JP3031316B2

JP3031316B2 - 露光方法

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Publication number: JP3031316B2
Application number: JP9314743A
Authority: JP
Inventors: 恭一諏訪; 茂蛭川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 2000-04-10
Anticipated expiration: 2015-04-10
Also published as: JPH10177252A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶素子
等を製造するために、マスクに形成された原画パターン
を感応基板上に転写する露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造においては年々微細化
と高集積化が進み、１Ｂｂｉｔメモリ、４Ｂｂｉｔメモ
リと増々線幅の細いリソグラフィ工程が要求されてきて
いる。この要求に答えるべく、現在リソグラフィ工程で
使われる露光装置は、縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）が主流である。特に原画パターンを有するレチクル
を１／５縮小投影レンズで１５×１５ｍｍ角程度に縮小
してウェハ上のレジスト層に露光する方法が多用されて
いる。

【０００３】このステッパーの投影レンズは年々、解像
力を上げるために高開口数（Ｎ．Ａ.)化され、露光用照
明光の波長が４３６ｎｍ（ｇ線）のとき、Ｎ．Ａ．＝
０．４８程度のものが実用化されている。このように投
影レンズの開口数を大きくすることは、それに応じて実
効的な焦点深度が小さくなることを意味し、Ｎ．Ａ．＝
０．４８にした投影レンズの焦点深度は、例えば±０．
８μｍ以下である。すなわち、ウェハ上の１つのショッ
ト領域を１５×１５ｍｍ角とすると、この領域全体の表
面（レジスト層）が、投影レンズの最良結像面に対して
±０．８μｍ以内（望ましくは±０．２μｍ以内）に正
確に位置決めされなければならない。

【０００４】そこで投影レンズの焦点深度の不足に対応
するために、投影レンズに対してウェハを光軸方向に変
位させつつ、同一レチクルのパターンを多重露光する方
法が提案されている。この方法は、投影レンズのみかけ
上の焦点深度を増大させることになり、１つの有効な露
光方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】この多重焦点露光方
法は、ベストフォーカスのコントラストは若干低下させ
るものの、広い焦点範囲に渡ってコントラストを保証し
ようとするものである。この方法は実験等の結果から、
レチクルのパターン面がほとんど暗部（遮へい部）であ
り、その中に矩形の開口部（透過部）が散在するよう
な、所謂コンタクトホール工程用のパターンに対しては
有効であるが、その他のパターン、特に明暗の直線状パ
ターンが繰返されるような配線層等のレチクルパターン
に対してはコンタクトホールの場合ほどには有効でない
のが現状である。このような配線層等のレチクルパター
ンでは、焦点位置を変化させるとウェハ上で本来暗線と
なるべき部分に明線部のデフォーカス像による光強度が
与えられる結果、コントラストが急激に低下してレジス
トの膜減りが生じるためである。また投影露光方法で
は、投影レンズの性能上、転写可能な繰返しパターンの
周期はある値以上に制限されている。この値は投影レン
ズの解像限界とも呼ばれており、現在実用化されている
ものでは、ｇ線で１／５縮小、Ｎ．Ａ．＝０．４５のと
き繰返しパターンの明線と暗線の線幅はウェハ上で０．
８μｍ（レチクル上で４μｍ）程度となっている。

【０００６】従って、レチクル上のパターンの線幅を細
くしても、それ以下の線幅のパターンは正常に露光され
ることがなく、投影露光法によるリソグラフィの限界
は、もっぱら投影レンズの性能（解像力）で決まると考
えられている。またプロキシミティ露光法においても、
照明光の波長に応じて生じる回折現象から、マスク上の
明線と暗線の繰り返し周期は、ある値よりも小さくする
ことは難しく、極力波長を短くすることで対応してい
る。このため軟Ｘ線等の特別なエネルギー線を必要とし
た。

【０００７】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たもので、より微細なパターンを投影光学系の開口数の
極端な増大、照明光の極端な短波長化を計ることなく転
写可能にすることを第１の目的とする。さらに本発明
は、投影露光法、プロキシミティ露光法を問わず、より
微細なパターンの転写を可能とする方法を得ることを第
２の目的とする。

【０００８】さらに本発明は、コンタクトホール以外の
ほとんどのパターンに対しても、多重焦点露光法による
効果が十分に得られるような方法を得ることを第３の目
的とする。

【０００９】本発明では、上記目的を達成するために、
感応基板の感応層に形成すべき全体パターンを、例えば
パターン形状やパターン密度に応じて、複数のパターン
に分解し、分解された複数のパターンを順次感応基板上
の同一感応層に露光するようにした。上記の目的を達成
するために請求項１の発明では、転写パターンとして線
状パターンが屈曲して形成されるときに、前記線状パタ
ーンを空間像のコントラストが向上するようにその屈曲
部で第１分解パターンと第２分解パターンとに分けて、
前記第１及び第２分解パターンのそれぞれを基板上の同
一の感応層に順次露光するようにした。また上記目的を
達成するために請求項８の発明では、前記転写パターン
として第１線状パターンと第２線状パターンとが平行に
形成されるときに、前記第１線状パターンを空間像のコ
ントラストが向上するように第１分解パターンと第２分
解パターンとに分けるとともに、前記第２線状パターン
を空間像のコントラストが向上するように前記第１分解
パターンと第２分解パターンとに分けて、前記第１及び
第２分解パターンのそれぞれを前記基板上の同一の感応
層に順次露光するようにした。

【００１０】また上記目的を達成するために請求項１５
の発明では、投影光学系によるパターン結像面と基板と
を投影光学系の光軸方向に相対的に変位させながら多重
露光を行うために基板上の感応層に露光すべき転写パタ
ーンから孤立化した、第１のパターンと第２のパターン
とを用意し、前記孤立化された第１パターンにエネルギ
ー線を照射するとともに、前記投影光学系によるパター
ン結像面と前記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相
対的に変位させながら前記第１のパターンを前記基板上
の感応層に露光し、前記孤立化された第２のパターンに
エネルギー線を照射するとともに、前記パターン結像面
と前記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に変
位させながら前記第１パターンを露光したのと同一の感
応層に前記第２のパターンを露光するようにした。さら
に上記目的を達成するために請求項１６の発明は、複数
のパターンを投影光学系を介して基板上の同一感応層に
順次露光することにより、所定パターンを前記感応層に
形成する露光方法において、前記複数のパターンのうち
の一つを用意し、該用意された一つのパターンを用いて
前記基板上の感応層を露光するときに、所定手法により
焦点深度を増大させるようにした。

【００１１】ここで複数のパターンに分解し、分解され
たパターンを相互に位置合わせして重ね合わせ露光する
ことの概要を図１に基づいて説明する。図１において、
感応基板上に形成すべき全体パターンは、チップ（又は
ショット）領域ＣＰ内に作られるパターンＰＡ、ＰＢで
あり、パターンＰＡはライン・アンド・スペース（Ｌ／
Ｓ）状で９０゜に屈曲したパターンであり、パターンＰ
Ｂは単純なＬ／Ｓパターンである。

【００１２】パターンＰＡ、ＰＢは、それぞれ３つの分
解パターンに分けられ、各分解パターンは３枚のレチク
ルＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃に形成される。各レチクルＲ₁、Ｒ
₂、Ｒ₃はチップ領域ＣＰに対応した遮光帯ＳＢが周囲
に形成され、その内部の夫々にパターンＰＡを分解した
３つのパターンＰＴＡ₁、ＰＴＡ₂、ＰＴＡ₃と、パタ
ーンＰＢを分解した３つのパターンＰＴＢ₁、ＰＴ
Ｂ₂、ＰＴＢ₃とが形成されている。また各レチクルＲ
₁、Ｒ₂、Ｒ₃にはアライメント用のマークＲＭ₁、Ｒ
Ｍ₂、ＲＭ₃、ＲＭ₄が設けられ、チップ領域ＣＰに付
随して設けられたマークＷＭ₁、ＷＭ₂、ＷＭ₃、ＷＭ
₄との位置合わせに使われる。

