JPH10177947A

JPH10177947A - 露光方法

Info

Publication number: JPH10177947A
Application number: JP8339235A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Umagome; 伸貴馬込
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のレチクル及び照明光学系を用いて、更
に投影光学系を使用する場合にはこの投影光学系の結像
特性を更に向上することなく、より微細なパターンを基
板上に形成する。【解決手段】ネガタイプのフォトレジストが塗布され
たウエハ上にライン・アンド・スペースパターンのピッ
チＰの投影像を露光し（ステップ１０５）、そのウエハ
とその投影像とをＰ／４だけずらして重ね露光を行った
後（ステップ１０６）、現像及びエッチングを行う。そ
の後、再びウエハ上にネガタイプのフォトレジストを塗
布して最初の露光位置からＰ／２ずれた位置でその投影
像の対露光を行って（ステップ１１８，１１９）、現像
及びエッチングを行うことによって、ウエハ上にピッチ
Ｐ／２のパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程に
おいて、所定のパターンを感光基板上に転写するための
露光方法に関し、特に感光基板上に微細なパターンを転
写する場合に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子等を製造する際に、
マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）上のパ
ターンを投影光学系を介して、感光基板としてのフォト
レジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）
上に転写露光する投影露光装置（ステッパー等）が使用
されている。半導体素子等の集積度は益々高まっている
ため、投影露光装置においても、より微細な回路パター
ンをウエハ上に転写することが要求されている。

【０００３】一般にウエハ上に転写される回路パターン
の最小線幅を規定する解像度Ｒは、結像系としての投影
光学系の開口数ＮＡ、露光光の波長λ、及びウエハ上に
塗布された感光材料の性能に応じた定数ｋ₁を用いて、
次のように表される。Ｒ＝ｋ₁・ＮＡ／λ （１）上記の式より、高い解像度Ｒを得るためには、定数ｋ₁
の大きな感光材料、開口数ＮＡの大きな投影光学系、及
び波長λの短い露光光を使用すればよいことが分かる。
これら３要素はそれぞれが時代と共に進歩してきたが、
最近では、更に高い解像度を得るために、レチクル、及
び照明光学系でも種々の工夫が図られてきている。

【０００４】例えば、レチクルに関しては位相シフトレ
チクルが既に実用段階にある。通常のレチクルでは、透
過振幅が０と１とのパターン、即ち遮光部と透過部とか
らなるパターンが形成されているが、その位相シフトレ
チクルは、一連の透過部に交互に位相が１８０°異なる
位相材料を配置して形成され、これによって交互に符号
が±に反転する振幅を有する光束を生成し、これにより
所定の周期的なパターンの解像度を２倍にするものであ
る。一方、照明光学系については、光軸に対して偏心し
た複数の２次光源からの露光光でレチクルを照明するこ
とによって、焦点深度を狭くすることなく高い解像度を
得る所謂変形光源法が提案されている。変形光源法は、
ＳＨＲＩＮＣ（Super High-Resolution by IllumiNatio
n Control)法とも呼ばれており、その変形光源法によっ
ても位相シフトレチクルを使用した場合と同様の解像度
向上の効果が得られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来は、解
像度を向上させるために、感光材料の特性を高め、投影
光学系の開口数を増大させ、更には露光光の波長を出来
る限り短くする等の対策が取られてきたが、これらの方
法には設備面及び製造コスト面等から限界がある。ま
た、位相シフトレチクルや変形光源法の使用によっても
更に解像度を向上できるが、その向上にも限界がある。

【０００６】近年超ＬＳＩ等の集積度は益々高まり、要
求される解像度も更に高まっているが、従来の技術では
容易に対応できないという不都合があった。また、最近
はＸ線リソグラフィも盛んに研究されているが、Ｘ線で
可能な解像度の微細なマスクパターンを形成するのは現
状では困難なことがある。本発明は斯かる点に鑑み、従
来のレチクル及び照明光学系を用いて、更に投影光学系
を使用する場合にはこの投影光学系の結像特性を更に向
上することなく、より微細なパターンを基板上に形成で
きる露光方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、マスク（１０）上に所定方向（Ｘ方向）に所定ピッ
チで形成された周期的なパターンに対応するパターンを
感光基板（１２）上に転写露光する露光方法であって、
そのマスクの周期的なパターン（１７）を感光基板（１
０）上に転写した後、マスク（１０）と感光基板（１
２）とを最終的に転写すべきパターンの線幅に対応した
量だけその所定方向に相対的にずらしてその周期的なパ
ターン（１７）を感光基板（１２）上に重ねて転写する
対露光を行う第１の露光工程（ステップ１０５，１０
６）と、マスク（１０）と感光基板（１２）とをその所
定方向に相対的にその所定ピッチよりも小さい量だけず
らした後、その対露光を繰り返す第２の露光工程（ステ
ップ１１７〜１１９）と、を有するものである。

