JPH08288211A - Method and apparatus for projection exposure - Google Patents

Method and apparatus for projection exposure

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JPH08288211A
JPH08288211A JP7206936A JP20693695A JPH08288211A JP H08288211 A JPH08288211 A JP H08288211A JP 7206936 A JP7206936 A JP 7206936A JP 20693695 A JP20693695 A JP 20693695A JP H08288211 A JPH08288211 A JP H08288211A
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exposure
projection
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photomask
wafer
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明浩 大高
Yoshio Kawai
義夫 河合
Korehito Matsuda
維人 松田
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Abstract

PURPOSE: To easily expose a fine periodic pattern at a desired depth of focus by a method wherein, in a main exposure operation, illumination light whose coherency is at a specific value or lower is irradiated when the relational expression of a period and an exposure wavelength is satisfied and, in a subexposure operation, illumination light whose coherency is at the specific value or lower is irradiated in a plurality of positions which are separated by a specific distance each. CONSTITUTION: In a main exposure operation, a photomask is irradiated with illumination light whose coherency is at 0.3 or lower when a period L in the image formation face of a periodic pattern is a value or lower obtained in such a way that the exposure wavelength λof an illumination light source is doubled and then divided by the numerical aperture of a projection optical system. In a subexposure operation, the photomask is irradiated with illumination light whose coherency is at 0.3 or lower in at least one position out of a plurality of positions separated by Δ=λ[2 (1-X<2> /L<2> )<1/2> }] each in the direction of an optical axis from the position of the main exposure operation. Thereby, a periodic pattern whose period is half the period L is formed on a wafer. In this manner, a line-and-space pattern 42 whose line width is uniform can be formed on the wafer 41.

Description

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

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、ＬＳＩなどの微
細パタンを、フォトマスクと投影レンズを用いて基板上
に形成する場合の投影露光方法および投影露光装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a projection exposure method and a projection exposure apparatus for forming a fine pattern such as an LSI on a substrate using a photomask and a projection lens.

【０００２】[0002]

【従来の技術】投影露光装置を用いたフォトリソグラフ
ィにおける形成パタンの微細化は、露光波長を短かく
し、投影レンズの開口数(numerical aperture:ＮＡ)を
大きくすることによってなされてきた。このような短波
長化と高ＮＡ化によって、より微細なパタンを形成でき
るようになってきたが、微細化すればするほど焦点深度
が低下する傾向にある。このため、パタンの微細化して
いくと、光学像が実用的な焦点深度をもたなくなってく
るという問題があった。2. Description of the Related Art The miniaturization of formation patterns in photolithography using a projection exposure apparatus has been performed by shortening the exposure wavelength and increasing the numerical aperture (NA) of the projection lens. With such a shorter wavelength and higher NA, finer patterns can be formed, but the finer the pattern, the more the depth of focus tends to decrease. For this reason, there has been a problem that as the pattern becomes finer, the optical image has no practical depth of focus.

【０００３】図２３は、露光波長λで開口数がＮＡの投
影光学系を用いた通常の投影露光による、０．４λ／Ｎ
Ａのラインアンドスペースパタンの投影光学系を用いた
ときの、投影像が映し出される像投影面上における光強
度分布を示す特性図である。なお、ラインアンドスペー
スパタンとは、ストライプ状の周期パタンであり、この
場合は、０．４λ／ＮＡのスペースを隔てて並んでいる
ものである。FIG. 23 shows 0.4λ / N obtained by ordinary projection exposure using a projection optical system having an exposure wavelength λ and a numerical aperture NA.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a light intensity distribution on an image projection surface on which a projection image is projected, when the projection optical system having the line-and-space pattern A is used. The line-and-space pattern is a stripe-shaped periodic pattern, and in this case, the lines are arranged with a space of 0.4λ / NA.

【０００４】図２３において、曲線２３１は、焦点位置
が像投影面となっているときの像投影面における光強度
分布（実線）、曲線２３２は、焦点位置が像投影面より
０．２５λ／ＮＡ2 ずれている場合の像投影面における
光強度分布（点線）、曲線２３３は、焦点位置が像投影
面より０．５０λ／ＮＡ2 ずれている場合の像投影面に
おける光強度分布（１点鎖線）、曲線２３４は、焦点位
置が像投影面より１．００λ／ＮＡ2 ずれている場合の
像投影面における光強度分布（２点鎖線）である。In FIG. 23, a curve 231 is a light intensity distribution (solid line) on the image projection surface when the focus position is the image projection surface, and a curve 232 is a focus position 0.25λ / NA from the image projection surface. A light intensity distribution (dotted line) on the image projection plane in the case of two shifts, a curve 233 indicates a light intensity distribution on the image projection plane when the focus position is shifted from the image projection plane by 0.50λ / NA 2 (one-dot chain line). ), And a curve 234 is a light intensity distribution (two-dot chain line) on the image projection plane when the focus position is displaced from the image projection plane by 1.00λ / NA 2 .

【０００５】ベストフォーカス、すなわち像投影面が投
影光学系の焦点位置となっているときの光強度分布２３
１においては、ラインアンドスペースパタンが形成され
ている。しかし、デフォーカスとなっていく光強度分布
２３２，２３３・・と共に、パタンの光学像が劣化して
いく。そして、デフォーカス±０．５λ／ＮＡ2 の光強
度分布２３３では、パタンの分離がなされていない。こ
のため、上述した通常の投影露光における光学的な焦点
深度は、±０．５λ／ＮＡ2 となる。The best focus, that is, the light intensity distribution 23 when the image projection plane is at the focal point of the projection optical system 23
In No. 1, a line and space pattern is formed. However, along with the defocused light intensity distributions 232, 233, ..., The optical image of the pattern deteriorates. The patterns are not separated in the light intensity distribution 233 of defocus ± 0.5λ / NA 2 . Therefore, the optical depth of focus in the above-described normal projection exposure is ± 0.5λ / NA 2 .

【０００６】例えば、ＫｒＦ露光におけるＮＡ＝０．５
の場合では、焦点深度が±０．５μｍとなり、実用上十
分な値とはいえない。なお、ＫｒＦ露光は、光源として
波長０．２４８μｍのＫｒＦエキシマレーザを用いるも
のである。以上示したように、通常の投影露光では、よ
り微細なパタンを形成しようとすると、実用的な焦点深
度を得ることができなくなってくる。このことを周期的
にパタンが形成されるラインアンドスペースパタンを例
に取り、以下に説明する。For example, NA in KrF exposure is 0.5.
In this case, the depth of focus is ± 0.5 μm, which is not a practically sufficient value. The KrF exposure uses a KrF excimer laser having a wavelength of 0.248 μm as a light source. As described above, in the normal projection exposure, if a finer pattern is to be formed, it becomes impossible to obtain a practical depth of focus. This will be described below by taking a line and space pattern in which patterns are periodically formed as an example.

【０００７】このような通常の投影露光では、像投影面
における光学像は、フォトマスク上で発生して投影レン
ズを通過した複数の回折光が干渉して形成される。この
場合、フォトマスク上のラインアンドスペースパタンの
ピッチが微細であればあるほど、フォトマスクで回折し
た光の広がる角度は大きくなる。そして、ラインアンド
スペースパタンのピッチがカットオフ周波数よりも微細
なれば、隣接する２つの回折光のなす角度が、投影レン
ズの見込み角以上に広がってしまう。In such ordinary projection exposure, an optical image on the image projection surface is formed by interference of a plurality of diffracted light beams generated on the photomask and passed through the projection lens. In this case, the finer the pitch of the line and space pattern on the photomask, the larger the spread angle of the light diffracted by the photomask. If the line-and-space pattern pitch is finer than the cutoff frequency, the angle formed by two adjacent diffracted lights will be wider than the projection lens angle of view.

【０００８】このため、そのような微細なピッチの状態
では、フォトマスク上で発生した回折光は、そのうちの
１つしか投影レンズを通過しない。その結果、像投影面
には、１つの回折光しか到達しないので、像投影面上で
干渉が起こらず、光学像が形成されないことになる。Therefore, in such a fine pitch state, only one of the diffracted lights generated on the photomask passes through the projection lens. As a result, since only one diffracted light reaches the image projection surface, interference does not occur on the image projection surface and an optical image is not formed.

【０００９】また、投影レンズの見込み角以上に大きな
角度で回折した光を投影レンズに取り込むために、レン
ズの見込み角に相当する開口数の大きな投影レンズを用
いる方法がある。また、露光波長を短くして、フォトマ
スク上で起こる回折の角度を小さくする方法もある。し
かし、いずれの方法も、形成しようとするパタンがより
微細化してサブμｍサイズとなってゆくと（これは現在
実際に用いることができる露光光学系のカットオフ周波
数に近づいていくことになる）、コントラストが低下
し、焦点深度も小さくなり実用的でなくなる。Further, there is a method of using a projection lens having a large numerical aperture corresponding to the view angle of the lens in order to take in the light diffracted at a larger angle than the view angle of the projection lens into the projection lens. There is also a method of shortening the exposure wavelength to reduce the angle of diffraction that occurs on the photomask. However, in either method, if the pattern to be formed becomes finer and becomes sub-μm size (this approaches the cutoff frequency of the exposure optical system that can be actually used at present). , The contrast is lowered and the depth of focus is also reduced, which is not practical.

【００１０】これまでの説明をまとめると、通常の投影
露光では、より微細なパタンを形成しようとすると、実
用的な焦点深度を得ることができなくなってきており、
このため、焦点深度を犠牲にせずにパタンを微細化する
方法が必要となった。このような、焦点深度を犠牲にせ
ずにパタンを微細化する方法としては、位相シフトマス
クを用いる方法が提案されている（Levenson等 IEEE Tr
ansactions on electron device vol.ED-29(1982)）。
また、変形照明を用いる方法も提案されている（Matsuo
等 IEDM(1991)）。To summarize the above description, it is becoming difficult to obtain a practical depth of focus when forming a finer pattern in ordinary projection exposure.
Therefore, a method for making the pattern fine without sacrificing the depth of focus is needed. As a method of miniaturizing the pattern without sacrificing the depth of focus, a method using a phase shift mask has been proposed (Levenson et al. IEEE Tr.
ansactions on electron device vol.ED-29 (1982)).
A method using modified illumination has also been proposed (Matsuo
IEDM (1991)).

【００１１】これらの方法は、光軸に平行な方向に発生
するフォトマスクからの回折光を、光の位相を利用して
消去することにより、微細な周期パタンを１μｍ以上の
実用的な焦点深度をもって形成する方法である。また、
光軸と平行な方向に発生するフォトマスクからの回折光
を消去することによって、微細な周期パタンを１μｍ以
上の実用的な焦点深度をもって形成する別の方法とし
て、瞳フィルタ法が提案されている(J.E.Jewell et al.
SPIE Proceeding vol.1088 Optical/Laser Microlitho
graphy II (1989), 496)。また、パタンを微細化する効
果はないが、焦点深度を拡大する方法として、多重焦点
露光法も提案されている（Fukuda等 IEEE electron dev
ice letter vol.EDL-8(1987)）。According to these methods, a fine periodic pattern is erased by utilizing the phase of light to eliminate the diffracted light from the photomask generated in a direction parallel to the optical axis, and a practical depth of focus of 1 μm or more is obtained. It is a method of forming. Also,
A pupil filter method has been proposed as another method for forming a fine periodic pattern with a practical depth of focus of 1 μm or more by eliminating diffracted light from a photomask generated in a direction parallel to the optical axis. (JE Jewell et al.
SPIE Proceeding vol.1088 Optical / Laser Microlitho
graphy II (1989), 496). A multi-focus exposure method has also been proposed as a method of increasing the depth of focus, although it does not have the effect of making patterns finer (Fukuda et al. IEEE electron dev
ice letter vol.EDL-8 (1987)).

【００１２】まず、位相シフトマスクを用いる方法につ
いて説明する。図２４は、位相シフトマスクの構成を示
す断面図であり、２４１は石英ガラスなど透明体からな
る基板、２４２は基板２４１の表面に形成されたＣｒ膜
などからなる遮光部、２４３は遮光部２４２の間の光透
過部、２４４は透過部２４３の１つおきに形成されたシ
フタである。位相シフトマスクを用いる方法は、図２４
に示すように、位相シフトマスクにおいて隣り合う光透
過部２４３にシフタ２４４を形成し、１８０度の位相差
を設けることにより、像投影面の遮光部２４２に対応す
る部分での光強度を０にする方法である。First, a method using a phase shift mask will be described. FIG. 24 is a cross-sectional view showing the structure of the phase shift mask. 241 is a substrate made of a transparent material such as quartz glass, 242 is a light-shielding portion made of a Cr film or the like formed on the surface of the substrate 241, and 243 is a light-shielding portion 242. Light transmitting portions 244 between the two are shifters formed every other one of the transmitting portions 243. The method using the phase shift mask is shown in FIG.
As shown in FIG. 6, the shifter 244 is formed in the adjacent light transmitting portions 243 in the phase shift mask to provide a phase difference of 180 degrees, so that the light intensity at the portion corresponding to the light shielding portion 242 on the image projection surface is reduced to zero. Is the way to do it.

【００１３】この位相シフトマスクによる方法を、光の
回折の観点から説明する。図２５（ａ），図２５
（ｂ），図２５（ｃ）は、投影露光の構成を示す断面図
であり、２５１は照明光、２５１ａは角度をもって照射
する変形照明光、２５２はレベンソン（Ｌｅｖｅｎｓｏ
ｎ）型の位相シフトマスク、２５２ａは通常の遮光マス
ク、２５３，２５３Ａ，２５３Ｂは投影レンズ、２５４
は像投影面、２５５ａ，ｂはそれぞれ１次回折光および
−１次回折光、２５６ａ，ｂは±２次回折光、２５７
ａ，ｂは±３次回折光、２５９は瞳フィルタである。ま
た、図２５（ｂ）においては、２５５ｃが０次回折光、
２５６ｃは−１次回折光、２５７ｃは−２次回折光であ
る。A method using this phase shift mask will be described from the viewpoint of light diffraction. 25 (a), FIG.
25B and 25C are cross-sectional views showing the configuration of projection exposure, in which 251 is an illumination light, 251a is a modified illumination light that is irradiated at an angle, and 252 is a Levenson.
n) type phase shift mask, 252a is a normal light-shielding mask, 253, 253A and 253B are projection lenses, 254
Is an image projection plane, 255a and b are first-order diffracted light and −first-order diffracted light, 256a and b are ± second-order diffracted light, and 257, respectively.
Reference numerals a and b are ± 3rd-order diffracted lights, and 259 is a pupil filter. Further, in FIG. 25B, 255c is the 0th-order diffracted light,
256c is a -1st-order diffracted light and 257c is a -2nd-order diffracted light.

【００１４】図２５（ａ）において、上述した位相シフ
トマスク２５２によって生じる回折光は、図２５（ａ）
に示すように、光軸と平行な方向には生じない。これは
すなわち、フォトマスク面上での光の干渉によって光軸
に平行な０次の回折光を消去し、光軸に対して対称な方
向に発生する±１次回折光２５５ａ，ｂだけを投影レン
ズ２５３に導いて用い、像投影面２５４上に光学像を形
成していることを意味している。In FIG. 25A, the diffracted light generated by the phase shift mask 252 described above is shown in FIG.
, It does not occur in the direction parallel to the optical axis. This means that the 0th-order diffracted light parallel to the optical axis is eliminated by the interference of light on the photomask surface, and only the ± 1st-order diffracted light 255a, b generated in a direction symmetrical to the optical axis is projected onto the projection lens. It means that an optical image is formed on the image projection surface 254 by guiding it to 253.

【００１５】このことにより、マスク面上での光の干渉
により、光軸方向の回折光が発生しなくなり、光軸に対
して対称に発生する回折光だけが像投影面上で干渉して
光学像を形成することになる。光軸方向の回折光は、デ
フォーカスによりコントラストを劣化させる原因となる
ものである。このとき、像投影面２５４上で交渉し合う
光のなす角度は、投影レンズ２５３の見込み角いっぱい
までとることができる。As a result, due to the interference of light on the mask surface, diffracted light in the optical axis direction is not generated, and only diffracted light symmetrically generated with respect to the optical axis interferes on the image projection surface and is optically reflected. Will form an image. Diffracted light in the optical axis direction causes deterioration of contrast due to defocusing. At this time, the angles formed by the light negotiating on the image projection surface 254 can be set to the full angle of view of the projection lens 253.

【００１６】このような、光軸に対して等しい角度をも
った光が干渉する条件下に置いては、焦点位置を変化さ
せても光学像の光強度，形状に変化はない。このため、
上述のことによれば、解像度限界を投影光学系のカット
オフ周波数まで伸ばすことができ、微細なラインアンド
スペースパタンを深い焦点深度を持って形成することが
できる。Under such a condition that light having the same angle with respect to the optical axis interferes, the light intensity and shape of the optical image do not change even if the focal position is changed. For this reason,
According to the above, the resolution limit can be extended to the cutoff frequency of the projection optical system, and a fine line and space pattern can be formed with a deep depth of focus.

【００１７】しかし、この方法では、図２４に示すよう
に、位相シフトマスク上に透過光の位相を反転させるた
めのシフタを配置する必要がある。このために、マスク
制作の工程数が通常の遮光マスクに比べて増加する上
に、マスク上に透明材料からなるシフタが配置されるた
めにマスクの欠陥検査及び修正も困難となっている。こ
れに対し、図２５（ｂ）に示す変形照明光２５１ａを用
いる方法は、遮光マスク２５２ａに斜め方向から変形照
明光２５１ａを入射することにより、図２６に示すよう
に、遮光マスク２５２の隣り合う光透過部２６１ａに１
８０度の位相差を設け、遮光部２６１ｂの像投影面上に
対応する部分での光強度を０にする方法である。However, in this method, as shown in FIG. 24, it is necessary to dispose a shifter for inverting the phase of the transmitted light on the phase shift mask. For this reason, the number of mask manufacturing steps is increased as compared with a normal light-shielding mask, and since a shifter made of a transparent material is arranged on the mask, defect inspection and repair of the mask are difficult. On the other hand, in the method using the modified illumination light 251a shown in FIG. 25B, the modified illumination light 251a is incident on the light shielding mask 252a from an oblique direction, so that the light shielding masks 252 are adjacent to each other as shown in FIG. 1 in the light transmission part 261a
This is a method in which a phase difference of 80 degrees is provided and the light intensity at the portion of the light shield 261b corresponding to the image projection surface is set to zero.

【００１８】この方法は、上に述べた位相シフトマスク
と同様に、周期パタンに特に効果がある。そして、従来
よりも微細なパタンを焦点深度を有して形成することが
可能となる。また、通常の光露光で用いられている、Ｃ
ｒなどを遮光体とした遮光マスクを用いるため、位相シ
フトマスクを用いる場合のようなマスク作製における困
難はない。This method is particularly effective for the periodic pattern, as is the case with the phase shift mask described above. Then, it becomes possible to form a finer pattern than the conventional one with a depth of focus. In addition, C, which is used in ordinary light exposure,
Since a light-shielding mask using r as a light-shielding body is used, there is no difficulty in mask production as in the case of using a phase shift mask.

