【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子又は
液晶表示素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際
に使用される、マスクパターンを投影光学系を介して感
光性の基板上に投影露光するための投影露光方法、及び
この方法を使用するための投影露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used to project and expose a mask pattern, which is used, for example, in manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display device in a photolithography process, onto a photosensitive substrate through a projection optical system. And a projection exposure apparatus for using this method.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気
ヘッド等をフォトリソグラフィ工程で製造する際に、フ
ォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」と総称す
る）のパターン像を投影光学系を介してフォトレジスト
が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）上に露
光する投影露光装置が使用されている。2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, a thin film magnetic head, or the like by a photolithography process, a pattern image of a photomask or a reticle (hereinafter referred to as a "reticle") is projected through a projection optical system. A projection exposure apparatus that exposes a substrate (wafer, glass plate, etc.) coated with a photoresist is used.
【０００３】露光光の波長をλ、投影光学系の開口数を
N.A.、プロセス定数をＲ1とすると、投影露光装置の解
像限界は、一般にＲ1λ／N.A.で表され、露光波長λが
短く、開口数N.A.が大きい程解像度が高い。一方、所定
の係数をＲ2として、投影光学系の焦点深度はＲ2λ／
N.A.2 で表され、露光波長λが短くなっても、開口数N.
A.が大きくなっても、共に焦点深度が減少する。The wavelength of the exposure light is λ, and the numerical aperture of the projection optical system is
When NA and the process constant are R1 , the resolution limit of the projection exposure apparatus is generally expressed by R1 λ / NA, and the shorter the exposure wavelength λ and the larger the numerical aperture NA, the higher the resolution. On the other hand, when the predetermined coefficient is R2 , the depth of focus of the projection optical system is R2 λ /
It is represented by NA2 , and even when the exposure wavelength λ becomes shorter, the numerical aperture N.
The depth of focus decreases with increasing A.
【０００４】半導体素子を例に取ると、最近のＬＳＩの
一層の微細化及び多層化に伴って、ウエハプロセスは３
次元的となり、高段差を有するパターンが多くなってい
る。このような高段差のパターンを高精度に形成するた
めに、投影露光装置には大きな焦点深度が要求される。
これに関して、メモリの回路パターンのような周期的な
パターンを露光する際には、位相シフト法や所謂変形照
明法により解像度を向上できると同時に焦点深度を深く
できることが分かっている。Taking a semiconductor element as an example, the wafer process is three times as the LSI is further miniaturized and multilayered.
The number of patterns having a high level difference is increasing. In order to form such a high step pattern with high accuracy, the projection exposure apparatus is required to have a large depth of focus.
In this regard, it has been found that when exposing a periodic pattern such as a circuit pattern of a memory, the phase shift method or the so-called modified illumination method can improve the resolution and at the same time deepen the depth of focus.
【０００５】しかしながら、特に所謂コンタクトホール
（微小開口よりなるパターン）のような孤立的なパター
ンに関しては、位相シフト法や変形照明法では、焦点深
度の改善効果が少ない。また、特にコンタクトホールの
パターン像をウエハ上に投影露光する際の焦点深度を増
大する方法として、ウエハのフォーカス位置を変えて２
重露光を行う所謂フレックス法が提案されている。更
に、投影光学系ＰＬの瞳面に吸光部材を配置する所謂ス
ーパーフレックス法も提案されている。これらの方法に
より、コンタクトホールのパターン像を露光する際の焦
点深度が或る程度深くなる。However, the effect of improving the depth of focus is small in the phase shift method and the modified illumination method, especially for an isolated pattern such as a so-called contact hole (pattern formed of minute openings). In addition, as a method of increasing the depth of focus when projecting and exposing a pattern image of a contact hole onto a wafer, the focus position of the wafer is changed to 2
A so-called flex method for performing double exposure has been proposed. Further, a so-called super flex method in which a light absorbing member is arranged on the pupil plane of the projection optical system PL has also been proposed. By these methods, the depth of focus at the time of exposing the pattern image of the contact hole is deepened to some extent.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の技術の内で、フレックス法では、焦点深度の
増大と引き換えに解像度が多少犠牲になる不都合があ
る。また、スーパーフレックス法では、投影光学系の瞳
面に配置された吸光部材が露光光を吸収することによ
り、投影光学系が発熱し、結像特性が変化する虞がある
等の不都合がある。However, among the above-mentioned conventional techniques, the flex method has a disadvantage that the resolution is sacrificed in exchange for an increase in the depth of focus. In addition, the superflex method has a disadvantage that the projection optical system generates heat due to the absorption of the exposure light by the light absorbing member arranged on the pupil plane of the projection optical system, which may change the imaging characteristics.
【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、コンタクトホー
ルのような孤立的なパターンを、良好な解像度で且つ十
分な焦点深度で感光性の基板上に投影露光する方法を提
供することを目的とする。更に本発明は、そのような投
影露光方法を実施できる投影露光装置を提供することを
も目的とする。In view of the above point, the present invention has an object to provide a method for projecting and exposing an isolated pattern such as a contact hole on a photosensitive substrate with a good resolution and a sufficient depth of focus. To do. A further object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus capable of implementing such a projection exposure method.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の投影露光方法
は、例えば図２及び図４に示すように、所定の露光光の
もとでマスクパターンの像を投影光学系（ＰＬ）を介し
て感光性の基板（Ｗ）上に投影露光する方法において、
投影光学系（ＰＬ）の光軸を中心として２ｍ個（ｍは２
以上の自然数）の放射状の領域（１７(1) 〜１７(2m)）
に分割され、且つそれら放射状の領域の内の隣接する領
域がそれぞれその露光光に対して（２ｎ＋１）πの位相
差（ｎは整数）を与える位相板（１５）を、投影光学系
（ＰＬ）の瞳面（マスクパターンのフーリエ変換面）に
配置した状態で、第１のマスクパターン（３４ａ）の像
を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影露光
する第１の工程と、位相板（１５）を投影光学系（Ｐ
Ｌ）から取り外した状態で、その第１のマスクパターン
をほぼ反転した第２のマスクパターン（３６）の像を投
影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影露光する
第２の工程と、を有するものである。In the projection exposure method of the present invention, for example, as shown in FIGS. 2 and 4, an image of a mask pattern is formed under a predetermined exposure light through a projection optical system (PL). In the method of projection exposure on a photosensitive substrate (W),
2m (where m is 2) centered on the optical axis of the projection optical system (PL)
Radial area with the above natural numbers (17 (1) to 17 (2m))
A projection optical system (PL), in which a phase plate (15), which is divided into two areas and adjacent areas of the radial areas each give a phase difference of (2n + 1) π (n is an integer) to the exposure light, Process of projecting and exposing the image of the first mask pattern (34a) onto the substrate (W) through the projection optical system (PL) while being arranged on the pupil plane (Fourier transform surface of the mask pattern) of And the phase plate (15) to the projection optical system (P
L), the image of the second mask pattern (36), which is substantially the reverse of the first mask pattern, is projected and exposed onto the substrate (W) via the projection optical system (PL). And a process.
