JPH04212155A - Photomask and its production and exposing method - Google Patents

Photomask and its production and exposing method

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JPH04212155A
JPH04212155A JP3032611A JP3261191A JPH04212155A JP H04212155 A JPH04212155 A JP H04212155A JP 3032611 A JP3032611 A JP 3032611A JP 3261191 A JP3261191 A JP 3261191A JP H04212155 A JPH04212155 A JP H04212155A
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photomask
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phase
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誠 村山
Yoshitada Oshida
良忠 押田
Tsutomu Tanaka
勉 田中
Ryuichi Funatsu
隆一 船津
Yasuhiro Yoshitake
康裕 吉武
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Abstract

PURPOSE:To offer a proximity exposing method for resolving the micropattern of the resolution limit of the conventional proximity exposing method or below and photomask design production using it. CONSTITUTION:The distribution of the amplitude and phase of photomask transmitting light is calculated so as to obtain a desired light intensity distribution on a substrate placed at a fine interval from a photomask. A constitution that a micro light shielding pattern and a phase sifter are formed on the photomask, and the calculated distribution is actualized, is adopted. The pattern transfer of high resolution is performed by using the conventional proximity exposing machine.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【発明の利用分野】本発明は、ホトマスクとウェハまた
はプリント板等の基板を微小ギャップ離して露光するプ
ロキシミティ露光法等において、高解像性能を得るため
のホトマスク及びその製造方法並びに露光方法に関する
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a photomask, a manufacturing method thereof, and an exposure method for obtaining high resolution performance in a proximity exposure method, etc., in which a photomask and a substrate such as a wafer or printed board are exposed with a small gap therebetween. .

【0002】0002

【従来の技術】ホトマスク上の所望のパターンをウェハ
またはプリント板等の基板上に転写する露光方法は、投
影露光方法、密着露光法、プロキシミティ露光方法の3
つに大きく分けることができる。各露光方法の性能を評
価する基準として解像度、歩留まり、露光速度、装置価
格を考える。解像度は、より細かいパターンを転写でき
るほどよく、歩留まりは、パターン転写欠陥の起こる確
率が小さいほど良い。
2. Description of the Related Art There are three exposure methods for transferring a desired pattern on a photomask onto a substrate such as a wafer or a printed board: a projection exposure method, a contact exposure method, and a proximity exposure method.
It can be broadly divided into Consider resolution, yield, exposure speed, and equipment price as criteria for evaluating the performance of each exposure method. The resolution is better when a finer pattern can be transferred, and the yield is better when the probability of pattern transfer defects is smaller.

【0003】レンズ系やミラー系を用いた投影露光方式
は、解像度や歩留まりはよいが、装置構成が複雑なため
高価格であり、ホトマスクや基板を移動させるため比較
的露光速度は遅い。ホトマスクと基板を密着させて露光
する密着露光方式は、解像度はよく露光速度も速く装置
も低価格であるが、接触によりホトマスクや基板の損傷
が起こり、歩留まりが低い。
Projection exposure methods using a lens system or mirror system have good resolution and yield, but are expensive because of the complicated device configuration, and the exposure speed is relatively slow because the photomask and substrate are moved. The contact exposure method, in which the photomask and substrate are brought into close contact with each other for exposure, has good resolution, high exposure speed, and low cost equipment, but the photomask and substrate can be damaged due to contact, resulting in low yields.

【0004】ホトマスクと基板を微小ギャップあけて露
光するプロキシミティ露光方式は、装置は低価格で露光
速度も速く、ホトマスクと基板の接触による損傷はない
ため歩留まりはよいが、微小ギャップあけるために光が
回折し、高解像度は得られない。
In the proximity exposure method, which exposes the photomask and the substrate by leaving a small gap, the equipment is low cost, the exposure speed is fast, and the yield is good because there is no damage caused by contact between the photomask and the substrate. is diffracted, and high resolution cannot be obtained.

【0005】また、従来技術として、特公平1−518
25号公報が知られている。即ち、この従来技術には、
「リソグラフィ用マスクがリソグラフィの分解能よりも
小さな複数の透明要素及び不透明要素(ハーフトーン)
を含むリソグラフィ方法」により、解像度が向上するこ
とが示されている。また、透過光の位相をシフトさせる
位相シフトを併用し、有限段数の位相シフタとハーフト
ーンにより任意の複素振幅透過率分布を実現することが
示されている。
[0005] Furthermore, as a prior art, Japanese Patent Publication No. 1-518
No. 25 is known. That is, this conventional technology includes
“A lithography mask has multiple transparent and opaque elements (halftones) smaller than the lithography resolution.
It has been shown that lithographic methods including lithography methods can improve resolution. Furthermore, it has been shown that an arbitrary complex amplitude transmittance distribution can be realized by using a phase shifter that shifts the phase of transmitted light in combination with a finite number of phase shifters and halftones.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする問題点】上記従来のプロキシ
ミティ露光方法で用いられたホトマスクは、光の回折に
より解像度が低下するという課題があった。この課題に
ついて、図2、図5を用いて説明する。図2は、孤立遮
光パターンを露光するための従来のホトマスクの断面図
であり、ホトマスク11上には遮光パターン12が形成
されている。横軸xは基板13上の位置を示す座標であ
り、x1、x2は遮光パターン12境界の座標である。 gは、ホトマスクと基板間のギャップである。このホト
マスク11に露光照明光10を照射して露光をおこなう
ときの基板13上の光強度Iの分布を図5に示す。ポジ
レジストを基板上に塗布して露光および現像をするとき
、基板上の光強度Iがあるしきい値以下の部分にパター
ンが残ることになる。実線31は照明光10が平行コヒ
ーレント光であるとき(視角ゼロのとき)の光強度分布
であり、回折光の影響でパターン中心部で光強度が大き
くなる。光強度しきい値をどのようにとっても、解像パ
ターンの境界をx1とx2にとることはできない。一点
鎖線30は図9の視角57を大きくするときの光強度分
布で、パターン中心部の光強度が小さくなってx1とx
2を境界にもつ所望のパターンが得られるが、解像する
光強度しきい値付近の光強度分布の勾配が非常に小さく
なっている。この勾配が小さいと、露光量のばらつきや
プロセスばらつきに対するパターン線幅の変化が大きく
なり、安定な解像パターン線幅が得られないという課題
を有していた。
Problems to be Solved by the Invention The photomasks used in the above-mentioned conventional proximity exposure method have a problem in that the resolution decreases due to light diffraction. This problem will be explained using FIGS. 2 and 5. FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional photomask for exposing an isolated light-shielding pattern, in which a light-shielding pattern 12 is formed on a photomask 11. As shown in FIG. The horizontal axis x is the coordinate indicating the position on the substrate 13, and x1 and x2 are the coordinates of the boundary of the light shielding pattern 12. g is the gap between the photomask and the substrate. FIG. 5 shows the distribution of the light intensity I on the substrate 13 when the photomask 11 is irradiated with the exposure illumination light 10 for exposure. When a positive resist is applied onto a substrate, exposed and developed, a pattern remains on the substrate in areas where the light intensity I is below a certain threshold. A solid line 31 is a light intensity distribution when the illumination light 10 is parallel coherent light (when the viewing angle is zero), and the light intensity increases at the center of the pattern due to the influence of the diffracted light. No matter how the light intensity threshold value is set, the boundary of the resolution pattern cannot be set at x1 and x2. The one-dot chain line 30 is the light intensity distribution when the viewing angle 57 in FIG.
Although a desired pattern having a border of 2 is obtained, the gradient of the light intensity distribution near the light intensity threshold for resolution is very small. If this gradient is small, the change in pattern line width due to variations in exposure amount and process variations becomes large, resulting in a problem that a stable resolved pattern line width cannot be obtained.

【0007】図7(a)、(b)はホトマスク上に長方
形遮光パターン35が形成されているときの被露光基板
上の光強度の等高線分布を示す図である。長方形の短辺
の長さは、1次元の場合のパターン幅dと同じであり、
35は長方形の境界も示す。図7(a)は視角ゼロの場
合で、光強度しきい値をどのようにとっても、回路パタ
ーン形状は大きく変化してしまい、しきい値0.4のと
きのレジストパターンは斜線に示すようになる。図7(
b)は1次元の場合と同じく視角を大きくする場合であ
るが、やはり所望の回路パターン形状は得られないとい
う課題を有するものである。
FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the contour line distribution of light intensity on the exposed substrate when a rectangular light-shielding pattern 35 is formed on the photomask. The length of the short side of the rectangle is the same as the pattern width d in the one-dimensional case,
35 also indicates the boundaries of the rectangle. Figure 7(a) shows the case where the viewing angle is zero, and no matter how the light intensity threshold is set, the circuit pattern shape changes greatly, and the resist pattern when the threshold is 0.4 is as shown by diagonal lines. Become. Figure 7 (
b) is a case where the viewing angle is increased as in the one-dimensional case, but it still has the problem that a desired circuit pattern shape cannot be obtained.

【0008】また、特公平1−51825号公報には、
波面を逆に再生し、基板上で結像させて、プロキシミテ
ィ露光の解像度を向上させようとする課題については、
考慮されていない。
[0008] Furthermore, in Japanese Patent Publication No. 1-51825,
Regarding the challenge of improving the resolution of proximity exposure by reproducing the wavefront in reverse and imaging it on the substrate,
Not considered.

【0009】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
プロキシミティ露光方式等では解像できなかった微小パ
ターンを正確に解像し、しかもパターン寸法の変化を小
さくして露光できるようにしたホトマスク及びその製造
方法並びに露光方法を提供することにある。
[0009] The purpose of the present invention is to solve the above problems.
To provide a photomask, a method for manufacturing the same, and an exposure method, which can accurately resolve minute patterns that cannot be resolved using a proximity exposure method or the like, and can perform exposure with small changes in pattern dimensions.