【００１９】この方法における回折光の方向は、図２５
（ｂ）に示した方向である。この回折光の方向は、図２
５（ａ）に示した方向と同じである。すなわち、変形照
明を用いる方法においても、位相シフトマスクを用いた
場合と同様に、光軸に平行な方向の回折光が生じずに、
光軸に対して等しい角度をもった回折光を用いて像を形
成する方法である。しかし、この方法では、照明光の入
射方向と周期パタンの繰り返し方向に密接な関係がある
ため、全ての方向のパタンに対して焦点深度を向上させ
ることはできない。The direction of diffracted light in this method is shown in FIG.
It is the direction shown in (b). The direction of this diffracted light is shown in FIG.
This is the same as the direction shown in FIG. That is, also in the method using the modified illumination, as in the case of using the phase shift mask, the diffracted light in the direction parallel to the optical axis does not occur,
This is a method of forming an image using diffracted light having an equal angle with respect to the optical axis. However, in this method, since the incident direction of the illumination light and the repeating direction of the periodic pattern have a close relationship, the depth of focus cannot be improved for patterns in all directions.

【００２０】たとえば、図２７の斜視図に示すように、
マスク２７０上のパタン２７１は、同図中に示す方向か
らの照明光２７２により像投影面における焦点深度を拡
大することができる。この照明光２７２は、パタン２７
１と９０度の角度をなすパタン２７３に対しては、繰り
返し方向に対して垂直な方向から入射する。このため、
パタン２７３に対しては、隣り合う光透過部に位相差が
生じなく、焦点深度の向上は行われない。このように、
変形照明を用いる方法は、周期パタンの周期方向に依存
性がある。For example, as shown in the perspective view of FIG.
The pattern 271 on the mask 270 can expand the depth of focus on the image projection plane by the illumination light 272 from the direction shown in the figure. This illumination light 272 is a pattern 27.
The pattern 273 that forms an angle of 1 with 90 degrees is incident from a direction perpendicular to the repeating direction. For this reason,
With respect to the pattern 273, a phase difference does not occur between adjacent light transmitting portions, and the depth of focus is not improved. in this way,
The method using the modified illumination depends on the periodic direction of the periodic pattern.

【００２１】このようなパタンの方向依存性をなくすた
めに、輪帯形状の照明が提案されている。しかし、この
照明形状は、パタンの方向依存性を平均化しただけであ
るので、その焦点深度拡大の効果は、最適な照明形状の
場合に比べて劣化し、十分な焦点深度は得られない。In order to eliminate such direction dependence of the pattern, ring-shaped illumination has been proposed. However, since this illumination shape only averages the direction dependence of the pattern, the effect of expanding the depth of focus deteriorates compared to the case of the optimum illumination shape, and a sufficient depth of focus cannot be obtained.

【００２２】また、瞳フィルタ法は、図２５（ｃ）に示
すように、投影レンズ２５３Ａの瞳面に遮光フィルタ
（瞳フィルタ）２５９を挿入することにより、光軸に平
行な方向にフォトマスク２５２から回折した光を遮光す
る方向である。この結果、像面上には光軸に対して対称
な方向に回折した±１次回折光だけが到達し、これらが
干渉しあう。このため、位相シフトマスクや変形照明法
のように、微細な周期パタンを実用的な焦点深度を持っ
て形成することができる。Further, in the pupil filter method, as shown in FIG. 25 (c), a light blocking filter (pupil filter) 259 is inserted in the pupil plane of the projection lens 253A, so that the photomask 252 is parallel to the optical axis. This is the direction in which the light diffracted from is blocked. As a result, only the ± first-order diffracted lights diffracted in a direction symmetrical with respect to the optical axis reach the image plane, and these interfere with each other. Therefore, it is possible to form a fine periodic pattern with a practical depth of focus as in a phase shift mask or a modified illumination method.

【００２３】しかしながら、この方法は、投影レンズの
瞳面に遮光フィルタ２５９を挿入し、フォトマスクによ
って散乱されずに透過する強度の強い０次の回折光を遮
光する。このため、まず、遮光フィルタの発熱がレンズ
の倍率や収差を変化させてしまうという問題がある。ま
た、フォトマスク上でパタンのない領域が必ず遮光領域
となるといった、パタン設計上の問題がある。However, in this method, the light blocking filter 259 is inserted in the pupil plane of the projection lens to block the 0th-order diffracted light having a high intensity which is transmitted without being scattered by the photomask. Therefore, first, there is a problem that the heat generation of the light shielding filter changes the magnification and aberration of the lens. In addition, there is a problem in pattern design that a region having no pattern on the photomask is always a light-shielding region.

【００２４】一方、像投影面位置を焦点位置からずらし
て、複数回の露光を行う多重焦点露光法（ＦＬＥＸ法）
がある。この方法は、特に孤立パタンに対して効果があ
る。孤立パタンでは、光強度がデフォーカスによって劣
化する。したがって、焦点位置からずらした複数の位置
で露光した場合、デフォーカス位置での露光は光学像の
強度が小さくなり、パタン形成にほとんど関与しなくな
る。そして、多重焦点露光を行うことで、その中のベス
トフォーカス位置に最も近い焦点位置での露光となる部
分のパタンが形成されていくことになる。このため、デ
フォーカス依存性の少ないパタン形成が行える。On the other hand, a multi-focus exposure method (FLEX method) in which the image projection plane position is shifted from the focus position to perform multiple exposures
There is. This method is particularly effective for isolated patterns. In the isolated pattern, the light intensity deteriorates due to defocus. Therefore, when exposure is performed at a plurality of positions deviated from the focus position, exposure at the defocus position reduces the intensity of the optical image and hardly contributes to pattern formation. Then, by performing the multi-focus exposure, the pattern of the portion to be exposed at the focus position closest to the best focus position among them is formed. Therefore, it is possible to form a pattern with little defocus dependence.

【００２５】ただし、この多重焦点露光法は、前述した
２つの方法のように、焦点深度を原理的に無限大にする
方法ではない。また、デフォーカス位置での光強度が、
ベストフォーカス位置での光強度に加算されるために、
光学像のコントラストはベストフォーカス位置における
光学像より低下する。このためこの多重焦点露光法で
は、サブμｍ以下のパタンの微細化には対応できない。However, this multi-focus exposure method is not a method that in principle makes the depth of focus infinite unlike the above-mentioned two methods. Also, the light intensity at the defocus position is
In order to add to the light intensity at the best focus position,
The contrast of the optical image is lower than that of the optical image at the best focus position. Therefore, this multi-focus exposure method cannot cope with the miniaturization of patterns of sub-μm or less.

【００２６】また、ラインアンドスペースパタンのよう
な周期パタンの場合には、孤立パタンの場合と異なり、
露光強度の劣化が起こらず、図２３に示したように、デ
フォーカスによって光学像のコントラストの劣化だけが
起こる。このため、焦点位置からずれた複数の位置にお
いて露光を行うと、デフォーカス位置でのコントラスト
が劣化したような像が、ベストフォーカス位置での像に
ほぼ等しい強度で重ね合わされることになる。すなわ
ち、多重焦点露光法では、前述したような焦点深度を拡
大する効果が得られない。Further, in the case of a periodic pattern such as the line and space pattern, unlike the case of the isolated pattern,
The exposure intensity does not deteriorate, and only the contrast of the optical image deteriorates due to defocusing, as shown in FIG. Therefore, when exposure is performed at a plurality of positions deviated from the focus position, an image in which the contrast at the defocus position is deteriorated is superimposed with the image at the best focus position with substantially the same intensity. That is, the multi-focus exposure method cannot obtain the effect of expanding the depth of focus as described above.

【００２７】[0027]

【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、位相シフトマスクを用いる方法で
は、シフタを形成するなどフォトマスク作製が大変であ
るという問題があった。また、変形照明を用いる方法で
は、上述したようにパタンの方向依存性があったり、十
分な焦点深度が得られないという問題があった。また、
瞳フィルタを用いる方法では、投影レンズ内の発熱やパ
タンの制限があるという問題があった。また、多重焦点
露光法では、パタンの微細化に対しては効果がなく、周
期パタンに対しては焦点深度を拡大する効果が得られな
いという問題があった。Since the conventional structure is as described above, the method using the phase shift mask has a problem that it is difficult to manufacture a photomask such as forming a shifter. Further, the method using the modified illumination has a problem that the pattern has direction dependency as described above and that a sufficient depth of focus cannot be obtained. Also,
The method using the pupil filter has a problem that heat generation and patterns in the projection lens are limited. Further, the multi-focus exposure method has a problem that it has no effect on the miniaturization of the pattern and cannot obtain the effect of enlarging the depth of focus on the periodic pattern.

【００２８】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、所望の焦点深度を持って
微細な周期パタンを容易に露光できるようにすることを
目的とする。また、ウエハ上に形成する周期パタンを、
方向依存性なしに従来より正確に形成できるようにする
ことを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to easily expose a fine periodic pattern with a desired depth of focus. In addition, the periodic pattern formed on the wafer is
It is an object of the present invention to be able to form more accurately than before without direction dependency.

【００２９】[0029]

【課題を解決するための手段】第１に、この発明の投影
露光方法は、周期マスクパタンの投影光学系の結像面に
おける周期Ｌが、照明光源の露光波長λを２倍して投影
光学系の開口数ＮＡで割った値以下のとき、まず、ウエ
ハを所定の第１の位置において、コヒーレンシが０．３
以下の照明光をフォトマスクに照射して主露光を行う。
この次に、その第１の位置より光軸方向にΔ＝λ／［２
｛１−（１-λ2／Ｌ2）1/2｝］ずつ離れていく複数の位
置のなかで、少なくとも１箇所以上においてコヒーレン
シが０．３以下の照明光をフォトマスクに照射して副露
光を行い周期Ｌの半分の周期となっている周期パタンを
ウエハ上に形成することを特徴とする。 以上のことに
より、フォトマスクを透過した０次および±１次の回折
光により形成される、フォトマスクの周期マスクパタン
の結像面における周期と同じピッチの光学像は、光軸上
でΔだけ離れた位置の光学像を重ね合わせることで消去
される。First, according to the projection exposure method of the present invention, the period L on the image plane of the projection optical system of the periodic mask pattern is doubled by the exposure wavelength λ of the illumination light source. When the value is less than or equal to the value obtained by dividing by the numerical aperture NA of the system, first, the coherency is 0.3 at the predetermined first position of the wafer.
Main exposure is performed by irradiating the photomask with the following illumination light.
Next, from the first position, Δ = λ / [2 in the optical axis direction
{1- (1-λ 2 / L 2 ) 1/2 }] Among a plurality of positions separated by a distance, at least one or more positions are irradiated with illumination light having a coherency of 0.3 or less on a photomask to be a sub-light. It is characterized in that exposure is performed to form a periodic pattern having a half cycle of the cycle L on the wafer. As a result, the optical image formed by the 0th order light and the ± 1st order diffracted light transmitted through the photomask and having the same pitch as the cycle on the image plane of the periodic mask pattern of the photomask is Δ on the optical axis. It is erased by superimposing optical images at distant positions.

【００３０】また、第２に、この発明の投影露光方法
は、周期マスクパタンの投影光学系の結像面における周
期Ｌが、照明光源の露光波長λを２倍して投影光学系の
開口数ＮＡで割った値以下のとき、ウエハを所定の第１
の位置から光軸方向にΔ＝λ／［２｛１−（１-λ2／Ｌ
2）1/2｝］の整数倍だけ離れた第２の位置まで、コヒー
レンシが０．３以下の照明光をフォトマスクに照射し続
けて露光を行い、周期Ｌの半分の周期となっている周期
パタンをウエハ上に形成することを特徴とする。このこ
とにより、周期パタンを投影する像投影面上で周期方向
にその周期の半分だけずらした位置の光学像を合成する
ことで、上述の第１と同様に、周期と同じピッチの光学
像は消去される。Secondly, in the projection exposure method of the present invention, the period L on the image plane of the projection optical system of the periodic mask pattern is doubled the exposure wavelength λ of the illumination light source to obtain the numerical aperture of the projection optical system. When the value is less than or equal to the value divided by NA, the wafer is set
In the optical axis direction from the position of Δ = λ / [2 {1- (1-λ 2 / L
2 ) 1/2 }] is separated by an integral multiple and the exposure is continued by irradiating the photomask with illumination light having a coherency of 0.3 or less, which is half the cycle L. A feature is that a periodic pattern is formed on a wafer. Thus, by synthesizing the optical image at a position shifted by half the period in the periodic direction on the image projection surface for projecting the periodic pattern, an optical image having the same pitch as the period can be obtained, as in the above-described first case. Erased.

【００３１】加えて、第３に、用いるフォトマスクにお
いて、その周期マスクパタンの透過率を周期方向に平均
化することによって得られる平均透過率が、周期マスク
パタンの周期性を有する方向と垂直な方向の端部におい
て、端部に近いほど高くなるように変化していることを
特徴とする。このように、周期マスクパタンの透過率を
周期方向に平均化することによって得られる平均透過率
が、周期マスクパタンの周期性を有する方向と垂直な方
向の端部において、端部に近いほど高くなるように変化
しているので、周期マスクパタン端部から回折光が発生
し難くなる。また、第４に、その周期マスクパタンから
の回折光の中で、周期マスクパタンの周期性をもつ方向
と垂直な方向の波数を、投影光学系の瞳面上で制限する
ことを特徴とする。このように、周期マスクパタンから
の回折光の中で、周期マスクパタンの周期性をもつ方向
と垂直な方向の波数を、投影光学系の瞳面上で制限する
ので、前述第３と同様に、周期マスクパタンの端部から
の回折光が結像面に到達し難くなる。In addition, thirdly, in the photomask used, the average transmittance obtained by averaging the transmittance of the periodic mask pattern in the periodic direction is perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern. It is characterized in that the end portion in the direction changes so as to become higher as it is closer to the end portion. Thus, the average transmittance obtained by averaging the transmittance of the periodic mask pattern in the periodic direction is higher at the end portion in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern, the closer to the end portion. Therefore, it is difficult for diffracted light to be generated from the end portion of the periodic mask pattern. Fourthly, in the diffracted light from the periodic mask pattern, the wave number in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern is limited on the pupil plane of the projection optical system. . Thus, in the diffracted light from the periodic mask pattern, the wave number in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern is limited on the pupil plane of the projection optical system. It becomes difficult for the diffracted light from the end of the periodic mask pattern to reach the image plane.

【００３２】一方、この発明の投影露光装置は、コヒー
レンシが０．３以下の照明光源と、周期マスクパタンの
結像面における周期Ｌと照明光源の波長λにより、Δ＝
λ／［２｛１−（１-λ2／Ｌ2）1/2｝］を算出し、ウエ
ハ上の像投影面と投影光学系の結像面とが、主露光時に
光軸上で所定の距離離れた位置関係にあり、副露光は、
この主露光の位置関係から光軸上でΔだけ異なった位置
関係となるように制御する光学制御手段とを備え、ウエ
ハ上の像投影面と投影光学系の結像面とが、主露光の位
置関係と副露光の位置関係となった状態で露光を行うこ
とを特徴とする。このため、この投影露光装置によれ
ば、光軸上でΔだけ離れた位置の光学像と重ね合わせて
露光され、フォトマスクを透過した０次および±１次の
回折光により形成される、フォトマスクの周期マスクパ
タンの結像面における周期と同じピッチの光学像は消去
される。また、光学制御手段が、主露光の位置関係か
ら、副露光の位置関係までウエハ上の像投影面と投影光
学系の結像面の相対位置を変化させている間、照明光源
を照射し続ける連続露光手段を備えるようにした。この
ため上述と同様に、フォトマスクの周期マスクパタンの
結像面における周期と同じピッチの光学像を消去するこ
とができる。On the other hand, in the projection exposure apparatus of the present invention, Δ = by the illumination light source having a coherency of 0.3 or less, the period L on the image plane of the periodic mask pattern and the wavelength λ of the illumination light source.
λ / [2 {1- (1-λ 2 / L 2 ) 1/2 }] is calculated, and the image projection plane on the wafer and the image plane of the projection optical system are predetermined on the optical axis during the main exposure. The sub-exposure is
Optical control means for controlling the positional relationship of the main exposure so as to differ by Δ on the optical axis is provided, and the image projection surface on the wafer and the imaging surface of the projection optical system are It is characterized in that the exposure is performed in a state where the positional relationship and the sub-exposure positional relationship are established. Therefore, according to this projection exposure apparatus, the photo image formed by the 0th order and ± 1st order diffracted light which is exposed by being superposed on the optical image at the position separated by Δ on the optical axis and is transmitted through the photomask. The optical image having the same pitch as the period on the image plane of the periodic mask pattern of the mask is erased. Further, while the optical control means changes the relative position of the image projection surface on the wafer and the image formation surface of the projection optical system from the positional relationship of the main exposure to the positional relationship of the sub-exposure, the illumination light source is continuously irradiated. A continuous exposure means was provided. Therefore, similarly to the above, it is possible to erase the optical image having the same pitch as the period on the image plane of the periodic mask pattern of the photomask.

【００３３】[0033]

【発明の実施の形態】まず、はじめに、この発明の概要
について説明する。図１は、投影露光の構成を示す断面
図である。同図において、１は照明光、２はフォトマス
ク、３はフォトマスク２を透過した照明光１の０次回折
光、４ａはフォトマスク２を透過した照明光１の１次回
折光、４ｂは同様に−１次回折光、５ａは２次回折光、
５ｂは−２次回折光、６ａは３次回折光、６ｂは−３次
回折光、７はフォトマスク２を透過したパタン光を投影
露光する投影レンズ、８は投影レンズ７によりフォトマ
スク２上のパタンが投影される像投影面である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, the outline of the present invention will be described. FIG. 1 is a sectional view showing the configuration of projection exposure. In the figure, 1 is illumination light, 2 is a photomask, 3 is the 0th-order diffracted light of the illumination light 1 that has passed through the photomask 2, 4a is the 1st-order diffracted light of the illumination light 1 that has passed through the photomask 2, and 4b is the same. -1st order diffracted light, 5a is 2nd order diffracted light,
5b is a −2nd order diffracted light, 6a is a 3rd order diffracted light, 6b is a −3rd order diffracted light, 7 is a projection lens for projecting and exposing the pattern light transmitted through the photomask 2, and 8 is a pattern on the photomask 2 by the projection lens 7. It is an image projection plane to be projected.

【００３４】フォトマスク２上のラインアンドスペース
パタンに垂直に照明光１を入射した場合、図１に示すよ
うに、０次回折光３，±１次回折光４ａ，４ｂ，さらに
高次の回折光である±２次回折光５ａ，５ｂや±３次回
折光６ａ，６ｂが生じる。これらの回折光が、投影レン
ズ７を通過した後に像投影面８上で再び干渉することに
より、像投影面８にフォトマスク２上のラインアンドス
ペースパタンが結像形成される。なお、高次の回折光
は、図１からも明らかなように、投影レンズ７を通らな
いため、像投影面上のパタン形成に寄与しない。そし
て、ラインアンドスペースパタンのピッチが狭くなるに
つれて、回折光の回折角度が大きくなり、このため、従
来の技術の欄で説明したように、垂直入射照明では、
０．５λ／ＮＡ以下の寸法のラインアンドスペースパタ
ンは形成されない。When the illumination light 1 is vertically incident on the line-and-space pattern on the photomask 2, as shown in FIG. 1, the 0th-order diffracted light 3, the ± 1st-order diffracted lights 4a, 4b, and the higher-order diffracted lights are generated. Certain ± second-order diffracted lights 5a and 5b and ± third-order diffracted lights 6a and 6b are generated. These diffracted lights again interfere with each other on the image projection surface 8 after passing through the projection lens 7, whereby a line-and-space pattern on the photomask 2 is formed on the image projection surface 8. As is apparent from FIG. 1, the high-order diffracted light does not pass through the projection lens 7 and therefore does not contribute to the pattern formation on the image projection plane. Then, as the pitch of the line-and-space pattern becomes narrower, the diffraction angle of the diffracted light becomes larger. Therefore, as described in the section of the prior art, in normal incidence illumination,
No line and space pattern with a size of 0.5λ / NA or less is formed.

