JP2000021763A

JP2000021763A - 露光方法及び露光装置

Info

Publication number: JP2000021763A
Application number: JP10201344A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Sugita; 充朗杉田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】微細線パターンの露光とラフパターン露光の
２重露光によって任意形状の高解像度のパターンが得ら
れる露光方法及び露光装置を得ること。【解決手段】周期的なパターンを感光基板に露光する
露光ステップと、当該パターンよりも解像度の低いラフ
パターンを該感光基板に露光するラフ露光ステップを有
し、前記露光ステップによる感光基板内の同一部分に生
じる潜像を重ね合わせたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光方法及び露光
装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基板上を露
光し、例えばＩＣ、ＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネ
ル等の表示素子、磁気ヘッド等の検出素子、ＣＣＤ等の
撮像素子といった各種デバイスの製造に用いられる際に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、IC、LSI 、液晶素子等をフォ
トリソグラフィ−技術を用いて製造する際に、フォトマ
スク又はレチクルのパタ−ンを投影光学系を介して、フ
ォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレ−ト
等の基板上に投影露光する投影露光装置が使用されてい
る。

【０００３】IC、LSI 、液晶素子等の半導体装置の高集
積化は益々加速度を増しており、これに伴う半導体ウエ
ハの微細加工に対する要求は、パタ−ンの微細化即ち、
高解像度化である。

【０００４】このような要求に対して、現在、微細加工
技術の中心をなす投影露光技術は、現在0．1 μm 以下
の寸法の像を広範囲に形成するべく、向上が計られてお
り、さらに80nm以下の回路パターン形成方法および装置
が望まれている。

【０００５】従来の露光装置の原理的な摸式図を図２４
に示す。図中、251 はエキシマ−レ−ザ光源252 は照明
光学系、253 は照明光、254 はマスク、255 は物体側露
光光、256 は投影光学系、257 は像側露光光、258 は感
光基板、259 は感光基板を保持する基板ステージ、をそ
れぞれ表す。

【０００６】この露光装置では、まずエキシマレ−ザ光
源251 より出射したレ−ザ光が照明光学系252 に導光さ
れ、所定の光強度分布、配光分布等を持つ照明光253 と
なるように調整され、マスク254 に入射する。

【０００７】マスク254 には感光基板上に形成するパタ
−ンが所定の倍率変換されてクロム等を用いてパタ−ン
形成されており、照明光253 は透過および回折して物体
側露光光255 となる。投影光学系256 は入射露光光255
を所定の倍率、充分小さな収差で感光基板上に結像する
像側露光光257 に変換する。

【０００８】像側露光光197 は下部拡大図に示したよう
に所定のNA (開口数＝sin θ )で感光基板258 上に収束
し、結像する。基板ステ−ジ259 は感光基板上に複数の
パタ−ンを形成する場合にステップ移動して感光基板と
投影光学系の相対的な位置を制御する機能を持つ。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】( 投影露光の特性と問
題点)しかしながら以上説明したような現在主流のエキ
シマレーザを用いた投影露光型の露光装置では、 0.1
μm 以下のパタ−ン形成が困難であるという問題があっ
た。

【００１０】これらの問題について以下例を挙げて説明
する。まず投影光学系には使用波長に起因する光学的な
解像度と焦点深度のトレ−ドオフによる限界がある。投
影露光装置による解像パタ−ンの解像度と焦点深度は、
式(1) および(2) のレ−リ−の式によって表されること
が知られている。

【００１１】Ｒ＝Ｋ₁ ・λ／ＮＡＤＯＦ＝Ｋ₂ ・λ／ＮＡ² ここで、λは波長、NAは前述した光学系の明るさを表す
開口数、Ｋ₁ 、Ｋ₂ は感光基板の現像プロセス特性等に
よって決まる定数であり、通常0 ．5 〜0 ．7程度の値
をとる。

【００１２】この式(1) 、(2) より、解像度R を小さい
値とする高解像度化には波長λを小さくする「短波長
化」か、NAを大きくする「高NA化」が必要である。しか
しながら同時に投影光学系の性能として求められる焦点
深度DOF はある程度の値以上に維持する必要がある。こ
のため、高NA化をある程度以上進めることは不可能とな
り、結局、短波長化が唯一の解決方法となる。

【００１３】しかしながら、短波長化を進めていくと、
この式とは別の重大な問題が発生する。

【００１４】問題のうち最も大きなものは、投影光学系
に使用できる硝材がなくなってしまうことである。

【００１５】現在の投影露光系として収差量、加工精
度、制御性などから充分実際の装置搭載に耐えるのは屈
折系即ちレンズを含む光学系である。レンズに使用する
硝材の透過率は一般の硝材の場合短波長、即ち深紫外線
の領域ではほとんど0 である。露光装置用に特別な製造
方法を用いて製造された硝材として石英等が現存する
が、この透過率も193nm 以下に対しては急激に低下し、
0 ．1 μm 以下のパタ−ンに対応する約150nm 以下の領
域では実用的な硝材の開発は非常に困難である。さらに
透過率の条件以外にも耐久性、屈折率均一性、光学的歪
み、加工性等々の複数条件を満たす硝材の存在自体が危
ぶまれている。

