JP2003173956A

JP2003173956A - 露光方法及び装置

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Publication number: JP2003173956A
Application number: JP2001371981A
Authority: JP
Inventors: Miyoko Kawashima; 美代子川島; Kenji Saito; 謙治斎藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）線幅
を持ち、Ｌ＆Ｓパターンから孤立及び複雑なパターンま
でが混在するマスクパターンを、マスクを交換せずに、
解像度良く露光可能な露光方法及び装置を提供する。【解決手段】所望のパターンと、当該パターンに重ね
られた周期性のあるダミーのパターンと、三以上の位相
値数とを有する位相シフトマスクを形成し、光軸近傍に
ピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光と
を利用して前記位相シフトマスクを照明し、前記位相シ
フトマスクを経た光を被露光面に投影光学系を介して投
影することによって、前記所望のパターンを前記被露光
面に転写することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般には、露光に
関し、特に、ＩＣ、Ｌ＆ＳＩなどの半導体チップ、液晶
パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、Ｃ
ＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメ
カニクスで用いる広域なパターン、の製造に用いられる
露光装置及び方法、デバイス製造方法、及び、前記被処
理体から製造されるデバイスに関する。ここで、マイク
ロメカニクスは半導体集積回路製造技術を微細構造体の
製作に応用し、ミクロン単位の高度な機能を持った機械
システムを作る技術をいう。

【０００２】

【従来の技術】フォトリソグラフィ工程は、マスクパタ
ーンをシリコンウェハ、ガラスプレート等（以下、単に
「ウェハ」という。）に塗布した感光性物質（レジス
ト）に露光装置を使用して転写する工程であり、レジス
ト塗布、露光、現像、エッチング、レジスト除去の工程
を含む。このうち露光では、解像度、重ね合わせ精度、
スループットの３つのパラメータが重要である。解像度
は正確に転写できる最小寸法、重ね合わせ精度はウェハ
にパターンを幾つか重ね合わせる際の精度、スループッ
トは単位時間当たり処理される枚数である。

【０００３】フォトリソグラフィ技術を用いてデバイス
を製造する際に、マスク又はレチクル（本出願ではこれ
らの用語を交換可能に使用する）に描画されたパターン
を投影光学系によってウェハに投影してパターンを転写
する投影露光装置が従来から使用されている。投影光学
系はパターンからの回折光をウェハ上に干渉及び結像さ
せ、通常の露光ではパターンからの０次及び±１次の回
折光（即ち、三光束）を干渉させる。

【０００４】マスクパターンは、ラインとラインが近接
した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パター
ン、ホールとホールが近接した周期的なコンタクトホー
ルパターン、ライン同士やホール同士が近接せずに孤立
した孤立パターンを含むが、高解像度でパターンを転写
するためには、パターンの種類に応じて最適な露光条件
（照明条件や露光量など）を選択する必要がある。

【０００５】投影露光装置の解像度Ｒは、光源の波長λ
と投影光学系の開口数（ＮＡ）を用いて以下のレーリー
の式で与えられる。

【０００６】

【数１】

【０００７】ここで、ｋ_１は現像プロセスなどによって
定まる定数であり、通常露光の場合にはｋ_１は約０．５
〜０．７である。

【０００８】近年のデバイスの高集積化に対応して、転
写されるパターンの微細化、即ち、高解像度化が益々要
求されている。高解像力を得るには、上式から開口数Ｎ
Ａを大きくすること、及び、波長λを小さくすることが
有効であるが、これらの改善は現段階では限界に達して
おり、通常露光の場合にウェハに０．１５μｍ以下のパ
ターンを形成することは困難である。そこで、マスクパ
ターンからの±１次回折光を干渉及び結像させる位相シ
フトマスク技術が従来から提案されている。位相シフト
マスクは、マスクの隣接する光透過部分の位相を１８０
°反転することによって０次回折光を相殺し、２つの±
１次回折光を干渉させて結像するものである。かかる技
術によれば、上式のｋ_１を実質的に０．２５にするでき
るので、解像度Ｒを改善してウェハに０．１５μｍ以下
のパターンを形成することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位相シ
フトマスク技術は、周期的なＬ＆Ｓパターンのような単
純なパターンには効果的であるが、孤立パターンや任意
の複雑なパターンを露光性能（即ち、解像度、重ね合わ
せ精度及びスループット）良く露光することは困難であ
った。特に、近年の半導体産業は、より高付加価値な、
多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が
移行しつつあり、マスクにも複数種類のパターンを混在
させる必要が生じてきている。

【００１０】これに対して、公開特許平成１１年第１４
３０８５号公報にあるように、異なる種類のパターンを
別々に露光する二重露光（又は多重露光）を使用するこ
とが考えられるが、この二重露光は、２枚のマスクを必
要とするのでコストアップを招き、２枚のマスクを交換
して２回の露光するためにスループットが低下してい
た。

【００１１】そこで、微細な（例えば、０．１５μｍ以
下の）線幅を持つマスクパターンを、マスクを交換せず
に、解像度良く露光可能な露光方法及び装置を提供する
ことを本発明の例示的目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一側面としての露光方法は、所望のパター
ンと、当該パターンに重ねられた周期性のあるダミーの
パターンと、三以上の位相値数とを有する位相シフトマ
スクを形成し、瞳面で光軸近傍に強度のピークを有する
照明光と該瞳面で軸外に強度のピークを有する照明光と
を利用して前記位相シフトマスクを照明し、前記位相シ
フトマスクを経た光を被露光面に投影光学系を介して投
影することによって、前記所望のパターンを前記被露光
面に転写することを特徴とする。また、本発明の別の側
面としての露光方法は、マスクのパターンの像を被露光
面上に投影する段階を含む露光方法において、前記パタ
ーン像は、所定のパターン像とダミーパターン像とを有
し、前記所定パターンの像は前記パターン像の強度分布
のピーク位置にあり、前記ダミーパターン像は、周辺強
度と、該周辺強度と前記ピーク位置の強度の中間値と
が、交互に繰り返される強度分布を有することを特徴と
する。また、本発明の別の側面としての露光装置は、上
述の露光方法に対応する露光モードを有し、マスクのパ
ターンを投影光学系により投影することを特徴とする。
更に、上述のマスク自体も本発明の別の側面を構成す
る。

【００１３】光軸近傍にピークを有する照明光は、例え
ば、有効光源形状が円形又はσ（コヒーレンシー）が
０．３以下であり、０次回折光と±１次回折光の干渉を
もたらす。また、軸外にピークを有する照明光は、例え
ば、前記ピークの位置が前記瞳の半径を１として０．６
以上であり、０次回折光と＋１次又は−１次回折光から
なる二光束の干渉をもたらす。有効光源形状は輪帯でも
四重極でもよく、四重極の照明光は互いに等しいσ（コ
ヒーレンシー）を有してもよい。これらの照明は、照明
装置の投影光学系の瞳面と共役な位置に配置されて前記
有効光源形状を開口として有する絞りにより達成するこ
とができる。かかる露光方法及び装置は、（１）マスク
パターンの位相の数を三以上とし、プレート上に形成さ
れる光強度分布の強度値の数を増やし、（２）光軸付近
にピークを有する照明光によりマスクパターンを微細に
露光し、（３）軸外にピークを有する照明光によりマス
クを粗く露光し、（４）被露光面の（レジストの）閾値
を適当に選択することによって所望のパターンを被露光
面に形成する。

【００１４】本発明の更に別の側面としてのデバイス製
造方法は、上述の露光装置を用いて前記被処理体を投影
露光するステップと、前記投影露光された前記被処理体
に所定のプロセスを行うステップとを有する。上述の露
光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の
請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にも
その効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、Ｌ
＆ＳＩやＶＬ＆ＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣ
Ｄ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

【００１５】本発明の別の側面としてのマスク製造方法
は、マスクに所望のパターンを形成し、当該パターンに
周期性のあるダミーのパターンを重ね合わせ、三以上の
位相値数を形成することによって前記マスクを位相シフ
トマスクとして製造することを特徴とする。本方法によ
って製造されたマスクは上述の作用を奏する。

【００１６】本発明の更なる目的又はその他の特徴は、
以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によ
って明らかにされるであろう。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の例示的な露光装置について説明する。ここで、図１
は、本発明の露光装置１の概略ブロック図である。図１
に示すように、露光装置１は、照明装置１００と、マス
ク２００と、投影光学系３００と、プレート４００と、
ステージ４５０と、結像位置調節装置５００とを有す
る。

