JPH05267120A - Projection exposure device - Google Patents

Projection exposure device

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Publication number
JPH05267120A
JPH05267120A JP4095861A JP9586192A JPH05267120A JP H05267120 A JPH05267120 A JP H05267120A JP 4095861 A JP4095861 A JP 4095861A JP 9586192 A JP9586192 A JP 9586192A JP H05267120 A JPH05267120 A JP H05267120A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pattern
photomask
optical system
imaging optical
projection exposure
Prior art date
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Pending
Application number
JP4095861A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Matsumoto
宏一 松本
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH05267120A publication Critical patent/JPH05267120A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a projection exposure device, which can resolve even a fine periodic pattern having high space frequency excellently and in which the load of an imagery optical system is also reduced. CONSTITUTION:A second photo-mask 2 is lit up by an illumination optical system arranged to an upper section, and a pattern formed to the second photo- mask 2 is imaged onto a first photo-mask 1 through a second imagery optical system 14, and further imaged onto a wafer 5 through a first imagery optical system. A pattern shaped to the first photo-mask 1 is imaged onto the wafer 5 through the first imagery optical system 3. Accordingly, the patterns of the first photo-mask 1 and the second photo-mask 2 are synthesized, and a pattern having frequency higher than the space frequency of the first and second photo- masks 1, 2 is formed onto the wafer 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、LSI等の集積回路を
製造する際に、フォトレジストを塗布したウエハ上にフ
ォトマスク(レチクルともいう)のパターンを投影露光
する為の投影露光装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure apparatus for projecting and exposing a pattern of a photomask (also called a reticle) on a wafer coated with a photoresist when manufacturing an integrated circuit such as an LSI. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の投影露光装置は、図2に
示す様な構成であった。図において、フォトマスク10
1は照明光学系(図示せず)の光軸に対してほぼ直交す
るように水平に保持されており、照明光学系から射出さ
れた所定波長の露光光によって透過照明される。従来か
ら汎用されているフォトマスク101は、透明基板上に
クロム等の金属からなる遮光パターンが形成された構造
をなしており、透過照明されることによって、パターン
形状に応じた回折光が発生する。これらの回折光は、結
像光学系103で再度像面に集められ、これにより像面
に合致するように保持されたウエハ105面上にフォト
マスク101のパターン像が転写される。
2. Description of the Related Art A conventional projection exposure apparatus of this type has a structure as shown in FIG. In the figure, a photomask 10
1 is held horizontally so as to be substantially orthogonal to the optical axis of an illumination optical system (not shown), and is transmitted and illuminated by exposure light having a predetermined wavelength emitted from the illumination optical system. The photomask 101 which has been generally used conventionally has a structure in which a light-shielding pattern made of metal such as chrome is formed on a transparent substrate, and when it is transmitted and illuminated, diffracted light corresponding to the pattern shape is generated. .. These diffracted lights are collected on the image plane again by the image forming optical system 103, whereby the pattern image of the photomask 101 is transferred onto the surface of the wafer 105 held so as to match the image plane.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の投影
露光装置においては、フォトマスク上のパターンは、ウ
エハ上に転写しようとするパターンと、基本的に相似な
もの、即ち、結像光学系の結像倍率及び結像光学系の光
の回折効果による変形分を除けば、両者は同一のもので
なければならなかった。近年研究開発されている位相シ
フトマスク(透明部の所定の箇所に光の位相を変化させ
る位相シフト部材を付加したもの)においては、ウエハ
上には転写されない補助パターンをフォトマスク上に配
置したり、あるいは、位相シフト部材だけでパターンを
形成し、位相シフト部材のエッジ部分を暗線としてウエ
ハ上に転写する技術も提案されているが、従来の一般的
な投影露光技術においてはウエハ上のパターンとフォト
マスク上のパターンが基本的に相似であり、このことに
付随して以下の様な問題点があった。
In the conventional projection exposure apparatus as described above, the pattern on the photomask is basically similar to the pattern to be transferred onto the wafer, that is, the imaging optical system. Both must be the same except for the image forming magnification and the deformation due to the diffraction effect of light of the image forming optical system. In the phase shift masks that have been researched and developed in recent years (those in which a phase shift member that changes the phase of light is added to a predetermined portion of the transparent portion), an auxiliary pattern that is not transferred onto the wafer is placed on the photomask. Alternatively, a technique has been proposed in which a pattern is formed only by the phase shift member and the edge portion of the phase shift member is transferred onto the wafer as a dark line, but in the conventional general projection exposure technique, the pattern on the wafer is The patterns on the photomask are basically similar, and there are the following problems associated with this.

