JP3554246B2 - 露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重露光を行うためのマスク、該マスクによる露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に微細な回路パターンを感光基板上に露光する多重露光を行うためのマスクに関するものであり、該マスクは、例えばＩＣ・ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる広域なパターン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図られている。
【０００４】
従来の投影露光装置の模式図を図２０に示す。図２０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、１９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系１９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小投影光学系、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】
エキシマレーザー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。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の投影倍率の逆倍数（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１９３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１９７は図２０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１９８の投影光学系１９６に対する位置を変える。
【０００６】
しかしながら、現在主流の上記のエキシマレーザー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。
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。
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」があるが、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」が必要となることが分かる。
【０００７】
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。この問題とは投影光学系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や螢石が現存するが、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、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。
【０００８】
一方、被露光基板（感光基板）に対して、周期パターン露光と通常露光の二重露光を行う露光方法および露光装置によって、露光波長を短くすることなく、０．１５μｍ以下の部分を備える回路パターンを作成することが可能である。
【０００９】
ここで、上記二重露光の原理について、まず、説明をしておく。
二重露光は、通常露光と周期パターン露光を現像の工程を介さないでおこなうものである。
これは、レジストの露光しきい値以下で周期パターンを露光し、その後、露光量が多値の分布を持つ通常露光を行うものである。
通常露光の露光量は、露光パターン領域（露光領城）の小領域ごとに異なる露光量分布を持ち、ぞれぞれの露光量は、露光しきい値以上であっても以下であってもよい。
ここで言う露光量とは、すべて、レジスト上の露光量を示している。
【００１０】
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１９（２）または（３）に示すいわゆるゲートパターンを例に説明する。
図１９のゲートパターンは横方向の最小線幅が０．１μｍであるのに対して縦方向では、線幅は装置の通常露光による解像力の範囲内である０．２μｍ以上である。二重露光法によれば、このような横方向のみの１次元方向にのみ高解像度を求められる最小線幅パターンを持つ二次元パターンに対しては、例えば二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一次元方向のみでおこなう。
【００１１】
図１８は各露光段階における露光量分布を示している。
図１８の図中に示される数値はレジストにおける露光量を表すものである。
図１８において、図１８（１）は１次元方向のみに操り返しパターンが生じる周期的な露光パターンによる露光量分布である。パターン以外の露光量はゼロであり、パターン部分は１となっている。
図１８（２）は多値の通常露光による露光量分布である。パターン以外の露光量はゼロであり、パターン部分は１と２の、ここでは２値の分布となっている。
これらの露光を現像の工程を介さないで二重露光をおこなうと、レジスト上にそれぞれの露光量の和の分布が生じ、図１８（３）のような露光量分布となる。
ここで、レジストの感光しきい値が１から２の間にあるとき、１より大きな部分が感光し、図１８（３）の図中、太線で示されたようなパターンが現像により形成される。
【００１２】
即ち、太線で囲まれた外部にある、周期パターン露光による露光パターンは、レジストの露光しきい値以下であり、現像により消失する。
通常露光の、レジストの露光しきい値以下の露光量が分布する部分に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの和が、レジストの露光しきい値以上となる部分が現像により形成される。従って、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの重なる、周期パターン露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成される。
通常露光の、レジストの露光しきい値以上の露光量が分布する露光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各露光パターンの重なる、通常露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成される。
【００１３】
図１９は図１８で示された露光量分布を形成するためのパターンおよびマスクを示している。図１９（１）は高解像度の必要な一次元方向のみに繰り返しパターンが生じるパターンおよびマスクであり、例えばレベンソン型位相シフトマスクによって実現が可能である。レベンソン型位相シフトマスクの場合、図の白色部分と灰色部分は位相が互いに反転し、位相反転の効果により２光束干渉露光による高コントラストな周期的な露光パターンが形成される。マスクは、レベンソン型位相シフトマスクに限定されず、このような露光量分布を形成するのであれば、どのようなものであってもよい。
【００１４】
この露光パターンのピッチは０．２μｍとし、この露光パターンはラインとスペースのそれぞれの線幅が０．１μｍのラインアンドスペースパターンにより図１８（１）で示された露光量分布が形成される。
多値のパターンを形成するためのパターンおよびマスクは、最終的に形成したい回路パターンと相似のパターンが描かれたマスクを用いる。この場合、図１９（２）で示されたゲートパターンが描かれたマスクを用いる。
【００１５】
前述したようにゲートパターンの微細線からなる部分は、通常の露光の解像度以下のパターンなので、レジスト上では、微細線の２本線部分は解像されず、強度の弱い一様な分布となるが、これに対して微細線の両端のパターンは、装置の通常露光による解像力の範囲内である線幅なので強度の高いパターンとして解像される。
【００１６】
従って図１９（２）で示されたパターンおよびマスクを露光すると、図１８（２）で示された多値の露光量分布が形成される。
この例では、形成したいパターンが露光量分布が光透過型のもので示したが、光遮光型のパターンも、図１９（３）に示したようなマスクを用いれば可能である。光遮光型のパターンは、パターン以外の部分に光が透過し、パターン部分に光を遮光したマスクを用いることによって実現可能になる。
【００１７】
光遮光型パターンの場合、解像度以上のパターンは光を遮光し、露光量分布がゼロになるのに対し、解像度以下の微細パターンは、完全には遮光されず、パターン周辺の露光量分布の半分の露光量が分布するので、多値の露光量分布が形成される。
【００１８】
以上の、二重露光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閾値以下の周期露光パターンは現像により消失する。
２．レジストの露光しきい値以下の露光量でおこな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。
３．レジストの露光しきい値以上の露光量でおこな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。
さらに、この多重露光方法の利点として、最も高い解像力が要求される周期パターン露光を位相シフト形マスク等を用いた２光束干渉露光でおこなえば、大きい焦点深度が得られることが挙げられる。
以上の説明では、周期パターン露光と通常露光の順番は、周期パターン露光を先としたが、逆あるいは同時でもよい。
【００１９】
ここでの「通常露光」とは、周期パターン露光より解像度は低いが、任意のパターンを露光することが可能な露光方法であり、代表的なものとして、投影光学系によってマスクのパターンを投影することが可能な投影露光が挙げられる。
【００２０】
通常露光によって露光されるパターンは、（以下通常露光パターンという）解像度以下の微細なパターンを含んでおり、その結果、前記に示すように像強度が多値の分布となっている。また、周期パターン露光は、この通常露光の微細なパターン部分と同線幅の周期パターンなどを形成するものである。この周期パターン露光には、レベンソン型の位相シフトマスクなどが用いられる。その１例を図１に示した。図１８で示した二重露光によって、パターンの明暗が反転したポジレジストに転写するためのマスクパターンは図１のようになる。図１▲１▼の周期パターンと▲２▼の通常露光パターンを同じ位置に露光し、その合成像である微細なパターン▲３▼を得ることが可能になる。
【００２１】
このように、最終的に作成したいパターンは通常露光パターンとして露光するが、この通常露光パターンには解像度以下の微細線を含んでいるため、同位置に高解像度の周期パターンを露光することによって、その通常露光パターンの解像度を向上し、最終的に解像度以下の微細線を含んだ、所望のパターンを作成することが出来るものである。
【００２２】
上記で説明したように、図１の▲２▼の通常露光パターンの解像度を向上するために、図１の▲１▼の高解像度周期パターンを同位置に露光することで、図１の▲２▼の通常露光パターンだけでは作成することが出来なかった微細線を、高解像度周期パターンと合成することで作成出来るのである。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回路パターンは一般に、設計ルールと呼ばれる最小の微細線を線幅の単位とし、この線幅では、線幅誤差が厳しく制御される。これより大きな線幅は、解像が容易であることに加えて線幅制御は厳しいものではない。ある任意の回路パターンを半導体基板上に転写する場合、微細線の線幅精度が重要であり、最小の微細線は一般には線幅の±１０％以下、場合によっては±５％以下の誤差しか許容されない。
【００２４】
さらに、パターンによってピッチが異なる場合が多いため、さらに微細線の線幅制御が難しい。なぜなら、同じ線幅の微細線を持つパターンの場合でも、ピッチが大きなものは比較的容易に解像し、ピッチの小さいものは解像が難しくなる。そのため、同じ線幅の微細線を持ったパターンであっても、そのパターンのピッチが異なる場合では、それらの微細線の線幅が一様とならないためである。
【００２５】
二重露光の方法によれば、通常露光のレチクルとして、回路パターンと相似なパターンからなるレチクルを用いるが、周期パターン露光はこの回路パターンの微細線のみに着目する。この周期パターン露光は、回路パターンから微細線のみを抽出したパターン（Ａ）とピッチが同じで、この微細線抽出パターン（Ａ）を含む周期パターン（Ａよりは周期数が同じかそれ以上）を露光する。この周期パターン露光はレチクルを用いない方法もあるが、ここではレチクルを用いる方法とする。
【００２６】
ここで、通常露光用のレチクルに配置される複数のパターンの中には、前述したようにピッチの異なるパターンが混在していることは良くある。通常露光パターンは回路パターンと相似なパターンであるため、回路パターンが決まると自動的に決定する。そのため、周期パターンは、この通常露光パターンに合わせたパターンを用いることになる。
【００２７】
この場合、周期パターンのピッチは、通常露光パターンのピッチと等しくすることが望ましい。また、周期パターンのピッチを構成する線幅には特に決まりはなく、通常露光パターンの線幅と同じものにしても良いし、異なる場合でも良い。このように、周期パターンのピッチを構成する線幅には特に決まりがないため、その線幅は同じ場合や異なる場合など、色々な場合があった。
【００２８】
通常行われている二重露光では、ある露光量で同一レチクル内のすべての通常露光パターンを露光する。そして、線幅制御の厳しい最小線幅が所定の線幅になるよう、周期パターン露光の露光量を調節しながら周期パターン露光を行う。二重露光においては、通常露光パターンに対応した周期パターンを作成していることから、周期パターンを構成する線幅の取り方によって、最終的に得られる合成像の微細線の線幅が、すべてのパターンで一様にならない場合があった。
【００２９】