【００１８】本実施形態の露光装置１は、ステップアン
ドスキャン方式でマスク２００に形成された回路パター
ンをプレート４００に露光する投影露光装置であるが、
本発明はステップアンドリピート方式その他の露光方式
を適用することができる。ここで、ステップアンドスキ
ャン方式は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン
してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショ
ットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次のショ
ットの露光領域に移動する露光法である。また、ステッ
プアンドリピート方式は、ウェハのショットの一括露光
ごとにウェハをステップ移動して次のショットを露光領
域に移動する露光法である。

【００１９】照明装置１００は転写用の回路パターンが
形成されたマスク２００を照明し、光源部１１０と照明
光学系１２０とを有する。

【００２０】光源部１１０は、光源としてのレーザー１
１２と、ビーム整形系１１４とを含む。

【００２１】レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡ
ｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキ
シマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ_２エキシマレーザ
ーなどのパルスレーザーからの光を使用することができ
る。レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、
例えば、ＹＡＧレーザーを使用してもよいし、そのレー
ザーの個数も限定されない。例えば、独立に動作する２
個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー相互間のコ
ヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックル
はかなり低減する。さらにスペックルを低減するために
光学系を直線的又は回転的に揺動させてもよい。また、
光源部１１０に使用可能な光源はレーザー１１２に限定
されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノ
ンランプなどのランプも使用可能である。

【００２２】ビーム整形系１１４は、例えば、複数のシ
リンドリカルレンズを備えるビームエクスパンダ等を使
用することができ、レーザー１１２からの平行光の断面
形状の寸法の縦横比率を所望の値に変換する（例えば、
断面形状を長方形から正方形にするなど）ことによりビ
ーム形状を所望のものに成形する。ビーム成形系１１４
は、後述するオプティカルインテグレータ１４０を照明
するのに必要な大きさと発散角を持つ光束を形成する。

【００２３】また、図１には示されていないが、光源部
１１０は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレ
ント化するインコヒーレント化光学系を使用することが
好ましい。インコヒーレント化光学系は、例えば、公開
特許平成３年第２１５９３０号公報の図１に開示されて
いるような、入射光束を光分割面で少なくとも２つの光
束（例えば、ｐ偏光とｓ偏光）に分岐した後で一方の光
束を光学部材を介して他方の光束に対してレーザー光の
コヒーレンス長以上の光路長差を与えてから分割面に再
誘導して他方の光束と重ね合わせて射出されるようにし
た折り返し系を少なくとも一つ備える光学系を用いるこ
とができる。

【００２４】照明光学系１２０は、マスク２００を照明
する光学系であり、本実施形態では、集光光学系１３０
と、オプティカルインテグレータ１４０と、開口絞り１
５０と、コンデンサーレンズ１６０とを含む。照明光学
系１２０は、軸上光、軸外光を問わず使用することがで
きる。なお、本実施形態の照明光学系１２０は、プレー
ト４００上の転写領域の寸法を変更するためのマスキン
グブレードやスキャンブレードを有してもよい。本実施
形態の照明光学系１２０は、複数のレンズ及び必要なミ
ラーを有し、入射側及び射出側でテレセントリックとな
るアフォーカル系を構成している。

【００２５】集光光学系１３０は、まず、必要な折り曲
げミラーやレンズ等を含み、それを通過した光束をオプ
ティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。例
えば、集光光学系１３０は、ビーム成形系１１４の出射
面と後述するハエの目レンズとして構成されたオプティ
カルインテグレータ１４０の入射面とが光学的に物体面
と瞳面（又は瞳面と像面）の関係（かかる関係を本出願
ではフーリエ変換の関係と呼ぶ場合がある）になるよう
に配置されたコンデンサーレンズを含み、それを通過し
た光束の主光線をオプティカルインテグレータ１４０の
中心及び周辺のどのレンズ素子１４２に対しても平行に
維持する。

【００２６】集光光学系１３０は、マスク２００への照
明光の露光量を照明毎に変更可能な露光量調整部１３２
を更に含む。露光量調整部１３２は、アフォーカル系の
各倍率を変えることにより入射光束のビーム断面形状を
変化させることができる。代替的に、露光量調整部１３
２はズームレンズ等からなり、レンズを光軸方向に移動
させ角倍率を変えられるようにしてもよい。必要があれ
ば、露光量調整部１３２は、入射光束をハーフミラーに
より分割してセンサにより光量を検出してかかる検出結
果に基づいてレーザー１１２の出力及び／又は光学系の
一部を調整することができる。露光量調整部１３２は、
光学素子（例えば、光量調整（ＮＤ）フィルター）を入
れ替えたり、及び／又は、ズームレンズにより結像倍率
を変えたりすることにより、後述する開口絞り１５０の
中央部と周辺部との光量比を調整することもできる。後
述するように、露光量調節部１３２は、後述するよう
に、前記所望のパターン及び／又は前記プレート４００
において求められるコントラストに基づいて、露光量を
調節することができる。例えば、パターン形状を重視す
るものであれば光軸にピークを有する照明光の露光量の
比を相対的に大きくすればよいし、コントラストを重視
するものであれば軸外にピークを有する照明光の露光量
の比を相対的に大きくすればよい。

【００２７】例えば、露光調整部１３２は、図２に示す
ような中央部が周辺部よりも光強度の高い照明光を作成
することによって、後述する開口絞り１５０が図３
（Ｆ）に示すような円形開口絞り１５０Ｆを使用するこ
とを可能にする。ここで、図２は中央部が周辺部よりも
光強度の高い照明光の光強度分布である。図３（Ｆ）は
円形開口絞り１５０Ｆの概略平面図である。なお、本出
願では、「光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピ
ークを有する照明光が合成された照明光」は図２に示す
ような照明光を含むものとする。開口絞り１５０Ｆは、
透過率１の円形光透過部１５５と透過率０の輪帯状の遮
光部１５２Ｆから構成される。

【００２８】オプティカルインテグレータ１４０はマス
ク１０に照明される照明光を均一化する。オプティカル
インテグレータ１４０の光出射面又はその外側に２次光
源を形成する。後述するように、本発明が使用可能なオ
プティカルインテグレータ１４０はハエの目レンズに限
定されるものではない。

【００２９】ハエの目レンズは互いの焦点位置がそれと
異なるもう一方の面にあるレンズ（レンズ素子）を複数
個並べたものか、光源側の面の焦点位置がレチクル側の
面の外部にくるレンズを並べたものである。

【００３０】ハエの目レンズは、本実施形態ではマスク
２００の形状に合わせて正方形断面のレンズ素子を多数
組み合わせて構成されているが、本発明は、断面円形、
長方形、六角形その他の断面形状を有するレンズ素子を
排除するものではない。ハエの目レンズの出射面１４０
ｂ又はその近傍に形成された複数の点光源（有効光源）
からの各光束をコンデンサーレンズ１６０によりマスク
２００に重畳している。これにより、多数の点光源（有
効光源）によりマスク２００全体が均一に照明される。

【００３１】本発明で適用可能なオプティカルインテグ
レータ１４０はハエの目レンズに限定されず、例えば、
図２７に示すオプティカルインテグレータ１４０Ａに置
換されてもよい。ここで、図２７は、オプティカルイン
テグレータ１４０Ａの拡大斜視図である。オプティカル
インテグレータ１４０Ａは２組のシリンドリカルレンズ
アレイ（又はレンチキュラーレンズ）板１４４及び１４
６を重ねることによって構成される。１枚目と４枚目の
組のシリンドリカルレンズアレイ板１４４ａ及び１４４
ｂはそれぞれ焦点距離ｆ１を有し、２枚目と３枚目の組
のシリンドリカルレンズアレイ板１４６ａ及び１４６ｂ
はｆ１とは異なる焦点距離ｆ２を有する。同一組のシリ
ンドリカルレンズアレイ板は相手の焦点位置に配置され
る。２組のシリンドリカルレンズアレイ板１４４及び１
４６は直角に配置され、直交方向でＦナンバー（即ち、
レンズの焦点距離／有効口径）の異なる光束を作る。な
お、オプティカルインテグレータ１４０Ａの組数が２に
限定されないことはいうまでもない。

【００３２】ハエの目レンズ１４０は光学ロッドに置換
される場合もある。光学ロッドは、入射面で不均一であ
った照度分布を出射面で均一にし、ロッド軸と垂直な断
面形状が照明領域とほぼ同一な縦横比を有する矩形断面
を有する。なお、光学ロッドはロッド軸と垂直な断面形
状にパワーがあると出射面での照度が均一にならないの
で、そのロッド軸に垂直な断面形状は直線のみで形成さ
れる多角形である。その他、ハエの目レンズ１３０は、
拡散作用をもった回折素子に置換されてもよい。

