JP3491336B2 - Exposure method and exposure apparatus - Google Patents

Exposure method and exposure apparatus

Info

Publication number
JP3491336B2
JP3491336B2 JP11896694A JP11896694A JP3491336B2 JP 3491336 B2 JP3491336 B2 JP 3491336B2 JP 11896694 A JP11896694 A JP 11896694A JP 11896694 A JP11896694 A JP 11896694A JP 3491336 B2 JP3491336 B2 JP 3491336B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light intensity
projection
exposure
pattern
photosensitive material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP11896694A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH07326561A (en
Inventor
眞人 渋谷
雅也 小松
稔彦 小澤
雅臣 亀山
裕史 大木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP11896694A priority Critical patent/JP3491336B2/en
Priority to US08/312,241 priority patent/US5739898A/en
Publication of JPH07326561A publication Critical patent/JPH07326561A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3491336B2 publication Critical patent/JP3491336B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425Imaging 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
    • G03F7/70475Stitching, i.e. connecting image fields to produce a device field, the field occupied by a device such as a memory chip, processor chip, CCD, flat panel display

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶板の
製造に用いられる露光装置特に投影型露光装置及び投影
露光方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing semiconductor elements and liquid crystal plates, and more particularly to a projection type exposure apparatus and a projection exposure method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の露光方法においては、露光する所
望のパターンは全て同一レチクル上に配置され、一度の
露光によって基板に焼き付るようになっていた。その
際、基板上に塗布されているレジストには露光強度Iに
応じた潜像反応濃度ξが発生する。現在一般に使われて
いるポジ型レジストを用いた場合では、 ξ=exp(−CD), D=I・t (1) と表す事が出来る。ここでIは露光強度、tは露光時
間、Cは感材によって決まる定数である。
2. Description of the Related Art In a conventional exposure method, all desired patterns to be exposed are arranged on the same reticle and printed on a substrate by one exposure. At that time, a latent image reaction concentration ξ corresponding to the exposure intensity I is generated in the resist applied on the substrate. In the case of using a positive type resist which is generally used at present, it can be expressed as ξ = exp (−CD) and D = I · t (1). Here, I is the exposure intensity, t is the exposure time, and C is a constant determined by the photosensitive material.

【0003】このような方法において、露光強度分布I
(x)のスペクトルiは、簡単のため完全にインコヒー
レントな結像を仮定すれば、物体スペクトルをi0 ,光
学系のOTF(Optical Transfer Function)をfとし
て、 i(ν)=i0 (ν)・f(ν) (2) ν:空間周波数 で与えられる。さて、プロセス的にOTFすなわちfが
有意でなくなる限界の空間周波数ν0 は、露光波長を
λ、投影光学系の感光素材側の開口数をNAとすると
き、 ν0 = 0.5NA/(K1 ・λ) K1 :プロセス定数 (3) で与えられる。また、光学系の解像限界は開口数NAに
よって原理的に決まり、その場合はK1 = 0.25 であ
り、光学系のカットオフ周波数νcは、 νc =2NA/λ (4) となる。それ故、高解像とするためには短波長化する
か、開口数NAを大きくせざるを得なかった。
In such a method, the exposure intensity distribution I
The spectrum i of (x) is i (ν) = i 0 , where i 0 is the object spectrum and f is the optical transfer function (OTF) of the optical system, assuming completely incoherent imaging for simplicity. ν) · f (ν) (2) ν: given in spatial frequency. By the way, the spatial frequency ν 0 at which the OTF, that is, f is insignificant in the process, is ν 0 = 0.5NA / (K 1) where λ is the exposure wavelength and NA is the numerical aperture of the projection optical system on the photosensitive material side. Λ) K 1 : given by the process constant (3). Further, the resolution limit of the optical system is determined in principle by the numerical aperture NA, in which case K 1 = 0.25, and the cut-off frequency νc of the optical system is νc = 2NA / λ (4). Therefore, in order to obtain a high resolution, the wavelength must be shortened or the numerical aperture NA must be increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の露
光方法では、高解像とするためには開口数NAを大きく
するか、波長λを小さくせざるを得ない。しかしなが
ら、投影光学系の焦点深度Fd は次式に示すように、波
長λに比例し、NAの2乗に反比例し、 Fd =K2 ・λ/NA2 (5) K2 :プロセス定数 となるため、いずれの場合にも焦点深度が浅くなる。ま
た、光学系が大型化・特殊化し、実用的でなくなる。ま
た、感光素材上での最終的解像限界は投影光学系により
決定される解像限界を超えることができなかった。
In the conventional exposure method as described above, the numerical aperture NA must be increased or the wavelength λ must be decreased in order to obtain a high resolution. However, the depth of focus Fd of the projection optical system is proportional to the wavelength λ and inversely proportional to the square of NA, as shown in the following equation, and Fd = K 2 · λ / NA 2 (5) K 2 : Process constant Therefore, in either case, the depth of focus becomes shallow. Also, the optical system becomes larger and specialized, making it impractical. Further, the final resolution limit on the photosensitive material could not exceed the resolution limit determined by the projection optical system.

【0005】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、従来の露光波長及び光学系をほとんど変える
こと無しに、投影光学系の解像限界を超える高解像のパ
ターンを形成することのできる露光方法及び露光装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and forms a high-resolution pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system without changing the conventional exposure wavelength and optical system. An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of performing the exposure.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、被投影原版のパターンを投影光学系によって所定の
感光素材上に投影する投影露光方法において、前記感光
素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な特性
を持つ透過膜を設け、前記被投影原版に形成されたパタ
ーンとは異なるパターンが形成された他の被投影原版を
用いること、或いは前記被投影原版と前記感光素材とを
相対的に光軸に垂直な方向に所定量だけ移動させること
により、該透過膜上での光強度分布が異なる複数回の露
光を行うことにより投影光学系の解像限界を超える高解
像のパターンの形成を可能としたものである。
An exposure method according to the present invention is a projection exposure method in which a pattern of a projection original plate is projected onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system. A transparent film having a non-linear characteristic with respect to strength is provided, and the pattern formed on the projection original plate
Another projected original plate with a different pattern from the pattern
Or using the projected original plate and the photosensitive material
To move a specified amount in the direction perpendicular to the optical axis
Allows multiple exposures with different light intensity distributions on the transparent film.
By using light, it is possible to form a high resolution pattern that exceeds the resolution limit of the projection optical system.

【0007】本発明における透過膜としては、透過光強
度が入射光強度のn乗に対応して変化し、n>1の非線
型特性を持つ場合のみならず、透過光強度が入射光強度
のn乗に対応して変化し、n<1の非線型特性を持つ場
合も可能である。本発明による露光装置は、被投影原版
の所定パターンを投影光学系によって所定の感光素材上
に投影する投影露光装置において、前記感光素材上に透
過光強度が入射光強度に対して非線型な特性を持つ透過
膜を塗布し、各露光毎に該透過膜を塗布した前記感光素
材と前記被投影原版とを相対的に光軸に垂直な方向に所
定量だけ移動して複数回の露光を繰り返すものである。
The transmission film of the present invention is not limited to the case where the transmitted light intensity changes in accordance with the n-th power of the incident light intensity and has a nonlinear characteristic of n> 1, but the transmitted light intensity is It is also possible to have a nonlinear characteristic in which n <1 changes and n <1. An exposure apparatus according to the present invention is a projection exposure apparatus that projects a predetermined pattern of a projection original onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the transmitted light intensity on the photosensitive material is non-linear with respect to the incident light intensity. With a transparent film, and the photosensitive material coated with the transparent film at each exposure and the projection original plate are placed in a direction relatively perpendicular to the optical axis.
The exposure is repeated a plurality of times by moving by a fixed amount .

