JP2000021720A

JP2000021720A - 露光装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000021720A
Application number: JP10184238A
Authority: JP
Inventors: Kenji Saito; 謙治斉藤
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】二重露光を短時間で行なう。【解決手段】投影露光装置に干渉露光用光学系を設置
する。この光学系は投影光学系１９６の瞳面に一対の小
さな偏向部材３０１、３０２を有し、該一対の偏向部材
３０１、３０２を介して、前記投影光学系の、前記瞳面
よりも前記ウエハ側にある光学系に二つのレーザー光を
入射させ、この光学系によりこの二つのレーザー光をウ
エハ１９８上で干渉させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及びデバ
イス製造方法に関し、特に微細な回路パターンで感光基
板上を露光する露光装置及びデバイス製造方法に関す
る。本発明の露光装置は、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18に示
す。図１８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、照明光学系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14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。

【００１７】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（周期パ
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、露光装置の分解能の範囲内の大きさの
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5,415,835号
公報の露光方法では、2台の露光装置の一方の露光装置
によりウエハに対して2光束干渉露光を行なった後に、
このウエハを他方の露光装置に取り付けてマスクパター
ンによる通常の露光を行なっており、二重露光を行なう
ために長い時間を必要としている。

【００１９】そこで本発明の目的は、多重露光（二以上
の露光の重ね合わせ）を短時間で行なえる露光装置とデ
バイスの製造方法を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の露光装置は、マ
スクのパターンをウエハ上に投影して投影露光を行なう
露光装置において、複数の光束をウエハ上で干渉させて
干渉露光を行なう光学系を設けたことを特徴とする露光
装置。

【００２１】上記干渉露光を行なう光学系には、前記投
影露光に用いる投影光学系の瞳面（開口絞りの開口）又
はその近傍に一対の小さな偏向部材を有し、該一対の偏
向部材を介して、前記投影光学系の、前記瞳面よりも前
記ウエハ側にある光学系に二つのレーザー光を入射さ
せ、この光学系によりこの二つのレーザー光をウエハ上
で干渉させる形態がある。この形態では、通常、前記一
対の偏向部材上又はその近傍に対応するレーザー光を一
旦集光（結像）させる構成が採られる。

【００２２】さらに、前記一対の偏向部材を前記瞳面に
沿って移動可能に配置したり、前記一対の偏向部材を前
記瞳面又はその近傍の位置に着脱可能に配置したりする
形態もある。

【００２３】さらに、前記二つのレーザー光のそれぞれ
の光路中であって前記瞳面よりも前記ウエハ側にある光
学系を介して前記ウエハと光学的に共役な位置に視野絞
りを配置して、この視野絞りによってウエハ上の所望の
領域のみに干渉縞を形成することができる形態もある。
また、この視野絞りの開口位置と開口寸法を可変とする
形態もある。

【００２４】さらに、前記瞳面での有効光源（二次光源
像）から外れたところに前記一対の偏向部材を配置する
形態もある。

【００２５】尚、前記一対の偏向部材はそれぞれ、鏡、
半透過鏡、プリズム等により構成される。

【００２６】同一ウエハに対して前記投影露光と前記干
渉露光を途中で現像を行なわないで順次行なう露光モー
ドを有する形態がある。

【００２７】同一ウエハに対して前記投影露光と前記干
渉露光とを同時に行なう露光モードを有する形態があ
る。

【００２８】同一ウエハに対して前記投影露光と前記干
渉露光を行なう時の夫々の露光量を設定する手段を有す
る形態がある。

【００２９】前記投影露光の露光光の波長と前記干渉露
光の露光光の波長とが互いに同じ形態がある。

【００３０】前記各露光光が、ＫｒＦ（波長約248nm）
エキシマレーザー、ＡｒＦ（波長約193nm）エキシマレ
ーザー、又はＦ２（波長約157nm）エキシマレーザーか
ら供給される形態がある。

【００３１】前記投影露光に用いる投影光学系は屈折
系、反射−屈折系、又は反射系より成り、特にＦ２（波
長約157nm）エキシマレーザーを用いる場合は、反射−
屈折系又は反射系より成る投影光学系とするといい。

