JP3278802B2 - マスク及びそれを用いた露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク及びそれを
用いた露光方法に関し、特に微細な回路パターンで感光
基板上を露光し、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に
用いられる際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＩＣ、ＬＳＩ、液晶パネル等
のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造す
るときには、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マ
スク」と記す。）の面上に形成した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】近年、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
いる。

【０００４】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、０．５／μｍ以下の寸法（線幅）の像（回路パタ
ーン像）を広範囲に形成するべく、解像度の向上と露光
面積の拡大が計られている。

【０００５】従来の投影露光装置の摸式図を図５４に示
す。図５４中、１９１は遠紫外線露光用の光源であるエ
キシマーレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光
学系１９２から照射される照明光、１９４はマスク、１
９５はマスク１９４から出て光学系（投影光学系）１９
６に入射する物体側露光光、１９６は縮小型の投影光学
系、１９７は投影光学系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、１
９９は感光基板を保持する基板ステージを、示す。

【０００６】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（１９０ａ，１９０ｂ）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（関口数ＮＡ）等
を持つ照明光１９３となるように調整され、マスク１９
４を照明する。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１
９３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５４の下部の拡大図に示されるように、所定の開
口数ＮＡ（＝Ｓｉｎ（θ））でウエハ１９８上に収束
し，ウエハ１９８上に微細パターンの像を結ぶ。基板ス
テージ１９９は、ウエハ１９８の互いに異なる複数の領
域（ショット領域：１個又は複数のチップとなる領域）
に順次、微細パターンを形成する場合に、投影光学系の
像平面に沿ってステップ移動することによりウエハ１９
８の投影光学系１９６に対する位置を変えている。

【０００７】現在主流となりつつある上記のエキシマレ
ーザを光源とする投影露光装置は高い投影解像力を有し
ているが、例えば０．１５μｍ以下のパターン像を形成
することが技術的に困難である。

【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。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を大きくする「高ＮＡ化」がある。しかしなが
ら、実際の露光では投影光学系１９６の焦点深度ＤＯＦ
をある程度以上の値にする必要があるため、高ＮＡ化を
ある程度以上に進めることが難しいこと、この為、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。

【００１０】ところが露光波長の短波長化を進めていく
と重大な問題が発生してくる。それは投影光学系１９６
を構成する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２４８
ｎｍ）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。線幅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、耐久牲，
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。

【００１１】このように従来の投影露光方法及び投影露
光鼓置では、ウエハ上に線幅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。これに対し、現在のところ、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
に線幅０．１５μｍ以下のパターンを形成することがで
きなかった。

【００１２】米国特許第５４１５８３５号公報は２光束
干渉露光によって敏細パターンを形成する技術を開示し
ており、この２光束干渉露光によれば、ウエハに線幅
０．１５μｍ以下のパターンを形成することができる。

【００１３】２光束干渉露光の原理を図５５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
牲を有し且つ平行光線束であるレーザ光Ｌ１５１をハー
フミラー１５２によってレーザ光Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１
ａｂの２光束に分割し、分割した２光束を夫々平面ミラ
ー１５３ａ，１５３ｂによって反射することにより２個
のレーザ光（可干渉性の平行光線束）を０より大きく９
０度末満のある角度を成してウエハ１５４面上で交差さ
せることにより交差部分に干渉縞を形成している。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１５４に形成するものである。

【００１４】２光束Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１ｂがウエハ１
５４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。

【００１５】 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示してい
る。又βは２光束の夫々の像面に対する入射角度（絶対
値）を表し、ＮＡ＝Ｓｉｎθである。

【００１６】通常の投影露光における解像度の式である
（ｌ）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。

【００１７】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。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】２光束干渉露光は、基
本的に干渉縞の光強度分（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、所望の形状の回路パ
ターンをウエハに形成することが難しい。

【００１９】そこで上記米国特許第５４１５８３５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、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。

【００２０】しかしながら、上記米国特許第５４１５８
３５号公報の多重露光の方法は、２光束干渉露光用の露
光装置にウエハを設置して露光した後で、別の通常露光
用の露光装置にウエハを設置し直して露光を行うので、
時間がかかるという問題があった。

【００２１】本発明の目的は、マスクを挿脱することな
く比較的短い時間で多重露光が行えるマスク及びそれを
用いた露光方法を提供することにある。

【００２２】本発明は、適切に構成したマスクを用いる
ことにより、マスクを交換しないで２光束干渉露光に代
表される周期パターン露光と周期パターンを含まない通
常パターン露光（通常露光）の２つの露光を感光基板
（ウエハ）面上の異なった領域で同時に行うことによ
り、回路パターンをウエハに高いスループットで形成す
ることが可能なマスク及びそれを用いた露光方法の提供
を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明のマスクは、（１
−１）所定面上にパターンを転写する為のマスクであっ
て、該マスクはパターン形状が同一の２つのマスクで該
パターン形状と異なるパターン形状のマスクを挟んで配
置して構成していることを特徴としている。

【００２４】本発明の露光方法は、（２−１）パターン
形状が同一の２つのマスクで該パターン形状と異なるパ
ターン形状のマスクを挟んで配置したマスクを照明手段
からの光で照明し、該複数のマスクのうち隣接する少な
くとも２つのマスクのパターンを感光基板上に同時に転
写することを特徴としている。

【００２５】特に、（２−１−１）前記隣接する少なく
とも２つのマスクパターンで前記感光基板を一方向に転
写した後、該少なくとも２つのマスクのうち１つのマス
クを含まない隣接する少なくとも２つのマスクで該感光
基板を逆方向に該感光基板上に同一領域を互いに異なっ
たマスクのパターンで多重露光していること。

【００２６】（２−１−２）前記隣接する少なくとも２
つのマスクで感光基板を露光するとき、該感光基板上の
露光方向によって該隣接する少なくとも２つのマスクの
組み合わせが異なっていること。

【００２７】（２−１−３）前記少なくとも２つのマス
クのうち少なくとも１つのマスクを通過する光量を調整
する光量調整部材を設けていること。等を特徴としてい
る。

【００２８】本発明の露光装置は、（３−１）構成（１
−１）の露光方法を用いていることを特徴としている。

【００２９】本発明のデバイスの製造方法は、（４−
１）構成（２−１）の露光方法を用いてレチクル面上の
パターンをウエハ面上に転写した後、該ウエハを現像処
理工程を介してデバイスを製造していることを特徴とし
ている。

【００３０】（４−２）構成（３−１）の露光装置を用
いて、レチクル面上のパターンをウエハ面上に転写した
後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製造し
ていることを特徴としている。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の露光装置の実施形
態１の要部概略図である。

【００３２】図１は２光束干渉用露光と通常の投影露光
の双方が同時に行える高解像度のステップアンドリピー
ト方式及びステップアンドスキャン方式の露光装置を示
している。

【００３３】図１において、２２１はＫｒＦ又はＡｒＦ
エキシマレーザー、２２２は照明光学系であり、後述す
るようにマスク（分割マスク）２２３面上の互いに異な
るパターンより成るＦＭマスクとＲＭマスクを異なった
照明条件で照明している。２２３はマスク（レチクル）
であり、図２に示すように周期的パターン（微細パター
ン）より成る高密度のＦＭマスクと回路パターン（通常
パターン）より成るＲＭマスクが同一基板上（同一平面
上）複数個、一方に設けている。２２４はマスクステー
ジ（レチクルステージ）、２２７はマスク２２３の回路
パターンをウエハ２２８上に縮小投影する投影光学系、
２２５はマスク（レチクル）チェンジャであり、ステー
ジ２２４に、通常のレチクルとレベンソン位相シフトマ
スク（レチクル）、エッジシフタ型のマスク（レチク
ル）、位相シフタを有していない周期パターンマスク
（レチクル）等のうち少なくとも２つのマスクが設けら
れたマスク（分割マスク）２２３を選択的に供給する為
に設けてある。当然であるが分割マスク以外のマスクが
あっても良い。

【００３４】また、マスクステージは微細パターンの方
向と周期パターンの方向と平行にする為に、予めマスク
にバーコード等に描かれてある情報をもとにマスク２２
３を回転させる機能を持たせてある。

【００３５】図１の２２９は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。

【００３６】２０２はＦＭマスクとＲＭマスクでのウエ
ハ面上での露光量を各々独立に変える為の露光ユニット
であり、ＮＤフィルタ２０３，ＮＤフィルタ可動部２０
４を有している。ＮＤフィルタ２０３のうち一つのＮＤ
フィルタでＦＭマスク又はＲＭマスクに入射する露光量
を制御している。

【００３７】２０５は可動ユニットコントローラであ
り、ＮＤフィルタ・可動部２０４を駆動制御している。

【００３８】２０６は制御コントローラであり、各種の
露光制御を行っている。２０７はウエハキャリアであ
り、複数のウエハを収納している。ウエハ供給回収搬送
装置２０１はウエハキャリア２０７からウエハを選択し
てウエハステージ２２９に搬送裁置している。

【００３９】走査露光は周知のようにレチクルステージ
とウエハステージが同期を取って駆動して行っている。

【００４０】また、図１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（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。

【００４１】図２は本発明の分割マスク２２３の一実施
形態の説明図である。本実施形態のマスク２２３はＦＭ
マスクを挟んでＲＭマスクを同一基板２２３ａ上又は同
一平面上に設けている。ＦＭマスクは通常の投影露光で
は解像できない程度の微細なパターンを周期的に配列し
た周期的パターンＦＭＰより成っている。ＲＭマスクは
投影露光で改造できる線幅より成る通常の回路パターン
（例えばゲートパターン等）ＲＭＰより成っている。同
図の最下図は断面を示しており、ＦＭパターンは位相型
パターンより成る場合を示している。

