JP3015224B2

JP3015224B2 - 露光方法

Info

Publication number: JP3015224B2
Application number: JP5124190A
Authority: JP
Inventors: 章義鈴木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-05-26
Filing date: 1993-05-26
Publication date: 2000-03-06
Anticipated expiration: 2015-03-06
Also published as: JPH06333795A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レチクルまたはマスク
等の原板上のパターンを半導体ウエハ等の基板に露光転
写する半導体製造装置、例えばステッパ等で用いられる
露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体技術の進展は近年益々加速度を増
しており、それに伴って微細加工技術の進展も著しいも
のがある。特にその中心をなす光加工技術は１ＭＤＲＡ
Ｍを境にサブミクロンの領域に踏み込んだ。解像力を向
上させる手段としてこれまで用いられてきたのは、波長
を固定して、光学系のＮＡを大きくしていく手法であっ
た。しかし最近では露光波長をｇ線からｉ線に変えて、
超高圧水銀灯の領域で光露光法の限界を広げようという
試みも行なわれている。

【０００３】ｇ線、ｉ線を用いる従来の手法は、またレ
ジストプロセスの進歩も促した。この光学系とプロセス
の両者が相まって、これまでの光リソグラフィが進歩し
てきたといえる。

【０００４】然しながら一般にステッパの焦点深度はＮ
Ａの２乗に反比例することが知られており、サブミクロ
ン化は同時に深刻な焦点深度問題を提供している。これ
を解決するために出てきた方法の一つがエキシマレーザ
に代表されるもっと短い波長を用いる方法である。短波
長効果で焦点深度は確実に上昇する。

【０００５】一方、短波長化の流れの他に解像力を向上
させる手段として登場してきたのが位相シフト膜を用い
る方法である。この方法は従来のレチクル（マスク）の
一部分に、他の部分とは位相差にして１８０度のシフト
を与える薄膜を形成するやり方でＩＢＭのレベンソン
（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）氏等による論文がその代表的なも
のである。解像力ＲＰと焦点深度ＤＯＦは一般に式、ＲＰ＝ｋ₁ λ／ＮＡＤＯＦ＝ｋ₂ λ／ＮＡ² で示される。ここでλは露光波長である。通常０．７〜
０．８が実用域とされるパラメータｋ₁ は、空間周波数
変調型位相シフト法で０．３５ぐらい迄大幅に改善する
ことが知られている。この解像力の改善はドラスティッ
クなもので、従来の光リソグラフィの限界を広げるもの
として注目を集めている。

【０００６】位相シフトの方法には種々のものが知られ
ており、それらは例えば日経マイクロデバイス１９９０
年７月号１０８ページ以降に記載されている福田氏等の
論文に詳しい。これらの方法の中で最も効果の著しいも
のは、論文中で彼等が空間周波数変調型と呼んでいるＬ
ｅｖｅｎｓｏｎタイプのものであるとされている。

【０００７】しかしながら、空間周波数変調型の位相シ
フトレチクルを実用に供するためにはまだ多くの問題点
が残っている。このため最近ではＬｅｖｅｎｓｏｎタイ
プの位相シフト効果を照明系の方で実現する手段が案出
されており、その代表例としては本願出願人が先に出願
した特開平４−２６７５１５号公報を挙げることができ
る。この手法は位相シフトマスクを用いることなく通常
のレチクルでＬｅｖｅｎｓｏｎタイプと同じ効果を出す
ことができる。上述の出願に示された新しい照明法は、
４重極照明もしくは変形照明と呼ばれる手法である。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、こ
の４重極照明は位相シフトマスクと同じく、効果が基本
的には繰り返しパターンにしか適用できないという特徴
を持っている。従って実際に焦点深度が浅いことで問題
となっているコンタクトホール工程などに適用しにく
い。コンタクトホールは微細な正方形あるいは矩形の形
状を持ち、その周囲に該正方形または長方形の辺の長さ
に相当するオーダーの大きさのパターンが存在しない所
謂孤立パターンで、繰り返しがないために空間周波数領
域での回折パターンの極在化が起こらず、位相シフトマ
スクや上述の照明系での利点を利用することができな
い。

【０００９】このためコンタクトホールのような孤立パ
ターンへの適用も考慮して、このような制約のないエキ
シマレーザを用いた露光装置の開発に拍車がかかってい
るのが現状である。エキシマレーザの領域で最も障害と
なっているのはレジストで、ネガ型のレジストは種々開
発されているにも拘らず、ポジ型の良いレジストは未だ
に開発されていない。

