JP2000021715A

JP2000021715A - 露光装置およびデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000021715A
Application number: JP10184046A
Authority: JP
Inventors: Fumio Sakai; 文夫坂井
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】１工程で２枚のレチクルを用いて重ね露光す
る２重露光方式において、装置本体の変形や振動の防止
を図る。【解決手段】パターンが形成された原版と被露光基板
とを共に走査し、露光ビームを該原版に照射して該原版
のパターンを前記被露光基板に露光する露光装置であっ
て、原版を保持する第１のステージと、該第１のステー
ジを移動させる第１の駆動手段と、該第１のステージが
保持する原版とは別の原版を保持する第２のステージ
と、該第２のステージを移動させる第２の駆動手段とを
備え、該第１および第２のステージのうちの一方のステ
ージが該走査方向に移動するときに、他方のステージが
該一方のステージと反対の方向に移動することを特徴と
し、ステージの移動に伴う重心位置の変化や反力の発生
を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置およびデ
バイス製造方法に関し、例えば微細な回路パターンを被
露光基板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、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイス
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、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】ウエハに対して大面積の露光を行う投影露
光装置としては、投影光学系の有する円形状の結像領域
のほぼ直径の寸法を有するスリット形状の露光領域を用
いて、マスクとウエハを同期させながら走査移動させる
ことによって、転写領域を拡大させる走査露光方式（ス
テップアンドスキャン方式）の露光装置が提案されてい
る。

【０００５】このステップアンドスキャン方式の露光装
置の概略を図２５に示す。

【０００６】同図に示す露光装置は、マスクステージ１
０１上のマスク１０２のパターンの一部を投影光学系を
介してウエハステージ１０７上のウエハに投影し、投影
光学系に対し相対的にマスク１０２とウエハ１０６をＹ
方向に同期走査することにより、マスク１０２のパター
ンをウエハステージ１０７上のウエハ１０６に投影す
る。図に示す走査型露光装置においては、このようなス
キャン露光を、ウエハ１０６上の複数の転写領域に対し
て繰り返し行うためのステップ移動を介在させながら行
う。

【０００７】図２６にマスクステージの詳細を示す。

【０００８】マスクステージ１０１は、その両側に対象
に設けられたリニアモータ１０３Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄによっ
てＹ方向へ駆動される。１０３Ａ、１０３Ｂはレチクル
ステージを駆動するためのリニアモータ可動子としての
コイル、１０３Ｃ、１０３Ｄはコイル１０３Ａ、１０３
Ｂに対して磁界を印可するマグネットからなるリニアモ
ータ固定子としての磁気回路のヨークである。マスクス
テージ１０１上にはマスク１０２が搭載されており、マ
スク１０２はマスクステージ１０１によってＹ方向に走
査駆動される。

【０００９】また、従来の投影露光装置の光学系の摸式
図を図２７に示す。図２７中，１９１は遠紫外線露光用
光源であるエキシマーレーザ、１９２は照明光学系、１
９３は照明光、１９４はマスク、１９５はマスク１９４
４から出て光学系１９６に入射する物体側露光光、１９
６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は被露光基板で
あるウエハ、１９９は被露光基板を保持する基板ステー
ジ、を示す。

【００１０】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１
９４にはウエハ１９８上に形成する微細パターンを投影
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１９
７に変換する。像側露光光１９７は図２７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１９８の投影光学系１９６に対する位
置を変える。

【００１１】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
のパターンを形成することが困難である。

【００１２】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。

【００１３】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Ｎ
Ａ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。

【００１４】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。

【００１５】このように従来の投影露光方法及び投影露
光装置では、ウエハに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、ウエハに０．１５μｍ以下のパタ
ーンを形成することができなかった。

【００１６】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。

【００１７】２光束干渉露光の原理を図２８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ーンをウエハに形成するもので
ある。

【００１８】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。

【００１９】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、Ｎ
Ａ =ｓｉｎθである。

【００２０】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＝２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）でＮＡ
= ０．６の時は、Ｒ＝０．１０μｍが得られる。

【００２１】

【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
の形状の回路パターンをウエハに形成することができな
い。

【００２２】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
（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。

【００２３】しかしながら上記米国特許第５４１５８３
５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い。また、上記米国特許第５４１５
８３５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。
また、従来の露光装置において２光束干渉露光と通常露
光の２つの露光法を単純に組み合わせると、２つのマス
クを交換したり、交換後の再位置合わせが必要であった
りするため、マスク交換のための時間がかかり、スルー
プットを低下させてしまうという課題があった。

