JP2001272764A - 投影露光用フォトマスク、およびそれを用いた投影露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複素振幅透過率を単一の方法で制御可能と
し、複素振幅変調することで位相シフトマスク法で利用
される位相変調も含めた超解像法を実現する。 【解決手段】 フォトマスク基板１と、該フォトマスク
基板１上の少なくとも一部に形成されたグレーティング
層４とを有する投影露光用フォトマスクであって、該グ
レーティング層４は投影露光を行う際の光の波長よりも
小さい格子ピッチＴを持つ周期構造５からなり、該グレ
ーティング層４を構成する媒質の少なくとも一つは投影
露光を行う際の光を一部吸収する吸収性媒質２からな
る。周期構造５は、グレーテイング層４の厚さが略一定
であり、吸収性媒質２の断面が矩形である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影露光用フォト
マスク、およびそれを用いた投影露光方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体集積回路や液晶表示装置、
薄膜磁気へッド等集積度の高いデバイスを作製するには
フォトリソグラフィの工程を用いるのが一般的である。
この工程に欠かせない装置として、フォトマスク（レチ
クル）上に描かれているパターンをフォトレジストが塗
布されている基板（ウエハ）上に露光するための投影露
光装置があり、従来からステッパと呼ばれるステップア
ンドリピート方式による縮小投影型が広く使われている
が、最近はステップアンドスキャン方式（スキャナ）も
通常に利用されている。

【０００３】以前はＨｇの輝線スペクトルであるｉ線
（波長λ＝３６５ｎｍ）を光源としたステッパが利用さ
れていたが、集積度の高いデバイスを作製するには光源
の波長を短くして投影光学系の解像度を向上させること
が有効であるため、現在ではＫｒＦエキシマレーザ（波
長λ＝２４８ｎｍ）が主流となっており、パターンサイ
ズ０．１８μｍのデバイスが商業ベースで提供されてい
る。今後はさらなる解像度向上のため、ＡｒＦエキシマ
レーザ（波長λ＝１９３ｎｍ）やＦ₂ エキシマレーザ
（波長λ＝１５７ｎｍ）等、短波長化が進んでいくこと
になる。

【０００４】しかしながら、短波長化を進めていくと、
別の重大な問題が発生する。問題のうち最も大きなもの
は、投影光学系に使用できる硝材が無くなってしまうこ
とである。現在の投影光学系として、収差量、加工精
度、制御性などから十分実際の装置搭載に耐えるのは屈
折系即ちレンズを含む光学系である。レンズに使用する
硝材の透過率は一般の硝材の場合、短波長即ち深紫外線
の領域ではほとんど０である。露光装置用に特別な製造
方法を用いて製造された硝材として石英等が現存する
が、この透過率も１９３ｎｍ以下では急激に低下し、１
５７ｎｍの領域では実用的な硝材の開発は非常に困難で
ある。更に透過率の条件以外にも耐久性、屈折率均一
性、光学的歪み、加工性等々の複数条件を満たす硝材の
存在自体が危ぶまれている。

【０００５】光源の波長を固定した場合に、投影光学系
の解像度を上げる方法としては、その開口数（ＮＡ）を
大きくする方法やいわゆる超解像法を適用する方法など
がある。

【０００６】高ＮＡ化については現在も暫時進められて
おり、現在は０．６５程度が主流である。今後は０．７
を大きく越えていくものと考えられるが、ＮＡが大きく
なると投影光学系の性能として重要なもう一つの量であ
る焦点深度が小さくなるという問題がある。また、高Ｎ
Ａ投影光学系の設計は非常に困難であり、設計ができた
としても要求される性能で製造することはさらに困難で
ある。このように、高ＮＡ化もまた短波長化と同様、難
しい課題となっている。

【０００７】一方、投影光学系の解像度を見かけ上向上
させるいわゆる超解像法に分類される手法としては、斜
入射照明法や瞳フィルタ法など露光装置により実現する
もの、位相シフトマスク法などのフォトマスクを操作す
るもの、非線形レジストの特性を利用したものなど様々
な種類がある。これらの方法を組み合わせて使うことも
ある。