【００３５】ここで、結像面におけるパタン寸法Ｌ（パ
タンピッチ２Ｌ）が０．５λ／ＮＡから１．０λ／ＮＡ
のラインアンドスペースパタンを、投影露光する場合に
ついて考える。この、０．５λ／ＮＡから１．０λ／Ｎ
Ａという寸法領域となるラインアンドスペースパタンを
垂直入射光で照明した場合、０次および±１次の回折光
が、投影レンズを透過して像投影面上に光学像を形成す
る。Here, the pattern dimension L (pattern pitch 2L) on the image plane is from 0.5λ / NA to 1.0λ / NA.
Consider the case of projecting and exposing the line and space pattern of. This 0.5λ / NA to 1.0λ / N
When a line-and-space pattern, which is a size region of A, is illuminated with vertically incident light, the 0th-order and ± 1st-order diffracted lights pass through the projection lens to form an optical image on the image projection surface.

【００３６】この場合の像投影面上の光強度は、以下の
（１）式で示される。ただし、像投影面上の位置をｘ、
デフォーカスをｚ、像投影面上の光振幅をＵ（ｘ，
ｚ）、０次および±１次の回折光の振幅をａ０，ａ１、
照明光の波数をｋ０、回折光の波数のｘ成分をｋ，ｚ成
分をｋ’とした。 Ｉ（ｘ，ｚ）＝｜Ｕ（ｘ，ｚ）｜2 ＝｜ａ0ｅik0z＋ａ1ｅikx+ik'z＋ａ1ｅ-ikx+ik'z｜2 ＝｜ａ0＋２ａ1ｅi(k'-k0)zcosｋｘ｜2 ＝ａ02＋４ａ0ａ1cosｋｘcos（ｋ0−ｋ’）ｚ＋４ａ12cos2ｋｘ ＝（ａ02＋２ａ12）＋４ａ0ａ1cosｋｘcos（ｋ0−ｋ’）ｚ ＋２ａ12cos２ｋｘ・・・・（１）The light intensity on the image projection plane in this case is expressed by the following equation (1). However, the position on the image projection plane is x,
Defocus is z, and light amplitude on the image projection plane is U (x,
z), the amplitudes of the 0th order and ± 1st order diffracted light are a0, a1,
The wave number of the illumination light is k0, the x component of the diffracted light wave number is k, and the z component thereof is k '. I (x, z) = | U (x, z) | 2 = | a0e ik0z + a1e ikx + ik'z + a1e -ikx + ik'z | 2 = | a0 + 2a1e i (k'-k0) z coskx | 2 = a0 2 + 4a0a1coskxcos (k0-k ') z + 4a1 2 cos 2 kx = (a0 2 + 2a1 2) + 4a0a1coskxcos (k0-k') z + 2a1 2 cos2kx ···· (1)

【００３７】ここで、（１）式の第２項は、マスクパタ
ンと同じピッチ２Ｌの周期を持つ光学像を表す。この
（１）式の第２項は、０次回折光と１次回折光（あるい
は−１次回折光）の干渉によって生じる項であり、デフ
ォーカスｚに依存する。また、（１）式の第３項は、マ
スクパタンの半分のピッチであるＬの周期を持つ光学像
である。この（１）式の第３項は、１次回折光と−１次
回折光の干渉によって生じる項であり、デフォーカスｚ
に依存しない。Here, the second term of the equation (1) represents an optical image having the same pitch 2L period as the mask pattern. The second term of the equation (1) is a term generated by the interference between the 0th-order diffracted light and the 1st-order diffracted light (or the -1st-order diffracted light), and depends on the defocus z. Further, the third term of the equation (1) is an optical image having a period of L which is half the pitch of the mask pattern. The third term of the equation (1) is a term generated by the interference between the first-order diffracted light and the −1st-order diffracted light, and the defocus z
Does not depend on

【００３８】ここで、（１）式において、デフォーカス
依存性をなくすためには、第２項を消去すればよい。こ
の、第２項を消去するためには、フォーカス位置を（ｋ
０−ｋ’）Δ＝πを満たすΔだけずらした光学像Ｉ
（ｘ，ｚ＋Δ）と、上述した結像面を像投影面としたと
きの光学像Ｉ（ｘ，ｚ）を重ね合わせればよい。なお、
光学像Ｉ（ｘ，ｚ＋Δ）は、以下の（２）式で示され
る。 Ｉ（ｘ，ｚ＋Δ）＝（ａ02＋２ａ12） ＋４ａ0ａ1cosｋｘcos（（ｋ0−ｋ’）（ｚ＋Δ）） ＋２ａ12cos２ｋｘ ＝（ａ02＋２ａ12） −４ａ0ａ1cosｋｘcos（ｋ0−ｋ’）ｚ ＋２ａ12cos２ｋｘ・・・・（２）Here, in the equation (1), in order to eliminate the defocus dependency, the second term may be deleted. In order to erase the second term, the focus position is set to (k
0-k ′) Optical image I shifted by Δ satisfying Δ = π
It suffices to superimpose (x, z + Δ) and the optical image I (x, z) when the above-mentioned image plane is the image projection plane. In addition,
The optical image I (x, z + Δ) is represented by the following equation (2). I (x, z + Δ) = (a0 2 + 2a1 2 ) + 4a0 a1coskxcos ((k0-k ') (z + Δ)) + 2a1 2 cos2kx = (a0 2 + 2a1 2 ) -4a0a1coskxcos (k0-k') z + 2a1 2 co・ (2)

【００３９】このため、像が重ね合わされた後の、像投
影面における光強度は、以下の（３）式で示される。 Ｉ（ｘ，ｚ）＋Ｉ（ｘ，ｚ＋Δ） ＝２（ａ02＋２ａ12）＋４ａ12cos２ｋｘ・・・・（３）Therefore, the light intensity on the image projection plane after the images are superposed is represented by the following equation (3). I (x, z) + I (x, z + Δ) = 2 (a0 2 + 2a1 2 ) + 4a1 2 cos2kx ... (3)

【００４０】像の重ね合わせは、デフォーカスｚにて１
回露光した後、ウエハをΔだけ光軸方向に移動して再度
露光することによって行えばよい。他の方法として、投
影光学系の結像面を光軸方向にシフトさせることによ
り、相対的に、ウエハを光軸方向にΔだけずらしてか
ら、再度露光することによっても行うこともできる。こ
のようにすれば、露光されるフォトレジストはＩ（ｘ，
ｚ）＋Ｉ（ｘ，ｚ＋Δ）の光を吸収することになり、パ
タンピッチＬのラインアンドスペース像をデフォーカス
ｚに依存することなく形成することができる。Image superposition is 1 at defocus z.
After the exposure is performed once, the wafer may be moved by Δ in the optical axis direction and exposed again. As another method, the image plane of the projection optical system may be shifted in the optical axis direction to relatively shift the wafer in the optical axis direction by Δ, and then the exposure may be performed again. In this way, the exposed photoresist is I (x,
Since the light of z) + I (x, z + Δ) is absorbed, the line-and-space image having the pattern pitch L can be formed without depending on the defocus z.

【００４１】また、（１）式の第２項を消去すること
は、以下のどちらかの方法によってもなされる。 （１）式をｚに関してΔの整数倍だけ積分する。 あるいは、（１）式をｘに関してπ／ｋの整数倍だけ
ずらした光学像Ｉ（ｘ＋π／ｋ，ｚ）とＩ（ｘ，ｚ）を
足し合わせる。Further, the elimination of the second term of the equation (1) can be done by either of the following methods. The expression (1) is integrated with respect to z by an integral multiple of Δ. Alternatively, the optical image I (x + π / k, z) obtained by shifting the equation (1) with respect to x by an integer multiple of π / k is added to I (x, z).

【００４２】このように、この発明は、まず、フォトマ
スク２で生じた０次回折光３および±１次回折光４ａ，
４ｂを像投影面８上に投影させ、０次回折光３と１次回
折光４ａ（あるいは−１次回折光４ｂ）を干渉させる。
そして、この干渉によって生じる、フォトマスク２上の
マスクパタンの結像面におけるピッチの、光学像の光強
度（（１）式の第２項）を、上述した手法で消去するこ
とにより、結像面におけるマスクパタンピッチの半分の
ピッチとなっている光学像をデフォーカスｚに依存せず
に像投影面８上に形成するものである。As described above, according to the present invention, first, the 0th-order diffracted light 3 and the ± 1st-order diffracted light 4a generated in the photomask 2,
4b is projected on the image projection surface 8, and the 0th-order diffracted light 3 and the 1st-order diffracted light 4a (or the -1st-order diffracted light 4b) are caused to interfere with each other.
Then, the light intensity of the optical image (the second term of the equation (1)) of the pitch on the image plane of the mask pattern on the photomask 2 caused by this interference is erased by the above-described method to form an image. The optical image having a half pitch of the mask pattern pitch on the surface is formed on the image projection surface 8 without depending on the defocus z.

【００４３】図２（ａ），図２（ｂ）は、フォトマスク
とそのパタンが転写された状態を示す断面図である。図
２（ａ）において、２１はフォトマスク、２２はフォト
マスク２１を用いて従来の方法により形成したレジスト
パタン、２３はウエハである。また、図２（ｂ）におい
て、２２ａはフォトマスク２１を用いて上述したように
この発明により形成したレジストパタンである。そし
て、図２（ｃ）は、像投影面における光強度の分布を示
す特性図であり、２４はフォトマスク２１を用いた従来
の露光方法による光強度、２５はフォトマスク２１を用
いた本発明による光強度である。FIGS. 2A and 2B are sectional views showing a state in which the photomask and its pattern are transferred. In FIG. 2A, 21 is a photomask, 22 is a resist pattern formed by the conventional method using the photomask 21, and 23 is a wafer. Further, in FIG. 2B, 22a is a resist pattern formed by the present invention as described above using the photomask 21. 2C is a characteristic diagram showing the distribution of the light intensity on the image projection plane, where 24 is the light intensity according to the conventional exposure method using the photomask 21, and 25 is the present invention using the photomask 21. Is the light intensity.

【００４４】図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、本
発明によれば、従来の半分のピッチとなっているライン
アンドスペースパタンが形成される。また、上記の方
法を除けば、光軸に対して対称であるために、本発明で
は、変形照明を用いた場合のようなパタンの方向依存性
はない。本方法は、０次，±１次回折光の３光束干渉条
件で露光することが重要な条件となる。As shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c), according to the present invention, a line-and-space pattern having a pitch half that of the conventional one is formed. Further, except for the above-mentioned method, since it is symmetric with respect to the optical axis, the present invention does not have the direction dependence of the pattern as in the case of using modified illumination. In this method, it is an important condition that the exposure is performed under the condition of three-beam interference of 0th order and ± 1st order diffracted light.

【００４５】ところで、照明光のマスクに対する入射角
度が大きい場合には、１次回折光と−１次回折光の位相
の焦点位置依存性が等しくならないために、（１）式に
おいて、第２項を完全に消すことができない。このた
め、照明光は垂直に入射する必要があり、このために、
照明光のコヒーレンシは０．３以下にする必要がある。
また、前述した従来の多重露光法が、ラインアンドスペ
ースパタンの焦点深度の向上、および、パタンの微細化
に効果がないのに対し、本方法は、通常の露光法では得
られない微細な周期パタンを、光が干渉し合う範囲にお
いて原理的に無限大の焦点深度をもって形成することが
できる。By the way, when the incident angle of the illumination light with respect to the mask is large, the dependence of the phases of the first-order diffracted light and the minus first-order diffracted light on the focal position is not equal. I can't erase it. For this reason, the illumination light must be incident vertically, and for this,
The coherency of illumination light needs to be 0.3 or less.
Further, while the conventional multiple exposure method described above is not effective in improving the depth of focus of the line-and-space pattern and miniaturizing the pattern, this method has a fine cycle that cannot be obtained by the normal exposure method. In principle, the pattern can be formed with an infinite depth of focus in the range where the lights interfere with each other.

【００４６】以下この発明の実施形態を図を参照して説
明する。 実施形態１．この実施形態１においては、露光波長λ，
開口数ＮＡで倍率が１／５倍の投影レンズを用いて、
０．２５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタンを形成
する場合について述べる。また、この実施形態１では、
照明はコヒーレント光の垂直入射を用い、マスクパタン
として０．５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタンを
用いた。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Embodiment 1. In the first embodiment, the exposure wavelength λ,
Using a projection lens with a numerical aperture NA and a magnification of 1/5,
A case of forming a line and space pattern of 0.25λ / NA will be described. In addition, in the first embodiment,
For illumination, vertical incidence of coherent light was used, and a 0.5λ / NA line-and-space pattern was used as a mask pattern.

【００４７】焦点位置のシフト量Δは、以下の（４）式
で与えられる。ただし、ここでは、マスクパタンピッチ
に倍率（縮小投影率）をかけた値をＬとした。 Δ＝λ／［２｛１−（１-ＮＡ2ｋ2）1/2｝］ ｋ＝λ／ＮＡ／Ｌ ・・・・（４） つまり、この実施形態１の場合には、ｋ＝１．０を
（４）式に代入すればよい。The shift amount Δ of the focal position is given by the following equation (4). However, here, the value obtained by multiplying the mask pattern pitch by the magnification (reduced projection rate) is L. Δ = λ / [2 {1- (1-NA 2 k 2 ) 1/2 }] k = λ / NA / L (4) That is, in the case of the first embodiment, k = 1. .0 may be substituted into the equation (4).

【００４８】これを具体化するためには、たとえば、Ｎ
Ａ＝０．５のＫｒＦ露光（エキシマレーザ光源：波長
０．２４８μｍ）を用いる場合と、ＮＡ＝０．５のｇ線
露光を用いる場合がある。ＮＡ＝０．５のＫｒＦ露光を
用いて、０．１２５μｍのラインアンドスペースパタン
を形成する場合には、Δ＝０．９３３μｍである。ま
た、ＮＡ＝０．５のｇ線露光を用いて０．２１８μｍの
ラインアンドスペースパタンを形成する場合には、Δ＝
１．６２７μｍとなる。To embody this, for example, N
There is a case where KrF exposure with A = 0.5 (excimer laser light source: wavelength 0.248 μm) is used and a case where g-line exposure with NA = 0.5 is used. When a 0.125 μm line-and-space pattern is formed using KrF exposure with NA = 0.5, Δ = 0.933 μm. When a 0.218 μm line-and-space pattern is formed using g-line exposure with NA = 0.5, Δ =
It becomes 1.627 μm.

【００４９】まず、ＮＡ＝０．５のｇ線露光を使用し、
かつフォトマスク上で２．１８μｍのラインアンドスペ
ースパタンを用いて、ウエハ上に０．２１８μｍのライ
ンアンドスペースパタンを形成する場合を説明する。一
般に、ｇ線に感光する高解像ｇ線レジストは、露光光が
照射されることによって露光光の透過率が増加する性質
を持つ。ここでは、透過率が約３０％変化するｇ線レジ
ストＴＳＭＲｖ３（東京応化工業株式会社製）を用いた
場合を例に説明する。First, using g-line exposure with NA = 0.5,
A case will be described in which a line and space pattern of 2.18 μm is used on the photomask to form a line and space pattern of 0.218 μm on the wafer. Generally, a high-resolution g-line resist that is sensitive to g-line has the property of increasing the transmittance of the exposure light when it is irradiated with the exposure light. Here, a case where a g-line resist TSMRv3 (manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) whose transmittance changes by about 30% is used will be described as an example.

【００５０】まず、マスクパタンを１回露光（主露光）
し、その後、基板（ウエハ）をΔ＝１．６２７μｍだけ
光軸方向に移動して２回目の露光（副露光）を行った。
図３は、１回目の露光と２回目の露光の露光量を等しく
した場合の、ウエハ３１上のレジストパタン３２の形成
結果を示す断面図である。同図に示すように、２回の露
光の露光量を等しくすると、形成されたレジストパタン
３２の線幅が、１本おきに細くなっている。この現象
は、以下のように説明される。First, the mask pattern is exposed once (main exposure).
Then, after that, the substrate (wafer) was moved by Δ = 1.627 μm in the optical axis direction to perform the second exposure (sub-exposure).
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a result of forming the resist pattern 32 on the wafer 31 when the exposure amounts of the first exposure and the second exposure are equal. As shown in the figure, when the exposure amounts of the two exposures are made equal, the line width of the formed resist pattern 32 becomes thinner every other line. This phenomenon is explained as follows.

【００５１】１回目の露光によりフォトレジストの光透
過率が増加しているために、２回目の露光では、フォト
レジストのより深いところまで露光光が到達するように
なり、フォトレジストのパタン形成のための感光に関与
する露光光が、１回目の露光に比べて増加する。このた
め、マスクパタンの結像面におけるピッチと同じピッチ
をもった光強度分布が完全に打ち消されずに残ることに
なる。つまり、上述した場合、形成される光学像は、打
ち消されずに残ったマスクピッチと同じピッチの像と、
マスクピッチの半分のピッチの像との重ね合わせにな
る。このため、形成されたレジストパタン３２は、線幅
が一様なラインアンドスペースパタンにならない。Since the light transmittance of the photoresist is increased by the first exposure, the exposure light reaches a deeper portion of the photoresist by the second exposure, which results in the formation of the photoresist pattern. The exposure light involved in the photosensitivity increases because of this compared to the first exposure. Therefore, the light intensity distribution having the same pitch as the pitch on the image plane of the mask pattern remains without being completely canceled. That is, in the case described above, the formed optical image is an image having the same pitch as the mask pitch that remains without being canceled,
It will be superposed with the image with half the mask pitch. Therefore, the formed resist pattern 32 does not have a uniform line and space pattern.

【００５２】そこで、線幅が一様なラインアンドスペー
スパタンを形成するために、１回目の露光量と２回目の
露光量を調節して上述と同様の露光を行った。例えば、
上述したｇ線レジストを用いて、１回目の露光量と２回
目の露光量の比率が１．３対１程度になるように設定し
て同様の露光を行った。この結果、図４に示すように、
ウエハ４１上に線幅が一様な０．２１８μｍ（０．２５
λ／ＮＡ）のラインアンドスペースパタン４２が形成で
きた。Therefore, in order to form a line-and-space pattern having a uniform line width, the same exposure as described above was performed by adjusting the first exposure amount and the second exposure amount. For example,
Using the above-mentioned g-line resist, the same exposure was performed by setting the ratio of the first exposure amount and the second exposure amount to about 1.3: 1. As a result, as shown in FIG.
A uniform line width of 0.218 μm (0.25
A line and space pattern 42 of (λ / NA) could be formed.

【００５３】つぎに、ＮＡ＝０．５で光源がＫｒＦエキ
シマレーザ光とした場合に、この発明を適用した例を説
明する。ここでは、フォトマスクには１．２５μｍのラ
インアンドスペースパタンが形成されており、このフォ
トマスク用いてウエハ上に０．１２５μｍのラインアン
ドスペースパタンを形成する場合について説明する。こ
の場合、フォトレジストとして、ＫｒＦ露光用化学増幅
型レジストＳＥＰＲ（信越化学工業株式会社製）を用い
た。このＳＥＰＲは、露光光の照射により透過率の変化
が１０％以下である。このため、上述したｇ線露光の場
合とは異なり、１回目の露光と２回目の露光で等しい露
光量を用いても、線幅が一様な０．１２５μｍのライン
アンドスペースパタンを形成することができた。Next, an example in which the present invention is applied when NA = 0.5 and the light source is KrF excimer laser light will be described. Here, a line-and-space pattern of 1.25 μm is formed on the photomask, and a case where a line-and-space pattern of 0.125 μm is formed on a wafer using this photomask will be described. In this case, a chemically amplified resist SEPR for KrF exposure (manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used as the photoresist. This SEPR has a change in transmittance of 10% or less due to exposure light irradiation. Therefore, unlike the case of the g-line exposure described above, even if the same exposure amount is used in the first exposure and the second exposure, a line-and-space pattern having a uniform line width of 0.125 μm can be formed. I was able to.