【００２４】また、上述の従来の走査露光装置により露
光を行う際、マスクステージ１０１のＹ方向への走査移
動に伴って、図２９、３０に示すようにマスクステージ
１０１が走査を開始する前の状態では（図３０
（２））、マスクステージ１０１の荷重重心位置はＹ方
向に関してステージ端面からＣの寸法位置にあるが、走
査露光を行いマスクステージ１０１がＹ方向に移動した
直後の状態では（図３０（３））、マスクステージ１０
１の荷重重心位置はステージの移動に伴いＹ方向のステ
ージ端面からＤの寸法位置に移動する。また、マスクス
テージ１０１は走査露光を行った後は再び図３０（４）
に示す位置に戻り、次の露光に備える。つまり走査露光
に伴い、以上のマスクステージ１０１の移動と同期して
マスクステージ１０１の荷重重心は走査露光前後でＹ方
向にＣ寸法からＤ寸法の間で移動し、図３０（５）に示
すようにマスクステージ１０１から、マスクステージ１
０１を支持している構造体１１３に対して荷重ＷＣおよ
び荷重ＷＤを前記位置ＣおよびＤにて印加することにな
る。その際、構造体１１３の上面板はＺ方向に変位して
寸法ΔＺのたわみ変形が生じ、構造体１１３の変形を伴
うことにより、前記マスクステージ１０１の傾きおよび
縮小露光系の支持系および露光光学系全体のひずみを発
生させ、露光精度を悪化させていた。

【００２５】また、従来の露光装置により露光を行う
際、図３１に示すようにマスクステージ１０１の走査に
伴い、マスクステージ１０１を移動させるリニアモータ
コイル１０３Ｂとヨーク１０３Ｄに推力とそれに対する
反力が発生する。例えば、マスクステージ１０１の走査
開始時には図３１（１）に示すように、リニアモータコ
イル１０３Ｂ（１０３Ａ）に推力Ｆｍが発生し、それに
伴い固定側のヨーク１０３Ｄ（１０３Ｃ）には反力Ｆ
ｍ'が発生する。また、ヨーク１０３Ｄ（１０３Ｃ）に
発生した反力Ｆｍ’はヨーク１０３Ｄ（１０３Ｃ）が固
定されている構造体１１３に対して一体的に働き、構造
体１１３を−Ｙ方向に移動させる方向に反力を発生さ
せ、微小変位および振動を構造体１１３ならびに鏡筒定
盤１１１（図２５）に発生させる。

【００２６】ここで、この微小変位および振動は走査露
光系に対しては外乱として働き、走査露光時にマスクス
テージ１０１とウエハステージ１０７との同期走査を行
う際に、安定な露光精度を確保する露光制御系に対して
制御を不安定にする要因になっていた。

【００２７】これに対して、特開平３−２１８９４号公
報や特開平３−１０７６３９号公報に開示される装置で
は、マスクではないが、ウエハを保持するウエハステー
ジの移動方向と逆ベクトル方向に移動するバランサを設
け、ウエハステージの加速に伴う振動を軽減する技術を
開示している。

【００２８】しかしながら、これらに開示される装置で
は、ステージの駆動源とバランサの駆動源とが全く別も
のであるため、さらには駆動源には送りネジ機構を用い
ているために、近年の露光装置で問題とされているミク
ロンオーダーやナノオ−ダーの微小な振動に対応するに
は難しい。さらに、これらの問題は、ウエハステージよ
りも露光装置の上方に位置しており、重心位置の高いレ
チクルステージにおいては、より深刻となる。また、バ
ランサは、本来は単なる質量体であり、移動する以外は
何の機能も有しておらず、露光装置の効率の良い設計や
生産性の障害となっていた。

【００２９】本発明は上記従来技術の課題に鑑みてなさ
れたもので、その目的は、多重露光法を用いてより複雑
で微細な形状のパターンをウエハに形成することが可能
で、それも高いスループットで複数枚のウエハに順次露
光を行うことができる露光装置や露光方法を提供するこ
とにある。さらには、上記露光装置や露光方法を用い
て、例えば線幅０．１５μｍ以下の部分を備えた高集積
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。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の露光装置は、パターンが形成された原版と
被露光基板とを共に走査し、露光ビームを該原版に照射
して該原版のパターンを前記被露光基板に露光する露光
装置であって、原版を保持する第１のステージと、該第
１のステージを移動させる第１の駆動手段と、該第１の
ステージが保持する原版とは別の原版を保持する第２の
ステージと、該第２のステージを移動させる第２の駆動
手段とを備え、該第１および第２のステージのうちの一
方のステージが該走査方向に移動するときに、他方のス
テージが該一方のステージと反対の方向に移動すること
を特徴とする。

【００３１】また、前記第２のステージは、前記第１の
ステージと同期して移動することが望ましい。

【００３２】また、前記第１および第２の駆動手段は、
リニアモータを有することが望ましい。

【００３３】また、前記第１および第２のステージは、
前記露光ビームとほぼ直交する平面上に並んで配置され
ていることが望ましい。

【００３４】また、前記第１および第２のステージは、
前記露光ビームの光軸方向にずらして配置されているこ
とが望ましい。

【００３５】また、複数の原版を交換して同一の被露光
基板の複数領域に対して多重露光を行い、これを複数の
被露光基板に対して順に行うことが望ましく、前記第１
および第２のステージに保持された原版を用いて２重露
光を行うことが好ましい。

【００３６】また、前記複数の原版交換しながら同一の
被露光基板に対して露光を行い、該基板に多値的な露光
量分布を与えることが望ましい。ここで、「多値的」と
は、被露光基板に与える露光量が２値（露光量ゼロの場
合を含めて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）であることを
意味する。

