JP2000267257A - マスク及びそれを用いた露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周期パターン露光と通常パターン露光の２重
露光によって高解像度のパターン線幅が得られるマスク
及びそれを用いた露光方法を得ること。 【解決手段】 多重露光により感光基板上にパターンを
転写するためのマスクであって、該マスクはピッチが異
なりパターン線幅が同じの周期パターンを含み複数の周
期パターンを有していること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク及びそれを
用いた露光方法に関し、例えば微細な回路パターンで感
光基板上を露光し、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、ＣＣ
Ｄ等の撮像素子といった各種デバイスを製造する際に好
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、ウエハに対する微細加工技術の中心
をなす上記投影露光方法及び投影露光装置においては、
０．３／μｍ以下の寸法（線幅）の像（回路パターン
像）を形成するべく、解像度の向上が計られている。

【０００４】一方、現在主流となりつつある上記のエキ
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。

【０００５】これに対して、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
ができることを開示している。

【０００６】本出願人は、例えば特願平１０−２２１０
９５号，特願平１０−２０１３３３号，特願平１０−２
２１０９７号等において、パターンを感光基板に転写す
るときに、通常パターン露光による像コントラストの低
い像形成位置に周期パターン露光による像コントラスト
の高いパターン像を多重露光させる露光方法を提案して
いる。

【０００７】これらの提案では、像コントラストの低い
パターン露光の像形成位置が場所によりピッチが異なる
場合、像コントラストの高いパターン像の像形成位置を
像コントラストの低い像形成位置と等しく、場所により
ピッチを変えて露光する方法を開示している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】通常、像コントラスト
の高いパターン像は、２光束干渉による周期パターンに
よって形成され、位相シフトマスクの周期パターンのコ
ヒーレント照明によって得られるか、あるいはシフター
のないクロムマスクの斜入射照明によって得られる。こ
のマスクの周期パターンはパターン間隔とパターン線幅
の長さが限定されていない。このため、通常は図１９
（Ｂ）のように各周期パターンＰＭ１，ＰＭ２において
パターン線幅Ｌとパターン間隔Ｓが等しい、すなわちパ
ターン線幅ＬがピッチＰの半分の長さで構成されること
が多い。

【０００９】図１９（Ａ）は通常パターン露光（像コン
トラストの低いパターン）におけるレチクル面上の回路
パターンを示している。図１９（Ｃ）は図１９（Ａ）の
回路パターンと図１９（Ｂ）の周期パターンの多重露光
による重ね合わせ状態を示している。

【００１０】このような周期パターンはピッチの大きい
パターンのコントラストが高くなり、最小ピッチに適し
た一定の露光レベルではピッチの大きいパターンで線幅
誤差が大きくなる。又、この露光方法では通常パターン
露光では解像できない微細なパターンを露光するため、
微細なパターンから成るレチクルを必要とする。

【００１１】レチクル製作上の問題点としては、パター
ン線幅（線幅）が多種にわたるとパターン線幅誤差のば
らつきが大きくなる。レチクル製作では、パターン線幅
をある１つの基準線幅（通常、最も微細な線幅）の誤差
が小さくなるようにＥＢ露光の条件を設定している。こ
の条件で基準線幅と異なる線幅のパターンを描画する
と、線幅リニアリティが保たれる範囲の線幅では所望の
線幅でパターンが描画されるが、リニアリティが保たれ
る範囲の線幅を超えるとリニアリティ誤差が発生する。
それに加えて、基準線幅に誤差があると、リニアリティ
が保たれない線幅では基準線幅と異なる誤差量になる。

【００１２】従って、パターンの線幅が多種にわたりリ
ニアリティが保たれないパターン線幅があるとリニアリ
ティ誤差が発生し、パターン全体のレチクル線幅誤差の
ばらつきが大きくなる。

【００１３】又、特に位相シフトマスクでは、シフター
部分はガラス基板を彫り込むことによって光路長をそれ
以外の部分と差をつけているが、彫り込むことによって
導波路効果が起こり光の透過率が低下する。導波路効果
低減のために彫り込んだトレンチの壁をサイドエッチン
グしたサイドバイアス型が開発されているが、サイドエ
ッチングの最適な量は線幅によって異なることがわかっ
ている。この場合も基準線幅でサイドエッチングの量を
決めているために、基準線幅以外では透過率が一様とな
らない。