【０００９】この場合、その第１の工程を実行した後に
その第２の工程を実行しても良く、逆にその第２の工程
を実行した後に、その第１の工程を実行しても良い。ま
た、本発明の投影露光装置は、例えば図１及び図２に示
すように、所定の露光光でマスク（Ｒ）を照明する照明
光学系（１〜１４）と、その露光光のもとでマスク
（Ｒ）上のパターンの像を感光性の基板（Ｗ）上に結像
投影する投影光学系（ＰＬ）とを有する投影露光装置に
おいて、所定の対称軸（１５ａ）を中心として２ｍ個
（ｍは２以上の自然数）の放射状の領域（１７(1) 〜１
７(2m)）に分割され、且つそれら放射状の領域の内の隣
接する領域がそれぞれその露光光に対して（２ｎ＋１）
πの位相差（ｎは整数）を与える位相板（１５）と、位
相板（１５）の対称軸（１５ａ）が投影光学系（ＰＬ）
の光軸と合致するように、位相板（１５）を投影光学系
（ＰＬ）の瞳面に装着した後、位相板（１５）を投影光
学系（ＰＬ）から取り外す着脱装置（２１）と、を有す
るものである。In this case, the second step may be performed after the first step is performed, or conversely, the first step may be performed after the second step is performed. . Further, the projection exposure apparatus of the present invention is, for example, as shown in FIGS. 1 and 2, an illumination optical system (1 to 14) that illuminates the mask (R) with predetermined exposure light, and the exposure optical system In a projection exposure apparatus having a projection optical system (PL) for imaging and projecting an image of a pattern on a mask (R) onto a photosensitive substrate (W), 2m (about 2m) centering on a predetermined axis of symmetry (15a) ( m is a natural number of 2 or more) radial area (17 (1) -1
7 (2m)), and adjacent areas of the radial areas are (2n + 1) with respect to the exposure light.
The phase plate (15) that gives a phase difference of π (n is an integer) and the symmetry axis (15a) of the phase plate (15) are the projection optical system (PL).
An attaching / detaching device (21) for removing the phase plate (15) from the projection optical system (PL) after mounting the phase plate (15) on the pupil plane of the projection optical system (PL) so as to match the optical axis of Is to have.
【００１０】[0010]
【作用】斯かる本発明において、投影光学系（ＰＬ）の
瞳面（マスクパターンのフーリエ変換面）に配置される
位相板（１５）の作用について、例えば図４（ａ）に示
すように、暗部（遮光部）の下地（３４）に明部（光透
過部）よりなる微小開口（３４ａ）が形成されたレチク
ルパターンを露光する場合を例にして説明する。In the present invention, the action of the phase plate (15) arranged on the pupil plane (Fourier transform plane of the mask pattern) of the projection optical system (PL) is as shown in, for example, FIG. An example will be described in which a reticle pattern in which a minute opening (34a) composed of a bright portion (light transmitting portion) is formed on a base (34) of a dark portion (light shielding portion) is exposed.
【００１１】このような微小開口（３４ａ）を通った光
は、回折により拡がり、投影光学系の瞳面を通過する際
には、ほぼ一様に広がった振幅分布を持っている。通常
の露光方法では、投影光学系の瞳面を通過した後の光束
は、投影光学系の後群の作用により集光され、基板
（Ｗ）上の１点にレチクルパターンの明るい像（明像）
を形成する。このとき、基板がベストフォーカス位置に
あれば、上記の瞳面での振幅分布は、基板上の結像位置
で全て振幅的に加算され、鋭い明像が形成される。The light passing through such a minute aperture (34a) spreads due to diffraction, and has a substantially uniform amplitude distribution when passing through the pupil plane of the projection optical system. In a normal exposure method, the light flux after passing through the pupil plane of the projection optical system is condensed by the action of the rear group of the projection optical system, and a bright image (bright image) of the reticle pattern is formed on one point on the substrate (W). )
To form. At this time, if the substrate is at the best focus position, all the amplitude distributions on the pupil plane are amplitude-wise added at the image forming position on the substrate to form a sharp bright image.
【００１２】ところが、基板が投影光学系の光軸方向に
ΔＦだけデフォーカス状態にあると、投影光学系の瞳面
で光軸からの距離ｒの位置を通過する露光光は、所定の
係数αを用いてその距離ｒの２乗に比例する（１／２）
αΔＦｒ2の位相差（デフォーカスによる位相差）が付
加されて、基板上の結像位置で振幅的に加算される。こ
の結果、露光光の内の距離ｒの値が異なる部分同士を加
算すると振幅が相殺される部分があり、コンタクトホー
ルのような孤立的パターンの像（明像）のピーク強度は
低下する。これが、デフォーカスに伴う像の劣化（焦点
深度の制限）の原因である。However, when the substrate is defocused by ΔF in the optical axis direction of the projection optical system, the exposure light passing through the position of the distance r from the optical axis on the pupil plane of the projection optical system has a predetermined coefficient α. Is proportional to the square of the distance r using (1/2)
A phase difference of αΔFr2 (phase difference due to defocus) is added and added in amplitude at the imaging position on the substrate. As a result, when the portions of the exposure light having different values of the distance r are added, there is a portion where the amplitudes are canceled out, and the peak intensity of the image (bright image) of an isolated pattern such as a contact hole is lowered. This is the cause of image deterioration (limitation of depth of focus) associated with defocus.
