JP5943886B2 - パターン形成方法及び露光用マスク - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、パターン形成方法及び露光用マスクに関する。

タルボ干渉を用いたプロキシミティ法によるパターン形成方法は、高価な投影光学系を用いることなく、微細なパターンを形成することができる。タルボ干渉は、繰り返しパターンを有する露光用マスクに干渉性の良いコヒーレント光を照射すると、光の進行方向に、パターンの反転像と自己結像とが周期的に現れる現象である。そこで、この反転像または自己結像を利用してパターン転写を行う。タルボ干渉を用いたパターン形成においては、さらなる露光精度の向上が重要である。

特表２００８−５１７４７２号公報

本発明の実施形態は、タルボ干渉を用いたパターン形成において、露光精度を向上することができるパターン形成方法及び露光用マスクを提供する。

実施形態に係るパターン形成方法は、複数の光透過部が周期的に配置された干渉用マスクを用意する工程と、前記干渉用マスクに光を照射し、前記光透過部を透過した前記光による透過光に基づきタルボ干渉を発生させる工程と、前記タルボ干渉による干渉光の一部を遮光用マスクにより遮蔽して、前記遮光用マスクを透過した前記干渉光の他部を露光対象部材へ照射してパターンを形成する工程と、を含む。前記干渉光の前記一部は、前記干渉光に含まれる複数の結像部分の最も外側の１つを含む。前記遮光用マスクは、前記干渉用マスクから離れる方向に、前記干渉光の反転像面と自己結像面との間に配置される。又は、前記干渉用マスクと前記遮光用マスクとの間隔は、前記干渉光の進行方向における前記タルボ干渉による自己結像の１周期の長さの１／４以上３／４以下である。

図１は、第１の実施形態に係るパターン形成方法を例示するフローチャートである。 図２は、干渉用マスクを例示する模式図である。 図３は、タルボ干渉による光強度分布を例示するシミュレーション結果を表す図である。 図４は、遮光用マスクを例示する模式的断面図である。 図５は、タルボ干渉による干渉光の強度分布のシミュレーション結果を例示する図である。 図６は、遮光用マスクを用いた場合の干渉光の強度分布のシミュレーション結果を例示する図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、露光用マスクを例示する模式的断面図である。 図８は、第３の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的断面図である。 図９は、第４の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的平面図である。 図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式図である。 図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式図である。 図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式図である。 図１３は、露光装置を例示する模式図である。 図１４は、露光装置を例示する模式図である。

以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。なお、以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るパターン形成方法を例示するフローチャートである。
図１に表したように、本実施形態に係るパターン形成方法は、干渉用マスクの用意（ステップＳ１０１）、タルボ干渉の発生（ステップＳ１０２）、干渉光の一部の遮蔽（ステップＳ１０３）及びパターンの形成（ステップＳ１０４）を含む。

ステップＳ１０１に表した干渉用マスクの用意では、複数の光透過部が周期的に配置された干渉用マスクを用意する。図２は、干渉用マスクを例示する模式図である。図２に表したように、干渉用マスクＭ１は、所定の波長の光を透過する基板１０と、基板１０に設けられた複数の第１遮光パターンＰ１１及び複数の透光パターンＰ１２と、を有する。第１遮光パターンＰ１１は、前記光を遮る。透光パターンＰ１２は、前記光を透過する。

基板１０には、例えば石英や合成石英が用いられる。第１遮光パターンＰ１１には、例えばクロム（Ｃｒ）が用いられる。

複数の第１遮光パターンＰ１１は、一定の幅及び一定の間隔で基板１０に配置される。複数の透光パターンＰ１２は、複数の第１遮光パターンＰ１１の間に設けられる。これにより、複数の透光パターンＰ１２は、基板１０に周期的に設けられる。複数の第１遮光パターンＰ１１と複数の透光パターンＰ１２とにより、例えばラインアンドスペースのパターンが構成される。なお、複数の第１遮光パターンＰ１１と複数の透光パターンＰ１２とにより、島状のパターンが構成されてもよい。

ステップＳ１０２に表したタルボ干渉の発生では、干渉用マスクＭ１に前記光を照射して、複数の透光パターンＰ１２を透過した光による透過光に基づきタルボ干渉を発生させる。

図２には、干渉用マスクＭ１によるタルボ干渉が例示される。タルボ干渉は、干渉用マスクＭ１の繰り返しパターン（第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２）に干渉性の良いコヒーレント光を照射すると、光の進行方向に、干渉用マスクＭ１の繰り返しパターンの反転像ＩＭｒと自己結像ＩＭとが周期的に現れる現象である。

タルボ干渉は、少なくとも透光パターンＰ１２から０次光と±１次光とが発生することが必要である。そして、全ての回折光が同位相となるところで自己結像ＩＭが発生する。ここで自己結像ＩＭとは、透光パターンＰ１２に相当した光強度分布が現れる結像のことをいう。反転像ＩＭｒとは、透光パターンＰ１２の反転に相当とした光強度分布が現れる結像のことをいう。タルボ干渉によって生成される干渉光は、反転像ＩＭｒ及び自己結像ＩＭを含む。

反転像ＩＭｒ及び自己結像ＩＭは、干渉用マスクＭ１から離れる方向（Ｚ方向）に光の進行方向に交互に周期的に現れる。ここで、自己結像ＩＭにおけるＺ方向の１周期の長さは、タルボ距離Ｚ_Ｔである。