【００１４】基準線幅より線幅が太い部分ではサイドエ
ッチングの量が不足し、シフター部分の透過率が低下す
るが、線幅が細い部分ではサイドエッチングの量が過多
のために透過率が増加するためである。

【００１５】このような、シフター部分とそうでない部
分、つまりガラス基板の彫り込みがある部分とそうでな
い部分で透過率に差があると、パターンの線幅が１本お
きに変わるので問題となってくる。

【００１６】本発明は、周期パターンのコントラストが
ピッチによらず一定であり、最小ピッチに適した一定の
露光レベルでもピッチの大きいところのパターン線幅誤
差が小さくなり高解像度のパターン像が得られるマスク
及びそれを用いた露光方法の提供を目的とする。

【００１７】又、本発明の他の目的は、線幅０．１５μ
ｍ以下の部分を備える回路パターンを容易に得ることが
可能な露光方法及び露光装置の提供にある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のマスク
は、多重露光により感光基板上にパターンを転写するた
めのマスクであって、該マスクはピッチが異なりパター
ン線幅が同じの周期パターンを含み複数の周期パターン
を有していることを特徴としている。

【００１９】請求項２の発明のマスクは、感光基板上に
パターンを転写するためのマスクであって、該マスクは
ピッチが異なりパターン線幅が同じの周期パターンを含
み複数の周期パターンを有していることを特徴としてい
る。

【００２０】請求項３の発明は請求項１又は２の発明に
おいて、前記マスクはパターン線幅とパターン間隔が同
一のパターンより成る周期パターンを有していることを
特徴としている。

【００２１】請求項４の発明は請求項３の発明におい
て、パターン線幅とパターン間隔が異なるパターンより
成る周期パターンを有し、該周期パターンのパターン線
幅と前記パターン線幅とパターン間隔が同一のパターン
より成る周期パターンのパターン線幅が等しいことを特
徴としている。

【００２２】請求項５の発明は請求項１から４のいずれ
か１つの発明において、前記マスクが有する複数の周期
パターンのパターン線幅はいずれも該マスクが有する複
数の周期パターンの最小ピッチのパターン線幅と同一で
あることを特徴としている。

【００２３】請求項６の発明の露光方法は請求項１から
５のいずれか１項のマスクを用いて、感光基板上に該マ
スクのパターンを露光転写していることを特徴としてい
る。

【００２４】請求項７の発明の露光方法は請求項１から
５のいずれか１項のマスクを用いて、感光基板上に周期
パターン露光と通常パターン露光の多重露光を行って、
所定形状のパターンを得ていることを特徴としている。

【００２５】請求項８の発明は請求項７の発明におい
て、前記周期パターン露光は像コントラストの高いパタ
ーン露光であり、前記通常パターン露光は像コントラス
トの低いパターン露光であることを特徴としている。

【００２６】請求項９の発明の露光装置は請求項６，７
又は８の露光方法を用いて、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。

【００２７】請求項１０の発明は請求項１から５のいず
れか１つの発明の、マスクの周期パターンを投影光学系
で感光基板上に投影露光する露光装置において、前記マ
スクが有する周期パターンのパターン線幅は最小ピッチ
の線幅又はパターン線幅をＬ、波長をλ、該投影光学系
の開口数をＮＡとし、

【００２８】

【数２】

【００２９】としたとき、 ０．２５≦ｋ１ であることを特徴としている。

【００３０】請求項１１の発明のデバイスの製造方法は
請求項６，７又は８の露光方法を用いて、レチクル面上
のパターンをウエハ面上に転写した後、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。

【００３１】請求項１２の発明のデバイスの製造方法は
請求項９又は１０の露光装置を用いて、レチクル面上の
パターンをウエハ面上に転写した後、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】

【発明の実施の形態】まず本発明における２重露光（多
重露光）について説明する。

【００３３】図１〜図９は本発明の露光方法における２
重露光（多重露光）の原理を示す説明図である。図１は
本発明の露光方法を示すフローチャートである。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。

