JP3495517B2

JP3495517B2 - 斜入射照明用レチクル

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Publication number: JP3495517B2
Application number: JP22332096A
Authority: JP
Inventors: 明繁村上
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JPH1048807A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は斜入射照明用レチク
ルに関し，より詳細には，解像度，焦点深度等の特性を
向上させた斜入射照明用レチクルに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体のデザインルールが縮小化されて
サブハーフミクロンルールになると，従来用いられてき
たｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いた露光では限界に近づ
いている。一般に解像度Ｒと焦点深度ＤＯＦは以下のレ
イリーの式で記述される。

【０００３】Ｒ＝ｋ１（λ／ＮＡ）ＤＯＦ＝ｋ２（λ／ＮＡ²） λ：波長，ＮＡ：開口数，ｋ１，ｋ２：定数

【０００４】サブハーフミクロンルールに対応するに
は，上記レイリーの式より直感的に露光波長の短波長化
が効果的であることがわかる。光の短波長化にはＫｒＦ
レーザを用いることが考えられる。ところが，ＫｒＦレ
ーザに対応して用いられる化学増幅型レジストは，塩基
による酸の失活や下地依存の問題，定在波効果が大きい
ため反射防止膜が必須であることによるコストアップの
問題等がある。

【０００５】また，ＫｒＦレーザの投影露光装置では，
色収差を抑えるためのＫｒＦレーザの波長の狭帯化の信
頼性が不十分であることや，アライメントでＴＴＬが不
可能でｏｆｆａｘｉｓにならざるを得ないため，重ね
合わせ精度が良くない等の問題がある。したがって，Ｋ
ｒＦレーザの投影露光装置の実用化は遅れている。

【０００６】更に，ＮＡの拡大も考えられるが，現在で
も既にＮＡは０．６３前後になっており，これ以上のレ
ンズの大口径化は実用的でないといわれている。

【０００７】そこで，延命法として３光束結像を利用し
た通常照明と異なり，２光束結像を利用した露光法が開
発されている。２光束結像にはレベンソンタイプの位相
シフトマスクと斜入射照明とがある。レベンソンタイプ
の位相シフトマスクは，レチクル上に設けた位相シフタ
ーにより入射光の位相を１８０度反転させ，±１次光の
回折角を３光束結像よりも小さくして入射光を投影レン
ズに導くものである（この場合０次光は消失する）。こ
のレベンソンタイプの位相シフトマスクは，３光束結像
と比較して回折角を１／２にすることができるため，理
論的に限界解像度が半分となる。また，回折角が小さく
なるため，焦点深度の拡大が大きい。しかしながら，レ
ベンソンタイプの位相シフトマスクは位相シフター配置
に矛盾が生じ易いため，現在でもＣＡＤによる自動配置
が困難であり，ＣＡＤによる位相シフター配置の後に矛
盾部を手作業で修正する必要がある。また，無欠陥の位
相シフターを作成する技術又はその検査法が未だ確立さ
れていない等の問題があり，製造ラインでは使用されて
いないのが現状である。

【０００８】一方，斜入射照明とは，光源の中心部を遮
光することにより，斜め方向の光のみを用いてレチクル
を照明し，回折光のうち±１次光の一方を投影レンズの
瞳面の外へ出すことにより，０次光と±１次光の一方で
結像させる方法である。０次光と±１次光の一方を用い
るため，３光束結像において±１次光が投影レンズから
はみ出していた微細なラインアンドスペースパターンに
ついても，０次光と±１次光の一方のなす角を投影レン
ズに取り込むことが可能であればウエハ上に結像するこ
とができる。そのため，限界解像度が向上する。また，
ウエハへ入射する角度は３光束結像より小さいため，焦
点深度も拡大する。更に，斜入射照明は特別なレチクル
が不要であるため，現有の縮小投影露光装置に光源の中
心部を遮光するアパーチャを設けるのみで容易に実現す
ることができる。既にサブハーフミクロンルールのデバ
イスの一部で，この斜入射照明の実用化が始められてい
る。

【０００９】斜入射照明には，特開昭６１−９１６６２
号公報に開示された照明を輪帯状にする輪帯照明と，特
開平４−１８０６１２号公報に開示された照明を４分割
状とする４つ目照明とがある。これらは，フライアイレ
ンズの前後の一方に輪帯照明や４つ目照明用のアパーチ
ャを挿入し，光源の中心部を遮光することによって実現
することができる。

【００１０】斜入射用照明において，照明光のレチクル
への入射角θは，ラインアンドスペースパターンの隣接
するスペース間での光路差が照明光の半波長になるよう
に設定されている。レチクルは，通常最小のラインアン
ドスペースパターンからなり，回折格子とみなすことが
できるため，上記の条件の場合，結像面上では隣接する
スペース間で照明光が逆位相となり，その結果，ライン
部にしみ出した光が互いに打ち消し合い，ライン部の光
強度が減少しコントラストが向上する。一方，パターン
の一番外側にあるラインについてはパターンの外側が回
折格子となっていないため，ライン部にしみ出した光を
打ち消すことができず，パターンの外側のみコントラス
トが低下し，解像度，焦点深度が劣化することが報告さ
れている。

