JP3123548B2 - 露光方法及び露光装置 - Google Patents

露光方法及び露光装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及び露光
装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基板上を露
光する露光方法及び露光装置に関する。本発明の露光方
法及び露光装置は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チ
ップ、液晶パネル等の表示素子、磁気へッド等の検出素
子、ＣＣＤ等の撮像素子といった各種デバイスの製造に
用いられる。
【０００２】
【従来の技術】従来より、ＩＣ，ＬＳＩ、液晶パネル等
のデバイスをフォトリソグラフイー技術を用いて製造す
る時には、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マス
ク」と記す。）の回路パターンを投影光学系によってフ
ォトレジスト等が塗布されたシリコンウエハ又はガラス
プレート等（以下、「ウエハ」と記す。）の感光基板上
に投影し、そこに転写する（露光する）投影露光方法及
び投影露光装置が使用されている。
【０００３】上記デバイスの高集積化に対応して、ウエ
ハに転写するパターンの微細化即ち高解像度化とウエハ
における１チップの大面積化とが要求されており、従っ
てウエハに対する微細加工技術の中心を成す上記投影露
光方法及び投影露光装置においても、現在、０．５μｍ
以下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべく、解像
度と露光面積の向上が計られている。
【０００４】従来の投影露光装置の摸式図を図１８に示
す。図１８中、１９１は遠紫外線露光用光源であるエキ
シマレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光、１
９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系１
９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小投影光学系
（光学系）、１９７は光学系１９６から出て基板１９８
に入射する像側露光光、１９８は感光基板であるウエ
ハ、１９９は感光基板を保持する基板ステージを、示
す。
【０００５】エキシマレーザ１９１から出射したレーザ
光は、引き回し光学系によって照明光学系１９２に導光
され、照明光学系１９２により所定の光強度分布、配光
分布、開き角（開口数ＮＡ）等を持つ照明光１９３とな
るように調整され、マスク１９４を照明する。
【０００６】マスク１９４にはウエハ１９８上に形成す
る微細パターンを投影光学系１９６の投影倍率の逆数倍
（例えば２倍や４倍や５倍）した寸法のパターンがクロ
ム等によって石英基板上に形成されており、照明光１９
３はマスク１９４の微細パターンによって透過回折さ
れ、物体側露光光１９５となる。投影光学系１９６は、
物体側露光光１９５を、マスク１９４の微細パターンを
上記投影倍率で且つ充分小さな収差でウエハ１９８上に
結像する像側露光光１９７に変換する。像側露光光１９
７は図１８の下部の拡大図に示されるように、所定の開
口数ＮＡ（＝sinθ）でウエハ１９８上に収束し，ウエ
ハ１９８上に微細パターンの像を結ぶ。基板ステージ１
９９は、ウエハ１９８の互いに異なる複数の領域（ショ
ット領域：１個又は複数のチップとなる領域）に順次微
細パターンを形成する場合に、投影光学系の像平面に沿
ってステップ移動することによりウエハ１９８の投影光
学系１９６に対する位置を変える。
【０００７】しかしながら、現在主流の上記のエキシマ
レーザを光源とする投影露光装置は，０．１５μｍ以下
のパターンを形成することが困難である。
【０００８】投影光学系１９６は、露光（に用いる）波
長に起因する光学的な解像度と焦点深度との間のトレー
ドオフによる解像度の限界がある。投影露光装置による
解像パターンの解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは，次の
（１）式と（２）式の如きレーリーの式によって表され
る。
【０００９】Ｒ＝ｋ1（λ／ＮＡ） ‥‥‥（１） ＤＯＦ＝ｋ2（λ／ＮＡ2） ‥‥‥（２） ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系１９６の明る
さを表す像側の開口数、ｋ1、ｋ2はウエハ１９８の現像
プロセス特性等によって決まる定数であり，通常０．５
〜０．７程度の値である。
【００１０】この（１）式と（２）式から、解像度Ｒを
小さい値とする高解像度化には開口数ＮＡを大さくする
「高ＮＡ化」があるが、実際の露光では投影光学系１９
６の焦点深度ＤＯＦをある程度以上の値にする必要があ
るため、高ＮＡ化をある程度以上進めることは不可能と
なることと、高解像度化には結局露光波長λを小さくす
る「短波長化」が必要となることとが分かる。
【００１１】ところが短波長化を進めていくと重大な問
題が発生する。この間題とは投影光学系１９６のレンズ
の硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透
過率は遠紫外線領域では０に近く、特別な製造方法を用
いて露光装置用（露光波長約２４８ｎｍ）に製造された
硝材として溶融石英が現存するが，この溶融石英の透過
率も波長１９３ｎｍ以下の露光波長に対しては急激に低
下するし，０．１５μｍ以下の微細パターンに対応する
露光波長１５０ｎｍ以下の領域では実用的な硝材の開発
は非常に困難である。また遠紫外線領域で使用される硝
材は、透過率以外にも、耐久性，屈折率均一性，光学的
歪み，加工性等の複数条件を満たす必要があり、この事
から、実用的な硝材の存在が危ぶまれている。
【００１２】このように従来の投影露光方法及び投影露
光装置では、ウエハ１９８に０．１５μｍ以下のパター
ンを形成する為には１５０ｎｍ程度以下まで露光波長の
短波長化が必要であるのに対し、この波長領域では実用
的な硝材が存在しないので、ウエハ１９８に０．１５μ
ｍ以下のパターンを形成することができなかった。
【００１３】米国特許第5,415,835号公報は２光束干渉
露光によって微細パターンを形成する技術を開示してお
り、２光束干渉露光によれば、ウエハに０．１５μｍ以
下のパターンを形成することができる。
【００１４】２光束干渉露光の原理を図１４を用いて説
明する。２光束干渉露光は、レーザ１５１からの可干渉
性を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラー
１５２によって２光束に分割し、２光束を夫々平面ミラ
ー１５３によって反射することにより２個のレーザ光
（可干渉性平行光線束）を０より大きく９０度未満のあ
る角度を成して交差させることにより交差部分に干渉縞
を形成し、この干渉縞（の光強度分布）によってウエハ
１５４を露光して感光させることで干渉縞の光強度分布
に応じた微細な周期パターンをウエハに形成するもので
ある。
【００１５】２光束がウエハ面の立てた垂線に対して互
いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態でウエハ面で交差
する場合、この２光束干渉露光における解像度Ｒは次の
（３）式で表される。
【００１６】 Ｒ＝λ／（４sinθ） ＝λ／４ＮＡ ＝０．２５（λ／ＮＡ） ‥‥‥（３） ここで、ＲはＬ＆Ｓ（ライン・アンド・スペース）の夫
々の幅即ち干渉縞の明部と暗部の夫々の幅を、θは２光
束の夫々の像面に対する入射角度（絶対値）を表し、Ｎ
Ａ＝ｓｉｎθである。
【００１７】通常の投影露光における解像度の式である
（１）式と２光束干渉露光における解像度の式である
（３）式とを比較すると、２光束干渉露光の解像度Ｒは
（１）式においてｋ1＝０．２５とした場合に相当する
から、２光束干渉露光ではｋ1＝０．５〜０．７である
通常の投影露光の解像度より２倍以上の解像度を得るこ
とが可能である。
【００１８】上記米国特許には開示されていないが、例
えばλ＝０．２４８ｎｍ（ｋｒＦエキシマ）でＮＡ＝
０．６の時は、Ｒ＝０．１０μｍが得られる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら２光束干
渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布（露光量分布）
に相当する単純な縞パターンしか得られないので、回路
パターンをウエハに形成することができない。
【００２０】そこで上記米国特許第5,415,835号公報
は、２光束干渉露光によって単純な縞パターン（周期パ
ターン）即ち２値的な露光量分布をウエハ（のレジス
ト）に与えた後、ウエハを現像することなく露光装置の
分解能の範囲内の大きさのある開口が形成されたマスク
を用いて通常リソグラフィー（露光）を行なって更に別
の２値的な露光量分布をウエハに与えることにより、孤
立の線（パターン）を得ることを提案している。
【００２１】しかしながら上記米国特許第5,415,835号
公報の露光方法も、２光束干渉露光より複雑な所望の形
状の回路パターンを得ることができなかった。
【００２２】また、上記米国特許第5,415,835号公報は2
光束干渉露光と通常露光の2つの露光法を組み合わせる
ことは開示しているが、このような組み合せを達成する
露光装置を具体的に示してはいない。
【００２３】多重露光では、１回目と２回目に、間で現
像は行なわないで周期パターンと通常パターンを順次露
光、あるいは数回露光を繰り返している。
【００２４】周期パターン露光は大きな焦点深度が得ら
れる。コヒーレントな光の２光束を干渉させて得られる
干渉縞は原理的には焦点深度が無限大であるが、実際に
は装置上の問題から部分的コヒーレントの光によって２
光束を干渉させるため、焦点深度は有限なものとなる。
【００２５】しかしながら、通常露光に主として用いら
れる投影露光装置は近来の高ＮＡ化により焦点深度が非
