JPH07326561A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents
露光方法及び露光装置Info
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- JPH07326561A JPH07326561A JP6118966A JP11896694A JPH07326561A JP H07326561 A JPH07326561 A JP H07326561A JP 6118966 A JP6118966 A JP 6118966A JP 11896694 A JP11896694 A JP 11896694A JP H07326561 A JPH07326561 A JP H07326561A
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
- G03F7/70475—Stitching, i.e. connecting image fields to produce a device field, the field occupied by a device such as a memory chip, processor chip, CCD, flat panel display
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Control Of Exposure In Printing And Copying (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Projection-Type Copiers In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】従来の露光波長及び光学系をほとんど変えず
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。 【構成】被投影原版のパターンを投影光学系によって所
定の感光素材上に投影する投影露光方法において、前記
感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な
特性を持つ透過膜を設け、該透過膜上での光強度分布が
異なる複数の露光を行う。具体的には、被投影原版とし
て複数のパターンを用い、例えば第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
とを用い、非線型な特性を持つ透過膜を設けた感光素材
に対して第１被投影原版による第１露光後に第２被投影
原版による第２露光を行うことにより、感光素材に第１
パターン及び第２パターンよりも微細なパターンを形成
する。
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。 【構成】被投影原版のパターンを投影光学系によって所
定の感光素材上に投影する投影露光方法において、前記
感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な
特性を持つ透過膜を設け、該透過膜上での光強度分布が
異なる複数の露光を行う。具体的には、被投影原版とし
て複数のパターンを用い、例えば第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
とを用い、非線型な特性を持つ透過膜を設けた感光素材
に対して第１被投影原版による第１露光後に第２被投影
原版による第２露光を行うことにより、感光素材に第１
パターン及び第２パターンよりも微細なパターンを形成
する。
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。
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。現在一般に使われて
いるポジ型レジストを用いた場合では、 ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ）， Ｄ＝Ｉ・ｔ (1) と表す事が出来る。ここでＩは露光強度、ｔは露光時
間、Ｃは感材によって決まる定数である。
望のパターンは全て同一レチクル上に配置され、一度の
露光によって基板に焼き付るようになっていた。その
際、基板上に塗布されているレジストには露光強度Ｉに
応じた潜像反応濃度ξが発生する。現在一般に使われて
いるポジ型レジストを用いた場合では、 ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ）， Ｄ＝Ｉ・ｔ (1) と表す事が出来る。ここでＩは露光強度、ｔは露光時
間、Ｃは感材によって決まる定数である。
【０００３】このような方法において、露光強度分布Ｉ
（ｘ）のスペクトルｉは、簡単のため完全にインコヒー
レントな結像を仮定すれば、物体スペクトルをｉ0 ，光
学系のＯＴＦ（Optical Transfer Function）をｆとし
て、 ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν） (2) ν：空間周波数 で与えられる。さて、プロセス的にＯＴＦすなわちｆが
有意でなくなる限界の空間周波数ν0 は、露光波長を
λ、投影光学系の感光素材側の開口数をＮＡとすると
き、 ν0 ＝ 0.5ＮＡ／（Ｋ1 ・λ） Ｋ1 ：プロセス定数 (3) で与えられる。また、光学系の解像限界は開口数ＮＡに
よって原理的に決まり、その場合はＫ1 ＝ 0.25 であ
り、光学系のカットオフ周波数νcは、 νc ＝２ＮＡ／λ (4) となる。それ故、高解像とするためには短波長化する
か、開口数ＮＡを大きくせざるを得なかった。
（ｘ）のスペクトルｉは、簡単のため完全にインコヒー
レントな結像を仮定すれば、物体スペクトルをｉ0 ，光
学系のＯＴＦ（Optical Transfer Function）をｆとし
て、 ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν） (2) ν：空間周波数 で与えられる。さて、プロセス的にＯＴＦすなわちｆが
有意でなくなる限界の空間周波数ν0 は、露光波長を
λ、投影光学系の感光素材側の開口数をＮＡとすると
き、 ν0 ＝ 0.5ＮＡ／（Ｋ1 ・λ） Ｋ1 ：プロセス定数 (3) で与えられる。また、光学系の解像限界は開口数ＮＡに
よって原理的に決まり、その場合はＫ1 ＝ 0.25 であ
り、光学系のカットオフ周波数νcは、 νc ＝２ＮＡ／λ (4) となる。それ故、高解像とするためには短波長化する
か、開口数ＮＡを大きくせざるを得なかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の露
光方法では、高解像とするためには開口数ＮＡを大きく
するか、波長λを小さくせざるを得ない。しかしなが
ら、投影光学系の焦点深度Ｆd は次式に示すように、波
長λに比例し、ＮＡの２乗に反比例し、 Ｆd ＝Ｋ2 ・λ／ＮＡ2 (5) Ｋ2 ：プロセス定数 となるため、いずれの場合にも焦点深度が浅くなる。ま
た、光学系が大型化・特殊化し、実用的でなくなる。ま
た、感光素材上での最終的解像限界は投影光学系により
決定される解像限界を超えることができなかった。
光方法では、高解像とするためには開口数ＮＡを大きく
するか、波長λを小さくせざるを得ない。しかしなが
ら、投影光学系の焦点深度Ｆd は次式に示すように、波
長λに比例し、ＮＡの２乗に反比例し、 Ｆd ＝Ｋ2 ・λ／ＮＡ2 (5) Ｋ2 ：プロセス定数 となるため、いずれの場合にも焦点深度が浅くなる。ま
た、光学系が大型化・特殊化し、実用的でなくなる。ま
た、感光素材上での最終的解像限界は投影光学系により
決定される解像限界を超えることができなかった。
【０００５】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たもので、従来の露光波長及び光学系をほとんど変える
こと無しに、投影光学系の解像限界を超える高解像のパ
ターンを形成することのできる露光方法及び露光装置を
提供することを目的とする。
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。
