JP3876460B2 - 露光方法および露光装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法および露光装置に関し、特に半導体素子などの製造に用いられる投影露光方法および投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造技術の進歩に伴い、半導体集積回路の集積度の向上が図られている。集積度の向上のためには、投影露光の解像度を向上させる必要がある。解像度を向上させる方法として、投影露光装置の露光波長を短波長化する方法、および投影露光装置の開口数を大きくする方法が考えられる。現在のところ、投影露光装置の露光波長はエキシマレーザーの短波長域に達し、投影光学系の開口数は約0.5程度となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の露光方法および露光装置では、露光波長を短波長化する方法を採用しても、開口数を大きくする方法を採用しても、あるいは双方の方法を採用しても、投影光学系の解像限界を超える解像度を得ることはできなかった。
【0004】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、投影光学系の解像限界を超える高解像度を実現することのできる露光方法および露光装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第1発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光方法において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材上に形成し、
第1の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光し、
前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光することによって、前記投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを前記感光素材上に形成することを特徴とする露光方法を提供する。
【0006】
第1発明の好ましい態様によれば、前記復活コントラスト増強層は、ニトロン系の物質またはジアゾニウム塩を主成分とした物質である。なお、前記感光素材は、入射光の強度に対して感光が線形に進行する感度特性を有するか、あるいは入射光の強度に対して感光が非線形に進行する感度特性を有する。
【0007】
また、第2発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の光強度分布にしたがう第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがう第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置を提供する。
【0008】
さらに、第3発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の原版に形成された第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に第2の原版に形成された第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置を提供する。
【0009】
第3発明の好ましい態様によれば、前記第1の原版と前記第2の原版とは、互いに異なるパターンを有し、前記第1の原版に基づく投影露光の後に、前記第2の原版に基づく投影露光を行う。なお、前記第1の原版と前記第2の原版とは、共通の原版であってもよい。この場合、前記感光素材上に対して第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記共通の原版を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことができる。あるいは、前記感光素材上に第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記感光素材を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
まず、添付図面を参照して、本発明の実施例にかかる露光方法によって投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンをレジスト上に形成する方法を説明する。
図1は、本実施例における露光体の構成を模式的に示す断面図である。図1を参照すると、基板1上には感光素材であるレジスト2が形成され、さらにレジスト2上には復活コントラスト増強層(通常のコントラスト増強層のことを英語でContrast Enhancing Layerと呼ぶので、以下「復活CEL」という)3が形成されている。なお、本明細書において、基板上にレジストおよび復活CELが積層されたものを「露光体」という。
【0011】
本実施例では、基板1として、半導体素子作製用のシリコンウエハーを用いている。また、レジスト2として、入射光の強度に対して感光が線形に進行する感度特性を有するノボラック系のi線用レジストを用いている。さらに、復活CEL3として、ニトロン系のCEL(信越化学工業株式会社の製品CEM−388:登録商標)を用いている。なお、復活CELとは、光の入射に応じて退色状態となるが、光の入射が停止すると所定の寿命τのもとで元の着色状態に戻るコントラスト増強層のことである。換言すれば、復活CELは、入射光量に応じて透過率が変化し、且つ光の入射の停止から所定時間τだけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する。
【0012】
