JPH09160219A - 光学素子及びそれを用いた露光装置 - Google Patents

光学素子及びそれを用いた露光装置

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JPH09160219A
JPH09160219A JP34485595A JP34485595A JPH09160219A JP H09160219 A JPH09160219 A JP H09160219A JP 34485595 A JP34485595 A JP 34485595A JP 34485595 A JP34485595 A JP 34485595A JP H09160219 A JPH09160219 A JP H09160219A
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optical
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    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体露光装置等において偏光を利用して細
かいパターンを結像する際に好適な光学素子及びそれを
用いた露光装置を得ること。 【解決手段】 転写するべきパタ−ンの形成された光学
素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する露光装置
において、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記
光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長手方向と
等価的な方向に前記露光装置で用いる露光波長近傍の周
期を持つ微細周期性パタ−ンを持つ光学部材を配置した
こと。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はIC,LSI等の回
路を構成するパタ−ンの形成における光学素子及びそれ
を用いた露光装置に関し、特に半導体素子製造用のウェ
ハ(基板)上に該細かいパタ−ンを形成する際に好適な
ものである。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の微細化が進むにつれ、位相
シフトや変形照明など新しい結像技術が進展し、露光装
置側でも該新しい結像技術の成果が次々と取り入れられ
ている。この背景には従来の単純な構成の光学系での解
像力の限界が明確になってきたため、位相を扱うなど新
たな可能性を求めることが必然となってきたことがあ
る。
【0003】従来より、半導体素子製造の露光装置の中
で効果が知られてはいたが積極的に使われていなかった
パラメ−タに偏光がある。偏光の効果についてはすでに
多くの文献が書かれており、一例として Y.Unno: "Pola
rization effect of illumination light", Proc.SPIE
1927 "Optical/Laser MicrolithographyVI" (1993) pp.
879-891 がある。偏光の効果は特に結像光同士の角度が
大きい場合、例えば斜入射光学系やレヴェンソン型の位
相シフトマスクに対して効果が大きいことも解析や実験
結果から明らかとなっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように新しい結像
技術が求められるにつれ、新しいパラメ−タを実用的な
形で如何に装置に取り入れるかが大きな課題となってい
る。しかしながら偏光については実際に露光が行われる
紫外域で良い偏光素子がないという問題がある。また、
実際のLSIの回路を構成するパタ−ンはレチクル外形
と平行なX及びY方向のパタ−ンを主に形成されること
が多いが、±45°方向など任意の方向を含んでいるもの
もある。これら種々の方向のパタ−ンがレチクル内に複
雑に配置されいるため、パタ−ンの方向に合わせて任意
の方向の偏光状態を簡易に作り出す必要性もある。従来
は各パタ−ンの方向性や微細度に応じて場所場所で最適
な照明状態を得ることが困難であるという問題があっ
た。本発明は高解像度で高コントラストのパターン形成
が可能な光学素子及びそれを用いた露光装置の提供を目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は実際のLSIの
回路パタ−ンに対応して結像する光の状態をコントロ−
ルするため、該パタ−ンそのもの、あるいはその等価面
に対して微細構造を持つ周期性のある微細パタ−ンを適
用することを特長としている。この結果、回路パタ−ン
の形成されているレチクル(光学素子)に入射する光は
偏光状態を最適化することができ、よりコントラストの
高い結像を可能としている。また該微細なパタ−ンをレ
チクル上またはレチクルの等価面に配置することによ
り、パタ−ンに応じた偏光の選択と、構成によっては照
明法の選択が可能となり、結像性能の向上を図ってい
る。
【0006】具体的には、本発明の光学素子は、 (1−1)転写するべきパタ−ンを形成した光学素子に
おいて、該パタ−ンに対し該パタ−ンの長手方向に露光
