JP2000021714A

JP2000021714A - 露光方法および装置、ならびにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000021714A
Application number: JP10184044A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Suzuki; 章義鈴木; Minoru Yoshii; 実吉井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21
Also published as: US6714302B2; US20020024671A1

Abstract

(57)【要約】【課題】マスクパターンの交換回数もしくは無駄なウ
エハの移動を減らすことで、トータルのスループットを
向上させること。【解決手段】複数の領域を持ったウエハに対して複数
のマスクパターンを交換して多重露光やスティッチング
露光で転写を行い、これを複数のウエハを交換しながら
各ウエハに対して順に行う際に、ウエハ（マスクパター
ン）を交換した際には、その交換前の最後に用いたマス
クパターンで（最後に行ったショット領域に対して）、
最初の露光を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，露光装置及び露光
方法に関し、例えば微細な回路パターンをウエハ上に露
光するものであって、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体チップ、
液晶パネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、Ｃ
ＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に好適に
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】従来より、IC、LSI、液晶パネル等のデ
バイスをフォトリソグラフィ技術を用いて製造する時に
は、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マスク」と
記す。）の回路パターンを投影光学系によってフォトレ
ジスト等が塗布されたシリコンウエハ又はガラスプレー
ト等（以下、「ウエハ」と記す。）の感光材が塗布され
た被露光基板上に投影して転写する（露光する）投影露
光方法及び投影露光装置が使用されている。

【０００３】上記デバイスの高集積化に対応して、ウエ
ハに転写するパターンの微細化即ち高解像度化と、ウエ
ハにおける１チップの大面積化とが要求されており、こ
れらをいかに向上させるかが常に模索されている。

【０００４】例えば、解像度を向上させる技術として
は、複数のパターンを重積して露光し合計露光量がレジ
ストの閾値を超えた部分だけが解像するようにした多重
露光技術があり、また、露光面積を拡大する技術として
は、複数のパターンを繋ぎ合わせて広い面積を露光する
スティッチング露光技術がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、多重露光にせ
よスティッチング露光にせよ、ウエハの１レイヤーにつ
いて、１つのチップパターンの作成に複数回の露光を繰
り返すことになるので、露光を繰り返すごとのマスク交
換やウエハの移動などに要する時間が増えて、スループ
ット（単位時間あたりの基板処理量）の向上の妨げにな
る可能性がある。

【０００６】本発明は上記従来技術の課題に鑑みてなさ
れたもので、複数のマスクパターンを用いた露光におい
て、トータルのスループットを大きく向上させることが
できる実用性の高い露光方法や露光装置を提供すること
を目的とする。さらには従来以上の微細なパターンの解
像、あるいは従来以上の大露光面積が可能で、且つスル
ープットの向上も果たした優れた露光方法や装置を提供
することを目的とする。さらには、上記露光方法や装置
を用いて、高集積度のパターンを持ったデバイスを高い
生産性で且つ低コストに製造することができるデバイス
製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の露光方法のある
形態は、複数の領域を持ったウエハに対して複数のマス
クパターンを交換して露光し、これを複数のウエハを交
換しながら各ウエハに対して順に行う際に、ウエハ又は
（及び）マスクパターンを交換した際には、その交換前
の、最後に用いたマスクパターンで又は（及び）最後に
行った領域に対して、最初の露光を行うことを特徴とす
る。

【０００８】また、本発明のデバイス製造方法は、上記
露光方法でウエハに露光を行うステップと、該露光の後
に現像を行なうステップを含む製造工程によってデバイ
スを製造することを特徴とする。

【０００９】本発明の露光装置のある形態は、マスク保
持するマスクステージと、ウエハを保持するウエハステ
ージと、該マスクステージに保持されたマスクを照明し
てウエハに露光を行う露光手段とを備え、複数のマスク
を交換してウエハの複数の領域に対して露光を繰り返し
行い、これを複数のウエハに対して順に行う露光装置で
あって、あるウエハに露光を行った後に次のウエハに露
光を行なう際には、該マスクステージに保持されている
マスクをそのまま用いて最初の露光を行うことを特徴と
する。

【００１０】本発明の露光装置の別の形態は、マスクを
保持するマスクステージと、ウエハを保持するウエハス
テージと、該マスクステージに保持されたマスクを照明
してウエハに露光を行う露光手段とを備え、複数のマス
クを交換してウエハの複数の領域に対して露光を繰り返
し行う露光装置であって、同じウエハにおいてあるマス
クで露光を行った後に次のマスクで露光を行なう際に
は、最後に露光した領域から露光を開始することを特徴
とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】＜多重露光の原理説明＞最初に本
実施形態で採用する多重露光法の原理を説明した後に、
より具体的な露光装置の例を説明する。

【００１２】図１は多重露光方法を示すフローチャート
である。第１のマスクパターンを用いた２光束干渉露光
ステップ、第２のマスクパターンを用いた投影露光ステ
ップ（通常露光ステップ）、上記２つの露光ステップに
よる多重露光の後に行なう現像ステップ、の大きく３つ
のステップを有する。ここで２光束干渉露光ステップと
投影露光ステップの順序は、図１の逆でもいいし、どち
らか一方のステップが複数回の露光段階を含む場合は各
ステップを交互に行うことも可能である。また，各露光
ステップ間には精密な位置合わせを行なうステップ等が
あるが、ここでは図示を略した。

【００１３】図１のフローに従って露光を行なう場合、
まず２光束干渉露光によりウエハ（被露光基板）上に塗
布されたレジストに対して図２に示すような周期的パタ
ーンで露光する。図２中の数字は露光量を表しており、
図２（Ａ）の斜線部は露光量１（実際は任意）で白色部
は露光量０である。

