JPH0620916A - 投影露光方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相シフタ膜と遮光膜との両者の膜を用いた
２層構造のフォトマスクを使用することなく、位相シフ
タ膜と遮光膜の一方の膜の１層構造のパターンのみを有
する２つの別個のフォトマスクを使用して、位相シフト
法と同様な効果を達成することができるようにする。 【構成】 光源１０１からの光をハーフミラー１０２に
よって第１の光Ｐ及び第２の光Ｑに２分割し、第２の光
Ｑの位相をλ／２板１０３によって１８０°反転させ
る。第１の光Ｐ及び第２の光Ｑを各々第１のフォトマス
ク１０６及び第２のフォトマスク１０８に透過させ、透
過した第１の光Ｐ及び第２の光Ｑをハーフミラー１０４
によって合成する。第１のフォトマスク１０６のパター
ンと第２のフォトマスク１０８のパターンとが合成さ
れ、この合成パターンを縮小投影レンズ１０５によって
ウエハ１１０上に投影する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、投影露光方法及び装置
に関し、特に、半導体デバイスの製造工程においてフォ
トマスクのパターンをウエハ等の基板上の感光性物質の
フィルムに投影して露光する投影露光方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、半導体デバイスの製造工程に
おいて使用される投影露光装置は、例えば、図１３に示
すように、光源５１の光により光学軸上の焦点結像位置
に配置されたフォトマスク５２を照明し、その照明され
たフォトマスク５２のパターンを投影レンズ５３によっ
てウエハ５４（或いはウエハ５４上に既に形成されてい
る各種の薄膜）上のフォトレジストに投影して露光する
ようにしている。

【０００３】そして、図１４（ａ）に示すように、上記
フォトマスク５２は、石英ガラス等からなるガラス基板
５２１の表面にクロム膜のような遮光性材料の膜５２２
のパターンを形成したものである。このようなフォトマ
スク５２を使用した場合、遮光膜５２２のない各々の透
光部５２３を透過した光は、図１４（ｂ）に示すよう
に、ウエハ５４上では投影レンズ５３における解像限界
の制約からマスクパターンよりも広がったものとなる。
そして、各々の透過光は同位相であるため、互いに強め
合うような相互作用が働き、ウエハ５４上での光の強度
分布は、図１４（ｃ）に示すように、各々のパターンの
隣接する２部分を分離することができなくなる。なお縮
小投影の場合、フォトマスク５２のパターンは縮小され
てウエハ５４上に投影されるが、ウエハ５４上の寸法に
換算すると遮光膜５２２及び透光部５２３の幅は通常
０．３〜０．５μｍ以上である。

【０００４】そこで近年、投影露光装置を変更せずに、
フォトマスクだけの変更により解像度を向上させること
ができる位相シフト法が注目されている。なお位相シフ
ト法については、例えば、文献（第２４回 VLSI FORUM
リソグラフィの最前線、“位相シフトリソグラフィの現
状”松下電子工業、京都研究所、戸所義博（１９９１）
１３−２５）に記載されている。図１５（ａ）に示すよ
うに、この位相シフト法に使用される位相シフトマスク
５５は、例えば代表的なレベンソン型の場合、石英ガラ
ス等からなるガラス基板５５１の表面に遮光膜５５２の
パターンを形成し、この遮光膜５５２のない各々の透光
部５５３の隣合う一方に、透明な薄膜からなる位相シフ
タ膜５５４を形成したものである。このような位相シフ
トマスク５５を使用した場合、図１５（ｂ）に示すよう
に、位相シフタ膜５５４のある各々の透光部５５３を透
過した光は、隣接する位相シフタ膜５５４のない各々の
透光部５５３を透過した光に対して位相が反転する。こ
のため、各々の透過光には、互いに弱め合うような相互
作用が働き、図１５（ｃ）に示すように、ウエハ５４上
におけるパターンの隣接する２部分の境界部の光強度は
零になり、各々のパターン部分は分離する。このよう
に、位相シフトマスク５５を使用する位相シフト法によ
れば、透過光の位相を反転させることにより、前記フォ
トマスク５２では解像できなかった極めて微細なパター
ンの解像が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、遮光膜
５５２と位相シフタ膜５５４を有する２層構造の位相シ
フトマスク５５の製作には、極めて高精度な膜厚制御等
が必要であるため、遮光膜５２２のみを有する１層構造
のフォトマスク５２に比べ、作製が非常に困難で製造コ
ストが著しく大きかった。さらに、位相シフトマスク５
５においては、特に位相シフタ膜５５４に欠陥がある
と、極く小さなサイズの欠陥までパターンとして転写さ
れてしまう。このため、位相シフトマスク５５の検査及
び修正がより重要となるが、この検査及び修正は極めて
困難であった。従って、位相シフトマスク５５を使用す
る位相シフト法は、コストが大幅に増加する上に様々な
難しい点があり、実際の半導体デバイス製造への適用が
困難であるという問題があった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、位相シフタ膜と
遮光膜との両者の膜を用いた２層構造のフォトマスクを
使用することなく、位相シフタ膜と遮光膜の一方の膜の
１層構造のパターンのみを有する２つの別個のフォトマ
スクを使用して、位相シフト法と同様な効果を達成する
ことのできる投影露光方法及び投影露光装置を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による投影露光方法は、コヒーレントな成分
を有する光をもって、位相シフタ膜と遮光膜の何れか一
方の膜の１層構造のパターンを有する第１、第２の個々
のフォトマスク素子のそれぞれのパターンを所定位置に
配置された基板上に、両パターンの光学的合成パターン
が前記基板上に形成されるように投影するステップと、
前記第１のフォトマスク素子のパターンを前記基板上に
投影する前記光の第１部分と、前記第２のフォトマスク
素子のパターンを前記基板上に投影する前記光の第２部
分とが所定の位相差を有するように、前記第１の光部分
と前記第２の光部分の少なくとも一方の位相を制御する
ステップとを有するものである。

