JPH104059A - 露光装置および露光方法 - Google Patents
露光装置および露光方法Info
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- JPH104059A JPH104059A JP8175921A JP17592196A JPH104059A JP H104059 A JPH104059 A JP H104059A JP 8175921 A JP8175921 A JP 8175921A JP 17592196 A JP17592196 A JP 17592196A JP H104059 A JPH104059 A JP H104059A
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- resist
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- mask
- optical system
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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
- G03F7/70058—Mask illumination systems
- G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
-
- G—PHYSICS
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- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70216—Mask projection systems
- G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging
-
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- 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)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 たとえば２光子吸収レジストを用いた非線形
多重露光において所定の光強度を実現するとともに各回
の露光時間を短縮することのできる露光装置。 【解決手段】 パルス発振型のレーザー光源１からのレ
ーザービームを集光して所定のパターンが形成されたマ
スク３を照明するための照明光学系ＩＬと、マスク３の
パターン像を感光性の基板５上に形成するための投影光
学系４とを備えている。そして、基板５上には入射光の
強度に対して非線形に露光が進行する感光特性を有する
レジストが塗布され、基板５上での光強度分布を変化さ
せて非線形多重露光を行う。
多重露光において所定の光強度を実現するとともに各回
の露光時間を短縮することのできる露光装置。 【解決手段】 パルス発振型のレーザー光源１からのレ
ーザービームを集光して所定のパターンが形成されたマ
スク３を照明するための照明光学系ＩＬと、マスク３の
パターン像を感光性の基板５上に形成するための投影光
学系４とを備えている。そして、基板５上には入射光の
強度に対して非線形に露光が進行する感光特性を有する
レジストが塗布され、基板５上での光強度分布を変化さ
せて非線形多重露光を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は露光装置および露光
方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などの製造
に用いられる投影露光装置に関する。
方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などの製造
に用いられる投影露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】たとえば特開平６−２９１００９号公報
および「Japanese Journal of Applied Physics 」の第
３３巻（１９９４年）のレター１７７には、本件出願の
発明者らによって非線形多重露光に関する技術が開示さ
れている。非線形多重露光では、入射光の強度に対して
非線形に感光が進行する感光特性を有するレジストに対
して、レジストが塗布されたウエハ上での光強度分布を
変化させながら多重露光を行う。
および「Japanese Journal of Applied Physics 」の第
３３巻（１９９４年）のレター１７７には、本件出願の
発明者らによって非線形多重露光に関する技術が開示さ
れている。非線形多重露光では、入射光の強度に対して
非線形に感光が進行する感光特性を有するレジストに対
して、レジストが塗布されたウエハ上での光強度分布を
変化させながら多重露光を行う。
【０００３】露光に際して、レジストには、次の式
（１）で表される潜像反応濃度ξが発生する。 ξ＝ exp（−Ｃ・Ｉm ・Ｔ） （１） ここで、 Ｉ：入射光の強度 Ｔ：露光時間 Ｃ：定数