【０００８】斯かる本発明の露光方法によれば、その周
期的なパターン（１７）が例えば遮光部と透過部とのデ
ューティ比が１：１のパターンであるとすると、その感
光基板上への転写像、又は投影光学系を使用した場合に
は投影像の光強度分布は、例えば図３（ｂ）に示すよう
にピッチＰの方形波状となる。そこで、その転写像とそ
の感光基板とをピッチ方向に相対的にＰ／４ずらして２
重露光を行うと、この対露光後には図３（ｃ）に示すよ
うに、幅Ｐ／４の未露光部分（５６Ａ，５６Ｂ，…）が
ピッチＰで残る。次に、図４（ｂ）に示すように、その
転写像とその感光基板とをＰ／２だけずらしてその対露
光を繰り返すと、最初の未露光部分からＰ／２だけずれ
て幅Ｐ／４の未露光部分（５９Ａ，５９Ｂ，…）が残る
ため、これらの未露光部分にパターンを形成することに
よって、図４（ｅ）に示すように、ピッチＰ／２のパタ
ーンを形成することができる。従って、マスクパターン
と感光基板とを相対的にずらしながら対露光を繰り返す
ことで、特に照明光学系等を変えることなくそのマスク
パターンよりも微細なパターンを形成できる。

【０００９】また、この説明はピッチＰの転写像からピ
ッチＰ／２のパターンを形成する場合の説明であるが、
これを一般化すると、そのピッチＰの転写像からピッチ
Ｐ／ｎ（ｎは２以上の整数）のパターンを形成できる。
即ち、その対露光をｎ回繰り返すと共に、その対露光の
間に順次マスク（１０）と感光基板（１２）とをその所
定方向に相対的にその周期的なパターンのピッチＰの１
／ｎずつずらせばよい。更に、最終的に凸部と凹部との
比（デューティ比）が１：１のパターンを形成するため
には、例えば図７（ａ），（ｂ）に示すように、その各
対露光の中で転写像と感光基板とを例えばＰ（ｎ−１）
／（２ｎ）だけずらせばよい。

【００１０】これらの場合に、感光基板（１２）は、所
定の基板（５２〜５４）上にネガタイプの感光材料（５
１）が塗布されたものであることが望ましく、この際に
その各対露光の後でそれぞれその感光材料（５１）の現
像工程（ステップ１１０，１２３）、及びパターン形成
工程（ステップ１１１，１２４）が実行されることが望
ましい。即ち、例えば図３（ａ）に示すように、基板
（５２〜５４）に対してネガタイプの感光材料（５１）
が塗布されている場合、図３（ｃ）に示すように、対露
光を行うと、幅の狭い未露光部（５６Ａ，５６Ｂ，…）
が残るため、露光後に現像を行ってから例えばエッチン
グ等でパターンを形成すると、図３（ｆ）に示すよう
に、幅の広い凸部と幅の狭い凹部（５７Ａ，５７Ｂ，
…）とからなるパターンが形成される。そこで、次の対
露光では図４（ｂ）に示すように、その幅の広い凸部内
に幅の狭い未露光部（５９Ａ，５９Ｂ，…）を形成する
ことによって、次々に微細な凸部を形成できる。

【００１１】また、例えば図５に示すように、マスク
（１０）のその周期的なパターンを、遮光部（４０Ａ〜
４０Ｄ）と光透過部（４２Ａ〜４２Ｃ）とをその所定方
向に周期的に形成したライン・アンド・スペースパター
ンとして、このライン・アンド・スペースパターンの光
透過部（４２Ａ〜４２Ｃ）の一部（４２Ａ，４２Ｃ）に
位相シフタを設けるようにしてもよい。これはマスクと
して、位相シフトレチクル等を使用することを意味す
る。マスクとして位相シフタを用いない通常のレチクル
を使用すると、光学的な解像度の限界に近い転写像の光
強度分布は例えば図６（ｃ）に示すように正弦波状（４
７Ａ）になって、対露光をした場合に正確な幅の未露光
部が得られない恐れがある。これに対してマスクとし
て、位相シフタを有するレチクルを使用すると、転写像
の光強度分布は例えば図６（ｃ）に示すようにシャープ
な方形波状となり、対露光をした場合に正確な幅の未露
光部が得られ、所望の線幅のパターンを正確に形成でき
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光方法の実
施の形態の一例につき図面を参照して説明する。本例
は、ステッパー型の投影露光装置を使用してウエハ上に
アルミニウムの微細なパターンを形成する場合に本発明
を適用したものである。図２は、本例の投影露光装置の
概略構成を示し、この図２において、水銀ランプよりな
る露光光源１から射出された光束は、楕円鏡２によって
第２焦点付近に収束された後、シャッタ３の近傍を通過
して発散光となって光路折り曲げ用のミラー４に入射す
る。シャッタ３の開閉はシャッタ駆動装置３ａによって
行われ、後述のステージ制御系３６が、装置全体の動作
を統轄制御する主制御系３７の指令のもとで、シャッタ
駆動装置３ａを介してシャッタ３の開閉動作を制御す
る。

【００１３】ミラー４で反射された光束は干渉フィルタ
５に入射し、干渉フィルタ５により所定の輝線（例えば
波長３６５ｎｍのｉ線等）よりなる露光光ＩＬのみが抽
出される。なお、露光光ＩＬとしては、水銀ランプのｉ
線やｇ線等の輝線の他に、ＡｒＦエキシマレーザ光やＫ
ｒＦエキシマレーザ光等のエキシマレーザ光、あるいは
金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波等が使用でき
る。

【００１４】次に、露光光ＩＬはフライアイレンズ６に
入射する。フライアイレンズ６の射出面には多数の２次
光源が形成される。フライアイレンズ６の射出面には開
口絞り（不図示）が配置され、この開口絞りを通過した
露光光ＩＬは、第１リレーレンズ１５を経てレチクルブ
ラインド（可変視野絞り）７に入射する。レチクルブラ
インド７の配置面はレチクル１０のパターン面と共役で
あり、駆動装置１８を介してレチクルブラインド７の開
口形状を設定することで、レチクル１０上での照明領域
が規定される。また、ウエハのステッピング時等に不要
な露光光がウエハ上に照射されないように、ステージ制
御系３６が駆動装置１８を介してレチクルブラインド７
を開閉できるようにも構成されている。