【０００６】
【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
素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な特性
を持つ透過膜（即ち、透過率が入射光強度に対応して変
化する膜）を設け、該透過膜上での光強度分布が異なる
複数回の露光を行うことにより、投影光学系の解像限界
を超える高解像のパターンの形成を可能としたものであ
る。
は、被投影原版のパターンを投影光学系によって所定の
感光素材上に投影する投影露光方法において、前記感光
素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な特性
を持つ透過膜（即ち、透過率が入射光強度に対応して変
化する膜）を設け、該透過膜上での光強度分布が異なる
複数回の露光を行うことにより、投影光学系の解像限界
を超える高解像のパターンの形成を可能としたものであ
る。
【０００７】本発明における透過膜としては、透過光強
度が入射光強度のｎ乗に対応して変化し、ｎ＞１の非線
型特性を持つ場合のみならず、透過光強度が入射光強度
のｎ乗に対応して変化し、ｎ＜１の非線型特性を持つ場
合も可能である。そして本発明による露光装置は、被投
影原版の所定パターンを投影光学系によって所定の感光
素材上に投影する投影露光装置において、前記感光素材
上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な特性を持
つ透過膜を塗布し、各露光毎に該透過膜を塗布した前記
感光素材と前記被投影原版とを相対的に所定量だけ移動
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。
度が入射光強度のｎ乗に対応して変化し、ｎ＞１の非線
型特性を持つ場合のみならず、透過光強度が入射光強度
のｎ乗に対応して変化し、ｎ＜１の非線型特性を持つ場
合も可能である。そして本発明による露光装置は、被投
影原版の所定パターンを投影光学系によって所定の感光
素材上に投影する投影露光装置において、前記感光素材
上に透過光強度が入射光強度に対して非線型な特性を持
つ透過膜を塗布し、各露光毎に該透過膜を塗布した前記
感光素材と前記被投影原版とを相対的に所定量だけ移動
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。
【０００８】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、透過膜を塗布し
た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、透過膜を塗布した感光素
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
ーンを形成するものである。
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、透過膜を塗布し
た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、透過膜を塗布した感光素
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
ーンを形成するものである。
【０００９】ここで、前記第１被投影原版と前記第２被
投影原版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露光を行うことも可能である。また、前記第１被投
影原版と前記第２被投影原版とは同一であり、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
も可能であり、これとは逆に、前記第１露光の後に前記
透過膜を塗布した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
も可能である。
投影原版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露光を行うことも可能である。また、前記第１被投
影原版と前記第２被投影原版とは同一であり、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
も可能であり、これとは逆に、前記第１露光の後に前記
透過膜を塗布した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
も可能である。
【００１０】
【作用】感光素材であるレジスト上に、入射光強度をＩ
としたとき射出光強度がＩn （ｎ≠１）となるような特
性を持つ透過膜を塗布する。これにより、レジストに入
射する光強度分布が変化することになる。上記の様な透
過膜を露光光が透過した場合、レジスト中に発生す潜像
反応濃度ξは、(1) 式に代わって以下の様な式に表現す
ることが出来る。
としたとき射出光強度がＩn （ｎ≠１）となるような特
性を持つ透過膜を塗布する。これにより、レジストに入
射する光強度分布が変化することになる。上記の様な透
過膜を露光光が透過した場合、レジスト中に発生す潜像
反応濃度ξは、(1) 式に代わって以下の様な式に表現す
ることが出来る。
【００１１】 ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ）， Ｄ＝Ｈ・ｔ＝Ｉn ・ｔ (6) ここでＩは露光強度、ｔは露光時間、Ｃは感材によって
定まる定数である。ｎは線型性を表す指数であり、ｎ＝
１のとき線型であるといい、ｎ≠１のとき非線型である
という。本発明においては、以下に述べるように、レジ
ストへの有効な露光強度Ｉを変えることにより、ｎ≠１
とすることができる。上式に示すように、分り易くする
為、Ｉn をＨで置き換え、Ｈを有効露光強度と呼ぶこと
にする。
定まる定数である。ｎは線型性を表す指数であり、ｎ＝
１のとき線型であるといい、ｎ≠１のとき非線型である
という。本発明においては、以下に述べるように、レジ
ストへの有効な露光強度Ｉを変えることにより、ｎ≠１
とすることができる。上式に示すように、分り易くする
為、Ｉn をＨで置き換え、Ｈを有効露光強度と呼ぶこと
にする。
【００１２】尚、透過膜の透過率が不変（一定）であれ
ば、透過光強度は入射光強度に比例することになる。即
ち、ｎ＝１となる。次に、透過光強度が入射光強度のｎ
乗（ｎ＞１）に対応して強調される様に形成される非線
型特性を持つ透過膜を用いた場合、投影光学系の解像限
界を超えるパターンの形成が可能であることの原理を以
下に説明する。
ば、透過光強度は入射光強度に比例することになる。即
ち、ｎ＝１となる。次に、透過光強度が入射光強度のｎ
乗（ｎ＞１）に対応して強調される様に形成される非線
型特性を持つ透過膜を用いた場合、投影光学系の解像限
界を超えるパターンの形成が可能であることの原理を以
下に説明する。
【００１３】従来の露光方法では、インコヒーレント照
明において全系を通った後の結像面上の光強度分布Ｉ
（ｘ）は、物体の光強度分布をＩ0 （ｘ）、光学系の点
像強度分布をＦ（ｘ）として、 Ｉ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ） (7) で与えられる。ここでｘは感光素材上での位置座標であ
り、＊はコンボリューションを意味する。これより、像
面上の光強度のスペクトルｉは、フーリエ変換のコンボ
リューションの定理より、 ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν） (8) となる。ここで、νは空間周波数であり、ｉ0 は物体の
光強度のスペクトルであり、ｆが所謂光学系のＯＴＦに
対応し、露光強度（像面上の光強度）のスペクトルとし
ては光学系のカットオフ周波数（２ＮＡ／λ）を超える
ものは形成されない。
明において全系を通った後の結像面上の光強度分布Ｉ
（ｘ）は、物体の光強度分布をＩ0 （ｘ）、光学系の点
像強度分布をＦ（ｘ）として、 Ｉ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ） (7) で与えられる。ここでｘは感光素材上での位置座標であ
り、＊はコンボリューションを意味する。これより、像