【００１４】このような周期パターンのみを露光後現像
する場合、通常、感光基板であるウエハのレジストの露
光しきい値Ｅ_thは図２（Ｂ）の下部のグラフに示す通り
露光量０と１の間に設定する。尚、図２（Ｂ）の上部は
最終的に得られるリソグラフィパターン（凹凸パター
ン）を示している。

【００１５】図３に、この場合のウエハのレジストに関
して、現像後の膜厚の露光量依存性と露光しきい値とを
ポジ型レジスト（以下、「ポジ型」と記す。）とネガ型
レジスト（以下、「ネガ型」記す。）の各々について示
してあり、ポジト型の場合は露光しきい値以上の場合
に、ネガ型の場合は露光しきい値以下の場合に、現像後
の膜厚が０となる。

【００１６】図４はこのような露光を行った場合の現像
とエッチングプロセスを経てリソグラフィパターンが形
成される様子を、ネガ型とポジ型の場合に関して示した
摸式図である。

【００１７】本実施形態においては、この通常の露光感
度設定とは異なり、図５（図２（Ａ）と同じ図面）及び
図６に示す通り、２光束干渉露光での最大露光量を１と
した時、ウエハのレジストの露光しきい値Ｅ_thを１より
も大きく設定する。このウエハは図２に示す２光束干渉
露光のみ行った露光パターン（露光量分布）を現像した
場合は露光量が不足するので、多少の膜厚変動はあるも
のの現像によって膜厚が０となる部分は生じず、エッチ
ングによってリソグラフィパターンは形成されない。こ
れは即ち２光束干渉露光パターンの消失と見做すことが
できる(尚、ここではネガ型を用いた場合の例を用いて
本発明の説明を行うが、本発明はポジ型の場合でも実施
できる)。尚、図６において、上部はリソグラフィパタ
ーンを示し（何もできない）、下部のグラフは露光量分
布と露光しきい値の関係を示す。また、下部に記載のＥ
₁は２光束干渉露光における露光量を、Ｅ₂は通常の投影
露光における露光量を表わしている。

【００１８】本実施形態の特徴は、２光束干渉露光のみ
では一見消失する高解像度の露光パターンを通常の投影
露光による露光パターンと融合して所望の領域のみ選択
的にレジストの露光しきい値以上露光し、最終的に所望
のリソグラフィパターンを形成できるところにある。

【００１９】図７（Ａ）は通常の投影露光による露光パ
ターンであり、本実施形態では、通常の投影露光の解像
度は２光束干渉露光の約半分としている為、ここでは投
影露光による露光パターンの線幅が２光束干渉露光のに
よる露光パターンの線幅の約２倍として示してある。

【００２０】図７（Ａ）の露光パターンを作る投影露光
を、図５の２光束干渉露光の後に、現像工程なしで、同
一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、このレ
ジストの合計の露光量分布は図７（Ｂ）の下部のグラフ
のようになる。尚、ここでは２光束干渉露光の露光量Ｅ
₁と投影露光の露光量Ｅ₂の比が１:１、レジストの露光
しきい値Ｅ_thが露光量Ｅ₁（＝１）と露光量Ｅ₁と投影露
光の露光量Ｅ₂の和（＝２）の間に設定されている為、
図７（Ｂ）の上部に示したリソグラフィパターンが形成
される。図７（Ｂ）の上部に示す孤立線パターンは、解
像度が２光束干渉露光のものであり且つ単純な周期的パ
ターンもない。従って通常の投影露光で実現できる解像
度以上の高解像度のパターンが得られたことになる。

【００２１】ここで仮に、図８の露光パターンを作る投
影露光（図５の露光パターンの２倍の線幅で露光しきい
値以上(ここではしきい値の２倍の露光量)の投影露光）
を、図５の２光束干渉露光の後に、現像工程なしで、同
一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、このレ
ジストの合計の露光量分布は図８（Ｂ）のようになり、
２光束干渉露光の露光パターンは消失して最終的に投影
露光によるリソグラフィパターンのみが形成される。

【００２２】また、図９に示すように図５の露光パター
ンの３倍の線幅で行う場合も理屈は同様であり、４倍以
上の線幅の露光パターンでは、基本的に２倍の線幅の露
光パターンと３倍の線幅の露光パターンの組み合わせか
ら、最終的に得られるリソグラフィパターンの線幅は自
明であり、投影露光で実現できるリソグラフィパターン
は全て、本実施形態でも形成可能である。

【００２３】以上簡潔に説明した２光束干渉露光と投影
露光の夫々による露光量分布（絶対値及び分布）とウエ
ハのレジストのしきい値の調整を行うことにより、図
６、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、及び図９（Ｂ）で示した
ような多種のパターンの組み合せより成り且つ最小線幅
が２光束干渉露光の解像度（図７（Ｂ）のパターン）と
なる回路パターンを形成することができる。

【００２４】以上の露光方法の原理をまとめると、（１）投影露光をしないパターン領域、即ちレジストの
露光しきい値以下の２光束干渉露光パターンは現像によ
り消失する。（２）レジストの露光しきい値以下の露光量で行った投
影露光のパターン領域に関しては、投影露光と２光束干
渉露光のパターンの組み合わせにより決まる２光束干渉
露光の解像度を持つ露光パターンが形成される。（３）露光しきい値以上の露光量で行った投影露光のパ
ターン領域は、投影露光のみでは解像しなかった微細パ
ターンも同様に（マスクに対応する）形成する。という
ことになる。更にこの露光方法の利点として，最も解像
力の高い２光束干渉露光の部分では、通常の露光に比し
てはるかに大きい焦点深度が得られることが挙げられ
る。

