(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に1/ｍピッチずらすｍ回露光を行うことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
被投影原版のパターンを投影光学系によって所定の感光素材上に投影する投影露光装置において、
前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に1/ｍピッチずらすｍ回露光を行うことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体素子や液晶板の製造に用いられる露光装置特に投影型露光装置及び投影露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の露光方法においては、露光する所望のパターンは全て同一レチクル上に配置され、一度の露光によって基板に焼き付るようになっていた。その際、基板上に塗布されているレジストには露光強度Ｉに応じた潜像反応濃度ξが発生する。例えば、現在一般に使われているポジ型レジストでは、
ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ），  Ｄ＝Ｉ・ｔ      (1)
と表す事が出来る。より一般的には、以下の様な式に表現することが出来る。
【０００３】
ξ＝ｅｘｐ（−ＣＤ），  Ｄ＝Ｊ・ｔ＝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。
【０００４】
このような方法において、レジスト中に潜像を形成する為の露光強度分布Ｉ（ｘ）のスペクトルｉは、簡単のため完全にインコヒーレントな結像を仮定すれば、物体スペクトルをｉ0 ，光学系のＯＴＦ（Optical Transfer Function）をｆとして、
ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν）          (3)
ν：空間周波数                                          で与えられる。さて、プロセス的にＯＴＦすなわちｆが有意でなくなる限界の空間周波数ν0 は、露光波長をλ、投影光学系の感光素材側の開口数をＮＡとするとき、
ν0 ＝ 0.5ＮＡ／（Ｋ1 ・λ）
Ｋ1 ：プロセス定数                (4)
で与えられる。また、光学系の解像限界は開口数ＮＡによって原理的に決ま    り、その場合はＫ1 ＝ 0.25 であり、光学系のカットオフ周波数νcは、
νc ＝２ＮＡ／λ                        (5)
となる。それ故、高解像とするためには短波長化するか、開口数ＮＡを大きくせざるを得なかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の露光方法では、高解像とするためには開口数ＮＡを大きくするか、波長λを小さくせざるを得ない。しかしながら、投影光学系の焦点深度Ｆd は次式に示すように、波長λに比例し、ＮＡの２乗に反比例し、
Ｆd ＝Ｋ2 ・λ／ＮＡ2                   (6)
Ｋ2 ：プロセス定数
となるため、いずれの場合にも焦点深度が浅くなる。また、光学系が大型化・特殊化し、実用的でなくなる。また、感光素材上での最終的解像限界は投影光学系により決定される解像限界を超えることができなかった。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、従来の露光波長及び光学系をほとんど変えること無しに、投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを形成することのできる露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
本発明による露光方法は、被投影原版のパターンを投影光学系によって所定の感光素材上に投影する投影露光方法において、前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に1/ｍピッチずらすｍ回露光を行うものである。
【０００８】
また、本発明による露光装置は、被投影原版のパターンを投影光学系によって所定の感光素材上に投影する投影露光装置において、前記感光素材として潜像反応濃度が入射光強度に対してｍ乗（ｍ≠１、ｍは正の整数）の非線形となるような感度特性を持つものを用いて、前記感光素材上で前記被投影原版と感光素材が相対的に1/ｍピッチずらすｍ回露光を行うものである。
