JP2000021756A - パターン形成方法及び露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周期パターンの露光と通常のパターン露光の
２重露光によって任意形状の高解像度のパターンが得ら
れるパターン形成方法及び露光装置を得ること。 【解決手段】 表層イメージングによってパターンを形
成するパターン形成方法において、全面エッチング工程
と表面改質工程を含むこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
及び露光装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基
板上を露光し、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、Ｃ
ＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に用いら
れる際に好適なものである。

【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ー技術を用いて製造す
るときには、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マ
スク」と記す。）の面上に形成した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】近年、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
いる。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、
０．５／μｍ以下の寸法（線幅）の像（回路パターン
像）を広範囲に形成するべく、解像度の向上と露光面積
の拡大が計られている。

【０００４】従来の投影露光装置の摸式図を図２０に示
す。図２０中、１９１は遠紫外線露光用の光源であるエ
キシマーレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光
学系１９２から照射される照明光、１９４はマスク、１
９５はマスク１９４から出て光学系（投影光学系）１９
６に入射する物体側露光光、１９６は縮小型の投影光学
系、１９７は投影光学系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、１
９９は感光基板を保持する基板ステージを、示す。

【０００５】エキシマレーザ１９１から出射したレーザ
光は、引き回し光学系（１９０ａ，１９０ｂ）によって
照明光学系１９２に導光され、照明光学系１９２により
所定の光強度分布、配光分布、開き角（関口数ＮＡ）等
を持つ照明光１９３となるように調整され、マスク１９
４を照明する。マスク１９４にはウエハ１９８上に形成
する微細パターンを投影光学系１９６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１
９３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。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１９
７は図２０の下部の拡大図に示されるように、所定の開
口数ＮＡ（＝Ｓｉｎ（θ））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。基板ス
テージ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、微細パター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１９
８の投影光学系１９６に対する位置を変えている。

【０００６】上記の中でも現在主流となりつつあるＫｒ
Ｆエキシマレーザを光源とする投影露光装置は高い投影
解像力を有しているが、例えば０．１５μｍ以下のパタ
ーン像を形成することが技術的に困難である。

【０００７】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ー
ドオフによる解像度の限界がある。投影露光装置による
解像パターンの解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは，次の
（１）式と（２）式の如きレーリーの式によって表され
る。

【０００８】 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、レジスト材料、超解像技術など露光条
件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。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。しかしながら、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ＮＡ化をある程度以上に進め
ることが難しいこと、この為、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。

【０００９】ところが露光波長の短波長化を進めていく
と重大な問題が発生してくる。それは投影光学系１９６
を構成する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２４８
ｎｍ）に製造された硝材として溶融石英やフッ化カルシ
ウム、フッ化マグネシウム等の結晶が現存するが、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。線幅０．１５μｍ以下の微細
パターンに対応する露光波長１５０ｎｍ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、耐久牲，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。

【００１０】このように従来の投影露光方法及び投影露
光鼓置では、ウエハ上に線幅０．１５μｍ以下のパター
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。これに対し、現在のところ、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
に線幅０．１５μｍ以下のパターンを形成することがで
きなかった。

【００１１】米国特許第５４１５８３５号公報は２光束
干渉露光によって敏細パターンを形成する技術を開示し
ており、この２光束干渉露光によれば、ウエハに線幅
０．１５μｍ以下のパターンを形成することができる。

【００１２】２光束干渉露光の原理を図１６を用いて説
明する。２光束干渉露光は、レーザ１５１からの可干渉
牲を有し且つ平行光線束であるレーザ光Ｌ１５１をハー
フミラー１５２によってレーザ光Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１
ａｂの２光束に分割し、分割した２光束を夫々平面ミラ
ー１５３ａ，１５３ｂによって反射することにより２個
のレーザ光（可干渉性の平行光線束）を０より大きく９
０度末満のある角度を成してウエハ１５４面上で交差さ
せることにより交差部分に干渉縞を形成している。この
干渉縞（の光強度分布）によってウエハ１５４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
周期パターンをウエハ１５４に形成するものである。

【００１３】２光束Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１ｂがウエハ１
５４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。

【００１４】 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示してい
る。又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。

【００１５】通常の投影露光における解像度の式である
（ｌ）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＝０．５〜０．７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。

【００１６】上記米国特許には開示されていないが、例
えばλ＝２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）でＮＡ＝０．６
の時は、Ｒ＝０．１０μｍが得られる。

【００１７】一方、レジスト層に投影した潜像のパター
ンをパターン化する方法の１つにＤＥＳＩＲＥ（Diffus
ion Enhanced Silylating Resist）プロセス、所謂シリ
ル化プロセスがある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらシリル化
プロセス等の表面改質工程を用いたパターン形成方法に
おいては目的とするパターン以外にレジスト表面の一部
が改質され、現像後、不要パターンが生じる場合がある
ことが分かった。

【００１９】この不要パターンの発生は前記米国特許の
多重露光のパターン潜像でも多く発生してくる。

【００２０】即ち多重露光によるシリル化プロセスにお
いてはレジスト装置に最終的にパターンの形成されない
部分も弱くシリル化される部分が発生し、不要パターン
が形成される。この状態でＯ₂ ＲＩＥによるドライ現像
を行うとこの弱くシリル化された部分がエッチングマス
クとなり、目的パターン以外に不要パターンが形成され
てしまう。一般にこのときの目的パターンは露光量が多
く、不要パターンは露光量が少ない為に、シリル化され
た反応に差が生じてくる。

【００２１】本発明は、シリル化反応による表層イメー
ジングとによってパターンを形成するとき不要パターン
を効果的に除去することにより目的パターンのみを効果
的に形成することができるパターン形成方法及び露光装
置の提供を目的とする。

