JPH04348017A - パターン形成方法、および投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種固体素子の微細パ
ターン形成に用いられるパターン形成方法に関する。 又、本発明は、上記微細パターン形成に用いられる投影
露光装置、投影露光用マスク、上記マスクの製造方法、
上記マスクパタンののレイアウト設計方法に関する。 又、本発明は、あらゆる光学機器に用いられる光学レン
ズ、及びこれら光学レンズ内に設置される光学フィルタ
ーに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の固体素子の集積度及び動作速
度を向上するため、回路パターンの微細化が進んでいる
。現在これらのパターン形成には、量産性と解像性能に
優れた縮小投影露光法が広く用いられている。この方法
の解像限界は、露光波長に比例し、投影レンズの開口数
（ＮＡ）に反比例する。又、その焦点深度は露光波長に
比例し、ＮＡの２乗に反比例する。従って、解像限界の
向上（高ＮＡ化と短波長化）を進めるに伴い焦点深度が
著しく減少しつつある。

【０００３】一方、従来投影露光法の解像度を飛躍的に
向上させる方法として、マスク上で隣接する開口部を透
過する光の位相を反転させる位相シフト法が提案されて
いる。また、従来投影露光法の焦点深度を飛躍的に向上
させる方法として、光軸方向の複数位置に結像する同一
マスクパターンの像を用いて露光を行なう多重結像露光
（ＦＬＥＸ）法が提案されている。位相シフト法につい
ては、例えば、アイトリプルイー　　トランザクション
　　オン　　エレクトロン　　デバイセス、第２９巻、
第１８２８頁から第１８３６頁（１９８２年）（ＩＥＥ
Ｅ　Ｔｒａｎｓ．　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｄｅｖｉｃｅｓ
，Ｖｏｌ．ＥＤ−２９，　ｐｐ．１８２８−１８３６　
（１９８２））に、又、多重結像露光法については、例
えば、アイトリプルイー　　エレクトロン　　デバイス
　　レター、第８巻、第１７９頁から第１８０頁（１９
８６年）（ＩＥＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｅｖｉｃｅ
Ｌｅｔｔｅｒｓ，　Ｖｏｌ．ＥＤＬ−８，　ｐｐ．１７
９−１８０　（１９８７））に論じられている。

【０００４】一方、レンズの瞳における振幅や位相の分
布を変化させることにより、レンズの結像特性を変える
手法は、アポダイゼイション（ａｐｏｄｉｓａｔｉｏｎ
）、又は光学的フィルタリングとして一般的に知られて
いる。さらに、低下した像のコントラストを再生する方
法として再回折法が知られている。これらについては、
例えば、プログレス　イン　オプティクス、第２巻、第
１３３頁から第１５２頁、（１９６３年発行）（Ｐｒｏ
ｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｏｐｔｉｃｓ，　Ｖｏｌ．２，　Ｐ
Ｐ．１３３−１５２，　（１９６３），　Ｎｏｒｔｈ−
Ｈｏｌｌａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏ．　）等
において論じられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、ＬＳＩの高集積
化に伴って回路パタンが微細化する一方、代表的なＬＳ
ＩであるＤＲＡＭ等において電子デバイス構造の立体化
が進んでいる。このため、マスクパタンの被投影面であ
るＬＳＩ基板表面が、上で述べたように減少しつつある
焦点深度をはみ出してしまい、ＬＳＩチップ全面に微細
パタンを形成するのが困難になってきた。従って、高い
解像度を必要な焦点深度と共に確保する必要があるとい
う課題が生じてきた。

【０００６】ところで、前述の位相シフト法をコヒーレ
ンスファクタ０．３程度の照明条件下でＬＳＩ配線パタ
ン等の繰返しパタンに適用すると、解像度のみならず焦
点深度も２倍以上と大きく向上する。しかし従来、ホー
ルパタン等の孤立パタンに適用した場合には、解像度、
焦点深度ともに２０％程度の向上にとどまっている。 又、複雑な形状のパタンでは、近接効果が増大するため
マスク形状通りの転写パタンが得られないという問題が
あった。

【０００７】一方、前述の多重結像露光法は、ホールパ
タン等の孤立パタンの焦点深度を２から３倍以上に大き
く向上させる。しかし、この方法では、主に基板ステー
ジを光軸方向に移動させて複数回の露光を行なっている
ため、露光制御が煩雑である、同一チップの露光中に基
板ステージの機械的動作を伴うといった問題点があった
。さらに、露光面積の占める割合の比較的大きなパタン
、特にＬＳＩ配線等の繰返しパタンにおいて像コントラ
ストが低下するという問題があった。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を回避しつつ
、解像限界を向上するために高ＮＡ化と短波長化を進め
ても深い焦点深度を維持できる新規なパターン形成方法
、投影露光装置、マスク、マスク製造方法、及びパター
ンレイアウト方法を提供することにある。

【０００９】又、前掲の文献において多重焦点フィルタ
ーが辻内等により提案されている。しかし、これらのフ
ィルターは収差の大きい系において互いに離間する複数
面に焦点をあわせるためのものであって、各焦点に結像
する複数の像の間の位相関係も十分に考慮されていない
。従って、回折限界光学系においては必ずしも所望の効
果が得られない。さらに、様々なパタンに応じて光軸方
向に一様な光強度分布を得るためのフィルターの透過率
及び位相の空間分布についても必ずしも明確でない。

【００１０】本発明の別の目的は、ＬＳＩ露光用投影露
光装置等の回折限界光学系においても深い焦点深度と解
像性能を維持できる、新規な光学フィルター、光学レン
ズ、及び上記レンズを用いた投影露光装置を提供するこ
とにある。

【００１１】なお、深い焦点深度は、上で述べた縮小投
影露光法以外にも光学の様々な分野において必要となっ
ている。即ち、生体やＬＳＩ表面等の立体的な構造を持
つ物体の観察に用いるための顕微鏡、光ディスクヘッド
用マイクロレンズ、その他カメラ、望遠鏡等の一般的な
光学機器においても、焦点深度を拡大することによりよ
り広範な応用分野とさらなる性能向上が期待できる。本
発明の別の目的は、これら、一般的な光学機器において
も深い焦点深度を維持できる新規な光学レンズ、及びこ
れに用いられる光学フィルターを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、表面に段差
を有する基板上に形成されたホトレジスト膜の所定領域
にマスクパターンを介して投影露光する際、上記投影露
光を、ほぼ等しい大きさの振幅を有する上記マスクパタ
ーンの像が光軸方向における上記基板の基準面からの距
離が異なりかつ互いに離間した第１および第２の位置に
同時に生じ、かつ、上記２つの位置に生じた像の位相の
相対関係が所期の条件を満たすように行い、それにより
、上記第１および第２の位置に介在する領域における露
光量の和が現像によって上記ホトレジスト膜からなるパ
ターンを形成し得る露光量以上となるようにすることに
より達成される。

【００１３】また、上記目的は、光を用いてマスクを投
影レンズを介して基板上へ投影露光する際、投影レンズ
の瞳を通過した光振幅分布が、通常の部分コヒーレント
照明又はコヒーレント照明により所望の設計パターンを
有するマスクを照射したときに上記瞳上で得られる光の
振幅分布に、ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）（但しｒは
瞳半径座標、β、θは適当な実数）を乗じたもの、もし
くはこれを適当に近似したものとなる様に、マスクパタ
ーンの複素振幅透過率分布、又は投影レンズの瞳（もし
くはこれと共役な位置にある開口絞り）の複素振幅透過
率分布、又は有効光源の照度分布を設定することにより
達成される。