【０００８】また、本発明による投影露光装置は、コヒ
ーレントな成分を有する光を発生する光源と、それぞれ
位相シフタ膜と遮光膜の何れか一方の膜の１層構造のパ
ターンを有する第１、第２の個々のフォトマスク素子
と、基板を所定位置に装着し、位置決めする手段と、前
記光源からの光をもって、前記第１のフォトマスク素子
のパターンと前記第２のフォトマスク素子のパターンを
前記基板上に、両パターンの合成パターンが前記基板上
に形成されるように投影する光学手段と、前記第１のフ
ォトマスク素子のパターンを前記基板上に投影する前記
光の第１部分と、前記第２のフォトマスク素子のパター
ンを前記基板上に投影する前記光の第２部分とが所定の
位相差を有するように、前記第１の光部分と前記第２の
光部分の少なくとも一方の位相を制御する位相制御手段
とを具備するものである。

【０００９】本発明による投影露光方法の実施態様は、
コヒーレントな成分を有する光をもって、第１のフォト
マスク素子に形成された第１のパターンの像を第１の所
定位置に焦点結像させるステップと、前記所定位置に配
置された第２のフォトマスク素子に形成された第２のパ
ターンと、前記第１のフォトマスク素子の第１のパター
ンとの光学的合成パターンを、前記光をもって第２の所
定位置に配置された基板上に投影露光するステップとを
有し、前記第１のパターンと前記第２のパターンの一方
のパターンは遮光膜で形成され、他方のパターンは前記
一方のパターンの少なくとも１つの選択された部分に相
当し、位相シフタ膜により形成されているものである。

【００１０】また、本発明による投影露光装置の実施態
様は、コヒーレントな成分を有する光を発生する光源
と、所定の第１のパターンが形成された第１のフォトマ
スク素子と、所定の第２のパターンが形成された第２の
フォトマスク素子とを含むフォトマスク手段と、基板を
所定位置に保持する手段と、前記光源から発生する光を
もって、前記第１のパターンの像を前記第２のフォトマ
スクの上に結像させ、該結像された前記第１のフォトマ
スク素子の第１のパターンと前記第２のフォトマスク素
子の第２のパターンの光学的合成パターンを前記基板上
に投影して露光する光学手段とを具備し、前記第１のパ
ターンと前記第２のパターンの一方のパターンは遮光膜
で形成され、他方のパターンは前記一方のパターンの少
なくとも１つの選択された部分に相当し、位相シフト膜
により形成されているものである。

【００１１】本発明による投影露光方法の他の実施態様
は、コヒーレントな光を含む光源からの光を２つの異な
る光路を通過する第１の光と第２の光に分割するステッ
プと、第１の光と第２の光が所定の位相差を有するよう
に、第１の光と第２の光の少なくとも一方の位相を制御
するステップと、合成されたとき所定のパターンを形成
する第１の部分パターンと第２の部分パターンをそれぞ
れ有する第１の領域と第２の領域を備えたフォトマスク
装置の、前記第１の領域と前記第２の領域に前記第１の
光と前記第２の光を通過させるステップと、前記第１の
領域を通過した第１の光と前記第２の領域を通過した第
２の光を合成して、前記所定のパターンを有する合成光
を生成するステップと、前記所定のパターンを有する前
記合成光を基板上の感光性物質のフィルムに投影して露
光するステップとを有するものである。

