JP3101614B2 - Exposure method and exposure apparatus - Google Patents

Exposure method and exposure apparatus

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JP3101614B2
JP3101614B2 JP11050600A JP5060099A JP3101614B2 JP 3101614 B2 JP3101614 B2 JP 3101614B2 JP 11050600 A JP11050600 A JP 11050600A JP 5060099 A JP5060099 A JP 5060099A JP 3101614 B2 JP3101614 B2 JP 3101614B2
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/7045Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam

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、露光方法及び露光
装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基板を露光
する露光方法及び露光装置に関する。本発明の露光方法
及び露光装置は、例えば、IC、LSI等の半導体チッ
プ、液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素
子、CCD等の撮像素子といった各種デバイスの製造に
用いられる。
The present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus, and more particularly to an exposure method and an exposure apparatus for exposing a photosensitive substrate with a fine circuit pattern. The exposure method and exposure apparatus of the present invention are used for manufacturing various devices such as semiconductor chips such as ICs and LSIs, display elements such as liquid crystal panels, detection elements such as magnetic heads, and imaging elements such as CCDs.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、IC、LSI、液晶パネル等のデ
バイスをフォトリソグラフィ−技術を用いて製造する時
には、フォトマスク又はレチクル等(以下、「マスク」
と記す。)の回路パタ−ンを投影光学系によってフォト
レジスト等が塗布されたシリコンウエハ又はガラスプレ
−ト等(以下、「ウエハ」と記す。)の感光基板上に投
影し、そこに回路パターンを転写する(回路パターンで
露光する)投影露光方法及び投影露光装置が使用されて
いる。
2. Description of the Related Art Conventionally, when manufacturing devices such as ICs, LSIs, and liquid crystal panels using photolithography technology, a photomask or a reticle (hereinafter, referred to as a “mask”) is used.
It is written. The circuit pattern is projected onto a photosensitive substrate such as a silicon wafer or a glass plate (hereinafter, referred to as a "wafer") coated with a photoresist or the like by a projection optical system, and the circuit pattern is transferred thereto. A projection exposure method (exposure with a circuit pattern) and a projection exposure apparatus are used.

【0003】上記デバイスの高集積化に対応して、ウエ
ハのチップ領域に転写するパタ−ンの微細化即ち高解像
度化とウエハにおける1チップ領域の大面積化とが要求
されており、従ってウエハに対する微細加工技術の中心
を成す上記投影露光方法及び投影露光装置においても、
現在、0.5μm以下の寸法(線幅)の像を広範囲に形成
するべく、解像度と露光面積の向上が計られている。
In response to the high integration of the above devices, it is required to miniaturize the pattern transferred to the chip area of the wafer, that is, to increase the resolution, and to increase the area of one chip area in the wafer. Also in the projection exposure method and the projection exposure apparatus, which form the center of the fine processing technology for
At present, resolution and exposure area are being improved in order to form an image having a dimension (line width) of 0.5 μm or less over a wide range.

【0004】従来の投影露光装置の摸式図を図1に示
す。図1中,191は遠紫外線露光用光源であるエキシマ
−レ−ザ、192は照明光学系、193は照明光、194はマス
ク、195はマスク194から出て光学系196に入射する物体
側露光光、196は縮小投影光学系、197は光学系196から
出て感光基板であるウエハ198に入射する像側露光光、1
99は感光基板を保持する基板ステージを、示す。
FIG. 1 shows a schematic view of a conventional projection exposure apparatus. In FIG. 1, reference numeral 191 denotes an excimer laser as a light source for exposure to far ultraviolet rays, 192 denotes an illumination optical system, 193 denotes illumination light, 194 denotes a mask, and 195 denotes an object side exposure which exits from the mask 194 and enters the optical system 196. Light, 196 is a reduction projection optical system, 197 is an image side exposure light exiting from the optical system 196 and incident on a wafer 198 which is a photosensitive substrate, 1
Reference numeral 99 denotes a substrate stage for holding a photosensitive substrate.

【0005】エキシマレ−ザ191から出射したレ−ザ光
は、引き回し光学系によって照明光学系192に導光さ
れ、照明光学系192により所定の光強度分布、配光分
布、開き角(開口数NA)等を持つ照明光193とされ、
この照明光193がマスク194を照明する。マスク194に
はウエハ198上に形成する微細パタ−ンを投影光学系196
の投影倍率の逆数倍(例えば2倍や4倍や5倍)した寸法
のパターンがクロム等によって石英基板上に形成されて
おり、照明光193はマスク194を透過する時に微細パター
ンによって回折され、物体側露光光195となる。投影光
学系196は、物体側露光光195を、マスク194の微細パタ
ーンを上記投影倍率で且つ充分小さな収差でウエハ198
上に結像する像側露光光197に変換する。像側露光光197
は図18の下部の拡大図に示されるように、所定の開口数
NA (=sinθ )でウエハ198上に収束し,ウエハ198上に
微細パターンの像を結ぶ。基板ステ−ジ199は、ウエハ1
98の互いに異なる複数の領域(ショット領域:1個又は
複数のチップとなる領域)に順次微細パタ−ンを形成す
るために、投影光学系の像平面に沿ってステップ移動す
ることによりウエハ198の投影光学系196に対する位
置を変える。
The laser light emitted from the excimer laser 191 is guided to an illumination optical system 192 by a drawing optical system, and the illumination optical system 192 determines a predetermined light intensity distribution, light distribution, and opening angle (numerical aperture NA). ) And illumination light 193
The illumination light 193 illuminates the mask 194. A fine pattern to be formed on the wafer 198 is projected on the mask 194 by a projection optical system 196.
Is formed on the quartz substrate by chrome or the like, and the illumination light 193 is diffracted by the fine pattern when transmitted through the mask 194. 195 becomes the object side exposure light 195. The projection optical system 196 converts the object-side exposure light 195 to the fine pattern of the mask 194 at the above-described projection magnification and with a sufficiently small aberration.
The light is converted into image-side exposure light 197 which forms an image on the upper side. Image side exposure light 197
Is a predetermined numerical aperture as shown in the enlarged view at the bottom of FIG.
The light converges on the wafer 198 at NA (= sin θ) to form an image of a fine pattern on the wafer 198. Substrate stage 199 is wafer 1
The wafer 198 is moved stepwise along the image plane of the projection optical system in order to sequentially form fine patterns in a plurality of different areas 98 (shot areas: areas forming one or more chips). The position with respect to the projection optical system 196 is changed.

【0006】しかしながら、現在主流の上記のエキシマ
レーザを光源とする投影露光装置は,0.15μm以下のパ
タ−ンを形成することが困難である。
However, it is difficult for a projection exposure apparatus using the above-described excimer laser as a light source to form a pattern of 0.15 μm or less.

【0007】投影光学系196は、露光光の波長(以下、
「露光波長」と記す。)に依存する光学的な解像度と焦
点深度との間のトレ−ドオフによる解像度の限界があ
る。投影露光装置の解像度Rと焦点深度DOFは,次の
(1)式と(2)式の如きレ−リ−の式によって表される。
The projection optical system 196 has a wavelength of exposure light (hereinafter,
It is described as "exposure wavelength". ) Is dependent on the trade-off between the optical resolution and the depth of focus. The resolution R and depth of focus DOF of the projection exposure apparatus are as follows:
It is represented by a Rayleigh equation such as equations (1) and (2).

【0008】 R=k1(λ/NA) ……(1) DOF=k2(λ/NA2) ……(2) ここで、λは露光波長、NAは投影光学系196の像側の開
口数であり、k1、k2の値は通常0.5〜0.7程度である。
この(1)式と(2)式から、解像度Rを小さい値とする高解
像度化には開口数NAを大きくする「高NA化」があるが、
実際の露光では投影光学系196の焦点深度DOFをある程度
以上の値にする必要があるため、高NA化をある程度以上
進めることは不可能であり、従って更なる高解像度化に
は露光波長λを小さくする「短波長化」が必要となるこ
ととが分かる。
R = k 1 (λ / NA) (1) DOF = k 2 (λ / NA 2 ) (2) where λ is the exposure wavelength, and NA is the image side of the projection optical system 196. It is a numerical aperture, and the values of k 1 and k 2 are usually about 0.5 to 0.7.
From the equations (1) and (2), there is a `` high NA '' in which the numerical aperture NA is increased in order to increase the resolution R to reduce the resolution R, but
In actual exposure, the depth of focus DOF of the projection optical system 196 needs to be set to a certain value or more, so it is impossible to increase the NA higher than a certain value. It is understood that "short wavelength" for reducing the size is required.

【0009】ところが短波長化を進めていくと重大な問
題が発生する。この問題とは投影光学系196のレンズの
硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透過
率は遠紫外線領域では0に近く、特別な製造方法を用い
て露光装置用(露光波長約248nm)に製造された硝材と
して合成石英が現存するが,この合成石英の透過率も波
長193nm以下の露光波長に対しては急激に低下するし、
0.15μm以下の微細パタ−ンに対応する露光波長150nm
以下の領域で透過率が十分に高くて実用的な硝材の開発
は非常に困難だと思われる。また遠紫外線領域で使用さ
れる硝材は、透過率以外にも、耐久性,屈折率均一性,
光学的歪み,加工性等の複数の観点で一定の条件を満た
す必要があり、この事からも露光波長150nm以下の
領域で実用的な硝材の存在が危ぶまれる。
However, as the wavelength becomes shorter, a serious problem arises. This problem is that the glass material of the lens of the projection optical system 196 runs out. The transmittance of most glass materials is close to 0 in the deep ultraviolet region, and synthetic quartz is currently available as a glass material manufactured for exposure equipment (exposure wavelength: about 248 nm) using a special manufacturing method. Also decreases sharply for exposure wavelengths below 193 nm,
Exposure wavelength 150nm corresponding to fine pattern of 0.15μm or less
It is considered very difficult to develop a practical glass material having sufficiently high transmittance in the following regions. Glass materials used in the deep ultraviolet region have durability, uniformity of refractive index,
It is necessary to satisfy certain conditions from a plurality of viewpoints such as optical distortion and workability, and this also threatens the existence of a practical glass material in an exposure wavelength region of 150 nm or less.

【0010】このように従来の投影露光方法及び投影露
光装置では、ウエハ198に0.15μm以下のパタ−ンを形
成する為には150nm程度以下まで露光波長の短波長化
が必要であるのに対し、この波長領域では実用的な硝材
が存在しないので、ウエハ198に0.15μm以下のパター
ンを形成することができなかった。
As described above, in the conventional projection exposure method and projection exposure apparatus, in order to form a pattern of 0.15 μm or less on the wafer 198, it is necessary to shorten the exposure wavelength to about 150 nm or less. Since there is no practical glass material in this wavelength region, a pattern of 0.15 μm or less cannot be formed on the wafer 198.

【0011】米国特許第5415835号公報は互いにコヒー
レントな2光束を干渉させることで形成した干渉縞によ
る露光(以下、「2光束干渉露光」と記す。)によって
微細パターンを形成する技術を開示しており、2光束干
渉露光によれば、ウエハに0.15μm以下のパターンを形
成することができる。
US Pat. No. 5,415,835 discloses a technique for forming a fine pattern by exposure using interference fringes formed by causing two coherent light beams to interfere with each other (hereinafter, referred to as “two-beam interference exposure”). According to the two-beam interference exposure, a pattern of 0.15 μm or less can be formed on the wafer.

【0012】2光束干渉露光の原理を図2を用いて説明
する。2光束干渉露光は、レーザ151からの可干渉性
を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラー1
52によって2光束に分割し、2光束を夫々平面ミラー1
53によって反射することにより2個のレーザ光(可干
渉性平行光線束)を0より大きく90度未満のある角度を
成して交差させることにより交差部分に干渉縞を形成
し、この干渉縞(の光強度分布)によってウエハ154を
露光して感光させることで干渉縞の光強度分布に対応す
る微細な周期パタ−ン(周期的露光量分布)をウエハに
形成し、ウエハを現像することで、ウエハ上に微細な周
期的レジストマスク/エッチング用が得られるようにす
るものである。
The principle of two-beam interference exposure will be described with reference to FIG. In the two-beam interference exposure, a laser beam having coherence and a parallel beam from the laser 151 is
52 divides the two light beams into two light beams, respectively.
The two laser beams (coherent parallel light beams) intersect at an angle greater than 0 and less than 90 degrees by being reflected by 53 to form an interference fringe at the intersection, and this interference fringe ( By exposing and exposing the wafer 154 according to the light intensity distribution, a fine periodic pattern (periodic exposure amount distribution) corresponding to the light intensity distribution of the interference fringes is formed on the wafer, and the wafer is developed. , So that a fine periodic resist mask / for etching can be obtained on a wafer.

【0013】図2において、2光束がウエハ表面に立て
た垂線に対して互いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態
でウエハ表面で交差する場合、この2光束干渉露光にお
ける解像度Rは次の(3)式で表される。
In FIG. 2, when two light beams intersect on a wafer surface in a state where the two light beams are inclined at the same angle in opposite directions with respect to perpendiculars formed on the wafer surface, the resolution R in the two light beam interference exposure is expressed by the following (3). ) Expression.

【0014】 ここで、Rは干渉縞の明部と暗部の夫々の線幅即ち周期
パターンを構成するライン&スペースの夫々の線幅であ
り、θは2光束の夫々の像面に対する入射角度(絶対
値)を表しす。sinθは投影露光における光学系の像側
開口数に相当するものであるから、sinθ=NAとして
表記している。
[0014] Here, R is the line width of each of the bright portion and the dark portion of the interference fringes, that is, the line width of each of the lines and spaces constituting the periodic pattern, and θ is the incident angle (absolute value) of the two light beams with respect to each image plane. Represents Since sin θ corresponds to the image-side numerical aperture of the optical system in projection exposure, it is expressed as sin θ = NA.

【0015】通常の投影露光における解像度の式である
(1)式と2光束干渉露光における解像度の式である(3)
式とを比較すると、2光束干渉露光の解像度Rは(1)
式においてk1 = 0.25とした場合に相当するから、2光
束干渉露光では k1=0.5〜0.7である通常の投影露光の
解像度より2倍以上の解像度を得ることが可能である。
上記米国特許には開示されていないが、例えばλ= 0.24
8nm(KrFエキシマ)でNA = 0.6の時は、R =0.10μ
mが得られる。
Expression for resolution in normal projection exposure
Equation (1) and equation for resolution in two-beam interference exposure (3)
Comparing with the equation, the resolution R of the two-beam interference exposure is (1)
Since this corresponds to the case where k 1 = 0.25 in the equation, it is possible to obtain a resolution twice or more as high as that of a normal projection exposure in which k 1 = 0.5 to 0.7 in two-beam interference exposure.
Although not disclosed in the above U.S. patent, for example, λ = 0.24
When NA = 0.6 at 8 nm (KrF excimer), R = 0.10μ
m is obtained.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら2光
束干渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布に相当する
単純な周期パターン(露光量分布)しか得られないの
で、所謂回路パタ−ンをウエハに形成することができな
い。
However, in the two-beam interference exposure, a simple periodic pattern (exposure amount distribution) basically corresponding to the light intensity distribution of interference fringes can be obtained. Cannot be formed.

【0017】そこで上記米国特許第5,415,835号公報
は、2光束干渉露光装置による干渉縞で単純な周期的露
光量分布をウエハのレジストに与えた後、別の露光装置
によりマスクの開口の像でこのレジストの干渉縞の明部
に相当する場所を露光してこの場所へある露光量を加え
る二重露光法により、干渉縞の複数の明部うちの特定の
線の部分の露光量のみを均一に増やしてレジストのしき
い値を越えさせることによって、現像後孤立の線(レジ
ストパターン)を得ることを提案している。
In the above-mentioned US Pat. No. 5,415,835, a simple periodic exposure dose distribution is given to a resist on a wafer by interference fringes by a two-beam interference exposure apparatus, and then the image is taken from an image of a mask opening by another exposure apparatus. By exposing a portion corresponding to the bright part of the interference fringes of the resist and adding a certain amount of exposure to this location, the exposure amount of only a specific line part of the multiple bright parts of the interference fringe is made uniform. It has been proposed to obtain an isolated line (resist pattern) after development by increasing the threshold value of the resist so as to exceed the threshold value.

【0018】しかしながら上記米国特許第5415835号公
報の二重露光法は、2光束干渉露光により形成される縞
パターンの一部より成る単純な形状の回路パターンが得
られるのみで、通常の、様々な線幅と方向性を持つ複数
パターンの集合である回路パターンのような、より複雑
な形状の回路パターンを得ることができなかった。
However, the double exposure method disclosed in the above-mentioned US Pat. No. 5,415,835 only obtains a circuit pattern having a simple shape composed of a part of a stripe pattern formed by two-beam interference exposure. A circuit pattern having a more complicated shape, such as a circuit pattern which is a set of a plurality of patterns having a line width and a directionality, cannot be obtained.

【0019】また、この米国特許第5,415,835号公報と
同様の微細な孤立パターンが得られる二重露光法が、特
開平7-253649号公報に開示されているが、この特開平7-
253649号公報の二重露光法は、通常の投影露光装置を用
いて、位相シフトパターンを用いた2光束干渉露光と、
従来はこの露光装置で解像できなかった微細開口パター
ンの像による露光とをウエハのレジストの同一領域に行
なうものであり、各露光の露光波長が50nm以上異なって
いる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-253649 discloses a double exposure method capable of obtaining a fine isolated pattern similar to that of US Pat. No. 5,415,835.
The double exposure method of 253649 is a two-beam interference exposure using a phase shift pattern using a normal projection exposure apparatus,
Conventionally, exposure using an image of a fine aperture pattern, which could not be resolved by this exposure apparatus, is performed on the same region of the resist on the wafer, and the exposure wavelength of each exposure differs by 50 nm or more.

【0020】この特開平7-253649号公報の二重露光法は
マスクに波長選択性を有する材料でパターンを形成する
ことにより一つのマスク(パターン)で2光束干渉露光
と通常露光を行なっており、通常の露光における(マス
クの)パターンは一つ又は複数の孤立パターンで、二重
露光の結果得られる回路パターン(露光量分布或いは現
像後の凹凸分布)も一つ又は複数の孤立パターンのみで
ある。
In the double exposure method disclosed in JP-A-7-253649, a two-beam interference exposure and a normal exposure are performed with one mask (pattern) by forming a pattern with a material having wavelength selectivity on the mask. The pattern (of the mask) in the normal exposure is one or more isolated patterns, and the circuit pattern (exposure amount distribution or unevenness distribution after development) obtained as a result of the double exposure is only one or more isolated patterns. is there.

【0021】従って、この特開平7-253649号公報の二重
露光法も、米国特許5415835号公報と同様に、より複雑
な形状の回路パターンを得ることができない。
Therefore, the double exposure method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-253649 cannot obtain a circuit pattern having a more complicated shape as in US Pat. No. 5,415,835.

【0022】本発明の目的は、多重露光によって、従来
より複雑な形状の回路パタ−ンを得ることが可能な露光
方法及び露光装置を提供することにある。本願で「多重
露光」と呼ぶプロセスは、露光と露光の間で現像をしな
いで、レジストの同一場所へ複数の露光を行なうもので
あり、この露光が二重に限らず三重以上の場合も含まれ
る。
An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of obtaining a circuit pattern having a more complicated shape than the conventional one by multiple exposure. The process referred to as "multiple exposure" in the present application is to perform a plurality of exposures to the same place on the resist without developing between exposures, and this exposure is not limited to double exposure but includes triple exposure or more. It is.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、レジ
ストにパターンに関する露光を行なう露光方法におい
て、2光束干渉露光により第1の露光量分布を与える第
1段階と、前記パターンと相似のパターンが形成された
マスクを用いた露光により露光量が0ではないが小さい
部分と露光量が大きい部分を有する第2の露光量分布
を与える第2段階とを有し、前記第1の露光量分布の一
部分と前記第2の露光量分布の前記露光量が0ではない
が小さい部分を重ねることで前記パターンの一部分に関
する露光が行なわれ、前記第1の露光量分布の他の部分
と重なる前記第2の露光量分布の前記露光量が大きい部
分で前記パターンの他の部分に関する露光が行なわれる
ことを特徴とする。請求項2の発明は、レジストにパタ
ーンに関する露光を行なう露光方法において、位相シフ
タ及び/又は遮光部を配列した第1のマスクを用いた2
光束干渉露光により露光量が前記レジストの露光しきい
値以下である第1の露光量分布を与える第1段階と、
記パターンと相似のパターンが形成された第2のマスク
用いた露光により露光量が0ではないが前記露光しき
い値以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分
とを有する第2の露光量分布を与える第2段階とを有
し、前記第1の露光量分布の一部分と前記第2の露光量
分布の前記露光量が0ではないが前記露光しきい値以下
の部分を重ねることで前記パターンの一部分に関する露
光が行なわれ、前記第1の露光量分布の他の部分と重な
る前記第2の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分
で前記パターンの他の部分に関する露光が行なわれる
とを特徴とする。請求項3の発明は、レジストにパター
ンに関する露光を行なう露光方法において、周期パター
ン露光により第1の露光量分布を与える第1段階と、前
記パターンと相似のパターンが形成されたマスクを用い
た露光により露光量が0ではないが小さい部分と露光量
が大きい部分とを有する第2の露光量分布を与える第2
段階とを有し、前記第1の露光量分布の一部分と前記第
2の露光量分布の前記露光量が0ではないが小さい部分
を重ねることで前記パターンの一部分に関する露光が行
なわれ、前記第1の露光量分布の他の部分と重なる前記
第2の露光量分布の 前記露光量が大きい部分で前記パタ
ーンの他の部分に関する露光が行なわれることを特徴と
する。請求項4の発明は、レジストにパターンに関する
露光を行なう露光方法において、位相シフタ及び/又は
遮光部を配列した第1のマスクを用いた周期パターン露
光により露光量が前記レジストの露光しきい値以下であ
る第1の露光量分布を与える第1段階と、前記パターン
と相似のパターンが形成された第2のマスクを用いた露
光により露光量が0ではないが前記露光しきい値以下の
部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分とを有する
第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、前記第1
の露光量分布の一部分と前記第2の露光量分布の前記露
光量が0ではないが前記露光しきい値以下の部分を重ね
ることで前記パターンの一部分に関する露光が行なわ
れ、前記第1の露光量分布の他の部分と重なる前記第2
の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分で前記パタ
ーンの他の部分に関する露光が行なわれることを特徴と
する。請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項
に記載の露光方法において、前記第1段階の後で前記第
2段階を行なうか、或いは、前記第2段階の後で前記第
1段階を行なうか、或いは、前記第1段階と前記第2段
階を同時に行なうことを特徴とする。請求項6の発明
は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の露光方法にお
いて、前記パターンの前記一部分は最小線幅を有する部
分であることを特徴とする。請求項7の発明は、請求項
1〜4のいずれか1項に記載の露光方法において、前記
パターンは回路パターンであることを特徴とする。請求
項8の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の露
光方法における前記第1の露光量分布を形成するために
用いるマスクである。請求項9の発明は、請求項1〜7
のいずれか1項に記載の露光方法における前記第2の露
光量分布を形成するために用いるマスクである。請求項
10の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の露
光方法を行なえる露光装置である。請求項11の発明
は、レジストを露光し、現像する段階を含む、パターン
の形成方法において、2光束干渉露光により第1の露光
量分布を与える第1段階と、 前記パターンと相似のパタ
ーンが形成されたマスクを用いた露光により露光量が0
ではないが小さい部分と露光量が大きい部分とを有する
第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、前記第2
の露光量分布の前記露光量が0ではないが小さい部分と
重なる前記第1の露光量分布の一部分に基づいて前記パ
ターンの一部分を形成し、前記第1の露光量分布の他の
部分に重なる前記第2の露光量分布の前記露光量が大き
い部分に基づいて前記パターンの他の部分を形成する
とを特徴とする。請求項12の発明は、レジストを露光
し、現像する段階を含む、パターンの形成方法におい
て、位相シフタ及び/又は遮光部を配列した第1のマス
クを用いた2光束干渉露光により露光量が前記レジスト
の露光しきい値以下である第1の露光量分布を与える第
1段階と、前記パターンと相似のパターンが形成された
第2のマスクを用いた通常の露光により露光量が0では
ないが前記露光しきい値以下の部分と露光量が前記露光
しきい値以上の部分とを有する第2の露光量分布を与え
る第2段階とを有し、前記第2の露光量分布の前記露光
量が0ではないが前記露光しきい値以下の部分と重なる
前記第1の露光量分布の一部分に基づいて前記パターン
の一部分を形成し、前記第1の露光量分布の他の部分と
重なる前記第2の露光量分布の前記露光しきい値以上の
部分に基づいて前記パターンの他の部分を形成すること
を特徴とする。請求項13の発明は、レジストを露光
し、現像する段階を含む、パターンの形成方法におい
て、周期パターン露光により第1の露光量分布を与える
第1段階と、前記パターンと相似のパターンが形成され
たマスクを用いた露光により露光量が0ではないが小さ
い部分と露光量が大きい部分とを有する第2の露光量分
布を与える第2段階とを有し、前記第2の露光量分布の
前記露光量が0ではないが小さい部分と重なる前記第1
の露光量分布の一部分に基づいて前記パターンの一部分
を形成し、前記第1の露光量分布の他の部分に重なる前
記第2の露光量分布の前記露光量が大きい部分に基づい
て前記パターンの他の部分を形成することを特徴とす
る。請求項14の発明は、レジストを露光し、現像する
段階を含む、パターンの形成方法において、位相シフタ
及び/又は遮光部を配列した第1のマスクを用いた 周期
パターン露光により露光量が前記レジストの露光しきい
値以下である第1の露光量分布を与える第1段階と、前
記パターンと相似のパターンが形成された第2のマスク
を用いた通常の露光により露光量が0ではないが前記露
光しきい値以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上
の部分とを有する第2の露光量分布を与える第2段階と
を有し、前記第2の露光量分布の前記露光量が0ではな
いが前記露光しきい値以下の部分と重なる前記第1の露
光量分布の一部分に基づいて前記パターンの一部分を形
成し、前記第1の露光量分布の他の部分と重なる前記第
2の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分に基づい
て前記パターンの他の部分を形成することを特徴とす
る。請求項15の発明は、請求項11〜14に記載のパ
ターン形成方法において、前記第1段階の後で前記第2
段階を行なうか、或いは、前記第2段階の後で前記第1
段階を行なうか、或いは、前記第1段階と前記第2段階
を同時に行なうことを特徴とする。請求項16の発明
は、請求項11〜14に記載のパターン形成方法におい
て前記パターンの前記一部分は最小線幅を有する部分で
あることを特徴とする。請求項17の発明は、請求項1
1〜14に記載のパターン形成方法において、前記パタ
ーンは回路パターンであることを特徴とする。請求項1
8の発明は、請求項11〜17のいずれか1項に記載の
パターン形成方法を用いてデバイスを製造することを特
徴とするデバイス製造方法である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an exposure method for exposing a resist to a pattern , comprising: a first step of providing a first exposure amount distribution by two-beam interference exposure ; Pattern formed
Exposure amount is not 0 but small by exposure using mask
And a second step of providing a second exposure amount distribution having a portion with partial exposure amount is large, the first exposure amount distribution one
The exposure amount of the portion and the second exposure amount distribution is not 0
Overlapping small parts of the pattern
Exposure is performed, and the other portion of the first exposure amount distribution
A portion where the exposure amount is large in the second exposure amount distribution overlapping with
The exposure for the other part of the pattern is performed in minutes . According to a second aspect of the invention, used in an exposure method for exposing a pattern in the resist, the first mask having an array of phase shifters and / or light shielding part 2
The exposure amount of the resist is increased by the light beam interference exposure.
A first step of providing a first exposure amount distribution is the value or less, before
Although the exposure amount is not 0 by the exposure using the second mask in which a pattern similar to the above-described pattern is formed,
And the exposure amount is above the exposure threshold
A second step of providing a second exposure distribution having: a part of the first exposure distribution and the second exposure
The exposure amount of the distribution is not 0 but is equal to or less than the exposure threshold value
By overlapping the parts, the exposure of a part of the pattern
Light is applied and overlaps with other portions of the first exposure dose distribution.
A portion of the second exposure distribution that is equal to or greater than the exposure threshold
And the other portion of the pattern is exposed . The invention according to claim 3 is that the resist is put on the pattern.
In an exposure method for performing exposure related to a pattern, a periodic pattern
A first step of providing a first exposure dose distribution by means of
Using a mask with a pattern similar to the above
Exposure is not 0 but small part due to exposure and exposure
Giving a second exposure dose distribution having a portion where
And a part of the first exposure dose distribution and the second
Part where the exposure amount is not zero but small in the exposure amount distribution of No. 2
Exposure on a part of the pattern
Wherein the overlap with the other part of the first exposure dose distribution
In a portion where the exposure amount is large in the second exposure amount distribution, the pattern
The exposure is performed on other portions of the pattern . The invention according to claim 4 relates to a pattern on a resist.
In an exposure method for performing exposure, a phase shifter and / or
Periodic pattern exposure using a first mask in which light shielding portions are arranged
The light exposure is below the exposure threshold of the resist.
A first step of providing a first exposure dose distribution;
Using a second mask on which a pattern similar to
The exposure amount is not 0 due to light, but is less than the exposure threshold value.
Having a portion and a portion where the exposure amount is equal to or greater than the exposure threshold value.
Providing a second exposure dose distribution; and
A part of the exposure distribution of
The light amount is not 0, but the part below the exposure threshold is overlapped.
Exposure of a part of the pattern
The second exposure overlapping with the other part of the first exposure dose distribution.
The pattern in a portion of the exposure amount distribution of
The exposure is performed on other portions of the pattern . According to a fifth aspect of the present invention, there is provided any one of the first to fourth aspects.
3. The exposure method according to claim 1, wherein the first step is followed by the second step.
Performing two steps, or after the second step,
Performing one step, or the first step and the second step
The feature is that floors are held simultaneously . The invention according to claim 6 is directed to the exposure method according to any one of claims 1 to 4.
Wherein the portion of the pattern has a minimum line width
Minutes . The invention of claim 7 is the claim
5. The exposure method according to any one of 1 to 4, wherein
The pattern is a circuit pattern. The invention according to claim 8 is directed to the exposure apparatus according to any one of claims 1 to 7.
To form the first exposure dose distribution in the optical method
This is the mask to be used. The invention of claim 9 is the invention of claims 1 to 7
The second exposure in the exposure method according to any one of
This is a mask used for forming a light quantity distribution. According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus according to any one of the first to seventh aspects.
An exposure apparatus capable of performing the light method. The invention according to claim 11 includes a step of exposing and developing a resist.
The first exposure by two-beam interference exposure
A first step of providing a quantity distribution, and a pattern similar to the pattern.
The exposure amount is reduced to 0 by the exposure using the mask on which the pattern is formed.
But has a small part and a large exposure amount
Providing a second exposure dose distribution; and
A part where the exposure amount is not 0 but small in the exposure amount distribution of
The pattern based on a part of the overlapping first exposure distribution.
Another part of the first exposure distribution forming a part of the turn.
The exposure amount of the second exposure distribution overlapping the portion is large
It characterized the this <br/> to form other portions of the pattern based on have parts. According to the twelfth aspect of the present invention, the resist is exposed.
The method of forming a pattern, including the steps of
A first mass on which a phase shifter and / or a light shielding portion are arranged.
Exposure by the two-beam interference exposure using a resist
That gives a first exposure dose distribution that is less than or equal to the exposure threshold
One step and a pattern similar to the above pattern was formed
If the exposure amount is 0 due to normal exposure using the second mask,
But the exposure amount is less than the exposure threshold
Giving a second exposure distribution having a portion above the threshold
The exposure of the second exposure distribution.
The amount is not 0, but overlaps the part below the exposure threshold
The pattern based on a portion of the first exposure dose distribution
And a portion of the first exposure dose distribution
Not less than the exposure threshold value of the overlapping second exposure amount distribution
Another part of the pattern is formed based on the part . The invention of claim 13 exposes the resist.
The method of forming a pattern, including the steps of
To give a first exposure dose distribution by periodic pattern exposure
A first step, wherein a pattern similar to said pattern is formed
Exposure amount is not 0 but small
Second exposure amount having a portion having a large exposure amount and a portion having a large exposure amount.
A second step of providing a cloth.
The first exposure in which the exposure amount is not 0 but overlaps a small portion
Part of the pattern based on a part of the exposure distribution of
Before overlapping the other portion of the first exposure dose distribution.
The second exposure amount distribution is based on the portion where the exposure amount is large.
Forming another part of the pattern by
You. According to a fourteenth aspect of the present invention, the resist is exposed and developed.
In a method for forming a pattern, the method includes the steps of:
And / or a period using the first mask in which the light shielding portions are arranged
The exposure amount of the resist is increased by the pattern exposure.
A first step of providing a first exposure distribution that is less than or equal to
Mask on which a pattern similar to the above-described pattern is formed
Exposure amount is not 0 by normal exposure using
The portion below the light threshold and the exposure amount are above the exposure threshold
A second step of providing a second exposure distribution having a portion of
And the exposure amount of the second exposure amount distribution is not 0.
The first exposure overlapping with the portion below the exposure threshold.
Form part of the pattern based on part of the light distribution
Forming the first exposure amount distribution and overlapping the other portion of the first exposure amount distribution.
2 based on the portion of the exposure dose distribution above the exposure threshold
Forming another part of the pattern by
You. According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided the
In the turn forming method, the second step is performed after the first step.
Performing a step or, after the second step, the first
Performing a step, or said first step and said second step
Are performed simultaneously. The invention of claim 16
Is the pattern forming method according to claim 11.
The part of the pattern is the part having the smallest line width
There is a feature. The invention of claim 17 is based on claim 1
15. The pattern forming method according to any one of 1 to 14, wherein
The characteristic is a circuit pattern. Claim 1
The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 11 to 17.
Specializes in manufacturing devices using pattern formation methods.
This is a device manufacturing method.