ところで、通常のCELはある種の色素であり、光を吸収することによって退色し、その退色状態は時間が経過してもそのまま保持される。通常のCELの退色の過程は、次の2つの方程式(1)および(2)で表される。
【数1】
∂I(z,t) /∂z=−I(z,t) {AM(z,t) +B} (1)
∂M(z,t) /∂t=−I(z,t) M(z,t) C (2)
【0013】
ここで、
z:CELの深さ方向に沿った座標における表面からの距離
t:時間
I(z,t) :時間tおよび深さzにおけるCEL内部への透過光の強度
M(z,t) :時間tおよび深さzにおけるCELの色素の相対的な濃度(M(z,0) =1)
A〜C:各パラメーター
なお、各パラメーターA〜Cの意味は、文献(F.H.Dill, W.P.Hornberger, P.S.Hauge, J.M.Shaw, IEEE Transactions of Electron Devices, Vol.ED-22, No.7, July 1975, p445-452)に説明されている。
【0014】
上述したように、本実施例では、光の入射に応じて退色状態となるが、光の入射が停止すると所定の寿命τのもとで元の着色状態に戻る特性を有する復活CELを用いている。したがって、復活CELの退色過程および逆退色(着色)過程を説明するには、上述の式(2)に代えて次の方程式(3)が必要となる。
【数2】
ここで、
D:退色状態の寿命τの逆数(1/τ)からなるパラメーター
こうして、上述の式(1)と(3)とを連立させることによって、露光による復活CELの退色過程および露光停止による逆退色過程を説明することができる。
【0015】
図2(A)は本実施例の各露光における最大露光強度の時間変化を、図2(B)は復活CELの透過率の時間変化をそれぞれ示す図である。
図2(A)に示すように、本実施例では、1秒(s)の露光時間に亘って、最大で180mW/cm2 の強度の露光光を復活CELに対して照射している。この場合、図2(B)に示すように、復活CELの透過率は、露光時間に応じて単調に増大するが、露光の停止から単調に減少し、退色状態の寿命τである2秒を経過するとほぼ元の値に復元する。
【0016】
ここで、本実施例において使用する復活CEL(信越化学工業株式会社の製品CEM−388:登録商標)では、各パラメーターの値は、A=10.123μm-1、B=0.092μm-1、C=0.076cm2 /mJ、およびD=1/τ=0.5s-1である。また、復活CELの厚さdは0.6μmである。
上述のような特性を有する復活CELを介して投影露光を行うと、露光強度の大きい部分では復活CELの退色現象が進み、復活CELの透過光量すなわちレジストへ達する透過光量の割合が増大する。一方、露光強度の小さい部分では復活CELの退色現象が進まず、レジストへ達する透過光量の割合が減少する。定量的には、上述の式(1)と(3)とを連立させて数値解析することにより、露光強度と透過光量との関係を得ることができる。
【0017】
図3は、本実施例において1秒間露光する場合の復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量との関係を示す図である。
図3を参照すると、露光強度が約100mW/cm2 に達するまでは、レジストへの透過光量(mJ/cm2 )は小さい。しかしながら、露光強度が約100mW/cm2 を超えると、露光強度の増加に応じてレジストへの透過光量が増加する。以下、後述するように、本実施例においてレジスト中に形成される潜像の濃度の非線形性は、図3に示す復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量(すなわち復活CELの透過光量)との関係に依存する。
【0018】
本実施例では、上述のような特性を有する復活CELが形成された露光体に対して、投影光学系の解像限界に近いパターンを露光する。解像限界のパターンの周期Pは、投影露光に用いる露光光の波長をλとし、投影光学系の開口数をNAとすると、P=λ/2NAで表される。本実施例では、λ=365nmとし、NA=0.6としているので、P=304nmである。位相シフトマスクを用いて投影露光を行う場合、この回折限界パターンは、位置xの関数である露光強度I(x)として、次の式(4)で表される。
【数3】
I(x)=I0 cos(2πx/P)+I1 (4)
【0019】
上述したように、露光強度I(x)の最大値は180mW/cm2 である。また、露光パターンのコントラストは0.7であり、その周期はほぼ解像限界である。本実施例では、図4に示す露光強度I(x)を有する露光パターンを用いて、露光体に対して1秒間に亘って第1回目の露光を行っている。
図5は、本実施例の第1回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。なお、図5および後述の図6〜図8において、横軸は復活CEL上での位置xを示している。また、図5〜図8では、位置xの具体的な値が示されていないが、各図は横軸に関して互いに対応している。
【0020】
図5の透過光量分布は、図3に示す復活CELの透過光量の変化(すなわちレジストへの透過光量の変化)と図4に示す復活CELへの露光強度分布とに基づいて求められている。図5の透過光量分布では、図4に示す露光強度分布の谷の部分が平坦化し、且つ露光強度分布の山の部分が先鋭化している。こうして、第1回目の露光により、レジスト中には図5に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。
【0021】
上述したように、第1回目の露光の終了から復活CELの退色状態の寿命である2秒を経過すると、復活CELの退色状態は元の着色状態に戻り、透過率も元の値に復元する。そこで、本実施例では、第1回目の露光の終了から2秒よりも長い時間たとえば4秒経過した後に、第2回目の露光を開始している。第2回目の露光パターンは、第1回目の露光パターンと同様に解像限界の周期Pを有し、且つ第1回目の露光パターンと同じ強度を有する。しかしながら、第2回目の露光パターンは、第1回目の露光パターンから半周期だけ位置ずれている。すなわち、第2回目の露光による回折限界パターンは、位置xの関数である露光強度I2 (x)として、次の式(5)で表される。