【0008】さらに、本発明の露光装置は、被投影原版
のパターンを投影光学系によって所定の感光素材上に投
影する投影露光装置において、前記感光素材上に透過光
強度が入射光強度に対して非線型な特性を持つ透過膜を
塗布し、前記被投影原版として第1パターンを有する第
1被投影原版と前記第1パターンとは異なる第2パター
ンを有する第2被投影原版とを有し、前記感光素材に対
して前記第1被投影原版による第1露光後に前記第2被
投影原版による第2露光を行うものである。
Further, the exposure apparatus of the present invention is a projection exposure apparatus for projecting a pattern of an original plate to be projected onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the transmitted light intensity on the photosensitive material is relative to the incident light intensity. A transparent film having a non-linear characteristic is applied, and a first projection original plate having a first pattern as the projection original plate and a second projection original plate having a second pattern different from the first pattern are provided. Against the photosensitive material
After the first exposure by the first projection original plate, the second projection
The second exposure is performed by the projection original plate.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【作用】感光素材であるレジスト上に、入射光強度をI
としたとき射出光強度がIn (n≠1)となるような特
性を持つ透過膜を塗布する。これにより、レジストに入
射する光強度分布が変化することになる。上記の様な透
過膜を露光光が透過した場合、レジスト中に発生す潜像
反応濃度ξは、(1) 式に代わって以下の様な式に表現す
ることが出来る。
[Function] The incident light intensity I
In this case, a transmission film having a characteristic that the emission light intensity is I n (n ≠ 1) is applied. As a result, the distribution of light intensity incident on the resist is changed. When exposure light is transmitted through the above-mentioned transparent film, the latent image reaction concentration ξ generated in the resist can be expressed by the following formula instead of the formula (1).

【0011】 ξ=exp(−CD), D=H・t=In ・t (6) ここでIは露光強度、tは露光時間、Cは感材によって
定まる定数である。nは線型性を表す指数であり、n=
1のとき線型であるといい、n≠1のとき非線型である
という。本発明においては、以下に述べるように、レジ
ストへの有効な露光強度Iを変えることにより、n≠1
とすることができる。上式に示すように、分り易くする
為、In をHで置き換え、Hを有効露光強度と呼ぶこと
にする。
Ξ = exp (−CD), D = H · t = I n · t (6) where I is the exposure intensity, t is the exposure time, and C is a constant determined by the photosensitive material. n is an index representing linearity, and n =
It is said to be linear when 1 and non-linear when n ≠ 1. In the present invention, as described below, n ≠ 1 by changing the effective exposure intensity I to the resist.
Can be As shown in the above equation, for easy understanding, I n is replaced with H, and H is called effective exposure intensity.

【0012】尚、透過膜の透過率が不変(一定)であれ
ば、透過光強度は入射光強度に比例することになる。即
ち、n=1となる。次に、透過光強度が入射光強度のn
乗(n>1)に対応して強調される様に形成される非線
型特性を持つ透過膜を用いた場合、投影光学系の解像限
界を超えるパターンの形成が可能であることの原理を以
下に説明する。
If the transmissivity of the transmissive film is invariable (constant), the transmitted light intensity is proportional to the incident light intensity. That is, n = 1. Next, the transmitted light intensity is n of the incident light intensity.
The principle that a pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system can be formed when a transmissive film having a non-linear characteristic that is formed so as to be emphasized corresponding to the power (n> 1) is used is described. This will be described below.

【0013】従来の露光方法では、インコヒーレント照
明において全系を通った後の結像面上の光強度分布I
(x)は、物体の光強度分布をI0 (x)、光学系の点
像強度分布をF(x)として、 I(x)=I0 (x)*F(x) (7) で与えられる。ここでxは感光素材上での位置座標であ
り、*はコンボリューションを意味する。これより、像
面上の光強度のスペクトルiは、フーリエ変換のコンボ
リューションの定理より、 i(ν)=i0 (ν)・f(ν) (8) となる。ここで、νは空間周波数であり、i0 は物体の
光強度のスペクトルであり、fが所謂光学系のOTFに
対応し、露光強度(像面上の光強度)のスペクトルとし
ては光学系のカットオフ周波数(2NA/λ)を超える
ものは形成されない。
In the conventional exposure method, the light intensity distribution I on the image plane after passing through the entire system in incoherent illumination is used.
(X) is I (x) = I 0 (x) * F (x) (7) where I 0 (x) is the light intensity distribution of the object and F (x) is the point image intensity distribution of the optical system. Given. Here, x is a position coordinate on the photosensitive material, and * means convolution. From this, the spectrum i of the light intensity on the image plane is i (ν) = i 0 (ν) · f (ν) (8) from the convolution theorem of the Fourier transform. Here, ν is the spatial frequency, i 0 is the spectrum of the light intensity of the object, f corresponds to the so-called OTF of the optical system, and the spectrum of the exposure intensity (light intensity on the image plane) of the optical system is Those that exceed the cutoff frequency (2NA / λ) are not formed.

【0014】しかしながら、感光素材の上に、透過光強
度が入射光強度のn乗(n>1)に対応して強調される
ような特性を持つ透過膜を設けた場合には、以下に示す
ように微細パターンが形成される。例としてn=2の場
合、つまり有効露光強度分布H(x)が透過光強度分布
I(x)の自乗に応じて形成される場合を示す。インコ
ヒーレント照明において、物体の光強度分布をI
0 (x)、光学系の点像強度分布をF(x)とすると、 H(x)=I(x)2 ={I0 (x)*F(x)}2 (9) となる。これより、有効露光強度分布のスペクトルh
は、同様にフーリエ変換のコンボリューションの定理よ
り、 h(ν)={i0 (ν)・f(ν)}*{i0 (ν)・f(ν)} (10) となる。n=2の場合は(9) 式に応じて有効露光強度分
布が与えられるため、従来の場合の(7) 式に比べて有効
露光強度分布がより急峻になる。このことを露光強度分
布が正弦波状の場合について具体的に図9Aと図9Bに
例示する。
However, when a transparent film having such a characteristic that the transmitted light intensity is emphasized corresponding to the nth power (n> 1) of the incident light intensity is provided on the photosensitive material, the following will be shown. Thus, a fine pattern is formed. As an example, a case where n = 2, that is, a case where the effective exposure intensity distribution H (x) is formed according to the square of the transmitted light intensity distribution I (x) is shown. In incoherent illumination, I
Assuming that 0 (x) and the point image intensity distribution of the optical system are F (x), H (x) = I (x) 2 = {I 0 (x) * F (x)} 2 (9). From this, the spectrum h of the effective exposure intensity distribution
Similarly, from the convolution theorem of Fourier transform, h (ν) = {i 0 (ν) · f (ν)} * {i 0 (ν) · f (ν)} (10) When n = 2, since the effective exposure intensity distribution is given according to the equation (9), the effective exposure intensity distribution becomes steeper than that of the conventional equation (7). This is specifically illustrated in FIGS. 9A and 9B when the exposure intensity distribution is sinusoidal.

【0015】図9Aは通常の露光における光強度分布で
あり、露光強度分布と同じ正弦波状になっている。図9
Bは、n=2における有効露光強度分布を表す。図9A
と図9Bとを比較すれば、コントラストが高くなってい
るが、形成されたパターンのピッチは図9Aと図9Bと
で同じであり、n=2としただけでは形成される有効露
光強度分布のピッチは光学系によって作られる像のピッ
チより微細とはならず、光学系の解像限界を超えること
ができない。(10)式より、有効露光強度分布中には光学
系の解像限界を超える周波数の成分が存在するが、形成
されたパターンのピッチとしては飽くまで光学系の解像
限界を超えていないのである。
FIG. 9A shows a light intensity distribution in normal exposure, which has the same sine wave shape as the exposure intensity distribution. Figure 9
B represents the effective exposure intensity distribution when n = 2. Figure 9A
9B is compared with FIG. 9B, the contrast is high, but the pitch of the formed pattern is the same in FIG. 9A and FIG. 9B. The pitch cannot be finer than the pitch of the image produced by the optical system and cannot exceed the resolution limit of the optical system. From the equation (10), there is a frequency component that exceeds the resolution limit of the optical system in the effective exposure intensity distribution, but the pitch of the formed pattern does not exceed the resolution limit of the optical system until it gets tired. .