【0004】まず第1に、周期的なパターンと孤立して
いるパターンが同一フォトマスク内にある場合、両者の
解像の条件を同時に満足しなければならないので、パタ
ーン・サイズ、露光量等々の諸条件について大きな制約
となっていた。一般的に、パターン自体の寸法が同等で
も、周期パターンより孤立パターンの方が解像性が良
い。これは周期パターンは、離散的な回折角の回折光を
発生するのに対して、孤立パターンは連続的な回折光を
発生することに起因しているのであるが、この解像性の
違いのために、パターン・ルール(最小パターン幅等の
ルール)を周期パターンの方に合わせなければならなか
った。更に、周期パターンと孤立パターンでは最適露光
量が異なる為、両者が共存する場合は、露光量に関する
余裕度が小さくなってしまうという問題があった。
First, when a periodic pattern and an isolated pattern are present in the same photomask, the resolution conditions of both must be satisfied at the same time, so that the pattern size, exposure amount, etc. It was a big constraint on various conditions. In general, even if the dimensions of the pattern itself are the same, the resolution of the isolated pattern is better than that of the periodic pattern. This is because the periodic pattern generates diffracted light with discrete diffraction angles, while the isolated pattern generates continuous diffracted light. Therefore, the pattern rules (rules such as the minimum pattern width) had to be adjusted to the periodic pattern. Further, since the optimum exposure amount differs between the periodic pattern and the isolated pattern, when both coexist, the margin regarding the exposure amount becomes small.

【0005】第2には、周期パターンの場合、パターン
・サイズが小さくなると空間周波数が高くなるので、光
学理論から決まる限界周波数以上の周期パターンについ
ては、投影露光が出来ないという問題があった。
Secondly, in the case of a periodic pattern, the spatial frequency becomes higher as the pattern size becomes smaller, so that there is a problem that projection exposure cannot be performed for a periodic pattern having a frequency above a limit frequency determined from optical theory.

【0006】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、空間周波数の高い微細な周期パターンも良好に解
像することのでき、結像光学系の負荷も少ない投影露光
装置を提供することを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a projection exposure apparatus capable of satisfactorily resolving a fine periodic pattern having a high spatial frequency and reducing the load on the imaging optical system. The purpose is.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1の投影露光装置
は、フォトマスク上のパターンを感光基板上に投影する
ための投影光学系を備えた投影露光装置において、上記
の課題を達成するために、前記投影光学系として第1の
フォトマスクのパターンを前記感光基板上に結像する第
1結像光学系と、第2のフォトマスクのパターンを前記
第1のフォトマスク上に結像する第2結像光学系をと有
し、前記第1及び第2結像光学系は、前記第1及び第2
結像光学系の合成系による前記基板側の開口数と前記第
1結像光学系の前記基板側の開口数とが等しくなるよう
に構成され、前記第1結像光学系を介して前記第1のフ
ォトマスクのパターンを前記感光基板上に投影すると共
に、前記第2結像光学系、前記第1のフォトマスク及び
第1結像光学系を介して前記第2のフォトマスクのパタ
ーンを前記感光基板上に投影するものである。
A projection exposure apparatus according to claim 1 is a projection exposure apparatus equipped with a projection optical system for projecting a pattern on a photomask onto a photosensitive substrate. A first image forming optical system as the projection optical system for forming an image of the pattern of the first photomask on the photosensitive substrate, and an image forming the pattern of the second photomask on the first photomask. A second imaging optical system, wherein the first and second imaging optical systems include the first and second imaging optical systems.
The numerical aperture on the substrate side by the combination system of the imaging optical systems and the numerical aperture on the substrate side of the first imaging optical system are configured to be equal to each other, and the numerical aperture is set via the first imaging optical system. The first photomask pattern is projected onto the photosensitive substrate, and the second photomask pattern is transferred via the second imaging optical system, the first photomask, and the first imaging optical system. The image is projected on the photosensitive substrate.

【0008】請求項2の投影露光装置は、前記第1及び
第2の結像光学系によって前記感光基板上に形成される
パターン像の最高空間周波数をF0、前記第1のフォト
マスクのパターンの最高空間周波数をF1、前記第2の
フォトマスクのパターンの最高空間周波数をF2とする
とき、F1≦F0,F2≦F0(但し、F1、F2は前
記感光基板上での空間周波数に換算する)を満足するも
のである。
According to a second aspect of the projection exposure apparatus, the maximum spatial frequency of the pattern image formed on the photosensitive substrate by the first and second imaging optical systems is F0, and the pattern of the first photomask is When the highest spatial frequency is F1 and the highest spatial frequency of the pattern of the second photomask is F2, F1 ≦ F0, F2 ≦ F0 (where F1 and F2 are converted to the spatial frequency on the photosensitive substrate). Is satisfied.

【0009】請求項3の投影露光装置で用いる第1及び
第2のフォトマスクは、光の偏光状態を所定の状態に変
換する偏光部材を有するものである。
The first and second photomasks used in the projection exposure apparatus according to the third aspect have a polarizing member that converts the polarization state of light into a predetermined state.

【0010】[0010]

【作用】本発明では、従来1枚のフォトマスクに形成さ
れていたパターンを、パターンに含まれる空間周波数が
低くなるように複数枚のフォトマスクに分解し、分解し
た複数枚のフォトマスクのパターンを同時に投影露光す
る構成を取っている。
In the present invention, the pattern conventionally formed on one photomask is decomposed into a plurality of photomasks so that the spatial frequency included in the pattern becomes low, and the pattern of the decomposed photomasks is decomposed. Is simultaneously projected and exposed.

