JPH06291009A - Exposure and aligner - Google Patents
Exposure and alignerInfo
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- JPH06291009A JPH06291009A JP5236031A JP23603193A JPH06291009A JP H06291009 A JPH06291009 A JP H06291009A JP 5236031 A JP5236031 A JP 5236031A JP 23603193 A JP23603193 A JP 23603193A JP H06291009 A JPH06291009 A JP H06291009A
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- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【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。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。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. For example, in the case of a positive type resist which is commonly used at present, ξ = exp (−CD) and D = I · t (1) can be expressed. More generally, it can be expressed by the following equation.
【０００３】 ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ）， Ｄ＝Ｊ・ｔ＝Ｉm ・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、
Ｉm をＪで置き換え、Ｊを潜像濃度と呼ぶことにする。Ξ = exp (−CD), D = J · t = I m · t (2) where I is the light intensity, t is the exposure time, and C is a constant determined by the photosensitive material. m is an index showing the linearity of the light-sensitive material, and is said to be linear when m = 1 and non-linear when m ≠ 1. As shown in the above formula,
The I m replaced with J, is referred to as latent image density of J.
【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（Optica
l 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。In such a method, the spectrum i of the exposure intensity distribution I (x) for forming a latent image in the resist is obtained.
For the sake of simplicity, assuming a completely incoherent imaging, the object spectrum is i 0 , the optical system OTF (Optica is
l Transfer Function) is f, and i (ν) = i 0 (ν) · f (ν) (3) ν: Spatial frequency is given. By the way, the spatial frequency ν 0 at which OTF, that is, f is insignificant in the process, is ν 0 = 0.5NA / (K 1 Λ) K 1 : given by the process constant (4). 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 cutoff frequency νc of the optical system is νc = 2NA / λ (5). Therefore, in order to obtain a high resolution, the wavelength must be shortened or the numerical aperture NA must be increased.
【０００５】[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。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 formula, and Fd = K 2 · λ / NA 2 (6) 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.
【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。The present invention has been made in view of such 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.
【０００７】[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（レチクル）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、感光素材として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ものを用い、感光素材上での光
強度分布の異なる複数回の露光により、投影光学系の解
像限界を超える高解像のパターンを形成することを可能
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 (reticle) is projected onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system. A high-resolution pattern that exceeds the resolution limit of the projection optical system is formed by multiple exposures with different light intensity distributions on the photosensitive material, using a non-linear sensitivity characteristic to the incident light intensity. It made it possible.
【０００８】本発明における感光素材としては、潜像反
応濃度が入射光強度のｍ乗（ｍ＞１）に対応して強調さ
れるように形成される非線型感度特性を持つ場合のみな
らず、潜像反応濃度が入射光強度のｍ乗（ｍ＜１）に対
応して緩和されるように形成される非線型感度特性を持
つ場合も可能である。そして本発明による露光装置は、
被投影原版（レチクル）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、
感光素材はその潜像反応濃度が入射光強度に対して非線
型な感度特性を有し、被投影原版は所定のパターンを有
し、各露光毎に前記感光素材と前記被投影原版とを相対
的に所定量だけ移動して複数回の露光を繰り返し、前記
所定のパターンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を
形成することを特徴とする投影露光装置である。The light-sensitive material of the present invention is not limited to the case where it has a non-linear sensitivity characteristic which is formed so that the latent image reaction density is emphasized corresponding to the m-th power (m> 1) of the incident light intensity. It is also possible to have a non-linear sensitivity characteristic in which the latent image reaction density is formed so as to be relaxed corresponding to the m-th power (m <1) of the incident light intensity. And the exposure apparatus according to the present invention is
In a projection exposure apparatus that projects a pattern of a projection original plate (reticle) onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
The photosensitive material has a non-linear sensitivity characteristic of the latent image reaction density with respect to the incident light intensity, the projection original plate has a predetermined pattern, and the photosensitive material and the projection original plate are opposed to each other for each exposure. The projection exposure apparatus is characterized in that the latent image density distribution of a finer pattern than the predetermined pattern is formed by repeatedly moving a predetermined amount and repeating the exposure a plurality of times.