【００１２】
【作用】
上記の如き本発明により、潜像反応濃度が入射光のｍ乗（ｍ＞１）に対応して強調される様に形成される非線型感度特性を持つ感光素材を用いた場合、投影光学系の解像限界を超えるパターンの形成が可能であることの原理を以下に説明する。
【００１３】
従来の露光方法では、インコヒーレント照明において全系を通った後の結像面上の光強度分布Ｉ（ｘ）は、物体の光強度分布をＩ0 （ｘ）、光学系の点像強度分布をＦ（ｘ）として、
Ｉ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ）                  (7)
で与えられる。ここでｘは感光素材上での位置座標であり、＊はコンボリューションを意味する。これより、像面上の光強度のスペクトルｉは、フーリエ変換のコンボリューションの定理より、
ｉ（ν）＝ｉ0 （ν）・ｆ（ν）                  (8)
となる。ここで、νは空間周波数であり、ｉ0 は物体の光強度のスペクトルであり、ｆが所謂光学系のＯＴＦに対応し、潜像濃度のスペクトルとしては光学系のカットオフ周波数（２ＮＡ／λ）を超えるものは形成されない。
【００１４】
また、従来の露光方法において、非線型な感度特性を有する感光素材である所謂２光子吸収レジストを用いることが提案されている。２光子吸収レジストとは２つの光子を吸収すると１つの潜像核を形成するレジストのことであり、これについてはProceedings of  ＳＰＩＥ第１６７４巻(1992 年) 776 頁〜778 頁などに示されている。この場合、潜像濃度分布Ｊ（ｘ）は露光強度分布Ｉ（ｘ）の自乗に応じて形成される。即ち、インコヒーレント照明において、物体の光強度分布をＩ0 （ｘ）、光学系の点像強度分布をＦ（ｘ）として、
Ｊ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）2 ＝｛Ｉ0 （ｘ）＊Ｆ（ｘ）｝2             (9)
となる。これより、潜像濃度分布のスペクトルｊは、同様にフーリエ変換のコンボリューションの定理より、
ｊ（ν）＝｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝＊｛ｉ0 （ν）・ｆ（ν）｝  (10)
となる。２光子吸収レジストの場合は(9) 式に応じて潜像濃度分布が与えられるため、従来の場合の(7) 式に比べて潜像濃度分布がより急峻になる。このことを露光強度分布が正弦波状の場合について具体的に図９Ａと図９Ｂに例示する。
【００１５】
図９Ａは通常のレジストにおける潜像濃度分布であり、露光強度分布と同じく正弦波状になっている。図９Ｂは、２光子吸収レジストにおける潜像濃度分布を表す。図９Ａと図９Ｂとを比較すれば、潜像のコントラストが高くなっているが、形成されたパターンのピッチは図９Ａと図９Ｂとで同じであり、２光子吸収レジストを用いただけでは形成される潜像濃度分布のピッチは光学系によって作られる像のピッチより微細とはならず、光学系の解像限界を超えることができない。(10)式より、潜像濃度分布中には光学系の解像限界を超える周波数の成分が存在するが、形成されたパターンのピッチとしては飽くまで光学系の解像限界を超えていないのである。
【００１６】
このように非線型感度特性を持つ感光素材を用いるだけでは、光学系により決まる解像限界以上に微細なパターンを形成することは不可能である。しかしながら、本発明では非線型感度特性を持つ感光素材を用い、さらに露光を複数回に分けて行うことにより、光学系による解像限界を超える微細パターンの形成を可能としている。
【００１７】
本発明の基本的な考え方を説明するために、上記と同様に２光子吸収レジストを用いた場合における光学系による点像の結像を考える。この場合には２光子吸収レジストにより点像の潜像濃度分布が急峻になる。この場合、照明状態にかかわらず光学系による点像強度分布Ｆ（ｘ）を考えればよく、所望の物体光強度分布Ｉ0 （ｘ）を点像の重ね合わせによって形成されるものとし、これにより潜像濃度分布Ｊ（ｘ）を形成するならば、その各々の点像の結像によって作られた光強度の重ね合わせとなるので、
Ｊ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝2             (11)
と基本的に表される。点像の潜像濃度分布は｛Ｆ（ｘ）｝2 で表されるため、光学系による点像強度分布Ｆ（ｘ）より鋭い分布となり、高解像になる。(11)式をフーリエ変換することにより、
