JPH0934100A - レティクルとレティクルにより作成される半導体装置 - Google Patents
レティクルとレティクルにより作成される半導体装置Info
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- JPH0934100A JPH0934100A JP7206691A JP20669195A JPH0934100A JP H0934100 A JPH0934100 A JP H0934100A JP 7206691 A JP7206691 A JP 7206691A JP 20669195 A JP20669195 A JP 20669195A JP H0934100 A JPH0934100 A JP H0934100A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
Abstract
ンを2光結像させ、解像度と焦点深度の低下がない露光
を行うレティクルを提供する。 【構成】 縮小投影露光装置に組み込まれ、斜入射照明
光の照射により、基板上に投影露光される転写パターン
が形成されたレティクルであり、転写パターンが、一方
向に長い形状で繰り返されるライン幅Lのラインパター
ン21とスペース幅Sのスペースパターン22とからな
るラインアンドスペースパターン23と、ラインアンド
スペースパターン23の外側に、スペース幅Sの距離に
形成され、縮小投影露光装置の解像限界以下のダミーラ
インパターン24とで構成されている。最外側のライン
パターン21のコントラストは、内側のラインパターン
21とほぼ等しく、解像度や焦点深度の低下がなく、斜
入射照明を行った場合に、基板上の投影像の解像度と焦
点深度とを向上され、高精度で精密なレジストパターン
の形成が可能になる。
Description
ィクルを用いて作成される半導体装置に関する。
どの半導体装置の作成には、転写パターンが形成された
レティクル(マスク)に露光光を照射し、投影光学系を
介して、転写パターンをウエハに結像投影するフォトリ
ソグラフィの技術が利用されている。このようにして作
成される半導体装置の解像度Rと焦点深度DOFは、波
長をλ、開口数をNAとして、(1)式に示すレイリー
の式で与えられる。
ィによる半導体の作成には、露光波長の短波長化が効果
的であることが解る。特に、半導体装置のデザインルー
ルが縮小化し、サブハーフミクロンルールになると、現
在露光に主に使用されているi線(波長365nm)で
は、限界に近付いていることが明らかである。
KrFレーザの利用が考えられるが、KrFレーザで用
いられる化学増幅型レジストは、塩基による酸の失活や
下地依存の問題があり、また、定在波効果が大きくな
り、反射防止膜が必要で製造コストが増大するという問
題がある。また、KrFレーザの投影露光装置では、色
収差を抑えるためKrFレーザの波長の狭帯化が必要で
あるが、その信頼度が不十分であり、アライメントでT
TLが不可能でoff−axisとなり、重ね合わせ精
度が低下するという問題がある。一方、NAを拡大する
ことも考えられるが、現在でもNAは0.63程度にな
っており、これ以上のレンズの大口径化は、製造コスト
の面で実用的ではない。
の露光光の照射に代えて、2光束結像を利用した露光法
が開発使用されている。この2光束結像には、レベンソ
ンタイプの位相シフトマスクによる方法と、斜入射照明
による方法とがある。
る方法では、レティクル上のシフタにより位相を180
°反転させることによって、±1次光の回折角を3光束
結像よりも小さくし投影レンズに導き、0次光を消失さ