複数の透光パターンＰ１２のピッチｐが光の波長λに近いときは、Ｚ_Ｔは数式（１）で表される。

複数の透光パターンＰ１２のピッチｐが光の波長λに対して２倍以上のときは、Ｚ_Ｔは数式（２）で近似的に表される。

自己結像ＩＭまたは反転像ＩＭｒのＺ方向と直交する方向のピッチＰｔは、媒質の屈折率をｎ、光の波長をλとした場合、Ｐｔ＞λ／ｎを満たす。

図３は、タルボ干渉による光強度分布を例示するシミュレーション結果を表す図である。
図３には、第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２が示され、グレースケールによって光強度分布が表される。グレースケールは、白いほど光強度が強いことを表す。図３では、説明の便宜上、１次回折光のみを考慮した光強度分布が表される。

図３に表したように、例えば、第１遮光パターンＰ１１の下端位置を基準としたＺ方向に、反転像ＩＭｒ及び自己結像ＩＭが交互に現れる。ここで、Ｚ方向と直交する面において、反転像ＩＭｒの中心を含む面を反転像面Ｆｒ、自己結像ＩＭの中心を含む面を自己結像面Ｆということにする。

ステップＳ１０３に表した干渉光の一部の遮光では、タルボ干渉による干渉光の一部を遮光用マスクにより遮蔽する。図４は、遮光用マスクを例示する模式的断面図である。図４には、遮光用マスクＭ２及び干渉用マスクＭ１が表される。図４には、干渉用マスクＭ１の基板１０が、遮光用マスクＭ２の基板２０と一体的に設けられた例が表される。

遮光用マスクＭ２は、基板２０と、基板２０に設けられた第２遮光パターンＰ２１と、を有する。遮光用マスクＭ２において、基板２０は、タルボ干渉による干渉光を透過する。第２遮光パターンＰ２１は、タルボ干渉による干渉光を遮断する。第２遮光パターンＰ２１によって遮蔽されない部分は、透光パターンＰ２２の部分である。透光パターンＰ２２は、タルボ干渉による干渉光を透過する。

ステップＳ１０４に表したパターンの形成では、遮光用マスクＭ２を透過した干渉光を露光対象部材へ照射して、露光対象部材にパターンを形成する。露光対象部材は、例えば感光性材料（レジスト）である。パターンは、レジストに形成されるパターンや、レジストパターンをマスクとして下地（半導体ウェーハ、半導体層等）をエッチングして得られるパターンを含む。

本実施形態に係るパターン形成方法では、タルボ干渉による干渉光の不要な部分をカットし、必要な部分を選択して露光対象物へ照射する。例えば、タルボ干渉による干渉光のうち、周期性が保たれない部分が発生する場合がある。本実施形態では、このような周期性の保たれない部分をカットし、周期性が保たれた部分を露光対象物へ照射する。これにより、精度の高いパターンが形成される。

次に、具体的な遮光について説明する。
図５は、タルボ干渉による干渉光の強度分布のシミュレーション結果を例示する図である。
図５には、第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２が示され、グレースケールによって光強度分布が表される。グレースケールは、白いほど光強度が強いことを表す。

図５に表したように、干渉用マスクＭ１を用いたタルボ干渉によって複数の反転像ＩＭｒ及び複数の自己結像ＩＭが生成される。タルボ干渉による干渉光を用いたプロキシミティ法によるパターン形成方法では、原板（マスク）に欠陥があっても、その欠陥が転写されにくいという特徴がある。このため、タルボ干渉を利用したプロキシミティ露光法では、投影光学系を用いない簡便な露光方法で、しかも欠陥が少なく高解像のパターン形成が期待される。

以下に、半導体リソグラフィにおけるパターン転写に関する参考文献を示す。
（ｉ）Sato, Takashi. "Talbot effect immersion lithography by self-imaging of very fine grating patterns." Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 30.6 (2012): 06FG02-06FG02.
（ｉｉ）Urbanski, Lukasz, et al. "Defect tolerant extreme ultraviolet lithography technique." Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures 30.6 (2012): 06F502-06F502.

その一方、図５に表したように、干渉用マスクＭ１を用いたタルボ干渉によって生成される複数の反転像ＩＭｒ及び複数の自己結像ＩＭの周期的な繰り返しのうち、周期性が失われる部分が存在する。例えば、干渉光の端部ほど周期性が失われやすくなる。このような周期性が失われている部分の反転像ＩＭｒ及び自己結像ＩＭを用いると、形成されるパターンの精度の低下を招く。本実施形態では、干渉光のうち周期性が失われる部分を遮蔽する。

図６は、遮光用マスクを用いた場合の干渉光の強度分布のシミュレーション結果を例示する図である。
図６には、第１遮光パターンＰ１１、透光パターンＰ１２、第２遮光パターンＰ２１及び透光パターン２２が示され、グレースケールによって光強度分布が表される。グレースケールは、白いほど光強度が強いことを表す。

図６に表したように、干渉用マスクＭ１の干渉光の進行方向に遮光用マスクＭ２を配置すると、干渉光の一部が遮光用マスクＭ２によって遮蔽される。遮光用マスクＭ２を透過した干渉光の繰り返しの周期性は良好である。

