JP5841797B2 - 回折格子の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術に関し、特に、ブレーズド状（鋸歯波状）の断面形状を有するブレーズド回折格子の製造方法に適用して有効な技術に関する。また、非対称形状を含む半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。
位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術としては、例えば特許文献１や非特許文献１に記載される技術などが挙げられる。この特許文献１や非特許文献１には、露光装置の光学補正技術として、検査パターンの非対称回折格子が、マスク基板の表面に配置された遮光帯と、この遮光帯の一方の側に隣接して配置された非対称回折部とを備え、この遮光帯と非対称回折部との繰り返しパターンをマスク基板上に設ける技術が記載されている。
特開２００５−３７５９８号公報
Ｈｉｒｏｓｈｉ Ｎｏｍｕｒａ，"Ｎｅｗ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ"，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＸＩＶ，Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｊ．Ｐｒｏｇｌｅｒ，Ｅｄｉｔｏｒ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．４３４６（２００１），ｐｐ２５−３５
ところで、前述したような位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術は、例えば、ブレーズド状（鋸歯波状）の断面形状を有するブレーズド回折格子の製造方法に適用することが考えられる。
回折格子の製造技術としては、例えば、（１）ルーリングエンジンによる回折格子の形成技術、（２）ホログラフィック露光による回折格子の形成技術が挙げられる。
（１）ルーリングエンジンによる回折格子の形成技術は、ダイヤモンドツールを使用したルーリングエンジンによる機械式加工によりブレーズド回折格子を形成する技術である。
（２）ホログラフィック露光による回折格子の形成技術は、ホログラフィック露光後のレジストパターンに斜方エッチングを行い、ブレーズド回折格子を形成する技術である。
しかしながら、前述したような回折格子の製造技術に関しては、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
（１）ルーリングエンジンによる回折格子の形成技術は、機械式加工であるため、精度向上に限界がある。また、回折格子専用技術であり、発展性に欠ける。また、製作に時間がかかる。
（２）ホログラフィック露光による回折格子の形成技術は、追加工が必要なため、製造ばらつき要因が増える。すなわち、回折格子はサインカーブにしかならず、良好な回折格子を得るためには、さらなる露光や加工が必要となる。また、追加工用の製造装置が必要である。
また、前述した特許文献１や非特許文献１の技術は、露光装置の光学補正技術として、検査パターンの非対称回折格子を有する検査用レチクル（マスク）に関するものであり、本発明が適用とする回折格子などを製造するためのマスクとは異なるものである。さらに、特許文献１や非特許文献１の技術は、遮光帯（遮光部）が広いため、形成されるパターンの頂部が平らになり、本発明のような頂部の尖ったパターンの回折格子を形成することができない。また、特許文献１や非特許文献１の技術は、非対称回折部（透過部）の位相シフト量が９０°であり、本発明とは異なるものである。
そこで、本発明は前述した（１）ルーリングエンジンによる回折格子の形成技術、（２）ホログラフィック露光による回折格子の形成技術の課題に鑑みてなされたものであり、その代表的な目的は、製品の精度向上と製作時間の短縮が可能な、位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術、さらには回折格子、半導体装置の製造技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、代表的なものの概要は、位相シフトマスク、および位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成方法、さらには位相シフトマスクを用いた回折格子の製造方法、半導体装置の製造方法に適用され、以下のような特徴を有するものである。
（１）前記位相シフトマスクは、光を遮光する遮光部と、光を透過する透過部とを有し、前記透過部は、位相シフトがない第１の透過部と、位相シフトがある第２の透過部とからなり、前記遮光部と前記第１の透過部と前記第２の透過部との組が周期的に配置され、前記組の周期的な配置のピッチをＰ、前記第１の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第２の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第１の透過部と前記第２の透過部との位相差をθとした場合に、ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°、の関係式が成り立つことを特徴とする。
