JPH04361521A - 半導体集積回路装置の製造方法 - 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】本発明は露光技術に係り、例えば
半導体集積回路等の製造プロセスにおける回路パタ−ン
の転写技術等に適用して有効な技術に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化が進み、回路
素子や配線の設計ル−ルがサブミクロンオ−ダになると
、ｇ線、ｉ線などの光を使用してマスク上の回路パタ−
ンを半導体ウェハに転写するフォトリソグラフィ工程で
は、ウェハ上に転写される回路パタ−ンの精度の低下が
深刻な問題となってくる。例えば、図１３（ａ）に示す
ようなマスク２５１に形成された透過領域Ｐ１、Ｐ２お
よび遮光領域Ｎ，２５２からなる回路パタ−ンをウェハ
上に転写する場合、遮光領域Ｎを挾む一対の透過領域Ｐ
１、Ｐ２のそれぞれを透過した直後の光の位相は、同図
（ｂ）に示すように同相であるため、本来はウェハ上の
遮光領域となる個所で二つの光が干渉して強め合い（同
図Ｃ）、その結果同図（ｄ）に示すように、ウェハ上に
おける投影像のコントストが低下するとともに焦点深度
が浅くなり、パタ−ン転写精度が大幅に低下してしまう
ことになる。

【０００３】このような問題を改善する手段として、マ
スクを透過する光の位相を変えることによって、投影像
のコントラストの低下を防止する位相シフト技術が提案
されている。例えば、日本特開昭５８−１７３７４４号
公報には、遮光領域を挾む一対の透過領域の一方に透明
膜を設け、露光の際に二つの透過領域を透過した光の間
に位相差を生じさせることによって、その干渉光がウェ
ハ上の本来は遮光領域となる個所で弱め合うようにする
位相シフト技術が開示されている。（以下「レヴェンソ
ン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）型」又は「相補型位相シフト法
」という。）すなわち、図１４（ａ）に示すようなマス
ク２５３に形成された回路パタ−ンをウェハ上に転写す
る際、遮光領域Ｎ（２５４はその他の遮光膜）を挾む一
対の透過領域Ｐ１、Ｐ２のいずれか一方に所定の屈折率
を有する透明膜２５５を設ける。そして、この透明膜２
５５の膜厚を適当に調整することにより、透過領域Ｐ１
、Ｐ２のそれぞれを透過した直後の光は、同図（ｂ）に
示すように１８０度の位相差が生じるため、ウェハ上の
遮光領域Ｎではこれらの光が干渉して弱め合う（同図（
ｃ））。その結果同図（ｄ）に示すように、ウェハ上に
おける投影像のコントラストが改善され、解像度および
焦点深度が向上し、マスク２５３上に形成された回路パ
タ−ンの転写制度が良好となる。

【０００４】また、日本特開昭６２−６７５１４号公報
には、マスクの遮光領域の一部を除去して微細な開口パ
タ−ンを形成した後、この開口パタ−ンまたはその近傍
に存在する透過領域のいずれか一方に透明膜を設け、透
過領域を透過した光と開口パタ−ンを透過した光との間
に位相差を生じさせることによって、透過領域を透過し
た光の振幅分布が横方向に広がるのを防止する位相シフ
ト技術が開示されている。（以下「サブシフタ型位相シ
フト法」という。）日本特開平２−１４０７４３号公報
には、マスクの透過領域の一部に位相シフタを設け、透
過光に相差を生じさせることによって、位相シフタ境界
部を強調させる位相シフト技術が開示されている。（以
下「エッヂ強調型位相シフト法」という。）更に、日本
特開平２−２４７６４７号公報には、ｇ線又はｉ線用レ
ジストを位相シフタ膜として使用する技術が示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれ
ば、これらの従来例のように、同一のマスクの透過領域
の一部に透明膜を設け、透明膜を透過する光と透明膜の
ないの透過領域を通過する光との間に位相差を生じさせ
る技術（以下「オンマスク位相シフト法」という。）に
おいては、位相差を生じさせるためのマスクの製作に多
大な時間と労力を要するという問題がある。

【０００６】すなわち、集積回路パタ−ンが形成された
実際のマスクは、付着異物や欠陥が許容されず、位相差
を生じさせるための透明膜を配置したマスクの製作に著
しい制約が生じる。

【０００７】本発明の目的は、上記した問題点を解消し
た位相シフト露光技術を提供することにある。

【０００８】すなわち、本発明の一つの目的はマスク作
成が容易な位相シフト露光技術を提供することにある。

【０００９】本発明の一つの目的はマスク検査が容易な
位相シフト露光技術を提供することにある。

【００１０】本発明の一つの目的はサブミクロンの微細
パターンの露光に適合した位相シフト露光技術を提供す
ることにある。

【００１１】本発明の一つの目的は位相シフト露光技術
に適合したマスクの位置合わせ技術を提供することにあ
る。

【００１２】本発明の一つの目的は位相シフト露光技術
に適合したマスク作成技術を提供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願に於いて開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。

【００１５】本願の一発明は、遮光領域および透過領域
からなるパタ−ンが形成されたマスクの透過領域を透過
した光を資料に照射する露光するに際して、前記マスク
を第一マスクと第二マスクとを重ね合わせて露光する方
法であって、前記第一マスクの透過領域を透過した光に
第二マスクを通して光学位相差を生じさせることで、前
記に対応する透過光の干渉を利用して前記資料へ鮮明な
像を結像させるようにしたものである。加えて、前記第
一マスクと第二マスクとの主面を近接して重ね合わせ、
マスク基板の周囲部で固定し、一体化することで、第一
マスク、第二マスクの主面上の異物が転写されないよう
にようにしたものである。

【００１６】すなわち、本発明の露光方式では、マスク
を透過する光の位相を変えることに関して、パタ−ン転
写のためのマスクと光の位相を変えて投影像のコントラ
ストの低下を防止するための専用の位相シフトパタ−ン
のマスクを用意することで、半導体集積回路パタ−ンを
形成したマスクにおいて、付着異物や欠陥の発生頻度を
少なくし、マスク製作上の制約を少なくするようにした
ものである。

【００１７】このように２枚のマスクを近接対向させて
、１枚のマスクの様に使用する位相シフト法を以下では
「近接対向マスク位相シフト法」ということにする。

【００１８】

【作用】マスクの透過光を試料に露光するに際して、前
記マスクを第一マスクと第二マスクとに分け、遮光領域
および透過領域からなるパタ−ンが形成された第一マス
クと位相シフトパタ−ンの第二マスクとを重ね合わせて
露光する方式としたものである。これにより、マスク製
作上で発生するパタ−ン欠陥、異物の問題を低減させる
ことができる。

【００１９】前記第一マスクの透過領域を透過した光に
第二マスクを通して光学位相差を生じさせることで、前
記に対応する透過光が干渉して前記被照射物へ鮮明な像
を結像するようにすることができる。

【００２０】加えて、前記第一マスク、第二マスクの主
面上の異物が転写されないように第一マスクと第二マス
クとの主面を近接して重ね合わせるようにする。すなわ
ち、第一マスク、第二マスクの透明基板部により、それ
ぞれの主面にフォ−カス位置を合わせ、それぞれの透明
基板の裏面に付着した異物は、デフォ−カスするのでウ
ェハ面に転写されることを防止することができる。

【００２１】

【実施例】以下に具体的な例において本発明の説明を行
う。説明の都合上、分割した各実施例として説明するが
、各実施例はばらばらのものではなく、相互に関連した
変形例であるか、又は他の実施例の一部を構成するもの
である。また、各図において、同一又は類似のものにた
いしては同一の参照番号を付した。

