JP2000039505A

JP2000039505A - 光学フィルタ、及び該フィルタを製造するための露光方法

Info

Publication number: JP2000039505A
Application number: JP10206178A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shiraishi; 健一白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の互いに異なる透過率を持つ領域を組み
合わせることによって全体として所定の透過率を持つと
共に、その透過率を比較的容易にほぼ連続的に所定の範
囲内で任意に設定できる光学フィルタを提供する。【解決手段】原版パターン３５上に幅ｂ×幅ａでＸ方
向、及びＹ方向に多数配列されたドットパターン領域３
６の内からランダムに選択された領域を遮光ドット３７
Ａ〜３７Ｅとしておく。遮光膜、及びレジストが塗布さ
れたガラス基板上に、位置オフセット（ｘ，ｙ）を与え
て原版パターン３５の像３５Ｐ，３５Ｑを二重露光した
後、現像、及びエッチング等を行うことによって、その
ガラス基板上に幅（ｂ−ｘ）×幅（ａ−ｙ）の遮光ドッ
ト４０Ａ〜４０Ｅが形成される。位置オフセット（ｘ，
ｙ）の制御によって、そのガラス基板の透過率を連続的
に制御できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば全体として
所定の透過率を得ている光学フィルタ、及びこの製造方
法に関し、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、
液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等を製造するための
リソグラフィ工程で使用される露光装置の照明光学系の
調整等のために使用される遮光型のフィルタを製造する
際に使用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、マスクと
してのレチクルに形成された原版パターンを照明光学系
によって露光用の照明光で照明し、その原版パターンの
像を投影光学系を介して、基板としてのレジストが塗布
されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写する投
影露光装置（ステッパー等）が使用されている。斯かる
投影露光装置において、特に高集積化されたメモリのパ
ターン、又はロジック系のデバイスのパターンを露光す
る場合には、高い転写忠実度が要求される。また、特に
後者のパターンを露光する場合には、回路チップ内での
高い線幅均一性も要求される。これらを実現するために
は、収差の小さい投影光学系を用いる必要がある。更
に、回路チップ内で高い線幅均一性を得るためには、照
明光学系を最適化して、露光フィールド内での露光量均
一性、照明光の開口数の均一性、及び照明光の開口角内
での照度分布均一性をそれぞれ向上させることが望まし
い。

【０００３】このためには、例えば予め照明光学系の調
整時等に、種々の条件のもとで所定の回路パターンの像
の線幅を露光フィールド内の各位置で計測し、計測され
た線幅分布のデータに基づき、露光フィールド内での露
光量分布、照明光の開口数の分布、及び照明光の開口角
内での照度分布を意図的に変化させて、線幅均一性を向
上できる条件を求めればよい。この際に、例えば照明光
の開口数の分布、及び照明光の開口角内での照度分布を
所望の状態に設定する方法の一例として、照明光学系内
のフライアイレンズの入射面の近傍に、フライアイレン
ズの各レンズエレメント毎に独立した透過率分布を持つ
遮光性のフィルタを配置する方法が開発されている。そ
のフィルタは、ＣＣＦ（コヒーレンス・コントロール・
フィルタ）とも呼ばれている。

【０００４】そのＣＣＦは、基本的には各投影露光装
置、更には各照明条件に固有の光学フィルタであり、各
条件毎に線幅分布の計測を行った上で、そのＣＣＦの透
過率分布の設計を行う必要がある。また、その透過率分
布の設計データに基づいて、できるだけ効率的にそのＣ
ＣＦを製造するために、一例としてフォトリピータとし
ての露光装置を用いて、所定の原版パターンをＣＣＦと
なるべきガラス基板上に転写露光する方法が使用されて
いる。この場合、原版パターンとしては、フライアイレ
ンズの各レンズエレメントに対応する領域を複数の部分
領域に分割し、各部分領域内の明るい背景、又は暗い背
景内にそれぞれ暗いドットパターン、又は明るいドット
パターンをランダムな配列で配置したパターンが使用さ
れる。

【０００５】即ち、その明るい背景の透過率を１（１０
０％）、暗い背景の透過率を０（０％）とすると、その
ドットパターンはそれぞれ透過率が０、又は１の微少な
パターンであり、その原版パターンは透過率が２値のパ
ターン（バイナリパターン）を組み合わせることによっ
て構成される。そして、その部分領域内のそのドットパ
ターンの面積の割合によって、その部分領域の全体とし
ての透過率が決定され、ひいてはその部分領域を転写し
て得られるガラス基板上の領域の透過率も決定される。

【０００６】また、その部分領域を縦横にそれぞれ例え
ば１０個に分割して、全体としてそれぞれ透過率が１の
１００個の微少な正方形の領域に区分して、その微少な
正方形の領域中でｐ個（ｐは０〜１００までの整数）の
領域を透過率が０のドットパターンとすると、その部分
領域の全体としての透過率は（１００−ｐ）％となる。
従って、その部分領域の透過率は１％刻みで０％から１
００％までの任意の値に設定することができる。実際に
は、その部分領域を分割する個数の制限等によって、得
られる透過率は数％刻み程度の離散的な値となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
ＣＣＦは、各部分領域中にランダムに配置されたドット
パターンの面積の割合によって、各部分領域の透過率を
数％刻み程度で離散的に設定していた。しかしながら、
線幅制御を高精度に行うためには、各部分領域の透過率
は、できるだけ小さい刻み幅で、理想的にはほぼ連続的
に０％から１００％まで設定できることが望ましい。こ
れは、透過率分布を最適化する計算において、透過率が
離散的な値しかとれないという制限を課して最適化を行
うよりも、連続的に任意の値を取れるという条件のもと
で最適化を行った方が、より理想的な解が得られるから
である。

【０００８】一方、従来のＣＣＦで、得られる透過率の
刻み幅を小さくするためには、原版パターン内の各部分
領域を縦横に分割する個数をかなり多くする必要がある
が、このように各部分領域の分割数を多くする程、その
原版パターン自体の製造が困難になるという不都合があ
る。本発明は斯かる点に鑑み、複数の互いに異なる透過
率を持つ領域を組み合わせることによって全体として所
定の透過率を持つと共に、その透過率を比較的容易にほ
ぼ連続的に所定の範囲内で任意に設定できる光学フィル
タを提供することを目的とする。

【０００９】更に本発明は、そのような光学フィルタを
製造できる露光方法を提供することをも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光学フィル
タは、複数の互いに異なる透過率を持つ領域を組み合わ
せて配置することによって全体として所定の透過率を持
つようにした光学フィルタであって、基板（１００ａ）
上を交差する２方向に所定ピッチで複数の同一形状のド
ットパターン領域（３９）に分割し、複数のドットパタ
ーン領域から少なくとも一つの第１のドットパターン領
域（３９Ａ〜３９Ｅ）を選択し、この選択された第１の
ドットパターン領域をその２方向の内の少なくとも一方
向に区切ることによって部分ドットパターン領域（４０
Ａ〜４０Ｅ；４１Ａ〜４１Ｅ）を設定し、このように設
定された部分ドットパターン領域に背景領域の第１の透
過率と異なる第２の透過率を持たせたものである。

【００１１】斯かる本発明の光学フィルタによれば、そ
の基板上の領域がＮ個のドットパターン領域に分割さ
れ、これらのドットパターン領域からｐ個の第１のドッ
トパターン領域が選択される。そして、第１及び第２の
透過率をそれぞれＴＡ及びＴＢとして、その第１のドッ
トパターン領域内での部分ドットパターン領域の面積の
比率をｃ（０＜ｃ≦１）とすると、全体の透過率ＴＣは
次のようになる。ＴＣ＝｛（Ｎ−ｐ・ｃ）ＴＡ＋ｐ・ｃ・ＴＢ｝／Ｎ（１）

