JP2006003419A - Exposure method and device, and photomask - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exposure device which does not require mask replacement and is free of lowering of throughput, an exposure method and a photomask used in the same. <P>SOLUTION: The exposure device includes a light source 1 which emits light having a predetermined wavelength, a photomask 3 which has a pattern comprising at least two patterns alternately arranged at predetermined pitches and through which light from the light source passes, an optical system 5 which is disposed between the photomask and an object to be exposed and forms the image of the pattern of the photomask on the object to be exposed, and a mask moving mechanism 4 for moving the photomask only by a predetermined pitch with respect to a first position at the point of time when the object to be exposed is exposed through the pattern of the photomask at the first position. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、露光方法、露光装置およびフォトマスクに係り、特に同一形状の画素の規則的な集合からなる表示装置用部材の製造方法、並びにフォトマスクに関する。   The present invention relates to an exposure method, an exposure apparatus, and a photomask, and more particularly, to a method for manufacturing a member for a display device including a regular set of pixels having the same shape, and a photomask.

例えば、液晶表示装置は、一般に薄型、軽量、低消費電力でカラー表示も容易であるという特徴を有し、この特徴からパーソナルコンピュータや様々な携帯用情報端末のディスプレイとして広く用いられている。液晶表示装置がアクティブマトリクス型である場合には、薄膜トランジスタが画素スイッチング素子として設けられる。   For example, a liquid crystal display device is generally thin, lightweight, has low power consumption, and is easy to perform color display, and is widely used as a display for personal computers and various portable information terminals. When the liquid crystal display device is an active matrix type, a thin film transistor is provided as a pixel switching element.

半導体基板もしくは液晶ディスプレイ等に用いられるガラス基板としては、半導体層や絶縁体層など複数の材料がパターニングされ、かつ積層された構造からなる.このパターニングには、フォトリソグラフィーの技術が用いられている。   A glass substrate used for a semiconductor substrate or a liquid crystal display has a structure in which a plurality of materials such as a semiconductor layer and an insulator layer are patterned and laminated. For this patterning, a photolithography technique is used.

リソグラフィー技術は、被加工材料上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、このレジスト層に所定のパターンを露光したのち現像することで、エッチングや所定材料の堆積等に利用可能な様々なパターンを得るために広く利用されている。   In lithography technology, a photoresist layer is formed on a material to be processed, a photoresist layer is formed, a predetermined pattern is exposed on the resist layer, and development is performed. It is widely used to obtain various patterns.

しかしながら、リソグラフィー技術においては、パターンの露光に利用される露光装置に組み込まれる結像光学系の焦点深度(DOF:Depth of Focus)等に起因して、露光されたパターンの解像度が要求される解像度に達しない場合がある。なお、露光におけるレジスト層上の像の解像度とDOFの関係は、
DOF=k・R/λ
λ:光源波長,R:線幅(解像度),k:比例係数(プロセスによるが1程度の値) であることが目安とされている。
However, in lithography technology, a resolution that requires the resolution of an exposed pattern due to the depth of focus (DOF) of an imaging optical system incorporated in an exposure apparatus used for pattern exposure is required. May not be reached. In addition, the relationship between the resolution of the image on the resist layer in exposure and the DOF is
DOF = k · R 2 / λ
λ: Light source wavelength, R: Line width (resolution), k: Proportional coefficient (value of about 1 depending on the process).

このような背景から、二重露光という手法が提案されている(例えば非特許文献1参照)。
Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography,A.K.Wong,172-175,SPIE Press.
Against this background, a technique called double exposure has been proposed (see Non-Patent Document 1, for example).
Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography, AKWong, 172-175, SPIE Press.

非特許文献1には、
1)多重露光により、コンタクトホールパターンの焦点深度を向上:コンタクトホールのパターンを、焦点位置を光軸方向にずらしながら多重露光することにより、焦点深度を向上させる、
2)二重露光により、シャープなコンタクトホールを形成:コンタクトホールの露光は光学系の解像限界の影響により丸みを帯びるため、長方形を直交させて二重露光することにより、隅のシャープなコンタクトホールを形成する、および、
3)位相シフトマスクとトリミング露光とを用いる二重露光:渋谷−レベンソン型位相シフトマスク(Alternating PSM)は、微細なL(ライン)およびS(スペース)を形成可能であるが、同期的なLおよびS以外のパターン形成は困難であるため、渋谷−レベンソン型位相シフトマスクとトリミングマスクとによる二重露光により、細線を有するパターンを自由に生成する、
こと等が記載されている。
Non-Patent Document 1 includes
1) Improve the depth of focus of the contact hole pattern by multiple exposure: Improve the depth of focus by multiple exposure of the contact hole pattern while shifting the focal position in the optical axis direction.
2) Forming sharp contact holes by double exposure: Contact holes are rounded due to the resolution limit of the optical system. Forming a hole, and
3) Double exposure using phase shift mask and trimming exposure: Shibuya-Levenson type phase shift mask (Alternating PSM) can form fine L (line) and S (space), but synchronous L Since it is difficult to form patterns other than S and S, a pattern having fine lines is freely generated by double exposure using a Shibuya-Levenson type phase shift mask and a trimming mask.
This is described.

しかしながら、二重露光もしくは多重露光は、二種類のフォトマスクを作製する必要があり、結果としてコストおよびまたは納期(フォトマスクを入手するために要求される時間)が増大する問題がある。   However, double exposure or multiple exposure requires the production of two types of photomasks, resulting in an increase in cost and / or delivery time (time required to obtain the photomask).

また、露光工程において、少なくともマスクを交換する必要がある。このため、スループットが低下する問題がある。   In the exposure process, at least the mask needs to be replaced. For this reason, there is a problem that throughput decreases.

この発明の目的は、複数枚のマスクが不要であり、しかもマスク交換が不要な露光装置、露光方法およびそれに用いるフォトマスクを提供することである。   An object of the present invention is to provide an exposure apparatus, an exposure method, and a photomask used therefor that do not require a plurality of masks and that do not require mask replacement.

この発明は、フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで同一面内に配置されたパターンを有するフォトマスクを用いて第一回目の露光を行なう工程と、前記所定のピッチに対応する距離だけフォトマスクと被露光面を相対的に移動させることにより前記少なくとも二種類のパターンが被露光面において重なる状態で第二回目の露光を行なう工程と、を含むことを特徴とする露光方法を提供するものである。   The present invention relates to an exposure method in which a pattern of a photomask is imaged and exposed on a surface to be exposed, using a photomask having a pattern in which at least two types of patterns are arranged in the same plane at a predetermined pitch A step of performing a first exposure and a second time in a state where the at least two types of patterns are overlapped on the exposed surface by relatively moving the photomask and the exposed surface by a distance corresponding to the predetermined pitch. The exposure method characterized by including the process of performing these exposures.

また、この発明は、フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、フォトマスクは少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、所定の光学系を用いて前記二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光することを特徴とする露光方法を提供するものである。   The present invention is also an exposure method in which a pattern of a photomask is imaged on an exposed surface for exposure, and the photomask has a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch, It is an object of the present invention to provide an exposure method characterized in that the two types of patterns are exposed in a non-interfering manner on the exposed surface using an optical system.

また、この発明は、所定方向に関する一定間隔の移動により互いに形状または光学特性を補完可能な少なくとも二種類のパターンが、一定間隔の移動に対して関連づけられた所定ピッチで単一面内に交互に配置されていることを特徴とするフォトマスクを提供するものである。   The present invention also provides that at least two types of patterns which can complement each other in shape or optical characteristics by movement at a predetermined interval in a predetermined direction are alternately arranged in a single plane at a predetermined pitch associated with the movement at a predetermined interval. The present invention provides a photomask that is characterized by the above.