面上の光強度のスペクトルｉは、フーリエ変換のコンボ
リューションの定理より、 ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν） (8) となる。ここで、νは空間周波数であり、ｉ0 は物体の
光強度のスペクトルであり、ｆが所謂光学系のＯＴＦに
対応し、露光強度（像面上の光強度）のスペクトルとし
ては光学系のカットオフ周波数（２ＮＡ／λ）を超える
ものは形成されない。
【００１４】しかしながら、感光素材の上に、透過光強
度が入射光強度のｎ乗（ｎ＞１）に対応して強調される
ような特性を持つ透過膜を設けた場合には、以下に示す
ように微細パターンが形成される。例としてｎ＝２の場
合、つまり有効露光強度分布Ｈ（ｘ）が透過光強度分布
Ｉ（ｘ）の自乗に応じて形成される場合を示す。インコ
ヒーレント照明において、物体の光強度分布をＩ
0 （ｘ）、光学系の点像強度分布をＦ（ｘ）とすると、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）2 ＝｛Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ）｝2 (9) となる。これより、有効露光強度分布のスペクトルｈ
は、同様にフーリエ変換のコンボリューションの定理よ
り、 ｈ（ν）＝｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝＊｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝ (10) となる。ｎ＝２の場合は(9) 式に応じて有効露光強度分
布が与えられるため、従来の場合の(7) 式に比べて有効
露光強度分布がより急峻になる。このことを露光強度分
布が正弦波状の場合について具体的に図９Ａと図９Ｂに
例示する。
度が入射光強度のｎ乗（ｎ＞１）に対応して強調される
ような特性を持つ透過膜を設けた場合には、以下に示す
ように微細パターンが形成される。例としてｎ＝２の場
合、つまり有効露光強度分布Ｈ（ｘ）が透過光強度分布
Ｉ（ｘ）の自乗に応じて形成される場合を示す。インコ
ヒーレント照明において、物体の光強度分布をＩ
0 （ｘ）、光学系の点像強度分布をＦ（ｘ）とすると、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）2 ＝｛Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ）｝2 (9) となる。これより、有効露光強度分布のスペクトルｈ
は、同様にフーリエ変換のコンボリューションの定理よ
り、 ｈ（ν）＝｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝＊｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝ (10) となる。ｎ＝２の場合は(9) 式に応じて有効露光強度分
布が与えられるため、従来の場合の(7) 式に比べて有効
露光強度分布がより急峻になる。このことを露光強度分
布が正弦波状の場合について具体的に図９Ａと図９Ｂに
例示する。
【００１５】図９Ａは通常の露光における光強度分布で
あり、露光強度分布と同じ正弦波状になっている。図９
Ｂは、ｎ＝２における有効露光強度分布を表す。図９Ａ
と図９Ｂとを比較すれば、コントラストが高くなってい
るが、形成されたパターンのピッチは図９Ａと図９Ｂと
で同じであり、ｎ＝２としただけでは形成される有効露
光強度分布のピッチは光学系によって作られる像のピッ
チより微細とはならず、光学系の解像限界を超えること
ができない。(10)式より、有効露光強度分布中には光学
系の解像限界を超える周波数の成分が存在するが、形成
されたパターンのピッチとしては飽くまで光学系の解像
限界を超えていないのである。
あり、露光強度分布と同じ正弦波状になっている。図９
Ｂは、ｎ＝２における有効露光強度分布を表す。図９Ａ
と図９Ｂとを比較すれば、コントラストが高くなってい
るが、形成されたパターンのピッチは図９Ａと図９Ｂと
で同じであり、ｎ＝２としただけでは形成される有効露
光強度分布のピッチは光学系によって作られる像のピッ
チより微細とはならず、光学系の解像限界を超えること
ができない。(10)式より、有効露光強度分布中には光学
系の解像限界を超える周波数の成分が存在するが、形成
されたパターンのピッチとしては飽くまで光学系の解像
限界を超えていないのである。
【００１６】このように透過光強度が入射光強度に対応
して強調されるような透過膜を用いるだけでは、光学系
により決まる解像限界以上に微細なパターンを形成する
ことは不可能である。しかしながら、本発明では透過光
強度が入射光強度に対応して強調されるような透過膜を
用い、さらに露光を複数回に分けて行うことにより、光
学系による解像限界を超える微細パターンの形成を可能
としている。
して強調されるような透過膜を用いるだけでは、光学系
により決まる解像限界以上に微細なパターンを形成する
ことは不可能である。しかしながら、本発明では透過光
強度が入射光強度に対応して強調されるような透過膜を
用い、さらに露光を複数回に分けて行うことにより、光
学系による解像限界を超える微細パターンの形成を可能
としている。
【００１７】本発明の基本的な考え方を説明するため
に、上記と同様にｎ＝２の場合における光学系による点
像の結像を考える。この場合には透過膜を透過した点像
強度分布点像が急峻になる。更に、この場合、照明状態
にかかわらず光学系による点像強度分布Ｆ（ｘ）を考え
ればよく、所望の物体光強度分布Ｉ0 （ｘ）を点像の重
ね合わせによって形成されるものとし、これにより有効
露光強度分布Ｈ（ｘ）を形成するならば、その各々の点
像の結像によって作られた光強度の重ね合わせとなるの
で、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝2 (11) と基本的に表される。点像の有効露光強度分布は｛Ｆ
（ｘ）｝2 で表されるため、光学系による点像強度分布
Ｆ（ｘ）より鋭い分布となり、高解像になる。(11)式を
フーリエ変換することにより、 ｈ（ν）＝ｉ0 （ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ (12) となる。よって、ｆ＊ｆがこの方法において有効露光強
度分布を得る上での光学系のＯＴＦと解釈される。これ
は(8) 式で示される従来のＯＴＦすなわちｆのカットオ
フ周波数（２ＮＡ／λ）に対してカットオフ周波数（４
ＮＡ／λ）となり、２倍の解像力が得られることにな
る。
に、上記と同様にｎ＝２の場合における光学系による点
像の結像を考える。この場合には透過膜を透過した点像
強度分布点像が急峻になる。更に、この場合、照明状態
にかかわらず光学系による点像強度分布Ｆ（ｘ）を考え
ればよく、所望の物体光強度分布Ｉ0 （ｘ）を点像の重
ね合わせによって形成されるものとし、これにより有効
露光強度分布Ｈ（ｘ）を形成するならば、その各々の点
像の結像によって作られた光強度の重ね合わせとなるの
で、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝2 (11) と基本的に表される。点像の有効露光強度分布は｛Ｆ
（ｘ）｝2 で表されるため、光学系による点像強度分布
Ｆ（ｘ）より鋭い分布となり、高解像になる。(11)式を
フーリエ変換することにより、 ｈ（ν）＝ｉ0 （ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ (12) となる。よって、ｆ＊ｆがこの方法において有効露光強
度分布を得る上での光学系のＯＴＦと解釈される。これ
は(8) 式で示される従来のＯＴＦすなわちｆのカットオ
フ周波数（２ＮＡ／λ）に対してカットオフ周波数（４
ＮＡ／λ）となり、２倍の解像力が得られることにな
る。
【００１８】図１０にこの比較を模式的に示す。図１０
Ａは従来の方法におけるＯＴＦを表し、図１０Ｂは孤立
パターンをｎ＝２の透過膜を用いてレジスト上に感光さ
せた場合のＯＴＦを表している。これより、ｎ＝２の透
過膜を用い、孤立パターンを基に複数回露光し、潜像を
形成すれば光学系の解像限界を超えた微細なパターンの
