JPH0545864A - フオトマスク及び露光方法並びに投影露光装置 - Google Patents

フオトマスク及び露光方法並びに投影露光装置

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JPH0545864A
JPH0545864A JP20058091A JP20058091A JPH0545864A JP H0545864 A JPH0545864 A JP H0545864A JP 20058091 A JP20058091 A JP 20058091A JP 20058091 A JP20058091 A JP 20058091A JP H0545864 A JPH0545864 A JP H0545864A
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JP
Japan
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pattern
exposure
image plane
optical system
projection optical
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Pending
Application number
JP20058091A
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English (en)
Inventor
Akira Anzai
暁 安西
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 段差構造を持つ感光基板上での投影光学系の
結像特性を向上させる。 【構成】 レチクル2のパターンを転写すべきウエハ4
上の露光領域SA内の少なくとも1つの部分領域W11
段部をなしている。この露光領域内での段差情報に応じ
て、投影レンズ3の結像面IMと露光領域SAの表面と
がほぼ一致するように、レチクル2のパターン面に段差
を形成することによって、投影レンズ3の結像面IMの
少なくとも一部分を光軸(AX)方向に移動する。 【効果】 露光領域内に段差があっても、その領域全面
で良好な像質のパターンを形成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶表示
素子製造のリソグラフィ工程で使用される投影露光装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、リソグラフィ工程では原図基板
(マスクまたはレチクル)に形成されたパターンを高分
解能で感光基板(半導体ウエハ等)上に転写する装置と
して、ステップアンドリピート方式の縮小投影型露光装
置(ステッパー)が多用されるようになっている。この
種のステッパーでは、投影レンズが露光光の波長に関し
て良好に色収差補正され、その露光波長のもとでレチク
ルとウエハとは互いに共役になるように配置されてい
る。尚、レチクルの下面(パターン面)はほぼフラット
(平面)であり、投影レンズの投影像面(最良結像面)
もほぼフラットである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の装置では以下のような問題があった。通常、
ウエハ上の1つの露光領域の表面はほぼフラットであ
り、この時は投影レンズの結像面がフラットでも問題は
ない。ところが、ウエハ上の各露光領域が部分的に段差
(凹凸構造)をもつことがある。このような場合に従来
技術では、投影レンズの結像面がほぼフラットであるた
め、段差の上面に焦点を合わせる、すなわち結像面と上
面とを一致させると、段差下面での結像性能が悪化す
る。特に投影レンズの焦点深度が段差より小さいと、段
差下面では解像不良となる。逆に段差の下面に焦点を合
わせると、段差上面での結像性能が悪化する。また、上
面と下面との中間に焦点を合わせると、上面及び下面の
両方で十分な結像性能を得られないという欠点があっ
た。
【0004】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、感光基板上の露光領域内に段差(凹凸)があったと
しても、露光領域の全面で高解像のパターン露光を行う
ことができる投影露光装置を得ることを目的としてい
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決する為
本発明では、原図基板(レチクル2)に形成されたパタ
ーンの像を感光基板(ウエハ4)に結像投影する投影光
学系(投影レンズ3)と、感光基板の表面を投影光学系
の結像面IM近傍に配置するように感光基板を保持する
ステージ(ウエハステージ5)とを備えた投影露光装置
において、原図基板のパターンを転写すべき感光基板上
の露光領域SA内の少なくとも1つの部分領域W11は段
部をなしており;露光領域内での段差情報に応じて、投
影光学系の結像面IMと露光領域SAの表面とがほぼ一
致するように、投影光学系の結像面IMの少なくとも一
部分を光軸方向に移動する像面補正部材を設ける。この
像面補正部材として、パターン面に段差を有するレチク
ル2、20、または部分的に段差を有する平行平板ガラ
ス31を用いる。
【0006】
【作用】さて、原図基板のパタ−ン面と投影光学系の結
像面とが結像倍率1/mで共役関係にある時、パタ−ン
面が光軸方向にDだけ変化すると、結像面が同一方向に
(1/m)2 ×Dだけシフト(変位)することは良く知
られている。そこで、本発明では原図基板のパタ−ン面
に部分的に段差をつけることにより、結像面にも部分的
に段差がつくことを利用することとした。従って、感光
基板上の露光領域内に段差がある場合でも、段差の上面
及び下面のいずれに対しても同時に焦点を合わせる、換
言すれば露光領域の全面でその表面と投影光学系の結像
面とを一致させることが可能となる。この結果、感光基
板上の段差の上面でも下面でも良好な結像性能が得られ
ることになった。
【0007】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例による投影露光
装置の概略的な構成を示す模式図であって、照明系1は
超高圧水銀ランプ等の光源、オプチカルインテグレータ
等を含み、レジスト層を感光させる波長域の露光用照明
光ILをほぼ均一な照度でレチクル2に照射する。レチ
クル2のパターン領域PAを通過した露光光ILは、両
側テレセントリックな投影レンズ3に入射し、投影レン
ズ3はレチクル2の下面にクロム等の遮光層により形成
されたパターンの像を、表面にレジスト層が形成された
ウエハ4上に結像投影する。尚、本実施例ではレチクル
2を本発明における像面補正部材として用いているが、
このことについては後で詳しく説明する。また、投影レ
ンズ3の投影倍率が1/m(mは自然数)の時、当然な
がらレチクル2のパタ−ンの大きさは、ウエハ4上で形
成すべきパタ−ンのm倍になっている。ところで、投影
レンズ3は露光光ILの波長に関して良好に色収差補正
され、その露光波長のもとでレチクル2とウエハ4とは
互いに共役になるように配置されている。また、ウエハ
4はモータ6によりステップアンドリピート方式で2次
