JPH11111601A

JPH11111601A - 露光方法及び装置

Info

Publication number: JPH11111601A
Application number: JP9272566A
Authority: JP
Inventors: Hidemi Kawai; 秀実川井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】１つのレイヤのパターンを多重露光で形成す
る場合に、レチクルの製造コストや管理コストを低減で
きると共に、スループットを向上できる露光方法を提供
する。【解決手段】１枚のレチクルのパターン領域に二重露
光する２つのパターンを並列に形成しておく。ウエハＷ
上の各列の部分ショット領域４６Ａ，４６Ｂにそのレチ
クルの２つのパターン像を露光した後、ウエハＷを１つ
の部分ショット領域の幅分だけずらして、次の部分ショ
ット領域４６Ｂ，４６Ｃにその２つのパターン像を露光
し、以下ウエハＷを１つの部分ショット領域の幅分だけ
ずらして、２つのパターン像を露光する動作を繰り返
す。これによって、最初と最後の部分ショット領域を除
く部分ショット領域４６Ｂ〜４６Ｇにそれぞれ２つのパ
ターン像が二重露光される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するた
めのリソグラフィ工程でマスクパターンをウエハ等の基
板上に露光するための露光方法及び装置に関し、更に詳
しくは１つのマスクパターンを複数のパターンに分けて
多重露光する露光方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に使用され
る、マスクとしてのレチクルのパターンをレジストが塗
布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する
ための露光方法の一つに、二重露光方式と称する露光方
法がある。これは、ウエハ上の同一レイヤに例えば周期
的パターンと孤立パターンとが混じったパターンを露光
するような場合に、レチクルパターンを周期的パターン
に対応する第１のパターンと、孤立パターンに対応する
第２のパターンとに分けて、これら２つのパターンを順
次露光条件を最適化させて二重露光することにより、高
い結像性能を得るものである。

【０００３】従来、このような二重露光方式で露光を行
う場合、その第１のパターンが１個、又は複数個形成さ
れた第１のレチクルを用いて１回目の露光を行い、次に
レチクルをその第２のパターンが１個、又は複数個形成
された第２のレチクルに交換して２回目の露光を行って
いた。図６は、二重露光方式でウエハ上の各ショット領
域に２つのチップパターンを形成する（即ち、２個取
り）場合に使用される従来のレチクルを示し、図６
（ａ）に示す第１のレチクルＲＡ上の２つの部分パター
ン領域５１Ａ，５１Ｂ内にそれぞれ同一の第１のパター
ンＡが描画され、図６（ｂ）に示す第２のレチクルＲＢ
上の２つの部分パターン領域５２Ａ，５２Ｂ内にそれぞ
れ同一の第２のパターンＢが描画されている。このよう
に２個取りとしているのは、スループットを確保するこ
と、及び比較検査により検査コストや検査時間を節約す
るためである。

【０００４】これらのレチクルを用いる露光工程では、
例えばウエハ上で３行×５列のショット領域に露光を行
うものとすると、先ず図７（ａ）に示すように、ウエハ
上の例えば第１列５４Ａ〜第５列５４Ｅ内の３個のショ
ット領域５３Ａ〜５３Ｃに、所定の順序で第１のレチク
ルＲＡ内の２つのパターンＡの像（この像もＡで表す）
が、当該パターンＡに最適化された露光条件で露光され
る。その後、そのレチクルＲＡが第２のレチクルＲＢに
交換され、図７（ｂ）に示すように、ウエハ上の第１列
５４Ａ〜第５列５４Ｅ内の３個のショット領域５３Ａ〜
５３Ｃに、所定の順序でそれぞれ第２のレチクルＲＢ内
の２つのパターンＢの像（この像もＢで表す）が、当該
パターンＢに最適化された露光条件で重ねて露光され
る。その後、ウエハの現像等を行うことによって、パタ
ーンＡ及びＢに対応する回路パターンが形成される。こ
の場合、パターンＡ及びＢに対応する原版パターンが形
成された１枚のレチクルを用いて露光を行う方式と比べ
て、最終的に得られる回路パターンの線幅制御性等が全
体として向上している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の二重
露光方式では、１つの原版パターンのみを露光する方式
に比べて高い結像特性が得られる。しかしながら、従来
の二重露光方式では、露光工程の途中でレチクルを交換
する必要があるため、露光工程のスループット（単位時
間当たりのウエハ処理枚数）は１つの原版パターンのみ
を露光する場合に比べて大きく低下するという不都合が
あった。これに関して、図７より分かるように、従来の
二重露光方式では、各ショット領域に対してそれぞれ２
回の露光を行うことになるため、露光回数はショット領
域の個数の２倍になって、この露光回数の点でもスルー
プットが低下しているが、これは二重露光に伴う当然の
結果である。

【０００６】また、従来の二重露光方式では、ウエハ上
の１つのレイヤへの露光に際して２枚のレチクルが必要
であるため、レチクルの製造コスト、及び管理費用が増
大するという不都合があった。更に、仮に２枚のレチク
ルを使用することなく効率的に二重露光を行うことがで
きる方法があったとしても、最終的に得られる結像特性
が劣化しては、二重露光を行う意味がなくなってしま
う。