【００１５】レチクルブラインド７を通過した露光光Ｉ
Ｌは、第２リレーレンズ１６、露光光を反射するダイク
ロイックミラー８、及びコンデンサレンズ９を介してレ
チクル１０のパターン面（下面）のパターン領域を落射
照明する。露光光ＩＬのもとで、そのパターン領域内の
パターンが投影光学系１１を介して、フォトレジストが
塗布されたウエハ１２上に投影倍率β（βは例えば１／
４，１／５等）で転写される。以下、投影光学系１１の
光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図
２の紙面に平行にＸ軸を、図２の紙面に垂直にＹ軸を取
って説明する。

【００１６】このとき、レチクル１０はＸ方向、Ｙ方向
及び回転方向に微動可能なレチクルステージＲＳＴ上に
保持されている。レチクルステージＲＳＴの位置は外部
のレーザ干渉計（不図示）によって高精度に計測されて
おり、その計測値に基づいてステージ制御系３６によっ
てレチクルステージＲＳＴの位置が制御されている。一
方、ウエハ１２は不図示のウエハホルダを介してＸ方向
及びＹ方向に移動自在なウエハステージ１３上に載置さ
れている。ウエハステージ１３の位置は、ウエハステー
ジ１３の上端に固定された移動鏡１４及び外部のレーザ
干渉計２０により高精度に計測され、この計測値はステ
ージ制御系３６に供給されている。その計測値は更にス
テージ制御系３６を介して主制御系３７にも供給され、
主制御系３７からの指令のもとで、ステージ制御系３６
はウエハステージ駆動系２１を介してウエハステージ１
３（ウエハ１２）の位置を制御する。ウエハステージ１
３によりウエハ１２の各ショット領域を投影光学系１１
の露光フィールド内に移動する動作と、露光動作とがス
テップ・アンド・リピート方式で繰り返されて、レチク
ル１０上のパターンの像がウエハ１２上の各ショット領
域に転写される。

【００１７】また、このように露光を行う前に予めアラ
イメントを行う必要がある。そのため、ウエハステージ
１３上のウエハ１２の近傍には後述のアライメントセン
サ等のための複数の基準マークが形成された基準マーク
部材３３が、その表面がウエハ１２の表面と同じ高さに
なるように設置されている。そして、レチクル１０の上
方には、レチクル１０に形成されたアライメントマーク
の位置を検出するためのレチクルアライメント顕微鏡３
１が設置されている。この場合、レチクル１０をレチク
ルステージＲＳＴ上に設置した際のレチクルアライメン
ト時には、基準マーク部材３３を投影光学系１１の露光
フィールド内に位置決めした状態で、レチクルアライメ
ント顕微鏡３１によってレチクル１０上のアライメント
マークと基準マーク部材３３上の対応する基準マークと
の像が撮像され、撮像信号がアライメント信号処理系３
５に供給される。アライメント信号処理系３５では２つ
のマークの位置ずれ量を検出して主制御系３７に供給
し、主制御系３７ではその位置ずれ量に基づいてステー
ジ制御系３６を介して、ウエハステージ１３に対するレ
チクル１０の位置合わせを行う。

【００１８】また、２層目以降に露光が行われるウエハ
の各ショット領域にはそれぞれ位置合わせ用のウエハマ
ークが付設され、投影光学系１１の側面部にそのウエハ
マークの位置検出を行うためにオフ・アクシス方式で、
例えば画像処理方式のアライメントセンサ３２が設置さ
れている。このアライメントセンサ３２により露光対象
のウエハ上のウエハマークを検出して得られる検出信号
がアライメント信号処理系３５に供給され、アライメン
ト信号処理系３５からそのウエハマークの位置ずれ量の
情報が主制御系３７に供給される。主制御系３７は、そ
の位置ずれ量及びレーザ干渉計２０の計測値に基づいて
ウエハ上の各ショット領域の配列座標を算出する。ま
た、アライメントセンサ３２の検出中心とレチクル１０
のパターン像の中心（露光中心）との間隔であるベース
ライン量は予め基準マーク部材３３を用いて求められて
おり、そのベースライン量で上述の各ショット領域の配
列座標を補正することによって、ウエハ上の各ショット
領域がそれぞれ正確にレチクル１０のパターン像に対し
て位置合わせされる。

【００１９】次に、本例の露光方法について、図１のフ
ローチャートを参照して説明する。本例では、ウエハ１
２の各ショット領域にそれぞれ微細なピッチのライン・
アンド・スペースパターンを形成するものとする。この
ため、図２のレチクル１０のパターン領域には、Ｘ方向
に所定ピッチで遮光部と光透過部とを周期的に配列した
ライン・アンド・スペースパターン１７が形成されてい
る。このライン・アンド・スペースパターン１７の遮光
部の幅と光透過部の幅との比、即ちデューティ比は１：
１であり、そのパターンを投影光学系１１を介してウエ
ハ１２上に投影して得られる投影像のＸ方向のピッチは
Ｐであるとする。更に、レチクル１０上に形成されたア
ライメントマークは、そのライン・アンド・スペースパ
ターン１７との位置関係が規定されたマークである。