【００１２】従って、その第１のドットパターン領域の
個数ｐ、及び部分ドットパターン領域の比率ｃを調整す
ることによって容易に、全体の透過率ＴＣを、ＴＡから
ＴＢの間でほぼ連続的に任意の値に設定することができ
る。この際に、その複数のドットパターン領域からその
第１のドットパターン領域（３９Ａ〜３９Ｅ）に接する
ように少なくとも一つの第２のドットパターン領域（３
９Ｆ）を選択し、この第２のドットパターン領域に全体
としてその第２の透過率を持たせてもよい。これは、そ
の第２の透過率を持つ面積の割合を大きくする場合に有
効である。

【００１３】次に、本発明による露光方法は、基板（１
００ａ）上に所定の大きさの領域（３２）内で全体とし
て所定の透過率を持つパターンを形成するための露光方
法であって、同一形状で互いに異なる透過率を持つ複数
種類のドットパターン（３６，３７Ａ〜３７Ｅ）を少な
くとも１次元方向に配置して原版パターン（３５）を作
成し、この原版パターンの像（３５Ｐ，３５Ｑ）を、露
光位置に互いに異なるオフセットを与えながらその基板
上に複数回重ねて露光するものである。

【００１４】斯かる露光方法によれば、一例としてその
基板（１００ａ）（光透過性であるとする）上にクロム
（Ｃｒ）等の遮光膜を形成し、この上にポジ型のフォト
レジストを塗布しておく。そして、その原版パターン
（３５）のドットパターンは、それぞれ面積がａ×ｂの
Ｎ個の矩形のパターンであり、その内のｐ個のドットパ
ターンの透過率が１で、それ以外のドットパターンの透
過率は０であるとする。この条件で、その原版パターン
の像（等倍であるとする）をその基板上に２方向にｘ及
びｙのオフセットを与えて２回露光した後、現像、及び
エッチング等を行うことによって、本発明の光学フィル
タが製造できる。この場合、製造された光学フィルタの
透過部の透過率をＴＡ、遮光部の透過率をＴＢとする
と、全体の透過率ＴＣは、（１）式において、ｃ＝（ａ
−ｙ）（ｂ−ｘ）／（ａｂ）とおいた式で表される。な
お、その基板上にネガ型のフォトレジストを塗布した場
合には、透過部と遮光部とが入れ換わった光学フィルタ
が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。まず、本発明の光学フ
ィルタに対応する遮光型のフィルタを備えたステップ・
アンド・スキャン方式の投影露光装置について説明す
る。図１は本例の投影露光装置を示す概略構成図であ
り、この図１において、露光光源１としては、一例とし
て水銀ランプが用いられており、露光用の照明光として
は、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、又はｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）等が使用される。ただし、より解像度を高めるため
には、照明光としてＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）、若しく
はＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、又
はＦ₂レーザ光（波長１５７ｎｍ）等を使用することが
望ましい。

【００１６】集光鏡１の第１焦点にある露光光源１から
放出された光束は、集光鏡２及びミラー３を介して集光
鏡１の第２焦点に集光される。その第２焦点の近傍の光
路上に、シャッタ４が開閉自在に配され、シャッタ４が
開状態のときにその第２焦点を通過した光束は、コリメ
ータレンズ５によりほぼ平行光束に変換され、バンドパ
スフィルタ６により露光波長（露光光源１が水銀ランプ
ではｇ線、ｉ線等）の光束が選択される。

【００１７】そして、バンドパスフィルタ６を通過した
光束は、後述の照度補正フィルタ２００、及び本発明の
光学フィルタに対応する遮光型のフィルタ１００を通過
して、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザ
ー）としての多数のレンズエレメントからなるフライア
イレンズ７に入射し、その射出側の面に多数の光源像が
形成される。これらの光源像から発散する光束は、照明
系の開口絞り８に設けられた円形開口によりその断面の
形状及び大きさが制限された後、第１コンデンサレンズ
９及び第２コンデンサレンズ群１１からなるコンデンサ
光学系により集光され、露光用の照明光ＩＬとしてレチ
クル１３のパターン面の細長い照明領域２１（図３
（ａ）参照）を照明する。

【００１８】このとき、第２コンデンサレンズ群１１の
中間付近には、光路折り曲げ用のミラー１２が挿入され
ており、第１コンデンサレンズ９と第２コンデンサレン
ズ群１１との間には、視野絞り（固定ブラインド）１０
が、レチクル１３のパターン面（下面）と共役となるよ
うな位置に配置され、視野絞り１０がそのパターン面の
照明領域を決定している。更に、走査露光の開始時及び
終了時に、それぞれ被露光基板に対する不要な露光を防
止するために、不図示であるが、視野絞り１０の近傍に
は、ステージ系の動作に同期して開口を開閉する機能を
備えた可動ブラインドも設置されている。また、開口絞
り８の配置面Ｐ３は、レチクル１３のパターン面に対す
る光学的フーリエ変換面、又はこの近傍に設定されてい
る。なお、オプティカル・インテグレータとして、フラ
イアイレンズ以外にガラスロッド（ロッドレンズ）の使
用も考えられる。

【００１９】照明光ＩＬのもとで、レチクル１３の照明
領域内のパターンの像が、投影光学系１４を介して投影
倍率β（βは例えば１／４，１／５等）で、フォトレジ
ストが塗布されたウエハ１８の露光対象のショット領域
上に投影される。投影光学系１４内のレチクル１３のパ
ターン面に対する光学的なフーリエ変換面（瞳面）Ｐ２
上には開口数を規定する開口絞り１５が設置されてい
る。以下、投影光学系１４の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取
り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を、
図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。図３（ａ）
に示すように、本例のレチクル１３に対する照明領域２
１は、Ｘ方向に細長い長方形であり、走査露光時にレチ
クル１３は照明領域２１に対して±Ｙ方向（走査方向）
に定速移動する。

【００２０】図１に戻り、レチクル１３は、このレチク
ル１３をＹ方向に定速で移動するレチクルステージＲＳ
Ｔ上に保持され、レチクルステージＲＳＴの位置は不図
示のレーザ干渉計によって計測されている。一方、ウエ
ハ１８は、不図示のウエハホルダを介してウエハステー
ジＷＳＴ上に保持されている。ウエハステージＷＳＴの
ＸＹ平面内での位置は不図示のレーザ干渉計によって計
測され、ウエハステージＷＳＴは、オートフォーカス方
式でウエハ１８の表面を投影光学系１４の像面に合わせ
込む。更に、ウエハステージＷＳＴは、ウエハ１８をＹ
方向に定速で移動すると共に、Ｘ方向及びＹ方向にステ
ップ移動する。また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ
１８の近傍にピンホールが形成された遮光板１９が固定
され、この遮光板１９の底部にコリメータレンズ、及び
このコリメータレンズによる平行光束の強度分布を計測
するための撮像素子よりなる計測系が配置されている。

【００２１】そして、走査露光時には、ウエハ１８上の
一つのショット領域への露光が終わると、ウエハステー
ジＷＳＴのステップ移動によってウエハ１８上の次のシ
ョット領域が走査開始位置に移動する。その後、レチク
ルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを同期駆動
して、レチクル１３及びウエハ１８を投影光学系１４に
対してＹ方向に投影倍率βを速度比として相対走査する
という動作が、各ショット領域毎にステップ・アンド・
スキャン方式で繰り返される。