【００３４】本発明の露光方法及び露光装置は、被露光
基板（感光基板）に対して周期パターン露光と通常パタ
ーン露光の２重露光を行うことを特徴としている。

【００３５】ここで２重露光とは現像処理工程を介さず
に異なったパターンを感光基板上に複数個露光すること
をいう。又、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
ある。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】２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。

【００３９】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。

【００４０】本発明における２重露光とは周期パターン
露光と通常パターン露光の２重露光という意味であっ
て、周期パターン露光は、通常パターン露光は何回繰り
返して露光しても良い。

【００４１】本発明の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。

【００４２】図１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２に示
すような周期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。

【００４３】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。

【００４４】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」配す。）の各々について
示す。ポジ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以上の場合
に、ネガ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。

【００４５】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。

【００４６】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）及び図６
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２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も
実施できる）。

【００４７】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している。

【００４８】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。

【００４９】図７（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。

【００５０】図７（Ａ）の露光パターンを作る投影露光
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
レジスト面上へ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
ィーパターンが形成される。

【００５１】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。

【００５２】図７（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。

【００５３】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。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。

【００５４】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（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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】(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。

【００５９】(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。

【００６０】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。

【００６１】次に本発明の実施形態を説明する。

【００６２】図１０は本発明のマスクの実施形態１の要
部概略図である。本発明に係るマスクの周期パターン
は、パターン線幅Ｌが同じでピッチが異なる複数の周期
パターンを有しており、ピッチに応じてパターン間隔Ｓ
を場所により変えている。このとき、周期パターンの中
心位置は通常パターン露光による像形成位置と一致する
ようにする。ここでピッチＰはＰ＝Ｌ＋Ｓである。パタ
ーン間隔Ｓが小さくなるとピッチＰとパターン線幅が等
しくなってくる。

【００６３】図１０におけるように、ピッチＰ１の周期
パターンＰＭ１とピッチＰ２の周期パターンＰＭ２があ
ると、上記条件を満たすような中心位置に一定の線幅
（パターン線幅）ＬとピッチＰ１の周期パターンＰＭ１
ではパターン間隔（Ｐ１−Ｌ）である。又、ピッチＰ２
の周期パターンＰＭ２ではパターン間隔（Ｐ２−Ｌ）で
ある。このとき、ピッチＰ１の領域Ｑ１とピッチＰ２の
領域Ｑ２の境界、すなわち、ピッチＰ１の領域Ｑ１のう
ち他のピッチ領域Ｑ２側のパターンＰ１ａとピッチＰ２
の領域Ｑ２の他のピッチ領域Ｑ１側のパターンＰ２ａの
間隔Ｄ１２はどちらにも属さない。このような境界の長
さＤ１２は、線幅Ｌにより長さが異なる。

【００６４】本実施形態では、境界の長さＤ１２を線幅
Ｌにより適切な値にし、周期パターンの中心位置と通常
パターン露光の像形成位置と一致するようにしている。

【００６５】図１１（Ａ）は通常パターン露光による通
常パターン（像コントラストの低いパターン）の模式図
である。図１１（Ｂ）は周期パターン露光による周期パ
ターン（像コントラストの高いパターン）の模式図であ
る。図１１（Ｃ）は図１１（Ａ）の通常パターンと図１
１（Ｂ）の周期パターンを２重露光したときの模式図で
ある。

【００６６】本実施形態では、図１１（Ａ）の像コント
ラストの低い通常パターンの像形成位置に図１１（Ｂ）
の像コントラストの高い周期パターン像を多重露光させ
るとき、像コントラストの低い通常パターンの像形成位
置が場所によりピッチが異なる場合、像コントラストの
高い周期パターンのパターン線幅をすべて同じにし、パ
ターン間隔のみピッチに応じて変えて図１１（Ｃ）に示
すように２重露光している。

【００６７】本実施形態において、パターン線幅はパタ
ーン部分が光遮光型であっても光透過型であってもパタ
ーン線幅ｋ１＜０．２５は解像されないため、ｋ１≧
０．２５（ｋ１は線幅を（λ／ＮＡ）で割った波長λと
ＮＡによらない長さ）の長さでピッチより短ければどん
な長さでも良い（図１０参照）。

