JPH10189416A - Pattern forming method and apparatus - Google Patents

Pattern forming method and apparatus

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JPH10189416A
JPH10189416A JP8347142A JP34714296A JPH10189416A JP H10189416 A JPH10189416 A JP H10189416A JP 8347142 A JP8347142 A JP 8347142A JP 34714296 A JP34714296 A JP 34714296A JP H10189416 A JPH10189416 A JP H10189416A
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Japan
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light source
pattern
thin film
demodulation
light
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Application number
JP8347142A
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Japanese (ja)
Inventor
Minoru Chokai
実 鳥海
Tsuneo Terasawa
恒男 寺澤
Atsuko Yamaguchi
敦子 山口
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to transfer micro patterns lower than a resolution limit by using a pulsed light source for a projecting light source which projects a masking pattern drawn on a masking substrate on a wafer substrate via a projecting optical system and for a light source for a demodulating step which represents the masking pattern. SOLUTION: A light radiated from a light source 2 which uses a second harmonic pulse light of a first titanium sapphire laser for exposure is converted into a beam having a requested even light strength of section area by a beam expander 4 and irradiates a mask substrate 5. A pattern 6 drawn on the mask substrate 5 is projected on a wafer 8 through a projecting lens 7 having a magnification of 1/5. Interference fringes 34 are formed on the surface of the wafer 8 by using a light from a light source 3 which uses a second harmonic pulse light from a second titanium sapphire laser. A micropattern is formed on a resist 35 by synchronizing both in a synchronous circuit 1.

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】本発明は、パターン形成装置
試料基板上に形成される転写パターンの解像力を向上さ
せたパターン形成方法及び装置に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a pattern forming method and apparatus which improve the resolution of a transfer pattern formed on a sample substrate of a pattern forming apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路や液晶素子等のパターン
の形成には、リソグラフィ技術と呼ばれているマスク上
に描かれたパターンを試料基板上に転写する方法が広く
採用されている。このパターン転写を行うために、一般
には、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投影
型の投影露光装置が用いられる。
2. Description of the Related Art A method of transferring a pattern drawn on a mask onto a sample substrate, which is called a lithography technique, is widely used for forming a pattern of a semiconductor integrated circuit or a liquid crystal element. In order to perform this pattern transfer, a reduced-projection type projection exposure apparatus for reducing and transferring a pattern on a mask is generally used.

【0003】半導体集積回路等のパターンの微細化が進
むにしたがって、投影露光装置には従来以上に解像力が
高い微細なパターンの転写性能が要求されている。一般
に、投影レンズの開口数(NA)が大きいほど、あるい
は露光に用いられる光の波長が短いほど解像力は向上す
る。しかし、投影レンズは露光領域が広いことも同時に
要求され、実際上NAの向上には限界がある。また、露
光に用いられる光の短波長化も、対応できる光源、投影
レンズの材料およびレジスト材料の制約の面から限界に
近づいている。
As the pattern miniaturization of semiconductor integrated circuits and the like progresses, projection exposure apparatuses are required to have fine pattern transfer performance with higher resolution than ever before. In general, the higher the numerical aperture (NA) of the projection lens or the shorter the wavelength of light used for exposure, the higher the resolution. However, the projection lens is also required to have a large exposure area at the same time, and there is practically a limit in improving the NA. In addition, the shortening of the wavelength of light used for exposure is approaching its limit due to restrictions on the light source, the material of the projection lens, and the resist material that can be used.

【0004】そこで、現状の投影露光装置を用いて、従
来の解像限界を超える微細パターンを転写する試みがな
されている。特公昭62−50811号公報には、マス
ク自体に露光に用いられる光の位相差を与える工夫を導
入することにより、特に周期性を有する開口パターンに
対して解像力を大幅に向上させる技術が示されている。
また、実質的に孤立したパターンであっても補助的な位
相差パターンを新たに配置することによって解像力を向
上させる方法が特開昭62−67514号公報に開示さ
れている。更に、投影露光装置の照明光学系に特定方向
の照明光を強くすることによって解像力を向上させる方
法が特開平4−101148号公報および特開平4−2
67515号公報に開示されている。
[0004] Attempts have been made to transfer a fine pattern exceeding the conventional resolution limit using the current projection exposure apparatus. Japanese Patent Publication No. Sho 62-50811 discloses a technique for significantly improving the resolving power, especially for an aperture pattern having periodicity, by introducing a device for giving a phase difference of light used for exposure to a mask itself. ing.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-67514 discloses a method of improving the resolution by newly arranging an auxiliary phase difference pattern even for a substantially isolated pattern. Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 4-101148 and 4-2 disclose a method for improving the resolving power by increasing illumination light in a specific direction to an illumination optical system of a projection exposure apparatus.
No. 67515.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】前記特公昭62−50
811号及び特開昭62−67514号公報にはマスク
技術が開示されており、マスクの遮光領域中の1個おき
の開口部に照明光の位相を180度変化させる透明な位
相部材を設けることによって解像力向上を実現してい
る。また、前記特開平4−267515号公報では、マ
スクを斜めに照射する、所謂斜入射照明法を採用するこ
とによって従来の解像性能を超える解像力を与える方法
を示している。
Problems to be Solved by the Invention Japanese Patent Publication No. Sho 62-50
No. 811 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-67514 disclose a mask technique, in which a transparent phase member for changing the phase of illumination light by 180 degrees is provided at every other opening in the light-shielded area of the mask. This realizes an improvement in resolution. Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-267515 discloses a method of giving a resolution exceeding the conventional resolution performance by employing a so-called oblique incidence illumination method in which a mask is obliquely irradiated.