【0024】[0024]

【0025】[0025]

【0026】[0026]

【0027】[0027]

【0028】[0028]

【0029】[0029]

【0030】[0030]

【0031】[0031]

【0032】[0032]

【0033】[0033]

【0034】[0034]

【0035】[0035]

【0036】[0036]

【0037】[0037]

【0038】[0038]

【0039】[0039]

【0040】[0040]

【0041】[0041]

【0042】[0042]

【0043】[0043]

【0044】[0044]

【0045】[0045]

【0046】[0046]

【0047】[0047]

【0048】[0048]

【0049】[0049]

【0050】[0050]

【0051】[0051]

【0052】[0052]

【0053】[0053]

【0054】[0054]

【0055】[0055]

【0056】[0056]

【0057】[0057]

【0058】[0058]

【0059】[0059]

【0060】[0060]

【0061】[0061]

【0062】[0062]

【0063】[0063]

【0064】[0064]

【0065】[0065]

【0066】[0066]

【0067】[0067]

【0068】[0068]

【0069】[0069]

【0070】[0070]

【0071】[0071]

【0072】[0072]

【0073】また本発明においては露光波長に制限はな
いが、本発明は、例えば400nm以下、とくに現在主流2
50nm以下の露光波長で露光を行なう場合に適用すると
良い。250nm以下の露光波長の光を得るにはKrFエキ
シマレーザ(約248nm)やArFエキシマレーザ(約193
nm)を光源として用いる。
In the present invention, the exposure wavelength is not limited, but the present invention is, for example, 400 nm or less, especially
It is suitable to be applied when exposing at an exposure wavelength of 50 nm or less. In order to obtain light having an exposure wavelength of 250 nm or less, a KrF excimer laser (about 248 nm) or an ArF excimer laser (about 193 nm) is used.
nm) as the light source.

【0074】本発明は、例えば、マスクのパターンをウ
エハに投影する投影光学系と、相対的にσ(シグマ)が
大きい(大σ)部分的コヒーレント照明と、相対的にσ
が小さい(小σ)部分的コヒーレント照明或いはコヒー
レント照明との双方の照明が可能なマスク照明光学系と
を有する投影露光装置を用いて実施できる。例えば、上
記大σの部分的コヒーレント照明によって前記マスクパ
ターン(回路パターン)の投影露光を行ない、コヒーレ
ント照明又は小σの部分的コヒーレント照明によって位
相シフト型マスクを照明することで2光束干渉露光を行
なって干渉縞による高コントラスト像の露光を行なえ
る。
The present invention provides, for example, a projection optical system for projecting a mask pattern onto a wafer, a partial coherent illumination having a relatively large σ (sigma) (large σ),
And a mask illumination optical system capable of performing both partial coherent illumination and coherent illumination. For example, two-beam interference exposure is performed by projecting and exposing the mask pattern (circuit pattern) by the above-mentioned large σ partial coherent illumination and illuminating the phase shift type mask by the coherent illumination or small σ partial coherent illumination. Exposure of a high contrast image by interference fringes.

【0075】「部分的コヒーレント照明」とはσ(=照
明光学系のマスク側開口数/投影光学系のマスク側開口
数)の値がゼロより大きく1より小さい照明であり、
「コヒーレント照明」とは、σの値がゼロまたはそれに
近い値であり、部分的コヒーレント照明のσに比べて相
当小さい値である。又、上記大σとはσが0.6以上、
上記小σはσが0.3以下の事である。
“Partial coherent illumination” is illumination in which the value of σ (= numerical aperture on the mask side of the illumination optical system / numerical aperture on the mask side of the projection optical system) is greater than zero and less than 1.
The term “coherent illumination” means that the value of σ is zero or a value close thereto, and is considerably smaller than σ of partially coherent illumination. The large σ is σ of 0.6 or more,
The small σ means that σ is 0.3 or less.

【0076】この露光装置においては、マスク照明光学
系として部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明と
相対的にσが小さい部分的コヒーレント照明とが切換え
可能な光学系を採用してもいい。
In this exposure apparatus, an optical system capable of switching between partially coherent illumination and partially coherent illumination having a smaller σ relative to coherent illumination may be employed as a mask illumination optical system.

【0077】本発明は、例えば図2に示すような2光束
干渉露光装置と、図1に示すような投影露光装置と、両
装置で共用される感光基板であるウエハーを保持する移
動ステージと、を有する露光システムによって実施でき
る。本発明を実施する各種露光装置の露光波長は、前述
した通り400nm以下、とくに250nm以下である。250nm
以下の露光波長の光を得るにはKrFエキシマレーザ
(約248nm)やArFエキシマレーザ(約193nm)を用い
る。
The present invention provides, for example, a two-beam interference exposure apparatus as shown in FIG. 2, a projection exposure apparatus as shown in FIG. 1, a moving stage for holding a wafer which is a photosensitive substrate shared by both apparatuses, Can be implemented by an exposure system having The exposure wavelength of various exposure apparatuses for carrying out the present invention is 400 nm or less, particularly 250 nm or less as described above. 250nm
A KrF excimer laser (about 248 nm) or an ArF excimer laser (about 193 nm) is used to obtain light having the following exposure wavelengths.

【0078】[0078]

【発明の実施の形態】図3は本発明の露光方法の一実施
形態を示すフロ−チャ−トである。図1には本実施形態
の露光方法を構成するコントラストが高い像(高コント
ラスト像)によりレジストの露光を行なう周期パターン
露光ステップ、従来の方法ではレジストにおける露光量
分布が低コントラストとなる回路パターンを有するマス
クの像によりこのレジストの露光を行う通常露光ステッ
プと、これらの2つのステップにより二重露光を行なっ
たレジストを現像する現像ステップの各ブロックとその
流れが示してあるが、周期パターン露光ステップと通常
露光ステップの順序は、図1の逆でもいいし、同時でも
いいし、どちらか一方の露光ステップが複数回の露光ス
テップを含む三重以上の露光の場合は同期パターン露光
と通常露光の各ステップを交互に行うことも可能であ
る。また、各露光ステップ間には精密な位置合わせを行
なうステップ等があるが、ここでは図示を略した。又、
周期パターン露光ステップや通常露光ステップは、例え
ば、ステップ&リピート型やステップ&スキャン型の投
影露光装置によって、行なわれる。
FIG. 3 is a flowchart showing one embodiment of the exposure method of the present invention. FIG. 1 shows a periodic pattern exposure step of exposing a resist with a high-contrast image (high-contrast image) constituting the exposure method of the present embodiment. Each block and the flow of a normal exposure step of exposing the resist with an image of a mask having the resist and a development step of developing the resist subjected to double exposure by these two steps are shown. The order of the normal exposure step and the normal exposure step may be the reverse of FIG. 1 or may be simultaneous. If one of the exposure steps is a triple or more exposure including a plurality of exposure steps, each of the synchronous pattern exposure and the normal exposure is performed. The steps can be performed alternately. In addition, there is a step of performing precise alignment between each exposure step, but is not shown here. or,
The periodic pattern exposure step and the normal exposure step are performed by, for example, a step & repeat type or step & scan type projection exposure apparatus.

【0079】通常露光ステップにおける上記マスクは、
線幅や方向性が異なる複数のパターンを有しており、多
重露光によりレジストにおける露光量分布を向上させる
べき上記の回路パターンは、複数パターンのうちの最小
線幅を有するその像のコントラストが最小の微細パター
ンである。
The mask in the normal exposure step is
The above circuit pattern, which has a plurality of patterns having different line widths and directions and should improve the exposure distribution in the resist by multiple exposure, has a minimum contrast of the image having the minimum line width among the plurality of patterns. It is a fine pattern.

【0080】図3のフロ−に従って多重露光を行なう場
合、まず周期パターン露光により、感光基板のウエハの
レジストを図4(A)に示すような周期パタ−ン像で露
光する。図4(A)中の数字は露光量を表しており、図4
(A)は、マスクの周期パターンの像を示しており、そ
の白色部はレジストを露光しない部分(即ち影)で、斜
線部はレジストを露光する部分(即ち光)であり、露光
量を仮定的に白色部を0、斜線部を1としている。尚、
図4(A)は、マスク自身のパターンと見ることもでき
る。
In the case of performing multiple exposure according to the flow of FIG. 3, first, the resist on the wafer of the photosensitive substrate is exposed with a periodic pattern image as shown in FIG. The numbers in FIG. 4A represent the exposure amounts, and FIG.
(A) shows an image of a periodic pattern of a mask, in which white portions are portions where the resist is not exposed (ie, shadows), and hatched portions are portions where the resist is exposed (ie, light). Generally, the white part is set to 0, and the shaded part is set to 1. still,
FIG. 4A can be regarded as a pattern of the mask itself.

【0081】仮にこの周期パタ−ン像のみでレジストを
露光し多重露光を行なわないで、その後現像する場合、
通常、周期パターン像の露光量とレジストの露光しきい
値との関係は、ウエハのレジストの露光しきい値Eth
(現像後レジストの膜厚が0になる境界値)が図4
(B)の下部のグラフに示す通り露光量0と1の間になる
ように設定される。尚、図4(B)の上部は図4(A)
の像で露光されたレジストを最終的に得られるリソグラ
フィーパターン(凹凸パターン)の平面図を示してい
る。図中、灰色部と白色部の現像した後で一方が凹凸の
山、他方が凹凸の谷である。
If the resist is exposed only with this periodic pattern image and is not subjected to multiple exposure but is subsequently developed,
Usually, the relationship between the exposure amount of the periodic pattern image and the exposure threshold of the resist is determined by the exposure threshold Eth of the resist on the wafer.
(Boundary value at which the thickness of the resist after development becomes 0) is shown in FIG.
The exposure amount is set to be between 0 and 1 as shown in the lower graph of (B). Note that the upper part of FIG.
FIG. 4 shows a plan view of a lithography pattern (concavo-convex pattern) that finally obtains a resist exposed with the image of FIG. In the figure, after development of the gray part and the white part, one is a peak of unevenness and the other is a valley of unevenness.

【0082】53(A),(B)に、図4の場合のウエハ
のレジストに関して、ポジ型レジスト(以下、「ポジ
型」と記す。)とネガ型レジスト(以下、「ネガ型」記
す。)の各々を用いた時について、現像後のレジストの
膜厚の、露光量依存性と、露光しきい値とを示してあ
り、ポジ型の場合は露光量が露光しきい値以上の場合
に、ネガ型の場合は露光量が露光しきい値以下の場合
に、現像後のレジスト膜厚が0となる。
In FIGS. 53 (A) and (B), regarding the resist on the wafer in FIG. 4, a positive resist (hereinafter, referred to as “positive”) and a negative resist (hereinafter, “negative”) are described. 3) shows the dependence of the thickness of the resist after development on the exposure dose and the exposure threshold value when each of the above is used. In the case of the negative type, when the exposure amount is equal to or less than the exposure threshold value, the resist film thickness after development becomes zero.

【0083】図6は、このような露光を行った場合の、
露光&現像とエッチングプロセスを経てリソグラフィ−
パタ−ンが形成される様子を、ネガ型(図の上部左側)
の場合とポジ型(図の上部右側)の場合に関して示した
摸式図である。
FIG. 6 shows the result of such exposure.
Lithography through exposure & development and etching process
Negative type (top left of the figure) showing how the pattern is formed
FIG. 4 is a schematic diagram showing the case of the positive type (the upper right side of the figure).

【0084】さて本実施形態の二重露光方法において
は、図4〜図6の通常の露光感度設定とは異なり、図7
(図4(A)と同じ図面)及び図8に示す通り、高コン
トラストの像を与える周期パターン(図3のferst
step)での最大露光量を1とした時、感光基板で
あるウエハのレジストの露光しきい値Ethを1よりも
大きく設定する(図8の下部参照)。このときウエハ
は、図7に示す周期パターン像による露光のみ行ったレ
ジストの露光パタ−ン(露光量分布)を現像した場合は
露光量が不足するので、多少のレジストの膜厚変動はあ
るものの、現像によって膜厚が0となる部分は生じず、
エッチングによってウエハに凹凸の所謂リソグラフィー
パタ−ンは形成されない。これは即ち潜像によってレジ
ストに記録された周期パターンの消失と見做すことがで
きる。尚、以下は、値が型レジストを用いてレジストに
残しパターン(凸パターン)を形成する場合を説明する
が、ポジ型レジストを用いて同様の残しパターンを形成
することもできる。この時ポジ型レジストの場合は、二
重露光に用いる例えば二枚のレチクルのそれぞれを、ネ
ガ型レジストの場合のレチクルに対して光透過部と遮光
部を逆転されたものとする。又、ポジ、ネガ各レジスト
を用いてレジストに抜きパターン(凹パターン)を形成
することもできる。図8において、上部は周期パターン
像のみ露光の結果得られるリソグラフィーパターンの平
面図を示し(細線が複数描いてあるが実際は何もできな
い)、下部のグラフはレジストにおける露光量分布と露
光しきい値Ethの関係を示す。
In the double exposure method according to the present embodiment, unlike the ordinary exposure sensitivity setting shown in FIGS.
As shown in FIG. 4A and FIG. 8, a periodic pattern (ferst in FIG.
Assuming that the maximum exposure amount in step (step) is 1, the exposure threshold value Eth of the resist of the wafer as the photosensitive substrate is set to be larger than 1 (see the lower part of FIG. 8). At this time, when the exposure pattern (exposure amount distribution) of the resist which has been exposed only by the periodic pattern image shown in FIG. 7 is developed, the exposure amount is insufficient. , The portion where the film thickness becomes 0 by development does not occur,
A so-called lithography pattern with irregularities is not formed on the wafer by etching. This can be regarded as the disappearance of the periodic pattern recorded on the resist by the latent image. In the following, a case will be described in which a pattern (convex pattern) is formed on the resist by using a pattern resist, but a similar pattern can be formed using a positive resist. At this time, in the case of a positive resist, it is assumed that, for example, each of two reticles used for double exposure has a light transmitting portion and a light shielding portion reversed with respect to the reticle in the case of a negative resist. Alternatively, a punched pattern (concave pattern) can be formed in the resist using each of the positive and negative resists. In FIG. 8, the upper part shows a plan view of a lithography pattern obtained as a result of exposing only the periodic pattern image (a plurality of fine lines are drawn, but nothing can actually be done). The relationship of Eth is shown.

【0085】本実施形態の特徴は、多重露光によって図
3のferst stepである周期パターン露光のみ
では一見消失する、微細な高コントラスト像を含む周期
パターン像による露光パタ−ン(E1)を図3のsec
ond stepである通常の露光による、露光装置の
分解能以下の寸法パターンを含む任意の形状の回路パタ
ーン像による露光パタ−ン(E2)とを融合することに
より、選択的に、レジストの所望の領域のみ露光しきい
値Eth以上の露光量(E1+E2)で露光し、最終的
に、所望の前記任意の形状の回路パターンに対応するリ
ソグラフィ−パタ−ンを形成できるところにある。この
融合の際のポイントは、回路パターンのうちの最小線幅
のパターンであり、それだけの露光では所望のコントラ
ストの露光量分布が得られないパターンの像の位置に高
コントラスト像をうまく重ねることである。
The feature of this embodiment is that the exposure pattern (E1) based on a periodic pattern image including a fine high-contrast image, which at first glance disappears only by the periodic pattern exposure as the first step in FIG. Sec
By combining with an exposure pattern (E2) of a circuit pattern image of an arbitrary shape including a dimensional pattern smaller than the resolution of the exposure apparatus by an ordinary exposure which is an on-step, a desired area of the resist is selectively formed. Only the exposure amount (E1 + E2) equal to or more than the exposure threshold value Eth is exposed, and finally, a lithography pattern corresponding to a desired circuit pattern having an arbitrary shape can be formed. The point of this fusion is the pattern with the smallest line width of the circuit pattern, and a high-contrast image can be successfully superimposed on the position of the pattern image where the exposure distribution of the desired contrast cannot be obtained by exposure alone. is there.

【0086】図9(A)は上述の通常露光によるレジス
トの露光パタ−ンを示し、ウエハ上に投影される回路パ
ターンのうちの最小線幅を有するパターンであり、投影
露光装置の分解能以下の微細なパターンである為解像さ
れない、パターンの像によるレジストの露光量分布であ
る。明らかに、この露光量分布ははぼけて広がってい
る。
FIG. 9A shows the exposure pattern of the resist by the above-described normal exposure, which is the pattern having the smallest line width among the circuit patterns projected on the wafer and having a resolution smaller than the resolution of the projection exposure apparatus. This is an exposure dose distribution of the resist by a pattern image which is not resolved because it is a fine pattern. Clearly, this exposure distribution is blurred and wide.

【0087】図9(A)の露光パターンを形成するマス
ク上の最小線幅を有するパターンは、投影露光装置の解
像可能な(所望のコントラストが得られる)線幅の約半
分の線幅を有する微細パターンとしている。マスク上に
は、この微細パターンの他に解像可能な各種線幅のパタ
ーンが含まれている。
The pattern having the minimum line width on the mask for forming the exposure pattern shown in FIG. 9A has a line width which is about half the resolvable line width (a desired contrast is obtained) of the projection exposure apparatus. Have a fine pattern. On the mask, in addition to this fine pattern, patterns having various resolvable line widths are included.

【0088】図9(A)のほけた露光パタ−ンを作る回
路パターンの通常露光を、図7のぼけていない微細露光
パターンを作る周期パターン露光の後(又は前又は同
時)に、現像工程なしで、同一レジストの同一領域(同
一位置)に重ねて行ったとすると、このレジストのこの
領域での合計の露光量分布は図9(B)の下部のグラフ
のようになる。ここでは、周期パターン露光による高コ
ントラスト像の露光量E1と通常露光によるぼけ像の露
光量E2の比が1:1、レジストの露光しきい値Ethが、周
期パターン露光の露光量E1(=1)と通常露光の露光
量E2(=1)の和E1+E2(=2)の間に設定され
ている為、本実施形態の二重露光を行なったウエハを現
像すると、図9(B)の上部に示したリソグラフィーパ
タ−ンが形成される。その際通常露光のぼけた露光パタ
ーンの中心を周期パターン露光のぼけていない露光パタ
ーンのピークと合致させる。図9(B)の上部のリソグ
ラフィーパターンの平面図が孤立線パタ−ンは、解像度
つまり線幅が周期パターン露光によるリソグラフィーパ
ターンと同様のものであり、通常の投影露光装置による
一重露光で実現できる解像度以上の高微細な線幅のパタ
−ンが二重露光により得られたことになる。一方、この
通常露光で露光されるパターンのうち、二重露光で露光
量分布コントラストが向上させられる最小線幅以外装置
の解像度内の相対的に線幅が大きいパターンは、その像
のコントラストが良く、露光量分布は、その像のみでレ
ジストの露光しきい値Ethを越えている。
The normal exposure of the circuit pattern for forming the blurred exposure pattern shown in FIG. 9A is performed after (or before or simultaneously with) the periodic pattern exposure for forming a fine exposure pattern without blur as shown in FIG. Assuming that the resist is overlapped on the same region (same position) of the same resist, the total exposure distribution of this resist in this region is as shown in the lower graph of FIG. 9B. Here, the ratio of the exposure amount E 2 of the blurred image by the exposure amount E 1 and the normal exposure of high-contrast images by periodic pattern exposure is 1: 1, the exposure threshold E th of the resist, periodic pattern exposure of an exposure amount E 9 is set between 1 (= 1) and the sum E1 + E2 (= 2) of the exposure amount E 2 (= 1) of the normal exposure. The lithography pattern shown in the upper part of (B) is formed. At that time, the center of the blurred exposure pattern of the normal exposure is made to coincide with the peak of the non-blurred exposure pattern of the periodic pattern exposure. The plan view of the lithography pattern in the upper part of FIG. 9B is an isolated line pattern in which the resolution, that is, the line width is the same as that of the lithography pattern by periodic pattern exposure, and can be realized by single exposure using a normal projection exposure apparatus. This means that a pattern with a fine line width higher than the resolution is obtained by double exposure. On the other hand, among the patterns exposed by the normal exposure, a pattern having a relatively large line width within the resolution of the apparatus other than the minimum line width at which the exposure amount distribution contrast is improved by the double exposure has a good image contrast. The exposure amount distribution exceeds the exposure threshold value Eth of the resist in the image alone.