【０００８】位相シフトマスク法は、マスク上の特定の
領域において透過光の位相に所望のシフト量を与えるも
のである。位相シフトの与え方は、その領域に適当な媒
質をデポジットする、あるいは基板をエッチングするこ
とにより段差を形成し、媒質と空気の屈折率差により位
相差を与えればよい。

【０００９】どのような形で位相差を与えるかは種々の
方法が知られているが、最も効果が高いとして知られて
いるものは、図９（ａ−１）で示したレベンソン型の位
相シフトマスクである。レべンソン型の最も単純な例
は、通常のラインアンドスペースパターンを生成するマ
スクにおいて、透光部によって与えられる位相を交互に
０゜、１８０゜となるようにしたものである。すなわ
ち、隣接した透光部の位相差が常に１８０゜となるよう
にしてあるため、投影された複素振幅［図９（ａ−
２）］も透光部ごとに正負が交互に現れる。このため、
遮光部中央付近での光強度をほぼ０にすることができる
［図９（ａ−３）］。通常のマスクの場合、非露光部で
あるべき遮光部中央においても線幅が細いと像の広がり
により強度が０にはならずコントラストの低下、延いて
は解像できなくなることになる。レベンソン型の位相シ
フトマスクでは通常マスクに比べて解像可能な線幅を約
１／２にすることができる。

【００１０】しかしながら、レベンソン型のマスクはラ
インアンドスペースパターンには有効であるものの隣接
部からの光の干渉を利用しているため、孤立パターンに
は適用できないという問題がある。孤立パターン、特に
矩形パターンの解像度向上に有効な手法として図９（ｂ
−１）に示したハーフトーン型位相シフトマスクがあ
る。これは、透光部となる矩形パターンの周辺部に光を
一部透過し、かつ矩形パターンからの透過光との位相差
が１８０゜となるような半透光部を設けたものである。
投影後得られる複素振幅と光強度をそれぞれ図９（ｂ−
２）、図９（ｂ−３）に示す。このように矩形パターン
からの透過光と周辺部からの透過光が干渉して光強度が
ほぼ０の領域ができるので、孤立の矩形パターンのサイ
ズを小さくすることができるようになる。ただし、その
効果はレベンソン型のように大きくはない。

【００１１】また、エッジ型の位相シフトマスク［図９
（ｃ−１）］も孤立パターンの形成に有効である。これ
は通常の透光部に位相差が１８０゜となるような場所を
設けることで、その投影される複素振幅は図９（ｃ−
２）のようになる。この位相転移部（エッジ）は複素振
幅の符号が入れ替わるため振幅０となる場所がある。こ
のため、光強度分布は細い暗線が存在する［図９（ｃ−
３）］ことになり、パターンとして利用できることにな
る。レジストが露光される閾値を変えれば微細な孤立線
も形成することができる。しかし、この方法でも例えば
孤立のラインパターンを生成するには位相差が１８０°
となる場所の境界部からラインのみを取り出すための処
理が必要となり、その露光プロセスは複雑となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来例からも分かるよ
うに、位相シフトマスク法は投影光学系の解像度を向上
させることはできるが、種々のパターンを超解像法を用
いて一括に露光する場合にはパターンに応じて異なる位
相シフト法を使用する必要がある。このような場合、異
なるマスク製法をそれぞれの領域に対して用いるような
複雑なプロセスを経て同一マスク上に形成するか、マス
クを複数用意して複数回の露光を行う必要がある。

【００１３】位相シフトマスク法の有効性は明らかであ
るので、透過光の強度と位相、すなわち複素振幅を一つ
の方法で変化させることができれば、任意のパターンに
対して投影露光時の光強度分布をより高い自由度で調整
して解像度を上げることができる。そのため、透過光の
複素振幅を単一の方法で制御できるようにすることが課
題となっている。

