JP2011118344A

JP2011118344A - ３次元パターン形成方法

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Publication number: JP2011118344A
Application number: JP2010111617A
Authority: JP
Inventors: Shigeaki Murakami; 成朗村上; Takechika Nishi; 健爾西
Original assignee: MEJIRO PREC KK; NISHI DESIGN CONSULTING KK; Mejiro Precision KK
Current assignee: MEJIRO PREC KK; NISHI DESIGN CONSULTING KK; Mejiro Precision KK
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】矩形パターン形状の上面部の形状を任意の曲線形状に変えることができるレジストパターン形成方法を提供する。
【解決手段】レチクルＲ上のパターン１０１に照明光を照射し、投影光学系１００を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、レジストパターンを形成する工程中に、フォーカス位置で露光した後に、少なくとも１回、投影光学系の瞳位置の開口１０２の大きさ又はフォーカス位置を所定量変更して分割露光を行うレジストパターン形成方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法に関するものである。

３次元形状のレジストパターンを利用する分野は、益々使用範囲が拡大しており、例えば、マイクロレンズは、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化されている。従来、このようなマイクロレンズの製造方法として、特開平９−００８２６６号公報（特許文献１）に開示されているような、光リソグラフィを使用した方法が知られている。この方法は、レジストパターンをリフローしてリフローレジストパターンを形成し、プラズマエッチングにより所望のフォトレジストの立体形状を形成するものである。

近年、これとは全く別の原理に基づくマイクロレンズの製造方法が開発され、特開２００３−１０７２０９（特許文献２）に開示されている。これは、グレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、又は前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。

その他の方法として、特開２００３−１０７７２１（特許文献３）には、グレースケールマスクの投影像を投影光学系によりレジスト層に照射し、照射の際にレジスト層の上面を、投影光学系の焦点面から予め定めたデフォーカス位置に配置し、露光することで、形状を滑らかにする技術が開示されている。

また、このマイクロレンズ形状を正確に加工する方法として、特開２００４−３１００７７（特許文献４）には、２枚以上のグレースケールマスクを用いて露光する際、各々のグレースケールマスクを用いて露光する露光時間と異ならせることで、パターンの形状の微調整を行う方法が開示されている。

一方、３次元形状のレジストパターンに関し、鋸歯状断面形状をもつ回折格子板の製造方法として、露光装置の基板ステージを移動させて複数の異なるマスクパターンで所望の露光エネルギーを与えることによりレジスト膜の分割露光を行い、レジスト膜の反応領域を３次元的に変化させる方法が、特開平９−２３０１２１号公報（特許文献５）に開示されている。

また、ＬＥＤの製造工程に於いても３次元のレジストパターンを用いる場合があり、例えば、特許第４０７７１３７号（特許文献６）に開示されている。半導体発光素子は、ｐｎ接合領域に注入された電子とホールの発光再結合を利用したデバイスである。そして、発光層の半導体材料を変えることで、赤外から紫外までの発光を実現することができる。ところが、半導体発光素子には、半導体結晶と大気の屈折率差による臨界角や結晶成長可能な基板での光吸収が存在する。このため、外部に取り出せる光は内部で発光した光のわずか数％にしか過ぎない。そこで、半導体層の界面に凹凸パターンを形成しておくことで、半導体層内部に屈折率分布が存在し、この界面において光が反射し散乱することにより、より効果的に素子外部に光を取り出すことができる。この凹凸面を形成するのに露光技術が用いられる。

特開平９−００８２６６号公報特開２００３−１０７２０９特開２００３−１０７７２１特開２００４−３１００７７特開平９−２３０１２１号公報特許４０７７１３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている様な方法は、レジストパターンを形成した後、熱処理を加えてこのレジストパターンをリフローする為、リフロー時のレジスト特性、熱条件、冷却条件、レジストの表面張力条件等で形状が歪んでしまう可能性がある。

また、特許文献２の様な１枚のグレースケールマスクのみを用いた場合、マスクを透過した光束の中で投影光学系の瞳開口を通過した光のみで形成される為、そのパターン形状がガウス分布の合成の様な形状となり、球面形状を含む任意の形状にすることが困難であるという問題や、球面に近似できる面が小さくなるという問題があった。

これを解決する手段として、特許文献３の様にデフォーカス位置で露光を行う方法もあるが、デフォーカスにより、パターン形状の突起部（回折によるフレア）は改善するものの、ガウス分布形状に近づくだけであり、球面形状を含む任意の形状にはならない。

特許文献４ではこれを解決する為に、２枚以上のマスクを用いてパターン形状を形成している。しかしながら、この方法では常に複数のマスクが必要であり、高価なものとなってしまう。

一方、３次元形状のレジストパターンを利用する分野では、段差パターンを形成する方法として、特許文献５に開示されている様なものが紹介されている。しかしながら、この文献には、開口を少しずつ狭いパターンに変えて露光することで得られる直線回折格子及びフレネル回折格子を製造する為の鋸歯状格子パターンの形成法しか開示されていない。

よって、この方法では直線回折格子及びフレネル回折格子の製造には効果的だが、それ以外の、テーパ付きパターンや曲線面パターン、及びその他の色々複雑な３次元パターンを形成する為には、この方法を利用しただけでは限界があった。

更に、３次元形状のレジストパターンを利用する分野では、大きな段差がある基板上にパターンを形成する必要も生じている。しかしながら、投影光学系を用いた露光方法では、投影光学系のＮＡ、露光波長λに対して、
解像度＝ｋ１×λ／ＮＡ
焦点深度＝ｋ２×λ／ＮＡ^２
であることが知られており、解像度を上げると焦点深度が狭くなり、焦点深度を上げると解像度が落ちるという問題が生じる。この焦点深度を大きくする方法として、輪帯照明法や位相シフトレチクル法（ハーフトーンレチクル法）が考案されているが、何れも１．２〜３倍程度には改善するが、やはり限界があった。

また、ＬＥＤ製造において、特許文献６に開示されている様な凹凸パターンを形成する場合、サファイヤ基板上にアライナーを用いて露光するが、凹凸パターンが２〜３μｍの大きさから、１μｍレベルの大きさに微細化しており、投影レンズのＮＡは０．２以上の投影露光装置を用いるケースが増えてきている。しかし、ＮＡが０．２以上の投影レンズは露光フィールドが小さく、画像を順次露光するステップ＆リピート露光により、サファイヤ基板上にレジストパターンを形成するため、スループットが悪く、焦点深度も取れないという問題があった。現時点ではサファイヤ基板は２インチ以下であるが、今後大きくなる傾向であり、問題が更に深刻化することが予想されている。

上記問題点を解決するための第１の手段は、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レジストパターンを形成する工程中に、フォーカス位置で露光した後に、少なくとも１回、所定量の投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を変更して分割露光を行うこととした。

本手段に於いて、図２で簡単に説明すると、図２（Ａ）はレチクルＲ上の幅Ｌのパターン１０１を、投影光学系１００を介してウェハＷ上に投影露光する場合の概念図を示す。瞳位置で開口径を調整する開口絞り１０２によって、投影光学系のＮＡを調整することが可能であるが、一般に、露光波長をλ、ｋファクターをＫとしたときの解像度と焦点深度とは
解像度＝Ｋ×λ／ＮＡ
焦点深度＝Ｋ×λ／ＮＡ^２
で表される。

但し、その形状を決定する要因として照明σやフォーカス位置もあるので、ここではＬ＝３０μｍ、λ＝０．４３６μｍ、照明σ＝０．７、フォーカス位置＝０μｍとして、開口絞り１０２によって、ＮＡを可変した場合、Ｗ上の光量分布がどの様に変化するかを解析し、これを図２（Ｂ）に示す。

丸印１の点線はＮＡ＝１の時であり、レチクルＲを透過した光束を全て利用できた時を示す、丸印２、３、４のＮＡ条件はまとめて図２（Ｃ）の表に提示する。図２（Ｂ）を見ると、丸印２のＮＡ＝０．２で丸印１に近い形状が得られているが、丸印４のＮＡ＝０．００５ではかなりガウス分布形状に歪んでいるのが分かる。

ここで図３（Ａ）の様に、丸印２の条件だけで露光を行うと、ポジレジストの場合、光が当たっている遮光パターン１０１のウェハＷ上への投影像（点線）が無い部分が感光し、パターン１０１の投影像部分が感光されない為、現像後のパターンは矩形形状となる。

ここで、開口絞り１０２により丸印２の条件にて露光後、ＮＡを条件を丸印３に変更し、積算露光量が丸印２の条件の１／４になる様に、分割露光を行う。すると、感光されていない上面部が丸印２の解像条件にて膜ベリを起こし、図３（Ｂ）の様な形状を得ることができる。

丸印２の条件にて露光後、更に、積算露光量を丸印２の条件の１／２になる様に分割露光を行う。すると、感光されていない上面部が丸印２の解像条件にて更に膜ベリを起こし、図３（Ｃ）の様な形状を得ることができる。

この様に、フォーカス位置＝０で矩形形状の露光を行った後に、所定のＮＡ条件に変更して、所定の積算露光量で分割露光を行うことで、パターン形状の上面部の形状のみ任意の曲線形状に変化させることができる。

またこの方法はＮＡを可変にする以外にも、所定条件でフォーカス位置を動かしても可能となる。

図４（Ａ）の様に、フォーカス位置で露光した後に、フォーカス位置を動かした場合、同様の効果が期待できる。図４（Ｂ）ではＬ＝３０μｍ、λ＝０．４３６μｍ、照明σ＝０．７、ＮＡ＝０．２とし、図４（Ｃ）の条件でフォーカスを移動した場合を表にしている。
ＮＡを可変した場合と同様に、フォーカスを８０μｍ動かすとかなりガウス分布形状に歪んでいることが分かる。即ち、上記の様な条件で分割露光を行うと、同様の原理でパターン形状の上面部の形状のみ任意の曲線形状に変化させることができる。

次に、第２の手段は、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レジストパターンを形成する工程中に、投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量に制御し、少なくとも１回、フォトレジストを搭載した可動ステージの位置を前記投影像が重なる範囲内で移動すると共に、各移動位置でフォトレジスト上に照射される露光量を変更して分割露光を行うこととした。

本手段に関しては、原理を図５にて説明する。図５（Ａ）の様に、レチクルＲ上のパターン１０３は、投影光学系１００を介してウェハＷ上に前記パターン１０３のパターン像丸印１として投影される。ウェハＷ上に塗布された１０μｍ以上の厚さを有するレジスト上で投影されたパターン像丸印１以外に位置したレジストは感光され、ポジレジストの場合、所定の積算露光量に応じて現像後にパターンが形成される。

次に、矢印に従って、ウェハＷを所定量移動し、同様の方法でパターン１０３のパターン像丸印２を所定の積算露光量でレジスト上に形成する。この工程を連続して行い、パターン像丸印１〜丸印４をレジスト上に形成したのが、図６となる。

図６ではパターン像丸印１はウェハＷの位置がＸ１であり、積算露光量がＥ１の条件で形成される。この時点で、レジストの感光は点線の位置まで進む。次にパターン像丸印２はウェハＷの位置がＸ２であり、積算露光量がＥ２の条件で形成される。この時点で、レジストの感光は一点鎖線の位置まで進む。次にパターン像丸印３はウェハＷの位置がＸ３であり、積算露光量がＥ３の条件で形成される。この時点で、レジストの感光は二点鎖線の位置まで進む。最後に、パターン像丸印４はウェハＷの位置がＸ４であり、積算露光量がＥ４の条件で形成される。この時点で、レジストの感光は太実線の位置まで進む。

この様にすると特許文献５に示されている様に、段差パターンが形成されることになる。もし、曲線形状を得る為には分割露光数を多くしていくしかない。これに対処するため、本発明では投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量に制御している。

図２又は図４に示す様に、露光量の分布がガウス分布の様な曲線形状となっており、離散的な分割露光でも、図６に示す曲線形状ＷＡＶＥにすることが可能となる。これは離散的に露光された位置の間を曲線形状の光量分布で補間している為であり、投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量に制御する場合、その曲線形状の長さよりも離散的露光の間隔を短くすることで、スムーズな曲面のレジストパターン形状を得ることが可能となる。

この方法を実際にシミュレーションしたのが図７と図８である。まず、図７（Ａ）の条件にて露光を行うと、図７（Ｂ）の様にパターン形状１０５に対するパターンの投影像は１０６の様な曲線形状となる。このままでは適正露光量を縦軸の１．０とすると、１０６の曲線形状に近いレジストパターン形状となる。

このレジストパターン形状を変えるには、レチクルが素ガラスの位置で所定量の積算露光を行えば良い。

例えば、積算露光量を倍にすれば、均一に膜ベリが発生するので、縦軸の０．５より下の部分のレジストは、現像時に完全にウェハ上から除去され、パターン形状１０７がウェハ上に形成される。よって、残存レジスト形状は、上の形状（実太線）に近づく。

この例では、５倍の積算露光量を与えることで、縦軸の０．２より上の部分のレジストは、現像時に完全にウェハ上から除去され、縦軸の０．８より上のパターン形状がそのままウェハ上に残ることになり、１０８に示す様な球面形状に近いレジストパターンを形成できることになる。

しかし、この方法では、所定の投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量動かした状態で、一義的に円形状の曲率は決まってしまうことになる。

そこで図８では、図７の露光方法を、ステージ位置を動かして分割的に露光する方法を取っている。図７では所定の位置Ｘ０で適正露光量の２０／３７の露光量、８．８μｍシフトさせたＸ１で適正露光量の１０／３７の露光量、その位置から更に５．３μｍシフトさせたＸ２で適正露光量の５／３７の露光量、その位置から更に２．９μｍシフトさせたＸ３で適正露光量の２／３７の露光量で分割露光を行なった結果であり、積算露光量は１０９に示す様な曲線形状となる。ここでも図７のときと同様に、レチクルが素ガラスの位置で所定量の積算露光を行なう（ここでは１０／３倍）ことで、前回よりも大きい曲率の球面形状のレジストパターン１１０が形成されることになる。

