection optical system, and at the present time, when the wavelength of the exposure light is shortened, it is suitable as a lens system constituting the projection optical system. There are inconveniences such as a small number of types of glass materials. In addition, when a phase shift mask is used, there is an inconvenience that it is more difficult to manufacture a photomask than when a conventional photomask is used. In view of the above, the present invention provides an exposure method capable of improving the resolution of a pattern to be exposed similarly to a case where a phase shift mask is used even when a conventional photomask is used , and such an exposure method.
It is an object of the present invention to provide a projection exposure apparatus capable of performing an optical method .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による第1の投影
露光装置は、例えば図1に示す如く、転写用のパターン
が形成されたマスク(4)に照明光を照明する照明光学
系(1,2)と、その転写用のパターンの像を感光基板
(6)上に投影する投影光学系(5)とを有する投影露
光装置において、その照明光が照射されるとともに、
の転写用のパターンと類似のパターンを有する補助マス
ク(3)を備え、補助マスク(3)から射出される回折
マスク(4)を照明するようにしたものである。
According to the first projection exposure apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, an illumination optical system (1) for illuminating a mask (4) on which a pattern for transfer is formed with illumination light. , and 2), in a projection exposure apparatus having a projection optical system (5) for projecting an image of a pattern for the transfer on the photosensitive substrate (6), together with the illumination light is irradiated, for its transfer pattern An auxiliary mask (3) having a pattern similar to that of (1) is provided , and the mask (4) is illuminated with diffracted light emitted from the auxiliary mask (3).

【0007】この場合、マスク(4)のパターン形成面
(4a)と補助マスク(3)のパターン形成面(3a)
との間隔を1μmから100μmの間に設定することが
望ましい。更に、例えば図5に示すように、マスク
(4)と補助マスク(3)とを一体化することが望まし
い。次に、本発明による第2の投影露光装置は、マスク
に照明光を照射する照明光学系と、そのマスクのパター
ンの像を感光基板上に投影する投影光学系とを有する投
影露光装置において、その照明光を入射して、そのパタ
ーンの透過部のエッジ部付近で球面波となる回折光、も
しくはその透過部の中央部とエッジ部とで位相が異なる
回折光を発生する回折光学素子を備え、その回折光でそ
のマスクを照明するものである。また、本発明による第
3の投影露光装置は、マスクに照明光を照射する照明光
学系と、そのマスクのパターンの像を感光基板上に投影
する投影光学系とを有する投影露光装置において、その
マスク上のその照明光が照射される所定領域内の互いに
異なる領域上にそれぞれ形成された種々のマスクパター
ンに対応して配置され、且つそのパターン形状が対応す
るそのマスクパターンに応じて互いに異なる種々のパタ
ーンが形成されたパターン板を有し、その種々のマスク
パターンの各々を、そのパターン板上の、そのマスクパ
ターン毎に対応するそのパターンから射出される回折光
で、個別に照明するものである。次に、本発明による露
光方法は、転写用のパターンを有するマスクに照明光を
照射するとともに、そのマスクを介してその照明光で感
光基板を露光する方法において、その照明光から、その
パターンの透過部のエッジ部付近で球面波となる回折
光、もしくはその透過部の中央部とエッジ部とで位相が
異なる回折光を発生させるとともに、その回折光でその
マスクを照明するものである。
In this case, the pattern forming surface (4a) of the mask (4) and the pattern forming surface (3a) of the auxiliary mask (3).
Is preferably set between 1 μm and 100 μm. Further, as shown in FIG. 5, for example, it is desirable to integrate the mask (4) and the auxiliary mask (3). Next, a second projection exposure apparatus according to the present invention is a projection exposure apparatus having an illumination optical system for irradiating a mask with illumination light and a projection optical system for projecting an image of a pattern of the mask onto a photosensitive substrate. Includes a diffractive optical element that receives the illumination light and generates a diffracted light that becomes a spherical wave near the edge of the transmitting part of the pattern, or a diffracted light that has a different phase between the center and the edge of the transmitting part. Illuminate the mask with the diffracted light. A third projection exposure apparatus according to the present invention is a projection exposure apparatus having an illumination optical system that irradiates illumination light onto a mask and a projection optical system that projects an image of a pattern of the mask onto a photosensitive substrate. Each other within a predetermined area on the mask where the illumination light is irradiated
It is arranged corresponding to various mask patterns respectively formed on different regions , and the pattern shapes correspond to the various mask patterns.
Different patterns depending on the mask pattern
Having a pattern plate on which patterns are formed , and various masks thereof
Put each of the patterns on the pattern board
Diffracted light emitted from the pattern corresponding to each turn
And individually illuminate. Next, the exposure method according to the present invention includes irradiating a mask having a pattern for transfer with illumination light, and exposing a photosensitive substrate with the illumination light through the mask. Diffracted light that becomes a spherical wave near the edge of the transmitting portion, or diffracted light having different phases at the center and the edge of the transmitting portion, and illuminates the mask with the diffracted light.

