JP2000021718A

JP2000021718A - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2000021718A
Application number: JP10184235A
Authority: JP
Inventors: Miyoko Kawashima; 美代子川島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP3647270B2

Abstract

(57)【要約】【課題】多重露光に要する時間を短くする。【解決手段】投影露光装置に設置したマスク１４の補
助パターン付のゲートパターンを用い、ウエハに対し
て、途中で現像することなく、小σの斜め照明によるフ
ァイン露光と大σの垂直照明によるラフ露光の多重露光
を行なう。ファイン露光とラフ露光のどちらの場合も投
影光学系の開口絞りは円形開口を持つ絞りを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，露光方法及び露光
装置に関し、特に微細な回路パタ−ンを感光基板上に露
光する露光方法および露光装置に関し、本発明の露光方
法及び露光装置は、例えば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、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に
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−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
−ト等（以下、「ウエハ」と記す。）の感光基板上に投
影し、そこに転写する（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−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、従っ
てウエハに対する微細加工技術の中心を成す上記投影露
光方法及び投影露光装置においても、現在、0.5μｍ以
下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべく、解像度
と露光面積の向上が計られている。

【０００４】従来の投影露光装置の摸式図を図１５に示
す。図１５中，191は遠紫外線露光用光源であるエキシ
マ−レ−ザ、192は照明光学系、193は照明光、194はマ
スク、195はマスク194４から出て光学系196に入射する
物体側露光光、196は縮小投影光学系、197は光学系196
から出て基板198に入射する像側露光光、198は感光基板
であるウエハ、199は感光基板を保持する基板ステージ
を、示す。

【０００５】エキシマレ−ザ191から出射したレ−ザ光
は、引き回し光学系によって照明光学系192に導光さ
れ、投影光学系192により所定の光強度分布、配光分
布、開き角（開口数ＮＡ）等を持つ照明光193となるよ
うに調整され、マスク194を照明する。

【０００６】マスク194にはウエハ198上に形成する微細
パタ−ンを投影光学系192の投影倍率の逆数倍（例えば2
倍や4倍や5倍）した寸法のパターンがクロム等によって
石英基板上に形成されており、照明光193はマスク194の
微細パターンによって透過回折され、物体側露光光195
となる。

【０００７】投影光学系196は、物体側露光光195を、マ
スク194の微細パターンを上記投影倍率で且つ充分小さ
な収差でウエハ198上に結像する像側露光光197に変換す
る。像側露光光197は図19の下部の拡大図に示されるよ
うに、所定の開口数NA (＝sinθ )でウエハ198上に収束
し、ウエハ198上に微細パターンの像を結ぶ。

【０００８】基板ステ−ジ199は、ウエハ198の互いに異
なる複数の領域（ショット領域：１個又は複数のチップ
となる領域）に順次微細パタ−ンを形成する場合に、投
影光学系の像平面に沿ってステップ移動することにより
ウエハ198の投影光学系１９６に対する位置を変える。

【０００９】しかしながら、現在主流の上記のエキシマ
レーザを光源とする投影露光装置は、０．１５μｍ以下
のパタ−ンを形成することが困難である。

【００１０】投影光学系196は、露光（に用いる）波長
に起因する光学的な解像度と焦点深度との間のトレ−ド
オフによる解像度の限界がある。投影露光装置による解
像パタ−ンの解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは、次の(1)式
と(2)式の如きレ−リ−の式によって表される。

【００１１】Ｒ＝ｋ₁（λ／ＮＡ） ……（１）ＤＯＦ＝ｋ₂（λ／ＮＡ²） ……（２）ここで、λは露光波長、NAは投影光学系196の明るさを
表す像側の開口数、ｋ₁、ｋ₂はウエハ198の現像プロセ
ス特性等によって決まる定数であり，通常０．５〜０．
７程度の値である。

【００１２】この(1)式と(2)式から、解像度Rを小さい
値とする高解像度化には開口数NAを大きくする「高NA
化」があるが、実際の露光では投影光学系196の焦点深
度DOFをある程度以上の値にする必要があるため、高Ｎ
Ａ化をある程度以上進めることは不可能となることと、
高解像度化には結局露光波長λを小さくする「短波長
化」が必要となることとが分かる。

【００１３】ところが短波長化を進めていくと重大な問
題が発生する。この問題とは投影光学系196のレンズの
硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透過
率は遠紫外線領域では0に近く、特別な製造方法を用い
て露光装置用（露光波長約248nm）に製造された硝材と
して溶融石英が現存するが，この溶融石英の透過率も波
長193nm以下の露光波長に対しては急激に低下するし、
０．１５μｍ以下の微細パタ−ンに対応する露光波長15
0nm以下の領域では実用的な硝材の開発は非常に困難で
ある。また遠紫外線領域で使用される硝材は、透過率以
外にも、耐久性，屈折率均一性、光学的歪み、加工性等
の複数条件を満たす必要があり、この事から、実用的な
硝材の存在が危ぶまれている。

【００１４】このように従来の投影露光方法及び投影露
光装置では、ウエハ198に０．１５μｍ以下のパタ−ン
を形成する為には１５０nm程度以下まで露光波長の短波
長化が必要であるのに対し、この波長領域では実用的な
硝材が存在しないので、ウエハ198に０．１５μｍ以下
のパターンを形成することができなかった。