【００３７】また、前記複数の原版のうち、少なくとも
１つはコヒーレント照明により前記基板に露光を行うた
めの原版であり、少なくとも１つは部分的コヒーレント
照明により前記基板に露光を行うための原版であること
が望ましい。ここで、「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証明のσに比べて相当小さ
い値である。

【００３８】また、上記課題を解決するための本発明の
別の露光装置は、パターンが形成された原版と被露光基
板とを共に走査し、露光ビームを該原版に照射して該原
版のパターンを前記被露光基板に露光する露光装置であ
って、原版を保持し走査方向に移動可能な第１のステー
ジと、該第１のステージを走査方向に移動する第１の駆
動手段と、該第１のステージが保持する原版とは別の原
版を保持し走査方向と平行に移動可能な第２のステージ
と、該第２のステージを走査方向に移動する第２の駆動
手段とを備え、複数の原版を交換して同一の被露光基板
の複数領域に対して多重露光を行い、これを複数の被露
光基板に対して順に行うことを特徴とする。

【００３９】また、前記第１および第２のステージのう
ちの一方のステージが前記被露光基板に対して走査露光
を行う間、他方のステージが該一方のステージと反対の
方向に移動することが望ましい。また、他方のステージ
が次の露光のための位置決めを行っていてもよい。

【００４０】また、前記露光ビームをＫｒＦエキシマレ
ーザまたはＡｒＦエキシマレーザまたはＦ２レーザによ
り供給することを特徴とすることが望ましい。

【００４１】また、上記課題を解決するための本発明の
デバイス製造方法は、上記のいずれか１項に記載の露光
装置を用意する工程と、前記原版のパターンを前記基板
に転写する工程を有することを特徴とする。

【００４２】また、基板にレジストを塗布する工程と、
露光された原版を現像する工程とを更に有することが望
ましい。

【００４３】

【発明の実施の形態】＜露光方法の原理説明＞最初に図
１から図９を用いて本発明の露光方法の一実施形態を説
明する。

【００４４】図１は本発明の露光方法を示すフローチャ
ートである。第１のマスクを用いた２光束干渉露光ステ
ップ、第２のマスク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。

【００４５】ここで「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パタ
ーンで露光が行える露光であり、代表的なものとて投影
光学系によってマスクのパターンを投影する投影光学系
が挙げられる。また、「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わ
れるものである。

【００４６】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）を図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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】なお、マスクを用いて２光束干渉露光を行
うには図１５のような投影露光装置を用いて、図１６、
図１７に示すようなマスク照明をすれば実現できるが、
詳しくは後述する。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】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。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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】次に他の実施形態を説明する。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。

【００６０】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。

【００６１】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。図中（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１１の下
部における数値は露光量を表すものである。

【００６２】このような２光束干渉露光は、図１５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
１６又は図１７のようにすることで実現できる。

【００６３】図１５の露光装置は縮小投影光学系（多数
枚のレンズより成る）を用いた投影露光装置であり、露
光波長２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザー）に対して
ＮＡ＝０．６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１６６
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１５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。

【００６４】図１５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１６又は図１７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。

【００６５】図１６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。

【００６６】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。

【００６７】一方、図１６（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。

【００６８】図１６（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１５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。

【００６９】一方、図１７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。

【００７０】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。

【００７１】図１７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。

【００７２】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。

【００７３】図１７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１５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。

【００７４】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。

【００７５】以上が、投影露光装置とマスクを用いて２
光束干渉露光を行う方法であり、図１８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１８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。

【００７６】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（例えば図１８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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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
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０．１
μｍ）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。

【００８１】本発明の更に別の実施形態について図１２
から図１４を用いて説明する。この実施形態は、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
干渉縞パターンを重ねた多値（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。

【００８２】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ーンを重ねた時
の露光パター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ーン（リソグラフィ
パターン）のバリエー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
ーンの明部の露光量（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。

【００８３】図１２が露光パターンでは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。

【００８４】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ーンの各
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
ターンとなる。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。

【００８５】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ーン（リソグラ
フィパターン）を形成した例が図１４に示されており、
同図から、２光束干渉露光の解像度を持ち且つ周期パタ
ーン以外のバリエーション豊かなパターンを含む回路パ
ターンが形成できることが分かる。

【００８６】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
ターンの投影露光を行うことができる。

【００８７】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。

【００８８】なお、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（使
用するマスクの枚数）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ーンにバリエーションが増
える。

【００８９】＜露光装置の実施実施形態１＞図１８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える高解像度露光装置
を示す概略図である。

【００９０】同図において、２２１はＫｒＦまたはＡｒ
ＦエキシマレーザまたはＦ２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２
２８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、マスクステージ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）またはエッジシフタ型マスク（レチク
ル）また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）を供給するために設けてある。マスクス
テージ２２４については後に詳述する。

【００９１】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２２
９は、光学系２２７の光軸に直交する平面およびこの光
軸方向に移動可能で、レーザ干渉系等を用いてそのＸＹ
方向の位置が正確に制御される。また、不図示のレチク
ル位置合わせ光学系、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、ＴＴ
Ｌ位置合わせ光学系、ＴＴＲ位置合わせ光学系など周知
のものである。