【0010】0010

【問題点を解決するための手段】本発明においては、上
記目的を達成するために、基板上で望ましい光強度分布
が得られるようなホトマスクを設計する。その設計方法
の1つは以下のとおりである。照明光波長をλ、露光時
のホトマスクと基板との間のギャップをgとする。所望
の転写パターンが波長λの平行コヒーレント光によって
照射されるときの回路パターンから光軸方向にz離れた
仮想平面上での光の複素振幅分布を、光の回折の式等を
用いて計算機により計算して求める。なお、光の回折の
式を用いる場合には、フレネル回折やフラウンホーファ
回折の近似式によるのがよい。そしてこの複素振幅分布
の複素共役に等しい位相分布および振幅透過率分布を透
過光に与えるようなホトマスクを形成すればよい。すな
わち、透過光の位相と実効的な光振幅透過率の両方が連
続的または離散的に変化するようなホトマスクを用いる
。実際の露光では、図9に示す露光系を用いて、波長λ
を主な波長成分とする照明光をこのホトマスクに照射し
て基板上にパターンを転写する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the present invention, a photomask is designed such that a desired light intensity distribution can be obtained on a substrate. One of the design methods is as follows. Let λ be the illumination light wavelength, and let g be the gap between the photomask and the substrate during exposure. When a desired transfer pattern is irradiated with parallel coherent light of wavelength λ, the complex amplitude distribution of light on a virtual plane z away from the circuit pattern in the optical axis direction is calculated by a computer using a light diffraction formula, etc. Calculate and find. Note that when using a formula for light diffraction, it is preferable to use an approximate formula for Fresnel diffraction or Fraunhofer diffraction. Then, a photomask may be formed that provides transmitted light with a phase distribution and an amplitude transmittance distribution that are equal to the complex conjugate of this complex amplitude distribution. That is, a photomask is used in which both the phase of transmitted light and the effective light amplitude transmittance change continuously or discretely. In actual exposure, using the exposure system shown in FIG. 9, the wavelength λ
The pattern is transferred onto the substrate by irradiating this photomask with illumination light whose main wavelength component is .

【0011】[0011]

【作用】本発明による作用を図10により説明する。図
10(a)は、所望の転写パターンを有するホトマスク
60に平行コヒーレント光を照射するときの光の波面の
伝播状況を表している。図10(b)は本発明によるホ
トマスク62に平行コヒーレント光を照射して露光する
ときの光の波面の伝播状況を表している。図10(a)
のホトマスク60と基板61の間隔と、図10(b)の
ホトマスク62と基板63間の間隔は同じである。70
から74および80から84は位相の等しい波面を表し
ており、線の太さは光の振幅の大きさを表す。例えば、
図10(a)の透過直後の波面71は、遮光部の振幅が
ゼロで透過部の振幅、位相が等しいことを示し、波面7
2はパターン部の位相が大きく遅れていて振幅が小さい
ことを表している。伝播するにつれ、波面74のように
パターン部にあたる部分の振幅が大きくなり、位相の遅
れが小さくなっていく。ホトマスク透過直後の波面81
が、波面74の振幅と同一で位相を反転した波面となる
ようにホトマスク62を形成する。ホトマスク62と基
板63間で波面が(a)の場合と逆に伝播し、波面82
、83はそれぞれ波面73、72と振幅が等しく位相を
反転した波面になる。基板63面上の波面84は、元の
ホトマスク60透過直後の波面71の再生になる。すな
わち基板63上では、遮光部に対応する部分の光の振幅
がゼロとなり透過部では一様な振幅、位相になる。波面
81が波面74の反転そのものであるような理想的な場
合には、ホトマスクと基板の間のギャップがいかに大き
くても元のホトマスク60透過直後の光の強度分布が再
現できる。
[Operation] The operation according to the present invention will be explained with reference to FIG. FIG. 10A shows the propagation state of the wavefront of light when parallel coherent light is irradiated onto a photomask 60 having a desired transfer pattern. FIG. 10(b) shows the propagation state of the wavefront of light when the photomask 62 according to the present invention is irradiated with parallel coherent light for exposure. Figure 10(a)
The distance between the photomask 60 and the substrate 61 in FIG. 10B is the same as the distance between the photomask 62 and the substrate 63 in FIG. 10(b). 70
74 and 80 to 84 represent wavefronts with equal phase, and the thickness of the lines represents the amplitude of the light. for example,
The wavefront 71 immediately after transmission in FIG.
2 indicates that the phase of the pattern portion is significantly delayed and the amplitude is small. As the wave propagates, the amplitude of the portion corresponding to the pattern portion, such as the wavefront 74, increases, and the phase delay decreases. Wavefront 81 immediately after passing through the photomask
The photomask 62 is formed so that the wavefront has the same amplitude as the wavefront 74 but has an inverted phase. The wavefront propagates between the photomask 62 and the substrate 63 in the opposite direction to that in case (a), and the wavefront 82
, 83 are wavefronts having the same amplitude and inverted phase as the wavefronts 73 and 72, respectively. The wavefront 84 on the surface of the substrate 63 is a reproduction of the original wavefront 71 immediately after passing through the photomask 60. That is, on the substrate 63, the amplitude of light in the portion corresponding to the light shielding portion is zero, and the amplitude and phase are uniform in the transmitting portion. In an ideal case where the wavefront 81 is the inversion of the wavefront 74, the original intensity distribution of light immediately after passing through the photomask 60 can be reproduced no matter how large the gap between the photomask and the substrate is.

【0012】0012

【実施例】本発明によるホトマスクを用いたプロキシミ
ティ露光の実施例を図1を用いて説明する。図1は本発
明によるホトマスクの一実現方法(実施例)を表す断面
図である。1は平行なコヒーレント光、2はホトマスク
、3はホトマスク上に形成された微小なクロムの細線パ
ターン、4は位相シフタ、5は基板である。このホトマ
スクは、以下のようにして得られる。図2に示す所望の
パターン12を有するホトマスク11への露光照明光1
0を平行コヒーレント光とする。このときホトマスク透
過直後の光の振幅分布は図3(a)に示す分布15をも
つ。ギャップgだけホトマスク11から離れた基板13
上の回折光の複素振幅分布を求め、その複素共役をとる
と図3(b)に示す実線の振幅分布16と図3(c)に
示す実線の位相分布18になる。基板上の位置を示すx
軸を十分細かい間隔で分割し、各領域で振幅分布16を
3段階に離散化すると点線で示す振幅分布17が得られ
る。透過度1/3の部分は図3(d)のように開口部と
遮光部の比を1対2に、2/3の部分は図3(e)のよ
うに2対1にして図1に示す細線パターン3を得る。 この細線パターンが解像しないようにx軸の分割間隔を
選んでおく。この細線パターン3は、クロム等を用いて
通常の露光、現像、エッチングプロセスにより形成でき
る。また、位相分布18も同様に離散化して点線で示す
位相分布19をえる。この分布を実現するには、空気に
対してある屈折率差をもつ透明な材料からなる位相シフ
タを設ける。位相シフタのある開口部の位相が遅れるこ
とになる。位相シフタ材料としては、SiO2やホトレ
ジスト材料が考えられる。先の位相分布の離散化単位の
遅れを透過光に与える位相シフタ厚さを計算し、位相シ
フタをその厚さを単位として3層に重ね、図1に示す位
相シフタ4を形成する。図4に、このホトマスクに平行
コヒーレント光を照射して露光を行うときの基板5上の
光強度分布25を示す。遮光パターンに対応する中心部
分での光強度はほぼゼロで、点線に示すようにもとのパ
ターン境界のx1、x2を境界にもつ解像パターンが得
られる。また、解像する光強度しきい値付近での光強度
分布は急勾配をもち、露光量の変動や現像プロセスのば
らつきに対する解像パターン幅の変化が小さい。一方、
本実施例で用いたような細線パターン3は回折格子とし
て働き、図4では示されていないさらに外側の基板上の
光強度分布に、高空間周波数成分からなるノイズが生じ
ることがある。しかし、照明系の視角57を増やすこと
でノイズを打ち消すことができる。図には示さないが、
ノイズが打ち消される程度に視角を増やしても図4の光
強度分布はほとんど変わらない。
EXAMPLE An example of proximity exposure using a photomask according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a sectional view showing a method (embodiment) for realizing a photomask according to the present invention. Reference numeral 1 indicates parallel coherent light, 2 a photomask, 3 a minute chrome thin line pattern formed on the photomask, 4 a phase shifter, and 5 a substrate. This photomask is obtained as follows. Exposure illumination light 1 to a photomask 11 having a desired pattern 12 shown in FIG.
Let 0 be parallel coherent light. At this time, the amplitude distribution of the light immediately after passing through the photomask has a distribution 15 shown in FIG. 3(a). Substrate 13 separated from photomask 11 by gap g
When the complex amplitude distribution of the above diffracted light is obtained and its complex conjugate is taken, the solid line amplitude distribution 16 shown in FIG. 3(b) and the solid line phase distribution 18 shown in FIG. 3(c) are obtained. x indicating position on board
By dividing the axis into sufficiently fine intervals and discretizing the amplitude distribution 16 into three stages in each region, an amplitude distribution 17 shown by a dotted line is obtained. The part with transmittance of 1/3 has a ratio of 1:2 between the aperture and the light shielding part as shown in Fig. 3(d), and the part with 2/3 has a ratio of 2:1 as shown in Fig. 3(e). A thin line pattern 3 shown in is obtained. The x-axis division interval is selected so that this thin line pattern is not resolved. This thin line pattern 3 can be formed using chromium or the like by ordinary exposure, development, and etching processes. Further, the phase distribution 18 is similarly discretized to obtain a phase distribution 19 shown by a dotted line. To achieve this distribution, a phase shifter made of a transparent material that has a certain refractive index difference with respect to air is provided. The phase of the opening where the phase shifter is located will be delayed. Possible phase shifter materials include SiO2 and photoresist materials. The thickness of the phase shifter that gives the transmitted light a delay of the unit of discretization of the phase distribution is calculated, and the phase shifter is stacked in three layers with the thickness as a unit to form the phase shifter 4 shown in FIG. 1. FIG. 4 shows a light intensity distribution 25 on the substrate 5 when the photomask is exposed by irradiating parallel coherent light. The light intensity at the central portion corresponding to the light-shielding pattern is almost zero, and a resolved pattern whose boundaries are the original pattern boundaries x1 and x2 as shown by the dotted line is obtained. In addition, the light intensity distribution near the light intensity threshold for resolution has a steep slope, and changes in the resolved pattern width due to variations in exposure amount or variations in the development process are small. on the other hand,
The thin line pattern 3 used in this embodiment functions as a diffraction grating, and noise consisting of high spatial frequency components may occur in the light intensity distribution on the outer substrate (not shown in FIG. 4). However, the noise can be canceled by increasing the viewing angle 57 of the illumination system. Although not shown in the diagram,
Even if the viewing angle is increased to such an extent that the noise is canceled out, the light intensity distribution in FIG. 4 hardly changes.

