JP3174930B2 - マスク - Google Patents

マスク

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JP3174930B2
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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、これに使
用される投影露光装置およびマスクに係り、特に半導体
装置のリソグラフィー（Lithography ）工程中に使用さ
れる変形照明方法を用いた投影露光方法およびこれに使
用される投影露光装置およびマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】64M DRAM以上の集積度を有するＵＬＳＩ
を製造するためには 0.3μｍ解像度と適した焦点深度
（ＤＯＦ：Depth-of-focus）が必要であり、これにより
サブハーフミクロン（Sub-half micron ）パターンを形
成するために多くの新たな技術が開発されている。この
ような例として、光源の波長を減らしたエキシマレーザ
ー（Excimer laser ）を利用する方法、位相反転マスク
（Phase Shift Mask）を用いた露光方法および斜入射照
明（Tilted illumination ）方法のような変形照明方法
（Modified illumination method）等が挙げられる。
【０００３】光学投影露光の解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦ
は下記数１のレーリー式（Rayleigh's equation ）に表
したように投影光の波長（exposure wavelength:λ）に
比例しレンズの開口数（numerical aperture: ＮＡ）に
反比例することでよく知られている。
【０００４】
【数１】 この際、ｋ1 およびｋ2 は照明系のコヒーレンスファク
ター（coherence factor）（σ：照明系レンズの開口
数ＮＡc を投影光学系の開口数ＮＡo で分けた値）の工
程能力変数（process factors ）で約 0.5〜0.8 位であ
ると知られている。コヒーレンスファクターが０でない
場合、解像度が工程能力に大いに影響を受けるのでｋ1
およびｋ2 の値が正確に分からない。
【０００５】現在の露光方法で 0.3μm 以下のパターン
を形成しようとする場合に、加工されたウェハー表面の
大きい段差の高さおよび他のエラーを鑑みれば、 1.6μ
m 以上の焦点深度ＤＯＦが要求される。現在のステッパ
ーで、i-lineを使用して露光する場合にλは 0.365μm
であり、ｋ1 およびｋ2 は約0.65および 1.0なので、解
像度Ｒおよび焦点深度ＤＯＦは0.47μm および1.46μm
である。
【０００６】より高い解像度を得るためにはＮＡが大き
くなったり、λが短くなるべきである。ＮＡが0.54の従
来の KrFエキシマレーザー（λ＝ 0.248μm ）ステッパ
ーを用いる場合には、解像度Ｒは 0.3μm だが、ＤＯＦ
は0.85μm である。従って、解像度は改善されるが、Ｄ
ＯＦは減少するので、 KrFエキシマレーザーを使用して
も、現在の露光方法では 0.3μm 以下のパターンを形成
することは非常に困難である。
【０００７】また、位相反転マスクを使用する方法は位
相反転マスクの製作に多くの費用がかかり、その製造が
容易でない短所がある。最近では蠅の目レンズとコンデ
ンサレンズの間にフィルターを付着し構成された照明系
を使用する斜入射照明方法によりレジストを露光する方
法（以下、“変形照明方法”という）が提示された（参
照文献："New imaging technique for 64M DRAM" by N.
Shiraishi, S. Hirukawa, Y.Takeuchi, and N.Magome,
Proceedings of SPIE,vol 1674, Optical/laser microl
ithography p741, 1992 ）。
【０００８】図１および図２を参照して従来の変形照明
方法を説明する。図１は従来の投影露光装置における変
形照明系の構造を示し、図２は前記図１の照明系に装着
されたフィルターの模様を示す。従来の変形照明系は、
図１に示したように、光源１、伝達レンズ（図示せ
ず）、蠅の目レンズ（Fly's eye lens; ２）およびコン
デンサレンズ４から構成された既存の照明装置にフィル
ター３を付着し構成する。ここで、フィルターの模様は
図２(a) および(b) と同じ形態で構成されるが、(a) は
環状照明系（Annularillumination system ）、(b) は
四点照明系（quadruple illumination system）をそれ
ぞれ示す。このようなフィルターにより図１に示したよ
うに入射される光の垂直入射成分は遮断され光の傾斜し
た成分（斜入射成分）のみがマスク５上に達する。この
ような方法を斜入射照明方法という。
【０００９】前記の斜入射照明に対して図３および図４
を参照してより具体的に説明する。図３は従来の透明露
光方法を示す概略図であり、図４は前記斜入射照明方法
を利用した露光方法を示すための概略図である。一般
に、光源から照射された光は蠅の目レンズの出口表面で
フィルター３により一部遮断され、これはコンデンサレ