【００２２】（１）実施例１ 図１は、本発明になる一実施例のマスクパタ−ンの露光
方式の説明図である。同図は、遮光領域および透過領域
からなる所定のパタ−ンが形成されたマスクの透過光を
試料に照射する露光手段を示したものである。この露光
に適用可能なレンズ式ステップアンドリピート方式ｉ線
５：１縮小投影装置としては、例えば日本光学（Ｎｉｋ
ｏｎ）のｉ線ステッパＮＲＳ−１７５５ｉ７Ａ（ＮＡ＝
０．５、露光エリア＝１７．５ｍｍ角）があり、マスク
ホルダ部に寸法の変更を施すことによって本発明の実施
に適用することができる。同図において、１は例えば５
から８インチのＳｉ単結晶ウェハ等の被処理半導体ウェ
ハ、２は露光光源である高圧水銀ランプ、３は集光ミラ
ー、４は第１平面反射鏡、５はシャッタ、６はフライア
イレンズ、７はコヒレンスファクタσ（本実施例ではσ
＝０．５で使用した。）を調整するためのアパーチャ、
８はｉ線（３６５ｎｍ）の場合にｉ線よりも短波長の遠
紫外側をカットするためのショートカットフィルタ、９
は第２平面反射鏡、１０は転写領域の範囲を決めるマス
クブラインド、１１はケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）照明
を形成するためのコンデンサーレンズ、１２は本発明の
要部である第１マスク又は主マスク、１３は同様に本発
明の要部である第２マスク又は副マスク、１４は一般に
多数のレンズ群からなる縮小投影レンズであり、上記例
示したステッパでは上記ウェハ側がテレセントリックに
構成されている。なお、マスク側もテレセントリックに
構成することもできる。その場合には上記第１及び第２
マスク上のそれぞれのパターン面の間隔が若干あいても
倍率誤差を生ずることがないので有利である。１５はウ
ェハ吸着台、１６はＺ軸移動台（高さ方向）、１７はＸ
軸移動台（水平横方向）、１８はＹ軸移動台（水平前後
方向）であり、上記Ｘ軸移動台１７とともにＸＹステー
ジを構成する。同図のマスクは、第１マスクと第２マス
クとから構成されている。第１マスクは、従来のマスク
と同様な遮光領域および透過領域からなるパタ−ンが形
成されている。第２マスクは、本発明の特徴となる透過
光に位相差を生じさせるための位相シフタからなるパタ
−ンが形成されている。本実地例では、光源から試料面
への光路上に順に第１マスクと第２マスクとを配置して
ある。また、第１マスクと第２マスクの主面を向い合わ
せ近接して重ね合わせてある。この方式により、第１マ
スクパタ−ンの所望の透過領域の透過光に位相差を設け
ることができる。そして、透過光の干渉を利用して、試
料面へ鮮明なマスクパタ−ンの像を結像するようにする
ことができる。上記第１マスクと第２マスクは、光源か
ら試料面への光路上の配置の順序を逆転してもよい。す
なわち、第２マスクにより、透過光に位相差を生じさせ
、位相差光を第１マスクに照射することにより、第１マ
スクの透過光に位相差を設けることができる。そして上
記と同様に、透過光の干渉を利用して、試料面へ鮮明な
マスクパタ−ンの像を結像するようにすることができる
。

【００２３】次に、第１マスクと第２マスクとのそれぞ
れのパタ−ンの構成例を具体的に説明する。

【００２４】図２は、本発明の実施例のマスクとパタ−
ン露光光の説明図である。同図（ａ）は、パタ−ンを転
写するための第１及び第２マスクの断面である。同図（
ａ）において１２は平板（例えば５インチ角、厚さ４．
６ｍｍ、ウェハ上に換算した露光領域は１７．５ｍｍ角
）の合成石英ガラスからなる主マスク基板、１３は同様
な合成石英ガラスからなる副マスク基板、２１はＣｒ遮
蔽膜、２２は位相シフト膜である。

【００２５】図２（ａ）に示す第１マスクは、例えば、
半導体製造装置の製造工程において、ウェハ上に所定の
集積回路パタ−ンを転写する、実寸の集積回路パタ−ン
の５倍の原画が形成されたレチクルである。マスクを構
成する透明なマスク基板は、例えば、屈折率１．４７の
合成石英ガラスからなり、その主面上には、例えば、Ｃ
ｒなどの金属層の遮光膜が所定の形状にパタ−ン形成さ
れて、積層されている。

【００２６】次に、上記マスクの作成方法を簡単に説明
する。

【００２７】上記の第１マスクは、合成石英ガラス板の
表面を研磨、洗浄した後、その主面上の全面に、例えば
、０．０５〜０．３μｍ程度のＣｒ膜をスパッタリング
法により堆積し、続いてこのＣｒ膜上の全面に、例えば
、膜厚０．１〜０．８μｍの感電子線レジストを塗布す
る。次に、電子線露光技術などを利用して、所望の集積
回路のパタ−ンを加工する。前記電子線露光技術は、電
子線を用いて、試料上に微細なレジストパタ−ンを形成
するものであり、以下に説明を追加する。

【００２８】上記の感電子線レジストを塗布した試料上
に、電子線描画装置などを用いて、電子線を照射する。 この電子線描画装置は、集積回路パタ−ンの位置座標、
形状などが登録されたパタ−ンデ−タに従って、電子線
を試料であるマスク基板上の指定位置、指定形状に照射
する。その後、前記レジストがポジ型の場合は、露光部
分を所定の現像液により、除去し、露出した金属膜をウ
ェットエッチング法等により、エッチングして所定の形
状にパタ−ン形成する。前記レジストがネガ型の場合は
、未露光部分を所定の現像液により除去し、エッチング
して所定の形状にパタ−ン形成する。そして、レジスト
剥離液により、レジストを除去し、洗浄する。これによ
り、所定の形状の遮光領域と透過領域とを作成する。

【００２９】図２（ａ）に示す第２マスクは、上記と同
様な合成石英ガラス基板上に透過光の位相をシフトさせ
るための位相シフタから成るパタ−ンが形成されている
。前記の位相シフタは、透明材質の屈折率と透過光の波
長によって決まる透明材質の厚さを指定したものであり
、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ　　Ｏｎ　　Ｇｌａｓｓ）、酸化イ
ンジュ−ム（ＩｎＯｘ）などの薄膜である。ＳＯＧは、
上記ガラス基盤上に回転塗布し、その後、高温ベ−クし
て透明薄膜を堆積する。その際に、位相を反転させるた
めには、透明膜の厚さｄは、透過光の波長をλ、透明膜
の屈折率をｎとして、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の関係を満
たすようにする。例えば、露光に用いる光の波長λを０
．３６５μｍ（ｉ線）、透明膜の屈折率ｎを、１．５と
すると、透明膜の厚さは、約０．３７μｍとすればよい
。もっとも、シフタ作成上のバラツキ（シフタの膜厚は
、ほぼ最良の状態でも８０オングストローム、すなわち
、２％程度ばらつく。）を考慮すると、位相反転といっ
ても、π／２０からπ／１０ラジアン前後の位相誤差は
許容せざるをえない。従って、本願において、「位相反
転」、「π又はそれと等価」、「１８０°又はそれと等
価」等というときは、特に明示しないかぎり、これらの
誤差も含むものとする。

【００３０】指定の膜厚の透明薄膜を堆積した透明基板
上に、上記と同様にして電子線露光技術を利用して、透
明膜の必要部分の加工を行う。位相を反転させるため、
第２マスクは、ガラス基板の遮光膜上にＳＯＧなどを塗
布した後高温ベ−クする。その際に、透明膜の厚さは、
ＳＯＧの粘度、ＳＯＧ塗布時の前記マスク基板の回転数
を制御することで、上記の膜厚の透明膜を得ることがで
きる。

【００３１】なお、電子線露光技術を利用する場合は、
レジスト塗布面のさらに上面に、例えば厚さ０．０５μ
ｍのアルミニウムからなる帯電防止層をスパッタリング
法などにより形成しておく。次いで、上記集積回路のパ
タ−ンに対応させた位相シフタ加工用のパタ−ンデ−タ
に基づいて、電子線描画する。その際、上記したように
第１マスクと第２マスクの主面を向い合わせて重ねる場
合は、第１マスクのパタ−ンデ−タと第２マスクのパタ
−ンデ−タとは、ミラ−対称の位置関係になり、前記の
電子線描画に際して、装置内で、座標系を反転させて描
画を行なう。前記のミラ−対称とするパタ−ンの描画は
、現在市販されている電子線描画装置の標準機能として
備えられており、簡単に描画することができる。