【００２２】次に、本例の投影露光装置において、レチ
クル１３の投影光学系１４による投影像の像面（ウエハ
１８の表面）上の異なる位置においても、又は異なる方
向に配列されたパターンの投影像に対しても、それぞれ
目標とする線幅の投影像を得るための機構（線幅制御機
構）につき説明する。まず、フライアイレンズ７を構成
する各レンズエレメントの入射面（以下、「フライアイ
レンズ７の入射面Ｐ１」と呼ぶ）は、それぞれレチクル
１３のパターン面、及びウエハ１８の表面（ウエハ面）
と共役な関係にある。このフライアイレンズ７の入射面
Ｐ１の近傍に、所定の透過率分布を持つＣＣＦ（コヒー
レンス・コントロール・フィルタ）としての遮光型のフ
ィルタ１００が配置されている。このフィルタ１００が
本発明の光学フィルタの一例である。

【００２３】フィルタ１００に所定の透過率分布を持た
せることにより、最終的に、レチクル１３の細長い照明
領域２１上の異なる位置に同一の線幅のパターンが形成
されている場合には、投影光学系１４によるそれらのパ
ターンの像の線幅は互いに同一となる。図２及び図３を
参照してその説明を行う。図２（ａ）は、投影光学系１
４の物体面側の視野の中心部（光軸ＡＸ上）、即ちレチ
クル１３の照明領域２１の中心部における照明光の開き
角（開口角）の一例を、図２（ｂ）は、その視野の周辺
部、即ち照明領域２１の周辺部における照明光の開き角
の一例を示している。更に、図２（ａ）及び（ｂ）はそ
れぞれ図１のフィルタ１００を設けない状態での照明光
の状態を表している。ここでは、視野の中心部で集光す
る光束の方が、視野の周辺部で集光する光束より開き
角、ひいては、照明系の開口数ＮＡ_ILが僅かに小さい状
態であり、視野の中心部で集光する光束も視野の周辺部
で集光する光束も、その開口角内で一様な光強度分布で
あるものとする。この場合、照明系の開口数ＮＡ_ILの投
影光学系１４の入射側の開口数ＮＡ_PLに対する比の値
（＝ＮＡ_IL／ＮＡ_PL）がコヒーレンスファクタ（σ値）
である。

【００２４】このような場合、一般的に、転写すべきパ
ターンが孤立パターンであるときには、照明系の開口数
ＮＡ_ILの大きな方（σ値の大きな方）がより細いパター
ンを忠実に転写することができる。つまり、視野周辺部
の方が視野中心部よりも細いパターンを転写することが
でき、これを示したものが図２（ｃ）及び（ｄ）であ
る。従来のフィルタリング技術では、フィルタを用いる
と、視野中心部も視野周辺部も同様の効果を受けること
になる。これに対し、本例では、例えば、１つのフィル
タ１００しか用いないのに、視野中心部と視野周辺部と
で、効果の異なるフィルタリングを行うことができる。
これを達成するために、本例では、被照射面としてのレ
チクル１３のパターン面に対して共役な位置、又はその
近傍にフィルタ１００を配置している。

【００２５】そして、例えばそのフィルタ１００を用い
て、図２（ａ），（ｂ）の状態を補正するためには、視
野周辺部で照明系の開口数ＮＡ_ILを低下させると共に、
視野中心部での光束の強度分布はほぼそのままの状態に
維持すればよい。この結果、その視野の中心部及び周辺
部でσ値がほぼ等しくなって、その視野の位置に依らず
に均一な線幅が得られるようになる。これは、結局、被
照射面に対する光学的フーリエ変換面での光強度分布を
被照射面上の各点に対して独立に変化させることに相当
する。実際には、その視野（照明領域２１）の各位置に
おいて、入射する光束の強度分布が、図２（ｅ）に示す
ように、入射角の正弦（N.A.とする）に対して同じ傾向
で次第に低下するように設定される。具体的に、本例の
フィルタ１００の透過率分布は以下のように設定され
る。

【００２６】図３（ａ）は、図１中のフィルタ１００を
外した場合のレチクル１３の照明領域２１内の異なる位
置における照明光の強度分布の具体例を示し、この図３
（ａ）において、レチクル１３のパターン領域２０の一
部がＸ方向に長い照明領域２１によって照明されてい
る。本例では、この照明領域２１をＸ方向に一定ピッチ
で５個の副照明領域２１ａ〜２１ｅに分割する。そし
て、各副照明領域２１ａ〜２１ｅにおいて、照明光の入
射角に対する平均的な強度分布を計測しておく。このた
めには、例えば図１のウエハステージＷＳＴ上の遮光板
１９のピンホールを通過した光束をコリメータレンズを
介して平行光束に変換し、この平行光束の強度分布を計
測すればよい。

【００２７】その結果、周辺の副照明領域２１ａでは、
垂直入射光２２Ａの強度が大きく、Ｘ軸及びＹ軸に４５
°で交差する斜め方向に傾斜した入射光２３Ａの強度が
小さいと共に、中央の副照明領域２１ｃでは、垂直入射
光２２Ｃの強度が小さく、その斜め方向に傾斜した入射
光２３Ｃの強度が大きいという計測結果が得られたもの
とする。実際には、それ以外の入射角でも照明光の強度
が計測される。このような照明光の強度分布を、図２
（ｅ）に示すような一様な強度分布に変換するために
は、照明領域２１と共役な位置に配置されているフィル
タ１００の透過率分布を調整して、図３（ｂ）に示すよ
うに、周辺の副照明領域２１ａでは、垂直入射光２２
Ａ’を減衰させ、斜め方向に傾斜した入射光２３Ａ’の
強度は殆ど減衰させないようにすると共に、中央の副照
明領域２１ｃでは、垂直入射光２２Ｃ’は殆ど減衰させ
ないようにして、斜め方向に傾斜した入射光２３Ｃ’は
大きく減衰させればよい。

【００２８】図４は、図３（ａ）の状態を補正するため
のフィルタ１００を図１のフライアイレンズ７の方向に
見た拡大図であり、この図４において、図３（ａ）のＸ
方向、Ｙ方向に対応する方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向
としてある。本例のフライアイレンズ７は、Ｘ方向の幅
ＤＸでＹ方向の幅ＤＹ（ＤＸはＤＹのほぼ３．５倍）の
長方形の断面形状を有するレンズエレメント７ａをＸ方
向に７列、Ｙ方向に２２行密着して配置して構成されて
いる。そして、フィルタ１００の内部のフィルタ領域１
０１は、フライアイレンズ７を構成するレンズエレメン
ト７ａに対応して、レンズエレメント７ａと同じ大きさ
の７列×２２行のフィルタ要素３１に分割されている。
また、各フィルタ要素３１は、図３（ａ）の照明領域２
１とほぼ共役であるため、各フィルタ要素３１は、照明
領域２１を構成する５個の副照明領域２１ａ〜２１ｅに
対応する５個の副フィルタ要素３１ａ〜３１ｅに分割さ
れ、これらの副フィルタ要素３１ａ〜３１ｅにそれぞれ
図３（ａ）の照明光の強度分布を補正するための透過率
が設定されている。

【００２９】図４においては、濃度の濃い領域ほど透過
率が低いことを表しており、白色部分は最も透過率が高
く、黒色の部分は最も透過率が低くなっている。具体的
に、図３（ａ）の垂直入射光２２Ａ，２２Ｃに対応する
フィルタ要素３１Ａでは、両端部のフィルタ要素の透過
率が中央のフィルタ要素の透過率よりも低く設定され、
斜めに傾斜した入射光２３Ａ，２３Ｃに対応するフィル
タ要素３１Ｂでは、両端部のフィルタ要素の透過率が中
央のフィルタ要素よりも高く設定されている。この場
合、本例の各副フィルタ要素３１ａ〜３１ｅは、透過率
の異なるパターン同士の面積の比率を調整することによ
って、全体として所定の透過率になるように設定されて
いる。