【００１１】一番外側のラインにしみ出した光を打ち消
す方法としては，特開平６−２７５４９２号公報『半導
体装置の製造方法』及び特開平６−２４２５９４号公報
『変形照明露光装置用マスク』に開示されているよう
に，ラインアンドスペースパターンの外側にダミーライ
ンを設けることが考えられる。

【００１２】特開平６−２７５４９２号公報に開示され
た半導体装置の製造方法は，ラインアンドスペースパタ
ーンの外側に，ラインアンドスペースパターンと同じピ
ッチで，かつラインと同じ線幅のダミーラインを設けた
レチクルを用いて斜入射照明により露光した後，ダミー
パターンの領域が開口されたレチクルを用い，ダミーパ
ターンの領域に対して２度目の露光を行い，ダミーパタ
ーンをなくすというものである。

【００１３】また，特開平６−２４２５９４号公報に開
示された変形照明露光装置用マスクは，図５に示すよう
に，最小パターンピッチＰに最適化された変形照明露光
装置用マスクにおけるラインアンドスペースパターンの
両側に所定の距離を保ってダミーライン５０ａ，５０ｂ
を配置し，前記所定の距離を最小線幅Ｐ／２より狭く設
定してダミーライン５０ａ，５０ｂが単独で解像されな
いようにしたものである。その結果，ラインアンドスペ
ースパターンから暗部に染み出した光をダミーラインか
ら暗部に染み出した光によって打ち消し，コントラスト
を強調して解像度を向上することができるというもので
ある。

【００１４】一方，ダミーパターンを設けないでライン
アンドスペースの外側のラインの焦点深度を向上させる
方法としては，特開平６−２７３９１４号公報『露光用
原図基板』がある。この露光用原図基板は，図６に示す
ように，一番外側のライン６０ａ，６０ｂの線幅を太く
することにより，ラインアンドスペースパターン端部の
パターンの解像度劣化，レジストの厚さの減少，線幅の
減少を抑え，焦点深度をラインアンドスペースパターン
のその他の部分と同様又はそれより大きくすることがで
き，実際的な高解像化と大焦点深度を得るというもので
ある。

【００１５】また，位相シフトマスクと併用する方法と
しては，図７に示すように，斜入射照明とシフター遮光
型位相シフトマスクを合わせて用いるもの（加門等１
９９２年第５回国際マイクロプロセスコンファレンス
Ａ−４−４Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙｓｙ
ｓｔｅｍｕｓｉｎｇｐｈａｓｅｓｈｉｆｔｍａ
ｓｋａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄｉｌｌｕｍｉｎａｔ
ｉｏｎ）や図８に示すように，斜入射照明とハーフトー
ンマスクとを組み合わせたもの（小野寺，桑原等１９
９４年第５５回応用物理学会学術講演会２０ｐ−ＺＰ
−１，２）がある。これらは，各ラインのコントラスト
を向上させることによって全体の解像度，焦点深度を向
上させるというものである。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，特開平
６−２７５４９２号公報に開示された半導体装置の製造
法では，ラインアンドスペースパターンの外側にダミー
パターンを設けるための空白領域が１ピッチ分必要とな
り，複数のラインアンドスペースを同じレチクルに配置
させるには，ラインアンドスペースの間隔を３／２ピッ
チ以上離す必要があり，ダミーラインを設けない場合よ
りもラインアンドスペースパターンの集積度が悪くなる
という問題がある。

【００１７】更に，パターン設計において，複数のライ
ンアンドスペースを同じレチクルに配置する場合，基本
となるラインアンドスペースパターンにダミーラインを
配置するだけではダミーラインを配置するための空白領
域を作れない場合が発生し，そのような矛盾にはダミー
ラインを採用できず，十分な効果を発揮できない。逆
に，全てのラインアンドスペースパターンにダミーライ
ンを設置するためには，基本となるラインアンドスペー
スパターンを無視して始めからパターンレイアウトを行
う必要があり，パターン設計が煩雑化及び長期化すると
いう欠点がある。

【００１８】次に，特開平６−２４２５９４号公報に開
示された変形照明用露光装置用マスクでは，ラインアン
ドスペースパターンの最小ピッチをＰ，ダミーライン５
０ａ，５０ｂの幅をｓｗ１とすると，ラインアンドスペ
ースパターンとダミーライン５０ａ，５０ｂの距離ｓ１
は，Ｐ／２≦ｓ１≦（Ｐ−ｓｗ１）となっている（図
５）。この条件でラインアンドスペースパターンにダミ
ーライン５０ａ，５０ｂ（ダミーラインの幅をαＰとす
る）を設けた場合，レチクル上のパターンはラインアン
ドスペースパターンのみの場合よりも片側で（１／２＋
α）Ｐ分大きくなる。よって，隣接したラインアンドス
ペースパターンを考えると，その間隔ｄ３は，（１＋
α）Ｐ≦ｄ３＜（１．５＋２α）Ｐの距離を必要とし，
この領域には別のパターンを設けることができない。一
方，ダミーラインを設けない場合では，ｄ３がＰ／２以
上であれば任意に別のラインアンドスペースパターンを
設定することができる（Ｐ／２の場合は一つのラインア
ンドスペースパターンとみなすことができる）。よっ
て，同一のレチクルに複数のラインアンドスペースパタ
ーンを配置する場合は，ラインアンドスペース間の距離
ｄ３を（１＋α）Ｐ≦ｄ３＜（１．５＋２α）Ｐとする
必要があり，特開平６−２７５４９２号公報に開示され
たものよりも集積化は可能であるが，ダミーラインを設
けない場合よりもラインアンドスペースパターンの集積
度が悪くなる。更に，特開平６−２７５４９２号公報に
開示されたものと同様に，パターン設計の煩雑化及び長
期化の問題は避けられない。

