JPH04127150A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は露光技術に関し、例えば半導体集積回路装置の
フォ）・リソグラフィ工程に適用して有効な技術に関す
るものである。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の高集積化が進み、回路素子や配線の設
計ルールがサブミクロン・オーダーになると、ｇ線、１
線などの光を使用してマスク上の回路パターンを半導体
ウェハ上に転写するフォトリソグラフィ工程では、ウェ
ハ上に転写される回路パターンの精度の低下が深刻な問
題と−なるでくる。例えば、第］−Ｊ図（ａ）に示すよ
うなマスク２０に形成された透過領域Ｐ、、ｐ、、およ
び遮光領域Ｎからなる回路パターンをウェハ上に転写す
る場合、遮光領域Ｎを挟む一対の透過領域Ｐ、、Ｐ２の
それぞれを透過した直後の光りの位相は、同図（ｂ）に
示すように同相であるため、ウェハ上の本来は遮光領域
となる箇所で二つの光が干渉して強め合い（同図（ｅ）
）、その結果同図（ｄ）に示すように、ウェハ上におけ
る投影像のコントラストが低下するとともに焦点深度が
浅くなり、パターン転写精度が大幅に低下してしまうこ
とになる。

このような問題を改善する手段として、マスクを透過す
る光の位相を変えることによって投影像のコントラスト
の低下を防止する位相シフト技術が提案されている。例
えば日本特公昭６２−５９２９６号公報には、遮光領域
を挟む−ｉの透過領域の一方に透明膜を設け、露光の際
に二つの透過領域を透過した光の間に位相差を生じさせ
ることによって、その干渉光がウェハ上の本来は遮光領
域となる箇所で弱め合うようにする位相シフト技術が開
示されている。すなわち、第】Ｋ図（ａ）に示すような
マスク２１に形成された回路パターンをウェハ上に転写
する際、遮光領域Ｎを挟む一対の透過領域ｐ】、ｐ２の
いずれか一方に所定の屈折率を有する透明膜２２をｙ＋
づる。そして、この透明膜５２の膜厚を適当に調整する
ことにより、透過領域Ｐ、、Ｐ２のそれぞれを透過した
直後の光は、同図（１））に示すように１８０度の位相
差が生じるため、ウェハ上の遮光領域Ｎではこれらの光
が干渉して弱め合う　（同図（Ｃ））。その結果同図（
ｄ）に示すように、ウェハ上における投影像のコントラ
ストが改善され、解像度および焦点深度が向上し、マス
ク２１に形成された回路パターンの転写精度が良好とな
る。

また、日本特開昭６２−６７５１４号公報には、マスク
の遮光領域の一部を除去して微細な開口パターンを形成
１７た後、この開口パターンまたはその近傍に存在する
透過領域のいずれか一方に透明膜を設け、透過領域を透
過した光と開口−パターンを透過した光との開に位相差
を生じさせることによって、透過領域を透過した光の振
幅分布が横方向に広がるのを防止する位相シフト技術が
開示されている。

このような一つのマスク上に通常のパターン（主パター
ン）とそれと反転した位相を与えるシフタ・パターン（
随伴パターン、相補パターン）を設けた位相シフｌ−法
を本願明細書では、「オン・マスク位相シフト法」と、
特に位相シフト量が（２ｎ＋１）π、（ここで、ｎは整
数）のとき「オン・マスク位相反転シフト法」というこ
とにする。

更に、日本特開昭６０−１０９２２８号には、投影露光
のスループットを向上させるために２つのマスクを同時
に照明し、それによって１つのウェハの別々のチップに
対応する部分を同時に露光する方法が開示されている。

　なお、　日本特開昭６０−１０７８３５号には、１つ
の露光光を２つに分割し、それにより同一パターンを有
する２つのマスクの同一部分を照明し、それらを合成し
てウェハを露光することによりマスクの欠陥が片方にあ
っても問題なく露光する技術が示めされてぃる。

しかしながら、これら２つはマスク・パターン上の欠陥
がウェハ上に転写されることを防止したり、スループッ
トを向上する上では有効であるが、解像度の向上に関し
ては、全く効果がない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明者の検討によれば、マスクの透過領域の一部に透
明膜を設け、そこを通過する光とその近傍の透過領域を
通過する光との間に位相差を生じさせる上記従来の位相
シフト技術は、マスクの製造に多大な時間と労力とを要
するという問題がある。

すなわち、集積回路パターンが形成された実際のマスク
は、様々なパターンが複雑に配置されているため、透明
膜を配置する場所の選定が極めて困難となり、パターン
設計に著しい制約が生じる。

またマスクに透明膜を設けた場合は、集積回路パターン
の欠陥の有無を検査する工程に加えて透明膜の欠陥の有
無を検査する工程が必要と−なるので、マスク検査工程
が非常に煩雑になる。さらにマスクに透明膜を設けた場
合は、マスクに付着する異物も増えるため、清浄なマス
クを作成することが困難である。

本発明の一つの目的は、上記した問題点を解消した位相
シフト技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、被露光面に段差があっても、各
段差を有する平面に対して、−度の露光で最良の像面を
与えることができる縮小投影露光技術を提供することに
ある。