【００９２】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内に
図示した、前述した（１ａ）または（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、エッジ
シフタ型レチクルまたは位相シフタを有していない周期
パターンレチクルのいずれか一つに供給し、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るに
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。

【００９３】ウエハステージ２２９は、マスクステージ
２２４と同期して走査される。マスクステージ２２４と
ウエハステージ２２９の走査中、両者の位置はそれぞれ
干渉計によって継続的に検出され、マスクステージ２２
４とウエハステージ２２９の駆動部にそれぞれフィード
バックされる。これによって、両者の走査開始位置を正
確に同期させるとともに、定速走査領域の走査速度を高
精度で制御することができる。投影光学系２２７に対し
て両者が走査している間に、ウエハ２２８上にはマスク
パターンが露光され、回路パターンが転写される。

【００９４】次に、図１９にマスクステージの詳細図を
示す。

【００９５】１Ａは通常のマスク２Ａを載置し、投影光
学系の光軸に対して直交する走査方向に移動可能な第１
のマスクステージである。また、１Ｂは前述したレベン
ソン型位相シフトマスク、エッジシフタ型マスクまたは
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
かの２光束干渉露光用マスク２Ｂを載置し、走査方向に
移動可能な第２の移動ステージである。いずれのステー
ジも、その両側に設けられたＹリニアモータのＹリニア
モータ可動子５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄによって走査方向
であるＹ方向にそれぞれ走査駆動される。

【００９６】同図に示す通り、第１のマスクステージと
第２のマスクステージは、露光光軸と平行なＺ方向と垂
直な面内に並んで配置されている。

【００９７】Ｙリニアモータ固定子４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、
４Ｄは、構造体上に設けられたＸガイド７上にＸ方向に
移動可能に支持されており、さらにＹリニアモータ固定
子４Ａ〜ＤとＸガイド７との間には不図示のＸリニアモ
ータが設けられている。そのため、Ｙリニアモータ固定
子４Ａ〜Ｄは、ＸリニアモータによってＸ方向に駆動さ
れる。その結果、第１および第２のマスクステージ（１
Ａ、１Ｂ）とも、ＸＹ方向に移動可能な状態となってい
る。

【００９８】図２０は、上記のマスクステージ（図１
９）をＺ方向から見たときの露光動作概略図を示してい
る。以下、この図を用いて前述の通常露光と２光束干渉
露光を行う際の手順について述べる。ただし、同図にお
いて、駆動源であるＹリニアモータおよびＸリニアモー
タとも、不図示であるが、ステージ上に載置された第１
および第２のマスクは、上記の通りＹ方向およびＸ方向
に移動可能である。

【００９９】まず、第１のマスクステージ上に載置され
た通常の投影露光を行うためのマスクが、スリット状の
部分的コヒーレント照明光の照明領域に対して位置決め
される（図２０（ａ）の位置）。この時の第２のマスク
ステージは、第１のマスクステージが走査方向に走査移
動するときに機械的な干渉が起こらない場所にＸ方向に
移動される。その後、不図示のウエハステージ上のウエ
ハが移動するのに同期して、第１のマスクステージが走
査移動する。通常露光用のマスク１Ａを搭載した第１の
マスクステージと不図示のウエハを搭載したウエハステ
ージが、不図示の投影光学系に対して相対移動すること
で、通常の走査露光を行うことができる。また、第１の
マスクステージが走査方向に移動し、ウエハに対して走
査露光を行っている間、第２のマスクステージが第１の
マスクステージの走査方向に平行で逆方向に走査移動す
る。この第２のマスクステージの駆動は、マスクステー
ジ全体をＸ方向から見たときに、Ｙ方向の重心の移動が
ほぼなくなるように駆動する。この第２のマスクステー
ジの動作により、第１のマスクステージを走査移動した
ときに生じる重心のＹ方向の移動が、ほぼなくなるとと
もに、駆動反力によって構造体にかかるＹ方向の並進力
も軽減される。

【０１００】第１のマスクステージ上のマスク１Ａによ
って通常の走査露光が終わった後、続いて第２のマスク
上に載置された２光束干渉露光用のマスク（レベンソン
型位相シフトマスク、エッジシフタ型マスクまたは位相
シフタを有していない周期パターンマスク）がコヒーレ
ント照明光の照明領域に対して位置決めされる（図２０
（ｂ））。このとき、第１のマスクステージは、第２の
マスクステージが走査方向に走査移動するときに機械的
な干渉が起こらない場所にＸ方向に移動される（図２０
（ｃ）の位置）。その後、不図示のウエハステージ上の
ウエハが移動するのに同期して、第２のマスクステージ
が走査移動する。２光束干渉用のマスク２Ｂ搭載した第
２のマスクステージと不図示のウエハを搭載したウエハ
ステージが、不図示の投影光学系に対して相対移動する
ことで、２光束干渉露光を走査して露光することができ
る。また、第１のマスク２Ａの走査移動時と同様に、第
２のマスクステージが走査方向に移動し、ウエハに対し
て走査露光を行っている間、第１のマスクステージが第
２のマスクステージの走査方向に平行で逆方向に走査移
動する。この第１のマスクステージの駆動は、マスクス
テージ全体をＸ方向から見たときに、Ｙ方向の重心の移
動がほぼなくなるように駆動する。これにより、第２の
マスクステージを走査移動したときに生じる重心のＹ方
向の移動が、ほぼなくなるとともに、駆動反力によって
構造体にかかるＹ方向の並進力も軽減される。

