JP3312365B2 - Projection exposure method and optical mask for projection exposure - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は投影露光方法及び投影露
光用マスクに係り、特に半導体集積回路装置の製造過程
で使用される微細フォトリソグラフィー技術に必要な投
影露光方法及びそれに用いる光学マスクに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure method and a projection exposure mask, and more particularly to a projection exposure method required for a fine photolithography technique used in a manufacturing process of a semiconductor integrated circuit device and an optical mask used therefor.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年の半導体集積回路装置の高速化及び
高集積化に伴い、より微細なパターン形成が可能なフォ
トリソグラフィー技術の確立が要求されている。2. Description of the Related Art With the recent increase in speed and integration of semiconductor integrated circuit devices, it is required to establish a photolithography technology capable of forming finer patterns.

【０００３】微細なパターン形成が可能なフォトリソグ
ラフィー技術としては、光学マスクの厚さの異なる部分
を透過した後の光の位相差を利用する種々の位相シフト
法が提案されている。しかし、これらの位相シフト法を
用いても、上記要求を完全に満たすことはできなかっ
た。As a photolithography technique capable of forming a fine pattern, various phase shift methods utilizing a phase difference of light transmitted through portions having different thicknesses of an optical mask have been proposed. However, even if these phase shift methods are used, the above requirements cannot be completely satisfied.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】従来の位相シフト法で
は、高精度の位相シフトマスクを用いることが不可欠で
あるが、高精度の位相シフトマスクの製造、検査及び修
正は非常に困難であるという問題点があった。In the conventional phase shift method, it is essential to use a high-precision phase shift mask. However, it is very difficult to manufacture, inspect, and correct a high-precision phase shift mask. There was a problem.

【０００５】従って、本発明は製造、検査及び修正が困
難な高精度の位相シフトマスクを用いることなく、微細
なパターンの投影露光を実現することができる投影露光
方法及びそれに用いる投影露光用光学マスクを提供する
ことを目的とする。Accordingly, the present invention provides a projection exposure method and a projection exposure optical mask which can realize a fine pattern projection exposure without using a high-precision phase shift mask which is difficult to manufacture, inspect and correct. The purpose is to provide.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明になる投影露光方
法においては、所望の露光パターンの形状を有する主ペ
ースに近接し、それ単独の透過光によってはフォトレジ
スト膜を感光させない程度に微細な副スペースが形成さ
れた光学マスクを、光学マスクに垂直な投影光軸上に、
この投影光軸を中心としてリング状又は投影光軸の両側
のみに配置された光源などを用いて照射し、光学マスク
の各スペースを透過した光像をフォトレジスト膜上に投
影する構成を採用している。In the projection exposure method according to the present invention, a fine pattern which is close to a main pace having a desired exposure pattern shape and which does not allow the photoresist film to be exposed by its own transmitted light. Place the optical mask with the sub-space on the projection optical axis perpendicular to the optical mask,
Light is applied using a light source or the like arranged only on both sides of the projection optical axis around the projection optical axis, and a light image transmitted through each space of the optical mask is projected on the photoresist film. ing.

【０００７】本発明になる投影露光用光学マスクにおい
ては、所望の露光パターンの形状を有する主スペース
と、露光波長をλ、縮小投影倍率を１／ｍ、レンズ開口
数をＮＡとしたとき、主スペースと（λ／ＮＡ）×Ｌ×
ｍ程度の距離をおいて、それ単独の透過光によってはフ
ォトレジスト膜を感光させない程度に微細な副パターン
とを設けた構成を採用している。なお、Ｌは約０．７〜
０．８である。In the projection exposure optical mask according to the present invention, when a main space having a desired exposure pattern shape, an exposure wavelength is λ, a reduced projection magnification is 1 / m, and a lens numerical aperture is NA, Space and (λ / NA) × L ×
At a distance of about m, a configuration is employed in which a sub-pattern fine enough to not expose the photoresist film by the transmitted light alone is provided. In addition, L is about 0.7 to
0.8.

【０００８】[0008]

【作用】図１は、本発明になる投影露光方法の概略説明
図である。同図中、１は半導体ウェーハ、２はフォトレ
ジスト膜、３はレンズ、４は光学マスク、５は遮光膜、
６は主スペース、７は副スペース、８は遮光体、９は光
源である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a projection exposure method according to the present invention. In the figure, 1 is a semiconductor wafer, 2 is a photoresist film, 3 is a lens, 4 is an optical mask, 5 is a light shielding film,
6 is a main space, 7 is a sub space, 8 is a light shield, and 9 is a light source.

【０００９】光源９は、図示しない水銀放電灯が放射す
る光を面状に配置した多数のフライアイレンズによって
集光するものであるが、光源９の中央部は遮光体８が設
置されているので、光学マスク４は投影光軸を中心とす
る環状の光源９により照射される。なお、図１では説明
の便宜上、環状光源９を示したが、光源９は、後述する
如く、投影光軸の両側のみに配置された形態のものなど
でも良く、環状の形態に限定されるものではない。The light source 9 collects light emitted from a mercury discharge lamp (not shown) by a large number of fly-eye lenses arranged in a plane, and a light shield 8 is provided at the center of the light source 9. Therefore, the optical mask 4 is illuminated by the annular light source 9 centered on the projection optical axis. Although FIG. 1 shows the annular light source 9 for the sake of convenience of description, the light source 9 may be of a form arranged only on both sides of the projection optical axis as described later, and is limited to the annular form. is not.

【００１０】本発明になる光学マスク４には、遮光膜５
が形成されていない線状の主スペース６と、この主スペ
ース６に近接しており、これを透過する光によってフォ
トレジスト膜２が感光しない程度に幅が狭い線状の副ス
ペース７とが設けられている。The optical mask 4 according to the present invention includes a light shielding film 5
Are formed, and a linear sub-space 7 which is close to the main space 6 and which is so narrow that the photoresist film 2 is not exposed to light transmitted therethrough is provided. Have been.