【0006】一般に投影露光装置の投影レンズの解像性
能は、パターンを露光する光の波長λと投影レンズの開
口数NAで定められ、解像限界の寸法Rは通常、数1で与
えられる。
In general, the resolution performance of a projection lens of a projection exposure apparatus is determined by the wavelength λ of light for exposing a pattern and the numerical aperture NA of the projection lens, and the dimension R of the resolution limit is usually given by the following equation (1).

【0007】[0007]

【数1】 (Equation 1)

【0008】実用上定数k1の値は0.6〜0.8程度
であって、パターンの露光現像処理法に依存した値であ
る。また、投影レンズの解像性能としては、比較的大き
なパターンほど投影像のコントラストは最大値1に近づ
き、パターンが微細化するとともに、すなわち空間周波
数が高くなるにしたがって投影像のコントラストは最小
値0に近づく。そして、λ/2NAを超える高い周波数を有
する微細なパターンを転写することはできない。
In practice, the value of the constant k1 is about 0.6 to 0.8, and depends on the pattern exposure and development method. As for the resolution performance of the projection lens, the contrast of the projected image approaches the maximum value 1 for a relatively large pattern, and the contrast of the projected image decreases to the minimum value 0 as the pattern becomes finer, that is, as the spatial frequency increases. Approach. Then, a fine pattern having a high frequency exceeding λ / 2NA cannot be transferred.

【0009】以上の制約のもとに、前記特公昭62−5
0811号及び特開昭62−67514号公報に開示さ
れた方法は、高い空間周波数での投影像コントラストを
向上させるものである。また、前記特開平4−1011
48号公報および特開平4−267515号公報に開示
されている方法は、低い空間周波数領域の投影像コント
ラストをわずかに低下させると同時に高い空間周波数領
域での投影像コントラストを向上させるものである。
Under the above restrictions, the above-mentioned Japanese Patent Publication No. Sho 62-5
The methods disclosed in JP 0811 and JP-A-62-67514 improve the projected image contrast at a high spatial frequency. Further, Japanese Unexamined Patent Publication No.
The method disclosed in JP-A-48-48 and JP-A-4-267515 is intended to slightly lower the projected image contrast in a low spatial frequency region and to improve the projected image contrast in a high spatial frequency region.

【0010】いずれの方法も、高い空間周波数領域で従
来法と比べて解像性能が向上する。しかし、前述のよう
に転写可能なパターンの空間周波数の限界はλ/2NAであ
るから、これを超える高い周波数の微細パターンを転写
することは不可能である。
[0010] In any of the methods, the resolution performance is improved in the high spatial frequency region as compared with the conventional method. However, as described above, since the limit of the spatial frequency of a transferable pattern is λ / 2NA, it is impossible to transfer a fine pattern having a higher frequency than this.

【0011】本発明の目的は、従来の解像限界を超える
微細パターンを転写できるパターン形成方法および装置
を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a pattern forming method and apparatus capable of transferring a fine pattern exceeding a conventional resolution limit.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するた
め、本発明はマスク基板上に描かれているマスクパター
ンを投影光学系を介してウエハ基板上に投影しパターン
を形成するパターン形成方法であって、前記マスクパタ
ーンのフーリエ変換パターンが形成される面上において
上記フーリエ変換パターンの位置を所定量シフトさせて
空間周波数を変える変調工程と、前記ウエハ基板上にお
いて、前記変調工程における変調量と関連づけて空間周
波数のシフトにより前記マスクパターンを再現する復調
工程とを有するパターン形成方法において、前記投影光
源および前記復調工程用光源共に、パルス光源を用い
る。
According to the present invention, there is provided a pattern forming method for forming a pattern by projecting a mask pattern drawn on a mask substrate onto a wafer substrate via a projection optical system. A modulating step of shifting a position of the Fourier transform pattern by a predetermined amount on a surface on which a Fourier transform pattern of the mask pattern is formed to change a spatial frequency; and, on the wafer substrate, a modulation amount in the modulating step. In a pattern forming method having a demodulation step of reproducing the mask pattern by shifting a spatial frequency in association therewith, a pulse light source is used for both the projection light source and the light source for the demodulation step.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】従来の投影露光方法では、マスク
パターンで発生した0次、±1次、±2次、…の各回折
光が投影露光レンズを通過してウエハ上に結像してい
た。これに対し、本発明ではマスクパターンに第1の格
子縞を重ねることによって空間周波数の異なるパターン
すなわちモアレ縞を構成する回折光が投影レンズを通過
することによってパターン情報をウエハ上に伝達する。
そして、ウエハ上で復調することによりパターン転写を
行う。空間周波数の異なるパターンを形成する方法とし
て、マスクパターンを斜めに照明し、フーリエ変換面に
おいてフーリエ変換パターンの形成位置をシフトさせて
もよい。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In a conventional projection exposure method, each of the 0th, ± 1st, ± 2nd,... Diffracted lights generated in a mask pattern passes through a projection exposure lens and forms an image on a wafer. Was. On the other hand, in the present invention, a pattern having a different spatial frequency, that is, diffracted light constituting a moiré fringe passes through the projection lens by superimposing the first lattice fringe on the mask pattern, thereby transmitting the pattern information onto the wafer.
Then, pattern transfer is performed by demodulation on the wafer. As a method of forming a pattern having a different spatial frequency, a mask pattern may be illuminated obliquely, and the position where the Fourier transform pattern is formed on the Fourier transform plane may be shifted.