ンズを通じたマスクのフーリエ変換面（Fourier transf
orm plane ）と一致する。図３に示した従来の投影露光
方法によれば、フーリエ変換面上に照明された光の分布
は一つの円内に形成され０次回折光は光軸に沿い進行し
（垂直入射成分）、＋１次と−１次に回折された光は示
したように回折角θを有し進行し（斜め入射成分）ウェ
ハー上では０次、＋１次およびー１次に回折された光が
互いに干渉しながら、イメージを形成する。
【００１０】マスクパターンが微細であるほど回折角θ
は増加し、 sinθが開口数ＮＡより大きければ、＋１次
およびー１次に回折された光は投影レンズを透過せず、
０次に回折された光のみが通過しウェハーの表面に達
し、干渉は生じない。この際、最小の解像度Ｒは下記数
２の通りである。
【００１１】
【数２】 一方、前記斜入射照明では、フィルター３が光軸から離
心（eccentric ）されているので、フィルターを通過し
た光は特定の斜入射角を持ってマスクを照明する。斜入
射角αは下記式のように光軸とフィルターの透明部との
距離ｘおよびコンデンサレンズの焦点距離ｆと定義され
る。
【００１２】ｆ×sin(α) ＝ｘ 照光された光はマスクパターンにより回折される。０次
光は光軸に対して回折角θの角に回折され、＋１次およ
びー１次に回折された光の経路と光軸との角は次のよう
に定義される。 ＋１次光の角θ１：sin(θ1)＋sin(α) ＝λ／Ｐｒ −１次光の角θ２：sin(θ2)−sin(α) ＝λ／Ｐｒ （式の中、Ｐｒはマスク上のラインおよびスペースのピ
ッチである） より高次に回折された光は他の経路を経る。パターンの
ピッチが微細であり、sin(θ2)がマスク側の投影レンズ
の開口数より大きいので、−１次または高次に回折され
た光は投影レンズに入らない。従って、０次および＋１
次に回折された光のみがウェハー上で干渉し、イメージ
を形成する。マスクパターンが１：１の比を有するライ
ンおよびスペースの場合にイメージのコントラストは約
９０％である。
【００１３】この際、解像度Ｒは次式数３のように定義
される。
【００１４】
【数３】 ５倍投影拡大を予想し、sin(θ1)がＮＡ／２なら、ウェ
ハー上の限界解像度は、次式数４のようになり、
【００１５】
【数４】 通常の投影露光方法に比べ限界解像度は 1.5倍に増加す
る。前述した斜入射照明方法によりＤＯＦも向上され
る。前記従来の斜入射照明方法においては図２（ａ）お
よび（ｂ）のような場合、光の透過する部分の面積が光
の遮断される面積に比べ一層小さい。図２（ａ）の場合
には光の透過する比率は（σ0 2−σ1 2）／σ0 2となる
が、一般的にσ1 ＝（２／３）σ0 が一番適した値に知
られており、この場合透過比率は５／９となり露光時間
は約２倍となる。
【００１６】図２（ｂ）のような場合、透過率は４σ1 2
／σ0 2、σ1 ＝（１／４）σ0 位となり、透過率は１／
４となり露光時間は約４倍に延びて生産性が相当減少す
る。すなわち、従来の変形照明装置は既存の照明装置に
フィルターを付着し照明装置に伝達された光の一部を遮
断する形態なので、変形照明の際露光量が余り少なくて
露光時間が著しく長くなり、露光装置のエラーが発生し
均一性（Uniformity）が低下する問題がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
の問題点を解決するために、投影露光装置の効率を増大
させることができ、従来の投影露光装置を使用し 0.3μ
ｍ以下の微細なパターンが形成できる新たな露光方法を
提供することである。本発明の他の目的は前記投影露光
方法を実施するのに適した投影露光装置を提供すること
である。
【００１８】本発明のまた他の目的は前記投影露光装置
に装着されるマスクを提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明はマスクを利用した投影露光方法におい
て、光源から照射された光の垂直成分を取り除き斜入射
光（oblique incident light）を発生する段階と、前記
斜入射光をマスクに照射し被露光物を露光する段階とを
含むことを特徴とする投影露光方法を提供する。前記斜
入射光は奇数次（odd numbered order）、すなわち＋／
−１次回折された光である。
【００２０】本発明の第１実施例によれば、前記斜入射
光に転換させる段階は前記マスクの上部にグレーティン
グパターンを形成して遂行する。本発明の一例によれ
ば、前記グレーティングパターンはマスクに照射される
光線の全部の垂直入射成分を取り除くよう前記マスクの
上部全面に形成される。本発明の他の例によると、前記
グレーティングパターンはマスクに照射される光線の一
部の垂直入射成分を取り除くよう前記マスクの上部の一
部分に形成される。
【００２１】前記グレーティングパターンの周期はλ／
sin(0.2 ×sin -1( NAi ))〜λ／sin(0.8 ×sin -1( NA
i ))（λ；波長、NAi ；露光装置の入射側開口数）であ
ることが望ましい。本発明の他の例によれば、前記斜入
射光に転換させる段階は、透明な基板にグレーティング
パターンの形成されているグレーティングマスクを使用
して遂行する。前記グレーティングパターンは前記基板
の全面或いは一部分に形成される。
【００２２】本発明の前記目的は、マスクを利用した被
露光物を露光するための投影露光方法において、マスク
