JP3870093B2 - 露光方法及び装置 - Google Patents

Description

【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、ＬＳＩ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、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイスの製造や、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。
【０００４】
マスクパターンは、近接した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホール列、近接せずに孤立した孤立コンタクトホールその他の孤立パターン等を含むが、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ＮＡ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、パターンを経た回折光の中で二光束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している課題】
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、コンタクトホールパターン、孤立パターン、その他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１４３０８５号公報にあるように、２枚のマスクを用いて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、従来の二重露光は、２枚のマスクを必要とするのでコストアップを招き、２回の露光のためにスループットが低下するなどの実用上解決すべき問題が多い。
【００１１】
そこで、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）線幅を持ち、多種多様なパターン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】
本発明の一側面としての露光方法は、コンタクト部とゲート部を持つ所望のパターンと、前記ゲート部の両側に前記コンタクト部と重なるよう配置された周期性のあるダミーのパターンと、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分布のピークを持つ光と前記瞳面で軸外に強度分布のピークを持つ光で前記位相シフトマスクを照明し、前記マスクからの光を投影光学系を介してレジストに投影することによって、前記所望のパターンが結像される部分が閾値を超え、前記ダミーのパターンが結像される部分が閾値を超えないように前記レジストを露光することを特徴とする。
【００２０】
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。
【００２１】
【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、ウェハプレート（以下、単にプレートと言う）４００と、ステージ４５０と、結像位置調節装置５００とを有する。
【００２２】
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ウェハ（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。
【００２３】
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。
【００２４】
光源部１１０は、光源としてのレーザー１１２と、ビーム整形系１１４とを含む。
【００２５】
レーザー１１２は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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１５０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転写領域以外の領域を遮光する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、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。
【００２９】
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。
【００３０】
集光光学系１３０は、マスク２００への照明光の露光量分布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、アフォーカル系の角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１３２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／又は前記ウェハ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。本実施形態の露光量調整部１３２は、軸外のピーク位置を調節する機能も有する。
【００３１】
オプティカルインテグレータ１４０はマスク２００に照明される照明光を均一化する。但し、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。
【００３２】
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である。また、ハエの目レンズを構成する各レンズ素子の断面形状は、各レンズ素子のレンズ面が球面である場合、照明装置の照明領域と略相似である方が照明光の利用効率が高い。これは、ハエの目レンズの入射面と照明領域が物体と像の関係（共役関係）であるからである。
【００３３】
ハエの目レンズは、本実施形態では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、断面は正方形である必要はなく、また上から見たレンズ素子の形状は円形、正方形、長方形、六角形その他のものがある。ハエの目レンズの出射面１４０ｂ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。
【００３４】
ハエの目レンズ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。
【００３５】