【００３２】図３は、上記のマスクの作成フロ−を示し
たものである。同図に示したように第１マスクと第２マ
スクとは、途中まで独立した別のマスクとして作成する
ことができる。同図において、３１は第１マスク又は主
マスクの合成石英基板作成工程、３２は前記基板３１の
一方の主面のほぼ全面にＣｒ膜を被着する金属遮光膜堆
積工程、３３は前記クロム膜上にフォトレジストをスピ
ン塗布するレジスト塗布工程、３４は電子線露光装置に
よる直接描画により前記塗布されたレジスト膜を露光す
る電子線露光工程、３５は前記レジストの不要部分を除
去して所望のレジストパターンを形成するためのレジス
ト現像工程、３６は前記レジストパターンをマスクとし
て前記クロム膜をエッチングする金属遮光膜エッチング
工程、３７はその後、前記レジストを全面除去するレジ
スト除去工程、３８は前記遮光膜のうちの欠損部分を修
正するための遮光膜欠損修正工程又は遮光膜欠け修正工
程、３９は上記基板上の不要な遮光膜の残り部分を除去
する遮光膜残り修正工程、４０は一応完成した第１マス
クを洗浄する第１マスク洗浄工程である。同様に、同図
において、４１は第２マスク又は副マスクのための合成
石英基板作成工程、４２は前記露光領域のほぼ全面に位
相シフト膜を被着する位相シフト膜堆積工程、４３は前
記位相シフト膜上に薄い導電膜を被着する帯電防止膜堆
積工程、４４は前記位相シフト膜をパターニングするた
めのレジスト膜をスピン塗布するレジスト塗布工程、４
５は先と同様に前記レジストを電子線により直接描画す
る電子線露光工程、４６は前記レジスト膜の不要部分を
除去してレジストパターンを形成するためのレジスト現
像工程、４７は前記位相シフト膜を前記レジスト膜をマ
スクとして所望のパターンに形成する位相シフタ膜エッ
チング工程、４８はその後、前記レジスト膜を除去する
レジスト除去工程、４９は前記パターニングされた基板
上でシフタの欠損部分を修正するシフタ欠損修正工程又
はシフタ欠け修正工程、５０は同様に前記マスク基板上
で不要なシフタ膜の残り部分を除去するシフタ残り修正
工程、５１は一応完成した第２マスクを洗浄する第２マ
スク洗浄工程、５２はこのように一応完成した主マスク
及び副マスクを重ねあわせて一つのマスクとするマスク
重ね合わせ工程、５３は前記主マスク及び副マスクを接
着剤等で固定するマスク接着工程である。

【００３３】遮光領域および透過領域からなるパタ−ン
が形成された第１マスクは、レ−ザ光、集束イオンビ−
ムなどを用いて、マスク製作プロセスで生じたパタ−ン
欠陥を修正することができる。すなわち、第１マスクの
透過領域部に遮光膜残りが生じたときは、レ−ザ光スポ
ットを該当部に照射することで修正できる。また、遮光
領域に一部欠けがが生じたときは、ピレンガス（Ｐｙｒ
ｅｎｅ；Ｃ１６Ｈ１０）などの有機ガスを添加しながら
集束イオンビ−ムを照射することにより、欠陥部にカ−
ボン膜を堆積することで修正できる。

【００３４】上記の第２マスクは、前記集束イオンビ−
ムを用いて、スパッタリング切削により修正することが
できる。位相シフタ用の薄膜部が余分に残った場合は、
該当部に集束イオンビ−ムを照射し、スパッタリングに
より修正する。位相シフタ用の薄膜部が欠けた場合も、
集束イオンビ−ムを照射して、透明基板を削ることで修
正することができる。その際、透明基板を削る溝の深さ
ｄは、透過光の波長λ、溝部材の屈折率をｎとして、ｄ
＝λ／２（ｎ−１） となるようにする。

【００３５】そして、それぞれの洗浄を施し、それぞれ
の主面に異物が付着しないようにして主面を向い合わせ
て貼り合わせる。図３に示した第１マスクと第２マスク
とを重ね合せて接着する点に関しては、後で詳細に説明
する。

【００３６】次に、第２マスクのパタ−ンは、試料面へ
鮮明なマスクパタ−ンの像を結像するようにするための
透過光に位相差を与える位相シフトの方式により異なる
ので、以下に詳細に説明する。

【００３７】上記の第２マスクは、透過光の位相を反転
させるため、透明基盤上に透明膜を堆積する方式を採用
したが、透明基盤上の透過領域の一部分の領域に溝を設
けてもよい。溝の加工は、基板上の所望の個所にイオン
ビ−ムを照射してスパッタリング加工するかまたは、上
記と同様に電子線露光技術などを用い、レジストパタ−
ンを作成した後ドライエッチング法などにより、加工す
ることができる。溝の深さｄは、透過光の波長λ、溝部
材の屈折率をｎとして、ｄ＝λ／２（ｎ−１）となるよ
うにする。前記のイオンビ−ムを用いたスパッタリング
加工では、加工表面をなめらかにし、透過率の低下を防
止するため加工後、ＣＦ４　などのプラズマアッシング
処理する必要がある。このような処理によって９０％程
度に低下していた光透過率を９７％程度に改善すること
ができる。

【００３８】図２の第１マスクと第２マスクを透過した
光の振幅は、図２（ｂ）のようになる。縮小投影光学系
を通して試料面に到達した光の振幅は、同図（ｃ）のよ
うになり、その光の強度は、（ｄ）のようになる。同一
の縮小投影光学系を通しても、パタ−ン転写のコントラ
ストを大幅に改善することができる。

【００３９】上記の第１マスクは、遮光領域および透過
領域からなるパタ−ンが形成され、第２マスクは、前記
第１マスクの遮光領域を挾む透過領域の透過光の位相を
互いに反転させるための位相シフタからなるパタ−ンが
形成されている。

【００４０】上記の位相シフトマスクは、少なくとも一
つの軸方向に多数の周期にわたって、マスク上のほぼ周
期的な開口パタ−ンを縮小投影法により、試料上の感光
性レジスト膜上に転写する場合に適応して効果を上げる
ことができる。この露光に際し、第１マスクは、上記の
周期パタ−ンを形成し、第２マスクは、上記の周期パタ
−ンの奇数または偶数部の一方を抜き出したパタ−ンを
形成する。これにより、上記の周期で露光光の位相が反
転し、試料へ鮮明な像を結像させることができる。　　
上記の第１マスクと第２マスクのパタ−ンは、半導体集
積回路のメモリセルアレ−部などの周期的に繰り返した
パタ−ン部に対応させることで、前記半導体集積回路の
製造方法に関して、被露光ウェハ上にネガ型レジスト膜
を形成した状態で、上記第１マスクと第２マスク上のパ
タ−ンを上記ウェハ上に縮小投影露光することにより、
ウェハ上に帯状パタ−ンを形成するためのレジストパタ
−ンを形成する工程に適用することで効果を上げること
ができる。

【００４１】（２）実施例２（エッジ強調型位相シフト
マスク）図４は、他の実地例、すなわち、「エッジ強調
型位相シフト法」を本発明の「近接対向マスク位相シフ
ト法」に適用したマスクのパタ−ンの構成を示したもの
である。図４（ａ）は、第１マスクのパタ−ン、（ｂ）
は、第２マスクのパタ−ンの一例である。（ｃ）は、試
料上（ウェハ）に転写される投影パタ−ンである。前記
の第１マスクは、遮光領域および透過領域からなるパタ
−ンが形成されており、第２マスクは、前記第１マスク
の透過領域内でその透過光の位相を互いに反転させるた
めの位相シフタからなるパタ−ンが形成されている。前
記図４において、６１は主マスク上のクロム遮蔽膜、６
２及び６３はパターンに対応する開口部又は光透過部で
ある非シフト主開口部、６４は位相シフト膜、６５及び
６６は前記シフト膜がなく実質的にマスク基板が露出し
た非シフト副開口部、６７は被処理ウェハの一部領域、
６８及び６９は前記ウェハ上に形成すべきパターンであ
る。