【００１５】米国特許第５，４１５，８３５号公報は2
光束干渉露光によって微細パターンを形成する技術を開
示しており、2光束干渉露光によれば、ウエハに0.15μ
ｍ以下のパターンを形成することができる。

【００１６】2光束干渉露光は、レーザからの可干渉性
を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラーに
よって2光束に分割し、2光束を夫々平面ミラーによって
反射することにより2個のレーザ光（可干渉性平行光線
束）を０より大きく９０度未満のある角度を成して交差
させることにより交差部分に干渉縞を形成し、この干渉
縞（の光強度分布）によってウエハのレジストを露光し
て感光させることで干渉縞の光強度分布に応じた微細な
周期パタ−ン（露光量分布）をウエハ（レジスト）に形
成するものである。

【００１７】2光束がウエハ面の立てた垂線に対して互
いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態でウエハ面で交差
する場合、この2光束干渉露光における解像度Rは次の
（３）式で表される。

【００１８】Ｒ＝λ／（４sinθ）＝λ／４ＮＡ＝０．２５（λ／ＮＡ） ……（３）ここで、ＲはＬ＆Ｓ(ライン・アンド・スペース)の夫々
の幅即ち干渉縞の明部と暗部の夫々の幅を、θは2光束
の夫々の像面に対する入射角度（絶対値）を表し、ＮＡ
=sinθである。

【００１９】通常の投影露光における解像度の式である
(１)式と2光束干渉露光における解像度の式である(３)
式とを比較すると、２光束干渉露光の解像度Ｒは（１）
式においてｋ₁ =０．２５とした場合に相当するから、2
光束干渉露光ではｋ₁＝０．２〜０．７である通常の投
影露光の解像度より2倍以上の解像度を得ることが可能
である。上記米国特許第５，４１５，８３５号公報には
開示されていないが、例えばλ= ０．２４８ｎｍ（Ｋｒ
Ｆエキシマ）でＮＡ = ０．６の時は、Ｒ =０．１０μm
が得られる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら2光束干
渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布（露光量分布）
に相当する単純な縞パターンしか得られないので、所望
の形状の回路パタ−ンをウエハに形成することができな
い。

【００２１】そこで上記米国特許第５，４１５，８３５
号公報は、2光束干渉露光によって単純な縞パターン即
ち2値的な露光量分布をウエハ（のレジスト）に与えた
後、ある開口が形成されたマスクを用いて通常リソグラ
フィー（露光）を行なって更に別の２値的な露光量分布
をウエハに与えることにより孤立の線（パターン）を得
る「多重露光」を提案している。

【００２２】しかしながら、上記米国特許第５，４１
５，８３５号公報の多重露光の方法は、2光束干渉露光
用の露光装置にウエハを設置して露光した後で、別の通
常露光用の露光装置にウエハを設置し直して露光を行な
うので、時間がかかるという問題があった。

【００２３】本発明の目的は、比較的短い時間で多重露
光が行なえる露光方法及び露光装置を提供することにあ
る。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の露光方法は、微細パターンに補助パ
ターンを付設した同一のマスクパターンを照明条件を変
えて照明して共通の被露光領域に投影することを特徴と
する。

【００２５】本発明の第２の露光方法は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンを小σ
（シグマ）と大σとで照明して共通の被露光領域に投影
することを特徴とする。ここで、σは、照明光学系のマ
スク側の開口数を投影光学系のマスク側の開口数で割っ
た値である。

【００２６】本発明の第３の露光方法は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンを小Ｎ
Ａ（開口数）と大ＮＡとで照明して共通の被露光領域に
投影することを特徴とする。ここで、ＮＡは照明光学系
のマスク側の開口数である。

【００２７】本発明の第４の露光方法は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンに斜め
照明と垂直照明を行なって共通の被露光領域に投影する
ことを特徴とする。ここで、斜め照明とは投影光学系の
光軸に対して傾いた方向から照明する形態であり、垂直
照明とは投影光学系の光軸に平行な方向から照明する形
態である。

【００２８】本発明の第１の露光装置は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンを照明
条件を変えて照明して共通の被露光領域に投影する露光
モードを有することを特徴とする。

【００２９】本発明の第２の露光装置は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンを小σ
（シグマ）と大σとで照明して共通の被露光領域に投影
する露光モードを有することを特徴とする。ここで、σ
は、照明光学系のマスク側の開口数を投影光学系のマス
ク側の開口数で割った値である。

【００３０】本発明の第３の露光装置は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンを小Ｎ
Ａ（開口数）と大ＮＡとで照明して共通の被露光領域に
投影する露光モードを有することを特徴とする。ここ
で、ＮＡは照明光学系のマスク側の開口数である。

【００３１】本発明の第４の露光装置は、微細パターン
に補助パターンを付設した同一のマスクパターンに斜め
照明と垂直照明を行なって共通の被露光領域に投影する
露光モードを有することを特徴とする。

【００３２】上記の本発明の露光方法及び露光装置によ
れば、ある露光装置（例えばステップアンドリピート方
式やステップアンドスキャン方式の縮小投影露光装置）
にあるマスクを配置し、このマスクのパターン（同一の
マスクパターン）に対してこの露光装置に異なる照明条
件を設定することで多重露光が行なえるので、従来の２
台の異なる露光装置を用いるう場合に比べて多重露光に
要する時間が短くなる。

