JP3644041B2

JP3644041B2 - Exposure method and exposure apparatus

Info

Publication number: JP3644041B2
Application number: JP23603193A
Authority: JP
Inventors: 稔彦小沢; 雅也小松; 眞人渋谷; 裕史大木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: JPH06291009A; KR100282810B1

Description

【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。
【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。例えば、現在一般に使われているポジ型レジストでは、
ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ），Ｄ＝Ｉ・ｔ (1)
と表す事が出来る。より一般的には、以下の様な式に表現することが出来る。
【０００３】
ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ），Ｄ＝Ｊ・ｔ＝Ｉ^m・ｔ (2)
ここでＩは光強度、ｔは露光時間、Ｃは感材によって定まる定数である。ｍは感光素材の線型性を表す指数であり、ｍ＝１のとき線型であるといい、ｍ≠１のとき非線型であるという。上式に示すように、分り易くする為、Ｉ^mをＪで置き換え、Ｊを潜像濃度と呼ぶことにする。
【０００４】
このような方法において、レジスト中に潜像を形成する為の露光強度分布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） (3)
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 (4)
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 (5)
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。
【０００５】
【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 (6)
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。
【０００６】
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。
【０００７】
【問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、前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に 1/ ｍピッチずらすｍ回露光を行うものである。
【０００８】
また、本発明による露光装置は、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、前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に 1/ ｍピッチずらすｍ回露光を行うものである。
【００１２】
【作用】
上記の如き本発明により、潜像反応濃度が入射光のｍ乗（ｍ＞１）に対応して強調される様に形成される非線型感度特性を持つ感光素材を用いた場合、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。
【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、潜像濃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。
【００１４】
また、従来の露光方法において、非線型な感度特性を有する感光素材である所謂２光子吸収レジストを用いることが提案されている。２光子吸収レジストとは２つの光子を吸収すると１つの潜像核を形成するレジストのことであり、これについてはProceedings of ＳＰＩＥ第１６７４巻(1992 年) 776 頁〜778 頁などに示されている。この場合、潜像濃度分布Ｊ（ｘ）は露光強度分布Ｉ（ｘ）の自乗に応じて形成される。即ち、インコヒーレント照明において、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、
Ｊ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）²＝｛Ｉ₀（ｘ）＊Ｆ（ｘ）｝² (9)
となる。これより、潜像濃度分布のスペクトルｊ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、
ｊ（ν）＝｛ｉ₀（ν）・ｆ（ν）｝＊｛ｉ₀（ν）・ｆ（ν）｝ (10)
となる。２光子吸収レジストの場合は(9) 式に応じて潜像濃度分布が与えられるため、従来の場合の(7) 式に比べて潜像濃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。
【００１５】
図９Ａは通常のレジストにおける潜像濃度分布であり、露光強度分布と同じく正弦波状になっている。図９Ｂは、２光子吸収レジストにおける潜像濃度分布を表す。図９Ａと図９Ｂとを比較すれば、潜像の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、２光子吸収レジストを用いただけでは形成される潜像濃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、潜像濃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。
【００１６】
このように非線型感度特性を持つ感光素材を用いるだけでは、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、本発明では非線型感度特性を持つ感光素材を用い、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。
【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２光子吸収レジストを用いた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２光子吸収レジストにより点像の潜像濃度分布が急峻になる。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、これにより潜像濃度分布Ｊ（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、
Ｊ（ｘ）＝Ｉ₀（ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝² (11)
と基本的に表される。点像の潜像濃度分布は｛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、
ｊ（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潜像濃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（４ＮＡ／λ）となり、２倍の解像力が得られることになる。
【００１８】
図１０にこの比較を模式的に示す。図１０Ａは従来の方法におけるＯＴＦを表し、図１０Ｂは孤立パターンを２光子吸収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、２光子吸収レジストを用い、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感度特性を持つ感光素材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。
【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、潜像濃度分布のスペクトルｊは、