【００１０】コンタクトホールパターンの形成工程で
は、焦点方向にウエハを上下させて多重露光する特殊な
露光方法が知られている。しかしながら、この方法はポ
ジ型レジストに対しのみ有効であり、しかも実際の適用
に際しては結像時にトータルとしてのコントラストが落
ちるため、ｉ線などの超高圧水銀灯を使用するシステム
において大きな問題となっている。また、ネガ型レジス
トについては適用することができず、エキシマリソグラ
フィを行う最も大きい理由である孤立パターンへの適用
に対し、大きな否定要因となっていた。

【００１１】ところで、位相シフトマスクあるいは４重
極照明等による方法では、不得意なパターンに対しては
複数のパターンをウエハ上で重ね合わせることで結果と
して所望のパターンを得るという手法が知られている。
代表的な例としては、位相シフトマスクを用いて先の露
光を行った後、レチクルとウエハの相対位置関係を僅か
にずらして後の露光を行い、結果として位相シフタ膜に
よる不要な線を除去して所望のパターンをウエハ上に形
成させている。

【００１２】このように複数のパターンを重ね合わせて
露光を行う場合の典型的な例は、複数枚のレチクルを用
いて互いにパターンを重ね合わせる場合である。複数の
レチクルが使用できる場合には、ダミーパターンを用意
すると孤立パターンに対して広く適用可能な像形成露光
方法が提供できる。

【００１３】例えば、先の露光として、孤立パターンの
回りにダミーの繰り返しパターンを配置したレチクルを
４重極照明のような変形照明法で露光すると共に、後の
露光として、該ダミーパターンの部分に透過部を持つ別
のレチクルを用いて従来の照明系で多重露光を行ない、
斯かるダミーパターンを除去することによって全体のパ
ターンを形成することが可能となる。

【００１４】また、この結果賭して、４重極照明のよう
な変形照明で得意とする繰り返しパターンに対する深度
の深さと、孤立パターンが周囲から孤立しているために
持っている低周波パターンの結像をミックスさせ、全体
として焦点深度の大きい効果的な結像を行うことが可能
となる。

【００１５】しかしながら、複数枚のレチクルを用いて
異なるパターンを重ね合わせることは、ウエハの処理時
間の増大をもたらす。特に、解像力や焦点深度に対する
要求が厳しくなっている現在、光リソグラフイはＸ線や
ＥＢ露光等と同じ土俵の中でコストパフォーマンスを追
求することが要求されている。

【００１６】本発明は、この様な事情に鑑みてなされた
もので、例えばコンタクトホールのような孤立パターン
に対しても良好な結像性能を発揮できるように、複数毎
のレチクルを用いた多重露光を正確に且つ高速に実行す
ることのできる露光方法及びこれを用いた露光装置を提
供することにある。これとは別の本発明は、複数毎のレ
チクルを用いた多重露光を時間ロスを最小限にして高速
に実行することのできる露光方法及びこれを用いた露光
装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、ウエハステージ上のウエハに複数のレ
チクルを用いて多重露光を行い、該ウエハ上にパターン
を形成する露光方法において、先の露光シーケンスにお
いて露光された前記ウエハ上の各ショットのウエハステ
ージ位置と先の露光シーケンスで使用されたレチクルの
セット位置を記憶し、後の露光シーケンスにおいては記
憶された各ショットのウエハステージ位置に対して先の
レチクルのセット位置と後のレチクルのセット位置の差
を代数的に加算したウエハステージ位置で露光を行うこ
とを特徴としている。

【００１８】特に、先と後の露光シーケンスでレチクル
に対する照明状態を異ならせたり、照明状態を異ならせ
る場合には、照明状態の変更をレチクル交換時に行なう
ことを特徴として、複数毎のレチクルを使用することに
よる時間のロスを最小限にしている。これらとは別の本
発明は、ウエハステージ上のウエハに二枚のレチクルを
用いて多重露光を行い、該ウエハ上にパターンを形成す
る露光方法において、使用されるレチクルの露光順序を
ウエハ毎に変えることを特徴とし、これにより複数毎の
レチクルを使用することによる時間のロスを最小限にし
ている。更に、本発明の露光装置はこれら露光方法のい
ずれかを実行することを特徴としている。