【００３３】尚、上記の小σと大σの意味は各シグマの
大きさの相対的な関係を意味しているだけであり、「あ
るσとこのσより大きい（或いは小さい）σ」を意味す
る。同様に、上記の小ＮＡと大ＮＡの意味は各ＮＡの大
きさの相対的な関係を意味しているだけであり、「ある
ＮＡとこのσより大きい（或いは小さい）ＮＡ」を意味
する。

【００３４】本発明は、KrFエキシマレーザー（波長約2
48nm）、ArFエキシマレーザー（波長約193nm）又はF2エ
キシマレーザー（波長約157nm）から光で前記マスクパ
ターンを照明する形態を含む。

【００３５】本発明は、屈折系、反射−屈折系、又は反
射系のいずれかより成る投影光学系によって前記マスク
パターンを投影する形態を含む。

【００３６】本発明は、前記被露光領域を途中で現像す
ることなく各照明条件で順次露光する形態を含む。

【００３７】本発明は、前記被露光領域を前記各照明条
件で各照明条件における光が互いに干渉しない状態で
（例えばそれぞれ直線偏光光として互いに偏光方向を直
交させる等した状態）同時に露光する形態を含む。

【００３８】本発明は、前記マスクパターンは、使用す
る露光装置の解像限界以下の線幅（例えば０．１μｍ付
近）を持つ開口パターンを有する形態を含む。

【００３９】本発明は、前記開口パターンは複数個並ん
でいる（所謂繰り返しパターンである）形態を含む。

【００４０】本発明は、前記マスクパターンは例えばレ
ベンソン型の位相シフトパターンやリム型の位相シフト
パターンを有する形態を含む。

【００４１】本発明は、前記開口パターンに近接して補
助パターンを配置してある形態を含む。

【００４２】本発明は、上記の露光方法や露光装置及び
各形態を用いてデバイスパターンでウエハを露光する段
階と、露光したウエハを現像する段階とを有することを
特徴とするデバイス製造方法が提供できる。

【００４３】

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施形態を説明す
る。

【００４４】第１の実施形態の従来技術に対する改良点
は投影露光装置において照明光学系の照明条件と投影光
学系の開口絞りとを切り替えることにある。

【００４５】本実施形態は、投影露光装置は従来から照
明条件切替機構や開口絞り切換え機構を有しているの
で、本実施形態を実施するための装置の改良は小規模で
済むという利点がある。また、多重露光に使用するマス
クは、従来と同様のパターンニングを行なった又は若干
の改良を施した、基本的に一枚のマスクであるため、作
成コストがあまりかからない。

【００４６】本実施形態では、専用の２光束干渉計を使
用しないことは勿論投影露光装置に２光束干渉専用のレ
ベンソン型位相シフトマスクのように特殊なマスクを設
置することなく、ウエハに転写すべき回路パターンが形
成された通常のマスクに対して照明光学系の照明条件と
投影光学系の開口絞りの形態を適宜設定することにより
擬似的に「２光束干渉（微細な干渉縞の形成）」を達成
する。

【００４７】本実施形態の多重露光の原理は、照明条件
によるマスクパターンの空間周波数スペクトルの制御と
投影光学系の開口絞りによるマスクパターンの空間周波
数スペクトルの制御を組み合わせることによって、マス
クから２光束干渉が実質的に生じるような空間周波数成
分を抽出してマスクに含まれる通常の露光では解像でき
ない極微細な線パターン（の繰り返しパターン）を当該
パターンに最適な当該２光束干渉によって独立にウエハ
のレジストを露光してそこに周期的な潜像を形成する一
方、同一のマスクパターンでウエハのレジストに通常の
露光を行なった結果の潜像を重ねて形成し（潜像形成の
順番は逆でも可）、積算された潜像（積算された露光量
分布）を元に現像を行って所望の回路パターンを得ると
いうものである。

【００４８】この多重露光法によれば、１マスク内に含
まれる多様な微細パターンをそれぞれ投影露光装置の限
界能力を用いて露光可能となり、単純な一露光で制限さ
れていた投影露光装置の能力を最大限引き出すことがで
きる。

【００４９】例えば、KrFエキシマレーザ（波長約248n
m）と像側の開口数（ＮＡ）０．６の投影レンズ系とを
用いた投影露光装置で、線幅０．１μｍのパターン
（像）をシリコンウエハのレジスト上の露光（潜像形
成）することも可能であり、この線幅は現在この種の装
置の限界とされている最小焼付け線幅０．２μｍの１／
２の線幅であり、約２倍の解像度が得られることにな
る。

【００５０】図２に本多重露光法の基本的なフロ−チャ
−トを示す。

【００５１】図２に示すとおり、本多重露光法は、ラフ
（粗）露光ステップ，ファイン（微細）露光ステップを
含む。ラフ露光ステップとファイン露光ステップは図２
の逆の順番で行なっても良く、少なくとも一方のステッ
プに複数回の露光ステップがある場合は、ラフ露光ステ
ップとファイン露光ステップを交互に行う方法もある。
ラフ露光とファイン露光の間では現像はしない。

【００５２】また、各露光ステップ間には公知のウエハ
アライメントステップ等を適宜挿入して像形成精度を上
げる方法がある。このように本発明は図２のものにその
手順や構成が限定されるものではない。

