JP2705191B2 - パターン転写方法とマスク - Google Patents

パターン転写方法とマスク

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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • 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
    • G03F7/70066Size and form of the illuminated area in the mask plane, e.g. reticle masking blades or blinds

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、光、X線、電子線等のエネルギー線によ
り集積回路パターン等のパターンをウエハ上のレジスト
層に転写する方法並びにこの方法の実施に直接使用する
エネルギー線阻止マスクに関するものである。
[発明の概要] この発明は、被転写パターン領域を取囲むように帯上
にエネルギー線阻止領域が形成された転写マスクを用い
てパターン転写を行なう際に、エネルギー線阻止領域の
内方端縁で囲まれる平面図形と相似な形状のエネルギー
線透過部を有する板状のエネルギー線阻止マスクを転写
マスクのエネルギー線入射側又はその反対側に配置する
ことによりメカニカルな絞り機構を用いずに効率的にパ
ターン転写を行なえるようにしたものである。
[従来の技術] 従来、ステップアンドリピート型縮少投影露光装置等
のパターン転写装置にあっては、第23図に例示するよう
なホトマスク10が用いられている。
ホトマスク10において、例えばガラス又は石英からな
る方形状のマスク基板の表面には、例えばクロム等の金
属を被着してパターニングすることにより被露光パター
ン領域12が形成されている。
被露光パターン領域12は、一例として8個のチップ内
パターン領域A〜Hを直交行列的に配置してなり、この
配置の輪郭に対応する領域12の平面図形は、長方形をな
すようになっている。長方形状の領域12は、その四辺が
それそれホストマスク10の四辺と平行をなすように配置
されている。
ホトマスク10には、長方形状の領域12を取囲むように
帯状の遮光領域14が形成されている。この遮光領域14
は、後述するように絞り機構の開口端ぼけが投影される
領域である。
第24図は、上記のようなホトマスク10を用いる投影露
光系の一例を示すものである。ランプ20及びミラー22を
含む照明系から放射される光は、コンデンサレンズ24、
絞り機構26、ホトマスク10、投影レンズ(例えば5:1縮
少投影レンズ)28を介してウエハステージ上のウエハ30
に照射される。ウエハステージは、X方向(左右方
向)、Y方向(前後方向)、Z方向(上下方向即ち光軸
方向)及びθ方向(回転方向)に任意にウエハ位置を制
御可能になっている。
絞り機構26は、第23図に平面配置を示すようにX方向
に移動自在な2枚の遮光部材P,Qと、Y方向に移動自在
な2枚の遮光部材R,Sとを組合せて方形状の絞り孔26aを
形成するもので、この絞り孔26aの開口端ぼけがホトマ
スク10上の遮光領域14に投影されるように各遮光部材の
位置を制御可能になっている。
露光処理にあたっては、ホトマスク10をマスクステー
ジにセットした後、マスクステージのX、Y、θ方向の
位置制御によりマスク位置合せを行なう。そして、絞り
を調節してからウエハステージにウエハをセットし、ウ
エハステージのX、Y、Z、θ方向の位置制御によりウ
エハ位置合せを行なう。この後、図示しないシャッタを
開いて1回目の露光を行ない、その露光が終ると、ウエ
ハステージをステップ移動させて2回目の露光を行な
い、以下同様にしてウエハ全面終了までステップ移動及
び露光を繰返す。通常、このような一連の操作はコンピ
ュータ制御の下に自動的に遂行される。
第25図は、上記のような露光処理により半導体ウエハ
30上のレジスト層に対してホトマスク10の被露光パター
ン領域12のパターンを反復的に転写した例を示すもの
で、12Aは1回の露光により転写されたパターン転写領
域を示している。ウエハ上面には、このようなパターン
転写領域12Aがステップ移動及び露光の繰返しに伴い二
次元的に配置されるようになる。
[発明が解決しようとする課題] 上記した従来技術によると、メカニカルな絞り機構26
を用いているため、次のような問題点があった。
(イ)遮光部材P〜Sを駆動制御する必要があって、制
御操作に時間を要するのみならず、駆動機構から発生さ
れる塵埃によりホトマスク表面が汚染され、転写不良が