【0089】ここで仮に、図10が示す、この線幅が大き
いパターン像による露光パターンを作る通常露光(図7
の露光パターンの2倍の線幅で露光しきい値Eth以上
の露光量分布が形成できる(ここではしきい値の2倍の露
光量をもつ)の、高コントラストで解像できる投影露
光)を、図7の周期パターン露光の後に、現像工程なし
で、同一レジストの同一領域(同一位置)に重ねて行な
ったとすると、その際通常露光による露光パターンの中
心が周期パターン露光の露光パターンの中心やピークと
合致していると重ね合わせることで得られる合成像や合
成露光パターンの対称性が良く、良好な合成像や合成露
光パターンが得られるが、そうであってもなくても、こ
のレジストにおける合成露光パターン即ち合計の露光量
分布は、図10(B)の下部のグラフのようになるが、
現像後は周期パターン露光の露光パタ−ンは消失して、
最終的に10(B)の上部に示す通常露光によるリソグ
ラフィーパタ−ンのみが形成される。
Here, suppose that the normal exposure (FIG. 7) shown in FIG.
Projection exposure that can form an exposure distribution equal to or larger than the exposure threshold Eth with a line width twice as large as the exposure pattern (having an exposure twice as large as the threshold here), and which can resolve with high contrast) If, after the periodic pattern exposure of FIG. 7, without performing the developing step, the same pattern is overlapped on the same region (the same position) of the same resist, the center of the exposure pattern by the normal exposure will be The symmetry of the synthesized image and the synthesized exposure pattern obtained by superimposing the peak and the synthesized pattern is good, and a good synthesized image and the synthesized exposure pattern can be obtained. The composite exposure pattern, that is, the total exposure distribution is as shown in the lower graph of FIG.
After development, the exposure pattern of the periodic pattern exposure disappears,
Finally, only the lithography pattern by the normal exposure shown in the upper part of FIG.

【0090】また、図11(A)に示す露光パターンのよ
うに図7の露光パターンの3倍の線幅の高コントラスト
で解像できる露光パターンが生じる回路パターンの場合
も、図示はしないが図7の露光パターンの4倍以上の線
幅の露光パターンが生じる回路パターンの場合も、図1
0の場合と同じで、二重露光をしても現像後は通常露光
によるリソグラフィーパターンのみが形成される(図1
0(B)参照)。従って図7の露光パターンと図8や図
9の露光パターンとが生じるような線幅が異なる複数の
パターンを有するマスクによる通常露光と周期パターン
露光との二重露光においても、最終的に得られるリソグ
ラフィーパターンは、その線幅を含めてマスクの回路パ
ターンに対応する形で正しく規定でき、例えば投影露光
で実現できる様々なリソグラフィーパタ−ンが、本実施
形態の二重露光法により形成可能である。
Although not shown, a circuit pattern such as the one shown in FIG. 11A, which produces an exposure pattern having a line width three times as large as that of the exposure pattern shown in FIG. In the case of a circuit pattern in which an exposure pattern having a line width four times or more the exposure pattern of FIG.
As in the case of 0, even if double exposure is performed, after development, only a lithography pattern by normal exposure is formed (FIG. 1).
0 (B)). Accordingly, even in the double exposure of the normal exposure and the periodic pattern exposure using a mask having a plurality of patterns having different line widths such that the exposure pattern of FIG. 7 and the exposure patterns of FIGS. The lithography pattern can be correctly defined in a form corresponding to the circuit pattern of the mask including its line width. For example, various lithography patterns that can be realized by projection exposure can be formed by the double exposure method of the present embodiment. .

【0091】以上説明した高コントラストの像より成る
周期パターン露光と最小線幅のパターンに対応する低コ
ントラストの像を含む通常露光の夫々による露光量分布
(絶対値及び分布)と感光基板のレジストのしきい値E
thの調整を行っておくことにより、図8、図9(B)、
図10(B)、及び図11(B)で示したような多種のパタ
ーンの組み合せより成り且つ最小線幅(解像度)が単純
な周期パターン露光のものと同程度(図9(B)のパタ
ーン)となる回路パタ−ンをウエハ上に形成することが
できる。
The exposure amount distribution (absolute value and distribution) by the periodic pattern exposure composed of the high-contrast image described above and the normal exposure including the low-contrast image corresponding to the pattern of the minimum line width, and the exposure of the resist on the photosensitive substrate. Threshold E
8 and 9 (B) by adjusting th.
It is composed of a combination of various patterns as shown in FIGS. 10 (B) and 11 (B), and has the same minimum line width (resolution) as that of a simple periodic pattern exposure (the pattern of FIG. 9 (B)). ) Can be formed on the wafer.

【0092】以上本実施形態の二重露光の特徴をまとめ
ると、1. 通常露光をしない領域にある最大露光量が
レジストの露光しきい値Eth以下の、周期パターン露
光による露光パタ−ンは現像により消失する。2. レ
ジストの露光しきい値Eth以下の露光量がレジストに
供給される、通常露光の露光パタ−ン領域(露光領域)
に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パタ
−ンの組み合わせにより決まる周期パターン露光の露光
パターンと同じ解像度を持つ露光パタ−ンが形成され
る。3. レジストの露光しきい値Eth以上の露光量
がレジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域
(露光領域)は、通常露光と周期パターン露光の各露光
パターンの組み合わせにより決まる、通常露光の露光パ
ターンと同じ解像度をもつ露光パターンが形成される。
ということになる。
The features of the double exposure according to the present embodiment are summarized as follows. The exposure pattern by the periodic pattern exposure, in which the maximum exposure amount in the area where normal exposure is not performed, is equal to or less than the exposure threshold value Eth of the resist, disappears by development. 2. An exposure pattern area (exposure area) for normal exposure in which an exposure amount equal to or less than the exposure threshold value Eth of the resist is supplied to the resist.
With respect to the exposure pattern, an exposure pattern having the same resolution as the exposure pattern of the periodic pattern exposure determined by the combination of the respective exposure patterns of the normal exposure and the periodic pattern exposure is formed. 3. The exposure pattern area (exposure area) of the normal exposure in which an exposure amount equal to or more than the exposure threshold value Eth of the resist is supplied to the resist is determined by a combination of each exposure pattern of the normal exposure and the periodic pattern exposure. An exposure pattern having the same resolution as the exposure pattern is formed.
It turns out that.

【0093】更に本実施形態の二重露光方法の利点とし
て,最も高い解像力が要求される周期パターン露光を位
相シフト型レチクル等を用いた2光束干渉露光で行なえ
ば、通常の投影露光による周期パターンの結像に比し
て、はるかに大きい焦点深度が得られることが挙げられ
る。
Further, as an advantage of the double exposure method of this embodiment, if the periodic pattern exposure requiring the highest resolution is performed by two-beam interference exposure using a phase shift reticle or the like, the periodic pattern exposure by the normal projection exposure In this case, a much larger depth of focus can be obtained as compared with the case of imaging.

【0094】以上の説明では周期パターン露光と通常露
光の順番は、周期パターン露光を先としたが、逆或いは
同時でも良い。
In the above description, the order of the periodic pattern exposure and the normal exposure is the order of the periodic pattern exposure, but may be reversed or simultaneous.

【0095】次に本発明の露光方法の具体例を第2の実
施形態として説明する。
Next, a specific example of the exposure method of the present invention will be described as a second embodiment.

【0096】本実施形態は露光により得られる回路パタ
−ン(リソグラフィーパターン)として、図12に示す所
謂ゲートパタ−ンを対象としている。従って通常露光に
用いるマスクには図12のパターンと相似の回路パター
ンが描かれる。
The present embodiment is directed to a so-called gate pattern shown in FIG. 12 as a circuit pattern (lithography pattern) obtained by exposure. Therefore, a circuit pattern similar to the pattern of FIG. 12 is drawn on the mask used for normal exposure.

【0097】図12のゲートパタ−ンは横方向の即ち図
中A-A'方向の最小線幅が0.1μmであるのに対して、縦
方向では、線幅は装置の通常露光による解像力の範囲内
である、0.2μm以上である。本発明によれば、このよ
うな横方向のみの1次元方向にのみ高解像度を求められ
る最小線幅パターンSをもつ2次元パタ−ンに対しては
例えば2光束干渉露光による周期パターン露光をかかる
高解像度の必要な1次元方向のみで行う。尚、図中Bは
相対的に線幅が大きいパターンを示す。
In the gate pattern of FIG. 12, the minimum line width in the horizontal direction, that is, in the AA 'direction in the figure is 0.1 μm, whereas in the vertical direction, the line width is within the range of the resolving power by the normal exposure of the apparatus. Within 0.2 μm. According to the present invention, the two-dimensional pattern having the minimum line width pattern S for which high resolution is required only in the one-dimensional direction only in the horizontal direction is subjected to periodic pattern exposure by, for example, two-beam interference exposure. Perform only in the one-dimensional direction that requires high resolution. B in the drawing indicates a pattern having a relatively large line width.

【0098】図13を用いて、本第2の実施形態におけ
る1次元の周期パターン露光と通常露光だけでは解像で
きないゲートパターンによる通常露光とから成る、同一
露光波長での二重露光の様子を説明する。
Referring to FIG. 13, the state of double exposure at the same exposure wavelength, consisting of one-dimensional periodic pattern exposure and normal exposure using a gate pattern that cannot be resolved by normal exposure alone, in the second embodiment will be described. explain.

【0099】図13において、図13(A)は1次元方向のみ
に繰り返しパターンが生じる2光束干渉露光による周期
的な露光パタ−ンを示す平面図である。この露光パター
ンの周期は0.2μmであり、この露光パターンはライン
とスペースのそれぞれの線幅が0.1μmのラインアンド
スペースパターンに相当する。図13の下部における数
値はレジストにおける露光量を表すものである。
FIG. 13A is a plan view showing a periodic exposure pattern by two-beam interference exposure in which a repetitive pattern occurs only in one-dimensional direction. The cycle of this exposure pattern is 0.2 μm, and this exposure pattern corresponds to a line and space pattern in which the line width of each line and space is 0.1 μm. Numerical values in the lower part of FIG. 13 represent exposure amounts in the resist.

【0100】このような2光束干渉による周期パターン
露光を実現する露光装置としては、図12で示すような、
レ−ザ151、ハ−フミラ−152、平面ミラ−153、を備え
るによる干渉計型の分波合波光学系を備えるものや、図
16の模式図で一部を示す投影露光装置において、マスク
と照明光を図17又は図18のように構成した装置がある。
勿論、図16〜18が示す露光装置は通常露光に利用で
きる。
As an exposure apparatus for realizing such a periodic pattern exposure by two-beam interference, as shown in FIG.
FIG. 1 is a diagram showing an apparatus including an interferometer type demultiplexing / multiplexing optical system including a laser 151, a half mirror 152, and a plane mirror 153;
In a projection exposure apparatus partially shown in the schematic view of FIG. 16, there is an apparatus in which a mask and illumination light are configured as shown in FIG. 17 or FIG.
Of course, the exposure apparatus shown in FIGS. 16 to 18 can be used for normal exposure.

【0101】まず図2の露光装置について説明を行な
う。
First, the exposure apparatus shown in FIG. 2 will be described.

【0102】図2の露光装置では、前述した通り、合波
する2光束の夫々が入射角度θでウエハ154に斜入射
し、ウエハ154のレジスト上に干渉縞(像)が形成で
きる。ウエハ154に形成できる干渉縞の線幅は前記(3)式
で表される。角度θと分波合波光学系の像面側のNAとの
関係はNA=sinθである。角度θは一対の平面ミラ−153
の夫々の角度を変えることにより任意に調整可能で、一
対の平面ミラー角度θの値を大きく設定すれば干渉縞パ
タ−ンの夫々の縞の線幅は小さくなる。例えば2光束の
波長(露光波長)が248nm(KrFエキシマレーザー)の場
合、θ=38度でも明暗各縞の線幅が約0.1μmの干渉縞が
形成できる。尚、この時のNA=sinθ=0.62である。角
度θを38度よりも大きく設定すれば、更に細かい線幅の
干渉縞が形成できるからより高い解像度が得られること
は言うまでもない。
In the exposure apparatus shown in FIG. 2, as described above, each of the two multiplexed light beams is obliquely incident on the wafer 154 at an incident angle θ, and an interference fringe (image) can be formed on the resist on the wafer 154. The line width of the interference fringes that can be formed on the wafer 154 is expressed by the above equation (3). The relationship between the angle θ and the NA on the image plane side of the demultiplexing / multiplexing optical system is NA = sin θ. Angle θ is a pair of plane mirrors -153
Can be arbitrarily adjusted by changing the respective angles of the interference fringes. If the value of the pair of plane mirror angles θ is set to be large, the line width of each of the interference fringe patterns becomes small. For example, when the wavelength of two light beams (exposure wavelength) is 248 nm (KrF excimer laser), interference fringes having a line width of about 0.1 μm can be formed even at θ = 38 degrees. In this case, NA = sin θ = 0.62. If the angle θ is set to be larger than 38 degrees, it is needless to say that a higher resolution can be obtained because an interference fringe having a finer line width can be formed.

【0103】次に図16〜18で示す露光装置に関して説明
する。
Next, the exposure apparatus shown in FIGS. 16 to 18 will be described.

【0104】図16の露光装置はレチクルの回路パターン
をウエハに縮小投影する縮小投影光学系(多数枚のレン
ズより成る)を用いたステップ&リピート型やステップ
&スキャン型投影露光装置であり、この種の現状で露光
波長248nmに対して像側のNA0.6以上のものが存在する。
The exposure apparatus shown in FIG. 16 is a step-and-repeat type or step-and-scan type projection exposure apparatus using a reduction projection optical system (comprising a large number of lenses) for reducing and projecting a reticle circuit pattern onto a wafer. At present, there is an image with an NA of 0.6 or more on the image side for an exposure wavelength of 248 nm.

【0105】図16中、161はマスク(レチクル)、162
はマスク161から出て光学系163に入射する物体側露光
光、163は投影光学系、164は開口絞り、165は投影光学
系163から出てウエハ166に入射する像側露光光、166は
感光基板であるウエハを示し、167は、絞り164の円形開
口に相当する瞳面での2光束の位置を一対の黒点で示し
た説明図である。図16は露光装置の露光モードを周期
パターン露光に設定し、2光束干渉露光を行っていると
きの光束の状態の摸式図であり、物体側露光光162と
像側露光光165は双方とも、図1の通常の投影露光とは異
なり、光軸と平行な光線束が無く、2つの平行光線束だ
けから成っている。
In FIG. 16, reference numeral 161 denotes a mask (reticle);
Is an object-side exposure light that emerges from the mask 161 and enters the optical system 163, 163 is a projection optical system, 164 is an aperture stop, 165 is an image-side exposure light that emerges from the projection optical system 163 and enters the wafer 166, and 166 is photosensitive. 167 is an explanatory diagram showing the position of two light beams on the pupil plane corresponding to the circular opening of the stop 164 by a pair of black dots. FIG. 16 is a schematic diagram of a state of a light beam when two-beam interference exposure is performed by setting the exposure mode of the exposure apparatus to periodic pattern exposure, and both the object-side exposure light 162 and the image-side exposure light 165 Unlike the normal projection exposure shown in FIG. 1, there is no light beam parallel to the optical axis, and it consists of only two parallel light beams.

【0106】図16に示すように通常の投影露光装置にお
いて2光束干渉露光を行うためには,マスクとその照明
方法を図17又は図18のように設定すればよい。以下図1
7と図18で表わされた3種のマスク−照明方法の組み
合せ例について説明する。
In order to perform two-beam interference exposure in a normal projection exposure apparatus as shown in FIG. 16, a mask and its illumination method may be set as shown in FIG. 17 or FIG. Figure 1 below
An example of a combination of the three mask-illumination methods shown in FIGS. 7 and 18 will be described.

【0107】図17(A)が示すマスクはレベンソン型の
位相シフトマスクを示しており、図17の左の図が示す
ようにこのマスクを垂直な方向から照明する。このマス
クは、例えばクロムより成る遮光部171のピッチPO
(4)式で、石英より成る位相シフタ172のピッチPOS
が(5)式で表わされるマスクである。
The mask shown in FIG. 17A is a Levenson-type phase shift mask, and this mask is illuminated from a vertical direction as shown in the left diagram of FIG. In this mask, for example, the pitch P O of the light-shielding portion 171 made of chromium is expressed by equation (4), and the pitch P OS of the phase shifter 172 made of quartz is
Is a mask represented by the equation (5).

【0108】[0108]

【外1】 ここで、Mは投影光学系163の投影倍率、λは露光波長、
NAは投影光学系163の像側の開口数を示す。
[Outside 1] Here, M is the projection magnification of the projection optical system 163, λ is the exposure wavelength,
NA indicates the numerical aperture on the image side of the projection optical system 163.

【0109】一方、図17の(B)が示すマスクは、クロ
ムより成る遮光部のないシフタエッジ型の位相シフトマ
スクであり、図17の左の図が示すようにこのマスクも
垂直な方向から照明する。このマスクは、レベンソン型
位相シフトマスクと同様に石英より成る位相シフタ181
のピッチPOSを上記(5)式を満たすように構成した
ものである。(A),(B)のどちらのマスクも基板は
石英である。
On the other hand, the mask shown in FIG. 17B is a shifter-edge type phase shift mask made of chrome without a light-shielding portion, and this mask is also illuminated from a vertical direction as shown in the left diagram of FIG. I do. This mask is a phase shifter 181 made of quartz, similar to the Levenson-type phase shift mask.
Is configured so as to satisfy the above expression (5). In both masks (A) and (B), the substrate is quartz.

【0110】図17(A)、(B)の夫々の位相シフトマ
スクを用いて2光束干渉露光を行なうには、これらのマ
スクに対して、σ=0(0に近い値)の所謂コヒーレン
ト照明やσ≦0.3の小σの部分的コヒーレント照明を
行なう。具体的には、マスクを照明する照明光学系の円
形開口絞りを、一般のマスク用の絞り(σ≧0.6の大
σの部分的コヒーレント照明用から、これら位相シフト
マスク用の前記小σの絞りに交換し、マスク面に対して
垂直な方向(投影光学系163の光軸に平行な方向)か
ら照明光をマスクに照射する。
In order to perform two-beam interference exposure using the phase shift masks of FIGS. 17A and 17B, so-called coherent illumination of σ = 0 (a value close to 0) is applied to these masks. And partial coherent illumination with small σ of σ ≦ 0.3. Specifically, the circular aperture stop of the illumination optical system that illuminates the mask is changed from a stop for a general mask (for partial coherent illumination with a large σ of σ ≧ 0.6 to a small σ for these phase shift masks). And irradiates the mask with illumination light in a direction perpendicular to the mask surface (a direction parallel to the optical axis of the projection optical system 163).

【0111】このような位相シフトマスクへの照明を行
なうと、マスクから上記垂直な方向に出る0次透過回折
光は、位相シフタにより隣り合う透過光の位相差がπと
なって打ち消し合うので、存在しなくなるが、±1次の
透過回折光より成る2つの平行光線束がマスクから投影
光学系163の光軸に対して対称に発生し、これらが図16
の2個の物体側露光光165としてウエハ166上で干
渉して干渉縞(像)を形成する。また2次以上の高次の
回折光は投影光学系163の開口絞り164の開口に入射しな
いので結像には寄与しない。
When the phase shift mask is illuminated, the 0th-order transmitted diffracted light emitted from the mask in the above-described vertical direction is canceled out by the phase shifter because the phase difference between adjacent transmitted lights becomes π. Although no longer present, two parallel light beams composed of ± 1st-order transmitted diffracted light are generated symmetrically with respect to the optical axis of the projection optical system 163 from the mask.
And interference fringes (images) are formed on the wafer 166 as the two object-side exposure lights 165. Further, second-order or higher-order diffracted light does not enter the aperture of the aperture stop 164 of the projection optical system 163, and therefore does not contribute to image formation.

【0112】図18に示したマスクは、クロムより成る遮
光部のピッチPOが、例えば、(4)式と同様の(6)
式で表わされるマスクで、投影光学系163の光軸に対
して角度θ。傾いた方向から照明される。
In the mask shown in FIG. 18, the pitch PO of the light-shielding portion made of chrome is, for example, the same as that of the equation (4) (6).
The angle θ with respect to the optical axis of the projection optical system 163 is expressed by a mask represented by the following expression. Illuminated from a tilted direction.

【0113】[0113]

【外2】 ここで、Mは投影光学系163の投影倍率、λは露光波長、
NAは投影光学系163の像側の開口数を示す。
[Outside 2] Here, M is the projection magnification of the projection optical system 163, λ is the exposure wavelength,
NA indicates the numerical aperture on the image side of the projection optical system 163.

【0114】図18に示すような位相シフタを有していな
いマスクには、1個又は2個の平行光線束による斜め方向
からの照明を行なうことにより干渉縞形成用の2光束を
発生させる。この場合の照明光のマスクへの入射角θ0
は、例えば(7)式を満たすように設定される。理想的
なケースは、光軸を含む対称面に対して対称となるよう
に互いに逆方向にθ0傾いた一対の平行光線束によりマ
スクを照明する場合である。
On a mask having no phase shifter as shown in FIG. 18, two light beams for forming interference fringes are generated by illuminating one or two parallel light beams in oblique directions. In this case, the incident angle θ 0 of the illumination light to the mask
Is set to satisfy, for example, equation (7). An ideal case is a case where the mask is illuminated by a pair of parallel light beams inclined by θ0 in opposite directions so as to be symmetric with respect to a symmetry plane including the optical axis.

【0115】sinθ0=M・NA ……(7) ここでも、Mは投影光学系163の投影倍率、NAは投影光学
系163の像側の開口数を示す。
Sin θ 0 = M · NA (7) Here, M is the projection magnification of the projection optical system 163, and NA is the image-side numerical aperture of the projection optical system 163.

【0116】図18が示す位相シフタを有していないマス
クに対して上記(7)式を満たす平行光線束により斜入
射照明を行なうと、マスクからは、光軸に対して角度θ
0で直進する0次透過回折光とこの0次透過回折光の光路
と投影光学系の光軸に関して対称な光路に沿って進む
(光軸に対して角度−θ0で進む)-1次透過回折光との2
光束が、図16の2個の物体側露光光162として生じ、
この2光束が、投影光学系163の開口絞り164の開口部に
入射し、クロムの繰り返しパターンを結像する。このと
きの像も干渉縞である。
When oblique incidence illumination is performed on a mask having no phase shifter shown in FIG. 18 with a parallel light beam satisfying the above equation (7), an angle θ from the mask with respect to the optical axis is obtained.
0- order transmitted diffracted light that travels straight at 0, and travels along an optical path that is symmetrical with respect to the optical path of the 0-order transmitted diffracted light and the optical axis of the projection optical system (travels at an angle -θ 0 with respect to the optical axis) —first-order transmission 2 with diffracted light
A luminous flux is generated as two object-side exposure lights 162 in FIG.
These two light beams enter the opening of the aperture stop 164 of the projection optical system 163, and form an image of a repetitive pattern of chrome. The image at this time is also an interference fringe.

【0117】尚、本願においては、このような平行光線
束による斜入射照明も「コヒーレント照明」として取り
扱う。
In the present application, such oblique incidence illumination using a parallel light beam is also treated as “coherent illumination”.

【0118】以上が投影露光装置を用いて2光束干渉露
光を行う技術であり、この技術を用いて図13(A)が
示す、周期的露光パターンが得られる。図1に示したよ
うな投影露光装置の照明光学系192はσ=0.6前後
の部分的コヒーレント照明を行なうように構成してある
ので、図1の照明光学系192の不図示のσ=0.6前
後の開口絞りをσ≦0.3に対応する小σ用の開口絞り
に交換可能にする等、光学系を切り換えて、投影露光装
置において小σの部分的コヒーレント照明や実質的にコ
ヒーレント照明を行なうよう構成する。
The technique for performing two-beam interference exposure using a projection exposure apparatus has been described above, and a periodic exposure pattern shown in FIG. 13A can be obtained using this technique. Since the illumination optical system 192 of the projection exposure apparatus as shown in FIG. 1 is configured to perform partial coherent illumination at about σ = 0.6, the illumination optical system 192 shown in FIG. By switching the optical system, for example, by replacing the aperture stop of about 0.6 with an aperture stop for small σ corresponding to σ ≦ 0.3, a partial coherent illumination of small σ and substantially It is configured to perform coherent illumination.

【0119】図12及び図13が示す第2実施形態の説
明に戻る。
Returning to the description of the second embodiment shown in FIGS.

【0120】本実施形態では前述した2光束干渉露光に
よる周期パターン露光の次や前に行なう、マスク投影に
よる通常露光(例えば図1の装置でマスクに対してσ=
0.6前後の部分的コヒーレント照明を行なうもの)に
よって図13(B)が白抜きの部分として示すゲートパタ
−ンの露光を行う。図13(B)の上部には二重露光を行
なう時のゲートパターン(像)と2光束干渉露光による
周期パターン(像)の相対的位置関係と、投影露光され
るゲートパターンのマスクでの露光量を示し、図13の
下部は、通常露光によるゲートパターン像のウエハのレ
ジストに対する露光量を、縦横0.1μmピッチの分解能
でマップ化したもの、を示す。
In the present embodiment, normal exposure by mask projection is performed next to or before the periodic pattern exposure by the two-beam interference exposure (for example, σ =
Exposure of the gate pattern shown in FIG. 13 (B) as a white portion is performed by using a partially coherent illumination of about 0.6. In the upper part of FIG. 13B, the relative positional relationship between the gate pattern (image) when performing double exposure and the periodic pattern (image) by two-beam interference exposure, and exposure of the gate pattern to be projected and exposed by using a mask The lower part of FIG. 13 shows the exposure amount of the gate pattern image by the normal exposure to the resist of the wafer, which is mapped at a resolution of 0.1 μm in vertical and horizontal directions.

【0121】この投影露光によるゲートパタ−ンの像の
最小線幅の部分(パターン像)は解像せず広がり、コン
トラストが低く、この部分の各点の露光量の値は下が
る、この低コントラストパターン像による露光量を、パ
ターン中心部とその外側のサイドの部分をそれぞれa,
bで表わし、両側からのぼけ像がくるパターン像とパタ
ーン像の間の部分をCとすると、露光量は1<a<2
0<b<1 0<C<1と、パターン像中心部は大き
く、両サイドは小さくなり、ゲートパターンの像の領域
毎に露光量が異なる露光量分布を生じさせることにな
る。このようなゲートパターンが形成されたマスクを用
いる二重露光の場合の各露光での露光量比は、ウエハ
(レジスト)上で、例えば周期パターン露光:通常露光=
1:2である。
The portion of the minimum line width (pattern image) of the image of the gate pattern due to the projection exposure is not resolved but spreads, the contrast is low, and the value of the exposure amount at each point in this portion is low. The exposure amount by the image is defined as a,
b, and the portion between the pattern images where the blur images come from both sides is C, the exposure amount is 1 <a <2.
When 0 <b <10 and 0 <C <1, the central portion of the pattern image is large and both sides are small, and an exposure amount distribution having a different exposure amount for each region of the gate pattern image is generated. In the case of double exposure using a mask having such a gate pattern formed thereon, the exposure amount ratio in each exposure is, for example, periodic pattern exposure: normal exposure =
1: 2.