せるものである。レベンソンタイプの位相シフトマスク
による方法は、3光束結像と比較して、回折角が1/2
になるために、理論的に限界解像度が半分になり、ま
た、回折角が小さくなるために焦点深度の拡大が大き
い。
スクでは、シフタの配置に矛盾が生じ易いために、現在
でもCADによる自動配置が困難であり、CADによる
シフタ配置後に、矛盾部を手作業で修正する必要があ
る。また、無欠陥のシフタを作成する技術やその検査方
法が、未だ確立されていないという問題もあり、実際の
製造ラインでは使用されていない。
することにより、斜め方向の光のみを用いてレティクル
を照明し、回折光の内±1次光の一方を投影レンズの瞳
面の外に出すことにより、0次光と±1次光の一方で結
像させる方法である。0次光と±1次光の一方を用いる
ため3光束結像では、±1次光が投影レンズからはみ出
していた微細なラインアンドスペースについても、0次
光と±1次光の一方のなす角が、投影レンズに取込むこ
とが可能であれば、ウエハ上に結像することができ、限
界解像度が向上する。
像より小さいため焦点深度も拡大する。さらに、斜入射
照明は特別なレティクルが不要であるため、現有の縮小
投影露光装置にも、光源の中心部を遮光するアパーチャ
を用いるだけで容易に実現可能であり、すでにサブハー
フミクロンルールのデバイスの一部では実用化が進めら
れている。
62号公報に開示されている照明を環帯状とする輪帯照
明と、特開平4−180612号公報に開示されている
照明を四分割状とする四ツ目照明とがある。四ツ目照明
は、瞳の中心及び瞳中心を通り縦横パターンの方向へ延
びる一対の各部分よりも他の部分、望ましくは、一対の
軸とほぼ45°と135°の方向にある対称な部分の光
強度が大きい光量分布を備える有効光源を形成する。
す説明図、図5は図4のアパーチャの説明図である。ラ
ンプ1が、楕円反射鏡2の第1の焦点に配置され、ラン
プ1からの光が楕円反射鏡2、コールドミラー11を介
して、楕円反射鏡2の第2の焦点3付近に集光され、イ
ンプットレンズ4により平行光束にされ、オプチカルイ
ンテグレータ5に入射される。オプチカルインテグレー
タ5の通過によって、光の照射均一性が高められ、オプ
チカルインテグレータ5を出た光は、アウトプットレン
ズ6からコールドミラー12を介してコリメータレンズ
7に入り、オプチカルインテグレータ5の各レンズから
の光束が、レクティル8上に重畳して入射するように集
光され、レクティル8上の照射強度がほぼ均一にされ
る。
すように遮光領域Sに対して、リング状の光透過領域P
が形成されたアパーチャ20が、オプチカルインテグレ
ータ5の出射位置に配置される。また、四ツ目照射を行
う場合には、同図(b)に示すように、遮光領域Sの中
心に対称に円形の光透過領域Pが形成されたアパーチャ
20が、オプチカルインテグレータ5の出射位置に配置
される。
が回折することを基本にしており、レティクル8上に形
成される最小線幅の転写パターンは、一方向に長い形状
で繰り返されるライン幅Lとスペース幅Sのラインアン
ドスペースパターンで形成されている。従って、転写パ
ターンは回折格子と見做すことができ、輪帯照明や四ツ
目照明による斜入射照明によって2光束結像ができ、こ
のために解像度と焦点深度が向上する。
おいて、内側のラインは完全な回折格子と見做すことが
できるが、パターンの一番外側にあるラインは、パター
ンの外側が回折格子となっていないために、回折角が一
意に規定できない。このために、2光束結像が実現でき
ず、パターンの外側において解像度と焦点深度が劣化す
る。
パターンの説明図、図7は従来の縮小投影露光装置の焦
点強度を示す特性図である。i線を使用し、NA=0.