【００１１】光学マスク４の主スペース６及び副スペー
ス７を透過した光は、レンズ３によって集束され、半導
体ウェーハ１の上に形成されたフォトレジスト膜２に縮
小投影される。The light transmitted through the main space 6 and the sub space 7 of the optical mask 4 is focused by the lens 3 and is reduced and projected on the photoresist film 2 formed on the semiconductor wafer 1.

【００１２】図２は、本発明になる投影露光方法の原理
説明図である。同図は、光源９が投影光軸に対して２．
６°をなす位置に存在する場合の光学マスク４のスペー
ス６，７を透過した光の振幅を示す。FIG. 2 is a view for explaining the principle of the projection exposure method according to the present invention. The figure shows that the light source 9 is positioned at 2.degree.
6 shows the amplitude of light transmitted through the spaces 6 and 7 of the optical mask 4 when the light exists at a position forming 6 °.

【００１３】例えば、光学マスク４におけるフォトレジ
スト膜２上の距離に換算した主スペース６と副スペース
７との中心線の間の距離は、露光波長λを水銀放電灯の
ｇ線である４３５８Å、レンズ３の開口数ＮＡ（ｓｉｎ
θ）を０．４５としてとき、（λ／ＮＡ）×０．７（Ｌ
＝０．７）に相当する０．７μｍであり、副スペース７
の幅は、それ単独の透過光によってはフォトレジスト膜
２を感光させない程度に微細な０．２μｍである。For example, the distance between the center line of the main space 6 and the center line of the sub space 7 converted into the distance on the photoresist film 2 in the optical mask 4 is as follows: the exposure wavelength λ is 4358 ° which is the g-line of a mercury discharge lamp; Numerical aperture NA of lens 3 (sin
θ) as 0.45, (λ / NA) × 0.7 (L
= 0.7), which is equivalent to 0.7 μm.
Is 0.2 μm, which is so small that the photoresist film 2 is not exposed by its own transmitted light.

【００１４】図２において、破線が主スペース６（図１
参照、以下同様）を透過した光の振幅を、一点鎖線が副
スペース７を透過した光の振幅を表している。主スペー
ス６を透過した光は、その主透過光Ｍ₀ の他に第１回折
光Ｍ₁ 、第２回折光Ｍ₂ 、第３回折光Ｍ₃ 、第４回折光
Ｍ₄ ・・・を伴う。副スペース７を透過した光は、その
主透過光Ｓ₀ の他に、第１回折光Ｓ₁ 、第２回折光
Ｓ₂ 、第３回折光Ｓ₃ 、第４回折光Ｓ₄ ・・・を伴う。
そして、主スペース６の主透過光Ｍ₀ のピークに副スペ
ース７の第１回折光Ｓ₁ のピークが加わり、それらの位
相が相加わる状態であると、その合成光の波形が急峻に
なり、微細で先鋭な光像を得ることができる。In FIG. 2, a broken line indicates a main space 6 (FIG. 1).
(The same applies hereinafter.) The dashed-dotted line indicates the amplitude of the light transmitted through the sub-space 7. The light transmitted through the main space 6 is accompanied by the first diffracted light M ₁ , the second diffracted light M ₂ , the third diffracted light M ₃ , the fourth diffracted light M ₄ , in addition to the main transmitted light M _0. . The light transmitted through the sub space 7 includes a first diffracted light S ₁ , a second diffracted light S ₂ , a third diffracted light S ₃ , a fourth diffracted light S ₄ , in addition to the main transmitted light S _0. Accompany.
Then, when the peak of the first diffracted light S ₁ in the sub space 7 is added to the peak of the main transmitted light M _{0 in} the main space 6 and their phases are added, the waveform of the combined light becomes steep, A fine and sharp light image can be obtained.

【００１５】図２を観察することによって理解されるよ
うに、主スペース６と副スペース７の間隔が、上記の
（λ／ＮＡ）×Ｌの距離を外れ、これより接近しても、
或いは離隔しても、副スペース７の第１回折光Ｓ₁ が主
スペース６の主透過光Ｍ₀ の斜面近くに移動する。或い
は相加わる位相関係から外れるため、その合成光の先鋭
度は鈍くなり、鮮明な光像を得ることはできない。As can be understood by observing FIG. 2, even if the distance between the main space 6 and the sub space 7 deviates from the above-mentioned distance (λ / NA) × L,
Or, even if it is separated, the first diffracted light S _{1 in} the sub space 7 moves near the slope of the main transmitted light M _{0 in} the main space 6. Alternatively, the sharpness of the combined light is degraded due to deviating from the additive phase relationship, and a clear light image cannot be obtained.

【００１６】なお、上記の説明においては、副スペース
７は、主スペース６の片側に設けられているが、両側に
設けることもでき、その場合は、上記の説明と同じ理由
で、両側の副スペース７の第１回折光が主スペース６の
主透過光に加わるため、上記の２倍の効果を奏する。In the above description, the sub space 7 is provided on one side of the main space 6, but may be provided on both sides. In this case, the sub space 7 is provided on both sides for the same reason as described above. Since the first diffracted light in the space 7 is added to the main transmitted light in the main space 6, the above-described effect is doubled.

【００１７】[0017]

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【００１８】図３は、本発明になる投影用光学マスクの
第１実施例の構成図である。この図における符号は、図
１において使用したものと同様である。FIG. 3 is a structural view of a first embodiment of the projection optical mask according to the present invention. The reference numerals in this figure are the same as those used in FIG.