【0122】周期パターン露光と通常露光の組み合わせ
によって図12の微細回路パタ−ンであるゲートパター
ンが形成される様子について詳しく述べる。本実施形態
においては2光束干渉露光による周期パターン露光と投
影露光による通常露光の2つの露光の間には現像過程は
ない。従って各露光の露光パタ−ンが重なる領域での各
点の露光量は加算され、加算後新たな露光パタ−ン(露
光量分布)が生じる、この新露光パターンに対して現像
が行なわれこととなる。新露光パターンでは、二重露光
により、ゲートパターンのうち最小線幅のパターンに関
する露光量分布のコントラストが改善され、後述するよ
うにその露光量はレジストの露光しきい値を越えること
になる。
The manner in which the gate pattern, which is the fine circuit pattern shown in FIG. 12, is formed by a combination of the periodic pattern exposure and the normal exposure will be described in detail. In the present embodiment, there is no development process between the two exposures, the periodic pattern exposure by the two-beam interference exposure and the normal exposure by the projection exposure. Therefore, the exposure amount of each point in the region where the exposure pattern of each exposure overlaps is added, and a new exposure pattern (exposure amount distribution) is generated after the addition. Development is performed on this new exposure pattern. Becomes In the new exposure pattern, the double exposure improves the contrast of the exposure distribution of the gate pattern having the smallest line width, and the exposure exceeds the exposure threshold of the resist as described later.

【0123】図13(C)の上部は、本実施形態の二重露
光によっての図13(A)の露光パターンと図13
(B)の露光パターンとを加算した結果生じる露光パタ
ーン(露光量分布)を示しており、eで示される領域の
露光量は1+aで2より大きく3未満である。図13
(C)の下部は、この図13(C)の上部で示す露光パ
タ−ンに対して現像を行った結果の凹凸パタ−ンを白色
と灰色で示したものである。本実施形態ではウエハのレ
ジストは露光しきい値が1より大きく2未満であるレジス
トを用いており、そのため現像によって露光量が1より
大きい部分のみが凹凸パターンとして現れている。図1
3(C)の下部に灰色で示したパタ−ンの形状と寸法は
図12に示したゲートパタ−ンの形状と寸法と一致してお
り、本実施形態の露光方法によって、0.1μmといっ
た微細な線幅を有する互いに線幅が異なる複数のパター
ンB,Cを備える回路パターンであるところのゲートパ
ターンが、例えば、同一露光光(同一露光波長)で、2
種類のマスクの切り換えと大σの部分的コヒーレント照
明と、コヒーレント照明或いは小σの部分的コヒーレン
トとが切換え可能な照明光学系を有する投影露光装置を
用いて先に説明した二重露光を行なうことにより、形成
可能となった。
The upper part of FIG. 13 (C) shows the exposure pattern of FIG. 13 (A) by the double exposure of this embodiment and FIG.
9B shows an exposure pattern (exposure amount distribution) resulting from addition of the exposure pattern of FIG. 9B and an exposure amount of a region indicated by e is 1 + a, which is larger than 2 and smaller than 3. FIG.
The lower part of (C) shows the concavo-convex pattern obtained by developing the exposure pattern shown in the upper part of FIG. 13 (C) in white and gray. In the present embodiment, a resist having an exposure threshold of greater than 1 and less than 2 is used as the resist on the wafer. Therefore, only a portion having an exposure amount of greater than 1 appears as an uneven pattern due to development. FIG.
The shape and size of the pattern shown in gray at the bottom of FIG. 3 (C) match the shape and size of the gate pattern shown in FIG. 12, and the fineness of 0.1 μm is obtained by the exposure method of this embodiment. A gate pattern, which is a circuit pattern including a plurality of patterns B and C having different line widths having different line widths, is, for example, the same exposure light (the same exposure wavelength).
Performing the above-described double exposure using a projection exposure apparatus having an illumination optical system capable of switching between types of masks and switching between large coherent illumination and partial coherent illumination with large σ and coherent illumination or partial coherence with small σ. As a result, it can be formed.

【0124】図14、図15は波長λ=248nmのレ
ーザ光を放射するKrFエキシマレーザを光源とするス
テッパー(投影露光装置)を用いて第2の実施形態の2
重露光を行なった時の具体的な実施例を示す図である。
図14に示すような、最小線幅0.12μmのゲートパ
ターンの像でウエハのレジストを露光した語、現像せず
に、このレジストのゲートパターン像露光位置に重ね
て、レベンソンタイプの位相シフトマスクにより、干渉
縞の明部がゲートパターンのうちの最小線幅のパターン
の像と重なるように高コントラストの干渉縞像を露光し
たものである。以下にこの具体例の露光条件を示す。
FIGS. 14 and 15 show a second embodiment of the second embodiment using a stepper (projection exposure apparatus) using a KrF excimer laser emitting a laser beam having a wavelength λ = 248 nm as a light source.
FIG. 9 is a diagram showing a specific example when a double exposure is performed.
A word obtained by exposing a resist on a wafer with an image of a gate pattern having a minimum line width of 0.12 μm as shown in FIG. 14. A Levenson type phase shift mask is superimposed on a resist pattern image exposure position of the resist without development. Thus, a high-contrast interference fringe image is exposed so that the bright portion of the interference fringe overlaps with the image of the pattern having the minimum line width in the gate pattern. The exposure conditions of this specific example are shown below.

【0125】投影レンズのNAは0.3、照明系は、レ
ベンソンタイプの位相シフトマスクを用いる周期パター
ン露光ではσが0.3の垂直照明とし、ゲートパターン
を有するマスクを用いる通常露光では、リングの外側の
径でのσが0.8、リングの内側の径でのσが0.6の
輪帯照明が行なえる輪帯状2次光源(オプティカルイン
テグレータの射出面又は近くでの光源)からの光により
斜め方向から照明することとした。リングの外側の径は
少なくとも0.8、リングの幅は少なくとも0.2が好
ましく、最小線幅及び他の線幅に応じて、各々の値を決
める。尚、通常露光時の露光量が周期パターン露光時の
露光量の2倍になるように露光量を設定した。
The projection lens has an NA of 0.3, and the illumination system has vertical illumination of σ of 0.3 in periodic pattern exposure using a Levenson type phase shift mask, and ring illumination in normal exposure using a mask having a gate pattern. From an annular secondary light source (light source at or near the exit surface of the optical integrator) that can provide annular illumination with σ at the outer diameter of 0.8 and σ at the inner diameter of the ring of 0.6. It was decided to illuminate obliquely with light. Preferably, the outer diameter of the ring is at least 0.8 and the width of the ring is at least 0.2, each value being determined according to the minimum line width and other line widths. The exposure was set such that the exposure during normal exposure was twice as large as the exposure during periodic pattern exposure.

【0126】図15において、等高線を使って最上段に
は周期パターン露光時の干渉縞(像)によるウエハのレ
ジストの露光量分布、2段目には通常露光時のゲートパ
ターン像によるレジストの露光量分布、3段目には周期
パターンと投影露光の二重露光における露光量分布、4
段目には現像後のレジストによるウエハ上の凹凸パター
ン(レジストパターン)を示す。
In FIG. 15, the top line uses the contour lines to show the exposure amount distribution of the resist on the wafer due to the interference fringes (image) at the time of the periodic pattern exposure, and the second line shows the exposure of the resist by the gate pattern image during the normal exposure. In the third stage, the exposure amount distribution in the double exposure of the periodic pattern and the projection exposure
The lower row shows a concavo-convex pattern (resist pattern) on the wafer by the developed resist.

【0127】各段ともウエハの投影光学系のピント位置
0.0μmとこのピント位置からのデフォーカス量が、
0.0.2μmと0.4μmとの3つ場合について露光
量分布と凹凸パターンを描いている。
In each stage, the focus position of the projection optical system on the wafer is 0.0 μm and the defocus amount from this focus position is:
The exposure amount distribution and the concavo-convex pattern are drawn for three cases of 0.02 μm and 0.4 μm.

【0128】図15の2段目に表わされているように、
一回の投影露光のみではぼけてコントラストの高い微細
なゲートのパターン像が得られないが、図15の1段目
の周期パターンの高コントラスト像をレジストの投影露
光の露光位置に重ねることにより、図15の3段目に表
わされるようにゲートパターン像の微細な部分(最小線
幅のパターンSの像)もコントラストが向上して解像さ
れ、実際に、図15の4段目にあるような所望のゲート
パターンに対応する凹凸パターンが作成できた。
As shown in the second row of FIG.
Although the pattern image of the fine gate having high contrast is not obtained by only one projection exposure, the high contrast image of the periodic pattern of the first stage in FIG. 15 is overlapped with the exposure position of the projection exposure of the resist. As shown in the third row of FIG. 15, the fine portion of the gate pattern image (the image of the pattern S having the minimum line width) is also resolved and improved in resolution, and actually, as shown in the fourth row of FIG. A concavo-convex pattern corresponding to a desired gate pattern could be created.

【0129】図19は本発明の多重露光方法における周
期パターン露光を行なえる2光束干渉露光用の露光装置
の一例を示す概略図であり、図19において、201は
2光束干渉用の分波&合波光学系で、基本構成は図2の
光学系と同じである。202は、KrFエキシマレーザ
(波長約248nm)又はArFエキシマレーザー(波
長約193nm)、203はハーフミラー、204は平
面ミラー、205は光学系201との位置関係が、完全
に固定又は適宜ベースライン(長さ)として検出でき
る、オフアクシス型の位置合わせ光学系で、オートアラ
イメントの為に、ウエハ206上の位置合わせマーク2
09を観察し、その位置を検出する。207は光学系2
01の光軸208に直交するX−Y平面に沿って自由に
及びこの光軸方向(Z方向)に移動可能なXYZステー
ジで、不図示のレーザー干渉計等を用いてそのX,Y二
方向の位置が正確に制御される。装置205と207の
構成や機能は周知なので具体的な説明は略す。
FIG. 19 is a schematic diagram showing an example of an exposure apparatus for two-beam interference exposure capable of performing periodic pattern exposure in the multiple exposure method of the present invention. In FIG. The multiplexing optical system has the same basic configuration as the optical system shown in FIG. Reference numeral 202 denotes a KrF excimer laser (wavelength: about 248 nm) or ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm); 203, a half mirror; 204, a plane mirror; Off-axis type alignment optical system that can be detected as length), and alignment mark 2 on wafer 206 for auto alignment.
09 is observed and its position is detected. 207 is an optical system 2
XYZ stage movable freely along the X-Y plane orthogonal to the optical axis 208 of the optical axis 01 and in the optical axis direction (Z direction) using a laser interferometer or the like (not shown) in two X and Y directions. Is precisely controlled. Since the configurations and functions of the devices 205 and 207 are well known, a detailed description is omitted.

【0130】図20は本発明の多重露光方法を実施でき
る、周期パターン露光を行なうための2光束干渉用露光
装置と通常露光を行なうため投影露光装置より成る高解
像度露光システムを示す概略図である。
FIG. 20 is a schematic diagram showing a high-resolution exposure system which can carry out the multiple exposure method of the present invention and comprises a two-beam interference exposure apparatus for performing periodic pattern exposure and a projection exposure apparatus for performing normal exposure. .

【0131】図20において、212は図19の光学系
201、205を備える2光束干渉露光装置であり、2
13は、不図示の照明光学系とレチクル位置合わせ光学
系214、ウエハの位置合わせのためのオフアクシス位
置合わせ光学系217とマスク215の例えば図14に
示すような回路パターンをウエハ218上に縮小投影す
る投影光学系216とを備える通常の投影露光装置であ
る。装置213の不図示の照明光学系は第2の実施形態
で用いた投影露光装置と同じく、大σの照明が可能であ
り、ここでもリングの内径のσ=0.6でリングの外径
のσ=0.8の輪帯状照明が行なえる系とする。
In FIG. 20, reference numeral 212 denotes a two-beam interference exposure apparatus having the optical systems 201 and 205 shown in FIG.
Reference numeral 13 denotes an illumination optical system (not shown) and a reticle alignment optical system 214, an off-axis alignment optical system 217 for aligning the wafer, and a circuit pattern such as that shown in FIG. This is a normal projection exposure apparatus including a projection optical system 216 for projecting. The illumination optical system (not shown) of the apparatus 213 can perform large σ illumination similarly to the projection exposure apparatus used in the second embodiment. A system capable of performing annular illumination with σ = 0.8.

【0132】レチクル位置合わせ光学系214は、オー
トアライメントの為に、マスク215上の位置合わせマ
ーク220を観察し、その位置を検出する。ウエハ位置
合わせ光学系217は、オートアライメントの為に、ウ
エハ206上の投影露光用又は2光束干渉と兼用の位置
合わせマーク209を観察し、その位置を検出する。光
学系214、216、217の構成や機能は周知なの
で、具体的な説明は略す。
The reticle positioning optical system 214 observes the positioning mark 220 on the mask 215 and detects its position for automatic alignment. The wafer alignment optical system 217 observes the alignment mark 209 for projection exposure or dual light beam interference on the wafer 206 and detects the position for automatic alignment. Since the configurations and functions of the optical systems 214, 216, and 217 are well known, a specific description will be omitted.

【0133】図20の219は2光束干渉用露光装置2
12と投影露光装置213で共用される一つのXYZス
テージであり、このステージ219は、装置212、2
13の各光軸208、221に直交する平面内で自由に
及びこの光軸方向に移動可能で、レーザー干渉計等を用
いてそのXY方向の位置が正確に制御される。
Reference numeral 219 in FIG. 20 denotes a two-beam interference exposure apparatus 2
12 is one XYZ stage shared by the projection exposure apparatus 213, and this stage 219
The optical axis can be freely moved in a plane orthogonal to each of the optical axes 208 and 221 in the optical axis direction, and its position in the XY directions is accurately controlled using a laser interferometer or the like.

【0134】ウエハ218を保持したステージ219
は、図20の位置(1)に送り込まれてウエハ218の
位置が正確に測定され、測定結果に基いて位置(2)で
示す装置212の露光位置にウエハ218が送り込まれ
てウエハ218へ2光束干渉露光(周期パターン露光)
が行なわれ、その後、位置(3)に送り込まれてウエハ
218の位置が正確に測定され、位置(4)で示す装置
213の露光位置に送り込まれてウエハ218へ投影露
光(通常露光)が行なわれる。
Stage 219 holding wafer 218
20, the position of the wafer 218 is accurately measured by being sent to the position (1) in FIG. 20, and based on the measurement result, the wafer 218 is sent to the exposure position of the device 212 indicated by the position (2) and Light beam interference exposure (periodic pattern exposure)
Thereafter, the wafer 218 is sent to the position (3) to accurately measure the position of the wafer 218, and is sent to the exposure position of the apparatus 213 shown at the position (4) to perform projection exposure (normal exposure) on the wafer 218. It is.

【0135】装置213においては、オフアクシスの位
置合わせ光学系217の代わりに、投影光学系216を
介してウエハ218上の位置合わせマークを観察し、そ
の位置を検出する不図示のTTLの位置合わせ光学系
や、投影光学系216とマスク215とを介してウエハ
218上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出
する不図示のTTRの位置合わせ光学系も使用できる。
In the apparatus 213, instead of the off-axis positioning optical system 217, a positioning mark on the wafer 218 is observed via a projection optical system 216, and the TTL positioning (not shown) for detecting the position is detected. It is also possible to use an optical system or a TTR alignment optical system (not shown) for observing an alignment mark on the wafer 218 via the projection optical system 216 and the mask 215 and detecting the position.

【0136】図21は本発明の露光方法が実施できる、
周期パターン露光(高コントラスト投影露光)と通常の
投影露光(低コントラスト像、又は低、高コントラスト
像混在投影露光)の双方が行なえる高解像度露光装置を
示す概略図である。
FIG. 21 shows that the exposure method of the present invention can be implemented.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a high-resolution exposure apparatus capable of performing both periodic pattern exposure (high-contrast projection exposure) and normal projection exposure (low-contrast image or low- and high-contrast image mixed projection exposure).

【0137】図21において、221はKrFエキシマ
レーザ(波長約248nm)又はArFエキシマレーザ
(波長約193nm)、222は照明光学系、223は
マスク、224はマスクステージ、227はマスク22
3の回路パターンをウエハ228上に縮小投影する投影
光学系、225はマスク(レチクル)チェンジャであ
り、ステージ224に、例えば図14に示すような回路
パターンが描かれたマスクと、前述したレベンソン型位
相シフトマスク又はエッジシフタ型マスク又は位相シフ
タを有していない周期パターンマスク等の、回路パター
ンが描かれていない、周期パターンレチクルとの、一方
を選択的に供給するために設けてある。尚、周期パター
ンレチクルは、周期パターンとは異なる場所にある種の
回路パターンが描かれていてもいい。
In FIG. 21, reference numeral 221 denotes a KrF excimer laser (wavelength: about 248 nm) or ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm); 222, an illumination optical system; 223, a mask; 224, a mask stage;
A projection optical system 225 for reducing and projecting the circuit pattern No. 3 onto the wafer 228 is a mask (reticle) changer. The stage 224 includes a mask on which a circuit pattern as shown in FIG. It is provided for selectively supplying one of a periodic pattern reticle on which a circuit pattern is not drawn, such as a phase shift mask, an edge shifter type mask, or a periodic pattern mask having no phase shifter. The periodic pattern reticle may have a certain circuit pattern drawn at a location different from the periodic pattern.

【0138】図21の229は2光束干渉露光による周
期パターン露光と投影露光による通常露光で共用される
一つのXYZステージであり、このステージ229は、
光学系227の光軸に直交する平面に沿って自由に及び
この光軸方向に移動可能で、不図示のレーザー干渉計等
を用いてそのX、Y方向の位置が正確に制御される。
Reference numeral 229 in FIG. 21 denotes one XYZ stage shared by the periodic pattern exposure by the two-beam interference exposure and the normal exposure by the projection exposure.
The optical system 227 can be freely moved along a plane perpendicular to the optical axis and in the optical axis direction, and its position in the X and Y directions is accurately controlled using a laser interferometer (not shown) or the like.

【0139】また、図21の装置は、不図示のレチクル
位置合わせ光学系、図20で説明したオフアクシス位置
合わせ光学系217を備えており、この他に不図示のT
TL位置合わせ光学系とTTR位置合わせ光学系も備
え、これらの位置合わせ光学系を用いてマスク223と
ウエハ228の各ショットエリアとの位置合せを行な
う。
The apparatus shown in FIG. 21 includes a reticle positioning optical system (not shown) and an off-axis positioning optical system 217 (FIG. 20).
A TL alignment optical system and a TTR alignment optical system are also provided, and alignment between the mask 223 and each shot area of the wafer 228 is performed using these alignment optical systems.

【0140】図21の装置の照明光学系222は大σの
部分的コヒーレント照明と小σの部分的コヒーレント照
明或いはコヒーレント照明とを切換え可能に構成してあ
り、コヒーレント照明の場合にはブロック230内に図
示した、図17と図18を用いて前述した(1a)又は
(1b)の照明光を、小σの部分的コヒーレント照明の
場合にはブロック230内の(1c)の前述した照明光
を、前述したレベンソン型位相シフトマスク又はエッジ
シフタ型マスク又は位相シフタを有していない周期的ク
ロムパターンマスクの一つに供給し、大σの部分的コヒ
ーレント照明の場合にはブロック230内に図示した
(2)の照明光を所望の回路パターンが描かれたマスク
に供給する。大σの部分的コヒーレント照明から小σ部
分的コヒーレント照明への切換えは、照明光学系222
のフライアイレンズの直後通常に置かれる開口径が大き
な絞りを、この絞りに比して開口径が十分に小さいコヒ
ーレント照明用絞りと交換すればいい。尚大σはσ≧
0.6,小σはσ≦0.3である。尚、ブロック230
内の(2)の照明光の代りに、前述した輪帯状照明光を
用いることもできる。
The illumination optical system 222 of the apparatus shown in FIG. 21 is configured to be able to switch between partially coherent illumination of large σ and partially coherent illumination of small σ or coherent illumination. The illumination light of (1a) or (1b) described above with reference to FIGS. 17 and 18 is used as the illumination light of (1c) in the block 230 in the case of partial coherent illumination of small σ. To one of the aforementioned Levenson-type phase shift masks or edge shifter-type masks or periodic chrome pattern masks without a phase shifter, illustrated in block 230 for large σ partial coherent illumination ( The illumination light of 2) is supplied to a mask on which a desired circuit pattern is drawn. Switching from large σ partial coherent illumination to small σ partial coherent illumination is performed by the illumination optics 222
A stop with a large aperture usually placed immediately after the fly-eye lens can be replaced with a coherent illumination stop with a sufficiently small aperture compared to this stop. Note that large σ is σ ≧
0.6 and small σ are σ ≦ 0.3. Block 230
Instead of the illumination light of (2), the annular illumination light described above can be used.

【0141】以上説明した露光方法及び露光装置を用い
てIC,LSI等の半導体チップ、液晶パネル等の表示
素子、磁気ヘッド等の検出素子、CCD等の撮像素子と
いった各種デバイスの製造が可能である。
Various devices such as semiconductor chips such as ICs and LSIs, display elements such as liquid crystal panels, detection elements such as magnetic heads, and image pickup elements such as CCDs can be manufactured using the above-described exposure method and exposure apparatus. .

【0142】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく,本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て種々に変更することが可能である。特に2光束干渉露
光などの周期パターン露光および通常露光での露光回数
や露光量の段数は適宜選択することが可能であり、更に
露光パターンの重ね合わせも、わざと若干ずらして行
う、等適宜調整することが可能である。このようなこと
を行うことで形成可能な回路パタ−ンにバリエ−ション
が増える。
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. In particular, the number of exposures and the number of exposure steps in the periodic pattern exposure such as the two-beam interference exposure and the normal exposure can be appropriately selected, and the overlay of the exposure patterns is also adjusted as appropriate, such as performing a slight shift on purpose. It is possible. By doing so, the number of variations in the circuit pattern that can be formed increases.

【0143】図22〜図26は本発明の露光方法の第3
の実施形態の説明図である。図22は第3の実施形態の
露光方法を示すフローチャートである。図22には本発
明の露光方法を構成する高コントラスト像露光ステッ
プ、通常露光ステップ(例えば投影露光により実施され
る)、現像ステップの各ブロックとその流れが示してあ
る。同図の高コントラスト像露光と通常露光の順序は、
実際は、逆でも同時でもいいし、どちらか一方の露光が
複数回の露光ステップを含む2を越える回数の多重露光
の場合は高コントラスト像露光と通常露光の各露光ステ
ップを交互に行うことも可能である。また、各露光間に
は.精密な位置合わせを行なうステップ等があるが、こ
こでは図示を略した。遮光部のない位相型マスクにより
高コントラスト像露光を行なうとして、図22のフロー
に従って露光を行う場合、まずウエハのレジストを高コ
ントラスト像で露光できる図23(A)に示すようなマ
スクMで露光する。1は石英より成る基板で、2は石英
より成る位相シフト部である。
FIGS. 22 to 26 show a third example of the exposure method according to the present invention.
It is explanatory drawing of embodiment. FIG. 22 is a flowchart illustrating an exposure method according to the third embodiment. FIG. 22 shows the blocks of the high-contrast image exposure step, the normal exposure step (performed by, for example, projection exposure), and the development step, which constitute the exposure method of the present invention, and the flow thereof. The order of high-contrast image exposure and normal exposure in FIG.
Actually, it can be reversed or simultaneous, and if either one of the exposures is more than 2 multiple exposures including multiple exposure steps, each exposure step of high contrast image exposure and normal exposure can be performed alternately It is. Also, between each exposure. Although there is a step of performing precise alignment, the illustration is omitted here. When high-contrast image exposure is performed using a phase-type mask having no light-shielding portion and exposure is performed according to the flow of FIG. 22, first, exposure is performed using a mask M as shown in FIG. I do. 1 is a substrate made of quartz, and 2 is a phase shift portion made of quartz.

【0144】図23(A)は遮光部を介さず隣接する二
領域間を通過する光束に位相差を与える位相型マスクM
の一例を表わし、マスクパターンとして他の周囲の領域
を通過する光に比べてそこを通過する光の位相が180
°(±30°)変化する厚さの位相シフト部2を用いて
いる。図23(B)は例えば図21の投影露光装置によ
り図23(A)の位相型マスクMのパターン2をウエハ
上に投影してレジストを露光したときの露光量分布を示
す。投影光学系の縮小倍率を考慮して仮に位相シフト部
2を図23(B)のウエハでの露光量分布と重ねて考え
てみると、露光量分布は、シフト部2の中心に極大値を
持ち、シフト部2のエッジ部に相当する位置に極小値を
持つ分布である。シフト部2の線幅L2を投影光学系の
NAで決まる解像限界付近とすれば、中心部の極大値を
もつ部分の露光量分布は図23(B)のように正弦波に
近い分布となる。尚、露光量分布全体の両サイドに次の
周期の強度分布に相当する若干の落ち込みが生じる。
FIG. 23A shows a phase type mask M which gives a phase difference to a light beam passing between two adjacent regions without passing through a light shielding portion.
Where the phase of light passing therethrough is 180 degrees more than that of light passing through other surrounding areas as a mask pattern.
The phase shifter 2 having a thickness that changes by ± 30 ° is used. FIG. 23B shows an exposure amount distribution when the resist is exposed by projecting the pattern 2 of the phase mask M of FIG. 23A onto a wafer by the projection exposure apparatus of FIG. 21, for example. Considering that the phase shift unit 2 is overlapped with the exposure amount distribution on the wafer in FIG. 23B in consideration of the reduction magnification of the projection optical system, the exposure amount distribution has a local maximum value at the center of the shift unit 2. And has a local minimum value at a position corresponding to the edge of the shift unit 2. Assuming that the line width L2 of the shift unit 2 is near the resolution limit determined by the NA of the projection optical system, the exposure amount distribution of the central portion having the maximum value is close to a sine wave distribution as shown in FIG. Become. Note that a slight drop corresponding to the intensity distribution of the next cycle occurs on both sides of the entire exposure amount distribution.

【0145】このような位相シフト部2のパターンだけ
を露光後レジストを現像した場合、図23(B)に示す
ようにウエハのレジストのしきい値Ethを設定すれ
ば、ポジ型レジスト(以下、「ポジ型」と記す。)を用
いれば、図23(C)のような2ラインの凸部をもつレ
ジストパターンが出来、ネガ型レジスト(以下、「ネガ
型」配す。)を用いれば、図23(D)のように2ライ
ンの凹部をもつレジストパターンが形成される。
When the resist is developed after exposing only the pattern of the phase shift portion 2 as described above, if the threshold value Eth of the resist on the wafer is set as shown in FIG. Using “positive type”), a resist pattern having two lines of convex portions as shown in FIG. 23C is formed, and using a negative type resist (hereinafter, “negative type”) is used. As shown in FIG. 23D, a resist pattern having two lines of concave portions is formed.