【００１９】また，特開平６−２７３９１４号公報に開
示された露光用原図基板では，一番外側のライン６０
ａ，６０ｂの幅が大きくなるため，ゲート電極等の線幅
の許容値が小さいレイヤーには使うことができず，一般
的な方法とはなり得ない。また，複数のラインアンドス
ペースを同じレチクルに配置させる場合，特開平６−２
７５４９２号公報及び特開平６−２４２５９４号公報の
ものよりも高集積化は可能であるが，外側のライン６０
ａ，６０ｂの太りの分，ダミーラインを設けない場合よ
りもラインアンドスペースパターンの集積度が悪くな
る。加えて，特開平６−２７５４９２号公報及び特開平
２４２５９４号公報のものと同様に，パターン設計の煩
雑化及び長期化の問題がある。

【００２０】更に，位相シフトマスクと併用するもので
は，各ラインのコントラストを一様に改善する方法であ
るため，一般的にパターンの一番外側にあるラインにし
み出した光を打ち消すことができず，解像度，焦点深度
が劣化するという問題がある。図７に示す斜入射照明と
シフター遮光型位相シフトマスクを合わせて用いる場合
は，各ライン１０の両側に位相シフター１２を配置する
ため，マスク設計のデータ量が３倍以上になって実用的
ではなく，更に位相シフター１２の面積が比較的広いた
め無欠陥のレチクルを得ることが困難である。一方，図
８に示す斜入射照明とハーフトーンマスクの併用の場
合，マスク設計のためのデータ量は増加しないが，レチ
クルのライン８０においても光を５〜８％透過させるた
めには，ライン上に不要なパターンを解像させる可能性
があり，露光量許容度を大きくとることが困難である。
また，ライン８０を全て位相シフターとする必要があ
り，無欠陥の位相シフターを作製する技術とその検査法
が確立されていない等の問題のため，レチクルを安価に
製造することができない。

【００２１】本発明は上記に鑑みてなされたものであっ
て，ラインアンドスペースパターンの外側にのみ位相シ
フターを設けて一番外側のラインのコントラストを向上
させることにより，斜入射照明で得られる解像度，焦点
深度を低下させないようにすることを第１の目的とす
る。

【００２２】また，同一のレチクルに複数のラインアン
ドスペースパターンを配置する場合，ダミーラインを設
けないレチクルと同程度にラインアンドスペースパター
ンの集積度を上げることを第２の目的とする。

【００２３】また，マスク設計のデータ量の増加を小さ
くし，かつ位相シフターの面積を比較的小さくすること
により，無欠陥のレチクルを得ることを容易にすると共
に，レチクルの製造コストの低下を図ることを第３の目
的とする。

【００２４】更に，基本となるラインアンドスペースパ
ターンを単に修正するのみで優れたレチクルを得ること
を可能にすることを第４の目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め，本発明の請求項１に係る斜入射照明用レチクルは，
縮小投影露光装置に装着され，斜め方向の光のみを用い
てレチクルを照明し，回折光のうち±１次光の一方を投
影レンズの瞳面の外へ出すことにより，０次光と±１次
光の一方で結像させる斜入射照明法を利用するための斜
入射照明用レチクルにおいて，一方向に長い形状で繰り
返されるライン幅Ｌのラインとスペース幅Ｓのスペース
とからなるラインアンドスペースパターンと，一番外側
の前記ラインと接するように前記ラインアンドスペース
パターンの外側の位置にのみ配置され，前記縮小投影露
光装置の露光光の位相を反転する位相シフターと，を備
え，前記一番外側のラインのライン幅をＬＥ，前記位相
シフターの幅をＰＳＬとした場合，前記ラインの幅，一
番外側のラインの幅及び位相シフターの幅が，ＬＥはＬ
よりも僅かに小さく，かつＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌであるもの
である。

【００２６】また，本発明の請求項２に係る斜入射照
明用レチクルは，縮小投影露光装置に装着され，斜め方
向の光のみを用いてレチクルを照明し，回折光のうち±
１次光の一方を投影レンズの瞳面の外へ出すことによ
り，０次光と±１次光の一方で結像させる斜入射照明法
を利用するための斜入射照明用レチクルにおいて，一方
向に長い形状で繰り返されるライン幅Ｌのラインとスペ
ース幅Ｓのスペースとからなるラインアンドスペースパ
ターンと，一番外側の前記ラインと接するように前記ラ
インアンドスペースパターンの外側の位置にのみ配置さ
れ，前記縮小投影露光装置の露光光の位相を反転する位
相シフターと，を備え，前記一番外側のラインのライン
幅をＬＥ，前記位相シフターの幅をＰＳＬとした場合，
前記ラインの幅，一番外側のラインの幅及び位相シフタ
ーの幅が，ＬＥはＬよりも僅かに小さく，かつＬＥ＋Ｐ
ＳＬ＝Ｌであるものである。

