(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクのパターンの像でレジストを露光する露光方法であって、光や電子から成るプローブで前記パターンの像よりもコントラストが高い像を描画し、このコントラストが高い像によって前記レジストの前記パターンの像の形成位置を露光することにより、前記レジストの前記パターンに関する露光量分布のコントラストを向上させることを特徴とする露光方法。
【請求項２】
請求項１の露光方法によって露光を行なう露光モードを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光方法及び露光装置に関し、特に微細な回路パターンで感光基板を露光する露光方法及び露光装置に関する。本発明の露光方法及び露光装置は、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。
【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−技術を用いて製造する時には、フォトマスク又はレチクル等（以下、「マスク」と記す。）の回路パタ−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−ト等（以下、「ウエハ」と記す。）の感光基板上に投影し、そこに回路パターンを転写する（回路パターンで露光する）投影露光方法及び投影露光装置が使用されている。
【０００３】
上記デバイスの高集積化に対応して、ウエハのチップ領域に転写するパタ−ンの微細化即ち高解像度化とウエハにおける1チップ領域の大面積化とが要求されており、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、0.5μｍ以下の寸法（線幅）の像を広範囲に形成するべく、解像度と露光面積の向上が計られている。
【０００４】
従来の投影露光装置の摸式図を図1に示す。図１中，191は遠紫外線露光用光源であるエキシマ−レ−ザ、192は照明光学系、193は照明光、194はマスク、195はマスク194から出て光学系196に入射する物体側露光光、196は縮小投影光学系、197は光学系196から出て感光基板であるウエハ198に入射する像側露光光、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−ザ191から出射したレ−ザ光は、引き回し光学系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（開口数ＮＡ）等を持つ照明光193とされ、この照明光１９３がマスク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−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を透過する時に微細パターンによって回折され、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18の下部の拡大図に示されるように、所定の開口数NA (＝sinθ )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−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−ンを形成するために、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る。
【０００６】
しかしながら、現在主流の上記のエキシマレーザを光源とする投影露光装置は，0.15μｍ以下のパタ−ンを形成することが困難である。
【０００７】
投影光学系196は、露光光の波長（以下、「露光波長」と記す。）に依存する光学的な解像度と焦点深度との間のトレ−ドオフによる解像度の限界がある。投影露光装置の解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは，次の(1)式と(2)式の如きレ−リ−の式によって表される。
【０００８】
0004194200.tif 000002
ここで、λは露光波長、NAは投影光学系196の像側の開口数であり、ｋ1、ｋ2の値は通常0.5〜0.7程度である。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」があるが、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化をある程度以上進めることは不可能であり、従って更なる高解像度化には露光波長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】
ところが短波長化を進めていくと重大な問題が発生する。この問題とは投影光学系196の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合成石英が現存するが，この合成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、0.15μｍ以下の微細パタ−ンに対応する露光波長150nm以下の領域で透過率が十分に高くて実用的な硝材の開発は非常に困難だと思われる。また遠紫外線領域で使用される硝材は、透過率以外にも、耐久性，屈折率均一性，光学的歪み，加工性等の複数の観点で一定の条件を満たす必要があり、この事からも露光波長１５０ｎｍ以下の領域で実用的な硝材の存在が危ぶまれる。
【００１０】
このように従来の投影露光方法及び投影露光装置では、ウエハ198に0.15μｍ以下のパタ−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のに対し、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198に0.15μｍ以下のパターンを形成することができなかった。
【００１１】
米国特許第5415835号公報は互いにコヒーレントな2光束を干渉させることで形成した干渉縞による露光（以下、「２光束干渉露光」と記す。）によって微細パターンを形成する技術を開示しており、2光束干渉露光によれば、ウエハに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２を用いて説明する。2光束干渉露光は、レーザ151からの可干渉性を有し且つ平行光線束であるレーザ光をハーフミラー152によって2光束に分割し、2光束を夫々平面ミラー１５３によって反射することにより2個のレーザ光（可干渉性平行光線束）を0より大きく90度未満のある角度を成して交差させることにより交差部分に干渉縞を形成し、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対応する微細な周期パタ−ン（周期的露光量分布）をウエハに形成し、ウエハを現像することで、ウエハ上に微細な周期的レジストマスク／エッチング用が得られるようにするものである。
【００１３】
図２において、2光束がウエハ表面に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表面で交差する場合、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】
0004194200.tif 000003
ここで、Rは干渉縞の明部と暗部の夫々の線幅即ち周期パターンを構成するライン＆スペースの夫々の線幅であり、θは2光束の夫々の像面に対する入射角度（絶対値）を表しす。sinθは投影露光における光学系の像側開口数に相当するものであるから、sinθ＝ＮＡとして表記している。
【００１５】
通常の投影露光における解像度の式である(１)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。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。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら2光束干渉露光は、基本的に干渉縞の光強度分布に相当する単純な周期パターン（露光量分布）しか得られないので、所謂回路パタ−ンをウエハに形成することができない。
【００１７】
そこで上記米国特許第5,415,835号公報は、2光束干渉露光装置による干渉縞で単純な周期的露光量分布をウエハのレジストに与えた後、別の露光装置によりマスクの開口の像でこのレジストの干渉縞の明部に相当する場所を露光してこの場所へある露光量を加える二重露光法により、干渉縞の複数の明部うちの特定の線の部分の露光量のみを均一に増やしてレジストのしきい値を越えさせることによって、現像後孤立の線（レジストパターン）を得ることを提案している。
【００１８】
しかしながら上記米国特許第5415835号公報の二重露光法は、2光束干渉露光により形成される縞パターンの一部より成る単純な形状の回路パターンが得られるのみで、通常の、様々な線幅と方向性を持つ複数パターンの集合である回路パターンのような、より複雑な形状の回路パターンを得ることができなかった。
【００１９】
また、この米国特許第5,415,835号公報と同様の微細な孤立パターンが得られる二重露光法が、特開平7-253649号公報に開示されているが、この特開平7-253649号公報の二重露光法は、通常の投影露光装置を用いて、位相シフトパターンを用いた2光束干渉露光と、従来はこの露光装置で解像できなかった微細開口パターンの像による露光とをウエハのレジストの同一領域に行なうものであり、各露光の露光波長が50nm以上異なっている。
【００２０】
この特開平7-253649号公報の二重露光法はマスクに波長選択性を有する材料でパターンを形成することにより一つのマスク（パターン）で2光束干渉露光と通常露光を行なっており、通常の露光における（マスクの）パターンは一つ又は複数の孤立パターンで、二重露光の結果得られる回路パターン（露光量分布或いは現像後の凹凸分布）も一つ又は複数の孤立パターンのみである。
【００２１】
従って、この特開平7-253649号公報の二重露光法も、米国特許5415835号公報と同様に、より複雑な形状の回路パターンを得ることができない。
【００２２】
本発明の目的は、多重露光によって、従来より複雑な形状の回路パタ−ンを得ることが可能な露光方法及び露光装置を提供することにある。本願で「多重露光」と呼ぶプロセスは、露光と露光の間で現像をしないで、レジストの同一場所へ複数の露光を行なうものであり、この露光が二重に限らず三重以上の場合も含まれる。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明はマスクのパターンの像でレジストを露光する露光方法であって、光や電子から成るプローブで前記パターンの像よりもコントラストが高い像を描画し、このコントラストが高い像によって前記レジストの前記パターンの像の形成位置を露光することにより、前記レジストの前記パターンに関する露光量分布のコントラストを向上させることを特徴とする露光方法である。
【００５１】
本発明の更に別の形態は、像のコントラストが互いに異なる複数のパターン部を有するマスクでレジストを露光する露光方法及び露光装置であって、前記マスクの複数のパターン部のうちのコントラストが最も低いパターン部の像の形成位置を、該コントラストが最も低い像よりもコントラストが高い像（高コントラスト像）によって露光することにより、前記像のコントラストが最も低いパターン部に関する露光量分布のコントラストを向上させることを特徴とする。
【００５２】
本発明の更に別の形態は、互いに線幅が異なる複数のパターン部を有するマスクでレジストを露光する露光方法及び露光装置であって、前記マスクの複数のパターン部のうちの最小の線幅を有するパターン部の像の形成位置を該最小線幅のパターン部の像よりもコントラストが高い像（高コントラスト像）によって露光することにより、前記最小線幅のパターン部に関する露光量分布のコントラストを向上させることを特徴とする。
【００５３】
本発明の更に別の形態は、像のコントラストが互いに異なる複数のパターン部を有するマスクでレジストを露光する露光方法及び露光装置であって、前記マスクの複数のパターン部のうちのコントラストが最も低いパターン部の像による露光量が前記レジストの露光しきい値を越えず且つ他のパターン部の像による露光量が前記レジストの前記露光しきい値を越える露光と、前記コントラストが最も低い像の形成位置を該コントラストが最も低い像よりもコントラストが高い像（高コントラスト像）によって露光する露光とを含む多重露光を行なうことを特徴とする。
【００５４】
本発明の更に別の形態は、互いに線幅が異なる複数のパターン部を有するマスクでレジストを露光する露光方法及び露光装置であって、前記マスクの複数のパターン部のうちの最小の線幅を有するパターン部の像による露光量が前記レジストの露光しきい値を越えず且つ他のパターン部の像による露光量が前記レジストの前記露光しきい値を越える露光と、前記最小線幅のパターン部の像の形成位置を該最小線幅のパターン部の像よりもコントラストが高い像（高コントラスト像）によって露光する露光とを含む多重露光を行なうことを特徴とする。
【００５５】
前記レジストは、前記高コントラスト像と前記マスクパターンの像とで同時に露光されるか、前記高コントラスト像によって露光され、その後で前記マスクパターンの像によって露光されるか、前記マスクパターンの像によって露光され、その後で前記高コントラスト像によって露光される。