【００１３】一方、本発明に於いては、投影光学系の瞳
面に図２に示すような位相板（１５）が配置され、位相
板（１５）の２ｍ個に分割された放射状の領域の内の、
奇数番目の領域（１７(1),１７(3),…）を通過する光の
位相を０（基準値）とすると、偶数番目の領域（１７
(2),１７(4),…）を通過する光の位相はπ（又は（２ｎ
＋１）π）となる。従って、図４（ａ）のような孤立的
パターン（３４ａ）の像を露光する場合、位相板（１
５）の奇数番目の放射状の領域を透過した光と、偶数番
目の放射状の領域を透過した光とは、基板（Ｗ）上の孤
立的パターンの像の結像位置で互いに完全に相殺するた
め、図４（ｂ）に示すように、基板上の結像位置に微小
な暗像が形成される。そして、その微小な暗像の周囲
に、輪帯状の明像が形成される。また、その相殺効果
は、基板がデフォーカスされた位置にあり、デフォーカ
スによる位相差が付加される場合でも完全であるため、
その結像位置の微小な暗像は、フォーカス方向の広い範
囲に亘って良好な特性を有することになり、焦点深度が
深くなる。On the other hand, according to the present invention, a phase plate (15) as shown in FIG. 2 is arranged on the pupil plane of the projection optical system, and the radial plate is divided into 2m pieces of the phase plate (15). Inside,
If the phase of light passing through the odd-numbered areas (17 (1), 17 (3), ...) Is 0 (reference value), the even-numbered areas (17
The phase of light passing through (2), 17 (4), ...) is π (or (2n
+1) π). Therefore, when exposing an image of an isolated pattern (34a) as shown in FIG. 4A, the phase plate (1
The light transmitted through the odd-numbered radial regions of 5) and the light transmitted through the even-numbered radial regions completely cancel each other at the image forming position of the image of the isolated pattern on the substrate (W). As shown in FIG. 4B, a minute dark image is formed at the image forming position on the substrate. Then, a ring-shaped bright image is formed around the minute dark image. Further, the canceling effect is perfect even when the substrate is at the defocused position and the phase difference due to the defocus is added,
The minute dark image at the image forming position has good characteristics over a wide range in the focus direction, and the depth of focus becomes deep.
【００１４】また、図４（ｃ）に示すように、投影光学
系（ＰＬ）の瞳面から位相板（１５）を取り外した状態
で、図４（ａ）のパターンをほぼ反転した微小な遮光部
（３６）よりなるパターンの像を基板（Ｗ）上に露光す
ると、基板（Ｗ）上の露光光の強度分布は、図４（ｄ）
に示すように、結像位置で暗像となり光軸から離れた領
域で明像となる。従って、図４（ａ）の露光と図４
（ｂ）の露光とを重ねて行うことにより、基板（Ｗ）上
で得られる露光光の強度分布の和は、図４（ｅ）に示す
ように、本来の結像位置で鋭いピークの暗像となり、そ
の周囲では明像になると共に、焦点深度は深い。また、
本発明では、基板（Ｗ）上で得られる露光光の強度分布
は、従来例の場合に比べて反転しているが、これは基板
（Ｗ）上の感光材のタイプ（ポジタイプ又はネガタイ
プ）の選択により対応できる。Further, as shown in FIG. 4 (c), with the phase plate (15) removed from the pupil plane of the projection optical system (PL), a minute light shield obtained by substantially inverting the pattern of FIG. 4 (a). When the image of the pattern including the portion (36) is exposed on the substrate (W), the intensity distribution of the exposure light on the substrate (W) is as shown in FIG.
As shown in, a dark image is formed at the image forming position, and a bright image is formed in a region away from the optical axis. Therefore, the exposure of FIG.
As shown in FIG. 4 (e), the sum of the intensity distributions of the exposure light obtained on the substrate (W) by overlapping the exposure of FIG. It becomes an image, and it becomes a bright image around it, and the depth of focus is deep. Also,
In the present invention, the intensity distribution of the exposure light obtained on the substrate (W) is inverted as compared with the case of the conventional example, but this is of the type of the photosensitive material (positive type or negative type) on the substrate (W). It can be handled by selection.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図面を参照し
て説明する。図１は、本実施例の投影露光装置の概略構
成を示し、この図１において、水銀ランプ１から射出さ
れた露光光は、楕円鏡２で反射された後、インプットレ
ンズ４、所定の波長帯の光を選択して通過させる第１の
フィルター板５及び第２のフィルター板６を経てフライ
アイレンズ７に入射する。楕円鏡２の第２焦点の近傍に
露光光の照射及び遮断を切り換えるためのシャッター３
を配置し、装置全体の動作を制御する主制御系２３が駆
動装置２４を介してシャッター３の開閉を行う。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the exposure light emitted from a mercury lamp 1 is reflected by an ellipsoidal mirror 2, and then an input lens 4 and a predetermined wavelength band. Of the light is selectively incident on the fly-eye lens 7 through the first and second filter plates 5 and 6. A shutter 3 for switching irradiation and blocking of exposure light near the second focal point of the elliptic mirror 2.
And a main control system 23 for controlling the operation of the entire device opens and closes the shutter 3 via a drive device 24.