【数4】
I2 (x)=−I0 cos(2πx/P)+I1 (5)
【0022】
第2回目の露光においても、第1回目の露光と同様に、露光強度I2 (x)の最大値は180mW/cm2 である。また、第2回目の露光パターンのコントラストは0.7であり、その周期はほぼ解像限界である。
本実施例では、図6に示す露光強度I2 (x)を有する露光パターンを用いて、第1回目の露光と同じく1秒間に亘って第2回目の露光を行っている。
【0023】
図7は、本実施例の第2回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
図7の透過光量分布は、図3に示す復活CELの透過光量の変化(すなわちレジストへの透過光量の変化)と図6に示す復活CELへの露光強度分布とに基づいて求められている。こうして、第2回目の露光により、レジスト中には図7に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。
【0024】
上述したように、第1回目の露光により図5に示す透過光量分布が、第2回目の露光により図7に示す透過光量分布がそれぞれレジスト上で得られる。すなわち、第1回目の露光と第2回目の露光とによって、図5に示す透過光量分布と図7に示す透過光量分布との総和からなる透過光量分布がレジスト上において得られる。
【0025】
図8は、本実施例の第1回目の露光と第2回目の露光とによりレジスト上で得られる透過光量の総和の分布を示す図である。
こうして、第1回目の露光と第2回目の露光とにより、レジスト中には図8に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。図8と図4(あるいは図6)とを比較参照すると、本実施例において2回の露光により最終的に得られた潜像の濃度パターンの周期は、解像限界のパターンの周期Pの1/2であることがわかる。なお、最終的に得られた潜像の濃度パターンのコントラストは、0.45である。
【0026】
このように、本実施例の露光方法にしたがって、投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを、線形の感光特性を有するレジスト上に形成することができる。
なお、上述の実施例では、ニトロン系の復活CELを用いた例を説明しているが、たとえばジアゾニウム塩を主成分とした物質からなる復活CELを用いることもできる。
また、上述の実施例では、入射光の強度に対して線形に感光が進行する、いわゆる線形の感光特性を有するレジストを用いた例を説明している。しかしながら、非線形の感光特性を有するレジストに対しても、その非線形性に応じて本発明の露光方法を適用することができることは明らかである。
【0027】
図9は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
図9の露光装置では、光源11からの照明光束が楕円鏡12により集光され、ミラー13によりコリメートレンズ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を介した光束は、ミラー16によりメインコンデンサーレンズ17に導かれ、投影原版であるマスク18aをほぼ均一に照明する。こうして、マスク18a上に形成された所定のパターンが、投影光学系19を介して露光体20上に投影露光される。
本実施例では、第1回目の露光に先立ち、層形成手段である復活CEL塗布機24を駆動して、露光体(ウエハ)20の図中上面(投影露光される側)に復活CELを形成する。そして、復活CELが形成された露光体20および第1のパターンが形成されたマスク18aを投影光学系19に対して位置決めした後、第1回目の投影露光を行う。
【0028】
第1回目の投影露光が終了すると、マスク18aは、マスクローダー21によって第1のパターンとは異なる第2のパターンが形成されたマスク18bと交換される。そして、第1回目の投影露光の終了から復活CELの退色状態の寿命τよりも十分長い時間が経過した後に、第2回目の投影露光を行う。
こうして、第1のパターンおよび第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を、感光体20のレジスト上に形成することができる。
【0029】
なお、上述の実施例にかかる露光装置では、第1のマスク18aをマスクローダー21の作用により新たな第2のマスク18bと交換している。しかしながら、マスク18aによる第1回目の露光の後に、マスク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回目の露光を行っても良い。また、同一のマスクパターンを複数回露光するような場合には、マスク18を投影光学系19に対して移動させる代わりに、露光の毎に露光体20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る構成を採用することも可能であることは言うまでもない。なお、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、いわゆる潜像アライメントが有効である。
【0030】
【効果】
以上説明したように、本発明の露光方法および露光装置によれば、投影光学系の解像限界を超える高解像度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例における露光体の構成を模式的に示す断面図である。
【図2】(A)は本実施例の各露光における最大露光強度の時間変化を、(B)は復活CELの透過率の時間変化をそれぞれ示す図である。