（２）前記位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成方法は、光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを基板の表面で干渉させて、前記基板の表面の感光材料を露光し、前記基板上に前記非対称パターンを形成することを特徴とする。
（３）前記位相シフトマスクを用いた回折格子の製造方法は、光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを基板の表面で干渉させて、前記基板の表面の感光材料を露光し、前記基板上に前記ブレーズド状の断面形状を有する回折格子を形成することを特徴とする。
（４）前記位相シフトマスクを用いた半導体装置の製造方法は、光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを半導体基板の表面で干渉させて、前記半導体基板の表面の感光材料を露光し、前記半導体基板上に前記非対称の断面形状を形成することを特徴とする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
すなわち、代表的な効果は、製品の精度向上と製作時間の短縮が可能な、位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術、さらには回折格子、半導体装置の製造技術を提供することができる。
（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施の形態の回折格子の製造方法を実現する露光装置の一例を示す概略図である。 図１に示した露光装置に用いる位相シフトマスクの位相差とサイズとの関係の一例を示す概略図である。 （ａ）〜（ｄ）は図１に示した露光装置に用いる位相シフトマスクの一例を示す概略図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価において、シミュレーションにおけるシミュレーション条件の一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価において、シミュレーションによる位相シフトとパターン比率との関係の一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価において、回折格子の深さの露光量依存性の一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価において、光強度分布の一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価において、コントラストの一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法における、回折格子の要求スペックへの適用評価において、回折格子の要求スペックの一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法における、回折格子の要求スペックへの適用評価において、ピッチ依存性の一例を示す図である。 図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法における、回折格子の要求スペックへの適用評価において、図９に示した回折格子の要求スペックに対して、必要な位相シフトの一例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は図１に示した露光装置に用いる位相シフトマスクの変形例を示す概略図である。
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数の実施の形態またはセクションに分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
＜本発明の実施の形態の概要＞
本発明の実施の形態は、位相シフトマスク、および位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成方法、さらには位相シフトマスクを用いた回折格子の製造方法、半導体装置の製造方法に適用され、以下のような特徴を有するものである（一例として、（）内に対応する構成要素、符号などを付記）。
（１）前記位相シフトマスク（３０）は、光を遮光する遮光部（３１）と、光を透過する透過部（３２）とを有し、前記透過部は、位相シフトがない第１の透過部（３２ａ）と、位相シフトがある第２の透過部（３２ｂ）とからなり、前記遮光部と前記第１の透過部と前記第２の透過部との組が周期的に配置され、前記組の周期的な配置のピッチをＰ、前記第１の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第２の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第１の透過部と前記第２の透過部との位相差をθとした場合に、ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°、の関係式が成り立つことを特徴とする。