【００１９】

【実施例】本発明の思想を理解するため、先ず複数のレ
チクルを用いてのパターンの重ね合わせの考え方につい
て説明する。

【００２０】図１に示したのは、ウエハ上で重ね合わさ
れるべき２枚のレチクル１，２である。２つのレチクル
１，２はペアとして使用され、第１のレチクル１でウエ
ハに露光が行なわれた後、ウエハは現像を受ける前に第
２のレチクル２によって２回目の露光を受ける。

【００２１】露光されるべきパターンは周期性のあるパ
ターンや孤立パターンのように種々様々であるが、複数
枚のレチクルによる露光はそのように種々様々なパター
ンが混在している場合や、孤立パターンや繰り返しのな
いパターンのみが存在するような場合に有効である。繰
り返しパターン即ち周期性のあるパターンのみ存在する
場合は、先に述べた４重極的な変形照明法で充分であ
る。

【００２２】４重極照明のような変形照明は、特に細か
い高周波の繰り返しパターンの焦点深度について優れて
いる一方で、比較的低周波（具体的には先に述べたｋ₁
ファクタで1.0 以上）の線幅に対しては、焦点深度が低
下するという問題を持っている。以降の説明を簡単にす
るために、４重極あるいは変形照明は繰り返しパターン
でｋ₁ ファクタが 0.8以下では優れた特性を示し、通常
照明法はｋ₁ ファクタが 0.8以上の粗いパターンで優れ
た特性を持つとして説明を進める。この仮定は粗いもの
ではあるが、実用上よい対応を示す。

【００２３】実際の変形照明では例えば４重極照明の場
合、設計上のパラメータ（例えば中心から個々の４重極
までの距離や個々の４重極の形状など）によって 0.8と
いう値は多少前後するが、ここでは説明の都合上 0.8と
いう値を用いる。また４重極照明などの各種変形照明の
実現方法、およびパラメータについては本出願人による
上述した出願を参照できるためここでは省略する。

【００２４】本実施例で用いる２つのレチクルでは、第
１のレチクル１には周期性のあるパターンを、そして第
２のレチクル２には少なくとも第１のレチクル１に重な
ることにより、第１のレチクルの周期性を消滅させるパ
ターンが配置されている。集積回路パターンは同一のレ
チクルの中にセル部と周辺回路部などが同時に含まれる
ため、一般には種々の複雑なパターンより形成されてお
り、レチクル１，２上のパターンは互いに組み合わさる
パターンばかりでは無い。例えばレチクル１に細かくて
周期的なパターンがレチクル２上のパターンと組み合わ
さることなく存在し、またレチクル２上にはｋ₁ ファク
ターで 0.8以上の粗い任意のパターンがレチクル１上の
パターンと組み合わさることなく独立に存在しても良
い。

【００２５】互いに組み合わさることなくレチクル１ま
たはレチクル２の一方のみで集積回路パターンを形成す
る場合には、使用するレジストがネガであることを考え
て、パターンを形成しない部分のレチクルの箇所はクロ
ムで遮光されている。ここではレチクル１のパターンと
レチクル２のパターンとが重なり合って、いかに孤立パ
ターンを形成していくかを説明する。

【００２６】図２（Ａ）はコンタクトホールを形成する
ために使用する第１のレチクル上のパターンである。本
来コンタクトホールが形成されるべき位置には１１ｅ，
１２ｅ，１３ｅで示したパターンが配置されている。通
常のレチクルであればこの３つのパターンしか配置され
ないのであるが、本実施例では１１ｅの回りに１１ａか
ら１１ｉまでの８つのパターンを、１２ｅの回りに１２
ａから１２ｉまでの８つのパターンを、１３ｅの回りに
は１３ａから１３ｉまでの８つのパターンをそれぞれ１
１ｅ，１２ｅ，１３ｅを中心として周期的なマトリック
スとなるように配置している。コンタクトホールパター
ンの場合には孤立パターンの配置となり隣り合うパター
ンとの距離が十分取れるため、このように付加的なパタ
ーンをつけることが可能である。

【００２７】レチクル１には周期性を利用するため４重
極照明を加える。４重極照明ではある特定の周波数のパ
ターンについて系の特性が最適化され、パターンとして
も比が１：１となるような繰り返しパターンが有利であ
る。従って、このような付加のダミーパターンをつける
線幅は、先程の説明のための仮定からすれば、ｋ₁ ファ
クタで0.8 以下のコンタクトホールパターンサイズが有
利であり、それ以上の大きさのパターンであればレチク
ル２の方に従来と同じ方式で付加パターン等つけずにコ
ンタクトホールパターンを形成させれば良い。