54の縮小投影露光装置(投影倍率1/5)を用い、四
ツ目照明によって、図6に示すような、ライン幅L=
0.35μm、スペース幅S=0.35μmの転写パタ
ーンTPの焦点深度を測定すると、図7に示すような結
果が得られる。同図に示すように、内側のラインは焦点
深度1.4μmを実現しているが、一番外側のライン
は、焦点深度1.0μmとなり、内側のラインと比較し
焦点深度が低下していることが確認された。
ラインの回折角を一義的に規定するために、転写パター
の外側に新たにパターンを設けることも考えられるが、
このパターンもレジストを塗布した基板上に結像し配線
となり、余分なゲート電極が形成されたり、配線容量が
増加するために採用することはできない。
状に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、ラ
インアンドスペースの一番外側にあるラインを2光結像
させて、解像度と焦点深度の低下がない露光を行うこと
が可能なレティクルを提供することにある。
ドスペースの一番外側にあるラインを2光結像させて、
解像度と焦点深度の低下がない露光を行うレティクルに
より作成され、不要なゲート電極の形成や配線容量の増
加のない半導体装置を提供することにある。
るために、請求項1記載の発明は、縮小投影露光装置に
組み込まれ、斜入射照明光で照射されることにより、基
板上に投影露光される転写パターンが形成されたレティ
クルであり、前記転写パターンは、一方向に長い形状で
繰り返されるライン幅Lとスペース幅Sのラインアンド
スペースパターンと、該ラインアンドスペースパターン
の外側に、前記スペース幅Sの距離に形成され、前記縮
小投影露光装置の解像限界以下のダミーラインパターン
とを有することを特徴とするものである。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、
前記縮小投影露光装置の投影倍率が1/n、露光波長が
i線(波長365nm)、前記ダミーラインパターンの
ライン幅が0.2n(μm)以下であることを特徴とす
るものである。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、
前記縮小投影露光装置の投影倍率が1/n、露光波長が
KrFレーザの波長(248nm)、前記ダミーライン
パターンのライン幅が0.15n(μm)以下であるこ
とを特徴とするものである。
4記載の発明は、縮小投影露光装置によりレティクルを
斜入射照明光で照射し、前記レティクルに形成された転
写パターンを、基板上に露光することにより得られるレ
ジストパターンに基づいて作成される半導体装置であ
り、前記転写パターンは、一方向に長い形状で繰り返さ
れるライン幅Lとスペース幅Sのラインアンドスペース
パターンと、該ラインアンドスペースパターンの外側
に、前記スペース幅Sの距離に形成され、前記縮小投影
露光装置の解像限界以下のダミーラインパターンとを有
することを特徴とするものである。
形成される転写パターンの説明図であり、本発明では、
レティクル8Aに、一方向に長い形状で繰り返されるラ
イン幅Lのラインパターン21及びスペース幅Sのスペ
ースパターン22からなるラインアンドスペースパター
ン23が形成され、さらに、ラインアンドスペースパタ
ーン23の両外側に、最外側のラインパターン21か
ら、スペースパターン22のスペース幅に等しい距離S
の位置に、レティクルが装着される縮小投影露光装置の
解像限界以下のダミーラインパターン24が形成されて
いる。
側のラインパターン21の外側には、ダミーラインパタ
ーン24が、一定ピッチの回折格子として存在し、最外
側のラインパターン21は、回折角が内側のラインとほ
ぼ等しくなる。このために、最外側のラインパターン2
1によっても、内側のラインパターン21と同様に2光
束結像が実現でき、最外側のラインパターン21の解像
度及び焦点深度が、内側のラインパターン21と等しく
なり、解像度及び焦点深度の低下が防止される。
に設けられたダミーラインパターン24は、レティクル
が組み込まれる縮小投影露光装置の解像限界以下であ
り、転写パターンが投影されるレジストを塗布した基板
(Siウエハー、石英基板)上の膜に、現像後にレジス
トパターンとして残らない。このために、基板上の膜を
エッチングした後にも、余分な被エッチング膜のパター
ンが基板上に残らず、余分なゲート電極が形成されず、
また配線容量の増加につながる余分な配線の形成を防止
することが可能になる。
照明時の光強度特性を示す特性図、図3は、図2と対比
される従来のレティクルの四ツ目照明時の光強度特性を
示す特性図である図3は、NA=0.54、投影倍率1
/5の縮小投影露光装置に装着されたレティクル上に、
ライン幅L=1.75μm、スペース幅S=1.75μ
mで繰り返される5本組のラインアンドスペースパター
ンが形成され、このレティクルに対して、i線(365
nm)による四ツ目照明を行った場合の光強度を、シュ
ミレーションした結果であり、ウエハ上でのライン幅
L′及びスペース幅S′は、L′=0.35μm、S′
=0.35μmとなる。
装置を使用し、本発明に係るレティクルとして、ライン
幅L=1.75μm、スペース幅S=1.75μmで繰
り返される5本組のラインアンドスペースパターンと、
最外側のラインパターンの外側に、スペース幅S=1.