【００３３】オプティカルインテグレータ１４０の出射
面１４０ｂの直後には、形状及び径が固定された開口絞
り１５０が設けられている。本実施形態の開口絞り１５
０は、光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピーク
を有する照明光を利用して（即ち、これらを順次投射す
るか合成した状態で投射することによって）マスク２０
０を照明するための開口形状を有する。このように、本
発明は、光軸付近にピークを有する照明光をもたらす開
口絞りと、軸外にピークを有する照明光をもたらす開口
絞りを用意して、そのうちの一方を先にマスク２００に
投射して、その後、他方をマスク２００に投射する場合
も含む。本発明の特徴の一つはマスク２００の交換に伴
う諸問題を解決することであり、マスク２００が交換さ
れない限り、開口絞り１５０の交換は問題ではないから
である。開口絞り１５０は投影光学系３００の瞳面３２
０と共役な位置に設けられており、開口絞りの１５０の
開口形状は投影光学系３００の瞳面３２０の有効光源形
状に相当する。

【００３４】光軸近傍にピークを有する照明光はコヒー
レンシーσが０．３以下であり、０次回折光と±１次回
折光の干渉をもたらす。また、軸外にピークを有する照
明光はそのピーク位置が瞳の半径を１とすると０．６以
上であり、０次回折光と＋１次又は−１次回折光からな
る二光束の干渉をもたらす。ここで、コヒーレンシーσ
は投影光学系３００のマスク２００側の開口数（ＮＡ）
に対する照明光学系１２０のマスク２００側のＮＡであ
る。光軸近傍にピークを有する照明は、コヒーレンシー
σの小さな照明、通常の照明などと呼ばれる場合もあ
る。軸外にピークを有する照明は、コヒーレンシーσの
大きな照明、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合
もある。

【００３５】図３乃至図６を参照して、開口絞り１５０
に適用可能な例示的な形状を説明する。ここで、図３乃
至図６は、開口絞り１５０の例示的形状の概略平面図で
ある。図３（Ａ）は、光軸近傍にピークを有する照明光
をもたらすための、比較的半径の小さな円形開口１５１
を有する開口絞り１５０Ａの概略平面図である。開口絞
り１５０Ａは、円１５１から構成される透過率１の光透
過部と遮光部１５２Ａとを有する。

【００３６】図３（Ｂ）は、軸外にピークを有する照明
光をもたらすための、四重極の円１５３からなる透過率
１の光透過部と遮光部１５２Ｂとを有する開口絞り１５
０Ｂの概略平面図である。円形開口１５３は、コヒーレ
ンシーσ＝１以下の照明光をもたらし、それぞれ、±４
５度と±１３５度に配置されている。好ましくは、各円
１５３がもたらす照明光のコヒーレンシーσは互いに等
しい。

【００３７】図３（Ｃ）は、軸外にピークを有する照明
光をもたらすための、輪帯開口１５４からなる透過率１
の光透過部と遮光部１５２Ｃとを有する開口絞り１５０
Ｃの概略平面図である。

【００３８】図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示す円形開口
１５１と図３（Ｂ）に示す円形開口１５３とを有する５
重極照明用絞りとして構成された開口絞り１５０Ｄの概
略平面図である。開口絞り１５０Ｄは、従って、光軸近
傍にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明
光とが合成された照明光をもたらす。開口絞り１５０Ｄ
の円１５１及び１５３は同一の大きさを有する。開口絞
り１５０Ｄは、円１５１及び１５３からなる透過率１の
光透過部と、透過率０の遮光部１５２Ｄとを有する。

【００３９】図３（Ｅ）は、図３（Ａ）に示す円形開口
１５１と図３（Ｃ）に示す輪帯開口１５３とを有する開
口絞り１５０Ｅの概略平面図である。従って、開口絞り
１５０Ｅも、光軸近傍にピークを有する照明光と軸外に
ピークを有する照明光とが合成された照明光をもたら
す。開口絞り１５０Ｅは、円１５１及び１５４からなる
透過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５２Ｄとを
有する。

【００４０】また、開口１５１及び１５３の形状は、四
角形その他の多角形、扇形の一部など種々の変更が可能
である。また、コヒーレンシーσが１を超えてもよい。
かかる変形例を図４及び図５を参照して説明する。ここ
で、図４（Ａ）及び（Ｂ）は図３（Ｄ）に示す開口絞り
１５０Ｄの変形例である開口絞り１５０Ｇ及び１５０Ｈ
の概略平面図である。図４（Ｃ）は図３（Ｅ）に示す開
口絞り１５０Ｅの変形例である開口絞り１５０Ｉの概略
平面図である。

【００４１】開口絞り１５０Ｇは、円形開口１５１より
も幾分大きな円形開口１５１Ａとコヒーレンシーσが１
を部分的に超えた矩形開口１５３Ａからなる透過率１の
光透過部と、透過率０の遮光部１５２Ｇとを有する。本
発明者はコヒーレンシーσが１を部分的に超えた照明光
を利用するとプレート４００に形成されるパターン像が
明確になることを発見した。開口絞り１５０Ｈは、開口
絞り１５０Ｃは、コヒーレンシーσが１以下の円形開口
１５１と扇形開口１５３Ｂからなる透過率１の光透過部
と、透過率０の遮光部１５２Ｈとを有する。扇形開口１
５３Ｂの寸法は任意に調節することができる。開口絞り
１５０Ｉは、円形開口１５１とコヒーレンシーσ＝１を
部分的に超えた輪帯（又は矩形帯）１５４Ａからなる透
過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５２Ｉとを有
する。開口絞り１５０Ｇ乃至Ｉの機能は上述の開口絞り
１５０Ｄ等と同一であるので、ここでは詳しい説明は省
略する。

【００４２】図５に、開口絞り１５０に適用可能な別の
変形例としての九重極照明用絞りとして構成された開口
絞り１５０Ｊの概略平面図を示す。開口絞り１５０Ｊ
は、円形開口１５１よりも幾分大きな円形開口１５１Ｂ
と、コヒーレンシーσが１以下の円形開口１５３Ｃと、
コヒーレンシーσが１を部分的に超えて円形開口１５１
Ｂと同一の大きさを有する円形開口１５３Ｄからなる透
過率１の光透過部と、透過率０の遮光部１５２Ｊとを有
する。円形開口１５３Ｃは、０度、９０度、１８０度及
び２７０度の位置に、円形開口１５３Ｄは、±４５度及
び±１３５度の位置に設けられている。開口絞り１５０
Ｊの機能も上述の開口絞り１５０Ｄ等と同一であるの
で、ここでは詳しい説明は省略する。

【００４３】複数種類の開口絞り１５０の中から所望の
開口絞り１５０を選択するためには、開口絞り１５０Ａ
乃至１５０Ｊを、例えば、図示しない円盤状ターレット
に配置して切り替えの際にターレットを回転させればよ
い。これにより、照明装置１２０は、まず、光軸にピー
クを有する照明光及び軸外にピークを有する照明光のう
ちの一方によりマスク２００を照明し、その後、他方に
よりマスク２００を照明することができる。また、光軸
にピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光
とが合成された照明光において、上述の露光量調整部１
３２は、それぞれの露光量比を変化させることができ
る。

【００４４】コンデンサーレンズ１６０はハエの目レン
ズ１４０から出た光をできるだけ多く集めて主光線が平
行、すなわちテレセントリックになるようにマスク２０
０をケーラー照明する。マスク２００とハエの目レンズ
１４０の出射面１４０ｂとはフーリエ変換の関係に配置
されている。

【００４５】露光装置１は、必要があれば、照度ムラ制
御用の幅可変スリットや走査中の露光領域制限用のマス
キングブレード（絞り又はスリット）等を有する。マス
キングブレードが設けられる場合にはマスキングブレ
ードとハエの目レンズ１４０の出射面１４０ｂとはフー
リエ変換の関係に配置され、マスク２００面と工学的に
略共役な位置に設けられる。マスキングブレードの開口
部を透過した光束をマスク２００の照明光として使用す
る。マスキングブレードは開口幅を自動可変できる絞り
であり、後述するプレート４００の（開口スリットの）
転写領域を縦方向で変更可能にする。また、露光装置
は、プレート４００の（１ショットのスキャン露光領域
としての）転写領域の横方向を変更可能にする、上述の
マスキングブレードと類似した構造のスキャンブレード
を更に有してもよい。スキャンブレードも開口幅が自動
可変できる絞りであり、マスク２００面と光学的にほぼ
共役な位置に設けられる。これにより露光装置１は、こ
れら二つの可変ブレードを用いることによって露光を行
うショットの寸法に合わせて転写領域の寸法を設定する
ことができる。