【００５４】上述したｇ線露光，ＫｒＦ露光を用いた場
合、光源およびフォトレジストによって線幅が一様なパ
タンを得るという効果が変わらなかった。このことは、
ｉ線露光や波長０．１９３μｍのＡｒＦエキシマレーザ
を光源としたＡｒＦ露光についても確認できた。すなわ
ち、ｉ線露光やＡｒＦ露光についても、上述したこの実
施形態１による方法で形成された光学像は、フォーカス
位置に対して全く依存しない。そして、通常の方法では
得られない、広範囲の焦点深度をもった０．２５λ／Ｎ
Ａのラインアンドスペースパタンが、この周期パタンの
周期の方向に依存することなく形成できる。When the above-mentioned g-line exposure and KrF exposure were used, the effect of obtaining a pattern having a uniform line width was not changed by the light source and the photoresist. This is
It was also possible to confirm i-line exposure and ArF exposure using an ArF excimer laser having a wavelength of 0.193 μm as a light source. That is, also with respect to i-line exposure and ArF exposure, the optical image formed by the method according to the first embodiment described above does not depend on the focus position at all. And, 0.25λ / N with a wide range of depth of focus, which cannot be obtained by the usual method.
The line-and-space pattern A can be formed without depending on the direction of the period of this periodic pattern.

【００５５】また、基板を−Δだけ光軸方向にずらして
２回目の露光を行った場合についても、上述したのと同
様に、通常の方法では得られない、広範囲の焦点深度を
もった０．２５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタン
が形成された。また、上述した例では、ウエハを光軸方
向に移動して露光したが、光学像の結像面を移動させる
方法でも同じ効果が得られる。結像面を移動させること
は、マスクあるいは投影レンズの少なくとも一方または
両方を光軸方向に移動させることにより行う。また、こ
の結像面の移動は、光路上に空気と屈折率の異なる物質
を挿入したり、投影光学系の中の気圧を変化させるとい
ったことでも行うことが可能である。Also, when the substrate is shifted by −Δ in the optical axis direction and the second exposure is performed, as in the case described above, a wide depth of focus, which cannot be obtained by the ordinary method, is obtained. A line and space pattern of 0.25λ / NA was formed. Further, in the above-mentioned example, the wafer is exposed by moving it in the optical axis direction, but the same effect can be obtained by moving the image plane of the optical image. The image plane is moved by moving at least one or both of the mask and the projection lens in the optical axis direction. The movement of the image plane can also be performed by inserting a substance having a refractive index different from that of air into the optical path or changing the atmospheric pressure in the projection optical system.

【００５６】実施形態２．上記実施形態１では、主露光
と１回の副露光、合計２回の露光でパタン形成を行うよ
うにしたが、これに限るものではなく、３回以上の露光
でも同様の効果を得ることができる。以下、露光光の照
射によって透過率の変化が１０％以下のフォトレジスト
を用いて、３回以上の露光を行う場合について説明す
る。なお、上記実施形態１に示したように、露光光の照
射により透過率の変化が大きいフォトレジストを用いた
場合でも、同様に効果を奏するものである。Embodiment 2. In the above-described first embodiment, the pattern formation is performed by the main exposure, the single sub-exposure, and the total of two exposures. However, the pattern formation is not limited to this, and the same effect can be obtained by three or more exposures. it can. Hereinafter, a case will be described in which the exposure is performed three times or more using a photoresist having a transmittance change of 10% or less due to the irradiation of the exposure light. It should be noted that, as shown in the first embodiment, the same effect can be obtained even when a photoresist having a large change in transmittance due to exposure light irradiation is used.

【００５７】たとえば、３回露光を行う場合には、焦点
位置のシフト量を０，Δ，２Δとし、シフト量が０，２
Δの合計露光量が、シフト量Δの露光量に一致するよう
にして露光する。このようにすることで、この実施形態
２においても、デフォーカスｚに対する依存性はなかっ
た。また、この場合にも、上記実施形態１と同様に、図
４に示すように、通常の方法では得られない微細なレジ
ストパタンが、広範囲の焦点深度をもって形成された。For example, when performing exposure three times, the shift amount of the focus position is set to 0, Δ, 2Δ, and the shift amount is 0, 2
The exposure is performed so that the total exposure amount of Δ matches the exposure amount of the shift amount Δ. By doing so, also in the second embodiment, there is no dependency on the defocus z. Also in this case, as in the first embodiment, as shown in FIG. 4, a fine resist pattern, which cannot be obtained by the usual method, was formed with a wide focal depth.

【００５８】また、４回露光を行う場合には、焦点位置
のシフト量を０，Δ，ｚ，および，ｚ＋Δとし、シフト
量０，Δの合計露光量がシフト量ｚ，ｚ＋Δの露光量に
一致するようにして行う。この場合にも、上記実施形態
と同様に、図４に示すような、通常の方法では得られな
い微細なレジストパタンが広範囲な焦点深度をもって形
成された。When the exposure is performed four times, the focus position shift amounts are 0, Δ, z, and z + Δ, and the total exposure amount of the shift amounts 0 and Δ is the shift amount z, z + Δ. Make sure they match. Also in this case, as in the above-described embodiment, a fine resist pattern, which cannot be obtained by the usual method, as shown in FIG. 4, was formed with a wide focal depth.

【００５９】以上示したように、３回以上の露光を行う
場合には、光軸方向のシフト量をｄ１（＝０），ｄ２，
・・・，ｄｎ（ｎ：露光回数）とし、各露光量をＥ１，
Ｅ２，Ｅ３，・・・，Ｅｎとした場合に、以下の（５）
式を満たすように、シフト量，露光量を決定すればよ
い。 ΣＥicos（ｋ０−ｋ’）ｄi＝０（ｉが１からｎまで）， ΣＥisin（ｋ０−ｋ’）ｄi＝０（ｉが１からｎまで） ・・・・（５）As described above, when the exposure is performed three times or more, the shift amount in the optical axis direction is d1 (= 0), d2,
..., dn (n: number of exposures), and each exposure amount is E1,
When E2, E3, ..., En, the following (5)
The shift amount and the exposure amount may be determined so as to satisfy the formula. ΣEicos (k0-k ') di = 0 (i is 1 to n), ΣEisin (k0-k') di = 0 (i is 1 to n) ... (5)

【００６０】このような条件を満たすような露光条件を
用いて露光を行ったところ、図４に示したように、通常
の方法では得られない微細なレジストパタンが、広範囲
な焦点深度を有して形成された。When exposure was carried out using an exposure condition satisfying such a condition, as shown in FIG. 4, a fine resist pattern which could not be obtained by the ordinary method had a wide focal depth. Formed.

【００６１】実施形態３．ところで、上記実施形態１，
２では、Δの整数倍のところに不連続にフォーカスを変
化させて露光するようにしたが、これに限るものではな
い。たとえば、ウエハを、主露光の位置から光軸方向に
Δの整数倍の距離まで連続的に移動させ、この移動をし
ている間中露光（副露光）し続けるようにしても良い。
また、露光光の照射によって透過率の変化が少ないフォ
トレジスト（ＫｒＦ露光用化学増幅型レジストＳＥＰＲ
など）を用いた場合は、ウエハを光軸方向に連続的にΔ
の整数倍の距離だけ一定速度で移動させながら、露光が
行われるようにすればよい。Embodiment 3. By the way, the above-mentioned Embodiment 1,
In 2, the exposure is performed by changing the focus discontinuously at a position that is an integral multiple of Δ, but the present invention is not limited to this. For example, the wafer may be continuously moved in the optical axis direction from the main exposure position to a distance that is an integral multiple of Δ, and the intermediate exposure (sub-exposure) may be continued during this movement.
In addition, a photoresist (chemically amplified resist SEPR for KrF exposure that has little change in transmittance due to exposure light irradiation).
Etc.) is used, the wafer is continuously delta in the optical axis direction.
The exposure may be performed while moving at a constant speed by a distance that is an integral multiple of.

【００６２】このことにより、図４に示すように、通常
の方法では得られない微細なレジストパタンが、広範囲
の焦点深度を有して形成できた。これに対し、露光光の
照射によってフォトレジストの透過率の変化が大きいレ
ジスト（ｇ線レジストＴＳＭＲｖ３など）を用いた場合
に、ウエハを連続的にΔの整数倍の距離だけ一定速度で
移動させながら主露光と副露光を連続的に行うと、図３
に示したように、１本おきにラインが細いパタンが形成
される。この現象は、露光中にフォトレジストの透過率
が変化し、マスクパタンと同じピッチをもった光強度分
布が完全に打ち消されずに残るために起こる。As a result, as shown in FIG. 4, a fine resist pattern which could not be obtained by the usual method could be formed with a wide depth of focus. On the other hand, when a resist (g-line resist TSMRv3 or the like) having a large change in the transmittance of the photoresist due to the irradiation of the exposure light is used, the wafer is continuously moved at a constant speed for a distance of an integral multiple of Δ. When the main exposure and the sub-exposure are continuously performed, FIG.
As shown in, a pattern with thin lines is formed every other line. This phenomenon occurs because the transmittance of the photoresist changes during exposure and the light intensity distribution having the same pitch as the mask pattern remains without being completely canceled.

【００６３】そこで、一様な線幅を持ったラインアンド
スペースのパタンを形成するために、図５に示すよう
に、露光中のウエハの移動速度を次第に速めて露光し
た。その結果、図４に示すように、通常の方法では得ら
れない微細で一様な線幅を持ったラインアンドスペース
のレジストパタンが、広範囲な焦点深度をもって形成で
きた。Therefore, in order to form a line-and-space pattern having a uniform line width, exposure was performed by gradually increasing the moving speed of the wafer during exposure as shown in FIG. As a result, as shown in FIG. 4, a line-and-space resist pattern having a fine and uniform line width, which cannot be obtained by a usual method, was formed with a wide focal depth.

【００６４】実施形態４．上記実施形態１，２，およ
び，３では、光軸方向の移動によって、（１）式の第２
項を消去する例を示したが、この実施形態４では、パタ
ンの周期性のある方向に移動することによって、（１）
式の第２項を消去する例を示す。ここでは、マスクパタ
ンとして２．５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタン
を用い、垂直入射のコヒーレント光で照射した（倍率が
１／５倍の投影レンズを使用）。これは、像が投影され
るウエハ上では、ほぼ０．５λ／ＮＡのラインアンドス
ペースパタンとなる。Embodiment 4. In the first, second, and third embodiments, the movement in the optical axis direction causes the second
Although an example of erasing terms has been shown, in the fourth embodiment, by moving in the direction having the periodicity of the pattern, (1)
An example of erasing the second term of the equation is shown. Here, a line-and-space pattern of 2.5λ / NA was used as a mask pattern, and irradiation was performed with coherent light of normal incidence (using a projection lens with a magnification of ⅕). This is a line and space pattern of approximately 0.5λ / NA on the wafer on which the image is projected.

【００６５】まず、パタンを所定の位置で１回露光す
る。この後、ウエハを０．５λ／ＮＡだけパタンの周期
性のある方向に移動させて再度露光を行った。この結
果、広範囲の焦点深度をもった０．２５λ／ＮＡのライ
ンアンドスペースパタンが形成された。ただし、この場
合には、移動方向と垂直な方向に周期性をもつパタンに
関しては、効果は得られなかった。この実施形態４で
は、主露光と１回の副露光、合計２回の露光でパタンの
形成を行ったが、３回以上の露光（１回につき０．５λ
／ＮＡの移動）でもパタンを形成することができた。First, the pattern is exposed once at a predetermined position. After that, the wafer was moved by 0.5λ / NA in a direction having a pattern periodicity, and exposure was performed again. As a result, a line and space pattern of 0.25λ / NA having a wide depth of focus was formed. However, in this case, no effect was obtained for the pattern having periodicity in the direction perpendicular to the moving direction. In the fourth embodiment, the pattern is formed by the main exposure and the single sub-exposure, ie, the total of two exposures, but the exposure is performed three times or more (0.5λ per one exposure).
/ NA movement) also formed a pattern.

【００６６】これらの方法において、実施形態１，２の
場合と同様に、露光光の照射により透過率変化が大きい
フォトレジストを用いた場合、各露光位置での露光量を
調整することにより、一様な線幅を有したラインアンド
スペースパタンが形成された。また、露光光の照射によ
り透過率の変化が小さいフォトレジストを用いた場合に
は、各露光位置において等しい露光量を用いて、一様な
線幅を有したラインアンドスペースパタンを形成するこ
とができた。In these methods, as in the case of the first and second embodiments, when a photoresist having a large change in transmittance due to irradiation of exposure light is used, the exposure amount at each exposure position is adjusted to A line-and-space pattern having a similar line width was formed. Further, when a photoresist having a small change in transmittance due to exposure light irradiation is used, it is possible to form a line-and-space pattern having a uniform line width by using the same exposure amount at each exposure position. did it.

【００６７】この実施形態４によれば、従来の変形照明
を用いる方法とは異なり、パタンの方向に応じて露光装
置の照明を変える必要なしに、形成する周期パタンの周
期方向に移動して露光することで、上述したように、微
細なパタンを形成することができる。According to the fourth embodiment, unlike the conventional method using the modified illumination, the exposure of the exposure apparatus is performed by moving in the periodic direction of the periodic pattern to be formed without changing the illumination of the exposure apparatus according to the pattern direction. By doing so, as described above, a fine pattern can be formed.

【００６８】実施形態５．以下、この発明における上述
した露光方法において、パタンの光学像のコントラスト
をさらに向上させる方法について説明する。ラインアン
ドスペースパタンのコントラストＣは、一般に以下の
（６）式で示される。 Ｃ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・（６） ここで、Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎは、それぞれ光学像のスペ
ース部およびライン部の光強度である。Embodiment 5. Hereinafter, a method for further improving the contrast of the optical image of the pattern in the above-described exposure method of the present invention will be described. The contrast C of the line and space pattern is generally expressed by the following equation (6). C = (Imax-Imin) / (Imax + Imin) (6) Here, Imax and Imin are the light intensity of the space portion and the line portion of the optical image, respectively.

【００６９】Ｉｍａｘ，Ｉｍｉｎは（３）式において、
ｃｏｓｋｘ＝±１を代入したものに相当するので、コン
トラストは以下の（７）式で示される。 Ｃ＝（２ａ12）／（ａ02＋２ａ12）・・・（７） すなわち、０次回折光の振幅ａ0 を小さくするか、１次
回折光の振幅ａ1 を大きくすれば、コントラストは大き
くなる。Imax and Imin are expressed by the following equation (3):
Since it corresponds to the one in which coskx = ± 1 is substituted, the contrast is expressed by the following equation (7). C = (2a1 2 ) / (a0 2 + 2a1 2 ) (7) That is, if the amplitude a0 of the 0th-order diffracted light is reduced or the amplitude a1 of the 1st-order diffracted light is increased, the contrast increases.

【００７０】ａ1／ａ0を大きくする方法として、フォト
マスク上でライン幅に比べてスペースの線幅を細くする
と、光の透過量が減少するために、光学像自体は暗くな
るものの、ａ1／ａ0は大きくなる。通常の１：１のライ
ンアンドスペースパタンの場合には、ａ1／ａ0が約０．
６４であるために、コントラストは０．４５であるが、
スペース幅とライン幅の比が１：３のラインアンドスペ
ースパタンの場合には、ａ1／ａ0が約０．９０になり、
コントラストは０．６２に向上する。As a method of increasing a1 / a0, when the line width of the space is made narrower than the line width on the photomask, the amount of light transmission is reduced, so that the optical image itself becomes dark, but a1 / a0 Grows. In the case of a normal 1: 1 line and space pattern, a1 / a0 is about 0.
Since it is 64, the contrast is 0.45,
In the case of a line-and-space pattern in which the ratio of space width to line width is 1: 3, a1 / a0 is about 0.90,
The contrast improves to 0.62.

【００７１】図６は、上述した場合の像投影面上の光強
度分布を示す特性図である。図６から明らかなように、
図２（ｂ）に示した結果に比較して、コントラストが向
上している。このような、ライン部の細いラインアンド
スペースパタンをもつマスク、すなわち、０次回折光の
振幅ａ0 が１次回折光ａ1 の０．６４倍よりも大きなマ
スクを用いることにより、図４に示したようなパタン
を、実施形態１で示した通常の１：１のラインアンドス
ペースパタンを用いた場合よりも、露光量のマージンを
もって形成することができた。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the light intensity distribution on the image projection plane in the above case. As is clear from FIG.
The contrast is improved as compared with the result shown in FIG. By using such a mask having a thin line-and-space pattern of the line portion, that is, a mask in which the amplitude a0 of the 0th-order diffracted light is larger than 0.64 times the amplitude of the 1st-order diffracted light a1 as shown in FIG. The pattern could be formed with a margin of exposure amount as compared with the case of using the normal 1: 1 line-and-space pattern shown in the first embodiment.

【００７２】さらに、ａ1／ａ0を大きくする方法とし
て、遮光部が特定の透過率および位相を有して光を透過
する吸収型位相シフトマスク（ハーフトーン位相シフト
マスク）を用いた場合の例を示す。ハーフトーン位相シ
フトマスクを用いると、遮光部の位相反転の効果により
マスクの透過率が低下し、すなわちａ0が小さくなる。
このため、１：１のラインアンドスペースパタンを用い
た場合でも、遮光マスクを用いた場合に比較して、１次
回折光の振幅ａ1 が０次回折光の振幅ａ0 の０．６４倍
よりも大きくなる。Further, as an example of a method of increasing a1 / a0, an example in which an absorptive phase shift mask (halftone phase shift mask) is used in which the light shielding part transmits light with a specific transmittance and phase Show. When the halftone phase shift mask is used, the transmittance of the mask is lowered by the effect of the phase inversion of the light shielding portion, that is, a0 is reduced.
Therefore, even when the 1: 1 line-and-space pattern is used, the amplitude a1 of the first-order diffracted light becomes larger than 0.64 times the amplitude a0 of the zero-order diffracted light as compared with the case where the light-shielding mask is used. .

【００７３】このため、図４に示したようなパタンを、
実施形態１で示した通常の１：１のラインアンドスペー
スパタンをもつ遮光マスクを用いた場合よりも、露光量
のマージンをもって形成することができた。また、ハー
フトーン位相シフトマスクを用いる場合は、ラインアン
ドスペースパタンのスペース部（光透過部）を狭くする
ことにより、さらにコントラストが向上する。そして、
このようにすることで、図４に示したようなパタンを、
実施形態１で示した通常の１：１のラインアンドスペー
スパタンをもつ遮光マスクを用いた場合よりも、露光量
のマージンをもって転写形成することができる。Therefore, the pattern as shown in FIG.
It was possible to form with a margin of exposure amount as compared with the case of using the light-shielding mask having the usual 1: 1 line and space pattern shown in the first embodiment. When a halftone phase shift mask is used, the contrast is further improved by narrowing the space portion (light transmitting portion) of the line and space pattern. And
By doing this, the pattern as shown in FIG.
The transfer can be formed with a margin of the exposure amount as compared with the case of using the light-shielding mask having the normal 1: 1 line and space pattern shown in the first embodiment.