と光源の間に光の垂直成分を取り除き傾斜成分を有する
斜入射光を生成する段階と、前記斜入射光を前記マスク
を通じて前記被露光物に照射し露光することで構成され
た方法によって達成され得る。前述した本発明の他の目
的を達成するために、本発明は光源と、前記光源からの
光をマスクに照射する第１手段と、前記光源と前記マス
クの間に前記光の垂直入射成分を取り除き斜入射光を生
成する第２手段を含むことを特徴とする投影露光装置を
提供する。前記第１手段はコンデンサレンズを含み、前
記第２手段は前記コンデンサレンズと前記マスクの間に
具備されている。
【００２３】本発明の一例によれば、前記第１手段は一
定したパターンが規則的に形成され光の位相差により０
次回折された光が干渉され取り除かれるようにしたグレ
ーティングパターンの形成された位相反転無クロムマス
クである。本発明の他の例によれば、前記第１手段は前
記マスクの上部に一定した大きさで規則的に形成され光
の位相差により０次回折された光が干渉され取り除かれ
るように形成されたグレーティングパターンである。
【００２４】本発明のまた他の目的を達成するために、
本発明は、透明な基板と、前記基板に規則的に形成され
光の位相差により干渉され０次回折された光が干渉され
るようすることにより光の垂直入射成分を取り除き＋１
／−１次に回折された光の斜入射成分を強化させるグレ
ーティングパターンを含むことを特徴とするマスクを提
供する。
【００２５】本発明の一例によれば、前記パターンが碁
盤形で交代に位相差を有するよう形成される。本発明の
他の例によれば、前記マスクは前記基板の一側面にＸ軸
方向へ一定した間隔で規則的に配列され第１グレーティ
ングパターンを含む。望ましくは、前記マスクは前記基
板の他面に、前記第１グレーティングパターンと同一で
あり、前記Ｘ軸方向と垂直のＹ軸方向へ第２グレーティ
ングパターンが形成されている。
【００２６】本発明はまた、透明な第１基板と、前記透
明な基板上に形成され被露光物の露光領域を限定するた
めのパターンと、前記パターンの形成されていない第１
基板の一側面に付着され、一定のパターンが規則的に形
成され光の位相差により干渉され偶数次回折された光は
干渉され取り除かれ、奇数次回折された光は増強させる
グレーティングパターンの形成された第２基板で構成さ
れたことを特徴とするマスクを提供する。
【００２７】前記第１基板および第２基板マスクの間に
前記グレーティングマスクを前記マスクに接着支持する
ための接着支持帯が形成されている。前記第１基板およ
び第２基板は等しい大きさであることもあり、前記第２
基板は前記第１基板に比べ大きくなることもある。本発
明はまた、透明な基板と、前記基板の一面に露光領域を
限定するために形成されたパターンと、前記基板の他面
に形成され、一定したパターンが規則的に形成され光の
位相差により干渉され偶数次で回折された光の垂直成分
は取り除き、奇数次で回折された光の傾斜成分は強化す
るグレーティングパターンを含むことを特徴とするマス
クを提供する。前記グレーティングパターンは前記基板
の背面の部分をパタニングして形成でき、前記グレーテ
ィングパターンは前記基板を構成する物質とは異なる物
質から構成されることもできる。例えば、前記グレーテ
ィングパターンはペリクル（Pellicle）をパタニングし
て形成することが望ましい。
【００２８】
【作用】本発明の露光方法により露光工程を遂行すれ
ば、垂直成分の光は相互干渉により消え傾斜した成分の
みが残る。すなわち、０次に回折された光と２次に回折
された光は相殺され消え、１次、３次、…回折された光
は強化する。３次以上の高次回折光はほとんど存在しな
い。
【００２９】従って、大部分の透過光量は１次光となる
ので透過効率は従来の方式に比べ著しく高くなり、その
結果解像度が改善され、ＤＯＦも 2.2μｍまで確保され
る。
【００３０】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明を詳細に
説明する。図５は本発明の実施例による変形照明方法に
用いられる照明系の模式的構造を示す。前記図５に示し
た変形照明装置（投影露光装置）にはウェハー上へのパ
ターン伝写のためのパターン１７の形成された通常のク
ロムマスク１６の上にウェハー上に解像されない規則的
なパターン（以下、“グレーティングパターン”とい
う）の形成されているダミーマスクの無クロム位相反転
マスク（chromeless phaseshift mask ）１２（以下、
“グレーティングマスク”という）が設けられている。
グレーティングマスク１２は奇数次で回折された光を生
成する無クロム位相反転マスクである。このように設け
られたグレーティングマスク１２により入射される光１
１の垂直成分１３は相殺され消滅し、斜入射成分１４は
増加し通常のクロムマスク１６を通じてウェハー上に達
する。従って、従来の変形照明方法の場合のように光を
斜入射させるためにフィルターを付着せず前記のように
グレーティングマスクを利用することにより変形照明の
効果が上げられる。また、従来の変形照明方式ではフィ
ルターにより光の一部が遮断されることにより露光量が
減少するが、前記発明では光を遮断する部分が少なくグ
レーティングマスクにより斜入射成分を選択的に使用し
露光させるので光伝達効率が向上される。
【００３１】以上のような方法で前記グレーティングマ
スクを使用し本発明の変形照明方法によりレジストの露
光工程を遂行する場合に 0.3μｍ以下の解像度が得ら