【００１３】パターンＰＴＡ₁、ＰＴＡ₂、ＰＴＡ₃、
ＰＴＢ₁、ＰＴＢ₂、ＰＴＢ₃は図では暗線で示すが、
実際には光透過部による明線である。パターンＰＴ
Ａ₁、ＰＴＢ₁をチップ領域ＣＰに位置決めして露光し
た後、レチクルＲ₂に変えて、パターンＰＴＡ₂、ＰＴ
Ｂ₂をチップ領域ＣＰに位置決めして露光し、次いでレ
チクルＲ₃を位置決めしてパターンＰＴＡ₃、ＰＴＢ₃
を露光する。

【００１４】パターンＰＴＢ₁、ＰＴＢ₂、ＰＴＢ₃の
夫々は、パターンＰＢのＬ／Ｓパターンのうち、明線に
対応した線状パターンを２本おきに取り出してまとめた
もので、ライン・アンド・スペースのピッチは全体パタ
ーンのときの３倍（デューティは１／３）になってい
る。パターンＰＴＡ₁、ＰＴＡ₂、ＰＴＡ₃の夫々につ
いても同様であるが、各パターン中には、パターンＰＡ
の各ラインのように、９０゜で屈曲して連続したライン
が生じないように分解してある。そして９０゜の屈曲部
は互いに直交する２本のライン（各ラインは別レチクル
に形成）の端部が一部重なり合うように定められてい
る。このように、ライン・アンド・スペースパターンの
場合は、互いに隣り合う明線同志は、それぞれ別のレチ
クルに形成するようにし、１枚のレチクル中では明線の
パターン密度を低下（図１の場合は１／３）させて明線
の孤立化を計るようにした。

【００１５】

【作用】図２（Ａ）はライン・アンド・スペース状の全
体パターンＰ_aをそのまま１枚のレチクルＲに形成した
場合を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のパターンＰ_aの
明線を１本おきに形成した分解パターンＰ_bの場合を示
す。ここでＰ_a、Ｐ_bの明線の幅は等しく、ｄである。
これらのレチクルＲに照明光が照射されると、それぞれ
のパターンピッチＰに応じた方向に回折光が発生する。
このｎ次回折光の回折角θは照明光の波長をλとして、
ｓｉｎθ＝ｎλ／Ｐ（ただしｎ＝０、±１、±２…）と
表わされる。すなわち、パターンとピッチが大きい分解
パターンＰ_bの方が同一回折次数の回折角が小さくな
り、その結果一次以上の結像に寄与する回折光が増加
し、イメージ・コントラストが大きくなることになる。
以下にその実例を示す。

【００１６】図２（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）にｇ線、Ｎ．
Ａ．＝０．４５、σ＝０．５の投影レンズを用いて、感
光基板上に０．４μｍＬ／Ｓ（０．４μｍ幅の明線と暗
線の繰り返しパターン）を投影露光する際のベストフォ
ーカスでの空間像の計算値（シミュレーション）を示
す。ここでσ値とは投影レンズの入射瞳の面積と光源像
の面積の比を表わす。図２（Ｃ）は１枚のレチクルによ
り露光した場合の空間像の強度分布を表わし、横軸はあ
る明線の中心を原点とした感光基板上の位置（μｍ）で
あり、縦軸は相対強度である。図２（Ｆ）は２枚のレチ
クルに分解して各々露光した空間像強度の和を示し、図
２（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ分解されたパターンの空間
像の強度分布を表わす。このシミュレーションより明ら
かなように、パターンを分割して露光することにより空
間像のコントラストが向上する。

【００１７】すなわち、Ｌ／Ｓ状のパターンの場合は、
２つ以上の分解パターンにすることで、同じ開口数の投
影レンズを使ったとしても、より多くの高次光を結像に
使うことができるのである。このことはより微細な線状
パターンを、投影レンズの性能で決まる解像限度まで最
大限結像させることを意味し、パターンの像質（レジス
トパターンの像質）を良好なものにする。

【００１８】さらに、全体パターンＰ_aに対して明部の
比率を低くしたパターンＰ_bにすることにより、投影レ
ンズの最良結像面と感光基板表面とがデフォーカスした
場合でも、パターンＰ_bの暗部のデフォーカス像はあく
まで暗部を維持し、明線化することがなく、明線像のコ
ントラストのみが低下するだけになる。このため多重焦
点露光法を各分解パターン毎に行なえば、コンタクトホ
ールのときと同様にみかけ上の焦点深度を増大させた効
果が得られる。

【００１９】

【実施例】図３は本発明の実施例に好適な投影型露光装
置（ステッパー）の構成を示す斜視図である。このステ
ッパーの基本構成は、例えば特開昭６２−１４５７３０
号公報に開示されたものと同様であるので、以下簡単に
説明する。露光用光源２からの照明光は、レチクルブラ
インド（照明視野絞り）等を有する照明光学系４を通
り、レチクルステージ６上の１枚のレチクルを照明す
る。レチクルステージ６には、ここでは４枚のレチクル
Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄が同時に載置可能で、ｘ、ｙ方
向に２次元移動する。このレチクルステージ６には、位
置計測用のレーザ干渉計１０からのレーザービームを反
射する移動鏡８ｘ、８ｙが互いに直角に固定されてい
る。レチクルアライメント系１２はレチクルのアライメ
ントマークＲＭ₁〜ＲＭ₄を検出するととにも、ウェハ
Ｗ上のマークＷＭ₁〜ＷＭ₄も検出可能に設けられる。
このため、アライメント系１２は４枚のうちの１枚のレ
チクルを装置に対して位置決めする場合、あるいはマー
クＲＭ₁〜ＲＭ₄とマークＷＭ₁〜ＷＭ₄を同時に検出
してダイ・バイ・ダイアライメントする場合の両方に利
用できる。尚、図３ではアライメント系１２は１ケ所に
しか設けられていないが、図１に示した各マークＲ
Ｍ₁、ＲＭ₂、ＲＭ₃、ＲＭ₄に対応して複数ケ所に配
置されている。マークＲＭ₁〜ＲＭ₄、又はマークＷＭ
₁〜ＷＭ₄の光電検出は、マーク検出系１４によって行
なわれる。

【００２０】さて、レチクルのパターン領域の像は投影
レンズ系１６を介してウェハＷ上に予め形成されたチッ
プ領域ＣＰに結像投影される。ウェハＷはｘ、ｙ方向に
移動するウェハステージ２６上に載置されるが、このウ
ェハステージはｙ方向に移動するＹステージ２６ｙ、Ｙ
ステージ２６ｙ上をｘ方向に移動するＸステージ２６
ｘ、Ｘステージ２６ｘ上で投影光軸方向（Ｚ方向）に微
動するＺステージ２６ｚで構成される。Ｚステージ２６
ｚ上には、レーザ干渉計３０ｘ、３０ｙからのレーザー
ビームを反射する移動鏡２８ｘ、２８ｙが互いに直角に
固定されている。またＺステージ２６ｚには、ウェハＷ
とほぼ同じ高さになるように基準マークＦＭが固定され
ている。Ｘステージ２６ｘ、Ｙステージ２６ｙの各軸方
向の駆動はモータ２７ｘ、２７ｙで行なわれる。ここで
投影レンズ系１６には、結像補正機構１８が組み込ま
れ、露光光の入射によるエネルギー蓄積状態、環境条件
等によって変動する投影レンズ系１６の光学特性（倍
率、焦点、ある種のディストーション等）を時々刻々自
動的に補正している。この結像補正機構１８は、例えば
特開昭６０−７８４５４号公報に詳しく開示されている
ので、ここでは説明を省略する。また、このステッパー
には、レチクルステージ６の下方から投影レンズ系１６
のみを介してウェハＷ上のマーク（ＷＭ₁〜ＷＭ₄等）
を検出するアライメント光学系２０と、このアライメン
ト光学系２０で検出されたマーク光情報を光電検出する
マーク検出系２２とで構成されたＴＴＬ（スルーザレン
ズ）方式のアライメント系と、投影レンズ系１６の直近
に別設されたオフ・アクシス方式のアライメント系２４
とを備えている。