【０１０１】本実施形態では、一方のマスクステージが
走査露光をしている間、他方のマスクステージが該一方
のマスクステージの移動に同期して走査方向に移動する
ことで、マスクステージ全体を支持している構造体にか
かる重心や並進反力を軽減させている。また、双方のス
テージを走査方向に駆動する駆動源（それぞれのＹリニ
アモータ）は、ほぼ同様の構成であるため、一方のステ
ージの駆動反力によって発生する構造体の微小な振動
も、ほぼ打ち消すことができる。

【０１０２】また、通常の露光装置をもちいて複数のマ
スクによる２重露光（もしくは多重露光）を行うと、１
枚のウエハを露光する間に、１枚目と２枚目のマスクの
交換動作（マスクを取り外す動作や装着する動作、およ
びマスクをステージに載置した後に位置合わせを行う動
作など）によってスループットが低下する。しかし本実
施形態では、２つのステージに通常露光用マスクと２光
束干渉用マスクをそれぞれ備えることで、２重露光によ
るレチクルの交換時間を短縮し、スループットの向上を
図ることができるという効果もある。また、ステージ上
にマスクを搭載するためのマスク搬送装置は、両ステー
ジとも同じマスク搬送装置を共有しても良いし、別々の
マスク搬送系装置を設けても良い。マスク搬送装置を共
有するようにすれば、露光装置の省スペース化を図るこ
とができる。

【０１０３】なお、本実施例中のＸリニアモータは、各
ステージ上のそれぞれのマスクを照明領域に位置決めす
るための機能を有していれば良いため、必ずしもＹリニ
アモータ固定子をＸ方向に駆動するものではなく、例え
ば各Ｙリニアモータ固定子を共に構造体に一体的に設
け、この構造体をＸ方向に駆動するようにしても良い。

【０１０４】＜露光装置の実施形態２＞次に、図２１に
別の形態のマスクステージの詳細図を示す。

【０１０５】１Ａは通常のマスク２Ａを載置し、投影光
学系の光軸に対して直交する走査方向に移動可能な第１
のマスクステージである。また、１Ｂは前述したレベン
ソン型位相シフトマスク、エッジシフタ型マスクまたは
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
かの２光束干渉露光用マスク２Ｂを載置し、走査方向に
移動可能な第２の移動ステージである。いずれのステー
ジ（１Ａ、１Ｂ）も、その両側に設けられたＹリニアモ
ータのＹリニアモータ可動子によって走査方向であるＹ
方向にそれぞれ走査駆動される。

【０１０６】２つのマスクステージ（１Ａ、１Ｂ）は、
露光光軸方向にずらして配置されている。また、第１の
マスクステージはＹリニアモータ固定子４の上に配置さ
れ、第２のマスクステージはＹリニアモータ固定子４の
下に配置され、互いに走査方向（Ｙ方向）の逆方向に移
動する際は、機械的な干渉がないように上下に交差する
ようになっている。

【０１０７】Ｙリニアモータ固定子４は、構造体１３上
に設けられた支持部材１０上に支持されている。支持部
材１０は後述するように不図示のアクチュエータによ
り、Ｙリニアモータ固定子を光軸と平行方向（Ｚ方向）
に駆動する。

【０１０８】図２２は、上記のマスクステージ（図２
１）のＸ方向から見たときの側面の露光動作概略図であ
る。以下、この図を用いて前述の通常露光と２光束干渉
露光を行う際の手順について述べる。ただし、同図にお
いて、駆動源であるＹリニアモータは不図示であるが、
ステージ上に載置された第１および第２のマスク（２
Ａ、２Ｂ）は上記の通りＹ方向に移動可能である。

【０１０９】まず、第１のマスクステージ上に載置され
た通常の投影露光を行うためのマスク２Ａが、スリット
上の部分コヒーレント照明光の照明領域に対して位置決
めされる（図２２（ａ）の位置）。この時の第２のマス
クステージは、Ｙリニアモータの駆動範囲の中心から見
て、第１のマスクステージとほぼ対象な位置に設定され
る。その後、不図示のウエハステージ上のウエハが移動
するのに同期して、第１のマスクステージが走査移動す
る。通常露光用のマスク２Ａを搭載した第１のマスクス
テージと不図示のウエハを搭載したウエハステージが、
不図示の投影光学系に対して相対移動することで、通常
の走査露光を行うことができる。また、第１のマスクス
テージが走査方向に移動し、ウエハに対して走査露光を
行っている間、第２のマスクステージが第１のマスクス
テージの走査方向に平行で逆方向に走査移動する。この
第２のマスクステージの駆動は、マスクステージ全体を
Ｘ方向から見たときに、Ｙ方向の重心の移動がほぼなく
なるように駆動する。これにより、第１のマスクステー
ジを走査移動したときに生じる重心のＹ方向の移動が、
ほぼなくなるとともに、駆動反力によって構造体にかか
るＹ方向の並進力も効果的に軽減できる。