また、この発明は、光源と、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光を変調するフォトマスクと、前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象に結像する光学系と、前記フォトマスクの第1のパターンが被露光対象の予め定められた領域に露光された後に前記フォトマスクの第2のパターンを前記被露光対象の予め定められた領域に露光させるためのマスク移動機構と、を有することを特徴とする露光装置を提供するものである。   The present invention also includes a light source, a photomask that has a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch, and modulates light from the light source, and between the photomask and an object to be exposed. An optical system for imaging the pattern of the photomask on the object to be exposed, and a second pattern of the photomask after the first pattern of the photomask is exposed to a predetermined region of the object to be exposed. And a mask moving mechanism for exposing the pattern to a predetermined area of the object to be exposed.

また、この発明は、光源と、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光が透過されるフォトマスクと、前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象の所定の位置に結像する光学系と、前記フォトマスクと前記被露光対象との間の所定の位置に設けられ、前記フォトマスクの前記二種類のパターンを非干渉的に重ねた状態で前記被露光対象に照射可能な多重露光光学素子と、を有することを特徴とする露光装置を提供するものである。   The present invention also includes a light source, a photomask having a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch, and a light mask from which light from the light source is transmitted, and between the photomask and an object to be exposed. An optical system that forms an image of the pattern of the photomask at a predetermined position of the object to be exposed; and a predetermined position between the photomask and the object to be exposed; An exposure apparatus comprising: a multi-exposure optical element capable of irradiating the object to be exposed in a state where two types of patterns are overlapped in a non-interfering manner.

また、この発明は、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、光源からの光を変調するフォトマスクである。   The present invention is also a photomask that has a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch and modulates light from a light source.

この発明のパターン露光方法および露光装置によれば、マスクは一枚のみ作製すればよく、マスク交換が不要であり、結果としてスループットが不所望に低下することが抑止可能である。   According to the pattern exposure method and the exposure apparatus of the present invention, only one mask needs to be manufactured, mask replacement is unnecessary, and as a result, it is possible to suppress an undesired decrease in throughput.

また、この発明のパターン露光方法および露光装置によれば、二種類のパターンが、被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光されることから、マスクを移動させる必要がなく、かつ露光回数も低減され、結果としてスループットが向上される。   Further, according to the pattern exposure method and the exposure apparatus of the present invention, since two types of patterns are exposed in a non-interfering manner on the surface to be exposed, there is no need to move the mask and the number of exposures As a result, throughput is improved.

さらに、この発明のパターン露光方法および露光装置を用いることにより、半導体能動素子や液晶表示装置などを製造する工程のうちのパターン露光(パターン形成)工程の工程数が低減される。   Furthermore, by using the pattern exposure method and the exposure apparatus of the present invention, the number of pattern exposure (pattern formation) steps among the steps of manufacturing a semiconductor active element, a liquid crystal display device and the like is reduced.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、この発明の実施の形態が適用可能な露光装置の一例を概略的に示している。   FIG. 1 schematically shows an example of an exposure apparatus to which the embodiment of the present invention can be applied.

図1に示す露光装置は、露光処理するための所定波長の光を出力する光源1を有する。光源1からの光束は、照明光学系2を介して光束の進行方向と直交する面内の光強度が概ね均一化され、照明光学系2の照明位置に設けられたフォトマスク3に照射される。なお、フォトマスク3は、図2により以下に説明するように、相互に重ね合わせられることで単一のパターンを提供可能な2つのパターンが所定方向に交互に配列された第一および第二のパターンからなる。また、フォトマスク3は、図示しない移動機構により所定方向、例えば図2に矢印Fで示す方向に往復動可能に形成されたマスクホルダ4に保持され、第一および第二のパターンを、交互に照明光学系2の照明位置に移動される。   The exposure apparatus shown in FIG. 1 has a light source 1 that outputs light of a predetermined wavelength for exposure processing. The light flux from the light source 1 is approximately uniformized in light intensity in a plane orthogonal to the traveling direction of the light flux through the illumination optical system 2 and is irradiated to the photomask 3 provided at the illumination position of the illumination optical system 2. . In addition, as will be described below with reference to FIG. 2, the photomask 3 includes first and second patterns in which two patterns that can provide a single pattern by being overlapped with each other are alternately arranged in a predetermined direction. Consists of patterns. The photomask 3 is held by a mask holder 4 formed so as to be able to reciprocate in a predetermined direction, for example, a direction indicated by an arrow F in FIG. The illumination optical system 2 is moved to the illumination position.

フォトマスク3のいずれか一方のパターンを通過した光は、パターンに応じて選択的に光強度分布が与えられて、結像光学系5に入射される。   The light that has passed through one of the patterns of the photomask 3 is selectively given a light intensity distribution according to the pattern and is incident on the imaging optical system 5.

結像光学系5に入射された光は、ステージ6に保持された被露光対象である基板7に結像される。すなわち、ステージ6に保持されている基板7の予め定められた被露光面には、フォトマスク3のパターンが光学的に転写される。   The light incident on the imaging optical system 5 forms an image on the substrate 7 to be exposed held on the stage 6. That is, the pattern of the photomask 3 is optically transferred to a predetermined exposed surface of the substrate 7 held on the stage 6.

ステージ6は、例えばX−Yコントローラ8の制御により、基板7を結像光学系5による結像面内(以下露光面と呼称する)に沿って、任意に移動可能である。X−Yコントローラ8は、マスクホルダ4の図示しない移動機構の移動量および移動タイミングを、ステージ6の所定方向の移動に関連づけて、移動させる。従って、基板7の任意の位置に、フォトマスク3に形成されている少なくとも2つのパターンのピッチに応じて所定間隔毎に、照射される。   The stage 6 can arbitrarily move the substrate 7 along the image forming plane (hereinafter referred to as an exposure surface) by the image forming optical system 5 under the control of the XY controller 8, for example. The XY controller 8 moves the movement amount and movement timing of a movement mechanism (not shown) of the mask holder 4 in association with the movement of the stage 6 in a predetermined direction. Therefore, an arbitrary position on the substrate 7 is irradiated at predetermined intervals according to the pitch of at least two patterns formed on the photomask 3.

フォトマスク3は、図2に示す通り、例えば透明なガラス基板3aに、ガラス基板3aを通過する光を変調する第一のパターンSAと、第一のパターンSAと組み合わせられることで基板7に露光すべき所定のパターンを提供するための第二のパターンSBとが、所定ピッチで、交互に形成されたものである。なお、フォトマスク3は、後段に詳述するが、フォトマスク3を透過する光に対して任意の領域毎に位相差を与える位相シフトマスクであってもよい。   As shown in FIG. 2, the photomask 3 is exposed to the substrate 7 by combining, for example, a transparent glass substrate 3a with a first pattern SA that modulates light passing through the glass substrate 3a and the first pattern SA. The second pattern SB for providing a predetermined pattern to be formed is alternately formed at a predetermined pitch. Although the photomask 3 will be described in detail later, it may be a phase shift mask that gives a phase difference for each arbitrary region with respect to light transmitted through the photomask 3.

なお、フォトマスク3の基板3aに用いることのできる基板の材質としては、石英ガラスなどが用いられる。   Note that quartz glass or the like is used as a substrate material that can be used for the substrate 3 a of the photomask 3.

次に、図2を用いて、この発明の基本原理を説明する。例えば露光対象物すなわち基板7に形成されるパターンがLCD(液晶表示装置)等のディスプレイ向けパターンである場合、パターンは、一画素を単位とする繰り返しパターンとなる。この場合、周知の二重露光を用いることにより、被露光面すなわち基板7上での解像度を高めたり、焦点深度を向上したりすることができる。   Next, the basic principle of the present invention will be described with reference to FIG. For example, when the pattern formed on the exposure object, that is, the substrate 7 is a pattern for a display such as an LCD (Liquid Crystal Display), the pattern is a repetitive pattern in units of one pixel. In this case, the resolution on the surface to be exposed, that is, the substrate 7 can be increased or the depth of focus can be improved by using the well-known double exposure.