【0013】同じ1次元孤立遮光パターンのプロキシミ
ティ露光に用いるホトマスクの計算方法は、以上の1通
りだけではない。図6を用いて説明する。これまでは、
所望のパターン透過直後の光は振幅位相とも一様として
微小ギャップ離れた基板面上の光の振幅および位相分布
を計算した。よりコントラストのよい光強度分布を得る
ための方法は、所望のパターン透過直後の光の振幅分布
が図3(a)の振幅分布15ではなく、図6のような遮
光パターンエッジx1、x2付近のコントラストを大き
くした振幅分布33であると仮定して、基板面上の光の
複素振幅分布を計算することである。こうして計算した
ホトマスクを用いて露光を行うと、解像する光強度しき
い値付近の勾配のより大きい光強度分布となり、パター
ン線幅の変動が小さくなる。また、露光時の基板上の光
強度分布だけが所望の分布になればよく、その位相は問
われない。前の実施例では、所望のパターンに照射する
光の位相は一様として基板上の光の振幅および位相分布
を計算したが、任意の位相分布を与えても良いことは明
らかである。位相分布をうまく与えることにより、ホト
マスクの形成をより簡単にしたり、露光時の基板上の光
強度分布をより望ましくすることができる。
The method of calculating the photomask used for proximity exposure of the same one-dimensional isolated light-shielding pattern is not limited to the one described above. This will be explained using FIG. 6. until now,
The amplitude and phase distribution of the light on the substrate surface separated by a minute gap was calculated by assuming that the light immediately after passing through the desired pattern had a uniform amplitude and phase. A method for obtaining a light intensity distribution with better contrast is that the amplitude distribution of light immediately after passing through the desired pattern is not the amplitude distribution 15 in FIG. Assuming that the amplitude distribution 33 has increased contrast, the complex amplitude distribution of light on the substrate surface is calculated. When exposure is performed using a photomask calculated in this way, a light intensity distribution with a larger slope near the light intensity threshold value for resolution is obtained, and fluctuations in pattern line width are reduced. Furthermore, it is only necessary that the light intensity distribution on the substrate during exposure be a desired distribution, and its phase does not matter. In the previous embodiment, the amplitude and phase distribution of the light on the substrate were calculated assuming that the phase of the light irradiated onto the desired pattern was uniform, but it is clear that any phase distribution may be given. By appropriately providing a phase distribution, the formation of a photomask can be made easier and the light intensity distribution on the substrate during exposure can be made more desirable.

【0014】2次元の場合の長方形パターンのプロキシ
ミティ露光の実施例を図8を用いて説明する。図8(a
)に示すように、所望の長方形パターン41の形成され
たホトマスク42と、そのホトマスクから露光ギャップ
g離れており、かつ格子上に区切られた仮想面43を考
える。このホトマスク42に平行コヒーレント光40を
照射するときの仮想面43上の各格子内での光の振幅分
布と位相分布を計算する。その振幅分布を3段階に離散
化し、透過率ゼロの格子はすべて遮光部とし、透過率1
/3の格子は図8(b)のような斜線で示す遮光部と空
白の透過部の比率が2対1のパターンに置き換え、2/
3の格子は図8(c)のように遮光部と透過部の比率が
1対2のパターンに置き換え、透過率が1の格子はすべ
て開口とする。これらのパターンが解像しない程度に微
小となるように格子の大きさをあらかじめ決めておく。 図8(d)は、その結果得られたホトマスク上の細線パ
ターン44を上方から見た図である。図8(d)、(e
)、(f)とも点線は図8(a)の元の長方形遮光パタ
ーン41の境界を示す。一方、位相分布は正負逆にした
のちある離散化単位で離散化し、位相を遅らせる格子ほ
ど厚い位相シフタに置き換える。そのときの位相シフタ
配置図をホトマスク上方から見たものを図8図(e)に
示す。45はシフタのない部分、46、47、48はそ
れぞれ単位シフタ厚さの1倍、2倍、3倍の厚さの領域
を表している。この細線パターン44と位相シフタ配置
を有するホトマスクに平行コヒーレント光を照射して露
光するときのギャップg離れた基板上の光強度の等高線
分布を図8(f)に示す。図7(b)と同様に斜線部は
、光強度が解像光強度しきい値より小さい部分であり、
元のパターンに近いレジストパターンが得られている。 さらに解像する光強度しきい値付近での等高線密度が大
きく光強度分布の勾配が大きいため、線幅ばらつきが小
さくなっている。なお、この場合も細線に垂直な方向に
光が回折して光強度分布に高周波のノイズが生じるため
、視角を少し増す必要がある。
An example of proximity exposure of a rectangular pattern in a two-dimensional case will be described with reference to FIG. Figure 8 (a
), consider a photomask 42 on which a desired rectangular pattern 41 is formed, and a virtual surface 43 separated from the photomask by an exposure gap g and partitioned into a lattice. When this photomask 42 is irradiated with parallel coherent light 40, the amplitude distribution and phase distribution of light within each grating on the virtual plane 43 are calculated. The amplitude distribution is discretized into three stages, and all gratings with zero transmittance are used as light shielding parts, and the transmittance is 1
The /3 lattice is replaced with a pattern in which the ratio of the shaded area shown by diagonal lines to the blank transparent area is 2:1 as shown in Fig. 8(b),
The grating No. 3 is replaced with a pattern in which the ratio of the light-shielding portion to the transmitting portion is 1:2 as shown in FIG. 8(c), and the grating having a transmittance of 1 is all opened. The size of the grid is determined in advance so that these patterns are so small that they cannot be resolved. FIG. 8(d) is a top view of the thin line pattern 44 on the photomask obtained as a result. Figure 8(d),(e
) and (f), the dotted lines indicate the boundaries of the original rectangular light-shielding pattern 41 in FIG. 8(a). On the other hand, the phase distribution is reversed and then discretized in a certain discretization unit, and the grating that delays the phase is replaced with a thicker phase shifter. FIG. 8(e) shows the phase shifter arrangement at that time, viewed from above the photomask. Reference numeral 45 represents a portion without a shifter, and 46, 47, and 48 represent regions having thicknesses of one, two, and three times the unit shifter thickness, respectively. FIG. 8(f) shows the contour line distribution of light intensity on the substrate separated by a gap g when the photomask having the thin line pattern 44 and the phase shifter arrangement is exposed by irradiating parallel coherent light. Similar to FIG. 7(b), the shaded area is the area where the light intensity is lower than the resolution light intensity threshold.
A resist pattern close to the original pattern has been obtained. Furthermore, since the contour line density near the light intensity threshold for resolution is large and the gradient of the light intensity distribution is large, line width variations are reduced. In this case as well, the viewing angle needs to be increased slightly because the light is diffracted in the direction perpendicular to the thin line and high-frequency noise is generated in the light intensity distribution.

【0015】本発明によるホトマスクにおいて、光の振
幅透過率分布や位相分布を実現する他の実施例について
図11を用いて説明する。まず振幅透過率の場合は、図
11に示すように露光量により現像後に光の透過率のか
わる感光材料91、たとえば銀塩感光材料やフォトポリ
マーをホトマスク90に塗布した後、この感光材料91
に図に示すように適当な露光量分布をもつ露光をして現
像する。露光量分布は、たとえばレーザー直描で場所に
より照射量を変えることで実現すればよい。位相分布に
ついても同様に、露光量により現像後の光の屈折率のか
わる感光材料を塗布した後、同様に露光、現像すればよ
い。本実施例によれば、振幅透過率や位相変調度の分布
を露光量に置き換えるため、連続的な分布が実現しやす
いという効果がある。
Another embodiment of realizing the amplitude transmittance distribution and phase distribution of light in the photomask according to the present invention will be described with reference to FIG. First, in the case of amplitude transmittance, as shown in FIG.
The film is exposed and developed with an appropriate exposure distribution as shown in the figure. The exposure dose distribution may be realized by, for example, direct laser writing and changing the dose depending on the location. Regarding the phase distribution, similarly, after applying a photosensitive material whose refractive index of light after development changes depending on the exposure amount, exposure and development may be performed in the same manner. According to this embodiment, since the distribution of amplitude transmittance and phase modulation degree is replaced with the exposure amount, there is an effect that a continuous distribution can be easily realized.

【0016】本発明によるホトマスクにおいて、光の振
幅透過率分布を実現する他の実施例について図12を用
いて説明する。図12は、数層に重ねた半透明フィルム
93を有するホトマスク92の断面図であり、半透明フ
ィルムを重ねることによって光透過率の分布を実現する
こともできる。フィルム厚さによる位相遅れの影響がで
るときは、それを考慮して位相シフタ厚さを計算すれば
よい。
Another embodiment of realizing an amplitude transmittance distribution of light in a photomask according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view of a photomask 92 having several layers of translucent films 93, and it is also possible to realize a distribution of light transmittance by stacking translucent films. When the phase delay is affected by the film thickness, the thickness of the phase shifter may be calculated by taking this into consideration.

【0017】プロキシミティ露光方式の一例を図9によ
り説明する。図9において、高圧水銀灯光源50からの
光を反射ミラー51によりロッドレンズ群52に集め、
各ロッドレンズからの出射光をコリメーターレンズ54
により平行光としてホトマスク55に照射する。ロッド
レンズ群直後の絞り53により光を出射するロッドレン
ズの数を制限して、視角と呼ばれる照射光の最大傾き角
57を変える。絞り53の径を小さくすると、光の分布
はホトマスクに垂直な平行光だけになり、視角ゼロのコ
ヒーレントな照明となる。
An example of the proximity exposure method will be explained with reference to FIG. In FIG. 9, light from a high-pressure mercury lamp light source 50 is collected by a reflecting mirror 51 into a rod lens group 52,
The collimator lens 54 converts the light emitted from each rod lens into
, the photomask 55 is irradiated with parallel light. The number of rod lenses that emit light is limited by the aperture 53 immediately after the rod lens group, and the maximum inclination angle 57 of the irradiated light, called the viewing angle, is changed. When the diameter of the aperture 53 is made small, the light distribution becomes only parallel light perpendicular to the photomask, resulting in coherent illumination with zero viewing angle.

【0018】次に本発明の原理を図10に基いて説明す
る。即ち、図10(b)に示すように、ホトマスク2(
62)と基板5(63)間で波面が図10(a)の場合
と逆に伝播し、波面82、83はそれぞれ波面73、7
2と振幅が等しく位相を反転した波面になる。基板5(
63)面上の波面84は、元のホトマスク60透過直後
の波面71の再生になる。すなわち基板5(63)上で
は、遮光部に対応する部分の光の振幅がゼロとなり透過
部では一様な振幅、位相になる。波面81が波面74の
反転そのものであるような理想的な場合には、ホトマス
クと基板の間のギャップがいかに大きくても元のホトマ
スク60透過直後の光の強度分布を再現することができ
る。このように、転写パターンが細かくなっても、回折
の影響を受けることなく、高解像度でもって転写露光す
ることができる。
Next, the principle of the present invention will be explained based on FIG. That is, as shown in FIG. 10(b), the photomask 2 (
62) and the substrate 5 (63), the wavefronts propagate in the opposite direction to the case of FIG.
The wavefront has the same amplitude as 2 and the phase is inverted. Substrate 5 (
63) The wavefront 84 on the surface is a reproduction of the original wavefront 71 immediately after passing through the photomask 60. That is, on the substrate 5 (63), the amplitude of the light in the portion corresponding to the light shielding portion is zero, and the amplitude and phase are uniform in the transmitting portion. In an ideal case where the wavefront 81 is the inversion of the wavefront 74, the original intensity distribution of light immediately after passing through the photomask 60 can be reproduced no matter how large the gap between the photomask and the substrate is. In this way, even if the transferred pattern becomes fine, transfer exposure can be performed with high resolution without being affected by diffraction.