（２）前記位相シフトマスク（３０）を用いた非対称パターンの形成方法は、光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを基板の表面で干渉させて、前記基板の表面の感光材料を露光し、前記基板上に前記非対称パターンを形成することを特徴とする。
（３）前記位相シフトマスク（３０）を用いた回折格子の製造方法は、光源（照明光源１０）から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを基板（Ｓｉウエハ５０）の表面で干渉させて、前記基板の表面の感光材料（フォトレジスト６０）を露光し、前記基板上に前記ブレーズド状の断面形状を有する回折格子を形成することを特徴とする。
（４）前記位相シフトマスク（３０）を用いた半導体装置の製造方法は、光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを半導体基板の表面で干渉させて、前記半導体基板の表面の感光材料を露光し、前記半導体基板上に前記非対称の断面形状を形成することを特徴とする。
以上説明した本発明の実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を、以下において具体的に説明する。以下に説明する実施の形態は本発明を用いた一例であり、本発明は以下の実施の形態により限定されるものではない。以下の実施の形態においては、主に前述した（１）前記位相シフトマスク（３０）、（３）前記位相シフトマスク（３０）を用いた回折格子の製造方法について説明する。
［本発明の一実施の形態］
本発明の一実施の形態を、図１〜図１２を用いて説明する。
＜露光装置＞
図１を用いて、本実施の形態の回折格子の製造方法を実現する露光装置について説明する。図１は、この露光装置の一例を示す概略図である。図１において、（ａ）は露光装置の概略、（ｂ）はマスクの形状、（ｃ）は投影レンズの瞳面上の光強度分布、（ｄ）はＳｉウエハ上のフォトレジストの形状をそれぞれ示す。
本実施の形態における露光装置は、図１（ａ）に示すように、照明光源１０、集光レンズ２０、位相シフトマスク３０、投影レンズ４０などから構成される。この露光装置は、位相シフトマスク３０を用いた３次元レジストパターン形成技術を適用し、Ｓｉウエハ５０の表面に塗布されたフォトレジスト６０を露光する装置である。
照明光源１０は、露光を行うための光源となるものである。この照明光源１０には、例えば、ｇ線やｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦなどのエキシマレーザなどが用いられる。
集光レンズ２０は、照明光源１０から照射された光を位相シフトマスク３０上に集光するためのレンズである。
位相シフトマスク３０は、図１（ｂ）（詳細は図２および図３に図示）に示すように、所定の周期的パターンを備え、回折格子のブレーズド状のピッチに対応してパターンを配置したものである。この位相シフトマスク３０の周期的パターンは、光を遮光する遮光部３１と、光を透過する透過部３２とを有する。透過部３２は、位相シフトがない（０°）第１の透過部３２ａと、位相シフトがある（θ）第２の透過部３２ｂとからなる。この位相シフトマスク３０は、遮光部３１と第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとの組が周期的に配置されている。
投影レンズ４０は、位相シフトマスク３０の遮光部３１と透過部３２の周期的なパターンをＳｉウエハ５０のフォトレジスト６０上に投影するためのレンズである。この投影レンズ４０の瞳面４１上では、図１（ｃ）（詳細は図３に図示）に示すような光強度分布となっている。すなわち、位相シフトマスク３０を透過させることにより、−１次光が消滅し、０次光と＋１次光が生じていることが分かる。なお、後述する回折格子の製造方法では、位相シフトマスク３０のパターンを縮小して投影する縮小投影型の露光装置を例に説明する。
以上のように構成される露光装置においては、遮光部３１と透過部３２（位相シフトがない第１の透過部３２ａ、位相シフトがある第２の透過部３２ｂ）が周期的に配置された位相シフトマスク３０を用いることで、−１次光が消滅し、図１（ｄ）（詳細は図３に図示）に示すように、フォトレジスト６０のレジストパターンをＳｉウエハ５０まで抜かないブレーズド状の断面形状を形成することができる。また、透過部３２の位相差と、遮光部３１と第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとの幅の比率を変更することで、ブレーズド状の断面形状の深さ（角度）も調整することができる。
本実施の形態では、以上のような露光装置により、Ｓｉウエハ５０の表面のフォトレジスト６０を露光する際は、照明光源１０から放出された光を、位相シフトマスク３０を透過させ、この位相シフトマスク３０を透過させることにより生じる０次光と＋１次光とをＳｉウエハ５０の表面で干渉させて、このＳｉウエハ５０上のフォトレジスト６０を露光し、Ｓｉウエハ５０上にブレーズド状の断面形状を有するフォトレジスト６０が形成された回折格子を形成することを特徴とするものである。