干渉用マスクＭ１と遮光用マスクＭ２との間隔は、タルボ距離Ｚ_Ｔの１／４以上３／４以下である。本実施形態では、例えば、遮光用マスクＭ２を、Ｚ方向に、反転像面Ｆｒと自己結像面Ｆとの間に配置する。

図６に表した例では、遮光用マスクＭ２の第２遮光パターンＰ２１によって、干渉用マスクＭ１の左側３つの透光パターンＰ１２及び右側２つの透光パターンＰ１２に対応した自己結像ＩＭを遮蔽している。遮光用マスクＭ２を透過した５つの自己結像ＩＭは、良好な周期性を有している。

図６に表した例では、複数の自己結像ＩＭのうちの一部を遮光し、他部を透過させているが、複数の反転像ＩＭｒのうちの一部を遮光し、他部を透過させてもよい。遮光用マスクＭ２のＺ方向の位置によって、自己結像ＩＭ及び反転像ＩＭｒのうち遮蔽する対象が選択される。

また、本実施形態では、遮光用マスクＭ２によって、干渉用マスクＭ１により生成された干渉光のうち、少なくとも１つの自己結像ＩＭまたは少なくとも１つ反転像ＩＭｒを遮光すればよい。

遮光用マスクＭ２と露光対象部材との間隔は、タルボ距離Ｚ_Ｔ未満であることが望ましい。遮光用マスクＭ２を透過した干渉光は、遮光用マスクＭ２から離れる方向（Ｚ方向）に自己結像ＩＭ及び反転像ＩＭｒを交互に繰り返す。遮光用マスクＭ２と露光対象部材との間隔を、タルボ距離Ｚ_Ｔ未満にすると、遮光用マスクＭ２を透過した干渉光であって、自己結像ＩＭ及び反転像ＩＭｒを交互に繰り返す干渉光のうち、最初に出現する自己結像ＩＭまたは反転像ＩＭｒが露光対象部材に照射される。これにより、周期性が失われたためにパターンの位置や寸法に関する十分な転写精度を得られないパターンについては転写されず、転写精度の良好なパターンのみを転写することができるようになる。

本実施形態に係るパターン形成方法では、遮光用マスクＭ２を透過した自己結像ＩＭまたは反転像ＩＭｒを露光対象部材へ照射してパターンを形成する。自己結像ＩＭまたは反転像ＩＭｒは、Ｚ方向と直交する方向に良好な周期性を有している。さらに、タルボ干渉によって干渉用マスクＭ１に含まれるパターン欠陥の像が、露光対象部材へ転写されにくくなる。したがって、タルボ干渉による干渉光を用いて精度の高いパターンを形成することができるようになる。

なお、遮光用マスクＭ２を用いて干渉光の一部を遮るだけでは十分に周期性を確保できない場合には、干渉用マスクＭ１の第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２の寸法を調整して、いわゆる光学的近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）を適用し、必要な精度を維持するようにしてもよい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る露光用マスクについて説明する。
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、露光用マスクを例示する模式的断面図である。
図７（ａ）には露光用マスクＭＭ１が表され、図７（ｂ）には露光用マスクＭＭ２が表される。

図７（ａ）に表した露光用マスクＭＭ１は、基板１０と、干渉用マスクパターンＰ１と、遮光用マスクパターンＰ２と、を有する。基板１０は、第１面１０ａと、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂとを有する。基板１０は、所定の波長の光を透過する。基板１０には、例えば石英や合成石英が用いられる。

干渉用マスクパターンＰ１は、基板１０の第１面１０ａに設けられる。干渉用マスクパターンＰ１は、タルボ干渉による干渉光を発生させる。干渉用マスクパターンＰ１は、複数の第１遮光パターンＰ１１と、複数の透光パターンＰ１２と、を有する。第１遮光パターンＰ１１は、前記光を遮る。透光パターンＰ１２は、前記光を透過する。

複数の第１遮光パターンＰ１１は、一定の幅及び一定の間隔で基板１０に配置される。複数の透光パターンＰ１２は、複数の第１遮光パターンＰ１１の間に設けられる。これにより、複数の透光パターンＰ１２は、基板１０に周期的に設けられる。

複数の第１遮光パターンＰ１１と複数の透光パターンＰ１２とにより、例えばラインアンドスペースのパターンが構成される。なお、複数の第１遮光パターンＰ１１と複数の透光パターンＰ１２とにより、島状のパターンが構成されてもよい。

第１遮光パターンＰ１１には、例えばＣｒ、酸窒化クロム（ＣｒＯＮ）及びこれらの積層膜が用いられる。複数の第１遮光パターンＰ１１は、基板１０の第１面１０ａに、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。

遮光用マスクパターンＰ２は、基板１０の第２面１０ｂに設けられる。遮光用マスクパターンＰ２は、第２遮光パターンＰ２１と、透光パターンＰ２２と、を有する。第２遮光パターンＰ２１及び透光パターンＰ２２は、それぞれ複数設けられていてもよい。

第２遮光パターンＰ２１には、例えばＣｒ、ＣｒＯＮ及びこれらの積層膜が用いられる。第２遮光パターンＰ２１は、基板１０の第２面１０ｂに、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成される。

