JP3984710B2 - Exposure method and exposure apparatus - Google Patents

Description

【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、液晶パネル等のデバイスをフォトリソグラフィー技術を用いて製造するときには、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マスク」と記す。）の面上に形成した回路パターンを投影光学系によってフォトレジスト等が塗布されたシリコンウエハ又はガラスプレート等（以下、「ウエハ」と記す。）の感光基板上に投影し、そこに転写する（露光する）投影露光方法及び投影露光装置が使用されている。
【０００３】
近年、上記デバイスの高集積化に対応して、ウエハに転写するパターンの微細化、即ち高解像度化とウエハにおける１チップの大面積化とが要求されている。従ってウエハに対する微細加工技術の中心を成す上記投影露光方法及び投影露光装置においても、現在、０．５／μｍ以下の寸法（線幅）の像（回路パターン像）を広範囲に形成するべく、解像度の向上と露光面積の拡大が計られている。
【０００４】
従来の投影露光装置の摸式図を図３７に示す。図３７中、１９１は遠紫外線露光用の光源であるエキシマーレーザ、１９２は照明光学系、１９３は照明光学系１９２から照射される照明光、１９４はマスク、１９５はマスク１９４から出て光学系（投影光学系）１９６に入射する物体側露光光、１９６は縮小型の投影光学系、１９７は投影光学系１９６から出て基板１９８に入射する像側露光光、１９８は感光基板であるウエハ、１９９は感光基板を保持する基板ステージを、示す。
【０００５】
エキシマレーザ１９１から出射したレーザ光は、引き回し光学系（１９０ａ，１９０ｂ）によって照明光学系１９２に導光され、照明光学系１９２により所定の光強度分布、配光分布、開き角（関口数ＮＡ）等を持つ照明光１９３となるように調整され、マスク１９４を照明する。マスク１９４にはウエハ１９８上に形成する微細パターンを投影光学系１９６の投影倍率の逆数倍（例えば２倍や４倍や５倍）した寸法のパターンがクロム等によって石英基板上に形成されており、照明光１９３はマスク１９４の微細パターンによって透過回折され、物体側露光光１９５となる。投影光学系１９６は、物体側露光光１９５を、マスク１９４の微細パターンを上記投影倍率で且つ充分小さな収差でウエハ１９８上に結像する像側露光光１９７に変換する。像側露光光１９７は図３７の下部の拡大図に示されるように、所定の開口数ＮＡ（＝Ｓｉｎ（θ））でウエハ１９８上に収束し，ウエハ１９８上に微細パターンの像を結ぶ。基板ステージ１９９は、ウエハ１９８の互いに異なる複数の領域（ショット領域：１個又は複数のチップとなる領域）に順次、微細パターンを形成する場合に、投影光学系の像平面に沿ってステップ移動することによりウエハ１９８の投影光学系１９６に対する位置を変えている。
【０００６】
現在主流となりつつある上記のエキシマレーザを光源とする投影露光装置は高い投影解像力を有しているが、例えば０．１５μｍ以下のパターン像を形成することが技術的に困難である。
【０００７】
投影光学系１９６は、露光（に用いる）波長に起因する光学的な解像度と焦点深度との間のトレードオフによる解像度の限界がある。投影露光装置による解像パターンの解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは，次の（１）式と（２）式の如きレーリーの式によって表される。
【０００８】
Ｒ＝ｋ₁ ＝（λ／ＮＡ） ‥‥‥（１）
ＤＯＦ＝ｋ₂ ＝（λ／ＮＡ² ） ‥‥‥（２）
ここで、λは露光波長、ＮＡは投影光学系１９６の明るさを表す像側の開口数、ｋ₁ ，ｋ₂ はウエハ１９８の現像プロセス特性等によって決まる定数であり、通常０．５〜０．７程度の値である。この（１）式と（２）式から、解像度Ｒを小さい値とする高解像度化には開口数ＮＡを大きくする「高ＮＡ化」がある。しかしながら、実際の露光では投影光学系１９６の焦点深度ＤＯＦをある程度以上の値にする必要があるため、高ＮＡ化をある程度以上に進めることが難しいこと、この為、高解像度化には結局、露光波長λを小さくする「短波長化」が必要となることとが分かる。
【０００９】
ところが露光波長の短波長化を進めていくと重大な問題が発生してくる。それは投影光学系１９６を構成するレンズの硝材がなくなってしまうことである。殆どの硝材の透過率は遠紫外線領域では０に近く、特別な製造方法を用いて露光装置用（露光波長約２４８ｎｍ）に製造された硝材として溶融石英が現存するが、この溶融石英の透過率も波長１９３ｎｍ以下の露光波長に対しては急激に低下するし。線幅０．１５μｍ以下の微細パターンに対応する露光波長１５０ｎｍ以下の領域では実用的な硝材の開発は非常に困難である。また遠紫外線領域で使用される硝材は、透過率以外にも、耐久牲，屈折率均一性，光学的歪み，加工性等の複数条件を満たす必要があり、この事から、実用的な硝材の存在が危ぶまれている。
【００１０】
このように従来の投影露光方法及び投影露光鼓置では、ウエハ上に線幅０．１５μｍ以下のパターンを形成する為には１５０ｎｍ程度以下まで露光波長の短波長化が必要である。これに対し、現在のところ、この波長領域では実用的な硝材が存在しないので、ウエハに線幅０．１５μｍ以下のパターンを形成することができなかった。
【００１１】
米国特許夢５４１５８３５号公報は２光束干渉露光によって敏細パターンを形成する技術を開示しており、この２光束干渉露光によれば、ウエハに線幅０．１５μｍ以下のパターンを形成することができる。
【００１２】
２光束干渉露光の原理を図３３を用いて説明する。２光束干渉露光は、レーザ１５１からの可干渉牲を有し且つ平行光線束であるレーザ光Ｌ１５１をハーフミラー１５２によってレーザ光Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１ａｂの２光束に分割し、分割した２光束を夫々平面ミラー１５３ａ，１５３ｂによって反射することにより２個のレーザ光（可干渉性の平行光線束）を０より大きく９０度末満のある角度を成してウエハ１５４面上で交差させることにより交差部分に干渉縞を形成している。この干渉縞（の光強度分布）によってウエハ１５４を露光して感光させることで干渉縞の光強度分布に応じた微細な周期パターンをウエハ１５４に形成するものである。
【００１３】
２光束Ｌ１５１ａ，Ｌ１５１ｂがウエハ１５４面の立てた垂線に対して互いに逆方向に同じ角度だけ傾いた状態でウエハ面で交差する場合、この２光束干渉露光における解像度Ｒは次の（３）式で表される。
【００１４】

ここで、ＲはＬ＆Ｓ（ライン・アンド・スペース）の夫々の幅、即ち干渉縞の明部と暗部の夫々の幅を示している。又βは２光束の夫々の像面に対する入射角度（絶対値）を表し、ＮＡ＝Ｓｉｎθである。
【００１５】
通常の投影露光における解像度の式である（ｌ）式と２光束干渉露光における解像度の式である（３）式とを比較すると、２光束干渉露光の解像度Ｒは（１）式においてｋ₁ ＝０．２５とした場合に相当するから、２光束干渉露光ではｋ₁ ＝０．５〜０．７である通常の投影露光の解像度より２倍以上の解像度を得ることが可能である。
【００１６】
上記米国特許には開示されていないが、例えばλ＝０．２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）でＮＡ＝０．６の時は、Ｒ＝０．１０μｍが得られる。
【００１７】
一方、解像力に伴って、半導体投影露光装置におけるウエハとレチクルを相対位置合わせするアライメントについても高精度化が必要とされている。従来、行われているアライメントでは、ウエハ面に形成したアライメントマークを投影レンズなどの光学系を介してＣＣＤカメラなどの撮像素子上に結像投影し、その電気信号を画像処理してウエハの位置情報を得ている。
【００１８】
このウエハ像を検出する方法として半導体投影露光装置で行われている方式としては、例えば次の３つの方法がある。
【００１９】
▲１▼露光光ＴＴＬ方式‥‥‥露光光を用い、投影光学系を通す方式
▲２▼Off-Axis 方式 ‥‥‥非露光光を用い、投影光学系を通さない方式
▲３▼非露光光TTL 方式 ‥‥‥非露光光を用い、投影光学系を通す方式
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
２光束干渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分（露光量分布）に相当する単純な縞パターンしか得られないので、所望の形状の回路パターンをウエハに形成することが難しい。
【００２１】
そこで上記米国特許第５４１５８３５号公報は、２光束干渉露光によって単純な縞パターン（周期パターン）即ち２値的な露光量分布をウエハ（のレジスト）に与えた後、露光装置の分解能の範囲内の大きさのある開口が形成されたマスクを用いて通常リソグラフィー（露光）を行なって更に別の２値的な露光量分布をウエハに与えることにより、孤立の線（パターン）を得ることを提案している。
【００２２】
しかしながら、上記米国特許第５４１５８３５号公報の多重露光の方法は、２光束干渉露光用の露光装置にウエハを設置して露光した後で、別の通常露光用の露光装置にウエハを設置し直して露光を行うので、時間がかかるという問題があった。
【００２３】
本発明の目的は、比較的短い時間で多重露光が行える露光方法及び露光装置を提供することにある。
【００２４】
一方、前述したようにパターン像の高解像力化を図るにはマスクとウエハとの位置合わせを高精度に行うことが重要になっている。
【００２５】
感光基板上の同一領域を異なったパターンを有するマスクで多重露光し、高解像度のパターンを形成する多重露光方法では特に感光基板とマスクとの位置合わせ（アライメント）を高精度に行うことが重要になってくる。
【００２６】
従来よりデバイス製造用の露光装置においてマスクとウエハとのアライメントを行う方法は種々と提案されているが多重露光に際してのアライメント方法については特に提案されていなかった。
【００２７】
本発明は、感光基板上の同一領域を異なったパターンで多重露光するときに、感光基板とマスクとを位置合わせする為の位置合わせマーク（アライメントマーク）や、オーバーレイ測定マーク等を感光基板上に適切に形成することにより、感光基板とマスクのそれぞれのパターンの重ね合わせを高精度に行い高集積度のパターンを容易に形成することができる露光方法及び露光装置の提供を目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の露光方法は、感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、
第１の露光で第１の位置検出マークを該感光基板上に露光し、第２の露光時に該感光基板上に第１の位置検出マークを露光した位置と同じ位置に第２の位置検出マークを該感光基板上に露光し、該第１の位置検出マーク及び該第２の位置検出マークの多重露光により合成された合成パターンの位置を検出して、該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴としている。
【００２９】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記位置検出マークが、位置ずれ検出方向に対して前記回路パターンと同じ線幅、ピッチで構成されることを特徴としている。
【００３０】
請求項３の発明の露光方法は、感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、一方の露光で該感光基板上に位置検出マークを形成し、他の露光では該位置検出マークの領域を露光しないようにし、該位置検出マークの位置を検出して該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴としている。
【００３１】
請求項４の発明の露光方法は、感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、第１の露光で第１の位置検出マークを該感光基板上に露光し、第２の露光時に該感光基板上に第１の位置検出マークとは異なる位置に第２の位置検出マークを該感光基板上に露光し、該第１の露光時には、第２の位置検出マークの領域を露光しないようにし、該第２の露光時には、第１の位置検出マークの領域を露光しないようにしており、該第１の位置検出マーク及び該第２の位置検出マークの位置を検出し、第１の位置検出マークの位置と第２の位置検出マークの位置の平均値を用いて、該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴としている。
【００３２】
請求項５の発明は請求項３又は４の発明において、前記位置検出マークが、位置ずれ検出方向に対して前記パターンの最小線幅の二倍以上の線幅で構成されることを特徴としている。
【００３３】
請求項６の発明は請求項１乃至５のいずれか１項の発明において、第１のレチクルのパターンと第２のレチクルのパターンを縮小投影レンズを介して感光基板上の同一領域を二重露光して回路パターンを露光転写することを特徴としている。
【００３４】
請求項７の発明は請求項６の発明において、前記第１のレチクルと第２のレチクルのうち、片方のレチクルのパターンがレベンソン型位相シフトマスクで構成されていることを特徴としている。
【００３５】
請求項８の発明は請求項６の発明において、前記二重露光のうち、少なくとも１回の露光が変形照明露光により行うことを特徴としている。
【００３６】
請求項９の発明のデバイスの製造方法は請求項１から８のいずれか１項の露光方法を用いて、該パターンと該位置検出マークを感光剤を塗布した該基板上に露光転写後、現像処理し、エッチング又は成膜工程を行い、次いで基板上に感光剤を塗布し、該基板上の該位置検出マークの位置を測定し、位置合わせを行った後に感光剤に半導体素子パターンを露光転写してデバイスを製造することを特徴としている。
【００３７】
請求項１０の発明のデバイスの製造方法は、請求項１から８のいずれか１項の露光方法を用いて、第一のパターンと第１の位置検出マークを感光剤を塗布した基板上に露光転写後、現像処理し、エッチング工程又は成膜工程を行い、次いで基板上に感光剤を塗布し、第２のパターンと第２の位置検出マークを該基板上に露光転写後、現像処理し、該第１の位置検出マークと第２の位置検出マーク間の相対的な位置ずれを測定する工程を利用してデバイスを製造していることを特徴としている。
【００３８】
請求項１１の発明の露光装置は、請求項１から８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している。
【００３９】
請求項１２の発明のデバイスの製造方法は、請求項１から８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している。
【００４０】
請求項１３の発明のデバイスの製造方法は、請求項１１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。
【００４３】
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。
【００４４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の露光装置の実施形態１の要部概略図である。図中、１は投影レンズ( 投影光学系) であり、レチクルステージ３ａに裁置したレチクル（第１マスク）３のパターンをＸＹＺ方向に駆動可能なウエハステージ５上に裁置したウエハ（感光基板）７上にステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式で微小投影している。
【００４５】
レチクル３はパターンが異なるレチクル（第２マスク）１３と交換可能となっており、レチクル３とレチクル１３とを交換してウエハ７上の同一領域を多重露光（二重露光）している。２は照明系であり、超高圧水銀灯やエキシマレーザ等からの露光光でレチクル３（１３）を照明している。８はレチクルアライメント検出系であり、例えば図２，図３に示すようなレチクルアライメントマーク２２（３２）を検出してそのアライメント信号を中央処理系６に入力している。
【００４６】
４はウエハアライメント検出系であり、ウエハ７上のパターン転写領域の位置情報（アライメント信号）をウエハ７上のパターン転写領域の位置情報（アライメント信号）をウエハ７上に設けたアライメントマークを観察して得ている。
【００４７】
ウエハアライメント検出系４は明視野／暗視野の切り替えが可能となっており、像コントラストの良い信号を選択して用いている。ウエハアライメント検出系４からのアライメント信号は中央処理系６に入力されている。
【００４８】
中央処理系６はレチクルアライメント検出系８からのアライメント信号又は／及びウエハアライメント検出系４からのアライメント信号とを用いてレチクルとウエハとの位置合わせを行っている。
【００４９】
ウエハアライメント検出系４は投影レンズ１を介さない非ＴＴＬオフアクシスを用いているが、投影レンズ１を介して行うＴＴＬオフアクシス方式、ＴＴＬオンアクシス方式等を用いても良い。
【００５０】
本実施形態では二重露光により基板（ウエハ）上に微細パターンを露光転写する露光方法において、第１と第２の二重露光により位置検出マーク（アライメントマーク）を該基板上に露光し、該位置検出マークの位置を検出し、該基板上の微細パターンの位置を計測することを特徴としている。
【００５１】
具体的には本実施形態において、レチクル（第１マスク）１３として微細な周期的パターンよりなる周期パターンマスク（Ｆレチクル）を用いて第１露光を行い、レチクル（第２マスク）３としてゲートパターン等の回路パターンより成る通常パターンマスク（Ｒレチクル）を用いて第２露光を行い、２重露光を行っている。
【００５２】
これによって後述するようにウエハ面上に微細パターン（回路パターン）を形成している。このときの２重露光プロセスにおいて図２，図３に示すレチクル３又は／及び１３に設けたアライメントマーク２２又は／及び３２をウエハ（感光基板）７上に投影露光してアライメントマーク（ＡＡマーク）を形成している。
【００５３】
そして次の工程において、ウエハ面上に形成したアライメントマークを用いてマスクとの相対的な位置合わせを行っている。図２において、２１は回路パターン領域を示し、領域２３には例えば図１０に示す回路パターン（ゲートパターン）が形成されている。図３において３１は回路パターン領域を示し、領域３３には図１１に示すような周期的パターンが形成されている。
【００５４】
次に本実施形態においてウエハ上に位置合わせマーク（アライメントマーク）を形成する方法について説明する。
【００５５】
図４は第１と第２露光でウエハ面上にアライメントマークを形成する実施形態の説明図である。同図（Ａ）は第１マスク（Ｆレチクル）に設けたアライメントマークＦａと、第２マスク（Ｒレチクル）に設けたアライメントマークＲａとの２つのマスクのアライメントマークを２重露光に際してウエハ上の同一領域に投影して、現像処理工程を行って合成像としてのアライメントマークＦＲａを形成している。尚、このときの位置合わせ方向（アライメント方向）は同図（Ｃ）の矢印で示す方向である。
【００５６】
図４（Ｂ）は同図（Ａ）に比べて第２マスク（Ｒレチクル）に設けたアライメントマークＲａの形状が異なっている。この結果、ウエハ面上に形成される合成像としてのアライメントマークＦＲａのパターン形状も異なっている。
【００５７】
同図（Ｂ）では位置合わせ方向は矢印で示すように同図（Ａ）とは９０度方向が異なっている。
【００５８】
本実施形態では第１，第２露光の２重露光でアライメントマークを形成している為、２重露光で形成した回路パターン（ＩＣパターン）の位置を正確に反映している。
【００５９】
本発明においてウエハにアライメントマークを形成するとき、多重露光で形成するときは多重露光におけるパターン形成と同様に全露光の露光量の合計値がレジストのしきい値をＥｔｈを超えるようにしている。尚、単一露光で形成するときはレジストのしきい値Ｅｔｈ以上の露光量を与えている。
【００６０】
図５〜図８は２重露光により、所定の層にパターンを形成するとき、次の工程用のアライメントマーク（ＡＡマーク）を２重露光で作成する方法を示している。
【００６１】
このときはＦレチクルとＲレチクルのパターンのうち、次工程で位置合わせを行うレチクル側のアライメントマークの線幅を他方のレチクルのアライメントマークの線幅よりも小さくしている。