【0014】ここで、説明を簡単にするために座標系に
ついて述べておく。今、投影レンズの倍率の絶対値を
m、ウエハ側の開口数をNAとすると、投影レンズのマス
ク側の開口数はmNAと表される。通常の投影露光装置で
はmの値は0.2が広く採用されている、ここで、マス
ク側の長さの単位をλm/NAで、ウエハ側の長さの単位を
λ/NAで、それぞれ無次元化した単位を採用すると、レ
ンズの倍率を考える必要が無く、見かけ上倍率1の結像
光学系として取り扱える。そこで、ここでも上記無次元
化した座標で考える。
Here, a coordinate system will be described to simplify the description. Now, assuming that the absolute value of the magnification of the projection lens is m and the numerical aperture on the wafer side is NA, the numerical aperture on the mask side of the projection lens is expressed as mNA. In an ordinary projection exposure apparatus, the value of m is widely adopted as 0.2. Here, the unit of the length on the mask side is λm / NA, and the unit of the length on the wafer side is λ / NA. By adopting a dimensionless unit, it is not necessary to consider the magnification of the lens, and it can be handled as an imaging optical system with an apparent magnification of 1. Therefore, also in this case, the above-mentioned non-dimensional coordinates are considered.

【0015】今、xのみの関数で表される空間周波数ν
なるマスクパターンを配置し、これに重ねる第1の格子
縞の空間周波数をτとする。このとき、ν+τ、ν−τ
という和と差の空間周波数をもつ縞(モアレ縞)が得ら
れる。投影レンズのコヒーレント遮断周波数(λ/N
A)より大きい周波数νのマスクパターンに適当な第一
の格子縞を重ねると、差の周波数を遮断周波数以下とす
ることが出来る(図5)。これは投影レンズの光学系を
通るから、復調することによりマスクパターンを投影転
写することができる。この原理は、例えば、小瀬輝次
「フーリエ結像論」(共立出版)の111頁、あるいは
応用物理第37巻第9号(1968)の853頁から8
59頁に記述されている。
Now, a spatial frequency ν represented by a function of only x
Is arranged, and the spatial frequency of the first lattice pattern superimposed on the mask pattern is τ. At this time, ν + τ, ν-τ
(Moire fringes) having the sum and difference spatial frequencies. The coherent cutoff frequency of the projection lens (λ / N
A) When a suitable first lattice fringe is superimposed on a mask pattern having a larger frequency ν, the difference frequency can be made equal to or lower than the cutoff frequency (FIG. 5). Since this passes through the optical system of the projection lens, the mask pattern can be projected and transferred by demodulation. This principle is described, for example, in page 111 of Teruji Kose, "Fourier Imaging Theory" (Kyoritsu Shuppan), or pages 853 to 8 of Applied Physics Vol. 37, No. 9 (1968).
It is described on page 59.

【0016】本発明ではマスクパターンの変調手段とし
て、透明基板の表面に線状の凹凸を多数並べた透過型位
相格子(第1の格子縞)を用いる。マスクパターンを斜
めに照明しても同様の効果がある。また、上記格子は、
必ずしも透過型位相格子でなくても良く、前記透明基板
の表面に線状の遮光線を多数並べた回折格子としても良
い。
In the present invention, as a mask pattern modulating means, a transmission type phase grating (first lattice fringe) having a large number of linear irregularities arranged on the surface of a transparent substrate is used. The same effect can be obtained by obliquely illuminating the mask pattern. Also, the lattice is
The diffraction grating is not necessarily a transmission type phase grating, and may be a diffraction grating in which a large number of linear light-shielding lines are arranged on the surface of the transparent substrate.

【0017】この第1の格子縞の空間周波数をτとする
と、前述のようにν−τなる空間周波数をもつ縞が得ら
れ、これが投影レンズを通過する。さてウエハの表面に
おいても空間周波数がτである第2の格子縞とによっ
て、(ν−τ)+τ=ν、(ν−τ)−τ=ν−2τと
いう和と差の空間周波数をもつ縞が得られる。このう
ち、和の空間周波数(ν)をもつ縞のみを取り出すこと
によってパターンの転写を行う。
Assuming that the spatial frequency of the first lattice fringe is τ, a fringe having a spatial frequency of ν−τ is obtained as described above, and passes through the projection lens. Now, also on the surface of the wafer, a fringe having a spatial frequency of the sum of (ν−τ) + τ = ν and (ν−τ) −τ = ν−2τ is formed by the second lattice fringe having a spatial frequency of τ. can get. Of these, the pattern is transferred by extracting only the stripes having the sum spatial frequency (ν).