常に狭くなっている。又、通常露光において、マスク
（レチクル）が限界解像以下の微小な大きさのパターン
を含むと焦点深度はますます狭くなってくる。
【００２６】このような焦点深度のせまい通常露光に、
焦点深度のひろい周期パターン露光を多重露光すること
によって、解像度以下の微小パターンが解像される。
【００２７】しかしながら、もともと通常露光の焦点深
度が少ないために、多重露光することによって得られる
合成パターン像は、周期パターン露光の深度より、少な
い深度しか得られない。つまり、従来の多重露光では位
相シフト法によって得られる周期パターン露光の深度を
十分に生かしていないのが問題であった。
【００２８】周期パターン露光と組み合わせて多重露光
を行なわないで、通常露光をベストフォーカス位置及び
それから＋側にデフォーカスして露光し、その後、反対
方向の−側にデフォーカスして露光することによって焦
点深度を広くする方法がある。
【００２９】このような露光方法は、特開昭６３−４２
１２２号公報に提案されている。
【００３０】又、同じ目的で露光光の波長を変えて複数
回の露光を行う多重露光方法は、特開平２−２４４７０
８号公報で開示されている。
【００３１】又、同様に、ステップ＆スキャン型の投影
露光装置に関しては、特開平４−２７７６１２号公報で
その方法が開示されている。
【００３２】あるいは二重焦点レンズを用いても良い
し、瞳フィルターを用いて、二重焦点とするような公知
の方法を用いても良く、二重焦点が得られるようなら
ば、どのような方法を用いても良い。
【００３３】しかし、このデフォーカス位置を変えた多
重露光のみでは、ｋ1≦０．５の限界解像以下のパター
ンを解像するのは難しく、また、多重露光によるデフォ
ーカス像の平均化のためにコントラストが低減し、レジ
ストの解像が可能なコントラストレベルに達しないため
に解像されないという問題点もある。
【００３４】本発明の目的は、例えば微細線を解像する
周期パターンの露光と例えばデバイスパターンを露光す
る通常の露光の２つの露光を含む多重露光より複雑な形
状のパターンを感光材料に露光することが可能な露光方
法及び装置を提供することにある。
【００３５】また本発明の他の目的は線幅０．１５μｍ
以下の部分を備える回路パターンを得ることが可能な露
光方法及び露光装置を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の露光方
法は感光体を２光束の干渉に基づく周期パターンで露光
する第１段階と前記感光体を投影光学系を用いて前記周
期パターンとは異なるパターンで露光する第２段階とを
含み、前記第１段階の露光における深度が前記第２段階
の露光における深度よりも大きい多重露光を行う露光方
法において、前記第１段階は、前記周期パターンのフォ
ーカス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸
方向の位置を一つに設定して露光を行ない、前記第２段
階は、前記周期パターンとは異なるパターンのフォーカ
ス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向
の位置を前記第１段階の露光における深度の範囲内で複
数設定して各位置で露光を行なうことを特徴とする露光
方法としている。
【００３７】請求項２の発明は請求項１の発明において
前記周期パターンは多数個の微細線を含んでおり、前記
第２段階で露光するパターンはマスクの回路パターンの
像であり、前記多数個の微細線の一部と前記回路パター
ンの像の一部分とを、前記感光体の同じ位置に、それぞ
れの露光量合計が前記感光体のしきい値を越えるように
露光することを特徴とすることを特徴とする請求項１の
露光方法としている。
【００３８】請求項３の発明は請求項２の発明において
前記回路パターンの像の他の部分の露光量が前記感光体
のしきい値を越えるように露光することを特徴とする請
求項２の露光方法としている。
【００３９】請求項４の発明は請求項２の発明において
前記回路パターンの像の前記一部分は前記回路パターン
のうちの最小線幅を有する部位を含むことを特徴とする
請求項２の露光方法としている。
【００４０】請求項５の発明は請求項４の発明において
前記周期パターンの前記微細線の線幅は前記回路パター
ンの前記最小線幅を有する部位の線幅に前記投影光学系
の投影倍率を乗じた値と同じかそれよりも小さいことを
特徴とする請求項４の露光方法としている。
【００４１】請求項６の発明は請求項４の発明において
前記微細線の光強度分布のピークと前記回路パターン像
の前記一部分の中心とを一致又はほぼ一致させるように
多重露光を行なうことを特徴とする請求項４の露光方法
としている。
【００４２】請求項７の発明は請求項１の発明において
前記第２段階において、互いに波長が異なる複数の露光
光により露光を行なうことで前記フォーカス位置に対す
る前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数
設定することを特徴とする請求項１の露光方法としてい
る。
【００４３】請求項８の発明は請求項１の発明において
前記第２段階において、前記感光体またはマスクを前記
光軸方向に変位させることにより、前記周期パターンと
は異なるパターンのフォーカス位置に対する前記感光体
の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数設定すること
を特徴とする請求項１の露光方法としている。
【００４４】請求項９の発明は請求項１の発明において
前記第２段階は走査露光で行われ、前記第２パターンに
関するマスクを前記光軸と直交する方向に走査し、これ
と同期させて前記感光体を前記光軸と直交しない方向に
に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置
を複数設定することを走査することによって、前記周期
パターンとは異なるパターンのフォーカス位置特徴とす
る請求項１の露光方法としている。
【００４５】請求項１０の発明は請求項９の発明におい
て前記走査露光による全露光範囲の走査方向の長さを
Ｓ、前記感光体のベストフォーカス面に対する傾き角を
θ、前記周期パターンの深度をＤとしたとき、 Ｓ×tanθ＜Ｄ を満足することを特徴とする請求項９の露光方法として
いる。
【００４６】請求項１１の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において前記第２段階は最終的に前記
感光体に露光したい回路パターンと同じ形状のパターン
を備えたマスクを用いて行なうことを特徴とする請求項
１〜１０のいずれか１項の露光方法としている。
【００４７】請求項１２の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において 前記第２段階において、ｎ
個の位置で露光を行うとき、前記複数の位置の隣り合う
位置同士の間隔は、前記周期パターンの深度をｎ−１で
割った値以下に設定することを特徴とする請求項１〜１
０のいずれか１項の露光方法としている。
【００４８】請求項１３の発明は請求項１２の発明にお
いて前記互いに波長が異なる複数の露光光により露光を
行なうことで前記第２パターンのフォーカス位置に対す
る前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複数
設定するとき、最も長い波長と最も短い波長の波長差を
λd としたとき、波長幅Δλを、 Δλ＝λd ／（ｎ−１） だけ変化させつつ露光を行なうことを特徴とする請求項
１２の露光方法としている。
【００４９】請求項１４の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において前記第１段階、前記第２段階
の順、または前記第２段階、第１段階の順に露光を行う
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項の露光
方法としている。
【００５０】請求項１５の発明は請求項１から１０のい
ずれか１項の発明において前記第２段階が３６５ｎｍ以
下の中心波長を有する露光光によって行なわれることを
特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項の露光方法と
している。
【００５１】請求項１６の発明は請求項１５の発明にお
いて前記露光光はｉ線、又はＫｒＦエキシマレーザー、
ＡｒＦエキシマレーザー、若しくはＦ２エキシマレーザ
ーにより供給されるレーザー光であることを特徴とする
請求項１５の露光方法としている。
【００５２】請求項１７の発明の露光装置は請求項１か
ら１６のいずれか１項の露光方法によって露光を行なう
露光モードを有することを特徴とする露光装置としてい
る。
【００５３】請求項１８の発明のデバイスの製造方法は
請求項１から１６のいずれか１項の露光方法によってデ
バイスパターンでウエハを露光する段階と該露光したウ
エハを現像する段階とを含むデバイスの製造方法として
いる。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】本発明の露光方法及び露光装置のある形態
では、前記周期パターン露光も一回又は複数回の露光段
階より成り、複数回の露光段階を採る場合は、各露光段
階毎に異なる露光量分布を感光基板に与える。
【００６１】また本発明の露光方法及び露光装置の前記
周期パターン露光と前記通常露光はどちらを先に行なっ
ても、同時に行なっても良い。
【００６２】また本発明の露光方法及び露光装置の露光
波長は、投影露光の場合、４００ｎｍ以下であり、好ま
しくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎｍ以下の露光波
長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８
ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）や