【００５６】
前記高コントラスト像は、レベンソン型の位相シフトマスクや、隣接する領域との間に遮光遮光部が無く該隣接する領域を通過する放射線に対し１８０度の位相差をそこを通過する光に与える位相シフト部を有する位相シフトマスクのパターンを投影光学系によって投影（結像）することによって得られる。前記の「位相シフト部」は孤立パターンあるいは繰り返しパターンである。
【００５７】
また、前記高コントラスト像が、レーザー光を分割して得た２つの平行光束を前記レジストに互いに異なる方向から入射させ前記レジスト上で干渉させることにより形成されたり、光や電子から成るプローブによる描画で形成されたり、マスクの繰り返しパターンを斜め方向から照明して投影することによって形成されたりする。
【００５８】
前記（最初に記載された）マスクがハーフトーン型又はリム型又はクロムレスシフタ遮光型の位相シフトマスクであると、よりコントラストの良い露光量分布が得られる。
【００５９】
前記（最初に記載された）マスクのパターンが斜め方向から照明されたり、σが０．６以上の状態で垂直方向から照明されて投影光学系により投影される一方、前記高コントラスト像はσが０．３以下の状態でレベンソン型等の位相シフトマスクを垂直方向から照明してそのパターンを結像させて形成される形態が採れる。
【００６０】
本発明の露光方法及び露光装置の好ましい形態では、前記マスクのパターンの像の強度分布の中心位置と、この像と多重露光が行なわれるところの前記高コントラスト像の強度分布の中心位置とが一致すべきであるが、レジストに最終的に形成すべき露光量分布のコントラストとの関係で、双方の像の強度分布の中心位置同士にある範囲内でのずれは許容される。
【００６１】
また本発明においては露光波長に制限はないが、本発明は、例えば400nm以下、とくに現在主流２５０nm以下の露光波長で露光を行なう場合に適用すると良い。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）を光源として用いる。
【００６２】
本発明、例えばマスクのパターンをウエハに投影する投影光学系と、相対的にσ（シグマ）が大きい（大σ）部分的コヒーレント照明と、相対的にσが小さい（小σ）部分的コヒーレント照明或いはコヒーレント照明との双方の照明が可能なマスク照明光学系とを有する投影露光装置を用いて実施できる。例えば、上記大σの部分的コヒーレント照明によって前記マスクパターン（回路パターン）の投影露光を行ない、コヒーレント照明又は小σの部分的コヒーレント照明によって位相シフト型マスクを照明することで2光束干渉露光を行なって干渉縞による高コントラスト像の露光を行なえる。
【００６３】
「部分的コヒーレント照明」とはσ（＝照明光学系のマスク側開口数／投影光学系のマスク側開口数）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。又、上記大σとはσが０．６以上、上記小σはσが０．３以下の事である。
【００６４】
この露光装置においては、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相対的にσが小さい部分的コヒーレント照明とが切換え可能な光学系を採用してもいい。
【００６５】
本発明は、例えば図２に示すような2光束干渉露光装置と、図１に示すような投影露光装置と、両装置で共用される感光基板であるウエハーを保持する移動ステージと、を有する露光システムによって実施できる。本発明を実施する各種露光装置の露光波長は、前述した通り400nm以下、とくに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。
【００６６】
【発明の実施の形態】
図3は本発明の露光方法の一実施形態を示すフロ−チャ−トである。図１には本実施形態の露光方法を構成するコントラストが高い像（高コントラスト像）によりレジストの露光を行なう周期パターン露光ステップ、従来の方法ではレジストにおける露光量分布が低コントラストとなる回路パターンを有するマスクの像によりこのレジストの露光を行う通常露光ステップと、これらの２つのステップにより二重露光を行なったレジストを現像する現像ステップの各ブロックとその流れが示してあるが、周期パターン露光ステップと通常露光ステップの順序は、図１の逆でもいいし、同時でもいいし、どちらか一方の露光ステップが複数回の露光ステップを含む三重以上の露光の場合は同期パターン露光と通常露光の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。又、周期パターン露光ステップや通常露光ステップは、例えば、ステップ＆リピート型やステップ＆スキャン型の投影露光装置によって、行なわれる。
【００６７】
通常露光ステップにおける上記マスクは、線幅や方向性が異なる複数のパターンを有しており、多重露光によりレジストにおける露光量分布を向上させるべき上記の回路パターンは、複数パターンのうちの最小線幅を有するその像のコントラストが最小の微細パターンである。
【００６８】
図3のフロ−に従って多重露光を行なう場合、まず周期パターン露光により、感光基板のウエハのレジストを図4（Ａ）に示すような周期パタ−ン像で露光する。図4（Ａ）中の数字は露光量を表しており、図4（Ａ）は、マスクの周期パターンの像を示しており、その白色部はレジストを露光しない部分（即ち影）で、斜線部はレジストを露光する部分（即ち光）であり、露光量を仮定的に白色部を０、斜線部を１としている。尚、図４（Ａ）は、マスク自身のパターンと見ることもできる。
【００６９】
仮にこの周期パタ−ン像のみでレジストを露光し多重露光を行なわないで、その後現像する場合、通常、周期パターン像の露光量とレジストの露光しきい値との関係は、ウエハのレジストの露光しきい値Ｅｔｈ（現像後レジストの膜厚が０になる境界値）が図4（Ｂ）の下部のグラフに示す通り露光量0と1の間になるように設定される。尚、図４（Ｂ）の上部は図４（Ａ）の像で露光されたレジストを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）の平面図を示している。図中、灰色部と白色部の現像した後で一方が凹凸の山、他方が凹凸の谷である。
【００７０】
53（Ａ），（Ｂ）に、図４の場合のウエハのレジストに関して、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」記す。）の各々を用いた時について、現像後のレジストの膜厚の、露光量依存性と、露光しきい値とを示してあり、ポジ型の場合は露光量が露光しきい値以上の場合に、ネガ型の場合は露光量が露光しきい値以下の場合に、現像後のレジスト膜厚が0となる。
【００７１】
図6は、このような露光を行った場合の、露光＆現像とエッチングプロセスを経てリソグラフィ−パタ−ンが形成される様子を、ネガ型（図の上部左側）の場合とポジ型（図の上部右側）の場合に関して示した摸式図である。
【００７２】
さて本実施形態の二重露光方法においては、図４〜図６の通常の露光感度設定とは異なり、図７（図４（Ａ）と同じ図面）及び図８に示す通り、高コントラストの像を与える周期パターン（図３のｆｅｒｓｔ  ｓｔｅｐ）での最大露光量を1とした時、感光基板であるウエハのレジストの露光しきい値Ｅｔｈを1よりも大きく設定する（図８の下部参照）。このときウエハは、図7に示す周期パターン像による露光のみ行ったレジストの露光パタ−ン（露光量分布）を現像した場合は露光量が不足するので、多少のレジスト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ウエハに凹凸の所謂リソグラフィーパタ−ンは形成されない。これは即ち潜像によってレジストに記録された周期パターンの消失と見做すことができる。尚、以下は、値が型レジストを用いてレジストに残しパターン（凸パターン）を形成する場合を説明するが、ポジ型レジストを用いて同様の残しパターンを形成することもできる。この時ポジ型レジストの場合は、二重露光に用いる例えば二枚のレチクルのそれぞれを、ネガ型レジストの場合のレチクルに対して光透過部と遮光部を逆転されたものとする。又、ポジ、ネガ各レジストを用いてレジストに抜きパターン（凹パターン）を形成することもできる。図８において、上部は周期パターン像のみ露光の結果得られるリソグラフィーパターンの平面図を示し（細線が複数描いてあるが実際は何もできない）、下部のグラフはレジストにおける露光量分布と露光しきい値Ｅｔｈの関係を示す。
【００７３】
本実施形態の特徴は、多重露光によって図３のｆｅｒｓｔ  ｓｔｅｐである周期パターン露光のみでは一見消失する、微細な高コントラスト像を含む周期パターン像による露光パタ−ン（Ｅ１）を図３のｓｅｃｏｎｄ  ｓｔｅｐである通常の露光による、露光装置の分解能以下の寸法パターンを含む任意の形状の回路パターン像による露光パタ−ン（Ｅ２）とを融合することにより、選択的に、レジストの所望の領域のみ露光しきい値Ｅｔｈ以上の露光量（Ｅ１＋Ｅ２）で露光し、最終的に、所望の前記任意の形状の回路パターンに対応するリソグラフィ−パタ−ンを形成できるところにある。この融合の際のポイントは、回路パターンのうちの最小線幅のパターンであり、それだけの露光では所望のコントラストの露光量分布が得られないパターンの像の位置に高コントラスト像をうまく重ねることである。
【００７４】
図9（Ａ）は上述の通常露光によるレジストの露光パタ−ンを示し、ウエハ上に投影される回路パターンのうちの最小線幅を有するパターンであり、投影露光装置の分解能以下の微細なパターンである為解像されない、パターンの像によるレジストの露光量分布である。明らかに、この露光量分布ははぼけて広がっている。
【００７５】
図９（Ａ）の露光パターンを形成するマスク上の最小線幅を有するパターンは、投影露光装置の解像可能な（所望のコントラストが得られる）線幅の約半分の線幅を有する微細パターンとしている。マスク上には、この微細パターンの他に解像可能な各種線幅のパターンが含まれている。
【００７６】
図９（Ａ）のほけた露光パタ−ンを作る回路パターンの通常露光を、図7のぼけていない微細露光パターンを作る周期パターン露光の後（又は前又は同時）に、現像工程なしで、同一レジストの同一領域（同一位置）に重ねて行ったとすると、このレジストのこの領域での合計の露光量分布は図9（Ｂ）の下部のグラフのようになる。ここでは、周期パターン露光による高コントラスト像の露光量Ｅ1と通常露光によるぼけ像の露光量Ｅ2の比が1:1、レジストの露光しきい値Ｅthが、周期パターン露光の露光量Ｅ1（＝１）と通常露光の露光量Ｅ2（＝１）の和Ｅ１＋Ｅ２（＝２）の間に設定されている為、本実施形態の二重露光を行なったウエハを現像すると、図9（Ｂ）の上部に示したリソグラフィーパタ−ンが形成される。その際通常露光のぼけた露光パターンの中心を周期パターン露光のぼけていない露光パターンのピークと合致させる。図９（Ｂ）の上部のリソグラフィーパターンの平面図が孤立線パタ−ンは、解像度つまり線幅が周期パターン露光によるリソグラフィーパターンと同様のものであり、通常の投影露光装置による一重露光で実現できる解像度以上の高微細な線幅のパタ−ンが二重露光により得られたことになる。一方、この通常露光で露光されるパターンのうち、二重露光で露光量分布コントラストが向上させられる最小線幅以外装置の解像度内の相対的に線幅が大きいパターンは、その像のコントラストが良く、露光量分布は、その像のみでレジストの露光しきい値Ｅｔｈを越えている。
【００７７】
ここで仮に、図10が示す、この線幅が大きいパターン像による露光パターンを作る通常露光（図７の露光パターンの2倍の線幅で露光しきい値Ｅｔｈ以上の露光量分布が形成できる(ここではしきい値の2倍の露光量をもつ)の、高コントラストで解像できる投影露光）を、図7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（同一位置）に重ねて行なったとすると、その際通常露光による露光パターンの中心が周期パターン露光の露光パターンの中心やピークと合致していると重ね合わせることで得られる合成像や合成露光パターンの対称性が良く、良好な合成像や合成露光パターンが得られるが、そうであってもなくても、このレジストにおける合成露光パターン即ち合計の露光量分布は、図１０（Ｂ）の下部のグラフのようになるが、現像後は周期パターン露光の露光パタ−ンは消失して、最終的に１０（Ｂ）の上部に示す通常露光によるリソグラフィーパタ−ンのみが形成される。
【００７８】
また、図11（Ａ）に示す露光パターンのように図７の露光パターンの3倍の線幅の高コントラストで解像できる露光パターンが生じる回路パターンの場合も、図示はしないが図７の露光パターンの４倍以上の線幅の露光パターンが生じる回路パターンの場合も、図１０の場合と同じで、二重露光をしても現像後は通常露光によるリソグラフィーパターンのみが形成される（図１０（Ｂ）参照）。従って図７の露光パターンと図８や図９の露光パターンとが生じるような線幅が異なる複数のパターンを有するマスクによる通常露光と周期パターン露光との二重露光においても、最終的に得られるリソグラフィーパターンは、その線幅を含めてマスクの回路パターンに対応する形で正しく規定でき、例えば投影露光で実現できる様々なリソグラフィーパタ−ンが、本実施形態の二重露光法により形成可能である。
【００７９】