【0146】本実施形態においては、図23(B)で示
した露光感度設定(露光しきい値Eth)とは異なり、
図23(E)に示す通り、高コントラスト像露光での中
心露光量を1としたとき、被露光基板であるウエハのレ
ジストの露光しきい値Ethを1よりも大きく設定して
いる。この場合は図23(A)に示す位相シフト部2の
パターンの露光のみ行った露光パターン(露光量分布)
は露光量が不足するので、現像した場合は、多少の膜厚
変動はあるものの、膜厚が0となる部分は生じず、エッ
チングによってウエハ上にリソグラフィーパターン(凹
凸パターン)は形成されない。これは即ちパターンの消
失と見做すことができる。
In the present embodiment, unlike the exposure sensitivity setting (exposure threshold Eth) shown in FIG.
As shown in FIG. 23E, when the central exposure amount in the high-contrast image exposure is set to 1, the exposure threshold value Eth of the resist of the wafer to be exposed is set to be larger than 1. In this case, an exposure pattern (exposure amount distribution) obtained by performing only exposure of the pattern of the phase shift unit 2 shown in FIG.
Since the amount of exposure is insufficient, when development is performed, there is some variation in the film thickness, but there is no portion where the film thickness becomes zero, and no lithography pattern (uneven pattern) is formed on the wafer by etching. This can be regarded as the disappearance of the pattern.

【0147】この時の、ポジ型を用いたときの現像の結
果は図23(F)、ネガ型を用いたときの現像の結果は
図2(G)となる。
At this time, the result of development using the positive type is shown in FIG. 23 (F), and the result of development using the negative type is shown in FIG. 2 (G).

【0148】本実施形態の特徴は、レジストの露光しき
い値Ethとの関係で、そのパターン(像)の露光のみ
では消失する高解像度&高コントラストの露光パターン
と通常の投影露光装置の分解能以下の大きさの低コント
ラストの(その露光だけでは、解像できない)パターン
を含む互いに線幅が異なる複数のパターンを有する任意
の形状の露光パターンとを融合する二重露光を行なうこ
とにより、レジストの所望の領域のみレジストの露光し
きい値Eth以上の露光量で露光を行ない、最終的に、
前記任意形状の露光パターン(マスクパターン)に対応
するリソグラフィーパターンを形成できるところにあ
る。
The feature of this embodiment is that, in relation to the exposure threshold value Eth of the resist, a high-resolution and high-contrast exposure pattern which disappears only by exposure of the pattern (image) is equal to or lower than the resolution of a normal projection exposure apparatus. The exposure of the resist by performing a double exposure to fuse with an exposure pattern of an arbitrary shape having a plurality of patterns having different line widths including a low-contrast pattern (which cannot be resolved by the exposure alone) having a size of Exposure is performed with an exposure amount equal to or more than the exposure threshold value Eth of the resist only in a desired region.
A lithography pattern corresponding to the exposure pattern (mask pattern) having the arbitrary shape can be formed.

【0149】図24で孤立ラインのパターン(像)の露
光方法について説明する。図24(A)は図23(A)
で説明した位相型マスクMのマスクパターン、図24
(B)は図22の高コントラスト像露光ステップとし
て、この位相マスクMの投影露光が行なわれたウエハの
レジストでの露光量分布を示している。
A method of exposing a pattern (image) of an isolated line will be described with reference to FIG. FIG. 24 (A) is the same as FIG.
24, the mask pattern of the phase type mask M described in FIG.
(B) shows the exposure distribution on the resist of the wafer on which the projection exposure of the phase mask M has been performed as the high contrast image exposure step of FIG.

【0150】図24(C)は図22の通常露光ステップ
に対応する投影露光を行なう回路パターンが形成された
マスクMaを示し、このマスクMaの回路パターンは投
影露光装置の分解能以下の微細なパターンである為、線
幅LXでパターンの解像ができずにウエハー上でのパタ
ーン像の強度分布は図24(D)のようにぼけて広がっ
ており、コントラストが低い。このような低コントラス
トの像による露光では、レジストの露光量分布も図24
(D)に示す分布となり、仮に露光しきい値Ethが露
光量E2より低くても、マスクMaの開口の線幅LXに
対応する線幅をもつ微細な凸や凹のレジストパターンは
できない。
FIG. 24C shows a mask Ma on which a circuit pattern for performing projection exposure corresponding to the normal exposure step of FIG. 22 is formed. The circuit pattern of the mask Ma is a fine pattern having a resolution equal to or less than the resolution of the projection exposure apparatus. Therefore, the pattern cannot be resolved with the line width LX, and the intensity distribution of the pattern image on the wafer is blurred and wide as shown in FIG. 24D, and the contrast is low. In the exposure using such a low-contrast image, the exposure amount distribution of the resist is also shown in FIG.
(D), and even if the exposure threshold value Eth is lower than the exposure amount E2, a fine convex or concave resist pattern having a line width corresponding to the line width LX of the opening of the mask Ma cannot be formed.

【0151】本実施形態では、マスクMaの微細パター
ンの線幅LXを、投影露光装置が解像できる線幅(解像
度)の約半分の線幅としている。
In the present embodiment, the line width LX of the fine pattern of the mask Ma is set to a line width that is about half the line width (resolution) that can be resolved by the projection exposure apparatus.

【0152】尚、このマスクMaの微細パターンの線幅
は、投影露光装置の解像度の1/2〜1/4であっても
良い。
The fine pattern line width of the mask Ma may be 1/2 to 1/4 of the resolution of the projection exposure apparatus.

【0153】図24(C)のマスクMaの微細な開口パ
ターンでレジストを露光する通常露光を、図24(A)
の位相マスクMを用いた高コントラスト像の露光の後
に、現像工程なしで、同一露光波長で、別のマスクを用
いて、同一レジストの同一領域に重ねて行ったとする
と、この二重露光によるこのレジストの合計の露光量分
布は、図24(B)の分布に図24(D)の分布を加え
た図24(E)のような分布になる。尚、ここでマスク
Mの位相シフト部2による高コントラスト像露光の露光
量E1 とマスクMaの開口パターンの通常露光の露光量
2 の比がl:1、レジストの露光しきい値Ethが露
光量E1 (=1)と、露光量E1 及び露光量E2 の和
(=2)との間に設定している。
The normal exposure for exposing the resist with the fine opening pattern of the mask Ma shown in FIG.
After exposure of a high-contrast image using the phase mask M, without performing a developing step, using another mask at the same exposure wavelength and using the same mask and overlapping the same region of the same resist, The total exposure distribution of the resist becomes a distribution as shown in FIG. 24E obtained by adding the distribution of FIG. 24D to the distribution of FIG. Here, the ratio of the exposure amount E 2 of the normal exposure of the opening pattern of the exposure amount E 1 and the mask Ma high contrast image exposure by the phase shifting unit 2 of the mask M is l: 1, the resist exposure threshold Eth is It is set between the exposure amount E 1 (= 1) and the sum (= 2) of the exposure amounts E 1 and E 2 .

【0154】この為、ポジ型レジストを用いれば、現像
後、図24(F)のようなリソグラフィーパターンが得
られ、ネガ型レジストを用いれば、現像後、図24
(G)のようなリソグラフィーパターンが得られる。こ
のとき、レジストにおいて図24(A)の位相マスクM
による露光パターン中心と、図24(C)のマスクMa
のパターンによる露光パターンの極値致位置(ピーク)
とを合致させる形で2重露光を行なうのが良い。
For this reason, if a positive resist is used, a lithography pattern as shown in FIG. 24F is obtained after development, and if a negative resist is used, the lithography pattern shown in FIG.
A lithography pattern as shown in (G) is obtained. At this time, the phase mask M shown in FIG.
24C and the mask Ma in FIG.
Extreme position (peak) of the exposure pattern by the pattern of
It is preferable to perform double exposure so that

【0155】図24(F),(G)に示す、本実施形態
の二重露光により得られる孤立線のリソグラフィーパタ
ーンは、解像度が位相型マスクMによる露光のものであ
り、且つ不要なパターンもない。従って通常の投影露光
装置で実現できる解像度以上の高解像度の回路パターン
が得られたことになる。
The lithographic patterns of the isolated lines obtained by the double exposure according to the present embodiment shown in FIGS. 24F and 24G are those exposed by the phase type mask M, and unnecessary patterns are also included. Absent. Therefore, a circuit pattern having a higher resolution than that which can be realized by a normal projection exposure apparatus is obtained.

【0156】以下、高コントラスト像(高コントラスト
露光パターン)を遮光膜なしの位相型マスクMで作成す
るときの位相シフト部のいくつかの構成と各構成に対応
するウエハ(レジスト)における露光量分布とを整理し
て図25に示す。図25においても斜線で示す部分が位
相シフト部2である。
In the following, when a high-contrast image (high-contrast exposure pattern) is formed using a phase-type mask M without a light-shielding film, some configurations of a phase shift portion and an exposure dose distribution on a wafer (resist) corresponding to each configuration are described. Are arranged and shown in FIG. In FIG. 25 as well, the hatched portion is the phase shift unit 2.

【0157】図25(A)は単一エッジのみの場合のマ
スク断面構造を示し、ウエハ上では図25(B)のよう
な露光量分布を持つ。これは黒い縞1本のパターンに対
応する。図25(C)は上述の孤立パターンの場合のマ
スクMの断面構造を示し、図25(D)た示すような黒
い縞2本、この間の白い縞1本のパターンに対応にする
露光量分布をウエハのレジスト上に形成する。図25
(E)は黒い縞3本、これらの間の白い縞2本のパター
ンに対応する露光量分布を形成する位相シフト部を持つ
マスクMの断面構造を示し、ウエハのレジストで図25
(F)のような露光量分布を得る。図25(G)はさら
に本数を増やした場合で黒い縞4本、これらの間の白い
縞3本のパターンに対応する露光量分布を形成するマス
クMの断面構造を示し、図25(H)はそのときのウエ
ハ上の露光量分布である。
FIG. 25A shows a cross-sectional structure of a mask in the case of only a single edge, and has a light exposure distribution as shown in FIG. 25B on a wafer. This corresponds to a pattern of one black stripe. FIG. 25C shows a cross-sectional structure of the mask M in the case of the above-mentioned isolated pattern, and an exposure amount distribution corresponding to a pattern of two black stripes and one white stripe therebetween as shown in FIG. Is formed on the resist of the wafer. FIG.
(E) shows a cross-sectional structure of a mask M having a phase shift portion for forming an exposure amount distribution corresponding to a pattern of three black stripes and two white stripes therebetween.
An exposure distribution as shown in FIG. FIG. 25G shows a cross-sectional structure of a mask M that forms an exposure amount distribution corresponding to a pattern of four black stripes and three white stripes therebetween when the number is further increased, and FIG. Is the exposure dose distribution on the wafer at that time.

【0158】本実施形態では、ウエハに高γのレジスト
を用い、位相マスクMの位相シフト部のパターンにより
ウエハーのレジストを高コントラスト像で露光後、解像
不可能な微細線幅(例えばL&S)のパターンを含む複
数の線幅が異なるパターンをもつ一マスクパターンでこ
のレジストの高コントラスト像と同一露光位置を同一露
光波長で通常露光し、この二重露光したウエハを所定の
露光しきい値Ethで現像処理して、前記マスクパター
ンに対応する、微細な線幅のパターンを含む回路パター
ンを形成している。尚、図24(B),(D)が示す露
光量分布の最大露光量は露光しきい値を越えない。
In the present embodiment, a high γ resist is used for the wafer, and after exposing the resist of the wafer with a high contrast image by the pattern of the phase shift portion of the phase mask M, a fine line width (for example, L & S) that cannot be resolved is obtained. The same exposure position as that of the high-contrast image of the resist is usually exposed at the same exposure wavelength with a single mask pattern having a plurality of patterns having different line widths including the above-mentioned pattern. To form a circuit pattern including a fine line width pattern corresponding to the mask pattern. Incidentally, the maximum exposure amount in the exposure amount distribution shown in FIGS. 24B and 24D does not exceed the exposure threshold value.

【0159】以上の本実施形態の二重露光方法の原理を
まとめると、 1. 通常露光をしない領域にある、最大露光量がレジ
ストの露光しきい値Eth以下の、高コントラスト像露
光による露光パタ−ンは現像により消失する。 2. レジストの露光しきい値Eth以下の露光量がレ
ジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域(露
光領域)に関しては、通常露光と高コントラスト像露光
の各露光パタ−ンの組み合わせにより決まる、高コント
ラスト像露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パ
タ−ンが形成される。 3. レジストの露光しきい値Eth以上の露光量がレ
ジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域(露
光領域)は、通常露光と周期パターン露光の各露光パタ
ーンの組み合わせにより決まる、通常露光の露光パター
ンと同じ解像度をもつ露光パターンが形成される。 ということになる。更に本二重露光の利点として、最も
解像力の高い露光パターンに対して通常の露光に比して
はるかに大きい焦点深度が得られることが挙げられる。
The principle of the double exposure method of the present embodiment is summarized as follows. Exposure patterns by high-contrast image exposure, in which the maximum exposure amount is equal to or less than the exposure threshold value Eth of the resist, in an area where normal exposure is not performed, disappear by development. 2. An exposure pattern area (exposure area) for normal exposure in which an exposure amount equal to or less than the exposure threshold value Eth of the resist is supplied to the resist is determined by a combination of each exposure pattern for normal exposure and high-contrast image exposure. Then, an exposure pattern having the same resolution as the exposure pattern of the high contrast image exposure is formed. 3. The exposure pattern area (exposure area) of the normal exposure in which an exposure amount equal to or more than the exposure threshold value Eth of the resist is supplied to the resist is determined by a combination of each exposure pattern of the normal exposure and the periodic pattern exposure. An exposure pattern having the same resolution as the exposure pattern is formed. It turns out that. Further, an advantage of the double exposure is that a much larger depth of focus can be obtained for an exposure pattern having the highest resolution as compared with normal exposure.

【0160】以上の高コントラスト像露光と、低コント
ラスト像と高コントラスト像とを含むマスクパターン像
による通常露光の順番は、高コントラスト像露光を先と
したが、逆でも同時でも良い。
The order of the high-contrast image exposure and the normal exposure with the mask pattern image including the low-contrast image and the high-contrast image is the high-contrast image exposure, but may be reversed or simultaneous.

【0161】次にコンタクトホール等、2次元の孤立パ
ターンをウエハ上に形成する場合の実施形態を示す。図
26は2次元孤立パターンの作成の状況を示す説明図で
ある。
Next, an embodiment in which a two-dimensional isolated pattern such as a contact hole is formed on a wafer will be described. FIG. 26 is an explanatory diagram showing the situation of creating a two-dimensional isolated pattern.

【0162】図26(A)は下地となる高コントラスト
像を作成するための位相型マスクMを上から見た平面図
と、ウエハのレジストの露光量の分布を示す。図26
(A)中で斜線で示す部分2が通過する光の位相を他の
領域を通過する光に比べて180°変えて位相シフト部
2である。位相が変化している位相シフト部2のエッジ
部付近で露光量が低下する。このエッジ部より外側の露
光量低下領域を網点で示し、このエッジ部より内側の露
光量低下領域をを四角の実線で、マスクMに重ねて示し
た。
FIG. 26A is a plan view of a phase type mask M for forming a high-contrast image serving as a base when viewed from above, and shows a distribution of the exposure amount of the resist on the wafer. FIG.
The phase shifter 2 changes the phase of light passing through a portion 2 indicated by oblique lines in FIG. 1A by 180 ° as compared with the light passing through other regions. The amount of exposure decreases near the edge of the phase shift unit 2 where the phase is changing. The reduced exposure area outside the edge portion is indicated by a halftone dot, and the reduced exposure area inside the edge portion is indicated by a solid square line superimposed on the mask M.

【0163】高コントラスト像を作る位相型マスクM
と、低コントラスト像と高コントラスト像が生じる互い
に線幅が異なる複数のパターンより成る回路パターンを
もつマスクMaの、一部の断面及び露光量分布に関し、
X軸方向については図26の左側に、Y軸方向について
は図26の右側に示した。マスクMのX方向とY方向の
断面図を図26(B)に示し、マスクMで高コントラス
ト像露光したときのレジストでのX,Y方向の各断面の
露光量分布を図26(C)に示す。マスクMの位相シフ
ト部2(パターン)はY軸方向の幅はX軸方向の幅に比
べて大きくしてあるのでY方向の断面での露光量分布は
X軸方向の断面での露光量分布ををそのまま引き伸ばし
た形となっている。
A phase type mask M for forming a high contrast image
With respect to a partial cross section and exposure dose distribution of a mask Ma having a circuit pattern including a plurality of patterns having different line widths where a low contrast image and a high contrast image are generated,
The X-axis direction is shown on the left side of FIG. 26, and the Y-axis direction is shown on the right side of FIG. FIG. 26B is a cross-sectional view of the mask M in the X direction and the Y direction, and FIG. 26C shows the exposure dose distribution of each cross section in the X and Y directions of the resist when a high contrast image is exposed by the mask M. Shown in Since the width of the phase shift portion 2 (pattern) of the mask M in the Y-axis direction is larger than the width in the X-axis direction, the exposure amount distribution in the Y-direction section is the exposure amount distribution in the X-axis section. Is stretched as it is.

【0164】図26(D)は通常露光時に投影されるマ
スクMaの開口のX軸、Y軸方向の断面を示しており、
開口の寸法LX,LYを示してある。このLX,LYが
露光装置の解像度以下の値であるため、このマスクMa
の開口パターンは通常の露光だけでは解像しない。従っ
て開口パターンMaの像はぼけ、レジストでの露光量分
布は図26(E)のようにX軸、Y軸両方向の断面で広
がったものとなる。2つのマスクM,Maによる各露光
での露光量分布を足し合わした合計露光量分布は図26
(C)の分布と図26(E)分布とを加え合わせた図2
6(F)のような分布になる。露光しきい値Ethを図
26(F)で示すように設定すれば、ポジ型レジスト使
用時の現像後のレジストパターンは図26(G)のよう
になり、又、ネガ型レジスト使用時の現像後のレジスト
パターンは図26(H)のようになり、通常の投影露光
では得られない微細な孤立パターンが形成できる。尚、
図26(C),(E)に示される露光量分布の最大露光
量が露光しきい値Ethを越えない。
FIG. 26D shows a cross section in the X-axis and Y-axis directions of the opening of the mask Ma projected during normal exposure.
The dimensions LX and LY of the openings are shown. Since the values LX and LY are lower than the resolution of the exposure apparatus, the mask Ma
Cannot be resolved only by ordinary exposure. Therefore, the image of the opening pattern Ma is blurred, and the exposure dose distribution in the resist is widened in the cross sections in both the X-axis and the Y-axis as shown in FIG. FIG. 26 shows a total exposure amount distribution obtained by adding the exposure amount distributions in each exposure using the two masks M and Ma.
FIG. 2 in which the distribution of FIG. 26C and the distribution of FIG.
6 (F). If the exposure threshold value Eth is set as shown in FIG. 26 (F), the resist pattern after development when using a positive type resist becomes as shown in FIG. 26 (G). The subsequent resist pattern is as shown in FIG. 26H, and a fine isolated pattern that cannot be obtained by ordinary projection exposure can be formed. still,
The maximum exposure in the exposure distribution shown in FIGS. 26C and 26E does not exceed the exposure threshold Eth.

【0165】次に本発明の他の実施形態を説明する。本
実施形態は露光により得られる回路パターン(リソグラ
フィーパターン)として、図12に示すゲートパターン
を対象としている。
Next, another embodiment of the present invention will be described. This embodiment is directed to a gate pattern shown in FIG. 12 as a circuit pattern (lithography pattern) obtained by exposure.

【0166】もう一度説明すると、図12のゲートパタ
ーンは横方向の、即ち図中A−A′方向の最小線幅が
0.1μmであるのに対して、縦方向では最小線幅が
0.2μmである。本実施形態によれば、このようなA
−A′方向の1方向のみ高解像度が求められる2次元パ
ターンに対しては高コントラスト像の露光をかかる高解
像度が必要な1方向に着目して行えばいい。
To explain again, the gate pattern of FIG. 12 has a minimum line width of 0.1 μm in the horizontal direction, that is, the AA ′ direction in the figure, while the minimum line width in the vertical direction is 0.2 μm. It is. According to the present embodiment, such an A
For a two-dimensional pattern in which high resolution is required only in one direction -A ', exposure of a high-contrast image may be performed by focusing on one direction requiring high resolution.

【0167】図27〜図29を用いて、高コントラスト
像をゲートパターンの開口部(図中白抜き部)に重ねて
露光する二重露光について説明する。
The double exposure for superposing and exposing a high-contrast image to an opening (opening in the figure) of a gate pattern will be described with reference to FIGS.

【0168】まず、下地として、高コントラスト像を、
ゲートパターンの露光パターンに露光量を多く与える露
光パターンを形成するものとしてレジストに投影してレ
ジストを露光する場合を示す。
First, a high-contrast image is used as a base.
The case where the resist is exposed by projecting it onto a resist as an exposure pattern that gives a large exposure amount to the exposure pattern of the gate pattern will be described.

【0169】図27は高コントラスト像で露光する場合
を左側の(A),(B),(C)に、ゲートパターンで
露光する場合を右側の(D),(E),(F)に示す。
FIG. 27 shows (A), (B) and (C) on the left for exposure with a high-contrast image, and (D), (E) and (F) on the right for exposure with a gate pattern. Show.

【0170】図27(A)は高コントラスト像を作成す
るための位相型マスクMの平面図と、それでレジストを
露光する時の露光量の分布を示す。斜線で示す部分2が
他の領域の透過光に比べて透過光の位相を180°変え
てある位相シフト部である。位相が変化しているエッジ
部付近で露光量が低下する。エッジ部より外側の露光量
低下領域を網点で示し、エッジ部より内側の露光量低下
領域を四角の実線でマスクMに重ねて示した。位相型マ
スクMの断面図を図27(B)に示し、マスクMでレジ
ストを高コントラスト像露光したときの露光量分布を図
27(C)に示す。
FIG. 27A shows a plan view of a phase type mask M for forming a high contrast image and a distribution of an exposure amount when the resist is exposed with the phase type mask M. A portion 2 indicated by oblique lines is a phase shift portion in which the phase of the transmitted light is changed by 180 ° as compared with the transmitted light in other regions. The amount of exposure decreases near the edge where the phase is changing. The reduced exposure area outside the edge portion is indicated by a halftone dot, and the reduced exposure area inside the edge portion is indicated by a square solid line superimposed on the mask M. FIG. 27B is a cross-sectional view of the phase type mask M, and FIG. 27C shows an exposure amount distribution when the resist is exposed to a high contrast image using the mask M.

【0171】図27(D)は通常露光時に用いられるゲ
ートパターンを有するマスクMaを示し、その中央のA
−A′断面図が図27(E)である。図27(E)のマ
スクMaの2つの開口の幅LXは一回の投影露光のみで
は解像せず2つの開口像がぼけるので、マスクMaの投
影露光によるレジストの露光量分布は図27(F)のよ
うに広がったものとなる。
FIG. 27D shows a mask Ma having a gate pattern used at the time of normal exposure.
FIG. 27E is a sectional view taken along the line A- '. Since the width LX of the two openings of the mask Ma in FIG. 27E is not resolved by only one projection exposure and the two opening images are blurred, the exposure amount distribution of the resist by the projection exposure of the mask Ma is shown in FIG. It spreads like F).

【0172】しかしながら二重露光の結果である、マス
クMとマスクMaのそれぞれの露光量分布の合計露光量
分布は図28(A)のようになる。レジストの露光しき
い値Ethを図28(A)で示すように設定すれば、ポ
ジ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図2
8(B)のように得られる。尚、図27(C),(E)
が示す露光量分布の最大露光量は、露光しきい値Eth
を越えない。
However, the total exposure distribution of the respective exposure distributions of the mask M and the mask Ma as a result of the double exposure is as shown in FIG. If the exposure threshold value Eth of the resist is set as shown in FIG. 28A, the resist pattern after development when using a positive resist is as shown in FIG.
8 (B). 27 (C), (E)
The maximum exposure amount of the exposure amount distribution indicated by
Not exceed.

【0173】又、ネガレジスト使用時の現像後のレジス
トパターンは図28(C)のようになる。
FIG. 28C shows a resist pattern after development when a negative resist is used.

【0174】ゲートパターンの中央部にある最小線幅を
有するパターンに着目して、二重露光の状況を説明した
が、以下ゲートパターン全体の二重露光の状況を図29
をもとに説明する。
The situation of double exposure has been described by focusing on the pattern having the minimum line width at the center of the gate pattern. Hereinafter, the situation of double exposure of the entire gate pattern will be described with reference to FIG.
It is explained based on.

【0175】図29において、図29(A)はマスクM
の投影露光による高コントラスト像露光で生じる露光パ
ターン(露光量分布)を示す。この露光パターンの周期
は0.2μmであり、この露光パターンは線幅0.1μ
mL&Sパターンに相当する。図32の下部における数
値はレジストでの露光量を表すものである。
In FIG. 29, FIG.
3 shows an exposure pattern (exposure amount distribution) generated by high-contrast image exposure by projection exposure of FIG. The period of this exposure pattern is 0.2 μm, and this exposure pattern has a line width of 0.1 μm.
Equivalent to mL & S pattern. Numerical values in the lower part of FIG. 32 represent exposure amounts on the resist.

【0176】本実施形態では前述した高コントラスト像
露光の次に行なう通常露光(例えば図21の装置でマス
クに対して大σの部分的コヒーレント照明を行なうも
の)によって図29(B)が白抜きで示すゲートパター
ンの投影露光を行う。図29(B)の上部にはマスクM
aのゲートパターンによる露光パターンとマスクMによ
る露光パターンの相対的位置関係とゲートパターンの投
影露光時のマスク上での露光量を示し、図29(B)の
下部は、ゲートパターンの投影露光によるウエハのレジ
ストに対する露光量を縦横0.1μmピッチの分解能で
マップ化したものである。
In this embodiment, the normal exposure (for example, the apparatus shown in FIG. 21 performs partial coherent illumination of large σ on the mask) following the above-described high-contrast image exposure makes the outline of FIG. The projection exposure of the gate pattern shown by. The mask M is shown in the upper part of FIG.
FIG. 29B shows the relative positional relationship between the exposure pattern by the gate pattern and the exposure pattern by the mask M and the exposure amount on the mask at the time of projection exposure of the gate pattern. The lower part of FIG. The exposure amount of the resist on the wafer is mapped with a vertical and horizontal resolution of 0.1 μm.

【0177】このマスクMaのゲートパターンの像の最
小線幅の部分(パターン像)は解像せず広がり従って低
コントラストとなるので、この部分の各点の露光量の値
は下がる。この低コントラストパターン像露光量をパタ
ーン像中心部とその外側のサイドの部分をそれぞれa,
bで表わし、両側からのぼけ像が重なるパターン像とパ
ターン像の間の部分をCとすると、1<a<2 0<b
<1 0<C<1と、中心部は大きく両サイドは小さく
なる。マスクM,Maを用いる場合の各マスクによる露
光でのレジストへの露光量比はマスクMによる高コント
ラスト像の露光:マスクMaのゲートパターン像露光=
1:2である。
Since the portion (pattern image) having the minimum line width of the image of the gate pattern of the mask Ma is not resolved and spreads, resulting in a low contrast, the value of the exposure amount at each point in this portion decreases. This low contrast pattern image exposure amount is defined by a,
b, where C is the portion between the pattern images where the blur images from both sides overlap, and 1 <a <20 <b
When <10 <C <1, the center is large and both sides are small. When the masks M and Ma are used, the ratio of the amount of exposure to the resist in exposure by each mask is as follows: exposure of a high contrast image by the mask M: gate pattern image exposure of the mask Ma =
1: 2.

