JP4465644B2 - Transfer method and device manufacturing method - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は、例えば半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、又は液晶表示素子等の電子デバイスの微細パターンを形成するためのリソグラフィ工程中で、マスクパターンの像をウエハ等の基板上に転写する際に使用される転写方法、及び露光装置に関する。
背景技術
従来より半導体集積回路等の微細パターンは、投影露光装置（ステッパー等）を用いて、マスクとしてのレチクル上に描画された原版パターンの像を感光膜としてのフォトレジストが塗布されたウエハ等の基板上に投影露光した後、現像によってポジレジストであれば感光部分の膜を除去してから、所定の加工工程を経ることによって形成されている。その半導体集積回路等のパターンの微細化、即ち集積度向上のためには、投影露光装置に備えられている投影光学系の解像度の向上が必要である。
投影光学系の解像度は、照明光（露光光）の波長をλ、開口数をＮＡとして、一般にλ／ＮＡに比例する。現在主流となっている露光波長λは、ＫｒＦエキシマレーザ光の２４８ｎｍであるが、今後はＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）の使用も検討されている。ただし、これ以上短波長化すると、投影光学系を構成するレンズとして使用できる適当な硝材が無いことから、屈折系を用いて投影光学系を構成するのは困難となる。一方、現在の投影光学系の開口数ＮＡは、０．７程度に大きくなっているため、開口数ＮＡの更なる向上は望めなくなっている。
また、実際の微細パターンの転写に際しては焦点深度（ＤＯＦ）も重要であるが、焦点深度は、露光波長λの短波長化及び開口数ＮＡの向上の何れによっても減少してしまう。焦点深度は、転写するパターンの種類によっても異なるが、パターンが比較的近接して並ぶ密集パターン（周期パターン）の場合には、日本国特開平４−１０１１４８号公報、及び対応する米国特許第５６３８２１１号、日本国特開平５−２０６００７号公報及び対応する米国特許第５７１９７０４号に開示されているように、照明光学系中のレチクルパターンに対する光学的なフーリエ変換面において、照明光の光量分布の形状を制御する、即ち照明光のレチクルへの入射角を制御する変形照明を行うことによって、その解像度及び焦点深度を大幅に向上させることができる。
これに対して、孤立線と呼ばれ、他のパターンに対して比較的孤立的に配置される微小線幅の線状パターン（細線パターン）は、特に焦点深度の得にくいパターンである。そして、半導体集積回路及び液晶表示素子等の電子デバイスにおいては、そのデバイスの性能を決定するゲートパターンと呼ばれるパターンが、孤立線を含んでいる。
孤立線に対して、解像度及び焦点深度を向上させる技術としては、例えば日本国特開平４−２６８７１４号公報及び対応する米国特許第５３５７３１１号に開示されているように、孤立線の両端に補助パターンを付加し、更に変形照明（輪帯照明を含む）を併用する方法（以下「補助パターン法」と呼ぶ）がある。この方法により孤立線の結像特性を或る程度改善することはできる。更には、日本国特開平４−２７３４２７号公報に開示されている如く、孤立線を、孤立線と周期パターンとの合成露光（多重露光）によって形成する方法（以下「合成露光法」と呼ぶ）も提案されている。この方法においても、周期パターンの露光に際しては変形照明を使用することで解像度及び焦点深度を向上させており、総合的に、孤立線の像の解像度や焦点深度が大幅に向上している。
上記の如く従来より、ゲートパターン等に含まれる孤立線の像の解像度や焦点深度を向上させるための方法が提案されている。しかしながら、前者の補助パターン法では、孤立線の像の解像度、及び焦点深度の向上が十分ではない場合があった。また、後者の合成露光法は、従来要求されている結像特性に対してはほぼ対応できていたが、今後一層微細化する回路パターンの露光を高精度に行う上では、次のような問題点がある。
その一つは、実際のゲートパターンは単なる孤立線ではなく、孤立線のどちらかの端部又は両方の端部に、配線パターンとの接続のための幅の広い重ね合わせ用パターンを有しているため、特に今後一層微細化するゲートパターンを孤立線と周期パターンとに分解することが容易でないことである。
もう一つの問題点として、合成される２種類のパターンの一方の周期パターンの露光に際しては、解像度及び焦点深度の一層の向上のために変形照明を使用しているが、その際に上記の照明光学系中の光学的フーリエ変換面における照明光束を、できるだけ光軸から離れた小さな領域に制限する必要のあることが挙げられる。このようにその照明光学系中のフーリエ変換面で、照明光束が小さく絞られていると、それに応じて投影光学系中での光束の広がりも小さくなり、その結果、投影光学系が露光光束により局所的に加熱されて、局所的な熱膨張や屈折率変化が生じ、投影光学系の結像特性が次第に微妙に劣化してしまう。
本発明は斯かる点に鑑み、ゲートパターンのように線状パターンとこの端部の幅の広いパターンとからなるような回路パターンの像を高精度にウエハ等の基板上に転写できる転写方法を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、孤立線のようなパターンの像を高精度に基板上に転写できる転写方法を提供することを第２の目的とする。
更に本発明は、照明条件の一部に変形照明を用いるような場合に、投影光学系の結像特性の劣化を抑制することができる転写方法を提供することを第３の目的とする。
更に本発明は、そのような転写方法を使用できる露光装置、この露光装置の効率的な製造方法、及びそのような転写方法を使用して高精度にデバイスを製造できるデバイスの製造方法を提供することをも目的とする。
発明の開示
本発明による第１の転写方法は、所定の線状パターン（Ｐ１ａ）を含む所定形状のパターン（Ｐ１）の像をその投影光学系を介して基板（１６）上に転写する転写方法であって、その所定形状のパターンに対応する部分（Ａ１）が減光部とされ、その他の部分（３５）が透過部とされた第１のマスクパターン（９Ａ）と、その線状パターンに対応する部分（Ｐ１ａ’）に接するように、それぞれその線状パターンと実質的に同程度の線幅を有する複数個の透過パターン（Ｂ１）がその線状パターンの幅方向に周期的に配列され、かつ、少なくともその線状パターンに対応する部分の近傍のその透過パターン以外の領域が減光部（３２）とされた第２のマスクパターン（９Ｂ）とを用い、それら２つのマスクパターンの像をその投影光学系を介してその基板上に順次互いに位置合わせして転写すると共に、その第２のマスクパターンの像を露光する際の照明条件を、照明光学系の露光対象のパターンに対する光学的フーリエ変換面（５）での強度分布が、光軸近傍よりもこの外側の領域で強い変形照明とするものである。
斯かる本発明において、変形照明を用いることによって、それ以外の照明のもとでの解像限界よりも微細な周期パターンの像を深い焦点深度で高精度に投影できるため、その所定形状のパターンを第１及び第２のマスクパターンに分割するに際して、第２のマスクパターンにはその線状パターンの近傍に相当する位置にのみ周期的に配置される透過パターン（Ｂ１）を形成し、その他の部分は減光部とした。
その結果、第１のマスクパターンの形状は、転写すべき所定形状のパターンと実質的に同一で良く、新たに作成するパターンデータは殆ど無い。一方、第２のマスクパターンは、線状パターンの周囲にのみ配置すれば良く、全体としてパターンデータの作成量は僅かで済む。更に、その所定形状のパターンがゲートパターンである場合、その第２のマスクパターンには、線状パターンの端部の重ね合わせ用パターンのような幅の広いパターンは形成する必要がなく、実質的に容易にゲートパターンが孤立線と周期パターンとに分解されたことになる。
また、第２のマスクパターンに含まれる透過パターンは、線状パターンの周囲の微少な周期パターン部のみであり、パターン全体の透過率（透過パターンの占める割合）は低くなるため、第２のマスクパターンを使用して変形照明を行う際に、投影光学系中を透過する光量は少なくなる。このため、変形照明によって投影光学系中で局所的に結像光束が集中しても、光学系が局所的に加熱されて変形する恐れはなくなり、高解像度の変形照明を安定して使用することが可能になる。
また、その第２のマスクパターンを転写するときの露光量を、その第１のマスクパターンを転写するときの露光量よりも大きく設定することが望ましい。
次に、本発明による第２の転写方法は、投影光学系を介して孤立的な線状パターンの像を基板上に転写する転写方法において、その線状パターンを減光部とした孤立的な第１パターン（Ａ１）と、複数の透過パターンからなる周期的な第２パターン（Ｂ１）とをそれぞれ照明光で照明し、その基板上でその第１パターンの減光部と、その複数の透過パターンに挟まれる１つの減光部とが重なるように、その第１及び第２パターンを用いてその基板を多重露光するものである。
この発明によれば、周期的な第２パターンの転写によってその孤立的な線状パターンの最終的な線幅が正確に規定され、不要な周期的パターンは第１パターンの転写によって覆われるため、孤立的な線状パターンを高精度に転写できる。
また、その第１パターンを転写するときの露光量とその第２パターンを転写するときの露光量とを異ならせることが望ましい。
また、その第１パターンの線幅は前記線状パターンの線幅のほぼ１倍〜２倍であり、その第２パターンの線幅は前記線状パターンの線幅と同程度であることが望ましい。
次に、本発明による第３の転写方法は、投影光学系を介して孤立的な線状パターンの像を基板上に転写する転写方法において、その線状パターンと実質的に同一形状の第１パターン（Ａ１）と、その線状パターンと実質的に同一線幅の直線部を含む周期的な第２パターン（Ｂ１）とをそれぞれ照明光で照射し、その基板上でその第１パターンとその第２パターンの直線部とが重なるように、その第１及び第２パターンを用いてその基板を多重露光するものである。斯かる本発明の第３の転写方法によれば、本発明の第２の転写方法と同様に、孤立的な線状パターンを高精度に転写できる。
また、その第１パターンを転写するときその基板の露光条件と、その第２パターンを転写するときのその基板の露光条件とを異ならせることが望ましい。
また、その露光条件は、その第１及び第２パターンにそれぞれその照明光を照射する照明光学系内の、そのパターンに対する光学的なフーリエ変換面上でのその照明光の強度分布を含み、その第２パターンを用いてその基板を露光するとき、その照明光学系の光学軸を含む領域よりもその外側でその照明光の強度分布を高めることが望ましい。
また、その露光条件は、その基板の露光量を含むことが望ましい。
また、その第２パターンは、その照明光の位相をほぼ１８０°シフトさせる透過部を含み、その透過部は、その照明光を減光する半透明部であることが望ましい。
また、その線状パターンは少なくとも一端での線幅が中心部よりも太くなっていることが望ましい。そして、その線状パターンは、一例としてゲート電極パターンである。
上記の各発明において、その線状パターンの線幅は、一例として投影光学系の実質的に解像限界程度の線幅である。このような線状パターンとは、一例としてマスクパターンに対する光学的フーリエ変換面において光軸を中心としたほぼ円形の領域を通過する照明光を用いる照明条件（通常照明）で照明したときに、その理想的な投影像の幅がその投影光学系の理論的な解像限界の１／２〜５倍程度であるパターンを言う。
次に、本発明による露光装置は、所定のマスクを照明する照明光学系（１〜４，６Ａ，６Ｂ，７）と、そのマスクのパターンの像を基板上に転写する投影光学系（１４）と、を有する露光装置において、その照明光学系の照明条件を、露光対象のパターンの光学的フーリエ変換面（５）での強度分布が、光軸近傍よりもこの外側の領域で強い変形照明と、それ以外の照明との何れかに切り換える照明条件制御系（２３，４２，４３）と、そのマスクのパターンとして複数のマスクパターン（９Ａ，９Ｂ）の内の何れかを選択するパターン選択装置（１１〜１３）と、このパターン選択装置で順次選択される複数のマスクパターンの相互の位置合わせを行うアライメント系（８Ａ，８Ｂ，２５）と、そのパターン選択装置によって選択されたパターンに応じて、その照明条件制御系を介してその照明条件を切り換えて多重露光を行う露光制御系（２７）と、を有するものである。この露光装置によって、本発明の第１及び第２の転写方法が実施できる。
次に、本発明による露光装置の製造方法は、所定のマスクを照明する照明光学系（１〜４，６Ａ，６Ｂ，７）と、そのマスクのパターンの像を基板上に転写する投影光学系（１４）と、その照明光学系の照明条件を、露光対象のパターンの光学的フーリエ変換面（５）での強度分布が、光軸近傍よりもこの外側の領域で強い変形照明と、それ以外の照明との何れかに切り換える照明条件制御系（２３，４２，４３）と、そのマスクのパターンとして複数のマスクパターン（９Ａ，９Ｂ）の内の何れかを選択するパターン選択装置（１１〜１３）と、このパターン選択装置で順次選択される複数のマスクパターンの相互の位置合わせを行うアライメント系（８Ａ，８Ｂ，２５）と、そのパターン選択装置によって選択されたパターンに応じて、その照明条件制御系を介してその照明条件を切り換えて多重露光を行う露光制御系（２７）と、を所定の位置関係で組み上げるものである。
また、本発明によるデバイスの製造方法は、或るレイヤにおいて、使用される露光装置の投影光学系（１４）の投影像の実質的に解像限界程度の線幅を有するパターンを含む所定形状の回路パターンが形成されるデバイスの製造方法であって、本発明による露光方法を用いてその露光装置でそのレイヤへの露光を行うものである。これによって、その投影光学系の解像限界程度の線幅のパターンを高精度に形成できる。また、例えばその線状パターンは、電界効果型トランジスターのゲート電極パターンである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の好適な実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
図１は、本例で使用される投影露光装置を示し、この図１において、露光光源１を発した露光光としての照明光ＩＬ０は、リレー光学系２によってビーム形状を整えられた後、照明光ＩＬ１としてミラー３に反射されて照度分布整形光学系４に入射する。露光光源１としては、本例ではＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されているが、それ以外にＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、Ｆ２レーザ（波長１５７ｎｍ）、Ａｒ２レーザ（波長１２６ｎｍ）、又はＹＡＧレーザの高調波発生装置等も使用できる。
本例の照度分布整形光学系４は、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ４１と、この射出面５に回転自在に配置されると共に、回転軸を中心として複数の開口絞り（以下「σ絞り」と呼ぶ）が配置された回転板４２と、この回転板４２を回転させる駆動モータ４３と、を備えている。フライアイレンズ４１の射出面５は、露光対象のマスクとしてのレチクルのパターン面に対して光学的なフーリエ変換の関係にあり、回転板４２を回転して所望のσ絞りの中心が照明光学系の光軸ＡＸ１に合致するように、そのσ絞りを射出面５に設置することによって、所望の照明条件を設定できる。
回転板４２には、図５（Ａ）〜（Ｅ）に示すようにそれぞれ射出面５に設置した状態で、遮光板中に光軸ＡＸ１を中心として等角度間隔で形成された４個の円形開口４４ａ〜４４ｄを有するσ絞り４４、光軸ＡＸ１を中心とした円形の開口４５ａを有するσ絞り４５、光軸ＡＸ１を所定方向に挟むように形成された２つの小さい円形の開口４６ａ，４６ｂを有するσ絞り４６、及びそのσ絞り４６を９０°回転した形状の開口４７ａ，４７ｂを有するσ絞り４７が配置されている。図５（Ａ）は図５（Ｂ）のＡＡ線に沿う断面図である。これらのσ絞り４４〜４７の各開口の位置によって、露光対象のレチクルパターンの光学的なフーリエ変換面を通過する際の照明光の強度分布、即ち照明条件が規定されて、レチクルパターンに入射する照明光の入射角、及び方向の分布が規定される。σ絞り４４，４６，４７はそれぞれ、その光学的なフーリエ変換面において、照明光が光軸ＡＸ１を含まない領域を通過する照明条件である変形照明を行うためのσ絞りである。