オプティカルインテグレータ１４０の出射面１４０ｂの直後には、絞り１５０が設けられ２次光源を形成する。本実施形態の絞り１５０は、瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と瞳面で軸外に強度分布の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２００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、瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光をもたらす絞りと、瞳面で軸外に強度分布のピークを有する照明光をもたらす絞りを用意して、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、絞り１５０の交換は問題ではないからである。絞り１５０は投影光学系３００の瞳面３２０と共役な位置に設けられており、絞りの１５０の開口形状は投影光学系３００の瞳面３２０における有効光源形状に相当する。
【００３６】
複数種類の絞り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強度分布の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強度分布の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１３２は、それぞれの露光量比を変化させることができる。
【００３７】
光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光は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、軸外に強度分布のピークを有する照明光はσが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、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の比である。光軸近傍に強度分布のピークを有する照明は、小σ照明などと呼ばれる場合もある。軸外に強度分布のピークを有する照明は、斜入射照明、変形照明などと呼ばれる場合もある。
【００３８】
図２乃至図４を参照して、絞り１５０に適用可能な例示的な形状（即ち有効光源形状）を説明する。ここで、図２乃至図４は、絞り１５０の開口の例示的形状の概略平面図である。図２（Ａ）は、瞳面で光軸近傍に強度分布の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を有する絞り１５０Ａの概略平面図である。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。
【００３９】
図２（Ｂ）は、瞳面で軸外に強度分布の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とを有する絞り１５０Ｂの概略平面図である。円形開口１５３は、中心位置のσが１以下の照明光をもたらし、それぞれ、±４５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σは等しい。
【００４０】
図２（Ｃ）は、瞳面で軸外に強度分布の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とを有する絞り１５０Ｃの概略平面図である。
【００４１】
図２（Ｄ）は、図２（Ａ）に示す円形開口１５１と図２（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絞り１５０Ｄの概略平面図である。絞り１５０Ｄは、従って、瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と瞳面で軸外に強度分布の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。絞り１５０Ｄの円１５３は同一の大きさを有する。円１５１と円１５３は必ずしも同一の大きさでなくてもよい。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。
【００４２】
図２（Ｅ）は、図２（Ａ）に示す円形開口１５１と図２（Ｃ）に示す輪帯開口１５３とを有する絞り１５０Ｅの概略平面図である。従って、絞り１５０Ｅも、瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と瞳面で軸外に強度分布の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。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。
【００４３】
図２（Ｆ）は、矩形環状の一対の開口１５５Ａ及び１５５Ｂを有する絞り１５０Ｆを開示している。開口１５５Ａは矩形環状の縦辺に、開口１５５Ｂは横辺に相当する。本発明者による公開特許２０００年第３１０８４３号に開示されているように、矩形環状照明は、最小ピッチがｋ_１＝０．２５×２、線幅と間隔が等しければ最小線幅がｋ_１＝０．２５の縦横に周期的なパターン（例えば、コンタクトホール列）を解像することができる。矩形環状照明は、斜入射照明光を利用して微細パターンを解像する方法に適用可能であり、微細パターンを解像する照明（マスク２００に垂直入射する小σ照明に相当）と大きなパターンを解像する照明（マスク２００に斜めに入射する大σ照明に相当）が同時になされることになる。絞り１５０Ｆは、微細パターンを解像するための図１７に示すような照明（有効光源形状）と、大パターンを解像する照明するための図１８に示すような照明による多重的な照明を行うことができる。なお、開口１５５Ａ及び１５５Ｂは部分的にσが１を超えているが、１以下であってもよい。または、照明光学系のＮＡによってきまる最大σに含まれる部分だけでもよい。（即ち、最大σをこえる照明光の分布は消失してもよい。）
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、上述したようにσが１を超えてもよい。かかる変形例を図３及び図４を参照して説明する。ここで、図３（Ａ）及び（Ｂ）は図２（Ｄ）に示す絞り１５０Ｄの変形例である絞り１５０Ｇ及び１５０Ｈの概略平面図である。図３（Ｃ）は図２（Ｆ）に示す絞り１５０Ｆの変形例である絞り１５０Ｉの概略平面図である。
【００４４】
