JPH11143085A - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

露光方法及び露光装置

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JPH11143085A
JPH11143085A JP9304232A JP30423297A JPH11143085A JP H11143085 A JPH11143085 A JP H11143085A JP 9304232 A JP9304232 A JP 9304232A JP 30423297 A JP30423297 A JP 30423297A JP H11143085 A JPH11143085 A JP H11143085A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２光束干渉露光と通常露光の2つの露光法を
用いて従来よりも複雑な形状のパタ−ンをウエハに形成
すること。 【解決手段】 感光基板に対して2光束干渉露光を行な
い、前記感光基板に対して通常の露光を行なう時に、通
常露光において前記感光基板に多値的な露光量分布を与
える。ここで「多値的」とは、感光基板に与える露光量
が２値（露光量ゼロの場合も含めて2種類）ではなく、
与える露光量が3値以上（露光量ゼロの場合も含めて3種
類以上）で、「通常の露光」とは2光束干渉露光より解
像度が低いが2光束干渉露光とは異なる様々なパターン
で露光が行なえる露光である。

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19に示
す。図１９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。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。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。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。
【０００６】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。
【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−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。
【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。
【０００９】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。
【００１０】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。
【００１１】米国特許第5415835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。
【００１２】2光束干渉露光の原理を図15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152に
よって2光束に分割し、2光束を夫々平面ミラー１５３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−ンをウエハに形成するものである。
【００１３】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。
【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、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
(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＝0.5〜0.7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。
上記米国特許には開示されていないが、例えばλ= 0.24
8ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）でNA = 0.6の時は、R =0.10μ
mが得られる。
【００１６】
【発明が解決しようとしている課題】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。
【００１７】そこで上記米国特許第5415835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）を得ることを
提案している。
【００１８】しかしながら上記米国特許第5415835号公
報の露光方法は、2光束干渉露光と通常露光の2つの露光
法の夫々において通常の2値的な露光量分布しか形成し
ていないので、より複雑な形状の回路パターンを得るこ
とができなかった。
【００１９】また、上記米国特許第5415835号公報は2光
束干渉露光と通常露光の2つの露光法を組み合わせるこ
とは開示しているが、このような組み合せを達成する露
光装置を具体的に示してはいない。
【００２０】本発明の目的は、２光束干渉露光と通常露
光の2つの露光法を用いてより複雑な形状のパタ−ンを
ウエハに形成することが可能な露光方法及び露光装置を
提供することにある。
【００２１】また本発明の他の目的は線幅0.15μｍ以下
の部分を備える回路パタ−ンを得ることが可能な露光方
法及び露光装置を提供することにある。
【００２２】また本発明の他の目的は２光束干渉露光と
通常露光の2つの露光法が実施できる露光装置を提供す
ることにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】本発明の露光方法及び露
光装置は、被露光基板（感光基板）に対して2光束干渉
露光と通常の露光を行なう時に、前記二つの露光の少な
くとも一方の露光において前記感光基板に多値的な露光
量分布を与えることを特徴とする。「多値的」とは、感
光基板に与える露光量が２値（露光量ゼロの場合も含め
て2種類）ではなく、与える露光量が3値以上（露光量ゼ
ロの場合も含めて3種類以上）であること意味する。ま
た、「通常の露光」とは2光束干渉露光より解像度が低
いが2光束干渉露光とは異なるパターンで露光が行なえ
る露光であり、代表的なものとして図19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挙
げられる。
【００２４】本発明の露光方法及び露光装置の前記2光
束干渉露光と前記通常露光の夫々は一回又は複数回の露
光段階より成り、複数回の露光段階を採る場合は、各露
光段階毎に異なる露光量分布を感光基板に与える。
【００２５】また本発明の露光方法及び露光装置の前記
2光束干渉露光と前記通常露光はどちらを先に行なって
も良い。
【００２６】また本発明の露光方法及び露光装置の前記
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２５
０nm以下である。250nm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193nm）を用いる。
【００２７】尚、本願で「投影露光」というのは、マス
クに形成された任意のパタ−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。
【００２８】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
露光を行ない、コヒーレント照明によって2光束干渉露
光を行なうことを特徴とする。「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。
【００２９】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。250nm以下の露
光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ（約248n