【００７４】実施形態６．図７は、上述した実施形態１
〜３で説明した露光を行うための投影露光装置の基本構
成を示す構成図である。この投影露光装置は、ウエハと
マスクパタンの結像面との相対位置を光軸方向に変化さ
せるようにしたものである。図７において、７１は光源
からの光を所定の光束にする絞り、７２は絞り７１を通
過した照明光を平行光にするコンデンサレンズ、７３は
フォトマスク、７４は縮小投影光学系、７５はウエハが
載置されるウエハステージ、７６はウエハステージ７５
の動作制御を行うステージ駆動制御部、７７は露光時間
などの制御を行う露光制御部である。Embodiment 6. FIG. 7 shows the first embodiment described above.
FIG. 4 is a configuration diagram showing a basic configuration of a projection exposure apparatus for performing exposure described in 3 to 3. In this projection exposure apparatus, the relative position between the wafer and the image plane of the mask pattern is changed in the optical axis direction. In FIG. 7, reference numeral 71 is a diaphragm for converting light from a light source into a predetermined light flux, 72 is a condenser lens for converting illumination light passing through the diaphragm 71 into parallel light, 73 is a photomask, 74 is a reduction projection optical system, and 75 is a wafer. Is mounted on the wafer stage, and 76 is the wafer stage 75.
The stage drive control unit 77 controls the operation of the exposure control unit 77, and the exposure control unit 77 controls the exposure time.

【００７５】照明光は、絞り７１によってコヒーレンシ
が０．３以下に設定されており、コンデンサレンズ７２
により平行光にされ、フォトマスク７３を照射する。そ
して、フォトマスク７３を通過した照明光は、縮小投影
光学系７４により所定の縮小率で縮小され、ウエハステ
ージ７５上に光学像を投影する。露光制御部７７は、あ
らかじめ入力されているマスクパタンの周期から（４）
式よりΔを算出し、Δだけずれた露光位置を少なくとも
２箇所以上設定する機能を有する。The coherency of the illumination light is set to 0.3 or less by the diaphragm 71, and the condenser lens 72 is used.
The light is converted into parallel light by the irradiation of the photomask 73. Then, the illumination light that has passed through the photomask 73 is reduced at a predetermined reduction ratio by the reduction projection optical system 74, and an optical image is projected on the wafer stage 75. The exposure control unit 77 selects (4) from the mask pattern cycle input in advance.
It has a function of calculating Δ from the formula and setting at least two exposure positions that are shifted by Δ.

【００７６】そして、この情報をもとに、ステージ駆動
制御部７６は、ウエハステージ７５をそれら各露光位置
に移動して露光するよう制御する。この際、各露光位置
の誤差は、Δの±５％以下にする必要があるため、ウエ
ハステージ７５は光軸方向の駆動精度が０．０５μｍ以
下となっている。Then, based on this information, the stage drive controller 76 controls the wafer stage 75 so as to move it to each of these exposure positions for exposure. At this time, since the error of each exposure position needs to be ± 5% or less of Δ, the wafer stage 75 has a driving accuracy of 0.05 μm or less in the optical axis direction.

【００７７】実施形態７．上述した図７の投影露光装置
では、ウエハステージ７５を移動させることによって、
前述した露光方法を実現するようにしたが、フォトマス
ク７３，縮小投影光学系７４のどちらか一方または両方
を光軸方向に移動するようにしてもよい。図８は、この
ように、フォトマスク７３，縮小投影光学系７４を光軸
方向に移動するようにした投影露光装置の構成を示す構
成図である。図８において、８６はフォトマスク７３，
縮小投影光学系７４の光軸方向の移動制御を行うマスク
光学系駆動制御部であり、他の符号は図７と同様であ
る。Embodiment 7. In the projection exposure apparatus of FIG. 7 described above, by moving the wafer stage 75,
Although the exposure method described above is realized, either one or both of the photomask 73 and the reduction projection optical system 74 may be moved in the optical axis direction. FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus in which the photomask 73 and the reduction projection optical system 74 are moved in the optical axis direction in this way. In FIG. 8, 86 is a photomask 73,
This is a mask optical system drive control unit that controls the movement of the reduction projection optical system 74 in the optical axis direction, and other reference numerals are the same as in FIG. 7.

【００７８】この図８の投影露光装置においては、露光
制御部７７が、設定されているマスクパタンピッチによ
りΔを算出し、Δだけ離れた露光位置を２箇所以上設定
する。そして、これらの情報をもとに、マスク光学系駆
動制御部８６は、フォトマスク７３と縮小投影光学系７
４を光軸方向に移動制御する。このことにより、この投
影露光装置は、焦点位置を露光毎あるいは露光中に変え
ながら、露光することができる。In the projection exposure apparatus of FIG. 8, the exposure controller 77 calculates Δ by the set mask pattern pitch and sets two or more exposure positions separated by Δ. Then, based on these pieces of information, the mask optical system drive controller 86 causes the photomask 73 and the reduction projection optical system 7 to operate.
4 is controlled to move in the optical axis direction. As a result, this projection exposure apparatus can perform exposure while changing the focal position for each exposure or during exposure.

【００７９】なお、前述したように、ウエハとマスクパ
タンの結像面との相対位置関係を光軸方向にずらすので
はなく、そのマスクパタンの周期性のある方向に変化さ
せるようにした投影露光装置を用いても、上記実施形態
と同様に効果を奏するものである。また、この投影露光
装置においては、図７に示した投影露光装置と同様に、
その露光制御部には、露光する周期性のあるマスクパタ
ンの周期があらかじめ設定され、また、その周期の方向
があらかじめ設定されている。そして、これらの周期と
方向の設定値により、その露光制御部は、周期の半分だ
けその方向に少なくとも２箇所以上の露光位置を設定す
る。As described above, the projection exposure is performed so that the relative positional relationship between the wafer and the image plane of the mask pattern is not shifted in the optical axis direction, but is changed in the direction having the periodicity of the mask pattern. Even if the device is used, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. Further, in this projection exposure apparatus, like the projection exposure apparatus shown in FIG.
In the exposure control section, the cycle of the mask pattern having the periodicity of exposure is preset and the direction of the cycle is preset. Then, based on these set values of the cycle and the direction, the exposure control unit sets at least two or more exposure positions in the direction for half the cycle.

【００８０】そして、この投影露光装置では、ウエハス
テージをその平面方向に微動制御するステージ制御部を
有し、このステージ制御部が、上記露光制御部の情報に
より、たとえば、通常どおり位置決めした状態で１回目
の露光を行った後、周期の半分だけその方向にずれた位
置にウエハステージを移動させるものである。この移動
の後、露光制御部は、２回目の露光を行う。This projection exposure apparatus has a stage control section for finely controlling the wafer stage in the plane direction thereof, and this stage control section is, for example, in a normally positioned state according to the information of the exposure control section. After the first exposure, the wafer stage is moved to a position displaced in that direction by half the cycle. After this movement, the exposure controller performs the second exposure.

【００８１】実施形態８．上述した実施形態７において
は、ウエハや露光系を動かすようにしていたが、これに
限るものではない。たとえば、露光光路中に雰囲気と屈
折率の異なる透明体を挿入することでも、上述したのと
同様の効果を有するものである。この方法は、まず、ウ
エハを１回露光し、その後、投影光学系の露光光路中
に、空気とは異なる屈折率を持つ平行平板を、光軸と垂
直に挿入してから２回目の露光を行う。このことによ
り、フォトマスク上でのピッチに対して半分のピッチと
なったパタンを、実用的な焦点深度をもって形成でき
る。Embodiment 8. Although the wafer and the exposure system are moved in the seventh embodiment described above, the present invention is not limited to this. For example, inserting a transparent body having a refractive index different from that of the atmosphere in the exposure optical path also has the same effect as described above. In this method, the wafer is first exposed once, and then a parallel plate having a refractive index different from that of air is inserted in the exposure optical path of the projection optical system perpendicularly to the optical axis, and then the second exposure is performed. To do. This makes it possible to form a pattern having a pitch half that of the pitch on the photomask, with a practical depth of focus.

【００８２】この、挿入する平行平板の厚みｄは、露光
を行う雰囲気の屈折率をｎ０、平行平板の屈折率をｎ
１、露光波長をλとしたときに、以下に示すようにな
る。平行平板の法線と入射光のなす角度をθ０とする
と、屈折率の法則から屈折角θ１はｎ１ｓｉｎθ１＝ｎ
０ｓｉｎθ０を満たす。平行平板を挿入することによる
光路長の変化は、この屈折角θ１を用いて、ｄ（ｓｉｎ
θ０ｓｉｎ（θ０−θ１）＋１）／ｃｏｓθ１−１／ｃ
ｏｓθ０と表せる。The thickness d of the parallel plate to be inserted is such that the refractive index of the exposure atmosphere is n0 and the refractive index of the parallel plate is n.
1. When the exposure wavelength is λ, the following is obtained. Assuming that the angle formed by the normal line of the parallel plate and the incident light is θ0, the refraction angle θ1 is n1sin θ1 = n from the law of the refractive index.
0 sin θ0 is satisfied. The change in the optical path length due to the insertion of the parallel plate is calculated by using this refraction angle θ1 and d (sin
θ0sin (θ0-θ1) +1) / cos θ1-1 / c
It can be expressed as osθ0.

【００８３】フォトマスクより出てくる回折光の中で、
１次の回折光の光強度分布のコントラストを、平行平板
を挿入することによって完全に反転させるためには、以
下の２点が必要となる。まず、θ０を±１次回折光の入
射角とし、加えて、上記の光路長の変化がπの奇数倍の
位相差に相当しなければならない。このため、平行平板
の厚みは、ｄ＝（ｍ＋１／２）λ／（（ｓｉｎθ０ｓｉ
ｎ（θ０−θ１）＋１）／ｃｏｓθ１−１／ｃｏｓθ
０）となる。なお、ｍは０または自然数である。ここ
で、平行平板の挿入位置が、フォトマスクと投影レンズ
の間の場合、±１次回折光の入射角は、ｓｉｎθ０＝λ
／Ｍｐとなる。なお、これは、投影露光における縮小率
が１／Ｍ、マスク上のパタンピッチがＭｐの場合であ
る。In the diffracted light emitted from the photomask,
In order to completely invert the contrast of the light intensity distribution of the first-order diffracted light by inserting the parallel plate, the following two points are required. First, θ0 is the incident angle of the ± 1st-order diffracted light, and in addition, the above change in the optical path length must correspond to a phase difference of an odd multiple of π. Therefore, the thickness of the parallel plate is d = (m + 1/2) λ / ((sin θ0si
n (θ0−θ1) +1) / cos θ1-1 / cos θ
0). Note that m is 0 or a natural number. Here, when the insertion position of the parallel plate is between the photomask and the projection lens, the incident angle of the ± first-order diffracted light is sin θ0 = λ.
/ Mp. This is the case where the reduction ratio in projection exposure is 1 / M and the pattern pitch on the mask is Mp.

【００８４】また、平行平板の挿入位置を投影レンズと
像投影面の間とした場合、±１次回折光の入射角は、ｓ
ｉｎθ０＝λ／ｐとなる。上述したように、厚さｄの平
行平板を用いて１次の回折光の光強度分布のコントラス
トを反転させる方法を、以下に示す条件で用いた場合、
実用的な広い焦点深度を持って、微細なパタンを形成す
ることができた。When the insertion position of the parallel plate is between the projection lens and the image projection plane, the incident angle of the ± first-order diffracted light is s
in θ0 = λ / p. As described above, when the method of inverting the contrast of the light intensity distribution of the first-order diffracted light using the parallel plate having the thickness d is used under the following conditions,
A fine pattern could be formed with a practical wide depth of focus.

【００８５】すなわち、縮小率１／５，ＮＡ＝０．５の
縮小投影系を用い、光源にＫｒＦエキシマレーザ光を用
いて０．１２５μｍのラインアンドスペースパタンを形
成するとき、露光波長に対する屈折率が１．５で厚さ２
３１．４μｍの石英板を、縮小投影系とフォトマスクの
間に挿入して２回目の露光を行うようにする。That is, when a 0.125 μm line-and-space pattern is formed by using a KrF excimer laser beam as a light source using a reduction projection system with a reduction ratio of 1/5 and NA = 0.5, the refractive index with respect to the exposure wavelength is Is 1.5 and thickness is 2
A 31.4 μm quartz plate is inserted between the reduction projection system and the photomask to perform the second exposure.

【００８６】図９は、この実施形態８における、平行平
板を利用した投影露光をする投影露光装置の構成を示す
構成図である。図９において、９１は紫外線を発するラ
ンプ、９２は楕円鏡、９３は第１ミラー、９４はコリメ
ータレンズ、９５はフライアイレンズ、９６は照明絞
り、９７は第２ミラー、９８はコンデンサレンズ、９９
はフォトマスク、１００はマスクホルダである。また、
１０１は空気とは異なる屈折率を持つ透明体からなる平
行平板を光軸中に出し入れする平行平板挿入機構、１０
２は投影レンズ、１０３はウエハ、１０４はウエハステ
ージ、１０５はウエハステージ１０４を移動させるステ
ージ駆動部である。FIG. 9 is a block diagram showing the arrangement of a projection exposure apparatus for performing projection exposure using a parallel plate according to the eighth embodiment. 9, 91 is a lamp that emits ultraviolet rays, 92 is an elliptical mirror, 93 is a first mirror, 94 is a collimator lens, 95 is a fly-eye lens, 96 is an illumination diaphragm, 97 is a second mirror, 98 is a condenser lens, and 99.
Is a photomask, and 100 is a mask holder. Also,
Reference numeral 101 denotes a parallel plate insertion mechanism for inserting and removing a parallel plate made of a transparent material having a refractive index different from that of air into and out of the optical axis.
2 is a projection lens, 103 is a wafer, 104 is a wafer stage, and 105 is a stage drive unit for moving the wafer stage 104.

【００８７】この実施形態８においては、ランプから発
生する紫外線を用いるようにしているが、これに限るも
のではなく、レーザ光源を用いるようにしても良いこと
はいうまでもない。第１ミラー９３により導かれた照明
光は、コリメータレンズ９４によりフライアイレンズ９
５上に集光される。そして、フライアイレンズ９５によ
り照度むらを減少された照明光は、照明絞り９６により
その範囲を限定され、結果としてコヒーレンシが０．３
以下とされる。In the eighth embodiment, the ultraviolet rays generated from the lamp are used, but the present invention is not limited to this, and it goes without saying that a laser light source may be used. The illumination light guided by the first mirror 93 is passed through the collimator lens 94 to the fly-eye lens 9
5 is focused. The illumination light whose illuminance unevenness is reduced by the fly-eye lens 95 has its range limited by the illumination diaphragm 96, resulting in a coherency of 0.3.
It is considered as follows.

【００８８】図９（ｂ）は、平行平板挿入機構１０１の
詳細を示す斜視図である。図９（ｂ）において、ホルダ
１０１１上に投影露光系の光軸に対して垂直となるよう
に平行平板１０１２が取り付けられている。ホルダ１０
１１は、レール１０１３上をなめらかに動くように配置
されている。また、レール１０１３は、光軸に対して垂
直な面内にある。そして、ホルダ１０１１はボールネジ
１０１４の駆動モータ１０１５による回転により、その
レール１０１３上を移動する。FIG. 9B is a perspective view showing details of the parallel plate insertion mechanism 101. In FIG. 9B, a parallel plate 1012 is attached on the holder 1011 so as to be perpendicular to the optical axis of the projection exposure system. Holder 10
11 is arranged so as to move smoothly on the rail 1013. Further, the rail 1013 is in a plane perpendicular to the optical axis. Then, the holder 1011 moves on the rail 1013 by the rotation of the ball screw 1014 by the drive motor 1015.

【００８９】このとき、レール１０１３の幅は、投影レ
ンズ１０２およびフォトマスク９９よりも幅拡なため、
像投影面にレール１０１３の影が写ることはない。ま
た、平行平板１０１２が挿入されていない状態では、ホ
ルダ１０１１はその影が像投影面に写ることがない位置
まで退避する。この投影露光装置においては、図示して
いない露光制御部が、設定されているマスクパタンピッ
チによりΔを算出し、光軸方向にΔだけ離れた露光位置
を２箇所以上設定する。そして、これらの情報をもと
に、平行板挿入機構１０１がそのΔに対応する厚さの平
行平板１０１２を光軸中に挿入するものである。At this time, the width of the rail 1013 is wider than that of the projection lens 102 and the photomask 99.
The shadow of the rail 1013 does not appear on the image projection surface. Further, when the parallel plate 1012 is not inserted, the holder 1011 retracts to a position where its shadow is not projected on the image projection plane. In this projection exposure apparatus, an exposure control unit (not shown) calculates Δ based on the set mask pattern pitch and sets two or more exposure positions separated by Δ in the optical axis direction. Then, based on these pieces of information, the parallel plate insertion mechanism 101 inserts a parallel plate 1012 having a thickness corresponding to Δ into the optical axis.

【００９０】実施形態９．上述した実施形態８の図９に
示した例においては、平行平板をフォトマスクと投影レ
ンズとの間に挿入するようにしたが、これに限るもので
はない。図１０（ａ）に示すように、投影レンズ１０２
とウエハ１０３の間に平行平板挿入機構１０１を配置す
るようにしても良い。Embodiment 9. FIG. Although the parallel plate is inserted between the photomask and the projection lens in the example of the eighth embodiment shown in FIG. 9 described above, the present invention is not limited to this. As shown in FIG. 10A, the projection lens 102
The parallel plate insertion mechanism 101 may be arranged between the wafer 103 and the wafer 103.

【００９１】実施形態１０．また、挿入する平行平板は
１枚に限るものではなく、２枚以上挿入するようにして
も良い。図１０（ｂ）は、独立した２つの平行平板挿入
機構１０１を用いて、２枚の平行平板を挿入するように
した状態を示している。このように、図１０（ｂ）に示
した投影露光装置によれば、平行平板を１枚挿入したと
きと、２枚挿入したときとで、３回焦点をずらした露光
をすることができる。また、複数の厚さの異なる平行平
板をそれぞれ挿入できる投影露光装置とし、この投影露
光装置を用い、マスクパタンピッチに応じて対応する平
行平板を挿入して２回目の露光を行うようにしても良
い。Embodiment 10. Further, the number of parallel plates to be inserted is not limited to one, and two or more may be inserted. FIG. 10B shows a state in which two parallel plates are inserted by using two independent parallel plate insertion mechanisms 101. As described above, according to the projection exposure apparatus shown in FIG. 10B, it is possible to perform the exposure with the focus deviated three times when one parallel plate is inserted and when two parallel plates are inserted. Further, a projection exposure apparatus capable of inserting a plurality of parallel flat plates having different thicknesses is used, and this projection exposure apparatus is used to insert a corresponding parallel flat plate according to the mask pattern pitch to perform the second exposure. good.

【００９２】実施形態１１．図１１は、平行平板挿入機
構の他の形態を示す斜視図である。上記実施形態９〜１
０においては、平行平板は往復運動することで、投影露
光系の光軸上に挿入するようにしていたが、この実施形
態１１においては、回転運動により平行平板を挿入する
ようにしたものである。図１１に示すように、平行平板
１１１を円形のホルダ１１２に設置し、このホルダ１１
２を駆動モータ１１３で回転移動させることで、平行平
板１１１を光軸中に挿入する。なお、ホルダ１１２の開
口部は、フォトマスクや投影レンズより幅拡にしている
ため、ホルダ１１２の影が像投影面に写ることはない。Embodiment 11. FIG. 11 is a perspective view showing another form of the parallel plate insertion mechanism. Embodiments 9 to 1 above
In 0, the parallel plate is reciprocally moved to be inserted on the optical axis of the projection exposure system, but in the eleventh embodiment, the parallel plate is inserted by the rotational movement. . As shown in FIG. 11, the parallel plate 111 is installed in a circular holder 112, and the holder 11
The parallel plate 111 is inserted into the optical axis by rotating and moving 2 with the drive motor 113. Since the opening of the holder 112 is wider than the photomask and the projection lens, the shadow of the holder 112 is not reflected on the image projection plane.