すなわち、第一および第二の位相シフトパターンSAおよびSBが与えられたフォトマスク3を、繰り返し周期[d]を単位として、図2(a)に示すように、例えば「SB−SA−SB」の3つの領域のパターンが基板7に露光されるような位置関係である第一の位置に位置させる。この状態で図1に示す光源1からの露光用光により基板7上に、第一のパターンを形成する。   That is, the photomask 3 to which the first and second phase shift patterns SA and SB are given is, for example, “SB-SA-SB” as shown in FIG. These three regions are positioned at a first position which is a positional relationship such that the substrate 7 is exposed. In this state, a first pattern is formed on the substrate 7 by exposure light from the light source 1 shown in FIG.

次に、図2(b)に示すように、矢印Fで示す方向二フォトマスク3を移動させて今度は「SA−SB−SA」の3つの領域のパターンが基板7に露光されるような位置関係である第二の位置にフォトマスク3を位置させて、基板7上に第二のパターンを形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the two-direction photomask 3 indicated by the arrow F is moved so that the pattern of the three areas “SA-SB-SA” is exposed on the substrate 7. The photomask 3 is positioned at a second position that is a positional relationship, and a second pattern is formed on the substrate 7.

このように、繰り返し周期(ピッチ)[d]を繰り返し単位として、2回の露光(2つのパターンの二重露光)の結果、重ね合わせられて得られるパターンを最終パターンとするように、2つのパターンSAおよびSBが交互に配置されたフォトマスク3を用いることで、図2(c)に示すように、一枚のフォトマスク3のみにより、マスクの交換(工程)なしで、さらに複数の光学系を構成することなしで、所定の解像度のパターンを基板7に形成できる。   As described above, the repetition cycle (pitch) [d] is used as a repeating unit, and the two patterns (double exposure of two patterns) are used as a final pattern. By using the photomask 3 in which the patterns SA and SB are alternately arranged, as shown in FIG. 2C, only one photomask 3 is used, and a plurality of optical elements can be further replaced without mask replacement (process). A pattern having a predetermined resolution can be formed on the substrate 7 without configuring the system.

より詳細には、最終的に形成したいパターンを、ピッチdの繰り返し単位とし、第一のパターン(SA)と第二のパターン(SB)を、例えば単一のフォトマスク3同一面に形成する。すなわち、繰り返し単位を[d]とするに適した二重露光を考慮して、それに適した第一のパターンSAおよび第二のパターンSBを形成する。従って、フォトマスク3には、第一のパターンSAと第二のパターンSBとが、交互に配列される(図2(a),(b))。なお、繰り返し単位[d]は、基板7が、ディスプレイ装置向けである場合に、行方向または列方向のいずれかの画素の1ライン分もしくはその整数倍に、規定される。   More specifically, the pattern to be finally formed is a repeating unit of the pitch d, and the first pattern (SA) and the second pattern (SB) are formed, for example, on the same surface of the single photomask 3. That is, considering the double exposure suitable for setting the repeating unit to [d], the first pattern SA and the second pattern SB suitable for it are formed. Accordingly, the first pattern SA and the second pattern SB are alternately arranged on the photomask 3 (FIGS. 2A and 2B). Note that the repeating unit [d] is defined as one line of pixels in either the row direction or the column direction or an integer multiple thereof when the substrate 7 is for a display device.

この結果、図2(c)に示すように、基板7の被露光面には、第一のパターンSAと第二のパターンSBとが二重露光され、基板7の全面に、目的とするパターン(SA+SB)が形成される。   As a result, as shown in FIG. 2C, the exposed surface of the substrate 7 is double-exposed with the first pattern SA and the second pattern SB, and the target pattern is formed on the entire surface of the substrate 7. (SA + SB) is formed.

このように、フォトマスク3を、一枚のみ作製することで、基板7に、所定の解像度もしくはDOFのパターンを形成できる。また、フォトマスク3を移動する必要は生じるが、フォトマスク3の交換は不要である。従って、スループットの低下は少ない。さらに、2重露光のために2系統のマスクを介した光学系を設けなく、露光装置を小型簡素化できる。   Thus, by producing only one photomask 3, a predetermined resolution or DOF pattern can be formed on the substrate 7. Further, although it is necessary to move the photomask 3, it is not necessary to replace the photomask 3. Therefore, there is little decrease in throughput. Further, the exposure apparatus can be simplified and simplified without providing an optical system through two masks for double exposure.

図3は、図2に示した2つのパターンの組み合わせの例と、そのパターンに固有の特徴を説明する概略図である。   FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a combination of the two patterns illustrated in FIG. 2 and features unique to the pattern.

例えば、図1に示した露光装置を用い、解像限界に近いラインアンドスペースパターンを露光する場合を考える。なお、ラインアンドスペースパターンとは、所定の幅の開口部すなわち露光量が100%となる領域(ライン領域)と、開口部と等しい幅に形成された遮光部すなわち露光量が0%となる領域(スペース)領域とが交互に配列されたマスクパターンである。   For example, consider a case where a line and space pattern close to the resolution limit is exposed using the exposure apparatus shown in FIG. The line and space pattern is an opening having a predetermined width, that is, a region where the exposure amount is 100% (line region), and a light shielding portion formed with a width equal to the opening, that is, a region where the exposure amount is 0%. This is a mask pattern in which (space) regions are alternately arranged.

図3(a)および図3(b)に示すように、ラインアンドスペースパターンからライン部分を一本おきに抜き出した第一のパターン301とパターン310を用意する。   As shown in FIGS. 3A and 3B, a first pattern 301 and a pattern 310 are prepared by extracting every other line portion from the line and space pattern.

それぞれのパターンを用いた露光では、図4(a)および図4(b)の空中像の図が示すように、隣接するラインからの影響(近接効果)が減るため、結果として、図4(c)に示すようにスペース部における光強度の大きさ(相対値)が低下する。なお、図4(a)および図4(b)は、それぞれ、波長0.365nm、NA=0.15、σ値(コヒーレンスファクタ)=0.5で求めた結果(光強度)である。   In exposure using each pattern, as shown in the aerial image diagrams of FIGS. 4A and 4B, the influence (proximity effect) from adjacent lines is reduced, and as a result, FIG. As shown in c), the magnitude (relative value) of the light intensity in the space portion decreases. 4A and 4B show the results (light intensity) obtained at a wavelength of 0.365 nm, NA = 0.15, and σ value (coherence factor) = 0.5, respectively.

これに対し、要求されている全てのスペースを設けたパターン(図3(c)に311で示す)を用いてラインアンドスペースパターンを1回の露光により形成する場合には、図5に示すように、スペース部での不要な光強度が増大(コントラストが低下)する。なお、図5は、図4(a)および図4(b)と同一条件、すなわち、波長0.365nm、NA=0.15、σ値(コヒーレンスファクタ)=0.5で求めた結果(光強度)である。   On the other hand, when a line-and-space pattern is formed by one exposure using a pattern provided with all the required spaces (indicated by 311 in FIG. 3C), as shown in FIG. In addition, unnecessary light intensity in the space portion increases (contrast decreases). Note that FIG. 5 shows the result (light) obtained under the same conditions as in FIGS. 4A and 4B, that is, with a wavelength of 0.365 nm, NA = 0.15, and σ value (coherence factor) = 0.5. Strength).

このように、図4(a)および図4(b)二重露光を用いることにより高いコントラスト、しいては高い解像度と深い焦点深度が実現できる。   As described above, by using the double exposure shown in FIGS. 4A and 4B, a high contrast, that is, a high resolution and a deep depth of focus can be realized.

なお、図3(a)および図3(b)に示した2つのパターン301と310は、換言すると、第一のパターンによる露光領域の間に、第二のパターンによる露光領域が位置するパターンである。   Note that the two patterns 301 and 310 shown in FIGS. 3A and 3B are, in other words, patterns in which an exposure area based on the second pattern is located between exposure areas based on the first pattern. is there.