【００１６】このように従来の投影露光では式(1) 、
(2) に依存してパタ−ンを露光するために短波長化が必
要であり、従って硝材が存在しないという問題を引き起
こし、0 ．1 μm 以下の露光が実現できない。

【００１７】例えば、次世代のエキシマレーザ光源とし
て、波長157nm のF2レーザが用いられつつあるが、前述
したように、この波長では屈折素子即ちレンズを多用す
ることは非常に難しく、投影光学系は反射素子即ちミラ
ー含んだ反射屈折系やあるいはミラーのみの全反射系が
有利である。しかしながら、このような反射素子を含む
投影光学系では反射による光路の重なりから、NAを大き
く構成することが難しいという問題があった。

【００１８】このようにエキシマレーザを用いた露光装
置で実用的な回路パターン形成に対して0 ．1 μm 以下
の露光を行うには困難が生じている。

【００１９】これに対して、0 ．1 μm を実現できる露
光装置として、波長1nm 程度のX 線を用いたプロキシミ
ティによる一括露光も提案されているが、80nm以下の露
光ではマスクとウエハ間のギヤップ制御や等倍マスク作
成等が難しくなってくる。

【００２０】また、電子ビームを用いた電子ビーム露光
装置も提案されており、実際に解像度としては80nmを超
える性能が実現しているが、露光装置の重要な性能であ
るスループットが低いという問題がある。

【００２１】以上述べたように100nm 以下を目指す各種
露光はそれぞれ、長所短所があり、100nm 以下の高解像
度は達成できるものの、80nm以下で実回路の持つ多様な
パタ−ンを形成し、実素子を作成する露光装置としては
それぞれ問題点があり、不十分であった。

【００２２】本発明は、微細線露光とラフ露光を融合し
た露光方法を適切に用いることにより、線幅80nm以下の
パタ−ン形成を実現可能とする露光方法およびそれを用
いた線幅80nm以下の実回路パタ−ン露光が可能な露光装
置を提供するものである。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の露光方法は、 (1-1) 周期的なパターンを感光基板に露光する露光ステ
ップと、当該パターンよりも解像度の低いラフパターン
を該感光基板に露光するラフ露光ステップを有し、前記
露光ステップによる感光基板内の同一部分に生じる潜像
を重ね合わせたことを特徴としている。

【００２４】特に、 (1-1-1)前記２つの露光ステップでは、互いに異なる波
長の光および／または異なる波長の粒子線を用い、前記
感光基板は当該異なる波長の光および／または異なる波
長の粒子線に対して露光感度を有することを特徴として
いる。

【００２５】(1-1-2) 前記露光ステップは波長が３００
ｎｍ以下の紫外光による投影露光および／または２光束
干渉露光を用いること。

【００２６】(1-1-3)前記露光ステップは電子線露光を
用いること。

【００２７】(1-1-4)前記露光ステップは波長が30nm以
下の軟X 線による投影露光および／または２光束干渉露
光を用いること。

【００２８】(1-1-5)前記ラフ露光ステップは波長が30n
m以下の軟X 線による投影露光を用いること。

【００２９】(1-1-6) 前記ラフ露光ステップは波長が30
0nm 以下の紫外光による投影露光を用いること。

【００３０】(1-1-7)前記ラフ露光が多値露光であるこ
と。

【００３１】(1-1-8)前記ラフ露光が電子投影露光であ
ること。

【００３２】(1-1-9) 前記ラフ露光が多重露光より成る
こと。

【００３３】(1-1-10) 前記ラフ露光ステップは複数の
透過率のパタ−ン領域を備えたマスクを用いているこ
と。

【００３４】(1-1-11) 前記ラフ露光ステップは、当該
ラフ露光ステップの露光条件で解像できる線幅以下のパ
ターンを持つ領域を備えたマスクを用いており、当該パ
ターンの解像されない露光像の光強度が多値となるこ
と。

【００３５】(1-1-12)前記露光ステップが多値露光であ
ること。

【００３６】(1-1-13)前記露光ステップが多重露光より
成ること。等を特徴としている。

【００３７】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1) の露光方法を用いて感光性の基板にマ
スク上のパターンを転写していることを特徴としてい
る。

【００３８】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1) の露光方法を用いてマスク面上のパタ
ーンをウエハ面上に露光した後、該ウエハを現像処理工
程を介してデバイスを製造していることを特徴としてい
る。

【００３９】(3-2) 構成(2-1) の露光装置を用いてマス
ク面上のパターンをウエハ面上に露光した後、該ウエハ
を現像処理工程を介してデバイスを製造していることを
特徴としている。