【００２２】特に本発明は多重露光において多く発生し
ている不要パターンを効果的に除去することができるパ
ターン形成方法及び露光装置の提供を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明のパターン形成方
法は、 (1-1) 表層イメージングによってパターンを形成するパ
ターン形成方法において、全面エッチング工程と表面改
質工程を含むことを特徴としている。

【００２４】(1-2) 感光基板状の同一領域を互いに異な
ったパターンで多重露光し、表層イメージングによって
パターンを形成するパターン形成方法において、全面エ
ッチング工程と表面改質工程を含んでいることを特徴と
している。

【００２５】特に、 (1-1-1) 全面エッチング工程が選択比１の条件で行われ
ること。

【００２６】(1-1-2) 前記表面改質工程がシリル化プロ
セスであること。

【００２７】(1-1-3) 前記パターン形成方法は、第１露
光工程→第２露光工程→シリル化工程→ドライ現像工程
の工程を含み、前記全面エッチング工程が該第２露光工
程とドライ現像工程との間に含むこと。

【００２８】(1-1-4) 前記パターン形成方法は、第１露
光工程→シリル化工程→第２露光工程→シリル化工程→
ドライ現像工程の工程を含み、前記全面エッチング工程
が該第２露光工程とドライ現像工程との間に含むこと。
等を特徴としている。

【００２９】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1) のパターン形成方法を用いて感光性の
基板にマスク上のパターンを転写していることを特徴と
している。

【００３０】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1) のパターン形成方法を用いてデバイス
を製造していることを特徴としている。

【００３１】(3-2) 構成(2-1) の露光装置を用いてマス
ク面上のパターンをウエハ面上に露光した後、該ウエハ
を現像処理工程を介してデバイスを製造していることを
特徴としている。

【００３２】尚、本発明において「多重露光」とは「感
光基板上の同一領域を互いに異なる光パターンで途中に
現像処理工程を介さずに露光すること」を言う。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１は本発明のパターン形成方法
の要部ブロック図である。本発明は表層イメージングに
よるパターン形成方法において、プロセス工程の中に全
面エッチング工程そして表面改質工程を含むことを特徴
としている。

【００３４】そして、このときの表面改質工程としてシ
リル化プロセスを利用していることを特徴としている。
特に多重露光によるパターン像の形成の際に多く発生し
てくる不要パターンを全面エッチング工程を介すること
により効果的に除去していることを特徴としている。

【００３５】次に図１のパターン形成方法について説明
する。同図は多重露光として２重露光の場合を示してい
るが単一露光や２重露光以上の多重露光であっても良
い。

【００３６】同図（Ａ）ではシリコンウエハＷａ上にレ
ジストＲＥを膜厚１μｍにスピンコートした後に２重露
光を行う為のレチクル( 第１のマスク) Ａのパターンを
レジストＲＥ上に転写し、次いでレチクル（第２のマス
ク）Ｂのパターンを同様に同一領域に転写する。この
時、各々のレチクルはあらかじめ形成しておいたアライ
メントマークに逐次位置合わせを行っても良いし、又は
レチクルＡで形成された潜像に対して位置合わせを行っ
ても良い。

【００３７】次いで同図Ｂに示すように、表面改質装置
にて１２０℃のホットプレート上でシリコンカップリン
グ剤であるＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）のガス
に接触させレジスト表面のシリル化を行う。この時先の
露光時の露光量に応じてレジスト層でのシリル化反応に
よるシリル化の深さが異なる。この後、同図（Ｃ）に示
すように、ＣＦ₄ と０₂ の混合ガスを用いて、該シリル
化された部分としてシリル化されていない部分のエッチ
ング速度が等しくなる条件で、不要なシリル化部分がな
くなるまで全面エッチングを行う。次いで同図（Ｄ）に
示すように、Ｏ₂ ＲＩＥ単独でシリル化部分をマスクに
レジストをドライ現像し、目的とするパターンを得てい
る。

【００３８】本実施形態では露光（レチクルＡ）→露光
（レチクルＢ）→シリル化→全面エッチング→ドライ現
像（Ｏ₂ ＲＩＥ）の工程を経ている。

【００３９】尚、本実施形態においてレジストとして化
学増幅型レジストを用いても良い。

【００４０】尚、本発明のパターン形成方法において、
各種の工程の順序を実施形態１の他に次の如く行っても
良い。

【００４１】(ア-1)第１露光工程→第２露光工程→全面
エッチング工程（Ｏ₂ ＲＩＥ）→シリル化工程→Ｏ₂ Ｒ
ＩＥ（ドライ現像）工程 全面エッチング工程をシリル化工程の後に行っても良
い。

【００４２】(ア-2)第１露光工程→第２露光工程→シリ
ル化工程→Ｏ₂ ＲＩＥ（ドライ現像）工程 全面エッチング工程が第２露光の後又はシリル化工程の
後に含まれる。

【００４３】以上の実施形態においては各工程間の時間
管理を高精度で行うことでＣ／Ｄコントロールを向上さ
せている。

【００４４】尚、本実施形態では２重露光工程に限ら
ず、１回の露光工程でレジスト層に表層イメージングを
行うプロセスにも同様に適用することができる。

【００４５】次に本発明に係る多重露光により感光基板
上に表層イメージングによりパターンを形成する方法に
ついて説明する。

【００４６】尚、以下の各実施形態では、全面エッチン
グ工程と表面改質工程については特に説明をしていない
が、前述した各工程を利用してパターン化している。又
レジスト層に形成される（表層イメージングによる）パ
ターン像は簡単の為に層全体がパターン化されるように
示している。

【００４７】図２〜図１０は本発明に係る露光方法（多
重露光）の実施形態１の説明図である。図２は本発明に
係る露光方法を示すフローチャートである。図２には本
発明に係る露光方法を構成する周期パターン露光ステッ
プ、投影露光ステップ（通常パターン露光ステップ）、
現像ステップの各ブロックとその流れが示してある。同
図において周期パターン露光ステップと投影露光ステッ
プの順序は、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。