本発明の一つの目的は、紫外及び遠紫外光による微細パ
ターンの露光限界を更に微細域まで延長できる投影露光
技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、２つのマスク・パターンを合成
して露光できる投影露光技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、光源の干渉可能な距離が短かい
場合にも、２つのマスク・パターンを合成干渉させて投
影露光することができる縮小投影露光技術を提供するこ
とにある。

本発明の一つの目的は、位相シフト法を用いた集積回路
の製造に有用なマスク・パターン・レイアウト技術を提
供することにある。

本発明の一つの目的は、位相シフト法等を用いたＳＲＡ
Ｍ等の製造に有用な投影露光技術を提供することにある
。

本発明の一つの目的は、露光波長と同程度の微細な寸法
を有するＤＲＡＭ等の高集積半導体集積回路装置の製造
に有用な露光技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、周期的微細パターンの露光に有
効な投影露光技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、エキシマ・レーザ露光技術に応
用して有効な投影露光技術を提供することにある。

本発明の一つの目的は、位相シフト法に用いるマスクの
検査に有用なマスク検査技術を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち１．代書的なものの
概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

本願の一発明は、遮光領域および透過領域からなる所定
のパターンが形成されたマスクに光を照射し、前記マス
クの透過領域を透過した光を被照射試料上に照射するこ
とによって、前記マスクに形成された所定のパターンを
前記被照射試料上に転写する際、光源から発生する光を
二つの光に分割し、前記二つの光のそれぞれが前記マス
クに達するまでの光路長を変えることによって、前記マ
スクの異なる箇所を通過した直後の二つの光の位相を互
いに逆相とし、その後前記二つの光を合成して前記被照
射試料上に照射する露光方法である。

〔作用〕

上記した手段によれば、マスクの異なる箇所を通過した
直後の二つの光の位相を互いに逆相とし、その後前記二
つの光を合成して被照射試料上に照射することにより、
マスク上の所定の透過領域を透過した一方の光とマスク
上の他の透過領域を透過したもう一方の光とが被照射試
料上において近接して配置される箇所では、それらの境
界領域で二つの光が干渉して弱め合う結果、投影像のコ
ントラストが大幅に改善される。

〔実施例〕

以下の本発明の詳細な説明は便宜上、複数の項にわけて
行うが、各実施例は別々のものではなく、単一の！ｌ！
明に関する工程の一部又は変形例等にあたる。従って、
特に必要である場合をのぞき重複部分の説明は行わない
。更に、以下の実施例で使用する参照番号に関して、下
２桁が同一の番号であるものは、特にことわらないかぎ
り、同−又は類似の構造又は機能を果すものとする。

（１）実施例・１ 第１Ａ図は、本発明の実施例・１のＩである露光装置の
位相シフト機構１を示している。

位相シフト機構１は、露光装置の光源２と被照射試料３
との間に設けられたビームエクスパンダ４、ミラー５，
６，９、ハーフミラ−７，８、コーナーミラーｌＯ１こ
のコーナーミラー１０を微小駆動する光路長可変機構１
１、二対のレンズ１２ａ、１２ｂ、縮小レンズ１３等か
らなる光学系により構成される。この光学系のアライメ
ント系には、前記被照射試料３に転写されるパターンの
原画が形成されたマスク１４が位置決めされる。

マスク１４は、例えば半導体集積回路装置の製造工程で
使用するマスク（レチクル）であり、被照射試料３は、
例えばシリコン単結晶からなる半導体ウェハである。

光源２から発生Ｉ７た１線（波長３６５ｎｍ）などの光
りは、ビームエクスパンダ４によって拡大され、次いで
ミラー５を介してマスク１４の主面と垂直な方向に屈折
された後、光路の途中に設けたハーフミラ−７を介して
直進する光り、とこれと直交する方向に進む光Ｌ２とに
二分割される。

光Ｌ２はミラー９およびコーナーミラー１０を介して屈
折され、光Ｌ１とは異なる経路を通ってマスク１４の別
の箇所に照射される。マスク１４の異なる箇所を透過し
た二つの光Ｌｌ、Ｌ２は、レンズ１２ａ、１２ｂを通過
した後、ミラー６およびハーフミラ−８を介して一つの
光Ｌ′に合成された後、縮小レンズ１３により縮小され
、ＸＹテーブル１５上に位置決めされた被照射試料３上
に照射される。

上記位相シフト機構ｌにおいては、ハーフミラ−７を通
過してからマスク１４に至るまでの二つの光ＬＩ＋　　
Ｌ２の光路長が異なるため、マスク１４の主面からコー
ナーミラー１０までの高さ（光Ｌ２の光路長）を変える
ことによって、マスク１４を通過した直後の二つの光り
、、Ｌ２の間に所望の位相差を生じさせることができる
。例えばマスク１４を通過した直後の二つの光り、、Ｌ
２の位相が互いに同相となるときのコーナーミラー１０
の位置を原点とし、この原点から下記の式 ％式％：） で定義される距離（ｄ）だけコーナーミラー１゜を垂直
方向に移動することにより、マスク１４を通過した直後
の二つの光Ｌ　１　＋　Ｌ　２の位相を互いに逆相（位
相差１８０度）にすることができる。上記コーナーミラ
ー１０の垂直移動は、例えば圧電制御素子等を用いた光
路長可変機構１１−を聞いて行う。