そのため、周期パターンのピッチを構成する線幅に特に決まりない場合は、その線幅の取り方によって各パターンごとに最適露光量が異なったり、露光量に対する線幅変化が異なる現象が生じ、結果として同一マスク上のすべてのパターンに共通の露光量範囲が狭くなる場合も起こるのである。
【００３０】
このように、周期パターンのピッチを構成する線幅によって、各パターンごとの露光量特性が変化するため、すべての最適露光量を揃え、かつ露光量に対する線幅変化も出来るだけ等しくし、すべてのパターンに共通の広い露光量範囲を確保するためにも、最適な周期パターンを構成する線幅を決定することが、非常に重要な課題になるのである。
【００３１】
以下に、この点の課題について、図２及び図３の例を用いて詳しく説明する。図２は、光透過部でパターンを作成するネガレジストを用いる場合であって、最上段の２つの設計パターン（パターン１とパターン２）をウエハ上に転写したい場合を示した。
ここで、図２の▲２▼の通常露光パターンは設計パターンと相似あるいは類似したパターンであって、本来は露光装置の倍率を含めて考える必要があるが、ここでは分かりやすく倍率１として示している。
また、図２の▲１▼の周期パターンは、設計パターンと相似あるいは類似した▲２▼の通常パターンの微細線部分に着目し、この微細線のみを抽出したパターンとピッチを同じにする。そして、周期数は、この微細線のみを抽出したパターンと同じ数かそれ以上の数にする。
【００３２】
以上のように、設計パターンから通常露光パターンが作成され、この通常露光パターンから周期パターンが作成されることを説明してきた。しかし、この周期パターンにおいて、通常露光パターンより、周期パターンのピッチと周期数は決定できるものの、周期パターンのピッチを構成する線幅に関しては、何も決まりがない。
現在は、光遮光部でパターンを作成するポジレジストの方が一般的なので、図３にポジレジストの例を示し、周期パターンのピッチを構成する線幅の取り方によって生じる問題点についてさらに説明する。
図３も同じように、最上段の２つのパターンを設計パターンとしてウエハ上に転写したい場合である。
【００３３】
通常露光パターンのパターン１はピッチＰ１で、１種類の微細線（線幅Ｌ）で構成されている。一方、通常露光パターンのパターン２はピッチＰ２で、２種類の線幅（線幅Ｌ・２Ｌ）で構成されている。通常露光パターンのパターン１・パターン２における微細線の線幅Ｌが同じことから、まず周期パターンの線幅は、互いのピッチが異なっても同じ線幅で構成する場合を考える。
例えば、ピッチＰ１が２Ｌ、ピッチＰ２が３Ｌの場合、
１）パターン１、パターン２ともに周期パターンの線幅が１Ｌの場合と、
２）パターン１、パターン２ともに周期パターンの線幅が１．５Ｌの場合が考えられる。図２及び図３には、上記１）の場合を示した。
【００３４】
図４は、二重露光によって作成された合成像において、図３のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。図３に示したようにパターン１の周期パターンの線幅をＬ１とし、パターン２の周期パターン線幅をＬ２とした。
図４はパターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合で、
１）パターン１とパターン２がともに周期パターンの線幅が１Ｌの場合（Ｌ１＝Ｌ２＝１Ｌ）
２）パターン１とパターン２がともに周期パターンの線幅が１．５Ｌの場合（Ｌ１＝Ｌ２＝１．５Ｌ）
２種類の場合を示している。
【００３５】
この図４は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。つまり、２本のグラフはぴったり一致する、または、非常に近づくべきである。しかし、図４の１）２）どちらのグラフにおいても２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり設計の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
【００３６】
これは、同一マスク上にあるピッチが異なるパターンを作成する場合において、周期パターンの線幅が、全てのパターンにおいて等しい場合では、各パターンごとの最適露光量を揃えることが出来ないことを示している。
また、図４の１）２）どちらのグラフともに、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、実線（パターン２）の傾きの方が急であることから、パターン２の方が露光量変化に対して線幅変化が大きいことが分かる。つまり、パターンごとに、露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。つまり、線幅ばらつきの許容範囲を、設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなり、問題となるのである。
【００３７】
このように、構成する線幅が等しい周期パターンを用いたのでは、各パターンごとに最適露光量や、露光量変化に対する線幅変化が異なるため、すべてのパターンに共通な許容領域が非常に狭くなってしまう。今まで述べたように、周期パターンの線幅によってパターンごとの露光量特性が変化するため、すべてのパターンの最適露光量を揃え、かつ露光量変化と線幅変化の関係も揃えるために、最適な周期パターンの線幅を決定することが重要になるのである。
【００３８】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、パターン間の最適露光量を一致させ、かつパターン間の露光量に対する線幅変化を揃えることができ、パターンに共通な露光量範囲を広く取ることが可能となる多重露光を行うためのマスク、該マスクによる露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供するものである。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、つぎの（１）〜（９）のように構成した多重露光を行うための露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供するものである。
（１）被露光基板上に、第１の微細線群と第２の微細線群とを露光する露光方法において、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第１の周期パターンと、前記第２の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第２の周期パターンとを有する第１のマスクを用いて前記基板を露光する段階と、
前記第１の微細線群と相似又は類似したパターンと、前記第２の微細線群と相似又は類似したパターンとを有する第２のマスクを用いて前記基板を露光する段階とを有し、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンと前記第２微細線群に含まれる周期パターンとは、線幅が互いに同じで、ピッチが互いに異なり、
前記第１の周期パターンと前記第２の周期パターンとは、線幅と線幅同志の間隔との比率が互いに等しいことを特徴とする露光方法。
（２）前記第１の微細線群が、複数の線幅で構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（３）前記第１の微細線群の周期パターンと前記第２の微細線群の周期パターンとは、周期の方向が互いに異なることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（４）前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が直交したＬ字パターンを有することを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（５）前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が斜めとされたパターンを有することを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（６）前記第１のマスクによる露光は、ある像コントラストのパターン露光であり、前記第２のマスクによる露光は、第１のマスクによる露光よりも像コントラストが低いパターン露光であることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（７）前記第１のマスクが有する周期パターンのピッチをＰ、露光光の波長をλ、前記第１のマスクを感光基板上に露光転写する際に用いる投影光学系の開口数をＮＡとし、ｋ１＝Ｐ／（λ／ＮＡ）としたとき、
０．５≦ｋ１≦１．０
の関係を満たすことを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（８）前記第１、第２の周期パターンの線幅と線幅同志の間隔との比率は、１：１であることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の露光方法による多重露光モードを有することを特徴とする露光装置。
（１０）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の露光方法、または上記（９）に記載の露光装置によって、マスク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することを特徴とするデバイス製造方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、周期パターンと通常露光パターンの二重露光を行う場合であって、複数のパターンが同一マスク上にあり、それら複数のパターンを同一条件の露光で作成する場合において、上記した構成の多重露光を行うためのマスクを用いることによって、前述した課題を達成することができる。
【００４１】
すなわち、周期パターンのピッチに関わらず、すべての周期パターンにおいてデューティを等しくすることで、各パターンの最適露光量を揃え良好な合成像を作成出来るだけでなく、すべてのパターン共通の露光量範囲を広げることが出来るのである。デューティが等しいという意味は、ピッチを構成している線幅と間隔の比を等しくするということである。
【００４２】
例えば、前記課題で述べた、通常露光パターンとしてパターン１（ピッチＰ１）とパターン２（ピッチＰ２）の２つのパターンが同一レチクル上に混在する場合においては、図５に示したように、ピッチに関係なく線幅と間隔の比を等しくするのである。
ここで図５の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、複数のパターンが同一マスク上に構成されている場合、そのパターンのピッチにかかわらず、すべてデューティが等しい周期パターンを用いることによって、最適露光量で良好な合成像を得るだけでなく、すべてのパターン共通の露光量範囲を広げることが可能となる。
【００４３】
周期パターンの最適なデューティに関しては、パターンを構成する線幅・周期パターンと通常露光パターンを合成する際の露光量比によって最適値が変化することが分かっている。そのため、実際に露光する条件に合わせて、この周期パターンの線幅比率を決定することが望ましいが、すべてのデューティが等しい周期パターンを用いることに変わりない。また、ここでは、光透過部を線幅とし、光遮光部を間隔と表現したが、光遮光部を線幅とし、光透過部を間隔とした場合でも、本発明の目的、効果はかわらない。
ここで用いる周期パターンは位相が０と１８０度と反転している位相シフトマスクであっても良いし、２つの平面波の干渉によって作成する場合でも同様の効果がある。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、その前にこれらの実施例の理解を容易にするために、二重露光手法について、図６の二重露光手法のフローチャートを示しておく。
この図６では、周期パターン露光・通常パターン露光・現像の各ブロックの流れを示しているが、周期パターン露光と通常パターン露光の順序はこの通りであってもその逆でもよく、また複数回の露光段階を含む場合には、もちろん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、精密な位置合わせを行うステップが行われるが、この処理に関する詳細は省略する。
【００４５】
なお、周期パターン露光ではコントラストが高い像が得られ、通常露光パターンではコントラストが低い像が得られるが、以下の各実施例は、波長２４８ｎｍのｋｒＦエキシマステッパーを用い、周期パターン露光・通常パターン露光の二重露光を行う際の周期パターンに工夫を施したものである。
本発明は、以下に説明する各実施例等に何ら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。
【００４６】
［実施例１］
本発明の実施例１は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンはピッチが等しい２つのパターンの場合について、図７を用いて説明する。
この図７は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図７の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００４７】
図７に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは等しく（Ｐ１）、同線幅の微細線を含んだパターンである。
このような、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である露光量範囲を出来る限り広く取るためには、パターンのピッチにかかわらず、図７の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて線幅と間隔の比が等しい（デューティが等しい）周期パターンを用いる。ここでは図７の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ１＝Ｌ２＋Ｓ２）