【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、１つのレイヤの
パターンを多重露光で形成する場合に、従来のように複
数枚のレチクルのパターンを順次重ねて露光する方式に
比べて、レチクルの製造コストや管理コストを低減でき
ると共に、スループットを向上できる露光方法を提供す
ることを第１の目的とする。更に本発明は、１つのレイ
ヤのパターンを多重露光で形成する場合に、レチクルの
製造コストを低減できると共に、高い結像特性が得られ
る露光方法を提供することを第２の目的とする。

【０００８】更に本発明は、そのような露光方法を使用
できる露光装置を提供することをも目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、露光対象の基板の同一レジスト（感光材料）上
の複数の被露光領域（４６Ｂ〜４６Ｇ）にそれぞれ異な
るＮ個（Ｎは２以上の整数）のマスクパターンの像を重
ねて露光する露光方法において、マスク（Ｒ）上で所定
方向に一列に配置されたＮ個のマスクパターン領域（４
５Ａ，４５Ｂ）を形成しておき、その基板上にそのマス
ク上のそれらＮ個のマスクパターンの像（Ａ１，Ｂ１）
を露光する第１工程と、その基板とそのマスクとをマス
クパターン領域（４５Ａ，４５Ｂ）のその所定方向の幅
に対応する幅だけその所定方向に相対移動して、その基
板上にそのマスク上のそれらＮ個のマスクパターンの像
（Ａ２，Ｂ２）を部分的に重ね合わせて露光する第２工
程と、を有し、この第２工程を更に少なくとも（Ｎ−
２）回繰り返すものである。

【００１０】斯かる本発明によれば、１枚のマスク上に
複数個のマスクパターンが形成されているため、マスク
が１枚で済み、マスクの製造コスト等が低減される。ま
た、例えば図４に示すように、幅Ｆの２個取りの３個の
ショット領域（４７Ａ〜４７Ｃ）にそれぞれ二重露光を
行うものとすると、本発明の露光方法ではマスク像と基
板とをＦ／２ずつずらしながら７回露光を行う必要があ
るため、露光回数は従来の二重露光方式における６回よ
りも多くなる。しかしながら、実際の露光工程では数回
のショット露光時間に比べてマスクの交換時間の方がか
なり長いため、本発明によってスループットは従来の二
重露光方式に比べて向上する。

【００１１】なお、二重露光する場合（Ｎ＝２の場合）
には、その第１工程及び第２工程を１度実行すること
で、少なくとも１つの被露光領域で二重露光が行われ
る。また、本発明において、それらＮ個のマスクパター
ンの像をその基板上に露光する際に、そのマスクパター
ンを照明する照明光束に対して、そのマスクとその基板
とを同期走査させて露光し、そのマスク上でのそれらＮ
個のマスクパターン領域の配列方向とその同期走査の走
査方向とを平行に設置し、そのマスクパターン毎に露光
条件を変化させることが望ましい。

【００１２】これは本発明をステップ・アンド・スキャ
ン方式のような走査露光方式で露光する場合に適用する
ことを意味する。上記のように複数個のマスクパターン
を重ねて露光する場合、各マスクパターン毎に照明条件
（通常照明、変形照明、小σ値の照明等）、フォーカス
位置、及び露光量等の露光条件を最適化することが望ま
しい。これに関して、一括露光方式であれば、１枚のマ
スク上の複数のマスクパターンを同時に露光する場合に
マスクパターン毎に照明条件等を変えるには、露光装置
の構成等を工夫する必要がある。ところが、走査露光方
式でマスクパターンの配列方向を走査方向に平行にすれ
ば、複数のマスクパターンを順番に露光する際に照明条
件等を連続的に切り換えることができるため、多重露光
による結像特性向上の効果が容易に得られる。

【００１３】また、本発明による第２の露光方法は、ス
リット状の照明領域でマスク（Ｒ）のパターンを照明
し、そのマスクのパターンがその照明領域の走査方向に
複数配置され、そのマスクと基板（Ｗ）とを同期走査さ
せることによってそのマスクのパターンの像をその基板
の同一レジスト上に投影する露光方法であって、そのマ
スクのパターン毎に露光条件を変化させて露光するもの
である。

【００１４】斯かる本発明によれば、１回の露光終了後
に１個のパターン分だけマスク（Ｒ）と基板（Ｗ）とを
走査方向にずらして部分的に重ね合わせた露光を行うこ
とによって、１枚のマスクを用いて多重露光を行うこと
ができる。更に、照明領域が別のパターンに移動する毎
に、露光条件を当該パターンに最適化された条件に切り
換えることによって、多重露光による高い結像特性が得
られる。

