JPH11154646A - 露光方法および露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】より微細なパターンを投影光学系の開口数の極
端な増大、照明光の極端な短波長化を図ることなく転写
可能にする。 【解決手段】 感応基板上に形成すべき全体パターン
（ＰＡ）を複数のパターン（ＰＴＡ１，ＰＴＡ２，ＰＴ
Ａ３）に分解し、相互に重ね合わせて露光することにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子や液晶素子
等を製造するために、マスクに形成された原画パターン
を感応基板上に転写する露光方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造においては年々微細化
と高集積化が進み、１Ｂｂｉｔメモリ、４Ｂｂｉｔメモ
リと増々線幅の細いリソグラフィ工程が要求されてきて
いる。この要求に答えるべく、現在リソグラフィ工程で
使われる露光装置は、縮小投影型露光装置（ステッパ
ー）が主流である。特に原画パターンを有するレチクル
を１／５縮小投影レンズで１５×１５ｍｍ角程度に縮小
してウェハ上のレジスト層に露光する方法が多用されて
いる。

【０００３】このステッパーの投影レンズは年々、解像
力を上げるために高開口数（Ｎ．Ａ.)化され、露光用照
明光の波長が４３６ｎｍ（ｇ線）のとき、Ｎ．Ａ．＝
０．４８程度のものが実用化されている。このように投
影レンズの開口数を大きくすることは、それに応じて実
効的な焦点深度が小さくなることを意味し、Ｎ．Ａ．＝
０．４８にした投影レンズの焦点深度は、例えば±０．
８μｍ以下である。すなわち、ウェハ上の１つのショッ
ト領域を１５×１５ｍｍ角とすると、この領域全体の表
面（レジスト層）が、投影レンズの最良結像面に対して
±０．８μｍ以内（望ましくは±０．２μｍ以内）に正
確に位置決めされなければならない。

【０００４】そこで投影レンズの焦点深度の不足に対応
するために、投影レンズに対してウェハを光軸方向に変
位させつつ、同一レチクルのパターンを多重露光する方
法が提案されている。この方法は、投影レンズのみかけ
上の焦点深度を増大させることになり、１つの有効な露
光方法である。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題点】この多重焦点露光方
法は、ベストフォーカスのコントラストは若干低下させ
るものの、広い焦点範囲に渡ってコントラストを保証し
ようとするものである。この方法は実験等の結果から、
レチクルのパターン面がほとんど暗部（遮へい部）であ
り、その中に矩形の開口部（透過部）が散在するよう
な、所謂コンタクトホール工程用のパターンに対しては
有効であるが、その他のパターン、特に明暗の直線状パ
ターンが繰返されるような配線層等のレチクルパターン
に対してはコンタクトホールの場合ほどには有効でない
のが現状である。このような配線層等のレチクルパター
ンでは、焦点位置を変化させるとウェハ上で本来暗線と
なるべき部分に明線部のデフォーカス像による光強度が
与えられる結果、コントラストが急激に低下してレジス
トの膜減りが生じるためである。また投影露光方法で
は、投影レンズの性能上、転写可能な繰返しパターンの
周期はある値以上に制限されている。この値は投影レン
ズの解像限界とも呼ばれており、現在実用化されている
ものでは、ｇ線で１／５縮小、Ｎ．Ａ．＝０．４５のと
き繰返しパターンの明線と暗線の線幅はウェハ上で０．
８μｍ（レチクル上で４μｍ）程度となっている。

【０００６】従って、レチクル上のパターンの線幅を細
くしても、それ以下の線幅のパターンは正常に露光され
ることがなく、投影露光法によるリソグラフィの限界
は、もっぱら投影レンズの性能（解像力）で決まると考
えられている。またプロキシミティ露光法においても、
照明光の波長に応じて生じる回折現象から、マスク上の
明線と暗線の繰り返し周期は、ある値よりも小さくする
ことは難しく、極力波長を短くすることで対応してい
る。このため軟Ｘ線等の特別なエネルギー線を必要とし
た。

【０００７】本発明は、これらの問題点に鑑みてなされ
たもので、より微細なパターンを投影光学系の開口数の
極端な増大、照明光の極端な短波長化を計ることなく転
写可能にすることを第１の目的とする。さらに本発明
は、投影露光法、プロキシミティ露光法を問わず、より
微細なパターンの転写を可能とする方法を得ることを第
２の目的とする。

【０００８】さらに本発明は、コンタクトホール以外の
ほとんどのパターンに対しても、多重焦点露光法による
効果が十分に得られるような方法を得ることを第３の目
的とする。

【０００９】

【問題点を解決する為の手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、全体パターンのうち線状パタ
ーンが屈曲されて形成されているときに、 線状パターン
を屈曲部で第１分解パターンと第２分解パターンとに分
けられた場合に、第１及び第２パターンをそれぞれ基板
上に順次位置合わせして重ね合わせ露光することとし
た。

【００１０】また請求項２の発明では、全体パターンの
うち第１線状パターンと第２線状パターンとが平行に形
成されているときに、 第１線状パターンを第１分解パタ
ーンと第２分解パターンとに分けるとともに、第２線状
パターンを第１分解パターンと第２分解パターンとに分
けられた場合に、第１及び第２パターンをそれぞれ基板
上に順次位置合わせして重ね合わせ露光することとし
た。

【００１１】さらに請求項３の発明は、第１パターンと
第２パターンとを感応基板上の同一レジスト層に順次露
光することにより感応基板上に所望の全体パターンを形
成する露光方法において、第１パターンを露光するとき
と第２パターンを露光するときとで感応基板に対する露
光量を異ならせるようにした。

【００１２】本発明では、上記目的を達成するために、
感応基板（エネルギー線に感光する層を有する基板）上
に形成すべき全体パターンをパターンの局所的な形状や
パターン密度に応じて複数のパターンに分解し、分解さ
れたパターンを相互に位置合わせして重ね合わせ露光す
るようにした。ここで複数のパターンに分解し、分解さ
れたパターンを相互に位置合わせして重ね合わせ露光す
ることの概要を図１に基づいて説明する。図１におい
て、感応基板上に形成すべき全体パターンは、チップ
（又はショット）領域ＣＰ内に作られるパターンＰＡ、
ＰＢであり、パターンＰＡはライン・アンド・スペース
（Ｌ／Ｓ）状で９０゜に屈曲したパターンであり、パタ
ーンＰＢは単純なＬ／Ｓパターンである。

【００１３】パターンＰＡ、ＰＢは、それぞれ３つの分
解パターンに分けられ、各分解パターンは３枚のレチク
ルＲ1 、Ｒ2 、Ｒ3 に形成される。各レチクルＲ1 、Ｒ
2 、Ｒ3 はチップ領域ＣＰに対応した遮光帯ＳＢが周囲
に形成され、その内部の夫々にパターンＰＡを分解した
３つのパターンＰＴＡ1 、ＰＴＡ2 、ＰＴＡ3 と、パタ
ーンＰＢを分解した３つのパターンＰＴＢ1 、ＰＴＢ2
、ＰＴＢ3 とが形成されている。また各レチクルＲ1
、Ｒ2 、Ｒ3 にはアライメント用のマークＲＭ1、ＲＭ
2 、ＲＭ3 、ＲＭ4 が設けられ、チップ領域ＣＰに付随
して設けられたマークＷＭ1 、ＷＭ2 、ＷＭ3 、ＷＭ4
との位置合わせに使われる。

【００１４】パターンＰＴＡ1 、ＰＴＡ2 、ＰＴＡ3 、
ＰＴＢ1 、ＰＴＢ2 、ＰＴＢ3 は図では暗線で示すが、
実際には光透過部による明線である。パターンＰＴＡ1
、ＰＴＢ1 をチップ領域ＣＰに位置決めして露光した
後、レチクルＲ2 に変えて、パターンＰＴＡ2 、ＰＴＢ
2 をチップ領域ＣＰに位置決めして露光し、次いでレチ
クルＲ3 を位置決めしてパターンＰＴＡ3 、ＰＴＢ3 を
露光する。