【００４２】図５は前記図４の作用を説明するための説
明図である。図５（ａ）及び（ｂ）はマスク断面図、同
（ｃ）から（ｅ）は前記本実施例のマスクの作用を説明
するための光振幅又は強度分布図である。同図において
、７１は主マスク基板（第１マスク）、７３は副マスク
基板（第２マスク）である。上記の第１マスクと第２マ
スクを透過した光の振幅は、図５（ｃ）のようになる。 縮小投影光学系を通して、試料面に到達した光の振幅は
、同図（ｄ）のようになり、その光の強度は、同図（ｅ
）のようになる。同様にパタ−ン転写のコントラストを
改善することができる。

【００４３】上記の第１マスクのパタ−ンは、所望の集
積回路のパタ−ンを用いる。第２マスクのパタ−ンは、
前記第１マスクのパタ−ンに対し、透過領域のパタ−ン
の位置は変えないで幅だけを細らせるデ−タ変換処理（
以下サイジング処理と記す）や前記第１マスクのパタ−
ンの輪郭部を抽出したデ−タ変換処理（以下輪郭分解処
理と記す）などの計算機によるデ−タ変換処理させたパ
タ−ンを用いる。

【００４４】上記の第１マスクと第２マスクのパタ−ン
は、図２の例と異なって半導体集積回路のパタ−ンの非
周期的パタ−ンにも対応させることができる。上記の第
１マスクと第２マスクのパタ−ンは、半導体集積回路の
非周期的パタ−ンに対応させることで、前記半導体集積
回路の製造方法に関して、被露光ウェハ上にネガ型レジ
スト膜を塗布した状態で、上記第１マスクと第２マスク
上のパタ−ンを上記ウェハ上に縮小投影露光することに
より、ウェハ上に帯状パタ−ンを形成するためのレジス
トパタ−ンを形成する工程に適用することで効果を上げ
ることができる。

【００４５】上記の第１マスクと第２マスクとの重ね合
わせ位置が問題になるが、それぞれに位置合わせマ−ク
パタ−ンを設けておくことで対処できる。図６は、位置
合わせマ−クパタ−ンの一例である。図６（ａ）は、第
１マスクのマ−クパタ−ン、（ｂ）は、第２マスクのマ
−クパタ−ンの一例である。同図において、８１は主マ
スク上のクロム遮蔽膜、８２及び８３は前記主マスク上
の位置合わせマークに対応する非シフト主開口部、８４
は副マスクのガラス基板の露出部分、８５及び８６は位
置合わせマークに対応するシフタパターン、９２及び９
３は前記主開口部８２及び８３との位置関係を示すため
に主マスクと副マスクを重ねあわせた時の副マスク上の
前記主開口部の位置を図示したものである。８７は被処
理ウェハの上主面、８８及び８９は前記位置合わせパタ
ーンによって前記ウェハ上に結像した位置合わせパター
ンの外周部、９０及び９１は前記主マスク及び副マスク
の位置合わせパターンを透過した光の干渉によって生じ
た十字パターンである。

【００４６】同図に示したような組合せパタ−ンを用い
ることで、第１マスクと第２マスクのパタ−ンを合成し
た回折投影像として同図（ｃ）に示すような十字型のパ
タ−ンが検出される。このような組合わせパタ−ンをマ
スク基板の周囲部に２ヶ所以上形成しておき、それぞれ
同図（ｃ）に示すように、十字型のパタ−ンと枠との位
置の差分（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２）によって位置合わ
せ誤差を測定することができる。

【００４７】図７は、上記第１マスクと第２マスクとの
重ね合わせ方法を一例を示した説明図である。同図にお
いて、１０１は主マスク（第１マスク）、１０２は副マ
スク（第２マスク）、１０３は真空チャックを有する主
マスクホールダ又は第１マスクステージ、１０４は同様
に真空チャックを有する副マスクホールダ又は第にマス
クステージ、１０５は前記主マスクホールダのための真
空チャック制御部、１０６は前記副マスクのための真空
チャック制御部、１０７はＸ（紙面に平行な水平方向の
平行移動），Ｙ（紙面に垂直な水平方向の並行移動），
Ｚ（鉛直方向の並行移動），Θ（マスクのほぼ中央を通
過する鉛直軸の周りの回転）の前記ステージの駆動手段
、１０８は実際の露光と同一の波長の単色光源、１０９
はコンデンサレンズ等の照明系レンズ、１１０は照明光
を二つに分割するためのハーフミラー、１１１は反射ミ
ラー、１１２はマスク上のパターンを投影するための第
１投影レンズ、１１３は同様にマスク上のパターンを投
影するための第２投影レンズ、１１４は投影されたパタ
ーンを検出するための第１イメージセンサ、１１５は同
様に投影されたパターンを検出するための第２イメージ
センサ、１１６は第１イメージセンサの出力を増幅する
第１アンプ、１１７は同様に第２イメージセンサの出力
を増幅する第２アンプ、１１８はこれらの出力を比較す
るコンパレータ、１１９は前記コンパレータ１１８の出
力に基づいて前記ステージ駆動手段１０７を制御するス
テイジ制御部である。上記したように、第１マスクと第
２マスクとを別々に作成する。その際、第１マスクと第
２マスクの一方にマスク基板の周囲に接着剤を付けて置
く。第１マスクと第２マスクの位置合わせは、図６に示
したような合わせマ−クを用いる。

【００４８】図７に示すように、第１マスクをＸ、Ｙ（
平面）、Θ（回転）、Ｚ（高さ）方向に移動可能な第１
ステ−ジに搭載し、さらに第２マスクを近接して前記ス
テ−ジと独立した第２ステ−ジに搭載する。前記Ｚ（高
さ）方向移動機構は、第２ステ−ジに設けてもよい。そ
の際、真空チャックにより、それぞれのマスクを吸着し
て、それぞれのステ−ジに保持する。マスクの裏面より
、マ−ク部に露光と同じ波長の光を照射する。前記の組
合わせマ−クにより、第１マスクと第２マスクとの位置
、回転ずれを計測し、前記第１ステ−ジにフィ−ドバッ
クする。すなわち、イメ−ジセンサにて、図６に示した
ような合わせマ−クを用い、十字型のパタ−ンと枠との
位置の差分（ｘ１−ｘ２，ｙ１−ｙ２）を比較器によっ
て、制御信号を作り、第１ステ−ジを駆動する。位置合
わせ誤差を測定第１マスク上の一点でＸ、Ｙ（平面）の
位置ずれを補正し、他の一点とを合わせることにより、
Θ（回転）誤差を補正することができる。

【００４９】第１マスクと第２マスクの位置合わせが完
了した後、前記第１ステ−ジをＺ（高さ）方向に移動さ
せて、第１マスクと第２マスクの主面を近接させて固着
する。その際、第１マスクと第２マスクのそれぞれの主
面のパタ−ンが接触した状態としてもよい。

【００５０】（３）実施例３（多像面位相シフトマスク
）図８は、他の実地例のマスクのパタ−ンの構成を示し
たものである。図８（ａ）は、第１マスクのパタ−ン、
（ｂ）は、第２マスクのパタ−ンの一例である。 （ｃ）は、試料上に転写される投影パタ−ンである。同
図において、１２０は主マスク又は第１マスクのクロム
光遮蔽部、１２１から１２４は一定の間隔で平行に並ん
だＡｌ配線等に対応する上記主マスク上の線状の開口部
又は光透過部、１４４は副マスク又は第２マスクのガラ
ス露出面、１２５及び１２６は光の位相を反転させるよ
うに一定の厚さの透明膜が被着されたシフタ領域、１４
１及び１４３は上記主マスク上の光透過部１２１及び１
２３に対応する位置を破線で示すもの、１２７は被処理
ウェハの所定の領域、１２８から１３１は上記主マスク
及び副マスクによって上記ウェハ上に形成されるべき線
状パターン、１３８は半導体基板であるＳｉ単結晶ウェ
ハの上主面又はその上に形成されたエピタキシャルＳｉ
単結晶層、１３７は上記ウェハ主面等の上に形成された
酸化膜等の絶縁保護膜、１３９及び１４０はポリＳｉ、
ポリサイド、シリサイド、又は高融点金属で形成された
ワード線等のゲート電極である。