【００２０】また、本例のウエハ１２上にはネガタイプ
のフォトレジストが塗布されている。図３（ａ）は本例
で使用されるウエハ１２の一部の拡大断面図を示し、こ
の図３（ａ）において、ウエハ１２を構成する基板５４
上の全面に亘ってドライエッチング出来ない層であるエ
ッチングストッパー５３が被着され、エッチングストッ
パー５３上の全面にアルミニウム層５２が蒸着等により
形成されている。そして、アルミニウム層５２上の全面
にネガタイプのフォトレジスト層５１が一様な厚さで塗
布されている。また、これからの露光が２層目以降であ
るとして、ウエハ１２上の各ショット領域には位置合わ
せ用のウエハマークが付設されている。このような条件
のもとで次のように露光及びパターンの形成が行われ
る。

【００２１】先ず、図１のステップ１０１において、ウ
エハ１２が図２のウエハステージ１３上にロードされ
る。そして、ステップ１０２において、アライメントセ
ンサ３２を使用してウエハ１２上の所定のウエハマーク
の位置検出が行われ、この検出結果よりウエハ１２上の
各ショット領域の配列座標の算出（アライメント）が行
われる。

【００２２】次のステップ１０３においては、ショット
領域の番号を示す変数ｉが１に設定され、ステップ１０
４においてウエハ１２上のｉ番目（ここでは１番目）の
ショット領域がステップ１０２において求められた配列
座標に基づいて、レチクル１０のパターンの露光位置に
位置決めされる。そして、ステップ１０５において、シ
ャッタ３を開いて露光光ＩＬを所定時間だけレチクル１
０上に照射して、レチクル１０上のライン・アンド・ス
ペースパターン１７のピッチＰの投影像をそのショット
領域に露光する。

【００２３】図３（ｂ）の凹凸線５５Ａは、ウエハ１２
上に転写される投影像のＸ方向の光強度分布を示し、こ
の図３（ｂ）において横軸はウエハ１２上の所定の基準
点からＸ方向への位置ｘ、縦軸は光強度Ｉを表す。その
凹凸線５５Ａで示すように、ウエハ１２上の投影像は、
レチクル１０のライン・アンド・スペースパターンの遮
光部及び光透過部に対応してそれぞれ低レベルＩＢ及び
高レベルＩＡとなる光強度が、Ｘ方向にピッチＰで方形
波状に繰り返される光強度分布を有し、この光強度分布
がウエハ１２上での露光量分布ともなる。

【００２４】次に、ステップ１０６において、ウエハス
テージ１３を駆動してウエハ１２の露光位置を−Ｘ方向
にＰ／４だけずらす（投影像はウエハ１２に対して＋Ｘ
方向にＰ／４だけずれる）。その後、再びシャッタ３を
開いて、レチクル１０上のライン・アンド・スペースパ
ターン１７の投影光学系１１を介した投影像をウエハ１
２上に重ねて露光する。なお、そのようにウエハ１２に
対して投影像を相対的に所定間隔だけずらすには、レチ
クルステージＲＳＴを介してレチクル１０をその所定間
隔に投影倍率の逆数を乗じた間隔だけ移動するようにし
てもよい。このようにレチクル１０のパターンの投影像
とウエハ１２との相対移動を挟んで行う２回の露光を
「対露光」と呼ぶ。

【００２５】図３（ｃ）の凹凸線５５Ｂは、その２回目
の露光によってウエハ１２上に転写される投影像のＸ方
向の光強度変化を示し、横軸及び縦軸は図３（ｂ）と同
様である。また、図３（ｃ）には、最初の露光による投
影像の光強度分布を示す凹凸線５５Ａも表示されてい
る。この場合、最初の露光時の光強度分布（凹凸線５５
Ａ）に対して、重ね露光時の光強度分布（凹凸線５５
Ｂ）は、＋Ｘ方向にＰ／４だけずれている。そのため、
２つの凹凸線５５Ａ，５５Ｂが共に低レベルとなる幅Ｐ
／４の領域５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，…がピッチＰで残
される。この際に、凹凸線５５Ａ，５５Ｂが共に高レベ
ルとなる領域、及び凹凸線５５Ａ，５５Ｂの一方が高レ
ベルとなる領域も存在するが、本例では、凹凸線５５
Ａ，５５Ｂの少なくとも一方が高レベルとなる領域での
露光量は、フォトレジスト層を感光させることができる
と共に、凹凸線５５Ａ，５５Ｂが両方とも低レベルとな
る領域５６Ａ，５６Ｂ，…での露光量はフォトレジスト
層を感光させないように、その対露光での露光量が設定
されている。

【００２６】図３（ｄ）は、第１回目の対露光が終了し
た後のウエハ１２の断面図を示し、この図３（ｄ）にお
いて、フォトレジスト層５１上にＸ方向にピッチＰで配
列されたそれぞれ幅Ｐ／４の領域５６Ａ，５６Ｂ，５６
Ｃ，…は未露光領域（フォトレジストを感光させない領
域）となっている。次に、ステップ１０７において全て
のショット領域における１回目の対露光が終了したかど
うかの確認が行われる。対露光の終了していないショッ
ト領域が残されている場合は、ステップ１０８で変数ｉ
に１を加えた後、ステップ１０４に戻って残されたショ
ット領域に対する対露光を行う。すべてのショット領域
における対露光が終了するまでステップ１０４〜１０８
が繰り返され、すべてのショット領域の対露光が終了し
た場合は、ステップ１０７からステップ１０９に移行
し、ウエハ１２がウエハステージ１３上からアンロード
される。