【0016】このように透過光強度が入射光強度に対応
して強調されるような透過膜を用いるだけでは、光学系
により決まる解像限界以上に微細なパターンを形成する
ことは不可能である。しかしながら、本発明では透過光
強度が入射光強度に対応して強調されるような透過膜を
用い、さらに露光を複数回に分けて行うことにより、光
学系による解像限界を超える微細パターンの形成を可能
としている。
As described above, it is impossible to form a fine pattern exceeding the resolution limit determined by the optical system only by using the transmissive film whose transmitted light intensity is emphasized in accordance with the incident light intensity. . However, in the present invention, a transmissive film whose transmitted light intensity is emphasized in accordance with the incident light intensity is used, and the exposure is performed in plural times to form a fine pattern exceeding the resolution limit by the optical system. Is possible.

【0017】本発明の基本的な考え方を説明するため
に、上記と同様にn=2の場合における光学系による点
像の結像を考える。この場合には透過膜を透過した点像
強度分布点像が急峻になる。更に、この場合、照明状態
にかかわらず光学系による点像強度分布F(x)を考え
ればよく、所望の物体光強度分布I0 (x)を点像の重
ね合わせによって形成されるものとし、これにより有効
露光強度分布H(x)を形成するならば、その各々の点
像の結像によって作られた光強度の重ね合わせとなるの
で、 H(x)=I0 (x)*{F(x)}2 (11) と基本的に表される。点像の有効露光強度分布は{F
(x)}2 で表されるため、光学系による点像強度分布
F(x)より鋭い分布となり、高解像になる。(11)式を
フーリエ変換することにより、 h(ν)=i0 (ν)・{f(ν)*f(ν)} (12) となる。よって、f*fがこの方法において有効露光強
度分布を得る上での光学系のOTFと解釈される。これ
は(8) 式で示される従来のOTFすなわちfのカットオ
フ周波数(2NA/λ)に対してカットオフ周波数(4
NA/λ)となり、2倍の解像力が得られることにな
る。
In order to explain the basic idea of the present invention, let us consider the formation of a point image by the optical system in the case of n = 2 as in the above. In this case, the point image intensity distribution point image transmitted through the transmission film becomes steep. Furthermore, in this case, the point image intensity distribution F (x) by the optical system may be considered regardless of the illumination state, and the desired object light intensity distribution I 0 (x) is formed by superimposing point images, If the effective exposure intensity distribution H (x) is formed by this, the light intensities created by the image formation of the respective point images are superposed, so that H (x) = I 0 (x) * {F It is basically expressed as (x)} 2 (11). The effective exposure intensity distribution of the point image is {F
Since it is represented by (x)} 2 , the distribution becomes sharper than the point image intensity distribution F (x) by the optical system, resulting in high resolution. By performing the Fourier transform of the equation (11), h (ν) = i 0 (ν) · {f (ν) * f (ν)} (12) is obtained. Therefore, f * f is interpreted as the OTF of the optical system for obtaining the effective exposure intensity distribution in this method. This is compared with the conventional OTF expressed by Eq. (8), that is, the cutoff frequency (2NA / λ) of f and the cutoff frequency (4
NA / λ), and twice the resolving power can be obtained.

【0018】図10にこの比較を模式的に示す。図10
Aは従来の方法におけるOTFを表し、図10Bは孤立
パターンをn=2の透過膜を用いてレジスト上に感光さ
せた場合のOTFを表している。これより、n=2の透
過膜を用い、孤立パターンを基に複数回露光し、潜像を
形成すれば光学系の解像限界を超えた微細なパターンの
形成ができる。このように孤立パターンによる複数回露
光と非線型特性を持つ透過膜とを組み合わせることによ
り、光学系の解像限界を超えたパターンの形成が可能と
なる。
FIG. 10 schematically shows this comparison. Figure 10
A represents OTF in the conventional method, and FIG. 10B represents OTF in the case where an isolated pattern is exposed on a resist using a transmissive film of n = 2. From this, if a transparent film of n = 2 is used and a plurality of exposures are performed based on an isolated pattern to form a latent image, a fine pattern exceeding the resolution limit of the optical system can be formed. In this way, by combining multiple exposures with an isolated pattern and a transmission film having a non-linear characteristic, it is possible to form a pattern that exceeds the resolution limit of the optical system.

【0019】さらに、完全に孤立ではないが概略孤立と
考えられるパターンを用いて複数回露光する場合にも、
孤立パターンの場合と同様に光学系の解像限界を超えた
パターンの形成が可能である。この場合、有効露光強度
分布のスペクトルhは、 h(ν)=Σi0j(ν)・{f(ν)*f(ν)} =i’(ν)・{f(ν)*f(ν)} (13) i’(ν)=Σi0j(ν) となる。ここで、i0jは互いに概略孤立したパターンの
物体スペクトルであり、i’は、孤立的パターンの重ね
合わせにより構成される仮想的なパターンの物体スペク
トルと考えられる。従来の有効露光強度分布のスペクト
ルは(8) 式で示されるようにfのカットオフ周波数(2
NA/λ)を超えることはないが、本発明よれば(13)式
で示されるように、{f(ν)*f(ν)}のカットオ
フ周波数(4NA/λ)までのスペクトルが有効露光強
度分布として形成される。
Furthermore, when a plurality of exposures are performed using a pattern that is not completely isolated but is considered to be substantially isolated,
As in the case of an isolated pattern, it is possible to form a pattern that exceeds the resolution limit of the optical system. In this case, the spectrum h of the effective exposure intensity distribution is as follows: h (ν) = Σi 0j (ν) · {f (ν) * f (ν)} = i ′ (ν) · {f (ν) * f (ν )} (13) i ′ (ν) = Σi 0j (ν). Here, i 0j is considered to be an object spectrum of patterns that are substantially isolated from each other, and i ′ is considered to be an object spectrum of a virtual pattern configured by superimposing isolated patterns. The spectrum of the conventional effective exposure intensity distribution is, as shown in equation (8), the cutoff frequency of f (2
However, according to the present invention, the spectrum up to the cut-off frequency (4NA / λ) of {f (ν) * f (ν)} is effective according to the present invention. It is formed as an exposure intensity distribution.

【0020】このように、従来露光方法で非線型特性を
有する透過膜を用いただけでは、形成されるパターンの
ピッチとしては光学系の解像限界を超えることはなかっ
たのに対し、本発明において、さらに感光素材上での有
効露光強度分布が異なる複数回の露光を繰り返すことに
よって、i’を適切に与えれば、レジスト中に光学系の
解像限界を超えるピッチのパターンの濃度分布を形成す
ることができる。
As described above, in the present invention, the pitch of the pattern formed does not exceed the resolution limit of the optical system when only the transmissive film having the non-linear characteristic is used by the conventional exposure method. Further, by repeating exposure a plurality of times with different effective exposure intensity distributions on the photosensitive material, if i'is properly given, a density distribution of a pattern having a pitch exceeding the resolution limit of the optical system is formed in the resist. be able to.