となる。ここで、ｉ_0j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。従来の潜像濃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（２ＮＡ／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潜像濃度分布として形成される。
【００２０】
このように、従来露光方法で非線型感度特性を有する感光素材を用いただけでは、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、光学系の解像限界を超えるピッチのパターンの潜像濃度分布を形成することができる。
【００２１】
尚、上記では潜像濃度Ｊが露光強度Ｉの自乗に比例して形成される、即ち、潜像反応濃度ξが露光強度Ｉの自乗に応じて形成される所謂２光子吸収レジストを用いて説明したが、本発明においてはこれに限られるものではなく、潜像反応濃度ξが露光強度Ｉのｍ乗（ｍ＞１）に応じて形成される非線型感度特性を持つ感光素材であれば良い。この場合、潜像濃度分布が点像の光強度分布Ｆ（ｘ）のｍ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。
【００２２】
Ｊ（ｘ）＝Ｉ₀（ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝^m (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ｍ倍の周波数のパターン（潜像濃度分布）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。
【００２３】
以上の説明においては、上記(14)式において乗数ｍが１より大きい（ｍ＞１）場合、即ち潜像濃度Ｊ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ｍが１より小さい（ｍ＜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、感度特性として(14)式中の乗数ｍ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。
【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潜像濃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、潜像濃度、言い換えれば、潜像反応濃度が入射光強度に対して非線型な感度特性を持つ感光素材を用い、該感光素材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。
【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、１つの感光素材上にそれぞれ別々に露光される。
【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感光素材上での光量分布を、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、感光素材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。
【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。レジストが２光子吸収レジストであると、レジスト中の潜像濃度は光強度の２乗で与えられるため、それぞれの潜像濃度分布は、図３Ａ、Ｂに示されるとおり、

となる。複数回露光により最終的に得られる潜像濃度分布は(17)と(18)との和であり、
Ｊ(x) ＝Ｊa(x)＋Ｊb(x)＝３＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ） (19)
となる。(19)式より、本実施例における潜像濃度分布Ｊ（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。この潜像濃度分布Ｊ（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。
【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、高コントラストな潜像濃度分布を形成している。
【００２９】
従来の非線型でない感光素材を用いた場合には、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２光子吸収レジストを用いて、光強度の２乗（ｍ＝２）によって潜像濃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（ｍ＝３，４，・・・）の非線型性で潜像濃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に示す潜像濃度分布は、潜像濃度分布が光強度分布の３乗（ｍ＝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／６ＮＡ）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。
【００３０】
また、光強度の１．５乗（ｍ＝１．５）によって潜像濃度が得られる感光素材を用いることも可能である。図６はｍ＝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潜像濃度分布であり、光学系の解像限界の倍の細かさの潜像濃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。
【００３１】
尚、上記の実施例においては、感光素材として所謂２光子吸収レジストを使用したが、これに限られるものではない。本発明においてはその他の手法、例えばＣＥＬ法（B.F.Griffing, P.R.West著IEEE,EDL 第４巻(1983)14頁参照）等のコントラストを強調し得る感光素材を用いることも可能である。さらに、所謂多層レジスト法の上層レジストとして非線型性な感度特性を持つレジストを用いることによっても可能である。
【００３２】
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２光子吸収レジストを使い、０．２５μｍ幅の孤立線を３回ずらして露光し、０．２５μｍの孤立線３本を形成した時の潜像濃度分布である。図８Ｂは２光子吸収レジストを用い、０．２５μｍ幅の３本線を一括露光した場合の潜像濃度分布である。図８Ｃは従来の方法による０．２５μｍ幅の３本線の潜像濃度分布である。
【００３３】
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潜像濃度分布図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。
【００３４】
更に、乗数ｍが１より小さい（ｍ＜１）場合の実施例について説明する。例としてｍ＝０．５である感光素材を用いた場合について説明する。ｍ＝０．５の感材を用いた場合の潜像濃度は光強度の０．５乗に応じて作られる。即ち、
Ｊ（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／２ＮＡになっている。図１１は像面上に出来る光強度分布の図である。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)式から得られる潜像濃度分布Ｊ（ｘ）を示す。
【００３５】
Ｊ（ｘ）＝（１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ））^0.5 (22)
この様に、図１２Ａに示されるとおり、潜像濃度分布Ｊ（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、明らかに潜像濃度分布Ｊ（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。
【００３６】
一方、図１２Ａを１／２周期ずらしたパターンによる潜像濃度分布Ｊ（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、ｍ＝１の感材を用いた場合には、潜像濃度分布Ｊ（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、