【００６２】
例えば次工程においてＦレチクルのパターンとアライメントをしたいときは図５に示すようにＦレチクルのアライメントマークの線幅をＲレチクルのアライメントマークの線幅よりも小さくしておく。
【００６３】
又、次工程においてＲレチクルのパターンとアライメントしたいときにはＲレチクルのアライメントマークの線幅をＦレチクルのアライメントマークの線幅よりも小さくしておく。
【００６４】
次に図５〜図８に示した２重露光によりＩＣパターン（回路パターン）とアライメントマーク（ＡＡマーク）を形成する様子を示した概略図について説明する。図５はＦレチクルとアライメントをする場合を示している。図５はＦレチクルＦに形成した線幅のＡＡマークがレジストに形成される様子を示している。
【００６５】
図５（Ａ）はＲレチクルのＡＡマークとＩＣパターンの投影露光（第１露光）による露光量分布を示し、図５（Ｂ）はＦレチクルのＡＡマークとＩＣパターンの投影露光（第２露光）による露光量分布を示している。図５（Ｃ）はレジストの第１，第２露光の露光量分布の合計を示している。スレッシュホールドを同図（Ｃ）の点線の如く設定し、これによって同図（Ｄ）に示すようなＡＡマークとＩＣパターンを形成している。
【００６６】
図６はＲレチクルとアライメントする場合を示している。図６は図５と基本的には同様であるが、Ｒレチクルに形成した線幅のＡＡマークが２重露光によってレジストに形成される様子を示している。
【００６７】
露光工程は図５（Ａ）〜（Ｄ）と基本的に同じである。
【００６８】
図７は次工程においてアライメントを行うレチクル（Ｆレチクル）に一定の線幅のアライメントマークを形成し、そうでないレチクル（Ｒレチクル）には幅の広いべたマークを形成した場合を示している。
【００６９】
これによって図７に示すようにレジストにＦレチクルと同じ線幅のアライメントマークを形成している。
【００７０】
図８は次工程においてアライメントを行うレチクルをＲレチクルとし、図７に比べてＦレチクルとＲレチクルに形成するアライメントマークの線幅を逆にしたものである。
【００７１】
図９はウエハ上のレジスト層に回路パターンとＡＡマークが形成される様子を示している。同図（Ａ）ではＦレチクルの回路パターンをパターン部にＡＡマークをマーク領域に各々第１露光でレジスト層に露光している。
【００７２】
同図（Ｂ）でＲレチクルの回路パターンとＡＡマークを各々第２露光でレジスト層に露光している。そして多重露光した後に現像処理して同図（Ｃ）に示すようにウエハ面上に回路パターンとＡＡマークが形成している。
【００７３】
図１２は本発明のＡＡマークのパターン形成の説明図である。図１２（Ａ）のレチクル３上のＡＡマーク２２はその位置合わせ方向の線幅が３Ｌで間隔がＬ、レチクル１３上のＡＡマーク３２はその線幅がＬで間隔がＬのレベンソン型位相シフトパターンより成っており、ＡＡマーク２２とＡＡマーク３２との合成したＡＡマークの幅が３Ｌで間隔Ｌの場合を示している。これは図１０の回路パターンの領域Ａにおける位置合わせ精度を検出する為に、該回路パターンの形状に合わせている。
【００７４】
図１２（Ｂ）のレチクル３上のＡＡマーク２２は位置合わせ方向の線幅がＬ、レチクル１３上のＡＡマークが線幅Ｌで間隔Ｌのレベンソン型位相シフトパターンより成り、合成したＡＡマークの幅がＬ、間隔がＬの場合を示している。これは図１０の回路パターンの領域Ｂにおける位置合わせ精度を検出する為に該回路パターンの形状に合わせている。
【００７５】
本実施形態では回路パターンと同様な線幅のパターンよりＡＡマークを形成している。このように図１２では第１及び第２露光で転写される位置検出マークが、位置ずれ検出方向に対して該回路パターンと同じ線幅、ピッチ構成されることを特徴としている。
【００７６】
これによってレチクル３とレチクル１３との位置合わせに誤差があるとき、ＩＣパターンの合成像位置にＡＡマークの合成像の位置が正確に一致するようにしている。
【００７７】
図１３は図１２のレチクル３のＡＡマーク２２とレチクル１３のＡＡマーク３２のレジスト面上での露光量分布と、双方の露光量分布を合成し、スレッショホールドをＴＬ２としたときの得られる合成像（パターン像）を示している。
【００７８】
図１２（Ａ），（Ｂ）に対応してＡ部では幅３Ｌ、間隔ＬのＡＡマークが、Ｂ部では幅Ｌ、間隔ＬのＡＡマークが形成される様子を示している。
【００７９】
図１４は図１２の合成パターン（ＡＡマーク）４２Ｌ，４２Ｒをアライメント検出系４で検出したときのアライメント検出信号の説明図である。
【００８０】
図１４において位置４２Ｌａ，４２ＲａはＡＡマーク４２Ｌ，４２Ｒに入射した光束の正反射光とエッジ散乱光との干渉で生じてくる光強度変化の位置を示し、位置４２ＬＲがＡＡマーク４２Ｌ，４２Ｒの位置の平均値であるこの４２ＬＲを用いてアライメントを行っている。
【００８１】
図１５は本発明の実施形態であり、Ｙ方向の位置検出用のＡＡマークのパターン形成方法の説明図である。同図は一方のレチクル（例えばレチクル３）にのみＡＡマークが設けられており、レチクル３のＡＡマーク２２を１回の露光でウエハ面上に形成している。
【００８２】
このときレチクル１３の回路パターンをウエハ面上に投影露光するとき、ウエハ面上のレチクル３のＡＡマーク２２を露光形成した領域は露光しないように、レチクル１３のそれに相当する領域を遮光領域３２としている。
【００８３】
レチクル３のＡＡマーク２２の線幅は回路パターンの最小線幅の１０倍程度としている（２倍程度であれば良い）。
【００８４】
このように本実施形態では二重露光により基板上に微細パターンを露光転写するときに片方の露光で位置検出マークを該基板上に露光し、他方の露光時には、該位置検出マークの領域を露光しないようにし、該位置検出マークの位置を検出して該基板上に微細パターンの位置を求めることを特徴としている。
【００８５】
図１６は本発明の実施形態３の説明図である。同図の本実施形態はウエハ面上に形成したオーバーレイマークのＸ方向の検出を示している。
【００８６】
同図はレチクルとウエハとの位置合わせを行い、多重露光した後のウエハ面上で下地パターン（下地ＡＡマーク）４３Ｌ，４３Ｒと今回転写したレジストパターン（ＡＡマーク）４２Ｌ，４２Ｒとの位置ずれを測定し、次のウエハの位置合わせの際にオフセットを与えている。
【００８７】
図１２で説明したＡＡマークの形成方法と同様にオーバーレイマーク４２Ｌ，４２Ｒを形成する。ここでオーバーレイマーク４３Ｌ，４３Ｒは下地パターンであり、前工程で露光転写されたパターンを示している。
【００８８】
同図では二重露光により基板（ウエハ）上に微細パターンを露光転写する２重露光において、第１の露光で第１の位置検出マーク（ＡＡマーク）４２Ｌ，４３Ｌを該基板上に露光し、第２の露光時に該基板上に第１の位置検出マークとは異なる位置に第２の位置検出マーク（ＡＡマーク）４３Ｌ，４３Ｒを該基板上に露光し、該第１の露光時には、第２の位置検出マークの領域を露光しないようにし、該第２の露光時には、第１の位置検出マークの領域を露光しないようにし、該第１の位置検出マーク４２Ｌ，４２Ｒ及び該第２の位置検出マーク４３，４３Ｒの位置を検出し、第１の位置検出マークの位置と第２の位置検出マークの位置の平均値により、該基板上に微細パターンの位置を求めることを特徴としている。
【００８９】
図１７はウエハ７面上に形成したオーバーレイマーク７ｂを検出するときの概略図である。同図では照明系５２からの光束で投影レンズ５１の一部を介してウエハ７上のオーバーレイマーク７ｂを照明している。そしてオーバーレイマーク７ｂの画像情報を投影レンズ５１を介してＣＣＤカメラ５３で検出している。
【００９０】
このとき得られる画像情報より下地パターン４３Ｌ，４３Ｒとレジストパターン４２Ｌ，４３Ｒとの位置ずれを検出している。
【００９１】
図１８は図１７で示すＣＣＤカメラ５３で得られたオーバーレイマークに関する画像信号の説明図である。４２Ｌａ，４２Ｒａはレジストパターン４２Ｌ，４２Ｒに基づく画像信号、４３Ｌａ，４３Ｒａは下地パターン４３Ｌ，４３Ｒに基づく画像信号である。
【００９２】
同図では画像信号４２Ｌａ，４２Ｒａの位置の平均値と、画像信号４３Ｌａ，４３Ｒａの位置の平均値の差分ΔＸを位置合わせ誤差として求めている。
【００９３】
このときの位置合わせ誤差ΔＸをオフセットとして次のレチクルとウエハとの位置合わせに用いている。
【００９４】
次に本実施形態における多重露光によってウエハ面上に回路パターンを形成する露光方法について説明する。以下の説明では例として２重露光について説明するが、２重露光プロセスの適切なプロセス工程において前述したようにウエハ面上にアライメントマークを形成して、位置合わせ（アライメント）を行っている。
【００９５】
図１９〜図２７は本発明の露光方法の実施形態１の説明図である。図１９は本発明の露光方法を示すフローチャートである。図１９には本発明の露光方法を構成する周期パターン露光ステップ、投影露光ステップ（通常パターン露光ステップ）、現像ステップの各ブロックとその流れが示してある。同図において周期パターン露光ステップと投影露光ステップの順序は、逆でもいいし、どちらか一方のステップが複数回の露光段階を含む場合は各ステップを交互に行うことも可能である。また、各露光ステップ間には．精密な位置合わせを行なうステップ等があるが、ここでは図示を略した。
【００９６】
本発明の露光方法及び露光装置は、被露光基板（感光基板）に対して周期パターン露光と通常の露光の二重露光を行うことを特徴としている。
【００９７】
ここで通常パターン露光とは周期パターン露光より解像度が低いが任意のパターンで露光が行える露光であり、代表的なものとして図３７に示した投影光学系によってマスクのパターンを投影する投影露光があげられる。
【００９８】
通常パターン露光によって露光されるパターン（通常パターン）は解像度以下の微細なパターンを含み、周期パターン露光はこの微細なパターンと略同線幅の周期パターンを形成するようにする。通常パターン露光の解像度以上の大きなパターンは、周期パターン露光の線幅に限定されないが整数倍が効果的である。
【００９９】
通常パターン露光は任意の形状をしているのでいろいろな方向を向いていてもよい。一般にＩＣパターンでは、方向がある方向とそれに直行する方向の２方向を向いている場合が多く、最も微細なパターンはある特定の１方向のみに限定される場合が多い。
【０１００】
二重露光で周期パターン露光をする際、その通常パターンの最も微細なパターンの方向に、周期パターンの方向を合致させることが重要である。
【０１０１】
また、周期パターンのピークの中心は、通常パターンにおける解像度以下の微細なパターンの中心に合致するように露光する。
【０１０２】
本発明における二重露光とは周期パターン露光と通常パターン露光の二重露光という意味であって、周期パターン露光は、通常パターン露光の最も微細なパターンの方向に平行にして何回繰り返して露光しても良い。
【０１０３】
本発明の露光方法及び露光装置の周期パターン露光と通常パターン露光のそれぞれは、１回または、複数回の露光段階よりなり、複数回の露光段階を取る場合は、各露光階ごとに異なる露光量分布を感光基板に与えている。
【０１０４】
図１９のフローに従って露光を行なう場合、まず周期パターンによりウエハ（感光基板）を図２０に示すような周期パターンで露光する。図２０中の数字は露光量を表しており、図２０（Ａ）の斜線部は露光量１（実際は任意）で白色部は露光量０である。
【０１０５】
このような周期パターンのみを露光後現像する場合、通常，感光基板のレジストの露光しきい値Ｅｔｈは図２０（Ｂ）の下部のグラフに示す通り露光量０と１の間に設定する。尚、図２０（Ｂ）の上部は最終的に得られるリソグラフィーパターン（凹凸パターン）を示している。
【０１０６】
図２１に、この場合の感光基板のレジストに関して、現像後の膜厚の露光量依存性と露光しきい値とをポジ型レジスト（以下、「ポジ型」と記す。）とネガ型レジスト（以下、「ネガ型」配す。）の各々について示す。ポジ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以上の場合に、ネガ型の場合は露光しきい値Ｅｔｈ以下の場合に、現像後の膜厚が０となる。
【０１０７】
図２２はこのような露光を行った場合の現像とエッチングプロセスを経てリソグラフィーパターンが形成される様子を、ネガ型とポジ型の場合に関して示した摸式図である。
【０１０８】
本実施形態においては、この通常の露光感度設定とは異なり、図２３（図２０（Ａ）と同じ）及び図２４に示す通り、周期パターン露光での中心露光量を１としたとき、露光基板のレジストの露光しきい値Ｅｔｈを１よりも大きく設定している。この感光基板は図２０に示す下地パターン露光のみ行った露光パターン（露光量分布）を現像した場合は露光量が不足するので、多少の膜厚変動はあるものの現像によって膜厚が０となる部分は生じず、エッチングによってリソグラフィーパターンは形成されない。これは即ち周期パターンの消失と見做すことができる（尚、ここではネガ型を用いた場合の例を用いて本発明の説明を行うが、本発明はポジ型の場合も実施できる。）。
【０１０９】
尚、図２４において、上部はリソグラフィーパターンを示し（何もできない）、下部のグラフは露光量分布と露光しきい値の関係を示す。尚、下部に記載のＥ₁ は周期パターン露光における露光量を、Ｅ₂ は通常の投影露光における露光量を表している。
【０１１０】
本実施形態の特徴は、周期パターン露光のみでは一見消失する高解像度の露光パターンを通常の投影露光による露光装置の分解能以下の大きさのパターンを含む任意の形状の露光パターンと融合して所望の領域のみ選択的にレジストの露光しきい値以上の露光をし、最終的に所望のリソグラフィーパターンを形成できるところにある。
【０１１１】
図２５（Ａ）は通常の投影露光（通常パターン露光）による露光パターンであり、微細なパターンである為、解像できずに被露光物体上での強度分布はぼけて広がっている。本実施形態では通常の投影露光の解像度の約半分の紙幅の微細パターンとしている。
【０１１２】
図２５（Ａ）の露光パターンを作る投影露光を、図２３の周期パターン露光の後に、現像工程なしで、同一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、このレジスト面上への合計の露光量分布は図２５（Ｂ）の下部のグラフのようになる。尚、ここでは周期パターン露光の露光量Ｅ₁ と投影露光の露光量Ｅ₂ の比が１：１、レジストの露光しきい値Ｅｔｈが露光量Ｅ₁ （＝１）と露光量Ｅ₁ と投影露光の露光量Ｅ₂ の和（＝２）の間に設定されている為、図２５（Ｂ）の上部に示したリソグラフィーパターンが形成される。
【０１１３】
その際、通常パターンの中心が周期パターンのピークと合致させておく。又、通常パターンの方向と周期パターンの方向とを合致させている。
【０１１４】
図２５（Ｂ）の上部に示す孤立線パターンは、解像度が周期パターン露光のものであり且つ単純な周期パターンもない。従って通常の投影露光で実現できる解像度以上の高解像度のパターンが得られたことになる。
【０１１５】
ここで仮に、図２６の露光パターンを作る投影露光（図２３の露光パターンの２倍の線幅で露光しきい値以上（ここではしきい値の２倍の露光量）の投影露光）を、図２３の周期パターン露光の後に、現像工程なしで、同一レジストの同一領域に重ねる。この際、通常パターンの中心が周期パターン露光のピーク位置と合致させることで重ね合わせたパターンの対称性が良く、良好なるパターン像が得られる。
【０１１６】
このレジストの合計の露光量分布は図２６（Ｂ）のようになり、２光束干渉露光（周期パターン露光）の露光パターンは消失して最終的に投影露光によるリソグラフィーパターンのみが形成される。
【０１１７】
また、図２７に示すように、図２３の露光パターンの３倍の線幅で行う場合も理屈は同様であり、４倍以上の線幅の露光パターンでは、基本的に２倍の線幅の露光パターンと３倍の線幅の露光パターンの組み合わせから、最終的に得られるリソグラフィーパターンの線幅は自明でであり、投影露光で実現できるリソグラフィーパターンは全て、本実施形態でも、形成可能である。
【０１１８】
以上簡潔に説明した周期パターン露光と投影露光の夫々による露光量分布（絶対値及び分布）と感光基板のレジストのしきい値の調整を行うことにより、図２４，図２５（Ｂ），図２６（Ｂ），及び図２７（Ｂ）で示したような多種のパターンの組み合わせより成り且つ最小線幅が周期パターン露光の解像度（図２５（Ｂ）のパターンとなる回路パターンを形成することができる。
【０１１９】
以上の露光方法の原理をまとめると、
(ア-1) 投影露光（通常パターン露光）をしないパターン領域即ちレジストの露光しきい値以下の周期露光パターンは現像により消失する。
【０１２０】
(ア-2) レジストの露光しきい値以下の露光量で行った投影露光のパターン領域に関しては投影露光と周期パターン露光のパターンの組み合わせにより決まる周期パターン露光の解像度を持つ露光パターンが形成される。
【０１２１】
(ア-3) 露光しきい値以上の露光量で行った投影露光のパターン領域は投影露光のみでは解像しなかった微細パターンも同様に（マスクに対応する）形成する。ということになる。更に露光方法の利点として、最も解像力の高い周期パターン露光を２光束干渉露光で行えば、通常の露光に比してはるかに大きい焦点深度が得られることが挙げられる。
【０１２２】
以上の説明では周期パターン露光と投影露光の順番は周期パターン露光を先としたが、この順番に限定されない。
【０１２３】
次に本発明の実施形態２を説明する。
【０１２４】
本実施形態は露光により得られる回路パターン（リソグラフィーパターン）として、図１０に示す所謂ゲート型のパターンを対象としている。
【０１２５】
図２８のゲートパターンは横方向の即ち図中Ａ−Ａ’方向の最小線幅が０．１μｍであるのに対して、縦方向では０．２μｍ以上である。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２次元パターンに対しては２光束干渉露光（周期パターン露光）をかかる高解像度の必要な１次元方向のみで行えばいい。
【０１２６】
本実施形態では、図２９を用いて１次元方向のみの２光束干渉露光と通常の投影露光の組み合わせの一例を示す。
【０１２７】
図２９において、図２９（Ａ）は１次元方向のみの２光束干渉露光による周期的な露光パターンを示す。この露光パターンの周期は０．２μｍであり、この露光パターンは線幅０．１μｍＬ＆Ｓパターンに相当する。図２９の下部における数値は露光量を表すものである。
【０１２８】
このような２光束干渉露光を実現する露光装置としては、図３３で示すような、レーザ１５１，ハーフミラー１５２，平面ミラー１５３による干渉計型の分波合波光学系を備えるものや、図３４で示すような、投影露光装置においてマスクと照明方法を図３５又は図３６のように構成した装置がある。
【０１２９】
図３３の露光装置について説明を行う。
【０１３０】
図３３の露光装置では前述した通り合波する２光束の夫々が角度θでウエハ１５４に斜入射し、ウエハ１５４に形成できる干渉縞パターン（露光パターン）の線幅は前記（３）式で表される。角度θと分波合波光学系の像面側のＮＡとの関係はＮＡ＝ｓｉｎθである。角度θは一対の平面ミラー１５３（１５３ａ，１５３ｂ）の夫々の角度を変えることにより任意に調整、設定可能で、一対の平面ミラーで角度θの値を大きく設定すれば干渉縞パターンの夫々の縞の線幅は小さくなる。例えば２光束の波長が２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマ）の場合、θ＝３８度でも各縞の線幅は約０．１μｍの干渉縞パターンが形成できる。尚、この時のＮＡ＝ｓｉｎθ＝０．６２である。角度θを３８度よりも大きく設定すれば、より高い解像度が得られるということは言うまでもない。
【０１３１】
次に図３４乃至図３６の露光装置に関して説明する。
【０１３２】
図３４の露光装置は、例えば通常のステップアンドリピート方式又はステップアンドスキャン方式の縮小投影光学系（多数枚のレンズより成る）を用いた投影露光装置であり、現状で露光波長２４８ｎｍに対してＮＡ０．６以上のものが存在する。
【０１３３】
図３４中、１６１はマスク、１６２はマスク１６１から出て光学系１６３に入射する物体側露光光、１６３は投影光学系、１６４は開口絞り、１６５は投影光学系１６３から出てウエハ１６６に入射する像側露光光、１６６は感光基板であるウエハを示し、１６７は絞り１６４の円形開口に相当する瞳面での光束の位置を一対の黒点で示した説明図である。