【0021】尚、上記では有効露光強度Hが露光強度I
の自乗に比例して形成されるような場合について説明し
たが、本発明においてはこれに限られるものではなく、
有効露光強度Hが露光強度Iのn乗(n>1)に応じて
形成される非線型特性を持つ透過膜であれば良い。この
場合、有効露光強度分布が点像の光強度分布F(x)の
n乗で表され、点像の光強度分布F(x)より鋭い分布
となり、上記(11)式は次式のように表わされる。
In the above, the effective exposure intensity H is the exposure intensity I.
Although the case where it is formed in proportion to the square of is described, the present invention is not limited to this,
It is sufficient that the effective exposure intensity H is a transmissive film having a non-linear characteristic formed according to the nth power (n> 1) of the exposure intensity I. In this case, the effective exposure intensity distribution is represented by the nth power of the point image light intensity distribution F (x), and is a sharper distribution than the point image light intensity distribution F (x). Represented by.

【0022】 H(x)=I0 (x)*{F(x)}n (14) そして、照明状態としてはインコヒーレント照明に限ら
ず、斜光照明や種々の変形照明でも同様に極めて微細な
パターンの形成が可能である。勿論、自己発光物体でも
可能である。(14)式をフーリエ変換すると、フーリエ変
換のコンボリューションの定理より、光学系のカットオ
フ周波数のn倍の周波数のパターン(有効露光強度分
布)までが形成されることが分かる。尚、各露光におい
て完全に孤立していないパターンを複数回露光すること
によって、さらに微細なパターンを形成できる可能性が
ある。
H (x) = I 0 (x) * {F (x)} n (14) Then, the illumination state is not limited to incoherent illumination, and oblique illumination and various modified illuminations are also extremely fine. It is possible to form a pattern. Of course, a self-luminous object is also possible. It can be seen from the Fourier transform convolution theorem that the equation (14) is transformed into a pattern (effective exposure intensity distribution) having a frequency n times the cutoff frequency of the optical system. It is possible that a finer pattern can be formed by exposing a pattern that is not completely isolated several times in each exposure.

【0023】以上の説明においては、上記(14)式におい
て乗数nが1より大きい(n>1)場合、即ち有効露光
強度Hが光強度Iよりも強調される場合について説明し
たが、乗数nが1より小さい(n<1)場合において
も、シュミレーションの結果、実質的に投影光学系の解
像限界を超えた微細パターンの形成が可能であることが
分かった。そして、透過特性として(14)式中の乗数nが
一定ではなく光強度Iに依存する場合においても有効で
ある。
In the above description, the case where the multiplier n is larger than 1 (n> 1) in the equation (14), that is, the effective exposure intensity H is emphasized more than the light intensity I, is explained. Even when is less than 1 (n <1), it was found as a result of simulation that a fine pattern substantially exceeding the resolution limit of the projection optical system can be formed. The transmission characteristic is also effective when the multiplier n in the equation (14) is not constant but depends on the light intensity I.

【0024】複数回露光の各露光において、位相シフト
マスクを用いたり変形照明法を用いることにより高解像
かつ高コントラストなパターンを形成するならば、光学
系の解像限界を超えた有効露光強度分布をさらに高コン
トラストで形成することができる。以上の様に、有効露
光強度に対して非線型な透過特性を持つ透過膜を用い、
該透過膜上で光強度分布が異なる複数回の露光を行う事
により、投影光学系の解像限界を超える高解像のパター
ンを有する半導体素子を得ることが出来る。
In each exposure of a plurality of exposures, if a high-resolution and high-contrast pattern is formed by using a phase shift mask or a modified illumination method, the effective exposure intensity exceeding the resolution limit of the optical system. The distribution can be formed with higher contrast. As described above, using a transmissive film having a non-linear transmission characteristic with respect to the effective exposure intensity,
By performing exposure a plurality of times with different light intensity distributions on the transmission film, it is possible to obtain a semiconductor element having a high resolution pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system.

【0025】[0025]

【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。図1に本発明による被投影原版としてのレチクルパ
ターンの断面図を示す。図1Aに示すパターンにより第
1露光を行い、図1Bのパターンにより第2露光を行
う。図1Aの第1パターンでは、基板1a上に設けられ
た遮光膜2aが開口部4aを形成している。そして、隣
接する開口部4aの一方には位相膜3aが設けられてお
り、所謂位相シフトマスクが構成されている。図1Bの
第2パターンは同様に基板1b上に遮光膜2bと位相膜
3bとが設けられており、同じく位相シフトマスクが構
成されている。第1パターンの開口部4aは第2パター
ンの遮光膜1bの位置に重なり、第2パターンの開口部
4bは第1パターンの遮光膜1aの位置に重なるように
配置されて、透過膜を設けた感光素材上にそれぞれ別々
に露光される。
EXAMPLES The present invention will be described below based on examples. FIG. 1 shows a sectional view of a reticle pattern as a projection original plate according to the present invention. 1st exposure is performed by the pattern shown in FIG. 1A, and 2nd exposure is performed by the pattern of FIG. 1B. In the first pattern of FIG. 1A, the light shielding film 2a provided on the substrate 1a forms the opening 4a. Then, the phase film 3a is provided on one of the adjacent openings 4a, and constitutes a so-called phase shift mask. Similarly, in the second pattern of FIG. 1B, the light-shielding film 2b and the phase film 3b are provided on the substrate 1b, and the phase shift mask is similarly configured. The opening 4a of the first pattern overlaps the position of the light-shielding film 1b of the second pattern, and the opening 4b of the second pattern is arranged so as to overlap the position of the light-shielding film 1a of the first pattern to provide a transparent film. The photosensitive material is exposed separately.

【0026】これら第1及び第2パターンによる露光に
より得られる透過膜上での光量分布を、図2A、Bに示
す。ここで、本実施例ではコヒーレントな照明により±
1次回折光のみによって、図2A、図2Bに示すよう
に、正弦波状の光強度Ia、Ibが各露光において作ら
れる。これら2回の露光において、透過膜上での光強度
分布のピーク位置が位相で半周期ずれている。
The light amount distribution on the transparent film obtained by the exposure with the first and second patterns is shown in FIGS. 2A and 2B. Here, in this embodiment, the coherent illumination ±
As shown in FIGS. 2A and 2B, sinusoidal light intensities Ia and Ib are created in each exposure by only the first-order diffracted light. In these two exposures, the peak positions of the light intensity distribution on the transmissive film are out of phase by a half cycle.

【0027】いま、高解像の場合を考え、各露光におい
て光学系の解像限界の周波数を持つ光強度分布が作られ
るとする。すなわち、±1次回折光が光学系の開口の周
縁部を通過するように開口数を十分有効に使うとし、各
露光において作られるピッチは、解像限界λ/2NAで
あり、その入射光強度分布は、 Ia(x)=1+ cos(2π・2NA・x/λ) (15) Ib(x)=1+ cos(2π・2NA・x/λ+π) (16) と表される。レジスト上に塗布する膜の特性により透過
した有効露光強度は光強度の2乗で与えられる場合、そ
れぞれの有効露光強度分布は、図3A、Bに示されると
おり、 Ha(x)=Ia(x)2 =3/2+2 cos(2π・2NA・x/λ) + cos(4π・2NA・x/λ)/2 (17) Hb(x)=Ib(x)2 =3/2+2 cos(2π・2NA・x/λ+π) + cos(4π・2NA・x/λ)/2 (18) となる。複数回露光により最終的に得られる有効露光強
度分布は(17)と(18)との和であり、 H(x) =Ha(x)+Hb(x)=3+ cos(4π・2NA・x/λ) (19) となる。(19)式より、本実施例における有効露光強度H
(x)はピッチ(λ/4NA)の周期構造を持ち、これ
は光学系の限界解像力(λ/2NA)の倍の細かさであ
る。この有効露光強度H(x)を図4に示した。この複
数回(ここでは2回)の露光の後に現像を行うことによ
り、微細なレジストパターンが形成される。
Considering the case of high resolution, it is assumed that a light intensity distribution having a frequency at the resolution limit of the optical system is created in each exposure. That is, if the numerical aperture is used sufficiently effectively so that the ± 1st-order diffracted light passes through the peripheral portion of the aperture of the optical system, the pitch created in each exposure is the resolution limit λ / 2NA, and the incident light intensity distribution Is expressed as Ia (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ) (15) Ib (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ + π) (16). When the effective exposure intensity transmitted by the characteristics of the film coated on the resist is given by the square of the light intensity, the effective exposure intensity distributions are as shown in FIGS. 3A and 3B: Ha (x) = Ia (x ) 2 = 3/2 + 2 cos (2π · 2NA · x / λ) + cos (4π · 2NA · x / λ) / 2 (17) Hb (x) = Ib (x) 2 = 3/2 + 2 cos (2π · 2) 2NA · x / λ + π) + cos (4π · 2NA · x / λ) / 2 (18). The effective exposure intensity distribution finally obtained by multiple exposures is the sum of (17) and (18), and H (x) = Ha (x) + Hb (x) = 3 + cos (4π · 2NA · x / λ) (19). From the equation (19), the effective exposure intensity H in this embodiment is
(X) has a periodic structure with a pitch (λ / 4NA), which is twice as fine as the limiting resolution (λ / 2NA) of the optical system. This effective exposure intensity H (x) is shown in FIG. A fine resist pattern is formed by performing development after the exposure of a plurality of times (here, twice).