【００１４】上記目的は、レンズの瞳面又は上記瞳面と
共役な面又は上記レンズの開口を決定する絞り位置に、
およそ Ｔ（ｒ）＝　ｃｏｓ（２π・β・ｒ２−θ／２）×　ｃ
ｉｒｃ（ｒ）、（但し、β、θは適当な定数） で表される複素振幅透過率分布、もしくは上記関数Ｔ（
ｒ）を適当に離散化した複素振幅透過率分布を有する光
学フィルターを設けることによって達成される。

【００１５】又、上記目的は、ＬＳＩ上に描かれるレイ
アウトパターンをフーリエ変換し、変換後のパターンデ
ータに、ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）（但しｆは空間
周波数）を乗じ、これをフーリエ逆変換して得られたパ
ターン、もしくはその近似解をマスクパターンとしてＬ
ＳＩを露光製造することによって達成される。

【００１６】

【作用】次に、本発明の作用を図を用いて説明する。

【００１７】コヒーレント照明による投影像の振幅分布
Ｕ０は、光軸と垂直な平面内の位置ベクトルｘとデフォ
ーカスｚの関数として次の様に書ける。

【００１８】 Ｕ０（ｘ，ｚ）＝ｅｘｐ（ｉφ）∫ａ（ｆ）・ｐ０（│
ｆ│，ｚ）・ｅｘｐ（２πｉｘ・ｆ）ｄｆｐ０（ｒ，ｚ
）＝ｃｉｒｃ（ｒ）・ｅｘｐ（２πｉｚｒ２）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
‥‥（数１）ここで、ａ（ｆ）はマスクパタンのフーリ
エスペクトル、ｐ０（ｒ，ｚ）は瞳関数、ｆはＮＡ／λ
で規格化した空間周波数ベクトル、ｒは最大開口半径で
規格化した瞳面の半径方向座標である。投影レンズの瞳
面の振幅透過率分布を、０≦ｒ≦１で１、１＜ｒで０と
なる様な２次元の関数　ｃｉｒｃ（ｒ）と仮定した。デ
フォーカスｚは光軸上実次元のデフォーカス量Ｄと、Ｄ
＝２・ｚ・λ／ＮＡ２の関係にある。ｅｘｐ（ｉφ）は
光の位相を表す項で、φ＝２πＤ／λ＝４πｚ／ＮＡ２
、と表される。

【００１９】さて、元の像の結像面を光軸（ｚ）方向に
＋β平行移動し、さらに位相を＋Δφだけずらした像の
振幅分布は、Ｕ０（ｘ，ｚ−β）ｅｘｐ（ｉΔφ）で与
えられる。従って、ｚ＝＋βに結像し位相を＋Δφずら
した像と、ｚ＝−βに結像し位相を−Δφずらした像の
合成像の振幅分布Ｕ’（ｘ，ｚ）は次式で与えられる。

【００２０】 Ｕ’（ｘ，ｚ）＝ 　　　　［Ｕ０（ｘ，ｚ−β）ｅｘｐ（ｉΔφ）＋Ｕ０
（ｘ，ｚ−β）ｅｘｐ（ｉΔφ）］／２　　‥‥（数２
）（１）を（２）へ代入して計算すると、Ｕ’（ｘ，ｚ
）　＝　ｅｘｐ（ｉφ）　×　　　　　　　　　　　　
∫ａ（ｆ）・ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）・ｐ０（│
ｆ│，ｚ）・ｅｘｐ（２πｉｘ・ｆ）ｄｆ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　‥‥（数３）となる。ここにθ＝２Δφ−８π
β／ＮＡ２であり、これは２つの像の位相差から結像面
間距離の移動に伴う位相変化を差し引いた正味の位相差
に相当する。

【００２１】（数１）と（数３）を比較すると、振幅の
積分中に　　ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）　　を導入
することにより、光軸方向の異なる位置に結像する２つ
の像（結像面間距離２β）の振幅を、各々の像の位相差
（θ）を制御しつつ合成することができることがわかる
。なお、光源が有限の大きさを持つ（部分コヒーレント
照明の）場合には、Ｓ（ｓ）を有効光源として、（数３
）のａ（ｆ）を［∫Ｓ（ｓ）・ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ］に変
更すればよい。

【００２２】（数３）の積分中にｃｏｓ（２πβｆ２−
θ／２）の項を導入するには、次の２つの方法が考えら
れる。

【００２３】第１の方法は、瞳関数を ｐ’（│ｒ│，ｚ）　＝　ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２
）・ｐ０（│ｒ│，ｚ）　　　　　　　　‥‥（数４）
に変更する。瞳関数は投影レンズの瞳（又はこれと共役
な位置にある開口絞り）の複素振幅透過率分布とみなす
ことができる。従って、上記瞳関数ｐ’を得るためには
、瞳又は開口絞りの振幅透過率分布をｃｏｓ（２πβｒ
２−θ／２）とすればよい。この方法の概要を図１に模
式的に示す。瞳又は開口絞りに複素振幅透過率分布が、
Ｔ（ｒ）＝　ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）・ｃｉｒｃ
（ｒ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　‥‥（数５）で表される空間フイルターを設けるこ
とにより、光軸方向の異なる位置に結像する２つの像Ｉ
、ＩＩの振幅ＵＩ、ＵＩＩを、２つの像の間の位相差を
制御しつつ合成することができる。結像面間距離と位相
差は（数５）中のβ、θの値により任意に設定できる。

【００２４】（数３）の積分中にｃｏｓ（２πβｆ２−
θ／２）の項を導入する第２の方法は、そのフーリエ変
換ａ’（ｆ）が ａ’（ｆ）　＝　ａ（ｆ）×ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／
２）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　‥‥（数６）となる様な新たなマスクパタンを用いる
ものである。この方法の概要を図２に模式的に示す。設
計マスクパタンの複素振幅透過率分布Ａ（ｘ）に対して
、そのフーリエ変換ａ（ｆ）を求め、これにｃｏｓ（２
πβｆ２−θ／２）・ｃｉｒｃ（ｒ）を掛けたものをａ
’（ｆ）とする。さらにａ’（ｆ）をフーリエ逆変換す
ることにより新たなマスクパタンの複素振幅透過率分布
Ａ’（ｘ）が求まる。即ち、振幅透過率分布が、Ａ’（
ｘ）＝Ｆ−１［Ｆ｛Ａ（ｘ）｝×ｃｏｓ（２πβｆ２−
θ／２）・ｃｉｒｃ（│ｆ│）］　　‥‥（数７）で表
されるマスクを用いることにより、（数３）の合成振幅
分布が得られる。但し、Ｆ［ｆ（ｘ）］、Ｆ−１［ｇ（
ｔ）］は、各々ｆ（ｘ）のフーリエ変換及びｇ（ｔ）の
フーリエ逆変換を表す。結像面間距離と位相差は（数７
）中のβ、θの値により任意に設定できる。図２右下に
示したように、（数７）式によるマスクを用いることに
よって従来法（図２左下）と比べて焦点深度の深い良好
な光強度分布が実現される。なお、（数７）式中の　ｃ
ｉｒｃ（│ｆ│）はあってもなくてもよく、さらに、実
質的にはフーリエ逆変換される関数ａ’（ｆ）の│ｆ│
＞１の領域はどの様な関数であっても構わない。