図6は、図2に示した2つのパターンの組み合わせの例と、そのパターンに固有の特徴の別の実施の形態の一例を説明する概略図である。なお、図6に示すパターンは、例えばTFTのゲートパターンに利用可能なパターンを想定している。従って、細線部においては、細い線幅が焦点深度の範囲を確保することが求められる。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a combination of two patterns illustrated in FIG. 2 and an example of another embodiment of features unique to the pattern. The pattern shown in FIG. 6 is assumed to be a pattern that can be used as a gate pattern of a TFT, for example. Accordingly, in the thin line portion, it is required that the thin line width secures the range of the focal depth.

例えば、図6(a)に示すように、遮蔽部610が所定の位置に形成された第一のパターン601において、遮光部610の両側に180°の位相差を設ける。このため、図6(a)に示す例では、ポジレジストの使用により、例えば中心付近と周縁部との間の位相差を180°(中心付近の位相を180°とし周縁部の位相を0°としている)。但し、このままでは、不所望な位相差の境界613が生じて、その部分の光強度が「0」となるため、レジスト残りが生じる。これを除去するため、図6(b)に示す第二のパターン602を用い、不要なレジスト残りの部分をトリミングする。   For example, as illustrated in FIG. 6A, a 180 ° phase difference is provided on both sides of the light shielding unit 610 in the first pattern 601 in which the shielding unit 610 is formed at a predetermined position. Therefore, in the example shown in FIG. 6A, by using a positive resist, for example, the phase difference between the vicinity of the center and the peripheral portion is 180 ° (the phase near the center is 180 ° and the phase of the peripheral portion is 0 °. ) However, in this state, an undesired phase difference boundary 613 is generated, and the light intensity at that portion becomes “0”, so that a resist residue is generated. In order to remove this, unnecessary resist remaining portions are trimmed using the second pattern 602 shown in FIG.

この結果、図6(c)のレジストパターンの図に示すように、2つの遮蔽部610を結ぶ領域に生じる位相差の境界部分613が除去されて、2つの遮蔽部610に対応するパターンのみを得ることができる。   As a result, as shown in the resist pattern diagram of FIG. 6C, the phase difference boundary portion 613 generated in the region connecting the two shielding portions 610 is removed, and only the pattern corresponding to the two shielding portions 610 is obtained. Obtainable.

なお、図6(a)および図6(b)に示した2つのパターンは、第一のパターン601が第一の位相領域と第二の位相領域を有するパターンであり、第二のパターン602は、第一のパターン単体を用いた場合に生成される不要部分をトリミング(露光)可能なパターンである。   The two patterns shown in FIGS. 6A and 6B are patterns in which the first pattern 601 has a first phase region and a second phase region, and the second pattern 602 is This is a pattern capable of trimming (exposing) an unnecessary portion generated when the first pattern alone is used.

図7は、図6に示したと同様にTFTのゲートパターンを想定したパターンである。   FIG. 7 shows a pattern assuming a TFT gate pattern as shown in FIG.

図7(a)に示すように、第一のパターン701は、第一の位相、例えば0°の領域と第二の位相、例えば180°の領域を有するパターンであり、それぞれの領域が独立、かつ、直列に配列された構造を有する。なお、第一および第二の位相の領域は、図6(a)に示したパターンに類似した遮光部710により区分されている。また、遮光部710の両端部は、連続した大きな遮光部711(2カ所)により接続されている。   As shown in FIG. 7A, the first pattern 701 is a pattern having a first phase, for example, a 0 ° region and a second phase, for example, a 180 ° region, and each region is independent. And it has the structure arranged in series. Note that the first and second phase regions are divided by a light shielding portion 710 similar to the pattern shown in FIG. Further, both end portions of the light shielding part 710 are connected by a large continuous light shielding part 711 (two places).

一方、第二のパターン702は、図7(b)に示すように、第一のパターン701において2つの遮光部710により区分された位相差が180°となる第一および第二の領域の両方を覆う帯状に形成される。従って、第二のパターン702により、第一のパターン701では、露光されなかったマスクの端部領域に、連続した露光部が提供される。このとき、パターン702の露光領域の境目では、図6(a)により説明したような、位相差の境界部分に相当するレジスト残りは発生しない。   On the other hand, as shown in FIG. 7B, the second pattern 702 includes both the first and second regions in which the phase difference divided by the two light shielding portions 710 in the first pattern 701 is 180 °. It is formed in the shape of a belt that covers. Accordingly, the second pattern 702 provides a continuous exposure portion in the edge region of the mask that was not exposed in the first pattern 701. At this time, the resist residue corresponding to the boundary portion of the phase difference as described with reference to FIG. 6A does not occur at the boundary of the exposure region of the pattern 702.

これにより、図7(c)に示すような2つの遮蔽部710を含む、パターン部731が得られる。   Thereby, a pattern portion 731 including two shielding portions 710 as shown in FIG. 7C is obtained.

なお、図7(a)および図7(b)に示した2つのパターンは、第一のパターンが第一の位相領域と第二の位相領域を有するパターンであり、第二のパターンが、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結する露光領域を生成するパターンである。   The two patterns shown in FIGS. 7A and 7B are patterns in which the first pattern has the first phase region and the second phase region, and the second pattern has the first pattern. It is a pattern that generates an exposure region that connects the first phase region and the second phase region of one pattern.

図8は、図6および図7により前に説明したと同様にTFTのゲートパターンを想定したパターンである。   FIG. 8 is a pattern assuming a TFT gate pattern as described above with reference to FIGS. 6 and 7.

図8(a)に示すように、位相差が180°となる複数の細線が形成されたパターン801により、細線部が形成される。なお、それぞれのパターンを透過する光の強度すなわち露光量は、いずれの部分においても同一とする。このとき、露光量は、レジスト材に固有の必要露光量の概ね「1/2」とする。   As shown in FIG. 8A, a fine line portion is formed by a pattern 801 in which a plurality of fine lines having a phase difference of 180 ° are formed. It should be noted that the intensity of the light transmitted through each pattern, that is, the exposure amount, is the same in any part. At this time, the exposure amount is approximately “½” of the necessary exposure amount specific to the resist material.

続いて、図8(b)に示すように、図8(a)に示すパターン801により提供される露光量を「1」とするとき、露光量が概ね2倍すなわちレジスト材に固有の必要露光量となるよう規定された所定形状の複数のブロックパターンを含むパターンと、それぞれのブロックパターンを相互に接続する帯状のパターンを含むパターン802によりトリミングを行う。なお、図8(b)において、パターン802は、例えばグレイトーンを用いるものとする。また、帯状のパターン部分の露光量は、図8(a)に示すパターン801により、既にレジスト材の必要露光量の概ね「1/2」の光強度の光が照射されているので、少なくとも同程度の光強度であればよい。   Subsequently, as shown in FIG. 8B, when the exposure amount provided by the pattern 801 shown in FIG. 8A is “1”, the exposure amount is approximately double, that is, necessary exposure inherent to the resist material. Trimming is performed using a pattern including a plurality of block patterns of a predetermined shape defined to be a quantity and a pattern 802 including a band-like pattern connecting the respective block patterns to each other. In FIG. 8B, the pattern 802 uses, for example, a gray tone. In addition, the exposure amount of the band-shaped pattern portion is at least the same because light having a light intensity of approximately “½” of the required exposure amount of the resist material has already been irradiated by the pattern 801 shown in FIG. Any light intensity may be used.

その結果、露光量がレジスト材の必要露光量に達することから、図8(c)に示すような目的形状のパターン841が得られる。   As a result, since the exposure amount reaches the required exposure amount of the resist material, a pattern 841 having a target shape as shown in FIG. 8C is obtained.