絞り１５０Ｇは、円形開口１５１Ａと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σが１を部分的に超えた照明光を利用するとウェハ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。絞り１５０Ｈは、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１５３Ｂ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σ＝１を部分的に超えた矩形環状開口１５５Ａ及びＢ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Ｈの機能は上述の絞り１５０Ｄ等と同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。また、絞り１５０Ｉの中の１５５Ａ及びＢは絞り１５０Ｆの１５５Ａ及びＢと同じ機能をもち、形状の詳細な説明は省略する。
【００４５】
図４に、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絞り１５０Ｊの概略平面図を示す。絞り１５０Ｊは、円形開口１５１Ｂと、開口の位置のσが１以下の円形開口１５３Ｃと、σが１を部分的に超えて円形開口１５１Ｂ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１５１Ｂはバイナリマスクの場合にはなくてもよい。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。絞り１５０Ｊの機能も上述の絞り１５０Ｄ等と同一であるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４６】
以上の開口絞り１５０Ｄ、１５０Ｅ（１５０Ｇ、Ｈ）、１５０Ｉ、１５０Ｊは本発明の位相シフトマスクに最適なものであり、開口絞り１５０Ｆは、本発明のバイナリマスクに最適なものである。また開口絞り１５０Ｊにおいて、Ф１５の分布１５１Ｂのないものは本発明のバイナリマスクに最適なものである。
【００４７】
以上の開口絞りは有効光源の形状の例示的なものであって、図１の照明光学系１００の露光量分布を調節する露光量調節部１３２で、有効光源の分布を変更することによってこのような形状と実現させてもよい。
【００４８】
コンデンサーレンズ１６０はオプティカルインテグレータ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２００をケーラー照明する。マスク２００とオプティカルインテグレータ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。
【００４９】
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オプティカルインテグレータ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面と光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。
【００５０】
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（又は像）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２００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２００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。
【００５１】
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。
【００５２】
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種類以上の透過率を有するマスクとして形成されている。当該マスクは、位相シフトマスク或いは非位相シフトマスクであり、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、所望のパターンとダミーのパターンの透過率又は反射率を三種類以上に設定することによって製造される。透過率又は反射率を三種類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。なお、三種のうちの一つの値はゼロでよく、また、反射率が三種は、例えばＥＵＶ光で露光を行うときの反射型マスクを対象としている。
【００５３】
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５に示すようなゲートパターン２０とする。ここで、図５は、所望のパターン２０の概略平面図である。
【００５４】
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（コンタクトホールの穴に供給された多層との電気的接合部分）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。
【００５５】
図５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プレート４００面上換算で０．１２μｍである。
【００５６】
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。
【００５７】
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２２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２（Ａ）に示す絞り１５０Ａ（有効光源）がもたらす照明光のように）照明光として瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光を使用し、或いは、位相が全て同じのバイナリマスクでも良く、Ｓの場合照明条件を図２（Ｆ）に示す有効光源とすれば同様の効果が得られる。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。
【００５８】
かかる露光方法はダミーパターンをコンタクト部２４の両側に延長することを必要とし、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、ゲート部及びコンタクト部の両側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。
【００５９】