れ、従来の斜入射方法を利用した変形照明方法に比べ露
光時間が著しく減る。図６Ａおよび図６Ｃは本発明の変
形照明方法と従来の照明方法および変形照明方法を比較
説明するために露光装置での光経路を示す概略図であ
る。図６Ａは通常の照明方法を示し、図６Ｂは従来の変
形照明方法を示し、図６Ｃは本発明の変形照明方法を示
す。同図で、符号２１は露光対象物の半導体ウェハー、
符号２３は投影レンズ、符号２５はパターンの形成され
ているマスク、符号２７はグレーティングマスク、符号
２９はコンデンサレンズ、符号３０は光源からの光を通
過させるフィルター、符号３１は変形照明方法に用いら
れる図２（ｂ）に示したフィルターをそれぞれ示す。図
５Ａおよび図５Ｂに示した照明方法は既に前述した通り
である。
【００３２】前述した本発明の露光装置は光源と前記マ
スクの間に前記光の垂直入射成分を取り除くためにグレ
ーティングマスク２７を具備する。前記グレーティング
マスク２７の使用により解像度が改善される原理を説明
すれば次のようである。一般に、空間周波変調形の位相
反転マスクの場合マスクのパターンに交代で位相差を形
成しマスク上のパターン周期を４Ｒに変え、可能な垂直
入射光を使用するために小さいσを使用する。この場合
０次に回折された光は隣接した二つのパターンにより相
殺され消え＋／−１次に回折された光が投影レンズを通
過しイメージを形成する。従って、解像度Ｒ＝λ／４Ｎ
Ａとなる。位相反転マスクを使用すれば、０次に回折さ
れた光が相殺され消える代わりに＋／−１次に回折され
た光が強くなり高いコントラストが維持できる。しかし
ながら、通常の位相反転マスクに斜入射光を使用すれ
ば、位相差が正確でなくて相殺干渉が生じない。従っ
て、コントラストが落ちる。
【００３３】前記本発明の変形照明方法では０次光が相
互干渉され取り除かれるよう、１次光は相互増強される
ようグレーティングマスク２７を製造する。このような
グレーティングマスクを使用し、形成されるパターンが
望む角度の斜入射量を得る。従来の変形照明方法のよう
な斜入射照明方法の場合のように、本発明の変形照明方
法での解像度はマスクに対する光の斜入射角度θ1 の関
数である。グレーティングマスクのグレーティングパタ
ーンの周期をＰg とすれば、光の斜入射角度と最大解像
度は次の通りである。
【００３４】θ1 ＝sin -1（λ／Ｐg ） Ｒ＝λ／２ＮＡ（１＋sin θ1 ／ＮＡ）＝λ／２ＮＡ
（１＋α） （式の中、α＝sin θ1 ／ＮＡ） 従来の変形照明方法において、αは０以上になれない。
しかしながら、本発明の照明方法ではαは固定しておら
ず、グレーティングの大きさを調整することにより、１
まで調整され得る。
【００３５】前記グレーティング周期は次のように決定
する。露光系で受け入れられる最大角度θ＝sin -1( NA
i ) であり（ここでNAi は入射側の開口数）、優秀な解
像度のためにこの角度の 0.2〜 0.8倍が必要である。従
って、パターンの周期は望ましくは、λ／sin(0.2 ×si
n -1( NAi ))〜λ／sin(0.8 ×sin -1( NAi ))（式の
中、λは波長を、NAi は露光装置の入射側開口数を表
す）である。
【００３６】また、最大の効果を上げるためには使用し
ようとするフォトレジストの感度と解像度により異なる
ので適正化が必要だが、一般的に 0.5倍位が最適だとす
れば必要なマスク上の周期Ｐは、 Ｐ＝λ／sin(0.5 ・sin -1( NAi ))＝λ／sin(β) （式
の中、β＝0.5 ・sin -1( NAi ))（式の中、λは波長
を、NAi は露光装置の入射側開口数を表す）となる。
【００３７】図７Ａおよび図７Ｂは本発明のグレーティ
ングマスクを通常のパターンの形成されたマスクに付着
した場合を示す断面図であり、図８Ａおよび図８Ｂは図
７Ａおよび図７Ｂのグレーティングマスクの付着されて
いる通常のマスク斜視図である。図７Ａ〜図８Ｂで、符
号４１は通常のマスク基板、符号４３はクロムで構成さ
れている露光領域を限定するためのパターン、符号４５
はグレーティングマスク基板、符号４７はグレーティン
グパターン、符号４９はグレーティングマスク接着支持
帯、符号５１はグレーティングマスクと通常のマスクを
接着させる両面接着テープを示す。
【００３８】前記グレーティングパターン４７の形成さ
れているグレーティングマスク４５は石英、ソーダライ
ムグラスまたはボロシリケートグラスを基板に使用し前
記基板にグレーティングパターン４７を形成させる。前
記グレーティングパターンは通常のマスクパターンの形
成方法により形成させる。前記グレーティングパターン
４７はフォトレジストを利用して形成させたり、ＳＯＧ
（Spin-on Glass ）を使用してパタニングしたり、石英
で構成されたマスク基板の裏面をパタニングして形成さ
せ得る。この際、前記パターンの厚さｔは用いられる波
長およびマスクまたはパターンを構成する材質により光
が１８０゜の位相差を持つよう形成する。通常の光経路
差Ｄは下記式により求める。
【００３９】Ｄ＝２πｔ（ｎ−１）／λ（式の中、ｎは
パターンの材質の屈折率を、λは使用される波長を表
す） 干渉を成すための光経路差はπなので、前記パターンの
厚さｔは次のように求められる。 ｔ＝λ／２（ｎ−１） 前記グレーティングパターンは前述した通り、一定の周
期を持つよう形成される。
【００４０】図７Ａはグレーティングマスク基板４５が
グレーティングパターン４７の形成された面と通常のマ