ウェハＷのシフト量としては、積算露光量をＥｘ、シフト量をｘとして計算式を立てる。ポジレジストの場合、積算露光量Ｅは現像後のレジストの高さを決定するので、残存レジスト高さをＺｘとすると、
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）
の関数となる。ｆ（Ｅｘ）は実験データ等から求めることができる。
例えば、球面形状を形成する場合は、
ｘ^２＋ｆ（Ｅｘ）^２＝Ｒ^２
がシフト量と積算露光量を決定する場合の参考値となる。

但し、フォーカスやＮＡを制御した場合のパターン形状については、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出することで、投影パターン像を解析する方法がある。

ここではそのパターン形状を上記参考値に従いシフトさせ、各座標位置での分割露光による総合的な積算露光量を決定し、どの程度のオーバ露光で所定の球面形状ができるかを、上記の球面式と本シミュレーション結果の差分を算出し、最小二乗近似計算により誤差が許容値になる条件となる様に、シフト量及び露光量を補正する方法を取っている。その結果、離散的露光の回数を減らし、効率の良いパターン形状の形成が可能となる。

更に、第３の手段では、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レジストパターンを形成する工程中に、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を前記投影像が重なる範囲内で移動すると共に、前記移動の際、前記ステージの移動位置を連続的に変更して露光を行うこととした。

この方法は第２の手段と異なり、積算露光量を一定値とし、ステージの移動速度を変化させることで、任意の曲面形状のレジストパターンを形成する方法である。よって、そのシミュレーションは第２の手段と同様に、フーリエ変換により求めたウェハＷ上のパターン形状を、一定時間毎にウェハＷが移動したシフト量だけ順次シフトし、各座標位置での露光による総合的な積算露光量を決定する方法で同様の解析が可能である。

但し、一般的なフーリエ変換法では、等間隔位置での光量分布でパターン形状を形成しているので、第２の手段の様に、少ないシフト数でないと計算が面倒になる。よって、本発明では、更に別の方法として、等間隔位置でウェハがシフトしていることとしてパターン形状を重ね合せていく。但し、その各位置でのウェハＷの移動速度を求め、移動速度にその位置での積算露光量が反比例することを利用して、パターン形状の光量を可変して加算し、各座標位置での露光による総合的な積算露光量を決定する方法を取っている。

この方法を実際にシミュレーションしたのが図９と図１０である。まず、図９（Ａ）の条件にて露光を行うと、図９（Ｂ）の様に、パターン形状１１１に対するパターンの投影像は１１２の様な高次成分を持つ曲線形状となる。図１０ではこのパターン形状を連続的に移動してスキャン露光を行った場合の積算露光量を各位置で加算し、算出されたパターン形状１１３を示している。

ウェハＷのシフト量としては、先の例と同様に、各位置での積算露光量をＥｘ、シフト量をｘとして計算式を立てる。ポジレジストの場合、積算露光量Ｅｘは現像後のレジストの高さを決定するので、残存レジスト高さをＺｘ、とすると、
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）
の関数となる。尚、ｆ（Ｅｘ）は実験データ等から求めることができる。

但し、今回はスキャン露光であり、照度Ｓは一定である。ウェハＷの移動による分散露光の場合、ウェハの移動速度を位置に応じて変化させることで各位置での積算露光量を変化させる。シフト量をｘとすると、計算式は
ｘ＝Ｖｘ×ｔ
となる。Ｖｘは移動位置ｘでの速度を示し、その時の積算露光量Ｅｘは速度に反比例するので、露光系の照度をＳとすると、
ｘ／Ｖｘ×Ｓ＝Ｅｘ
となる。よって、
Ｚｘ＝ｆ（ｘ／Ｖｘ×Ｓ）
であり、ＺｘはｘとＶｘの関数となる。図１０は、図９（Ｂ）の光量分布を持つ投影像を移動させるが、Ｚｘ＝ｘ^１．４で表される指数関数としている。その結果が積算露光量は１１３に示す様な曲線形状となる。

このままでは適正露光量を縦軸の１．０とすると、１１３の曲線形状に近いレジストパターン形状となる。このレジストパターン形状を変えるには、レチクルが素ガラスの位置で所定量の積算露光を行えば良い。この例では、１０／８倍の積算露光量を与えることで、縦軸の０．２より下の部分のレジストは、現像時に完全にウェハ上から除去され、１１４に示す様な球面形状に近いレジストパターンを形成できることになる。

他にも
Ｚｘ＝Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２）
の様な関数が球面を作成する場合は考えられるが、フーリエ変換により決定した光量分布を上記参考値に従い移動し、各座標位置での露光による総合的な積算露光量を決定し、どの程度のオーバ露光で所定の球面形状ができるかを、上記の球面式と本シミュレーション結果の差分を算出し、最小二乗近似計算により誤差が許容値になる条件となる様に、スキャン速度を補正する方法で確認した。その結果、この方法では、この様な指数関数を使った方が、球面を形成するのに誤差が小さいことが確認できている。

但し、レジストの感光条件はその素材や環境によっても異なるので、その都度、最適な関数を上記シミュレーションにより決定すれば良い。

更に、第４の手段では、前記レジストパターンを形成する工程中に、前記投影像に対し、前記ステージの移動を直線上で行う方法であり、その移動方向に直交した中心線対称に露光が行われる様に各変更条件が設定されており、前記投影像のステージ移動方向の長さよりも小さい中心線対称なレジストパターンを形成することとした。

図１１（Ａ）にて説明すると、レジスト上で投影されたパターン像１１８はＩＬの長さを有しており、点Ｐの位置に対して、可動ステージ上のウェハが点ａ〜ｃまで移動した時の積算露光量にて形成されるパターン像１１９を太実線にて示す。矢印丸１の範囲はウェハ上の点ａが点Ｐに到達する前までを示し、その間に第３の手段では所定の速度に達する為のステージの助走動作及び、露光用のシャッターを開く制御が行われる。矢印丸２の範囲は点Ｐがウェハ上の点ａからｂまでの移動を示し、前述の所定の関数に基づいた速度で相対移動が行われる。そして矢印丸３の範囲は点Ｐがウェハ上のｂからｃまでの移動を示し、ステージの減速動作及び、露光用のシャッターを閉じる制御が行われる。

この一連のスキャン処理により、前述の様に、左側は凸の曲面形状を形成できるが、右側は凹の曲面形状になることが判る。もし、凸形状のレンズを形成したい場合は、上記一連のスキャン処理を図１１（Ｂ）の様に形成されるパターン像１２０の中央に示す一点鎖線に対して線対称となる様な制御を行う必要がある。その際、パターン像１２０の右側凸のパターンと、前述のパターン像１１９の右側凹のパターンが重なる場合、良好な左右対称のパターン形状が形成できない。よって、形成するパターン形状１２０の長さＰＬに対して、レジスト上で投影されたパターン像１１８の長さＩＬを長くしておく必要がある。ＩＬは矢印丸２及び、矢印丸３で説明した、動作により決定することができる。

これにより、良好な線対称のパターンを形成することが可能となる。ここでは第３の手段を例としたが、第２の手段でも助走、減速処理、シャッター制御のタイミングが異なるだけであり、形成するパターン形状１２０の長さＰＬに対して、レジスト上で投影されたパターン像１１８の長さＩＬを長くしておくことで同様の効果が得られる。尚、パターン形状１２０は前述の様に、レチクルが素ガラスの位置で所定量の積算露光を行なう（ここでは０．３倍）ことで全体が均一に矢印の膜ベリが起こり、現像後には所望のパターン形状１２１を得ることができる。

ここでレンズ形状となるパターン形状１２１であるが、レンズの場合、複数のレンズをウェハ上に形成する必要がある。その場合、図１１（Ａ）に示すパターン像１２０の右側凸のパターンと、前述のパターン像１１９の右側凹のパターンが重なるまでの間隔ＳＰを、できるだけ小さくする必要がある。即ち、ＳＰ＝０とすると、図に示す様に、隣接して作ることができるのはＩＬ／２よりも右側となる。即ち、
ＩＬ＋ＩＬ／２＝１・５×ＩＬ
のピッチ以上になる様に複数のレンズを作ることで、良好な形状のマルチレンズの設計が可能となる。

但し、この方法では１つのパターンを早くできる利点があるものの、マルチレンズを形成する上で、
５×ＩＬ
のピッチでしかレンズを形成することができない。

そこで、第５の手段としては、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、レチクル上のパターンとして、所定の開口幅を有する一方向に延びた矩形形状が、前記一方向に直交する方向へ所定のピッチで複数形成されており、前記一方向に直交する方向に前記ピッチの範囲内で前記投影像がレジスト上を相対移動する様に制御しながら露光を行うこととした。

例えば、図１２（Ａ）に記載されたレチクルＲ上に幅Ｗ、長さＬ、ピッチＰで形成されているパターンが、投影レンズを介することで、図１２（Ｂ）のウェハＷ上で１２３の様な光量分布の投影像として投影されている様子を示している。

そして図１２（Ｃ）では、その投影像をウェハ上のレジスト面に対し、矢印方向へ移動している。移動方法は、横軸に相対移動位置ｘ、縦軸に速度Ｖｘを取った場合、
Ｚｘ＝ｆ（Ｅ／Ｖｘ）
Ｚｘ＝Ｐ／２−√（（Ｐ／２）^２−ｘ^２）
の条件で制御する。まず、ｘ＝−Ｐ／２の位置で露光を開始し、徐々に上記条件で移動位置を制御し、ｘ＝Ｐ／２の位置で露光を終了するという手順である。この方法で、露光後現像したパターンは曲線１２４の様な形状となる。

円形形状に近い曲線１２５の様なパターンを得る為には、積算露光量に所定のオフセットを与えることで積算露光量を上げる様に制御すれば良い。この方法は開口部が第５手段までと比べると小さいので、所定の積算露光量を得るまでに長い露光時間を必要とするが、マルチパターンのピッチＰを狭くできる上に、相対移動を行うステージの制御精度が緩く制御が行い易いという利点がある。

露光時間が長くかかる問題についても、パターンを複数形成することで、ピッチＰの範囲内の制御のみで、一度に多くのマルチレンズを形成することが可能となっている。また、本発明では一方向に延びた矩形形状と説明しているが、一方向に延びた２つの端の形状は円形でも多角形でも本発明とは無関係なので問題ない。尚、図１３は本発明で形成されたマルチシリンドリカルレンズ用パターン１２５を示している。

これまでの発明は基本的に曲面を形成する為に、曲面を形成する方向に投影像をレチクルに相対移動する方法であった。しかし、この方法では、相対移動の精度により曲面の形状に誤差が発生する。

よって、第６の手段としては、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、一方向に関して断面形状が同一な３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、レチクル上のパターンは前記一方向と前記一方向に直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、前記開口の幅は異なる形状であり、前記一方向と同一方向に前記投影像がレジスト上を所定の速度で相対移動する様に制御することで、前記開口の幅が異なる条件に対応して、現像後の前記一方向に直交するレジスト断面形状が形成される様に制御する方法とした。

これを図１４で説明していく。図１４（Ａ）では、例として露光中に半円形状の開口部１２７を太矢印（紙面下から上）方向にＶの速度で等速移動していることを示している。
前述より
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）の式より、
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｚｘ）なので、
例えば、残存レジスト形状を図１４（Ｃ）の様な直径がＬの半円
Ｚｘ＝√（（Ｌ／２）^２−ｘ^２）
の形状にしたい場合、
Ｅｘ＝ｆ^−１（√（（Ｌ／２）^２−ｘ^２））
となる。

露光系の照度をＳとすると、
ｙ／Ｖ×Ｓ＝Ｅｘなので、
ｙ＝Ｖ／Ｓ×ｆ^−１（√（（Ｌ／２）^２−ｘ^２））
で、投影像のパターン形状を決定できる。尚、ここではｘ＝０の時にレジストが完全に剥離できる条件Ｅとすると、
Ｌ／２＝ｆ（Ｅ）
の関係式が成り立っている。

図１５ではこの開口を複数並べることで、連続したパターンを形成する場合であり、図１５が凹面のマルチレンズ形状の形成例である。それぞれ（Ａ）はレチクルの片側のエッジのみ開口の幅を異ならせる方法であり、（Ｂ）はレチクルの両エッジで開口の幅を異ならせる方法を示す。共に、レジスト上での投影像をレジストに対し、紙面の上下方向に相対移動させた場合、移動方向と直交する座標ｘ位置での積算露光量は何処でも等しくなり、感光したレジストを現像した場合、形成されたレジストパターンは移動方向と直交する方向の断面形状が全て同じになる。また、上記式に従い、積算露光量は（Ｃ）の様な凸面形状となる。

また、図１６は凸面のマルチレンズ形状の形成例である。それぞれ（Ａ）はレチクルの片側のエッジのみ開口の幅を異ならせる方法であり、（Ｂ）はレチクルの両エッジで開口の幅を異ならせる方法を示す。共に、レジスト上での投影像をレジストに対し、紙面の上下方向に相対移動させた場合、移動方向と直交する座標ｘ位置での積算露光量は等しくなり、感光したレジストを現像した場合、形成されたレジストパターンは移動方向と直交する方向の断面形状が全て同じになる。また、上記式に従い、積算露光量は（Ｃ）の凹面形状となる。

図１７（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、この方法でＬ２の距離だけＶの速度で移動し、開口部にて完全に露光されている部分Ｌ１の感光されたレジストを現像したときのパターン形状を示す。図１７（Ａ）が凹面のマルチシリンドリカルレンズであり、図１７（Ｂ）が凸面のマルチシリンドリカルレンズである。移動方向に直交したレジストパターン断面形状が同じになっているのが確認できる。

