JP4476243B2 - 位相シフトマスク撮像性能を向上させる装置およびシステム、ならびにその方法 - Google Patents

Description

本出願は、米国仮特許出願第６０／３６１，３５１号の優先権を主張する。米国仮特許出願第６０／３６１，３５１号は、２００２年３月５日に出願され、その全文を通じて、本明細書中で参考として援用される。

本発明は、瞳孔面を有し、位相シフトマスクを用いるフォトリソグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法に関する。

ますます高まる密度を支えるように、フィーチャがより小型化しているデバイスを有する集積回路（ＩＣ）チップを製造する能力は、フォトリソグラフィ方法のとどまることのない進歩に依存している。ＩＣチップ上において、デバイスおよびその接続は、典型的には、複数の段階で製造される。いくつかの段階は、半導体基板（すなわち、ウェハ）の一部を変更する処理を含む。これらの段階の各々において、処理される部分は、ウェハの残りの部分から絶縁される必要がある。これは、しばしば、膜の層（すなわち、フォトレジスト）をウェハの表面上に付与し、フォトレジストを光のパターンに露光させることによって達成される。パターンは、ウェハの処理される部分を、残りの部分から区別する。光のパターンは、典型的には、光が不透過部分および透過部分としてパターンが形成されたマスク（すなわち、レチクル）を通過するようにさせることによって生成される。光がレチクルの透過部分を通過する場合、フォトレジストの対応する部分が露光する。フォトレジストの露光した部分、または、露光しない部分のいずれか（両方ではない）が除去されて、その下のウェハの部分が処理されるように露出する。ウェハの残りの部分は、残りのフォトレジストによって、処理から保護される。

光がレチクルを通過するようにして、ウェハ上のフォトレジストを露光させる機械は、ウェハステッパまたはウェハスキャナと呼ばれる。フォトレジスト上でミクロン以下の寸法のレチクルパターンを正確に表現することを達成するため、高い解像度および焦点深度の両方を支える光源を用いることが必要である。この要件は、フォトリソグラフィ用途における光源としてのレーザーの使用につながった。

皮肉なことに、ＩＣチップ上に製造されるデバイスの密度を高めようとする試みは、より高い密度が依存している、その同じフィーチャの小型化に起因してうまく行かなくなる。レチクル上のパターンの寸法が小さくなればなるほど、特に線幅について、パターンを通過する光の回折がより大きくなる。ウェハにおいて、このより大きい光の回折は、それ自体が「スピルオーバー（ｓｐｉｌｌｏｖｅｒ）」であると示し得、２つの隣接するフィーチャからの電磁エネルギーの分布が合成されて、フィーチャを区別することが困難になる。

しかし、位相シフトマスクを用いることによって、２つの隣接するフィーチャからの電磁エネルギーの分布は、互いに位相がずれる。光の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。従って、位相シフトマスクを用いることによって、２つの隣接するフィーチャの間に強度が最小である点があり、フィーチャを区別できる可能性が高められる。

さらに、位相シフトマスクを用いることによって、従来のフォトリソグラフィシステムにおいて用いられる０次および１次の光ではなく、１／２次の光が、建設的干渉の方向となる。１／２次の光を用いることによって、レチクル上のフィーチャの間の間隔が低減されることが可能になる。レチクル上のフィーチャの間の間隔を低減することによって、１／２次の光の回折角度が増大する。回折角度は、１／２次の光がフォトリソグラフィシステムの調整レンズによって捕捉される限り、増大し得る。

不運なことに、実行可能な位相シフトマスクを実現することは、光の波長の２分の１の奇数倍の深さ（高さ）であり、特定の幅であり、レチクル上の隣接するフィーチャから正確な間隔のレチクルのくぼみ（または隆起）を精密に製造する能力に依存する。これらの基準からのずれによって、１／２次の光が、完全には互いの位相がずれず、０次の光が、相殺的干渉によって完全には取り消されないことになる。この現象は、「ゼロ次漏れ」と呼ばれる。

ゼロ次漏れは、名目上焦点面の上または下のフォトレジストを露光させる光の強度のばらつきの原因となる。これらの強度のばらつきは、ウェハ上に形成される線幅のばらつきの原因となる。このようなウェハ上に形成される線幅のばらつきは、製造中のデバイスの電気または電子特性に有害な影響を与え得る。

必要とされているのは、ゼロ次漏れがフォトレジストを露光させる光の強度のばらつきを引き起こすことを防ぐ装置および方法である。このような方法は、容易に実現され、費用がかからないことが好ましい。

本発明による遮光アパチャは、光の波長に対して半透過である物体と、該物体を、位相シフトマスクを用いたフォトグラフィシステムの瞳孔面における該光のゼロ次部分に実質的に支持する手段とを備え、それにより上記目的が達成される。

前記支持する手段が、前記物体と前記フォトグラフィシステムとの間に連結された支持アームであってもよい。

前記支持する手段が、エアーベアリングデバイスであってもよい。

前記支持する手段が、磁気浮揚デバイスであってもよい。

前記物体が、前記波長に対して不透過であってもよい。

前記物体が第１の面積を有し、前記瞳孔面における前記光の前記ゼロ次部分が第２の面積を有し、該第１の面積は該第２の面積以上であってもよい。

前記物体が第１の形状を有し、前記瞳孔面における前記光の前記ゼロ次部分が第２の形状を有し、該第１の形状は該第２の形状に実質的に対応してもよい。

前記第１の面積が、前記フォトグラフィシステムの調整レンズの開口率の関数であってもよい。

前記第１の面積が、前記フォトグラフィシステムの前記光の部分的コヒーレンスの関数であってもよい。

前記波長に対して半透過である第２の物体と、該第２の物体を、前記瞳孔面における該光の位相誤差部分に支持する手段とをさらに備えてもよい。

前記瞳孔面における前記光の前記位相誤差部分が、前記フォトグラフィシステムによって用いられる網線のパターンのピッチの関数であってもよい。

本発明によるフォトグラフィシステムは、光が位相シフトマスクを通過するようにさせることができる照射源と、該位相シフトマスクからの該光を、瞳孔面に収束させることができる第１の調整レンズと、実質的に該瞳孔面内に位置し、該光の一部分を遮光することができる、遮光アパチャと、該瞳孔面からの該光を、フォトレジストに向けて方向付けし直すことができる、第２の調整レンズとを備えており、それにより上記目的が達成される。

前記遮光アパチャが、前記光の波長に対して半透過であってもよい。

前記遮光アパチャが、前記光の波長に対して不透過であってもよい。

前記遮光アパチャが、前記瞳孔面における前記光のゼロ次部分に位置づけられてもよい。

前記遮光アパチャが第１の面積を有し、前記瞳孔面における前記光の前記ゼロ次部分が第２の面積を有し、該第１の面積は該第２の面積以上であってもよい。

前記遮光アパチャが第１の形状を有し、前記瞳孔面における前記光の前記ゼロ次部分が第２の形状を有し、該第１の形状は該第２の形状に実質的に対応してもよい。

前記第１の面積が、前記第１の調整レンズの開口率の関数であってもよい。

前記第１の面積が、前記第１の調整レンズと前記瞳孔面との間の前記光の部分的コヒーレンスの関数であってもよい。

前記遮光アパチャが、該遮光アパチャと前記フォトグラフィシステムの別の部分との間に連結されている支持アームによって支持されてもよい。

前記遮光アパチャがエアーベアリングデバイスによって支持されてもよい。

前記遮光アパチャが磁気浮揚デバイスによって支持されてもよい。

本発明によるフォトグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法は、（１）瞳孔面のうちの、位相シフトマスクからの光の位相誤差部分が収束する部分を見つけるステップと、（２）アパチャを該瞳孔面の該見つけられた部分に配置するステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

前記光の前記位相誤差部分が、該光のゼロ次部分であってもよい。

前記アパチャが、前記光の波長に対して不透過であってもよい。

前記アパチャが、前記光の別の部分が前記瞳孔面を通過することを可能にしてもよい。

前記アパチャの面積が、前記瞳孔面の前記見つけられた部分の面積に対応してもよい。

前記アパチャの形状が、前記瞳孔面の前記見つけられた部分の形状に対応してもよい。

本発明によるフォトグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法は、（１）ある波長を有する光が網線を通過する際に該波長を有する該光の位相誤差部分を生成することができるパターンを有する位相シフトマスクを有する網線を選択するステップであって、該位相誤差が瞳孔面に遮光アパチャを収束させることができるステップと、（２）該波長を有する該光が該選択された網線を通過するようにさせるステップとを包含し、それにより上記目的が達成される。