【００３０】図５は、図４中の副フィルタ要素３１ｃの
拡大図であり、この図５において、副フィルタ要素３１
ｃは、直交する方向に７０行×５０列の矩形（一例とし
て正方形）のドットパターン領域に分割され、それらの
ドットパターン領域よりランダムに選択された所定個数
のドットパターン領域が透過率が０（０％）の遮光ドッ
ト３４とされ、それ以外の背景領域３３の透過率が１
（１００％）とされている。透過率１（１００％）と
は、そのパターンが形成されているガラス基板自体の透
過率を意味している。実際には、遮光ドット３４は、各
ドットパターン領域よりも小さい矩形の大きさに設定さ
れている。そして、副フィルタ要素３１ｃの面積に対す
る遮光ドット３４の面積の比率によって定まる平均的な
透過率が、副フィルタ要素３１ｃの透過率とされてい
る。なお、後述のようにフィルタ１００の製造時にポジ
型、又はネガ型の何れのフォトレジストを使用するかに
よって、背景領域の透過率を０として、選択されたドッ
トパターンの透過率を１とすることもできる。また、遮
光ドット３４、及び背景領域３３の透過率をそれぞれ０
より大きい透過率、及び１より小さい透過率としてもよ
い。また、互いに異なる透過率を持つ３種類以上の領域
をランダムに配列して、全体として所定の透過率を得る
ようにしてもよい。

【００３１】次に、本例のフィルタ要素３１の副フィル
タ要素３１ａ〜３１ｅの構成、及びその製造方法につき
詳細に説明する。ここでは、図４中の比較的高い透過率
を持つ一つの副フィルタ要素３２を例に取って説明す
る。また、簡単のため最初は、副フィルタ要素３２は１
０行×１０列のドットパターン領域に分割されているも
のとする。

【００３２】図７（ｂ）は、その副フィルタ要素３２を
示し、この図７（ｂ）において、副フィルタ要素３２
は、Ｘ方向の幅ｂでＹ方向の幅ａの矩形のドットパター
ン領域３９を、Ｘ方向に１０列、及びＹ方向に１０行に
配列して構成されている。そして、合計で１００（＝１
０×１０）個のドットパターン領域３９中からランダム
に５個のドットパターン領域３９Ａ〜３９Ｅが選択さ
れ、このように選択されたドットパターン領域３９Ａ〜
３９Ｅ中に、それぞれＸ方向の幅（ｂ−ｘ）でＹ方向の
幅（ａ−ｙ）の透過率ＴＢが０の遮光ドット４０Ａ〜４
０Ｅが配置され、それ以外の背景領域の透過率ＴＡが１
とされている。なお、その遮光ドット４０Ａ〜４０Ｅが
本発明の「部分ドットパターン領域」に対応しており、
幅ｘ，ｙに関して次の関係が成立している。

【００３３】０≦ｘ≦ｂ，０≦ｙ≦ａ（２）この場合、遮光ドット４０Ａ〜４０Ｅの面積の各ドット
パターン領域の面積に対する比率ｃは、それぞれ（ｂ−
ｘ）（ａ−ｙ）／（ａｂ）であるため、副フィルタ要素
３２の全体としての透過率ＴＣは、次のようになる。ＴＣ＝｛100-5・（ｂ−ｘ）（ａ−ｙ）／（ａｂ）｝／100 （３）これは、上記の（１）式において、Ｎ＝１００，ｐ＝
５，ＴＡ＝１，ＴＢ＝０，ｃ＝（ｂ−ｘ）（ａ−ｙ）／
（ａｂ）とおいたものである。この（３）式に（２）式
を代入すると、０．９５≦ＴＣ≦１となり、副フィルタ
要素３２の透過率は９５％から１００％の間で任意に連
続的に設定できることが分かる。

【００３４】なお、副フィルタ要素３２において、遮光
ドット４０Ａ〜４０Ｅの外に、ドットパターン領域３９
の全体を透過率０とした遮光ドットを設けてもよい。図
８（ｂ）は、そのように一部のドットパターン領域３９
の全体を遮光ドットとした副フィルタ要素３２Ａを示
し、この図８（ｂ）において、副フィルタ要素３２Ａも
１０行×１０列のドットパターン領域３９より構成さ
れ、その内の５個のドットパターン領域３９Ａ〜３９Ｅ
内にそれぞれ、Ｘ方向の幅ｂでＹ方向の幅（ａ−ｙ）の
透過率ＴＢが０の遮光ドット４１Ａ〜４１Ｅが形成され
ている。更に、遮光ドット４１Ｃに接しているドットパ
ターン領域３９Ｆの全体が透過率ＴＢが０の遮光ドット
４１Ｆとされている。この結果、副フィルタ要素３２Ａ
の透過率ＴＣ’は次のようになる。ＴＣ’＝｛100-5・（ｂ−ｘ）（ａ−ｙ）／（ａｂ）-1｝／100 （４）

【００３５】従って、この場合の副フィルタ要素３２Ａ
の透過率は、９４％から９９％までの間で任意に設定で
きることが分かる。このように、全体として遮光される
ドットパターン領域３９Ｆ（本発明の「第２のドットパ
ターン領域」に対応する）を設けることによって、副フ
ィルタ要素３２Ａの透過率を階段状に変化させることが
できる。

【００３６】なお、上記の副フィルタ要素３２（又は３
２Ａ）は、透過率ＴＡが１の背景領域内に透過率ＴＢが
０の遮光ドット４０Ａ〜４０Ｅ（又は４１Ａ〜４１Ｆ）
が配置されているが、逆に透過率ＴＡが０の遮光性の背
景領域内に透過率ＴＢが１の部分ドットパターン領域、
即ち透過ドットを配置するようにしてもよい。次に、本
例の副フィルタ要素３２等を含むフィルタ１００の製造
方法の一例につき図６〜図８を参照して説明する。本例
では、縮小投影型の投影露光装置を用いて、所定のガラ
ス基板上に原版パターンの像を継ぎ合わせて転写するこ
とによって、そのガラス基板上に図４に示す明暗のパタ
ーンを形成する。なお、この他に等倍の投影露光装置、
又はプロキシミティ方式の露光装置等を用いる方法も考
えられる。

【００３７】図６は、その投影露光装置を示し、この図
６において、レチクルステージ５１上にその原版パター
ンの一部が描画されたレチクル４３Ｇが保持されてい
る。図６において、図４のＸ方向、Ｙ方向に対応する方
向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向として、ＸＹ平面に垂直な
軸をＺ軸としている。本例では、一例として図４のフィ
ルタ領域１０１に対応する原版パターンを１６個の原版
パターンに分割し、分割された原版パターンを１６枚の
レチクルに描画している。従って、レチクル４３Ｇの外
に１５枚のレチクル（不図示）が用意されている。レチ
クル４３Ｇのパターン面（下面）に描画された原版パタ
ーン４４ＧをＸ方向に挟むように十字型のアライメント
マーク４５Ａ，４５Ｂが形成され、アライメントマーク
４５Ａ，４５Ｂの上方に不図示のミラーを介してレチク
ルアライメント顕微鏡（以下「ＲＡ顕微鏡」という）５
２Ａ，５２Ｂが配置され、ＲＡ顕微鏡５２Ａ，５２Ｂの
撮像信号が主制御系５６に供給されている。