【００１５】パターンＰＴＢ1 、ＰＴＢ2 、ＰＴＢ3 の
夫々は、パターンＰＢのＬ／Ｓパターンのうち、明線に
対応した線状パターンを２本おきに取り出してまとめた
もので、ライン・アンド・スペースのピッチは全体パタ
ーンのときの３倍（デューティは１／３）になってい
る。パターンＰＴＡ1 、ＰＴＡ2 、ＰＴＡ3 の夫々につ
いても同様であるが、各パターン中には、パターンＰＡ
の各ラインのように、９０゜で屈曲して連続したライン
が生じないように分解してある。そして９０゜の屈曲部
は互いに直交する２本のライン（各ラインは別レチクル
に形成）の端部が一部重なり合うように定められてい
る。このように、ライン・アンド・スペースパターンの
場合は、互いに隣り合う明線同志は、それぞれ別のレチ
クルに形成するようにし、１枚のレチクル中では明線の
パターン密度を低下（図１の場合は１／３）させて明線
の孤立化を計るようにした。

【００１６】

【作用】図２（Ａ）はライン・アンド・スペース状の全
体パターンＰa をそのまま１枚のレチクルＲに形成した
場合を示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のパターンＰa の
明線を１本おきに形成した分解パターンＰb の場合を示
す。ここでＰa 、Ｐb の明線の幅は等しく、ｄである。
これらのレチクルＲに照明光が照射されると、それぞれ
のパターンピッチＰに応じた方向に回折光が発生する。
このｎ次回折光の回折角θは照明光の波長をλとして、
ｓｉｎθ＝ｎλ／Ｐ（ただしｎ＝０、±１、±２…）と
表わされる。すなわち、パターンとピッチが大きい分解
パターンＰb の方が同一回折次数の回折角が小さくな
り、その結果一次以上の結像に寄与する回折光が増加
し、イメージ・コントラストが大きくなることになる。
以下にその実例を示す。

【００１７】図２（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）にｇ線、Ｎ．
Ａ．＝０．４５、σ＝０．５の投影レンズを用いて、感
光基板上に０．４μｍＬ／Ｓ（０．４μｍ幅の明線と暗
線の繰り返しパターン）を投影露光する際のベストフォ
ーカスでの空間像の計算値（シミュレーション）を示
す。ここでσ値とは投影レンズの入射瞳の面積と光源像
の面積の比を表わす。図２（Ｃ）は１枚のレチクルによ
り露光した場合の空間像の強度分布を表わし、横軸はあ
る明線の中心を原点とした感光基板上の位置（μｍ）で
あり、縦軸は相対強度である。図２（Ｆ）は２枚のレチ
クルに分解して各々露光した空間像強度の和を示し、図
２（Ｄ）、（Ｅ）はそれぞれ分解されたパターンの空間
像の強度分布を表わす。このシミュレーションより明ら
かなように、パターンを分割して露光することにより空
間像のコントラストが向上する。

【００１８】すなわち、Ｌ／Ｓ状のパターンの場合は、
２つ以上の分解パターンにすることで、同じ開口数の投
影レンズを使ったとしても、より多くの高次光を結像に
使うことができるのである。このことはより微細な線状
パターンを、投影レンズの性能で決まる解像限度まで最
大限結像させることを意味し、パターンの像質（レジス
トパターンの像質）を良好なものにする。

【００１９】さらに、全体パターンＰa に対して明部の
比率を低くしたパターンＰb にすることにより、投影レ
ンズの最良結像面と感光基板表面とがデフォーカスした
場合でも、パターンＰb の暗部のデフォーカス像はあく
まで暗部を維持し、明線化することがなく、明線像のコ
ントラストのみが低下するだけになる。このため多重焦
点露光法を各分解パターン毎に行なえば、コンタクトホ
ールのときと同様にみかけ上の焦点深度を増大させた効
果が得られる。

【００２０】

【実施例】図３は本発明の実施例に好適な投影型露光装
置（ステッパー）の構成を示す斜視図である。このステ
ッパーの基本構成は、例えば特開昭６２−１４５７３０
号公報に開示されたものと同様であるので、以下簡単に
説明する。露光用光源２からの照明光は、レチクルブラ
インド（照明視野絞り）等を有する照明光学系４を通
り、レチクルステージ６上の１枚のレチクルを照明す
る。レチクルステージ６には、ここでは４枚のレチクル
Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 が同時に載置可能で、ｘ、ｙ方
向に２次元移動する。このレチクルステージ６には、位
置計測用のレーザ干渉計１０からのレーザービームを反
射する移動鏡８ｘ、８ｙが互いに直角に固定されてい
る。レチクルアライメント系１２はレチクルのアライメ
ントマークＲＭ1 〜ＲＭ4 を検出するととにも、ウェハ
Ｗ上のマークＷＭ1〜ＷＭ4 も検出可能に設けられる。
このため、アライメント系１２は４枚のうちの１枚のレ
チクルを装置に対して位置決めする場合、あるいはマー
クＲＭ1 〜ＲＭ4 とマークＷＭ1 〜ＷＭ4 を同時に検出
してダイ・バイ・ダイアライメントする場合の両方に利
用できる。尚、図３ではアライメント系１２は１ケ所に
しか設けられていないが、図１に示した各マークＲＭ1
、ＲＭ2 、ＲＭ3 、ＲＭ4 に対応して複数ケ所に配置
されている。マークＲＭ1 〜ＲＭ4 、又はマークＷＭ1
〜ＷＭ4 の光電検出は、マーク検出系１４によって行な
われる。

【００２１】さて、レチクルのパターン領域の像は投影
レンズ系１６を介してウェハＷ上に予め形成されたチッ
プ領域ＣＰに結像投影される。ウェハＷはｘ、ｙ方向に
移動するウェハステージ２６上に載置されるが、このウ
ェハステージはｙ方向に移動するＹステージ２６ｙ、Ｙ
ステージ２６ｙ上をｘ方向に移動するＸステージ２６
ｘ、Ｘステージ２６ｘ上で投影光軸方向（Ｚ方向）に微
動するＺステージ２６ｚで構成される。Ｚステージ２６
ｚ上には、レーザ干渉計３０ｘ、３０ｙからのレーザー
ビームを反射する移動鏡２８ｘ、２８ｙが互いに直角に
固定されている。

【００２２】またＺステージ２６ｚには、ウェハＷとほ
ぼ同じ高さになるように基準マークＦＭが固定されてい
る。Ｘステージ２６ｘ、Ｙステージ２６ｙの各軸方向の
駆動はモータ２７ｘ、２７ｙで行なわれる。ここで投影
レンズ系１６には、結像補正機構１８が組み込まれ、露
光光の入射によるエネルギー蓄積状態、環境条件等によ
って変動する投影レンズ系１６の光学特性（倍率、焦
点、ある種のディストーション等）を時々刻々自動的に
補正している。この結像補正機構１８は、例えば特開昭
６０−７８４５４号公報に詳しく開示されているので、
ここでは説明を省略する。また、このステッパーには、
レチクルステージ６の下方から投影レンズ系１６のみを
介してウェハＷ上のマーク（ＷＭ1 〜ＷＭ4 等）を検出
するアライメント光学系２０と、このアライメント光学
系２０で検出されたマーク光情報を光電検出するマーク
検出系２２とで構成されたＴＴＬ（スルーザレンズ）方
式のアライメント系と、投影レンズ系１６の直近に別設
されたオフ・アクシス方式のアライメント系２４とを備
えている。