生ずる。
(ロ)被露光パターン領域12が方形以外の多角形になっ
た場合、その多角形状領域に適合するように絞り孔形状
を定めるために多数枚の遮光部材を必要とし、駆動機構
も一層複雑化する。
(ハ)被露光パターン領域12が方形以外の多角形になっ
た場合、上記(ロ)のように遮光部材を増加する代り
に、マスク基板10A上で遮光領域14を広面積に形成する
ことも考えられるが、このようにしたのではホトマスク
10上で位置合せマーク、防塵用のペリクリ付きフレーム
等の設置スペースが減少する。
この発明の目的は、メカニカルな絞り機構を用いずに
パターン転写を可能とすることにある。
[課題を解決するための手段] この発明は、マスク基板上に被転写パターン領域を形
成すると共に転写用のエネルギー線の透過を阻止する透
過阻止領域を該被転写パターン領域を取囲むように帯状
に形成して成るマスクに対して前記エネルギー線を照射
し、前記マスクを透過したエネルギー線により前記被転
写パターン領域のパターン像をウエハ上のレジスト層に
転写することを含むパターン転写方法において、次の
(A)又は(B)のようにしてパターン転写を行なうこ
とを特徴とするものである。
(A)前記マスクのエネルギー線入射側には、前記透過
阻止領域の内方端縁で囲まれる平面図形と相似な形状の
エネルギー線透過部を有する板状のエネルギー線阻止マ
スクを配置し、前記エネルギー線透過部を透過したエネ
ルギー線が前記被転写パターン領域に入射し且つ前記エ
ネルギー線透過部の端縁ぼけが前記透過阻止領域内に投
影されるように両マスクの相対的配置関係を定めた状態
でパターン転写を行なう。
(B)前記マスクのエネルギー線入射側とは反対側に
は、前記透過阻止領域の内方端縁で囲まれる平面図形と
相似な形状のエネルギー線透過部を有する板状のエネル
ギー線阻止マスクを配置し、前記被転写パターン領域を
透過したエネルギー線が前記エネルギー線透過部に入射
し且つ前記透過阻止領域の周辺のマスク基板部分を透過
したエネルギー線が前記エネルギー線阻止マスクで透過
阻止されるように両マスクの相対的配置関係を定めた状
態でパターン転写を行なう。
[作 用] この発明のパターン転写方法によると、パターン転写
用マスクのエネルギー線入射側又はその反対側に板状の
エネルギー線阻止マスクを配置してパターン転写を行な
うので、メカニカルな絞り機構は不要となり、前述した
(イ)〜(ハ)のような問題点を解消することができ
る。
[実施例] 第1図は、この発明の実施に用いるホトマスク10を示
すもので、このホトマスクが第23図のものと異なる点
は、被露光パターン領域12及び遮光領域14の形状を変更
したことである。
被露光パターン領域12にあっては、各々方形状でほぼ
同一サイズの12個のチップ内パターン領域A〜Lが直交
行列的に配置されており、この直交行列的な配置の輪郭
に対応する領域12の平面図形は、行方向及び列方向につ
いても各方向毎に2等分可能であり且つ各2等分線毎に
その両側の部分図形が該2等分線に関して対称である12
角形をなしている。このような12角形状の領域12を取囲
むように一定幅の帯状の遮光領域14が形成されており、
この遮光領域14の輪郭形状は領域12の平面形状と相似関
係にある12角形をなすようになっている。
第1図のようなチップ内パターン領域配置によれば、
第23図の場合と同じ広さの有効露光領域16内に第23図の
場合より多くのチップ内パターン領域を配置することが
できる。なお、有効露光領域16は、投影露光系のレンズ
径等により決まるものである。
第2図は、第1図のホトマスク10と組合せて用いられ
る板状の遮光マスク18を示すものである。
遮光マスク18は、ホトマスク10と同様に方形状をなし
ており、中央部には、ホトマスク10の遮光領域14の内方
端縁で囲まれる12角形状の平面図形と相似な形状の光透
過孔18Aが設けられている。遮光マスク18の光透過孔18A
以外の部分は、それ自体遮光性の材料で構成してもよい
し、透光性の材料の表面に遮光性物質を被着して構成し
てもよい。
第3図は、この発明の第1の実施例による投影露光系
を示すもので、この投影露光系が第24図のものと異なる
点は、第1に絞り機構26を使用しないことであり、第2
にコンデンサレンズ24と第1図のホトマスク10との間に
第2図の遮光マスク18を配置したことであり、その他の
点は第24図で述べたと同様である。
露光処理にあたっては、遮光マスク18の光透過孔18A
を透過した光がホトマスク10の被露光パターン領域12に
入射し且つ光透過孔18Aの端縁18aの端縁ぼけ18a′が第
1図に示すように遮光領域14内に投影されるように両マ