【００３８】露光時には、不図示の照明光学系からの露
光光ＩＬ（水銀ランプのｉ線、又はエキシマレーザ光
等）によってレチクル４３Ｇが照明され、原版パターン
４４Ｇの像が投影光学系５３を介して投影倍率β（βは
例えば１／４，５／１等）で、フィルタ１００用のガラ
ス基板１００ａ上に反転して投影される。このガラス基
板１００ａ上には予めクロム（Ｃｒ）等の金属膜よりな
る遮光膜が蒸着されており、この遮光膜上にポジ型のフ
ォトレジスト（ポジレジスト）が塗布されている。本例
の投影露光装置は、半導体素子、又は液晶表示素子の製
造に使用される露光装置でもあり、ガラス基板１００ａ
は、不図示の基板ホルダ上に吸着保持され、この基板ホ
ルダは被露光基板としてのウエハ（wafer)等を位置決め
するためのウエハステージ５４上に固定されている。ウ
エハステージ５４は、Ｘ方向及びＹ方向にガラス基板１
００ａの位置決めを行うと共に、投影光学系５３の光軸
ＡＸに平行なＺ方向にガラス基板１００ａの位置決めを
行って、オートフォーカス方式でガラス基板１００ａの
表面を投影光学系５３の像面に合わせ込む。ウエハステ
ージ５４の動作は、位置計測用のレーザ干渉計を備えた
ウエハステージ駆動系５５によって制御され、ウエハス
テージ駆動系５５に対する移動目標値の設定等は主制御
系５６によって行われる。

【００３９】また、ウエハステージ５４上には、例えば
２次元の枠型（図６では十字型で表されている）の基準
マーク５８Ａ，５８Ｂが形成された基準マーク部材５７
が固定されている。基準マーク５８Ａ，５８Ｂの間隔
は、アライメントマーク４５Ａ，４５Ｂの投影像の間隔
とほぼ等しく設定されている。そして、露光開始時にガ
ラス基板１００ａは、外形基準で基準マーク５８Ａ，５
８Ｂに対して大まかに位置合わせされて、例えば基準マ
ーク５８Ａ，５８Ｂの中心からガラス基板１００ａの中
心までのＸ方向、Ｙ方向への間隔（ＢＬＸ，ＢＬＹ）が
主制御系５６に記憶される。

【００４０】その後、転写対象のレチクル（レチクル４
３Ｇとする）の像をガラス基板１００ａ上に露光する際
には、基準マーク５８Ａ，５８Ｂの中心がほぼ光軸ＡＸ
上に来るようにウエハステージ５４を駆動した後、ＲＡ
顕微鏡５２Ａ，５２Ｂを用いて、基準マーク５８Ａ，５
８Ｂの投影光学系５３によるレチクル側への像に対する
アライメントマーク４５Ａ，４５Ｂの位置ずれ量が、互
いに対称に最も小さくなるようにレチクルステージ５１
の位置決めを行う。その後、上記の間隔（ＢＬＸ，ＢＬ
Ｙ）に所定のオフセットを加算してウエハステージ５４
を駆動することによって、レチクル４３Ｇの原版パター
ン４４Ｇの像を、ガラス基板１００ａ上の設計上の位置
に高精度に位置合わせすることができる。この状態で、
露光光ＩＬを照射してレチクル４３Ｇの投影像を領域４
２Ｇに露光する。更に、本例ではこの状態から、ウエハ
ステージ５４をＸ方向、Ｙ方向に僅かに移動して、再び
レチクル４３Ｇの投影像を領域４２Ｇに露光する。

【００４１】このように、ガラス基板１００ａ上の領域
４２Ａ，４２Ｂ，…，４２Ｐにおいて、それぞれ位置合
わせ（画面継ぎ）を行いながら対応するレチクルの原版
パターンの投影像が、所定の位置オフセットを与えられ
て二重露光される。その後、ガラス基板１００ａ上のフ
ォトレジストの現像を行い、残されたレジストパターン
をマスクとしてエッチングを行って、レジスト剥離及び
洗浄等を行うことによって、領域４２Ａ〜４２Ｐを囲む
領域をフィルタ領域１０１とする図４のフィルタ１００
が完成する。

【００４２】次に、図７（ｂ）及び図８（ｂ）の副フィ
ルタ要素３２，３２Ａが製造される過程につき説明す
る。ここでは、副フィルタ要素３２の位置は、図６の領
域４２Ｇの左下隅の位置であり、副フィルタ要素３２に
対応して、原版パターン４４Ｇ内に原版パターン３５が
形成されている。この場合、原版パターン３５の像３５
Ｐ及び３５Ｑが異なる位置オフセットを与えられてガラ
ス基板１００ａ上に重ねて露光される。

【００４３】図７（ａ）は、その原版パターン３５を示
し、この図７（ａ）において、説明の便宜上、図６のレ
チクル４３Ｇからガラス基板１００ａに対する投影倍率
は１倍（等倍）であり、かつその原版パターン３５と同
じ方向の像がガラス基板１００ａ上に投影されるものと
する。この条件下では、原版パターン３５は、Ｘ方向の
幅ｂでＹ方向の幅ａの矩形のドットパターン領域３６を
Ｘ方向に１０列、Ｙ方向に１０行配列して構成され、そ
の１００個のドットパターン領域３６から図７（ｂ）の
ドットパターン領域３９Ａ〜３９Ｅに対応して選択され
ている５個の遮光ドット３７Ａ〜３７Ｅに透過率が０の
遮光膜が形成され、それ以外のドットパターン領域が透
過率が１の透過部（透過ドット）とされている。

【００４４】そして、１回目の露光によって原版パター
ン３５の像３５Ｐが露光される。次に、ガラス基板１０
０ａをＸ方向に−ｘ、Ｙ方向に−ｙだけ移動して、点線
で示すように原版パターン３５の像３５Ｑを重ねて露光
する。本例ではポジ型のフォトレジストが使用されてい
るため、像３５Ｐ中の遮光ドット３７Ａ〜３７Ｅの像
と、像３５Ｑ中の遮光ドット３７Ａ〜３７Ｅの像とが重
なった部分のレジストだけが現像後に残されて、エッチ
ングを行うことによってその重なった部分が図７（ｂ）
に示すように、幅（ｂ−ｘ）×幅（ａ−ｙ）の遮光ドッ
ト４０Ａ〜４０Ｅとして残される。これによって、副フ
ィルタ要素３２が正確に製造されたことになる。

【００４５】次に、図８（ｂ）に示す副フィルタ要素３
２Ａを製造する場合には、図８（ａ）に示す原版パター
ン３５Ａを図６のレチクル４３Ｇ上に形成しておく。図
８（ａ）の原版パターン３５Ａは、図７（ａ）の原版パ
ターン３５に対して、遮光ドット３７Ｃに隣接するドッ
トパターン領域をも遮光ドット３７Ｆとした点だけが異
なっている。この場合には、まず原版パターン３５Ａの
像３５ＡＰを露光した後、ガラス基板１００ａをＹ方向
に−ｙだけ移動した後、点線で示すように原版パターン
３５Ａの像３５ＡＱを重ねて露光する。その後、レジス
トの現像、エッチング、レジスト剥離を行うことによっ
て、図８（ｂ）に示すように、小さい面積の遮光ドット
４１Ａ〜４１Ｅ、及びドットパターン領域３９と同じ面
積の遮光ドット４１Ｆが形成される。この場合、原版パ
ターン３５Ａの段階で位置オフセットを付加する方向に
隣接して遮光ドット３７Ｃ，３７Ｆを設けてあり、二重
露光後でも一方の遮光ドット３７Ｆの像は完全に遮光さ
れた状態であるため、最終的に大きい遮光ドット４１Ｆ
が形成される。