【００２７】次に、ステップ１１０において、ウエハ１
２を適当な現像液を使用して現像する。ウエハ１２上の
フォトレジスト層５１はネガタイプであるため、現像処
理によりウエハ１２上の未露光領域のフォトレジストが
溶解して除去される。図３（ｅ）は、現像処理後のウエ
ハ１２の断面図を示し、この図３（ｅ）において、フォ
トレジスト層５１の内で未露光の領域５６Ａ，５６Ｂ，
…ではそれぞれアルミニウム層５２までフォトレジスト
が除去されている。即ち、ピッチＰでそれぞれ幅Ｐ／４
の領域５６Ａ，５６Ｂ，…でアルミニウム層５２の表面
が露出する。次に、ステップ１１１において、この現像
後のウエハ１２を適当なエッチング用のガスを使用して
ドライエッチングして、未露光部のアルミニウムを除去
した後、残されているレジストパターンを除去する。

【００２８】図３（ｆ）は、ドライエッチング及びレジ
ストパターン除去後のウエハ１２の断面図を示し、この
図３（ｆ）に示すように、ウエハ１２のアルミニウム層
５２中に、図３（ｅ）の未露光の領域５６Ａ，５６Ｂ，
…に対応して幅Ｐ／４の凹部５７Ａ，５７Ｂ，５７Ｃ，
…がピッチＰで形成される。次に、ステップ１１２にお
いてウエハ１２を洗浄して乾燥する。次のステップ１１
３において、ウエハ１２上に前回塗布されたのと同じネ
ガタイプのフォトレジストを所定の厚さに塗布する。

【００２９】図４（ａ）は、再びフォトレジストが塗布
されたウエハ１２の断面図を示し、この図４（ａ）にお
いて、凹部５７Ａ，５７Ｂ，…が形成されたアルミニウ
ム層５２上にネガタイプのフォトレジスト層５１Ａが形
成されている。次に、ステップ１１４において、再びフ
ォトレジストが塗布されたウエハ１２を図２のウエハス
テージ１３上にロードする。この際に、レチクルステー
ジＲＳＴ上には前回の露光時に使用されたレチクル１０
がそのまま載置されている。そして、ステップ１１５に
おいて、アライメントセンサ３２を使用してウエハ１２
のアライメントを行い、ウエハ１２上の各ショット領域
の配列座標を求める。それに続くステップ１１６におい
て、ショット領域の番号を示す変数ｉを１に設定した
後、ステップ１１７において、ウエハ１２上のｉ番目
（ここでは１番目）のショット領域を、１回目の対露光
における最初の露光位置（ステップ１０５での露光位
置）から＋Ｘ方向にＰ／２だけずれた位置に正確に位置
決めする（ウエハ１２に対して投影像は−Ｘ方向にＰ／
２だけずれる。

【００３０】そして、ステップ１１８においてそのショ
ット領域にレチクル１０のライン・アンド・スペースパ
ターン１７の投影像を露光した後、ステップ１１９にお
いて、ウエハ１２の露光位置を−Ｘ方向にＰ／４だけず
らして、前回同様に重ね露光を行う。この場合にも、レ
チクル１０側を移動してもよい。このステップ１１８，
１１９の２重露光を２回目の対露光と呼ぶ。

【００３１】図４（ｂ）の凹凸線５８Ａ及び５８Ｂは、
その対露光によってウエハ１２上に転写される投影像の
Ｘ方向の光強度変化を示し、横軸はウエハ１２上の所定
の基準点からＸ方向への位置ｘ、縦軸は光強度Ｉを表
す。また、図４（ｂ）において、凹凸線５８Ａはステッ
プ１１８での１回目の露光時の光強度分布、凹凸線５８
Ｂはステップ１１９での重ね露光時の光強度分布を表し
ている。この場合、最初の露光時の光強度分布（凹凸線
５８Ａ）に対して、重ね露光時の光強度分布（凹凸線５
８Ｂ）は、＋Ｘ方向にＰ／４だけずれており、２つの凹
凸線５８Ａ，５８Ｂが共に低レベルとなる幅Ｐ／４の領
域５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃ，…がピッチＰで残される。
この際にも、凹凸線５８Ａ，５８Ｂの少なくとも一方が
高レベルＩＣとなる領域での露光量は、フォトレジスト
層を感光させることができると共に、凹凸線５８Ａ，５
８Ｂが両方とも低レベルＩＢとなる領域５９Ａ，５９
Ｂ，…での露光量は、フォトレジスト層を感光させない
ようにその対露光での露光量が設定されている。

【００３２】図４（ｃ）は、２回目の対露光が終了した
後のウエハ１２の断面図を示し、この図４（ｃ）におい
て、フォトレジスト層５１Ａ上にＸ方向にピッチＰで配
列されたそれぞれ幅Ｐ／４の領域５９Ａ，５９Ｂ，５９
Ｃ，…は未露光領域となっている。また、これらの未露
光の領域５９Ａ，５９Ｂ，…は、図４（ａ）のアルミニ
ウム層５２中の凹部５７Ａ，５７Ｂ，…に対して−Ｘ方
向にＰ／２だけずれている。