【００９３】ところで、上述の実施形態１０までに説明
したことにより、連続したストライプ状のパタン（ライ
ンアンドスペースパタン）をそのまま形成した場合、図
１２に示すように、隣り合うストライプパタンの端部
が、分離されずにくっついた状態となる。このため、こ
のままでは、例えば、ＬＳＩなどの回路パタンに適用す
る場合に回路設計に制限を与えるなど、形成できるパタ
ン形状に制限ができてしまう。この現象は、ストライプ
パタンの端部における空間周波数が、このマスク上での
パタンの周期の２倍になっていないことを意味してい
る。すなわち、パタンの端部では、周期的に連続してい
るパタンの内部と異なり、空間周波数の２倍化が完全に
行われていない。As described above up to the tenth embodiment, when a continuous striped pattern (line and space pattern) is formed as it is, as shown in FIG. , It will be stuck without being separated. Therefore, if this is left as it is, the shape of the pattern that can be formed can be limited, for example, by limiting the circuit design when applied to a circuit pattern such as an LSI. This phenomenon means that the spatial frequency at the end of the stripe pattern is not twice the cycle of the pattern on this mask. That is, at the end of the pattern, unlike the inside of the pattern that is periodically continuous, the doubling of the spatial frequency is not completely performed.

【００９４】以下、この現象について、投影レンズ系の
瞳面上における光の分布を用いて説明する。フォトマス
ク上のラインアンドスペースパタンをコヒーレント光で
照明した場合、フォトマスクより光軸と対象に０次，±
１次，・・・の回折光が生じる。フォトマスク上のライ
ンアンドスペースパタンのピッチが、結像面における寸
法に換算した値で１．０λ／ＮＡから２．０λ／ＮＡの
場合には、０次および±１次回折光の３光束が投影レン
ズを透過する。Hereinafter, this phenomenon will be described using the distribution of light on the pupil plane of the projection lens system. When the line and space pattern on the photomask is illuminated with coherent light, the optical axis and the target from the photomask are 0th order, ±
First-order diffracted light is generated. When the line-and-space pattern pitch on the photomask is 1.0λ / NA to 2.0λ / NA in terms of the dimension on the image plane, three light beams of 0th order and ± 1st order diffracted light are projected. Through the lens.

【００９５】図１３（ａ），図１３（ｂ）は、その、フ
ォトマスク上のラインアンドスペースパタンを投影露光
する場合の、投影レンズの瞳面上での光振幅分布（回折
光分布）を模式的に示す平面図である。図１３（ａ）は
ラインの長さが無限大であり、パタン端部からの回折が
無い状態を示し、図１３（ｂ）はパタン端部からの回折
がある場合を示すものである。図１３（ａ）において、
ラインアンドスペースパタンの周期性をもつ方向をＸ方
向としてあり、Ａ1'は−１次回折光の光束、Ａ0 は０次
回折光の光束、Ａ1 は＋１次回折光の光束である。ま
た、Ｂ0 ，Ｂ1 、Ｂ1'はそれぞれラインアンドスペース
パタン端部からの０次，１次，−１次回折光の分布を示
す。FIGS. 13A and 13B show the light amplitude distribution (diffracted light distribution) on the pupil plane of the projection lens when the line and space pattern on the photomask is projected and exposed. It is a top view which shows typically. FIG. 13A shows a state where the line length is infinite and there is no diffraction from the pattern end, and FIG. 13B shows a case where there is diffraction from the pattern end. In FIG. 13 (a),
The direction having the periodicity of the line-and-space pattern is defined as the X direction, where A 1 ′ is the light flux of −1st order diffracted light, A 0 is the light flux of 0th order diffracted light, and A 1 is the light flux of + 1st order diffracted light. Further, B 0 , B 1 and B 1 'represent the distributions of 0th, 1st and -1st order diffracted light from the end of the line and space pattern, respectively.

【００９６】この３つの光束が干渉して像投影面上にパ
タンを形成する場合、０次回折光の光束Ａ0 と＋１次回
折光の光束Ａ1 および０次回折光の光束Ａ0 と−１次回
折光の光束Ａ1'の干渉によって、フォトマスク上のライ
ンアンドスペースパタンの周期と同じ周期の光学像が形
成される。そして、±１次回折光の光束Ａ1'，Ａ1 の干
渉によって、ラインアンドスペースパタンの周期の半分
の光学像が形成される。When these three light beams interfere with each other to form a pattern on the image projection surface, the 0th-order diffracted light beam A 0 , the + 1st-order diffracted light beam A 1, and the 0th-order diffracted light beam A 0 and the -1st-order diffracted light beam. Due to the interference of the light flux A 1 'of, the optical image having the same period as the period of the line and space pattern on the photomask is formed. Then, due to the interference of the light fluxes A 1 ′ and A 1 of the ± first-order diffracted light, an optical image of half the period of the line and space pattern is formed.

【００９７】ここで、瞳面の中央部を通過する０次回折
光は、光軸に対する角度が±１次回折光と異なるため
に、光軸方向の位相変化、すなわち波数のｚ成分が±１
次回折光と異なる。このため、前述したように、０次お
よび１次回折光の干渉によって形成された光強度分布は
フォーカス依存性をもち、±１次回折光の干渉によって
形成された光強度分布はフォーカス依存性がない。Since the 0th-order diffracted light passing through the center of the pupil plane has an angle with respect to the optical axis different from the ± 1st-order diffracted light, the phase change in the optical axis direction, that is, the z component of the wave number is ± 1.
Different from the diffracted light. Therefore, as described above, the light intensity distribution formed by the interference of the 0th and 1st order diffracted lights has the focus dependency, and the light intensity distribution formed by the interference of the ± 1st order diffracted lights does not have the focus dependency.

【００９８】この空間周波数２倍化の方法は、前述した
本発明の１つのポイントであり、光軸方向にΔだけ異な
る位置で多重露光を行うことにより０次回折光の影響を
消去することによって、フォーカス位置に依存せず、か
つマスクパタンの半分のピッチすなわち２倍の空間周波
数をもった光学像を形成する方法である。すなわち、０
次と＋１次回折光の干渉および０次と−１次回折光の干
渉によって形成された光強度分布を、フォーカス位置を
ずらして重ね合わせることによって消去し、±１次回折
光の干渉によって形成された光強度分布を抽出する方法
である。This method of doubling the spatial frequency is one of the points of the present invention described above. By eliminating the influence of the 0th-order diffracted light by performing multiple exposure at positions different by Δ in the optical axis direction, This is a method of forming an optical image that does not depend on the focus position and has a half pitch of the mask pattern, that is, a double spatial frequency. That is, 0
The light intensity distributions formed by the interference of the 1st and + 1st order diffracted light and the interference of the 0th and -1st order diffracted light are erased by shifting the focus positions and overlapping, and the light intensity formed by the interference of ± 1st order diffracted light. This is a method of extracting the distribution.

【００９９】この発明では、これらのことを利用するよ
うにしたものであり、抽出された光強度分布は、マスク
パタンの半分のピッチ、すなわち２倍の空間周波数をも
ち、デフォーカスに依存しない光学像となる。しかし、
ここで、フォトマスク上のラインアンドスペースパタン
の端部からの回折があると、図１３（ｂ）に示すよう
に、これは瞳面上でｙ軸方向に伸びた状態の分布Ｂ0 ，
Ｂ1 、Ｂ1'となる。In the present invention, these things are utilized, and the extracted light intensity distribution has a half pitch of the mask pattern, that is, a spatial frequency twice, and it is an optical system which does not depend on defocus. Become a statue. But,
Here, if there is diffraction from the end of the line-and-space pattern on the photomask, as shown in FIG. 13B, this is the distribution B 0 in the state of extending in the y-axis direction on the pupil plane.
B 1 and B 1 '.

【０１００】多重露光による空間周波数の２倍化の方法
では、０次と１次あるいは−１次の回折光の干渉によっ
て形成される光学像を消去し、±１次の回折光の干渉に
よる光学像を抽出する方法である。露光波長の波数をｋ
０、１次の回折光の波数のｚ成分をｋｚとすると、０次
と１次（あるいは−１次）回折光の干渉による光学像
は、フォーカス位置がΔ＝π／（ｋ０−ｋｚ）だけずれ
ると、コントラストが完全に反転する。すなわち、光学
像の明るい部分と暗い部分が入れ替わる現象が生じる。In the method of doubling the spatial frequency by multiple exposure, the optical image formed by the interference of the 0th-order and 1st-order or -1st-order diffracted light is erased, and the optical image is obtained by the interference of ± 1st-order diffracted light. This is a method of extracting images. The wave number of the exposure wavelength is k
Assuming that the z component of the wave number of the 0th and 1st order diffracted light is kz, the optical image due to the interference between the 0th order and the 1st order (or -1st order) diffracted light has only the focus position Δ = π / (k0-kz) If it shifts, the contrast is completely inverted. That is, a phenomenon occurs in which the bright part and the dark part of the optical image are switched.

【０１０１】このため、フォーカスをΔだけずらして２
回露光することによって、光学像のコントラストが平均
化され、フォトマスク上のパタンと同じ空間周波数をも
つ０次と１次の回折光の干渉による光学像のコントラス
トを、完全に消去することができる。このときのフォー
カスのずれ量Δは、０次および±１次回折光の波数のｚ
成分の差で決まる量であり、周期パタンであるラインア
ンドスペースパタン内部における空間周波数を２倍化す
るために、光束Ａ0 ，Ａ1 ，Ａ1'（図１３（ａ），図１
３（ｂ））の回折光によって決定される。Therefore, the focus is shifted by Δ and 2
By performing the exposure twice, the contrast of the optical image is averaged, and the contrast of the optical image due to the interference of the 0th-order and 1st-order diffracted light having the same spatial frequency as the pattern on the photomask can be completely erased. . The amount of focus deviation Δ at this time is z of the wave numbers of the 0th and ± 1st order diffracted lights.
The amount is determined by the difference between the components, and in order to double the spatial frequency inside the line-and-space pattern, which is a periodic pattern, the luminous fluxes A 0 , A 1 , A 1 ′ (FIG. 13A, FIG.
3 (b)).

【０１０２】これらに対し、フォトマスク上のラインア
ンドスペースパタン端部の光学像は、強度の強い光束Ａ
0 ，Ａ1 ，Ａ1'の回折光と、パタン端部からの回折光に
よる分布Ｂ0 ，Ｂ1 、Ｂ1'の干渉によって形成される。
回折光の波数のｚ成分は、瞳面の原点からの距離で決ま
るために、分布Ｂ0 ，Ｂ1 、Ｂ1'の波数の成分は、それ
ぞれの分布の内部で一定の値にならない。たとえば、パ
タン端部からの１次の回折光による分布Ｂ1 では、回折
点が光束Ａ1 から離れるにつれて、波数のｚ成分が連続
的にｋｚからずれていく。On the other hand, the optical image at the end of the line-and-space pattern on the photomask shows a light beam A with high intensity.
It is formed by the interference of the distributions B 0 , B 1 and B 1 ′ of the diffracted light of 0 , A 1 and A 1 ′ and the diffracted light from the pattern end.
Since the z component of the wave number of the diffracted light is determined by the distance from the origin of the pupil plane, the wave number components of the distributions B 0 , B 1 and B 1 ′ do not have a constant value inside each distribution. For example, in the distribution B 1 of the first-order diffracted light from the end of the pattern, the z component of the wave number continuously shifts from kz as the diffraction point moves away from the light beam A 1 .

【０１０３】すなわち、ラインアンドスペースパタンの
端部においては、波数のｚ成分が連続的な値をもつ回折
光の干渉によって光学像が形成される。したがって、ラ
インアンドスペースパタンの内部の場合と異なり、マス
ク上のパタンと同じ空間周波数をもつ光学像のコントラ
ストが、フォーカスをずらすことによって完全に反転す
る現象は起こらない。このため、ラインアンドスペース
パタン端部では、例えば前述したようにフォーカスΔだ
けずらした多重露光することなどによって、フォトマス
ク上のパタンと同じ空間周波数をもつ光学像のコントラ
ストが残ることになる。That is, at the end of the line-and-space pattern, an optical image is formed by the interference of diffracted light whose z component of the wave number has a continuous value. Therefore, unlike the inside of the line and space pattern, the phenomenon that the contrast of the optical image having the same spatial frequency as the pattern on the mask is completely inverted by shifting the focus does not occur. Therefore, at the end of the line-and-space pattern, the contrast of the optical image having the same spatial frequency as the pattern on the photomask remains, for example, by performing multiple exposure with the focus Δ shifted as described above.

【０１０４】この結果、図１２に示すように、像投影面
位置に転写されたラインアンドスペースパタン端部で、
ライン１本おきにお互いにくっつく現象が生じる。この
ような現象は、ラインパタン端部からの回折光の分布Ｂ
0 ，Ｂ1 、Ｂ1'が瞳面上でｙ軸方向に広く伸びているた
めに、それぞれの波数のｚ成分が周期パタン内部からの
回折光の光束Ａ0 ，Ａ1 ，Ａ1'と大きく異なることが原
因である。つまり、ラインアンドスペースパタンの端部
からの回折光が、瞳面上でｙ軸方向に広く伸びず、これ
らのパタン内部からの回折光とほぼ同じ波数をもてば、
ラインアンドスペースパタンの端部を分離して形成する
ことができる。As a result, as shown in FIG. 12, at the end of the line and space pattern transferred to the image projection plane position,
Every other line, the phenomenon of sticking to each other occurs. Such a phenomenon is caused by the distribution B of the diffracted light from the end of the line pattern.
Since 0 , B 1 , and B 1 ′ extend widely in the y-axis direction on the pupil plane, the z-components of the respective wavenumbers are diffracted light beams A 0 , A 1 , and A 1 ′ from the inside of the periodic pattern. The cause is that they differ greatly. In other words, if the diffracted light from the end of the line and space pattern does not spread widely in the y-axis direction on the pupil plane and has the same wave number as the diffracted light from inside these patterns,
The ends of the line and space pattern can be formed separately.

【０１０５】投影レンズの瞳面において、ラインアンド
スペースパタン端部からの回折光が、瞳面上でパタンの
周期方向と直交する方向に広く伸びない状態とは、ライ
ンアンドスペースパタンのライン方向の回折光に対して
ＮＡが小さいことを意味する。このため、ラインアンド
スペースパタン端部における透過率の変化が急峻でない
状態となっていれば、パタン端部からの回折光が瞳面上
で広く伸びない状態が実現される。すなわち、ラインア
ンドスペースパタンの端部において、その透過率が徐々
に変化するか、パタン端部の形状が徐々に変化すること
によって、パタン端部が分離された状態が実現される。In the pupil plane of the projection lens, the state in which the diffracted light from the end of the line and space pattern does not spread widely in the direction orthogonal to the periodic direction of the pattern on the pupil plane means the line direction of the line and space pattern. This means that the NA is small with respect to the diffracted light. Therefore, if the change in the transmittance at the end of the line-and-space pattern is not steep, the state in which the diffracted light from the end of the pattern does not spread widely on the pupil plane is realized. That is, at the ends of the line-and-space pattern, the transmittance is gradually changed or the shape of the pattern ends is gradually changed, so that the pattern ends are separated.

【０１０６】実施形態１２．図１４（ａ），図１４
（ｂ）は、フォトマスク上のラインアンドスペースパタ
ンの端部を示す平面図であり、図１４（ａ）は上述した
ように、パタン端部の形状を徐々に変化させるようにし
た場合を示し、図１４（ｂ）は従来のようにパタン端部
で急に途切れている状態を示す。図１４（ａ）に示すよ
うに、端部において徐々に細くなるように、フォトマス
ク上のラインアンドスペースパタンを形成すれば、パタ
ンのライン方向の回折を低減し、パタン端部から発生す
る回折光のライン方向への広がりを抑えることができ
る。Twelfth Embodiment 14 (a) and FIG.
FIG. 14B is a plan view showing the end of the line-and-space pattern on the photomask, and FIG. 14A shows the case where the shape of the pattern end is gradually changed as described above. FIG. 14 (b) shows a state where the pattern is sharply interrupted at the end as in the conventional case. As shown in FIG. 14A, if the line-and-space pattern on the photomask is formed so that the edge becomes gradually thin, the diffraction in the line direction of the pattern is reduced, and the diffraction generated from the edge of the pattern is reduced. It is possible to suppress the spread of light in the line direction.

【０１０７】この端部の状態を、太さの変化をなだらか
にすればするほど、パタン端部から発生する回折光のラ
イン方向の広がりは低減することができる。ここで、パ
タン幅が徐々に変化している領域の長さはλ／ＮＡ以上
とする。λ／ＮＡ以下では、ほとんど効果は得られな
い。図１５は、上述のようなパタンとしたフォトマスク
を用いて、フォーカスをΔだけずらして２回露光した場
合の、像投影面における光強度分を示す分布図である。
図１２に示した状態とは異なり、パタン端部が完全に分
離していることが分かる。The smoother the change in the thickness of this end portion, the more the spread in the line direction of the diffracted light generated from the end portion of the pattern can be reduced. Here, the length of the region where the pattern width is gradually changed is set to λ / NA or more. Below λ / NA, almost no effect can be obtained. FIG. 15 is a distribution diagram showing the light intensity on the image projection plane when the exposure is performed twice with the focus shifted by Δ using the photomask having the above pattern.
It can be seen that, unlike the state shown in FIG. 12, the pattern ends are completely separated.

【０１０８】実施形態１３．なお、上記実施形態１２で
は、パタン端部を徐々に細くするようにしたが、これに
限るものではなく、図１６に示すように、端部よりλ／
ＮＡ以上の距離まで、徐々に間隔が狭くなり遮光部が太
くなる、縞状領域１６１を設けるようにしても良い。ま
た、図１７に示すように、端部よりλ／ＮＡ以上の距離
までハーフトーン領域１７１を設けるようにしても良
い。Embodiment 13. FIG. In the twelfth embodiment, the pattern end portion is made gradually thinner, but the present invention is not limited to this, and as shown in FIG.
A striped region 161 may be provided in which the interval gradually becomes narrower and the light-shielding portion becomes thicker up to a distance of NA or more. Further, as shown in FIG. 17, a halftone region 171 may be provided up to a distance of λ / NA or more from the end.

【０１０９】なお、縞状領域１６１は隣同士で接触しな
いよう、ラインアンドスペースパタンの周期よりその幅
を小さくしておく必要がある。そして、上述の図１６と
図１７の２つの状態を組み合わせてもよい。図１８に示
すように、ラインアンドスペースパタンと同一の幅のハ
ーフトーンパタン１８１は、端部よりλ／ＮＡ以上の距
離まで、その透過率が徐々に低くなるような状態として
配置するようにしてもよい。The width of the striped areas 161 must be smaller than the cycle of the line-and-space pattern so that they do not contact each other. Then, the above two states of FIG. 16 and FIG. 17 may be combined. As shown in FIG. 18, the halftone pattern 181 having the same width as the line-and-space pattern is arranged so that the transmittance thereof gradually decreases from the end to a distance of λ / NA or more. Good.