ｊ（ν）＝ｉ0 （ν）・｛ｆ（ν）＊ｆ（ν）｝    (12)
となる。よって、ｆ＊ｆがこの方法において潜像濃度分布を得る上での光学系のＯＴＦと解釈される。これは(8) 式で示される従来のＯＴＦすなわちｆのカットオフ周波数（２ＮＡ／λ）に対してカットオフ周波数（４ＮＡ／λ）となり、２倍の解像力が得られることになる。
【００１８】
図１０にこの比較を模式的に示す。図１０Ａは従来の方法におけるＯＴＦを表し、図１０Ｂは孤立パターンを２光子吸収レジスト上に感光させた場合のＯＴＦを表している。これより、２光子吸収レジストを用い、孤立パターンを基に複数回露光し、潜像を形成すれば光学系の解像限界を超えた微細なパターンの形成ができる。このように孤立パターンによる複数回露光と非線型感度特性を持つ感光素材とを組み合わせることにより、光学系の解像限界を超えたパターンの形成が可能となる。
【００１９】
さらに、完全に孤立ではないが概略孤立と考えられるパターンを用いて複数回露光する場合にも、孤立パターンの場合と同様に光学系の解像限界を超えたパターンの形成が可能である。この場合、潜像濃度分布のスペクトルｊは、
0003644041.tif 000002
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。
【００２０】
このように、従来露光方法で非線型感度特性を有する感光素材を用いただけでは、形成されるパターンのピッチとしては光学系の解像限界を超えることはなかったのに対し、本発明において、さらに感光素材上での光強度分布が異なる複数回の露光を繰り返すことによって、ｉ’を適切に与えれば、光学系の解像限界を超えるピッチのパターンの潜像濃度分布を形成することができる。
【００２１】
尚、上記では潜像濃度Ｊが露光強度Ｉの自乗に比例して形成される、即ち、潜像反応濃度ξが露光強度Ｉの自乗に応じて形成される所謂２光子吸収レジストを用いて説明したが、本発明においてはこれに限られるものではなく、潜像反応濃度ξが露光強度Ｉのｍ乗（ｍ＞１）に応じて形成される非線型感度特性を持つ感光素材であれば良い。この場合、潜像濃度分布が点像の光強度分布Ｆ（ｘ）のｍ乗で表され、点像の光強度分布Ｆ（ｘ）より鋭い分布となり、上記(11)式は次式のように表わされる。
【００２２】
Ｊ（ｘ）＝Ｉ0 （ｘ）＊｛Ｆ（ｘ）｝m             (14)
そして、照明状態としてはインコヒーレント照明に限らず、斜光照明や種々の変形照明でも同様に極めて微細なパターンの形成が可能である。勿論、自己発光物体でも可能である。
(14)式をフーリエ変換すると、フーリエ変換のコンボリューションの定理より、光学系のカットオフ周波数のｍ倍の周波数のパターン（潜像濃度分布）までが形成されることが分かる。尚、各露光において完全に孤立していないパターンを複数回露光することによって、さらに微細なパターンを形成できる可能性がある。
【００２３】
以上の説明においては、上記(14)式において乗数ｍが１より大きい（ｍ＞１）場合、即ち潜像濃度Ｊが光強度Ｉよりも強調される場合について説明したが、乗数ｍが１より小さい（ｍ＜１）場合においても、シュミレーションの結果、実質的に投影光学系の解像限界を超えた微細パターンの形成が可能であることが分かった。そして、感度特性として(14)式中の乗数ｍが一定ではなく光強度Ｉに依存する場合においても有効である。
【００２４】
複数回露光の各露光において、位相シフトマスクを用いたり変形照明法を用いることにより高解像かつ高コントラストなパターンを形成するならば、光学系の解像限界を超えた潜像濃度分布をさらに高コントラストで形成することができる。
以上の様に、潜像濃度、言い換えれば、潜像反応濃度が入射光強度に対して非線型な感度特性を持つ感光素材を用い、該感光素材上で光強度分布が異なる複数回の露光を行う事により、投影光学系の解像限界を超える高解像のパターンを有する半導体素子を得ることが出来る。
【００２５】
【実施例】
以下に、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１に本発明による被投影原版としてのレチクルパターンの断面図を示す。図１Ａに示すパターンにより第１露光を行い、図１Ｂのパターンにより第２露光を行う。図１Ａの第１パターンでは、基板１ａ上に設けられた遮光膜２ａが開口部４ａを形成している。そして、隣接する開口部４ａの一方には位相膜３ａが設けられており、所謂位相シフトマスクが構成されている。図１Ｂの第２パターンは同様に基板１ｂ上に遮光膜２ｂと位相膜３ｂとが設けられており、同じく位相シフトマスクが構成されている。第１パターンの開口部４ａは第２パターンの遮光膜１ｂの位置に重なり、第２パターンの開口部４ｂは第１パターンの遮光膜１ａの位置に重なるように配置されて、１つの感光素材上にそれぞれ別々に露光される。