スク基板４１の背面と接するよう付着されていることを
示す。また、図７Ｂはグレーティングパターン４７の形
成されていない面と通常のマスク基板４１の背面と接す
るよう付着されていることを示す。このように、本発明
のグレーティングマスク４５は図７Ａおよび図７Ｂに示
した方法の中いずれの方法でも通常のマスクに付着でき
る。
【００４１】グレーティングマスク基板４５を通常のマ
スク基板４１に付着させる場合に、エポキシ接着剤を使
用したり、ボンド、シリコンコーキング、両面接着テー
プを使用して付着させ得る。また、前記グレーティング
マスク基板４５と通常のマスク基板４１を溶着させるこ
ともできる。他に、石英クランプを使用しクランピング
させることもできる。
【００４２】また、二マスクを接着させる時、掠りを防
止するために前記グレーティングマスク基板４５と通常
のマスク基板４１間の間隔を 1.0μｍ以上離して付着さ
せ得る。このような場合には、図６Ａに示したように接
着テープを厚く使用したり、ペリクルフレーム（Pellic
le flame）を用いて接着支持帯４９を作って使用する。
この際、前記グレーティングマスク基板４５と通常のマ
スク基板４１間の間隔は数十ｍｍまでも可能である。
【００４３】図９Ａおよび図９Ｂは本発明のグレーティ
ングマスクを通常のマスクに付着させた他の一例を示す
斜視図である。符号は５３を除いては図７Ａおよび図７
Ｂの場合と同一な意味を持つ。符号５３はペリクルフレ
ームを示す。ここで、前記グレーティングマスク基板４
５は図７Ａの場合のように、接着支持帯４９により前記
通常のマスク基板４１に付着されている。図７Ａの接着
支持帯として、図９Ａおよび図９Ｂではペリクルフレー
ムを用いた。図９Ａは前記ペリクルフレーム５３を前記
通常のマスク基板４１上に付着した後、前記ペリクルフ
レーム５３上に前記グレーティングマスク４５を付着し
たことを示し、図９Ｂのマスクは前記ペリクルフレーム
５３と同一の大きさで切った後、前記グレーティングマ
スク基板４５を前記ペリクルフレーム５３に装着させた
ことを除いては図９Ａに示したマスクと同一である。
【００４４】ペリクルフレーム５３で使用できるものは
新しいペリクルを使用する必要なく従来使用したものか
らフレームをはぎ取って使用することもできる。このよ
うにグレーティングマスク基板４５の支持帯としてペリ
クルフレーム５３を使用することにより、二マスク間の
掠りが防止でき、従来使用されたペリクルのフレームを
使用すれば廃品を活用することになり望ましい。
【００４５】図１０Ａおよび図１０Ｂは本発明のグレー
ティングマスクを通常のマスクに付着させたまた他の一
例を示す斜視図である。符号は図８Ｂの場合と同一の意
味を有する。図１０Ａに示したグレーティングマスク基
板４５は図９Ａに示したものとその厚さが薄いことを除
いては同一である。このように、グレーティングマスク
基板４５の厚さを薄くする方法では、グレーティングパ
ターン４７の形成の前に通常の基板をラッピング（lapp
ing ）およびポリシング（polishing ）を反復すること
により磨いた後、グレーティングパターン４７を形成し
たり、先ずマスク基板４５にグレーティングパターン４
７を形成した後に、グレーティングパターン４７の形成
された部分をビニールコーティングした後、その基板の
裏面をラッピングおよびポリシングにより磨く方法が挙
げられる。
【００４６】図１０Ｂは石英から構成されたグレーティ
ングマスク基板４５にグレーティングパターンを形成し
た後、前記グレーティングマスク基板４５を切断し前記
通常のマスク基板４１上に付着させたことを除いては図
１０Ａに示したマスクと同一である。図１１は本発明の
マスクのまた他の例を示す。図１１に示したマスクは通
常のクロムパターン４３の形成されているマスクの裏面
に前記グレーティングパターン４７を形成したものであ
る。前記グレーティングパターン４７はフォトレジスト
を使用する場合には通常の写真工程でも形成できる。ま
た、前記グレーティングパターン４７はＳＯＧのような
物質を使用したり基板自体を蝕刻して形成する場合には
写真蝕刻工程によりマスクエッチングを経るべきであ
る。このような場合に、マスクエッチング設備が必要と
なる。
【００４７】図１２は本発明のグレーティングマスクの
また他の一例を示す。図１２に示したグレーティングマ
スクはグレーティングマスク基板４５の縁にマスク整合
用の光の通過する溝５５が形成されていることを除いて
は図８Ｂに示しマスクと同一である。本発明の図８Ｂの
場合のように、グレーティングマスクと通常のマスクを
重ねて露光工程を遂行すれば、マスク整合用の光が前記
グレーティングマスク基板４５および通常のマスク基板
４１を通過すべきなので光量（intensity ）が落ちた
り、マスク界面から光が反射されるおそれがある。その
ような場合には光を感知できなくなるのでエラーが発生
する。従って、マスク整合用光の通過する部分に前記グ
レーティングマスクの縁を一部切り取り溝５５を形成す
る。このような溝は超音波切断器やダイシングマシン
（dicing machine）で形成し得る。
【００４８】図１３は図１２に示したマスクをより具体
的に説明するための詳細図である。図１３で、Ａは前記
図１２のグレーティングマスクの平面図であり、Ｂは前
記グレーティングマスクのＸ−Ｘ′線で切った断面図で
あり、Ｃは図１１の通常のマスクの平面図であり、Ｄは
前記通常のマスクのＹ−Ｙ′線の断面図であり、Ｅは前
記ＡのグレーティングマスクとＢの通常のマスクが前記