【０１３４】
図３４は２光束干渉露光を行っている状態の摸式図であり、物体側露光光１６２と像側露光光１６５は双方とも、図３７の通常の投影露光とは異なり、２つの平行光線束だけから成っている。
【０１３５】
図３４に示すような通常の投影露光装置において２光束干渉露光（周期パターン露光）を行う為には、マスク１６１とその照明方法を図３５又は図３６のように設定すれば良い。以下これら３種の例について説明する。
【０１３６】
図３５（Ａ）はレベンソン型の位相シフトマスク１７３を示しており、クロムより成る遮光部１７１のピッチＰＯが（４）式で０、位相シフタ１７２のピッチＰＯＳが（５）式で表されるマスクである。
【０１３７】
Ｐ₀ ＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ‥‥‥（４）
Ｐ_OS＝２Ｐ₀ ＝Ｍλ／（ＮＡ） ‥‥‥（５）
ここで、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波長、ＮＡは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。
【０１３８】
一方、図３５（Ｂ）が示すマスク１７４はクロムより成る遮光部のないシフタエッジ型の位相シフトマスクであり、レベンソン型と同様に位相シフタ１７５のピッチＰＯＳを上記（５）式を満たすように構成したものである。
【０１３９】
図３５（Ａ），（Ｂ）の夫々の位相シフトマスクを用いて２光束干渉露光を行うには、これらのマスクをσ＝０（又は０に近い値）所謂コヒーレント照明を行う。具体的には図３５に示すようにマスク面１７０に対して垂直な方向（光軸に平行な方向）から平行光線束をマスク１７０に照射する。
【０１４０】
ここで、σ＝照明光学系の開口数／投影光学系の開口数 である。
【０１４１】
このような照明を行うと、マスク１７０から上記垂直な方向に出る０次透過回折光に関しては、位相シフタ１７２（１７５）により隣り合う透過光の位相差がπとなって打ち消し合い存在しなくなり、±１次の透過回折光の２平行光線束はマスク１７０から投影光学系１６３の光軸に対して対称に発生し、図３４の２個の物体側露光１６５がウエハ１６６上で干渉する。また２次以上の高次の回折光は投影光学系１６３の開口絞り１６４の開口に入射しないので結像には寄与しない。
【０１４２】
図３６に示したマスク１８０は、クロムより成る遮光部１８１のピッチＰＯが（４）式と同様の（６）式で表されるマスクである。
【０１４３】
Ｐ₀ ＝ＭＰ＝２ＭＲ＝Ｍλ／（２ＮＡ） ‥‥‥（６）
ここで、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、λは露光波長、ＮＡは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。
【０１４４】
図３６の位相シフタを有していないマスクには、１個又は２個の平行光線束による斜入射照明とする。この場合の平行光線束のマスク１８０への入射角θ₀ は（７）式を満たすように設定される。２個の平行光線束を用いる場合が、光軸を基準にして互いに逆方向にθ₀ 傾いた平行光線束によりマスクを照明する。
【０１４５】
ｓｉｎθ₀ ＝Ｍ／ＮＡ ‥‥‥（７）
ここでも、Ｍは投影光学系１６３の投影倍率、ＮＡは投影光学系１６３の像側の開口数を示す。
【０１４６】
図３６が示す位相シフタを有していないマスクを上記（７）式を満たす平行光線束により斜入射照明を行うと、マスク１８０からは、光軸に対して角度θ₀ で直進する０次透過回折光とこの０次透過回折光の光路と投影光学系の光軸に関して対称な光路に沿って進む（光軸に対して角度−θ₀ で進む）−１次透過回折光の２光束が図３４の２個の物体側露光光１６２として生じ、この２光束が投影光学系１６３の開口絞り１６４の開口部に入射し、結像が行われる。
【０１４７】
尚、本発明においてはこのような１個又は２個の平行光線束による斜入射照明も「コヒーレント照明」として取り扱う。
【０１４８】
以上が通常の投影露光装置を用いて２光束干渉露光を行う技術であり、図３７に示したような通常の投影露光装置の照明光学系は部分的コヒーレント照明を行うように構成してあるので、図３７の照明光学系の０＜σ＜１に対応する不図示の開口絞りをσ≒０に対応する特殊開口絞りに交換可能にする等して、投影露光装置において実質的にコヒーレント照明を行うよう構成することができる。
【０１４９】
図２８及び図２９が示す実施形態２の説明に戻る。本実施形態では前述した２光束干渉露光（周期パターン露光）の次に行う通常の投影露光（通常パターン露光）（例えば図３７の装置でマスクに対して部分的コヒーレント照明を行うもの）によって図２９（Ｂ）が示すゲートパターンの露光を行う。図２９（Ｃ）の上部には２光束干渉露光による露光パターンとの相対的位置関係と通常の投影露光の露光パターンの領域での露光量を示し、同図の下部は、通常の投影露光によるウエハのレジストに対する露光量を縦横を最小線幅のピッチの分解能でマップ化したものである。
【０１５０】
図２９の下部に示す露光量分布は、マスクから入射される光強度を１としてウエハに露光される強度分布を示したものである。
【０１５１】
図２９（Ａ）の周期パターンの露光による露光量分布は、理想的には１と０の矩形波であるはずだが、２光束干渉露光の解像限界付近の線幅を用いているので、０次光と１次光のみで形成されるsin 波となっている。そのsin 波の最大値をIo、最小値をI₁とあらわす。このとき、照明条件のσによって、I₀とI₁の値が定まる。
【０１５２】
図２９(B) の通常の投影露光による露光量分布は、各部分での代表的な値を示している。この投影露光による露光パターンの最小線幅の部分は、解像せずぼけて広がり、光強度の各店の値は下がる。露光量は、大まかにパターン中心部をｂ，両サイドをｄ，両側からのぼけ像がくる中心部をｃとする。最小線幅の２倍の線幅は、b,c,d の値よりも大きいが、投影露光の解像限界付近の線幅であるため、少しぼけてa の値をとる。これら、a,b,c,d の値は、照明条件によって変化する。
【０１５３】
図２９(C) の露光量分布は、図２９(A) の露光パターンと図２９(B) の露光パターンの露光量の加算した結果生じたものである。
【０１５４】
２光束干渉露光と投影露光の各露光での光量比は、それぞれの露光の照明条件により異なる。加算における各露光での光量比は、照明系の照度比として、
２光束干渉露光：投影露光＝１：ｋ
とし、ｋの値は次のようにして求める。
【０１５５】
図２９(C) の露光量分布は、上記の露光量分布、光量比を用いて、以下の式で表せる。
【０１５６】
a' = k×a + I₀
a" = k×a + I₁
b' = k ×b + I₀
c' = k×c+ I₁
d' = k×d + I₁
所望のゲートパターンを得るためには、レジストの感光のしきい値Icとの関係式を得る。
たとえば、レジストがネガ型の場合、以下のようになる。
【０１５７】
a' ＞I_C
a" ＞I_C
b' ＞I_C
c' ＜I_C
d' ＜I_C
a',a",b'は差が小さい方が望ましく、c'と特にb'との差がある方が望ましい。
これらの式を解くことにより、各照明条件での最適光量比が求められる。
特に微細パターンの関係する以下の２式は重要である。
レジストがネガ型の場合、
ｋ×ｂ＋I₀＞I_C
ｋ×ｃ＋I₁＜I_C
レジストがポジ型の場合、
ｋ×ｂ＋I₁＜I_C
ｋ×ｃ＋I₀＞I_C
レジストがポジ型の場合、露光量分布の大小関係が反転し、レジストしきい値Icとの不等号が逆になるが、同様に最適光量比が求められる。
【０１５８】
以上説明した２光束干渉露光と通常の投影露光の照明方法の異なった２つを組み合わせによって図３０の微細回路パターンが形成される様子について述べる。本実施形態においては２光束干渉露光と通常の投影露光の間には現像過程はない。従って各露光の露光パターンが重なる領域での露光量は加算され、加算後の露光量（分布）により新たな露光パターンが生じることと成る。
【０１５９】
図３０，図３１，図３２は波長248nm のＫｒＦエキシマステッパーを用いたときの具体的な実施例である。
【０１６０】
図３０に示すような、最小線幅0.12μｍのゲートパターンを通常露光し、重ねてレベンソンタイプの位相シフトマスクで、その最小線幅と重なるように周期パターンを露光したものである。
【０１６１】
投影レンズのNAは0.6 、照明系のσは、レベンソンマスクによる露光では、0.3 とした。通常マスク露光時では、σ＝0.3,0.6,0.8,輪帯照明とした。
【０１６２】
位相シフトマスクなどの２光束干渉により周期パターンを露光する場合の、コヒーレント照明はσの値がゼロまたは、それに近い値であるが、あまり小さくすると単位時間当たりの露光量が小さくなり、露光に要する時間が長くなるので実際的でない。
【０１６３】
周期パターン露光のときはσが0.3 以下であることが望ましく、レベンソンマスクによる露光ではその最大であるσ＝0.3 とした。
【０１６４】
通常露光では、一般的に部分的コヒーレント照明にするが、σを大きくすると複雑な形状の再現性はよくなり、かつ深度は広がる。照度分布が外側に比べて内側が低いいわゆる輪帯照明では、この傾向は顕著になるが、コントラストは落ちるという欠点がある。
【０１６５】
図３１（Ａ）に示すように、通常露光のσを周期パターン露光のσと同じ0.3 にして同じ照明条件で二重露光を行うと、ゲートパターンがデフォーカス０±0.2 μｍの範囲で解像されるが、線パターンの部分がうねっており、くびれた部分が断線の原因となるため好ましくない。
【０１６６】
又、通常パターン露光のときはσ＝０．６以上にするのが良い。図３１（Ｂ）に示すように、通常露光のσを0.6 にするとデフォーカス０±0.4 μｍの範囲でゲートパターンが解像されるようになり、線パターンの部分がうねりは解消されている。通常露光と周期パターン露光の露光量比を 通常露光：周期パターン露光=1.5 ：１とした。
【０１６７】
図３２（Ａ）に示すように、通常露光のσが0.8 と大きくなると、複雑な形状の再現性は若干よくなる。通常露光と周期パターン露光の露光量比を通常パターン露光：周期パターン露光=2 ：１とした。通常パターン露光のときは周期パターン露光に比べて２倍以上の露光量とするのが良い。
【０１６８】
図３２（Ｂ）では、通常露光を輪帯照明とし、リング内側の0.6 から外側の0.8 までの照度を１、リング内側の0.6 以下を照度０とした場合の二次元強度分布である。通常露光と周期パターン露光の露光量比を 通常露光：周期パターン露光=2.5：１とした。
【０１６９】
輪帯照明では、σが0.8 の時よりも、複雑な形状の再現性はよくなり、かつ深度は広がる。デフォーカス±0.4 μｍ以下で良好な像が得られた。
【０１７０】
このように微細な回路パターンは、周期パターン露光との二重露光によって形成される。通常露光パターンの微細なパターンは光強度が低くコントラストも低いので、通常は解像されないが、コントラストが高い周期パターン露光と二重に露光し重ね合わせることによって、微細なパターンはコントラストが増強され解像されるようになる。
【０１７１】
一方、通常露光パターンの解像度以上の大きなパターンも、周期パターン露光の強度と重ね合わされコントラストが増強されるので、周期パターン露光の線幅の整数倍にするとエッジがシャープな像となる。本発明の露光方法によって、0.12μｍといった微細な線幅を有する回路パターンが、例えばσや照度の光量比を可変とする照明条件の切り替え可能な照明光学系を有する投影露光装置を用いて形成可能としている。
【０１７２】
周期パターン露光と通常パターン露光の光量比は、照明条件の組み合わせによる最適値を前述の計算式によって求めた。
【０１７３】
照明条件１ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パターン露光はσ=0.3
図２９(A) の下部に示した周期パターンの露光による露光量分布と、図２９(B) の下部に示した通常の投影露光による露光量分布（ベストフォーカス）を以下に示す。
【０１７４】
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.31 b = 0.34 c = 0.61 d = 0.09
k = 1.0 のとき最適であり、
a' = 2.11 a" = 1.54 b'= 1.21 c'= 0.89 d'= 0.32
となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化すると次のようになる。
【０１７５】
a' = 1.0 a" = 0.73 b'= 0.57 c'= 0.42 d'= 0.15 I₀ = 0.38
照明条件２ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パターン露光はσ=0.6
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.25 b = 0.44 c = 0.53 d = 0.13
k = 1.5 のとき最適であり、
a' = 2.68 a" = 2.11 b'= 1.46 c'= 1.03 d'= 0.43
となり、後の比較のため、最大値のa'を１で規格化すると次のようになる。
【０１７６】
a' = 1.0 a" = 0.79 b'= 0.55 c'= 0.38 d'= 0.16 I₀ = 0.30
照明条件３ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パターン露光はσ=0. ８
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.20 b = 0.48 c = 0.47 d = 0.16
k = 2.0 のとき最適であり、
a' = 3.20 a" = 2.63 b'= 1.76 c'= 1.17 d'= 0.55
となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようになる。
【０１７７】
a' = 1.0 a" = 0.82 b'= 0.55 c'= 0.37 d'= 0.17 I₀ = 0.25
照明条件４ 周期パターンの露光はσ=0.3、通常パターン露光はσ=0. ８で輪帯照明とし、内側（輪帯内側）σ0.６以下の照度分布をゼロとした。
【０１７８】
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.10 b = 0.47 c = 0.36 d = 0.19
k = 2.5 のとき最適であり、
a' = 3.55 a" = 2.98 b'= 1.98 c'= 1.13 d'=0.71
となり、最大値のa'を１で規格化すると次のようになる。
【０１７９】
a' = 1.0 a" = 0.84 b'= 0.56 c'= 0.32 d'=0.20 I₀ = 0.23
今までの議論で、レジストしきい値は、最大露光量３のとき1.5 だったので、最大露光量で規格化するとレジストしきい値は0.5 となる。
この規格化された露光量分布を見ると、a',a",b'は規格化されたレジストしきい値0.5 より大きく、c',d',I₀ はしきい値より小さい。
【０１８０】
現像によって露光量がレジストしきい値より大きい部分がのこるから、露光量がa',a",b'のみパターンとして現像後残ることになる。従って、図１１(C) の下部で灰色に示された部分が、現像後の形状である。
【０１８１】
一般に、通常露光パターンを露光するときは、周期パターンを露光するときの約２倍の露光量が適切で、通常露光パターンを露光するときの照明条件と、周期パターンを露光するときの照明条件の組合わせによって最適な露光量比があり、前述の計算式で求められる。
【０１８２】
前述の計算式から、種々の照明条件の組合わせを計算した結果、次のことが示された。周期パターン露光のときσ＝０．３で通常パターン露光の照明条件σが0.8 より小さいときは、通常パターンを露光するときの露光量を周期パターンを露光するときの露光量より２倍以下にするとよい。
【０１８３】
周期パターンのときσ＝０．３で通常パターンを露光するときの照明条件が輪帯照明のときは、輪帯の巾が小さいときは、通常パターンを露光する露光量が周期パターンを露光するときの露光量より２倍以上にするとよい。
【０１８４】
周期パターンを露光するときの照明条件σが0.3 より小さいときは、通常パターンを露光する露光量は、周期パターンを露光するときの露光量より２倍以上にするとよい。
【０１８５】
図３８は本発明に係る２光束干渉露光用の露光装置の一例を示す概略図であり、図３８において、２０１は２光束干渉露光用の光学系で、基本構成は図３３の光学系と同じである。２０２はＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザー、２０３はハーフミラー、２０４（２０４ａ，２０４ｂ）は平面ミラー、２０５は光学系２０１との位置関係が固定又は適宜ベースライン（量）として検出できるオフアクシス型の位置合わせ光学系で、ウエハ２０６上の２光束干渉用位置合わせマークを観察し、その位置を検出する。２０６は感光基板であるウエハ、２０７は光学系２０１の光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可能なＸＹＺステージで、レーザー干渉計等を用いてその位置が正確に制御される。装置２０５とＸＹＺステージ２０７の構成や機能は周知なので具体的な説明は略す。
【０１８６】
図３９は本発明の２光束干渉用露光装置と通常の投影露光装置より成る高解像度の露光装置を示す概略図である。
【０１８７】
図３９において、２１２は図３０の光学系２０１、装置２０５を備える２光束干渉露光装置であり、２１３は、不図示の照明光学系とレチクル位置合わせ光学系２１４、ウエハ位置合わせ光学系（オフアクシス位置合わせ光学系）２１７とマスク２１５の回路パターンをウエハ２１８上に縮小投影する投影光学系２１６とを備える通常の投影露光装置である。
【０１８８】
レチクル位置合わせ光学系２１４はマスク２１５上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出する。ウエハ位置合わせ光学系２１７はウエハ２０６上の投影露光用又は２光束干渉と兼用の位置合わせマークを観察し、その位置を検出する。光学系２１４，２１６，２１７の構成や機能は周知なので、具体的な説明は略す。
【０１８９】
図３９の２１９は２光束干渉用露光装置２１２と投影露光装置２１３で共用される１つのＸＹＺステージであり、このステージ２１９は、装置２１２、２１３の各光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可能で、レーザー干渉計等を用いてそのＸＹ方向の位置が正確に制御される。
【０１９０】
ウエハ２１８を保持したステージ２１９は、図３９の位置（１）に送り込まれてその位置が正確に測定され、測定結果に基づいて位置（２）で示す装置２１２の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ２光束干渉露光が行われ、その後、位置（３）に送り込まれてその位置が正確に測定され位置（４）で示す装置２１３の露光位置に送り込まれてウエハ２１８へ投影露光が行われる。
【０１９１】
装置２１３においては、オフアクシスの位置合わせ光学系２１７の代わりに、投影光学系２１６を介してウエハ２１８の位置合わせマークを観察し、その位置を検出する不図示のＴＴＬの位置合わせ光学系や、投影光学系２１６とマスク（レチクル）２１５とを介してウエハ２１８上の位置合わせマークを観察し、その位置を検出する不図示のＴＴＲの位置合わせ光学系も使用できる。
【０１９２】
図４０は本発明の２光束干渉用露光と通常の投影露光の双方が行える高解像度の露光装置を示す概略図である。
【０１９３】
図４０において、２２１はＫｒＦ又はＡｒＦエキシマレーザー、２２２は照明光学系、２２３はマスク（レチクル）、２２４はマスクステージ、２２７はマスク２２３の回路パターンをウエハ２２８上に縮小投影する投影光学系、２２５はマスク（レチクル）チェンジャであり、ステージ２２４に、通常のレチクルと前述したレベンソン位相シフトマスク（レチクル）又はエッジシフタ型のマスク（レチクル）又は位相シフタを有していない周期パターンマスク（レチクル）の一方を選択的に供給する為に設けてある。
【０１９４】
また、マスクステージは微細パターンの方向と周期パターンの方向と平行にする為に、予めマスクにバーコード等に描かれてある情報をもとにマスクを回転させる機能を持たせてある。