スク10,18の相対的配置関係を定めてパターン転写を行
なう。
第4図は、この発明の第2の実施例による投影露光系
を示すもので、この投影露光系が第3図のものと異なる
点は、第1図のホトマスク10と投影レンズ28との間に第
2図の遮光マスク18を配置したことである。
露光処理にあたっては、ホトマスク10の被露光パター
ン領域12を透過した光が遮光マスク18の光透過孔18Aに
入射し且つ遮光領域14の周辺のマスク基板部分を透過し
た光が遮光マスク18で透過阻止されるように両マスク1
0,18の相対的配置関係を定めてパターン転写を行なう。
第5図は、上記のようにして半導体ウエハ30上のレジ
スト層へパターン転写した一例を示すもので、12Aは1
回の露光で転写されたパターン転写領域を示している。
第5図と第25図を対比すると、第5図の場合の方が露光
1回当りに転写されるチップ内パターン数が多く、ウエ
ハ1枚当りのパターン転写回数が少なくて済むことが明
らかである。
第6図は、被露光パターン領域12の12角形状平面図形
を示すもので、x方向(行方向)に沿う3辺の長さを
a、2a、aとし、y方向(列方向)に沿う3辺の長さを
b、2b、bとすると、このような図形は、第7図乃至第
9図に示すようにチップ内パターン領域を配置すること
により構成される。すなわち、第7図の例では、短辺及
び長辺の長さがそれぞれa及びbである長方形状のチッ
プ内パターン領域B1を12個直交行列的に配置したもので
ある。また、第8図の例では、短辺及び長辺の長さがそ
れぞれb/2及びaである長方形状のチップ内パターン領
域B2を24個直交行列的に配置したものである。さらに、
第9図の例では、短辺及び長辺の長さがそれぞれa/2及
びb/2である長方形状のチップ内パターン領域B3を48個
直交行列的に配置したものである。
第10図は、第6図の図形をステップアンドリピート方
式で転写した場合の組合せ配置を示すもので、x方向及
びy方向のいずれについても密接した配置となってい
る。
第11図、第13図、第15図、第17図、第19図及び第21図
は、いずれも被露光パターン領域12の平面図形の他の例
を示すもので、これらの平面図形についても各図形毎に
第7図乃至第9図から類推していくつかの配置例が容易
に考えられる。
第11図の12角形状平面図形は、x方向の3辺の長さを
いずれもaとし且つy方向の3辺の長さをいずれもbと
したもので、第12図に示すように密接した組合せ配置が
可能である。
第13図の12角形状平面図形は、x方向の3辺の長さを
いずれもaとし且つy方向の3辺の長さをb、2b、bと
したもので、第14図に示すように密接した組合せ配置が
可能である。
第15図の12角形状平面図形は、x方向の3辺の長さを
いずれもaとし且つy方向の3辺の長さをb、3b、bと
したもので、第16図に示すように密接した組合せ配置が
可能である。
第17図の12角形状平面図形は、x方向の3辺の長さを
いずれもaとし且つy方向の3辺の長さをb、4b、bと
したもので、第18図に示すように密接した組合せ配置が
可能である。
第19図の20角形状平面図形は、x方向の5辺の長さを
a、a、2a、a、aとし且つy方向の5辺の長さをb、
b、2b、b、bとしたもので、第20図に示すように密接
した組合せ配置が可能である。
第21図の28角形状平面図形は、x方向の7辺の長さを
a、a、a、2a、a、a、aとし且つy方向の7辺の長
さをb、b、b、2b、b、b、bとしたもので、第22図
に示すように密接した組合せ配置が可能である。
第6図、第11図、第13図、第15図、第17図、第18図又
は第21図に示したような被露光パターン領域12を有する
ホトマスクについても、それに適合した遮光マスクを第
2図で述べたと同様に作成し、第3図又は第4図で述べ
たと同様に露光処理を行なうことができる。
[発明の効果] 以上のように、この発明によれば、遮光マスク18のよ
うな板状のエネルギー線阻止マスクを用いることで、メ
カニカルな絞り機構を使用せずにパターン転写を行なう
ようにしたので、次のような効果が得られる。
(イ)遮光部材の駆動制御が不要であるから、効率的に
パターン転写を行なえると共に、発塵等に伴う転写不良
の発生を防止できる。エネルギー線阻止マスクは、固定
ステージにおいて定められた位置に配置するようにして
もよく、このようにすればエネルギー線阻止マスクの位
置合せ制御も省略できる。
(ロ)被転写パターン領域(被露光パターン領域12)が
方形以外の多角形になっても、それに適合したエネルギ
ー線阻止マスクは簡単に作成でき、従来のように遮光部
材を増設したりする煩わしさがない。また、被転写パタ
ーン領域を有する転写マスクにおいても、エネルギー線