【００５３】図２が示す手順に従って多重露光を行なう
場合、あるマスクのパターン（マスクパターン）と投影
露光装置を用いてまずラフ露光を行い、ウエハ等の感光
基板をマスクパターンの像で露光する（レジストに潜像
を形成する）。本実施形態は投影光学系で解像できる最
小線幅以下の極微細な線幅の像を感光基板に露光するも
のであるため、マスクパターンは最小線幅以下の線幅に
対応するパターンを含んでいる。このようなマスクパタ
ーンの一例を図３に示す。

【００５４】図３のパターンは半導体デバイスのASICに
用いられる所謂ゲートパターンである。図３中、３１は
ゲート線で、スイッチングを司る主要部分であり、この
ゲート線の線幅に極微細化が望まている。一方、３２は
配線コンタクト部で、この部分３２はある程度の面積が
必要であるため、ゲート線３１に比べて寸法が大きなパ
ターンとなっている。従って、このゲートパターンは投
影光学系で解像できる最小線幅以下の像に対応する微細
な線パターンとそれに比べて大きめのパターンとが混在
している。そのためラフ露光（投影露光）ステップでは
大きめのパターンは解像されるが微細線パターンは解像
されない。またその際の焦点深度は浅い。

【００５５】次にラフ露光を行った感光基板の同一領域
（共通領域）に対して、現像を行なわずにファイン露光
を行なって、同一領域のレジストを微細線パターンの像
で露光することいよって多重露光を完了するが、本実施
形態のファイン露光は、マスクをそのままにして同一の
マスクパターンを対象に、マスクを照明する照明光学系
の照明条件とマスクパターンを投影する投影光学系の開
口絞りの形態を（ラフ露光の場合に対して）変更した後
で行うところが特徴である。

【００５６】図４に、本実施形態のラフ露光とファイン
露光のそれぞれで設定される有効光源の形状（照明光学
系の開口絞りを投影光学系の開口絞りの開口に投影した
の像の形状）と投影光学系の開口絞りの開口形状とマス
クとウエハ上の像とを示す。

【００５７】図４に示す通り、本実施形態では、同一の
マスクパターンに対して、ラフ露光の際はσ＝０．８程
度の有効光源を形成する垂直照明法（通常の照明法）を
用いいると共に投影光学系の開口絞りとして通常の円形
の開口を備える絞りを用い、ファイン露光の際は２重極
の（σ＝０．２程度の円形光源が一対光軸に関して対称
にマスクパターンであるゲートパターンアレイの微細線
パターンの繰り返し方向であるｘ方向に並ぶ）有効光源
を形成するような斜め照明法を用いると共に投影光学系
の開口絞りとしてマスクパターンであるゲートパターン
アレイの微細線パターンの繰り返し方向であるｘ方向に
長い長方形の開口を備える絞りを用い、ラフとファイン
の多重露光を行なう。尚、図４中のｘ軸とｙ軸の各方向
は図３のゲートパターン中に示したｘ軸とｙ軸の各方向
と揃えてある。

【００５８】このような多重露光を行った時の各パター
ン像の光強度分布（断面）図の一例を図５に示す。図５
は具体的には図３に示したゲートパターンのゲート線の
中央部のA-A'断面の光強度分布を示している。図５にお
いて、上段はネガレジストに対する露光、下段はポジレ
ジストに対する露光の結果を示し、各段左から順にラフ
露光の結果、ファイン露光の結果、そしてラフとファイ
ンの二露光の積算結果を示している。

【００５９】図５より、ラフ露光だけではゲート線を形
成できる許容露光量の幅(露光裕度)が狭いのに対し、二
露光（多重露光）ではファイン露光によりコントラスト
の大きいゲート線パターンの光強度分布が積算されるこ
とによって許容露光量の幅がネガレジストに対する露光
で約２倍、ポジレジストに対する露光では約３倍に拡大
されていることがわかる。

【００６０】即ち本実施形態の多重露光により露光装置
の通常の解像限界よりも解像度の高い（線幅の狭い）パ
ターンの像で被露光基板のレジストを安定して露光し感
光させる（潜像を形成させる）ことが可能となる。

【００６１】図１４で本実施形態のファイン露光で用い
た斜め照明法に基く結像の効果を説明する。

【００６２】図１４中、(A)が通常の露光装置の通常の
使用状態で最小線幅のパターンを露光する様子、(B)が
通常の使用状態で限界解像の２倍の周波数のパターンを
露光する様子、(C)が本実施形態の斜め照明法で２倍の
周波数のパターンを露光する様子、を示す摸式図であ
る。

【００６３】図１４(A)では、マスク１４１上の線の繰
り返しパターン１４３のピッチP1に対応する１次回折光
が投影光学系の開口絞りの開口にぎりぎり入る状態とな
っている．即ち，投影光学系を通過して結像に寄与する
光はマスクを素通りする０次光と正負の１次回折光との
３光束である。尚、図１４中、１４２はガラス基板であ
る。

【００６４】図１４(B)は、マスク１４１上の線の繰り
返しパターン１４３のピッチP2を図１４（Ａ）のピッチ
P1の１／２としたもので、この場合マスクで回折された
１次回折光の出射角θ２は１４(A)の場合の出射角θ１
に比べて２倍となる。従って投影光学系の開口絞りの開
口に入るのは０次光のみとなり，即ち投影光学系を通過
して結像に寄与する光はマスクを素通りする０次光だけ
であり、線の像は解像されない。