【００４８】本発明に係る露光方法及び露光装置は、被
露光基板（感光基板）に対して周期パターン露光と通常
の露光の二重露光を行うことを特徴としている。

【００４９】ここで通常パターン露光とは周期パターン
露光より解像度が低いが任意のパターンで露光が行える
露光であり、代表的なものとして図２０に示した投影光
学系によってマスクのパターンを投影する投影露光があ
げられる。

【００５０】通常パターン露光によって露光されるパタ
ーン（通常パターン）は解像度以下の微細なパターンを
含み、周期パターン露光はこの微細なパターンと略同線
幅の周期パターンを形成するようにする。通常パターン
露光の解像度以上の大きなパターンは、周期パターン露
光の線幅に限定されないが整数倍が効果的である。

【００５１】通常パターン露光は任意の形状をしている
のでいろいろな方向を向いていてもよい。一般にＩＣパ
ターンでは、方向がある方向とそれに直行する方向の２
方向を向いている場合が多く、最も微細なパターンはあ
る特定の１方向のみに限定される場合が多い。

【００５２】二重露光で周期パターン露光をする際、そ
の通常パターンの最も微細なパターンの方向に、周期パ
ターンの方向を合致させることが重要である。

【００５３】また、周期パターンのピークの中心は、通
常パターンにおける解像度以下の微細なパターンの中心
に合致するように露光する。

【００５４】本発明における二重露光とは周期パターン
露光と通常パターン露光の二重露光という意味であっ
て、周期パターン露光は、通常パターン露光の最も微細
なパターンの方向に平行にして何回繰り返して露光して
も良い。

【００５５】本発明に係る露光方法及び露光装置の周期
パターン露光と通常パターン露光のそれぞれは、１回ま
たは、複数回の露光段階よりなり、複数回の露光段階を
取る場合は、各露光階ごとに異なる露光量分布を感光基
板に与えている。

【００５６】図２のフローに従って露光を行なう場合、
まず周期パターンによりウエハ（感光基板）を図３に示
すような周期パターンで露光する。図３中の数字は露光
量を表しており、図３（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。

【００５７】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，感光基板のレジストの露光しきい値Ｅ
ｔｈは図３（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３（Ｂ）の上部は最終的に得
られるリソグラフィーパターン（凹凸パターン）を示し
ている。尚、ここでの露光しきい値Ｅｔｈはシリル化プ
ロセスによってパターン化される最小の露光量をいう。
以下同じ。

【００５８】図４に、この場合の感光基板のレジストに
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」配す。）の各々について
示す。シリル化プロセスの場合、通常の現像後と使用し
たプロセスとは逆にネガ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ
以上の場合に、ポジ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以下
の場合に、現像後の膜厚が０となる。尚、ここでの現像
とは図１のドライ現像のことである。以下同じ。

【００５９】図５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ーパターンが
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。

【００６０】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６（図３（Ａ）と同じ）及び図７
に示す通り、周期パターン露光での中心露光量を１とし
たとき、露光基板のレジストの露光しきい値Ｅｔｈを１
よりも大きく設定している。この感光基板は図３に示す
下地パターン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ーパターンは
形成されない。これは即ち周期パターンの消失と見做す
ことができる。（尚、ここではポジ型を用いた場合の例
を用いて本発明の説明を行うが、本発明はネガ型の場合
も実施できる。） 尚、図７において、上部はリソグラフィーパターンを示
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。尚、下部に記載のＥ₁は周期パ
ターン露光における露光量を、Ｅ₂ は通常の投影露光に
おける露光量を表している。

【００６１】本実施形態の特徴は、周期パターン露光の
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
影露光による露光装置の分解能以下の大きさのパターン
を含む任意の形状の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の露光をし、
最終的に所望のリソグラフィーパターンを形成できると
ころにある。

【００６２】図８（Ａ）は通常の投影露光（通常パター
ン露光）による露光パターンであり、微細なパターンで
ある為、解像できずに被露光物体上での強度分布はぼけ
て広がっている。本実施形態では通常の投影露光の解像
度の約半分の紙幅の微細パターンとしている。

【００６３】図８（Ａ）の露光パターンを作る投影露光
を、図６の周期パターン露光の後に、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
レジスト面上への合計の露光量分布は図８（Ｂ）の下部
のグラフのようになる。尚、ここでは周期パターン露光
の露光量Ｅ₁ 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Ｅｔｈ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８（Ｂ）の上部に示したリソグラフ
ィーパターンが形成される。

【００６４】その際、通常パターンの中心が周期パター
ンのピークと合致させておく。又、通常パターンの方向
と周期パターンの方向とを合致させている。

【００６５】図８（Ｂ）の上部に示す孤立線パターン
は、解像度が周期パターン露光のものであり且つ単純な
周期パターンもない。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。

【００６６】ここで仮に、図９の露光パターンを作る投
影露光（図６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６の周期パターン露光の後に、現像工程なし
で、同一レジストの同一領域に重ねる。この際、通常パ
ターンの中心が周期パターン露光のピーク位置と合致さ
せることで重ね合わせたパターンの対称性が良く、良好
なるパターン像が得られる。

【００６７】このレジストの合計の露光量分布は図９
（Ｂ）のようになり、２光束干渉露光（周期パターン露
光）の露光パターンは消失して最終的に投影露光による
リソグラフィーパターンのみが形成される。

【００６８】また、図１０に示すように、図６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ーパターンの線
幅は自明でであり、投影露光で実現できるリソグラフィ
ーパターンは全て、本実施形態でも、形成可能である。