【0008】[0008]

【作用】斯かる本発明の原理を図3の具体例を用いて説
明する。図3は本発明におけるマスク(4)及び補助マ
スク(3)の一例としてのフォトマスク4及び補助フォ
トマスク3を示し、フォトマスク4上には開口部7が形
成され、補助フォトマスク3上には開口部7より幅の狭
い開口部8が形成されている。但し、開口部8の幅は開
口部7と同じか又は広い場合も有り得る。この場合、図
示省略した照明光学系から補助フォトマスク3に平面波
よりなる露光光9が垂直に照射されているものとする。
このとき、補助フォトマスク3の開口部8から回折光
(回折波)が出る。ホイヘンスの原理の教える所によれ
ば、補助フォトマスク3の開口部8の各点から2次球面
波群が発生し、それらの“包絡線”が回折波面を形成す
る。
The principle of the present invention will be described with reference to a specific example shown in FIG. FIG. 3 shows a photomask 4 and an auxiliary photomask 3 as an example of the mask (4) and the auxiliary mask (3) in the present invention. An opening 7 is formed on the photomask 4 and An opening 8 having a width smaller than that of the opening 7 is formed. However, the width of the opening 8 may be the same as or wider than the opening 7. In this case, it is assumed that the auxiliary photomask 3 is vertically irradiated with exposure light 9 composed of a plane wave from an illumination optical system (not shown).
At this time, diffracted light (diffraction wave) is emitted from the opening 8 of the auxiliary photomask 3. According to the teaching of Huygens' principle, secondary spherical waves are generated from each point of the opening 8 of the auxiliary photomask 3 and their "envelopes" form a diffracted wavefront.

【0009】この場合、図3に示すように、フォトマス
ク4の開口部7を照明する露光光10は、既に平面波で
はなく、開口部7のエッジ部付近では球面波状になって
いる。更に、フォトマスク4の各開口部の上方にある補
助フォトマスク3の各開口の形状はフォトマスク4の各
開口に対応して変えられているので、一枚のフォトマス
ク4内に配置してある種々のパターンを照明する露光光
がそれぞれエッジ部付近で球面波に変えられている。従
って、実質的にフォトマスク4として位相シフトマスク
を使用した場合と同様の作用により、解像度が向上す
る。
In this case, as shown in FIG. 3, the exposure light 10 for illuminating the opening 7 of the photomask 4 is not a plane wave but a spherical wave near the edge of the opening 7. Further, since the shape of each opening of the auxiliary photomask 3 above each opening of the photomask 4 is changed corresponding to each opening of the photomask 4, it is arranged in one photomask 4. Exposure light for illuminating various patterns is converted into a spherical wave near the edge. Therefore, the resolution is improved by substantially the same operation as when the phase shift mask is used as the photomask 4.

【0010】更に、より具体的に本発明における作用を
説明する。図3において、補助フォトマスク3の開口部
8は充分小さいとすると、回折波としての露光光10は
概ね球面波と見なすことができる。そして、補助フォト
マスク3とフォトマスク4との間の間隔をz、フォトマ
スク4の開口部7の中心から横方向への距離をxとする
と、球面波よりなる露光光10の振幅ψは次式で表すこ
とができる。
The operation of the present invention will be described more specifically. In FIG. 3, assuming that the opening 8 of the auxiliary photomask 3 is sufficiently small, the exposure light 10 as a diffracted wave can be regarded as a substantially spherical wave. If the distance between the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 is z and the distance from the center of the opening 7 of the photomask 4 in the horizontal direction is x, the amplitude の of the exposure light 10 composed of a spherical wave is It can be represented by an equation.

【数1】 ψ=exp{ik(z2 +x21/2 }/(z2 +x21/2 1 = exp {ik (z 2 + x 2 ) 1/2 } / (z 2 + x 2 ) 1/2

【0011】ここに、kは波数で、k=2π/λ(λ:
波長)である。ここで、z≫xとすると、振幅ψは次の
ように近似できる。
Here, k is a wave number, and k = 2π / λ (λ:
Wavelength). Here, if z≫x, the amplitude ψ can be approximated as follows.