【００１６】フライアイレンズ７の後側（レチクル側）
焦点面に、露光光用の開口絞り（以下、「σ絞り」とい
う）８が配置され、σ絞り８内の多数の２次光源からの
露光光が、ミラー９で反射された後、第１のリレーレン
ズ１０、可変視野絞り（レチクルブラインド）１１、第
２のリレーレンズ１２、ミラー１３及びコンデンサーレ
ンズ１４を介して、レチクルＲのパターン領域を均一な
照度で照明する。この場合、可変視野絞り１１の配置面
はレチクルＲのパターン形成面と共役であり、σ絞り８
の配置面は、投影光学系ＰＬの瞳面（レチクルＲのパタ
ーン領域のフーリエ変換面）ＦＴＰと共役である。主制
御系２３が、駆動装置２５を介してσ絞り８及び可変視
野絞り１１の開口部の形状を所定の形状に設定する。Rear side of the fly-eye lens 7 (reticle side)
An aperture stop for exposure light (hereinafter referred to as “σ stop”) 8 is arranged on the focal plane, and exposure light from a large number of secondary light sources in the σ stop 8 is reflected by a mirror 9, The pattern area of the reticle R is illuminated with a uniform illuminance via the relay lens 10, variable field diaphragm (reticle blind) 11, second relay lens 12, mirror 13 and condenser lens 14. In this case, the arrangement surface of the variable field stop 11 is conjugate with the pattern forming surface of the reticle R, and the σ stop 8
The arrangement surface of is conjugate with the pupil surface (Fourier transform surface of the pattern area of the reticle R) FTP of the projection optical system PL. The main control system 23 sets the shapes of the openings of the σ diaphragm 8 and the variable field diaphragm 11 to predetermined shapes via the driving device 25.
【００１７】また、レチクルＲをレチクルステージＲＳ
Ｔ上に保持し、レチクルステージＲＳＴの近傍にレチク
ルリーダ２６を配置する。図示省略されたレチクルロー
ダ系によりレチクルＲをレチクルステージＲＳＴ上にロ
ードする際に、レチクルＲ上に形成されたレチクル情報
（バーコード等）をレチクルリーダ２６で読み取り、読
み取ったレチクル情報を主制御系２３に供給する。これ
により、主制御系２３は、現在レチクルステージＲＳＴ
上に保持されているレチクルＲの内容（パターンの種
類、パターンの最小線幅等）を認識することができる。Further, the reticle R is replaced with the reticle stage RS.
The reticle reader 26 is held near the reticle stage RST and held near the reticle stage RST. When the reticle R is loaded on the reticle stage RST by a reticle loader system (not shown), the reticle information (bar code, etc.) formed on the reticle R is read by the reticle reader 26, and the read reticle information is read by the main control system. 23. As a result, the main control system 23 is currently in the reticle stage RST.
It is possible to recognize the content of the reticle R held above (type of pattern, minimum line width of pattern, etc.).
【００１８】コンデンサーレンズ１４から射出される露
光光ＩＬＢのもとで、レチクルＲのパターン像を投影光
学系ＰＬを介してフォトレジストが塗布されたウエハＷ
上に投影露光する。ウエハＷはウエハステージＷＳＴ上
に載置され、ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを投影
光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直なＸＹ平面内で位置決めす
るＸＹステージ、及びウエハＷを光軸ＡＸに平行なＺ方
向に位置決めするＺステージ等より構成されている。主
制御系２３が、駆動装置２２を介してウエハステージＷ
ＳＴの動作を制御することにより、ウエハＷの所望のシ
ョット領域が投影光学系ＰＬのイメージフィールド内に
位置決めされると共に、そのショット領域の投影光学系
ＰＬの光軸方向の位置（フォーカス位置）が投影光学系
ＰＬの結像面の位置に設定される。Under the exposure light ILB emitted from the condenser lens 14, the pattern image of the reticle R is applied through the projection optical system PL to the wafer W coated with photoresist.
Project exposure on top. The wafer W is placed on the wafer stage WST, and the wafer stage WST positions the wafer W in the XY plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, and the wafer W parallel to the optical axis AX. It is composed of a Z stage or the like that positions in the Z direction. The main control system 23 controls the wafer stage W via the drive unit 22.
By controlling the operation of ST, the desired shot area of the wafer W is positioned within the image field of the projection optical system PL, and the position of the shot area in the optical axis direction (focus position) of the projection optical system PL is determined. It is set at the position of the image plane of the projection optical system PL.
【００１９】また、本例では、投影光学系ＰＬの瞳面Ｆ
ＴＰに、着脱自在に位相板１５を配置し、レチクルＲの
種類に応じて主制御系２３が、着脱装置２１を介して位
相板１５の対称軸が光軸ＡＸに合致するように位相板１
５をその瞳面ＦＴＰに設置する。また、例えば通常の露
光を行う際には、主制御系２３は、着脱装置２１を介し
て投影光学系ＰＬの瞳面ＦＴＰの開口内から位相板１５
を取り出す。Further, in this example, the pupil plane F of the projection optical system PL is
The phase plate 15 is detachably arranged on the TP, and the main control system 23 according to the type of the reticle R causes the phase plate 1 so that the axis of symmetry of the phase plate 15 is aligned with the optical axis AX via the attaching / detaching device 21.
5 is set on the pupil plane FTP. In addition, for example, when performing normal exposure, the main control system 23 uses the attachment / detachment device 21 to move the phase plate 15 from the opening of the pupil plane FTP of the projection optical system PL.
Take out.
【００２０】図２（ａ）は本例の位相板１５の平面図、
図２（ｂ）はその位相板１５の断面図であり、これら図
２（ａ）及び（ｂ）において、位相板１５は、石英ガラ
ス板又は通常のガラス板等よりなる円板状の透明基板１
６上に部分的に誘電体膜（位相膜）１８を被着したもの
である。即ち、透明基板１５の中心を通る軸（以下、
「対称軸」という）１５ａの回りに等角度間隔で、透明
基板１５の表面を２ｍ個（ｍは２以上の自然数）の放射
状の領域１７(1),１７(2),…１７(2m)に分割する。そし
て、奇数番目の放射状の領域１７(1),１７(3),…１７(2
m-1)の表面はそのままにしておき、偶数番目の放射状の
領域１７(2),１７(4),…１７(2m)の表面にはそれぞれ厚
さｔで誘電体膜１８を形成する。FIG. 2A is a plan view of the phase plate 15 of this example,
FIG. 2B is a sectional view of the phase plate 15. In FIGS. 2A and 2B, the phase plate 15 is a disc-shaped transparent substrate made of a quartz glass plate or a normal glass plate. 1
6 is partially covered with a dielectric film (phase film) 18. That is, an axis passing through the center of the transparent substrate 15 (hereinafter,
2m (m is a natural number of 2 or more) radial regions 17 (1), 17 (2), ... 17 (2m) on the surface of the transparent substrate 15 at equal angular intervals around the "symmetry axis" 15a. Split into. Then, the odd-numbered radial regions 17 (1), 17 (3), ... 17 (2
The surface of (m-1) is left as it is, and a dielectric film 18 having a thickness t is formed on the surfaces of the even-numbered radial regions 17 (2), 17 (4), ... 17 (2m).