【００２３】また図３には示していないが、特開昭６０
−７８４５４号公報に開示されているのと同様に、ウェ
ハＷの表面の高さ位置を高分解能で検出する斜入射光式
フォーカスセンサーが設けられ、Ｚステージ２６ｚとと
もに、投影レンズ系の最良結像面とウェハ表面とを常に
合致させる自動焦点合わせ機構として動作する。ここで
図３の構成における照明光学系４と投影レンズ系１６と
の光学的な関係を図４を用いて説明する。照明光学系４
は、投影レンズ系１６の瞳ＥＰ内に２次光源像（面光
源）を投射するように構成され、所謂ケーラー照明法が
採用される。瞳ＥＰの大きさに対して、面光源像はわず
かに小さくなるように設定されている。今、全体パター
ンＰa を有するレチクルＲの１点に着目してみると、こ
の点に到達する照明光ＩＬには、ある立体角θr ／２が
存在する。この立体角θr ／２は全体パターンＰa を透
過した後も保存され、０次光の光束Ｄa0として投影レン
ズ系１６に入射する。この照明光ＩＬの立体角θr ／２
は、照明光の開口数とも呼ばれている。また投影レンズ
系１６が両側テレセントリック系であるものとすると、
レチクルＲ側とウェハＷ側の夫々で、瞳ＥＰの中心（光
軸ＡＸが通る点）を通る主光線ｌ1 は光軸ＡＸと平行に
なる。こうして瞳ＥＰを通った光束はウェハＷ側で結像
光束ＩＬm となってウェハＷ上の１点に結像する。この
場合、投影レンズ系１６の縮小倍率が１／５であると、
光束ＩＬm の立体角θw ／２はθw ＝５・θr の関係に
なる。

【００２４】立体角θw ／２はウェハＷ上での結像光束
の開口数とも呼ばれている。また投影レンズ系１６単体
でのウェハ側の開口数は、瞳ＥＰいっぱいに光束を通し
たときの光束ＩＬm の立体角で定義される。

【００２５】さて、全体パターンＰa が図２（Ａ）で示
したものと同等であると、１次以上の高次回折光Ｄa1、
Ｄa2、……が発生する。これら高次光には、０次光束Ｄ
a0の外側に広がって発生するものと、０次光束Ｄa0の内
側に分布して発生するものとがある。特に０次光束Ｄa0
の外側に分布する高次光の一部は、例えば投影レンズ系
１６に入射したとしても瞳ＥＰでけられることになり、
ウェハＷへは達しない。従って、より多くの高次回折光
を結像に利用するとなると、瞳ＥＰの径をできるだけ大
きくすること、すなわち投影レンズ系１６の開口数
（Ｎ．Ａ.)をさらに大きくしなければならない。あるい
は、照明光ＩＬの開口数（立体角θr ／２）を小さくす
ること（面光源像の径を小さくすること）で、パターン
Ｐa からの高次光Ｄa1、Ｄa2等の広がり角を小さく押え
ることも可能である。ただしこの場合、ウェハＷ側での
０次の結像光束ＩＬm の開口数（立体角θw ／２）を極
端に小さくしてしまうと、本来の解像性能を損うことに
なる。

【００２６】さらに元来、パターンＰa のピッチやデュ
ーティによって高次光の回折角は一義的に決まってしま
うので、仮りに照明光ＩＬの立体角θr ／２を零に近づ
けることが可能だとしても、高次回折光のうちのある次
数以上は瞳ＥＰでけられることになる。ところが、本実
施例のように、全体パターンを複数の分解パターンに分
けると、図２（Ｂ）からも明らかなように、０次光束の
外側に広がる高次光の回折角が小さく押えられるため、
瞳ＥＰを容易に通過させることが可能となる。

【００２７】ところで、図３においては４枚のレチクル
Ｒ1 〜Ｒ4 が同一のレチクルステージ６上に載置され、
そのうち任意の１枚のレチクルの中心が投影レンズ系１
６の光軸ＡＸ上に位置するように交換可能である。この
交換時の各レチクルの位置決め精度は、レーザ干渉計１
０を用いているため、極めて高精度（例えば±０．０２
μｍ）にできる。このため、４枚のレチクルＲ1 〜Ｒ4
の相互の位置関係を予め精密に計測しておけば、レーザ
干渉計１０の座標計測値のみに基づいてレチクルステー
ジ６を移動させることで各レチクルを位置決めできる。
また各レチクルＲ1 〜Ｒ4 の相互位置関係を予め計測し
ない場合であっても、各レチクル毎にアライメント系１
２、マーク検出系１４、基準マークＦＭ等を用いて精密
に位置決めすることができる。

【００２８】さらに本実施例では、分解パターンを有す
る各レチクルＲ1 〜Ｒ4 の露光時に、多重焦点露光法を
併用するものとする。このため、ウェハＷ上の１つのチ
ップ領域（ショット領域）ＣＰを、あるレチクルを用い
て露光する際、斜入射光式フォーカスセンサーがベスト
フォーカス点として検出したウェハ表面の高さ位置Ｚ0
と、この位置Ｚ0 から例えば０．５μｍ程度上の高さ位
置Ｚ1 、及びＺ0 から例えば０．５μｍ程度下の高さ位
置Ｚ2 の３つの焦点位置の各々で繰り返し露光を行なう
ようにする。従ってあるチップ領域ＣＰを１つのレチク
ルで露光する間に、ウェハＷの高さはＺステージ２６ｚ
により０．５μｍステップで上下動される。

【００２９】尚、Ｚステージ２６ｚを露光動作中に上下
動させる代りに、結像補正機構１８を用いて、投影レン
ズ系１６そのものの最良結像面（レチクル共役面）を上
下動させても同様の効果が得られる。この場合、特開昭
６０−７８４５４号公報に開示されているように、結像
補正機構１８は投影レンズ系１６内の密封されたレンズ
空間内の気体圧力を調整する方式であるので、本来の補
正のための圧力調整値に、結像面を±０．５μｍ程度上
下動させるためのオフセット圧力値を露光動作中に加え
ればよい。この際、圧力オフセットによって焦点面のみ
を変動させ、倍率やディストーション等は変動させない
ようなレンズ空間の組み合わせを選定する必要がある。

【００３０】さらに、投影レンズ系１６が両側テレセン
トリックである利点を使って、レチクルを上下動させる
ことで、同様に最良結像面の高さ位置を変化させること
ができる。一般に縮小投影の場合、像側（ウェハ側）で
の焦点ずれ量は、物体側（レチクル側）の焦点ずれ量に
換算すると、縮小倍率の２乗で決まってくる。このた
め、ウェハ側で±０．５μｍの焦点ずれが必要なとき、
縮小倍率を１／５とすると、レチクル側では±０．５／
（１／５）2 ＝±１２．５μｍとなる。

【００３１】次に、先の図１でも簡単に説明したが、全
体パターンを分解パターンへ分割するいくつかの例を図
５、図６、図７、図８を参照して説明する。図５は全体
パターンが、図５（Ａ）に示すように幅Ｄ1 の明線パタ
ーンＰＬcと幅Ｄ2 （Ｄ2 ≒Ｄ1)の暗線パターンＰＬs
とが交互に繰り返されたライン・ンド・スペースの場合
に、２枚のレチクルの夫々に図５（Ｂ）、（Ｃ）に示す
ような分解パターンを形成する例である。図５（Ｂ）の
分解パターンと図５（Ｃ）の分解パターンでは、ともに
明線パターンＰＬc が全体パターンにくらべて１本おき
に形成されている。そして２つの分解パターン同志で
は、明線パターンＰＬcの位置が相補的になっている。
この場合、全体パターンでのピッチはＤ1 ＋Ｄ2（≒２
Ｄ1)、デューティはＤ1 ／（Ｄ1 ＋Ｄ2)≒１／２である
が、分解パンでのピッチは２Ｄ1 ＋２Ｄ2 （≒４Ｄ1)、
デューティはＤ1 ／（２Ｄ1 ＋２2)≒１／４になる。こ
のため各レチクル上での明線パターンＰＬc の孤立化が
られることになる。