m）やＡｒＦエキシマレーザ（約193nm）を用いる。
【００３０】後述する発明の実施の形態においては、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。
【００３１】本発明の他の露光装置は2光束干渉露光装
置と通常（投影）露光装置と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するこ
とを特徴とする。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。250nm以下
の露光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ（約24
8nm）やＡｒＦエキシマレーザ（約193nm）を用いる。
【００３２】
【発明の実施の形態】最初に図1乃至図9を用いて本発明
の露光方法の一実施形態を説明する。
【００３３】図1は本発明の露光方法を示すフロ−チャ
−トである。図１には本発明の露光方法を構成する2光
束干渉露光ステップ、投影露光ステップ（通常露光ステ
ップ）、現像ステップの各ブロックとその流れが示して
あるが、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。
【００３４】図1のフロ−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（感光基板）を図2に示
すような周期的パタ−ン（干渉縞）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。
【００３５】このような周期パタ−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
れるリソグラフィーパターン（凹凸パターン）を示して
いる。
【００３６】図3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」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。
【００３７】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−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。
【００３８】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、感光基板のレジストの露光しきい値Ｅｔｈを1よ
りも大きく設定する。この感光基板は図2に示す2光束干
渉露光のみ行った露光パタ−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−ンは形成されな
い。これは即ち2光束干渉露光パタ−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。
【００３９】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−ンを通常の投影
露光による露光パタ−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−ンを形成できるところにある。
【００４０】図7（Ａ）は通常の投影露光による露光パ
タ−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倍として図示示してあ
る。
【００４１】図７（Ａ）の露光パタ−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7
（Ｂ）の上部に示したリソグラフィーパタ−ンが形成さ
れる。図７（Ｂ）の上部に示す孤立線パタ−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
−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−ンが得られたことになる。
【００４２】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−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−ンのみが形成される。
【００４３】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ーパターンの線幅は
自明であり、投影露光で実現できるリソグラフィーパタ
−ンは全て、本実施形態でも、形成可能である。
【００４４】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
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−ンを形成することができる。
【００４５】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−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−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−ン領域に関しては投影露光と2光
束干渉露光のパタ−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−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−ン領域は投影露光のみの場合と同様に（マスクに対
応する）任意のパタ−ンを形成する。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。
【００４６】以上の説明では2光束干渉露光と投影露光
の順番は2光束干渉露光を先としたが、この順番に限定
されない。
【００４７】次に他の実施形態を説明する。
【００４８】本実施形態は露光により得られる回路パタ
−ン（リソグラフィーパターン）として、図10に示す所
謂ゲート型のパタ−ンを対象としている。
【００４９】図１０のゲートパタ−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−
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
次元方向のみで行うばいい。
【００５０】本実施形態では、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。
【００５１】図11において、図11（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−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
１１の下部における数値は露光量を表すものである。
【００５２】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15で示すような、レ−ザ151、ハ−フ
ミラ−152、平面ミラ−1534による干渉計型の分波合波
光学系を備えるものや、図16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17又は図18のように構
成した装置がある。
【００５３】図15の露光装置について説明を行なう。
【００５４】図15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−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−153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、一対の平面ミラー角度θの値を大
きく設定すれば干渉縞パタ−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
像度が得られることは言うまでもない。
【００５５】次に図16乃至図18の露光装置に関して説明
する。
【００５６】図16の露光装置は例えば通常の縮小投影光