【0018】ウエハの表面に第2の格子縞を重ねる手法
として、ウエハの表面にごく短い時間だけ光に応答して
透過率や屈折率が変化する材料を塗布しておく。この復
調用薄膜の2方向から光を照射し上記薄膜中に二光束干
渉の縞を形成する。この干渉縞がパターン転写を行う露
光用の光に対して第2の干渉縞として作用する。
As a method of overlaying the second lattice pattern on the surface of the wafer, a material whose transmittance or refractive index changes in response to light for a very short time is applied to the surface of the wafer. Light is irradiated from two directions on the demodulation thin film to form two-beam interference fringes in the thin film. This interference fringe acts as a second interference fringe for light for exposure for pattern transfer.

【0019】上記の原理によりパターン転写を行うわけ
であるが、第2の格子が例えば明暗型の縞である場合で
考えると、原理上、明暗のコントラストが高いほど復調
効果が大きくなる。高いコントラストを得るためには、
第2の格子縞を形成するための光の強度が高いことが望
ましい。しかし、高い強度で定常的に露光すると、復調
材料に蓄積されるエネルギーが大きくなり、復調材料が
熱的な損傷を起こし問題となる。
The pattern transfer is performed according to the above principle. When the second grating is, for example, a light-dark type stripe, in principle, the higher the contrast between light and dark, the greater the demodulation effect. To get high contrast,
It is desirable that the intensity of light for forming the second lattice fringes be high. However, when the exposure is constantly performed at a high intensity, the energy stored in the demodulation material increases, and the demodulation material is thermally damaged, which is a problem.

【0020】そのため本発明では、光源として強度は強
いが短時間だけ露光するパルス励起を行なう。パルス励
起で第2の格子縞を形成すると、復調材料中の形成され
る縞は短時間に消えて元の透明な状態に戻る。これは上
下の格子縞を同期走査するために、第1の格子縞は機械
的に走査できるが、下の第2の格子縞は、光学的に干渉
縞を走査させるのであるから、干渉縞を形成する光が走
査されて、光が当たらなくなったら直ぐに元の透明な状
態に戻らねばばならないという測定原理から望まれる特
性である。
For this reason, in the present invention, pulse excitation for exposing only a short time is performed as a light source, although the intensity is strong. When the second lattice fringe is formed by pulse excitation, the fringe formed in the demodulation material disappears in a short time and returns to the original transparent state. This is because the first grid pattern can be mechanically scanned because the upper and lower grid patterns are synchronously scanned, but the lower second grid pattern is optically scanned with interference fringes. Is a characteristic desired from the measurement principle that it is necessary to return to the original transparent state as soon as the light beam stops scanning.

【0021】また、復調材料にパターン露光光が定常的
に照射されると、前記格子縞が消えた後も露光されるた
めに、復調効果が低減する。第2の格子縞は縞が形成さ
れた直後が一番明確な縞になっているので、縞形成直後
だけをパターン露光することが、復調効果を最大にする
方法である。従って、パターン露光の光源もパルス化
し、第2の格子縞を形成するパルス光と同期をとり、第
2の格子縞が形成された直後だけにパターン露光するの
が最良の露光方法である。
Further, if the demodulation material is constantly irradiated with the pattern exposure light, it is exposed even after the lattice fringes disappear, so that the demodulation effect is reduced. Since the second lattice fringe is the clearest fringe immediately after the fringe is formed, pattern exposure only immediately after the fringe formation is a method for maximizing the demodulation effect. Therefore, it is the best exposure method that the light source of the pattern exposure is also pulsed, synchronized with the pulse light for forming the second grid pattern, and the pattern is exposed only immediately after the second grid pattern is formed.

【0022】パルス光源としては、連続光源を機械的シ
ャッタでパルス化しても良いし、チタン・サファイア・
レーザあるいは、ヤグ(YAG)・レーザ、エキシマ・
レーザなどのように、はじめからパルス発振するレーザ
を用いてもよい。特に、チタン・サファイア・レーザや
オプト・パラメトリック現象を利用したレーザなどは発
振波長を連続的に所望の値に設定できるので、本発明の
実施には特に適している。
As the pulse light source, a continuous light source may be pulsed by a mechanical shutter, or a titanium sapphire
Laser or YAG laser, excimer
A laser that oscillates from the beginning, such as a laser, may be used. In particular, a titanium sapphire laser, a laser using an opto-parametric phenomenon, or the like can continuously set the oscillation wavelength to a desired value, and is particularly suitable for implementing the present invention.

【0023】復調用の第2の格子の光学特性は、明暗型
の復調格子ではその暗部の吸光度が大きほど、その復調
効果が大きいので望ましい。具体的には吸光度が1以上
であることが望ましい。位相シフト型の復調格子ではそ
の位相差が大きく変化するものほど、その復調効果が大
きいので望ましい。具体的には位相差がλ/2以上であ
ることが望ましい。
The optical characteristics of the second grating for demodulation are desirable in the case of a light-dark type demodulation grating because the larger the absorbance of the dark part, the greater the demodulation effect. Specifically, the absorbance is desirably 1 or more. In a phase shift type demodulation grating, it is preferable that the phase difference changes greatly as the demodulation effect increases. Specifically, it is desirable that the phase difference is λ / 2 or more.

【0024】[0024]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について述
べる。これらの実施例は本願の1例に過ぎず、これらに
限定されるものではない。
Embodiments of the present invention will be described below. These embodiments are merely examples of the present application, and the present invention is not limited to these embodiments.