という様に、得られるＪ（ｘ）はフラットになり、まったく用をなさない（図１３）。
【００３７】
この様に、ｍ＜１なる感光素材を用いた場合にも、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、ｍ＜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。
【００３８】
図７には、上記の如き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１８ａ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１８ａ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。
【００３９】
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、感光素材の潜像濃度が光強度のに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、感光素材の潜像濃度が光強度の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。
【００４０】
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。
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。
【００４１】
また、実際の半導体素子に於ける２次元パターンの場合の実施例を示す。図１４に於いて、Ａが最終的に形成される所望のパターンであり、Ｂが第１の露光用レチクルのパターン図、Ｃが第２の露光用レチクルのパターン図である。５１，５２，５３及び５４は光を透過する部分を表し、５２及び５４の光透過部には位相シフター５２ｓ，５４ｓが施されている。．図１４のＡに示したパターンの５１，５２，５３及び５４のそれぞれの間隔は最も狭い所が投影光学系の解像限界であり、位相シフト等の方法を用いることによって一括露光において十分なコントラストの像を形成することが可能である。ここで、図１４Ａの様な２次元パターンの場合には０°，１８０°の位相シフトをどのように配置しても解像出来ない部分が生じてしまう。しかしながら、本発明に基づいて２光子吸収レジストを用い、図１４Ｂのパターンにより第１露光を行った後図１４Ｃのパターンにより第２露光を行うと、図１４Ａに示す如き従来までは解像し得なかった極めて微細なパターンを有する半導体素子を得ることが出来る。
【００４２】
尚、図１４のＢ及びＣに示したパターンは夫々別のレチクルに形成する事としたが、レチクルに液晶板等の電気光学的素子を用いることにより、１つの液晶板において、パターン透過部を電気的に変更して、図１４のＢ及びＣのパターンを形成し、実質的に複数の各被投影原版を得ることが可能である。
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。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば非線形な感光特性を示す感光素材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。
【００４４】
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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図２】図１に示したパターンによる光強度分布図。
【図３】図１に示したパターンによる潜像濃度分布図。
【図４】本発明の実施例における合成潜像濃度分布図。
【図５】３回露光による合成潜像濃度分布図。
【図６】他の実施例における合成潜像濃度分布図。
【図７】本発明に好適な露光装置の概略構成図。
【図８】他の実施例による合成潜像濃度分布図。
【図９】従来の露光方法により形成される潜像濃度分布図。
【図１０】ＯＴＦの特性図。
【図１１】図１に示したパターンによる光強度分布図。
【図１２】他の実施例による潜像の合成濃度分布図。
【図１３】線型レジストを用いた場合の合成潜像濃度分布図。
【図１４】本発明による実際の半導体素子用の２次元パターン及び該パターン用の被投影原版の説明図。
【符号の説明】
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[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exposure apparatus used for manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal plate, particularly a projection exposure apparatus and a projection exposure method.
[0002]
[Prior art]
In the conventional exposure method, all desired patterns to be exposed are arranged on the same reticle, and are printed onto the substrate by one exposure. At that time, a latent image reaction density ξ corresponding to the exposure intensity I is generated in the resist applied on the substrate. For example, in the positive resist that is currently used in general,
ξ = exp (−CD), D = It · t (1)
Can be expressed. More generally, it can be expressed as:
[0003]
ξ = exp (−CD), D = J · t = I ^m · t (2)
Here, I is the light intensity, t is the exposure time, and C is a constant determined by the photosensitive material. m is an index representing the linearity of the photosensitive material. When m = 1, it is said to be linear, and when m ≠ 1, it is said to be non-linear. As shown in the above equation, for clarity, replacing I ^m in J, it will be referred to as a latent image density of J.
[0004]
In such a method, the spectrum i of the exposure intensity distribution I (x) for forming a latent image in the resist, assuming a completely incoherent imaging for simplicity, the object spectrum i _0, optical If the OTF (Optical Transfer Function) of the system is f,
i (ν) = i ₀ (ν) · f (ν) (3)
ν: given by the spatial frequency. Now, the spatial frequency ν ₀ where OTF, that is, f becomes insignificant in the process is λ ₀ and the exposure wavelength is λ and the numerical aperture on the photosensitive material side of the projection optical system is NA
ν ₀ = 0.5 NA / (K ₁ · λ)
K ₁ : Process constant (4)
Given in. 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 cutoff frequency νc of the optical system is
νc = 2NA / λ (5)
It becomes. Therefore, in order to obtain a high resolution, it has been necessary to shorten the wavelength or increase the numerical aperture NA.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
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 achieve 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:
Fd = K ₂ · λ / NA ² (6)
K ₂ : Since it is a process constant, the depth of focus becomes shallow in any case. In addition, the optical system becomes larger and specialized and becomes impractical. Further, the final resolution limit on the photosensitive material cannot exceed the resolution limit determined by the projection optical system.
[0006]
The present invention has been made in view of such problems, and can form a high-resolution pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system without substantially changing the conventional exposure wavelength and optical system. An object is to provide an exposure method and an exposure apparatus.
[0007]
[Means for solving problems]
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. 1 and m is a positive integer) having a non-linear sensitivity characteristic, and the projection original plate and the photosensitive material are subjected to m times exposure with a relative shift of 1 / m pitch on the photosensitive material. It is.
[0008]
The exposure apparatus according to the present invention is a projection exposure apparatus for projecting a pattern of a projection original plate onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system. Using m having a non-linear sensitivity characteristic such that m ≠ 1, m is a positive integer), m exposures in which the projection original and the photosensitive material are relatively shifted by 1 / m pitch on the photosensitive material. Is what you do.
[0012]
[Action]