【００６８】通常の露光方法に用いるパターン（通常パ
ターン露光）の像形成位置が他に比べてピッチの大きい
孤立線の場合、ピッチを整数ｎで割った長さがなるべく
最小ピッチに近いような長さｐを求め、その長さｐを周
期パターンのピッチとし、孤立パターンと隣のパターン
との間に長さｐのｎピッチの周期を持つものとしている
（図１９参照）。孤立線のピッチがｎピッチのピッチ長
さｐの積（ｐ×ｎ）と一致しない場合、その差をｎ周期
の間隔のどこかで調整するか、隣の異なるピッチとの境
界で調整する。

【００６９】図１２（Ｂ）に示すようにピッチ０．２４
μｍと０．３０μｍの領域Ｑ１，Ｑ２を持つ位相シフト
型の周期パターンＰＭ１，ＰＭ２をパターン線幅Ｌを全
て同じ０．１２μｍとした。ここでは２つの周期パター
ンの最小ピッチにおいてパターン線幅Ｌとパターン間隔
Ｓが等しくなるようにした。尚、周期パターンのパター
ン間隔Ｓはピッチからパターン線幅を引いた長さであ
る。ピッチ０．３０μｍの領域Ｑ２ではパターン間隔を
ピッチ０．３０μｍからパターン線幅０．１２μｍを引
いた０．１８μｍとなる。

【００７０】波長ＫｒＦ（λ＝０．２４８μｍ）、ＮＡ
＝０．６０の露光装置でσ（照明装置のＮＡ／投影光学
系のＮＡ）をσ＝０．２として露光した結果の強度分布
を図１２（Ｂ）に示す。

【００７１】図１２は、縦軸に光強度、横軸にパターン
の位置を示す。図の矩形の部分はレチクル上のパターン
強度であり、曲線は像面であるウエハ面上のパターンの
強度分布である。

【００７２】比較のために、図１３に示すピッチＰ１＝
０．２４μｍとピッチＰ２＝０．３０μｍの領域Ｑ１，
Ｑ２を持つ位相シフト型の周期パターンＰＭ１ａ，ＰＭ
２ａのそれぞれの領域のパターン線幅Ｌがそれぞれの領
域のピッチの１／２の０．１２μｍと０．１５μｍと
し、露光した結果の強度分布を図１２（Ａ）に示す。

【００７３】図１２（Ａ），（Ｂ）を比較すると、図１
２（Ｂ）の方が強度分布が一様になり、強度ピークの差
が少なくなっていることが確認される。この周期パター
ンの周期パターン露光に重ねて、通常パターンを通常パ
ターン露光で露光する。通常パターンは図１４に示す如
く設計線幅と同じパターンで線幅０．１２μｍ，ピッチ
０．２４μmと線幅０．１５μｍ，ピッチ０．３０μｍ
の位相差なしのクロムマスクから成るものとした。マス
ク上のパターン寸法はこれらパターンに露光装置の投影
光学系による投影倍率で割ってある。

【００７４】通常のパターン露光の照明条件はσ＝０．
８の輪帯照明とした。通常パターン露光の１回露光の結
果の強度分布を図１４に示す。図１４に示すように、線
幅０．１２μｍと０．１５μｍは３本線のうち中央のパ
ターンのコントラストが０．１１，０．４６で、このコ
ントラストでは線幅０．１２μｍのパターンの線の解像
は難しい。

【００７５】周期パターンの線幅がすべて０．１２μｍ
の周期パターン露光と通常パターン露光の２重露光の結
果の強度分布を図１５（Ｂ）に示す。設計パターン線幅
が０．１２μｍと０．１５μｍは３本線のうち中央のパ
ターン像のコントラストが０．３９，０．６１である。
これは最近の高解像レジストではコントラスト０．３以
上の解像が可能となるため、パターン像は解像される。
パターン線幅０．１２μｍの３本線のうち中央のパター
ンが設計値となる露光量レベルで、パターン線幅０．１
５μｍの３本線のうちの中央のパターンの線幅は０．１
６２３μｍで誤差は１２ｎｍである。

【００７６】又、周期パターンのパターン線幅が０．１
２μｍと０．１５μｍの周期パターン露光と通常パター
ン露光の２重露光の結果の強度分布を図１５（Ａ）に示
す。設計パターン線幅０．１２μｍと０．１５μｍは３
本線のうち中央のパターンのコントラストが０．３６，
０．６４で解像が可能となる。パターン線幅０．１２μ
ｍの３本線のうち中央のパターンが設計値となる露光量
レベルでパターン線幅０．１５μｍの３本線のうちの中
央のパターンの線幅は０．１７７９μｍで誤差は２８ｎ
ｍである。