【図3】本実施例において1秒間露光する場合の復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量との関係を示す図である。
【図4】本実施例の第1回目の露光において復活CELに照射される露光強度I(x)を示す図である。
【図5】本実施例の第1回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
【図6】本実施例の第2回目の露光において復活CELに照射される露光強度I2 (x)を示す図である。
【図7】本実施例の第2回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
【図8】本実施例の第1回目の露光と第2回目の露光とによりレジスト上で得られる透過光量の総和の分布を示す図である。
【図9】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2 レジスト
3 復活CEL
11 光源
12 楕円鏡
13、16 ミラー
14 コリメートレンズ
15 フライアイインテグレータ
17 メインコンデンサーレンズ
18 マスク
19 投影光学系
20 露光体
21 マスクローダー
22 ウエハローダー
24 復活CEL塗布機
【発明の属する技術分野】
本発明は露光方法および露光装置に関し、特に半導体素子などの製造に用いられる投影露光方法および投影露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造技術の進歩に伴い、半導体集積回路の集積度の向上が図られている。集積度の向上のためには、投影露光の解像度を向上させる必要がある。解像度を向上させる方法として、投影露光装置の露光波長を短波長化する方法、および投影露光装置の開口数を大きくする方法が考えられる。現在のところ、投影露光装置の露光波長はエキシマレーザーの短波長域に達し、投影光学系の開口数は約0.5程度となっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の露光方法および露光装置では、露光波長を短波長化する方法を採用しても、開口数を大きくする方法を採用しても、あるいは双方の方法を採用しても、投影光学系の解像限界を超える解像度を得ることはできなかった。
【0004】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、投影光学系の解像限界を超える高解像度を実現することのできる露光方法および露光装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第1発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光方法において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材上に形成し、
第1の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光し、
前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光することによって、前記投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを前記感光素材上に形成することを特徴とする露光方法を提供する。
【0006】
第1発明の好ましい態様によれば、前記復活コントラスト増強層は、ニトロン系の物質またはジアゾニウム塩を主成分とした物質である。なお、前記感光素材は、入射光の強度に対して感光が線形に進行する感度特性を有するか、あるいは入射光の強度に対して感光が非線形に進行する感度特性を有する。
【0007】
また、第2発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の光強度分布にしたがう第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがう第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置を提供する。
【0008】
さらに、第3発明においては、原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の原版に形成された第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に第2の原版に形成された第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置を提供する。
【0009】
第3発明の好ましい態様によれば、前記第1の原版と前記第2の原版とは、互いに異なるパターンを有し、前記第1の原版に基づく投影露光の後に、前記第2の原版に基づく投影露光を行う。なお、前記第1の原版と前記第2の原版とは、共通の原版であってもよい。この場合、前記感光素材上に対して第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記共通の原版を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことができる。あるいは、前記感光素材上に第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記感光素材を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
まず、添付図面を参照して、本発明の実施例にかかる露光方法によって投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンをレジスト上に形成する方法を説明する。