【００６５】図１４(C)、図１４(B)と同じく図１４(Ａ)
のピッチP1の１／２のピッチのパターン１４３を用いる
が，入射光を投影光学系の光軸に対して傾けて斜入射照
明とした場合であり、入射光の入射角θ３は図１４(B)
の出射角θ２の１／２としている。この場合図示するよ
うに０次光と正負の１次回折光の進行方向がそれぞれ
斜め方向に同じ側にシフトするので、正負の１次回折光
の内のどちらか一方の１次回折光（図は−１次の場合を
示している）と０次光とが投影光学系の開口絞りの開口
に入り、２光束が投影光学系を通過して結像に寄与す
る。

【００６６】従って線の像は解像される。この２光束干
渉による結像において０次光と１次回折光の結像面が成
すなす角度（ＮＡ）は図１４(A)の通常照明の場合の３
光束干渉角度（ＮＡ）の２倍であり、従って解像度は図
１４(A)の場合の２倍となる。

【００６７】以上の説明は１次元的な見方であり、もし
マスクが微細な線露光専用で１次元の周期パターン（繰
り返しパターン）だけ形成してあれば上記の斜入射照明
によって微細な線を露光することが可能であるが、一般
的なマスクはパターンの方向性が２次元であり投影光学
系の開口絞りは円形開口を備えているため、マスクから
の光は円形開口内で２次元的に分布し、斜入射照明を行
っても図１４(C)で説明した２光束干渉の解像度が通常
の２倍という利点が得られない。

【００６８】このことから、本実施形態はゲートパター
ン等の回路パターンに含まれる微細な線パターンを解像
度が通常の２倍或いはそれに近い条件で露光するのが目
的であるのので、図１４の構成による通常の一回露光で
は目的を完全に達成できないことが分かる。

【００６９】そこで本願発明者は鋭意検討を重ね、同一
パターンに対して大σの垂直照明と小σの斜め照明を行
なう多重露光を採用するだけでなく、斜め照明の際に投
影光学系の開口絞りとして解像限界以下の微細な線から
の回折光を選択的に通過させる長方形状の開口を有する
絞りを配置することによって目的を達成した。

【００７０】本発明の露光装置の一実施例を図１に示
す。

【００７１】図１において、１１は露光用の光源であ
り、KrFエキシマレーザー（波長約248nm）、ArFエキシ
マレーザー（波長約193nm）又はF2エキシマレーザー
（波長約157nm）が使用できる。これらのレーザーは必
要に応じて共振器内に分光素子を配置して狭帯域化レー
ザーとして用いられる。

【００７２】１２は照明光学系、１３は照明光学系１２
の照明モ−ドの摸式図、１４は回路パターンが形成され
たマスク、１５は照明光学系の開口絞り交換手段、１６
は交換用開口絞り、１７はレチクルステ−ジ、１８は投
影光学系で、屈折系、反射−屈折系、又は反射系のいず
れかより成る。

【００７３】１９は投影光学系の開口絞り、２０は投影
光学系の開口絞り交換手段、２１は感光基板であるとこ
ろのレジスト付シリコンウエハ、２２はウエハ２１を保
持して投影光学系１８の光軸方向及びこの光軸方向に垂
直な平面に沿って２次元的に移動するウエハステ−ジで
ある。

【００７４】この露光装置はステップアンドリピート方
式やステップアンドスキャン方式でウエハ２１の多数の
ショット領域にマスク１４の回路パターンを縮小投影露
光する装置である。

【００７５】この露光装置で前述のラフ露光を行なう場
合は、マスク１４に対し、照明モード図１３中(1)で示
したように通常の部分コヒーレント垂直照明即ち照明光
学系１２で大ＮＡ、大σ(σ＝0.6〜0.8程度)の円形開口
を持つ開口絞り(1)を用いると共に投影光学系１８で径
が略最大の円形開口を持つ開口絞り(1)'を用いて、マス
ク１４のパターンをウエハ２のレジストに結像させる。

【００７６】次に、この露光装置で前述のファイン露光
を行う場合は、ラフ露光と同一のマスク１４に対し、マ
スク１４とウエハ２１は基本的にそのままで、照明モー
ド図１３中(2)で示したように小ＮＡ、小σ（σ＝０．
１〜０．３程度）の斜入射照明即ち照明光学系１２で開
口絞り(2)を用いると共に投影光学系１８の開口で絞り
については斜入射照明により開口絞り位置で０次光と１
次回折光が並ぶ方向（換言すればマスク１４の微細な線
の繰り返し方向）に長手方向を持つ長方形の開口を備え
る開口絞り(2)'を用いて、マスク１４のパターンをウエ
ハ２１の同一（共通の）領域に結像させてる。

【００７７】照明光学系１２の開口絞り(1)と(2)は開口
絞り交換手段１６により交換し，投影光学系の１８の開
口絞り(1)'と(2)'は開口絞り交換手段２０によって交換
する。