第１Ｂ図は、上記マスク１４の断面の拡大図である。

このマスク１４は、例えば屈折率が１．４７程度の透明
な合成石英ガラス等からなり、その主面には５００〜３
００ＯＡ程度の膜厚を有するＣｒ等の金属層１６が形成
されている。露光に際して金属層１６は光が透過しない
遮光領域Ａとなり、その他の領域は光が透過する透過領
域Ｂとなる。

集積回路パターンは、上記遮光領域Ａと透過領域Ｂとに
よって構成され、例えば実寸の５倍の寸法を有している
。

第１Ｃ図（ａ）、（ｂ）は、上記マスク１４に形成され
た集積回路パターンの一例である。同図（ａ）に示す回
路パターンＰ１は、斜線で示す遮光領域Ａとこの遮光領
域Ａによって周囲を囲まれた、例えばＬ字状の透過領域
Ｂとからなる。一方、同図（ｂ）に示す回路パターンＰ
２の透過領域Ｂは、回路パターンＰ、の透過領域Ｂと同
一形状を有し、かつその寸法が拡大された透過領域Ｂの
内部に、回路パターンＰ□の透過領域Ｂと同一形状、同
−寸法の遮光領域Ａを配置したパターンとなっている。

すなわち、回路パターンＰ２の透過領域Ｂは、実質的に
回路パターンＰ１の透過領域Ｂの周辺部のパターンと一
致している。この二つの回路パターンＰ１１Ｐ２は、第
１Ｃ図（ｃ）に示すような回路パターンＰ（斜線部）を
高い精度でウェハに転写するための一対のパターンであ
り、両者はマスク１４の所定の箇所に所定の間隔で配置
されている。

次に、上記マスク１４の作成方法を簡単に説明する。

まず、合成石英ガラス板の表面を研磨、洗浄した後、そ
の主面上の全面に、例えば膜厚５００〜３０００Ａ程度
のＣｒ膜をスパッタリング法により堆積し、続いてこの
Ｃｒ膜上の全面にホトレジストを塗布する。次に、磁気
テープ等に予めコード化された集積回路パターンデータ
に基づいて、電子線露光法によりホトレジスト上に集積
回路パターンを描画した後、ホトレジストの露光部分を
現像により除去し、露出したＣｒ膜をウェットエツチン
グにより除去して集積回路パターンを作成する。前記一
対の回路パターンＰ、、Ｐ２のパターンデータは、その
一方の回路パターンの遮光領域Ａまたは透過領域Ｂのデ
ータを拡大または縮小したり、一方の回路パターンの反
転データともう一方の回路パターンのデータとの論理積
をとったりすることによって自動的に作成することがで
きる。

例えば回路パターンＰ２のパターンデータは、回路パタ
ーンＰ１の透過領域Ｂのパターンを拡大したデータと、
回路パターンＰ１の透過領域Ｂの反転データとの論理積
をとることによって自動的に作成することができる。

上記マスク１４に作成された集積回路パターンをウェハ
３上に転写するには、まず表面にホトレジストを塗布し
たウェハ３を前記第１図に示す露光装置のＸＹテーブル
１５上に位置決めし、マスク１４をそのアライメント系
に位置決めする。マスク１４は、ハーフミラ−７によっ
て分割された一方の光り、が前記一対の回路パターンｐ
、、Ｐ２のうちの一方の回路パターンデータに照射され
るときに、もう一方の光Ｌ２がもう一方の回路ノくター
ンＰ２上に正確に照射されるように行う。次に、コーナ
ーミラー１０を垂直移動させ、マスク１４を通過した直
後の二つの光Ｌｌ、Ｌ２の位相が互し）に逆相となるよ
うに位相差の調整を行う。マスク１４の位置決めおよび
二つの光Ｌ□＋Ｌ２の位相差の調整を正確に行うには、
例えばマスク１４に形成された第１Ｅ図（ａ）、　　（
ｂ）に示すような一対の位置合わせマークＭ１．Ｍ２を
利用する。マークＭｌ、Ｍ２のそれぞれは、斜線で示す
遮光領域Ａとこの遮光領域Ａによって周囲を囲まれた、
例えば正方形の透過領域Ｂとからなるパターンによって
構成され、それらの寸法および形状は全く同一である。

マスク１４の位置決めと光Ｌ１．Ｌ２の位相差の調整と
が正確になされている場合は、マークＭ１を透過した光
Ｌ１とマークＭ２を透過した光Ｌ２とは、互いに干渉し
合って完全に消失するので、ウェハ３上にはマークＭｌ
、Ｍ２の投影像Ｍが形成されることはない。すなわち、
ウ−Ｘ、−７Ｘ”３上で投影像Ｍの有無を識別すること
によって、マスク１４の位置決めと光Ｌ　１　＋　Ｌ　
２の位相差の調整とが正確になされているか否かを容易
に判定することができる。

このようにしてマスク１４の位置決めと光Ｌｌ。

Ｌ２の位相差の調整とを行った後、マスク１４に形成さ
れた集積回路パターンの原画を、例えば光学的に１１５
に縮小してウェハ３上に投影し、ウェハ３を順次ステッ
プ状に移動させながら上記操作を繰り返す。

第１Ｄ図（ａ）は、前記回路パターンＰ１が形成された
領域におけるマスク１４の断面図、第４図（ｂ）は、前
記回路パターンＰ２が形成された領域におけるマスク１
４の断面図である。