【００１５】また、本発明による露光装置は、スリット
状の照明領域でマスク（Ｒ）のパターンを照明し、その
マスクのパターンがその照明領域の走査方向に複数配置
され、そのマスクと基板（Ｗ）とを同期走査させること
によってそのマスクのパターン像をその基板の同一レジ
スト上に投影する露光装置であって、そのマスクとその
基板とをその走査方向に同期走査して露光を行う際に、
そのスリット状の照明領域が次のパターン領域に移動す
るのに応じて露光条件を変化させる露光条件制御系（１
１，１２，４１，４３）を設けたものである。斯かる露
光装置によれば、本発明の第１、又は第２の露光方法が
使用できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式の投影露光装置を用いて二重露光を
行う場合に本発明を適用したものである。図１は本例で
使用されるステップ・アンド・スキャン方式の投影露光
装置を示し、この図１において、ＫｒＦ、又はＡｒＦ等
のエキシマレーザ光源よりなる露光光源１から射出され
た紫外パルス光よりなる露光光ＩＬは、光路折り曲げ用
のミラー４で反射された後、第１レンズ８Ａ、光路折り
曲げ用のミラー９、及び第２レンズ８Ｂを介してフライ
アイレンズ１０に入射する。第１レンズ８Ａ、及び第２
レンズ８Ｂより構成されるビーム整形光学系によって、
露光光ＩＬの断面形状がフライアイレンズ１０の入射面
に合わせて整形される。なお、露光光源１としては水銀
ランプ等も使用できる。

【００１７】フライアイレンズ１０の射出面には、照明
系の開口絞り板１１が回転自在に配置され、開口絞り板
１１の回転軸の周りには、通常照明用の円形の開口絞り
１３Ａ、複数の偏心した小開口よりなる変形照明用の開
口絞り１３Ｂ、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り１３Ｃ、
及び小さい円形の小さいコヒーレンスファクタ（σ値）
用の開口絞り１３Ｄが配置されている。そして、装置全
体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系
４１が、駆動モータ１２を介して開口絞り板１１を回転
することによって、フライアイレンズ１０の射出面に所
望の照明系開口絞りを配置できるように構成されてい
る。

【００１８】フライアイレンズ１０の射出面の開口絞り
を通過した露光光ＩＬの一部は、ビームスプリッタ１４
にて反射された後、集光レンズ１５を介して光電検出器
よりなるインテグレータセンサ１６に入射する。インテ
グレータセンサ１６の検出信号は露光量制御系４３に供
給され、露光量制御系４３は、その検出信号より露光光
ＩＬのウエハＷの表面での照度（パルスエネルギー）、
及びウエハＷ上の各点での積算露光量を間接的にモニタ
する。そして、このようにモニタされる照度、又は積算
露光量が主制御系４１に指示された値になるように、露
光量制御系４３は露光光源１の出力、及び不図示の光量
減衰器での露光光ＩＬの減衰率等を制御する。

【００１９】一方、ビームスプリッタ１４を透過した露
光光ＩＬは、第１リレーレンズ１７Ａを経て順次固定視
野絞り（レチクルブラインド）１８Ａ、及び可動視野絞
り１８Ｂを通過する。固定視野絞り１８Ａ、及び可動視
野絞り１８Ｂは近接して、ほぼ転写対象のレチクルＲの
パターン面との共役面に配置されている。固定視野絞り
１８Ａは、レチクルＲ上の矩形の照明領域の形状を規定
する視野絞りであり、可動視野絞り１８Ｂは、走査露光
の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われない
ように照明領域を閉じるために使用される。

【００２０】固定視野絞り１８Ａ、及び可動視野絞り１
８Ｂを通過した露光光ＩＬは、第２リレーレンズ１７
Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、及びコンデンサレン
ズ２０を経て、レチクルＲのパターン面（下面）に設け
られたパターン領域３１内の矩形の照明領域２１Ｒを照
明する。露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２
１Ｒ内のパターンは、投影光学系ＰＬを介して所定の投
影倍率β（βは１／４，１／５等）でレジストが塗布さ
れたウエハＷ上の露光領域２１Ｗに縮小投影される。投
影光学系ＰＬ内のレチクルＲのパターン面に対する光学
的フーリエ変換面（瞳面）内には開口絞り３５が配置さ
れており、開口絞り３５によって開口数ＮＡが設定され
る。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取
り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時の走査方向に沿っ
てＹ軸を取り、走査方向に垂直な非走査方向に沿ってＸ
軸を取って説明する。

【００２１】レチクルＲはレチクルステージ２２上に保
持され、レチクルステージ２２はレチクルベース２３上
にリニアモータによってＹ方向に連続移動できるように
載置されている。更に、レチクルステージ２２には、レ
チクルＲをＸ方向、Ｙ方向、回転方向に微動する機構も
組み込まれている。一方、ウエハＷはウエハホルダ２４
上に吸着保持され、ウエハホルダ２４はウエハＷのフォ
ーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角を制御するＺチ
ルトステージ２５上に固定され、Ｚチルトステージ２５
はＸＹステージ２６上に固定され、ＸＹステージ２６は
例えば送りねじ方式又はリニアモータ方式等によって、
ベース２７上でＺチルトステージ２５（ウエハＷ）をＹ
方向に連続移動すると共に、Ｘ方向及びＹ方向にステッ
ピング移動する。Ｚチルトステージ２５、ＸＹステージ
２６、及びベース２７よりウエハステージ２８が構成さ
れている。レチクルステージ２２（レチクルＲ）、及び
ウエハステージ２８（ウエハＷ）の位置はそれぞれ不図
示のレーザ干渉計によって高精度に計測され、この計測
結果に基づいてステージ駆動系４２によってレチクルス
テージ２２及びウエハステージ２８の動作が制御されて
いる。