【０１１０】第１のマスクステージ上のマスク２Ａによ
って通常の走査露光が終わった後、続いて第２のマスク
ステージ上に載置された２光束干渉露光用のマスク２Ｂ
（レベンソン型位相シフトマスク、エッジシフタ型マス
クまたは位相シフタを有していない周期パターンマス
ク）の露光が行われる。しかし、本実施形態では、マス
ク２Ａとマスク２Ｂのパターン面が、Ｚ方向に対して高
さが異なっている。そのため、第２のマスクステージに
保持されているマスク２Ｂに形成されているパターン面
が適当な高さになるように、Ｙリニアモータ固定子を支
持している支持部材１０に設けられた不図示のアクチュ
エータによってＹリニアモータ固定子４をＺ方向に駆動
し、Ｚ方向に関してＹリニアモータ固定子４の位置を合
わせる（図２２（ｂ））。

【０１１１】支持部材１０に設けられたアクチュエータ
によってＹリニアモータ固定子４のＺ方向の位置を合わ
せた後、続いて第２のマスクステージ１Ｂ上に搭載され
た２光束干渉露光用のマスク２Ｂがコヒーレント照明光
の照明領域に対して位置決めされる。その後、不図示の
ウエハステージ上のウエハが移動するのに同期して、第
２のマスクステージが走査移動する。２光束干渉露光用
のマスク２Ｂを搭載した第２のマスクステージと不図示
のウエハを搭載したウエハステージが、不図示の投影光
学系に対して相対移動することで、２光束干渉露光の走
査露光を行うことができる。また、第２のマスクステー
ジが走査方向に移動し、ウエハに対して走査露光を行っ
ている間、第１のマスクステージが第２のマスクステー
ジの走査方向に平行で逆方向に走査移動する。この第１
のマスクステージの駆動は、マスクステージ全体をＸ方
向から見たときに、Ｙ方向の重心の移動がほぼなくなる
ように駆動する。これにより、第２のマスクステージを
走査移動したときに生じる重心のＹ方向の移動が、ほぼ
なくなるとともに、駆動反力によって構造体にかかるＹ
方向の並進力もほぼ打ち消すことができる。

【０１１２】本実施形態では、一方のマスクステージが
走査露光をしている間、他方のマスクステージが該一方
のマスクステージの移動に同期して走査方向に移動する
ことで、マスクステージ全体を支持している構造体にか
かる重心や並進反力を軽減させている。また、本実施形
態では、前述の実施形態と比べて第１のマスクステージ
の駆動位置と第２のマスクの駆動位置が非常に近接して
いるため、両ステージの駆動反力によるモーメントもほ
とんど発生しない。また、双方のステージを走査方向に
駆動する駆動源は、ほぼ同様の構成であるため、一方の
ステージの駆動反力によって発生する構造体の微小な振
動も、ほとんど打ち消すことができる。また、重心移動
や慣性力を打ち消すための他方のステージの移動が、次
の露光動作のための位置決めのための移動とも兼ねてい
れば、露光装置のスループットを高めることができる。

【０１１３】また、通常の露光装置をもちいて複数のマ
スクによる２重露光（または多重露光）を行うと、１枚
のウエハを露光する間に、１枚目と２枚目のマスクの交
換動作（マスクを取り外す動作や装着する動作、および
マスクをステージに載置した後に位置合わせを行う動作
など）によってスループットが低下する。しかし本実施
形態では、２つのステージに通常露光用マスクと２光束
干渉用マスクをそれぞれ備えることで、２重露光による
レチクルの交換時間を短縮し、スループットの向上を図
ることができるという効果もある。

【０１１４】なお、本実施形態の第１および第２のマス
クステージに設けられたＹリニアモータ可動子は、Ｙリ
ニアモータ固定子を共有しているように図２１に記され
ているが、これに限るものではなく、それぞれ独立にＹ
リニアモータを設け、それぞれにＹリニアモータ固定子
をＺ方向に駆動するためのアクチュエータを設けても良
い。また、この場合、図２１のように下側のステージを
Ｙリニアモータ固定子に懸架する必要はなくなる。

【０１１５】また、第１および第２のマスクステージに
載置されている各マスクのＺ方向の位置の偏差が、露光
を行う上で無視できるほど小さなものであれば、Ｙリニ
アモータ固定子をＺ方向に駆動するアクチュエータは必
ずしも必要ない。

【０１１６】また、Ｚ方向に駆動するアクチュエータ
は、必ずしもＹリニアモータ固定子をＺ方向に駆動する
ものではなく、例えばマスクステージ全体を一体的に支
持している構造体（例えば図２１において、Ｙリニアモ
ータ固定子４を支持している構造体１３）をＺ方向に駆
動するようにしても良い。つまり、第１のマスクステー
ジ上のマスクと、第２のマスクステージ上のマスクとの
Ｚ方向の露光位置を補正するものであれば良い。