【0011】従来使用されている一般的なフォトマスク
(透明部と遮光部からなるフォトマスク)を用いて本発
明を実施するには、一度に投影露光する複数枚のフォト
マスクの透過率分布の積が、感光基板(ウエハ)上に露
光すべき光強度分布と一致するようにパターンを分解す
れば良い。複数枚のフォトマスクを以下簡単の為2枚と
して説明すると、従来のフォトマスクにおける場所によ
る透過率は1または0である。2枚のフォトマスクを重
ね合わせ投影すると、その結果は表1のようになる。
In order to carry out the present invention using a general photomask conventionally used (a photomask consisting of a transparent portion and a light-shielding portion), the transmittance distribution of a plurality of photomasks projected and exposed at one time The pattern may be decomposed so that the product coincides with the light intensity distribution to be exposed on the photosensitive substrate (wafer). For the sake of simplicity, a plurality of photomasks will be described as two, and the transmittance is 1 or 0 depending on the location in the conventional photomask. When two photomasks are superimposed and projected, the result is as shown in Table 1.

【0012】 [0012]

【0013】また、本発明においては、光の偏光状態を
所定の状態に変換する偏光部材を透明部に付加したフォ
トマスク(以下偏光フォトマスクという)を使用して、
マスクに形成されるパターンの空間周波数を引き下げる
こともできる。
Further, in the present invention, a photomask (hereinafter referred to as a polarization photomask) in which a polarizing member for converting a polarization state of light into a predetermined state is added to a transparent portion is used,
It is also possible to reduce the spatial frequency of the pattern formed on the mask.

【0014】この偏光フォトマスクは、本願発明者が先
に提案したものであるが(特願平3−167381号、
特願平3−167383号)、ここで簡単に説明する。
従来のフォトマスクは光の振幅あるいは位相に関する情
報を用いて所望のパターンを投影露光するものである
が、偏光フォトマスクは偏光状態という第3の情報を利
用して解像力を高めようとするものである。具体的に
は、特願平3−167381号で提案したフォトマスク
は、透明部にパターンの辺と平行な方向に電気ベクトル
が振動する光のみを透過させる偏光部材を設けたもので
あり、これによりパターンで発生する回折光の振動方向
をそろえて干渉効果を高め、像のコントラストを向上さ
せることができる。また、特願平3−167383号で
提案したフォトマスクは、透明部に相互に直交する夫々
の偏光状態(1.振動方向が互いに直交する2つの直線
偏光。2.右回転の円偏光と左回転の円偏光。3.長軸
の方向が直交しかつ回転方向が反対である楕円偏光。)
に変換する少なくとも2種類の偏光部材を設けたもの
で、これによりパターンの基本周期を大きくして(空間
周波数が低くして)、解像力の向上を図ることができ
る。
This polarization photomask was previously proposed by the present inventor (Japanese Patent Application No. 3-167381,
Japanese Patent Application No. 3-167383) will be briefly described here.
Conventional photomasks project and expose a desired pattern using information on the amplitude or phase of light, but polarization photomasks use the third information, which is the polarization state, to increase the resolution. is there. Specifically, the photomask proposed in Japanese Patent Application No. 3-167381 has a transparent member provided with a polarizing member that transmits only the light whose electric vector oscillates in a direction parallel to the sides of the pattern. Thus, it is possible to align the vibration directions of the diffracted light generated in the pattern, enhance the interference effect, and improve the image contrast. Further, the photomask proposed in Japanese Patent Application No. 3-167383 has polarization states that are mutually orthogonal to the transparent portion (1. two linearly polarized light whose vibration directions are orthogonal to each other; 2. right-handed circularly polarized light and leftly polarized light). Rotating circularly polarized light 3. Elliptical polarized light whose major axes are orthogonal to each other and whose rotational directions are opposite.
By providing at least two kinds of polarizing members for converting into, the basic period of the pattern can be increased (spatial frequency is lowered) and the resolution can be improved.

【0015】さて、偏光フォトマスクを用いて重ね合わ
せ投影する場合、各フォトマスクの重ね合わせ結果は表
2のようになる。表2において、偏光状態を表示するの
にPとSと云う表記を用いたが、これは直線偏光におけ
るPとSに限定されるものではなく、直交状態にある2
つの偏光状態を示している。また、重ね合わせの結果
は、明部を1、暗部を0と記した。
Now, in the case of superposed projection using a polarized photomask, the superposed results of the respective photomasks are as shown in Table 2. In Table 2, the notations of P and S are used to indicate the polarization state, but this is not limited to P and S in linearly polarized light, and they are in the orthogonal state.
It shows two polarization states. In addition, in the result of superposition, the light portion was marked as 1 and the dark portion was marked as 0.

【0016】 [0016]

【0017】表1と表2に示されるように、透明部と遮
光部からなる従来フォトマスクの場合は論理学で云う所
のAND積にて2枚のフォトマスクが合成され、偏光フ
ォトマスクの場合はNAND積にて2枚のフォトマスク
が合成される。
As shown in Tables 1 and 2, in the case of a conventional photomask composed of a transparent portion and a light shielding portion, two photomasks are combined by AND product in logic, and a polarization photomask In this case, two photomasks are combined by NAND product.