【００２７】また，本発明の請求項３に係る斜入射照明
用レチクルは，請求項１又は２記載の斜入射照明用レチ
クルにおいて，前記縮小投影露光装置の投影倍率を１／
ｎ倍，位相シフターの幅をＰＳＬとした場合，前記位相
シフターの幅が，ＰＳＬ≦０．１０×ｎμｍであるもの
である。

【００２８】また，本発明の請求項４に係る斜入射照明
用レチクルは，請求項１から３のいずれかに記載の斜入
射照明用レチクルにおいて，前記位相シフターの長さ
が，前記一番外側のラインの長さと同一であるものであ
る。

【００２９】

【００３０】

【発明の実施の形態】以下，本発明に係る斜入射照明用
レチクルの実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

【００３１】図１は，本発明の実施の形態に係る斜入射
照明用レチクルの構成を示す構成図である。図１に示す
斜入射照明用レチクルは，縮小投影露光装置（図示せ
ず）に装着され斜入射照明で照明されるものであって，
一方向に長い形状で繰り返されるライン幅Ｌのライン１
０とスペース幅Ｓのスペース１１とからなるラインアン
ドスペースパターンと，一番外側のライン１０ａ，１０
ｂと接するようにラインアンドスペースパターンの外側
の位置にそれぞれ配置され，縮小投影露光装置の露光光
の位相を反転する位相シフター１２ａ，１２ｂとを備え
るものである。この斜入射照明用レチクルは，一番外側
のライン１０ａ，１０ｂのライン幅をＬＥ，位相シフタ
ー１２ａ，１２ｂの幅をＰＳＬとした場合，ＬＥはＬよ
り僅かに小さく，かつＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌとなるように構
成されている。

【００３２】上記構成においては，一番外側のライン１
０ａ，１０ｂとそれぞれ接する位相シフター１２ａ，１
２ｂにより，透過光の位相が反転されて光強度が小さく
なるため，一番外側のライン１０ａ，１０ｂのコントラ
ストが向上する。一方，一番外側のライン１０ａ，１０
ｂのライン幅ＬＥがＬよりも僅かに小さいだけであるた
め，ラインアンドスペースパターンの周期性が保たれ，
斜入射照明の効果が十分発揮される。したがって，解像
度及び焦点深度が向上し，斜入射照明で得られる解像度
及び焦点深度が劣化することがない。

【００３３】また，図１に示す構成によれば，一番外側
のライン１０ａ，１０ｂに位相シフター１２ａ，１２ｂ
を設置した場合であっても，一番外側のライン１０ａ，
１０ｂのライン幅ＬＥと位相シフター１２ａ，１２ｂの
幅ＰＳＬとの和が他のライン１０のライン幅Ｌ以下であ
るため，ライン幅Ｌのラインとスペース幅Ｓのスペース
のみからなるラインアンドスペースパターンと比較して
もパターン面積の増加がない。よって，１つのレチクル
に複数のラインアンドスペースパターンを配置する場合
であっても，従来のレチクルよりもパターンの高集積化
が可能となる。

【００３４】更に，位相シフター１２ａ，１２ｂを設置
する位置がラインアンドスペースパターンの両側のみで
あるため，マスク設計のデータ量の増加を抑えることが
できる。加えて，位相シフター１２ａ，１２ｂの面積が
比較的小さいため，無欠陥のレチクルを得ることが容易
となり，レチクルの製造コストを下げることができる。

【００３５】特に，ＬＥ＋ＰＳＬ＝Ｌとし，複数のライ
ンアンドスペースパターンを同一のレチクルに配置する
場合は，従来のレチクルよりもパターンの高集積化が可
能となると共に，パターン設計においては，基本となる
ラインアンドスペースパターンの一番外側のラインのみ
を修正，即ちライン幅を狭くして位相シフターを設ける
だけで良く，パターン設計が非常に容易となる。

【００３６】以下に，複数の異なるレチクルをシミュレ
ーションした結果に基づき，図１に示す斜入射照明用レ
チクルの効果を更に詳細に説明する。

【００３７】図２はシミュレーションに用いた０．３５
μｍラインアンドスペースパターンをそれぞれ示し，
（ａ）は位相シフターを設けず，ＬＥ＝Ｌ，ＰＳＬ＝０
μｍとした場合の０．３５μｍラインアンドスペースパ
ターンであり，（ｂ）はＬＥ＝Ｌ，ＰＳＬ＝０．０５μ
ｍとした場合の０．３５μｍラインアンドスペースパタ
ーンであり，（ｃ）は図１に示すラインアンドスペース
パターンと同様の構成のものであり，ＬＥ＋ＰＳＬ≦
Ｌ，ＰＳＬ＝０．０５μｍの場合の０．３５μｍライン
アンドスペースパターンである。