（３）前記選択された網線を通過した前記光に、フォトレジストを露出させるステップをさらに包含してもよい。

本発明は、瞳孔面を有し、位相シフトマスクを用いるフォトリソグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法に関する。位相シフトマスクの使用に伴うゼロ次漏れの現象の研究において、本発明者は、位相シフトマスクの製造における製造許容範囲からの逸脱に加えて、ゼロ次漏れの主な原因が、位相シフトマスク自体のトポグラフィから起きることを理解した。位相シフトマスクのトポグラフィは、０次の光の方向における建設的干渉の回折のさらなるモードを生成する。さらに、位相シフトマスクが用いられる場合、１／２次の光が、建設的干渉の所望の方向であり、異なる次数の光は、瞳孔面において異なる領域で収束することを認識し、本発明者は、瞳孔面において、ゼロ次漏れの光を遮光することによって、位相シフトマスク撮像性能を向上させる方法を考えた。

ある実施形態において、本発明は、遮光アパチャを含む。遮光アパチャは、光の波長に対して半透過である物体と、物体を、位相シフトマスクを用いたフォトグラフィシステムの瞳孔面における光のゼロ次部分に実質的に支持する手段とを含む。支持する手段が、物体とフォトグラフィシステムとの間に連結された支持アーム、エアーベアリングデバイス、磁気浮揚デバイスを含み得るが、これらに限定されない。好ましくは、物体が、波長に対して不透過である。

典型的には、物体の面積は、瞳孔面における光のゼロ次部分の面積以上である。好ましくは、物体が、瞳孔面における光のゼロ次部分の形状に実質的に対応する形状を有する。面積が、フォトグラフィシステムの調整レンズの開口率の関数、またはフォトグラフィシステムの光の部分的コヒーレンスの関数であり得る。

遮光アパチャは、波長に対して半透過である第２の物体と、第２の物体を、瞳孔面における光の位相誤差部分に支持する手段とをさらに含み得る。瞳孔面における光の位相誤差部分が、フォトグラフィシステムによって用いられるレチクルのパターンのピッチの関数であり得る。

他の実施形態において、本発明は、フォトリソグラフィシステムを含む。フォトリソグラフィシステムは、照射源と、第１の調整レンズと、遮光アパチャと、第２の調整レンズとを含む。照射源は、光が位相シフトマスクを通過するようにさせることができる。第１の調整レンズは、位相シフトマスクからの光を、瞳孔面に収束させることができる。遮光アパチャは、実質的に瞳孔面内に位置し、光の一部分を遮光することができる。第２の調整レンズは、瞳孔面からの光を、フォトレジストに向けて方向付けし直すことができる。

遮光アパチャが、遮光アパチャとフォトグラフィシステムの別の部分との間に連結されている支持アーム、エアーベアリングデバイス、磁気浮揚デバイスなどによって支持されている。遮光アパチャが、光の波長に対して半透過である。好ましくは、遮光アパチャが、光の波長に対して不透過である。

遮光アパチャが、瞳孔面における光のゼロ次部分に位置づけられる。典型的には、遮光アパチャの面積は、瞳孔面における光のゼロ次部分の面積以上である。好ましくは、遮光アパチャが、瞳孔面における光のゼロ次部分の形状に実質的に対応する形状を有する。面積が、フォトグラフィシステムの第１の調整レンズの開口率の関数、または第１の調整レンズと瞳孔面との間の光の部分的コヒーレンスの関数であり得る。

さらに他の実施形態において、本発明は、フォトグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法を含む。瞳孔面のうちの、位相シフトマスクからの光の位相誤差部分が収束する部分が見つけられる。アパチャが、瞳孔面の見つけられた部分に配置される。光の位相誤差部分が、光のゼロ次部分である。好ましくは、アパチャが、光の波長に対して不透過である。好ましくは、アパチャは、光の別の部分が瞳孔面を通過することを可能にする。好ましくは、アパチャの面積が、瞳孔面の見つけられた部分の面積に対応する。好ましくは、アパチャの形状が、瞳孔面の見つけられた部分の形状に対応する。

さらに別の実施形態において、本発明は、フォトグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法を含む。ある波長を有する光がレチクルを通過する際にその波長を有する光の位相誤差部分を生成することができるパターンを有する位相シフトマスクを有するレチクルが選択される。位相誤差が瞳孔面に遮光アパチャを収束させることができる。波長を有する光が選択されたレチクルを通過するようにさせられる。好ましくは、フォトレジストが、選択されたレチクルを通過させられた光に露光する。

以上の説明により、ゼロ次漏れがフォトレジストを露光させる光の強度のばらつきを引き起こすことを防ぐための位相シフトマスク撮像性能を向上させる装置およびシステム、ならびにその方法を提供することができる。

添付の図面は、本明細書中に組み込まれ、明細書の一部を成しているが、本発明の例示であり、記載とともに、本発明の原理を説明し、該当する分野の当業者が本発明を作成し、用いることを可能にする。

本発明の好適な実施形態は、図面を参照しながら説明される。図面において、同一の参照符号は、同一の要素、または機能が類似している要素を指す。また、図面において、各参照符号の左端の数字は、その参照符号が最初に用いられている図面を示す。

本発明は、瞳孔面を有し、位相シフトマスクを用いるフォトリソグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法に関する。位相シフトマスクの使用に伴うゼロ次漏れの現象の研究において、本発明者は、位相シフトマスクの製造における製造許容範囲からの逸脱に加えて、ゼロ次漏れの主な原因が、位相シフトマスク自体のトポグラフィから起きることを理解した。位相シフトマスクのトポグラフィは、０次の光の方向における建設的干渉の回折のさらなるモードを生成する。さらに、位相シフトマスクが用いられる場合、１／２次の光が、建設的干渉の所望の方向であり、異なる次数の光は、瞳孔面において異なる領域で収束することを認識し、本発明者は、瞳孔面において、ゼロ次漏れの光を遮光することによって、位相シフトマスク撮像性能を向上させる方法を考えた。

図１は、例示的なフォトリソグラフィシステム１００を示すブロック図である。フォトリソグラフィシステム１００は、照射源１０２、第１の調整レンズ１０４、および第２の調整レンズ１０６を含む。照射源１０２は、光軸１１０に沿って方向付けされる光１０８を生成する。光１０８の一部は、ウェハ１１４に付与されたフォトレジストの層に変換されるパターンを複製するように、レチクル１１２を通過する。第１の調整レンズ１０４および第２の調整レンズ１０６が用いられて、光１０８の一部が、ＩＣに含まれるフィーチャのサイズに収束される。しばしば、フォトリソグラフィシステム１００は、光１０８の全ての部分が通過する瞳孔面１１６を含む。瞳孔面１１６は、ユーザに、光１０８の全ての部分を有効にする様態で、フォトリソグラフィシステム１００を調節するために便利な位置を提供する。

皮肉なことに、ＩＣチップ上に製造されるデバイスの密度を高めようとする試みは、より高い密度が依存している、その同じフィーチャの小型化に起因してうまく行かなくなる。レチクル１１２上のパターンの寸法が小さくなればなるほど、特に線幅について、パターンを通過する光１０８の回折がより大きくなる。回折は、小さい開口部またはバリヤの周りを通過するにつれて、広がり、折れ曲がる波長の性質を意味する。特に重要なことは、回折が、光１０８の、面「Ｒ」１１８においてレチクル１１２から出射し、面「Ｗ」１２０においてウェハ１１４に入射する間の部分に、いかに影響を与えるかである。

図２Ａおよび図２Ｂは、面Ｒ１１８の第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４を通過した後の光１０８の干渉の関数から、どのように回折パターンが得られるのかを示す図である。干渉は、コヒーレントな光のビームが、上に重なるか、または交差する場合に起きる現象である。光は、電磁エネルギーの振動波からなる。光のビームが、上に重なるか、または交差する場合、交差点における光の強度は、これらの点における電磁エネルギーの波長の間の相互作用の関数である。交差するビームのコヒーレンスの度合いが高い場合、交差点での光の強度は、電磁エネルギーの波長の振幅のベクトル和の二乗に比例する。コヒーレントなビームは、交差点において、実質的には位相が合っており、光の強度は、個別のビームの各々の寄与よりも強い。交差点は、周囲よりも明るく見える。これは、建設的干渉と呼ばれる。しかし、コヒーレントなビームが、交差点で大幅に位相がずれる場合、光の強度は、個別のビームの各々の寄与よりも弱い。交差点は、周囲よりも暗い。これは、相殺的干渉と呼ばれる。

図２Ａにおいて、光は、波長「λ」である。第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４の幅は、「ｄ_１」である。第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４は、間隔「ｓ_１」分、隔てられている。第１の波形２０６は、第１の透過部分２０２から発生し、第２の波形２０８は、第２の透過部分２０４から発生する。回折は、第１の波形２０６および第２の波形２０８を、伝播するにつれて、広げる。第１の波形２０６および第２の波形２０８は、広がるにつれて、交差する。