【００２５】なお、光源が有限の大きさを持つ（部分コ
ヒーレント照明の）場合には、Ｓ（ｓ）を有効光源とし
て、（数１）又は（数３）におけるａ（ｆ）を［∫Ｓ（
ｓ）・ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ］に変更する。従って、本発明
を部分コヒーレント照明下で適用する際には、フーリエ
変換ａ”（ｆ）が∫Ｓ（ｓ）・ａ”（ｆ−ｓ）ｄｓ＝∫
Ｓ（ｓ）・ａ（ｆ−ｓ）・ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２
）　ｄｓ　　‥‥（数８）を満たす様なマスクパタン求
める必要がある。求めるマスクパタンの透過振幅率分布
Ａ”（ｘ）は、上式をａ”（ｆ）の逆フーリエ変換につ
いて解いて次の様になる。Ａ”（ｘ）＝Ｆ−１［　Ｆ｛
Ａ（ｘ）・Ｆ−１［Ｓ（ｆ）］｝　　　　×ｃｏｓ（２
πβｆ２−θ／２）・ｃｉｒｃ（│ｆ│）　］／Ｆ−１
［Ｓ（ｆ）］。　　　　‥‥（数９）但し、フーリエ積
分に関するコンボリューションの定理を用いた。（数９
）に従って設計パタンを変換したマスクを用いることに
より、部分コヒーレント照明に対してもコヒーレント照
明の場合と同様の効果を得ることができる。しかしなが
ら（数９）を用いる場合、Ｆ−１［Ｓ（ｆ）］＝０とな
る特異点が存在する。照明がコヒーレントに近い場合、
特異点は主パタンから遠く離れていてその影響は無視で
きる。一方、コヒーレンシィが下がるに従い特異点は主
パタンに近づき、その結果マスクパタンはかなり複雑な
ものとなってしまう。（数７）を用いた場合でも照明が
ある程度コヒーレントに近ければ、十分な効果が得られ
る。この場合の、望ましいコヒ−レンス条件については
実施例で述べる。

【００２６】又、光源が有限の大きさを持つ場合、通常
の部分コヒーレント照明の有効光源Ｓ（ｓ）に対して、
∫Ｓ’（ｓ）・ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ＝∫Ｓ（ｓ）・ａ（ｆ
−ｓ）・ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）　ｄｓ‥‥（数
１０）を満たす様な照度分布Ｓ’（ｓ）を有する有効光
源を用いても同様な効果が得られる。

【００２７】さて、次に以上述べた様な振幅合成による
焦点深度と解像度の向上効果について図３を用いて説明
する。

【００２８】従来法による線状開口パタンの投影像の位
相−振幅Ｕ０の分布及びその絶対値の２乗である光強度
分布が光軸方向に変化する様子を図３（ａ）に示す。デ
フォーカスにより像が消滅することがわかる。

【００２９】一方、ｚ＝±βに結像し、かつ各々の像の
位相が互いにほぼ逆転している様な２つの像の位相振幅
ＵＩ、ＵＩＩ及びその合成振幅ＵＩ＋ＵＩＩに対する同
様の結果を図３（ｂ）に示す。但し、波長周期の位相変
化は取り除いてある。

【００３０】図３（ｂ）より、次のようなことがわかる
。まず、各々の像の結像面付近では、フォ−カスのあっ
た山型の振幅分布に、（−）２βだけデフォーカスした
像のほぼ位相の逆転した一様な振幅分布が重なる。これ
によりパタンの周辺部分で振幅が打ち消し合い、振幅（
光強度）分布の半値巾が減少する。一方、２つの結像面
の中間付近では、±βデフォーカスした像の振幅が重ね
合わされる。振幅の絶対値はほぼ一様であるが、位相に
ついてみると、パタン中心では各々±４５度程度回転し
ているのに対して周辺では余り変化していない。従って
、パタンの中心付近で２つの像の振幅が位相差９０度程
度で合成され、一方、周辺部分でほぼ逆転した位相が打
ち消し合い合成振幅が０となる。このため、やはり元の
像より光強度分布の広がりの小さな像が形成される。 この結果、ＦＬＥＸ法同様の多重結像効果と補助シフタ
を用いた位相シフト法の効果が同時に得られ、焦点深度
と解像度が向上する。他のパタンの場合もほぼ同様のこ
とがいえる。

【００３１】なお、上に示した様々な式中のβとθ（単
位はラジアン）の値は ０．３　　　　＜β＜０．７ １０β−５＜θ＜１０β−２ の範囲に設定したときの範囲内にあることが好ましい。 さらに、望ましいβとθの値は転写するパタンに依存す
る。例えば、周期的パタンの場合振幅透過率の符号は瞳
の最外縁部を除き一定であることが好ましい。一方、ホ
ールパタン等フーリエ変換が連続スペクトルとなる場合
にはその限りではない。パタンに応じたβとθの好まし
い値としては、例えば以下の実施例中に示した程度の値
を考えることができる。

【００３２】なお、上に述べた振幅の重ねあわせは最も
簡単な例であって、重ねあわせる像の数、各像の結像面
位置、各像相互の位相の関係については、様々な場合を
考えることができる。例えば、瞳フイルターを用いて３
つ以上の像の振幅を重ね合わせる場合には、（数５）中
のｃｏｓ関数を（数５）の形をもちかつ互いにβ及びθ
の値が異なる２つ以上の分布関数を適当な重みをつけて
足しあわせたものに変更すればよい。即ち、複数の像の
振幅合成を与えるための複素振幅透過率の一般式は次式
で与えられる。

【００３３】

【数１１】

【００３４】但し、結像面数が増大するに従って、焦点
深度は増大するが像の光強度が著しく減少するため、結
像面数は２から３程度であることが好ましい。又、光学
フイルターの透過率をできるだけ大きくするために、各
Ｃｉの値は、Ｔ（ｒ）（但し０≦ｒ≦１）の最大値がほ
ぼ１となるように設定することが好ましい。

【００３５】ところで、点光源でマスクを照射すると瞳
面上にはマスクパタンのフーリエスペクトルが得られる
。従って、瞳の振幅透過率Ｔ（ｒ）はｒを空間周波数と
考えたときのコヒーレント伝達関数に等しい。中心の透
過率が周辺より小さい光学フィルタは、光学系の低空間
周波数伝達特性を低下させる低空間周波数抑制フイルタ
ーもしくは高空間周波数強調フィルタとして作用する。 従って、βとθの選び方により結像性能が変わってくる
。

【００３６】透過率がｒの増大とともに減少するような
多重結像フイルターを用いた場合、光学系の高空間周波
数伝達特性が劣化するため、微細パタンのコントラスト
が低下してしまう。中心の透過率が周辺より小さい適当
な透過率分布を持つ低空間周波数抑制フイルターを上記
多重結像フイルターと重ねて投影光学系の瞳位置に設け
ることによって、多重結像効果を維持しつつ像コントラ
ストの低下を抑制することができる。

【００３７】例えば、 Ｔ’（ｒ）　＝　ａ（ｒ／ｒ’）　　＋（１−ａ）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‥
‥（数１２）但し、０．７＜ａ＜１．０、０．５＜ｒ’
＜１．０、なる低空間周波数抑制フイルターを Ｔ（ｒ）　＝　Ｃ・ｃｏｓ（２π・０．３・ｒ２）なる
多重結像フイルターと重ねると、比較的良好な結果が得
られる。なお、この場合上記Ｃの値は、Ｔ（ｒ）とＴ’
（ｒ）の積の最大値（０≦ｒ≦１）がほぼ１となる様に
設定することが好ましい。低空間周波数抑制フイルター
と多重結像フイルターを重ねる代わりに、各々の振幅透
過率の積を複素振幅透過率とするフィルタを用いてもい
いことはいうまでもない。