75μmの距離に、縮小投影露光装置の解像限界以下の
ライン幅Ld=0.50μmのダミーラインパターンと
を形成した場合の光強度をシュミレーションしたもので
ある。この場合も、ウエハ上のライン幅L′及びスペー
ス幅S′は、L′=0.35μm、S′=0.35μm
となる。
するスペースパターンの光強度が、内側のスペースパタ
ーンの光強度より低下しており、このために、外側のラ
インパターンのコントラストが、内側のラインパターン
のコントラストよりも低下し、解像度及び焦点深度が小
さくなる。これに対して、図2では、ダミーラインパタ
ーンが配置されているために、最外側のラインパターン
に隣接するスペースパターンの光強度が、内側のスペー
スパターンとほぼ同程度となり、最外側のラインパター
ンのコントラストは、内側のラインパターンとほぼ等し
くなり、解像度や焦点深度の低下が防止される。また、
ダミーラインパターンの光強度は、ラインアンドスペー
スパターンのラインバターンの光強度より著しく大き
く、図2では10倍程度になり、ダミーラインパターン
のコントラストは、0.2倍程度と小さくなる。
レジストプロセスの場合、コントラストは0.6以上で
あればパターンが解像するが、ダミーラインパターンの
コントラストは0.2程度であるので全く解像しない。
このため、投影像を用いて基板の膜上にレジストパター
ンを形成しても、ダミーラインパターンは転写されな
い。また、図2の結果より、ラインアンドスペースパタ
ーンの外側にスペースパターン幅Sの距離に配置するダ
ミーラインパターンは一本で十分であることが明らかで
ある。
側に、スペースパターンの幅Sと同一の距離に配置され
る解像度限界以下のダミーラインパターンのライン幅L
dについて説明する。露光波長がi線(365nm)の
場合、通常のノボラックレジストを用いた単層レジスト
プロセスでは、レイリーの式で記述されるk1は、通常
照明で0.6、変形照明では0.4〜0.5となること
が知られている。また、縮小投影露光装置のNAは、レ
ンズの大口径化と装置コストの条件から、限界値が0.
63程度である。この条件をレイリーの式に代入する
と、R=0.4〜0.5×(0.365/0.63)=
0.23〜0.29μmとなる。
関係であり、またCADによるパターン設計では、通常
0.05μm単位でなされることが多いので、i線(3
65nm)を使用する場合には、縮小投影露光装置の投
影倍率を1/n倍とすると、ラインアンドスペースパタ
ーンの外側に、スペースパターン幅Sに等しい距離に、
配置されるダミーラインパターンのライン幅Ldを0.