【0019】また、プロキシミティ露光で大面積を一度
に転写する場合の実施例を図13を用いて説明する。図
13は大型の本発明によるホトマスク100を用いて基
板103上にパターン転写する場合を示す。ホトマスク
100自体が重力によりたわむため、中央部102のギ
ャップg1は端部101のギャップg2より小さくなる
が、このギャップの分布は計算で求めることができる。 そこで、所望のパターンを有するホトマスクに平行コヒ
ーレント光を照射すると仮定して仮想面上での光の複素
振幅を計算するときの、ホトマスクと仮想面のギャップ
をホトマスク上の位置によって変えればよい。本実施例
のように計算したホトマスクを用いて露光すると、ホト
マスクのたわみに影響されることなく全基板面上で所望
の光強度分布が実現できる効果がある。
An embodiment in which a large area is transferred at once by proximity exposure will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a case where a pattern is transferred onto a substrate 103 using a large-sized photomask 100 according to the present invention. Since the photomask 100 itself bends due to gravity, the gap g1 at the center portion 102 is smaller than the gap g2 at the end portions 101, but the distribution of this gap can be determined by calculation. Therefore, when calculating the complex amplitude of light on a virtual surface assuming that a photomask having a desired pattern is irradiated with parallel coherent light, the gap between the photomask and the virtual surface may be changed depending on the position on the photomask. Exposure using a photomask calculated as in this example has the effect of realizing a desired light intensity distribution over the entire substrate surface without being affected by the deflection of the photomask.

【0020】最後に本発明によるホトマスクを投影露光
に適用する実施例を図14を用いて説明する。図14は
、ホトマスク110に露光照明光113を照射して所望
パターンを入射瞳115と投影レンズ114からなる投
影露光系により段差のある基板面上に転写する場合を示
す断面図である。段差の上面111に焦点が合っている
とすると、従来のホトマスクを用いて露光すれば段差の
下面112はデフォーカスとなる。そこで、面112上
に結像するときの面111上での光の複素振幅分布を計
算する。段差の高さgをプロキシミティギャップとみな
し、本発明で用いた方法により導く。面111上でのこ
の光の複素振幅分布を実現するようなホトマスク透過直
後の光の複素振幅分布を、投影レンズ系の伝達関数から
逆計算し、本発明によるホトマスク110を用いて投影
露光を行う。本実施例によれば、段差による焦点ずれの
影響を排除した露光が可能になるという効果がある。
Finally, an embodiment in which the photomask according to the present invention is applied to projection exposure will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view showing a case in which a photomask 110 is irradiated with exposure illumination light 113 and a desired pattern is transferred onto a substrate surface with steps using a projection exposure system consisting of an entrance pupil 115 and a projection lens 114. Assuming that the upper surface 111 of the step is in focus, the lower surface 112 of the step will be defocused if exposed using a conventional photomask. Therefore, the complex amplitude distribution of light on the surface 111 when an image is formed on the surface 112 is calculated. The height g of the step is regarded as the proximity gap, and is derived by the method used in the present invention. The complex amplitude distribution of the light immediately after passing through the photomask that realizes the complex amplitude distribution of this light on the surface 111 is inversely calculated from the transfer function of the projection lens system, and projection exposure is performed using the photomask 110 according to the present invention. . According to this embodiment, there is an effect that exposure can be performed while eliminating the influence of defocus caused by steps.

【0021】次に、本発明の原理を更に具体的に図15
を用いて説明する。即ち、図15(a)は、所望の1次
元遮光パターン12(以下所望パターン)に波長λの平
行コヒーレント光70を照射すると仮定するときの光の
波面の伝播状況を表している。図15(b)は本発明に
よるホトマスク(以下結像性マスクと称す。)62(2
)に同じ波長λの平行コヒーレント光1を逆向きに露光
するときの光の波面の伝播状況を表している。図15(
a)の所望パターン形成面60と仮想面61の間隔は、
図15(b)の結像性マスク62(2)と被露光基板6
3の間隔と同じでgである。図15(a)に示すように
所望パターン形成面60上に位置座標xo、仮想面61
上に位置座標xiをとり、所望パターンの両端の座標を
x1、x2とする。71から74および81から84は
位相の等しい波面を表しており、線の太さは光の振幅の
大きさを表す。例えば図15(a)の所望パターン12
透過直後の波面71は、遮光部の振幅がゼロで透過部の
振幅位相が一様であることを示し、波面72は中心部の
位相が大きく遅れていて振幅が小さいことを表している
。伝播につれ、波面74のように中心部分の振幅が大き
くなり、位相の遅れが小さくなっていく。
Next, the principle of the present invention will be explained more specifically with reference to FIG.
Explain using. That is, FIG. 15A shows the propagation situation of the wavefront of light when it is assumed that a desired one-dimensional light shielding pattern 12 (hereinafter referred to as desired pattern) is irradiated with parallel coherent light 70 of wavelength λ. FIG. 15(b) shows a photomask (hereinafter referred to as an imaging mask) 62 (2) according to the present invention.
) represents the propagation situation of the light wavefront when parallel coherent light 1 of the same wavelength λ is exposed in the opposite direction. Figure 15 (
The distance between the desired pattern forming surface 60 and the virtual surface 61 in a) is
Image-forming mask 62 (2) and exposed substrate 6 in FIG. 15(b)
It is the same as the interval 3, which is g. As shown in FIG. 15(a), on the desired pattern forming surface 60, the position coordinate
Let the position coordinates xi be taken above, and the coordinates of both ends of the desired pattern be taken as x1 and x2. 71 to 74 and 81 to 84 represent wavefronts with equal phase, and the thickness of the lines represents the amplitude of the light. For example, the desired pattern 12 in FIG. 15(a)
A wavefront 71 immediately after transmission shows that the amplitude of the light shielding part is zero and the amplitude phase of the transmitting part is uniform, and the wavefront 72 shows that the phase of the center part is significantly delayed and the amplitude is small. As the wave propagates, the amplitude of the central portion, like the wavefront 74, increases and the phase delay decreases.

【0022】結像性マスク62(2)透過直後の複素振
幅は、仮想面上の複素振幅の位相を反転したものである
ように形成されている。74では中央部の位相が遅れて
いるので、位相反転すると81の中央部の位相は進む。 光の伝搬方向が反対であるため、図15(a)の遅れと
図15(b)の進みは図中で対応し、波面74は波面1
05と同一形状になる。従って、結像性マスク5を透過
した光の波面は(a)の場合と逆に伝播し、被露光基板
63面上の波面84は、所望パターン12透過直後の波
面71を再生する。すなわち被露光基板63上では、遮
光部に対応する部分の光の振幅がゼロで、透過部に対応
する部分で一様な複素振幅になる。こうして結像性マス
クを用いると回折の影響をなくすことができ、所望パタ
ーン透過直後の光の強度分布が再現できる。
The complex amplitude immediately after passing through the imaging mask 62 (2) is formed so that the phase of the complex amplitude on the virtual plane is inverted. Since the phase of the central portion of 74 is delayed, when the phase is inverted, the phase of the central portion of 81 advances. Since the propagation directions of the light are opposite, the delay in FIG. 15(a) and the advance in FIG. 15(b) correspond in the figure, and the wavefront 74 is the same as the wavefront 1.
It has the same shape as 05. Therefore, the wavefront of the light transmitted through the imaging mask 5 propagates in the opposite direction to that in the case (a), and the wavefront 84 on the surface of the exposed substrate 63 reproduces the wavefront 71 immediately after passing through the desired pattern 12. That is, on the exposed substrate 63, the amplitude of the light in the portion corresponding to the light-shielding portion is zero, and the light has a uniform complex amplitude in the portion corresponding to the transmitting portion. In this way, by using the image-forming mask, the influence of diffraction can be eliminated, and the intensity distribution of light immediately after passing through the desired pattern can be reproduced.

【0023】次に本発明による結像性マスクを用いて一
次元遮光パターンを転写するプロキシミティ露光につい
て、更に具体的に図15から図18を用いて説明する。 ギャップg、パターン幅d=x2−x1は、従来のホト
マスクを用いた図5の場合と同じであるが波長λは図1
の場合と少し異なっている。結像性マスク62(2)上
には、微小な遮光パターン3と位相シフタ4が形成され
ている。この結像性マスクの製造方法を図16に基いて
説明する。
Next, proximity exposure for transferring a one-dimensional light-shielding pattern using the image-forming mask according to the present invention will be explained in more detail with reference to FIGS. 15 to 18. The gap g and pattern width d=x2-x1 are the same as in the case of FIG. 5 using a conventional photomask, but the wavelength λ is the same as in FIG.
The case is a little different. A minute light-shielding pattern 3 and a phase shifter 4 are formed on the imaging mask 62(2). A method for manufacturing this imaging mask will be explained based on FIG. 16.

【0024】所望パターン(図15に示す1次元遮光パ
ターン12)に波長λの平行コヒーレント光を照射する
ときのパターン透過直後の複素振幅分布uo(xo)、
波長λ、ギャップgを入力データ161とし、ギャップ
g離れた仮想面61上の光の複素振幅分布を計算機16
2により計算する。光の進行方向に位相の正方向をとる
。 パターン寸法dは数1で表されるプロキシミティ露光の
解像限界R以下であり、通常フレネル近似が成り立つ。
When a desired pattern (one-dimensional light-shielding pattern 12 shown in FIG. 15) is irradiated with parallel coherent light of wavelength λ, the complex amplitude distribution uo(xo) immediately after the pattern passes through the pattern,
Using the wavelength λ and the gap g as input data 161, the computer 16 calculates the complex amplitude distribution of light on the virtual surface 61 separated by the gap g.
Calculate according to 2. The phase is positive in the direction in which the light travels. The pattern dimension d is less than or equal to the resolution limit R of proximity exposure expressed by Equation 1, and Fresnel approximation usually holds.

【0025】プロキシミティ露光の解像限界Rは、露光
波長をλ、マスクと基板の間隔をgとすると数1で表さ
れる。
The resolution limit R of proximity exposure is expressed by equation 1, where λ is the exposure wavelength and g is the distance between the mask and the substrate.