【００６９】以上簡潔に説明した周期パターン露光と投
影露光の夫々による露光量分布（絶対値及び分布）と感
光基板のレジストのしきい値の調整を行うことにより、
図７，図８（Ｂ），図９（Ｂ），及び図１０（Ｂ）で示
したような多種のパターンの組み合わせより成り且つ最
小線幅が周期パターン露光の解像度（図８（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。

【００７０】以上の露光方法の原理をまとめると、 (ア-1) 投影露光（通常パターン露光）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周期露光パター
ンは現像により消失する。

【００７１】(ア-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
と周期パターン露光のパターンの組み合わせにより決ま
る周期パターン露光の解像度を持つ露光パターンが形成
される。

【００７２】(ア-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。更に露光方法の利点として、最
も解像力の高い周期パターン露光を２光束干渉露光で行
えば、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。

【００７３】以上の説明では周期パターン露光と投影露
光の順番は周期パターン露光を先としたが、この順番に
限定されない。

【００７４】次に本発明の実施形態２を説明する。

【００７５】本実施形態は露光により得られる回路パタ
ーン（リソグラフィーパターン）として、図１１に示す
所謂ゲート型のパターンを対象としている。

【００７６】図１１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。本発明によれ
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（周期パターン
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。

【００７７】本実施形態では、図１２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。

【００７８】図１２において、図１２（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０．１μｍＬ＆Ｓパターンに相当
する。図１２の下部における数値は露光量を表すもので
ある。

【００７９】このような２光束干渉露光を実現する露光
装置としては、図１６で示すような、レーザ１５１，ハ
ーフミラー１５２，平面ミラー１５３による干渉計型の
分波合波光学系を備えるものや、図１７で示すような、
投影露光装置においてマスクと照明方法を図１８又は図
１９のように構成した装置がある。

【００８０】図１６の露光装置について説明を行う。

【００８１】図１６の露光装置では前述した通り合波す
る２光束の夫々が角度θでウエハ１５４に斜入射し、ウ
エハ１５４に形成できる干渉縞パターン（露光パター
ン）の線幅は前記（３）式で表される。角度θと分波合
波光学系の像面側のＮＡとの関係はＮＡ＝ｓｉｎθであ
る。角度θは一対の平面ミラー１５３（１５３ａ，１５
３ｂ）の夫々の角度を変えることにより任意に調整、設
定可能で、一対の平面ミラーで角度θの値を大きく設定
すれば干渉縞パターンの夫々の縞の線幅は小さくなる。
例えば２光束の波長が２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）の
場合、θ＝３８度でも各縞の線幅は約０．１μｍの干渉
縞パターンが形成できる。尚、この時のＮＡ＝ｓｉｎθ
＝０．６２である。角度θを３８度よりも大きく設定す
れば、より高い解像度が得られるということは言うまで
もない。

【００８２】次に図１７乃至図１９の露光装置に関して
説明する。

【００８３】図１７の露光装置は、例えば通常のステッ
プアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式
の縮小投影光学系（多数枚のレンズより成る）を用いた
投影露光装置であり、現状で露光波長２４８ｎｍに対し
てＮＡ０．６以上のものが存在する。

【００８４】図１７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１６６に入射する像側
露光光、１６６は感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１７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、図２０の通常の
投影露光とは異なり、２つの平行光線束だけから成って
いる。

【００８５】図１７に示すような通常の投影露光装置に
おいて２光束干渉露光（周期パターン露光）を行う為に
は、マスク１６１とその照明方法を図１８又は図１９の
ように設定すれば良い。以下これら３種の例について説
明する。

【００８６】図１８（Ａ）はレベンソン型の位相シフト
マスク１７３を示しており、クロムより成る遮光部１７
１のピッチＰＯが（４）式で０、位相シフタ１７２のピ
ッチＰＯＳが（５）式で表されるマスクである。

【００８７】 Ｐ₀ ＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ‥‥‥（４） Ｐ_OS＝２Ｐ₀ ＝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。

【００８８】一方、図１８（Ｂ）が示すマスク１７４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１７
５のピッチＰＯＳを上記（５）式を満たすように構成し
たものである。

【００８９】図１８（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
を行う。具体的には図１８に示すようにマスク面１７０
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１７０に照射する。

【００９０】ここで、σ＝照明光学系の開口数／投影光
学系の開口数 である。

【００９１】このような照明を行うと、マスク１７０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１７２（１７５）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１７０から投影光学
系１６３の光軸に対して対称に発生し、図１６の２個の
物体側露光１６５がウエハ１６６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１
６４の開口に入射しないので結像には寄与しない。

【００９２】図１９に示したマスク１８０は、クロムよ
り成る遮光部１８１のピッチＰＯが（４）式と同様の
（６）式で表されるマスクである。

【００９３】 Ｐ₀ ＝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。

【００９４】図１９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１８０への入射角θ
₀ 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。

【００９５】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。

【００９６】図１９が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
明を行うと、マスク１８０からは、光軸に対して角度θ
₀ 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１６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、結像が行われる。

【００９７】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。

【００９８】以上が通常の投影露光装置を用いて２光束
干渉露光を行う技術であり、図２０に示したような通常
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
を行うように構成してあるので、図２０の照明光学系の
０＜σ＜１に対応する不図示の開口絞りを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うよう構成す
ることができる。

【００９９】図１１及び図１２が示す実施形態２の説明
に戻る。本実施形態では前述した２光束干渉露光（周期
パターン露光）の次に行う通常の投影露光（通常パター
ン露光）（例えば図２０の装置でマスクに対して部分的
コヒーレント照明を行うもの）によって図１２（Ｂ）が
示すゲートパターンの露光を行う。図１２（Ｃ）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を最小線幅のピッチの分
解能でマップ化したものである。