2n(μm)以下にするとよい。露光波長がKrFレー
ザ(248nm)の場合には、通常の化学増幅型レジス
トを用いた単層レジストプロセスでは、レイリーの式で
記述されるk1は、変形照明の場合0.4〜0.5とな
る。また、縮小投影露光装置のNAは、現在は0.5〜
0.55程度であるが、i線の縮小投影露光装置と同様
に、0.6程度まで拡大される可能性がある。これらの
条件下では、解像限界Rは、R=0.4〜0.5×
(0.248/0.60)=0.16〜0.21μmと
なる。
であることを考慮すると、KrFレーザ(248nm)
を用いる場合、縮小投影露光装置の投影倍率を1/nと
すると、ラインアンドスペースパターンの外側に、スペ
ース幅Sの距離に配置されるダミーラインパターンのラ
イン幅Ldを0.15n(μm)以下にするのが望まし
い。
(5インチ角で厚さ0.9mm)で5倍レティクルが形
成され、このレティクルには、ライン幅L=1.75μ
m、スペース幅S=1.75μmの5本組のラインアン
ドスペースパターンと、ラインアンドスペースパターン
の外側に、1.75μmの距離の位置にライン幅0〜
1.75μmのダミーラインパターンとが設けられてい
る。
=0.54の縮小投影露光装置に装着され、i線(36
5nm)による四ツ目照明が行われた。基板としては、
i線レジストを、1.05μm塗布したSiウエハーを
使用し、焦点距離を変化させながら露光し、110℃で
60秒のPEB処理後、TMAH溶液2.38%で1分
間現像した後に、SEMによる断面観察により、5本組
のラインの外側と内側の焦点深度を測定した。なお、ラ
インアンドスペースの解像は、フォーカスの+側でレジ
ストの膜減りが無く、−側で隣接のラインと分離してい
ることを条件とした。また、ダミーラインは、一部でも
レジストパターンがある場合には解像とした。
す。
ンパターンのライン幅は、1.00μm以下であれば、
Siウエハー上でレジストは解像されず、且つ5本組の
ラインアンドスペースの外側のラインの焦点深度の低下
が防止可能であった。
サイズの石英(5インチ角で厚さ0.9mm)で5倍レ
ティクルが形成され、このレティクルには、ライン幅L
=1.00μm、スペース幅S=1.00μmの5本組
のラインアンドスペースパターンと、ラインアンドスペ
ースパターンの外側に、1.00μmの距離の位置にラ
イン幅0〜1.25μmのダミーラインパターンとが設
けられている。
=0.45の縮小投影露光装置に装着され、KrFレー
ザ(248nm)による輪帯照明が行われた。基板とし
ては、化学増幅型レジストを0.9μm、オーバコート
剤を0.1μm塗布したSiウエハーを使用し、焦点距
離を変化させながら露光し、110℃で60秒のPEB
処理後、TMAH溶液2.38%で1分間現像した後
に、SEMによる断面観察により、5本組のラインの外
側と内側の焦点深度を測定した。なお、ラインアンドス
ペースの解像は、フォーカスの+側でレジストの膜減り
が無く、−側で隣接のラインと分離していることを条件
とした。また、ダミーラインは、一部でもレジストパタ
ーンがある場合には解像とした。
す。
ンパターンのライン幅は、0.75μm以下であれば、
Siウエハー上でレジストは解像されず、且つ5本組の
ラインアンドスペースの外側のラインの焦点深度の低下
が防止可能であった。
0.35μmのゲートアレイの第1層目のAl配線の露
光において、〔表3〕の3種のレティクルを使用し、投
影倍率1/5、開口NA=0.54の縮小投影露光装置
により、i線により四ツ目照明を行った。Al膜上のレ
ジストは1.8μmとし、露光後110℃で60秒のP
EB処理を行い、TMAH2.38%溶液で1分間現像
後に、120℃で60秒のポストベーク及びUV光を照
射しながらのレジスト熱硬化を経て、有磁場マグネトロ
ンエッチング装置を用いて、Alエッチングを行いAl
配線を形成した。なお、レティクル上のパターンは、ラ
イン幅とスペース幅が同じラインアンドスペースパター
ンで、パターンの外側に、スペース幅と同一間隔で解像
限界以下のダミーラインを設けないもの(では
ライン幅が異なる)と、ダミーラインを設けたものと
がある。そして、メタル−メタル間の層間隔(NSG
0.8μm)及び第2層目のAl配線を形成し、パッシ
ベーション膜(Si3 N4 0.5μm)で被覆し歩留
を評価した。
低下の主な原因は、焦点深度の不足によるショート不良
である。このため、解像限界以下のダミーラインを設け
たレティクルを使用することにより、第1層目のAl配
線の微細化が可能となり、歩留を向上させることが可能
になる。なお、レティクルを用いた場合(第1層目の
Al配線は0.45μmラインアンドスペース)と比較
して5%のチップ面積の縮小が可能となった。
載の発明によると、レティクルにライン幅Lとスペース
幅Sのラインアンドスペースパターンと、このラインア
ンドスペースパターンの外側に、スペース幅Sの距離に
縮小投影露光装置の解像限界以下のダミーラインパター
ンとが形成されているので、最外側のラインパターンの
コントラストは、内側のラインパターンとほぼ等しくな