【0026】[0026]

【数1】[Math 1]

【0027】ここでk1は定数で、1.4程度である。[0027] Here, k1 is a constant and is approximately 1.4.

【0028】そして、仮想面61上の複素振幅ui(x
i)は1次元のフレネル回折の式を用いて数2で表され
る。
Then, the complex amplitude ui(x
i) is expressed by Equation 2 using the formula of one-dimensional Fresnel diffraction.

【0029】[0029]

【数2】[Math 2]

【0030】kは波数でk=2π/λである。ギャップ
、波長、パターン寸法によってはフラウンホーファ回折
の式を用いてもよい。計算した複素振幅ui(xi)の
複素共役をとり、結像マスク上の位置を表す座標をxm
として結像性マスク透過光の複素振幅分布um(xm)
が得られる。um(xm)とui(xi)の振幅は等し
く、位相の符号が反転することになる。um(xm)の
振幅をa(xm)、位相をφ(xm)とすると、図15
に示す所望パターン12の場合、図17(a)の実線の
振幅分布16と図17(b)に示す実線の位相分布18
が得られる。透過光にこのように連続的に変化する分布
を与える結像性マスクを形成するのは困難なため、近似
を行う。 まずxm軸を十分細かい間隔pで分割する。分割された
各領域で振幅分布16および位相分布18をサンプリン
グする。次に振幅分布を3段階に量子化すると点線で示
す振幅分布17が得られ、位相分布も同様にπ/6を単
位角度として量子化すると点線で示す位相分布19が得
られる。さらに、振幅透過率は微小な遮光パターン3を
用いて開口率分布に置き換える。透過率ゼロの部分は遮
光部3とし、透過率1/3の部分は図17(c)の26
のような遮光部と透過部の比率が2対1のパターンに置
き換え、2/3の部分は27のような遮光部と透過部の
比率が1対2のパターンに置き換え、透過率が1の部分
はすべて開口とする。これらのパターンが解像しない程
度に微小となるように分割の大きさpを選んでおく。図
17(c)の3に示すような遮光パターン分布が得られ
る。
[0030] k is a wave number and k=2π/λ. Depending on the gap, wavelength, and pattern dimensions, the Fraunhofer diffraction equation may be used. Take the complex conjugate of the calculated complex amplitude ui(xi) and set the coordinates representing the position on the imaging mask as xm
The complex amplitude distribution um(xm) of the light transmitted through the imaging mask as
is obtained. The amplitudes of um(xm) and ui(xi) are equal, and the signs of the phases are reversed. If the amplitude of um(xm) is a(xm) and the phase is φ(xm), then Fig. 15
In the case of the desired pattern 12 shown in FIG. 17(a), the amplitude distribution 16 shown by the solid line and the phase distribution 18 shown by the solid line shown in FIG. 17(b)
is obtained. Since it is difficult to form an imaging mask that provides such a continuously changing distribution to the transmitted light, an approximation is performed. First, the xm axis is divided into sufficiently small intervals p. The amplitude distribution 16 and phase distribution 18 are sampled in each divided region. Next, when the amplitude distribution is quantized into three stages, an amplitude distribution 17 shown by a dotted line is obtained, and when the phase distribution is similarly quantized using π/6 as a unit angle, a phase distribution 19 shown by a dotted line is obtained. Further, the amplitude transmittance is replaced with the aperture ratio distribution using the minute light shielding pattern 3. The part with zero transmittance is the light shielding part 3, and the part with transmittance 1/3 is the part 26 in FIG. 17(c).
The 2/3 part is replaced with a pattern where the ratio of the light shielding part to the transmitting part is 1:2, such as 27, and the transmittance is 1. All parts shall be open. The division size p is selected so that these patterns are so small that they cannot be resolved. A light shielding pattern distribution as shown in 3 in FIG. 17(c) is obtained.

【0031】なお、量子化の段階数は3に限られるもの
ではなく、最大9程度で十分正確に近似することができ
る。
It should be noted that the number of quantization stages is not limited to three, but can be approximated to a maximum of nine with sufficient accuracy.

【0032】位相分布19は、図17(c)に示すよう
に、空気に対してある屈折率差をもつ透明な材料からな
る位相シフタ4により実現する。位相シフタ4が厚いほ
ど透過光の位相が遅れることになる。先の位相分布の量
子化単位π/6の遅れを透過光に与える位相シフタ厚さ
を計算し、その厚さを段差とする位相シフタパターンを
形成すると、図17(c)の位相シフタ4となる。28
aは透過光の位相をπ/6進ませる部分、29は位相変
化を与えない部分、28bはπ/6遅らせる部分である
The phase distribution 19 is realized by a phase shifter 4 made of a transparent material having a certain refractive index difference with respect to air, as shown in FIG. 17(c). The thicker the phase shifter 4 is, the more the phase of transmitted light is delayed. If we calculate the thickness of the phase shifter that gives the transmitted light a delay of quantization unit π/6 of the previous phase distribution, and form a phase shifter pattern with the thickness as a step, we will obtain the phase shifter 4 shown in FIG. 17(c). Become. 28
a is a portion that advances the phase of the transmitted light by π/6, 29 is a portion that does not change the phase, and 28b is a portion that is delayed by π/6.

【0033】なお、量子化単位は、π/6に限られるも
のでなく、π/12(以上)からπ/4(以下)の範囲
であればよい。
Note that the quantization unit is not limited to π/6, but may be in the range of π/12 (or more) to π/4 (or less).

【0034】以上図16に示すように、計算機162に
より得られた微小遮光パターンと位相シフタパターンか
らなる結像性マスクデータ163をホトマスク作成部1
64に入力する。
As described above, as shown in FIG.
64.

【0035】結像性マスクデータ163が入力されたホ
トマスク作成部164において、微小遮光パターン3に
ついては、クロム等を用いて通常の電子線描画、現像、
エッチングプロセスにより形成し、位相シフトパターン
4については、空気に対してある屈折率差をもつ透明な
材料からなる位相シフタ(厚さを変化させること)より
実現する。なお位相シフタ材料としては、SiO2やホ
トレジスト材料が考えられる。多段階の位相シフタを形
成するには、ホトマスク基板上に塗布したレジストに、
位相分布に対応する露光量分布を与えて露光後現像して
厚さの分布を得る方法がある。また、単位厚さの位相シ
フタを重ねて形成してもよい。
In the photomask creation unit 164 to which the image-forming mask data 163 is input, the minute light-shielding pattern 3 is subjected to ordinary electron beam drawing, development, and development using chromium or the like.
It is formed by an etching process, and the phase shift pattern 4 is realized by a phase shifter (by changing the thickness) made of a transparent material that has a certain refractive index difference with respect to air. Incidentally, as the phase shifter material, SiO2 or a photoresist material can be considered. To form a multi-step phase shifter, a resist coated on a photomask substrate is coated with
There is a method of obtaining a thickness distribution by providing an exposure dose distribution corresponding to the phase distribution and developing after exposure. Further, phase shifters of unit thickness may be formed in an overlapping manner.

【0036】以上により、本発明による結像性マスク6
2(2)を製造することができる。
As described above, the image forming mask 6 according to the present invention
2(2) can be produced.

【0037】このようにして製造された結像性マスク2
(62)を図9に示すプロキシミティ露光装置に設置し
、結像性マスク2(62)と被露光基板5間にギャップ
gを設け、波長λの照明光を結像性マスク2に照射し、
正規の回路パターンが高解像度で被露光用基板5に転写
露光される。
Imaging mask 2 manufactured in this way
(62) is installed in the proximity exposure apparatus shown in FIG. ,
A regular circuit pattern is transferred and exposed onto the exposed substrate 5 at high resolution.

【0038】視角ゼロのときの被露光基板5上の光強度
分布は、図18に示す32になる。中心部分での光強度
はほぼゼロであり、解像光強度しきい値Ith=0.2
5のとき、点線に示すようにx1、x2を境界にもつ解
像パターンを得ることができる。x1、x2付近での光
強度分布は急勾配をもち、高コントラストが得られる。 なお、本実施例の結像性マスク2(62)は微小遮光パ
ターン3により高次回折光を生じ、図18では示されて
いないさらに外側の基板上の光強度分布に高空間周波数
成分からなるノイズがでる。しかしながら、パターン残
りを生じる大きさではなく解像に影響はない。このノイ
ズは図9に示す視角57を増すと打ち消される。このと
きも図18の光強度分布はほとんど変わらない。
The light intensity distribution on the exposed substrate 5 when the viewing angle is zero is 32 as shown in FIG. The light intensity at the center is almost zero, and the resolution light intensity threshold Ith=0.2
5, a resolution pattern having boundaries x1 and x2 as shown by the dotted line can be obtained. The light intensity distribution near x1 and x2 has a steep slope, and high contrast can be obtained. The image-forming mask 2 (62) of this example generates high-order diffracted light by the minute light-shielding pattern 3, and noise consisting of high spatial frequency components is generated in the light intensity distribution on the outer substrate, which is not shown in FIG. comes out. However, the size and resolution of the pattern remaining are not affected. This noise is canceled out by increasing the viewing angle 57 shown in FIG. At this time as well, the light intensity distribution in FIG. 18 remains almost unchanged.

【0039】2次元パターンに対する結像性マスクも同
様に設計できる。図7で示したのと同じ長方形遮光パタ
ーン35を転写するための結像性マスクについて、更に
具体的に図19、図20、図21に基いて説明する。図
19に示すように、所望長方形パターン41に波長λの
平行コヒーレント光40を照射するときのギャップg離
れた仮想面43上の光の振幅分布と位相分布を計算機1
62により計算する。即ち、所望パターン形成面42上
の座標を(xo、yo)、所望パターン形成面42透過
直後の光の複素振幅をuo(xo、yo)、仮想面43
上の座標を(xi、yi)、仮想面43上の複素振幅を
ui(xi、yi)とする。フレネル近似を用いるとき
の2次元のフレネル回折式は数3で表される。
An imaging mask for a two-dimensional pattern can be designed in a similar manner. The imaging mask for transferring the same rectangular light-shielding pattern 35 as shown in FIG. 7 will be described in more detail with reference to FIGS. 19, 20, and 21. As shown in FIG. 19, when a desired rectangular pattern 41 is irradiated with parallel coherent light 40 of wavelength λ, the amplitude distribution and phase distribution of light on a virtual plane 43 separated by a gap g are calculated by a computer 1.
62. That is, the coordinates on the desired pattern forming surface 42 are (xo, yo), the complex amplitude of the light immediately after passing through the desired pattern forming surface 42 is uo (xo, yo), and the virtual surface 43
Let the upper coordinates be (xi, yi) and the complex amplitude on the virtual plane 43 be ui(xi, yi). A two-dimensional Fresnel diffraction formula when using Fresnel approximation is expressed by Equation 3.