【００２１】この際に、位相板１５の奇数番目の放射状
の領域１７(1),１７(3),…１７(2m-1)を通過した露光光
ＩＬＢの位相を０（基準）とすると、位相板１５の偶数
番目の放射状の領域１７(2),１７(4),…１７(2m)を通過
した露光光ＩＬＢの位相がπ［ｒａｄ］となるように、
その誘電体膜１８の厚さｔを設定する。即ち、露光光Ｉ
ＬＢの波長をλ、誘電体膜１８の屈折率をｎPとする
と、次式が成立するように厚さｔを設定すれば良い。 （ｎP−１）ｔ＝λ／２ （１）At this time, if the phase of the exposure light ILB that has passed through the odd-numbered radial regions 17 (1), 17 (3), ... 17 (2m-1) of the phase plate 15 is 0 (reference), The phase of the exposure light ILB that has passed through the even-numbered radial regions 17 (2), 17 (4), ... 17 (2m) of the phase plate 15 becomes π [rad].
The thickness t of the dielectric film 18 is set. That is, the exposure light I
Assuming that the wavelength of LB is λ and the refractive index of the dielectric film 18 is nP , the thickness t may be set so that the following expression is satisfied. (NP -1) t = λ / 2 (1)
【００２２】なお、実際には、位相板１５の奇数番目の
放射状の領域１７(1),１７(3),…１７(2m-1)を通過した
露光光ＩＬＢの位相と、偶数番目の放射状の領域１７
(2),１７(4),…１７(2m)を通過した露光光ＩＬＢの位相
との差が、（２ｎ＋１）π（ｎは整数）であれば良い。Actually, the phase of the exposure light ILB that has passed through the odd-numbered radial regions 17 (1), 17 (3), ... 17 (2m-1) of the phase plate 15 and the even-numbered radial regions Area 17
The difference from the phase of the exposure light ILB that has passed through (2), 17 (4), ... 17 (2m) may be (2n + 1) π (n is an integer).
【００２３】次に、図３（ａ）に示すように、レチクル
Ｒ上にクローム膜等の遮光膜３１の下地が被着され、そ
の遮光膜３１の一部に微小な円形開口よりなる微小透過
部３１ａが形成されている場合の結像特性について説明
する。図３（ａ）のようなレチクルＲを図１のレチクル
ステージＲＳＴ上に保持し、且つ投影光学系ＰＬの瞳面
ＦＴＰに、光軸ＡＸと対称軸１５ａとが合致するように
位相板１５を設置した場合の、ウエハＷ上の結像点を含
みＸ方向に平行な直線上での光強度Ｉの分布は、図３
（ｂ）の分布曲線３２のようになる。Next, as shown in FIG. 3A, a base of a light-shielding film 31 such as a chrome film is deposited on the reticle R, and a part of the light-shielding film 31 is slightly transparent with a minute circular opening. The imaging characteristics when the portion 31a is formed will be described. The reticle R as shown in FIG. 3A is held on the reticle stage RST in FIG. 1, and the phase plate 15 is provided so that the optical axis AX and the symmetry axis 15a are aligned with the pupil plane FTP of the projection optical system PL. The distribution of the light intensity I on a straight line including the image formation point on the wafer W and parallel to the X direction when installed is shown in FIG.
The distribution curve 32 in (b) is obtained.
【００２４】図３（ａ）のレチクルＲの微小透過部３１
ａからの０次光は、投影光学系ＰＬ中で図２（ａ）の位
相板１５の対称軸１５ａの近傍を通過するため、位相板
１５を通過する際に振幅が相殺し合う。従って、その微
小透過部３１ａの中心のウエハＷ上の共役点での光強度
は、図３（ｂ）の分布曲線３２で示すようにほぼ０（暗
像）となる。また、その暗像の周囲には輪帯状の明部が
形成され、その輪帯状の明部の周囲では再び光強度はほ
ぼ０となる。微小透過部３１ａの共役点の近傍で、光強
度がピーク強度の１／２になる領域の直径、即ち投影さ
れた像の有効直径をＤ0とする。The minute transmitting portion 31 of the reticle R shown in FIG.
Since the 0th-order light from a passes through the projection optical system PL in the vicinity of the symmetry axis 15a of the phase plate 15 of FIG. 2A, the amplitudes cancel each other out when passing through the phase plate 15. Therefore, the light intensity at the conjugate point on the wafer W at the center of the minute transmission portion 31a becomes almost 0 (dark image) as shown by the distribution curve 32 in FIG. 3B. In addition, a ring-shaped bright portion is formed around the dark image, and the light intensity becomes approximately zero again around the ring-shaped bright portion. In the vicinity of the conjugate point of the minute transmitting portion 31a, the diameter of the region where the light intensity is half the peak intensity, that is, the effective diameter of the projected image is D0 .
【００２５】また、図３（ａ）のようなレチクルＲを図
１のレチクルステージＲＳＴ上に保持し、且つ投影光学
系ＰＬの瞳面ＦＴＰから位相板１５を取り外した場合
（即ち、従来の通常の結像方式を使用した場合）の、ウ
エハＷ上の結像点を含みＸ方向に平行な直線上での光強
度Ｉの分布は、図３（ｃ）の分布曲線３３のようにな
る。この分布曲線３３上で、微小透過部３１ａの結像位
置の近傍で、光強度がピーク強度の１／２になる領域の
直径、即ち投影された像の有効直径ＤCは、図３（ｂ）
の本例の結像方式を使用した場合の有効直径Ｄ0より大
きくなっている。従って、本例のように位相板１５を使
用することにより、孤立的なパターンに対する解像度が
向上していることが分かる。When the reticle R as shown in FIG. 3A is held on the reticle stage RST in FIG. 1 and the phase plate 15 is removed from the pupil plane FTP of the projection optical system PL (that is, the conventional normal 3C), the distribution of the light intensity I on a straight line including the image formation point on the wafer W and parallel to the X direction is as shown by a distribution curve 33 in FIG. 3C. On this distribution curve 33, the diameter of the region where the light intensity is ½ of the peak intensity, that is, the effective diameter DC of the projected image is shown in FIG. )
It is larger than the effective diameter D0 when the imaging method of this example is used. Therefore, it can be seen that the use of the phase plate 15 as in this example improves the resolution for an isolated pattern.