【０００９】具体的には、第１パターンを有する第１被
投影原版（第１レチクル）と第２パターンを有する第２
被投影原版（第２レチクル）とを用い、感光素材に対し
て第１被投影原版（第１レチクル）による第１露光後に
第２被投影原版（第２レチクル）による第２露光を行う
ことにより、感光素材上に第１パターン及び第２パター
ンよりも微細なパターンの潜像濃度分布を形成するもの
である。Specifically, the first projection original plate (first reticle) having the first pattern and the second projection original having the second pattern
By using the projection original plate (second reticle), the photosensitive material is subjected to the second exposure by the second projection original plate (second reticle) after the first exposure by the first projection original plate (first reticle). The latent image density distribution of a finer pattern than the first pattern and the second pattern is formed on the photosensitive material.
【００１０】ここで、第１被投影原版（第１レチクル）
と前記第２被投影原版（第２レチクル）とは異なるパタ
ーンを有し、前記第１露光の後に第１被投影原版（第１
レチクル）を第２被投影原版（第２レチクル）に交換し
て第２露光を行うことが可能である。また、第１被投影
原版と第２被投影原版とを交換することなく、同一の被
投影原版（レチクル）を投影光学系の光軸に垂直方向に
所定量だけ移動させて複数回の露光を行うことも可能で
ある。また、この場合には同一の被投影原版（レチク
ル）の複数回露光毎に、感光素材の塗布された感光基板
（ウエハ）を所定量ずつ移動させて複数回の露光により
潜像を形成することも可能である。Here, the first projection original plate (first reticle)
Has a different pattern from that of the second projection original plate (second reticle), and the first projection original plate (first reticle) is formed after the first exposure.
It is possible to perform the second exposure by exchanging the reticle) with the second projection original plate (second reticle). Further, without exchanging the first projection original plate and the second projection original plate, the same projection original plate (reticle) is moved by a predetermined amount in the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system to perform a plurality of exposures. It is also possible to do so. In this case, the photosensitive substrate (wafer) coated with the photosensitive material is moved by a predetermined amount each time the same original plate (reticle) is exposed a plurality of times to form a latent image by a plurality of exposures. Is also possible.
【００１１】更に、被投影原版として液晶板等の電気光
学的素子を用いて１つの被投影原版内のパターン透過部
を電気的に変更して複数回露光することも可能である。Further, it is possible to electrically change the pattern transmitting portion in one projection original plate by using an electro-optical element such as a liquid crystal plate as the projection original plate, and perform multiple exposures.
【００１２】[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。According to the present invention as described above, when a photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic is formed in which the latent image reaction density is enhanced corresponding to the m-th power (m> 1) of incident light, The principle that it is possible to form a pattern that exceeds the resolution limit of the projection optical system 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、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。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 latent image density spectrum is the cutoff frequency (2NA / λ of the optical system). ) Is not formed.
【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９
Ｂに例示する。In the conventional exposure method, it has been proposed to use a so-called two-photon absorption resist which is a photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic. The two-photon absorption resist is a resist that forms one latent image nucleus when absorbing two photons.
SPIE 1674 (1992) pp. 776-778. 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 the object is I 0
(X), where F (x) is the point image intensity distribution of the optical system, J (x) = I (x) 2 = {I 0 (x) * F (x)} 2 (9). Accordingly, the spectrum j of the latent image density distribution is also j (ν) = {i 0 (ν) · f (ν)} * {i 0 (ν) · f (from the convolution theorem of the Fourier transform. ν)} (10). 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 that of the conventional equation (7). This is specifically described for the case where the exposure intensity distribution is sinusoidal in FIG. 9A and FIG.
This is illustrated in B.