【００１２】また、本発明による投影露光装置の他の実
施態様は、コヒーレントな成分を有する光を含む光源か
らの光を２つの異なる光路を通過する第１の光と第２の
光に分割する分割手段と、前記第１の光と第２の光が所
定の位相差を有するように、第１の光と第２の光の少な
くとも一方の位相を制御する位相制御手段と、合成され
たとき所定のパターンを形成する第１の部分パターンと
第２の部分パターンがそれぞれ形成された第１の領域と
第２の領域を備え、前記第１の光が前記第１の領域を通
過しかつ前記第２の光が前記第２の領域を通過するよう
に配置されたフォトマスク手段と、前記第１の領域を通
過した第１の光と前記第２の領域を通過した第２の光を
合成して、前記所定のパターンを有する合成光を生成す
る合成手段と、前記所定のパターンを有する前記合成光
を基板上の感光性物質のフィルムに投影して露光する光
学手段とを具備するものである。

【００１３】

【作用】本発明の実施態様において、第１のフォトマス
ク素子の第１のパターンが第２のフォトマスク素子の上
に結像され、その第１のパターンと第２のフォトマスク
素子の第２のパターンとの合成パターンが基板の上に投
影されて基板を露光する。しかも第１のパターンと第２
のパターンの一方のパターンは遮光膜の１層構造で形成
され、他方のパターンは前記一方のパターンの選択され
た部分に相当し位相シフタ膜の１層構造で形成されるの
で、第１のパターンの選択した部分を基板上に投影する
光は他方のフォトマスクに形成された第２のパターンの
位相シフタ膜により位相が制御されるので、位相シフト
法と同様の効果を、遮光膜と位相シフト膜の２層構造の
フォトマスクを使用することなく、実現することができ
る。

【００１４】また、本発明の他の実施態様によれば、光
源からのコヒーレントな成分を有する光が分割手段によ
って第１の光及び第２の光に２分割され、位相制御手段
によって第１の光と第２の光との間に位相差が設けられ
る。これら第１の光及び第２の光を各々第１のフォトマ
スク素子及び第２のフォトマスク素子に通過させるの
で、位相制御された光が透過するフォトマスク素子は位
相シフトマスクとして機能する。そして、第１のフォト
マスク素子及び第２のフォトマスク素子を通過した第１
の光及び第２の光を合成手段により合成することによっ
て、第１のフォトマスク素子のパターンと第２のフォト
マスク素子のパターンとが合成され、この合成パターン
が光学手段によって基板上に投影露光される。従って、
遮光膜のパターンのみを有する２枚のフォトマスク素子
を使用することによって、位相シフトを実現することが
できる。

【００１５】

【実施例】本発明をウエハ露光のための縮小投影露光方
法及び縮小投影露光装置に適用した実施例を添付図面を
参照して説明する。

【００１６】まず、本発明の第１の実施例を説明する。
図１に示すように、本実施例装置は、パーシャルコヒー
レントな光を発する例えば超高圧Ｈｇランプ（ｉ線）か
らなる光源１と、楕円集光鏡２やコンデンサレンズ３等
からなる照明光学系と、中間投影光学系を構成する等倍
投影レンズ４と、対物投影光学系を構成する縮小投影レ
ンズ５とを備えている。そして、第１のフォトマスク６
を保持するマスクマウント７がコンデンサレンズ３と等
倍投影レンズ４との間に配置され、第２のフォトマスク
８を保持するマスクマウント９が等倍投影レンズ４と縮
小投影レンズ５との間に配置されている。また、ウエハ
１０を保持するウエハチャック１１がＸＹステージ１２
上に支持されて縮小投影レンズ５の下方に配置されてい
る。なお、マスクマウント７及び９は、Ｘ、Ｙ及びＺ方
向への移動調整、さらにＸＹ平面内における回転及び傾
斜調整が可能に構成されている。これにより、第１のフ
ォトマスク６と第２のフォトマスク８とは、等倍投影レ
ンズ４の光軸上における異なる焦点結像位置に正確に配
置される。

【００１７】図２及び図３は、代表的な位相シフト法で
あるレベンソン型の一例を本実施例方法及び装置で実現
するときに使用される第１のフォトマスク６及び第２の
フォトマスク８を示すものである。図２（ａ）（ｂ）に
示すように、第１のフォトマスク６は石英ガラス等から
なるガラス基板６１の表面にクロム膜のような遮光性材
料の膜６２のパターンが形成されたものである。また、
図３（ａ）（ｂ）に示すように、第２のフォトマスク８
は石英ガラス等からなるガラス基板８１の表面に透明な
薄膜からなる位相シフタ膜８２のパターンが形成された
ものである。なお、本実施例のような縮小投影露光用の
第１のフォトマスク６及び第２のフォトマスク８は拡大
されたパターンを有するものであり、通常、拡大マスク
或いはレチクルと称されている。