【００４６】マスク２００は、例えば、石英製で、その
上には転写されるべき回路パターンが形成され、図示し
ないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２０
０から発せられた回折光は投影光学系３００を通りプレ
ート４００上に投影される。プレート４００は、被処理
体でありレジストが塗布されている。マスク２００とプ
レート４００とは光学的に共役の関係に配置される。本
実施形態の露光装置１はステップアンドスキャン方式の
露光装置（即ち、スキャナー）であるため、マスク２０
０とプレート４００を走査することによりマスク２００
のパターンをプレート４００上に転写する。なお、ステ
ップアンドリピート方式の露光装置（即ち、「ステッパ
ー」）であれば、マスク２００とプレート４００とを静
止させた状態で露光を行う。

【００４７】マスクステージは、マスク２００を支持し
て図示しない移動機構に接続されている。マスクステー
ジ及び投影光学系３００は、例えば、床等に載置された
ベースフレームにダンパ等を介して支持されるステージ
鏡筒定盤上に設けられる。マスクステージは、当業界周
知のいかなる構成をも適用できる。図示しない移動機構
はリニアモータなどで構成され、ＸＹ方向にマスクステ
ージを駆動することでマスク２００を移動することがで
きる。露光装置１は、マスク２００とプレート４００を
図示しない制御機構によって同期した状態で走査する。

【００４８】本発明の一側面としてのマスク２００は、
所望のパターンと、当該パターンに重ねられた周期性の
あるダミーのパターンが形成されて三以上の位相値数を
有する位相シフトマスクとして形成されている。当該マ
スクは、例えば、所望のパターンを形成し、当該パター
ンに周期性のあるダミーのパターンを重ね合わせ、位相
値数を３以上にすることによって位相シフトマスクとし
て製造される。後述するように、位相値数を三以上にす
るのは所望のパターンとダミーのパターンとの露光量に
差を設けるためである。

【００４９】本発明のマスク２００のパターン構成を説
明するために、まず、所望のパターンの一例を説明す
る。ここで、所望のパターンを、例えば、図６に示すよ
うなゲートパターン２０とする。ここで、図６は、ゲー
トパターン２０の概略平面図である。なお、図１６及び
図２０を参照して後述されるように、本発明が適用可能
な所望のパターンはゲートパターン２０に限定されるも
のではない。

【００５０】ゲートパターン２０は、溝２６を介して平
行に整列している一対のパターン部２１ａ及び２１ｂ
（特に断らない限り、参照番号２１は両者を総括す
る。）から構成され、各パターン部２１は、Ｂ断面を通
る微細なゲート部２２と、Ａ断面を通る２つのコンタク
ト部２４とから構成される。ゲートパターン２０は、例
えば、クロムなどによって構成される。なお、コンタク
ト部とは、コンタクトホールの穴を空けて上下の層を互
いに電気的に接合可能にした部分である。

【００５１】図６に示すように、両ゲート部２２は、そ
れぞれ微細な線幅Ｌを有する長方形であり、微細な間隔
Ｌで平行に整列している。換言すれば、ゲート部２２は
Ｌ＆Ｓパターンを部分的に構成している。本実施形態で
はＬはウエハ側換算で０．１２μｍであるコンタクト部
２４は、それぞれ例示的に線幅３Ｌを有する長方形であ
り、二対のコンタクト部２４は微細な間隔Ｌを介して平
行に整列している。また、各パターン部２１には２つの
コンタクト部２４がゲート部２２の両端に設けられてい
る。本発明は、このように微細な線幅と間隔がＬに等し
いゲート部２２と微細な間隔Ｌを隔てて（ゲート部２２
の）最小線幅Ｌに比べて大きい線幅（即ち、３Ｌ）が並
んだコンタクト部２４を同時に解像することを目的とし
ている。

【００５２】まず２つのゲート部２２を解像するため
に、ゲート部２２と同一ピッチ２Ｌを有する微細線と微
細間隔の周期的なダミーのパターンを２つのゲート部２
２の両側に複数形成して周期的な構造を有するパターン
を形成する。ダミーのパターンを付加して周期的な構造
を形成することによって、解像性能の向上と線幅の精度
良い制御が可能になる。この周期的なパターンは位相シ
フトマスクによって極限の解像力を得る。この場合、
（図３（Ａ）に示す開口絞り１５０Ａがもたらす照明光
のように）照明光として光軸近傍にピークを有する照明
光を使用し、ダミーパターンの透過率を変化させるなど
すれば、ゲート部２２をダミーパターンから区別するよ
うにレジストの閾値を選択することが可能である。

【００５３】かかる露光方法はダミーパターンをコンタ
クト部２４に部分的に重ねることを必要とし、プレート
４００に線幅Ｌの微細パターンを転写する。従って、か
かる露光方法はゲート部２２を解像できるものの、コン
タクト部２４には重ねられたダミーパターンが転写時に
残ってしまう。この結果、コンタクト部２４は線幅３Ｌ
のパターンとしてプレート４００に転写されずに線幅Ｌ
の周期パターンとしてプレート４００に転写されてしま
う。換言すれば、かかる露光方法は、線幅がＬよりも２
倍以上太いパターンの形状を転写時に維持することがで
きない。

【００５４】そこで、本実施形態は、位相シフトマスク
の位相値数を三以上にすることによって所望のパターン
２０とダミーパターンとの露光量に差をつけて、所望の
パターン２０がプレート４００に解像されるようにし
た。このときの位相シフトマスクが本発明の一側面とし
てのマスク２００である。以下、図７を参照して、本発
明の位相シフトマスク２００を説明する。ここで、図７
（Ａ）は、位相シフトマスク２００Ａの透過率分布を表
す概略平面図である。図７（Ｂ）は位相シフトマスク２
００Ａの位相分布を表す概略平面図である。特徴的に、
本発明の位相シフトマスク２００は、図７（Ｂ）に示す
ように、三以上の位相値数を有する。図７に示すよう
に、位相シフトマスク２００は、所望のパターン２１０
と、ダミーパターン２４０とから構成されるマスクパタ
ーン２６０を有する。

【００５５】所望のパターン２１０はゲートパターン２
０に対応するがコンタクト部２１０の光透過部２３４の
透過率が０％から５０％の間（本実施形態では２５％）
に設定されている。但し、本実施形態はプレート４００
上にはゲートパターン２０が転写されることを目的とし
ている。所望のパターン２１０は、溝（光透過部）２１
４を介して平行に整列された一対のパターン部２１２ａ
及び２１２ｂ（特に断らない限り、参照番号２１２は両
者を総括する。）から構成され、各パターン部２１２
は、Ｂ断面を通る微細なゲート部２２０と、Ａ断面を通
る２つのコンタクト部２３０とから構成される。光透過
部２１４は位相０度、透過率１００％に設定されている
両ゲート部２２０は、それぞれ微細な線幅Ｌを有する長
方形であり、微細な間隔Ｌで平行に整列している。本実
施形態ではＬは０．１２μｍである。ゲート部２２０は
光透過率０であり、例えば、クロムなどによって形成さ
れる。

【００５６】一方、コンタクト部２３０は、それぞれ例
示的に線幅３Ｌを有する長方形であり、二対のコンタク
ト部が微細な間隔Ｌを介して平行に整列している。各パ
ターン部２１２には２つのコンタクト部２３０がゲート
部２２０の両端に設けられている。本発明は、微細な線
幅と間隔がＬに等しいゲート部２２０と微細な間隔Ｌを
隔てて（ゲート部２２０の）最小線幅Ｌに比べて大きい
線幅（即ち、３Ｌ）が並んだコンタクト部２３０とを同
時に解像することを目的とする。

【００５７】ダミーパターン２４０は、２つのゲート部
２２０を解像するために、２つのゲート部２２０の両側
に複数形成され、同一ピッチ２Ｌを有する微細線幅Ｌと
微細間隔Ｌの周期的な構造を有する。ダミーパターン２
４０を所望のパターン２１０に付加して周期的な構造を
形成することによって、解像性能の向上と線幅の精度良
い制御が可能になる。この周期的なパターンは位相シフ
トマスクによって極限の解像力を得る。

【００５８】ダミーパターン２４０は、縁（光透過部）
２４１と、互いに平行な光透過部２４２及び２４４とを
有する。光透過部２４１は、位相０、透過率５０％に設
定されている。なお、図８に示すように、光透過部２４
１は、位相０、透過率１００％に設定されてもよい。透
過率５０％の光透過部２４１は、例えば、ＭｏＳｉ系の
半透明な薄膜から構成される。ここで、図８は、マスク
２００の変形例としてのマスク２００Ａの透過率分布を
表す概略平面図である。マスク２００Ａは、所望のパタ
ーン２１０とダミーパターン２４０Ａから構成されたマ
スクパターン２６０Ａを有する。マスク２００Ａは、光
透過部２４１Ａの透過率を除けば図７のマスク２００と
構成及び位相分布が同様なので、詳しい説明は省略す
る。