図1は、本実施例における露光体の構成を模式的に示す断面図である。図1を参照すると、基板1上には感光素材であるレジスト2が形成され、さらにレジスト2上には復活コントラスト増強層(通常のコントラスト増強層のことを英語でContrast Enhancing Layerと呼ぶので、以下「復活CEL」という)3が形成されている。なお、本明細書において、基板上にレジストおよび復活CELが積層されたものを「露光体」という。
【0011】
本実施例では、基板1として、半導体素子作製用のシリコンウエハーを用いている。また、レジスト2として、入射光の強度に対して感光が線形に進行する感度特性を有するノボラック系のi線用レジストを用いている。さらに、復活CEL3として、ニトロン系のCEL(信越化学工業株式会社の製品CEM−388:登録商標)を用いている。なお、復活CELとは、光の入射に応じて退色状態となるが、光の入射が停止すると所定の寿命τのもとで元の着色状態に戻るコントラスト増強層のことである。換言すれば、復活CELは、入射光量に応じて透過率が変化し、且つ光の入射の停止から所定時間τだけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する。
【0012】
ところで、通常のCELはある種の色素であり、光を吸収することによって退色し、その退色状態は時間が経過してもそのまま保持される。通常のCELの退色の過程は、次の2つの方程式(1)および(2)で表される。
【数1】
∂I(z,t) /∂z=−I(z,t) {AM(z,t) +B} (1)
∂M(z,t) /∂t=−I(z,t) M(z,t) C (2)
【0013】
ここで、
z:CELの深さ方向に沿った座標における表面からの距離
t:時間
I(z,t) :時間tおよび深さzにおけるCEL内部への透過光の強度
M(z,t) :時間tおよび深さzにおけるCELの色素の相対的な濃度(M(z,0) =1)
A〜C:各パラメーター
なお、各パラメーターA〜Cの意味は、文献(F.H.Dill, W.P.Hornberger, P.S.Hauge, J.M.Shaw, IEEE Transactions of Electron Devices, Vol.ED-22, No.7, July 1975, p445-452)に説明されている。
【0014】
上述したように、本実施例では、光の入射に応じて退色状態となるが、光の入射が停止すると所定の寿命τのもとで元の着色状態に戻る特性を有する復活CELを用いている。したがって、復活CELの退色過程および逆退色(着色)過程を説明するには、上述の式(2)に代えて次の方程式(3)が必要となる。
【数2】
ここで、
D:退色状態の寿命τの逆数(1/τ)からなるパラメーター
こうして、上述の式(1)と(3)とを連立させることによって、露光による復活CELの退色過程および露光停止による逆退色過程を説明することができる。
【0015】
図2(A)は本実施例の各露光における最大露光強度の時間変化を、図2(B)は復活CELの透過率の時間変化をそれぞれ示す図である。
図2(A)に示すように、本実施例では、1秒(s)の露光時間に亘って、最大で180mW/cm2 の強度の露光光を復活CELに対して照射している。この場合、図2(B)に示すように、復活CELの透過率は、露光時間に応じて単調に増大するが、露光の停止から単調に減少し、退色状態の寿命τである2秒を経過するとほぼ元の値に復元する。
【0016】
ここで、本実施例において使用する復活CEL(信越化学工業株式会社の製品CEM−388:登録商標)では、各パラメーターの値は、A=10.123μm-1、B=0.092μm-1、C=0.076cm2 /mJ、およびD=1/τ=0.5s-1である。また、復活CELの厚さdは0.6μmである。
上述のような特性を有する復活CELを介して投影露光を行うと、露光強度の大きい部分では復活CELの退色現象が進み、復活CELの透過光量すなわちレジストへ達する透過光量の割合が増大する。一方、露光強度の小さい部分では復活CELの退色現象が進まず、レジストへ達する透過光量の割合が減少する。定量的には、上述の式(1)と(3)とを連立させて数値解析することにより、露光強度と透過光量との関係を得ることができる。
【0017】
図3は、本実施例において1秒間露光する場合の復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量との関係を示す図である。
図3を参照すると、露光強度が約100mW/cm2 に達するまでは、レジストへの透過光量(mJ/cm2 )は小さい。しかしながら、露光強度が約100mW/cm2 を超えると、露光強度の増加に応じてレジストへの透過光量が増加する。以下、後述するように、本実施例においてレジスト中に形成される潜像の濃度の非線形性は、図3に示す復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量(すなわち復活CELの透過光量)との関係に依存する。
【0018】
本実施例では、上述のような特性を有する復活CELが形成された露光体に対して、投影光学系の解像限界に近いパターンを露光する。解像限界のパターンの周期Pは、投影露光に用いる露光光の波長をλとし、投影光学系の開口数をNAとすると、P=λ/2NAで表される。本実施例では、λ=365nmとし、NA=0.6としているので、P=304nmである。位相シフトマスクを用いて投影露光を行う場合、この回折限界パターンは、位置xの関数である露光強度I(x)として、次の式(4)で表される。
【数3】
I(x)=I0 cos(2πx/P)+I1 (4)
【0019】
上述したように、露光強度I(x)の最大値は180mW/cm2 である。また、露光パターンのコントラストは0.7であり、その周期はほぼ解像限界である。本実施例では、図4に示す露光強度I(x)を有する露光パターンを用いて、露光体に対して1秒間に亘って第1回目の露光を行っている。