ここで、両者のパターンともにピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）と等しく、通常露光パターン▲２▼の線幅が、パターン１が１Ｌ、パターン２が１Ｌと２Ｌの場合を例に、図８を用いて効果を説明する。
図８は、二重露光によって作成された合成像において、図７のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。
１）は２つの周期パターンのデューティが異なる場合
２）は２つの周期パターンのデューティが等しい場合
を示している。
【００４８】
具体的な寸法は、
パターン１、パターン２ともにピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合であって、
１）パターン１の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ１：Ｓ１＝１：１）パターン２の周期パターンの線幅が１Ｌ、間隔が２Ｌ（Ｌ２：Ｓ２＝１：２）
２）パターン１の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ１：Ｓ１＝１：１）パターン２の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ２：Ｓ２＝１：１）
となっている。
【００４９】
この図８は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
【００５０】
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。図８の２）では、２本の線はぴったり重なっており、両者のパターンの最適露光量が一致している上、露光量と線幅の関係も等しくなっている。
つまり、２つの周期パターンのデューティが等しい場合は、露光量特性が非常に良好であり、すべてのパターンの最適露光量を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化の関係も揃っているため、最も露光量範囲を広げることが出来るのである。
【００５１】
一方、図８の１）のグラフにおける２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり所定の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
また、図８の１）のグラフにおいて、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、破線（パターン１）の傾きの方が急であることから、パターン１の方が露光量変化に対して線幅変化が大きいことが分かる。図８の１）の場合は、パターンごとに露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。
【００５２】
つまり、２つの周期パターンのデューティが異なる場合は、線幅ばらつきの許容範囲を設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなってしまうのである。
仮に、最適露光量が一致するように、基準露光量で２つのパターンの線幅が等しくなるよう、線幅補正を行ったとしても、その露光量からずれたときの線幅変化量がパターンごとに異なっていることから、パターン共通の露光量範囲が狭くなってしまうのである。
【００５３】
上記からも分かるように、光遮光部でパターンを作成する場合であって、パターンのピッチが等しい２つのパターンの場合は、周期パターンのデューティが等しいパターンを用いることによって、基準露光量ですべてのパターンの線幅を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、すべてのパターンに共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００５４】
本実施例１では、すべてのパターンにおいて、デューティＬ：Ｓ＝１：１の場合が最も良好な結果を示したが、デューティは１：１に限定されるものではない。本発明はすべての周期パターンのデューティを等しくすることが重要である。
【００５５】
［実施例２］
本発明の実施例２は、実施例１と同様、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンはピッチが異なるパターンの場合について、図９を用いて説明する。
【００５６】
この図９は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を図９の▲３▼合成パターンとして示している。この図９の▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図９の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００５７】
図９に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっているが、同線幅の微細線（Ｌ）を含んだパターンである。
このような、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を出来るだけ一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である露光量範囲を出来る限り広く取るためには、パターンのピッチにかかわらず、図９の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて線幅と間隔の比が等しい（デューティが等しい）周期パターンを用いる。ここでは図９の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
ここで、パターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌの場合で（Ｌ＝１３０ｎｍ）、通常露光パターン▲２▼の線幅が、パターン１が１Ｌ、パターン２が１Ｌと２Ｌの場合を例に、図１０を用いて効果を説明する。
図１０は、二重露光によって作成された合成像において、図９のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。図１０の１）及び２）は２つの周期パターンのデューティが異なる場合、図１０の３）は２つの周期パターンのデューティが等しい場合を示している。
具体的には、パターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合であって、
１）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１．５Ｌ：０．５Ｌ＝３：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝１．５Ｌ：１．５Ｌ＝１：１
２）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１Ｌ：１Ｌ＝１：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝２Ｌ：１Ｌ＝２：１
３）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１Ｌ：１Ｌ＝１：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝１．５Ｌ：１．５Ｌ＝１：１
の３種類の周期パターンの場合を示している。
【００５８】
この図１０は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
【００５９】
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。図１０の３）では、２本の線の差は最も小さくなっており、その上２本の線の傾きが最も小さくなっているため、両者のパターンの最適露光量が比較的一致している上、露光量と線幅の関係も等しくなっている。
つまり、２つの周期パターンのデューティが等しい場合は、露光量特性が非常に良好であり、すべてのパターンの最適露光量を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化の関係も揃っているため、最もすべてのパターンに共通な露光量範囲を広げることが出来るのである。
【００６０】
一方、図１０の１）及び２）のグラフにおける２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり所定の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
また、図１０の１）及び２）のグラフにおいて、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、図１０の１）では実線（パターン２）の傾きの方が急であり、図１０の２）では破線（パターン１）の傾きの方が急である。このように、図１０の１）及び２）の場合は、パターンごとに露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。
【００６１】
つまり、２つの周期パターンのデューティが異なる場合は、線幅ばらつきの許容範囲を設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなってしまうのである。
仮に、最適露光量が一致するように、基準露光量で２つのパターンの線幅が等しくなるよう、線幅補正を行ったとしても、その露光量からずれたときの線幅変化量がパターンごとに異なっていることから、パターン共通の露光量範囲が狭くなってしまうのである。
【００６２】
上記からも分かるように、光遮光部でパターンを作成する場合であって、パターンのピッチが等しい２つのパターンの場合は、周期パターンのデューティが等しいパターンを用いることによって、基準露光量ですべてのパターンの線幅を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、すべてのパターンに共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００６３】
ここでは、すべてのパターンにおいて、デューティＬ：Ｓ＝１：１の場合のみについて説明したが、デューティは１：１に限ったことではなく、すべての周期パターンのデューティを等しくすることが重要である。最適なデューティに関しては、パターンを構成する線幅・周期パターンと通常露光パターンを合成する際の露光量比などによって最適値が変化することが分かっている。そのため、実際に露光する条件に合わせて、この周期パターンの線幅比率を決定することが望ましい。基本的には、光遮光部でパターンを形成する場合は、光透過部の線幅が広いほどコントラストが高くなる。
実施例１と実施例２から、ピッチが同じでも異なる場合でも、ピッチには関係なく、デューティが等しい周期パターンをすべてのパターンについて用いることが最も有効であることが分かる。
【００６４】
［実施例３］
本発明の実施例３は、実施例１と同様に通常露光パターンはピッチが等しい２つのパターンの場合で、光透過部でパターンを作成する場合について、図１１を用いて説明する。
この図１１は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この図１１の▲１▼及び▲２▼の２つのパターンを合成することによって、最終的には図１１の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
図１１に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは等しく、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
【００６５】
このような、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、通常露光パターンの線幅によらず、図１１の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、（デューティが等しい）周期パターンを用いる必要があるのである。ここでは図１１の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチはＰ１・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光透過部でパターンを形成する場合で、ピッチが等しい複数のパターンが同一マスク上に存在する場合、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００６６】
［実施例４］
本発明の実施例４は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンにおいて、ピッチが異なる２種類のパターンが同一マスク上にあり、かつ微細線の方向が混在しているパターンの場合について、図１２を用いて説明する。
この図１２は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する▲１▼周期パターンと図１２の▲２▼の通常露光パターンを示している。この図１２の▲１▼及び▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１２の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００６７】
図１２に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっており、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１２の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、２つのパターンの周期方向は直交している。ただし、この周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００６８】