Ｆ２エキシマレーザ（波長約１５７ｎｍ）を用いる。
【００６３】尚、本願で「投影露光」というのは、マス
クに形成された任意のパターンからの３個以上の平行光
線束が互いに異なる様々な角度で像面に入射して露光が
行なわれるものである。
【００６４】本発明の露光装置はマスクのパターンをウ
エハに投影する投影光学系と、大σ（シグマ）の部分的
コヒーレント照明と、コヒーレント照明や小σの部分的
コヒーレント照明の双方の照明が同時又は切り換えて実
行可能なマスク照明光学系とを有し、部分的コヒーレン
ト照明によって通常の露光を行ない、コヒーレント照明
によって２光束干渉露光を行なって周期パターンの露光
を行なうこと特徴とする。
【００６５】「部分的コヒーレント照明」とはσ（＝照
明光学系の開口数／投影光学系の開口数）の値がゼロよ
り大きく１より小さい照明であり、「コヒーレント照
明」とは、σの値がゼロまたはそれに近い値であり、部
分的コヒーレント照明のσに比べて相当小さい値であ
る。例えば、小σはσが０〜０．３程度、大σはσが
０．５〜０．８程度である。
【００６６】本発明のある形態の露光装置は２光束干渉
露光装置と通常（投影）露光装置と両装置で共用される
被露光基板（感光基板）を保持する移動ステージとを有
することを特徴とする。この露光装置の露光波長も、４
００ｎｍ以下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下であ
る。２５０ｎｍ以下の露光波長の光を得るにはＫｒＦエ
キシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレ
ーザ（波長約１９３ｎｍ）やＦ２エキシマレーザ（波長
約１５７ｎｍ）を用いる。
【００６７】本発明の露光方法の一つでは解像力Ｒをノ
ーマライズしたｋ1＝Ｒ／λ×ＮＡ≦０．５の限界解像
以下のパターン深度ＤＯＦをノーマライズしたｋ2＝Ｄ
ＯＦ／λ×ＮＡ2 ＞０．７の広い深度に渡って解像し、
レジストの解像が可能なコントラスト（たとえば最近の
高解像レジストでは４０％で解像する）にするために、
さらにこのデフォーカス重ね露光の後にコントラストの
高い像（周期パターン像）を重ねて露光している。
【００６８】
【発明の実施の形態】最初に図１乃至図９を用いて本発
明の露光方法の一実施形態を説明する。
【００６９】図１は本発明の露光方法を示すフローチャ
ートである。図１には本発明の露光方法を構成する周期
パターン露光ステップ、投影露光ステップ（通常露光ス
テップ）、現像ステップの各ブロックとその流れが示し
てあるが、周期パターン露光ステップと投影露光ステッ
プの順序は、図１の逆でもいいし、どちらか一方のステ
ップが複数回の露光段階を含む場合は各ステップを交互
に行うことも可能である。また，各露光ステップ間に
は、現像ステップはなく、精密な位置合わせを行なうス
テップ等があるが、ここでは図示を略した。又、周期パ
ターン露光ステップは例えば２光束干渉露光によって行
なわれる。
【００７０】図１のフローに従って露光を行なう場合、
まず周期パターン露光によりウエハ（感光基板）を図２
に示すような周期パターンで露光する。図２中の数字は
露光量を表しており、図２（Ａ）の斜線部は露光量１
（実際は任意）で白色部は露光量０である。
【００７１】このような周期パターンのみを露光後現像
する場合、通常，感光基板のレジストの露光しきい値Ｅ
ｔｈは図２（Ｂ）の下部のグラフに示す通り露光量０と
１の間に設定する。尚、図２（Ｂ）の上部は最終的に得
られるリソグラフィーパターン（凹凸パターン）を示し
ている。
【００７２】図３に、この場合の感光基板のレジストに
関して、現像後の膜厚の露光量依存性と露光しきい値と
をポジ型レジスト（以下、「ポジ型」と記す。）とネガ
型レジスト（以下、「ネガ型」と記す。）の各々につい
て示してあり、ポジ型の場合は露光しきい値以上の場合
に、ネガ型の場合は露光しきい値以下の場合に、現像後
の膜厚が０となる。
【００７３】図４はこのような露光を行った場合の現像
とエッチングプロセスを経てリソグラフィーパターンが
形成される様子を、ネガ型とポジ型の場合に関して示し
た摸式図である。
【００７４】本実施形態においては、この通常の露光感
度設定とは異なり、図５（図２（Ａ）と同じ図面）及び
図６に示す通り、周期パターン露光（２光束干渉露光）
での最大露光量を１とした時、感光基板のレジストの露
光しきい値Ｅｔｈを１よりも大きく設定する。
【００７５】この感光基板は図２に示す周期パターン露
光のみ行った露光パターン（露光量分布）を現像した場
合は露光量が不足するので、多少の膜厚変動はあるもの
の現像によって膜厚が０となる部分は生じず、エッチン
グによってリソグラフィーパターンは形成されない。こ
れは即ち周期パターンの消失と見倣すことができる
（尚、ここではネガ型を用いた場合の例を用いて本発明
の説明を行うが、本発明はポジ型の場合でも実施でき
る。）。
【００７６】尚、図６において、上部はリソグラフィー
パターンを示し（何もできない）、下部のグラフは露光
量分布と露光しきい値の関係を示す。尚、下部に記載の
Ｅ1は周期パターン露光における露光量を、Ｅ2は通常の
投影露光における露光量を表わしている。
【００７７】本実施形態の特徴は、周期パターン露光の
みでは一見消失する多数の微細線より成る高解像度の第
１の露光パターンを通常の投影露光による露光装置の分
解能以下の大きさのパターンを含む任意の形状の第２露
光パターンと融合して（必要に応じて第３の露光パター
ンも）所望の領域のみ選択的にレジストの露光しきい値
以上露光し、最終的に所望のリソグラフィーパターンを
形成できるところにある。
【００７８】図７（Ａ）は通常の投影露光による露光パ
ターン（露光量分布）であり、露光装置の分解能以下の
微細なパターンである為、解像できずに被露光物体上で
の強度分布はぼけて広がっている。
【００７９】本実施形態では、通常の投影露光の解像度
の約半分の線幅の微細パターンとしている。
【００８０】図７（Ａ）の露光パターンを作る投影露光
を、図５の周期パターン露光の後に、現像工程なしで、
同一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、この
レジストの合計の露光量分布は図７（Ｂ）の下部のグラ
フのようになる。尚、ここでは周期パターン露光の露光
量Ｅ1と投影露光による通常露光の露光量Ｅ2の比が１：
１、レジストの露光しきい値Ｅthが露光量Ｅ1（＝１）
と、露光量Ｅ1と投影露光の露光量Ｅ2の和であるＥ1＋
Ｅ2（＝２）との間に設定されている為、図７（Ｂ）の
上部に示したリソグラフィーパターンが形成される。そ
の際通常露光の露光パターンの中心を周期パターン露光
の露光パターンのピークと合致させておく、図７（Ｂ）
の上部に示す孤立線パターンは、解像度が周期パターン
露光のものであり且つ単純な周期的パターンもない。従
って通常の投影露光で実現できる解像度以上の高解像度
のパターンが得られたことになる。
【００８１】ここで仮に、図８の露光パターンを作る投
影露光（図５の露光パターンの２倍の線幅で露光しきい
値以上（ここではしきい値の２倍の露光量）の投影露
光）を、図５の周期パターン露光の後に、現像工程なし
で、同一レジストの同一領域に重ねる。その際通常露光
のパターンの中心が、周期露光のピークと合致させるこ
とで、位置重ね合されたパターンの対称性が良く、良好
な像が得られる。このレジストの合計の露光量分布は図
８（Ｂ）のようになり、２光束干渉露光の露光パターン
は消失して最終的に投影露光による露光パターンのみが
形成され、現像すると投影露光のパターンに対応するリ
ソグラフィーパターンのみが形成される。
【００８２】また、図９に示すように図５の露光パター
ンの３倍の線幅で行う場合も理屈は同様であり，４倍以
上の線幅の露光パターンでは、基本的に２倍の線幅の露
光パターンと３倍の線幅の露光パターンの組み合わせか
ら、最終的に得られるリソグラフィーパターンの線幅は
自明であり、投影露光で実現できるリソグラフィーパタ
ーンは全て、本実施形態でも、形成可能である。
【００８３】以上簡潔に説明した周期パターン露光と投
影露光（通常露光）の夫々による露光量分布（絶対値及
び分布）と感光基板のレジストのしきい値の調整を行う
ことにより、図６、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、及び図９
（Ｂ）で示したような多種のパターンの組み合せより成
り且つ最小線幅が周期パターン露光の解像度（図７
（Ｂ）のパターン）となる回路パターンを形成すること
ができる。
【００８４】以上の露光方法の原理をまとめると、 １．通常露光の露光パターンと融合されない周期パター
ン露光領域即ちレジストの露光しきい値以下の周期露光
パターンは現像により消失する。
【００８５】２．レジストの露光しきい値以下の露光量
で行った通常露光のパターン領域に関しては通常露光と
周期パターン露光の双方の露光パターンの組み合わせに
より決まる，周期パターン露光の解像度を持つ所望の回
路パターンの一部である露光パターンが形成される。
【００８６】３．露光しきい値以上の露光量で行った通
常露光のパターン領域はマスクパターンに対応した露光
パターンが形成される。ということになる。更にこの多
重露光方法の利点として，最も解像力の高い周期パター
ン露光を、２光束干渉露光で行なえば、大きい焦点深度
が得られることが挙げられる。
【００８７】以上の説明では周期パターン露光と投影露
光の順番は周期パターン露光を先としたが、この順番に
限定されない。
【００８８】次に他の実施形態を説明する。
【００８９】本実施形態は露光により得られる回路パタ
ーン（リソグラフィーパターン）として、図１０に示す
所謂ゲート型のパターンを対象としている。
【００９０】図１０のゲートパターンは横方向の即ち図
中Ａ−Ａ’方向の最小線幅が０．１μｍであるのに対し
て、縦方向では０．２μｍ以上である。本発明によれ
ば、このような１次元方向のみ高解像度を求められる２
次元パターンに対しては例えば２光束干渉露光による周
