JP4127287B2

JP4127287B2 - 記録方法、ホログラム露光方法、半導体の製造方法および電気光学装置の製造方法

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Publication number: JP4127287B2
Application number: JP2006101656A
Authority: JP
Inventors: 千春入口
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2026-04-03
Also published as: US7643188B2; JP2007280992A; US20070229927A1

Description

本発明は、記録層を有するホログラムマスクに所望の露光パターンを記録する記録方法
、該ホログラムマスクを用いて基板上の感光性材料膜に所望の露光パターンを露光するホ
ログラム露光方法、半導体装置の製造方法および電気光学装置の製造方法に関する。

半導体装置等に用いられるウェハ等の基板上に電気回路あるいは素子を形成するフォト
リソグラフィ技術において、微細パターンの露光が可能なホログラム露光方法が注目され
ている。このホログラム露光方法は、ホログラムマスクの記録層に再生用のビーム光を照
射し、記録層にあらかじめホログラム記録された干渉パターンによって生じた回折光によ
り、基板上の感光性材料膜に所望の露光パターンを露光する方法である（非特許文献１）
。

上記ホログラム露光方法は、一般的なレンズ光学系を用いた露光方法に比べて、高い解
像度を有している。一方でレンズ光学系に比べて開口数が調整できず、焦点深度が小さい
という特徴を有している。よって、基板の表面に半導体装置等のデバイスを形成する場合
、該表面の凹凸すなわち感光性材料膜の凹凸に対応して、ホログラムマスクと基板との間
隔を変えて複数回の露光（多重露光）を行う必要があるという課題を有していた。この課
題を解決するために、基板上の被露光膜に向けて露光光を照射する光源と、露光光の光路
中に露光原板を設置する設置機構と、露光原板と被露光膜との距離を制御する駆動機構と
、被露光膜と露光光との相対位置を変化させる走査機構とを備えた露光装置が知られてい
る（特許文献１）。

上記露光装置では、露光原板と被露光膜との距離を測定する距離測定装置を有し、この
距離測定装置による測定結果に基づいて、駆動機構が露光原板と被露光膜との距離を制御
する。より具体的には、露光工程では、露光光は露光原板を介して被露光膜を走査するよ
うに照射される。また、この走査に同期して駆動機構が基板が載置されたステージをＺ軸
方向に移動させることにより、露光原板と被露光膜との間隔が所望の距離となるように制
御する。したがって、被露光膜表面の高さの変動に対応して露光光の焦点位置が周期的に
変動して露光される。これにより、ホログラム露光方法における課題の１つである小さい
焦点深度を克服しようとするものである。

ＷＯ０３／０１０８０３、頁４、頁１３、図８ "０．５μｍ Enabling Lithography for Low-Temperature Polysilicon Displays"ＳＩＤ２００３ Digest ３５０頁〜３５３頁

上記従来の露光装置を用いた露光方法では、露光される基板が大型化すれば、ステージ
も大型にする必要がある。これに伴ってステージの慣性質量が増加すると、上記駆動機構
による周期的な露光光の焦点位置の制御は誤差が大きくなり易い。よって、被露光膜の表
面の凹凸や基板のうねりに対して露光光の焦点位置が追従せず未露光部が発生する惧れが
あるという課題がある。

また、比較的に高い解像度を必要としないが、焦点深度を大きくしたい場合、ホログラ
ムマスクを用いたホログラム露光方法では、容易に焦点深度を調整できる方法が開発され
ていなかった。

本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、ホログラム露光装置等の構成を工
夫する必要がなく容易にホログラム露光時の焦点深度を調整可能な記録方法、ホログラム
露光方法、半導体の製造方法および電気光学装置の製造方法を提供することを目的とする
。

本発明の記録方法は、露光パターンが形成された元レチクルと記録層を有するホログラ
ムマスクとを用いて、記録層に露光パターンをホログラム記録する記録方法であって、元
レチクルとホログラムマスクとを所定の間隔で対向配置して、元レチクルを介して記録層
に記録光を照射すると同時に、ホログラムマスクの側から所定の入射角度で記録層に参照
光を照射する第１記録工程と、該所定の間隔に対して異なる間隔で元レチクルとホログラ
ムマスクとを対向配置して、元レチクルを介して記録層に記録光を照射すると同時に、ホ
ログラムマスクの側から所定の入射角度で記録層に参照光を照射する第２記録工程と、を
備えることを特徴とする。