【００３３】次に、ステップ１２０において全てのショ
ット領域における２回目の対露光が終了したかどうかの
確認が行われる。対露光の終了していないショット領域
が残されている場合は、ステップ１２１で変数ｉに１を
加えた後、ステップ１１７に戻って残されたショット領
域に対する対露光を行う。すべてのショット領域におけ
る対露光が終了するまでステップ１１７〜１２１が繰り
返され、ステップ１２０においてすべてのショット領域
の対露光が終了した場合は、ステップ１２２に移行し
て、ウエハ１２がウエハステージ１３上からアンロード
される。次のステップ１２３において、ウエハ１２のフ
ォトレジスト層５１Ａに対する現像処理が行われる。

【００３４】図４（ｄ）は、現像処理後のウエハ１２の
断面図を示し、この図４（ｄ）において、フォトレジス
ト層５１Ａの内で未露光の領域５９Ａ，５９Ｂ，…では
それぞれアルミニウム層５２までフォトレジストが除去
されている。即ち、ピッチＰでそれぞれ幅Ｐ／４の領域
５９Ａ，５９Ｂ，…でアルミニウム層５２の表面が露出
する。次に、ステップ１２４において、この現像後のウ
エハ１２をドライエッチングして、未露光部のアルミニ
ウムを除去した後、残されているレジストパターンを除
去する。その後、ステップ１２５でウエハ１２の洗浄及
び乾燥が行われる。

【００３５】図４（ｅ）は、ドライエッチング及びレジ
ストパターン除去後のウエハ１２の断面図を示し、この
図４（ｅ）に示すように、ウエハ１２のアルミニウム層
５２中に、図４（ｄ）の未露光の領域５９Ａ，５９Ｂ，
…に対応して幅Ｐ／４の凹部６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，
…がピッチＰで形成される。この際に、凹部６０Ａ，６
０Ｂ，６０Ｃ，…に対してＸ方向に間隔Ｐ／２だけずれ
た位置に、それぞれ幅Ｐ／４の凹部５７Ａ，５７Ｂ，…
が既に形成されている。従って、ウエハ１２のアルミニ
ウム層５２には、幅Ｐ／４の凹部６０Ａをスペース部Ｓ
１、幅Ｐ／４の凸部をライン部Ｌ１として、スペース部
Ｓ１及びライン部Ｌ１をＸ方向にピッチＰ／２で配列し
たライン・アンド・スペースパターンが形成されたこと
になる。

【００３６】このように本例によれば、ピッチＰの投影
像とウエハ１２とを相対的にずらしながら行う対露光を
繰り返すことによって、ウエハ１２上にピッチＰ／２の
パターンを形成できる。また、図２の投影光学系１１の
解像度をピッチでＰ（幅ではＰ／２）とすると、投影光
学系１１を介してウエハ１２上に解像度の限界のピッチ
Ｐのパターン像を露光し、この像とウエハ１２とを相対
的にずらしてその露光を繰り返すことによって、ウエハ
１２上に解像度が１／２に高められたパターン像を露光
できたことになる。

【００３７】但し、このように、ピッチＰが投影光学系
１１の解像度の限界に近い場合には、ウエハ１２上の投
影像の光強度分布は、図３（ｃ）、又は図４（ｂ）に示
すようなシャープな方形波状にならず、正弦波に近くな
る。そのため、対露光後にフォトレジスト層５１、又は
５１Ａを現像した場合に、図３（ｅ）、又は図４（ｄ）
に示すように幅Ｐ／４の溶解部（未露光部）を正確に形
成するためには、フォトレジストとしてその幅Ｐ／４の
部分では感光されず、それ以外の部分では感光されると
いう感光感度の非線形性を有する材料を選択することが
重要である。

【００３８】また、そのように投影光学系１１の解像度
の限界に近いパターン像を露光する場合にも、ウエハ上
でできるだけ方形波に近い光強度分布を得るために、レ
チクル１０として位相シフトレチクルを使用するように
してもよい。位相シフトレチクルとしては、例えば以下
の渋谷−レベンソン型、ハーフトーンレチクル又は輪郭
強調型等を使用できる。

【００３９】図５は、渋谷−レベンソン型の位相シフト
レチクル１０Ａの一部の拡大断面図を示し、この図５に
示すように、位相シフトレチクル１０Ａのパターン面
（下面）には、図５の紙面に垂直な方向に伸びた遮光部
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，…と光透過部４２Ａ，４２
Ｂ，４２Ｃ，…とをＸ方向に交互にピッチＰ_Rで配列し
たライン・アンド・スペースパターンが形成されてい
る。また、光透過部４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，…には１
つおきに露光光ＩＬの位相をその他の領域に対して１８
０°変えるための位相シフタ４１Ａ，４１Ｂ，…が形成
されている。この位相シフトレチクルを用いることによ
り、高いコントラストのライン・アンド・スペースパタ
ーンの像がウエハ１２上に形成されるため、ウエハ１２
上に形成されるピッチＰ／２のパターンの高精度な線幅
制御が容易となる。

【００４０】図６（ａ）は、エッジ強調型の位相シフト
レチクル１０Ｂの一部の拡大断面図を示し、図６（ｂ）
は図６（ａ）の底面図を示す。この図６（ａ）及び
（ｂ）に示すように、位相シフトレチクル１０Ｂのパタ
ーン面には、Ｙ方向に伸びた光透過部４６Ａを挟むよう
に遮光部４３Ａ，４３Ｂが形成され、光透過部４６Ａと
同様の光透過部がＸ方向に所定ピッチで遮光部の間に形
成されている。また、本例の光透過部４６ＡのＸ方向の
両側のエッジ部には、狭い遮光部４４Ｂ及び４４Ｃが形
成され、狭い遮光部４４Ｂ，４４Ｃと遮光部４３Ａ，４
３Ｂとの間には露光光の位相をその他の領域に比べて１
８０°変えるための位相シフタ４５Ａ，４５Ｂが形成さ
れている。その他の光透過部も同様である。

