JPH0950117A

JPH0950117A - フォトマスクおよびこれを用いた露光方法

Info

Publication number: JPH0950117A
Application number: JP20110495A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Fukumoto; 敦福本; Hiroshi Suganuma; 洋菅沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-08-07
Filing date: 1995-08-07
Publication date: 1997-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の斜方照明法よりも照明効率に優れ、位
相シフト法よりもマスク製作の容易なフォトリソグラフ
ィを実現する。【解決手段】ガラス基板２の一方の主面に遮光膜パタ
ーン３、他方の主面に回折格子５を形成したフォトマス
クＲ１を通常のステッパにセットし、回折格子側から照
明する。照明光は回折格子５で回折され、たとえば−１
次回折光がガラス基板１中を伝搬して遮光膜パターン３
に斜めに入射する。これで、斜方照明法と同じ照明が行
われたことになる。開口部４から出射する直進成分（０
次光）がステッパの光軸に対して傾くため、投影レンズ
７に取り込まれる光は０次光と＋１次回折光のみとな
り、解像度を向上させながら焦点深度ＤＯＦを拡大する
ことができる。回折格子５のパターン最適化により、解
像度のパターン依存性が解消できる。複雑な瞳操作は一
切不要。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はたとえば半導体デバ
イスや液晶デバイスの微細な回路パターンを刻んだフォ
トマスクとこれを用いた露光方法に関し、特に照明の効
率を高く維持したまま解像度の向上を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや液晶デバイスの製造分
野では、デバイスの小型化，高集積化が年々進展してお
り、これに伴って微細加工に対する技術的要求もますま
す高度化している。たとえば、半導体デバイスに関して
は、ハーフミクロン（０．５μｍ）・レベルのデザイン
・ルールにもとづく１６ＭＤＲＡＭが既に量産ラインに
移行されており、研究分野では次世代の６４ＭＤＲＡＭ
で必要とされるサブハーフミクロン（〜０．３５μｍ）
・レベル、次々世代の２５６ＭＤＲＡＭで必要とされる
クォーターミクロン（０．２５μｍ）・レベルの加工に
ついて検討が進められている。

【０００３】かかる微細加工の進歩の鍵を握る技術はフ
ォトリソグラフィであり、このフォトリソグラフィに用
いられる露光装置、特に縮小投影露光装置（ステッパと
も呼ばれる）の解像性能が、デバイスの研究開発および
量産の可否を左右していると言っても過言ではない。

【０００４】従来、フォトリソグラフィにおける解像性
能の向上は、露光波長の短波長化とステッパの投影レン
ズの高開口数化により図られてきた。これは、レイリー
（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）の式と呼ばれる次式Ｉの関係から
明らかである。Ｒ＝ｋ₁ ×λ／ＮＡ・・・Ｉここで、Ｒは解像度、ｋ₁ はプロセス係数、λは露光波
長、ＮＡはステッパの投影レンズの開口数である。短波
長光源としては、ＫｒＦエキシマ・レーザ（λ＝２４８
ｎｍ）が量産用ステッパへの搭載が開始される段階にあ
る。この他、Ｎｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＶＯ₄ ，Ｎｄ：ガ
ラス等の結晶が発する固体レーザ光（λ＝１０６０ｎ
ｍ）から非線形光学素子を用いて発生させた第４高調波
（λ＝２６５ｎｍ）も有望である。露光波長が同じであ
れば、ＮＡの大きい方が解像度は向上する。

【０００５】しかし、微細パターンの加工においては、
解像度（Ｒ）と同時に焦点深度（ＤＯＦ）の確保も重要
なポイントである。これは、パターンを投影する基板面
には既に形成されたパターンや基板の反り等に起因した
凹凸が必ず生じており、基板面内あるいは同一チップ内
のあらゆる場所でフォトレジスト塗膜の露光が同一焦点
面上で行われることはないからである。ＤＯＦは次式で
表される。ＤＯＦ＝ｋ₂ ×λ／（ＮＡ)² ・・・II ここで、ｋ₂ はプロセス係数である。この式IIからも明
らかなように、高ＮＡ化は、焦点深度（ＤＯＦ）を確保
する上では不利な要件である。この問題を、図５を参照
しながら説明する。