【００７８】開口絞り交換手段１５としては、図６に示
すように、ファイン露光用とラフ露光用の2つの開口絞
り（フィルタ）６３、６４を1つの保持具６１に固定し
ておき、この保持具６１を照明光学系１２の光軸に垂直
な方向に平行にスライドさせて一方の開口絞りを選択的
に照明光学系１２の光路６２内に配置する手段や、図７
に示すように、複数の開口絞り（フィルタ）７３−７７
を円盤状の保持具７１（ターレット）に固定しておき、
この保持具７１を照明光学系１２の光軸に垂直な面内で
回転させて一つの開口絞りを選択的に照明光学系１２の
光路７２内に配置する手段等がある。

【００７９】一方、開口絞り交換手段２０としては、図
８に示すように、長方形開口を備える開口絞り（フィル
タ）８５を不図示の保持具に保持しておき、ファイン露
光時にこの保持具を投影光学系１８の光軸に垂直な方向
に平行にスライドさせて投影光学系１８内の所定位置
（瞳位置）に開口絞り８５挿入して固定し、ラフ露光時
にはこの保持具を平行にスライドさせて保持具ごと開口
絞り８５を投影光学系の光路から退避させる手段や、図
９に示すように投影光学系１８に対して外側より2枚の
遮光板９５を投影光学系１８の光軸に垂直な方向に平行
にスライドさせて光路９６内の所定位置まで挿入して固
定することにより光路の中心部に長方形の開口を形成す
る手段等がある。

【００８０】更に、図１０に示すように機構１０２、１
０３によって図８の手段の保持具や開口絞り８５を駆動
して回転可能にしたり、図９の手段において２枚の遮光
板と遮光板挿入退避手段とを回転可能にしたりして、長
方形開口の方位を変更できるようにする構成を採った
り、長方形開口の方位が異なる複数種の開口絞りと開口
絞り挿入退避交換手段を設けたりする構成を採り、後述
する実施例に用いることもある。

【００８１】前述の実施形態は集積化されたゲートパタ
ーンを２重露光（途中で現像しないで異なる条件で２回
露光する）するものであったが、以下には集積化された
ゲートパターンを３重露光で行なう実施形態を説明す
る。

【００８２】本実施形態は図１１に示すようにゲートパ
ターン同志が集積化された場合に、より適した露光方法
および露光装置の一例であり、図１、図７及び図１０が
示す投影露光装置が用いられる。

【００８３】本実施形態では図１２に示すように、２左
のラフ露光と中央のファイン露光1に加えて右のファイ
ン露光2の３重露光を行うことによりによりゲートパタ
ーン像同志のｘｙ方向のそれぞれの分離境界を強調でき
る。

【００８４】本実施形態のラフ露光とファイン露光1は
露光量などに違いはあるものの基本的に前述の図４で説
明した実施形態と同じ露光を行なうが、ファイン露光2
は、２重極有効光源を形成する斜入射照明と長方形開口
の開口絞りによる空間周波数調整（フィルタリング）を
行う点はファイン露光1と同様であるが、マスクパター
ンは維持して、開口絞りの長方形開口の方位を(必要に
応じて有効光源の方位も）ファイン露光1の状態から９
０度回転させて配置して露光を行なう。これによって集
積化されたことで高い解像度が必要となったｙ方向(紙
面上下)の解像度を高め，更に斜入射照明の方向と異な
ることで，より好ましい強度分布を構成している。

【００８５】本発明は以上説明した実施例に限定される
ものではなく本発明の趣旨を逸脱しない範囲において露
光シーケンス等も種々に変更する事が可能である。

【００８６】特に照明光学系１２の開口絞りの開口形状
や投影光学系１８の開口絞りの形状はウエハに転写すべ
き回路パターンに合わせて適宜選択される。例えば照明
光学系の開口絞り１６としては輪帯状の開口を持つ絞り
（図７の絞り７７）や光軸外に４つの開口を持つ絞り
（図７の絞り７６）等も使用でき、投影光学系１８の開
口絞り１９としては楕円状開口を持つ絞りや光軸外に４
つの開口を持つ絞り等を用いることができる。これに関
してファイン露光の変形例(1)-(3)を図１３に示す。

【００８７】以上説明した各実施形態によれば、通常の
投影露光装置と一枚のマスク或いはそれぞれに若干の改
良を施しただけで、装置の限界解像以下の線幅のパター
ンを有する回路パターンを二重露光や三重露光によって
ウエハに露光できるので、装置間のウエハの移動、マス
クの交換等が不要であり、二重露光や三重露光に要する
時間を短くできる。次に投影光学系１８の開口絞りの開
口形状を換えずにラフ露光とファイン露光を行なう実施
形態を説明する。本実施形態は図１及び図７が示す投影
露光装置により行なう露光方法に関するものである。

【００８８】本実施形態の特徴は、露光装置の解像限界
以下の線幅の微細な孤立パターンを有する回路パターン
のこの微細な線に補助パターンを付設し、この補助パタ
ーン付回路パターンを、途中で現像を行なわないで、大
σの垂直照明によるラフ露光と小σの斜め照明によるフ
ァイン露光との二重露光を行なう点にあり、ラフ露光で
０．５λ／ＮＡ以上の大き目のパターンを優先的に解像
し、ファイン露光で０．５λ／ＮＡ以下の微細パターン
を優先的に解像する。ここで、λは露光光の波長、ＮＡ
は投影光学系の像面側の開口数である。