図5は、本実施例の第1回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。なお、図5および後述の図6〜図8において、横軸は復活CEL上での位置xを示している。また、図5〜図8では、位置xの具体的な値が示されていないが、各図は横軸に関して互いに対応している。
【0020】
図5の透過光量分布は、図3に示す復活CELの透過光量の変化(すなわちレジストへの透過光量の変化)と図4に示す復活CELへの露光強度分布とに基づいて求められている。図5の透過光量分布では、図4に示す露光強度分布の谷の部分が平坦化し、且つ露光強度分布の山の部分が先鋭化している。こうして、第1回目の露光により、レジスト中には図5に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。
【0021】
上述したように、第1回目の露光の終了から復活CELの退色状態の寿命である2秒を経過すると、復活CELの退色状態は元の着色状態に戻り、透過率も元の値に復元する。そこで、本実施例では、第1回目の露光の終了から2秒よりも長い時間たとえば4秒経過した後に、第2回目の露光を開始している。第2回目の露光パターンは、第1回目の露光パターンと同様に解像限界の周期Pを有し、且つ第1回目の露光パターンと同じ強度を有する。しかしながら、第2回目の露光パターンは、第1回目の露光パターンから半周期だけ位置ずれている。すなわち、第2回目の露光による回折限界パターンは、位置xの関数である露光強度I2 (x)として、次の式(5)で表される。
【数4】
I2 (x)=−I0 cos(2πx/P)+I1 (5)
【0022】
第2回目の露光においても、第1回目の露光と同様に、露光強度I2 (x)の最大値は180mW/cm2 である。また、第2回目の露光パターンのコントラストは0.7であり、その周期はほぼ解像限界である。
本実施例では、図6に示す露光強度I2 (x)を有する露光パターンを用いて、第1回目の露光と同じく1秒間に亘って第2回目の露光を行っている。
【0023】
図7は、本実施例の第2回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
図7の透過光量分布は、図3に示す復活CELの透過光量の変化(すなわちレジストへの透過光量の変化)と図6に示す復活CELへの露光強度分布とに基づいて求められている。こうして、第2回目の露光により、レジスト中には図7に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。
【0024】
上述したように、第1回目の露光により図5に示す透過光量分布が、第2回目の露光により図7に示す透過光量分布がそれぞれレジスト上で得られる。すなわち、第1回目の露光と第2回目の露光とによって、図5に示す透過光量分布と図7に示す透過光量分布との総和からなる透過光量分布がレジスト上において得られる。
【0025】
図8は、本実施例の第1回目の露光と第2回目の露光とによりレジスト上で得られる透過光量の総和の分布を示す図である。
こうして、第1回目の露光と第2回目の露光とにより、レジスト中には図8に示す透過光量の分布に比例した潜像の濃度分布が形成される。図8と図4(あるいは図6)とを比較参照すると、本実施例において2回の露光により最終的に得られた潜像の濃度パターンの周期は、解像限界のパターンの周期Pの1/2であることがわかる。なお、最終的に得られた潜像の濃度パターンのコントラストは、0.45である。
【0026】
このように、本実施例の露光方法にしたがって、投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを、線形の感光特性を有するレジスト上に形成することができる。
なお、上述の実施例では、ニトロン系の復活CELを用いた例を説明しているが、たとえばジアゾニウム塩を主成分とした物質からなる復活CELを用いることもできる。
また、上述の実施例では、入射光の強度に対して線形に感光が進行する、いわゆる線形の感光特性を有するレジストを用いた例を説明している。しかしながら、非線形の感光特性を有するレジストに対しても、その非線形性に応じて本発明の露光方法を適用することができることは明らかである。
【0027】
図9は、本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
図9の露光装置では、光源11からの照明光束が楕円鏡12により集光され、ミラー13によりコリメートレンズ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を介した光束は、ミラー16によりメインコンデンサーレンズ17に導かれ、投影原版であるマスク18aをほぼ均一に照明する。こうして、マスク18a上に形成された所定のパターンが、投影光学系19を介して露光体20上に投影露光される。
本実施例では、第1回目の露光に先立ち、層形成手段である復活CEL塗布機24を駆動して、露光体(ウエハ)20の図中上面(投影露光される側)に復活CELを形成する。そして、復活CELが形成された露光体20および第1のパターンが形成されたマスク18aを投影光学系19に対して位置決めした後、第1回目の投影露光を行う。
【0028】
第1回目の投影露光が終了すると、マスク18aは、マスクローダー21によって第1のパターンとは異なる第2のパターンが形成されたマスク18bと交換される。そして、第1回目の投影露光の終了から復活CELの退色状態の寿命τよりも十分長い時間が経過した後に、第2回目の投影露光を行う。
こうして、第1のパターンおよび第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を、感光体20のレジスト上に形成することができる。
【0029】