＜位相シフトマスク＞
図２および図３を用いて、前述した図１に示した露光装置に用いる位相シフトマスクについて説明する。図２は、この位相シフトマスクの位相差とサイズとの関係の一例を示す概略図である。図３は、この位相シフトマスクの一例（後述する図５の仕様４の例）を示す概略図であり、（ａ）は位相シフトマスクの平面形状、（ｂ）は位相シフトマスクの断面形状、（ｃ）はこの位相シフトマスクを用いた投影レンズの瞳面上の光強度分布、（ｄ）はこの位相シフトマスクを用いたＳｉウエハ上のフォトレジストの形状をそれぞれ示す。
図２に示すように、位相シフトマスク３０の位相差とサイズとの関係は、遮光部３１と第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとの組の周期的な配置のピッチをＰ、第１の透過部３２ａのピッチ方向の幅をｘ、第２の透過部３２ｂのピッチ方向の幅をｘ、第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとの位相差をθとした場合に、ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°、の関係式が成り立つものである。
例えば、後述する図５の仕様４の例で考えると、Ｐ＝６００ｎｍ、ｘ＝２５０ｎｍ、θ＝３０°であるので、２５０／６００×３６０＋３０＝１８０となり、上記の関係式が成り立つ。同様に、仕様１の例（Ｐ＝６００ｎｍ、ｘ＝１５０ｎｍ、θ＝９０°）、仕様２の例（Ｐ＝６００ｎｍ、ｘ＝２００ｎｍ、θ＝６０°）、仕様３の例（Ｐ＝６００ｎｍ、ｘ＝２２５ｎｍ、θ＝３０°）、仕様５の例（Ｐ＝６００ｎｍ、ｘ＝２７５ｎｍ、θ＝１５°）でも、上記の関係式が成り立つ。
図３（ａ）に示すように、位相シフトマスク３０の周期的パターンは、平面形状において、遮光部３１と、この遮光部３１に隣接し、位相シフトがない（０°）第１の透過部３２ａと、この第１の透過部３２ａに隣接し、位相シフトがある（θ）第２の透過部３２ｂとの組が周期的に配置されている。この図３（ａ）に示す位相シフトマスク３０の例では、５組の部分を図示しており、５本の遮光部３１（黒表示）、５本の第１の透過部３２ａ（白表示）、５本の第２の透過部３２ｂ（ドット表示）が設けられている。
また、図３（ｂ）に示すように、この位相シフトマスク３０の周期的パターンは、断面形状において、第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとが一体に凹部を有して形成され、この凹部に相当する第２の透過部３２ｂの厚さが第１の透過部３２ａの厚さより薄く形成されている。さらに、第１の透過部３２ａの表面には、遮光部３１として金属膜が成膜されている。例えば、第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとからなる透過部３２の部分は石英ガラスなどからなり、遮光部３１はＣｒなどの金属膜からなる。
このような形状の位相シフトマスク３０を用い、照明光源１０から放出された光を、この位相シフトマスク３０を透過させることにより、Ｓｉウエハ５０の表面のフォトレジスト６０を露光することができる。この場合に、この位相シフトマスク３０を用いた投影レンズ４０の瞳面４１上の光強度分布は、図３（ｃ）に示すように、−１次光を消滅させ、かつ、０次光と＋１次光とを生じさせることができる。そして、この０次光と＋１次光とをＳｉウエハ５０の表面で干渉させることで、Ｓｉウエハ５０の表面のフォトレジスト６０を露光することができ、Ｓｉウエハ５０上のフォトレジスト６０の形状は、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉウエハ５０まで抜かないブレーズド状（角度、深さ）の断面形状とすることができる。
＜回折格子の製造方法＞
前述した図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法について、前述した図２および図３を参照して説明する。
（１）遮光部３１と透過部３２（位相シフトがない第１の透過部３２ａ、位相シフトがある第２の透過部３２ｂ）が周期的に配置された位相シフトマスク３０を準備する。この位相シフトマスク３０は、例えば前述した図２および図３（ａ），（ｂ）に示したものである。
（２）テスト露光用のＳｉウエハにフォトレジストをスピンコーターで塗布した後、プリベークを施す。
（３）上記（２）のＳｉウエハに対し、位相シフトマスク３０を用いて縮小投影型の露光装置でパターンを転写する。このとき、Ｓｉウエハ上で領域を変えながら、露光装置のフォーカス値、露光量、露光レンズの開口数を各々複数段階に変えて、転写を複数ショット繰り返す。
（４）上記（３）のＳｉウエハを現像した後、必要であればポストベークを施す。
（５）上記（４）のＳｉウエハ上に形成された３次元フォトレジストパターンの断面形状を計測し、この断面形状が、製作したい回折格子の断面形状（本実施の形態では例えば図３（ｄ））に最も良く合致するショットを選び、最適露光条件として、そのフォーカス値と露光量を記録する。