【0028】(12)式及び図10Bより分かるように、完
全な孤立パターン(点物体)の重ね合わせで潜像を形成
すれば、ピッチ(λ/4NA)の潜像が形成される。た
だ、この場合コントラストはあまり高くないので、上記
実施例では位相シフトマスクをコヒーレント照明するこ
とにより、高コントラストな有効露光強度分布を形成し
ている。
As can be seen from the equation (12) and FIG. 10B, if a latent image is formed by superimposing complete isolated patterns (point objects), a latent image with a pitch (λ / 4NA) is formed. However, in this case, since the contrast is not so high, in the above embodiment, the phase shift mask is coherently illuminated to form a high contrast effective exposure intensity distribution.

【0029】もし、非線型特性でない透過率の一定な透
過膜を用いた場合には、上記(15)と(16)式の単純和、す
なわち図2Aと図2Bとの単純和で感光されるため、パ
ターンは全く形成されない。上記の実施例は、光強度の
2乗(n=2)によって有効露光強度が得られる場合で
あったが、光強度の3乗、4乗あるいはそれ以上(n=
3,4,・・・)の非線型特性で有効露光強度が得られ
る場合には更に高解像が期待できる。例えば図5に示す
有効露光強度分布は、有効露光強度分布が光強度分布の
3乗(n=3)で得られる場合で、図1Aに示した被投
影原版のパターンを(1/3)ピッチすなわち(λ/6
NA)ずつずらして3回露光して得られたものである。
ここでは、図示のとおり、ピッチ(λ/6NA)の周期
構造となり光学系の解像限界(λ/2NA)の3倍の細
かさとなっている。
If a transmissive film having a non-linear characteristic and a constant transmissivity is used, exposure is performed by the simple sum of the above equations (15) and (16), that is, the simple sum of FIGS. 2A and 2B. Therefore, no pattern is formed. In the above embodiment, the effective exposure intensity is obtained by the square of the light intensity (n = 2), but the cube, the fourth power or more (n =) of the light intensity is obtained.
When an effective exposure intensity is obtained with the non-linear characteristics (3, 4, ...), a higher resolution can be expected. For example, the effective exposure intensity distribution shown in FIG. 5 is obtained when the effective exposure intensity distribution is obtained by the cube of the light intensity distribution (n = 3), and the pattern of the projection original plate shown in FIG. 1A is (1/3) pitch. That is (λ / 6
It was obtained by exposing three times with each shift of (NA).
Here, as shown in the figure, the periodic structure has a pitch (λ / 6NA), which is three times as fine as the resolution limit (λ / 2NA) of the optical system.

【0030】また、光強度の1.5乗(n=1.5)に
よって有効露光強度が得られる透過膜を用いることも可
能である。図6はn=1.5として図1A、図1Bに示
したレチクルを同様にそれぞれ別個に露光して得られた
有効露光強度分布であり、光学系の解像限界の倍の細か
さの有効露光強度分布が得られている。この場合にも、
位相シフトマスクをコヒーレント照明することにより、
コントラストを高めることができている。
It is also possible to use a transmissive film which can obtain an effective exposure intensity by the 1.5th power of light intensity (n = 1.5). FIG. 6 is an effective exposure intensity distribution obtained by separately exposing the reticles shown in FIGS. 1A and 1B with n = 1.5, and the effective exposure intensity distribution is twice as fine as the resolution limit of the optical system. The exposure intensity distribution is obtained. Also in this case,
By coherently illuminating the phase shift mask,
The contrast can be increased.

【0031】次に、本発明における別の実施例について
説明する。図1に示した上記の実施例では所謂位相シフ
ト法を用いてコヒーレント結像によって光強度分布を形
成したが、この実施例は通常のレチクルを用い、部分コ
ヒーレント結像を行うものである。光学系の条件は使用
波長λ=0.365μm、開口数NA=0.5、コヒー
レンス度σ=0.6とした。図8Aはn=2の場合で、
0.25μm幅の孤立線を3回ずらして露光し、0.2
5μmの孤立線3本を形成した時の有効露光強度分布で
ある。図8Bはn=2の場合で、0.25μm幅の3本
線を一括露光した場合の分布である。図8Cは従来の方
法による0.25μm幅の3本線の露光強度分布であ
る。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiment shown in FIG. 1, the light intensity distribution is formed by coherent imaging using the so-called phase shift method, but this embodiment uses a normal reticle to perform partial coherent imaging. The conditions of the optical system were such that the used wavelength λ = 0.365 μm, the numerical aperture NA = 0.5, and the coherence degree σ = 0.6. FIG. 8A shows the case where n = 2,
Exposure is performed by shifting an isolated line having a width of 0.25 μm three times and
It is an effective exposure intensity distribution when three 5 μm isolated lines are formed. FIG. 8B shows the distribution when n = 2 and when three main lines having a width of 0.25 μm are collectively exposed. FIG. 8C is an exposure intensity distribution of three lines with a width of 0.25 μm by the conventional method.

【0032】これらの図8A、図8B、図8Cの比較に
より、本発明の方法により得られた有効露光強度分布図
8Aが他の方法と比較して格段に優れた微細パターンの
形成に有効であることが明らかである。一般には、潜像
反応濃度にほぼ比例して現像後のレジストパターンが作
られるが、さらに現像プロセスにおいて強調すればさら
に高コントラストのレジストパターンを形成することが
できる。
By comparing these FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C, the effective exposure intensity distribution chart 8A obtained by the method of the present invention is effective in forming a fine pattern that is far superior to other methods. It is clear that there is. Generally, a resist pattern after development is formed almost in proportion to the latent image reaction density, but if it is further emphasized in the development process, a resist pattern of higher contrast can be formed.