グレーティングパターン４７の形成されていない面が通
常マスクの背面と対向するよう付着された本発明のマス
クの一例の平面図であり、Ｆは前記Ｅに示したマスクの
Ｚ−Ｚ′線の断面図である。
【００４９】Ｃで、符号５７および５７′はマスク整合
用のマーク（alignment mark）を示す。同図で分かるよ
うに、整合用マークの形成されている部分に対応するグ
レーティングマスクの部分に溝５５が形成されている。
また、整合用マーク５７′に対応する部分は前記グレー
ティングパターンの形成された部分に存するので前記グ
レーティングマスクにはこれに対応する部分に開口部５
５′を形成する。
【００５０】図１４は本発明のグレーティングマスクの
また他の一例を示す。図１４に示したマスクは、図９Ｂ
に示した通り、前記グレーティングマスクを前記グレー
ティングパターン４７の形成された面を前記通常のマス
クの背面と対向するよう付着したことを除いては前記図
１３Ｅのマスクの場合と同一のマスクを示す。図１４
で、Ａは前記マスクの平面図であり、Ｂは前記ＡのＺ−
Ｚ′線の断面図である。
【００５１】図１５は本発明のグレーティングマスクの
また他の一例を示す。図１５に示したグレーティングマ
スクはグレーティングマスク基板４５が通常のマスク基
板４１より大きいことを除いては図７Ａに示したマスク
と同一である。このように大きく形成する場合には露光
装置内で手作業の際に取扱が容易である。図１６は本発
明のグレーティングマスクの付着されているマスクのま
た他の例を示す斜視図である。図１６で、符号４１は通
常のマスク基板、４３はクロムから構成されている露光
領域を限定するためのパターン、４５はグレーティング
マスク基板、４６ＡはＸ軸方向へ形成された第１グレー
ティングパターン、４６Ｂは前記Ｘ軸方向と垂直方向の
Ｙ軸方向へ前記グレーティングマスク基板の他の面に形
成された第２グレーティングパターンを示す。
【００５２】本実施例では同一のグレーティングマスク
基板４０の両側の面に前記第１および第２グレーティン
グパターン４６、５０を形成させたが、同一のグレーテ
ィングパターンを有する二つのグレーティングマスクを
グレーティングパターンが互いに垂直になるよう結合し
使用することもできる。ング工程を遂行し示した通りの
碁盤形のグレーティングパターン６３を形成し残以下、
本発明のマスク製造方法を下記実施例で具体的に説明す
る。
【００５３】（実施例１）図１７Ａおよび図１７Ｄは本
発明のマスク製造方法の一例を説明するための図面であ
る。図１７Ａはグレーティングパターンの形成段階を示
す。６”直径および０．１〜１ｍｍ厚さの石英ウェハー
６１上にフォトレジストを０．１〜１μｍ位の厚さで塗
布しフォトレジスト層を形成した後、ニコン社のＮＳＲ
−１５０５１７Ａ（商品名）を使用しパタニングしてグ
レーティングパターン形成するためのフォトレジストパ
ターンを形成した後、石英蝕刻工程及びクリーニング工
程を遂行し示した通りの碁盤形のグレーティングパター
ン６３を形成し残ったフォトレジストパターンをストリ
ップする。
【００５４】図１７Ｂはグレーティングマスクの切断段
階を示す。グレーティングパターン６３の形成された石
英ウェハー６１をダイシングマシンやダイヤモンド刀で
ペリクルフレームの大きさに合わせて切りグレーティン
グパターン６３の形成されたグレーティングマスク基板
６５を得た後、クリーニングする。図１７Ｃは前記で得
たグレーティングマスク基板６５をペリクルフレーム６
７に付着させる段階を示す。ペリクルフレーム６７は大
きさが98ｍｍ× 120ｍｍ×4 ｍｍなのを使用する。毀損
されたペリクルからペリクルフレーム６７を分離した
後、両面接着テープをペリクルフレーム６７の上の縁と
下の縁に張った後、清浄室内で前記ペリクルフレーム６
７に前記グレーティングマスク基板６５を付着させる。
【００５５】図１７Ｄは前記グレーティングマスク基板
６５と通常のクロムパターン７１の形成されているマス
ク基板６９を付着させる段階を示す。前記ペリクルフレ
ーム６７の一側にグレーティングマスク基板６５を付着
させた後、連続して清浄室内で、前記グレーティングマ
スク基板６５のグレーティングパターン６３の形成され
ていない面がマスク基板６９の背面に対向するよう通常
のマスク基板（大きさ：５″×５″×0.09″）を付着さ
せ本発明のマスクを得る。
【００５６】（実施例２）図１８は本発明の他の実施例
２を示す概略図である。この実施例２では、グレーティ
ングパターンの形成された前記実施例１で得たグレーテ
ィングマスク上にニトロセルローズのようなペリクル製
造用物質を２〜３μｍ位の厚さで塗布しグレーティング
パターン８５の印刻されたマスク膜８３を得た後、実施
例１の場合と同一にペリクルフレーム８７を使用し通常
のマスク基板８１に付着させる。
【００５７】（実施例３）実施例３では、通常のクロム
パターンの形成されている石英マスク基板の背面に、フ
ォトレジストを 0.1〜１μｍ位の厚さで塗布しフォトレ
ジスト層を形成した後、電子ビーム露光装置を使用しグ
レーティングパターンのイメージを伝写させる。次に現
像工程、石英蝕刻工程およびフォトレジストパターンの
ストリップ工程を経て、図１１に示したような、通常の
クロムパターンの形成されているマスクの裏面にグレー
ティングパターンの形成された本発明のマスクを得る。
【００５８】（実施例４）実施例４では、５″×５″×
0.09″の大きさの石英グレーティングマスク基板上に前