【００２２】ステージ駆動系４２から主制御系４１に対
してレチクルステージ２２及びウエハステージ２８の位
置情報が供給され、主制御系４１からステージ駆動系４
２に対してアライメント情報、及び走査露光のタイミン
グ情報等が供給されている。また、ステージ駆動系４２
からの各ステージの同期情報によって不図示の駆動系を
介して可動視野絞り１８Ｂの開閉も行われる。

【００２３】通常の走査露光時には、レチクルステージ
２２を介してレチクルＲを照明領域２１Ｒに対して＋Ｙ
方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶＲで移動するのと同期し
て、ＸＹステージ２７を介してウエハＷを露光領域２１
Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度β・ＶＲ
（βはレチクルＲからウエハＷへの投影倍率）で移動す
ることによって、レチクルＲのパターン領域３１内のパ
ターン像がウエハＷ上の１つのショット領域ＳＡに逐次
転写される。その後、ＸＹステージ２６をステッピング
させてウエハ上の次のショット領域を走査開始位置に移
動して、走査露光を行うという動作がステップ・アンド
・スキャン方式で繰り返されて、ウエハＷ上の各ショッ
ト領域への露光が行われる。この際に、インテグレータ
センサ１６の検出信号に基づいて、露光量制御系４３が
各ショット領域上の各点に対する露光量を所定の目標値
に制御する。

【００２４】また、この露光が重ね合わせ露光である場
合には、予めレチクルＲとウエハＷとのアライメントを
行っておく必要がある。そこで、Ｚチルトステージ２５
上のウエハホルダ２４の近傍にガラス基板よりなる基準
マーク部材２９が固定され、基準マーク部材２９上にク
ロム膜等で例えば十字型の基準マーク３０Ａ，３０Ｂが
形成され、投影光学系ＰＬの側面にウエハＷ上の各ショ
ット領域に付設されたウエハマークの位置を検出するた
めの画像処理方式のアライメントセンサ３６が設置され
ている。基準マーク部材２９上には、アライメントセン
サ３６用の基準マーク（不図示）も形成されている。ま
た、レチクルＲのパターン領域３１の両側に、基準マー
ク３０Ａ，３０Ｂの位置関係をウエハからレチクルへの
投影倍率で変換した位置関係で、アライメントマーク３
２Ａ，３２Ｂが形成されており、アライメントマーク３
２Ａ，３２Ｂ上にミラー３３Ａ等を介して画像処理方式
のレチクルアライメント顕微鏡３４Ａ，３４Ｂが設置さ
れている。

【００２５】そして、レチクルＲのアライメントを行う
際には、一例として、基準マーク３０Ａ，３０Ｂの中心
を投影光学系ＰＬの露光フィールドのほぼ中心に設定し
た状態で、基準マーク３０Ａ，３０Ｂが底面側から露光
光ＩＬと同じ波長域の照明光で照明される。基準マーク
３０Ａ，３０Ｂの像はアライメントマーク３２Ａ，３２
Ｂの近傍に形成され、レチクルアライメント顕微鏡３４
Ａ，３４Ｂで基準マーク３０Ａ，３０Ｂの像に対するア
ライメントマーク３２Ａ，３２Ｂの位置ずれ量を検出
し、これらの位置ずれ量を補正するようにレチクルステ
ージ２２を位置決めすることで、レチクルＲのウエハス
テージ２８に対する位置合わせが行われる。この際に、
アライメントセンサ３６で対応する基準マークを観察す
ることで、アライメントセンサ３６の検出中心からレチ
クルＲのパターン像の中心までの間隔（ベースライン
量）が算出される。ウエハＷ上に重ね合わせ露光を行う
場合には、アライメントセンサ３６の検出結果をそのベ
ースライン量で補正した位置に基づいてウエハステージ
２８を駆動することで、ウエハＷ上の各ショット領域に
レチクルＲのパターン像を高い重ね合わせ精度で走査露
光できる。

【００２６】次に、本例の投影露光装置を用いてウエハ
Ｗ上の各ショット領域に所定の半導体デバイスのチップ
パターンを２個取りで、且つ二重露光する場合につき説
明する。本例のレチクルＲのパターン領域３１には、走
査方向に沿って二重露光用の２個のパターンが形成され
ている。図２は、本例で使用されるレチクルＲのパター
ン配置を示す平面図であり、この図２において、レチク
ルＲの矩形の枠状の遮光帯４４に囲まれたパターン領域
が、Ｙ方向に２つの同一の大きさの部分パターン領域４
５Ａ，４５Ｂに分割され、部分パターン領域４５Ａ及び
４５Ｂ内にそれぞれパターンＡ及びＢが描画されてい
る。パターンＡ及びＢは、１つのレイヤに転写される回
路パターンから生成されたパターンであり、パターンＡ
及びＢの像を重ねて露光することによってその回路パタ
ーンに対応する投影像が露光されるように構成されてい
る。一例として、パターンＡは周期的パターン、パター
ンＢは孤立パターンであり、パターンＡとパターンＢと
の最適な露光条件（照明系の開口絞り、ウエハのフォー
カス位置、及び露光量等）は互いに異なっている。