【００１９】本発明の実施例の光学マスク４は、ウェー
ハ１上の寸法に換算して、幅０．４μｍの主スペース６
の両側に、幅０．２μｍの副スペース７が、主スペース
６の中心線から０．７μｍ離れて設けられている。投影
の際の縮小率を５とすると、光学マスク４上の実際の寸
法は、主スペース６の幅が２．０μｍ、副スペース７の
幅は１．０μｍ、主スペース６の中心線から副スペース
７の中心線までの距離は３．５μｍである。つまり、縮
小投影倍率を１／ｍとすると、主スペース６と副スペー
ス７との中心線間の距離はこの場合（λ／ＮＡ）×０．
７×ｍである。この光学マスク４は、図１に示されてい
るような投影露光法に用いられるが、本実施例において
は、光源として水銀放電灯のｇ線（波長４３５８Å）
を、面状に配置したフライアイレンズによって集束し、
光学マスク４の中心で投影光軸となす角δが、２．１な
いし２．６°の環状領域を残して遮光板が設置されたも
のを使用し、又、投影レンズ３の開口数ＮＡは０．４５
である。The optical mask 4 according to the embodiment of the present invention has a main space 6 having a width of 0.4 μm in terms of dimensions on the wafer 1.
On both sides, a sub space 7 having a width of 0.2 μm is provided at a distance of 0.7 μm from the center line of the main space 6. Assuming that the reduction ratio at the time of projection is 5, the actual dimensions on the optical mask 4 are as follows: the width of the main space 6 is 2.0 μm; the width of the sub space 7 is 1.0 μm; The distance to the center line of No. 7 is 3.5 μm. That is, assuming that the reduced projection magnification is 1 / m, the distance between the center lines of the main space 6 and the sub space 7 is (λ / NA) × 0.
7 × m. This optical mask 4 is used for the projection exposure method as shown in FIG. 1, but in this embodiment, the g-line (wavelength 4358 °) of a mercury discharge lamp is used as a light source.
Are focused by a fly-eye lens arranged in a plane,
An optical mask 4 having a light-shielding plate leaving an annular region having an angle δ with the projection optical axis of 2.1 to 2.6 ° at the center is used. The numerical aperture NA of the projection lens 3 is 0.45
It is.

【００２０】図４は、本実施例における透過光の振幅及
び位相の関係図である。この図において、横軸は露光す
ることを目的とするパターンの形状を有する主スペース
の中心線からの距離を表し、縦軸は任意スケールの光振
幅および位相関係（度）を示している。なお、この図に
おいては、煩雑になるのを避けるため、右側の副スペー
スについてのみその透過光の振幅と位相関係を示し、左
側の副スペースの透過光については省略されている。破
線は主スペース６を透過した光の振幅及び位相、一点鎖
線は副スペース７を透過した光の振幅及び位相、実線は
これらの合成光の振幅を示している。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amplitude and the phase of transmitted light in this embodiment. In this figure, the horizontal axis represents the distance from the center line of the main space having the shape of the pattern to be exposed, and the vertical axis represents the light amplitude and the phase relationship (degree) on an arbitrary scale. In this figure, in order to avoid complication, only the right sub-space shows the amplitude and phase relationship of the transmitted light, and the transmitted light of the left sub-space is omitted. The broken line indicates the amplitude and phase of the light transmitted through the main space 6, the dashed line indicates the amplitude and phase of the light transmitted through the subspace 7, and the solid line indicates the amplitude of the combined light.

【００２１】図４から、主スペース６を透過した光は高
い光振幅をもつが、そのピークはさほど鋭くないこと、
副スペース７を透過した光の振幅は、主スペース６を透
過した光の約１／２であることが分かる。又、主スペー
ス６の中心線上における合成光の光振幅をみると、主ス
ペース６の主透過光と副スペース７の第１回折光とが相
加わる関係になっているため、光振幅を増大し、先鋭化
し、鮮明で微細な幅の光像を得てフォトレジスト膜２の
露光を行うことができることを示している。From FIG. 4, the light transmitted through the main space 6 has a high light amplitude, but its peak is not so sharp.
It can be seen that the amplitude of the light transmitted through the sub space 7 is about １ ／ of the light transmitted through the main space 6. Further, looking at the light amplitude of the combined light on the center line of the main space 6, since the main transmitted light of the main space 6 and the first diffracted light of the sub space 7 are added, the light amplitude is increased. This indicates that the photoresist film 2 can be exposed by obtaining a sharp, sharp and fine light image.

【００２２】なお、図４において、副スペース７の透過
光によって、主スペース６の両側０．７μｍの位置に副
スペース７の主透過光による光振幅のピークを生じてい
るが、前記のように、光のエネルギーは図示された振幅
の二乗に係る値であるから、フォトレジスト膜２は、こ
のピークによっては殆ど影響されず、これによって障害
を生じることはない。In FIG. 4, the transmitted light of the sub space 7 causes a peak of the light amplitude due to the main transmitted light of the sub space 7 at a position of 0.7 μm on both sides of the main space 6 as described above. Since the energy of light is a value related to the square of the amplitude shown, the photoresist film 2 is hardly affected by this peak, and does not cause any trouble.

【００２３】副スペース７の幅が、露光波長λをｇ線の
４３５８Å、レンズ開口数ＮＡを０．４５としたとき、
（λ／ＮＡ）×（０．２〜０．３）程度以下である場合
は、その透過光単独では、フォトレジスト膜２を感光さ
せるに足る光エネルギーを透過させない。When the width of the sub space 7 is 4358 ° of the g-line at the exposure wavelength λ and the lens numerical aperture NA is 0.45,
When it is about (λ / NA) × (0.2 to 0.3) or less, the transmitted light alone does not transmit light energy sufficient to expose the photoresist film 2.

【００２４】図５（Ａ），（Ｂ）は、副スペース７を設
けない場合と、これを設けた場合のフォトレジスト膜２
を含む結晶構造を示す写真である。FIGS. 5A and 5B show the photoresist film 2 with and without the sub-space 7 provided.
3 is a photograph showing a crystal structure containing.