つまり、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１２の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの光遮光部Ｌ１と光透過部Ｓ１の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させる。ここでは図１２の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、微細線の方向も異なる複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
本実施例では、２つのパターンのピッチが異なっていたが、勿論ピッチが同じ場合でも同様に、デューティの等しい周期パターンを用いることが必要になる。
【００６９】
［実施例５］
本発明の実施例５は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンの微細線の方向が直交したＬ字パターンを含んだ場合について、図１３を用いて説明する。
この図１３は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターンを示している。この図１３の▲１▼及び▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１３の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７０】
図１３に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっており、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１３の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、パターン１の周期パターンはＬ字になり、周期方向が直交している。ただし、この場合でも周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００７１】
つまり、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１３の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させる。ここでは図１３の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１としたとき、次式の関係を満たすように構成する。Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、微細線の方向も異なるＬ字パターンを含む複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
図１４のように、コンタクトホール部が接続されている場合でも同様の効果があるといえる。
【００７２】
［実施例６］
本発明の実施例６は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンの微細線の方向が斜めのパターンを含んだ場合について、図１５を用いて説明する。
この図１５は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する図１５の▲１▼周期パターンと図１５の▲２▼通常露光パターンを示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１５の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７３】
図１５に示した通常露光パターンにおいて、２つの方向に伸びる微細線のピッチは異なっている。図１５に示したように、方向１のピッチをＰ１、周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、方向２のピッチをＰ２、周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としている。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１５の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、周期パターンは斜め方向を含んでいる。ただし、この場合でも周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００７４】
つまり、ピッチが異なる２種類の方向を持つパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１５の▲１▼に示したように、光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させ、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、斜め方向の微細線を持つパターンを含む複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
勿論このパターンにコンタクトホール部が接続されている場合でも同様の効果があるといえる。
【００７５】
［実施例７］
本発明の実施例７は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンが周期パターンのピッチの整数倍である場合について、図１６を用いて説明する。
この図１６は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１６の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７６】
図１６に示したように、パターン１とパターン２のピッチは異なっている。周期パターン▲１▼におけるパターン１のピッチはＰ１で、パターン２の周期パターンのピッチはＰ２で、通常露光パターンのピッチがＰ２の２倍になっている。このように、通常露光パターンと周期パターンのピッチが整数倍の関係になっているパターンを含んだ場合でも、同じ関係が成り立つのである。
【００７７】
つまり、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１６の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの線幅と間隔の比が等しい、次式の関係を満たすように構成する。つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光透過部でパターンを形成する場合で、互いにピッチが異なり、通常露光パターンと周期パターンのピッチの関係が整数倍であるパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００７８】
以上をまとめると、通常露光パターンと周期パターンの２重露光を行う露光方法において、
前記周期パターンのピッチにかかわらず、周期パターンの線幅と間隔の比である“デューティの等しい”周期パターンを用いることによって、すべてのパターンの最適露光量を一致させ、かつ露光量に対する線幅変化を揃えることができ、すべてのパターンに共通な露光量範囲を広く取ることを可能とするものである。そして、通常露光パターンが、複数の線幅で構成された場合であっても、同一マスク上に線幅の異なるパターンが離れて存在する場合でも、方向が混在している場合であっても、デューティの等しい周期パターンを用いることで、上記した本発明の課題を達成することができる。
【００７９】
つぎに、上記した各実施例におけるマスクを用いた高解像度露光装置について説明する。
図１７は、上記した各実施例を適用し得る周期パターンの２光束干渉用露光と通常の投影露光の双方が行える高解像度露光装置を示す概略図である。
図１７において、２２１はＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ、２２２は照明光学系、２２３はマスク（レチクル）、２２４はマスクステージ、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、通常のレチクルと前述したレベンソン型位相シフトマスク（レチクル）又はエッジシフタ型マスク（レチクル）又は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）の一方を選択的に供給するために設けてある。
【００８０】
図１７の２２９は２光束干渉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。
図１７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。
【００８１】
図１７の装置の照明光学系２２２は小σの部分的コヒーレント照明と大σの部分的コヒーレント照明とを切り換え可能に構成してあり、小σの照明の場合には、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、大σ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（２）の照明光を所望のレチクルに供給する。大σの部分的コヒーレント照明から小σの部分的コヒーレント照明との切り換えは、通常光学系２２２のフライアイレンズの直後におかれる開口絞りを、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良い。
さらに、図２１に示されるような構成のＸ線露光装置を用いて、本実施例の方法によって露光を行うことも可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、上記のように構成することで、パターン間の最適露光量を一致させ、かつ露光量に対する線幅変化を揃えることができ、パターンに共通な露光量範囲を広く取ることが可能となる多重露光を行うための露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二重露光のパターン配置（ポジレジストの場合）を示す図。
【図２】ネガレジストを用いてパターンを作成する場合における課題を説明するための図。
【図３】ポジレジストを用いてパターンを作成する場合における課題を説明するための図。
【図４】図２及び図３のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示す図。
【図５】ピッチに関係なく線幅と間隔の比を等しくした最適パターンの配置例を示す図。
【図６】二重露光のフローチャート図。
【図７】本発明の実施例１におけるパターンの作成を説明するための図。
【図８】本発明の実施例１における露光量と線幅の関係を示す図
【図９】本発明の実施例２におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１０】実施例２における露光量と線幅の関係を示す。
【図１１】本発明の実施例３におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１２】本発明の実施例４におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１３】本発明の実施例５におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１４】本発明の実施例５におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１５】本発明の実施例６におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１６】本発明の実施例７におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１７】二重露光を行う高解像度露光装置の概略図。
【図１８】二重露光の原理を説明するための図。
【図１９】二重露光の原理を説明するための図。
【図２０】従来の投影露光装置の模式図。
【図２１】Ｘ線露光装置の概略図。
【符号の説明】
１９１：遠紫外線露光用光源
１９２：照明光学系
１９３：照明光
１９４：マスク
１９５：物体側露光光
１９６：光学系
１９７：像側露光光
１９８：基板
１９９：基板ステージ
２２１：ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ
２２２：照明光学系
２２３：マスク
２２４：マスクステージ
２２５：マスクチェンジャ
２２７：撮影光学系
２２８：ウエハ
２２９：ステージ
２３０：ブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重露光を行うためのマスク、該マスクによる露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法に関し、特に微細な回路パターンを感光基板上に露光する多重露光を行うためのマスクに関するものであり、該マスクは、例えばＩＣ・ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる広域なパターン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図られている。
【０００４】
従来の投影露光装置の模式図を図２０に示す。図２０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、１９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系１９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小投影光学系、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】