以上説明した高コントラストの像より成る周期パターン露光と最小線幅のパターンに対応する低コントラストの像を含む通常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Ｅｔｈの調整を行っておくことにより、図8、図9（Ｂ）、図10（Ｂ）、及び図11（Ｂ）で示したような多種のパターンの組み合せより成り且つ最小線幅（解像度）が単純な周期パターン露光のものと同程度（図９（Ｂ）のパターン）となる回路パタ−ンをウエハ上に形成することができる。
【００８０】
以上本実施形態の二重露光の特徴をまとめると、
１． 通常露光をしない領域にある最大露光量がレジストの露光しきい値Ｅｔｈ以下の、周期パターン露光による露光パタ−ンは現像により消失する。
２． レジストの露光しきい値Ｅｔｈ以下の露光量がレジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域（露光領域）に関しては、通常露光と周期パターン露光の各露光パタ−ンの組み合わせにより決まる周期パターン露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パタ−ンが形成される。
３． レジストの露光しきい値Ｅｔｈ以上の露光量がレジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域（露光領域）は、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの組み合わせにより決まる、通常露光の露光パターンと同じ解像度をもつ露光パターンが形成される。
ということになる。
【００８１】
更に本実施形態の二重露光方法の利点として，最も高い解像力が要求される周期パターン露光を位相シフト型レチクル等を用いた２光束干渉露光で行なえば、通常の投影露光による周期パターンの結像に比して、はるかに大きい焦点深度が得られることが挙げられる。
【００８２】
以上の説明では周期パターン露光と通常露光の順番は、周期パターン露光を先としたが、逆或いは同時でも良い。
【００８３】
次に本発明の露光方法の具体例を第２の実施形態として説明する。
【００８４】
本実施形態は露光により得られる回路パタ−ン（リソグラフィーパターン）として、図12に示す所謂ゲートパタ−ンを対象としている。従って通常露光に用いるマスクには図１２のパターンと相似の回路パターンが描かれる。
【００８５】
図１２のゲートパタ−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、線幅は装置の通常露光による解像力の範囲内である、0.2μｍ以上である。本発明によれば、このような横方向のみの1次元方向にのみ高解像度を求められる最小線幅パターンＳをもつ２次元パタ−ンに対しては例えば2光束干渉露光による周期パターン露光をかかる高解像度の必要な1次元方向のみで行う。尚、図中Ｂは相対的に線幅が大きいパターンを示す。
【００８６】
図１３を用いて、本第２の実施形態における1次元の周期パターン露光と通常露光だけでは解像できないゲートパターンによる通常露光とから成る、同一露光波長での二重露光の様子を説明する。
【００８７】
図13において、図13（Ａ)は1次元方向のみに繰り返しパターンが生じる2光束干渉露光による周期的な露光パタ−ンを示す平面図である。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ラインとスペースのそれぞれの線幅が0.1μｍのラインアンドスペースパターンに相当する。図１３の下部における数値はレジストにおける露光量を表すものである。
【００８８】
このような２光束干渉による周期パターン露光を実現する露光装置としては、図12で示すような、レ−ザ151、ハ−フミラ−152、平面ミラ−153、を備えるによる干渉計型の分波合波光学系を備えるものや、図16の模式図で一部を示す投影露光装置において、マスクと照明光を図17又は図18のように構成した装置がある。勿論、図１６〜１８が示す露光装置は通常露光に利用できる。
【００８９】
まず図2の露光装置について説明を行なう。
【００９０】
図2の露光装置では、前述した通り、合波する2光束の夫々が入射角度θでウエハ１５４に斜入射し、ウエハ１５４のレジスト上に干渉縞（像）が形成できる。ウエハ154に形成できる干渉縞の線幅は前記(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−153の夫々の角度を変えることにより任意に調整可能で、一対の平面ミラー角度θの値を大きく設定すれば干渉縞パタ−ンの夫々の縞の線幅は小さくなる。例えば2光束の波長（露光波長）が248nm（KrFエキシマレーザー）の場合、θ=38度でも明暗各縞の線幅が約0.1μｍの干渉縞が形成できる。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、更に細かい線幅の干渉縞が形成できるからより高い解像度が得られることは言うまでもない。
【００９１】
次に図16〜18で示す露光装置に関して説明する。
【００９２】
図16の露光装置はレチクルの回路パターンをウエハに縮小投影する縮小投影光学系（多数枚のレンズより成る）を用いたステップ＆リピート型やステップ＆スキャン型投影露光装置であり、この種の現状で露光波長248nmに対して像側のNA0.6以上のものが存在する。
【００９３】
図１６中、161はマスク（レチクル）、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２光束の位置を一対の黒点で示した説明図である。図１６は露光装置の露光モードを周期パターン露光に設定し、2光束干渉露光を行っているときの光束の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1の通常の投影露光とは異なり、光軸と平行な光線束が無く、2つの平行光線束だけから成っている。
【００９４】
図16に示すように通常の投影露光装置において2光束干渉露光を行うためには，マスクとその照明方法を図17又は図18のように設定すればよい。以下図１７と図１８で表わされた3種のマスク−照明方法の組み合せ例について説明する。
【００９５】
図17（Ａ）が示すマスクはレベンソン型の位相シフトマスクを示しており、図１７の左の図が示すようにこのマスクを垂直な方向から照明する。このマスクは、例えばクロムより成る遮光部171のピッチＰOが（４）式で、石英より成る位相シフタ172のピッチＰOSが（５）式で表わされるマスクである。
【００９６】
【外１】
0004194200.tif 000004
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。
【００９７】
一方、図17の（Ｂ）が示すマスクは、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、図１７の左の図が示すようにこのマスクも垂直な方向から照明する。このマスクは、レベンソン型位相シフトマスクと同様に石英より成る位相シフタ181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。（Ａ），（Ｂ）のどちらのマスクも基板は石英である。
【００９８】
図17（Ａ）、（Ｂ）の夫々の位相シフトマスクを用いて２光束干渉露光を行なうには、これらのマスクに対して、σ＝０（０に近い値）の所謂コヒーレント照明やσ≦０．３の小σの部分的コヒーレント照明を行なう。具体的には、マスクを照明する照明光学系の円形開口絞りを、一般のマスク用の絞り（σ≧０．６の大σの部分的コヒーレント照明用から、これら位相シフトマスク用の前記小σの絞りに交換し、マスク面に対して垂直な方向（投影光学系１６３の光軸に平行な方向）から照明光をマスクに照射する。
【００９９】
このような位相シフトマスクへの照明を行なうと、マスクから上記垂直な方向に出る０次透過回折光は、位相シフタ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うので、存在しなくなるが、±1次の透過回折光より成る２つの平行光線束がマスクから投影光学系163の光軸に対して対称に発生し、これらが図16の2個の物体側露光光１６５としてウエハ１６６上で干渉して干渉縞（像）を形成する。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。
【０１００】
図18に示したマスクは、クロムより成る遮光部のピッチＰＯが、例えば、（４）式と同様の（６）式で表わされるマスクで、投影光学系１６３の光軸に対して角度θ。傾いた方向から照明される。
【０１０１】
【外２】
0004194200.tif 000005
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。
【０１０２】
図18に示すような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め方向からの照明を行なうことにより干渉縞形成用の２光束を発生させる。この場合の照明光のマスクへの入射角θ0は、例えば（７）式を満たすように設定される。理想的なケースは、光軸を含む対称面に対して対称となるように互いに逆方向にθ０傾いた一対の平行光線束によりマスクを照明する場合である。
【０１０３】
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。
【０１０４】
図18が示す位相シフタを有していないマスクに対して上記（７）式を満たす平行光線束により斜入射照明を行なうと、マスクからは、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次透過回折光との2光束が、図16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、クロムの繰り返しパターンを結像する。このときの像も干渉縞である。
【０１０５】
尚、本願においては、このような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。
【０１０６】
以上が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、この技術を用いて図１３（Ａ）が示す、周期的露光パターンが得られる。図１に示したような投影露光装置の照明光学系１９２はσ＝０．６前後の部分的コヒーレント照明を行なうように構成してあるので、図１の照明光学系１９２の不図示のσ＝０．６前後の開口絞りをσ≦０．３に対応する小σ用の開口絞りに交換可能にする等、光学系を切り換えて、投影露光装置において小σの部分的コヒーレント照明や実質的にコヒーレント照明を行なうよう構成する。
【０１０７】
図１２及び図１３が示す第２実施形態の説明に戻る。
【０１０８】
本実施形態では前述した2光束干渉露光による周期パターン露光の次や前に行なう、マスク投影による通常露光（例えば図１の装置でマスクに対してσ＝０．６前後の部分的コヒーレント照明を行なうもの）によって図13（Ｂ）が白抜きの部分として示すゲートパタ−ンの露光を行う。図13（Ｂ）の上部には二重露光を行なう時のゲートパターン（像）と2光束干渉露光による周期パターン（像）の相対的位置関係と、投影露光されるゲートパターンのマスクでの露光量を示し、図１３の下部は、通常露光によるゲートパターン像のウエハのレジストに対する露光量を、縦横0.1μｍピッチの分解能でマップ化したもの、を示す。
【０１０９】
この投影露光によるゲートパタ−ンの像の最小線幅の部分（パターン像）は解像せず広がり、コントラストが低く、この部分の各点の露光量の値は下がる、この低コントラストパターン像による露光量を、パターン中心部とその外側のサイドの部分をそれぞれａ，ｂで表わし、両側からのぼけ像がくるパターン像とパターン像の間の部分をＣとすると、露光量は１＜ａ＜２  ０＜ｂ＜１  ０＜Ｃ＜１と、パターン像中心部は大きく、両サイドは小さくなり、ゲートパターンの像の領域毎に露光量が異なる露光量分布を生じさせることになる。このようなゲートパターンが形成されたマスクを用いる二重露光の場合の各露光での露光量比は、ウエハ（レジスト）上で、例えば周期パターン露光:通常露光=1:2である。
【０１１０】
周期パターン露光と通常露光の組み合わせによって図１２の微細回路パタ−ンであるゲートパターンが形成される様子について詳しく述べる。本実施形態においては2光束干渉露光による周期パターン露光と投影露光による通常露光の２つの露光の間には現像過程はない。従って各露光の露光パタ−ンが重なる領域での各点の露光量は加算され、加算後新たな露光パタ−ン（露光量分布）が生じる、この新露光パターンに対して現像が行なわれこととなる。新露光パターンでは、二重露光により、ゲートパターンのうち最小線幅のパターンに関する露光量分布のコントラストが改善され、後述するようにその露光量はレジストの露光しきい値を越えることになる。
【０１１１】