期パターン露光をかかる高解像度の必要な１次元方向の
みで行えばいい。
【００９１】本実施形態では、図１１を用いて１次元方
向のみの２周期パターン露光と通常の投影露光の組み合
わせの一例を示す。
【００９２】図１１において、図１１（Ａ）は１次元方
向のみの２光束干渉露光による周期的な露光パターンを
示す。この露光パターンの周期は０．２μｍであり、こ
の露光パターンは線幅０．１μｍＬ＆Ｓパターンに相当
する。図１１の下部における数値は露光量を表すもので
ある。
【００９３】このような２光束干渉露光を実現する露光
装置としては、図１４で示すような、レーザ１５１、ハ
ーフミラー１５２、平面ミラー１５３による干渉計型の
分波合波光学系を備えるものや、図１５で示すような、
投影露光装置においてマスクと照明方法を図１６又は図
１７のように構成した装置がある。
【００９４】図１４の露光装置について説明を行なう。
【００９５】図１４の露光装置では前述した通り合波す
る２光束の夫々が角度θでウエハ１５４に斜入射し、ウ
エハ１５４に形成できる干渉縞パターン（露光パターン
の）線幅は前記（３）式で表される。角度θと分波合波
光学系の像面側のＮＡとの関係はＮＡ＝sinθである。
角度θは一対の平面ミラー１５３の夫々の角度を変える
ことにより任意に調整、設定可能で、一対の平面ミラー
角度θの値を大きく設定すれば干渉縞パターンの夫々の
縞の線幅は小さくなる。例えば２光束の波長が２４８ｎ
ｍ（ＫｒＦエキシマレーザ光）の場合、θ＝３８度でも
各縞の線幅は約０．１μｍの干渉縞パターンが形成でき
る。尚、この時のＮＡ＝sinθ＝０．６２である。角度
θを３８度よりも大きく設定すれば、より高い解像度が
得られることは言うまでもない。
【００９６】次に図１５乃至図１７の露光装置に関して
説明する。
【００９７】図１５の露光装置は例えば通常の縮小投影
光学系（多数枚のレンズより成る）を用いた投影露光装
置であり、現状で露光波長２４８ｎｍに対してＮＡ０．
６以上のものが存在する。
【００９８】図１５中、１６１はマスク、１６２はマス
ク１６１から出て光学系１６３に入射する物体側露光
光、１６３は投影光学系、１６４は開口絞り、１６５は
投影光学系１６３から出てウエハ１６６に入射する像側
露光光、１６６は感光基板であるウエハを示し、１６７
は絞り１６４の円形開口に相当する瞳面での光束の位置
を一対の黒点で示した説明図である。図１５は２光束干
渉露光を行っている状態の摸式図であり、物体側露光光
１６２と像側露光光１６５は双方とも、図１８の通常の
投影露光とは異なり、２つの平行光線束だけから成って
いる。
【００９９】図１５に示すような通常の投影露光装置に
おいて２光束干渉露光を行うためには，マスクとその照
明方法を図１６又は図１７のように設定すればよい。以
下これら３種の例について説明する。
【０１００】図１６はレベンソン型の位相シフトマスク
を示しており、クロムより成る遮光部１７１のピッチＰ
Oが（４）式で０、位相シフタ１７２のピッチＰOSが
（５）式で表わされるマスクである。
【０１０１】 ＰO＝Ｐ／Ｍ＝λ／｛Ｍ（２ＮＡ）｝ ‥‥‥（４） ＰOS＝２ＰO＝λ／Ｍ（ＮＡ） ‥‥‥（５） ここで、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波
長、ＮＡは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。Ｐ
はウエハ（像面）での周期パターン像のピッチである。
【０１０２】一方、図１６（Ｂ）が示すマスクは、クロ
ムより成る遮光部のないシフタエッジ型の位相シフトマ
スクであり、レベンソン型と同様に位相シフタ１８１の
ピッチＰOSを上記（５）式を満たすように構成したもの
である。
【０１０３】図１６（Ａ）、（Ｂ）の夫々の位相シフト
マスクを用いて２光束干渉露光を行なうには、これらの
マスクに、理想的にはσ≒０の所謂コヒーレント照明だ
が、現実には小σ（σ＜０．３）程度の部分的コヒーレ
ント照明を行なう。具体的には、マスク面に対して垂直
な方向（光軸に平行な方向）からＮＡが小さい光線束
（平行光線束）をマスクに照射する。
【０１０４】このような照明を行なうと、マスクから上
記垂直な方向に出る０次透過回折光に関しては、位相シ
フタにより隣り合う透過光の位相差がπとなって打ち消
し合い存在しなくなり、±１次の透過回折光の２平行光
線束はマスクから投影光学系１６３の光軸に対して対称
に発生し、図１５の２個の物体側露光１６５がウエハ１
６６上で干渉する。また２次以上の高次の回折光は投影
光学系１６３の開口絞り１６４の開口に入射しないので
結像には寄与しない。
【０１０５】図１７に示したマスクは、クロムより成る
遮光部の遮光部のピッチＰOが、（４）式と同様の
（６）式で表わされるマスクである。
【０１０６】 ＰO＝Ｐ／Ｍ＝λ／｛Ｍ（２ＮＡ）｝ ‥‥‥（６） ここで、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波
長、ＮＡは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。
【０１０７】図１７の位相シフタを有していないマスク
には、１個又は２個の平行光線束による斜入射照明とす
る。この場合の平行光線束のマスクヘの入射角θOは、
（７）式を満たすように設定される。２個の平行光線束
を用いる場合が、光軸を基準にして互いに逆方向にθO
傾いた平行光線束によりマスクを照明する。
【０１０８】sinθO＝Ｍ・ＮＡ ‥‥‥（７） ここでも、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、ＮＡは投
影光学系１６３の像側の開口数を示す。
【０１０９】図１７が示す位相シフタを有していないマ
スクを上記（７）式を満たす平行光線束により斜入射照
明を行なうと、マスクからは、光軸に対して角度θOで
直進する０次透過回折光とこの０次透過回折光の光路と
投影光学系の光軸に関して対称な光路に沿って進む（光
軸に対して角度−θOで進む）−１次透過回折光の２光
束が図１５の２個の物体側露光光１６２として生じ、こ
の２光束が投影光学系１６３の開口絞り１６４の開口部
に入射し、結像が行なわれる。
【０１１０】尚、本発明においてはこのような１個又は
２個の平行光線束による斜入射照明も「コヒーレント照
明」として取り扱う。
【０１１１】以上が通常の投影露光装置を用いて２光束
干渉露光を行う技術であり、図１８に示したような通常
の投影露光装置の照明光学系は大σの部分的コヒーレン
ト照明を行なうように構成してあるので、図１８の照明
光学系の通常露光で用いるσ＝０．５〜０．８に対応す
る不図示の開口絞りをσ＝０〜０．３に対応する特殊開
口絞りに交換可能にする等して、投影露光装置において
実質的にコヒーレント照明又は小σの部分的コヒーレン
ト照明を行なうよう構成することができる。
【０１１２】図１０及び図１１が示す実施形態の説明に
戻る。
【０１１３】本実施形態では前述した２光束干渉露光に
よる周期パターン露光の次に行なう通常の投影露光（例
えば図１８の装置でマスクに対して部分的コヒーレント
照明を行なうもの）によって図１１（Ｂ）が示すゲート
パターンの露光を行う。図１１（Ｂ）の上部には２光束
干渉露光による周期パターンとの相対的位置関係と通常
の投影露光の露光パターンの領域での露光量を示し、同
図の下部は、通常の投影露光によるウエハのレジストに
対する露光量を縦横０．１μｍピッチの分解能でマップ
化したものである。
【０１１４】この投影露光による露光パターンの最小線
幅の部分は解像せず広がり、露光量の各点の値は下が
る、露光量はおおまかに、パターン中心部は大きく、両
サイドは小さく、それぞれａ，ｂで表わし、両側からの
ぼけ像がくる中央部をＣとする。このような領域毎に露
光量が異なる、多値の露光量分布を生じさせることにな
る。ここで、露光量は１＜ａ＜２，０＜ｂ＜１，０＜Ｃ
＜１となる。このマスクを用いる場合の各露光での露光
量比はウエハ（感光基板）上で、２光束干渉露光：投影
露光＝１：２である。
【０１１５】以上説明した周期パターン干渉露光と通常
の投影露光の組み合わせによって図１０の微細回路パタ
ーンが形成される様子について述べる。本実施形態にお
いては２光束干渉露光による周期パターン露光と通常の
投影露光の間には現像過程はない。従って各露光の露光
パターンが重なる領域での露光量（分布）は加算され、
加算後の露光量（分布）により新たな露光パターンが生
じることとなる。
【０１１６】図１１（Ｃ）の上部は本実施形態の図１１
（Ａ）の露光パターンと図１１（Ｂ）の露光パターンの
露光量の加算した結果、生じる露光量分布（露光パター
ン）を示しており、ｅで示される領域の露光量は１＋ａ
で２より大きく３未満である。
【０１１７】図１１（Ｃ）の下部はこの露光パターンに
対して現像を行った結果のパターンを灰色で示したもの
である。本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい
値が１より大きく２未満であるものを用いており、その
ため現像によって露光量が１より大きい部分のみがパタ
ーンとして現れている。図１１（Ｃ）の下部に灰色で示
したパターンの形状と寸法は図１０に示したゲートパタ
ーンの形状と寸法と一致しており、本発明の露光方法に
よって、０．１μｍといった微細な線幅を有する回路パ
ターンが、例えば大σの部分的コヒーレント照明とコヒ
ーレント照明又は小σの部分的コヒーレント照明が切換
え可能な照明光学系を有する投影露光装置を用いて、形
成可能となった。
【０１１８】図１２、図１３は波長λ＝２４８ｎｍのレ
ーザ光を放射するＫｒＦエキシマレーザを光源とするス
テッパー（投影露光装置）を用いた時の具体的な実施例
である。図１２に示すような、最小線幅０．１２μｍの
ゲートパターンを通常露光し、重ねてレベンソンタイプ
の位相シフトマスクでゲートパターンの最小線幅のパタ
ーン部分と重なるように周期パターンを露光したもので
ある。以下露光条件を示す。
【０１１９】投影レンズのＮＡは０．６、照明系は、レ