【０１９５】
図４０の２２９は２光束干渉露光と投影露光で共用される１つのＸＹＺステージであり、このステージ２２９は、光学系２２７の光軸に直交する平面及びこの光軸方向に移動可能で、レーザー干渉計等を用いてそのＸＹ方向の位置が正確に制御される。
【０１９６】
また、図４０の装置は、不図示のレチクル位置合わせ光学系、ウエハ位置合わせ光学系（図３９で説明したオフアクシス位置合わせ光学系とＴＴＬ位置合わせ光学系とＴＴＲ位置合わせ光学系）とを備える。
【０１９７】
図４０の露光装置の照明光学系２２２は部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明とを切換え可能に構成してあり、コヒーレント照明の場合には、ブロック２３０内の図示した前述した（１ａ）又は（１ｂ）の照明光を、前述したレベンソン型位相シフトレチクル又はエッジシフタ型レチクル又は位相シフタを有していない周期パターンレチクルの１つに供給し、部分的コヒーレント照明の場合にはブロック２３０内に図示した（２ａ）の照明光を所望のレチクルに供給する。部分的コヒーレント照明からコヒーレント照明とを切換えは、通常光学系２２２のフライアイレンズの直後に置かれる開口絞りを、この絞りに比して開口径が十分に小さいコヒーレント照明用絞りと交換すればいい。
【０１９８】
本発明の露光方法及び露光装置における２重露光における前記第１露光と前記第２露光の露光波長は、第２露光が投影露光の場合、双方とも４００ｎｍ以下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎｍ以下の露光波長の光を得るにはＫＪｒＦエキシマレーザ（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎｍ）を用いる。
【０１９９】
尚、本発明において「投影露光」というのは、マスクに形成された任意のパターンからの３個以上の平行光線束が互いに異なる様々な角度で像面に入射して露光が行なわれるものである。
【０２００】
本発明の露光装置はマスクのパターンをウエハに投影する投影光学系と、部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明の双方の照明が可能なマスク照明光学系とを有し、部分的コヒーレント照明によって通常の露光を行い、コヒーレント照明によって２光束干渉露光を行うことにより、周期パターン露光を特徴とする。「部分的コヒーレント照明」とはσ＝（照明光学系の開口数／投影光学系の開口数）の値がゼロより大きく１より小さい照明であり、「コヒーレント照明」とは、σの値がゼロまたはそれに近い値であり、部分的コヒーレント照明のσに比べて相当小さい値である。
【０２０１】
周期パターン露光でのコヒーレント照明ではσを０．３以下にする。通常露光を行う際の部分的コヒーレント照明はσを０．６以上にする。σ＝０．８が望ましい。さらに照度分布が外側に比べて内側が低い輪帯照明にすると、なお効果的である。
【０２０２】
この露光装置の露光波長は、４００ｎｍ以下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎｍ以下の露光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎｍ）を用いる。
【０２０３】
発明の実施形態においては、マスク照明光学系として部分的コヒーレント照明とコヒーレント照明とが切換え可能な光学系を開示している。
【０２０４】
本発明の露光装置は２光束干渉露光装置と通常（投影）露光装置を両装置で共用される被露光基板（感光基板）を保持する移動ステージとを有している。
【０２０５】
この露光装置の露光波長も、４００ｎｍ以下であり、好ましくは２５０ｎｍ以下である。２５０ｎｍ以下の露光波長の光を得るにはＫｒＦエキシマレーザ（約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザ（約１９３ｎｍ）を用いている。
【０２０６】
以上説明した露光方法及び露光装置を用いて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が可能である。
【０２０７】
本発明は以上説明した実施形態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種々に変更することが可能である。特に２光束干渉露光及び通常露光の各ステップでの露光回数や露光量の段数は適宜選択することが可能であり、更に露光の重ね合わせもずらして行なう等適宜調整することが可能である。このような調整を行うことで形成可能な回路パターンにバリエーションが増える。
【０２０８】
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。
【０２０９】
（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。
【０２１０】
（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。
【０２１１】
次に上記説明した投影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。
【０２１２】
図４１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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
図４２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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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。
【０２２０】
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。
【０２２１】
【発明の効果】
本発明は以上のように、
(イ-1) 感光基板上の同一領域を異なったパターンを有するマスクを用いて多重露光するときに、感光基板とマスクとを位置合わせする為の位置合わせマーク（アライメントマーク）や、オーバーレイ測定マーク等を感光基板上に適切に形成することにより、感光基板とマスクとの相対的位置合わせを高精度に行い高集積度のパターンを容易に形成することができる露光方法及び露光装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の露光装置の実施形態１の要部概略図
【図２】図１のレチクルの要部平面図
【図３】図１のレチクルの要部平面図
【図４】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図５】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図６】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図７】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図８】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図９】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図１０】本発明に係るレチクル面上の回路パターンの説明図
【図１１】本発明に係るレチクル面上の周期パターンの説明図
【図１２】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図１３】本発明に係るアライメントマークの形成方法の説明図
【図１４】本発明に係るアライメントマークで得られるアライメント信号の説明図
【図１５】本発明に係るアライメントマークの説明図
【図１６】本発明に係るアライメントマークの説明図
【図１７】本発明に係るオーバーレイの検出装置の説明図
【図１８】本発明に係るオーバーレイの検出信号の説明図
【図１９】本発明の露光方法のフローチャート
【図２０】２光束干渉露光による露光パターンを示す説明図
【図２１】レジストの露光感度特性を示す説明図
【図２２】現像によるパターン形成を示す説明図
【図２３】通常の２光束干渉露光による露光パターンを示す説明図
【図２４】本発明における２光束干渉露光による露光パターンを示す説明図
【図２５】本発明の実施形態１において形成できる露光パターン（リソグラフィーパターン）の一例を示す説明図
【図２６】本発明の実施形態１において形成できる露光パターン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図
【図２７】本発明の実施形態１において形成できる露光パターン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図
【図２８】本発明の実施形態２に係るゲートパターンを示す説明図
【図２９】本発明の実施形態２を示す説明図
【図３０】ゲートパターンを説明する図
【図３１】形成されたゲートパターンの説明図
【図３２】形成されたゲートパターンの説明図
【図３３】従来の２光束干渉用露光装置の一例を示す概略図
【図３４】２光束干渉露光を行なう投影露光装置の一例を示す概略図
【図３５】図３４の装置に使用するマスク及び照明方法の１例を示す説明図
【図３６】図３４の装置に使用するマスク及び照明方法の他の１例を示す説明図
【図３７】従来の投影露光装置を示す概略図
【図３８】本発明の２光束干渉露光装置の一例を示す概略図
【図３９】本発明の高解像度の露光装置の一例を示す概略図
【図４０】本発明の高解像度の露光装置の一例を示す概略図
【図４１】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【図４２】本発明のデバイスの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
２２１ エキシマレーザ
２２２ 照明光学系
２２３ マスク（レチクル）
２２４ マスク（レチクル）ステージ
２２５ ２光束干渉用マスクと通常投影露光用のマスク
２２６ マスク（レチクル）チェンジャ
２２７ 投影光学系
２２８ ウエハ
２２９ ＸＹＺステージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus, and in particular, exposes a photosensitive substrate with a fine circuit pattern, for example, a semiconductor chip such as an IC or LSI, a display element such as a liquid crystal panel, a detection element such as a magnetic head, a CCD or the like. It is suitable when used for manufacturing various devices such as an image sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when a device such as an IC, LSI, or liquid crystal panel is manufactured using a photolithography technique, a circuit pattern formed on the surface of a photomask or a reticle (hereinafter referred to as “mask”) is used as a projection optical system. A projection exposure method and a projection exposure apparatus are used that project onto a photosensitive substrate such as a silicon wafer or a glass plate (hereinafter referred to as “wafer”) coated with a photoresist or the like and transfer (exposure) to the photosensitive substrate. ing.
[0003]
In recent years, in response to the high integration of the devices, there is a demand for miniaturization of a pattern transferred onto a wafer, that is, high resolution and a large area of one chip on the wafer. Therefore, even in the above projection exposure method and projection exposure apparatus which form the center of the microfabrication technology for wafers, resolution is currently required to form an image (circuit pattern image) having a size (line width) of 0.5 / μm or less over a wide range. Improvement and expansion of exposure area are planned.
[0004]
A schematic diagram of a conventional projection exposure apparatus is shown in FIG. In FIG. 37, 191 is an excimer laser which is a light source for far ultraviolet exposure, 192 is an illumination optical system, 193 is illumination light emitted from the illumination optical system 192, 194 is a mask, 195 is emitted from the mask 194 and is an optical system ( Projection optical system) Object side exposure light incident on 196, 196 is a reduction type projection optical system, 197 is image side exposure light exiting from the projection optical system 196 and incident on the substrate 198, 198 is a wafer which is a photosensitive substrate, 199 Indicates a substrate stage for holding a photosensitive substrate.
[0005]
Laser light emitted from the excimer laser 191 is guided to the illumination optical system 192 by the drawing optical system (190a, 190b), and the illumination optical system 192 provides a predetermined light intensity distribution, light distribution, and opening angle (number of openings NA). The illumination light 193 having the above and the like is adjusted to illuminate the mask 194. On the mask 194, a fine pattern formed on the wafer 198 is formed on a quartz substrate by chromium or the like with a dimension obtained by reciprocal times the projection magnification of the projection optical system 196 (for example, 2 times, 4 times or 5 times). The illumination light 193 is transmitted and diffracted by the fine pattern of the mask 194 and becomes object-side exposure light 195. The projection optical system 196 converts the object-side exposure light 195 into image-side exposure light 197 that forms an image on the wafer 198 with the projection magnification and sufficiently small aberration with the fine pattern of the mask 194. The image side exposure light 197 converges on the wafer 198 with a predetermined numerical aperture NA (= Sin (θ)) as shown in the enlarged view at the bottom of FIG. The substrate stage 199 moves stepwise along the image plane of the projection optical system when a fine pattern is sequentially formed in a plurality of different regions (shot region: one or a plurality of chips) on the wafer 198. As a result, the position of the wafer 198 relative to the projection optical system 196 is changed.
[0006]
A projection exposure apparatus using the above-described excimer laser as a light source has a high projection resolution, but it is technically difficult to form a pattern image of 0.15 μm or less, for example.
[0007]
The projection optical system 196 has a resolution limit due to a trade-off between the optical resolution and the depth of focus due to the wavelength used for exposure. The resolution R of the resolution pattern by the projection exposure apparatus and the depth of focus DOF are expressed by Rayleigh's equations such as the following equations (1) and (2).