【００４６】上記のように、位置オフセットを与えなが
ら二重露光を行うことによって、レチクル上の原版パタ
ーンの透過率が或る限られた値しか取れない場合であっ
ても、その位置オフセットを調整することによって、全
体として所定範囲内で連続的に所望の透過率を持つパタ
ーン（フィルタ）を得ることができる。また、以上はポ
ジレジストを用いた場合の説明であるが、ネガ型のフォ
トレジスト（ネガレジスト）を使用した場合には、例え
ば図７（ａ）の原版パターン３５を使用すると、図７
（ｂ）において、遮光ドット４０Ａ〜４０Ｅが透過率１
の領域（透過ドット）となり、それ以外の背景領域が透
過率０の遮光領域となる。即ち、ネガレジストを使用す
ることによって、遮光部と透過部とが入れ換わった副フ
ィルタ要素が得られる。

【００４７】次に、上記の実施の形態を一般化して説明
する。ここでは、原版パターンは、図８（ａ）に示すよ
うに、透過率１のドットパターン領域と透過率０のドッ
トパターン領域（遮光ドット３７Ａ等）とを組み合わせ
た２値の原版パターン３５Ａ（バイナリパターン）であ
るとする。そして、被露光基板（ガラス基板１００ａ）
上のフォトレジストの第１回目の露光時の位置を基準位
置ｏとして、その第１回目でフォトレジスト上に露光さ
れる領域をＥ（ｏ）、遮光される領域をＳ（ｏ）とす
る。次に、そのフォトレジストを基準位置ｏに対して位
置オフセットｒを加えた位置に移動した後、２回目に露
光される領域をＥ（ｒ）、遮光される領域をＳ（ｒ）と
する。ここで、任意の位置オフセットｒに対して、領域
Ｅ（ｒ）と領域Ｓ（ｒ）との共通部分は無い。即ち、Ｅ
（ｒ）∩Ｓ（ｒ）＝０である。

【００４８】この場合、図８（ｂ）の副フィルタ要素３
２Ａ上で遮光領域を作るドットパターンは、ポジレジス
トの場合は原版パターン３５Ａ上の遮光ドット３７Ａ等
に対応するのに対して、ネガレジストの場合は原版パタ
ーン３５Ａ上の透過ドットに対応する。露光後に現像を
行った後では、ポジレジストの場合、領域Ｅ（ｏ）と領
域Ｅ（ｒ）とを合わせた領域、即ち領域Ｅ（ｏ）∪Ｅ
（ｒ）ではレジストが除去され、領域Ｓ（ｏ）と領域Ｓ
（ｒ）との共通部分、即ち領域Ｓ（ｏ）∩Ｓ（ｒ）では
レジストが残ることになる。一方、ネガレジストの場
合、領域Ｅ（ｏ）∩Ｅ（ｒ）ではレジストが残り、領域
Ｓ（ｏ）∩Ｓ（ｒ）ではレジストが除去されることにな
る。位置オフセットを加えた二重露光により、Ｅ（ｏ）
∪Ｅ（ｒ）の面積は増加するので、ポジレジストの場合
はレジストが除去される領域の面積が広がって副フィル
タ要素３２Ａの透過率が上がるのに対して、ネガレジス
トの場合はレジストが残る領域の面積が広がって副フィ
ルタ要素３２Ａの透過率が下がることになる。

【００４９】以下、領域Ｐの面積をＡ（Ｐ）で表す。図
８（ａ）の原版パターン３５Ａが、Ｘ方向にｍ個、Ｙ方
向にｎ個のドットパターン領域３６からなるものとし
て、Ｘ方向にｉ番目でＹ方向にｊ番目のドットパターン
領域を（ｉ，ｊ）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）で表す。
そして、各ドットパターン領域３６が確率（１−Ｔ）で
遮光され、確率Ｔで透過になっている、即ちドットパタ
ーン領域（ｉ，ｊ）の透過率ｔ（ｉ，ｊ）について、ｔ
（ｉ，ｊ）＝０である確率が（１−Ｔ）、ｔ（ｉ，ｊ）
＝１となる確率がＴであるとする。これは、原版パター
ン３５Ａの全体としての透過率がＴであることを意味す
る。

【００５０】また、ドットパターン領域３６は、直交す
る辺がＸ方向及びＹ方向に平行で一辺の長さａの正方形
である（即ち、ｂ＝ａ）とし、位置オフセットは簡単化
してｒ＝（０，ｙ）（０≦ｙ≦ａ）であるとする。上記
のように原版パターン３５Ａ上での透過率分布ｔ（ｉ，
ｊ）（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）が与えられていると
き、二重露光後に遮光領域となる領域（＝Ｓ（ｏ）∩Ｓ
（ｒ））の面積Ａ（＝Ｓ（ｙ））は以下の手順で求めら
れる。但し、図８（ａ）では、位置ずれ後の像３５ＡＱ
を見易くするために、Ｘ方向にも若干位置オフセットを
加えて表している。基本的には、各ドットパターン領域
（ｉ，ｊ）が二重露光後に遮光部分として寄与する面積
を順番に数えていくだけの操作であり、その際、或るド
ットパターン領域（ｉ，ｊ）が遮光であり且つその上方
に隣接するドットパターン領域（ｉ，ｊ＋１）が透過で
ある場合は、二重露光後のドットパターン領域（ｉ，
ｊ）の有効遮光率が（１−ｙ／ａ）となり、例えば遮光
ドット３７Ｃ，３７Ｆのようにドットパターン領域
（ｉ，ｊ）が遮光であり且つその上方に隣接するドット
パターン領域（ｉ，ｊ＋１）も遮光である場合は、ドッ
トパターン領域（ｉ，ｊ）（又は（ｉ，ｊ＋１））の有
効遮光率は１となることを用いればよい。

【００５１】このように各ドットパターン領域（ｉ，
ｊ）の有効遮光率を（１≦ｉ≦ｍ，１≦ｊ≦ｎ）の範囲
で加算して得られる遮光率の和をｓとすると、二重露光
後に遮光されている領域の面積Ｓ（ｙ）は、次のように
なる。Ｓ（ｙ）＝ｓ・ａ² （５）このＳ（ｙ）を用いると、ポジレジストを用いた場合の
副フィルタ要素３２Ａの透過率Ｔ（ｙ）は次のようにな
る。Ｔ（ｙ）＝｛１−Ｓ（ｙ）｝／（ｍ・ｎ・ａ²）（６）

【００５２】一方、ネガレジストを用いた場合の副フィ
ルタ要素３２Ａの透過率Ｔ（ｙ）は次のようになる。Ｔ（ｙ）＝Ｓ（ｙ）／（ｍ・ｎ・ａ²）（７）上記のように位置オフセットを加える場合、二重露光に
より露光される全面積はドットパターン領域の全面積よ
りも最大で１列分だけ大きくなるため、厳密にはこの分
の補正をしなければならないが、ドットパターン領域の
全体の個数が十分に大きければ、この寄与は無視しても
構わない。上記の結果から、位置オフセットｙの値を変
化させてそれぞれ透過率Ｔ（ｙ）を計算することによっ
て、Ｔ（ｙ）を所定の目標値とするための最適のｙの値
を求めることが可能である。