図１に戻り、装置全体の動作を統轄制御する主制御系２７には、露光対象のレチクルパターンの周期方向や微細度に応じて、σ絞り４４〜４７中の最適なσ絞りの情報がテーブルとして記憶されている。そこで、露光前に主制御系２７は、露光対象のレチクルパターンに最適なσ絞りの情報を露光制御系２３に供給し、露光制御系２３は、駆動モータ４３を介して最適なσ絞りをフライアイレンズ４１の射出面５に設定する。また、露光制御系２３は、露光光源１の発光状態の制御も行う。なお、種々のレチクルパターンに対して最適なσ絞りの形状については、例えば日木国特開平４−１０１１４８号公報、米国特許第５６３８２１１号、及び米国特許第５３３５０４４号に詳細に述べられており、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
照度分布整形光学系４から射出された照明光ＩＬ２は、コンデンサレンズ系６Ａ、ミラー７、及びコンデンサレンズ６Ｂを経て、図１の状態ではマスクとしての第１のレチクル９Ａのパターン面の照明領域を照明する。その照明光ＩＬ２のもとで、レチクル９Ａのパターンの像が投影光学系１４を介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（ｗａｆｅｒ）１６の表面に投影露光される。なお、コンデンサレンズ系６Ａには、実際には照明領域を規定する視野絞り（レチクルブラインド）等も含まれている。また、フライアイレンズ４１の射出面５は、コンデンサレンズ系６Ａ、ミラー７及びコンデンサレンズ６Ｂよりなる光学系に関して、露光対象のレチクルのパターン面の光学的なフーリエ変換面となっている。また、投影光学系１４内のレチクル９Ａのパターン面に対する光学的なフーリエ変換面（瞳面）には、開口絞り１５が配置されている。
レチクル９Ａは、レチクルステージ１１上のレチクルホルダ１０Ａ，１０Ｂ上に吸着保持されている。後述のように本例では、ウエハ１６への所定のパターン像の露光を、複数のレチクルパターンの合成露光（多重露光）により行う。そこで、レチクルステージ１１上のレチクル９Ａに近接した領域に、レチクルホルダ１０Ｂ，１０Ｃを介して第２のレチクル９Ｂが吸着保持され、これらのレチクルを交換しつつ露光を行うことが可能となっている。以下、投影光学系１４の光軸ＡＸ２に垂直な平面内で、図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
まず、レチクルステージ１１上にレチクル９Ａ，９ＢはＸ方向に近接して載置されている。そして、レチクルステージ１１は、レチクルベース１２上に、Ｘ方向に長いストロークで移動できると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に所定範囲で位置決め自在に載置されている。レチクルステージ１１の２次元的な位置は、移動鏡１３ｍ及びこれに対向して配置されたレーザ干渉計１３によって計測され、この計測値、及び主制御系２７からの制御情報に基づいてレチクルステージ駆動系２１がレチクルステージ１１の動作を制御する。
また、コンデンサレンズ６Ｂの周辺部の下方に１対のレチクルアライメント顕微鏡（以下「ＲＡ顕微鏡」という）８Ａ，８Ｂが設置され、ＲＡ顕微鏡８Ａ，８Ｂの撮像信号がアライメント信号処理系２６に供給されている。レチクルアライメント時に、ＲＡ顕微鏡８Ａ，８Ｂはそれぞれレチクル９Ａ（又はレチクル９Ｂ）のアライメントマーク、及びこれに対応するウエハステージ側の基準マークの像を撮像し、アライメント信号処理系２６ではそれら２対のマークの位置ずれ量を算出して主制御系２７に供給する。主制御系２７は、例えばそれらの位置ずれ量が対称に最小になるようにレチクルステージ１１を位置決めすることで、両レチクル９Ａ，９Ｂのパターン像を所定の位置関係を維持して、高精度に位置合わせすることができる。ただし、本例ではレチクル９Ａ，９Ｂの交換を行う際にも、レチクルステージ１１の位置（Ｘ座標を含む）はレーザ干渉計１３によって高精度に計測されているため、上記のレチクルアライメントは、これらのレチクル９Ａ，９Ｂを不図示のレチクルローダ系よりレチクルステージ１１上にロードした際に１度だけ行えば良く、それ以後にレチクル９Ａ，９Ｂを交換して露光を行う際には、レーザ干渉計１３の計測値に基づいてレチクルステージ１１を位置決めするだけでも良い。
一方、ウエハ１６は、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ１７上に保持され、ウエハステージ１７は、定盤１８上でＸ方向、Ｙ方向にウエハ１６をステップ移動すると共に、不図示のオートフォーカスセンサの計測値に基づいて、ウエハ１６の表面のフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角をオートフォーカス方式で投影光学系１４の像面に合わせ込む。ウエハステージ１７の２次元的な位置は、移動鏡１９ｍ及びレーザ干渉計１９によって計測され、この計測値、及び主制御系２７からの制御情報に基づいてウエハステージ駆動系２２がウエハステージ１７の動作を制御する。露光時には、ウエハ１６上の一つのショット領域へのレチクルパターン像の露光（又は二重露光）が終わると、ウエハステージ１７のステップ移動によって次のショット領域が露光位置に移動して露光を行うという動作がステップ・アンド・リピート方式で繰り返される。このように本例の投影露光装置は、ステッパー型（一括露光型）であるが、投影露光装置としてステップ・アンド・スキャン方式のような走査露光型を使用する場合にも本発明が適用できるのは言うまでも無い。
また、ウエハ１６の各ショット領域への重ね合わせ露光時のアライメントを行うために、オフ・アクシス方式で画像処理型のアライメントセンサ２５が備えられ、アライメントセンサ２５の撮像信号もアライメント信号処理系２６に供給されている。ウエハステージ１７上にはＲＡ顕微鏡８Ａ，８Ｂを介してレチクルアライメントを行う際に使用される基準マーク、及びアライメントセンサ２５用の基準マークが形成された基準マーク部材２０も設置されている。
次に、本例の投影露光装置を用いて所定のパターンの像を露光する際の動作の一例につき説明する。本例では、ウエハ１６上の各ショット領域に対して２つのレチクルを交換しつつ二重露光を行うが、始めに第１のレチクル９Ａを用いてウエハ１６上の全ショット領域を露光し、続いてレチクルを第２のレチクル９Ｂに交換して、再びウエハ１６上の全ショット領域を露光するシーケンスを採用した方が、各ショット領域毎にレチクル９Ａ，９Ｂを交換して露光を行うよりもスループットが高い。そこで、以下では各レチクル毎にウエハの全部のショット領域への露光を連続して行う動作について説明する。
図２は、本例でウエハの各ショット領域に形成する電子デバイスの或るレイヤの回路パターン３１を部分的に拡大した図を示し、この図２において、幅ｄＹ１でＸ方向に細長く伸びた細線パターンＰ１ａの両端部に、それより広い幅ｄＹ２（ｄＹ２はｄＹ１のほぼ１．５倍程度）の重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ１ｄを配置した形の第１のゲートパターンＰ１が形成されている。同様に、幅ｄＸ１でＹ方向に細長く伸びた細線パターンＰ２ａの端部に、それより広い幅ｄＸ２（ｄＸ２はｄＸ１のほぼ１．５倍程度）の重ね合わせ用パターンＰ２ｃを配置した形の第２のゲートパターンＰ２と、それぞれＹ方向に伸びた幅ｄＸ１の細線パターンＰ３ａ，Ｐ３ｂの反対側の端部に、それより広い幅ｄＸ２の重ね合わせ用パターンＰ３ｃ，Ｐ３ｄを配置した形のゲートパターンＰ３Ａ，Ｐ３Ｂを中心間隔ｅＸ１（本例ではｅＸ１＝２・ｄＸ１）で配置した第３のゲートパターンＰ３とが形成されている。この場合、ｄＸ１＝ｄＹ１となっている。
それらの孤立線的な細線パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの幅ｄＹ１（即ちｄＸ１）は、変形照明を用いない場合の本例の投影光学系１４の解像限界程度の幅、又はこの解像限界より僅かに細い幅であり、細線パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂが本発明の線状パターンに対応している。即ち、露光波長をλ、投影光学系１４の開口数をＮＡとすると、変形照明を用いない場合の投影光学系１４の解像限界は、所定のプロセス係数ｋ１を用いてほぼｋ１・λ／ＮＡであり、幅ｄＹ１（ｄＸ１）はｋ１・λ／ＮＡ程度、又はこれより僅かに細い程度である。一方、重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ２ｃ等の幅ｄＹ２（即ちｄＸ２）は、その解像限界ｋ１・λ／ＮＡよりも１．５倍程度は太く設定されている。
ゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の細線パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの部分は、例えば電界効果型トランジスタのゲート電極となるパターンであり、ウエハの各ショット領域の当該レイヤ上にそれらのゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３を残しパターン（その部分にのみ金属膜等の膜が残るパターン）として形成する必要がある。実際のデバイスにはこのようなゲートパターンが数千万個以上形成されている場合があるが、このゲート電極が細く、且つデバイスの全箇所で、その線幅が一定しているほど、その電子デバイスを高速に動作させることができる。
このようなゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３の形成には、これと相似形状の拡大された遮光パターン（原版パターン）を有するレチクルを作成し、その縮小像を投影露光装置でウエハ上に転写露光すればよいが、変形照明を用いない露光方法では、そのｋ１・λ／ＮＡ程度の解像限界より細いパターン像を高精度に、かつ適正な焦点深度を維持して露光することは困難である。そこで、本例では図２の回路パターン３１を図１の投影光学系１４の投影倍率βの逆数（１／β）倍で拡大した原版パターンより、２つのレチクルパターンを生成し、これらのレチクルパターンを図１のレチクル９Ａ及び９Ｂに別々に形成する。なお、実際のレチクルパターンの長さは、ウエハ上での長さの目標値に（１／β）倍を乗じた値であるが、以下では説明の便宜上、レチクルパターンの各部の長さをウエハ上の長さに換算した値で表示する。更に、図１の投影光学系１４は、例えば反転投影を行っているが、分かり易くするために、レチクルパターンとこの投影像とは同じ方向であるものとして説明する。
図３（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ第１のレチクル９Ａ及び第２のレチクル９Ｂに描画されているレチクルパターンを示し、前者の第１のレチクル９Ａに描画されているレチクルパターンは、透過部３５中に図２のゲートパターンＰ１〜Ｐ３とそれぞれ同じ形状の（より正確には１／β倍した）遮光膜よりなる遮光パターンＡ１〜Ａ３を形成したものである。即ち、遮光パターンＡ１は、図２の細線パターンＰ１ａ及び重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ１ｄとそれぞれ同じ形状のパターンＡ１ａ及びＡ１ｃ，Ａ１ｄよりなる。この場合、パターンＡ１ｃ，Ａ１ｄの幅は重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ１ｄの幅と同じｄＹ２であるが、中央のパターンＡ１ａの幅は細線パターンＰ１ａの幅ｄＹ１に対してｄＹ３で表されている。
これは、細線パターンＰ１ａに対応するパターンＡ１ａの幅ｄＹ３は、幅ｄＹ１と同じでもよいが、幅ｄＹ１の１倍〜２倍の間に設定してもよいことを意味している。このようにパターンＡ１ａの幅ｄＹ３を広く設定することによって、変形照明を用いない照明条件下での解像限界付近の像の露光によってパターンＡ１ａの像の線幅が狭くなるか、又は２つのレチクルパターンの僅かな位置ずれによって線幅が狭くなることが防止される。また、パターンＡ１ａの幅ｄＹ３を広く設定しても、パターンＡ１ａの像の最終的な線幅は第２のレチクル９Ｂのパターン像の露光によって規定されるため問題は無い。
同様に、遮光パターンＡ２は、図２の細線パターンＰ２ａ及び重ね合わせ用パターンＰ２ｃとそれぞれ同じ形状の幅ｄＸ３（＝ｄＹ３）のパターンＡ２ａ及び幅ｄＸ２のパターンＡ２ｃよりなる。更に、遮光パターンＡ３は、図２の細線パターンＰ３ａ及び重ね合わせ用パターンＰ３ｃと同じ形状のパターンＡ３ａ及びＡ３ｃよりなる第１の遮光パターンＡ３Ａと、細線パターンＰ３ｂ及び重ね合わせ用パターンＰ３ｄと同じ形状のパターンＡ３ｂ及びＡ３ｄよりなる第２の遮光パターンＡ３Ｂとから構成されており、幅ｄＸ３のパターンＡ３ａ，Ａ３ｂの中心間隔は、細線パターンＰ３ａ，Ｐ３ｂの中心間隔ｅＸ１と同じである。
次に、図３（Ｂ）の第２のレチクル９Ｂに描画されているパターンは、図２の細線パターンＰ１ａ、細線パターンＰ２ａ、及び細線パターンＰ３ａ，Ｐ３ｂの原版パターンに相当する位置にそれぞれ所定方向に複数個の透過パターンＢ１，Ｂ２及びＢ３を配置し、それ以外の領域を遮光部３２としたものである。そして、第１の透過パターンＢ１は、図２の細線パターンＰ１ａを正確に投影倍率の逆数（１／β）倍した点線で示すＸ方向に細長い原版パターンＰ１ａ’を挟み込む（接する）ように、原版パターンＰ１ａ’と同じ形状の幅がほぼｄＹ１の４個の透過パターンを、Ｙ方向に（即ち、原版パターンＰ１ａ’の長辺方向（長手方向）に直交する方向に）ほぼ２・ｄＹ１のピッチで配置したパターンである。
また、第２の透過パターンＢ２は、図２の細線パターンＰ２ａのＹ方向に細長い原版パターンＰ２ａ’を挟み込む（接する）ように、原版パターンＰ２ａ’と同じ形状の幅がほぼｄＸ１の４個の透過パターンを、Ｘ方向にほぼ２・ｄＸ１のピッチで配置したパターンである。同様に、第３の透過パターンＢ３は、図２の細線パターンＰ３ａ，Ｐ３ｂの原版パターンＰ３ａ’，Ｐ３ｂ’を挟み込む（接する）ように、原版パターンＰ３ａ’と同じ形状の幅がほぼｄＸ１の６個の透過パターンを、Ｘ方向にほぼ２・ｄＸ１のピッチで配置したパターンである。なお、透過パターンＢ１，Ｂ２としては、矩形の透過パターンをそれぞれ２個〜８個程度周期的に配置したパターンを使用できる。同様に、透過パターンＢ３としては、矩形の透過パターンをそれぞれ３個〜９個程度周期的に配置したパターンを使用できる。
図３（Ｂ）より分かるように、各透過パターンＢ１〜Ｂ３の長辺方向は対応する各細線パターンＰ１ａ〜Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの原版パターンの長辺方向（Ｙ方向、又はＸ方向）と一致しており、かつ、各透過パターンＢ１〜Ｂ３の周期方向は、対応する各細線パターンの長辺方向と直交する方向である。更に、図２の各細線パターンＰ１ａ〜Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの原版パターンＰ１ａ’〜Ｐ３ａ’，Ｐ３ｂ’に対応する部分はそれぞれ遮光パターンとなっている。そして、第１のレチクル９Ａに含まれる各遮光パターンＡ１〜Ａ３と、第２のレチクル９Ｂに含まれる各透過パターンＢ１〜Ｂ３との位置関係は、合成露光に際し、正確に重なりあうように配置されている。そのため、不図示であるがレチクル９Ａ及び９Ｂのパターン領域には、それぞれＸ方向に所定間隔で１対のアライメントマークが形成されている。
次に本例の露光動作につき図７のフローチャートを参照して説明する。まず、図７のステップ１０１において、１ロットのウエハに対してポジ型のフォトレジストが塗布される。その１ロットのウエハの各ショット領域の下地のレイヤには、それぞれそれまでの工程で所定の回路パターンが形成されている。その後、その１ロットのウエハは図１の投影露光装置の近傍の不図示のウエハカセットに搬送される。次に、その１ロットの内の１枚のウエハを図１のウエハステージ１７上にロードして、アライメントセンサ２５を介してウエハアライメントを行う（ステップ１０２）。その後、レチクルステージ１１を駆動して第１のレチクル９Ａを照明光ＩＬ２による照明領域に移動して、ＲＡ顕微鏡８Ａ，８Ｂ、又はレーザ干渉計１３を用いてレチクルアライメントを行う（ステップ１０３）。
それに続くステップ１０４において、回転板４２を回転して対応するσ絞りをフライアイレンズ４１の射出面５に設置することによって、照明条件をレチクル９Ａ用に最適化する。このレチクル９Ａに描画されている図３（Ａ）の遮光パターンＡ１〜Ａ３は周期性が低いため、特に変形照明を使用する必要はなく、図５（Ｃ）に示す円形の開口４５ａを持つσ絞り４５がその射出面５に設置される。開口４５ａは、例えばコヒーレファレンスファクタ（σ値）が０．３から０．７程度の通常の円形開口である。σ絞り４５を使用する照明条件をここでは「通常照明」と呼ぶ。ただし、必要に応じて他の形状の絞りを使用しても良い。その照明条件のもとで、ウエハの各ショット領域にレチクル９Ａのパターン像が投影露光される。