【００１８】そして、図４に示すように、第１のフォト
マスク６の遮光膜６２のない各々の透光部６３の１つお
きに、第２のフォトマスク８の位相シフタ膜８２の部分
が光学的に重なるように、これら第１のフォトマスク６
及び第２のフォトマスク８は配置される。

【００１９】上述のように構成された本実施例装置によ
れば、図１において、光源１からのパーシャルコヒーレ
ントな成分を有する光によって、楕円集光鏡２やコンデ
ンサレンズ３等を介して第１のフォトマスク６が一様に
照明され、この第１のフォトマスク６のパターンが等倍
投影レンズ４によって第２のフォトマスク８の位置に結
像される。これにより、第１のフォトマスク６のパター
ンと第２のフォトマスク８のパターンとが合成され、こ
の合成パターンが縮小投影レンズ５によってウエハ１０
（或いはウエハ１０上に既に形成されている各種の薄
膜）上のフォトレジストに縮小投影される。ＸＹステー
ジ１２によってウエハ１０がＸ、Ｙ方向へ順次移動され
ながら縮小投影が繰り返され、このステップアンドリピ
ートによってウエハ１０の全面が露光される。

【００２０】上述のような投影露光において、図５
（ａ）に示すように、第１のフォトマスク６だけを投影
したときは、各々の透光部６３を透過した光が同位相で
ウエハ上に分布する。しかし、第１のフォトマスク６及
び第２のフォトマスク８を重ねて投影することによっ
て、第１のフォトマスク６のパターンと第２のフォトマ
スク８のパターンとが合成されるので、図５（ｂ）に示
すように、第１のフォトマスク６の各々の透光部６３を
透過した光のうち、第２のフォトマスク８の各々の位相
シフタ膜８２を透過した光は、位相シフタ膜８２を透過
しない光に対して位相が反転する。そして、このときの
ウエハ１０上での光強度は、図５（ｃ）に示すように、
パターンの隣接する２部の境界部の光強度が零になり、
各々のパターン部分は分離する。従って、図５（ｂ）及
び（ｃ）から、１層構造の第１のフォトマスク６と１層
構造の第２のフォトマスク８とを使用して、図１５に示
した２層構造の位相シフトマスク５５を使用したときと
同等な位相シフト法が実現されているのがわかる。

【００２１】また、本実施例においては、第１のフォト
マスクとして遮光膜を有するマスク、第２のフォトマス
クとして位相シフタ膜を有するマスクを使用したが、こ
れらのマスクは逆に使用してもよい。さらに、本実施例
においては、光源としてｉ線Ｈｇランプを用いている
が、ｇ線Ｈｇランプやエキシマレーザ光源等を用いても
同様の効果が得られるのは明らかである。

【００２２】以上説明したように、第１の実施例によれ
ば、第１のフォトマスクのパターンと第２のフォトマス
クのパターンとを合成して投影することによって、遮光
膜を有する１層構造のフォトマスクと位相シフタ膜を有
する１層構造の位相シフトマスクとを使用して、従来の
遮光膜と位相シフタ膜とを有する２層構造の位相シフト
マスクを使用した場合と同等の効果を実現することがで
きる。従って、作製が非常に難しくて検査及び修正が極
めて困難な従来の２層構造の複雑な位相シフトマスクの
代わりに、単層レジストプロセスで作製できる１層構造
のフォトマスク（例えばクロムマスク）及び１層構造の
位相シフトマスクを使用することができるために、位相
シフト法におけるコストの大幅な削減並びに実際の半導
体デバイス製造等への効果的な適用が可能となる。