【００５３】ここで注意すべき点がある。第１回目の露
光時に対して、第２回目の露光時に位置オフセットを加
える際、個々の遮光ドットの間隔及び個々の透過ドット
の間隔の内の一方が原版パターン上でそれぞれ十分離れ
ていれば問題ないが、遮光ドット、透過ドット共に隣接
する同種ドットが多数存在する場合は、位置オフセット
量と透過率との比例係数が変化する可能性がある。これ
は、ポジレジストの場合、ネガレジストの場合共に、形
成しようとしている透過率が５０％に近いときに問題と
なる。この場合は、遮光ドット（又は透過ドット）の分
布を考慮した上で、位置オフセット量と透過率との関係
を調べ、所望の透過率を得るために必要な位置オフセッ
ト量を予め計算しておく必要がある。

【００５４】実際に、ｍ＝１００，ｎ＝１００としてラ
ンダムに遮光ドットを配置した原版パターンを用いて、
位置オフセットｙを０からａまで所定間隔で変化させて
二重露光を行って得られるフィルタの透過率Ｔ（ｙ）の
変化を図９に示す。図９の横軸は位置オフセットの規格
値（ｙ／ａ）、縦軸はポジレジストを用いた場合のフィ
ルタの透過率Ｔ（ｙ）であり、曲線Ｄ０，Ｄ１，Ｄ２，
…，Ｄ１０は、それぞれ原版パターン３５Ａ自体の透過
率Ｔ（全体の面積に対する透過領域の面積の比率）を
０，０．１，０．２，…，１に設定した場合の透過率Ｔ
（ｙ）の変化を表している。

【００５５】また、図１０は、図９の関係より求められ
た、規格化された位置オフセット（ｙ／ａ）に対する透
過率Ｔ（ｙ）の変化率を表し、図１０の横軸は原版パタ
ーン自体の透過率Ｔ、縦軸は透過率Ｔ（ｙ）の変化率ｄ
Ｔ（ｙ）／ｄ（ｙ／ａ）である。図１０より分かるよう
に、その変化率ｄＴ（ｙ）／ｄ（ｙ／ａ）は、ほぼ（Ｔ
−Ｔ²)で与えられ、Ｔ＝０．５程度のときが最も大き
い。従って、原版パターンのドットパターン領域の分割
数が縦横共に十分に大きい場合、前記の手続きによる計
算結果はほぼ次のようになる。Ｔ（ｙ）＝Ｔ±（Ｔ−Ｔ²)（ｙ／ａ）＝Ｔ｛１±（１−Ｔ）（ｙ／ａ）｝（８）

【００５６】ただし、複号はポジレジストの場合が＋、
ネガレジストの場合が−である。この式をより簡単に求
めるためには、或るドットパターン領域が遮光であり且
つその上に隣接するドットパターン領域が透過である場
合は、そのドットパターン領域の有効遮光率は（１−ｙ
／ａ）となり、或るドットパターン領域が遮光であり且
つその上に隣接するドットパターン領域も遮光である場
合は、そのドットパターン領域の有効遮光率は１である
ことを考慮して、次の計算を行えばよい。

【００５７】Ｔ（ｙ）＝１−｛（１−Ｔ）Ｔ（１−ｙ／ａ）＋（１−Ｔ）（１−Ｔ）・１｝（９）（９）式は、原版パターン上で隣接する遮光ドットがな
いとき、即ちＴ≒１のときは次のようになる。Ｔ（ｙ）≒１−（１−Ｔ）（１−ｙ／ａ）（１０）一方、原版パターン上で隣接する透過ドットがないと
き、即ちＴ≒０のとき（９）式は次のようになる。Ｔ（ｙ）≒１−Ｔ（１＋ｙ／ａ）（１１）

【００５８】また、（８）式より、元の透過率がＴの原
版パターンから、透過率Ｔ’のフィルタを形成するため
には、次の位置オフセットｙを加えればよいことが分か
る。ｙ＝±ａ・（Ｔ’／Ｔ−１）／（１−Ｔ）（１２）なお、ここではＹ方向に位置オフセットを加えた例を示
したが、Ｘ方向あるいはＸ，Ｙ両方向に位置オフセット
を加えても同様の結果が得られる。また、ここでは正方
形のドットパターン領域を用いているが、長方形や更に
他の形状のドットパターン領域を用いても、同様の考え
方が適用できる。

【００５９】ところで、図９、図１０を見れば分かるよ
うに、限られた個数の透過率Ｔの原版パターンを用い
て、透過率Ｔ（ｙ）を０から１までの間で連続的に効率
的に設定するためには、ポジレジストの場合、及びネガ
レジストの場合共に、透過率Ｔが０．５近辺の領域にお
いて透過率Ｔの密度を増やすのが望ましい。例えばポジ
レジストの場合、（８）式でｙ＝ａとおくことにより、
透過率Ｔ（ａ）が次のように得られる。Ｔ（ａ）＝Ｔ｛１＋（１−Ｔ）｝（１３）

【００６０】また、（８）式でｙ＝０とおいた場合の透
過率Ｔ（０）はＴであるため、フィルタの透過率Ｔ
（ｙ）はＴ〜Ｔ｛１＋（１−Ｔ）｝の範囲で制御できる
ことが分かる。そこで、１番目の原版パターンの透過率
ＴをＴ０として、この透過率Ｔ０を０．０１とする。次
に、この１番目の原版パターンを用いて得られるフィル
タの最大の透過率Ｔ１は、（１３）式のＴにＴ０を代入
することによって求められるため、２番目の原版パター
ンの透過率ＴをＴ１に設定する。次に、この透過率Ｔ１
を（１３）式に代入して得られる透過率Ｔ２を、３番目
の原版パターンの透過率Ｔとして、以下のように９番目
の原版パターンの透過率Ｔ８まで設定する。また、この
９番目の原版パターンを用いた場合の最大の透過率Ｔ９
も示してある。

【００６１】Ｔ０＝０．０１，Ｔ１＝Ｔ０｛１＋（１−Ｔ０）｝＝０．０２０，Ｔ２＝Ｔ１｛１＋（１−Ｔ１）｝＝０．０３９，Ｔ３＝Ｔ２｛１＋（１−Ｔ２）｝＝０．０７７，Ｔ４＝Ｔ３｛１＋（１−Ｔ３）｝＝０．１４９，Ｔ５＝Ｔ４｛１＋（１−Ｔ４）｝＝０．２７５，Ｔ６＝Ｔ５｛１＋（１−Ｔ５）｝＝０．４７４，Ｔ７＝Ｔ６｛１＋（１−Ｔ６）｝＝０．７２４，Ｔ８＝Ｔ７｛１＋（１−Ｔ７）｝＝０．９２４，Ｔ９＝Ｔ８｛１＋（１−Ｔ８）｝＝０．９９４

【００６２】従って、それぞれＴ０からＴ８までの透過
率を持つ９種類の原版パターンを用意しておけば、これ
らに位置オフセットを加えた二重露光を適用することに
よって、０．０１から０．９９４までの連続的な任意の
透過率を持つフィルタを生成することが可能である。こ
れら９種類の原版パターンが１枚のレチクル上に配置で
きれば、レチクル交換無しにほぼ１％から９９％までの
透過率のパターン（フィルタ）を生成することができ、
効率的である。