図13（Ｃ）の上部は、本実施形態の二重露光によっての図１３（Ａ）の露光パターンと図１３（Ｂ）の露光パターンとを加算した結果生じる露光パターン（露光量分布）を示しており、ｅで示される領域の露光量は１＋ａで２より大きく３未満である。図１３（Ｃ）の下部は、この図１３（Ｃ）の上部で示す露光パタ−ンに対して現像を行った結果の凹凸パタ−ンを白色と灰色で示したものである。本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい値が1より大きく2未満であるレジストを用いており、そのため現像によって露光量が１より大きい部分のみが凹凸パターンとして現れている。図１３（Ｃ）の下部に灰色で示したパタ−ンの形状と寸法は図12に示したゲートパタ−ンの形状と寸法と一致しており、本実施形態の露光方法によって、０．１μmといった微細な線幅を有する互いに線幅が異なる複数のパターンＢ，Ｃを備える回路パターンであるところのゲートパターンが、例えば、同一露光光（同一露光波長）で、２種類のマスクの切り換えと大σの部分的コヒーレント照明と、コヒーレント照明或いは小σの部分的コヒーレントとが切換え可能な照明光学系を有する投影露光装置を用いて先に説明した二重露光を行なうことにより、形成可能となった。
【０１１２】
図１４、図１５は波長λ＝２４８ｎｍのレーザ光を放射するＫｒＦエキシマレーザを光源とするステッパー（投影露光装置）を用いて第２の実施形態の２重露光を行なった時の具体的な実施例を示す図である。図１４に示すような、最小線幅０．１２μｍのゲートパターンの像でウエハのレジストを露光した語、現像せずに、このレジストのゲートパターン像露光位置に重ねて、レベンソンタイプの位相シフトマスクにより、干渉縞の明部がゲートパターンのうちの最小線幅のパターンの像と重なるように高コントラストの干渉縞像を露光したものである。以下にこの具体例の露光条件を示す。
【０１１３】
投影レンズのＮＡは０．３、照明系は、レベンソンタイプの位相シフトマスクを用いる周期パターン露光ではσが０．３の垂直照明とし、ゲートパターンを有するマスクを用いる通常露光では、リングの外側の径でのσが０．８、リングの内側の径でのσが０．６の輪帯照明が行なえる輪帯状２次光源（オプティカルインテグレータの射出面又は近くでの光源）からの光により斜め方向から照明することとした。リングの外側の径は少なくとも０．８、リングの幅は少なくとも０．２が好ましく、最小線幅及び他の線幅に応じて、各々の値を決める。尚、通常露光時の露光量が周期パターン露光時の露光量の２倍になるように露光量を設定した。
【０１１４】
図１５において、等高線を使って最上段には周期パターン露光時の干渉縞（像）によるウエハのレジストの露光量分布、２段目には通常露光時のゲートパターン像によるレジストの露光量分布、３段目には周期パターンと投影露光の二重露光における露光量分布、４段目には現像後のレジストによるウエハ上の凹凸パターン（レジストパターン）を示す。
【０１１５】
各段ともウエハの投影光学系のピント位置０．０μｍとこのピント位置からのデフォーカス量が、０．０．２μｍと０．４μｍとの３つ場合について露光量分布と凹凸パターンを描いている。
【０１１６】
図１５の２段目に表わされているように、一回の投影露光のみではぼけてコントラストの高い微細なゲートのパターン像が得られないが、図１５の１段目の周期パターンの高コントラスト像をレジストの投影露光の露光位置に重ねることにより、図１５の３段目に表わされるようにゲートパターン像の微細な部分（最小線幅のパターンＳの像）もコントラストが向上して解像され、実際に、図１５の４段目にあるような所望のゲートパターンに対応する凹凸パターンが作成できた。
【０１１７】
図１９は本発明の多重露光方法における周期パターン露光を行なえる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１９において、２０１は２光束干渉用の分波＆合波光学系で、基本構成は図２の光学系と同じである。２０２は、ＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）、２０３はハーフミラー、２０４は平面ミラー、２０５は光学系２０１との位置関係が、完全に固定又は適宜ベースライン（長さ）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、オートアライメントの為に、ウエハ２０６上の位置合わせマーク２０９を観察し、その位置を検出する。２０７は光学系２０１の光軸２０８に直交するＸ−Ｙ平面に沿って自由に及びこの光軸方向（Ｚ方向）に移動可能なＸＹＺステージで、不図示のレーザー干渉計等を用いてそのＸ，Ｙ二方向の位置が正確に制御される。装置２０５と２０７の構成や機能は周知なので具体的な説明は略す。
【０１１８】
図２０は本発明の多重露光方法を実施できる、周期パターン露光を行なうための２光束干渉用露光装置と通常露光を行なうため投影露光装置より成る高解像度露光システムを示す概略図である。
【０１１９】
図２０において、２１２は図１９の光学系２０１、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、ウエハの位置合わせのためのオフアクシス位置合わせ光学系２１７とマスク２１５の例えば図１４に示すような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。装置２１３の不図示の照明光学系は第２の実施形態で用いた投影露光装置と同じく、大σの照明が可能であり、ここでもリングの内径のσ＝０．６でリングの外径のσ＝０．８の輪帯状照明が行なえる系とする。
【０１２０】
レチクル位置合わせ光学系２１４は、オートアライメントの為に、マスク２１５上の位置合わせマーク２２０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、オートアライメントの為に、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２０９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。
【０１２１】
図２０の２１９は２光束干渉用露光装置２１２と投影露光装置２１３で共用される一つのＸＹＺステージであり、このステージ２１９は、装置２１２、２１３の各光軸２０８、２２１に直交する平面内で自由に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。
【０１２２】
ウエハ２１８を保持したステージ２１９は、図２０の位置（１）に送り込まれてウエハ２１８の位置が正確に測定され、測定結果に基いて位置（２）で示す装置２１２の露光位置にウエハ２１８が送り込まれてウエハ２１８へ２光束干渉露光（周期パターン露光）が行なわれ、その後、位置（３）に送り込まれてウエハ２１８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（通常露光）が行なわれる。
【０１２３】
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ＴＴＬの位置合わせ光学系や、投影光学系２１６とマスク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。
【０１２４】
図２１は本発明の露光方法が実施できる、周期パターン露光（高コントラスト投影露光）と通常の投影露光（低コントラスト像、又は低、高コントラスト像混在投影露光）の双方が行なえる高解像度露光装置を示す概略図である。
【０１２５】
図２１において、２２１はＫｒＦエキシマレーザ（波長約２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長約１９３ｎｍ）、２２２は照明光学系、２２３はマスク、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、例えば図１４に示すような回路パターンが描かれたマスクと、前述したレベンソン型位相シフトマスク又はエッジシフタ型マスク又は位相シフタを有していない周期パターンマスク等の、回路パターンが描かれていない、周期パターンレチクルとの、一方を選択的に供給するために設けてある。尚、周期パターンレチクルは、周期パターンとは異なる場所にある種の回路パターンが描かれていてもいい。
【０１２６】
図２１の２２９は２光束干渉露光による周期パターン露光と投影露光による通常露光で共用される一つの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に沿って自由に及びこの光軸方向に移動可能で、不図示のレーザー干渉計等を用いてそのＸ、Ｙ方向の位置が正確に制御される。
【０１２７】
また、図２１の装置は、不図示のレチクル位置合わせ光学系、図２０で説明したオフアクシス位置合わせ光学系２１７を備えており、この他に不図示のＴＴＬ位置合わせ光学系とＴＴＲ位置合わせ光学系も備え、これらの位置合わせ光学系を用いてマスク２２３とウエハ２２８の各ショットエリアとの位置合せを行なう。
【０１２８】
図２１の装置の照明光学系２２２は大σの部分的コヒーレント照明と小σの部分的コヒーレント照明或いは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内に図示した、図１７と図１８を用いて前述した（1a）又は（１ｂ）の照明光を、小σの部分的コヒーレント照明の場合にはブロック２３０内の（１ｃ）の前述した照明光を、前述したレベンソン型位相シフトマスク又はエッジシフタ型マスク又は位相シフタを有していない周期的クロムパターンマスクの一つに供給し、大σの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（２）の照明光を所望の回路パターンが描かれたマスクに供給する。大σの部分的コヒーレント照明から小σ部分的コヒーレント照明への切換えは、照明光学系２２２のフライアイレンズの直後通常に置かれる開口径が大きな絞りを、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。尚大σはσ≧０．６，小σはσ≦０．３である。尚、ブロック２３０内の（２）の照明光の代りに、前述した輪帯状照明光を用いることもできる。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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光束干渉露光などの周期パターン露光および通常露光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、更に露光パターンの重ね合わせも、わざと若干ずらして行う、等適宜調整することが可能である。このようなことを行うことで形成可能な回路パタ−ンにバリエ−ションが増える。
【０１３１】
図２２〜図２６は本発明の露光方法の第３の実施形態の説明図である。図２２は第３の実施形態の露光方法を示すフローチャートである。図２２には本発明の露光方法を構成する高コントラスト像露光ステップ、通常露光ステップ（例えば投影露光により実施される）、現像ステップの各ブロックとその流れが示してある。同図の高コントラスト像露光と通常露光の順序は、実際は、逆でも同時でもいいし、どちらか一方の露光が複数回の露光ステップを含む２を越える回数の多重露光の場合は高コントラスト像露光と通常露光の各露光ステップを交互に行うことも可能である。また、各露光間には．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。遮光部のない位相型マスクにより高コントラスト像露光を行なうとして、図２２のフローに従って露光を行う場合、まずウエハのレジストを高コントラスト像で露光できる図２３（Ａ）に示すようなマスクＭで露光する。１は石英より成る基板で、２は石英より成る位相シフト部である。
【０１３２】
図２３（Ａ）は遮光部を介さず隣接する二領域間を通過する光束に位相差を与える位相型マスクＭの一例を表わし、マスクパターンとして他の周囲の領域を通過する光に比べてそこを通過する光の位相が１８０°（±３０°）変化する厚さの位相シフト部２を用いている。図２３（Ｂ）は例えば図２１の投影露光装置により図２３（Ａ）の位相型マスクＭのパターン２をウエハ上に投影してレジストを露光したときの露光量分布を示す。投影光学系の縮小倍率を考慮して仮に位相シフト部２を図２３（Ｂ）のウエハでの露光量分布と重ねて考えてみると、露光量分布は、シフト部２の中心に極大値を持ち、シフト部２のエッジ部に相当する位置に極小値を持つ分布である。シフト部２の線幅Ｌ２を投影光学系のＮＡで決まる解像限界付近とすれば、中心部の極大値をもつ部分の露光量分布は図２３（Ｂ）のように正弦波に近い分布となる。尚、露光量分布全体の両サイドに次の周期の強度分布に相当する若干の落ち込みが生じる。
【０１３３】
このような位相シフト部２のパターンだけを露光後レジストを現像した場合、図２３（Ｂ）に示すようにウエハのレジストのしきい値Ｅｔｈを設定すれば、ポジ型レジスト（以下、「ポジ型」と記す。）を用いれば、図２３（Ｃ）のような２ラインの凸部をもつレジストパターンが出来、ネガ型レジスト（以下、「ネガ型」配す。）を用いれば、図２３（Ｄ）のように２ラインの凹部をもつレジストパターンが形成される。
【０１３４】
本実施形態においては、図２３（Ｂ）で示した露光感度設定（露光しきい値Ｅｔｈ）とは異なり、図２３（Ｅ）に示す通り、高コントラスト像露光での中心露光量を１としたとき、被露光基板であるウエハ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。この場合は図２３（Ａ）に示す位相シフト部２のパターンの露光のみ行った露光パターン（露光量分布）は露光量が不足するので、現像した場合は、多少の膜厚変動はあるものの、膜厚が０となる部分は生じず、エッチングによってウエハ上にリソグラフィーパターン（凹凸パターン）は形成されない。これは即ちパターンの消失と見做すことができる。