間隔ｓ_１の中間点における面Ｒ１１８上のポイント「Ｏ」２１０から、３方向、第１の方向２１２、第２の方向２１４、および第３の方向２１６が示されている。各第１の方向２１２、第２の方向２１４、および第３の方向２１６の各々に沿って、第１の波形２０６および第２の波形２０８は、波形の位相が互いに合うように、交差する。第１の方向２１２は、面Ｒ１１８に対して垂直である。第１の破線２１８で示すように、第１の波形２０６および第２の波形２０８は位相が互いに合うので、第１の方向２１２に沿って建設的に干渉する。第２の破線２２０で示すように、第２の波形２０８は、第１の波形２０６よりも、波長λ分進んでいる。ここでも、第１の波形２０６および第２の波形２０８は互いに位相が合うので、第２の破線２２０に対して垂直である第２の方向２１４に沿って建設的に干渉する。同様に、第３の破線２２２が示すように、第１の波形２０６は、第２の波形２０８よりも波長λ分進んでいる。ここでも、第１の波形２０６および第２の波形２０８は、第３の破線２２２に対して垂直である第３の方向２１６に沿って建設的に干渉するように、互いに位相が合う。概して、建設的干渉の方向は、式（１）に示すように求められ得る。
式（１）（ｓ）（ｓｉｎ（θ））＝（ｍ）（λ）
ただし、「θ」は、ポイントＯ２１０において、建設的干渉の方向と第１の方向２１２との間の角度であり、ｍは整数である。

建設的干渉の方向の各々は、光の「次数」と呼ばれる。但し、ｍは、数値的な順序を示す。典型的には、伝播の方向から観察される場合、第１の方向２１２の左への光の次数は、負の次数であり、第１の方向２１２の右への光の次数は、正の次数である。従って、図２Ａにおいて、第１の方向２１２は、「０次」の光であり、第２の方向２１４は、「負の１次」の光であり、第３の方向２１６は、「正の１次」の光である。負および正の１次の光の各々の角度「θ_１」は、式（１）（ただし、ｍ＝１）から求められる。他の次数の光の方向も同様に求められる。

図２Ｂにおいて、第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４は、間隔「ｓ_２」（ただし、ｓ_２＜ｓ_１）分、隔てられている。図２Ａと比較すると、図２Ｂは、第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４の間の間隔とともに、回折パターンがいかに変化したかを示している。式（１）を当てはめると、ポイントＯ２１０において、０次の光と、負および正の１次の光との間に角度「θ_１’」が形成される（ただし、θ_１’＞θ_１）。

また、図２Ｂは、ポイントＯ２１０からの第４の方向２２４および第５の方向２２６を示す。第４の方向２２４および第５の方向２２６の各々に沿って、第１の波形２０６および第２の波形２０８は、互いの位相がずれるように、交差する。第４の破線２２８によって示されるように、第２の波形２０８は、第１の波形２０６よりも、波長λの２分の１分進んでいる。ここで、第１の波形２０６および第２の波形２０８は、位相がずれているので、第４の破線２２８に対して垂直である第４の方向２２４に沿って相殺的に干渉する。同様に、第５の破線２３０によって示されるように、第１の波形２０６は、第２の波形２０８よりも、波長λの２分の１分進んでいる。ここでも、第１の波形２０６および第２の波形２０８は、位相がずれているので、第５の破線２３０に対して垂直である第５の方向２２６に沿って相殺的に干渉する。相殺的干渉の方向の各々は、「１／２次」の光と呼ばれる。従って、図２Ｂにおいて、第４の方向２２４は、「負の１／２次」の光であり、第５の方向２２６は、「正の１／２次」の光である。負および正の１／２次の光の角度「θ_１／２」は、式（１）（ただし、ｍ＝１／２）から求められる。

再び図１を参照する。第１透過部分２０２および第２透過部分２０４から現れる光１０８の０次、負１次、および正１次部分の経路が示される。第１透過部分２０２から現れる光１０８の一部と第２透過部分２０４から現れる光１０８の一部とを区別するために、下付き文字を使用する。すなわち、第１透過部分２０２から現れる光１０８の０次、負１次、および正１次部分は、それぞれ「０_ａ」、「−１_ａ」、および「＋１_ａ」と標識される。同様に、第２透過部分２０４から現れる光１０８の０次、負１次、および正１次部分は、それぞれ「０_ｂ」、「−１_ｂ」、および「＋１_ｂ」と標識される。第１調整レンズ１０４および第２調整レンズ１０６はこれらの次数の光１０８をウェハ１１４へ再方向付ける。ウェハ１１４において、第１透過部分２０２からの光１０８の一部はポイント「Ａ」１２２に当たり、かつ第２透過部分２０４からの光１０８の一部はポイント「Ｂ」１２４に当たる。ポイントＡ１２２およびＢ１２４は、間隔「ｓ_１’」（ｓ_１’＜ｓ_１）だけ分離される。このように、レチクル１１２のパターンは、ミクロン以下の寸法に低減され、そしてウェハ１１４へ転写される。

回折パターンはまた、第１透過部分２０２および第２透過部分２０４のそれぞれの幅「ｄ」の関数である。図３Ａおよび３Ｂは、幅ｄ_１を有する第１透過部分２０２の回折パターンへの寄与を示す。例として、第１透過部分２０２の回折パターンへの寄与を面「Ｌ」３０２に示す。

図３Ａにおいて、第１光線「ｒ_１」３０４は第１透過部分２０２の上部から面Ｒ１１８を抜け、他方第２光線「ｒ_２」３０６は第１透過部分２０２の下部から面Ｒ１１８を抜ける。第１光線ｒ_１２０６および第２光線ｒ_２２０８の両方は、面Ｌ３０２にポイント「Ｐ_０」３０８で当たる。ポイントＰ_０３０８は、第１透過部分２０２の中心にあるポイント「Ｚ」３１０の真向かいである。ポイントＰ_０３０８に到達するために、第１光線ｒ_１３０４および第２光線ｒ_２３０６は同じ距離を伝播する。第１光線ｒ_１３０４および第２光線ｒ_２３０６の波は位相が同じなので強めあうように干渉するので、それらの電磁エネルギーの振幅のベクトル和はポイントＰ_０３０８において最大の電磁エネルギーを生成する（グラフ３１２上に示す）。光１０８の一部の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。したがって、ポイントＰ_０３０８はまた、主要な最大強度となる（グラフ３１４上に示す）。

図３Ｂにおいて、第３の光線「ｒ_３」３１６は第１透過部分２０２の上部から面Ｒ１１８を抜け、他方第４の光線「ｒ_４」３１８は第１透過部分２０２の下部から面Ｒ１１８を抜ける。第３の光線ｒ_３３１６および第４の光線ｒ_４３１８の両方は、面Ｌ３０２にポイント「Ｐ_ｍｉｎ１ ⁻」３２０で当たる。ポイントＰ_ｍｉｎ１ ⁻３２０に到達するために、第３の光線ｒ_３３１６および第４の光線ｒ_４３１８は異なる距離を伝播する。第３の光線ｒ_３３１６および第４の光線ｒ_４３１８が伝播する距離の差は波長λの１／２の奇数倍である。第３の光線ｒ_３３１６および第４の光線ｒ_４３１８の波は位相が異なり弱めあうように干渉するので、それらの電磁エネルギーの振幅を合わせたベクトル和はポイントＰ_ｍｉｎ１ ⁻３２０において最小の電磁エネルギーを生成する（グラフ３１２上に示す）。ポイントＰ_ｍｉｎ１ ⁻３２０はまた、最小強度となる（グラフ３１４上に示す）。

また図３Ｂにおいて、第５の光線「ｒ_５」３２２は第１透過部分２０２の上部から面Ｒ１１８を抜け、他方第６の光線「ｒ_６」３２４は第１透過部分２０２の下部から面Ｒ１１８を抜ける。第５の光線ｒ_５３２２および第６の光線ｒ_６３２４の両方は、面Ｌ３０２にポイント「Ｐ_{ＬＭＡＸ１} ^＋」３２６で当たる。ポイントＰ_{ＬＭＡＸ１} ^＋３２６に到達するために、第５の光線ｒ_５３２２および第６の光線ｒ_６３２４は異なる距離を伝播する。第５の光線ｒ_５３２２および第６の光線ｒ_６３２４が伝播する距離の差は波長λの１／２の偶数倍である。第５の光線ｒ_５３２２および第６の光線ｒ_６３２４の波は位相が同じで強めあうように干渉するので、それらの電磁エネルギーの振幅を合わせたベクトル和はポイントＰ_{ＬＭＡＸ１} ^＋３２６において局所最大の電磁エネルギーを生成する（グラフ３１２上に示す）。ポイントＰ_{ＬＭＡＸ１} ^＋３２６はまた、局所最大強度となる（グラフ３１４上に示す）。