第２遮光パターンＰ２１は、基板１０の第１面１０ａと第２面１０ｂとを結ぶ方向にみて、干渉用マスクパターンＰ１の一部と重なるように設けられる。第２遮光パターンＰ２１は、干渉用マスクパターンＰ１による干渉光の一部を遮蔽する。

露光用マスクＭＭ１では、基板１０の厚さによって干渉用マスクパターンＰ１と、遮光用マスクパターンＰ２との間隔が設定される。露光用マスクＭＭ１の干渉用マスクパターンＰ１側から所定の波長の光を照射すると、干渉用マスクパターンＰ１によってタルボ干渉による干渉光が発生する。干渉光の一部は、遮光用マスクパターンＰ２によって遮られる。干渉光の他部は、遮光用マスクパターンＰ２を透過する。露光用マスクＭＭ１の遮光用マスクパターンＰ２側に露光対象部材を配置しておくことで、遮光用マスクパターンＰ２を透過した干渉光が露光対象部材に照射される。これにより、露光対象部材にパターンが形成される。

露光用マスクＭＭ１では、干渉用マスクパターンＰ１と遮光用マスクパターンＰ２との間に基板１０が設けられているため、基板１０によって干渉用マスクパターンＰ１と遮光用マスクパターンＰ２との間隔を正確に設定することができる。

図７（ｂ）に表した露光用マスクＭＭ２は、基板３０と、干渉用マスクパターンＰ１と、遮光用マスクパターンＰ２と、中間膜１５と、を有する。基板３０は、第１面３０ａと、第１面３０ａとは反対側の第２面３０ｂとを有する。基板３０は、所定の波長の光を透過する。基板３０には、例えば石英や合成石英が用いられる。

干渉用マスクパターンＰ１は、基板３０の第１面３０ａに設けられる。干渉用マスクパターンＰ１は、タルボ干渉による干渉光を発生させる。干渉用マスクパターンＰ１は、複数の第１遮光パターンＰ１１と、複数の透光パターンＰ１２と、を有する。第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２の形状、第１遮光パターンＰ１１の材料は、露光用マスクＭＭ１と同様である。

遮光用マスクパターンＰ２は、基板３０の第２面３０ｂ側に設けられる。遮光用マスクパターンＰ２は、第２遮光パターンＰ２１と、透光パターンＰ２２と、を有する。第２遮光パターンＰ２１及び透光パターンＰ２２は、それぞれ複数設けられていてもよい。

第２遮光パターンＰ２１は、基板３０の第１面３０ａと第２面３０ｂとを結ぶ方向にみて、干渉用マスクパターンＰ１の一部と重なるように設けられる。第２遮光パターンＰ２１は、干渉用マスクパターンＰ１による干渉光の一部を遮蔽する。第２遮光パターンＰ２１及び透光パターンＰ２２の形状、第２遮光パターンＰ２１の材料は、露光用マスクＭＭ１と同様である。

中間膜１５は、干渉用マスクパターンＰ１と、遮光用マスクパターンＰ２と、の間に設けられる。中間膜１５は、基板３０と同様に、所定の波長の光を透過する。中間膜１５には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が用いられる。

露光用マスクＭＭ２を製造するには、先ず、基板３０の第２面３０ｂの上に、ＣｒやＣｒとＣｒＯＮとの積層膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって干渉用マスクパターンＰ１を形成する。次に、干渉用マスクパターンＰ１のを覆うようにＳｉＯ_２等を積層し、表面を平坦化して中間膜１５を形成する。次に、中間膜１５の上に、ＣｒやＣｒとＣｒＯＮとの積層膜を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングによって遮光用マスクパターンＰ２を形成する。これにより、露光用マスクＭＭ２が完成する。

露光用マスクＭＭ２では、干渉用マスクパターンＰ１側から所定の波長の光を照射すると、干渉用マスクパターンＰ１によってタルボ干渉による干渉光が発生する。干渉光の一部は、遮光用マスクパターンＰ２によって遮られる。干渉光の他部は、遮光用マスクパターンＰ２を透過する。露光用マスクＭＭ２の遮光用マスクパターンＰ２側に露光対象部材を配置しておくことで、遮光用マスクパターンＰ２を透過した干渉光が露光対象部材に照射される。これにより、露光対象部材にパターンが形成される。

露光用マスクＭＭ１では、中間膜１５の厚さによって干渉用マスクパターンＰ１と、遮光用マスクパターンＰ２との間隔が設定される。中間膜１５の材料（例えば、ＳｉＯ_２）を堆積する際の条件により、中間膜１５の厚さは非常に薄くなる。基板３０は、干渉用マスクパターンＰ１、中間膜１５及び遮光用マスクパターンＰ２の支持部材の役目を果たす。露光用マスクＭＭ２では、中間膜１５の厚さによって干渉用マスクパターンＰ１と遮光用マスクパターンＰ２との間隔を薄く、かつ正確に設定することができる。また、露光用マスクＭＭ２の全体の厚さを薄くすることができる。

なお、露光用マスクＭＭ１及びＭＭ２には、露光装置や露光対象部材（例えば、ウェーハ）との位置合わせのための合わせマークをあらかじめ設けておいてもよい。また、同様に、露光用マスクＭＭ１及びＭＭ２に、様々な目的でマークを設けておいてもよい。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。
図８は、第３の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的断面図である。
本実施形態に係るパターン形成方法は、図１のステップＳ１０４に表したパターンの形成において、干渉用マスクＭ１と、遮光用マスクＭ２との相対位置を変化させる方法である。