この方法によれば、第２記録工程では、第１記録工程に対して元レチクルとホログラム
マスクとの間隔を所定の間隔に対して異なる間隔で記録層にホログラム記録を行う。した
がって、第１記録工程と第２記録工程とにより、ホログラムマスクの記録層に元レチクル
の露光パターンが記録光と参照光との干渉による干渉パターンとして多重記録される。こ
のように多重記録されたホログラムマスクを用い、ホログラムマスクと露光対象物とを上
記所定の間隔を置いて、参照光の入射方向と反対方向から露光光を照射するホログラム露
光を行うと、多重記録された干渉パターンにより高次回折波の再生合成波が発生する。よ
って、第１記録工程だけで記録されたホログラムマスクを用いる場合に比べて、再生合成
波は、第１記録工程で記録された干渉パターンによる回折波と第２記録工程で記録された
干渉パターンによる回折波とを含み、これらの回折波の干渉により振幅（光強度）が減衰
した合成波となる。ホログラム露光時における開口数は、上記振幅に依存している。した
がって、ホログラムマスクに多重記録することにより、開口数を本来の値に比べて小さく
なるように調整することが可能となる。ホログラム露光時の焦点深度は、開口数の２乗に
反比例する。よって、開口数が小さいほど焦点深度は大きくなる。すなわち、ホログラム
露光装置等の構成を工夫する必要がなく容易にホログラム露光時の焦点深度を調整可能な
記録方法を提供することができる。なお、参照光は、元レチクルの露光パターンによって
回折した記録光に対して干渉を起こさせることが可能な波長と光強度を有する。

上記第２記録工程では、元レチクルとホログラムマスクとの間隔を、所定の間隔に対し
て広がる方向に一定の距離オフセットして、記録層に記録光と参照光とを同時に照射する
第１照射工程と、該間隔を所定の間隔に対して狭まる方向に一定の距離オフセットして、
記録層に記録光と参照光とを同時に照射する第２照射工程とを少なくともそれぞれ１回ず
つ行うことが好ましい。

この方法によれば、第２記録工程では、元レチクルとホログラムマスクとの間隔を、所
定の間隔に対して広がる方向と狭まる方向とに一定の距離オフセットして、ホログラム記
録を行う。これにより、ホログラムマスクの記録層には、記録時にそれぞれ異なった間隔
で露光パターンが少なくとも３回に渡って多重記録される。このように多重記録されたホ
ログラムマスクを用いてホログラム露光すれば、再生合成波は、第１記録工程で記録され
た干渉パターンによる回折波と、広がる方向と狭まる方向とに一定の距離オフセットして
記録された干渉パターンによる少なくとも２つの回折波とを含む。したがって、前者の回
折波に対して後者の２つの回折波は、オフセットされた一定の距離に応じた一定の光路差
をそれぞれに有している。ゆえに、再生合成波は、一定の光路差に応じた減衰状態となる
。すなわち、開口数を上記一定の距離に応じた値として、ねらいの焦点深度に調整するこ
とができる。

また、上記記録光の波長をλとすると、オフセットする一定の距離が、ｎλであること
が好ましい。これによれば、再生合成波の位相が光軸上で反転しない状態で振幅を減衰さ
せることができる。すなわち、結像時の光学像強度の減衰が最小になる状態で開口数を制
御してホログラム露光することができる。なお、ｎは１以上の自然数であり、元レチクル
とホログラムマスクとの距離が所定の間隔から離れ過ぎると記録時の光強度が低下して結
像がボケ易く、近すぎると配置精度の誤差の影響を受け易いので、ｎ＝２がより好ましい
。

本発明のホログラム露光方法は、ホログラムマスクを露光原版として基板上に形成され
た感光性材料膜に所望の露光パターンを露光するホログラム露光方法であって、上記発明
の記録方法を用いて、ホログラムマスクの記録層に露光パターンをホログラム記録する記
録工程と、記録層と感光性材料膜の表面との間隔が感光性材料膜に露光光の焦点が結ばれ
る所定の間隔となるように、ホログラムマスクと基板とを対向配置する配置工程と、感光
性材料膜の露光領域を走査するようにホログラムマスクを介して露光光を照射する露光工
程とを備えることを特徴とする。

この方法によれば、記録工程では、上記発明の記録方法を用いてホログラムマスクの記
録層に元レチクルの露光パターンを多重記録する。したがって、露光工程では、ホログラ
ム露光時に元レチクルの露光パターンの解像度に応じて焦点深度が調整された再生合成波
により、感光性材料膜を露光することができる。すなわち、焦点深度の不足で未露光部が
発生することなく、安定した露光状態が得られるホログラム露光方法を提供することがで
きる。

本発明の半導体装置の製造方法は、上記発明のホログラム露光方法を用いてパターニン
グを行うことを特徴とする。この方法によれば、安定した露光状態が得られるホログラム
露光方法を用いるので、安定したパターン形状が得られ安定した動作品質を有する半導体
装置を基板上に製造することができる。

本発明の電気光学装置の製造方法は、薄膜素子を有する電気光学装置の製造方法であっ
て、上記発明の半導体装置の製造方法を用いて薄膜素子を形成することを特徴とする。こ
の方法によれば、安定したパターン形状が得られ安定した動作品質を有する半導体装置を
基板上に製造可能な半導体装置の製造方法を用いて薄膜素子を形成するので、安定した品
質を有する電気光学装置を製造することができる。

先ず、従来のホログラム露光技術の問題点を説明する。図１０は、従来の投影システム
光学系の解像度（ｌｍ）及び焦点深度（ΔＺ）の概略を説明する図である。

一般に、パターン形成可能な最小線幅である投影露光光学系の解像度（ｌｍ）は、次の
の数式ｌｍ＝ｋ・（λ／ＮＡ）で与えられる。ここで、係数ｋは０．６〜０．７、λは
光の波長、ＮＡは光学系に用いられるレンズの開口数（明るさ）である。