【０００６】図５は、ステッパの投影光学系の一部を示
す模式図であり、（ａ）図が従来行われている通常のフ
ォトリソグラフィにおける解像原理を説明する図であ
る。（ｂ）図の位相シフト法、および（ｃ）図の斜方照
明法については後述する。

【０００７】上記（ａ）図は、図示されない光源から照
明絞り１を通過した照明光で所定の遮光膜パターン３を
有するフォトマスクＲ４を照明し、その開口部４から出
射する出射光を投影レンズ７の瞳に入射させることによ
り、該遮光膜パターン３の像を焦点面に結像させる投影
光学系を示している。この焦点面は、実際には基板上の
フォトレジスト膜の膜厚方向の適当な位置に設定され
る。ここで、上記フォトマスクＲ４に入射した照明光
は、微細な遮光膜パターン３の開口部４を通過する際に
回折される。すなわち、フォトマスクＲ４の出射光は、
直進成分（０次光）に±１次回折光，±２次回折光・・
・といった回折成分が加わったものとなる。このとき、
投影レンズ７のＮＡが大きいと、入射角の大きい高次の
回折光までが取り込まれて解像に寄与するため、焦点面
から外れた時（デフォーカス時）の像のボケが大きくな
り、ＤＯＦが低下する。

【０００８】そこで近年では、短波長化あるいは高ＮＡ
化とは別のアプローチとして、超解像技術を用いて焦点
深度の増大を図る試みがなされている。

【０００９】超解像技術のひとつに、位相シフト法があ
る。高圧水銀ランプのｇ線（λ＝４３６ｎｍ）以前のフ
ォトリソグラフィが主として光の振幅分布情報を利用し
ていたのに対し、位相シフト法では振幅分布情報に加え
て位相情報を利用する。すなわち、ガラスや石英等の透
明材料からなる基板上に、これとは屈折率の異なる材料
からなる位相シフタを通常１８０゜の位相差を与える厚
さに形成してフォトマスクの透過光に局部的な位相差を
発生させ、透過光相互の干渉を利用して解像度の向上を
図る。

【００１０】位相シフト法による解像度向上の原理は、
空間周波数変調とエッジ強調に大別され、これらの原理
とマスク構造の組み合わせにより様々なタイプの位相シ
フト・マスクが提案されている。図５の（ｂ）図に示し
たフォトマスクＲ５は、周期的に配列された遮光膜パタ
ーンの開口部を１つおきにシフタで覆うことにより、ラ
イン＆スペースのような周期パターンの解像度向上を可
能とする、いわゆる渋谷−レベンソン型位相シフト・マ
スクである。

【００１１】このフォトマスクＲ５に照明光が入射する
と、隣接する開口部から出射する０次光は互いに位相が
反転しているので打ち消し合って消失する。一方、±１
次回折光は波長がλ／２だけずれるので回折角が従来法
［（ａ）図を参照。］に比べて半分となる。これによ
り、投影レンズ７への光の入射角度が小さくなり、デフ
ォーカス時の像のボケが小さくなる。また、振幅の等し
い±１次回折光を２光束として用いるためにコントラス
トが高く、位相が完全に揃っていれば理論上は焦点深度
が無限に延びる点も大きな特色である。

【００１２】一方、ステッパの光学系に改良を加えるこ
とで焦点深度の増大を図る試みもなされている。この改
良とは、有効光源面またはこれと共役な投影レンズの瞳
面の中心部を暗くすると超解像現象により解像限界近傍
における像のコントラストが向上するという、光学の分
野では以前から知られている手法を利用するものであ
る。この手法は、ステッパのような部分的コヒーレント
結像系においては特に有効である。