【００３２】図６は、全体パターンが図６（Ａ）のよう
にＬ／Ｓ状のときに、各明線パターンＰＬc 毎に別々の
レチクルへふり分けるのではなく、各明線パターンを全
て微小な矩形明部ＰＬd に分解して、図６（Ｂ）、
（Ｃ）のように互いに相補的に配置した様子を示したも
のである。この方法では、２つの分解パターンは、とも
に孤立化した矩形明部ＰＬd がＬ／Ｓのピッチ方向では
互いに直交する方向にずれるように定められている。従
って任意の１つの矩形明部ＰＬd に着目すると、Ｌ／Ｓ
のピッチ方向の両脇については、幅（Ｄ1 ＋２Ｄ2)の暗
部が存在することなり、ピッチ方向のデューティは約１
／４になっている。

【００３３】図７は、図７（Ａ）のように全体パターン
では直角に屈曲する線状パターンを図７（Ｂ）、（Ｃ）
に示すように屈曲部で方向別に分割して２本の直線状パ
ターンＰＴe 、ＰＴf にした様子を示す。ここでパター
ンＰＴe 、ＰＴf の内部は透明部で、その周囲が遮へい
部である。ここで２つのパターンＰＴe 、ＰＴf が明部
であると、屈曲部のところでは一部オーバーラップさせ
るとよい。ただしオーバーラップする部分は２つのパタ
ーンＰＴe 、ＰＴf の夫々の長手方向に対してともに約
４５゜になるようにする。このため、パターンＰＴe 、
ＰＴf の接続部は、直角にするのではなく、例えば４５
゜で切り取った形状にしておく。このように、９０゜で
屈曲した線状パターンを２本のパターンＰＴe 、ＰＴf
に分解して重ね合わせ露光すると、特に屈曲部のレジス
ト上での像再生が良好になり、９０゜でまがった内側の
コーナー部の形状がきれいに露光される。またその他の
角度で屈曲した直線状パターンについても同様の方法を
適用し得る。

【００３４】さらに直線状パターンでなくとも、鋭角
（９０゜以下）で屈曲したエッジをもつパターンの場合
は、エッジの２つの方向によって２つのパターンに分解
するとよい。

【００３５】図８は、図８（Ａ）のようにＴ字状に交差
する全体パターンを、図８（Ｂ）、（Ｃ）のように方向
によって２つの線状パターンＰＴg 、ＰＴh に分解した
場合を示す。線状パターンＰＴg 、ＰＴh はともに明部
であるものとすると、線状パターンＰＴg の先端は９０
゜以上の角度をもつ二等辺三角形にしておき、この三角
形の部分が図８（Ｃ）のようにパターンＰＴh の直線エ
ッジに一部オーバーラップするようにする。このように
すると、Ｔ字状パターンの９０゜のコーナー部が、レジ
スト像の上では極めて鮮明になり、丸みをおびたりする
ことが少なくなる。

【００３６】以上、パターン分解のいくつかの例を示し
たが、図１で示した全体パターンＰＡに対しては、図５
の方法と図７の方法を併用して、複数の分解パターンＰ
ＴＡ1 、ＰＴＡ2 、ＰＴＡ3 に分けたのである。尚、分
解する数は２以上であればよく、特に制限はない。ただ
し、分解したパターン（レチクル）の数が多いと、重ね
合わせ露光時の誤差がそれだけ累積されることになり、
スループットの点でも不利である。

【００３７】さらに分解した各パターンは、それぞれ別
のレチクルＲ1 〜Ｒ4 に形成するようにしたが、特開昭
６２−１４５７３０号公報に開示されているように、一
枚の大型ガラス基板上に、複数の同一サイズのパターン
領域を設け、分解した各パターンを各パターン領域内に
設けるようにしてもよい。次に図９を参照して本実施例
の代表的なシーケンスを説明する。

【００３８】［ステップ１００］まず分解パターンを有
する各レチクルＲ1 〜Ｒ4 をレチクルステージ６上に載
置し、各レチクルＲ1 〜Ｒ4 をレチクルステージ６上で
アライメント系１２を用いて正確に位置決めする。特に
各レチクルＲ1 〜Ｒ4 のローテーション誤差は十分な精
度で小さくする。このため、レチクルステージ６上の各
レチクルＲ1 〜Ｒ4 を保持する部分には微小回転機構を
設ける。ただし、各レチクルＲ1 〜Ｒ4 をｘ、ｙ方向に
微小移動させる機構は省略できる。それはレチクルステ
ージ６そのものがレーザ干渉計１０によって座標位置を
精密に管理されているからであり、各レチクルＲ1 〜Ｒ
4 のマークＲＭ1 〜ＲＭ4 をアライメント系１２で検出
するようにレチクルステージ６を位置決めしたときの各
座標値を記憶しておけばよい。また各レチクルＲ1 〜Ｒ
2 のローテーションの基準は、実際にはウェハステージ
側のレーザ干渉計３０ｘ、３０ｙで規定される座標系で
あるから、基準マークＦＭとマークＲＭ1 〜ＲＭ4 をア
ライメント系１２で検出して、各レチクルＲ1〜Ｒ4 の
ローテーション誤差がウェハステージ側の座標系におい
て零になるように追い込む必要がある。

【００３９】このようなレチクルのローテーションに関
するアライメント手法は、例えば特開昭６０−１８６８
４５号公報に詳しく開示されている。

【００４０】［ステップ１０１］次に照明光学系４内に
設けられた照明視野絞りとしてのレチクルブラインドの
開口形状や寸法を、レチクルの遮光帯ＳＢに合わせるよ
うに設定する。

【００４１】［ステップ１０２］続いて、フォトレジス
トを塗布したウェハＷをウェハステージ上にローディン
グし、オフ・アクシス方式のアライメント系２４、ある
いはＴＴＬ方式のアライメント光学系２０を用いて、ウ
ェハＷ上のいくつかのチップ領域ＣＰに付随したマーク
を検出して、ウェハ全体のアライメント（グローバルア
ライメント）を行ない、ウェハＷ上のチップ領域ＣＰの
配列座標と投影レンズ系１６の光軸ＡＸ（レチクルのパ
ターン領域中心点）とのｘ−ｙ平面内での位置関係を規
定する。ここで、ウェハＷへの露光がファースト・プリ
ントのときは、マークＷＭ1 〜ＷＭ4 が存在しないの
で、ステップ１０２は省略される。

【００４２】［ステップ１０３］次に分解パターンの
数、すなわちレチクルの枚数に対応したパターン番号ｎ
と、ウェハＷ上に露光すべきチップ領域ＣＰの数に対応
したチップ番号ｍがコンピュータを含む主制御装置に登
録される。ここでパターン番号ｎは、レチクルの枚数Ａ
のうちのいずれか１つの数にセットされ、チップ番号ｍ
は最大９として、初期状態では１にセットされる。

【００４３】［ステップ１０４］次にパターン番号ｎに
対応したレチクルが投影レンズ系１６の直上にくるよう
に、レチクルステージ６を精密に位置決めする。

【００４４】［ステップ１０５］そして、ウェハステー
ジを、チップ番号ｍに基づいて、ステッピングさせ、露
光すべきｍ番目のチップ領域ＣＰを投影レンズ系１６の
直下に位置決めする。このとき、ｎ番目のレチクルの中
心とｍ番目のチップ領域ＣＰの中心とは、グローバルア
ライメント時の結果に応じて、通常±１μｍ程度の範囲
内にアライメントされる。

【００４５】［ステップ１０６］次に、ダイ・バイ・ダ
イ・アライメントを実行するものとすると、アライメン
ト光学系１２、あるいはアライメント光学系２０を用い
てチップ領域ＣＰに付随したマークＷＭ1 〜ＷＭ4 のレ
チクルマークＲＭ1 〜ＲＭ4 に対する位置ずれを精密に
計測し、その位置ずれが許容範囲内になるまでウェハス
テージ２６、又はレチクルステージ６のいずれか一方を
微動させる。