回路パターンＰ□の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌｌ
と回路パターンＰ２の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌ
２とは、第１Ｄ図（ａ’）、（ｂ’）に示すように、互
いの位相が逆相となる。また、回路パターンＰ２の透過
領域Ｂは、回路パターンＰ１の透過領域Ｂの周辺部のパ
ターンと一致しているため、二つの光Ｌ１１　Ｌ２の合
成光Ｌ′の振幅は同図（ｃ）のようになる。従って、こ
の合成光りがウェハ３上にＹ＠躬されると、同図（ｄ）
に示すように、元の光１−１＋Ｌ２の境界部で干渉して
弱め合う。その結果、同図（ｅ）に示すように、ウェハ
３上に投影される像のコントラストが大幅に改善され、
解像度および焦点深度が大幅に向上する。

このように本実施例】の露光装置は、光源２から発生す
る光りを二つの光り、、Ｌ２に分割１〜、この二つの光
り、、Ｌ２がマスク１４に達するまでの光路長を変える
ことによって、マスク１４を通過した直後の二つの光り
、、Ｌ２の位相を互いに逆相とし、その後二つの光ＬＩ
＋　Ｌ２を合成１−てウェハ３上に照射する。また、本
実施例１のマスク１４は、一方の回路パターンＰ２の透
過領域Ｂが、もう一方の回路パターンＰ１の透過領域Ｂ
の周辺部のパターンと一致するような一対の回路パター
ンＰ、、Ｐ２を有している。従って、上記露光装置を用
いて上記マスク１４上に形成された集積回路パターンを
ウェハ３上に転写することによ−リ、回路パターンＰＩ
の透過ａＪｊＪ＆Ｂを透過した光り、と回路パターンＰ
２の透過領域Ｂを透過ｌ−た光Ｌ２とを合成して得られ
た光Ｌ゛は、元の光り、、Ｌ２の境界部で干渉し７て弱
め合うため、ウェハ３上に投影される像のコントラスト
が大幅に改善され、回路パターンＰを高い精度でウェハ
に転写することができる。

従って、本実施例１のＩの露光方法においては、下記の
ような効果を得ることができる。

（１）従来の位相シフト技術のように、マスク」−に透
明膜等の位相シフト手段を設ける必要がないので、パタ
ーン設計に制約が生じることはない。

本実施例１のＩでは、一つの回路パターンをウェハ上に
転写する際、マスク上に一対の回路パターンを形成する
必要がおるが、この一対の回路パターンはその一方の回
路パターンの遮光領域または透過領域のデータを拡大ま
たは縮小したり、一方の回路パターンの反転データとも
う一方の回路パターンのデータとの論理積をとったりす
ることによって自動的に作成することができる。

（２）従来の位相シフト技術では不可欠であった透明膜
の欠陥の有無を検査する工程が不要である。

本実施例１の１では、一対の回路パターンの欠陥検査は
、元のパターンデータと比較する等によって、通常のマ
スクと同様に実施することができる。

また、寸法検査についても、レーザ測長等によって通常
のマスクと同様に実施することができる。

従って、マスク検査工程が煩雑になることはない。

（３）マスク上に透明膜等の位相シフト手段を設けない
ので、通常のマスクと同様の方法で洗浄することができ
る。従って、通常のマスクと同程度に異物のないマスク
を作成することができる。

（４）上記（１）〜（３）により、マスクの製造に多大
な時間と労力とを要することなく、回路パターンの転写
精度を向上させることができる。

第１Ｆ図（ａ）、（ｂ）は、前記実施例１のＩのマスク
に形成された一対の回路パターンの他の例（実施例・１
の■）である。

同図（ａ）に示す回路パターンＰ１および同図（ｂ）に
示す回路パターンＰ２のそれぞれ血、斜線で示す遮光領
域Ａとこの遮光領域Ａによって周囲を囲まれた、例えば
長方形の透過領域Ｂとからなる。一対の回路パターンＰ
、、Ｐ２は、同図（ｃ）に示すような回路パターンＰ（
斜線部）を高い精度でウェハに転写するための一対のパ
ターンであり、両者はマスク１４の所定の箇所に所定の
間隔で配置されている。回路パターンＰは、寸法および
形状が互いに等しい四つのパターンＰＡ、　ＰＢ。

ＰＣ，ＰＤからなる。　回路パターンＰ１の透過領域Ｂ
ＡはパターンＰ居こ対応し、回路パターンＰ１の透過領
域ＢｃはパターンＰｃに対応している。また、回路パタ
ーンＰ２の透過領域ＢＢはパターンＰ、に、回路パター
ンＰ２の透過領域Ｂｏは、パターンＰＤにそれぞれ対応
している。すなわち、回路パターンＰは、一対の回路パ
ターンｐ、、ｐ２のそれぞれの透過領域Ｂを交互に配置
したパターンとなっている。

第１Ｇ図（ａ）は、前記回路パターンＰ、が形成された
領域におけるマスク１４の一部断面図、第１Ｇ図（ｂ）
は、前記回路パターンＰ２が形成された領域におけるマ
スク１４の一部断面図である。