【００４２】本実施形態では図３に示すように、分割マ
スク２２３を構成する複数のマスクのうち、２つのマス
ク（例えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）を同時にウエハ
２２８面上に投影露光している。このときＲＭ１マスク
とＦＭマスクとを照明系で異なった照明条件で照明して
いる。尚、２つのマスクの解像パターンが共に大きく、
投影光学系で十分解像できるものであれば、２つのマス
クの照明条件は同一であっても良い。

【００４３】図１の露光装置の照明光学系２２２は部分
的コヒーレント照明とがコヒーレント照明とが同時に行
えるように構成してあり、コヒーレント照明は、図４の
ブロック２３０内の図示した前述した（１ａ）又は（１
ｂ）の照明光を、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等の一方のマスクに供給し、部分
的コヒーレント照明はブロック２３０内に図示した（２
ａ）の照明光を他の通常パターンのマスクに供給する。
部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明の同時照明
は、後述するように、光学系２２２が有する複数のフラ
イアイレンズのうち、中央領域の複数のフライアイレン
ズと周辺領域の複数のフライアイレンズの配置角度や形
状などを調整して、それから出射する光束の出射角度を
変えて行っている。

【００４４】本発明の露光方法及び露光装置における２
重露光における露光波長は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（約２４８ｎ
ｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎｍ）を用い
る。

【００４５】尚、本発明において「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。

【００４６】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、部分的コヒーレント照明
とコヒーレント照明の双方の同時照明が可能なマスク照
明光学系２２２とを有し、部分的コヒーレント照明によ
ってＦＭマスクの通常パターンの露光を行い、コヒーレ
ント照明によって２光束干渉露光を行うことにより、Ｒ
Ｍマスクの周期パターン露光を同時に行うことを特徴と
している。「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。

【００４７】周期パターン露光でのコヒーレント照明で
はσを０．３以下にする。通常露光を行う際の部分的コ
ヒーレント照明はσを０．６以上にする。σ＝０．８が
望ましい。さらに照度分布が外側に比べて内側が低い輪
帯照明にすると、なお効果的である。

【００４８】図５，図６は本発明の実施形態における、
マスク照明光学系２２２として部分的コヒーレント照明
とコヒーレント照明とを同時に行える光学系の説明図で
ある。

【００４９】同図において、５１はフライアイレンズ
（オプティカルインテグレータ）であり、出射面に複数
の２次光源を形成している。フライアイレンズ５１は中
央領域の複数のフライアイレンズ５１ａからの光束の出
射角度と、周辺領域の複数のフライアイレンズ５１ｂか
らの光束の出射角度が互いに異なるようにフライアイレ
ンズ５１ａと５１ｂの傾き、形状などを設定している。
フライアイレンズ５１ａ( ５１ｂ) の出射面の２次光源
からの光束は絞り５２を通過し、コンデンサーレンズ５
３によって絞り５４面上の一方の面５４ａ（５４ｂ）を
重ね合わせるようにしている。

【００５０】５５は集光レンズであり、絞り５４の開口
５４ａ（５４ｂ）を通過した光束でマスクＭのＦＭマス
ク( ＲＭマスク) を照明している。ここで図５の小σ照
明系を構成し、図６は大σ（輪帯）照明系を構成してい
る。

【００５１】尚、図５，図６の光学系においてはＦＭマ
スクとＲＭマスクの照明強度を調整する為の光量調整手
段( ＮＤフィルター等) を一方の光路中に設けるのが良
い。

【００５２】図７は図５，図６の照明系における有効光
源とマスクとの関係を示す説明図である。図７（Ａ）は
図５の小σ照明系の場合を示し、図７( Ｂ) は図６の大
σ照明系の場合を示している。

【００５３】本発明の露光装置は２光束干渉露光装置と
通常（投影）露光装置を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している。

【００５４】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。

【００５５】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
光及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
わせもずらして行な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。

【００５６】図５の照明系によって照明されたＦＭマス
クのパターンの投影状態を図８〜図１０を用いて説明す
る。

【００５７】図８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８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、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。

【００５８】図８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（周期パターン露光）を行う為に
は、マスク１６１とその照明方法を図９又は図１０のよ
うに設定すれば良い。以下これら３種の例について説明
する。

【００５９】図９（Ａ）はレベンソン型の位相シフトマ
スク１７３を示しており、クロムより成る遮光部１７１
のピッチＰＯが（ａ１）式で０、位相シフタ１７２のピ
ッチＰＯＳが（ａ２）式で表されるマスクである。

【００６０】 Ｐ０ ＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ‥‥‥（ａ１） ＰＯＳ＝２Ｐ０ ＝Ｍλ／（ＮＡ） ‥‥‥（ａ２） 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。

【００６１】一方、図９（Ｂ）が示すマスク１７４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１７５
のピッチＰＯＳを上記（ａ２）式を満たすように構成し
たものである。

【００６２】図９（Ａ），（Ｂ）の夫々の位相シフトマ
スクを用いて２光束干渉露光を行うには、これらのマス
クをσ＝０（又は０に近い値）所謂コヒーレント照明を
行う。具体的には図９に示すようにマスク面１７０に対
して垂直な方向（光軸に平行な方向）から平行光線束を
マスク１７０に照射する。

【００６３】ここで、σ＝照明光学系の開口数／投影光
学系の開口数 である。

【００６４】このような照明を行うと、マスク１７０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１７２（１７５）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１７０から投影光学
系１６３の光軸に対して対称に発生し、図８の２個の物
体側露光１６５がウエハ１６６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１６
４の開口に入射しないので結像には寄与しない。

【００６５】図１０に示したマスク１８０は、クロムよ
り成る遮光部１８１のピッチＰＯが（ａ１）式と同様の
（ａ３）式で表されるマスクである。

【００６６】 Ｐ０ ＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ‥‥‥（ａ３） 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。

【００６７】図１０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１８０への入射角θ
０は（ａ４）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θ０傾いた平行光線束によりマスクを照明する。

【００６８】ｓｉｎθ０ ＝Ｍ／ＮＡ ‥‥‥（ａ４） 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。

【００６９】図１０が示す位相シフタを有していないマ
スクを上記（ａ４）式を満たす平行光線束により斜入射
照明を行うと、マスク１８０からは、光軸に対して角度
θ０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−θ０ で進む）−１次透過回折
光の２光束が図１６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、結像が行われる。

【００７０】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。

【００７１】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、通常の投影露光装置の照明
光学系を前述の如く構成してあるので、図１０の照明光
学系の０＜σ＜１に対応する不図示の開口絞りをσ０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を行うよう構
成することができる。

【００７２】図１１〜図１９は本発明の２重露光を用い
た露光方法の実施形態の説明図である。図１１は本発明
の露光方法を示すフローチャートである。図１１には本
発明の露光方法を構成するＦＭマスクによる周期パター
ン露光ステップ、ＲＭマスクによる投影露光ステップ
（通常パターン露光ステップ）、現像ステップの各ブロ
ックとその流れが示してある。

【００７３】同図において（１ショット内を多重露光す
るときの）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、逆でも良い。また、各露光ステップ間に
は、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。

【００７４】本発明の露光方法及び露光装置は、被露光
基板（感光基板）の各チップ領域に対して周期パターン
露光と通常の露光を同時に行い、これを前述したように
ステップ方向に繰り返すことにより二重露光を行うこと
を特徴としている。

【００７５】ここで通常パターン露光とは周期パターン
露光より解像度が低いが任意のパターンで露光が行える
露光である。

【００７６】通常パターン露光によって露光されるパタ
ーン（通常パターン）は解像度以下の微細なパターンを
含み、周期パターン露光はこの微細なパターンと略同線
幅の周期パターンを形成するようにする。通常パターン
露光の解像度以上の大きなパターンは、周期パターン露
光の線幅に限定されないが整数倍が効果的である。

【００７７】通常パターン露光は任意の形状をしている
のでいろいろな方向を向いていてもよい。一般にＩＣパ
ターンでは、方向がある方向とそれに直行する方向の２
方向を向いている場合が多く、最も微細なパターンはあ
る特定の１方向のみに限定される場合が多い。

【００７８】二重露光で周期パターン露光をする際、そ
の通常パターンの最も微細なパターンの方向に、周期パ
ターンの方向を合致させることが重要である。

【００７９】また、周期パターンのピークの中心は、通
常パターンにおける解像度以下の微細なパターンの中心
に合致するように露光する。

【００８０】本発明における二重露光とは周期パターン
露光と通常パターン露光の二重露光という意味であっ
て、周期パターン露光は、通常パターン露光の最も微細
なパターンの方向に平行にして何回繰り返して露光して
も良い。

【００８１】本発明の露光方法及び露光装置の周期パタ
ーン露光と通常パターン露光のそれぞれは、１回また
は、複数回の露光段階よりなり、複数回の露光段階を取
る場合は、各露光階ごとに異なる露光量分布を感光基板
に与えている。

【００８２】図１１のフローに従って露光を行なう場
合、まず周期パターンによりウエハ（感光基板）を図１
２に示すような周期パターンで露光する。図１２中の数
字は露光量を表しており、図１２（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。

【００８３】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１２（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１２（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。

【００８４】図１３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」配す。）の各々につい
て示す。ポジ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以上の場合
に、ネガ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以下の場合に、
現像後の膜厚が０となる。

