JP2001319874A - 露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多重露光において良好な解像を得ることが可能
となり、特に、焦点深度を、解像を目的とするパターン
と必要深度に対応して拡大することができ、また、ｋ₁
ファクターの小さいプロセスにおいても、収差の像性能
への影響を軽減することが可能となり、良好な解像を得
ることができる露光方法、露光装置、およびデバイス製
造方法を提供する。 【解決手段】投影光学系を用い、第１パターンの露光と
第２パターンの露光を含む多重露光を行って、所望のパ
ータンを露光する露光方法において、前記第１パターン
の露光の時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ１）と前記
第２パターンの露光時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ
２）が互いに異なるように構成する。

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、露光装
置、およびデバイス製造方法に関し、特に微細な回路パ
ターンを感光基板上に露光するための多重露光技術に関
するものであり、これらは、例えばＩＣ・ＬＳＩなどの
半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッド
などの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デ
バイス、マイクロメカニクスで用いる広域なパターンの
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ー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、０．１μｍ
以下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべく、その
向上が図られており、更に８０ｎｍ以下の回路パターン
を形成する方法あるいは装置等が望まれている。

【０００４】従来の投影露光装置の摸式図を図３３に示
す。図３３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、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、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１９
７に変換する。像側露光光１９７は図３３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。２００は投影光学系の瞳位置での絞りであ
る。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。

【０００６】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。

【０００７】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」があることと、（２）式から、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
が分かる。

【０００８】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。

【０００９】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１９８に０．１５μ
ｍ以下のパターンを形成することができなかった。そこ
で、現状の露光装置で、０．１５μｍ以下のパターンを
形成するため、本願出願人により二光束干渉露光と多値
露光とを行なう新しい二重露光が提案されている。

【００１０】この二重露光は、通常露光による多値露光
と二光束干渉露光による周期パターン露光を現像の工程
を介さないでおこなうものである。これは、レジストの
露光しきい値以下で周期パターンを露光し、その後、露
光量が多値の分布を持つ通常露光をおこなうものであ
る。通常露光の露光量は、露光パターン領域（露光領
域）の小領域ごとに異なる露光量分布を持つ。ここで言
う露光量とは、すべて、レジスト上の露光量を示してい
る。また、露光量分布は、多値の露光量分布、すなわち
レジストの露光量しきい値以上の露光量をもつ領域と同
レジストの露光しきい値以下の露光量をもつ領域とを含
む。

【００１１】露光により得られる回路パターン（リソグ
ラフィーパターン）として、図３に示すいわゆるゲート
パターンを例に説明する。図３のゲートパターンは横方
向の最小線幅が通常露光による解像力の範囲を越える
０．１μｍであるのに対して、縦方向の最小線幅は装置
の通常露光による解像力の範囲内である０．２μｍ以上
である。この二重露光法によれば、このような横方向の
みの１次元方向にのみ高解像度を求められる最小線幅パ
ターンを持つ２次元パターンに対しては、例えば二光束
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
要な一次元方向の周期パターンのみでおこなう。

【００１２】図１は上記二重露光の各露光段階における
露光量分布を示している。図１中に示される数値はレジ
ストにおける露光量を表すものである。図１において、
図１（Ａ）は１次元方向のみに繰り返しパターンが生じ
る周期的な露光パターンによる露光量分布である。パタ
ーン以外の図中の空白部での露光量はゼロであり、パタ
ーン部分の露光量は１となっている。図１（Ｂ）は多値
の通常露光による露光量分布である。パターン以外の図
中の空白部での露光量はゼロであり、パターン部分の露
光量は１と２の多値（ここでは２値）の分布となってい
る。

【００１３】これらの露光を現像の工程を介さないで二
重露光をおこなうと、レジスト上にそれぞれの露光量の
和の分布が生じ、図１（Ｃ）のような露光量分布とな
る。ここで、レジストの露光しきい値が１と２の間にあ
るとき、２より大きな部分が感光し、図１（Ｃ）の図
中、太線で示されたようなパターンが現像により形成さ
れる。即ち、太線で囲まれた外部にある、周期パターン
露光による露光パターンは、レジストの露光しきい値以
下であり、現像により消失する。

【００１４】通常露光の、レジストの露光しきい値以下
の露光量が分布する部分に関しては、通常露光と周期パ
ターン露光の各露光パターンの和が、レジストの露光し
きい値以上となる部分が現像により形成される。従っ
て、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの重
なる部分に、周期パターン露光の露光パターンと同じ解
像度を持つ露光パターンが形成される。通常露光の、レ
ジストの露光しきい値以上の露光量が分布する露光パタ
ーン領域に関しては、通常露光と周期パターン露光の各
露光パターンの重なる部分であっても他の部分同様通常
露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが
形成される。

【００１５】図２は図１で示された露光量分布を形成す
るためのパターンおよびマスクを示している。図２
（Ａ）は、高解像度の必要な一次元方向のみに繰り返し
パターンが生じるパターンおよびマスクであり、例えば
レベンソン型位相シフトマスクによって実現が可能であ
る。レベンソン型位相シフトマスクの場合、図の白色部
分と灰色部分は位相が互いに反転し、位相反転の効果に
より２光束干渉露光による高コントラストな周期的な露
光パターンが形成される。マスクは、レベンソン型位相
シフトマスクに限定されず、このような露光量分布を形
成するのであれば、どのようなものであってもよい。

【００１６】この露光パターンの周期は０．２μｍと
し、この露光パターンはラインとスペースのそれぞれの
線幅が０．１μｍのラインアンドスペースパターンによ
り、図１（Ａ）で示された露光量分布が形成される。多
値のパターンを形成するためのパターンおよびマスク
は、最終的に形成したい回路パターンと相似のパターン
が描かれたマスクを用いる。この場合、図２（Ｂ）で示
されたゲートパターンが描かれたマスクを用いる。

【００１７】前述したようにゲートパターンの幅０．１
μｍ微細線からなる部分は、通常の露光の解像度以下の
パターンなので、レジスト上では、微細線の２本線部分
は解像されず、強度の弱い一様な分布となるが、これに
対して微細線の上下両端のパターンは、装置の通常露光
による解像力の範囲内である線幅なので強度の高いパタ
ーンとして解像される。

【００１８】従って、図２（Ｂ）で示されたパターンお
よびマスクを露光すると、図１（Ｂ）で示された多値の
露光量分布が形成される。この例では、形成したいパタ
ーンがパターン部分を光が透過する光透過型のもので示
したが、光遮光型のパターンも、図２（Ｃ）に示したよ
うなマスクを用いれば可能である。光遮光型のパターン
は、パターン以外の部分に光が透過し、パターン部分で
光を遮光したマスクを用いることによって実現可能にな
る。光遮光型パターンの場合、解像度以上のパターンは
光を遮光し、露光量分布がゼロになるのに対し、解像度
以下の微細パターンは、完全には遮光されず、パターン
周辺の露光量分布の半分の露光量が分布するので、多値
の露光量分布が形成される。

【００１９】以上の、二重露光の原理をまとめると、 １．通常露光の露光パターンと融合されない周期パター
ン露光領域即ちレジストの露光闘値以下の周期露光パタ
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露光を行っ
た通常露光のパターン領域に関しては、通常露光と周期
パターン露光の双方の露光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、所望の回路
パターンの一部である、露光パターンが形成される。 ３．レジストの露光しきい値以上の露光量でおこなった
通常露光のパターン領域は、マスクパターンに対応した
露光パターンが形成される。

【００２０】さらにこの多重露光方法の利点として、最
も高い解像力が要求される周期パターン露光を位相シフ
ト形マスク等を用いた２光束干渉露光でおこなえば、大
きい焦点深度が得られることが挙げられる。以上の説明
では周期パターン露光と通常露光の順番は、周期パター
ン露光を先としたが、逆あるいは同時でもよい。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このような多重露光に
おいて、通常露光パターンに含まれる解像度以上の大き
なパターンの露光は、周期パターンと重なる部分と重な
らない部分があり、これらが同様にパターンとして形成
されなければならない。従って解像度以上の大きなパタ
ーンは、通常露光が支配的である。しかしながら通常の
露光では、解像度近くの大きさのパターンは深度があま
り得られず、周期パターン露光の方が大きな深度で微細
なパターンを解像できる場合もある。

【００２２】つまり、通常露光と周期パターン露光を合
成した結果、通常露光における解像度以上の大きなパタ
ーンのほうが、周期パターン露光における解像度以下の
微細線より深度が得られないために、デフォーカスする
と大きなパターンのほうが微細なパターンよりも劣化し
てしまうことも露光条件によっては起こるのである。

【００２３】一方、微細化への要求に対しては露光波長
の短波長化や高ＮＡ化だけで対応するには、前述したよ
うな制約があることから、これら以外の方法として前記
した多重露光におけるｋ₁ファクターを小さくするプロ
セス等によることの必要性が生じる。最近では、通常の
レチクルを用いた場合でもｋ₁は０．５〜０．７程度に
まで低減されている。また、ｋ₁は理論的には、位相シ
フトマスクなどの２光束干渉露光を用いることで、ｋ₁
＝０．２５まで低減することは可能である。

【００２４】収差による像性能の悪化は、おもに非対称
性収差によるパターンシフトが問題となっていたが、パ
ターンが限界解像に近づくにつれて線幅に依存してさら
に大きくなる。また、今まであまり問題視されなかった
が、線幅がｋ₁＝０．５以下で左右線幅非対称が顕著に
なる。ここでは、線幅Ｒを、上記した（１）式にもとづ
いて、（λ／ＮＡ）で割って、ｋ₁で表した。以下も線
幅をｋ１で表す。さらに近接効果も大きくなるために、
線幅のばらつきは、Ｌ／Ｓパターンの中央のパターンの
線幅と孤立に近いパターンの線幅間の差も加わってより
大きくする。