【0018】本発明では、上記のように、従来1枚のフ
ォトマスクに形成されていたパターンを複数枚のフォト
マスクに分解し、夫々のフォトマスクの空間周波数を低
下させる。そして、フォトマスク毎に結像光学系を設け
て複数のフォトマスクを重ね合わせ投影することで目的
とするパターンを感光基板上に形成する。各フォトマス
クの空間周波数が低下するということは、それだけ回折
光の回折角が小さくなることを意味し、開口数がそれほ
ど大きくない結像光学系でも微細なパターンの解像が可
能となる。また、同じ開口数の結像光学系を用いれば、
従来よりも高い周波数のパターン、即ちより微細なパタ
ーンを解像することができる。
In the present invention, as described above, the pattern conventionally formed on one photomask is decomposed into a plurality of photomasks, and the spatial frequency of each photomask is lowered. Then, an imaging optical system is provided for each photomask and a plurality of photomasks are superimposed and projected to form a target pattern on the photosensitive substrate. The decrease in the spatial frequency of each photomask means that the diffraction angle of the diffracted light becomes smaller accordingly, and fine patterns can be resolved even in an imaging optical system whose numerical aperture is not so large. If an imaging optical system with the same numerical aperture is used,
It is possible to resolve a pattern having a higher frequency than before, that is, a finer pattern.

【0019】[0019]

【実施例】図1は本発明実施例による投影露光装置の模
式的な構成図である。図1に示す如く、結像光学系(投
影光学系)は、基板5の側から順に、第1結像光学系3
と第2結像光学系4とが直列的に配置された構成を有し
ており、第1結像光学系3に関して基板5と共役な位置
に第1のフォトマスク1が配置され、第2結像光学系4
に関して第1のフォトマスク1と共役な位置に第2のフ
ォトマスク2が配置されている。
1 is a schematic diagram of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the imaging optical system (projection optical system) includes the first imaging optical system 3 in order from the substrate 5 side.
And the second image forming optical system 4 are arranged in series, and the first photomask 1 is arranged at a position conjugate with the substrate 5 with respect to the first image forming optical system 3. Imaging optical system 4
The second photomask 2 is arranged at a position conjugate with the first photomask 1.

【0020】第2フォトマスク2は上方に配置された照
明光学系(図示せず)より照明され、第2フォトマスク
2に形成されたパターンは第2結像光学系4を介して第
1フォトマスク1上に結像され、更に第1のフォトマス
ク1、第1結像光学系3を介してウエハ5上に結像され
る。また、第1のフォトマスク1に形成されたパターン
は第1結像光学系3を介してウエハ5上に結像される。
即ち、第1のフォトマスク1と第2のフォトマスク2が
重ね合わせ投影され、第1及び第2のフォトマスク1,
2のパターンの合成像がウエハ5上に形成される。
The second photomask 2 is illuminated by an illumination optical system (not shown) arranged above, and the pattern formed on the second photomask 2 passes through the second imaging optical system 4 to produce a first photomask. An image is formed on the mask 1, and further formed on the wafer 5 via the first photomask 1 and the first image forming optical system 3. The pattern formed on the first photomask 1 is imaged on the wafer 5 via the first imaging optical system 3.
That is, the first photomask 1 and the second photomask 2 are superimposed and projected, and the first and second photomasks 1,
A composite image of the two patterns is formed on the wafer 5.

【0021】ここで、第1結像光学系3と第2結像光学
系4との合成系による基板側(像側)の開口数と第1結
像光学系3の基板側(像側)の開口数とが等しくなる如
く第1及び第2結像光学系は構成されている。換言すれ
ば、第1結像光学系3の基板側(像側)の開口数をNA
1 とし、第2結像光学系4の第1のフォトマスク側(像
側)の開口数をNA2 、第1結像光学系3の倍率の絶対
値をM1 とするとき、第1及び第2結像光学系は、NA
2 /M1 =NA1 を満足するように構成されている。
Here, the numerical aperture of the first imaging optical system 3 and the second imaging optical system 4 on the substrate side (image side) and the substrate side of the first imaging optical system 3 (image side). The first and second image forming optical systems are configured so that the numerical apertures of are equal. In other words, the numerical aperture on the substrate side (image side) of the first imaging optical system 3 is NA.
If the numerical aperture on the first photomask side (image side) of the second imaging optical system 4 is NA 2 and the absolute value of the magnification of the first imaging optical system 3 is M 1 , then The second imaging optical system has an NA
2 / M 1 = NA 1 is satisfied.