（６）もし、どのショットにおいても、製作したい回折格子の断面形状と良い合致が見られない場合は、上記（１）の位相シフトマスク３０の遮光部３１と第１の透過部３２ａと第２の透過部３２ｂとの幅の比率と、第２の透過部３２ｂの位相を変更して、新たな位相シフトマスク３０を使用し、再び上記（２）〜（５）の手順を繰り返す。製作したい回折格子の断面形状と良く合致したショットが存在した場合は、製品となる回折格子を製作するために下記（７）の手順へ進む。
（７）回折格子製作用のＳｉウエハ５０にフォトレジスト６０をスピンコーターで塗布した後、プリベークを施す。
（８）上記（７）のＳｉウエハ５０に対し、位相シフトマスク３０を用いて、縮小投影型の露光装置で転写する。このとき、この露光装置には、上記（６）で記録した最適露光条件のフォーカス値と露光量を設定する。
（９）上記（８）のＳｉウエハ５０を現像した後、必要であればポストベークを施す。この時点では、例えば図３（ｄ）に示すような、ブレーズド状の断面形状を有するフォトレジスト６０がＳｉウエハ５０上に形成された構造となる。
（１０）上記（９）のＳｉウエハ５０のフォトレジスト６０上にＡｌ膜を成膜、もしくはＳｉエッチングを施す。
（１１）上記（１０）で形成された回折格子を適当なサイズに切り出す。これにより、Ｓｉウエハ５０上にブレーズド状のフォトレジスト６０が形成され、さらにフォトレジスト６０上にＡｌ膜が成膜された回折格子の製品が完成する。
＜シミュレーション評価＞
図４〜図８を用いて、前述した図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法におけるシミュレーション評価について説明する。
図４は、シミュレーションにおけるシミュレーション条件の一例を示す図である。図４に示すように、シミュレーションの条件パラメータとして、
（１）照明条件・・・・波長＝３６５ｎｍ、光源＝円形、σ＝０．３、ＮＡ＝０．６３
（２）マスク条件・・・マスクパターン＝０．６μｍピッチ、マスクサイズ＝第１の透過部（０°）：第２の透過部（θ（位相））：遮光部（Ｃｒ）＝仕様１＝１５０ｎｍ：１５０ｎｍ（９０°）：３００ｎｍ、仕様２＝２００ｎｍ：２００ｎｍ（６０°）：２００ｎｍ、仕様３＝２２５ｎｍ：２２５ｎｍ（４５°）：１５０ｎｍ、仕様４＝２５０ｎｍ：２５０ｎｍ（３０°）：１００ｎｍ、仕様５＝２７５ｎｍ：２７５ｎｍ（１５°）：５０ｎｍ
（３）露光条件・・・・露光量＝１００ｍＪ／ｃｍ２〜３００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝０．０μｍ
（４）レジスト条件・・レジスト厚＝２０００ｎｍ
がある。
図５は、シミュレーションによる位相シフトとパターン比率との関係の一例を示す図である。図５は、前述した図４に示すマスク条件のマスクサイズに対応して、仕様１（θ＝９０°、比＝０．５：０．５：１）、仕様２（θ＝６０°、比＝１：１：１）、仕様３（θ＝４５°、比＝１．５：１．５：１）、仕様４（θ＝３０°、比＝２．５：２．５：１）、仕様５（θ＝１５°、比＝５．５：５．５：１）とする。また、露光条件の露光量を、５０ｍＪ／ｃｍ２、１００ｍＪ／ｃｍ２、２００ｍＪ／ｃｍ２、３００ｍＪ／ｃｍ２とする。
この結果、図５に示すように、瞳面４１上の光強度分布（図５上ではドット密度で区別し、密になるほど光強度が強い）では、仕様１に近くなるほど１次光が強まり、仕様５に近くなるほど１次光が弱まることが分かる。この瞳面４１上の光強度分布に対応して、フォトレジスト６０のレジスト形状では、位相シフトとパターン比率を変えることで、深さ（ブレーズ角）を調整可能であることが分かる。具体的には、位相シフトを９０°→６０°→４５°→３０°→１５°に変えると、深さの浅い回折格子ができることが分かる。
このうち、仕様１では３００ｍＪ／ｃｍ２、仕様２では２００ｍＪ／ｃｍ２と３００ｍＪ／ｃｍ２、仕様３では１００ｍＪ／ｃｍ２と２００ｍＪ／ｃｍ２、仕様４では１００ｍＪ／ｃｍ２と２００ｍＪ／ｃｍ２、仕様５では１００ｍＪ／ｃｍ２と２００ｍＪ／ｃｍ２が、ブレーズド状の断面形状を有する回折格子として利用可能である。図５からも分かるように、仕様１の３００ｍＪ／ｃｍ２では深さを深く、仕様５の１００ｍＪ／ｃｍ２では深さを浅くすることができ、回折格子の要求スペックに応じて、位相シフトとパターン比率を変えて深さを調整することができる。
図６は、回折格子の深さの露光量依存性の一例を示す図である。図６において、横軸は露光量[ｍＪ／ｃｍ２]、縦軸は深さ[μｍ]であり、仕様１（９０°）、仕様２（６０°）、仕様３（４５°）、仕様４（３０°）、仕様５（１５°）を示している。図６により、位相シフトとパターン比率を変えることで深さを調整可能であることが分かる。位相シフトを９０°から１５°に変えると、深さの浅い回折格子ができることが分かる。
図７は、光強度分布の一例を示す図である。図７において、横軸はｘ位置[μｍ]、縦軸は光強度であり、仕様１（９０°）、仕様２（６０°）、仕様３（４５°）、仕様４（３０°）、仕様５（１５°）を示している。図７により、位相シフトとパターン比率を変えることで光強度を調整可能であることが分かる。
図８は、コントラストの一例を示す図である。図８において、横軸は位相、縦軸はコントラストを示している。図８により、位相シフトとパターン比率を変えることでコントラストが変わることが分かる。