【００２５】次に他の例を説明する。ここでは露光によ
り得られる回路パターン（リソグラフィパターン）とし
て、図１０に示す所謂ゲート型のパターンを対象として
いる。

【００２６】図１０のゲートパターンは横方向の即ち図
中A-A'方向の最小線幅が０.１μｍであるのに対して、
縦方向では０.２μｍ以上である。本実施形態によれ
ば、このような１次元方向のみ高解像度を求められる２
次元パターンに対しては２光束干渉露光をかかる高解像
度の必要な１次元方向のみで行えばいい。

【００２７】図１１を用いて１次元方向のみの２光束干
渉露光と通常の投影露光の組み合わせの一例を示す。図
１１の（Ａ）は１次元方向のみの２光束干渉露光による
周期的な露光パターンを示す。この露光パターンの周期
は０.２μｍであり、この露光パターンは線幅０.１μｍ
Ｌ&Ｓパターンに相当する。図１１の下部における数値
は露光量を表すものである。

【００２８】このような２光束干渉露光は、図１２で示
すような投影露光法で、マスクと照明方法を図１３又は
図１４のようにすることで実現できる。図１２は縮小投
影光学系（多数枚のレンズより成る）を用いた投影露光
であり、露光波長２４８nm（ＫｒＦエキシマレーザー）
に対してNA０.６以上が可能である。図中、１６１はマ
スク、１６２はマスク１６１から出て光学系１６３に入
射する物体側露光光、１６３は投影光学系、１６４は開
口絞り、１６５は投影光学系１６３から出てウエハ１６
６に入射する像側露光光、１６６は被露光基板であるウ
エハを示し、１６７は絞り１６４の円形開口に相当する
瞳面での光束の位置を一対の黒点で示した説明図であ
る。図１２は２光束干渉露光を行っている状態の摸式図
であり、物体側露光光１６２と像側露光光１６５は双方
とも、２つの平行光線束だけから成っている。

【００２９】２光束干渉露光を行うためには，マスクと
その照明方法を図１３又は図１４のいずれかのように設
定すればよい。以下これらの３つの例について説明す
る。

【００３０】図１３はレベンソン型の位相シフトマスク
を示しており、クロムより成る遮光部１７１のピッチＰ
_Oが（４）式で０、位相シフタ１７２のピッチＰ_OSが
（５）式で表わされるマスクである。

【００３１】Ｐ_O＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ……（４）Ｐ_OS＝２Ｐ_O＝Ｍλ／（ＮＡ） ……（５）ここで、Mは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波
長、NAは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。

【００３２】一方、図１３（Ｂ）が示すマスクは、クロ
ムより成る遮光部のないシフタエッジ型の位相シフトマ
スクであり、レベンソン型と同様に位相シフタ１８１の
ピッチＰ_OSを上記（５）式を満たすように構成したもの
である。

【００３３】図１３（Ａ）、（Ｂ）の夫々の位相シフト
マスクを用いて２光束干渉露光を行なうには、これらの
マスクをσ＝０（又は０に近い値）所謂コヒーレント照
明を行なう。具体的には、マスク面に対して垂直な方向
（光軸に平行な方向）から平行光線束をマスクに照射す
る。このような照明を行なうと、マスクから上記垂直な
方向に出る０次透過回折光に関しては、位相シフタによ
り隣り合う透過光の位相差がπとなって打ち消し合い存
在しなくなり、±１次の透過回折光の２平行光線束はマ
スクから投影光学系１６３の光軸に対して対称に発生
し、図１２の２個の物体側露光がウエハ上で干渉する。
また２次以上の高次の回折光は投影光学系１６３の開口
絞り１６４の開口に入射しないので結像には寄与しな
い。

【００３４】一方、図１４に示したマスクは、クロムよ
り成る遮光部の遮光部のピッチＰ_Oが（４）式と同様の
（６）式で表わされるマスクである。

【００３５】Ｐ_O＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ……（６）ここで、Mは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波
長、NAは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。

【００３６】図１４の位相シフタを有していないマスク
には、１個又は２個の平行光線束による斜入射照明とす
る。この場合の平行光線束のマスクへの入射角θ₀は、
（７）式を満たすように設定される。２個の平行光線束
を用いる場合が、光軸を基準にして互いに逆方向にθ₀
傾いた平行光線束によりマスクを照明する。

【００３７】sinθ₀＝Ｍ／ＮＡ……（７）ここでも、Mは投影光学系１６３の投影倍率、NAは投影
光学系１６３の像側の開口数を示す。

【００３８】図１４に示す位相シフタを有していないマ
スクを上記（７）式を満たす平行光線束により斜入射照
明を行なうと、マスクからは、光軸に対して角度θ₀で
直進する０次透過回折光とこの０次透過回折光の光路と
投影光学系の光軸に関して対称な光路に沿って進む（光
軸に対して角度−θ₀で進む）−１次透過回折光の２光
束が図１２の２個の物体側露光光１６２として生じ、こ
の２光束が投影光学系１６３の開口絞り１６４の開口部
に入射し、結像が行なわれる。