【００２１】また図３には示していないが、特開昭６０
−７８４５４号公報に開示されているのと同様に、ウェ
ハＷの表面の高さ位置を高分解能で検出する斜入射光式
フォーカスセンサーが設けられ、Ｚステージ２６ｚとと
もに、投影レンズ系の最良結像面とウェハ表面とを常に
合致させる自動焦点合わせ機構として動作する。ここで
図３の構成における照明光学系４と投影レンズ系１６と
の光学的な関係を図４を用いて説明する。照明光学系４
は、投影レンズ系１６の瞳ＥＰ内に２次光源像（面光
源）を投射するように構成され、所謂ケーラー照明法が
採用される。瞳ＥＰの大きさに対して、面光源像はわず
かに小さくなるように設定されている。今、全体パター
ンＰ_aを有するレチクルＲの１点に着目してみると、こ
の点に到達する照明光ＩＬには、ある立体角θ_r／２が
存在する。この立体角θ_r／２は全体パターンＰ_aを透
過した後も保存され、０次光の光束Ｄ_a0として投影レン
ズ系１６に入射する。この照明光ＩＬの立体角θ_r／２
は、照明光の開口数とも呼ばれている。また投影レンズ
系１６が両側テレセントリック系であるものとすると、
レチクルＲ側とウェハＷ側の夫々で、瞳ＥＰの中心（光
軸ＡＸが通る点）を通る主光線ｌ₁は光軸ＡＸと平行に
なる。こうして瞳ＥＰを通った光束はウェハＷ側で結像
光束ＩＬ_mとなってウェハＷ上の１点に結像する。この
場合、投影レンズ系１６の縮小倍率が１／５であると、
光束ＩＬ_mの立体角θ_w／２はθ _w＝５・θ_rの関係に
なる。立体角θ_w／２はウェハＷ上での結像光束の開口
数とも呼ばれている。また投影レンズ系１６単体でのウ
ェハ側の開口数は、瞳ＥＰいっぱいに光束を通したとき
の光束ＩＬ_mの立体角で定義される。

【００２２】さて、全体パターンＰ_aが図２（Ａ）で示
したものと同等であると、１次以上の高次回折光Ｄ_a1、
Ｄ_a2、……が発生する。これら高次光には、０次光束Ｄ
_a0の外側に広がって発生するものと、０次光束Ｄ_a0の内
側に分布して発生するものとがある。特に０次光束Ｄ_a0
の外側に分布する高次光の一部は、例えば投影レンズ系
１６に入射したとしても瞳ＥＰでけられることになり、
ウェハＷへは達しない。従って、より多くの高次回折光
を結像に利用するとなると、瞳ＥＰの径をできるだけ大
きくすること、すなわち投影レンズ系１６の開口数
（Ｎ．Ａ.)をさらに大きくしなければならない。あるい
は、照明光ＩＬの開口数（立体角θ_r／２）を小さくす
ること（面光源像の径を小さくすること）で、パターン
Ｐ_aからの高次光Ｄ_a1、Ｄ_a2等の広がり角を小さく押え
ることも可能である。ただしこの場合、ウェハＷ側での
０次の結像光束ＩＬ_mの開口数（立体角θ_w／２）を極
端に小さくしてしまうと、本来の解像性能を損うことに
なる。さらに元来、パターンＰ _aのピッチやデューティ
によって高次光の回折角は一義的に決まってしまうの
で、仮りに照明光ＩＬの立体角θ_r／２を零に近づける
ことが可能だとしても、高次回折光のうちのある次数以
上は瞳ＥＰでけられることになる。ところが、本実施例
のように、全体パターンを複数の分解パターンに分ける
と、図２（Ｂ）からも明らかなように、０次光束の外側
に広がる高次光の回折角が小さく押えられるため、瞳Ｅ
Ｐを容易に通過させることが可能となる。

【００２３】ところで、図３においては４枚のレチクル
Ｒ₁〜Ｒ₄が同一のレチクルステージ６上に載置され、
そのうち任意の１枚のレチクルの中心が投影レンズ系１
６の光軸ＡＸ上に位置するように交換可能である。この
交換時の各レチクルの位置決め精度は、レーザ干渉計１
０を用いているため、極めて高精度（例えば±０．０２
μｍ）にできる。このため、４枚のレチクルＲ₁〜Ｒ₄
の相互の位置関係を予め精密に計測しておけば、レーザ
干渉計１０の座標計測値のみに基づいてレチクルステー
ジ６を移動させることで各レチクルを位置決めできる。
また各レチクルＲ₁〜Ｒ₄の相互位置関係を予め計測し
ない場合であっても、各レチクル毎にアライメント系１
２、マーク検出系１４、基準マークＦＭ等を用いて精密
に位置決めすることができる。

【００２４】さらに本実施例では、分解パターンを有す
る各レチクルＲ₁〜Ｒ₄の露光時に、多重焦点露光法を
併用するものとする。このため、ウェハＷ上の１つのチ
ップ領域（ショット領域）ＣＰを、あるレチクルを用い
て露光する際、斜入射光式フォーカスセンサーがベスト
フォーカス点として検出したウェハ表面の高さ位置Ｚ ₀
と、この位置Ｚ₀から例えば０．５μｍ程度上の高さ位
置Ｚ₁、及びＺ₀から例えば０．５μｍ程度下の高さ位
置Ｚ₂の３つの焦点位置の各々で繰り返し露光を行なう
ようにする。従ってあるチップ領域ＣＰを１つのレチク
ルで露光する間に、ウェハＷの高さはＺステージ２６ｚ
により０．５μｍステップで上下動される。

【００２５】尚、Ｚステージ２６ｚを露光動作中に上下
動させる代りに、結像補正機構１８を用いて、投影レン
ズ系１６そのものの最良結像面（レチクル共役面）を上
下動させても同様の効果が得られる。この場合、特開昭
６０−７８４５４号公報に開示されているように、結像
補正機構１８は投影レンズ系１６内の密封されたレンズ
空間内の気体圧力を調整する方式であるので、本来の補
正のための圧力調整値に、結像面を±０．５μｍ程度上
下動させるためのオフセット圧力値を露光動作中に加え
ればよい。この際、圧力オフセットによって焦点面のみ
を変動させ、倍率やディストーション等は変動させない
ようなレンズ空間の組み合わせを選定する必要がある。

【００２６】さらに、投影レンズ系１６が両側テレセン
トリックである利点を使って、レチクルを上下動させる
ことで、同様に最良結像面の高さ位置を変化させること
ができる。一般に縮小投影の場合、像側（ウェハ側）で
の焦点ずれ量は、物体側（レチクル側）の焦点ずれ量に
換算すると、縮小倍率の２乗で決まってくる。このた
め、ウェハ側で±０．５μｍの焦点ずれが必要なとき、
縮小倍率を１／５とすると、レチクル側では±０．５／
（１／５）²＝±１２．５μｍとなる。

【００２７】次に、先の図１でも簡単に説明したが、全
体パターンを分解パターンへ分割するいくつかの例を図
５、図６、図７、図８を参照して説明する。図５は全体
パターンが、図５（Ａ）に示すように幅Ｄ₁の明線パタ
ーンＰＬ_cと幅Ｄ₂（Ｄ₂≒Ｄ₁)の暗線パターンＰＬ_s
とが交互に繰り返されたライン・ンド・スペースの場合
に、２枚のレチクルの夫々に図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す
ような分解パターンを形成する例である。図５（Ｂ）の
分解パターンと図５（Ｃ）の分解パターンでは、ともに
明線パターンＰＬ_cが全体パターンにくらべて１本おき
に形成されている。そして２つの分解パターン同志で
は、明線パターンＰＬ_cの位置が相補的になっている。
この場合、全体パターンでのピッチはＤ₁＋Ｄ₂（≒２
Ｄ₁)、デューティはＤ₁／（Ｄ₁＋Ｄ₂)≒１／２である
が、分解パンでのピッチは２Ｄ₁＋２Ｄ₂（≒４Ｄ₁)、
デューティはＤ₁／（２Ｄ₁＋２₂)≒１／４になる。こ
のため各レチクル上での明線パターンＰＬ_cの孤立化が
られることになる。