【数2】 ψ≒{exp(ikz)/z}・exp{ikx2 /(2z)} ∝exp{ikx2 /(2z)} これは、光学ではフレネル回折として知られているもの
と同じである。
[Number 2] ψ ≒ {exp (ikz) / z} · exp {ikx 2 / (2z)} αexp {ikx 2 / (2z)} This is the same as what is known as Fresnel diffraction at the optical is there.

【0012】(数2)に基づき振幅ψの回折波の振る舞
いを図4を参照して調べる。図4(a)はフォトマスク
4の開口部7を示し、図4(b)及び(c)はそれぞれ
開口部7上の位置xにおける(数2)の振幅ψの実部及
び位相を示す。図4より、フォトマスク4の開口部7の
中央部と周辺部とで露光光としての回折波の位相が反転
しているのが分かる。つまり、Reが実部を示すものと
して、開口部7の中心部ではReψ>0であるが、開口
部7の周辺部(エッジ部)ではReψ<0であることが
見てとれる。
Referring to FIG. 4, the behavior of the diffracted wave having the amplitude ψ will be examined based on (Equation 2). 4A shows the opening 7 of the photomask 4, and FIGS. 4B and 4C show the real part and the phase of the amplitude の of (Equation 2) at the position x on the opening 7, respectively. From FIG. 4, it can be seen that the phase of the diffracted wave as the exposure light is inverted between the central portion and the peripheral portion of the opening 7 of the photomask 4. That is, it can be seen that ReRe> 0 at the center of the opening 7 but Reψ <0 at the periphery (edge) of the opening 7 assuming that Re indicates a real part.

【0013】更に、図4(c)は、振幅ψの位相が位置
xと共にどの様に変わっているかを示し、この図4
(c)からも開口部7内で位相が非線型に変わってい
て、開口部7の中心部と周辺部とで位相がπ(180
°)程度変わっているのが分かる。このような位相の変
化は、フォトマスクの開口上での露光光の位相の変化と
いう観点からは、“エッジ強調型位相シフトマスク”と
して知られているものと殆ど等価である。これは本発明
により、位相シフトマスクを用いなくとも、位相シフト
マスクを用いた場合と等価の位相分布を有する波面がフ
ォトマスク4から射出されることを意味する。従って、
位相シフトマスクを用いた場合と同様に投影像の解像力
を向上することができる。
FIG. 4 (c) shows how the phase of the amplitude と 共 に changes with the position x.
From (c), the phase is changed to non-linear in the opening 7, and the phase is π (180
°) You can see the degree has changed. Such a change in phase is almost equivalent to what is known as an “edge-emphasized phase shift mask” from the viewpoint of a change in the phase of exposure light on the opening of the photomask. This means that, according to the present invention, a wavefront having a phase distribution equivalent to the case where a phase shift mask is used is emitted from the photomask 4 without using a phase shift mask. Therefore,
As in the case where the phase shift mask is used, the resolution of the projected image can be improved.