回路パターンＰ１の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌ１
と回路パターンＰ２の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌ
２とは、第１Ｇ図（ａ’）、（ｂ’）に示すように、互
いの位相が逆相となる。また、二つの光Ｌｌ＋Ｌ２の合
成光Ｌ゛は、同図（ｃ）に示すように元の光り、、Ｌ２
の境界部が互いに接近する。従って、この合成光Ｌ′が
ウェハ３上に照射されると、同図（ｄ）に示すように、
元の光Ｌ　１　＋　Ｌ　２の境界部で干渉して弱め合う
。その結果、同図（ｅ）に示すように、ウェハ３上に投
影される像のコントラストが大幅に改善され、解像度お
よび焦点深度が大幅に向上する。

第１Ｈ図（ａ）、（ｂ）は、前記実施例１のＩのマスク
に形成された一対の回路パターンのさらに他の例（実施
例・１のｍ）である。

同図（ａ）に示す回路パターンＰ１は、斜線で示す遮光
領域Ａとこの遮光領域Ａによって周囲を囲まれた、例え
ば正方形の透過領域Ｂと−かもなる。

一方、同図（ｂ）に示す回路パターンＰ２の透過領域Ｂ
は、回路パターンＰ、の透過領域Ｂの各辺の外側に配置
されている。この一対の回路パターンＰ　Ｉ　＋　　Ｐ
　２は、同図（ｃ）に示すような回路パターンＰ（斜線
部）を高い精度でウェハに転写するだめの一対のパター
ンであり、両者はマスク１４の所定の箇所に所定の間隔
で配置されている。

第１１図（ａ）は、前記回路パターンＰ１が形成された
領域におけるマスク１４の一部断面図、第１１図（ｂ）
は、前記回路パターンＰ２が形成された領域におけるマ
スク１４の一部断面図である。

回路パターンＰ１の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌ１
と回路パターンＰ２の透過領域Ｂを透過した直後の光Ｌ
２とは、第１工図（ａ’）、　　（ｂ’）に示すように
、互いの位相が逆相となる。また、二つの光り、、Ｌ２
の合成光Ｌ′は、同図（Ｃ）に示すように元の光Ｌ１．
Ｌ２の境界部が互いに接近する。従って、この合成光Ｌ
′がウェハ３上に照射されると、同図（ｄ）に示すよう
に、元の光Ｌ１゜Ｌ２の境界部で干渉して弱め合う。そ
の結果、同図（ｅ）に示すように、ウェハ３上に投影さ
れる像のコントラストが大幅に改善され、解像度および
焦点深度が大幅に向上する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定される
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。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体集積回路装置
の製造工程に用いられるマスクに適用した場合について
説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、
マスクを透過した光を被照射試料上に照射して上記マス
クに形成された所定のパターンを転写する露光技術全般
に広く適用することができる。

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、下記のとおりで
ある。

遮光領域および透過領域からなる所定のパターンが形成
されたマスクに光を照射し、前記マスクの透過領域を透
過した光を被照射試料上に照射することによって、前記
マスクに形成された所定のパターンを前記被照射試料上
に転写する際、光源から発生する光を二つの光に分割し
、前記二つの光のそれぞれが前記マスクに達するまでの
光路長を変えることによって、前記マスクの異なる箇所
を通過した直後の二つの光の位相を互いに逆相とし、そ
の後前記二つの光を合成して前記被照射試料上に照射す
る本願の露光方法によれば、マスク上の所定の透過領域
を透過した一方の光とマスク上の他の透過領域を透過し
たもう一方の光とが被照射試料上において近接して配置
される箇所では、それらの境界領域で二つの光が干渉し
て弱め合うので、投影像のコントラストが大幅に改善さ
れる。

これにより、マスクの製造に多大な時間と労力とを要す
ることなく、パターンの転写精度を向上させることがで
きる。

（２）実施例・２ 本実施例において開示される発、明のうち代表的なもの
の概要を説明すれば、下記のとおりである。

第１の発明は、それぞれ避光領域及び透過領域を備えた
第１のパターン、第２のパターンを有し、該２種類のパ
ターンに位相差のある少なくとも部分的にコヒーレント
な２つの光を照射し、それらの光の透過パターンを合成
して、被照射試料上で所望のパターンを作成するための
マスクであって、前記所望パターンの精度が要求される
境界部にて、第１のパターンの透過領域を透過した光と
、第２のパターンの透過領域を透過した光とが干渉して
弱めあうように、前記第１のパターン及び第２のパター
ンを同一基板上に又は前記第１のパターンと前記第２の
パターンとを別々に２枚の基板上に構成したものである
。

第２の露光装置の発明では、少なくとも部分的にコヒー
レントな光束を発生する光源と、該コヒーレントな光束
を２つに分割するための光束分割手段と、該光束分割手
段から再度光束を合成するまでの光路のいずれか一方に
置かれた光学位相シフト部材と、第１のパターン及び第
２のパターンを透過した光束を単一の光束に合成する光
学系と、該琳−の光束を被照射試料に縮小して投影する
光学系とを有し、 前記光学位相シフト部材により、第１のパターンを透過
する光と第２のパターンを透過する光の位相を１８０度
までずらし、被照射試料上で合成した所望のパターンを
作成するようにした。

第３の露光方法の発明では、前記第１のマスク上の第１
のパターンと第２のパターンに、それぞれ位相差のある
少なくとも部分的にコヒーレントな２つの光を照射し、
それらの光の透過パターンを合成して、被照射試料上で
所望パターンを作成するようにした。