【００２８】図６は、全体パターンが図６（Ａ）のよう
にＬ／Ｓ状のときに、各明線パターンＰＬ_c毎に別々の
レチクルへふり分けるのではなく、各明線パターンを全
て微小な矩形明部ＰＬ_dに分解して、図６（Ｂ）、
（Ｃ）のように互いに相補的に配置した様子を示したも
のである。この方法では、２つの分解パターンは、とも
に孤立化した矩形明部ＰＬ_dがＬ／Ｓのピッチ方向では
互いに直交する方向にずれるように定められている。従
って任意の１つの矩形明部ＰＬ_dに着目すると、Ｌ／Ｓ
のピッチ方向の両脇については、幅（Ｄ₁＋２Ｄ₂)の暗
部が存在することなり、ピッチ方向のデューティは約１
／４になっている。

【００２９】図７は、図７（Ａ）のように全体パターン
では直角に屈曲する線状パターンを図７（Ｂ）、（Ｃ）
に示すように屈曲部で方向別に分割して２本の直線状パ
ターンＰＴ_e、ＰＴ_fにした様子を示す。ここでパター
ンＰＴ_e、ＰＴ_fの内部は透明部で、その周囲が遮へい
部である。ここで２つのパターンＰＴ_e、ＰＴ_fが明部
であると、屈曲部のところでは一部オーバーラップさせ
るとよい。ただしオーバーラップする部分は２つのパタ
ーンＰＴ_e、ＰＴ_fの夫々の長手方向に対してともに約
４５゜になるようにする。このため、パターンＰＴ_e、
ＰＴ_fの接続部は、直角にするのではなく、例えば４５
゜で切り取った形状にしておく。このように、９０゜で
屈曲した線状パターンを２本のパターンＰＴ_e、ＰＴ_f
に分解して重ね合わせ露光すると、特に屈曲部のレジス
ト上での像再生が良好になり、９０゜でまがった内側の
コーナー部の形状がきれいに露光される。またその他の
角度で屈曲した直線状パターンについても同様の方法を
適用し得る。さらに直線状パターンでなくとも、鋭角
（９０゜以下）で屈曲したエッジをもつパターンの場合
は、エッジの２つの方向によって２つのパターンに分解
するとよい。

【００３０】図８は、図８（Ａ）のようにＴ字状に交差
する全体パターンを、図８（Ｂ）、（Ｃ）のように方向
によって２つの線状パターンＰＴ_g、ＰＴ_hに分解した
場合を示す。線状パターンＰＴ_g、ＰＴ_hはともに明部
であるものとすると、線状パターンＰＴ_gの先端は９０
゜以上の角度をもつ二等辺三角形にしておき、この三角
形の部分が図８（Ｃ）のようにパターンＰＴ_hの直線エ
ッジに一部オーバーラップするようにする。このように
すると、Ｔ字状パターンの９０゜のコーナー部が、レジ
スト像の上では極めて鮮明になり、丸みをおびたりする
ことが少なくなる。

【００３１】以上、パターン分解のいくつかの例を示し
たが、図１で示した全体パターンＰＡに対しては、図５
の方法と図７の方法を併用して、複数の分解パターンＰ
ＴＡ ₁、ＰＴＡ₂、ＰＴＡ₃に分けたのである。尚、分
解する数は２以上であればよく、特に制限はない。ただ
し、分解したパターン（レチクル）の数が多いと、重ね
合わせ露光時の誤差がそれだけ累積されることになり、
スループットの点でも不利である。

【００３２】さらに分解した各パターンは、それぞれ別
のレチクルＲ₁〜Ｒ₄に形成するようにしたが、特開昭
６２−１４５７３０号公報に開示されているように、一
枚の大型ガラス基板上に、複数の同一サイズのパターン
領域を設け、分解した各パターンを各パターン領域内に
設けるようにしてもよい。次に図９を参照して本実施例
の代表的なシーケンスを説明する。

【００３３】

【ステップ１００】まず分解パターンを有する各レチク
ルＲ₁〜Ｒ₄をレチクルステージ６上に載置し、各レチ
クルＲ₁〜Ｒ₄をレチクルステージ６上でアライメント
系１２を用いて正確に位置決めする。特に各レチクルＲ
₁〜Ｒ₄のローテーション誤差は十分な精度で小さくす
る。このため、レチクルステージ６上の各レチクルＲ₁
〜Ｒ ₄を保持する部分には微小回転機構を設ける。ただ
し、各レチクルＲ₁〜Ｒ₄をｘ、ｙ方向に微小移動させ
る機構は省略できる。それはレチクルステージ６そのも
のがレーザ干渉計１０によって座標位置を精密に管理さ
れているからであり、各レチクルＲ₁〜Ｒ₄のマークＲ
Ｍ₁〜ＲＭ₄をアライメント系１２で検出するようにレ
チクルステージ６を位置決めしたときの各座標値を記憶
しておけばよい。また各レチクルＲ₁〜Ｒ₂のローテー
ションの基準は、実際にはウェハステージ側のレーザ干
渉計３０ｘ、３０ｙで規定される座標系であるから、基
準マークＦＭとマークＲＭ₁〜ＲＭ₄をアライメント系
１２で検出して、各レチクルＲ₁〜Ｒ₄のローテーショ
ン誤差がウェハステージ側の座標系において零になるよ
うに追い込む必要がある。このようなレチクルのローテ
ーションに関するアライメント手法は、例えば特開昭６
０−１８６８４５号公報に詳しく開示されている。

【００３４】

【ステップ１０１】次に照明光学系４内に設けられた照
明視野絞りとしてのレチクルブラインドの開口形状や寸
法を、レチクルの遮光帯ＳＢに合わせるように設定す
る。

【００３５】

【ステップ１０２】続いて、フォトレジストを塗布した
ウェハＷをウェハステージ上にローディングし、オフ・
アクシス方式のアライメント系２４、あるいはＴＴＬ方
式のアライメント光学系２０を用いて、ウェハＷ上のい
くつかのチップ領域ＣＰに付随したマークを検出して、
ウェハ全体のアライメント（グローバルアライメント）
を行ない、ウェハＷ上のチップ領域ＣＰの配列座標と投
影レンズ系１６の光軸ＡＸ（レチクルのパターン領域中
心点）とのｘ−ｙ平面内での位置関係を規定する。ここ
で、ウェハＷへの露光がファースト・プリントのとき
は、マークＷＭ₁〜ＷＭ ₄が存在しないので、ステップ
１０２は省略される。

【００３６】

【ステップ１０３】次に分解パターンの数、すなわちレ
チクルの枚数に対応したパターン番号ｎと、ウェハＷ上
に露光すべきチップ領域ＣＰの数に対応したチップ番号
ｍがコンピュータを含む主制御装置に登録される。ここ
でパターン番号ｎは、レチクルの枚数Ａのうちのいずれ
か１つの数にセットされ、チップ番号ｍは最大９とし
て、初期状態では１にセットされる。

【００３７】

【ステップ１０４】次にパターン番号ｎに対応したレチ
クルが投影レンズ系１６の直上にくるように、レチクル
ステージ６を精密に位置決めする。

【００３８】

【ステップ１０５】そして、ウェハステージを、チップ
番号ｍに基づいて、ステッピングさせ、露光すべきｍ番
目のチップ領域ＣＰを投影レンズ系１６の直下に位置決
めする。このとき、ｎ番目のレチクルの中心とｍ番目の
チップ領域ＣＰの中心とは、グローバルアライメント時
の結果に応じて、通常±１μｍ程度の範囲内にアライメ
ントされる。

