JPH06163364A - 露光装置及びパターン形成方法 - Google Patents

露光装置及びパターン形成方法

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JPH06163364A
JPH06163364A JP30568792A JP30568792A JPH06163364A JP H06163364 A JPH06163364 A JP H06163364A JP 30568792 A JP30568792 A JP 30568792A JP 30568792 A JP30568792 A JP 30568792A JP H06163364 A JPH06163364 A JP H06163364A
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JP
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light source
phase shift
light
shift mask
pattern
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JP30568792A
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Tamae Haruki
珠江 春木
Kenji Nakagawa
健二 中川
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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】位相シフトマスクを用いてフォトレジストを露
光する露光装置と、そのような露光工程を含む露光装置
及びパターン形成方法に関し、位相シフトマスクを使用
する場合の解像度及び焦点深度を向上すること。 【構成】位相シフトマスクを使用してパターンを形成す
る際の露光光源として、線状光源、離散した複数の点光
源、楕円光源を使用することを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、露光装置及びパターン
形成方法に関し、より詳しくは、位相シフトマスクを用
いてフォトレジストを露光する露光装置と、そのような
露光工程を含む露光装置及びパターン形成方法に関す
る。
【0002】フォトレジストを露光する場合、解像度の
向上のために、光波の位相の干渉を利用してパターン形
成を行う位相シフトマスクが注目されている。しかし、
位相シフトマスクを用いてもパターンが微細なため、充
分なフォーカス深度をとることが難しく、その改善が問
題となっている。
【0003】
【従来の技術】半導体、金属等の膜をパターニングする
場合には、フォトレジストを露光、現像してパターンを
形成し、これをマスクにして膜をエッチングすることが
行われている。
【0004】その露光装置としては、例えば図1に示す
ように、光源1から出た光を、絞り2、コンデンサレン
ズ3、マスク(レチクル)4、投影レンズ5に順に透過
させてフォトレジスト6の投影面に照射するものが提案
されている。
【0005】ところで、マスク4として位相シフタを使
用する場合には、光干渉性を高めるためにコンデンサレ
ンズ3の光軸上に光源1を設定する必要があるので、離
散的でない点状の光源を用いることにより、コンデンサ
レンズ3に対する光源の専有率、即ちコヒーレント係数
σを小さくしてマスク4のパターンをフォトレジスト6
に転写することが行われている。その点光源の正確な平
面形状は、図12の黒色で示すような略円形である。
【0006】なお、位相シフトマスクとしては、レベン
ソン型、クロムレス型、エッジ強調型等がある(参考資
料;日経マイクロデバイス 1991. 5 No.71 p.52-5
8)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、そのような点
状光源を用いてコヒーレント係数σを小さくすると照度
が低下するので、照射されるエネルギーの低下によりシ
ャープなパターンを得ることが難しくなり、それを防ぐ
ためにσを上げると干渉性が低下して位相シフタの効果
が充分に現れず、しかも焦点深度も低下するといった問
題がある。
【0008】例えば、図3(a) に示すように略等間隔に
細長いパターンが並んで形成される、いわゆるライン&
スペースのレベンソン型位相シフトマスク41と点光源
を使用して露光すると、図13に示すように、焦点ズレ
が大きくなるほど光強度が低下するので、焦点深度が低
くなることがわかる。しかも、焦点ズレが大きくなると
コントラストも悪くなる。
【0009】また、図3(b) に示すようなライン&スペ
ースのクロムレス型位相シフトマスク42と点光源を使
用して露光を行うと、その光強度の分布は図14に示す
ようになり、焦点深度が浅く、しかも焦点ズレが大きい
ほどコントラストが悪くなっている。
【0010】さらに、図4に示すようなホール形成用の
エッジ強調型位相シフトマスク43と点光源を使用する
場合の露光面の光強度分布の等高線を示すと、図15