なお、図8(a)および図8(b)に示した2つのパターンは、遮蔽領域を介しながら位相差180°の透過領域が交互にならぶパターンである。また、目標形状は、例えば矩形もしくは正方形であり、第一パターンおよび第二のパターンは、例えば長方形である。すなわち、第一のパターンによる露光領域と第二のパターンによる露光領域の共通部分が目標形状となる。   Note that the two patterns shown in FIGS. 8A and 8B are patterns in which transmission regions having a phase difference of 180 ° are alternately arranged through the shielding regions. The target shape is, for example, a rectangle or a square, and the first pattern and the second pattern are, for example, a rectangle. That is, the common part of the exposure area by the first pattern and the exposure area by the second pattern is the target shape.

図9は、例えばコンタクトホールパターンを形成する場合に利用可能である。   FIG. 9 can be used when, for example, a contact hole pattern is formed.

例えば、コンタクトホールを形成するために利用されるパターンは、図示しないが、一般には、開口部の透過率が100%で、周縁の遮蔽部との間の位相差が0°である。   For example, a pattern used to form a contact hole is not shown, but generally, the transmittance of the opening is 100% and the phase difference from the peripheral shielding part is 0 °.

これに対し、図9(a)に示すように、周辺部(遮蔽部)を部分透過性とし、透過率を7%程度、位相差を30°程度に設定したパターン901を用いると、焦点深度909が変化して、その中心値の位置が光学系910から遠ざかる側(図9(b)で下方)に移動する。同様に、図9(c)に示すように、周辺部(遮蔽部)の透過率をパターン901と同一とし、位相差を、逆符号(この例では−30°程度)としたパターン902を用いると、焦点深度909の中心値は、図9(d)に示すように、光学系910に近づく側に移動する。   On the other hand, as shown in FIG. 9A, when a pattern 901 in which the peripheral portion (shielding portion) is partially transmissive, the transmittance is set to about 7%, and the phase difference is set to about 30 ° is used, the depth of focus is used. 909 changes, and the position of the center value moves to the side away from the optical system 910 (downward in FIG. 9B). Similarly, as shown in FIG. 9C, a pattern 902 is used in which the transmittance of the peripheral portion (shielding portion) is the same as that of the pattern 901 and the phase difference is the reverse sign (in this example, about −30 °). Then, the center value of the depth of focus 909 moves to the side closer to the optical system 910 as shown in FIG.

従って、図9(e)に示すように、2回の露光によりパターン901とパターン902による露光を重ねた状態においては、図9(f)に示すように、DOF(焦点深度)が拡大された状態が得られる。   Therefore, as shown in FIG. 9E, in the state where the exposure with the pattern 901 and the pattern 902 is overlapped by two exposures, the DOF (depth of focus) is expanded as shown in FIG. 9F. A state is obtained.

すなわち、図9に示すように、目標形状が同一で透過領域と部分透過領域の組み合わせにより位相差が互いに逆符号となる2つのパターンを用いることにより、所定の焦点深度が得られる領域が拡大される。   That is, as shown in FIG. 9, by using two patterns whose target shapes are the same and whose phase differences are opposite to each other due to the combination of the transmission area and the partial transmission area, an area where a predetermined depth of focus can be obtained is expanded. The

図10は、図1に示した露光装置の別の実施形態の一例を説明する概略図である。なお、図10において、光源およびステージは、図1と同一であるから説明を省略する。   FIG. 10 is a schematic diagram for explaining an example of another embodiment of the exposure apparatus shown in FIG. In FIG. 10, the light source and the stage are the same as those in FIG.

図10に示す露光装置においては、フォトマスク3と基板7との間(結像光学系5は形状を省略している)の任意の位置に、複屈折材料11を設けたことを特徴としている。   The exposure apparatus shown in FIG. 10 is characterized in that a birefringent material 11 is provided at an arbitrary position between the photomask 3 and the substrate 7 (the imaging optical system 5 is omitted in shape). .

詳細には、図2(a),(b)に示した2つのパターンSAおよびSBを、被露光面に非干渉的に重ねることができれば、露光工程は1回で完了する。その場合、フォトマスクを移動させることに起因するスループットの低下については、考慮する必要がなくなる。   Specifically, if the two patterns SA and SB shown in FIGS. 2A and 2B can be superimposed on the exposed surface in a non-interfering manner, the exposure process is completed once. In that case, it is not necessary to consider the reduction in throughput caused by moving the photomask.

より詳細には、例えばフォトマスク3の直後(基板7側)に、複屈折材料を所定厚さの板状とした平行平板11を設ける。   More specifically, for example, immediately after the photomask 3 (on the substrate 7 side), a parallel plate 11 in which a birefringent material is formed in a plate shape with a predetermined thickness is provided.

平行平板(複屈折材料)11は、例えば図10(b)に示すよう、結晶軸を考慮して、常光線oに対して異常光線eが角度θとなるように、複屈折材料を切断することにより、容易に得られる。すなわち、平行平板11を通過した光源からの光は、その偏光の方向に基づいて、所定の分離幅dで分離した後平行化される。   For example, as shown in FIG. 10B, the parallel plate (birefringent material) 11 cuts the birefringent material so that the extraordinary ray e is at an angle θ with respect to the ordinary ray o in consideration of the crystal axis. This can be easily obtained. That is, the light from the light source that has passed through the parallel plate 11 is separated by a predetermined separation width d based on the direction of polarization, and then is collimated.

基板7の露光位置(像面)における光強度は、2つの光束が、分離幅dに対する横ずらし量だけ平行移動され、再度重ね合わせられる。入射光がランダム偏光もしくは等方的な偏光であれば、分離光の強度比は1:1となる。また、図10(c)に示すように、2つの光束は互いに干渉しないので、基板7上の光強度は、単純に2つの光束の強度の和となる。なお、横ずらし量は、平行平板11の分離幅dに、結像光学系5の倍率(m)をかけた値で決定される。   As for the light intensity at the exposure position (image plane) of the substrate 7, the two light beams are translated by a lateral shift amount with respect to the separation width d and are superimposed again. If the incident light is random polarized light or isotropic polarized light, the intensity ratio of the separated light is 1: 1. Further, as shown in FIG. 10C, since the two light beams do not interfere with each other, the light intensity on the substrate 7 is simply the sum of the two light beam intensities. The lateral shift amount is determined by a value obtained by multiplying the separation width d of the parallel plate 11 by the magnification (m) of the imaging optical system 5.

分離幅dは、複屈折材料(平行平板)11の種類、結晶軸の切り出し方(方向性)、複屈折材料の厚みにより調整することができる。一例を示すと、複屈折材料を一軸結晶の平行平板とし、図2(b),(c)に示したように、平板の面に垂直に光線を入射させた場合の分離幅dは、
d=tanφ×t,
tanφ={(no−ne)sinθ・cosθ}/{necosθ+nosinθ}
φは、異常光線と入射界面の法線の角度を、
θは、光学軸と入射界面の法線との角度を、
neは、異常光線の屈折率を、
noは、常光線の屈折率を、
tは、複屈折材料の厚さを、それぞれ示す ・・・(1)
により求めることができる。
The separation width d can be adjusted by the type of the birefringent material (parallel plate) 11, how to cut out crystal axes (direction), and the thickness of the birefringent material. As an example, when the birefringent material is a uniaxial crystal parallel plate, and as shown in FIGS. 2B and 2C, the separation width d when a light beam is incident perpendicularly to the surface of the plate is:
d = tanφ × t,
tanφ = {(no 2 −ne 2 ) sin θ · cos θ} / {ne 2 cos 2 θ + no 2 sin 2 θ}
φ is the angle between the extraordinary ray and the normal of the incident interface,
θ is the angle between the optical axis and the normal of the incident interface,
ne is the refractive index of extraordinary rays,
no is the refractive index of ordinary light,
t indicates the thickness of the birefringent material, respectively (1)
It can ask for.

例えば、屈折率がno=1.6016,ne=1.6124,θ=45°の水晶を用い、波長248nmの光に分離幅d=25μmを与える必要な厚さtは、(1)式から、t=3697μmである。   For example, a necessary thickness t for giving a separation width d = 25 μm to light having a wavelength of 248 nm using a crystal having a refractive index of no = 1.016, ne = 1.6124, θ = 45 ° is obtained from the equation (1). T = 3697 μm.