なお、上述の実施例にかかる露光装置では、第1のマスク18aをマスクローダー21の作用により新たな第2のマスク18bと交換している。しかしながら、マスク18aによる第1回目の露光の後に、マスク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回目の露光を行っても良い。また、同一のマスクパターンを複数回露光するような場合には、マスク18を投影光学系19に対して移動させる代わりに、露光の毎に露光体20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る構成を採用することも可能であることは言うまでもない。なお、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、いわゆる潜像アライメントが有効である。
【0030】
【効果】
以上説明したように、本発明の露光方法および露光装置によれば、投影光学系の解像限界を超える高解像度を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例における露光体の構成を模式的に示す断面図である。
【図2】(A)は本実施例の各露光における最大露光強度の時間変化を、(B)は復活CELの透過率の時間変化をそれぞれ示す図である。
【図3】本実施例において1秒間露光する場合の復活CELへの露光強度とレジストへの透過光量との関係を示す図である。
【図4】本実施例の第1回目の露光において復活CELに照射される露光強度I(x)を示す図である。
【図5】本実施例の第1回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
【図6】本実施例の第2回目の露光において復活CELに照射される露光強度I2 (x)を示す図である。
【図7】本実施例の第2回目の露光においてレジストへ達する透過光量の分布を示す図である。
【図8】本実施例の第1回目の露光と第2回目の露光とによりレジスト上で得られる透過光量の総和の分布を示す図である。
【図9】本発明の実施例にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【符号の説明】
1 基板
2 レジスト
3 復活CEL
11 光源
12 楕円鏡
13、16 ミラー
14 コリメートレンズ
15 フライアイインテグレータ
17 メインコンデンサーレンズ
18 マスク
19 投影光学系
20 露光体
21 マスクローダー
22 ウエハローダー
24 復活CEL塗布機
Claims (9)
- 原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光方法において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材上に形成し、
第1の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光し、
前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがうパターンを前記復活コントラスト増強層を介して前記感光素材上に投影露光することによって、前記投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを前記感光素材上に形成することを特徴とする露光方法。 - 前記復活コントラスト増強層は、ニトロン系の物質またはジアゾニウム塩を主成分とした物質であることを特徴とする請求項1に記載の露光方法。
- 前記感光素材は、入射光の強度に対して感光が線形に進行する感度特性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の露光方法。
- 前記感光素材は、入射光の強度に対して感光が非線形に進行する感度特性を有することを特徴とする請求項1または2に記載の露光方法。
- 原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の光強度分布にしたがう第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に前記第1の光強度分布とは異なる第2の光強度分布にしたがう第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置。 - 原版のパターンを投影光学系を介して感光素材上に投影露光する露光装置において、
入射光量に応じて透過率が変化し且つ光の入射の停止から所定時間だけ経過した後に透過率がほぼ元の値に復元する特性を有する復活コントラスト増強層を前記感光素材の投影露光される側に形成するための層形成手段を備え、
前記感光素材上に第1の原版に形成された第1のパターンを投影露光し、前記投影露光の終了から前記所定時間だけ経過した後に、前記感光素材上に第2の原版に形成された第2のパターンを投影露光することによって、前記第1のパターンおよび前記第2のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を前記感光素材上に形成することを特徴とする露光装置。 - 前記第1の原版と前記第2の原版とは、互いに異なるパターンを有し、
前記第1の原版に基づく投影露光の後に、前記第2の原版に基づく投影露光を行うことを特徴とする請求項6に記載の露光装置。 - 前記第1の原版と前記第2の原版とは、共通の原版であり、前記感光素材上に対して第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記共通の原版を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことを特徴とする請求項6に記載の露光装置。
- 前記第1の原版と前記第2の原版とは、共通の原版であり、
前記感光素材上に第1回目の投影露光を行った後に、前記投影光学系の光軸に垂直な方向に沿って所定量だけ前記感光素材を移動させた状態で前記感光素材上に第2回目の投影露光を行うことを特徴とする請求項6に記載の露光装置。
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