【0178】高コントラスト像露光とそれだけの露光で
は低コントラストとなり解像されないパターンをもつゲ
ートパターンの通常露光とによる二重露光によって図1
2の微細ゲートパターンが形成される様子について述べ
る。本実施形態においては高コントラスト像露光とゲー
トパターン像による通常露光の間には現像過程はなく、
各露光の露光波長は互いに同じである。従って各露光の
露光パターンが重なる領域での露光量は加算され、加算
後の露光量により新たな露光パターン(露光量分布)が
生じることとなる。
FIG. 1 shows a double exposure of a high-contrast image exposure and a normal exposure of a gate pattern having a pattern that cannot be resolved because of a low contrast due to exposure alone.
The manner in which two fine gate patterns are formed will be described. In this embodiment, there is no development process between the high-contrast image exposure and the normal exposure with the gate pattern image,
The exposure wavelength of each exposure is the same. Therefore, the exposure amount in the region where the exposure pattern of each exposure overlaps is added, and a new exposure pattern (exposure amount distribution) is generated by the added exposure amount.

【0179】図29(C)の上部は本実施形態の図29
(A)の露光パターンと図29(B)の露光パターンを
加算した結果生じる露光パターン(露光量分布)を示し
ており、eで示される領域の露光量は1+aとなり、2
より大きく3未満である。図29(C)の下部はこの露
光パターンに対して現像を行った結果のリソグラフィー
パターンを灰色で示したものである。本実施形態ではウ
ェハのレジストは露光しきい値Ethが1より大きいく
2未満であるものを用いており、そのため現像によって
露光量が1より大きい部分のみがパターンとして現れて
いる。
The upper part of FIG. 29C is the same as FIG.
29A and 29B show an exposure pattern (exposure amount distribution) obtained as a result of adding the exposure pattern of FIG. 29A and the exposure pattern of FIG. 29B.
Larger and less than 3. The lower part of FIG. 29 (C) shows the lithography pattern obtained by developing this exposure pattern in gray. In the present embodiment, the resist of the wafer has an exposure threshold value Eth of more than 1 and less than 2, and therefore, only a portion where the exposure amount is more than 1 appears as a pattern by development.

【0180】図29(C)の下部に灰色で示したパター
ンの形状と寸法は図12に示したゲートパターンの形状
と寸法と一致しており、本実施形態の露光方法によっ
て、0.1μmといった微細な線幅を有する回路パター
ンが投影露光装置を用いて、形成可能となっている。
The shape and size of the pattern shown in gray at the bottom of FIG. 29C match the shape and size of the gate pattern shown in FIG. 12, and are reduced to 0.1 μm by the exposure method of this embodiment. A circuit pattern having a fine line width can be formed using a projection exposure apparatus.

【0181】次の実施形態では、図30〜32を用い
て、下地としての高コントラスト像を、ゲートパターン
の黒露光パターンに露光量を少なく与える露光パターン
を形成するようにレジストに投影してレジストを露光す
る場合を示す。
In the next embodiment, referring to FIGS. 30 to 32, a high-contrast image as a base is projected onto a resist so as to form an exposure pattern that gives a small amount of exposure to a black exposure pattern of a gate pattern. Is shown.

【0182】図30は高コントラスト像で露光する場合
を左側の(A),(B),(C)に、ゲートパターンで
露光する場合を右側の(D),(E),(F)に示す。
FIG. 30 shows (A), (B) and (C) on the left for exposure with a high contrast image, and (D), (E) and (F) on the right for exposure with a gate pattern. Show.

【0183】図30(A)は高コントラスト像を作成す
るための位相型マスクMの平面図と、それでレジストを
露光する時の露光量の分布を示す。斜線で示す部分が他
の領域の透過光に比べて透過光の位相を180°変えて
ある位相シフト部2である。位相が変化しているエッジ
部付近で露光量が低下する。エッジ部より外側の露光量
低下領域を網点で示し、エッジ部より内側の露光量低下
領域を四角の実線でマスクMに重ねて示した。位相型マ
スクMの断面図を図30(B)に示し、マスクMでレジ
ストを露光したときの露光量分布を図30(C)に示
す。
FIG. 30A shows a plan view of a phase type mask M for producing a high contrast image and a distribution of the exposure amount when the resist is exposed with the phase type mask M. The hatched portion is the phase shift unit 2 in which the phase of the transmitted light is changed by 180 ° compared to the transmitted light in other areas. The amount of exposure decreases near the edge where the phase is changing. The reduced exposure area outside the edge portion is indicated by a halftone dot, and the reduced exposure area inside the edge portion is indicated by a square solid line superimposed on the mask M. FIG. 30B is a cross-sectional view of the phase type mask M, and FIG. 30C shows an exposure amount distribution when the resist is exposed with the mask M.

【0184】図30(D)は通常露光時に用いるゲート
パターンを有するマスクMaを示し、その中央のA−
A′断面図が図30(E)である。マスクMaの中央部
の2つの微細線のパターンは一回の投影露光では解像し
ない為、像はぼけて低コントラストとなり、その像によ
るレジストの露光量分布は図30(F)のように広がっ
たものとなる。
FIG. 30D shows a mask Ma having a gate pattern used at the time of normal exposure.
FIG. 30E is a sectional view taken along the line A ′. Since the pattern of the two fine lines in the center of the mask Ma is not resolved by one projection exposure, the image is blurred and has low contrast, and the exposure dose distribution of the resist by the image is spread as shown in FIG. It will be.

【0185】このマスクMの位相シフト部の投影による
高コントラスト像露光とマスクMaゲートパターン像の
投影による通常露光とで二重露光することで得られるレ
ジストの総露光量分布は図31(A)のようになる。レ
ジストの露光しきい値Ethを図31(A)で示すよう
に設定すれば、ポジ型レジスト使用時の現像後のレジス
トパターンは図31(B)のように得られる。又、ネガ
型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図31
(C)のようになる。
FIG. 31A shows the total exposure amount distribution of the resist obtained by performing double exposure of high-contrast image exposure by projection of the phase shift portion of the mask M and normal exposure by projection of the mask Ma gate pattern image. become that way. By setting the exposure threshold value Eth of the resist as shown in FIG. 31A, a resist pattern after development when a positive resist is used is obtained as shown in FIG. 31B. The resist pattern after development when using a negative resist is shown in FIG.
(C).

【0186】以上ゲートパターンの中央部に着目して、
露光の状況を説明したが、以下、にゲートパターン全体
の二重露光の状況を図32(A)〜(C)をもとに説明
する。
Focusing on the central part of the gate pattern,
The situation of the exposure has been described. Hereinafter, the situation of the double exposure of the entire gate pattern will be described with reference to FIGS.

【0187】本実施形態の高コントラスト像又はそれに
よる露光パターンの周期は0.2μmであり、この像又
は露光パターンは線幅0.1μmL&Sパターンに相当
する。図32(A)〜(C)の下部における数値はレジ
ストでの露光量を表わすものである。
The period of the high-contrast image of this embodiment or the exposure pattern formed by the high-contrast image is 0.2 μm, and this image or exposure pattern corresponds to a line width of 0.1 μmL & S pattern. Numerical values in the lower part of FIGS. 32A to 32C represent exposure amounts on the resist.

【0188】本実施形態では前述したマスクMの高コン
トラスト像の投影露光(例えば図21の装置でマスクM
に対して部分的コヒーレント照明を行ない投影するも
の)の次に(後、同時も可)行うマスクMaのゲートパ
ターン像の投影露光(例えば図21の装置でマスクMa
に対して大σの部分的コヒーレント照明を行い投影する
もの)によって図32(B)が示すゲートパターンの露
光を行う。図32(B)の上部にはマスクMによる高コ
ントラスト像パターンとのマスクMaによるゲートパタ
ーン像の相対的位置関係を示し、同図の下部は、マスク
Maのゲートパターン像の一回の投影露光によるウエハ
のレジストに対する露光量を縦横0.1μmピッチの分
解能でマップ化したものである。
In this embodiment, projection exposure of a high-contrast image of the mask M (for example, the mask
The projection exposure of the gate pattern image of the mask Ma (which may be performed at the same time and subsequent), which is performed by performing partial coherent illumination on the mask Ma (for example, using the apparatus of FIG. 21)
32B is performed by performing a partial coherent illumination with a large σ and performing projection. The upper part of FIG. 32B shows the relative positional relationship between the high-contrast image pattern of the mask M and the gate pattern image of the mask Ma, and the lower part of FIG. 32B shows a single projection exposure of the gate pattern image of the mask Ma. Is a mapping of the exposure amount of the wafer to the resist with a resolution of 0.1 μm pitch in the vertical and horizontal directions.

【0189】このゲートパターン像の投影露光による露
光パターンの最小線幅の部分は解像せず広がり、露光量
の各点の値は下がって低コントラストとなる。露光パタ
ーンの各領域の露光量はおおまかに、パターン中心部は
小さく、両サイドは大きい。ここで、中心部と両サイド
の露光量をそれぞれf,gで表わし、両側のぼけ像が重
なる中央部の露光量をhとすると、0<f<1 1<g
<2 1<h<2となる。このよう解像できない線幅を
もつゲートパターン像による露光パターンは領域毎に露
光量が異なる、多値の露光量分布を生じさせることにな
る。
The portion having the minimum line width of the exposure pattern formed by the projection exposure of the gate pattern image is not resolved but is widened, and the value of each point of the exposure amount is lowered to lower the contrast. The exposure amount of each region of the exposure pattern is roughly small at the center of the pattern and large on both sides. Here, assuming that the exposure amounts at the center and both sides are represented by f and g, respectively, and the exposure amount at the center where the blurred images on both sides overlap is represented by h, 0 <f <11 <g
<21 <h <2. An exposure pattern based on a gate pattern image having a line width that cannot be resolved as described above causes a multi-level exposure distribution in which the exposure differs for each region.

【0190】このマスクM,Maを用いる場合の各露光
での露光量比はウエハのレジスト上で、マスクMの高コ
ントラスト像の露光:マスクMaのゲートパターン像露
光=1:2である。
When the masks M and Ma are used, the exposure ratio in each exposure is as follows: exposure of a high-contrast image of the mask M: exposure of the gate pattern image of the mask Ma = 1: 2 on the resist of the wafer.

【0191】以上説明した高コントラスト像投影露光と
ゲートパターン像投影露光の二重露光によって図14の
微細回路パターンが形成される様子について述べる。本
実施形態においては高コントラスト像露光とゲートパタ
ーン像露光の間には現像過程はない。従って各露光の露
光パターンが重なる領域での露光量は加算され、加算後
の露光量により新たな露光パターン(露光量分布)が生
じることとなる。
The manner in which the fine circuit pattern shown in FIG. 14 is formed by the double exposure of the high contrast image projection exposure and the gate pattern image projection exposure described above will be described. In this embodiment, there is no development process between the high contrast image exposure and the gate pattern image exposure. Therefore, the exposure amount in the region where the exposure pattern of each exposure overlaps is added, and a new exposure pattern (exposure amount distribution) is generated by the added exposure amount.

【0192】図32(C)の上部は本実施形態の図32
(A)の露光パターンと図32(B)の露光パターンを
加算した結果生じる露光パターン(露光量分布)を示し
ており、i,jで示される領域の露光量は1+i,1+
jでそれぞれ2より大きく3未満である。
The upper part of FIG. 32C is the same as that of FIG.
32A shows an exposure pattern (exposure amount distribution) obtained by adding the exposure pattern of FIG. 32B and the exposure pattern of FIG. 32B, and the exposure amount of an area indicated by i and j is 1 + i, 1+
j is greater than 2 and less than 3.

【0193】図32(C)の下部はこの露光パターンに
対して現像を行った結果のパターンを灰色で示したもの
である。本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい
値が1より大きく2未満であるものを用いており、その
ため現像によって露光量が2より小さい部分のみがパタ
ーンとして現われている。図32(C)の下部に灰色で
示したパターンの形状と寸法は図14に示したゲートパ
ターンの形状と寸法と一致しており、本実施形態の露光
方法によって、0.1μmといった微細な線幅を有する
回路パターンが、投影露光装置を用いて、形成可能とし
ている。
The lower part of FIG. 32C shows a pattern obtained by developing this exposure pattern in gray. In the present embodiment, the resist on the wafer has an exposure threshold value greater than 1 and less than 2, so that only a portion where the exposure amount is less than 2 appears as a pattern due to development. The shape and size of the pattern shown in gray at the bottom of FIG. 32C match the shape and size of the gate pattern shown in FIG. 14, and a fine line such as 0.1 μm is obtained by the exposure method of this embodiment. A circuit pattern having a width can be formed using a projection exposure apparatus.

【0194】次に別の形状の回路パターンヘ本発明を適
用の実施形態を示す。本実施形態の回路パターンの形は
図33(B)に示されており、最小線幅が0・1μmで
且つ幅の広い部分は最小線幅の2倍の0.2μmの幅を
もつのパターンが2組0.1μmの間隔で配置されてい
る。
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a circuit pattern having another shape will be described. The shape of the circuit pattern of this embodiment is shown in FIG. 33 (B), where the minimum line width is 0.1 μm and the wide portion has a width of 0.2 μm which is twice the minimum line width. Are arranged at intervals of 0.1 μm.

【0195】本実施形態では、図33〜35を用いて、
高コントラスト像による露光パターンにより低コントラ
スト像を形成する部分を含む回路パターン像による露光
パターンに露光量を多く与える場合を示す。
In the present embodiment, referring to FIGS.
A case where a large amount of exposure is given to an exposure pattern based on a circuit pattern image including a portion where a low contrast image is formed by an exposure pattern based on a high contrast image will be described.

【0196】図33(A)は本実施形態の二重露光に用
いる高コントラスト像作成用の位相型マスクMを上から
見たときのパターン形状を示す。図33(B)は本実施
形態の二重露光に用いる回路パターン像(但し低コント
ラスト像を含む)作成用のマスクパターンMaを上から
見たときのパターン形状を示す。
FIG. 33A shows a pattern shape when a phase type mask M for creating a high contrast image used for double exposure according to the present embodiment is viewed from above. FIG. 33B shows a pattern shape when a mask pattern Ma for creating a circuit pattern image (including a low contrast image) used for double exposure according to the present embodiment is viewed from above.

【0197】図37はマスクM,Maのそれぞれによる
投影露光の状況を示し、マスクMで高コントラスト像を
作り露光する場合を各図の左側の(A),(B),
(C)に、マスクMaの高、低コントラスト像混在の
『パターン像で露光する場合を各図の右側の(D),
(E),(F)に示す。
FIG. 37 shows the state of projection exposure by each of the masks M and Ma. The case where a high-contrast image is formed using the mask M and exposure is performed is shown on the left side of each of FIGS.
(C) shows a case where exposure is performed using a pattern image in which high and low contrast images of the mask Ma coexist.
(E) and (F) show.

【0198】図34(A)は高コントラスト像作成用の
位相型マスクMの平面図で、斜線で示す部分そこを通過
する光の位相を他の領域を通過する光の位相に比べて1
80°変えてある部分である。マスクMの断面図を図3
4(B)に示し、マスクMのパターン像を投影したとき
のレジストでのの露光量分布を図34(C)に示す。
FIG. 34A is a plan view of a phase type mask M for producing a high-contrast image. The phase of the light passing therethrough indicated by oblique lines is one time smaller than the phase of light passing through other regions.
This is the part that has been changed by 80 °. FIG. 3 is a sectional view of the mask M.
FIG. 34C shows an exposure amount distribution on the resist when the pattern image of the mask M is projected, as shown in FIG.

【0199】図34(D)は回路パターン像作成用のマ
スクMaの平面図で、投影露光時のぼけを考慮した露光
量分布を模式的に示す。図34(D)の白部が露光量の
大きな部分で、斜線部がぼけで広がり、光量が低下して
いる部分である。マスクMaの中央の断面図が図34
(E)である。このマスクMaによる投影露光では回路
パターン像が解像しない為、像はぼけて低コントラスト
となる。この露光によるレジストの、露光量分布は図3
4(F)のように広がったものとなる。
FIG. 34D is a plan view of a mask Ma for creating a circuit pattern image, and schematically shows an exposure amount distribution in consideration of blur at the time of projection exposure. In FIG. 34D, a white portion is a portion where the exposure amount is large, and a hatched portion is a portion where the amount of light is reduced due to widening with blur. FIG. 34 is a sectional view of the center of the mask Ma.
(E). Since the circuit pattern image is not resolved by the projection exposure using the mask Ma, the image is blurred and has low contrast. The exposure distribution of the resist by this exposure is shown in FIG.
4 (F).

【0200】このマスクMによる高コントラスト像の投
影露光とマスクMaの回路パターン像の投影露光で二重
露光された後のレジストでの総露光量分布は図35
(A)のように模式的に表わされる。中央部の露光量分
布を示したのが図35(B)である。露光しきい値Et
hを図35(B)で示すように設定すれば、ポジ型レジ
スト使用時の現像後のレジストパターンは図35(C)
のように得られる。又、ネガ型レジスト使用時の現像後
のレジストパターンは図35(D)のようになる。
FIG. 35 shows the total exposure distribution of the resist after the double exposure by the projection exposure of the high contrast image by the mask M and the projection exposure of the circuit pattern image of the mask Ma.
It is schematically represented as in (A). FIG. 35B shows the exposure distribution at the center. Exposure threshold Et
If h is set as shown in FIG. 35 (B), the resist pattern after development when using a positive resist is as shown in FIG. 35 (C).
It is obtained as follows. Further, the resist pattern after development when using a negative resist is as shown in FIG.

【0201】このレジストパターンの平面図は図35
(E)のようになり、所望の回路パターンが得られる。
以上説明した実施形態の二重露光は、図20や図21で
示した露光装置により行なえる。この時、露光波長は、
各露光間で互いに同じである。以下の説明も露光波長は
同一の場合である。
FIG. 35 is a plan view of this resist pattern.
As shown in (E), a desired circuit pattern is obtained.
The double exposure according to the embodiment described above can be performed by the exposure apparatus shown in FIGS. At this time, the exposure wavelength is
It is the same between each exposure. The following description is also for the case where the exposure wavelength is the same.

【0202】次に以上説明した二重露光における高コン
トラスト像(以下周期パターンに代表させる)の露光と
回路パターン像の露光における光量比と、二重露光で形
成される露光パターンのコントラストについて詳しく説
明する。
Next, the light amount ratio between the exposure of the high-contrast image (to be referred to as a periodic pattern hereinafter) and the exposure of the circuit pattern image in the above-described double exposure and the contrast of the exposure pattern formed by the double exposure will be described in detail. I do.

【0203】図36は二光束干渉露光で形成される周期
パターンより成る露光パターンを灰色部分で一回の投影
露光で形成される回路パターンより成る露光パターンを
黒色で示し、二重露光の相対的位置関係を表わしてい
る。灰色部分の露光パターンが高コントラスト像の露光
による高コントラスト部、黒色部分の露光パターンが低
コントラスト像(回路パターン像)による低コントラス
ト部となる。ここでの回路パターンはバーパターンより
成るもので、図36(A)が1本バー、図36,(B)
が2本バー、図36(C)が3本バーのパターンであ
る。
FIG. 36 shows an exposure pattern consisting of a periodic pattern formed by two-beam interference exposure in black and an exposure pattern consisting of a circuit pattern formed by one projection exposure in a gray portion. The positional relationship is shown. The exposure pattern in the gray part is a high-contrast part due to exposure of a high-contrast image, and the exposure pattern in the black part is a low-contrast part due to a low-contrast image (circuit pattern image). The circuit pattern here is composed of a bar pattern. FIG. 36 (A) shows one bar, and FIGS.
Is a pattern of two bars, and FIG. 36 (C) is a pattern of three bars.

【0204】図37(A)は図36(C)の三本バーパ
ターンの像がレジストに与えるのX断面での露光量分布
である。図37(A)の露光量分布(像)のコントラス
トAは
FIG. 37 (A) shows an exposure distribution on the X section which is given to the resist by the image of the three-bar pattern of FIG. 36 (C). The contrast A of the exposure distribution (image) in FIG.

【0205】[0205]

【外3】 であり、b<cの場合、コントラストはマイナス(図4
8参照のこと)、b=cならばコントラストはゼロであ
る(図47参照のこと)。
[Outside 3] When b <c, the contrast is minus (FIG. 4).
8), the contrast is zero if b = c (see FIG. 47).

【0206】図37(A)が示す低コントラストで解像
不能なパターンである3本バーパターンもこの事は先に
述べた各実施形態でも繰り返し説明した。図37(B)
が示す高コントラストの露光量分布(像)を形成するの
周期パターンとの二重露光により図37(C)のような
高コントラストで解像可能なパターンとなる露光量分布
が得られる。
The three-bar pattern, which is a low-contrast, unresolvable pattern shown in FIG. 37A, has been described repeatedly in each of the embodiments described above. FIG. 37 (B)
By performing double exposure with the periodic pattern of forming a high-contrast exposure distribution (image) shown in FIG. 37, an exposure distribution that becomes a pattern that can be resolved with high contrast as shown in FIG. 37C is obtained.

【0207】さて三本バーパターン(回路パターン)に
よる露光時と周期パターン(高コントラスト像)による
露光時の露光量比を1:kとすると、
Now, assuming that the exposure ratio between the exposure using the three-bar pattern (circuit pattern) and the exposure using the periodic pattern (high contrast image) is 1: k,

【0208】[0208]

【外4】 である。[Outside 4] It is.

【0209】このときの2重露光による露光量分布のコ
ントラストA′は
At this time, the contrast A ′ of the exposure amount distribution due to the double exposure is

【0210】[0210]

【外5】 となる。[Outside 5] Becomes

【0211】ここで、レジストの解像可能なコントラス
トの値(コントラストしきい値)より光量比kを決定す
ることができる。たとえば使用するレジストのコントラ
ストしきい値がIcだとすると
Here, the light amount ratio k can be determined from the resolvable contrast value (contrast threshold value) of the resist. For example, if the contrast threshold of the resist used is Ic

【0212】[0212]

【外6】 を満たす光量比kを決定すればよい。同一投影光学系の
同一マスクパターンでは、b,cの値はマスクを照明す
る際の照明条件によって決まり、I0,I1の値は周期パ
ターン形成方法によって決まる。
[Outside 6] What is necessary is just to determine the light quantity ratio k that satisfies. In the same mask pattern of the same projection optical system, the values of b and c are determined by the illumination conditions when illuminating the mask, and the values of I 0 and I 1 are determined by the periodic pattern forming method.

【0213】二重露光後の露光量分布のコントラスト
A′は通常の回路パターンの1回露光のコントラストA
よりA′−Aだけ変化している。この変化量は、(1)
式と(2)式より
The contrast A 'of the exposure amount distribution after the double exposure is the contrast A of the single exposure of the ordinary circuit pattern.
A'-A has changed. The amount of change is (1)
From equation and equation (2)

【0214】[0214]

【外7】 となる。ここで[Outside 7] Becomes here

【0215】[0215]

【外8】 であり、(3)式における[Outside 8] And in equation (3)

【0216】[0216]

【外9】 は、二光束干渉露光のによる周期パターン像やそれによ
る露光量分布のコントラストである。又、(3)式にお
ける
[Outside 9] Is the contrast of the periodic pattern image due to the two-beam interference exposure and the exposure amount distribution thereby. Also, in equation (3)

【0217】[0219]

【外10】 は、(1)と同様に回路パターン像やそれによる露光量
分布のコントラストであり、限界解像以下の寸法が微細
な領域では回路パターン像による露光のコントラストよ
り二光束干渉露光のコントラストの方が大であるから
[Outside 10] Is the contrast of the circuit pattern image and the exposure dose distribution due to the same as in (1). In the area where the dimension smaller than the limit resolution is fine, the contrast of the two-beam interference exposure is higher than that of the exposure by the circuit pattern image. Because it ’s big

【0218】[0218]

【外11】 である。[Outside 11] It is.

【0219】即ちA′−A>0であり、二重露光によっ
て露光量分布のコントラストが増加することは明らかで
ある。
That is, A'-A> 0, and it is clear that the contrast of the exposure distribution is increased by the double exposure.

【0220】ここで、図36(C)で示した二重露光の
場合について、光量比kを求めてみる。
Here, in the case of the double exposure shown in FIG. 36C, the light amount ratio k will be obtained.

【0221】現在、最も高性能なレジストは40%コン
トラストで解像可能である(即ち、コントラストしきい
値40%)ので、以下で、40%コントラストが得られ
るkの条件をA′より求めてみる。通常のマスクパター
ンはパターン部分の透過率が1、背景の透過率が0であ
る(尚、パターン部分の透過率が0、背景の透過率が2
のマスクパターンもある)。背景の透過率は必ずしもゼ
ロでなくてもよく、位相を180°反転させて数%(多
くは10%以下)の透過率をもつような、いわゆるハー
フトーンであってもよい。このようなハーフトーンマス
クについては後述する。
At present, the most high-performance resist can be resolved with a 40% contrast (that is, the contrast threshold is 40%). View. In a normal mask pattern, the transmittance of the pattern portion is 1 and the transmittance of the background is 0 (the transmittance of the pattern portion is 0, and the transmittance of the background is 2).
There is also a mask pattern). The transmittance of the background is not necessarily zero, and may be a so-called halftone in which the phase is inverted by 180 ° to have a transmittance of several% (often 10% or less). Such a halftone mask will be described later.

【0222】投影光学系のウエハ側の開口数(NA)は
0.60、露光波長はKrFエキシマレーザーのレーザ
光のλ=248nmを用い、マスク面での三本バーパタ
ーンの幅と、周期パターンの幅は等しく、0.12μm
とし、図36(C)が示すような周期パターンの像は、
照明条件をσ=0.2としてレベンソン型位相シフトマ
スクを照明して投影することにより形成する。この周期
パターン像によるレジストの露光量分布は、
The numerical aperture (NA) of the projection optical system on the wafer side is 0.60, the exposure wavelength is λ = 248 nm of a KrF excimer laser beam, and the width of the three-bar pattern on the mask surface and the periodic pattern Are equal in width, 0.12 μm
And the image of the periodic pattern as shown in FIG.
It is formed by illuminating and projecting a Levenson-type phase shift mask with an illumination condition of σ = 0.2. The exposure dose distribution of the resist by this periodic pattern image is

【0223】[0223]

【外12】 である(図37(B)参照)。図36(C)が示すよう
な3本バーパターンの像は、の照明条件をσ=0.8〜
σ=0.53の範囲で照度があり且つσ=0.53以下
で照度がゼロの輪帯照明でマスクを照明して投影するこ
とにより形成する。この3本バーパターン像によるレジ
ストの露光量分布は
[Outside 12] (See FIG. 37B). The image of the three-bar pattern as shown in FIG.
It is formed by illuminating and projecting the mask with annular illumination having illuminance in the range of σ = 0.53 and illuminance of σ = 0.53 or less and zero. The exposure distribution of the resist by the three bar pattern image is

【0224】[0224]

【外13】 である(図37)A)参照)。3本バーパターンの投影
露光のみでは、コントラストAは、下に示すように12
%であるから
[Outside 13] (See FIG. 37A))). With only the projection exposure of the three-bar pattern, the contrast A becomes 12 as shown below.
%

【0225】[0225]

【外14】 解像不可能である。[Outside 14] It cannot be resolved.