記実施例１または３に記載された通りグレーティングパ
ターンを形成しグレーティングマスクを得た後、前記実
施例１の場合のようにペリクルフレームを使用し同一の
大きさの通常のマスク基板に付着させ図９Ａに示した本
発明のマスクを得る。
【００５９】（実施例５）この実施例５では、実施例４
において得たグレーティングマスク基板をラッピングお
よびポリシングして0.09″の厚さを0.03″の厚さに磨く
工程が更に含まれたことを除いては、実施例４の場合と
同一の方法で本発明のマスクを得る。 （実施例６）図１９Ａ〜図２０Ｄは本発明のグレーティ
ングマスク製造方法の実施例６を説明するための図面で
ある。
【００６０】図１９Ａは第１フォトレジストパターンを
形成する段階を示すものであり、石英マスク基板４５上
にフォトレジストを塗布しフォトレジスト層（図示せ
ず）を形成した後、露出光４４でこれを前記マスク基板
４５の全面で露光（expose）させ、現像（develop ）し
Ｘ軸方向の第１グレーティングパターンを形成するため
の第１フォトレジストパターン４２を形成する。
【００６１】図１９ＢはＸ軸方向の第１グレーティング
パターンを形成する段階を示したものであり、前記第１
フォトレジストパターン４２をマスクにして前記マスク
基板４５を蝕刻することによりＸ軸方向へ配列される第
１グレーティングパターン４６Ａを形成する。図２０Ｃ
は第２フォトレジストパターンを形成する段階を示すも
のであり、前記図１９Ａで説明した方法により前記マス
ク基板４５の背面にフォトレジストを塗布した後、これ
を露光および現像しＹ軸方向の第２グレーティングパタ
ーンを形成するための第２フォトレジストパターン４８
を形成する。
【００６２】図２０ＤはＹ軸方向の第２グレーティング
パターンを形成する段階を示したものであり、前記第２
フォトレジストパターン４８をマスクにして前記マスク
基板４５を蝕刻することによりＹ軸方向へ配列される第
２グレーティングパターン４６Ｂを形成する。次に、前
記Ｘ軸およびＹ軸方向へ配列されるグレーティングパタ
ーン４６Ａ、４６Ｂの形成されたグレーティングマスク
基板４５をペリクルフレームを使用して通常のクロムパ
ターンの形成されているマスク基板の背面にこれを付着
させ図１６に示した本発明のマスクを得る。
【００６３】（パターン形成）ＮＡ 0.5、ｉ線（λ＝36
5nm ）の露光装置で、通常の解像度の限界は 0.5μｍ水
準である。この従来の露光装置で、従来の露光方法およ
び図６Ｃに示したような本発明のマスクの装着された露
光装置を使用し本発明の投影露光方法に従い、パターン
を形成した。
【００６４】ここで、グレーティングマスク上にはグレ
ーティングパターン周期ピッチを変化させながら、光の
経路差が１８０゜となるようグレーティングパターンを
形成した。すなわちグレーティングパターンの深さｄが
ｄ=0.365μm/2(n-1)となるよう、石英マスク基板をパタ
ニングした。本発明のマスクを使用して露光工程を遂行
すれば、図６Ｃに示したように、垂直成分の光は相互干
渉により消え傾斜した成分のみが残る。すなわち、０次
に回折された光と２次に回折された光は相殺され消え、
１次、３次、…のみが残る。しかしながら、実質的に３
次以上の高次光はほぼ存しない。
【００６５】従って、大部分の透過光量は１次光となる
ので透過効率は従来の方式に比べ著しく高くなりその結
果解像度は 0.4μｍ以下に改善され、ＤＯＦも 2.2μｍ
まで確保された。図２１は前記従来の露光方法と本発明
の露光方法により様々なパターンを露光する場合の焦点
深度を示すグラフである。同図で、符号＊は従来の露光
方法による場合を示し、符号●はグレーティングパター
ンの周期が５μｍの場合を示し、符号○はグレーティン
グパターンの周期が６μｍの場合を示し、符号■はグレ
ーティングパターンの周期が７μｍの場合を示す。同図
で、分かるように、ハーフミクロン以下のパターンを形
成する場合に焦点深度が著しく改善された。
【００６６】また、従来の露光方法により、0.45NA KrF
エキシマステッパーを使用しパターンを形成する場合、
0.28μｍ大きさのパターンが得られるが、本発明の方法
によれば、0.22μｍ大きさのパターンが得られ、約 2.0
μｍの焦点深度が成される。さらには、形成されるパタ
ーンの線形性も優れ露光工程の効率が増大される。図２
１は前記従来の露光方法と本発明の露光方法によりパタ
ーンを露光する場合に、デザインされたパターンの大き
さと実測パターンの大きさを示すグラフである。同図
で、符号□および●は本発明により得られた場合であ
り、符号＊は従来の方法により得られる場合である。同
図で分かるように、 0.4μｍ以下の大きさのパターンの
形成の際にパターンの線形性が著しく改善された。
【００６７】マスクのグレーティングは前述した通り、
一定した一方向になっている場合、解像度は平行したパ
ターンでのみ改善される。従って、最高の解像度を得る
ためにはマスクパターンによりグループを成すようグレ
ーティングを設置することにより垂直、水平、斜線等の
パターンを全て最適化させ得る。特に、高集積メモリ素
子の場合、パターンをグループ化するのは難しくないの
で本発明の方法を適用することが容易である。
【００６８】また、非常に高い解像度を必要としない場
合には本発明の実施例の場合のように碁盤形でグレーテ
ィングパターンを形成することにより解像度が向上で
き、この際は垂直、水平方向に同時に解像度が改善でき
る。また、グレーティングマスク基板の裏面および背面