【０１００】図１２の下部に示す露光量分布は、マスク
から入射される光強度を１としてウエハに露光される強
度分布を示したものである。

【０１０１】図１２（Ａ）の周期パターンの露光による
露光量分布は、理想的には１と０の矩形波であるはずだ
が、２光束干渉露光の解像限界付近の線幅を用いている
ので、０次光と１次光のみで形成されるsin 波となって
いる。そのsin 波の最大値をIo、最小値をI₁とあらわ
す。このとき、照明条件のσによって、I₀とI₁の値が定
まる。

【０１０２】図１２(B) の通常の投影露光による露光量
分布は、各部分での代表的な値を示している。この投影
露光による露光パターンの最小線幅の部分は、解像せず
ぼけて広がり、光強度の各店の値は下がる。露光量は、
大まかにパターン中心部をｂ，両サイドをｄ，両側から
のぼけ像がくる中心部をｃとする。最小線幅の２倍の線
幅は、b,c,d の値よりも大きいが、投影露光の解像限界
付近の線幅であるため、少しぼけてa の値をとる。これ
ら、a,b,c,d の値は、照明条件によって変化する。

【０１０３】図１２(C) の露光量分布は、図１２(A) の
露光パターンと図１２(B) の露光パターンの露光量の加
算した結果生じたものである。

【０１０４】２光束干渉露光と投影露光の各露光での光
量比は、それぞれの露光の照明条件により異なる。加算
における各露光での光量比は、照明系の照度比として、
２光束干渉露光：投影露光＝１：ｋとし、ｋの値は次の
ようにして求める。

【０１０５】図１２(C) の露光量分布は、上記の露光量
分布、光量比を用いて、以下の式で表せる。

【０１０６】a' = k×a + I₀ a" = k×a + I₁ b' = k ×b + I₀ c' = k×c+ I₁ d' = k×d + I₁ 所望のゲートパターンを得るためには、レジストの感光
のしきい値Icとの関係式を得る。たとえば、レジストが
ネガ型の場合、以下のようになる。

【０１０７】a' ＞I_C a" ＞I_C b' ＞I_C c' ＜I_C d' ＜I_C a',a",b'は差が小さい方が望ましく、c'と特にb'との差
がある方が望ましい。これらの式を解くことにより、各
照明条件での最適光量比が求められる。特に微細パター
ンの関係する以下の２式は重要である。 レジストがネガ型の場合、 ｋ×ｂ＋I₀＞I_C ｋ×ｃ＋I₁＜I_C レジストがポジ型の場合、 ｋ×ｂ＋I₁＜I_C ｋ×ｃ＋I₀＞I_C レジストがポジ型の場合、露光量分布の大小関係が反転
し、レジストしきい値Icとの不等号が逆になるが、同様
に最適光量比が求められる。

【０１０８】以上説明した２光束干渉露光と通常の投影
露光の照明方法の異なった２つを組み合わせによって図
１３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成
る。

【０１０９】図１３，図１４，図１５は波長248nm のＫ
ｒＦエキシマステッパーを用いたときの具体的な実施例
である。

【０１１０】図１３に示すような、最小線幅0.12μｍの
ゲートパターンを通常露光し、重ねてレベンソンタイプ
の位相シフトマスクで、その最小線幅と重なるように周
期パターンを露光したものである。

【０１１１】投影レンズのNAは0.6 、照明系のσは、レ
ベンソンマスクによる露光では、0.3 とした。通常マス
ク露光時では、σ＝0.3,0.6,0.8,輪帯照明とした。

【０１１２】位相シフトマスクなどの２光束干渉により
周期パターンを露光する場合の、コヒーレント照明はσ
の値がゼロまたは、それに近い値であるが、あまり小さ
くすると単位時間当たりの露光量が小さくなり、露光に
要する時間が長くなるので実際的でない。

【０１１３】周期パターン露光のときはσが0.3 以下で
あることが望ましく、レベンソンマスクによる露光では
その最大であるσ＝0.3 とした。

【０１１４】通常露光では、一般的に部分的コヒーレン
ト照明にするが、σを大きくすると複雑な形状の再現性
はよくなり、かつ深度は広がる。照度分布が外側に比べ
て内側が低いいわゆる輪帯照明では、この傾向は顕著に
なるが、コントラストは落ちるという欠点がある。

【０１１５】図１４（Ａ）に示すように、通常露光のσ
を周期パターン露光のσと同じ0.3にして同じ照明条件
で二重露光を行うと、ゲートパターンがデフォーカス０
±0.2 μｍの範囲で解像されるが、線パターンの部分が
うねっており、くびれた部分が断線の原因となるため好
ましくない。

【０１１６】又、通常パターン露光のときはσ＝０．６
以上にするのが良い。図１４（Ｂ）に示すように、通常
露光のσを0.6 にするとデフォーカス０±0.4 μｍの範
囲でゲートパターンが解像されるようになり、線パター
ンの部分がうねりは解消されている。通常露光と周期パ
ターン露光の露光量比を 通常露光：周期パターン露光=
1.5 ：１とした。

【０１１７】図１５（Ａ）に示すように、通常露光のσ
が0.8 と大きくなると、複雑な形状の再現性は若干よく
なる。通常露光と周期パターン露光の露光量比を通常パ
ターン露光：周期パターン露光=2 ：１とした。通常パ
ターン露光のときは周期パターン露光に比べて２倍以上
の露光量とするのが良い。

【０１１８】図１５（Ｂ）では、通常露光を輪帯照明と
し、リング内側の0.6 から外側の0.8 までの照度を１、
リング内側の0.6 以下を照度０とした場合の二次元強度
分布である。通常露光と周期パターン露光の露光量比を
通常露光：周期パターン露光=2.5：１とした。