エキシマレーザー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。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の投影倍率の逆倍数（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１９３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１９７は図２０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１９８の投影光学系１９６に対する位置を変える。
【０００６】
しかしながら、現在主流の上記のエキシマレーザー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。
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。
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」があるが、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」が必要となることが分かる。
【０００７】
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。この問題とは投影光学系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や螢石が現存するが、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、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。
【０００８】
一方、被露光基板（感光基板）に対して、周期パターン露光と通常露光の二重露光を行う露光方法および露光装置によって、露光波長を短くすることなく、０．１５μｍ以下の部分を備える回路パターンを作成することが可能である。
【０００９】
ここで、上記二重露光の原理について、まず、説明をしておく。
二重露光は、通常露光と周期パターン露光を現像の工程を介さないでおこなうものである。
これは、レジストの露光しきい値以下で周期パターンを露光し、その後、露光量が多値の分布を持つ通常露光を行うものである。
通常露光の露光量は、露光パターン領域（露光領城）の小領域ごとに異なる露光量分布を持ち、ぞれぞれの露光量は、露光しきい値以上であっても以下であってもよい。
ここで言う露光量とは、すべて、レジスト上の露光量を示している。
【００１０】
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１９（２）または（３）に示すいわゆるゲートパターンを例に説明する。
図１９のゲートパターンは横方向の最小線幅が０．１μｍであるのに対して縦方向では、線幅は装置の通常露光による解像力の範囲内である０．２μｍ以上である。二重露光法によれば、このような横方向のみの１次元方向にのみ高解像度を求められる最小線幅パターンを持つ二次元パターンに対しては、例えば二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一次元方向のみでおこなう。
【００１１】
図１８は各露光段階における露光量分布を示している。
図１８の図中に示される数値はレジストにおける露光量を表すものである。
図１８において、図１８（１）は１次元方向のみに操り返しパターンが生じる周期的な露光パターンによる露光量分布である。パターン以外の露光量はゼロであり、パターン部分は１となっている。
図１８（２）は多値の通常露光による露光量分布である。パターン以外の露光量はゼロであり、パターン部分は１と２の、ここでは２値の分布となっている。
これらの露光を現像の工程を介さないで二重露光をおこなうと、レジスト上にそれぞれの露光量の和の分布が生じ、図１８（３）のような露光量分布となる。
ここで、レジストの感光しきい値が１から２の間にあるとき、１より大きな部分が感光し、図１８（３）の図中、太線で示されたようなパターンが現像により形成される。
【００１２】
即ち、太線で囲まれた外部にある、周期パターン露光による露光パターンは、レジストの露光しきい値以下であり、現像により消失する。
通常露光の、レジストの露光しきい値以下の露光量が分布する部分に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの和が、レジストの露光しきい値以上となる部分が現像により形成される。従って、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの重なる、周期パターン露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成される。
通常露光の、レジストの露光しきい値以上の露光量が分布する露光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各露光パターンの重なる、通常露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パターンが形成される。
【００１３】
図１９は図１８で示された露光量分布を形成するためのパターンおよびマスクを示している。図１９（１）は高解像度の必要な一次元方向のみに繰り返しパターンが生じるパターンおよびマスクであり、例えばレベンソン型位相シフトマスクによって実現が可能である。レベンソン型位相シフトマスクの場合、図の白色部分と灰色部分は位相が互いに反転し、位相反転の効果により２光束干渉露光による高コントラストな周期的な露光パターンが形成される。マスクは、レベンソン型位相シフトマスクに限定されず、このような露光量分布を形成するのであれば、どのようなものであってもよい。
【００１４】
この露光パターンのピッチは０．２μｍとし、この露光パターンはラインとスペースのそれぞれの線幅が０．１μｍのラインアンドスペースパターンにより図１８（１）で示された露光量分布が形成される。
多値のパターンを形成するためのパターンおよびマスクは、最終的に形成したい回路パターンと相似のパターンが描かれたマスクを用いる。この場合、図１９（２）で示されたゲートパターンが描かれたマスクを用いる。
【００１５】
前述したようにゲートパターンの微細線からなる部分は、通常の露光の解像度以下のパターンなので、レジスト上では、微細線の２本線部分は解像されず、強度の弱い一様な分布となるが、これに対して微細線の両端のパターンは、装置の通常露光による解像力の範囲内である線幅なので強度の高いパターンとして解像される。
【００１６】
従って図１９（２）で示されたパターンおよびマスクを露光すると、図１８（２）で示された多値の露光量分布が形成される。
この例では、形成したいパターンが露光量分布が光透過型のもので示したが、光遮光型のパターンも、図１９（３）に示したようなマスクを用いれば可能である。光遮光型のパターンは、パターン以外の部分に光が透過し、パターン部分に光を遮光したマスクを用いることによって実現可能になる。
【００１７】
光遮光型パターンの場合、解像度以上のパターンは光を遮光し、露光量分布がゼロになるのに対し、解像度以下の微細パターンは、完全には遮光されず、パターン周辺の露光量分布の半分の露光量が分布するので、多値の露光量分布が形成される。
【００１８】
以上の、二重露光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閾値以下の周期露光パターンは現像により消失する。
２．レジストの露光しきい値以下の露光量でおこな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。
３．レジストの露光しきい値以上の露光量でおこな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。
さらに、この多重露光方法の利点として、最も高い解像力が要求される周期パターン露光を位相シフト形マスク等を用いた２光束干渉露光でおこなえば、大きい焦点深度が得られることが挙げられる。
以上の説明では、周期パターン露光と通常露光の順番は、周期パターン露光を先としたが、逆あるいは同時でもよい。
【００１９】
ここでの「通常露光」とは、周期パターン露光より解像度は低いが、任意のパターンを露光することが可能な露光方法であり、代表的なものとして、投影光学系によってマスクのパターンを投影することが可能な投影露光が挙げられる。
【００２０】
通常露光によって露光されるパターンは、（以下通常露光パターンという）解像度以下の微細なパターンを含んでおり、その結果、前記に示すように像強度が多値の分布となっている。また、周期パターン露光は、この通常露光の微細なパターン部分と同線幅の周期パターンなどを形成するものである。この周期パターン露光には、レベンソン型の位相シフトマスクなどが用いられる。その１例を図１に示した。図１８で示した二重露光によって、パターンの明暗が反転したポジレジストに転写するためのマスクパターンは図１のようになる。図１▲１▼の周期パターンと▲２▼の通常露光パターンを同じ位置に露光し、その合成像である微細なパターン▲３▼を得ることが可能になる。
【００２１】
このように、最終的に作成したいパターンは通常露光パターンとして露光するが、この通常露光パターンには解像度以下の微細線を含んでいるため、同位置に高解像度の周期パターンを露光することによって、その通常露光パターンの解像度を向上し、最終的に解像度以下の微細線を含んだ、所望のパターンを作成することが出来るものである。
【００２２】
上記で説明したように、図１の▲２▼の通常露光パターンの解像度を向上するために、図１の▲１▼の高解像度周期パターンを同位置に露光することで、図１の▲２▼の通常露光パターンだけでは作成することが出来なかった微細線を、高解像度周期パターンと合成することで作成出来るのである。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回路パターンは一般に、設計ルールと呼ばれる最小の微細線を線幅の単位とし、この線幅では、線幅誤差が厳しく制御される。これより大きな線幅は、解像が容易であることに加えて線幅制御は厳しいものではない。ある任意の回路パターンを半導体基板上に転写する場合、微細線の線幅精度が重要であり、最小の微細線は一般には線幅の±１０％以下、場合によっては±５％以下の誤差しか許容されない。
【００２４】
さらに、パターンによってピッチが異なる場合が多いため、さらに微細線の線幅制御が難しい。なぜなら、同じ線幅の微細線を持つパターンの場合でも、ピッチが大きなものは比較的容易に解像し、ピッチの小さいものは解像が難しくなる。そのため、同じ線幅の微細線を持ったパターンであっても、そのパターンのピッチが異なる場合では、それらの微細線の線幅が一様とならないためである。
【００２５】
二重露光の方法によれば、通常露光のレチクルとして、回路パターンと相似なパターンからなるレチクルを用いるが、周期パターン露光はこの回路パターンの微細線のみに着目する。この周期パターン露光は、回路パターンから微細線のみを抽出したパターン（Ａ）とピッチが同じで、この微細線抽出パターン（Ａ）を含む周期パターン（Ａよりは周期数が同じかそれ以上）を露光する。この周期パターン露光はレチクルを用いない方法もあるが、ここではレチクルを用いる方法とする。
【００２６】
ここで、通常露光用のレチクルに配置される複数のパターンの中には、前述したようにピッチの異なるパターンが混在していることは良くある。通常露光パターンは回路パターンと相似なパターンであるため、回路パターンが決まると自動的に決定する。そのため、周期パターンは、この通常露光パターンに合わせたパターンを用いることになる。
【００２７】
この場合、周期パターンのピッチは、通常露光パターンのピッチと等しくすることが望ましい。また、周期パターンのピッチを構成する線幅には特に決まりはなく、通常露光パターンの線幅と同じものにしても良いし、異なる場合でも良い。このように、周期パターンのピッチを構成する線幅には特に決まりがないため、その線幅は同じ場合や異なる場合など、色々な場合があった。
【００２８】
通常行われている二重露光では、ある露光量で同一レチクル内のすべての通常露光パターンを露光する。そして、線幅制御の厳しい最小線幅が所定の線幅になるよう、周期パターン露光の露光量を調節しながら周期パターン露光を行う。二重露光においては、通常露光パターンに対応した周期パターンを作成していることから、周期パターンを構成する線幅の取り方によって、最終的に得られる合成像の微細線の線幅が、すべてのパターンで一様にならない場合があった。
【００２９】
そのため、周期パターンのピッチを構成する線幅に特に決まりない場合は、その線幅の取り方によって各パターンごとに最適露光量が異なったり、露光量に対する線幅変化が異なる現象が生じ、結果として同一マスク上のすべてのパターンに共通の露光量範囲が狭くなる場合も起こるのである。
【００３０】
このように、周期パターンのピッチを構成する線幅によって、各パターンごとの露光量特性が変化するため、すべての最適露光量を揃え、かつ露光量に対する線幅変化も出来るだけ等しくし、すべてのパターンに共通の広い露光量範囲を確保するためにも、最適な周期パターンを構成する線幅を決定することが、非常に重要な課題になるのである。
【００３１】
以下に、この点の課題について、図２及び図３の例を用いて詳しく説明する。図２は、光透過部でパターンを作成するネガレジストを用いる場合であって、最上段の２つの設計パターン（パターン１とパターン２）をウエハ上に転写したい場合を示した。
ここで、図２の▲２▼の通常露光パターンは設計パターンと相似あるいは類似したパターンであって、本来は露光装置の倍率を含めて考える必要があるが、ここでは分かりやすく倍率１として示している。
また、図２の▲１▼の周期パターンは、設計パターンと相似あるいは類似した▲２▼の通常パターンの微細線部分に着目し、この微細線のみを抽出したパターンとピッチを同じにする。そして、周期数は、この微細線のみを抽出したパターンと同じ数かそれ以上の数にする。
【００３２】
以上のように、設計パターンから通常露光パターンが作成され、この通常露光パターンから周期パターンが作成されることを説明してきた。しかし、この周期パターンにおいて、通常露光パターンより、周期パターンのピッチと周期数は決定できるものの、周期パターンのピッチを構成する線幅に関しては、何も決まりがない。