【００４６】尚、ＴＴＬ方式のアライメント光学系２
０、又はアライメント光学系１２によってダイ・バイ・
ダイ・アライメントを行なう代りに、特開昭６１−４４
４２９号公報に開示されているように、ウェハＷ上の３
〜９個のチップ領域ＣＰのマークＷＭ1 〜ＷＭ4 の各位
置を計測し、その計測値に基づいて統計的な演算手法に
よりすべてのチップ領域のステッピング位置を求めるエ
ンハンスト・グローバルアライメント（Ｅ．Ｇ．Ａ）法
等を採用してもよい。

【００４７】［ステップ１０７］次に、ｍ番目のチップ
領域ＣＰに対して、ｎ番目のレチクルで露光を行なう
が、ここでは各チップ領域毎に多重焦点露光法を適用す
るので、まず、チップ領域に対して斜入射光式デフォー
カスセンサーを働かせ、最良結像面に対するチップ領域
表面の高さ位置を精密に計測する。そして、Ｚステージ
２６ｚによってベストフォーカス位置に調整してから、
通常の露光量の１／３程度でレチクルのパターンを露光
する。次に、例えばウェハＷ上で０．５μｍのＬ／Ｓパ
ターンが正確に結像される位置をベストフォーカスとし
た場合、この高さ位置に対して＋０．５μｍ、−０．５
μｍ程度変化させた２ケ所の各々にＺステージ２６ｚを
オフセットさせ、各高さ位置でそれぞれ１／３の露光量
で露光を行う。すなわち本実施例では、ベストフォーカ
ス点、その前後の点の計３つの高さ位置で３重露光を行
なう。多重露光の各露光時における露光量は、ほぼ通常
の露光量の１／３でよいが、微妙に調整するとよい。
尚、結像補正機構１８を使って、最良結像面そのものを
上下動させるときは、段階的に像面位置を固定する代り
に、±０．５μｍの間で連続的に像面を移動させつつ露
光を行なうこともできる。

【００４８】この場合、照明光学系４内に設けられたシ
ャッターは、１つのチップ領域ＣＰに対して１回だけ開
けばよく、スループット的には極めて有利である。

【００４９】［ステップ１０８］ｍ番目のチップ領域の
露光が完了すると、セットされたｍの値を１だけインリ
クメントする。

【００５０】［ステップ１０９］ここでウェハＷ上のす
べてのチップ領域の露光が完了したか否かを判断する。
ここではｍの最大値を９としたので、この時点でｍが１
０以上になっていれば次のステップ１１０へ進み、９以
下のときはステップ１０５に戻り、次のチップ領域への
ステッピングが行なわれる。

【００５１】［ステップ１１０］ウェハＷ上にｎ番目の
レチクルが露光されると、ウェハステージを１番目のチ
ップ領域に対する露光位置へリセットし、チップ番号ｍ
を１にセットする。

【００５２】［ステップ１１１］ここで用意した分解パ
ターンのすべてのレチクルが露光されているときは、１
枚のウェハに対する露光が終了したことになる。まだ残
っているレチクルがあるときは、ステップ１１２に進
む。

【００５３】［ステップ１１２］次にパターン番号ｎは
他のレチクルに対応した値に変更し、再びステップ１０
４へ戻り、同様の動作を繰り返す。以上の各ステップ
で、ファースト・プリントの際は先のステップ１０２以
外に、ステップ１０６も省略されることは言うまでもな
い。

【００５４】以上のようにして、次々にウェハＷの処理
を行なうが、例えば同一プロセスをへた複数枚のウェハ
を処理するときは、そのロット内の全てのウェハに対し
て１枚目のレチクルで露光してから、レチクル交換を行
ない、次のレチクルでロット内の全てのウェハを露光す
るようなシーケンスにしてもよい。また、ステップ１０
６ではダイ・バイ・ダイ・アライメントを行なうとき
は、チップ領域ＣＰに付随した１種類のマークを、各レ
チクルＲ1 〜Ｒ4 の夫々とのアライメント時に共通に使
うようにしておけば、ウェハＷ上に転写される各レチク
ル毎のパターンの間での相対位置ずれを最小にすること
ができる。

【００５５】さらに、Ｅ．Ｇ．Ａ法を採用するときは、
露光シーケンス中の各アライメント系、駆動系等のドリ
フトが問題となる可能性もあるが、基準マークＦＭを使
ってレチクル交換のたび、又はウェハ露光終了のたびに
各系のドリフトをチェックすることで、仮りにドリフト
が生じてもただちに補正することができる。以上本実施
例では、孤立化された分解パターンの夫々を、複数点の
焦点位置で多重露光を行なうために、解像限界の増大と
焦点深度の増大とがともに得られることになる。ここで
言う解像限界とは、レチクル上の全体パターンがＬ／Ｓ
状のように密なために、回折現象等によって、レジスト
上にパターン転写したときの明線と暗線が良好に分離し
て解像されない限界のことを意味し、投影レンズ系１６
単体の理論解像力とは別の意味である。本実施例では全
体パターン中の各線状パターンを孤立化するように分解
しておき、孤立化されたパターンを投影するので、ほと
んど投影レンズ系１６の理論解像力までいっぱいに使っ
て、より微細な線状パターンを転写することができる。
この効果は多重焦点露光法を併用しない場合、すなわち
図９中のステップ１０７でＺステージ２６ｚをベストフ
ォーカスに固定したまま、各分解パターンのレチクルＲ
1 〜Ｒ4 を重ね合わせ露光する場合であっても同様に得
られるものである。

【００５６】次に本発明の第２の実施例によるパターン
分解の手法と、それに伴った露光方法を説明する。図１
０（Ａ）はウェハＷ上に形成される回路パターン構成の
一例を模式的に表わした断面であり、製造の後半ではウ
ェハ表面に微小な凹凸が形成される。この微小凹凸は場
合によっては投影レンズ系１６の焦点深度（例えば±
０．８μｍ）よりも大きくなることもある。図１０
（Ａ）ではウェハ表面にレジスト層ＰＲが形成され、ウ
ェハ上の凸部にパターンＰr1、Ｐr2、Ｐr4を露光し、凹
部にパターンＰr3を露光する場合を示す。この場合、従
来の露光方法では、１枚のレチクル上に透明部としての
パターンＰr1〜Ｐr4の全てを形成していたが、本実施例
では凸部のところに露光されるパターンＰr1、Ｐr2、Ｐ
r4は図１０（Ｂ）のようにレチクルＲ1 上に透過部Ｐs
1、Ｐs2、Ｐs4として形成しておき、凹部のところに露
光されるパターンＰr3は図１０（Ｃ）のようにレチクル
Ｒ2 上に透過部Ｐs3として形成しておく。

【００５７】そして、それぞれのレチクルＲ1 、Ｒ2 を
用いて重ね合わせ露光する際、レチクルＲ1 のときは投
影レンズ系１６の最良結像面をウェハＷ上の凸部側に合
わせるようにして露光し、レチクルＲ2 のときは最良結
像面を凹部側に合わせるようにして露光する。このよう
にすれば、チップ領域ＣＰ内の全てのパターンが極めて
解像力よく露光され、凸部、凹部に影響されて、部分的
なデフォーカスを起すことが防止できる。

【００５８】本実施例ではさらに、各レチクルＲ1 、Ｒ
2 の露光時に、第１実施例で説明した多重焦点露光法を
併用してもよい。また線状パターンがウェハＷ上の凹部
から凸部にかけて露光されるようなときは、レチクル上
ではその線状パターンを長手方向で分解して凸部にかか
る部分と凹部にかかる部分とに分ければよい。さらにウ
ェハＷ上の凸部、凹部を３段階に分けて、３つの分解パ
ターンを作り、３つの焦点位置に分けて露光してもよ
い。もちろん、図５〜図８で説明した分解ルールを併用
してもよい。