次に、ステップ１０５において、レチクルステージ１１を駆動して、第２のレチクル９Ｂを照明領域に移動して、レチクルアライメントを行う。その後のステップ１０６において、照明条件を図３（Ｂ）のレチクル９Ｂの周期的な透過パターンＢ１〜Ｂ３に最適化する。この場合には、直交する２方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に周期性を有するパターンの形成に好適な変形照明とするために、図５（Ｂ）に示す４つの開口４４ａ〜４４ｄを有するσ絞り４４を射出面５に設定する。なお、図５（Ｂ）〜（Ｅ）におけるＸ方向及びＹ方向は、それぞれ図１のウエハステージ１７上でのＸ方向及びＹ方向に対応する方向である。σ絞り４４の開口４４ａ〜４４ｄは、光軸ＡＸ１を中心として図３（Ｂ）の透過パターンＢ１の周期方向（Ｙ方向）、及び透過パターンＢ２，Ｂ３の周期方向（Ｘ方向）に対してそれぞれ４５°ずつ回転した４方向に沿って、光軸ＡＸ１から等距離の位置を中心とした小さい円形である。このようなσ絞り４４を使用すると、Ｘ方向及びＹ方向に周期性を有するパターンの解像度及び焦点深度を向上することができるが、その原理は、日本国特開平５−２０６００７号公報及び米国特許第５７１９７０４号に詳細に述べられているので、ここでの説明は省略するが、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
なお、σ絞り４４の配置される射出面５は、前述の通りレチクル９Ｂのパターン面に対する光学的フーリエ変換面であるため、その射出面５は、投影光学系１４内の開口絞り１５の配置面と共役（結像関係）になっている。そして、図５（Ｂ）のσ絞り４４の開口４４ａ〜４４ｄの像は、対応する開口絞り１５の開口内のできるだけ周辺部に位置するように、即ちできるだけ光軸から離れた位置とすると共に、その間口４４ａ〜４４ｄの各内径もできるだけ小さくすることによって、より一層微細な線状パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂに対応する透過パターンＢ１〜Ｂ３の像を高精度に転写することが可能となる。
ただし、転写すべき線状パターンの線幅が露光波長λ、投影光学系の開口数ＮＡに対して、０．４×λ／ＮＡ程度より太ければ、使用する変形照明は、上記のように、照明光学系瞳面で、できるだけ光軸から離れ、且つ、できるだけ小さな開口を用いる変形照明には限定されず、照明光学系瞳面での照明光の強度分布が、光軸近傍で弱く、これ以外（この外側）の部分で強くなるような、比較的集中度の弱い変形照明を用いることもできる。また、輪帯照明を使用することもできる。もちろん、転写すべき線状パターンの線幅が、０．４×λ／ＮＡ程度より細い場合には、上記の如き、照明光学系瞳面で、できるだけ光軸から離れ、且つ、できるだけ小さな開口を用いる変形照明を使用することが望ましい。
その変形照明のもとで、ウエハの各ショット領域にレチクル９Ｂのパターン像が投影露光される。そして、ステップ１０７で未露光のウエハが無くなるまで、ステップ１０２〜１０６が繰り返されて、１ロットの全部のウエハにそれぞれ２枚のレチクル９Ａ，９Ｂの像が合成露光（二重露光）される。
ところで、変形照明を使用すると、通常はレチクルを透過した結像光束が、投影光学系内の特定箇所に集光された状態で通過することとなり、露光を長時間行う過程でその結像光束の吸収によりその投影光学系が局所的に加熱され、局所的な変形や屈折率変化が生じて、結像特性が劣化する恐れがある。しかしながら、本例において変形照明を行う際に使用される第２のレチクル９Ｂは、転写すべき線状パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂに相当する部分の近傍のみに、周期的な透過パターンＢ１，Ｂ２，Ｂ３を有するのみで、それ以外の部分は全て遮光部３２とされている。従って、照明光束の殆どはレチクル９Ｂにより遮光されて投影光学系１４内を透過する結像光束の光量は僅かであり、上記の如き結像特性の劣化が生じる恐れは全くない。
上記の各ウエハについて２回の露光によって、各ウエハの各ショット領域上のフォトレジストには、２つのレチクル９Ａ，９Ｂのパターンの像が論理和的に記録される。即ち、少なくともどちらか一方の露光で明部（透過パターン）であった領域のフォトレジストは感光し、２回とも暗部（遮光パターン）であった領域のフォトレジストは感光していない。
次にステップ１０８に移行して、二重露光後の１ロットのウエハの現像を行う。本例のフォトレジストはポジ型であるため、現像後には未感光の部分のみが残膜し、その結果、図２のゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に対応する部分がレジストパターンとして形成される。この際に、レチクル９Ｂに存在する多くの遮光部３２は、それと対応するレチクル９Ａにおいて、転写すべきゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３に対応する部分以外の領域が透過部３５となっていることから、レジストが残膜する（誤転写される）ことはない。
本例の合成露光を、従来のような１回で露光する方法、即ち実質的に第１のレチクル９Ａのみを使用する露光方法と比べると、本例では第２のレチクル９Ｂを使用する露光において、ゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３中の細線パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの解像度及び焦点深度を著しく向上させることが可能である。従って、合成露光後においてもこの特徴が活かされており、細線パターンＰ１ａ，Ｐ２ａ，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂの像の解像度及び焦点深度の向上が達成される。上記２回の露光における各露光量は、フォトレジストの感度から定められる適正露光量の均等分け、即ちその半分ずつでなくても良く、レチクル９Ｂを用いた露光時の露光量を多めに設定すると、一層効果的である。
その後、ステップ１０９の加工工程において、１ロットのウエハに対して現像後に残されたレジストパターンをマスクとしてエッチング等を行うことによって、当該レイヤに図２のゲートパターンが形成される。その後、加工工程後の不要なレジストを除去するレジスト除去工程等を経た後、ウエハの更に上のレイヤに対して順次レジスト塗布、露光、現像、加工、レジスト除去等の各工程を繰り返すことで、ウエハプロセスが終了する。ウエハプロセスが終了すると、実際の組立工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチップ化するダイシング工程、各チップに配線等を行うボンディング工程、各チップ毎にパッケージングするパッケージング工程等を経て、最終的に半導体デバイスが製造される。
次に、本発明の実施の形態の他の例につき図３〜図５を参照して説明する。
図４（Ａ），（Ｂ）は、それぞれ図３（Ｂ）の第２のレチクル９Ｂの代わりに本例で使用される第２のレチクル９Ｃ、及び第３のレチクル９Ｄを示している。本例では、図３（Ａ）のレチクル９Ａ、及び図４の２枚のレチクル９Ｃ，９Ｄのパターン像を順次位置合わせしながら三重露光（合成露光）して、図２のゲートパターンＰ１〜Ｐ３を形成する。
図４（Ａ）に示すように、レチクル９Ｃには、図３（Ｂ）のレチクル９Ｂに描画されていたパターンの内、Ｙ方向に周期性を有するパターンである周期的な透過パターンＢ１のみが描画されている。図４（Ｂ）に示すように、レチクル９Ｄには、レチクル９Ｂに描画されていたパターンの内、Ｘ方向に周期性を有するパターンである周期的な透過パターンＢ２，Ｂ３のみが描画されている。そして、両レチクル９Ｃ，９Ｄとも、その透過パターン以外の部分は遮光部３３，３４である。
このように、周期的な透過パターンの周期方向が、Ｙ方向のみ及びＸ方向のみに限定されているレチクル９Ｃ，９Ｄの露光に際しては、その照明条件として、それぞれ図５（Ｄ），（Ｅ）に示すような、２箇所の開口を有すσ絞り４６，４７を図１のフライアイレンズ４１の射出面５に設置する変形照明を用いると、一層の解像度及び焦点深度の向上が可能である。なお、この原理についても上記の日本国特開平４−１０１１４８号公報に詳細に述べられている。
即ち、Ｙ方向に周期性を有する透過パターンＢ１を有するレチクル９Ｃの露光に際しては、図５（Ｄ）のＹ軸（照明光学系の光軸ＡＸ１を通るＹ方向の直線）上の、光軸ＡＸ１から等距離離れた２箇所に開口４６ａ，４６ｂを有するσ絞り４６を用いることが好ましい。一方、Ｘ方向に周期性を有する透過パターンＢ２，Ｂ３を有するレチクル９Ｄの露光に際しては、図５（Ｅ）のＸ軸（照明光学系の光軸ＡＸ１を通るＸ方向の直線）上の、光軸ＡＸ１から等距離離れた２箇所に開口４７ａ，４７ｂを有するσ絞り４７を用いることが好ましい。
本例では、透過パターンＢ１と透過パターンＢ２，Ｂ３とで最適な照明条件が異なるので、３枚のレチクル９Ａ，９Ｃ，９Ｄを用いてウエハを三重露光するものとしたが、前述の実施の形態で使用した２枚のレチクル９Ａ，９Ｂを用いて三重露光を行うようにしてもよい。即ち、レチクル９Ａによる露光が行われたウエハに対して、レチクル９Ｂによる露光を行う前に、レチクル９Ｂ上の透過パターンＢ１を含む所定領域のみに照明光ＩＬ２が照射されるように、照明光学系内でレチクルのパターン面とほぼ共役な面に配置される視野絞り（レチクルブラインド）によって、レチクル９Ｂ上での照明光ＩＬ２による照明領域を調整する。これは、例えばσ絞りの交換と並行して行われる。そして、σ絞り４６を通して照明光ＩＬ２を透過パターンＢ１に照射し、ウエハＷ上の遮光パターンＡ１の像に透過パターンＢ１の像を重ねて転写する。次に、透過パターンＢ２，Ｂ３を含む所定領域のみに照明光ＩＬが照射されるように、視野絞りによってレチクル９Ｂ上での照明領域を調整するとともに、σ絞りの交換を行う。しかる後、σ絞り４７を通して照明光ＩＬ２を透過パターンＢ２，Ｂ３に照射し、遮光パターンＡ２，Ａ３の像に透過パターンＢ２，Ｂ３の像を重ねて転写する。これにより、最適な照明条件が異なる複数の透過パターンがレチクル９Ｂ上に混在していても、レチクルの交換を行うことなく、１つ又は複数の透過パターン毎に最適な照明条件でその転写像をウエハ上に形成することができる。
なお、前述の実施の形態ではレチクル９Ａを用いてウエハの露光を行い、しかる後にレチクル９Ｂ（又はレチクル９Ｃ，９Ｄ）を用いてウエハの露光を行うものとしたが、その順序は逆でもよい。即ち、多重露光に用いる複数のレチクルの使用順序は任意で構わない。
なお、上記の実施の形態において、変形照明用のσ絞り４４，４６，４７の小さい円形の開口４４ａ〜４４ｄ，４６ａ，４６ｂ，４７ａ，４７ｂの内径が上記の如く小さい場合には、照度分布整形光学系４として、図１に示したような、フライアイレンズ４１とσ絞りとの組み合わせを用いると、変形照明用のσ絞りの各小開口を透過する照明光の効率（透過率）が大きく低下してしまう。これを避けるために、例えば、日本国特開平５−２０６００７号公報に開示されているような、光束分割系と、集光光学系と、照度均一化光学系とを組合わせた光学系を使用してもよい。また、照度均一化光学系（オプティカル・インテグレータ）としてガラスロッドを使用することもできる。さらに、光束分割系として一対のアキシコンを使用して、照明光学系内のフーリエ変換面上での照明光ＩＬ２の光量分布を輪帯状としてもよく、その一対のアキシコンの間隔を調整してその大きさを変更することもできる。このとき、図５（Ｂ）に示したσ絞り４４を併用すると、前述したフライアイレンズ４１とσ絞り４４との組み合わせに比べて光量損失を小さく抑えることができる。以上のように、照明条件、即ち照明光学系内のフーリエ変換面上での照明光ＩＬ２の光量分布（形状と大きさとの少なくとも一方）を変更する機構はいかなる構成でも構わない。
また、以上の実施の形態においては、レチクルパターンは全て透過部と遮光部とよりなるものとしたが、遮光部の代わりに、透過光の位相を、透過部に対して１８０°シフトさせ、かつ透過率を例えば３〜１０％程度とする減光型（ハーフトーン型）位相シフト部としたレチクルパターンを採用しても良い。この場合には、レチクル９Ｂ，９Ｃ，９Ｄに示したような周期的パターンの解像度を一層向上させることができる。このとき、変形照明（輪帯照明を含む）が組み合わされて使用される。
ただし、レチクル９Ｂ，９Ｃ，９Ｄの遮光部（非パターン部）を全て減光型位相シフト部とすると、図２に示したゲートパターンＰ１，Ｐ２，Ｐ３中の細線パターンの端部の重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ１ｄ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃ，Ｐ３ｄに対応する部分は、その減光型位相シフト部からの透過光により、僅かに露光されることとなる。ただし、その露光量は、減光型位相シフト部の減光作用により少ないが、それが問題となる場合には、レチクル９Ｂ，９Ｃ，９Ｄの代わりに、図６に示すレチクル９Ｅを使用してもよい。
図６のレチクル９Ｅのパターンは、各周期的透過パターン部のみを、透過部９１で構成し、その間のみを減光型位相シフト部９２で構成し、それ以外の部分を遮光部９３で構成したものである。このレチクルパターンを使用すれば、上記の重ね合わせ用パターンＰ１ｃ，Ｐ１ｄ，Ｐ２ｃ，Ｐ３ｃ，Ｐ３ｄ等の部分への悪影響を完全に防止することができる。
なお、例えば日本国特開平５−１３３０５号公報及び対応する米国特許第５３４３２７０号、日本国特開平４−２７７６１２号公報及び対応する米国特許第５１９４８９３号に開示されているように、レチクル９Ａを用いてウエハ上の１つのショット領域を露光している間、投影光学系１４の光軸ＡＸ２と平行なＺ方向にウエハを移動させるようにしてもよい。この方法と併用して、あるいは単独で、例えば日本国特開平４−１７９９５８号公報及び対応する米国特許第５５５２８５６号に開示されているように、投影光学系１４内のフーリエ変換面（瞳面）上でその光軸を中心とする円形領域内に分布する照明光を遮光する光学フィルタ、いわゆる瞳フィルタを用いるようにしてもよい。本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記３件の公報、及び３件の米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。また、例えばレチクル９Ｂ〜９Ｄをそれぞれ空間周波数変調型の位相シフトレチクルとしてもよく、この場合には変形照明（輪帯照明を含む）を採用せず、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．１〜０．４程度となる円形開口を有するσ絞りを使用する通常照明が採用される。
また、以上の実施の形態において、より解像度が必要なパターンの長辺方向は、Ｘ方向又はＹ方向に限定されているが、その長辺方向はＸ方向、Ｙ方向以外の任意の方向であっても良い。また、例えば長辺方向が互いに９０°以外の角度で交差している２つのパターンを露光対象としてもよい。これらの場合には、レチクル９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ内の各周期性の透過パターンの周期方向、及び変形照明の条件もそれに合わせて、その長辺方向と直交する方向に変更することが望ましい。また、例えば長辺方向が互いに交差する少なくとも３つのパターンを露光対象としてもよく、この場合には輪帯照明を採用する用にしてもよい。
また、上記の実施の形態では、多重露光するパターンは互いに異なるレチクルに描画されているが、多重露光するパターンを１枚のレチクルのパターン面の異なる領域に描画して、露光時に視野絞りで露光すべきパターンを規定すると共に、ウエハステージを移動して位置合わせを行うようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、本発明を適用するパターンの例としてゲートパターンを想定しているが、もちろん他のパターンや他の工程についても本発明を適用することができる。
なお、露光用の照明光としてエキシマレーザ等の遠紫外線を用いる場合には、投影光学系の硝材として石英（ＳｉＯ２）や蛍石（ＣａＦ２）等の遠紫外線を透過する材料を用いる。また、投影光学系は屈折系、反射系、及び反射屈折系の何れでもよい。