【００１３】この超解像現象を起こす手法のひとつに、
斜方照明法（変形照明法とも呼ばれる。）がある。これ
は、ステッパ光学系において露光光源のとマスクとの間
に置かれるハエの眼レンズ（フライアイレンズ）にフィ
ルタを装着し、フォトマスクを斜めから照明する方法で
ある。

【００１４】斜方照明法では、図５の（ｃ）図に示され
るように、照明光は照明光学系の光軸から傾いた方向か
らフォトマスクＲ４に入射する。ここで、照明光の入射
方向を規制しているものは、フィルタ９の開口９ａであ
る。照明光は、フォトマスクＲ４上の遮光膜パターン３
で回折されずに直進した０次光と、遮光膜パターン３の
エッジにより回折された±１次回折光、さらに図示され
ない高次の回折光に分かれる。ここで、０次光が入射瞳
の外周付近を通過するような角度からフォトマスクＲ４
を照明すると、この０次光の周囲に左右対称に発生する
回折光のうち、片側の符号の次数を持つ成分のみが縮小
投影レンズに入射する。つまり、従来法では０次光が光
軸方向から垂直に入射するために、０次光に対して回折
角αまでの範囲内の回折光しか縮小投影レンズに取り込
めなかったのに対し、斜方照明法によれば０次光に対し
て片側のみとなるが、おおよそ回折角２αまでの範囲内
の回折光が取り込める。これにより、干渉縞のピッチが
小さくなり、限界解像度を向上させることができる。

【００１５】また、マスクを垂直に照明する従来の露光
方法では、ウェハが焦点面から光軸に沿ってずれると
（デフォーカス）、±１次光に光路差が発生し、これに
より焦点深度が制限されてきた。しかし、斜方照明法で
は、遮光膜パターンのピッチに応じて斜め照明の角度、
すなわち０次光の入射角を最適化すると、縮小投影レン
ズの中心線に対して０次光と＋１次光がそれぞれなす角
度を等しくすることができ、光路差を解消することがで
きる。つまり、ウェハ上では０次光と＋１次回折光が常
に同位相で干渉できるため焦点深度が増大し、デフォー
カス時にも良好な結像状態が維持される。

【００１６】ただし、周期パターンの長手方向に沿った
方向から入射する照明光は、この周期パターンに対して
全く解像度向上効果を示さない。そこで、このパターン
方向依存性を緩和させるために、有効光源の形状をドー
ナツ状（輪帯状）、左右２分割、左右上下４分割、四ツ
目とする等の工夫が種々行われている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相シ
フト法や斜方照明法には、以下に述べるような問題があ
る。

【００１８】まず、位相シフト法では、シフタの形成技
術が極めて複雑である。その理由は、サブミクロン・オ
ーダーの精度でシフタの膜厚管理を行う必要があるこ
と、シフタのエッジ部に発生する不要なパターンを消去
するために多段型シフタを用いる等の光強度の低下を抑
制する手段を講ずる必要があること、自己整合型以外の
位相シフト・マスクについてはシフタ・パターンを発生
させるための特殊なＣＡＤシステムが必要であること等
である。

【００１９】さらに、シフタの欠陥修復は、シフタの形
成にも増して大きな課題である。位相シフト・マスクに
は露光光の位相をシフトさせる機能が付加されているた
め、たとえばシフタの一部が欠損した場合には単に幾何
学的な修復では不十分であり、屈折率を正確に管理して
修復部分の透過光の位相差を許容誤差内に収めなければ
ならない。また、不要部分への付着したシフタについて
は、そのエッジ部で周囲と間に透過光の位相反転が起こ
り、基板上に鮮明な暗部が転写されてしまうので、Ｃｒ
遮光膜よりも遥かに小さな付着物まで除去する必要があ
る。