【００３２】本発明によれば、上記の露光装置のいずれ
かによりデバイスパターンでウエハを露光する段階と、
露光され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も提供できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１９は本発明の露光装置の一実
施形態を示す概略図である。

【００３４】図１９において、干渉露光用の光学系の構
成要素３０１−３０８を除く部分の構成は図１８の装置
と同じであるので、この部分の説明は省略する。

【００３５】図１９において、３０１、３０２は小さな
偏向部材であり、鏡、半透過鏡、プリズム等で構成され
る。また、各偏向部材３０１、３０２は図中矢印で示す
通り光学系１９６の光軸と直交する方向即ち瞳面（開口
絞りの開口）に沿って可動であり、瞳面の異なる位置に
設定することができると共に必要に応じて光学系１９６
の結像光束の光路外に退避させることもできる。

【００３６】３０３、３０４は平行なレーザー光であ
り、エキシマレーザー１９１又は他のレーザーから出た
レーザー光を付図示のビームスプリッターによって分割
することにより形成される。ここで、使用するレーザー
としては、ＫｒＦ（波長約248nm）エキシマレーザー、
ＡｒＦ（波長約193nm）エキシマレーザー、又はＦ２
（波長約157nm）エキシマレーザー等がある。

【００３７】３０５、３０６は集光レンズであり、平行
なレーザー光３０３、３０４を焦点位置に集光して光ス
ポットを形成する。又、このレンズ３０５、３０６は偏
向部材３０１、３０２と一体的に瞳面に沿って移動した
り、或いは偏向部材３０１、３０２とは独立して光学系
１９６の光軸方向（図の上下方向）に移動したりするよ
うに構成できる。このような構成を採ると、瞳面におけ
る２つの光スポット（光学系１９６の光軸に関して対称
配置）の位置を変えてウエハ１９８に形成する干渉縞の
周期を変化させることができる。

【００３８】尚、上記の焦点位置は偏向部材３０１、３
０２上又はその近傍ある。偏向部材３０１、３０２は瞳
面位置以外にも瞳面の近傍の所望の位置に配置できる。

【００３９】３０７、３０８は視野絞りであり、ウエハ
１９８と光学的に共役な位置に置かれて、ウエハ１９８
のショット領域において２光束干渉により干渉縞を形成
する領域を規定するものである。視野絞り３０７、３０
８は例えば図中の「視野絞り１」又は「視野絞り２」が
置かれる。視野絞り２は４枚の可動の遮光部材を備える
ものである。

【００４０】このような構成において、偏向部材３０
１、３０２上又はその近傍に集光されたレーザー光は発
散しながら投影光学系１９６の（瞳面に対し）ウエハ１
９８側の不図示の光学系に入射し、この光学系により平
行光あるいは他の状態の光に変換され、夫々所定の角度
でウエハ１９８に斜め入射して互いに重なりあってウエ
ハ１９８上に干渉縞を形成する。

【００４１】本実施形態によれば、このように干渉露光
を行なう光学系が投影露光装置に設置され、投影露光と
干渉露光を同時に行なったり、一方の露光から他方の露
光へ短時間で切り替えることができるので、ウエハに対
して投影露光と干渉露光を含む二重露光や三回以上の露
光の重ね合わせ等より成る多重露光を短時間で行なえ
る。

【００４２】本実施形態において、投影光学系１９６は
レンズだけから成る屈折系に限らず、反射−屈折系又は
反射系とすることができる。特に波長約157nmのＦ２エ
キシマレーザーを用いる場合は、反射−屈折系又は反射
系より成る投影光学系とするといい。

【００４３】図１９において、２２６はレチクルチェン
ジャであり、２２５はチェンジャー内のレチクルであ
る。２３０で示しているのは、照明光学系１９２により
選択できる照明方式の一例を示しており、斜入射照明光
を形成する場合には、照明光学系の開口絞りとして、特
開平４−２６７５１５号公報に記載があるような光軸外
に４つの開口を持ち光軸上は遮光される絞りを用いるこ
とができる。このような絞りを用いると、光学系１９２
の瞳面に４重極タイプの有効光源（二次光源像）ができ
るが、偏向部材３０１、３０２をこの有効光源の領域か
ら外れたところに配置すると好ましい。