【００３８】なお、前記低空間周波数抑制フイルターは
、多重結像フイルターと重ねて投影光学系の瞳位置に設
けずに、一旦得られた低コントラスト像を上記フイルタ
ーを介した再回折法を用いて再生してもよい。

【００３９】以上、２つ以上の像を合成する場合、及び
パタンのフーリエ変換の低空間周波数成分を抑制する場
合について、瞳フィルタリング法を中心に述べてきたが
、マスクの位相振幅透過率に変調を加える方法について
も同様である。

【００４０】

【実施例】

第１実施例 開口数０．５のＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置
（コヒーレンスファクターσ＝０．５）の投影レンズの
開口数を決定する絞り位置（入射瞳の共役面）に、およ
そ（数５）においてβ＝０．６５、θ＝２６０°とした
複素振幅透過率分布（図４ａ）を有するフィルターを挿
入した。この結果、レイリーの解像限界寸法に相当する
０．３μｍホールパタンに対して、図４ｂに示す様な光
強度分布のフォーカス依存性が得られた。比較のために
、フィルターがないときの同様の結果を図５に示す。 図４と図５を比べるとわかる様に、フィルターを設ける
ことにより焦点深度が３倍以上に増大するとともに、解
像限界における光強度分布の半値巾が約２０％小さくな
った。但し、光強度は通常の１／５に減少した。

【００４１】感度約１０ｍＪ／ｃｍ２のポジ型化学増幅
系レジストを用いて、上記パタンを転写した。露光時間
を調節することにより、直径０．２２μｍから０．３５
μｍ程度のホールパタンが、±１．５μｍの焦点範囲に
わたって良好な断面形状で形成された。光強度が１／５
に減少したにもかかわらず、露光に要した時間は０．２
〜０．４秒程度であった。

【００４２】図６ａに示すような実際のＬＳＩのコンタ
クトホールパタンを上記光学系を用いて露光した。（但
し、開口数０．４５は変更した。）得られた光強度分布
を各々図６ｂに示す。フィルターを設けることにより、
１μｍデフォーカスした場合にもパタンが解像した。一
方、フィルターを設けない場合１μｍデフォーカスする
と像は殆ど消滅してしまった。

【００４３】なお、露光装置の波長、開口数、コヒーレ
ンス条件、使用するレジストプロセス、マスクパタン寸
法等、本実施例に示したものに限定しない。又、β、θ
の値も上の値に限らない。例えば、β＝０．５５、θ＝
１４０°とすると半値幅は従来法並に、又、β＝０．３
５、θ＝０°とすると半値幅は３０％程度大きくなった
が、いずれの場合にも焦点深度は本実施例同様に増大し
た。

【００４４】第２実施例 第１実施例のフィルターを図７ａで黒線で示したように
近似したフィルターをつくり、これを第１実施例同様投
影レンズの入射瞳の共役面において、マスクパタンを露
光した。黒線で示した近似複素振幅透過率分布Ｔ’（ｒ
）は、 　　　　　　　　　　　　　　１．０　　　　　　ｃｏ
ｓ（２πβｒ２−θ／２）≧０のときＴ’（ｒ）　＝　 　　　　　　　　　　　　−０．６　　　　　　ｃｏｓ
（２πβｒ２−θ／２）＜０のときとなる様にしたもの
である。これにより、光強度分布のフォーカス依存性は
図７ｂに示す様になり、第１実施例同様の効果が得られ
た。しかも、光強度が第１実施例の場合の１．５倍に増
大し、露光時間の節約が可能であった。この様に、（数
５）は適当に離散近似して構わない。

【００４５】近似の方法は、上に示したものに限らず様
々な方法が可能である。

【００４６】（数３）の積分中のａ（ｆ）（又は、部分
コヒーレントの場合∫Ｓ（ｓ）ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ）が空
間周波数ｆに対して適当な広がりを持った関数である場
合、ａ（ｆ）（又は、∫Ｓ（ｓ）ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ）と
　Ｔ’（ｆ）（及び瞳関数）の積の（フーリエ）積分が
、ａ（ｆ）（又は、∫Ｓ（ｓ）ａ（ｆ−ｓ）ｄｓ）と　
ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）（及び瞳関数）の積の（
フーリエ）積分とほぼ等しい（±１０％以内）結果を与
えるような関数Ｔ’（ｆ）が存在する。この様な関数で
表される複素振幅透過率分布Ｔ’（ｒ）は、（数５）の
近似分布として用いることができる。

【００４７】第３実施例 開口数０．５のエキシマレーザ縮小投影露光装置の投影
レンズの開口数を決定する絞り位置（入射瞳の共役面）
に、およそ（数５）においてβ＝０．５５、θ＝１４０
°とした複素振幅透過率分布を有するフィルター（図８
ａ）を挿入した。次に第１実施例同様のレジストを用い
て、様々な寸法のラインアンドスペースパタン（縞状パ
タン）を様々な焦点位置において露光、転写し、所望の
線幅のレジストパタンが良好な断面形状で得られる焦点
深度を調べた。比較のために、フィルターがない場合に
ついても同様の実験を行った。この結果、図８ｂに示す
様な焦点深度と寸法の関係が得られた。又、同様の実験
を、ラインアンドスペースの開口パタンの１本毎に位相
を反転させた位相シフトマスクを用いて行なった結果を
図８ｃに示す。図からわかる様に、フィルターを設ける
ことにより、通常の透過型マスクの場合レイリーの解像
限界に相当する０．３μｍパタンにおいて、又、位相シ
フトマスクの場合０．２μｍパタンにおいて、焦点深度
が各々約５０〜７０％増大した。本実施例においても、
第１実施例同様に光強度の絶対値は大幅に減少するが、
感度約１０ｍＪ／ｃｍ２のポジ型化学増幅系レジストを
用いることにより、約０．３秒で露光できた。

【００４８】なお、第２実施例同様、図８ａの振幅透過
率分布を適当に離散化近似した場合にも同様の結果が得
られた。

【００４９】図９ａに示すような実際のＬＳＩの配線パ
タンを上記光学系を用いて様々な条件下で露光した。 （但し、開口数０．４５は変更した。）得られた光強度
分布を各々図９ｂに示す。但し、位相シフトマスクを用
いている。フィルターを設けない場合、σ＝０．５では
、１μｍデフォーカスすると像は殆ど消滅してしまう。 又、σ＝０．３とした場合にも、１μｍデフォーカスす
ると配線の周辺部で像が劣化した。フィルターを設ける
ことにより、１μｍデフォーカスした場合にもマスクパ
タンに忠実なパタンが解像した。