【００２０】これに対し、斜方照明法は従来のフォトマ
スクをそのまま使用しながら、従来法に比べて限界解像
度と焦点深度の向上を可能とする点で注目すべき技術で
あるが、次のような問題を抱えている。

【００２１】まず、ハエの眼レンズにフィルタを装着す
ることにより、当然このフィルタにより遮られる光が存
在するため、ウェハ面上において照度の低下を来たす。
このことは、高感度フォトレジストの開発が遅れている
エキシマ・レーザ・リソグラフィにおいて、特に化学増
幅系レジスト材料を用いた場合のウェハ面内の寸法変換
差の発生、あるいは深刻なスループットの低下を招く虞
れが大きい。

【００２２】また、ハエの眼レンズは元来、単一の露光
光源を多数の単位レンズを通過させることにより仮想的
に多数の点光源に変換し、個々の単位レンズから与えら
れる光の積分効果によりマスク面の照度ムラを解消する
ための光学部品である。したがって、このハエの眼レン
ズにフィルタが装着されれば、当然、照度ムラの解消に
寄与する単位レンズの数が減少し、照度ムラが必然的に
増大してしまう。また、フィルタの開口部が小さいため
に近接効果が増大すること、フィルタ自身の熱変形の虞
れがあることも問題である。

【００２３】さらに、斜方照明法は、干渉により像を形
成するライン・アンド・スペースのような繰り返しパタ
ーンに対しては効果があるが、繰り返しパターンの端の
パターンやコンタクト・ホールのような孤立パターンに
関しては効果がない。そのため、孤立パターンについて
は予想される寸法変動を見込んでマスク設計時にこれら
のパターンを予め大きめまたは小さめに修正しておく必
要がある。しかし、０．３５μｍ以下のデザイン・ルー
ルが適用されるデバイス作製において、その修正量は極
めて小さく、マスク設計やマスク作製に多大な負荷が生
じているのが現状である。

【００２４】このように、フォトリソグラフィにおいて
解像度の向上と焦点深度の向上を両立させようとする従
来の試みには、実用化に向けて解決すべき課題が極めて
多い。そこで本発明は、マスク設計に負荷をかけずに、
照度低下、照度ムラを低減し、また焦点深度のパターン
依存性を解消することが可能なフォトマスクおよびこれ
を用いた露光方法を提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明のフォトマスク
は、遮光膜パターンと共に回折手段を具備することによ
り、フォトマスク自身が斜方照明機能を持つものであ
る。このフォトマスクの具体的な構成としては、まず透
明基板の枚数に着目すると、（ａ）同一の透明基板の第
１主面に遮光膜パターン、その裏面に相当する第２主面
に回折パターンを設ける構成、および（ｂ）２枚の透明
基板に遮光膜パターンと回折手段を別々に形成し、これ
らの透明基板を組み合わせる構成に分類される。

【００２６】さらに、上記（ｂ）の場合の２枚の透明基
板の組み合わせ方としては、（ｂ−１）第１主面上に遮
光膜パターンを持つ第１の透明基板と第１主面上に回折
手段を持つ第２の透明基板とを、該遮光膜パターンおよ
び該回折手段の非形成面である第２主面同士で当接させ
る組み合わせ方、あるいは、（ｂ−２）遮光膜パターン
を持つ第１の透明基板と回折手段を持つ第２の透明基板
とを、投影光学系の共役位置に配する組み合わせ方があ
る。

【００２７】上記回折手段としては、回折格子あるいは
ホログラムを用いることが好適である。いずれにして
も、この回折手段の形成は位相シフト・マスクのシフタ
ほど複雑な加工を要するものではなく、しかも遮光膜パ
ターンの形成面とは反対側の主面もしくは別の透明基板
上で行われるため、加工の自由度も高い。

【００２８】ただし、本発明は遮光膜パターンが形成さ
れる第１主面がさらに位相シフタを備えることを妨げる
ものではない。従来より、コンタクト・ホール・パター
ンの偽解像を打ち消したりプロキシミティ・エラーを修
正するために、位相シフト・マスクと斜方照明を組み合
わせる方法が提案されているが、上述のように第１主面
がさらに位相シフタを備えていれば、（位相シフト法）
＋（斜法照明）と同等の効果を得ることができる。