【0014】また、マスク(4)のパターン形成面(4
a)と補助マスク(3)のパターン形成面(3a)との
間隔を1μmから100μmの間に設定した場合には、
補助マスク(3)のパターン形成面(3a)から射出さ
れた回折波がほぼフレネル回折である領域にマスク
(4)のパターン形成面(4a)が配置されている。従
って、位相シフトマスクを用いた場合に近い波面がマス
ク(4)から射出される。また、その間隔が大き過ぎる
と、補助マスク(3)の或るパターンからの回折波がマ
スク(4)の広い領域を照明して、結像特性が悪化する
虞がある。更に、マスク(4)と補助マスク(3)とを
一体化した場合には、マスク(4)及び補助マスク
(3)の設定作業が迅速化される。
The pattern forming surface (4) of the mask (4)
When the distance between a) and the pattern forming surface (3a) of the auxiliary mask (3) is set between 1 μm and 100 μm,
The pattern forming surface (4a) of the mask (4) is arranged in a region where the diffracted wave emitted from the pattern forming surface (3a) of the auxiliary mask (3) is substantially Fresnel diffraction. Therefore, a wavefront close to the case where the phase shift mask is used is emitted from the mask (4). If the interval is too large, a diffracted wave from a certain pattern of the auxiliary mask (3) illuminates a wide area of the mask (4), and the imaging characteristics may be deteriorated. Further, when the mask (4) and the auxiliary mask (3) are integrated, the setting work of the mask (4) and the auxiliary mask (3) is speeded up.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の一実施例につき図1及び図2
を参照して説明する。図1は本実施例の投影露光装置を
示し、この図1において、1は光源及びオプティカルイ
ンテグレータ等よりなる光源装置である。光源装置1か
ら射出された露光光ILがコンデンサーレンズ系2を経
て補助フォトマスク3を均一な照度で照明する。本例で
は露光光ILの主光線はほぼ補助フォトマスク3に垂直
に入射する。補助フォトマスク3の下面のパターン形成
面3aに近接してフォトマスク4を配置し、フォトマス
ク4の上面、即ち補助フォトマスク3と対向する面(以
下、「パターン形成面」という)4aに投影露光用の回
路パターンを形成する。また、補助フォトマスク3のパ
ターン形成面3aには、フォトマスク4上の回路パター
ンと類似のパターンを形成する(詳細後述)。
1 and 2 show an embodiment of the present invention .
This will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a projection exposure apparatus of the present embodiment. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a light source device including a light source and an optical integrator. The exposure light IL emitted from the light source device 1 illuminates the auxiliary photomask 3 with uniform illuminance via the condenser lens system 2. In this example, the principal ray of the exposure light IL is almost perpendicularly incident on the auxiliary photomask 3. The photomask 4 is arranged in proximity to the pattern forming surface 3a on the lower surface of the auxiliary photomask 3 and projected on the upper surface of the photomask 4, that is, a surface (hereinafter, referred to as a "pattern forming surface") 4a facing the auxiliary photomask 3. A circuit pattern for exposure is formed. Further, a pattern similar to the circuit pattern on the photomask 4 is formed on the pattern formation surface 3a of the auxiliary photomask 3 (details will be described later).

【0016】露光光ILは補助フォトマスク3の下面の
パターン形成面3aに形成されたパターンにより回折さ
れ、この回折波によりフォトマスク4のパターン形成面
4aのパターンが照明される。フォトマスク4上に形成
されたパターンを、投影光学系5を介してフォトレジス
トが塗布されたウエハ6上に投影露光する。図2(a)
及び(b)はそれぞれ本例のフォトマスク4及び補助フ
ォトマスク3のパターンを示し、フォトマスク4のパタ
ーン形成面には遮光膜の間に種々の開口パターン7−
1,7−2,‥‥,7−7が形成されている。また、補
助フォトマスク3のパターン形成面にも遮光膜の間にフ
ォトマスク4上の各開口パターンよりそれぞれ小さい開
口パターン8−1,8−2,‥‥,8−7が形成されて
いる。
The exposure light IL is diffracted by the pattern formed on the pattern forming surface 3a on the lower surface of the auxiliary photomask 3, and the diffracted wave illuminates the pattern on the pattern forming surface 4a of the photomask 4. The pattern formed on the photomask 4 is projected through a projection optical system 5 onto a wafer 6 coated with a photoresist. FIG. 2 (a)
5B and 5B show patterns of the photomask 4 and the auxiliary photomask 3 of the present example, respectively. On the pattern formation surface of the photomask 4, various opening patterns 7-
1, 7-2,..., 7-7 are formed. Also, on the pattern forming surface of the auxiliary photomask 3, opening patterns 8-1, 8-2,..., 8-7 smaller than the respective opening patterns on the photomask 4 are formed between the light shielding films.

【0017】具体的に、フォトマスク4上のスリット状
の開口パターン7−1に対応する補助フォトマスク3上
の開口パターンはスリット状の開口パターン8−1であ
るが、開口パターン8−1は幅方向及び長手方向にそれ
ぞれ開口パターン7−1より2d1及び2d2だけ狭く
なっているが、その幅方向の削減量d1と長手方向の削
減量d2とは異なっている。また、それら削減量d1及
びd2は、開口パターン8−1から射出される回折波よ
りなる露光光の位相がフォトマスク4の開口パターン7
−1の中央部とエッジ部とで180°程度異なるように
設定されるものである。同様に、他の開口パターン8−
2,‥‥もそれぞれフォトマスク4の開口パターン7−
2,‥‥の中央部とエッジ部とで露光光の位相が180
°程度異なるように、開口パターン7−2,‥‥よりも
小さ目に設定される。
Specifically, the opening pattern on the auxiliary photomask 3 corresponding to the slit-shaped opening pattern 7-1 on the photomask 4 is a slit-shaped opening pattern 8-1, but the opening pattern 8-1 is Although it is narrower by 2d1 and 2d2 than the opening pattern 7-1 in the width direction and the longitudinal direction, respectively, the reduction amount d1 in the width direction and the reduction amount d2 in the longitudinal direction are different. Further, the reduction amounts d1 and d2 are different from each other in that the phase of the exposure light composed of the diffracted wave emitted from the aperture pattern 8-1 is smaller than the aperture pattern 7 of the photomask 4.
-1 is set so as to be different by about 180 degrees between the center part and the edge part. Similarly, other opening patterns 8-
2, .DELTA. Also represent the opening pattern 7- of the photomask 4.
The phase of the exposure light is 180 at the center and the edge of 2,.
The opening patterns 7-2, パ タ ー ン are set to be smaller than the opening patterns 7-2, ‥‥.