【０１１９】輪帯照明では、σが0.8 の時よりも、複雑
な形状の再現性はよくなり、かつ深度は広がる。デフォ
ーカス±0.4 μｍ以下で良好な像が得られた。

【０１２０】このように微細な回路パターンは、周期パ
ターン露光との二重露光によって形成される。通常露光
パターンの微細なパターンは光強度が低くコントラスト
も低いので、通常は解像されないが、コントラストが高
い周期パターン露光と二重に露光し重ね合わせることに
よって、微細なパターンはコントラストが増強され解像
されるようになる。

【０１２１】一方、通常露光パターンの解像度以上の大
きなパターンも、周期パターン露光の強度と重ね合わさ
れコントラストが増強されるので、周期パターン露光の
線幅の整数倍にするとエッジがシャープな像となる。本
発明の露光方法によって、0.12μｍといった微細な線幅
を有する回路パターンが、例えばσや照度の光量比を可
変とする照明条件の切り替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としている。

【０１２２】周期パターン露光と通常パターン露光の光
量比は、照明条件の組み合わせによる最適値を前述の計
算式によって求めた。

【０１２３】照明条件１ 周期パターンの露光はσ=0.
3、通常パターン露光はσ=0.3 図１２(A) の下部に示した周期パターンの露光による露
光量分布と、図１２(B)の下部に示した通常の投影露光
による露光量分布（ベストフォーカス）を以下に示す。

【０１２４】I₀ = 0.80 I₁ = 0.23 a = 1.31 b = 0.34 c = 0.61 d = 0.09 k = 1.0 のとき最適であり、 a' = 2.11 a" = 1.54 b'= 1.21 c'= 0.89 d'= 0.32 となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化する
と次のようになる。

【０１２５】a' = 1.0 a" = 0.73 b'= 0.57 c'= 0.42
d'= 0.15 I₀ = 0.38 照明条件２ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0.6 I₀ = 0.80 I₁ = 0.23 a = 1.25 b = 0.44 c = 0.53 d = 0.13 k = 1.5 のとき最適であり、 a' = 2.68 a" = 2.11 b'= 1.46 c'= 1.03 d'= 0.43 となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化する
と次のようになる。

【０１２６】a' = 1.0 a" = 0.79 b'= 0.55 c'= 0.38
d'= 0.16 I₀ = 0.30 照明条件３ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0. ８ I₀ = 0.80 I₁ = 0.23 a = 1.20 b = 0.48 c = 0.47 d = 0.16 k = 2.0 のとき最適であり、 a' = 3.20 a" = 2.63 b'= 1.76 c'= 1.17 d'= 0.55 となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようにな
る。

【０１２７】a' = 1.0 a" = 0.82 b'= 0.55 c'= 0.37
d'= 0.17 I₀ = 0.25 照明条件４ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0. ８で輪帯照明とし、内側（輪帯内側）σ
0.６以下の照度分布をゼロとした。

【０１２８】I₀ = 0.80 I₁ = 0.23 a = 1.10 b = 0.47 c = 0.36 d = 0.19 k = 2.5 のとき最適であり、 a' = 3.55 a" = 2.98 b'= 1.98 c'= 1.13 d'=0.71 となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようにな
る。

【０１２９】a' = 1.0 a" = 0.84 b'= 0.56 c'= 0.32
d'=0.20 I₀ = 0.23 今までの議論で、レジストしきい値は、最大露光量３の
とき1.5 だったので、最大露光量で規格化するとレジス
トしきい値は0.5 となる。この規格化された露光量分布
を見ると、a',a",b'は規格化されたレジストしきい値0.
5 より大きく、c',d',I₀ はしきい値より小さい。

【０１３０】現像によって露光量がレジストしきい値よ
り大きい部分がのこるから、露光量がa',a",b'のみパタ
ーンとして現像後残ることになる。従って、図１２(C)
の下部で灰色に示された部分が、現像後の形状である。

【０１３１】一般に、通常露光パターンを露光するとき
は、周期パターンを露光するときの約２倍の露光量が適
切で、通常露光パターンを露光するときの照明条件と、
周期パターンを露光するときの照明条件の組合わせによ
って最適な露光量比があり、前述の計算式で求められ
る。

【０１３２】前述の計算式から、種々の照明条件の組合
わせを計算した結果、次のことが示された。周期パター
ン露光のときσ＝０．３で通常パターン露光の照明条件
σが0.8 より小さいときは、通常パターンを露光すると
きの露光量を周期パターンを露光するときの露光量より
２倍以下にするとよい。

【０１３３】周期パターンのときσ＝０．３で通常パタ
ーンを露光するときの照明条件が輪帯照明のときは、輪
帯の巾が小さいときは、通常パターンを露光する露光量
が周期パターンを露光するときの露光量より２倍以上に
するとよい。

【０１３４】周期パターンを露光するときの照明条件σ
が0.3 より小さいときは、通常パターンを露光する露光
量は、周期パターンを露光するときの露光量より２倍以
上にするとよい。

【０１３５】図２１は本発明に係る２光束干渉露光用の
露光装置の一例を示す概略図であり、図２１において、
２０１は２光束干渉露光用の光学系で、基本構成は図１
６の光学系と同じである。２０２はＫｒＦ又はＡｒＦエ
キシマレーザー、２０３はハーフミラー、２０４（２０
４ａ，２０４ｂ）は平面ミラー、２０５は光学系２０１
との位置関係が固定又は適宜ベースライン（量）として
検出できるオフアクシス型の位置合わせ光学系で、ウエ
ハ２０６上の２光束干渉用位置合わせマークを観察し、
その位置を検出する。２０６は感光基板であるウエハ、
２０７は光学系２０１の光軸に直交する平面及びこの光
軸方向に移動可能なＸＹＺステージで、レーザー干渉計
等を用いてその位置が正確に制御される。装置２０５と
ＸＹＺステージ２０７の構成や機能は周知なので具体的
な説明は略す。