波長近傍の周期を持つ周期性パタ−ンを形成したことを
特徴としている。
【0007】本発明の露光装置は、 (2−1)転写するべきパタ−ンの形成された光学素子
を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する露光装置にお
いて、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記光学
素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長手方向と等価
的な方向に前記露光装置で用いる露光波長近傍の周期を
持つ微細周期性パタ−ンを持つ光学部材を配置したこと
を特徴としている。
【0008】(2−2)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する
露光装置において、前記露光装置の照明光学系内に存在
する前記光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明
状態を制御する機能と、位置合わせ用のアライメントマ
−クを持つ光学部材を配置可能とするとともに、前記照
明系に前記光学部材のアライメントマ−クに対応する基
準マ−クと観察系、及び、前記光学部材の位置調整系を
装備したことを特徴としている。
【0009】(2−3)前記光学部材が前記転写するべ
きパターンの長手方向と等価的な方向に前記露光装置で
用いる露光波長近傍の周期を持つ微細周期性パターンを
持つことを特徴としている。
【0010】(2−4)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する
露光装置において、前記露光装置の照明光学系内に存在
する前記光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長
手方向と等価的な方向に露光波長近傍の周期を持つ微細
周期性パタ−ンと、前記パタ−ンの長手方向と等価的に
平行な方向の周期性パタ−ンを配置した光学部材を配置
したことを特徴としている。
【0011】(2−5)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する
時、前記光学素子と基板を走査しながら露光する走査型
の露光装置において、前記露光装置の照明光学系内に存
在する前記光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照
明状態を制御する光学部材を配置し、前記光学素子と基
板の走査に同期して前記光学部材を走査することを特徴
としている。
【0012】(2−6)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子上の前記パタ−ンを、基板上に前記光学素
子と基板を走査しながら露光して転写する走査型の露光
装置において、前記露光装置の照明光学系内に存在する
前記光学素子の共役面の近傍に、位置合わせ用のアライ
メントマ−クと、前記光学素子の照明状態を制御する機
能を持つ光学部材を配置するとともに、前記光学部材の
アライメントマ−クに対応した基準マ−クと観察系及
び、前記光学部材の位置調整系及び前記光学素子と基板
の走査に同期して前記光学部材を走査する機構を装備し
たことを特徴としている。
【0013】(2−7)露光用の光源に直線偏光性を持
つ光源を使用する露光装置において、前記露光装置内に
偏光選択性の光学部材が存在し、前記光学部材に対し
て、前記光源からの光が非直線偏光性の光として入射す
ることを特徴としている。
【0014】本発明の露光方法は、 (3−1)前記光学部材が前記転写するべきパターンの
長手方向と等価的な方向に前記露光装置で用いる露光波
長近傍の周期を持つ微細周期性パターンを持つことを特
徴としている。
【0015】(3−2)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子を用いて前記パタ−ンを露光装置により基
板上に転写する時、前記露光装置の照明光学系内に存在
する前記光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明
状態を制御する光学部材を配置して露光を行うことを特
徴としている。
【0016】(3−3)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子を用いて前記パタ−ンを露光装置により基
板上に転写する時、前記露光装置の照明光学系内に存在
する前記光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長
手方向と等価的な方向に露光波長近傍の周期を持つ微細
周期性パタ−ンと、前記パタ−ンの長手方向と等価的に
平行な方向の周期性パタ−ンを配置した光学部材を配置
したことを特徴としている。
【0017】(3−4)転写するべきパタ−ンの形成さ
れた光学素子上の前記パタ−ンを基板上に走査型の露光
装置を用いて前記光学素子と基板を走査しながら露光し
て転写する際、前記露光装置の照明光学系内の前記光学