【００２５】ｋ₁が０．５以下の線幅では収差による像
性能の悪化は大きくなるが、特に左右線幅非対称が顕著
になるので、左右線幅非対称性を像性能の１つの評価基
準とする。そのため２本線パターンをもつ図１２のゲー
トパターンを評価パターンとして、左右線幅非対称を評
価し、像性能をあらわすことにする。 左右線幅非対称性＝（左線幅―右線幅）／（所定の線幅）＊１００……（３） 所定の線幅というのは、もともとのパターンの線幅であ
り、収差のない時の線幅であっても良いし、収差がある
場合は左右の線幅の平均値であっても良い。

【００２６】つぎに、コマ収差を例にして、像性能の悪
化について説明する。波面収差ＷＡを Ｚｅｒｎｉｋｅ
係数Ｃｉ（Ｃｉ＝１〜３６）によって表すと、 ＷＡ＝ΣＣｉＵｉ（ｒ，θ）……（４） ここで、瞳の座標系を極座標ｒ、θによって表すと、た
とえば低次のコマ収差の成分は Ｃ８（３ｒ³−２ｒ）ｓｉｎθ……（５） である。収差による像性能の悪化の例として、ＫｒＦ
（波長λ＝０．２４８μｍ）エキシマレーザと、ＮＡ
０．６０の投影光学系とを有し、この光学系に、Ｃ８＝
０．０５λのコマ収差のある露光装置で、図１２のよう
な２本の微細線がｋ₁＝０．３のパターンを露光したウ
エハー面上での像を示す。

【００２７】図１４のような、位相が１種類の透過型パ
ターンで２本の微細線が０．１３μｍ（ｋ₁＝０．３１
５）のパターンのあるバイナリレチクルを用いて露光す
ると図２０のような像となり、収差があっても左右の非
対称性はほとんどなく、（３）式の定義による非対称性
は２．７５％であった。（この時の照明条件は図１３の
ような瞳上での有効光源分布でσ＝０．８） しかし、２本線の間のコントラストは１４％しか得られ
ないので、解像はできない。

【００２８】図１５のような、位相が０とπの２種類あ
り、２本の微細線が０．１３μｍ（ｋ₁＝０．３１５）
のパターンのある位相シフトレチクルを用いて露光する
と図２１のような像となり、２本線の間のコントラスト
は９０％以上得られているが、収差による形状の悪化が
大きく、（３）式の定義による非対称性は３０％にもな
った。（この時の照明条件はσ＝０．３） ここで、図１４及び図１５に示すパターンは黒い部分が
光を遮光している部分、白い部分が光を透過している部
分を示している。また図１５に示すパターンは光を透過
している２つの部分の位相が反転している。したがっ
て、これらによると、ｋ₁ファクターの小さいプロセス
において、像性能に悪影響を及ぼさないように収差を抑
える必要がある。

【００２９】本発明は、多重露光において良好な解像を
得ることが可能となり、特に、焦点深度を、解像を目的
とするパターンと必要深度に対応して拡大することがで
き、また、ｋ₁ファクターの小さいプロセスにおいて
も、収差の像性能への影響を軽減することが可能とな
り、良好な解像を得ることができる露光方法、露光装
置、およびデバイス製造方法を提供することを目的とす
るものである。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を達
成するために、つぎの（１）〜（３２）のように構成し
た露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供
するものである。 （１）投影光学系を用い、第１パターンの露光と第２パ
ターンの露光を含む多重露光を行って、所望のパータン
を露光する露光方法において、前記第１パターンの露光
の時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ１）と前記第２パ
ターンの露光時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ２）が
互いに異なることを特徴とする露光方法。 （２）前記第１パターンの露光は共通の開口数の下で
は、前記第２パターンの露光に対して解像度及び焦点深
度が実質的に深い露光方法によるものであり、前記第２
パターンについての前記開口数（ＮＡ２）が、前記第１
パターンについての前記の開口数（ＮＡ１）より小さく
されていることを特徴とする上記（１）に記載の露光方
法。 （３）前記第２パターンについての前記開口数（ＮＡ
２）が、次式の関係を満たすことを特徴とする上記
（２）に記載の露光方法。０．７ＮＡ１≦ＮＡ２＜ＮＡ
１ （４）前記第１パターンについての前記開口数（ＮＡ
１）は、前記所望のパターンの最も微細部分の線幅また
は間隔の小さいほうの長さをＲ、前記第１パターンの露
光に用いる光の波長をλとするとき、次式から決定され
ることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記
載の露光方法。 ＮＡ１＝ｋ₁（λ／Ｒ） （ｋ₁≧０．２５） （５）前記第１パターンについての前記開口数（ＮＡ
１）は、前記投影光学系の最大の開口数とすることを特
徴とする上記（４）に記載の露光方法。 （６）前記第１パターンの露光と前記第２パターンの露
光はコヒーレンス度σ（シグマ）が互いに異なることを
特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の露光
方法。 （７）前記多重露光において、前記所望のパータンの解
像に必要な焦点深度に基づいて、前記第１パターンの露
光の時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ１）及びコヒー
レンス度σ₁の最適な組み合わせと、前記第２パターン
の露光時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ２）及びコヒ
ーレンス度σ₂の最適な組み合わせが設定してあること
を特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の露
光方法。 （８）前記第１パターンについてのコヒーレンス度σ₁
は、前記幅Ｒの微細線の解像に必要な焦点深度に応じて
決定されることを特徴とする上記（７）に記載の露光方
法。 （９）前記微細線の幅Ｒを（λ／ＮＡ１）で割ったノー
マライズ線幅ｋ₁が０．４以下の微細線において、前記
コヒーレンス度σ₁を０．３以下にしたことを特徴とす
る上記（７）に記載の露光方法。 （１０）前記第２パターンの開口数（ＮＡ２）は、前記
第２パターンのうち、前記第１パターンの周期パターン
のピッチ以上の線幅を有し、且解像にあたり該第１パタ
ーンに依存しないパターンの線幅に応じて決定されるこ
とを特徴とする上記（７）〜（９）のいずれかに記載の
露光方法。 （１１）前記第１パターンを微細部分のみ解像可能な周
期パターンで構成する一方、前記第２パターンを微細部
分を解像しないパターンで構成し、これらによって前記
投影光学系の収差の影響を軽減し得るように露光するこ
とを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の
露光方法。 （１２）前記第１パターンの露光はコヒーレントな照明
による露光であり、また前記第２パターンの露光はイン
コヒーレントな照明による露光であることを特徴とする
上記（１１）に記載の露光方法。 （１３）前記周期パターンは、前記所望のパータンの微
細部分に相当する微細部分と、該微細部分の両側に１周
期以上の周期数を有する周期パターンとを有することを
特徴とする上記（１１）または（１２）に記載の露光方
法。 （１４）前記第１パターンの露光において、前記微細部
分の線幅または間隔の小さいほうの長さＲをλ／ＮＡ １
で割った値ｋ₁と、フォーカス量ｄをλ／ＮＡ １²で割っ
た値ｋ₂が、次式の関係を満たすことを特徴とする上記
（１１）〜（１３）のいずれかに記載の露光方法。ここ
で、λは前記露光に用いる光の波長である。 ｋ₁≦０．４ ｋ₂≧０．５ （１５）前記第１パターンの露光において、位相シフト
マスクを用いる場合、前記コヒーレンス度σ₁を０．３
以下にしたことを特徴とする上記（１４）に記載の露光
方法。 （１６）前記第２パターンの露光において、３光束干渉
による結像を用いることを特徴とする上記（１１）〜
（１５）のいずれかに記載の露光方法。 （１７）前記第２パターンの露光時の投影光学系の開口
数（ＮＡ ２）が、次式を満たすことを特徴とする上記
（１１）〜（１６）のいずれかに記載の露光方法。ここ
で、λは前記露光に用いる光の波長、Ｒは線幅である。 ＮＡ２≦０．４＊（λ／Ｒ） （１８）前記第２パターンの露光において、露光時の投
影光学系の開口数（ＮＡ ２）が、次式の関係を満たすこ
とを特徴とする上記（１１）〜（１７）のいずれかに記
載の露光方法。 ＮＡ２≧ ０．５＊（λ／Ｒ２） 但し、Ｒ２：第２パターンの露光によって解像されず且
つ第１パターンの露光で解像される微細部分を除いた、
前記所望のパターンの他の部分の線幅、λは露光に用い
る光の波長である。 （１９）前記第１パターンが、位相シフトマスク、ある
いは２光束干渉によって作成されたマスク等で構成され
ていることを特徴とする上記（１）〜（１８）のいずれ
かに記載の露光方法。 （２０）前記第２パターンの露光には、前記所望のパタ
ーンに近い形状のパターンを描いたマスクを用いること
を特徴とする上記（１）〜（１９）のいずれかに記載の
露光方法。 （２１）前記第２パターンについての前記コヒーレンス
度σ₂は、装置で得られる最大の値に設定することを特
徴とする上記（１）〜（２０）のいずれかに記載の露光
方法。 （２２）前記第１パターンの露光と前記第２パターンの
露光を含むそれぞれの露光の直前に、投影光学系の瞳位
置の例えば円形の開口をもつ絞りの開口径を変えて、最
適な開口数ＮＡにすることを特徴とする上記（１）〜
（２１）のいずれかに記載の露光方法。 （２３）前記第１パターンまたは前記第２パターンによ
るそれぞれの露光の直前に、照明光学系の１部の光学系
または瞳位置の絞りを動かし、最適のコヒーレンス度σ
₁またはσ₂にすることを特徴とする上記（１）〜（２
２）のいずれかに記載の露光方法。 （２４）上記（１）〜（２３）のいずれかに記載の露光
方法を行なう露光モードを有することを特徴とする露光
装置。 （２５）上記（１）〜（２３）いずれかに記載の露光方
法、または上記（２４）に記載の露光装置によって、レ
チクルのパターンでウエハを露光する工程と、該ウエハ
を現像する工程とを含むデバイス製造方法。 （２６）投影光学系を用いてレジストにパターンに関す
る露光を行なう露光方法において、２光束干渉露光によ
り第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パターン
と相似のパターンが形成されたマスクを用いた露光によ
り露光量が０ではないが小さい部分と露光量が大きい部
分とを有する第２の露光量分布を与える第２段階とを有
し、前記第１の露光量分布の一部分と前記第２の露光量
分布の前記露光量が０ではないが小さい部分を重ねるこ
とで前記パターンの一部分に関する露光が行なわれ、前
記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第２の露光
量分布の前記露光量が大きい部分で前記パターンの他の
部分に関する露光が行なわれるものであって、前記第２
段階における前記投影光学系の開口数は前記第１段階に
おける前記投影光学系の開口数より小さいことを特徴と
する露光方法。 （２７）投影光学系を用いてレジストにパターンに関す
る露光を行なう露光方法において、位相シフタ及び／又
は遮光部を配列した第１のマスクを用いた２光束干渉露
光により露光量が前記レジストの露光しきい値以下であ
る第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パターン
と相似のパターンが形成された第２のマスクを用いた露
光により露光量が０ではないが前記露光しきい値以下の
部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分とを有する
第２の露光量分布を与える第２段階とを有し、前記第１
の露光量分布の一部分と前記第２の露光量分布の前記露
光量が０ではないが前記露光しきい値以下の部分を重ね
ることで前記パターンの一部分に関する露光が行なわ
れ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第２
の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分で前記パタ
ーンの他の部分に関する露光が行なわれるものであっ
て、前記第２段階における前記投影光学系の開口数は前
記第１段階における前記投影光学系の開口数より小さい
ことを特徴とする露光方法。 （２８）投影光学系を用いてレジストにパターンに関す
る露光を行なう露光方法において、周期パターン露光に
より第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パター
ンと相似のパターンが形成されたマスクを用いた露光に
より露光量が０ではないが小さい部分と露光量が大きい
部分とを有する第２の露光量分布を与える第２段階とを
有し、前記第１の露光量分布の一部分と前記第２の露光
量分布の前記露光量が０ではないが小さい部分を重ねる
ことで前記パターンの一部分に関する露光が行なわれ、
前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第２の露
光量分布の前記露光量が大きい部分で前記パターンの他
の部分に関する露光が行なわれるものであって、前記第
２段階における前記投影光学系の開口数は前記第１段階
における前記投影光学系の開口数より小さいことを特徴
とする露光方法。 （２９）投影光学系を用いてレジストにパターンに関す
る露光を行なう露光方法において、位相シフタ及び／又
は遮光部を配列した第１のマスクを用いた周期パターン
露光により露光量が前記レジストの露光しきい値以下で
ある第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パター
ンと相似のパターンが形成された第２のマスクを用いた
露光により露光量が０ではないが前記露光しきい値以下
の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分とを有す
る第２の露光量分布を与える第２段階とを有し、前記第
１の露光量分布の一部分と前記第２の露光量分布の前記
露光量が０ではないが前記露光しきい値以下の部分を重
ねることで前記パターンの一部分に関する露光が行なわ
れ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第２
の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分で前記パタ
ーンの他の部分に関する露光が行なわれるものであっ
で、前記第２段階における前記投影光学系の開口数は前
記第１段階における前記投影光学系の開口数より小さい
ことを特徴とする露光方法。 （３０）前記第１段階の後で前記第２段階を行なうか、
或いは、前記第２段階の後で前記第１段階を行なうか、
或いは、前記第１段階と前記第２段階を同時に行なうこ
とを特徴とする上記（２６）〜（２９）のいずれかに記
載の露光方法。 （３１）上記（２６）〜（３０）のいずれかに記載の露
光方法を行なう露光モードを有することを特徴とする露
光装置。 （３２）前記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
とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態１は、上記構成
を適用することにより、通常の露光で解像度近くの大き
さのパターンの深度を大きくし、合成像の深度を最大限
に大きくすることができる。そのため、解像するパター
ンと必要深度から、周期パターン露光時の投影光学系の
光出射側の開口数（ＮＡ）とコヒーレンス度σ（照明光
学系の光出射側の開口数／投影光学系の光入射側の開口
数）を決め、合成像の深度を最大限に大きくするため
に、通常露光時のＮＡとコヒーレンス度σを最適なもの
にする。これによって、形状再現性を損なうことなく、
大幅に深度が拡大する。また、この深度拡大によって、
２次元形状も損なわれることはなく、形状再現性も良好
となる。