図８に表したように、本実施形態において、干渉用マスクＭ１は、遮光用マスクＭ２とは別体に設けられる。すなわち、干渉用マスクＭ１は、基板１０と、基板１０の一方面に設けられた第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２と、を有する。また、遮光用マスクＭ２は、基板２０と、基板２０の一方面に設けられた第２遮光パターンＰ２１及び透光パターンＰ２２と、を有する。このような構成においては、干渉用マスクＭ１、遮光用マスクＭ２及びウェーハ（露光対象部材）Ｗの相対的な位置関係として、次の３つが挙げられる。

（１）第１の位置関係は、干渉用マスクＭ１と遮光用マスクＭ２との相対的な位置関係を固定して、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２と、ウェーハＷと、の相対的な位置関係を移動させることである。
（２）第２の位置関係は、干渉用マスクＭ１とウェーハＷとの相対的な位置関係を固定して、干渉用マスクＭ１及びウェーハＷと、遮光用マスクＭ２と、の相対的な位置関係を移動させることである。
（３）第３の位置関係は、遮光用マスクＭ２とウェーハＷとの相対的な位置関係を固定して、干渉用マスクＭ１及びウェーハＷと、遮光用マスクＭ２と、の相対的な位置関係を移動させることである。
なお、上記（１）〜（３）の位置関係における「移動」は、ウェーハＷの表面に沿った直線移動及びウェーハＷの表面に沿った回転移動を含む。

上記（１）の第１の位置関係では、先ず、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。この照射の後、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２と、ウェーハＷと、の相対的な位置関係を移動させる。例えば、ウェーハＷをウェーハＷの表面に沿って所定ピッチだけ直線移動させる。その後、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。この処理を繰り返すことで、ウェーハＷの表面の広範囲においてパターンが形成される。

上記（１）の第１の位置関係においては、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２と、ウェーハＷと、の相対的な位置関係を、ウェーハＷの表面に沿って例えば９０度回転させてもよい。例えば、ラインアンドスペースを構成する干渉用マスクＭ１を用いる場合、ウェーハＷ上には、９０度回転前後のそれぞれの露光による多重露光に対応したパターンが形成される。

上記（２）の第２の位置関係では、先ず、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。この照射の後、干渉用マスクＭ１及びウェーハＷと、遮光用マスクＭ２と、の相対的な位置関係を移動させる。例えば、遮光用マスクＭ２をウェーハＷの表面に沿って所定ピッチだけ直線移動させる。その後、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。これにより、最初の露光と、次の露光とで、ウェーハＷ上の異なる領域にパターンが形成される。

上記（３）の第３の位置関係では、先ず、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。この照射の後、干渉用マスクＭ１及びウェーハＷと、遮光用マスクＭ２と、の相対的な位置関係を移動させる。例えば、干渉用マスクＭ１をウェーハＷの表面に沿って所定ピッチだけ直線移動させる。その後、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２によって選択された干渉光をウェーハＷ上に照射する。これにより、ウェーハＷ上の同じ領域に、干渉用マスクＭ１の異なるパターンの干渉光が多重露光される。

上記（３）の第３の位置関係においては、干渉用マスクＭ１及びウェーハＷと、遮光用マスクＭ２と、の相対的な位置関係を、ウェーハＷの表面に沿って例えば９０度回転させてもよい。例えば、ラインアンドスペースを構成する干渉用マスクＭ１を用いる場合、ウェーハＷ上には、９０度回転前後のそれぞれの露光による多重露光に対応したパターンが形成される。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。
図９は、第４の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式的平面図である。
図９では、説明の便宜上、干渉用マスクＭ１による干渉光が遮蔽される領域を斜線で表してる。本実施形態では、干渉用マスクＭ１のパターンと、遮光用マスクＭ２のパターンとの重ね合わせによって任意の領域にパターンを形成する。

遮光用マスクＭ２は、遮光領域Ｒ１と、透光領域Ｒ２とを含む。遮光領域Ｒ１は干渉用マスクＭ１によって形成されるタルボ干渉による干渉光を遮る。透光領域Ｒ２は、干渉光を透過させる。これにより、干渉光のうち透光領域Ｒ２を透過した干渉光のみが露光対象部材へ照射される。干渉光の照射領域は、透光領域Ｒ２の形状によって任意に決定される。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係るパターン形成方法を説明する。
図１０（ａ）〜図１２（ｄ）は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を例示する模式図である。
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）には、第１の例が表され、図１１（ａ）〜図１１（ｄ）には、第２の例が表され、図１２（ａ）〜図１２（ｄ）には、第３の例が表される。

先ず、第１の例について説明する。
図１０（ａ）には、干渉用マスクＭ１−１が表される。干渉用マスクＭ１−１は、ライン状の第１遮光パターンＰ１１及び透光パターンＰ１２を有する。干渉用マスクＭ１−１の透光パターンＰ１２には、欠陥ＤＦが含まれる。