【0226】周期パターン像と3本バーパターン像との
二重露光後のコントラストA′が40%以上であるため
には
In order for the contrast A 'after double exposure of the periodic pattern image and the three-bar pattern image to be 40% or more,

【0227】[0227]

【外15】 なる条件を満たす必要があり、この条件式に先のI0
1,b,cの各値を代入してkを求めると k=1.67 となり、二重露光後のコントラストA′を40%以上に
するためには、光量比kを1.67にするとよいことに
なる。
[Outside 15] It is necessary to satisfy the following condition. In this conditional expression, I 0 ,
When k is obtained by substituting the values of I 1 , b, and c, k = 1.67. In order to increase the contrast A ′ after the double exposure to 40% or more, the light amount ratio k is set to 1.67. That would be good.

【0228】k=1.67として、同条件の図36
(A),(B)の場合についてパターン像は露光量分布
のコントラストを計算する。図36(A)の1本バーパ
ターンの二重露光の場合は、強度最小値cとは、強度最
大値bをとるXの位置から線幅の分だけ離れた位置での
強度の値とする。
Assuming that k = 1.67, FIG.
In the cases (A) and (B), the pattern image calculates the contrast of the exposure amount distribution. In the case of double exposure of a single bar pattern in FIG. 36A, the minimum intensity value c is an intensity value at a position separated by the line width from the position X at which the maximum intensity value b is obtained. .

【0229】[0229]

【外16】 であり、二重露光によって一本バーパターンの投影露光
時のコントラスト37%から60%に、コントラストが
増加している。
[Outside 16] The double exposure increases the contrast from 37% at the time of projection exposure of a single bar pattern to 60%.

【0230】図36(B)の二本バーパターンの二重露
光場合の計算結果は、
The calculation result in the case of double exposure of the double bar pattern shown in FIG.

【0231】[0231]

【外17】 であり、二重露光により二本バーパターンの投影露光時
ののコントラスト9%から41%にコントラストが増加
している。
[Outside 17] The double exposure increases the contrast from 9% at the time of projection exposure of the double bar pattern to 41%.

【0232】以上、二重露光によって、1本バー、2本
バー、3本バーなどの孤立から周期性のあるパターンに
関して、いずれもコントラストが40%以上に増加し、
40%レジストで解像可能となった。
As described above, the contrast is increased to 40% or more by double exposure for any pattern from isolated to periodic such as one bar, two bars, and three bars.
Resolution became possible with 40% resist.

【0233】このように通常の回路パターン像の投影露
光と高コントラスト像を供給する周期パターン像の投影
露光の二重露光により、通常解像できない限界解像以下
の微細なパターン像による露光量分布のコントラストを
向上させることができる。このとき回路パターンへの照
明条件と周期パターンのの照明条件を適宜設定して適切
な光量比kをとることにより、使用するレジストで解像
可能なコントラストのレベルに達する露光量分布(二重
露光によるもの)を得ることができる。この結果を図3
8に示した。投影光学系はNA=0.60,光源にKr
Fエキシマレーザーを用いて露光波長はλ=248nm
とした。
As described above, by the double exposure of the projection exposure of the normal circuit pattern image and the projection exposure of the periodic pattern image supplying a high contrast image, the exposure amount distribution by a fine pattern image smaller than the limit resolution which cannot be normally resolved. Can be improved. At this time, by appropriately setting the illumination condition for the circuit pattern and the illumination condition for the periodic pattern and setting an appropriate light amount ratio k, the exposure distribution (double exposure) that reaches a contrast level resolvable by the resist used. ) Can be obtained. This result is shown in FIG.
8 is shown. The projection optical system has NA = 0.60 and the light source is Kr.
The exposure wavelength is λ = 248 nm using an F excimer laser.
And

【0234】図38(A)〜(C)では、上段に周期パ
ターン像の強度分布(露光量分布)、中段にバーパター
ン像の強度分布(露光量分布)、下段に二重露光後の合
成像の強度分布(露光量分布)を示している。バーパタ
ーンは線幅が0.12μm幅の線パターンの1本バー、
2本バー、3本バーである。図中の強度分布それぞれに
矩形で示された部分がバーパターンのマスク上での強度
分布である。下段の二重露光後の強度分布は、中段のバ
ーパターンの強度分布に比べて、コントラストが向上し
ており、強度ピークが高く、マスクパターンの中央部に
あるのでパターンのピッチがマスクパターンのピッチと
等しくなっている。
In FIGS. 38A to 38C, the intensity distribution of the periodic pattern image (exposure amount distribution) is shown in the upper part, the intensity distribution of the bar pattern image (exposure amount distribution) is shown in the middle part, and the composite after double exposure is shown in the lower part. 3 shows an image intensity distribution (exposure amount distribution). The bar pattern is a single bar of a line pattern having a line width of 0.12 μm,
There are two bars and three bars. The portions indicated by rectangles in the respective intensity distributions in the figure are the intensity distributions of the bar patterns on the mask. The intensity distribution after the double exposure in the lower row has improved contrast, a higher intensity peak, and the pitch of the pattern at the center of the mask pattern is higher than that of the bar pattern in the middle row. Is equal to

【0235】図39は、図38のバーパターンと同じパ
ターンで隣り合うバーの位相が互いに反転しているレベ
ンソン型の位相シフトマスクを用いて1回露光した場合
のパターン像の強度分布(露光量分布)である。照明条
件がσ=0.2とσ=0.5の2通りの場合を示した。
図39(A)の孤立1本バーの場合は位相が反転する隣
のパターンがないので通常のマスクの1本バーパターン
と全く同じである。
FIG. 39 shows an intensity distribution (exposure amount) of a pattern image when exposed once using a Levenson-type phase shift mask in which adjacent bars have the same pattern as the bar pattern of FIG. Distribution). The case where the illumination condition is σ = 0.2 and σ = 0.5 is shown.
In the case of the isolated single bar shown in FIG. 39A, there is no adjacent pattern whose phase is inverted, so that it is exactly the same as the single bar pattern of the normal mask.

【0236】図39(B)(C)の2本、3本バーの場
合は隣りあうパターンの位相が反転しているのでの高い
コントラストが得られ、σ=0.5の場合よりも小σの
σ=0.2のよりコヒーレントな照明の方がコントラス
ト向上の効果が大きい。しかし、パターン両端では、位
相が反転する隣のパターンがないため中央部と像強度が
異ってしまい、特にσ=0.2では中央部と両端の強度
ピーク差が大きい。σが大きいσ=0.5では、コント
ラストはやや低下するものの両端との強度ピーク差はな
くなる。いずれの場合でも両端では像がぼけるため強度
分布の裾が拡がり、強度ピークとなる位置がマスクパタ
ーンの中心からずれ、パターンのピッチがマスクパター
ンのピッチと等しくない。
In the case of two or three bars in FIGS. 39 (B) and 39 (C), a high contrast is obtained because the phases of adjacent patterns are inverted, and a smaller σ than in the case of σ = 0.5 is obtained. The effect of improving the contrast is greater with coherent illumination than when σ = 0.2. However, at both ends of the pattern, there is no adjacent pattern whose phase is inverted, so that the image intensity is different from that of the central portion. Particularly, when σ = 0.2, the difference between the intensity peaks at the central portion and both ends is large. When σ is large, σ = 0.5, the contrast slightly decreases, but the intensity peak difference from both ends disappears. In any case, since the image is blurred at both ends, the bottom of the intensity distribution is widened, the position of the intensity peak is shifted from the center of the mask pattern, and the pitch of the pattern is not equal to the pitch of the mask pattern.

【0237】次に、二重露光で得られる露光量分布のコ
ントラストのデフォーカス特性について述べる。位相シ
フトマスクの1回露光と、二重露光法とについて、デフ
ォーカスに対するコントラストの変化を図40&41に
示す。回路パターンとして0.12μm幅の線パターン
の1本、2本、3本バーパターンの三種を用いた。図4
0&41で、実線でバー中央のコントラストを示し、点
線で端のコントラスト、即ち端のバーの強度ピークと線
幅だけ離れた位置(バーのないところ)での強度よりも
とめたコントラストを示した。
Next, the defocus characteristic of the contrast of the exposure distribution obtained by the double exposure will be described. FIGS. 40 and 41 show changes in contrast with respect to defocus for the single exposure of the phase shift mask and the double exposure method. As the circuit patterns, three types of one, two, and three bar patterns having a line width of 0.12 μm were used. FIG.
In 0 & 41, the solid line shows the contrast at the center of the bar, and the dotted line shows the contrast at the end, that is, the contrast obtained from the intensity at the position separated from the intensity peak of the end bar by the line width (the place without the bar).

【0238】図40は、位相シフトマスクで1回露光し
た場合の露光量分布のデフォーカスに対するコントラス
ト変化であり、照明条件はσ=0.5とした。
FIG. 40 shows a change in contrast with respect to defocus in the exposure amount distribution when exposure is performed once with a phase shift mask, and the illumination condition is σ = 0.5.

【0239】図41は、二重露光による露光量分布のデ
フォーカスに対するコントラスト変化であり、照明条件
は低コントラスト像ができてしまうバーパターンの投影
露光では、σ=0.8〜0.53の輪帯照明でσ=0.
53より内側の照度をゼロとし、高コントラスト像を作
る周期パターンの投影露光ではσ=0.2の小σの部分
的コヒーレント照明とし、各露光の光量比は1.5とし
た。投影光学系のNAは0.6、露光波長は248nm
である。
FIG. 41 shows a change in contrast with respect to defocusing of the exposure amount distribution due to double exposure. The illumination condition is such that when the projection exposure of a bar pattern produces a low-contrast image, σ = 0.8 to 0.53. Σ = 0.
The illuminance inside 53 was set to zero, and in the projection exposure of a periodic pattern for forming a high-contrast image, partial coherent illumination with small σ of σ = 0.2 was used, and the light amount ratio of each exposure was set to 1.5. The NA of the projection optical system is 0.6, and the exposure wavelength is 248 nm.
It is.

【0240】図40の実線が示すバー中央のコントラス
トは、3本バー、2本バー、1本バーと周期性がなくな
るにつれ、ベストフォーカスでは高くなるが、デフォー
カスするにつれて低下の割合が大きい。即ち、周期性が
なくなると焦点深度が減少する。また、実線が示すバー
中央のコントラストと、点線が示す端のエッジのコント
ラストとの差が大きい。40%及び30%のコントラス
トを得る焦点深度は、バー中央と端の焦点深度の小さい
方をとると、 40%コントラスト焦点深度は 3本バーでは、1.2μm 2本バーでは、1.1μm 1本バーでは、0.6μm 30%コントラスト焦点深度は 3本バーでは、1.4μm 2本バーでは、1.3μm 1本バーでは、0.7μm となる。
The contrast at the center of the bar indicated by the solid line in FIG. 40 becomes higher in the best focus as the periodicity of the three bars, the two bars, and the one bar is lost, but the ratio of the decrease becomes larger as the defocus is made. That is, when the periodicity is lost, the depth of focus is reduced. The difference between the contrast at the center of the bar indicated by the solid line and the contrast at the edge at the end indicated by the dotted line is large. The depth of focus at which the contrast of 40% and 30% is obtained is the smaller of the depth of focus at the center and at the end of the bar. The depth of focus of the 40% contrast is 1.2 μm for three bars and 1.1 μm for two bars. In this bar, the depth of focus of 0.6 μm 30% is 3 μm for 3 bars, 1.4 μm for 2 bars, and 0.7 μm for 1.3 μm 1 bar.

【0241】一方、図41では、バー中央のコントラス
ト値は相対的に低いが3本バー、2本バー、1本バーと
コントラストピークの差が小さく、周期性がなくなって
もコントラストのデフォーカスに対する低下の割合が小
さい。また、実線が示すバー中央のコントラストと、点
線が示す端のエッジのコントラストとの差が小さい。
On the other hand, in FIG. 41, the contrast value at the center of the bar is relatively low, but the difference between the three-bar, two-bar, and one-bar contrast peaks is small. The rate of decline is small. The difference between the contrast at the center of the bar indicated by the solid line and the contrast at the edge at the end indicated by the dotted line is small.

【0242】40%コントラスト焦点深度は 3本バーでは、0.6μm 2本バーでは、0.9μm 1本バーでは、1.6μm以上 30%コントラスト焦点深度は 3本バーでは、1.6μm以上 2本バーでは、1.6μm以上 1本バーでは、1.6μm以上 となり、40%コントラスト深度は位相シフトマスク1
回露光と同程度の結果が得られたが、コントラスト比率
を35%,30%と低くすると二重露光法の方が深度が
大きく得られる。また、光量比の比率によってもコント
ラストは変わるので、レジストのコントラストしきい値
以上になるように設定できる。
The 40% contrast depth of focus is 0.6 μm for 3 bars, 0.9 μm for 2 bars, 1.6 μm or more for 1 bar, and the 30% contrast depth of focus is 1.6 μm or more for 3 bars. With this bar, it is 1.6 μm or more. With one bar, it is 1.6 μm or more.
The same result as that of the single exposure was obtained, but when the contrast ratio was reduced to 35% or 30%, the double exposure method provided a larger depth. Further, since the contrast changes depending on the ratio of the light amount ratio, it can be set to be equal to or higher than the contrast threshold value of the resist.

【0243】ここまでは、バーパターンの線幅が1通り
の場合について議論している。次に、周期パターンの線
幅は1通りで、バーパターンとしていろいろな線幅のも
のが混在している場合について線幅リニアリティについ
て述べる。投影光学系と露光波長は、今までと同様で、
周期パターンの投影露光とバーパターンの投影露光の照
明条件も今までと同様とした。周期パターンの線幅は今
まで通りの0.12μmに固定し、バーパターンの線幅
は0.1μmから0.16μmの線パターンが、5本バ
ー、2本バー、1本バーとした。
The case where the bar pattern has one line width has been discussed. Next, the line width linearity will be described in the case where the line width of the periodic pattern is one and bar patterns having various line widths are mixed. The projection optical system and exposure wavelength are the same as before,
The illumination conditions for the periodic pattern projection exposure and the bar pattern projection exposure were the same as before. The line width of the periodic pattern was fixed at 0.12 μm as before, and the line width of the bar pattern was from 0.1 μm to 0.16 μm, with five bars, two bars, and one bar.

【0244】それぞれのパターンに対し、充分大きな線
幅(この場合、0.36μm)のときに、マスクとウエ
ハー線幅が等しくなるような露光量スライスレベルを求
め、同じスライスレベルでウエハ側での0.1μmから
0.16μmに対応する各線幅がマスクでの線幅からど
れだけ誤差があるかを調べた。比較のために、同じ照明
条件にした通常のバーパターン露光1回露光のみの線幅
リニアリティ誤差も調べた。
For each pattern, when the line width is sufficiently large (in this case, 0.36 μm), the exposure dose slice level is determined so that the mask and the wafer line width are equal, and the same slice level is used on the wafer side. It was examined how much each line width corresponding to 0.1 μm to 0.16 μm has an error from the line width on the mask. For comparison, the line width linearity error of only one exposure of the normal bar pattern exposure under the same illumination conditions was also examined.

【0245】図42&43が0.1μmから0.16μ
mの線幅リニアリティ誤差である。デフォーカス0のと
きと、デフォーカス±0.2,±0.3μmのときの線
幅リニアリティ誤差を示している。図42は、通常露光
の線幅リニアリティ誤差で、照明条件はσ=0.53〜
0.8の輪帯照明でσ=0.53より内側の照度をゼロ
とした。
FIGS. 42 and 43 show that 0.1 μm to 0.16 μm.
m is the line width linearity error. The line width linearity error is shown when the defocus is 0 and when the defocus is ± 0.2 and ± 0.3 μm. FIG. 42 shows the line width linearity error of the normal exposure, and the illumination condition is σ = 0.53-
The illuminance inside σ = 0.53 in the annular illumination of 0.8 was set to zero.

【0246】図43は、二重露光法の線幅リニアリティ
誤差で、照明条件はバーパターンの露光では、σ=0.
53〜0.8の輪帯照明でσ=0.53より内側の照度
をゼロとし、周期パターンの露光ではσ=0.2の小σ
の部分的コヒーレント照明とした。これらの線幅は限界
解像以下であり、コントラストが低い。ここでは、解像
可能なコントラスト以下であっても露光量スライスレベ
ルに達していれば線幅として求めている。
FIG. 43 shows the line width linearity error of the double exposure method. The illumination condition is σ = 0.
In the annular illumination of 53 to 0.8, the illuminance inside σ = 0.53 is set to zero, and in the exposure of the periodic pattern, the small σ of σ = 0.2
Was partially coherent illumination. These line widths are below the limit resolution, and the contrast is low. Here, even if the contrast is equal to or less than the resolvable contrast, the line width is obtained if the exposure amount reaches the slice level.

【0247】図42で線が途中で切れているところはパ
ターンとして存在せず一様にぼけた状態であり、前述し
たように線が書かれていても解像可能なコントラストに
達していない場合もある。
In FIG. 42, the portion where the line is broken in the middle is not present as a pattern and is in a uniformly blurred state. As described above, the case where the line has been written does not reach the resolvable contrast. There is also.

【0248】図43では、それぞれのパターンで、それ
ぞれのデフォーカスで線幅の再現性としての限界解像力
が延びている。かつ、線幅誤差の数値も低くなってい
る。
In FIG. 43, in each pattern, the critical resolution as the reproducibility of the line width is increased at each defocus. In addition, the numerical value of the line width error is also low.

【0249】二重露光法においてこれらより大きな線幅
は、周期パターンの3倍の線幅の再現性が優れている。
図44に示すようにバーパターンのパターンの両方のエ
ッジが周期パターンと一致しするからである。周期パタ
ーンの2倍の線幅は、再現性が良くない。
In the double exposure method, a line width larger than these is excellent in reproducibility of a line width three times the periodic pattern.
This is because both edges of the bar pattern coincide with the periodic pattern as shown in FIG. A line width twice as large as the periodic pattern has poor reproducibility.

【0250】バーパターンの線幅として、最小線幅に加
えその2倍の線幅などが混在している場合、周期パター
ンのピッチを図45のように部分的に変えることが有効
である。二重露光法の線幅リニアリティ誤差は、図43
においては周期パターンの線幅を0.12μmと固定
し、バーパターンの線幅を変えていったが、バーパター
ンの線幅によって図45のように周期パターンのピッチ
を線幅の2倍又は2倍に近い値に等しくなるように部分
的に変える方法では、線幅リニアリティ誤差がより少な
くなることは明らかである。
When the line width of the bar pattern includes a minimum line width and a line width twice as large as the minimum line width, it is effective to partially change the pitch of the periodic pattern as shown in FIG. The line width linearity error of the double exposure method is shown in FIG.
In the above, the line width of the periodic pattern was fixed to 0.12 μm and the line width of the bar pattern was changed. However, the pitch of the periodic pattern was doubled or doubled as shown in FIG. Obviously, the method of partially varying the value to be close to double will result in less linewidth linearity error.

【0251】また、バーパターンと同じパターンで隣り
合うバーの位相が互いに反転しているレベンソン型の位
相シフトマスクを用いて1回露光する方法で、周期パタ
ーンの中央の線幅リニアリティ誤差は、前記二重露光の
バーパターンの線幅と周期パターンのピッチを線幅の2
倍に等しくする方法の線幅リニアリティ誤差とほぼ等し
くなるが、周期パターンの端や孤立パターンに関して
は、図42のような通常露光の線幅リニアリティ誤差の
結果とほぼ等しくなるので、線幅リニアリティ誤差に関
しても二重露光の優位性がある。
In the method of performing one exposure using a Levenson-type phase shift mask in which adjacent bars of the same pattern as the bar pattern are inverted from each other, the line width linearity error at the center of the periodic pattern is reduced by the above-described method. The line width of the bar pattern of double exposure and the pitch of the periodic pattern are set to 2 times the line width.
Although the line width linearity error becomes almost equal to the method of making it equal to twice, the edge width of the periodic pattern and the isolated pattern become almost equal to the result of the line width linearity error of the normal exposure as shown in FIG. Also has the advantage of double exposure.

【0252】図46は孤立線の投影方が露光の1回露光
の結果と、二重露光の結果の2次元像である。表は、図
46でベストフォーカスの線幅がマスク線幅の結果と等
しくしたときの露光量で解像したときのデフォーカスに
対する線幅変化と、長手方向の長さをマスクの線幅との
比で表したものである。マスク線幅と等しいときを10
0%とした。
FIG. 46 is a two-dimensional image of the result of single exposure and the result of double exposure in which the isolated line is projected. The table shows the relationship between the line width change with respect to defocus when resolving with the exposure amount when the line width of the best focus is equal to the result of the mask line width in FIG. 46, and the length in the longitudinal direction as the line width of the mask. It is expressed as a ratio. 10 when equal to mask line width
0%.

【0253】二重露光の結果は、バーパターンの投影露
光の1回露光の結果に比べてベストフォーカスでも長手
方向の長さがマスク線幅に近づき、デフォーカスに対す
る線幅変化も少なく、焦点深度が向上している。
The result of the double exposure is that the length in the longitudinal direction approaches the mask line width even at the best focus, the line width change with respect to defocus is small, and the depth of focus is smaller than the result of the single exposure of the bar pattern projection exposure. Is improving.

【0254】本発明の他の実施形態を、図49〜図52
を用いて説明する。本実施形態では、一回の露光では解
像できないパターンが形成されるマスク(レチクル)の
変形例を示す。
FIGS. 49 to 52 show another embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a modified example of a mask (reticle) that forms a pattern that cannot be resolved by one exposure will be described.

【0255】二重露光法において、通常の露光装置を用
いて一回の露光では、解像できないパターン像による投
影露光に図49に示す通常のCr膜パターンを用いた場
合に二重露光された部分の露光量が過大になる場合が考
えられる。この場合、レジストパターンに膜減りが生じ
たり、デフォーカス時にマスクパターン像のコントラス
ト不足が生じて焦点深度が得られにくくなるが、以下の
(1)〜(3)の3種類のパターンが形成されたマスク
(レチクル)を用いると、図49のCr膜パターンに比
べ高コントラストのマスクパターン像が得られるので、
焦点深度も向上する。
In the double exposure method, in a single exposure using a normal exposure apparatus, double exposure was performed when a normal Cr film pattern shown in FIG. 49 was used for projection exposure using a pattern image that could not be resolved. It is conceivable that the exposure amount of the portion becomes excessive. In this case, the resist pattern is reduced in film thickness, or the contrast of the mask pattern image is insufficient at the time of defocusing, so that it is difficult to obtain a depth of focus. However, the following three types of patterns (1) to (3) are formed. When a mask (reticle) is used, a mask pattern image having a higher contrast than the Cr film pattern in FIG. 49 can be obtained.
The depth of focus also improves.

【0256】ハーフトーン位相シフトパターン(図5
0) 透過率:2〜10% シフタ材質:Mo系、Cr系、その他金属酸化物、窒化
物 dimesion:L1〜5は適宜決定する 位相:ハーフトーン部とその他の部分を通過する光の位
相差は180°
The halftone phase shift pattern (FIG. 5)
0) Transmittance: 2 to 10% Shifter material: Mo-based, Cr-based, other metal oxides, nitrides Dimensions: L1 to 5 are appropriately determined Phase: Phase difference between light passing through a halftone portion and other portions Is 180 °

【0257】リム型位相シフトパターン(図51) dimesion:L1〜9は適宜決定する 位相:リム部とその他の部分を通過する光の位相差は1
80°
Rim-type phase shift pattern (FIG. 51) dimension: L1 to 9 are appropriately determined Phase: The phase difference between light passing through the rim portion and other portions is 1
80 °

【0258】クロムレスシフタ遮光型位相シフトパタ
ーン(図52) 特にこのタイプの場合は前記の二種類のタイプよりより
微細な線幅のパターンに対し有効である。このタイプは
線幅が細いパターンにおいて位相シフトパターンの両側
のエッジ部分で生じる位相シフト効果が合成され一つの
ラインパターンとしてレジスト像が形成される dimesion:L1〜5は適宜決定する 位相:パターン部とその他の部分を通過する光の位相差
は180°
Chromium-less shifter light-shielding phase shift pattern (FIG. 52) This type is particularly effective for patterns having a finer line width than the above two types. In this type, in a pattern having a small line width, a phase shift effect generated at both edges of the phase shift pattern is combined to form a resist image as one line pattern. Dimensions: L1 to 5 are appropriately determined. Phase difference of light passing through other parts is 180 °

【0259】以上説明した露光方法及び露光装置を用い
てIC,LSI等の半導体チップ、液晶パネル等の表示
素子、磁気ヘッド等の検出素子、CCD等の撮像素子と
いった各種デバイスを製造できる。
Various devices such as semiconductor chips such as ICs and LSIs, display elements such as liquid crystal panels, detection elements such as magnetic heads, and image pickup elements such as CCDs can be manufactured using the above-described exposure method and exposure apparatus.

【0260】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく,本発明の趣旨を逸脱しない範囲こおい
て種々に変更することが可能である。高コントラスト像
による露光および回路パターン像による露光での露光回
数や露光量の段数は最初の述べたとおり適宜選択するこ
とが可能であり、更に露光の重ね合わせも必要ならばず
らして行う等適宜調整することが可能である。このよう
な調整を行うことで形成可能な回路パターンにバリエー
ションが増える。
The present invention is not limited to the embodiments described above, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention. The number of exposures and the number of exposure steps in the exposure with the high-contrast image and the exposure with the circuit pattern image can be appropriately selected as described above. It is possible to By performing such an adjustment, variations in circuit patterns that can be formed increase.

【0261】以上説明した二重露光法によって、従来の
それによる露光のみではコントラストが低く解像できな
い微細なパターンのコントラストが向上し、解像が可能
になる。また、この二重露光法は、レベンソン型位相シ
フトマスクのパターンの1回露光に比べて、線幅再現性
においてより優れたものである。特にとくに、レベンソ
ン型位相シフトマスクのパターンの1回露光は、周期性
のないパターンには有効でなく位相反転のためのパター
ン配置の制限があるのに比べて、この二重露光法では、
周期性のないパターンや、より複雑な形状のパターンを
形成することが可能である。また、この二重露光法は米
国特許5415835号公報や特開平7−253649
号公報が示す二重露光法に比べても、より複雑な形状の
パターンを形成することができる。
By the double exposure method described above, the contrast of a fine pattern having a low contrast which cannot be resolved by the conventional exposure alone is improved, and the resolution can be achieved. In addition, the double exposure method is superior in line width reproducibility as compared with the single exposure of the pattern of the Levenson-type phase shift mask. In particular, the single exposure of the pattern of the Levenson-type phase shift mask is not effective for a pattern having no periodicity, and the pattern arrangement for phase inversion is limited.
It is possible to form a pattern having no periodicity or a pattern having a more complicated shape. This double exposure method is disclosed in U.S. Pat. No. 5,415,835 and JP-A-7-253649.
It is possible to form a pattern having a more complicated shape as compared with the double exposure method shown in the publication.