グラフ３１４上に示す強度パターンは、ポイントＰ_０３０８における主要な最大強度のポイントの回りで対称である。したがって、ポイントＰ_ｍｉｎ１ ⁻３２０に対して対称に対応するポイントＰ_ｍｉｎ１ ^＋３２８があり、かつポイントＰ_{ＬＭＡＸ１} ^＋３２６に対称に対応するポイントＰ_{ＬＭＡＸ１} ⁻３３０がある。一般に、最小強度のポイントは式（２）に示すように決定される：
式（２）（ｄ）ｓｉｎ（φ））＝（ｎ）（λ）
ここで「φ」はポイントＺ３１０における、最小強度のポイントの方向とポイントＰ_０３０８との間に形成される角度であり、かつｎはゼロでない整数である。例えば、ポイントＰ_ｍｉｎ１ ⁻３２０は、角度「φ_ｍｉｎ１」である。

図４は、幅「ｄ_２」（ｄ_２＜ｄ_１）を有する第１透過部分２０２の回折パターンへの寄与を示す。図３Ａおよび３Ｂと比較して、図４は、第１透過部分２０２の幅が増加するにつれどのように回折パターンが変化するかを示す。式（２）を適用することにより、最小強度の第１負および第１正ポイントは、ポイントＺ３１０において最小強度のポイントの方向とポイントＰ_０３０８との間の角度「φ_ｍｉｎ１’」を形成する（φ_ｍｉｎ１’＞φ_ｍｉｎ１）。したがって、ここで第１透過部分２０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布はグラフ４０２に示すようなものとなり、かつ第１透過部分２０２からの光１０８の一部の強度の分布はグラフ４０４に示すようなものとなる。なお、グラフ３１２および３１４上のピークはグラフ４０２および４０４上のピークよりも急峻である。

図５Ａおよび５Ｂは、ウェハ１１４上の面Ｗ１２０におけるポイントＡ１２２およびＢ１２４での回折パターンを示す。上記のように、第１調整レンズ１０４および第２調整レンズ１０６は光１０８の一部をウェハ１１４へ再方向付ける。ウェハ１１４において、第１透過部分２０２からの光１０８の一部はポイントＡ１２２に当たり、かつ第２透過部分２０４からの光１０８の一部はポイント「Ｂ」１２４に当たる。

図５Ａは、第１透過部分２０２および第２透過部分２０４がそれぞれ幅ｄ_１を有し、かつ間隔ｓ_１だけ分離される場合の回折パターンを示す。第１透過部分２０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、図３Ａおよび３Ｂにグラフ３１２として示される。最大エネルギーのポイントは、ポイントＡ１２２に対向する位置に示される。同様に、第２透過部分２０４からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、グラフ５０２として示される。最大エネルギーのポイントは、ポイントＢ１２４に対向する位置に示される。グラフ３１２および５０２は同じ形であるが間隔ｓ_１’だけ離れる。光１０８の一部の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。したがって、ウェハ１１４における光１０８の一部の強度の分布はグラフ５０４として示される。この分布は、グラフ３１２および５０２に示される電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

図５Ｂは、第１透過部分２０２および第２透過部分２０４がそれぞれ幅ｄ_２を有し、かつ間隔ｓ_１だけ分離される場合の回折パターンを示す。第１透過部分２０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、図４Ａにグラフ４０２として示される。再度、最大エネルギーのポイントは、ポイントＡ１２２に対向する位置に示される。同様に、第２透過部分２０４からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、グラフ５０２として示される。最大エネルギーのポイントは、ポイントＢ１２４に対向する位置に示される。再度、グラフ４０２および５０６は同じ形であるが間隔ｓ_１’だけ離れる。ウェハ１１４における光１０８の一部の強度の分布はグラフ５０８として示される。この分布は、グラフ４０２および５０６に示される電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

グラフ５０４および５０８を比較すると、グラフ５０４上のピークはグラフ５０８上のピークよりも急峻であることがわかる。また、グラフ５０４において、第１透過部分２０２からの光１０８の一部に対応するピークは第２透過部分２０４からの光１０８の一部に対応するピークとより容易に区別可能である。対照的に、グラフ５０８において、２つのピークは融合して一方と他方の区別をより困難にする傾向がある。このような状態を「スピルオーバー」と称す。スピルオーバーは、レチクル１１２のパターンの特徴が低減されかつウェハ１１４に転写される際にその特徴間に得られ得る分解能を低下させる。さらに、上記図の検討から、間隔ｓが、例えばｓ_１からｓ_２へ、低減されるとよりスピルオーバーが発生することがわかる。したがって、上記図が示すように、ＩＣチップ上に製造されるデバイスの密度を増加させようとする試みは、より大きな密度が依存する同じくより小さな特徴サイズによって妨げられる。

スピルオーバーを低減する１つの方法は、レチクル１１２のパターンにおける隣接する特徴の電磁エネルギーの振幅のベクトル和を交番位相シフトマスクを使用して低減することである。図６は、レチクル１１２が交番位相シフトマスク６００として実現される際に回折パターンがどのようにして変化するかを示す。交番位相シフトマスク６００は、第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２を含む。第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２のそれぞれは幅ｄ_２を有する。第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２は間隔ｓ_１によって分離される。位相シフト透過部分６０２は、さらに面Ｒ１１８において形成された凹部によって特徴付けられる。凹部は面Ｒ１１８中へ波長λの１／２の奇数倍だけ伸長する（あるいは、位相シフト透過部分６０２は、さらに面１１８上に形成された透過な凸部によって特徴付けられ、凸部は面Ｒ１１８の外へ波長λの１／２の奇数倍だけ伸長する）。

図６において、第１波形２０６は第１透過部分２０２から現れ、他方第２波形２０８は位相シフト透過部分６０２から現れる。間隔ｓ_１の中点における面Ｒ１１８上のポイントＯ２１０から、３つの方向が示される。第１方向２１２、第４の方向２２４、および第５の方向２２６である。第１方向２１２は面Ｒ１１８に対して垂直である。第１破線２１８によって示されるように、第２波形２０８は第１波形２０６よりも波長λの１／２だけ先行する。ここで、第１および第２波形２０６および２０８は位相が異なるので、それらは第１方向２１２に沿って弱めあうように干渉する。第４の破線２２８によって示されるように、第１および第２波形２０６および２０８は位相が合うので、それらは第４の方向２２４に沿って強めあうように干渉する。第４の方向２２４は第４の破線２２８に対して垂直である。第５の破線２３０によって示されるように、第１および第２波形２０６および２０８は位相が合うので、それらは第５の方向２２６に沿って強めあうように干渉する。第５の方向２２６は第５の破線２３０に対して垂直である。負および正１／２次の光のそれぞれに対してポイントＯ２１０において形成される角度「θ_１／２」は、式（１）（ｍ＝１／２のとき）から決定される。

図６と図２Ａおよび２Ｂとを比較すると、図６における回折パターンが図２Ａおよび２Ｂの回折パターンの逆であることがわかる。図２Ｂにおいて、０次の光（第１方向２１２）は強めあう干渉の方向であり、負１／２次の光（第４の方向２２４）および正１／２次の光（第５の方向２２６）は弱めあう干渉の方向である。対照的に、図６において、０次の光（第１方向２１２）は弱めあう干渉の方向であり（図示しないが、負１次の光および正１次の光と同様である）、負１／２次の光（第４の方向２２４）および正１／２次の光（第５の方向２２６）は強めあう干渉の方向である。

さらに、全体として、図１、２Ａおよび２Ｂならびに６の教示によると、交番位相シフトマスク６００の第１利点を示す。図１は、第１透過部分２０２および第２透過部分２０４からの１次の光（すなわち、−１_ａ、＋１_ａ、−１_ｂ、および＋１_ｂ）はそれぞれ角度θ_１でレチクル１１２を抜ける。１次の光は強めあう干渉の方向である。図６は、交番位相シフトマスク６００を使用することによって、１次の光は弱めあう干渉の方向となり、他方１／２次の光が強めあう干渉の方向となる。図６において、１／２次の光はそれぞれ角度θ_１/２’を有する。θ_１/２’は対応の１次の光のそれぞれに対して角度θ_１’の半分である。図２Ａおよび２Ｂは、間隔ｓが、例えば間隔ｓ_１から間隔ｓ_２へ低減されると角度θはθ_１からθ_１’へ増加する。したがって、図１において、レチクル１１２が交番位相シフトマスク６００として実現されると、間隔ｓは角度θが増加するように低減され得る。１／２次の光が第１調整レンズ１０４に当たる限り、角度θは増加され得る。ここで０次および１次の光は弱めあう干渉の方向であるので、角度θの増加によって１次の光のいくつか（すなわち、−１_ａおよび＋１_ｂ）が第１調整レンズ１０４に当たらないおそれがあっても問題とならない。レチクル１１２が交番位相シフトマスク６００として実現される場合、強めあう干渉の方向である１／２次の光を使用してレチクル１１２のパターンをウェハ１１４へ転写する。レチクル１１２のそのような構成が交番位相シフトマスク６００として実現されることを図７に示す。図７において、第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２は間隔ｓ_３（ここで、ｓ_３＜ｓ_１）によって分離される。