【００２３】次に、本発明の第２の実施例を説明する。
図６に示すように、本実施例装置は、コヒーレントな成
分を有する光を発生する例えばエキシマレーザ光源から
なる光源１０１と、この光源１０１からの光を各々異な
る光路を通過する第１の光Ｐ及び第２の光Ｑに２分割す
るハーフミラー（ビームスプリッター）１０２と、第１
の光Ｐと第２の光Ｑが所定の位相差をもつように、第１
の光Ｐと第２の光Ｑのうち少なくとも一方の光（本実施
例では第２の光Ｑ）の位相を制御するλ／２板１０３
と、第１の光Ｐ及び第２の光Ｑを合成するハーフミラー
（ビームスプリッター）１０４と、対物投影光学系を構
成する縮小投影レンズ１０５とを備えている。なお、λ
／２板１０３は光の光路長を制御することができる装置
であり、このλ／２板１０３を通過した光の位相が１８
０°反転されるように屈折と長さが決められたガラスで
構成されている。また、１１３及び１１４は全反射ミラ
ーである。そして、第１のフォトマスク１０６を保持す
るマスクマウント１０７がハーフミラー１０２と全反射
ミラー１１３との間で第１の光Ｐの光路上に配置され、
第２のフォトマスク１０８を保持するマスクマウント１
０９が全反射ミラー１１４とハーフミラー１０４との間
で第２の光Ｑの光路上に配置されている。また、ウエハ
１１０を保持するウエハチャック１１１がＸＹステージ
１１２上に支持されて縮小投影レンズ１０５の下方に配
置されている。なお、マスクマウント１０７及び１０９
は、Ｘ、Ｙ及びＺ方向への移動、さらにＸＹ平面内にお
ける回転及び傾斜移動がそれぞれ独立に調整可能に構成
されている。これにより、第１のフォトマスク１０６と
第２のフォトマスク１０８とは、第１の光Ｐ及び第２の
光Ｑの光路上に正確に配置される。

【００２４】図７及び図８は、代表的な位相シフト法で
あるレベンソン型と同様の効果を本実施例方法及び装置
で実現するときに使用される第１のフォトマスク１０６
及び第２のフォトマスク１０８を示すものである。図７
（ａ）（ｂ）に示すように、第１のフォトマスク１０６
は石英ガラス等からなるガラス基板１６１の表面にクロ
ム膜のような遮光性材料の膜１６２のパターンが形成さ
れたものである。また、図８（ａ）（ｂ）に示すよう
に、第２のフォトマスク１０８も石英ガラス等からなる
ガラス基板１８１の表面に遮光膜１８２のパターンが形
成されたものである。なお、本実施例のような縮小投影
露光用の第１のフォトマスク１０６及び第２のフォトマ
スク１０８は拡大されたパターンを有するものであり、
通常、拡大マスク或いはレチクルと称される。

【００２５】第１のフォトマスク１０６のパターンと第
２のフォトマスク１０８のパターンは合成されたとき、
ウエハ１１０上に露光せんとする所定のパターンを与え
るように形成されている。即ち、図９に示すように、第
１のフォトマスク１０６の遮光膜１６２のない透光部１
６３と、第２のフォトマスク１０８の遮光膜１８２のな
い透光部１８３とは、光学的に互い違いになるように設
定され、それぞれのパターンが第１の光Ｐと第２の光Ｑ
によりウエハ１１０上に投影されたとき交互に表れ、両
者を合成して得られるパターンが、ウエハ１１０上に投
影、露光せんとするパターンと一致する。

【００２６】上述のように構成された本実施例装置によ
れば、図６において、光源１０１からのコヒーレントな
成分を有する光がハーフミラー１０２によって第１の光
Ｐ及び第２の光Ｑに２分割される。第１の光Ｐは第１の
フォトマスク１０６を透過し、全反射ミラー１１３で反
射されてハーフミラー１０４に到達する。また、第２の
光Ｑはλ／２板１０３を通過して位相が１８０°反転さ
れた後、全反射ミラー１１４で反射されて第２のフォト
マスク１０８を透過し、ハーフミラー１０４に到達す
る。そして、第１の光Ｐ及び第２の光Ｑはハーフミラー
１０４によって合成され、これにより、第１のフォトマ
スク１０６のパターンと第２のフォトマスク１０８のパ
ターンとが合成され、この合成パターンが縮小投影レン
ズ１０５によってウエハ１１０（或いはウエハ１１０上
に既に形成されている各種の薄膜）上のフォトレジスト
に縮小投影される。ＸＹステージ１１２によってウエハ
１１０がＸ、Ｙ方向へ順次移動されながら縮小投影が繰
り返され、このステップアンドリピートによってウエハ
１１０の全面が露光される。