【００５０】第４実施例 次に、本発明による光学フィルターの設計例について示
す。

【００５１】異なる屈折率と吸収係数を有する２種類の
物質を軸対称な適当な膜厚分布をもって透明平行平板基
板上に積層する。上記各物質に対してその膜厚を調整す
ることにより積層膜を透過した光の位相と振幅が所望の
値となる。２種類の物質の屈折率をｎ１、ｎ２、吸収係
数をｋ１、ｋ２、膜厚をｄ１、ｄ２、とすると、積層膜
を透過した光の位相は（２π／λ０）（ｎ１ｄ１＋ｎ２
ｄ２）、振幅透過率は　ｅｘｐ［−（２π／λ０）（ｋ
１ｄ１＋ｋ２ｄ２）］、となる。（但し、簡単のため多
重干渉効果を無視した。）従って、所望のフィルターの
振幅透過率分布ｔ（ｒ）に対して、ｄ１、ｄ２を２変数
とする次の連立２元１次方程式を解くことにより求める
膜厚分布が得られる。

【００５２】 （２π／λ０）［（ｎ１−１）ｄ１＋（ｎ２−１）ｄ２
］＝２ｎπ　　　　　　　　　　　　（ｔ（ｒ）＞０の
とき）又は、　　（２ｎ＋１）π　　　　　　（ｔ（ｒ
）＜０のとき）ｅｘｐ［−（２π／λ０）（ｋ１ｄ１＋
ｋ２ｄ２）］＝｜ｔ（ｒ）｜但し、ｎは整数である。

【００５３】本実施例では、２種類の物質としてＡｌと
ＳｉＯ２を用いた。ＡｌとＳｉＯ２の波長２５０ｎｍに
おける屈折率は各々約０．１７５、１．５、又、吸収係
数は各々約２．７２５、０である。Ａｌの吸収係数は大
きくしかもその屈折率は小さいので、必要な膜厚が薄く
Ａｌ膜透過後の位相変化は小さい。このため、この材料
の組合せでは、透過率は主にＡｌの膜厚だけで、又、位
相変化はＳｉＯ２の膜厚だけで決まると考えてよい。（
数５）においてβ＝０．６５、θ＝２６０°とした複素
透過率分布に対して設計したフィルターの膜厚分布を図
１０に示す。

【００５４】なお、本実施例では簡単のため多重干渉効
果を無視したが、本来は考慮すべきである。また、Ａｌ
とＳｉＯ２以外の材料を用いても構わないことは言うま
でもない。 第５実施例 次に、必ずしも（数５）で表されないような振幅透過率
分布を持つフィルターの作成例と効果について述べる。

【００５５】露光光に対して透明で、その波長λに対し
て十分な厚み精度を有する平行平面基板に、所定の半径
を有する様々な円形状マスク又は輪帯状マスクを介して
同心円状にＣｒを真空蒸着して、離散的な膜厚分布を有
する輪帯状Ｃｒ吸収体パタンを得た。吸収体膜厚の半径
方向分布を図１１ａに模式的に示す。次に、上記吸収体
パタンを形成した平行平面基板上に、輪帯状マスクを介
して厚さｄ＝λ／｛２（ｎ−１）｝のＭｇＦ２を一様に
真空蒸着して、ＭｇＦ２膜よりなる円形状位相フィルタ
パタンを得た。但し、ここにｎは上記ＭｇＦ２膜の屈折
率である。位相フィルタパタンの中心と輪帯状吸収体パ
タンの中心を一致させることは言うまでもない。図１１
ｂにＭｇＦ２膜厚の半径方向分布を模式的に示す。これ
により、形成された光学フィルタの複素振幅透過率の半
径方向分布は、図１１ｃ中実線で示したごとくなった。 この複素透過率分布は Ｔ（ｒ）　＝　［１−２・ｃｏｓ（２π・０．８・ｒ２
）］／３（図中破線）を離散化して近似したものである
。本フィルタを第１実施例同様にして投影露光装置に適
用して、ほぼ第１実施例同様の効果を得た。

【００５６】次に同様にして、図１２中実線で示した複
素透過率の半径方向分布を有する光学フィルターを作製
した。この複素透過率分布は、 Ｔ（ｒ）　＝　ｓｉｎ（２π・０．６５・ｒ２）（図中
破線）を離散化して近似したものである。本フィルタを
第１実施例同様にして投影露光装置に適用したところ、
レイリー限界の寸法を有するラインアンドスペースパタ
ンに対する焦点深度が約７０％増大した。

【００５７】次に、 Ｔ（ｒ）　＝　ｃｏｓ（２π・０．３・ｒ２）に、 Ｔ’（ｒ）＝　０．９ｒ２＋０．１ をかけて、これをさらに離散化して近似した透過率分布
を有する光学フィルタを、同様の方法を用いて作製した
。得られた光学フィルタの複素振幅透過率の半径方向分
布を図１３に示す。本フィルタを第１実施例同様にして
投影露光装置に適用して、ほぼ第３実施例同様の効果を
得た。なお、Ｔ’（ｒ）を掛けない光学フィルタを用い
た場合には、解像度、レジストパタンの断面形状とも著
しく劣化した。なお、Ｔ（ｒ）とＴ’（ｒ）の選び方は
上のものに限らない。

【００５８】次に、ホールパタンに対して特に大きな焦
点深度を得るために、（数１１）においてＭ＝５とした
場合の振幅透過率分布を離散化近似した光学フィルター
を作成した。図１４ａに輪帯状吸収体パタン膜厚の半径
方向分布、図１４ｂにこれに対応する透過率分布、図１
４ｃに位相フィルタパタンの平面図、図１４ｄに最終的
な光学フィルターの複素振幅透過率の半径方向分布（実
線）を示す。（同図ｄ中の点線は元の式による分布）上
記フィルターを、第１実施例同様の縮小投影露光装置に
適用した結果、０．３μｍホールパタンに対して５μｍ
以上の焦点深度を得た。但し、露光強度は著しく低下し
た。本実施例では振幅透過率分布を図１４ｄに示すごと
く離散化近似したが、離散化レベルを減らして位相情報
のみを抽出した位相フィルタとしてもよく、又、逆に離
散化レベルをもっと細かく設定してもよい。

【００５９】なお、本実施例では吸収体材料としてＣｒ
を用いたが、Ａｌ等露光光に対して適当な吸収率を持て
ばこれに限らない。又、位相フィルタ材料としてＭｇＦ
２を用いたが、露光光に対して透明で適当な屈折率を持
てばこれに限らない。フィルタ製造方法についても同様
である。例えば、密着露光法を用いた通常のリソグラフ
ィプロセスにより、ＳＯＧ膜のパタンを転写する等して
もよい。さらに、吸収体材料によっては位相フィルタ膜
厚の変化を防止するため、吸収体パタンの上に平坦化層
等を設けてもよい。

【００６０】第６実施例 投影露光装置の上記投影レンズの瞳位置に、第１〜第５
実施例等で示したような様々な光学フィルターを外部よ
り挿入できるようにした。また、これらの特殊な光学フ
ィルターを用いない場合には、投影レンズの光学特性が
変化しないように、各種フィルタの基板と材質、厚さの
等しい平行平面板を挿入する様にした。本実施例では、
投影露光装置の制御コンソールからの指令により、各種
フィルタを自動的に設定することができるが、手動にて
も可能である。

【００６１】第７実施例 投影露光装置の投影レンズの瞳又は開口を決定する絞り
位置に、各々の光透過率又は屈折率を電圧により連続的
に変化させることのできる微小フィルターを２次元的に
配列したフィルターアレイを設けた。前記フィルターア
レイを構成する微小フィルターの各々に加える電圧を独
立に制御することにより、前記投影レンズの瞳又は開口
を決定する絞り面の複素振幅透過率分布を任意に設定で
きる。通常上記電圧の設定は、投影露光装置の制御計算
機に所望の複素振幅透過率分布をあらかじめプログラミ
ングしておくことにより自動的になされる。