図１０に示すように、従来の投影システム光学系においては、光源からの露光光がマス
クを介してレンズに入射する側の光軸上に絞りを設け、入射光の光束を絞ることにより開
口数を低下させることができる。

この場合、焦点深度（ΔＺ）は、次の数式ΔＺ≒±λ／２（ＮＡ）²で与えられるから
、ＮＡが小さくなるほど焦点深度は大きくなる。よって、絞りを設けることにより、焦点
深度の調整が可能となる。

しかしながら、ホログラム露光の場合は、原理的にレンズを用いることなく露光を行う
ため、上記開口数（ＮＡ）は使用するレンズの特性ではなく、ホログラムマスクと被露光
基板との配置関係で決まり、ホログラムマスクと被露光基板との間隔を約１００μｍとし
た場合、およそ０．８となる。この値は、多数のレンズで構成された複雑な光学系を有す
るステッパと同等な解像度をシンプルな光学系（プリズム＋ホログラムマスク）で実現で
きることを意味している。

一方、焦点深度（ΔＺ）は、ＮＡが大きくなるほど小さくなるので、従来のホログラム
露光技術は、一般的なマスク露光に比較して解像度が高い反面、焦点深度が小さいという
特徴を有している。

焦点深度が小さくなると、所望の解像度での露光を行う場合に感光性材料膜が感光する
ために十分な光エネルギーを与え得る厚み方向での領域が小さくなることを意味する。

従って、被露光用基板上に予めパターンが形成されており凹凸を有する表面となってい
る場合には、一度の露光で所望の露光を完了することができず、フォーカス位置を感光性
材料膜の厚み方向に変化させて複数回の露光（多重露光）を行う必要が生じる。

＜元レチクルとホログラムマスク＞
次に、元レチクルとホログラムマスクについて説明する。図１は、元レチクルとホログ
ラムマスクとを示す概略図である。詳しくは、同図（ａ）は元レチクルを示す平面図、同
図（ｂ）はホログラムマスクを示す平面図、同図（ｃ）は同図（ｂ）のＡ−Ａ線で切った
断面図である。

図１（ａ）に示すように、元レチクルとしてのレチクルＲ１は、透明な石英ガラスなど
からなる基板にデバイスを形成するための露光パターンが設けられた露光領域Ｄ１と、露
光領域Ｄ１の周辺で基板の四隅に設けられた十字状の４つのレチクル側アライメントマー
クＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄとを備えている。露光パターンおよび各レチクル側アライメン
トマークＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄは、基板上に金属材料としてのＣｒをおよそ１００ｎｍ
の厚みで成膜し、これをフォトリソグラフィによりパターニングしたものである。

図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、ホログラムマスクＨ１は、透明な石英ガラスな
どからなる基板１と、ホログラム記録可能な記録層２とを備えている。記録層２には、後
述する記録方法を用いてホログラム記録されるホログラム露光領域ＨＡと、４つのアライ
メントマーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとを備えている。ホログラム露光領域ＨＡには、レ
チクルＲ１の露光領域Ｄ１の露光パターンが干渉パターンとしてホログラム記録される。
各アライメントマーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄもホログラム記録されているので、可視光
で視認することができない。この場合、ホログラムマスクＨ１を１回目の露光用として用
いるので、各アライメントマーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが可視化されていなくても露光
対象基板との位置合わせにおける精度は、問題とならない。

＜ホログラム記録装置＞
次に、ホログラム記録に用いるホログラム記録装置について説明する。図２は、ホログ
ラム記録装置の構成を示す概略図である。図２に示すように、ホログラム記録装置５０は
、ホログラムマスクＨ１が載置されるプリズム５１と、記録光としての記録ビームを照射
可能な露光光源５２と、参照光としての参照ビームを照射可能な露光光源５３と、プリズ
ム５１に載置されたホログラムマスクＨ１に対して所望の間隔でレチクルＲ１を対向配置
させるマスク支持部５４とを備えている。また、マスク支持部５４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移
動可能な駆動装置５５と、露光光源５２をレチクルＲ１に対して平行な方向に移動可能な
駆動装置５６と、同じく露光光源５３をプリズム５１の斜面に対して平行な方向に移動可
能な駆動装置５７とを備えている。

ホログラム記録装置５０を構成する各部は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置
からなる制御部５８により制御されている。制御部５８は、駆動装置５５を駆動しマスク
支持部５４をホログラムマスクＨ１に対して相対移動させることにより、レチクルＲ１と
ホログラムマスクＨ１とを所定の位置に位置合わせすることが可能となっている。また、
記録ビームと参照ビームとが同期してホログラムマスクＨ１の記録層２に照射されるよう
に、各駆動装置５６，５７を駆動して各露光光源５２，５３を移動させる。さらには、各
露光光源５２，５３から所定の強度で記録ビーム、参照ビームが射出されるように制御す
る。