素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明状態を制御す
る光学部材を配置し、前記光学素子と基板の走査に同期
して前記光学部材を走査することを特徴としている。
【0018】(3−5)直線偏光性を持つ露光用の光源
を使用する露光装置を用いて基板上にパタ−ンを転写す
る露光方法において、前記露光装置内に偏光選択性の光
学部材が存在し、前記光学部材に対して、前記光源から
の光が非直線偏光性の光として入射することを特徴とし
ている。
【0019】本発明の半導体デバイスの製造方法は、前
述の構成(2−1)〜(2−7)の露光装置、又は構成
(3−1)〜(3−5)の露光方法のいずれか1つを用
いて製造していることを特徴としている。
【0020】
【発明の実施の形態】図1は本発明の光学素子の実施形
態1の要部概略図であり、微細構造をレチクルに適用し
た例を示している。図中、19はレチクル(光学素
子)、1は回路パターン(パターン)、2は周期性の微
細パターンを示している。一般にパタ−ンが細かくなる
につれ、より複雑な光のコントロ−ルが必要となり、特
に偏光が重要な役割を果すようになることが知られてい
る。そのためには結像光はパタ−ンの長手方向と平行な
方向の電場ベクトルを持つことが望ましい。電場ベクト
ルの方向を通例に従って偏光方向と定義する。本実施形
態ではレチクル19上の回路パタ−ン1自体に微細構造
2を設けて偏光をコントロ−ルし、結像に望ましい偏光
成分を多くして、結像性能を向上させている。
【0021】図1のレチクル19は結像を行うLSIの
回路パタ−ン1の長手方向に露光波長と同程度の周期を
持つ微細なグレ−ティング(周期性微細パターン)2を
設けている。露光波長と同程度の微細パタ−ンで偏光方
向によりパタ−ンの透過率が異なることは、A.K.Wong e
t al.:"Polarization Effects in Mask Transmission",
Proc.SPIE 1674 "Optical/Laser Microlithography V
(1992) pp.193-200 により既に報告されている。従来の
スカラ−理論といわれる近似理論では、パタ−ンの透過
率は偏光方向に無関係であった。しかしながら、露光波
長と同程度までパタ−ンを微細化し、光の挙動を厳密な
Maxwellの電磁場方程式に戻って取り扱うと、偏光方向
によってパタ−ンの透過率が異なることが明らかになっ
ている。例えば1つの矩形パタ−ンを考え、その幅方向
を小さくしていくと、長手方向と平行な偏光方向の光は
透過率が悪く、直交する偏光方向の光は透過率が良いこ
とが解っている。
【0022】一方、投影光学系を通してのパタ−ンの結
像では、偏光方向が個々のLSIの回路パタ−ンの長手
方向と平行であることが望ましい。図1に示すレチクル
ではLSIの回路パタ−ン1の長手方向1aに露光波長
と同程度の周期を持つ微細パタ−ン2が周期的に形成さ
れていることを特徴としている。微細パタ−ン2が回路
パタ−ン1の長手方向と直交する方向に形成されている
ことは、該微細パタ−ン2を通過した光の主たる偏光方
向が該微細パタ−ンの方向と直交する方向、即ち回路パ
タ−ン1の長手方向と一致することを意味する。既に述
べたように回路パタ−ンの長手方向と平行な偏光方向は
ウェハでのパタ−ン形成に有利な偏光方向と合致する。
従って、図1のように露光波長と同程度の微細パタ−ン
2をレチクル上の回路パタ−ン1に合わせて設けて、ウ
ェハ上での像コントラストの向上を図っている。微細パ
タ−ン2は微細すぎるためウェハ上には転写されない。
本実施形態では248nm の波長を持つKrF エキシマレ−ザ
からの光を用いたリソグラフィ用に、露光波長の半分の
0.12μm のライン・アンド・スペ−スをレチクル上の微
細パタ−ン2として採用している。
【0023】実際のLSIの回路パタ−ンはレチクル外
形と平行なX及びY方向のパタ−ンを主に形成されてい
ることが多いが、集積度をあげるため±45°方向など任
意の方向のパタ−ンも含まれる場合がある。本実施形態
のレチクルでは微細パタ−ンを各回路パタ−ンの長手方
向に対し直角に個別設定することにより、どのようなパ
タ−ンに対しても最適な偏光状態を選ぶことができ、ま
た種々の方向のパタ−ンが混在してもパタ−ン毎に微細
パタ−ンの方向を選ぶことで対応している。
【0024】また本実施形態のような微細パタ−ンをL
SIの回路パタ−ンに対して設けるとパタ−ンの透過部
の透過率が微細パタ−ンを配さなかった場合に対して減
少する。偏光の効果は解像限界付近の細かいパタ−ンに
対して顕著で、粗いパタ−ンに対するで効果は少ない
が、レチクル面内でのパタ−ンの透過部(従来言われて
いるガラスの素抜け部分)の透過率を一定とするため、
微細パタ−ンは同じ周期性を持ったままレチクル上の全
てのパタ−ンに対して、該パタ−ンの線幅の粗微に関係
なく適用している。図1では粗いパタ−ンに対しても露
光波長前後の線幅を持った周期的なパタ−ンを配置して
いる。
【0025】図1は通常の振幅型のレチクルへの適用を
示しているが、本発明の光学素子を位相シフト型のレチ
クルに適用すると更に大きな効果が得られる。偏光の効
果は結像に寄与する回折光同士がウェハ面でなす角度が