【００５１】前記の第１マスクは、遮光領域および透過
領域からなるパタ−ンが形成されており、第２マスクは
、前記第１マスクの透過領域内でその透過光の位相をシ
フトさせるための位相シフタからなるパタ−ンが形成さ
れている。前記の第１マスクは、遮光領域および透過領
域からなるパタ−ンが形成され、第２マスクは、前記第
１マスクの遮光領域を挾む透過領域の透過光の位相差を
試料上の表面段差に依存した異なるフォ−カス位置に対
応させて変化させる位相シフタからなるパタ−ンが形成
されている。この場合の位相シフト量は、位相シフタと
なる第２マスク上の膜厚を変えて行う。

【００５２】上記のパタ−ンは、図８（ｄ）に示すよう
に、試料表面の段差に対応させてある。なお、図８（ｅ
）に示すように，透過光の位相差を変えることで、フォ
−カス位置を変えることができる。

【００５３】（４）実施例４（補助シフタ型位相シフト
マスク）図９は、他の実地例のマスクのパタ−ンの構成
を示したものである。図９（ａ）は、第１マスクのパタ
−ン、（ｂ）は、第２マスクのパタ−ンの一例である。 （ｃ）は、試料上に転写される投影パタ−ンである。同
図において、１５１は主マスク又は第１マスクのクロム
遮蔽領域、１５２及び１５３は実パターンに対応する開
口領域又は光透過領域、１６１から１６４は上記主開口
部１５２のための周辺独立サブシフタ用副開口部、１６
５から１６８は同様に上記主開口部１５３のための副開
口部、１５４は副マスク上に形成された一定の厚さのシ
フタ膜、１５５及び１５６は上記シフタ膜のないマスク
基板露出部又は非シフト副開口部、１７１から１７８は
上記シフタ膜１５４上の副開口部１６１から１６８に対
応する位置を一点鎖線で示すもの、１８２及び１８３は
上記主開口部１５２及び１５３の位置を破線で示したも
の、１５７は被処理ウェハの所定の部分、１５８及び１
５９は上記マスクによって作られるべきコンタクトホー
ル等のウェハ上の孤立実パターンである。前記の第１マ
スクは、遮光領域および透過領域からなるパタ−ンが形
成されており、前記第１マスクの主透過領域の周囲に微
細な副透過領域を設け、第２マスクは、前記第１マスク
の主透過領域の透過光とその周囲に微細な副透過領域の
透過光の位相をシフトさせるための位相シフタからなる
パタ−ンが形成されている。

【００５４】上記のマスクは、紫外または遠紫外の単色
光を用い所望のパタ−ンを縮小投影露光することによる
半導体集積回路装置の製造に際して、被露光ウェハ上に
ポジ型レジスト膜を形成した状態で、上記第１マスクと
第２マスク上のパタ−ンを上記ウェハ上に縮小投影露光
することにより、コンタクトホ−ルを開口するためのレ
ジストパタ−ンを形成する工程に適用することで効果を
上げることができる。

【００５５】図１の実施例では、上記の第１マスクと第
２マスクとは、それぞれ独立して位置合わせ機能を備え
ている。図１２は、前記第１マスクと第２マスクの位置
合わせ機構を模式的に示したものである。同図において
、１２は主マスク又は第１マスク、１３は副マスク又は
第２マスク、２０４から２１０は上記主マスク上に形成
されたクロム遮蔽膜、２１１から２１３は上記副マスク
上に形成された位相シフト膜よりなるシフタパターン、
２３１は上記主マスクを保持するための主マスクホール
ダ、２３２は上記副マスクを保持するための副マスクホ
ールダ、２３３は上記主マスクホールダをＸＹ方向に移
動させるための主マスク移動手段又は第１マスク移動手
段、２３４は上記副マスクホールダをＸＹ方向に移動さ
せるための副マスク移動手段又は第２マスク移動手段で
ある。第１マスクと第２マスクとは、それぞれ独立して
ホルダに搭載され、微動移動機構により、Ｘ、Ｙ軸方向
の移動と回転移動して位置合わせする。

【００５６】上記の第１マスクと第２マスクとの位置合
わせは、それぞれのマスク基板に位置合わせマ−クパタ
−ンを設け、図６に示した方式などで位置合わせできる
。

【００５７】（５）実施例５（離間張り合わせマスク）
図１０は、他の実地例のマスクの構成を示したものであ
る。同図において、２０１は主マスク又は第１マスク、
２０２は副マスク又は第２マスク、２０３は上記主マス
ク及び副マスクの周辺部を封止するためのマスク接合リ
ング、２０４から２１０は上記主マスク上に形成された
クロム遮蔽膜、２１１から２１３は上記副マスク上に形
成された位相シフト膜よりなるシフタパターンである。

【００５８】同図に示したように、第１マスクと第２マ
スクとを基板の周囲部で固定し、一体化してある。この
時第１マスクと第２マスクと位置合わせは、上記と同様
にして確認することができる。その際に、第１マスクを
第２マスクの外形寸法を大きくすることで、従来の縮小
投影露光装置を用いることができる。第１マスクと第２
マスクとの固定は、ガラスエポキシなどの接着剤を用い
ている。また、透明基板の周囲部を封止することで、第
１マスクと第２マスクの主面に異物が混入したり、付着
することを防止することができる。

【００５９】上記第２マスクは、透明基板の主面に透過
光に位相差を生じさせるための位相シフタからなるパタ
−ンが形成され、透明基板を２ｍｍ程度以上に厚くして
裏面に付着した異物がデフォ−カスして転写しないよう
にすることができる。

【００６０】（６）実施例６（密着型マスク）図１１は
、図１０の第１マスクと第２マスクと主面を互いに接触
させている。このようにすることにより、第１マスクと
第２マスクとの合わせ余裕を増加させることができる。 同図において、２２３は上記マスク接合リング２０３に
対応するリング状接着剤層である。

【００６１】（７）実施例７（マスク平面レイアウト）
図１５は本発明の対マスクの位置合わせした状態での平
面レイアウトである。以下では、便宜上、図１１のマス
ク張り合わせ構造を例にとり説明するが、図１０又は図
１２の場合も全く同様である。図１５において、３０２
及び３０３はウェハ１（図１）とのウェハ位置合わせマ
ーク、３０４及び３０５は図６ｃに対応する主マスクと
副マスクの間の位置合わせをするためのマスク間位置合
わせマーク、３０６はマスクブラインド用クロム遮光帯
、３０７はウェハ１上のスクライブラインに対応する部
分、３０８及び３１８はそれぞれウェハ上の単位チップ
領域（例えば、６４キロビットＤＲＡＭ）に対応する部
分、３０９及び３１９はそれぞれメモリＩＣの周辺回路
領域に対応する部分、３１０から３１３及び３２０から
３２３はそれぞれ上記メモリＩＣのメモリマットに対応
する部分である。

【００６２】（８）実施例８（境界型クロムレス位相シ
フトマスク）図１６は境界型クロムレス位相シフト法に
おけるマスク及びそれによって形成されるべきウェハ上
のパターンを示す平面図である。図１７は同マスクの断
面図及びその作用を説明するための光強度等の分布図で
ある。同図において、３３１は主マスクの石英ガラス露
出面、３３２は副マスクのシフタ膜表面、３３３及び３
３４は上記副マスク上の上記シフタ膜のない短連結露出
領域、３３７は被処理ウェハの所定の部分、３３５及び
３３６は上記ウェハ上に形成される遮光パターン、３４
１は主マスク基板、３４２は副マスク基板、３４３は主
マスク主面、３４４から３４６はそれぞれシフタ膜パタ
ーン、３４７及び３４８は３３３及び３３４に対応する
露出パターンである。