【0033】更に、乗数nが1より小さい(n<1)場
合の実施例について説明する。例としてn=0.5であ
る透過膜を用いた場合について説明する。n=0.5の
透過膜を用いた場合の有効露光強度は光強度の0.5乗
に応じて作られる。即ち、 H(x)=I(x)0.5 (20) で与えられる。ここでxは座標である。コヒーレント照
明のもとで前記図1に示す位相シフタ付きレチクルを用
いて、ライン・アンド・スペースを焼き付ける場合を示
す。このレチクルの周期は投影光学系の解像限界λ/2
NAになっている。図11は透過膜上に出来る入射光強
度分布の図である。入射光強度分布I(x)はこの様に
正弦波状に分布している。即ち、 I(x)=1+COS(2π・2NA・x/λ) (21) である。一方、図12Aは(21)式から得られる有効露光
強度分布H(x)を示す。
Further, an embodiment in which the multiplier n is smaller than 1 (n <1) will be described. As an example, a case of using a permeable membrane with n = 0.5 will be described. The effective exposure intensity when a transmissive film of n = 0.5 is used is made according to the 0.5th power of the light intensity. That is, H (x) = I (x) 0.5 (20) is given. Here, x is a coordinate. A case where a line and space is printed by using the reticle with a phase shifter shown in FIG. 1 under coherent illumination will be shown. The period of this reticle is the resolution limit λ / 2 of the projection optical system.
It is NA. FIG. 11 is a diagram of an incident light intensity distribution formed on the transmission film. The incident light intensity distribution I (x) is thus sinusoidally distributed. That is, I (x) = 1 + COS (2π · 2NA · x / λ) (21). On the other hand, FIG. 12A shows the effective exposure intensity distribution H (x) obtained from the equation (21).

【0034】 H(x)=(1+COS(2π・2NA・x/λ))0.5 (22) この様に、図12Aに示されるとおり、有効露光強度分
布H(x)は光強度分布I(x)に比べて明部付近につ
いてはよりなだらかであるが、暗部においては急激に暗
くなりその幅は極めて細くなるという特徴を持つ。しか
しながら、明らかに非線形露光強度分布H(x)は光強
度分布I(x)と同じ周期で形成されるので、この状態
では投影光学系の限界解像を越えたパターンを形成でき
ない。
H (x) = (1 + COS (2π · 2NA · x / λ)) 0.5 (22) Thus, as shown in FIG. 12A, the effective exposure intensity distribution H (x) is the light intensity distribution I (x ) Is more gentle near the bright part, but in the dark part has a feature that the width becomes extremely dark and extremely narrow. However, since the nonlinear exposure intensity distribution H (x) is obviously formed with the same period as the light intensity distribution I (x), in this state, a pattern exceeding the limit resolution of the projection optical system cannot be formed.

【0035】一方、図12Aを1/2周期ずらしたパタ
ーンによる有効露光強度分布H(x)(図12B)を重
ね合わせれば、図12Cで示されるようにより微細な構
造を像面上に形成する事が出来るため、このパターンは
限界解像の2倍の周期構造を持つ事になる。これに対
し、n=1の透過膜、即ち透過率が露光強度に対して一
定な膜を用いた場合には、有効形露光強度分布H(x)
は図11の光強度分布I(x)に完全に一致するので、
これを図11Dの場合と同様に重ね合わせたとしても、 H(x)=1+COS(2π・2NA・x/λ) +1−COS(2π・2NA・x/λ)=2 (23) という様に、得られる有効露光強度分布H(x)はフラ
ットになり、まったく用をなさない(図13)。
On the other hand, if the effective exposure intensity distributions H (x) (FIG. 12B) formed by shifting the pattern of FIG. 12A by 1/2 cycle are overlapped, a finer structure is formed on the image plane as shown in FIG. 12C. Therefore, this pattern has a periodic structure twice that of the limit resolution. On the other hand, when a transmissive film with n = 1, that is, a film whose transmittance is constant with respect to the exposure intensity is used, the effective exposure intensity distribution H (x)
Completely agrees with the light intensity distribution I (x) of FIG.
Even if these are overlapped as in the case of FIG. 11D, H (x) = 1 + COS (2π · 2NA · x / λ) + 1−COS (2π · 2NA · x / λ) = 2 (23) The obtained effective exposure intensity distribution H (x) becomes flat and is useless at all (FIG. 13).

【0036】この様に、n<1なる透過膜を用いた場合
にも、投影光学系の限界解像以上に微細な潜像反応濃度
分布ξ(x)を形成する事が出来る。本発明に於いて
は、レジストがポジ型或いはネガ型のいずれも使用出来
ることは言うまでもない。しかし、特に、n<1の場合
はポジ型に有利であると考えられ、図12に示す例では
極めて細い残し線を形成することが出来る。
As described above, even when a transmissive film having n <1 is used, it is possible to form a latent image reaction concentration distribution ξ (x) which is finer than the limit resolution of the projection optical system. In the present invention, needless to say, the resist may be either a positive type or a negative type. However, especially when n <1, it is considered to be advantageous for the positive type, and in the example shown in FIG. 12, an extremely thin leaving line can be formed.

【0037】図7には、上記の如き透過膜を設けた感光
素材上での光強度分布が異なる複数の露光を行うための
露光装置の概略構成を示す。光源11からの照明光束は
楕円鏡12により集光され、ミラー13によりコリメータ
レンズ14に導かれ、ほぼ平行光束となってフライアイ
インテグレータ15に入射する。フライアイインテグレ
ータ15を射出した光束はミラー16によりメインコン
デンサー17に導かれ、被投影原版としてのレチクル1
8aを均一に照明する。被投影原版18a上の所定のパ
ターンが投影光学系19によって感光素材の塗布された
ウエハ20上に投影露光される。ここで、レチクル18
aは露光の後に、レチクルローダー21によって異なる
パターンを有するレチクル18bと交換され、第2の露
光がなされる。
FIG. 7 shows a schematic structure of an exposure apparatus for performing a plurality of exposures having different light intensity distributions on the photosensitive material provided with the above-mentioned transparent film. The illumination light flux from the light source 11 is condensed by the elliptical mirror 12, guided to the collimator lens 14 by the mirror 13, becomes a substantially parallel light flux, and enters the fly-eye integrator 15. The light flux emitted from the fly-eye integrator 15 is guided to the main condenser 17 by the mirror 16 and the reticle 1 as the projection original plate.
Illuminate 8a uniformly. A predetermined pattern on the projection original plate 18a is projected and exposed by the projection optical system 19 onto the wafer 20 coated with a photosensitive material. Where the reticle 18
After exposure, a is replaced with a reticle 18b having a different pattern by the reticle loader 21, and a second exposure is performed.

【0038】レチクルローダー21によって異なるパタ
ーンを交換する変わりに、レチクル18aによる第1の
露光の後に、レチクル18aを投影光学系19の光軸Ax
に対して垂直方向に所定量だけ移動させて第2の露光を
行うこととしても良い。この所定量とは、例えば前述し
た図1Aのパターンを用いた場合に、有効露光強度が光
強度のに2乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して(λ/4NA)である。また、有効露光強度が
光強度の3乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して(λ/6NA)とすることが有効である。
Instead of exchanging different patterns by the reticle loader 21, the reticle 18a is moved to the optical axis Ax of the projection optical system 19 after the first exposure by the reticle 18a.
Alternatively, the second exposure may be performed by moving in the vertical direction by a predetermined amount. When the effective exposure intensity is proportional to the square of the light intensity when the above-described pattern of FIG. 1A is used, the predetermined amount is converted into coordinates on the wafer (λ / 4NA). Is. Further, when the effective exposure intensity is proportional to the cube of the light intensity, it is effective to convert it into coordinates on the wafer and set it to (λ / 6NA).