【0022】さて、第1フォトマスク1と第2フォトマ
スク2に配置するパターンについて図3、図4を参照し
て説明する。まず、図3は透明部と遮光部からなる従来
のフォトマスクを用いる場合を示している。ここでは、
例として、周期的なライン・アンド・スペースパターン
(遮光部と透明部が繰り返されるパターン)を想定す
る。図3(A)はウエハ5面に転写すべき目的のパター
ンの強度分布を示したもので、このパターンの基本周期
(強度1の明部〜強度0の暗部)をPA で示す。
Now, the patterns arranged on the first photomask 1 and the second photomask 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. First, FIG. 3 shows a case where a conventional photomask including a transparent portion and a light shielding portion is used. here,
As an example, assume a periodic line-and-space pattern (a pattern in which a light-shielding portion and a transparent portion are repeated). FIG. 3A shows the intensity distribution of a target pattern to be transferred onto the surface of the wafer 5, and the basic period of this pattern (bright part with intensity 1 to dark part with intensity 0) is shown by P A.

【0023】本実施例の装置を用いて図3(A)のパタ
ーンを形成するには、第1フォトマスク1及び第2フォ
トマスク2に、図3(B)及び(C)で示した様な透過
率分布のパターンを配してやればよい。即ち、前述の表
1からもわかるように、第1フォトマスク1及び第2フ
ォトマスク2の両方が透明部である部分がウエハ5上で
明部となり、何れか一方でも遮光部であればウエハ5上
で暗部となるから、ライン・アンド・スペースパターン
の暗部に対応する部分が第1のフォトマスク1と第1の
フォトマスク2で交互に遮光部となるようにすれば良
い。このとき、図3(B)、(C)のパターンの基本周
期をPB 、PC (第1及び第2結像光学系の倍率を考慮
してウエハ面上に換算した周期とする。以下同様)とす
ると、図に明らかなように、PA <PB ,PA <PC
(図3の例ではPB =PC =2×PA)である。これを
空間周波数で論ずると、空間周波数をFと表記するもの
とすれば、空間周波数は周期の逆数なので FA >F
B ,FA >FC である。
To form the pattern shown in FIG. 3A using the apparatus of this embodiment, the first photomask 1 and the second photomask 2 are formed as shown in FIGS. 3B and 3C. It suffices to arrange a pattern of various transmittance distributions. That is, as can be seen from Table 1 above, a portion where both the first photomask 1 and the second photomask 2 are transparent portions is a bright portion on the wafer 5, and if either one is a light shielding portion, the wafer is a wafer. Since it becomes a dark part on the line 5, the part corresponding to the dark part of the line-and-space pattern may be made to be a light shielding part alternately in the first photomask 1 and the first photomask 2. At this time, the basic periods of the patterns in FIGS. 3B and 3C are P B and P C (periods converted on the wafer surface in consideration of the magnifications of the first and second imaging optical systems. As is clear from the figure, P A <P B , P A <P C
(P B = P C = 2 × P A in the example of FIG. 3). Discussing this in terms of spatial frequency, if the spatial frequency is expressed as F, the spatial frequency is the reciprocal of the period, so that F A > F
B, and F A> F C.

【0024】つまり、本実施例の装置を用いることによ
り、第1及び第2のフォトマスクに1,2に含まれてい
る基本周波数よりも高い基本周波数を含む像をウエハ面
上に形成することができるのである。或いは、別の云い
方をすると、図3(B),(C)のパターンは、(A)
のパターンに比較して、より孤立パターンの状態に近く
なっているので、真の孤立パターン(分解しなくとも、
もともと孤立しているパターン)が混在している場合
も、孤立パターンと同等の結像性能を達成する事ができ
る。作用の項でも述べたように、基本周期が大きくなれ
ば(空間周波数が小さくなれば)それだけフォトマスク
で発生する回折光の回折角が小さくなり、第1及び第2
の結像光学系3,4の開口数が従来の装置と同じであっ
ても従来より解像力が向上することになる。
That is, by using the apparatus of this embodiment, an image containing a fundamental frequency higher than the fundamental frequencies contained in the first and second photomasks 1 and 2 is formed on the wafer surface. Can be done. Or, in other words, the patterns of FIGS. 3B and 3C are (A)
Since it is closer to the state of the isolated pattern compared to the pattern of, the true isolated pattern (even if it is not decomposed,
Even when patterns that are originally isolated) are mixed, the imaging performance equivalent to that of the isolated pattern can be achieved. As described in the action section, the larger the fundamental period (the smaller the spatial frequency) is, the smaller the diffraction angle of the diffracted light generated by the photomask becomes.
Even if the numerical apertures of the image forming optical systems 3 and 4 are the same as those of the conventional apparatus, the resolving power is improved as compared with the conventional apparatus.

【0025】次に、図4を参照して偏光フォトマスクを
用いる場合について説明する。図4(A)はウエハ5面
に転写すべき目的のパターンの強度分布を示し、
(B)、(C)が各々第1,第2フォトマスク1,2に
配されるべきパターンの模式的な配置を示している。図
3の場合と同ように、目的とする(A)のパターンの基
本周期をPA 、(B),(C)のパターンの基本周期を
B 、PC とする。
Next, the case of using a polarization photomask will be described with reference to FIG. FIG. 4A shows the intensity distribution of the target pattern to be transferred onto the surface of the wafer 5,
(B) and (C) show schematic arrangements of patterns to be arranged on the first and second photomasks 1 and 2, respectively. As in the case of FIG. 3, the basic period of the target pattern of (A) is P A , and the basic periods of the patterns of (B) and (C) are P B and P C.