【００４０】尚、本発明において「多重露光」とは「感
光基板上の同一領域を互いに異なる光パターンで途中に
現像処理工程を介さずに露光すること」を言う。

【００４１】

【発明の実施の形態】(発明の原理)まず、図1 から図9
を用いて本発明の露光方法の多重露光の原理を説明す
る。

【００４２】図1 は本発明の露光方法の基本的なフロ−
チャ−トを表す図である。図中には本露光方法を構成す
る、微細線露光ステップ（微細線露光）、ラフ露光ステ
ップ（ラフ露光）、そして現像ステップとその流れが示
してある。

【００４３】微細線露光ステップとラフ露光ステップは
この図の順でなくともよく、ラフ露光ステップが先でも
よく、また、複数回露光する場合は交互に行うことも可
能である。

【００４４】また、各露光ステップ間にはアライメント
ステップ等を適宜挿入して像形成精度を上げることも可
能であり、本発明はこの図により、そのステップ構成を
何ら限定されるものではない。

【００４５】図１０は本発明の露光装置の構成の一例を
示す図である。次にこれらのステップにより本発明の効
果がいかに実現されるかについてその原理を説明する。
図1のフロ−を用いた場合、まず微細線露光により感光
基板上に周期的な微細線パタ−ンを露光する。

【００４６】図2 はこの周期的な微細線パタ−ンを示す
摸式図である。図中の数字は露光量を表したものであ
り、即ち、斜線部は露光量1 、白色部は露光量0 であ
る。このような微細線パタ−ンのみを現像する場合、通
常は感光基板の露光しきい値は0と1 の間に設定する。

【００４７】図3 にこの場合の感光基板のレジスト部分
に関して現像後膜厚の露光量依存性、および露光しきい
値Ｅｔｈをポジ型およびネガ型について示した。ポジ型
の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以上、ネガ型の場合は露光
しきい値Ｅｔｈ以下の場合に現像後膜厚が0 となる。

【００４８】図4 はこのような露光を行った場合の現
像、エッチングプロセスを経てリソグラフィ−パタ−ン
が形成される様子を示した摸式図である。本発明におい
ては、このような通常の露光感度設定と異なり、微細線
露光での最大露光量を1 としたとき、レジストの露光し
きい値を1 よりも大きく設定する。

【００４９】このような感光基板では図2 に示すように
微細線露光のみ行った露光パタ−ンを現像した場合には
露光量が不足し、多少の膜厚変動はあるものの、膜厚が
0 となる部分は生じず、パタ−ンは形成されない。

【００５０】これは即ち微細線露光パタ−ンの消失と見
做すことができる( なお、ここではネガ型を用いた場合
の例を用いて説明を行うが、明らかなように、本発明の
本質はネガ型かポジ型かに依存するものではなく、両者
に共通であり、他の要求により任意にこれを選ぶことが
できる。) 。

【００５１】本発明の多重露光原理は上述したように微
細線露光のみでは一見消失する高解像度のパタ−ンをラ
フ露光によるパタ−ンと融合して、その融合効果により
選択的に復活させ、再現し、リソグラフィ−パタ−ンを
形成できるところにある。

【００５２】次に本発明の実施形態のパターン形成法の
一例についてラフ露光を加えて説明する。

【００５３】図2 の微細線パタ−ンを露光（微細線露光
ステップ）するために本実施例では図１１の露光光とし
てF2レーザからの光を用いた露光装置を用いた。

【００５４】図中211 はマスク、212 は副鏡、213 は主
鏡、214 はウエハ、215 はウエハステージ、216 は開口
絞り部の光透過の様子をそれぞれ示す。また、簡単のた
めに光軸上のみの結像光束を示してある。

【００５５】同図において露光光で照明したマスク２１
１からの光は順に副鏡２１２、主鏡２１３で反射して、
ウエハ２１４に集光し、その面上で2 光束干渉縞を形成
している。

【００５６】この露光装置の投影光学系はシュワルツシ
ルト光学系であり、NA( 開口絞り)の中心部は副鏡によ
って遮光されている。本実施例では、この所謂光学系の
瞳の中心部遮光をマスク２１１による回折光の0 次光を
カットするフィルタとして用い、目的とする微細線パタ
ーンのピッチの2 倍のピッチの周期的なパターンを持つ
マスクを用いて像面で+1次光、-1次光の2 光束干渉によ
り微細線パターンを露光した。

【００５７】レジストとしては化学増幅型レジストで波
長157nm のレーザ光と以下に述べるSR光のX 線とに両方
感度があるものを用いた。なお、レジストについては化
学増幅型以外でも前述した両者に感度があるものならば
用いることができる。