形成ができる。このように孤立パターンによる複数回露
光と非線型特性を持つ透過膜とを組み合わせることによ
り、光学系の解像限界を超えたパターンの形成が可能と
なる。
Ａは従来の方法におけるＯＴＦを表し、図１０Ｂは孤立
パターンをｎ＝２の透過膜を用いてレジスト上に感光さ
せた場合のＯＴＦを表している。これより、ｎ＝２の透
過膜を用い、孤立パターンを基に複数回露光し、潜像を
形成すれば光学系の解像限界を超えた微細なパターンの
形成ができる。このように孤立パターンによる複数回露
光と非線型特性を持つ透過膜とを組み合わせることによ
り、光学系の解像限界を超えたパターンの形成が可能と
なる。
【００１９】さらに、完全に孤立ではないが概略孤立と
考えられるパターンを用いて複数回露光する場合にも、
孤立パターンの場合と同様に光学系の解像限界を超えた
パターンの形成が可能である。この場合、有効露光強度
分布のスペクトルｈは、 ｈ（ν）＝Σｉ0j（ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ ＝ｉ’（ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ (13) ｉ’（ν）＝Σｉ0j（ν） となる。ここで、ｉ0jは互いに概略孤立したパターンの
物体スペクトルであり、ｉ’は、孤立的パターンの重ね
合わせにより構成される仮想的なパターンの物体スペク
トルと考えられる。従来の有効露光強度分布のスペクト
ルは(8) 式で示されるようにｆのカットオフ周波数（２
ＮＡ／λ）を超えることはないが、本発明よれば(13)式
で示されるように、｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝のカットオ
フ周波数（４ＮＡ／λ）までのスペクトルが有効露光強
度分布として形成される。
考えられるパターンを用いて複数回露光する場合にも、
孤立パターンの場合と同様に光学系の解像限界を超えた
パターンの形成が可能である。この場合、有効露光強度
分布のスペクトルｈは、 ｈ（ν）＝Σｉ0j（ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ ＝ｉ’（ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝ (13) ｉ’（ν）＝Σｉ0j（ν） となる。ここで、ｉ0jは互いに概略孤立したパターンの
物体スペクトルであり、ｉ’は、孤立的パターンの重ね
合わせにより構成される仮想的なパターンの物体スペク
トルと考えられる。従来の有効露光強度分布のスペクト
ルは(8) 式で示されるようにｆのカットオフ周波数（２
ＮＡ／λ）を超えることはないが、本発明よれば(13)式
で示されるように、｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝のカットオ
フ周波数（４ＮＡ／λ）までのスペクトルが有効露光強
度分布として形成される。
【００２０】このように、従来露光方法で非線型特性を
有する透過膜を用いただけでは、形成されるパターンの
ピッチとしては光学系の解像限界を超えることはなかっ
たのに対し、本発明において、さらに感光素材上での有
効露光強度分布が異なる複数回の露光を繰り返すことに
よって、ｉ’を適切に与えれば、レジスト中に光学系の
解像限界を超えるピッチのパターンの濃度分布を形成す
ることができる。
有する透過膜を用いただけでは、形成されるパターンの
ピッチとしては光学系の解像限界を超えることはなかっ
たのに対し、本発明において、さらに感光素材上での有
効露光強度分布が異なる複数回の露光を繰り返すことに
よって、ｉ’を適切に与えれば、レジスト中に光学系の
解像限界を超えるピッチのパターンの濃度分布を形成す
ることができる。
【００２１】尚、上記では有効露光強度Ｈが露光強度Ｉ
の自乗に比例して形成されるような場合について説明し
たが、本発明においてはこれに限られるものではなく、
有効露光強度Ｈが露光強度Ｉのｎ乗（ｎ＞１）に応じて
形成される非線型特性を持つ透過膜であれば良い。この
場合、有効露光強度分布が点像の光強度分布Ｆ（ｘ）の
ｎ乗で表され、点像の光強度分布Ｆ（ｘ）より鋭い分布
となり、上記(11)式は次式のように表わされる。
の自乗に比例して形成されるような場合について説明し
たが、本発明においてはこれに限られるものではなく、
有効露光強度Ｈが露光強度Ｉのｎ乗（ｎ＞１）に応じて
形成される非線型特性を持つ透過膜であれば良い。この
場合、有効露光強度分布が点像の光強度分布Ｆ（ｘ）の
ｎ乗で表され、点像の光強度分布Ｆ（ｘ）より鋭い分布
となり、上記(11)式は次式のように表わされる。
【００２２】 Ｈ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝n (14) そして、照明状態としてはインコヒーレント照明に限ら
ず、斜光照明や種々の変形照明でも同様に極めて微細な
パターンの形成が可能である。勿論、自己発光物体でも
可能である。(14)式をフーリエ変換すると、フーリエ変
換のコンボリューションの定理より、光学系のカットオ
フ周波数のｎ倍の周波数のパターン（有効露光強度分
布）までが形成されることが分かる。尚、各露光におい
て完全に孤立していないパターンを複数回露光すること
によって、さらに微細なパターンを形成できる可能性が
ある。
ず、斜光照明や種々の変形照明でも同様に極めて微細な
パターンの形成が可能である。勿論、自己発光物体でも
可能である。(14)式をフーリエ変換すると、フーリエ変
換のコンボリューションの定理より、光学系のカットオ
フ周波数のｎ倍の周波数のパターン（有効露光強度分
布）までが形成されることが分かる。尚、各露光におい
て完全に孤立していないパターンを複数回露光すること
によって、さらに微細なパターンを形成できる可能性が
ある。
【００２３】以上の説明においては、上記(14)式におい
て乗数ｎが１より大きい（ｎ＞１）場合、即ち有効露光
強度Ｈが光強度Ｉよりも強調される場合について説明し
たが、乗数ｎが１より小さい（ｎ＜１）場合において
も、シュミレーションの結果、実質的に投影光学系の解
像限界を超えた微細パターンの形成が可能であることが
分かった。そして、透過特性として(14)式中の乗数ｎが
一定ではなく光強度Ｉに依存する場合においても有効で
ある。
て乗数ｎが１より大きい（ｎ＞１）場合、即ち有効露光
強度Ｈが光強度Ｉよりも強調される場合について説明し
たが、乗数ｎが１より小さい（ｎ＜１）場合において
も、シュミレーションの結果、実質的に投影光学系の解
像限界を超えた微細パターンの形成が可能であることが
分かった。そして、透過特性として(14)式中の乗数ｎが
一定ではなく光強度Ｉに依存する場合においても有効で
ある。
【００２４】複数回露光の各露光において、位相シフト
マスクを用いたり変形照明法を用いることにより高解像
かつ高コントラストなパターンを形成するならば、光学
系の解像限界を超えた有効露光強度分布をさらに高コン
トラストで形成することができる。以上の様に、有効露
光強度に対して非線型な透過特性を持つ透過膜を用い、
該透過膜上で光強度分布が異なる複数回の露光を行う事
により、投影光学系の解像限界を超える高解像のパター
ンを有する半導体素子を得ることが出来る。
マスクを用いたり変形照明法を用いることにより高解像
かつ高コントラストなパターンを形成するならば、光学
系の解像限界を超えた有効露光強度分布をさらに高コン
トラストで形成することができる。以上の様に、有効露
光強度に対して非線型な透過特性を持つ透過膜を用い、
該透過膜上で光強度分布が異なる複数回の露光を行う事
により、投影光学系の解像限界を超える高解像のパター
ンを有する半導体素子を得ることが出来る。
【００２５】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。図１に本発明による被投影原版としてのレチクルパ
ターンの断面図を示す。図１Ａに示すパターンにより第
１露光を行い、図１Ｂのパターンにより第２露光を行
う。図１Ａの第１パターンでは、基板１ａ上に設けられ
た遮光膜２ａが開口部４ａを形成している。そして、隣
接する開口部４ａの一方には位相膜３ａが設けられてお
り、所謂位相シフトマスクが構成されている。図１Ｂの
第２パターンは同様に基板１ｂ上に遮光膜２ｂと位相膜