【0018】図3は、補助フォトマスク3の代表的な開
口部(開口パターン)8とフォトマスク4の代表的な開
口部7との関係を示し、この図3に示すように、本例で
は開口部8はほぼ平面波よりなる露光光9で照明されて
いる。また、開口部8により回折されてエッジ部で球面
波状となった露光光10がフォトマスク4の開口部7を
照明し、開口部7の中央部とエッジ部とでは露光光10
の位相はほぼ180°異なっている。従って、本例のフ
ォトマスク4の開口パターンから射出される露光光には
エッジ強調型位相シフトマスクと類似の位相変化が起こ
り、結果として結像性能を高めることができる。
FIG. 3 shows a relationship between a typical opening (opening pattern) 8 of the auxiliary photomask 3 and a typical opening 7 of the photomask 4. As shown in FIG. The opening 8 is illuminated with exposure light 9 substantially consisting of a plane wave. The exposure light 10 diffracted by the opening 8 and having a spherical wave shape at the edge illuminates the opening 7 of the photomask 4, and the exposure light 10 at the center and the edge of the opening 7.
Are approximately 180 ° different. Accordingly, the exposure light emitted from the opening pattern of the photomask 4 of the present embodiment undergoes a phase change similar to that of the edge emphasizing phase shift mask, and as a result, the imaging performance can be improved.

【0019】また、図1において、補助フォトマスク3
のパターン形成面3aとフォトマスク4のパターン形成
面4aとの間隔は、1μmないし100μm程度に設定
するのが望ましい。その間隔があまりに狭いと、補助フ
ォトマスク3の開口パターンから射出される回折波が球
面波状にならずに、実質的に2枚のフォトマスクを用い
ている意味が無くなってしまう。また、その間隔を過度
に大きくすると、補助フォトマスク3の1箇所の開口パ
ターンからの回折波がフォトマスク4の上で広範囲に広
がってしまい、他の開口パターンの解像度が悪くなる虞
がある。この様に補助フォトマスク3とフォトマスク4
との間隔に制限があるので、補助フォトマスク3及びフ
ォトマスク4としてそれぞれ通常のクロム蒸着部と透過
部とよりなるフォトマスクを用いる場合は、図1のよう
にクロム蒸着面同士を対向させて配置するのが望まし
い。また、この様な配置にする際には、フォトマスク4
のガラス面4b側は結像系内に入るので、そのガラス面
4bは高精度研磨をしておき、更に、ガラス厚分の球面
収差補正を投影光学系5にて行っておくのが望ましい。
In FIG. 1, the auxiliary photomask 3
The distance between the pattern forming surface 3a and the pattern forming surface 4a of the photomask 4 is desirably set to about 1 μm to 100 μm. If the interval is too small, the diffracted wave emitted from the opening pattern of the auxiliary photomask 3 does not have a spherical wave shape, and there is substantially no point in using two photomasks. If the interval is excessively large, the diffracted wave from one opening pattern of the auxiliary photomask 3 spreads over a wide area on the photomask 4, and the resolution of another opening pattern may be deteriorated. Thus, the auxiliary photomask 3 and the photomask 4
In the case where a normal photomask composed of a chromium-deposited portion and a transmissive portion is used as the auxiliary photomask 3 and the photomask 4, respectively, the chromium-deposited surfaces are opposed to each other as shown in FIG. It is desirable to arrange. In such an arrangement, the photomask 4
Since the glass surface 4b side enters the image forming system, it is desirable that the glass surface 4b is polished with high precision and that the spherical aberration correction for the glass thickness is performed by the projection optical system 5.