【００２７】図４は、本例のウエハＷ上のショット配列
を示し、この図４において、Ｘ方向に所定ピッチで配列
された第１列４８Ａ〜第５列４８Ｅの各列に、Ｙ方向に
所定ピッチでショット領域４７Ａ〜４７Ｃが配置され、
これらのショット領域は、隣接するショット領域との境
界部のストリートライン領域の中央までの領域を含め
て、Ｙ方向（走査方向）の幅ＦでＸ方向の幅Ｅの矩形領
域である。

【００２８】これらの３行×５列のショット領域４７Ａ
〜４７ＣにそれぞれＹ方向に半導体デバイスの２個のチ
ップパターンが形成されるため、これらのショット領域
４７Ａ〜４７Ｃを順次Ｙ方向に２個の同じ大きさの部分
ショット領域４６Ｂ，４６Ｃ，…，４６Ｆ，４６Ｇに分
割する。更に、本例では、部分ショット領域４６Ｂの＋
Ｙ方向の端部、及び部分ショット領域４６Ｇの−Ｙ方向
の端部にそれぞれ部分ショット領域４６Ａ及び４６Ｈを
付加し、全体として８行×５列の部分ショット領域４６
Ａ〜４６ＨをウエハＷ上に配列する。部分ショット領域
４６Ａ〜４６ＨのＹ方向の幅はＦ／２である。但し、１
行目、及び８行目の部分ショット領域４６Ａ，４６Ｈは
チップパターンが形成される領域ではないため、ウエハ
Ｗの有効露光領域の外部にはみ出してもよい。

【００２９】次に、図４に示すショット配列でウエハＷ
上に図２のレチクルＲの２つのパターンＡ，Ｂを二重露
光する場合の動作につき説明する。［第１工程］先ず、図４の第１列４８Ａの２つの部分シ
ョット領域４６Ａ，４６Ｂに、図１の投影露光装置を用
いて走査露光方式で図２のレチクルＲのパターン像を露
光する。この場合、図３（ａ）に示すように、露光光Ｉ
Ｌによる照明領域２１Ｒに対して例えば＋Ｙ方向にレチ
クルＲが走査される。そこで、照明領域２１Ｒに対して
レチクルＲの第１の部分パターン領域４５Ａ（パターン
Ａ）が走査されているときには、図１の主制御系４１
は、予め駆動モータ１２を介して開口絞り板１１中でパ
ターンＡに対応する開口絞りを選択してフライアイレン
ズ１０の射出面に配置しておくと共に、露光量制御系４
３を介してパターンＡに対応する露光量が得られるよう
にしておく。そして、照明領域２１Ｒに対してレチクル
Ｒの第２の部分パターン領域４５Ｂ（パターンＢ）の一
部が入ったときに主制御系４１は、駆動モータ１２を介
してパターンＢに対応する開口絞りを選択してフライア
イレンズ１０の射出面に配置すると共に、露光量制御系
４３を介してパターンＢに対応する露光量が得られるよ
うにする。

【００３０】また、パターンＡとパターンＢとでウエハ
Ｗのベストフォーカス位置が異なるときには、照明領域
２１ＲにパターンＢの一部が入ったときに、ウエハステ
ージ２８を介してウエハＷのフォーカス位置を調整す
る。これによって、図２のレチクルＲのパターンＡ及び
Ｂの像はそれぞれ最適化された露光条件で露光される。
なお、図１の投影光学系ＰＬは実際には反転投影を行う
が、以下では説明の便宜上、走査方向に関して正立像が
投影されるものとする。この結果、図４に示すように、
部分ショット領域４６Ａ及び４６Ｂにそれぞれレチクル
ＲのパターンＡ及びＢの像Ａ１及びＢ１が露光される。

【００３１】また、ステップ・アンド・スキャン方式で
は、レチクルステージ２２の無駄な動きを無くすために
は、１回の露光毎に走査方向を反転することが望ましい
と共に、ウエハステージ２８のステッピング量は少ない
ことが望ましい。そこで、例えば図４の第１列４８Ａ〜
第５列４８Ｅの部分ショット領域４６Ａ，４６Ｂに対し
てレチクルＲ（対応してウエハＷも）の走査方向を＋Ｙ
方向から−Ｙ方向、又は−Ｙ方向から＋Ｙ方向に反転し
ながら、順次レチクルＲのパターンＡ及びＢの像を露光
するようにしてもよい。このような露光シーケンスで
は、次の行での露光は第５列４８Ｅから第１列４８Ａに
向けて移動しながら行われるが、説明の便宜上、次は再
び第１列４８Ａで露光を行うものとする。