３ｂとが設けられており、同じく位相シフトマスクが構
成されている。第１パターンの開口部４ａは第２パター
ンの遮光膜１ｂの位置に重なり、第２パターンの開口部
４ｂは第１パターンの遮光膜１ａの位置に重なるように
配置されて、透過膜を設けた感光素材上にそれぞれ別々
に露光される。
る。図１に本発明による被投影原版としてのレチクルパ
ターンの断面図を示す。図１Ａに示すパターンにより第
１露光を行い、図１Ｂのパターンにより第２露光を行
う。図１Ａの第１パターンでは、基板１ａ上に設けられ
た遮光膜２ａが開口部４ａを形成している。そして、隣
接する開口部４ａの一方には位相膜３ａが設けられてお
り、所謂位相シフトマスクが構成されている。図１Ｂの
第２パターンは同様に基板１ｂ上に遮光膜２ｂと位相膜
３ｂとが設けられており、同じく位相シフトマスクが構
成されている。第１パターンの開口部４ａは第２パター
ンの遮光膜１ｂの位置に重なり、第２パターンの開口部
４ｂは第１パターンの遮光膜１ａの位置に重なるように
配置されて、透過膜を設けた感光素材上にそれぞれ別々
に露光される。
【００２６】これら第１及び第２パターンによる露光に
より得られる透過膜上での光量分布を、図２Ａ、Ｂに示
す。ここで、本実施例ではコヒーレントな照明により±
１次回折光のみによって、図２Ａ、図２Ｂに示すよう
に、正弦波状の光強度Ｉａ、Ｉｂが各露光において作ら
れる。これら２回の露光において、透過膜上での光強度
分布のピーク位置が位相で半周期ずれている。
より得られる透過膜上での光量分布を、図２Ａ、Ｂに示
す。ここで、本実施例ではコヒーレントな照明により±
１次回折光のみによって、図２Ａ、図２Ｂに示すよう
に、正弦波状の光強度Ｉａ、Ｉｂが各露光において作ら
れる。これら２回の露光において、透過膜上での光強度
分布のピーク位置が位相で半周期ずれている。
【００２７】いま、高解像の場合を考え、各露光におい
て光学系の解像限界の周波数を持つ光強度分布が作られ
るとする。すなわち、±１次回折光が光学系の開口の周
縁部を通過するように開口数を十分有効に使うとし、各
露光において作られるピッチは、解像限界λ／２ＮＡで
あり、その入射光強度分布は、 Ｉa(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） (15) Ｉb(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ＋π） (16) と表される。レジスト上に塗布する膜の特性により透過
した有効露光強度は光強度の２乗で与えられる場合、そ
れぞれの有効露光強度分布は、図３Ａ、Ｂに示されると
おり、 Ｈa(x)＝Ｉa(x)2 ＝３／２＋２ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）／２ (17) Ｈb(x)＝Ｉb(x)2 ＝３／２＋２ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ＋π） ＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）／２ (18) となる。複数回露光により最終的に得られる有効露光強
度分布は(17)と(18)との和であり、 Ｈ(x) ＝Ｈa(x)＋Ｈb(x)＝３＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ） (19) となる。(19)式より、本実施例における有効露光強度Ｈ
（ｘ）はピッチ（λ／４ＮＡ）の周期構造を持ち、これ
は光学系の限界解像力（λ／２ＮＡ）の倍の細かさであ
る。この有効露光強度Ｈ（ｘ）を図４に示した。この複
数回（ここでは２回）の露光の後に現像を行うことによ
り、微細なレジストパターンが形成される。
て光学系の解像限界の周波数を持つ光強度分布が作られ
るとする。すなわち、±１次回折光が光学系の開口の周
縁部を通過するように開口数を十分有効に使うとし、各
露光において作られるピッチは、解像限界λ／２ＮＡで
あり、その入射光強度分布は、 Ｉa(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） (15) Ｉb(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ＋π） (16) と表される。レジスト上に塗布する膜の特性により透過
した有効露光強度は光強度の２乗で与えられる場合、そ
れぞれの有効露光強度分布は、図３Ａ、Ｂに示されると
おり、 Ｈa(x)＝Ｉa(x)2 ＝３／２＋２ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）／２ (17) Ｈb(x)＝Ｉb(x)2 ＝３／２＋２ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ＋π） ＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）／２ (18) となる。複数回露光により最終的に得られる有効露光強
度分布は(17)と(18)との和であり、 Ｈ(x) ＝Ｈa(x)＋Ｈb(x)＝３＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ） (19) となる。(19)式より、本実施例における有効露光強度Ｈ
（ｘ）はピッチ（λ／４ＮＡ）の周期構造を持ち、これ
は光学系の限界解像力（λ／２ＮＡ）の倍の細かさであ
る。この有効露光強度Ｈ（ｘ）を図４に示した。この複
数回（ここでは２回）の露光の後に現像を行うことによ
り、微細なレジストパターンが形成される。
【００２８】(12)式及び図１０Ｂより分かるように、完
全な孤立パターン（点物体）の重ね合わせで潜像を形成
すれば、ピッチ（λ／４ＮＡ）の潜像が形成される。た
だ、この場合コントラストはあまり高くないので、上記
実施例では位相シフトマスクをコヒーレント照明するこ
とにより、高コントラストな有効露光強度分布を形成し
ている。
全な孤立パターン（点物体）の重ね合わせで潜像を形成
すれば、ピッチ（λ／４ＮＡ）の潜像が形成される。た
だ、この場合コントラストはあまり高くないので、上記
実施例では位相シフトマスクをコヒーレント照明するこ
とにより、高コントラストな有効露光強度分布を形成し
ている。
【００２９】もし、非線型特性でない透過率の一定な透
過膜を用いた場合には、上記(15)と(16)式の単純和、す
なわち図２Ａと図２Ｂとの単純和で感光されるため、パ
ターンは全く形成されない。上記の実施例は、光強度の
２乗（ｎ＝２）によって有効露光強度が得られる場合で
あったが、光強度の３乗、４乗あるいはそれ以上（ｎ＝
３，４，・・・）の非線型特性で有効露光強度が得られ
る場合には更に高解像が期待できる。例えば図５に示す
有効露光強度分布は、有効露光強度分布が光強度分布の
３乗（ｎ＝３）で得られる場合で、図１Ａに示した被投
影原版のパターンを（１／３）ピッチすなわち（λ／６
ＮＡ）ずつずらして３回露光して得られたものである。
ここでは、図示のとおり、ピッチ（λ／６ＮＡ）の周期
構造となり光学系の解像限界（λ／２ＮＡ）の３倍の細
かさとなっている。
過膜を用いた場合には、上記(15)と(16)式の単純和、す
なわち図２Ａと図２Ｂとの単純和で感光されるため、パ
ターンは全く形成されない。上記の実施例は、光強度の
２乗（ｎ＝２）によって有効露光強度が得られる場合で
あったが、光強度の３乗、４乗あるいはそれ以上（ｎ＝
３，４，・・・）の非線型特性で有効露光強度が得られ
る場合には更に高解像が期待できる。例えば図５に示す
有効露光強度分布は、有効露光強度分布が光強度分布の
３乗（ｎ＝３）で得られる場合で、図１Ａに示した被投
影原版のパターンを（１／３）ピッチすなわち（λ／６
ＮＡ）ずつずらして３回露光して得られたものである。
ここでは、図示のとおり、ピッチ（λ／６ＮＡ）の周期
構造となり光学系の解像限界（λ／２ＮＡ）の３倍の細
かさとなっている。
【００３０】また、光強度の１．５乗（ｎ＝１．５）に
よって有効露光強度が得られる透過膜を用いることも可
能である。図６はｎ＝１．５として図１Ａ、図１Ｂに示
したレチクルを同様にそれぞれ別個に露光して得られた
有効露光強度分布であり、光学系の解像限界の倍の細か