この方法では、曲面形状を決定するのが、レチクル上のクロムパターン精度であり、ステージの移動精度と比べても高いので、移動誤差による曲面形状の高次の誤差を抑えることが可能となる。更に、投影レンズを用いる場合は、パターン形状が細いと、図１２の（Ｂ）で示した様に、投影光学系によるＮＡの制限があり、開口部の投影像のコントラストが下がってしまう。その結果、投影像の移動で、図１２の（Ｃ）に示した曲線１２４の様に、理想的な曲線１２３に対して歪が発生する。それに対し、本発明では、図１５（Ａ）の様に、パターン幅が狭くなっている部分丸印１では解像度の限界によるコントラスト劣化問題はあるものの、広い部分丸印２では移動方向が、マルチレンズの断面に対して直交する方向であり、より理想的な曲線に近いパターン形状を生成できる。

また、第５の手段でスループットを上げる為には、矩形開口の幅を広げ、移動速度を上げる必要がある。すると、上述のパターンが狭くなっている部分のコントラストが下がるという欠点があるのに対し、第６の手段は、
ｙ／Ｖ×Ｓ＝Ｅｘ
の関係式があることを利用してスループット向上が図れる。即ち、
ｙ＝Ｅｘ×Ｖ／Ｓ
なので、移動速度を２倍にする場合、開口パターンを移動方向に２倍に引き延ばすことで、同じパターン形状を生成することが可能となる。

引き延ばしの方法としては、例えば図１８の様に、最終的な積算露光量が倍になれば良いので、（Ａ）形状の引き延ばし、（Ｂ）反対面への鏡面作成、（Ｃ）２つのパターン合成、（Ｄ）反転させた２つのパターン合成等が考えられる。いずれも移動速度を２倍にすることが可能となる。移動方向がマルチレンズの断面に対して直交する方向なので、コントラストが下がるという不具合は発生しない。図１９はそれぞれ図１８の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に対応した積算露光量を示す図である。

今まで第２の手段から第６の手段まではシリンドリカルレンズを形成する場合を例に説明したが、形状はシリンドリカルレンズに限らず、その他の様々な形状が形成できる。例えば、図２０では第３の手段と第４の手段とにより、台形形状を形成している。（Ａ）では左から右へレジスト上の投影像が等速度で矢印間移動する様子を示す。丸印１の位置に投影像が達した時点で、露光用のシャッターを開く制御が行われ、投影像が丸印２に達した時点で露光用のシャッターを閉じる制御が行われる。一方、（Ｂ）では、右から左へレジスト上の投影像が等速度で矢印間移動する様子を示す。丸印３の位置に投影像が達した時点で、露光用のシャッターを開く制御が行われ、投影像が丸印４に達した時点で露光用のシャッターを閉じる制御が行われる。この一連の動作で台形形状が形成される。

また、第６の手段を利用すると、台形形状のみならず、鋸形状や、階段形状のパターンも複数容易に形成できる。図２１（Ａ）は階段形状、（Ｂ）は鋸形状、（Ｃ）は台形形状を形成する場合のレチクル上パターンを示している。図１７で説明した方法を用いて、それぞれのパターンを選択し、それ以外のパターンを遮光した上で、紙面上で上下（ｙ方向）に投影像をレジストに対して相対移動しながら露光することで、一方向に延びるパターンが形成できる。図２２（Ａ）は階段形状、（Ｂ）は鋸形状、（Ｃ）は台形形状を前記方法で形成した時の現像後のレジストパターンを示している。

しかし、前述の様に、これらは一方向に同じ断面形状が延びたパターン形状であり、図２３の（Ｂ）に示す様な正面及び側面からも台形形状であるパターン形状にする為には、第７の手段を利用する必要がある。第７の手段では、第２の手段から第６の手段で行ったレジストパターン形成の為の工程を、前記投影像又は異なる投影像を用いて、前記一方向に直交する方向に対して、前記一方向の工程と同一または異なる条件設定で実施することとしている。この第７の手段では、レチクルパターン、積算露光量、ステージ移動条件等の組み合わせを変えることで、色々な異なるパターンが形成できる。

例えば、図２３（Ａ）では、図２０で説明した第３の手段を行えば、矢印方向のパターン断面が台形形状になる。一方、それと直交する矢印方向に対して、所定の台形形状になる様にパラメータを操作した相対移動制御による露光を、同一の投影像を用いてその位置で重ねて行うことで、直交するパターン断面が異なった台形形状になる様な分割露光（図２３（Ｂ））を行なうことができる。

また、第６の手段を利用した場合は、簡単にテーパの付いた２次元マトリクスパターンを形成することができる。図２４（Ａ）は階段形状、（Ｂ）は鋸形状、（Ｃ）は台形形状を形成する場合のレチクル上パターンを示している。図２１とは直交させた別のパターンが形成されている。図１６で説明した方法を用いて、それぞれ所定のパターンを選択し、それ以外のパターンを遮光した上で、今度は紙面上で左右（今度はｘ方向）に投影像をレジストに対して相対移動しながら露光することで、２次元マトリックスパターンが形成できる。

図２５は階段形状、図２６は鋸形状、図２７は台形形状を上記の方法で分割露光を行なうことで、２次元マトリックスパターンを形成したときの現像後のレジストパターンを示している。今回の例ではｙ方向及びｘ方向に移動させるパターンは９０度回転した同じ形状のものを用いたが、異なる形状のパターンを分割露光することで、更に様々な形状の２次元マトリックスパターンが形成できる。

この様に、直線形状のパターンは理解し易いが、曲面形状の場合は多少複雑になる。図２８では、図１６で説明した凸のマルチシリンドリカルレンズについて、第７の手段で分割露光を行った場合を説明する。

図２８では図１６のマルチレチクルパターンの内の一つを示したレチクルパターン図である。（Ａ）がｙ方向に相対移動するレチクルパターン、（Ｂ）がｘ方向に相対移動するレチクルパターンである。この両方のシーケンスで形成されるレジストパターン形状を、積算光量に基づきシミュレーションした結果を、図２９に示している。図２９（Ａ）は斜視図等高線であり、図２９（Ｂ）は上面図等高線である。尚、ここでは比較の為に、この様な２次元マトリックスパターンの１枠である正方形内に球面形状のパターンを形成した結果を、図３０に示している。図３０（Ａ）は斜視図等高線であり、図３０（Ｂ）は上面図等高線である。この図２９と図３０とを比べてみると判る様に、球面では正方形内から球面がはみ出さない様に形成されたパターンでは、正方形の４隅に球面は形成できていないのに対し、本発明にて形成された球面は、４隅まで球面形状が延びている。

即ち、このレンズ形状のパターンを２次元マトリックスパターンとして図３１（Ａ）の様に配置した場合、球面レンズと比べ、本発明のレンズの方が、例えば、下面の矩形形状の発光体の光束を効率良く拡散できるという効果がある。図３１（Ｂ）は上から見た図であり、４隅まで球面形状が延びていることで、球面レンズが２次元マトリクスを有効に覆っているのが確認できる。

以上、第２の手段から第７の手段までを用いることで、様々な孤立凸パターン形状及び、凸及び凹の２次元マトリクス形状を作成できることは説明した。しかし、ポジレジストを使用する場合、唯一作り難いのが孤立凹パターンとなる。ポジレジストでは、露光光を当てた部分のレジストが感光し、除去される為、例えば、図２３（Ｂ）に示す様な、孤立立体台形の凹形状を作ろうとすると、図３２（Ａ）又は（Ｂ），（Ｃ）の様な形状となってしまう。

そこで第８の手段としては、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、レチクル上のパターンは一方向と前記一方向と直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、前記開口の幅が異なる形状であり、前記一方向と同一方向に前記投影像がレジスト上を所定の位置までに所定の速度で相対移動する様に制御し、前記所定の位置で露光光の照射を開始することで、前記一方向及び、前記一方向に直交する方向に異なる積算露光量を与え、前記開口の幅が異なる条件及び、所定の速度での相対移動に対応して、現像後の前記一方向及び前記一方向と直交する方向のレジスト断面形状が形成される様に制御することとした。

この方法を用いると、孤立立体台形の凹形状を作ることが可能となる。図３３の（Ａ）と（Ｂ）はその為のレチクルパターンの２例となる。詳しく説明する為に、その中の一つのレチクルパターン開口丸印１を拡大し、投影像がレジスト上を所定の位置までに所定の速度で相対移動する様子を示したのが図３４である。

図３４に於いて、上方にレチクルパターン開口丸印１の投影像１２８を示している。投影像１２８はレジスト上をａの位置までに所定の速度Ｖで相対移動する様に制御され、ａの位置で露光が開始される。露光の開始に伴い、投影像１２８の中央部の幅Ｌの分だけレジスト上で積算露光が行なわれるが、ａの位置では直ぐに遮光されてしまうので、移動方向の幅Ｌの位置での断面では、投影像１２８がＬだけ移動したｂの位置まで点線１２９の様に積算露光量が変化する。それ以降は、露光の終了位置ｂまで変わらないがその先は幅Ｌの分だけ積算露光量が与えられていない領域となるので、テーパ１３２が形成されることになる。

一方、移動方向と直交する方向でも投影像の幅が異なっているので、その幅の差異により積算露光量が異なる。よって、ｂからｃまでは点線１３０の様に露光量が変化する。この点線１２９と点線１３０が同時に干渉し合う部分では、その合成した積算露光量となり、その部分で得られる形状はテーパ１３１となる。また、それ以降、ｃの位置までは点線１２９の影響が無いので、移動方向と直交する方向にテーパ１３３が形成されるが、それ以降露光が終了する為、露光終了位置ではテーパ１３２、１３３、１３４で囲まれた新たな面１３５が形成されることになる。

この様に、所定の積算露光量を与える場合、所定の開口幅の投影像でレジスト上を相対移動することで与えられる点線１２９と、移動方向の開口の幅の違いで与えられる点線１３０とは、レジストの積算露光量を変える手段としては方向が直交する等価の制御法なので、この２つの手段を合成することで、斜めのテーパ１３１や２つの面をつなぐ新たな面１３５等を容易に形成することが可能となる。

この第８の手段を利用したパターン形成例を、図３３に戻り説明する。図３３（Ａ）はそれぞれ９０度ずつ向きが異なる台形形状（三角形形状含む）の開口パター丸印１、２、３、４が形成されている。

例えば台形開口パターン丸印１を利用する時は遮光手段ＢＬによりそれ以外のパターンを遮光する。図３５では台形開口パターン丸印１の投影像を用いて、図３４で説明した様な制御により、図３５（Ａ）の様に、レジストパターン１３６が形成される（本来は露光により得られたレジストへのパターン像を現像した後にレジストパターンが形成されるが、今後は露光により現像後に得られることを前提として得られるレジストパターンを示す）様子を、斜視図にて概念的に示している。

次に図３５（Ｂ）では台形開口パターン丸印２に切替え、反対方向から同様の制御を行うことで、レジストパターン１３７を形成している。この２つの制御により凹立体台形形状の４隅部分は斜めのテーパが形成されているのが確認できる。しかし、凹立体台形形状の中央部分に、図３４で示した新しい面１３８、１３９、１４０、１４１等が形成されている。

そこで、次にこの中央部分のパターンを取り除く為に、図３６（Ａ）の様に、台形開口パターン丸印３を用いて、今までと直交する方向に、同様の制御を行い、更に、図３６（Ｂ）の様に台形開口パターン丸印４を用いて、その反対方向から、同様の制御を行う。すると、レジストパターン１４２、１４３が形成される。

前述の様に、所定の開口幅の投影像でレジスト上を相対移動することで与えられる形状と、移動方向の開口の幅の違いで与えられる形状は、レジストの積算露光量を変える手段としては方向が直交する等価の制御法なので、レジストパターン１３６、１３７に対して、直交する方向に形成されたレジストパターン１４１、１４２が重ねて露光された部分は、積算露光量の総和で中央部に残存していたレジストパターンが取り除かれ、図３７（Ａ）に示す様な、スムーズなテーパ形状を形成することが可能となる。

但し、テーパ面に対して底面が十分に大きい場合は問題ないが、この実施例の様なテーパ面と底面がほぼ同じ大きさの形状は、十分に残存パターンを除去できない条件があり、図３７（Ａ）の１４３の様なレジストが残存する場合もある。この場合は、残存レジストを除去する為に、この部分のみ開口があるパターンを利用して露光し、除去する工程を追加する必要がある。この工程の追加で図３７（Ｂ）の様な、凹立体台形形状の形成が可能となる。

また、この例では３６（Ａ）の様な台形形状と三角形形状を用いたが、図３８（Ａ）の様に、露光終了時の三角部分と直交する露光開始時の三角部分が重なる（ａ、ｂとして表示）様に制御すれば、実施例の様に残存部分を取り除き連続したテーパ面を形成することが可能であり、図３６（Ｂ）の様な４つの台形形状でも、図３８（Ｂ）の様に、露光終了時の三角部分と直交する露光開始時の三角部分が重なる（ｃ、ｄとして表示）様に制御すれば、同様のことが可能となる。

この技術を応用して、前述のレジスト残存部を上手く利用したのが、例えば図４０（Ｂ）に示す様な、テーパ付きの凹六角柱の形成、中央部へのパターン形成等である。

このレジストパターンを形成するには、図３９（Ａ）のレチクルパターンを用いる。具体的方法は図３３で説明したので省略するが、同様の方法で、図３９（Ｂ）に示す様な配置で矢印方向にレジストに対してレチクルパターン像の相対移動を行う。

ここでポイントとなるのが、移動方向に直交するテーパと傾きを持ったテーパ面形成についてである。例えば、移動方向に直交するテーパは、図３９（Ｂ）の丸印２の長さ分移動した時点でテーパ面が形成される。それに対して、所定の角度を持ったテーパは、移動方向丸印１の距離を進むことでテーパが形成される。即ち、丸印２よりも丸印１の方が短く、同じ積算露光量にする為には照度を落とすか、移動速度を遅くするか、レチクルパターンの丸印１と２が同じ長さになる様に設計する等の修正が必要となる。