According to the present invention as described above, when a photosensitive material having a nonlinear sensitivity characteristic formed so that the latent image reaction density is enhanced corresponding to the m-th power (m> 1) of incident light, the projection optical system is used. The principle that a pattern exceeding the resolution limit can be formed will be described below.
[0013]
In the conventional exposure method, the light intensity distribution I (x) on the imaging surface after passing through the entire system in incoherent illumination is the object light intensity distribution I ₀ (x), and the point image intensity distribution of the optical system. Is F (x),
I (x) = I ₀ (x) * F (x) (7)
Given in. 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 obtained from the convolution theorem of Fourier transform,
i (ν) = i ₀ (ν) · f (ν) (8)
It becomes. 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 latent image density is the cutoff frequency of the optical system (2NA / λ ) Is not formed.
[0014]
In the conventional exposure method, it has been proposed to use a so-called two-photon absorption resist which is a photosensitive material having nonlinear sensitivity characteristics. A two-photon absorption resist is a resist that forms one latent image nucleus when two photons are absorbed. This is shown in Proceedings of SPIE, Vol. 1674 (1992), pages 776 to 778, etc. . In this case, the latent image density distribution J (x) is formed according to the square of the exposure intensity distribution I (x). That is, in incoherent illumination, the light intensity distribution of an object is I ₀ (x), and the point image intensity distribution of the optical system is F (x).
J (x) = I (x) ² = {I ₀ (x) * F (x)} ² (9)
It becomes. From this, the spectrum j of the latent image density distribution is similarly obtained from the convolution theorem of Fourier transform.
j (ν) = {i ₀ (ν) · f (ν)} * {i ₀ (ν) · f (ν)} (10)
It becomes. In the case of a two-photon absorption resist, since the latent image density distribution is given according to the equation (9), the latent image density distribution becomes steeper than the conventional equation (7). This is specifically illustrated in FIGS. 9A and 9B when the exposure intensity distribution is sinusoidal.
[0015]
FIG. 9A shows a latent image density distribution in a normal resist, which is sinusoidal like the exposure intensity distribution. FIG. 9B represents the latent image density distribution in the two-photon absorption resist. 9A and 9B, the contrast of the latent image is high, but the pitch of the formed pattern is the same in FIGS. 9A and 9B, and it is formed only by using a two-photon absorption resist. The pitch of the latent image density distribution does not become finer than the pitch of the image created by the optical system and cannot exceed the resolution limit of the optical system. From equation (10), there is a frequency component that exceeds the resolution limit of the optical system in the latent image density distribution, but the resolution limit of the optical system is not exceeded until the formed pattern pitch is tired. .
[0016]
In this way, it is impossible to form a pattern finer than the resolution limit determined by the optical system only by using a photosensitive material having nonlinear sensitivity characteristics. However, in the present invention, it is possible to form a fine pattern exceeding the resolution limit by the optical system by using a photosensitive material having nonlinear sensitivity characteristics and further performing exposure in a plurality of times.
[0017]
In order to explain the basic concept of the present invention, point image formation by an optical system in the case of using a two-photon absorption resist in the same manner as described above will be considered. In this case, the latent image density distribution of the point image becomes steep due to the two-photon absorption resist. 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 the point images. If the latent image density distribution J (x) is formed, the light intensity created by the image formation of the respective point images is superimposed.
J (x) = I ₀ (x) * {F (x)} ² (11)
Basically expressed. Since the latent image density distribution of the point image is represented by {F (x)} ² , the distribution becomes sharper than the point image intensity distribution F (x) by the optical system, resulting in high resolution. By Fourier transforming (11),
j (ν) = i ₀ (ν) · {f (ν) * f (ν)} (12)
It becomes. Therefore, f * f is interpreted as an OTF of the optical system for obtaining the latent image density distribution in this method. This is a cutoff frequency (4NA / λ) with respect to the conventional OTF represented by the equation (8), that is, the cutoff frequency (2NA / λ) of f, and double resolution can be obtained.
[0018]
FIG. 10 schematically shows this comparison. FIG. 10A shows the OTF in the conventional method, and FIG. 10B shows the OTF when the isolated pattern is exposed on the two-photon absorption resist. Thus, if a two-photon absorption resist is used and exposure is performed a plurality of times 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 isolated patterns and a photosensitive material having non-linear sensitivity characteristics, it is possible to form a pattern that exceeds the resolution limit of the optical system.
[0019]
Further, even when exposure is performed a plurality of times using a pattern that is not completely isolated but is considered to be roughly isolated, a pattern exceeding the resolution limit of the optical system can be formed as in the case of an isolated pattern. In this case, the spectrum j of the latent image density distribution is