【００５９】図１１は、第３の実施例によるパターン分
解手法を説明する図である。近年、レチクル上に形成さ
れた微小孤立パターン（コンタクトホール等）やコーナ
ーエッジの形状を正確に再現して露光する目的でサブ・
スペース・マークを入れることが提案されている。図１
１（Ａ）はコンタクトホールとしてレチクル上に形成さ
れる微小矩形開口部Ｐcmを表わし、この開口部Ｐcmはウ
ェハ上に露光したとき１〜２μｍ角程度になる。この種
の開口部Ｐcmは投影露光すると、レジスト上では９０゜
の角部がつぶれて丸まることが多い。そこで投影光学系
では解像されない程小さいサイズ（例えばウェハ上で
０．２μｍ角）のサブ・スペース・マークＭspを開口部
Ｐcmの４隅の角部近傍に設ける。

【００６０】このように本来の開口部Ｐcmの他にサブ・
スペース・マークＭspを形成する場合、開口部Ｐcmの配
列ピッチが狭くなると、従来のレチクルではサブ・スペ
ース・マークＭspを入れることが難しくなる。ところが
本発明のように、全体パターンにおける開口部Ｐcmを１
つおきにサブ・スペース・マークＭspと共に別々のレチ
クル（又は別々の分解パターン）に形成しておけば、１
つの開口部Ｐcmの周囲には充分なスペース（遮へい部）
ができるので、サブ・スペース・マークＭspの設け方に
自由度が得られるといった利点がある。

【００６１】図１１（Ｂ）はラインパターンＰLmの端部
近傍の両側に線状のサブ・スペース・マークＭspを設け
た場合を示す。全体パターンを分解パターンに分けたと
き、露光すべき矩形状、又はライン状パターンに付随し
たサブ・スペース・マークＭspはかならず分解されたそ
のパターンとともにレチクル上に形成しておく必要があ
る。また１つの全体パターン（例えば屈曲した線状パタ
ーン）を複数のパターンに分解したとき、各分解パター
ン中にコーナーエッジが生まれたときは、そのコーナー
エッジ近傍等に新たにサブ・スペース・マークを設けて
おいてもよい。

【００６２】図１２は第４の実施例によるパターン分解
手法を説明する図である。本実施例では、いままでの各
実施例で説明した効果以外に、投影光学系の解像限界を
超えた微小線幅のリソグラフィが達成されるといった効
果が得られる。図１２（Ａ）はウェハＷの断面の一例を
示し、レジスト層ＰＲに紙面と直交する方向に伸びた細
いラインパターンＰr5、Ｐr6、Ｐr7をレジスト像として
残す場合を示す。

【００６３】レジスト層ＰＲ上でパターンＰr5、Ｐr6、
Ｐr7の周囲は全て感光させるものとすると、レチクル上
の分解パターンは図１２（Ｂ）、（Ｃ）のように２つに
分ける。図１２（Ｂ）、（Ｃ）で、２枚のレチクルの夫
々には、パターンＰr5、Ｐr6、Ｐr7のところで互いにオ
ーバーラップするような遮光部が形成される。オーバー
ラップする遮光部の幅ΔＤがパターンＰr5、Ｐr6、Ｐr7
の線幅を決定する。ここで明らかなように、従来の方法
では、パターンＰr5、Ｐr6、Ｐr7の夫々に対応した１本
の暗線パターンを露光するため、各パターンＰr5〜Ｐr7
の線幅は投影レンズの性能等で制限されてしまう。しか
しながら本実施例では２枚のレチクルの夫々に分解され
たパターン上での暗部の幅は極めて大きなものになり、
回折の影響をほとんど受けない。このため投影レンズの
性能、回折等の制限を受けずに、幅ΔＤを極めて小さく
でき、例えば０．８μｍを解像限界とする露光装置を使
って０．４μｍのラインパターンを作ることができる。

【００６４】本実施例の場合、ウェハＷ上へ転写される
パターン像の寸法精度は、２枚のレチクル（各分解パタ
ーン）の各アライメント精度、ウェハＷ上の各チップ領
域ＣＰとのアライメント精度、及び２枚のレチクル間で
のパターン領域の作成誤差等に依存して悪化することが
考えられる。しかしながらアライメント精度は年々向上
してきており、また各レチクルのパターン領域の作成誤
差、マーク打ち込み誤差等は、予め計測して、アライメ
ント時に位置補正するようなシーケンスをとれば実用上
の問題は少ないと考えられる。さらに図１２（Ｂ）、
（Ｃ）のパターン分解手法からも明らかではあるが、２
つの分解パターンの夫々での露光時の光量は、どちらの
分解パターンに対してもほぼ適正露光量にしておけばよ
い。またレジスト層ＰＲはポジ型、ネガ型のいずれでも
よく、多重焦点露光法との併用も有効である。

【００６５】次に本発明の第５の実施例を図１３
（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。図３に示したステ
ッパーの光源として、近年エキシマレーザ光源を用いる
ことが注目されている。エキシマレーザ光源はレーザ媒
質として希ガス・ハライド（ＸｅＣｌ、Ｋｒｆ、ＡｒＦ
等）のように、レーザ・ゲインの高いものが使われる。
このためレーザチューブ内の電極間に高圧放電を起す
と、特別な共振ミラーがなくても紫外域の強力な光を誘
導放出し得る。この場合放出された光のスペクトルはブ
ロードなものであり、時間的にも空間的にもコヒーレン
シィは低い。このようなブロードバンドの光は、投影レ
ンズの材質にもよるが、著しく大きな色収差を発生す
る。紫外域の光を効率よく透過させるために、エキシマ
レーザ用の投影レンズは石英のみで作られることが多
い。このためエキシマレーザ光のスペクトル幅は極めて
狭くする必要があるとともに、その絶対波長も一定にさ
せる必要がある。

【００６６】そこで本実施例では、図１３（Ａ）に示す
ようにエキシマレーザチューブ２０２の外部に共振器と
して作用する全反射ミラー（リアミラー２０１）、低反
射率ミラー（フロントミラー）２０５とを設けてコヒー
レンシィを少し高めるとともに、レーザチューブ２０２
の外部でミラー２０１とミラー２０５との間に、２つの
可変傾角のファブリ・ペロー・エタロン２０３、２０４
を配置してレーザ光の狭帯化を計るようにした。ここで
エタロン２０３、２０４は２枚の石英板を所定のギャッ
プで平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィル
ターとして働く。エタロン２０３、２０４のうちエタロ
ン２０３は粗調用で、エタロン２０４は微調用であり、
このエタロン２０４の傾角を調整することで、出力され
るレーザ光の波長の絶対値が一定値になるように、波長
変動をモニターしつつ逐次フィードバック制御する。

【００６７】そこで本実施例では、このようなエキシマ
レーザ光源の構成と投影レンズの軸上色収差とを積極的
に利用して、最良結像面を光学的上下動させることで、
多重焦点露光法を行なうようにした。すなわち、あるチ
ップ領域ＣＰを露光する際、エキシマレーザ光源内のエ
タロン２０４、又は２０３のうちいずれか一方を、絶対
波長安定化に必要な傾角から所定量だけずらしながらエ
キシマレーザ（パルス等）を照射する。エタロンの傾角
をずらすと、絶対波長がわずかにシフトするので、投影
レンズの軸上色収差に対応して最良結像面は光軸方向に
位置変動を起す。このため５０〜１００パルスのエキシ
マレーザで露光する間にエタロンの傾角を離散的、又は
連続的に変化させれば、レチクル、ウェハ間のメカ的な
移動をまったく行なうことなく同様の多重焦点露光法が
実施できる。

【００６８】図１３（Ｂ）は、同様のエキシマレーザの
他の構成を示し、リアミラー２０１の代りに波長選択素
子としての反射型の回折格子（グレーティング）２０６
を傾斜可能に設けたものである。この場合、グレーティ
ング２０６は波長設定時の粗調に使い、エタロン２０４
を微調に使う。多重焦点露光法のためには、エタロン２
０４、又はグレーティング２０６のうちいずれか一方を
傾斜させれば発振波長が変化し、最良像面が上下動す
る。