【００２７】上述のような投影露光において、図１０
（ａ）に示すように、第１のフォトマスク１０６を透過
した第１の光Ｐの振幅は、各々の透光部１６３を透過し
た光が同位相で広がっている。また、図１０（ｂ）に示
すように、第２のフォトマスク１０８を透過した第２の
光Ｑの振幅も、各々の透光部１８３を透過した光が同位
相で広がっているが、この位相は第１の光Ｐに対しては
反転している。即ち、位相が反転された第２の光Ｑによ
って、第２のフォトマスク１０８は遮光膜１８２のパタ
ーンのみを有するマスクでありながら、位相シフタ膜を
有する位相シフトマスクとして機能することになる。そ
して、第１の光Ｐによる第１のフォトマスク１０６のパ
ターンと第２の光Ｑによる第２のフォトマスク１０８の
パターンとが合成されるので、このときのウエハ１１０
上での光強度は、図１０（ｃ）に示すように、パターン
の隣接部分の境界部の光強度が零になり、各々のパター
ン部分は分離する。従って、図１０（ａ）、（ｂ）及び
（ｃ）から、遮光膜１６２のパターンのみを有する第１
のフォトマスク１０６と遮光膜１８２のパターンのみを
有する第２のフォトマスク１０８とを使用して、図１５
に示した遮光膜５５２のパターン及び位相シフタ膜５５
４のパターンを有する位相シフトマスク５５を使用した
ときと同様の効果が実現されているのがわかる。

【００２８】また、本実施例においては、一方の光のみ
の位相を制御したが、両方の光の位相を制御してもよ
い。さらに、本実施例においては、光の位相を制御した
後にフォトマスクを透過させたが、フォトマスクを透過
させた後に位相を制御してもよい。

【００２９】以上説明したように、第２の実施例によれ
ば、２分割されかつ位相が制御された第１の光及び第２
の光を各々第１のフォトマスク及び第２のフォトマスク
に透過させ、第１のフォトマスクのパターンと第２のフ
ォトマスクのパターンとを合成して投影することによっ
て、遮光膜のパターンのみを有する２枚のフォトマスク
を使用して、従来の位相シフタ膜を有する位相シフトマ
スクを使用した位相シフト法と同等の効果が得られる位
相シフト法を実現することができる。従って、高精度な
膜厚制御等により作製が非常に難しくて検査及び修正が
極めて困難な従来の位相シフトマスクの代わりに、比較
的安価で実績のあるフォトマスク（例えばクロムマス
ク）を使用することができるために、位相シフト法にお
けるコストの大幅な削減並びに実際の半導体デバイス製
造等への効果的な適用が可能となる。

【００３０】次に、本発明の第３の実施例を説明する。
なお、図１１において図６と同じ要素は同じ参照番号で
示す。第３の実施例は、第２の実施例における第１、第
２のフォトマスク１０６、１０８及びこれらを保持する
マスクマウント１０７、１０９に代えて、第１の領域
（第１のフォトマスク素子) ２０８と第２の領域( 第２
のフォトマスク素子) ２０９を備えた１つのフォトマス
ク２０６と、これを保持する１つのマスクマウント２０
７を設けたこと以外は第２の実施例と同じである。マス
クマウント２０７は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動、ＸＹ平面
内における回転運動、及び傾斜角度がそれぞれ独立に調
整可能に構成されている。これにより、フォトマスク２
０６の第１の領域２０８、第２の領域２０９は、第１の
光Ｐ、第２の光Ｑの光路に正確に配置される。

【００３１】図１２（ａ）（ｂ）に示すように、フォト
マスク２０６は石英ガラスのようなガラス基板２６１の
表面にクロム膜のような遮光性材料の膜２８１のパター
ンを形成した第１の領域２０８と、遮光膜２９１のパタ
ーンを形成した第２の領域２０９とが設けられる。な
お、２８２及び２９２は前述と同様な透光部である。第
１の領域２０８と第２の領域２０９のパターンの位置関
係は、第２の実施例における、第１のフォトマスク１０
６の遮光膜１６２のパターンと第２のフォトマスク１０
８の遮光膜１８２のパターンの位置関係と同じである。
従って、第３の実施例は第２の実施例と同様に、第１の
領域２０８のパターンと第２の領域２０９のパターンの
合成されたパターンがウエハ１１０上に投影、露光さ
れ、隣接するパターン部分は図９及び図１０を参照して
説明したと同様に分離される。

【００３２】以上、本発明の実施例に付き説明したが、
本発明は上記実施例に限定されることなく、本発明の技
術的思想に基づいて各種の有効な変更並びに応用が可能
である。例えば、本発明方法及び装置によれば、実施例
のレベンソン型以外にエッジ強調型や透過型等の他の位
相シフト法も実現できることは明らかである。なお本発
明は、ウエハ露光のための縮小投影露光方法及び装置以
外に、各種のフォトマスクのパターンを各種の基板上に
投影して露光する投影露光方法及び装置に適用可能であ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
位相シフタ膜と遮光膜との両者の膜を用いた２層構造の
フォトマスクを使用することなく、位相シフタ膜と遮光
膜の一方の膜の１層構造のパターンのみを有する２つの
別個のフォトマスクを使用して、位相シフト法と同様な
効果を達成することができる。従って、高精度な膜厚制
御等により作製が非常に難しくて検査及び修正が極めて
困難な従来の２層構造の複雑な位相シフトマスクの代わ
りに、単層レジストプロセスで作製できる比較的安価で
実績のある１層構造のフォトマスクを使用することがで
きるために、位相シフト法におけるコストの大幅な削減
並びに実際の半導体デバイス製造等への効果的な適用が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による投影露光装置の構
成を示す概略斜視図である。