【００７７】２重露光後の上記結果を比較して、図１５
（Ｂ）は図１５（Ａ）よりパターン線幅０．１２μｍと
０．１５μｍのコントラスト差が少なくなり、パターン
線幅の差も少なくなった。又、この場合はパターン線幅
を周期パターンの最小ピッチの１／２、最小ピッチにお
いてパターン線幅とパターン間隔が等しくなるようにし
たが、大きい方のピッチの１／２としても良く、それ以
外の任意の長さでもコントラストが多少違うが、線幅誤
差は同じ結果が得られている。

【００７８】パターンの線幅を変えると強度が一様に上
下し、強度分布の形が変わらずに一様シフトが起こる。
従って、コントラストは若干変わるが、一様シフトなの
でパターン線幅０．１２μｍが設計値となる露光量レベ
ルは前記量より上下するだけで、パターン線幅０．１５
μｍの線幅誤差に影響しない。

【００７９】以上の結果をまとめると、周期パターンの
パターン線幅をすべて同じにしたものは、それぞれのピ
ッチでパターン線幅を変えたもの（ピッチの１／２の線
幅としたもの）より、ピッチ０．２４μｍとピッチ０．
３０μｍの周期パターン露光の強度分布が一様になる。
その結果、２重露光後の結果では設計パターン線幅０．
１２μｍと０．１５μｍのコントラスト差が少なくな
り、パターン線幅誤差も少なくなる。

【００８０】又、周期パターンのパターン線幅が１種類
となるためにレチクル製作が容易になり、パターン線幅
誤差は少なくなる。つまり、周期パターンのパターン線
幅が１種類しか存在しないために、異なるパターン線幅
がないから線幅リニアリティ誤差は存在しなくなる。周
期パターンのパターン線幅誤差はパターン全体で一様な
ものとなり、強度分布が一様にシフトする。そのため、
露光量レベルが変わるのみであるからパターン線幅誤差
に影響はなく、コントラスト変化にもほとんど影響がな
い。更に、位相シフトマスクを用いた場合、サイドエッ
チングの量をこのパターン線幅で最適化すればシフター
部分とシフターでない部分の透過率が同じになる。シフ
ター部分の透過率がシフターでない部分の透過率と同じ
になると、パターンの線幅が１本おきに変わる減少はな
くなりパターン線幅誤差の原因は更に少なくなる。

【００８１】以上のように本実施形態では、通常パター
ン露光により、像コントラストの低いパターン像形成位
置に、周期パターン露光によりコントラストの高い周期
パターン像を多重露光させる場合、回路設計がなされた
回路パターンにおいてピッチが場所的に異なるとき、像
コントラストの低いパターン像形成位置と、像コントラ
ストの高いパターンの強度ピーク位置が等しくなるよう
にし、かつ周期パターンのパターン線幅をピッチによら
ずすべて同じパターン線幅としている。これによって、
ピッチが異なる場所での異なるパターン線幅のコントラ
ストの差が少なくなり、パターン線幅誤差が少なくなる
ようにしている。

【００８２】又、周期パターンのパターン線幅をすべて
同じにすることによって、レチクル製作を容易にしてい
る。これによって、レチクル上のパターン線幅に誤差が
あっても一様な線幅誤差は、像面であるウエハ面上での
線幅誤差に影響しないようにしている。

【００８３】又、周期パターンとして位相シフトレチク
ルを用いる場合、位相シフトレチクルで一般的な基板彫
り込みによる透過率低下を補正するサイドバイアス量
が、線幅がすべて同じになるとパターン全体で同じにな
り線幅が異なるために、サイドエッチングの量に過不足
を生じ透過率低下／増加を起こし、パターンの線幅が１
本おきに変わるような問題が生じないようにしている。

【００８４】図１６は本発明の２光束干渉用露光（周期
パターン露光）と通常パターン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。

【００８５】図１６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。

【００８６】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。

【００８７】図１６の２２９は２光束干渉露光と通常パ
ターン露光で共用される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。