【００２９】また、本発明の露光方法では、上述のフォ
トマスク用い、照明光を回折手段側から垂直に入射させ
る。入射光は回折手段により数次の回折光に分かれて透
明基板中を伝搬するが、このうち強度の高い低次の回折
光と直進成分（０次光）とが遮光膜パターンに斜めに入
射する。すなわち、斜方照明と同じことが行われる。本
発明の露光方法によれば、従来の斜方照明法とは異なり
投影露光装置の照明光学系にフィルタを介在させる必要
が無いため、光学系をシンプルな構成にできる他、光量
のロスも少ない。また、遮光膜パターンに応じて回折光
の出射パターンを最適化することができるため、従来の
斜方照明法で問題となっていた解像度のパターン依存性
も解消することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施の形
態について説明する。

【００３１】第１の実施の形態まず、本発明の第１の実施の形態として、回折格子を有
するフォトマスクについて図１を参照しながら説明す
る。このフォトマスクＲ１は、ガラス基板２の一方の主
面にＣｒ膜をエッチングして形成された遮光膜パターン
３、他方の主面に回折格子５を形成したものである。上
記回折格子５は、上記遮光膜パターン３が単純なライン
・アンド・スペースのパターンであれば、これと同じ繰
り返しピッチを有する溝パターンとして形成することが
できる。また、遮光膜パターン３が２次元格子状であれ
ば、同様に同じ繰り返しピッチで２次元格子状の溝を刻
設すれば良い。これは、従来の四ツ目型の斜方照明と同
等の効果をもたらす。

【００３２】また、より複雑な遮光膜パターン３に対応
したい場合、あるいは、回折光の出射方向を局所的に制
御したい場合には、回折格子５の形成にフォトリソグラ
フィの手法を適用しても良い。すなわち、ガラス基板２
上にフォトレジスト等の感光性材料を塗布し、投影レン
ズ７側から露光を行うことにより遮光膜パターン３の回
折像の潜像を感光性材料膜に形成し、現像処理を経て微
細な凹凸を形成することができる。

【００３３】次に、このフォトマスクＲ１を用いた場合
の解像の原理について、説明する。すなわち、開口絞り
１を通過してフォトマスクＲ１に対して回折格子５側か
ら垂直に入射した照明光は、該照明光の波長λ，格子定
数（溝の間隔）ｄ，および回折の次数ｍにより決まる角
度で回折する。図１には±１次回折光が図示されてい
る。ここで、−１次回折光に注目すると、この光はガラ
ス基板２を透過して反対面側に形成されている遮光膜パ
ターン３に斜めに入射する。すなわち、斜方照明が行わ
れたことになる。

【００３４】ここから先は、従来の斜方照明法の解像理
論と同じである。すなわち、遮光膜パターン３の開口部
４から出射する光は、該遮光膜パターン３のエッジで回
折される。ただし、入射光、すなわち回折格子５による
−１次回折光の光路がもともと照明光学系の光軸から傾
いているため、遮光膜パターン３で回折されずに直進す
る成分（０次光）は投影レンズ７に斜めに入射する。こ
のため、投影レンズ７に入射できる回折光は＋の次数の
回折光のみとなる。しかし、片側のみの符号の次数であ
っても回折角の大きい回折光が取り込まれるため、限界
解像度は向上する。また、図１には０次光と＋１次回折
光とが同じ入射角で投影レンズ７に取り込まれる様子が
示されているが、このように入射角を設定することによ
り０次光と＋１次回折光の光路差を解消し、焦点深度Ｄ
ＯＦを拡大することができる。