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。
【００５７】図１６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
１６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19
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。
【００５８】図16に示すような通常の投影露光装置にお
いて2光束干渉露光を行うためには，マスクとその照明
方法を図17又は図18のように設定すればよい以下これら
3種の例について説明する。
【００５９】図17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ＰＯが
（４）式で０、位相シフタ172のピッチＰＯＳが（５）
式で表わされるマスクである。
【００６０】 ＰO＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ……（４） ＰOS＝２ＰO＝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。
【００６１】一方、図1７（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ＰＯＳを上記（５）式を満たすように構成したもの
である。
【００６２】図17（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。
【００６３】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16の2個の物体側露光光ぶった井川ｚ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。
【００６４】図18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ＰＯが、（４）式と同様の（６）
式で表わされるマスクである。
【００６５】 ＰO＝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。
【００６６】図18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。
【００６７】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。
【００６８】図18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
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
行なわれる。
【００６９】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。
【００７０】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１９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
を行なうように構成してあるので、図１９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なうよう構
成することができる。
【００７１】図１０及び図１１が示す実施形態の説明に
戻る。
【００７２】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（例えば図１９の装置でマス
クに対して部分的コヒーレント照明を行なうもの）によ
って図11（Ｂ）が示す「工」の字型のパタ−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。
【００７３】この投影露光による露光パタ−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
（感光基板）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。
【００７４】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
は一段で良いため、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（感光基板）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。
【００７５】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−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−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−ンが生じることとなる。
【００７６】図11（Ｃ）の上部は本実施形態の図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
−ンに対して現像を行った結果のパタ−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−ンの形状と寸法は図10に示したゲートパ
タ−ンの形状と寸法と一致しており、本発明の露光方法
によって、０．１μmといった微細な線幅を有する回路
パターンが、例えば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、形成可能となった。
【００７７】本発明の更に別の実施形態について図１２
乃至図１４を用いて説明する。この別の実施形態は、２
度の2光束干渉露光によって縦縞の干渉縞パターンと横
縞の干渉縞パタ−ンを重ねた多値（露光量が０と１と２
と３の４値あるから多値）の露光量分布の露光パターン
を形成する点が特徴である。
【００７８】図12は２度の2光束干渉露光によって縦縞
の干渉縞パターンと横縞の干渉縞パタ−ンを重ねた時の
露光パタ−ンを露光量分布をマップ化したものである。
ここでは、２光束干渉露光と通常露光の重ね合わせによ
って最終的に得られる露光パタ−ン（リソグラフィーパ
ターン）のバリエ−ションを増やすために、縦縞の干渉
縞パターンの明部の露光量（２）を横縞の干渉縞パタ−
ンの明部の露光量（１）の２倍としているが。この２種
類の明部の露光量の本実施形態のものに限定されない。
【００７９】図12が露光パタ−ンでは２度の2光束干渉
露光の結果、露光量は0から3までの4段階となってい
る。このような2光束干渉露光に対して充分に効果のあ
る投影露光の露光量段数は5段以上である。この場合ウ
エハ（感光基板）のレジストの露光しきい値は、2光束
干渉露光の露光量の最大値である3より大きく且つ投影
露光の露光量（０と１と２と３と４）の最大値4未満に
設定する。
【００８０】このような5段階(0,1,2,3,4)の露光量での
投影露光を行った結果得られる露光パタ−ンの各露光量
を図13に示した。また図１３のハッチング部は露光しき
い値以上の場所を表し、これが最終的な露光パタ−ンと
なる。なお，図13は投影露光の解像度を2光束干渉露光
の半分として図１２の2倍の長さの辺を持つブロック単
位で表わしたものである。
【００８１】このようなブロック単位で投影露光の露光
量を変化させてより広い面積に露光パタ−ン（リソグラ
フィーパターン）を形成した例が図14に示されており、
図１４から、本実施形態によれば、2光束干渉露光の解
像度を持ち、周期パタ−ン以外のバリエ−ション豊かな
パタ−ンを含む回路パターンが形成できることが、分か
る。
【００８２】本実施形態では通常露光は2光束干渉露光
の線幅の2倍のブロックを単位として行ったが、これに
限定されることなく投影露光の解像度内の任意の露光パ
タ−ンの投影露光を行うことができる。
【００８３】また本実施例では2光束干渉露光による露
光パターンの線幅は縦縞と横縞とで同一として説明した
が、夫々の線幅は互いに異なっていてもいい。又、2種
類の縞の角度も任意に選ぶことができる。
【００８４】図２０は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２０において、２０１は２光