It becomes. Here, i _0j is an object spectrum of a pattern that is roughly isolated from each other, and i ′ is considered to be an object spectrum of a virtual pattern that is configured by superposition of isolated patterns. The spectrum of the conventional latent image density distribution does not exceed the cutoff frequency (2NA / λ) of f as shown by the equation (8), but according to the present invention, as shown by the equation (13), { A spectrum up to a cutoff frequency (4NA / λ) of f (ν) * f (ν)} is formed as a latent image density distribution.
[0020]
In this way, in the present invention, the conventional exposure method merely uses a photosensitive material having nonlinear sensitivity characteristics, and the pitch of the pattern formed does not exceed the resolution limit of the optical system. By repeating exposure a plurality of times with different light intensity distributions on the photosensitive material, if i ′ is appropriately given, a latent image density distribution having a pitch exceeding the resolution limit of the optical system can be formed.
[0021]
In the above description, the latent image density J is formed in proportion to the square of the exposure intensity I, that is, the latent image reaction density ξ is formed in accordance with the square of the exposure intensity I. However, the present invention is not limited to this, and any photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic in which the latent image reaction density ξ is formed according to the exposure intensity I raised to the mth power (m> 1) may be used. . In this case, the latent image density distribution is expressed by the m-th power of the point image light intensity distribution F (x), which is sharper than the point image light intensity distribution F (x). It is expressed in
[0022]
J (x) = I ₀ (x) * {F (x)} ^m (14)
The illumination state is not limited to incoherent illumination, and extremely fine patterns can be similarly formed by oblique illumination and various modified illuminations. Of course, a self-luminous object is also possible.
When Fourier transform is performed on the equation (14), it can be seen that a pattern (latent image density distribution) having a frequency m times the cut-off frequency of the optical system is formed from the convolution theorem of Fourier transform. Note that a finer pattern may be formed by exposing a pattern that is not completely isolated in each exposure multiple times.
[0023]
In the above description, the case where the multiplier m is larger than 1 (m> 1) in the above equation (14), that is, the case where the latent image density J is emphasized more than the light intensity I has been described. As a result of the simulation, it was found that it is possible to form a fine pattern substantially exceeding the resolution limit of the projection optical system even in the case of a small (m <1). The sensitivity characteristic is also effective when the multiplier m in the equation (14) is not constant but depends on the light intensity I.
[0024]
In each exposure of multiple exposures, if a high-resolution and high-contrast pattern is formed by using a phase shift mask or a modified illumination method, the latent image density distribution exceeding the resolution limit of the optical system is further increased. It can be formed with high contrast.
As described above, a photosensitive material having a sensitivity characteristic in which the latent image density, that is, the latent image reaction density is nonlinear with respect to the incident light intensity, is used, and multiple exposures with different light intensity distributions are performed on the photosensitive material. By doing so, a semiconductor element having a high resolution pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system can be obtained.
[0025]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described based on examples.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a reticle pattern as a projection original according to the present invention. 1st exposure is performed with the pattern shown to FIG. 1A, and 2nd exposure is performed with 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. A phase film 3a is provided on one of the adjacent openings 4a to constitute a so-called phase shift mask. In the second pattern of FIG. 1B, the light shielding film 2b and the phase film 3b are similarly provided on the substrate 1b, and the phase shift mask is also configured. The opening 4a of the first pattern overlaps with the position of the light shielding film 1b of the second pattern, and the opening 4b of the second pattern overlaps with the position of the light shielding film 1a of the first pattern. Are exposed separately.
[0026]
The light quantity distribution on the photosensitive material obtained by the exposure with the first and second patterns is shown in FIGS. 2A and 2B. In this embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, sinusoidal light intensities Ia and Ib are generated in each exposure by only ± first-order diffracted light by coherent illumination. In these two exposures, the peak position of the light intensity distribution on the photosensitive material is shifted by a half cycle in phase.
[0027]
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, assuming that the numerical aperture is sufficiently effectively used so that ± 1st-order diffracted light passes through the periphery of the aperture of the optical system, the pitch created in each exposure is the resolution limit λ / 2NA, and the light intensity distribution is ,
Ia (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ) (15)
Ib (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ + π) (16)
It is expressed. If the resist is a two-photon absorption resist, the latent image density in the resist is given by the square of the light intensity, so that each latent image density distribution is as shown in FIGS.