【００１４】本発明は、複素振幅透過率を単一の方法で
制御することができ、複素振幅変調することで位相シフ
トマスク法で利用される位相変調も含めた超解像法を実
現できる投影露光用フォトマスクおよびそれを用いた投
影露光方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、フォトマスク基板と、該フォトマスク基
板上の少なくとも一部に形成されたグレーティング層と
を有する投影露光用フォトマスクであって、該グレーテ
ィング層は投影露光を行う際の光の波長よりも小さい格
子ピッチを持つ周期構造からなり、該グレーティング層
を構成する媒質の少なくとも一つは投影露光を行う際の
光を一部吸収する吸収性媒質からなることを特徴とす
る。

【００１６】また、本発明は、フォトマスク基板と、該
フォトマスク基板上の少なくとも一部に形成されたグレ
ーティング層とを有する投影露光用フォトマスクであっ
て、該グレーティング層は投影露光を行う際の光の波長
よりも小さい格子ピッチを持つ周期構造からなり、該周
期構造は第一の媒質および投影露光を行う際の光の一部
を吸収する第二の媒質で構成されていて、前記フォトマ
スク上の位置に応じて該周期構造内で前記第二の媒質が
占める割合を変化させることで複素振幅透過率を予め決
められた複数の値に設定したことを特徴とする。

【００１７】また、本発明に係る投影露光方法は、フォ
トマスク基板と、該フォトマスク基板上の少なくとも一
部に形成された投影露光波長より小さい格子ピッチのグ
レーティング層とを有する投影露光用フォトマスクの、
該グレーティング層の周期構造の格子ピッチの内の光吸
収性媒質の占める割合をフィルファクタとしたとき、前
記フォトマスク基板上のフィルファクタの分布によって
被投影露光対象物上の対応する部所の光強度分布を制御
することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態として、前記
グレーティング層内の周期構造の格子ピッチは露光時の
光の波長のｌ／５よりも小さいことが満たされると、複
素振幅を制御する上で好ましい。また、前記フォトマス
クにおいて、グレーティング層の厚さはマスク上で略一
定とし、グレーティング層は第一の媒質と投影露光時の
光の波長を一部吸収する第二の媒質からなり、周期構造
の断面は矩形であり、一周期内で第二の媒質が占める割
合が場所に応じて変化していることを特徴とするフォト
マスクを作製利用することで、吸収性の第二の媒質の占
める割合のみを制御すれば良く、マスク全体が一回のプ
ロセスにより作製可能、同時にマスク各点での複素振幅
を制御することを可能にする。

【００１９】また、以上の特徴をすべて利用し、マスク
上の複素振幅透過率を予め決められた複数の値に設定し
てもよい。さらに、前記フォトマスクの複素振幅変調制
御性を向上させるため、フォトマスクを照射する光の偏
光方向を制御する手段と併用すればよい。

【００２０】

【実施例】本発明の第一の実施例を図を用いて詳細に説
明する。図１は本発明の第一の実施例に係る投影露光用
複素振輻変調フォトマスクの要部断面図である。１はフ
ォトマスク基板、２は投影露光を行う際の光を一部吸収
する吸収性媒質、３はフォトマスク基板１の周囲の媒質
であり、これは通常空気と考えてよい。

【００２１】ここで、グレーティング層４は吸収性媒質
２と媒質３からなる周期構造５が連なる形となってお
り、厚さが略一定である。周期構造５は、断面が矩形の
吸収性媒質２をフォトマスク基板１上に配列した１次元
格子状の配列構造であり、投影露光を行う際の光の波長
よりも小さい格子ピッチＴを持っている。この格子ピッ
チＴの内、吸収性媒質２が占める割合をフィルファクタ
（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）と呼び、以後ｆで表す。