【００３９】

【ステップ１０６】次に、ダイ・バイ・ダイ・アライメ
ントを実行するものとすると、アライメント光学系１
２、あるいはアライメント光学系２０を用いてチップ領
域ＣＰに付随したマークＷＭ₁〜ＷＭ₄のレチクルマー
クＲＭ₁〜ＲＭ₄に対する位置ずれを精密に計測し、そ
の位置ずれが許容範囲内になるまでウェハステージ２
６、又はレチクルステージ６のいずれか一方を微動させ
る。

【００４０】尚、ＴＴＬ方式のアライメント光学系２
０、又はアライメント光学系１２によってダイ・バイ・
ダイ・アライメントを行なう代りに、特開昭６１−４４
４２９号公報に開示されているように、ウェハＷ上の３
〜９個のチップ領域ＣＰのマークＷＭ₁〜ＷＭ₄の各位
置を計測し、その計測値に基づいて統計的な演算手法に
よりすべてのチップ領域のステッピング位置を求めるエ
ンハンスト・グローバルアライメント（Ｅ．Ｇ．Ａ）法
等を採用してもよい。

【００４１】

【ステップ１０７】次に、ｍ番目のチップ領域ＣＰに対
して、ｎ番目のレチクルで露光を行なうが、ここでは各
チップ領域毎に多重焦点露光法を適用するので、まず、
チップ領域に対して斜入射光式デフォーカスセンサーを
働かせ、最良結像面に対するチップ領域表面の高さ位置
を精密に計測する。そして、Ｚステージ２６ｚによって
ベストフォーカス位置に調整してから、通常の露光量の
１／３程度でレチクルのパターンを露光する。次に、例
えばウェハＷ上で０．５μｍのＬ／Ｓパターンが正確に
結像される位置をベストフォーカスとした場合、この高
さ位置に対して＋０．５μｍ、−０．５μｍ程度変化さ
せた２ケ所の各々にＺステージ２６ｚをオフセットさ
せ、各高さ位置でそれぞれ１／３の露光量で露光を行
う。すなわち本実施例では、ベストフォーカス点、その
前後の点の計３つの高さ位置で３重露光を行なう。多重
露光の各露光時における露光量は、ほぼ通常の露光量の
１／３でよいが、微妙に調整するとよい。尚、結像補正
機構１８を使って、最良結像面そのものを上下動させる
ときは、段階的に像面位置を固定する代りに、±０．５
μｍの間で連続的に像面を移動させつつ露光を行なうこ
ともできる。この場合、照明光学系４内に設けられたシ
ャッターは、１つのチップ領域ＣＰに対して１回だけ開
けばよく、スループット的には極めて有利である。

【００４２】

【ステップ１０８】ｍ番目のチップ領域の露光が完了す
ると、セットされたｍの値を１だけインリクメントす
る。

【００４３】

【ステップ１０９】ここでウェハＷ上のすべてのチップ
領域の露光が完了したか否かを判断する。ここではｍの
最大値を９としたので、この時点でｍが１０以上になっ
ていれば次のステップ１１０へ進み、９以下のときはス
テップ１０５に戻り、次のチップ領域へのステッピング
が行なわれる。

【００４４】

【ステップ１１０】ウェハＷ上にｎ番目のレチクルが露
光されると、ウェハステージを１番目のチップ領域に対
する露光位置へリセットし、チップ番号ｍを１にセット
する。

【００４５】

【ステップ１１１】ここで用意した分解パターンのすべ
てのレチクルが露光されているときは、１枚のウェハに
対する露光が終了したことになる。まだ残っているレチ
クルがあるときは、ステップ１１２に進む。

【００４６】

【ステップ１１２】次にパターン番号ｎは他のレチクル
に対応した値に変更し、再びステップ１０４へ戻り、同
様の動作を繰り返す。以上の各ステップで、ファースト
・プリントの際は先のステップ１０２以外に、ステップ
１０６も省略されることは言うまでもない。

【００４７】以上のようにして、次々にウェハＷの処理
を行なうが、例えば同一プロセスをへた複数枚のウェハ
を処理するときは、そのロット内の全てのウェハに対し
て１枚目のレチクルで露光してから、レチクル交換を行
ない、次のレチクルでロット内の全てのウェハを露光す
るようなシーケンスにしてもよい。また、ステップ１０
６ではダイ・バイ・ダイ・アライメントを行なうとき
は、チップ領域ＣＰに付随した１種類のマークを、各レ
チクルＲ₁〜Ｒ₄の夫々とのアライメント時に共通に使
うようにしておけば、ウェハＷ上に転写される各レチク
ル毎のパターンの間での相対位置ずれを最小にすること
ができる。

【００４８】さらに、Ｅ．Ｇ．Ａ法を採用するときは、
露光シーケンス中の各アライメント系、駆動系等のドリ
フトが問題となる可能性もあるが、基準マークＦＭを使
ってレチクル交換のたび、又はウェハ露光終了のたびに
各系のドリフトをチェックすることで、仮りにドリフト
が生じてもただちに補正することができる。以上本実施
例では、孤立化された分解パターンの夫々を、複数点の
焦点位置で多重露光を行なうために、解像限界の増大と
焦点深度の増大とがともに得られることになる。ここで
言う解像限界とは、レチクル上の全体パターンがＬ／Ｓ
状のように密なために、回折現象等によって、レジスト
上にパターン転写したときの明線と暗線が良好に分離し
て解像されない限界のことを意味し、投影レンズ系１６
単体の理論解像力とは別の意味である。本実施例では全
体パターン中の各線状パターンを孤立化するように分解
しておき、孤立化されたパターンを投影するので、ほと
んど投影レンズ系１６の理論解像力までいっぱいに使っ
て、より微細な線状パターンを転写することができる。
この効果は多重焦点露光法を併用しない場合、すなわち
図９中のステップ１０７でＺステージ２６ｚをベストフ
ォーカスに固定したまま、各分解パターンのレチクルＲ
₁〜Ｒ₄を重ね合わせ露光する場合であっても同様に得
られるものである。

【００４９】次に本発明の第２の実施例によるパターン
分解の手法と、それに伴った露光方法を説明する。図１
０（Ａ）はウェハＷ上に形成される回路パターン構成の
一例を模式的に表わした断面であり、製造の後半ではウ
ェハ表面に微小な凹凸が形成される。この微小凹凸は場
合によっては投影レンズ系１６の焦点深度（例えば±
０．８μｍ）よりも大きくなることもある。図１０
（Ａ）ではウェハ表面にレジスト層ＰＲが形成され、ウ
ェハ上の凸部にパターンＰ_r1、Ｐ_r2、Ｐ_r4を露光し、凹
部にパターンＰ_r3を露光する場合を示す。この場合、従
来の露光方法では、１枚のレチクル上に透明部としての
パターンＰ_r1〜Ｐ_r4の全てを形成していたが、本実施例
では凸部のところに露光されるパターンＰ_r1、Ｐ_r2、Ｐ
_r4は図１０（Ｂ）のようにレチクルＲ₁上に透過部
Ｐ_s1、Ｐ_s2、Ｐ_s4として形成しておき、凹部のところに
露光されるパターンＰ_r3は図１０（Ｃ）のようにレチク
ルＲ₂上に透過部Ｐ_s3として形成しておく。

【００５０】そして、それぞれのレチクルＲ₁、Ｒ₂を
用いて重ね合わせ露光する際、レチクルＲ₁のときは投
影レンズ系１６の最良結像面をウェハＷ上の凸部側に合
わせるようにして露光し、レチクルＲ₂のときは最良結
像面を凹部側に合わせるようにして露光する。このよう
にすれば、チップ領域ＣＰ内の全てのパターンが極めて
解像力よく露光され、凸部、凹部に影響されて、部分的
なデフォーカスを起すことが防止できる。