【００５８】図１２はこの露光装置で微細線パターンを
露光するために2 光束干渉露光を行っている様子を示す
摸式図である。マスク211 には目的とする微細線パター
ンのピッチの2 倍に対応する( 倍率換算された) 周期パ
ターンが形成されている。ピッチが2 倍である理由は、
この露光装置が図中開口絞り部216 で示されるように開
口絞り( 瞳) の中心部が遮光されているためにマスク上
の周期パターンにより回折した光のうち0 次光が遮光さ
れることで、+1次光と-1次光の2 光束干渉を実現してお
り、そのため、通常の3 光束干渉露光の2 倍のピッチの
パターンが形成されるためである。

【００５９】波長は157nm 、最外の光束のNAは0 ．6 で
あり、2 光束干渉露光による解像限界は65nmL&S であ
る。

【００６０】なお、本実施例では投影光学系を全反射系
で構成したが、屈折素子を含むカタディオプトリック系
や、全屈折系などでも同じ効果が得られることはいうま
でもない。

【００６１】次に、本実施形態におけるラフ露光ステッ
プについて述べる。図7(Ａ) はラフ露光での露光パタ−
ンである。

【００６２】本実施例では前述のF2露光装置によって形
成する周期パターンは65nmL&S であるが、ラフ露光での
露光パタ−ンの解像度はその微細線露光パタ−ンの半分
の130nm である。図７（Ａ）はラフ露光によって微細線
露光の2 倍の線幅パタ−ンが形成された様子を示してい
る。

【００６３】本実施例ではこのラフ露光に、図１３に示
すX 線等倍プロキシミティ露光装置を用いた。

【００６４】図１３中で、221 はSR( シンクロトロン放
射光) 光源、222 はSR光、223 はビーム成形ミラー、22
4 はシャッター、225 はシャッター制御ユニット、226
はマスク、227 はウエハ、228 はウエハステージ、229
はベリウム窓をそれぞれ示す。

【００６５】X 線源としてのSR( シンクロトロン放射
光) 発生装置221 から放射されたSR光222 は発光点から
略3mの位置に設置された曲率半径が略60m のSiC 性のシ
リンドリカルミラー( 凸面ミラー)223にほぼ斜入射角略
15ｍｒａｄで入射する。

【００６６】ミラー223 で反射されたSR光２２２はX 線
透過膜上にX 線吸収体からなる所望置のパターンが形成
されている原版としての透過型マスク２２６を透過後、
所望のパターン形状となり、感光材としてのレジストが
塗布してある基板( ウエハ)２２７に照射される。

【００６７】マスク２２６の上流側には露光領域の全面
にわたり露光時間を制御するためのシャッター２２４が
設置されている。シャッター２２４は不図示のシャッタ
ー制御ユニットにより制御されるシャッター駆動ユニッ
ト２２５により駆動される。

【００６８】Be製の略10μm 厚さの薄膜229 は不図示の
チャンバーの境界であり、薄膜より上流側( 光源側) は
超高真空、下流側( ウエハ側) は減圧Heとなっている。

【００６９】なお、本実施例では前述のX 線露光装置を
用いたが、このような波長130nm の解像度でラフ露光を
行うことのできる露光装置としてはArF エキシマレーザ
や位相シフトマスクなどの超解像技術を用いたものを始
めとして、EB( 電子線) 露光装置、EUV 露光装置( 多層
膜ミラーを用いた軟X 線縮小投影露光装置) 等があり、
適宜これらを用いることができる。

【００７０】このパタ−ンの露光を図5 の微細線パター
ンの微細線露光の後に現像工程なしで重ねて行ったとす
ると露光量の合計の分布は図7(Ｂ) 下となる。ここで微
細線露光とラフ露光の露光量比は1:1 とする。露光しき
い値Ｅｔｈは図6 のパタ−ン消失時と同様に1 と2 の間
に設定されているため、図7(Ｂ) 上に示したパタ−ンが
形成される。このパタ−ンは解像度が微細線露光のもの
であり、かつ、周期パタ−ンでない。即ち選択的に、ラ
フ露光で実現できる解像度以上の、高解像度のパタ−ン
が得られたことになる。

【００７１】さらに図8(Ａ) に示すように2 倍の線幅で
露光しきい値以上( ここでは2 倍の露光量) でラフ露光
を行うと、図8(Ｂ) に示したように、微細線露光のパタ
−ンは消失し、ラフ露光パタ−ンのみが形成される。

【００７２】これは図9 に示すように3 倍の線幅で行っ
ても同様であり、それ以上の線幅では基本的に2 倍線幅
と3 倍線幅の組み合わせ等を考えれば、ラフ露光で実現
できるパタ−ンに関してその全てが形成可能であること
が明らかである。

【００７３】以上示したように微細線露光とラフ露光を
組み合わせて行い、感光基板のしきい値と各露光での露
光量の調整を行うことにより、図6 、図7(Ｂ) 、図8
(Ｂ) 、図9(Ｂ) のような多種でかつ高解像度となるよ
うなパタ−ンをスループットを大幅に低下することなく
形成することができる。