【００５９】光透過部２４２及び２４４のそれぞれのＹ
方向の幅はＬ（本実施形態では０．１２μｍ）に等し
い。光透過部２４２と２４４はＹ方向に交互に整列し、
それぞれ、透過率１００％と５０％を有する。透過率５
０％の光透過部２４４は、例えば、ＭｏＳｉ系の半透明
な薄膜から構成される。

【００６０】光透過部２４２と２４４は、図７（Ｂ）に
示す位相に設定されている。光透過部２４２の位相は右
側のゲート部２２０の隣から２４２ｄ、ｃ、ｂ、ａと右
に行くに従って０、１８０、０、９０、０、９０度にな
っている。光透過部２４４は位相の境界を含み、右側の
ゲート部２２０の右となり２４４Ｌは、１８０度と９０
度の両方とその境界から成る。その右となり２４４ｂ
は、９０度と０度との境界、その右隣２４４ａは０度と
９０度の境界からなる。

【００６１】より具体的には、図７（Ａ）の両端の光透
過部２４２（即ち、２４２ａ）とそれに隣接する部分の
光透過部２４４（即ち、２４４ａ）は位相９０度（π／
２）に設定され、光透過部２４４ａの内側の２４２ｂに
接した部分と光透過部２４２ｂと該２４２ｂに接した２
４４ｂの位相は０度に設定されている。光透過部２４４
ｂの内側の光透過部２４２ｃに接した部分と２４２ｃの
位相は９０度（又はπ／２）に設定されている。光透過
部２４２ｃの内側の光透過部２４４ｃの位相は、外側半
分が９０度（π／２）に設定され、内側半分が１８０度
（π）に設定されている。最も内側の一対の光透過部２
４２ｄの位相は１８０度（π）に設定されている。

【００６２】位相の設定は、例えば、ＭｏＳｉ系半透膜
の厚さと濃度を設定したり、ガラス等のマスクを構成す
る基板の厚さを変化させたりすることにより行われる。
位相差は一周期分変化しても同じであるので、本実施形
態の位相は、整数ｎ×３６０度がプラスされたものであ
ってもよい。

【００６３】各コンタクト部２３０は、遮光部２３２及
び２３６と、光透過部２４２（２４２ｄ）が重ねられた
光透過部２３４とを有する。遮光部２３２及び２３６
は、例えば、クロムなどによって形成される。領域２３
４はダミーパターン２４０が重ねられたことによって遮
光部から光透過部に変化している。

【００６４】ダミーパターンの数は、特に制限はない
が、望ましくは周期の多い方が好ましいが、１周期以上
あれば十分である。但し、形状が対称なパターンは、そ
の対称性を保つためにそのパターンの左右に配置する周
期パターンの周期数を互いに同じにする。また、ダミー
パターンの周期数は、ダミーパターンではない所望のパ
ターンとその隣に配置されるパターンとの間に配置し得
る数であればいい。図１８に示す実施例のゲートパター
ンと二本線のＬ＆Ｓパターンとの間では、例えば、図１
９に示すように配置され得る最大の周期数のダミーパタ
ーンを配置した。この場合、対称的なパターンではない
ので、ゲートパターンの左右のダミーパターンの周期数
は特に同じにしていない（同じでもいい）。

【００６５】次に、（例えば、図３（Ａ）に示す開口絞
り１５０Ａがもたらす照明光のような）光軸付近にピー
クを有する照明光を使用する照明と、（例えば、図３
（Ｂ）に示す開口絞り１５０Ｂがもたらす照明光のよう
な）軸外にピークを有する照明光との和として生じる多
重照明光（例えば、図３（Ｄ）に示す開口絞り１５０Ｄ
がもたらす照明光）利用して位相シフトマスク２００を
露光した。このとき、後述するプレート４００上に生じ
る光強度分布の結果を図９に示す。プレート４００上の
強度分布はプレート４００のレジストの露光量分布と解
釈できる。

【００６６】図９（Ａ）の上図は光軸付近にピークを有
する照明光でマスク２００を照明した場合のプレート４
００上に形成される、Ａ断面に関する光強度分布であ
る。Ａ断面においては、微細な間隔Ｌを隔ててゲート部
２２０の最小線幅Ｌに比べて大きい線幅３Ｌの一対のコ
ンタクト部２３０がＹ方向に並んでいるが、上述したよ
うに、コンタクト部２３０にも間隔及び線幅がＬのダミ
ーパターンが形成されている。

【００６７】コンタクト部２３０は、部分Ｐ_５乃至Ｐ_７
に対応するが、光透過部２３２と２３６の透過率は０で
光透過率２３４の透過率は２５％であるので、ピッチ２
Ｌの周期パターンとなっている。部分Ｐ_５乃至Ｐ_７に
は、強度ピーク値（強度Ｉ１）と中間強度（強度Ｉ２）
の周期パターンが形成される。部分Ｐ_３に対応する光透
過部２１４は透過率１００％と位相０度を有するので部
分Ｐ_３において光強度Ｉ３を有する。光透過部２１４と
２３４とは位相が１８０度反転しているのでコントラス
トの強調に効果的である。

【００６８】ダミーパターン２４０は、コンタクト部２
３０の両側に中間強度Ｉ２と周辺強度に近い強度Ｉ３を
有するピッチ２Ｌの周期的な分布となる。即ち、部分Ｐ
_７の隣から外側に向けて開始する部分Ｐ_２に対応する光
透過部２３２は、透過率１００％を有するので、光透過
部２１４と同様に、光強度Ｉ３を有する。部分Ｐ_２の隣
の部分Ｐ_４に対応する光透過部２４４の隣との位相差は
９０度（π／２）なので、部分Ｐ_４において光強度Ｉ２
を有する。

【００６９】図９（Ａ）の中図は、軸外にピークを有す
る照明光でマスク２００を照明した場合のプレート４０
０上に形成される、Ａ断面の光強度分布である。軸外に
ピークを有する照明光でマスク２００を照明すると微細
なパターンは解像せず（即ち、図９に示すパターン２４
４は解像せずに）、ダミーパターン２４０に相当する部
分Ｐ_２及びＰ_４は強度Ｉ２’として結像し、２つのコン
タクト部２３０は長さが３Ｌで互いに間隔Ｌだけ離間し
ているのでピッチが４Ｌとなり、コントラストが低いが
強度ピーク値（強度Ｉ１’）と中間強度（強度Ｉ２’）
となって解像する。

【００７０】図９（Ａ）の下図は、光軸付近にピークを
有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが足し合
わされた照明光によってマスク２００を照明した場合に
プレート４００上に形成される光強度分布である。即
ち、図９（Ａ）の下図は同図の上図と中図の足し合わせ
である。このように、２種類の照明光によりマスク２０
０を照明するとプレート４００上には５値の光強度分布
が形成される。コンタクト部２３０を解像するために
は、強度Ｔ１＝Ｉ２＋Ｉ１’から強度Ｔ２＝Ｉ２＋Ｉ
２’の間の強度値をレジストの閾値に設定すればよいこ
とが理解される。

【００７１】一方、図９（Ｂ）の上図は光軸付近にピー
クを有する照明光でマスク２００を照明した場合のプレ
ート４００上に形成される、Ｂ断面に関する光強度分布
である。Ｂ断面においては、微細な間隔Ｌを隔てて一対
のゲート部２２０がＹ方向に並んでいる。光透過部２１
４及び２４２は透過率１００％を有するから、Ｂ断面に
関してそれらは光強度Ｉ３を有する。光透過部２４４は
隣との位相差が９０度（π／２）を有していて光強度Ｉ
２を有する。この結果、ダミーパターン２４０は、中間
強度Ｉ２と周辺強度Ｉ３がゲート部２２０と同一のピッ
チ２Ｌで繰り返す周期パターンとなる。更に、パターン
部２１のゲート部２２は隣との位相差が１８０度（π）
を有していて光強度Ｉ１を有する。

【００７２】図９（Ｂ）の中図は、軸外にピークを有す
る照明光でマスク２００を照明した場合のプレート４０
０上に形成される、Ｂ断面の光強度分布である。軸外に
ピークを有する照明光でマスク２００を照明すると微細
な位相シフトパターンは解像せず（即ち、図７に示すパ
ターン２４４は解像せずに）、ダミーパターン２４０に
相当する部分Ｐ_２及びＰ_４は強度Ｉ２’として結像し、
２つのゲート部２２０は長さＬで互いに間隔Ｌだけ離間
しているのでピッチが２Ｌとなるが、孤立パターンとし
て働き、コントラストが低いが強度ピーク値（強度Ｉ
１’）と中間強度（強度Ｉ２’）して解像する。