また、一連の移動露光が終了した時点で、点線内で示す丸印３の領域が完全未露光部分となり、積算露光量がレジストを完全に除去するまで与えられていない部分にも一部レジストが残ることになる。

そこで、それらの一部レジストが残っている部分を除去し、完全未露光部分に図４０（Ａ）に示すレチクルパターンを重ね合せ静止露光を行うことで、新たなパターンを形成している。最終的に作られたレジストパターンが図４０（Ｂ）であり、テーパ付き凹六角柱の中に、テーパの無い円柱レジストパターンが形成されている。本発明では、この様な複合パターンも容易に形成することができる。

この様に、第１の手段から８の手段を用いることで、概ね全てのパターンが形成できる。しかし、形成が難しいのが球面形状の形成である。

そこで、第９の手段としては、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レチクル上のパターンがレジスト上の投影像として解像しない大きさに投影光学系の瞳の径を制御すると共に、前記レジストパターンを形成する工程中に、少なくとも２回、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を、レチクル上の異なるパターンの投影像が前記フォトレジスト上で重ね合せられるまで移動すると共に、フォトレジスト上に照射される積算露光量又はフォーカス位置、投影光学系の瞳の径の少なくとも一つを変更して分割露光を行うことで曲線形状の光量分布を与えることとした。

更に、第１０の手段では、前記レチクル上の異なるパターンはそれぞれ半径の異なる円形状群であり、それぞれの円形状群を囲う様に遮光帯が形成されているレチクルを使用することとした。

図４１に示しているのが第９の手段及び、第１０の手段を用いる場合のレチクルパターン形状の例である。それぞれ異なる半径の円形パターン群を重ね合せて露光する。この例では３回の分割露光であり、それぞれの遮光帯内のみ露光される様に、それ以外のパターンには光が当らない様に遮光する。

それぞれパターン群に応じてレンズＮＡ（投影光学系の瞳の径）と積算露光量を可変するが、そのシミュレーション条件を示したのが、図４２（Ａ）であり、現像後に得られるレジストパターン形状を示したのが、図４２（Ｂ）である。図を見ても分かる様に、一つ一つのパターン形状は球面ではないが、直径８．５μｍ、ＮＡ０．０１１の小円パターンで積算露光量５０％の露光を行い、直径１３μｍ、ＮＡ０．０４の中円パターンで積算露光量３０％で露光を行い、直径１５μｍ、ＮＡ０．１２の大円パターンで積算露光量２０％で露光を行うことにより、所定のＮＡ、積算露光量にて分割露光を行い、総合積算露光量にて得られた結果が球面形状１４４となっているのが確認できる。

またここでは、３つのパターン群としているが、一列に長く延びたパターン群を用いて、それに直交する方向にステップ露光を行い、上述の様に、異なる円形パターンに切替えて、ＮＡを可変後に各円形パターン像の中心が重なる様に重ね合せて、少なくとも３回の分割露光を行うことで、球面形状の２次元マトリックスパターンが形成できることになる。

１枚のレチクル内に様々な半径のパターンを遮光帯により分離して入れることができるので、組み合わせに応じてさまざまな半径、球面以外の非球面レンズも分割露光で形成できることになる。尚、パターン形状１４４は球面形状の下方はイビツになってしまう場合がある。よって前述の様に、レチクルが素ガラスの位置で所定量の積算露光を行うことで、均一に膜ベリを発生させることができ、上面の球面形状となっている部分のみのレジストパターンを形成することが可能となる。

この例では積算露光量と投影光学系の瞳の径を変更して分割露光を行ったが、図４で説明した様に、所定量フォーカスを移動することで、投影光学系の瞳の径を変更する場合と同じ効果が得られる条件もある。また、円形パターンの半径を小さくすることでも投影像に同じ効果を与えることができるので、少なくとも、何れか一つを操作・制御することで球面形状に近いレジストパターンを形成できる。

この様に、異なる半径の円形パターンを積算露光量やフォーカス位置、又はレンズＮＡの内少なくとも一つを変更して分割露光することで、球面レジストパターンが得られるが、３回の分割露光の手間や、ＮＡを小さくした時に露光時間が長くかかることや、２次元マトリックスパターン形成の為にステッピング露光行うことで、時間がかかるという問題がある。

それを解決する方法として、第１１の手段では、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レジストパターンを形成する工程中に、少なくとも２回、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を、レチクル上の異なるパターンの投影像が前記フォトレジスト上で重ね合せられるまで移動すると共に、前記レチクル上の異なるパターンは中心で１８０度位相がずれたグレースケールであり、且つそれぞれのピッチを異ならせたパターンの重ね合せで分割露光を行うこととした。

図４３（Ａ）は第１１の手段に基づき作成されたレチクルパターン図を示す。グレースケール１４５はその中心部が開口となっており、グレースケール１４６はその中心部分が遮光部となっている。図４４（Ａ）には、そのグレースケール断面を通過する光と、（Ｂ）に記載された条件でレジスト上に投影された投影像を示している。

グレースケール１４５の投影像１４８は最も大きい開口が中心部なので、一つ山の小さなパターン形状になっており、グレースケール１４６の投影像１４９は、最も大きい開口が中心部の遮光部の両側となるので、外側の開口部に引っ張られる様に、二つ山のパターン形状になっているのが確認できる。ところが、その２つのグレースケールにより形成されたパターン像を合成した積算露光量部分では、両方の凹凸がキャンセルし合い、スムーズな円のパターン形状１５０になっているのが確認できる。

更に、第１２の手段では、前記グレースケールの最外周に近傍の開口幅以上の補助パターンを設置している。

図４３（Ｂ）は、第１２の手段に基づき作成されたレチクルパターン図である。グレースケールパターン１４６の最外周の開口部幅より幅の大きい遮光部が形成されているのが分かる。図４５では、そのグレースケール中心断面を通過する光と、図４４（Ｂ）に記載された条件でレジスト上に投影された投影像を示している。この補助パターンの効果は、二つ山のパターン形状１５１の様に山の幅を広げることであり、その２つのグレースケールにより形成されたパターン像を合成した積算露光量部分では、パターン形状１５０よりも広い範囲で円のパターン形状を有するパターン形状１５１に改善されているのが確認できる。

ここでは、一つ山と二つ山の条件で説明したが、グレースケールの本数が増えた場合でも、レチクル上の異なるパターンは中心で１８０度位相がずれたグレースケールにすることで、今回の様な回折光による高次の誤差をキャンセルすることが可能となる。無論、この１８０度位相がずれたグレースケールとは、レチクル上に投影像として無視できる様な細かいパターンを入れている場合や、僅かに位相を変えた場合でも投影像の光量分布を加算することで、回折光による高次の誤差をキャンセルできるという、同様の効果があるが、このことも本発明に含まれる。

また第９及び第１０の手段では、それぞれの分割露光時の条件を変えていた為、一つのパターンを露光している間は他のパターンを遮光しておく必要があった。しかし、第１１及び１２の手段の更なる特徴的なことは、両方の露光条件を同じにできるということである。

これを利用して、前記グレースケールは第１３の手段として、レチクル上に交互に配置する方法を取っている。

その例を図４６に示しているが、グレースケールパターン１４５と１４７とが交互に配置されているのが確認できる。露光条件が同じなので、まず、レチクル上に交互に配置されたパターンを全面露光し、次にグレースケールパターン１４５のレジスト上投影像の位置をレジスト面に対し相対移動し、グレースケール１４７のレジスト上投影像の露光位置の中心が重なる様にした分割露光を行うことにより、２回の露光のみで、全面で２次元球面形状のマトリックスパターンを形成することが可能となる。

この例ではｘ及びｙ方向に交互に配置しているが、ｘ及びｙ方向のみ交互にしても、個々のパターンでは無く、所定パターンのグループを形成し、他のグループの中心を重ね合せる様にして同様のことを行っても良い。本発明の効果を得られる方法は、全て本特許の範囲内となる。

但し、この方法でも球面形状の下方がイビツになる場合がある。図４７が素ガラスレチクル又はレチクルを載せない状態で所定量の積算露光を行うことで、均一に膜ベリを発生させて、イビツな部分を除去した球面形状の２次元マトリックスパターンであり、スムーズな球面形状となっているのが確認できる。

また、露光条件を変えた場合は、更に様々なパターン形状を形成することが可能である。第１４の手段では、前記レチクル上の異なるパターンはグレースケール群であり、前記グレースケール群と共に、それぞれのグレースケール群を囲う様に遮光帯が形成されている様にした。

このレチクルを使用することで、第１１及び１２の手段と同様のことがグレースケールパターンを用いても可能となる。

更に、上記の第１０、１１及び１２の手段については、パターン形状及びフォーカス位置やＮＡを制御した条件で、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する。その各条件で得られた複数の投影像を重ね合せ、分割露光による総合的な積算露光量を決定し、どの露光条件で所定の球面形状ができるかを、所定の曲面式と本シミュレーション結果の差分を算出し、最小二乗近似計算により誤差が許容値になる条件となる様に、パターン形状を設計する方法を取っている。その結果、誤差の少ない、効率の良いパターン形状の形成が可能となる。

また、前述の様なポジレジストの場合、積算露光量Ｅｘは現像後のレジストの高さを決定するので、残存レジスト高さをＺｘとすると、Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）の関数となる。ｆ（Ｅｘ）は実験データ等から求めることができるが、ここではその方法の一つを説明する。

第１の手段から第１４の手段まで、全て残存レジストＺｘは積算露光量Ｅｘの関数である。積算露光量Ｅｘを決定するのが、レチクルのパターン形状であり、レチクルパターンのレジスト上への投影像条件であり、レジストに対する投影像の相対移動量、移動速度等により決まるパラメータである。但し、予め最初に決定されているものは、必要なレジストパターン形状なので、各位置に於ける残存レジストＺｘに関する関数ｇ（ｘ）と積算露光量Ｅｘの関係を定めておく必要がある。

レジストｘの位置に対する、形成が必要な残存レジストＺｘの関数を
Ｚｘ＝ｇ（ｘ）
とした場合、
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）
なので、
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
で各位置ｘでの積算露光量Ｅｘを決めることができる。

そこでＥｘを決める方法として、第１５の手段に於いて、前記露光の際に、各位置での積算露光量を決定する方法は、それぞれの領域毎のレジスト除去量に基づいて、それぞれの領域毎に必要な露光量を示すレジスト感度曲線を用いて算出することとしている。

これは、レジストのパターン形成に於いて、レジスト透過率、レジストの化学反応特性、温度環境、現像条件等で、積算露光量に対するパターン形状が異なる為である。ｆ（Ｅｘ）の関数を決定するには、レジストメーカのデータを用いても良いが、メーカ側の計測条件が、使用者の環境と同じ訳ではない。よって、独自に関数ｆ（Ｅｘ）を求める方が正確なシミュレーションを行うことができる。

上記シミュレーションのみで、少ないテスト露光でも任意のパターン形状を形成する為には、ステップタブレットを用いるのが良い。ステップタブレットとは、ネガレジストを用いる場合の積算露光量の補正を行う為に、プリント基板の露光工程にて一般的に使用される。まず、露光工程に入る前に、諸条件を固定して最適露光量を決定する。その際、ステップタブレットにより、ＳＴ段数（目視で判るレジスト硬化の分岐点）を標準とする。生産工程では、ロッド毎にレジスト濃度が変わったり、レジストの劣化が発生する。顕微鏡による確認が必要な「試し焼き」は時間がかかるので、目視で確認できるステップタブレットの段数を確認し、標準ＳＴ段数からのズレ量から調整率を求め、露光量の補正を行う方法である。

このステップタブレットを用いる方法を図４８にて説明していく。図４８（Ａ）は一般的な２１段のステップタブレットの例である。ＳＴ段数と、濃度、透過率にはこの表の様な関係がある。この濃度の異なるＮＤフィルターがステップタブレット１１６に順次形成されている。使用方法はまず、利用する露光装置にレジスト１１５が塗布されたウェハＷを設置する。図４８（Ｂ）に示す様に、そのレジスト１１５の上にステップタブレット１１６を設置し、露光を実施する。

ステップタブレット下面のレジスト上は、図４８（Ｃ）に示す様に、各濃度に応じた透過率で感光が行われる。その後、ステップタブレット１１６を取り外し、ウェハＷ上のレジスト１１５を現像工程にて剥離する。すると、ポジレジストの場合、図４８（Ｅ）に示す様に、膜ベリが露光量に応じて発生し、レジストの膜厚が変わる。そこで図４８（Ｄ）に示す様に、接触型のセンサープローブ１１７等を用いて、透過率に対応したレジスト１１５の高さを計測していく。

横軸を積算露光量Ｅｎ（実施積算露光量＊透過率）、縦軸を残存レジスト厚Ｚｎとして、この結果に対して高次曲線近似を行うことにより関数
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）
を求める。また、実際に使用するのは、
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｚｘ）
なので、横軸を残存レジスト厚Ｚｎ、縦軸を積算露光量Ｅｎ（実施積算露光量＊透過率）として、この結果に対して高次曲線近似を行っても良い。

即ち、各位置ｘに於ける、必要な残存レジスト高さ
Ｚｘ＝ｇ（ｘ）
を
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｚｘ）
に代入して、各位置ｘに於ける必要な積算露光量Ｅｘを求める。そのＥｘを実現する為の、レチクルパターン、レチクルパターンのレジスト上への投影像条件、レジストに対する投影像の相対移動量や移動速度等を、前述のシミュレーションにより決定していく方法となる。

この方法を用いることにより、短い計測時間で、実際の工程に近い条件で、正確なシミュレーションが可能となる。

以上、本発明による３次元パターンの色々な形成方法を説明したが、ＭＥＭＳ等に代表される３次元パターンの中には投影光学系の焦点深度を超えた位置にパターンを形成することがある。第６、７及び８の手段では、フォーカス投影像に対してレジスト面を移動しながらパターンを形成していく方法なので、その移動位置に応じてフォーカス位置を順次移動することにより、図４９の様に、投影光学系の焦点深度Ｄ１を超えた異なるフォーカス条件の位置Ｄ２に対しても、矢印の方向に移動露光を行い、矢印に沿ってフォーカス位置を制御していくことで、露光位置では常に焦点深度Ｄ１内で露光を行うことができる。その結果、連続でクリアなパターンを形成していくことが可能となる。