【０１１７】＜デバイス製造方法の実施形態＞次に上記
説明した露光装置を利用した半導体デバイスの製造方法
の実施例を説明する。図２３は半導体デバイス（ＩＣや
ＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ
等）の製造フローを示す。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。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、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。ステップ５（組み立て）は後工程と
呼ばれ、ステップ１４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Ｓ
７）される。

【０１１８】図２４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１
５（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）では上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。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
体デバイスを製造することができる。

【０１１９】

【発明の効果】本発明の請求項１記載の露光装置によれ
ば、露光装置は２つの原版ステージを備えることで、原
版の交換動作を省略することができ、露光装置のスルー
プットを向上させことができる。また、双方のステージ
が逆方向に移動することで、ステージの移動による重心
位置の変動や反力を軽減させることができ、露光装置の
変形や振動を抑えることができるので、走査露光を安定
して行うことができる。

【０１２０】また、請求項２記載の露光装置によれば、
双方のステージを同期して駆動することにより、ステー
ジの移動による重心位置の変動や、反力による振動をほ
ぼ発生させずに済む。

【０１２１】また、請求項３記載の露光装置によれば、
双方の駆動手段が同一の種類のものであるため、微小な
振動も除去することができる。

【０１２２】また、請求項４記載の露光装置によれば、
露光ビームの方向およびステージの走査方向と直交する
方向から見たときの露光装置の重心位置の変動や反力を
軽減させることができる。

【０１２３】また、請求項８記載の露光装置によれば、
露光装置の重心位置の変動や発生する反力をほぼ打ち消
すことができる。また、一方のステージが走査している
間の他方のステージの移動が、次の露光のため位置決め
を兼ねることができるので、露光装置のスループットを
向上させることができる。

【０１２４】また、請求項１２記載の露光装置によれ
ば、１工程で複数の原版を重ね露光するため、原版の交
換のための動作時間を短縮することができる。

【０１２５】また、請求項１４記載の露光装置によれ
ば、多値的な露光量の分布を与えることで、解像度の高
い露光を行うことができる。

【０１２６】また、請求項１６記載の露光装置によれ
ば、２光束干渉露光によって解像度の高い露光を行うこ
とができる。

【０１２７】また、本発明の請求項１７記載の露光装置
によれば、多重露光を行うための露光装置が少なくとも
２つの原版ステージを備えているため、原版の交換のた
めの時間を短縮することができ、露光装置のスループッ
トが向上する。

【０１２８】また、請求項１８記載の露光装置によれ
ば、ステージの移動に伴って発生する重心の位置変動や
駆動反力を軽減させることができる。

【０１２９】また、請求項１９記載の露光装置によれ
ば、一方のステージの露光のための移動中に、他方のス
テージが次の露光のための位置決めを行うことにより、
原版交換の時間を短縮することができ、高速・高精度な
露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光方法のフローチャート