【００３２】［第２工程］次に、図４において、第１工
程の露光時に対してウエハＷを＋Ｙ方向にＦ／２だけず
らした後、第１列４８Ａの部分ショット領域４６Ｂ及び
４６Ｃに、図１の投影露光装置を用いて走査露光方式で
図２のレチクルＲのパターンＡ，Ｂの像Ａ２及びＢ２を
それぞれ露光する。この場合も、パターンＡ及びＢに関
してそれぞれ露光条件を最適化して露光を行う。この結
果、第１列４８Ａの２番目の部分ショット領域４６Ｂに
は、パターンＢの像Ｂ１とパターンＡの像Ａ２とが二重
露光されたことになる。この際に、上記のように走査方
向を反転しながら第５列４８Ｅから第２列４８Ｂまでの
部分ショット領域４６Ｂ，４６Ｃでも走査露光が行われ
ている場合には、各列の部分ショット領域４６Ｂにパタ
ーンＡ，Ｂの像が二重露光されたことになる。

【００３３】［第３工程］次に、図４において、それま
での露光時に対してウエハＷを＋Ｙ方向にＦ／２だけず
らした後、第１列４８Ａの部分ショット領域４６Ｃ及び
４６Ｄに、走査露光方式でそれぞれ露光条件を最適化し
ながら、図２のレチクルＲのパターンＡ，Ｂの像Ａ３及
びＢ３を露光する。この結果、第１列４８Ａの３番目の
部分ショット領域４６Ｃにも、パターンＢの像Ｂ２とパ
ターンＡの像Ａ３とが二重露光されたことになる。そし
て、例えば第２列４８Ｂ〜第５列４８Ｅの部分ショット
領域４６Ｃ，４６Ｄにも順次走査方向を反転しながら、
パターンＡ，Ｂの像Ａ３，Ｂ３が露光される。

【００３４】本例では、各列に露光対象の２個取りのシ
ョット領域４７Ａ〜４７Ｃが３個あるため、第１列４８
Ａでは更に部分ショット領域４６Ｄ，４６Ｅ〜部分ショ
ット領域４６Ｇ，４６Ｈに対してそれぞれ走査露光方式
でパターンＡ，Ｂの像Ａ４，Ｂ４〜Ａ７，Ｂ７が露光さ
れ、他の列４８Ｂ〜４８Ｅでも同様にパターンＡ，Ｂの
像Ａ４，Ｂ４〜Ａ７，Ｂ７が露光される。この結果、全
体として第１列４８Ａ〜第５列４８Ｅの２番目の部分シ
ョット領域４６Ｂ〜７番目の部分ショット領域４６Ｇに
それぞれパターンＡ，Ｂの像Ａ２，Ｂ１〜Ａ７，Ｂ６が
二重露光される。本例では部分ショット領域４６Ｂ〜４
６Ｇより３個のショット領域４７Ａ〜４７Ｃが構成され
ているため、これら３個のショット領域４７Ａ〜４７Ｃ
にそれぞれパターンＡ及びＢの像が２個取りで二重露光
されたことになる。また、最初の部分ショット領域４６
Ａ、及び最後の部分ショット領域４６Ｈは、それぞれ１
つのパターンＡ又はＢの像のみが露光されるいわばダミ
ー露光領域となっている。

【００３５】その後、ウエハＷを現像することによっ
て、第１列４８Ａ〜第５列４８Ｅのショット領域４７Ａ
〜４７Ｃにそれぞれ２個取りのレジストパターンが形成
され、このレジストパターンをマスクとしてエッチング
等を行うことによって目標とする回路パターンが形成さ
れる。この際に、パターンＡ及びＢの像はそれぞれ最適
化された露光条件で露光されているため、二重露光され
たパターンの像の結像特性（解像度等）は全面で極めて
良好であり、最終的に形成される回路パターンの線幅制
御性等も極めて良好である。

【００３６】次に、本例の露光方式のスループットを通
常の露光方式、及び従来の二重露光方式と比較する。そ
のため、通常の露光で使用されているウエハに合わせ
て、図４における有効なショット領域４７Ａ〜４７Ｃの
個数を６行（走査方向）×１０行、即ち６０個に拡大し
た場合につき、図１の投影露光装置を使用して各露光方
式で露光を行うときのスループットを計算してみると、
表１のようになる。

【００３７】

【表１】

【００３８】この表１において、通常露光とは、１個の
レチクルパターンを用いて各ショット領域に１回の露光
のみを行う方式であり、二重露光中の本方式とは本例の
露光方式であり、レチクル交換方式とは図６及び図７を
参照して説明した従来の二重露光方式である。また、表
１の左側の欄における、ステップ時間とは、次の露光対
象のショット領域（又は部分ショット領域）を走査開始
位置に移動するためのウエハステージ２８のステッピン
グ時間であり、露光時間とは１回の走査露光時間であ
り、オーバヘッド時間とは、ウエハ交換等に要する時間
である。