（１）で表される潜像反応濃度ξが発生する。 ξ＝ exp（−Ｃ・Ｉm ・Ｔ） （１） ここで、 Ｉ：入射光の強度 Ｔ：露光時間 Ｃ：定数
【０００４】なお、ｍは、レジストの線形性を表す指数
である。現在一般に使用されているポジ型レジストのよ
うに、ｍ＝１の感光特性を有するレジストでは、入射光
の強度に対して感光が線形に進行するという。一方、ｍ
≠１の感光特性を有するレジストでは、入射光の強度に
対して感光が非線形に進行するという。非線形多重露光
では、たとえば投影光学系に対するマスクパターンの位
置を変えたり、マスクパターンそのものを変えたりし
て、ウエハ上での光強度分布を変化させた状態で露光を
繰り返す。この非線形多重露光技術により、回折限界を
超える高解像の微細パターンをウエハ上に形成すること
ができる。
である。現在一般に使用されているポジ型レジストのよ
うに、ｍ＝１の感光特性を有するレジストでは、入射光
の強度に対して感光が線形に進行するという。一方、ｍ
≠１の感光特性を有するレジストでは、入射光の強度に
対して感光が非線形に進行するという。非線形多重露光
では、たとえば投影光学系に対するマスクパターンの位
置を変えたり、マスクパターンそのものを変えたりし
て、ウエハ上での光強度分布を変化させた状態で露光を
繰り返す。この非線形多重露光技術により、回折限界を
超える高解像の微細パターンをウエハ上に形成すること
ができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、非線形多重露
光技術においては、通常の露光よりも強い光強度および
長い露光時間が必要である。以下、光強度に対して感光
が非線形に進む感光特性を有するレジストとして、たと
えばｍ＝２の感光特性を有する２光子吸収レジストを考
えることにする。Proceedings of SPIE 、第１６７４巻
（１９９２年）、第７７６頁〜７７８頁に掲載された E
n. S. Wu（エン・エス・ウ）らの論文によれば、２光子
吸収効率Ｗ（単位：photon／sec ）は、Ｗ＝δＩ2 で与
えられる。
光技術においては、通常の露光よりも強い光強度および
長い露光時間が必要である。以下、光強度に対して感光
が非線形に進む感光特性を有するレジストとして、たと
えばｍ＝２の感光特性を有する２光子吸収レジストを考
えることにする。Proceedings of SPIE 、第１６７４巻
（１９９２年）、第７７６頁〜７７８頁に掲載された E
n. S. Wu（エン・エス・ウ）らの論文によれば、２光子
吸収効率Ｗ（単位：photon／sec ）は、Ｗ＝δＩ2 で与
えられる。
【０００６】また、２光子吸収量Ｖは、Ｖ＝ＷＴ＝δＩ
2 Ｔで与えられる。ここで、定数δは、およそ１０-58
ｍ4 sec ／photonのオーダーである。この定数δの値を
前提にすると、Ｉ2 Ｔを極めて大きくしなければ、２光
子吸収レジストを用いた際の露光を達成することが難し
い。すなわち、たとえば２光子吸収レジストを用いた非
線形多重露光技術においては、通常の露光よりもはるか
に大きな光強度や露光時間が要求されることになる。
2 Ｔで与えられる。ここで、定数δは、およそ１０-58
ｍ4 sec ／photonのオーダーである。この定数δの値を
前提にすると、Ｉ2 Ｔを極めて大きくしなければ、２光
子吸収レジストを用いた際の露光を達成することが難し
い。すなわち、たとえば２光子吸収レジストを用いた非
線形多重露光技術においては、通常の露光よりもはるか
に大きな光強度や露光時間が要求されることになる。
【０００７】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、たとえば２光子吸収レジストを用いた非線形
多重露光において所定の光強度を実現するとともに各回
の露光時間を短縮することのできる露光装置および露光
方法を提供することを目的とする。
のであり、たとえば２光子吸収レジストを用いた非線形
多重露光において所定の光強度を実現するとともに各回
の露光時間を短縮することのできる露光装置および露光
方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、パルス発振型のレーザー光源か
らのレーザービームを集光して所定のパターンが形成さ
れたマスクを照明するための照明光学系と、前記マスク
のパターン像を感光性の基板上に形成するための投影光
学系とを備え、前記基板上には入射光の強度に対して非
線形に感光が進行する感光特性を有するレジストが塗布
され、前記基板上での光強度分布を変化させて非線形多
重露光を行うことを特徴とする露光装置を提供する。本
発明の露光装置の好ましい態様によれば、前記レジスト
の潜像反応濃度は、入射光の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対
応して形成される。
に、本発明においては、パルス発振型のレーザー光源か
らのレーザービームを集光して所定のパターンが形成さ
れたマスクを照明するための照明光学系と、前記マスク
のパターン像を感光性の基板上に形成するための投影光
学系とを備え、前記基板上には入射光の強度に対して非
線形に感光が進行する感光特性を有するレジストが塗布
され、前記基板上での光強度分布を変化させて非線形多