It becomes. The latent image density distribution finally obtained by multiple exposures is the sum of (17) and (18),
J (x) = Ja (x) + Jb (x) = 3 + cos (4π · 2NA · x / λ) (19)
It becomes. From equation (19), the latent image density distribution J (x) in this embodiment has a periodic structure with a pitch (λ / 4NA), which is twice as fine as the limit resolution (λ / 2NA) of the optical system. . This latent image density distribution J (x) is shown in FIG. A fine resist pattern is formed by performing development after this multiple exposures (here, twice).
[0028]
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 having a pitch (λ / 4NA) is formed. However, in this case, since the contrast is not so high, in the above embodiment, a high-contrast latent image density distribution is formed by coherent illumination of the phase shift mask.
[0029]
When a conventional non-linear photosensitive material is used, the pattern is not formed at all because it is exposed by the simple sum of the above equations (15) and (16), that is, the simple sum of FIGS. 2A and 2B.
In the above embodiment, the latent image density is obtained by the square of the light intensity (m = 2) using the two-photon absorption resist. However, the cube of the light intensity, the fourth power, or more (m = If the latent image density is obtained with the non-linearity of (3, 4,...), Higher resolution can be expected. For example, the latent image density distribution shown in FIG. 5 is obtained when the latent image density distribution is obtained by the cube of the light intensity distribution (m = 3), and the pattern of the projection original plate shown in FIG. 1A is (1/3) pitch. That is, it was obtained by performing exposure three times while shifting by (λ / 6NA). Here, as shown in the figure, a periodic structure with a pitch (λ / 6NA) is obtained, which is three times as fine as the resolution limit (λ / 2NA) of the optical system.
[0030]
It is also possible to use a photosensitive material that can obtain a latent image density by the light intensity of 1.5 (m = 1.5). FIG. 6 shows the latent image density distribution obtained by separately exposing the reticle shown in FIGS. 1A and 1B with m = 1.5. The latent image has a fineness that is twice the resolution limit of the optical system. An image density distribution is obtained. Also in this case, the contrast can be enhanced by coherent illumination of the phase shift mask.
[0031]
In the above embodiment, a so-called two-photon absorption resist is used as a photosensitive material, but the present invention is not limited to this. In the present invention, it is also possible to use other methods, for example, a photosensitive material capable of enhancing contrast, such as CEL method (see BFGriffing, PRWest, IEEE, EDL Vol. 4 (1983), p. 14). Furthermore, it is possible to use a resist having nonlinear sensitivity characteristics as an upper layer resist of a so-called multilayer resist method.
[0032]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the above-described embodiment shown in FIG. 1, the light intensity distribution is formed by coherent imaging using a so-called phase shift method. However, in this embodiment, partial coherent imaging is performed using a normal reticle. The conditions of the optical system were a use wavelength λ = 0.365 μm, a numerical aperture NA = 0.5, and a coherence degree σ = 0.6. FIG. 8A shows the latent image density distribution when a two-photon absorption resist is used and an isolated line having a width of 0.25 μm is exposed three times to form three isolated lines of 0.25 μm. FIG. 8B is a latent image density distribution when a two-photon absorption resist is used and three lines having a width of 0.25 μm are collectively exposed. FIG. 8C shows a three-line latent image density distribution with a width of 0.25 μm according to a conventional method.
[0033]
By comparing these FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C, it is found that the latent image density distribution diagram 8A obtained by the method of the present invention is effective in forming a fine pattern that is remarkably superior to other methods. it is obvious.
In general, a resist pattern after development is made almost in proportion to the latent image reaction density, but a resist pattern with higher contrast can be formed by further emphasizing in the development process.
[0034]
Further, an example in which the multiplier m is smaller than 1 (m <1) will be described. As an example, a case where a photosensitive material with m = 0.5 is used will be described. The latent image density in the case of using a light-sensitive material of m = 0.5 is made according to the light power of 0.5. That is,
J (x) = I (x) ^0.5 (20)
Given in. Here, x is a coordinate. The case where a line and space is burned using the reticle with phase shifter shown in FIG. 1 under the coherent illumination will be described. The period of this reticle is the resolution limit λ / 2NA of the projection optical system. FIG. 11 is a diagram showing a light intensity distribution formed on the image plane. The light intensity distribution I (x) is thus distributed in a sine wave shape. That is,
I (x) = 1 + COS (2π · 2NA · x / λ) (21)
It is. On the other hand, FIG. 12A shows the latent image density distribution J (x) obtained from the equation (21).
[0035]
J (x) = (1 + COS (2π · 2NA · x / λ)) ^0.5 (22)
In this way, as shown in FIG. 12A, the latent image density distribution J (x) is gentler in the vicinity of the bright part than the light intensity distribution I (x), but becomes darker in the dark part and becomes wide. Has the characteristic of becoming extremely thin. However, obviously, the latent image density distribution J (x) is formed with the same period as the light intensity distribution I (x). Therefore, in this state, a pattern exceeding the limit resolution of the projection optical system cannot be formed.
[0036]
On the other hand, by superimposing the latent image density distribution J (x) (FIG. 12B) with a pattern shifted by a half cycle from FIG. 12A, a finer structure can be formed on the image plane as shown in FIG. 12C. Therefore, this pattern has a periodic structure that is twice the limit resolution.
On the other hand, when the light-sensitive material with m = 1 is used, the latent image density distribution J (x) completely matches the light intensity distribution I (x) in FIG. Even if they are overlapped in the same way,