【００４１】例えば通常のレチクルを使用して解像度の
限界に近いパターン像をウエハ上に露光した場合のウエ
ハ上での光強度分布が図６（ｃ）の正弦波状の曲線４７
Ａのようになるとすると、上述の輪郭強調型の位相シフ
トレチクル１０Ｂを使用した場合には、ウエハ上での光
強度分布は図６（ｃ）のほぼ方形波状の凹凸線４７Ｂの
ようになり、高いコントラストの像が得られる。従っ
て、対露光を行うことによって、ウエハ１２上に形成さ
れる微細なパターンの線幅制御を高精度に行うことがで
きる。

【００４２】なお、上述の実施の形態は、レチクル１０
のパターンの投影像の１／２ピッチのライン・アンド・
スペースパターンをウエハ上に形成するものであるが、
その対露光での位置ずれ量等を制御することによって、
ウエハ上にその投影像の１／ｎ（ｎは２以上の整数）の
ピッチのライン・アンド・スペースパターンを転写する
ことができる。この方法を以下に説明する。

【００４３】先ず、ウエハ上に投影した場合にピッチが
Ｐとなるライン・アンド・スペースパターン１７が形成
されたレチクル１０を使用して、ネガタイプのフォトレ
ジストが塗布されたウエハ１２上に最初の露光を行う。
次に、ウエハ１２上でその投影像を＋Ｘ方向に（ｎ−
１）Ｐ／（２ｎ）だけ相対的にずらして重ね露光を行う
と、この対露光によるウエハ１２上での投影像の光強度
分布は図７（ａ）に示すようになる。図７（ａ）のピッ
チＰの方形波状の凹凸線６１及び６２はそれぞれ１回目
の露光及び重ね露光に対応し、凹凸線６２は凹凸線６１
に対して＋Ｘ方向に（ｎ−１）Ｐ／（２ｎ）だけずれて
いる。

【００４４】その後、そのウエハ１２に対して図３
（ｅ）及び（ｆ）に示す工程と同様に現像及びドライエ
ッチングを施すと、図７（ｂ）に示すように、ウエハ１
２のアルミニウム層５２には、図７（ａ）の未露光部に
対応して幅Ｐ／（２ｎ）の凹部Ｓ ₁₁，Ｓ₁₂，…がＸ方向
にピッチＰで形成される。次に、ウエハ１２上に再びネ
ガタイプのフォトレジストを塗布した後、同じレチクル
１０の投影像を使用し、ウエハ１２上での露光位置を最
初の露光時に比べてＰ／ｎだけ＋Ｘ方向にずらして露光
を行い、次にその投影像をウエハ１２に対して＋Ｘ方向
に（ｎ−１）Ｐ／（２ｎ）だけずらして重ね露光を行
う。

【００４５】図７（ｃ）の凹凸線６３及び６４は、その
２回目の対露光によってウエハ１２上に転写される投影
像のＸ方向の光強度変化を示し、最初の露光時の光強度
分布（凹凸線６３）に対して、重ね露光時の光強度分布
（凹凸線６４）は、＋Ｘ方向に（ｎ−１）Ｐ／（２ｎ）
だけずれている。そのウエハ１２に対して現像及びドラ
イエッチング等を施すと、図７（ｄ）に示すようにウエ
ハ１２上のアルミニウム層５２中には、図７（ｃ）の未
露光の領域に対応して幅Ｐ／（２ｎ）の新たな凹部
Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃，…がピッチＰで形成される。この際
に、凹部Ｓ₂₁，Ｓ₂₂，Ｓ₂₃，…に対してＸ方向に間隔Ｐ
／ｎだけずれた位置に、それぞれ幅Ｐ／（２ｎ）の凹部
Ｓ₁₁，Ｓ₁₂，…が既に形成されている。従って、そのよ
うな対露光をｎ回繰り返してそれぞれ現像及びドライエ
ッチング等を施すことによって、ウエハ１２のアルミニ
ウム層５２には、幅Ｐ／（２ｎ）の凹部Ｓ₁₁をスペース
部Ｓ２、幅Ｐ／（２ｎ）の凸部をライン部Ｌ２として、
スペース部Ｓ２及びライン部Ｌ２をＸ方向にピッチＰ／
ｎで配列したライン・アンド・スペースパターンが形成
される。

【００４６】このように本例によれば、ピッチＰの投影
像とウエハ１２とを相対的にずらしながら行う対露光を
ｎ回繰り返すことによって、ウエハ１２上にピッチＰ／
ｎのパターンを形成できる。従って、投影光学系１１の
解像度や照明条件等に拘束されることなく、ウエハ上に
形成できるパターンの解像度を実質的に１／ｎ（ｎ＝
２，３，４，…）に高めることができる。

【００４７】また、この場合でも、位相シフトレチクル
を使用して、ウエハ上での投影像の光強度分布のコント
ラストを改善することによって、線幅の制御精度を高め
ることができる。また、本発明と中心遮光型等の瞳フィ
ルタとを併用するようにしてもよい。なお、本発明は、
レチクルのパターンの一部を投影光学系を介してウエハ
上に投影した状態で、レチクルとウエハとを投影光学系
に対して同期走査して、そのパターンの像をウエハの各
ショット領域に逐次転写するステップ・アンド・スキャ
ン方式等の走査露光型の投影露光装置で露光する場合に
も同様に適用できる。