[0008]
R = k₁ = (Λ / NA) (1)
DOF = k₂ = (Λ / NA² (2)
Where λ is the exposure wavelength, NA is the image-side numerical aperture representing the brightness of the projection optical system 196, and k₁ , K₂ Is a constant determined by the development process characteristics of the wafer 198, and is usually a value of about 0.5 to 0.7. From these formulas (1) and (2), there is “higher NA” for increasing the numerical aperture NA to increase the resolution R to a smaller value. However, since the depth of focus DOF of the projection optical system 196 needs to be a certain value or more in actual exposure, it is difficult to increase the NA more than a certain degree. It can be seen that “shortening the wavelength” is required to reduce the wavelength λ.
[0009]
However, as the exposure wavelength is shortened, a serious problem occurs. That is, the glass material of the lens constituting the projection optical system 196 is lost. The transmittance of most glass materials is close to 0 in the far-ultraviolet region, and fused quartz currently exists as a glass material manufactured for an exposure apparatus (exposure wavelength of about 248 nm) using a special manufacturing method. However, it decreases sharply for exposure wavelengths below 193 nm. It is very difficult to develop a practical glass material in a region of an exposure wavelength of 150 nm or less corresponding to a fine pattern having a line width of 0.15 μm or less. Moreover, glass materials used in the far ultraviolet region must satisfy multiple conditions such as durability, refractive index uniformity, optical distortion, and workability in addition to transmittance. Existence is in danger.
[0010]
Thus, in the conventional projection exposure method and projection exposure device, in order to form a pattern with a line width of 0.15 μm or less on the wafer, it is necessary to shorten the exposure wavelength to about 150 nm or less. On the other hand, at present, there is no practical glass material in this wavelength region, so it was not possible to form a pattern with a line width of 0.15 μm or less on the wafer.
[0011]
US Pat. No. 5,415,835 discloses a technique for forming a sensitive pattern by two-beam interference exposure, and according to the two-beam interference exposure, a pattern having a line width of 0.15 μm or less can be formed on a wafer. .
[0012]
The principle of two-beam interference exposure will be described with reference to FIG. In the two-beam interference exposure, the laser beam L151 which has coherence from the laser 151 and is a parallel beam bundle is divided into two beams of laser beams L151a and L151ab by the half mirror 152, and the divided two beams are respectively planar mirrors. Reflecting by 153a and 153b, two laser beams (coherent parallel beam bundles) intersect with each other on the surface of the wafer 154 at an angle larger than 0 and 90 degrees to the end. Stripes are formed. By exposing and exposing the wafer 154 with the interference fringes (light intensity distribution thereof), a fine periodic pattern corresponding to the light intensity distribution of the interference fringes is formed on the wafer 154.
[0013]
When the two light beams L151a and L151b intersect with each other at the same angle in the opposite direction with respect to the vertical line on the wafer 154 surface, the resolution R in the two light beam interference exposure is expressed by the following equation (3). expressed.
[0014]

Here, R indicates the width of each of L & S (line and space), that is, the width of each of the bright and dark portions of the interference fringes. Β represents the incident angle (absolute value) of the two light beams with respect to each image plane, and NA = Sinθ.
[0015]
Comparing equation (l), which is a resolution equation in normal projection exposure, and equation (3), which is a resolution equation in two-beam interference exposure, the resolution R of two-beam interference exposure is k in equation (1).₁ Is equivalent to the case of 0.25, so in the two-beam interference exposure, k₁ It is possible to obtain a resolution that is at least twice as high as that of normal projection exposure that is = 0.5 to 0.7.
[0016]
Although not disclosed in the above U.S. Patent, for example, when λ = 0.248 nm (KrF excimer) and NA = 0.6, R = 0.10 μm is obtained.
[0017]
On the other hand, with the resolving power, high precision is also required for the alignment for relative positioning of the wafer and the reticle in the semiconductor projection exposure apparatus. In the conventional alignment, an alignment mark formed on the wafer surface is imaged and projected onto an image sensor such as a CCD camera via an optical system such as a projection lens, and the electrical signal is image-processed to obtain the position of the wafer. I have information.
[0018]
As a method for detecting the wafer image, there are, for example, the following three methods used in the semiconductor projection exposure apparatus.
[0019]
(1) Exposure light TTL system: A system that uses exposure light and passes it through the projection optical system.
(2) Off-Axis method: A method that uses non-exposure light and does not pass through the projection optical system.
(3) Non-exposure light TTL method ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Method using non-exposure light and passing through projection optical system
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
Since the two-beam interference exposure basically provides only a simple fringe pattern corresponding to the light intensity (exposure amount distribution) of the interference fringes, it is difficult to form a circuit pattern having a desired shape on the wafer.
[0021]
Therefore, the above-mentioned US Pat. No. 5,415,835 discloses that a simple fringe pattern (periodic pattern), that is, a binary exposure amount distribution is given to a wafer (resist) by two-beam interference exposure, and then within the resolution range of the exposure apparatus. Proposed to obtain an isolated line (pattern) by performing normal lithography (exposure) using a mask with a large opening and giving the wafer another binary exposure distribution. ing.
[0022]
However, in the multiple exposure method of the above-mentioned US Pat. No. 5,415,835, the wafer is placed in an exposure apparatus for two-beam interference exposure and exposed, and then the wafer is placed in another exposure apparatus for normal exposure. Since exposure is performed, there is a problem that it takes time.
[0023]
An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus that can perform multiple exposure in a relatively short time.
[0024]
On the other hand, as described above, in order to increase the resolution of the pattern image, it is important to align the mask and the wafer with high accuracy.
[0025]
In the multiple exposure method in which the same area on the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with a mask having different patterns to form a high resolution pattern, it is particularly important to perform alignment (alignment) between the photosensitive substrate and the mask with high accuracy. It becomes.
[0026]
Conventionally, various methods for aligning a mask and a wafer in an exposure apparatus for manufacturing devices have been proposed, but an alignment method for multiple exposure has not been particularly proposed.
[0027]
In the present invention, when the same area on the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with different patterns, an alignment mark for aligning the photosensitive substrate and the mask, an overlay measurement mark, etc. are provided on the photosensitive substrate. An object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus that can form a highly integrated pattern easily by superimposing the respective patterns of the photosensitive substrate and the mask with high accuracy by forming them appropriately.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
  In the exposure method of the first aspect of the present invention, the same area on the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with different patterns.To form a circuit patternIn the exposure method to
The first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in the first exposure, and the second position detection mark is located at the same position as the position where the first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in the second exposure. Is exposed on the photosensitive substrate, the position of a composite pattern synthesized by multiple exposure of the first position detection mark and the second position detection mark is detected, and multiple exposure is performed with the different patterns. Find the position of the formed circuit patternIt is characterized by that.
[0029]
  According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the position detection mark may be in a misalignment detection direction.The circuit patternIt is characterized by having the same line width and pitch.
[0030]
  According to the third aspect of the present invention, the same region on the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with different patterns.To form a circuit patternIn such an exposure method, a position detection mark is formed on the photosensitive substrate by one exposure, and an area of the position detection mark is not exposed by the other exposure.Then, the position of the position detection mark is detected and the position of the circuit pattern formed by multiple exposure with the different patterns is obtained.It is characterized by that.
[0031]
  According to the exposure method of the present invention, the same area on the photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with different patterns.To form a circuit patternIn the exposure method, the first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in the first exposure, and the second position is different on the photosensitive substrate from the first position detection mark in the second exposure. The detection mark is exposed on the photosensitive substrate, the second position detection mark area is not exposed during the first exposure, and the first position detection mark area is not exposed during the second exposure. And detecting the positions of the first position detection mark and the second position detection mark, and using the average value of the position of the first position detection mark and the position of the second position detection mark,The position of the circuit pattern formed by multiple exposure with the different patterns is obtained.It is characterized by that.
[0032]
  A fifth aspect of the invention is characterized in that, in the third or fourth aspect of the invention, the position detection mark is configured with a line width that is at least twice the minimum line width of the pattern with respect to the position shift detection direction. .
[0033]
  According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first reticle pattern and the second reticle pattern are double-exposed to the same region on the photosensitive substrate through a reduction projection lens. do itCircuit patternIs transferred by exposure.
[0034]
  A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the sixth aspect of the invention, the pattern of one of the first reticle and the second reticle is composed of a Levenson type phase shift mask.
[0035]
  The invention of claim 8 is the invention of claim 6, whereinDoubleOf the exposure, at least one exposure is performed by modified illumination exposure.
[0036]
  A device manufacturing method according to a ninth aspect of the present invention comprises8Using the exposure method according to any one of the above, the pattern and the position detection markPhotosensitizerAfter exposure and transfer onto the substrate coated with, development processing, etching or film formation process is performed, and then on the substratePhotosensitizerIs applied, and the position of the position detection mark on the substrate is measured and aligned.PhotosensitizerA device is manufactured by exposing and transferring a semiconductor element pattern.
[0037]
  A device manufacturing method according to a tenth aspect of the present invention includes:8Using the exposure method according to any one of the above, the first pattern and the first position detection mark are exposed and transferred onto a substrate coated with a photosensitive agent, developed, and then subjected to an etching step or a film-forming step. A photosensitive agent is applied on the substrate, the second pattern and the second position detection mark are exposed and transferred onto the substrate, and then developed, and the relative relationship between the first position detection mark and the second position detection mark is determined. A device is manufactured by using a process of measuring a typical misalignment.
[0038]
  An exposure apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the first aspect.8The pattern on the mask is transferred to the photosensitive substrate using the exposure method of any one of the above.
[0039]
  A device manufacturing method according to a twelfth aspect of the present invention includes:8After the pattern on the mask surface is exposed on the wafer surface by using the exposure method of any one of the above, the wafer is manufactured through a development processing step to produce a device.
[0040]
  A device manufacturing method of the invention of claim 1311After the pattern on the mask surface is exposed on the wafer surface using the above exposure apparatus, a device is manufactured on the wafer through a development processing step.
[0043]
In the present invention, “multiple exposure” means “exposure of the same region on the photosensitive substrate with different light patterns in the middle without a development processing step”.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of the exposure apparatus of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a projection lens (projection optical system), which is a wafer (photosensitive substrate) placed on a wafer stage 5 that can drive the pattern of the reticle (first mask) 3 placed on the reticle stage 3a in the XYZ directions. ) Microprojection on 7 by step-and-repeat method or step-and-scan method.
[0045]
  The reticle 3 can be exchanged with a reticle (second mask) 13 having a different pattern, and the reticle 3 and the reticle 13 are exchanged to perform multiple exposure (double exposure) on the same region on the wafer 7. An illumination system 2 illuminates the reticle 3 (13) with exposure light from an ultrahigh pressure mercury lamp, excimer laser, or the like. Reference numeral 8 denotes a reticle alignment detection system, for example, a reticle alignment mark 22 (as shown in FIGS. 2 and 3).32) Is detected and the alignment signal is input to the central processing system 6.
[0046]
Reference numeral 4 denotes a wafer alignment detection system. Position information (alignment signal) of the pattern transfer region on the wafer 7 is observed. Position information (alignment signal) of the pattern transfer region on the wafer 7 is observed on the alignment mark provided on the wafer 7. Have gained.
[0047]
The wafer alignment detection system 4 can switch between bright field and dark field, and selects and uses a signal with good image contrast. An alignment signal from the wafer alignment detection system 4 is input to the central processing system 6.
[0048]
The central processing system 6 aligns the reticle and the wafer using the alignment signal from the reticle alignment detection system 8 and / or the alignment signal from the wafer alignment detection system 4.
[0049]
The wafer alignment detection system 4 uses a non-TTL off-axis method that does not involve the projection lens 1, but a TTL off-axis method, a TTL on-axis method, etc. that are performed via the projection lens 1 may be used.
[0050]
In the present embodiment, in an exposure method for exposing and transferring a fine pattern onto a substrate (wafer) by double exposure, a position detection mark (alignment mark) is exposed on the substrate by first and second double exposure, The position of the position detection mark is detected, and the position of the fine pattern on the substrate is measured.
[0051]
Specifically, in the present embodiment, the first exposure is performed using a periodic pattern mask (F reticle) made of a fine periodic pattern as the reticle (first mask) 13, and the gate pattern as the reticle (second mask) 3. Second exposure is performed by using a normal pattern mask (R reticle) made of a circuit pattern such as double exposure.
[0052]
  As a result, a fine pattern (circuit pattern) is formed on the wafer surface as will be described later. In the double exposure process at this time, alignment mark 22 or / and provided on reticle 3 or / and 13 shown in FIGS.32Are projected onto a wafer (photosensitive substrate) 7 to form alignment marks (AA marks).
[0053]
Then, in the next step, alignment with the mask is performed using alignment marks formed on the wafer surface. In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a circuit pattern region. In the region 23, for example, a circuit pattern (gate pattern) shown in FIG. 10 is formed. In FIG. 3, reference numeral 31 denotes a circuit pattern region, and a periodic pattern as shown in FIG.
[0054]
Next, a method for forming an alignment mark (alignment mark) on the wafer in this embodiment will be described.
[0055]
FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment in which alignment marks are formed on the wafer surface by the first and second exposures. FIG. 2A shows an alignment mark Fa provided on the first mask (F reticle) and an alignment mark Ra provided on the second mask (R reticle) on the wafer during double exposure. An alignment mark FRa as a composite image is formed by projecting onto the same region and performing a development process. The alignment direction (alignment direction) at this time is the direction indicated by the arrow in FIG.
[0056]
FIG. 4B differs from FIG. 4A in the shape of the alignment mark Ra provided on the second mask (R reticle). As a result, the pattern shape of the alignment mark FRa as a composite image formed on the wafer surface is also different.
[0057]
In FIG. 5B, the alignment direction is 90 degrees different from that in FIG.
[0058]
In this embodiment, since the alignment mark is formed by the double exposure of the first and second exposures, the position of the circuit pattern (IC pattern) formed by the double exposure is accurately reflected.
[0059]
In the present invention, when the alignment mark is formed on the wafer, when it is formed by multiple exposure, the total value of the exposure amounts of all exposures exceeds the threshold value of the resist in the same way as pattern formation in multiple exposure. Note that when forming by single exposure, an exposure amount equal to or higher than the resist threshold Eth is given.
[0060]
5 to 8 show a method of forming an alignment mark (AA mark) for the next process by double exposure when a pattern is formed on a predetermined layer by double exposure.
[0061]
At this time, the line width of the alignment mark on the reticle side to be aligned in the next process is made smaller than the line width of the alignment mark of the other reticle among the patterns of the F reticle and the R reticle.
[0062]
For example, when it is desired to align the F reticle pattern in the next step, the line width of the alignment mark of the F reticle is made smaller than the line width of the alignment mark of the R reticle as shown in FIG.
[0063]
When it is desired to align with the pattern of the R reticle in the next process, the line width of the alignment mark of the R reticle is made smaller than the line width of the alignment mark of the F reticle.
[0064]
Next, a schematic diagram showing how IC patterns (circuit patterns) and alignment marks (AA marks) are formed by the double exposure shown in FIGS. FIG. 5 shows a case where alignment is performed with the F reticle. FIG. 5 shows how the line width AA mark formed on the F reticle F is formed on the resist.
[0065]
FIG. 5A shows the exposure amount distribution by the projection exposure (first exposure) of the AA mark and IC pattern of the R reticle, and FIG. 5B shows the projection exposure (second exposure) of the AA mark and IC pattern of the F reticle. ) Shows the exposure dose distribution. FIG. 5C shows the total exposure amount distribution of the first and second exposures of the resist. The threshold is set as indicated by the dotted line in FIG. 8C, thereby forming an AA mark and an IC pattern as shown in FIG.
[0066]
FIG. 6 shows the case of alignment with the R reticle. FIG. 6 is basically the same as FIG. 5, but shows that the AA mark having the line width formed on the R reticle is formed on the resist by double exposure.
[0067]
The exposure process is basically the same as that shown in FIGS.
[0068]
FIG. 7 shows a case where an alignment mark having a certain line width is formed on a reticle (F reticle) to be aligned in the next process, and a wide solid mark is formed on a reticle (R reticle) that is not.
[0069]
As a result, an alignment mark having the same line width as the F reticle is formed on the resist as shown in FIG.
[0070]
In FIG. 8, the reticle to be aligned in the next process is an R reticle, and the line widths of the alignment marks formed on the F reticle and the R reticle are reversed as compared with FIG.
[0071]
FIG. 9 shows how a circuit pattern and an AA mark are formed on a resist layer on a wafer. In FIG. 6A, the resist layer is exposed by the first exposure in the circuit pattern of the F reticle and the AA mark in the mark area, respectively.
[0072]
In FIG. 2B, the circuit pattern of the R reticle and the AA mark are respectively exposed on the resist layer by the second exposure. Then, after multiple exposure, development processing is performed to form a circuit pattern and an AA mark on the wafer surface as shown in FIG.
[0073]
FIG. 12 is an explanatory diagram of the pattern formation of the AA mark of the present invention. The AA mark 22 on the reticle 3 in FIG. 12A has a line width in the alignment direction of 3L and an interval L, and the AA mark 32 on the reticle 13 has a Levenson-type phase shift in which the line width is L and the interval is L. It is composed of a pattern, and shows a case where the width of the AA mark composed of the AA mark 22 and the AA mark 32 is 3 L and the interval L. This is matched with the shape of the circuit pattern in order to detect the alignment accuracy in the area A of the circuit pattern of FIG.
[0074]
The AA mark 22 on the reticle 3 in FIG. 12B is composed of a Levenson-type phase shift pattern having a line width L in the alignment direction and an AA mark on the reticle 13 having a line width L and an interval L. The case where the width is L and the interval is L is shown. This is matched with the shape of the circuit pattern in order to detect the alignment accuracy in the region B of the circuit pattern of FIG.