また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（Ｅｒ）（又はエルビウムとイッテルビウム（Ｙｂ）の両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光用の照明光として用いてもよい。さらに、例えば水銀ランプから発生する輝線（例えばｇ線、ｉ線等）、あるいはレーザ励起プラズマ光源、又はＳＯＲ等から発生する軟Ｘ線領域（波長５〜５０ｎｍ程度）、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を、露光用の照明光として用いてもよい。即ち、本発明が適用される投影露光装置で使用する露光用の照明光の波長は任意で構わない。なお、ＥＵＶ光を用いる露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚、例えば３〜８枚程度の反射光学素子（ミラー）のみからなる。また、前述した通り本発明は、例えば日本国特開平４−１９６５１３号公報及び対応する米国特許第５４７３４１０号に開示される走査型の投影露光装置にも適用でき、本国際出願で指定した指定国、又は選択した選択国の国内法令の許す限りにおいて、上記公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
そして、本例の照度分布整形光学系４を含む照明光学系、及び投影光学系を投影露光装置本体に組み込み光学調整をすると共に、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを投影露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより本実施の形態の投影露光装置を製造することができる。なお、投影露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、投影露光装置の用途としては半導体製造用の投影露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の投影露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための投影露光装置にも広く適用できる。また、フォトマスクやレチクルの製造に用いられ、例えば遠紫外光又は真空紫外光を露光用照明光として使用するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも本発明を適用することができる。
このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。更に、明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約を含む、１９９８年６月１０日付提出の日本国特許出願第１０−１６１８９６号の全ての開示内容は、そっくりそのまま引用してここに組み込まれている。
産業上の利用の可能性
本発明の第１の転写方法によれば、転写すべきパターンが形成された第１のマスクパターンと、線状パターンに対応する部分を周期的な透過パターンとした第２のマスクパターンとを用いて合成露光を行っているため、ゲートパターンのように線状パターンとこの端部の幅の広いパターンとからなるような回路パターンの像を高精度に露光できる利点がある。
また、変形照明を行う第２のマスクパターンでは、その透過パターン以外の領域が減光部とされて、投影光学系を通過する結像光束の光量が少ないため、照明条件の一部に変形照明を用いるような場合に、投影光学系の結像特性の劣化を抑制することができる。
次に、本発明の第２及び第３の転写方法によれば、孤立線のようなパターンの像を高精度に転写できる。
また、本発明の露光装置によれば、そのような露光方法を使用できると共に、本発明のデバイスの製造方法によれば、そのような露光方法を使用して高精度にデバイスを製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の実施の形態の一例で使用される投影露光装置を示す構成図である。図２は、その実施の形態で形成されるデバイスの或るレイヤの回路パターンの一例を部分的に拡大して示す図である。図３は、図２の回路パターンの像を投影するために使用される２枚のレチクルのパターン構成を示す図である。図４（Ａ）は、本発明の実施の形態の他の例で使用される第２のレチクルのパターンを示す図、図４（Ｂ）は、その実施の形態で使用される第３のレチクルを示す図である。図５（Ａ）は、図１のフライアイレンズ４１の射出面にσ絞り４４を配置した状態を示す図５（Ｂ）のＡＡ線に沿う断面図、図５（Ｂ）は、変形照明用のσ絞り４４を示す図、図５（Ｃ）は、円形開口を持つσ絞り４５を示す図、図５（Ｄ）及び図５（Ｅ）はそれぞれ変形照明用のσ絞り４６及び４７を示す図である。図６は、周期的な透過パターンのみを透過部で構成し、その間のみを減光型位相シフト部で構成し、それ以外の部分を遮光部で構成したレチクルを示す図である。図７は、本発明の実施の形態の一例の露光動作を示すフローチャートである。Technical field
The present invention transfers an image of a mask pattern onto a substrate such as a wafer during a lithography process for forming a fine pattern of an electronic device such as a semiconductor integrated circuit, an image sensor (CCD, etc.), or a liquid crystal display element. The present invention relates to a transfer method and an exposure apparatus used at the time.
Background art
Conventionally, a fine pattern such as a semiconductor integrated circuit is a substrate such as a wafer on which an image of an original pattern drawn on a reticle as a mask is coated with a photoresist as a photosensitive film using a projection exposure apparatus (stepper or the like). If the positive resist is developed by projection after the projection exposure, it is formed by removing the film of the photosensitive portion and then passing through a predetermined processing step. In order to miniaturize the pattern of the semiconductor integrated circuit or the like, that is, to improve the degree of integration, it is necessary to improve the resolution of the projection optical system provided in the projection exposure apparatus.
The resolution of the projection optical system is generally proportional to λ / NA, where λ is the wavelength of illumination light (exposure light) and NA is the numerical aperture. The exposure wavelength λ, which is currently the mainstream, is 248 nm of KrF excimer laser light, but the use of ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is also being studied in the future. However, if the wavelength is further shortened, there is no suitable glass material that can be used as a lens constituting the projection optical system, so that it becomes difficult to configure the projection optical system using a refractive system. On the other hand, since the numerical aperture NA of the current projection optical system is as large as about 0.7, further improvement of the numerical aperture NA cannot be expected.
Further, the depth of focus (DOF) is also important in transferring an actual fine pattern, but the depth of focus is reduced by both shortening the exposure wavelength λ and improving the numerical aperture NA. The depth of focus varies depending on the type of pattern to be transferred, but in the case of a dense pattern (periodic pattern) in which the patterns are arranged relatively close to each other, Japanese Patent Laid-Open No. 4-101148 and the corresponding US Pat. No. 5,638,211. No. 5, Japanese Patent Laid-Open No. 5-206007 and corresponding US Pat. No. 5,719,704, the shape of the light quantity distribution of illumination light on the optical Fourier transform plane for the reticle pattern in the illumination optical system By controlling the illumination, that is, by performing the modified illumination for controlling the incident angle of the illumination light to the reticle, the resolution and the depth of focus can be greatly improved.
On the other hand, a line pattern (thin line pattern) having a very small line width, which is called an isolated line and is relatively isolated from other patterns, is a pattern in which it is difficult to obtain a depth of focus. In electronic devices such as semiconductor integrated circuits and liquid crystal display elements, patterns called gate patterns that determine the performance of the devices include isolated lines.
As a technique for improving the resolution and the depth of focus for an isolated line, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-268714 and the corresponding US Pat. No. 5,357,311, auxiliary patterns are formed at both ends of the isolated line. In addition, there is a method (hereinafter referred to as “auxiliary pattern method”) in which modified illumination (including annular illumination) is used in combination. This method can improve the imaging characteristics of isolated lines to some extent. Further, as disclosed in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 4-273427, a method of forming an isolated line by synthetic exposure (multiple exposure) of the isolated line and the periodic pattern (hereinafter referred to as “composite exposure method”). Has also been proposed. Also in this method, the resolution and the depth of focus are improved by using the modified illumination when exposing the periodic pattern, and overall, the resolution and depth of focus of the image of the isolated line are greatly improved.
As described above, conventionally, a method for improving the resolution and depth of focus of an isolated line image included in a gate pattern or the like has been proposed. However, in the former auxiliary pattern method, the resolution of the isolated line image and the depth of focus may not be sufficiently improved. In addition, the latter synthetic exposure method has been able to cope with the imaging characteristics that have been required in the past, but the following problems are involved in performing exposure of circuit patterns that will be further miniaturized in the future with high accuracy. There is a point.
One of them is that the actual gate pattern is not a mere isolated line, but has a wide overlay pattern for connection to the wiring pattern at one or both ends of the isolated line. Therefore, it is not easy to decompose a gate pattern that will be further miniaturized into an isolated line and a periodic pattern.