【００２６】ところで、図３（ｂ）のような光強度分布
では、図３（ａ）のパターンを反転したパターンの像に
忠実に対応しない。そこで、次のように２重露光を行
う。図４を参照して本例の露光方法につき説明する。先
ず図４（ａ）に示すように、下地としての遮光膜３４内
に微小な円形開口よりなる微小透過部３４ａが形成され
た第１のレチクルＲをレチクルステージ上に載置し、且
つ投影光学系ＰＬの瞳面に位相板１５を配置した状態
で、第１のレチクルＲ１のパターン像を投影光学系ＰＬ
を介してウエハＷ上に露光する。これにより、ウエハＷ
上のその微小透過部３４ａと共役な点を通りＸ軸に平行
な直線上での光強度Ｉの分布は、図４（ｂ）の分布曲線
３５のようになる。分布曲線３５は、図３（ｂ）の分布
曲線３２と同様になり、微小透過部３４ａと共役な点の
光強度はほぼ０、その周囲の輪帯状の明像の内径（ピー
ク値に対して光強度が１／２になる領域の直径）がＤ1
となり、その輪帯状の周囲は暗像となる。By the way, the light intensity distribution as shown in FIG. 3B does not faithfully correspond to the image of the pattern obtained by inverting the pattern of FIG. 3A. Therefore, double exposure is performed as follows. The exposure method of this example will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4A, a first reticle R in which a minute transmitting portion 34a having a minute circular opening is formed in a light shielding film 34 as a base is placed on a reticle stage, and projection optical With the phase plate 15 arranged on the pupil plane of the system PL, the pattern image of the first reticle R1 is projected onto the projection optical system PL.
The wafer W is exposed to light through. As a result, the wafer W
The distribution of the light intensity I on a straight line that passes through a point conjugate with the minute transmitting portion 34a and that is parallel to the X axis is as shown by a distribution curve 35 in FIG. 4B. The distribution curve 35 is similar to the distribution curve 32 in FIG. 3B. The light intensity at a point conjugate with the minute transmission portion 34a is almost 0, and the inner diameter of the ring-shaped bright image around it (with respect to the peak value). The diameter of the area where the light intensity becomes 1/2) is D1
And its ring-shaped periphery becomes a dark image.
【００２７】次に、図４（ｃ）に示すように、第１のレ
チクルＲ１を第２のレチクルＲ２に交換し、且つ、投影
光学系ＰＬの瞳面上の位相板１５を除去した状態で、即
ち通常の露光状態で、第２のレチクルＲ２のパターン像
を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に重ねて露光す
る。第２のレチクルＲ２には、最初の露光で使用した第
１のレチクルＲ１のパターンとは、明暗（透過及び遮
光）が反転しているパターンが形成されている。従っ
て、第２のレチクルＲ上には、第１のレチクルＲ上の微
小透過部３４ａに対応する部分だけに遮光膜３６が形成
されており、その他の領域は透過部である。また、第１
のレチクルＲ１から第２のレチクルＲ２への交換及び位
置合わせは、図１の主制御系２３が、図示省略されたレ
チクルローダ系を介して自動的に行う。そして、上述の
２回の露光の際の露光タイミング及び露光時間の制御
も、主制御系２３がシャッター３用の駆動装置２４を介
して行う。Next, as shown in FIG. 4C, the first reticle R1 is replaced with the second reticle R2, and the phase plate 15 on the pupil plane of the projection optical system PL is removed. That is, in a normal exposure state, the pattern image of the second reticle R2 is overlaid and exposed on the wafer W via the projection optical system PL. On the second reticle R2, a pattern in which light and dark (transmission and light shielding) are inverted from the pattern of the first reticle R1 used in the first exposure is formed. Therefore, on the second reticle R, the light shielding film 36 is formed only on the portion corresponding to the minute transmissive portion 34a on the first reticle R, and the other regions are transmissive portions. Also, the first
The main control system 23 in FIG. 1 automatically performs the replacement and alignment of the reticle R1 from the reticle R1 to the second reticle R2 via a reticle loader system (not shown). The main control system 23 also controls the exposure timing and the exposure time during the above-described two exposures via the drive device 24 for the shutter 3.
【００２８】また、第２のレチクルＲ２のパターンが第
１のレチクルＲ１のパターンを反転したパターンである
か否かは、レチクルリーダ２６により確認できる。２回
目の露光時のウエハＷ上での光強度Ｉの分布は、図４
（ｄ）の分布曲線３７で示すように、遮光膜３６の共役
点の近傍で暗部となり、その周囲が明部となっている。
第１のレチクルＲ１の露光時と、第２のレチクルＲ２の
露光時とに於いて、ウエハＷとレチクルとの相対的な位
置関係がそれぞれ等しければ、２回の露光による合成さ
れた光強度の分布は、図４（ｅ）の分布曲線３８のよう
になる。分布曲線３８において、図４（ａ）の微小透過
部３４ａの中心と共役な点のみが暗部となり、その周囲
は次第に光強度が大きくなっている。そして、その分布
曲線３８上の暗部の周囲で光強度がピーク値の１／２と
なる領域の直径Ｄ3は、図４（ｂ）の暗像の直径Ｄ1と
ほぼ等しい。従って、本例の２重露光により、図４
（ａ）のような孤立的パターンを反転したパターンを、
高解像度で且つ深い焦点深度で露光した場合と同様の光
強度分布（露光エネルギーの分布）が得られる。The reticle reader 26 can confirm whether or not the pattern of the second reticle R2 is a pattern obtained by inverting the pattern of the first reticle R1. The distribution of the light intensity I on the wafer W during the second exposure is shown in FIG.