ベンソンマスクによる露光ではσが０．３の通常照明と
し、通常マスク露光ではリング外側のσが０．８、リン
グ内側のσが０．６の輪帯照明とした。尚、周期パター
ン露光時の露光量の２倍に通常マスク露光時の露光量が
なるように設定した。
【０１２０】図１３において、最上段には周期パターン
作成時のウエハ上の露光量分布、２段目には通常露光に
おける露光量分布、３段目には周期パターンと通常露光
の二重露光における露光量分布、４段目にはレジストに
よるウエハ上のパターンを示す。
【０１２１】各段ともデフォーカスを左から順に０μｍ
から０．２μｍ、０．４μｍとふった時の変化を表わ
す。
【０１２２】図１３の２段目に表わされているように、
通常露光のみではぼけて微細なゲートパターンが得られ
ないが、ぼけている部分に図１３の１段目の周期パター
ン露光による微細線パターンを重ねることにより、図１
３の３段目に表わされるように微細な部分も解像され、
図１３の４段目にあるような所望のゲートパターンが作
成された。
【０１２３】図１９は周期パターン露光を行なうための
２光束干渉露光用の露光装置の一例を示す概略図であ
り、図１９において、２０１は２光束干渉露光光学系
で、基本構成は図１４の光学系と同じである。２０２
は、ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザー、２０３はハー
フミラー、２０４は平面ミラー、２０５は光学系２０１
との位置関係が固定又は適宜ベースライン（量）として
検出できるオフアクシス型の位置合わせ光学系で、ウエ
ハ２０６上の２光束干渉用位置合わせマークを観察し、
その位置を検出する。２０６は感光基板であるウエハ、
２０７は光学系２０１の光軸に直交する平面及びこの光
軸方向に移動可能なＸＹＺステージで、レーザー干渉計
等を用いてその位置が正確に制御される。装置２０５と
２０７の構成や機能は周知なので具体的な説明は略す。
【０１２４】図２０は周期パターン露光を行なうための
２光束干渉用露光装置と通常の投影露光装置より成る高
解像度露光装置を示す概略図である。
【０１２５】図２０において、２１２は図１９の光学系
２０１、２０５を備える２光束干渉露光装置であり、２
１３は、不図示の照明光学系とレチクル位置合わせ光学
系２１４、ウエハ位置合わせ光学系（オフアクシス位置
合わせ光学系）２１７とマスク２１５の回路パターンを
ウエハ２１８上に縮小投影する投影光学系２１６とを備
える通常の投影露光装置である。
【０１２６】レチクル位置合わせ光学系２１４はマスク
２１５上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出
する。ウエハ位置合わせ光学系２１７はウエハ２０６の
投影露光用又は２光束干渉と兼用の位置合わせマークを
観察し、その位置を検出する。光学系２１４、２１６、
２１７の構成や機能は周知なので、具体的な説明は略
す。
【０１２７】図２０の２１９は２光束干渉用露光装置２
１２と投影露光装置２１３で共用される一つのＸＹＺス
テージであり、このステージ２１９は、装置２１２、２
１３の各光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可
能で、レーザー干渉計等を用いてそのＸＹ方向の位置が
正確に制御される。
【０１２８】ウエハ２１８を保持したステージ２１９
は、図２０の位置（１）に送り込まれてその位置が正確
に測定され、測定結果に基いて位置（２）で示す装置２
１２の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ２光束干
渉露光が行なわれ、その後、位置（３）に送り込まれて
その位置が正確に測定され位置（４）で示す装置２１３
の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ投影露光が行
なわれる。
【０１２９】装置２１３においては、オフアクシスの位
置合わせ光学系２１７の代わりに、投影光学系２１６を
介してウエハ２１８上の位置合わせマークを観察し、そ
の位置を検出する不図示のＴＴＬの位置合わせ光学系
や、投影光学系２１６とマスク（レチクル）２１５とを
介してウエハ２１８上の位置合わせマークを観察し、そ
の位置を検出する不図示のＴＴＲの位置合わせ光学系も
使用できる。
【０１３０】図２１は周期パターン露光と投影露光（通
常露光）の双方が行なえるステッパータイプの高解像度
露光装置を示す概略図である。本装置はステップアンド
リピート方式又はステップアンドスキャン方式でウエハ
の多数個のショット領域のそれぞれに二重露光を行な
う。
【０１３１】図２１において、２２１はＫｒＦエキシマ
レーザ（波長約２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ
（波長約１９３ｎｍ）又はＦ２エキシマレーザ（波長約
１５７ｎｍ）、２２２は照明光学系、２２３はレチクル
（マスク）、２２４はマスクステージ、２２７はマスク
２２３の回格パターンをウエハ２２８上に縮小投影する
投影光学系、２２５はレチクルチェンジャであり、ステ
ージ２２４に、通常のレチクルと前述したレベンソン型
位相シフトレチクル又はエッジシフタ型レチクル又は位
相シフタを有していない周期パターンレチクルの一方を
選択的に供給するために設けてある。投影光学系２２７
は、屈折系のみ、屈折系と反射系、又は反射系のみによ
り構成できる。
【０１３２】図２１の２２９は２光束干渉による周期パ
ターン露光と投影露光で共用される一つのＸＹＺステー
ジであり、このステージ２２９は、光学系２２７の光軸
に直交するＸＹ方向及びこの光軸方向（矢印方向）に移
動可能で、レーザー干渉計等を用いてＸＹ方向の位置が
正確に制御される。光軸方向に関するウエハ表面の位置
即ち高さは、不図示の公知の面位置測定系によって測定
される。
【０１３３】また、図２１の装置は、不図示のレチクル
位置合わせ光学系、ウエハ位置合わせ光学系（図２０で
説明したオフアクシス位置合わせ光学系とＴＴＬ位置合
わせ光学系とＴＴＲ位置合わせ光学系）とを備える。
【０１３４】図２１の装置の照明光学系２２２は大σの
部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明や小σの部
分的コヒーレント照明とを切換え可能に構成してあり、
コヒーレント照明の場合には、ブロック２３０内の図示
した前述した（１ａ）又は（１ｂ）の照明光を、前述し
たレベンソン型位相シフトレチクル又はエッジシフタ型
レチクル又は位相シフタを有していない周期パターンレ
チクルの一つに供給し、部分的コヒーレント照明の場合
にはブロック２３０内に図示した照明（２）の照明光を
所望のレチクルに供給する。部分的コヒーレント照明か
らコヒーレント照明との切換えは、通常光学系２２２の
フライアイレンズの直後に置かれる開口絞りを、この絞
りに比して開口径が十分に小さいコヒーレント照明用絞
りと交換すればいい。
【０１３５】次に本発明の露光方法の特徴について説明
する。図２２は本発明の露光方法の実施形態１の要部概
略図である。
【０１３６】図２２に示すように本発明の露光装置（本
ステッパー）を用いた周期パターン露光を含む多重露光
方法は、通常露光において１回目にウエハ２２８の表面
をベストフォーカス位置ＢＦよりデフォーカスした位置
に設定して露光し、２回目はベストフォーカス位置ＢＦ
より１回目とは反対方向にデフォーカスした位置にウエ
ハ２２８の表面を設定して露光する二重露光又は三重以
上の露光を行なう。
【０１３７】今、デフォーカス幅をｄとし、ベストフォ
ーカス位置ＢＦより、投影光学系２２７より遠ざかる方
向を＋デフォーカスとすれば、１回目に−ｄデフォーカ
スして露光し、２回目は＋ｄデフォーカスして露光す
る。
【０１３８】デフォーカスの方向は、１回目と２回目で
限定されない。また、ウエハ２２８の表面の位置として
ベストフォーカス位置を加えた形で投影露光を行なって
も良い。
【０１３９】また、このデフォーカス範囲でウエハ２２
８を光軸方向に移動させながら連続して露光しても良い
し、露光回数は３回以上多数回繰り返しても良い。
【０１４０】通常露光におけるデフォーカスの幅は周期
パターン露光の際の焦点深度以内であればよく、ｎ回露
光即ちｎ個の相異なる位置（高さ）でウエハ２２８を露
光するのであれば周期パターン露光の焦点深度を（ｎ−
１）回で割った値をデフォーカス幅つまり隣り合う位置
（高さ）同志の間隔にする。
【０１４１】本実施形態においても周期パターン露光
は、通常の投影露光の前でも後でも良い。
【０１４２】周期パターン露光は、焦点深度が深いので
このようなウエハ２２８表面の光軸方向の位置を複数位
置に変化させて多重露光を常に行う必要はないが、例え
ば、照明条件により極端に深度が低下する場合、又、間
隔と線幅がＬ／Ｓパターンの間隔が線幅よりも大きいよ
うな周期パターンや２次元格子パターンによる周期パタ
ーン露光を行なう場合には、周期パターン露光において
もウエハ２２８表面の光軸方向の位置を複数位置に変化
させて多重露光を行っても良い。
【０１４３】このような多重露光におけるフォーカス誤
差による線幅誤差をネガレジストで調べた結果を図２３
に示す。
【０１４４】デフォーカスの方向は、ウエハ表面が投影
レンズ系２２７から遠ざかる方向を＋とする。
【０１４５】波長は、２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレー
ザ光）、投影レンズ系２２７の像面側のＮＡ＝０．６
０、ウエハ表面でのパターン像は０．１３μｍの２本線
（Ｌ＆Ｓパターン）とした。
【０１４６】通常の投影露光を１回だけと周期パターン
露光との２重露光にした場合と、通常露光をデフォーカ
ス幅０．２５μｍの２重露光と周期パターン露光との３
重露光にした場合と、通常露光をデフォーカス幅０．５
μｍの２重露光と周期パターン露光の３重露光にした場
合を示した。
【０１４７】通常の投影露光と周期パターン露光の２重
露光にした場合よりも、通常露光のデフォーカス２重露
光と周期パターン露光との３重露光の場合の方がデフォ
ーカスに対して線幅変化が小さい。