【０１１０】この場合、縞状領域のパタンは徐々に間隔
が狭くなるように配置してもよく、また、その縞状領域
のパタンのラインアンドスペースパタンの長手方向の幅
が、端部に向けて徐々に小さくなるようにしても良く、
それらのことを組み合わせるようにしても良い。すなわ
ち、そのラインアンドスペースパタン（周期マスクパタ
ン）の透過率を周期方向に平均化することによって得ら
れる平均透過率が、ラインアンドスペースパタンの周期
性を有する方向と垂直な方向の端部において、端部に近
いほど高くなるように変化していればよい。In this case, the patterns of the striped area may be arranged so that the intervals are gradually narrowed, and the width of the line and space pattern of the striped area in the longitudinal direction is directed toward the end. You may make it gradually smaller,
You may make it combine those things. That is, the average transmittance obtained by averaging the transmittance of the line-and-space pattern (periodic mask pattern) in the periodic direction is at the end portion in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the line-and-space pattern. It may be changed so that it becomes higher as it gets closer to the end.

【０１１１】ところで、上記実施形態１２，１３では、
周期パタン（ラインアンドスペースパタン）を転写しよ
うとするとその端部がくっついてしまうのを、フォトマ
スク上のパタン端部を変更することで防ぐようにした
が、これに限るものではない。転写するパタンの端部が
くっつく状態を防止するために、フォトマスク上のライ
ンアンドスペースパタンから発生する回折光の中で、周
期パタンの周期性をもつ方向と垂直な方向の波数を、投
影光学系の瞳面上で制限するようにしてもよい。すなわ
ち、フォトマスク上のラインアンドスペースパタン端部
からそのストライプ方向に回折する光を制限するような
瞳フィルタを、投影レンズ系の瞳面に配置するようにす
ればよい。By the way, in the twelfth and thirteenth embodiments,
The transfer of the periodic pattern (line and space pattern) prevents the ends from sticking together by changing the end of the pattern on the photomask, but the present invention is not limited to this. In order to prevent the edges of the transferred pattern from sticking together, in the diffracted light generated from the line-and-space pattern on the photomask, the wave number in the direction perpendicular to the direction with the periodicity of the periodic pattern is projected. It may be limited on the pupil plane of the system. That is, a pupil filter that restricts the light diffracted in the stripe direction from the end of the line and space pattern on the photomask may be arranged on the pupil plane of the projection lens system.

【０１１２】瞳フィルタとしては、ラインアンドスペー
スパタン端部からの回折光分布の瞳面上での、そのスト
ライプ方向の広がりを制限し、その回折光と周期パタン
内部からの回折光との波数のｚ成分の差を１０％以下に
抑えるものである。このことにより、像投影面のパタン
端部において、フォトマスク上と同じ空間周波数をもっ
た光学像のコントラストが、フォーカスΔだけ変化した
ときにほぼ反転する。As a pupil filter, the spread of the diffracted light distribution from the end of the line and space pattern on the pupil plane is limited in the stripe direction, and the wave number of the diffracted light and the diffracted light from inside the periodic pattern is limited. The difference in z component is suppressed to 10% or less. As a result, the contrast of the optical image having the same spatial frequency as that on the photomask at the pattern edge of the image projection plane is almost inverted when the focus Δ changes.

【０１１３】そして、例えば、前述したようにフォーカ
スをΔだけずらした多重露光をすることなどにより、フ
ォトマスク上と同じ空間周波数をもった光学像の強度
を、フォトマスク上の２倍の空間周波数をもった光学像
の１０％以下にすることができる。すなわち、前述した
ように、フォトマスク上の周期マスクパタンの半分の周
期となっている周期パタンをウエハ上に形成するように
しても、上述の瞳フィルタを用いることにより、パタン
端部が分離している状態とすることができる。Then, for example, by performing multiple exposure with the focus shifted by Δ as described above, the intensity of the optical image having the same spatial frequency as that on the photomask is doubled as the spatial frequency on the photomask. It can be 10% or less of the optical image having That is, as described above, even when a periodic pattern having a half cycle of the periodic mask pattern on the photomask is formed on the wafer, the above-mentioned pupil filter is used to separate the pattern end portions. It can be in the state of being.

【０１１４】実施形態１４．以下、上述した瞳フィルタ
を用いた場合の実施形態について説明する。図１９は、
形成するラインアンドスペースパタンのストライプ方向
の回折光を制限する瞳フィルタの構成を示す平面図であ
る。図１９において、１９１は遮光部、１９２は透過部
であり、ｘ軸が周期パタンの周期方向，ｙ軸がストライ
プ方向となっている。この瞳フィルタを透過できる波数
のｙ成分の上限値δｋy は、投影レンズの瞳面の半径の
３０％以下の値である。図２０は、この瞳フィルタを用
いた場合に形成された光学像の状態を示す平面図であ
り、図１２に示した状態とは異なり、パタン端部が完全
に分離していることが分かる。Fourteenth Embodiment Hereinafter, an embodiment in which the above-mentioned pupil filter is used will be described. FIG. 19 shows
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a pupil filter that limits diffracted light in a stripe direction of a line-and-space pattern to be formed. In FIG. 19, 191 is a light-shielding portion and 192 is a transmission portion, where the x-axis is the periodic direction of the periodic pattern and the y-axis is the stripe direction. Upper limit .delta.k y of the y component of the wave number capable of transmitting the pupil filter is 30% or less of the value of the radius of the pupil plane of the projection lens. FIG. 20 is a plan view showing the state of the optical image formed when this pupil filter is used, and it can be seen that the pattern ends are completely separated, unlike the state shown in FIG.

【０１１５】ところで、この瞳フィルタの場合、図１９
においてｘ方向に周期性をもつ周期パタンに対しては効
果を有するが、ｙ方向に周期性をもつ周期パタンに対し
ては、このパタン内部からの±１次光を遮断してしまう
ため、パタンが像投影面に形成されなくなる。ここで、
図２１に示す瞳フィルタを用いれば、どの方向に周期し
ている周期パタンであっても効果を発揮する。By the way, in the case of this pupil filter, as shown in FIG.
Has an effect on a periodic pattern having periodicity in the x direction, but for a periodic pattern having periodicity in the y direction, the ± first-order light from inside the pattern is blocked, so Are not formed on the image projection surface. here,
If the pupil filter shown in FIG. 21 is used, the effect is exhibited even if the periodic pattern is periodic in any direction.

【０１１６】図２１は、方向依存性をもたない瞳フィル
タの構成を示す平面図である。同図において、２１０は
中央透過部、２１１は輪帯透過部、２１２は主遮光部、
２１３は周辺遮光部である。なお、Ａ0 ，Ａ1 ，Ａ1'
は、図１３（ａ）と同様であり、それぞれ０次回折光の
光束，＋１次回折光の光束，−１次回折光の光束であ
る。FIG. 21 is a plan view showing the structure of a pupil filter having no direction dependency. In the figure, 210 is a central transmission part, 211 is an annular transmission part, 212 is a main light shielding part,
Reference numeral 213 is a peripheral light shielding portion. Note that A 0 , A 1 , A 1 '
13A and 13B are the same as those in FIG. 13A, which are a 0th-order diffracted light flux, a + 1st-order diffracted light flux, and a -1st-order diffracted light flux.

【０１１７】中央透過部２１０の半径ｒ０および輪帯透
過部２１１の幅ｗは、対象とする周期パタン端部のスト
ライプ方向からの回折光と周期パタン内部からの回折光
との波数のｚ成分の差を、１０％以下に抑えるように定
めてある。すなわち、ｒ０は投影レンズの瞳面の半径の
３０％以下、ｗはｒ０2 ／ｒ１以下である。なお、ｒ１
は光束Ａ0 の通過点と、光束Ａ1 もしくは光束Ａ1'の通
過点との間の距離である。すなわち、フォトマスク上の
周期パタンの周期の結像面における寸法をｐλ／ＮＡと
し、瞳面の半径を１としたときｒ１＝１／ｐである。The radius r0 of the central transmission part 210 and the width w of the annular transmission part 211 are determined by the z component of the wave number of the diffracted light from the stripe direction at the end of the target periodic pattern and the diffracted light from the inside of the periodic pattern. The difference is set to be 10% or less. That is, r0 is 30% or less of the radius of the pupil plane of the projection lens, and w is r0 2 / r1 or less. Note that r1
Is the distance between the passing point of the luminous flux A 0 and the passing point of the luminous flux A 1 or the luminous flux A 1 ′. That is, r1 = 1 / p, where pλ / NA is the size of the periodic pattern of the periodic pattern on the photomask and the radius of the pupil plane is 1.

【０１１８】上述した瞳フィルタは、図２２に示すよう
に、縮小投影光学系７４内の瞳面に装着および脱着する
ことで用いればよい。図２２は、図７と同様であり、ウ
エハ７５ａとフォトマスク７３による結像面との相対位
置を光軸方向に変化させて露光を行うことが可能な投影
露光装置の構成を示す構成図である。同図において、２
２１は瞳フィルタであり、他の符号は図７と同様であ
る。この瞳フィルタ２２１は、用いるフォトマスク７３
の有するパタンに応じたものを複数用意し、図示してい
ないが、瞳フィルタ装着手段により、縮小投影光学系７
４の瞳面に出し入れする。The above-mentioned pupil filter may be used by attaching and detaching it to the pupil plane in the reduction projection optical system 74 as shown in FIG. 22 is similar to FIG. 7, and is a block diagram showing the configuration of a projection exposure apparatus capable of performing exposure by changing the relative position of the wafer 75a and the image plane of the photomask 73 in the optical axis direction. is there. In the figure, 2
Reference numeral 21 is a pupil filter, and other symbols are the same as those in FIG. 7. This pupil filter 221 uses the photomask 73 to be used.
Although not shown in the drawing, a plurality of reduction projection optical systems 7 are provided according to the patterns of the reduction projection optical system 7.
Put it in and out of the pupil plane of 4.

【０１１９】この投影露光装置を用いることにより、フ
ォトマスク上のラインアンドスペースパタンを、その端
部が分離するように転写できる。なお、この実施形態１
４において示した瞳フィルタは、投影レンズを通過する
光強度の強い直接光を遮断するものではない。このた
め、この瞳フィルタが、遮断する光により必要以上に温
度上昇することはなく、投影露光に悪影響を与えること
はない。By using this projection exposure apparatus, the line-and-space pattern on the photomask can be transferred so that its end portions are separated. In addition, this Embodiment 1
The pupil filter shown in FIG. 4 does not block the direct light having a high light intensity that passes through the projection lens. Therefore, the temperature of the pupil filter does not rise unnecessarily by the light that is blocked, and the projection exposure is not adversely affected.

【０１２０】また、上述した実施形態では、ラインアン
ドスペースパタンに関して説明したが、この発明が適用
できる周期パタンは、このラインアンドスペースパタン
に限るものではない。たとえば、周期パタンとして、縦
横に同じピッチでドットあるいはホールパタンが並んだ
パタンがある。このようなパタンは、２次元の回折格子
として用いることができる。ここで、マスクパタンのｘ
方向およびこれと垂直なｙ方向のピッチに倍率を掛けた
値がＬである場合には、（４）式で表されるΔの値を用
いて、上記実施形態ですでに説明した露光方法を行うこ
とにより、０．５Ｌのピッチを持った２次元の回折格子
を実用的な焦点深度を有して形成することができた。Further, although the line and space pattern has been described in the above embodiment, the periodic pattern to which the present invention can be applied is not limited to this line and space pattern. For example, as the periodic pattern, there is a pattern in which dots or hole patterns are arranged vertically and horizontally at the same pitch. Such a pattern can be used as a two-dimensional diffraction grating. Where x of the mask pattern
When the value obtained by multiplying the pitch in the y direction and the pitch in the y direction perpendicular to this direction by L is L, the exposure method already described in the above embodiment is used by using the value of Δ represented by the equation (4). By doing so, a two-dimensional diffraction grating having a pitch of 0.5 L could be formed with a practical depth of focus.

【０１２１】また、たとえば、周期パタンとして半径が
一定量ずつ大きくなる同心円状に並んだ円パタンがあ
る。このようなパタンも２次元の回折格子として用いる
ことができる。ここで、マスクパタンの半径方向のピッ
チに倍率を掛けた値がＬがある場合には、（４）式で表
されるΔの値を用いて、上記実施形態ですでに説明した
露光方法を行うことにより、０．５Ｌのピッチを持った
２次元の回折格子を実用的な焦点深度を有して形成する
ことができた。Further, for example, as a periodic pattern, there is a concentric circular pattern in which the radius increases by a constant amount. Such a pattern can also be used as a two-dimensional diffraction grating. Here, when the value obtained by multiplying the radial pitch of the mask pattern by the magnification is L, the exposure method described in the above embodiment is used by using the value of Δ represented by the equation (4). By doing so, a two-dimensional diffraction grating having a pitch of 0.5 L could be formed with a practical depth of focus.

【０１２２】本発明は、上述した実施形態に限定され
ず、種々の変形が考えられることはもちろんである。た
とえば、実施形態１を含むいくつかの実施形態におい
て、主露光時に、ウエハ上の像投影面と投影光学系の結
像面とが、主露光時に所定の距離離れた位置関係にあ
り、副露光時は、この主露光の位置関係から光軸上で上
述したΔだけ異なった位置関係とになるように制御する
ことを説明した。また、周期パタンの像投影面における
周期Ｌの半分の距離だけ、その周期方向にずらした位置
で２回目の露光を行うことを説明した。これらを組み合
わせて、主露光と副露光の位置関係を、ウエハ上の光軸
上とは限らないで光軸方向および周期方向にずらした位
置関係とすることができることはもちろんである。The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and it is needless to say that various modifications can be considered. For example, in some embodiments including the first embodiment, during the main exposure, the image projection surface on the wafer and the image formation surface of the projection optical system are in a positional relationship of being apart from each other by a predetermined distance during the main exposure, and the sub-exposure is performed. At this time, it has been explained that control is performed such that the positional relationship differs from the positional relationship of the main exposure by the above-mentioned Δ on the optical axis. Further, it has been described that the second exposure is performed at a position shifted in the cycle direction by a distance of half the cycle L on the image projection plane of the cyclic pattern. Of course, by combining these, the positional relationship between the main exposure and the sub-exposure can be shifted not only on the optical axis on the wafer but also in the optical axis direction and the periodic direction.

【０１２３】[0123]

【発明の効果】以上説明したように、この発明では、光
軸方向のΔだけ離れた２点における２回の露光を行うよ
うにした。また、この発明では、所定の位置で１回露光
した後、引き続いて、フォトマスク上の周期パタンの像
投影面における周期Ｌの半分の距離だけ、その周期方向
にずらした位置で２回目の露光を行うようにした。この
ことにより、この発明によれば、像投影面における周期
Ｌが照明光源の露光波長λを２倍して投影光学系の開口
数ＮＡで割った値以下となる周期マスクパタンが形成さ
れたフォトマスクを用い、その周期Ｌの半分の周期の周
期パタンを、実用的な焦点深度を有してウエハ上に形成
することができるという効果がある。As described above, in the present invention, the exposure is performed twice at two points separated by Δ in the optical axis direction. Further, according to the present invention, after the first exposure at a predetermined position, the second exposure is subsequently performed at a position shifted in the cycle direction by a distance of half the cycle L on the image projection plane of the cyclic pattern on the photomask. To do. As a result, according to the present invention, a periodic mask pattern is formed in which the period L on the image projection plane is equal to or less than the value obtained by doubling the exposure wavelength λ of the illumination light source and dividing by the numerical aperture NA of the projection optical system. There is an effect that a mask can be used to form a periodic pattern of a half of the period L on the wafer with a practical depth of focus.

【０１２４】また、この発明では、周期マスクパタンの
透過率を周期方向に平均化することによって得られる平
均透過率を、周期マスクパタンの周期性を有する方向と
垂直な方向の端部において、端部に近いほど高くなるよ
うに変化させているので、周期マスクパタン端部から回
折光が発生し難くなる。一方、この発明では、周期マス
クパタンからの回折光の中で、周期マスクパタンの周期
性をもつ方向と垂直な方向の波数を、投影光学系の瞳面
上で制限しているので、周期マスクパタンの端部からの
回折光が結像面に到達し難くなる。このため、この発明
によれば、周期マスクパタン端部からの周期方向とは垂
直な方向からの回折光のために発生する、ウエハ上に形
成する周期パタンの端部がくっついてしまう現象が解消
できる。Further, in the present invention, the average transmittance obtained by averaging the transmittances of the periodic mask patterns in the periodic direction is obtained by measuring the average transmittances at the end portions in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern. Since it is changed so that it becomes higher as it gets closer to the portion, it becomes difficult to generate diffracted light from the end portion of the periodic mask pattern. On the other hand, in the present invention, in the diffracted light from the periodic mask pattern, the wave number in the direction perpendicular to the direction having the periodicity of the periodic mask pattern is limited on the pupil plane of the projection optical system. It becomes difficult for the diffracted light from the end portion of the pattern to reach the image forming surface. Therefore, according to the present invention, the phenomenon that the end portions of the periodic pattern formed on the wafer are stuck due to the diffracted light from the direction perpendicular to the periodic direction from the end portions of the periodic mask pattern is eliminated. it can.

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

【図１】 本発明による投影露光の構成を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of projection exposure according to the present invention.

【図２】 フォトマスクとそのパタンが転写された状態
を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a photomask and its pattern are transferred.

【図３】 １回目の露光と２回目の露光において、露光
量を等しくした場合のレジストパタンの形成結果を示す
断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a result of forming a resist pattern when the exposure amounts are made equal in the first exposure and the second exposure.

【図４】 この発明による線幅が一様なラインアンドス
ペースパタンを示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a line-and-space pattern having a uniform line width according to the present invention.

【図５】 露光中のウエハの移動速度を示す相関図であ
る。FIG. 5 is a correlation diagram showing the moving speed of the wafer during exposure.

【図６】 像投影面上の光強度分布を示す特性図であ
る。FIG. 6 is a characteristic diagram showing a light intensity distribution on an image projection plane.

【図７】 この発明の実施形態である露光を行うための
投影露光装置の構成を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus for performing exposure that is an embodiment of the present invention.

【図８】 この発明の他の実施形態である投影露光装置
の構成を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus that is another embodiment of the present invention.

【図９】 この発明における、雰囲気と屈折率の異なる
透明体を挿入するようにした投影露光装置の構成を示す
構成図である。FIG. 9 is a configuration diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus in which a transparent body having a refractive index different from that of an atmosphere is inserted in the present invention.

【図１０】 この発明における、雰囲気と屈折率の異な
る透明体を挿入するようにした、他の実施形態の投影露
光装置の構成を示す構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram showing the configuration of a projection exposure apparatus of another embodiment in which a transparent body having a refractive index different from that of the atmosphere is inserted in the present invention.

【図１１】 この発明の投影露光装置における平行平板
挿入機構の他の実施形態を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another embodiment of the parallel plate insertion mechanism in the projection exposure apparatus of the present invention.

【図１２】 周期の半分だけその方向に２回露光したと
きの、形成したストライプパタン端部の状態を示す平面
図である。FIG. 12 is a plan view showing the state of the formed stripe pattern end portion when the exposure is performed twice in the direction for half the period.

【図１３】 フォトマスク上のラインアンドスペースパ
タンを投影露光する場合の投影レンズの瞳面上での光振
幅分布（回折光分布）を模式的に示す平面図である。FIG. 13 is a plan view schematically showing the light amplitude distribution (diffracted light distribution) on the pupil plane of the projection lens when the line-and-space pattern on the photomask is projected and exposed.

【図１４】 フォトマスク上のラインアンドスペースパ
タンの端部を示す平面図である。FIG. 14 is a plan view showing an end portion of a line-and-space pattern on a photomask.