なお、上述した複屈折材料(平行平板)11が設けられる位置は、図11に示す通り、フォトマスク3と基板7との間の任意の位置、すなわちフォトマスク3と結像光学系5との間あるいは結像光学系5と基板7(被露光面)との間、のいずれであってもよい。   The birefringent material (parallel plate) 11 is provided at any position between the photomask 3 and the substrate 7, that is, between the photomask 3 and the imaging optical system 5, as shown in FIG. Or between the imaging optical system 5 and the substrate 7 (exposed surface).

ところで、複屈折材料(平行平板)11が一枚の場合、常光線oと異常光線eとの間で光路長の差が生じて位相差が生じ、光軸方向に関して、2つの光束の結像位置が異なるという問題が発生する。これを避けるため、複屈折材料11として、図12に示すように、劈開面に沿って切断し,対応する面が互いに垂直になるように貼り合わせた同じ厚さの1対の方解石の板である(光学軸が約45°をなすように一軸結晶から切り出した二枚の等しい厚さの平行平面板を直交して貼り合わせた)サバール(Savart)板を用いてもよい。すなわち、サバール板を用いることにより、2つの光束(常光線oと異常光線e)の光路長が等しくなるので、上述した位相差は、生じない。   By the way, when the number of the birefringent material (parallel plate) 11 is one, a difference in optical path length occurs between the ordinary ray o and the extraordinary ray e, resulting in a phase difference, and imaging of two light beams in the optical axis direction. The problem is that the positions are different. To avoid this, as a birefringent material 11, as shown in FIG. 12, a pair of calcite plates of the same thickness cut along the cleavage plane and bonded so that the corresponding surfaces are perpendicular to each other. A certain Savart plate (two parallel plane plates of equal thickness cut out from a uniaxial crystal so that the optical axis forms about 45 °) may be used. That is, by using the Savart plate, the optical path lengths of the two light beams (ordinary ray o and extraordinary ray e) become equal, so the above-described phase difference does not occur.

また、図13に示すように、光学軸に対して45°に研磨した厚さの等しい平行平板の間に1/2波長板121を挿入した、Francon(フランコ)により提案された特別なサバール板111を用いることも可能である。   Further, as shown in FIG. 13, a special Savart plate proposed by Francon, in which a half-wave plate 121 is inserted between parallel plates of equal thickness polished at 45 ° with respect to the optical axis. It is also possible to use 111.

また、図14(a)に示すように、複屈折材料11として、異なる偏光を異なる角度に分離することのできる光学素子を、結像光学系5の瞳(絞り)51の近傍に用いることもできる。なお、図14(a)に示す複屈折材料11としては、例えばウォラストンプリズムが利用可能である。この場合、2つの光束が分離される分離角θ(図14(b)参照)は、
Sinθ=2(ne−no)tanθ・
(1−{(ne−no)/2}tanθ
+{(ne−no)/3}tanθ
−{(ne−no)/4}tanθ+・・・)
・・・(2)
によって求めることができる。
Further, as shown in FIG. 14A, an optical element capable of separating different polarized light at different angles as the birefringent material 11 may be used in the vicinity of the pupil (aperture) 51 of the imaging optical system 5. it can. For example, a Wollaston prism can be used as the birefringent material 11 shown in FIG. In this case, the separation angle θ (see FIG. 14B) at which the two light beams are separated is
Sinθ = 2 (ne-no) tanθ ·
(1 - {(ne-no ) 2/2} tan 2 θ
+ {(Ne-no) 3 /3} tan 3 θ
- {(ne-no) 4 /4} tan 4 θ + ···)
... (2)
Can be obtained.

ところで、図10ないし図14においては、光源からの光すなわち光束の偏光の方向が図15(a)の符号fに示すようにランダム(もしくは等方的)である(図15(a)参照)と仮定したが、偏光の方向に偏りがある(代表例、図15(b)の符号gに示すように、直線偏光)と、二重露光の際の露光量が図15(b)に示すように、不均一になる。このような場合は、光源と複屈折材料11の間に、図15(c)に示すように、偏光の方向を補正する光学素子、例えばリターダを設けることが望ましい。   10 to 14, the direction of the light from the light source, that is, the polarization direction of the light beam is random (or isotropic) as indicated by the symbol f in FIG. 15A (see FIG. 15A). However, if the polarization direction is biased (representative example: linearly polarized light as indicated by the symbol g in FIG. 15B), the exposure amount in double exposure is shown in FIG. 15B. So that it becomes non-uniform. In such a case, it is desirable to provide an optical element, such as a retarder, for correcting the polarization direction between the light source and the birefringent material 11 as shown in FIG.

図15(c)を参照すれば、光源からの光の偏光の方向に偏りがある(代表例、図15(c)の符号hに示すように、直線偏光)ときでも、リターダ(偏光補正素子)131として機能する1/2波長板を光路中の所定の位置に設け、偏光の方向を図15(c)の符号h´に示すように45°回転させて異常光線eと常光線oの成分の比を1:1にすることができる。従って、複屈折材料11が、例えば図2(b)に示したような偏光の方向を補正できない一軸結晶からなる平行平板であったとしても、基板7、すなわち露光対象に到達する2つの光すなわち2つの光束の光強度を実質的に等しくできる。また、図示しないが、偏光補正素子として1/4波長板を用い、各光束の偏光を円偏光として、偏光の方向性を解消してもよい。   Referring to FIG. 15 (c), the retarder (polarization correction element) even when the polarization direction of the light from the light source is biased (representative example: linearly polarized light as indicated by symbol h in FIG. 15 (c)). ) A half-wave plate functioning as 131 is provided at a predetermined position in the optical path, and the direction of polarization is rotated by 45 ° as indicated by reference numeral h ′ in FIG. The component ratio can be 1: 1. Therefore, even if the birefringent material 11 is a parallel plate made of a uniaxial crystal whose polarization direction cannot be corrected, for example, as shown in FIG. 2B, the two lights reaching the substrate 7, that is, the exposure target, The light intensities of the two light beams can be made substantially equal. Although not shown, a quarter wave plate may be used as the polarization correction element, and the polarization of each light beam may be circularly polarized to eliminate the directionality of the polarization.

図16は、図1、図10もしくは図15に示したいずれかの露光装置により基板7に形成された結像パターンを用いて、基板7上の被処理面に、例えば電子デバイス(半導体能動素子)を作製する工程を示す工程断面図である。   16 shows, for example, an electronic device (semiconductor active element) on a surface to be processed on the substrate 7 by using an imaging pattern formed on the substrate 7 by any of the exposure apparatuses shown in FIG. 1, FIG. 10, or FIG. It is process sectional drawing which shows the process of producing ().

図16(a)に示すように、絶縁基板70(例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなど)の上に、下地膜71(例えば、膜厚50nmのSiNおよび膜厚100nmのSiO積層膜など)および非晶質半導体膜72(例えば、膜厚50nm〜200nm程度のSi、Ge、SiGeなど)を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜した被処理基板4を準備する。次に、例えば図2(a)および図2(b)により前に説明したフォトマスク3の第一のパターン(SA)部分を位置あわせし、非晶質半導体膜72の表面の一部または全部、例えば予め定められた領域にレーザ光73(例えばKrFエキシマレーザ光やXeClエキシマレーザ光など)を照射して、第一のパターン(SA)による露光をする。 As shown in FIG. 16A, a base film 71 (for example, SiN having a thickness of 50 nm and a SiO 2 layer having a thickness of 100 nm is laminated on an insulating substrate 70 (for example, alkali glass, quartz glass, plastic, polyimide, etc.). A substrate 4 to be processed on which an amorphous semiconductor film 72 (e.g., Si, Ge, SiGe, etc. having a film thickness of about 50 nm to 200 nm) is formed using a chemical vapor deposition method, a sputtering method, or the like. To do. Next, for example, the first pattern (SA) portion of the photomask 3 described above with reference to FIGS. 2A and 2B is aligned, and part or all of the surface of the amorphous semiconductor film 72 is aligned. For example, a predetermined region is irradiated with laser light 73 (for example, KrF excimer laser light or XeCl excimer laser light) to perform exposure with the first pattern (SA).