そこで、本実施形態は、マスクの透過率又は反射率を三種類以上に設定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。この照明条件では、ゲート部とダミーパターンの周期構造には解像性が良く，高コントラストな像を得ることがきるが、近接効果が強く出るので、コンタクト部周辺の形状が複雑で周期構造がなくなっている部分では、像質が変化する。そのため、第２の露光を例えば図２（Ｂ）又は（Ｃ）の絞り（有効光源）を使う軸外照明（斜入射照明）に基いて行なう。この軸外照明は細かなパターンは解像性が悪く、コンタクト部周辺の大きなパターンの形状の再現性がよい。これらを合わせて重ね露光すると、微細なゲート部とそれより大きいコンタクト部が同時に形状再現性良く解像できる。このときの重ね露光の有効光源は例えば図２（Ｄ）又は図２（Ｅ）である。
【００６０】
以下、図６を参照して、本発明の一実施形態である位相シフトマスク２００を説明する。ここで、図６（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６（Ｂ）は位相シフトマスク２００Ａ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６（Ａ）に示すように、三種類以上の透過率（本実施形態では透過率０％、５０％及び１００％）を有する。図６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。
【００６１】
所望のパターン２１０はゲートパターン２０に対応し、図６（Ａ）に示すように、透過率が１００％に設定されている。所望のパターン２１０は、溝（光透過部）２１４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０％に設定されている。図６（Ｂ）に示すように、パターン２１２ａは位相０に設定され、パターン２１２ｂは位相π（又は１８０度）に設定されている。
【００６２】
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。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。
【００６３】
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２４０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。
【００６４】
ダミーパターン２４０は、縁（遮光部）２４１と、互いに平行な光透過部２４２と遮光部２４４とを有する。遮光部２４１は、位相０、透過率０％に設定されている。光透過部２４２及び遮光部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と遮光部２４４はＹ方向に交互に整列し、それぞれの透過率は５０％と０％である。透過率５０％の光透過部２４２は、例えば、ＭｏＳｉ系の半透明な薄膜から構成される。
【００６５】
光透過部２４２と遮光部２４４は、図６（Ｂ）に示す位相に設定されている。より具体的には、光透過部２４２ａ、２４２ｃ、２４２ｅが位相０に設定され、光透過部２４２ｂ、２４２ｄ、２４２ｆが位相πに設定されている。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。
【００６６】
次に、（例えば、図２（Ａ）に示す開口絞り１５０Ａがもたらす照明光のような）光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光（又は小σ照明）と、（例えば、図２（Ｂ）に示す開口絞り１５０Ｂがもたらす照明光のような）軸外に強度分布のピークを有する照明光（又は大σ照明）との和として生じる多重照明光（例えば、図２（Ｄ）に示す開口絞り１５０Ｄがもたらす照明光）を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７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。
【００６７】
図７（Ａ）の上図は光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光（又は略垂直に入射する小σ照明）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、Ａ断面に関する光強度分布である。Ａ断面においては、遮光部２１４の微細な間隔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のコンタクト部２３０が並んでいる。
【００６８】
コンタクト部２３０は部分Ｐ_１に対応し、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光によって最小線幅Ｌよりも大きな線幅３Ｌと間隔Ｌのパターンが形成される。部分Ｐ_１の強度はＩ３で、部分Ｐ_１に挟まれた部分Ｐ_４は遮光部２１４に対応して周辺強度に近い強度Ｉ１を有する。この照明条件では、周期構造には解像性が良く高コントラストな像を得やすいが、近接効果が強いためにコンタクと部の複雑な形状なものには、形状再現性が悪くなる。従って、Ｐ１は正確に線幅３Ｌで再現されない。また、図６のＡ断面を切る位置を上下でずらして強度分布をみると、Ｐ１の線幅が変化して、形状再現性が悪い。ダミーパターン２４０は、コンタクト部２３０の両側に中間強度Ｉ２と周辺強度に近い強度Ｉ１を有するピッチ２Ｌの周期的な分布となる。部分Ｐ_２に対応する光透過部２４２は透過率５０％を有するので部分Ｐ_２において中間強度Ｉ２を有し、部分Ｐ_３に対応する遮光部２４４は透過率０％を有するので部分Ｐ_３において周辺強度に近いＩ１を有する。
【００６９】
図７（Ａ）の中図は、軸外に強度分布のピークを有する照明光（又は斜入射する大σ照明）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、Ａ断面に関する光強度分布である。軸外に強度分布の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６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_３は強度Ｉ２’として結像し、２つのコンタクト部２３０は互いに長さ３Ｌで間隔Ｌだけ離間しているのでピッチが４Ｌとなり、強度ピーク値（強度Ｉ３’）と中間強度（強度Ｉ２’）して解像する。この照明条件では微細なパターンは解像しないが形状再現性がよく、コンタクト部の線幅は３Ｌとして再現性よく解像する。Ａ断面近傍で断面位置をずらしても線幅変化は少ない。
【００７０】