As shown by the distribution curve 37 in (d), a dark portion is formed in the vicinity of the conjugate point of the light shielding film 36, and a light portion is formed around the dark portion.
If the relative positional relationship between the wafer W and the reticle is the same during the exposure of the first reticle R1 and the exposure of the second reticle R2, the combined light intensity of the two exposures will be The distribution becomes like a distribution curve 38 in FIG. In the distribution curve 38, only the point conjugate with the center of the minute transmission part 34a in FIG. 4A is a dark part, and the light intensity gradually increases around the dark part. The diameter D3 of the area where the light intensity is ½ of the peak value around the dark portion on the distribution curve 38 is almost equal to the diameter D1 of the dark image in FIG. 4B. Therefore, by the double exposure of this example, as shown in FIG.
A pattern obtained by inverting an isolated pattern as shown in (a) is
A light intensity distribution (exposure energy distribution) similar to that when exposure is performed with high resolution and a deep depth of focus can be obtained.
【００２９】このような場合、ウエハＷ上の感光材料と
してネガタイプのフォトレジストを使用すると、現像後
に所望の孤立的パターンが形成される。そして、その孤
立的パターンの直径（≒Ｄ3）は、従来の結像法で得ら
れる孤立的パターンの直径（≒図３（ｃ）のＤC）より
十分に小さい。従って、本実施例のように位相板１５を
使用した場合と位相板１５を使用しない場合とで２重露
光を行うことにより、コンタクトホールのような孤立的
パターンの像を高い解像度で且つ高い焦点深度でウエハ
Ｗ上に投影露光することができる。In such a case, when a negative type photoresist is used as the photosensitive material on the wafer W, a desired isolated pattern is formed after development. The diameter of the isolated pattern (≈D3 ) is sufficiently smaller than the diameter of the isolated pattern obtained by the conventional imaging method (≈DC in FIG. 3C). Therefore, by performing double exposure in the case where the phase plate 15 is used and the case where the phase plate 15 is not used as in the present embodiment, an image of an isolated pattern such as a contact hole has high resolution and high focus. Projection exposure can be performed on the wafer W at a depth.
【００３０】なお、上述実施例においては、第１のレチ
クルＲ１のパターン像を露光した後、第２のレチクルＲ
２のパターン像を露光している。その逆に、第２のレチ
クルＲ２のパターン像を通常の露光方式で露光した後、
第１のレチクルＲ１のパターン像を投影光学系ＰＬの瞳
面に位相板１５を装着した状態で露光するようにしても
良い。In the above-described embodiment, after the pattern image of the first reticle R1 is exposed, the second reticle R1 is exposed.
2 pattern images are exposed. On the contrary, after exposing the pattern image of the second reticle R2 by a normal exposure method,
The pattern image of the first reticle R1 may be exposed with the phase plate 15 attached to the pupil plane of the projection optical system PL.
【００３１】また、上述実施例において、投影光学系Ｐ
Ｌの瞳面ＦＴＰ上に位相板１５を設けて露光を行う際に
は、瞳面ＦＴＰを透過する光束の可干渉性が高い程、各
光束間の相殺効果が高くなる。そこで、露光光のコヒー
レンシィの程度を示す所謂σ値（＝照明光学系のレチク
ルＲ側での開口数／投影光学系ＰＬのレチクルＲ側での
開口数）を、σ絞り８によって小さく（例えばσ値≦
０．３程度に）しておくことが望ましい。In the above embodiment, the projection optical system P
When the phase plate 15 is provided on the L pupil plane FTP to perform exposure, the higher the coherence of the light flux passing through the pupil plane FTP, the higher the canceling effect between the light fluxes. Therefore, the so-called σ value (= numerical aperture on the reticle R side of the illumination optical system / numerical aperture on the reticle R side of the projection optical system PL) indicating the degree of coherency of the exposure light is reduced by the σ diaphragm 8 (for example, σ value ≦
It is desirable to set it to about 0.3).
【００３２】また、上記の実施例では、２枚のレチクル
を交換しつつ、露光を行うこととしたが、１枚のレチク
ルＲ中のパターン領域の２箇所に互いに反転したパター
ンを形成しても良い。そして、先ずそのレチクルＲ上の
第１のパターンを図１の可変視野絞り１１で選択して、
ウエハＷ上に１回目の露光を行う。その後、２回目の露
光の際には、レチクルＲ上の第２のパターンを可変視野
絞り１１で選択し、且つウエハステージＷＳＴを介して
ウエハＷの露光位置をその第２のパターンの像の位置に
合致するように移動させた後、第１のパターンの像の上
に第２のパターンの像を露光する。Further, in the above-mentioned embodiment, the exposure is performed while exchanging the two reticles, but the patterns which are reversed to each other may be formed at two positions in the pattern region of the one reticle R. good. Then, first, the first pattern on the reticle R is selected by the variable field diaphragm 11 in FIG.
The first exposure is performed on the wafer W. After that, at the time of the second exposure, the second pattern on the reticle R is selected by the variable field stop 11, and the exposure position of the wafer W is set to the position of the image of the second pattern via the wafer stage WST. Then, the image of the second pattern is exposed on the image of the first pattern.
【００３３】また、図４の例では第１のレチクルＲ１の
パターンと第２のレチクルＲ２のパターンとは互いに透
過部及び遮光部が反転しているが、第２のレチクルＲ２
の遮光膜３６を第１のレチクルＲ１の微小透過部３４ａ
より多少大きめにしておいても良い。これにより、２回
目の露光時の焦点深度を増大することができる。なお、
上述実施例で用いる位相板１５は対称軸１５ａを中心と
して２ｍ等分されているが、分割数ｍが大きい場合（例
えばｍの値が１０程度以上の場合）には、必ずしも図２
（ａ）の放射状の領域１７(1),１７(2),…１７(2m)が等
角度で分割されていなくても、十分な光束の相殺効果を
得ることができる。但し、この場合には、露光光の位相
が０（基準値）の領域の面積の和と、露光光の位相がπ
の領域の面積の和とを等しく設定する。Further, in the example of FIG. 4, the pattern of the first reticle R1 and the pattern of the second reticle R2 are opposite to each other in the transparent portion and the light-shielding portion, but the second reticle R2.