束干渉露光光学系で、基本構成は図１５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は平面ミラー、２０
５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２０７の構成や機能は周知なので具
体的な説明は略す。
【００８５】図２１は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露光装置を示す概略図であ
る。
【００８６】図２１において、２１２は図２０の光学系
２０１、２０５を備える２光束干渉露光装置であり、２
１３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。
【００８７】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。
【００８８】図２１の２１９は２光束干渉用露光装置２
１２と投影露光装置２１３で共用される一つの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。
【００８９】ウエハ２１８を保持したステージ２１９
は、図２１の位置（１）に送り込まれてその位置が正確
に測定され、測定結果に基いて位置（２）で示す装置２
１２の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ２光束干
渉露光が行なわれ、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
なわれる。
【００９０】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。
【００９１】図２２は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。
【００９２】図２２において、２２１はＫｒＦ又はＡｒ
Ｆエキシマレーザ、」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
したレベンソン型位相シフトマスク（レチクル）又はエ
ッジシフタ型マスク（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
的に供給するために設けてある。
【００９３】図２２の２２９は２光束干渉露光と投影露
光で共用される一つの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。
【００９４】また、図２２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２１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。
【００９５】図２２の装置の照明光学系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一つに供給し、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（２）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。
【００９６】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。
【００９７】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
光およ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−
ンにバリエ−ションが増える。
【００９８】
【発明の効果】以上、本発明によれば、2光束干渉露光
と通常の露光を融合して例えば0.15μｍ以下の微細な線
幅を有する複雑なパターンを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光方法のフロ−チャートである。
【図２】２光束干渉露光による露光パタ−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−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−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
−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−
ン（リソグラフィーパターン）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−
ン（リソグラフィーパターン）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−
ン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図
である。
【図１０】ゲートパタ−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】第３の実施形態の２光束干渉露光パタ−ンを
示す説明図である。
【図１３】第３の実施形態で２次元プロックでの形成パ
タ−ンを示す説明図である。
【図１４】第３の実施形態で形成可能な露光パタ−ンの
１例を示す説明図である。
【図１５】２光束干渉用露光装置の一例を示す概略図で
ある。
【図１６】２光束干渉露光を行なう投影露光装置の一例
を示す概略図である。
【図１７】図１６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１８】図１６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１９】従来の投影露光装置を示す概略図である。
【図２０】本発明の２光束干渉露光装置の一例を示す概
略図である。
【図２１】本発明の高解像度露光装置の一例を示す概略
図である。
【図２２】本発明の高解像度露光装置の他の例を示す概
略図である。
【符号の説明】
２２１ エキシマレ−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 (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被露光基板に対して2光束干渉露光と通
    常の露光を行なう時に、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露光方法。
  2. 【請求項２】 被露光基板に対して2光束干渉露光と通
    常の露光を行なう時に、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露光装置。
  3. 【請求項３】 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１の露光方法又は請求項2の露光装置。
  4. 【請求項４】 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ない、コ
    ヒーレント照明によって2光束干渉露光を行なうことを
    特徴とする露光装置。
  5. 【請求項５】2光束干渉露光装置と、通常の露光装置
    と、両装置で共用される被露光基板を保持する移動ステ
    ージとを有することを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項６】 前記2光束干渉露光と通常露光の夫々の
    露光波長が250nm以下であることを特徴とする請求項１
    の露光方法又は請求項２、３、４、５のいずれかの露光
    装置。
  7. 【請求項７】 請求項1の露光方法、請求項２乃至請求
    項５の露光装置、請求項６の露光方法又は露光装置のい
    ずれかを用い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。
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