２つの露光光源５２，５３は、それぞれ例えば波長３６４ｎｍのＡｒイオンレーザを用
いることができる。各露光光源５２，５３は、ビーム径がおよそ１０ｍｍの記録ビームと
参照ビームとが同期するようにレーザ光を発生させる。なお、１つの露光光源からレーザ
光を記録ビームと参照ビームとに分波してもよい。

＜ホログラム露光方法＞
次に、本実施形態の記録方法を含むホログラム露光方法について図２〜図８に基づいて
説明する。図３は、ホログラム露光方法を示すフローチャート、図４（ａ）および（ｂ）
は記録方法を示す概略図である。図５は多重記録における物体波面を示す概略図、図６は
再生合成波の強度分布を示すグラフである。図７はホログラム露光装置の構成を示す概略
図、図８（ａ）および（ｂ）は露光工程を示す概略図である。

本実施形態のホログラム露光方法は、レチクルＲ１とホログラムマスクＨ１とを所定の
間隔Ｇ₀で対向配置して、レチクルＲ１を介して記録層２に記録ビームを照射すると同時
に、ホログラムマスクＨ１の側から所定の入射角度で記録層２に参照ビームを照射する第
１記録工程（ステップＳ１）と、所定の間隔Ｇ₀に対して異なる間隔でレチクルＲ１とホ
ログラムマスクＨ１とを対向配置して、レチクルＲ１を介して記録層２に記録光を照射す
ると同時に、ホログラムマスクＨ１の側から所定の入射角度で記録層２に参照ビームを照
射する第２記録工程とを備えている。

第２記録工程では、レチクルＲ１とホログラムマスクＨ１との間隔を、所定の間隔Ｇ₀
に対して広がる方向に一定の距離オフセットして、記録層２に記録ビームと参照ビームと
を同時に照射する第１照射工程（ステップＳ２）と、該間隔を所定の間隔Ｇ₀に対して狭
まる方向に一定の距離オフセットして、記録層２に記録ビームと参照ビームとを同時に照
射する第２照射工程（ステップＳ３）とを少なくともそれぞれ１回ずつ行う。すなわち、
ステップＳ１〜ステップＳ３が記録工程である。

さらに、記録層２と感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔が感光性材料膜１１２
に露光光の焦点が結ばれる所定の間隔Ｇ₀となるように、ホログラムマスクＨ１と基板１
１０とを対向配置する配置工程（ステップＳ４）と、感光性材料膜１１２の露光領域を走
査するようにホログラムマスクＨ１を介して露光光を照射する露光工程（ステップＳ５）
とを備えている（図７参照）。

図３のステップＳ１は、第１記録工程である。ステップＳ１では、図２に示すように、
マスク支持部５４にレチクルＲ１をセットし、プリズム５１に保持されたホログラムマス
クＨ１に対して対向配置させる。制御部５８は、駆動装置５５を駆動して、レチクルＲ１
の表面Ｒ１ａと記録層２の表面２ａとが所定の間隔Ｇ₀となるようにマスク支持部５４を
移動させる。そして、露光光源５２から記録ビームをレチクルＲ１に向けて照射させると
共に、記録ビームが露光領域Ｄ１を走査するように駆動装置５６を駆動して露光光源５２
をレチクルＲ１と平行な方向に移動させる。また、これに同期して露光光源５３から参照
ビームを照射させると共に、駆動装置５７を駆動して露光光源５３をプリズム５１の斜面
に対して平行な方向に移動させる。記録ビームはレチクルＲ１の露光領域Ｄ１に形成され
た露光パターンにより回折する。この回折光とプリズム５１を介して所定の角度で入射し
た参照ビームとが干渉して、記録層２に干渉パターンが記録される。この場合、所定の間
隔Ｇ₀は、および１００μｍである。そして、ステップＳ２へ進む。

図３のステップＳ２は、第２記録工程の第１照射工程である。ステップＳ２では、図４
（ａ）に示すように、対向配置されたレチクルＲ１の表面Ｒ１ａと記録層２の表面２ａと
の間隔を所定の間隔Ｇ₀に対して広がる方向に一定の距離ΔＧオフセットして、第１記録
工程（ステップＳ１）と同様に記録ビームと参照ビームとを照射する。そして、ステップ
Ｓ３へ進む。

図３のステップＳ３は、第２記録工程の第２照射工程である。ステップＳ３では、図４
（ｂ）に示すように、対向配置されたレチクルＲ１の表面Ｒ１ａと記録層２の表面２ａと
の間隔を所定の間隔Ｇ₀に対して狭まる方向に一定の距離ΔＧオフセットして、第１記録
工程（ステップＳ１）と同様に記録ビームと参照ビームとを照射する。そして、ステップ
Ｓ４へ進む。

ステップＳ１〜ステップＳ３までの記録工程で、ホログラムマスクの記録層２には、都
合３回のホログラム記録により、レチクルＲ１の露光パターンが干渉パターンとして多重
記録される。