以上の図５〜図８により、位相シフトとパターン比率を変えることでコントラストが変わり、結果として、深さ（ブレーズ角）の異なる回折格子を得ることができる。
＜回折格子の要求スペックへの適用評価＞
図９〜図１１を用いて、前述した図１に示した露光装置を用いた回折格子の製造方法における、回折格子の要求スペックへの適用評価について説明する。ここで示す回折格子の要求スペックは一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
図９は、回折格子の要求スペックの一例を示す図である。図９に示すように、回折格子の要求スペックとして、溝本数［本／ｍｍ］、ピッチ［μｍ］、角度［度］、深さ［μｍ］について検討する。
（１）溝本数＝３３本／ｍｍ、ピッチ＝３０．３μｍ、角度＝２６．８度、深さ＝１２．２０μｍのスペックに対しては、最大深さが１２μｍ必要となる。
（２）溝本数＝６６．６本／ｍｍ、ピッチ＝１５．０２μｍ、角度＝５．７度、深さ＝１．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となる。
（３）溝本数＝１２０本／ｍｍ、ピッチ＝８．３３３μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝１．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となる。
（４）溝本数＝３００本／ｍｍ、ピッチ＝３．３３３μｍ、角度＝４．３、６．５、８．６、２６．８度、深さ＝０．２５、０．３７、０．４９、１．３４μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となる。
（５）溝本数＝３６０本／ｍｍ、ピッチ＝２．７７８μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝０．４９μｍのスペックに対しては、最大深さが０．８μｍ必要となる。
（６）溝本数＝６００本／ｍｍ、ピッチ＝１．６６６μｍ、角度＝３４．８、３．４、４．３、５．２、８．６、１３．０、１６．６、１７．５度、深さ＝０．７８、０．１０、０．１２、０．１５、０．２５、０．３７、０．４６、０．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが０．８μｍ必要となる。
（７）溝本数＝１２００本／ｍｍ、ピッチ＝０．８３３μｍ、角度＝６．９、８．６、８．６、１０．４、１７．５度、深さ＝０．１０、０．１２、０．１２、０．１５、０．２４μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となる。
（８）溝本数＝１４４０本／ｍｍ、ピッチ＝０．６９４μｍ、角度＝９．５度、深さ＝０．１１μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となる。
（９）溝本数＝１８００本／ｍｍ、ピッチ＝０．５５６μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝０．１０μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となる。
（１０）溝本数＝２４００本／ｍｍ、ピッチ＝０．４１７μｍ、角度＝１３．９度、深さ＝０．１０μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となる。
図１０は、ピッチ依存性の一例を示す図である。
（１）ピッチ＝０．６００μｍ、位相＝１５度の場合、露光量＝１００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝０．０μｍの条件で、深さは０．４７μｍとなる。
（２）ピッチ＝０．９００μｍ、位相＝１５度の場合、露光量＝１００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝０．０μｍの条件で、深さは０．５８μｍとなる。
（３）ピッチ＝１．６００μｍ、位相＝１５度の場合、露光量＝１５０ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝０．０μｍの条件で、深さは０．８μｍとなる。
（４）ピッチ＝３．６００μｍ、位相＝６０度の場合、露光量＝２００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝３．２μｍの条件で、深さは１．９μｍとなる。
（５）ピッチ＝１５μｍ、位相＝６０度の場合、露光量＝５００ｍＪ／ｃｍ２、フォーカス値＝２０μｍの条件で、深さは１．９μｍとなる。
（６）ピッチ＝３０μｍ、位相＝６０度の場合は、作製不可能となる。
以上により、ピッチ依存性において、位相は６０度以下が必要となる。また、３０μｍピッチは作製不可能である。
図１１は、図９に示した回折格子の要求スペックに対して、必要な位相シフトの一例を示す図である。
（１）溝本数＝３３本／ｍｍ、ピッチ＝３０．３μｍ、角度＝２６．８度、深さ＝１２．２０μｍのスペックに対しては、最大深さが１２μｍ必要となるが、判定はいずれの仕様も作製不可能である。