【００７４】以上が本露光方法の原理であり、まとめれ
ば、 (ア-1)ラフ露光をしていないパタ−ン領域、即ち、露光
しきい値以下の微細線露光パタ−ンは現像により消失す
る。

【００７５】(ア-2) 露光しきい値以下の露光量で行った
ラフ露光のパタ−ン領域に関してはラフ露光と微細線露
光のパタ−ンの組み合わせにより決まる微細線露光の解
像度を持つ露光パタ−ンが形成される。

【００７６】(ア-3) 露光しきい値以上の露光量で行った
ラフ露光のパタ−ン領域は、ラフ露光のみと同様に任意
のパタ−ンを形成する。ということになる。

【００７７】なお、本発明では微細線露光とラフ露光の
順番は微細線露光を先としたが、本発明はこの順番に限
定されるものではない。

【００７８】次に本発明の実施形態２のパターン形成方
法について説明する。本実施例では露光により得られる
回路パタ−ンとして、図１４に示す所謂ゲート型のパタ
−ンを目的とする。

【００７９】このパタ−ンは、横方向の即ちA-A'方向の
線幅が40nmであるのに対して、縦方向では80nm以上であ
るという特徴を持つ。

【００８０】本発明によれば、このような1 次元方向の
み高解像度を求められるパタ−ンに対しては、微細線露
光ステップでの露光をかかる高解像度の必要な1 次元方
向のみで行うことができる。本実施例ではこの1 次元状
の微細線露光とラフ露光の組み合わせの例を示す。

【００８１】本実施例では微細線露光は図１９に示す電
子ビーム露光装置を用いて行った。この露光装置は所謂
マルチビーム露光方式といわれる電子ビーム露光方法を
採用したものである。

【００８２】図１９中、231a、231b、231cは個別に電子
ビームをon/offできる電子銃である。232 は電子銃231
a、231b、231cからの複数の電子ビームをウエハ233 に
縮小投影する縮小電子光学系で、234 はウエハ233 に縮
小投影された複数の電子ビームを走査させる偏向器であ
る。

【００８３】235 は偏向器234 を作動させた際に縮小電
子光学系232 を通過する電子ビームで発生する偏向収差
に応じて、電子ビームのフォーカス位置を補正するダイ
ナミックフォーカスコイルであり、236 は偏向収差に応
じて電子ビームの非点収差を補正するダイナミックステ
ィグコイルである。また、237 はウエハステージであ
る。そして、上記構成により、ウエハ２３３上を複数の
電子ビームを走査して、各電子ビームの露光フィールド
を隣接してウエハ２３３を露光する。

【００８４】ウエハ２３３には感光剤として化学増幅型
レジストが塗布してあり、像として入射した電子ビーム
が2 次電子発生し、2 次電子が酸を発生することにより
溶解性が局所的に変化し、パターンが形成できる。

【００８５】このレジストは後述するラフ露光のX 線露
光によっても同様に像として入射したX 線が2 次電子を
発生し、パターン形成するため、電子ビームとX 線の両
方に感度があり、微細線露光とラフ露光での潜像の重ね
合わせが可能となっている。

【００８６】図１９に示す電子ビーム露光装置は前述し
たように任意のパターンを所謂1 筆書きの要領で走査露
光するために、マルチビームとしても露光制御に時間が
かかるが、本発明で電子ビーム露光を用いる場合、本発
明の微細線露光ステップでは直線を等間隔で走査露光す
るため、走査距離も短く制御も簡易であり、スループッ
トが大きく低下することはない。

【００８７】本実施例では電子ビーム露光装置として前
述したマルチビーム方式を用いたが、露光装置としては
特開平9-330870号公報に開示されているように偏向収差
を補正したもの等を適宜用いることができる。また、マ
ルチビーム露光方式以外のステンシルマスク方式等の他
の電子ビーム露光方式を用いることができる。

【００８８】さらに、本実施例の微細線パターンの露光
装置としては、電子ビーム露光装置以外にも、F2エキシ
マレーザ投影露光装置やX 線露光装置，ＥＵＶ露光装置
等を用いることもできる。

【００８９】図１５は以上述べた露光装置によって形成
されたパターンの様子を示す摸式図であり、図１５(
Ａ) は1 次元方向の微細線露光による周期的な露光パタ
−ンを示す。周期は80nmであり、これは 40nmL&S に相
当する。下図における数値は露光量を表すものである。

【００９０】本実施例では微細線露光ステップの次工程
のラフ露光ステップとして図11( Ｂ) のパタ−ンの露光
を行う。本実施例でのラフ露光ステップには図１３を用
いて( 実施例1 で) 前述したX 線露光装置を用いた。X
線露光装置以外にも電子線露光装置、EUV 露光装置( 多
層膜ミラーを用いた軟X 線縮小投影露光装置) 等を用い
ることができるもの前述した通りである。