【００３９】尚、本発明においてはこのような１個又は
２個の平行光線束による斜入射照明も「コヒーレント照
明」として取り扱う。

【００４０】以上が、マスクを用いて２光束干渉露光を
行う方法であり、通常の投影露光装置の照明光学系は部
分的コヒーレント照明を行なうように構成してあるの
で、照明光学系の０＜σ＜１に対応する開口絞りをσ≒
０に対応する特殊開口絞りに交換可能にする等して、投
影露光装置において実質的にコヒーレント照明を行なう
よう構成することができる。

【００４１】図１０及び図１１が示す実施形態の説明に
戻る。本実施形態では前述した２光束干渉露光の次に行
なう通常の投影露光によって図１１（Ｂ）が示す「工」
の字型のパターンの露光を行う。図１１（Ｂ）の上部に
は２光束干渉露光による露光パターンとの相対的位置関
係と通常の投影露光の露光パターンの５領域での露光量
を示し、同図の下部は、通常の投影露光によるウエハの
レジストに対する露光量を縦横０.１μｍピッチの分解
能でマップ化したものである。

【００４２】この投影露光による露光パターンの線幅は
２光束干渉露光の場合の２倍の０.２μｍである。この
ような領域毎に露光量が異なる、多値の露光量分布を生
じさせる（露光量が０と１と２の３値あるから多値）投
影露光を行う方法としては、図中１で示した領域に対応
するマスクの開口部の透過率をＴ％、図中２で示した領
域に対応するマスクの開口部に透過率を２Ｔ％とした複
数段の透過率を持つ特殊マスクを用いる方法があり、こ
の方法では投影露光を一回の露光で完了することがで
き、この特殊マスクを用いる場合の各露光での露光量比
はウエハ上で、２光束干渉露光:透過率Tの開口部での投
影露光：透過率２Ｔでの投影露光=１:１:２である。

【００４３】領域毎に露光量が異なる投影露光を行うた
めの別の方法としては、図１１（Ｄ）の上部と下部とに
示す露光パターンが生じる２種類のマスクを用いて順次
露光する方法である、この場合には各マスクによる露光
量は１段で良いため、マスクの開口部の透過率も１段で
済む。この場合の露光量比はウエハ上で、２光束干渉露
光:第１回投影露光:第２回投影露光= １:１:１である。

【００４４】以上説明した２光束干渉露光と通常の投影
露光の組み合わせによって図１０の微細回路パターンが
形成される様子について述べる。本実施形態においては
２光束干渉露光と通常の投影露光の間には現像過程はな
い。従って各露光の露光パターンが重なる領域での露光
量は加算され、加算後の露光量（分布）により新たな露
光パターンが生じることとなる。

【００４５】図１１（Ｃ）の上部は図１１（Ａ）の露光
パターンと図１１（Ｂ）の露光パターンの露光量の加算
した結果生じる露光量分布（露光パターン）を示してお
り、図１１（Ｃ）の下部はこの露光パターンに対して現
像を行った結果のパターンを灰色で示したものであり、
本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい値が１よ
り大きく２未満であるものを用いており、そのため現像
によって露光量が１より大きい部分のみがパターンとし
て現れている。図１１（Ｃ）の下部に灰色で示したパタ
ーンの形状と寸法は図１０に示したゲートパターンの形
状と寸法と一致しており、本実施形態の露光方法によっ
て、０．１５μm以下（例えば０．１μm）といった微細
な線幅を有する回路パターンが、部分的コヒーレント照
明とコヒーレント照明が切換え可能な照明光学系を有す
る投影露光装置を用いて形成可能である。

【００４６】＜露光装置の実施例＞図１５は、上記原理
の多重露光を可能にするための、２光束干渉用露光と通
常の投影露光の双方が行なえる高解像度露光装置を示す
概略図である。

【００４７】同図において、２２１は露光光源（ＫｒＦ
エキシマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザ、あるいはＦ
２レーザー)、２２２は照明光学系で、照明範囲を規定
するマスキングブレードを有している。２２３はマスク
（レチクル）、２２４はマスクを保持してスキャン移動
可能なマスクステージ、２２７はマスク２２３の回路パ
ターンをウエハ２２８上に縮小投影する投影光学系であ
る。２２９はステップ移動及びスキャン移動ウエハステ
ージで、光学系２２７の光軸に直交する平面（ＸＹ）及
びこの光軸方向（Ｚ）に移動可能で、レーザー干渉計等
を用いてそのＸＹ方向の位置が正確に制御される。ま
た、不図示のマスク位置合わせ光学系、ウエハ位置合わ
せ光学系を備える。これは例えばオフアクシス位置合わ
せ光学系、ＴＴＬ位置合わせ光学系、ＴＴＲ位置合わせ
光学系などである。

【００４８】２３０は複数種のマスク２３０を収納する
マスクストッカを有するマスクチェンジャであり、不図
示のレチクルライブラリーから供給される複数種のマス
ク、例えば多重露光するための通常のマスクと前述した
レベンソン型位相シフトマスク又はエッジシフタ型マス
ク又は位相シフタを有していない周期パターンマスクを
それぞれストッカに収納する。２３２はマスク搬送機構
であり、マスクステージに供給前のマスクを一時待機さ
せるスタンバイポジション２４０を有している。さら
に、マスク搬送機構２３２はマスクストッカとスタンバ
イポジションの間、スタンバイポジションとマスクステ
ージとの間でそれぞれマスクを搬送するためのハンドリ
ング機構を有している。スタンバイポジションとマスク
ステージとの間でのマスク搬送は、マスクを素早く交換
できるようにスタンバイポジションからのマスクの供給
とマスクステージからのマスクの回収をほぼ同時に行な
えるような機構、例えば図１５の２０１に示すようなマ
スクＭ１とマスクＭ２を同時に保持して回転させること
で両者の位置を入れ替える回転機構となっている。マス
ク搬送機構２３２によって、ストッカ２３１から任意の
マスクを選択的に取出してスタンバイポジション２４０
を介してマスクステージ２２４に供給し、且つ使用済み
のマスクをスタンバイポジションを介して回収してスト
ッカに戻す。