【0025】(実施例1)まず、図1を用いて本発明の
パターン形成方法を実現する投影露光装置の構成例の概
要を説明する。露光に用いる光(波長:365nm)は
第1のチタン・サファイア・レーザの第二高調波パルス
光を用いた。この光源2から発する光はビーム・エキス
パンダ4で所望の均一な光強度の断面積のビームに変換
され、マスク基板5を照明する。以下ではマスク基板5
をレティクル5と称する。
(Embodiment 1) First, an outline of a configuration example of a projection exposure apparatus for realizing the pattern forming method of the present invention will be described with reference to FIG. As light (wavelength: 365 nm) used for exposure, second harmonic pulse light of the first titanium sapphire laser was used. The light emitted from the light source 2 is converted by a beam expander 4 into a beam having a cross section of a desired uniform light intensity, and illuminates the mask substrate 5. In the following, the mask substrate 5
Is referred to as a reticle 5.

【0026】レティクル5上に描かれたパターン6は倍
率1/5の投影レンズ7を介してウエハ8上に投影され
る。なお、レティクル5はレティクル位置制御手段9で
制御されたステージ10上に載置され、その中心と投影
レンズ7の光軸とが正確に位置合わせされている。
The pattern 6 drawn on the reticle 5 is projected onto a wafer 8 via a projection lens 7 having a magnification of 1/5. The reticle 5 is placed on the stage 10 controlled by the reticle position control means 9, and its center and the optical axis of the projection lens 7 are accurately aligned.

【0027】ウエハ8は、投影レンズ7の光軸方向すな
わちz方向に移動可能なZステージ11上に載置されて
いる。Zステージ11およびXYステージ12は、主制
御系13からの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段1
4、15によって駆動されているので、投影露光装置の
ベース16に対して所望の露光位置に移動可能である。
その位置はZステージ11に固定されたミラー17の位
置として、レーザ測長器18で正確にモニタされてい
る。また、ウエハ8の表面位置は、投影露光装置の通常
の焦点位置計測手段により計測される。計測結果に応じ
てZステージ11を駆動させることにより、ウエハ8の
表面は常に投影レンズ7の結像面と一致させることが出
来る。
The wafer 8 is placed on a Z stage 11 which is movable in the direction of the optical axis of the projection lens 7, that is, in the z direction. The Z stage 11 and the XY stage 12 each drive means 1 in accordance with a control command from the main control system 13.
Since it is driven by 4 and 15, it can be moved to a desired exposure position with respect to the base 16 of the projection exposure apparatus.
The position is accurately monitored by a laser length measuring device 18 as a position of a mirror 17 fixed to the Z stage 11. The surface position of the wafer 8 is measured by a normal focus position measuring means of the projection exposure apparatus. By driving the Z stage 11 according to the measurement result, the surface of the wafer 8 can always be made to coincide with the image plane of the projection lens 7.

【0028】本実施例では、レティクル5のごく近傍に
第1の格子縞として作用する透過型の格子状の光学素子
19を配置した。ここでは位相格子を採用し、位相格子
19のピッチを1.0μmとした。この位相格子19は
図2に示すように透明基板の表面に線状の凹凸20を設
けたものであり、凹部と凸部とを透過する照明光の位相
を反転させる。
In this embodiment, a transmissive lattice-shaped optical element 19 acting as a first lattice fringe is arranged very close to the reticle 5. Here, a phase grating was adopted, and the pitch of the phase grating 19 was 1.0 μm. As shown in FIG. 2, the phase grating 19 is provided with linear irregularities 20 on the surface of a transparent substrate, and inverts the phase of illumination light transmitted through the concave and convex portions.

【0029】位相格子19の凹凸20の空間周波数をτ
と記述すると、そのスペクトルは、図3に示すように、
投影レンズの入射瞳21上ではスペクトル22および2
3に示す分布を有する。さらに位相格子19は、ステー
ジ24に装着されており、駆動手段25によって面内に
走査することが出来る。
The spatial frequency of the unevenness 20 of the phase grating 19 is τ
Then, the spectrum becomes as shown in FIG.
On the entrance pupil 21 of the projection lens, the spectra 22 and 2
It has the distribution shown in FIG. Further, the phase grating 19 is mounted on a stage 24 and can be scanned in a plane by a driving unit 25.

【0030】一方、レティクル5には従来と同様なパタ
ーン6が設けられており、このパターンの空間周波数ν
が投影レンズの遮断周波数を超えると、図4に示すよう
なスペクトル26、27および28に示す分布となる。
ここで、レティクル5と第1の格子縞22とを重ねあわ
せると、図5に示すような合成パターンのフーリエ・ス
ペクトル29および30が得られ、投影レンズの瞳21
の内側を通過するようになる。
On the other hand, the reticle 5 is provided with a pattern 6 similar to the conventional one, and the spatial frequency v
Exceeds the cut-off frequency of the projection lens, the distribution shown in spectra 26, 27 and 28 as shown in FIG.
Here, when the reticle 5 and the first lattice fringe 22 are superimposed, Fourier spectra 29 and 30 of a composite pattern as shown in FIG. 5 are obtained, and the pupil 21 of the projection lens is obtained.
Will pass through the inside of

【0031】第2のチタン・サファイア・レーザからの
第二高調波(波長490nm)を復調格子縞を作るため
の光源3とした。ウエハ8の表面には、光源3からの光
をビームスプリッタ31、ミラー32、33を用いて復
調用の薄膜36中で二光束干渉させ、ピッチ0.2μm
の干渉縞34を形成した。このピッチは、第1の格子縞
のピッチ(1.0μm)に投影レンズ7の倍率(1/
5)を乗じた値である。
The second harmonic (wavelength: 490 nm) from the second titanium-sapphire laser was used as a light source 3 for forming demodulation fringes. On the surface of the wafer 8, the light from the light source 3 is caused to interfere with two beams in the demodulating thin film 36 using the beam splitter 31 and the mirrors 32 and 33, and the pitch is 0.2 μm.
Is formed. This pitch is equal to the pitch of the first grid pattern (1.0 μm) and the magnification (1/1 /
5).