【００２２】本実施例は、グレーティング層４の厚みを
変えずに位置別にフィルファクタｆを変化させることで
複素振幅分布を制御し、即ち、この複素振幅分布に基づ
く被投影露光面上の光強度分布を制御するものである。
図２は格子ピッチＴ＝０．１λの条件でフィルファクタ
ｆを変化させたときの複素振幅透過率を示す図である。
図２（ａ）はＴＭ偏光に対する結果、図２（ｂ）はＴＥ
偏光に対する結果である。ここで、ＴＭ偏光とは光の磁
場べクトルが格子に平行（図１で紙面に垂直）である状
態、ＴＥ偏光とは光の電場べクトルが格子に平行である
状態である。入射光は、波長λが６１９．９ｎｍであっ
て、フォトマスク基板１からグレーティング層４へ垂直
に入射しており、フォトマスク基板１とグレーティング
層４の境界面で振幅１と位相０の複素振幅を持ってい
る。吸収性媒質２はＳｉであり、その複素屈折率ｎは
４．００−０．１２ｉ、グレーティング層４の厚さは２
λとしている。また、フィルファクタｆの値は０〜１．
０であり、この間を２００等分している。図２、図３、
図４は上記条件の下、各フィルファクタｆについて０次
回折光の振幅透過率ｔと位相回転δを計算し、これらを
それぞれ複素数の絶対値と偏角として複素平面上にプロ
ットしたものである。

【００２３】フィルファクタｆを０から１まで変化させ
ると、図２（ａ）、（ｂ）に示す場合、共に複素振幅透
過率がほぼ（１，０）である点Ｓから出発して複素平面
上を周回し、原点に近い点Ｅに到達する。この特徴を利
用すると、フィルファクタｆを変化させることで入射光
の複素振幅を変調することが可能になる。

【００２４】例えば、図２（ａ）において位相変調量π
／２が必要な場合、偏角π／２に当たる点（０，０）と
点（０，１）とを結んだ線と点Ｓから点Ｅに至る螺旋の
交点を取ればよい。この交点は６個あるが、それぞれ異
なるフィルファクタに対応している。その値は螺旋に沿
って点Ｓに近い側から、０．４７０、０．７１３、０．
８４１、０．９２０、０．９６８、０．９９５である。
そのときの振幅透過率は点（０，０）から各交点の距離
で表される６個の異なる値を取ることになる。その他の
位相変調量が必要な場合も位相変調量に対応する偏角方
向の線分と螺旋との交点を取ればよく、振幅透過率は離
散的な値となることが分かる。

【００２５】このように、複素振幅を任意の値にするこ
とはできないが、位相か振幅のどちらか一方はほぼ連続
的に制御でき、他方は離散的な多段変調が可能である。
通常の位相シフトマスクは位相の二段の変調である。ま
た、近接効果補正はマスク上に形成された補助パターン
により、露光されるパターンの形状を整えるものである
が、通常補助パターンは振幅の二値変調となる。これら
方法は位相または振幅の二値の変調ではあるが、その有
効性は高い。本実施例によれば、振幅と位相の一方はほ
ぼ連続的な変調が可能、他方も多値の変調が可能となる
ため、位相変調と振幅変調をグレーティング層のフィル
ファクタ制御という同一の方法で同時に行うことが可能
となる。このため、孤立パターン等に対してもレベンソ
ン法を用いた超解像の効果と近接効果補正によるパター
ン形状の調整を同じ方法で達成できる。このように、複
素振幅制御の自由度向上は解像度向上とパターン形状の
調整に利用できる。言い換えれば本実施例はフィルファ
クタ分布設定による複素振幅制御によって被投影露光面
上にほぼ任意に光強度分布を形成することが可能とな
る。加えて、図２ではグレーティング層４の厚さを２λ
としているが、これを増やすことで周回数が増加するた
め、変調の段数（階調数）を増やすことも可能である。
振幅と位相のどちらを連続的に変調するかは用途にもよ
るが、通常は位相を連続的に変調した方が超解像法の適
用に際しては好ましい。