【００３２】つぎに、本発明の実施形態１について具体
的に説明する。周期パターン露光時の投影光学系の開口
数ＮＡ₁は、露光波長λ、解像したい微細パターンの線
幅Ｒによって、次の式から決定される。 ＮＡ₁＝ｋ₁（λ／Ｒ） （ｋ₁≧０．２５） 特に、微細パターンの線幅を、現状の投影露光装置で解
像できる最も微細な限界解像の大きさとした場合、周期
パターン露光のＮＡ₁（投影光学系の光出射側ＮＡ）は
用いる投影露光装置の最大ＮＡとなる。また、周期パタ
ーン露光時のコヒーレンス度σ（シグマ）は、プロセス
に必要な深度から決める。

【００３３】つぎに、通常露光時の投影光学系の開口数
ＮＡ₂は、解像するパターンのうち周期パターンと重な
らない部分のパターンの線幅、即ち、最も微細なパター
ンの２倍から３倍の線幅で、最も深度が大きくなる開口
数ＮＡ（以下ＮＡと記す）とする。一般的には、露光装
置の通常のＮＡより小さくすると、つまり、ＮＡを絞る
と最大焦点深度が得られる。また、通常露光時のコヒー
レンス度σは、露光装置の取りうる最大のσとする。

【００３４】ここで、通常露光と周期パターン露光での
焦点深度はコヒーレンス度σと投影光学系のＮＡで決ま
るため、コヒーレンス度σと投影光学系のＮＡの組み合
わせの例を、図３に示したゲートパターンの解像を例に
示す。解像を目的とするパターンは、図３に示した最小
線幅Ｌ、ピッチ２Ｌの微細な２本線を含む遮光型のゲー
トパターンとする。多重露光における周期パターン露光
のパターンは、図２（Ａ）のような、最小線幅Ｌ、ピッ
チ２Ｌの周期を持ち、ゲートパターンの最小線幅を持つ
部分と周期パターンが重なるような方向とする。

【００３５】通常（多値）露光におけるパターンは、パ
ターンが遮光型の場合、図２（Ｃ）のようなマスクによ
って形成される。図２（Ｃ）では、黒色部分が遮光部
分、白色部分が光透過部分を示しており、この場合ゲー
トパターンが遮光部になっている。マスクから出射した
光は、図４に示したように、投影光学系を介してレジス
トを塗布したウェハ面上で結像する。マスクに入射する
光は、不図示の照明光学系により与えられる。

【００３６】これらのマスク照明光学系と、マスクをウ
ェハに投影する投影光学系とを有する露光装置は、例え
ば図３３のように構成された露光装置となっている。周
期パターン露光と通常露光は、このような露光装置によ
っておこなわれる。このときの、周期パターン露光の、
投影光学系のＮＡと照明光学系のＮＡとによって決まる
コヒーレンス度σ（シグマ）の最適値を求める。まず、
周期パターン露光時の投影光学系のＮＡであるＮＡ
₁は、前述の式（１）から、解像したい微細パターンの
線幅が決まれば、自動的に決定される。 ＮＡ＝ｋ₁（λ／Ｒ） ｋ₁は理論的には０．２５以上であるが、投影露光装置
においては完全なコヒーレント照明は行わないために、
通常はｋ₁≧０．３程度となる。例えば、ゲートパター
ンの最小線幅Ｌが０．１２μｍの場合、現存する投影露
光装置である露光波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマステ
ッパー（投影光学系の最大ＮＡ０．６）を用いると、
（１）式よりｋ₁＝０．２９であるから、最小線幅Ｌ、
ピッチ２Ｌの周期のパターンの解像が可能である。従っ
て、周期パターン露光時の投影光学系のウェハ側（光出
射側）のＮＡはこの光学系の最大ＮＡ０．６とする。

【００３７】次に、周期パターン露光時のコヒーレンス
度σ（シグマ）は、プロセスに必要な深度から決められ
る。コヒーレンス度σと、各線幅での深度との関係を、
図７に示した。図７は、コヒーレンス度σの値を変え
て、各線幅でのコントラストを求め、コントラストが７
０％以上である焦点深度を求めたもので、横軸に線幅、
縦軸に深度を示した。これにより、ｋ₁＝０．３からｋ₁
＝０．４の微細線幅でｋ₂＝１．０以上を得るために
は、σが０．３以下でなければならないことがわかる。
特に、この場合、線幅０．１２μｍのパターンにおい
て、必要な深度を０．５μｍとすると、σが０．２以下
でなければならない。以上により、周期パターン露光の
露光条件、ＮＡと照明σが求められた。次に通常露光の
露光条件、ＮＡ_rと照明σ_rを求める。

【００３８】通常露光パターン、即ちゲートパターン
（図３参照）は、線幅Ｌの微細な２本線が周期パターン
と平行して重なり、微細な２本線と直交する線幅２Ｌの
線は周期パターンと重ならない部分も含む。従って線幅
２Ｌの線は通常露光のみで解像しなければならず、線幅
２Ｌの線の解像する深度は通常露光の露光条件で決ま
り、この線幅２Ｌの線が解像するデフォーカス範囲が最
大となる露光条件は、必ずしも周期パターン露光の最適
露光条件とは一致しない。つまり、通常露光の露光条件
は、線幅２Ｌの線が解像するデフォーカス範囲が最大と
なるような露光条件を求めればよい。

【００３９】通常露光時の投影光学系のウェハ側の開口
数ＮＡを変えて各線幅での深度を深めたものを、図８に
示す。パターンは、光遮光型の２本バーＬ／Ｓパターン
とし、深度はコントラストが４０％以上得られるデフォ
ーカス幅とした。このＮＡは先に述べたＫｒＦエキシマ
ステッパーの投影光学系の最大ＮＡ以下、波長は２４８
ｎｍ、σは０．８とした。また、この投影光学系の投影
倍率は１／５である。この図８はこのＮＡを変えて、各
線幅でのコントラストを求め、コントラストが４０％以
上である焦点深度を求めたもので、横軸に線幅、縦軸に
焦点深度を示した。図８より、このＮＡを小さくしてい
くと細い線幅での深度が得られなくなる代わりに、太い
線幅での焦点深度が大きく得られるようになることがわ
かる。この場合、ゲートパターンの周期パターンに依存
しないパターン線幅、２Ｌ＝０．２４の大きさで焦点深
度が大きく得られるＮＡ＝０．５０を通常露光時の投影
光学系の開口数の最適値とすることにする。