しかし、この方法は移動しながら逐次露光していく為、露光時間が長くなる。更に、パターン形状が複雑な場合や、多くの異なるパターンを形成する場合は、移動方法が複雑になってしまう欠点がある。

そこで第１６の手段では、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レチクルはパターン面を近接させた２枚のレチクルを貼り付けたものを用いることとした。

これは図５０（Ａ）に示す通り、第１レチクル１４８と第２レチクル１４９をギャップＤ調整粘着フィルム１５０で貼り付ける。

前述の通り、焦点深度は投影レンズのＮＡを小さくすれば大きくなるが、解像度は劣化する。反対にＮＡを大きくすれば解像度は上がるが、焦点深度は小さくなるという特性を持つ。これらを改善する方法として、輪帯照明法やレチクル位相シフト法、ハーフトーンレチクル法等が知られているが、ＭＥＭＳ等の様に、離散的に大きくフォーカス位置が離れた面にパターンを形成する場合は、焦点深度を大きくする為に、ＮＡを小さくするので、各面で解像度を上げることができなかった。

ここではＭＥＭＳ等のフォーカス位置の大きく異なる基板上に露光を行う場合、そのフォーカスがＤだけ異なる位置に対応したパターン１５１及び１５２をそれぞれ描画した２枚のレチクルを作成し、それぞれのパターン面を向かい合わせる様にして、Ｄだけ離して固定することで、図５０（Ｂ）に示す様に、各面では従来と同じ解像度でパターン１５３、１５４を形成することが可能となる。また、この方法ではパターン面を合わせるので、ゴミ付着用のペリクル等を省くこともできる。

更に第１７の手段では、ＬＥＤの製造工程で、レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レチクル上のパターンとして、所定の開口幅を有する一方向に延びた矩形形状が、前記一方向に直交する方向へ所定のピッチで複数形成されており、照明光学系内部で、光軸部分を遮光した輪帯照明または光軸対称の変形照明にすると共に、投影光学系の瞳位置でＮＡが小さくなる遮光部を配置し、前記一方向と平行な方向に前記投影像がレジスト上を相対移動する様に露光を行う制御を、前記一方向の角度を変えて複数回行うこととした。

図５４の（１）は、ＮＡ０．２の投影光学系の概念図である。レチクルＲ面と共役な位置Ｉには、ロッド等の射出面等が配置され、その大きさは視野絞り１５７により管理されている。射出光は、レンズ１５８を介して照明光学系の瞳位置ＩＨに達する。照明ＮＡ絞り１５９により所定の大きさに管理された光束は、レンズ１６０を介してレチクルＲ上を所定の大きさで照明する。レチクル上に形成されたライン＆スペースのパターンを透過した光束は、投影レンズ１６１を経て、内部の瞳位置Ｈに設置されたＮＡ絞り１６２により所定の大きさに制限され、ウェハＷ上にレチクル上のパターン像を投影する。これにより得られる結果が図５６（２）の表の（ａ）であり、ｉ線波長の露光光を使った場合、ＮＡ０．２、照明σ０．７で、１μｍＬ／Ｓのパターンがφ２０ｍｍ（図５４ではＬ１に相当）の範囲で得られる（図５６（３）のグラフ内の点線で投影像形状を示す）。

一方、図５４の（２）は、ＮＡ０．２の投影光学系の照明光学系の瞳位置ＩＨ、及び投影光学系１６１の瞳位置Ｈを変更したときの概念図である。レチクルＲ面と共役な位置Ｉには、視野絞り１５７より開口が大きい視野絞り１６３が配置され、照明光学系の瞳位置ＩＨには、一点鎖線で示した光軸を遮光する変形照明用瞳絞り１６４が配置され、投影レンズ１６１の瞳位置Ｈには、ＮＡ絞り１６２より小さい大きさに制限するＮＡ絞り１６５が配置される。これにより得られる結果が図５６（２）の表の（ｃ）であり、ｉ線波長の露光光を使った場合、ＮＡ０．０９、照明σ１．０、０．７輪帯で、１μｍＬ／Ｓのパターンがφ５０ｍｍ（図５４ではＬ２に相当）の範囲で得られる（図５６（３）のグラフ内の太実線で投影像形状を示す）。尚、図５６（２）の表の（ｂ）はＮＡ０．０９のときの通常照明であるが、通常照明の場合、２光束干渉とならないので、パターンが形成できていないこと（図５６（３）のグラフ内の一点鎖線で投影像形状を示す）が確認できる。

図５４を見ても判る様に、ＮＡの大きな投影レンズを用いてＮＡを小さく絞った場合、露光フィールドをその分大きくすることが可能となる。更に、相対移動露光を行うことで、移動方向と直交する方向の露光フィールドを大きく取ることができる。
具体的に、４インチサファイヤ基板上にパターンを形成する際の露光手順を図５７に示す。図５７（１）には、ＮＡ０．２の基板上のφ２０ｍｍの露光領域に内接する正方形露光フィールドで、ステップ＆リピート露光を行った場合を示す。露光フィールドは□１４．１４ｍｍで、ステッピング回数は全面露光で３７回必要となる。

一方、図５７（２）には、ＮＡ０．０９のφ５０ｍｍの露光領域に内接する４８．９９ｍｍ×９．８１ｍｍ長方形露光フィールドで、相対移動露光を行った場合を示す。上図が１回目の相対移動露光であるが、１回の往復で４インチ基板全面の露光が可能となる。更に、下図は基板を９０度回転させて移動方向を実質的に９０度回転させた状態で行う２回目の相対移動露光である。こちらも１回の往復で全面の露光が可能となり、スループットを向上させる事が可能なことが判る。

尚、変形照明用瞳絞りの形状を図５５に示す。図５５（１）は、通常の照明ＮＡ絞り１５９である。これに対し、図５５（２）は、光軸中心を遮光した輪帯照明用瞳絞り１６４である。更に、図５５（３）は、矢印に示すように、投影像がレジスト上を相対移動する様に露光を行う制御方向と直交する方向に照明を制限した分割照明用瞳絞り１６５である。輪帯照明は３６０度方向に２光束干渉条件となるので、この相対移動方向を任意に決められる反面、２光束干渉条件とならない光束も混ざるので、解像度及び焦点深度が劣化する。分割照明はこの相対移動方向が限定され、光量が減少する反面、相対移動方向に直交する方向のパターンは完全な２光束干渉の照明のみとなるので、良好な解像度及び焦点深度が得られるという利点がある。

この図５５（３）で示した条件では往復の境目が生じるが、その境目に形成されるパターンについて図５８を用いて説明する。図５８では、レチクルＲ上のパターンと基板上のパターンとの相対位置関係を示す。ポジレジストの場合、レチクルパターンの開口部がレジスト現像後に凹部となり、遮光部が凸部となる。往復の境目では、レチクル上パターンのライン＆スペース部の最外周の左右の遮光帯１６６Ｌ、１６６ＲがピッチＰだけ重なる様にして、露光が行なわれている。照明領域は、矢印Ａで示す枠部分となるので、往復露光により境目にもピッチＰのパターンが形成されているのが判る。

この様にして形成された３次元パターンを、図６０に示す。ポジレジスト現像後に、パターンが矢印の相対移動方向と直交する方向に移動した距離だけ形成される。尚、前述の様に境目にも左右の遮光帯１６６Ｌ、１６６ＲがピッチＰだけ重なる様にすれば、往復回数を増やすことで、相対移動方向と直交する方向にもパターンを連続して形成できる。
図６１には前述の手順を、基板を９０度回転させて行ったときに得られる四角柱パターン形状を示す。図６２では前述の手順を、基板を６０度、１２０度回転させて行ったときに得られる六角柱パターン形状を示す。それぞれの側面は、独立した２光束干渉条件で形成されるので、１回の露光で形成される四角柱や六角柱と比べても良好なパターン形状が得られる。

以上説明したように、本発明によれば、矩形パターン形状の上面部の形状のみ任意の曲線形状に変化させることができる。更に、スムーズな曲面のレジストパターン形状を得ることが可能となる。また、大きい曲率の球面形状のレジストパターン形成できる。また、分割露光に於いて、離散的露光の回数を減らすことが可能となる。より球面形状に近いレジストパターンを形成できるだけでなく、所望のパターン形状を得ることができる。

凹面のマルチシリンドリカルレンズ及び凸面のマルチシリンドリカルレンズを形成することができる。より理想的な曲線に近いパターン形状を生成できる。更に、台形形状のみならず、鋸形状や、階段形状のパターンも複数容易に形成できる。簡単にテーパの付いた２次元マトリクスパターンを形成することができる。更に様々な形状の２次元マトリックスパターンが形成できる。更に、４隅まで延びた球面形状を形成することができる孤立立体台形の凹形状を作ることが可能となる。斜めのテーパや２つの面をつなぐ新たな面を容易に形成することが可能となる。スムーズなテーパ形状を形成することが可能となる。テーパ付き凹六角柱の中に、テーパの無い円柱レジストパターンの様な複合パターンも容易に形成することができる。

さまざまな半径、球面以外の非球面レンズも分割露光で形成できることになる。グレースケールパターンで発生する回折光による高次の誤差を、キャンセルすることが可能となる。それにより、スムーズな球面形状となっているのが確認できる。

ステップタブレットを用いた測定方法で、短い計測時間で、実際の工程に近い条件で、正確なシミュレーションが可能となる。
また、移動露光に伴うフォーカス制御により、連続でクリアなパターンを形成していくことが可能となる。

ＭＥＭＳ等の様に、離散的に大きくフォーカス位置が離れた面にパターンを形成する１枚のマスクで円形形状に近い断面形状を形成することができるので、スループット向上やコストダウンを計ることができる。また、２枚のレチクルを貼り付けた方法では、１回の露光で高い解像度で広い焦点深度を得ることができる。
ＬＥＤの光を効率良く取り出す方法で、半導体層の界面に凹凸パターンを形成する際に、連続した凹凸のパターン形状を基板全面に高スループット、高焦点深度で形成することが可能となる。