【００３８】図３は，ＮＡ＝０．５７のｉ線投影露光装
置を用い，図２に示すラインアンドスペースパターンを
デフォーカス０．８μｍでシミュレーションした結果を
示している。なお，投影倍率は１／１とした。

【００３９】図２（ａ）に示すラインアンドスペースパ
ターンの場合，図３に示すように，一番外側のライン１
０の光強度が他のラインよりも大きくなっており，コン
トラストが低下していることがわかる。

【００４０】一方，位相シフター１２を設けた図２
（ｂ）及び（ｃ）に示すラインアンドスペースパターン
の場合，図２（ａ）に示すものに比べて一番外側のライ
ンの光強度が小さくなり，コントラストが増加している
ことがわかる。ところが，図２（ｂ）に示すラインアン
ドスペースパターンの場合では，位相シフター１２によ
り位相が反転するところが一番外側のスペース１１から
ＬＥ＋ＰＳＬのところ，即ちＬＥ＋ＰＳＬ＞Ｌであるた
めＬよりも外側にある。その結果，一番外側のライン１
０の光プロファイルが図２（ａ）のものと比較して著し
く広がり，線幅が著しく大きくなる。

【００４１】図２（ｃ）に示すラインアンドスペースパ
ターンの場合では，ＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌであるため，位相
シフター１２ａ，１２ｂにより位相が反転するところが
一番外側のスペース１１からＬないしＬの内側にある。
したがって，一番外側のライン１０ａ，１０ｂのライン
の光プロファイルを図２（ａ）とほぼ同様にすることが
できる。その結果，一番外側のライン１０ａ，１０ｂの
ライン幅を図２（ａ）の場合と同等に仕上げることがで
きる。

【００４２】よって，位相シフター１２を設ける場合，
一番外側のラインのライン幅の著しい増加を防ぐため，
位相の反転するところを一番外側のスペースからＬない
しＬの内側しなければならないということが明らかにな
る。つまり，各ラインの幅Ｌ，一番外側のラインの幅Ｌ
Ｅ及び位相シフターの幅ＰＳＬの関係をＬＥ＋ＰＳＬ≦
Ｌとすることが必要である。

【００４３】また，縮小投影露光装置の投影倍率を１／
ｎ倍とした場合，パターン設計は一般的に０．０５×ｎ
μｍ単位で行われる。２枚のレチクル間の重ね合わせ誤
差としては０．０５×ｎμｍを考慮すれば良い。図１に
示すレチクルは，ラインアンドスペースパターンと位相
シフターとを重ね合わせる必要があるため，レチクルを
製造する上での歩留まりやコスト及び電子線描画での最
小単位と重ね合わせ誤差を考慮し，ＰＳＬ≦０．１０×
ｎμｍとすることが望ましい。

【００４４】次に位相シフターの長さについて説明す
る。図４は，位相シフターの長さを説明するための説明
図であり，（ａ）はラインアンドスペースパターンの一
番外側のライン１０ａ，１０ｂの全長にわたって位相シ
フター１２ａ，１２ｂが設けられた場合を示し，（ｂ）
は一番外側のライン１０ａ，１０ｂの一部に位相シフタ
ー１２ａ，１２ｂが設けられた場合を示している。

【００４５】図４（ａ）に示すものの場合は，ラインア
ンドスペースパターンの一番外側のライン１０ａ，１０
ｂの全長にわたって位相シフター１２ａ，１２ｂが設け
られているため，一番外側のライン１０ａ，１０ｂは全
長にわたってコントラストが向上することになる。一
方，図４（ｂ）に示すものの場合は，一番外側のライン
１０ａ，１０ｂに位相シフター１２ａ，１２ｂが設けら
れていない部分があるため，その部分のみコントラスト
が向上しない。

【００４６】よって，ラインアンドスペースパターンの
一番外側のライン１０ａ，１０ｂの全長にわたってコン
トラストを向上させるためには，位相シフター１２ａ，
１２ｂの長さをラインアンドスペースパターンと等しく
する必要がある。

【００４７】また，図１に示すレチクルを用いて輪帯照
明や四つ目照明等の斜入射照明を行った場合，投影像の
解像度や焦点深度が向上する。そのため基板上の膜に塗
布されたレジストに投影像を結像して現像液により現像
した場合，より微細なレジストパターンを形成すること
が可能となる。よって，そのレジストパターンをエッチ
ングマスクとして使用して基板上の膜をエッチングし，
被エッチング膜からなる配線を作製する場合，位相シフ
ターを設けていないレチクル上のパターンから作られる
配線よりも微細な配線を得ることが可能となる。例え
ば，図１に示すレチクルを半導体装置のゲート電極やメ
タル配線の露光工程に利用した場合，ゲート電極やメタ
ル配線の微細化が可能となり半導体装置の高速化，低消
費電力化及び集積化が期待できる。

【００４８】なお，以上の説明は，四つ目照明を中心に
しているが，斜入射照明であれば同様な効果を期待でき
るため，輪帯照明や十字形の照明ないし一文字形の照明
であっても何ら支障はない。