【０１４８】同様にフォーカス誤差による線幅誤差をポ
ジレジストで調べた結果を図２４に、２本線の間の間隔
変化を図２５に示す。
【０１４９】図２３同様、通常の投影露光と周期パター
ン露光の２重露光にした場合よりも、通常の投影露光の
デフォーカス２重露光と周期パターン露光の３重露光の
場合の方がデフォーカスに対して線幅変化が小さい。
【０１５０】ここでは収差がよく補正された投影レンズ
系２２７で調べたが、球面収差がある量より大きくなる
とデフォーカスにより線幅が非対称に変化する。
【０１５１】この収差による線幅再現性の劣化があって
も、平均化することによってデフォーカス線幅変化が低
下し、結果として線幅深度が拡大する。
【０１５２】このように多重露光方法において通常の投
影露光をベストフォーカス位置よりウエハ表面をデフォ
ーカスさせて露光し、その後ベストフォーカス位置より
反対方向にウエハ表面をデフォーカスさせて露光するよ
うな２回以上多数回露光によって、周期パターン露光と
の合成像の線幅再現性がよくなり実用的な充分な深度が
得られるようになった。
【０１５３】また収差による線幅再現性の劣化があって
も、デフォーカス線幅変化が平均化することによって低
下し、結果として線幅深度が拡大した。
【０１５４】投影光学系の結像面（ベストフォーカス位
置）とウエハ表面の投影光学系の光軸方向に関する両者
の位置関係を変えてウエハ表面をフォーカスさせたり、
複数位置でデフォーカスさせたりするには、ウエハをこ
の光軸方向に移動させる方法以外に、投影光学系の焦点
距離、レチクル位置、投影光学系位置、露光波長などを
変化させる公知の方法が使用可能である。
【０１５５】次に本発明の露光方法の他の実施形態につ
いて説明する。図２６，図２７は本発明の多重露光方法
の実施形態２の要部概略図である。ここで示すのは、ス
テップ＆スキャン型の投影露光装置に本発明を適用した
ものである。
【０１５６】通常露光ではウエハ２２８をベストフォー
カス位置ＢＦに対して走査方向に所定の傾き角θ傾けた
状態で走査しながら投影露光する。
【０１５７】その後、周期パターン露光を現像工程の前
に重ねて行うが、この順序は逆でもよい。
【０１５８】図２６では左から右の図２６（Ａ）〜図２
６（Ｃ）の順番に走査露光が進む状態を示している。走
査露光系はウエハ２２８とマスク２２３を反対方向に走
査しながら露光する。ただし、マスク２２３の走査速度
は投影倍率をｍとするとウエハ２２８の走査速度のｍ倍
となっている。
【０１５９】図中、ウエハ２２８上像面の○印をつけた
一点に着目すると、図２６（Ａ）ではベストフォーカス
位置ＢＦより投影光学系２２７に近い方、−ｄにデフォ
ーカスして露光され、図２６（Ｂ）ではベストフォーカ
スＢＦで露光され、図２６（Ｃ）ではベストフォーカス
位置ＢＦより投影光学系２２７から遠い方、＋ｄにデフ
ォーカスして露光される。
【０１６０】この場合、デフォーカス−ｄから、＋ｄま
で、デフォーカス幅２ｄを連続的に露光している。
【０１６１】デフォーカス幅は、傾き角θによって決ま
るので、デフォーカス幅を大きくしたければ、大きく傾
けるとよい。
【０１６２】次に図２７を用いてデフォーカス幅と傾き
角との関係について説明する。
【０１６３】図２７に示すように、デフォーカス幅２ｄ
と傾き角θとの関係は、走査露光全体における露光範囲
をｓとすると、 ２ｄ＝ｓ×tanθ となる。
【０１６４】デフォーカス幅２ｄは通常μｍから、０．
１μｍ程度の大きさであり、露光範囲ｓは数ｍｍから、
数１０ｍｍであり、 ２ｄ＝１μｍ、ｓ＝１０ｍｍ とすると θ＝０．００５７ｄｅｇ となり、非常にわずかな傾きとなる。
【０１６５】また、傾けたためにウエハ２２８上の露光
範囲ｓが、実質より大きく引き延ばされることになる
が、前にも述べたように、傾き角θが非常にわずかなの
で、影響しないと考えられる。
【０１６６】しかし、実質より大きく引きのばされるこ
とが問題となるならば、マスクの走査速度を１／cosθ
倍にするとよい。
【０１６７】図２８は本発明の多重露光方法の実施形態
３の要部概略図である。本実施形態では、通常露光を、
基準波長よりわずかに短い波長の光で第１露光し、その
後、基準波長よりわずかに長い波長の光で重ねて第２露
光するようにして投影レンズ系２２７の色収差によりフ
ォーカス位置を変化させている。
【０１６８】そして通常露光の後で、コントラストの高
い周期パターン露光を現像工程の前に重ねて露光する。
【０１６９】第１，第２露光はどちらが先でも良く、露
光波長と露光の順番は限定されない。通常露光において
波長を変化させて露光するとき、波長幅を連続して変化
させて露光しても良いし、露光回数は２回以上繰り返し
ても良い。
【０１７０】波長幅を変化させるときの波長幅はｎ回露
光であれば、周期パターンの深度を（ｎ−１）回で割っ
た量以下にするのが良い。
【０１７１】次に本実施形態の構成を図２８に基づいて
説明する。図２８に示すように、ウエハ２２８を基準波
長のベストフォーカス位置ＢＦに置く。基準波長λより
わずかに短い波長でλＳの光で露光すると、投影レンズ
系２２７の色収差のために、この短い露光波長λＳでの
ベストフォーカス位置ＢＦＳは、基準波長のベストフォ
ーカス位置ＢＦとずれた位置に生じる。
【０１７２】したがって、ウエハ２２８は露光波長での
ベストフォーカス位置からずれた、デフォーカスされた
位置におかれることになる。
【０１７３】同様に、基準波長λよりわずかに長い波長
λＬの光で露光すると、上記色収差のために、この長い
露光波長でのベストフォーカス位置ＢＦＬは、基準波長
のベストフォーカス位置ＢＦとずれた位置の、先程の短
い露光波長とは反対側に生じる。
【０１７４】従って、ウエハ２２８は露光波長でのベス
トフォーカス位置からずれた、先程とは反対側にデフォ
ーカスされた位置に置かれることになる。
【０１７５】ここでの露光順序は、短波長λＳ側と長波
長λＬ側の露光がどちらが先でもよい。
【０１７６】短波長側と長波長側の間の波長で多数回、
露光しても良いし、連続的に露光しても良い。
【０１７７】基準波長より、どれだけ、短波長あるいは
長波長にするかは、投影レンズ系２２７の構成されるガ
ラスの屈折率分散値による。短波長側と長波長側の波長
の差が大きければ、デフォーカス幅を大きくしたことに
相当するが、色収差のデフォーカスシフト以外の他の影
響が出ないような補正範囲内にしておくと収差の影響が
無視できる。
【０１７８】次に本発明の実施形態１，２，３における
パターン露光の効果について説明する。実施形態１，
２，３における効果を図２９，図３０に示す。
【０１７９】ここでの実施形態では、基準波長をλ＝
０．３６５５μｍのｉ線、ＮＡ＝０．６０、コンタクト
ホール幅０．３μｍ（ｋ1 ＝０．３／（λ／ＮＡ）より
ｋ1 ＝（０．３／０．３６５５）×０．６＝０．４９）
とした。
【０１８０】照明条件は、通常露光ではσ＝０．８、周
期パターンはレベンソン型位相シフトマスクを用い、σ
＝０．２とした。レベンソン型位相シフトマスクは格子
状クロムにシフターを市松格子に配置したものを用い
た。
【０１８１】λ±Δλの２つの露光波長で重ね焼きす
る。ウエハを基準波長０．３６５５μｍのベストフォー
カス位置において、通常露光の露光波長は０．３６５５
μｍ±２ｎｍ（Δλ＝２ｎｍ）とし、周期パターン露光
は基準波長の一回露光とした。
【０１８２】または、基準波長をλ＝０．３６５５μｍ
に固定して、通常露光をベストフォーカス位置から０．
５μｍデフォーカスして露光して、次に−０．５μｍデ
フォーカスして露光してもよい。
【０１８３】ベストフォーカス位置をｄとすると、デフ
ォーカス量Δｄ＝０．５μｍとして、ｄ±Δｄの位置で
二重露光、または連続露光しても同様な効果が得られ
る。
【０１８４】図２９はパターン露光として孤立のホール
の露光結果である。図２９では、上から波長λ−Δλの
１回露光の結果、波長λ＋Δλの１回露光の結果、これ
らの露光波長の重ね焼きの結果、さらに周期パターン露
光との重ね焼きの結果を示す。deg＝０．０は基準波長
λのときのベストフォーカス位置に相当している。波長
を変えたときはベストフォーカス位置がずれている。
【０１８５】１回露光では０．７５μｍの深度（ｋ2 ＝
０．７５／０．３６５５×（０．６）2 ＝０．７４）、
通常露光のデフォーカスシフトの２重露光では１．０μ
ｍの深度（ｋ2 ＝０．９８）が得られるがコントラスト
低下のため解像は難しい。さらに周期パターン露光との
３重露光では、１．５μｍの深度（ｋ2 ＝１．４８）が
得られる。
【０１８６】通常露光のデフォーカスシフト二重露光の
場合では、通常パターンが露光波長の重ね焼きの結果、
像がぼけるが深度はひろがっている。
【０１８７】これに、周期パターン露光との重ね焼きに
よって、コントラストが向上し、通常１回露光の約２倍
となっている。
【０１８８】図３０では、３個のホール幅と間隔が等し
いコンタクトホール列の露光結果であるが、上から波長
λ−Δλの１回露光の結果、波長λ±Δλの露光波長の
重ね焼きの結果、さらに周期パターン露光との重ね焼き
の結果を示す。
【０１８９】この場合では、通常パターンの二重露光が
露光波長の重ね焼きの結果、深度が増加しているが、コ
ントラストが１回露光よりも落ちている。
【０１９０】これに、周期パターン露光との重ね焼きに
よって、コントラストが向上し、通常露光１回露光の約
２倍の１．５μｍの深度（ｋ2 ＝１．４８）となってい
る。
【０１９１】また、実施例ではｉ線での露光の例を示し
たが、ｉ線の露光に限定されない。ＫｒＦやＡｒＦなど
のエキシマレーザーでは波長幅が狭くなるが、その範囲
内で、Δλを半値幅程度以下にして、λ±Δλの重ね焼
きを行えば、同様な効果が得られる。
【０１９２】今の例は、ウエハーを基準波長のベストフ
ォーカス位置において、露光波長を基準波長よりずらし
たλ−Δλとλ＋Δλの２波長で重ね焼きしたが、実施
形態１や２の露光波長を基準波長にしてウエハの位置を
ベストフォーカス位置より±０．５μｍ上下にずらして
重ね焼き、または連続露光しても、同様な効果が得られ
る。
【０１９３】これらの結果より、深度拡大は孤立のホー