【００３９】また、本方式においては、図４より分かる
ように、各列４８Ａ〜４８Ｅでの露光回数がショット領
域４７Ａ〜４７Ｃの個数の２倍に対して１だけ多くなっ
ているため、有効なショット領域を６行×１０列にした
ときの露光回数（１回目）は、１３０（＝（２・６＋
１）・１０）回となっている。これに対して、従来のレ
チクル交換方式での露光回数は１回目及び２回目共に６
０回である。また、通常露光方式での露光回数は、ショ
ット領域数と同じ６０回である。この結果、ウエハ１枚
当たりの処理時間（ウエハを投影露光装置にロードして
からアンロードするまでの時間）は、通常露光方式で６
１sec 、本方式で１０３sec 、レチクル交換方式で１２
７sec となり、１時間当たりのウエハの処理枚数（スル
ープット）は、通常露光方式で５９枚、本方式で３５
枚、レチクル交換方式で２８枚となり、本方式はレチク
ル交換方式よりも高いスループットが得られることが分
かる。表１より、本方式ではレチクル交換方式に比べて
露光回数は多くなっているが、１回の露光時間に比べる
とレチクル交換時間の方がかなり長いために、全体の処
理時間は本方式の方が短縮されている。

【００４０】更に、レチクル交換方式では２枚のレチク
ルが必要であるのに対して、本方式では１枚のレチクル
で済むため、レチクルの製造コスト及び管理コストは大
幅に低減されている。なお、通常露光方式では当然なが
ら最も高いスループットが得られているが、各ショット
領域への投影像の結像特性に関しては、本方式やレチク
ル交換方式に比べて劣っている。そこで、高い結像特性
が要求される用途ではスループットが多少低下しても本
方式が有効である。

【００４１】また、図４より分かるように、本例の露光
方法では、部分ショット領域４６Ａ，４６Ｈのように無
駄な被露光領域が存在している。このような無駄な被露
光領域を無くすために、走査露光を行う場合に、レチク
ルＲの途中から走査を行うようにしてもよい。即ち、例
えば図４の部分ショット領域４６Ａ，４６Ｂに図２のレ
チクルＲのパターンＡ，Ｂの像Ａ１，Ｂ１を露光する工
程では、下側の部分ショット領域４６Ｂのみにパターン
Ｂの像Ｂ１の露光を行うようにしてもよい。

【００４２】図３（ｂ）は、このようにパターンＢの像
のみを露光する場合の走査露光開始時のレチクルＲを示
し、この図３（ｂ）において、走査露光開始直前に、ス
リット状の照明領域２１Ｒの手前にレチクルＲの部分パ
ターン領域４５Ｂが位置している。そして、走査露光開
始後に照明領域２１Ｒに対して部分パターン領域４５Ｂ
を＋Ｙ方向に走査し、ウエハＷの部分ショット領域４６
Ｂを対応する方向に走査することによって、部分ショッ
ト領域４６ＢのみにパターンＢの像Ｂ１が露光される。

【００４３】同様に、図４のウエハＷ上の最下段の部分
ショット領域４６Ｇ，４６ＨにレチクルＲのパターン
Ａ，Ｂの像Ａ７，Ｂ７を露光する工程では、上側の部分
ショット領域４６ＧのみにパターンＡの像Ａ７を露光す
るようにしてもよい。図５は、このようにウエハＷ上の
無駄な部分ショット領域への露光を省いた場合のショッ
ト配列を示し、この図５において、第１列４８Ａ〜第５
列４８Ｅの３個のショット領域４７Ａ〜４７Ｃのみにそ
れぞれパターンＡ及びＢの像が、２個取りで二重露光さ
れている。これによって、実質的な露光回数は、更に従
来のレチクル交換方式に近付くため、更にスループット
が向上する。

【００４４】なお、上記の実施の形態では、元の回路パ
ターンを２つのパターンＡ，Ｂに分けて二重露光を行う
ために、レチクルＲのパターン領域は走査方向に２つの
部分パターン領域４５Ａ，４５Ｂに分割されている。こ
の場合には、上記の第１工程、及び第２工程を実行する
のみで、図４に示す１つの部分ショット領域４６Ｂにパ
ターンＡ及びＢの像よりなる目標とする回路パターンの
像が露光される。

【００４５】これに対して、元の回路パターンをＮ’個
（Ｎ’は３以上の整数）のパターンに分けて多重露光を
行うものとすると、図２のレチクルＲのパターン領域は
走査方向にＮ’個の部分パターン領域に分割され、これ
らの部分パターン領域にそれぞれ多重露光用の個々のパ
ターンが描画される。そして、露光時には、上記の第１
工程に続いて、ウエハを１つの部分パターン領域に相当
する幅だけ走査方向にずらした状態でその第２工程を実
行した後、更にウエハを１つの部分パターン領域に相当
する幅だけ走査方向にずらしながらその第２工程を
（Ｎ’−２）回繰り返すことによって、ウエハ上の１つ
の部分ショット領域にそれらＮ’個のパターンの像が多
重露光される。即ち、元の回路パターンをＮ’個のパタ
ーンに分けて多重露光する場合には、その第２工程を合
計で（Ｎ’−１）回繰り返すことによって、１つの部分
ショット領域に目標とする回路パターンの完全な像が露
光されることになる。