なお、本明細書において、少なくとも部分的にコヒーレ
ントな光束とは、干渉して弱めあう効果が達成されるの
に十分なコヒーレント性を有した光束を言うものとする
。

また、本実施例において、境界部とは前記所望パターン
のパターンを構成する線分の境界のみならず、２つの線
分に挾まれた領域をも含むものとする。

上記した手段によれば、所望パターンの精度が要求され
る境界部にて、第１のパターンの透過領域を透過した光
と、第２のパターンの透過領域を透過した光とが干渉し
て弱めあうように、前記第１のパターン及び第２のパタ
ーンを構成したマスク上の第１のパターンと第２のパタ
ーンに、それぞれ位相差のある少なくとも部分的にコヒ
ーレントな２つの光を照射し、それらの光の透過パター
ンを合成して、被照射試料上で所望パターンを作成する
ようにしたので、所望パターンの精度が要求される境界
部の転写精度を向上させることができる。

第２Ａ図は、本発明のマスクを用いた露光装置の一実施
例である露光光学系の要部構成図、第２Ｂ図〜第２Ｄ図
は、前記露光光学系を用いた本発明のマスクの要部平面
図、第２Ｅ図〜第２Ｇ図は、それぞれ前回第２Ｂ図〜第
２Ｄ図に対応し、マスクを通過した光の振幅および強度
を示す説明図である。

本実施例の露光装置は機能的に大別して４つのエレメン
トからなっている。第１はマスク２０９に位相差のある
２つの光束を照射するエレメント（第１のエレメント）
、第２はマスク２０９からなるエレメント（第２のエレ
メント）、第３はマスク２０９の２つの透過光を合成し
被照射試料２１５に縮小して照射するエレメント（第３
のエレメント）、第４は単一の光束の合成を調整するア
ライメント機構からなるエレメント（第４のエレメント
）である。

第１のエレメントは、部分的にコヒーレントな光を発す
る光源２０１、光源２０１から出た光を広げる拡げるエ
クヌパンダ２０２、光路を折り曲げるミラー２０３，２
０６、入射光の一部光を透過し一部を反射するハーフミ
ラ−２０４、光の位相を変化させる位相シフト部材２０
５で構成される。また、第３のエレメントはマスク２０
９かもの２つの透過光を平行光にするためのレンズ２０
１．２１１、　ミラー２１２、　ハーフミラ−２１３、
光を縮小するための縮小レンズ２１４、被照射試料２１
５、可動試料台２′１６で構成される。第４のエレメン
トは、ミラー２０３．ノ１−フミラー２０４．レンズ２
１０．及びミラー２１２を移動させるアライメント機構
２０７、その制御回路２０８から構成されている。

上記において、ミラー２０３は装置全体を小型にするた
めに設けられたものであるが、ミラー２０３を設けず、
エクスパンダ２０２からの光を直接入射してもよい。ハ
ーフミラ−２０４はエクスパンダ２０２からの光を２つ
に分割する機能があり、マスク２０９上の第１のパター
ン２０９ａ上に配置される。位相シフト部材２０５は／
−−フミラー２０４とミラー２０６との間に又はミラー
２１２とハーフミラ−２１３との間に置かれ、位相を所
定だけずらす働きがある。位相シフト部材２０５は、例
えば屈折率が１．４７の合成石英ガラスを用いる。マス
ク２０９を配置し、位相シフト部材２０５を設けない状
態でミラー２１２からの第１の光束２３０とレンズ２１
１々１ら−の第２の光束２３１の位相差が０になってい
るとすれば、位相シフト部材の厚さｄは、光源の波長を
λ、部材の屈折率をｎとして ｄ＝ｍλ／２（ｎ−１）　　　（ｍ：整数）としたもの
を用いる。

位相シフト部材２０５を用いるのは、露光の際、二ケ所
の透過領域を透過した光のうち、位相シフト部材２０５
を透過した光と、位相シフト部材２０５を透過していな
い光との間に１８０度の位相差を生じさせるためである
。例えば露光の際に照射される光の波長λを０．３６５
ｐｍ（ｉ線）、位相シフト部材２０５の屈折率ｎを１．
５とした場合には、位相シフト部材２０５の厚さＸｌは
、０・３６５μｍのｍ（整数）倍にすれば良ｐｚ。

ミラー２０６はハーフミラ−２０４を透過した光と位相
シフト部材２０５を透過した光を平行にするためのミラ
ーである。なお、マスク２０９上の２つのパターン２０
９ａ、２０９ｂは２つの光３３０．３３１に対して直交
するように配置される。

レンズ２１０，２１１は通常、その光軸の中心がそれぞ
れパターン２０９ａ、２０９ｂの中心と合致するように
配置される。ハーフミラ−２１３は２つの光２３０，２
３１を合成するためのものである。ミラー２１２はその
合成のため、光２３０を折り曲げる機能がある。

第４のエレメントにかかるアライメント機構２０７は露
光装置の光学系のうち、位置合わせに必要な一部の光学
系を移動させる機構からなり、圧電素子等が用いられる
。第２Ａ図においては、ミラー２０３．ハーフミラ−２
０４，レンズ２１０、及びミラー２１２を移動させる構
成になっているが、露光装置の構成により移動させる光
学素子の種類及び数は当然のことながら変化する。