元移動するウエハステージ5に載置され、ウエハ4上の
1つの露光領域に対するレチクル2の転写露光が終了す
ると、次の露光領域の位置までステッピングされる。こ
こで、ウエハステージ5はウエハ4の表面を投影レンズ
3の結像面IM近傍に配置するようにウエハ4を保持し
ている。ウエハステージ5の2次元的な位置は干渉計7
によって、例えば0.01μm程度の分解能で常時検出
される。
【0008】図3(A)はウエハ上に形成された複数の
露光領域のうちの1つの領域SAを示し、1つの露光領
域SAの周囲4辺には通常50〜100μm程度の幅の
ストリートラインSTが形成される。ストリートライン
STはウエハ上のチップを切り出す際の切りしろであっ
て、ここに回路パターンの一部がはみ出して形成される
ことはない。図3(B)は図3(A)のB−B’矢視断
面図であって、露光領域SAが部分的に段差構造となっ
ていることを示している。尚、ここでは露光領域SA内
の部分領域W11とW12との段差(間隔)をdで表してい
る。
【0009】さて、上記の如く露光領域SAの一部が段
差構造となっていることから、本実施例では露光領域S
Aの段差構造に対応してレチクル2のパターン面の一部
に段差を形成している。これによって、投影レンズ3の
結像面IM(すなわちレチクルパターンの投影像)の一
部分が光軸AXに沿った方向(Z方向)にシフト(移
動)し、投影レンズ3の結像面IMと露光領域SAの表
面とがその全面にわたってほぼ一致することになる(図
4)。従って、本実施例ではパターン面の少なくとも一
部に段差が形成されたレチクル2が、本発明における像
面補正部材として用いられることとなっている。
【0010】図2(A)は本実施例で好適なレチクル2
の具体的な構成の一例を示しており、図2(B)は図2
(A)のA−A’矢視断面図である。図2(A)、
(B)に示すようにレチクル2のパターン面には、露光
領域SAの段差構造に対応して部分的に段差が形成され
ている。すなわち、図3(B)中に示した露光領域SA
内での段差(間隔d)に基づいて、パターン領域PA内
において部分領域W11に対応する領域R11と部分領域W
12に対応する領域R12との間に段差(間隔D)を設けて
いる。ここで、間隔Dは、 D=m2 ×d(mは投影倍率) なる関係式で与えられる量が適当であるが、ウエハ上に
形成されるレジスト層の膜厚、レジストの種類、及びパ
タ−ンの配列や密度等の影響で間隔Dの最適値は変化し
得るので、予め実験あるいはシミュレ−ションを行って
レチクル毎に最適値を決めておくことが望ましい。
【0011】次に、図5を参照して本発明の第2の実施
例について説明する。図5は本実施例で用いるレチクル
の具体的な構成の一例を示す図である。尚、本実施例に
おける装置構成は第1の実施例と全く同一であり、第1
の実施例との差異は像面補正部材として用いられるレチ
クルの構成のみである。図5(A)、(B)に示すよう
に、本実施例ではウエハ上の露光領域内に段差が存在す
る場合に、パターン露光のために振幅分布を与えるレチ
クル20のパターン面そのものは平面であるが、パター
ン領域PA内において露光領域内で凹部となっている部
分領域に対応する領域R22には厚さD’の透明膜(例え
ば、誘電体膜、SOG等)21が被着され、その他の領
域R21には透明膜が被着されていない。このようにレチ
クル20のパターン面に直接段差を設けず、パターン面
そのものは平面であっても、露光領域内の段差構造に対
応してパターン領域PAに部分的に透明膜21を被着す
ることにより、光学的には第1の実施例と全く同様の効
果を得ることができる。つまり、投影レンズの結像面と
露光領域の表面とをその全面にわたってほぼ一致させる
ことが可能となる。ここで、透明膜21の膜厚D’は、
露光領域内での段差(間隔)をd、透明膜の屈折率をn
とすると、 D’=m2 ×d/(n−1) なる関係式にて定められるが、第1の実施例と同様に実
験等によりその最適値を決定することが望ましい。
【0012】次に、図6を参照して本発明の第3の実施
例について説明する。図6は本実施例による装置の構成
の一例を示す図である。尚、第1、第2の実施例では像
面補正部材としてレチクルを用いていたが、本実施例で
はレチクル30と投影レンズ3との間に配置された平行
平板ガラスを用いる点のみが異なる。図6に示すよう
に、本実施例では露光領域内の段差構造に対応して少な
くとも一方の面(図中では下面のみ)に部分的に段差を
形成した平行平板ガラス31を、レチクル30と投影レ
ンズ3との間に配置している。これによって、本実施例
においても投影レンズの結像面と露光領域の表面とをそ
の全面にわたってほぼ一致させることが可能となる。こ
こで、平行平板ガラス31の段差(間隔)D''は、平行
平板ガラスの屈折率をn''とすると、 D”=m2 ×d/(n''−1) なる関係式にて与えられる。本実施例においても、予め
実験、シミュレ−ション等によりその最適値を決定して
おくことが望ましい。尚、平行平板ガラス31は出来る
だけレチクル30に近接して配置することが望ましい。
また、平行平板ガラス31の段差もレチクル30に近い
方の面に形成することが望ましく、これは露光領域上で
結像面の段差部の分離を明確に行う上で有効である。
【0013】ところで、以上の実施例ではウエハ(露光
領域)上での段差構造を2段として(すなわち図3
(B)に示したように露光領域SAを2つの部分領域W
11、W12に分けて)説明したが、当然ながら互いに段差
(間隔dに相当)が異なる3段以上の段差構造にも簡単
に対応することができる。尚、本発明を実施するに当た
って投影レンズ3はウエハ側のみならずレチクル側もテ
レセントリックであることが望ましい。また、以上の各
実施例ではステッパーを例に挙げて説明したが、ステッ
パー以外の露光装置であっても、投影光学系を備えた露
光装置(例えば、ミラープロジェクション方式でも良
い)であれば、本発明を適用できることは言うまでもな
い。さらに感光基板(半導体ウエハや液晶基板等)の全
面を等倍で一括露光する装置でも構わない。また、本発
明における像面補正部材はレチクルや平行平板ガラスに
限定されるものではなく、投影光学系の結像面を部分的
にシフトさせることができるものであれば何でも構わな
い。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、段差構造
を持つ感光基板の上にも良好な像質のパタ−ンを形成す
ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例による投影露光装置の構
成の一例を示す模式図。
【図2】第1の実施例で用いられるレチクル(像面補正
部材)の構成を示す図。
【図3】感光基板上に形成された複数の露光領域のうち
の1つの領域の様子を示す図。
【図4】投影光学系の結像面と感光基板上の1つの露光
領域の表面とがほぼ一致している様子を示す図。
【図5】第2の実施例で用いられるレチクル(像面補正
部材)の構成を示す図。
【図6】第3の実施例による投影露光装置の構成の一例
を示す模式図。
【符号の説明】
1 照明系 2、20、30 レチクル 3 投影レンズ 4 ウエハ 5 ウエハステージ 31 平行平板ガラス IM 結像面 PA パターン領域 SA 露光領域