【００２６】一例として、一次元の二本線パターンを考
える。図１２（ａ）のような複素振幅変調をマスクに与
えた場合にδ＝０の光源（コヒーレント光源）で照明す
ることで、図１２（ｂ）の光強度分布をウエハ上に得る
ことができる。マスク上に与えた複素振幅とウエハ上の
光強度分布の関係は、通常の光学系を介した像計算と同
様にマスクの複素振幅を一旦フーリエ変換して光学系の
瞳による遮蔽分を考えた後、再度フーリエ変換する方法
で得られる。これを逆に考え、所望の光強度分布を得る
ようなマスク上の複素振幅を生成することが可能であ
る。このような複素振幅の生成方法として、通常は最適
化が利用される。

【００２７】図１２（ａ）において、横軸はマスク上の
位置を示している。また、縦軸はマスクにより変調され
た複素振幅の実部と虚部の値を示している。この値は、
図１２（ａ）において、実部は横軸、虚部は縦軸の値に
相当すると考えてよい。このため、例えば図１２（ａ）
を利用することでマスク上各位置でのグレーティング層
のフィルファクタを決定できる。例えば、点Ｐの位置で
のフィルファクタの決定方法は以下の通りである。点Ｐ
で与えられるべき複素振幅の実部は０．６１、虚部が
０．２９であるので、実部の値を横軸、虚部の値を縦軸
として図１２（ａ）上にプロットする。この点は螺旋の
近傍に存在しており、最も近い螺旋上の点（０．６３，
０．３４）でのフィルファクタは０．７４０であるの
で、このフィルファクタを点Ｐでのものとして採用す
る。その他の点でも同様にフィルファクタを決定してい
けばよい。これは点Ｐ付近にフィルファクタ０．７４０
となる同期構造が複数ピッチ分マスク上に形成され、そ
の他も各領域別に決定されたフィルファクタの同期構造
が形成されたマスクに相当していることになる。プロッ
トした点の近傍に螺旋がない場合、螺旋上の最も近い点
を一時的に採用しておき、全体として得られた複素振幅
からウエハ上の光強度分布を計算する。さらに、レジス
トの露光条件などを考慮した上でその複素振幅が受け入
れられるかを判断すればよい。もし、受け入れられない
場合は、仮に採用したフィルファクタの値を若干量変え
てみて再度判断する方法の他、利用する偏光方向を変え
る、グレーティング層に用いる媒質や膜厚を変える等に
より、螺旋の形状を変えてもよい。さらには、複素振幅
を最適化する際に、螺旋が取りうる複素振幅の値を考慮
しておくのが望ましい。

【００２８】図５は本発明の第二の実施例に係るフォト
マスクを示し、フォトマスク上の位置によってフィルフ
ァクタｆを変化させた複素振幅変調フォトマスクの要部
断面図である。領域６および領域７では、吸収性媒質２
が格子ピッチ５に占める割合が互いに異なっているよう
に構成されている。これにより、マスクに入射する光８
は領域６と領域７において異なる所望の複素振幅変調を
受けた後、出射していく。なお、領域６と領域７におい
て、グレーティング層４の厚さは略一致しているが、格
子ピッチ５は後述する格子ピッチの条件を満たす範囲内
では異なっていてもよい。

【００２９】また、吸収性媒質２の材質を変えることで
様々な条件、特に使用される波長が異なる条件に適用で
きる。吸収性媒質が持つべき好ましい条件は、リソグラ
フィで使用される波長における複素屈折率に対し、条件
（ａ）として複素屈折率１．０に対して比較的大きい実
部と小さい虚部を持つという条件と、条件（ｂ）として
複素屈折率１．０に対して比較的小さい実部と大きい虚
部を持つという条件とがあり、このどちらかである。先
の実施例におけるＳｉは上記条件（ａ）に合致してい
る。通常１．０の屈折率を持つ第二の媒質３との屈折率
差が大きいことにより、グレーティング層の厚さが同じ
でも振幅の階調数が多く得られること、或いは同じ振幅
の階調数を得るためにグレーティング層を薄くすること
ができ、一つの周期構造５の縦横比を１に近くすること
ができることによる。このような媒質としてはＳｉの他
に有機材料が有望であるが、一部の金属も利用可能であ
る。金属によく見られる条件（ｂ）では入射光の偏光依
存性が大きく、通常はグレーティング層の周期構造に対
してＴＭ偏光となるように入射されるのが好ましい。