現在は、光遮光部でパターンを作成するポジレジストの方が一般的なので、図３にポジレジストの例を示し、周期パターンのピッチを構成する線幅の取り方によって生じる問題点についてさらに説明する。
図３も同じように、最上段の２つのパターンを設計パターンとしてウエハ上に転写したい場合である。
【００３３】
通常露光パターンのパターン１はピッチＰ１で、１種類の微細線（線幅Ｌ）で構成されている。一方、通常露光パターンのパターン２はピッチＰ２で、２種類の線幅（線幅Ｌ・２Ｌ）で構成されている。通常露光パターンのパターン１・パターン２における微細線の線幅Ｌが同じことから、まず周期パターンの線幅は、互いのピッチが異なっても同じ線幅で構成する場合を考える。
例えば、ピッチＰ１が２Ｌ、ピッチＰ２が３Ｌの場合、
１）パターン１、パターン２ともに周期パターンの線幅が１Ｌの場合と、
２）パターン１、パターン２ともに周期パターンの線幅が１．５Ｌの場合が考えられる。図２及び図３には、上記１）の場合を示した。
【００３４】
図４は、二重露光によって作成された合成像において、図３のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。図３に示したようにパターン１の周期パターンの線幅をＬ１とし、パターン２の周期パターン線幅をＬ２とした。
図４はパターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合で、
１）パターン１とパターン２がともに周期パターンの線幅が１Ｌの場合（Ｌ１＝Ｌ２＝１Ｌ）
２）パターン１とパターン２がともに周期パターンの線幅が１．５Ｌの場合（Ｌ１＝Ｌ２＝１．５Ｌ）
２種類の場合を示している。
【００３５】
この図４は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。つまり、２本のグラフはぴったり一致する、または、非常に近づくべきである。しかし、図４の１）２）どちらのグラフにおいても２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり設計の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
【００３６】
これは、同一マスク上にあるピッチが異なるパターンを作成する場合において、周期パターンの線幅が、全てのパターンにおいて等しい場合では、各パターンごとの最適露光量を揃えることが出来ないことを示している。
また、図４の１）２）どちらのグラフともに、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、実線（パターン２）の傾きの方が急であることから、パターン２の方が露光量変化に対して線幅変化が大きいことが分かる。つまり、パターンごとに、露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。つまり、線幅ばらつきの許容範囲を、設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなり、問題となるのである。
【００３７】
このように、構成する線幅が等しい周期パターンを用いたのでは、各パターンごとに最適露光量や、露光量変化に対する線幅変化が異なるため、すべてのパターンに共通な許容領域が非常に狭くなってしまう。今まで述べたように、周期パターンの線幅によってパターンごとの露光量特性が変化するため、すべてのパターンの最適露光量を揃え、かつ露光量変化と線幅変化の関係も揃えるために、最適な周期パターンの線幅を決定することが重要になるのである。
【００３８】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、パターン間の最適露光量を一致させ、かつパターン間の露光量に対する線幅変化を揃えることができ、パターンに共通な露光量範囲を広く取ることが可能となる多重露光を行うためのマスク、該マスクによる露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供するものである。
【００３９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するために、つぎの（１）〜（９）のように構成した多重露光を行うための露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供するものである。
（１）被露光基板上に、第１の微細線群と第２の微細線群とを露光する露光方法において、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第１の周期パターンと、前記第２の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第２の周期パターンとを有する第１のマスクを用いて前記基板を露光する段階と、
前記第１の微細線群と相似又は類似したパターンと、前記第２の微細線群と相似又は類似したパターンとを有する第２のマスクを用いて前記基板を露光する段階とを有し、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンと前記第２微細線群に含まれる周期パターンとは、線幅が互いに同じで、ピッチが互いに異なり、
前記第１の周期パターンと前記第２の周期パターンとは、線幅と線幅同志の間隔との比率が互いに等しいことを特徴とする露光方法。
（２）前記第１の微細線群が、複数の線幅で構成されていることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（３）前記第１の微細線群の周期パターンと前記第２の微細線群の周期パターンとは、周期の方向が互いに異なることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（４）前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が直交したＬ字パターンを有することを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（５）前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が斜めとされたパターンを有することを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（６）前記第１のマスクによる露光は、ある像コントラストのパターン露光であり、前記第２のマスクによる露光は、第１のマスクによる露光よりも像コントラストが低いパターン露光であることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（７）前記第１のマスクが有する周期パターンのピッチをＰ、露光光の波長をλ、前記第１のマスクを感光基板上に露光転写する際に用いる投影光学系の開口数をＮＡとし、ｋ１＝Ｐ／（λ／ＮＡ）としたとき、
０．５≦ｋ１≦１．０
の関係を満たすことを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（８）前記第１、第２の周期パターンの線幅と線幅同志の間隔との比率は、１：１であることを特徴とする上記（１）に記載の露光方法。
（９）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の露光方法による多重露光モードを有することを特徴とする露光装置。
（１０）上記（１）〜（８）のいずれかに記載の露光方法、または上記（９）に記載の露光装置によって、マスク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することを特徴とするデバイス製造方法。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態においては、周期パターンと通常露光パターンの二重露光を行う場合であって、複数のパターンが同一マスク上にあり、それら複数のパターンを同一条件の露光で作成する場合において、上記した構成の多重露光を行うためのマスクを用いることによって、前述した課題を達成することができる。
【００４１】
すなわち、周期パターンのピッチに関わらず、すべての周期パターンにおいてデューティを等しくすることで、各パターンの最適露光量を揃え良好な合成像を作成出来るだけでなく、すべてのパターン共通の露光量範囲を広げることが出来るのである。デューティが等しいという意味は、ピッチを構成している線幅と間隔の比を等しくするということである。
【００４２】
例えば、前記課題で述べた、通常露光パターンとしてパターン１（ピッチＰ１）とパターン２（ピッチＰ２）の２つのパターンが同一レチクル上に混在する場合においては、図５に示したように、ピッチに関係なく線幅と間隔の比を等しくするのである。
ここで図５の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、複数のパターンが同一マスク上に構成されている場合、そのパターンのピッチにかかわらず、すべてデューティが等しい周期パターンを用いることによって、最適露光量で良好な合成像を得るだけでなく、すべてのパターン共通の露光量範囲を広げることが可能となる。
【００４３】
周期パターンの最適なデューティに関しては、パターンを構成する線幅・周期パターンと通常露光パターンを合成する際の露光量比によって最適値が変化することが分かっている。そのため、実際に露光する条件に合わせて、この周期パターンの線幅比率を決定することが望ましいが、すべてのデューティが等しい周期パターンを用いることに変わりない。また、ここでは、光透過部を線幅とし、光遮光部を間隔と表現したが、光遮光部を線幅とし、光透過部を間隔とした場合でも、本発明の目的、効果はかわらない。
ここで用いる周期パターンは位相が０と１８０度と反転している位相シフトマスクであっても良いし、２つの平面波の干渉によって作成する場合でも同様の効果がある。
【００４４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明するが、その前にこれらの実施例の理解を容易にするために、二重露光手法について、図６の二重露光手法のフローチャートを示しておく。
この図６では、周期パターン露光・通常パターン露光・現像の各ブロックの流れを示しているが、周期パターン露光と通常パターン露光の順序はこの通りであってもその逆でもよく、また複数回の露光段階を含む場合には、もちろん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、精密な位置合わせを行うステップが行われるが、この処理に関する詳細は省略する。
【００４５】
なお、周期パターン露光ではコントラストが高い像が得られ、通常露光パターンではコントラストが低い像が得られるが、以下の各実施例は、波長２４８ｎｍのｋｒＦエキシマステッパーを用い、周期パターン露光・通常パターン露光の二重露光を行う際の周期パターンに工夫を施したものである。
本発明は、以下に説明する各実施例等に何ら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。
【００４６】
［実施例１］
本発明の実施例１は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンはピッチが等しい２つのパターンの場合について、図７を用いて説明する。
この図７は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図７の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００４７】
図７に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは等しく（Ｐ１）、同線幅の微細線を含んだパターンである。
このような、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である露光量範囲を出来る限り広く取るためには、パターンのピッチにかかわらず、図７の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて線幅と間隔の比が等しい（デューティが等しい）周期パターンを用いる。ここでは図７の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ１＝Ｌ２＋Ｓ２）
ここで、両者のパターンともにピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）と等しく、通常露光パターン▲２▼の線幅が、パターン１が１Ｌ、パターン２が１Ｌと２Ｌの場合を例に、図８を用いて効果を説明する。
図８は、二重露光によって作成された合成像において、図７のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。
１）は２つの周期パターンのデューティが異なる場合
２）は２つの周期パターンのデューティが等しい場合
を示している。
【００４８】
具体的な寸法は、
パターン１、パターン２ともにピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合であって、
１）パターン１の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ１：Ｓ１＝１：１）パターン２の周期パターンの線幅が１Ｌ、間隔が２Ｌ（Ｌ２：Ｓ２＝１：２）
２）パターン１の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ１：Ｓ１＝１：１）パターン２の周期パターンの線幅が１．５Ｌ、間隔が１．５Ｌ（Ｌ２：Ｓ２＝１：１）
となっている。
【００４９】
この図８は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
【００５０】