【００２８】一般的に言えばレチクル１では、k₁ファク
タが小さい孤立パターンに対して、該線幅と同じ太さの
付加パターンを周期的に付加するのが特徴となる。例え
ばウエハー上で0.4 μm 角のホールパターンを形成する
のであれば、付加パターンの大きさも 0.4μｍ角で、各
パターンの中心間の距離は 0.8μｍである。

【００２９】図２（Ｂ）に示したのはこれに対応するレ
チクル２上のパターンである。レチクル１とレチクル２
のそれぞれに形成されているパターンの中心を基準とし
た座標軸を取り、対応する座標を比較すると、パターン
２１の中心はレチクル１のパターン１１ｅの中心と一致
しており、２２の中心は１２ｅの中心と、２３の中心は
１３ｅと合致している。ただし２１，２２，２３の角の
大きさはそれぞれ１１ｅ，１２ｅ，１３ｅの大きさの２
倍となっている。４重極照明で用いられるｋ₁ファクタ
ーの下限は0.5 付近と考えられるので、２１〜２３まで
のパターンは比較的粗いパターンの分類に入ると考える
ことができる。

【００３０】本発明の主眼である実際の露光手順は後で
詳細に述べるが、結果的にレチクル１は４重極照明で、
またレチクル２は変形照明法ではなく、通常の照明法で
露光される。ここで通常の照明法といわれるのは投影光
学系の瞳上に形成される有効光源が一様分布或はガウス
分布しているような、従来一般に適用されている照明法
で、一般には有効光源の中心部に一定の強度を持ち、投
影光学系の光軸に対して回転対象な分布を持っているも
のをいっている。

【００３１】第１回目の露光でレチクル１上のパターン
がウエハに転写され、第２回目の露光がレチクル２を用
いてウエハ上に転写される。そのときの２つのレチクル
の像の重なり方を示したのが図３である。先に示したよ
うにパターン１１ｅと２１の中心が一致しているために
２つの像は重なり合う。パターン１２以下も同様であ
る。このように２つのパターンを重ね合わせると、最終
的に光が当たらないところは１１ｅ，１２ｅ，１３ｅの
部分のみになる。この結果得られるのが図４のパターン
である。

【００３２】周期性のあるパターンを４重極照明で露光
した結果、１１ｅから１３ｅまでのパターンは、従来の
ように単純にレチクルに１１ｅ，１２ｅ，１３ｅのみを
形成して孤立パターンとして通常或は４重極照明で露光
した場合より焦点深度が拡大されている。焦点深度の拡
大に寄与した付加パターンは第１回目の露光では解像し
ているが、第２回目の露光で光が与えられ、消されてし
まう。これはネガ型レジストのメリットである。

【００３３】このような２重の露光はまたレチクル上の
ゴミの転写という意味でも有利である。ネガレジストを
用いて、コンタクトホールパターンのように殆ど透過部
分ばかりとなるレチクルを露光する場合には、微細なゴ
ミがついても、そのゴミが欠陥として転写されてしまう
という欠点がある。しかしながら本発明のように２回の
露光が行われれば、ゴミのために露光光が遮光される部
分についても、もう１回の別の露光で光が照射され、欠
陥が修正される。欠陥の原因となるのがゴミであれば、
２つのレチクルの同じ場所にゴミがつく確率は全く無視
できる確率でしか起こらないからである。なお、同じレ
チクルを用いて多重露光する方法は等倍の結像系で“ v
oting lithography ”として知られている。

【００３４】図５は別の例で、２枚のレチクルを用いて
繰り返しのないパターンを形成させる例である。図５
（Ａ）はレチクル１上のパターンで繰り返しのあるパタ
ーンが形成されており、４重極照明を用いて露光され
る。一方、図５（Ｂ）のパターンは繰り返しのない、あ
るいは粗い繰り返しから成るレチクル２上のパターンで
通常の照明系を用いて露光が行なわれる。

【００３５】レチクル１を用いて第１回の露光が行なわ
れ、レチクル２を用いて第２の露光が行なわれた結果、
ウエハ上に２つのパターンが重なり合う様子を示したの
が図６である。この結果得られるパターンが図７で、ネ
ガレジストの特性から両方のパターンによって遮光さ
れ、光が当たらなかった部分のレジストが除去されて、
所望のパターンが形成される。