【００６９】以上のように、エキシマレーザを用いると
色収差という物理現象を使って像面（焦点位置）を変化
させることができるが、色収差には縦色収差（軸上色収
差）と横色収差（倍率色収差）の２つがあり、それぞれ
が波長の変化によって同時に生じることがある。倍率色
収差は、投影倍率を狂わせることを意味するので、無視
できる程度に補正しておく必要がある。そこで一例とし
ては、両側テレセントリックな投影レンズの場合は投影
レンズ内の最もレチクル側に設けられたテレセン維持用
のフィールドレンズ群（補正光学系）を光軸方向に上下
動させる構成とし、エタロン２０４の傾斜と同期させて
フィールドレンズ群を上下動させれば、倍率色収差を補
正することができる。

【００７０】また図３に示した結像補正機構１８を連動
して用いて、投影レンズ系１６内の制御圧力にオフセッ
トを加える方式であっても、同様に横色収差（倍率誤
差）を補正することができる。次に、先に説明した多重
焦点露光法の他のシーケンスを第６の実施例として説明
する。

【００７１】このシーケンスのために、図３に示したス
テッパーにはウェハステージ２６のヨーイングを計測す
るための差動干渉計が設けられ、移動鏡２８ｘ、又は２
８ｙに一定間隔で平行に並んだ２本の測長用ビームを投
射し、２本の測長ビームの光路差の変化を計測する。こ
の計測値はウェハステージ２６の移動中、又はステッピ
ング後に生じる微小回転誤差量に対応している。

【００７２】そこでまずウェハＷ上の全てのチップ領域
に対して、１つの焦点位置でステップアンドリピート方
式で順次露光している。このとき、各チップ領域の露光
中に、ウェハステージ２６のヨーイング量を計測して記
憶していく。そしてＺステージ２６ｚの高さ変更、又は
エキシマレーザ光の波長シフト等を行なって第２の焦点
位置で同様にステップアンドリピート方式で１番目のチ
ップ領域から順次露光を行なっていく。このとき各チッ
プ領域にステッピングしたときのヨーイング量と、先に
記憶された当該チップ領域露光時のヨーイング量とを比
較し、許容値内の差しかないときはそのまま露光を行な
う。比較の結果が差が大きいときは、ウェハＷを保持し
て微小回転するθテーブルで回転補正するか、レチクル
を保持するθテーブルを回転させて補正する。

【００７３】この際、ｘ、ｙ方向のレチクルとチップ領
域の位置ずれは、アライメント系１２等によりダイ・バ
イ・ダイ方式でモニターしつつ、リアルタイムにアライ
メント（位置ずれ補正）するとよい。すなわち、ｘ、ｙ
方向のアライメント誤差は、チップ領域に付随したマー
クＷＭ1 〜ＷＭ4 、レチクルマークＲＭ1 〜ＲＭ4 を検
出しつつ、そのアライメント誤差が零になるようにレチ
クルステージ６又は、ウェハステージ２６をサーボ制御
する状態にしておき、同時にレチクル又はウェハを差動
干渉計からのヨーイング計測値に基づいて回転補正す
る。

【００７４】このようなシーケンスにすると、各チップ
領域に対するアライメント時間が短かくなるとともに、
チップローテーション、ウェハローテーションの誤差に
よる重ね合わせ精度の低下が無視できる。またウェハス
テージのヨーイング量を記憶しておくので、１層目の露
光（ファーストプリント）時から多重焦点露光法を使う
ときでも、分解したレチクルによる重ね合わせ露光の精
度を何ら低下させることがない。以上、本実施例では各
チップ領域の露光のたびに焦点位置を変えるのではな
く、１枚のウェハに対する１回目の露光が終了した時点
で焦点位置を変えるだけなので、スループットの向上が
期待できる。

【００７５】以上、本発明の各実施例を説明したが、分
解されたパターンの各々は、パターン形状が異なるため
に必然的に像強度も異なってくる。そのため、各分解パ
ターン毎に適正露光量が異なることがある。そこで分解
されたパターンの各々について、レチクルのパターン領
域の透過率等を計測して各分解パターン毎に適正露光量
を決定するようにしてもよい。また、投影露光時の結像
光束の開口数を小さくすることも焦点深度を増大させる
のに役立つ。結像光束の開口数は、投影レンズの瞳ＥＰ
に可変開口絞り板を設けること、照明光学系内の２次光
源像の大きさを絞りや変倍光学系等を用いて変えること
等で調整できる。さらに瞳ＥＰを通る光束を図１４のよ
うな絞りでリング状（輪帯状）に制限してもよい。ある
いは２次光源像を径や幅を可変、又は切替え可能なリン
グ状に形成してもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、従来は多
重焦点露光法の適用が難かしかったパターンに対しても
同方法を適用できるようになる。また、パターンの空間
周波数を低減できるために、フォーカス位置を変化させ
ない場合についても、より微細なパターンの形成が可能
である。

【００７７】また、エキシマ露光等で波長を変化させて
多重露光を行うことで焦点深度の拡大方法の選択が広が
る。これらは、光を用いる０．５μｍ以下のリソグラフ
ィで焦点深度をいかにして増大させるかという物理的限
界に対する解法の有力な手法である。更に、レチクルを
分割する方法は近年、各パターンにサブ・スペース・マ
ーク等を入れる技術が開発され、同一のレチクルに本パ
ターンとともにサブ・スペース・マークを入れることが
スペース的にむずかしいことへの解決ともなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を模式的に表わした図。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）はライン・アンド・スペースパ
ターンとその間引きパターンとの回折光の発生の様子を
示す図。（Ｃ）はライン・アンド・スペースパターンの
ときの像強度分布のシミュレーション結果を表わすグラ
フ。（Ｄ）、（Ｅ）は間引きパターンのときの像強度分
布のシミュレーションを表わすグラフ。（Ｆ）は図２
（Ｄ）、（Ｅ）の像強度を重ね合わせたシミュレーショ
ン結果を表わすグラフ。

【図３】本発明の実施に好適なステッパーの構成を示す
斜視図。

【図４】ステッパーの投影光学系における結像の様子を
示す図。

【図５】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図６】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図７】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図８】本発明の方法のパターン分解法を説明する図。

【図９】本発明の方法を用いた１つの露光手順を説明す
るフローチャート図。

【図１０】第２の実施例によるパターン分解法を説明す
る図。

【図１１】第３の実施例によるパターン形成法を説明す
る図。

【図１２】第４の実施例によるパターン分解法を説明す
る図。

【図１３】第５の実施例による露光方法を実施するのに
好適なレーザ光源の構成を示す図。

【図１４】結像光束の開口数を調整するための輪帯状フ
ィルターを示す平面図。

【主要部分の符号の説明】

Ｒ、Ｒ1 、Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 レチクル Ｗ ウェハ ＣＰ ショット領域 ＰＡ、ＰＢ 全体パターン ＰＴＡ1 、ＰＴＡ2 、ＰＴＡ3 ＰＡの分解パターン ＰＴＢ1 、ＰＴＢ2 、ＰＴＢ3 ＰＢの分解パターン ２ 光源部 ４ 照明光学系 ６ レチクルステージ １６ 投影レンズ １８ 結像補正機構