【００４９】次に，（実施例１）〜（実施例３）に基づ
いて，本実施の形態に係る斜入射照明用レチクルを更に
詳細に説明する。

【００５０】（実施例１）５００９（５インチ角，厚さ
０．９ｍｍ）の石英からなる５倍レチクル上に，ライン
幅Ｌ＝１．７５μｍ，スペース幅Ｓ＝１．７５μｍの５
本組のラインアンドスペースパターンを作製した。そし
て，一番外側のラインのライン幅ＬＥを１．２５μｍと
し，一番外側のラインに接するように位相シフターを設
けた。位相シフターの幅ＰＳＬは０〜１．００μｍとし
た。

【００５１】投影倍率が１／５倍であるｉ線（波長３６
５ｎｍ）のＮＡ＝０．５７の縮小投影露光装置に上記レ
チクルを装着し，四つ目照明を行った。基板として，ｉ
線レジストを１．０５μｍ塗布したシリコン基板を用
い，焦点位置を変化させながら露光し，１１０℃，６０
秒のＰＥＢ後，ＴＭＡＨ２．３８％溶液で１分間現像
し，ＳＥＭによる断面観察より５本組のラインの外側と
内側の焦点深度を測定した。なお，ラインアンドスペー
スパターン解像は，レジスト寸法が設計寸法の±１０％
以内で，かつレジストの膜減りが無いことを条件とし
た。測定結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】位相シフターの幅ＰＳＬが０．７５μｍ以
上では，外側のラインは２μｍ程度の焦点範囲で解像し
ているが，レジスト寸法が設計寸法の＋１０％を超える
ため焦点深度の向上が得られなかった。一方，位相シフ
ターの幅ＰＳＬが０．２５〜０．５０μｍの場合，５本
組のラインアンドスペースパターンの外側のラインのレ
ジスト寸法が設計寸法の±１０％に入るようになるた
め，外側のラインの焦点深度が向上した。

【００５４】また，位相シフターの幅ＰＳＬ＝０．２５
μｍでは，隣接したラインアンドスペースパターン間隔
を位相シフターの無い場合（ライン幅Ｌ＝１．７５μ
ｍ，スペース幅Ｓ＝１．７５μｍの５本組のラインアン
ドスペースパターン）より小さくできた。その結果，パ
ターン全体の面積は位相シフターの無い場合よりも小さ
くできた。

【００５５】更に，ＰＳＬ＝０．５０μｍにおいても，
隣接したラインアンドスペースパターン間隔を位相シフ
ターの無い場合と等しくすることができた。その結果，
パターン全体の面積を位相シフターの無い場合と等しく
することができた。

【００５６】（実施例２）５００９（５インチ角厚さ
０．９ｍｍ）の石英からなる５倍レチクル上に，ライン
幅Ｌ＝１．７５μｍ，スペース幅Ｓ＝１．７５μｍの５
本組のラインアンドスペースパターンを作製した。そし
て，一番外側のラインのライン幅ＬＥを１．２５μｍと
し，一番外側のラインと接して位相シフターを設けた。
位相シフターの幅ＰＳＬは０．２５μｍとし，レチクル
Ａには一番外側のラインの全長にわたり位相シフターを
設け，レチクルＢには一番外側のラインの一部に位相シ
フターを設けない領域（長さ１．００μｍ）を作った。

【００５７】投影倍率が１／５倍であるｉ線（波長３６
５ｎｍ）のＮＡ＝０．５７の縮小投影露光装置に上記レ
チクルを装着し，四つ目照明を行った。基板として，ｉ
線レジストを１．０５μｍ塗布したシリコン基板を用
い，焦点位置を変化させながら露光し，１１０℃，６０
秒のＰＥＢ後，ＴＭＡＨ２．３８％溶液で１分間現像
し，ＳＥＭによる断面観察より５本組のラインの外側と
内側の焦点深度を測定した。なお，ラインアンドスペー
スパターン解像はレジスト寸法が設計寸法の±１０％以
内でかつレジストの膜減りが無いことを条件とした。測
定結果を表２に示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】レチクルＡでは，外側のラインの全長に渡
って焦点深度が向上していた。一方，レチクルＢでは，
位相シフターの無い領域において外側のラインの焦点深
度がレチクルＡよりも若干低下し，焦点深度の向上が小
さかった。しかしながら，位相シフターを設けなかった
レチクルに比べ，外側のラインの焦点深度は大きかっ
た。