（２）溝本数＝６６．６本／ｍｍ、ピッチ＝１５．０２μｍ、角度＝５．７度、深さ＝１．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となるが、判定はθ≦６０度で解像し、深さが１．５μｍまで可能である。
（３）溝本数＝１２０本／ｍｍ、ピッチ＝８．３３３μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝１．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となるが、判定はθ≦６０度で解像し、深さが１．５μｍまで可能である。
（４）溝本数＝３００本／ｍｍ、ピッチ＝３．３３３μｍ、角度＝４．３、６．５、８．６、２６．８度、深さ＝０．２５、０．３７、０．４９、１．３４μｍのスペックに対しては、最大深さが１．５μｍ必要となるが、判定はθ≦６０度で解像し、深さが１．５μｍまで可能である。
（５）溝本数＝３６０本／ｍｍ、ピッチ＝２．７７８μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝０．４９μｍのスペックに対しては、最大深さが０．８μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
（６）溝本数＝６００本／ｍｍ、ピッチ＝１．６６６μｍ、角度＝３４．８、３．４、４．３、５．２、８．６、１３．０、１６．６、１７．５度、深さ＝０．７８、０．１０、０．１２、０．１５、０．２５、０．３７、０．４６、０．４８μｍのスペックに対しては、最大深さが０．８μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
（７）溝本数＝１２００本／ｍｍ、ピッチ＝０．８３３μｍ、角度＝６．９、８．６、８．６、１０．４、１７．５度、深さ＝０．１０、０．１２、０．１２、０．１５、０．２４μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
（８）溝本数＝１４４０本／ｍｍ、ピッチ＝０．６９４μｍ、角度＝９．５度、深さ＝０．１１μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
（９）溝本数＝１８００本／ｍｍ、ピッチ＝０．５５６μｍ、角度＝１０．４度、深さ＝０．１０μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
（１０）溝本数＝２４００本／ｍｍ、ピッチ＝０．４１７μｍ、角度＝１３．９度、深さ＝０．１０μｍのスペックに対しては、最大深さが０．２４μｍ必要となるが、判定はθ≦１５度で解像し、深さが０．８μｍまで可能である。
以上により、必要な位相シフトにおいて、位相は６０度以下が必要となる。また、３０μｍピッチは作製不可能である。
＜位相シフトマスクの変形例＞
図１２を用いて、図３に示した位相シフトマスクの変形例について説明する。図１２は、この位相シフトマスクの変形例を示す概略図であり、（ａ）は位相シフトマスクの平面形状、（ｂ）は位相シフトマスクの断面形状をそれぞれ示す。
図１２（ａ）に示す位相シフトマスク３０の周期的パターンは、平面形状において、図３（ａ）に対して、位相シフトがない（０°）第１の透過部３２ａと、位相シフトがある（θ）第２の透過部３２ｂとが逆に配置されている。すなわち、遮光部３１と、この遮光部３１に隣接し、位相シフトがある（θ）第２の透過部３２ｂと、この第２の透過部３２ｂに隣接し、位相シフトがない（０°）第１の透過部３２ａとの組が周期的に配置されている。
また、図１２（ｂ）に示す断面形状においても、遮光部３１、第２の透過部３２ｂ、第１の透過部３２ａの組が周期的に配置され、この凹部に相当する第２の透過部３２ｂの厚さが第１の透過部３２ａの厚さより薄く形成されている。
このような形状の位相シフトマスク３０を用いた場合でも、照明光源１０から放出された光を、この位相シフトマスク３０を透過させることにより、＋１次光を消滅させ、かつ、０次光と−１次光とを生じさせ、この０次光と−１次光とをＳｉウエハ５０の表面で干渉させて、Ｓｉウエハ５０の表面のフォトレジスト６０を露光することで、Ｓｉウエハ５０上のフォトレジスト６０の形状は、Ｓｉウエハ５０まで抜かないブレーズド状の断面形状とすることができる。
＜実施の形態の効果＞
以上説明した本実施の形態によれば、遮光部３１と透過部３２（位相シフトがない第１の透過部３２ａ、位相シフトがある第２の透過部３２ｂ）が周期的に配置された位相シフトマスク３０を用いた回折格子の製造方法において、照明光源１０から放出された光を、位相シフトマスク３０を透過させ、この位相シフトマスク３０を透過させることにより生じる０次光と＋１次光とをＳｉウエハ５０の表面で干渉させて、このＳｉウエハ５０の表面のフォトレジスト６０を露光し、Ｓｉウエハ５０上にブレーズド状の断面形状を有する回折格子を形成することで、以下のような効果を得ることができる。
（１）ルーリングエンジンと比較して、製作時間の短縮（例えばマスタ作成：１ヶ月／枚→１日／枚）や精度向上が可能となる。
（２）ホログラフィック露光と比較して、斜方エッチング等の追加工を必要としないため、製作時間の短縮や製品の精度向上が可能となる。