【００４０】また、通常露光時のコヒーレンス度σは、
解像するパターンの２次元形状をよくするためには、σ
を大きくした方がいいことが知られている。従って、コ
ヒーレンス度σは用いる露光装置で取りうる最大のσの
値とする。この露光装置の投影光学系のＮＡを０．６０
から上記最適値ＮＡ ＝０．５０に変更した時、投影光学
系のマスク側のＮＡは０．１であり照明光学系のマスク
側ＮＡは０．０９６とすると、最大σは０．０９６／
０．１であるから、σ_r＝０．９６となる。

【００４１】以上より、通常露光時の投影光学系のＮＡ
は、解像するパターンのうち周期パターンと重ならない
部分のパターンの線幅、即ち、最も微細なパターンの２
倍から３倍の線幅のパターンについて、最も焦点深度が
大きくなるＮＡとする。一般的には、現状の露光装置の
投影光学系のＮＡより小さくすると、つまり、ＮＡを絞
る（小さくする）と最大深度が得られる。

【００４２】また、通常露光時のコヒーレンス度σは、
解像するパターンの２次元形状をよくするために、用い
る露光装置の取りうる最大のσとする。そして、深度を
拡大するためにマスクやレチクルに対する照明を、照明
光による有効光源強度分布が、照明光の周辺部が中央部
に比べて大きくなる、公知の輪帯照明にしてもよい。

【００４３】前に述べた周期パターン露光時の投影光学
系のＮＡの結果とあわせると、通常の露光時の投影光学
系のＮＡ は、周期パターン露光時の投影光学系のＮＡよ
り小さくすると、周期パターンに依存しない線幅である
ところの解像度以上の線幅で最大深度が得られることに
なる。しかし、通常露光時の投影光学系のＮＡを周期パ
ターン露光時の投影光学系のＮＡの７割より小さくする
と通常露光時のパターンの２次元形状が劣化することも
種々のパターンの検討から分かった。従って、通常露光
時の投影光学系のＮＡ は周期パターン露光時の投影光学
系のＮＡの７割以上、周期パターン露光時の投影光学系
のＮＡより小さくするとよい。

【００４４】最小線幅０．１２μｍのゲートパターンの
解像を目的として、多重露光を、以上に述べた条件、つ
まり周期パターン露光のときには投影光学系のＮＡ＝
０．６０（最大値）の露光装置（１）でウエハを露光
し、通常露光の時には投影光学系ＮＡ ＝０．５０の露光
装置（２）（装置（１）と装置（２）は通常同じものだ
が、別の装置でもよい。）で同ウエハを露光する、また
照明条件であるコヒーレンシィーσは、周期パターン露
光のときには、小σで露光し、通常露光の時には周期パ
ターン露光時より大きいσ、好ましくは装置の最大σで
露光する。こうすると必要深度内の最大深度でゲートパ
ターンが解像される。

【００４５】このような投影光学系の開口数ＮＡの変更
（切り換え）は、図３３に示したタイプの露光装置にお
いて、瞳位置での例えば円形開口をもつ絞り２００の開
口径を変化させて、周期パターン露光と通常露光それぞ
れの最適ＮＡを設定する。又、これに応じて照明光学系
１９２の開口絞りの開口径を変えたり開口形状を変えた
りして、光学系１９２の開口数ＮＡを調整することで周
期パターン露光と通常露光のそれぞれの最適σを設定す
る。例えば、周期パターンを露光装置の投影光学系最大
ＮＡで露光し、通常露光の時のみ、ゲートパターンなど
を絞り２００を動かしてＮＡ_r＝０．５０に絞って露光
し、照明光学系のＮＡは、逆に、周期パターン露光時の
み絞って小σにし、通常露光時では照明光学系の最大Ｎ
Ａ（最大σ）として露光するとよい。

【００４６】このとき、投影光学系の絞り２００の位置
に相当する瞳面では、図５のように、周期パターン露光
のときには瞳を絞らず、通常露光の時には瞳を絞ってＮ
Ａを小さくして露光する。図５は瞳面上の光の入射範囲
を灰色部分で示してあり、通常露光の時には瞳を絞って
あるので、光の入射範囲の径が小さくなっている。これ
とは別に瞳面上の照明光を、０次光の入射する灰色で示
すと図６のようになるが、周期パターン露光のときに
は、照明光学系のＮＡを小さくすることで照明条件であ
るσを小さくする。通常露光の時には照明光学系の最大
のＮＡ及びσとする。図６は、瞳面上での照明光（０次
光）の入射範囲を灰色部分で示してあり、周期パターン
露光の時には、照明光学系のＮＡが小さくなって、光の
入射範囲の径が小さくなっている。通常露光の時には投
影光学系の瞳を絞って光の入射範囲の径が小さくなって
いるので、最大σの範囲が、つまり照明光の入射範囲
が、投影光学系のＮＡを絞る前の最大σより見かけ上、
大きくなっている。

【００４７】また、本発明の実施形態２は、上記構成を
適用することにより、例えばｋ₁ファクターが０．５以
下の、０．３から０．４と小さい低ｋ₁プロセスにおい
ても、通常のｋ₁＝０．５以上の像性能より良好に得ら
れ、収差が像性能に反映されにくい露光方法、露光装
置、およびデバイス製造方法を実現することが可能とな
る。また、通常露光と、周期パターン露光のそれぞれの
露光条件、ＮＡ、σを最適化することにより、ｋ₁＝
０．３からｋ₁＝０．４の像が、形状再現性が良好で、
実用的な深度を得るように露光することが可能となる。
それは、つぎのような知見に基づくものである。

【００４８】通常の露光では、コヒーレンス度σを大き
くして、照明をインコヒーレントにするほど、つまり、
図１３に示す有効光源の大きさを大きくするほど収差に
よる悪化がおこりにくい。これは照明光が色々な角度か
ら、入射して収差による像への影響が平均化されるから
である。しかし、通常のバイナリマスクでは、ｋ₁が
０．５以下の線幅ではコントラストが得られず、解像で
きない。

【００４９】図１３の有効光源の図は、瞳面上の照明光
の分布を示し、灰色の部分が光を遮光している部分、白
い部分が光を透過している部分を示している。ｋ１が
０．５以下の線幅で十分なコントラストを得るために、
隣合う位相が反転した位相シフトマスクをもちいるが、
このとき照明光はコヒーレント性の高い、σの小さくな
る有効光源としなければならない。位相シフトマスクで
σを小さくするとコントラストが得られるが、単純なラ
イン＆スペースパターン以外の任意パターンでは形状の
再現性が悪く、投影光学系収差により像性能が悪化しや
すいことはよく知られている。

【００５０】ただし、位相シフトマスクの単純な線幅と
間隔とが同じｋ₁＝０．３の寸法であるライン＆スペー
スパターン（図１７）を、コヒーレンス度σ＝０．３で
露光すると、図２２のようになる。図１７において０ま
たはπが表記されている枠部分が光を透過している部
分、それ以外の灰色の部分が光を遮光している部分を示
し、隣り合うパターンの位相が反転している。図２２か
ら、両端を除いた部分、つまりパターンが両隣にある中
央の５つのラインパターンは線幅も均一でパターンシフ
トも非常に小さいことがわかる。

【００５１】そこで、所望のパターン（図１２）をバイ
ナリマスクのパターン（図１４）でインコヒーレント照
明を使って投影露光し、且つこれに位相シフトマスクの
周期パターン（図１７）を重ねて露光することで、これ
らの像を合成する（二重露光）と、投影光学系に収差が
あってもバイナリマスクの複雑なパターンでも形状が悪
化しにくい像と、位相シフトマスクのライン＆スペース
パターンの中央のコントラストが高く、しかも像性能が
悪化されない像とが重なることによって、コントラスト
が高く収差による影響の受けにくい像ができることが推
測される。位相シフトマスクのパターンは所望のパター
ンの微小な部分を取り出し、収差の影響を受けにくいよ
うに、所望のパターンより両側に１周期以上、周期数を
多くした周期パターンであればよい。

【００５２】本実施形態２における周期パターンの作成
方法について、図３２を用いて説明する。図３２におい
て、（ａ）は所望のパターン、ここでは図１２のパター
ンとする。上段が遮光型パターン、下段が透過型パター
ンを想定している。（ｂ）はパターンの微細部分につい
て着目し、微細部分を斜線で示している。パターン（ラ
イン）のみでなくパターンの間の間隔にも注意する。
（ｃ）の左側に示す図は、微細な部分のみを取り出した
ところを示す図である。そして、右側のようにパターン
を縦方向に延長する。斜線部が着目した微細部分であ
る。ここで、所望のパターンの微細部分より長くしても
良い。遮光部である２本線パターン部がパターンの間の
遮光部分となるよう、その両側に透過パターンをつける
ことで、２本線パターン間が透過パターンとなる。
（ｄ）は微細部分を取り出し、縦方向に延長したパター
ンの両側に、斜線部のように１周期ずつ同じ大きさのパ
ターンを両端に付け加えたものである。（ｅ）は作成さ
れた周期パターンで、さらに周期数を多くしたものであ
る。上段では周期数を５以上、下段では周期数を４以上
にすれば十分である。つまり、バイナリマスクの所望の
パターンに対するインコヒーレントな照明にもとづく投
影露光から成る通常の露光と、位相シフトの効果をもつ
所望のパターンの微細部分のみをとりだし且つ微細部分
の１周期以上周期数を多くした周期パターンに対する２
光束干渉にもとづく周期パターンの露光とを両者の微細
部分が重なるように本発明の露光条件下で重ね合わせ露
光することによって、収差の影響の受けにくいコントラ
ストの高い像が得られる。図１９に、これらの像の重ね
合わせのイメージを示す。