【００８９】本実施形態の場合、投影光学系１８の開口
絞りはラフ露光とファイン露光の双方で図１の円形開口
を備える開口絞り(1)'を用い、照明光学系１２の切り替
えられる開口絞りとしては、ラフ露光は図7の通常の中
央円形開口を持つ絞り７３、ファイン露光は図7の４つ
の軸外開口を持つ絞り７６や輪帯開口を持つ絞り７７が
用いられる。照明光学系１２のこれらの開口絞りは先の
実施例で述べた方法により切り換えられる。

【００９０】図１７は絞り７６の開口像（有効光源）を
示す図、図１８は絞り７７の開口像（有効光源）の図、
図１９は絞り７３の開口像（有効光源）の図であり、こ
れらの開口像は０次光で投影光学系の開口絞りの開口内
（瞳）に形成される。

【００９１】補助パターンの付設の仕方について述べ
る。

【００９２】パターンの幅wが０．５λ／ＮＡ以下の孤
立した微細パターンに対して補助パターンを付ける。こ
の時、片側のみ孤立している微細パターンには孤立して
いる片側のみに補助パターンを付ける。補助パターンの
線幅w'は大凡０．２５λ／ＮＡ以下に設定され、微細パ
ターンと孤立パターンの間隔sは線幅w'と同じ値または
近い値にするのが有効である。

【００９３】尚、微細パターンが繰り返しパターンを構
成している場合や補助パターンを付設できないくらい多
数密集している場合には、補助パターンは付けない。

【００９４】また、補助パターンの位相（そこを通過す
る露光光の位相）を対象とするものの位相（そこを通過
する露光光の位相）に対して反転させてリム型の位相シ
フトマスクとしてもいい。この時、対象としている微細
パターンが光透過部でその回りが遮光部の場合には微細
パターンに対して補助パターンの位相を反転させ、対象
としている微細パターンが遮光部でその回りが光透過部
の場合には回りの部分に対して補助パターンの位相を反
転させる。

【００９５】図１６−１は前述の実施形態でも採り上げ
たゲートパターンの微細な2本の幅wの線に補助パターン
を付設した例であり、図１６−１の例は一対のゲートパ
ターンを間隔sをあけて幅w'の補助パターンで取り囲ん
だものである。図１６−２はゲートパターンの微細な線
に光透過部に対して位相を反転させた斜線で示す幅w'の
リム型の補助パターンを付設した例を示す。

【００９６】本実施形態の露光方法による二重露光の結
果を図２０に示す。

【００９７】ここのでの二重露光は像側開口数ＮＡが
０．６の投影光学系と波長λが248nmの露光光を用い
た。図２０は図１６−１のようにw＝０．１２μｍの微
細線を有するゲートパターンの回りにw'＝s＝０．０３
μｍの補助パターンを付設したマスクを用いた。

【００９８】図２０の上段は図１７の有効光源を形成す
る照明光でファイン露光を行なった結果を、図２０の中
段は図１９の有効光源を形成する照明光でラフ露光を行
なった結果を、図２０の下段はこのファイン露光とラフ
露光の二重露光を行なった結果を示す。

【００９９】図２０が示す通り、ラフ露光の場合は２つ
の微細な線が解像されないでボケて露光させるのに対
し、ファイン露光の場合には２つの微細な線が解像され
ているが、2つの線の間隔が開きすぎていてゲートパタ
ーンとして必要な形状が得られていないが、二重露光の
場合は２つの微細な線が解像され且つゲートパターンと
して必要な形状が得られている。

【０１００】このように本実施形態においても、通常の
投影露光装置と一枚のマスク或いはそれぞれに若干の改
良を施しただけで、装置の限界解像以下の線幅のパター
ンを有する回路パターンを二重露光によってウエハに露
光できるので、装置間のウエハの移動、マスクの交換等
が不要であり、二重露光に要する時間を短くできる。

【０１０１】以上説明した各実施形態において、ウエハ
２１の多数個のショット領域にラフ露光とファイン露光
の二重露光を行なう場合、各ショット毎に二つの露光を
行なう形態、一方の露光を１枚又は１ロットの複数枚の
ウエハの全てショットに対して行なった後で、現像する
ことなく、他方の露光をこの１枚又は複数枚のウエハの
全てショットに対して行なう形態が採れる。

【０１０２】更に、二つの露光の照明光を互いに偏光方
向が直交する直線偏光光として、二つの露光に使用する
光が干渉しないようにして、二つ露光を同時に行なうこ
とも可能である。

【０１０３】また、本発明は、ネガレジスト及びポジレ
ジストのどちらにも対処できる。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、短
い時間で、二重露光や三重露光などの多重露光が行なえ
る露光方法や露光装置を提供でき、従って、微細パター
ンを有するデバイスを早く製造できるデバイス製造方法
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の一例を示す図である。