（３）回折格子の製品全体からみた効果としては、製造ばらつき低減により回折効率向上、迷光低減といった、回折格子の性能向上に寄与することができる。
（４）回折格子の製品全体からみた効果としては、製品の精度向上と製作時間の短縮が可能な回折格子の製造技術を提供することができる。
以上（１）〜（４）のような効果が得られる理由は、以下の通りである。
（１１）光リソグラフィ技術は、半導体製品の大量生産に対応すべく、高スループットな製造方法であるため、製作時間の短縮が可能となる。
（１２）半導体製品の微細化・高精度化に対応すべく、短波長光源でパターンを形成する技術であり、製造する回折格子と同サイズのダイヤモンドツールで機械刻線を行うルーリングエンジンに対して高精度化が可能である。
（１３）本実施の形態は、１度の露光で光学像に傾斜を持たせることが可能であるため、追加工を必要としない。そのため、追加工を要するホログラフィック露光に対して、製造ばらつき低減・加工精度向上が可能である。
（１４）リソグラフィ技術は、任意のマスクレイアウトパターンをＳｉウエハ５０に塗布されたフォトレジスト６０に転写する技術であるため、深さ（ブレーズ角）を変えた回折格子を形成可能とすることができる。
また、前述した特許文献１や非特許文献１の技術と比較して、以下のような効果を得ることができる。
（２１）前述した特許文献１や非特許文献１の技術と比較して、ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°の関係式を成立させ、位相シフトの位相を６０度以下とすることで、頂部の尖ったパターンのブレーズド状の断面形状を有する回折格子を形成することができる。
（２２）ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°の関係式のＰとｘとθとを変更して調整することで、回折格子のブレーズド状の断面形状の深さをＳｉウエハ５０の表面まで抜かない深さとすることができる。この結果、回折格子のパターン間のＳｉウエハ５０の露出を防ぐことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、本発明に係る回折格子の製造方法を説明したが、本発明は回折格子の製造方法に限定されるものではなく、前述した本発明の実施の形態の概要に示した（４）前記位相シフトマスク（３０）を用いた半導体装置の製造方法に適用することができる。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）の一部に、断面として非対称形状が要求される場合において、前述した実施の形態を適用し、半導体基板上に、非対称の断面形状を形成することができる。また、この非対称の断面形状は、感光材料に限らず、公知の半導体のエッチング手法を適用することで、感光材料の断面形状を半導体基板に転写し、半導体基板に非対称の断面形状を形成することができる。
さらに、本発明は、前述した本発明の実施の形態の概要に示した（２）前記位相ソフトマスク（３０）用いた非対称パターンの形成方法に適用可能であり、基板上に非対称パターンを形成する技術として、広く応用することができる。
本発明の位相シフトマスクを用いた非対称パターンの形成技術は、特に、ブレーズド状の断面形状を有するブレーズド回折格子の製造方法に利用可能である。また、非対称形状を含む半導体装置の製造方法に利用可能である。
１０ 照明光源
２０ 集光レンズ
３０ 位相シフトマスク
３１ 遮光部
３２ 透過部
３２ａ 第１の透過部
３２ｂ 第２の透過部
４０ 投影レンズ
４１ 瞳面
５０ Ｓｉウエハ
６０ フォトレジスト

Claims (2)

  1. 光を遮光する遮光部と、光を透過する透過部とを有し、
    前記透過部は、位相シフトがない第１の透過部と、位相シフトがある第２の透過部とからなり、
    前記遮光部と前記第１の透過部と前記第２の透過部との組が周期的に配置され、
    前記組の周期的な配置のピッチをＰ、前記第１の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第２の透過部のピッチ方向の幅をｘ、前記第１の透過部と前記第２の透過部との位相差をθとした場合に、ｘ／Ｐ×３６０°＋θ＝１８０°、の関係式が成り立つ位相シフトマスクを用い、ブレーズド状の断面形状を有する回折格子を製造する回折格子の製造方法であって、
    光源から放出された光を、前記位相シフトマスクを透過させ、
    前記位相シフトマスクを透過させることにより生じる０次光と＋１次光とを基板の表面で干渉させて、前記基板の表面の感光材料を露光し、
    前記基板上に前記ブレーズド状の断面形状を有する回折格子を形成し、
    前記回折格子のブレーズド状の断面形状の深さを、前記位相シフトマスクの前記関係式のＰとｘとθとを変更して調整し、
    前記回折格子のブレーズド状の断面形状の深さを、前記基板の表面まで抜かない深さとすることを特徴とする
    回折格子の製造方法。
  2. 請求項１記載の回折格子の製造方法において、
    前記位相差は、６０°以下であることを特徴とする回折格子の製造方法。
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