【０１３５】
この時の、ポジ型を用いたときの現像の結果は図２３（Ｆ）、ネガ型を用いたときの現像の結果は図２（Ｇ）となる。
【０１３６】
本実施形態の特徴は、レジストの露光しきい値Ｅｔｈとの関係で、そのパターン（像）の露光のみでは消失する高解像度＆高コントラストの露光パターンと通常の投影露光装置の分解能以下の大きさの低コントラストの（その露光だけでは、解像できない）パターンを含む互いに線幅が異なる複数のパターンを有する任意の形状の露光パターンとを融合する二重露光を行なうことにより、レジストの所望の領域のみレジストの露光しきい値Ｅｔｈ以上の露光量で露光を行ない、最終的に、前記任意形状の露光パターン（マスクパターン）に対応するリソグラフィーパターンを形成できるところにある。
【０１３７】
図２４で孤立ラインのパターン（像）の露光方法について説明する。図２４（Ａ）は図２３（Ａ）で説明した位相型マスクＭのマスクパターン、図２４（Ｂ）は図２２の高コントラスト像露光ステップとして、この位相マスクＭの投影露光が行なわれたウエハのレジストでの露光量分布を示している。
【０１３８】
図２４（Ｃ）は図２２の通常露光ステップに対応する投影露光を行なう回路パターンが形成されたマスクＭａを示し、このマスクＭａの回路パターンは投影露光装置の分解能以下の微細なパターンである為、線幅ＬＸでパターンの解像ができずにウエハー上でのパターン像の強度分布は図２４（Ｄ）のようにぼけて広がっており、コントラストが低い。このような低コントラストの像による露光では、レジストの露光量分布も図２４（Ｄ）に示す分布となり、仮に露光しきい値Ｅｔｈが露光量Ｅ２より低くても、マスクＭａの開口の線幅ＬＸに対応する線幅をもつ微細な凸や凹のレジストパターンはできない。
【０１３９】
本実施形態では、マスクＭａの微細パターンの線幅ＬＸを、投影露光装置が解像できる線幅（解像度）の約半分の線幅としている。
【０１４０】
尚、このマスクＭａの微細パターンの線幅は、投影露光装置の解像度の１／２〜１／４であっても良い。
【０１４１】
図２４（Ｃ）のマスクＭａの微細な開口パターンでレジストを露光する通常露光を、図２４（Ａ）の位相マスクＭを用いた高コントラスト像の露光の後に、現像工程なしで、同一露光波長で、別のマスクを用いて、同一レジストの同一領域に重ねて行ったとすると、この二重露光によるこのレジストの合計の露光量分布は、図２４（Ｂ）の分布に図２４（Ｄ）の分布を加えた図２４（Ｅ）のような分布になる。尚、ここでマスクＭの位相シフト部２による高コントラスト像露光の露光量Ｅ1 とマスクＭａの開口パターンの通常露光の露光量Ｅ2 の比がｌ：１、レジストの露光しきい値Ｅｔｈが露光量Ｅ1 （＝１）と、露光量Ｅ1 及び露光量Ｅ2 の和（＝２）との間に設定している。
【０１４２】
この為、ポジ型レジストを用いれば、現像後、図２４（Ｆ）のようなリソグラフィーパターンが得られ、ネガ型レジストを用いれば、現像後、図２４（Ｇ）のようなリソグラフィーパターンが得られる。このとき、レジストにおいて図２４（Ａ）の位相マスクＭによる露光パターン中心と、図２４（Ｃ）のマスクＭａのパターンによる露光パターンの極値致位置（ピーク）とを合致させる形で２重露光を行なうのが良い。
【０１４３】
図２４（Ｆ），（Ｇ）に示す、本実施形態の二重露光により得られる孤立線のリソグラフィーパターンは、解像度が位相型マスクＭによる露光のものであり、且つ不要なパターンもない。従って通常の投影露光装置で実現できる解像度以上の高解像度の回路パターンが得られたことになる。
【０１４４】
以下、高コントラスト像（高コントラスト露光パターン）を遮光膜なしの位相型マスクＭで作成するときの位相シフト部のいくつかの構成と各構成に対応するウエハ（レジスト）における露光量分布とを整理して図２５に示す。図２５においても斜線で示す部分が位相シフト部２である。
【０１４５】
図２５（Ａ）は単一エッジのみの場合のマスク断面構造を示し、ウエハ上では図２５（Ｂ）のような露光量分布を持つ。これは黒い縞１本のパターンに対応する。図２５（Ｃ）は上述の孤立パターンの場合のマスクＭの断面構造を示し、図２５（Ｄ）た示すような黒い縞２本、この間の白い縞１本のパターンに対応にする露光量分布をウエハのレジスト上に形成する。図２５（Ｅ）は黒い縞３本、これらの間の白い縞２本のパターンに対応する露光量分布を形成する位相シフト部を持つマスクＭの断面構造を示し、ウエハのレジストで図２５（Ｆ）のような露光量分布を得る。図２５（Ｇ）はさらに本数を増やした場合で黒い縞４本、これらの間の白い縞３本のパターンに対応する露光量分布を形成するマスクＭの断面構造を示し、図２５（Ｈ）はそのときのウエハ上の露光量分布である。
【０１４６】
本実施形態では、ウエハに高γのレジストを用い、位相マスクＭの位相シフト部のパターンによりウエハーのレジストを高コントラスト像で露光後、解像不可能な微細線幅（例えばＬ＆Ｓ）のパターンを含む複数の線幅が異なるパターンをもつ一マスクパターンでこのレジストの高コントラスト像と同一露光位置を同一露光波長で通常露光し、この二重露光したウエハを所定の露光しきい値Ｅｔｈで現像処理して、前記マスクパターンに対応する、微細な線幅のパターンを含む回路パターンを形成している。尚、図２４（Ｂ），（Ｄ）が示す露光量分布の最大露光量は露光しきい値を越えない。
【０１４７】
以上の本実施形態の二重露光方法の原理をまとめると、
１． 通常露光をしない領域にある、最大露光量がレジストの露光しきい値Ｅｔｈ以下の、高コントラスト像露光による露光パタ−ンは現像により消失する。
２． レジストの露光しきい値Ｅｔｈ以下の露光量がレジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域（露光領域）に関しては、通常露光と高コントラスト像露光の各露光パタ−ンの組み合わせにより決まる、高コントラスト像露光の露光パターンと同じ解像度を持つ露光パタ−ンが形成される。
３． レジストの露光しきい値Ｅｔｈ以上の露光量がレジストに供給される、通常露光の露光パタ−ン領域（露光領域）は、通常露光と周期パターン露光の各露光パターンの組み合わせにより決まる、通常露光の露光パターンと同じ解像度をもつ露光パターンが形成される。
ということになる。更に本二重露光の利点として、最も解像力の高い露光パターンに対して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。
【０１４８】
以上の高コントラスト像露光と、低コントラスト像と高コントラスト像とを含むマスクパターン像による通常露光の順番は、高コントラスト像露光を先としたが、逆でも同時でも良い。
【０１４９】
次にコンタクトホール等、２次元の孤立パターンをウエハ上に形成する場合の実施形態を示す。図２６は２次元孤立パターンの作成の状況を示す説明図である。
【０１５０】
図２６（Ａ）は下地となる高コントラスト像を作成するための位相型マスクＭを上から見た平面図と、ウエハのレジストの露光量の分布を示す。図２６（Ａ）中で斜線で示す部分２が通過する光の位相を他の領域を通過する光に比べて１８０°変えて位相シフト部２である。位相が変化している位相シフト部２のエッジ部付近で露光量が低下する。このエッジ部より外側の露光量低下領域を網点で示し、このエッジ部より内側の露光量低下領域をを四角の実線で、マスクＭに重ねて示した。
【０１５１】
高コントラスト像を作る位相型マスクＭと、低コントラスト像と高コントラスト像が生じる互いに線幅が異なる複数のパターンより成る回路パターンをもつマスクＭａの、一部の断面及び露光量分布に関し、Ｘ軸方向については図２６の左側に、Ｙ軸方向については図２６の右側に示した。マスクＭのＸ方向とＹ方向の断面図を図２６（Ｂ）に示し、マスクＭで高コントラスト像露光したときのレジストでのＸ，Ｙ方向の各断面の露光量分布を図２６（Ｃ）に示す。マスクＭの位相シフト部２（パターン）はＹ軸方向の幅はＸ軸方向の幅に比べて大きくしてあるのでＹ方向の断面での露光量分布はＸ軸方向の断面での露光量分布ををそのまま引き伸ばした形となっている。
【０１５２】
図２６（Ｄ）は通常露光時に投影されるマスクＭａの開口のＸ軸、Ｙ軸方向の断面を示しており、開口の寸法ＬＸ，ＬＹを示してある。このＬＸ，ＬＹが露光装置の解像度以下の値であるため、このマスクＭａの開口パターンは通常の露光だけでは解像しない。従って開口パターンＭａの像はぼけ、レジストでの露光量分布は図２６（Ｅ）のようにＸ軸、Ｙ軸両方向の断面で広がったものとなる。２つのマスクＭ，Ｍａによる各露光での露光量分布を足し合わした合計露光量分布は図２６（Ｃ）の分布と図２６（Ｅ）分布とを加え合わせた図２６（Ｆ）のような分布になる。露光しきい値Ｅｔｈを図２６（Ｆ）で示すように設定すれば、ポジ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図２６（Ｇ）のようになり、又、ネガ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図２６（Ｈ）のようになり、通常の投影露光では得られない微細な孤立パターンが形成できる。尚、図２６（Ｃ），（Ｅ）に示される露光量分布の最大露光量が露光しきい値Ｅｔｈを越えない。
【０１５３】
次に本発明の他の実施形態を説明する。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１２に示すゲートパターンを対象としている。
【０１５４】
もう一度説明すると、図１２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、縦方向では最小線幅が０．２μｍである。本実施形態によれば、このようなＡ−Ａ′方向の１方向のみ高解像度が求められる２次元パターンに対しては高コントラスト像の露光をかかる高解像度が必要な１方向に着目して行えばいい。
【０１５５】
図２７〜図２９を用いて、高コントラスト像をゲートパターンの開口部（図中白抜き部）に重ねて露光する二重露光について説明する。
【０１５６】
まず、下地として、高コントラスト像を、ゲートパターンの露光パターンに露光量を多く与える露光パターンを形成するものとしてレジストに投影してレジストを露光する場合を示す。
【０１５７】
図２７は高コントラスト像で露光する場合を左側の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に、ゲートパターンで露光する場合を右側の（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示す。
【０１５８】
図２７（Ａ）は高コントラスト像を作成するための位相型マスクＭの平面図と、それでレジストを露光する時の露光量の分布を示す。斜線で示す部分２が他の領域の透過光に比べて透過光の位相を１８０°変えてある位相シフト部である。位相が変化しているエッジ部付近で露光量が低下する。エッジ部より外側の露光量低下領域を網点で示し、エッジ部より内側の露光量低下領域を四角の実線でマスクＭに重ねて示した。位相型マスクＭの断面図を図２７（Ｂ）に示し、マスクＭでレジストを高コントラスト像露光したときの露光量分布を図２７（Ｃ）に示す。
【０１５９】
図２７（Ｄ）は通常露光時に用いられるゲートパターンを有するマスクＭａを示し、その中央のＡ−Ａ′断面図が図２７（Ｅ）である。図２７（Ｅ）のマスクＭａの２つの開口の幅ＬＸは一回の投影露光のみでは解像せず２つの開口像がぼけるので、マスクＭａの投影露光によるレジストの露光量分布は図２７（Ｆ）のように広がったものとなる。
【０１６０】
しかしながら二重露光の結果である、マスクＭとマスクＭａのそれぞれの露光量分布の合計露光量分布は図２８（Ａ）のようになる。レジストの露光しきい値Ｅｔｈを図２８（Ａ）で示すように設定すれば、ポジ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図２８（Ｂ）のように得られる。尚、図２７（Ｃ），（Ｅ）が示す露光量分布の最大露光量は、露光しきい値Ｅｔｈを越えない。
【０１６１】
又、ネガレジスト使用時の現像後のレジストパターンは図２８（Ｃ）のようになる。
【０１６２】
ゲートパターンの中央部にある最小線幅を有するパターンに着目して、二重露光の状況を説明したが、以下ゲートパターン全体の二重露光の状況を図２９をもとに説明する。
【０１６３】
図２９において、図２９（Ａ）はマスクＭの投影露光による高コントラスト像露光で生じる露光パターン（露光量分布）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３２の下部における数値はレジストでの露光量を表すものである。
【０１６４】
本実施形態では前述した高コントラスト像露光の次に行なう通常露光（例えば図２１の装置でマスクに対して大σの部分的コヒーレント照明を行なうもの）によって図２９（Ｂ）が白抜きで示すゲートパターンの投影露光を行う。図２９（Ｂ）の上部にはマスクＭａのゲートパターンによる露光パターンとマスクＭによる露光パターンの相対的位置関係とゲートパターンの投影露光時のマスク上での露光量を示し、図２９（Ｂ）の下部は、ゲートパターン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０．１μｍピッチの分解能でマップ化したものである。