Another problem is that, when exposing one of the two types of patterns to be synthesized, modified illumination is used to further improve the resolution and depth of focus. In other words, it is necessary to limit the illumination light beam on the optical Fourier transform plane in the optical system to a small area as far as possible from the optical axis. In this way, if the illumination light beam is narrowed down by the Fourier transform plane in the illumination optical system, the spread of the light beam in the projection optical system is correspondingly reduced. As a result, the projection optical system is affected by the exposure light beam. When locally heated, local thermal expansion and refractive index change occur, and the imaging characteristics of the projection optical system gradually deteriorate.
In view of the above, the present invention provides a transfer method capable of transferring an image of a circuit pattern comprising a linear pattern such as a gate pattern and a pattern having a wide end portion onto a substrate such as a wafer with high accuracy. The first purpose is to provide it.
A second object of the present invention is to provide a transfer method capable of transferring a pattern image such as an isolated line onto a substrate with high accuracy.
Furthermore, a third object of the present invention is to provide a transfer method capable of suppressing the deterioration of the imaging characteristics of the projection optical system when modified illumination is used as part of the illumination conditions.
Furthermore, the present invention provides an exposure apparatus that can use such a transfer method, an efficient manufacturing method of this exposure apparatus, and a device manufacturing method that can manufacture a device with high accuracy using such a transfer method. Also aimed at.
Disclosure of the invention
A first transfer method according to the present invention is a transfer method for transferring an image of a pattern (P1) having a predetermined shape including a predetermined linear pattern (P1a) onto a substrate (16) through its projection optical system. The first mask pattern (9A) in which the portion (A1) corresponding to the pattern of the predetermined shape is a dimming portion and the other portion (35) is a transmission portion, and the portion corresponding to the linear pattern A plurality of transmission patterns (B1) each having a line width substantially equal to that of the linear pattern are periodically arranged in the width direction of the linear pattern so as to be in contact with (P1a ′); and Using at least a second mask pattern (9B) in which a region other than the transmission pattern in the vicinity of the portion corresponding to the linear pattern is a dimming portion (32), images of these two mask patterns are projected. Through the optical system In addition, the illumination conditions for exposing the second mask pattern image on the substrate are sequentially aligned and transferred on the substrate, and the illumination condition for the exposure target pattern of the illumination optical system is determined by the optical Fourier transform plane (5). The intensity distribution is such that the illumination is strongly deformed in the region outside the vicinity of the optical axis.
In the present invention, by using the modified illumination, an image of a periodic pattern finer than the resolution limit under other illumination can be projected with high precision at a deep focal depth. Is divided into the first and second mask patterns, the second mask pattern is formed with a transmission pattern (B1) that is periodically arranged only at positions corresponding to the vicinity of the linear pattern, The part was a dimming part.
As a result, the shape of the first mask pattern may be substantially the same as the pattern of the predetermined shape to be transferred, and there is almost no pattern data to be newly created. On the other hand, the second mask pattern only needs to be arranged around the linear pattern, and the amount of pattern data created is small as a whole. Further, when the pattern having the predetermined shape is a gate pattern, it is not necessary to form a wide pattern such as a superposition pattern at the end of the linear pattern in the second mask pattern, which is substantially Thus, the gate pattern is easily decomposed into isolated lines and periodic patterns.
In addition, the transmission pattern included in the second mask pattern is only a minute periodic pattern portion around the linear pattern, and the transmittance of the entire pattern (the ratio occupied by the transmission pattern) is low. When performing deformation illumination using a pattern, the amount of light transmitted through the projection optical system is reduced. For this reason, even if the imaging light beam is locally concentrated in the projection optical system by the modified illumination, there is no risk of the optical system being locally heated and deformed, and the high-resolution modified illumination should be used stably. Is possible.
Further, it is desirable to set the exposure amount when transferring the second mask pattern to be larger than the exposure amount when transferring the first mask pattern.
Next, a second transfer method according to the present invention is a transfer method in which an image of an isolated linear pattern is transferred onto a substrate via a projection optical system. The first pattern (A1) and the periodic second pattern (B1) made up of a plurality of transmission patterns are each illuminated with illumination light, and the dimming part of the first pattern on the substrate and the plurality of transmissions The substrate is subjected to multiple exposure by using the first and second patterns so that one dimming portion sandwiched between the patterns overlaps.
According to the present invention, the final line width of the isolated linear pattern is accurately defined by the transfer of the periodic second pattern, and the unnecessary periodic pattern is covered by the transfer of the first pattern. An isolated linear pattern can be transferred with high accuracy.
It is desirable that the exposure amount when transferring the first pattern is different from the exposure amount when transferring the second pattern.
The line width of the first pattern is approximately 1 to 2 times the line width of the linear pattern, and the line width of the second pattern is preferably about the same as the line width of the linear pattern. .
Next, a third transfer method according to the present invention is a transfer method in which an image of an isolated linear pattern is transferred onto a substrate via a projection optical system. The first transfer method has substantially the same shape as the linear pattern. The pattern (A1) and the periodic second pattern (B1) including a linear portion having substantially the same line width as the linear pattern are respectively irradiated with illumination light, and the first pattern and the The substrate is subjected to multiple exposure using the first and second patterns so that the linear portion of the second pattern overlaps. According to the third transfer method of the present invention, an isolated linear pattern can be transferred with high accuracy, as in the second transfer method of the present invention.
It is desirable that the exposure condition of the substrate when transferring the first pattern is different from the exposure condition of the substrate when transferring the second pattern.
The exposure condition includes an intensity distribution of the illumination light on an optical Fourier transform plane for the pattern in an illumination optical system that irradiates the illumination light to the first and second patterns, respectively. When the substrate is exposed using the second pattern, it is desirable to increase the intensity distribution of the illumination light outside the region including the optical axis of the illumination optical system.
The exposure conditions desirably include the exposure amount of the substrate.
The second pattern preferably includes a transmission part that shifts the phase of the illumination light by approximately 180 °, and the transmission part is preferably a translucent part that attenuates the illumination light.
Further, it is desirable that the linear pattern has a line width at least at one end larger than that at the center. The linear pattern is, for example, a gate electrode pattern.
In each of the above inventions, the line width of the linear pattern is, for example, a line width substantially equal to the resolution limit of the projection optical system. Such a linear pattern is, for example, when illuminated under illumination conditions (normal illumination) using illumination light that passes through a substantially circular area centered on the optical axis on the optical Fourier transform plane for the mask pattern. A pattern whose ideal projection image width is about 1/2 to 5 times the theoretical resolution limit of the projection optical system.
Next, an exposure apparatus according to the present invention includes an illumination optical system (1-4, 6A, 6B, 7) for illuminating a predetermined mask, and a projection optical system (14) for transferring an image of the mask pattern onto the substrate. And an illumination condition of the illumination optical system, wherein the intensity distribution on the optical Fourier transform surface (5) of the pattern to be exposed is a modified illumination that is strong in a region outside the vicinity of the optical axis. An illumination condition control system (23, 42, 43) for switching to any of the other illuminations, and a pattern selection device (selecting one of a plurality of mask patterns (9A, 9B) as the mask pattern) 11-13), an alignment system (8A, 8B, 25) for mutual alignment of a plurality of mask patterns sequentially selected by the pattern selection device, and a pattern selected by the pattern selection device. Depending on the over emissions, and has an exposure control system for performing multiple exposure (27), the switches the illumination condition through the illumination condition control system. With this exposure apparatus, the first and second transfer methods of the present invention can be implemented.
Next, an exposure apparatus manufacturing method according to the present invention includes an illumination optical system (1-4, 6A, 6B, 7) for illuminating a predetermined mask, and a projection optical system for transferring an image of the mask pattern onto the substrate. (14) and the illumination conditions of the illumination optical system, the modified illumination with the intensity distribution on the optical Fourier transform plane (5) of the pattern to be exposed is stronger in the region outside the vicinity of the optical axis, and the others The illumination condition control system (23, 42, 43) that switches to any one of the illuminations, and the pattern selection device (11-13) that selects one of the plurality of mask patterns (9A, 9B) as the mask pattern ), An alignment system (8A, 8B, 25) for performing mutual alignment of a plurality of mask patterns sequentially selected by the pattern selection device, and a pattern selected by the pattern selection device, An exposure control system for performing multiple exposure (27) by switching the illumination condition through an illumination condition control system, the one in which assembled in a predetermined positional relationship.
The device manufacturing method according to the present invention also has a predetermined shape including a pattern having a line width substantially equal to the resolution limit of the projection image of the projection optical system (14) of the exposure apparatus used in a certain layer. A method for manufacturing a device on which a circuit pattern is formed, wherein the exposure apparatus performs exposure on the layer using the exposure method according to the present invention. As a result, a pattern having a line width that is about the resolution limit of the projection optical system can be formed with high accuracy. For example, the linear pattern is a gate electrode pattern of a field effect transistor.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an example of a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a projection exposure apparatus used in this example. In FIG. 1, illumination light IL0 as exposure light emitted from an exposure light source 1 is adjusted in beam shape by a relay optical system 2 and then illuminated. The light IL1 is reflected by the mirror 3 and enters the illuminance distribution shaping optical system 4. In this example, an ArF excimer laser light source (wavelength 193 nm) is used as the exposure light source 1, but in addition to this, a KrF excimer laser (wavelength 248 nm), F 2 Laser (wavelength 157 nm), Ar 2 A laser (wavelength 126 nm), a harmonic generator of a YAG laser, or the like can also be used.
The illuminance distribution shaping optical system 4 of the present example is arranged on a fly-eye lens 41 as an optical integrator (homogenizer) and the exit surface 5 so as to be rotatable, and has a plurality of aperture stops (hereinafter “ and a drive motor 43 that rotates the rotary plate 42. The exit surface 5 of the fly-eye lens 41 is in an optical Fourier transform relationship with the pattern surface of a reticle as a mask to be exposed, and the center of the desired σ stop is rotated by rotating the rotating plate 42. The desired illumination condition can be set by installing the σ stop on the exit surface 5 so as to match the optical axis AX1.
As shown in FIGS. 5 (A) to 5 (E), the rotating plate 42 is provided with four circular shapes formed at equal angular intervals around the optical axis AX1 in the light shielding plate in a state of being installed on the exit surface 5. A σ stop 44 having openings 44a to 44d, a σ stop 45 having a circular opening 45a centered on the optical axis AX1, and two small circular openings 46a and 46b formed so as to sandwich the optical axis AX1 in a predetermined direction. A σ stop 46 having a σ stop 46 and openings 47a and 47b formed by rotating the σ stop 46 by 90 ° are arranged. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. The position of each aperture of the σ stops 44 to 47 defines the intensity distribution of illumination light when passing through the optical Fourier transform plane of the reticle pattern to be exposed, that is, the illumination condition, and enters the reticle pattern. The incident angle and direction distribution of the illumination light are defined. Each of the σ stops 44, 46, and 47 is a σ stop for performing modified illumination that is an illumination condition in which illumination light passes through a region not including the optical axis AX1 on the optical Fourier transform plane.
Returning to FIG. 1, the main control system 27 that controls the overall operation of the apparatus stores information on the optimum σ stop in the σ stops 44 to 47 in accordance with the period direction and fineness of the reticle pattern to be exposed. Is remembered as Therefore, before exposure, the main control system 27 supplies information on the optimum σ stop for the reticle pattern to be exposed to the exposure control system 23, and the exposure control system 23 flies the optimum σ stop via the drive motor 43. Set to the exit surface 5 of the eye lens 41. The exposure control system 23 also controls the light emission state of the exposure light source 1. The optimum σ aperture shape for various reticle patterns is described in detail, for example, in Japanese National Publication No. 4-101148, US Pat. No. 5,638,211 and US Pat. No. 5,335,044. To the extent permitted by the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country of choice, the disclosures of the above publications and US patents are incorporated as part of the description of the text.
The illumination light IL2 emitted from the illuminance distribution shaping optical system 4 passes through the condenser lens system 6A, the mirror 7 and the condenser lens 6B, and in the state of FIG. 1, the illumination area on the pattern surface of the first reticle 9A as a mask is shown. Illuminate. Under the illumination light IL2, a pattern image of the reticle 9A is applied with a photoresist as a substrate through the projection optical system 14 at a projection magnification β (β is, for example, 1/4, 1/5, etc.). Projection exposure is performed on the surface of a wafer 16. The condenser lens system 6A actually includes a field stop (reticle blind) that defines an illumination area. Further, the exit surface 5 of the fly-eye lens 41 is an optical Fourier transform surface of the pattern surface of the reticle to be exposed with respect to the optical system composed of the condenser lens system 6A, the mirror 7 and the condenser lens 6B. An aperture stop 15 is disposed on the optical Fourier transform plane (pupil plane) with respect to the pattern surface of the reticle 9A in the projection optical system 14.
Reticle 9A is sucked and held on reticle holders 10A and 10B on reticle stage 11. As will be described later, in this example, exposure of a predetermined pattern image to the wafer 16 is performed by composite exposure (multiple exposure) of a plurality of reticle patterns. Therefore, the second reticle 9B is sucked and held via the reticle holders 10B and 10C in an area close to the reticle 9A on the reticle stage 11, and exposure can be performed while exchanging these reticles. . The following description will be made by taking the X axis parallel to the paper surface of FIG. 1 and the Y axis perpendicular to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX2 of the projection optical system 14.
First, reticles 9A and 9B are placed on reticle stage 11 so as to be close to each other in the X direction. The reticle stage 11 can be moved on the reticle base 12 with a long stroke in the X direction, and can be positioned within a predetermined range in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. The two-dimensional position of the reticle stage 11 is measured by the movable mirror 13m and the laser interferometer 13 disposed opposite thereto, and the reticle stage is driven based on this measurement value and control information from the main control system 27. The system 21 controls the operation of the reticle stage 11.