【図２】２光束干渉露光による干渉パターンを示す説明
図

【図３】レジストの露光感度特性を示す説明図

【図４】現像によるパターン形成を示す説明図

【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

【図６】本発明の２光束干渉露光による露光パターンを
示す説明図

【図７】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

【図８】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

【図９】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

【図１０】ゲートパターンを示す説明図

【図１１】多重露光によりゲートパターンを露光するた
めの説明図

【図１２】２次元の２光束干渉露光での形成パターンを
示す説明図

【図１３】２次元ブロックの２光束干渉露光と投影露光
による形成パターンを示す説明図

【図１４】形成できる露光パターンの一例を示す説明図

【図１５】２光束干渉露光を行う投影露光装置の概略図

【図１６】図１５の装置に使用するマスクおよび照明方
法の一例を示す説明図

【図１７】図１５の装置に使用するマスクおよび照明方
法の他の一例を示す説明図

【図１８】２光束干渉露光と通常の投影露光の双方を行
う露光装置の概略図

【図１９】本発明の形態のマスクステージの詳細図

【図２０】図１９のマスクステージの露光動作の説明図

【図２１】本発明の別の形態のマスクステージの詳細図

【図２２】図２１のマスクステージの露光動作の説明図

【図２３】半導体デバイス製造フロー図

【図２４】ウエハプロセスのフロー図

【図２５】従来の露光装置の説明図

【図２６】従来のマスクステージの詳細図

【図２７】従来の投影露光装置の光学系の模式図

【図２８】２光束干渉露光の原理の説明図

【図２９】従来のマスクステージの説明図

【図３０】従来のマスクステージの露光動作の説明図

【図３１】従来のマスクステージに生じる反力の説明図

【符号の説明】

１Ａ第１のマスク（レチクル）ステージ１Ｂ第２のマスク（レチクル）ステージ２Ａ通常のマスク（レチクル）２Ｂ２光束干渉露光用のマスク（レチクル）４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ固定子５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ可動子７Ｘガイド１０支持部材１３構造体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２２５２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２２９ＸＹＺステージ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パターンが形成された原版と被露光基板
とを共に走査し、露光ビームを該原版に照射して該原版
のパターンを前記被露光基板に露光する露光装置であっ
て、原版を保持する第１のステージと、該第１のステージを移動させる第１の駆動手段と、該第１のステージが保持する原版とは別の原版を保持す
る第２のステージと、該第２のステージを移動させる第２の駆動手段とを備
え、該第１および第２のステージのうちの一方のステージが
該走査方向に移動するときに、他方のステージが該一方
のステージと反対の方向に移動することを特徴とする露
光装置。
【請求項２】前記第２のステージは、前記第１のステ
ージと同期して移動することを特徴とする請求項１記載
の露光装置。
【請求項３】前記第１および第２の駆動手段は、リニ
アモータを有することを特徴とする請求項１または２記
載の露光装置。
【請求項４】前記第１および第２のステージは、前記
露光ビームとほぼ直交する平面上に並んで配置されてい
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載
の露光装置。
【請求項５】前記第１および第２のステージを走査方
向に移動する前記第１および第２の駆動手段は、それぞ
れ可動子と固定子とを有し、該固定子は、前記走査方向
とほぼ直交する方向に移動可能であることを特徴とする
請求項４記載の露光装置。
【請求項６】前記第１および第２の駆動手段の固定子
は、案内手段により前記走査方向とほぼ直交する方向に
移動可能に案内され、該第１および第２の駆動手段が該
走査方向とほぼ直交する方向に移動可能であることを特
徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】前記走査方向とほぼ直交する方向に移動
可能な構造体に前記第１および第２の駆動手段の固定子
を一体的に設けることを特徴とする請求項４記載の露光
装置。
【請求項８】前記第１および第２のステージは、前記
露光ビームの光軸方向にずらして配置されていることを
特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光装
置。
【請求項９】前記第１および第２のステージは、前記
露光ビームとほぼ平行な方向に移動可能であることを特
徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】前記第１および第２の駆動手段を前記
露光ビームとほぼ平行な方向へ駆動することによって、
前記第１および第２のステージを該露光ビームとほぼ平
行な方向へ移動することを特徴とする請求項９記載の露
光装置。
【請求項１１】前記第１および第２の駆動手段を支持
する構造体を前記露光ビームとほぼ平行な方向へ駆動す
ることによって、前記第１および第２のステージを該露
光ビームとほぼ平行な方向へ移動することを特徴とする
請求項９記載の露光装置。
【請求項１２】複数の原版を交換して同一の被露光基
板の複数領域に対して多重露光を行い、これを複数の被
露光基板に対して順に行うことを特徴とする請求項１〜
１１のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１３】前記第１および第２のステージに保持
された原版を用いて２重露光を行うことを特徴とする請
求項１２記載の露光装置。
【請求項１４】前記複数の原版交換しながら同一の被
露光基板に対して露光を行い、該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１２または１３記
載の露光装置。
【請求項１５】前記複数の原版のうち、少なくとも１
つはコヒーレント照明により前記基板に露光を行うため
の原版であり、少なくとも１つは部分的コヒーレント照
明により前記基板に露光を行うための原版であることを
特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の露
光装置。
【請求項１６】前記複数の原版のうち、少なくとも１
つは２光束干渉露光用の原版であることを特徴とする請
求項１２〜１５のいずれか１項に記載の露光装置。
【請求項１７】パターンが形成された原版と被露光基
板とを共に走査し、露光ビームを該原版に照射して該原
版のパターンを前記被露光基板に露光する露光装置であ
って、原版を保持し、走査方向に移動可能な第１のステージ
と、該第１のステージを走査方向に移動する第１の駆動手段
と、該第１のステージが保持する原版とは別の原版を保持
し、走査方向と平行に移動可能な第２のステージと、該第２のステージを走査方向に移動する第２の駆動手段
とを備え、複数の原版を交換して同一の被露光基板の複
数領域に対して多重露光を行ない、これを複数の被露光
基板に対して順に行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１８】前記第１および第２のステージのうち
の一方のステージが前記被露光基板に対して走査露光を
行う間、他方のステージが該一方のステージと反対の方
向に移動することを特徴とする請求項１７記載の露光装
置。
【請求項１９】前記第１および第２のステージのうち
の一方のステージが前記被露光基板に対して走査露光を
行う間、他方のステージが次の露光のための位置決めを
行っていることを特徴とする請求項１７または１８記載
の露光装置。
【請求項２０】前記露光ビームをＫｒＦエキシマレー
ザまたはＡｒＦエキシマレーザまたはＦ２レーザにより
供給することを特徴とする請求項１〜１９いずれか１項
に記載の露光装置。
【請求項２１】請求項１〜２０のいずれか１項に記載
の露光装置を用意する工程と、前記原版のパターンを前
記基板に転写する工程を有することを特徴とするデバイ
ス製造方法。
【請求項２２】基板にレジストを塗布する工程と、露
光された原版を現像する工程とを更に有することを特徴
とする請求項２１記載のデバイス製造方法。