【００８５】図１４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。

【００８６】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１５（図１２（Ａ）と同じ）及び
図１６に示す通り、周期パターン露光での中心露光量を
１としたとき、露光基板のレジストの露光しきい値Ｅｔ
ｈを１よりも大きく設定している。この感光基板は図１
２に示す下地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
見做すことができる（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
場合も実施できる。）。

【００８７】尚、図１６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している。

【００８８】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高解像度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露光パターンと融合して所望の領域
のみ選択的にレジストの露光しきい値以上の露光をし、
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。

【００８９】図１７（Ａ）は通常の投影露光（通常パタ
ーン露光）による露光パターンであり、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。本実施形態では通常の投影露光の解
像度の約半分の紙幅の微細パターンとしている。

【００９０】図１７（Ａ）の露光パターンを作る投影露
光を、図１５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、
このレジスト面上への合計の露光量分布は図１７（Ｂ）
の下部のグラフのようになる。

【００９１】尚、ここでは周期パターン露光の露光量Ｅ
１ と投影露光の露光量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Ｅ
１ と投影露光の露光量Ｅ２ の和（＝２）の間に設定さ
れている為、図１７（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。

【００９２】その際、通常パターンの中心が周期パター
ンのピークと合致させておく。又、通常パターンの方向
と周期パターンの方向とを合致させている。

【００９３】図１７（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。

【００９４】ここで仮に、図１８の露光パターンを作る
投影露光（図１５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。この際、通常
パターンの中心が周期パターン露光のピーク位置と合致
させることで重ね合わせたパターンの対称性が良く、良
好なるパターン像が得られる。

【００９５】このレジストの合計の露光量分布は図１８
（Ｂ）のようになり、２光束干渉露光（周期パターン露
光）の露光パターンは消失して最終的に投影露光による
リソグラフィーパターンのみが形成される。

【００９６】また、図１９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。

【００９７】以上簡潔に説明した周期パターン露光と投
影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１６，図１７（Ｂ），図１８（Ｂ），及び図１９
（Ｂ）で示したような多種のパターンの組み合わせより
成り且つ最小線幅が周期パターン露光の解像度（図１７
（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。

【００９８】以上の露光方法の原理をまとめると、 (ア-1) 投影露光（通常パターン露光）をしないパターン
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。

【００９９】(ア-2) レジストの露光しきい値以下の露光
量で行った投影露光のパターン領域に関しては投影露光
と周期パターン露光の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露光パターンが形成
される。

【０１００】(ア-3) 露光しきい値以上の露光量で行った
投影露光のパターン領域は投影露光のみでは解像しなか
った微細パターンも同様に（マスクに対応する）形成す
る。ということになる。

【０１０１】更に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光束干渉露光で行えば、通常
の露光に比してはるかに大きい焦点深度が得られること
が挙げられる。

【０１０２】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。

【０１０３】次に本発明の実施形態２でＲＭマスクとし
てゲートパターンを用いた場合について説明する。

【０１０４】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２０に示す
所謂ゲート型のパターンを対象としている。

【０１０５】図２０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２光束干渉露光（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。

【０１０６】本実施形態では、図２１を用いて１次元方
向のみの２光束干渉露光と通常の投影露光の組み合わせ
の一例を示す。

【０１０７】図２１において、図２１（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２１の下部における数値は露光量を表すもので
ある。このような２光束干渉露光を前述の露光装置で行
っている。

【０１０８】本実施形態では２光束干渉露光（周期パタ
ーン露光）の次に行う通常の投影露光（通常パターン露
光）によって図２１（Ｂ）が示すゲートパターンの露光
を行う。図２１（Ｃ）の上部には２光束干渉露光による
露光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
縦横を最小線幅のピッチの分解能でマップ化したもので
ある。

【０１０９】図２１の下部に示す露光量分布は、マスク
から入射される光強度を１としてウエハに露光される強
度分布を示したものである。

【０１１０】図２１（Ａ）の周期パターンの露光による
露光量分布は、理想的には１と０の矩形波であるはずだ
が、２光束干渉露光の解像限界付近の線幅を用いている
ので、０次光と１次光のみで形成されるsin 波となって
いる。そのsin 波の最大値をIo、最小値をI １とあらわ
す。このとき、照明条件のσによって、I ０とI １の値
が定まる。

【０１１１】図２１(B) の通常の投影露光による露光量
分布は、各部分での代表的な値を示している。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
ぼけて広がり、光強度の各店の値は下がる。露光量は、
大まかにパターン中心部をｂ，両サイドをｄ，両側から
のぼけ像がくる中心部をｃとする。最小線幅の２倍の線
幅は、b,c,d の値よりも大きいが、投影露光の解像限界
付近の線幅であるため、少しぼけてa の値をとる。これ
ら、a,b,c,d の値は、照明条件によって変化する。

【０１１２】図２１(C) の露光量分布は、図２１(A) の
露光パターンと図２１( B) の露光パターンの露光量の
加算した結果生じたものである。

【０１１３】２光束干渉露光と投影露光の各露光での光
量比は、それぞれの露光の照明条件により異なる。加算
における各露光での光量比は、照明系の照度比として、 ２光束干渉露光：投影露光＝１：ｋ とし、ｋの値は次のようにして求める。

【０１１４】図２１(C) の露光量分布は、上記の露光量
分布、光量比を用いて、以下の式で表せる。

【０１１５】a' = k×a + I ０ a" = k×a + I １ b' = k ×b + I ０ c' = k×c+ I１ d' = k×d + I １ 所望のゲートパターンを得るためには、レジストの感光
のしきい値Icとの関係式を得る。

【０１１６】たとえば、レジストがネガ型の場合、以下
のようになる。

【０１１７】a' ＞I Ｃ a" ＞I Ｃ b' ＞I Ｃ c' ＜I Ｃ d' ＜I Ｃ a',a",b'は差が小さい方が望ましく、c'と特にb'との差
がある方が望ましい。これらの式を解くことにより、各
照明条件での最適光量比が求められる。特に微細パター
ンの関係する以下の２式は重要である。

【０１１８】レジストがネガ型の場合、 ｋ×ｂ＋I ０＞I Ｃ ｋ×ｃ＋I １＜I Ｃ レジストがポジ型の場合、 ｋ×ｂ＋I １＜I Ｃ ｋ×ｃ＋I ０＞I Ｃ レジストがポジ型の場合、露光量分布の大小関係が反転
し、レジストしきい値Icとの不等号が逆になるが、同様
に最適光量比が求められる。

【０１１９】以上説明した２光束干渉露光と通常の投影
露光の照明方法の異なった２つを組み合わせによって図
２２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光束干渉露光と通常の投影
露光を同時に行うので、そ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成る。

【０１２０】図２２，図２３，図２４は波長248nm のＫ
ｒＦエキシマステッパーを用いたときの具体的な実施例
である。

【０１２１】図２２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、その最小線幅と重なるように周
期パターンを露光したものである。

【０１２２】投影レンズのNAは0.6 、照明系のσは、レ
ベンソンマスクによる露光では、0.3 とした。通常マス
ク露光時では、σ＝0.3,0.6,0.8,輪帯照明とした。

【０１２３】位相シフトマスクなどの２光束干渉により
周期パターンを露光する場合の、コヒーレント照明はσ
の値がゼロまたは、それに近い値であるが、あまり小さ
くすると単位時間当たりの露光量が小さくなり、露光に
要する時間が長くなるので実際的でない。

【０１２４】周期パターン露光のときはσが0.3 以下で
あることが望ましく、レベンソンマスクによる露光では
その最大であるσ＝0.3 とした。

【０１２５】通常露光では、一般的に部分的コヒーレン
ト照明にするが、σを大きくすると複雑な形状の再現性
はよくなり、かつ深度は広がる。照度分布が外側に比べ
て内側が低いいわゆる輪帯照明では、この傾向は顕著に
なるが、コントラストは落ちるという欠点がある。

【０１２６】図２３（Ａ）に示すように、通常露光のσ
を周期パターン露光のσと同じ0.3にして同じ照明条件
で二重露光を行うと、ゲートパターンがデフォーカス０
±0.2 μｍの範囲で解像されるが、線パターンの部分が
うねっており、くびれた部分が断線の原因となるため好
ましくない。

【０１２７】又、通常パターン露光のときはσ＝０．６
以上にするのが良い。図２３（Ｂ）に示すように、通常
露光のσを0.6 にするとデフォーカス０±0.4 μｍの範
囲でゲートパターンが解像されるようになり、線パター
ンの部分がうねりは解消されている。通常露光と周期パ
ターン露光の露光量比を 通常露光：周期パターン露光=
1.5 ：１とした。

【０１２８】図２４（Ａ）に示すように、通常露光のσ
が0.8 と大きくなると、複雑な形状の再現性は若干よく
なる。通常露光と周期パターン露光の露光量比を通常パ
ターン露光：周期パターン露光=2 ：１とした。通常パ
ターン露光のときは周期パターン露光に比べて２倍以上
の露光量とするのが良い。

【０１２９】図２４（Ｂ）では、通常露光を輪帯照明と
し、リング内側の0.6 から外側の0.8 までの照度を１、
リング内側の0.6 以下を照度０とした場合の二次元強度
分布である。通常露光と周期パターン露光の露光量比を
通常露光：周期パターン露光=2.5：１とした。

【０１３０】輪帯照明では、σが0.8 の時よりも、複雑
な形状の再現性はよくなり、かつ深度は広がる。デフォ
ーカス±0.4 μｍ以下で良好な像が得られた。

【０１３１】このように微細な回路パターンは、周期パ
ターン露光との二重露光によって形成される。通常露光
パターンの微細なパターンは光強度が低くコントラスト
も低いので、通常は解像されないが、コントラストが高
い周期パターン露光と二重に露光し重ね合わせることに
よって、微細なパターンはコントラストが増強され解像
されるようになる。