【図２】本発明の露光方法のフローの一例を示す図であ
る。

【図３】ゲートチャート形状を示す摸式図である。

【図４】本発明に関連する露光方法の実施形態1の露光
条件と像強度を示す摸式図である。

【図５】実施形態1の微細な線の部分の強度分布と露光
裕度を示す模式図である。

【図６】照明光学系の開口絞り交換手段の一例を示す模
式図である。

【図７】照明光学系の開口絞り交換手段の他の例を示す
模式図である。

【図８】投影光学系の開口絞り交換手段の一例を示す模
式図である。

【図９】投影光学系の開口絞り交換手段の他の例を示す
模式図である。

【図１０】投影光学系の開口絞りの回転手段の一例を示
す模式図である。

【図１１】集積化されたゲートチャートの一例を示す摸
式図である。

【図１２】本発明に関連する露光方法の実施形態２の露
光条件と像強度を示す模式図である。

【図１３】ファイン露光の他の実施例を示す模式図であ
る。

【図１４】斜入射照明の効果を示す説明図である。

【図１５】通常の投影露光装置を示す概略図である。

【図１６】本発明の一実施形態で用いる補助パターン付
ゲートパターンの一例を示す説明図である。

【図１７】本発明の一実施形態で用いる補助パターン付
ゲートパターンの他の例を示す説明図である。

【図１８】有効光源の一例を示す図である。

【図１９】有効光源の他の例を示す図である。

【図２０】有効光源の他の例を示す図である。

【図２１】実施形態３の二重露光の効果を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１１露光光源１２照明光学系１３照明モ−ド１４マスク１５照明光学系の開口絞り交換手段１６照明光学系の開口絞り１７マスクステ−ジ１８投影光学系１９投影光学系の開口絞り２０投影光学系の開口絞り交換手段２１ウエハ２２ウエハステ−ジ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定パターンに補助パターンを付設した
同一のマスクパターンを照明条件を変えて照明して共通
の被露光領域に投影することを特徴とする露光方法。
【請求項２】所定パターンに補助パターンを付設した
同一のマスクパターンを小σ（シグマ）と大σとで照明
して共通の被露光領域に投影することを特徴とする露光
方法。
【請求項３】所定パターンに補助パターンを付設した
同一のマスクパターンを小NA（開口数）と大NAとで照明
して共通の被露光領域に投影することを特徴とする露光
方法。
【請求項４】所定パターンに補助パターンを付設した
同一のマスクパターンに斜め照明と垂直照明を行なって
共通の被露光領域に投影することを特徴とする露光方
法。
【請求項５】前記マスクパターンは、使用する露光装
置の解像限界以下の線幅を持つ開口パターンを有するこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに
記載の露光方法。
【請求項６】前記開口パターンは複数個並んでいるこ
とを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】マスクパターンは位相シフトパターンを
有することを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項８】前記開口パターンに近接して補助パター
ンを配置してあることを特徴とする請求項５に記載の露
光方法。
【請求項９】KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレーザ
ー又はF2エキシマレーザーから光で前記マスクパターン
を照明することを特徴とする請求項１−８のいずれかに
記載の露光方法。
【請求項１０】屈折系、反射−屈折系、又は反射系の
いずれかより成る投影光学系によって前記マスクパター
ンを投影することを特徴とする請求項１−８のいずれか
に記載の露光方法。
【請求項１１】前記被露光領域を途中で現像すること
なく各照明条件で順次露光することを特徴とする請求項
１−１０に記載の露光方法。
【請求項１２】前記被露光領域を前記各照明条件で各
照明条件における光が互いに干渉しない状態で同時に露
光することを特徴とする請求項１−１０に記載の露光方
法。
【請求項１３】所定パターンに補助パターンを付設し
た同一のマスクパターンを照明条件を変えて照明して共
通の被露光領域に投影する露光モードを有することを特
徴とする露光装置。
【請求項１４】所定パターンに補助パターンを付設し
た同一のマスクパターンを小σ（シグマ）と大σとで照
明して共通の被露光領域に投影する露光モードを有する
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１５】所定パターンに補助パターンを付設し
た同一のマスクパターンを小NA（開口数）と大NAとで照
明して共通の被露光領域に投影する露光モードを有する
ことを特徴とする露光装置。
【請求項１６】所定パターンに補助パターンを付設し
た同一のマスクパターンに斜め照明と垂直照明を行なっ
て共通の被露光領域に投影する露光モードを有すること
を特徴とする露光装置。
【請求項１７】前記マスクパターンは、使用する露光
装置の解像限界以下の線幅を持つ開口パターンを有する
ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか
一つに記載の露光装置。
【請求項１８】前記開口パターンは複数個並んでいる
ことを特徴とする請求項１７に記載の露光方法。
【請求項１９】マスクパターンは位相シフトパターン
を有することを特徴とする請求項１７に記載の露光装
置。
【請求項２０】前記開口パターンに近接して補助パタ
ーンを配置してあることを特徴とする請求項１７に記載
の露光装置。
【請求項２１】KrFエキシマレーザー、ArFエキシマレー
ザー又はF2エキシマレーザーから光で前記マスクパター
ンを照明することを特徴とする請求項１３−２０のいず
れかに記載の露光装置。
【請求項２２】屈折系、反射−屈折系、又は反射系の
いずれかより成る投影光学系によって前記マスクパター
ンを投影することを特徴とする請求項１３−２０いずれ
かに記載の露光装置。
【請求項２３】前記被露光領域を途中で現像すること
なく各照明条件で順次露光することを特徴とする請求項
１２−２２に記載の露光装置。
【請求項２４】前記被露光領域を前記各照明条件で各
照明条件における光が互いに干渉しない状態で同時に露
光することを特徴とする請求項１３−２２に記載の露光
装置。
【請求項２５】請求項１３−２４のいずれに記載の露
光装置を用いてデバイスパターンでウエハを露光する段
階と、露光したウエハを現像する段階とを有することを
特徴とするデバイス製造方法。