【００７３】図９（Ａ）の下図は、光軸付近にピークを
有する照明光と軸外にピークを有する照明光とが足し合
わされた照明光によってマスク２００を照明した場合に
プレート４００上に形成される光強度分布である。即
ち、図９（Ｂ）の下図は同図の上図と中図の足し合わせ
である。このように、２種類の照明光によりマスク２０
０を照明するとプレート４００上には５値の光強度分布
が形成される。コンタクト部２３０を解像するために
は、強度Ｔ１＝Ｉ２＋Ｉ１’から強度Ｔ２＝Ｉ２＋Ｉ
２’の間の強度値をレジストの閾値に設定すればよいこ
とが理解される。

【００７４】この結果、所望のパターン２１０をプレー
ト４００にマスク２００を交換せずに解像するために
は、プレート４００のレジストの閾値をＴ１とＴ２の間
に設定すればよい。

【００７５】もし、光軸近傍にピークを有する照明光の
みを使用すれば、図９（Ｂ）の上図から、レジストの閾
値をＩ１とＩ２の間に設定すればダミーパターン２４０
を転写せずにゲート部２２０のみを転写することができ
る。一方、図９（Ａ）の上図からは、レジストの閾値を
Ｉ２とＩ３の間に設定すればダミーパターン２４０を転
写せずにコンタクト部２３０のみを転写することができ
るが、閾値をＩ１とＩ２の間に設定すればコンタクト部
２３０の領域２３４にダミーパターンが残ってしまって
コンタクト部２３０が正しくプレート４００に転写され
ないことになってしまう。本実施形態はかかる問題を解
決している。

【００７６】マスク２００は位相が３つの値からなるピ
ッチ２Ｌの周期構造を有するため、光軸付近にピークを
有する照明光によってプレート４００上の光強度分布は
３値の周期構造になる。即ち、光強度は、位相差がπの
境界では強度ピーク値Ｉ１となり、位相差がπ／２の境
界では中間強度Ｉ２となり、境界以外では強度Ｉ３と
なる強度３値をもつピッチ２Ｌの周期的な分布となる。

【００７７】微細な部分を解像しないで擬似的な周期構
造を持たないようにするために、本実施形態はマスク２
００を軸外にピークを有する照明光で照明する。軸外に
ピークを有する照明光は、限界解像以下のピッチ２Ｌの
周期的位相シフトパターンは解像せずに平坦な光強度分
布を形成するが、透過率分布によって３値の光強度分布
をプレート４００上に形成する。透過率分布はピッチ２
Ｌの限界解像以下の周期的分布を形成し、軸外にピーク
を有する照明光に対しては周期パターンが解像されない
ようにし、光軸付近にピークを有する照明光に対しては
周期パターンが解像されるようにする。即ち、透過率０
％のクロム膜等に覆われた部分Ｐ_５は強度ピーク値Ｉ
１’ となるが、線幅Ｌは解像しないのでぼけて間隔Ｌ
を隔てた隣の線とは分離せず、図９（Ａ）及び（Ｂ）の
中図に示すように、線幅３Ｌの線となる。

【００７８】透過率５０％の半透膜に覆われた部分は中
間強度値Ｉ２’ となるが、線幅Ｌは解像しないのでぼ
けて間隔Ｌを隔てた隣の線とは分離せず平坦な強度分
布、ごく緩やかな周期的分布となる。透過率２５％の半
透膜に覆われた部分２３４は、透過率０％にすると垂直
照明の時の周期構造が途切れるので半透膜にしている。
ここでも線幅Ｌは解像しないのでぼけて、間隔Ｌをあけ
たとなりの線とは分離せず、両隣の透過率０％の強度ピ
ーク値Ｉ１’に近い平坦な強度分布となる。

【００７９】以上より、周期構造をもつ強度３値の強度
分布と、大きな部分のみを解像する強度分布の足し合わ
せは、図７及び図８のような透過率分布と位相分布を持
つマスク２００及び２００Ａを、光軸近傍にピークを有
する照明光と軸外にピークを有する照明光を（順次又は
同時に）両方含む多重照明によって実現される。

【００８０】投影光学系３００は、マスク２００に形成
されたマスクパターン２６０を経た回折光をプレート４
００上に結像するための開口絞り３２０を有する。投影
光学系３００は、複数のレンズ素子のみからなる光学
系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有
する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレ
ンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光
学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用
することができる。色収差の補正が必要な場合には、互
いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数
のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子
と逆方向の分散が生じるように構成したりする。上述し
たように、投影光学系３００の瞳面３２０に形成される
有効光源の形状は図３乃至図５に示す形状と同様であ
る。

【００８１】プレート４００は、本実施形態ではウェハ
であるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。プレ
ート４００にはフォトレジストが塗布されている。フォ
トレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処
理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを
含む。前処理は洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗
布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるた
めの表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）
処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓ
ｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理す
る。プリベークはベーキング（焼成）工程であるが現像
後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。

【００８２】プレート４００はウェハステージ４５０に
支持される。ステージ４５０は、当業界で周知のいかな
る構成をも適用することができるので、ここでは詳しい
構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ４５
０はリニアモータを利用してＸＹ方向にプレート４００
を移動する。マスク２００とプレート４００は、例え
ば、同期して走査され、図示しないマスクステージとウ
ェハステージ４５０の位置は、例えば、レーザー干渉計
などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動され
る。ステージ４５０は、例えば、ダンパを介して床等の
上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステ
ージ及び投影光学系３００は、例えば、鏡筒定盤は床等
に載置されたベースフレーム上にダンパ等を介して支持
される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

【００８３】結像位置調節装置５００は、ステージ４５
０に接続されてステージ４５０と共にプレート４００を
焦点深度の範囲内で図１に示すＺ方向に移動させ、プレ
ート４００の結像位置を調節する。露光装置１は、必要
があれば、Ｚ方向において異なる位置に配置されたプレ
ート４００に対して露光を複数回行うことにより、焦点
深度内における結像性能のばらつきをなくすこともでき
る。結像位置調節装置５００は、Ｚ方向に伸びる図示し
ないラックと、ステージ４５０に接続されてラック上を
移動可能な図示しないピニオンと、ピニオンを回転させ
る手段など、当業界で周知のいかなる技術をも適用する
ことができるので、ここでは詳しい説明は省略する。

【００８４】露光において、レーザー１１２から発せら
れた光束は、ビーム成形系１１４によりそのビーム形状
が所望のものに成形された後で、照明光学系１２０に入
射する。集光光学系１３０は、それを通過した光束をオ
プティカルインテグレータ１４０に効率よく導入する。
その際、露光量調節部１３２が照明光の露光量を調節す
る。オプティカルインテグレータ１４０は照明光を均一
化し、開口絞り１５０は、光軸付近にピークを有する照
明光と軸外にピークを有する照明光とが合成された照明
光を形成する。かかる照明光はコンデンサーレンズ１６
０を介して位相シフトマスク２００を最適な照明条件で
照明する。

【００８５】マスク２００には、所望のパターン２１０
と、パターン２１０に重ねられたダミーパターン２４０
とから構成されて、三以上の位相値数を有するマスクパ
ターン２６０が形成されている。ゲート部２２０は、ダ
ミーパターン２４０に重ねられてＬ＆Ｓパターンをダミ
ーパターン２４０と共に形成し、位相シフトマスクによ
り解像性能が高められている。

【００８６】マスク２００を通過した光束は投影光学系
３００の結像作用によって、プレート４００上に所定倍
率で縮小投影される。ステップアンドスキャン方式の露
光装置１であれば、光源部１１０と投影光学系３００は
固定して、マスク２００とプレート４００の同期走査し
てショット全体を露光する。更に、プレート４００のス
テージ４５０をステップして、次のショットに移り、プ
レート４００上に多数のショットを露光転写する。な
お、露光装置１がステップアンドリピート方式であれ
ば、マスク２００とプレート４００を静止させた状態で
露光を行う。

【００８７】光軸付近にピークを有する照明光は位相シ
フトマスク２００を照明して微細な周期パターンの強度
分布をプレート４００上に形成する。軸外にピークを有
する照明光はマスク２００を照明して粗く露光する。位
相シフトマスクに割り当てられた三以上の位相値はプレ
ート４００上に、光軸近傍にピークを有する照明光と軸
外にピークを有する照明光のそれぞれが３値の光強度分
布を形成することを可能にし、それらの足し合わせの照
明光は５値の光強度分布を形成することを可能にする。
この結果、プレート４００のレジストの閾値を適当に選
択することによって所望のパターン２１０をプレート４
００上に形成することができる。これにより、露光装置
１はレジストへのパターン転写を高精度に行って高品位
なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣ
Ｄなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができ
る。

【００８８】次に、図２８及び図２９を参照して、上述
の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を
説明する。図２８は、デバイス（ＩＣやＬ＆ＳＩなどの
半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するた
めのフローチャートである。ここでは、半導体チップの
製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）ではデバ
イスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料
を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセ
ス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明
のリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形
成する。ステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ス
テップ４によって作成されたウェ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
作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テ
ストなどの検査を行う。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。