なお、このアライメント機構７の移動を制御する方法に
ついては、後述する。

次に、第２のエレメントである本発明のマスク２０９の
構成について説明する。

まず、被照射試料２１５上で作りたいパターン（所望パ
ターン）が第２Ｂ図（ｃ）のようｋｆ次元的な広がりを
有する、逆り字形のパターン２２９であるとする。第２
Ｂ図（ａ）、　　（ｂ）はそのような所望パターンを作
るためにマスク２０９上に形成された、それぞれ第１の
パターン２０９ａ、第２のパターン２０９ｂの一例の平
面図であり、被照射試料２１５で合成される所望パター
ン（ｃ）を考慮して相対位置関係を保持して配置される
。

第１のパターン２０９ａと、第２のパターン２０９ｂと
は共に、それぞれ遮光領域と透過領域との組合せからパ
ターンが作られる。これらのパターンは一枚の基板上に
作っても良く、又それぞれ２枚のガラス基板に別々に作
っても良い。ただしこの場合はガラス基板の厚さの差分
をも前記位相シフト部材の厚さで補正することになる。

なお、第２Ｂ図において、透過領域を白い面で示し、遮
光領域を斜線で示している。

第２Ｂ図（ａ）の透過パターン２３２は逆り字形の透過
領域を有しており、第２Ｂ図（ｂ）の透過パターン２３
６は逆り字形の透過領域内に僅かに小さい逆り字形の遮
蔽領域２３４が設けられ、帯状の透過領域２３６を有す
るように構成されている。

次に、本発明の作用について説明する。

少なくとも部分的にコヒーレントな光源２０１から出た
光はエクスパンダ２０２により拡げられ、ミラー２０３
で光路を折り曲げた後、ハーフミラ−２０４によって２
つの光束に分割される。ハーフミラ−２０４は通常、透
過５０％９反射５０％のもの（より厳密には、反射率と
透過率が等しいもの）が用いられる。２つに分けられた
光束のうち、その一方の光学系への光路には、位相シフ
ト部材２０５が配置されている。その位相シフト部材２
０５を透過した光は１８０度の位相差を付けられたあと
、ミラー２０６によりマスク２０９の第２のパターン２
０９ｂに照射される。一方、ハーフミラ−２０４を透過
した光はマスク２０９の第１のパターン２０９ａに照射
される。

マスク２０９上に構成した２カ所のパターン２０９ａ、
２０９ｂを透過した２つの光束は再度レンズ２１０，２
１１により平行光束に−さ五た後、合成される。すなわ
ち、第１のパターン２０９ａを透過した第１の光２３０
はミラー２１２によって光路を折り曲げられた後、レン
ズ２１１を経た第２の光２３１と、ハーフミラ−２１３
により合成され単一の光束にされる。

その後、縮小レンズ２１４を用いて、可動試料台２１６
に保持された被照射試料２１５にマスク２０９上の２カ
所のパターン２０９ａ、２０９ｂが合成された状態で照
射され、被照射試料２１５上で所望のパターンが構成さ
れる。

ここで、第２Ｂ図（Ｃ）に示した所望パターンを投影す
るときに、第１のパターン２０９ａと第２のパターン２
０９ｂの透過光を１８０度の位相差を持って合成させる
と、なぜマスク２０９のパターンの転写精度がよくなる
かについて説明する。

まず、前述のように、縮小倍率を考慮してマスク２０９
の第１のパターン２３２を、所望パターン２２９の外周
より少し広い外周を有し、その内側に透過領域を有する
パターン２３２に構成する。

そして第２の透過パターン２３６を、同じく縮小倍率を
考慮して第１のパターン２３２から求める所望パターン
２２９と同じ大きさの遮蔽パターン２３４を引いたとき
にできる帯状の透過パターン２３６とする。

このように構成することにより、求める所望パターン２
２９の周辺領域２３８には、第２の透過パターン２３６
からの透過光と、第１の透過パターン２３２の内側の帯
状領域２３６′からの透過光とが光の干渉により弱めら
れ、所望パターン２２９の境界部をシャープにすること
ができる。

また、所望パターン２２９は第２のパターン側の遮蔽領
域２３４と、同じ大きさの第１のパターン側の透過領域
２３４″　とが合成されるので、結局、通常の露光と同
じになり、パターンが形成される。

なお、第２Ｂ図（Ｃ）においては、光の照射されている
部分を斜線部で示し、干渉して弱められる部分を白い領
域２３８で示しており、第２Ｂ図（ａ）、　　（ｂ）と
は反対のパターンとなっている。

第２Ｅ図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、マスク２０９上の
第１のパターン２０９ａ、第２−のノ（ターン２０９ｂ
のＹ−Ｙ断面図を示した図である。符号２６２は基板を
示し、符号２６３は遮蔽部材を示す。第２Ｅ図（ａ’）
、（ｂ’）はそれぞれマスク透過直後の光の振幅を示し
ており、マスクの各々の透過領域２３２と透過領域２３
６において、位相シフト部材を透過した光（ｂ′）と、
位相シフト部材２０５を透過していない光（ａ′）　と
の間には、１８０度の位相差が生じていることがわかる
。第２Ｅ図（Ｃ）は第１のパターンと第２のパターンを
透過し、合成直後の光の振幅を示した図である。