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。図８の２）では、２本の線はぴったり重なっており、両者のパターンの最適露光量が一致している上、露光量と線幅の関係も等しくなっている。
つまり、２つの周期パターンのデューティが等しい場合は、露光量特性が非常に良好であり、すべてのパターンの最適露光量を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化の関係も揃っているため、最も露光量範囲を広げることが出来るのである。
【００５１】
一方、図８の１）のグラフにおける２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり所定の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
また、図８の１）のグラフにおいて、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、破線（パターン１）の傾きの方が急であることから、パターン１の方が露光量変化に対して線幅変化が大きいことが分かる。図８の１）の場合は、パターンごとに露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。
【００５２】
つまり、２つの周期パターンのデューティが異なる場合は、線幅ばらつきの許容範囲を設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなってしまうのである。
仮に、最適露光量が一致するように、基準露光量で２つのパターンの線幅が等しくなるよう、線幅補正を行ったとしても、その露光量からずれたときの線幅変化量がパターンごとに異なっていることから、パターン共通の露光量範囲が狭くなってしまうのである。
【００５３】
上記からも分かるように、光遮光部でパターンを作成する場合であって、パターンのピッチが等しい２つのパターンの場合は、周期パターンのデューティが等しいパターンを用いることによって、基準露光量ですべてのパターンの線幅を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、すべてのパターンに共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００５４】
本実施例１では、すべてのパターンにおいて、デューティＬ：Ｓ＝１：１の場合が最も良好な結果を示したが、デューティは１：１に限定されるものではない。本発明はすべての周期パターンのデューティを等しくすることが重要である。
【００５５】
［実施例２］
本発明の実施例２は、実施例１と同様、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンはピッチが異なるパターンの場合について、図９を用いて説明する。
【００５６】
この図９は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を図９の▲３▼合成パターンとして示している。この図９の▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図９の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００５７】
図９に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっているが、同線幅の微細線（Ｌ）を含んだパターンである。
このような、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を出来るだけ一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である露光量範囲を出来る限り広く取るためには、パターンのピッチにかかわらず、図９の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて線幅と間隔の比が等しい（デューティが等しい）周期パターンを用いる。ここでは図９の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
ここで、パターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌの場合で（Ｌ＝１３０ｎｍ）、通常露光パターン▲２▼の線幅が、パターン１が１Ｌ、パターン２が１Ｌと２Ｌの場合を例に、図１０を用いて効果を説明する。
図１０は、二重露光によって作成された合成像において、図９のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示したものである。図１０の１）及び２）は２つの周期パターンのデューティが異なる場合、図１０の３）は２つの周期パターンのデューティが等しい場合を示している。
具体的には、パターン１のピッチが２Ｌ、パターン２のピッチが３Ｌ（Ｌ＝１３０ｎｍ）の場合であって、
１）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１．５Ｌ：０．５Ｌ＝３：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝１．５Ｌ：１．５Ｌ＝１：１
２）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１Ｌ：１Ｌ＝１：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝２Ｌ：１Ｌ＝２：１
３）パターン１のピッチＰ１が２Ｌ、周期パターンがＬ１：Ｓ１＝１Ｌ：１Ｌ＝１：１
パターン２のピッチＰ２が３Ｌ、周期パターンがＬ２：Ｓ２＝１．５Ｌ：１．５Ｌ＝１：１
の３種類の周期パターンの場合を示している。
【００５８】
この図１０は、パターン２の微細線Ｌが設計線幅（Ｌ＝１３０ｎｍ）になった露光量を基準露光量と設定し、この基準露光量をグラフの中心にし、露光量に対する線幅変化をプロットした。
破線がパターン１、実線がパターン２の変化を示している。
【００５９】
同じ露光量ですべてのパターンを形成するためには、同一露光量のパターン１とパターン２の線幅はどちらも等しくなるべきである。図１０の３）では、２本の線の差は最も小さくなっており、その上２本の線の傾きが最も小さくなっているため、両者のパターンの最適露光量が比較的一致している上、露光量と線幅の関係も等しくなっている。
つまり、２つの周期パターンのデューティが等しい場合は、露光量特性が非常に良好であり、すべてのパターンの最適露光量を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化の関係も揃っているため、最もすべてのパターンに共通な露光量範囲を広げることが出来るのである。
【００６０】
一方、図１０の１）及び２）のグラフにおける２本の線は大きく離れていることから、同露光量ではパターン１とパターン２の線幅が異なる、つまり所定の線幅になる最適露光量がずれていることが分かる。
また、図１０の１）及び２）のグラフにおいて、実線と破線のグラフの傾きを比較すると、図１０の１）では実線（パターン２）の傾きの方が急であり、図１０の２）では破線（パターン１）の傾きの方が急である。このように、図１０の１）及び２）の場合は、パターンごとに露光量変化に対する線幅変化が異なっているのである。
【００６１】
つまり、２つの周期パターンのデューティが異なる場合は、線幅ばらつきの許容範囲を設計線幅の１０％以内とした場合、パターンごとに最適露光量とその許容領域が異なるため、２つのパターンに共通な露光量範囲が非常に狭くなってしまうのである。
仮に、最適露光量が一致するように、基準露光量で２つのパターンの線幅が等しくなるよう、線幅補正を行ったとしても、その露光量からずれたときの線幅変化量がパターンごとに異なっていることから、パターン共通の露光量範囲が狭くなってしまうのである。
【００６２】
上記からも分かるように、光遮光部でパターンを作成する場合であって、パターンのピッチが等しい２つのパターンの場合は、周期パターンのデューティが等しいパターンを用いることによって、基準露光量ですべてのパターンの線幅を一致できるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、すべてのパターンに共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００６３】
ここでは、すべてのパターンにおいて、デューティＬ：Ｓ＝１：１の場合のみについて説明したが、デューティは１：１に限ったことではなく、すべての周期パターンのデューティを等しくすることが重要である。最適なデューティに関しては、パターンを構成する線幅・周期パターンと通常露光パターンを合成する際の露光量比などによって最適値が変化することが分かっている。そのため、実際に露光する条件に合わせて、この周期パターンの線幅比率を決定することが望ましい。基本的には、光遮光部でパターンを形成する場合は、光透過部の線幅が広いほどコントラストが高くなる。
実施例１と実施例２から、ピッチが同じでも異なる場合でも、ピッチには関係なく、デューティが等しい周期パターンをすべてのパターンについて用いることが最も有効であることが分かる。
【００６４】
［実施例３］
本発明の実施例３は、実施例１と同様に通常露光パターンはピッチが等しい２つのパターンの場合で、光透過部でパターンを作成する場合について、図１１を用いて説明する。
この図１１は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この図１１の▲１▼及び▲２▼の２つのパターンを合成することによって、最終的には図１１の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
図１１に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは等しく、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
【００６５】
このような、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、通常露光パターンの線幅によらず、図１１の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、（デューティが等しい）周期パターンを用いる必要があるのである。ここでは図１１の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチはＰ１・周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光透過部でパターンを形成する場合で、ピッチが等しい複数のパターンが同一マスク上に存在する場合、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００６６】
［実施例４］
本発明の実施例４は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンにおいて、ピッチが異なる２種類のパターンが同一マスク上にあり、かつ微細線の方向が混在しているパターンの場合について、図１２を用いて説明する。
この図１２は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する▲１▼周期パターンと図１２の▲２▼の通常露光パターンを示している。この図１２の▲１▼及び▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１２の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００６７】
図１２に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっており、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１２の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、２つのパターンの周期方向は直交している。ただし、この周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００６８】
つまり、ピッチが等しい２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１２の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの光遮光部Ｌ１と光透過部Ｓ１の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させる。ここでは図１２の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１としたとき、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、微細線の方向も異なる複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
本実施例では、２つのパターンのピッチが異なっていたが、勿論ピッチが同じ場合でも同様に、デューティの等しい周期パターンを用いることが必要になる。
【００６９】
［実施例５］
本発明の実施例５は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンの微細線の方向が直交したＬ字パターンを含んだ場合について、図１３を用いて説明する。
この図１３は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターンを示している。この図１３の▲１▼及び▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１３の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７０】