【００２５】この図５（Ａ）にみられるように、幅が
０．４μｍの主スペース６のみを有する光学マスク４を
用いて露光し現像した場合、そのフォトレジスト膜２の
開口の底面にフォトレジスト膜２の一部が在留してお
り、完全なパターニングができないことが分かる。しか
し、図５（Ｂ）にみられるように、本発明にしたがっ
て、０．４μｍの主スペース６と０．２μｍの副スペー
ス７を有する光学マスク４を用いた場合は、フォトレジ
スト膜２の開口の底面にフォトレジスト膜２が残留する
ことなく、輪郭の鮮明なパターニングができていること
が分かる。As shown in FIG. 5A, when exposure and development are performed using an optical mask 4 having only a main space 6 having a width of 0.4 μm, a photo-resist is formed on the bottom surface of the opening of the photoresist film 2. It can be seen that a part of the resist film 2 remains, and complete patterning cannot be performed. However, as shown in FIG. 5B, when the optical mask 4 having the main space 6 of 0.4 μm and the sub-space 7 of 0.2 μm is used according to the present invention, the opening of the photoresist film 2 is reduced. It can be seen that the photoresist film 2 did not remain on the bottom surface of FIG.

【００２６】上記の実施例においては、所望の露光パタ
ーンの形状を有する主スペース６に近接して、それ単独
の透過光によってはフォトレジスト膜２を感光させない
程度に微細な副スペース７が形成された光学マスク４を
用いた例を説明したが、この副スペース７が、上記した
主スペース６に近接して形成された他の所望の露光用主
スペースであっても、本発明の原理が成立ち、それぞれ
の主スペースを透過した投影像が尖鋭化されることはい
うまでもない。In the above embodiment, a sub-space 7 is formed close to the main space 6 having a desired exposure pattern shape, so small that the photoresist film 2 is not exposed by the transmitted light alone. Although the example using the optical mask 4 described above has been described, the principle of the present invention is established even if the sub space 7 is another desired main space for exposure formed close to the main space 6 described above. It goes without saying that the projected images transmitted through the respective main spaces are sharpened.

【００２７】又、上記の実施例においては、光学マスク
４に垂直な投影光軸を中心としてリング状に配置された
光源を用いているが、光学マスク４に形成されたスペー
ス６の形状によっては、投影光軸の両側のみに配置され
た光源などを用いても同様の原理によって同様の効果を
奏する。In the above embodiment, a light source arranged in a ring around the projection optical axis perpendicular to the optical mask 4 is used. However, depending on the shape of the space 6 formed in the optical mask 4, Even if a light source or the like arranged only on both sides of the projection optical axis is used, the same effect can be obtained by the same principle.

【００２８】次に、本発明になる投影露光方法の第１実
施例を説明する。Next, a first embodiment of the projection exposure method according to the present invention will be described.

【００２９】本実施例では、図１の構成を用いて投影露
光を行う。従って、光源９の平面図は図６（Ａ）に示す
如き環状光源である。しかし、例えば光学マスク４の主
スペース６が図１中紙面と垂直な方向へ延在している場
合、図６（Ａ）中Ａ１の部分の光によると、副スペース
７の第１回折光Ｓ₁ が主スペース６の主透過光Ｍ₀ と相
加わる位相関係にあるので露光時の解像度の向上に寄与
する。ところが、Ａ２の部分の光によると、第１回折光
Ｓ₁ と主透過光Ｍ₀ とが逆に差し引かれる位相関係にあ
るので、この場合、主スペース６の露光時の解像度を低
下させてしまう。他方、主スペース６が図１中紙面と平
行な方向へ延在している場合、上記の場合とは逆に、Ａ
２の部分の光が露光時の解像度の向上に寄与し、Ａ１の
部分の光が解像度の低下をまねく。In this embodiment, projection exposure is performed using the configuration shown in FIG. Therefore, the plan view of the light source 9 is an annular light source as shown in FIG. However, for example, when the main space 6 of the optical mask 4 extends in a direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. 1, the first diffracted light S in the sub space 7 according to the light of A1 in FIG. ₁ contributes to the improvement of the exposure time of the resolution because the phase relation joining phase the main transmitted light M ₀ of the main space 6. However, according to the optical part of the A2, since the first diffracted light S ₁ and the main transmitted light M ₀ is the phase relationship subtracted Conversely, thus in this case, reduce the resolution of the exposure of the main space 6 . On the other hand, when the main space 6 extends in a direction parallel to the paper surface in FIG.
The light of the portion 2 contributes to the improvement of the resolution at the time of exposure, and the light of the portion A1 causes a decrease in the resolution.

【００３０】図６（Ｅ）は光源９と光学マスク４との関
係を示す。同図では、便宜上図６（Ａ）の光源９と光学
マスク４との平面図を隣り合わせの状態で示す。FIG. 6E shows the relationship between the light source 9 and the optical mask 4. In FIG. 6, for convenience, a plan view of the light source 9 and the optical mask 4 of FIG.

【００３１】そこで、露光するべき主スペース６のパタ
ーンに応じた形状の光源９を用いる実施例について説明
する。An embodiment using a light source 9 having a shape corresponding to the pattern of the main space 6 to be exposed will be described.

【００３２】本発明になる投影露光方法の第２実施例で
は、図１の構成を用いて投影露光を行うが、光源９の平
面図は図６（Ｂ）に示す如き光源であり、投影光軸の両
側のみに配置されている。これにより、光学マスク４の
主スペース６が図１中紙面と垂直な方向へ延在している
場合、副スペース７の第１回折光Ｓ₁が主スペース６の
主透過光Ｍ₀ と相加わる位相関係にあるので、露光時の
解像度の向上に寄与する。In the second embodiment of the projection exposure method according to the present invention, projection exposure is performed using the configuration shown in FIG. 1. The plan view of the light source 9 is a light source as shown in FIG. It is located only on both sides of the shaft. Thus, when the main space 6 of the optical mask 4 extends in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1, the first diffracted light S ₁ of the sub space 7 is combined with the main transmitted light M ₀ of the main space 6. Since they have a phase relationship, they contribute to an improvement in resolution during exposure.