【0032】ウエハ8上にはホトレジスト35を塗布
し、更にその表面には光化学反応が可逆的に生じる材料
を0.3μmの厚さで塗布し、復調用薄膜36を形成す
る。本実施例では、アクリジン・オレンジとポリビニル
ピロリドンの溶液をレジスト上に回転塗布し、加熱乾燥
し、復調用薄膜36を作製した。
A photoresist 35 is applied on the wafer 8, and a material whose photochemical reaction is reversible is applied on the surface thereof to a thickness of 0.3 μm to form a demodulation thin film 36. In this example, a solution of acridine orange and polyvinylpyrrolidone was spin-coated on the resist and dried by heating to produce a demodulation thin film 36.

【0033】上記復調用薄膜36は、波長460nmの
光に対してミリ秒以下の時間応答性を有し、かつ可逆的
に反応する。すなわち、460nmのパルス光が照射さ
れた時だけ、複素屈折率が変化し、365nmにおいて
瞬時に屈折率が変化し、復調用の位相シフト型格子縞3
4を形成し、短時間の内にミリ秒以下の寿命で元の屈折
率に戻る。
The demodulation thin film 36 has a time response of less than millisecond to light having a wavelength of 460 nm and reacts reversibly. That is, only when the pulse light of 460 nm is irradiated, the complex refractive index changes, and the refractive index changes instantaneously at 365 nm.
4 and returns to the original refractive index within a short time with a lifetime of less than milliseconds.

【0034】第1のチタン・サファイア・レーザ2と第
2のチタン・サファイア・レーザ3は、同期回路1によ
り、460nmの第2のチタン・サファイア・レーザ3
が復調用の格子縞34を作成した直後に、格子縞34を
パターン露光用の第1のチタン・サファイア・レーザ2
が通過するように設定してある。そのため、第1のチタ
ン・サファイア・レーザ2が復調層36を通過する時に
は十分なコントラストの格子縞34が形成されているた
めに、復調が効率よく行われる。
The first titanium-sapphire laser 2 and the second titanium-sapphire laser 3 are combined by the synchronizing circuit 1 into the second titanium-sapphire laser 3 of 460 nm.
Immediately after forming the lattice fringe 34 for demodulation, the lattice fringe 34 is converted to the first titanium sapphire laser 2 for pattern exposure.
Is set to pass. Therefore, when the first titanium-sapphire laser 2 passes through the demodulation layer 36, the lattice fringes 34 having a sufficient contrast are formed, so that the demodulation is efficiently performed.

【0035】この第2の格子縞34が上記空間周波数τ
の格子の働きをする。第2の格子縞34は、ミラー32
をミラー駆動手段37を用いて駆動し、光の位相を連続
的に変化させることにより復調用薄膜36内を移動す
る。第1の格子および第2の格子縞34を同期走査しな
がらパターン露光を行うことによって、ホトレジスト3
5に従来の解像限界を超える微細パターンを露光した。
その後、上記復調用薄膜36を除去し、レジスト35を
現像し、そのパターン形状を走査型電子顕微鏡で観察し
たところ、良好な形状の微細パターンが形成されてい
た。
This second lattice fringe 34 has the spatial frequency τ
Works as a lattice. The second plaid 34 is the mirror 32
Is driven by the mirror driving means 37, and moves within the demodulation thin film 36 by continuously changing the phase of light. By performing pattern exposure while synchronously scanning the first lattice and the second lattice fringe 34, the photoresist 3
In No. 5, a fine pattern exceeding the conventional resolution limit was exposed.
Thereafter, the demodulation thin film 36 was removed, the resist 35 was developed, and the pattern shape was observed with a scanning electron microscope. As a result, a fine pattern having a good shape was formed.

【0036】上記復調格子の位相シフト量を測定したと
ころλ/2であることがわかった。また、上記パルスレ
ーザにヤグ・レーザを用いても同様の効果が得られた。
When the phase shift amount of the demodulation grating was measured, it was found to be λ / 2. Similar effects were obtained by using a yag laser as the pulse laser.