大きいほど顕著である。レヴェンソン型では0次光が消
失し±1次光同士の結像となるため、期待される細かい
パタ−ンを解像する領域で偏光の効果が振幅型より大き
く現われる為に、レヴェンソン型位相シフトレチクルに
本発明を適用すると最も効果が大きい。
【0026】図2はレヴェンソン型の位相シフトレチク
ルの要部概略図である。図2において、201は位相シ
フト膜である。
【0027】図3は本発明の露光装置の実施形態2の要
部概略図である。同図は偏光のコントロ−ルをレチクル
の光学的な共役面で行った例を示している。レチクル自
体に微細パタ−ンを形成することはレチクルの作成と共
に、検査等に多大の時間がかかり、コスト的にも高価で
ある。そこで本実施形態では同様の効果をレチクルと共
役な位置、具体的には照明系内に偏光をコントロ−ルす
る光学部材を入れて実現している。図中10は光源の超
高圧水銀灯、11は集光用の楕円鏡、12はシャッタで
ある。12’はシャッタの駆動モ−タ、13はコンデン
サ、14は波長選択フィルタ、15はオプティカルイン
テグレ−タである。16はインテグレ−タ15から出た
光を集光するコンデンサ、17はレチクル19と共役面
に配置されたマスキングブレ−ドである。マスキングブ
レード17を通過した光は後続のコンデンサ系18、1
8’によりレチクル19を照明する。照明されたレチク
ル19上の回路パタ−ンは投影光学系51でウェハ・チ
ャック53に保持されたウェハ52上に結像している。
なおコンデンサ13を交換したりズ−ム化して光量を調
節したり、コンデンサ16を調節して照度分布を調整す
ることなどは本実施形態に適用可能である。
【0028】偏光の効果は前述のように結像に寄与する
光同士の角度が大きいときにより顕著である。従ってレ
チクル19として振幅型レチクルを用いた場合に偏光が
最も効果を発揮するのは変形照明、即ち斜入射照明をし
たときである。ここではオプティカルインテグレ−タ1
5の後に交換可能な絞り21を設け、4重極照明をした
場合について説明する。なお21’は該絞りを交換する
ための駆動系である。以下の説明は異なる絞りを選択し
て輪帯照明をした場合でも同様である。
【0029】本実施形態では照明系内のレチクルの共役
面17の位置に偏光選択素子(光学部材)22を挿入し
ている。偏光選択素子22はレチクル19上の回路パタ
−ンに対応して該パタ−ンに最適な偏光を透過してい
る。図4は図3で用いるレチクル19とレチクル19に
対応した偏光選択素子22を示している。簡単のため両
者は同じ大きさで像の反転関係も揃えて書いてあるが、
実際には両者のパタ−ンの相対関係はコンデンサ系1
8,18’の倍率と、レチクル19とマスキングブレ−
ド17間に配置されたミラ−による像の反転関係から決
定される。
【0030】例えばレチクル19上にある領域Aで縦方
向のLSIの回路パタ−ン31があったとする。この場
合領域Aに対応する偏光選択素子22上の領域A1では
露光波長オ−ダの微細な周期性パタ−ン31’が回路パ
ターン31と直交する横方向に形成されている。パター
ン31’としては例えば超高圧水銀灯のi線露光( 365n
m ) の場合には波長の半分の 0.18μmのライン・アン
ド・スペ−スを用いている。即ち微細パタ−ンの周期が
露光波長と一致している。レチクル19の別の領域Bで
横方向の回路パタ−ン32があった場合、領域Bに対応
する偏光選択素子22上の領域B1ではパターン31’
と同様に露光波長オ−ダの微細な周期性パタ−ン32’
が回路パターン32と直交する縦方向に形成されてい
る。露光波長オ−ダの微細な周期性パタ−ンの偏光選択
性については既に述べたとおりである。露光波長程度の
微細な周期性パタ−ンは微細すぎて光学系が解像せず、
従ってパタ−ンとしてウェハ52上に転写されることは
ない。図4では領域Aの右下部のパタ−ンのない部分に
対応する領域A1の部分の微細周期性パタ−ンを省略し
た例を示したが、領域A1では偏光を選択するだけなの
でこの部分の微細周期性パタ−ンは省略しなくてもよ
い。
【0031】図では縦横パタ−ンについて説明したが+
45度パタ−ンについては−45度パタ−ンを対応させれば
よいなど、任意の角度のパタ−ンについてもそれと直交
する方向に波長オ−ダの微細な周期性パタ−ンを形成す
ればよい。
【0032】パターン31’はパターン31に対応する
領域全体にわたって連続して形成すれば良いため、実施
形態1のように個々のLSIの回路パタ−ン毎にパタ−
ンを作るより作成が容易である。また、レチクルに対し
て偏光選択素子22が縮小された関係になる場合には、
露光波長オ−ダのパタ−ンを作る領域の面積が直接レチ
クルに微細パタ−ンを描画する場合より小さくなるた
め、コストを下げる要因になる。この場合、偏光を選択
する微細な周期性パタ−ンの線幅は露光波長との関係で
決まるため、面積は縮小されても、同じ縮小比を受けず
常に露光波長近傍の線幅あるいは周期である。
【0033】偏光を決定する偏光選択素子22はレチク
ル19に対応して作成され、マスキング17の位置近傍
に配置されるので、レチクル19上の個々のパタ−ン3
1はその方向性に応じて最適な偏光状態で照明される。
このためレチクル19と偏光選択素子22の間にはアラ
イメント関係が生じる。レチクルにはもともとステッパ