図１０（ｂ）には、タルボ干渉による干渉光ＩＬ１−１が表される。タルボ干渉による干渉光ＩＬ１−１では、図１０（ａ）に表した欠陥ＤＦの像が抑制される。

図１０（ｃ）には、遮光用マスクＭ２−１が表される。遮光用マスクＭ２−１は、第２遮光パターンＰ２１と、透光パターンＰ２２と、第３遮光パターンＰ２３と、を有する。第２遮光パターンＰ２１は、干渉用マスクＭ１−１により形成されるタルボ干渉の干渉光ＩＬ１−１の一部を遮る。第２遮光パターンＰ２１は、例えば干渉光ＩＬ１−１のうち周期性が失われる部分を遮蔽する。第３遮光パターンＰ２３は、干渉光ＩＬ１−１の他部（第２遮光パターンＰ２１で遮られなかった干渉光ＩＬ１−１の部分）を選択的に遮る。

図１０（ｄ）には、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ１−２のパターンが表される。図１０（ｄ）に表した干渉光ＩＬ１−２のパターンは、図１０（ｂ）に表したタルボ干渉による干渉光ＩＬ１−１のパターンと、図１０（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−１と、の重ね合わせによって構成される。すなわち、図１０（ｂ）に表した干渉光ＩＬ１−１のうち、図１０（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−１の第２遮光パターンＰ２１及び第３遮光パターンＰ２３以外（透光パターンＰ２２）を透過した光が、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ１−２のパターン（図１０（ｄ））である。

次に、第２の例について説明する。
図１１（ａ）には、干渉用マスクＭ１−２が表される。干渉用マスクＭ１−２は、透光パターンＰ１２と、透光パターンＰ１２の中に配置された島状の第１遮光パターンＰ１１と、を有する。干渉用マスクＭ１−２の透光パターンＰ１２には、欠陥ＤＦが含まれる。

図１１（ｂ）には、タルボ干渉による干渉光ＩＬ２−１が表される。タルボ干渉による干渉光ＩＬ２−１では、図１１（ａ）に表した欠陥ＤＦの像が抑制される。

図１１（ｃ）には、遮光用マスクＭ２−２が表される。遮光用マスクＭ２−２は、第２遮光パターンＰ２１と、透光パターンＰ２２と、第３遮光パターンＰ２３と、を有する。第２遮光パターンＰ２１は、干渉用マスクＭ１−２により形成されるタルボ干渉の干渉光ＩＬ２−１の一部を遮る。第２遮光パターンＰ２１は、例えば干渉光ＩＬ２−１のうち周期性が失われる部分を遮蔽する。第３遮光パターンＰ２３は、干渉光ＩＬ２−１の他部（第２遮光パターンＰ２１で遮られなかった干渉光ＩＬ２−１の部分）を選択的に遮る。

図１１（ｄ）には、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ２−２のパターンが表される。図１１（ｄ）に表した干渉光ＩＬ２−２のパターンは、図１１（ｂ）に表したタルボ干渉による干渉光ＩＬ２−１のパターンと、図１１（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−２と、の重ね合わせによって構成される。すなわち、図１１（ｂ）に表した干渉光ＩＬ２−１のうち、図１１（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−２の第２遮光パターンＰ２１及び第３遮光パターンＰ２３以外（透光パターンＰ２２）を透過した光が、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ２−２のパターン（図１１（ｄ））である。

なお、図１０（ｄ）表した干渉光ＩＬ１−２のパターンは、図１１（ｄ）に表した干渉光ＩＬ２−２のパターンと同じである。第１の例及び第２の例のいずれを適用するのかは、干渉用マスクＭ１−１及びＭ１−２のうち、欠陥ＤＦの修正を行いやすい例を選択すればよい。また、遮光用マスクＭ２−１及びＭ２−２のうち、第２遮光パターンＰ２１、透光パターンＰ２２及び第３遮光パターンＰ２３を精度良く形成できる例を選択してもよい。

次に、第３の例について説明する。
図１２（ａ）には、干渉用マスクＭ１−３が表される。干渉用マスクＭ１−３は、第１遮光パターンＰ１１と、第１遮光パターンＰ１１の中に配置された島状の透光パターンＰ１２と、を有する。干渉用マスクＭ１−３の第１遮光パターンＰ１１には、欠陥ＤＦが含まれる。

図１２（ｂ）には、タルボ干渉による干渉光ＩＬ１−３が表される。タルボ干渉による干渉光ＩＬ１−３では、図１２（ａ）に表した欠陥ＤＦの像が抑制される。

図１２（ｃ）には、遮光用マスクＭ２−３が表される。遮光用マスクＭ２−３は、第２遮光パターンＰ２１と、透光パターンＰ２２と、第３遮光パターンＰ２３と、を有する。第２遮光パターンＰ２１は、干渉用マスクＭ１−２により形成されるタルボ干渉の干渉光ＩＬ１−３の一部を遮る。第２遮光パターンＰ２１は、例えば干渉光ＩＬ１−３のうち周期性が失われる部分を遮蔽する。第３遮光パターンＰ２３は、干渉光ＩＬ１−３の他部（第２遮光パターンＰ２１で遮られなかった干渉光ＩＬ１−３の部分）を選択的に遮る。