Thus, the obtained J (x) becomes flat and is not used at all (FIG. 13).
[0037]
Thus, even when a photosensitive material with m <1 is used, a latent image that is finer than the limit resolution of the projection optical system can be formed.
In the present invention, it goes without saying that either positive or negative resist can be used. However, in particular, when m <1, it is considered that the positive type is advantageous, and in the example shown in FIG. 12, a very thin residual line can be formed.
[0038]
FIG. 7 shows a schematic configuration of an exposure apparatus for performing a plurality of exposures having different light intensity distributions on the photosensitive material as described above. The illumination light beam from the light source 11 is collected by the elliptical mirror 12, guided to the collimator lens 14 by the mirror 13, and enters the fly eye integrator 15 as a substantially parallel light beam. The light beam emitted from the fly eye integrator 15 is guided to the main condenser 17 by the mirror 16, and uniformly illuminates the reticle 18a as the projection original. A predetermined pattern on the projection original 18a is projected and exposed by the projection optical system 19 onto a wafer 20 coated with a photosensitive material. Here, the reticle 18a is replaced with a reticle 18b having a different pattern by the reticle loader 21 after the exposure, and the second exposure is performed.
[0039]
Instead of exchanging different patterns by the reticle loader 21, after the first exposure by the reticle 18a, the reticle 18a is moved by a predetermined amount in the direction perpendicular to the optical axis Ax of the projection optical system 19 to perform the second exposure. It is good to do. For example, when the above-described pattern of FIG. 1A is used and the latent image density of the photosensitive material is proportional to the square of the light intensity, the predetermined amount is converted into coordinates on the wafer (λ / 4NA). Further, when the latent image density of the photosensitive material is proportional to the cube of the light intensity, it is effective to convert the coordinate on the wafer to (λ / 6NA).
[0040]
Needless to say, when exposing the same reticle pattern a plurality of times, the wafer itself may be moved for each of a plurality of exposures instead of moving the reticle.
So-called latent image alignment, in which a latent image is observed and aligned, is effective for alignment between multiple exposures.
[0041]
An embodiment in the case of a two-dimensional pattern in an actual semiconductor element will be described. In FIG. 14, A is a desired pattern to be finally formed, B is a pattern diagram of the first exposure reticle, and C is a pattern diagram of the second exposure reticle.