り、解像度や焦点深度の低下が防止され、斜入射照明を
行った場合に、基板上の投影像の解像度と焦点深度とを
向上させ、高精度で精密なレジストパターンを形成する
ことが可能になる。請求項4記載の発明によると、レテ
ィクルにライン幅Lとスペース幅Sのラインアンドスペ
ースパターンと、このラインアンドスペースパターンの
外側に、スペース幅Sの距離に縮小投影露光装置の解像
限界以下のダミーラインパターンとが形成されているレ
ティクルによる露光が行われ、基板上に形成された解像
度と焦点深度とが向上した高精度で精密なレジストパタ
ーンに基づいて、ゲート電極や配線等が作成されるの
で、不要なゲート電極の形成や配線容量の増加のない、
低消費電力化された精密回路が形成された半導体装置が
提供可能になる。
ーンの説明図である。
強度特性を示す特性図である。
を示す特性図である。
ある。
説明図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 縮小投影露光装置に組み込まれ、斜入射
照明光で照射されることにより、ウエハ上に投影露光さ
れる転写パターンが形成されたレティクルであり、 前記転写パターンは、一方向に長い形状で繰り返される
ライン幅Lとスペース幅Sのラインアンドスペースパタ
ーンと、該ラインアンドスペースパターンの外側に、前
記スペース幅Sの距離に形成され、前記縮小投影露光装
置の解像限界以下のダミーラインパターンとを有するこ
とを特徴とするレティクル。 - 【請求項2】 前記縮小投影露光装置の投影倍率が1/
n、露光波長がi線(波長365nm)、前記ダミーラ
インパターンのライン幅が0.2n(μm)以下である
ことを特徴とする請求項1記載のレティクル。 - 【請求項3】■前記縮小投影露光装置の投影倍率が1/
n、露光波長がKrFレーザの波長(248nm)、前
記ダミーラインパターンのライン幅が0.15n(μ
m)以下であることを特徴とする請求項1記載のレティ
クル。 - 【請求項4】 縮小投影露光装置によりレティクルを斜
入射照明光で照射し、前記レティクルに形成された転写
パターンを、基板上に露光することにより得られるレジ
ストパターンに基づいて作成される半導体装置であり、 前記転写パターンは、一方向に長い形状で繰り返される
ライン幅Lとスペース幅Sのラインアンドスペースパタ
ーンと、該ラインアンドスペースパターンの外側に、前
記スペース幅Sの距離に形成され、前記縮小投影露光装
置の解像限界以下のダミーラインパターンとを有するこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7206691A JPH0934100A (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | レティクルとレティクルにより作成される半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7206691A JPH0934100A (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | レティクルとレティクルにより作成される半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0934100A true JPH0934100A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16527523
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7206691A Pending JPH0934100A (ja) | 1995-07-20 | 1995-07-20 | レティクルとレティクルにより作成される半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0934100A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100375146B1 (ko) * | 1999-07-09 | 2003-03-29 | 엔이씨 일렉트로닉스 코포레이션 | 레티클 및 반도체장치의 제조방법 |
JP2011158689A (ja) * | 2010-02-01 | 2011-08-18 | Sony Corp | 露光用マスク及びこの露光用マスクを用いた配線パターンの形成方法 |
JP2011209638A (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-20 | Oki Semiconductor Co Ltd | フォトマスク、及び半導体装置の製造方法 |
-
1995
- 1995-07-20 JP JP7206691A patent/JPH0934100A/ja active Pending
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