【００３６】図７のパターンは縦方向の長さがそれぞれ
異なっており、単純な繰返しパターンではない。この実
施例では更に４重極照明が先端部の形状に問題があると
ころを考慮し、伸びているパターンの方向と直交する方
向に繰り返しのないパターンのエッジを配置している。
この結果、パターンの先端部の形状は図５（Ｂ）の方の
粗いパターンに対する照明の影響が入ることになり、先
端部の形状は大幅に改善される。このように細かい繰り
返しパターンとそれに重なるパターンを組み合わせるこ
とにより、種々のパターンを自由に形成することがで
き、しかも細かい繰り返しパターンについては４重極照
明の利点を、それに重ねるパターンには通常照明の利点
を組み合わせることができる。

【００３７】次に本発明を実施するための装置について
説明する。細かい４重極あるいは変形照明の実現法につ
いては前述したように種々の先例があるので、ここでは
代表として超高圧水銀灯を用いたシステムについて説明
を行なう。エキシマレーザ光の波長域を用いるステッパ
等についても本発明は同様に適用できる。

【００３８】図８がその露光装置の一実施例である。楕
円ミラー５２の第１焦点位置にアークが配置された超高
圧水銀灯５１から出た光は、楕円ミラー５２で反射後、
第２焦点位置近傍に集光される。５３はシャッター、５
４は折り曲げミラーで光路を曲げる役目をし、４重極照
明用の光路に入る場合には、４角錐５５、リレーレンズ
５６、波長選択フィルタ５７を通過してオプティカルイ
ンテグレータ５８に入る。

【００３９】５９はオプティカルインテグレータ５８の
うちから４重極照明を行なうために必要なインテグレー
タのみを選択するメカニカル絞りであり、該絞りを通過
することによって４重極照明が実現される。６０は折り
曲げミラー、そして６１はレンズで、ウエハ面上の照度
分布を一様にするために必要であれば照度分布調整部材
６２が配置される。

【００４０】一方、５６’以降は通常照明の構成で、本
実施例では４重極照明系と光路切替により交換できるよ
うになっている。具体的には４角錐５５、リレーレンズ
５６がリレーレンズ５６’に代わり、絞り５９が通常の
絞り５９’に交換される。リレーレンズを５６に切り替
えるのは照明方式に伴う光量の損失を最小限に押さえる
ためである。照明法の切り替えに伴いウエハ面上での照
度むらが変化するのを補正するため、照度むら調整部材
６２’が６２と交換される。６２や６２’は一部吸収の
あるレンズと、吸収のないレンズの組み合せで作成した
り、吸収や反射特性を持たせた薄膜をコーティングする
ことによって実現することができる。６２あるいは６
２’は照度むら補正をする必要がない場合には省略する
ことができる。

【００４１】６３はハーフミラーで、ハーフミラー６３
で反射した光は積算光量を検出する光学系９０とディテ
クタ９１に導かれる。ハーフミラー６３を通過した光は
マスキングを行なうメカニカルブレード６４に到達す
る。メカニカルブレード６４はレチクル１の露光される
べき集積回路パターン部の大きさに従い、不図示の駆動
系によって位置の調整が行なわれる。

【００４２】６５はミラー、６６はレンズ系、６７はミ
ラー、６８はレンズ系で、これらの部材を介して超高圧
水銀灯５１からの光はレチクルステージ８５上に載置さ
れたレチクル１を照明する。

【００４３】６９はレチクル上のパターンをウエハー７
０に投影結像させる投影光学系である。８７はレンズコ
ントローラで４重極照明と、通常照明のときとの微妙な
投影光学系の差や、気圧、露光状態、温度等の変化によ
る投影光学系の変化をコントロールする役目を行なうも
のである。

【００４４】ウエハ７０はウエハチャック７１に吸着さ
れており、更にチャック７１はレーザ干渉計７６の一部
を成すミラー７５とともに、投影光学系６９の光軸方向
のフォーカス合わせやレベリングの機能も持ったＸＹス
テージ７２上に載置されている。７７はステージ上に載
置された光電検出ユニットである。また７３はアライメ
ントを行なう役割をするオフアクシスのアライメント顕
微鏡、７４及び７４’は対となっていてウエハ７０の位
置を投影光学系に対して所定の位置にセットさせるオフ
アクシス型のオートフォーカス検出系である。７４の投
光系から投光された光が７４’の検出系で検出される。

【００４５】レチクル１はレチクルステージ８５上で固
定された位置にホールドされているレチクル基準マーク
８１，８１’に対して位置合わせされる。レチクル１上
には基準マーク８１，８１’に対応する位置にレチクル
セット用のマークが配置されている。レチクルセット用
のマークは装置に対し所定の決められたマークで、レチ
クル２にも同様に配置されている。このレチクルセット
マークはレチクル基準マークとの２次元的な位置合わせ
を可能とするため、１つのレチクルに少なくとも２つ以
上設けられる。