【００９１】図11( Ｂ) の上図には微細線露光との相対
的な位置と、本ステップの各領域での露光量を示した。
下図はこの露光量を40nmピッチの分解能でマップしたも
のである。このラフ露光によるパタ−ンの線幅は微細線
露光の2 倍の80nmであることが分かる。

【００９２】また、このような領域によって露光量が異
なるラフ露光を行う方法としては、図中1 で示した領域
に対応するマスク部に透過率T% 、2 で示した領域に対
応するマスク部に透過率2T%を構成した複数段透過率を
持つマスクを用いる方法があり、この方法ではラフ露光
ステップを一回の露光で完了することができる。

【００９３】この場合の各ステップでの露光量比は感光
基板上で、微細線露光: 透過率T ：透過率２Ｔ＝１：
１：２である。

【００９４】また、前述の解像する大きさのパターンの
みを持つハーフトーンマスクのかわりに、解像しない微
細パターンを用いて結果的にできる像強度が( 連続的
な) 中間調になるようにマスクを構成することができ
る。このうち好ましい例は、目的とするゲートパターン
をそのままマスクに形成するものである。

【００９５】目的とするゲートパターン中にはラフ露光
では解像しない微細線が含まれており、これを露光する
と像としては所謂ぼけ像となり、光強度が滑らかに変化
する中間調となる。これはハーフトーンを用いた像とそ
の主な効果は同じであり、かつ、目的とする微細線の強
度のピーク位置が一致する等という点で、一様なハーフ
トーンでの像よりも好ましいという利点がある。

【００９６】さらに、ハーフトーンマスクを用いない別
の方法としては図11( Ｄ) に示すような露光量のマスク
で2 回露光することも可能である。この場合には露光量
は一段で良いため、マスクの透過率も1 段で済む。この
場合の露光量比は感光基板上で、微細線露光: 第1 回ラ
フ露光: 第2 回ラフ露光= 1:1:1である。

【００９７】次に2 光束露光ステップとラフ露光ステッ
プの組み合わせによるパタ−ン形成について述べる。本
発明においては微細線露光ステップとラフ露光ステップ
の間には現像ステップはない。そのため、各ステップで
のそれぞれ露光パタ−ン位置での露光量は加算される。
そして加算後の露光量により新たな組み合わせ露光パタ
−ンとなる。

【００９８】図11( Ｃ) は本実施例の2 ステップの露光
量の加算結果を表す図である。そして、下図はこの露光
パタ−ンに対して現像を行った結果のパタ−ンを灰色で
示したものである。なお、本実施例では感光基板として
は露光しきい値が1 以上2 未満であるものを用いた。灰
色で示したパタ−ンは図１４に示した所望のパタ−ンと
一致し、本発明の露光方法によりこのパタ−ン形成が可
能となった。

【００９９】次に本発明の実施形態３のパターン形成方
法について説明する。本実施例では微細線露光を電子ビ
ーム露光によって行い、ラフ露光を電子投影露光によっ
て行う。このうち、まず微細線露光について説明する。

【０１００】微細線露光に用いたのは実施例2 で図１９
を用いて説明したマルチビーム露光であるため、露光装
置についてはその説明を省略する。微細線露光に他の電
子ビーム露光装置、X 線等倍露光装置X 線縮小露光装置
等を用いることができるのも全く同様である。

【０１０１】本実施例では2 次元的に微細線露光のパタ
−ンを露光するものである。本実施例の微細線の線幅は
40nmとした。

【０１０２】図１６はこの2 次元的な微細線露光を行っ
た場合の露光パタ−ンを露光量のマップとして表した摸
式図である。本実施例では最終的に得られる露光パタ−
ンのバリエ−ションを増やすために、微細線露光の2 つ
の方向の露光量を異なる値(2倍) とした。この2 つの露
光量は同一でもよく、これは本実施例によって限定され
るものではない。

【０１０３】図１６の露光パタ−ンでは2 つの微細線露
光の結果、露光量は0 から3 までの4 段階となってい
る。このような微細線露光に対して充分に効果のあるラ
フ露光の露光量段数は5 段以上である。そして感光基板
の露光しきい値は微細線露光の露光量の最大値である3
より大きく、かつラフ露光の露光量の最大値4 未満に設
定する。本実施例のラフ露光で用いた電子投影露光装置
の摸式図を図２０に示す。

【０１０４】図中２４１は入射電子ビーム、242 はマス
ク、243 は電子拡散領域、244 は電子透過性基板、241a
は透過電子ビーム、241bは拡散電子ビーム、245 はプロ
ジェクションレンズ、246 は開口マスク、247 は開口、
248 はウエハ、249 はウエハステージをそれぞれ表す。

【０１０５】入射した電子241 はそれぞれマスク242 を
透過するが、その際電子拡散領域243 を通過する電子は
拡散され、散乱角がつくために、透過後の軌道の分布24
1aはより広がったものとなる。