【００３０】次に、格子ピッチＴが満たすべき条件につ
いて述べる。波長λの光が屈折率ｎｌの媒質から屈折率
ｎ２の媒質へ進む際、その界面に格子ピッチＴのグレー
ティング層が存在すると、入射角θ１とｍ次光の出射角
θ２には ｎ２ｓｉｎθ２＝ｎ１ｓｉｎθ１＋ｍ×λ／Ｔ なる関係がある。ここで、フォトマスク基板１の屈折率
ｎ１を１．５、第二の媒質２の屈折率ｎ２を１．０とし
た条件下で光が垂直入射した場合を考える。この場合に
複数の次数ｍに対して解θ２が存在しないためには、ｍ
＝０にのみ解が存在すればよい。その条件はｍ＝１に対
してｓｉｎθ２＞１が成り立つこと、すなわちＴ＜λで
ある。通常の投影露光系ではマスクに対して斜入射とな
る光も存在するが、現在考えられる最大のものとして、
投影光学系の像側開口数（ＮＡ）を０．８、倍率を１／
４倍、有効光源σを１．０としてもその入射角は１２゜
より大きくない。この場合に透過の０次のみが存在する
条件は、Ｔ＜０．７７λとなる。

【００３１】図３はＴ＝０．２λ、図４はＴ＝０．５λ
の条件でフィルファクタｆを変化させたときのＴＥ偏光
の複素振幅透過率を示す図である。これらは図２と同
様、ｆ＝０のとき点Ｓに位置し、フィルファクタｆが変
化するに従って複素平面上を周回する。その後、ｆ＝
１．０になると点Ｅに到達する。しかし、図４から分か
るようにＴ＝０．５λでは０次のみが存在するという条
件は満たしているものの、フィルファクタｆに対する複
素振幅の変化が複雑でそれを制御するのは困難である。
複素振幅を安定して制御するためには、格子ピッチＴが
ある程度小さいこと、好ましくはＴ≦０．２λであるこ
とが図３ないし図２から分かる。

【００３２】格子ピッチＴが波長より小さい１次元格子
からなるグレーティング層を光が通過すると、入射時の
偏光の方向によって出射時の特性が大きく異なることが
知られている。特に、前述のように吸収性媒質２の屈折
率が条件（ｂ）であるような場合はＴＭ偏光とＴＥ偏光
で全く異なる特徴を示す。

【００３３】この偏光依存性を避けるため、第三の実施
例として、図６に示されるような２次元格子を用いてグ
レーティング層を形成すればよい。１１はフォトマスク
基板、１２は吸収性媒質である。好ましい２次元格子と
しては、２方向の格子ピッチＴｘ、Ｔｙ、および吸収性
媒質１２の幅ｆｘ×Ｔｘ、ｆｙ×Ｔｙがそれぞれ一致す
るようなものである。ｆｘ，ｆｙは一次元格子でのフィ
ルファクタｆに相当する。

【００３４】あるいは偏光依存性を避けるため、第四の
実施例として、マスクを照射する光の偏光方向を制御す
るものがあり、その概略を図７に示す。光源から発生
し、照明光学系を介してマスクを照射する光２３は、マ
スク２１に達する前に偏光板２２により各領域毎に所望
の偏光となるよう調整される。偏光板２２は別体として
作製して近接あるいは密着させて配置すればよい。ま
た、偏光板２２はマスク２１のグレーティング層２４の
裏面に形成してもよい。偏光制御の方法には依らないの
で、複屈折性媒質を用いるあるいはサブ波長格子による
構造性複屈折を利用してもよい。

【００３５】リソグラフィによって転写されるパターン
によってはグレーティング層の格子の方向を一方向に統
一しておくことも可能である。この場合、偏光板全体を
単一の偏光子にしてよい。また、図７のようにマスクに
近接させる必要もない。