【００８９】図２９は、ステップ４のウェハプロセスの
詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）で
はウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）
では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３
（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって
形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハ
にイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）で
はウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）で
は、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハ
に露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェ
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
うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成さ
れる。

【００９０】

【実施例１】実施例１では図７に示す位相シフトマスク
２００と、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザー
（波長２４８ｎｍ）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３０
０とを露光装置１に使用した。

【００９１】かかる露光装置１を、（図３（Ａ）に示す
開口絞り１５０Ａが与える照明光のような）光軸付近に
ピークを有する照明光、（図３（Ｂ）に示す開口絞り１
５０Ｂが与える照明光のような）軸外にピークを有する
四重極照明光（図３（Ｄ）において各円形開口の中心位
置のコヒーレンシーσ_０を０．５、各辺の大きさのコヒ
ーレンシーσ_１を０．３とする。）、及び、光軸付近に
ピークを有する照明光と軸外にピークを有する照明光が
合成された、（図３（Ｄ）に示す開口絞り１５０Ｄが与
える照明光のような）五重極照明光（中心部のコヒーレ
ンシーσは０．３、他は四重極照明光と同じ）でそれぞ
れ露光した。また、露光量調整部１３２によって五重極
照明光の光軸付近にピークを有する照明光と軸外にピー
クを有する照明光との強度比は２対１に設定した（照明
条件１）。

【００９２】照明条件１における露光結果を図１０に示
す。図１０（Ａ）を参照するに、光軸付近にピークを有
する照明光を使用した場合には微小周期構造のみが露光
されている。図１０（Ｂ）を参照するに、四重極照明光
を使用した場合には、大きなパターン部のみが露光され
て微細周期パターンは解像されていない。図１０（Ｃ）
を参照するに、これらを多重した五重極照明光を使用し
た場合には所望のゲートパターン２１０全体が解像され
ていることが理解される。

【００９３】また、プレート４００上の光強度分布をＡ
断面に関して図１１に、Ｂ断面に関して図１２に示す。
限界解像では近接効果が強いために図９に示す光強度分
布とは多少異なるものの、ほぼ同様の特徴を有すること
が理解される。多重照明の結果、図１０（Ｃ）に示すよ
うに微細なパターンの解像性が非常によい０．１２μｍ
のパターンが形成された。数式１における線幅Ｒを（λ
／ＮＡ）で割ってｋ_１で規格化すると、ｋ_１＝０．２９
のパターンが解像されたことになる。

【００９４】次に、照明条件を変更して同様の実験を行
った。ここでは、図７に示す位相シフトマスク２００
と、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザーと、図３
（Ｅ）に示す開口絞り１５０Ｅと、ＮＡ０．６０の投影
光学系３００とを露光装置１に使用した。光軸近傍にピ
ークを有する照明光のコヒーレンシーσを０．２に、輪
帯照明光の外側コヒーレンシーσ_１を１．０、内側コヒ
ーレンシーσ_０を０．７とする。また、露光量調整部１
３２によって五重極照明光の光軸付近にピークを有する
照明光と軸外にピークを有する照明光との強度比は４対
１に設定した（照明条件２）。かかる照明条件２でも、
図１３に示すように良好な結果が得られた。

【００９５】次に、マスクパターンを変更して同様の実
験を行った。図１４に示すようなＬ字に折れたゲートパ
ターンを所望のパターンとする図１５に示すマスク２０
０Ｂを使用した。ここで、図１４は所望のパターンの概
略平面図である。図１５（Ａ）は、マスク２００Ｂの透
過率分布を表す概略平面図である。図１５（Ｂ）は、マ
スク２００Ｂの位相分布を表す概略平面図である。上述
の照明条件１に対する露光結果を図１６とし、上述の照
明条件２に対する露光結果を図１７に示す。図１６及び
図１７に示すように、所望のパターンが良好にプレート
４００に解像されているのが理解される。

【００９６】次に、ゲートパターンとＬ＆Ｓを同時に露
光する例を示す。図１８に示すようなゲートパターンと
Ｌ＆Ｓパターンが混合するパターンを所望のパターンと
する図１９に示すマスク２００Ｃを使用した。ここで、
図１８は、所望のパターンの概略平面図である。図１９
（Ａ）は、マスク２００Ｃの透過率分布を表す概略平面
図である。図１９（Ｂ）は、マスク２００Ｃの位相分布
を表す概略平面図である。マスク２００Ｃの位相分布は
０、π／２、π、３π／２の４値となった。位相分布は
パターンとして残したい部分の境界の位相差をπとし
て、パターンとして残したくない部分の位相差をπ／２
とするが、周囲との境界の位相差がπ／２となるような
配置とした。つまり、Ｌ＆Ｓの２本線は位相分π／２と
３π／２の境界で形成されるようにし、ゲートパターン
の２本線は０とπの境界で形成されるようにした。これ
以外の中間強度を持つ周期パターンは０とπ／２の境界
で、ゲートパターンの両隣の２本線はπとπ／２の境界
で形成した。

【００９７】この場合の露光結果を図２０に示す。同図
に示すように、露光結果は両方のパターンが良好に解像
され、ゲートパターンとＬ＆Ｓ２本線も同じ線幅となり
線幅の再現性も良かった。

【００９８】このように、ゲートパターンの２本線は０
とπの境界で形成されるようにした位相配置は、位相π
の部分と周囲の位相０との境界にパターンがあるため、
不要線が生じないので可能であった。図２１に示すよう
に、ゲートパターンの２本線を３π／２とπ／２の境界
で形成したマスク２００Ｄを使用してもよい。ここで、
図２１（Ａ）は、マスク２００Ｃの透過率分布を表す概
略平面図である。図２１（Ｂ）は、マスク２００Ｃの位
相分布を表す概略平面図である。

【００９９】Ｌ＆Ｓパターンは１本線でもよい。この場
合、ゲートパターンと１本線のＬ＆Ｓパターンを所望の
パターンとする図２２に示すマスク２００Ｅを使用して
もよい。ここで、図２２（Ａ）は、マスク２００Ｅの透
過率分布を表す概略平面図である。図２２（Ｂ）は、マ
スク２００Ｅの位相分布を表す概略平面図である。１本
線は位相分布π／２と３π／２の境界で形成されるよう
にし、１本線の左隣は境界が残らないように３π／２、
０の位相配置とした。

【０１００】Ｌ＆Ｓパターンは１本線でもよい。この場
合、ゲートパターンと３本線のＬ＆Ｓパターンを所望の
パターンとする図２３に示すマスク２００Ｅを使用して
もよい。ここで、図２３（Ａ）は、マスク２００Ｆの透
過率分布を表す概略平面図である。図２３（Ｂ）は、マ
スク２００Ｆの位相分布を表す概略平面図である。３本
線は位相分布π／２と３π／２の境界で形成されるよう
にし、３本線の左隣は境界が残らないように３π／２、
０の位相配置とした。

【０１０１】この時注意しなければならないのは、パタ
ーンとして残したい部分の境界の位相差をπとして、パ
ターンとして残したくない部分の位相差をπ／２とする
が、周囲との境界の位相差がπとなるような位相配置と
すると（例えば、図２３（Ｂ）に示す位相分布を図２４
のような位相分布とすると）、周囲との境界の位相差が
πとなる部分（例えば、図２４の図中丸をつけた部分）
に不要なパターンが残ることである。

【０１０２】図２５に示すように、位相配置の順番でＬ
＆Ｓが０とπの位相の境界になってしまう場合、図２２
のような位相配置とする。図２５では、Ｌ＆Ｓが位相π
／２と３π／２の境界に形成されるようにするため、Ｌ
＆Ｓの右隣の線が位相π／２とπ／２の境界となってい
るがパターンとして残らない部分なので問題とはならな
い。ここで、図２５（Ａ）は、ゲートパターンと三本線
のＬ＆Ｓパターンを所望のパターンとするマスク２００
Ｇの透過率分布を表す概略平面図である。図２５（Ｂ）
は、マスク２００Ｇの位相分布を表す概略平面図であ
る。

【０１０３】従って、位相配置にこのような矛盾が生じ
た場合、ピッチが一部乱れることになるが、パターンと
して残らない部分なので解像は問題とはならない。さら
に、このような位相の乱れはパターンとして残したい部
分から離れた部分とすると、線幅制御性などの解像性能
にもまったく問題にならない。ピッチの変調を逆に線幅
制御に用いることも可能である。