Also, a pair of reticle alignment microscopes (hereinafter referred to as “RA microscopes”) 8A and 8B are installed below the periphery of the condenser lens 6B, and imaging signals of the RA microscopes 8A and 8B are supplied to the alignment signal processing system 26. Yes. At the time of reticle alignment, the RA microscopes 8A and 8B respectively capture an image of the alignment mark of the reticle 9A (or reticle 9B) and the corresponding reference mark on the wafer stage side, and the alignment signal processing system 26 uses these two pairs of marks. Is calculated and supplied to the main control system 27. The main control system 27 maintains the predetermined positional relationship between the pattern images of the reticles 9A and 9B, for example, by positioning the reticle stage 11 so that the amount of positional deviation thereof is symmetrically minimized. Can be aligned. However, in this example, even when exchanging the reticles 9A and 9B, the position of the reticle stage 11 (including the X coordinate) is measured with high accuracy by the laser interferometer 13, and thus the above reticle alignment is performed. When the reticles 9A and 9B are loaded onto the reticle stage 11 from a reticle loader system (not shown), the reticle 9A and 9B need only be used once. The reticle stage 11 may be simply positioned based on the 13 measurement values.
On the other hand, the wafer 16 is held on a wafer stage 17 via a wafer holder (not shown). The wafer stage 17 moves the wafer 16 stepwise on the surface plate 18 in the X direction and the Y direction, and also includes an autofocus (not shown). Based on the measured value of the sensor, the focus position (position in the Z direction) and the tilt angle of the surface of the wafer 16 are adjusted to the image plane of the projection optical system 14 by the autofocus method. The two-dimensional position of the wafer stage 17 is measured by the movable mirror 19 m and the laser interferometer 19, and the wafer stage drive system 22 operates the wafer stage 17 based on this measured value and control information from the main control system 27. To control. At the time of exposure, when the exposure (or double exposure) of the reticle pattern image to one shot area on the wafer 16 is finished, the next shot area is moved to the exposure position by the step movement of the wafer stage 17 to perform exposure. The operation is repeated in a step-and-repeat manner. Thus, the projection exposure apparatus of this example is a stepper type (collective exposure type), but the present invention can also be applied to the case where a scanning exposure type such as a step-and-scan method is used as the projection exposure apparatus. Needless to say.
In addition, in order to perform alignment during overlay exposure on each shot area of the wafer 16, an image processing type alignment sensor 25 is provided by an off-axis method, and an imaging signal of the alignment sensor 25 is also input to the alignment signal processing system 26. Have been supplied. A reference mark member 20 on which a reference mark used when performing reticle alignment via the RA microscopes 8A and 8B and a reference mark for the alignment sensor 25 is also installed on the wafer stage 17.
Next, an example of an operation when an image of a predetermined pattern is exposed using the projection exposure apparatus of this example will be described. In this example, double exposure is performed while exchanging two reticles for each shot area on the wafer 16. First, the entire shot area on the wafer 16 is exposed using the first reticle 9A, and then Thus, replacing the reticle with the second reticle 9B and adopting a sequence in which all the shot areas on the wafer 16 are exposed again is more effective than exchanging the reticles 9A and 9B for each shot area and performing exposure. Is expensive. Therefore, hereinafter, an operation for continuously exposing all shot areas of the wafer for each reticle will be described.
FIG. 2 is a partially enlarged view of a circuit pattern 31 of a certain layer of an electronic device formed in each shot region of the wafer in this example. In FIG. 2, a thin line extending in the X direction with a width dY1. A first gate pattern P1 is formed at both ends of the pattern P1a, in which overlapping patterns P1c and P1d having a wider width dY2 (dY2 is approximately 1.5 times dY1) are arranged. Similarly, a second overlapping pattern P2c having a width dX2 (dX2 is approximately 1.5 times dX1) wider than the thin line pattern P2a elongated in the Y direction with a width dX1 is disposed. Gate patterns P3A, P3A, and P3d having a wider width dX2 at the opposite ends of the thin line patterns P3a and P3b having a width dX1 extending in the Y direction. A third gate pattern P3 is formed in which P3B is arranged at a center interval eX1 (in this example, eX1 = 2 · dX1). In this case, dX1 = dY1.
The width dY1 (that is, dX1) of these isolated thin line patterns P1a, P2a, P3a, and P3b is a width that is about the resolution limit of the projection optical system 14 of this example when the modified illumination is not used, or this resolution. The width is slightly narrower than the limit, and the thin line patterns P1a, P2a, P3a, and P3b correspond to the linear pattern of the present invention. That is, assuming that the exposure wavelength is λ and the numerical aperture of the projection optical system 14 is NA, the resolution limit of the projection optical system 14 when the modified illumination is not used is approximately k1 · λ / NA using a predetermined process coefficient k1. The width dY1 (dX1) is about k1 · λ / NA or slightly smaller than this. On the other hand, the width dY2 (ie, dX2) of the overlapping patterns P1c, P2c, etc. is set to be about 1.5 times thicker than the resolution limit k1 · λ / NA.
The thin line patterns P1a, P2a, P3a, and P3b of the gate patterns P1, P2, and P3 are, for example, patterns that serve as gate electrodes of field effect transistors, and the gate patterns P1 are formed on the layer in each shot region of the wafer. , P2 and P3 need to be formed as a pattern (a pattern in which a film such as a metal film remains only in that portion). In actual devices, there are cases where tens of millions or more of such gate patterns are formed. However, as the gate electrode is thinner and the line width is constant at all locations of the device, the electron pattern The device can be operated at high speed.
In forming the gate patterns P1, P2, and P3, a reticle having an enlarged light shielding pattern (original pattern) having a similar shape is created, and the reduced image is transferred and exposed onto a wafer by a projection exposure apparatus. However, with an exposure method that does not use deformed illumination, it is difficult to expose a pattern image that is thinner than the resolution limit of about k1 · λ / NA with high accuracy and while maintaining an appropriate depth of focus. Therefore, in this example, two reticle patterns are generated from an original pattern obtained by enlarging the circuit pattern 31 of FIG. 2 by the reciprocal (1 / β) times the projection magnification β of the projection optical system 14 of FIG. Are separately formed on the reticles 9A and 9B shown in FIG. Note that the actual length of the reticle pattern is a value obtained by multiplying the target value of the length on the wafer by (1 / β) times. However, for convenience of explanation, the length of each part of the reticle pattern is expressed as follows. The value converted to the upper length is displayed. Further, although the projection optical system 14 of FIG. 1 performs, for example, reverse projection, for the sake of easy understanding, it is assumed that the reticle pattern and this projection image are in the same direction.
FIGS. 3A and 3B show reticle patterns drawn on the first reticle 9A and the second reticle 9B, respectively. The reticle pattern drawn on the first reticle 9A is transparent. In the portion 35, light shielding patterns A1 to A3 made of a light shielding film having the same shape as the gate patterns P1 to P3 in FIG. 2 (more precisely, multiplied by 1 / β) are formed. That is, the light shielding pattern A1 includes patterns A1a, A1c, and A1d having the same shape as the fine line pattern P1a and the overlapping patterns P1c and P1d in FIG. In this case, the widths of the patterns A1c and A1d are the same dY2 as the widths of the overlapping patterns P1c and P1d, but the width of the central pattern A1a is represented by dY3 with respect to the width dY1 of the thin line pattern P1a.
This means that the width dY3 of the pattern A1a corresponding to the fine line pattern P1a may be the same as the width dY1, but may be set between 1 and 2 times the width dY1. Thus, by setting the width dY3 of the pattern A1a to be wide, the line width of the image of the pattern A1a is narrowed by the exposure of the image near the resolution limit under the illumination condition without using the modified illumination, or two reticles It is possible to prevent the line width from being narrowed by a slight misalignment of the pattern. Even if the width dY3 of the pattern A1a is set wide, there is no problem because the final line width of the image of the pattern A1a is defined by the exposure of the pattern image of the second reticle 9B.
Similarly, the light shielding pattern A2 includes a pattern A2a having a width dX3 (= dY3) and a pattern A2c having a width dX2 having the same shape as the fine line pattern P2a and the overlay pattern P2c in FIG. Further, the light shielding pattern A3 has the same shape as the first light shielding pattern A3A composed of the patterns A3a and A3c having the same shape as the thin line pattern P3a and the overlapping pattern P3c in FIG. 2, and the thin line pattern P3b and the overlapping pattern P3d. The pattern is composed of a second light-shielding pattern A3B made up of patterns A3b and A3d, and the center distance between the patterns A3a and A3b having the width dX3 is the same as the center distance eX1 between the thin line patterns P3a and P3b.
Next, the pattern drawn on the second reticle 9B in FIG. 3B is in a predetermined direction at positions corresponding to the original patterns of the fine line pattern P1a, the fine line pattern P2a, and the fine line patterns P3a and P3b in FIG. A plurality of transmission patterns B 1, B 2 and B 3 are arranged, and the other area is used as a light shielding portion 32. Then, the first transmission pattern B1 is formed such that the original plate pattern P1a ′ elongated in the X direction indicated by the dotted line obtained by accurately multiplying the thin line pattern P1a of FIG. 2 by the reciprocal (1 / β) of the projection magnification is sandwiched (contacted). Four transmission patterns having the same shape as the pattern P1a ′ and a width of about dY1 are arranged at a pitch of about 2 · dY1 in the Y direction (that is, in the direction perpendicular to the long side direction (longitudinal direction) of the original pattern P1a ′). It is the arranged pattern.
Further, the second transmission pattern B2 has four transmissions having the same shape as the original pattern P2a ′ and a width of about dX1 so as to sandwich (contact) the elongated original pattern P2a ′ in the Y direction of the fine line pattern P2a of FIG. The pattern is arranged in the X direction at a pitch of approximately 2 · dX1. Similarly, the third transmission pattern B3 has six widths of approximately the same shape as the original pattern P3a ′ so as to sandwich (contact) the original patterns P3a ′ and P3b ′ of the thin line patterns P3a and P3b of FIG. The transmission pattern is arranged at a pitch of approximately 2 · dX1 in the X direction. In addition, as the transmission patterns B1 and B2, a pattern in which about 2 to 8 rectangular transmission patterns are periodically arranged can be used. Similarly, a pattern in which about 3 to 9 rectangular transmission patterns are periodically arranged can be used as the transmission pattern B3.
As can be seen from FIG. 3B, the long side direction of each of the transmission patterns B1 to B3 coincides with the long side direction (Y direction or X direction) of the original pattern of the corresponding thin line patterns P1a to P3a and P3b. In addition, the periodic direction of each of the transmission patterns B1 to B3 is a direction orthogonal to the long side direction of each corresponding thin line pattern. Furthermore, portions corresponding to the original patterns P1a ′ to P3a ′ and P3b ′ of the thin line patterns P1a to P3a and P3b in FIG. 2 are light shielding patterns, respectively. The positional relationship between the light shielding patterns A1 to A3 included in the first reticle 9A and the transmission patterns B1 to B3 included in the second reticle 9B is arranged so as to be accurately overlapped during the composite exposure. ing. Therefore, although not shown, a pair of alignment marks is formed in the pattern areas of the reticles 9A and 9B at predetermined intervals in the X direction.
Next, the exposure operation of this example will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step 101 of FIG. 7, a positive type photoresist is applied to one lot of wafers. A predetermined circuit pattern is formed on the underlying layer of each shot area of the wafer of one lot by the processes so far. Thereafter, the one lot of wafers is transferred to a wafer cassette (not shown) in the vicinity of the projection exposure apparatus shown in FIG. Next, one wafer in the one lot is loaded on the wafer stage 17 in FIG. 1, and wafer alignment is performed via the alignment sensor 25 (step 102). Thereafter, the reticle stage 11 is driven to move the first reticle 9A to an illumination area by the illumination light IL2, and reticle alignment is performed using the RA microscopes 8A and 8B or the laser interferometer 13 (step 103).
In the next step 104, the illumination condition is optimized for the reticle 9A by rotating the rotating plate 42 and installing the corresponding σ stop on the exit surface 5 of the fly-eye lens 41. Since the light shielding patterns A1 to A3 of FIG. 3A drawn on the reticle 9A have a low periodicity, it is not necessary to use a modified illumination in particular, and a σ having a circular opening 45a shown in FIG. A diaphragm 45 is installed on the exit surface 5. The opening 45a is a normal circular opening having a coherence factor (σ value) of about 0.3 to 0.7, for example. Here, the illumination condition using the σ stop 45 is referred to as “normal illumination”. However, a diaphragm having another shape may be used as necessary. Under the illumination conditions, a pattern image of the reticle 9A is projected and exposed on each shot area of the wafer.
Next, in step 105, the reticle stage 11 is driven, the second reticle 9B is moved to the illumination area, and reticle alignment is performed. In the subsequent step 106, the illumination condition is optimized to the periodic transmission patterns B1 to B3 of the reticle 9B in FIG. In this case, in order to obtain modified illumination suitable for forming a pattern having periodicity in two orthogonal directions (X direction and Y direction), σ having four openings 44a to 44d shown in FIG. The diaphragm 44 is set on the exit surface 5. Note that the X direction and the Y direction in FIGS. 5B to 5E correspond to the X direction and the Y direction on the wafer stage 17 in FIG. 1, respectively. The openings 44a to 44d of the σ stop 44 are respectively centered on the optical axis AX1 with respect to the periodic direction (Y direction) of the transmission pattern B1 in FIG. 3B and the periodic directions (X direction) of the transmission patterns B2 and B3. It is a small circle centered on a position equidistant from the optical axis AX1 along four directions rotated by 45 °. When such a σ stop 44 is used, the resolution and depth of focus of a pattern having periodicity in the X direction and the Y direction can be improved. The principle is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-206007 and US Pat. No. 5719704 is described in detail, so the explanation here is omitted. However, as long as the national laws of the designated country designated in this international application or the selected selected country permit, the disclosure of the above publications and US patents are disclosed. Is incorporated into the text.
Since the exit surface 5 on which the σ stop 44 is disposed is an optical Fourier transform surface with respect to the pattern surface of the reticle 9B as described above, the exit surface 5 is the surface on which the aperture stop 15 in the projection optical system 14 is disposed. And conjugate (imaging relationship). Then, the images of the openings 44a to 44d of the σ stop 44 in FIG. 5B are positioned as far as possible in the corresponding aperture stop 15, that is, as far away from the optical axis as possible, By making the inner diameters of the openings 44a to 44d as small as possible, the images of the transmission patterns B1 to B3 corresponding to the finer linear patterns P1a, P2a, P3a, and P3b can be transferred with high accuracy. .