重露光を行うことを特徴とする露光装置を提供する。本
発明の露光装置の好ましい態様によれば、前記レジスト
の潜像反応濃度は、入射光の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対
応して形成される。
【０００９】また、本発明においては、パルス発振型の
レーザー光源からのレーザービームを集光して所定のパ
ターンが形成されたマスクを照明し、投影光学系を介し
て前記マスクのパターン像を感光性の基板上に形成し、
前記基板上には入射光の強度に対して非線形に感光が進
行する感光特性を有するレジストが塗布され、前記基板
上での光強度分布を変化させて非線形多重露光を行うこ
とを特徴とする露光方法を提供する。本発明の露光方法
の好ましい態様によれば、前記レジストの潜像反応濃度
は、入射光の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対応して形成され
る。
レーザー光源からのレーザービームを集光して所定のパ
ターンが形成されたマスクを照明し、投影光学系を介し
て前記マスクのパターン像を感光性の基板上に形成し、
前記基板上には入射光の強度に対して非線形に感光が進
行する感光特性を有するレジストが塗布され、前記基板
上での光強度分布を変化させて非線形多重露光を行うこ
とを特徴とする露光方法を提供する。本発明の露光方法
の好ましい態様によれば、前記レジストの潜像反応濃度
は、入射光の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対応して形成され
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】まず、平均パワーが同じであれ
ば、ピークパワーの大きいパルス発振レーザーの方が連
続発振レーザーよりも２光子吸収レジストを用いた際の
露光において有利であることを説明する。前述したよう
に、２光子吸収量Ｖは、Ｉ2 Ｔに比例する。連続発振レ
ーザーの場合は、その平均パワーをＩavとすると、２光
子吸収量ＶはＩav2 Ｔに比例する。一方、パルス発振レ
ーザーの場合は、そのピークパワーをＩpeとし、発振時
間と発振間隔との比をＲ（Ｒ＜１）とすると、２光子吸
収量ＶはＩpe2 ＲＴ＝ＩpeＩavＴ＝Ｉav2 Ｔ／Ｒに比例
する。
ば、ピークパワーの大きいパルス発振レーザーの方が連
続発振レーザーよりも２光子吸収レジストを用いた際の
露光において有利であることを説明する。前述したよう
に、２光子吸収量Ｖは、Ｉ2 Ｔに比例する。連続発振レ
ーザーの場合は、その平均パワーをＩavとすると、２光
子吸収量ＶはＩav2 Ｔに比例する。一方、パルス発振レ
ーザーの場合は、そのピークパワーをＩpeとし、発振時
間と発振間隔との比をＲ（Ｒ＜１）とすると、２光子吸
収量ＶはＩpe2 ＲＴ＝ＩpeＩavＴ＝Ｉav2 Ｔ／Ｒに比例
する。
【００１１】こうして、パルス発振レーザーでは、同じ
平均パワーを有する連続発振レーザーと比較して、同一
の露光時間に対して２光子吸収量Ｖが１／Ｒとなる。換
言すれば、パルス発振レーザーにおいては、同じ平均パ
ワーを有する連続発振レーザーと比較して、露光時間が
Ｒ倍になる。ここで、Ｒ＜１であるから、パルス発振レ
ーザーを用いることにより、露光時間を短縮することが
できることがわかる。すなわち、露光時間が同じでもよ
ければ、さらに低いパワーのパルス発振レーザーを使う
ことができる。これは、時間的にＲ倍の部分に光を偏在
させたことにより露光時間がＲ倍になったことと等価で
ある。すなわち、レーザー光を時間的に偏在させて光強
度を増大させることが可能である。
平均パワーを有する連続発振レーザーと比較して、同一
の露光時間に対して２光子吸収量Ｖが１／Ｒとなる。換
言すれば、パルス発振レーザーにおいては、同じ平均パ
ワーを有する連続発振レーザーと比較して、露光時間が
Ｒ倍になる。ここで、Ｒ＜１であるから、パルス発振レ
ーザーを用いることにより、露光時間を短縮することが
できることがわかる。すなわち、露光時間が同じでもよ
ければ、さらに低いパワーのパルス発振レーザーを使う
ことができる。これは、時間的にＲ倍の部分に光を偏在
させたことにより露光時間がＲ倍になったことと等価で
ある。すなわち、レーザー光を時間的に偏在させて光強
度を増大させることが可能である。
【００１２】以上のように、２光子吸収レジストを用い
た際の露光では、照明光を時間的に偏在化させることに
よって、露光時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
あるいは、照明光を時間的に偏在化させることによっ
て、レーザーパワーの飛躍的な低減を図ることができ
る。これは、一般に、前述の式（１）においてｍ＞１の
非線形感光特性を有するレジストについて成り立つ。す
なわち、Ｉm Ｔ（ｍ＞１）に対応して感光が進行する他
のレジストの場合にも、時間的な偏在化が有利であるこ
とは容易に推察することができる。また、一般的に、光
強度のべき乗の形で表すことのできない非線形な感光特
性を有するレジストに対しても、時間的な偏在化が有利
であるケースが存在することは明らかである。
た際の露光では、照明光を時間的に偏在化させることに
よって、露光時間の飛躍的な短縮を図ることができる。