[0075]
In this embodiment, the AA mark is formed from a line width pattern similar to the circuit pattern. As described above, FIG. 12 is characterized in that the position detection marks transferred by the first and second exposures have the same line width and pitch as the circuit pattern in the position shift detection direction.
[0076]
Thus, when there is an error in alignment between the reticle 3 and the reticle 13, the position of the composite image of the AA mark exactly matches the composite image position of the IC pattern.
[0077]
FIG. 13 is obtained when the exposure amount distribution on the resist surface of the AA mark 22 of the reticle 3 and the AA mark 32 of the reticle 13 in FIG. 12 is combined with the exposure amount distribution of both, and the threshold is set to TL2. A composite image (pattern image) is shown.
[0078]
Corresponding to FIGS. 12A and 12B, an AA mark having a width 3L and an interval L is formed in the A portion, and an AA mark having a width L and an interval L is formed in the B portion.
[0079]
FIG. 14 is an explanatory diagram of alignment detection signals when the alignment patterns 4A and 42R in FIG.
[0080]
In FIG. 14, positions 42La and 42Ra indicate the positions of light intensity changes caused by interference between the regular reflection light of the light beams incident on the AA marks 42L and 42R and the edge scattered light, and the position 42LR is the position of the AA marks 42L and 42R. Alignment is performed using this 42LR, which is the average value of.
[0081]
FIG. 15 is an explanatory view of the pattern forming method of the AA mark for position detection in the Y direction according to the embodiment of the present invention. In the drawing, an AA mark is provided only on one reticle (for example, reticle 3), and the AA mark 22 of the reticle 3 is formed on the wafer surface by one exposure.
[0082]
At this time, when the circuit pattern of the reticle 13 is projected and exposed on the wafer surface, the region corresponding to the reticle 13 is set as the light shielding region 32 so that the region where the AA mark 22 of the reticle 3 on the wafer surface is exposed is not exposed. Yes.
[0083]
The line width of the AA mark 22 of the reticle 3 is about 10 times the minimum line width of the circuit pattern (it may be about 2 times).
[0084]
Thus, in this embodiment, when a fine pattern is exposed and transferred onto a substrate by double exposure, the position detection mark is exposed on the substrate by one exposure, and the region of the position detection mark is exposed at the other exposure. In other words, the position of the position detection mark is detected to obtain the position of the fine pattern on the substrate.
[0085]
FIG. 16 is an explanatory diagram of Embodiment 3 of the present invention. This embodiment of the figure shows detection in the X direction of an overlay mark formed on the wafer surface.
[0086]
The figure shows the alignment between the reticle and the wafer, and the positional deviation between the base patterns (base AA marks) 43L and 43R and the resist patterns (AA marks) 42L and 42R transferred this time on the wafer surface after multiple exposure. Measurement is performed and an offset is given in the next wafer alignment.
[0087]
Overlay marks 42L and 42R are formed in the same manner as the AA mark formation method described in FIG. Here, the overlay marks 43L and 43R are base patterns, which are patterns exposed and transferred in the previous process.
[0088]
In the figure, in double exposure in which a fine pattern is exposed and transferred on a substrate (wafer) by double exposure, the first position detection marks (AA marks) 42L and 43L are exposed on the substrate by the first exposure, During the second exposure, second position detection marks (AA marks) 43L and 43R are exposed on the substrate at positions different from the first position detection mark on the substrate, and during the first exposure, the second position detection marks (AA marks) 43L and 43R are exposed. The position detection mark area of the first position detection mark is not exposed, and at the time of the second exposure, the first position detection mark area is not exposed, and the first position detection mark 42L, 42R and the second position detection mark are detected. The positions of the marks 43 and 43R are detected, and the position of the fine pattern is obtained on the substrate from the average value of the positions of the first position detection mark and the second position detection mark.
[0089]
FIG. 17 is a schematic view when detecting the overlay mark 7b formed on the wafer 7 surface. In the figure, the overlay mark 7 b on the wafer 7 is illuminated by a light beam from the illumination system 52 through a part of the projection lens 51. Then, the image information of the overlay mark 7 b is detected by the CCD camera 53 via the projection lens 51.
[0090]
The positional deviation between the base patterns 43L and 43R and the resist patterns 42L and 43R is detected from the image information obtained at this time.
[0091]
FIG. 18 is an explanatory diagram of image signals relating to overlay marks obtained by the CCD camera 53 shown in FIG. 42La and 42Ra are image signals based on the resist patterns 42L and 42R, and 43La and 43Ra are image signals based on the ground patterns 43L and 43R.
[0092]
In the figure, a difference ΔX between the average value of the positions of the image signals 42La and 42Ra and the average value of the positions of the image signals 43La and 43Ra is obtained as a positioning error.
[0093]
The alignment error ΔX at this time is used as an offset for alignment between the next reticle and the wafer.
[0094]
Next, an exposure method for forming a circuit pattern on the wafer surface by multiple exposure in this embodiment will be described. In the following description, double exposure will be described as an example, but as described above, alignment marks are formed on the wafer surface and alignment is performed in an appropriate process step of the double exposure process.
[0095]
19 to 27 are explanatory views of Embodiment 1 of the exposure method of the present invention. FIG. 19 is a flowchart showing the exposure method of the present invention. FIG. 19 shows each block of a periodic pattern exposure step, a projection exposure step (normal pattern exposure step), and a development step constituting the exposure method of the present invention and its flow. In the figure, the order of the periodic pattern exposure step and the projection exposure step may be reversed, and if either step includes a plurality of exposure stages, each step can be performed alternately. Also, between each exposure step. Although there are steps for precise positioning, the illustration is omitted here.
[0096]
The exposure method and exposure apparatus of the present invention are characterized in that double exposure of periodic pattern exposure and normal exposure is performed on a substrate to be exposed (photosensitive substrate).
[0097]
Here, the normal pattern exposure is exposure that can be performed with an arbitrary pattern although the resolution is lower than that of the periodic pattern exposure, and a typical example is projection exposure in which a mask pattern is projected by the projection optical system shown in FIG. It is done.
[0098]
The pattern exposed by the normal pattern exposure (normal pattern) includes a fine pattern having a resolution or less, and the periodic pattern exposure forms a periodic pattern having substantially the same line width as the fine pattern. Large patterns that are higher than the resolution of normal pattern exposure are not limited to the line width of periodic pattern exposure, but an integer multiple is effective.
[0099]
Since normal pattern exposure has an arbitrary shape, it may be directed in various directions. In general, in an IC pattern, there are many cases in which a direction is directed in two directions, ie, a direction and a direction perpendicular thereto, and the finest pattern is often limited to only one specific direction.
[0100]
When performing periodic pattern exposure by double exposure, it is important to match the direction of the periodic pattern with the direction of the finest pattern of the normal pattern.
[0101]
Further, exposure is performed so that the center of the peak of the periodic pattern matches the center of a fine pattern having a resolution equal to or lower than that of the normal pattern.
[0102]
The double exposure in the present invention means the double exposure of the periodic pattern exposure and the normal pattern exposure, and the periodic pattern exposure is repeatedly exposed in parallel with the direction of the finest pattern of the normal pattern exposure. May be.
[0103]
Each of the periodic pattern exposure and the normal pattern exposure of the exposure method and the exposure apparatus of the present invention is composed of one or a plurality of exposure stages, and when taking a plurality of exposure stages, the exposure amount is different for each exposure floor. Distribution is given to the photosensitive substrate.
[0104]
When performing exposure according to the flow of FIG. 19, first, the wafer (photosensitive substrate) is exposed with a periodic pattern as shown in FIG. The numbers in FIG. 20 represent the exposure amount, and the shaded portion in FIG. 20A is the exposure amount 1 (actually arbitrary) and the white portion is the exposure amount 0.
[0105]
When only such a periodic pattern is developed after exposure, the exposure threshold Eth of the resist on the photosensitive substrate is usually set between 0 and 1 as shown in the lower graph of FIG. Note that the upper part of FIG. 20B shows a finally obtained lithography pattern (uneven pattern).
[0106]
In FIG. 21, regarding the resist of the photosensitive substrate in this case, the exposure dose dependency of the film thickness after development and the exposure threshold are expressed as a positive resist (hereinafter referred to as “positive type”) and a negative resist (hereinafter referred to as “positive resist”). , “Negative type”.) In the case of the positive type, the film thickness after development is 0 when the exposure threshold value is equal to or greater than the exposure threshold value Eth, and in the case of the negative type, the exposure film thickness is equal to or less than the exposure threshold value Eth.
[0107]
FIG. 22 is a schematic diagram showing how a lithographic pattern is formed through development and etching processes when such exposure is performed, in the case of a negative type and a positive type.
[0108]
In the present embodiment, unlike this normal exposure sensitivity setting, as shown in FIG. 23 (same as FIG. 20A) and FIG. 24, when the central exposure amount in periodic pattern exposure is 1, the exposure substrate The resist exposure threshold Eth is set to be larger than 1. In this photosensitive substrate, when the exposure pattern (exposure amount distribution) in which only the base pattern exposure shown in FIG. 20 is developed, the exposure amount is insufficient. No lithographic pattern is formed by etching. This can be regarded as the disappearance of the periodic pattern (note that the present invention will be described using an example in which a negative type is used, but the present invention can also be implemented in the case of a positive type). .
[0109]
In FIG. 24, the upper part shows a lithography pattern (nothing can be done), and the lower graph shows the relationship between the exposure dose distribution and the exposure threshold. In addition, E described in the lower part₁ Is the exposure amount in periodic pattern exposure, E₂ Represents an exposure amount in normal projection exposure.
[0110]
The feature of this embodiment is that a high-resolution exposure pattern that disappears at first glance only by periodic pattern exposure is fused with an exposure pattern of an arbitrary shape including a pattern having a size less than the resolution of an exposure apparatus by normal projection exposure. Only the region can be selectively exposed to a resist exposure threshold value or higher to finally form a desired lithography pattern.
[0111]
FIG. 25A shows an exposure pattern by normal projection exposure (normal pattern exposure), and since it is a fine pattern, the intensity distribution on the object to be exposed is blurred and widened because it cannot be resolved. In this embodiment, a fine pattern having a paper width of about half the resolution of normal projection exposure is used.
[0112]
If the projection exposure for creating the exposure pattern of FIG. 25A is performed on the same region of the same resist without the development process after the periodic pattern exposure of FIG. 23, the total exposure amount on the resist surface The distribution is as shown in the lower graph of FIG. Here, the exposure amount E of the periodic pattern exposure₁ And projection exposure E₂ Ratio is 1: 1, and the resist exposure threshold Eth is the exposure amount E.₁ (= 1) and exposure amount E₁ And projection exposure E₂ Therefore, the lithography pattern shown in the upper part of FIG. 25B is formed.
[0113]
At that time, the center of the normal pattern is matched with the peak of the periodic pattern. Further, the direction of the normal pattern and the direction of the periodic pattern are matched.
[0114]
The isolated line pattern shown in the upper part of FIG. 25B has a resolution of periodic pattern exposure and no simple periodic pattern. Therefore, a pattern having a higher resolution than that which can be realized by normal projection exposure is obtained.
[0115]
Here, it is assumed that the projection exposure for creating the exposure pattern in FIG. 26 (projection exposure with a line width twice that of the exposure pattern in FIG. 23 and an exposure threshold value (here, an exposure amount that is twice the threshold value)), After the periodic pattern exposure shown in FIG. 23, the same resist is overlaid on the same region without a development step. At this time, since the center of the normal pattern matches the peak position of the periodic pattern exposure, the superimposed pattern has good symmetry and a good pattern image can be obtained.
[0116]
The total exposure distribution of the resist is as shown in FIG. 26B, and the exposure pattern of the two-beam interference exposure (periodic pattern exposure) disappears, and finally only the lithography pattern by projection exposure is formed.
[0117]
Further, as shown in FIG. 27, the reason is the same when the line width is three times that of the exposure pattern of FIG. 23. In the case of an exposure pattern having a line width of four times or more, basically, the line width is twice as large. The line width of the lithography pattern finally obtained from the combination of the exposure pattern and the exposure pattern of 3 times the line width is self-evident, and all the lithography patterns that can be realized by projection exposure can be formed in this embodiment as well. .
[0118]
By adjusting the exposure amount distribution (absolute value and distribution) and the resist threshold value of the photosensitive substrate by the periodic pattern exposure and the projection exposure described briefly above, FIG. 24, FIG. 25 (B), FIG. It is possible to form a circuit pattern which is composed of a combination of various patterns as shown in FIGS. 27B and 27B and whose minimum line width is the resolution of periodic pattern exposure (the pattern of FIG. 25B). .
[0119]
To summarize the principle of the above exposure method,
(A-1) A pattern area where projection exposure (normal pattern exposure) is not performed, that is, a periodic exposure pattern below the resist exposure threshold, disappears by development.
[0120]
(A-2) An exposure pattern having a resolution of periodic pattern exposure determined by a combination of projection exposure and periodic pattern exposure is formed for a pattern area of projection exposure performed with an exposure amount equal to or less than the resist exposure threshold. .
[0121]
(A-3) In the pattern area of the projection exposure performed with the exposure amount equal to or greater than the exposure threshold, a fine pattern that could not be resolved only by the projection exposure is formed in a similar manner (corresponding to the mask). It turns out that. Further, an advantage of the exposure method is that if the periodic pattern exposure with the highest resolving power is performed by two-beam interference exposure, a much greater depth of focus can be obtained compared to normal exposure.
[0122]
In the above description, the order of periodic pattern exposure and projection exposure is preceded by periodic pattern exposure, but is not limited to this order.
[0123]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0124]
The present embodiment is directed to a so-called gate type pattern shown in FIG. 10 as a circuit pattern (lithography pattern) obtained by exposure.
[0125]
The gate pattern in FIG. 28 has a minimum line width of 0.1 μm in the horizontal direction, that is, the A-A ′ direction in the figure, whereas it is 0.2 μm or more in the vertical direction. According to the present invention, two-beam interference exposure (periodic pattern exposure) may be performed only in the one-dimensional direction where high resolution is required for such a two-dimensional pattern that requires high resolution only in the one-dimensional direction.
[0126]
In the present embodiment, an example of a combination of two-beam interference exposure only in a one-dimensional direction and normal projection exposure will be described with reference to FIG.
[0127]
In FIG. 29, FIG. 29A shows a periodic exposure pattern by two-beam interference exposure only in the one-dimensional direction. The period of this exposure pattern is 0.2 μm, and this exposure pattern corresponds to a line width of 0.1 μmL & S pattern. The numerical value in the lower part of FIG. 29 represents the exposure amount.
[0128]
As an exposure apparatus for realizing such two-beam interference exposure, an exposure apparatus including an interferometer type demultiplexing / multiplexing optical system using a laser 151, a half mirror 152, and a plane mirror 153 as shown in FIG. In the projection exposure apparatus as shown in FIG. 35, there is an apparatus in which the mask and the illumination method are configured as shown in FIG.
[0129]
The exposure apparatus shown in FIG. 33 will be described.
[0130]
In the exposure apparatus of FIG. 33, each of the two light beams combined as described above obliquely enters the wafer 154 at an angle θ, and the line width of the interference fringe pattern (exposure pattern) that can be formed on the wafer 154 is expressed by the above equation (3). Is done. The relationship between the angle θ and the NA on the image plane side of the demultiplexing / multiplexing optical system is NA = sin θ. The angle θ can be arbitrarily adjusted and set by changing the angle of each of the pair of plane mirrors 153 (153a, 153b). If the angle θ is set to be large by the pair of plane mirrors, the fringes of the interference fringe pattern The line width becomes smaller. For example, when the wavelength of the two light beams is 248 nm (KrF excimer), an interference fringe pattern having a line width of about 0.1 μm can be formed even when θ = 38 degrees. At this time, NA = sin θ = 0.62. Needless to say, if the angle θ is set larger than 38 degrees, a higher resolution can be obtained.
[0131]
Next, the exposure apparatus shown in FIGS. 34 to 36 will be described.
[0132]
The exposure apparatus shown in FIG. 34 is a projection exposure apparatus that uses, for example, a normal step-and-repeat or step-and-scan reduction projection optical system (consisting of a large number of lenses), and is currently NA0 with respect to an exposure wavelength of 248 nm. There are 6 or more.
[0133]
In FIG. 34, 161 is a mask, 162 is object-side exposure light exiting from the mask 161 and entering the optical system 163, 163 is the projection optical system, 164 is the aperture stop, and 165 exits from the projection optical system 163 and enters the wafer 166. The image side exposure light 166 is a wafer as a photosensitive substrate, and 167 is an explanatory diagram showing the position of the light beam on the pupil plane corresponding to the circular aperture of the stop 164 by a pair of black dots.
[0134]
FIG. 34 is a schematic diagram showing a state where two-beam interference exposure is performed. Both the object-side exposure light 162 and the image-side exposure light 165 are different from the normal projection exposure shown in FIG. Consists only of.
[0135]
In order to perform two-beam interference exposure (periodic pattern exposure) in a normal projection exposure apparatus as shown in FIG. 34, the mask 161 and its illumination method may be set as shown in FIG. These three examples will be described below.