図７（Ａ）の下図は、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布のピークを有する照明光とが足し合わされた多重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、Ａ断面に関する光強度分布である。即ち、図７（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２００を照明するとプレート４００上には３値の光強度分布がコンタクト部２３０が強調された状態で形成される。コンタクト部２３０を解像するためには、強度Ｔ２＝Ｉ３’から強度Ｔ１＝Ｉ３’＋Ｉ３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】
図７（Ｂ）の上図は光軸近傍に強度分布の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。光透過部２４２は透過率１００％を有するから光強度Ｉ３を有する。光透過部２４２は透過率５０％を有して光強度Ｉ２を有する。ダミーパターン２４０は、中間強度Ｉ２と周辺強度Ｉ１でゲート部２２０と同一のピッチ２Ｌで繰り返す周期パターンとなる。
【００７２】
図７（Ｂ）の中図は、軸外に強度分布の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断面の光強度分布である。軸外に強度分布の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６に示すパターン２４４は解像せずに）、ダミーパターン２４０は強度Ｉ２’として結像し、２つのゲート部２２０は強度ピーク値（強度Ｉ３’）として解像する。
【００７３】
図７（Ｂ）の下図は、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布の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７（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２００を照明するとプレート４００上には５値の光強度分布が、ゲート部２２０が強調された状態で形成される。ゲート部２２０を解像するためには、強度Ｔ２＝Ｉ３’から強度Ｔ１＝Ｉ３’＋Ｉ３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Ｔ２とＴ１の間に設定すればよい。そうすることによって、微細なパターンを解像すると同時にコンタクト部の大きなパターンも線幅３Ｌとして形状再現性良く解像する。
【００７５】
マスク２００は３つの透過率値が２つの位相値からなるピッチ２Ｌの周期構造を有するため、光軸近傍に強度分布の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の境界では強度がゼロとなり、透過率が５０％の境界では中間強度Ｉ２とゼロの周期的分布 となり、透過率が１００％の領域では最大値である強度Ｉ３とゼロの周期的分布となり、全体的には強度３値をもつピッチ２Ｌの周期的な分布となる。
【００７６】
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２００を軸外に強度分布のピークを有する照明光で照明する。軸外に強度分布の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２Ｌの限界解像以下の周期的分布を形成することによって、軸外に強度分布の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、光軸近傍に強度分布の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１００％のクロム膜等に覆われない部分は強度ピーク値Ｉ３’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７（Ａ）及び（Ｂ）の中図に示すように、線幅３Ｌの線となる。
【００７７】
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。
【００７８】
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６のような透過率分布と位相分布を持つマスク２００を、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布の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。
【００７９】
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４００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２乃至図４に示す形状と同様である。
【００８０】
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−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）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。
【００８１】
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４５０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。
【００８２】
結像位置調節装置５００は、ステージ４５０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。
【００８３】
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が照明光の露光量分布を調節する。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、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布の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１６０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。
【００８４】
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、三種類以上の透過率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。