あるいは、照明光を時間的に偏在化させることによっ
て、レーザーパワーの飛躍的な低減を図ることができ
る。これは、一般に、前述の式（１）においてｍ＞１の
非線形感光特性を有するレジストについて成り立つ。す
なわち、Ｉm Ｔ（ｍ＞１）に対応して感光が進行する他
のレジストの場合にも、時間的な偏在化が有利であるこ
とは容易に推察することができる。また、一般的に、光
強度のべき乗の形で表すことのできない非線形な感光特
性を有するレジストに対しても、時間的な偏在化が有利
であるケースが存在することは明らかである。
【００１３】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説
明する。図１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１の露光装置は、パルス
発振型のレーザー光源１を備えている。なお、レーザー
光源１のピークパワーＩpeは、平均パワーＩavの１００
倍であるものとする。レーザー光源１から射出された光
は、コリメートレンズ２によりほぼ平行な光束に変換さ
れた後、被投影原版であるマスク３を照明する。このよ
うに、レーザー光源１およびコリメートレンズ２は、マ
スク３を照明するための照明光学系ＩＬを構成してい
る。
明する。図１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１の露光装置は、パルス
発振型のレーザー光源１を備えている。なお、レーザー
光源１のピークパワーＩpeは、平均パワーＩavの１００
倍であるものとする。レーザー光源１から射出された光
は、コリメートレンズ２によりほぼ平行な光束に変換さ
れた後、被投影原版であるマスク３を照明する。このよ
うに、レーザー光源１およびコリメートレンズ２は、マ
スク３を照明するための照明光学系ＩＬを構成してい
る。
【００１４】マスク３のパターンで回折された光は、投
影光学系４を介して、感光性基板であるウエハ５の表面
にマスクパターン像を形成する。なお、投影光学系４の
像面サイズ（視野領域）は、マスク２６のパターン全体
をカバーしている。また、ウエハ５の表面には、２光子
吸収型のレジストが塗布されている。ウエハ５はウエハ
ステージ６上に固定され、ウエハステージ６は適当な駆
動系７により投影光学系４の光軸に垂直な面内において
二次元的に駆動されるように構成されている。
影光学系４を介して、感光性基板であるウエハ５の表面
にマスクパターン像を形成する。なお、投影光学系４の
像面サイズ（視野領域）は、マスク２６のパターン全体
をカバーしている。また、ウエハ５の表面には、２光子
吸収型のレジストが塗布されている。ウエハ５はウエハ
ステージ６上に固定され、ウエハステージ６は適当な駆
動系７により投影光学系４の光軸に垂直な面内において
二次元的に駆動されるように構成されている。
【００１５】こうして、１回の露光により、ウエハ５上
にはマスクパターンの全体像が形成される。非線形多重
露光では、１回目の露光が終了すると、投影光学系４に
対するマスク３の相対位置を変化させるか、マスク３を
交換してマスクパターンを変化させるか、あるいは投影
光学系４に対するウエハ５の相対位置を変化させる。こ
のように、ウエハ４上の光強度分布を変化させた状態で
露光を繰り返すことによって、非線形多重露光が完了さ
れる。その結果、非線形多重露光により、回折限界を超
える高解像の微細パターンをウエハ５上に形成すること
ができる。
にはマスクパターンの全体像が形成される。非線形多重
露光では、１回目の露光が終了すると、投影光学系４に
対するマスク３の相対位置を変化させるか、マスク３を
交換してマスクパターンを変化させるか、あるいは投影
光学系４に対するウエハ５の相対位置を変化させる。こ
のように、ウエハ４上の光強度分布を変化させた状態で
露光を繰り返すことによって、非線形多重露光が完了さ
れる。その結果、非線形多重露光により、回折限界を超
える高解像の微細パターンをウエハ５上に形成すること
ができる。
【００１６】上述の実施例では、パルス発振型のレーザ
ー光源１のピークパワーが平均パワーの１００倍であ
る。このため、前述したように、同じ平均パワーを有す
る連続発振レーザーと較べて、露光時間を１／１００に
短縮することができる。なお、上述の各実施例では、２
光子吸収レジストを例にとって本発明を説明している。
しかしながら、前述したように、一般にＩm Ｔ（ｍ＞
１）に対応して非線形に感光が進行する他のレジストの
場合にも、本発明を適用することができる。また、光強
度のべき乗の形で表すことのできない非線形な感光特性
を有するレジストに対しても、本発明を適用することが
できるケースがあることはいうまでもない。
ー光源１のピークパワーが平均パワーの１００倍であ
る。このため、前述したように、同じ平均パワーを有す
る連続発振レーザーと較べて、露光時間を１／１００に
短縮することができる。なお、上述の各実施例では、２
光子吸収レジストを例にとって本発明を説明している。
しかしながら、前述したように、一般にＩm Ｔ（ｍ＞
１）に対応して非線形に感光が進行する他のレジストの
場合にも、本発明を適用することができる。また、光強
度のべき乗の形で表すことのできない非線形な感光特性