【０１３２】一方、通常露光パターンの解像度以上の大
きなパターンも、周期パターン露光の強度と重ね合わさ
れコントラストが増強されるので、周期パターン露光の
線幅の整数倍にするとエッジがシャープな像となる。本
発明の露光方法によって、0.12μｍといった微細な線幅
を有する回路パターンが、例えばσや照度の光量比を可
変とする照明条件の切り替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している。

【０１３３】周期パターン露光と通常パターン露光の光
量比は、照明条件の組み合わせによる最適値を前述の計
算式によって求めた。

【０１３４】照明条件１ 周期パターンの露光はσ=0.
3、通常パターン露光はσ=0.3図２１(A) の下部に示し
た周期パターンの露光による露光量分布と、図２１(B)
の下部に示した通常の投影露光による露光量分布（ベス
トフォーカス）を以下に示す。

【０１３５】I ０ = 0.80 I１ = 0.23 a = 1.31 b = 0.34 c = 0.61 d = 0.09 k = 1.0 のとき最適であり、 a' = 2.11 a" = 1.54 b'= 1.21 c'= 0.89 d'= 0.32 となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化する
と次のようになる。

【０１３６】a' = 1.0 a" = 0.73 b'= 0.57 c'= 0.42
d'= 0.15 I０ =0.38 照明条件２ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0.6 I ０ = 0.80 I１ = 0.23 a = 1.25 b = 0.44 c = 0.53 d = 0.13 k = 1.5 のとき最適であり、 a' = 2.68 a" = 2.11 b'= 1.46 c'= 1.03 d'= 0.43 となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化する
と次のようになる。

【０１３７】a' = 1.0 a" = 0.79 b'= 0.55 c'= 0.38
d'= 0.16 I０ =0.30 照明条件３ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0. ８ I ０ = 0.80 I１ = 0.23 a = 1.20 b = 0.48 c = 0.47 d = 0.16 k = 2.0 のとき最適であり、 a' = 3.20 a" = 2.63 b'= 1.76 c'= 1.17 d'= 0.55 となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようにな
る。

【０１３８】a' = 1.0 a" = 0.82 b'= 0.55 c'= 0.37
d'= 0.17 I０ =0.25 照明条件４ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パター
ン露光はσ=0. ８で輪帯照明とし、内側（輪帯内側）σ
0.６以下の照度分布をゼロとした。

【０１３９】I ０ = 0.80 I１ = 0.23 a = 1.10 b = 0.47 c = 0.36 d = 0.19 k = 2.5 のとき最適であり、 a' = 3.55 a" = 2.98 b'= 1.98 c'= 1.13 d'=0.71 となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようにな
る。

【０１４０】a' = 1.0 a" = 0.84 b'= 0.56 c'= 0.32
d'=0.20 I０ = 0. 23 今までの議論で、レジストしきい値は、最大露光量３の
とき1.5 だったので、最大露光量で規格化するとレジス
トしきい値は0.5 となる。この規格化された露光量分布
を見ると、a',a",b'は規格化されたレジストしきい値0.
5 より大きく、c',d',I ０ はしきい値より小さい。

【０１４１】現像によって露光量がレジストしきい値よ
り大きい部分がのこるから、露光量がa',a",b'のみパタ
ーンとして現像後残ることになる。従って、図２１(C)
の下部で灰色に示された部分が、現像後の形状である。

【０１４２】一般に、通常露光パターンを露光するとき
は、周期パターンを露光するときの約２倍の露光量が適
切で、通常露光パターンを露光するときの照明条件と、
周期パターンを露光するときの照明条件の組合わせによ
って最適な露光量比があり、前述の計算式で求められ
る。

【０１４３】前述の計算式から、種々の照明条件の組合
わせを計算した結果、次のことが示された。周期パター
ン露光のときσ＝０．３で通常パターン露光の照明条件
σが0.8 より小さいときは、通常パターンを露光すると
きの露光量を周期パターンを露光するときの露光量より
２倍以下にするとよい。

【０１４４】周期パターンのときσ＝０．３で通常パタ
ーンを露光するときの照明条件が輪帯照明のときは、輪
帯の巾が小さいときは、通常パターンを露光する露光量
が周期パターンを露光するときの露光量より２倍以上に
するとよい。

【０１４５】周期パターンを露光するときの照明条件σ
が0.3 より小さいときは、通常パターンを露光する露光
量は、周期パターンを露光するときの露光量より２倍以
上にするとよい。

【０１４６】尚、本発明において （ａ）照明光学系の照明方法としては、ＫｒＦエキシマ
レーザー、ＡｒＦエキシマレーザー又はＦ２エキシマレ
ーザーから光でマスクパターンを照明することが適用可
能である。

【０１４７】（ｂ）露光装置においては屈折系、反射−
屈折系、又は反射系のいずれかより成る投影光学系によ
って前記マスクパターンを投影することが適用可能であ
る。

【０１４８】（ｃ）露光装置としては本発明の露光方法
を露光モードとして有するステップアンドリピート型縮
小投影露光装置や本発明の露光方法を露光モードとして
有するステップアンドスキャン型縮小投影露光装置等が
適用可能である。

【０１４９】次に本発明の分割マスクを用いた露光方法
及び露光装置について順次説明する。図２５は本発明の
分割レチクル（分割マスク）の実施形態１の説明図であ
る。本実施形態の分割マスクＢＭはＲＭ１マスクとＦＭ
マスク、そしてＲＭ２マスクをステップ露光方向に同一
基板上にＦＭマスクを挟んでＲＭ１マスクとＲＭ２マス
クを配列している。

【０１５０】分割マスクＢＭの３つのマスクが１図の投
影露光での露光範囲となっている。ＲＭ１マスクとＲＭ
２マスクは同一パターンより成っている。ＦＭマスクは
通常の露光では投影露光では改造できない程度の微細パ
ターンを周期的に配列した周期的パターンより成ってい
る。

【０１５１】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは投影露光で
解像できる線幅より成る通常の回路パターン（例えばゲ
ートパターン等）より成っている。尚、ＲＭ１マスクと
ＲＭ２マスクを以下ＲＭマスクともいう。

【０１５２】図２６はウエハ２２８面上に分割マスクＢ
Ｍによる投影露光領域を示している。図２６においてＳ
１〜Ｓ４は各々１図の投影露光によってパターンが露光
される１ショット領域を示している。

【０１５３】（Ｃ１，Ｃ２），（Ｃ３，Ｃ４），（Ｃ
５，Ｃ６）（Ｃ７，Ｃ８）は各々１図の投影露光によっ
てパターンが露光される１チップ領域を示している。

【０１５４】図２７は本実施形態における２重露光の手
順を図２６の１列のショット領域Ｓ１〜Ｓ４と、１列の
チップ領域Ｃ１〜Ｃ８、そして露光回数について示して
いる。

【０１５５】図２８は投影露光回数毎におけるウエハ２
２８面上におけるパターン露光状態を示している。分割
マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターンは
投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領域
Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に投影されるように
設定している。

【０１５６】即ち、分割マスクＢＭの２つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）のパターンが１回の投
影露光でウエハＷ上の１ショット領域Ｓ１に投影露光す
るように設定している。

【０１５７】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に多重露光する手順について説
明する。

【０１５８】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。アライメントはこのとき１回だけで
あとは行う必要はない。

【０１５９】第１回目の露光では分割マスクＢＭのうち
の投影露光が可能な範囲のＲＭ２マスクを遮光手段で覆
い露光光が入射しないようにする。即ち、ウエハ２２８
面上を投影露光しないようにしている。そして、分割マ
スクＢＭのＲＭ１マスクとＦＭマスクのパターンをウエ
ハ２２８上の１ショット領域Ｓ１に投影露光する。

【０１６０】図２７，図２８では１ショット領域のうち
１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投影露光
され、１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投
影露光され、１チップ領域Ｃ２にＦマスクのパターンが
投影露光されている状態をＲ１，Ｆで示している。

【０１６１】図２７において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｒ１，Ｒ２を円で囲ったマス
ク（１回目〜４回目の露光ではＲ２）は遮光されて、投
影露光されないことを示している。

【０１６２】２回目の露光ではウエハ２２８をステップ
移動させて、ショット領域Ｓ２の投影露光を行う。この
とき図２７，図２８に示すようにショット領域Ｓ２のチ
ップ領域Ｃ３にＲＭ１マスクのパターンＲ１がチップ領
域Ｃ４にＦＭマスクのパターンＦが投影露光される。

【０１６３】これを繰り返して（図４では４回）ウエハ
２２８が露光端（図２７，図２８ではショット領域Ｓ４
の位置）にきたらステップ露光を逆方向に行う。尚、４
回目の投影露光では、ショット領域Ｓ４のチップ領域Ｃ
７はＲＭ１マスクのパターンＲ１、チップ領域Ｃ８はＦ
ＭマスクのパターンＦで投影露光されている。そして今
度はＲＭ１マスクを遮光手段で覆い、ＲＭ２マスクの遮
光手段を外す。

【０１６４】図２７において、ＲＭ１マスクはＲ１を円
で囲んで遮光されている状態を示している。そして５回
目の投影露光ではショット領域Ｓ４を分割マスクＢＭの
ＦＭマスクとＲＭ２マスクで投影露光する。