【００４４】尚、当然のことながら、本実施形態の投影
露光装置は投影露光と干渉露光のそれぞれにおける露光
量を設定する手段を搭載しており、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１９８
の多数個のショット領域を露光するものである。

【００４５】本実施形態の投影露光装置を用いて投影露
光と干渉露光による二重露光を行なう場合、例えば前述
の米国特許に開示されているような二重露光や特願平１
０−４５４１５号に示された二重露光、或いは以下に述
べるような二重露光を行なうことができる。

【００４６】図1乃至図9を用いて二重露光の一実施形態
を説明する。

【００４７】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周期
パターン露光ステップ、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、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、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。又、周期パターン露光ステップは例え
ば２光束干渉露光によって行なわれる。

【００４８】図1のフロ−に従って露光を行なう場合、
まず周期パターン露光によりウエハ（感光基板）を図2
に示すような周期パタ−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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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、周期パターン露光（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に示す周期パターン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。これは即ち周期パターン
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
表わしている。

【００５３】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−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−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。

【００５４】図7（ａ）は通常の投影露光による露光パ
タ−ンであり、露光装置の分解能以下の微細なパターン
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。

【００５５】本実施形態では、通常の投影露光の解像度
の約半分の線幅の微細パターンとしている。

【００５６】図７（ａ）の露光パタ−ンを作る投影露光
を、図5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ーパタ−ン
が形成される。その際通常露光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、図７（ｂ）の上部に
示す孤立線パタ−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。

【００５７】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。その際通常露光のパ
ターンの中心が、周期露光のピークと合致させること
で、位置重ね合されたパターンの対称性が良く、良好な
像が得られる。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。

【００５８】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。

【００５９】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
周期パターン露光の解像度（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。

【００６０】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
きい値以下の周期露光パタ−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周期パター
ン露光のパタ−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−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光束干渉露光で行なえば、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。

【００６１】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。

【００６２】次に他の実施形態を説明する。

【００６３】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。

【００６４】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−
ンに対しては例えば2光束干渉露光による周期パターン
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。

【００６５】本実施形態では、図１１を用いて1次元方
向のみの2周期パターン露光と通常の投影露光の組み合
わせの一例を示す。

【００６６】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。

【００６７】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14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のように構
成した装置がある。

【００６８】図14の露光装置について説明を行なう。

【００６９】図14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。

【００７０】次に図15乃至図17の露光装置に関して説明
する。

【００７１】図15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。

【００７２】図１５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
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、図18
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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】Ｐ_O＝Ｐ／Ｍ＝λ／｛Ｍ（２ＮＡ）｝ ……（４）Ｐ_OS＝２Ｐ_O＝λ／Ｍ（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。

【００７６】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ＰＯＳを上記（５）式を満たすように構成したもので
ある。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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ＰＯが、（４）式と同様の（６）
式で表わされるマスクである。

【００８０】Ｐ_O＝Ｐ／Ｍ＝λ／｛（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。

【００８１】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。

【００８２】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。

【００８３】図17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
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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】図１０及び図１１が示す実施形態の説明に
戻る。

【００８７】本実施形態では前述した2光束干渉露光に
よる周期パターン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）が示すゲートパ
タ−ンの露光を行う。図11（ｂ）の上部には2光束干渉
露光による周期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0.1μｍピッチの分解能でマップ化した
ものである。

【００８８】この投影露光による露光パタ−ンの最小線
幅の部分は解像せず広がり、露光量の各点の値は下が
る、露光量はおおまかに、パターン中心部は大きく、両
サイドは小さく、それぞれａ，ｂで表わし、両側からの
ぼけ像がくる中央部をＣとする。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ことにな
る。ここで、露光量は１＜ａ＜２０＜ｂ＜１０＜Ｃ
＜１となる。この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:投影露
光=1:2である。

【００８９】以上説明した周期パターン渉露光と通常の
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光束干渉露光による周期パターン露光と通常の投
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。

【００９０】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、ｄで示される領域の露光量は１＋ａ
で２より大きく３未満である。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る。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、部分的コヒーレント照明に基づ
く投影露光と２光束干渉露光とが投影露光装置を用い
て、形成可能となった。