【０１０６】その他の電子透過基板244 のみを通過する
電子は拡散はほとんどなく、透過後のビーム241bは直進
成分が主要となる。プロジェクションレンズ245 と開口
マスク247 およびウエハ248 はもし電子がマスクと何も
相互作用せずに透過してそのまま直進した場合には、マ
スク上の有効画面内全ての電子線が開口248 に集光し、
そして通り抜け、ウエハに到達することができるように
構成されている。通り抜けた電子がウエハ上で到達する
位置、即ち像位置はマスク上の位置と1 対1 に対応して
いる。

【０１０７】従って、前述の電子透過基板２４４上の電
子拡散領域２４３によってパターン形成されたマスクを
用いた場合には、透過した電子ビームのうち、拡散され
ずにほぼ直進するもののみが開口を通り抜け、対応する
ウエハ上の像点に達っしウエハ２４８上に塗布されたレ
ジストを感光することとなるため、マスク上の非拡散領
域に対応した像位置には電子が到達し、拡散領域に対応
した像位置には電子が到達しないため、ウエハ上に塗布
されたレジストにはマスクの持つパターンが感光される
こととなる。

【０１０８】以上が本実施例で用いた電子投影露光の原
理であるが、本実施例では電子拡散領域の拡散の程度の
異なる拡散物質を4 種類用いることにより、像面位置で
の像強度が0 と1 の2 値でなく、0 、1 、2 、3 、4 の
５段階の、中間調を持つ露光を行った。この際に用いた
マスクの一部分の摸式図について図２１に示した。各領
域で散乱の範囲が異なり、従って図２０の開口を通過で
きる電子の量が段階的に異なり像面に中間調の像を形成
するものである。また、各拡散領域のパターンの大きさ
は80nm、即ち微細線露光の微細線幅の2 倍とした。

【０１０９】このような5 段階(0、1 、2 、3 、4)の露
光量でのラフ露光を行った結果の露光パタ−ンの各露光
量を図１７に示した。またハッチング部は露光しきい値
以上の場所を表し、これが最終的な露光パタ−ンとな
る。

【０１１０】なお、図１７はラフ露光の解像度を微細線
露光の半分として、2 倍の長さの辺を持つブロックに関
して示したものである。このようなブロック単位でラフ
露光の露光量を変化させてより広い面積にパタ−ンを形
成した例を図１８に示す。

【０１１１】微細線露光の解像度を持ち、周期パタ−ン
以外の非常にバリエ−ション豊かなパタ−ンが露光でき
ている。本実施例ではラフ露光は微細線露光の線幅の2
倍のブロックを単位として行ったが、本発明はこれに限
定されることなく、ラフ露光の解像度内の任意のパタ−
ンでラフ露光を行うことができ、それぞれに応じて微細
線露光と組み合わさった露光パタ−ンを得ることができ
る。

【０１１２】また、本実施例では微細線露光の線幅は2
つの方向で同一として説明したが、これは任意に変えて
よい。さらに2 つの間の角度も任意に選ぶ事ができる。

【０１１３】尚、本発明において（ａ）照明光学系の照明方法としては、ＫｒＦエキシマ
レーザー、ＡｒＦエキシマレーザー又はＦ２エキシマレ
ーザーから光でマスクパターンを照明することが適用可
能である。

【０１１４】（ｂ）露光装置においては屈折系、反射−
屈折系、又は反射系のいずれかより成る投影光学系によ
って前記マスクパターンを投影することが適用可能であ
る。

【０１１５】（ｃ）露光装置としては本発明の露光方法
を露光モードとして有するステップアンドリピート型縮
小投影露光装置や本発明の露光方法を露光モードとして
有するステップアンドスキャン型縮小投影露光装置等が
適用可能である。

【０１１６】次に上記説明した露光装置を利用した半導
体デバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【０１１７】図２２は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、或いは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造
のフローを示す。

【０１１８】ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行なう。ステップ２（マスク製作）では
設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。

【０１１９】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、前記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【０１２０】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。

【０１２１】ステップ６（検査）ではステップ５で作製
された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト
等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイス
が完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【０１２２】図２３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶
縁膜を形成する。

【０１２３】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では前記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。

【０１２４】ステップ１７（現像）では露光したウエハ
を現像する。ステップ１８（エッチング）では現像した
レジスト以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジス
ト剥離）ではエッチングがすんで不要となったレジスト
を取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことに
よってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

【０１２５】本実施形態の製造方法を用いれば、従来は
製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易に製
造することができる。

【０１２６】本発明は以上説明した実施例に限定される
ものではなく，本発明の趣旨を逸脱しない範囲において
シーケンスの流れなどは種々に変更する事が可能であ
る。

【０１２７】

【発明の効果】以上説明したように，本発明の，異なる
露光装置を用いて微細線露光とラフ露光を多重露光する
露光方法および露光装置を用いることにより，80nm 以
下の多様なパターンの露光をスループットを大幅に低下
させることなく実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の原理的なフロ−を示す図