【０１６５】
このマスクＭａのゲートパターンの像の最小線幅の部分（パターン像）は解像せず広がり従って低コントラストとなるので、この部分の各点の露光量の値は下がる。この低コントラストパターン像露光量をパターン像中心部とその外側のサイドの部分をそれぞれａ，ｂで表わし、両側からのぼけ像が重なるパターン像とパターン像の間の部分をＣとすると、１＜ａ＜２ ０＜ｂ＜１  ０＜Ｃ＜１と、中心部は大きく両サイドは小さくなる。マスクＭ，Ｍａを用いる場合の各マスクによる露光でのレジストへの露光量比はマスクＭによる高コントラスト像の露光：マスクＭａのゲートパターン像露光＝１：２である。
【０１６６】
高コントラスト像露光とそれだけの露光では低コントラストとなり解像されないパターンをもつゲートパターンの通常露光とによる二重露光によって図１２の微細ゲート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高コントラスト像露光とゲートパターン像による通常露光の間には現像過程はなく、各露光の露光波長は互いに同じである。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、加算後の露光量により新たな露光パターン（露光量分布）が生じることとなる。
【０１６７】
図２９（Ｃ）の上部は本実施形態の図２９（Ａ）の露光パターンと図２９（Ｂ）の露光パターンを加算した結果生じる露光パターン（露光量分布）を示しており、ｅで示される領域の露光量は１＋ａとなり、２より大きく３未満である。図２９（Ｃ）の下部はこの露光パターンに対して現像を行った結果のリソグラフィーパターンを灰色で示したものである。本実施形態ではウェハのレジストは露光しきい値Ｅｔｈが１より大きいく２未満であるものを用いており、そのため現像によって露光量が１より大きい部分のみがパターンとして現れている。
【０１６８】
図２９（Ｃ）の下部に灰色で示したパターンの形状と寸法は図１２に示したゲートパターンの形状と寸法と一致しており、本実施形態の露光方法によって、０．１μｍといった微細な線幅を有する回路パターンが投影露光装置を用いて、形成可能となっている。
【０１６９】
次の実施形態では、図３０〜３２を用いて、下地としての高コントラスト像を、ゲートパターンの黒露光パターンに露光量を少なく与える露光パターンを形成するようにレジストに投影してレジストを露光する場合を示す。
【０１７０】
図３０は高コントラスト像で露光する場合を左側の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に、ゲートパターンで露光する場合を右側の（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示す。
【０１７１】
図３０（Ａ）は高コントラスト像を作成するための位相型マスクＭの平面図と、それでレジストを露光する時の露光量の分布を示す。斜線で示す部分が他の領域の透過光に比べて透過光の位相を１８０°変えてある位相シフト部２である。位相が変化しているエッジ部付近で露光量が低下する。エッジ部より外側の露光量低下領域を網点で示し、エッジ部より内側の露光量低下領域を四角の実線でマスクＭに重ねて示した。位相型マスクＭの断面図を図３０（Ｂ）に示し、マスクＭでレジストを露光したときの露光量分布を図３０（Ｃ）に示す。
【０１７２】
図３０（Ｄ）は通常露光時に用いるゲートパターンを有するマスクＭａを示し、その中央のＡ−Ａ′断面図が図３０（Ｅ）である。マスクＭａの中央部の２つの微細線のパターンは一回の投影露光では解像しない為、像はぼけて低コントラストとなり、その像によるレジストの露光量分布は図３０（Ｆ）のように広がったものとなる。
【０１７３】
このマスクＭの位相シフト部の投影による高コントラスト像露光とマスクＭａゲートパターン像の投影による通常露光とで二重露光することで得られるレジストの総露光量分布は図３１（Ａ）のようになる。レジストの露光しきい値Ｅｔｈを図３１（Ａ）で示すように設定すれば、ポジ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図３１（Ｂ）のように得られる。又、ネガ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図３１（Ｃ）のようになる。
【０１７４】
以上ゲートパターンの中央部に着目して、露光の状況を説明したが、以下、にゲートパターン全体の二重露光の状況を図３２（Ａ）〜（Ｃ）をもとに説明する。
【０１７５】
本実施形態の高コントラスト像又はそれによる露光パターンの周期は０．２μｍであり、この像又は露光パターンは線幅０．１μｍＬ＆Ｓパターンに相当する。図３２（Ａ）〜（Ｃ）の下部における数値はレジストでの露光量を表わすものである。
【０１７６】
本実施形態では前述したマスクＭの高コントラスト像の投影露光（例えば図２１の装置でマスクＭに対して部分的コヒーレント照明を行ない投影するもの）の次に（後、同時も可）行うマスクＭａのゲートパターン像の投影露光（例えば図２１の装置でマスクＭａに対して大σの部分的コヒーレント照明を行い投影するもの）によって図３２（Ｂ）が示すゲートパターンの露光を行う。図３２（Ｂ）の上部にはマスクＭによる高コントラスト像パターンとのマスクＭａによるゲートパターン像の相対的位置関係を示し、同図の下部は、マスクＭａのゲートパターン像の一回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０．１μｍピッチの分解能でマップ化したものである。
【０１７７】
このゲートパターン像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広がり、露光量の各点の値は下がって低コントラストとなる。露光パターンの各領域の露光量はおおまかに、パターン中心部は小さく、両サイドは大きい。ここで、中心部と両サイドの露光量をそれぞれｆ，ｇで表わし、両側のぼけ像が重なる中央部の露光量をｈとすると、０＜ｆ＜１  １＜ｇ＜２  １＜ｈ＜２となる。このよう解像できない線幅をもつゲートパターン像による露光パターンは領域毎に露光量が異なる、多値の露光量分布を生じさせることになる。
【０１７８】
このマスクＭ，Ｍａを用いる場合の各露光での露光量比はウエハのレジスト上で、マスクＭの高コントラスト像の露光：マスクＭａのゲートパターン像露光＝１：２である。
【０１７９】
以上説明した高コントラスト像投影露光とゲートパターン像投影露光の二重露光によって図１４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高コントラスト像露光とゲートパターン像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、加算後の露光量により新たな露光パターン（露光量分布）が生じることとなる。
【０１８０】
図３２（Ｃ）の上部は本実施形態の図３２（Ａ）の露光パターンと図３２（Ｂ）の露光パターンを加算した結果生じる露光パターン（露光量分布）を示しており、ｉ，ｊで示される領域の露光量は１＋ｉ，１＋ｊでそれぞれ２より大きく３未満である。
【０１８１】
図３２（Ｃ）の下部はこの露光パターンに対して現像を行った結果のパターンを灰色で示したものである。本実施形態ではウエハのレジストは露光しきい値が１より大きく２未満であるものを用いており、そのため現像によって露光量が２より小さい部分のみがパターンとして現われている。図３２（Ｃ）の下部に灰色で示したパターンの形状と寸法は図１４に示したゲートパターンの形状と寸法と一致しており、本実施形態の露光方法によって、０．１μｍといった微細な線幅を有する回路パターンが、投影露光装置を用いて、形成可能としている。
【０１８２】
次に別の形状の回路パターンヘ本発明を適用の実施形態を示す。本実施形態の回路パターンの形は図３３（Ｂ）に示されており、最小線幅が０・１μｍで且つ幅の広い部分は最小線幅の２倍の０．２μｍの幅をもつのパターンが２組０．１μｍの間隔で配置されている。
【０１８３】
本実施形態では、図３３〜３５を用いて、高コントラスト像による露光パターンにより低コントラスト像を形成する部分を含む回路パターン像による露光パターンに露光量を多く与える場合を示す。
【０１８４】
図３３（Ａ）は本実施形態の二重露光に用いる高コントラスト像作成用の位相型マスクＭを上から見たときのパターン形状を示す。図３３（Ｂ）は本実施形態の二重露光に用いる回路パターン像（但し低コントラスト像を含む）作成用のマスクパターンＭａを上から見たときのパターン形状を示す。
【０１８５】
図３７はマスクＭ，Ｍａのそれぞれによる投影露光の状況を示し、マスクＭで高コントラスト像を作り露光する場合を各図の左側の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に、マスクＭａの高、低コントラスト像混在の『パターン像で露光する場合を各図の右側の（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に示す。
【０１８６】
図３４（Ａ）は高コントラスト像作成用の位相型マスクＭの平面図で、斜線で示す部分そこを通過する光の位相を他の領域を通過する光の位相に比べて１８０°変えてある部分である。マスクＭの断面図を図３４（Ｂ）に示し、マスクＭのパターン像を投影したときのレジストでのの露光量分布を図３４（Ｃ）に示す。
【０１８７】
図３４（Ｄ）は回路パターン像作成用のマスクＭａの平面図で、投影露光時のぼけを考慮した露光量分布を模式的に示す。図３４（Ｄ）の白部が露光量の大きな部分で、斜線部がぼけで広がり、光量が低下している部分である。マスクＭａの中央の断面図が図３４（Ｅ）である。このマスクＭａによる投影露光では回路パターン像が解像しない為、像はぼけて低コントラストとなる。この露光によるレジストの、露光量分布は図３４（Ｆ）のように広がったものとなる。
【０１８８】
このマスクＭによる高コントラスト像の投影露光とマスクＭａの回路パターン像の投影露光で二重露光された後のレジストでの総露光量分布は図３５（Ａ）のように模式的に表わされる。中央部の露光量分布を示したのが図３５（Ｂ）である。露光しきい値Ｅｔｈを図３５（Ｂ）で示すように設定すれば、ポジ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図３５（Ｃ）のように得られる。又、ネガ型レジスト使用時の現像後のレジストパターンは図３５（Ｄ）のようになる。
【０１８９】
このレジストパターンの平面図は図３５（Ｅ）のようになり、所望の回路パターンが得られる。以上説明した実施形態の二重露光は、図２０や図２１で示した露光装置により行なえる。この時、露光波長は、各露光間で互いに同じである。以下の説明も露光波長は同一の場合である。
【０１９０】
次に以上説明した二重露光における高コントラスト像（以下周期パターンに代表させる）の露光と回路パターン像の露光における光量比と、二重露光で形成される露光パターンのコントラストについて詳しく説明する。
【０１９１】
図３６は二光束干渉露光で形成される周期パターンより成る露光パターンを灰色部分で一回の投影露光で形成される回路パターンより成る露光パターンを黒色で示し、二重露光の相対的位置関係を表わしている。灰色部分の露光パターンが高コントラスト像の露光による高コントラスト部、黒色部分の露光パターンが低コントラスト像（回路パターン像）による低コントラスト部となる。ここでの回路パターンはバーパターンより成るもので、図３６（Ａ）が１本バー、図３６，（Ｂ）が２本バー、図３６（Ｃ）が３本バーのパターンである。
【０１９２】
図３７（Ａ）は図３６（Ｃ）の三本バーパターンの像がレジストに与えるのＸ断面での露光量分布である。
図３７（Ａ）の露光量分布（像）のコントラストＡは
【０１９３】
【外３】
0004194200.tif 000006
であり、ｂ＜ｃの場合、コントラストはマイナス（図４８参照のこと）、ｂ＝ｃならばコントラストはゼロである（図４７参照のこと）。
【０１９４】
図３７（Ａ）が示す低コントラストで解像不能なパターンである３本バーパターンもこの事は先に述べた各実施形態でも繰り返し説明した。図３７（Ｂ）が示す高コントラストの露光量分布（像）を形成するの周期パターンとの二重露光により図３７（Ｃ）のような高コントラストで解像可能なパターンとなる露光量分布が得られる。
【０１９５】
さて三本バーパターン（回路パターン）による露光時と周期パターン（高コントラスト像）による露光時の露光量比を１：ｋとすると、
【０１９６】
【外４】
0004194200.tif 000007
である。
【０１９７】
このときの２重露光による露光量分布のコントラストＡ′は
【０１９８】
【外５】
0004194200.tif 000008
となる。
【０１９９】
ここで、レジストの解像可能なコントラストの値（コントラストしきい値）より光量比ｋを決定することができる。
たとえば使用するレジストのコントラストしきい値がＩｃだとすると
【０２００】
【外６】
0004194200.tif 000009
を満たす光量比ｋを決定すればよい。
【０２０１】
同一投影光学系の同一マスクパターンでは、ｂ，ｃの値はマスクを照明する際の照明条件によって決まり、Ｉ0，Ｉ1の値は周期パターン形成方法によって決まる。
【０２０２】
二重露光後の露光量分布のコントラストＡ′は通常の回路パターンの１回露光のコントラストＡよりＡ′−Ａだけ変化している。この変化量は、（１）式と（２）式より