【００４６】レチクル基準マーク８１，８１’はステー
ジ７２上に配置することも可能である。本実施例では２
か所に設けられたセットマークと基準マークの対がＬＥ
Ｄ８０，８０’で照明され、ミラープリズム８２，８
２’、結像レンズ８３，８３’を介してＣＣＤカメラ８
４，８４’上に撮像される。この後、不図示の処理系、
及び駆動系により、レチクル１は基準マークに対して位
置合わせがなされる。

【００４７】一方レチクル２はロード用のフォーク８６
上に待機されている。レチクル１を用いての第１の露光
が終了した後に、一部不図示の搬送交換機構により、レ
チクル１と２が交換され、レチクル２がレチクルステー
ジ８５上でレチクル基準マーク８１，８１’に対して位
置合わせされる。８８はまた露光装置全体を制御するコ
ンピュータである。

【００４８】これらが本発明を実施する際の主なハード
ウェアであるが、次にどのようにして本発明による２枚
の露光が行われるかを説明する。

【００４９】まず機械が所定のジョブによってスタート
すると、コンピュータ８８の指示によりレチクル１がレ
チクルステージ８５上に搬送され、レチクルセットマー
クを用いて、レチクル基準マーク８１，８１’に対して
位置合わせが行われる。レチクルセットマークとレチク
ル基準マークのずれ量はＣＣＤカメラ８４、８４’によ
って検出され、位置合わせが行われる。

【００５０】位置合わせを行った際の微小な残差はコン
ピュータ８８に記憶される。このときレチクル１の位置
合わせ誤差の回転成分は特に所定の値以下になるまで調
整される。ここで所定の値というのはオーバーレイとい
われる位置合わせ精度の要求により定まる値であり、例
えばレチクルの回転成分を２ｐｐｍ以下に押さえたい場
合には、レチクル１の追い込みは１ｐｐｍ以下にするこ
とが望ましい。これは第２の露光で用いられるレチクル
２の追い込みも１ｐｐｍ以下とすることで、最悪値とし
て２ｐｐｍが保証されるからである。

【００５１】レチクル１には４重極照明が行われるた
め、照明系の状態は４重極照明用の５５，５６，６２の
組み合わせがセットされ、一方レンズコントローラ８７
は投影光学系６９を４重極照明に合致した状態にセット
する。これでレチクル１を用いての露光準備が完了す
る。

【００５２】次いで不図示のウエハ搬送系によりウエハ
７０がウエハチャック７１上にセットされ、吸着され
る。次いでウエハに対し位置合わせのための検出がＸＹ
ステージ７２をウエハ上のパターンのレイアウトに応じ
て所定の手順で移動させ、オフアクシスのアライメント
顕微鏡７３を使って観察することにより行われる。検出
された値に基づいてウエハのパターンレイアウトに合致
する位置合わせのための座標がＸＹステージ７２の停止
するべき座標値として求められる。ここでオフアクシス
顕微鏡系のベースライン補正値は予め求められているも
のとする。

【００５３】以上で露光を行うための位置合わせ検出動
作が終了する。この手順はファーストマスクと呼ばれる
第１層目の露光、即ち第１番目のウエハ上に何もパター
ンが形成されていない場合には省略することができる。
ファーストマスクの場合には第１回目のパターン形成と
いうことで、予めパターンレイアウトからアプリオリに
決定される座標値でメカニカルなプリアライメンとの精
度に基ずき露光が行われることになる。

【００５４】次いで装置はコンピュータ８８の指令に基
づいて露光の動作に入る。露光を行う際にＸＹステージ
７２が移動して停止するべき座標は、位置合わせの必要
とされる通常の場合には位置合わせ光学系であるアライ
メント顕微鏡７３の計測値に基づいて作られた座標であ
り、ファーストマスクの場合は前述のように予め定めら
れている座標値である。この値に基づいてステージが停
止され、照明光学系内のシャッタ５３が作動して、露光
が行われ、次いで次の位置にステージが移動して露光と
いう所定の動作が繰り返され、ウエハ全面の露光が行わ
れる。

【００５５】このとき、各露光位置で露光された時の実
際のステージの停止位置は、すべて記憶される。従って
１回目の露光で各露光ショットごとにステージ７２が停
止した位置は、続けて行われる２回目の露光ではすべて
既知量となっている。以上でレチクル１を用いての第１
回目の露光が完了する。