【００３３】本発明になる投影露光方法の第３実施例で
は、基本的に図１の構成を用い、光源９は図６（Ｂ）の
ものを用いる。又、遮光体８は、図７に示す如く、回動
可能な支持ブラケット４０により支持される。従って、
主スペース６が図１の紙面の平行な方向に延在している
場合、支持ブラケット４０を９０°回動して光源９を図
６（Ｂ）を９０°回動した場合の配置とし得る。なお、
主スペース６の延在する方向に応じて支持ブラケット４
０を回動すれば、特に露光を複数回に分けて行う場合に
解像度を向上できる。つまり、露光するべきパターンに
応じて、解像度の向上効果が大きくなるように支持ブラ
ケット４０の回動位置を設定すれば良い。In the third embodiment of the projection exposure method according to the present invention, the structure shown in FIG. 1 is basically used, and the light source 9 shown in FIG. 6B is used. Further, as shown in FIG. 7, the light shield 8 is supported by a rotatable support bracket 40. Therefore,
When the main space 6 extends in a direction parallel to the plane of the paper of FIG. 1, the support bracket 40 may be turned by 90 ° and the light source 9 may be turned by 90 ° in FIG. 6B. In addition,
Support bracket 4 according to the direction in which main space 6 extends
By rotating 0, the resolution can be improved especially when exposure is performed in a plurality of times. That is, the rotational position of the support bracket 40 may be set so that the effect of improving the resolution is increased according to the pattern to be exposed.

【００３４】本発明になる投影露光方法の第４実施例で
は、図１の構成を用い、光源９は図６（Ｃ）のものを用
いる。本実施例によれば、上記の説明より明らかな如
く、図１中紙面と垂直方向に延在する主スペース６に対
しても、図１中紙面と平行方向に延在する主スペース６
に対しても、解像度を向上することが可能であ。In the fourth embodiment of the projection exposure method according to the present invention, the configuration shown in FIG. 1 is used, and the light source 9 shown in FIG. According to this embodiment, as is clear from the above description, the main space 6 extending in the direction parallel to the plane of FIG.
, It is possible to improve the resolution.

【００３５】なお、上記投影露光方法の各実施例では、
遮光体８を用いて各種形状の光源９を得ている。しか
し、光源９自体が各種形状をとり得る場合は、遮光体８
を設ける必要はない。In each embodiment of the above-mentioned projection exposure method,
Light sources 9 of various shapes are obtained by using the light shield 8. However, if the light source 9 itself can take various shapes,
It is not necessary to provide.

【００３６】本発明になる投影露光方法の第５実施例で
は、基本的には図１の構成を用いるが、光源９は図６
（Ｄ）のものを用いる。図６（Ｄ）の光源９は、４つの
光源部９ａ〜９ｄからなる。本実施例の効果は、上記第
４実施例のそれと実質的に同じである。In the fifth embodiment of the projection exposure method according to the present invention, the configuration shown in FIG. 1 is basically used.
(D) is used. The light source 9 in FIG. 6D includes four light source units 9a to 9d. The effect of this embodiment is substantially the same as that of the fourth embodiment.

【００３７】なお、光学マスク４の遮光膜５は、図１で
は光学マスク４の上面に設けられているのが、図８の如
く、光学マスク４の下面に設けられても良い。図８は本
発明になる光学マスク４の第２実施例を示し、同図中、
図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。The light-shielding film 5 of the optical mask 4 is provided on the upper surface of the optical mask 4 in FIG. 1, but may be provided on the lower surface of the optical mask 4 as shown in FIG. FIG. 8 shows a second embodiment of the optical mask 4 according to the present invention.
The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.

【００３８】次に、本発明になる投影露光方法の第６実
施例を説明する。本実施例では、１つの主スペースに対
して少なくとも第１及び第２の副スペースが設けられ
た、本発明になる投影露光用光学マスクの第３実施例を
用いる。Next, a sixth embodiment of the projection exposure method according to the present invention will be described. In the present embodiment, a third embodiment of the projection exposure optical mask according to the present invention, in which at least the first and second sub-spaces are provided for one main space, is used.

【００３９】図９に示す如く、光学マスク１０４の下面
には遮光膜１０５が設けられており、主スペース１０６
の両側に夫々第１の副スペース１１０と第２の副スペー
スとが設けられている。As shown in FIG. 9, a light shielding film 105 is provided on the lower surface of
Are provided with a first sub-space 110 and a second sub-space, respectively.

【００４０】主スペース１０６を透過する光Ａ_Mainの強
度は、第１の副スペース１１０に対応する回折光Ａ_1st
との干渉によってその中心部で増大し、更に、第２の副
スペース１１１に対応する回折光Ａ_2ndとの干渉によっ
ても増大する。透過光Ａ_Mainを主スペース１０６の中心
部で増大させるには、透過光Ａ_Mainと干渉する回折光Ａ
_1st ，Ａ_2nd の夫々のサイドローブのピーク付近を主ス
ペース１０６の中心部と略一致させ、相互に干渉する回
折光Ａ_1st ，Ａ_2nd の位相を最適化する様に光学マスク
１０４に入射する光源からの光の入射角θを変化させれ
ば良い。The intensity of the light A _Main transmitted through the main space 106 is _{equal to} the intensity of the diffracted light A _1st corresponding to the first sub space 110.
Increases at the center due to the interference with the diffracted light A _2nd corresponding to the second subspace 111. To increase the transmitted light A _Main at the center of the main space 106, the diffracted light A that interferes with the transmitted light A _Main
A light source incident on the optical mask 104 so that the vicinity of the peak of each of the side lobes of _1st and A _2nd substantially coincides with the center of the main space 106 to optimize the phase of the diffracted lights A _1st and A _2nd that interfere with each other. It is sufficient to change the incident angle θ of the light from the camera.