にそれぞれＸ軸およびＹ軸方向へ互いに垂直配列される
ようグレーティングパターンが形成されることにより、
Ｘ軸およびＹ軸方向の両方向に同時に解像度が改善でき
る。
【００６９】前述した通り、本発明による照明方式は従
来のフィルターを設けた方式に比べ光伝達の際損失が全
然ないので、光伝達効率が 200％〜 400％以上増加する
と同時に従来の方式のような斜入射照明効果を得て生産
性が向上される。
【００７０】
【発明の効果】また、従来の方式はフィルターを設け光
を遮断することにより均一性の低下が発生するが、本発
明の投影露光方法および装置によると、フィルターを使
用しないことにより光の遮断がないので均一性の低下が
発生しない。また、本発明によれば、グレーティングマ
スクを追加設置したり既存マスクの裏面にパターンを形
成することだけで変形照明の優れた効果を上げることが
でき、位相反転マスクとパターンの伝写のためのマスク
の間の整列が要らないので安価で容易に高解像度を有す
るマスクが製作できる。そして、パターン別の最適化を
通じてより高い解像度の実現が可能である。
【００７１】本発明のマスクはグレーティングマスクと
通常のマスクの間に支持帯としてペリクルフレームを使
用しグレーティングマスクを通常のマスクに付着するこ
とにより掠りを防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の投影露光装置における変形照明系の模式
的構造を示す図である。
【図２】前記図１の照明系に装着されたフィルターの模
様を示す図である。
【図３】従来の透明露光方法を示す概略図である。
【図４】前記従来の変形照明方法を利用した露光方法を
示すための概略図である。
【図５】本発明の実施例による照明方法に用いられる照
明系の構造を示す図である。
【図６】６Ａ〜６Ｃは本発明の変形照明方法と従来の照
明方法および変形照明方法を比較説明するために露光装
置での光経路を示す概略図である。
【図７】７Ａおよび７Ｂは本発明のグレーティングマス
クを通常のパターンの形成されたマスクに付着した場合
を示す断面図である。
【図８】８Ａおよび８Ｂは図７Ａおよび図７Ｂのグレー
ティングマスクの付着されている通常のマスクの斜視図
である。
【図９】９Ａおよび９Ｂは本発明のグレーティングマス
クを通常のマスクに付着させた他の一例を示す図であ
る。
【図１０】１０Ａおよび１０Ｂは本発明のグレーティン
グマスクを通常のマスクに付着させたまた他の一例を示
す図である。
【図１１】本発明のマスクのまた他の一例を示す図であ
る。
【図１２】本発明のマスクのまた他の一例を示す図であ
る。
【図１３】図１２に示したマスクをより具体的に説明す
るための詳細図である。
【図１４】本発明のグレーティングマスクのまた他の一
例を示す図である。
【図１５】本発明のグレーティングマスクのまた他の一
例を示す図である。
【図１６】本発明のグレーティングマスクの付着されて
いるマスクのまた他の例を示す斜視図である。
【図１７】１７Ａ〜１７Ｄは本発明のマスク製造方法の
一例を説明するための図面である。
【図１８】本発明の他の実施例を示す概略図である。
【図１９】１９Ａおよび１９Ｂは本発明のマスク製造方
法のまた他の実施例を説明するための図面である。
【図２０】２０Ｃおよび２０Ｄは本発明のマスク製造方
法のまた他の実施例を説明するための図面である。
【図２１】従来の露光方法と本発明の露光方法により様
々なパターンを露光する場合の焦点深度を表すグラフで
ある。
【図２２】従来の露光方法と本発明の露光方法によりパ
ターンを露光する場合に、デザインされたパターンの大
きさと実測パターンの大きさを表すグラフである。
【符号の説明】
１１ 光 １２ グレーティングマスク（無クロム位相反転マス
ク） １６ クロムマスク １７ パターン ２７ グレーティングマスク ４１ マスク基板 ４３ パターン ４５ グレーティングマスク基板 ４７ グレーティングパターン ４９ グレーティングマスク接着支持帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 崔 成雲 大韓民国 京畿道 水原市 八達区 梅 灘洞 83−10番地 (72)発明者 韓 宇聲 大韓民国 京畿道 水原市 八達区 西 屯洞 310番地 東南アパート ７棟 101号 (72)発明者 孫 昌鎮 大韓民国 京畿道 光明市 下安洞 住 公８団地 818棟 306号 (56)参考文献 特開 平４−225357（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−180612（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透明な基板と、 前記基板の一面に露光領域を限定するために形成された
    パターンと、 前記基板の他面に形成され、一定したパターンが規則的
    に形成され光の位相差により干渉され偶数次で回折され
    た光の垂直成分は取り除き、奇数次で回折された光の傾
    斜成分は強化するグレーティングパターンとを備え、 前記グレーティングパターンは、前記基板の背面の部分
    がパタニングされて形成され、前記基板を構成する物質
    とは異なる物質から構成され、ペリクルをパタニングし
    て形成したことを特徴とするマスク。
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