【0039】尚、同一のレチクルパターンを複数回露光
する場合には、レチクルを移動する代わりに、複数の露
光毎にウエハ自体を移動する構成とすることも可能であ
ることは言うまでもない。また、ウェハを所定の第1の
露光を行う所定の位置に置くまえに、塗布器22によっ
て、図14に示されるようにウェハ基板31上に感光素
材であるレジスト32と非線形特性を持つ透過膜33と
を塗布する。先ず、ウェハ基板31上に感光素材である
レジスト32を塗布する。このとき、ウェハの回転中心
部とと塗布器のモーターの回転軸とは繋がれていて、塗
布器22のモーターの回転により、レジスト32はウェ
ハ基板31上を薄く一様に延ばされる。次に、非線型特
性を持つ透過膜33を、先の工程と同一の手法でレジス
ト32上に薄く一様に延ばしす。尚、レジスト32の上
に非線型特性を持つ透過膜33を塗布する方法として、
蒸着によることも考えられる。
Needless to say, when the same reticle pattern is exposed a plurality of times, instead of moving the reticle, the wafer itself may be moved for every plurality of exposures. Also, before the wafer is placed at a predetermined position for performing a predetermined first exposure, a coater 22 is used to apply a resist 32 as a photosensitive material and a transparent film having a non-linear characteristic on a wafer substrate 31 as shown in FIG. 33 and 33 are applied. First, a resist 32 which is a photosensitive material is applied on the wafer substrate 31. At this time, the center of rotation of the wafer is connected to the rotation axis of the motor of the applicator, and the resist 32 is thinly and uniformly extended on the wafer substrate 31 by the rotation of the motor of the applicator 22. Next, the transmission film 33 having a non-linear characteristic is thinly and uniformly extended on the resist 32 by the same method as in the previous step. In addition, as a method of applying the transmission film 33 having a non-linear characteristic on the resist 32,
It is also possible to use vapor deposition.

【0040】複数回露光間でのアライメントは、潜像を
観察してアライメントする所謂潜像アライメントが有効
である。ところで、本発明においては、図1に示した実
施例のように、高解像パターンを形成するために位相シ
フトパターンを用いることが有効である。また、特開昭
61−91662号公報において提案されている輪帯照
明や、特開平4−225358号公報等において提案さ
れている所謂SHRINC照明を用いることも有効である。
For the alignment between a plurality of exposures, the so-called latent image alignment for observing and aligning the latent image is effective. By the way, in the present invention, it is effective to use a phase shift pattern to form a high resolution pattern as in the embodiment shown in FIG. It is also effective to use the annular illumination proposed in JP-A-61-191662 and the so-called SHRINC illumination proposed in JP-A-4-225358.

【0041】現在のところ、本発明において用いられる
透過光強度が入射光強度に対応して変化する透過膜とし
ては、n<1の場合、サングラス等に用いられるハロゲ
ン化銀が考えられる。また、スピロキサギン、スピロピ
ラン、フルギミド、クロメルのような調光物質も考えら
れる。一方、本発明において用いられる透過光強度が入
射光強度に対応して変化する透過膜としては、n>1の
場合、銅の微粒子、硫化カドミウム(CdS)、セレン
化カドウミウム(CdSe)、フタロシアニン系色素、
ポルフィン系色素等の可飽和吸収を起こす物質や、ポリ
シリコン、キニザリン等の2光子吸収を起こす物質が考
えられる。また、3光子吸収を起こす物質も考えられ
る。
At present, as a transparent film used in the present invention, the transmitted light intensity of which changes in accordance with the incident light intensity, silver halide used in sunglasses or the like is considered when n <1. Also contemplated are dimmers such as spiroxagine, spiropyran, flugimide, chromel. On the other hand, as the transmission film used in the present invention, in which the transmitted light intensity changes according to the incident light intensity, when n> 1, copper fine particles, cadmium sulfide (CdS), cadmium selenide (CdSe), phthalocyanine-based Dye,
Substances that cause saturable absorption such as porphine-based dyes and substances that cause two-photon absorption such as polysilicon and quinizarin are considered. Further, a substance that causes three-photon absorption is also considered.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば非線型透
過特性を示す透過膜を用いて異なるパターンを複数回露
光することにより、投影光学系の解像限界を超えた微細
パターンの形成が可能となる。しかも、従来の露光波長
及び光学系をほとんど変えることなしに高解像のパター
ンを形成することができる。
As described above, according to the present invention, a fine pattern exceeding the resolution limit of a projection optical system is formed by exposing different patterns a plurality of times using a transmission film having a non-linear transmission characteristic. Is possible. Moreover, it is possible to form a high-resolution pattern without changing the conventional exposure wavelength and optical system.

【0043】そして、本発明による露光方法によれば、
従来の投影型露光装置では実現し得なかった極めて微細
な回路パターンを有する半導体素子の製造が可能とな
り、集積回路の集積度を格段に高めることができるとい
う大きな効果を奏するものである。
According to the exposure method of the present invention,
This makes it possible to manufacture a semiconductor element having an extremely fine circuit pattern, which cannot be realized by the conventional projection type exposure apparatus, and has a great effect that the degree of integration of the integrated circuit can be remarkably increased.

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

【図1】本発明に用いる第1被投影原版及び第2被投影
原版のパターンを示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing patterns of a first projection original plate and a second projection original plate used in the present invention.

【図2】図1に示したパターンによる透過膜上の光強度
分布図。
FIG. 2 is a light intensity distribution chart on the transmission film according to the pattern shown in FIG.

【図3】図1に示したパターンによる有効露光強度分布
図。
FIG. 3 is an effective exposure intensity distribution chart of the pattern shown in FIG.

【図4】本発明の実施例における合成有効露光強度分布
図。
FIG. 4 is a composite effective exposure intensity distribution chart in the example of the present invention.

【図5】3回露光による合成有効露光強度分布図。FIG. 5 is a composite effective exposure intensity distribution map obtained by three times of exposure.

【図6】他の実施例における合成有効露光強度分布図。FIG. 6 is a composite effective exposure intensity distribution chart in another example.

【図7】本発明に好適な露光装置の概略構成図。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus suitable for the present invention.

【図8】他の実施例による合成有効露光強度分布図。FIG. 8 is a composite effective exposure intensity distribution chart according to another embodiment.

【図9】本発明による透過膜上の光強度分布図及び有効
露光強度分布図。
FIG. 9 is a light intensity distribution diagram and an effective exposure intensity distribution diagram on the transmission film according to the present invention.

【図10】OTFの特性図。FIG. 10 is a characteristic diagram of OTF.

【図11】図1に示したパターンによる光強度分布図。11 is a light intensity distribution chart based on the pattern shown in FIG.

【図12】他の実施例による合成有効露光強度分布図。FIG. 12 is a composite effective exposure intensity distribution chart according to another embodiment.

【図13】線型特性の透過膜を用いた場合の合成有効露
光強度分布図。
FIG. 13 is a composite effective exposure intensity distribution chart when a transmission film having a linear characteristic is used.