【００６０】（実施例３）ゲート長０．３５μｍのゲー
トアレイの第１層目のメタル配線（層構成：ＴｉＮ／Ｔ
ｉ／ＡｌＳｉＣｕ／Ｔｉ）の露光において，３種のレチ
クルを使用し，投影倍率１／５の縮小投影露光装置（ｉ
線，ＮＡ＝０．５４）にて輪帯比１／２の輪帯照明を行
った。メタル上にはｉ線レジストを１．８μｍ塗布し，
露光後１１０℃，６０秒のＰＥＢを行い，ＴＭＡＨ２．
３８％溶液で１分間現像し，その後１２０℃，６０秒の
ポストベークを行った。レチクル上のパターンはライン
幅Ｌ＝２．００μｍとスペース幅Ｓ＝２．００μｍのラ
インアンドスペースパターンで，一番外側のラインのラ
イン幅ＬＥを２．００μｍとし位相シフターを設けない
レチクルＡと，ＬＥ＝１．７５μｍとしＰＳＬ＝０．２
５μｍの位相シフターを設けたレチクルＢと，ＬＥ＝
１．５０μｍとしＰＳＬ＝０．２５μｍの位相シフター
を設けたレチクルＣを用いた。また，ラインアンドスペ
ースパターンは，以下の表３に示すラインアンドスペー
スパターン間隔ＰＬを持って複数個形成されている。

【００６１】レジストパターンを形成後，２００℃に加
熱しながらＵＶ光を照射してレジストを熱硬化させた
後，有磁場マグネトロンリアクティブイオンエッチング
装置を用いてＢＣｌ₃，Ｃｌ₂，ＣＨＦ₃ガスでメタル
エッチングを行ってメタル配線を形成した。その後，メ
タル−メタル間の層間絶縁膜（ＮＳＧ０．８μｍ）及び
第２層目のメタル配線を形成し，パッシベーション膜
（Ｓｉ₃Ｎ₄０．５μｍ）で被覆し，歩留を評価した。
結果を表３に示す。

【００６２】

【表３】

【００６３】レチクルＡでの歩留低下の主たる原因は，
ラインアンドスペースパターンの外側のラインの焦点深
度不足による第１層目メタル配線のオープンショート不
良である。よって，位相シフターを設けたレチクルＢ，
Ｃを用いることによって第１層目のメタル配線の微細化
が高歩留で実現できる。更に，レチクルＣを用いること
により，レチクルＡよりもチップ面積で５％の縮小が実
現できた。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように，本発明に係る斜入
射照明用レチクル（請求項１）によれば，一方向に長い
形状で繰り返されるライン幅Ｌのラインとスペース幅Ｓ
のスペースとからなるラインアンドスペースパターン
と，一番外側のラインと接するようにラインアンドスペ
ースパターンの外側の位置にのみ配置され，縮小投影露
光装置の露光光の位相を反転する位相シフターとを備え
ているため，位相シフターで透過光の位相が反転されて
光強度が小さくなり，一番外側のラインのコントラスト
が向上する。また，一番外側のラインのライン幅をＬ
Ｅ，位相シフターの幅をＰＳＬとした場合，ラインの
幅，一番外側のラインの幅及び位相シフターの幅が，Ｌ
ＥはＬより僅かに小さく，かつＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌである
ため，ラインアンドスペースの周期性が保たれると共
に，斜入射照明の効果が十分発揮され，解像度，焦点深
度が向上する。その結果，斜入射照明で得られる解像
度，焦点深度は劣化せずに実現できる。また，一番外側
のラインに位相シフターを設置しても，一番外側のライ
ンの幅ＬＥと位相シフターの幅ＰＳＬの和がＬ以下にな
っているため，ライン幅Ｌとスペース幅Ｓのみからなる
ラインアンドスペースパターンと比較しても，パターン
面積の増加がない。よって，１つのレチクルに複数のラ
インアンドスペースパターンを配置する場合，従来例よ
りもパターンの高集積化が可能になる。また，位相シフ
ターを設置する場所がラインアンドスペースパターンの
両側のみで良いため，マスク設計のデータ量の増加を小
さくすることができる。更に，位相シフターの面積が比
較的小さいため，無欠陥のレチクルを得ることが容易と
なり，レチクルの製造コストを下げることが可能とな
る。

【００６５】また，本発明に係る斜入射照明用レチク
ル（請求項２）によれば，一方向に長い形状で繰り返さ
れるライン幅Ｌのラインとスペース幅Ｓのスペースとか
らなるラインアンドスペースパターンと，一番外側のラ
インと接するようにラインアンドスペースパターンの外
側の位置にのみ配置され，縮小投影露光装置の露光光の
位相を反転する位相シフターとを備え，一番外側のライ
ンのライン幅をＬＥ，位相シフターの幅をＰＳＬとした
場合，ラインの幅，一番外側のラインの幅及び位相シフ
ターの幅が，ＬＥはＬより僅かに小さく，かつＬＥ＋Ｐ
ＳＬ＝Ｌであるため，複数のラインアンドスペースを同
じレチクルに配置する場合，従来例よりもパターンの高
集積化が可能になる。加えて，パターン設計において，
基本となるラインアンドスペースパターンの一番外側の
ラインのみを修正する（線幅を小さくし位相シフターを
設ける）だけでよく，パターン設計が非常に容易になる
という効果がある。