に装着するためのレチクルアライメントマ−ク33が形
成されており、該アライメントマ−ク33がレチクル近
傍もしくはウェハ・ステ−ジ上に予め装着してある基準
マ−ク34に対して位置合わせされる。レチクルアライ
メントマーク33と基準マーク34は観察系39によっ
て観察され、不図示の調整機構でレチクル19が基準マ
−ク34に対しセットされる。一方、偏光選択素子22
にも同様にアライメントマ−ク35が付けられる。偏光
選択素子22はアライメントマーク35を照明系内の基
準マ−ク36に対してアライメントすることで位置合わ
せされる。このため照明系内にはアライメントマーク3
5と基準マーク36を観察する基準マ−ク観察系37及
び、偏光選択素子22を位置合わせするための位置調整
機構38を設けている。レチクル19が不図示の搬送系
により交換されるごとに、偏光選択素子22も不図示の
搬送システムにより交換され、基準マーク観察系37の
観察結果に基づいて位置調整機構38で位置調整を行っ
ている。
【0034】図5は本発明の実施形態3の要部概略図で
ある。本実施形態では、偏光の選択と共に照明法の選択
も同時に行う例を示している。具体的な系の構成は図3
の実施形態2とほとんど同一で、同じ構成要素には同一
の符号を付けている。図5の図3との違いはオプティカ
ルインテグレ−タ15の後ろの絞り21が、照明系のコ
ヒ−レンスを示すσが小さい条件となっていること、及
びマスキングブレ−ド部に設置する光学部材22’が露
光波長オ−ダの微細な周期性パタ−ンに加えてほかの構
造も持っていることが相違点である。光学部材22’の
構造としては位相シフト膜を付けたもの、あるいは振幅
型のグレ−ティングを配置したものがある。新たに加わ
ったパタ−ンはレチクルを照明する角度をコントロ−ル
する役割を果すものである。ここでは代表例として位相
シフト型のグレ−ティングを配置したものを説明する。
光学部材22’にも前例と同じくアライメント用マ−ク
35が配されている。
【0035】図6は図4と同じくレチクル19とそれに
対応する光学部材22’の関係を示している。レチクル
19上にある領域Aで縦方向のLSIの回路パタ−ン3
1があったとき、領域Aに対応する光学部材22’上の
領域A2では露光波長オ−ダ−の微細な周期性パタ−ン
31’が回路パターン31と直交する横方向に形成され
ていると共に、縦方向に位相グレ−ティング41が形成
されている。回路パタ−ン31の長手方向と平行な縦方
向のグレ−ティング41は図7に示すように0次光を消
失させて±1次の回折光を発生する作用をし、結果的に
レチクル上のパタン領域Aを変形照明の最適照明条件と
なるように照明する。即ち、位相グレ−ティング41の
ピッチは最適照明条件となるように設定される。
【0036】レチクル19の別の領域Bで横方向のLS
Iの回路パタ−ン32があった場合、領域Bに対応する
光学部材22’上の領域B2では露光波長オ−ダの微細
な周期性パタ−ン32’が回路パターン32と直交する
縦方向に形成されていると共に、これと直交する横方向
に位相グレ−ティング42が形成されている。横方向の
グレ−ティング42も図7に模式的に示したような回折
光を生じさせ、同じくレチクル上のパタ−ン領域Bを変
形照明での最適照明条件となるように照明する。位相型
グレーティング41や42は周期性パターン31’や3
2’より周期が粗くウェハ上に転写される可能性がある
ため、レチクルの共役面から少しデフォ−カスした位置
に置かれ、転写されないように配置するとよい。
【0037】図6で位相型グレーティング41及び42
を単独で示した図はレチクルの断面図で、レチクルのガ
ラス面上に位相シフト膜が形成されている様子である。
【0038】照射角の選択は位相グレ−ティングだけで
なく、位相型グレーティング41や42を振幅型のグレ
−ティングにしても行うことができる。この場合も偏光
方向は微細な周期性パタ−ン31’、32’で選択さ
れ、照明角は位相型グレ−ティング41、42で選択さ
れるため、レチクルの領域に応じた照明を行うことがで
きる。
【0039】図8は本発明を走査型の露光装置に適用し
た実施形態4の要部概略図である。走査型の場合には照
明系の光に対してレチクル19とウェハ52が相対的に
移動する、具体的には照明系が固定で、レチクル19と
ウェハ52が走査している。この場合にも本発明は同様
に適用できる。
【0040】図8でもこれまでの説明と同じ部材に対し
ては同一番号が付けられている。装置は照明系とレチク
ル系、投影光学系、ウェハ系を有し、照明系と投影光学
系51が固定されて、レチクル19とウェハ52が投影
系の縮小比に応じた速度関係で同期して走査している。
レチクル19はレチクル走査ステ−ジ54に、ウェハ5
2はウェハ走査ステ−ジ55の上に載せられており、両
走査ステ−ジはレ−ザ干渉計によって精密に位置制御さ
れる。
【0041】所望の偏光状態、あるいはそれに加えて所
望の照明角度を持つ照明光を走査されるレチクルの各部
分に当てるため、これまで説明してきた光学部材22
(22’)をレチクルの走査に同期しながら走査するの
が本実施形態の特徴である。56は光学部材22(2
2’)を載せる走査ステ−ジである。走査ステージ56
はまたマスキングブレ−ド17を露光時走査するのに共