【００５３】所望のパターンが、図１６のようなパター
ン周辺が光を透過し、パターン部分が光を遮光する遮光
パターンの場合、図１４のような透過パターンよりも収
差に対して敏感である事が知られているが、このような
遮光パターンを得るには周期パターンを半ピッチずらし
て、図１８のような像の重ねあわせをすればよい。

【００５４】また、多重露光時に収差をおさえるための
１つの方法として、本発明では投影光学系のＮＡを絞る
（小さくする）方法を採用した。たとえば（５）式のＣ
８＝０．０５λのコマ収差があるとき、瞳の半径は１に
規格化されているので、９０°方向の瞳周辺（ｒ＝１）
での波面のずれ量は０．０５λとなるが、瞳８割以下
（ｒ≦０．８）では波面のずれ量の最大値は０．０３１
λとなる。投影光学系のＮＡを絞ると、（４）式のＺｅ
ｒｎｉｋｅ係数による球面収差以外の項の収差による波
面のずれ量の最大値が小さくなる。フォーカスを収差の
１つと考えると、収差曲線が緩くなるのでフォーカス特
性が緩くなり、前述の実施形態のように深度ものびる。

【００５５】ところで、投影光学系のＮＡを絞ると、レ
ーリーの式（（１）式）から分かるように、解像性能
（コントラスト）を落とすことになるために、通常限界
解像付近では投影光学系の開口数ＮＡを小さくする事は
おこなわれない。しかし、このような重ね合わせの露光
を行なう時には、バイナリマスクの解像性能が多少落ち
コントラストが低下しても、周期パターン露光に高コン
トラスト像と合成されることにより解像が可能になる。
そこで、ここでは、積極的に投影光学系のＮＡを小さく
することにした。つまり、通常露光時に、ある微細線を
解像しないようにして、収差による像性能の悪化を出さ
ないようにし、この微細線は周期パターン位相シフト露
光の高コントラストによって解像させる方法である。こ
の方法では、通常露光の微細線部分は解像しないが、２
本線とその間の間隔がなだらかな、３本分の太い線のよ
うな像ができるので、周期パターンと合成すると、所定
の２本線の強度のみがかさ上げされるので、現像によっ
て微細部分は周期パターンの所定の２本だけが像として
残るのである。

【００５６】また投影光学系のＮＡを絞って、照明光学
系のＮＡを絞らなければ、コヒーレンス度（シグマ）σ
は相対的に大きくなる。瞳面の有効光源半径に相当する
コヒーレンス度σは以下の式によって決まるからであ
る。 σ＝（照明光学系の光出射側ＮＡ）／（投影光学系の光入射側ＮＡ）………（６ ） 投影光学系のＮＡが最大値の時にσの最大値σｍａｘ＝
０．８の場合、投影光学系のＮＡだけを８割絞ると、
（６）式からσｍａｘ＝１．０となることが分かる。

【００５７】したがって、バイナリマスクによる通常露
光と周期パターン露光を重ね合わせることによって収差
の影響を緩和できるが、通常露光時の投影光学系のＮＡ
を絞ればより一層フォーカス特性を始めとする像性能が
改善される。ただし、バイナリマスクのＮＡを絞らない
場合に比べて、周期パターン露光時に位相シフトマスク
を照明する際のコヒーレンス度σが同じならばベストフ
ォーカス時でのコントラストが低下する。

【００５８】そのため、レジストの解像に必要なコント
ラストによって、通常露光時の投影光学系のＮＡとコヒ
ーレンス度σと、周期パターン露光時の投影光学系のＮ
Ａ、コヒーレンス度σを決定する必要がある。

【００５９】つまり、周期パターン露光時の露光条件
は、微細なパターン線幅Ｒ、波長λに応じて、 ＮＡ＝ｋ₁（λ／Ｒ） （ｋ₁≧０．２５） つまりＮＡ≧０．２５（λ／Ｒ）とする。通常、露光条
件である投影光学系の開口数ＮＡは、用いる露光装置の
投影光学系の最大ＮＡとなる。

【００６０】周期パターン露光時のコヒーレンス度σの
照明条件は、線幅ｋ₁が０．４以下の微細線幅ｋ₁におい
て、８０％以上の高コントラストで、深度が（λ／ＮＡ
²）で割ったｋ₂が０．５以上を得るようにする。つまり ｋ₁≦０．４ ｋ₁≧０．５ をみたす照明条件とする。周期パターン露光（２光束干
渉露光）に位相シフトマスクを用いるならば、σを０．
３以下にすると良い。周期パターン露光が８０％以上の
コントラストを得ると、通常露光における微細線幅のコ
ントラストがゼロであっても合成像のコントラストは、
４０％以上得られることになる。４０％のコントラスト
が得られれば、現状のレジストは解像が可能である。

【００６１】また、周期パターン露光においては、必ず
しも位相シフトマスクを用いなくても、バイナリマスク
の周期パターンを用いて、斜入射照明による２光束干渉
によって露光しても良い。その時の照明条件は、周期パ
ターンの線幅と間隔とが共にｋ₁で周期の方向がｘ方向
であれば、瞳上の有効光源のｘ方向中心位置が、 ｘ＝１／（４ｋ₁）、ｘ＝−１／（４ｋ₁） の近傍にし、前記条件を満たすために、中心位置からの
半径が瞳の半径を１として０．３以下にする。

【００６２】周期パターンでない通常パターンのバイナ
リマスクを用いる時に対する投影光学系の開口数ＮＡ２
は、微細部分を解像しないようなＮＡ２とし、先ほどの
周期パターンに依存しないパターン部分、すなわち周期
パターンにより解像される微細パターンを除いた他のパ
ターン部分の線幅に応じて、決める。微細部分の最も線
幅が小さい部分の寸法をＲとすると、これが解像しない
ために、 ＮＡ2≦０．４（λ／Ｒ） 微細パターンを除いた他のパターン部分の線幅をＲ２と
すると、これが解像するためにＮＡ2≦０．５（λ／Ｒ
２）とする。

【００６３】この方法をさまざまなパターンに適用した
例から、通常露光時の投影光学系の開口数ＮＡ2は周期
パターン露光の開口数ＮＡの７割以上で且つこのＮＡよ
り小さくにするとよいことがわかっている。 ０．７ＮＡ≦ＮＡ2＜ＮＡ 但し、ＮＡ：周期パターン露光の露光条件、ＮＡ2：通
常パタンの露光条件である。また、通常露光時のコヒー
レンス度σは、用いる投影露光装置の最大σにする。投
影光学系や照明光学系の瞳面に形成される有効光源の形
状は、必ずしも円形でなくてもよく、矩形や、輪帯であ
っても、矩形環状であってもいい。

【００６４】本実施の形態における上記重ね合わせ露光
による露光方法の特徴をまとめると次のようになる。被
露光基板上に、微細な部分を含むパターンを投影露光装
置により多重露光方法で露光（解像）する方法におい
て、露光装置の収差の影響を最小にし、かつコントラス
トや形状再現性などの像性能を向上させるために、相対
的小σの照明による微細な部分のみの周期パターン露光
と、相対的大σの照明でありかつ微細部分が解像しない
通常露光の二重露光をおこなう際に、前者の場合よりも
後者の場合の方を投影光学系のＮＡを絞ることを特徴と
する。

【００６５】周期パターンは、解像したいパターンの微
細部分のみを取り出し、微細部分を連続的に延長し、か
つ微細部分の両側に１周期以上ずつ延長した、周期パタ
ーンにしたことを特徴とする。周期パターン露光方法は
解像したいパターンの微細部分を、２光束干渉による結
像によって解像できることを特徴とする。周期パターン
露光の露光条件は、露光波長λをこの微細部分の線幅ま
たは間隔の小さいほうの長さＲで割って０．２５倍した
ＮＡ以上より大きいＮＡに投影光学系の開口数を設定す
ることを特徴とする。周期パターン露光の投影光学系の
ＮＡは、用いる露光装置の最大ＮＡとすることを特徴と
する。露光の露光条件は、このＲを（λ／ＮＡ）で割っ
たｋ₁が０．４以下の微細線幅において、コントラスト
が８０％以上得られ且つベストフォーカスからのデフォ
ーカス量ｄを（λ／ＮＡ²）で割ったｋ₂が０．５以上を
得られる照明にすることを特徴とする。位相シフトマス
クにより周期パターン露光を行なう場合、コヒーレンス
度σを０．３以下にすることを特徴とする。通常露光の
パターンは、解像したいパターンに近い形状を有するこ
とを特徴とする。通常露光は３光束干渉による結像を用
い、微細部分を解像できないことを特徴とする。通常露
光時の投影光学系のＮＡは、露光波長λを微細部分の線
幅または間隔の小さいほうの長さＲで割って０．４倍し
たＮＡ以下より小さいＮＡ２であることを特徴とする。
通常露光時の投影光学系のＮＡは、露光波長λを、通常
露光により解像されず周期パターン露光により解像され
る微細部分を除いた解像したいパターンの他の部分の線
幅Ｒ２で割って０．５倍したＮＡ以上より大きいＮＡ2
であることを特徴とする。通常露光時の投影光学系のＮ
Ａは、周期パターン露光時の投影光学系のＮＡの７割以
上にしたＮＡ2であることを特徴とする。通常露光時の
コヒーレンス度σ（シグマ）は、用いる露光装置の最大
σにすることを特徴とする。