【００６２】この機能を用いて、複素振幅透過率分布を
およそ（数５）でβ＝０．６５、θ＝２６０°とした場
合の分布とした。これにより、第１実施例同様の効果を
得た。又、各微小フィルターに加える電圧を変えて、複
素振幅透過率分布をおよそ（数５）においてβ＝０．５
５、θ＝１４０°とした場合の分布とした。これにより
、第２実施例同様の効果を得た。

【００６３】第８実施例 次に、マスクの位相振幅透過率に変調を与えた場合の効
果について述べる。

【００６４】まず、図１５ａに示す様な１辺０．３μｍ
の正方形開口パタンに対する振幅透過率を（数７）に従
って変換した。得られたマスクの振幅透過率分布を、等
高線図及び等高線図中Ａ−Ａ’に沿った分布により、図
１５ｂに示す。但し、β＝０．７、θ＝２５０°とした
。

【００６５】図１５ａ、ｂ各々の振幅透過率を有するマ
スクを作成した。ｂのマスクの作製方法について簡単に
述べる。Ｓｉ基板上に、露光光に対して吸収を持つＡｌ
薄膜と露光光に対して透明な上記Ａｌ膜のエッチングス
トッパ層の組合せを複数積層した。その後、上記各層に
対してＳｉ基板と反対側（表面側）の層から順に、電子
線描画を用いたレジストパターニングと上記レジストを
マスクとするＡｌ膜のエッチングを繰り返した。これに
よりＡｌ膜厚分布を変化させ、振幅透過率が近似的に図
１５ｂに示した振幅透過率の絶対値となるようにした。 その後、通常の位相シフトマスク形成方法に従って、図
１５ｂで振幅透過率が負となる領域にＳｉＯ２膜からな
る位相シフトパタンを形成した。厳密にはＡｌ膜透過に
よる位相変化を考慮してＳｉＯ２膜厚分布を決めること
が好ましいが、上記位相変化は非常に小さいのでここで
は一定とした。

【００６６】次に、上記マスクを開口数０．５のＫｒＦ
エキシマレーザ縮小投影露光装置を用いて、感度約５０
ｍＪ／ｃｍ２のポジ型化学増幅系レジストを塗布した基
板上に投影露光した。コヒーレンスファクターσ＝０．
１の高コヒーレント照明条件を用いた。その結果、図１
５ａ、ｂのパタンに対して各々図１６ａ、ｂに示す様な
光学像の光強度分布の焦点位置依存性が得られた。図１
５ｂのマスクを用いることにより、同図ａに示した従来
マスクと比較して焦点深度は３倍以上に増大した。又、
光強度分布の半値幅が約２０％減少しており、解像限界
が向上した。（元のホールパタンの寸法は解像限界で、
これ以上マスク寸法を小さくしても光強度分布の半値幅
は減少しない。）さらに、光強度の絶対値も従来の２倍
以上に増大した。

【００６７】様々な露光量、焦点条件に対して露光現像
を行った。その結果、露光時間を調節することにより直
径０．２μｍから０．３５μｍ程度のホールパタンが、
±１．５μｍの焦点範囲にわたって良好な断面形状で形
成された。露光に要した時間は０．３秒以下であった。

【００６８】ところで、作用の項において述べた様に、
本発明では照明条件がコヒーレントに近い（コヒーレン
スファクターσが小さい）ことが好ましい。そこで、コ
ヒーレンスファクターσを変えて露光を行った。図１５
ｂのマスクを用いたときの光強度分布の、コヒーレンシ
ィ依存性を図１７に示す。σ＝０．２において、１．５
μｍデフォーカス時の像がややふくらみ、σ＝０．３に
なると像の劣化が明らかとなる。σ＝０．５の光学像を
、元の光学像と比較すると焦点深度向上率は２０％程度
に落ちていることが分かる。従って、コヒーレンスファ
クターσは０．３以下であることが好ましく、さらに０
．２以下、もしくは０．１以下であることが望ましい。

【００６９】なお、露光装置の波長、開口数、コヒーレ
ンシィ、使用するレジストプロセス、マスクパタンの形
状及び寸法等、本実施例に示したものに限定しない。ま
た、β、θの値についても上に示したものに限らず、パ
タンの形状又は寸法に応じて最適化した値を用いること
が好ましい。さらに、（数７）においてｃｏｓ（２πβ
ｆ２−θ／２）の代わりに、第２実施例に述べた条件を
満たす関数Ｔ’（ｆ）を用いた変換式により、パターン
変換を行なってもほぼ同様の結果が得られる。コヒーレ
ンシィによっては、（数９）を用いて変換してもかまわ
ない。 さらに、マスク形成方法については、所定の振幅透過率
を実現できるものならば本実施例で示した方法に限らず
どの様な方法を用いても構わない。例えば、透過率を変
化させるには、露光光に対して吸収をもつ適当な物質を
収束イオンビーム装置等を用いて選択的に注入する等し
てもよい。吸収体の膜厚分布を変える場合にも、公知の
様々な方法を用いることができる。

【００７０】第９実施例 図１５ｂに示した振幅透過率を、図１８ａに示した様に
離散化近似したマスクを作製した。周辺の補助開口パタ
ン上にＣＶＤ法で形成したＳｉ３Ｎ４薄膜とＳｉＯ２薄
膜の積層膜を選択的に形成した。両者の膜厚は、振幅透
過率が６０％となり、かつ、ここを透過した光の位相が
主パタンを透過した光の位相と反転するように決定した
。

【００７１】図１８ａのマスクを用いたときの光学像の
光強度分布の焦点位置依存性を、図１８ｂに示す。この
様に、本実施例により第８実施例とほぼ同様の効果が得
られた。なお、近似方法は一通りではなく、図１８ａに
示した以外の様々な場合が考えられる。例えば、主パタ
ンのまわりの補助パタンの角の部分を削る等してもよい
。又、主パタンと補助パタンの中心間距離をほぼ一定に
保ち、両者に対する幅（又は面積）と透過率の積の比が
ほぼ一定となる条件で各パタンの幅と透過率を変化させ
た場合にもほぼ等しい効果が得られる。

【００７２】本実施例によりマスク作製プロセスは、格
段に簡略化された。

【００７３】第１０実施例 次に、本発明をＤＲＡＭにおけるホールパタン形成に適
用した例を示す。

【００７４】２交点セルにおけるコンタクトホールの配
置を図１９ａに示す。レイアウトルーツは配線ピッチ０
．５μｍである。図１９ａの設計マスクのホールパタン
位置に図１５ｂに示した透過率分布を適当に近似したパ
タンを単純に配列して図１９ｂに示したマスクを形成し
た。但し、０°、１８０°の領域ともに透過率は１００
％とした。ａ、ｂのマスクを第１実施例同様の光学系を
用いて露光して得られた光強度分布を各々図２０ａ、ｂ
に示す。改良マスクを用いることにより、従来マスクで
は殆ど像が消滅してしまう１μｍデフォーカスにおいて
も、パタンが解像した。しかしこのとき、近接効果によ
ってパタン間にかなり大きな光のピークが生じてしまっ
たため、露光裕度が極めて狭かった。そこで、セルの対
称性を考慮して隣接するパタン間に１２０°の位相差を
導入することにより、この様な干渉を抑制した。この様
なマスクは、レチクル基板にあらかじめ位相差１２０°
、２４０°に対応する段差パタン（寸法、精度は比較的
荒くても良い）を作り、この上に図１９ｂのマスク同様
の位相シフタを配置することにより形成した。これによ
り、図２０ｃに示す様な光強度分布を得た。図２０ｂで
見られた様なホールパタン間の光のピークを相対的に抑
え、半値幅の狭い一様な光強度分布が広いフォーカス領
域で得られた。