【0037】(実施例2)第2の実施例では、露光用波
長にチタン・サファイア・レーザの第2高調波(波長:
436nm)を用い、復調用薄膜中に第2の干渉縞を作
成するのにヤグ・レーザの第4高調波(波長:266n
m)の光を用いて、復調材料に2−アセナトフトンを分
散させたポリメチルメタクリレート薄膜を用いて、第1
の格子縞のピッチを0.5μm、第2の格子縞のピッチ
を0.1μmにした点を除き、実施例1と同じ装置構成
でパターン形成を行った。上記復調用薄膜36は波長2
66nmの光を吸収すると露光波長である436nmに
過渡的に吸収を有するようになり、ミリ秒以下の時間応
答性を有し、かつ可逆的に着色・退色反応する。過渡的
な明暗型の格子縞を形成する。本実施例でも、第2の格
子作製用のヤグ・レーザと、露光用のチタン・サファイ
ア・レーザとが同期制御されて、露光用のチタン・サフ
ァイア・レーザが復調層を通過する時には十分なコント
ラストの格子縞が形成され、復調作用が効率よく行わ
れ、良好なパターン転写をすることが出来た。
(Embodiment 2) In the second embodiment, the second harmonic of the titanium sapphire laser (wavelength:
436 nm) to form a second interference fringe in the thin film for demodulation using the fourth harmonic of a yag laser (wavelength: 266 n).
m), using a polymethyl methacrylate thin film in which 2-acenatofutone is dispersed in the demodulation material,
The pattern formation was performed with the same device configuration as in Example 1 except that the pitch of the lattice fringes was 0.5 μm and the pitch of the second lattice fringes was 0.1 μm. The demodulation thin film 36 has a wavelength of 2
When the light of 66 nm is absorbed, the light has a transient absorption at the exposure wavelength of 436 nm, has a time response of less than millisecond, and undergoes a reversible coloring / fading reaction. A transitional light-and-dark lattice pattern is formed. Also in this embodiment, the yag laser for producing the second grating and the titanium sapphire laser for exposure are controlled synchronously, and when the titanium sapphire laser for exposure passes through the demodulation layer, sufficient contrast is obtained. Are formed, the demodulation action is performed efficiently, and a good pattern transfer can be performed.

【0038】上記復調格子の吸光度を測定したところ
1.2であることがわかった。
When the absorbance of the demodulation grating was measured, it was found to be 1.2.

【0039】以上述べた本発明によれば、復調格子縞の
形成にパルス光源を利用するので、復調材料への熱的損
傷を与えずに高いコントラストを有する理想的な格子縞
が形成できる。そのために、復調作用が効率良く行わ
れ、良好なパターン転写が可能になる。
According to the present invention described above, since the pulse light source is used for forming the demodulated lattice fringes, an ideal lattice fringe having high contrast can be formed without thermally damaging the demodulated material. Therefore, the demodulation operation is performed efficiently, and good pattern transfer becomes possible.

【0040】露光光源と復調格子縞形成用の光源を共に
パルス光源を用いて両者の同期をとるので、復調格子縞
のコントラストが高い時間領域で、パターン形成の露光
パルスを復調材料層に入射させることができる。そのた
めに、復調作用が効率良く行われ、良好なパターン転写
が可能になる。
Since both the exposure light source and the light source for forming the demodulation lattice fringes are synchronized by using a pulse light source, it is possible to make the exposure pulse for pattern formation incident on the demodulation material layer in a time region where the contrast of the demodulation lattice fringes is high. it can. Therefore, the demodulation operation is performed efficiently, and good pattern transfer becomes possible.

【0041】[0041]

【発明の効果】本発明により、光学式の投影露光装置を
用いて従来の解像限界を超える微細パターンを転写する
ことができる。すなわち、より高性能な投影レンズを導
入することなく、従来より微細な加工が実現できるの
で、半導体集積回路等の高集積化が容易になる。
According to the present invention, a fine pattern exceeding the conventional resolution limit can be transferred using an optical projection exposure apparatus. That is, finer processing than before can be realized without introducing a higher-performance projection lens, so that high integration of a semiconductor integrated circuit or the like is facilitated.

【0042】更に、個々の効果を述べる。Further, individual effects will be described.

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

【図1】本発明の投影露光装置のブロック図。FIG. 1 is a block diagram of a projection exposure apparatus of the present invention.

【図2】第1の格子縞である位相格子とレティクルとを
示す断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a phase grating, which is a first grating fringe, and a reticle.

【図3】位相格子のフーリエ変換パターンの一例を示す
説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a Fourier transform pattern of a phase grating.

【図4】レティクル・パターンのフーリエ変換パターン
の一例を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a Fourier transform pattern of a reticle pattern.