【０１６５】即ち、図２７，図２８に示すように、ショ
ット領域Ｓ４のチップ領域Ｃ７はＦＭマスクのパターン
Ｆで、チップ領域Ｃ８はＲＭ２マスクのパターンＲ２で
投影露光する。尚、４回目と５回目の間で投影されるレ
チクルが動いていることになるのでウエハステージはチ
ップ領域分、横（ｘ）移動する。

【０１６６】これによってチップ領域Ｃ７をＲＭ１マス
クとＦＭマスクで２重露光し、チップ領域Ｃ８をＦＭマ
スクとＲＭ２マスクで２重露光している。

【０１６７】６回目の投影露光では、ウエハ２２８をス
テップ移動させてショット領域Ｓ３のチップ領域Ｃ５を
ＦＭマスクで、チップ領域Ｃ６をＲＭ２マスクで投影露
光する。これによってチップ領域Ｃ５をＲＭ１マスクと
ＦＭマスクのパターンで２重露光し、チップ領域Ｃ６を
ＦＭマスクとＲＭマスクで２重露光している。

【０１６８】このような動作を繰り返すことにより、ウ
エハ２２８面上をＦＭマスクとＲＭマスクの互いに異な
ったパターンで２重露光をしている。

【０１６９】図２９は本実施形態においてＦＭマスクと
ＲＭマスクによるウエハ面上への露光量を制御する為の
他の実施形態の説明図である。

【０１７０】図２９（Ａ）はＮＤフィルターをＦＭマス
クの上方に設けた実施形態である。図２９（Ｂ）はＮＤ
フィルターをＦＭマスクに近接させて（間隔Ｇ）配置し
た実施形態である。

【０１７１】同図ではＦＭマスクとＲＭマスクのうちＦ
Ｍマスクのパターン領域ＡにＮＤフィルターを設けて、
ウエハ面上への露光量を調整している。

【０１７２】このときの投影光学系のＮＡ、投影倍率Ｍ
ａｇ、照明開口率σ、照明系ＮＡ値ＮＡill 、分割マス
クＢＭの基板の厚さＤ等の諸元は同図の下方に示す如く
設定している。

【０１７３】尚、分割マスクを構成するＦＭマスクとＲ
Ｍマスクの配列順は、図２５に限らず、例えばＦＭ１マ
スク、ＲＭマスク、ＦＭ２マスク（ＦＭ１マスクとパタ
ーンが同じ）としても良い。

【０１７４】分割マスクを構成する複数のマスクの配列
は、隣接するマスクのパターンが異なっていれば任意に
設定できる。これは以下の全ての実施形態においても同
様である。

【０１７５】図３０は本発明の実施形態２の分割マスク
ＢＭの説明図である。本実施形態では投影露光する時の
有効露光範囲内に分割マスクＢＭの複数のマスクのうち
の２つのマスク（ＲＭマスクとＦＭマスク）が入るよう
に設定し、実施形態１に比べて１図の露光によるウエハ
面上での露光範囲を拡大している点が異なっている。

【０１７６】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは同一パター
ンである。ステップアンドリピート方式で一方向に露光
するときは、例えば開口枠等を用いて図２３（Ａ）のよ
うにマスクの位置を変えて露光範囲がＲＭ１マスクとＦ
Ｍマスクとなるようにし、逆方向に露光する時は図２３
（Ｂ）のようにマスクの位置を変えてＦＭマスクとＲＭ
２マスクとなるようにしている。これによって、実施形
態１と同様の多重露光を行っている。

【０１７７】図３１は実施形態におけるウエハ２２８面
上に分割マスクＢＭによる投影露光領域を示している。
図３１においてＳ１〜Ｓ４は各々１図の投影露光によっ
てパターンが露光される１ショット領域を示している。

【０１７８】（Ｃ１，Ｃ２），（Ｃ３，Ｃ４），（Ｃ
５，Ｃ６），（Ｃ７，Ｃ８）は各々１図の投影露光によ
ってパターンが露光される１チップ領域を示している。

【０１７９】図３２は本実施形態における２重露光の手
順を図３１の１列のショット領域Ｓ１〜Ｓ４と、１列の
チップ領域Ｃ１〜Ｃ８、そして露光回数について示して
いる。

【０１８０】図３３は投影露光回数毎におけるウエハ２
２８面上におけるパターン露光状態を示している。分割
マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターンは
投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領域
Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に投影されるように
設定している。

【０１８１】即ち、分割マスクＢＭの２つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）のパターンが１回の投
影露光でウエハＷ上の１ショット領域Ｓ１に投影露光す
るように設定している。

【０１８２】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に多重露光する手順について説
明する。

【０１８３】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。アライメントはこのとき１回だけで
あとは行う必要はない。

【０１８４】第１回目の露光では図３０（Ｂ）に示すよ
うに分割マスクＢＭのうちの投影露光が可能な範囲のＲ
Ｍ１マスクとＦＭマスクを開口枠で特定する。そして、
分割マスクＢＭのＲＭ１マスクとＦＭマスクのパターン
をウエハ２２８上の１ショット領域Ｓ１に投影露光す
る。

【０１８５】図３２，図３３では１ショット領域のうち
１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投影露光
され、１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投
影露光され、１チップ領域Ｃ２にＦＭマスクのパターン
が投影露光されている状態をＲ１，Ｆで示している。

【０１８６】図３２において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｒ１，Ｒ２を円で囲ったマス
ク（１回目〜４回目の露光ではＲ２）は、投影露光され
ないことを示している。

【０１８７】２回目の露光ではウエハ２２８をステップ
移動させて、ショット領域Ｓ２の投影露光を行う。この
とき図３２，図３３に示すようにショット領域Ｓ２のチ
ップ領域Ｃ３にＲＭ１マスクのパターンＲ１がチップ領
域Ｃ４にＦＭマスクのパターンＦが投影露光される。

【０１８８】これを繰り返して（図３２では４回）ウエ
ハ２２８が露光端（図３２，図３３ではショット領域Ｓ
４の位置）にきたらステップ露光を逆方向に行う。尚、
４回目の投影露光では、ショット領域Ｓ４のチップ領域
Ｃ７はＲＭ１マスクのパターンＲ１、チップ領域Ｃ８は
ＦＭマスクのパターンＦで投影露光されている。そして
今度は図３０（Ａ）に示すように、ＦＭマスクとＲＭ２
マスクが露光範囲となるように開口枠を設定する。な
お、レチクルステージでは投影レンズ２２７に対して１
チップ分レチクルを移動させる。

【０１８９】図３２において、ＲＭ１マスクはＲ１を円
で囲んで投影露光されない状態を示している。そして５
回目の投影露光ではショット領域Ｓ４を分割マスクＢＭ
のＦＭマスクとＲＭ２マスクで投影露光する。

【０１９０】即ち、図３２，図３３に示すように、ショ
ット領域Ｓ４のチップ領域Ｃ７はＦＭマスクのパターン
Ｆで、チップ領域Ｃ８はＲＭ２マスクのパターンＲ２で
投影露光する。

【０１９１】これによってチップ領域Ｃ７をＲＭ１マス
クとＦＭマスクで２重露光し、チップ領域Ｃ８をＦＭマ
スクとＲＭ２マスクで２重露光している。

【０１９２】６回目の投影露光では、ウエハ２２８をス
テップ移動させてショット領域Ｓ３のチップ領域Ｃ５を
ＦＭマスクで、チップ領域Ｃ６をＲＭ２マスクで投影露
光する。これによってチップ領域Ｃ５をＲＭ１マスクと
ＦＭマスクのパターンで２重露光し、チップ領域Ｃ６を
ＦＭマスクとＲＭマスクで２重露光している。

【０１９３】このような動作を繰り返すことにより、ウ
エハ２２８面上をＦＭマスクとＲＭマスクの互いに異な
ったパターンで２重露光をしている。

【０１９４】図３４は本発明の分割レチクル（分割マス
ク）の実施形態３の説明図である。本実施形態の分割マ
スクＢＭはＲＭ１マスクとＦＭ１マスク、そしてＲＭ２
マスク、そしてＦＭ２マスクの順にステップ露光方向に
同一基板上に配列している。

【０１９５】分割マスクＢＭの４つのマスクのうち３つ
のマスクが１図の投影露光での露光範囲となっている。
ここでＦＭ１マスクとＦＭ２マスクは同一パターンより
成っている。ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは同一パター
ンより成っている。ＦＭ１マスクとＦＭ２マスクは通常
の露光では投影露光では改造できない程度の微細パター
ンを周期的に配列した周期的パターンより成っている。

【０１９６】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは投影露光で
解像できる線幅より成る通常の回路パターン（例えばゲ
ートパターン等）より成っている。尚、ＲＭ１マスクと
ＲＭ２マスクを以下ＲＭマスクともいう。ＦＭ１マスク
とＦＭ２マスクを以下ＦＭマスクとも言う。

【０１９７】ステップアンドリピート方式で一方向に投
影露光する時には開口枠等を用いて、図３４（Ｂ）のよ
うにマスクの位置を変えて露光範囲がＲＭ１マスク、Ｆ
Ｍ１マスク、ＲＭ２マスクとなるようにし、又逆方向に
投影露光するときには、図３４（Ａ）に示すように、開
口枠やマスクの位置を変えて露光範囲がＦＭ１マスク、
ＲＭ２マスク、ＦＭ２マスクとなるようにしている。

【０１９８】図３５はウエハ２２８面上に分割マスクＢ
Ｍによる投影露光領域を示している。図３５においてＳ
１〜Ｓ３は各々１図の投影露光によってパターンが露光
される１ショット領域を示している。