【００５１】本実施例ではさらに、各レチクルＲ₁、Ｒ
₂の露光時に、第１実施例で説明した多重焦点露光法を
併用してもよい。また線状パターンがウェハＷ上の凹部
から凸部にかけて露光されるようなときは、レチクル上
ではその線状パターンを長手方向で分解して凸部にかか
る部分と凹部にかかる部分とに分ければよい。さらにウ
ェハＷ上の凸部、凹部を３段階に分けて、３つの分解パ
ターンを作り、３つの焦点位置に分けて露光してもよ
い。もちろん、図５〜図８で説明した分解ルールを併用
してもよい。

【００５２】図１１は、第３の実施例によるパターン分
解手法を説明する図である。近年、レチクル上に形成さ
れた微小孤立パターン（コンタクトホール等）やコーナ
ーエッジの形状を正確に再現して露光する目的でサブ・
スペース・マークを入れることが提案されている。図１
１（Ａ）はコンタクトホールとしてレチクル上に形成さ
れる微小矩形開口部Ｐ_cmを表わし、この開口部Ｐ_cmはウ
ェハ上に露光したとき１〜２μｍ角程度になる。この種
の開口部Ｐ_cmは投影露光すると、レジスト上では９０゜
の角部がつぶれて丸まることが多い。そこで投影光学系
では解像されない程小さいサイズ（例えばウェハ上で
０．２μｍ角）のサブ・スペース・マークＭ_spを開口部
Ｐ_cmの４隅の角部近傍に設ける。

【００５３】このように本来の開口部Ｐ_cmの他にサブ・
スペース・マークＭ_spを形成する場合、開口部Ｐ_cmの配
列ピッチが狭くなると、従来のレチクルではサブ・スペ
ース・マークＭ_spを入れることが難しくなる。ところが
本発明のように、全体パターンにおける開口部Ｐ_cmを１
つおきにサブ・スペース・マークＭ_spと共に別々のレチ
クル（又は別々の分解パターン）に形成しておけば、１
つの開口部Ｐ_cmの周囲には充分なスペース（遮へい部）
ができるので、サブ・スペース・マークＭ_spの設け方に
自由度が得られるといった利点がある。

【００５４】図１１（Ｂ）はラインパターンＰ_Lmの端部
近傍の両側に線状のサブ・スペース・マークＭ_spを設け
た場合を示す。全体パターンを分解パターンに分けたと
き、露光すべき矩形状、又はライン状パターンに付随し
たサブ・スペース・マークＭ _spはかならず分解されたそ
のパターンとともにレチクル上に形成しておく必要があ
る。また１つの全体パターン（例えば屈曲した線状パタ
ーン）を複数のパターンに分解したとき、各分解パター
ン中にコーナーエッジが生まれたときは、そのコーナー
エッジ近傍等に新たにサブ・スペース・マークを設けて
おいてもよい。

【００５５】図１２は第４の実施例によるパターン分解
手法を説明する図である。本実施例では、いままでの各
実施例で説明した効果以外に、投影光学系の解像限界を
超えた微小線幅のリソグラフィが達成されるといった効
果が得られる。図１２（Ａ）はウェハＷの断面の一例を
示し、レジスト層ＰＲに紙面と直交する方向に伸びた細
いラインパターンＰ_r5、Ｐ_r6、Ｐ_r7をレジスト像として
残す場合を示す。

【００５６】レジスト層ＰＲ上でパターンＰ_r5、Ｐ_r6、
Ｐ_r7の周囲は全て感光させるものとすると、レチクル上
の分解パターンは図１２（Ｂ）、（Ｃ）のように２つに
分ける。図１２（Ｂ）、（Ｃ）で、２枚のレチクルの夫
々には、パターンＰ_r5、Ｐ_r6、Ｐ_r7のところで互いにオ
ーバーラップするような遮光部が形成される。オーバー
ラップする遮光部の幅ΔＤがパターンＰ_r5、Ｐ_r6、Ｐ_r7
の線幅を決定する。ここで明らかなように、従来の方法
では、パターンＰ_r5、Ｐ_r6、Ｐ_r7の夫々に対応した１本
の暗線パターンを露光するため、各パターンＰ_r5〜Ｐ_r7
の線幅は投影レンズの性能等で制限されてしまう。しか
しながら本実施例では２枚のレチクルの夫々に分解され
たパターン上での暗部の幅は極めて大きなものになり、
回折の影響をほとんど受けない。このため投影レンズの
性能、回折等の制限を受けずに、幅ΔＤを極めて小さく
でき、例えば０．８μｍを解像限界とする露光装置を使
って０．４μｍのラインパターンを作ることができる。
本実施例の場合、ウェハＷ上へ転写されるパターン像の
寸法精度は、２枚のレチクル（各分解パターン）の各ア
ライメント精度、ウェハＷ上の各チップ領域ＣＰとのア
ライメント精度、及び２枚のレチクル間でのパターン領
域の作成誤差等に依存して悪化することが考えられる。
しかしながらアライメント精度は年々向上してきてお
り、また各レチクルのパターン領域の作成誤差、マーク
打ち込み誤差等は、予め計測して、アライメント時に位
置補正するようなシーケンスをとれば実用上の問題は少
ないと考えられる。さらに図１２（Ｂ）、（Ｃ）のパタ
ーン分解手法からも明らかではあるが、２つの分解パタ
ーンの夫々での露光時の光量は、どちらの分解パターン
に対してもほぼ適正露光量にしておけばよい。またレジ
スト層ＰＲはポジ型、ネガ型のいずれでもよく、多重焦
点露光法との併用も有効である。

【００５７】次に本発明の第５の実施例を図１３
（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図３に示したステ
ッパーの光源として、近年エキシマレーザ光源を用いる
ことが注目されている。エキシマレーザ光源はレーザ媒
質として希ガス・ハライド（ＸｅＣｌ、Ｋｒｆ、ＡｒＦ
等）のように、レーザ・ゲインの高いものが使われる。
このためレーザチューブ内の電極間に高圧放電を起す
と、特別な共振ミラーがなくても紫外域の強力な光を誘
導放出し得る。この場合放出された光のスペクトルはブ
ロードなものであり、時間的にも空間的にもコヒーレン
シィは低い。このようなブロードバンドの光は、投影レ
ンズの材質にもよるが、著しく大きな色収差を発生す
る。紫外域の光を効率よく透過させるために、エキシマ
レーザ用の投影レンズは石英のみで作られることが多
い。このためエキシマレーザ光のスペクトル幅は極めて
狭くする必要があるとともに、その絶対波長も一定にさ
せる必要がある。

【００５８】そこで本実施例では、図１３（Ａ）に示す
ようにエキシマレーザチューブ２０２の外部に共振器と
して作用する全反射ミラー（リアミラー２０１）、低反
射率ミラー（フロントミラー）２０５とを設けてコヒー
レンシィを少し高めるとともに、レーザチューブ２０２
の外部でミラー２０１とミラー２０５との間に、２つの
可変傾角のファブリ・ペロー・エタロン２０３、２０４
を配置してレーザ光の狭帯化を計るようにした。ここで
エタロン２０３、２０４は２枚の石英板を所定のギャッ
プで平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィル
ターとして働く。エタロン２０３、２０４のうちエタロ
ン２０３は粗調用で、エタロン２０４は微調用であり、
このエタロン２０４の傾角を調整することで、出力され
るレーザ光の波長の絶対値が一定値になるように、波長
変動をモニターしつつ逐次フィードバック制御する。

【００５９】そこで本実施例では、このようなエキシマ
レーザ光源の構成と投影レンズの軸上色収差とを積極的
に利用して、最良結像面を光学的上下動させることで、
多重焦点露光法を行なうようにした。すなわち、あるチ
ップ領域ＣＰを露光する際、エキシマレーザ光源内のエ
タロン２０４、又は２０３のうちいずれか一方を、絶対
波長安定化に必要な傾角から所定量だけずらしながらエ
キシマレーザ（パルス等）を照射する。エタロンの傾角
をずらすと、絶対波長がわずかにシフトするので、投影
レンズの軸上色収差に対応して最良結像面は光軸方向に
位置変動を起す。このため５０〜１００パルスのエキシ
マレーザで露光する間にエタロンの傾角を離散的、又は
連続的に変化させれば、レチクル、ウェハ間のメカ的な
移動をまったく行なうことなく同様の多重焦点露光法が
実施できる。