図８は、幅ｄ_２を有する位相シフト透過部分６０２の回折パターンへの寄与を示す。図８において、位相シフト透過部分６０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布はグラフ８０２として示される。グラフ８０２は図４のグラフ４０２の鏡像イメージである。しかし、光１０８の一部の強度は電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例するので、位相シフト透過部分６０２からの光１０８の一部の強度の分布は図４のグラフ４０４と同一である。

図９は、第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２がそれぞれが幅ｄ_２を有しかつ間隔ｓ_３によって分離される場合のウェハ１１４上の面Ｗ１２０におけるポイントＡ１２２およびＢ１２４での回折パターンを示す。第１透過部分２０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、図４からのグラフ４０２として示される。最大電磁エネルギーのポイントはポイントＡ１２２に対向する位置に示される。同様に、位相シフト透過部分６０２からの光１０８の一部の電磁エネルギーの分布は、グラフ８０２として示される。最大電磁エネルギーのポイントはポイントＢ１２４に対向する位置に示される。グラフ４０２および８０２は鏡像イメージの形を有し、かつ間隔「ｓ_３’」だけ離れる。ｓ_３’は第１調整レンズ１０４および第２調整レンズ１０６によって生成される間隔ｓ_３の低減に対応する。光１０８の一部の強度は電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。したがって、ウェハ１１４における光１０８の一部の強度の分布はグラフ９０２として示され、グラフ４０２および８０２に示される電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

グラフ９０２（図９）と５０８（図５Ｂ）とを比較すると、グラフ９０２上のピークがグラフ５０８上のピークよりも急峻であることがわかる。また、グラフ９０２において、第１透過部分２０２からの光１０８の一部に対応するピークは、位相シフト透過部分６０２からの光１０８の一部に対応するピークとより容易に区別可能である。対照的に、グラフ５０８において、第１透過部分２０２および第２透過部分２０４からの２つのピークは融合して一方と他方の区別をより困難にする傾向がある。さらに、グラフ９０２上のピークは互いに間隔ｓ_３’だけ分離される。ｓ_３’は、グラフ５０８上のピークを分離するｓ_１’よりも短い。したがって、グラフ９０２は、グラフ５０８によって示されるよりも大きな分解能を示す。このより大きな分解能は交番位相シフトマスク６００の第２利点である。

理論上では交番位相シフトマスク６００がＩＣチップ上に製造されるデバイス密度を増加すると非常に期待されるが、製造能力に制限があるのでこのアプローチの有効性は小さくなる可能性がある。実行可能な交番位相シフトマスク６００の実現できるかどうかは、波長λの１／２の奇数倍の深さ（高さ）を有するレチクル１１２中（上）の凹部（凸部）かつ幅ｄを有し、かつ間隔ｓだけ隣接する透過部分２０２から離れた位相シフト透過部分６０２を精密に製造する能力に左右される。

図６について上記したように、これらの評価基準から外れると、第１および第２波形２０６および２０８が完全に位相が異なるとは限らない（例えば、第２波形２０８はおよそ波長λの１／２だけ第１波形２０６を先行し得る）。したがって、交番位相シフトマスク６００における０次の光の弱めあう干渉は、完全でないことがある。この場合、０次の光は無視できない強度を有することがある。０次の光におけるそのような所望しない強度を「ゼロ次漏れ」と称す。

さらに、交番位相シフトマスク６００が完璧に製造される場合でさえ、得られたトポグラフィーによって回折のさらなるモードを生じ、０次の光が無視できない強度を有する原因となる。この現象を「トポグラフィック効果」または「伝送線路（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）効果」と称す。したがって、ある程度のゼロ次漏れは、交番位相シフトマスク６００の使用に本質的に伴うものである。図１０は、光１０８の一部が位相シフト透過部分６０２から現れる際に生成されるトポグラフィック効果を示す。

図１０において、６つの光線が位相シフト透過部分６０２の後壁から現れるように示される。第１光線「ｒ_ａ」１００４、第２光線「ｒ_ｂ」１００６、第３の光線「ｒ_ｃ」１００８、第４の光線「ｒ_ｄ」１０１０、第５の光線「ｒ_ｅ」１０１２、および第６の光線「ｒ_ｆ」１０１４である。第１の光線ｒ_ａ１００４、第２の光線ｒ_ｂ１００６、および第３のの光線ｒ_ｃ１００８は負方向へ回折し、他方第４の光線ｒ_ｄ１０１０、第５のの光線ｒ_ｅ１０１２、および第６のの光線ｒ_ｆ１０１４は正方向へ回折する。第１の光線ｒ_ａ１００４および第４の光線ｒ_ｄ１０１０は、図８と同じように位相シフト透過部分６０２から伝播する。対照的に、第２の光線ｒ_ｂ１００６および第３の光線ｒ_ｃ１００８は負側壁１０１６に当たり、そして正方向へ再方向付けられる。同様に、第５の光線ｒ_ｅ１０１２および第６の光線ｒ_ｆ１０１４は正側壁１０１８に当たり、そして負方向へ再方向付けられる。第２の光線ｒ_ｂ１００６および第５の光線ｒ_ｅ１０１２はそれらの交差点で強めあうように干渉する。同様に、第３の光線ｒ_ｃ１００８および第６の光線ｒ_ｆ１０１４はそれらの交差点で強めあうように干渉する。第２の光線ｒ_ａ１００４、第３の光線ｒ_ｂ１００６、第５の光線ｒ_ｅ１０１２、および第６の光線ｒ_ｆ１０１４の再方向付けの正味の結果は、無視できない強度を有する光が矢印１０２０によって示されるような０次方向へ伝播する。これがトポグラフィック効果である。

図１１は、交番位相シフトマスク６００として実現されるレチクル１１２からの負１／２次、正１／２次および０次の漏れ光の経路を示す。図１１において、第１透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２はそれぞれ幅ｄ_２を有し、かつ間隔ｓ_３だけ分離される。第１透過部分２０２から現れる光１０８の一部と位相シフト透過部分６０２から現れる光１０８の一部とを区別するために、下付き文字を使用する。したがって、第１透過部分２０２から現れる光１０８の負１／２次および正１／２次部分はそれぞれ「−１／２_ａ」および「＋１／２_ａ」と標識される。負１／２次の光−１／２_ａおよび正１／２次の光＋１／２_ａは、角度「θ_１／２’’」で第１透過部分２０２から現れる。同様に、位相シフト透過部分６０２から現れる光１０８の負１／２次、正１／２次、およびゼロ次漏れ部分はそれぞれ「−１／２_ｂ」、「＋１／２_ｂ」、および「Ｏ_Ｉｂ」と標識される。負１／２次の光−１／２_ｂおよび正１／２次の光＋１／２_ｂのそれぞれは角度θ_１／２’’で位相シフト透過部分６０２から現れる。

ここまで面Ｗ１２０においてウェハ１１４に当たる光１０８の一部について説明したが、数百ナノメーターのオーダーで測定する波長λを用いて、ウェハ１１４に適用するフォトレジストの層の厚さのばらつきが著しく大きいので、フォトレジスト層を単一面としてモデリングすることは無効となることが当業者に理解され得る。実行可能なフォトリソグラフィシステムは、フォトレジスト層が面Ｗ１２０から実質的に外れても、レチクル１１２のパターンを低減し、かつウェハ１１４へパターンを転写することが可能でなければならない。

図１２は、異なる面における負１／２次、正１／２次、およびゼロ次漏れ光の経路を示す。図１２において、面Ｗ１２０は名目上の焦点面として示される。面「Ｘ」１２０２は面Ｗ１２０に平行であり、光源１０２へ距離「Ｄ」だけより近いように示される。同様に、面「Ｙ」１２０４は面Ｗ１２０に平行であり、光源１０２から距離「Ｄ」だけより遠いように示される。