【００８５】
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。
【００８６】
光軸近傍に強度分布の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。軸外に強度分布の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種類以上の透過率はプレート４００上に、光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布の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所望のパターン２１０が強調された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４００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（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００８７】
次に、図１２及び図１３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１２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。
【００８８】
図１３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。
【００８９】
【実施例１】
実施例１では図６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、図３（Ｅ）に示す絞り１５０Ｅ（有効光源）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置１に使用した。光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光のσを０．２に、輪帯照明光の外側σ_１を０．８、内側σ_０を０．６とする。また、露光量調整部１３２によって光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布のピークを有する照明光との強度比は１対１に設定した（照明条件１）。
【００９０】
照明条件１における露光結果を図８に示す。図８（Ａ）を参照するに、光軸近傍に強度分布の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が解像しているが、大きなパターン部分周辺は形状が歪んでいる。特にゲート部とコンタクト部の接している部分は線がくびれており、断線の原因となるため好ましくない。図８（Ｂ）を参照するに、軸外（例えば、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８（Ｃ）を参照するに、これらを重ねた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。
【００９１】
また、プレート４００上の光強度分布をＡ断面に関して図９に、Ｂ断面に関して図１０に示す。限界解像では近接効果が強いために図７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８（Ｃ）に示すように微細なパターンの解像性が非常によく、歪の無い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。また、軸上の照明光の半径（σ）を大きくすると共に軸外の照明光の内側半径（σ_０）を小さくしていくと、強度分布が連続した有効光源による大σ照明となるが、この場合も同様に解像性能が良く、多重照明の効果が得られる。
【００９２】
【実施例２】
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６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、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置１に使用した。
【００９３】
かかる露光装置１を、（図３（Ａ）に示す絞り１５０Ａ（有効光源）が与える照明光のような）瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光、（図３（Ｂ）に示す絞り１５０Ｂが与える照明光のような）瞳面で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σ_０を０．５、各辺の大きさのσ_１を０．３とする。）、及び、瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光と瞳面で軸外に強度分布のピークを有する照明光が合成された、（図３（Ｄ）に示す絞り１５０Ｄが与える照明光のような）五重極照明光（中心部の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近傍に強度分布のピークを有する照明光と軸外に強度分布のピークを有する照明光との強度比は１対１に設定した（照明条件２）。かかる照明条件２でも、図１１（Ａ）に示すように良好な結果が得られた。
【００９４】
また、マスクとして図６（Ａ）に示す透過率分布を有し且つ位相シフトをさせないバイナリマスクを、図２（Ｆ）に示すような絞り１５０Ｆ（有効光源）により得た照明光で照明してＮＡ０．６０の投影光学系３００により投影露光を行ったところ、図１１（Ｂ）に示すような良好な結果が得られた。
【００９５】
【実施例３】
次に、マスクパターンを変更して同様の実験を行った場合について説明する。図１４に示すような線幅と間隔が等しく５個並んだコンタクトホールパターンを所望のパターン２１０Ａに選択した。ホール径と間隔は共に０．１５μｍ（ｋ_１＝０．３６３）とした。ここで、図１４は所望のパターンの概略平面図である。
【００９６】
また、本実施例で使用したマスク２００Ａを図１５に示す。図１５（Ａ）は、マスク２００Ａの透過率分布を表す概略平面図である。図１５（Ｂ）は、マスク２００Ａの位相分布を表す概略平面図である。図１５（Ｂ）に示すように、マスク２００Ａにおいては、コンタクトホールパターンが市松状に位相が０度と１８０度に設定されている。
【００９７】