【0020】なお、フォトマスク4の開口パターンの中
央部とエッジ部との露光光の位相のずれは180°以外
の所定の値でもよい場合がある。その位相差は最終的に
ウエハ6上に投影されるパターン像の解像度により決定
される。また、要はフォトマスク4の開口パターンの中
央部とエッジ部とで露光光の位相差が所定値になればよ
い訳であるから、図2のように補助フォトマスク3の開
口パターンがフォトマスク4の開口パターンに対して小
さ目の場合だけではなく、補助フォトマスク3の開口パ
ターンがフォトマスク4の開口パターンと同じ大きさの
場合も有り得る。更に、補助フォトマスク3の開口パタ
ーンがフォトマスク4の開口パターンより大き目の場合
も有り得る。
The phase shift of the exposure light between the central portion and the edge portion of the opening pattern of the photomask 4 may be a predetermined value other than 180 ° in some cases. The phase difference is determined by the resolution of the pattern image finally projected on the wafer 6. In other words, it is only necessary that the phase difference of the exposure light between the central part and the edge part of the opening pattern of the photomask 4 be a predetermined value. Therefore, as shown in FIG. In addition to the case where the opening pattern of the auxiliary photomask 3 is smaller than that of the opening pattern of the photomask 4, the opening pattern of the auxiliary photomask 3 may have the same size as the opening pattern of the photomask 4. Further, the opening pattern of the auxiliary photomask 3 may be larger than the opening pattern of the photomask 4 in some cases.

【0021】また、図5に示すように、補助フォトマス
ク3とフォトマスク4とを一体的に構成してもよい。即
ち、図5において、補助フォトマスク3とフォトマスク
4とはスペーサ11A及び11Bを介して固定されてお
り、フォトマスク4のスペーサ11A,11B側の面に
開口パターンを有する遮光膜12が形成され、補助フォ
トマスク3のスペーサ11A,11B側の面にも開口パ
ターンを有する遮光膜13が形成されている。この場
合、補助フォトマスク3とフォトマスク4との間隔を規
定するスペーサ11A,11Bは、周辺部のみならず、
フォトマスク4内の広い遮光領域にも配置することがで
きる。図5のように補助フォトマスク3とフォトマスク
4とを一体的に構成した場合には、露光工程でフォトマ
スクを交換するようなときに、フォトマスクと補助フォ
トマスクとの位置合わせを行う必要がなく、露光工程の
時間を短縮することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 may be integrally formed. That is, in FIG. 5, the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 are fixed via the spacers 11A and 11B, and the light shielding film 12 having an opening pattern is formed on the surface of the photomask 4 on the side of the spacers 11A and 11B. A light-shielding film 13 having an opening pattern is also formed on the surface of the auxiliary photomask 3 on the side of the spacers 11A and 11B. In this case, the spacers 11A and 11B that define the distance between the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 are provided not only in the peripheral part but also in the peripheral part.
It can also be arranged in a large light shielding area in the photomask 4. When the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 are integrally formed as shown in FIG. 5, it is necessary to align the photomask and the auxiliary photomask when exchanging the photomask in the exposure step. And the time of the exposure step can be shortened.

【0022】また、上述実施例では位相シフトマスクが
不要である点を強調する為に、補助フォトマスク3及び
フォトマスク4共に、従来の遮光部と透過部とよりなる
例えばクロム蒸着マスクを使用している。しかしなが
ら、本発明はこれに限定されるものではなく、補助フォ
トマスク3又はフォトマスク4の一方に従来のクロム蒸
着マスクを用い、他方に位相シフターのみによるマスク
を用いることも可能である。
In the above-described embodiment, in order to emphasize that a phase shift mask is not required, both the auxiliary photomask 3 and the photomask 4 use, for example, a conventional chromium vapor deposition mask having a light shielding portion and a transmission portion. ing. However, the present invention is not limited to this, and it is also possible to use a conventional chromium deposition mask for one of the auxiliary photomask 3 or the photomask 4 and use a mask using only a phase shifter for the other.

【0023】図6は補助フォトマスク3として位相シフ
ターのみによるマスクを使用する例を示し、この図6に
おいて、フォトマスク4には通常の遮光膜12−1,1
2−2,‥‥の間の領域として開口パターンが形成され
ている。また、遮光膜12−1,12−2,‥‥に対向
する補助フォトマスク3上の領域にはそれぞれ露光光の
位相を所定量(例えば180°)ずらすための位相シフ
ター13−1,13−2,‥‥が形成されている。この
場合、フォトマスク4の開口パターンの中央部及びエッ
ジ部にそれぞれ入射する露光光IL1及びIL2は位相
が所定量だけ異なるため、1枚の位相シフトマスクを用
いた場合と等価の波面が得られる。
FIG. 6 shows an example in which a mask using only a phase shifter is used as the auxiliary photomask 3. In FIG.
An opening pattern is formed as a region between 2-2 and ‥‥. In the regions on the auxiliary photomask 3 facing the light shielding films 12-1, 12-2,..., The phase shifters 13-1, 13- for shifting the phase of the exposure light by a predetermined amount (for example, 180 °) are provided. 2, ‥‥ are formed. In this case, the exposure lights IL1 and IL2 incident on the central portion and the edge portion of the opening pattern of the photomask 4 differ in phase by a predetermined amount, so that a wavefront equivalent to the case where one phase shift mask is used is obtained. .