【0040】[0040]

【数3】[Math 3]

【0041】1次元の場合と同様に仮想面43を格子間
隔pで分割し、各格子の中心点で複素振幅分布ui(x
i、yi)を計算機162で計算し、位相の符号を反転
することにより複素共役をとって結像性マスク透過光の
複素振幅分布um(xm、ym)を得る。更に計算機1
62は、1次元と同様に振幅分布と位相分布を量子化し
、微小パターンと位相シフタパターンを計算して図20
(a)に示す微小遮光パターン44aと図20(b)に
示す位相シフタパターンが得られる。図20中の長方形
46aは図7の元の長方形遮光パターン35の境界を示
す。図20(b)において47aはシフタの最も薄い部
分で図17(c)の28aに対応し、48a、49aは
それぞれ29、28bに対応する。この結像性マスク2
(62)に波長λの平行コヒーレント光を露光するとき
のg離れた被露光基板5上での光強度の等高線分布を図
21に示す。長方形46aは元の長方形遮光パターン3
5の境界である。光強度しきい値を0.3とするときの
レジストパターンを斜線部で示す。パターンは角部で丸
みを帯び、多少うねりが残るが図7(b)と比べるとパ
ターンの再現性の向上は明かである。また解像光強度し
きい値付近での等高線密度が大きく、高コントラストが
得られている。この場合も細線に垂直な方向に光が回折
して光強度分布に高周波のノイズが生じるが、視角をわ
ずかに大きくすることで打ち消される。
As in the one-dimensional case, the virtual surface 43 is divided by the grid interval p, and the complex amplitude distribution ui(x
i, yi) is calculated by the computer 162, and the complex conjugate is taken by inverting the sign of the phase to obtain the complex amplitude distribution um(xm, ym) of the light transmitted through the imaging mask. Furthermore, calculator 1
62 quantizes the amplitude distribution and phase distribution in the same way as in the one-dimensional case, and calculates the minute pattern and phase shifter pattern.
A minute light shielding pattern 44a shown in FIG. 20(a) and a phase shifter pattern shown in FIG. 20(b) are obtained. A rectangle 46a in FIG. 20 indicates the boundary of the original rectangular light-shielding pattern 35 in FIG. In FIG. 20(b), 47a is the thinnest part of the shifter and corresponds to 28a in FIG. 17(c), and 48a and 49a correspond to 29 and 28b, respectively. This imaging mask 2
FIG. 21 shows the contour line distribution of light intensity on the exposed substrate 5 at a distance of g when exposing parallel coherent light of wavelength λ to (62). Rectangle 46a is the original rectangular light shielding pattern 3
This is the boundary of 5. The resist pattern when the light intensity threshold value is 0.3 is shown by diagonal lines. Although the pattern is rounded at the corners and some undulations remain, it is clear that the reproducibility of the pattern has improved compared to FIG. 7(b). Furthermore, the contour line density near the resolved light intensity threshold is large, and high contrast is obtained. In this case as well, light is diffracted in the direction perpendicular to the thin line, producing high-frequency noise in the light intensity distribution, but this can be canceled out by slightly increasing the viewing angle.

【0042】同じギャップと同じ波長で、2つの隣接し
た長方形パターン46bを転写するための結像性マスク
の微小遮光パターン44bを図22(a)に、位相シフ
タパターンを図22(b)に示す。長方形短辺の寸法は
図20の場合の長方形の短辺の寸法と同じである。図2
2(a)の微小遮光パターンの長手方向は、図20(a
)とは直交している。図22(b)に示す長方形の位相
シフタパターンの47b、48b、49bはそれぞれ図
17の28a、29、28bに対応している。このマス
クを用いて露光するときの基板上光強度等高線図(視角
はゼロ)を図23(b)に示す。比較用に従来のホトマ
スクを用いる場合(視角は図7(b)の場合と同じ)を
図23(a)に示す。図23(a)で斜線で示したレジ
ストパターンは光強度しきい値0.4の場合であり、図
のように所望パターンとは全く異なる3つのパターンが
残る。図23(b)では図7と同様に角部が欠けて丸み
を帯び、中央部にふくらみが見られるが、ほぼ所望パタ
ーンが再現し、解像光強度しきい値付近の等高線密度が
大きく高コントラストが得られている。
FIG. 22(a) shows a minute light-shielding pattern 44b of an imaging mask for transferring two adjacent rectangular patterns 46b with the same gap and the same wavelength, and FIG. 22(b) shows a phase shifter pattern. . The dimensions of the short sides of the rectangle are the same as those of the rectangle shown in FIG. Figure 2
The longitudinal direction of the minute light-shielding pattern in Figure 2(a) is
) is orthogonal to 47b, 48b, and 49b of the rectangular phase shifter pattern shown in FIG. 22(b) correspond to 28a, 29, and 28b in FIG. 17, respectively. FIG. 23(b) shows a light intensity contour map on the substrate (viewing angle is zero) when exposing using this mask. For comparison, a case where a conventional photomask is used (the viewing angle is the same as in FIG. 7(b)) is shown in FIG. 23(a). The resist pattern indicated by diagonal lines in FIG. 23A is for a light intensity threshold of 0.4, and as shown in the figure, three patterns that are completely different from the desired pattern remain. In FIG. 23(b), like in FIG. 7, the corners are chipped and rounded, and a bulge is seen in the center, but the desired pattern is almost reproduced, and the contour line density near the resolved light intensity threshold is large and the contrast is high. It has been obtained.

【0043】図15から図23の実施例は、波長λ=4
05nm、ギャップg=120μm、パターン幅d=4
.5μm、ピッチp=1.5μmの場合である。このと
きの視角は0.5°程度がよい。別の波長やギャップで
も相似則を用いると同じ結像性マスクパターンが使える
ことを示す。1次元フレネル回折の数2の座標を√(g
λ)で無次元化し、無次元化寸法Xo=xo/√(gλ
)、Xi=xi/√(gλ)とする。さらにUo(xo
)、Ui(xi)を数4、数5で定義する。
In the embodiments of FIGS. 15 to 23, the wavelength λ=4
05nm, gap g=120μm, pattern width d=4
.. This is a case where the pitch is 5 μm and the pitch p is 1.5 μm. The visual angle at this time is preferably about 0.5°. It is shown that the same imaging mask pattern can be used with different wavelengths and gaps by using the similarity law. The coordinates of number 2 of one-dimensional Fresnel diffraction are √(g
λ), and the dimensionless dimension Xo=xo/√(gλ
), Xi=xi/√(gλ). Furthermore, Uo(xo
), Ui(xi) are defined by Equations 4 and 5.

【0044】[0044]

【数4】[Math 4]

【0045】[0045]

【数5】[Math 5]

【0046】このとき数2の位相項ejkgを無視して
書き換えると、数6の関係が成り立つ。
At this time, if the phase term ejkg in Equation 2 is ignored and rewritten, the relationship shown in Equation 6 holds true.

【0047】[0047]

【数6】[Math 6]

【0048】数6において、結像性マスクの複素振幅透
過率の複素共役を表すUi(xi)はUo(xo)のみ
に依存し、ギャップg、波長λに依存しない。従って、
無次元化した所望パターン形状が同じ場合は結像性マス
クの微小遮光パターンと位相シフタパターンも相似にな
り、数5より寸法のみ√(gλ)倍すればよい。また無
次元視角Θ=(√(g/λ))・θとおけるので、露光
時の視角を無次元視角Θが等しくなるように選べば相似
な基板上光強度分布が得られる。
In Equation 6, Ui(xi) representing the complex conjugate of the complex amplitude transmittance of the image forming mask depends only on Uo(xo) and does not depend on the gap g and the wavelength λ. Therefore,
If the dimensionless desired pattern shapes are the same, the minute light-shielding pattern of the image forming mask and the phase shifter pattern will also be similar, and from Equation 5, only the dimension needs to be multiplied by √(gλ). Furthermore, since the non-dimensional viewing angle Θ=(√(g/λ))·θ, if the viewing angle during exposure is selected so that the non-dimensional viewing angle Θ is equal, a similar light intensity distribution on the substrate can be obtained.

【0049】あるパターンを転写するための結像性マス
クの計算方法は前述の方法に限らない。前記実施例では
、所望のパターン透過直後の光の複素振幅について、透
過部の振幅と位相は一様として仮想面上の光の複素振幅
分布を計算した。この振幅、位相分布にある変化を与え
てもよい。たとえば1次元遮光パターンの場合、よりコ
ントラストのよい光強度分布を得るため、所望のパター
ン透過直後の光の振幅分布を図24のように遮光パター
ンエッジ付近のコントラストを大きくする。こうして計
算した結像性マスクを用いて露光すると、光強度分布の
解像光強度しきい値付近の勾配がより大きくなり、高コ
ントラストが得られる。また、近似を行うために露光後
に得られるパターン寸法に誤差を生じることがある。 このときは、計算に用いる元パターン寸法を修正する方
法がある。たとえばレジストパターン寸法が所望より小
さくなるときは、元パターン寸法を大きく修正して計算
を行うとよい。さらにまた、元パターン透過直後の光の
位相が一様でないとして、任意の位相分布を与えて計算
してもよいことは明らかである。位相分布をうまく与え
ることにより、ホトマスクの形成をより簡単にしたり、
露光時の基板上の光強度分布をより望ましくすることが
できる。
The method of calculating an image forming mask for transferring a certain pattern is not limited to the method described above. In the above embodiment, the complex amplitude distribution of light on the virtual plane was calculated with respect to the complex amplitude of light immediately after transmitting the desired pattern, assuming that the amplitude and phase of the transmitting portion were uniform. A certain change may be given to this amplitude and phase distribution. For example, in the case of a one-dimensional light-shielding pattern, in order to obtain a light intensity distribution with better contrast, the contrast of the amplitude distribution of light immediately after passing through the desired pattern is increased near the edges of the light-shielding pattern, as shown in FIG. When exposed using the image-forming mask calculated in this way, the gradient of the light intensity distribution near the resolution light intensity threshold becomes larger, and high contrast can be obtained. Further, due to the approximation, errors may occur in the pattern dimensions obtained after exposure. In this case, there is a method of modifying the original pattern dimensions used for calculation. For example, when the resist pattern size becomes smaller than desired, it is preferable to largely modify the original pattern size and perform the calculation. Furthermore, it is clear that calculations may be performed by giving an arbitrary phase distribution, assuming that the phase of the light immediately after passing through the original pattern is not uniform. By properly providing a phase distribution, it is possible to make the formation of a photomask easier,
The light intensity distribution on the substrate during exposure can be made more desirable.