ル同様、コンタクトホール列の露光結果でも大きな効果
が得られた。
【０１９４】さらに図２９，図３０では、同じ露光強度
で露光した結果であるが、これらを比較すると通常露光
の波長λ±Δλの重ね焼きでは、孤立のホールと密集ホ
ール列の大きさとコントラストに差があることがわかる
が、周期パターンとの三重露光では、ほとんど差がなく
なっていることがわかる。
【０１９５】したがって、周期パターンとの三重露光に
よって焦点深度が拡大し、孤立のホールと密集ホール列
の大きさが均一になり、形状再現性が非常に優れた像が
形成される。
【０１９６】次にパターン露光としてラインアンドスペ
ース（Ｌ／Ｓ）より成るＬ／Ｓパターンからなる配線パ
ターンでの効果を示す。
【０１９７】実際の回路パターンではＬ／Ｓパターンで
もパターン部分の線幅と間隔が等しい１：１の密集パタ
ーンは殆ど無く、１：１でも二本線となっているものが
多い。また、線幅と間隔が１：２以上に離れている場合
が多く、孤立パターンとみなせる場合が多い。たとえ
ば、図３１に示したようなパターンがあるがこのような
パターンは回路パターンの一部として一般的である。
【０１９８】この図３１のような実線の配線パターンの
場合の露光した結果を示す。基準波長をλ＝０．３６５
５μｍのｉ線、ＮＡ＝０．６０、線幅を０．３μｍ（ｋ
1 ＝０．３／０．３６５５＊０．６＝０．４９）とし
た。１本目のパターン線幅Ｌと間隔を５Ｌあけて２本
目、間隔を３Ｌあけて３本目、間隔を１Ｌあけて４本目
と配置した計４本線とした。周期パターンはＬ／Ｓレベ
ンソン型位相シフトマスクを用いた。 通常露光の露光
波長は、０．３６５５μｍ±２ｎｍ（Δλ＝２ｎｍ）と
し、周期パターン露光は基準波長の一回露光とした。
【０１９９】または、通常露光をベストフォーカス位置
から０．５μｍデフォーカスして露光して、次に−０．
５μｍデフォーカスして露光する。
【０２００】すなわち、デフォーカス位置をｄとする
と、Δｄ＝０．５μｍとして、ｄ±Δｄの位置で二重露
光したことと等価である。
【０２０１】図３１のようなパターンの断面での１次元
強度分布を図３２，図３３に示す。図３２では、通常露
光のλ−Δλ露光でのデフォーカスｄの位置、または、
露光波長λでのデフォーカスｄ−Δｄの位置で露光した
場合、次にλ＋Δλ露光でのデフォーカスｄの位置、ま
たは、露光波長λでのデフォーカスｄ＋Δｄの位置で露
光した場合、これらを二重露光した場合の強度分布を示
す。
【０２０２】ここでdef＝０．０は基準波長λのときの
ベストフォーカス位置に相当している。
【０２０３】図３３では、通常露光のλ±Δλ（または
ｄ±Δｄ）で二重露光した場合、周期パターンを露光し
た場合、２重露光の像に周期パターン露光の像を重ね焼
きした３重露光後の強度分布を示す。
【０２０４】図３２の二重露光した場合の強度分布で
は、１回露光のときと比べて像がぼけてコントラストが
落ちているけれども、このぼけ像がデフォーカス−１．
０μｍから１．０μｍまで、大きなデフォーカス深度で
解像がされていることがわかる。
【０２０５】一方、図３３の通常露光の二重露光のみの
場合では、線パターンと線パターンの間隔の中央で最小
値をとるために強度分布のすそが広がり、間隔が広がっ
ている線パターンと、間隔が狭い線パターンとで、パタ
ーンのエッジの傾きが４本線で異なっている。
【０２０６】周期パターン露光と三重露光した場合の強
度分布では、λ±Δλ（またはｄ±Δｄ）で二重露光し
た場合と比べて、４本線のエッジの傾きが急峻かつ一様
で、従って４本線のコントラストが増加し、かつ一様に
なっていることが分かる。
【０２０７】次に通常露光をデフォーカスし、二重露光
しないで１回の露光のみにし、周期パターン露光と二重
露光した実施例を示す。
【０２０８】図３４では上から順に、通常１回露光、周
期パターンを露光した場合、通常１回露光と周期パター
ン露光の二重露光した場合の１次元断面での強度分布を
示す。
【０２０９】図３４では、周期パターン深度が大きい為
に、通常１回露光に周期パターン露光を二重露光する
と、コントラストと深度はともに増加している。
【０２１０】図３３と図３４を比較すると、ベストフォ
ーカス付近で図３３の方がコントラストが若干低いが、
一様なコントラストが広範囲にわたって深度が増加して
いることが分かる。
【０２１１】今、４本線それぞれでコントラストを計算
し、コントラストが１番低いところのデフォーカス範囲
でコントラスト深度を定義する。
【０２１２】コントラスト深度を比較すると、図３３よ
り５０％深度は通常１回露光で１．１μｍ（ｋ2 ＝１．
０８）、通常デフォーカス二重露光（デフォーカス幅１
μｍｋ2 ＝０．９８）で０．５μｍ（ｋ2 ＝０．４
９）、周期パターン三重露光で１．６μｍ（ｋ2 ＝１．
５８）、４０％深度は通常１回露光で１．３μｍ（ｋ2
＝１．２８）、通常デフォーカス二重露光で１．２μｍ
（ｋ2 ＝１．１８）、周期パターン三重露光で２．１μ
ｍ（ｋ2 ＝２．０７）であった。
【０２１３】図３４より、４０％深度は５０％深度は通
常１回露光で１．１μｍ（ｋ2 ＝１．０８）、周期パタ
ーン二重露光で１．５μｍ（ｋ2 ＝１．４８）、４０％
深度は通常１回露光で１．３μｍ（ｋ2 ＝１．２８）、
周期パターン２重露光で１．８μｍ（ｋ2 ＝１．７７）
であった。
【０２１４】従って、通常デフォーカス露光と周期パタ
ーンとの三重露光は、通常１回露光と周期パターンとの
二重露光より深度が得られている。
【０２１５】三重露光では通常デフォーカス露光のデフ
ォーカス幅をこれより大きくすると、より深度が拡大さ
れる。また、三重露光のコントラストはデフォーカスに
対して緩やかに変化するので、デフォーカスに対する像
形状の変化が少なくなり、デフォーカス特性が改善され
る。
【０２１６】このように通常露光の深度が狭いという問
題は、通常露光による像を多少ぼけるようになっても、
デフォーカスに対して平均化して均質な像を提供するよ
うにすればよい。
【０２１７】デフォーカス位置のずれた重ね露光は、実
施形態２に示したようなコンタクトホールのパターン、
実施形態１と３に示したような配線パターンに効果があ
った。
【０２１８】とくに、コンタクトホールでは、孤立のコ
ンタクトホールはもちろんのこと、ホール幅と間隔が
１：１のコンタクトホール列のパターンでも孤立コンタ
クトホールと同じに効果があった。この場合、通常二重
露光は±０．５μｍ、デフォーカスシフト幅は１．０μ
ｍ（ｋ2 ＝０．９８）とした。
【０２１９】実施形態２と３に示したように実際の回路
パターンではＬ／Ｓパターンでもパターン部分の線幅と
間隔が等しい１：１の密集パターンは少ない為に、配線
パターンでも効果がある。
【０２２０】一方、実施形態１では図２３，図２４，図
２５にＬ／Ｓ配線パターンを三重露光した場合を示した
が通常二重露光のデフォーカスシフトの幅は０．２５μ
ｍ（ｋ2 ＝０．３６）あるいは０．５μｍ（ｋ2 ＝０．
７３）と比較的せまい場合でも、通常露光のデフォーカ
スシフト二重露光と周期パターン露光と三重露光によっ
て線幅がデフォーカスに対して平均化される効果があっ
た。
【０２２１】本実施形態ではデフォーカスによって多重
露光を行なった後、コントラストの高い、周期パターン
露光をさらに重ね露光をすることによって、コントラス
トの高い、形状再現性のよいパターン像を得ている。
【０２２２】通常、デフォーカスによって多重露光を行
なうだけでは、コントラストが低く、形状再現性もあま
り良好ではない。
【０２２３】本発明における通常露光と周期パターン露
光との重ね露光は、孤立部分と密集部分の像形状が均質
になり、例えばコンタクトホール列の両端と中央部分と
に大きさの差がなくなるので、形状再現性に優れてい
る。
【０２２４】通常露光にこのような、デフォーカス位置
のずれた重ね露光をすることによって深度が拡大する
と、これより深度の広い周期パターン露光を重ね露光を
するとさらに深度拡大が得られるという効果がある。
【０２２５】特に、本発明の多重露光方法において、例
えば通常露光をベストフォーカス位置よりデフォーカス
して露光し、その後反対方向にデフォーカスして露光す
るような２回以上多数回露光を用いれば、合成パターン
像のデフォーカス特性がよくなり、実用的な深度よりさ
らに大きな深度が得られるようになる。
【０２２６】また、基準波長よりずれた波長で２回以上
多数回露光によっても同じ効果が得られる。波長は実施
形態に示したエキシマレーザーの２４８ｎｍ、ｉ線の３
６５ｎｍに限定されない。
【０２２７】この深度拡大の効果は、通常パターンが配
線パターンであっても得られ、コンタクトホールでは、
非常に大きな効果が得られる。
【０２２８】また収差による線幅再現性の劣化があって
も、デフォーカス線幅変化が平均化することによって低
下し、結果として線幅深度を拡大することができる。
【０２２９】以上説明した露光方法及び露光装置を用い
てＩＣ，ＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル等の表示
素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤ等の撮像素子と
いった各種デバイスの製造が可能である。
【０２３０】本発明は以上説明した実施形態に限定され
るものではなく，本発明の趣旨を逸脱しない範囲におい
て種々に変更することが可能である。特に２光束干渉露
光および通常露光の各ステップでの露光回数や露光量の
段数は適宜選択することが可能であり、更に露光の重ね
合わせもずらして行う等適宜調整することが可能であ
る。このような調整を行うことで形成可能な回路パター
ンにバリエーションが増える。
【０２３１】又、本発明は、他の周期パターン露光を含
む公知の多重露光にも適用できる。
【０２３２】
【発明の効果】以上、本発明によれば、周期パターン露
光と通常の露光を融合して例えば０．１５μｍ以下の微
細な線幅を有する複雑なパターンを得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光方法のフローチャート