However, if the line width of the linear pattern to be transferred is larger than about 0.4 × λ / NA with respect to the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA of the projection optical system, the modified illumination to be used is as described above. The illumination optical system pupil plane is not limited to modified illumination that is as far away from the optical axis as possible and uses as small an aperture as possible. The intensity distribution of illumination light on the illumination optical system pupil plane is weak near the optical axis. It is also possible to use deformed illumination with a relatively low degree of concentration, which becomes stronger at the other part (outside). Moreover, annular illumination can also be used. Of course, when the line width of the linear pattern to be transferred is thinner than about 0.4 × λ / NA, the aperture as far from the optical axis as possible and as small as possible on the pupil plane of the illumination optical system as described above. It is desirable to use the modified illumination used.
Under the modified illumination, the pattern image of the reticle 9B is projected and exposed on each shot area of the wafer. Then, steps 102 to 106 are repeated until there is no unexposed wafer in step 107, and the images of the two reticles 9A and 9B are synthesized and exposed (double exposure) on all the wafers in one lot.
By the way, when the modified illumination is used, the imaging light beam that has passed through the reticle usually passes in a focused state at a specific location in the projection optical system. Due to the absorption, the projection optical system is locally heated, and local deformation and refractive index change may occur, which may deteriorate the imaging characteristics. However, the second reticle 9B used in the modified illumination in this example is a periodic transmission pattern B1, only in the vicinity of the portion corresponding to the linear patterns P1a, P2a, P3a, P3b to be transferred. Only B2 and B3 are provided, and the other portions are all light shielding portions 32. Therefore, most of the illumination light beam is shielded by the reticle 9B and the amount of the imaging light beam transmitted through the projection optical system 14 is very small, and there is no possibility that the above-described deterioration of the imaging characteristics will occur.
By performing the exposure twice for each wafer, the pattern images of the two reticles 9A and 9B are logically recorded on the photoresist on each shot area of each wafer. That is, the photoresist in the region that was the bright portion (transmission pattern) by at least one of the exposures is exposed, and the photoresist in the region that was the dark portion (light-shielding pattern) is not exposed twice.
Next, the process proceeds to step 108, where one lot of wafers after double exposure are developed. Since the photoresist of this example is a positive type, only unexposed portions remain after development, and as a result, portions corresponding to the gate patterns P1, P2, and P3 in FIG. 2 are formed as resist patterns. At this time, many of the light shielding portions 32 existing in the reticle 9B have the transmissive portion 35 in the reticle 9A corresponding to the many light shielding portions 32 except for the portions corresponding to the gate patterns P1, P2, and P3 to be transferred. The resist does not leave a film (mistransferred).
Compared with the conventional exposure method in this example, that is, in the exposure method using the second reticle 9B in this example, the exposure method using only the first reticle 9A is used. The resolution and depth of focus of the fine line patterns P1a, P2a, P3a, and P3b in the gate patterns P1, P2, and P3 can be remarkably improved. Therefore, this feature is utilized even after the composite exposure, and the resolution and depth of focus of the fine line patterns P1a, P2a, P3a, and P3b are improved. Each exposure amount in the above-mentioned two exposures does not have to be an equal division of the appropriate exposure amount determined from the sensitivity of the photoresist, that is, not half of each. If the exposure amount at the time of exposure using the reticle 9B is set to be large , More effective.
Thereafter, in the processing step of Step 109, the gate pattern shown in FIG. 2 is formed on the layer by performing etching or the like on the resist pattern left after development on a lot of wafers as a mask. Then, after undergoing a resist removal step that removes unnecessary resist after the processing step, by sequentially repeating each step of resist coating, exposure, development, processing, resist removal, etc., on the upper layer of the wafer, The wafer process ends. When the wafer process is completed, in the actual assembly process, the dicing process for cutting the wafer into chips for each burned circuit, the bonding process for wiring each chip, etc., and the packaging process for packaging each chip Through these processes, a semiconductor device is finally manufactured.
Next, another example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIGS. 4A and 4B respectively show a second reticle 9C and a third reticle 9D used in this example instead of the second reticle 9B shown in FIG. 3B. In this example, triple exposure (composite exposure) is performed while sequentially aligning the pattern images of the reticle 9A in FIG. 3A and the two reticles 9C and 9D in FIG. 4 to obtain the gate patterns P1 to P3 in FIG. Form.
As shown in FIG. 4A, the reticle 9C has only a periodic transmission pattern B1, which is a pattern having periodicity in the Y direction, among the patterns drawn on the reticle 9B in FIG. Has been drawn. As shown in FIG. 4B, among the patterns drawn on the reticle 9B, only periodic transmission patterns B2 and B3, which are patterns having periodicity in the X direction, are drawn on the reticle 9D. . In both reticles 9C and 9D, the portions other than the transmission pattern are light shielding portions 33 and 34.
As described above, in the exposure of the reticles 9C and 9D in which the periodic direction of the periodic transmission pattern is limited to only the Y direction and only the X direction, the illumination conditions are shown in FIGS. 5D and 5E, respectively. If the modified illumination in which the σ stops 46 and 47 having two openings are installed on the exit surface 5 of the fly-eye lens 41 in FIG. 1 as shown in FIG. 1, it is possible to further improve the resolution and the depth of focus. . This principle is also described in detail in the above Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-101148.
That is, when the reticle 9C having the transmission pattern B1 having periodicity in the Y direction is exposed, the optical axis AX1 on the Y axis (a straight line in the Y direction passing through the optical axis AX1 of the illumination optical system) in FIG. It is preferable to use a σ stop 46 having openings 46a and 46b at two locations that are equidistant from each other. On the other hand, when the reticle 9D having the transmission patterns B2 and B3 having periodicity in the X direction is exposed, the light on the X axis (the straight line in the X direction passing through the optical axis AX1 of the illumination optical system) in FIG. It is preferable to use a σ stop 47 having openings 47a and 47b at two positions equidistant from the axis AX1.
In this example, since the optimal illumination conditions are different between the transmission pattern B1 and the transmission patterns B2 and B3, the wafer is triple-exposed using the three reticles 9A, 9C, and 9D. Triple exposure may be performed using the two reticles 9A and 9B used in the above. That is, the illumination optical system is configured so that the illumination light IL2 is irradiated only to a predetermined region including the transmission pattern B1 on the reticle 9B before the exposure with the reticle 9B is performed on the wafer that has been exposed with the reticle 9A. The illumination area by the illumination light IL2 on the reticle 9B is adjusted by a field stop (reticle blind) arranged on a plane substantially conjugate with the pattern surface of the reticle. This is performed, for example, in parallel with the replacement of the σ stop. Then, the illumination light IL2 is irradiated to the transmission pattern B1 through the σ stop 46, and the image of the transmission pattern B1 is transferred onto the image of the light shielding pattern A1 on the wafer W. Next, the illumination area on the reticle 9B is adjusted by the field stop so that only a predetermined area including the transmission patterns B2 and B3 is irradiated, and the σ stop is replaced. Thereafter, the illumination light IL2 is applied to the transmission patterns B2 and B3 through the σ stop 47, and the images of the transmission patterns B2 and B3 are transferred onto the images of the light shielding patterns A2 and A3. As a result, even if a plurality of transmission patterns having different optimum illumination conditions are mixed on the reticle 9B, the transfer image is obtained under the optimum illumination conditions for each of one or more transmission patterns without exchanging the reticle. It can be formed on a wafer.
In the above-described embodiment, the wafer is exposed using the reticle 9A and then the wafer is exposed using the reticle 9B (or reticles 9C and 9D). However, the order may be reversed. That is, the order of use of the plurality of reticles used for multiple exposure may be arbitrary.
In the above embodiment, when the inner diameters of the small circular openings 44a to 44d, 46a, 46b, 47a, 47b of the σ stops 44, 46, 47 for modified illumination are small as described above, the illuminance distribution shaping is performed. When the combination of the fly-eye lens 41 and the σ stop as shown in FIG. 1 is used as the optical system 4, the efficiency (transmittance) of illumination light that passes through each small aperture of the σ stop for modified illumination is large. It will decline. In order to avoid this, for example, an optical system combining a light beam splitting system, a condensing optical system, and an illuminance uniformizing optical system as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-206007 is used. May be. Moreover, a glass rod can also be used as an illuminance uniformizing optical system (optical integrator). Further, a pair of axicons may be used as the light beam splitting system, and the light quantity distribution of the illumination light IL2 on the Fourier transform plane in the illumination optical system may be a ring-shaped band, and the distance between the pair of axicons may be adjusted to increase the size. You can also change the size. At this time, when the σ stop 44 shown in FIG. 5B is used in combination, the light amount loss can be suppressed as compared with the combination of the fly-eye lens 41 and the σ stop 44 described above. As described above, any configuration may be used for changing the illumination condition, that is, the light amount distribution (at least one of the shape and the size) of the illumination light IL2 on the Fourier transform plane in the illumination optical system.
Further, in the above embodiment, the reticle pattern is composed of a transmissive part and a light shielding part, but instead of the light shielding part, the phase of transmitted light is shifted by 180 ° with respect to the transmissive part, and You may employ | adopt the reticle pattern made into the light reduction type | mold (halftone type | mold) phase shift part which makes a transmittance | permeability about 3 to 10%. In this case, the resolution of the periodic pattern as shown in the reticles 9B, 9C, 9D can be further improved. At this time, modified illumination (including annular illumination) is used in combination.
However, if the light shielding portions (non-pattern portions) of the reticles 9B, 9C, and 9D are all dimming type phase shift portions, the end portions of the fine line patterns in the gate patterns P1, P2, and P3 shown in FIG. The portions corresponding to the patterns P1c, P1d, P2c, P3c, and P3d are slightly exposed by the transmitted light from the dimming phase shift unit. However, the exposure amount is small due to the dimming action of the dimming phase shift unit. However, when this is a problem, a reticle 9E shown in FIG. 6 is used instead of the reticles 9B, 9C, 9D. Also good.
In the pattern of the reticle 9E in FIG. 6, only each periodic transmission pattern portion is constituted by the transmission portion 91, only between them is constituted by the dimming phase shift portion 92, and the other portion is constituted by the light shielding portion 93. Is. If this reticle pattern is used, it is possible to completely prevent adverse effects on the overlapping patterns P1c, P1d, P2c, P3c, P3d and the like.
Incidentally, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-13305 and corresponding US Pat. No. 5,343,270, Japanese Patent Laid-Open No. 4-277612 and corresponding US Pat. No. 5,194,893, a reticle 9A is used. During exposure of one shot area on the wafer, the wafer may be moved in the Z direction parallel to the optical axis AX2 of the projection optical system 14. In combination with this method, or alone, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-179958 and the corresponding US Pat. No. 5,552,856, a Fourier transform plane (pupil plane) in the projection optical system 14 An optical filter that shields illumination light distributed in a circular area centered on the optical axis, that is, a so-called pupil filter may be used. To the extent permitted by the national laws of the designated country designated in this international application or the selected country of choice, the disclosures of the above three publications and three US patents are incorporated as part of the description herein. In addition, for example, the reticles 9B to 9D may be spatial frequency modulation type phase shift reticles. In this case, modified illumination (including annular illumination) is not employed, and the coherence factor (σ value) is 0.1 to 0.1. Normal illumination using a sigma stop with a circular aperture of about 0.4 is employed.
Further, in the above embodiment, the long side direction of a pattern that requires more resolution is limited to the X direction or the Y direction, but the long side direction is an arbitrary direction other than the X direction and the Y direction. May be. Further, for example, two patterns in which the long side direction intersects with each other at an angle other than 90 ° may be set as an exposure target. In these cases, it is desirable to change the periodic direction of each periodic transmission pattern in the reticles 9B, 9C, and 9D and the condition of the modified illumination to the direction orthogonal to the long side direction accordingly. Further, for example, at least three patterns whose long side directions intersect with each other may be exposed, and in this case, annular illumination may be used.
In the above embodiment, the multiple exposure pattern is drawn on different reticles. However, the multiple exposure pattern is drawn on different areas of the pattern surface of one reticle, and exposure is performed with a field stop during exposure. A pattern to be defined may be defined, and the wafer stage may be moved for alignment.
In the above embodiment, a gate pattern is assumed as an example of a pattern to which the present invention is applied. However, the present invention can also be applied to other patterns and other processes.
In addition, when using far ultraviolet rays such as an excimer laser as illumination light for exposure, quartz (SiO 2) is used as a glass material for the projection optical system. 2 ) And fluorite (CaF) 2 A material that transmits far ultraviolet rays such as) is used. The projection optical system may be any of a refractive system, a reflective system, and a catadioptric system.
In addition, an infrared or visible single wavelength laser oscillated from a DFB semiconductor laser or fiber laser is amplified by a fiber amplifier doped with, for example, erbium (Er) (or both erbium and ytterbium (Yb)), Further, a harmonic wave converted to ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used as illumination light for exposure. Further, for example, a bright line (for example, g-line, i-line, etc.) generated from a mercury lamp, or a soft X-ray region (for a wavelength of about 5 to 50 nm) generated from a laser-excited plasma light source or SOR, for example, a wavelength of 13.4 nm, or 11.5 nm EUV (Extreme Ultra Violet) light may be used as illumination light for exposure. That is, the wavelength of the illumination light for exposure used in the projection exposure apparatus to which the present invention is applied may be arbitrary. In an exposure apparatus using EUV light, a reflective reticle is used, and the projection optical system is composed of only a plurality of, for example, about 3 to 8, reflective optical elements (mirrors). Further, as described above, the present invention can also be applied to the scanning projection exposure apparatus disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-196513 and the corresponding US Pat. No. 5,473,410. Or to the extent permitted by the national laws of the selected country of choice, the disclosure of the above publications and US patents are incorporated herein as part of the description.