【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。FIG. 9A shows a latent image density distribution in a normal resist, which has a sinusoidal shape like the exposure intensity distribution. FIG. 9B shows the latent image density distribution in the two-photon absorption resist. Comparing FIG. 9A and FIG. 9B, the contrast of the latent image is high, but the pitch of the formed pattern is the same in FIG. 9A and FIG. 9B, and it is formed only by using the two-photon absorption resist. The latent image density distribution pitch is not finer than the pitch of the image produced 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 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。As described above, it is impossible to form a fine pattern exceeding the resolution limit determined by the optical system only by using the photosensitive material having the non-linear sensitivity characteristic. However, in the present invention, a photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic is used, and the exposure is divided into a plurality of times to form a fine pattern exceeding the resolution limit by the optical system.
【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（４Ｎ
Ａ／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, consider the formation of a point image by an optical system when a two-photon absorption resist is used as in the above. 2 in this case
The photon absorption resist makes the latent image density distribution of the point image steep. 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 intensities created by the image formation of the respective point images are superposed, so that J (x) = I 0 (x) * {F (x )} 2 (11) The latent image density 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), j (ν) = i 0 (ν) · {f (ν) * f (ν)} (12) is obtained. Therefore, f * f is interpreted as the OTF of the optical system in obtaining the latent image density distribution in this method. this is
The cut-off frequency (4 N
A / 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２光子吸収レジスト上に感光させた場合のＯ
ＴＦ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。FIG. 10 schematically shows this comparison. Figure 10
A shows OTF in the conventional method, and FIG. 10B shows OTF when an isolated pattern is exposed on a two-photon absorption resist.
It represents TF. From this, if a two-photon absorption resist 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. Thus, by combining multiple exposures with isolated patterns and a photosensitive material having a non-linear sensitivity 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、潜像濃度分布
のスペクトルｊは、 ｊ（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。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 latent image density distribution spectrum j is j (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 conventional latent image density distribution spectrum is
The cut-off frequency of f (2NA
However, according to the present invention, the spectrum up to the cut-off frequency (4NA / λ) of {f (ν) * f (ν)} is a latent image, as shown by the equation (13). It is formed as a concentration distribution.
【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。As described above, using only the photosensitive material having the non-linear sensitivity characteristic by the conventional exposure method, the pitch of the formed pattern does not exceed the resolution limit of the optical system. In addition, the latent image density distribution of the pattern with the pitch exceeding the resolution limit of the optical system can be formed by appropriately giving i ′ by repeating the exposure a plurality of times with different light intensity distributions on the photosensitive material. You can
【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。In the above description, a so-called two-photon absorption resist is formed in which 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 according to the square of the exposure intensity I. However, the present invention is not limited to this, and a photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic in which the latent image reaction concentration ξ is formed according to the exposure power I raised to the m-th power (m> 1) is used. I wish I had it. In this case, the latent image density distribution is represented 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). Represented by.
【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。J (x) = I 0 (x) * {F (x)} m (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 subjected to Fourier transform to form a pattern (latent image density distribution) having a frequency m 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。In the above description, the case where the multiplier m is larger than 1 (m> 1) in the equation (14), that is, the latent image density J is emphasized more than the light intensity I, is explained. Is smaller than 1 (m <1),
As a result of the simulation, it was found that it is possible to form a fine pattern that substantially exceeds the resolution limit of the projection optical system. 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】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。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 latent image density exceeding the resolution limit of the optical system is obtained. The distribution can be formed with higher contrast. As described above, the latent image density,
In other words, by using a photosensitive material having a latent image reaction density having a non-linear sensitivity characteristic with respect to the incident light intensity and performing multiple exposures with different light intensity distributions on the photosensitive material, the solution of the projection optical system is It is possible to obtain a semiconductor element having a high resolution pattern exceeding the image limit.
【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、１つの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 be separately exposed.