【００６３】（９）実施例９（孤立ホール型クロムレス
位相シフトマスク）図１８は孤立したホール等を形成す
るためのクロムレス位相シフト法におけるマスク及びそ
れによって形成されるべきウェハ上のパターンを示す平
面図である。図１９は同マスクの断面図及びその作用を
説明するための光強度等の分布図である。同図において
、３５１は主マスクの石英ガラス露出面、３５２は副マ
スクのシフタ膜表面、３５３及び３５４は上記副マスク
上の上記シフタ膜のない短連結露出領域、３５５は被処
理ウェハの所定の部分、３５６及び３５７は上記ウェハ
上に形成される遮光パターン、３６１は主マスク基板、
３６２は副マスク基板、３６３から３６５はそれぞれシ
フタ膜パターン、３６６及び３６７は３５３及び３５４
に対応する露出パターンである。

【００６４】（１０）実施例１０（マスク張り合わせ方
法の詳細）図２０は本発明の張り合わせマスクの接着の
詳細を示すマスク接合部の断面図である。同図において
、２０３ａ及び２０３ｃは接着層、２０３ｂは中間スペ
ーサである。図２０ａに示す第１の方法では、アクリル
エマルジョン系粘着剤２２３により主マスク及び副マス
クを接着する。また、図２０ｂに示す方法では、ポリエ
チレンテレフタレートをテープ部剤２０３ｂとし、アク
リルエマルジョン系粘着剤２０３ａ及び２０３ｃを両面
に設けた両面テープにより接着している。

【００６５】（１１）実施例１１（有機シフタ保護）図
２１はマスク材料の他の実施例を示す近接対向マスクの
断面図である。同図において、３７１は主マスク基板、
３７２は副マスク基板、３７３及び３７４はクロム遮蔽
層、３７５は接着層、３７６から３８０は有機シフタ膜
である。

【００６６】本実施例においては、シフタパターン３７
６から３８０は電子線レジストを電子線描画することに
よって形成する。なお、石英ガラス基板３７１と張り合
わせる代わりに、通常のように副マスク基板３７２の上
にペリクル膜を乗せるようにしてもよい。そのようにす
ると、オンマスク位相シフト法に用いるマスクの製造を
容易にすることができる。

【００６７】（１２）実施例１２（自己整合によるマス
ク製法）図２２は主マスクからｇ又はｉ線を用いた比較
的低ＮＡの１：１投影露光装置によって自己整合的に副
マスクを形成するプロセスを示す模式的断面図である。 同図において、３１４は上記投影露光装置の投影レンズ
、３８１は主マスク、３８３から３８６はクロム遮蔽膜
、３８７は実パターンに対応する開口パターン、３８８
及び３８９は補助シフタに対応する補助開口部、３８２
ａは露光されるときの副マスク、３８２ｂは現像された
ときの同副マスク、３９１ａは露光されるときのレジス
ト膜、３９１ｂは現像されたときの同レジスト膜、３９
０ａは露光されるときのシフタ膜、３９０ｂは現像され
たときの同シフタ膜、３９１は上記３８７に対応する実
開口部（シフタ膜のない部分）である。

【００６８】つぎに、図９の例をもとに（同図Ｙ−Ｙ断
面）本実施例のマスク作成法を上記図２２を用いて説明
する。本方法の特徴はクロムパターンからなる主マスク
から自己整合的に副マスクのシフタパターンを光露光す
るところにある。先ず、シフタ膜３９０ａ上に観光性ポ
ジ型レジスト膜３９１ａを塗布した状態で主マスク上の
サブシフタ３８８及び３８９は解像しないような低ＮＡ
の投影レンズ３１４により副マスクとなるべきマスク基
板３８２ａ上に、上記主マスクを投影すると、実開口部
３８７以外は開口されないから、現像するとその部分の
みが開口部として除去される。従って、上記パターニン
グされたレジスト膜３９１ｂをマスクとして下層のシフ
タ膜３９０ｂをエッチングすると、上記主マスクの上記
実開口部３８７に対応した３９１の部分のみが除去され
る。この後に、不要なレジスト膜３９１ｂを除去すると
副マスクが完成する。

【００６９】（１３）実施例を補足するための文献の引
用等 エッジ強調型位相シフト法の詳細及びそれらのマスク設
計手法については本発明者の１９９０年５月３０日に公
開された日本特開平２−１４０７４３号（特願昭６３−
２９５３５０号、１９８８年１１月２２日出願）に示さ
れているのでそれをもって本願の記載の一部とする。

【００７０】更に、エッジ強調型位相シフト法、レベン
ソン型位相シフト法、及び補助シフタ型位相シフト法等
におけるマスクのパターンレイアウト、ネガ又はポジの
レジスト材料（ちなみに、本実施例においては、ポジレ
ジストとして日立化成のレイキャストＲＩ−７０００Ｐ
を、ネガレジストとして同社の化学増幅系ネガレジスト
Ｒｉ−１９００ＹＤを用いた。）及び同レジストプロセ
ス、露光用光源、及びそれらのＤＲＡＭ又はＳＲＡＭ等
の半導体集積回路装置等への応用については本発明者の
日本特願平２−２４７１００号（１９９０年９月１９日
出願）に示されているのでそれをもって本願の記載の一
部とする。

【００７１】以上、本発明者によってなされた発明を実
地例を基に具体的に説明したが、本発明は、前記実地例
に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００７２】例えば、位相シフト用パタ−ンデ−タを透
過領域のパタ−ンの位置は変えないで幅だけを細らせる
デ−タ変換処理（以下サイジング処理と記す）や前記第
１マスクのパタ−ンの輪郭部を抽出したデ−タ変換処理
（以下輪郭分解処理と記す）などの計算機によるデ−タ
変換処理させたパタ−ンを用いる方式を説明したが、こ
れに限定されるものでなく種々の変形が可能である。例
えば、透過領域のパタ−ンを拡大して作成したパタ−ン
から元の透過領域のパタ−ンの差をとって作成してもよ
い。

【００７３】透明膜の位相シフタの材料として、ＳＯＧ
を用いた場合について説明したが、例えば、酸化インジ
ュ−ム、二酸化ケイ素、窒化シリコン、フッ化マグネシ
ウムあるいはポリメチルメタアクリレ−トなどでもよい
。酸化インジュ−ムは、スパッタリング法などで透明薄
膜を堆積する。その他、二酸化ケイ素をＣＶＤ法などを
用いて透明薄膜を形成することができる。

【００７４】また、集積回路パタ−ンが上記の第２マス
クの位相シフタパタ−ンだけで形成されていても良い。 この場合は、第２マスクに対応した第１マスクは、透明
基板部となり、集積回路パタ−ンの周辺部にマスクブラ
インド用遮光領域や合わせマ−クを備えたものとなる。

【００７５】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００７６】遮光領域および透過領域からなるパタ−ン
が形成されたマスクの透過領域を透過した光を被照射物
に照射する露光方法において、前記マスクが第一マスク
と第二マスクとを重ね合わせて露光する方法であって、
前記第一マスクの透過光に第二マスクを通して光学位相
差を生じさせることで、一つのマスク上に遮光領域およ
び透過領域からなるパタ−ンとその透過領域一部に光学
位相シフタを設けた場合と同じように投影像のコントラ
ストを大幅に改善することができる。

【００７７】これにより、マスクパタ−ンの転写精度を
向上させることができる。

【００７８】位相シフタ用のパタ−ンが形成されたマス
クを遮光領域および透過領域からなるパタ−ンが形成さ
れたマスクと分離したので製作が容易になる。

【００７９】また、位相シフタ用のパタ−ンが形成され
たマスクと遮光領域および透過領域からなるパタ−ンが
形成されたマスクとでそれぞれの主面を互いに向い合わ
せて重ね合わせ、ガラス基板の周囲で封止することによ
り、異物遮蔽が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の一実施例である露光方式の説明図で
ある。