【0026】偏光フォトマスクの場合には、表2に示し
たように、直交する2つの偏光状態をP、Sとすると、
第1及び第2のフォトマスク1,2のパターンの対応す
る部分を透過した光の偏光状態が同じ(P−PまたはS
−S)である場合にウエハ5上の合成パターンが明部と
なり、偏光状態が異なる場合に暗部となる。従って、図
4(A)に示されるような周期PA のライン・アンド・
スペースパターンを形成するためには、第1及び第2の
フォトマス1,2においては、ウエハ5上で考えたパタ
ーン幅が(A)のパターンの周期PA に等しく照明光を
Pの偏光状態に変換する偏光部(図中Pとして示す)
と、同じくウエハ上で考えた幅がPA で照明光をSの偏
光状態に変換する偏光部(図中Sとして示す)が交互に
くり返されるパターンを設け、かつ両者のパターンをP
A /2だけずらして配置すれば良い。
In the case of a polarization photomask, as shown in Table 2, if two orthogonal polarization states are P and S,
The polarization states of the light transmitted through the corresponding portions of the patterns of the first and second photomasks 1 and 2 are the same (PP or S
-S), the composite pattern on the wafer 5 becomes a bright part, and when the polarization state is different, it becomes a dark part. Thus, the line and the period P A as shown in FIG. 4 (A)
In order to form a space pattern, in the first and second photomass 1 and 2, the illumination light is equal to the period P A of the pattern having the pattern width (A) considered on the wafer 5 and the illumination light is in the polarization state of P. Polarizing part for converting to (shown as P in the figure)
And a pattern in which a polarization portion (shown as S in the figure) for converting the illumination light into the polarization state of S and having a width of P A which is also considered on the wafer is alternately repeated, and both patterns are P
It is enough to shift by A / 2.

【0027】この場合も、図3の場合と同ようにPA
B ,PA <PC であるので、空間周波数で表現すれば
A >FB ,FA >FC となる。このことは、第2フォ
トマスク2が第2結像光学系4と第1結像光学系3を介
して結像される時の基本空間周波数をFB 、第1フォト
マスクが第1結像光学系3を介して結像される時の基本
空間周波数をFC として、ウエハ5上に形成される合成
パターンの基本空間周波数FA はFB ,FC よりも高い
ものとなっている事を意味している。
Also in this case, as in the case of FIG. 3, P A <
Since P B and P A <P C , F A > F B and F A > F C are expressed in spatial frequency. This means that the fundamental spatial frequency when the second photomask 2 is imaged via the second image forming optical system 4 and the first image forming optical system 3 is F B , and the first photomask forms the first image forming image. the fundamental spatial frequency when imaged via the optical system 3 as F C, it fundamental spatial frequency F a synthetic pattern to be formed on the wafer 5 which has become higher than F B, F C Means

【0028】つまり、従来法(図2)と比較すると、結
像光学系内を伝播する空間周波数を低くできるので、結
像光学系の開口数、露光波長が従来と同じと仮定する
と、より高解像の性能が期待できる事になる。更に、図
4のように偏光フォトマスクを用いれば、第1及び第2
のフォトマスクに形成する偏光パターンの幅自体も、従
来の装置で(A)のパターンを投影露光する場合の遮光
パターンの幅より大きくできるので(図の例では2
倍)、パターン形成が容易となり歩留も向上する。
That is, as compared with the conventional method (FIG. 2), the spatial frequency propagating in the imaging optical system can be lowered, so that it is higher if the numerical aperture and exposure wavelength of the imaging optical system are the same as in the conventional method. The resolution performance can be expected. Furthermore, if a polarization photomask is used as shown in FIG.
Since the width itself of the polarization pattern formed on the photomask of (1) can be made larger than the width of the light shielding pattern when the pattern (A) is projected and exposed by the conventional apparatus (2 in the example of the figure).
That is, the pattern formation is facilitated and the yield is improved.

【0029】さてここで、偏光フォトマスクを用いる場
合には、図4の(B)と(C)のパターンにおいて、P
の部分を経た偏光とSの部分を経た偏光の偏光方向を図
中矢印で示すようにパターンの辺に対して45度に傾い
た方向とすることが好ましい。これは次のような理由に
よるものである。直線偏光には、電気ベクトルの振動方
向が入射面に対して垂直なTE(transverse electric
)偏光状態と、磁気ベクトルの振動方向が入射面に垂
直、即ち、電気ベクトルの振動方向が入射面内にあるT
M(transverse magnetic )偏光状態があり、フォトマ
スクに照射される光は、TE偏光とTM偏光の平均状態
となっている。仮に、図4中Sの部分にTE偏光(図4
のパターンの辺と平行な方向に電気ベクトルが振動)を
透過させる偏光部材を設け、Pの部分にTM偏光(図4
のパターンの配列方向に電気ベクトルが振動)のみを透
過させる偏光部材を設けたとすると、次のような問題が
おこる。
Now, in the case of using a polarization photomask, in the patterns of FIGS. 4B and 4C, P
It is preferable that the polarization directions of the polarized light passing through the portion S and the polarized light passing through the portion S are inclined by 45 degrees with respect to the sides of the pattern, as indicated by arrows in the figure. This is due to the following reasons. Linearly polarized light has a TE (transverse electric)
) The polarization state and the vibration direction of the magnetic vector are perpendicular to the incident surface, that is, the vibration direction of the electric vector is in the incident surface.
There is an M (transverse magnetic) polarization state, and the light applied to the photomask has an average state of TE polarization and TM polarization. Suppose that the TE polarized light (see FIG.
A polarizing member that transmits an electric vector vibrates in a direction parallel to the side of the pattern of FIG.
If a polarizing member that transmits only the electric vector (vibration) is provided in the arrangement direction of the pattern, the following problem occurs.