【００３５】第２の実施の形態次に、本発明の第２の実施の形態として、上述のフォト
マスクＲ１をステッパに搭載して縮小投影露光を行う方
法について説明する。図２に、ステッパの光学系を模式
的に示す。この光学系は、光源１１から出射される照明
光をコリメータ・レンズ１２により平行光に変換し、こ
れをハエの眼レンズ１３を通過させて照度を均一化さ
せ、さらに開口絞り１を通過させた後、コンデンサ・レ
ンズ１４により集光してフォトマスクＲ１を照明し、そ
の透過光を投影レンズ７の瞳に入射させることにより、
フォトマスクＲ１の遮光膜パターン３の像を露光ステー
ジ１８に置かれたウェハＷ上のフォトレジスト膜に縮小
投影させるものである。本光学系において、ハエの眼レ
ンズ１３の面、すなわち有効光源面は、縮小投影レンズ
７と共役であり、また、フォトマスクＲ１の面とウェハ
Ｗの面も共役である。すなわち、フォトマスクＲ１の遮
光膜パターン３のフーリエ変換像が瞳面に結像し、その
逆変換像がウェハＷ上に結像するようになされている。

【００３６】上記光源１１から投影レンズに至る光路
は、装置全体のコンパクト化を図るために、要所に配さ
れたミラー１５，１６で屈曲されている。図２では、こ
れらミラー１５，１６はコンデンサ・レンズ１４とフォ
トマスクＲ１の間に配されているが、配設位置はこの限
りではない。

【００３７】上記光源１１は、ｇ線やｉ線を放出する高
圧水銀ランプであっても、あるいはＫｒＦ，ＡｒＦ等の
エキシマ・レーザ光源であっても良い。また、上述の光
学系はステッパ、ステップ・アンド・リピート式もしく
はステップ・アンド・スキャン式のいずれのタイプの露
光を行うものであっても良く、縮小比についても特に限
定されるものではない。さらに、投影レンズ７には瞳フ
ィルタが設けられていても良いが、従来の変形照明にお
いて有効光源の形状を変化させる目的で用いられていた
ような照明光学系のフィルタは、一切不要である。

【００３８】第３の実施の形態本発明では、回折手段として上述のような回折格子５の
代わりにホログラムを形成することもできる。このホロ
グラムとしては、位相型ホログラムあるいは振幅型ホロ
グラムが用いられる。

【００３９】位相型ホログラムは、干渉縞の強度分布を
感光材料の屈折率の変化あるいは表面凹凸の変化として
記録したホログラムであり、記録材料としてはフォトレ
ジストやサーモプラスチック等の感光材料、あるいは銀
塩感光材料に漂白処理を施したものが用いられる。たと
えば、デュポン社製ＨＲＳ−３５２（商品名）等のフォ
トレジスト材料膜にＡｒレーザ（３５８ｎｍ）を用いて
ホログラムを記録することができる。

【００４０】近年の露光装置の光源は紫外光源であるた
め、上述のような位相型ホログラムを用いることが信頼
性、効率の両面から理想的であるが、振幅型ホログラム
を用いることもできる。振幅型ホログラムは、干渉縞の
強度分布を感光材料の濃度変化として記録したホログラ
ムであり、記録材料としては銀塩やフォトクロミック材
料を使用することができる。

【００４１】回折手段としてホログラムを利用した場合
にも、解像の原理はほぼ上述したとおりである。

【００４２】第４の実施の形態上述の実施の形態では、いずれも１枚のガラス基板２の
表裏に遮光膜パターン３と回折手段を形成したが、ここ
では２枚のガラス基板上に遮光膜パターンと回折手段５
とを別々に設け、これらの基板を背面にて当接させた構
成とした。

【００４３】すなわち、図３に示されるように、第１の
ガラス基板２ａ上に回折格子５を形成した回折マスクｒ
１と、第２のガラス基板２ｂ上に遮光膜パターン３を形
成したパターン・マスクｒ２とを、回折格子５と遮光膜
パターン３の非形成面同士で当接させて、フォトマスク
Ｒ２を構成した。