【図5】レティクル・パターンと位相格子とを重ねて得
られるパターンのフーリエ変換パターンの一例を示す説
明図。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a Fourier transform pattern of a pattern obtained by overlapping a reticle pattern and a phase grating.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…同期回路、2…露光用のパルス光源、3…復調用の
パルス光源、4…ビームエクスパンダ、5…レティク
ル、6…パターン、7…投影レンズ、8…ウエハ、9…
レティクル位置制御手段、10…レティクル・ステー
ジ、11…Zステージ、12…XYステージ、13…シ
ステム主制御系、14…Zステージ駆動手段、15…X
Yステージ駆動手段、16…投影露光装置ベース、17
…ミラー、18…レーザ測長器、19…格子、24…ス
テージ、25…ステージ駆動手段、31…ビームスプリ
ッタ、32および33…ミラー、34…格子縞、35…
レジスト、36…復調用薄膜、37…ミラー駆動手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Synchronous circuit, 2 ... Pulse light source for exposure, 3 ... Pulse light source for demodulation, 4 ... Beam expander, 5 ... Reticle, 6 ... Pattern, 7 ... Projection lens, 8 ... Wafer, 9 ...
Reticle position control means, 10 reticle stage, 11 Z stage, 12 XY stage, 13 system main control system, 14 Z stage drive means, 15 X
Y stage driving means, 16: Projection exposure apparatus base, 17
Mirror, 18 Laser length measuring device, 19 Lattice, 24 Stage, 25 Stage driving means, 31 Beam splitter, 32 and 33 Mirror, 34 Grid check, 35
Resist, 36: demodulation thin film, 37: mirror driving means.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】マスクパターンのフーリエ変換パターンが
形成される面上において上記フーリエ変換パターンの位
置を所定量シフトさせて空間周波数を変える変調工程
と、前記変調工程における変調量と関連づけて空間周波
数のシフトにより前記マスクパターンをウエハ基板上に
再現する復調工程とを有するパターン形成方法におい
て、投影光源および復調工程用光源共に、パルス光源を
用いることを特徴とするパターン形成方法。
A modulation step of shifting a position of the Fourier transform pattern by a predetermined amount on a surface of the mask pattern on which a Fourier transform pattern is formed, to change a spatial frequency; A demodulation step of reproducing the mask pattern on a wafer substrate by shifting, wherein a pulse light source is used for both the projection light source and the light source for the demodulation step.
【請求項2】請求項1において、前記ウエハ基板上に薄
膜を形成し、上記薄膜中に前記復調工程用パルス光源に
より励起状態を形成したとき、この薄膜の投影光源波長
に対する吸光度の変化が1以上であるパターン形成方
法。
2. The method according to claim 1, wherein when a thin film is formed on the wafer substrate and an excited state is formed in the thin film by the pulse light source for the demodulation step, the change in absorbance of the thin film with respect to the wavelength of the projection light source is 1. The pattern forming method described above.
【請求項3】請求項1において、前記ウエハ基板上に薄
膜を形成し、上記薄膜中に前記復調工程用パルス光源に
より励起状態を形成したとき、この薄膜の投影光源波長
に対する屈折率の変化による上記薄膜中の光路差が0.
5波長以上であるパターン形成方法。
3. The method according to claim 1, wherein a thin film is formed on the wafer substrate, and when the excited state is formed in the thin film by the pulse light source for the demodulation process, the refractive index of the thin film with respect to the wavelength of the projection light source changes. The optical path difference in the thin film is 0.
A pattern forming method having five or more wavelengths.
【請求項4】請求項1において、前記復調工程用パルス
光源により励起状態を形成し、上記励起状態の寿命以内
に投影パルス光を照射するパターン形成方法。
4. The pattern forming method according to claim 1, wherein an excitation state is formed by the pulse light source for the demodulation step, and the projection pulse light is irradiated within the life of the excitation state.
【請求項5】マスクパターンのフーリエ変換パターンが
形成される面上において上記フーリエ変換パターンの位
置を所定量シフトさせて空間周波数を変える変調手段
と、ウエハ基板上において、前記変調手段における変調
量と関連づけて空間周波数のシフトにより前記マスクパ
ターンを再現する復調手段とを有するパターン形成装置
において、投影光源および復調手段用光源共に、パルス
光源を用いることを特徴とするパターン形成装置。
5. A modulating means for shifting a position of the Fourier transform pattern by a predetermined amount on a surface of the mask pattern on which a Fourier transform pattern is formed to change a spatial frequency, and a modulating amount of the modulating means on a wafer substrate. A pattern forming apparatus having demodulating means for reproducing the mask pattern by shifting a spatial frequency in association therewith, wherein a pulse light source is used for both the projection light source and the light source for the demodulating means.
【請求項6】請求項5において、前記ウエハ基板上に薄
膜を形成し、上記薄膜中に前記復調手段用パルス光源に
より励起状態を形成したとき、上記薄膜の投影光源波長
に対する吸光度の変化が1以上であるパターン形成装
置。
6. The method according to claim 5, wherein when a thin film is formed on the wafer substrate and an excited state is formed in the thin film by the pulse light source for the demodulation means, the change in absorbance of the thin film with respect to the wavelength of the projection light source is one. The pattern forming apparatus described above.
【請求項7】請求項5において、前記ウエハ基板上に薄
膜を形成し、上記薄膜中に前記復調手段用パルス光源に
より励起状態を形成したとき、上記薄膜の投影光源波長
に対する屈折率の変化による上記薄膜中の光路差が0.
5波長以上であるパターン形成装置。
7. The method according to claim 5, wherein when a thin film is formed on the wafer substrate and an excited state is formed in the thin film by the pulse light source for the demodulating means, a change in the refractive index of the thin film with respect to the wavelength of the projection light source. The optical path difference in the thin film is 0.
A pattern forming apparatus having five or more wavelengths.
【請求項8】請求項5において、前記復調手段用パルス
光源により励起状態を形成し、上記励起状態の寿命以内
に投影パルス光を照射するパターン形成装置。
8. A pattern forming apparatus according to claim 5, wherein an excitation state is formed by the pulse light source for the demodulating means, and the projection pulse light is irradiated within the life of the excitation state.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100479824B1 (en) * 2002-10-02 2005-03-31 주식회사 하이닉스반도체 A illumination mask of semiconductor device
JP2007158328A (en) * 2005-11-30 2007-06-21 Asml Netherlands Bv Lithographic apparatus and device manufacturing method

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