【０２０３】
【外７】
0004194200.tif 000010
となる。ここで
【０２０４】
【外８】
0004194200.tif 000011
であり、（３）式における
【０２０５】
【外９】
0004194200.tif 000012
は、二光束干渉露光のによる周期パターン像やそれによる露光量分布のコントラストである。又、（３）式における
【０２０６】
【外１０】
0004194200.tif 000013
は、（１）と同様に回路パターン像やそれによる露光量分布のコントラストであり、限界解像以下の寸法が微細な領域では回路パターン像による露光のコントラストより二光束干渉露光のコントラストの方が大であるから
【０２０７】
【外１１】
0004194200.tif 000014
である。
【０２０８】
即ちＡ′−Ａ＞０であり、二重露光によって露光量分布のコントラストが増加することは明らかである。
【０２０９】
ここで、図３６（Ｃ）で示した二重露光の場合について、光量比ｋを求めてみる。
【０２１０】
現在、最も高性能なレジストは４０％コントラストで解像可能である（即ち、コントラストしきい値４０％）ので、以下で、４０％コントラストが得られるｋの条件をＡ′より求めてみる。
【０２１１】
通常のマスクパターンはパターン部分の透過率が１、背景の透過率が０である（尚、パターン部分の透過率が０、背景の透過率が２のマスクパターンもある）。背景の透過率は必ずしもゼロでなくてもよく、位相を１８０°反転させて数％（多くは１０％以下）の透過率をもつような、いわゆるハーフトーンであってもよい。このようなハーフトーンマスクについては後述する。
【０２１２】
投影光学系のウエハ側の開口数（ＮＡ）は０．６０、露光波長はＫｒＦエキシマレーザーのレーザ光のλ＝２４８ｎｍを用い、マスク面での三本バーパターンの幅と、周期パターンの幅は等しく、０．１２μｍとし、図３６（Ｃ）が示すような周期パターンの像は、照明条件をσ＝０．２としてレベンソン型位相シフトマスクを照明して投影することにより形成する。この周期パターン像によるレジストの露光量分布は、
【０２１３】
【外１２】
0004194200.tif 000015
である（図３７（Ｂ）参照）。
【０２１４】
図３６（Ｃ）が示すような３本バーパターンの像は、の照明条件をσ＝０．８〜σ＝０．５３の範囲で照度があり且つσ＝０．５３以下で照度がゼロの輪帯照明でマスクを照明して投影することにより形成する。この３本バーパターン像によるレジストの露光量分布は
【０２１５】
【外１３】
0004194200.tif 000016
である（図３７）Ａ）参照）。
【０２１６】
３本バーパターンの投影露光のみでは、コントラストＡは、下に示すように１２％であるから
【０２１７】
【外１４】
0004194200.tif 000017
解像不可能である。
【０２１８】
周期パターン像と３本バーパターン像との二重露光後のコントラストＡ′が４０％以上であるためには
【０２１９】
【外１５】
0004194200.tif 000018
なる条件を満たす必要があり、この条件式に先のＩ0，Ｉ1，ｂ，ｃの各値を代入してｋを求めると
ｋ＝１．６７
となり、二重露光後のコントラストＡ′を４０％以上にするためには、光量比ｋを１．６７にするとよいことになる。
【０２２０】
ｋ＝１．６７として、同条件の図３６（Ａ），（Ｂ）の場合についてパターン像は露光量分布のコントラストを計算する。図３６（Ａ）の１本バーパターンの二重露光の場合は、強度最小値ｃとは、強度最大値ｂをとるＸの位置から線幅の分だけ離れた位置での強度の値とする。
【０２２１】
【外１６】
0004194200.tif 000019
であり、二重露光によって一本バーパターンの投影露光時のコントラスト３７％から６０％に、コントラストが増加している。
【０２２２】
図３６（Ｂ）の二本バーパターンの二重露光場合の計算結果は、
【０２２３】
【外１７】
0004194200.tif 000020
であり、二重露光により二本バーパターンの投影露光時ののコントラスト９％から４１％にコントラストが増加している。
【０２２４】
以上、二重露光によって、１本バー、２本バー、３本バーなどの孤立から周期性のあるパターンに関して、いずれもコントラストが４０％以上に増加し、４０％レジストで解像可能となった。
【０２２５】
このように通常の回路パターン像の投影露光と高コントラスト像を供給する周期パターン像の投影露光の二重露光により、通常解像できない限界解像以下の微細なパターン像による露光量分布のコントラストを向上させることができる。このとき回路パターンへの照明条件と周期パターンのの照明条件を適宜設定して適切な光量比ｋをとることにより、使用するレジストで解像可能なコントラストのレベルに達する露光量分布（二重露光によるもの）を得ることができる。
【０２２６】
この結果を図３８に示した。
投影光学系はＮＡ＝０．６０，光源にＫｒＦエキシマレーザーを用いて露光波長はλ＝２４８ｎｍとした。
【０２２７】
図３８（Ａ）〜（Ｃ）では、上段に周期パターン像の強度分布（露光量分布）、中段にバーパターン像の強度分布（露光量分布）、下段に二重露光後の合成像の強度分布（露光量分布）を示している。バーパターンは線幅が０．１２μｍ幅の線パターンの１本バー、２本バー、３本バーである。図中の強度分布それぞれに矩形で示された部分がバーパターンのマスク上での強度分布である。下段の二重露光後の強度分布は、中段のバーパターンの強度分布に比べて、コントラストが向上しており、強度ピークが高く、マスクパターンの中央部にあるのでパターンのピッチがマスクパターンのピッチと等しくなっている。
【０２２８】
図３９は、図３８のバーパターンと同じパターンで隣り合うバーの位相が互いに反転しているレベンソン型の位相シフトマスクを用いて１回露光した場合のパターン像の強度分布（露光量分布）である。
【０２２９】
照明条件がσ＝０．２とσ＝０．５の２通りの場合を示した。図３９（Ａ）の孤立１本バーの場合は位相が反転する隣のパターンがないので通常のマスクの１本バーパターンと全く同じである。
【０２３０】
図３９（Ｂ）（Ｃ）の２本、３本バーの場合は隣りあうパターンの位相が反転しているのでの高いコントラストが得られ、σ＝０．５の場合よりも小σのσ＝０．２のよりコヒーレントな照明の方がコントラスト向上の効果が大きい。しかし、パターン両端では、位相が反転する隣のパターンがないため中央部と像強度が異ってしまい、特にσ＝０．２では中央部と両端の強度ピーク差が大きい。σが大きいσ＝０．５では、コントラストはやや低下するものの両端との強度ピーク差はなくなる。いずれの場合でも両端では像がぼけるため強度分布の裾が拡がり、強度ピークとなる位置がマスクパターンの中心からずれ、パターンのピッチがマスクパターンのピッチと等しくない。
【０２３１】
次に、二重露光で得られる露光量分布のコントラストのデフォーカス特性について述べる。
【０２３２】
位相シフトマスクの１回露光と、二重露光法とについて、デフォーカスに対するコントラストの変化を図４０＆４１に示す。
【０２３３】
回路パターンとして０．１２μｍ幅の線パターンの１本、２本、３本バーパターンの三種を用いた。図４０＆４１で、実線でバー中央のコントラストを示し、点線で端のコントラスト、即ち端のバーの強度ピークと線幅だけ離れた位置（バーのないところ）での強度よりもとめたコントラストを示した。
【０２３４】
図４０は、位相シフトマスクで１回露光した場合の露光量分布のデフォーカスに対するコントラスト変化であり、照明条件はσ＝０．５とした。
【０２３５】
図４１は、二重露光による露光量分布のデフォーカスに対するコントラスト変化であり、照明条件は低コントラスト像ができてしまうバーパターンの投影露光では、σ＝０．８〜０．５３の輪帯照明でσ＝０．５３より内側の照度をゼロとし、高コントラスト像を作る周期パターンの投影露光ではσ＝０．２の小σの部分的コヒーレント照明とし、各露光の光量比は１．５とした。投影光学系のＮＡは０．６、露光波長は２４８ｎｍである。
【０２３６】
図４０の実線が示すバー中央のコントラストは、３本バー、２本バー、１本バーと周期性がなくなるにつれ、ベストフォーカスでは高くなるが、デフォーカスするにつれて低下の割合が大きい。即ち、周期性がなくなると焦点深度が減少する。
【０２３７】
また、実線が示すバー中央のコントラストと、点線が示す端のエッジのコントラストとの差が大きい。４０％及び３０％のコントラストを得る焦点深度は、バー中央と端の焦点深度の小さい方をとると、
４０％コントラスト焦点深度は
３本バーでは、１．２μｍ
２本バーでは、１．１μｍ
１本バーでは、０．６μｍ
３０％コントラスト焦点深度は
３本バーでは、１．４μｍ
２本バーでは、１．３μｍ
１本バーでは、０．７μｍ
となる。
【０２３８】
一方、図４１では、バー中央のコントラスト値は相対的に低いが３本バー、２本バー、１本バーとコントラストピークの差が小さく、周期性がなくなってもコントラストのデフォーカスに対する低下の割合が小さい。
また、実線が示すバー中央のコントラストと、点線が示す端のエッジのコントラストとの差が小さい。
【０２３９】
４０％コントラスト焦点深度は
３本バーでは、０．６μｍ
２本バーでは、０．９μｍ
１本バーでは、１．６μｍ以上
３０％コントラスト焦点深度は
３本バーでは、１．６μｍ以上
２本バーでは、１．６μｍ以上
１本バーでは、１．６μｍ以上
となり、４０％コントラスト深度は位相シフトマスク１回露光と同程度の結果が得られたが、コントラスト比率を３５％，３０％と低くすると二重露光法の方が深度が大きく得られる。また、光量比の比率によってもコントラストは変わるので、レジストのコントラストしきい値以上になるように設定できる。
【０２４０】
ここまでは、バーパターンの線幅が１通りの場合について議論している。
【０２４１】
次に、周期パターンの線幅は１通りで、バーパターンとしていろいろな線幅のものが混在している場合について線幅リニアリティについて述べる。
【０２４２】
投影光学系と露光波長は、今までと同様で、周期パターンの投影露光とバーパターンの投影露光の照明条件も今までと同様とした。周期パターンの線幅は今まで通りの０．１２μｍに固定し、バーパターンの線幅は０．１μｍから０．１６μｍの線パターンが、５本バー、２本バー、１本バーとした。
【０２４３】
それぞれのパターンに対し、充分大きな線幅（この場合、０．３６μｍ）のときに、マスクとウエハー線幅が等しくなるような露光量スライスレベルを求め、同じスライスレベルでウエハ側での０．１μｍから０．１６μｍに対応する各線幅がマスクでの線幅からどれだけ誤差があるかを調べた。比較のために、同じ照明条件にした通常のバーパターン露光１回露光のみの線幅リニアリティ誤差も調べた。
【０２４４】
図４２＆４３が０．１μｍから０．１６μｍの線幅リニアリティ誤差である。デフォーカス０のときと、デフォーカス±０．２，±０．３μｍのときの線幅リニアリティ誤差を示している。図４２は、通常露光の線幅リニアリティ誤差で、照明条件はσ＝０．５３〜０．８の輪帯照明でσ＝０．５３より内側の照度をゼロとした。
【０２４５】
図４３は、二重露光法の線幅リニアリティ誤差で、照明条件はバーパターンの露光では、σ＝０．５３〜０．８の輪帯照明でσ＝０．５３より内側の照度をゼロとし、周期パターンの露光ではσ＝０．２の小σの部分的コヒーレント照明とした。これらの線幅は限界解像以下であり、コントラストが低い。ここでは、解像可能なコントラスト以下であっても露光量スライスレベルに達していれば線幅として求めている。
【０２４６】
図４２で線が途中で切れているところはパターンとして存在せず一様にぼけた状態であり、前述したように線が書かれていても解像可能なコントラストに達していない場合もある。
【０２４７】
図４３では、それぞれのパターンで、それぞれのデフォーカスで線幅の再現性としての限界解像力が延びている。かつ、線幅誤差の数値も低くなっている。
【０２４８】
二重露光法においてこれらより大きな線幅は、周期パターンの３倍の線幅の再現性が優れている。図４４に示すようにバーパターンのパターンの両方のエッジが周期パターンと一致しするからである。周期パターンの２倍の線幅は、再現性が良くない。
【０２４９】
バーパターンの線幅として、最小線幅に加えその２倍の線幅などが混在している場合、周期パターンのピッチを図４５のように部分的に変えることが有効である。
【０２５０】
二重露光法の線幅リニアリティ誤差は、図４３においては周期パターンの線幅を０．１２μｍと固定し、バーパターンの線幅を変えていったが、バーパターンの線幅によって図４５のように周期パターンのピッチを線幅の２倍又は２倍に近い値に等しくなるように部分的に変える方法では、線幅リニアリティ誤差がより少なくなることは明らかである。
【０２５１】
また、バーパターンと同じパターンで隣り合うバーの位相が互いに反転しているレベンソン型の位相シフトマスクを用いて１回露光する方法で、周期パターンの中央の線幅リニアリティ誤差は、前記二重露光のバーパターンの線幅と周期パターンのピッチを線幅の２倍に等しくする方法の線幅リニアリティ誤差とほぼ等しくなるが、周期パターンの端や孤立パターンに関しては、図４２のような通常露光の線幅リニアリティ誤差の結果とほぼ等しくなるので、線幅リニアリティ誤差に関しても二重露光の優位性がある。
【０２５２】