【００５６】レチクル１を用いての露光が完了したの
で、レチクル１はレチクルステージ８５から不図示の搬
送システムにより取り除かれ、レチクル２がレチクルス
テージ８５上にセットされる。レチクル２はそれ自身上
に予め設けられたレチクルセットマークにより、レチク
ル基準マーク８１，８１’に対して位置合わせが行われ
る。

【００５７】レチクル厚が異なっても、レチクル検出光
学系のピントが狂わないように図８の系ではレチクルを
パターンの形成されている側から観察している。この時
もレチクル２の位置合わせ誤差の回転成分については所
定の値、例えば１ｐｐｍ以下になるまでに追い込みが行
われる。回転成分をこのように所定の値以下に押さえる
理由はレチクル２を用いての２回目の露光に際して、ウ
エハステージの回転を伴わないようにするためである。

【００５８】レチクル１とレチクル２の相互の回転成分
が所望の値以下に押さえられていれば、２回目の露光に
際してウエハチャック７１を回転させる必要がなくなり
単純なＸ、Ｙ方向の並進成分の補正だけですむ。回転を
伴う場合には回転中心の位置に伴う並進成分の発生が無
視できず、２回目の露光に際しても新たに位置合わせを
行うことが必須となり、余分な時間が必要となる。勿
論、全体の露光が終了するまでウエハ７０はウエハチャ
ック７１に吸着されたままである。

【００５９】このようにしてレチクル２のセットが行わ
れると同時に、レチクル２の照明状態である通常照明の
状態に露光、及び照明光学系のセットが行われる。レチ
クルの交換と同時に該セットを行うことで、複数枚露光
の時間的デメリットが最小限に抑えられる。即ちレンズ
コントローラ８７は投影光学系６９の状態を通常照明用
のパラメータにセットし直すとともに、照明光学系側で
も５５，５６，５９，６２に代わり、５６’，５９’，
６２’が光路中に挿入される。これでレチクル２を露光
するための準備が終了する。

【００６０】次いでレチクル２を用いての第２露光が開
始される。レチクル１のときに既にウエハの露光される
べき位置座標は決定されており、しかもレチクル１とレ
チクル２を交換する間でウエハはウエハチャック７１に
吸着されたままであるので、第２露光で新たに位置合わ
せを行う必要はない。レチクルの位置合わせの回転成分
については既にハード的に追い込まれていることが確認
されているので、残っているのはレチクル位置合わせの
際の残留の並進成分のみである。

【００６１】この並進成分はレチクルの位置合わせのと
きに分かっているので、第２露光の際にはその残留分の
補正が取り入れられて座標値の補正が行われる。この補
正はレチクル２のセット誤差を既にできている各ショッ
トの座標値に代数的に加えるだけで良い。

【００６２】並進成分の補正はウエハの回転を伴わない
ため補正が容易である。第１露光が行われた座標に補正
が加えられた値を目標値として、ステージの移動と露光
が繰り返され第２露光が終了する。全ショットの露光が
終了するとウエハ７０は吸着を解除され、不図示の搬送
システムでウエハチャック上から外されて、次ぎのウエ
ハの搬入を待つ状態となる。そしてまた同じレチクル１
とレチクル２の組み合わせで露光が行われる際には、先
に述べたレチクル１の搬入状態に戻ることになる。

【００６３】レチクル１とレチクル２の露光順序は任意
で良いので、第１のウエハについてはレチクル１、レチ
クル２の順番で、第２のウエハについてはレチクル２、
レチクル１の順番で、第３のウエハについてはレチクル
１、レチクル２の順番でというように、露光順序を交互
にしていくとレチクルのセット回数が減り、効率的な露
光を行うことができる。

【００６４】本発明の実施例は図１の超高圧水銀灯を用
いた系を示したが、これは勿論エキシマレーザを用いた
露光システムに適用が可能である。また、変形照明技術
も４重極照明系を示したが、リング照明のような技術も
レチクル１の照明に適用できる。

【００６５】また、本実施例では２つのレチクルを組み
合わせてパターンを形成する例を示したが、２枚以上の
レチクルの組み合わせで全体のパターンを形成すること
も可能である。例えば、４重極照明法には方向性があ
り、ＸＹ方向の細かい周期的パターンについては焦点深
度が大きくなる効果的があるが、±45°方向のパターン
に対しては効果がない。そのため４重極の方向を45°回
転させると今度は±45°方向の細かい周期性パターンに
対して焦点深度が大きくなる効果が出てくる。