【００４９】２３０は複数枚のウエハ２３３を収納する
ウエハストッカを有するウエハチャンジャである。２３
５はウエハ搬送機構であり、ウエハストッカとウエハス
テージとの間でウエハを搬送するためのハンドリング機
構を有している。ウエハ搬送機構２３５によって、スト
ッカから任意のウエハを取出してウエハステージ２２９
に供給し、且つ露光済みのウエハを回収してストッカに
戻す。

【００５０】照明光学系２２２は部分的コヒーレント照
明とコヒーレント照明とを切換え可能に構成してあり、
コヒーレント照明の場合には、ブロック２００内に図示
した（１a）の平行照明光又は（１ｂ）の斜入射照明光
を、前述したレベンソン型位相シフトマスク、エッジシ
フタ型マスク又は位相シフタを有していない周期パター
ンマスクのいずれか一つに供給する。また、部分的コヒ
ーレント照明の場合にはブロック２００内に図示した
（２）の通常照明光を所望のマスクに供給する。部分的
コヒーレント照明からコヒーレント照明とを切換えは、
通常光学系２２２のフライアイレンズの直後に置かれる
開口絞りを、この絞りに比して開口径が十分に小さいコ
ヒーレント照明用絞りと交換すれば良い。

【００５１】次に、上記構成の露光装置の動作について
説明する。本実施例ではステップ・アンド・スキャン方
式の動作シーケンスを採用するが、１つのショット領域
に一括露光するステップ・アンド・リピート方式にも適
用可能である。

【００５２】ステップ・アンド・スキャンの基本的な動
作シーケンスは、ウエハステージをＸ方向もしくはＹ方
向にステップ移動させて転写すべきショット領域を位置
決めするステップ動作と、マスクステージとウエハステ
ージをＹ方向に同期移動させながら走査露光を行うスキ
ャン動作とを繰り返すものである。スキャン動作におい
ては、スリット形状の照明光および投影光学系に対し
て、マスクステージとウエハステージを共に同期的に所
定の速度比（本実施例では４：１）で定速で移動させる
ことによって、マスクのパターン全体をウエハの１つの
ショット領域に走査露光転写する。

【００５３】図１６はステップ・アンド・スキャンによ
って多重露光を行なう手順を示すフローチャート図であ
る。なお、ここでは１レイヤーについて２種類のマスク
を用い、マスクＭ１は上述したような２光束干渉を行な
うためのパターン、マスクＭ２は通常の投影露光を行う
ための孤立パターンを持ったものとする。なお、１つの
ショット領域内には１つもしくは複数分のチップパター
ンが形成される。

【００５４】最初に、マスクストッカからマスクＭ１を
取出してマスクステージにセットする（ステップ１０
０）。これと同時に、ウエハストッカからレジスト塗布
済みの未露光ウエハを１枚取出して、ウエハステージに
セットする（ステップＳ１０１）。

【００５５】ステップマスクとウエハの両方がセットさ
れたら、ステップ・アンド・スキャンもしくはステップ
・アンド・リピートの動作シーケンスに従って、マスク
Ｍ１の周期パターンをウエハの複数領域、ここでは３６
箇所のショット領域の各々に対して、図１７（Ａ）に示
す手順で、ショット領域１から開始してショット領域３
６まで番号昇順に順次露光転写する（ステップＳ１０
２）。なお、各ショット領域で走査露光を行う走査方向
は図中の上下方向である。

【００５６】本実施例の手順における第１のポイント
は、ショット領域３６の露光が終了した後、ウエハステ
ージを動かさずにそのまま待機して、直前に露光したシ
ョット領域を維持することである（ステップＳ１０
３）。

【００５７】ついで、マスクステージ上のマスクＭ１を
回収すると共に、マスクストッカから取出されスタンバ
イポジションに待機しているマスクＭ２をマスクステー
ジ上に供給しセットすることで、マスクＭ１とマスクＭ
２とを交換する（ステップＳ１０４）。この交換の際、
マスク回収とマスク供給は、上述したハンドリング機構
によってほぼ同時に行なうため短時間で交換が可能であ
る。

【００５８】そして、マスクＭ１の周期パターンが転写
された各ショット領域に対して、マスクＭ２のパターン
を多重露光を開始する。このとき、上述のようにウエハ
ステージは動かさずにそのまま待機していないので、マ
スクＭ１で最後に露光したショット領域３６が投影光学
系の光軸位置（露光位置）に位置している。そこで、マ
スクＭ２を露光は、図１７（Ｂ）のようにショット領域
３６を最初に行ない、番号降順にショット領域１までを
順に行なう（ステップＳ１０５）。これによりマスクを
交換した際にウエハステージをショット領域１に空戻し
する無駄な動作が省略できるため、戻し動作に要する装
置の揺れを軽減し位置決め時間が短縮され、スループッ
トの向上が図れる。

【００５９】各ショット領域では上述した原理の多重露
光によって、マスクＭ１とマスクＭ２の両者のパターン
の合計露光量がレジストの閾値を超えた部分だけが解像
し、使用する露光装置の解像度以上の高解像度のパター
ン転写を可能とする。