ここで、本実施形態の記録方法における原理原則について説明する。図５に示すように
、第１記録工程（ステップＳ１）では、レチクルＲ１とホログラムマスクＨ１との間隔を
所定の間隔Ｇ₀とした。記録ビームは、露光パターンで回折した物体波（球面波）Ｕ₀とな
る。第２記録工程の第１照射工程では、所定の間隔Ｇ₀に対して＋ΔＧオフセットするの
で、この時の物体波をＵ₊とする。Ｕ₊とＵ₀との光軸方向（Ｚ軸方向）の光路差ΔＺは、
次の数式で導くことができる。

ΔＺ＝ΔＧ−（ΔＧ／２）（Ｙ／Ｇ₀）² ・・・・（１）式、Ｙは、所定の間隔Ｇ₀（
焦点距離）で規定したときの物体波を通せる記録層２のＹ方向の最大値である。

（１）式より＋ΔＧオフセットしたときの物体波Ｕ₊は、次の式で表せる。

Ｕ₊＝Ｕ₀ｅｘｐ（ｉｋΔＺ）・・・・（２）式、ｉは虚数、ｋは波数で２π／λ、λ
は記録ビームの波長である。

同様にして、（１）式より、第２照射工程において、−ΔＧオフセットした時の物体波
Ｕ_-は、次の式で表せる。

Ｕ_-＝Ｕ₀ｅｘｐ（−ｉｋΔＺ）・・・・（３）式となる。

したがって、第１記録工程と第２記録工程により多重記録されたホログラムマスクＨ１
を用いてホログラム露光すると、再生合成波Ｕｒは、次の式で表せる。

Ｕｒ＝Ｕ₀＋Ｕ₊＋Ｕ_-＝Ｕ₀＋Ｕ₀ｅｘｐ（ｉｋΔＺ）＋Ｕ₀ｅｘｐ（−ｉｋΔＺ）
＝Ｕ₀＋２Ｕ₀ｃｏｓ（ｋΔＺ）・・（４）式となる。

（４）式の再生合成波Ｕｒを使ってホログラム光学系のＮＡ（物体波を記録／再生し得
る最大のＹ／Ｇ₀）を縮小することを導く。フーリエ関数として近似すれば、次の式で表
せる。

Ｕｒ＝Ａ₀（０．５＋（２／π）ｃｏｓ（ｋΔＺ））・・・・（５）式となる。Ａ₀は
定数である。

（５）式において、再生合成波Ｕｒの位相が、再生波Ｕ₀に対して光軸上で反転しない
ように、ΔＧを２λとすることにより、次の式を導くことができる。
Ｕｒ＝Ａ₀（０．５＋（２／π）ｃｏｓ（２π（Ｙ／Ｇ₀）²）・・・（６）式となる
。

Ｕｒが最小の０．５Ａ₀になる条件は、ｃｏｓ項の位相２π（Ｙ／Ｇ₀）²がπ／２のと
きであり、（Ｙ／Ｇ₀）²＝（１／２）²となり、Ｙ／Ｇ₀＝０．５＝ＮＡとなる。

すなわち、（６）式は、ＮＡが本来の値（〜０．８）から０．５に縮小された結像光学
系（レンズ光学系）より出力された再生波と同等であることが分かる。このようにホログ
ラムマスクＨ１の記録層２にレチクルＲ１の露光パターンを干渉パターンとして多重記録
することにより、ホログラム露光時の開口数を調整することが可能となる。すなわち、露
光パターンの解像度に応じた焦点深度に調整することが可能となる。

なお、この場合、ΔＧをｎλとしてオフセットして第２記録工程の第１照射工程と第２
照射工程とを行えば同様な効果が得られる。ｎは１以上の自然数であり、レチクルＲ１と
ホログラムマスクＨ１との距離が所定の間隔Ｇ₀から離れ過ぎると記録時の光強度が低下
して結像がボケ易く、近すぎると配置精度の誤差の影響を受け易いので、ΔＧを２λとす
ることが好ましい。

ここで、ホログラム露光装置について説明する。図７に示すように、ホログラム露光装
置１００は、主にプリズム１０１、ステージ１２０を備えるステージ装置１２２、第１情
報処理装置１３０、距離測定光学系１４０、膜厚測定光学系１５０、光源１６０、第２情
報処理装置１７０、露光光源１８０、露光光源駆動装置１８２、アライメント光学系１９
０により構成される。

ステージ装置１２２は、感光性材料膜１１２が形成された露光対象の基板１１０を真空
チャック等でステージ１２０上に保持して、上下方向（Ｚ方向）及び水平方向（Ｘ，Ｙ方
向）へのステージ１２０の位置調整が可能に構成されている。

光源１６０は、距離測定光学系１４０および膜厚測定光学系１５０の測定用光ビームを
射出可能に構成されている。距離測定光学系１４０は、ビームスプリッタ、シリンドリカ
ルレンズ、光センサ、誤差信号検出器等を備え、ホログラムマスクＨ１の記録層２の表面
（以降、ホログラム記録面とする）２ａと基板１１０上に塗布された感光性材料膜１１２
の表面（以降、感光性材料膜表面とする）１１２ａとの距離を調整して露光時のフォーカ
スを制御することが可能に構成されている。