【００４８】また、例えば露光光としてＸ線を使用する
Ｘ線リソグラフィでは、Ｘ線の解像度に比べて実際に製
作できるレチクルの回路パターンの線幅が広い場合があ
る。このようなときには、レチクル上に製作できる限界
に近い線幅（ピッチ）のパターンを形成しておき、Ｘ線
を用いてそのパターンを直接ウエハ上に転写した後、そ
のパターンとウエハとを相対的にずらして重ね露光を行
うという対露光を繰り返すことによって、ウエハ上によ
り細かい線幅（ピッチ）のパターンを形成することがで
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。

【００４９】

【発明の効果】本発明の露光方法によれば、対露光を繰
り返すことによって、感光基板上には幅の狭い未露光部
が残されるため、この未露光部にパターンを形成するこ
とによって、従来のマスク（レチクル）及び照明光学系
を用いて、更に投影光学系を使用する場合にはこの投影
光学系の結像特性を更に向上することなく、より微細な
パターンをその感光基板上に形成できる利点がある。従
って、マスクパターンのピッチや、投影光学系を使用す
る場合にはこの投影光学系の解像度に制約されることな
く、感光基板上に所望の微細な線幅（ピッチ）のパター
ンを形成できる。

【００５０】また、その対露光をｎ回（ｎは２以上の整
数）繰り返すと共に、その対露光の間に順次そのマスク
とその感光基板とをその所定方向に相対的にその周期的
なパターンのピッチＰの１／ｎずつずらす場合には、そ
れらのｎ回の対露光後にそれぞれ幅がＰ／（２ｎ）程度
の未露光領域がその所定方向にピッチＰで形成される。
そこで、それらの未露光領域にパターンを形成すること
によって、感光基板上にピッチがＰ／ｎのパターンを形
成できる。

【００５１】また、その感光基板が、所定の基板上にネ
ガタイプの感光材料が塗布されたものであり、その各対
露光の後でそれぞれその感光材料の現像工程、及びパタ
ーン形成工程が実行される場合には、その未露光領域の
その感光材料がその現像工程において除去されることに
なり、その未露光領域に対応する部分をエッチング等で
除去することによって、容易にその未露光領域に対応す
るパターンを形成できる。

【００５２】また、そのマスクのその周期的なパターン
が、遮光部と光透過部とをその所定方向に周期的に形成
したライン・アンド・スペースパターンであり、このラ
イン・アンド・スペースパターンのその光透過部の一部
に位相シフタが設けられる場合には、その感光基板上に
投影されるパターン像の明部と暗部とのコントラストが
高まるため、対露光後に未露光となるべき領域とそれ以
外の領域との間の露光量の差を大きくできる。従って、
最終的に形成されるパターンの線幅の制御精度を高める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光方法の実施の形態の一例を示
すフローチャートである。

【図２】本発明の実施の形態で使用される投影露光装置
を示す概略構成図である。

【図３】図１の１回目の対露光工程の説明図である。

【図４】図１の２回目の対露光工程の説明図である。

【図５】位相シフトレチクルの一例を示す拡大断面図で
ある。

【図６】（ａ）は位相シフトレチクルの他の例を示す拡
大断面図、（ｂ）は図６（ａ）の底面図、（ｃ）はウエ
ハ上での投影像の光強度分布を示す図である。

【図７】本発明の実施の形態において、更に微細なパタ
ーンを形成する方法を説明するための図である。

【符号の説明】１露光光源１０レチクル１０Ａ，１０Ｂ位相シフトレチクル１１投影光学系１２ウエハ１３ウエハステージ３１レチクルアライメント顕微鏡３２アライメントセンサ３５アライメント信号処理系３７主制御系５１，５１Ａフォトレジスト層５２アルミニウム層５３エッチングストッパー５４基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マスク上に所定方向に所定ピッチで形成
された周期的なパターンに対応するパターンを感光基板
上に転写露光する露光方法であって、前記マスクの周期的なパターンを前記感光基板上に転写
した後、前記マスクと前記感光基板とを最終的に転写す
べきパターンの線幅に対応した量だけ前記所定方向に相
対的にずらして前記周期的なパターンを前記感光基板上
に重ねて転写する対露光を行う第１の露光工程と、前記マスクと前記感光基板とを前記所定方向に相対的に
前記所定ピッチよりも小さい量だけずらした後、前記対
露光を繰り返す第２の露光工程と、を有することを特徴
とする露光方法。
【請求項２】請求項１記載の露光方法であって、前記対露光をｎ回（ｎは２以上の整数）繰り返すと共
に、前記対露光の間に順次前記マスクと前記感光基板とを前
記所定方向に相対的に前記周期的なパターンのピッチの
１／ｎずつずらすことを特徴とする露光方法。
【請求項３】請求項１、又は２記載の露光方法であっ
て、前記感光基板は、所定の基板上にネガタイプの感光材料
が塗布されたものであり、前記各対露光の後でそれぞれ前記感光材料の現像工程、
及びパターン形成工程が実行されることを特徴とする露
光方法。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の露光方法で
あって、前記マスクの前記周期的なパターンは、遮光部と光透過
部とを前記所定方向に周期的に形成したライン・アンド
・スペースパターンであり、該ライン・アンド・スペースパターンの光透過部の一部
に位相シフタが設けられたことを特徴とする露光方法。