【００２６】
これら第１及び第２パターンによる露光により得られる感光素材上での光量分布を、図２Ａ、Ｂに示す。ここで、本実施例ではコヒーレントな照明により±１次回折光のみによって、図２Ａ、図２Ｂに示すように、正弦波状の光強度Ｉａ、Ｉｂが各露光において作られる。これら２回の露光において、感光素材上での光強度分布のピーク位置が位相で半周期ずれている。
【００２７】
いま、高解像の場合を考え、各露光において光学系の解像限界の周波数を持つ光強度分布が作られるとする。すなわち、±１次回折光が光学系の開口の周縁部を通過するように開口数を十分有効に使うとし、各露光において作られるピッチは、解像限界λ／２ＮＡであり、その光強度分布は、
Ｉa(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ）      (15)
Ｉb(x)＝１＋ cos（２π・２ＮＡ・ｘ／λ＋π）  (16)
と表される。レジストが２光子吸収レジストであると、レジスト中の潜像濃度は光強度の２乗で与えられるため、それぞれの潜像濃度分布は、図３Ａ、Ｂに示されるとおり、
0003644041.tif 000003
となる。複数回露光により最終的に得られる潜像濃度分布は(17)と(18)との和であり、
Ｊ(x) ＝Ｊa(x)＋Ｊb(x)＝３＋ cos（４π・２ＮＡ・ｘ／λ）    (19)
となる。(19)式より、本実施例における潜像濃度分布Ｊ（ｘ）はピッチ（λ／４ＮＡ）の周期構造を持ち、これは光学系の限界解像力（λ／２ＮＡ）の倍の細かさである。この潜像濃度分布Ｊ（ｘ）を図４に示した。この複数回（ここでは２回）の露光の後に現像を行うことにより、微細なレジストパターンが形成される。
【００２８】
(12)式及び図１０Ｂより分かるように、完全な孤立パターン（点物体）の重ね合わせで潜像を形成すれば、ピッチ（λ／４ＮＡ）の潜像が形成される。ただ、この場合コントラストはあまり高くないので、上記実施例では位相シフトマスクをコヒーレント照明することにより、高コントラストな潜像濃度分布を形成している。
【００２９】
従来の非線型でない感光素材を用いた場合には、上記(15)と(16)式の単純和、すなわち図２Ａと図２Ｂとの単純和で感光されるため、パターンは全く形成されない。
上記の実施例は２光子吸収レジストを用いて、光強度の２乗（ｍ＝２）によって潜像濃度が得られる場合であったが、光強度の３乗、４乗あるいはそれ以上（ｍ＝３，４，・・・）の非線型性で潜像濃度が得られる場合には更に高解像が期待できる。例えば図５に示す潜像濃度分布は、潜像濃度分布が光強度分布の３乗（ｍ＝３）で得られる場合で、図１Ａに示した被投影原版のパターンを（１／３）ピッチすなわち（λ／６ＮＡ）ずつずらして３回露光して得られたものである。ここでは、図示のとおり、ピッチ（λ／６ＮＡ）の周期構造となり光学系の解像限界（λ／２ＮＡ）の３倍の細かさとなっている。
【００３０】
また、光強度の１．５乗（ｍ＝１．５）によって潜像濃度が得られる感光素材を用いることも可能である。図６はｍ＝１．５として図１Ａ、図１Ｂに示したレチクルを同様にそれぞれ別個に露光して得られた潜像濃度分布であり、光学系の解像限界の倍の細かさの潜像濃度分布が得られている。この場合にも、位相シフトマスクをコヒーレント照明することにより、コントラストを高めることができている。
【００３１】
尚、上記の実施例においては、感光素材として所謂２光子吸収レジストを使用したが、これに限られるものではない。本発明においてはその他の手法、例えばＣＥＬ法（B.F.Griffing, P.R.West著IEEE,EDL  第４巻(1983)14頁参照）等のコントラストを強調し得る感光素材を用いることも可能である。さらに、所謂多層レジスト法の上層レジストとして非線型性な感度特性を持つレジストを用いることによっても可能である。
【００３２】
次に、本発明における別の実施例について説明する。図１に示した上記の実施例では所謂位相シフト法を用いてコヒーレント結像によって光強度分布を形成したが、この実施例は通常のレチクルを用い、部分コヒーレント結像を行うものである。光学系の条件は使用波長λ＝０．３６５μｍ、開口数ＮＡ＝０．５、コヒーレンス度σ＝０．６とした。図８Ａは２光子吸収レジストを使い、０．２５μｍ幅の孤立線を３回ずらして露光し、０．２５μｍの孤立線３本を形成した時の潜像濃度分布である。図８Ｂは２光子吸収レジストを用い、０．２５μｍ幅の３本線を一括露光した場合の潜像濃度分布である。図８Ｃは従来の方法による０．２５μｍ幅の３本線の潜像濃度分布である。