【0262】[0262]

【発明の効果】以上、本発明によれば、二重露光法によ
り、従来よりも複雑なパターンを形成することができ
る。
As described above, according to the present invention, a more complicated pattern can be formed by the double exposure method.

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

【図1】従来の投影露光装置を示す図である。FIG. 1 is a view showing a conventional projection exposure apparatus.

【図2】周期パターン露光を行なうための2光束干渉用
露光装置の一例を示す図である。
FIG. 2 is a view showing an example of a two-beam interference exposure apparatus for performing periodic pattern exposure.

【図3】本発明の露光方法のフロ−チャートである。FIG. 3 is a flowchart of the exposure method of the present invention.

【図4】2光束干渉露光により得た周期パタ−ン(露光
パターン)を示す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view showing a periodic pattern (exposure pattern) obtained by two-beam interference exposure.

【図5】レジストの露光感度特性を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing exposure sensitivity characteristics of a resist.

【図6】現像によるパタ−ン形成を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing pattern formation by development.

【図7】2光束干渉露光による周期パターン(露光パタ
−ン)を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a periodic pattern (exposure pattern) by two-beam interference exposure.

【図8】本発明における2光束干渉露光による周期パタ
ーン(露光パタ−ン)を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing a periodic pattern (exposure pattern) by two-beam interference exposure in the present invention.

【図9】第1の実施形態において形成できる露光パタ−
ン(リソグラフィーパターン)の一例を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an exposure pattern that can be formed in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a pattern (lithography pattern).

【図10】第1の実施形態において形成できる露光パタ
−ン(リソグラフィーパターン)の他の一例を示す説明
図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing another example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the first embodiment.

【図11】第1の実施形態において形成できる露光パタ
−ン(リソグラフィーパターン)の他の一例を示す説明
図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing another example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the first embodiment.

【図12】第2の実施形態において形成できるゲートパ
タ−ンを示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a gate pattern that can be formed in the second embodiment.

【図13】第2の実施形態の二重露光の様子を示す実施
形態を示す説明図。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating an embodiment showing a state of double exposure according to the second embodiment.

【図14】ゲートパターンを説明する図。FIG. 14 illustrates a gate pattern.

【図15】パターン形成過程を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a pattern forming process.

【図16】2光束干渉による周期パターン露光を行なう
投影露光装置の一例を示す概略図である。
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an example of a projection exposure apparatus that performs periodic pattern exposure by two-beam interference.

【図17】本発明の投影露光装置に使用するマスクおよ
び照明方法の1例を示す説明図である。
FIG. 17 is an explanatory view showing one example of a mask and an illumination method used in the projection exposure apparatus of the present invention.

【図18】本発明の投影露光装置に使用するマスクおよ
び照明方法の他の1例を示す説明図である。
FIG. 18 is an explanatory view showing another example of a mask and an illumination method used in the projection exposure apparatus of the present invention.

【図19】本発明の2光束干渉露光装置の一例を示す概
略図である。
FIG. 19 is a schematic view showing an example of a two-beam interference exposure apparatus of the present invention.

【図20】本発明の高解像度露光装置の一例を示す概略
図である。
FIG. 20 is a schematic view showing an example of a high-resolution exposure apparatus of the present invention.

【図21】本発明の高解像度露光装置の他の例を示す概
略図である。
FIG. 21 is a schematic view showing another example of the high resolution exposure apparatus of the present invention.

【図22】本発明の露光方法の第3の実施形態を示すフ
ローチャートである。
FIG. 22 is a flowchart illustrating an exposure method according to a third embodiment of the present invention.

【図23】パターン露光により得た露光パターンを示す
説明図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing an exposure pattern obtained by pattern exposure.

【図24】本発明の実施形態において形成できる露光パ
ターン(リソグラフィーパターン)の一例を示す説明
図。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing an example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the embodiment of the present invention.

【図25】各種パターンを作成する位相型マスクとその
ウエハ面上の露光量分布の説明図。
FIG. 25 is an explanatory diagram of a phase type mask for creating various patterns and its exposure amount distribution on a wafer surface.

【図26】本発明の実施形態において形成できる露光パ
ターン(リソグラフィーパターン)の他の一例を示す説
明図。
FIG. 26 is an explanatory view showing another example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the embodiment of the present invention.

【図27】ゲートパターン露光用の下地マスク及び通常
マスクとそのウエハ面上の露光分布を説明する図。
FIG. 27 is a view for explaining a base mask and a normal mask for gate pattern exposure and their exposure distribution on the wafer surface.

【図28】本発明のゲートパターン作成時の二重露光さ
れた露光量分布及び得られるレジスト像を説明する図。
FIG. 28 is a view for explaining a double-exposure dose distribution and a resist image obtained when a gate pattern is formed according to the present invention.

【図29】本発明の実施形態を2次元的に説明する図。FIG. 29 is a diagram for two-dimensionally explaining the embodiment of the present invention;

【図30】黒下地でゲートパターンを作成する他の一例
を示す図。
FIG. 30 is a diagram showing another example of forming a gate pattern on a black base.

【図31】二重露光された露光量分布及び得られるレジ
スト像を説明する図。
FIG. 31 is a view for explaining an exposure dose distribution obtained by double exposure and an obtained resist image.

【図32】パターン形成過程を2次元的に説明する図。FIG. 32 is a diagram for two-dimensionally explaining a pattern forming process.

【図33】他の回路パターンを作成する為のマスクパタ
ーン。
FIG. 33 shows a mask pattern for creating another circuit pattern.

【図34】図15の回路パターンに対する露光量分布を
説明する図。
FIG. 34 is a view for explaining an exposure amount distribution for the circuit pattern of FIG. 15;

【図35】図15の回路パターンが形成する過程を示す
図。
FIG. 35 is a view showing a process of forming the circuit pattern of FIG. 15;

【図36】高コントラストの周期的パターンと低コント
ラストの一本乃至三本のバーパターンの夫々による二重
露光を示す図である。
FIG. 36 is a diagram showing double exposure using a high-contrast periodic pattern and low-contrast one to three bar patterns, respectively.

【図37】三本のバーパターン(像)による露光、周期
的パターン(像)による露光、及び三本のバーパターン
(像)と周期的パターン(像)による二重露光によって
レジストに生じる強度分布(露光量分布)を示す図であ
る。
FIG. 37 is an intensity distribution generated in a resist by exposure using three bar patterns (images), exposure using a periodic pattern (image), and double exposure using three bar patterns (images) and a periodic pattern (image). It is a figure which shows (exposure amount distribution).

【図38】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々と
周期パターン(像)による二重露光の際の強度分布を示
す図である。
FIG. 38 is a diagram showing an intensity distribution at the time of double exposure using each of one to three bar patterns (images) and a periodic pattern (image).

【図39】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々に
よる露光を位相シフトマスクを用いてそれへの照明条件
(σ)を変えて行なった時の強度分布を示す図である。
FIG. 39 is a diagram showing an intensity distribution when exposure with each of one to three bar patterns (images) is performed using a phase shift mask while changing the illumination condition (σ) thereto.

【図40】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々に
よる露光を位相シフトマスクを用いてσ=0.5で行な
った時のデフォーカス対コントラストを示すグラフであ
る。
FIG. 40 is a graph showing defocus vs. contrast when exposure with one to three bar patterns (images) is performed at σ = 0.5 using a phase shift mask.

【図41】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々と
周期パターン(像)による二重露光を、周期ターンの時
にはσ=0.2の通常照明、バーパターンの時にはσ=
0.8の輪帯照明で行なった時のデフォーカス対コント
ラストを示すグラフである。
FIG. 41 shows double exposure using each of one to three bar patterns (images) and a periodic pattern (image), normal illumination of σ = 0.2 for a periodic turn, and σ = 0.2 for a bar pattern.
9 is a graph showing defocus vs. contrast when performed with 0.8 annular illumination.

【図42】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々に
よる露光をσ=0.53〜0.8の輪帯照明で行なった
時の線幅リニアリティ誤差を示すグラフである。
FIG. 42 is a graph showing a line width linearity error when exposure using one to three bar patterns (images) is performed with annular illumination of σ = 0.53 to 0.8.

【図43】一本乃至三本のバーパターン(像)の夫々と
周期パターン(像)による二重露光を、周期ターンの時
にはσ=0.2の通常照明、バーパターンの時にはσ=
0.53〜0.8の輪帯照明で行なった時の線幅リニア
リティ誤差を示すグラフである。
FIG. 43 shows double exposure using each of one to three bar patterns (images) and a periodic pattern (image); normal illumination of σ = 0.2 for a periodic turn, and σ = 0.2 for a bar pattern.
It is a graph which shows a line width linearity error at the time of performing with 0.53-0.8 annular illumination.

【図44】周期的パターンと三本の比較的線幅が大きな
バーパターンによる二重露光を示す図である。
FIG. 44 is a diagram showing double exposure using a periodic pattern and three bar patterns having relatively large line widths.

【図45】周期的パターンと、線幅が異なる複数種のバ
ーパターンとによる二重露光を示す図である。
FIG. 45 is a diagram illustrating double exposure using a periodic pattern and a plurality of types of bar patterns having different line widths.

【図46】一本のバーパターンに関する、単独の場合と
周期パターンとによる二重露光の場合とでの二次元像を
示す図である。
FIG. 46 is a diagram showing two-dimensional images of a single bar pattern in a single case and in a double exposure with a periodic pattern.

【図47】コントラストがゼロのパターン(像)による
露光、高コントラストの周期的パターン(像)による露
光、これら露光から成る二重露光のそれぞれを行なった
時の強度分布を示す図である。
FIG. 47 is a diagram showing intensity distributions when exposure is performed using a pattern (image) having zero contrast, exposure using a periodic pattern (image) having a high contrast, and double exposure composed of these exposures.

【図48】コントラストがゼロのパターン(像)による
露光、高コントラストの周期的パターン(像)による露
光、これら露光から成る二重露光のそれぞれを行なった
時の強度分布を示す図である。
FIG. 48 is a diagram showing intensity distributions when exposure is performed using a pattern (image) having zero contrast, exposure using a periodic pattern (image) having a high contrast, and double exposure composed of these exposures.

【図49】通常のクロムパターンを有するレチクルを示
す図である。
FIG. 49 is a diagram showing a reticle having a normal chrome pattern.

【図50】ハーフトーン位相シフトパターンを有するレ
チクルを示す図である。
FIG. 50 is a diagram showing a reticle having a halftone phase shift pattern.

【図51】リム型位相シフトパターンを有するレチクル
を示す図である。
FIG. 51 is a diagram showing a reticle having a rim-type phase shift pattern.

【図52】クロムレスシフタ遮光型位相シフトパターン
を有するレチクルを示す図である。
FIG. 52 is a diagram showing a reticle having a chromeless shifter light-shielding type phase shift pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

221 エキシマレ−ザ 222 照明光学系 223 マスク(レチクル) 224 マスク(レチクル)ステージ 225 2光束干渉用マスクと通常投影露光用のマスク 226 マスク(レチクル)チェンジャ 227 投影光学系 228 ウエハ 229 XYZステージ 221 Excimer laser 222 Illumination optical system 223 Mask (reticle) 224 Mask (reticle) stage 225 2 Light flux interference mask and mask for normal projection exposure 226 Mask (reticle) changer 227 Projection optical system 228 Wafer 229 XYZ stage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 章義 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 岩崎 裕一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−226362(JP,A) Proceedings of SP IE vol.3679 page.396− 407 Proceedings of SP IE vol.3748 page.278− 289 Proceedings of SP IE vol.3873 page.66−77 応用物理学会分科会 シリコンテクノ ロジー No.11 page.6−11 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 INSPEC(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Akiyoshi Suzuki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Within Canon Inc. (72) Inventor Yuichi Iwasaki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-7-226362 (JP, A) Proceedings of SP IE vol. 3679 page. 396-407 Proceedings of SP IE vol. 3748 page. 278-289 Proceedings of SP IE vol. 3873 page. 66-77 Japan Society of Applied Physics Silicon Technology No. 11 page. 6-11 (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 INSPEC (DIALOG) WPI (DIALOG)

Claims (18)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 レジストにパターンに関する露光を行な
う露光方法において、2光束干渉露光により第1の露光
量分布を与える第1段階と、前記パターンと相似のパタ
ーンが形成されたマスクを用いた露光により露光量が0
ではないが小さい部分と露光量が大きい部分を有する
第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、前記第1
の露光量分布の一部分と前記第2の露光量分布の前記露
光量が0ではないが小さい部分を重ねることで前記パタ
ーンの一部分に関する露光が行なわれ、前記第1の露光
量分布の他の部分と重なる前記第2の露光量分布の前記
露光量が大きい部分で前記パターンの他の部分に関する
露光が行なわれることを特徴とする露光方法。
An exposure method for exposing a resist to a pattern , comprising: a first step of providing a first exposure amount distribution by two-beam interference exposure; and a pattern similar to the pattern.
The exposure amount is reduced to 0 by the exposure using the mask on which the pattern is formed.
And a second step of providing a second exposure amount distribution having a free but a small portion and the exposure amount is large portions, the first
A part of the exposure distribution of
Although the light intensity is not 0, the pattern
Exposure is performed on a portion of the first exposure
The second exposure dose distribution overlapping with another portion of the dose distribution.
The portion where the exposure amount is large and related to other portions of the pattern
An exposure method, wherein exposure is performed .
【請求項2】 レジストにパターンに関する露光を行な
う露光方法において、位相シフタ及び/又は遮光部を配
列した第1のマスクを用いた2光束干渉露光により露光
量が前記レジストの露光しきい値以下である第1の露光
量分布を与える第1段階と、前記パターンと相似のパタ
ーンが形成された第2のマスクを用いた露光により露光
量が0ではないが前記露光しきい値以下の部分と露光量
が前記露光しきい値以上の部分とを有する第2の露光量
分布を与える第2段階とを有し、前記第1の露光量分布
の一部分と前記第2の露光量分布の前記露光量が0では
ないが前記露光しきい値以下の部分を重ねることで前記
パターンの一部分に関する露光が行なわれ、前記第1の
露光量分布の他の部分と重なる前記第2の露光量分布の
前記露光しきい値以上の部分で前記パターンの他の部分
に関する露光が行なわれることを特徴とする露光方法。
2. An exposure method for exposing a resist to a pattern, wherein the exposure is performed by two-beam interference exposure using a first mask in which a phase shifter and / or a light-shielding portion is arranged.
Exposing a first step the amount gives a first exposure amount distribution is not more than exposure threshold of the resist, the exposure using the second mask pattern of similar to the above pattern is formed
A part where the amount is not 0 but is below the exposure threshold value and the exposure amount
Providing a second exposure dose distribution having a portion equal to or greater than the exposure threshold value , wherein the first exposure dose distribution
And the exposure amount of the second exposure amount distribution is 0
No, but by overlapping parts below the exposure threshold
Exposure is performed on a part of the pattern, and the first
Of the second exposure distribution overlapping with another part of the exposure distribution
The other portion of the pattern at a portion equal to or more than the exposure threshold
An exposure method, wherein the exposure is performed .
【請求項3】 レジストにパターンに関する露光を行な
う露光方法において、周期パターン露光により第1の露
光量分布を与える第1段階と、前記パターンと相似のパ
ターンが形成されたマスクを用いた露光により露光量が
0ではないが小さい部分と露光量が大きい部分とを有す
る第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、前記第
1の露光量分布の一部分と前記第2の露光量分布の前記
露光量が0ではないが小さい部分を重ねることで前記パ
ターンの一部分に関する露光が行なわれ、前記第1の露
光量分布の他の部分と重なる前記第2の露光量分布の前
記露光量が大きい部分で前記パターンの他の部分に関す
る露光が行なわれること を特徴とする露光方法。
3. A resist is exposed to a pattern.
In the exposure method, the first exposure is performed by periodic pattern exposure.
A first step of providing a light quantity distribution, and a pattern similar to the pattern.
Exposure using masks with turns
It has a small part that is not 0 and a part with large exposure
A second step of providing a second exposure dose distribution.
A part of the first exposure distribution and the second exposure distribution;
The exposure is not 0, but by overlapping small parts,
Exposure is performed on a portion of the turn, and the first exposure is performed.
Before the second exposure dose distribution which overlaps with other parts of the light intensity distribution
The portion where the exposure amount is large is related to other portions of the pattern.
An exposure method characterized in that an exposure is performed .
【請求項4】 レジストにパターンに関する露光を行な
う露光方法において、位相シフタ及び/又は遮光部を配
列した第1のマスクを用いた周期パターン露光により露
光量が前記レジストの露光しきい値以下である第1の露
光量分布を与える第1段階と、前記パターンと相似のパ
ターンが形成された第2のマスクを用いた露光により露
光量が0ではないが前記露光しきい値以下の部分と露光
量が前記露光しきい値以上の部分とを有する第2の露光
量分布を与える第2段階とを有し、前記第1の露光量分
布の一部分と前記第2の露光量分布の前記露光量が0で
はないが前記露光しきい値以下の部分を重ねることで前
記パターンの一部分に関する露光が行なわれ、前記第1
の露光量分布の他の部分と重なる前記第2の露光量分布
の前記露光しきい値以上の部分で前記パターンの他の部
分に関する露光が行なわれることを特徴とする露光方
法。
4. A resist is exposed to a pattern.
In the exposure method, a phase shifter and / or a light shielding portion are provided.
Exposure by periodic pattern exposure using the first mask
A first exposure method in which the light amount is equal to or less than the exposure threshold value of the resist;
A first step of providing a light quantity distribution, and a pattern similar to the pattern.
Exposure using the second mask in which the turns are formed
Exposure to a portion where the light amount is not 0 but is below the exposure threshold
A second exposure having an amount equal to or greater than the exposure threshold
Providing a dose distribution, wherein the first exposure dose
A part of the cloth and the exposure amount of the second exposure amount distribution is 0
No, but by overlapping the parts below the exposure threshold,
Exposure is performed on a part of the pattern, and the first
The second exposure distribution overlapping other parts of the exposure distribution
The other portion of the pattern at a portion not less than the exposure threshold
Exposure method characterized in that exposure for minutes is performed
Law.
【請求項5】 前記第1段階の後で前記第2段階を行な
うか、或いは、前記第2段階の後で前記第1段階を行な
うか、或いは、前記第1段階と前記第2段階を同時に行
なうことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記
載の露光方法。
5. The method according to claim 1 , wherein the second step is performed after the first step.
Or performing the first step after the second step
Or perform the first and second steps simultaneously
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein
Exposure method described above.
【請求項6】 前記パターンの前記一部分は最小線幅を
有する部分であることを特徴とする請求項1〜4のいず
れか1項に記載の露光方法。
6. The part of the pattern has a minimum line width.
5. The method according to claim 1, wherein
2. The exposure method according to claim 1.
【請求項7】 前記パターンは回路パターンであること
を特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の露光
方法。
7. The pattern is a circuit pattern.
Exposure according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
Method.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の露
光方法における前記第1の露光量分布を形成するために
用いるマスク。
8. The dew according to any one of claims 1 to 7,
To form the first exposure dose distribution in the optical method
The mask to use.
【請求項9】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の露
光方法における前記第2の露光量分布を形成するために
用いるマスク。
9. The dew according to any one of claims 1 to 7,
To form the second exposure dose distribution in the optical method
The mask to use.
【請求項10】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の
露光方法を行なえる露光装置。
10. The method according to claim 1, wherein
An exposure apparatus that can perform an exposure method.
【請求項11】レジストを露光し、現像する段階を含
む、パターンの形成方法において、2光束干渉露光によ
り第1の露光量分布を与える第1段階と、前記パターン
と相似のパターンが形成されたマスクを用いた露光によ
り露光量が0で はないが小さい部分と露光量が大きい部
分とを有する第2の露光量分布を与える第2段階とを有
し、前記第2の露光量分布の前記露光量が0ではないが
小さい部分と重なる前記第1の露光量分布の一部分に基
づいて前記パターンの一部分を形成し、前記第1の露光
量分布の他の部分に重なる前記第2の露光量分布の前記
露光量が大きい部分に基づいて前記パターンの他の部分
を形成することを特徴とするパターン形成方法。
11. A method comprising exposing and developing a resist.
In the pattern forming method, two-beam interference exposure is used.
A first step of providing a first exposure dose distribution;
Exposure using a mask with a pattern similar to
Parts where the exposure is not 0 but small and parts where the exposure is large
A second step of providing a second exposure distribution having
Although the exposure amount in the second exposure amount distribution is not 0,
Based on a part of the first exposure distribution overlapping the small part
Forming a part of the pattern based on the first exposure
The second exposure dose distribution overlapping another portion of the dose distribution.
Other parts of the pattern based on the part with a large amount of exposure
Forming a pattern.
【請求項12】 レジストを露光し、現像する段階を含
む、パターンの形成方法において、位相シフタ及び/又
は遮光部を配列した第1のマスクを用いた2光束干渉露
光により露光量が前記レジストの露光しきい値以下であ
る第1の露光量分布を与える第1段階と、前記パターン
と相似のパターンが形成された第2のマスクを用いた通
常の露光により露光量が0ではないが前記露光しきい値
以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分とを
有する第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、前
記第2の露光量分布の前記露光量が0ではないが前記露
光しきい値以下の部分と重なる前記第1の露光量分布の
一部分に基づいて前記パターンの一部分を形成し、前記
第1の露光量分布の他の部分と重なる前記第2の露光量
分布の前記露光しきい値以上の部分に基づいて前記パタ
ーンの他の部分を形成することを特徴とするパターン形
成方法。
12. The method according to claim 11 , further comprising the steps of exposing and developing the resist.
In a method for forming a pattern, a phase shifter and / or
Is a two-beam interference exposure using the first mask with the light-shielding portions arranged.
The light exposure is below the exposure threshold of the resist.
A first step of providing a first exposure dose distribution;
Using a second mask having a pattern similar to
Although the exposure amount is not 0 due to normal exposure, the exposure threshold
The following part and the part where the exposure amount is equal to or more than the exposure threshold
Providing a second exposure dose distribution having
The exposure amount in the second exposure amount distribution is not 0,
Of the first exposure dose distribution overlapping the portion below the light threshold
Forming a portion of the pattern based on the portion;
The second dose overlapping another portion of the first dose distribution;
The pattern based on the portion of the distribution above the exposure threshold.
Pattern characterized by forming the other part of the pattern
Method.
【請求項13】レジストを露光し、現像する段階を含
む、パターンの形成方法において、周期パターン露光に
より第1の露光量分布を与える第1段階と、前記パター
ンと相似のパターンが形成されたマスクを用いた露光に
より露光量が0ではないが小さい部分と露光量が大きい
部分とを有する第2の露光量分布を与える第2段階とを
有し、前記第2の露光量分布の前記露光量が0ではない
が小さい部分と重なる前記第1の露光量分布の一部分に
基づいて前記パターンの一部分を形成し、前記第1の露
光量分布の他の部分に重なる前記第2の露光量分布の前
記露光量が大きい部分に基づいて前記パターンの他の部
分を形成することを特徴とするパターン形成方法。
13. A method comprising exposing and developing a resist.
In the pattern formation method, periodic pattern exposure
A first step of providing a first exposure dose distribution;
Exposure using a mask with a pattern similar to
Exposure amount is not 0 but small part and exposure amount are large
Providing a second exposure dose distribution having
The exposure amount of the second exposure amount distribution is not 0
Is part of the first exposure distribution that overlaps with the smaller part
Forming a portion of the pattern based on the first exposure
Before the second exposure dose distribution overlapping other parts of the light intensity distribution
Another part of the pattern based on the part where the exposure amount is large
Forming a pattern.
【請求項14】 レジストを露光し、現像する段階を含
む、パターンの形成方法において、位相シフタ及び/又
は遮光部を配列した第1のマスクを用いた周期パターン
露光により露光量が前記レジストの露光しきい値以下で
ある第1の露 光量分布を与える第1段階と、前記パター
ンと相似のパターンが形成された第2のマスクを用いた
通常の露光により露光量が0ではないが前記露光しきい
値以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分と
を有する第2の露光量分布を与える第2段階とを有し、
前記第2の露光量分布の前記露光量が0ではないが前記
露光しきい値以下の部分と重なる前記第1の露光量分布
の一部分に基づいて前記パターンの一部分を形成し、前
記第1の露光量分布の他の部分と重なる前記第2の露光
量分布の前記露光しきい値以上の部分に基づいて前記パ
ターンの他の部分を形成することを特徴とするパターン
形成方法。
14. A method comprising exposing and developing a resist.
In a method for forming a pattern, a phase shifter and / or
Is a periodic pattern using a first mask in which light-shielding portions are arranged
When the exposure amount is below the exposure threshold value of the resist by exposure
A first step of providing a certain first exposure light amount distribution, the putter
Using a second mask on which a pattern similar to the
Although the exposure amount is not 0 due to the normal exposure, the exposure threshold
Part below the value and the part where the exposure amount is above the exposure threshold
A second step of providing a second exposure distribution having:
Although the exposure amount in the second exposure amount distribution is not 0,
The first exposure dose distribution overlapping a portion below the exposure threshold
Forming a portion of said pattern based on a portion of
The second exposure overlapping another portion of the first exposure distribution;
Based on a portion of the quantity distribution equal to or higher than the exposure threshold.
A pattern characterized by forming the other part of the turn
Forming method.
【請求項15】 前記第1段階の後で前記第2段階を行15. Performing the second step after the first step.
なうか、或いは、前記第2段階の後で前記第1段階を行Or, alternatively, perform the first step after the second step
なうか、或いは、前記第1段階と前記第2段階を同時にNo, or the first step and the second step are performed simultaneously
行なうことを特徴とする請求項11〜14のいずれか115. The method according to claim 11, wherein the step is performed.
項に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to the above item.
【請求項16】 前記パターンの前記一部分は最小線幅16. The method according to claim 16, wherein the portion of the pattern has a minimum line width.
を有する部分であることを特徴とする請求項11〜1415. A portion having:
のいずれか1項に記載のパターン形成方法。The pattern forming method according to any one of the above.
【請求項17】 前記パターンは回路パターンであるこ17. The method according to claim 17, wherein the pattern is a circuit pattern.
とを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載The method according to any one of claims 11 to 14, wherein
のパターン形成方法。Pattern formation method.
【請求項18】 請求項11〜17のいずれか1項に記18. The method according to claim 11, wherein:
載のパターン形成方法を用いてデバイスを製造することManufacturing devices using the on-board patterning method
を特徴とするデバイス製造方法。A device manufacturing method characterized by the above-mentioned.
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