【００６０】以上の手順で１枚のウエハの１レイヤーへ
の露光が終わると、露光済みのウエハを回収して、次の
新しいウエハをウエハステージ上に供給してセットする
（ステップＳ１０７）。ショット領域１を露光位置に位
置させたときに、ウエハステージがウエハの交換位置に
一番近づくようにすれば、ウエハ交換に伴うウエハステ
ージの移動量・移動時間を最短にすることができ、さら
なるスループット向上が図れる。これは上記手順で１レ
イヤーの多重露光が終わったときに、最初に露光したシ
ョット領域が一番最初に露光したショット領域と同一
（上記例ではショット領域１）となる場合、すなわち、
多重露光に使用するマスクの枚数が２枚、あるいは２の
倍数枚であるときに有効である。

【００６１】ここで、本実施例の手順における第２のポ
イントは、１枚のウエハが終了して別のウエハに交換す
るとき、直前に使用したマスクは交換しないことである
（ステップＳ１０６）。

【００６２】交換した新しいウエハに対して今度はマス
クＭ２を最初に露光して、ショット領域１から３６まで
の順に、ウエハ上の各ショット領域に対して通常の投影
露光を行ない（ステップＳ１０８）、ついでウエハステ
ージはそのまま待機したまま（ステップＳ１０９）、マ
スクＭ１に交換して（ステップＳ１１０）各ショット領
域に対して逆の順序（３６から１の順）で周期パターン
を露光して（ステップＳ１１１）多重露光する。すなわ
ち、マスクＭ２の露光順序は図１７（Ａ）、マスクＭ１
の露光順序は図１７（Ｂ）に示すとおりである。多重露
光においては、重積するパターンはどちらを先に露光し
ても得られる結果は同様であるという、多重露光に特有
の性質を利用することで、ウエハを交換する毎に２種類
のパターンの露光順序の入れ替えを行ない、スループッ
トの向上を果たしている。

【００６３】そして、マスクＭ１はそのまま待機し（ス
テップＳ１１２）、ウエハを回収したら（ステップＳ１
１３）、ウエハストッカ中の全てのウエハへの多重露光
が済んだかどうかを確認し（ステップＳ１１４）、まだ
残りがある場合にはステップＳ１０１に戻り、全ウエハ
の露光が完了したらマスクをマスクステージから回収し
（ステップＳ１１５）て終了する。そして、ストッカに
蓄積された露光済みのウエハを現像装置に送って（ステ
ップＳ１１６）現像処理を行う。

【００６４】なお、上述したフローチャートは処理すべ
きウエハの枚数が偶数枚であるという前提であるが、ウ
エハ枚数が偶数枚か奇数枚か不明の場合は、ステップＳ
１０６の後にステップＳ１１４と同様の判断ステップを
入れて、全てのウエハの処理が済んだと判断されたら露
光済みウエハを回収してステップＳ１１５にジャンプす
るような処理手順とすれば良い。

【００６５】以上説明した手順における第１のポイント
は、ウエハの複数のショット領域の各々に対して複数の
マスク（マスクパターン）を交換しながら多重露光を行
い、これを複数のウエハを交換しながら各ウエハに対し
て順に行う際に、あるマスク（マスクパターン）で露光
を行った後に次のマスク（マスクパターン）に交換して
露光を行なう際には、前のマスク（マスクパターン）で
最後に露光したショット領域に対して最初の露光を行う
ことである。第２のポイントは、ウエハの複数のショッ
ト領域の各々に対して複数のマスク（マスクパターン）
を交換しながら多重露光を行い、これを複数のウエハを
交換しながら各ウエハに対して順に行う際に、あるウエ
ハに露光を行った後に次のウエハに交換して露光を行な
う際には、前のウエハで最後に用いたマスク（マスクパ
ターン）を交換することなくそのまま用いて最初の露光
を行うことである。これらのポイントのいずれか一方だ
けを採用しても効果があるが、両者の複合的な組み合わ
せよって、トータルのスループットの大幅な向上が可能
となる。

【００６６】本実施例では１つのショット領域を走査露
光するステップ・アンド・スキャン方式、１つのショッ
ト領域を一括露光するステップ・アンド・リピート方式
のいずれも適用可能であり、いずれの方式においても、
マスクの交換回数やウエハの移動の無駄を省くことによ
ってトータルスループットの向上が期待できる。特にス
テップ・アンド・スキャンにおいては、以下に説明する
ようにスループット向上の効果が大きい。すなわち、ス
テップ・アンド・スキャンでは、停止状態のマスクを加
速して走査露光中を行なった後にマスクステージが減速
して停止してから行なうため、実際の露光に要する時間
に対してそれ以外のマスク交換に要する時間の占める割
合が大きい。このため、上記説明した手順によって１枚
のウエハあたりのマスク交換の回数を減らすことはスル
ープットの向上に大きく貢献するものである。

【００６７】特に、２種類のマスクパターンを用いて１
つの領域を露光する際には、マスクの交換回数が半減す
るため顕著な効果がある。図２０はこれを説明するもの
である。１枚目のウエハＷ１に対して、マスクＭ１、Ｍ
２のパターンの順で露光を行った後、２枚目のウエハＷ
２に交換したら、今後はマスクＭ２、Ｍ１のパターンの
順に露光する。３枚目のウエハＷ３では１枚目のウエハ
と同様にＭ１，Ｍ２の順に露光する。以下４枚目以降の
ウエハについても同様である。このように、各ウエハに
つきマスクを交換する交換工程が１つ省略でき、マスク
の交換回数が半減する。