(a) のようになり、また、そのX−X線及びY−Y線の
断面から見た光強度分布は図15(b),(c) のようにな
る。
【0011】この試験結果によれば、複数の開口部Jか
ら入射した光の干渉により開口部Jに挟まれる狭い領域
に大きなサブピークが存在し(図15(b))、解像度が悪
い。なお、露光の際にはコヒーレント係数σを0.3と
し、i線(0.365μm)の水銀ランプを使用し、開口
数NAの0.5の投影レンズ5を使用した。
【0012】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、位相シフトマスクを使用して露光する場
合の解像度及び焦点深度を向上できる露光装置及びパタ
ーン形成方法を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記した課題は、図1、
2に例示するように、位相シフトマスク41、42を用
いてフォトレジスト6を露光するため光源1として、線
状の光源か、離散した複数の光点を有する光源か、又は
楕円状の光源のいずれかを有することを特徴とする露光
装置により達成する。
【0014】または、線状の光源を用いて位相シフトマ
スク41、42のパターンをフォトレジスト6に転写す
る工程を含むことを特徴とするパターン形成方法により
達成する。
【0015】または、前記位相シフトマスク41、42
のパターンは、略等間隔に細長いパターンが並んで形成
される、いわゆるライン&スペースであり、前記線状の
光源は、該ライン&スペースと平行に配置されることを
特徴とするパターン形成方法により達成する。
【0016】または、離散した複数の光点を有する光源
を用いて位相シフトマスク43のパターンをフォトレジ
スト6に転写する工程を含むことを特徴とするパターン
形成方法により達成する。
【0017】前記位相シフトマスク43のパターンは複
数のホールであり、該ホールの配列の少なくともいずれ
かの方向に沿って前記光点が離散していることを特徴と
するパターン形成方法。
【0018】または、楕円状の光源を用いて位相シフト
マスク43のパターンをレジスト6に転写する工程を含
むことを特徴とするパターン形成方法によって達成す
る。
【0019】
【作 用】本発明によれば、位相シフトマスク41〜4
3のパターン形状に応じて線状光源、離散点状光源又は
楕円光源を用いている。
【0020】この場合、位相シフトマスク41〜43の
パターンの光干渉を低減したい方向、或いは、低減して
も支障がない方向に光源を広げることにより、その方向
の光干渉の効果が抑制される一方で、それ以外の方向で
は光の照度が大きくなり、位相シフトの長所が充分に生
かせる。
【0021】したがって、その解像度、焦点深度は、従
来の点光源による場合に比べて向上する。
【0022】
【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図1は、露光装置の一例を示す概要構成
図である。
【0023】図1において、光源10から出た光を、絞
り2、コンデンサレンズ3、位相シフトマスク41〜4
3、投影レンズ5を通してフォトレジスト6に照射する
と、位相シフトマスク41〜43のパターンがフォトレ
ジスト6に潜像として転写される。
【0024】図2は、本発明に用いる光源の光放出部分
の形状の例を示す平面図である。図2(a) は、線状領域
11から光を放出する線状光源を示し、また、図2(b)
は、光軸上の点12とこれを挟む2つの点13,14か
ら光を放出する離散点状光源を、図2(c) は、光軸上の
点15とその周辺の1つの点16から光を放出する離散
点状光源を、図2(d) は、楕円状領域17から光を放出
する楕円状光源を示し、また、図2(e) は、光軸上の点
18を中心に3つの点19、20、21を2方向に配置
し、これらの点から光を放出させる離散点状光源を示
し、図2(f)は、光軸上の点22を中心に十字方向に1
つずつ点23〜26を配置し、これらの点から光を放出
させる離散点状光源を示している。
【0025】なお、図2に示す各光源の形状の調整は、
例えばコンデンサレンズ3と光源1の間に介在させるフ
ライアイレンズ(不図示)を部分的に遮光することによ
り容易に実現できる。
【0026】次に、上記光源10と各種位相シフトマス
ク41〜43を使用して露光する場合の光強度の分布に
ついて例を挙げて説明する。 (1)レベンソン型位相シフトマスクを使用する場合
(その1) まず、図3(a) に示すようなレベンソン型位相シフトマ
スク41の転写を行う場合について説明する。
【0027】図3(a) に示すレベンソン型位相シフトマ
スク41は、幅0.25μmのライン&スペースのスト
ライプ状パターンを有するもので、ガラス基板Aの上
に、一定の間隔をおいてCrよりなる帯状の遮光部Bを複
数本形成するとともに、それらの遮光部Bの間の領域の
1つおきにシリコン窒化膜よりなる180°位相シフト
部Cを形成したもので、残りの領域から露出するガラス
基板Aを0°位相シフト部Dとする。
【0028】なお、ライン&スペースを適用する具体例
としては、例えば半導体記憶装置におけるビット線、ワ