続いて、フォトマスク3を所定量だけ移動させて、第二のパターン(SB)部分を、位置合わせする。その後、同様に、非晶質半導体膜72の表面の一部または全部、例えば予め定められた領域にレーザ光73(例えばKrFエキシマレーザ光やXeClエキシマレーザ光など)を照射して、第二のパターン(SB)による重ね露光をする。なお、この各工程は、図2、図3、図6〜図9を用いて先に説明したさまざまなパターンが組み合わせられるとともに、被処理対象の被照射位置(露光位置)を2回露光することである。   Subsequently, the photomask 3 is moved by a predetermined amount, and the second pattern (SB) portion is aligned. Thereafter, similarly, a part or all of the surface of the amorphous semiconductor film 72, for example, a predetermined region is irradiated with a laser beam 73 (for example, a KrF excimer laser beam or a XeCl excimer laser beam), and the second region is irradiated. Overlay exposure is performed using the pattern (SB). In each step, the various patterns described above with reference to FIGS. 2, 3, and 6 to 9 are combined, and the irradiation position (exposure position) of the target to be processed is exposed twice. It is.

レーザ光73が基板70に照射されることで、図16(b)に示すように、基板70の半導体膜72上に、所定のパターンが露光される。   By irradiating the substrate 70 with the laser beam 73, a predetermined pattern is exposed on the semiconductor film 72 of the substrate 70 as shown in FIG.

以下、図16(c)に示すように、フォトリソグラフィ技術により、多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜74を、例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜75に加工する。また、引き続いて、半導体膜75の表面にゲート絶縁膜76として膜厚20nm〜100nmのSiO膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。 Thereafter, as shown in FIG. 16C, the polycrystalline semiconductor film or the single crystallized semiconductor film 74 is processed into an island-shaped semiconductor film 75 that becomes a region for forming a thin film transistor, for example, by photolithography. Subsequently, a SiO 2 film having a thickness of 20 nm to 100 nm is formed as a gate insulating film 76 on the surface of the semiconductor film 75 by using a chemical vapor deposition method or a sputtering method.

次に、図16(d)に示すように、例えばゲート絶縁膜上に、シリサイドやMoWなどによりゲート電極77が形成される。また、ゲート電極77をマスクとして、Nチャネルトランジスタの場合にはP(リン)、Pチャネルトランジスタの場合にはB(ホウ素)等の不純物イオン78が注入される。その後、図示しないが、窒素雰囲気(例えば450℃で1時間)でアニール処理を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜75にソース領域81、ドレイン領域82を形成する。   Next, as shown in FIG. 16D, for example, a gate electrode 77 is formed on the gate insulating film by silicide, MoW, or the like. Further, using the gate electrode 77 as a mask, impurity ions 78 such as P (phosphorus) in the case of an N channel transistor and B (boron) in the case of a P channel transistor are implanted. Thereafter, although not shown, annealing is performed in a nitrogen atmosphere (for example, at 450 ° C. for 1 hour) to activate the impurities and form the source region 81 and the drain region 82 in the island-shaped semiconductor film 75.

この後、図16(e)に示すように、例えば層間絶縁膜79を成膜してコンタクトホールをあけ、チャネル80でつながるソース81およびドレイン82に接続するソース電極83およびドレイン電極84を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 16E, for example, an interlayer insulating film 79 is formed to form a contact hole, and a source electrode 83 and a drain electrode 84 connected to a source 81 and a drain 82 connected by a channel 80 are formed. .

続いて、図16(a)および図16(b)に示す工程で生成された多結晶半導体膜もしくは単結晶化半導体膜74の大粒径結晶の位置に合わせて、チャネル80を形成する。   Subsequently, the channel 80 is formed in accordance with the position of the large grain crystal of the polycrystalline semiconductor film or the single crystallized semiconductor film 74 generated in the steps shown in FIGS. 16A and 16B.

以上の工程により、多結晶トランジスタあるいは単結晶化半導体に、薄膜トランジスタ(TFT)を形成することができる。   Through the above process, a thin film transistor (TFT) can be formed in a polycrystalline transistor or a single crystal semiconductor.

なお、図16(a)および図16(b)に示した工程により製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置(ディスプレイ)やEL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ(SRAMやDRAM)やCPUなどの集積回路などに適用可能である。   Note that the polycrystalline transistor or the single crystal transistor manufactured by the process shown in FIGS. 16A and 16B is a driving circuit such as a liquid crystal display device (display) or an EL (electroluminescence) display, The present invention can be applied to an integrated circuit such as a memory (SRAM or DRAM) or a CPU.

以上説明したように、この発明のパターン露光方法によれば、マスクは一枚のみ作製すればよく、マスク交換が不要であり、結果としてスループットが不所望に低下することが抑止可能である。   As described above, according to the pattern exposure method of the present invention, only one mask needs to be manufactured, mask replacement is unnecessary, and as a result, it is possible to suppress an undesired decrease in throughput.

また、この発明の所定の光学系を用いて二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光する露光方法によれば、マスクを移動させる必要がなく、露光も一回でよい。   Further, according to the exposure method in which two types of patterns are exposed in a non-interfering manner on the exposed surface using the predetermined optical system of the present invention, it is not necessary to move the mask, and the exposure is performed once. Good.

さらに、この発明のパターン露光方法を用いることにより、半導体能動素子や液晶表示装置などを製造する工程のうちのパターン露光(パターン形成)工程の工程数が低減可能である。   Furthermore, by using the pattern exposure method of the present invention, the number of pattern exposure (pattern formation) steps among the steps of manufacturing a semiconductor active element, a liquid crystal display device, and the like can be reduced.

なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications or changes can be made without departing from the scope of the invention when it is implemented. Moreover, each embodiment may be implemented in combination as appropriate as possible, and in that case, the effect of the combination can be obtained.

この発明の実施の形態が適用可能な露光装置の一例を説明する概略図。1 is a schematic diagram illustrating an example of an exposure apparatus to which an embodiment of the present invention can be applied. 図1に示した露光装置の原理およびその露光装置に用いるフォトマスクの特徴を説明する概略図。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of the exposure apparatus shown in FIG. 1 and the characteristics of a photomask used in the exposure apparatus. 図2に示したフォトマスクのパターンの一例を説明する概略図。Schematic explaining an example of the pattern of the photomask shown in FIG. 図3に示したパターンにより得られる光強度分布を説明する概略図。Schematic explaining the light intensity distribution obtained by the pattern shown in FIG. 周知の単一のマスクを用いて得られる光強度分布を説明する概略図。Schematic explaining light intensity distribution obtained using a well-known single mask. 図2に示したフォトマスクのパターンの別の一例を説明する概略図。Schematic explaining another example of the pattern of the photomask shown in FIG. 図2に示したフォトマスクのパターンのさらに別の一例を説明する概略図。Schematic explaining further another example of the pattern of the photomask shown in FIG. 図2に示したフォトマスクのパターンのまたさらに別の一例を説明する概略図。Schematic explaining yet another example of the pattern of the photomask shown in FIG. 図2に示したフォトマスクのパターンのさらにまた別の一例を説明する概略図。Schematic explaining yet another example of the pattern of the photomask shown in FIG. 図1に示した露光装置の別の実施形態の一例を説明する概略図。Schematic explaining an example of another embodiment of the exposure apparatus shown in FIG. 図10に示した露光装置の変形例の一例を説明する概略図。FIG. 11 is a schematic diagram for explaining an example of a modification of the exposure apparatus shown in FIG. 10. 図10に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料の一例を説明する概略図。Schematic explaining an example of the birefringent material incorporated in the exposure apparatus shown in FIG. 図10に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料の別の一例を説明する概略図。Schematic explaining another example of a birefringent material incorporated in the exposure apparatus shown in FIG. 図1に示した露光装置の実施形態のさらに別の一例を説明する概略図。Schematic explaining further another example of the embodiment of the exposure apparatus shown in FIG. 図10に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料と偏光の関係を説明する概略図。FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the relationship between a birefringent material and polarized light incorporated in the exposure apparatus shown in FIG. 10. この発明の露光装置によりパターンが露光された基板上に電子デバイスを作製する工程を示す概略図。Schematic which shows the process of producing an electronic device on the board | substrate by which the pattern was exposed with the exposure apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2…照明光学系、3…フォトマスク(位相変調素子)、4…マスクホルダ、5,50…マスクホルダ、6…ステージ、7…基板、8…X−Yコントローラ、11,111,131…複屈折材料、51…瞳(絞り)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Illumination optical system, 3 ... Photomask (phase modulation element), 4 ... Mask holder, 5,50 ... Mask holder, 6 ... Stage, 7 ... Substrate, 8 ... XY controller, 11, 111 131 ... Birefringent material, 51 ... Pupil (aperture).