【0050】以上の実施例ではサンプリング間隔pは一
定としたが、可変にして計算効率をよくする方法もある
。たとえば、結像性マスクの複素振幅透過率の変化が大
きい部分(たとえば角部など)でのサンプリング間隔を
小さくして変化の小さい部分でのサンプリング間隔を大
きくするとよい。また、以上の実施例では振幅の量子化
段数を3、位相の量子化単位角をπ/6としたが、段数
を増やすほどまた単位角を小さくするほど近似精度は向
上すると考えられる。ただし、段数を増やすことは微小
遮光パターンの寸法を小さくすることになり、単位角を
小さくすることは位相シフタの段数を増やすことになる
ため、マスクの製造はより困難になる。さらに特公平1
−51825号公報に示されたように、有限段数の位相
シフタを用い、複素振幅のベクトル和により任意の複素
振幅透過率の近似をする方法もある。
In the above embodiments, the sampling interval p is constant, but there is also a method of making it variable to improve calculation efficiency. For example, it is preferable to reduce the sampling interval in a portion of the imaging mask where the complex amplitude transmittance changes greatly (such as a corner), and increase the sampling interval in a portion where the change is small. Further, in the above embodiment, the number of amplitude quantization stages is 3 and the phase quantization unit angle is π/6, but it is thought that the approximation accuracy improves as the number of stages increases or as the unit angle decreases. However, increasing the number of stages means reducing the dimensions of the minute light-shielding pattern, and decreasing the unit angle means increasing the number of stages of the phase shifter, making it more difficult to manufacture the mask. Furthermore, special fair 1
As shown in Japanese Patent No. 51825, there is also a method of using a phase shifter with a finite number of stages and approximating an arbitrary complex amplitude transmittance by a vector sum of complex amplitudes.

【0051】結像性マスクの作成方法は、遮光パターン
と位相シフタだけとは限らない。振幅透過率の分布を実
現するには、図25に示すように、露光量により現像後
に光の透過率のかわる感光材料91たとえば銀塩感光材
料やフォトポリマーをマスク基板90に塗布した後、こ
の感光材料91に図に示すような適当な分布をもつ照明
光を露光して現像する。露光量分布は、たとえば電子線
やレーザーの直描で場所により照射量を変えることで実
現すればよい。位相変調率分布についても同様に、露光
量により現像後の光の屈折率がかわる感光材料を塗布し
た後、同様に露光、現像すればよい。本実施例によれば
、振幅透過率や位相変調度の分布を露光量に置き換える
ため、連続的な分布が実現しやすいという効果がある。 また、図26はマスク基板92に半透明膜93a,93
bを重ねて形成して光の振幅透過率分布を実現する場合
を示す。膜厚による位相遅れの影響がでるときは、それ
を考慮して位相シフタ厚さを計算すればよい。半透明膜
の形成は、最も厚い厚さの膜から一層ずつエッチングし
てもよいし、リフトオフ法などを用いてスパッタやCV
Dによる薄膜を一層ずつ重ねてもよい。
The method for creating an image forming mask is not limited to the light shielding pattern and phase shifter. In order to realize the amplitude transmittance distribution, as shown in FIG. 25, a photosensitive material 91 whose light transmittance changes after development depending on the exposure amount, such as a silver salt photosensitive material or a photopolymer, is coated on a mask substrate 90, and then this material is coated on a mask substrate 90. The photosensitive material 91 is exposed to illumination light having an appropriate distribution as shown in the figure and developed. The exposure dose distribution may be realized by, for example, direct writing with an electron beam or laser and changing the dose depending on the location. Regarding the phase modulation rate distribution, similarly, after applying a photosensitive material whose refractive index of light after development changes depending on the exposure amount, exposure and development may be performed in the same manner. According to this embodiment, since the distribution of amplitude transmittance and phase modulation degree is replaced with the exposure amount, there is an effect that a continuous distribution can be easily realized. FIG. 26 also shows semitransparent films 93a and 93 on the mask substrate 92.
A case is shown in which the amplitude transmittance distribution of light is realized by forming the elements b in an overlapping manner. If a phase delay is affected by the film thickness, the thickness of the phase shifter may be calculated taking this into consideration. The semitransparent film can be formed by etching one layer at a time starting from the thickest film, or by sputtering or CVD using a lift-off method.
The thin films of D may be stacked one layer at a time.

【0052】結像性マスクを用いる効果として、結像性
マスクと被露光用基板間のギャップが一様でない場合も
全面で合焦点露光ができることがある。予想される露光
時のギャップ変化を考慮して、光の回折計算のギャップ
gを場所によって変える。たとえば大面積を一度に、テ
ーブル104上に載置された被露光用基板103(5)
に転写する場合、図27(a)のように結像性マスク1
00自体が重力によりたわむため、中央部のギャップg
1は端部のギャップg2より小さくなる。このギャップ
の分布は、予め測定手段による測定または計算によって
求めることができる。こうして結像性マスク100のた
わみによる影響をなくすことができる。また、図27(
b)のように基板103(5)に段差がある場合も同様
に、g3、g4を用いて仮想面上の光の複素振幅分布を
求めればよい。
An advantage of using an image-forming mask is that even if the gap between the image-forming mask and the substrate to be exposed is not uniform, focused exposure can be performed over the entire surface. Considering the expected gap change during exposure, the gap g for light diffraction calculation is changed depending on the location. For example, the substrate 103 (5) to be exposed is placed on the table 104 over a large area at once.
When transferring to the image forming mask 1 as shown in FIG. 27(a),
Since 00 itself bends due to gravity, the gap g in the center
1 is smaller than the end gap g2. This gap distribution can be determined in advance by measurement using a measuring means or by calculation. In this way, the influence of deflection of the imaging mask 100 can be eliminated. In addition, Fig. 27 (
Even when there is a step on the substrate 103(5) as in b), the complex amplitude distribution of light on the virtual plane may be similarly obtained using g3 and g4.

【0053】縮小投影露光法により段差のある基板11
6上にパターンを転写するときも同様の方法が応用でき
る。図28は、結像レンズ114と瞳115からなる結
像系により結像性マスク110の回路パターンを、段差
のある基板116に転写する場合を示す。従来のホトマ
スクを用いると、面111に焦点が合っているとき、面
112はgのデフォーカスとなる。この場合は、面11
2上で結像する面111上の光の複素振幅分布を計算す
る。段差の高さgをギャップとみなし、前述の方法によ
り111上の複素振幅分布um(xm、ym)を計算す
る。この複素振幅分布の座標を結像系の倍率の逆数倍で
スケーリングして、結像性マスク110透過光の複素振
幅分布が得られる。ただし、112上で結像させるため
には照明光の視角はある程度小さくせねばならず、コヒ
ーレント性の高い照明系が必要になる。こうして、段差
によるデフォーカスの影響を排除できる。
Substrate 11 with steps formed by reduction projection exposure method
A similar method can be applied when transferring a pattern onto 6. FIG. 28 shows a case where the circuit pattern of the imaging mask 110 is transferred to a substrate 116 with steps by an imaging system consisting of an imaging lens 114 and a pupil 115. Using a conventional photomask, when surface 111 is in focus, surface 112 will be defocused by g. In this case, surface 11
The complex amplitude distribution of the light on the surface 111 that is imaged on the surface 111 is calculated. The height g of the step is regarded as a gap, and the complex amplitude distribution um (xm, ym) on 111 is calculated by the method described above. By scaling the coordinates of this complex amplitude distribution by a reciprocal multiple of the magnification of the imaging system, the complex amplitude distribution of the light transmitted through the imaging mask 110 is obtained. However, in order to form an image on 112, the viewing angle of the illumination light must be made small to some extent, and a highly coherent illumination system is required. In this way, the influence of defocus caused by the step difference can be eliminated.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、結像性マスクを上記の
ように構成できるので、従来のプロキシミティ露光装置
の照明系のコヒーレント性を少し変えるだけで、従来の
ホトマスクによるプロキシミティ露光の解像限界以下の
微小回路パターンの転写が、再現性よく、高コントラス
トに行なうことができる効果を奏する。また、段差のあ
る基板上への転写も可能になる効果を奏する。
According to the present invention, the image-forming mask can be configured as described above, so that by just slightly changing the coherence of the illumination system of the conventional proximity exposure device, the proximity exposure using the conventional photomask can be improved. The effect is that microcircuit patterns below the resolution limit can be transferred with good reproducibility and high contrast. Further, it has the effect of making it possible to transfer onto a substrate with steps.

【0055】また、本発明によれば、容易に結像性マス
クを設計して製造することが可能になる効果を奏する。
Further, according to the present invention, it is possible to easily design and manufacture an imaging mask.

【0056】また、本発明によれば、従来不可能であっ
た所望の微小レジストパターンが、コヒーレントに近い
照明系を用いるだけで、正確にしかもパターン線幅のば
らつきが小さく形成できる効果を奏する。
Further, according to the present invention, it is possible to form a desired minute resist pattern, which has been impossible in the past, accurately and with small variations in pattern line width simply by using a near-coherent illumination system.

【0057】更に本発明によれば、結像性マスクと基板
の接触が問題となった密着露光と同様の解像性能がプロ
キシミティ露光で実現することができ、高スループット
、低価格、高歩留まり、そして高解像度が得られる露光
を実現できる効果を奏する。
Furthermore, according to the present invention, resolution performance similar to that of contact exposure, in which contact between the imaging mask and the substrate is a problem, can be achieved by proximity exposure, resulting in high throughput, low cost, and high yield. , and has the effect of realizing exposure with high resolution.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の結像性マスクを用いてプロキシミティ
露光する一実施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of proximity exposure using an image-forming mask of the present invention.

【図2】従来のホトマスクによる露光を示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing exposure using a conventional photomask.

【図3】光の振幅分布及び位相分布、並びに細線パター
ンを示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the amplitude distribution and phase distribution of light and a thin line pattern.

【図4】基板上の光強度分布図である。FIG. 4 is a light intensity distribution diagram on a substrate.

【図5】基板上の光強度分布図である。FIG. 5 is a light intensity distribution diagram on a substrate.

【図6】光の振幅分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the amplitude distribution of light.

【図7】従来のホトマスクにおける基板上の光強度分布
の等高線分布を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a contour line distribution of light intensity distribution on a substrate in a conventional photomask.

【図8】(a)は所望パターンを有するホトマスクにコ
ヒーレント光を照射する図、(b)、(c)は格子内の
細線パターンを示す図、(d)はホトマスク細線パター
ンの平面図、(e)は位相シフタ配置の平面図、(f)
は基板上の光強度分布の等高線分布を示す図である。
8A is a diagram showing a photomask having a desired pattern irradiated with coherent light; FIGS. 8B and 8C are diagrams showing a thin line pattern in a grating; and FIG. e) is a plan view of the phase shifter arrangement, (f)
1 is a diagram showing a contour line distribution of light intensity distribution on a substrate.