【0024】従って、補助フォトマスク3として位相シ
フターのみによるマスクを使用した場合でも、光学結像
性能の向上が期待できる。また、従来の位相シフトマス
クの場合には1枚のフォトマスク中に遮光パターンと位
相シフターのパターンとが混在しているために製造が困
難であるのに対して、図6の例では遮光パターンが形成
されているマスクと位相シフターのパターンが形成され
ているマスクとが分離されているので、製造が容易であ
る利点がある。
Therefore, even when a mask using only a phase shifter is used as the auxiliary photomask 3, an improvement in optical imaging performance can be expected. Further, in the case of the conventional phase shift mask, it is difficult to manufacture because a light-shielding pattern and a phase shifter pattern are mixed in one photomask, whereas in the example of FIG. Since the mask on which the pattern is formed is separated from the mask on which the pattern of the phase shifter is formed, there is an advantage that the manufacturing is easy.

【0025】なお、本発明は上述実施例に限定されず本
発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得るこ
とは勿論である。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can take various configurations without departing from the spirit of the present invention.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明によれば、例えばマスク上の各パ
ターンがその真上に配置される補助マスク上の対応する
パターンからの回折光によって照明され、マスク上の各
パターンの中央部とエッジ部とで照明光の位相差を所定
の値に設定することができるので、マスクとして従来の
フォトマスクを用いても位相シフトマスクを使用する場
合と同様に露光するパターンの解像度を向上できる利点
がある。
According to the present invention, for example , each pattern on the mask is illuminated by the diffracted light from the corresponding pattern on the auxiliary mask disposed directly above the mask, and the center and the edge of each pattern on the mask are illuminated. Since the phase difference of the illumination light can be set to a predetermined value between the first and second portions, the advantage that the resolution of the pattern to be exposed can be improved even when a conventional photomask is used as in the case of using a phase shift mask. is there.

【0027】また、マスクのパターン形成面と補助マス
クのパターン形成面との間隔を1μmから100μmの
間に設定した場合には、位相シフトマスクを用いた場合
に近い結像特性を得ることができる。更に、マスクと補
助マスクとを一体化した場合には、マスク交換時の作業
効率が向上する。
When the distance between the pattern forming surface of the mask and the pattern forming surface of the auxiliary mask is set between 1 μm and 100 μm, it is possible to obtain an imaging characteristic close to that of using a phase shift mask. . Further, when the mask and the auxiliary mask are integrated, the work efficiency at the time of mask replacement is improved.

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

【図1】本発明の一実施例の投影露光装置の概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1のフォトマスク4のパターンを示
す平面図、(b)は図1の補助フォトマスク3のパター
ンを示す平面図である。
2A is a plan view showing a pattern of the photomask 4 shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view showing a pattern of an auxiliary photomask 3 shown in FIG.

【図3】図1の補助フォトマスク3からの回折光でフォ
トマスク4を照明する状態を示す要部の拡大断面図であ
る。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a state in which a photomask 4 is illuminated with diffracted light from an auxiliary photomask 3 in FIG.

【図4】(a)は図3のフォトマスク4の開口部の拡大
断面図、(b)はその開口部上の或る時点での露光光の
振幅を示す特性図、(c)はその開口部上の或る時点で
の位相を示す特性図である。
4A is an enlarged cross-sectional view of an opening of the photomask 4 in FIG. 3, FIG. 4B is a characteristic diagram showing the amplitude of exposure light at a certain point on the opening, and FIG. FIG. 7 is a characteristic diagram showing a phase at a certain point on an opening.

【図5】補助フォトマスクとフォトマスクとを一体化し
た例を示す側面図である。
FIG. 5 is a side view showing an example in which an auxiliary photomask and a photomask are integrated.