Claims (18)

フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで同一面内に配置されたパターンを有するフォトマスクを用いて第一回目の露光を行なう工程と、
前記所定のピッチに対応する距離だけフォトマスクと被露光面を相対的に移動させることにより前記少なくとも二種類のパターンが被露光面において重なる状態で第二回目の露光を行なう工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
An exposure method in which a pattern of a photomask is imaged on an exposed surface and exposed,
Performing a first exposure using a photomask having a pattern in which at least two types of patterns are arranged in the same plane at a predetermined pitch; and
Performing a second exposure in a state where the at least two types of patterns overlap on the exposed surface by relatively moving the photomask and the exposed surface by a distance corresponding to the predetermined pitch;
An exposure method comprising:
フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、
フォトマスクは少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、
所定の光学系を用いて前記二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光することを特徴とする露光方法。
An exposure method in which a pattern of a photomask is imaged on an exposed surface and exposed,
The photomask has a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch,
An exposure method comprising exposing the two types of patterns in a non-interfering manner on the exposed surface using a predetermined optical system.
所定方向に関する一定間隔の移動により互いに形状または光学特性を補完可能な少なくとも二種類のパターンが、一定間隔の移動に対して関連づけられた所定ピッチで単一面内に交互に配置されていることを特徴とするフォトマスク。   At least two types of patterns that can complement each other in shape or optical characteristics by movement at a predetermined interval in a predetermined direction are alternately arranged in a single plane at a predetermined pitch associated with the movement at a predetermined interval. A photomask. 光源と、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光を変調するフォトマスクと、
前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象に結像する光学系と、
前記フォトマスクの第1のパターンが被露光対象の予め定められた領域に露光された後に前記フォトマスクの第2のパターンを前記被露光対象の予め定められた領域に露光させるためのマスク移動機構と、
を有することを特徴とする露光装置。
A light source;
A photomask having a pattern in which at least two kinds of patterns are arranged at a predetermined pitch, and modulating light from the light source;
An optical system that is provided between the photomask and the object to be exposed and forms an image of the pattern of the photomask on the object to be exposed;
A mask moving mechanism for exposing the second pattern of the photomask to the predetermined area of the exposure target after the first pattern of the photomask is exposed to the predetermined area of the exposure target When,
An exposure apparatus comprising:
光源と、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光が透過されるフォトマスクと、
前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象の所定の位置に結像する光学系と、
前記フォトマスクと前記被露光対象との間の所定の位置に設けられ、前記フォトマスクの前記二種類のパターンを非干渉的に重ねた状態で前記被露光対象に照射可能な多重露光光学素子と、
を有することを特徴とする露光装置。
A light source;
A photomask having a pattern in which at least two kinds of patterns are arranged at a predetermined pitch, and transmitting light from the light source;
An optical system that is provided between the photomask and the object to be exposed, and forms an image of the pattern of the photomask at a predetermined position of the object to be exposed;
A multi-exposure optical element provided at a predetermined position between the photomask and the object to be exposed, and capable of irradiating the object to be exposed with the two types of patterns of the photomask superimposed in a non-interfering manner; ,
An exposure apparatus comprising:
前記多重露光光学素子は、複屈折素子であることを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。   6. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the multiple exposure optical element is a birefringent element. 前記複屈折素子は、光学軸が光軸から所定の角度を保つように切断された複屈折材料からなる平行平面板であることを特徴とする請求項6記載の露光装置。   7. The exposure apparatus according to claim 6, wherein the birefringent element is a plane-parallel plate made of a birefringent material cut so that the optical axis maintains a predetermined angle from the optical axis. 前記複屈折素子は、光学軸が光軸から所定の角度を保つように切断された複屈折材料からなる平行平面板であることを特徴とする請求項2記載の露光方法。   3. The exposure method according to claim 2, wherein the birefringent element is a plane-parallel plate made of a birefringent material cut so that the optical axis is kept at a predetermined angle from the optical axis. 前記複屈折素子は、サバール板または複屈折プリズムの少なくとも1つであることを特徴とする請求項7記載の露光装置。   8. The exposure apparatus according to claim 7, wherein the birefringent element is at least one of a Savart plate or a birefringent prism. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターン単体の場合に生成される形状のうち不要部分をトリミングする第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。   The two types of patterns of the photomask include a first pattern having a first phase region and a second phase region, and a first pattern for trimming unnecessary portions of a shape generated in the case of the first pattern alone. 6. The exposure apparatus according to claim 4, wherein the exposure apparatus includes a second pattern. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結するような露光領域を発生する第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。   The two types of patterns of the photomask connect a first pattern having a first phase region and a second phase region, and a first phase region and a second phase region of the first pattern. 6. An exposure apparatus according to claim 4, further comprising a second pattern for generating such an exposure area. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、目標形状が同一であり、それぞれのパターンにより提供される焦点範囲が異なる第一および第二のパターンを含むことを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。   6. The two types of patterns of the photomask include first and second patterns having the same target shape and different focus ranges provided by the respective patterns. Exposure device. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンのピッチは、前記被露光対象の画素ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項4または5記載の露光装置。   6. The exposure apparatus according to claim 4, wherein a pitch of the two types of patterns of the photomask is an integral multiple of a pixel pitch of the exposure target. 少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、光源からの光を変調するフォトマスク。   A photomask that has a pattern in which at least two types of patterns are arranged at a predetermined pitch and modulates light from a light source. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターン単体の場合に生成される形状のうち不要部分をトリミングする第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項14記載のフォトマスク。   The two types of patterns of the photomask include a first pattern having a first phase region and a second phase region, and a first pattern for trimming unnecessary portions of a shape generated in the case of the first pattern alone. 15. The photomask according to claim 14, further comprising: a second pattern. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結するような露光領域を発生する第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項14記載のフォトマスク。   The two types of patterns of the photomask connect a first pattern having a first phase region and a second phase region, and a first phase region and a second phase region of the first pattern. 15. The photomask according to claim 14, further comprising a second pattern for generating such an exposure area. 前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、目標形状が同一であり、それぞれのパターンにより提供される焦点範囲が異なる第一および第二のパターンを含むことを特徴とする請求項14記載のフォトマスク。   The photomask according to claim 14, wherein the two types of patterns of the photomask include first and second patterns having the same target shape and different focus ranges provided by the respective patterns. . 前記フォトマスクの前記二種類のパターンのピッチは、前記被露光対象の画素ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項14記載のフォトマスク。   15. The photomask according to claim 14, wherein a pitch of the two types of patterns of the photomask is an integral multiple of a pixel pitch of the exposure target.
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