第１情報処理装置１３０は、距離測定光学系１４０により計測されたホログラム記録面
２ａと基板１１０上に形成された感光性材料膜表面１１２ａとの距離に基づいてフォーカ
スが適正となるようにステージ１２０の位置を設定するように構成されている。

膜厚測定光学系１５０は、ビームスプリッタ、フォトディテクタ、増幅器、Ａ／Ｄ変換
器等を備え、基板１１０上に形成された感光性材料膜１１２の膜厚を測定するための構成
を備えている。

第２情報処理装置１７０は、露光光源１８０から照射される露光光としての露光ビーム
が適正な露光領域内を走査するように露光光源１８０を移動させるとともに、膜厚測定光
学系１５０により出力された感光性材料膜１１２の膜厚の相対値に基づいて露光の光量を
制御するように構成されている。

露光光源１８０は、ホログラムマスクＨ１のホログラム記録面２ａに露光ビームをホロ
グラム記録時に対して反対方向から照射可能に構成されている。また、ホログラムマスク
Ｈ１のホログラム露光領域ＨＡにホログラム記録を行った露光光源５２と同じ波長３６４
ｎｍの露光ビーム（再生波）を照射可能となっている。すなわち、この場合、ホログラム
マスクＨ１のホログラム露光領域ＨＡを走査するようにビーム径がおよそ１０ｍｍのＡｒ
イオンレーザを射出する。

露光光源駆動装置１８２は、この露光光源１８０を移動して基板１１０上の所望の露光
領域を走査して露光するように構成されている。またホログラム露光装置１００は、基板
１１０に対向する面に、所定の露光パターンに対応した干渉パターンが記録されたホログ
ラムマスクＨ１が密着して装着されるプリズム１０１を備えている。

また、アライメント光学系１９０は、４つの顕微鏡１９２と、顕微鏡１９２から得られ
た画像情報に基づきホログラムマスクと基板１１０の各アライメントマークの位置ずれを
検出する位置ずれ検出装置１９４とを備えている。各顕微鏡１９２は、例えば、ホログラ
ムマスクを介して、基板１１０上に形成された各アライメントマークを観察可能な状態で
配設されている。また、観察された各アライメントマークの画像を取り込むための例えば
ＣＣＤカメラ等の画像取込み装置を備えている。顕微鏡１９２により観察され、画像取込
み装置により取り込まれた各アライメントマークの画像は、画像信号に変換され、位置ず
れ検出装置１９４に送られる。位置ずれ検出装置１９４は、画像信号から各アライメント
マークの特徴点を抽出し、特徴点間の距離を算出するものである。この場合、例えば、特
徴点として基板１１０のアライメントマークの交点とホログラムマスクのアライメントマ
ークの交点とを各々抽出し、当該交点間の距離を算出する。この算出された距離情報を第
１情報処理装置１３０に送信する。第１情報処理装置１３０は、当該交点間の距離のずれ
量が減少するように、ステージ１２０をＸおよびＹ軸方向に移動させ基板１１０の位置を
設定するように構成されている。これにより、多重露光する場合のホログラムマスクと基
板１１０との位置合わせが可能となる。本実施形態では、初回のホログラム露光を行う場
合を例に述べるので、高精度な位置合わせは要求されない。

図３のステップＳ４は、配置工程である。ステップＳ４では、図７に示すように、露光
対象の感光性材料膜１１２が形成された基板１１０をステージ１２０にセットする。第１
情報処理装置１３０は、プリズム１０１に保持されたホログラムマスクＨ１のホログラム
記録面２ａと感光性材料膜表面１１２ａとの間隔を、ホログラム記録時と同じ所定の間隔
Ｇ₀となるように、ステージ装置１２２を駆動してステージ１２０を移動させる。そして
、ステップＳ５へ進む。

図３のステップＳ５は、露光工程である。ステップＳ５では、図７に示すように、第２
情報処理装置１７０は、露光光源１８０から露光ビームを射出させると共に、露光光源駆
動装置１８２を駆動して、露光ビームがホログラムマスクＨ１を走査するように、露光光
源１８０をプリズム１０１の斜面と平行な方向に移動させる。ホログラムマスクＨ１の記
録層２には、先の記録工程において、レチクルＲ１の露光パターンが多重記録されている
。露光ビームは、ホログラム記録時の参照ビームと同じ波長であり、参照ビームの入射方
向に対して反対側から記録層２に照射される。これにより、記録層２から感光性材料膜表
面１１２ａに向かって、高次回折波の再生合成波が生じる。図６に示すように、再生合成
波Ａは、露光光を理想的な状態とした矩形波Ｂに近づいており、振幅（光強度）が減衰す
ることによって、開口数（ＮＡ）がほぼレンズ光学系の０．５と同等となっている。この
再生合成波ＡによりレチクルＲ１の露光パターンを感光性材料膜１１２に露光する。再生
合成波Ａは、解像度が低下するも、焦点深度が大きくなっている。よって、感光性材料膜
表面１１２ａに凹凸を有する場合でも、凹凸に対応して複数回の露光を行わずに、１度の
露光で露光パターンを露光することが可能である。