本発明を実施する場合の露光装置の説明図。（Ａ）瞳位置の開口制御による光束でウェハ上に投影露光する場合の概念図。（Ｂ）ＮＡを可変した場合、Ｗ上の光量分布がどの様に変化するかを解析した結果。（Ｃ）可変したＮＡの数値を表す表。レジスト上面部が解像条件にて更に膜ベリを起こした時の様子を示す図。（Ａ）丸印２の場合。（Ｂ）丸印２＋丸印４／４の場合。（Ｃ）丸印２＋丸印４／２の場合。（Ａ）ウェハＷのフォーカス位置を可変して投影露光する場合の概念図。（Ｂ）フォーカスを可変した場合、Ｗ上の光量分布がどの様に変化するかを解析した結果。（Ｃ）可変したフォーカス値の数値を表す表。（Ａ）最初のウェハ上露光位置を示す図。（Ｂ）ウェハを移動させた時のウェハ上露光位置を示す図。ウェハＷを所定量移動し、所定の積算露光量でレジスト上に形成した時の図。（Ａ）ＮＡ、フォーカスパラメータを表す表。（Ｂ）パターン形状に対するパターンの投影像を示す図。図７の露光方法を、ステージ位置を動かして分割的に露光する方法の説明図。（Ａ）ＮＡ、フォーカスパラメータを表す表。（Ｂ）パターン形状に対するパターンの投影像を示す図。パターン形状を連続的に移動してスキャン露光を行った時の図。（Ａ）左右対称に制御を行う方法の説明図。（Ｂ）形成された左右対称パターンの説明図。（Ａ）投影像のステージ移動方向の長さよりも小さい中心線対称なレジストパターンを形成するときの図。（Ｂ）凸形状のレンズを形成する場合の図。（Ａ）レチクルＲ上に幅Ｗ、長さＬ、ピッチＰで形成されているパターン図。（Ｂ）ウェハＷ上での投影像を示した図。（Ｃ）露光後現像したパターンの形状を示した図。本発明で形成されたマルチシリンドリカルレンズの斜視図。（Ａ）露光中に半円形状の開口部がＶの速度で等速移動していることを示した図。（Ｂ）ウェハ上での積算露光量を示す図。（Ｃ）現像後に得られるレジストパターンを示す図。（Ａ）マルチ凹レンズ形成用パターンの第１実施例を示す図。（Ｂ）マルチ凹レンズ形成用パターンの第２実施例を示す図。（Ａ）マルチ凸レンズ形成用パターンの第１実施例を示す図。（Ｂ）マルチ凸レンズ形成用パターンの第２実施例を示す図。（Ａ）本発明で形成された凹マルチシリンドリカルレンズの斜視図。（Ｂ）本発明で形成された凸マルチシリンドリカルレンズの斜視図。（Ａ）形状を引き延ばした例を示す図。（Ｂ）反対面への鏡面作成の例を示す図。（Ｃ）２つのパターン合成の例を示す図。（Ｄ）反転させた２つのパターン合成例を示す図。それぞれ図１９の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）に対応した積算露光量を示す図。（Ａ）左から右へレジスト上の投影像が等速度で矢印間移動する様子を示すグラフ。（Ｂ）右から左へレジスト上の投影像が等速度で矢印間移動する様子を示すグラフ。（Ａ）は階段形状のレチクルパターン例を示す図。（Ｂ）鋸形状のレチクルパターン例を示す図。（Ｃ）台形形状を形成する場合のレチクルパターン例を示す図。（Ａ）は階段形状のレジストパターン斜視図。（Ｂ）は鋸形状のレジストパターン斜視図。（Ｃ）は台形形状を前記方法で形成した時の現像後のレジストパターン斜視図。（Ａ）図形の矢印方向のパターン断面が台形形状になる例を示す図。（Ｂ）矢印方向と直交する方向に対して、断面が異なった台形形状になる例を示す図。（Ａ）図２２に対して直交方向の階段形状のレチクルパターン例を示す図。（Ｂ）図２２に対して直交方向の鋸形状のレチクルパターン例を示す図。（Ｃ）図２２に対して直交方向の台形形状のレチクルパターン例を示す図。階段形状の２次元マトリックスレジストパターン斜視図。鋸形状の２次元マトリックスレジストパターン斜視図。台形形状の２次元マトリックスレジストパターン斜視図。（Ａ）ｙ方向に相対移動するレチクルパターン図。（Ｂ）ｘ方向に相対移動するレチクルパターン図。（Ａ）図２９により形成されるレジストパターンの斜視図等高線。（Ｂ）図２９により形成されるレジストパターンの上面図等高線。（Ａ）球面体でのレジストパターンの斜視図等高線。（Ｂ）球面体でのレジストパターンの上面図等高線。（Ａ）図３０により形成される２次元マトリックスレジストパターン斜視図。（Ｂ）図３０により形成される２次元マトリックスレジストパターン上面図。（Ａ）孤立立体台形の凹形状を作る場合の例１を示す図。（Ｂ）孤立立体台形の凹形状を作る場合の例２を示す図。（Ｃ）孤立立体台形の凹形状を作る場合の例３を示す図。（Ａ）それぞれ９０度ずつ向きが異なる４つのレチクル開口パターン例１を示す図。（Ｂ）それぞれ９０度ずつ向きが異なる４つのレチクル開口パターン例２を示す図。図３３のレチクル開口パターンを用いる場合の説明図。（Ａ）凹立体台形形状を第１方向から形成する様子を示す図。（Ｂ）凹立体台形形状を第２方向から形成する様子を示す図。（Ａ）凹立体台形形状を第３方向から形成する様子を示す図。（Ｂ）凹立体台形形状を第４方向から形成する様子を示す図。（Ａ）４方向からの走査による積算露光量で得られるレジストパターンを示す図。（Ｂ）残留レジストパターンを除去した凹立体台形形状レジストパターンを示す図。（Ａ）露光終了時の三角部と直交する露光開始時の三角部の重なりを示す例１を示す図。（Ｂ）露光終了時の三角部と直交する露光開始時の三角部の重なりを示す例２を示す図。（Ａ）テーパ付きの凹六角柱の形成用レチクルパターン例を示す図。（Ｂ）テーパ付きの凹六角柱を形成する為の手順を示した図。（Ａ）残存レジスト除去、中央部へのパターン設置用レチクルパターン図。（Ｂ）テーパ付きの凹六角柱の形成、中央部へのパターン設置例の斜視図。第９の手段及び、第１０の手段を用いる場合のレチクルパターン形状の例を示す図。（Ａ）露光時のそれぞれのＮＡを変えた露光条件を示す表。（Ｂ）現像後に得られるレジストパターン形状を示した図。（Ａ）第１１の手段に基づき作成されたレチクルパターン図の例。（Ｂ）第１２の手段に基づき作成されたレチクルパターン図の例。（Ａ）第１１の手段で得られたレジストパターン像の解析結果を示すグラフ。（Ｂ）第１１及び１２の手段で使用した露光条件の例。第１２の手段で得られたレジストパターン像の解析結果を示すグラフ。２種類のグレースケールパターンを交互に配置したレチクルパターン例を示す図。図４５のレチクルで形成した、球面形状の２次元マトリックスパターン斜視図。（Ａ）は一般的な２１段のステップタブレットの例を示す表。（Ｂ）露光前のステップタブレット状態図。（Ｃ）露光後のステップタブレット状態図。（Ｄ）接触型のセンサープローブでレジストの高さを計測している様子を示す図。（Ｅ）膜ベリが露光量に応じて発生し、レジストの膜厚を示す図。段差構造の基板に断面が台形、半円パターンを形成した場合の斜視図。（Ａ）第１６の手段を用いた２枚重ねレチクルの説明図。（Ｂ）第１６の手段を用いて得られたレジストパターンの断面図。ＮＡを変えた時の第９の手段で得られたレジストパターン像を示すグラフ。ＮＡを変えた時の第１２の手段で得られたレジストパターン像の解析結果を示すグラフ。１つのレチクルパターンの一回の移動で凹型立体形状を形成する例を示す図。（１）はＮＡ０．２の投影光学系の概念を表した図。（２）ＮＡ０．２の投影光学系をＮＡ０．０９で使用したときの概念を表した図。照明光学系の瞳位置ＩＨに配置する絞り形状を説明した図。各露光条件で得られる１μｍＬ／Ｓの投影像のパターン形状を示した図。（１）は円形投影領域の中での露光フィールドの説明図。（２）４インチ基板上の露光フィールド□１４．１４ｍｍのステップ＆リピート露光の説明図。（３）４インチ基板上の長方形フィールドを用いた相対移動露光の説明図。相対移動露光の境目部分のパターン形成を説明する図。相対移動露光の１回目で得られる現像後のパターン形状。相対移動露光の９０回転させた分割露光で得られる現像後のパターン形状。相対移動露光を６０度、１２０度回転させた分割露光で得られる現像後のパターン形状。

次に、図１を用いて、本発明を実施する際に用いられる投影露光装置についての説明を行っていく。制御装置１はステージ制御装置２、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、露光量制御装置５に指令を出し、一連の制御を行うメイン制御システムである。

この投影露光装置のシステムを簡単に説明していくと、ｉ線やｈ、ｇ線に代表されるレジストを感光可能な露光波長を射出する超高圧水銀灯６から射出された光束は、楕円鏡７により偏向され、照明均一手段であるロッド光学系９の射入面に集光される。ロッド光学系の射入手前には、前述露光量制御装置５により制御される露光用シャッター８があり、露光開始の指令情報及び、積算露光量モニター（図示せず）の結果に基づく露光終了情報により開閉が制御されている。

ロッド９の射出で均一化された照明光は、リレー光学系（レンズ１０、ダイクロイックミラー１１、レンズ１３）によりレチクル上で所定の大きさに拡大され、所定の照明σでレチクルＲ上を照明する。その際、リレー光学系内には照明σを決定する開口絞り１２が瞳位置に設置されており、レチクルＲの直上にはレチクルの視野を決定するブラインド１５が設置されている。共に、上述の開口部制御装置４により制御される。

レチクルＲであるが、レチクルステージ１６上に設置されており、レチクルＲをレチクル顕微鏡１４に対し、位置合わせできる様に、ステージ制御装置２によりレチクルステージ１６が制御される。レチクルＲ上のレチクルパターンを透過した光束は、投影光学系１７によりその共役位置にあるレジストが塗布されたウェハＷ上に、レチクルパターンの投影像を形成する。ウェハＷ上のレジストパターンは、ウェハＷ上のレジストにその投影像の形状に従い感光され、ウェハＷを現像工程で処理され形成されることになる。

尚、ウェハＷを露光する際、レチクル上のパターンと予めウェハ上に形成されたパターンとの位置合わせを行なう必要がある。それが露光工程に先立ち行われるベースライン計測である。前述のレチクルＲをレチクル顕微鏡１４に対し、位置合わせする際、同時にウェハＷを搭載するウェハホルダー２０及び、基準マーク２２が設置されているウェハステージ２１を駆動して、レチクル顕微鏡１４で観察できる位置に、ウェハステージ２１上の基準マーク２２を位置付けする。

尚、この制御はステージ制御装置２により行われる。レチクル顕微鏡１４によりレチクルＲを位置合わせすると共に、基準マーク２２の位置をアライメント・フォーカス制御装置３により計測し、レチクルパターンの投影像とウェハステージ２１の相対位置を記憶する。更に、ウェハ上のパターン位置を計測するオフアクシスアライメント光学系２３で観察できる位置に基準マーク２２を移動、オフアクシスアライメント光学系２３で観察できる基準マーク２２の位置を、アライメント・フォーカス制御装置３により計測することで、レチクルパターンの投影像の位置とオフアクシスアライメント光学系２３の距離（ベースライン量）を算出する。ウェハＷをウェハステージ２１上に搭載後、オフアクシスアライメント光学系２３にて得られたウェハＷ上のマーク位置を、アライメント・フォーカス制御装置３により計測し、前述のベースライン量に基づき、ウェハＷを投影光学系１７の下に移動し、露光を実施する。

尚、ウェハＷの厚さに応じて、レチクルＲ上のパターンの投影像の位置とウェハ露光面の位置を合わせる必要がある。ウェハステージ２１をＺ方向に駆動するフォーカス制御も、斜入射オートフォーカス系１９を用いて、アライメント・フォーカス制御装置３により計測が行われる。その結果に応じて、ウェハステージ２１をステージ制御装置２によりＺ方向に駆動することで、アライメントや露光が行なわれる構成となっている。

以上、露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程を経て、レチクルパターンの投影像がウェハＷ上に露光される。但し、本発明としては、ブラインド１５による露光するレチクルパターンの選択を行い、投影光学系１７の中のレチクルパターン面に対する瞳位置に設置されたＮＡ可変絞り１８により、所定のＮＡに設定、又は斜入射オートフォーカス系１９により所定のフォーカスオフセットを与えた後に、この露光動作は行なわれる。

次に、本発明の実施形態に従い、制御方法を説明していく。
第１の実施形態では、まず、必要となるレジストパターン形状を
Ｚｘ＝ｇ（ｘ）
の関数で定める。次に予め求められている、横軸を積算露光量ｘ（実施積算露光量＊透過率）、縦軸が残存レジスト厚Ｚｘである高次曲線近似関数
Ｚｘ＝ｆ（Ｅｘ）
に対し、
逆関数Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｚｘ）
を求め、Ｚｘに
Ｚｘ＝ｇ（ｘ）
を代入することで、各位置ｘに対する必要な積算露光量Ｅｘを求めることができる。

この積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
に近い形状となるものを、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出することで決定する。パラメータは、フォーカスやＮＡを制御した場合のパターン形状と、
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
の形状の差を最小二乗近似法で求め、最も誤差の小さい条件をシミュレーションしていけば良い。

この部分は制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。このデータファイルの情報を制御装置１で読み込み、制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置、及び所定のＮＡ条件を満たすＮＡ可変絞り１８の開口位置を管理・設定・制御し、露光用シャッター８により、露光時間等を管理・設定・制御することで、露光が実施される。具体的原理及び方法については、図２から図４を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

第２の実施形態でも、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いる。所定のＮＡ、フォーカス条件にて、レチクルパターンのエッジがどの様な投影像となるか、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する。

次に、図６にて説明した様に、ステージ位置を動かして分割的に露光する。例えば、球面形状を形成する場合は、
ｘ^２＋ｆ（Ｅｘ）^２＝Ｒ^２
がシフト量と積算露光量を決定する場合の参考値となる。ここではそのパターン像を上記参考値に従いレジスト面に対し移動させ、各座標位置での分割露光による総合的な積算露光量を決定し、どの程度のオーバ露光で所定の曲面形状ができるかを導き出す。

パターン像をシフトさせて合成する本シミュレーション結果と、上記の方程式との差分を算出し、最小二乗近似計算により誤差が許容値になる条件を求め、シフト量及び露光量を決定する方法を取っている。ステージのシフト数（分割露光数）についてはＮＡが大きい場合、投影像に高次のうねりがある為、細かく分散する必要があるので処理時間が長くなるが、上記参考値に近い条件でシフト量や各位置での積算露光量を求めることができる。

一方、ＮＡが小さい場合は、元々投影像が緩やかな曲面になっており、ステージのシフト数（分割露光数）を減らすことができる。但し、あまりＮＡが小さいと、ガウス分布形状に近づき、上記参考値と合わなくなり、形状制御が難しくなってしまうので、適度な条件をシミュレーションにより求める必要がある。

露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程を経て、ブラインド１５による露光するレチクルパターンの選択を行い、投影光学系１７の中のレチクルパターン面に対する瞳位置に設置されたＮＡ可変絞り１８により、所定のＮＡに設定、又は斜入射オートフォーカス系１９により所定のフォーカスオフセットを与え、前述のシミュレーションの結果に従い、この露光動作は行なわれる。

このシミュレーションについては制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。このデータファイルの情報を制御装置１で読み込み、制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置及びステージ移動量、及び所定のＮＡ条件を満たすＮＡ可変絞り１８の開口位置を管理・設定・制御し、露光用シャッター８により、分割露光回数と各位置での露光時間等を管理・設定・制御することで、露光が実施される。尚、具体的原理及び方法については、図５から図８を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次に第３の実施形態でも、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いる。所定のＮＡ、フォーカス条件にて、レチクルパターンのエッジがどの様な投影像となるか、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する。

次に、積算露光量を一定値とし、ステージの移動速度を変化させることで、任意の曲面形状のレジストパターンを形成する。シミュレーション方法としては、等間隔位置でウェハがシフトしていることとしてパターン形状を重ね合せていく。但し、その各位置でのウェハＷの移動速度を求め、移動速度にその位置での積算露光量が反比例することを利用して、パターン形状の光量を可変して加算し、各座標位置での露光による総合的な積算露光量を決定する方法を取っている。

今回はスキャン露光であり、照度Ｓは一定である。ウェハＷの移動による分散露光の場合、ウェハの移動速度を位置に応じて変化させることで、各位置での積算露光量を変化させる。シフト量をｘとすると、計算式は
ｘ＝Ｖｘ×ｔ
となる。Ｖｘは移動位置ｘでの速度を示し、その時の積算露光量Ｅｘは速度に反比例するので、露光系の照度をＳとすると、
ｘ／Ｖｘ×Ｓ＝Ｅｘ
Ｖｘ＝Ｓ×ｘ／ｆ^−１（ｇ（ｘ））
である。尚、ここでのウェハステージ速度Ｖｘは連続的に変化していくので、制御としては、Ｖｘの曲線を微分し、加速度曲線を作り、その微分によるジャーク曲線を求めて、その数値に従い、ウェハステージ２１のリニアモータ等（図示せず）の電流値を制御することで実現する。