【００６６】被露光基板上に、微細なパターンを投影露
光装置を用いて多重露光方法により露光（解像）する露
光方法において、露光装置の収差の影響を最小にし、か
つコントラストや形状再現性などの像性能を向上させる
ために、周期パターン露光と通常露光の二重露光をおこ
なう露光方法であって、周期パターン露光は、解像した
いパターンの部細部分のみを取り出し、このパターンよ
り１周期以上大きい周期パターンを形成したマスクを用
いて、２光束干渉によるマスクパターンの結像を行なう
ことを特徴とする。また、通常露光は、解像したいパタ
ーンに近い形状のパターンが描かれたマスクを用い、３
光束干渉や２光束干渉による結像を用い多値の強度分布
を像に与えたことを特徴とする。周期パターン露光の露
光では、微細なパターンの線幅Ｒ、露光光の波長λに応
じて、 ＮＡ＝ｋ₁（λ／Ｒ） （ｋ₁≧０．２５） より、露光装置の投影光学系のＮＡを決めることを特徴
とする。ここでのＮＡは、用いる露光装置の投影光学系
の最大ＮＡとすることを特徴とする。周期パターン露光
時のコヒーレンス度σ（シグマ）は０．４以下とし、微
細なパターン線幅の必要深度に応じて決めることを特徴
とする。または、線幅を（λ／ＮＡ）で割ったノーマラ
イズ線幅ｋ₁が０．４以下の微細線幅において、解像に
必要なコントラストが得られる焦点深度を（λ／Ｎ
Ａ²）で割ったｋ₂が０．５以上を得るためには、σを
０．３以下にする。通常露光は、周期パターン露光に依
存しないパターンすなわち周期パターン露光により解像
される微細パターンを除いたパターンの線幅に応じて、
投影光学系のＮＡを決めることを特徴とする。

【００６７】

【実施例】以下に、本発明の具体的な実施例について説
明する。 ［実施例１］図１０は、本発明の実施例１における多重
露光によって露光した２次元像を示す図である。本実施
例の図１０に示した２次元像は、本発明の実施形態１に
基づいて、図３に示したゲートパターンを周期パターン
露光と通常パターン露光の多重露光によって露光して形
成されたものである。また、図９に比較例として通常露
光の露光条件を最適化する前の条件で露光した結果の２
次元像を示す。図１０に示した本実施例における２次元
パターン（像）の露光条件は、深度を最も大きくするた
めに、周期パターン露光の露光条件、投影光学系のＮＡ
＝０．６０、σ＝０．１０、通常パターン露光の露光条
件、投影光学系のＮＡ＝０．５０、σ＝０．９６（輪帯
照明）とした。

【００６８】図９に示した比較例の２次元パターン
（像）の露光条件は、周期パターン露光の露光条件、投
影光学系のＮＡ＝０．６０、σ＝０．１０、通常パター
ン露光の露光条件、投影光学系のＮＡ＝０．６０、σ＝
０．８０（輪帯照明）とした。図９に示した比較例の２
次元像は、デフオーカス範囲が±０．２５μｍで良好に
解像され、焦点深度が０．５μｍ以上得られている。

【００６９】一方、図１０に示した本実施例の２次元像
は、周期パターンの方向と異なる太い線がデフォーカス
しても図９の同じ部分よりも小さくはならず劣化が少な
い。それ以上に、微細な２本線の劣化が少ないのは、微
細な２本線が分離できないために、微細な２本線とその
間の間隔が線幅３本分の大きなパターンの様にはたらく
ためである。つまり、線幅３本分の０．３６μｍパター
ンでは、ＮＡ＝０．６０よりもＮＡ＝０．５０のほうが
大きな焦点深度が得られるためである。そのために、図
１０の２次元像はデフォーカス範囲が±０．５μｍで良
好に解像され、焦点深度が比較例の倍の１．０μｍ以上
得られており、大幅に焦点深度が拡大する。また、個々
の２次元形状も損なわれることなく、形状再現性も非常
によいことがわかる。

【００７０】［実施例２］図１１に、本発明の実施例に
用いた投影露光装置の構成を示す。投影露光装置は、光
源を含んだ照明光学系からレチクル（マスク）を照明
し、投影光学系によりウエハ面にレチクル面上のパタン
を縮小投影し、ウエハを露光させる。

【００７１】図１１において、１はエキシマレーザーな
どのパルスレーザーで構成されている光源で、１から供
給されたパルス光をビーム整形光学系によってインコヒ
ーレント化し、かつ所定の形状に整形している。２は光
学系であり、複数のレンズからなり、入射側および射出
側でテレセントリックとなるアフォーカル系を構成して
いる。これらは、特開平５−４７６３９号公報記載のよ
うにアフォーカル系の各倍率を変えることにより入射光
束のビーム断面形状を変化させている。あるいは特開平
５−４７６４０号公報記載のようにズームレンズ等から
なり、レンズを光軸方向に移動させ角倍率を変えられる
ようにしてもよい。

【００７２】３はオプティカルインテグレータであり、
複数の微小レンズを２次元的に配列して構成しており、
その射出面上に２次光源を形成している。４は可変開口
絞りであり、通常の円形開口の絞り（図１３）を含む、
輪帯照明や他の斜入射照明用の投影レンズの瞳面上の光
強度分布を変化させ得る、各種の絞りからなっている。
可変開口絞りを変えるためにこれらの開口絞りを形成し
た円盤状ターレットを用い、４ａの開口駆動装置が絞り
４を切り替えるべくターレットを回転させている。

【００７３】オプティカルインテグレータ３の射出面上
の２次光源から射出した複数の光束は、集光レンズ５で
集光され、ミラーで折り曲げられた後、マスキングブレ
ード６に入射し、結像レンズ７を通り、レチクル面上の
必要な領域を均一に照射する。８は、レチクル面上にあ
る、レチクルの情報が書き込まれたバーコードを読み取
るためのバーコードリーダーである。９は、投影光学系
の瞳面近傍にある、投影光学系のＮＡを絞るための開口
絞りである。９ａの絞りの駆動装置によって、ＮＡが絞
られる。

【００７４】本実施例におけるの照明条件のコヒーレン
ス度σは、この投影露光装置における照明光学系を構成
する光学系２によって変える。コヒーレンス度σは開口
絞り４に含まれる図１３の形状の絞りを選択することに
よって、周期パターン露光と通常露光の間の絞りの切り
替えで最適なコヒーレンス度σにすることができる。ま
た、開口絞り４の各絞りの形状、図１３中のコヒーレン
ス度σは、σとしてとりうる最大の大きさにしておき、
光学系１によってコヒーレンス度σの大きさを変えるよ
うにしても良い。

【００７５】投影露光装置の露光条件は、主制御装置の
メモリにあらかじめ露光方法の手順をプログラム化して
おき記憶させておく。その露光方法の手順に従い，露光
条件であるＮＡ，照明条件を記憶させ、その露光条件に
基づいて投影光学系の開口駆動装置９ａに信号を送り、
その開口絞りを所定のＮＡとなるよう駆動させるととも
に、照明条件に基づいて照明系の開口制御装置４ａに信
号を送り、その開口絞りを所定の有効光源の絞りとなる
よう回転させ、かつ、光学系１に信号を送り、照明条件
にもとづいて、光学系１の角倍率を所定の値にする。

【００７６】たとえば周期パターン露光、通常露光の順
に露光するならば、周期パターン露光方法に用いるレチ
クル１をレチクルステージにセットし、周期パターン露
光に適したＮＡ、σに設定し露光する。次に通常露光に
用いるレチクル２をレチクルステージにセットし、通常
露光に適したＮＡｒ、σｒに設定し、重ねて露光する。

【００７７】または、主制御装置のメモリに、あらかじ
め、レチクルの名前と露光条件を対応させた情報を記憶
させておき、レチクルの名前などの情報を書き込んだレ
チクルのバーコードをバーコードリーダー８で読み取
り、レチクルをレチクルステージに設定した後、読み取
った情報に基づいて装置の開口数とσを最適な値に設定
し露光するなどの方法によって最適な露光条件で露光す
る。

【００７８】本実施例では、ＫｒＦエキシマレーザを光
源とする露光装置を用いた（露光波長λ＝０．２４８μ
ｍ）。本実施例による効果をわかりやすくするために、
露光装置はコマ収差の大きいものを使用した。コマ収差
は先ほどの（５）式において０．０５λの収差がある。
まず最小線幅が０．１３μｍ（ｋ₁＝０．３１５）の図
１２のパターンを露光するために、周期パターン露光と
して、パターンは図１７の周期パターンのある位相シフ
トレチクルを用い投影光学系の、ＮＡ＝０．６０、σ＝
０．２０、とした。また、通常露光は、パターンは図１
６の遮光パターンのあるレチクル２を用い、投影光学系
のＮＡ＝０．６０、σ＝０．８０として、図１８のよう
に重ねあわせて露光した。これらの露光は、どちらを先
に行ってもいい。

【００７９】重ね合わせ露光後、現像によってウエハー
面上に図２４の像が形成された。図は横方向に フォー
カスしたときの像を示している。フォーカスはｋ₂＝
０．５とすると、露光波長が２４８ｎｍ、投影光学系の
ＮＡ＝０．６０のとき０．３４５μｍなので、＋／−
０．４μｍまでとってある。パターン上段は収差の発生
していない方向のパターン、下段は収差の発生している
方向のパターンのパターンを示している。コマ収差の発
生している方向のパターンでも、形状の劣化がほとんど
ないことがわかる。コマ収差の０．０５（λ）にもかか
わらず、フォーカス範囲±０．３４５μｍ（ｋ₂＝±
０．５）の範囲で良好な像が得られている。

【００８０】比較のために、最小線幅が０．２０μｍ
（ｋ₁＝０．５）の図１２のパターンを得るために、通
常の１回露光で露光した。露光方法は、図１６の遮光パ
ターンのあるレチクルを用い、投影光学系のＮＡ＝０．
６０、σ＝０．８０とした。露光後、現像によってウエ
ハー面上に図２３の像が形成された。同じ収差量でｋ₁
＝０．５以上では、フォーカス範囲±０．３４５μｍ
（ｋ₂＝±０．５）の範囲で良好な像が得られる。

【００８１】これらの線幅誤差の比較した結果を、図２
６及び図２７に示す。また、図２３の通常露光と図２４
の重ね合わせ露光による二次元像から線幅を計測し、こ
れらをグラフ化したものである。図２３及び図２４にお
いて、上段の収差の発生していない方向の左右２本線の
線幅がベストフォーカスで０．１３μｍとなる露光量の
ときの、下段の収差の発生している方向の左右２本線の
線幅を図り、０．１３μｍからの差（線幅誤差）を計算
した。これを横軸にフォーカスをとり、縦軸に線幅誤差
（単位ｎｍ）をとって示した。図２６は通常露光のみの
１回露光の像の線幅誤差フォーカス特性を示している。
ここでの線幅誤差は０．２０μｍ（ｋ₁＝０．５）であ
る。図２７は通常露光と周期パターン露光の重ね合わせ
た像の線幅誤差フォーカス特性を示している。ここでの
線幅誤差は０．１３μｍ（ｋ₁＝０．３１）である。