さの有効露光強度分布が得られている。この場合にも、
位相シフトマスクをコヒーレント照明することにより、
コントラストを高めることができている。
よって有効露光強度が得られる透過膜を用いることも可
能である。図６はｎ＝１．５として図１Ａ、図１Ｂに示
したレチクルを同様にそれぞれ別個に露光して得られた
有効露光強度分布であり、光学系の解像限界の倍の細か
さの有効露光強度分布が得られている。この場合にも、
位相シフトマスクをコヒーレント照明することにより、
コントラストを高めることができている。
【００３１】次に、本発明における別の実施例について
説明する。図１に示した上記の実施例では所謂位相シフ
ト法を用いてコヒーレント結像によって光強度分布を形
成したが、この実施例は通常のレチクルを用い、部分コ
ヒーレント結像を行うものである。光学系の条件は使用
波長λ＝０．３６５μｍ、開口数ＮＡ＝０．５、コヒー
レンス度σ＝０．６とした。図８Ａはｎ＝２の場合で、
０．２５μｍ幅の孤立線を３回ずらして露光し、０．２
５μｍの孤立線３本を形成した時の有効露光強度分布で
ある。図８Ｂはｎ＝２の場合で、０．２５μｍ幅の３本
線を一括露光した場合の分布である。図８Ｃは従来の方
法による０．２５μｍ幅の３本線の露光強度分布であ
る。
説明する。図１に示した上記の実施例では所謂位相シフ
ト法を用いてコヒーレント結像によって光強度分布を形
成したが、この実施例は通常のレチクルを用い、部分コ
ヒーレント結像を行うものである。光学系の条件は使用
波長λ＝０．３６５μｍ、開口数ＮＡ＝０．５、コヒー
レンス度σ＝０．６とした。図８Ａはｎ＝２の場合で、
０．２５μｍ幅の孤立線を３回ずらして露光し、０．２
５μｍの孤立線３本を形成した時の有効露光強度分布で
ある。図８Ｂはｎ＝２の場合で、０．２５μｍ幅の３本
線を一括露光した場合の分布である。図８Ｃは従来の方
法による０．２５μｍ幅の３本線の露光強度分布であ
る。
【００３２】これらの図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの比較に
より、本発明の方法により得られた有効露光強度分布図
８Ａが他の方法と比較して格段に優れた微細パターンの
形成に有効であることが明らかである。一般には、潜像
反応濃度にほぼ比例して現像後のレジストパターンが作
られるが、さらに現像プロセスにおいて強調すればさら
に高コントラストのレジストパターンを形成することが
できる。
より、本発明の方法により得られた有効露光強度分布図
８Ａが他の方法と比較して格段に優れた微細パターンの
形成に有効であることが明らかである。一般には、潜像
反応濃度にほぼ比例して現像後のレジストパターンが作
られるが、さらに現像プロセスにおいて強調すればさら
に高コントラストのレジストパターンを形成することが
できる。
【００３３】更に、乗数ｎが１より小さい（ｎ＜１）場
合の実施例について説明する。例としてｎ＝０．５であ
る透過膜を用いた場合について説明する。ｎ＝０．５の
透過膜を用いた場合の有効露光強度は光強度の０．５乗
に応じて作られる。即ち、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）0.5 (20) で与えられる。ここでｘは座標である。コヒーレント照
明のもとで前記図１に示す位相シフタ付きレチクルを用
いて、ライン・アンド・スペースを焼き付ける場合を示
す。このレチクルの周期は投影光学系の解像限界λ／２
ＮＡになっている。図１１は透過膜上に出来る入射光強
度分布の図である。入射光強度分布Ｉ（ｘ）はこの様に
正弦波状に分布している。即ち、 Ｉ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） (21) である。一方、図１２Ａは(21)式から得られる有効露光
強度分布Ｈ（ｘ）を示す。
合の実施例について説明する。例としてｎ＝０．５であ
る透過膜を用いた場合について説明する。ｎ＝０．５の
透過膜を用いた場合の有効露光強度は光強度の０．５乗
に応じて作られる。即ち、 Ｈ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）0.5 (20) で与えられる。ここでｘは座標である。コヒーレント照
明のもとで前記図１に示す位相シフタ付きレチクルを用
いて、ライン・アンド・スペースを焼き付ける場合を示
す。このレチクルの周期は投影光学系の解像限界λ／２
ＮＡになっている。図１１は透過膜上に出来る入射光強
度分布の図である。入射光強度分布Ｉ（ｘ）はこの様に
正弦波状に分布している。即ち、 Ｉ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） (21) である。一方、図１２Ａは(21)式から得られる有効露光
強度分布Ｈ（ｘ）を示す。
【００３４】 Ｈ（ｘ）＝（１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ））0.5 (22) この様に、図１２Ａに示されるとおり、有効露光強度分
布Ｈ（ｘ）は光強度分布Ｉ（ｘ）に比べて明部付近につ
いてはよりなだらかであるが、暗部においては急激に暗
くなりその幅は極めて細くなるという特徴を持つ。しか
しながら、明らかに非線形露光強度分布Ｈ（ｘ）は光強
度分布Ｉ（ｘ）と同じ周期で形成されるので、この状態
では投影光学系の限界解像を越えたパターンを形成でき
ない。
布Ｈ（ｘ）は光強度分布Ｉ（ｘ）に比べて明部付近につ
いてはよりなだらかであるが、暗部においては急激に暗
くなりその幅は極めて細くなるという特徴を持つ。しか
しながら、明らかに非線形露光強度分布Ｈ（ｘ）は光強
度分布Ｉ（ｘ）と同じ周期で形成されるので、この状態
では投影光学系の限界解像を越えたパターンを形成でき
ない。
【００３５】一方、図１２Ａを１／２周期ずらしたパタ
ーンによる有効露光強度分布Ｈ（ｘ）（図１２Ｂ）を重
ね合わせれば、図１２Ｃで示されるようにより微細な構
造を像面上に形成する事が出来るため、このパターンは
限界解像の２倍の周期構造を持つ事になる。これに対
し、ｎ＝１の透過膜、即ち透過率が露光強度に対して一
定な膜を用いた場合には、有効形露光強度分布Ｈ（ｘ）
は図１１の光強度分布Ｉ（ｘ）に完全に一致するので、
これを図１１Ｄの場合と同様に重ね合わせたとしても、 Ｈ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋１−ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ）＝２ (23) という様に、得られる有効露光強度分布Ｈ（ｘ）はフラ
ットになり、まったく用をなさない（図１３）。
ーンによる有効露光強度分布Ｈ（ｘ）（図１２Ｂ）を重
ね合わせれば、図１２Ｃで示されるようにより微細な構
造を像面上に形成する事が出来るため、このパターンは
限界解像の２倍の周期構造を持つ事になる。これに対
し、ｎ＝１の透過膜、即ち透過率が露光強度に対して一
定な膜を用いた場合には、有効形露光強度分布Ｈ（ｘ）
は図１１の光強度分布Ｉ（ｘ）に完全に一致するので、
これを図１１Ｄの場合と同様に重ね合わせたとしても、 Ｈ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ） ＋１−ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ）＝２ (23) という様に、得られる有効露光強度分布Ｈ（ｘ）はフラ
ットになり、まったく用をなさない（図１３）。
【００３６】この様に、ｎ＜１なる透過膜を用いた場合
にも、投影光学系の限界解像以上に微細な潜像反応濃度
分布ξ（ｘ）を形成する事が出来る。本発明に於いて
は、レジストがポジ型或いはネガ型のいずれも使用出来
ることは言うまでもない。しかし、特に、ｎ＜１の場合
はポジ型に有利であると考えられ、図１２に示す例では
極めて細い残し線を形成することが出来る。
にも、投影光学系の限界解像以上に微細な潜像反応濃度
分布ξ（ｘ）を形成する事が出来る。本発明に於いて
は、レジストがポジ型或いはネガ型のいずれも使用出来
ることは言うまでもない。しかし、特に、ｎ＜１の場合
はポジ型に有利であると考えられ、図１２に示す例では
極めて細い残し線を形成することが出来る。
【００３７】図７には、上記の如き透過膜を設けた感光