図１３に示した通常露光パターンのパターン１とパターン２のピッチは異なっており、パターン１は１種類の微細線、パターン２は微細線を含んだ２種類の線幅で構成されたパターンである。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１３の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、パターン１の周期パターンはＬ字になり、周期方向が直交している。ただし、この場合でも周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００７１】
つまり、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１３の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させる。ここでは図１３の通り、パターン１のピッチをＰ１・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、パターン２のピッチをＰ２・周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１としたとき、次式の関係を満たすように構成する。Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、微細線の方向も異なるＬ字パターンを含む複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
図１４のように、コンタクトホール部が接続されている場合でも同様の効果があるといえる。
【００７２】
［実施例６］
本発明の実施例６は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンの微細線の方向が斜めのパターンを含んだ場合について、図１５を用いて説明する。
この図１５は、二重露光により合成パターンを得るために、実際に使用する図１５の▲１▼周期パターンと図１５の▲２▼通常露光パターンを示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１５の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７３】
図１５に示した通常露光パターンにおいて、２つの方向に伸びる微細線のピッチは異なっている。図１５に示したように、方向１のピッチをＰ１、周期パターンの線幅をＬ１・間隔をＳ１とし、方向２のピッチをＰ２、周期パターンの線幅をＬ２・間隔をＳ２としている。
微細線を解像するために用いる周期パターン図１５の▲１▼は、微細線の方向に合わせるため、周期パターンは斜め方向を含んでいる。ただし、この場合でも周期パターンの線幅は、実施例２と同様に考えることが出来る。
【００７４】
つまり、ピッチが異なる２種類の方向を持つパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１５の▲１▼に示したように、光遮光部と光透過部の線幅比率関係が等しい、つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。ただし、周期の方向は微細線の方向と一致させ、次式の関係を満たすように構成する。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光遮光部でパターンを形成する場合で、ピッチが異なり、斜め方向の微細線を持つパターンを含む複数のパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
勿論このパターンにコンタクトホール部が接続されている場合でも同様の効果があるといえる。
【００７５】
［実施例７］
本発明の実施例７は、光遮光部でパターンを作成する場合であって、通常露光パターンが周期パターンのピッチの整数倍である場合について、図１６を用いて説明する。
この図１６は、実際に使用する▲１▼周期パターンと▲２▼通常露光パターン、それらを二重露光する位置関係を▲３▼合成パターンとして示している。この▲１▼▲２▼２つのパターンを合成することによって、最終的には図１６の▲２▼の通常露光パターンと同じ形のパターンを得ることが目的である。
【００７６】
図１６に示したように、パターン１とパターン２のピッチは異なっている。周期パターン▲１▼におけるパターン１のピッチはＰ１で、パターン２の周期パターンのピッチはＰ２で、通常露光パターンのピッチがＰ２の２倍になっている。このように、通常露光パターンと周期パターンのピッチが整数倍の関係になっているパターンを含んだ場合でも、同じ関係が成り立つのである。
【００７７】
つまり、ピッチが異なる２種類のパターンの最適露光量を一致させ、露光量変化に対する線幅変化が基準内である、パターンに共通な露光量範囲を出来る限り広く取るためには、図１６の▲１▼に示したように、すべてのパターンにおいて周期パターンの線幅と間隔の比が等しい、次式の関係を満たすように構成する。つまりデューティが等しい周期パターンを用いる必要があるのである。
Ｌ１：Ｓ１＝Ｌ２：Ｓ２（Ｐ１＝Ｌ１＋Ｓ１ Ｐ２＝Ｌ２＋Ｓ２）
このように、光透過部でパターンを形成する場合で、互いにピッチが異なり、通常露光パターンと周期パターンのピッチの関係が整数倍であるパターンが同一マスク上に存在する場合でも、デューティの等しい周期パターンを用いることによって、基準露光量でのパターンごとの線幅差を出来るだけ小さくできるだけでなく、露光量に対する線幅変化をすべてのパターンで一致させることが出来、共通な露光量範囲を最も向上することが出来るのである。
【００７８】
以上をまとめると、通常露光パターンと周期パターンの２重露光を行う露光方法において、
前記周期パターンのピッチにかかわらず、周期パターンの線幅と間隔の比である“デューティの等しい”周期パターンを用いることによって、すべてのパターンの最適露光量を一致させ、かつ露光量に対する線幅変化を揃えることができ、すべてのパターンに共通な露光量範囲を広く取ることを可能とするものである。そして、通常露光パターンが、複数の線幅で構成された場合であっても、同一マスク上に線幅の異なるパターンが離れて存在する場合でも、方向が混在している場合であっても、デューティの等しい周期パターンを用いることで、上記した本発明の課題を達成することができる。
【００７９】
つぎに、上記した各実施例におけるマスクを用いた高解像度露光装置について説明する。
図１７は、上記した各実施例を適用し得る周期パターンの２光束干渉用露光と通常の投影露光の双方が行える高解像度露光装置を示す概略図である。
図１７において、２２１はＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ、２２２は照明光学系、２２３はマスク（レチクル）、２２４はマスクステージ、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、通常のレチクルと前述したレベンソン型位相シフトマスク（レチクル）又はエッジシフタ型マスク（レチクル）又は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）の一方を選択的に供給するために設けてある。
【００８０】
図１７の２２９は２光束干渉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。
図１７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。
【００８１】
図１７の装置の照明光学系２２２は小σの部分的コヒーレント照明と大σの部分的コヒーレント照明とを切り換え可能に構成してあり、小σの照明の場合には、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、大σ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（２）の照明光を所望のレチクルに供給する。大σの部分的コヒーレント照明から小σの部分的コヒーレント照明との切り換えは、通常光学系２２２のフライアイレンズの直後におかれる開口絞りを、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良い。
さらに、図２１に示されるような構成のＸ線露光装置を用いて、本実施例の方法によって露光を行うことも可能である。
【００８２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、上記のように構成することで、パターン間の最適露光量を一致させ、かつ露光量に対する線幅変化を揃えることができ、パターンに共通な露光量範囲を広く取ることが可能となる多重露光を行うための露光方法、露光装置、およびデバイス製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】二重露光のパターン配置（ポジレジストの場合）を示す図。
【図２】ネガレジストを用いてパターンを作成する場合における課題を説明するための図。
【図３】ポジレジストを用いてパターンを作成する場合における課題を説明するための図。
【図４】図２及び図３のＡ断面に関する露光量とＡ断面の線幅の関係を示す図。
【図５】ピッチに関係なく線幅と間隔の比を等しくした最適パターンの配置例を示す図。
【図６】二重露光のフローチャート図。
【図７】本発明の実施例１におけるパターンの作成を説明するための図。
【図８】本発明の実施例１における露光量と線幅の関係を示す図
【図９】本発明の実施例２におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１０】実施例２における露光量と線幅の関係を示す。
【図１１】本発明の実施例３におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１２】本発明の実施例４におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１３】本発明の実施例５におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１４】本発明の実施例５におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１５】本発明の実施例６におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１６】本発明の実施例７におけるパターンの作成を説明するための図。
【図１７】二重露光を行う高解像度露光装置の概略図。
【図１８】二重露光の原理を説明するための図。
【図１９】二重露光の原理を説明するための図。
【図２０】従来の投影露光装置の模式図。
【図２１】Ｘ線露光装置の概略図。
【符号の説明】
１９１：遠紫外線露光用光源
１９２：照明光学系
１９３：照明光
１９４：マスク
１９５：物体側露光光
１９６：光学系
１９７：像側露光光
１９８：基板
１９９：基板ステージ
２２１：ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザ
２２２：照明光学系
２２３：マスク
２２４：マスクステージ
２２５：マスクチェンジャ
２２７：撮影光学系
２２８：ウエハ
２２９：ステージ
２３０：ブロック
Claims (10)
- 被露光基板上に、第１の微細線群と第２の微細線群とを露光する露光方法において、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第１の周期パターンと、前記第２の微細線群に含まれる周期パターンを露光するための第２の周期パターンとを有する第１のマスクを用いて前記基板を露光する段階と、
前記第１の微細線群と相似又は類似したパターンと、前記第２の微細線群と相似又は類似したパターンとを有する第２のマスクを用いて前記基板を露光する段階とを有し、
前記第１の微細線群に含まれる周期パターンと前記第２微細線群に含まれる周期パターンとは、線幅が互いに同じで、ピッチが互いに異なり、
前記第１の周期パターンと前記第２の周期パターンとは、線幅と線幅同志の間隔との比率が互いに等しいことを特徴とする露光方法。 - 前記第１の微細線群が、複数の線幅で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第１の微細線群の周期パターンと前記第２の微細線群の周期パターンとは、周期の方向が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が直交したＬ字パターンを有することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第１の微細線群の周期パターンは、周期の方向が斜めとされたパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第１のマスクによる露光は、ある像コントラストのパターン露光であり、前記第２のマスクによる露光は、第１のマスクによる露光よりも像コントラストが低いパターン露光であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 前記第１のマスクが有する周期パターンのピッチをＰ、露光光の波長をλ、前記第１のマスクを感光基板上に露光転写する際に用いる投影光学系の開口数をＮＡとし、ｋ１＝Ｐ／（λ／ＮＡ）としたとき、
０．５≦ｋ１≦１．０
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。 - 前記第１、第２の周期パターンの線幅と線幅同志の間隔との比率は、１：１であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光方法による多重露光モードを有することを特徴とする露光装置。
- 請求項１〜８のいずれか１項に記載の露光方法、または請求項９に記載の露光装置によって、マスク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することを特徴とするデバイス製造方法。
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