The illumination optical system including the illuminance distribution shaping optical system 4 of this example and the projection optical system are incorporated into the projection exposure apparatus body for optical adjustment, and a reticle stage and wafer stage made up of a number of mechanical parts are mounted on the projection exposure apparatus body. The projection exposure apparatus according to the present embodiment can be manufactured by attaching wiring and piping to the substrate and further performing general adjustment (electrical adjustment, operation check, etc.). The projection exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
The application of the projection exposure apparatus is not limited to the projection exposure apparatus for semiconductor manufacturing. For example, a projection exposure apparatus for liquid crystal that exposes a liquid crystal display element pattern on a square glass plate, or a thin film magnetic head. The present invention can be widely applied to a projection exposure apparatus for manufacturing. The present invention can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that is used for manufacturing a photomask or a reticle and uses, for example, far ultraviolet light or vacuum ultraviolet light as exposure illumination light.
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention. Furthermore, the entire disclosure of Japanese Patent Application No. 10-161896 filed on June 10, 1998, including the description, claims, drawings, and abstract, is incorporated herein by reference in its entirety. ing.
Industrial applicability
According to the first transfer method of the present invention, the first mask pattern in which the pattern to be transferred is formed and the second mask pattern in which the portion corresponding to the linear pattern is a periodic transmission pattern are used. Since the combined exposure is performed, there is an advantage that an image of a circuit pattern composed of a linear pattern such as a gate pattern and a pattern having a wide end portion can be exposed with high accuracy.
In addition, in the second mask pattern that performs the modified illumination, the area other than the transmission pattern is set as a light reduction unit, and the amount of the image forming light beam that passes through the projection optical system is small. When such is used, it is possible to suppress the deterioration of the imaging characteristics of the projection optical system.
Next, according to the second and third transfer methods of the present invention, an image of a pattern such as an isolated line can be transferred with high accuracy.
In addition, according to the exposure apparatus of the present invention, such an exposure method can be used, and according to the device manufacturing method of the present invention, there is an advantage that a device can be manufactured with high accuracy using such an exposure method. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a projection exposure apparatus used in an example of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged view showing an example of a circuit pattern of a certain layer of the device formed in the embodiment. FIG. 3 is a diagram showing a pattern configuration of two reticles used for projecting the image of the circuit pattern of FIG. 4A shows a pattern of a second reticle used in another example of the embodiment of the present invention, and FIG. 4B shows a third reticle used in the embodiment. FIG. 5A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 5B showing a state in which the σ stop 44 is arranged on the exit surface of the fly-eye lens 41 in FIG. 1, and FIG. FIG. 5C shows a σ stop 45 having a circular opening, and FIGS. 5D and 5E show σ stops 46 and 47 for modified illumination, respectively. FIG. FIG. 6 is a view showing a reticle in which only a periodic transmission pattern is configured by a transmission part, only between that is configured by a dimming phase shift unit, and the other part is configured by a light shielding unit. FIG. 7 is a flowchart showing an exposure operation of an example of the embodiment of the present invention.

Claims (15)

所定幅を持つ線状パターンと、前記線状パターンの端部に設けられ、且つ前記所定幅よりも広い幅を持つ端部パターンとから構成されるゲートパターンの像を投影光学系を介して基板上に転写する転写方法であって、
前記ゲートパターンに対応する形状を持つ第１のマスクパターンと、減光部を背景として前記線状パターンと実質的に同程度の長さ及び同程度の線幅を有する複数個の直線パターンが前記線状パターンの幅方向に周期的に配列された第２のマスクパターンとを、それぞれ前記基板上に重ねて転写する工程を含み、
前記第１のマスクパターンを前記基板上に転写するときの第１露光条件と、前記第２のマスクパターンを前記基板上に転写するときの第２露光条件とを異ならせると共に、
前記第２露光条件は、転写対象のマスクパターンにそれぞれ照明光を照射する照明光学系内の、該マスクパターンに対する光学的フーリエ変換面上において、前記照明光学系の光軸を含む領域よりもその外側の領域で前記照明光の強度分布を高める変形照明条件を含むことを特徴とする転写方法。An image of a gate pattern composed of a linear pattern having a predetermined width and an end pattern provided at an end portion of the linear pattern and having a width wider than the predetermined width is provided via a projection optical system. A transfer method for transferring to the top,
A first mask pattern having a shape corresponding to the gate pattern and a plurality of linear patterns having substantially the same length and the same line width as the linear pattern with the dimming portion as a background. A step of transferring the second mask pattern periodically arranged in the width direction of the linear pattern on the substrate, respectively,
A first exposure condition for transferring the first mask pattern on the substrate, the second mask pattern causes different from the second exposure conditions when transferred onto the substrate,
The second exposure condition is that in an illumination optical system for irradiating illumination light to a mask pattern to be transferred, on an optical Fourier transform surface for the mask pattern, rather than a region including the optical axis of the illumination optical system. A transfer method characterized by including a modified illumination condition for increasing the intensity distribution of the illumination light in an outer region . 前記第１のマスクパターンは、前記ゲートパターンに対応する形状の部分が減光部とされ、且つその他の部分が透過部とされ、
前記第２のマスクパターンは、前記線状パターンに対応する部分に接するように前記直線パターンが透過パターンとして配置されることを特徴とする請求項１に記載の転写方法。In the first mask pattern, a portion having a shape corresponding to the gate pattern is a light reduction portion, and the other portion is a transmission portion.
The second mask pattern transfer method according to claim 1, wherein the linear pattern in contact with the portion corresponding to the linear pattern is disposed as a transmission pattern. 前記第１のマスクパターンの中のゲート電極に対応する部分の線幅は、前記線状パターンの線幅の１倍〜２倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転写方法。 3. The transfer method according to claim 1, wherein a line width of a portion corresponding to the gate electrode in the first mask pattern is 1 to 2 times a line width of the linear pattern. 4. . 前記第１露光条件は、前記光学的フーリエ変換面上において、前記照明光学系の光軸を含む領域における照明光の強度分布を、その外側の領域での前記照明光の強度分布よりも高める通常照明条件を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の転写方法。Usually, the first exposure condition is such that, on the optical Fourier transform plane, the intensity distribution of the illumination light in the area including the optical axis of the illumination optical system is higher than the intensity distribution of the illumination light in the outer area. Illumination conditions are included , The transfer method as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記変形照明条件は、前記光学的フーリエ変換面上における前記照明光の強度分布を、輪帯状の領域において高める第１変形照明条件と、前記強度分布を前記光軸よりも外側に配置された複数の位置をそれぞれ中心とした複数の局所領域において高める第２変形照明条件とのうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の転写方法。The modified illumination condition includes a first modified illumination condition for increasing the intensity distribution of the illumination light on the optical Fourier transform surface in a ring-shaped region, and a plurality of the intensity distributions arranged outside the optical axis. 5. The transfer method according to claim 1, comprising at least one of a second modified illumination condition that is enhanced in a plurality of local regions, each centered on the position of. 前記ゲートパターンは、第１の線状パターンを含む第１ゲートパターンと、前記第１の線状パターンの長辺方向に直交する方向を長手方向とする第２の線状パターンを含む第２ゲートパターンとを含み、
前記第１のマスクパターンは、前記第１及び第２ゲートパターンにそれぞれ対応する形状を持つパターンを含み、
前記第２のマスクパターンは、減光部を背景として前記第１の線状パターンと実質的に同程度の長さ及び同程度の線幅を有し且つ前記第１の線状パターンの幅方向に周期的に配列された複数個の第１直線パターンと、減光部を背景として前記第２の線状パターンと実質的に同程度の長さ及び同程度の線幅を有し且つ前記第２の線状パターンの幅方向に周期的に配列された複数個の第２直線パターンとを含み、
前記第２のマスクパターンの像を転写する際の前記変形照明条件を、前記光学的フーリエ変換面での照明光の強度分布が、前記光軸を中心として前記第１及び第２直線パターンの長辺方向に対応する方向からそれぞれ実質的に４５°回転した方向に沿った４箇所の位置を中心とした分布となるものとすることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の転写方法。The gate pattern includes a first gate pattern including a first linear pattern and a second gate including a second linear pattern having a longitudinal direction in a direction orthogonal to a long side direction of the first linear pattern. Pattern and
The first mask pattern includes a pattern having a shape corresponding to each of the first and second gate patterns,
The second mask pattern has substantially the same length and the same line width as the first linear pattern with the dimming portion as a background, and the width direction of the first linear pattern A plurality of first linear patterns arranged periodically, and having substantially the same length and the same line width as the second linear pattern with the dimming portion as a background, and the first A plurality of second linear patterns periodically arranged in the width direction of the two linear patterns,
The deformation illumination condition for transferring the image of the second mask pattern is the intensity distribution of illumination light on the optical Fourier transform surface, and the length of the first and second linear patterns centered on the optical axis. according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is assumed that the distribution around the four positions along a direction rotated substantially 45 ° from each direction corresponding to the side direction Transfer method. 前記ゲートパターンは、第１の線状パターンを含む第１ゲートパターンと、前記第１の線状パターンの長辺方向に直交する方向を長手方向とする第２の線状パターンを含む第２ゲートパターンとを含み、
前記第１のマスクパターンは、前記第１及び第２ゲートパターンにそれぞれ対応する形状を持つパターンを含み、
前記第２のマスクパターンは、減光部を背景として前記第１の線状パターンと実質的に同程度の長さ及び同程度の線幅を有し且つ前記第１の線状パターンの幅方向に周期的に配列された複数個の第１直線パターンと、減光部を背景として前記第２の線状パターンと実質的に同程度の長さ及び同程度の線幅を有し且つ前記第２の線状パターンの幅方向に周期的に配列された複数個の第２直線パターンとを含み、
前記第１直線パターンを前記基板上に転写する際の前記変形照明条件と、前記第２直線パターンを前記基板上に転写する際の前記変形照明条件とが異なることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の転写方法。The gate pattern includes a first gate pattern including a first linear pattern and a second gate including a second linear pattern having a longitudinal direction in a direction orthogonal to a long side direction of the first linear pattern. Pattern and
The first mask pattern includes a pattern having a shape corresponding to each of the first and second gate patterns,
The second mask pattern has substantially the same length and the same line width as the first linear pattern with the dimming portion as a background, and the width direction of the first linear pattern A plurality of first linear patterns arranged periodically, and having substantially the same length and the same line width as the second linear pattern with the dimming portion as a background, and the first A plurality of second linear patterns periodically arranged in the width direction of the two linear patterns,
The modified illumination condition for transferring the first linear pattern onto the substrate is different from the modified illumination condition for transferring the second linear pattern onto the substrate . 5. The transfer method according to any one of 4 above. 前記第１直線パターンの像を転写する際の照明条件を、前記光学的フーリエ変換面での照明光の強度分布が、前記第１直線パターンの長辺方向に直交する方向に対応する方向に前記光軸から離れた２箇所の位置を中心とした分布となる変形照明とし、
前記第２直線パターンの像を転写する際の照明条件を、前記光学的フーリエ変換面での照明光の強度分布が、前記第２直線パターンの長辺方向に直交する方向に対応する方向に前記光軸から離れた２箇所の位置を中心とした分布となる変形照明とすることを特徴とする請求項７に記載の転写方法。The illumination condition for transferring the image of the first linear pattern is that the intensity distribution of the illumination light on the optical Fourier transform plane is in a direction corresponding to a direction orthogonal to the long side direction of the first linear pattern. A modified illumination that has a distribution centered at two positions away from the optical axis,
The illumination condition for transferring the image of the second linear pattern is set such that the intensity distribution of the illumination light on the optical Fourier transform plane corresponds to a direction orthogonal to the long side direction of the second linear pattern. 8. The transfer method according to claim 7 , wherein the modified illumination has a distribution centered at two positions apart from the optical axis. 前記第１直線パターンと前記第２直線パターンとは、それぞれ異なるマスク上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の転写方法。The transfer method according to claim 8 , wherein the first linear pattern and the second linear pattern are formed on different masks. 前記第１及び第２露光条件は、前記マスクパターンを転写するときの露光量を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の転写方法。It said first and second exposure conditions, the transfer method according to any one of claim 1 to 9, characterized in that it comprises an exposure amount when transferring the mask pattern. 前記第２のマスクパターンを転写するときの露光量を、前記第１のマスクパターンを転写するときの露光量よりも大きくすることを特徴とする請求項１０に記載の転写方法。The transfer method according to claim 10 , wherein an exposure amount when transferring the second mask pattern is made larger than an exposure amount when transferring the first mask pattern. 前記第２のマスクパターンは、該マスクパターンに照射された照明光の位相をほぼ１８０°シフトさせる半透明部を含むことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の転写方法。The second mask pattern, the method of transfer according to any one of claim 1 to 11, characterized in that it comprises a semi-transparent portion to substantially 180 ° phase shift the illumination light irradiated to the mask pattern . 前記第１及び前記第２のマスクパターンはそれぞれ互いに異なるマスクに形成され、
前記各マスクは、前記第１のマスクパターンのうち前記線状パターンに対応する部分の長手方向と前記第２のマスクパターンの周期方向とが直交するように、前記投影光学系の物体面側に順次配置されることを特徴とする請求項１〜１２の何れか一項に記載の転写方法。The first and second mask patterns are formed on different masks, respectively.
Each mask is disposed on the object plane side of the projection optical system so that the longitudinal direction of the portion corresponding to the linear pattern in the first mask pattern is orthogonal to the periodic direction of the second mask pattern. The transfer method according to any one of claims 1 to 12 , wherein the transfer methods are sequentially arranged. 前記第１のマスクパターンは、前記線状パターンに対応する形状の直線パターンを複数隣接して有しており、
前記第１のマスクパターンを前記基板上に転写することにより、前記線状パターンを備えた複数のゲートパターンを、前記基板上に隣接して形成することを特徴とする請求項１〜１３の何れか一項に記載の転写方法。The first mask pattern has a plurality of adjacent linear patterns having a shape corresponding to the linear pattern,
By transferring the first mask pattern on the substrate, any claim 1 to 13 in which a plurality of gate pattern with the linear pattern, and forming adjacent to the substrate The transfer method according to claim 1. 請求項１〜１４の何れか一項記載の転写方法を用いて、マスク上に形成されたデバイスパターンを前記基板上に転写する工程を含むことを特徴とするデバイス製造方法。With claims 1-14 transfer method according to one of, device manufacturing method, wherein a device pattern formed on a mask comprising the step of transferring onto the substrate.
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