ード線等がある。この位相シフトマスク41を使用し
て、図1に示す構成の露光装置によりレジスト6を露光
する。
【0029】この露光の際には、図2(a) に示すような
1本の線状光源を使用し、その線を位相シフトマスク4
1の各ラインと平行に配置する。その光源の正確な図面
を示すと図9(a) のような平面形状になる。外周の円
は、投影レンズの開口を示す(σ=1の場合)。
【0030】そして、焦点ズレを0.0〜2.0μmの
範囲で生じさせて光強度の分布を調べてみると、図5に
示すように殆ど変化がみられなかった。しかも、線状光
源を使用しているので単一の点状光源よりも照度が大き
い。
【0031】この場合、ライン方向に延在する光源10
の光は光軸からずれるが、ライン方向なので光干渉効果
が低下することはなく、位相シフトマスク41による効
果が充分に発揮される。
【0032】従って、ライン&パターンを露光する場合
に線光源を使用すると、図13に示す従来例に比べてコ
ントラストの劣化が大幅に抑制され、しかも、焦点深度
が向上することがわかる。従来の光源は、図12に示す
ような平面形状である。
【0033】なお、この例では開口数NAを0.5、発
光波長λを0.365μmとした(以下の例も同様であ
る)。 (2)レベンソン型位相シフトマスクを使用する場合
(その2) 前記レベンソン型位相シフトマスクの第1例では、線状
光源を用いることにより、焦点からズレても光強度分布
は劣化しないことを示した。
【0034】実用化を考えた場合には、光量を多くする
ためにある程度線幅を持たせることが必要になる。そこ
で、図6(f) に示すように、投影レンズ5の開口角度の
0.14倍の幅を持った帯状の光源を用いて露光を行
い、焦点をずらした場合の光強度分布の劣化を調べたと
ころ、図6(a) 〜(e) に示すようになった。これによれ
ば、通常光源に比べてはるかに劣化の少ないことがわか
る。
【0035】なお、パターンは0.25μmのライン&
スペースである。 (3)クロムレス型位相シフトマスクを使用する場合 次に、第3例として、図3(b) に示すようなクロムレス
型位相シフトマスク42を用いる露光について説明す
る。
【0036】このクロムレス型位相シフトマスク42
は、ライン&スペースのストライプ状パターンを形成す
るもので、ガラス基板Eの上には、一定間隔をおいて帯
状の180°位相シフト部Fが複数本形成され、その間
の領域は0°位相シフト部Gとなっている。
【0037】この位相シフトマスク42を用いて露光を
行う際の光源10として、図2(a)に示すような1本の
線状光源を用いて光強度の分布を調べた。これによれ
ば、図7に示すように、焦点ズレが0.0〜±1.5μ
mの範囲で生じても、その光強度分布は殆ど変わらず、
しかも図14に示す従来例に比べて大きなコントラスト
が得られた。これにより、解像度が良く、焦点深度が向
上したことがわかる。
【0038】これにより、フォトレジスト6に転写する
パターン精度が向上する。 (4)エッジ強調型位相シフトマスク7を使用する場合 次に、第4例として、図4に示すようなエッジ強調型位
相シフトマスク43のパターン転写について説明する。
【0039】このエッジ強調型位相シフトマスク43
は、ホール形成用のパターンを転写するもので、ガラス
基板Hを覆うCrの遮光部Iにホール用の開口部Jを形成
し、その開口部Jの中央の狭い領域に180°位相シフ
ト部Kを形成するとともに、開口部Jから露出したガラ
ス基板Hを0°位相シフト部Lとしたものである。この
場合、X方向(図中横方向)とY方向(図中縦方向)の
繰り返しピッチはそれぞれ2μm、1μmである。
【0040】そして、図2(b) に示すような離散した光
源を用いてパターンの転写を行う。この場合の光源は、
中心の大きな点12とこれを挟む小さな点13,14か
らそれぞれ光を放出するもので、その小さな点13、1
4の光は、中心の点12の光のノイズとして作用する。
なお、小さな点13、14の配置の向きは、開口部Jの
短い方のピッチ側とする。
【0041】この場合、開口部Jに挟まれた1μmピッ
チの狭い領域で生じる光干渉によるサブピークが問題に
なるが、その短いピッチ方向に光のノイズを入れている
ので位相シフタの干渉効果が抑制されることになり、光
強度分布は図8に示すようになり、ピッチの狭い領域の
サブピークは殆ど消滅する。
【0042】なお、光のノイズを発生させる光源として
は、図2(c) に示すような離散点状光源でもよいし、図
2(d) に示すような楕円状光源でもよい。ところで、図
2(e),(f) に示すように、ノイズ発生用の光点を光軸の
周囲に設けた光源を用いると、それらの方向にある位相
シフトマスクの光干渉効果を弱めることになり、その方
向のサブピークは大幅に抑制される。
【0043】なお、図2(b),(c),(d),(e),(f) に示す光
源の正確な図面は、それぞれ図9(b),図10(a),図10
(b),図11(a),図11(b) に示すようになる。 (5)その他の説明 上記した第1〜第4の例では、レベンソン型、クロムレ
ス型、エッジ強調型の位相シフトマスクについて説明し
たが、多段型、補助パターン型、シフター遮光型、その