図１２（ｄ）には、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ２−３のパターンが表される。図１２（ｄ）に表した干渉光ＩＬ２−３のパターンは、図１２（ｂ）に表したタルボ干渉による干渉光ＩＬ１−３のパターンと、図１２（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−３と、の重ね合わせによって構成される。すなわち、図１２（ｂ）に表した干渉光ＩＬ１−３のうち、図１２（ｃ）に表した遮光用マスクＭ２−３の第２遮光パターンＰ２１及び第３遮光パターンＰ２３以外（透光パターンＰ２２）を透過した光が、露光対象部材上に照射される干渉光ＩＬ２−３のパターン（図１２（ｄ））である。

なお、上記説明した第１〜第３の例以外であっても、干渉用マスクＭ１のパターン形状と、遮光用マスクＭ２のパターン形状との組み合わせによって、任意の干渉光のパターンを形成して露光対象部材上に照射することができる。

また、遮光用マスクＭ２と露光対象部材との間隔を、タルボ距離Ｚ_Ｔの１／２だけずらすことで、図１０（ｄ）、図１１（ｄ）及び図１２（ｄ）に表した干渉光ＩＬ１−２、ＩＬ２−２及びＩＬ３−２のパターンの明暗を反転させたパターンを得ることができる。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る露光装置について説明する。
図１３及び図１４は、露光装置を例示する模式図である。
図１３には露光装置５０１が表され、図１４には露光装置５０２が表される。

図１３に表したように、露光装置５０１は、光源５１０と、ステージ５２０と、マスク保持部５３０と、を備える。露光装置５０１は、例えばプロキシミティ露光装置である。

光源５１０は、露光に用いる光を放出する。光源５１０は、例えばレーザ光Ｃを放出する。レーザ光Ｃは、例えば波長１９３ナノメートル（ｎｍ）のＡｒＦエキシマレーザ光である。

ステージ５２０は、露光対象部材を載置する。図１３に表した例では、露光対象部材としてウェーハＷが載置される。ステージ５２０は、例えば真空吸着によってウェーハＷをステージ５２０上に吸着保持する。ステージ５２０は、ウェーハＷの表面に沿った例えば２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）に沿って移動可能に設けられる。ステージ５２０を移動させることで、ウェーハＷと、後述するマスク保持部５３０に保持された露光用マスクとの相対的な位置関係を変える。

マスク保持部５３０は、露光用マスクを保持する。露光装置５０１では、干渉用マスクパターンＰ１及び遮光用マスクパターンＰ２を有する露光用マスクＭＭ１を保持する。マスク保持部５３０は、露光用マスクＭＭ２を保持してもよい。本実施形態では、露光用マスクＭＭ１を用いる場合を例とする。マスク保持部５３０は、移動可能に設けられていてもよい。

露光装置５０１は、制御部５４０をさらに備える。制御部５４０は、光源５１０、ステージ５２０及びマスク保持部５３０を制御する。制御部５４０は、光源５１０による光の放出のタイミング、光量などを制御する。制御部５４０は、ステージ５２０の移動のタイミング、移動量などを制御する。制御部５４０は、マスク保持部５３０による露光用マスクＭＭ１の保持や開放、必要に応じて移動などの動作を制御する。

露光装置５０１によって露光を行うには、先ず、ステージ５２０の上にウェーハＷを載置する。次に、マスク保持部５３０に露光用マスクＭＭ１を保持する。次に、ステージ５２０及びマスク保持部５３０の少なくとも一方を移動させて、ウェーハＷと露光用マスクＭＭ１との位置合わせを行う。次に、光源５１０から光を放出する。光源５１０から放出された光は露光用マスクＭＭ１によってタルボ干渉による干渉光になる。干渉光は、ステージ５２０上のウェーハＷに照射される。ウェーハＷに干渉光が照射されることで、ウェーハＷ上の例えばレジストが露光される。次に、必要に応じてステージ５２０を移動させて、ウェーハＷの別な領域に露光を行う。

露光装置５０１では、露光用マスクＭＭ１を用いることで、タルボ干渉による干渉光のうち周期性の良い干渉光を用いた露光を行うことができる。これにより、精度の高いパターンが形成される。

図１４に表したように、露光装置５０２は、光源５１０と、ステージ５２０と、マスク保持部５３１及び５３２と、を備える。露光装置５０２は、例えばプロキシミティ露光装置である。露光装置５０２は、図１３に表した露光装置５０１のマスク保持部５３０の代わりに、マスク保持部５３１及び５３２を備える。その他の構成は露光装置５０１と同じである。

マスク保持部５３１は、干渉用マスクＭ１を保持する。マスク保持部５３２は、遮光用マスクＭ２を保持する。制御部５４０は、マスク保持部５３１及び５３２をそれぞれ制御する。制御部５４０は、マスク保持部５３１による干渉用マスクＭ１の保持や開放、移動などの動作を制御する。また、制御部５４０は、マスク保持部５３２による遮光用マスクＭ２の保持や開放、移動などの動作を制御する。すなわち、制御部５４０は、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２のそれぞれに対する制御を独立して行う。

露光装置５０２によって露光を行うには、先ず、ステージ５２０の上にウェーハＷを載置する。次に、マスク保持部５３１に干渉用マスクＭ１を保持し、マスク保持部５３２に遮光用マスクＭ２を保持する。次に、ステージ５２０、マスク保持部５３１及び５３２の少なくとも２つを移動させて、ウェーハＷ、干渉用マスクＭ１及び遮光用マスクＭ２の相対的な位置合わせを行う。