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】露光方法および露光装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【問題点を解決するための手段】上記目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、所定パターンが形成されたマ
スクにエネルギー線を照射するとともに、該マスクから
のエネルギー線を投影光学系を介して基板上に照射する
ことにより前記基板を露光する露光方法において、前記
所定パターンとして形成された孤立パターンを用いて前
記基板を露光するときに、前記投影光学系の瞳面を通る
エネルギー線を輪帯状に制限することとした。また請求
項５に記載された発明は、所定パターンが形成されたマ
スクにエネルギー線を照射するとともに、該マスクから
のエネルギー線を投影光学系を介して基板上に照射する
ことにより前記基板を露光する露光装置において、前記
所定パターンとして形成された孤立パターンを用いて前
記基板を露光するときに前記投影光学系の瞳面を通るエ
ネルギー線を輪帯状に制限する光学部材を有することと
した。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】また請求項７の発明は、所定パターンが形
成されたマスクにエネルギー線を照射するとともに、該
マスクからのエネルギー線を投影光学系を介して基板上
に照射することにより前記基板を露光する露光方法にお
いて、前記基板の露光中に、前記投影光学系によるパタ
ーン結像面と前記基板とを前記投影光学系の光軸方向に
相対的に変位させるとともに、前記投影光学系の瞳面を
通るエネルギー線を輪帯状に制限することとした。また
請求項１３の発明は、所定パターンが形成されたマスク
にエネルギー線を照射するとともに、該マスクからのエ
ネルギー線を投影光学系を介して基板上に照射すること
により前記基板を露光する露光装置において、前記基板
の露光中に焦点深度が増大するよう前記投影光学系によ
るパターン結像面と前記基板とを前記投影光学系の光軸
方向に相対的に変位させる露光システムと、前記投影光
学系の瞳面を通るエネルギー線を輪帯状に制限する光学
部材とを有することとした。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】さらに請求項１５の発明は、所定パターン
が形成されたマスクにエネルギー線を照射するととも
に、該マスクからのエネルギー線を投影光学系を介して
基板上に照射することにより前記基板を露光する露光方
法において、前記基板の露光中に、輪帯状の２次エネル
ギー線源からのエネルギー線を前記マスクに照射すると
ともに、前記投影光学系によるパターン結像面と前記基
板とを前記投影光学系の光軸方向に相対的に変位させる
こととした。さらに請求項２１の発明は、所定パターン
が形成されたマスクにエネルギー線を照射するととも
に、該マスクからのエネルギー線を投影光学系を介して
基板上に照射することにより前記基板を露光する露光装
置において、輪帯状の２次エネルギー線源を有し、該輪
帯状の２次エネルギー線源からのエネルギー線を前記マ
スクに照射する照明系と、前記基板の露光中に、前記投
影光学系によるパターン結像面と前記基板とを前記投影
光学系の光軸方向に相対的に変位させる露光システムと
を備えることとした。またさらに請求項２４の発明は、
投影光学系を介して基板上の所定感応層を露光し、該所
定感応層に所定パターンを形成する露光方法において、
第１パターンを用いて前記投影光学系の瞳面で輪帯状に
制限されたエネルギー線で前記所定感応層を露光する第
１工程と、前記第１パターンを用いて露光される前記所
定感応層を第２パターンを用いて露光する第２工程とを
有し、前記第１工程と前記第２工程とを経て前記所定パ
ターンを前記所定感応層に形成することとした。また請
求項３２の発明は、エネルギー線を投影光学系を介して
基板上の所定感応層に照射し、該所定感応層に所定パタ
ーンを形成する露光装置において、第１パターンを用い
て前記基板上の所定感応層を露光する第１露光手段と、
前記第１パターンが露光される前記所定感応層を第２パ
ターンを用いて露光する第２露光手段と、前記投影光学
系の瞳面でエネルギー線を輪帯状に制限する光学部材
と、を備えることとした。さらに請求項３５の発明は、
投影光学系を介して基板上の所定感応層を露光し、該所
定感応層に所定パターンを形成する露光方法において、
輪帯状の２次エネルギー線源からのエネルギー線を第１
パターンに照射して前記所定感応層を露光する第１工程
と、前記第１パターンを用いて露光される前記所定感応
層を第２パターンを用いて露光する第２工程とを有し、
前記第１工程と前記第２工程とを経て前記所定パターン
を前記所定感応層に形成することとした。さらに請求項
４３の発明は、エネルギー線を投影光学系を介して基板
上の所定感応層に照射し、該所定感応層に所定パターン
を形成する露光装置において、輪帯状の２次エネルギー
線源を有し該２次エネルギー線源からのエネルギー線を
照射する照明システムと、前記輪帯状の２次エネルギー
線からのエネルギー線を第１パターンに照射して前記基
板上の所定感応層を露光する第１露光手段と、前記輪帯
状の２次エネルギー線からのエネルギー線を前記第２パ
ターンに照射して前記所定感応層を露光する第２露光手
段とを備えることとした。またさらに請求項４６の発明
は、所定パターンが形成されたマスクにエネルギー線を
照射するとともに、該マスクからのエネルギー線を投影
光学系を介して基板上に照射することにより前記基板を
露光する露光方法において、前記基板を露光するときに
焦点深度が増大するよう、径や幅を可変もしくは切替え
可能な輪帯状の２次エネルギー線源からのエネルギー線
を前記マスクに照射することとし、請求項４７の発明
は、所定パターンが形成されたマスクにエネルギー線を
照射するとともに、該マスクからのエネルギー線を基板
上に照射することにより前記基板を露光する露光装置に
おいて、前記基板を露光するときの焦点深度が増大する
ように径や幅を可変もしくは切替え可能な輪帯状の２次
エネルギー線源を有し、該輪帯状の２次エネルギー線源
からのエネルギー線を前記マスクに照射する照明系と、
前記所定パターンの像を前記基板上に投影するための投
影光学系とを備えることとした。またさらに請求項４８
の発明は、エネルギー線をマスクに照射し、該マスクと
投影光学系とを介して基板を露光する露光方法におい
て、前記マスクは、前記基板に転写すべきラインパター
ンと、該ラインパターンのの結像を補助するために前記
ラインパターンの長手方向に沿って設けられた補助パタ
ーンとを含むこととした。さらに請求項５３の発明は、
エネルギー線をマスクに照射して、該マスクのパターン
を投影光学系を介して基板上に転写する露光方法におい
て、前記投影光学系の一部のレンズを動かして、前記投
影光学系によるパターン像の色収差を補正することとし
た。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】ここで感応基板（エネルギー線に感応する
層を有する基板）上に形成すべき全体パターンを複数の
パターンに分解し、分解されたパターンを相互に位置合
わせして露光することの概要を図１に基づいて説明す
る。図１において、感応基板上に形成すべき全体パター
ンは、チップ（またはショット）領域ＣＰ内に作られる
パターンＰＡ、ＰＢであり、パターンＰＡはライン・ア
ンド・スペース（Ｌ／Ｓ）状で９０°に屈曲したパター
ンであり、パターンＰＢは単純なＬ／Ｓパターンであ
る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７６】

【発明の効果】以上のように本発明によればより微細な
パターンを投影光学系の開口数の増大などを計ることな
く正確に転写することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の全体パターンを基板上に露光する方
   法において、 前記全体パターンのうち線状パターンが屈曲されて形成
   されているときに、 前記線状パターンを屈曲部で第１分
   解パターンと第２分解パターンとに分けられた場合に、
   前記第１及び第２パターンをそれぞれ前記基板上に順次
   位置合わせして重ね合わせ露光することを特徴とする露
   光方法。
2. 【請求項２】所望の全体パターンを基板上に露光する方
   法において、 前記全体パターンのうち第１線状パターンと第２線状パ
   ターンとが平行に形成されているときに、 前記第１線状
   パターンを第１分解パターンと第２分解パターンとに分
   けるとともに、前記第２線状パターンを前記第１分解パ
   ターンと第２分解パターンとに分けられた場合に、前記
   第１及び第２パターンをそれぞれ前記基板上に順次位置
   合わせして重ね合わせ露光することを特徴とする露光方
   法。
3. 【請求項３】第１パターンと第２パターンとを感応基板
   上の同一レジスト層に順次露光することにより前記感応
   基板上に所望の全体パターンを形成する露光方法におい
   て、 前記第１パターンを露光するときと前記第２パターンを
   露光するときとで前記感応基板に対する露光量を異なら
   せることを特徴とする露光方法。