【図１５】 この発明の実施形態１２におけるパタンと
したフォトマスクを用いた場合の、像投影面における光
強度分を示す分布図である。FIG. 15 is a distribution diagram showing a light intensity component on an image projection surface when a photomask having a pattern according to the twelfth embodiment of the present invention is used.

【図１６】 この発明の実施形態１３におけるパタンと
したフォトマスクを用いた場合の、像投影面における光
強度分を示す分布図である。FIG. 16 is a distribution diagram showing a light intensity component on an image projection surface when a photomask having a pattern according to the thirteenth embodiment of the present invention is used.

【図１７】 この発明の他の実施形態におけるパタンと
したフォトマスクを用いた場合の、像投影面における光
強度分を示す分布図である。FIG. 17 is a distribution diagram showing a light intensity component on an image projection surface when a photomask having a pattern according to another embodiment of the present invention is used.

【図１８】 この発明の他の実施形態におけるパタンと
したフォトマスクを用いた場合の、像投影面における光
強度分を示す分布図である。FIG. 18 is a distribution diagram showing a light intensity component on an image projection surface when a photomask having a pattern according to another embodiment of the present invention is used.

【図１９】 この発明の実施形態１４における形成する
ラインアンドスペースパタンのストライプ方向の回折光
を制限する瞳フィルタの構成を示す平面図である。FIG. 19 is a plan view showing the structure of a pupil filter that limits the diffracted light in the stripe direction of the line-and-space pattern formed in Embodiment 14 of the present invention.

【図２０】 図１９の瞳フィルタを用いた場合に形成さ
れた光学像の状態を示す平面図である。20 is a plan view showing a state of an optical image formed when the pupil filter of FIG. 19 is used.

【図２１】 この発明の他の実施形態における、形成す
るラインアンドスペースパタンのストライプ方向の回折
光を制限する瞳フィルタの構成を示す平面図である。FIG. 21 is a plan view showing a configuration of a pupil filter that limits diffracted light in a stripe direction of a line-and-space pattern to be formed in another embodiment of the present invention.

【図２２】 この発明の他の実施形態である瞳フィルタ
を用いる投影露光装置の構成を示す構成図である。FIG. 22 is a configuration diagram showing a configuration of a projection exposure apparatus using a pupil filter which is another embodiment of the present invention.

【図２３】 通常の投影露光による０．４λ（露光波
長）／ＮＡ（開口数）のラインアンドスペースパタンの
像投影面上の強度分布を示す特性図である。FIG. 23 is a characteristic diagram showing the intensity distribution on the image projection surface of a line and space pattern of 0.4λ (exposure wavelength) / NA (numerical aperture) obtained by normal projection exposure.

【図２４】 位相シフトマスクの構成を示す断面図であ
る。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the structure of a phase shift mask.

【図２５】 従来の投影露光の構成を示す断面図であ
る。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a configuration of conventional projection exposure.

【図２６】 従来の変形照明による投影露光を説明する
ための断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view for explaining projection exposure by conventional modified illumination.

【図２７】 変形照明による投影露光を説明するための
斜視図である。FIG. 27 is a perspective view for explaining projection exposure with modified illumination.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…照明光、２…フォトマスク、３…０次回折光、４ａ
…１次回折光、４ｂ…−１次回折光、５ａ…２次回折
光、５ｂ…−２次回折光、６ａ…３次回折光、６ｂ…−
３次回折光、７…投影レンズ、８…像投影面、７１…絞
り、７２…コンデンサレンズ、７３…フォトマスク、７
４…縮小投影光学系、７４ａ…密閉形、７５…ウエハス
テージ、７６…ステージ駆動制御部、７７…露光制御
部、８６…マスク光学系駆動制御部、９１…ランプ、９
２…楕円ミラー、９３…第１ミラー、９４…コリメータ
レンズ、９５…フライアイレンズ、９６…照明絞り、９
７…第２ミラー、９８…コンデンサレンズ、９９…フォ
トマスク、１００…マスクホルダ、１０１…平行平板挿
入機構、１０２…投影レンズ、１０３…ウエハ、１０４
…ウエハステージ、１０５…ステージ駆動部、１６１…
縞状領域、１７１…ハーフトーン領域、１８１…ハーフ
トーンパタン、１９１…遮光部、１９２…透過部、２１
０…中央透過部、２１１…輪帯透過部、２１２…主遮光
部、２１３…周辺遮光部、２２１…瞳フィルタ。1 ... Illumination light, 2 ... Photomask, 3 ... 0th-order diffracted light, 4a
... 1st-order diffracted light, 4b ...- 1st-order diffracted light, 5a ... 2nd-order diffracted light, 5b ...- 2nd-order diffracted light, 6a ... 3rd-order diffracted light, 6b ...-
Third-order diffracted light, 7 ... Projection lens, 8 ... Image projection plane, 71 ... Aperture, 72 ... Condenser lens, 73 ... Photomask, 7
4 ... Reduction projection optical system, 74a ... Closed type, 75 ... Wafer stage, 76 ... Stage drive control section, 77 ... Exposure control section, 86 ... Mask optical system drive control section, 91 ... Lamp, 9
2 ... Elliptical mirror, 93 ... First mirror, 94 ... Collimator lens, 95 ... Fly-eye lens, 96 ... Illumination diaphragm, 9
7 ... 2nd mirror, 98 ... Condenser lens, 99 ... Photomask, 100 ... Mask holder, 101 ... Parallel plate insertion mechanism, 102 ... Projection lens, 103 ... Wafer, 104
... Wafer stage, 105 ... Stage drive unit, 161 ...
Striped area, 171 ... Halftone area, 181 ... Halftone pattern, 191 ... Shading section, 192 ... Transmissive section, 21
0 ... central transmission part, 211 ... annular transmission part, 212 ... main light-shielding part, 213 ... peripheral light-shielding part, 221 ... pupil filter.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 周期マスクパタンが形成された透明基板
からなるフォトマスクに、照明光源からの照明光を照射
し、これによって得られる前記フォトマスクの透過光
を、投影光学系を介してウエハに投影して、前記周期マ
スクパタンの光学像を前記ウエハ上に形成する投影露光
方法において、 前記ウエハへの投影露光は、主露光とこの主露光の後に
行われる副露光とによって行われ、 前記主露光は、前記周期マスクパタンの前記投影光学系
の結像面における周期Ｌが、前記照明光源の露光波長λ
を２倍して前記投影光学系の開口数で割った値以下のと
き、コヒーレンシが０．３以下となる前記照明光を前記
フォトマスクへ照射することにより行われ、 前記副露光は、前記主露光の位置より光軸方向にΔ＝λ
／［２｛１−（１-λ2／Ｌ2）1/2｝］ずつ離れていく複
数の位置のなかで、少なくとも１箇所の位置において、
コヒーレンシが０．３以下の前記照明光を前記フォトマ
スクに照射することにより行われ、 これにより、前記Ｌの半分の周期の周期パタンを前記ウ
エハ上に形成することを特徴とする投影露光方法。1. A photomask made of a transparent substrate on which a periodic mask pattern is formed is irradiated with illumination light from an illumination light source, and the transmitted light of the photomask obtained thereby is transmitted to a wafer via a projection optical system. In the projection exposure method of projecting and forming an optical image of the periodic mask pattern on the wafer, the projection exposure on the wafer is performed by a main exposure and a sub-exposure performed after the main exposure. In the exposure, the period L on the image plane of the projection optical system of the periodic mask pattern is determined by the exposure wavelength λ of the illumination light source.
Is multiplied by 2 and divided by the numerical aperture of the projection optical system to be equal to or less than the value, and the photomask is irradiated with the illumination light having a coherency of 0.3 or less. Δ = λ in the optical axis direction from the exposure position
/ [2 {1- (1-λ 2 / L 2 ) 1/2 }] at a position of at least one of a plurality of positions separated by
A projection exposure method, which is performed by irradiating the photomask with the illumination light having a coherency of 0.3 or less, thereby forming a periodic pattern having a half period of the L on the wafer. 【請求項２】 周期マスクパタンが形成された透明基板
からなるフォトマスクに、照明光源からの照明光を照射
し、これによって得られる前記フォトマスクの透過光
を、投影光学系を介してウエハに投影して、前記周期マ
スクパタンの光学像を前記ウエハ上に形成する投影露光
方法において、 前記周期マスクパタンの前記投影光学系の結像面におけ
る周期Ｌが、前記照明光源の露光波長λを２倍して前記
投影光学系の開口数で割った値以下のとき、 前記ウエハを所定の第１の位置から光軸方向にΔ＝λ／
［２｛１−（１-λ2／Ｌ2）1/2｝］の整数倍だけ離れた
第２の位置まで、コヒーレンシが０．３以下の前記照明
光を前記フォトマスクに照射し続けて露光を行い、 前記Ｌの半分の周期の周期パタンを前記ウエハ上に形成
することを特徴とする投影露光方法。2. A photomask made of a transparent substrate on which a periodic mask pattern is formed is irradiated with illumination light from an illumination light source, and the transmitted light of the photomask thus obtained is transmitted to a wafer via a projection optical system. In a projection exposure method of projecting and forming an optical image of the periodic mask pattern on the wafer, a period L of the periodic mask pattern on an image plane of the projection optical system is equal to an exposure wavelength λ of the illumination light source of 2 When it is equal to or smaller than a value obtained by multiplying and dividing by the numerical aperture of the projection optical system, the wafer is moved from the predetermined first position in the optical axis direction by Δ = λ /
Continue to irradiate the photomask with the illumination light having a coherency of 0.3 or less, up to a second position separated by an integer multiple of [2 {1- (1-λ 2 / L 2 ) 1/2 }]. A projection exposure method, which comprises performing exposure to form a periodic pattern having a half period of the L on the wafer. 【請求項３】 周期マスクパタンが形成された透明基板
からなるフォトマスクを用い、このフォトマスクに照明
光源より得られる照明光を照射して得られる前記フォト
マスクの透過光を、投影光学系によりウエハに投影する
ことで、前記周期マスクパタンの光学像をウエハ上に形
成させる投影露光方法において、 前記周期マスクパタンの前記投影光学系の結像面におけ
る周期Ｌが、前記照明光源の露光波長λを２倍して前記
投影光学系の開口数ＮＡで割った値以下のとき、 コヒーレンシが０．３以下の照明光を前記フォトマスク
に照射して主露光を行い、 さらに、前記照明光源の光軸と垂直で前記周期マスクパ
タンの周期性のある方向に、１回につき前記周期Ｌの半
分の距離だけ前記ウエハもしくは周期マスクパタンの光
学像を１回以上移動させて、各位置において副露光を行
うことを特徴とする投影露光方法。3. A photomask made of a transparent substrate on which a periodic mask pattern is formed is used, and the transmitted light of the photomask obtained by irradiating the photomask with illumination light obtained from an illumination light source is projected by a projection optical system. In a projection exposure method of forming an optical image of the periodic mask pattern on a wafer by projecting onto the wafer, the period L of the periodic mask pattern on the image plane of the projection optical system is the exposure wavelength λ of the illumination light source. Is doubled and divided by the numerical aperture NA of the projection optical system, the main exposure is performed by irradiating the photomask with illumination light having a coherency of 0.3 or less. The optical image of the wafer or the periodic mask pattern is moved once or more in a direction perpendicular to the axis and in the periodicity of the periodic mask pattern by a distance half the period L at a time. So, the projection exposure method characterized by performing the sub-exposure at each position. 【請求項４】 請求項１〜３いずれか１項記載の投影露
光方法において、 前記周期マスクパタンは、光の透過部の幅が光の遮光部
の幅よりも狭いことを特徴とする投影露光方法。4. The projection exposure method according to claim 1, wherein in the periodic mask pattern, a width of a light transmitting portion is narrower than a width of a light shielding portion. Method. 【請求項５】 請求項１〜４いずれか１項記載の投影露
光方法において、 前記フォトマスクの前記遮光部に相当する部分が、所定
の透過率および位相をもって光を透過する吸収型位相シ
フトマスクであることを特徴とする投影露光方法。5. The projection exposure method according to claim 1, wherein a portion of the photomask corresponding to the light shielding portion transmits light with a predetermined transmittance and phase. And a projection exposure method. 【請求項６】 請求項１〜５いずれか１項記載の投影露
光方法において、 前記ウエハ上に周期パタンを形成するフォトレジストの
光照射による透過率変化に合わせて、２回目以降の露光
における露光量を制御することを特徴とする投影露光方
法。6. The projection exposure method according to claim 1, wherein the exposure in the second and subsequent exposures is performed in accordance with the change in transmittance of the photoresist forming the periodic pattern on the wafer due to light irradiation. A projection exposure method characterized by controlling an amount. 【請求項７】 請求項１〜６いずれか１項記載の投影露
光方法において、 前記フォトマスクにおいて、その周期マスクパタンの透
過率を周期方向に平均化することによって得られる平均
透過率が、周期マスクパタンの周期性を有する方向と垂
直な方向の端部において、端部に近いほど高くなるよう
に変化していることを特徴とする投影露光方法。7. The projection exposure method according to claim 1, wherein in the photomask, the average transmittance obtained by averaging the transmittances of the periodic mask patterns in the periodic direction is a period. A projection exposure method characterized in that an end portion in a direction perpendicular to a direction having a periodicity of a mask pattern is changed so as to be higher as it is closer to the end portion. 【請求項８】 請求項１〜６いずれか１項記載の投影露
光方法において、 前記周期マスクパタンからの回折光の中で、周期マスク
パタンの周期性をもつ方向と垂直な方向の波数を、前記
投影光学系の瞳面上で制限することを特徴とする投影露
光方法。8. The projection exposure method according to claim 1, wherein, in the diffracted light from the periodic mask pattern, a wave number in a direction perpendicular to a direction having periodicity of the periodic mask pattern is set, A projection exposure method, wherein the projection optical system is limited on the pupil plane. 【請求項９】 周期マスクパタンが形成された透明基板
からなるフォトマスクを用い、このフォトマスクに照明
光源より得られる照明光を照射して得られる前記フォト
マスクの透過光を、投影光学系によりウエハに投影する
ことで、前記周期マスクパタンの光学像を前記ウエハ上
に形成させる投影露光装置において、 コヒーレンシが０．３以下の照明光源と、 前記周期マスクパタンの前記結像面における周期Ｌと前
記照明光源の波長λにより、Δ＝λ／［２｛１−（１-
λ2／Ｌ2）1/2｝］を算出し、前記ウエハ上の像投影面
と前記投影光学系の結像面とが、主露光時に光軸上で所
定の距離離れた位置関係にあり、副露光は、この主露光
の位置関係から光軸上で前記Δだけ異なった位置関係と
なるように制御する光学制御手段とを備え、 前記ウエハ上の像投影面と前記投影光学系の結像面とが
前記主露光の位置関係と副露光の位置関係となった状態
で露光を行うことを特徴とする投影露光装置。9. A photomask made of a transparent substrate on which a periodic mask pattern is formed is used, and the transmitted light of the photomask obtained by irradiating the photomask with illumination light obtained from an illumination light source is projected by a projection optical system. In a projection exposure apparatus for forming an optical image of the periodic mask pattern on the wafer by projecting onto the wafer, an illumination light source having a coherency of 0.3 or less, and a period L on the image plane of the periodic mask pattern. Depending on the wavelength λ of the illumination light source, Δ = λ / [2 {1- (1-
λ 2 / L 2 ) 1/2 }] is calculated, and the image projection surface on the wafer and the imaging surface of the projection optical system are in a positional relationship on the optical axis at a predetermined distance during main exposure. The sub-exposure includes an optical control unit that controls the positional relationship of the main exposure so that the positional relationship differs by Δ on the optical axis, and the connection between the image projection surface on the wafer and the projection optical system. A projection exposure apparatus, which performs exposure in a state where the image plane is in the positional relationship of the main exposure and the positional relationship of the sub-exposure. 【請求項１０】 請求項９記載の投影露光装置におい
て、 前記光学制御手段は、前記主露光の位置関係から光軸上
で前記Δずつ異なった位置関係となるように、副露光の
位置関係を制御することを特徴とする投影露光装置。10. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical control unit changes the sub-exposure positional relationship so that the sub-exposure is changed by Δ on the optical axis from the main exposure positional relationship. A projection exposure apparatus that is controlled. 【請求項１１】 請求項９記載の投影露光装置におい
て、 前記光学制御手段が、前記主露光の位置関係から、前記
副露光の位置関係まで前記ウエハ上の像投影面と前記投
影光学系の結像面の相対位置を変化させている間、前記
照明光源を照射し続ける連続露光手段を備えたことを特
徴とする投影露光装置。11. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical control unit connects the image projection surface on the wafer and the projection optical system from the positional relationship of the main exposure to the positional relationship of the sub-exposure. A projection exposure apparatus comprising continuous exposure means for continuously irradiating the illumination light source while changing the relative position of the image plane. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれか１項記載の
投影露光装置において、 前記光学制御手段は、前記ウエハを光軸方向に移動させ
ることで、前記主露光および副露光の位置関係となるよ
うに制御することを特徴とする投影露光装置。12. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical control unit moves the wafer in an optical axis direction to establish a positional relationship between the main exposure and the sub-exposure. A projection exposure apparatus, which is controlled so that 【請求項１３】 請求項９〜１１のいずれか１項記載の
投影露光装置において、 前記光学制御手段は、前記フォトマスクを光軸方向に移
動させることで、前記主露光および副露光の位置関係と
なるように制御することを特徴とする投影露光装置。13. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical control unit moves the photomask in an optical axis direction to thereby cause a positional relationship between the main exposure and the sub-exposure. A projection exposure apparatus, which is controlled so that 【請求項１４】 請求項９〜１１のいずれか１項記載の
投影露光装置において、 前記光学制御手段は、前記投影光学系を光軸方向に移動
させることで、前記Δ主露光および副露光の位置関係と
なるように制御することを特徴とする投影露光装置。14. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein the optical control unit moves the projection optical system in an optical axis direction to perform the Δ main exposure and the sub exposure. A projection exposure apparatus, which is controlled to have a positional relationship. 【請求項１５】 請求項９〜１１のいずれか１項記載の
投影露光装置において、 雰囲気とは異なる屈折率を有する透明体からなる平行平
板を、前記投影光学系の光軸と直交するように、前記フ
ォトマスクとウエハとの間に出し入れする平行平板挿入
機構を有し、 前記光学制御手段が前記平行平板挿入機構を制御して、
前記平行平板を前記フォトマスク以降の光路中に挿入す
ることで、前記主露光と副露光の位置関係となるように
制御することを特徴とする投影露光装置。15. The projection exposure apparatus according to claim 9, wherein a parallel plate made of a transparent material having a refractive index different from the atmosphere is orthogonal to the optical axis of the projection optical system. A parallel plate insertion mechanism for inserting and removing between the photomask and the wafer, wherein the optical control means controls the parallel plate insertion mechanism,
A projection exposure apparatus, characterized in that the parallel plate is inserted into an optical path after the photomask so as to control the main exposure and the sub-exposure. 【請求項１６】 請求項１記載の投影露光方法におい
て、 前記副露光は、主露光に続いて、主露光の位置から光軸
方向にΔ＝λ／［２｛１−（１-λ2／Ｌ2）1/2｝］の整
数倍だけ離れた位置まで、連続的に前記照明光を使っ
て、前記フォトマスクへ照射することにより行われるこ
とを特徴とする投影露光方法。16. The projection exposure method according to claim 1, wherein, in the sub-exposure, following the main exposure, Δ = λ / [2 {1- (1-λ 2 / L 2 ) 1/2 }] is a projection exposure method, which is performed by continuously irradiating the photomask with the illumination light up to a position separated by an integral multiple.
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