【００６０】図１３（Ｂ）は、同様のエキシマレーザの
他の構成を示し、リアミラー２０１の代りに波長選択素
子としての反射型の回折格子（グレーティング）２０６
を傾斜可能に設けたものである。この場合、グレーティ
ング２０６は波長設定時の粗調に使い、エタロン２０４
を微調に使う。多重焦点露光法のためには、エタロン２
０４、又はグレーティング２０６のうちいずれか一方を
傾斜させれば発振波長が変化し、最良像面が上下動す
る。

【００６１】以上のように、エキシマレーザを用いると
色収差という物理現象を使って像面（焦点位置）を変化
させることができるが、色収差には縦色収差（軸上色収
差）と横色収差（倍率色収差）の２つがあり、それぞれ
が波長の変化によって同時に生じることがある。倍率色
収差は、投影倍率を狂わせることを意味するので、無視
できる程度に補正しておく必要がある。そこで一例とし
ては、両側テレセントリックな投影レンズの場合は投影
レンズ内の最もレチクル側に設けられたテレセン維持用
のフィールドレンズ群（補正光学系）を光軸方向に上下
動させる構成とし、エタロン２０４の傾斜と同期させて
フィールドレンズ群を上下動させれば、倍率色収差を補
正することができる。

【００６２】また図３に示した結像補正機構１８を連動
して用いて、投影レンズ系１６内の制御圧力にオフセッ
トを加える方式であっても、同様に横色収差（倍率誤
差）を補正することができる。次に、先に説明した多重
焦点露光法の他のシーケンスを第６の実施例として説明
する。

【００６３】このシーケンスのために、図３に示したス
テッパーにはウェハステージ２６のヨーイングを計測す
るための差動干渉計が設けられ、移動鏡２８ｘ、又は２
８ｙに一定間隔で平行に並んだ２本の測長用ビームを投
射し、２本の測長ビームの光路差の変化を計測する。こ
の計測値はウェハステージ２６の移動中、又はステッピ
ング後に生じる微小回転誤差量に対応している。

【００６４】そこでまずウェハＷ上の全てのチップ領域
に対して、１つの焦点位置でステップアンドリピート方
式で順次露光している。このとき、各チップ領域の露光
中に、ウェハステージ２６のヨーイング量を計測して記
憶していく。そしてＺステージ２６ｚの高さ変更、又は
エキシマレーザ光の波長シフト等を行なって第２の焦点
位置で同様にステップアンドリピート方式で１番目のチ
ップ領域から順次露光を行なっていく。このとき各チッ
プ領域にステッピングしたときのヨーイング量と、先に
記憶された当該チップ領域露光時のヨーイング量とを比
較し、許容値内の差しかないときはそのまま露光を行な
う。比較の結果が差が大きいときは、ウェハＷを保持し
て微小回転するθテーブルで回転補正するか、レチクル
を保持するθテーブルを回転させて補正する。

【００６５】この際、ｘ、ｙ方向のレチクルとチップ領
域の位置ずれは、アライメント系１２等によりダイ・バ
イ・ダイ方式でモニターしつつ、リアルタイムにアライ
メント（位置ずれ補正）するとよい。すなわち、ｘ、ｙ
方向のアライメント誤差は、チップ領域に付随したマー
クＷＭ₁〜ＷＭ₄、レチクルマークＲＭ₁〜ＲＭ₄を検
出しつつ、そのアライメント誤差が零になるようにレチ
クルステージ６又は、ウェハステージ２６をサーボ制御
する状態にしておき、同時にレチクル又はウェハを差動
干渉計からのヨーイング計測値に基づいて回転補正す
る。

【００６６】このようなシーケンスにすると、各チップ
領域に対するアライメント時間が短かくなるとともに、
チップローテーション、ウェハローテーションの誤差に
よる重ね合わせ精度の低下が無視できる。またウェハス
テージのヨーイング量を記憶しておくので、１層目の露
光（ファーストプリント）時から多重焦点露光法を使う
ときでも、分解したレチクルによる重ね合わせ露光の精
度を何ら低下させることがない。以上、本実施例では各
チップ領域の露光のたびに焦点位置を変えるのではな
く、１枚のウェハに対する１回目の露光が終了した時点
で焦点位置を変えるだけなので、スループットの向上が
期待できる。

【００６７】以上、本発明の各実施例を説明したが、分
解されたパターンの各々は、パターン形状が異なるため
に必然的に像強度も異なってくる。そのため、各分解パ
ターン毎に適正露光量が異なることがある。そこで分解
されたパターンの各々について、レチクルのパターン領
域の透過率等を計測して各分解パターン毎に適正露光量
を決定するようにしてもよい。また、投影露光時の結像
光束の開口数を小さくすることも焦点深度を増大させる
のに役立つ。結像光束の開口数は、投影レンズの瞳ＥＰ
に可変開口絞り板を設けること、照明光学系内の２次光
源像の大きさを絞りや変倍光学系等を用いて変えること
等で調整できる。さらに瞳ＥＰを通る光束を図１４のよ
うな絞りでリング状（輪帯状）に制限してもよい。ある
いは２次光源像を径や幅を可変、又は切替え可能なリン
グ状に形成してもよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来は多
重焦点露光法の適用が難かしかったパターンに対しても
同方法を適用できるようになる。また、パターンの空間
周波数を低減できるために、フォーカス位置を変化させ
ない場合についても、より微細なパターンの形成が可能
である。

【００６９】また、エキシマ露光等で波長を変化させて
多重露光を行うことで焦点深度の拡大方法の選択が広が
る。これらは、光を用いる０．５μｍ以下のリソグラフ
ィで焦点深度をいかにして増大させるかという物理的限
界に対する解法の有力な手法である。更に、レチクルを
分割する方法は近年、各パターンにサブ・スペース・マ
ーク等を入れる技術が開発され、同一のレチクルに本パ
ターンとともにサブ・スペース・マークを入れることが
スペース的にむずかしいことへの解決ともなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を模式的に表わした図。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はライン・アンド・スペースパ
ターンとその間引きパターンとの回折光の発生の様子を
示す図。（Ｃ）はライン・アンド・スペースパターンの
ときの像強度分布のシミュレーション結果を表わすグラ
フ。（Ｄ）、（Ｅ）は間引きパターンのときの像強度分
布のシミュレーションを表わすグラフ。（Ｆ）は図２
（Ｄ）、（Ｅ）の像強度を重ね合わせたシミュレーショ
ン結果を表わすグラフ。

【図３】本発明の実施に好適なステッパーの構成を示す
斜視図。

【図４】ステッパーの投影光学系における結像の様子を
示す図。

【図５】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図６】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図７】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図８】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図９】本発明の方法を用いた１つの露光手順を説明す
るフローチャート図。

【図１０】第２の実施例によるパターン分解法を説明す
る図。

【図１１】第３の実施例によるパターン形成法を説明す
る図。

【図１２】第４の実施例によるパターン分解法を説明す
る図。

【図１３】第５の実施例による露光方法を実施するのに
好適なレーザ光源の構成を示す図。

【図１４】結像光束の開口数を調整するための輪帯状フ
ィルターを示す平面図。

【主要部分の符号の説明】

Ｒ、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄ レチクルＷウェハＣＰショット領域ＰＡ、ＰＢ全体パターンＰＴＡ₁、ＰＴＡ₂、ＰＴＡ₃ ＰＡの分解パターンＰＴＢ₁、ＰＴＢ₂、ＰＴＢ₃ ＰＢの分解パターン２光源部４照明光学系６レチクルステージ１６投影レンズ１８結像補正機構