用することができる。レチクル19と光学部材22(2
2’)の間の相対関係を保ったまま走査すれば、レチク
ル19に所望の照明光を当てることができ、結像性能を
向上させることができる。本実施形態のようにレチクル
19あるいはウェハ52と同期走査される光学素子は照
明光の偏光状態の選択だけでなく、他の特徴を持った光
学部材、例えば角度特性を制御する光学部材に対しても
適用可能である。本実施形態ではレチクルを装置にセッ
トするための基準マ−ク34をウェハ走査ステ−ジ上に
配置した。また、光学部材22(22’)の装置に対す
る位置合わせについては前実施形態と同様である。
【0042】これまでは超高圧水銀灯を光源とする例を
示したが、本発明はエキシマレ−ザのように直線偏光性
を持った光源に対しても同様に適用できる。直線偏光性
の光源を用いた場合に、種々の方向性を持つパタ−ンに
一般的に対応できるようにするには、偏光の主たる方向
を決定する微細な周期性パタ−ンに到達するまでに偏光
方向を非直線性にしておく必要がある。従って、レチク
ル上にあるか、あるいはレチクルと共役面近傍にあるか
を問わず、微細な周期性パタ−ンの存在する位置とレ−
ザ光源の間にλ/4板などの偏光状態を制御する光学部材
を入れたり、ビ−ムスプリッタでレ−ザ・ビ−ムを分割
して偏光方向を回転して再びビ−ムを統合したりする構
成が必要である。
【0043】図9は半導体デバイス(ICやLSI等の
半導体チップ、或いは液晶パネルやCCD等)の製造の
フローを示す。
【0044】ステップ1(回路設計)では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ2(マスク製作)では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。
【0045】一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4
(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。
【0046】次のステップ5(組立)は後工程と呼ば
れ、ステップ4によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシ
ング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封
入)等の工程を含む。
【0047】ステップ6(検査)ではステップ5で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0048】図10は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。
【0049】ステップ13(電極形成)ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打
込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15
(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ16(露光)では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。
【0050】ステップ17(現像)では露光したウエハ
を現像する。ステップ18(エッチング)では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ19(レジス
ト剥離)ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
【0051】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。
【0052】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
露光波長オ−ダの微細な周期性パタ−ンの特性を利用す
ることによりレチクル上の個別のパタ−ンに対して最適
な偏光状態を提供している。この結果、結像の際のコン
トラストが向上し、焦点深度の向上や、限界像性能の向
上などを達成している。
【0053】更に本発明では偏光状態を選択すると共に
レチクル上の各パタ−ンに応じて最適な照明条件も作り
出すことにより、位相シフト技術や変形照明技術と相性
のよい照明を行う露光方法及び装置を提供している。
又、本発明はレチクル自体で実現することも可能である
し、また従来型のレチクルに対して露光装置側の対策で
実現することもできる。また本発明はステッパや走査型
の露光装置に等しく適用することができて応用範囲が広
く、極限まで性能を追求するリソグラフィの領域で大き
な効果をあげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1のレチクル
【図2】 本発明を適用したレヴェンソン型位相シフト
レチクル
【図3】 本発明の実施形態2の露光装置
【図4】 レチクルと本発明の光学素子とのパタ−ンの
関係を示す図
【図5】 本発明の実施形態3の露光装置
【図6】 レチクルと本発明の光学素子とのパタ−ンの