【００４１】露光波長をλ、レンズ開口数をＮＡ、縮小
投影倍率を１／ｍとすると、第１の副スペース１１０に
対応するサイドローブのピーク位置は、主スペース１０
６の中心位置からｄ₁ ＝（０．７〜０．８）×ｍ×（λ
／ＮＡ）の距離にある。又、第２の副スペース１１１に
対応するサイドローブのピーク位置は、主スペース１０
６の中心位置からｄ₂ ＝（１．２〜１．３）×ｍ×（λ
／ＮＡ）の距離にある。従って、第１の副スペース１１
０は、その中心位置が主スペース１０６の中心位置から
ｄ₁ 離れた位置に設ければ良く、第２の副スペース１１
１は、その中心位置が主スペース１０６の中心位置から
ｄ₂ 離れた位置に設ければ良い。If the exposure wavelength is λ, the lens numerical aperture is NA, and the reduction projection magnification is 1 / m, the peak position of the side lobe corresponding to the first sub space 110 is
6 the center position of _{d 1 = (0.7~0.8) × m} × (λ
/ NA). Also, the peak position of the side lobe corresponding to the second sub space 111 is
6 from the center position of d ₂ = (1.2 to 1.3) × m × (λ
/ NA). Therefore, the first sub space 11
0 may be provided at a position whose center position is d ₁ away from the center position of the main space 106.
1 may be provided at a position whose center position is d ₂ away from the center position of the main space 106.

【００４２】主スペース１０６の中心位置において第１
の副スペース１１０による回折光Ａ _1st と干渉する光の
位相差を計算すると、図１０に示す如く、σ’＝ｍ×ｓ
ｉｎδ／ＮＡで定義されるソース位置σ’が約０．６８
で０°となる。同様に、図１１に示す如く、第２の副ス
ペース１１１による回折光Ａ_2nd と干渉する光の位相差
は、ソース位置σ’が約０．７７で０°となる。At the center position of the main space 106, the first
Light A by the sub space 110 _1stOf light that interferes with
When the phase difference is calculated, as shown in FIG.
The source position σ ′ defined by inδ / NA is about 0.68
At 0 °. Similarly, as shown in FIG.
Diffracted light A by pace 111_2ndPhase difference of light that interferes with
Is 0 ° when the source position σ ′ is about 0.77.

【００４３】主スペース１０６によるメインローブの位
相と略同じ０°である。従って、主スペース１０６を透
過する光の強度を増大させるには、主スペース１０６に
おいて干渉する光の位相差が０°となるように、即ち、
光源からの光の光学マスク１０４への入射角の条件とし
てソース位置σ’が０．６〜０．８となるようにすれば
良いことがわかる。しかし、ソース位置σ’が０．７を
越えると、主スペース１０６本来による光強度が低下し
てしまうため、ソース位置σ’は望ましくは０．６〜
０．７であれば光強度の増大効果が大きい。The phase is 0 °, which is substantially the same as the phase of the main lobe due to the main space 106. Therefore, in order to increase the intensity of the light transmitted through the main space 106, the phase difference of the light that interferes in the main space 106 becomes 0 °, that is,
It can be seen that the condition of the angle of incidence of the light from the light source on the optical mask 104 should be such that the source position σ ′ is 0.6 to 0.8. However, when the source position σ ′ exceeds 0.7, the light intensity due to the main space 106 is reduced.
If it is 0.7, the effect of increasing the light intensity is large.

【００４４】図１２は、本実施例における光強度分布の
シミュレーション結果を示す。同図中、実線が本実施例
における光強度分布を示す。この場合、露光波長は３６
５ｎｍ、ＮＡは０．５４、光源から光学マスク１０４へ
の入射角を０．６＜σ’＜０．７となるように設定し
た。又、主スペース１０６の幅は０．３５μｍ、第１及
び第２の副スペース１１０，１１１の幅は０．１５μ
ｍ、主スペース１０６と第１の副スペース１１０の中心
位置間の距離は０．５μｍ、主スペース１０６と第２の
副スペース１１１の中心位置間の距離は０．８７５μｍ
である。FIG. 12 shows a simulation result of the light intensity distribution in this embodiment. In the figure, the solid line shows the light intensity distribution in the present embodiment. In this case, the exposure wavelength is 36
5 nm, the NA was set to 0.54, and the incident angle from the light source to the optical mask 104 was set to be 0.6 <σ ′ <0.7. The width of the main space 106 is 0.35 μm, and the width of the first and second sub-spaces 110 and 111 is 0.15 μm.
m, the distance between the central position of the main space 106 and the center position of the first sub space 110 is 0.5 μm, and the distance between the main space 106 and the center position of the second sub space 111 is 0.875 μm.
It is.

【００４５】なお、上記の同じ条件下で幅が０．３５μ
ｍの主スペース１０６のみを有する光学マスクにおける
光強度分布のシミュレーション結果を図１２中破線で示
す。図１２からわかるように、本実施例によればピーク
光強度が約１８％向上し、より急峻なメインローブが得
られることがわかる。The width is 0.35 μm under the same conditions as described above.
A simulation result of the light intensity distribution in the optical mask having only the m main space 106 is shown by a broken line in FIG. As can be seen from FIG. 12, according to the present embodiment, the peak light intensity is improved by about 18%, and a steeper main lobe can be obtained.

【００４６】本実施例によれば、特に孔立パターンの露
光時における光強度分布を向上することができる。又、
周期的なライン・アンド・スペースの露光時にその端に
現れる光の強度の低下を抑制するのに用いても効果的で
ある。According to the present embodiment, it is possible to improve the light intensity distribution particularly at the time of exposing the hole pattern. or,
It is also effective when used to suppress a decrease in the intensity of light that appears at the end of the periodic line-and-space exposure.