【0030】即ち、フォトマスクが透過照明されると、
フォトマスクからは各次数の回折光が生じ、回折次数の
異なる光は入射面内の異なる光路を通って結像面に到達
することになるが、TE偏光の場合は回折次数が異なっ
ても電気ベトクルの振動方向が常に入射面に垂直な方向
に揃うことになり、回折光同志の干渉効果が最大とな
る。一方、TM偏光の場合は、回折角の差に対応して異
なる次数の回折光の電気ベクトルの振動方向がずれるこ
とになり、回折光同志の干渉効果が低下する。
That is, when the photomask is transmitted and illuminated,
Diffracted light of each order is generated from the photomask, and light with different diffracted orders reaches the image plane through different optical paths in the incident plane. Since the vibration directions of the batteries are always aligned with the direction perpendicular to the incident surface, the interference effect of the diffracted lights is maximized. On the other hand, in the case of TM polarized light, the vibration direction of the electric vector of the diffracted light of different orders corresponding to the difference in the diffraction angle is deviated, and the interference effect between the diffracted lights decreases.

【0031】従って、像面においては、TE偏光が透過
する部分(第1、第1のフォトマスクともSの部分)に
対応する部分の光強度が大きく、それに比べてTM偏光
が透過する部分(第1、第2のフォトマスクともPの部
分)に対応する部分の光強度が低くなり、一連のライン
アンドスペースパターン内で明部の明るさが異なること
になる。本実施例では、このような明るさの差が生じる
こと回避するために、偏光部P,Sで透過させる光の振
動方向を、パターンの辺に対して45度傾けており、パ
ターン像の明部ではTE偏光の場合とTM偏光の場合の
中間の光強度が得られる。
Therefore, in the image plane, the light intensity of the portion corresponding to the portion through which TE polarized light is transmitted (the portion S in both the first and first photomasks) is high, and the portion through which TM polarized light is transmitted (compared with that) In both the first and second photomasks, the light intensity of the portion corresponding to the portion P) becomes low, and the brightness of the bright portion differs within the series of line and space patterns. In the present embodiment, in order to avoid such a difference in brightness, the vibration direction of the light transmitted by the polarization parts P and S is inclined by 45 degrees with respect to the sides of the pattern, and the pattern image is bright. In the section, a light intensity intermediate between the TE polarized light and the TM polarized light is obtained.

【0032】なお、パターン像の明部の光強度が均一で
なくとも良い場合は、P,Sの各部からの偏光の振動方
向は互いに直交していさえすれば、振動方向自体は特に
限定されるものでないことは言うまでもない。また、図
4の例では2種類の偏光部材のみを用いているが、偏光
フォトマスクに使用する偏光部材は3種類以上であって
良い。パターンの配列方向などが異なる箇所でそれぞれ
のパターンに見合った偏光部材を用いることは勿論、一
連のパターン内で3種類以上の偏光部材を用いても良
い。
When the light intensity of the bright part of the pattern image does not have to be uniform, the vibration directions themselves are particularly limited as long as the vibration directions of the polarized light from the P and S parts are orthogonal to each other. It goes without saying that it is not a thing. Although only two types of polarizing members are used in the example of FIG. 4, the number of polarizing members used in the polarization photomask may be three or more. It is needless to say that a polarizing member suitable for each pattern is used at a position where the arrangement direction of the pattern is different, or three or more kinds of polarizing members may be used in a series of patterns.