【図6】補助フォトマスクの他の例を示す側面図であ
る。
FIG. 6 is a side view showing another example of the auxiliary photomask.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源装置 2 コンデンサーレンズ系 3 補助フォトマスク 4 フォトマスク 5 投影光学系 6 ウエハ 7−1,7−2,‥‥ 開口パターン 8−1,8−2,‥‥ 開口パターン 11A,11B スペーサ 13−1,13−2 位相シフター Reference Signs List 1 light source device 2 condenser lens system 3 auxiliary photomask 4 photomask 5 projection optical system 6 wafer 7-1, 7-2, opening pattern 8-1, 8-2, opening pattern 11A, 11B spacer 13- 1,13-2 Phase shifter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/30 515F ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/30 515F

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 転写用のパターンが形成されたマスク
照明光を照射する照明光学系と、前記転写用のパターン
の像を感光基板上に投影する投影光学系とを有する投影
露光装置において、前記照明光が照射されるとともに、 前記転写用のパター
ンと類似又は同一のパターンを有する補助マスクを
、該補助マスクから射出される回折光前記マスクを
照明することを特徴とする投影露光装置。
To 1. A mask pattern is formed for transfer
In a projection exposure apparatus having an illumination optical system that emits illumination light and a projection optical system that projects an image of the transfer pattern onto a photosensitive substrate, the illumination light is emitted, and the transfer pattern Provide an auxiliary mask with a similar or identical pattern
For example, a projection exposure apparatus characterized by illuminating the mask with the diffracted light emitted from the auxiliary mask.
【請求項2】 前記マスクのパターン形成面と前記補助
マスクのパターン形成面との間隔を1μmから100μ
mの間に設定することを特徴とする請求項1記載の投影
露光装置。
2. The method according to claim 1, wherein the distance between the pattern forming surface of the mask and the pattern forming surface of the auxiliary mask is 1 μm to 100 μm.
2. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the distance is set between m.
【請求項3】 マスクに照明光を照射する照明光学系
と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に投影する
投影光学系とを有する投影露光装置において、 前記照明光を入射して、前記パターンの透過部のエッジ
部付近で球面波となる回折光、もしくは前記透過部の中
央部とエッジ部とで位相が異なる回折光を発生する回折
光学素子を備え、前記回折光で前記マスクを照明するこ
とを特徴とする投影露光装置。
3. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system that irradiates illumination light onto a mask; and a projection optical system that projects an image of a pattern of the mask onto a photosensitive substrate. A diffractive optical element that generates diffracted light that becomes a spherical wave near the edge of the transmitting portion of the pattern, or diffracted light that has different phases at the center and the edge of the transmitting portion, illuminates the mask with the diffracted light And a projection exposure apparatus.
【請求項4】 マスクに照明光を照射する照明光学系
と、前記マスクのパターンの像を感光基板上に投影する
投影光学系とを有する投影露光装置において、 前記マスク上の前記照明光が照射される所定領域内の互
いに異なる領域上にそれぞれ形成された種々のマスク
ターンに対応して配置され、且つそのパターン形状が対
応する前記マスクパターンに応じて互いに異なる種々の
パターンが形成されたパターン板を有し、前記種々のマスクパターンの各々を、前記パターン板上
の、前記マスクパターン毎に対応する前記パターンから
射出される回折光で、個別に 照明することを特徴とする
投影露光装置。
4. A projection exposure apparatus comprising: an illumination optical system for irradiating a mask with illumination light; and a projection optical system for projecting an image of a pattern of the mask on a photosensitive substrate, wherein the illumination light on the mask is irradiated with the illumination light. each other in the predetermined region to be
It arranged corresponding to the various mask path <br/> turn respectively formed on different regions in the stomach, and the pattern shape pairs
Various different types depending on the corresponding mask pattern
A pattern plate having a pattern formed thereon , each of the various mask patterns being placed on the pattern plate;
From the pattern corresponding to each of the mask patterns
A projection exposure apparatus characterized in that the emitted diffraction light is individually illuminated.
【請求項5】 転写用のパターンを有するマスクに照明
光を照射するとともに、前記マスク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、 前記照明光から、前記パターンの透過部のエッジ部付近
で球面波となる回折光、もしくは前記透過部の中央部と
エッジ部とで位相が異なる回折光を発生させるととも
に、前記回折光で前記マスクを照明することを特徴とす
る露光方法。
5. A method of irradiating a mask having a pattern for transfer with illumination light and exposing a photosensitive substrate with the illumination light through the mask, comprising: an edge portion of a transmission portion of the pattern from the illumination light. An exposure method comprising: generating diffracted light that becomes a spherical wave in the vicinity, or diffracted light having different phases at a central portion and an edge portion of the transmitting portion, and illuminating the mask with the diffracted light.
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