マスク２００Ａは、図１５（Ａ）に示すように、透過率１００％に設定された所望のコンタクトホールパターン２１０Ａと、透過率５０％に設定されたダミーコンタクトホールパターン２２０Ａとが２次元的に配列されたコンタクトホールパターン２３０Ａが形成されており、透過率０％の遮光部２４０Ａを有する。このように、本実施例では、所望の位置のコンタクトホールの透過率をダミーコンタクトホールのそれよりも大きくして、露光量に差を設けている。図１９のマスクを用いても本実施例とほぼ同じ結果が得られるが、図１９のマスクの本実施例との違いは１９（Ｂ）に示す位相分布に対しマスク２００の位相分布が同じ位相からなる点である。
【００９８】
位相分布２００Ａのマスクは位相シフトマスクであり、位相分布２００Ｂのマスクはバイナリマスクである。図１５（Ｂ）に示すように、隣接するコンタクトホール２５０Ａ及び２６０Ａが市松状に位相が０度とπ（１８０度）に設定されている。位相シフトマスクに照明光を垂直に入射させると、隣接する光透過部を通過する０次回折光が打ち消されるので、±１次回折光が結像に使用される。±１次回折光は光強度が等しいので、０次回折光と＋１次又は−１次回折光を使用する場合に比べて、干渉縞として得られるパターンのコントラストは大きくなり、プレート４００上に良好なパターンが得られることになる。
【００９９】
実施例２の照明条件２に対する露光結果を図１６に示す。同図に示すように、ホールの中央と両端の大きさが均一で形状のひずみがなく、所望のコンタクトホール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。
【０１００】
位相シフトマスク２００Ａを垂直照明によって得られる解像度は最小ピッチがｋ_１＝（０．２５×√２）×２、線幅と間隔が等しければ最小線幅がｋ_１＝０．２５×√２＝０．３５３５５までとなる。従って、０．１５μｍ（ｋ_１＝０．３６３）より微細な０．１４μｍ以下のコンタクトホールは解像されないことになる。０．１４μｍ以下のコンタクトホールを解像するためには、例えば、公開特許２０００年第４０６５６号公報の方法を用いて解像すればよい。同公報は二光束干渉の重ね合わせによって二次元格子を作成する方法を提案しており、縦横に周期的なコンタクトホール列の解像が可能である。
【０１０１】
レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザーと、図２（Ｆ）に示す絞り１５０Ｆ（有効光源）と、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置１を使用してホール径と間隔が０．１２μｍ（ｋ_１＝０．２９）に設定されたパターンを解像する。そのために図１９に示す位相シフト分布２００Ｂのバイナリマスクで露光した。マスク２００Ｂは、図１４に示す所望のコンタクトホールパターンと類似するがために使用されるマスクである。ここで、図１９（Ａ）は、マスク２００Ｂの透過率分布を表す概略平面図である。図１９（Ｂ）は、マスク２００Ｂの位相分布を表す概略平面図である。マスク２００Ｂは、２００Ａと同様に、透過率１００％で所望のパターン２１０Ａに相当する所望のパターン２１０Ｂと、透過率５０％のダミーのパターン２２０Ｂとからなるコンタクトホールパターン２３０Ｂと、透過率０％の遮光部２４０Ｂとを有する。従って、本実施例でも、所望の位置のコンタクトホールの透過率をダミーコンタクトホールのそれよりも大きくして、露光量に差を設けている。但し、マスク２００Ｂは、図１９（Ｂ）に示すように、各ホール２５０Ｂの位相は０に設定されているバイナリマスクである。
【０１０２】
本実施例の露光結果を図２０に示す。同図に示すように、ホールの中央と両端の大きさが均一で形状のひずみがなく、所望のコンタクトホール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。
【０１０３】
より詳しいプレート４００に転写される像を図２１及び図２２に示す。図２１（Ａ）は、図１７に示す照明によってマスク２００Ｂが照明された場合にプレート４００に転写される像を示し、図２２（Ａ）はその場合のプレート４００上の光強度分布を示す。図２１（Ｂ）は図１８に示す照明によってマスク２００Ｂが照明された場合にプレート４００に転写される像を示し、図２２（Ｂ）はその場合のプレート４００上の光強度分布を示す。図２１（Ｃ）は、図１７に示す照明と図１８に示す照明が多重された場合に（即ち、絞り１５０Ｆ（有効光源）を使用した場合に）プレート４００に転写される像を示し、図２２（Ｃ）はその場合のプレート４００上の光強度分布を示す。これらは図７（Ｂ）の下図に示す合成された結果に相当することが理解される。
【０１０４】
もちろん、位相分布２００Ｂの代わりに位相分布２００Ａを使用しても図２０に示すのと同様に良好な解像を得ることができる。また、前述したように位相分布図２００Ｂを斜入射照明して得られる像は位相分布図２００Ｂを垂直照明して得られる像よりも若干性能は劣るが、それでも非常に良く解像される。必要があれば、露光量調整部１３２を介して図１７に示す照明光と図１８に示す照明光の露光量の比を制御することもできる。
【０１０５】
【実施例５】
４光束干渉と２光束干渉の重ね合わせによって形状が非常によく再現されている実施例を説明する。４光束干渉を用いると解像度Ｒは最小ピッチがｋ_１＝（０．２５×√２）×２、線幅と間隔が等しければ最小線幅がｋ_１＝０．２５×√２＝０．３５３５５までしか得られない。従って、０．１５μｍ（ｋ_１＝０．３６３）のパターンを解像した結果である。
【０１０６】
本実施例では、レーザー１１２にＫｒＦエキシマレーザーと、図３（Ｃ）に示す絞り１５０Ｉと、ＮＡ０．６０の投影光学系３００とを露光装置１に使用して図１５に示す位相シフトマスクを露光した。この位相シフトマスクと軸上の照明光によって４光束干渉し、軸外の照明光で２光束干渉が得られる。
【０１０７】
本実施例の露光結果を図２３に示す。同図に示すように、孤立のパターンと密集したパターンの大きさが均一で、非常に形状再現性よく解像されていることが理解される。
【０１０８】
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、本実施例では、図７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２値、透過率分布３値のマスクを垂直入射（または斜入射の微細パターンを解像する方向）と斜入射（または斜入射の微細パターンを解像しない方向）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７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。
【０１０９】