【図２】２光束干渉露光により得た周期パターン（露光
パターン）を示す説明図
【図３】レジストの露光感度特性を示す説明図
【図４】現像によるパターン形成を示す説明図
【図５】通常の２光束干渉露光による周期パターン（露
光パターン）を示す説明図
【図６】本発明における２光束干渉露光による周期パタ
ーン（露光パターン）を示す説明図
【図７】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィーパターン）の一例を示す説明図
【図８】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図
【図９】第１の実施形態において形成できる露光パター
ン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図
【図１０】ゲートパターンを示す説明図
【図１１】実施形態を示す説明図
【図１２】ゲートパターンを説明する図
【図１３】パターン形成過程を示す図
【図１４】周期パターン露光を行なうための２光束干渉
用露光装置の一例を示す概略図
【図１５】２光束干渉による周期パターン露光を行なう
投影露光装置の一例を示す概略図
【図１６】図１６の装置に使用するマスクおよび照明方
法の１例を示す説明図である
【図１７】図１６の装置に使用するマスクおよび照明方
法の他の１例を示す説明図
【図１８】従来の投影露光装置を示す概略図
【図１９】本発明の２光束干渉露光装置の一例を示す概
略図
【図２０】本発明の高解像度露光装置の一例を示す概略
図
【図２１】本発明の高解像度露光装置の他の例を示す概
略図
【図２２】通常の投影露光の際にウエハ表面の高さを変
えて多重露光を行なう様子を示す説明図
【図２３】ネガレジストでのデフォーカス量と線幅変化
の関係を示す図
【図２４】ポジレジストでのデフォーカス量と線幅変化
の関係を示す図
【図２５】ポジレジストでのデフォーカス量と線幅変化
の関係を示す図
【図２６】本発明の露光方法の実施形態２の要部概略図
【図２７】本発明の露光方法の実施形態２の要部概略図
【図２８】本発明の露光方法の実施形態３の要部概略図
【図２９】本発明の露光方法における効果の説明図
【図３０】本発明の露光方法における効果の説明図
【図３１】本発明に係るＬ／Ｓ配線パターンの説明図
【図３２】本発明の露光方法における効果の説明図
【図３３】本発明の露光方法における効果の説明図
【図３４】本発明の露光方法における効果の説明図
【符号の説明】
２２１ エキシマレーザ ２２２ 照明光学系 ２２３ マスク（レチクル） ２２４ マスク（レチクル）ステージ ２２５ ２光束干渉用マスクと通常投影露光用のマスク ２２６ マスク（レチクル）チェンジャ ２２７ 投影光学系 ２２８ ウエハ ２２９ ＸＹＺステージ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−226362（ＪＰ，Ａ) Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰ ＩＥ ｖｏｌ．3679 ｐａｇｅ．396− 407 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰ ＩＥ ｖｏｌ．3748 ｐａｇｅ．278− 289 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰ ＩＥ ｖｏｌ．3873 ｐａｇｅ．66−77 応用物理学会分科会 シリコンテクノ ロジー Ｎｏ．11 ｐａｇｅ．６−11 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521 G03F 1/08 ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ)

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 感光体を２光束の干渉に基づく周期パタ
    ーンで露光する第１段階と前記感光体を投影光学系を用
    いて前記周期パターンとは異なるパターンで露光する第
    ２段階とを含み、前記第１段階の露光における深度が前
    記第２段階の露光における深度よりも大きい多重露光を
    行う露光方法において、前記第１段階は、前記周期パタ
    ーンのフォーカス位置に対する前記感光体の前記投影光
    学系の光軸方向の位置を一つに設定して露光を行ない、
    前記第２段階は、前記周期パターンとは異なるパターン
    のフォーカス位置に対する前記感光体の前記投影光学系
    の光軸方向の位置を前記第１段階の露光における深度の
    範囲内で複数設定して各位置で露光を行なうことを特徴
    とする露光方法。
  2. 【請求項２】 前記周期パターンは多数個の微細線を含
    んでおり、前記第２段階で露光するパターンはマスクの
    回路パターンの像であり、前記多数個の微細線の一部と
    前記回路パターンの像の一部分とを、前記感光体の同じ
    位置に、それぞれの露光量合計が前記感光体のしきい値
    を越えるように露光することを特徴とすることを特徴と
    する請求項１の露光方法。
  3. 【請求項３】 前記回路パターンの像の他の部分の露光
    量が前記感光体のしきい値を越えるように露光すること
    を特徴とする請求項２の露光方法。
  4. 【請求項４】 前記回路パターンの像の前記一部分は前
    記回路パターンのうちの最小線幅を有する部位を含むこ
    とを特徴とする請求項２の露光方法。
  5. 【請求項５】 前記周期パターンの前記微細線の線幅は
    前記回路パターンの前記最小線幅を有する部位の線幅に
    前記投影光学系の投影倍率を乗じた値と同じかそれより
    も小さいことを特徴とする請求項４の露光方法。
  6. 【請求項６】 前記微細線の光強度分布のピークと前記
    回路パターン像の前記一部分の中心とを一致又はほぼ一
    致させるように多重露光を行なうことを特徴とする請求
    項４の露光方法。
  7. 【請求項７】 前記第２段階において、互いに波長が異
    なる複数の露光光により露光を行なうことで前記フォー
    カス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方
    向の位置を複数設定することを特徴とする請求項１の露
    光方法。
  8. 【請求項８】 前記第２段階において、前記感光体また
    はマスクを前記光軸方向に変位させることにより、前記
    周期パターンとは異なるパターンのフォーカス位置に対
    する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向の位置を複
    数設定することを特徴とする請求項１の露光方法。
  9. 【請求項９】 前記第２段階は走査露光で行われ、前記
    第２パターンに関するマスクを前記光軸と直交する方向
    に走査し、これと同期させて前記感光体を前記光軸と直
    交しない方向にに対する前記感光体の前記投影光学系の
    光軸方向の位置を複数設定することを走査することによ
    って、前記周期パターンとは異なるパターンのフォーカ
    ス位置特徴とする請求項１の露光方法。
  10. 【請求項１０】 前記走査露光による全露光範囲の走査
    方向の長さをＳ、前記感光体のベストフォーカス面に対
    する傾き角をθ、前記周期パターンの深度をＤとしたと
    き、 Ｓ×tanθ＜Ｄ を満足することを特徴とする請求項９の露光方法。
  11. 【請求項１１】 前記第２段階は最終的に前記感光体に
    露光したい回路パターンと同じ形状のパターンを備えた
    マスクを用いて行なうことを特徴とする請求項１〜１０
    のいずれか１項の露光方法。
  12. 【請求項１２】 前記第２段階において、ｎ個の位置で
    露光を行うとき、前記複数の位置の隣り合う位置同士の
    間隔は、前記周期パターンの深度をｎ−１で割った値以
    下に設定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれ
    か１項の露光方法。
  13. 【請求項１３】 前記互いに波長が異なる複数の露光光
    により露光を行なうことで前記第２パターンのフォーカ
    ス位置に対する前記感光体の前記投影光学系の光軸方向
    の位置を複数設定するとき、最も長い波長と最も短い波
    長の波長差をλd としたとき、波長幅Δλを、 Δλ＝λd ／（ｎ−１） だけ変化させつつ露光を行なうことを特徴とする請求項
    １２の露光方法。
  14. 【請求項１４】前記第１段階、前記第２段階の順、また
    は前記第２段階、第１段階の順に露光を行うことを特徴
    とする請求項１〜１０のいずれか１項の露光方法。
  15. 【請求項１５】 前記第２段階が３６５ｎｍ以下の中心
    波長を有する露光光によって行なわれることを特徴とす
    る請求項１〜１４のいずれか１項の露光方法。
  16. 【請求項１６】 前記露光光はｉ線、またはＫｒＦエキ
    シマレーザー、ＡｒＦエキシマレーザー、若しくはＦ２
    エキシマレーザーにより供給されるレーザー光であるこ
    とを特徴とする請求項１５の露光方法。
  17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか１項の露光
    方法によって露光を行なう露光モードを有することを特
    徴とする露光装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１〜１６のいずれか１項の露光
    方法によってデバイスパターンでウエハを露光する段階
    と該露光したウエハを現像する段階とを含むデバイスの
    製造方法。
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