【００８２】図２６及び図２７を比較すると、図２７の
重ね合わせた像の方が線幅誤差が少ない。また、線幅誤
差を線幅で割って比較してみても、ほぼ同等の線幅誤差
の割合をもつことがわかる。両者ともフォーカス範囲±
０．３４５μｍ（ｋ₂＝±０．５）の範囲で、線幅誤差
を線幅で割った割合は−１０％程度であり、実用が可能
である。したがって、本方法による通常露光と周期パタ
ーン露光の重ね合わせ露光によって、投影光学系に収差
がある場合でもｋ₁＝０．３からｋ₁＝０．４の像が、通
常のｋ₁＝０．５以上の像性能と同等に得られることが
確認された。

【００８３】図２９及び図３０は、（３）式の左右線幅
非対称性のフォーカス特性をグラフ化したものである。
図２９は通常露光 ＮＡ＝０．６０， σ＝０．８ で
１回露光したもので、図３０は通常露光ＮＡ＝０．６
０， σ＝０．８と周期パターン露光を２重露光したも
のである。これらより、ベストフォーカスでは左右線幅
非対称性は、１回露光では２％以上、２重露光では１％
以下しか発生していないことがわかる。さらにフォーカ
ス特性を見ると、＋／−０．４μｍフォーカス時でベス
トフォーカス時より１回露光では３％、２重露光では２
％程度しか増加していない。

【００８４】［実施例３］実施例３においては、実施例
２と同じ露光装置を用いた。また、最小線幅が０．１３
μｍ（ｋ₁＝０．３１５）の図１２のパターンを露光す
るために、周期パターン露光として、パターンは図１７
の周期パターンのある位相シフトレチクル１、投影光学
系のＮＡ＝０．６０、σ＝０．２０、とした。また、通
常露光として、パターンは図１６の遮光パターンのある
レチクル２を用い、投影光学系のＮＡ＝０．４８、σ＝
１．０として、図１８のように重ねあわせて露光した。
これらの露光は、どちらを先に行っても良い。

【００８５】このようにして得られた二次元像を図２５
に示す。図２３及び図２４同様、横方向に フォーカス
を変えた像を示している。パターン上段は収差の発生し
ていない方向のパターン、下段は収差の発生している方
向のパターンのパターンを示している。コマ収差の発生
している方向のパターンでも、形状の劣化がほとんどな
いことがわかる。図２４に比べて、さらに像性能の良好
なことがわかる。また図２６及び図２７同様、図２８に
線幅誤差のフォーカス特性を示した。図２８より、フォ
ーカス範囲±０．３４５μｍ（ｋ₂＝±０．５）の範囲
で、線幅誤差を線幅で割った割合は−６％程度であり、
線幅誤差が低減している。

【００８６】次に（３）式の左右線幅非対称性のフォー
カス特性をグラフ化した（図３１）。これらより、ベス
トフォーカスでは左右線幅非対称性は、１％以下である
ことがわかる。さらにフォーカス特性を見ると、＋／−
０．４μｍフォーカス時でベストフォーカス時より２％
程度しか増加していない。したがって、通常露光のＮＡ
を絞った露光と周期パターン露光の重ね合わせ露光によ
って、収差がある場合でもｋ₁＝０．３からｋ₁＝０．４
の像が、さらに通常のｋ₁＝０．５以上の像性能より良
好に得られる。

【００８７】なお、ここでは、コマ収差を例にして説明
したが、どのような収差があってもこのような重ね合わ
せ露光をすると、収差のききが鈍感になり、像性能は通
常１回露光のｋ₁＝０．５からｋ₁＝０．６の像性能に匹
敵する。いいかえれば、ｋ₁＝０．５からｋ₁＝０．６の
線幅で像性能が十分得られる露光装置ならば、ｋ₁＝
０．３からｋ₁＝０．４の最小線幅を持つパターンが良
好に解像できるのである。

【００８８】以上の実施例における露光方法及び露光装
置を用いて、ＩＣ，ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パ
ネル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤ等
の映像素子といった各種デバイスの製造が可能である。
なお、本発明は以上に説明した実施形態あるいは実施例
に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない
範囲において種々に変更することが可能である。特に周
期パターンの２光束干渉においては、ここに示したレベ
ンソンマスクに限定されることはなく、エッジシフト型
位相シフトマスクを用いてもよいし、バイナリーマスク
を斜入射照明によっておこなっても同様の効果が得られ
る。斜入射照明用の場合の照明条件は、斜入射照明のロ
ーカルな光源分布の照明光の入射範囲を、σに置き換え
ると同様な効果が得られる。

【００８９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、良好な解像を得ることが可能となり、特に、焦点深
度を、解像を目的とするパターンと必要深度に対応して
拡大することが可能となり、また、ｋ１ファクターの小
さいプロセスにおいても、収差の像性能への影響を軽減
して、良好な解像を得ることが可能な露光方法、露光装
置、およびデバイス製造方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二重露光の工程を説明するための各露光段階に
おける露光量分布を示す図であり、（Ａ）は各露光段階
における露光量分布、（Ｂ）は多値の通常露光による露
光量分布、（Ｃ）は二重露光によりそれぞれの露光量の
和の分布が生じた状態を示す図である。

【図２】図１で示された露光量分布を形成するためのパ
ターンおよびマスクを示す図であり、（Ａ）は高解像度
の必要な一次元方向のみに繰り返しパターンが生じるパ
ターンおよびマスク、（Ｂ）または（Ｃ）はゲートパタ
ーンを示す図である。

【図３】ゲートパターンを示す図である。

【図４】多重露光において、マスクから出射した光が、
投影光学系を介してレジストを塗布したウェハー面上で
結像する状態を示す図。

【図５】露光装置上での通常露光時と周期パターン露光
時における瞳の大きさを示す図。

【図６】通常露光時と周期パターン露光時における照明
条件の最大σを示す図。

【図７】周期パターンの照明条件と深度との関係を示す
図である。

【図８】通常露光のＮＡと深度との関係を示す図であ
る。

【図９】図１０との比較のために通常露光の露光条件を
最適化する前の条件で露光した結果の２次元像を示す図
である。

【図１０】図３に示したゲートパターンを周期パターン
露光と通常パターン露光の多重露光によって、露光した
結果の２次元像を示す図である。

【図１１】本発明の実施例に用いた投影露光装置の構成
を示す図である。

【図１２】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための評価パターンを示す図である。

【図１３】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための有効光源を示す図である。

【図１４】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための位相が１種類の透過型パターンを示す図である。

【図１５】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための位相が２種類の位相シフトマスクを示す図であ
る。

【図１６】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための遮光マスクパターンを示す図である。

【図１７】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための位相シフトマスクの周期パターンを示す図であ
る。

【図１８】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための多重露光によるパターンを示す図である。

【図１９】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための多重露光によるパターンを示す図である。

【図２０】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ためのバイナリマスクによる像を示す図である。

【図２１】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための位相シフトマスクによる像を示す図である。

【図２２】本発明の実施形態あるいは実施例を説明する
ための照明条件σ＝０．３で露光した際の位相シフトマ
スクによる象を示す図である。

【図２３】本発明の実施例２を説明するための通常露光
による像を示す図である。

【図２４】本発明の実施例２における多重露光によるに
よる像を示す図である。

【図２５】本発明の実施例２における多重露光によるに
よる像を示す図である。

【図２６】本発明の実施例２における通常露光による像
の線幅誤差フォーカス特性を示す図である。

【図２７】本発明の実施例２における多重露光による像
の線幅誤差フォーカス特性を示す図である。

【図２８】本発明の実施例３における多重露光による像
の線幅誤差フォーカス特性を示す図である。

【図２９】本発明の実施例２における通常露光による左
右線幅非対称性のフォーカス特性を示す図である。

【図３０】本発明の実施例２における多重露光による左
右線幅非対称性のフォーカス特性を示す図である。

【図３１】本発明の実施例３における多重露光による左
右線幅非対称性のフォーカス特性を示す図である。

【図３２】本発明の実施形態２における周期パターンの
作成方法を説明するための図である。

【図３３】従来の投影露光装置の構成を示す摸式図であ
る。

【符号の説明】

１：光源 ２：光学系 ３：オプティカルインテグレータ ４：可変開口絞り ４ａ：照明系の開口駆動装置 ５：集光レンズ ６：マスキングブレード ７：結像レンズ ８：バーコードリーダ ９：投影光学系の開口絞り ９ａ：投影光学系の開口駆動装置 １９１：遠紫外線露光用光源 １９２：照明光学系 １９３：照明光 １９４：マスク １９５：物体側露光光 １９６：光学系 １９７：像側露光光 １９８：基板 １９９：基板ステージ ２００：投影光学系の瞳位置での絞り