【図２】第１の実施例に使用する第１のフォトマスク素
子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】第１の実施例に使用する第２のフォトマスク素
子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】第１のフォトマスク素子の第１のパターンと第
２のフォトマスク素子の第２のパターンとの光学的位置
関係を示す図である。

【図５】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第１の
フォトマスク素子のパターンのみを通過した光の強度の
分布、第２のフォトマスク素子を通過した光の強度分
布、及びそれらの合成光の強度分布を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例による投影露光装置の構
成を示す概略斜視図である。

【図７】第２の実施例に使用する第１のフォトマスク素
子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図８】第２の実施例に使用する第２のフォトマスク素
子を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図９】第１のフォトマスク素子の第１のパターンと第
２のフォトマスク素子の第２のパターンとの光学的位置
関係を示す図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、第１
のフォトマスク素子のパターンを通過した光の強度の分
布、第２のフォトマスク素子を通過した光の強度の分
布、及びそれらの合成光の強度分布を示す図である。

【図１１】本発明の第３の実施例による投影露光装置の
構成を示す概略斜視図である。

【図１２】第３の実施例に使用するフォトマスク装置を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図１３】従来の投影露光装置の構成を示す概略図であ
る。

【図１４】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、従来
のフォトマスクの断面図、フォトマスクを通過した光の
強度分布及び基板上に投影される合成光の強度分布を示
す図である。

【図１５】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、従来
の位相シフトマスクの断面図、位相シフトマスクを通過
した光の強度分布及び基板上に投影される合成光の強度
分布を示す図である。

【符号の説明】

１ 光源 ４ 等倍投影レンズ ５ 縮小投影レンズ ６ 第１のフォトマスク ８ 第２のフォトマスク ６２ 遮光膜 ６３ 透光部 ８２ 位相シフタ膜 ７、９ マスクマウント １０ ウエハ １０１ 光源 １０２ ハーフミラー（分割手段） １０３ λ／２板（位相制御手段） １０４ ハーフミラー（合成手段） １０５ 縮小投影レンズ １０６ 第１のフォトマスク １０８ 第２のフォトマスク １６２、１８２ 遮光膜 １６３、１８３ 透光部 １０７、１０９ マスクマウント １１０ ウエハ ２０６ フォトマスク ２０８ 第１の領域 ２０９ 第２の領域 ２８１、２９１ 遮光膜 ２８２、２９２ 透光部 ２０７ マスクマウント