【００４７】図１３は、各種形状の光源を用いて幅０．
２５μｍのライン・アンド・スペースを露光した場合の
露光パターンを示す写真である。同図は、露光波長λが
ｉ線であり、ＮＡが０．５４の場合を示す。通常の光源
を用いると、露光パターンは図１３（Ａ）に示すように
なり、正確なライン・アンド・スペースが得られない。
しかし、図６（Ａ）の如き環状光源を用いると、図１３
（Ｂ）に示すように図１３（Ａ）と比べると大幅に向上
されたライン・アンド・スペースが得られる。又、図６
（Ｂ）の如き光源を用いると、図１３（Ｃ）に示すよう
に、図１３（Ｂ）より更に向上されたライン・アンド・
スペースが得られる。なお、図１３（Ｃ）中、両側のパ
ターン形状が中央部分に比べて正確でないが、これは上
記光学マスクの第３実施例の如き第１及び第２の幅パタ
ーンを有する光学マスクを用いることにより、中央部と
略同様なパターン形状とすることができる。FIG. 13 shows a case where light sources of various shapes are used.
It is a photograph which shows the exposure pattern at the time of exposing 25 micrometers line and space. This figure shows a case where the exposure wavelength λ is i-line and NA is 0.54. When a normal light source is used, the exposure pattern becomes as shown in FIG. 13A, and an accurate line and space cannot be obtained.
However, if an annular light source as shown in FIG.
As shown in FIG. 13B, a greatly improved line and space can be obtained as compared with FIG. 13A. FIG.
When a light source such as that shown in FIG. 13B is used, as shown in FIG.
Space is obtained. In FIG. 13 (C), the pattern shapes on both sides are not as accurate as those in the central part. Thereby, the pattern shape can be substantially the same as that of the central portion.

【００４８】[0048]

【発明の効果】本発明によれば、製造、検査及び修正が
困難な位相シフタを使用しないで、主スペースと副スペ
ースを近接して設けた光学マスクを用いることによっ
て、露光を目的とする線状のスペースの光強度を増大さ
せることができ、それによって、フォトレジスト膜上に
微細かつ鮮明な光像を投影することができる。又、環状
光源などを使用することによって、焦点深度が大きくな
り、段差を有するウェーハに適用しても鮮明な光像を投
影することができる効果を奏する。According to the present invention, a line for exposure can be obtained by using an optical mask provided with a main space and a sub space close to each other without using a phase shifter which is difficult to manufacture, inspect and correct. The light intensity of the space can be increased, and a fine and clear light image can be projected on the photoresist film. Further, by using an annular light source or the like, the depth of focus is increased, and even when the present invention is applied to a wafer having a step, a clear optical image can be projected.

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

【図１】本発明の投影露光方法の概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view of a projection exposure method of the present invention.

【図２】本発明の投影露光法の原理説明図である。FIG. 2 is a diagram illustrating the principle of the projection exposure method of the present invention.

【図３】本発明の投影用光学マスクの第１実施例の構成
図である。FIG. 3 is a configuration diagram of a first embodiment of a projection optical mask of the present invention.

【図４】本発明の実施例における透過光の振幅及び位相
の関係図である。FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the amplitude and the phase of transmitted light according to an embodiment of the present invention.

【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は、夫々副スペースを設けな
い場合と、これを設けた場合の、レジスト膜を含む結晶
構造を示す写真である。FIGS. 5A and 5B are photographs showing a crystal structure including a resist film when a sub-space is not provided and when a sub-space is provided, respectively.

【図６】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）及び（Ｅ）
は、夫々本発明の投影露光方法の第１，第２及び第３，
第４及び第５実施例で用いる光源形状を示す図である。FIG. 6 (A), (B), (C), (D) and (E)
Are the first, second and third projection exposure methods of the present invention, respectively.
It is a figure showing the light source shape used by the 4th and 5th examples.

【図７】本発明の投影露光方法の第３実施例で用いる遮
光体を示す図である。FIG. 7 is a view showing a light shield used in a third embodiment of the projection exposure method of the present invention.

【図８】本発明の投影用光学マスクの第２実施例の構成
図である。FIG. 8 is a configuration diagram of a second embodiment of the projection optical mask of the present invention.

【図９】本発明の投影露光方法の第６実施例及び本発明
の投影用光学マスクの第３実施例を説明する図である。FIG. 9 is a view for explaining a sixth embodiment of the projection exposure method of the present invention and a third embodiment of the projection optical mask of the present invention.

【図１０】ソース位置と第１の副スペースによる回折光
と干渉する光の位相差との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between a source position and a phase difference between light diffracted by a first sub-space and light that interferes with the diffracted light.

【図１１】ソース位置と第２の副スペースによる回折光
と干渉する光の位相差との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a relationship between a source position and a phase difference between light diffracted by the second sub-space and light that interferes with the diffracted light.

【図１２】投影露光方法の第６実施例における光強度分
布のシミュレーション結果を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a simulation result of a light intensity distribution in a sixth embodiment of the projection exposure method.

【図１３】各種形状の光源を用いてライン・アンド・ス
ペースを露光した場合の露光パターンを示す写真であ
る。FIG. 13 is a photograph showing an exposure pattern when a line and space is exposed using light sources of various shapes.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 半導体ウェーハ ２ フォトレジスト膜 ３ レンズ ４，１０４ 光学マスク ５ 遮光膜 ６，１０６ 主スペース ７，１１０，１１１ 副スペース ８ 遮光体 ９ 光源 Reference Signs List 1 semiconductor wafer 2 photoresist film 3 lens 4,104 optical mask 5 light shielding film 6,106 main space 7,110,111 sub space 8 light shielding body 9 light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−161348（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16 G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 H01L 21/027 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-161348 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) G03F 1/00-1/16 G03F 7 / 20-7/24 G03F 9/00-9/02 H01L 21/027