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 露光装置によって所定のパターンを投影
    光学系を介して感光基板上に露光するために用いられる
    フォトマスクにおいて、 前記パターンを転写すべき前記感光基板上の露光領域内
    の段差構造に対応して、前記パターンが形成される面の
    少なくとも一部分に段差を有することを特徴とするフォ
    トマスク。
  2. 【請求項2】 原図基板に形成されたパターンを投影光
    学系を介して感光基板上に露光する方法において、 前記原図基板のパターンを転写すべき前記感光基板上の
    露光領域内の段差構造に応じて、前記投影光学系の結像
    面の少なくとも一部分を光軸方向に移動することとし、
    前記投影光学系の結像面と前記露光領域の表面とをほぼ
    一致させたことを特徴とする露光方法。
  3. 【請求項3】 原図基板に形成されたパターンの像を感
    光基板に結像投影する投影光学系と、前記感光基板の表
    面を前記投影光学系の結像面近傍に配置するように前記
    感光基板を保持するステージとを備えた投影露光装置に
    おいて、 前記原図基板のパターンを転写すべき前記感光基板上の
    露光領域内の少なくとも1つの部分領域は段部をなして
    おり;前記露光領域内での段差情報に応じて、前記投影
    光学系の結像面と前記露光領域の表面とがほぼ一致する
    ように、前記投影光学系の結像面の少なくとも一部分を
    光軸方向に移動する像面補正部材を備えたことを特徴と
    する投影露光装置。
JP20058091A 1991-08-09 1991-08-09 フオトマスク及び露光方法並びに投影露光装置 Pending JPH0545864A (ja)

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JP20058091A JPH0545864A (ja) 1991-08-09 1991-08-09 フオトマスク及び露光方法並びに投影露光装置
US08/573,760 US5592259A (en) 1991-08-09 1995-12-18 Photomask, an exposure method and a projection exposure apparatus
US08/731,917 US5682226A (en) 1991-08-09 1996-10-22 Photomask, an exposure method and a projection exposure apparatus

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JP20058091A JPH0545864A (ja) 1991-08-09 1991-08-09 フオトマスク及び露光方法並びに投影露光装置

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