【0033】また、上記の実施例では、目的とするパタ
ーンを2枚のフォトマスクに分解して2つの結像光学系
を用いて投影露光したが、同様の原理にて、目的とする
パターンを3枚以上のフォトマスクに分解して3つ以上
の結像光学系によって、投影露光する構成としても良
い。更に、上記の実施例では、結像光学系を屈折系と
し、フォトマスクは透過型のものを用いたが、本発明の
適用範囲はこの例に限定されるものではなく、結像光学
系を反射系とした場合、或いは、反射型のフォトマスク
を用いる場合においても同ように適用される。
Further, in the above embodiment, the target pattern was decomposed into two photomasks and projection exposure was performed using two image forming optical systems, but the target pattern is formed by the same principle. It is also possible to disassemble into three or more photomasks and perform projection exposure with three or more imaging optical systems. Furthermore, in the above embodiment, the imaging optical system is a refraction system and the photomask is a transmission type. However, the scope of application of the present invention is not limited to this example, and the imaging optical system is The same applies when a reflective system is used or when a reflective photomask is used.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上のように、本発明においては、感光
基板上に転写すべき目的のパターンを複数のフォトマス
クに分解し、夫々結像光学系を介して同時に投影露光す
るので、各フォトマスクに形成するパターンの空間周波
数を低くすることができ、各結像光学系にかかる負荷が
軽減される。換言すれば、結像光学系の開口数が従来と
同じであっても、従来より高周波数のパターン、つまり
より細かいパターンまで解像することができる。
As described above, according to the present invention, the target pattern to be transferred onto the photosensitive substrate is decomposed into a plurality of photomasks, and each of them is simultaneously projected and exposed through the imaging optical system. The spatial frequency of the pattern formed on the mask can be lowered, and the load on each imaging optical system can be reduced. In other words, even if the numerical aperture of the imaging optical system is the same as the conventional one, it is possible to resolve a pattern having a higher frequency than the conventional one, that is, a finer pattern.

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

【図1】本発明実施例による投影露光装置の模式的な構
成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来の投影露光装置の模式的な構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a conventional projection exposure apparatus.

【図3】(A)は目的とするパターン像の強度分布を示
す図、(B),(C)は第1及び第2フォトマスクに形
成するパターンの透過率分布を示す図である。
3A is a diagram showing an intensity distribution of a target pattern image, and FIGS. 3B and 3C are diagrams showing transmittance distributions of patterns formed on the first and second photomasks.

【図4】(A)は目的とするパターン像の強度分布を示
す図、(B),(C)は第1及び第2フォトマスクに形
成する偏光パターンの模式図である。
FIG. 4A is a diagram showing an intensity distribution of a target pattern image, and FIGS. 4B and 4C are schematic diagrams of polarization patterns formed on the first and second photomasks.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1のフォトマスク、2…第2のフォトマスク、3
…第1結像光学系、4…第2結像光学系、5…感光基板
(ウエハ)。
1 ... 1st photomask, 2 ... 2nd photomask, 3
... 1st imaging optical system, 4 ... 2nd imaging optical system, 5 ... Photosensitive substrate (wafer).

フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 7352−4M 311 W Continuation of front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location 7352-4M 311 W

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フォトマスク上のパターンを感光基板上
に投影するための投影光学系を備えた投影露光装置にお
いて、 前記投影光学系は第1のフォトマスクのパターンを前記
感光基板上に結像する第1結像光学系と、第2のフォト
マスクのパターンを前記第1のフォトマスク上に結像す
る第2結像光学系をと有し、 前記第1及び第2結像光学系は、前記第1及び第2結像
光学系の合成系による前記基板側の開口数と前記第1結
像光学系の前記基板側の開口数とが等しくなるように構
成され、 前記第1結像光学系を介して前記第1のフォトマスクの
パターンを前記感光基板上に投影すると共に、前記第2
結像光学系、前記第1のフォトマスク及び前記第1結像
光学系を介して前記第2のフォトマスクのパターンを前
記感光基板上に投影することを特徴とする投影露光装
置。
1. A projection exposure apparatus including a projection optical system for projecting a pattern on a photomask onto a photosensitive substrate, wherein the projection optical system forms an image of the pattern of the first photomask on the photosensitive substrate. And a second image forming optical system for forming an image of the pattern of the second photomask on the first photomask. The first and second image forming optical systems include: , A numerical aperture on the substrate side by a combined system of the first and second imaging optical systems and a numerical aperture on the substrate side of the first imaging optical system are equal to each other, The pattern of the first photomask is projected onto the photosensitive substrate via an optical system, and
A projection exposure apparatus, which projects the pattern of the second photomask onto the photosensitive substrate via the imaging optical system, the first photomask, and the first imaging optical system.
【請求項2】 前記第1及び第2の結像光学系によって
前記感光基板上に形成されるパターン像の最高空間周波
数をF0、前記第1のフォトマスクのパターンの最高空
間周波数をF1、前記第1のフォトマスクのパターンの
最高空間周波数をF2とするとき、 F1≦F0,F2≦F0(但し、F1、F2は前記感光
基板上での空間周波数に換算する)を満足することを特
徴とする請求項1に記載の投影露光装置。
2. The highest spatial frequency of the pattern image formed on the photosensitive substrate by the first and second imaging optical systems is F0, the highest spatial frequency of the pattern of the first photomask is F1, and When the highest spatial frequency of the pattern of the first photomask is F2, F1 ≦ F0 and F2 ≦ F0 (where F1 and F2 are converted into the spatial frequency on the photosensitive substrate) are satisfied. The projection exposure apparatus according to claim 1.
【請求項3】 前記第1及び第2のフォトマスクは、光
の偏光状態を所定の状態に変換する偏光部材を有するも
のであることを特徴とする請求項1に記載の投影露光装
置。
3. The projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the first and second photomasks each include a polarization member that converts a polarization state of light into a predetermined state.
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