【図２】は本発明のマスクの一例を示す説明図である。

【図３】は本発明のマスクの作成フロ−を示す説明図で
ある。

【図４】は本発明のマスクの平面図の一例を示す説明図
である。、

【図５】は本発明のマスクの転写の説明図である。

【図６】は本発明のマスクの合わせマ−クの一例を示す
説明図である。

【図７】は本発明のマスクの合わせ方法の一例を示す説
明図である。

【図８】は本発明のマスクの他の一例を示す説明図であ
る。

【図９】は本発明のマスクの他の一例を示す説明図であ
る。

【図１０】は本発明のマスクの他の一例を示す説明図で
ある。

【図１１】は本発明のマスクの他の一例を示す説明図で
ある。

【図１２】は本発明の露光装置の一例を示す説明図であ
る。

【図１３】は従来マスクの転写の説明図である。

【図１４】は位相シフトマスクの転写の説明図である。 。

【図１５】は本発明の対マスクの位置合わせした状態で
の平面レイアウト図である。

【図１６】は本発明の境界型クロムレス位相シフト法に
おけるマスク及びそれによって形成されるべきウェハ上
のパターンを示す平面図である。

【図１７】は同マスクの断面図及びその作用を説明する
ための光強度等の分布図である。

【図１８】は本発明の孤立したホール等を形成するため
のクロムレス位相シフト法におけるマスク及びそれによ
って形成されるべきウェハ上のパターンを示す平面図で
ある。

【図１９】は同マスクの断面図及びその作用を説明する
ための光強度等の分布図である。

【図２０】は本発明の張り合わせマスクの接着の詳細を
示すマスク接合部の断面図である。

【図２１】はマスク材料の他の実施例を示す近接対向マ
スクの断面図である。

【図２２】は本発明の他の実施例の主マスクからｉ線を
用いて自己整合的に副マスクを形成するプロセスを示す
模式的断面図である。

【符号の説明】

１…被処理ウェハ、２…露光光源、３…集光ミラー、４
…第１平面反射鏡、５…シャッタ、６…フライアイレン
ズ、７…パーシャルコヒーレンス、８…ショートカット
フィルタ、９…第２平面反射鏡、１０…マスクブライン
ド、１１…コンデンサーレンズ、１２…主マスク、１３
…副マスク、１４…５：１縮小投影レンズ、１５…ウェ
ハ吸着台、１６…Ｚ軸移動台、１７…Ｘ軸移動台、１８
…Ｙ軸移動台、２１…クロム遮蔽膜、２２…位相シフト
膜、３１…主マスク基板作成工程、３２…クロム遮光膜
堆積工程、３３…遮光膜パターニング用フォトレジスト
膜塗布工程、３４…遮光膜パターニング用電子線露光工
程、３５…遮光膜パターニング用フォトレジスト現像工
程、３６…遮光膜エッチング工程、３７…遮光膜パター
ニング用フォトレジスト膜全面除去工程、３８…遮光膜
欠損修正工程、３９…遮光膜残り修正工程、４０…主マ
スク洗浄工程、４１…副マスク基板作成工程、４２…位
相シフト膜堆積工程、４３…帯電防止膜堆積工程、４４
…位相シフト膜パターニング用レジスト塗布工程、４５
…位相シフト膜パターニング用電子線露光工程、４６…
位相シフト膜パターニング用レジスト現像工程、４７…
位相シフタ膜エッチング工程、４８…位相シフト膜パタ
ーニング用レジスト全面除去工程、４９…シフタ欠損修
正工程、５０…シフタ残り修正工程、５１…副マスク洗
浄工程、５２…対マスク重ね合わせ工程、５３…マスク
接着工程、６１…クロム遮光膜、６２及び６３…非シフ
ト主開口部、６４…位相シフト膜、６５及び６６…非シ
フト副開口部、６７…被処理ウェハの一部領域、６８及
び６９…被処理ウェハ上に形成されるべきパターン、７
１…主マスク基板、７３…副マスク基板、８１…主マス
ク上のクロム遮蔽膜、８２及び８３…位置合わせマーク
に対応する非シフト主開口部、８４…ガラス基板の露出
部分、８５及び８６…位置合わせマークに対応するシフ
タパターン、８７…被処理ウェハの上主面、８８及び８
９…ウェハ上に結像した位置合わせパターンの外周部、
９０及び９１…マスク位置が整合したときに生ずる十字
パターン、９２及び９３…主開口部との位置関係を示す
ためにその副マスク上の位置を示したもの、１０１…主
マスク、１０２…副マスク、１０３…第１マスクステー
ジ、１０４…第２マスクステージ、１０５…主マスク用
真空チャック制御部、１０６…副マスク用真空チャック
制御部、１０７…ステージ制御手段、１０８…単色光源
、１０９…照明系レンズ、１１０…ハーフミラー、１１
１…反射ミラー、１１２…第１投影レンズ、１１３…第
２投影レンズ、１１４…第１イメージセンサ、１１５…
第２イメージセンサ、１１６…第１アンプ、１１７…第
２アンプ、１１８…コンパレイタ、１１９…ステイジ制
御部、１２０…クロム光遮蔽部、１２１、１２２、１２
３、１２４…線状の光透過部、１２５、１２６…シフタ
領域、１２７…ウェハ状の所定の領域、１２８、１２９
、１３０、１３１…ウェハ状に形成されるべき線状パタ
ーン、１３７…絶縁保護膜、１３８…Ｓｉ単結晶層、１
３９、１４０…ゲート電極、１４１、１４３…マスク上
の光透過部１２１及び１２３に対応する位置を破線で示
すもの、１４４…副マスクのガラス露出面、１５１…主
マスクのクロム遮蔽領域、１５２、１５３…実パターン
に対応する開口領域、１５４…シフタ膜、１５５、１５
６…マスク基板露出部、１５７…被処理ウェハの所定の
部分、１５８、１５９…ウェハ状の孤立実パターン、１
６１、１６２、１６３、１６４…サブシフタ用開口部、
１６５、１６６、１６７、１６８…副開口部、１７１、
１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１
７８…副開口部の位置を一点鎖線で示すもの、１８２、
１８３…主開口部の位置を破線で示すもの、２０１…主
マスク、２０２…副マスク、２０３…マスク接合リング
、２０３ａ…接着層、２０３ｂ…中間スペーサ、２０３
ｃ…接着層、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８
、２０９、２１０…クロム遮蔽膜、２１１、２１２、２
１３…シフタパターン、２２３…リング状接着剤層、２
３１…主マスクホールダ、２３２…副マスクホールダ、
２３３…主マスク移動手段、２３４…副マスク移動手段
、２５１…マスク、２５２…遮光領域、２５３…マスク
、２５４…その他の遮光膜、２５５…透明膜、３０２、
３０３…ウェハ位置合わせマーク、３０４、３０５…マ
スク位置合わせマーク、３０６…マスクブラインド用ク
ロム遮光帯、３０７…スクライブライン、３０８…単位
チップ領域、３０９…周辺回路領域、３１０、３１１、
３１２、３１３…メモリマット領域、３１８…単位チッ
プ領域、３１９…周辺回路領域、３２０、３２１、３２
２、３２３…メモリマット領域、３３１…ガラス露出面
、３３２…副マスクのシフタ膜表面、３３３、３３４…
シフタのない露出領域、３３５、３３６…遮光パターン
、３３７…被処理ウェハ、３４１…主マスク基板、３４
２…副マスク基板、３４３…主マスク主面、３４４、３
４５、３４６…シフタ膜パターン、３４７、３４８…露
出パターン、３５１…ガラス露出面、３５２…シフタ膜
表面、３５３、３５４…シフタ膜のない露出領域、３５
５…被処理ウェハ、３５６、３５７…ウェハ上の遮光パ
ターン、３６１…主マスク基板、３６２…副マスク基板
、３６３、３６４、３６５…シフタ膜パターン、３６６
、３６７…露出パターン、３７１…主マスク基板、３７
２…副マスク基板、３７３、３７４…クロム遮蔽層、３
７５…接着層、３７６、３７７、３７８、３７９、３８
０…有機シフタ、３８１…主マスク、３８２ａ…露光さ
れたときの副マスク、３８２ｂ…現像されたときの同副
マスク、３８３、３８４、３８５、３８６…クロム遮蔽
膜、３８７…開口パターン、３８８、３８９…補助開口
部、３９０ａ…露光されたときのレジスト膜、３９０ｂ
…現像されたときの同レジスト膜、３９１…シフタ膜の
ない実開口部。

