JP3647270B2

JP3647270B2 - 露光方法及び露光装置

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Publication number: JP3647270B2
Application number: JP18423598A
Authority: JP
Inventors: 美代子川島
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Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2005-05-11
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Description

【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１９４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ＮＡ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0.15μｍ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】

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（ＫｒＦ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５，４１５，８３５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同時に複数の照明条件で夫々の照明条件の光が互いに干渉しないように（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同時に小σ（シグマ）と大σとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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同時に小ＮＡ（開口数）と大ＮＡとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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同時に斜め照明と垂直照明を夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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同時に複数の照明条件で夫々の照明条件の光が互いに干渉しないように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同時に小σ（シグマ）と大σとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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同時に小ＮＡ（開口数）と大ＮＡとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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同時に斜め照明と垂直照明を夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
【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、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248nm）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に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１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１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）領域に結像させている。
【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、１０３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、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９０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１８は絞り７６の開口像（有効光源）を示す図、図１９は絞り７７の開口像（有効光源）の図、図２０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１７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２１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２１は図１６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＝０．０３μｍの補助パターンを付設したマスクを用いた。
【００９８】
図２１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２１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２１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２１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

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同時に複数の照明条件で夫々の照明条件の光が互いに干渉しないように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。
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同時に小σ（シグマ）と大σとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
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同時に小ＮＡ（開口数）と大ＮＡとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
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同時に斜め照明と垂直照明を夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
前記夫々の照明条件における光が互いに偏向方向が直交する直線偏光光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の露光方法。
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方法であって、
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露光方法。
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方法であって、
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露光方法。
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方法であって、
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露光方法。
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方法であって、
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露光方法。
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６〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
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６〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
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６〜９のいずれか一項に記載の露光方法。
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同時に複数の照明条件で夫々の照明条件の光が互いに干渉しないように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。
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同時に小σ（シグマ）と大σとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
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同時に小ＮＡ（開口数）と大ＮＡとで夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
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同時に斜め照明と垂直照明を夫々の照明条件における光が互いに干渉しないように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。
前記夫々の照明条件における光が互いに偏向方向が直交する直線偏光光であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の露光装置。
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備える露光装置であって、
前記マスクパターンは、該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露光装置。
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備える露光装置であって、
前記マスクパターンは、該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露光装置。
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備える露光装置であって、
前記マスクパターンは、該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露光装置。
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備える露光装置であって、
前記マスクパターンは、該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露光装置。
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１８〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
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１８〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
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１８〜２１のいずれか一項に記載の露光装置。
請求項１３〜２４のいずれか一項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、該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。