露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程を経て、ブラインド１５による露光するレチクルパターンの選択を行い、投影光学系１７の中のレチクルパターン面に対する瞳位置に設置されたＮＡ可変絞り１８により、所定のＮＡに設定し、前述のシミュレーションの結果に従い、この露光動作は行なわれる。
このシミュレーションについては制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。このデータファイルの情報を制御装置１で読み込み、制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置及びステージ移動速度、所定のＮＡ条件を満たすＮＡ可変絞り１８の開口位置、及び露光用シャッター８の開閉を管理・設定・制御することで、露光が実施される。尚、具体的原理及び方法については、図９から図１０を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

また、第４の実施形態としては、第３の実施形態で説明した内容を移動方向に直交した中心線対称に露光が行われる様に、各変更条件を設定する方法である。よって、装置の制御方法は第３の実施形態と同じであり、具体的原理及び方法については、図１１を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次に第５の実施形態としても、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いる。レチクル上のパターンは所定の開口幅を有する一方向に延びた矩形形状が、上記の一方向に直交する方向へ所定のピッチＰで複数形成されており、所定のＮＡ、フォーカス条件にて、レチクルパターンの矩形形状がどの様な投影像となるか、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン像を算出する。

ここでは、上記の直交する方向にピッチＰの範囲内で、投影像がレジスト上を相対移動する様に制御しながら露光を行う。移動方法は、相対移動位置ｘでの速度をＶｘ、矩形形状の短手方向の幅ｗ、露光系の照度をＳとした場合、計算式は
Ｅｘ＝Ｓ×ｗ／Ｖｘ
なので、
Ｖｘ＝Ｓ×ｗ／ｆ^−１（ｇ（ｘ））
となる。

尚、ここでのウェハステージ速度Ｖｘは連続的に変化していくので、制御としては、Ｖｘの曲線を微分し、加速度曲線を作り、その微分によるジャーク曲線を求めて、その数値に従い、ウェハステージ２１のリニアモータ等（図示せず）の電流値を制御することで実現する。また、パターンピッチ以内での速度制御であり、それ以外の備加速や減速時に露光されない様に、露光用シャッター８の開閉が行なわれる。

露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程を経て、ブラインド１５による露光するレチクルパターンの選択を行い、投影光学系１７の中のレチクルパターン面に対する瞳位置に設置されたＮＡ可変絞り１８により、所定のＮＡに設定し、前述のシミュレーションの結果に従い、この露光動作は行なわれる。

このシミュレーションについては制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。このデータファイルの情報を制御装置１で読み込み、制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置及びステージ移動速度、所定のＮＡ条件を満たすＮＡ可変絞り１８の開口位置、及び露光用シャッター８の開閉を管理・設定・制御することで、露光が実施される。尚、具体的原理及び方法については、図１２から図１３を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次に第６の実施形態としても、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いる。一方向に関して断面形状が同一な３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、レチクル上のパターンは上記の一方向と直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、開口の幅は異なる形状である。開口の幅方向に相対移動しながら露光を行った時の積算した結果と積算露光量Ｅｘとが比例するので、各位置ｘでの開口幅をＷ（ｘ）とし、相対移動速度をＶ、露光系の照度をＳとすると、
Ｅ（ｘ）＝Ｓ×Ｗ（ｘ）／Ｖ
となる。よって、
Ｗ（ｘ）＝Ｖ／Ｓ×ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を満たす開口形状とすれば良い。

しかし、投影像は、所定のＮＡ、フォーカス条件にて決まる為、上記のｇ（ｘ）と異なる可能性がある。特に、解像度より小さなパターンは再現することができない。この影響は露光したくない部分の膜ベリや、露光したい部分のレジストが剥離できないということを意味する。
よって、レチクルパターンの矩形形状がどの様な投影像となるかの確認を行う。

その方法としては、レチクルパターンに対し、２次元フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆２次元フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン像を算出する。そして、パターン像を、位置ｘ毎に加算した結果で１次元の光量分布を求める。これが、実際にスキャン露光した場合に得られる結果と考えられるので、このシミュレーションにより、上記のＥｘとの差異を確認し、速度を所定量遅く（レジスト残存部分を剥離）するか、速度を早くする（膜ベリを少なくする）の処置を行う。又は、差異が少なくなる様に、Ｗ（ｘ）の開口幅に補正を行っても良い。

このシミュレーションについては制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。このデータファイルの情報を制御装置１で読み込み、制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、ウェハステージ２１ＸＹＺ方向の位置及びステージ移動速度、所定のＮＡ条件を満たすＮＡ可変絞り１８の開口位置、並びに露光用シャッター８の開閉を管理・設定・制御することで、露光が実施される。また、レチクルパターンに補正を行う場合は、このシミュレーション結果に基づき、レチクル図面を変更する。尚、具体的原理及び方法については、図１４から図２２を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次に第７の実施形態は、第２の実施形態から第６の実施形態で行ったレジストパターンを形成する工程を、諸条件の変更を含め、その投影像又は直交するレチクルパターン異なる投影像を用いて、直交方向に対して実施する分割露光である。装置の制御方法は第２の実施形態から第６の実施形態に対し、制御軸をｘ方向からｙ方向に変えるだけなのでほぼ同じであり、具体的原理及び方法については、図２３から図３１を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次に第８の実施形態でも、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いる。積算露光量を制御する方法は、前述の投影像をレジスト上で相対移動させる速度で制御する方法と、移動方向に直交する方向のレチクルパターンの開口幅を異ならせる方法がある。

例えば、４５°テーパ形状を作る場合、ｙ＝ｘなので、ｇ（ｘ）＝ｘである。
各位置ｘでの開口幅をＷ（ｘ）とし、相対移動速度をＶ、露光系の照度をＳとすると、
Ｅ（ｘ）＝Ｓ×Ｗ（ｘ）／Ｖ
となる。よって、
Ｗ（ｘ）＝Ｖ／Ｓ×ｆ^−１（ｘ）・・・・式１
となる。一方、積算露光量Ｅｙに関する座標位置ｙの関数もｘと同様に、
Ｅ（ｙ）＝ｆ^−１（ｙ）
Ｅ（ｙ）＝Ｓ×ｔ
と表せる。また、所定の速度Ｖになった時点で、露光用シャッター８を開くと、開口幅の中に、移動により直ぐに積算露光が終わってしまう位置Ｗ（０）から時間ｔの間、露光量が積算される位置Ｗ（ｙ）までが存在する。積算露光量は
Ｗ（ｙ）＝Ｖ×ｔで表されるので、
Ｗ（ｙ）＝Ｖ／Ｓ×ｆ^−１（ｙ）
となる。

即ち、式１と同じとなり、ｘ方向及び、ｙ方向に同じ式で表されるテーパが形成されることになる。この様に、レチクル上のパターンは一方向とそれに直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、その開口の幅が異なる形状であり、一方向と同一方向に投影像がレジスト上を所定の位置までに所定の速度で相対移動する様に制御し、所定の位置で露光光の照射を開始することで、一方向及び、それと直交する方向に異なる積算露光量を与えることができる。

この原理を利用することで、図３２から図４０で説明した様に、凹形状のテーパ等が形成できる。

露光の手順としては、レチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程を経て、投影光学系１７の中のレチクルパターン面に対する瞳位置に設置されたＮＡ可変絞り１８により、所定のＮＡに設定する。

次に、この第８の実施形態を利用したパターン形成例を図３３に戻り説明する。図３３（Ａ）は、それぞれ９０度ずつ向きが異なる台形形状の開口パターン丸印１、２、３、４形成されている。制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４及び露光量制御装置５が、それぞれの開口パターン丸印１、２、３、４に対し、ブラインド１５による露光するレチクルパターンの選択を行い、それぞれの投影像が重なり合うことで連続的な形状を形成する為の位置情報、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置及びステージ移動速度、並びに露光用シャッター８の開閉を管理・設定・制御することで、露光が実施される。

但し、テーパ面に対して底面が十分に大きい場合は問題ないが、この実施例の様なテーパ面と底面がほぼ同じ大きさの形状は、十分に残存パターンを除去できないことがある。この場合は、レジストを除去するレチクルパターンをブラインド１５により選択し、その投影像が残存パターン上に来る様に、ウェハステージ２１ＸＹ方向の位置を制御し、露光用シャッター８の開閉を制御することも合わせて行われる。具体的原理及び方法については、図３２から図４０を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次の第９の実施形態は球面形状の形成なので、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
に対し、
ｇ（ｘ）＝Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２）
となる。即ち、
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２））
を満たす条件をシミュレーションにより求める必要がある。

この方法は、まずレチクル上のパターンがレジスト上の投影像として解像しない大きさに投影光学系の瞳の径を制御する必要がある。図５１は図４２で示した条件で、それぞれの半径の円形パターンの露光条件でＮＡを揃えた場合を示す。上から順にＮＡを０．１２、０．０４、０．０１１に設定したときの、レジスト上に形成される円形パターンを示している。

それぞれの積算露光量を制御しているので、異なる円形パターンを重ね合せても、階段形状にはならないが、ＮＡ０．１２の条件で揃えた場合、矩形形状に近い形状になってしまうことが確認できる。ＮＡ０．０４ではかなり円形形状に近くなっているが、高次のうねり成分が残っていることが確認できる。但し、ＮＡ０．０１１まで下げると、高次の成分は無くなるが、ガウス分布形状に近づき、円形として近似できるのが、頂点の狭い範囲に限られてしまうことが分かる。図４で示した条件、即ち、図５１の一番下の例の様に、各露光条件でＮＡを変更することで、広い範囲で円形形状に近似できるパターンが得られていることが確認できる。

この解析は、少なくとも２つの円形パターンの直径を遮光部とした、それぞれのレチクルパターンに対し、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する。
その投影パターン形状を所定の比で積算し、そのパターンが
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２））
に近い条件であることを確認した上で、それぞれのフォーカスやＮＡ、積算露光量の比をパターメータとして、より円形形状に近い条件を両数値の差分に対する誤差を最小二乗近似法で求めていけば良い。この部分は制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。

露光の手順としては、最初にレチクルＲの設置、レチクル顕微鏡１４を用いたレチクルＲと基準マーク２２のアライメント、オフアクシスアライメント光学系２３を用いた基準マーク２２のアライメントによるベースライン計測、オフアクシスアライメント光学系２３によるウェハＷマークアライメントの工程が行われる。

次の工程は、まず、この第９の実施形態及び、第１０の実施形態を利用したパターン形成例を図４１に戻り説明する。図４１はレチクルＲ上に、それぞれ大きさの異なる円形パターン群が遮光帯に囲まれて形成されている。制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４及び露光量制御装置５が、前述のデータファイルを読み込み、その情報に基づき、所定の円形パターン群に対し、ブラインド１５により露光する円形パターン群の選択を行う。尚、ブラインド１５は遮光帯に重なる様に制御される。

更に、投影光学系１７の中のＮＡ可変絞り１８により所定のＮＡに設定し、所定の積算露光比に基づく露光時間の設定が露光用シャッター８により行なわれ、それぞれの投影像を重ね合せる為に、ウェハステージ２１ＸＹＺ方向の位置が管理・制御され露光を行う。図４１の例では３つの異なる円形パターン像の重ね合せ露光を行うことで、円形形状パターンを形成しているので、ウェハＷマークアライメント以降の工程を、条件を変えて３回行うことで分割露光が実施されることになる。

尚、具体的原理及び方法については、図４１と図４２を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

次の第１１の実施形態も球面形状の形成なので、前述の積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２））
を満たす条件をシミュレーションにより求める必要がある。
この方法は、まずレチクル上のパターンがレジスト上の投影像として解像しない大きさに、投影光学系の瞳の径を制御する必要がある。図５２は図４４で示した条件で、それぞれのグレースケールパターンの露光条件でＮＡを変えた場合で、その積算により形成される円形パターン像を示す。

上から順にＮＡを０．２、０．１、０．０６に設定したときの、レジスト上に形成される円形パターン像を示している。ＮＡ０．２にした場合、複数の高次うねりが確認できる。ＮＡ０．１ではかなり円形形状に近くなっているが、３つ山のうねり成分が残っていることが確認できる。ＮＡを０．０６まで下げることで、広い範囲で円形形状に近似できるパターンが得られていることが確認できる。

この解析は、少なくとも２つのグレースケールパターンの直径を遮光部としており、それぞれのレチクルパターンに対し、フーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する。

その投影パターン形状を積算し、そのパターンが
Ｅｘ＝ｆ^−１（Ｒ−√（Ｒ^２−ｘ^２））
に近い条件であることを確認した上で、それぞれのフォーカスやＮＡをパターメータとしてより円形形状に近い条件を、両数値の差分に対する誤差を最小二乗近似法で求めていけば良い。この部分は制御装置１で行っても、別置きのＰＣを用いても良いが、結果をデータファイル化する。

次の工程は、まず、この第１１の実施形態、第１２の実施形態、及び第１３の実施形態を利用したパターン形成例を図４６に戻り説明する。図４６はレチクルＲ上に、交互に配置された図４３（Ｂ）のグレースケールパターンが２次元に配置されたものである。制御装置１からの指令により、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、及び露光量制御装置５が、前述のデータファイルを読み込み、その情報に基づき、投影光学系１７の中のＮＡ可変絞り１８により所定のＮＡに設定し、所定の露光時間の設定が露光用シャッター８により行なわれ、それぞれの投影像を重ね合せる為に、ウェハステージ２１のＸＹＺ方向の位置が管理・制御され露光を行う。図４６の例では、２つの異なるグレースケールパターン像の重ね合せ露光を行うことで、円形形状パターンを形成しているので、ウェハＷマークアライメント以降の工程を、条件を変えて２回行うことで分割露光が実施されることになる。