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】投影光学系を用い、第１パターンの露光と
   第２パターンの露光を含む多重露光を行って、所望のパ
   ータンを露光する露光方法において、前記第１パターン
   の露光の時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ1）と前記
   第２パターンの露光時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ
   2）が互いに異なることを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】前記第１パターンの露光は共通の開口数の
   下では、前記第２パターンの露光に対して解像度及び焦
   点深度が実質的に深い露光方法によるものであり、前記
   第２パターンについての前記開口数（ＮＡ2）が、前記
   第１パターンについての前記の開口数（ＮＡ1）より小
   さくされていることを特徴とする請求項１に記載の露光
   方法。
3. 【請求項３】前記第２パターンについての前記開口数
   （ＮＡ2)が、次式の関係を満たすことを特徴とする請求
   項２に記載の露光方法。 ０．７ＮＡ1≦ＮＡ2＜ＮＡ1
4. 【請求項４】前記第１パターンについての前記開口数
   （ＮＡ1）は、前記所望のパターンの最も微細部分の線
   幅または間隔の小さいほうの長さをＲ、前記第１パター
   ンの露光に用いる光の波長をλとするとき、次式から決
   定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項
   に記載の露光方法。 ＮＡ1＝ｋ₁（λ／Ｒ） （ｋ₁≧０．２５）
5. 【請求項５】前記第１パターンについての前記開口数
   （ＮＡ1）は、前記投影光学系の最大の開口数とするこ
   とを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 【請求項６】前記第１パターンの露光と前記第２パター
   ンの露光はコヒーレンス度σ（シグマ）が互いに異なる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の
   露光方法。
7. 【請求項７】前記多重露光において、前記所望のパータ
   ンの解像に必要な焦点深度に基づいて、前記第１パター
   ンの露光の時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ1）及び
   コヒーレンス度σ₁の最適な組み合わせと、前記第２パ
   ターンの露光時の前記投影光学系の開口数（ＮＡ2）及
   びコヒーレンス度σ₂の最適な組み合わせが設定してあ
   ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
   の露光方法。
8. 【請求項８】前記第１パターンについてのコヒーレンス
   度σ₁は、前記幅Ｒの微細線の解像に必要な焦点深度に
   応じて決定されることを特徴とする請求項７に記載の露
   光方法。
9. 【請求項９】前記微細線の幅Ｒを（λ／ＮＡ1）で割っ
   たノーマライズ線幅ｋ₁が０．４以下の微細線におい
   て、前記コヒーレンス度σ₁を０．３以下にしたことを
   特徴とする請求項７に記載の露光方法。
10. 【請求項１０】前記第２パターンの開口数（ＮＡ2）
    は、前記第２パターンのうち、前記第１パターンの周期
    パターンのピッチ以上の線幅を有し、且解像にあたり該
    第１パターンに依存しないパターンの線幅に応じて決定
    されることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に
    記載の露光方法。
11. 【請求項１１】前記第１パターンを微細部分のみ解像可
    能な周期パターンで構成する一方、前記第２パターンを
    微細部分を解像しないパターンで構成し、これらによっ
    て前記投影光学系の収差の影響を軽減し得るように露光
    することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記
    載の露光方法。
12. 【請求項１２】前記第１パターンの露光はコヒーレント
    な照明による露光であり、また前記第２パターンの露光
    はインコヒーレントな照明による露光であることを特徴
    とする請求項１１に記載の露光方法。
13. 【請求項１３】前記周期パターンは、前記所望のパータ
    ンの微細部分に相当する微細部分と、該微細部分の両側
    に１周期以上の周期数を有する周期パターンとを有する
    ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の
    露光方法。
14. 【請求項１４】前記第１パターンの露光において、前記
    微細部分の線幅または間隔の小さいほうの長さＲをλ／
    ＮＡ 1で割った値ｋ₁と、フォーカス量ｄをλ／ＮＡ 1²で
    割った値ｋ₂が、次式の関係を満たすことを特徴とする
    請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の露光方法。こ
    こで、λは前記露光に用いる光の波長である。 ｋ₁≦０．４ ｋ₂≧０．５
15. 【請求項１５】前記第１パターンの露光において、位相
    シフトマスクを用いる場合、前記コヒーレンス度σ₁を
    ０．３以下にしたことを特徴とする請求項１４に記載の
    露光方法。
16. 【請求項１６】前記第２パターンの露光において、３光
    束干渉による結像を用いることを特徴とする請求項１１
    〜１５のいずれか１項に記載の露光方法。
17. 【請求項１７】前記第２パターンの露光時の投影光学系
    の開口数（ＮＡ 2)が、次式を満たすことを特徴とする請
    求項１１〜１６のいずれか１項に記載の露光方法。ここ
    で、λは前記露光に用いる光の波長、Ｒは線幅である。 ＮＡ2≦０．４＊（λ／Ｒ）
18. 【請求項１８】前記第２パターンの露光において、露光
    時の投影光学系の開口数（ＮＡ 2）が、次式の関係を満
    たすことを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか１項
    に記載の露光方法。 ＮＡ2≧ ０．５＊（λ／Ｒ2） 但し、Ｒ2：第２パターンの露光によって解像されず且
    つ第１パターンの露光で解像される微細部分を除いた、
    前記所望のパターンの他の部分の線幅、λは露光に用い
    る光の波長である。
19. 【請求項１９】前記第１パターンが、位相シフトマス
    ク、あるいは２光束干渉によって作成されたマスク等で
    構成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいず
    れか１項に記載の露光方法。
20. 【請求項２０】前記第２パターンの露光には、前記所望
    のパターンに近い形状のパターンを描いたマスクを用い
    ることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１項に記
    載の露光方法。
21. 【請求項２１】前記第２パターンについての前記コヒー
    レンス度σ₂は、装置で得られる最大の値に設定するこ
    とを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１項に記載の
    露光方法。
22. 【請求項２２】前記第１パターンの露光と前記第２パタ
    ーンの露光を含むそれぞれの露光の直前に、投影光学系
    の瞳位置の例えば円形の開口をもつ絞りの開口径を変え
    て、最適な開口数ＮＡにすることを特徴とする請求項１
    〜２１のいずれか１項に記載の露光方法。
23. 【請求項２３】前記第１パターンまたは前記第２パター
    ンによるそれぞれの露光の直前に、照明光学系の１部の
    光学系または瞳位置の絞りを動かし、最適のコヒーレン
    ス度σ₁またはσ₂にすることを特徴とする請求項１〜２
    ２のいずれか１項に記載の露光方法。
24. 【請求項２４】請求項１〜２３のいずれか１項に記載の
    露光方法を行なう露光モードを有することを特徴とする
    露光装置。
25. 【請求項２５】請求項１〜２３のいずれか１項に記載の
    露光方法、または請求項２４に記載の露光装置によっ
    て、レチクルのパターンでウエハを露光する工程と、該
    ウエハを現像する工程とを含むデバイス製造方法。
26. 【請求項２６】投影光学系を用いてレジストにパターン
    に関する露光を行なう露光方法において、２光束干渉露
    光により第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パ
    ターンと相似のパターンが形成されたマスクを用いた露
    光により露光量が０ではないが小さい部分と露光量が大
    きい部分とを有する第２の露光量分布を与える第２段階
    とを有し、前記第１の露光量分布の一部分と前記第２の
    露光量分布の前記露光量が０ではないが小さい部分を重
    ねることで前記パターンの一部分に関する露光が行なわ
    れ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第２
    の露光量分布の前記露光量が大きい部分で前記パターン
    の他の部分に関する露光が行なわれるものであって、前
    記第２段階における前記投影光学系の開口数は前記第１
    段階における前記投影光学系の開口数より小さいことを
    特徴とする露光方法。
27. 【請求項２７】投影光学系を用いてレジストにパターン
    に関する露光を行なう露光方法において、位相シフタ及
    び／又は遮光部を配列した第１のマスクを用いた２光束
    干渉露光により露光量が前記レジストの露光しきい値以
    下である第１の露光量分布を与える第１段階と、前記パ
    ターンと相似のパターンが形成された第２のマスクを用
    いた露光により露光量が０ではないが前記露光しきい値
    以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分とを
    有する第２の露光量分布を与える第２段階とを有し、前
    記第１の露光量分布の一部分と前記第２の露光量分布の
    前記露光量が０ではないが前記露光しきい値以下の部分
    を重ねることで前記パターンの一部分に関する露光が行
    なわれ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記
    第２の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分で前記
    パターンの他の部分に関する露光が行なわれるものであ
    って、前記第２段階における前記投影光学系の開口数は
    前記第１段階における前記投影光学系の開口数より小さ
    いことを特徴とする露光方法。
28. 【請求項２８】投影光学系を用いてレジストにパターン
    に関する露光を行なう露光方法において、周期パターン
    露光により第１の露光量分布を与える第１段階と、前記
    パターンと相似のパターンが形成されたマスクを用いた
    露光により露光量が０ではないが小さい部分と露光量が
    大きい部分とを有する第２の露光量分布を与える第２段
    階とを有し、前記第１の露光量分布の一部分と前記第２
    の露光量分布の前記露光量が０ではないが小さい部分を
    重ねることで前記パターンの一部分に関する露光が行な
    われ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前記第
    ２の露光量分布の前記露光量が大きい部分で前記パター
    ンの他の部分に関する露光が行なわれるものであって、
    前記第２段階における前記投影光学系の開口数は前記第
    １段階における前記投影光学系の開口数より小さいこと
    を特徴とする露光方法。
29. 【請求項２９】投影光学系を用いてレジストにパターン
    に関する露光を行なう露光方法において、位相シフタ及
    び／又は遮光部を配列した第１のマスクを用いた周期パ
    ターン露光により露光量が前記レジストの露光しきい値
    以下である第１の露光量分布を与える第１段階と、前記
    パターンと相似のパターンが形成された第２のマスクを
    用いた露光により露光量が０ではないが前記露光しきい
    値以下の部分と露光量が前記露光しきい値以上の部分と
    を有する第２の露光量分布を与える第２段階とを有し、
    前記第１の露光量分布の一部分と前記第２の露光量分布
    の前記露光量が０ではないが前記露光しきい値以下の部
    分を重ねることで前記パターンの一部分に関する露光が
    行なわれ、前記第１の露光量分布の他の部分と重なる前
    記第２の露光量分布の前記露光しきい値以上の部分で前
    記パターンの他の部分に関する露光が行なわれるもので
    あっで、前記第２段階における前記投影光学系の開口数
    は前記第１段階における前記投影光学系の開口数より小
    さいことを特徴とする露光方法。
30. 【請求項３０】前記第１段階の後で前記第２段階を行な
    うか、或いは、前記第２段階の後で前記第１段階を行な
    うか、或いは、前記第１段階と前記第２段階を同時に行
    なうことを特徴とする請求項２６〜２９のいずれか１項
    に記載の露光方法。
31. 【請求項３１】請求項２６〜３０のいずれか１項に記載
    の露光方法を行なう露光モードを有することを特徴とす
    る露光装置。
32. 【請求項３２】前記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
    る段階とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。