【００４６】なお、上記の実施の形態では、ステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置が使用されている
ため、二重露光用の２つのパターンをそれぞれ最適化さ
れた露光条件で露光できる。しかしながら、露光装置と
してステッパーのような一括露光型の投影露光装置を使
用してもよい。一括露光型の投影露光装置を使用して、
例えば図４の第１列４８Ａの部分ショット領域４６Ａ〜
４６Ｈに露光する場合には、順次Ｙ方向にＦ／２だけウ
エハのステッピングを行いながら部分的に重ね合わせた
露光を繰り返していけばよい。また、一括露光型で２つ
のパターンについてそれぞれ露光条件を最適化する場
合、例えば露光量に関しては照明系中の視野絞りの位置
に２つのパターン領域と共役な領域の一方の領域を開閉
するためのシャッタを配置してもよい。

【００４７】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】本発明の第１の露光方法によれば、１枚
のマスク上に複数個のマスクパターンが形成されている
ため、１つのレイヤのパターンを多重露光で形成する場
合に、マスク（レチクル）の製造コストや管理コストを
低減できる。更に、そのマスクと基板とを次第に相対移
動しながら部分的に重ね合わせ露光するだけでよく、露
光途中でマスクを交換する必要がない。従って、従来の
ように複数枚のマスク（レチクル）を交換しながら露光
する方式に比べてスループットを向上できる利点があ
る。

【００４９】この場合、Ｎ個のマスクパターンの像を基
板上に露光する際に、そのマスクパターンを照明する照
明光束に対して、そのマスクとその基板とを同期走査さ
せて露光し、そのマスク上でのＮ個のマスクパターン領
域の配列方向と同期走査の走査方向とを平行に設置し、
そのマスクパターン毎に露光条件を変化させる場合に
は、多重露光するマスクパターン毎に露光条件を最適化
できるため、多重露光後の投影像において高い結像特性
が得られる利点がある。

【００５０】また、本発明の第２の露光方法によれば、
１枚のマスク上に複数個のマスクパターンが形成されて
いるため、マスクの製造コストや管理コストを低減でき
る。更に、マスクパターン毎に露光条件を最適化して多
重露光を行うことができるため、高い結像特性が得られ
る利点がある。更に、本発明の露光装置によれば、本発
明の露光方法が使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す斜視図である。

【図２】その実施の形態で使用されるレチクルのパター
ン配置を示す平面図である。

【図３】（ａ）は通常の走査露光時のレチクルの走査方
法を示す平面図、（ｂ）はレチクル上の一方のパターン
のみを露光する場合のレチクルの走査方法を示す平面図
である。

【図４】その実施の形態のウエハ上のショット配列の一
例を示す平面図である。

【図５】その実施の形態でウエハ上の無駄な部分ショッ
ト領域への露光を省く場合のショット配列を示す平面図
である。

【図６】従来の二重露光方式で使用される２つのレチク
ルを示す平面図である。

【図７】従来の二重露光方式で露光する場合の説明図で
ある。

【符号の説明】

１露光光源１１開口絞り板１８Ａ固定視野絞りＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２１Ｒ照明領域２１Ｗ露光領域２２レチクルステージ２８ウエハステージ４１主制御系４５Ａ，４５Ｂ部分パターン領域４６Ａ〜４６Ｈ部分ショット領域４７Ａ〜４７Ｃショット領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光対象の基板の同一レジスト上の複数
の被露光領域にそれぞれ異なるＮ個（Ｎは２以上の整
数）のマスクパターンの像を重ねて露光する露光方法に
おいて、マスク上で所定方向に一列に配置された前記Ｎ個のマス
クパターン領域を形成しておき、前記基板上に前記マスク上の前記Ｎ個のマスクパターン
の像を露光する第１工程と、前記基板と前記マスクとを前記マスクパターン領域の前
記所定方向の幅に対応する幅だけ前記所定方向に相対移
動して、前記基板上に前記マスク上の前記Ｎ個のマスク
パターンの像を部分的に重ね合わせて露光する第２工程
と、を有し、前記第２工程を更に少なくとも（Ｎ−２）回繰り返すこ
とを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記Ｎ個のマスクパターンの像を前記基
板上に露光する際に、前記マスクパターンを照明する照
明光束に対して、前記マスクと前記基板とを同期走査さ
せて露光し、前記マスク上での前記Ｎ個のマスクパターン領域の配列
方向と前記同期走査の走査方向とを平行に設置し、該マスクパターン毎に露光条件を変化させることを特徴
とする請求項１記載の露光方法。
【請求項３】スリット状の照明領域でマスクのパター
ンを照明し、前記マスクのパターンが前記照明領域の走
査方向に複数配置され、前記マスクと基板とを同期走査
させることによって前記マスクのパターンの像を前記基
板の同一レジスト上に投影する露光方法であって、前記マスクのパターン毎に露光条件を変化させて露光す
ることを特徴とする露光方法。
【請求項４】スリット状の照明領域でマスクのパター
ンを照明し、前記マスクのパターンが前記照明領域の走
査方向に複数配置され、前記マスクと基板とを同期走査
させることによって前記マスクのパターン像を前記基板
の同一レジスト上に投影する露光装置であって、前記マスクと前記基板とを前記走査方向に同期走査して
露光を行う際に、前記スリット状の照明領域が次のパタ
ーン領域に移動するのに応じて露光条件を変化させる露
光条件制御系を設けたことを特徴とする露光装置。