【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、マスクを交換せずに、解像度良く露光可能な露光することができる。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に示す露光装置の開口絞りの例示的形状の概略平面図である。
【図３】 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４】 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５】 所望のパターンの概略平面図である。
【図６】 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７】 光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光及び／又は軸外に強度分布のピークを有する照明光を利用して図６に示す位相シフト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８】 光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光及び／又は軸外に強度分布のピークを有する照明光を利用して図６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９】 光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光及び／又は軸外に強度分布のピークを有する照明光を利用して図６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１０】 光軸近傍に強度分布のピークを有する照明光及び／又は軸外に強度分布のピークを有する照明光を利用して図６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１１】 図６に示す位相シフトマスクを絞り１５０Ｄの有効光源の照明条件で照明した場合と、バイナリマスクを１５０Ｆの有効光源の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１２】 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１３】 図１２に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【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２（Ｆ）に示す開口絞りのある一部の開口がもたらす照明光の有効光源形状を示す平面図である。
【図１８】 図２（Ｆ）に示す開口絞りの残りの開口がもたらす照明光の有効光源形状を示す平面図である。
【図１９】 図１４に示す所望のパターンであって、よりホール径及び間隔が小さいものを露光するために私用される位相シフトマスクの概略平面図である。
【図２０】 図１９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１７に示す照明光及び／又は図１８に示す照明光により図１９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の結果である。
【図２２】 図１７に示す照明光及び／又は図１８に示す照明光により図１９に示すマスクを照明した場合にプレート上に現れる光強度分布である。
【図２３】 本発明の実施例の露光結果である。
【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 (6)

1. コンタクト部とゲート部を持つ所望のパターンと、前記ゲート部の両側に前記コンタクト部と重なるよう配置された周期性のあるダミーのパターンと、を有する位相シフトマスクを、
   瞳面で光軸近傍に強度分布のピークを持つ第１の光と前記瞳面で軸外に強度分布のピークを持つ第２の光で照明し、
   前記位相シフトマスクからの光を投影光学系を介してレジストに投影することによって、前記所望のパターンが結像される部分が閾値を超え、前記ダミーのパターンが結像される部分が閾値を超えないように前記レジストを露光することを特徴とする露光方法。
2. 前記ダミーのパターンと前記所望のパターンとのピッチのハーフピッチは、当該ハーフピッチをＰ、前記投影光学系の前記レジスト側の開口数をＮＡ、前記第１及び第２の光の波長をλ、プロセス定数をｋ１とすると、
   Ｐ＝ｋ１（λ／ＮＡ）
   ｋ１＝Ｐ／（λ／ＮＡ）＞０．２５
   を満足し、
   前記ハーフピッチは前記所望のパターン間の最小ピッチと同じであることを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 前記ダミーのパターンの周期の方向と直交する方向の長さは前記所望のパターンの対応する方向の長さよりも長く、
   前記ダミーのパターンの透過率は、前記所望のパターンの透過率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
4. 前記ダミーのパターンの周期の方向と直交する方向の長さは前記所望のパターンの対応する方向の長さよりも長く、
   前記ダミーのパターンの反射率は、前記所望のパターンの反射率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
5. 前記第１の光が前記ダミーのパターンと周期性のない前記所望のパターンを露光した像面上の強度ピーク値をＩ１、前記第２の光が前記ダミーのパターンと周期性のない前記所望のパターンを露光した前記像面上の強度ピーク値をＩ１’とすると、強度Ｉ１’からＩ１’＋Ｉ１の間に前記レジストの閾値があり、かつ、前記第１の光が前記ダミーのパターンと周期をなす前記所望のパターンを露光した前記像面上の強度ピーク値をＩ２、前記第２の光が前記ダミーのパターンと周期をなす前記所望のパターンを露光した前記像面上の強度ピーク値をＩ２’とすると、強度Ｉ２’からＩ２’＋Ｉ２の間に前記レジストの閾値があるように、前記第１及び第２の光の照度を設定することを特徴とする請求項１記載の露光方法。
6. 前記第１の光は、前記所望のパターンと前記ダミーのパターンからなる周期的なパターンを解像させ、
   前記第２の光は、前記所望のパターンと前記ダミーのパターンからなる周期的なパターンを解像させず、前記ダミーのパターンと周期性のない前記所望のパターンを解像させることを特徴とする請求項５記載の露光方法。

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