【００３３】
これらの図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの比較により、本発明の方法により得られた潜像濃度分布図８Ａが他の方法と比較して格段に優れた微細パターンの形成に有効であることが明らかである。
一般には、潜像反応濃度にほぼ比例して現像後のレジストパターンが作られるが、さらに現像プロセスにおいて強調すればさらに高コントラストのレジストパターンを形成することができる。
【００３４】
更に、乗数ｍが１より小さい（ｍ＜１）場合の実施例について説明する。例としてｍ＝０．５である感光素材を用いた場合について説明する。ｍ＝０．５の感材を用いた場合の潜像濃度は光強度の０．５乗に応じて作られる。即ち、
Ｊ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）0.5                                     (20)
で与えられる。ここでｘは座標である。コヒーレント照明のもとで前記図１に示す位相シフタ付きレチクルを用いて、ライン・アンド・スペースを焼き付ける場合を示す。このレチクルの周期は投影光学系の解像限界λ／２ＮＡになっている。図１１は像面上に出来る光強度分布の図である。光強度分布Ｉ（ｘ）はこの様に正弦波状に分布している。即ち、
Ｉ（ｘ）＝１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ）               (21)
である。一方、図１２Ａは(21)式から得られる潜像濃度分布Ｊ（ｘ）を示す。
【００３５】
Ｊ（ｘ）＝（１＋ＣＯＳ（２π・２ＮＡ・ｘ／λ））0.5        (22)
この様に、図１２Ａに示されるとおり、潜像濃度分布Ｊ（ｘ）は光強度分布Ｉ（ｘ）に比べて明部付近についてはよりなだらかであるが、暗部においては急激に暗くなりその幅は極めて細くなるという特徴を持つ。しかしながら、明らかに潜像濃度分布Ｊ（ｘ）は光強度分布Ｉ（ｘ）と同じ周期で形成されるので、この状態では投影光学系の限界解像を越えたパターンを形成できない。
【００３６】
一方、図１２Ａを１／２周期ずらしたパターンによる潜像濃度分布Ｊ（ｘ）（図１２Ｂ）を重ね合わせれば、図１２Ｃで示されるようにより微細な構造を像面上に形成する事が出来るため、このパターンは限界解像の２倍の周期構造を持つ事になる。
これに対し、ｍ＝１の感材を用いた場合には、潜像濃度分布Ｊ（ｘ）は図１１の光強度分布Ｉ（ｘ）に完全に一致するので、これを図１１Ｄの場合と同様に重ね合わせたとしても、
0003644041.tif 000004
という様に、得られるＪ（ｘ）はフラットになり、まったく用をなさない（図１３）。
【００３７】
この様に、ｍ＜１なる感光素材を用いた場合にも、投影光学系の限界解像以上に微細な潜像を形成する事が出来る。
本発明に於いては、レジストがポジ型或いはネガ型のいずれも使用出来ることは言うまでもない。しかし、特に、ｍ＜１の場合はポジ型に有利であると考えられ、図１２に示す例では極めて細い残し線を形成することが出来る。
【００３８】
図７には、上記の如き感光素材上での光強度分布が異なる複数の露光を行うための露光装置の概略構成を示す。光源１１からの照明光束は楕円鏡１２により集光され、ミラー13によりコリメータレンズ１４に導かれ、ほぼ平行光束となってフライアイインテグレータ１５に入射する。フライアイインテグレータ１５を射出した光束はミラー１６によりメインコンデンサー１７に導かれ、被投影原版としてのレチクル１８ａを均一に照明する。被投影原版１８ａ上の所定のパターンが投影光学系１９によって感光素材の塗布されたウエハ２０上に投影露光される。ここで、レチクル１８ａは露光の後に、レチクルローダー２１によって異なるパターンを有するレチクル１８ｂと交換され、第２の露光がなされる。
【００３９】
レチクルローダー２１によって異なるパターンを交換する変わりに、レチクル１８ａによる第１の露光の後に、レチクル１８ａを投影光学系１９の光軸Axに対して垂直方向に所定量だけ移動させて第２の露光を行うこととしても良い。この所定量とは、例えば前述した図１Ａのパターンを用いた場合に、感光素材の潜像濃度が光強度のに２乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に換算して（λ／４ＮＡ）である。また、感光素材の潜像濃度が光強度の３乗に比例する様な場合は、ウエハ上の座標に換算して（λ／６ＮＡ）とすることが有効である。