負１／２次の光−１／２_ａ、正１／２次の光＋１／２_ａ、負１／２次の光−１／２_ｂ、正１／２次の光＋１／２_ｂ、およびゼロ次漏れ光０_１ｂのそれぞれに沿って、光１０８の一部の波長λの期間の位相を表すポイントを示す。これらのポイントは、「ｆ」（ゼロから落ちる）、「ｍ」（最小）、「ｒ」（ゼロから上がる）、および「Ｍ」（最大）と標識される。波長λは光１０８のそれぞれの次数の部分のうちの１つの上の２つの共通の位相ポイント間の距離に対応する（すなわち、ｆからｆ）。

第１透過部分２０２から現れる光１０８の一部と位相シフト透過部分６０２から現れる光１０８の一部とを区別するために、下付き文字を使用する。したがって、正１／２次の光＋１／２_ａに対して、波長λは「ｆ_{＋１／２ａ}」から「ｍ_{＋１／２ａ}」、次いで「ｒ_{＋１／２ａ}」、次いで「Ｍ_{＋１／２ａ}」、次いで「ｆ_{＋１／２ａ}」へと進む。同様に、負１／２次の光−１／２_ａに対して、波長λは「ｆ_{−１／２ａ}」から「ｍ_{−１／２ａ}」、次いで「ｒ_{−１／２ａ}」、次いで「Ｍ_{−１／２ａ}」、次いで「ｆ_{−１／２ａ}」へと進む。同様に、正１／２次の光＋１／２_ｂに対して、波長λは「ｆ_{＋１／２ｂ}」から「ｍ_{＋１／２ｂ}」、次いで「ｒ_{＋１／２ｂ}」、次いで「Ｍ_{＋１／２ｂ}」、次いで「ｆ_{＋１／２ｂ}」へと進む。また、負１／２次の光−１／２_ｂに対して、波長λは「ｆ_{−１／２ｂ}」から「ｍ_{−１／２ｂ}」、次いで「ｒ_{−１／２ｂ}」、次いで「Ｍ_{−１／２ｂ}」、次いで「ｆ_{−１／２ｂ}」へと進む。最後に、ゼロ次漏れ光０_１ｂに対して、波長λは「ｒ_０１ｂ」（図示せず）から「Ｍ_０１ｂ」、次いで「ｆ_０１ｂ」、次いで「ｍ_０１ｂ」、次いで「ｒ_０１ｂ」（図示せず）へと進む。

図１２の説明は、負および正１／２次の光−１／２_ａおよび＋１／２_ａは位相が同じであり、かつ負および正１／２次の光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂはまた位相が同じである。一括して、第１透過部分２０２から現れる負１／２次の光−１／２_ａおよび正１／２次の光＋１／２_ａならびに位相シフト透過部分６０２から現れる負１／２次の光−１／２_ｂおよび正１／２次の光＋１／２_ｂは位相が異なる。これは、図９のグラフ４０２および８０２の形状に一致する。

しかし、ゼロ次漏れ光０_１ｂと位相シフト透過部分６０２から現れる負および正１／２次の光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂとを比較すると、これら光の３つの部分は面Ｘ１２０２において実質的に位相が同じであり、ゼロ次漏れ光０_１ｂは面Ｙ１２０４において負１／２次の光−１／２_ｂと正１／２次の光＋１／２_ｂとで実質的に位相が異なる。

図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃは、負の１／２次、正の１／２次、およびゼロ次漏れ光の経路が異なる平面でウェハ１１４に衝突する際に起こる回折パターンを示す。

図１３Ａは、位相シフト透過部分６０２から現れるゼロ次漏れ光０_ｌbの、平面Ｗ１２０での回折パターンに対する貢献を示す。第１の透過部分２０２からの光−１／２_ａおよび＋１／２_ａの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図４からのグラフ４０２として示す。同様に、位相シフト透過部分６０２からの光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図８からのグラフ８０２として示す。さらに、位相シフト透過部分６０２からのゼロ次漏れ光０_ｌｂの電磁エネルギーの分布をグラフ１３０２として示す。光１０８の上記部分の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。したがって、光１０８の、平面Ｗ１２０における部分の強度分布はグラフ１３０４として示す通りであり、これは、グラフ４０２、８０２および１３０２に示す電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

グラフ８０２に示す電磁エネルギーの分布は、負および正の１／２次光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂが互いに近接しているとき（図１２参照）に生成されるため、グラフ１３０２に示す電磁エネルギーの分布は、グラフ１３０４に示すように、光１０８の、平面Ｗ１２０における部分の強度分布に対してほとんどインパクトを有していない。グラフ１３０４（図１３Ａ）と９０２（図９）とを比較すると、両方のグラフが２つのピーク、すなわちピーク「Ｋ」１３０６とピーク「Ｌ」１３０８によって特徴づけられる類似の形状を有することがわかる。各ピークは高さ「ｈ」を有する。

図１３Ｂは、位相シフト透過部分６０２から現れるゼロ次漏れ光０_ｌbの、平面Ｘ１２０２での回折パターンに対する貢献を示す。図１３Ａに示すように、第１の透過部分２０２からの光−１／２_ａおよび＋１／２_ａの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図４からのグラフ４０２として示す。位相シフト透過部分６０２からの光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図８からのグラフ８０２として示す。位相シフト透過部分６０２からのゼロ次漏れ光０_ｌｂの電磁エネルギーの分布をグラフ１３０２として示す。光１０８の上記部分の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。したがって、光１０８の、平面Ｘ１２０２における部分の強度分布はグラフ１３１０として示す通りであり、これは、グラフ４０２、８０２および１３０２に示す電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

しかし、グラフ８０２に示す電磁エネルギーの分布は、負および正の１／２次光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂがその間にある程度の距離を有しているとき（図１２参照）に生成されるため、グラフ１３０２に示す電磁エネルギーの分布は、グラフ１３１０に示すように、光１０８の、平面Ｘ１２０２における部分の強度分布に対してインパクトを有する。ここで、位相シフト透過部分６０２から現れるゼロ次漏れ光０_ｌｂと、負および正の１／２次光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂとは、互いに実質的に同期している。従って、グラフ８０２および１３０２に示す電磁エネルギーの振幅のベクトル和は、グラフ１３０２に示す電磁エネルギーの振幅よりも大きい。グラフ１３１０（図１３Ｂ）と１３０４（図１３Ａ）とを比較すると、両方のグラフが２つのピークによって特徴づけられることがわかる。しかし、グラフ１３１０において、ピークＬ１３０８は高さ「ｈ’」を有し、ピークＫ１３０６は高さ「ｈ」を有し、ｈ’＞ｈである。

図１３Ｃは、位相シフト透過部分６０２から現れるゼロ次漏れ光０_ｌbの、平面Ｙ１２０４での回折パターンに対する貢献を示す。図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、第１の透過部分２０２からの光−１／２_ａおよび＋１／２_ａの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図４からのグラフ４０２として示す。位相シフト透過部分６０２からの光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂの１／２次部分の電磁エネルギーの分布を図８からのグラフ８０２として示す。位相シフト透過部分６０２からのゼロ次漏れ光０_ｌｂの電磁エネルギーの分布をグラフ１３０２として示す。光１０８の上記部分の強度は、電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗に比例する。従って、光１０８の、平面Ｘ１２０２における部分の強度分布はグラフ１３１２として示す通りであり、これは、グラフ４０２、８０２および１３０２に示す電磁エネルギーの振幅のベクトル和の二乗である。

しかし、グラフ８０２に示す電磁エネルギーの分布は、負および正の１／２次光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂがその間にある程度の距離を有しているとき（図１２参照）に生成されるため、グラフ１３０２に示す電磁エネルギーの分布は、グラフ１３０８に示すように、光１０８の、平面Ｙ１２０４における部分の強度分布に対してインパクトを有する。ここで、位相シフト透過部分６０２から現れるゼロ次光０_ｌｂと、負および正の１／２次光−１／２_ｂおよび＋１／２_ｂとは、互いに実質的に非同期である。従って、グラフ８０２および１３０２に示す電磁エネルギーの振幅のベクトル和は、グラフ１３０２に示す電磁エネルギーの振幅よりも小さい。グラフ１３１２（図１３Ｃ）と１３０４（図１３Ａ）とを比較すると、両方のグラフが２つのピークによって特徴づけられることがわかる。しかし、グラフ１３１２において、ピークＬ１３０８は高さ「ｈ”」を有し、ピークＫ１３０６は高さ「ｈ」を有し、ｈ”＜ｈである。