尚、具体的原理及び方法については、図４３から図４７を用いて既に説明しているので、ここでは省略する。

第１５の実施形態についてであるが、既に図４８、及び第１の実施形態から第１４の実施形態までの説明にて利用しているので、ここでは説明を省略する。

次に第１６の実施形態であるが、これは図５０（Ａ）に示す通り、第１レチクル１４８と第２レチクル１４９とをギャップＤ調整粘着フィルム１５０で貼り付ける。第１レチクル１４８に描画されたパターンは図５０（Ｂ）に示す通り、ウェハＷの上の段に形成されるパターンであり、第２レチクル１４９に描画されたパターンはウェハＷの下の段に形成されるパターンである。

但し、これを図１で説明した露光装置に搭載する場合、通常のレチクルＲではレチクルステージ１６への設置面にレチクルパターン面が存在するのに対し、今回の形態では第１レチクル１４８の面と第２レチクル１４９の面とは向かい合う様に貼り付けられているので、レチクルステージ１６への設置面はレチクル１４９のガラス面側となる。即ち、レチクル１４９の厚さをＤとすると、レチクル上のフォーカス位置が通常よりもレチクル厚Ｄ±ｄ／２だけ上にパターン面があることになる。

それぞれのレチクルパターン面に対し、ウェハＷの上の段、ウェハＷの下の段と共役の関係にする為には、レチクル厚Ｄに相当する分だけレチクルステージ１６又はウェハステージ２１を上下する機構を設けることが必要になる。また、少なくとも、どちらかのレチクルパターン面に形成されたレチクルアライメントマークをレチクル顕微鏡１４で計測する必要があるので、レチクル顕微鏡１４にフォーカス制御機構を設ける必要もある。これらの機構を設けることで、通常レチクルＲに対しても、今回の第１５の実施形態によるレチクル１４８、１４９を使用する場合でも、１台の露光装置で兼用することが可能となる。

次に第１７の実施形態であるが、ＮＡ０．２、露光領域φ２０ｍｍに対応した投影光学系１６１に対し、ロッド９の大きさ変更、開口絞り１２から輪帯照明用瞳絞り１６４または分割照明用瞳絞り１６５への変更、ＮＡ絞り１８からＮＡ絞り１６５への変更、及びサファイヤ基板回転機構の設置を行う。サファイヤ基板回転機構については図示しないが、基板ステージ上に配置され、第１回目のレチクル上の投影像に対する基板の往復相対移動を行った後で、基板ステージが次の移動開始ポジションに移動する間に所定量（今までの説明では９０度または６０度、１２０度）の基板回転を並行して行うことで、処理時間が表にでない様にできる。相対移動方法については先に説明を行っているので、ここでは説明を省略する。尚、ここでは照明効率を上げる為に、上記部材の交換で対応しているが、勿論、自動切換えによりＮＡ０．２、露光領域φ２０ｍｍからＮＡ０．０９、露光領域φ５０ｍｍの変形照明対応に変更する構造であっても構わない。尚、ここでは移動方向を変えるのにサファイヤ基板を回転させたが、レチクルパターン形状及び照明領域を変え、基板ステージ移動方向を変えても同様の効果が期待できる。

尚、第１の実施形態から第１７の実施形態まで、投影光学系は等倍投影光学系を前提として説明したが、投影露光装置としては縮小投影光学系や拡大投影光学系も考えられる。これらの光学系を用いると、投影像の倍率が変わる為、ウェハステージ１６の移動量や露光中の移動速度、積算露光量、フォーカス条件、及びＮＡ条件もそれに応じて変える必要があるのは言うまでもない。

また、露光中に移動する方式については、速度制御が難しい場合、ＮＡ制御によりパターン像を連続して重ね、スムーズな形状が形成できるピッチ（移動距離）で、シャッターの開閉とステッピングを細かく繰り返すことで、同等の効果が期待できる。これも勿論、本発明の適用範囲となる。

また、レチクルパターンの投影像とレジストを相対的に移動する方法として、本実施形態ではウェハステージ２１を駆動させる方式を取っている。これは一般にレチクルの大きさとウェハの大きさではウェハの方が大きく、ステップ＆リピート露光によりウェハ上に複数のレチクルパターン像を投影露光する為である。しかし、今回の様な３次元パターンを形成する場合は、複数のレチクルパターンの露光フィールドをブラインド１５で選択し、分割露光を行うことで形成する場合も多く、一枚のレチクルでより多くのパターンを形成する必要がある。この場合は、ウェハステージ２１を固定し、レチクルステージ１６を駆動さえる方式を取っても良い。

これまでに、投影光学系を用いた場合、フォーカス位置や、ＮＡの条件に応じて図２、図４の様に投影像が変化することは説明した。この解析はフーリエ変換により瞳位置での光量分布を算出し、瞳絞りによる透過光量を決定した後、逆フーリエ変換によりウェハＷ上での投影パターン形状を算出する方法を本実施形態では取っている。しかし、光学設計を行うソフトウェアでは、光線追跡により幾何学的にパターン形状を求めるのが一般的である。よって、本発明に於いても、光線追跡により幾何学的にパターン形状を求める方法を取っても同様のシミュレーションが可能である。

更に、今回の実施形態は投影光学系を利用しているので、ＮＡを制御することで、様々なパターン形状を得ることができている。しかし、第５の実施形態から第８の実施形態、及び、第１６の実施形態では、ＮＡやフォーカスを意図的に制御する必要は無い。よって、マスクとウェハを接近させた位置に配置するプロキシミティ露光装置に於いても、所定のギャップ及び露光波長条件でマスク上のパターンを転写する装置にも同様に適用可能である。

更に、どの形態に於いても、積算露光量Ｅｘに関する座標位置ｘの関数
Ｅｘ＝ｆ^−１（ｇ（ｘ））
を用いて条件を設定しているが、レジストの透過率が高い場合は、積算露光量Ｅｘと膜ベリＺｘの関係が
Ｚｘ＝ｆ（ｘ）＝レジスト厚−定数×Ｅｘ
で比例する場合もある。この様な場合は、ステップタブレットを用いた近似計算によるｆ（ｘ）の算出は必要無く、直接上記数式で簡単に必要な積算露光量Ｅｘを求めることも可能である。

また、ステップタブレットを用いた方法以外にも、ウェハ上に積算露光量を順次変化させてステップ露光を行い、現像後にその膜ベリ量を調べることでも同様の近似計算によるｆ（ｘ）の算出が可能である。

以上の様に、本発明の主旨を逸脱しない条件で、色々なバリエーションを考えることが可能である。

例えば、図５３は、第６実施形態に関する応用例である。レチクル上のパターンは上記の一方向とそれに直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、開口の幅は異なる形状を有し、投影光学系１７のＮＡでは解像しないレチクルパターン１５３を有するレチクルパターン１５４とした場合の説明図である。

図５３の矢印方向にレチクルパターン１５４をレジストに対して速度Ｖで相対移動した場合、解像しない部分パターン形状１５３の投影像は、移動による平滑化の効果も含め、滑らかな光量分布となり、レジスト面に結像する。それにより現像後に形成されるレジスト断面１５５は図に示す様に、テーパを有することになる。一方、矢印の最初に露光用シャッター８が開かれ、矢印の終わりで露光用シャッター８を閉じた場合に形成されるレジスト断面形状１５６も、レジスト断面１５５に直交する方向にテーパを有することになる。形成されるレジストパターン形状の４隅は、両方の条件で露光されるので、最終的な形状は、図３７（Ｂ）の様な凹型立体台形形状となる。この方法では、複数のレチクルパターンを用いなくても、１つのパターンで一回の移動により凹型立体形状を形成できるので、形成時間を縮めるという効果がある。

尚、上述の例では、解像しないパターン形状１５３を三角形状で形成したが、ドットパターン形状等にして、描画分布を変える方法でも、全く同じ効果を得ることが可能となる。

制御装置１、ステージ制御装置２、アライメント・フォーカス制御装置３、開口部制御装置４、露光量制御装置５、超高圧水銀灯６、楕円鏡７、露光用シャッター８、ロッド光学系９、レンズ１０、ダイクロイックミラー１１、開口絞り１２、レンズ１３、レチクル顕微鏡１４、ブラインド１５、レチクルステージ１６、投影光学系１７、ＮＡ可変絞り１８、斜入射オートフォーカス系１９、ウェハホルダー２０、ウェハステージ２１、基準マーク２２、オフアクシスアライメント光学系２３

Claims

レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レジストパターンを形成する工程中に、フォーカス位置で露光した後に、少なくとも１回、投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量変更して分割露光を行うことを特徴としたレジストパターン形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レジストパターンを形成する工程中に、投影光学系の瞳位置の開口の大きさ又はフォーカス位置を所定量に制御し、少なくとも１回、フォトレジストを搭載した可動ステージの位置を前記投影像が重なる範囲内で移動すると共に、各移動位置でフォトレジスト上に照射される露光量を変更して分割露光を行うことを特徴としたレジストパターン形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レジストパターンを形成する工程中に、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を前記投影像が重なる範囲内で移動すると共に、前記移動の際、前記ステージの移動位置を連続的に変更して露光を行うことを特徴としたレジストパターン形成方法。
前記レジストパターンを形成する工程中に、前記投影像に対し前記ステージの移動を直線上で行う方法であり、その移動方向に直交した中心線対称に露光が行われる様に各変更条件が設定されており、前記投影像のステージ移動方向の長さよりも小さい中心線対称なレジストパターンを形成することを特徴とした、請求項２又は３に記載のレジストパターン作成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
レチクル上のパターンとして、所定の開口幅を有する一方向に延びた矩形形状が、前記一方向に直交する方向へ所定のピッチで複数形成されており、前記一方向に直交する方向に前記ピッチの範囲内で前記投影像がレジスト上を相対移動する様に制御しながら露光を行うことを特徴としたレジストパターンの形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、一方向に関して断面形状が同一な３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
レチクル上のパターンは前記一方向と前記一方向に直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、前記開口の幅は異なる形状であり、前記一方向と同一方向に前記投影像がレジスト上を所定の速度で相対移動する様に制御することで、前記開口の幅が異なる条件に対応して、現像後の前記一方向に直交するレジスト断面形状が形成される様に制御することを特徴としたレジストパターンの形成方法。
前記レジストパターン形成の為の工程を、前記投影像又は異なる投影像を用いて、前記一方向に直交する方向に対して、前記一方向の工程と同一または異なる条件設定で実施することを特徴とした請求項２から６の何れか１項に記載のレジストパターン形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介して１０μｍ厚以上のフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
レチクル上のパターンは一方向と前記一方向に直交する方向に所定の長さを有する開口で形成され、且つ、前記開口の幅が異なる形状であり、前記一方向と同一方向に前記投影像がレジスト上を所定の位置までに所定の速度で相対移動する様に制御し、前記所定の位置で露光光の照射を開始することで、前記一方向及び前記一方向に直交する方向に異なる積算露光量を与え、前記開口の幅が異なる条件及び、所定の速度での相対移動に対応して、現像後の前記一方向及び前記一方向に直交する方向のレジスト断面形状が形成される様に制御することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レチクル上のパターンがレジスト上の投影像として解像しない大きさに投影光学系の瞳の径を制御すると共に、前記レジストパターンを形成する工程中に、少なくとも２回、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を、レチクル上の異なるパターンの投影像が前記フォトレジスト上で重ね合せられるまで移動すると共に、フォトレジスト上に照射される積算露光量又はフォーカス位置、投影光学系の瞳の径の少なくとも一つを変更して分割露光を行うことで曲線形状の光量分布を与えることを特徴としたレジストパターン形成方法。
前記レチクル上の異なるパターンはそれぞれ半径の異なる円形状群であり、それぞれの円形状群を囲う様に遮光帯が形成されているレチクルを使用することを特徴とした請求項９に記載のレジストパターン作成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レジストパターンを形成する工程中に、少なくとも２回、フォトレジストを搭載した可動ステージ位置を、レチクル上の異なるパターンの投影像が前記フォトレジスト上で重ね合せられるまで移動すると共に、前記レチクル上の異なるパターンは中心で１８０度位相がずれたグレースケールであり、且つそれぞれのピッチを異ならせたパターンの重ね合せで分割露光を行うことを特徴としたレジストパターン形成方法。
前記グレースケールの最外周に近傍の開口幅以上の補助パターンが設置されていることを特徴とした、請求項１１に記載のレジストパターン作成方法。
前記グレースケールはレチクル上に交互に配置されていることを特徴とした請求項１１又は１２に記載のレジストパターン作成方法。
前記レチクル上の異なるパターンはグレースケール群であり、前記グレースケール群と共に、それぞれのグレースケール群を囲う様に遮光帯が形成されているレチクルを使用することを特徴とした請求項１１又は１２に記載のレジストパターン作成方法。
前記露光の際に、各位置での積算露光量を決定する方法は、それぞれの領域毎のレジスト除去量に基づいて、それぞれの領域毎に必要な露光量を示すレジスト感度曲線を用いて算出することを特徴とした請求項１から１４の何れか１項に記載のレジストパターン作成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してフォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、
前記レチクルはパターン面を近接させた２枚のレチクルを貼り付けたものを用いることを特徴としたレジストパターン形成方法。
レチクル上のパターンに照明光を照射し、投影光学系を介してポジ系フォトレジスト上に前記パターンの投影像を形成し、３次元形状のレジストパターンを作成するレジストパターン作成方法において、前記レチクル上のパターンとして、所定の開口幅を有する一方向に延びた矩形形状が、前記一方向に直交する方向へ所定のピッチで複数形成されており、照明光学系内部で、光軸部分を遮光した輪帯照明または光軸対称の変形照明にすると共に、投影光学系の瞳位置でＮＡが小さくなる遮光部を配置し、前記一方向と平行な方向に前記投影像がレジスト上を相対移動する様に露光を行う制御を、前記一方向の角度を変えて複数回行うことを特徴としたレジストパターン形成方法。