【００３６】図２に示した複素振幅透過率の特性とし
て、透過率が比較的１．０に近いところではＴＭ偏光で
のフィルファクタｆの変化による位相の変化が小さいの
に対して、ＴＥ偏光では位相変化が大きくなる。また、
透過率が比較的０に近いところではＴＭ偏光での位相の
変化が大きく、ＴＥ偏光で小さいというものがある。位
相変化が大きい場合、グレーティング層作製時のフィル
ファクタｆの僅かな誤差が大きな位相誤差に繋がるとい
う制御性の問題が現れるが、マスク照射光の偏光方向を
フィルファクタｆに応じて制御すればこの問題を解決で
きる。

【００３７】図８は本発明の第五の実施例として、本発
明に係る投影露光用フォトマスクを適用した投影露光方
法を説明するための図である。光源３０から出射された
光は照明光学系３１を介して所望の照明条件にせしめら
れた後、フォトマスク３２を照射する。フォトマスク３
２は照射された光に本発明による各部所に設けられた周
期構造の各フィルファクタに対応した複素振幅変調を施
し、回折させる。フォトマスク３２で回折された光は、
投影光学系３３によりステージ３５上に設置されたウエ
ハ３４上に結像される。この際、フォトマスク３２はレ
ベンソン型、ハーフトーン型、エッジ型等を同一の作製
方法により混載することができるので、通常のフォトマ
スクと比較して解像度の高い投影露光を行うことができ
る。

【００３８】

【デバイス生産方法の実施例】次に上記説明した露光用
フォトマスクを装備した投影露光装置を利用したデバイ
スの生産方法の実施例を説明する。図１０は微小デバイ
ス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣ
Ｄ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造のフロ
ーを示す。ステップ１（回路設計）ではデバイスのパタ
ーン設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設計し
たパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステッ
プ３（ウエハ製造）ではシリコンやガラス等の材料を用
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、上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。次のステップ５（組み立て）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。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。

【００３９】図１１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。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１
５（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）では上記説明した露光用フォトマス
クを装備した投影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。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像以外の部分を削り取る。ス
テップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで不
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。本実施例の生産方法を用いれば、従来
は製造が難しかった高集積度のデバイスを低コストに製
造することができる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、投影露光用フォトマス
クの複素振幅透過率を単一の方法で制御でき、この方法
を用いて複素振幅変調することで位相シフトマスク法で
利用される位相変調も含めた超解像法を実現できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施例に係る複素振幅変調フ
ォトマスクの要部断面図である。

【図２】 格子ピッチＴ＝０．１λの条件下でフィルフ
ァクタｆを変化させた場合の複素振幅透過率を示す図で
あって、（ａ）はＴＭ偏光の場合、（ｂ）はＴＥ偏光の
場合である。

【図３】 格子ピッチＴ＝０．２λでフィルファクタを
変化させた場合のＴＥ偏光の複素振幅透過率を示す図で
ある。

【図４】 格子ピッチ０．５λでフィルファクタを変化
させた場合のＴＥ偏光の複素振幅透過率を示す図であ
る。

【図５】 本発明の第二の実施例に係る複素振幅変調フ
ォトマスクの要部断面図である。

【図６】 本発明の第三の実施例に係る複素振幅変調フ
ォトマスクの要部斜視図である。

【図７】 本発明の第四の実施例に係る複素振幅変調フ
ォトマスクの図である。

【図８】 本発明の第五の実施例を示し、本発明に係る
複素振幅変調フォトマスクを利用した投影露光方法を説
明するための図である。

【図９】 位相シフトマスクの従来例を示す図であっ
て、（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）はレベンソン
型のそれぞれマスク、像面複素振幅分布、像面強度分布
を示す。（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）はハーフ
トーン型のそれぞれマスク、像面複素振幅分布、像面強
度分布を示す。（ｃ−１）、（ｃ−２）、（ｃ−３）は
エッジ型のそれぞれマスク、像面複素振幅分布、像面強
度分布を示す。