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コヒーレントな成分を有する光をもっ
   て、位相シフタ膜と遮光膜の何れか一方の膜の１層構造
   のパターンを有する第１、第２の個々のフォトマスク素
   子のそれぞれのパターンを所定位置に配置された基板上
   に、両パターンの光学的合成パターンが前記基板上に形
   成されるように投影するステップと、 前記第１のフォトマスク素子のパターンを前記基板上に
   投影する前記光の第１部分と、前記第２のフォトマスク
   素子のパターンを前記基板上に投影する前記光の第２部
   分とが所定の位相差を有するように、前記第１の光部分
   と前記第２の光部分の少なくとも一方の位相を制御する
   ステップとを有する投影露光方法。
2. 【請求項２】 コヒーレントな成分を有する光をもっ
   て、第１のフォトマスク素子に形成された第１のパター
   ンの像を第１の所定位置に焦点結像させるステップと、 前記所定位置に配置された第２のフォトマスク素子に形
   成された第２のパターンと、前記第１のフォトマスク素
   子の第１のパターンとの光学的合成パターンを、前記光
   をもって第２の所定位置に配置された基板上に投影露光
   するステップとを有し、 前記第１のパターンと前記第２のパターンの一方のパタ
   ーンは遮光膜で形成され、他方のパターンは前記一方の
   パターンの少なくとも１つの選択された部分に相当し、
   位相シフタ膜により形成されている投影露光方法。
3. 【請求項３】 コヒーレントな成分を有する光を発生す
   る光源と、 それぞれ位相シフタ膜と遮光膜の何れか一方の膜の１層
   構造のパターンを有する第１、第２の個々のフォトマス
   ク素子と、 基板を所定位置に装着し、位置決めする手段と、 前記光源からの光をもって、前記第１のフォトマスク素
   子のパターンと前記第２のフォトマスク素子のパターン
   を前記基板上に、両パターンの合成パターンが前記基板
   上に形成されるように投影する光学手段と、 前記第１のフォトマスク素子のパターンを前記基板上に
   投影する前記光の第１部分と、前記第２のフォトマスク
   素子のパターンを前記基板上に投影する前記光の第２部
   分とが所定の位相差を有するように、前記第１の光部分
   と前記第２の光部分の少なくとも一方の位相を制御する
   位相制御手段とを具備する投影露光装置。
4. 【請求項４】 コヒーレントな成分を有する光を発生す
   る光源と、 所定の第１のパターンが形成された第１のフォトマスク
   素子と、所定の第２のパターンが形成された第２のフォ
   トマスク素子とを含むフォトマスク手段と、 基板を所定位置に保持する手段と、 前記光源から発生する光をもって、前記第１のパターン
   の像を前記第２のフォトマスクの上に結像させ、該結像
   された前記第１のフォトマスク素子の第１のパターンと
   前記第２のフォトマスク素子の第２のパターンの光学的
   合成パターンを前記基板上に投影して露光する光学手段
   とを具備し、 前記第１のパターンと前記第２のパターンの一方のパタ
   ーンは遮光膜で形成され、他方のパターンは前記一方の
   パターンの少なくとも１つの選択された部分に相当し、
   位相シフト膜により形成されている投影露光装置。
5. 【請求項５】 コヒーレントな光を含む光源からの光を
   ２つの異なる光路を通過する第１の光と第２の光に分割
   するステップと、 第１の光と第２の光が所定の位相差を有するように、第
   １の光と第２の光の少なくとも一方の位相を制御するス
   テップと、 合成されたとき所定のパターンを形成する第１の部分パ
   ターンと第２の部分パターンをそれぞれ有する第１の領
   域と第２の領域を備えたフォトマスク装置の、前記第１
   の領域と前記第２の領域に前記第１の光と前記第２の光
   を通過させるステップと、 前記第１の領域を通過した第１の光と前記第２の領域を
   通過した第２の光を合成して、前記所定のパターンを有
   する合成光を生成するステップと、 前記所定のパターンを有する前記合成光を基板上の感光
   性物質のフィルムに投影して露光するステップとを有す
   る投影露光方法。
6. 【請求項６】 前記第１の光と前記第２の光の位相差が
   １８０°となるように、前記第１の光と前記第２の光の
   一方の位相が制御されることを特徴とする請求項５記載
   の投影露光方法。
7. 【請求項７】 前記位相を制御するステップは、前記第
   １の光と前記第２の光の１つに適用されることを特徴と
   する請求項５記載の投影露光方法。
8. 【請求項８】 前記位相を制御するステップは、前記第
   １の光と前記第２の光の１つが、それに関連した前記第
   １の領域と前記第２の領域の１つを通過する前に行われ
   ることを特徴とする請求項７記載の投影露光方法。
9. 【請求項９】 コヒーレントな成分を有する光を含む光
   源からの光を２つの異なる光路を通過する第１の光と第
   ２の光に分割する分割手段と、 前記第１の光と第２の光が所定の位相差を有するよう
   に、第１の光と第２の光の少なくとも一方の位相を制御
   する位相制御手段と、 合成されたとき所定のパターンを形成する第１の部分パ
   ターンと第２の部分パターンがそれぞれ形成された第１
   の領域と第２の領域を備え、前記第１の光が前記第１の
   領域を通過しかつ前記第２の光が前記第２の領域を通過
   するように配置されたフォトマスク手段と、 前記第１の領域を通過した第１の光と前記第２の領域を
   通過した第２の光を合成して、前記所定のパターンを有
   する合成光を生成する合成手段と、 前記所定のパターンを有する前記合成光を基板上の感光
   性物質のフィルムに投影して露光する光学手段とを具備
   する投影露光装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の光と前記第２の光の所定位
    相差は１８０°であることを特徴とする請求項９記載の
    投影露光装置。
11. 【請求項１１】 前記位相制御手段は、前記第１の光と
    前記第２の光の１つの位相を制御することを特徴とする
    請求項９記載の投影露光装置。
12. 【請求項１２】 前記フォトマスク手段は、前記第１の
    光と前記第２の光の１つが、前記位相制御手段により位
    相制御された後に、それに関連した前記第１の領域と前
    記第２の領域の１つを通過するように配置されることを
    特徴とする請求項１１記載の投影露光装置。