阻止領域(遮光領域14)を特に広面積に形成しなくても
よいので、位置合せマーク、ペリクリ付きフレーム等の
配置の自由度が大きい。
(ハ)被転写パターン領域を多角形にしてより多くのチ
ップ内パターン領域を配置できるので、スループットが
向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は、この発明の実施に用いるホトマス
ク及び遮光マスクをそれぞれ示す上面図、 第3図及び第4図は、この発明の第1及び第2の実施例
による投影露光系をそれぞれ示す図、 第5図は、第1図のマスクパターンの転写例を示すウエ
ハ上面図、 第6図は、被露光パターン領域の平面図形の一例を示す
図、 第7図乃至第9図は、被露光パターン領域内におけるチ
ップ内パターン領域の異なる配置例をそれぞれ示す平面
図、 第10図は、第6図の図形の組合せ配置を示す平面図、 第11図、第13図、第15図、第17図、第19図及び第21図
は、被露光パターン領域の平面図形の他の例をそれぞれ
示す図、 第12図、第14図、第16図、第18図、第20図及び第22図
は、それぞれ第11図、第13図、第15図、第17図、第19図
及び第21図の図形の組合せ配置を示す平面図、 第23図は、従来例によるホトマスク上方の遮光部材配置
を示す上面図、 第24図は、投影露光系の一例を示す図、 第25図は、第23図のマスクパターンの転写例を示すウエ
ハ上面図である。 10……ホトマスク、12……被露光パターン領域、14……
遮光領域、18……遮光マスク、20……ランプ、22……ミ
ラー、24……コンデンサレンズ、28……投影レンズ、30
……ウエハ、A〜L,B1〜B3……チップ内パターン領域。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マスク基板上に被転写パターン領域を形成
    すると共に転写用のエネルギー線の透過を阻止する透過
    阻止領域を該被転写パターン領域を取囲むように帯状に
    形成して成るマスクに対して前記エネルギー線を照射
    し、前記マスクを透過したエネルギー線により前記被転
    写パターン領域のパターン像をウエハ上のレジスト層に
    転写することを含むパターン転写方法において、 前記マスクのエネルギー線入射側には、前記透過阻止領
    域の内方端縁で囲まれる平面図形と相似な形状のエネル
    ギー線透過部を有する板状のエネルギー線阻止マスクを
    配置し、 前記エネルギー線透過部を透過したエネルギー線が前記
    被転写パターン領域に入射し且つ前記エネルギー線透過
    部の端縁ぼけが前記透過阻止領域内に投影されるように
    両マスクの相対的配置関係を定めた状態でパターン転写
    を行なうことを特徴とするパターン転写方法。
  2. 【請求項2】マスク基板上に被転写パターン領域を形成
    すると共に転写用のエネルギー線の透過を阻止する透過
    阻止領域を該被転写パターン領域を取囲むように帯状に
    形成して成るマスクに対して前記エネルギー線を照射
    し、前記マスクを透過したエネルギー線により前記被転
    写パターン領域のパターン像をウエハ上のレジスト層に
    転写することを含むパターン転写方法において、 前記マスクのエネルギー線入射側とは反対側には、前記
    透過阻止領域の内方端縁で囲まれる平面図形と相似な形
    状のエネルギー線透過部を有する板状のエネルギー線阻
    止マスクを配置し、 前記被転写パターン領域を透過したエネルギー線が前記
    エネルギー線透過部に入射し且つ前記透過阻止領域の周
    辺のマスク基板部分を透過したエネルギー線が前記エネ
    ルギー線阻止マスクで透過阻止されるように両マスクの
    相対的配置関係を定めた状態でパターン転写を行なうこ
    とを特徴とするパターン転写方法。
  3. 【請求項3】マスク基板上に被転写パターン領域を形成
    すると共に転写用のエネルギー線の透過を阻止する透過
    阻止領域を該被転写パターン領域を取囲むように帯状に
    形成して成るマスクに対して前記エネルギー線を照射し
    て前記被転写パターン領域のパターン像をウエハ上のレ
    ジスト層に転写する際に前記マスクのエネルギー線入射
    側又はその反対側に配置されるべき板状のエネルギー線
    阻止マスクであって、 前記透過阻止領域の内方端縁で囲まれる平面図形と相似
    な形状のエネルギー線透過部を有することを特徴とする
    エネルギー線阻止マスク。
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