そして、図８（ａ）に示すように、ホログラムマスクＨ１の露光領域Ｄ１に記録された
露光パターンと、アライメントマーク３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとが基板１１０に露光され
る。露光後の基板１１０には、図８（ｂ）に示すように、基板１１０側の露光領域Ｅにホ
ログラムマスクＨ１の露光領域Ｄ１が再生され、四隅にアライメントマーク３ａ，３ｂ，
３ｃ，３ｄが再生されたアライメントマークＷａ，Ｗｂ，Ｗｃ，Ｗｄが再生される。

＜半導体装置の製造方法＞
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法は、露光領域Ｄ１に半導体装置の半導体層や
絶縁層、導体層などを形成するための露光パターンが設けられたレチクルＲ１を用いる。
そして、上記実施形態のホログラム露光方法によって、レチクルＲ１の露光パターンをホ
ログラムマスクＨ１の記録層２に多重記録を行う記録工程と、感光性材料膜１１２が形成
された半導体ウェハや基板とホログラムマスクＨ１とを所定の間隔Ｇ₀で対向配置して露
光ビームを照射する露光工程とを備えている。さらに露光された感光性材料膜１１２を現
像すると共に、エッチングやイオン注入などの公知のプロセスを備えている。よって、安
定したパターン形状を有する半導体装置を製造することが可能である。

＜電気光学装置の製造方法＞
次に、本実施形態の電気光学装置の製造方法について説明する。図９は、電気光学装置
の電気的な構成を示す回路図である。

図９に示すように、電気光学装置２００は、薄膜素子としての４つの薄膜トランジスタ
２０１，２０２，２０３，２０４、キャパシタ２０５及び発光素子２０６を含んで構成さ
れる画素回路２０７を基板上の画素領域２０８にマトリクス状に配置してなる回路基板（
アクティブマトリクス基板）と、画素回路２０７に駆動信号を供給するドライバ２０９及
びドライバ２１０を含んで構成されている。ドライバ２０９は、走査線Ｖｓｅｌおよび発
光制御線Ｖｇｐを介して各画素領域２０８に駆動信号を供給する。ドライバ２１０は、デ
ータ線Ｉｄａｔａおよび電源線Ｖｄｄを介して各画素領域２０８に駆動信号を供給する。
走査線Ｖｓｅｌとデータ線Ｉｄａｔａとを制御することにより、各画素領域２０８に対す
る電流プログラムが行われ、発光素子２０６による発光が制御可能になっている。画素回
路２０７を構成する各薄膜トランジスタ２０１，２０２，２０３，２０４及びドライバ２
０９，２１０を構成する薄膜素子としての各薄膜トランジスタが上記実施形態のホログラ
ム露光方法を用いた半導体装置の製造方法を適用して形成される。したがって、安定した
素子形状を有する薄膜トランジスタを備え、安定した駆動が得られる電気光学装置２００
を製造可能である。なお、電気光学装置の製造方法の一例として電気光学装置２００の製
造方法について説明したが、これ以外にも、液晶表示装置など各種の電気光学装置の製造
方法についても同様にして適用することが可能である。

上記実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）上記実施形態のホログラム露光方法において、レチクルＲ１の露光パターンをホ
ログラムマスクＨ１の記録層２にホログラム記録する記録工程では、レチクルＲ１とホロ
グラム記録面２ａとの間隔を、第１記録工程では所定の間隔Ｇ₀とし、第２記録工程では
、所定の間隔Ｇ₀に対して±ΔＧオフセットして、都合３回のホログラム記録を行う。し
たがって、記録層２には、露光パターンが３回に渡って干渉パターンとして多重記録され
る。多重記録されたホログラムマスクＨ１を用いて、露光工程を行えば、高次回折波が発
生して互いに干渉した再生合成波Ｕｒで露光することができる。ゆえに、ΔＧを適宜設定
することにより、再生合成波Ｕｒの開口数を変え、焦点深度の大きさを調整して露光する
ことができる。

（２）上記実施形態のホログラム露光方法において、ΔＧをｎλ、好ましくは２λとす
ることにより、光軸上の位相を変えずに結像時の光学像強度の減衰が最小になる状態で開
口数を制御してホログラム露光することができる。ゆえに、解像度が低下するも焦点深度
を大きくして、感光性材料膜表面１１２ａに凹凸が生じていても、１回の露光でレチクル
Ｒ１の露光パターンを安定して再生露光することができる。

（３）上記実施形態の半導体装置の製造方法は、上記ホログラム露光方法を用いている
ので、安定したパターン形状を有する半導体装置を製造することができる。

（４）上記実施形態の電気光学装置２００の製造方法は、上記ホログラム露光方法を用
いた半導体装置の製造方法により、薄膜トランジスタ２０１，２０２，２０３，２０４及
びドライバ２０９，２１０を構成する薄膜素子としての各薄膜トランジスタを形成する。
したがって、安定した素子形状を有する薄膜トランジスタを備え、安定した駆動が得られ
る電気光学装置２００を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記各実施形態に対しては、本発明の趣
旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変
形例は、以下の通りである。