【０１９９】（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３），（Ｃ４，Ｃ５，Ｃ
６），（Ｃ７，Ｃ８，Ｃ９）は各々１図の投影露光によ
ってパターンが露光される１チップ領域を示している。

【０２００】図３６は本実施形態における２重露光の手
順を図３５の１列のショット領域Ｓ１〜Ｓ３と、１列の
チップ領域Ｃ１〜Ｃ９、そして露光回数について示して
いる。

【０２０１】図３７は投影露光回数毎におけるウエハ２
２８面上におけるパターン露光状態を示している。分割
マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターンは
投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領域
Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に投影されるように
設定している。

【０２０２】即ち、分割マスクＢＭの３つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスクとＲＭ２マスク）のパタ
ーンが１回の投影露光でウエハＷ上の１ショット領域Ｓ
１に投影露光するように設定している。

【０２０３】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に多重露光する手順について説
明する。

【０２０４】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。アライメントはこのとき１回だけで
あとは行う必要はない。

【０２０５】第１回目の露光では分割マスクＢＭのうち
の投影露光が可能な範囲のＲＭ１マスク、ＦＭ１マス
ク、そしてＲＭ２マスクを開口枠で特定する。そして、
分割マスクＢＭのＲＭ１マスクとＦＭ１マスク、そして
ＲＭ２マスクのパターンをウエハ２２８上の１ショット
領域Ｓ１に投影露光する。

【０２０６】図３６，図３７では１ショット領域のうち
１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投影露光
され、１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが投
影露光され、１チップ領域Ｃ２にＦＭ１マスクのパター
ンが投影露光され、１チップ領域Ｃ３にＲＭ２マスクの
パターンが投影露光されている状態をＲ１，Ｆ１，Ｒ２
で示している。

【０２０７】図３６において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｆ１，Ｆ２，Ｒ１，Ｒ２を円
で囲ったマスク（１回目〜３回目の露光ではＲ２）は投
影露光されないことを示している。

【０２０８】２回目の露光ではウエハ２２８をステップ
移動させて、ショット領域Ｓ２の投影露光を行う。この
とき図３６，図３７に示すようにショット領域Ｓ２のチ
ップ領域Ｃ４にＲＭ１マスクのパターンＲ１がチップ領
域Ｃ５にＦＭ１マスクのパターンＦ１がチップ領域Ｃ６
にＲＭ２マスクのパターンＲ２が投影露光される。

【０２０９】これを繰り返して（図３６では３回）ウエ
ハ２２８が露光端（図３６，図３７ではショット領域Ｓ
３の位置）にきたらステップ露光を逆方向に行う。尚、
３回目の投影露光では、ショット領域Ｓ３のチップ領域
Ｃ７はＲＭ１マスクのパターンＲ１、チップ領域Ｃ８は
ＦＭ１マスクのパターンＦ１、チップ領域Ｃ９はＲＭ２
マスクのパタンＲ２で露光されている。そして今度は図
３４（Ｂ）に示すようにＲＭ１マスク，ＦＭ２マスクが
露光範囲となるように設定している。

【０２１０】図３６において、ＲＭ１マスクはＲ１を円
で囲んで投影露光されない状態を示している。そして４
回目の投影露光ではショット領域Ｓ３を分割マスクＢＭ
のＦＭ１マスク，ＲＭ２マスク，ＦＭ２マスクで投影露
光する。尚、レチクルステージを１チップ分動かす。

【０２１１】即ち、図３６に示すように、ショット領域
Ｓ３のチップ領域Ｃ７はＦＭ１マスクのパターンＦ１
で、チップ領域Ｃ８はＲＭ２マスクのパターンＲ２，チ
ップ領域Ｃ９はＦＭ２マスクのパターンＦ２で投影露光
する。

【０２１２】これによってチップ領域Ｃ７をＲＭ１マス
クとＦＭ１マスクで２重露光し、チップ領域Ｃ８をＦＭ
１マスクとＲＭ２マスクで２重露光し、チップ領域Ｃ９
をＲＭ２マスクとＦＭ２マスクで２重露光している。

【０２１３】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは全く同じパ
ターンであり、又ＦＭ１マスクとＦＭ２マスクも全く同
じパターンであり、これによって２つのチップ領域Ｃ
７，Ｃ８，Ｃ９は各々ＦＭマスクとＲＭマスクで２重露
光している。

【０２１４】５回目の投影露光では、ウエハ２２８をス
テップ移動させてショット領域Ｓ２のチップ領域Ｃ４を
ＦＭ１マスクで、チップ領域Ｃ５をＲＭマスクで、チッ
プ領域Ｃ６をＦＭ２マスクで投影露光する。これによっ
てチップ領域Ｃ４をＲＭ１マスクとＦＭ１マスクのパタ
ーンで２重露光し、チップ領域Ｃ５をＦＭ１マスクとＲ
Ｍ２マスクのパターンで２重露光し、チップ領域Ｃ６を
ＲＭマスクとＦＭマスクで２重露光している。

【０２１５】このような動作を繰り返すことにより、ウ
エハ２２８面上をＦＭ２マスクとＲＭ２マスクの互いに
異なったパターンで２重露光をしている。

【０２１６】次に本発明の露光方法の実施形態４につい
て説明する。分割マスクの構成は実施形態１と同様であ
る。本実施形態では実施形態１に比べて露光回数によっ
て分割マスクを構成する複数のマスクのうち投影露光さ
れるマスクが異なっている。

【０２１７】次に本実施形態を実施形態１と一部重複す
るが順次説明する。

【０２１８】図３８は本発明の分割レチクル（分割マス
ク）の実施形態４の説明図である。本実施形態の分割マ
スクＢＭはＲＭ１マスクとＦＭマスク、そしてＲＭ２マ
スクの順にステップ露光方向に同一基板上に配列してい
る。

【０２１９】分割マスクＢＭの３つのマスクのうち２つ
のマスクが１図の投影露光での露光範囲となっている。
ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは同一パターンより成って
いる。ＦＭマスクは通常の露光では投影露光では改造で
きない程度の微細パターンを周期的に配列した周期的パ
ターンより成っている。

【０２２０】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは投影露光で
解像できる線幅より成る通常の回路パターン（例えばゲ
ートパターン等）より成っている。尚、ＲＭ１マスクと
ＲＭ２マスクを以下ＲＭマスクともいう。

【０２２１】図３９はウエハ２２８面上に分割マスクＢ
Ｍによる投影露光領域を示している。図３９においてＳ
１〜Ｓ４はパターンが露光される１ショット領域を示し
ている。

【０２２２】Ｃ１〜Ｃ８は投影露光によってパターンが
露光される１チップ領域を示している。

【０２２３】図４０は本実施形態における２重露光の手
順を図２７と同様に図３９の１列のショット領域Ｃ１〜
Ｃ８と、そして露光回数について示している。

【０２２４】図４１は投影露光回数毎におけるウエハ２
２８面上におけるパターン露光状態を示している。分割
マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターンは
投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領域
Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に投影されるように
設定している。

【０２２５】即ち、分割マスクＢＭの２つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）又は３つのマスクのパ
ターンが１回の投影露光でウエハＷ上の２つのチップＣ
１，Ｃ２又は３つのチップＣ１，Ｃ２，Ｃ３に投影露光
するように設定している。

【０２２６】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に多重露光する手順について説
明する。

【０２２７】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。第１回目の露光では分割マスクＢＭ
の３つのマスクのパターンＲＭ１，ＦＭ，ＲＭ２のすべ
てを各々チップ領域Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３に投影露光するよ
うにしている。図４０，図４１では１チップ領域Ｃ１に
ＲＭ１マスクのパターンが投影露光され、１チップ領域
Ｃ２にＦＭマスクのパターンが投影露光され、１チップ
領域Ｃ３にＲＭ２マスクのパターンが投影露光されてい
る状態をＲ１，Ｒ２で示している。

【０２２８】第２回目の露光では分割マスクＢＭのうち
の投影露光が可能な範囲のＲＭ１マスクを遮光手段で覆
い、露光光が入射しないようにする。即ちウエハ２２８
面上を投影露光しないようにしている。そして分割マス
クＢＭのＦＭマスクとＲＭ２マスクのパターンをウエハ
２２８上のチップ領域Ｃ４，Ｃ５に投影露光する。

【０２２９】

【０２３０】図４０において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｒ１，Ｒ２を円で囲ったマス
ク（２回目，３回目の露光ではＲ１）は遮光されて投影
露光されないことを示している。

【０２３１】３回目の露光も、２回目の露光と同様にＲ
Ｍ１マスクを遮光する。そしてウエハ２２８をステップ
移動させて、チップ領域Ｃ６，Ｃ７の投影露光を行う。
このとき図４０，図４１に示すようにチップ領域Ｃ６に
ＦＭマスクのパターンＦがチップ領域Ｃ７にＲＭ２マス
クのパターンＲ２投影露光される。

【０２３２】これを繰り返して（図４０では４回目の露
光の時）ウエハ２２８が露光端（図４０，図４１ではシ
ョット領域Ｓ４の位置）にきたらＲＭ１マスクとＲＭ２
マスクを遮光して、チップ領域Ｃ８ではＦＭマスクのみ
のパターンを露光する。

【０２３３】次にステップ露光を逆方向に行う。第５回
目の露光では、第１回目の露光と同じ様に分割マスクＢ
Ｍの３つのマスクを遮光せずに投影露光を行う。

【０２３４】このときチップ領域Ｃ６はＦＭマスクとＲ
Ｍ１マスクのパターン、チップ領域Ｃ７はＲＭ１マスク
とＦＭマスクのパターン、チップ領域Ｃ８はＦＭマスク
とＲＭ２マスクのパターンで各々２重露光されている。