【図２】微細線露光による露光パタ−ンを示す摸式図

【図３】レジストの露光感度特性を示す摸式図

【図４】現像によるパタ−ン形成を示す摸式図

【図５】微細線露光による露光パタ−ンを示す模式図

【図６】本発明による形成パタ−ンを示す模式図

【図７】本発明の実施形態１による形成パタ−ンの一例
を示す模式図

【図８】本発明の実施形態1による形成パタ−ンの他の
一例を示す模式図

【図９】本発明の実施形態１による形成パタ−ンの他の
一例を示す模式図

【図１０】本発明の露光装置の要部ブロック図

【図１１】Ｆ２レーザ投影露光装置の一例を示す模式図

【図１２】Ｆ２レーザ投影露光装置での２光束干渉露光
の様子を示す模式図

【図１３】Ｘ線露光装置の一例を示す模式図￥￥実施形
態２で用いた回路パタ−ンを示す模式図

【図１４】本発明の実施形態２で用いた回路パターンの
模式図

【図１５】本発明の実施形態２を説明する摸式図

【図１６】本発明の実施形態３の微細線露光パタ−ンを
説明する模式図

【図１７】２次元ブロックでの形成パタ−ンを示す模式
図

【図１８】本発明の実施形態３で形成可能なパタ−ンの
１例を示す模式図

【図１９】マルチ電子ビーム露光装置の一例を示す模式
図

【図２０】電子投影露光装置の一例を示す模式図

【図２１】ハーフトーンマスクの一例を示す模式図

【図２２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図２３】本発明のデバイスの製造方法のフローチャー
ト

【図２４】従来の投影露光装置を示す模式図

【符号の説明】

２１１マスク２１２主鏡２１３副鏡２１４ウエハ２１５ウエハステージ２１６開口絞り２２１ＳＲ光源２２２ＳＲ光２２３ビーム成形ミラー２２４シャッター２２５シャッター制御ユニット２２６マスク２２７ウエハ２３１電子鏡２３２縮小電子光学系２３３ウエハ２４２マスク２４８ウエハ２５１エキシマレーザ光源２５２照明光学系２５３照明光２５４マスク２５５物体側露光光２５６投影光学系２５７像側露光光２５８感光基板２５９基板ステージ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５４１Ｓ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周期的なパターンを感光基板に露光する
露光ステップと、当該パターンよりも解像度の低いラフ
パターンを該感光基板に露光するラフ露光ステップを有
し、前記露光ステップによる感光基板内の同一部分に生
じる潜像を重ね合わせたことを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記2 つの露光ステップでは、互いに異
なる波長の光および／または異なる波長の粒子線を用
い、前記感光基板は当該異なる波長の光および／または
異なる波長の粒子線に対して露光感度を有することを特
徴とする請求項１の露光方法。
【請求項３】前記露光ステップは波長が３００ｎｍ以
下の紫外光による投影露光および／または２光束干渉露
光を用いることを特徴とした請求項１又は２記載の露光
方法。
【請求項４】前記露光ステップは電子線露光を用いる
ことを特徴とした請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項５】前記露光ステップは波長が30nm以下の軟X
線による投影露光および／または２光束干渉露光を用
いることを特徴とした請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項６】前記ラフ露光ステップは波長が30nm以下
の軟X 線による投影露光を用いることを特徴とした請求
項１又は２記載の露光方法。
【請求項７】前記ラフ露光ステップは波長が300nm 以
下の紫外光による投影露光を用いることを特徴とした請
求項１又は２記載の露光方法。
【請求項８】前記ラフ露光が電子投影露光であること
を特徴とする請求項１又は２の露光方法。
【請求項９】前記ラフ露光が多値露光であることを特
徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項１０】前記ラフ露光が多重露光より成ること
を特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項１１】前記ラフ露光ステップは複数の透過率
のパタ−ン領域を備えたマスクを用いていることを特徴
とする請求項９記載の露光方法。
【請求項１２】前記ラフ露光ステップは、当該ラフ露
光ステップの露光条件で解像できる線幅以下のパターン
を持つ領域を備えたマスクを用いており、当該パターン
の解像されない露光像の光強度が多値となることを特徴
とする請求項９記載の露光方法。
【請求項１３】前記露光ステップが多値露光であるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項１４】前記露光ステップが多重露光より成る
ことを特徴とする請求項１又は２記載の露光方法。
【請求項１５】請求項１から１４のいずれか１項の露
光方法を用いて感光性の基板にマスク上のパターンを転
写していることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】請求項１〜１４のいずれか１項の露光
方法を用いてマスク面上のパターンをウエハ面上に露光
した後、該ウエハを現像処理工程を介してデバイスを製
造していることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１７】請求項１５の露光装置を用いてマスク
面上のパターンをウエハ面上に露光した後、該ウエハを
現像処理工程を介してデバイスを製造していることを特
徴とするデバイスの製造方法。