【０１３６】図２２は本発明の２光束干渉用露光装置と
通常の投影露光装置より成る高解像度の露光装置を示す
概略図である。

【０１３７】図２２において、２１２は図２０の光学系
２０１、装置２０５を備える２光束干渉露光装置であ
り、２１３は、不図示の照明光学系とレチクル位置合わ
せ光学系２１４、ウエハ位置合わせ光学系（オフアクシ
ス位置合わせ光学系）２１７とマスク２１５の回路パタ
ーンをウエハ２１８上に縮小投影する投影光学系２１６
とを備える通常の投影露光装置である。

【０１３８】レチクル位置合わせ光学系２１４はマスク
２１５上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出
する。ウエハ位置合わせ光学系２１７はウエハ２０６上
の投影露光用又は２光束干渉と兼用の位置合わせマーク
を観察し、その位置を検出する。光学系２１４，２１
６，２１７の構成や機能は周知なので、具体的な説明は
略す。

【０１３９】図２２の２１９は２光束干渉用露光装置２
１２と投影露光装置２１３で共用される１つのＸＹＺス
テージであり、このステージ２１９は、装置２１２、２
１３の各光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可
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。

【０１４０】ウエハ２１８を保持したステージ２１９
は、図２２の位置（１）に送り込まれてその位置が正確
に測定され、測定結果に基づいて位置（２）で示す装置
２１２の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ２光束
干渉露光が行われ、その後、位置（３）に送り込まれて
その位置が正確に測定され位置（４）で示す装置２１３
の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ投影露光が行
われる。

【０１４１】装置２１３においては、オフアクシスの位
置合わせ光学系２１７の代わりに、投影光学系２１６を
介してウエハ２１８の位置合わせマークを観察し、その
位置を検出する不図示のＴＴＬの位置合わせ光学系や、
投影光学系２１６とマスク（レチクル）２１５とを介し
てウエハ２１８上の位置合わせマークを観察し、その位
置を検出する不図示のＴＴＲの位置合わせ光学系も使用
できる。

【０１４２】図２３は本発明の２光束干渉用露光と通常
の投影露光の双方が行える高解像度の露光装置を示す概
略図である。

【０１４３】図２３において、２２１はＫｒＦ又はＡｒ
Ｆエキシマレーザー、２２２は照明光学系、２２３はマ
スク（レチクル）、２２４はマスクステージ、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、２２５はマスク（レチクル）チェン
ジャであり、ステージ２２４に、通常のレチクルと前述
したレベンソン位相シフトマスク（レチクル）又はエッ
ジシフタ型のマスク（レチクル）又は位相シフタを有し
ていない周期パターンマスク（レチクル）の一方を選択
的に供給する為に設けてある。

【０１４４】また、マスクステージは微細パターンの方
向と周期パターンの方向と平行にする為に、予めマスク
にバーコード等に描かれてある情報をもとにマスクを回
転させる機能を持たせてある。

【０１４５】図２３の２２９は２光束干渉露光と投影露
光で共用される１つのＸＹＺステージであり、このステ
ージ２２９は、光学系２２７の光軸に直交する平面及び
この光軸方向に移動可能で、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。

【０１４６】また、図２３の装置は、不図示のレチクル
位置合わせ光学系、ウエハ位置合わせ光学系（図２２で
説明したオフアクシス位置合わせ光学系とＴＴＬ位置合
わせ光学系とＴＴＲ位置合わせ光学系）とを備える。

【０１４７】図２３の露光装置の照明光学系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２３０内の図示した前述した（１ａ）又は（１ｂ）
の照明光を、前述したレベンソン型位相シフトレチクル
又はエッジシフタ型レチクル又は位相シフタを有してい
ない周期パターンレチクルの１つに供給し、部分的コヒ
ーレント照明の場合にはブロック２３０内に図示した
（２ａ）の照明光を所望のレチクルに供給する。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いい。

【０１４８】本発明の露光方法及び露光装置における２
重露光における前記第１露光と前記第２露光の露光波長
は、第２露光が投影露光の場合、双方とも４００ｎｍ以
下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎ
ｍ以下の露光波長の光を得るにはＫＪｒＦエキシマレー
ザ（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３
ｎｍ）を用いる。

【０１４９】尚、本発明において「投影露光」というの
は、マスクに形成された任意のパターンからの３個以上
の平行光線束が互いに異なる様々な角度で像面に入射し
て露光が行なわれるものである。

【０１５０】本発明の露光装置はマスクのパターンをウ
エハに投影する投影光学系と、部分的コヒーレント照明
とコヒーレント照明の双方の照明が可能なマスク照明光
学系とを有し、部分的コヒーレント照明によって通常の
露光を行い、コヒーレント照明によって２光束干渉露光
を行うことにより、周期パターン露光を特徴とする。
「部分的コヒーレント照明」とはσ＝（照明光学系の開
口数／投影光学系の開口数）の値がゼロより大きく１よ
り小さい照明であり、「コヒーレント照明」とは、σの
値がゼロまたはそれに近い値であり、部分的コヒーレン
ト照明のσに比べて相当小さい値である。

【０１５１】周期パターン露光でのコヒーレント照明で
はσを０．３以下にする。通常露光を行う際の部分的コ
ヒーレント照明はσを０．６以上にする。σ＝０．８が
望ましい。さらに照度分布が外側に比べて内側が低い輪
帯照明にすると、なお効果的である。

【０１５２】この露光装置の露光波長は、４００ｎｍ以
下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎ
ｍ以下の露光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ
（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎ
ｍ）を用いる。

【０１５３】発明の実施形態においては、マスク照明光
学系として部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明
とが切換え可能な光学系を開示している。