【００７５】次に、ホールが配線ピッチで並んだ場合（
例えば、基板−セルプレ−トの接続孔）に対する同様の
結果を図２１、２２に示す。この場合、従来透過型マス
クでは焦点位置においても隣接パタン間が近接効果によ
り接続してしまう。そこで、隣接パタン間に１８０°の
位相差を導入したマスク（図２１ａ）を用意した。 又、図１５ｂ、図１８等に示す様に補助パタンは大きな
面積を占めるため、この様にホールパタン間の距離が小
さな場合補助パタン同志が重なってしまう。そこで、図
２１ａのパタンを一まとまりとして（数７）により変換
して、図２１ｂに示すマスクを得た。さらに、これを離
散化近似して同図ｃのマスクを得た。

【００７６】図２１ａ、ｂ、ｃのマスクにより得られた
光強度分布を、各々図２２ａ、ｂ、ｃに示す。（数７）
により一括変換したマスクにより焦点深度が向上してい
るが、パタン末端部で光強度の低下が見られる。ｃのマ
スクでは半値幅の狭い一様な光強度分布が広いフォーカ
ス領域で得られており、パタン末端部での光強度低下も
見られない。図２１ｃの改良マスクは、従来位相シフト
マスクと全く同様のプロセスで形成される。

【００７７】なお、ホールが配線ピッチの√２倍の周期
で並んだ（擬似２交点セルのコンタクトホール等）場合
、隣接パタン間には位相差を導入しない方が好ましい結
果が得られた。

【００７８】第１１実施例 次に、本発明を異なる寸法のホールパタンが混在するマ
スクに適用した例を示す。

【００７９】図２３ａ、ｂ、ｃに示した様な、離散化近
似された３通りのパタンを含むマスクを作製し、これを
用いて第８実施例同様に露光及び現像を行ない、レジス
トパタンを得た。露光によって得られた光強度分布のデ
フォーカス依存性を図２３下に示す。

【００８０】図２３ｂは、マスクパタンの寸法、配置を
変化させてももうこれ以上光強度分布の半値幅が小さく
ならないという限界に相当する。図２３ａでは、上記ｂ
の主パタン、補助パタンの寸法（幅）を縮小した。これ
により、光強度分布の形状を変えずにその絶対値だけが
減少する。一方、図２３ｃでは、（数７）のβ、θの値
を変えたことにより、光強度分布の半値幅自体が広がっ
た。図２３ａ、ｂ、ｃのマスクパタンを用いることによ
り、各々およそ直径０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μ
ｍのホールパタンが得られた。これらは、ほぼ、図中に
示した光強度１のレベルにおける光強度分布の幅（図中
Ｗ）に相当している。

【００８１】なお、露光装置の波長、開口数、コヒーレ
ンスファクター、使用するレジストプロセス、マスクパ
タン寸法等、第１実施例と同じものを用いたが、必ずし
もこれに限定しない。又、所望の寸法のレジストパタン
を得るためのパタン配置は一通りではなく、図２３に示
した以外の様々な場合が考えられる。又、本実施例では
パタンの幅を小さくすることにより光強度の絶対値を減
少させたが、代わりにその透過率を下げる等してもよい
。

【００８２】以上、本実施例により各ホールパタン寸法
に応じてパタン変換又は変換後の近似を行うことにより
、様々な大きさのホールを含むようなマスクに対応する
ことができた。

【００８３】

【発明の効果】以上、本発明によれば、光を用いてマス
クを投影レンズを介して基板上に投影露光することによ
り上記基板上にパターンを形成する際、光軸方向の異な
る点に結像する複数の像の振幅をおよそ適当な位相差で
重ね合わせた像が得られるように、上記マスクパターン
の複素振幅透過率分布、又は上記投影レンズの瞳（もし
くはこれと共役な位置にある開口絞り）の複素振幅透過
率分布、又は上記光を発する有効光源の照度分布を設定
することにより、解像限界を向上するために高ＮＡ化と
短波長化を進めた場合にも、深い焦点深度と高い像質を
両立させることができる。

【００８４】又、本発明によれば、上記瞳又は開口絞り
位置に、その最大半径で規格化された半径方向座標ｒの
関数として、およそ Ｔ（ｒ）＝　ｃｏｓ（２π・β・ｒ２−θ／２）、（但
し、β、θは適当な定数）で表される複素振幅透過率分
布を有する光学フィルターを設けることにより、解像限
界を向上するために高ＮＡ化と短波長化を進めた場合に
も、深い焦点深度と高い像質を維持することができる。

【００８５】又、本発明によれば、ＬＳＩ上に描かれる
レイアウトパターンをフーリエ変換し、変換後のパター
ンデータに上記ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）を乗じ、
これをフーリエ逆変換して得られたパターン、もしくは
その近似解をマスクパターンとしてＬＳＩを露光製造す
ることにより、深い焦点深度と高い像質を両立させた上
でさらに光強度を増大することができる。

【００８６】これにより、デバイス構造の立体化が進ん
だＬＳＩ基板全面に微細パタンを形成することが可能と
なり、光学露光方式で０．２〜０．３μｍのパタンが実
現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を示す模式図である。