【００６６】また，本発明に係る斜入射照明用レチクル
（請求項３）によれば，請求項１又は２記載の斜入射照
明用レチクルにおいて，縮小投影露光装置の投影倍率を
１／ｎ倍，位相シフターの幅をＰＳＬとした場合，位相
シフターの幅が，ＰＳＬ≦０．１０×ｎμｍであるた
め，一番外側のラインの線幅ＬＥを極力にＬに近づける
ことが可能となり，ラインアンドスペースパターンの周
期性が保たれ，内側のラインの解像度，焦点深度が低下
することがない。また，パターン設計においては，電子
線描画での最小単位やラインアンドスペースパターンと
位相シフターとの重ね合わせ誤差を考慮し，実用的な範
囲でＰＳＬを設定できるため，高歩留まりでかつ安価に
レチクルを製造できる。

【００６７】また，本発明に係る斜入射照明用レチクル
（請求項４）によれば，請求項１から３のいずれかに記
載の斜入射照明用レチクルにおいて，位相シフターの長
さが，一番外側のラインの長さと同一であるため，ライ
ンアンドスペースパターンの一番外側のラインの全長に
わたってコントラストを向上させることができる。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る斜入射照明用レチク
ルの構成を示す構成図である。

【図２】図１に示す斜入射照明用レチクルの効果を説明
するためのシミュレーションに用いた０．３５μｍライ
ンアンドスペースパターンをそれぞれ示し，（ａ）は位
相シフターを設けず，ＬＥ＝Ｌ，ＰＳＬ＝０μｍの場合
の０．３５μｍラインアンドスペースパターンであり，
（ｂ）はＬＥ＝Ｌ，ＰＳＬ＝０．０５μｍの場合の０．
３５μｍラインアンドスペースパターンであり，（ｃ）
は図１に示すラインアンドスペースパターンと同様の構
成のものであり，ＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌ，ＰＳＬ＝０．０５
μｍの場合の０．３５μｍラインアンドスペースパター
ンである。

【図３】図２に示すラインアンドスペースパターンをＮ
Ａ＝０．５７のｉ線投影露光装置を用い，デフォーカス
０．８μｍでそれぞれシミュレーションした結果を説明
するための説明図である。

【図４】位相シフターの長さを説明するための説明図で
あり，（ａ）はラインアンドスペースパターンの一番外
側のラインの全長にわたって位相シフターが設けられた
場合を示し，（ｂ）は一番外側のラインの一部に位相シ
フターが設けられた場合を示している。

【図５】従来のレチクルの構成を示す構成図である。

【図６】従来のレチクルの構成を示す構成図である。

【図７】従来のレチクルの構成を示す構成図である。

【図８】従来のレチクルの構成を示す構成図である。

【符号の説明】

１０ライン１０ａ，１０ｂ一番外側のライン１１スペース１２，１２ａ，１２ｂ位相シフター５０ａ，５０ｂダミーライン６０ａ，６０ｂ線幅の太いライン８０ライン（ハーフトーン）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】縮小投影露光装置に装着され，斜め方向
の光のみを用いてレチクルを照明し，回折光のうち±１
次光の一方を投影レンズの瞳面の外へ出すことにより，
０次光と±１次光の一方で結像させる斜入射照明法を利
用するための斜入射照明用レチクルにおいて，一方向に長い形状で繰り返されるライン幅Ｌのラインと
スペース幅Ｓのスペースとからなるラインアンドスペー
スパターンと，一番外側の前記ラインと接するように前記ラインアンド
スペースパターンの外側の位置にのみ配置され，前記縮
小投影露光装置の露光光の位相を反転する位相シフター
と，を備え，前記一番外側のラインのライン幅をＬＥ，前記位相シフ
ターの幅をＰＳＬとした場合，前記ラインの幅，一番外
側のラインの幅及び位相シフターの幅が，ＬＥはＬより
も僅かに小さく，かつＬＥ＋ＰＳＬ≦Ｌであることを特
徴とする斜入射照明用レチクル。
【請求項２】縮小投影露光装置に装着され，斜め方向
の光のみを用いてレチクルを照明し，回折光のうち±１
次光の一方を投影レンズの瞳面の外へ出すことにより，
０次光と±１次光の一方で結像させる斜入射照明法を利
用するための斜入射照明用レチクルにおいて，一方向に長い形状で繰り返されるライン幅Ｌのラインと
スペース幅Ｓのスペースとからなるラインアンドスペー
スパターンと，一番外側の前記ラインと接するように前記ラインアンド
スペースパターンの外側の位置にのみ配置され，前記縮
小投影露光装置の露光光の位相を反転する位相シフター
と，を備え，前記一番外側のラインのライン幅をＬＥ，前記位相シフ
ターの幅をＰＳＬとした場合，前記ラインの幅，一番外
側のラインの幅及び位相シフターの幅が，ＬＥはＬより
も僅かに小さく，かつＬＥ＋ＰＳＬ＝Ｌであることを特
徴とする斜入射照明用レチクル。
【請求項３】請求項１又は２記載の斜入射照明用レチ
クルにおいて，前記縮小投影露光装置の投影倍率を１／
ｎ倍，位相シフターの幅をＰＳＬとした場合，前記位相
シフターの幅が，ＰＳＬ≦０．１０×ｎμｍであること
を特徴とする斜入射照明用レチクル。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の斜入
射照明用レチクルにおいて，前記位相シフターの長さ
が，前記一番外側のラインの長さと同一であることを特
徴とする斜入射照明用レチクル。