【０１５４】本発明の露光装置は２光束干渉露光装置と
通常（投影）露光装置を両装置で共用される被露光基板
（感光基板）を保持する移動ステージとを有している。

【０１５５】この露光装置の露光波長も、４００ｎｍ以
下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎ
ｍ以下の露光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ
（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎ
ｍ）を用いている。

【０１５６】以上説明した露光方法及び露光装置を用い
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、ＣＣＤ等の撮像素子と
いった各種デバイスの製造が可能である。

【０１５７】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て種々に変更することが可能である。特に２光束干渉露
光及び通常露光の各ステップでの露光回数や露光量の段
数は適宜選択することが可能であり、更に露光の重ね合
わせもずらして行なう等適宜調整することが可能であ
る。このような調整を行うことで形成可能な回路パター
ンにバリエーションが増える。

【０１５８】尚、本発明において （ａ）照明光学系の照明方法としては、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
ーザーから光でマスクパターンを照明することが適用可
能である。

【０１５９】（ｂ）露光装置においては屈折系、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ことが適用可能であ
る。

【０１６０】（ｃ）露光装置としては本発明の露光方法
を露光モードとして有するステップアンドリピート型縮
小投影露光装置や本発明の露光方法を露光モードとして
有するステップアンドスキャン型縮小投影露光装置等が
適用可能である。

【０１６１】尚、以上の各実施形態において周期パター
ンに限らず、周期性のないパターンであってもよい。

【０１６２】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【０１６３】図２４は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。

【０１６４】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。

【０１６５】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン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、前記用意したマ
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。

【０１６６】次のステップ５（組立）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。

【０１６７】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。

【０１６８】図２５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。

【０１６９】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）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【０１７０】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）ではエッチングがす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。

【０１７１】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。

【０１７２】

【発明の効果】本発明は以上のように、 (イ-1) シリル化反応による表層イメージングとによって
パターンを形成するとき不要パターンを効果的に除去す
ることにより目的パターンのみを効果的に形成すること
ができるパターン形成方法及び露光装置を達成すること
ができる。

【０１７３】(イ-2) 多重露光において多く発生してい
る不要パターンを効果的に除去することができるパター
ン形成方法及び露光装置を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパターン形成方法の要部ブロック図

【図２】本発明の露光方法のフローチャート

【図３】２光束干渉露光による露光パターンを示す説明
図

【図４】レジストの露光感度特性を示す説明図

【図５】現像によるパターン形成を示す説明図

【図６】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

【図７】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

【図８】本発明の実施形態１において形成できる露光パ
ターン（リソグラフィーパターン）の一例を示す説明図

【図９】本発明の実施形態１において形成できる露光パ
ターン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説
明図

【図１０】本発明の実施形態１において形成できる露光
パターン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す
説明図

【図１１】本発明の実施形態２に係るゲートパターンを
示す説明図

【図１２】本発明の実施形態２を示す説明図

【図１３】ゲートパターンを説明する図

【図１４】形成されたゲートパターンの説明図

【図１５】形成されたゲートパターンの説明図

【図１６】従来の２光束干渉用露光装置の一例を示す概
略図

【図１７】２光束干渉露光を行なう投影露光装置の一例
を示す概略図

【図１８】図１７の装置に使用するマスク及び照明方法
の１例を示す説明図

【図１９】図１７の装置に使用するマスク及び照明方法
の他の１例を示す説明図

【図２０】従来の投影露光装置を示す概略図

【図２１】本発明の２光束干渉露光装置の一例を示す概
略図

【図２２】本発明の高解像度の露光装置の一例を示す概
略図

【図２３】本発明の高解像度の露光装置の一例を示す概
略図

【図２４】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図２５】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【符号の説明】

２２１ エキシマレーザ ２２２ 照明光学系 ２２３ マスク（レチクル） ２２４ マスク（レチクル）ステージ ２２５ ２光束干渉用マスクと通常投影露光用のマスク ２２６ マスク（レチクル）チェンジャ ２２７ 投影光学系 ２２８ ウエハ ２２９ ＸＹＺステージ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表層イメージングによってパターンを形
   成するパターン形成方法において、全面エッチング工程
   と表面改質工程を含むことを特徴とするパターン形成方
   法。
2. 【請求項２】 感光基板状の同一領域を互いに異なった
   パターンで多重露光し、表層イメージングによってパタ
   ーンを形成するパターン形成方法において、全面エッチ
   ング工程と表面改質工程を含んでいることを特徴とする
   パターン形成方法。
3. 【請求項３】 全面エッチング工程が選択比１の条件で
   行われることを特徴とする請求項１又は２のパターン形
   成方法。
4. 【請求項４】 前記表面改質工程がシリル化プロセスで
   あることを特徴とする請求項１又は２のパターン形成方
   法。
5. 【請求項５】 前記パターン形成方法は、第１露光工程
   →第２露光工程→シリル化工程→ドライ現像工程の工程
   を含み、前記全面エッチング工程が該第２露光工程とド
   ライ現像工程との間に含むことを特徴とする請求項２，
   ３又は４のパターン形成方法。
6. 【請求項６】 前記パターン形成方法は、第１露光工程
   →シリル化工程→第２露光工程→シリル化工程→ドライ
   現像工程の工程を含み、前記全面エッチング工程が該第
   ２露光工程とドライ現像工程との間に含むことを特徴と
   する請求項２，３又は４のパターン形成方法。
7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか１項のパター
   ン形成方法を用いて感光性の基板にマスク上のパターン
   を転写していることを特徴とする露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１から６のいずれか１項のパター
   ン形成方法を用いてデバイスを製造していることを特徴
   とするデバイスの製造方法。
9. 【請求項９】 請求項７の露光装置を用いてマスク面上
   のパターンをウエハ面上に露光した後、該ウエハを現像
   処理工程を介してデバイスを製造していることを特徴と
   するデバイスの製造方法。