【図２】本発明の原理を示す模式図である。

【図３】本発明の効果を示す特性図である。

【図４】本発明の１実施例とその効果を示す特性図であ
る。

【図５】従来法の効果を示す特性図である。

【図６】本発明の１実施例の効果を示す特性図である。

【図７】本発明の別の実施例とその効果を示す特性図で
ある。

【図８】本発明の別の実施例とその効果を示す特性図で
ある。

【図９】本発明の別の実施例の効果を示す特性図である
。

【図１０】本発明の別の実施例のための設計図である。

【図１１】本発明の別の実施例のための設計図である。

【図１２】本発明の別の実施例を示す特性図である。

【図１３】本発明の別の実施例を示す特性図である。

【図１４】本発明の別の実施例のための設計図である。

【図１５】従来法及び本発明の別の実施例を示す特性図
である。

【図１６】従来法及び本発明の別の実施例の効果を示す
特性図である。

【図１７】本発明の別の実施例の効果を示す特性図であ
る。

【図１８】本発明の別の実施例とその効果を示す特性図
である。

【図１９】従来法及び本発明の別の実施例を示す特性図
である。

【図２０】従来法及び本発明の別の実施例の効果を示す
特性図である。

【図２１】従来法及び本発明の別の実施例を示す特性図
である。

【図２２】従来法及び本発明の別の実施例の効果を示す
特性図である。

【図２３】本発明の別の実施例及びその効果を示す特性
図である。

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】表面に段差を有する基板上に形成されたホ
   トレジスト膜の所定領域に、マスクパターンを介して投
   影露光する工程と、上記ホトレジスト層を現像する工程
   を含み、上記投影露光は、ほぼ等しい大きさの振幅を有
   する上記マスクパターンの像が光軸方向における上記基
   板の基準面からの距離が異なりかつ互いに離間した第１
   および第２の位置に同時に生じ、かつ、上記２つの位置
   に生じた像の位相の相対関係が所期の条件を満たすよう
   に行われ、それにより、上記第１および第２の位置に介
   在する領域における露光量の和が上記現像によって上記
   ホトレジスト膜からなるパターンを形成し得る露光量以
   上となることを特徴とするパターン成方法。
2. 【請求項２】波長λの光を用いてマスクを開口数ＮＡの
   投影レンズを介して基板上に投影露光することにより上
   記基板上にパターンを形成する際、上記投影レンズの瞳
   通過直後における光の振幅分布が、通常の部分コヒーレ
   ント照明又はコヒーント照明により所望の設計パターン
   を有するマスクを照射したときに上記瞳上で得られる光
   の振幅分布に、ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）（但し、
   ｒは上記瞳の最大半径で規格化した瞳面の半径方向座標
   ）を乗じたもの、もしくはこれを適当に近似したもので
   あることを特徴とするパターン形成方法。
3. 【請求項３】波長λの光を用いてマスクを開口数ＮＡの
   投影レンズを介して基板上に投影露光することにより上
   記基板上にパターンを形成する際、上記投影レンズの瞳
   通過直後における光の振幅分布が、通常の部分コヒーレ
   ント照明又はコヒーレント照明により所望の設計パター
   ンを有するマスクを照射したときに上記瞳上で得られる
   光の振幅分布に、ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）（但し
   、ｒは上記瞳の最大半径で規格化した瞳面の半径方向座
   標）を乗じたもの、もしくはこれを適当に近似したもの
   となる様に、マスクパターンの複素振幅透過率分布、又
   は投影レンズの瞳（もしくはこれと共役な位置にある開
   口絞り）の複素振幅透過率分布、又は有効光源の照度分
   布を設定したことを特徴とするパターン形成方法。
4. 【請求項４】部分コヒーレント光を用いて、マスクを投
   影レンズを介して基板上へ投影露光する際に用いられる
   投影露光装置において、上記投影レンズは、前記投影レ
   ンズの瞳又は開口を決定する絞り位置に、その複素振幅
   透過率分布が上記瞳又は開口の最大半径で規格化された
   半径方向座標ｒの関数として、およそｃｏｓ（２πβｒ
   ２−θ／２）である様な空間フィルターを有することを
   特徴とする投影露光装置。
5. 【請求項５】上記投影露光装置を用いることを特徴とす
   るパターン形成方法。
6. 【請求項６】上記空間フィルターが、少なくとも１種類
   以上の離散化された厚さを有する吸収体膜からなるパタ
   ンと透過光の位相を反転させる透明材料薄膜パタンを含
   むことを特徴とする投影露光装置。
7. 【請求項７】マスクを投影レンズを介して基板上へ投影
   露光する際に用いられる投影露光装置において、上記投
   影レンズの瞳位置に、様々な透過率空間分布又は位相空
   間分布を有する光学フィルターを設定可能な機能を有す
   ることを特徴とする投影露光装置。
8. 【請求項８】部分コヒーレント光を用いて、マスクを投
   影レンズを介して基板上へ投影露光する際に用いられる
   投影露光装置において、上記投影レンズは、各々の光透
   過率又は屈折率を電圧により連続的に変化させることの
   できる微小フィルターを２次元的に配列したフィルター
   アレイを上記レンズの瞳面又は上記瞳面と共役な面又は
   レンズの開口を決定する絞り位置に有することを特徴と
   する投影露光装置。
9. 【請求項９】請求項８記載の投影露光装置において、前
   記フィルターアレイを構成する各微小フィルターに加え
   る電圧を制御することにより、前記投影レンズの瞳又は
   開口を決定する絞り面の複素振幅透過率分布を上記瞳又
   は開口の最大半径で規格化された半径方向座標ｒの関数
   としておよそ、ｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）となる様
   に設定して、露光を行うことを特徴とするパターン形成
   方法。
10. 【請求項１０】ＬＳＩ上に描かれるレイアウトパターン
    をフーリエ変換し、得られた空間周波数空間におけるパ
    ターンデータに、ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）（但し
    、ｆはＮＡ／λで規格化された無次元の空間周波数ベク
    トル）を乗じ、これをフーリエ逆変換する工程を含むマ
    スクレイアウト設計方法。
11. 【請求項１１】ＬＳＩ上に描かれるレイアウトパターン
    をフーリエ変換し、得られた空間周波数空間におけるパ
    ターンデータに上記ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）を乗
    じ、これをフーリエ逆変換して得られたパターン、もし
    くはその近似解がマスクの振幅透過率分布となる様に透
    明基板上に適当な膜厚の吸収体及び位相反転層を選択的
    に設ける工程を含むマスク製造方法。
12. 【請求項１２】ＬＳＩ上に描かれるレイアウトパターン
    をフーリエ変換し、得られた空間周波数空間におけるパ
    ターンデータに上記ｃｏｓ（２πβｆ２−θ／２）を乗
    じ、これをフーリエ逆変換して得られたパターン、もし
    くはその近似解を振幅透過率分布とするマスク。
13. 【請求項１３】請求項１２記載のマスクを、コヒーレン
    スファクターを０．３以下の照明条件で投影露光するパ
    ターン形成方法。
14. 【請求項１４】遮光部中に主開口パタン、及び上記主開
    口パタンの周囲にほぼ対称に配置され主パタンとほぼ逆
    位相の振幅透過率を有する補助開口パタンを含み、両者
    の中心間の距離Ｌが、 Ｌ＝ｋ・λ／ＮＡ、 但し、０．６＜ｋ＜０．９、 の範囲にあり、かつ、主開口パタンの面積Ｓ０及びその
    透過率Ｔ０、補助開口パタンの面積Ｓ’及びその透過率
    Ｔ’の間に、 ２．５＜（Ｓ’・Ｔ’）／（Ｓ０・Ｔ０）＜５の関係が
    あることを特徴とするマスク。
15. 【請求項１５】複数の上記主開口パタンと上記補助開口
    パタンの組合せを含み、上記隣合う主パタンの位相透過
    率が相対的に異なることを特徴とするマスク。
16. 【請求項１６】レンズの瞳面又は上記瞳面と共役な面又
    は上記レンズの開口を決定する絞り位置に置かれたフィ
    ルターであって、その複素振幅透過率分布が上記瞳又は
    開口の最大半径で規格化された半径方向座標ｒの関数と
    して、およそｃｏｓ（２πβｒ２−θ／２）であるか、
    もしくはこれを適当に離散化した分布で表されることを
    特徴とする光学フィルター。
17. 【請求項１７】上記光学フィルターをレンズの瞳面又は
    上記瞳面と共役な面又はレンズの開口を決定する絞り位
    置に有することを特徴とする光学レンズ。
18. 【請求項１８】前記光軸方向における第１および第２の
    位置の間の距離Ｄ、もしくは前記βの値が、Ｄ＝４βλ
    ／ＮＡ２ ０．３＜β＜０．７、 の範囲にあり、かつ上記第１および第２の位置に生じた
    像の間の位相差Θ（但し、各結像面における位相の差か
    ら上記距離Ｄにおける位相の変化分を差し引いた正味の
    位相差）、もしくは前記θ（単位はラジアン）の値が、
    Θ＝θ １０β−５＜θ＜１０β−２、 の範囲にあることを特徴とするパターン形成方法、又は
    投影露光装置、又はレイアウト設計方法、又はマスク製
    造方法、又はマスク、又は光学フィルター、又は光学レ
    ンズ。