【００６８】なお、ウエハの１レイヤーに用いるマスク
はＭ１，Ｍ２の２枚に限らず、これ以上の複数枚であっ
てもよい。例えばＭ１，Ｍ２，Ｍ３の３枚のマスクを使
用する場合の手順を図２１に示す。この場合も各ウエハ
につきマスクを交換する交換工程が１つ省略でき、マス
クの交換回数が３分の２に減る。

【００６９】また、複数枚のマスクを用意する代わり
に、図２２に示すように１枚のマスク上に複数のパター
ンを持ったものを使用することもできる。パターンが３
種類以上必要なら、同一のマスク上に３種類以上のパタ
ーンを形成すれば良い。この場合は、図２２（Ｂ）ある
いは（Ｃ）に示すように、露光装置の照明光学系に設け
た照明範囲を制御可能なマスキングブレードで、使用し
ないマスクパターンの領域を遮光して、必要なパターン
のみを選択的に照明することでマスクパターンを切替、
すなわちマスクパターンを交換する。つまり、複数のマ
スクパターンを用意して各マスクパターンを交換しなが
ら露光を行うことが本質であり、これを実現するには、
それぞれがパターンを有する複数のマスクを個別に用意
する、あるいは複数のパターンを１枚のマスク上に備え
たものを用意するなどのバリエーションがあり得るとい
うことである。

【００７０】なお、多重露光に限らず、例えばウエハ上
で複数のパターンを繋ぎ合わせて大きな面積の１つのチ
ップパターンを露光する繋ぎ合わせ露光、いわゆるステ
ィッチング露光にも本発明は適用可能である。すなわ
ち、複数のマスクパターンを交換しながら繋ぎ合わせ露
光で大露光面積のパターンを形成し、これを複数のウエ
ハを交換しながら各ウエハに対して順に行う際に、ウエ
ハを交換した際には、その交換前の最後に用いたマスク
パターンで最初の露光を行うことで、マスクパターンの
交換回数を減らすことができる。また、同じウエハにお
いてマスクパターンを交換した際には、その交換前の最
後に露光した領域のチップパターンに対して最初の露光
を行うことで、ウエハの移動を最小限に抑えることがで
きる。

【００７１】以上説明したように、複数の領域を持った
ウエハに対して複数のマスクパターンを交換して多重露
光あるいはスティッチング露光し、これを複数のウエハ
を交換しながら各ウエハに対して順に行う際に、ウエハ
又は（及び）マスクパターンを交換した際には、その交
換前の最後に用いたマスクパターンで又は（及び）最後
に露光した領域に対して最初の露光を行うことで、マス
クパターンの交換回数又は（及び）無駄なウエハの移動
を減らすことができ、トータルのスループットを大きく
向上させることができる。

【００７２】＜デバイス製造方法の実施例＞次に上記説
明した露光装置又は露光方法を利用したデバイス製造方
法の例を説明する。

【００７３】図４は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行なう。ス
テップ２（マスク製作）では設計したパターンを形成し
たマスクを製作する。一方、ステップ３（ウエハ製造）
ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造す
る。ステップ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、
上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技
術によってウエハ上に実際の回路を形成する。次のステ
ップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によ
って作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程
であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【００７４】図５は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハにレジストを塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明した露光装置又は方法
によって多重露光によってマスクの回路パターンをウエ
ハの複数のショット領域に並べて焼付露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行なうことによって、ウエハ上
に多重に回路パターンが形成される。本実施例の生産方
法を用いれば、従来は製造が難しかった高精度デバイス
を高い生産性ですなわち低コストで製造することができ
る。

【００７５】

【発明の効果】本発明の露光方法もしくは露光装置によ
れば、マスクパターンの交換回数もしくは無駄なウエハ
の移動を減らすことができ、トータルのスループットを
大きく向上させることができる。又、多重露光を適用す
れば、従来以上の微細なパターンの解像が可能であり、
スループットの向上と微細化を高いレベルで両立させる
ことができる。又、スティッチング露光を適用すれば、
従来以上の大きなチップサイズの露光が可能であり、ス
ループット向上と大サイズ化を高いレベルで両立させる
ことができる。

【００７６】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、従来は製造が難しかった高精度デバイスを高い生産
性ですなわち低コストで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】多重露光の手順を示すフローチャートである。

【図２】２光束干渉露光による露光パターンを示す説明
図である。

【図３】レジストの露光感度特性を示す説明図である。

【図４】現像によるパターン形成を示す説明図である。

【図５】通常の２光束干渉露光による露光パターンを示
す説明図である。

【図６】本発明における２光束干渉露光による露光パタ
ーンを示す説明図である。

【図７】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィパターン）の一例を示す説明図であ
る。

【図８】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィパターン）の他の一例を示す説明図で
ある。

【図９】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィパターン）の他の一例を示す説明図で
ある。

【図１０】ゲートパターンを示す説明図である。

【図１１】第２の実施形態を示す説明図である。

【図１２】２光束干渉露光を行なう投影露光法を示す概
略図である。

【図１３】図１２の装置に使用するマスクおよび照明方
法の１例を示す説明図である。

【図１４】図１２の装置に使用するマスクおよび照明方
法の他の１例を示す説明図である。

【図１５】多重露光を実現する投影露光装置を示す概略
図である。

【図１６】ステップ・アンド・スキャンによる多重露光
の手順を示すフローチャートである。

【図１７】使用するマスク毎の露光順序を示す図であ
る。

【図１８】２枚のマスクを使用する場合のマスクとウエ
ハを交換する手順を示す図である。

【図１９】３枚のマスクを使用する場合のマスクとウエ
ハを交換する手順を示す図である。

【図２０】１枚のマスク上に複数のパターンを形成した
例を説明する図である。

【図２１】半導体デバイスを製造する製造フローを示す
図である。

【図２２】ウエハプロセスの詳細なフローを示す図であ
る。

【符号の説明】

２００各種照明方法２２１エキシマレーザ２２２照明光学系２２３マスク２２４マスクステージ２２７投影光学系２２８ウエハ２２９ウエハステージ２３０２光束干渉用マスクと通常投影露光用のマスク２３１マスクチェンジャ２３２マスク搬送機構２３３ウエハ２３４ウエハチャンジャ２３５ウエハ搬送機構２４０スタンバイポジション