【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。The light amount distribution on the photosensitive material obtained by the exposure with the first and second patterns is shown in FIGS. 2A and 2B. Here, in this embodiment, sinusoidal light intensities Ia and Ib are formed in each exposure by only the ± first-order diffracted light by coherent illumination, as shown in FIGS. 2A and 2B. In these two exposures, the peak positions of the light intensity distribution on the photosensitive material 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、 Ｊa(x)＝Ｉa(x)2 ＝３／２＋２ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）／２ (17) Ｊb(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。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 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 its light intensity distribution is , Ia (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ) (15) Ib (x) = 1 + cos (2π · 2NA · x / λ + π) (16) If the resist is a two-photon absorption resist,
Since the latent image density in the resist is given by the square of the light intensity, the latent image density distribution of each is, as shown in FIGS. 3A and 3B, Ja (x) = Ia (x) 2 = 3/2 + 2 cos ( 2π · 2NA · x / λ) + cos (4π · 2NA · x / λ) / 2 (17) Jb (x) = Ib (x) 2 = 3/2 + 2 cos (2π · 2NA · x / λ + π) + cos (4π · 2NA · x / λ) / 2 (18). The latent image density distribution finally obtained by multiple exposures is the sum of (17) and (18), and J (x) = Ja (x) + Jb (x) = 3+ cos (4π · 2NA · x / λ) (19). From equation (19), the latent image density distribution J 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 latent image density distribution J (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、高コントラストな潜像濃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-described embodiment, the phase shift mask is coherently illuminated to form a high-contrast latent image density distribution.
【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／６Ｎ
Ａ）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。When a conventional non-linear photosensitive material is used, the pattern is formed 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. Not done. 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, but the cube of the light intensity, the fourth power or more (m = 2). When a latent image density is obtained with 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 (λ / 6N
A) It was obtained by shifting the light by 3 times and exposing it three times. 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（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。Further, it is also possible to use a photosensitive material which can obtain a latent image density by the 1.5th power of light intensity (m = 1.5). FIG. 6 shows latent image density distributions obtained by separately exposing the reticles shown in FIGS. 1A and 1B with m = 1.5. The latent image density distribution is twice as fine as the resolution limit of the optical system. The image density distribution is obtained. Also in this case, the contrast can be improved by coherently illuminating the phase shift mask.
【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。Although a so-called two-photon absorption resist is used as the photosensitive material in the above embodiment, the photosensitive material is not limited to this. In the present invention, it is also possible to use a photosensitive material capable of enhancing contrast such as other methods such as CEL method (see BFGriffing, PR West, IEEE, EDL Vol. 4 (1983), page 14). Further, it is also possible to use a resist having a non-linear sensitivity characteristic as the upper layer resist of the so-called multilayer resist method.
【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。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 a latent image density distribution when three isolated lines of 0.25 μm are formed by exposing a 0.25 μm wide isolated line by shifting three times using a two-photon absorption resist. In FIG. 8B, a two-photon absorption resist is used, and
It is a latent image density distribution when three lines with a width of 25 μm are collectively exposed. FIG. 8C shows a 0.25 .mu.m wide 3 by the conventional method.
This is the latent image density distribution of the main line.
【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。Comparison of these FIGS. 8A, 8B, and 8C shows a latent image density distribution diagram 8A obtained by the method of the present invention.
It is clear that is effective in forming a fine pattern that is significantly superior to other methods. 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.
【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／２
ＮＡ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。Further, an embodiment 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. m = 0.5
The latent image density in the case of using the light-sensitive material is produced according to the 0.5th power of the light intensity. That is, J (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 a light intensity distribution formed on the image plane. The 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 latent image density distribution J (x) obtained from the equation (21).
【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。J (x) = (1 + COS (2π · 2NA · x / λ)) 0.5 (22) Thus, as shown in FIG. 12A, the latent image density distribution J
Compared to the light intensity distribution I (x), (x) is gentler in the vicinity of the bright part, but has a characteristic that it becomes sharply dark in the dark part and its width becomes extremely narrow. However, the latent image density distribution J (x) is clearly the light intensity distribution I
Since the pattern is formed in the same cycle as that of (x), a pattern exceeding the limit resolution of the projection optical system cannot be formed in this state.