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 光源からの光を光学マスクに照射して、
該光学マスクを透過した光像をレンズを介してフォトレ
ジスト膜上に投影する投影露光方法において、 光を透過すると共に所望の露光パターンを有する主スペ
ースと、該主スペースから離した位置に設けられ、光を
透過するがこれ単独によっては該フォトレジスト膜を感
光させない程度に狭い幅を有し、且つ、該主スペースと
同位相の副スペースとからなる光学マスクを用い、且
つ、該光学マスクに垂直な投影光軸に対して所定の角度
をなして該光学マスクを照射する光源を用い、該レンズ
の開口数をＮＡ、縮小投影倍率を１／ｍ、該所定の角度
をδとし、σ’＝ｓｉｎδ／（ＮＡ／ｍ）としたとき、
０．４０＜σ’＜０．８０であり、該光源の露光波長を
λ、Ｌ＝０．７〜０．８としたとき、該主スペースの中
心位置と該副スペースの中心位置との間の距離が（λ／
ＮＡ）×Ｌ×ｍである光学マスクを用いることを特徴と
する投影露光方法。An optical mask is irradiated with light from a light source,
In a projection exposure method for projecting a light image transmitted through the optical mask onto a photoresist film through a lens, a main space having a desired exposure pattern while transmitting light is provided at a position separated from the main space. An optical mask that transmits light but has a width narrow enough to not expose the photoresist film by itself, and is composed of the main space and a sub- space having the same phase, and Using a light source that irradiates the optical mask at a predetermined angle with respect to the vertical projection optical axis, the numerical aperture of the lens is NA, the reduced projection magnification is 1 / m, the predetermined angle is δ, and σ ′ = Sin δ / (NA / m)
0.40 <σ '<Ri 0.80 der, the exposure wavelength of the light source
When λ and L = 0.7-0.8, the main space
The distance between the center position and the center position of the sub space is (λ /
Projection exposure method comprising Rukoto using an optical mask is NA) × L × m. 【請求項２】 前記投影光軸を中心として環状の光源、
又は、該投影光軸の両側のみに配置された光源を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の投影露光方法。2. An annular light source around the projection optical axis,
2. The projection exposure method according to claim 1, wherein light sources arranged only on both sides of the projection optical axis are used. 【請求項３】 前記副スペースが少なくとも第１及び第
２の副スペースからなる光学マスクを用いることを特徴
とする請求項１又は２記載の投影露光方法。 3. The method according to claim 2, wherein the sub space is at least a first and a second space.
The use of an optical mask consisting of two sub-spaces
The projection exposure method according to claim 1 or 2, wherein 【請求項４】 前記光源の露光波長をλ、Ｄ _１ ＝０．７
〜０．８、Ｄ _２ ＝１．２〜１．３、Ｗ＝０．３〜０．
４、Ｗ _１ ＝０．２〜０．３、Ｗ _２ ＝０．２〜０．３とし
たとき、前記主スペースの中心位置と前記第１の副スペ
ースの中心位置との間の距離ｄ _１ はｄ _１ ＝Ｄ _１ ×ｍ×
（λ／ＮＡ）であり、該主スペースの中心位置と前記第
２の副スペースの中心位置との間の距離ｄ _２ はｄ _２ ＝Ｄ
_２ ×ｍ×（λ／ＮＡ）であり、該主スペースの幅ｓはｓ
＝Ｗ×ｍ×（λ／ＮＡ）であり、該第１の副スペースの
幅ｓ _１ はｓ _１ ＝Ｗ _１ ×ｍ×（λ／ＮＡ）であり、該第２
の副スペースの幅ｓ _２ はｓ _２ ＝Ｗ _２ ×ｍ×（λ／ＮＡ）
である光学マスクを用いることを特徴とする請求項３記
載の投影露光方法。 4. An exposure wavelength of said light source is λ, D ₁ = 0.7.
_{~0.8, D 2 = 1.2~1.3, W} = 0.3~0.
4, W ₁ = 0.2-0.3, W ₂ = 0.2-0.3
The center position of the main space and the first sub space.
The distance d ₁ from the center position of the source is d ₁ = D ₁ × mx
(Λ / NA), the center position of the main space and the
The distance d ₂ from the center position of the sub space ₂ is d ₂ = D
₂ × mx × (λ / NA), and the width s of the main space is s
= W × m × (λ / NA), and the first sub-space
The width s ₁ is s ₁ = W ₁ × m × (λ / NA), and the second
The width _{s 2} sub space of _{s 2 = W 2 × m ×} (λ / NA)
4. The optical mask according to claim 3, wherein:
Projection exposure method. 【請求項５】 光源からの光を光学マスクに照射して、
該光学マスクを透過 した光像をレンズを介してフォトレ
ジスト膜上に投影する投影露光方法に用いられる投影用
光学マスクであって、 光を透過すると共に所望の露光パターンを有する主スペ
ースと、 該主スペースから離した位置に設けられ、光を透過する
がこれ単独によっては該フォトレジスト膜を露光させな
い程度に狭い幅を有し、且つ、該主スペースと同位相の
副スペースとからなり、 該投影用光学マスクに垂直な投影光軸に対して所定の角
度をなして該投影用光学マスクを照射する光源を用いる
と共に、該レンズの開口数をＮＡ、縮小投影倍率を１／
ｍ、該所定の角度をδとし、σ’＝ｓｉｎδ／（ＮＡ／
ｍ）としたとき、０．４０＜σ’＜０．８０であり、該
光源の露光波長をλ、Ｌ＝０．７〜０．８としたとき、
該主スペースの中心位置と該副スペースの中心位置との
間の距離が（λ／ＮＡ）×Ｌ×ｍであることを特徴とす
る投影用光学マスク。 Claim 5.Irradiate the light from the light source onto the optical mask,
Transmit through the optical mask Light image through the lens
For projection used in the projection exposure method for projecting onto a dist film
An optical mask, A main spec that transmits light and has a desired exposure pattern
And Provided at a position away from the main space and transmits light
However, depending on this alone, do not expose the photoresist film.
It has a narrow width, and is in phase with the main space.
Consisting of sub-spaces, A predetermined angle with respect to the projection optical axis perpendicular to the projection optical mask
Using a light source that irradiates the projection optical mask with certainty
At the same time, the numerical aperture of the lens is NA, and the reduced projection magnification is 1 /
m, the predetermined angle is δ, and σ ′ = sin δ / (NA /
m), 0.40 <σ ′ <0.80.
When the exposure wavelength of the light source is λ, L = 0.7 to 0.8,
Of the center position of the main space and the center position of the sub space
Characterized in that the distance between them is (λ / NA) × L × m.
Projection optical mask.