【０１０４】図２３のような孤立線は、線幅が細くなる
場合がある。このような時は両側のピッチを大きくする
と効果がある。図２６は極端な場合であるが、両側の位
相分布のピッチを２倍にしてある。このような場合、線
幅補正をしたいパターン周辺の周期パターンの線幅を微
小に変化させて、ピッチを変えて線幅補正をすることも
可能である。

【０１０５】本実施例では、図９のようなパターンの最
小ピッチの強度３値からなる周期的強度分布と、大きな
線幅で分布する強度多値の強度分布を、位相分布３から
４値、透過率分布４値のマスクを垂直入射と斜入射の多
重照明の露光方法によって実現しているものであるが、
これに限定するものでなく、図９のような強度分布の重
ねあわせを実現するものであればどのような露光方法で
あってもよい。

【０１０６】以上、本発明の好ましい実施例を説明した
が、本発明はこれらに限定されずにその趣旨の範囲内で
様々な変形や変更が可能である。例えば、上述したよう
に実施例１の光軸近傍にピークを有する照明光と軸外に
ピークを有する照明光の露光量の比は、必要なパターン
形状やコントラストによって変更可能である。例えば、
パターン形状を重視するものであれば斜入射成分からの
露光量の比を相対的に大きくすればよいし、コントラス
トを重視するものであれば垂直入射成分からの露光量の
比を相対的に大きくすればよい。

【０１０７】

【発明の効果】本発明のマスク、露光方法及び装置によ
れば、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）線幅を持
ち、Ｌ＆Ｓパターンから孤立及び複雑なパターンまでが
混在するマスクパターンを、マスクを交換せずに、高解
像度に露光するのに好適である。また、かかる露光方法
及び装置を使用したデバイス製造方法は高品位なデバイ
スを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の概略ブロック図である。

【図２】図１に示す露光装置の露光量調整部が調整可
能な照明光の一例を示す光強度分布である。

【図３】図１に示す露光装置の開口絞りの例示的形状
の概略平面図である。

【図４】図１に示す開口絞りの別の例示的形状の概略
平面図である。

【図５】図１に示す開口絞りの更に別の例示的形状の
概略平面図である。

【図６】所望のパターンの概略平面図である。

【図７】本発明の位相シフトマスクの一例の概略平面
図である。

【図８】図７に示す位相シフトマスクの変形例の概略
平面図である。

【図９】光軸近傍にピークを有する照明光と軸外にピ
ークを有する照明光とを利用して図７に示すマスクを照
明した場合に図１に示す露光装置のプレートに現れる光
強度分布である。

【図１０】光軸近傍にピークを有する照明光及び／又
は軸外にピークを有する照明光を利用して図７に示すマ
スクを照明した場合にプレートに転写されるパターンを
示す平面図である。

【図１１】光軸近傍にピークを有する照明光及び／又
は軸外にピークを有する照明光を利用して図７に示すマ
スクを照明した場合にプレートに現れる、Ａ断面に関す
る光強度分布である。

【図１２】光軸近傍にピークを有する照明光及び／又
は軸外にピークを有する照明光を利用して図７に示すマ
スクを照明した場合にプレートに現れる、Ｂ断面に関す
る光強度分布である。

【図１３】図７に示す位相シフトマスクを異なる照明
条件で照明した場合のプレートに転写されたパターンを
示す平面図である。

【図１４】別の所望のパターンの概略平面図である。

【図１５】図１４に示す所望のパターンにダミーのパ
ターンを重ねることによって形成された位相シフトマス
クの一例の概略平面図である。

【図１６】図１５に示す位相シフトマスクを照明した
場合にプレートに転写される露光パターンの結果であ
る。

【図１７】図１５に示す位相シフトマスクを図１６の
場合とは異なる照明条件で照明した場合にプレートに転
写される露光パターンの結果である。

【図１８】更に別の所望のパターンの概略平面図であ
る。

【図１９】図１８に示す所望のパターンにダミーのパ
ターンを重ねることによって形成された位相シフトマス
クの一例の概略平面図である。

【図２０】図１５に示す位相シフトマスクを照明した
場合にプレートに転写された露光パターンの結果であ
る。

【図２１】図１９に示す位相シフトマスクの変形例の
概略平面図である。

【図２２】別の所望のパターンにダミーのパターンを
重ねることによって形成された位相シフトマスクの一例
の概略平面図である。

【図２３】更に別の所望のパターンにダミーのパター
ンを重ねることによって形成された位相シフトマスクの
一例の概略平面図である。

【図２４】図２３に示す透過率分布を有する位相シフ
トマスクに適用されるのは好ましくない位相分布を説明
するための概略平面図である。

【図２５】図２３に示す位相シフトマスクの変形例の
概略平面図である。

【図２６】図２２に示す位相シフトマスクの変形例の
概略平面図である。

【図２７】図１に示す露光装置のオプティカルインテ
グレータの変形例の拡大斜視図である。

【図２８】本発明の露光装置を有するデバイス製造方
法を説明するためのフローチャートである。

【図２９】図２８に示すステップ４の詳細なフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１露光装置１００照明装置１２０照明光学系１３２露光量調整部１５０開口絞り２００マスク２１０所望のパターン２４０ダミーのパターン２６０マスクパターン３００投影光学系３２０瞳４００プレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所望のパターンと、当該パターンに重ね
られた周期性のあるダミーのパターンと、三以上の位相
値数とを有する位相シフトマスクを形成し、瞳面で光軸近傍に強度のピークを有する照明光と該瞳面
で軸外に強度のピークを有する照明光とを利用して前記
位相シフトマスクを照明し、前記位相シフトマスクを経た光を被露光面に投影光学系
を介して投影することによって、前記所望のパターンを
前記被露光面に転写することを特徴とする露光方法。
【請求項２】前記光軸付近にピークを有する照明光
は、円形の有効光源形状を有することを特徴とする請求
項１記載の露光方法。
【請求項３】前記光軸付近にピークを有する照明光
は、σ（コヒーレンシー）が０．３以下であることを特
徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項４】前記軸外にピークを有する照明光は、四
重極の有効光源形状を有することを特徴とする請求項１
記載の露光方法。
【請求項５】前記軸外にピークを有する照明光は、前
記ピークの位置が前記瞳の半径を１として０．６以上で
あることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
【請求項６】前記四重極の各極の照明光は互いに等し
いσ（コヒーレンシー）を有することを特徴とする請求
項４記載の露光方法。
【請求項７】前記軸外にピークを有する照明光は、輪
帯の有効光源形状を有することを特徴とする請求項１記
載の露光方法。
【請求項８】請求項１〜７、１７、１８のいずれか１
項の露光方法に対応する露光モードを有し、マスクのパ
ターンを投影光学系により投影することを特徴とする露
光装置。
【請求項９】前記照明装置は、前記投影光学系の瞳面
と共役な位置に五重極の開口を有する絞りを含むことを
特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１０】前記軸外にピークを有する照明光は、
前記ピーク位置が前記瞳の半径を１として１よりも大き
いことを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１１】前記軸外にピークを有する照明光を形
成するために、前記照明装置は、前記投影光学系の瞳面
と共役な位置に四重極の開口を有する絞りを含み、前記
四重極の各照明光のコヒーレンシーは等しいことを特徴
とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１２】前記照明装置は、前記投影光学系の瞳
面と共役な位置に輪帯の開口と当該輪帯の開口の内側の
中心部に設けられた円形の開口を有する絞りを含むこと
を特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１３】前記照明装置は、前記光軸付近にピー
クを有する照明光と前記軸外にピークを有する照明光の
それぞれの露光量及び／又は位置関係を調整する装置を
有することを特徴とする請求項８記載の露光装置。
【請求項１４】請求項８乃至１３記載のうちいずれか
一項記載の露光装置を用いて被処理体を投影露光するス
テップと、前記投影露光された前記被処理体に所定のプロセスを行
うステップとを有するデバイス製造方法。
【請求項１５】請求項８乃至１３記載のうちいずれか
一項記載の露光装置を用いて投影露光された前記被処理
体より製造されるデバイス。
【請求項１６】所望のパターンと当該パターンに重ね
られた周期性のあるダミーのパターンとが形成され、三
以上の位相値数とを有することを特徴とする位相シフト
マスク。
【請求項１７】マスクのパターンの像を被露光面上に
投影する段階を含む露光方法において、前記パターン像
は、所定のパターン像とダミーパターン像とを有し、前
記所定パターンの像は前記パターン像の強度分布のピー
ク位置にあり、前記ダミーパターン像は、周辺強度と、
該周辺強度と前記ピーク位置の強度の中間値とが、交互
に繰り返される強度分布を有することを特徴とする露光
方法。
【請求項１８】前記被露光面のレジストの感光しきい
値は、前記ピーク位置の強度と前記中間値の間にあるこ
とを特徴とする請求項１７記載の露光方法。