【０２３５】６回目の露光ではＲＭ２マスクを遮光し、
ＲＭ１マスクとＦＭマスクで投影露光を行う。７回目も
６回目と同様に行なう。そして最後（図１７では８回
目）の露光ではＲＭ１マスクとＲＭ２マスクを遮光し、
全チップ領域Ｃ１〜Ｃ８をＦＭマスクとＲＭマスクで２
重露光を行っている。このようにｘ方向が変わった１回
目の露光は３つのマスクを同時露光し、２回目以降は進
行方向の最後のマスクを遮光する。そして露光端（この
例では４回目と８回目）にきたら左右端のマスクを遮光
すれば良い。

【０２３６】次に本発明の実施形態５について説明す
る。本実施形態は多重露光を走査して行う場合である。

【０２３７】図４２は本発明の分割レチクル（分割マス
ク）の実施形態５の説明図である。本実施形態の分割マ
スクＢＭはＲＭ１マスクとＦＭマスク、そしてＲＭ２マ
スクを（走査スキャン）露光方向に同一基板上にＦＭマ
スクを挟んでＲＭ１マスクとＲＭ２マスクを配列してい
る。

【０２３８】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは同一パター
ンより成っている。ＦＭマスクは通常の露光では投影露
光では改造できない程度の微細パターンを周期的に配列
した周期的パターンより成っている。

【０２３９】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは投影露光で
解像できる線幅より成る通常の回路パターン（例えばゲ
ートパターン等）より成っている。尚、ＲＭ１マスクと
ＲＭ２マスクを以下ＲＭマスクともいう。

【０２４０】図４３はウエハ２２８面上における分割マ
スクＢＭによる走査露光領域を示している。図４３にお
いてＳ１〜Ｓ４は各々１図の走査露光によってパターン
が露光される１ショット領域を示している。

【０２４１】（Ｃ１，Ｃ２），（Ｃ３，Ｃ４），（Ｃ
５，Ｃ６），（Ｃ７，Ｃ８）は各々１図の走査露光によ
ってパターンが露光される１チップ領域を示している。

【０２４２】図４４は本実施形態における２重露光の手
順を図４３の１列のショット領域Ｓ１〜Ｓ４と、チップ
領域Ｃ１〜Ｃ８、そして露光回数について示している。

【０２４３】図４５は走査投影露光回数毎におけるウエ
ハ２２８面上におけるパターン露光状態を示している。
図４６はウエハ２２８上の走査露光順を示している。分
割マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターン
は投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領
域Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に走査投影される
ように設定している。

【０２４４】即ち、分割マスクＢＭの２つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）のパターンが１回の走
査投影露光でウエハＷ上の１ショット領域Ｓ１に走査投
影露光するように設定している。

【０２４５】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に走査多重露光する手順につい
て説明する。

【０２４６】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。

【０２４７】第１回目の走査露光では分割マスクＢＭの
うちのＲＭ２マスクを遮光手段で覆い露光光が入射しな
いようにする。即ち、ウエハ２２８面上を走査投影露光
しないようにしている。そして、分割マスクＢＭのＲＭ
１マスクとＦＭマスクのパターンの露光スリット範囲で
順次走査してウエハ２２８上の１ショット領域Ｓ１に投
影露光する。

【０２４８】図４４，図４５では１ショット領域のうち
１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが走査投影
露光され、１チップ領域Ｃ２にＦマスクのパターンが走
査投影露光されている状態をＲ１，Ｆで示している。

【０２４９】図４４において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｒ１，Ｒ２を円で囲ったマス
ク（１回目〜４回目の露光ではＲ２）は遮光されて、走
査投影露光されないことを示している。

【０２５０】２回目の走査露光では、１回目の走査露光
が終了し、２回目の露光のためにＵターンと所定の速度
でレチクルとウエハが同期した状態でショット領域Ｓ２
の走査投影露光を行う。このとき図４４，図４５に示す
ようにショット領域Ｓ２のチップ領域Ｃ３にＲＭ１マス
クのパターンＲ１がチップ領域Ｃ４にＦＭマスクのパタ
ーンＦが走査投影露光される。図４２（Ｂ）に示すよう
にスリット範囲の走査方向を変えている（Ｒ２は遮光さ
れている）。

【０２５１】これを繰り返して（図４では４回）ウエハ
２２８が露光端（図４４，図４５ではショット領域Ｓ４
の位置）にきたら走査露光をマスクを変えて行う。尚、
４回目の走査投影露光では、ショット領域Ｓ４のチップ
領域Ｃ７はＲＭ１マスクのパターンＲ１、チップ領域Ｃ
８はＦＭマスクのパターンＦで走査投影露光されてい
る。そして今度はＲＭ１マスクを遮光手段で覆い、ＲＭ
２マスクの遮光手段を外す。

【０２５２】図４４において、ＲＭ１マスクはＲ１を円
で囲んで遮光されている状態を示している。そして５回
目の走査投影露光ではショット領域Ｓ４を分割マスクＢ
ＭのＦＭマスクで走査投影露光する。

【０２５３】即ち、図４４，図４５に示すように、ショ
ット領域Ｓ４のチップ領域Ｃ７はＦＭマスクのパターン
Ｆで、チップ領域Ｃ８はＲＭ２マスクのパターンＲ２で
走査投影露光する。

【０２５４】これによってチップ領域Ｃ７をＲＭ１マス
クとＦＭマスクで２重露光し、チップ領域Ｃ８をＦＭマ
スクとＲＭ２マスクで２重露光している。

【０２５５】これによって２つのチップ領域Ｃ７，Ｃ８
は各々ＦＭマスクとＲＭマスクで２重露光している。

【０２５６】６回目の走査投影露光では、ショット領域
Ｓ３のチップ領域Ｃ５をＦＭマスクで、チップ領域Ｃ６
をＲＭ２マスクで走査投影露光する。これによってチッ
プ領域Ｃ５をＲＭ１マスクとＦＭマスクのパターンで２
重露光し、チップ領域Ｃ６をＦＭマスクとＲＭ２マスク
で２重露光している。

【０２５７】このような動作を繰り返すことにより、ウ
エハ２２８面上をＦＭマスクとＲＭマスクの互いに異な
ったパターンで２重露光をしている。

【０２５８】次に本発明の実施形態６について説明す
る。本実施形態は多重露光を走査して行う場合である。
本実施形態は実施形態５とはチップに対する走査方向が
異なっており、走査終了後にマスクを移動させてマスク
面上の走査領域を変えて行っている。

【０２５９】図４７は本発明の分割レチクル（分割マス
ク）の実施形態６の説明図である。本実施形態の分割マ
スクＢＭはＲＭ１マスクとＦＭマスク、そしてＲＭ２マ
スクを（走査スキャン）露光方向に同一基板上にＦＭマ
スクを挟んでＲＭ１マスクとＲＭ２マスクを配列してい
る。

【０２６０】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは同一パター
ンより成っている。ＦＭマスクは通常の露光では投影露
光では改造できない程度の微細パターンを周期的に配列
した周期的パターンより成っている。

【０２６１】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは投影露光で
解像できる線幅より成る通常の回路パターン（例えばゲ
ートパターン等）より成っている。尚、ＲＭ１マスクと
ＲＭ２マスクを以下ＲＭマスクともいう。

【０２６２】図４８はウエハ２２８面上における分割マ
スクＢＭによる走査露光領域を示している。図４８にお
いてＳ１〜Ｓ４は各々１図の走査露光によってパターン
が露光される１ショット領域を示している。

【０２６３】（Ｃ１，Ｃ２），（Ｃ３，Ｃ４），（Ｃ
５，Ｃ６），（Ｃ７，Ｃ８）は各々１図の走査露光によ
ってパターンが露光される１チップ領域を示している。

【０２６４】図４９は本実施形態における２重露光の手
順を図４８の１列のショット領域Ｓ１〜Ｓ４と、チップ
領域Ｃ１〜Ｃ８、そして露光回数について示している。

【０２６５】図５０は走査投影露光回数毎におけるウエ
ハ２２８面上におけるパターン露光状態を示している。
図５１はウエハ２２８上の走査露光順を示している。分
割マスクＢＭの１つのマスク（ＲＭ１マスク）パターン
は投影光学系２２７によってウエハＷ上の１ショット領
域Ｓ１内の１つのチップ領域（Ｃ１）に走査投影される
ように設定している。

【０２６６】即ち、分割マスクＢＭの２つのマスク（例
えばＲＭ１マスクとＦＭマスク）のパターンが１回の走
査投影露光でウエハＷ上の１ショット領域Ｓ１に走査投
影露光するように設定している。

【０２６７】次に本実施形態において、分割マスクＢＭ
のパターンをウエハＷ上に走査多重露光する手順につい
て説明する。

【０２６８】まず、ウエハ供給回収搬送装置２０１でウ
エハ２２８をウエハステージ２２９に裁置し、ウエハア
ライメントを行う。

【０２６９】第１回目の走査露光では分割マスクＢＭの
うちのＲＭ２マスクを遮光手段で覆い露光光が入射しな
いようにする（図４７（Ｂ）の状態）スキャン方向は図
２は上から下であるが２回目の露光では下から上にスキ
ャンする。即ち、ウエハ２２８面上を走査投影露光しな
いようにしている。そして、分割マスクＢＭのＲＭ１マ
スクとＦＭマスクのパターンの露光スリット範囲で順次
走査してウエハ２２８上の１ショット領域Ｓ１に投影露
光する。