【００６６】従ってレチクル３として±45°方向に細か
い周期性を持つパターンを配置したものを用いて、４重
極照明系もレチクル１を照明したものと有効光源を45°
回転させて配した照明系を使用してパターン合成すれ
ば、孤立パターンを含め種々の方向に対応したパターン
合成を行うことができる。この時も投影光学系や照明系
に該４重極照明に対応した処置が成されることは言うま
でもない。

【００６７】本実施例では通常のレチクルを用いたが、
本発明は位相シフトマスクに対しても同様に実施でき
る。位相シフトマスクの場合には、小さいσ（コヒーレ
ンスファクター）が良いといわれるため、照明系等もレ
チクルの条件に応じて切換が行われる。

【００６８】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明の手順を
踏めばウエハのアライメントが最小限で済むため複数毎
のレチクルを用いる時間的に不利さが大幅に改善され
る。とくに、複数毎のレチクルを用いれば、それらのレ
チクルの特性に合わせて変形照明あるいは通常照明を選
択し、ウエハ上に多重露光してパターン合成することに
より、周期性のあるパターンから孤立パターンまで含め
たトータルな意味でフレキシビリティにとんだ、焦点深
度の大きい結像を行なうことができるため、本発明は非
常に有効である。

【００６９】また、本発明のような多重露光によるパタ
ーン合成はネガレジストに特に有効で、現状で化学増幅
型ネガレジストの採用が有力視されているエキシマリソ
グラフィにおいて特に有力な方法である。

【００７０】更に、本発明ではレチクルセットの回転成
分を抑えることによって、複数毎のレチクルを重ねるこ
とによる時間的な不利さを補うことができる。この結
果、コスト的な面できわめて効率的な微細パターン形成
を実現することができる。これとは別の本発明において
は、二枚のレチクルを用いた多重露光において使用され
るレチクルの露光順序をウエハ毎に変える構成としたこ
とによって、ウエハ交換時の分のレチクルの交換時間を
削減することができ、時間のロスを最小限にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いるレチクル１，２を示す図。

【図２】レチクル１上の周期的パターンと、このパター
ンに対応するレチクル２上のパターンを示す図。

【図３】図２の各レチクルの重なり方を示す図。

【図４】図２の各レチクルの重なりよってウエハ上にで
きるパターンを示す図。

【図５】レチクル１上の周期的パターンの他の例と、こ
のパターンに対応するレチクル２上のパターンを示す
図。

【図６】図５の各レチクルの重なり方を示す図。

【図７】図５の各レチクルの重なりよってウエハ上にで
きるパターンを示す図。

【図８】本発明が適用される露光装置の一実施例を示す
図。

【符号の説明】

１１，１２，１３レチクル１上の周期性パターン２１，２２，２３レチクル２上のパターン５１超高圧水銀灯５３シャッター５５４角錐プリズム５６，５６’ リレーレンズ５９，５９’ 有効光源選択部材６２，６２’ 照度分布調整部材６９投影光学系７０ウエハ７１ウエハチャック７２ステージ７３オフアクシス顕微鏡７６レーザ干渉計８１，８１’ レチクル基準マーク８４，８４’ ＣＣＤ８５レチクルステージ８６ロードハンド８８コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 G03F 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハステージ上のウエハに複数のレチ
クルを用いて多重露光を行い、該ウエハ上にパターンを
形成する露光方法において、先の露光シーケンスにおい
て露光された前記ウエハ上の各ショットのウエハステー
ジ位置と先の露光シーケンスで使用されたレチクルのセ
ット位置を記憶し、後の露光シーケンスにおいては記憶
された各ショットのウエハステージ位置に対して先のレ
チクルのセット位置と後のレチクルのセット位置の差を
代数的に加算したウエハステージ位置で露光を行うこと
を特徴とする露光方法。
【請求項２】先と後のシーケンスでレチクルに対する
照明条件が異なることを特徴とする請求項１に記載の露
光方法。
【請求項３】前記照明状態の変更をレチクル交換時に
行うことを特徴とする請求項２に記載の露光方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載された
露光方法を実行することを特徴とする露光装置。
【請求項５】ウエハステージ上のウエハに二枚のレチ
クルを用いて多重露光を行い、該ウエハ上にパターンを
形成する露光方法において、使用されるレチクルの露光
順序をウエハ毎に変えることを特徴とする露光方法。
【請求項６】請求項５に記載された露光方法を実行す
ることを特徴とする露光装置。