[0136]
FIG. 35A shows a Levenson-type phase shift mask 173, in which the pitch PO of the light-shielding portion 171 made of chrome is 0 in the equation (4), and the pitch POS of the phase shifter 172 is expressed in the equation (5). It is a mask.
[0137]
P₀ = MP = 2MR = Mλ / (2NA) (4)
P_OS= 2P₀ = Mλ / (NA) (5)
Here, M represents the projection magnification of the projection optical system 163, λ represents the exposure wavelength, and NA represents the numerical aperture on the image side of the projection optical system 163.
[0138]
On the other hand, a mask 174 shown in FIG. 35B is a shifter-edge type phase shift mask made of chromium and having no light shielding portion, and is configured so that the pitch POS of the phase shifter 175 satisfies the above equation (5) as in the Levenson type. It is a thing.
[0139]
In order to perform two-beam interference exposure using the respective phase shift masks shown in FIGS. 35A and 35B, so-called coherent illumination is performed on these masks at σ = 0 (or a value close to 0). Specifically, as shown in FIG. 35, a parallel light beam is irradiated onto the mask 170 from a direction perpendicular to the mask surface 170 (direction parallel to the optical axis).
[0140]
Here, σ = numerical aperture of the illumination optical system / numerical aperture of the projection optical system.
[0141]
When such illumination is performed, with respect to the 0th-order transmitted diffracted light that exits from the mask 170 in the vertical direction, the phase shifter 172 (175) causes the phase difference of adjacent transmitted light to be π and cancel each other out. The two parallel light beams of the ± first-order transmitted diffraction light are generated symmetrically with respect to the optical axis of the projection optical system 163 from the mask 170, and the two object-side exposures 165 in FIG. 34 interfere on the wafer 166. Second-order or higher-order diffracted light does not enter the aperture of the aperture stop 164 of the projection optical system 163 and thus does not contribute to image formation.
[0142]
The mask 180 shown in FIG. 36 is a mask in which the pitch PO of the light shielding part 181 made of chromium is expressed by the same expression (6) as the expression (4).
[0143]
P₀ = MP = 2MR = Mλ / (2NA) (6)
Here, M represents the projection magnification of the projection optical system 163, λ represents the exposure wavelength, and NA represents the numerical aperture on the image side of the projection optical system 163.
[0144]
The mask that does not have the phase shifter shown in FIG. 36 is assumed to have oblique incidence illumination with one or two parallel light beams. In this case, the incident angle θ of the parallel light beam to the mask 180₀ Is set to satisfy the equation (7). When two parallel beam bundles are used, θ₀ The mask is illuminated with a tilted parallel beam.
[0145]
sinθ₀ = M / NA (7)
Here, M represents the projection magnification of the projection optical system 163, and NA represents the numerical aperture on the image side of the projection optical system 163.
[0146]
When the mask not having the phase shifter shown in FIG. 36 is illuminated obliquely with a parallel light beam satisfying the above expression (7), the mask 180 has an angle θ with respect to the optical axis.₀ Travels along an optical path that is symmetric with respect to the optical path of the 0th-order transmitted diffracted light traveling straight and the optical path of the 0th-order transmitted diffracted light and the optical axis of the projection optical system (the angle −θ with respect to the optical axis).₀ The two light beams of the first-order transmitted diffracted light are generated as the two object-side exposure lights 162 in FIG. 34, and these two light beams are incident on the aperture of the aperture stop 164 of the projection optical system 163 to form an image. Is called.
[0147]
In the present invention, such oblique incidence illumination with one or two parallel light beams is also treated as “coherent illumination”.
[0148]
The above is a technique for performing two-beam interference exposure using a normal projection exposure apparatus, and the illumination optical system of the normal projection exposure apparatus as shown in FIG. 37 is configured to perform partial coherent illumination. 37, the aperture stop (not shown) corresponding to 0 <σ <1 of the illumination optical system in FIG. 37 can be replaced with a special aperture stop corresponding to σ≈0. Can be configured to do.
[0149]
Returning to the description of the second embodiment shown in FIGS. In the present embodiment, the normal projection exposure (normal pattern exposure) performed after the above-described two-beam interference exposure (periodic pattern exposure) (for example, partial coherent illumination is performed on the mask with the apparatus of FIG. 37). The gate pattern indicated by (B) is exposed. The upper part of FIG. 29C shows the relative positional relationship with the exposure pattern by the two-beam interference exposure and the exposure amount in the exposure pattern area of the normal projection exposure, and the lower part of FIG. 29C shows the normal projection exposure. The exposure amount of the resist on the wafer is mapped with the resolution of the pitch of the minimum line width in the vertical and horizontal directions.
[0150]
The exposure amount distribution shown in the lower part of FIG. 29 shows the intensity distribution exposed on the wafer with the light intensity incident from the mask being 1.
[0151]
The exposure amount distribution by the exposure of the periodic pattern in FIG. 29A should ideally be a rectangular wave of 1 and 0, but the line width near the resolution limit of the two-beam interference exposure is used. It is a sin wave formed only by the secondary light and the primary light. The maximum value of the sin wave is Io, and the minimum value is I₁It expresses. At this time, depending on the illumination condition σ, I₀And I₁The value of is determined.
[0152]
The exposure amount distribution by the normal projection exposure in FIG. 29B shows typical values in each part. The portion of the minimum line width of the exposure pattern resulting from the projection exposure spreads out without being resolved, and the light intensity value of each store decreases. The exposure amount is roughly defined as b at the center of the pattern, d at both sides, and c at the center where blurred images from both sides appear. The line width that is twice the minimum line width is larger than the values of b, c, and d. However, since the line width is near the resolution limit of projection exposure, the value of a is slightly blurred. These values of a, b, c, and d vary depending on the illumination conditions.
[0153]
The exposure amount distribution in FIG. 29C is a result of adding the exposure amounts of the exposure pattern in FIG. 29A and the exposure pattern in FIG. 29B.
[0154]
The light quantity ratio in each exposure of the two-beam interference exposure and the projection exposure differs depending on the illumination conditions of each exposure. The light intensity ratio at each exposure in addition is the illuminance ratio of the illumination system.
Two-beam interference exposure: Projection exposure = 1: k
And the value of k is obtained as follows.
[0155]
The exposure dose distribution in FIG. 29C can be expressed by the following formula using the exposure dose distribution and the light quantity ratio.
[0156]
a '= k × a + I₀
a "= k × a + I₁
b '= k × b + I₀
c '= k × c + I₁
d '= k × d + I₁
In order to obtain a desired gate pattern, a relational expression with the threshold value Ic of resist exposure is obtained.
For example, when the resist is a negative type, it is as follows.
[0157]
a '> I_C
a "> I_C
b '> I_C
c '<I_C
d '<I_C
It is desirable that the difference between a ′, a ″, and b ′ is small, and it is desirable that there is a difference between c ′ and b ′.
By solving these equations, the optimum light quantity ratio under each illumination condition is obtained.
In particular, the following two expressions related to the fine pattern are important.
If the resist is negative,
k × b + I₀> I_C
k × c + I₁<I_C
If the resist is positive,
k × b + I₁<I_C
k × c + I₀> I_C
When the resist is a positive type, the magnitude relationship of the exposure dose distribution is reversed, and the inequality sign with respect to the resist threshold value Ic is reversed, but the optimum light quantity ratio is similarly obtained.
[0158]
The manner in which the fine circuit pattern of FIG. 30 is formed by combining two different illumination methods of the two-beam interference exposure described above and the normal projection exposure will be described. In this embodiment, there is no development process between the two-beam interference exposure and the normal projection exposure. Accordingly, the exposure amounts in the areas where the exposure patterns of the exposures overlap are added, and a new exposure pattern is generated by the exposure amount (distribution) after the addition.
[0159]
30, FIG. 31 and FIG. 32 show specific examples when a KrF excimer stepper having a wavelength of 248 nm is used.
[0160]
As shown in FIG. 30, a gate pattern having a minimum line width of 0.12 μm is normally exposed, and a periodic pattern is exposed so as to overlap with the minimum line width using a Levenson type phase shift mask.
[0161]
The NA of the projection lens was 0.6, and the σ of the illumination system was 0.3 in the case of exposure using the Levenson mask. In normal mask exposure, σ = 0.3, 0.6, 0.8, and annular illumination were used.
[0162]
In the case of exposing a periodic pattern by two-beam interference such as a phase shift mask, the coherent illumination has a value of σ that is zero or close to it. It's not practical because it takes longer.
[0163]
In periodic pattern exposure, it is desirable that σ is 0.3 or less, and in the exposure with a Levenson mask, the maximum is σ = 0.3.
[0164]
In normal exposure, partial coherent illumination is generally used. However, increasing σ improves the reproducibility of complex shapes and increases the depth. In so-called annular illumination where the illuminance distribution is lower on the inner side than on the outer side, this tendency becomes remarkable, but there is a disadvantage that the contrast is lowered.
[0165]
As shown in FIG. 31 (A), when double exposure is performed under the same illumination conditions with σ of normal exposure set to 0.3 which is the same as that of periodic pattern exposure, the gate pattern is resolved within the range of 0 ± 0.2 μm. However, the portion of the line pattern is wavy and the constricted portion causes disconnection, which is not preferable.
[0166]
For normal pattern exposure, σ = 0.6 or more is preferable. As shown in FIG. 31B, when the normal exposure σ is set to 0.6, the gate pattern is resolved within the range of 0 ± 0.4 μm of defocus, and the waviness of the line pattern is eliminated. The exposure amount ratio between normal exposure and periodic pattern exposure was set to normal exposure: periodic pattern exposure = 1.5: 1.
[0167]
As shown in FIG. 32A, the reproducibility of a complicated shape is slightly improved when σ of normal exposure is increased to 0.8. The exposure amount ratio between normal exposure and periodic pattern exposure was set to normal pattern exposure: periodic pattern exposure = 2: 1. In the case of normal pattern exposure, the exposure amount should be twice or more that of periodic pattern exposure.
[0168]
FIG. 32B shows a two-dimensional intensity distribution when normal exposure is annular illumination, the illuminance from 0.6 inside the ring to 0.8 outside is 1 and the illuminance below 0.6 inside the ring is 0. The exposure amount ratio between normal exposure and periodic pattern exposure was set to normal exposure: periodic pattern exposure = 2.5: 1.
[0169]
In annular illumination, the reproducibility of complex shapes is better and the depth is wider than when σ is 0.8. Good images were obtained with defocus ± 0.4 μm or less.
[0170]
Such a fine circuit pattern is formed by double exposure with periodic pattern exposure. The fine pattern of the normal exposure pattern is not normally resolved because the light intensity is low and the contrast is low, but the double pattern is exposed to double exposure and overlapping with the high-contrast periodic pattern exposure. Be imaged.
[0171]
On the other hand, a large pattern that is higher than the resolution of the normal exposure pattern is superimposed on the intensity of the periodic pattern exposure to enhance the contrast. Therefore, when the line width of the periodic pattern exposure is set to an integral multiple, an image with sharp edges is obtained. With the exposure method of the present invention, a circuit pattern having a fine line width of 0.12 μm can be formed by using a projection exposure apparatus having an illumination optical system capable of switching illumination conditions with variable light quantity ratio of σ and illuminance, for example. It is said.
[0172]
For the light quantity ratio between the periodic pattern exposure and the normal pattern exposure, the optimum value according to the combination of illumination conditions was obtained by the above-described calculation formula.
[0173]
Illumination condition 1 σ = 0.3 for periodic pattern exposure, σ = 0.3 for normal pattern exposure
The exposure amount distribution by exposure of the periodic pattern shown in the lower part of FIG. 29A and the exposure amount distribution (best focus) by normal projection exposure shown in the lower part of FIG. 29B are shown below.
[0174]
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.31 b = 0.34 c = 0.61 d = 0.09
Best when k = 1.0,
a '= 2.11 a "= 1.54 b' = 1.21 c '= 0.89 d' = 0.32
Therefore, when the maximum value a ′ is normalized by 1 for later comparison, the result is as follows.
[0175]
a '= 1.0 a "= 0.73 b' = 0.57 c '= 0.42 d' = 0.15 I₀ = 0.38
Illumination condition 2 σ = 0.3 for periodic pattern exposure, σ = 0.6 for normal pattern exposure
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
  a = 1.25 b = 0.44 c = 0.53 d = 0.13
optimal when k = 1.5,
a '= 2.68 a "= 2.11 b' = 1.46 c '= 1.03 d' = 0.43
Therefore, when the maximum value a ′ is normalized by 1 for later comparison, the result is as follows.
[0176]
a '= 1.0 a "= 0.79 b' = 0.55 c '= 0.38 d' = 0.16 I₀ = 0.30
Illumination condition 3 Periodic pattern exposure is σ = 0.3, normal pattern exposure is σ = 0.8
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.20 b = 0.48 c = 0.47 d = 0.16
Best when k = 2.0,
a '= 3.20 a "= 2.63 b' = 1.76 c '= 1.17 d' = 0.55
When the maximum value a ′ is normalized by 1, the result is as follows.
[0177]
a '= 1.0 a "= 0.82 b' = 0.55 c '= 0.37 d' = 0.17 I₀ = 0.25
Illumination condition 4 Periodic pattern exposure was σ = 0.3, normal pattern exposure was σ = 0.8, and annular illumination was set, and the illuminance distribution of σ0.6 or less inside (annular zone inside) was zero.
[0178]
I₀ = 0.80 I₁ = 0.23
a = 1.10 b = 0.47 c = 0.36 d = 0.19
Best when k = 2.5,
a '= 3.55 a "= 2.98 b' = 1.98 c '= 1.13 d' = 0.71
When the maximum value a ′ is normalized by 1, the result is as follows.
[0179]
a '= 1.0 a "= 0.84 b' = 0.56 c '= 0.32 d' = 0.20 I₀ = 0.23
In the discussion so far, the resist threshold value was 1.5 when the maximum exposure amount was 3. Therefore, when the standardization is performed with the maximum exposure amount, the resist threshold value becomes 0.5.
Looking at this normalized exposure distribution, a ', a ", b' is larger than the normalized resist threshold 0.5, and c ', d', I₀ Is less than the threshold.
[0180]
Since a portion where the exposure amount is larger than the resist threshold remains by development, only the exposure amounts a ′, a ″, and b ′ remain after development as a pattern. Therefore, gray is shown in the lower part of FIG. The formed part is the shape after development.
[0181]
In general, when exposing a normal exposure pattern, an exposure amount that is approximately twice that of exposing a periodic pattern is appropriate, and the illumination conditions for exposing the normal exposure pattern and the illumination conditions for exposing the periodic pattern are as follows. There is an optimum exposure amount ratio depending on the combination, and it is obtained by the above-described calculation formula.
[0182]
As a result of calculating combinations of various illumination conditions from the above-described calculation formula, the following was shown. When periodic pattern exposure is σ = 0.3 and the normal pattern exposure illumination condition σ is less than 0.8, the exposure amount when exposing the normal pattern is set to be twice or less than the exposure amount when exposing the periodic pattern. Good.
[0183]
When periodic pattern is σ = 0.3 and the illumination condition when exposing the normal pattern is annular illumination, when the annular width is small, the exposure amount for exposing the normal pattern is when exposing the periodic pattern It is good to make it more than twice the exposure amount.
[0184]
When the illumination condition σ when exposing the periodic pattern is smaller than 0.3, the exposure amount for exposing the normal pattern is preferably set to be twice or more than the exposure amount for exposing the periodic pattern.
[0185]
FIG. 38 is a schematic view showing an example of an exposure apparatus for two-beam interference exposure according to the present invention. In FIG. 38, 201 is an optical system for two-beam interference exposure, and the basic configuration is the same as the optical system of FIG. It is. 202 is a KrF or ArF excimer laser, 203 is a half mirror, 204 (204a, 204b) is a plane mirror, and 205 is an off-axis type alignment whose positional relationship with the optical system 201 is fixed or can be detected as an appropriate baseline (amount). An optical system observes the alignment mark for two-beam interference on the wafer 206 and detects its position. Reference numeral 206 denotes a wafer, which is a photosensitive substrate, and 207, a plane orthogonal to the optical axis of the optical system 201 and an XYZ stage movable in the optical axis direction, and the position thereof is accurately controlled using a laser interferometer or the like. Since the configurations and functions of the apparatus 205 and the XYZ stage 207 are well known, a detailed description thereof will be omitted.
[0186]
FIG. 39 is a schematic view showing a high-resolution exposure apparatus comprising the two-beam interference exposure apparatus of the present invention and a normal projection exposure apparatus.
[0187]
39, reference numeral 212 denotes a two-beam interference exposure apparatus including the optical system 201 and the apparatus 205 in FIG. 30. Reference numeral 213 denotes an illumination optical system, a reticle alignment optical system 214, and a wafer alignment optical system (off-axis) (not shown). This is a normal projection exposure apparatus provided with an alignment optical system) 217 and a projection optical system 216 that projects the circuit pattern of the mask 215 on the wafer 218 in a reduced scale.
[0188]
The reticle alignment optical system 214 observes the alignment mark on the mask 215 and detects its position. The wafer alignment optical system 217 observes an alignment mark for projection exposure or dual beam interference on the wafer 206 and detects its position. Since the configurations and functions of the optical systems 214, 216, and 217 are well known, detailed description thereof will be omitted.