【図14】透過膜とレジストとウェハ基板との構成図。FIG. 14 is a configuration diagram of a transparent film, a resist, and a wafer substrate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,1b・・・被投影原版の基板 2a,2b・・・斜光膜 3a,3b・・・位相シフター 4a,4b・・・開口部 51,52,53,54・・・光透過部 52s,54s・・・位相シフター 1a, 1b ... Substrate of projection original plate 2a, 2b ... oblique film 3a, 3b ... Phase shifter 4a, 4b ... Opening 51, 52, 53, 54 ... Light transmitting portion 52s, 54s ... Phase shifter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大木 裕史 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 特開 平7−181668(JP,A) 特開 平5−90149(JP,A) 特開 昭64−13544(JP,A) 特開 昭63−272030(JP,A) 特開 平4−206813(JP,A) 特開 平5−62872(JP,A) 特開 平6−310391(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Hiroshi Oki 3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nikon Corporation (56) Reference JP-A-7-181668 (JP, A) JP-A-5- 90149 (JP, A) JP 64-13544 (JP, A) JP 63-272030 (JP, A) JP 4-206813 (JP, A) JP 5-62872 (JP, A) JP-A-6-310391 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】被投影原版のパターンを投影光学系によっ
て所定の感光素材上に投影する投影露光方法において、
前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線
型な特性を持つ透過膜を設け、前記被投影原版に形成さ
れたパターンとは異なるパターンが形成された他の被投
影原版を用いること、或いは前記被投影原版と前記感光
素材とを相対的に光軸に垂直な方向に所定量だけ移動さ
せることにより、該透過膜上での光強度分布が異なる複
数回の露光を行うことを特徴とする露光方法。
1. A projection exposure method for projecting a pattern of an original plate to be projected onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
A light-transmitting film having a non-linear characteristic of transmitted light intensity with respect to incident light intensity is provided on the photosensitive material, and is formed on the projection original plate.
Pattern that is different from the
The use of a shadow original plate, or the projected original plate and the photosensitive material
Moves the material relative to the optical axis in a direction perpendicular to the optical axis by a predetermined amount.
The light intensity distribution on the transmissive film
An exposure method characterized by performing exposure several times.
【請求項2】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のn乗(n≠1)に対応して変化するような非線型特性
を持つものを用いることを特徴とする請求項1記載の露
光方法。
2. A transparent film having a non-linear characteristic such that the transmitted light intensity changes corresponding to the nth power (n ≠ 1) of the incident light intensity is used. Exposure method.
【請求項3】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のn乗に対応して変化し、n>1の非線型特性を持つも
のを用いることを特徴とする請求項2記載の露光方法。
3. The exposure method according to claim 2, wherein the transmission film has a non-linear characteristic in which the transmitted light intensity changes corresponding to the n-th power of the incident light intensity and n> 1. .
【請求項4】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のn乗に対応して変化し、n<1の非線型特性を持つも
のを用いることを特徴とする請求項2記載の露光方法。
4. The exposure method according to claim 2, wherein the transmission film has a non-linear characteristic in which the transmitted light intensity changes corresponding to the n-th power of the incident light intensity and n <1. .
【請求項5】被投影原版の所定パターンを投影光学系に
よって所定の感光素材上に投影する投影露光装置におい
て、前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して
非線型な特性を持つ透過膜を塗布し、各露光毎に該透過
膜を塗布した前記感光素材と前記被投影原版とを相対的
光軸に垂直な方向に所定量だけ移動して複数回の露光
を繰り返すことを特徴とする投影露光装置。
5. A projection exposure apparatus for projecting a predetermined pattern of a projection original onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the transmitted light intensity has a non-linear characteristic with respect to the incident light intensity on the photosensitive material. Multiple exposures by applying a transparent film and moving the photosensitive material coated with the transparent film and the projection original plate at a predetermined amount in each direction relative to each other in a direction perpendicular to the optical axis.
A projection exposure apparatus characterized by repeating the above.
【請求項6】被投影原版の所定パターンを投影光学系に
よって所定の感光素材上に投影する投影露光装置におい
て、前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して
非線型な特性を持つ透過膜を塗布し、各露光毎に該透過
膜を塗布した前記感光素材を光軸に垂直な方向に所定量
だけ移動して複数回の露光を繰り返すことを特徴とする
投影露光装置。
6. A projection exposure apparatus for projecting a predetermined pattern of a projection original onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the transmitted light intensity has a non-linear characteristic with respect to the incident light intensity on the photosensitive material. Apply a transparent film and transmit the light after each exposure.
A predetermined amount of the photosensitive material coated with a film in the direction perpendicular to the optical axis.
The projection exposure apparatus is characterized in that it only moves and repeats multiple exposures.
【請求項7】被投影原版の所定パターンを投影光学系に
よって所定の感光素材上に投影する投影露光装置におい
て、前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して
非線型な特性を持つ透過膜を塗布し、各露光毎に前記被
投影原版を光軸に垂直な方向に所定量だけ移動して複数
回の露光を繰り返すことを特徴とする投影露光装置。
7. A projection exposure apparatus for projecting a predetermined pattern of a projection original onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the transmitted light intensity has a non-linear characteristic with respect to the incident light intensity on the photosensitive material. Apply a transparent film, and apply the above-mentioned coating after each exposure.
Move the projection master by a specified amount in the direction perpendicular to the optical axis
A projection exposure apparatus characterized by repeating exposure once .
【請求項8】被投影原版のパターンを投影光学系によっ
て所定の感光素材上に投影する投影露光装置において、
前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線
型な特性を持つ透過膜を塗布し、前記被投影原版として
第1パターンを有する第1被投影原版と前記第1パター
ンとは異なる第2パターンを有する第2被投影原版とを
有し、前記感光素材に対して前記第1被投影原版による
第1露光後に前記第2被投影原版による第2露光を行う
ことを特徴とする投影露光装置。
8. A projection exposure apparatus for projecting a pattern of a projection original onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
The transmitted light intensity on the photosensitive material coated with a permeable membrane having a non-linear characteristic with respect to incident light intensity, first projected original and the first pattern having a first pattern as the object to be projected original
A second projection original plate having a second pattern different from that of the first projection original plate for the photosensitive material.
After the first exposure, the second exposure is performed by the second projection original plate.
Projection exposure apparatus, characterized in that.
JP11896694A 1993-02-03 1994-05-31 Exposure method and exposure apparatus Expired - Lifetime JP3491336B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11896694A JP3491336B2 (en) 1994-05-31 1994-05-31 Exposure method and exposure apparatus
US08/312,241 US5739898A (en) 1993-02-03 1994-09-26 Exposure method and apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11896694A JP3491336B2 (en) 1994-05-31 1994-05-31 Exposure method and exposure apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07326561A JPH07326561A (en) 1995-12-12
JP3491336B2 true JP3491336B2 (en) 2004-01-26

Family

ID=14749692

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11896694A Expired - Lifetime JP3491336B2 (en) 1993-02-03 1994-05-31 Exposure method and exposure apparatus

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3491336B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5847812A (en) * 1996-06-14 1998-12-08 Nikon Corporation Projection exposure system and method
JPH1041223A (en) * 1996-07-24 1998-02-13 Nikon Corp Exposure method and exposure device
US7256873B2 (en) * 2004-01-28 2007-08-14 Asml Netherlands B.V. Enhanced lithographic resolution through double exposure
JP2009164441A (en) * 2008-01-09 2009-07-23 Panasonic Corp Pattern forming method

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07326561A (en) 1995-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2986087B2 (en) Phase shift lithography mask and method of manufacturing the same
US5459000A (en) Image projection method and device manufacturing method using the image projection method
KR100213605B1 (en) Method of forming a pattern and projection exposure apparatus
US5565286A (en) Combined attenuated-alternating phase shifting mask structure and fabrication methods therefor
US3776633A (en) Method of exposure for ghost line suppression
KR100261924B1 (en) Discrete phase shift mask writing
US8758963B2 (en) Holographic reticle and patterning method
JPS58173744A (en) Mask
JP2895703B2 (en) Exposure apparatus and exposure method using the exposure apparatus
JPH1041223A (en) Exposure method and exposure device
JPH07245258A (en) Exposure and exposure device
US5650632A (en) Focal plane phase-shifting lithography
US6700649B2 (en) Method for improved resolution of patterning using binary masks with pupil filters
US5624773A (en) Resolution-enhancing optical phase structure for a projection illumination system
US6377337B1 (en) Projection exposure apparatus
JP3491336B2 (en) Exposure method and exposure apparatus
JP3644041B2 (en) Exposure method and exposure apparatus
JP3216888B2 (en) Photomask, its manufacturing method and exposure method
JPH05165194A (en) Photomask
JPH07326573A (en) Pattern forming method and projection aligner
JP2870390B2 (en) Projection exposure equipment
JPH08181065A (en) Pattern forming method, manufacture of semiconductor device using thereof
JP3214033B2 (en) Exposure method
JP3268692B2 (en) Method for forming semiconductor integrated circuit pattern and method for manufacturing mask used therefor
JP2674400B2 (en) Pattern formation method and photomask

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141114

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term