Reference numerals

51, 52, 53 and 54 denote light transmitting portions, and phase shifters 52s and 54s are applied to the

light transmitting portions

52 and 54, respectively. . The narrowest distance between the

patterns

51, 52, 53, and 54 of the pattern shown in FIG. 14A is the resolution limit of the projection optical system, and a sufficient contrast in batch exposure by using a method such as phase shift. It is possible to form an image of Here, in the case of a two-dimensional pattern as shown in FIG. 14A, a portion that cannot be resolved is generated no matter how the phase shifts of 0 ° and 180 ° are arranged. However, when a two-photon absorption resist is used in accordance with the present invention and the first exposure is performed with the pattern of FIG. 14B and then the second exposure is performed with the pattern of FIG. 14C, the conventional resolution as shown in FIG. 14A can be obtained. It is possible to obtain a semiconductor element having an extremely fine pattern that has not been present.
[0042]
Note that the patterns shown in FIGS. 14B and 14C are formed on different reticles. However, by using an electro-optical element such as a liquid crystal plate for the reticle, a pattern transmission portion is formed on one liquid crystal plate. It is possible to change electrically and form the patterns B and C in FIG. 14 to obtain a plurality of projection originals.
By the way, in the present invention, as in the embodiment shown in FIG. 1, it is effective to use a phase shift pattern to form a high resolution pattern. It is also effective to use annular illumination proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-91662 or so-called SHRINC illumination proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-225358.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to form a fine pattern exceeding the resolution limit of the projection optical system by exposing a different pattern a plurality of times using a photosensitive material exhibiting nonlinear photosensitive characteristics. In addition, a high-resolution pattern can be formed without substantially changing the conventional exposure wavelength and optical system.
[0044]
According to the exposure method of the present invention, it becomes possible to manufacture a semiconductor element having an extremely fine circuit pattern that could not be realized by a conventional projection exposure apparatus, and the degree of integration of an integrated circuit can be significantly increased. This is a great effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing patterns of a first projection original plate and a second projection original plate used in the present invention.
FIG. 2 is a light intensity distribution diagram according to the pattern shown in FIG.
FIG. 3 is a latent image density distribution diagram according to the pattern shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a composite latent image density distribution diagram according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a composite latent image density distribution diagram by three exposures.
FIG. 6 is a composite latent image density distribution diagram in another embodiment.
FIG. 7 is a schematic block diagram of an exposure apparatus suitable for the present invention.
FIG. 8 is a composite latent image density distribution diagram according to another embodiment.
FIG. 9 is a latent image density distribution diagram formed by a conventional exposure method.
FIG. 10 is a characteristic diagram of OTF.
11 is a light intensity distribution diagram according to the pattern shown in FIG.
FIG. 12 is a composite density distribution diagram of a latent image according to another embodiment.
FIG. 13 is a composite latent image density distribution diagram when a linear resist is used.
FIG. 14 is an explanatory diagram of a two-dimensional pattern for an actual semiconductor element and a projection original plate for the pattern according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1a, 1b...

Substrates

2a, 2b...

Oblique films

3a, 3b...

Phase shifters

4a, 4b...

Openings

51, 52, 53, 54. 54s Phase shifter

Claims

In a projection exposure method for projecting a pattern of a projection original plate onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
The photosensitive material having a sensitivity characteristic such that the latent image reaction density is nonlinear with respect to the incident light intensity to the power of m (m ≠ 1, m is a positive integer) is used on the photosensitive material. Projection master and photosensitive material are relatively 1 / An exposure method characterized by performing m exposures shifted by m pitches.

In a projection exposure apparatus that projects a pattern of a projection original plate onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
The photosensitive material having a sensitivity characteristic such that the latent image reaction density is nonlinear with respect to the incident light intensity to the power of m (m ≠ 1, m is a positive integer) is used on the photosensitive material. Projection master and photosensitive material are relatively 1 / An exposure apparatus that performs exposure m times at a pitch of m.