Of the light-shielding film 36 of the first reticle R1
It may be a little larger. Thereby, the depth of focus at the time of the second exposure can be increased. In addition,
The phase plate 15 used in the above-mentioned embodiment is equally divided into 2 m about the axis of symmetry 15 a, but when the division number m is large (for example, when the value of m is about 10 or more), it is not always the case shown in FIG.
Even if the radial regions 17 (1), 17 (2), ... 17 (2m) of (a) are not divided at equal angles, a sufficient light beam canceling effect can be obtained. However, in this case, the sum of the areas of the regions where the phase of the exposure light is 0 (reference value) and the phase of the exposure light are π.
The sum of the areas of the regions is set to be equal.
【００３４】また、位相板１５の他の変形例として、位
相が０の領域と位相がπの領域とがランダムに配置され
た位相板を用いても良い。但し、この場合には、露光光
の位相が０（基準値）の領域の面積の和と、露光光の位
相がπの領域の面積の和とを等しく設定する必要があ
る。これらの位相板を用いても、図２の位相板１５につ
いて説明したのと同様に、位相が０の領域の光束と位相
がπの領域の光束との相殺により微小暗部が形成される
と共に、位相が０の領域と位相がπの領域とでデフォー
カスによる位相差の項が逆符号となり、デフォーカスの
影響も相殺される。従って、焦点深度が増大するのは位
相板１５を用いた場合と同様である。Further, as another modification of the phase plate 15, a phase plate in which a region having a phase of 0 and a region having a phase of π are randomly arranged may be used. However, in this case, it is necessary to set the sum of the areas of the regions where the phase of the exposure light is 0 (reference value) and the sum of the areas of the regions where the phase of the exposure light is π to be equal. Even if these phase plates are used, a minute dark portion is formed by the cancellation of the light flux in the region with the phase of 0 and the light flux in the region with the phase of π, similarly to the case of the phase plate 15 in FIG. The term of the phase difference due to defocus has an opposite sign in the region where the phase is 0 and the region where the phase is π, and the influence of the defocus is canceled. Therefore, the depth of focus increases as in the case of using the phase plate 15.
【００３５】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。The present invention is not limited to the above embodiment,
Of course, various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.
【００３６】[0036]
【発明の効果】本発明の投影露光方法によれば、２回の
露光の内の一方の露光の際には、投影光学系の瞳面に位
相板を配置し、他方の露光の際にはその瞳面から位相板
を除去しているため、コンタクトホールのような孤立的
なパターンであっても高い解像度で且つ深い焦点深度で
露光を行うことができる利点がある。According to the projection exposure method of the present invention, a phase plate is arranged on the pupil plane of the projection optical system during one of the two exposures, and during the other exposure. Since the phase plate is removed from the pupil plane, there is an advantage that even with an isolated pattern such as a contact hole, exposure can be performed with a high resolution and a deep depth of focus.
【００３７】また、本発明の投影露光装置によれば、そ
の投影露光方法を実施することができる。Further, according to the projection exposure apparatus of the present invention, the projection exposure method can be implemented.
【図１】本発明の一実施例の投影露光装置を示す概略構
成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】（ａ）は図１の位相板の平面図、（ｂ）はその
位相板の断面図である。2A is a plan view of the phase plate of FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view of the phase plate.
【図３】（ａ）は露光対象とするレチクルＲのパターン
の一例を示す断面図、（ｂ）は投影光学系の瞳面に位相
板を配置して露光を行った場合にウエハ上で得られる光
強度の分布を示す図、（ｃ）は通常の露光方式で露光を
行った場合にウエハ上で得られる光強度の分布を示す図
である。3A is a sectional view showing an example of a pattern of a reticle R to be exposed, and FIG. 3B is obtained on a wafer when a phase plate is arranged on a pupil plane of a projection optical system to perform exposure. FIG. 3C is a diagram showing the distribution of the obtained light intensity, and FIG. 7C is a diagram showing the distribution of the light intensity obtained on the wafer when the exposure is performed by the normal exposure method.
【図４】（ａ）は第１のレチクルＲ１のパターンを露光
する場合の概略の配置を示す図、（ｂ）は図４（ａ）の
露光によりウエハ上で得られる光強度分布を示す図、
（ｃ）は第２のレチクルＲ２のパターンを露光する場合
の概略の配置を示す図、（ｄ）は図４（ｃ）の露光によ
りウエハ上で得られる光強度分布を示す図、（ｅ）は図
４（ｂ）及び図４（ｄ）の光強度分布の和の光強度分布
を示す図である。4A is a diagram showing a schematic arrangement when a pattern of a first reticle R1 is exposed, and FIG. 4B is a diagram showing a light intensity distribution obtained on a wafer by the exposure of FIG. 4A. ,
4C is a diagram showing a schematic arrangement when exposing the pattern of the second reticle R2, FIG. 4D is a diagram showing a light intensity distribution obtained on the wafer by the exposure of FIG. 4C, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing the light intensity distribution of the sum of the light intensity distributions of FIGS. 4 (b) and 4 (d).
１ 水銀ランプ ７ フライアイレンズ ８ 可変開口絞り（σ絞り） １１ 可変視野絞り（レチクルブラインド） １４ コンデンサーレンズ Ｒ レチクル ＰＬ 投影光学系 Ｗ ウエハ １５ 位相板 １６ 透明基板 １８ 誘電体膜 ２１ 着脱装置 ２３ 主制御系 ２６ レチクルリーダ 1 Mercury Lamp 7 Fly's Eye Lens 8 Variable Aperture Stop (σ Stop) 11 Variable Field Stop (Reticle Blind) 14 Condenser Lens R Reticle PL Projection Optical System W Wafer 15 Phase Plate 16 Transparent Substrate 18 Dielectric Film 21 Detaching Device 23 Main Control System 26 reticle reader
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5135969AJPH06349698A (en) | 1993-06-07 | 1993-06-07 | Projection exposure method and apparatus |
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| JPH06349698Atrue JPH06349698A (en) | 1994-12-22 |
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