───────────────────────────────────────────────────── 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 7/20 521 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の転写パターンを投影光学系を介して
基板上に露光する方法において、前記転写パターンとして線状パターンが屈曲して形成さ
れるときに、前記線状パターンを空間像のコントラスト
が向上するようにその屈曲部で第１分解パターンと第２
分解パターンとに分けて、前記第１及び第２分解パター
ンのそれぞれを前記基板上の同一の感応層に順次露光す
ることを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記第１分解パターンと前記第２分解パタ
ーンの各々の露光中に、前記投影光学系によるパターン
結像面と前記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対
的に変位させることを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記パターン結像面と前記基板との相対的
な変位を、前記第１分解パターンおよび前記第２分解パ
ターンのそれぞれに照射されるエネルギー線の波長を変
化させて行うことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記第１分解パターンと第２分解パターン
のそれぞれは、前記投影光学系により結像される主パタ
ーンと、該主パターンの露光を補助するために設けられ
た補助パターンとを含むことを特徴とする請求項１また
は２に記載の方法。
【請求項５】前記第１分解パターンを露光するときと、
前記第２分解パターンを露光するときとで、前記投影光
学系の光軸方向における前記基板の位置を異ならせるこ
とを特徴とする請求項１または４に記載の方法。
【請求項６】前記基板の表面の凹凸構造に応じて、前記
基板の位置を異ならせることを特徴とする請求項５に記
載の方法。
【請求項７】前記第１分解パターンを露光するときと、
前記第２分解パターンを露光するときとで、前記基板に
対する露光量を異ならせることを特徴とする請求項１、
２、４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】所定の転写パターンを投影光学系を介して
基板上に露光する方法において、前記転写パターンとして第１線状パターンと第２線状パ
ターンとが平行に形成されるときに、前記第１線状パタ
ーンを空間像のコントラストが向上するように第１分解
パターンと第２分解パターンとに分けるとともに、前記
第２線状パターンを空間像のコントラストが向上するよ
うに前記第１分解パターンと第２分解パターンとに分け
て、前記第１及び第２分解パターンのそれぞれを前記基
板上の同一の感応層に順次露光することを特徴とする露
光方法。
【請求項９】前記第１分解パターンと前記第２分解パタ
ーンの各々の露光中に、前記投影光学系によるパターン
結像面と前記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対
的に変位させることを特徴とする請求項８に記載の方
法。
【請求項１０】前記パターン結像面と前記基板との相対
的な変位を、前記第１分解パターンおよび前記第２分解
パターンのそれぞれに照射されるエネルギー線の波長を
変化させて行うことを特徴とする請求項９に記載の方
法。
【請求項１１】前記第１分解パターンと第２分解パター
ンのそれぞれは、前記投影光学系により結像される主パ
ターンと、該主パターンの露光を補助するために設けら
れた補助パターンとを含むことを特徴とする請求項８ま
たは９に記載の方法。
【請求項１２】前記第１分解パターンを露光するとき
と、前記第２分解パターンを露光するときとで、前記投
影光学系の光軸方向における前記基板の位置を異ならせ
ることを特徴とする請求項８または１１に記載の方法。
【請求項１３】前記基板の表面の凹凸構造に応じて、前
記基板の位置を異ならせることを特徴とする請求項１２
に記載の方法。
【請求項１４】前記第１パターンを露光するときと、前
記第２パターンを露光するときとで、前記基板に対する
露光量を異ならせることを特徴とする請求項８、９、１
１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】所定の転写パターンを投影光学系を介し
て基板上に露光する露光方法において、前記投影光学系によるパターン結像面と前記基板とを前
記投影光学系の光軸方向に相対的に変位させながら多重
露光を行うために前記転写パターンから孤立化した、第
１のパターンと第２のパターンとを用意し；前記孤立化された第１パターンにエネルギー線を照射す
るとともに、前記投影光学系によるパターン結像面と前
記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に変位さ
せながら前記第１のパターンを前記基板上の感応層に露
光し；前記孤立化された第２のパターンにエネルギー線を照射
するとともに、前記パターン結像面と前記基板とを前記
投影光学系の光軸方向に相対的に変位させながら前記第
１パターンを露光したのと同一の感応層に前記第２のパ
ターンを露光することを特徴する露光方法。
【請求項１６】複数のパターンを投影光学系を介して基
板上の同一感応層に順次露光することにより、所定パタ
ーンを前記感応層に形成する露光方法において、前記複数のパターンのうちの一つを用意し；該用意された一つのパターンを用いて前記基板上の感応
層を露光するときに、所定手法により焦点深度を増大さ
せることを特徴とする露光方法。
【請求項１７】前記所定の手法は、前記一つのパターン
の露光中に、前記投影光学系によるパターン結像面と前
記基板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に変位さ
せることを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方
法。
【請求項１８】前記一つのパターンは、前記投影光学系
によるパターン結像面と前記基板とを前記投影光学系の
光軸方向に相対的に変位させながら露光を行うために孤
立化されていることを特徴とする請求項１７に記載の方
法。
【請求項１９】前記パターン結像面と前記基板との相対
的な変位を、前記一つのパターンに照射されるエネルギ
ー線の波長を変化させて行うことを特徴とする請求項１
７に記載の方法。
【請求項２０】前記一つのパターンは、前記投影光学系
により結像される主パターンと、該主パターンの露光を
補助するために設けられた補助パターンとを含むことを
特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項２１】前記一つのパターンを前記基板上の感応
層に露光するときと、前記複数のパターンのうちの別の
パターンを前記基板上の感応層に露光するときとで、前
記投影光学系の光軸方向の前記基板の位置を異ならせる
ことを特徴とする請求項１６、１７、２０のいずれか一
項に記載の方法。
【請求項２２】前記基板の表面の凹凸構造に応じて、前
記基板の位置を異ならせることを特徴とする請求項２１
に記載の方法。
【請求項２３】前記一つのパターンを前記基板上の感応
層に露光するときと、前記複数のパターンのうちの別の
パターンを前記基板上の感応層に露光するときとで、前
記基板上の感応層に対する露光量を異ならせることを特
徴とする請求項１６、１７、２０のいずれか一項に記載
の方法。
【請求項２４】前記一つのパターンおよび前記別のパタ
ーンそれぞれの形状に応じて露光量を異ならせることを
特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記一つのパターンと前記複数のパター
ンのうちの別のパターンとは、それぞれの一部がオーバ
ーラップするように、前記基板上の同一の感応層に露光
されることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項２６】前記エネルギー線は、所定の照明系から
の照明光であり、前記照明系内に形成される２次光源は輪帯状に形成され
ていることを特徴とする請求項１６、１７、２０のいず
れか一項に記載の方法。
【請求項２７】前記輪帯状の２次光源は、径や幅を可
変、又は切り換え可能であることを特徴とする請求項２
６に記載の方法。
【請求項２８】前記エネルギー線は、所定の照明系から
の光束であり、前記基板上の感応層に投影光学系を介して照射される結
像光束は、前記投影光学系の瞳面に設けられた光学部材
により制限されることを特徴とする請求項１６、１７、
２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】前記光学部材は、可変開口絞りであるこ
とを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】前記光学部材は、前記投影光学系を通過
する光束を輪帯状に制限することを特徴とする請求項２
８に記載の方法。
【請求項３１】前記複数のパターンは、それぞれ対応す
る複数のマスクに設けられていることを特徴とする請求
項１６、１７、２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】前記複数のマスクは同一の支持台に載置
され、前記複数のマスクを順次所定位置に位置決めして露光を
行うことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】前記所定パターンを前記基板上の複数チ
ップ領域のそれぞれに露光する方法であって、前記一つのパターンを前記複数のチップ領域のそれぞれ
に露光した後に、前記複数のパターンのうちの別のパタ
ーンを前記複数のチップ領域のそれぞれに露光すること
を特徴とする１６、１７、２０、３１のいずれか一項に
記載の方法。