【００９１】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。

【００９２】二重露光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。

【００９３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、周期パターン露
光と投影露光を短時間で行なえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二重露光方法のフロ−チャートである。

【図２】２光束干渉露光により得た周期パタ−ン（露光
パターン）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周期パターン（露
光パタ−ン）を示す説明図である。

【図６】２光束干渉露光による周期パターン（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】実施形態を示す説明図。

【図１２】ゲートパターンを説明する図。

【図１３】パターン形成過程を示す図。

【図１４】周期パターン露光を行なうための２光束干渉
用露光装置の一例を示す概略図である。

【図１５】２光束干渉による周期パターン露光を行なう
投影露光装置の一例を示す概略図である。

【図１６】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１７】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１８】従来の投影露光装置を示す概略図である。

【図１９】本発明の投影露光装置の一例を示す概略図で
ある。

【符号の説明】

１９１エキシマレ−ザ１９２照明光学系１９４マスク（レチクル）２２４マスク（レチクル）ステージ２２５マスク（レチクル）２２６マスク（レチクル）チェンジャ１９６投影光学系１９８ウエハ１９９ＸＹＺステージ３０１，３０２偏向部材３０３，３０４平行レーザ光３０５，３０６集光レンズ３０７，３０８視野絞り

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスクのパターンをウエハ上に投影して
投影露光を行なう露光装置において、複数の光束をウエ
ハ上で干渉させて干渉露光を行なう光学系を設けたこと
を特徴とする露光装置。
【請求項２】前記干渉露光を行なう光学系は、前記投
影露光に用いる投影光学系の瞳面又はその近傍に一対の
偏向部材を有し、該一対の偏向部材を介して、前記投影
光学系の、前記瞳面よりも前記ウエハ側にある光学系に
二つのレーザー光を入射させ、この光学系によりこの二
つのレーザー光をウエハ上で干渉させることを特徴とす
る請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記干渉露光を行なう光学系は、前記一
対の偏向部材上又はその近傍に対応するレーザー光を一
旦集光（結像）させることを特徴とする請求項２に記載
の露光装置。
【請求項４】前記一対の偏向部材を前記瞳面に沿って
移動可能に配置したことを特徴とする請求項３に記載の
露光装置。
【請求項５】前記一対の偏向部材を前記瞳面又はその
近傍の位置に着脱可能に配置した特徴とする請求項３、
４に記載の露光装置。
【請求項６】前記二つのレーザー光のそれぞれの光路
中であって前記瞳面よりも前記ウエハ側にある光学系を
介して前記ウエハと光学的に共役な位置に視野絞りを配
置して、この視野絞りによってウエハ上の所望の領域の
みに干渉縞を形成する特徴とする請求項３に記載の露光
装置。
【請求項７】前記視野絞りの開口位置及び／又は開口
寸法を可変としたことを特徴とする請求項６に記載の露
光装置。
【請求項８】前記瞳面での有効光源（二次光源像）か
ら外れたところに前記一対の偏向部材を配置することを
特徴とする請求項２に記載の露光装置。
【請求項９】前記有効光源が４重極タイプの光源であ
ることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】前記一対の偏向部材はそれぞれ、鏡、
半透過鏡、プリズム等により構成されることを特徴とす
る請求項２に記載の露光装置。
【請求項１１】同一ウエハに対して前記投影露光と前
記干渉露光を途中で現像を行なわないで順次行なう露光
モードを有することを特徴とする請求項１に記載の露光
装置。
【請求項１２】同一ウエハに対して前記投影露光と前
記干渉露光とを同時に行なう露光モードを有することを
特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項１３】前記投影露光の露光光の波長と前記干
渉露光の露光光の波長とが互いに同じであることを特徴
とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項１４】前記各露光光が、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
ザーから供給されることを特徴とする請求項１に記載の
露光装置。
【請求項１５】前記投影露光に用いる投影光学系は屈
折系、反射−屈折系、又は反射系より成ること特徴とす
る請求項１に記載の露光装置。
【請求項１６】同一ウエハに対して前記投影露光と前
記干渉露光を行なう時の夫々の露光量を設定する手段を
有することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項１７】請求項1乃至請求項１６のいずれかの
露光装置によりデバイスパターンでウエハを露光する段
階と、露光され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。