関係を示す図
【図7】 本発明の光学素子による角度制御を示す図
【図8】 本発明の実施形態4の走査型露光装置
【図9】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロー
チャート
【図10】 本発明の半導体デバイスの製造方法のフロ
ーチャート
【符号の説明】
1 LSIの回路パタ−ン 2 周期性微細パタ−ン 10 超高圧水銀灯 11 楕円鏡 12 シャッタ 12’ シャッタの駆動系 13 コンデンサ・レンズ系 14 波長選択フィルタ− 15 オプティカルインテグレ−タ 16 コンデンサ・レンズ系 17 マスキング・ブレ−ド 18、18’ コンデンサ・レンズ系 19 レチクル 21 絞り 21’ 絞りの駆動系 22 偏光選択素子 22’ 偏光及び角度選択素子 31 レチクル上のLSIの回路パタ−ン 31’ 31と直交する微細周期パタ−ン 32 レチクル上のLSIの回路パタ−ン 32’ 32と直交する微細周期パタ−ン 33 レチクルアライメントマ−ク 34 装置側基準マ−ク 35 22(22’)のアライメントマ−ク 36 照明系内の基準マ−ク 37 基準マ−ク観察系 38 22(22’)の位置調整機構 39 観察系 41 31’と直交する位相型グレ−ティング 42 32’と直交する位相型グレ−ティング 51 投影光学系 52 ウェハ 53 ウェハ・チャック 54 レチクル走査ステ−ジ 55 ウェハ走査ステ−ジ 56 22(22’)の走査ステ−ジ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 転写するべきパタ−ンを形成した光学素
    子において、該パタ−ンに対し該パタ−ンの長手方向に
    露光波長近傍の周期を持つ周期性パタ−ンを形成したこ
    とを特徴とする光学素子。
  2. 【請求項2】 請求項1の光学素子を用いて所定面上に
    該光学素子のパターンを転写することを特徴とするパタ
    −ン転写方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の光学素子を利用したことを特
    徴とするレヴェンソン位相シフト型のレチクル。
  4. 【請求項4】 請求項3のレチクルを用いて所定面上に
    該光学素子のパターンを転写することを特徴とするパタ
    −ン転写方法。
  5. 【請求項5】 転写するべきパタ−ンの形成された光学
    素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する露光装置
    において、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記
    光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長手方向と
    等価的な方向に前記露光装置で用いる露光波長近傍の周
    期を持つ微細周期性パタ−ンを持つ光学部材を配置した
    ことを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項6】 転写するべきパタ−ンの形成された光学
    素子を用いて前記パタ−ンを露光装置により基板上に転
    写する時、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記
    光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明状態を制
    御する光学部材を配置して露光を行うことを特徴とする
    露光方法。
  7. 【請求項7】 前記光学部材が位置合わせ用のアライメ
    ントマ−クを持つことを特徴とする前記特許請求項6記
    載の露光装置。
  8. 【請求項8】 前記光学部材が前記転写するべきパター
    ンの長手方向と等価的な方向に前記露光装置で用いる露
    光波長近傍の周期を持つ微細周期性パターンを持つこと
    を特徴とする露光方法。
  9. 【請求項9】 転写するべきパタ−ンの形成された光学
    素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する露光装置
    において、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記
    光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明状態を制
    御する機能と、位置合わせ用のアライメントマ−クを持
    つ光学部材を配置可能とするとともに、前記照明系に前
    記光学部材のアライメントマ−クに対応する基準マ−ク
    と観察系、及び、前記光学部材の位置調整系を装備した
    ことを特徴とする露光装置。
  10. 【請求項10】 前記光学部材が前記転写するべきパタ
    ーンの長手方向と等価的な方向に前記露光装置で用いる
    露光波長近傍の周期を持つ微細周期性パターンを持つこ
    とを特徴とする露光装置。
  11. 【請求項11】 転写するべきパタ−ンの形成された光