【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、 Ｊ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋１−ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ）＝２ (23) 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）。On the other hand, if the latent image density distributions J (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, m
When the photosensitive material of = 1 is used, the latent image density distribution J (x) completely matches the light intensity distribution I (x) of FIG. 11, so this was superposed as in the case of FIG. 11D. , J (x) = 1 + COS (2π · 2NA · x / λ) + 1−COS (2π · 2NA · x / λ) = 2 (23) The obtained J (x) becomes flat, It's useless at all (Fig. 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。As described above, even when a photosensitive material with m <1 is used, a latent image finer than the limiting resolution of the projection optical system can be formed. In the present invention, needless to say, the resist may be either a positive type or a negative type. However, especially when m <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.
【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。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 as described above. 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 uniformly illuminates the reticle 18a as the projection original plate. 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. Here, the reticle 18a is exchanged with the reticle 18b having a different pattern by the reticle loader 21 after the exposure, and the second exposure is performed.
【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。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. This predetermined amount is converted into coordinates on the wafer (λ when the latent image density of the photosensitive material is proportional to the square of the light intensity, for example, when the pattern of FIG. 1A is used. / 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 it into coordinates on the wafer and set it to (λ / 6NA).
【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。Needless to say, when the same reticle pattern is exposed a plurality of times, the wafer itself may be moved for every plurality of exposures instead of moving the reticle. The so-called latent image alignment in which a latent image is observed and aligned is effective for alignment between a plurality of exposures.
【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。An example of a two-dimensional pattern in an actual semiconductor device will be shown. 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 the light transmitting portions of 52 and 54 are provided with phase shifters 52s and 54s. ． 14A
The space between 51, 52, 53 and 54 of the pattern shown in is the narrowest part is the resolution limit of the projection optical system,
By using a method such as phase shift, it is possible to form an image with sufficient contrast in the collective exposure. Here, in the case of a two-dimensional pattern as shown in FIG. 14A, there is a portion that cannot be resolved no matter how the phase shifts of 0 ° and 180 ° are arranged. However, when a two-photon absorption resist is used according to the present invention and the first exposure is performed by the pattern of FIG. 14B and then the second exposure is performed by the pattern of FIG. 14C, the conventional resolution as shown in FIG. 14A can be resolved. It is possible to obtain a semiconductor element having an extremely fine pattern which has not been provided.
【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４−２２５３
５８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。The patterns shown in FIGS. 14B and 14C are formed on different reticles, but by using an electro-optical element such as a liquid crystal plate for the reticle, the pattern can be formed on one liquid crystal plate. It is possible to electrically change the transmissive portions to form the patterns B and C in FIG. 14 and obtain substantially a plurality of projection original plates. 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. Further, an annular illumination proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-91662 and Japanese Patent Laid-Open No. 4-2253
It is also effective to use the so-called SHRINC illumination proposed in Japanese Patent Publication No. 58 etc.
【００４３】[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。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 photosensitive material exhibiting a non-linear photosensitive characteristic. Is possible. Moreover, it is possible to form a high-resolution pattern without changing the conventional exposure wavelength and optical system.
【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。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光強度分布図。FIG. 2 is a light intensity distribution chart based on the pattern shown in FIG.
【図３】図１に示したパターンによる潜像濃度分布図。FIG. 3 is a latent image density distribution chart based on the pattern shown in FIG.
【図４】本発明の実施例における合成潜像濃度分布図。FIG. 4 is a composite latent image density distribution chart in the embodiment of the present invention.
【図５】３回露光による合成潜像濃度分布図。FIG. 5 is a composite latent image density distribution map obtained by three times of exposure.
【図６】他の実施例における合成潜像濃度分布図。FIG. 6 is a composite latent image density distribution chart in another embodiment.
【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潜像濃度分布図。FIG. 8 is a composite latent image density distribution map according to another embodiment.
【図９】従来の露光方法により形成される潜像濃度分布
図。FIG. 9 is a latent image density distribution chart formed by a conventional exposure method.
【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】他の実施例による潜像の合成濃度分布図。FIG. 12 is a composite density distribution map of a latent image according to another embodiment.
【図１３】線型レジストを用いた場合の合成潜像濃度分
布図。FIG. 13 is a composite latent image density distribution chart when a linear resist is used.