【０２７０】図４９，図５０では１ショット領域のうち
１チップ領域Ｃ１にＲＭ１マスクのパターンが走査投影
露光され、１チップ領域Ｃ２にＦマスクのパターンが走
査投影露光されている状態をＲ１，Ｆで示している。

【０２７１】図４９において分割マスクＢＭのＦＭマス
クとＲＭマスクのうち記号Ｒ１，Ｒ２を円で囲ったマス
ク（１回目〜４回目の露光ではＲ２）は遮光されて、走
査投影露光されないことを示している。

【０２７２】２回目の走査露光では、ショット領域Ｓ２
の走査投影露光を行う。このとき図４９，図５０に示す
ようにショット領域Ｓ２のチップ領域Ｃ３にＲＭ１マス
クのパターンＲ１がチップ領域Ｃ４にＦＭマスクのパタ
ーンＦが走査投影露光される。

【０２７３】これを繰り返して（図４では４回）ウエハ
２２８が露光端（図４９，図５０ではショット領域Ｓ４
の位置）にきたら走査露光をマスクを変えて行う。又図
４７（Ａ）に示すようにスリット範囲の走査方向を変え
ている。尚、４回目の走査投影露光では、ショット領域
Ｓ４のチップ領域Ｃ７はＲＭ１マスクのパターンＲ１、
チップ領域Ｃ８はＦＭマスクのパターンＦで走査投影露
光されている。そして今度はＲＭ１マスクを遮光手段で
覆い、ＲＭ２マスクの遮光手段を外す。

【０２７４】図４９において、ＲＭ１マスクはＲ１を円
で囲んで遮光されている状態を示している。そして５回
目の走査投影露光ではショット領域Ｓ４を分割マスクＢ
ＭのＦＭマスクとＲＭ２マスクで走査投影露光する。

【０２７５】即ち、図４９，図５０に示すように、ショ
ット領域Ｓ４のチップ領域Ｃ７はＦＭマスクのパターン
Ｆで、チップ領域Ｃ８はＲＭ２マスクのパターンＲ２で
走査投影露光する。

【０２７６】これによってチップ領域Ｃ７をＲＭ１マス
クとＦＭマスクで２重露光し、チップ領域Ｃ８をＦＭマ
スクとＲＭ２マスクで２重露光している。

【０２７７】ＲＭ１マスクとＲＭ２マスクは全く同じパ
ターンであり、これによって２つのチップ領域Ｃ７，Ｃ
８は各々ＦＭマスクとＲＭマスクで２重露光している。

【０２７８】６回目の走査投影露光では、ショット領域
Ｓ３のチップ領域Ｃ５をＦＭマスクで、チップ領域Ｃ６
をＲＭ２マスクで走査投影露光する。これによってチッ
プ領域Ｃ５をＲＭ１マスクとＦＭマスクのパターンで２
重露光し、チップ領域Ｃ６をＦＭマスクとＲＭ２マスク
で２重露光している。

【０２７９】このような動作を繰り返すことにより、ウ
エハ２２８面上をＦＭマスクとＲＭマスクの互いに異な
ったパターンで２重露光をしている。

【０２８０】次に上記説明した投影露光装置を利用した
半導体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【０２８１】図５２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。

【０２８２】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。

【０２８３】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【０２８４】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。

【０２８５】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【０２８６】図５３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。

【０２８７】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【０２８８】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０２８９】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。

【０２９０】

【発明の効果】本発明は以上のように、 （ア−１）各要素を設定することにより、マスクを挿脱
することなく、短い時間で多重露光が行える。

【０２９１】（ア−２）適切に構成したマスクを用いる
ことにより、マスクを交換しないで２光束干渉露光に代
表される周期パターン露光と周期パターンを含まない通
常パターン露光（通常露光）の２つの露光を感光基板
（ウエハ）面上の異なった領域で同時に行うことによ
り、回路パターンをウエハに高いスループットで形成す
ることが可能なマスク及びそれを用いた露光方法を達成
することができる。

【０２９２】（ア−３）本発明によれば、周期的なパタ
ーンを有するＦＭマスクと通常パターンを施したＲＭマ
スクを有した分割マスクを用いて、ＦＭマスクの周期的
パターンとＲＭマスクの通常パターンを投影光学系を介
して同時に感光基板（ウエハ）面上の異なったチップ領
域に投影露光し、これをステップ方向と逆方向で隣接す
る複数のマスクの組み合わせを変えて繰り返すことによ
り1 チップ領域内を異なったパターンで高いスループッ
トで多重露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の実施形態1 の要部概略図

【図２】図１のマスクの説明図

【図３】図１のウエハ面上の投影マスクパターンの説明
図

【図４】図１の照明光学系の照明方法の説明図

【図５】図１の照明光学系の説明図

【図６】図１の照明光学系の説明図

【図７】図１の露光装置の露光条件の説明図

【図８】図１の露光装置の一部分の説明図

【図９】図１の露光装置の一部分の説明図

【図１０】図１の露光装置の一部分の説明図

【図１１】本発明の露光方法のフローチャート

【図１２】２光束干渉露光による露光パターンを示す説
明図

【図１３】レジストの露光感度特性を示す説明図

【図１４】現像によるパターン形成を示す説明図

【図１５】通常の２光束干渉露光による露光パターンを
示す説明図

【図１６】本発明における２光束干渉露光による露光パ
ターンを示す説明図

【図１７】本発明の実施形態１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１８】本発明の実施形態１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１９】本発明の実施形態１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２０】本発明の実施形態２に係るゲートパターンを
示す説明図

【図２１】本発明の実施形態２を示す説明図

【図２２】ゲートパターンを説明する図

【図２３】形成されたゲートパターンの説明図

【図２４】形成されたゲートパターンの説明図

【図２５】本発明のマスクの実施形態１の説明図

【図２６】本発明のマスクを用いた時のウエハ面上の投
影状態の説明図

【図２７】本発明の露光方法の実施形態１の説明図

【図２８】本発明の露光方法の実施形態１のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図２９】本発明の露光方法におけるマスク近傍の説明
図

【図３０】本発明のマスクの実施形態２の説明図

【図３１】本発明のマスクを用いたときのウエハ面上の
投影状態の説明図

【図３２】本発明の露光方法の実施形態２の説明図

【図３３】本発明の露光方法の実施形態２のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図３４】本発明のマスクの実施形態３の説明図

【図３５】本発明のマスクを用いたときのウエハ面上の
投影状態の説明図

【図３６】本発明の露光方法の実施形態３の説明図

【図３７】本発明の露光方法の実施形態３のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図３８】本発明のマスクの実施形態４の説明図

【図３９】本発明のマスクを用いたときのウエハ面上の
投影状態の説明図

【図４０】本発明の露光方法の実施形態４の説明図

【図４１】本発明の露光方法の実施形態４のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図４２】本発明のマスクの実施形態５の説明図

【図４３】本発明のマスクを用いたときのウエハ面上の
投影状態の説明図

【図４４】本発明の露光方法の実施形態５の説明図

【図４５】本発明の露光方法の実施形態５のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図４６】本発明の露光方法の走査方向の説明図

【図４７】本発明のマスクの実施形態６の説明図

【図４８】本発明のマスクを用いたときのウエハ面上の
投影状態の説明図

【図４９】本発明の露光方法の実施形態６の説明図

【図５０】本発明の露光方法の実施形態６のウエハ面上
の投影露光の説明図

【図５１】本発明の露光方法の走査方向の説明図

【図５２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図５３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図５４】従来の投影露光装置を示す概略図

【図５５】従来の２光束干渉用露光装置の一例を示す概
略図

【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

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定面上にパターンを転写する為のマス
   クであって、該マスクはパターン形状が同一の２つのマ
   スクで該パターン形状と異なるパターン形状のマスクを
   挟んで配置して構成していることを特徴とするマスク。
2. 【請求項２】 パターン形状が同一の２つのマスクで該
   パターン形状と異なるパターン形状のマスクを挟んで配
   置したマスクを照明手段からの光で照明し、該複数のマ
   スクのうち隣接する少なくとも２つのマスクのパターン
   を感光基板上に同時に転写することを特徴とする露光方
   法。
3. 【請求項３】 前記隣接する少なくとも２つのマスクパ
   ターンで前記感光基板を一方向に転写した後、該少なく
   とも２つのマスクのうち１つのマスクを含まない隣接す
   る少なくとも２つのマスクで該感光基板を逆方向に該感
   光基板上に同一領域を互いに異なったマスクのパターン
   で多重露光していることを特徴とする請求項２の露光方
   法。
4. 【請求項４】 前記隣接する少なくとも２つのマスクで
   感光基板を露光するとき、該感光基板上の露光方向によ
   って該隣接する少なくとも２つのマスクの組み合わせが
   異なっていることを特徴とする請求項２又は３の露光方
   法。
5. 【請求項５】 前記少なくとも２つのマスクのうち少な
   くとも１つのマスクを通過する光量を調整する光量調整
   部材を設けていることを特徴とする請求項２，３又は４
   の露光方法。
6. 【請求項６】 請求項２から５のいずれか1 項の露光方
   法を用いていることを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】 請求項２から５のいずれか1 項の露光方
   法を用いてレチクル面上のパターンをウエハ面上に転写
   した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製
   造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６の露光装置を用いて、レチクル
   面上のパターンをウエハ面上に転写した後、該ウエハを
   現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特
   徴とするデバイスの製造方法。