[0189]
In FIG. 39, reference numeral 219 denotes one XYZ stage shared by the two-beam interference exposure apparatus 212 and the projection exposure apparatus 213. The stage 219 includes a plane orthogonal to each optical axis of the apparatuses 212 and 213 and the optical axis direction. The position in the X and Y directions can be accurately controlled using a laser interferometer or the like.
[0190]
The stage 219 holding the wafer 218 is sent to the position (1) in FIG. 39, and the position is accurately measured. Based on the measurement result, the stage 219 is sent to the exposure position of the apparatus 212 indicated by the position (2). Then, the two-beam interference exposure is performed, and then, it is sent to the position (3), the position is accurately measured, sent to the exposure position of the apparatus 213 indicated by the position (4), and the projection exposure is performed on the wafer 218.
[0191]
In the apparatus 213, instead of the off-axis alignment optical system 217, the alignment mark on the wafer 218 is observed through the projection optical system 216, and the position detection optical system (not shown) for detecting the position is used. A TTR alignment optical system (not shown) for observing an alignment mark on the wafer 218 via the projection optical system 216 and a mask (reticle) 215 and detecting the position can also be used.
[0192]
FIG. 40 is a schematic view showing a high-resolution exposure apparatus capable of performing both the two-beam interference exposure of the present invention and the normal projection exposure.
[0193]
In FIG. 40, 221 is a KrF or ArF excimer laser, 222 is an illumination optical system, 223 is a mask (reticle), 224 is a mask stage, 227 is a projection optical system that projects the circuit pattern of the mask 223 on the wafer 228 in a reduced scale, 225 Is a mask (reticle) changer, and one of a normal reticle and the above-mentioned Levenson phase shift mask (reticle), edge shifter type mask (reticle) or periodic pattern mask (reticle) having no phase shifter is provided on the stage 224. Is provided to selectively supply
[0194]
Further, the mask stage has a function of rotating the mask based on information preliminarily drawn on the mask or the like in order to make the direction of the fine pattern and the direction of the periodic pattern parallel to each other.
[0195]
Reference numeral 229 in FIG. 40 denotes one XYZ stage that is shared by two-beam interference exposure and projection exposure. This stage 229 is movable in the plane perpendicular to the optical axis of the optical system 227 and in the optical axis direction, and laser interference. The position in the XY direction is accurately controlled using a meter or the like.
[0196]
40 includes a reticle alignment optical system (not shown) and a wafer alignment optical system (off-axis alignment optical system, TTL alignment optical system, and TTR alignment optical system described with reference to FIG. 39). .
[0197]
The illumination optical system 222 of the exposure apparatus in FIG. 40 is configured to be able to switch between partially coherent illumination and coherent illumination. In the case of coherent illumination, the above-described illustrated (1a) or (1b) in the block 230 is illustrated. Is supplied to one of the aforementioned Levenson-type phase shift reticle or edge-shifter-type reticle or periodic pattern reticle that does not have a phase shifter, and is shown in block 230 in the case of partially coherent illumination (2a ) Is supplied to a desired reticle. To switch from partially coherent illumination to coherent illumination, the aperture stop placed immediately after the fly-eye lens of the optical system 222 is usually replaced with a stop for coherent illumination whose aperture diameter is sufficiently smaller than this aperture. .
[0198]
When the second exposure is projection exposure, the exposure wavelength of the first exposure and the second exposure in the double exposure in the exposure method and the exposure apparatus of the present invention is both 400 nm or less, preferably 250 nm or less. To obtain light having an exposure wavelength of 250 nm or less, a KJrF excimer laser (about 248 nm) or an ArF excimer laser (about 193 nm) is used.
[0199]
In the present invention, “projection exposure” refers to exposure in which three or more parallel light beams from an arbitrary pattern formed on a mask are incident on the image plane at various angles. .
[0200]
The exposure apparatus of the present invention includes a projection optical system that projects a mask pattern onto a wafer, and a mask illumination optical system that can perform both partial coherent illumination and coherent illumination. And performing two-beam interference exposure by coherent illumination, which is characterized by periodic pattern exposure. “Partial coherent illumination” is illumination with a value of σ = (numerical aperture of illumination optical system / numerical aperture of projection optical system) larger than zero and smaller than 1, and “coherent illumination” has a value of σ of zero. Or it is a value close | similar to it, and a value considerably smaller than (sigma) of partially coherent illumination.
[0201]
In coherent illumination with periodic pattern exposure, σ is set to 0.3 or less. For partially coherent illumination during normal exposure, σ is 0.6 or more. σ = 0.8 is desirable. Furthermore, it is still effective to use annular illumination in which the illuminance distribution is lower on the inside than on the outside.
[0202]
The exposure wavelength of this exposure apparatus is 400 nm or less, preferably 250 nm or less. To obtain light having an exposure wavelength of 250 nm or less, a KrF excimer laser (about 248 nm) or an ArF excimer laser (about 193 nm) is used.
[0203]
In the embodiment of the invention, an optical system capable of switching between partially coherent illumination and coherent illumination is disclosed as a mask illumination optical system.
[0204]
The exposure apparatus of the present invention has a two-beam interference exposure apparatus and a moving stage for holding an exposed substrate (photosensitive substrate) that is shared by both the normal (projection) exposure apparatus.
[0205]
The exposure wavelength of this exposure apparatus is also 400 nm or less, preferably 250 nm or less. In order to obtain light having an exposure wavelength of 250 nm or less, a KrF excimer laser (about 248 nm) or an ArF excimer laser (about 193 nm) is used.
[0206]
Using the exposure method and exposure apparatus described above, various devices such as semiconductor chips such as IC and LSI, display elements such as liquid crystal panels, detection elements such as magnetic heads, and imaging elements such as CCDs can be manufactured.
[0207]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. In particular, the number of exposures and the number of exposure levels in each step of the two-beam interference exposure and the normal exposure can be appropriately selected, and can be appropriately adjusted, for example, by overlapping exposures. By performing such adjustment, variations in circuit patterns that can be formed increase.
[0208]
In the present invention,
(A) As an illumination method of the illumination optical system, it is applicable to illuminate a mask pattern with light from a KrF excimer laser, an ArF excimer laser, or an F2 excimer laser.
[0209]
(B) In the exposure apparatus, the mask pattern can be projected by a projection optical system including any one of a refractive system, a reflection-refractive system, and a reflective system.
[0210]
(C) As the exposure apparatus, a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus having the exposure method of the present invention as an exposure mode, a step-and-scan reduction projection exposure apparatus having the exposure method of the present invention as an exposure mode, or the like can be applied. .
[0211]
Next, an embodiment of a semiconductor device manufacturing method using the above-described projection exposure apparatus will be described.
[0212]
FIG. 41 shows a flow of manufacturing a semiconductor device (a semiconductor chip such as an IC or LSI, or a liquid crystal panel or a CCD).
[0213]
In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed. In step 2 (mask production), a mask on which the designed circuit pattern is formed is produced.
[0214]
On the other hand, in step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon. Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer by lithography using the prepared mask and wafer.
[0215]
The next step 5 (assembly) is called a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and is a process such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), or the like. including.
[0216]
In step 6 (inspection), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the semiconductor device manufactured in step 5 are performed. Through these steps, the semiconductor device is completed and shipped (step 7).
[0217]
FIG. 42 shows a detailed flow of the wafer process. In step 11 (oxidation), the wafer surface is oxidized. In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the wafer surface.
[0218]
In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer by vapor deposition. In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer. In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer. In step 16 (exposure), the circuit pattern of the mask is printed on the wafer by exposure using the exposure apparatus described above.
[0219]
In step 17 (development), the exposed wafer is developed. In step 18 (etching), portions other than the developed resist are removed. In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after etching is removed. By repeating these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.
[0220]
By using the manufacturing method of the present embodiment, a highly integrated semiconductor device that has been difficult to manufacture can be easily manufactured.
[0221]
【The invention's effect】
The present invention is as described above.
(A-1) When performing multiple exposure of the same area on a photosensitive substrate using a mask having different patterns, alignment marks and overlay measurement marks are used to align the photosensitive substrate and the mask. And the like are appropriately formed on the photosensitive substrate to achieve an exposure method and an exposure apparatus capable of easily forming a highly integrated pattern with high accuracy relative alignment between the photosensitive substrate and the mask. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of the essential portions of Embodiment 1 of an exposure apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an essential part of the reticle of FIG.
3 is a plan view of the main part of the reticle shown in FIG.
FIG. 4 is an explanatory view of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram of a method for forming alignment marks according to the present invention.
FIG. 7 is an explanatory diagram of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 9 is an explanatory view of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a circuit pattern on a reticle surface according to the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a periodic pattern on a reticle surface according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 13 is an explanatory view of an alignment mark forming method according to the present invention.
FIG. 14 is an explanatory diagram of an alignment signal obtained with an alignment mark according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram of an alignment mark according to the present invention.
FIG. 16 is an explanatory diagram of an alignment mark according to the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an overlay detection apparatus according to the present invention.
FIG. 18 is an explanatory diagram of an overlay detection signal according to the present invention.
FIG. 19 is a flowchart of the exposure method of the present invention.
FIG. 20 is an explanatory view showing an exposure pattern by two-beam interference exposure.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing exposure sensitivity characteristics of a resist.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing pattern formation by development.
FIG. 23 is an explanatory view showing an exposure pattern by normal two-beam interference exposure.
FIG. 24 is an explanatory view showing an exposure pattern by two-beam interference exposure in the present invention.
FIG. 25 is an explanatory diagram showing an example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing another example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 27 is an explanatory diagram showing another example of an exposure pattern (lithography pattern) that can be formed in the first embodiment of the present invention.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing a gate pattern according to the second embodiment of the invention.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 30 is a diagram for explaining a gate pattern;
FIG. 31 is an explanatory diagram of the formed gate pattern.
FIG. 32 is an explanatory diagram of the formed gate pattern.
FIG. 33 is a schematic view showing an example of a conventional two-beam interference exposure apparatus.
FIG. 34 is a schematic view showing an example of a projection exposure apparatus that performs two-beam interference exposure.
FIG. 35 is an explanatory diagram showing an example of a mask and an illumination method used in the apparatus of FIG.
36 is an explanatory view showing another example of a mask and an illumination method used in the apparatus of FIG. 34. FIG.
FIG. 37 is a schematic view showing a conventional projection exposure apparatus.
FIG. 38 is a schematic view showing an example of a two-beam interference exposure apparatus of the present invention.
FIG. 39 is a schematic view showing an example of a high-resolution exposure apparatus of the present invention.
FIG. 40 is a schematic view showing an example of a high-resolution exposure apparatus of the present invention.
FIG. 41 is a flowchart of a device manufacturing method according to the present invention.
FIG. 42 is a flowchart of a device manufacturing method according to the present invention.
[Explanation of symbols]
221 excimer laser
222 Illumination optical system
223 Mask (reticle)
224 mask (reticle) stage
225 Two-beam interference mask and normal projection exposure mask
226 Mask (reticle) changer
227 Projection optical system
228 wafer
229 XYZ stage

Claims (13)

感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、
第１の露光で第１の位置検出マークを該感光基板上に露光し、第２の露光時に該感光基板上に第１の位置検出マークを露光した位置と同じ位置に第２の位置検出マークを該感光基板上に露光し、該第１の位置検出マーク及び該第２の位置検出マークの多重露光により合成された合成パターンの位置を検出して、該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴とする露光方法。In an exposure method for forming a circuit pattern by multiple exposure of the same region on the photosensitive substrate with different patterns,
The first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in the first exposure, and the second position detection mark is located at the same position as the position where the first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in the second exposure. Is exposed on the photosensitive substrate, the position of a composite pattern synthesized by multiple exposure of the first position detection mark and the second position detection mark is detected, and multiple exposure is performed with the different patterns. An exposure method characterized by obtaining a position of a formed circuit pattern . 前記位置検出マークが、位置ずれ検出方向に対して前記回路パターンと同じ線幅、ピッチで構成されることを特徴とする請求項１の露光方法。2. The exposure method according to claim 1, wherein the position detection mark is configured with the same line width and pitch as the circuit pattern with respect to a position shift detection direction. 感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、一方の露光で該感光基板上に位置検出マークを形成し、他の露光では該位置検出マークの領域を露光しないようにし、該位置検出マークの位置を検出して該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴とする露光方法。In an exposure method in which a circuit pattern is formed by multiple exposure of the same region on a photosensitive substrate with different patterns, a position detection mark is formed on the photosensitive substrate in one exposure, and the position detection mark is formed in the other exposure. An exposure method characterized in that an area is not exposed , the position of the position detection mark is detected, and the position of a circuit pattern formed by multiple exposure with different patterns is obtained . 感光基板上の同一領域を互いに異なったパターンで多重露光して回路パターンを形成する露光方法において、第１の露光で第１の位置検出マークを該感光基板上に露光し、第２の露光時に該感光基板上に第１の位置検出マークとは異なる位置に第２の位置検出マークを該感光基板上に露光し、該第１の露光時には、第２の位置検出マークの領域を露光しないようにし、該第２の露光時には、第１の位置検出マークの領域を露光しないようにしており、該第１の位置検出マーク及び該第２の位置検出マークの位置を検出し、第１の位置検出マークの位置と第２の位置検出マークの位置の平均値を用いて、該互いに異なったパターンで多重露光して形成した回路パターンの位置を求めることを特徴とする露光方法。In an exposure method in which a same pattern on a photosensitive substrate is subjected to multiple exposure with different patterns to form a circuit pattern, a first position detection mark is exposed on the photosensitive substrate in a first exposure, and a second exposure is performed. A second position detection mark is exposed on the photosensitive substrate at a position different from the first position detection mark on the photosensitive substrate, and a region of the second position detection mark is not exposed during the first exposure. In the second exposure, the region of the first position detection mark is not exposed, the positions of the first position detection mark and the second position detection mark are detected, and the first position detection mark is detected. An exposure method characterized in that the position of a circuit pattern formed by multiple exposure with different patterns is obtained using an average value of the position of the detection mark and the position of the second position detection mark. 前記位置検出マークが、位置ずれ検出方向に対して前記パターンの最小線幅の二倍以上の線幅で構成されることを特徴とする請求項３又は４の露光方法。 5. The exposure method according to claim 3, wherein the position detection mark has a line width that is at least twice as large as a minimum line width of the pattern with respect to a position shift detection direction. 第１のレチクルのパターンと第２のレチクルのパターンを縮小投影レンズを介して感光基板上の同一領域を二重露光して回路パターンを露光転写することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項の露光方法。6. The circuit pattern is exposed and transferred by double exposure of the first reticle pattern and the second reticle pattern through the reduction projection lens in the same area on the photosensitive substrate. 2. The exposure method according to item 1. 前記第１のレチクルと第２のレチクルのうち、片方のレチクルのパターンがレベンソン型位相シフトマスクで構成されていることを特徴とする請求項６の露光方法。 7. The exposure method according to claim 6, wherein the pattern of one of the first reticle and the second reticle is composed of a Levenson type phase shift mask. 前記二重露光のうち、少なくとも１回の露光が変形照明露光により行うことを特徴とする請求項６の露光方法。The exposure method according to claim 6, wherein at least one of the double exposures is performed by modified illumination exposure. 請求項１から８のいずれか１項の露光方法を用いて、該パターンと該位置検出マークを感光剤を塗布した該基板上に露光転写後、現像処理し、エッチング又は成膜工程を行い、次いで基板上に感光剤を塗布し、該基板上の該位置検出マークの位置を測定し、位置合わせを行った後に感光剤に半導体素子パターンを露光転写してデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。Using the exposure method according to any one of claims 1 to 8, the pattern and the position detection mark are exposed and transferred onto the substrate coated with a photosensitive agent , developed, and subjected to an etching or film formation step. Next, a photosensitive agent is applied on the substrate, the position of the position detection mark on the substrate is measured, and after alignment, a semiconductor element pattern is exposed and transferred to the photosensitive agent to manufacture a device. Device manufacturing method. 請求項１から８のいずれか１項の露光方法を用いて、第一のパターンと第１の位置検出マークを感光剤を塗布した基板上に露光転写後、現像処理し、エッチング工程又は成膜工程を行い、次いで基板上に感光剤を塗布し、第２のパターンと第２の位置検出マークを該基板上に露光転写後、現像処理し、該第１の位置検出マークと第２の位置検出マーク間の相対的な位置ずれを測定する工程を利用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。Using the exposure method according to any one of claims 1 to 8 , the first pattern and the first position detection mark are exposed and transferred onto a substrate coated with a photosensitive agent, and then developed, and an etching process or a film formation process. Performing a process, and then applying a photosensitive agent on the substrate, exposing and transferring the second pattern and the second position detection mark onto the substrate, developing the first position detection mark and the second position. A device manufacturing method, wherein a device is manufactured using a step of measuring a relative positional deviation between detection marks. 請求項１から８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。Exposure apparatus, characterized in that by transferring the pattern on the mask onto a photosensitive substrate using the exposure method of any one of claims 1 to 8. 請求項１から８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。Exposing a pattern on the mask surface on the wafer surface by using the exposure method of any one of claims 1 8, characterized in that it produced a device through a development processing step of the wafer Device manufacturing method. 請求項１１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。12. A device manufacturing method, comprising: exposing a pattern on a mask surface onto a wafer surface using the exposure apparatus according to claim 11 , and then manufacturing the device through a development processing step.

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