図４６は孤立線の投影方が露光の１回露光の結果と、二重露光の結果の２次元像である。表は、図４６でベストフォーカスの線幅がマスク線幅の結果と等しくしたときの露光量で解像したときのデフォーカスに対する線幅変化と、長手方向の長さをマスクの線幅との比で表したものである。マスク線幅と等しいときを１００％とした。
【０２５３】
二重露光の結果は、バーパターンの投影露光の１回露光の結果に比べてベストフォーカスでも長手方向の長さがマスク線幅に近づき、デフォーカスに対する線幅変化も少なく、焦点深度が向上している。
【０２５４】
本発明の他の実施形態を、図４９〜図５２を用いて説明する。本実施形態では、一回の露光では解像できないパターンが形成されるマスク（レチクル）の変形例を示す。
【０２５５】
二重露光法において、通常の露光装置を用いて一回の露光では、解像できないパターン像による投影露光に図４９に示す通常のＣｒ膜パターンを用いた場合に二重露光された部分の露光量が過大になる場合が考えられる。この場合、レジストパターンに膜減りが生じたり、デフォーカス時にマスクパターン像のコントラスト不足が生じて焦点深度が得られにくくなるが、以下の（１）〜（３）の３種類のパターンが形成されたマスク（レチクル）を用いると、図４９のＣｒ膜パターンに比べ高コントラストのマスクパターン像が得られるので、焦点深度も向上する。
【０２５６】
▲１▼ハーフトーン位相シフトパターン（図５０）
透過率：２〜１０％
シフタ材質：Ｍｏ系、Ｃｒ系、その他金属酸化物、窒化物
ｄｉｍｅｓｉｏｎ：Ｌ１〜５は適宜決定する
位相：ハーフトーン部とその他の部分を通過する光の位相差は１８０°
【０２５７】
▲２▼リム型位相シフトパターン（図５１）
ｄｉｍｅｓｉｏｎ：Ｌ１〜９は適宜決定する
位相：リム部とその他の部分を通過する光の位相差は１８０°
【０２５８】
▲３▼クロムレスシフタ遮光型位相シフトパターン（図５２）
特にこのタイプの場合は前記の二種類のタイプよりより微細な線幅のパターンに対し有効である。このタイプは線幅が細いパターンにおいて位相シフトパターンの両側のエッジ部分で生じる位相シフト効果が合成され一つのラインパターンとしてレジスト像が形成される。
【０２５９】
ｄｉｍｅｓｉｏｎ：Ｌ１〜５は適宜決定する
位相：パターン部とその他の部分を通過する光の位相差は１８０°
【０２６０】
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を製造できる。
【０２６１】
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こおいて種々に変更することが可能である。高コントラスト像による露光および回路パターン像による露光での露光回数や露光量の段数は最初の述べたとおり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必要ならばずらして行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。
【０２６２】
以上説明した二重露光法によって、従来のそれによる露光のみではコントラストが低く解像できない微細なパターンのコントラストが向上し、解像が可能になる。また、この二重露光法は、レベンソン型位相シフトマスクのパターンの１回露光に比べて、線幅再現性においてより優れたものである。特にとくに、レベンソン型位相シフトマスクのパターンの１回露光は、周期性のないパターンには有効でなく位相反転のためのパターン配置の制限があるのに比べて、この二重露光法では、周期性のないパターンや、より複雑な形状のパターンを形成することが可能である。また、この二重露光法は米国特許５４１５８３５号公報や特開平７−２５３６４９号公報が示す二重露光法に比べても、より複雑な形状のパターンを形成することができる。
【０２６３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、二重露光法により、従来よりも複雑なパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の投影露光装置を示す図である。
【図２】周期パターン露光を行なうための２光束干渉用露光装置の一例を示す図である。
【図３】本発明の露光方法のフロ−チャートである。
【図４】２光束干渉露光により得た周期パタ−ン（露光パターン）を示す説明図である。
【図５】レジストの露光感度特性を示す説明図である。
【図６】現像によるパタ−ン形成を示す説明図である。
【図７】２光束干渉露光による周期パターン（露光パタ−ン）を示す説明図である。
【図８】本発明における２光束干渉露光による周期パターン（露光パタ−ン）を示す説明図である。
【図９】第１の実施形態において形成できる露光パタ−ン（リソグラフィーパターン）の一例を示す説明図である。
【図１０】第１の実施形態において形成できる露光パタ−ン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図である。
【図１１】第１の実施形態において形成できる露光パタ−ン（リソグラフィーパターン）の他の一例を示す説明図である。
【図１２】第２の実施形態において形成できるゲートパタ−ンを示す説明図である。
【図１３】第２の実施形態の二重露光の様子を示す実施形態を示す説明図。
【図１４】ゲートパターンを説明する図。
【図１５】パターン形成過程を示す図。
【図１６】２光束干渉による周期パターン露光を行なう投影露光装置の一例を示す概略図である。
【図１７】本発明の投影露光装置に使用するマスクおよび照明方法の１例を示す説明図である。
【図１８】本発明の投影露光装置に使用するマスクおよび照明方法の他の１例を示す説明図である。
【図１９】本発明の２光束干渉露光装置の一例を示す概略図である。
【図２０】本発明の高解像度露光装置の一例を示す概略図である。
【図２１】本発明の高解像度露光装置の他の例を示す概略図である。
【図２２】本発明の露光方法の第３の実施形態を示すフローチャートである。
【図２３】パターン露光により得た露光パターンを示す説明図である。
【図２４】本発明の実施形態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２５】各種パターンを作成する位相型マスクとそのウエハ面上の露光量分布の説明図。
【図２６】本発明の実施形態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】ゲートパターン露光用の下地マスク及び通常マスクとそのウエハ面上の露光分布を説明する図。
【図２８】本発明のゲートパターン作成時の二重露光された露光量分布及び得られるレジスト像を説明する図。
【図２９】本発明の実施形態を２次元的に説明する図。
【図３０】黒下地でゲートパターンを作成する他の一例を示す図。
【図３１】二重露光された露光量分布及び得られるレジスト像を説明する図。
【図３２】パターン形成過程を２次元的に説明する図。
【図３３】他の回路パターンを作成する為のマスクパターン。
【図３４】図１５の回路パターンに対する露光量分布を説明する図。
【図３５】図１５の回路パターンが形成する過程を示す図。
【図３６】高コントラストの周期的パターンと低コントラストの一本乃至三本のバーパターンの夫々による二重露光を示す図である。
【図３７】三本のバーパターン（像）による露光、周期的パターン（像）による露光、及び三本のバーパターン（像）と周期的パターン（像）による二重露光によってレジストに生じる強度分布（露光量分布）を示す図である。
【図３８】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々と周期パターン（像）による二重露光の際の強度分布を示す図である。
【図３９】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々による露光を位相シフトマスクを用いてそれへの照明条件（σ）を変えて行なった時の強度分布を示す図である。
【図４０】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々による露光を位相シフトマスクを用いてσ＝０．５で行なった時のデフォーカス対コントラストを示すグラフである。
【図４１】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々と周期パターン（像）による二重露光を、周期ターンの時にはσ＝０．２の通常照明、バーパターンの時にはσ＝０．８の輪帯照明で行なった時のデフォーカス対コントラストを示すグラフである。
【図４２】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々による露光をσ＝０．５３〜０．８の輪帯照明で行なった時の線幅リニアリティ誤差を示すグラフである。
【図４３】一本乃至三本のバーパターン（像）の夫々と周期パターン（像）による二重露光を、周期ターンの時にはσ＝０．２の通常照明、バーパターンの時にはσ＝０．５３〜０．８の輪帯照明で行なった時の線幅リニアリティ誤差を示すグラフである。
【図４４】周期的パターンと三本の比較的線幅が大きなバーパターンによる二重露光を示す図である。
【図４５】周期的パターンと、線幅が異なる複数種のバーパターンとによる二重露光を示す図である。
【図４６】一本のバーパターンに関する、単独の場合と周期パターンとによる二重露光の場合とでの二次元像を示す図である。
【図４７】コントラストがゼロのパターン（像）による露光、高コントラストの周期的パターン（像）による露光、これら露光から成る二重露光のそれぞれを行なった時の強度分布を示す図である。
【図４８】コントラストがゼロのパターン（像）による露光、高コントラストの周期的パターン（像）による露光、これら露光から成る二重露光のそれぞれを行なった時の強度分布を示す図である。
【図４９】通常のクロムパターンを有するレチクルを示す図である。
【図５０】ハーフトーン位相シフトパターンを有するレチクルを示す図である。
【図５１】リム型位相シフトパターンを有するレチクルを示す図である。
【図５２】クロムレスシフタ遮光型位相シフトパターンを有するレチクルを示す図である。
【符号の説明】
２２１  エキシマレ−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
【図１】
0004194200.tif 000021
【図２】
0004194200.tif 000022
【図３】
0004194200.tif 000023
【図４】
0004194200.tif 000024
【図５】
0004194200.tif 000025
【図６】
0004194200.tif 000026
【図７】
0004194200.tif 000027
【図８】
0004194200.tif 000028
【図９】
0004194200.tif 000029
【図１０】
0004194200.tif 000030
【図１１】
0004194200.tif 000031
【図１２】
0004194200.tif 000032
【図１３】
0004194200.tif 000033
【図１４】
0004194200.tif 000034
【図１５】
0004194200.tif 000035
【図１６】
0004194200.tif 000036
【図１７】
0004194200.tif 000037
【図１８】
0004194200.tif 000038
【図１９】
0004194200.tif 000039
【図２０】
0004194200.tif 000040
【図２１】
0004194200.tif 000041
【図２２】
0004194200.tif 000042
【図２３】
0004194200.tif 000043
【図２４】
0004194200.tif 000044
【図２５】
0004194200.tif 000045
【図２６】
0004194200.tif 000046
【図２７】
0004194200.tif 000047
【図２８】
0004194200.tif 000048
【図２９】
0004194200.tif 000049
【図３０】
0004194200.tif 000050
【図３１】
0004194200.tif 000051
【図３２】
0004194200.tif 000052
【図３３】
0004194200.tif 000053
【図３４】
0004194200.tif 000054
【図３５】
0004194200.tif 000055
【図３６】
0004194200.tif 000056
【図３７】
0004194200.tif 000057
【図３８】
0004194200.tif 000058
【図３９】
0004194200.tif 000059
【図４０】
0004194200.tif 000060
【図４１】
0004194200.tif 000061
【図４２】
0004194200.tif 000062
【図４３】
0004194200.tif 000063
【図４４】
0004194200.tif 000064
【図４５】
0004194200.tif 000065
【図４６】
0004194200.tif 000066
【図４７】
0004194200.tif 000067
【図４８】
0004194200.tif 000068
【図４９】
0004194200.tif 000069
【図５０】
0004194200.tif 000070
【図５１】
0004194200.tif 000071
【図５２】
0004194200.tif 000072