次に、光源５１０から光を放出する。光源５１０から放出された光は、干渉用マスクＭ１によってタルボ干渉による干渉光になる。干渉光の一部は、遮光用マスクＭ２によって遮られる。遮光用マスクＭ２によって遮られなかった干渉光の他部は、ステージ５２０上のウェーハＷに照射される。ウェーハＷに干渉光が照射されることで、ウェーハＷ上の例えばレジストが露光される。次に、必要に応じてステージ５２０、マスク保持部５３１及び５３２を移動させて露光を行う。

露光装置５０２では、ステージ５２０、マスク保持部５３１及び５３２の移動を制御することで、上記説明した（１）〜（３）の位置関係による移動のうちいずれかの移動を行う。すなわち、露光装置５０２は、上記説明した（１）〜（３）の位置関係による移動を伴う露光を実現する装置である。

露光装置５０２を用いることで、タルボ干渉による干渉光のうち周期性の良い干渉光を用いた露光を行うことができる。これにより、精度の高いパターンが形成される。また、上記説明した（１）〜（３）の位置関係による移動によって、所望の形状のパターンを精度良く形成することができる。

なお、上記の露光装置５０１及び５０２において、ステージ５２０の高さを移動できるようにしてもよい。この場合、ステージ５２０の高さを移動させて、露光用マスクＭＭ１とウェーハＷとの間隔、及び、遮光用マスクＭ２とウェーハＷとの間隔を調整することで、ウェーハＷ上に自己結像を照射するか、反転像を照射するかを選択できるようになる。

また、露光用マスクＭＭ１とウェーハＷとの間、及び、遮光用マスクＭ２とウェーハＷとの間に、高屈折率液体を介在させてもよい。この場合、露光装置５０１及び５０２は、液浸プロキシミティ露光装置である。

以上説明したように、実施形態に係るパターン形成方法、露光用マスク及び露光装置によれば、タルボ干渉を用いた露光によって精度の高いパターンを形成することができる。

なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。

本実施形態に係るパターン形成方法、露光用マスク及び露光装置は、半導体デバイスの微小パターンの形成に適用されるほか、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）など、フォトリソグラフィ技術を用いたパターン形成を行う各種のデバイスの作製に適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…基板、１０ａ…第１面、１０ｂ…第２面、１５…中間膜、２０…基板、２２…透光パターン、３０…基板、５０１，５０２…露光装置、５１０…光源、５２０…ステージ、５３０…マスク保持部、５３１，５３２…マスク保持部、５４０…制御部、Ｃ…レーザ光、Ｆ…自己結像面、Ｆｒ…反転像面、ＩＭ…自己結像、ＩＭｒ…反転像、Ｍ１…干渉用マスク、Ｍ２…遮光用マスク、ＭＭ１，ＭＭ２…露光用マスク、Ｐ１…干渉用マスクパターン、Ｐ１１…第１遮光パターン、Ｐ１２，Ｐ２２…透光パターン、Ｐ２…遮光用マスクパターン、Ｐ２１…第２遮光パターン、Ｐ２３…第３遮光パターン、Ｗ…ウェーハ、Ｚ_Ｔ…タルボ距離

Claims (3)

1. 複数の光透過部が周期的に配置された干渉用マスクを用意する工程と、
   前記干渉用マスクに光を照射し、前記光透過部を透過した前記光による透過光に基づきタルボ干渉を発生させる工程と、
   前記タルボ干渉による干渉光の一部を遮光用マスクにより遮蔽して、前記遮光用マスクを透過した前記干渉光の他部を露光対象部材へ照射してパターンを形成する工程と、
   を備え、
   前記干渉光の前記一部は、前記干渉光に含まれる複数の結像部分の最も外側の１つを含み、
   前記遮光用マスクは、前記干渉用マスクから離れる方向に、前記干渉光の反転像面と自己結像面との間に配置されるパターン形成方法。
2. 複数の光透過部が周期的に配置された干渉用マスクを用意する工程と、
   前記干渉用マスクに光を照射し、前記光透過部を透過した前記光による透過光に基づきタルボ干渉を発生させる工程と、
   前記タルボ干渉による干渉光の一部を遮光用マスクにより遮蔽して、前記遮光用マスクを透過した前記干渉光の他部を露光対象部材へ照射してパターンを形成する工程と、
   を備え、
   前記干渉光の前記一部は、前記干渉光に含まれる複数の結像部分の最も外側の１つを含み、
   前記干渉用マスクと前記遮光用マスクとの間隔は、前記干渉光の進行方向における前記タルボ干渉による自己結像の１周期の長さの１／４以上３／４以下であるパターン形成方法。
3. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、光を透過する基板と、
   前記基板の前記第２面に設けられ、周期的に配置された複数の光透過部を有し、タルボ干渉による干渉光を発生させる干渉用マスクパターンと、
   前記基板の前記第２面側に設けられ、前記第１面と前記第２面とを結ぶ方向にみて、前記干渉用マスクパターンの一部と重なるように設けられ、前記干渉光の一部を遮蔽する遮光用マスクパターンと、
   前記干渉用マスクパターンと、前記遮光用マスクパターンと、の間に設けられ、前記光を透過する中間膜と、
   を備えた露光用マスク。