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の領域を持ったウエハに対して複数
のマスクパターンを交換して露光し、これを複数のウエ
ハを交換しながら各ウエハに対して順に行う際に、ウエ
ハ又は（及び）マスクパターンを交換した際には、その
交換前の最後に用いたマスクパターンで又は（及び）最
後に行った領域に対して、最初の露光を行うことを特徴
とする露光方法。
【請求項２】前記複数のマスクパターンはそれぞれ異
なるマスクに形成されて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】前記複数のマスクパターンは同一のマス
ク上に形成されたものであることを特徴とする請求項１
記載の露光方法。
【請求項４】複数のマスクパターンを交換して多重露
光することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項５】複数のマスクパターンを交換してスティ
ッチング露光することを特徴とする請求項１記載の露光
方法。
【請求項６】各領域に対して２の倍数の数のマスクパ
ターンを用いて露光を行なうことを特徴とする請求項１
乃至５のいずれか記載の露光方法。
【請求項７】ステップ・アンド・スキャンの動作シー
ケンスで複数の領域に順次露光を行うことを特徴とする
請求項１乃至６のいずれか記載の露光方法。
【請求項８】ステップ・アンド・リピートの動作シー
ケンスで複数の領域に順次露光を行うことを特徴とする
請求項１乃至６のいずれか記載の露光方法。
【請求項９】前記領域はショット領域であることを特
徴とする請求項１乃至８のいずれか記載の露光方法。
【請求項１０】ショット領域内には１つもしくは複数
分のチップパターンが形成されることを特徴とする請求
項９記載の露光方法。
【請求項１１】コヒーレント照明によって第１のマス
クでの露光を行ない、部分的コヒーレント照明によって
第２のマスクの露光を行なうことを特徴とする請求項４
記載の露光装置。
【請求項１２】前記多重露光は、第１のマスクを用い
た２光束干渉露光と、第２のマスクを用いた通常の露光
を行なうものであって、前記二つの露光の少なくとも一
方の露光において前記基板に多値的な露光量分布を与え
ることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項１３】前記２光束干渉露光と前記通常の露光
の夫々は一回又は複数回の露光段階より成ることを特徴
とする請求項１２記載の露光装置。
【請求項１４】露光波長が２５０nm以下であることを
特徴とする請求項１３のいずれか記載の露光装置。
【請求項１５】マスクを交換する際、マスクの回収と
マスクの供給をほぼ同時に行なうことを特徴とする請求
項２記載の露光装置。
【請求項１６】請求項１乃至１５のいずれか記載の露
光方法でウエハに露光を行うステップと、該露光の後に
現像を行なうステップを含む製造工程によってデバイス
を製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１７】マスク保持するマスクステージと、ウ
エハを保持するウエハステージと、該マスクステージに
保持されたマスクを照明してウエハに露光を行う露光手
段とを備え、複数のマスクを交換してウエハの複数の領
域に対して露光を繰り返し行い、これを複数のウエハに
対して順に行う露光装置であって、あるウエハに露光を
行った後に次のウエハに露光を行なう際には、該マスク
ステージに保持されているマスクをそのまま用いて最初
の露光を行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１８】マスクを保持するマスクステージと、
ウエハを保持するウエハステージと、該マスクステージ
に保持されたマスクを照明してウエハに露光を行う露光
手段とを備え、複数のマスクを交換してウエハの複数の
領域に対して露光を繰り返し行う露光装置であって、同
じウエハにおいてあるマスクで露光を行った後に次のマ
スクで露光を行なう際には、最後に露光した領域から露
光を開始することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】ステップ・アンド・スキャンの動作シ
ーケンス、もしくはステップ・アンド・リピートの動作
シーケンスで複数の領域に順次露光を行うことを特徴と
する請求項１７又は１８記載の露光装置。
【請求項２０】第１のマスクを用いた露光と、第２の
マスクを用いた露光による多重露光を行なうものである
ことを特徴とする請求項１７又は１８記載の露光装置。
【請求項２１】コヒーレント照明によって第１のマス
クでの露光を行ない、部分的コヒーレント照明によって
第２のマスクの露光を行なうことを特徴とする請求項２
０記載の露光装置。
【請求項２２】第１のマスクを用いた露光と、第２の
マスクを用いた露光によるスティッチング露光を行なう
ものであることを特徴とする請求項１７又は１８記載の
露光装置。
【請求項２３】ＫｒＦエキシマレーザー、ＡｒＦエキ
シマレーザー、あるいはＦ２レーザーの光源を有するこ
とを特徴とする請求項１７又は１８記載の露光装置。
【請求項２４】マスクを交換する際、マスクステージ
からのマスクの回収とマスクステージへのマスクの供給
をほぼ同時に行なう機構を有することを特徴とする請求
項１７乃至２３のいずれか記載の露光装置。