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　遮光領域および透過領域からなる所定
   のパタ−ンが形成されたマスクの透過光を試料に照射す
   ることによって、前記マスクのパタ−ンを前記試料上に
   転写する露光方法であって、前記マスクは、第一マスク
   と第二マスクとから成り、前記第一マスクが遮光領域お
   よび透過領域からなるパタ−ンが形成され、前記第二マ
   スクが透過光に位相差を生じさせるための位相シフタか
   らなるパタ−ンが形成され、前記試料上で第一マスクと
   第二マスクと透過光を重ね合わせて、透過光の干渉を利
   用して前記試料上へ鮮明な像を結像するようにしたこと
   を特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】　　上記第一マスクと第二マスクの主面を
   互いに近接、または接触させて重ね合わせ、第一マスク
   の透過光に第二マスクにて位相差を設け、透過光の干渉
   を利用して前記試料上へ鮮明な像を結像するようにした
   ことを特徴とする請求項１記載の露光方法。
3. 【請求項３】　　上記第一マスクが遮光領域および透過
   領域からなるパタ−ンが形成され、第二マスクが第一マ
   スクの透過光に位相差を生じさせるための位相シフタか
   らなるパタ−ンが形成され、第一マスクと第二マスクと
   位置合わせするためのマ−クパタ−ンを互いに備えたこ
   とを特徴とする請求項１記載のマスク。
4. 【請求項４】　　上記第一マスクが遮光領域および透過
   領域からなるパタ−ンが形成され、第二マスクが前記第
   一マスクの遮光領域を挾む透過領域の透過光の位相を互
   いに反転させるための位相シフタからなるパタ−ンが形
   成されたことを特徴とする請求項３記載のマスク。
5. 【請求項５】　　上記第一マスクが遮光領域および透過
   領域からなるパタ−ンが形成され、第二マスクが試料上
   に表面段差があり、高さの異なるの場合にも合焦点とす
   るため、前記第一マスクの遮光領域を挾む透過領域の透
   過光に位相差を与える位相シフタからなるパタ−ンが形
   成されたことを特徴とする請求項３記載のマスク。
6. 【請求項６】　　上記第一マスクが遮光領域および透過
   領域からなるパタ−ンが形成され、前記第一マスクの透
   過領域の周囲の遮光領域に微細な透過領域を設け、第二
   マスクが前記第一マスクの透過領域とその周囲の遮光領
   域に微細な透過領域との透過光の位相を互いに反転させ
   るための位相シフタからなるパタ−ンが形成されたこと
   を特徴とする請求項３記載のマスク。
7. 【請求項７】　　上記第一マスクが遮光領域および透過
   領域からなるパタ−ンが形成され、第二マスクが前記第
   一マスクの透過領域内でその透過光の位相を互いに反転
   させるための位相シフタからなるパタ−ンが形成された
   ことを特徴とする請求項３記載のマスク。
8. 【請求項８】　　上記第二マスクは、透明基板の主面に
   透過光に位相差を生じさせるための位相シフタからなる
   パタ−ンが形成され、透明基板を２ｍｍ程度以上に厚く
   して裏面に付着した異物がデフォ−カスして転写しない
   ようにしたことを特徴とする請求項３記載のマスク。
9. 【請求項９】　　上記第一マスクと第二マスクは、それ
   ぞれのパタ−ンが石英基板上に形成され、主面を向い合
   わせて近接または接触させ、前記第一マスクと第二マス
   クの両方またはいずれか一方のマスク基板の周辺部で固
   定され、一体化したことを特徴とする請求項３記載のマ
   スク。
10. 【請求項１０】　　遮光領域および透過領域からなる所
    定のパタ−ンが形成されたマスクの透過光の位相差を生
    じさせるための位相シフタを備えたマスクに関して、前
    記マスクは、第一マスクと第二マスクとに分け、前記第
    一マスクが遮光領域および透過領域からなるパタ−ンを
    形成し、前記第二マスクが透過光に位相差を生じさせる
    ための位相シフタからなるパタ−ンを形成し、第一マス
    クと第二マスクとを主面を向い合わせて重ね合わせて前
    記マスクの周辺部で固定し、一体化したことを特徴とす
    るマスクの製作方法。
11. 【請求項１１】　　遮光領域および透過領域からなる所
    定のパタ−ンが形成されたマスクの透過光を被照射物に
    照射する露光装置において、前記マスクは第一マスクと
    第二マスクとがそれぞれ主面を近接させて重ね合わせて
    搭載され、第一マスクと第二マスクの相対的な位置合わ
    せ機能を備えたことを特徴とする露光装置。
12. 【請求項１２】　　少なくとも一つの軸方向に多数の周
    期にわたって、マスク上のほぼ周期的な開口パタ−ンを
    縮小投影法により、試料上の感光性膜上に転写するに際
    し、上記請求項３記載の第一マスクは、上記の周期パタ
    −ンを形成し、第二マスクは、上記の周期パタ−ンの奇
    数または偶数部を抜き出したパタ−ンを形成し、上記の
    周期で露光光の位相を反転させたことを特徴とする露光
    方法。
13. 【請求項１３】　　上記請求項１１記載の露光方法にお
    いて、上記の第一マスクと第二マスクのパタ−ンは、半
    導体集積回路のメモリセルアレ−部などの周期的に繰り
    返したパタ−ンに対応するものとしたことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
14. 【請求項１４】　　上記請求項７記載の第一マスクのパ
    タ−ンは、半導体集積回路のパタ−ンを用い、かつ、第
    二マスクのパタ−ンは、前記パタ−ンをサイジング処理
    、または前記パタ−ンの輪郭部抽出処理などのデ−タ処
    理させたパタ−ンを用いることで、試料上の感光性膜上
    に転写することを特徴とする露光方法。
15. 【請求項１５】　　上記請求項１３記載の露光方法にお
    いて、上記の第一マスクと第二マスクのパタ−ンは、半
    導体集積回路のパタ−ンの非周期的パタ−ンにも対応す
    るものとしたことを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。
16. 【請求項１６】　　紫外または遠紫外の単色光を用い所
    望のパタ−ンを縮小投影露光する半導体集積回路装置の
    製造方法において、被露光ウェハ上にポジ型レジスト膜
    を形成した状態で、上記第一マスクと第二マスク上のパ
    タ−ンを上記ウェハ上に縮小投影露光することにより、
    コンタクトホ−ルを開口するためのレジストパタ−ンを
    形成する工程に適用したことを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
17. 【請求項１７】　　上記請求項１５記載の半導体集積回
    路装置の製造方法は、更に被露光ウェハ上にネガ型レジ
    スト膜を形成した状態で、上記第一マスクと第二マスク
    上のパタ−ンを上記ウェハ上に縮小投影露光することに
    より、ウェハ上に帯状パタ−ンを形成するためのレジス
    トパタ−ンを形成する工程に適用したことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
18. 【請求項１８】　　上記第二マスクは、透過光の位相を
    反転させるため石英基板上の透過領域の一部分の領域に
    透明膜を設け、透明膜の厚さｄは、透過光の波長をλ、
    透明膜の屈折率をｎとして、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の奇
    数倍又はそれと等価となるようにしたことを特徴とする
    マスク。
19. 【請求項１９】　　上記第二のマスクは、透過光の位相
    を反転させるため石英基板上の透過領域の一部分の領域
    に溝を設け、溝の深さｄは、透過光の波長をλ、溝部材
    の屈折率をｎとして、ｄ＝λ／２（ｎ−１）の奇数倍又
    はそれと等価となるようにしたことを特徴とするマスク
    。