図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃは、ゼロ次漏れが印刷された線および空間に及ぼす悪影響を示す走査型電子顕微鏡画像である。図１４Ａは、平面Ｗ１２０に露出したフォトレジストから形成された線に対応する。線１４０２は、グラフ１３０４のピークＫ１３０６に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０４は、グラフ１３０４のピークＬ１３０８に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０２および１４０４は均一な幅を有する。図１４Ｂは、平面Ｘ１２０２に露出したフォトレジストから形成された線に対応する。線１４０２は、グラフ１３１０のピークＫ１３０６に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０４は、グラフ１３１０のピークＬ１３０８に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０２は線１４０４よりも狭い幅を有する。図１４Ｃは、平面Ｙ１２０４に露出したフォトレジストから形成された線に対応する。線１４０２は、グラフ１３１２のピークＫ１３０６に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０４は、グラフ１３１２のピークＬ１３０８に対応する強度で露出したフォトレジストに対応する。線１４０２は線１４０４よりも広い幅を有する。当業者であれば、ウェハ１１４上に形成された線幅の変化が、製造中のデバイスの電気的または電子的特性に悪影響を及ぼし得ることを理解し得る。特に懸念されるのは、変化する位置が変わることであるが、これは露出したフォトレジストが名目上焦点面の上方にあるか下方にあるかに依存する。

図１５は、本発明によるフォトリソグラフィシステム１５００をブロック図により説明する。フォトリソグラフィシステム１５００は、照射源１０２と、第１の調整レンズ１０４と、遮光アパチャ１５０２と、第２の調整レンズ１０６とを含む。照射源１０２は、光１０８が網線１１２の交番位相シフトマスク６００を通過するようにさせることができる。第１の調整レンズ１０４は、交番位相シフトマスク６００からの光１０８を瞳孔面１１６に収束させることができる。遮光アパチャ１５０２は、実質的に瞳孔面１１６内に位置し、光１０８の一部分を遮光することができる。第２の調整レンズ１０６は、瞳孔面１１６からの光１０８をフォトレジスト（ここではウェハ１１６上に示す）に向けて方向付けし直すことができる。

遮光アパチャ１５０２は、遮光アパチャ１５０２と、フォトリソグラフィシステム１５００の別の部分、すなわちエアーベアリングデバイス（図示せず）、磁気浮揚デバイス（図示せず）などとの間に連結された支持アーム（図示せず）によって支持され得る。遮光アパチャ１５０２は、光１０８の波長λに対して半透過である。遮光アパチャ１５０２は好適には、光１０８の波長λに対して不透過である。

遮光アパチャ１５０２は、瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分に位置する。典型的には、遮光アパチャ１５０２の面積は、瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分（たとえば、０_ｌｂ）の面積以上である。遮光アパチャ１５０２は好適には、瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分の形状に実質的に対応する形状を有する。この面積は、第１の調整レンズ１０４の開口率の関数、または第１の調整レンズ１０４と瞳孔面１１６との間の光１０８の部分的コヒーレンスの関数であり得る。

図１６は、本発明による遮光アパチャ１６００を示す。遮光アパチャ１６００は、光１０８の波長λに対して半透過である物体１６０２と、交番位相シフトマスク６００を用いたフォトグラフィシステム（たとえば、フォトグラフィシステム１５００）の瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分（たとえば、０_ｌｂ）に物体１６０２を実質的に支持する手段を含む。支持手段は、物体１６０２とフォトグラフィシステム（図示せず）との間に連結された支持アーム１６０４と、エアーベアリングデバイス（図示せず）と、磁気浮揚デバイス（図示せず）とを含み得るがこれらには限定されない。物体１６０２は好適には、光１０８の波長λに対して不透過である。

典型的には、物体１６０２の面積は、瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分（たとえば、０_ｌｂ）の面積以上である。物体１６０２は好適には、瞳孔面１１６における光１０８のゼロ次部分の形状に実質的に対応する形状を有する。この面積は、フォトグラフィシステムの調整レンズ（たとえば、第１の調整レンズ１０４）の開口率の関数、またはフォトグラフィシステムの光１０８の部分的コヒーレンスの関数であり得る。

図１７は、遮光アパチャ１７００を示し、遮光アパチャ１７００は、第２の物体１７０２と、第３の物体１７０４と、第２および第３の物体１７０２および１７０４を瞳孔面１１６における光１０８の位相誤差部分に支持する手段とを含む。第２および第３の物体１７０２および１７０４は、光１０８の波長λに対して半透過である。当業者であれば、さらなる位相誤差が、特にフォトグラフィシステムによって用いられる網線１１２のパターンのピッチの関数として、起こり得ることを理解する。これらの他の位相誤差は、光の他の１未満の次数、たとえば光の３／４次などと関連づけられ得る。遮光アパチャ１７００は、２７０ナノメートルのピッチで９０ナノメートルの線幅を有するパターンを有する状態で示されている。ピッチが増加すると、第２および第３の物体１７０２および１７０４が物体１６０２に近づく方向に移動する。

図１８は、フォトグラフィシステムにおける撮像性能を向上させる方法１８００のフローチャートを示す。方法１８００では、ステップ１８０２において、瞳孔面のうち、位相シフトマスクからの光の位相誤差部分が収束する部分が見つけられる。ステップ１８０４において、アパチャが瞳孔面の見つけられた部分に配置される。光の位相誤差部分は、光のゼロ次部分であり得る。アパチャは好適には、光の波長に対して不透過である。アパチャは好適には、光の別の部分が瞳孔面を通過することを可能にする。アパチャの面積は好適には、瞳孔面の上記見つけられた部分の面積に対応する。アパチャの形状は好適には、瞳孔面の上記見つけられた部分の形状に対応する。

図１９は、フォトグラフィシステムにおける撮像性能を向上させる方法１９００のフローチャートを示す。方法１９００では、ステップ１９０２において、ある波長を有する光が網線を通過する際に上記波長を有する光の位相誤差部分を生成することができるパターンを有する位相シフトマスクを有する網線が選択される。位相誤差は、瞳孔面における遮光アパチャにおいて収束することができる。ステップ１９０４において、上記波長を有する光が選択された網線を通過する。好適には、ステップ１９０６において、フォトレジストが、選択された網線を通過した光に露出させる。

本発明の実施形態を述べてきたが、上記実施形態は例示のためのみに示されたものであり、本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。当業者であれば、特許請求の範囲で定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の様々な変更がなされ得ることを理解する。したがって、本発明の範囲は、上記の例示のための実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ定義されるべきである。

瞳孔面を有し位相シフトマスクを用いるフォトグラフィシステムにおける撮像性能を向上させる方法。瞳孔面のうち、位相シフトマスクからの光の位相誤差部分が収束する部分が見つけられる。瞳孔面の見つけられた部分にアパチャが配置される。典型的には、位相シフトマスクからの光の位相誤差部分は、「ゼロ次漏れ」としばしば呼ばれる、光のゼロ次部分である。ゼロ次部分漏れを遮光することによって、名目上焦点面の上方または下方にあるフォトレジストが露出される光の強度の変化が大幅に緩和される。これにより、ウェハ上に形成される線幅の変化が低減する。