他の位相シフトマスクを使用して露光する際にも、図2
に示すような光源を使用してもよい。
【0044】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、位相
シフトマスクのパターン形状に応じて線状光源、離散点
状光源又は楕円光源を用いている。この場合、位相シフ
トマスクのパターンの光干渉を低減したい方向、或い
は、低減しても支障がない方向に光源を広げることによ
り、その方向の光干渉の効果が抑制される一方で、それ
以外の方向では光の照度が大きくなり、位相シフトの長
所を十分に生かすことができる。
【0045】したがって、その解像度、焦点深度は、従
来の点光源による場合に比べて大幅に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】露光装置の一例を示す概要構成図である。
【図2】本発明の実施例に使用する光源の形状を示す平
面図である。
【図3】レベンソン型位相シフトマスクとクロムレス型
位相シフトマスクの一例を示す平面図、側面図である。
【図4】エッジ強調型位相シフトマスクの一例を示す平
面図、断面図である。
【図5】本発明の光源とレベンソン型位相シフトマスク
を用いたライン&スペースの光強度分布図(その1)で
ある。
【図6】本発明の光源とレベンソン型位相シフトマスク
を用いたライン&スペースの光強度分布図(その2)で
ある。
【図7】本発明の光源とクロムレス型位相シフトマスク
を用いたライン&スペースの光強度分布図である。
【図8】本発明の光源とエッジ強調型位相シフトマスク
を用いたホールの光強度分布図である。
【図9】本発明の実施例に用いる光源の詳細な形状を示
す平面図(その1)である。
【図10】本発明の実施例に用いる光源の詳細な形状を
示す平面図(その2)である。
【図11】本発明の実施例に用いる光源の詳細な形状を
示す平面図(その3)である。
【図12】従来使用されている光源の詳細な形状を示す
平面図である。
【図13】従来の光源とレベンソン型位相シフトマスク
を用いたライン&スペースの光強度分布図である。
【図14】従来の光源とクロムレス型位相シフトマスク
を用いたライン&スペースの光強度分布図である。
【図15】従来の光源とエッジ強調型位相シフトマスク
を用いたホールの光強度分布図である。
【符号の説明】
2 絞り 3 コンデンサレンズ 4 マスク 5 投影レンズ 6 フォトレジスト 10 光源 41 レベンソン型位相シフトマスク 42 クロムレス型位相シフトマスク 43 エッジ強調型位相シフトマスク

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】位相シフトマスク(41、42)を用いて
    フォトレジスト(6)を露光するため光源(1)とし
    て、線状の光源か、離散した複数の光点を有する光源
    か、又は楕円状の光源のいずれかを有することを特徴と
    する露光装置。
  2. 【請求項2】線状の光源を用いて位相シフトマスク(4
    1、42)のパターンをフォトレジスト(6)に転写す
    る工程を含むことを特徴とするパターン形成方法。
  3. 【請求項3】前記位相シフトマスク(41、42)のパ
    ターンは、ライン&スペースであり、前記線状の光源
    は、該ライン&スペースと平行に配置されることを特徴
    とする請求項2記載のパターン形成方法。
  4. 【請求項4】離散した複数の光点を有する光源を用いて
    位相シフトマスク(43)のパターンをフォトレジスト
    (6)に転写する工程を含むことを特徴とするパターン
    形成方法。
  5. 【請求項5】前記位相シフトマスク(43)のパターン
    は複数のホールであり、該ホールの配列の少なくともい
    ずれかの方向に沿って前記光点が離散していることを特
    徴とする請求項4記載のパターン形成方法。
  6. 【請求項6】楕円状の光源を用いて位相シフトマスク
    (43)のパターンをレジスト(6)に転写する工程を
    含むことを特徴とするパターン形成方法。
JP30568792A 1992-10-05 1992-11-16 露光装置及びパターン形成方法 Withdrawn JPH06163364A (ja)

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US08/132,165 US5415952A (en) 1992-10-05 1993-10-05 Fine pattern lithography with positive use of interference
US08/387,008 US5637424A (en) 1992-10-05 1995-02-10 Fine pattern lithography with positive use of interference

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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