【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。FIG. 14 is an explanatory diagram of an actual two-dimensional pattern for a semiconductor device and a projection original plate for the pattern according to the present invention.
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 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Hiroshi Oki 3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nikon Corporation
Claims (9)
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
非線型な感度特性を持つものを用い、感光素材上での光
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
能とする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,
By using a photosensitive material whose latent image reaction density has a non-linear sensitivity characteristic with respect to the incident light intensity and performing multiple exposures with different light intensity distributions on the photosensitive material, the solution of the projection optical system is An exposure method capable of forming a high-resolution pattern exceeding the image limit.
強度のｍ乗（ｍ≠１）に対応して形成されるような非線
型感度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 photosensitive material having a non-linear sensitivity characteristic such that a latent image reaction density is formed corresponding to mth power (m ≠ 1) of incident light intensity is used. 1. The exposure method according to 1.
強度のｍ乗に対応して形成され、ｍ＞１の非線型感度特
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 photosensitive material according to claim 2, wherein a latent image reaction density is formed corresponding to the m-th power of incident light intensity and has a non-linear sensitivity characteristic of m> 1. Exposure method.
強度のｍ乗に対応して形成され、ｍ＜１の非線型感度特
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 photosensitive material according to claim 2, wherein a latent image reaction density is formed corresponding to an m-th power of incident light intensity and has a non-linear sensitivity characteristic of m <1. Exposure method.
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、前記感光素材はその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有し、各露光毎に前記感光素材
と前記被投影原版とを相対的に所定量だけ移動して複数
回の露光を繰り返し、前記所定のパターンよりも微細な
パターンの潜像濃度分布を形成する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 an original plate to be projected onto a predetermined photosensitive material by a projection optical system, wherein the latent image reaction density of the photosensitive material is non-linear with respect to incident light intensity. And for each exposure, the photosensitive material and the projection original plate are relatively moved by a predetermined amount, and exposure is repeated a plurality of times to form a latent image density distribution of a finer pattern than the predetermined pattern. A projection exposure apparatus characterized by:
て所定の感光素材上に投影する投影露光装置において、
前記感光素材は非線型な感度特性を有し、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露光を行うことにより、前記感
光素材上に前記第１パターン及び第２パターンよりも微
細なパターンの潜像濃度分布を形成することを特徴とす
る投影露光装置。6. A projection exposure apparatus for projecting a pattern of a projection original plate on a predetermined photosensitive material by a projection optical system,
The photosensitive material has a non-linear sensitivity characteristic, and has a first projected original plate having a first pattern and a second projected original plate having a second pattern as the projected original plate, and By performing the second exposure by the second projection original plate after the first exposure by the first projection original plate, a latent image density distribution of a pattern finer than the first pattern and the second pattern is formed on the photosensitive material. A projection exposure apparatus characterized by being formed.
とは異なるパターンを有し、前記第１露光の後に前記第
１被投影原版を前記第２被投影原版に交換して第２露光
を行うことを特徴とする請求項５記載の露光装置。7. The first projected original plate and the second projected original plate have different patterns, and the first projected original plate is replaced with the second projected original plate after the first exposure. The exposure apparatus according to claim 5, wherein two exposures are performed.
とは同一であり、前記第１露光の後に前記第１被投影原
版を前記投影光学系の光軸に垂直方向に所定量だけ移動
させて第２露光を行うことを特徴とする請求項５記載の
露光装置。8. The first projection original plate and the second projection original plate are the same, and after the first exposure, the first projection original plate is a predetermined amount in a direction perpendicular to an optical axis of the projection optical system. 6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the second exposure is performed by moving the same.
とは同一であり、前記第１露光の後に前記感光素材を前
記投影光学系の光軸に垂直方向に所定量だけ移動させて
第２露光を行うことを特徴とする請求項５記載の露光装
置。9. The first projection original plate and the second projection original plate are the same, and the photosensitive material is moved by a predetermined amount in the direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system after the first exposure. 6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the second exposure is performed.
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