【００４０】
尚、同一のレチクルパターンを複数回露光する場合には、レチクルを移動する代わりに、複数の露光毎にウエハ自体を移動する構成とすることも可能であることは言うまでもない。
複数回露光間でのアライメントは、潜像を観察してアライメントする所謂潜像アライメントが有効である。
【００４１】
また、実際の半導体素子に於ける２次元パターンの場合の実施例を示す。図１４に於いて、Ａが最終的に形成される所望のパターンであり、Ｂが第１の露光用レチクルのパターン図、Ｃが第２の露光用レチクルのパターン図である。５１，５２，５３及び５４は光を透過する部分を表し、５２及び５４の光透過部には位相シフター５２ｓ，５４ｓが施されている。．図１４のＡに示したパターンの５１，５２，５３及び５４のそれぞれの間隔は最も狭い所が投影光学系の解像限界であり、位相シフト等の方法を用いることによって一括露光において十分なコントラストの像を形成することが可能である。ここで、図１４Ａの様な２次元パターンの場合には０°，１８０°の位相シフトをどのように配置しても解像出来ない部分が生じてしまう。しかしながら、本発明に基づいて２光子吸収レジストを用い、図１４Ｂのパターンにより第１露光を行った後図１４Ｃのパターンにより第２露光を行うと、図１４Ａに示す如き従来までは解像し得なかった極めて微細なパターンを有する半導体素子を得ることが出来る。
【００４２】
尚、図１４のＢ及びＣに示したパターンは夫々別のレチクルに形成する事としたが、レチクルに液晶板等の電気光学的素子を用いることにより、１つの液晶板において、パターン透過部を電気的に変更して、図１４のＢ及びＣのパターンを形成し、実質的に複数の各被投影原版を得ることが可能である。
ところで、本発明においては、図１に示した実施例のように、高解像パターンを形成するために位相シフトパターンを用いることが有効である。また、特開昭６１−９１６６２号公報において提案されている輪帯照明や、特開平４−２２５３５８号公報等において提案されている所謂SHRINC照明を用いることも有効である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば非線形な感光特性を示す感光素材を用いて異なるパターンを複数回露光することにより、投影光学系の解像限界を超えた微細パターンの形成が可能となる。しかも、従来の露光波長及び光学系をほとんど変えることなしに高解像のパターンを形成することができる。
【００４４】
そして、本発明による露光方法によれば、従来の投影型露光装置では実現し得なかった極めて微細な回路パターンを有する半導体素子の製造が可能となり、集積回路の集積度を格段に高めることができるという大きな効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる第１被投影原版及び第２被投影原版のパターンを示す断面図。
【図２】図１に示したパターンによる光強度分布図。
【図３】図１に示したパターンによる潜像濃度分布図。
【図４】本発明の実施例における合成潜像濃度分布図。
【図５】３回露光による合成潜像濃度分布図。
【図６】他の実施例における合成潜像濃度分布図。
【図７】本発明に好適な露光装置の概略構成図。
【図８】他の実施例による合成潜像濃度分布図。
【図９】従来の露光方法により形成される潜像濃度分布図。
【図１０】ＯＴＦの特性図。
【図１１】図１に示したパターンによる光強度分布図。
【図１２】他の実施例による潜像の合成濃度分布図。
【図１３】線型レジストを用いた場合の合成潜像濃度分布図。
【図１４】本発明による実際の半導体素子用の２次元パターン及び該パターン用の被投影原版の説明図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ・・・被投影原版の基板
２ａ，２ｂ・・・斜光膜
３ａ，３ｂ・・・位相シフター
４ａ，４ｂ・・・開口部
５１，５２，５３，５４・・・光透過部
５２ｓ，５４ｓ・・・位相シフター
【図１】
0003644041.tif 000005
【図２】
0003644041.tif 000006
【図３】
0003644041.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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