【００８８】また、図１６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（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ＴＴ
Ｒ位置合わせ光学系）とを備える。

【００８９】図１６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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。更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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】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。

【００９７】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。

【００９８】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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】図１７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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】図１８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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】

【発明の効果】本発明によれば、周期パターンのコント
ラストがピッチによらず一定であり、最小ピッチに適し
た一定の露光レベルでもピッチの大きいところのパター
ン線幅誤差が小さくなり高解像度のパターン像が得られ
るマスク及びそれを用いた露光方法を達成することがで
きる。

【０１１１】又、本発明によれば、線幅０．１５μｍ以
下の部分を備える回路パターンを容易に得ることが可能
な露光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】 本発明の露光方法のフローチャート

【図２】 ２光束干渉露光による露光パターンを示す説
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７】 本発明の多重露光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８】 本発明の多重露光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９】 本発明の多重露光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】 本発明のマスクの実施形態１の要部概略図

【図１１】 本発明に係る多重露光の説明図

【図１２】 本発明に係るマスクとそのパターン像の光
強度分布の説明図

【図１３】 周期パターンの説明図

【図１４】 通常パターン露光によるパターン像の説明
図

【図１５】 本発明の露光方法によるパターン像の説明
図

【図１６】 本発明の露光装置の要部概略図

【図１７】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【図１８】 本発明のデバイスの製造方法のフローチャ
ート

【図１９】 従来の通常パターン露光と周期パターン露
光の２重露光の模式図

【符号の説明】

ＰＭ１，ＰＭ２ 周期パターン Ｌ パターン線幅 Ｓ パターン間隔 ２２１ 光源 ２２２ 照明光学系 ２２３ マスク ２２４，２２９ ステージ ２２７ 投影光学系 ２２８ ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５Ｆ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多重露光により感光基板上にパターンを
   転写するためのマスクであって、該マスクはピッチが異
   なりパターン線幅が同じの周期パターンを含む複数の周
   期パターンを有していることを特徴とするマスク。
2. 【請求項２】 感光基板上にパターンを転写するための
   マスクであって、該マスクはピッチが異なりパターン線
   幅が同じの周期パターンを含む複数の周期パターンを有
   していることを特徴とするマスク。
3. 【請求項３】 前記マスクはパターン線幅とパターン間
   隔が同一のパターンより成る周期パターンを有している
   ことを特徴とする請求項１又は２のマスク。
4. 【請求項４】 パターン線幅とパターン間隔が異なるパ
   ターンより成る周期パターンを有し、該周期パターンの
   パターン線幅と前記パターン線幅とパターン間隔が同一
   のパターンより成る周期パターンのパターン線幅が等し
   いことを特徴とする請求項３のマスク。
5. 【請求項５】 前記マスクが有する複数の周期パターン
   のパターン線幅はいずれも該マスクが有する複数の周期
   パターンの最小ピッチのパターン線幅と同一であること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項のマスク。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれか１項のマスク
   を用いて、感光基板上に該マスクのパターンを露光転写
   していることを特徴とする露光方法。
7. 【請求項７】 請求項１から５のいずれか１項のマスク
   を用いて、感光基板上に周期パターン露光と通常パター
   ン露光の多重露光を行って、所定形状のパターンを得て
   いることを特徴とする露光方法。
8. 【請求項８】 前記周期パターン露光は像コントラスト
   の高いパターン露光であり、前記通常パターン露光は像
   コントラストの低いパターン露光であることを特徴とす
   る請求項７の露光方法。
9. 【請求項９】 請求項６，７又は８の露光方法を用い
   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。
10. 【請求項１０】 請求項１から５のいずれか１項のマス
    クの周期パターンを投影光学系で感光基板上に投影露光
    する露光装置において、前記マスクが有する周期パター
    ンのパターン線幅は最小ピッチの線幅又はパターン線幅
    をＬ、波長をλ、該投影光学系の開口数をＮＡとし、 【数１】 としたとき、 ０．２５≦ｋ１ であることを特徴とする露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項６，７又は８の露光方法を用い
    て、レチクル面上のパターンをウエハ面上に転写した
    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。
12. 【請求項１２】 請求項９又は１０の露光装置を用い
    て、レチクル面上のパターンをウエハ面上に転写した
    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。