【００６３】なお、得られるフィルタの透過率をより高
精度に制御する上で考慮すべき点がいくつかある。ま
ず、露光によりフィルタ上に形成されるドットの大きさ
は、露光時間により微妙に変化するということである。
例えばポジレジスト上に、原版パターン上の遮光ドット
の像を投影する場合、露光時間を長く取るほどフィルタ
上で得られる遮光ドットの面積は小さくなる。言い換え
ると、露光時間の変化によってもフィルタ上での透過率
を変化させることが可能である。同様に、現像条件やエ
ッチング条件の変化によってもフィルタ上での透過率は
変化する。即ち、露光時のフィルタはガラス基板上にク
ロム膜等の遮光膜が蒸着されその上にフォトレジストが
塗布された構成になっており、露光が終わったフィルタ
は、現像によりポジレジストの場合は露光部分、ネガレ
ジストの場合は未露光部分が取り除かれ、残ったレジス
トをエッチングマスクとして遮光膜除去のためのエッチ
ングが行われた結果、遮光膜の有る領域と無い領域とが
形成されて、フィルタが完成する。従って、ポジレジス
ト上に原版パターン上の遮光ドットの像を露光した場
合、過剰な現像及び過剰なエッチングにより、遮光ドッ
トの面積を縮小させ、従って透過率を増大させることが
できる。

【００６４】また、図６の二重露光用の投影露光装置
（一種のフォトリピータとして機能している）の性能上
考慮すべき点がある。即ち、第１回目の露光時に対し
て、第２回目の露光時に位置オフセットを加える際、投
影露光装置のウエハステージ５４のステッピング精度に
対して位置オフセット量、即ち原版パターン３５の各ド
ットパターン領域３６の投影像の幅が十分大きくない
と、透過率を精度よく制御することは困難になる。ただ
し、本例で製造対象とするフィルタ１００、即ちＣＣＦ
（コヒーレンス・コントロール・フィルタ）の場合は、
投影露光装置のウエハステージのステッピング精度に対
して１００倍程度である数μｍ程度の大きさにそのドッ
トパターン領域の投影像の幅が設定されているため、こ
の点については全く問題にならない。

【００６５】なお、上記の図１の実施の形態では、フィ
ルタ１００はシングルフライアイレンズを用いた投影露
光装置に装着されているが、フィルタ１００を所謂ダブ
ルフライアイレンズ構成の投影露光装置に装着すること
も可能である。また、図１の投影露光装置では、フライ
アイレンズ７の射出面を光源として見ると、フライアイ
レンズ７を構成するレンズエレメントの数だけ１次光源
が縦横に並んだものと等価となっていることが分かる。
この面光源を形成する各１次光源の強度比は、それぞれ
に対応するレンズエレメントの透過率を変更することに
より、任意に設定することが可能である。実際にレンズ
エレメントそのものに加工を施すのは多少困難であるた
め、フライアイレンズ７の入射面近傍、又は射出面近傍
に照度補正フィルタ２００を配置し、その透過率を変更
する構成とすることが好ましい。この場合、フライアイ
レンズ７の各レンズエレメントの入射面は、それぞれレ
チクル１３及びウエハ１８と共役であり、レンズエレメ
ントの入射面内の各点がウエハ面上の各点とそれぞれ個
別に対応関係があることを考えると、図１に示すよう
に、フライアイレンズ７の入射面近傍、即ちフィルタ１
００の近傍に照度補正フィルタ２００を配置すれば、被
照射面上に集光する光束の光強度分布を像面上の各点の
それぞれで独立に制御することができる。そして、その
所定の透過率分布を持つ照度補正フィルタ２００も、フ
ィルタ１００と同様に上記の実施の形態の方法で製造す
ることができる。

【００６６】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００６７】

【発明の効果】本発明の光学フィルタによれば、複数の
互いに異なる透過率を持つ領域を組み合わせることによ
って全体として所定の透過率を持たせることができると
共に、部分ドットパターン領域の分割数をあまり大きく
することなく、その透過率を比較的容易にほぼ連続的に
所定の範囲内で任意に設定できる利点がある。

【００６８】また、本発明の露光方法によれば、複数回
の露光間の位置オフセット量を制御するのみで、本発明
の光学フィルタを容易に製造できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例のフィルタを備え
た投影露光装置を示す概略構成図である。

【図２】照明光の開き角（開口角）が異なることによ
って異なる線幅のパターンが露光される状態を示す説明
図である。

【図３】（ａ）は図１のフィルタ１００を外した場合
にレチクル１３に入射する照明光の強度分布の具体例を
示す斜視図、（ｂ）は図１のフィルタ１００を配置した
場合にレチクル１３に入射する照明光の強度分布を示す
斜視図である。

【図４】図１のフィルタ１００をフライアイレンズ７
側に見た拡大図である。

【図５】図４中の副フィルタ要素３１ｃのパターンの
一例を示す拡大図である。

【図６】図４のフィルタを製造する際に使用される投
影露光装置の要部を示す斜視図である。

【図７】図４の副フィルタ要素３２のパターンの一
例、及び副フィルタ要素３２を製造する際に使用される
原版パターン３５を示す拡大図である。

【図８】図４の副フィルタ要素３２の変形例のパター
ンの一例、及びその変形例を製造する際に使用される原
版パターン３５Ａを示す拡大図である。

【図９】位置オフセットを与えて二重露光してフィル
タを製造する場合の、位置オフセット（ｙ／ａ）に対す
るフィルタの透過率Ｔ（ｙ）の変化の様子を、原版パタ
ーンの各透過率に対して示した図である。

【図１０】図９の透過率Ｔ（ｙ）の位置オフセットに
対する変化率を、原版パターンの透過率Ｔに対して示し
た図である。

【符号の説明】

７…フライアイレンズ、７ａ…レンズエレメント、１３
…レチクル、１４…投影光学系、１８…ウエハ、２１…
照明領域、３１…フィルタ要素、３１ａ〜３１ｅ，３
２，３２Ａ…副フィルタ要素、３３…背景領域、３４…
遮光ドット、３５，３５Ａ…原版パターン、３６…ドッ
トパターン領域、３７Ａ〜３７Ｅ，３７Ｆ…遮光ドッ
ト、３９…ドットパターン領域、４０Ａ〜４０Ｅ，４１
Ａ〜４１Ｆ…遮光ドット、４３Ｇ…レチクル、５１…レ
チクルステージ、５３…投影光学系、５４…ウエハステ
ージ、１００…フィルタ、１００ａ…ガラス基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の互いに異なる透過率を持つ領域を
組み合わせて配置することによって全体として所定の透
過率を持つようにした光学フィルタであって、基板上を交差する２方向に所定ピッチで複数の同一形状
のドットパターン領域に分割し、該複数のドットパターン領域から少なくとも一つの第１
のドットパターン領域を選択し、該選択された第１のドットパターン領域を前記２方向の
内の少なくとも一方向に区切ることによって部分ドット
パターン領域を設定し、該設定された部分ドットパターン領域に背景領域の第１
の透過率と異なる第２の透過率を持たせたことを特徴と
する光学フィルタ。
【請求項２】前記複数のドットパターン領域から前記
第１のドットパターン領域に接するように少なくとも一
つの第２のドットパターン領域を選択し、該選択された第２のドットパターン領域に全体として前
記第２の透過率を持たせたことを特徴とする請求項１記
載の光学フィルタ。
【請求項３】基板上に所定の大きさの領域内で全体と
して所定の透過率を持つパターンを形成するための露光
方法であって、同一形状で互いに異なる透過率を持つ複数種類のドット
パターンを少なくとも１次元方向に配置して原版パター
ンを作成し、該原版パターンの像を、露光位置に互いに異なるオフセ
ットを与えながら前記基板上に複数回重ねて露光するこ
とを特徴とする露光方法。
【請求項４】前記複数種類のドットパターンは、所定
方向の幅がａの矩形で、かつ互いに異なる透過率を持つ
２種類のドットパターンであり、前記原版パターンの像を前記基板上に露光した後、前記
原版パターンの像の露光位置に前記所定方向に０からａ
までの範囲内のオフセットを与えて２回目の露光を行う
ことを特徴とする請求項３記載の露光方法。