素材上での光強度分布が異なる複数の露光を行うための
露光装置の概略構成を示す。光源１１からの照明光束は
楕円鏡１２により集光され、ミラー13によりコリメータ
レンズ１４に導かれ、ほぼ平行光束となってフライアイ
インテグレータ１５に入射する。フライアイインテグレ
ータ１５を射出した光束はミラー１６によりメインコン
デンサー１７に導かれ、被投影原版としてのレチクル１
８ａを均一に照明する。被投影原版１８ａ上の所定のパ
ターンが投影光学系１９によって感光素材の塗布された
ウエハ２０上に投影露光される。ここで、レチクル１８
ａは露光の後に、レチクルローダー２１によって異なる
パターンを有するレチクル１８ｂと交換され、第２の露
光がなされる。
素材上での光強度分布が異なる複数の露光を行うための
露光装置の概略構成を示す。光源１１からの照明光束は
楕円鏡１２により集光され、ミラー13によりコリメータ
レンズ１４に導かれ、ほぼ平行光束となってフライアイ
インテグレータ１５に入射する。フライアイインテグレ
ータ１５を射出した光束はミラー１６によりメインコン
デンサー１７に導かれ、被投影原版としてのレチクル１
８ａを均一に照明する。被投影原版１８ａ上の所定のパ
ターンが投影光学系１９によって感光素材の塗布された
ウエハ２０上に投影露光される。ここで、レチクル１８
ａは露光の後に、レチクルローダー２１によって異なる
パターンを有するレチクル１８ｂと交換され、第２の露
光がなされる。
【００３８】レチクルローダー２１によって異なるパタ
ーンを交換する変わりに、レチクル１８ａによる第１の
露光の後に、レチクル１８ａを投影光学系１９の光軸Ax
に対して垂直方向に所定量だけ移動させて第２の露光を
行うこととしても良い。この所定量とは、例えば前述し
た図１Ａのパターンを用いた場合に、有効露光強度が光
強度のに２乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して（λ／４ＮＡ）である。また、有効露光強度が
光強度の３乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して（λ／６ＮＡ）とすることが有効である。
ーンを交換する変わりに、レチクル１８ａによる第１の
露光の後に、レチクル１８ａを投影光学系１９の光軸Ax
に対して垂直方向に所定量だけ移動させて第２の露光を
行うこととしても良い。この所定量とは、例えば前述し
た図１Ａのパターンを用いた場合に、有効露光強度が光
強度のに２乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して（λ／４ＮＡ）である。また、有効露光強度が
光強度の３乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に
換算して（λ／６ＮＡ）とすることが有効である。
【００３９】尚、同一のレチクルパターンを複数回露光
する場合には、レチクルを移動する代わりに、複数の露
光毎にウエハ自体を移動する構成とすることも可能であ
ることは言うまでもない。また、ウェハを所定の第１の
露光を行う所定の位置に置くまえに、塗布器２２によっ
て、図１４に示されるようにウェハ基板３１上に感光素
材であるレジスト３２と非線形特性を持つ透過膜３３と
を塗布する。先ず、ウェハ基板３１上に感光素材である
レジスト３２を塗布する。このとき、ウェハの回転中心
部とと塗布器のモーターの回転軸とは繋がれていて、塗
布器２２のモーターの回転により、レジスト３２はウェ
ハ基板３１上を薄く一様に延ばされる。次に、非線型特
性を持つ透過膜３３を、先の工程と同一の手法でレジス
ト３２上に薄く一様に延ばしす。尚、レジスト３２の上
に非線型特性を持つ透過膜３３を塗布する方法として、
蒸着によることも考えられる。
する場合には、レチクルを移動する代わりに、複数の露
光毎にウエハ自体を移動する構成とすることも可能であ
ることは言うまでもない。また、ウェハを所定の第１の
露光を行う所定の位置に置くまえに、塗布器２２によっ
て、図１４に示されるようにウェハ基板３１上に感光素
材であるレジスト３２と非線形特性を持つ透過膜３３と
を塗布する。先ず、ウェハ基板３１上に感光素材である
レジスト３２を塗布する。このとき、ウェハの回転中心
部とと塗布器のモーターの回転軸とは繋がれていて、塗
布器２２のモーターの回転により、レジスト３２はウェ
ハ基板３１上を薄く一様に延ばされる。次に、非線型特
性を持つ透過膜３３を、先の工程と同一の手法でレジス
ト３２上に薄く一様に延ばしす。尚、レジスト３２の上
に非線型特性を持つ透過膜３３を塗布する方法として、
蒸着によることも考えられる。
【００４０】複数回露光間でのアライメントは、潜像を
観察してアライメントする所謂潜像アライメントが有効
である。ところで、本発明においては、図１に示した実
施例のように、高解像パターンを形成するために位相シ
フトパターンを用いることが有効である。また、特開昭
６１−９１６６２号公報において提案されている輪帯照
明や、特開平４−２２５３５８号公報等において提案さ
れている所謂SHRINC照明を用いることも有効である。
観察してアライメントする所謂潜像アライメントが有効
である。ところで、本発明においては、図１に示した実
施例のように、高解像パターンを形成するために位相シ
フトパターンを用いることが有効である。また、特開昭
６１−９１６６２号公報において提案されている輪帯照
明や、特開平４−２２５３５８号公報等において提案さ
れている所謂SHRINC照明を用いることも有効である。
【００４１】現在のところ、本発明において用いられる
透過光強度が入射光強度に対応して変化する透過膜とし
ては、ｎ＜１の場合、サングラス等に用いられるハロゲ
ン化銀が考えられる。また、スピロキサギン、スピロピ
ラン、フルギミド、クロメルのような調光物質も考えら
れる。一方、本発明において用いられる透過光強度が入
射光強度に対応して変化する透過膜としては、ｎ＞１の
場合、銅の微粒子、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン
化カドウミウム（ＣｄＳｅ）、フタロシアニン系色素、
ポルフィン系色素等の可飽和吸収を起こす物質や、ポリ
シリコン、キニザリン等の２光子吸収を起こす物質が考
えられる。また、３光子吸収を起こす物質も考えられ
る。
透過光強度が入射光強度に対応して変化する透過膜とし
ては、ｎ＜１の場合、サングラス等に用いられるハロゲ
ン化銀が考えられる。また、スピロキサギン、スピロピ
ラン、フルギミド、クロメルのような調光物質も考えら
れる。一方、本発明において用いられる透過光強度が入
射光強度に対応して変化する透過膜としては、ｎ＞１の
場合、銅の微粒子、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン
化カドウミウム（ＣｄＳｅ）、フタロシアニン系色素、
ポルフィン系色素等の可飽和吸収を起こす物質や、ポリ
シリコン、キニザリン等の２光子吸収を起こす物質が考
えられる。また、３光子吸収を起こす物質も考えられ
る。
【００４２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば非線型透
過特性を示す透過膜を用いて異なるパターンを複数回露
光することにより、投影光学系の解像限界を超えた微細
パターンの形成が可能となる。しかも、従来の露光波長
及び光学系をほとんど変えることなしに高解像のパター
ンを形成することができる。
過特性を示す透過膜を用いて異なるパターンを複数回露
光することにより、投影光学系の解像限界を超えた微細
パターンの形成が可能となる。しかも、従来の露光波長
及び光学系をほとんど変えることなしに高解像のパター
ンを形成することができる。
【００４３】そして、本発明による露光方法によれば、
従来の投影型露光装置では実現し得なかった極めて微細
な回路パターンを有する半導体素子の製造が可能とな
り、集積回路の集積度を格段に高めることができるとい
う大きな効果を奏するものである。
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。
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透過膜上の光強度
分布図。
分布図。