【００４４】このフォトマスクＲ２がもたらす解像上の
効果は前述のとおりであるが、その製造工程においては
回折格子５と遮光膜パターン３とが別々のガラス基板上
で形成されるため、作成時の歩留まりが向上する。ま
た、種々のパターン・マスクｒ２に対して共通の回折マ
スクｒ１を使用することも可能となる。ただし、パター
ン・マスクｒ２が複雑な遮光膜パターン３を有する場合
には、回折マスクｒ１とのアライメントに高い精度が要
求される。

【００４５】第５の実施の形態ところで、上述の各実施の形態では、いずれも回折手段
と遮光膜パターンとを一体的に用いるフォトマスクにつ
いて説明したが、ここでは回折手段と遮光膜パターンと
が投影光学系の中で分離して配されたフォトマスクにつ
いて説明する。図４は、図２に示した投影光学系中、コ
ンデンサ・レンズ１４から投影レンズ７へ至る光学系が
リレー・レンズ１９を含むリレー光学系に変更された光
学系を示している。このリレー・レンズ１９を挟んで共
役位置に配された回折マスクｒ１とパターン・マスクｒ
２とが、共同して斜方照明機能を有するフォトマスクＲ
３として働く。この光学系は、有効光源の形状をドーナ
ツ状（輪帯状）とする従来の斜法照明法において、ドー
ナツ状の開口を有するシャッタに替えて、その配設位置
に回折マスクｒ２を配設したものとみることができ、同
様の斜方照明効果を得ることができる。

【００４６】

【実施例】ここで、回折格子５を形成したフォトマスク
Ｒ１をｉ線ステッパにセットして、実際に解像性能を評
価した。

【００４７】使用したフォトマスクＲ１は、１．２５μ
ｍ幅のライン・アンド・スペース状の遮光膜パターン３
をガラス基板の一方の主面（第１主面）に有し、他方の
主面（第２主面）にダイヤモンド・カッターにて１．２
５μｍ幅の直線状の溝を刻んで回折格子を形成したもの
である。上記遮光膜パターン３においてラインの延びる
方向と、回折格子５において溝の走る方向は互いに平行
とした。このフォトマスクＲ１を、ｉ線ステッパ（キャ
ノン社製；製品名ＦＰＡ−２０００ｉｌ，ＮＡ＝０．５
２，縮小比＝１／５倍）にセットした。

【００４８】一方、サンプルとしたウェハＷは、予め２
００℃，９０秒間の脱水ベーキングを経た５インチ径の
シリコン・ウェハ上に、ｉ線用ポジ型フォトレジスト材
料（東京応化工業社製；製品名ＴＨＭＲ−ｉＰ１８０
０）を膜厚１．２μｍとなるようにスピンコートし、９
０℃，９０秒間のベーキングにより溶媒を除去して作成
したものである。このウェハＷを、露光ステージ１８上
にセットした。

【００４９】この状態で、露光量２５０ｍＪ／ｃｍ² に
て露光を行った後、１１０℃，９０秒間のポスト・エク
スポージャ・ベーキング（ＰＥＢ）を行い、アルカリ現
像液（東京応化工業社製；製品名ＮＭＤ−Ｗ）を用いて
６０秒間のパドル現像を行った。現像後のウェハＷを走
査型電子顕微鏡で観察したところ、０．２５μｍまでの
ライン・アンド・スペースが良好に解像していた。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明ではフォトマスク自身が斜方照明機能を持つため、露
光装置の光学系の大幅な改造を必要とせず、また、従来
の斜方照明におけるような照明光のロスも生じない。ま
た、フォトマスク上で回折光の角度分布を最適化すれ
ば、複雑な瞳操作は一切不要となる。回折手段の形成そ
のものは、位相シフタの形成のように煩雑ではなく、し
かも遮光膜パターンとは透明基板の反対側の面あるいは
他の透明基板上で行われるため、設計や加工の自由度が
高い。したがって、このフォトマスクを使用すれば、極
めて容易かつ正確に斜方照明にもとづく投影露光が可能
となる。本発明は、かかるフォトリソグラフィの精度向
上を通じて、半導体デバイスや液晶デバイスの高集積
化、高性能化に大きく貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のフォトマスクとその解像原理を説明す
るための模式図である。