    学素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する露光装
    置において、前記露光装置の照明光学系内に存在する前
    記光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長手方向
    と等価的な方向に露光波長近傍の周期を持つ微細周期性
    パタ−ンと、前記パタ−ンの長手方向と等価的に平行な
    方向の周期性パタ−ンを配置した光学部材を配置したこ
    とを特徴とする露光装置。
  12. 【請求項12】 転写するべきパタ−ンの形成された光
    学素子を用いて前記パタ−ンを露光装置により基板上に
    転写する時、前記露光装置の照明光学系内に存在する前
    記光学素子の共役面の近傍に、前記パタ−ンの長手方向
    と等価的な方向に露光波長近傍の周期を持つ微細周期性
    パタ−ンと、前記パタ−ンの長手方向と等価的に平行な
    方向の周期性パタ−ンを配置した光学部材を配置したこ
    とを特徴とする露光方法。
  13. 【請求項13】 転写するべきパタ−ンの形成された光
    学素子を用いて前記パタ−ンを基板上に転写する時、前
    記光学素子と基板を走査しながら露光する走査型の露光
    装置において、前記露光装置の照明光学系内に存在する
    前記光学素子の共役面の近傍に前記光学素子の照明状態
    を制御する光学部材を配置し、前記光学素子と基板の走
    査に同期して前記光学部材を走査することを特徴とする
    露光装置。
  14. 【請求項14】 前記光学部材は照明の偏光状態を制御
    していることを特徴とする前記特許請求項13記載の露
    光装置。
  15. 【請求項15】 前記光学部材が前記パタ−ンの長手方
    向と等価的な方向に前記露光装置で用いる露光波長と同
    じオ−ダの周期を持つ微細周期性パタ−ンで構成されて
    いることを特徴とする請求項14の露光装置。
  16. 【請求項16】 前記光学部材は照明の角度状態を制御
    していることを特徴とする前記特許請求項13記載の露
    光装置。
  17. 【請求項17】 前記光学部材が前記パタ−ンの長手方
    向と等価的に平行な周期性パタ−ンで構成されているこ
    とを特徴とする請求項16の露光装置。
  18. 【請求項18】 前記光学部材が前記パタ−ンの長手方
    向と等価的な方向に露光波長近傍の周期性を持つ微細周
    期性パタ−ンと、前記パタ−ンの長手方向と等価的に平
    行な方向の周期性パタ−ンで構成されていることを特徴
    とする請求項13の露光装置。
  19. 【請求項19】 転写するべきパタ−ンの形成された光
    学素子上の前記パタ−ンを、基板上に前記光学素子と基
    板を走査しながら露光して転写する走査型の露光装置に
    おいて、前記露光装置の照明光学系内に存在する前記光
    学素子の共役面の近傍に、位置合わせ用のアライメント
    マ−クと、前記光学素子の照明状態を制御する機能を持
    つ光学部材を配置するとともに、前記光学部材のアライ
    メントマ−クに対応した基準マ−クと観察系及び、前記
    光学部材の位置調整系及び前記光学素子と基板の走査に
    同期して前記光学部材を走査する機構を装備したことを
    特徴とする露光装置。
  20. 【請求項20】 転写するべきパタ−ンの形成された光
    学素子上の前記パタ−ンを基板上に走査型の露光装置を
    用いて前記光学素子と基板を走査しながら露光して転写
    する際、前記露光装置の照明光学系内の前記光学素子の
    共役面の近傍に前記光学素子の照明状態を制御する光学
    部材を配置し、前記光学素子と基板の走査に同期して前
    記光学部材を走査することを特徴とする露光方法。
  21. 【請求項21】 露光用の光源に直線偏光性を持つ光源
    を使用する露光装置において、前記露光装置内に偏光選
    択性の光学部材が存在し、前記光学部材に対して、前記
    光源からの光が非直線偏光性の光として入射することを
    特徴とする露光装置。
  22. 【請求項22】 直線偏光性を持つ露光用の光源を使用
    する露光装置を用いて基板上にパタ−ンを転写する露光
    方法において、前記露光装置内に偏光選択性の光学部材
    が存在し、前記光学部材に対して、前記光源からの光が
    非直線偏光性の光として入射することを特徴とする露光
    方法。
  23. 【請求項23】 請求項5,7,9,10,11,13
    〜19,21のいずれか1項記載の露光装置を用いて半
    導体デバイスを製造していることを特徴とする半導体デ
    バイスの製造方法。
  24. 【請求項24】請求項6,12,20,22のいずれか
    1項記載の露光方法を用いて半導体デバイスを製造して
    いることを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
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