【図３】図１に示したパターンによる有効露光強度分布
図。
図。
【図４】本発明の実施例における合成有効露光強度分布
図。
図。
【図５】３回露光による合成有効露光強度分布図。
【図６】他の実施例における合成有効露光強度分布図。
【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有効露光強度分布図。
【図９】本発明による透過膜上の光強度分布図及び有効
露光強度分布図。
露光強度分布図。
【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】他の実施例による合成有効露光強度分布図。
【図１３】線型特性の透過膜を用いた場合の合成有効露
光強度分布図。
光強度分布図。
【図１４】透過膜とレジストとウェハ基板との構成図。
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
フロントページの続き (72)発明者 亀山 雅臣 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 (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
Claims (9)
- 【請求項１】被投影原版のパターンを投影光学系によっ
て所定の感光素材上に投影する投影露光方法において、
前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線
型な特性を持つ透過膜を設け、該透過膜上での光強度分
布が異なる複数回の露光を行うことにより、投影光学系
の解像限界を超える高解像のパターンの形成を可能とす
ることを特徴とする露光方法。 - 【請求項２】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のｎ乗（ｎ≠１）に対応して変化するような非線型特性
を持つものを用いることを特徴とする請求項１記載の露
光方法。 - 【請求項３】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のｎ乗に対応して変化し、ｎ＞１の非線型特性を持つも
のを用いることを特徴とする請求項２記載の露光方法。 - 【請求項４】前記透過膜として透過光強度が入射光強度
のｎ乗に対応して変化し、ｎ＜１の非線型特性を持つも
のを用いることを特徴とする請求項２記載の露光方法。 - 【請求項５】被投影原版の所定パターンを投影光学系に
よって所定の感光素材上に投影する投影露光装置におい
て、前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して
非線型な特性を持つ透過膜を塗布し、各露光毎に該透過
膜を塗布した前記感光素材と前記被投影原版とを相対的
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。 - 【請求項６】被投影原版のパターンを投影光学系によっ
て所定の感光素材上に投影する投影露光装置において、
前記感光素材上に透過光強度が入射光強度に対して非線
型な特性を持つ透過膜を塗布し、前記被投影原版として
第１パターンを有する第１被投影原版と第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。 - 【請求項７】前記第１被投影原版と前記第２被投影原版
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。 - 【請求項８】前記第１被投影原版と前記第２被投影原版
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。 - 【請求項９】前記第１被投影原版と前記第２被投影原版
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。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11896694A JP3491336B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 露光方法及び露光装置 |
| US08/312,241 US5739898A (en) | 1993-02-03 | 1994-09-26 | Exposure method and apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11896694A JP3491336B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 露光方法及び露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326561A true JPH07326561A (ja) | 1995-12-12 |
| JP3491336B2 JP3491336B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=14749692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11896694A Expired - Lifetime JP3491336B2 (ja) | 1993-02-03 | 1994-05-31 | 露光方法及び露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3491336B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5847812A (en) * | 1996-06-14 | 1998-12-08 | Nikon Corporation | Projection exposure system and method |
| US5851707A (en) * | 1996-07-24 | 1998-12-22 | Nikon Corporation | Microlithography projection-exposure masks, and methods and apparatus employing same |
| JP2005223321A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-18 | Asml Netherlands Bv | ２重露光による増強されたリソグラフィ分解能 |
| WO2009087712A1 (ja) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Panasonic Corporation | パターン形成方法 |
-
1994
- 1994-05-31 JP JP11896694A patent/JP3491336B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5847812A (en) * | 1996-06-14 | 1998-12-08 | Nikon Corporation | Projection exposure system and method |
| US5851707A (en) * | 1996-07-24 | 1998-12-22 | Nikon Corporation | Microlithography projection-exposure masks, and methods and apparatus employing same |
| JP2005223321A (ja) * | 2004-01-28 | 2005-08-18 | Asml Netherlands Bv | ２重露光による増強されたリソグラフィ分解能 |
| WO2009087712A1 (ja) * | 2008-01-09 | 2009-07-16 | Panasonic Corporation | パターン形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3491336B2 (ja) | 2004-01-26 |
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