【図２】本発明のフォトマスクを搭載したステッパの光
学系を概略的に示す模式図である。

【図３】本発明の他のフォトマスクの構成を表す模式図
である。

【図４】本発明のさらに他のフォトマスクの構成を投影
光学系と共に表す模式図である。

【図５】従来のフォトリソグラフィの解像原理を説明す
るための模式図であり、（ａ）図は通常のフォトリソグ
ラフィ、（ｂ）図は位相シフト法、（ｃ）図は斜方照明
法の場合にそれぞれ対応する。

【符号の説明】

２，２ａ，２ｂガラス基板３遮光膜パターン４開口部５回折格子７投影レンズ１９リレー・レンズＲ１，Ｒ２，Ｒ３フォトマスクｒ１回折マスクｒ２パターン・マスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の第１主面に所定の開口を有す
る遮光膜パターン、該第１主面の裏面に相当する第２主
面に回折手段をそれぞれ有し、該回折手段による回折光
を該開口へ斜め入射させるようになされたフォトマス
ク。
【請求項２】前記回折手段が回折格子である請求項１
記載のフォトマスク。
【請求項３】前記回折手段がホログラムである請求項
１記載のフォトマスク。
【請求項４】前記第１主面がさらに位相シフタを備え
る請求項１記載のフォトマスク。
【請求項５】第１主面に所定の開口を有する遮光膜パ
ターンが形成された第１の透明基板と、第１主面に回折
手段が形成された第２の透明基板とが、該回折手段によ
る回折光を該開口へ斜め入射させるように組み合わされ
てなるフォトマスク。
【請求項６】前記回折手段が回折格子である請求項５
記載のフォトマスク。
【請求項７】前記回折手段がホログラムである請求項
５記載のフォトマスク。
【請求項８】前記第１の透明基板の前記第１主面がさ
らに位相シフタを備える請求項５記載のフォトマスク。
【請求項９】前記第１の透明基板と前記第２の透明基
板とが、前記遮光膜および前記回折手段の非形成面であ
る第２主面同士を当接させるごとく組み合わされてなる
請求項５記載のフォトマスク。
【請求項１０】前記第１の透明基板と前記第２の透明
基板とが、投影光学系の共役位置に配されてなる請求項
５記載のフォトマスク。
【請求項１１】フォトマスクを照明光を用いて照明
し、該フォトマスクの透過光を投影光学系の瞳に入射さ
せて該遮光膜パターンの像を基板上に投影する露光方法
において、前記フォトマスクとして、所定の開口を有する遮光膜パ
ターンと、該遮光膜パターンの開口に斜めに回折光を入
射させることが可能な回折手段の双方を備えたものを使
用し、前記照明を該回折手段側から垂直に行う露光方
法。
【請求項１２】前記フォトマスクとして、前記遮光膜
パターンと前記回折手段とが同一の透明基板の第１主面
とその裏面に相当する第２主面に各々形成されてなるも
のを用いる請求項１１記載の露光方法。
【請求項１３】前記フォトマスクとして、前記遮光膜
パターンと前記回折手段とが第１の透明基板と第２の透
明基板の第１主面上に各々形成されてなるものを用いる
請求項１１記載の露光方法。
【請求項１４】前記第１の透明基板と前記第２の透明
基板とを、前記遮光膜および前記回折手段の非形成面で
ある第２主面同士を当接させるごとく配する請求項１３
記載の露光方法。
【請求項１５】前記第１の透明基板と前記第２の透明
基板とを前記投影光学系の共役位置に配する請求項１３
記載の露光方法。