【図１０】 微小デバイスの製造の流れを示す図であ
る。

【図１１】 図１０におけるウエハプロセスの詳細な流
れを示す図である。

【図１２】 複素振幅変調と光強度分布の関係を示す図
である。

【符号の説明】

１：フォトマスク基板、２：吸収性媒質、３：第２の媒
質、４：グレーティング層、５：周期構造、６，７：領
域、８：光、１１：フォトマスク基板、１２：吸収性媒
質、２１：マスク、２２：偏光板、２３：光、２４：グ
レーティング層、３０：光源、３１：照明光学系、３
２：フォトマスク、３３：投影光学系、３４：ウエハ、
３５：ステージ、Ｔ（Ｔｘ，Ｔｙ）：格子ピッチ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォトマスク基板と、該フォトマスク基
   板上の少なくとも一部に形成されたグレーティング層と
   を有する投影露光用フォトマスクであって、該グレーテ
   ィング層は投影露光を行う際の光の波長よりも小さい格
   子ピッチを持つ周期構造からなり、該グレーティング層
   を構成する媒質の少なくとも一つは投影露光を行う際の
   光を一部吸収する吸収性媒質からなることを特徴とする
   フォトマスク。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のフォトマスクであっ
   て、前記グレーティング層の厚さはマスク上で略一定で
   あり、前記周期構造は第一の媒質および投影露光を行う
   際の光の一部を吸収する第二の媒質で構成され、前記グ
   レーティング層の周期構造の断面は矩形であり、前記周
   期構造内で前記第二の媒質が占める割合が前記フォトマ
   スク上の位置に応じて変化していることを特徴とするフ
   ォトマスク。
3. 【請求項３】 フォトマスク基板と、該フォトマスク基
   板上の少なくとも一部に形成されたグレーティング層と
   を有する投影露光用フォトマスクであって、該グレーテ
   ィング層は投影露光を行う際の光の波長よりも小さい格
   子ピッチを持つ周期構造からなり、該周期構造は第一の
   媒質および投影露光を行う際の光の一部を吸収する第二
   の媒質で構成されていて、前記フォトマスク上の位置に
   応じて該周期構造内で前記第二の媒質が占める割合を変
   化させることで複素振幅透過率を予め決められた複数の
   値に設定されていることを特徴とするフォトマスク。
4. 【請求項４】 請求項１または３に記載のフォトマスク
   であって、前記グレーティング層の周期構造の格子ピッ
   チが投影露光を行う際の光の波長の１／５よりも小さい
   ことを特徴とするフォトマスク。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の投影露
   光用フォトマスクと該フォトマスクに対応した偏光制御
   手段とを有することを特徴とするフォトマスク。
6. 【請求項６】 請求項５記載の投影露光用フォトマスク
   において、前記偏光制御手段はフォトマスク基板と分離
   された偏光板であることを特徴とするフォトマスク。
7. 【請求項７】 請求項５記載の投影露光用フォトマスク
   において、前記偏光制御手段は前記フォトマスク基板の
   前記グレーティング層の裏面に投影露光を行う際の光の
   波長よりも小さい格子ピッチを持つ周期構造からなる偏
   光制御層が形成されていることを特徴とするフォトマス
   ク。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の投影露
   光用フォトマスクを用いることを特徴とする投影露光方
   法。
9. 【請求項９】 フォトマスク基板と、該フォトマスク基
   板上の少なくとも一部に形成された投影露光波長より小
   さい格子ピッチのグレーティング層とを有する投影露光
   用フォトマスクの、該グレーティング層の周期構造の格
   子ピッチの内の光吸収性媒質の占める割合をフィルファ
   クタとしたとき、前記フォトマスク基板上のフィルファ
   クタの分布によって被投影露光対象物上の対応する部所
   の光強度分布を制御することを特徴とする投影露光方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項８または９記載の投影露光方法
    を具備した投影露光装置を用いてデバイスを製造するこ
    とを特徴とする半導体デバイス製造方法。