を有するレジストに対しても、本発明を適用することが
できるケースがあることはいうまでもない。
【００１７】
【効果】以上説明したように、本発明の露光装置および
露光方法によれば、たとえば２光子吸収レジストを用い
た非線形多重露光において、所定の光強度を実現すると
ともに各回の露光時間を大幅に短縮することができる。
露光方法によれば、たとえば２光子吸収レジストを用い
た非線形多重露光において、所定の光強度を実現すると
ともに各回の露光時間を大幅に短縮することができる。
【図１】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。
的に示す図である。
１ パルス発振型のレーザー光源 ２ コリメートレンズ ３ マスク ４ 投影光学系 ５ ウエハ ６ ウエハステージ ７ 駆動系 ＩＬ 照明光学系
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大和 壮一 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 (4)
- 【請求項１】 パルス発振型のレーザー光源からのレー
ザービームを集光して所定のパターンが形成されたマス
クを照明するための照明光学系と、前記マスクのパター
ン像を感光性の基板上に形成するための投影光学系とを
備え、 前記基板上には入射光の強度に対して非線形に感光が進
行する感光特性を有するレジストが塗布され、前記基板
上での光強度分布を変化させて非線形多重露光を行うこ
とを特徴とする露光装置。 - 【請求項２】 前記レジストの潜像反応濃度は、入射光
の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対応して形成されることを特
徴とする請求項１に記載の露光装置。 - 【請求項３】 パルス発振型のレーザー光源からのレー
ザービームを集光して所定のパターンが形成されたマス
クを照明し、 投影光学系を介して前記マスクのパターン像を感光性の
基板上に形成し、 前記基板上には入射光の強度に対して非線形に感光が進
行する感光特性を有するレジストが塗布され、前記基板
上での光強度分布を変化させて非線形多重露光を行うこ
とを特徴とする露光方法。 - 【請求項４】 前記レジストの潜像反応濃度は、入射光
の強度のｍ乗（ｍ＞１）に対応して形成されることを特
徴とする請求項３に記載の露光方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175921A JPH104059A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 露光装置および露光方法 |
| US08/874,687 US5847812A (en) | 1996-06-14 | 1997-06-13 | Projection exposure system and method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8175921A JPH104059A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 露光装置および露光方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH104059A true JPH104059A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=16004584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8175921A Pending JPH104059A (ja) | 1996-06-14 | 1996-06-14 | 露光装置および露光方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH104059A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004503832A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | パターン化された光を用いる多光子吸収法 |
| JP2004503831A (ja) * | 2000-06-15 | 2004-02-05 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | マルチパス多光子吸収方法および装置 |
| EP1084454A4 (en) * | 1998-04-21 | 2008-09-10 | Univ Connecticut | ARBITRARY MANUFACTURE IN THE NANOMETER AREA WITH MULTIPHOTONE EXCITEMENT |
-
1996
- 1996-06-14 JP JP8175921A patent/JPH104059A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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