（変形例１）上記実施形態のホログラム露光方法において、ホログラムマスクＨ１は、
初回の露光工程に用いるものに限定されない。例えば、初回の露光工程によって得られた
半導体装置等のパターンにさらに薄膜層を成膜して、フォトリソグラフィ法により異なる
パターンを有する薄膜層を形成する２回目以降の露光工程に用いられるホログラムマスク
にも適用することができる。

（変形例２）上記実施形態のホログラム露光方法において、記録工程におけるホログラ
ム記録の回数は、３回に限定されない。例えば、所定の間隔Ｇ₀でホログラム記録する第
１記録工程と、ホログラム露光時の再生合成波Ｕｒの振幅が減衰するように、ΔＧの値を
適宜設定してオフセットしホログラム記録する照射工程の最低２回のホログラム記録を行
えばよい。

（変形例３）上記実施形態のホログラム露光方法において、ホログラム記録する順番は
、第１記録工程、第２記録工程（第１照射工程、第２照射工程）の順に限定されない。多
重記録ができれば、どのような組み合わせの順でもよい。

（変形例４）上記実施形態のホログラム露光方法を適用可能な製造方法は、電気光学装
置の製造方法に限定されず、種々のデバイスの製造に適用することができる。例えば、Ｆ
ｅＲＡＭ（Ferroelectric RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型Ｒ
ＡＭ、浮遊ゲート型不揮発性メモリ、マグネティックＲＡＭ、などの各種メモリの製造方
法、また、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおいて、微小な回路チップ（Ｉ
Ｃチップ）を搭載した安価なタグの製造方法にも適用が可能である。

（ａ）は元レチクルを示す平面図、（ｂ）はホログラムマスクを示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線で切った断面図。ホログラム記録装置の構成を示す概略図。ホログラム露光方法を示すフローチャート。（ａ）および（ｂ）は記録方法を示す概略図。多重記録における物体波面を示す概略図。再生合成波の強度分布を示すグラフ。ホログラム露光装置の構成を示す概略図。（ａ）および（ｂ）は露光工程を示す概略図。電気光学装置の電気的な構成を示す回路図。従来の投影システム光学系の解像度（ｌｍ）及び焦点深度（ΔＺ）の概略を説明する図。

符号の説明

２…記録層、１１０…基板、１１２…感光性材料膜、１１２ａ…感光性材料膜の表面、
２００…電気光学装置、２０１，２０２，２０３，２０４…薄膜素子としての薄膜トラン
ジスタ、Ｅ…感光性材料膜の露光領域、Ｈ１…ホログラムマスク、Ｇ₀…所定の間隔、Δ
Ｇ…一定の距離、Ｒ１…元レチクルとしてのレチクル。

Claims

露光パターンが形成された元レチクルと記録層を有するホログラムマスクとを用いて、
前記記録層に前記露光パターンをホログラム記録する記録方法であって、
前記元レチクルと前記ホログラムマスクとを所定の間隔で対向配置して、前記元レチク
ルを介して前記記録層に記録光を照射すると同時に、前記ホログラムマスクの側から所定
の入射角度で前記記録層に参照光を照射する第１記録工程と、
前記所定の間隔に対して異なる間隔で前記元レチクルと前記ホログラムマスクとを対向
配置して、前記元レチクルを介して前記記録層に記録光を照射すると同時に、前記ホログ
ラムマスクの側から所定の入射角度で前記記録層に参照光を照射する第２記録工程と、を
備えることを特徴とする記録方法。
前記第２記録工程では、前記元レチクルと前記ホログラムマスクとの間隔を、前記所定
の間隔に対して広がる方向に一定の距離オフセットして、前記記録層に前記記録光と前記
参照光とを同時に照射する第１照射工程と、前記間隔を前記所定の間隔に対して狭まる方
向に前記一定の距離オフセットして、前記記録層に前記記録光と前記参照光とを同時に照
射する第２照射工程とを少なくともそれぞれ１回ずつ行うことを特徴とする請求項１に記
載の記録方法。
前記記録光の波長をλとすると、オフセットする前記一定の距離が、ｎλであることを
特徴とする請求項２に記載の記録方法。
ホログラムマスクを露光原版として基板上に形成された感光性材料膜に所望の露光パタ
ーンを露光するホログラム露光方法であって、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の記録方法を用いて、前記ホログラムマスクの
記録層に前記露光パターンをホログラム記録する記録工程と、
前記記録層と前記感光性材料膜の表面との間隔が前記感光性材料膜に露光光の焦点が結
ばれる所定の間隔となるように、前記ホログラムマスクと前記基板とを対向配置する配置
工程と、
前記感光性材料膜の露光領域を走査するように前記ホログラムマスクを介して露光光を
照射する露光工程とを備えることを特徴とするホログラム露光方法。
請求項４に記載のホログラム露光方法を用いてパターニングを行うことを特徴とする半
導体装置の製造方法。
薄膜素子を有する電気光学装置の製造方法であって、
請求項５に記載の半導体装置の製造方法を用いて前記薄膜素子を形成することを特徴と
する電気光学装置の製造方法。