図１は、例示的なフォトリソグラフィシステム１００を示すブロック図である。 図２Ａは、面Ｒ１１８の第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４を通過した後の光１０８の干渉の関数から、どのように回折パターンが得られるかを示す図である。 図２Ｂは、面Ｒ１１８の第１の透過部分２０２および第２の透過部分２０４を通過した後の光１０８の干渉の関数から、どのように回折パターンが得られるかを示す図である。 図３Ａは、幅がｄ_１である場合の第１の透過部分２０２の回折パターンに対する寄与を示す図である。 図３Ｂは、幅がｄ_１である場合の第１の透過部分２０２の回折パターンに対する寄与を示す図である。 図４は、幅が「ｄ_２」（ここで、ｄ_２＜ｄ_１）である場合の第１の透過部分２０２の回折パターンに対する寄与を示す図である。 図５Ａは、ウェハ１１４上の面Ｗ１２０におけるポイントＡ１２２およびＢ１２４における回折パターンを示す図である。 図５Ｂは、ウェハ１１４上の面Ｗ１２０におけるポイントＡ１２２およびＢ１２４における回折パターンを示す図である。 図６は、レチクル１１２が交番位相シフトマスク６００として実現される場合の回折パターンがどのように変化したかを示す図である。 図７は、交番位相シフトマスク６００として実現されたレチクル１１２を示す図である。 図８は、幅がｄ_２である場合の位相シフト透過部分６０２の回折パターンに対する寄与を示す図である。 図９は、第１の透過部分２０２および位相シフト透過部分６０２の各々が、幅ｄ_２であり、間隔ｓ_３分、隔てられている場合における、ウェハ１１４上の面Ｗ１２０におけるポイントＡ１２２およびＢ１２４における回折パターンを示す図である。 図１０は、位相シフト透過部分６０２から発せられる光１０８の一部として生成されたトポグラフィ効果を示す図である。 図１１は、交番位相シフトマスク６００として実現されるレチクル１１２からの負の１／２次の光、正の１／２次の光、およびゼロ次漏れの光の経路を示す図である。 図１２は、異なる面においてウェハ１１４に入射する、負の１／２次の光、正の１／２次の光、およびゼロ次漏れの光の経路を示す図である。 図１３Ａは、負の１／２次の光、正の１／２次の光、およびゼロ次漏れの光の経路が異なる平面においてウェハ１１４に入射する場合の回折パターンを示す図である。 図１３Ｂは、負の１／２次の光、正の１／２次の光、およびゼロ次漏れの光の経路が異なる平面においてウェハ１１４に入射する場合の回折パターンを示す図である。 図１３Ｃは、負の１／２次の光、正の１／２次の光、およびゼロ次漏れの光の経路が異なる平面においてウェハ１１４に入射する場合の回折パターンを示す図である。 図１４Ａは、ゼロ次漏れがプリントされたラインおよびスペースに及ぼす有害な影響を示す走査電子顕微鏡の映像の図である。 図１４Ｂは、ゼロ次漏れがプリントされたラインおよびスペースに及ぼす有害な影響を示す走査電子顕微鏡の映像の図である。 図１４Ｃは、ゼロ次漏れがプリントされたラインおよびスペースに及ぼす有害な影響を示す走査電子顕微鏡の映像の図である。 図１５は、本発明によるフォトリソグラフィシステム１５００を示すブロック図である。 図１６は、本発明による遮光アパチャ１６００の図である。 図１７は、第２の物体１７０２および第３の物体１７０４と、瞳孔面１１６における光１０８の位相誤差部分において第２および第３の物体１７０２および１７０４を支持する手段とを含む遮光アパチャ１７００を示す図である。 図１８は、フォトリソグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法１８００のフローチャートである。 図１９は、フォトリソグラフィシステムにおいて撮像性能を向上させる方法１９００のフローチャートである。

符号の説明

１００ フォトリソグラフィシステム
１０２ 照射源
１０４ 第１の調整レンズ
１０６ 第２の調整レンズ
１０８ 光
１１０ 光軸
１１２ レチクル
１１４ ウェハ
１１６ 瞳孔面
１１８ 面Ｒ
１２０ 面Ｗ

Claims (13)

1. 位相シフトマスクと、ある波長の光を生成するように構成された照射源とを用いたフォトリソグラフィシステムに用いられる遮光アパチャであって、
   前記位相シフトマスクは、前記波長の光を透過する第１の透過部分及び第２の透過部分を有し、前記第１及び第２の透過部分の一方には、前記各透過部分を透過した光の一方に対して他方が前記波長の半分の奇数倍の位相ずれをもつように、凹部及び凸部の一方が形成され、かつ、
   前記遮光アパチャは、
   前記フォトリソグラフィシステムの瞳孔面において、前記各透過部分を透過して生成される回折光の整数次部分から前記位相ずれに応じて角度的にずれた方向に現れる、前記回折光の分数次部分であって前記位相シフトマスクのパターンのピッチの関数である位相誤差に対応する分数次部分に個別に配置された複数の第１の物体を備え、
   前記第１の物体は、前記波長の光の少なくとも一部を遮光する、遮光アパチャ。
2. 前記瞳孔面に現れる前記回折光のゼロ次部分に配置されて、前記波長の光の一部又は全部を遮光する第２の物体をさらに備える、請求項１記載の遮光アパチャ。
3. 前記第１の物体は、第１の面積を有しており、前記回折光の前記分数次部分は、前記瞳孔面に第２の面積を有しており、前記第１の面積は、前記第２の面積以上である、請求項１又は２に記載の遮光アパチャ。
4. 前記第１の物体は、第１の形状を有しており、前記回折光の前記分数次部分は、前記瞳孔面に第２の形状を有しており、前記第１の形状は、前記第２の形状に対応している、請求項３に記載の遮光アパチャ。
5. 前記第１の面積は、前記フォトリソグラフィシステムの調整レンズの開口数の関数、又は前記フォトリソグラフィシステムの前記波長の光の部分的コヒーレンスの関数である、請求項３に記載の遮光アパチャ。
6. ある波長の光が位相シフトマスクを通過するように構成された照射源であって、前記位相シフトマスクは、前記波長の光を透過する第１の透過部分及び第２の透過部分を有し、前記第１及び第２の透過部分の一方には、前記各透過部分を透過した光の一方に対して他方が前記波長の半分の奇数倍の位相ずれをもつように、凹部及び凸部の一方が形成されている、照射源と、
   前記位相シフトマスクからの光を瞳孔面に収束させるように構成された第１の調整レンズと、
   前記瞳孔面に配置された遮光アパチャであって、前記各透過部分を透過して生成される回折光の整数次部分から前記位相ずれに応じて角度的にずれた方向に現れる、前記回折光の分数次部分であって前記位相シフトマスクのパターンのピッチの関数である位相誤差に対応する分数次部分に個別に配置されて、前記波長の光の少なくとも一部を遮光する複数の物体を有している遮光アパチャと、
   前記瞳孔面からの光をリダイレクトするように構成された第２の調整レンズと
   を備えた、フォトリソグラフィシステム。
7. 前記物体は、第１の面積を有しており、前記回折光の前記分数次部分は、前記瞳孔面に第２の面積を有しており、前記第１の面積は、前記第２の面積以上である、請求項６に記載のフォトリソグラフィシステム。
8. 前記物体は、第１の形状を有しており、前記回折光の前記分数次部分は、前記瞳孔面に第２の形状を有しており、前記第１の形状は、前記第２の形状に対応している、請求項７に記載のフォトリソグラフィシステム。
9. 前記第１の面積は、前記第１の調整レンズの開口数の関数、又は前記第１の調整レンズと前記瞳孔面との間の前記波長の光の部分的コヒーレンスの関数である、請求項７に記載のフォトリソグラフィシステム。
10. 位相シフトマスクと、ある波長の光を生成するように構成された照射源とを用いたフォトリソグラフィシステムにおいて、撮像性能を向上させる方法であって、
    （１）前記位相シフトマスクからの前記波長の光の第１の位相誤差部分が収束する瞳孔面の部分を特定するステップであって、前記位相シフトマスクは、前記波長の光を透過する第１の透過部分及び第２の透過部分を有し、前記第１及び第２の透過部分の一方には、前記各透過部分を透過した光の一方に対して他方が前記波長の半分の奇数倍の位相ずれをもつように、凹部及び凸部の一方が形成されている、ステップと、
    （２）前記瞳孔面に遮光アパチャを配置するステップであって、前記遮光アパチャは、前記各透過部分を透過して生成される回折光の整数次部分から前記位相ずれに応じて角度的にずれた方向に現れる、前記回折光の分数次部分であって前記位相シフトマスクのパターンのピッチの関数である前記第１の位相誤差部分に対応する分数次部分に個別に配置されて、前記波長の光の少なくとも一部を遮光する複数の第１の物体を有している、ステップと
    を包含する、方法。
11. 前記遮光アパチャは、前記瞳孔面において前記回折光の第２の位相誤差部分に対応するゼロ次部分に配置されて、前記波長の光の一部又は全部を遮光する第２の物体をさらに有している、請求項１０に記載の方法。
12. フォトリソグラフィシステムにおいて、撮像性能を向上させる方法であって、
    （１）ある波長を有する光がある位相シフトマスクを通過する際に、前記波長を有する光の位相誤差部分を生成するように構成されたパターンを有する位相シフトマスクを選択するステップであって、前記位相シフトマスクは、前記波長の光を透過する第１の透過部分及び第２の透過部分を有し、前記第１及び第２の透過部分の一方には、前記各透過部分を透過した光の一方に対して他方が前記波長の半分の奇数倍の位相ずれをもつように、凹部及び凸部の一方が形成されており、前記波長を有する光の位相誤差部分は、瞳孔面における遮光アパチャに収束するように構成されており、前記遮光アパチャは、前記瞳孔面において、前記各透過部分を透過して生成される回折光の整数数部分から前記位相ずれに応じて角度的にずれた方向に現れる、前記回折光の分数次部分であって前記位相シフトマスクのパターンのピッチの関数である前記位相誤差部分に対応する分数次部分に個別に配置されて、前記波長の光の少なくとも一部を遮光する複数の物体を有している、ステップと、
    （２）前記波長を有する光が前記位相シフトマスクを通過するようにするステップと
    を包含する、方法。
13. （３）前記位相シフトマスクを通過した前記波長を有する光を用いてフォトレジストを露光するステップをさらに包含する、請求項１２に記載のフォトリソグラフィシステム。

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