【図9】本発明に係るプロキシミティ露光系を示す断面
図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a proximity exposure system according to the present invention.

【図10】本発明に係るホトマスクの原理を説明するた
めの図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining the principle of a photomask according to the present invention.

【図11】本発明に係る感光材料を用いたホトマスクを
示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a photomask using the photosensitive material according to the present invention.

【図12】本発明に係る半透明フィルムを用いたホトマ
スクを示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a photomask using a translucent film according to the present invention.

【図13】本発明に係る大型ホトマスクと基板を示す断
面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a large photomask and a substrate according to the present invention.

【図14】本発明に係る投影レンズ系を示す断面図であ
る。
FIG. 14 is a sectional view showing a projection lens system according to the present invention.

【図15】本発明に係る結像性マスクの原理を示す図で
ある。
FIG. 15 is a diagram showing the principle of an imaging mask according to the present invention.

【図16】本発明に係る結像性マスクの製造方法の一実
施例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram showing an example of a method for manufacturing an image forming mask according to the present invention.

【図17】本発明に係る1次元の結像性マスクについて
の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a one-dimensional imaging mask according to the present invention.

【図18】本発明に係る結像性マスクを用いた場合の被
露光用基板上の光強度分布を表す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a light intensity distribution on a substrate to be exposed when using an image-forming mask according to the present invention.

【図19】本発明に係る長方形パターン転写用結像性マ
スクを設計するための説明図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram for designing an imaging mask for rectangular pattern transfer according to the present invention.

【図20】本発明に係る長方形パターン転写用結像性マ
スクの遮光パターンと位相シフタパターンの一実施例を
示す図である。
FIG. 20 is a diagram showing an example of a light shielding pattern and a phase shifter pattern of an image forming mask for rectangular pattern transfer according to the present invention.

【図21】本発明に係る結像性マスクを用いた場合の被
露光用基板上での光強度の等高線分布を表す図である。
FIG. 21 is a diagram showing a contour line distribution of light intensity on a substrate to be exposed when the image forming mask according to the present invention is used.

【図22】本発明に係る隣接パターン転写用結像性マス
クの遮光パターンと位相シフタパターンの一実施例を示
す図である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of a light shielding pattern and a phase shifter pattern of an image forming mask for adjacent pattern transfer according to the present invention.

【図23】従来のホトマスクを用いる場合の基板上の光
強度の等高線分布と本発明の隣接パターン転写用結像性
マスクの同じく等高線分布とを表す図である。
FIG. 23 is a diagram showing a contour line distribution of light intensity on a substrate when a conventional photomask is used and the same contour line distribution of an image forming mask for adjacent pattern transfer of the present invention.

【図24】コントラストを強調する場合の所望パターン
透過光の振幅を表す図である。
FIG. 24 is a diagram showing the amplitude of light transmitted through a desired pattern when contrast is emphasized.

【図25】本発明に係る感光材料への露光量を制御して
結像性マスクを製造する方法を説明するための断面図で
ある。
FIG. 25 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an imaging mask by controlling the amount of exposure to a photosensitive material according to the present invention.

【図26】本発明に係る半透明膜により振幅透過率分布
を得て結像性マスクを製造する方法を説明するための断
面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an imaging mask by obtaining an amplitude transmittance distribution using a semitransparent film according to the present invention.

【図27】本発明に係るギャップが一定でない場合のプ
ロキシミティ露光を説明するための図である。
FIG. 27 is a diagram for explaining proximity exposure when the gap is not constant according to the present invention.

【図28】本発明に係る段差のある基板上に縮小投影露
光をする場合について説明するための図である。
FIG. 28 is a diagram for explaining a case where reduction projection exposure is performed on a substrate with a step according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…平行コヒーレント光、2,62…ホトマスク(結像
性マスク)、3…クロム細線パターン(遮光パターン)
、4…位相シフタ、5,63…被露光用基板、12…所
望パターン、60…所望パターン形成面、61…仮想面
、71〜74…計算時の等位相面、81〜84…露光時
の等位相面。
1... Parallel coherent light, 2, 62... Photomask (imaging mask), 3... Chrome thin line pattern (light shielding pattern)
, 4... Phase shifter, 5, 63... Substrate for exposure, 12... Desired pattern, 60... Desired pattern formation surface, 61... Virtual plane, 71-74... Equal phase plane at the time of calculation, 81-84... At the time of exposure Isophase surface.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】実効的な光の振幅透過率が0、1以外の中
間調の値も含む連続的または離散的な分布をもち、かつ
透過光の位相も連続的または離散的な分布をもつことを
特徴とするホトマスク。
Claim 1: The effective amplitude transmittance of light has a continuous or discrete distribution including halftone values other than 0 and 1, and the phase of transmitted light also has a continuous or discrete distribution. A photomask characterized by:
【請求項2】透過光の位相の分布が、π/12以上π/
4以下の単位で変化することを特徴とする請求項1記載
のホトマスク。
Claim 2: The phase distribution of transmitted light is π/12 or more π/
2. The photomask according to claim 1, wherein the photomask varies in units of 4 or less.
【請求項3】所望の転写パターンが単波長平行コヒーレ
ント光によって照射されるときのある微小ギャップ離れ
た仮想平面上の光の複素振幅の複素共役の分布を、光の
回折の式を用いて計算して求め、この求めた複素振幅分
布、またはそれを離散化した分布、または離散化したの
ち振幅もしくは位相もしくはその両方をある単位で有限
段数に量子化した分布が透過光の分布となるようにホト
マスクを製造することを特徴とするホトマスクの製造方
法。
3. Calculate the distribution of the complex conjugate of the complex amplitude of light on a virtual plane separated by a small gap when a desired transfer pattern is irradiated with single-wavelength parallel coherent light using a light diffraction formula. The distribution of transmitted light is obtained by calculating the complex amplitude distribution, or a distribution obtained by discretizing it, or a distribution obtained by discretizing the amplitude, phase, or both into a finite number of steps in a certain unit. A method for manufacturing a photomask, the method comprising manufacturing a photomask.
【請求項4】上記計算に用いる所望パターンの寸法を修
正するか、または所望パターン透過直後の光の振幅や位
相の分布に変動を与えることを特徴とする請求項3記載
のホトマスクの製造方法。
4. The method of manufacturing a photomask according to claim 3, wherein the dimensions of the desired pattern used in the calculation are modified or the amplitude and phase distribution of the light immediately after passing through the desired pattern is varied.
【請求項5】上記光の複素振幅分布を、フレネル近似を
用いたフレネル回折の式により計算することを特徴とす
る請求項3または4記載のホトマスクの製造方法。
5. The method of manufacturing a photomask according to claim 3, wherein the complex amplitude distribution of the light is calculated using a Fresnel diffraction equation using Fresnel approximation.
【請求項6】振幅の量子化の有限段数が3又は5、位相
の量子化単位がπ/12以上π/4以下であることを特
徴とする請求項3または4記載のホトマスクの製造方法
6. The method of manufacturing a photomask according to claim 3, wherein the finite number of stages of amplitude quantization is 3 or 5, and the phase quantization unit is π/12 or more and π/4 or less.
【請求項7】感光材料を塗布し、露光量の分布を制御し
て露光したのち現像して、透過光に所望の位相分布また
は実効的な振幅透過率分布を与えることを特徴とする請
求項3または4記載のホトマスクの製造方法。
7. A claim characterized in that a photosensitive material is coated, exposed while controlling the exposure amount distribution, and then developed to give transmitted light a desired phase distribution or effective amplitude transmittance distribution. 4. The method for manufacturing a photomask according to 3 or 4.
【請求項8】ある透過率を有する半透明膜を重ねて形成
することにより、透過光に所望の実効的な振幅透過率分
布を与えることを特徴とする請求項3または4記載のホ
トマスクの製造方法。
8. Production of a photomask according to claim 3 or 4, characterized in that a desired effective amplitude transmittance distribution is given to transmitted light by stacking semitransparent films having a certain transmittance. Method.
【請求項9】ホトマスクに平行コヒーレント光またはそ
れに近いコヒーレント性の高い光を照射し、ホトマスク
透過光にある複素振幅分布をもたせ、基板上で所望の回
路パターンを得るための光強度分布となるように露光す
ることを特徴とする露光方法。
9. A photomask is irradiated with parallel coherent light or highly coherent light similar to parallel light, so that the light transmitted through the photomask has a certain complex amplitude distribution, so that the light intensity distribution is such that a desired circuit pattern can be obtained on the substrate. An exposure method characterized by exposing to light.
【請求項10】上記露光方法は、ホトマスクと基板との
間に微小ギャップを設けるプロキシミティ露光方法であ
ることを特徴とする請求項9記載の露光方法。
10. The exposure method according to claim 9, wherein the exposure method is a proximity exposure method in which a minute gap is provided between the photomask and the substrate.
【請求項11】実効的な光の振幅透過率が0、1以外の
中間調の値も含む連続的または離散的な分布をもち、か
つ透過光の位相も連続的または離散的な分布をもつホト
マスクに平行コヒーレント光またはそれに近いコヒーレ
ント性の高い光を照射し、ホトマスク透過光にある複素
振幅分布をもたせて、基板上で所望の回路パターンを得
るための光強度分布となるように露光することを特徴と
する露光方法。
Claim 11: The effective amplitude transmittance of light has a continuous or discrete distribution including halftone values other than 0 and 1, and the phase of the transmitted light also has a continuous or discrete distribution. A photomask is irradiated with parallel coherent light or highly coherent light similar to parallel light, and the light transmitted through the photomask is exposed to have a certain complex amplitude distribution so as to obtain a light intensity distribution to obtain a desired circuit pattern on a substrate. An exposure method characterized by:
【請求項12】上記露光方法は、ホトマスクと基板との
間に微小ギャップを設けるプロキシミティ露光方法であ
ることを特徴とする請求項11記載の露光方法。
12. The exposure method according to claim 11, wherein the exposure method is a proximity exposure method in which a minute gap is provided between the photomask and the substrate.
【請求項13】ホトマスク透過光の複素振幅分布が、所
望の回路パターンに単波長平行コヒーレント光を照射す
ると想定するときの上記微小ギャップ離れた仮想平面上
の光の複素振幅の複素共役の分布に等しいことを特徴と
する請求項10または12記載の露光方法。
13. The complex amplitude distribution of the light transmitted through the photomask is the distribution of the complex conjugate of the complex amplitude of the light on the virtual plane separated by the minute gap when it is assumed that the desired circuit pattern is irradiated with single-wavelength parallel coherent light. 13. The exposure method according to claim 10 or 12, wherein the exposure method is the same.
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