もし、第１のパターン２３２のみで照射すると、ウェハ
上における光の振幅は光の回折により、パターンの周辺
部においてなだらかな傾きになり、その境界がシャープ
にならない。　ところが、本実施例では、第２Ｂ図にお
ける透過領域２３６を透過した１８０度の位相差がある
光２４２が、第２Ｂ図における透過領域２３２を透過し
た光２４０の周辺に配置されているため、干渉により、
求める所望パターン２２９の境界部において弱め合い、
光振幅の減少度合いが著しくなる。従って、ウェハ上に
投影される像の輪郭部分のぼけが低減し、投影像のコン
トラストが大幅に改善され、解像度および焦点深度が大
幅に向上する（第２Ｅ図（ｄ））。　なお、光強度は、
光の振幅の２乗となるため、ウェハ上における光振幅の
負側の波形は、第２Ｅ図（ｅ）に示すように正側に反転
される。

このように本実施例のマスクによれば、求める所望パタ
ーンが２次元的な広がりを有するパターンであるときに
は、マスク上の相対位置において、第１のパターンをそ
の２次元パターン（所望パターン）の外周より少し広げ
パターンの内側に透過領域を有する透過パターンとし、
第２のパターンをその第１のパターン外周よりも僅かに
大きい外周を有する帯状の透過パターンとすることによ
り、２次元的な広がりを有する所望パターンの境界部の
みをシャープにすることができる。

なお、マスク２０９には、第１のパターン２０９ａと第
２のパターン２０９ｂとの位置合わせをするための位置
合わせマークが形成−さｈている。この位置合わせマー
クにより前記アライメント機構２０７の駆動が制御され
る。

第２１図は、二カ所に分けたパターンの位置合わせのた
めのマークの一例である。このマークパターンは、　（
ａ）と（ｂ）とで全く同一構成、同一の相対位置及び寸
法としである。マークの形状は図のように正方形上に限
定されず、Ｌ字型、十字型などの図形を用いることが出
来る。但し、精度を増すために同じ形状を方向別に複数
個設ける方がよい。また、原則的には、これら位置合わ
せマークは、アライメント機構２０７の位置合わせに要
求される次元だけマスク２０９に設けられる。

すなわち、Ｘ−Ｙ軸の２次元の位置合わせが要求される
のなら、これらマークもＸ−Ｙ軸の２次元方向に必要と
されるが、通常第２Ａ図のような装置の場合、１次元で
十分な場合が多い。

このマークを通過した透過光は、光の位相差が１８０度
で、位置関係が正しく合わされている場合には、その透
過光は全て遮光されたものと同一となる。そこでこの遮
光の状態をＣＲＴ等で監視し、その条件が満たされたと
き、位置合わせが完了したことにすればよい。

逆に、初期設定のときなどに於いて、完全に遮光されて
いない場合は、遮光されるように、アライメント機構２
０７を駆動させて（ａ）と（ｂ）との位置合わせをすれ
ば良いことになる。

次に、本実施例のマスク２０９の製造方法を第２Ｈ図を
参照しつつ説明する。

第２Ａ図に示す本実施例のマスク２０９は、半導体集積
回路装置の所定の製造工程で用いられるマスク（レチク
ル）が用いられる。なお、本実施例のマスク２０９には
、例えば実寸の５倍の集積回路パターンの原画が形成さ
れ、遮光領域Ａと透過領域Ｂとによって構成されている
。

製造に際しては、まず、石英ガラス等からなる透明な基
板２６２の表面を研磨、洗浄した後、その表面上に、例
えば厚さ５００〜３０００Ａ程のＣｒ等からなる金属層
２６３をスパッタリング法等により形成する。ついで、
この金属層２６３の上面に、例えば０．４〜０．８μｍ
９フー第１レジスト（以下、レジストという）を塗付す
る。続いて、レジストをプリベークした後、磁気テープ
等に予めコード化された半導体集積回路装置の集積回路
パターンデータに基づいて電子線露光方式などによりレ
ジストの所定部分に電子線Ｅを照射する。なお、集積回
路パターンデータには、パターンの位置座標や形状等が
記録されている。

次いで、例えば、第２Ｂ図（ａ）、（ｂ）のパターンデ
ータに基づいて電子線露光方式等によりレジストに（ａ
）、　　（ｂ）のパターンを転写する。

（ａ）、　　（ｂ）のパターンデータは、上記した集積
回路パターンデータの遮光領域Ａまたは透過領域Ｂのパ
ターン幅を拡大または縮小して自動的に作成する。例え
ば本実施例においては、（ａ）は遮光領域のパターン幅
を、例えば０．５〜２０μｍ程太らせ、（ｂ）はこれを
元のデータの反転データと論理積をとることにより、パ
ターンデータを自動的に作成することが可能である。

その後、現像、所定部分のエツチング、レジストの除去
、さらに洗浄、検査等の工程を経て、第２Ｂ図（ａ）、
　　（ｂ）に示したパターンを有するマスク２０９が製
造される。

このようにして製造されたマスク２０９を用いてレジス
トが塗付された被照射試料２１５（以下単にウェハと記
す）上にマスク２０９上の集積回路パターンを転写する
には、例えば以下のようにする。

すなわち、第２Ａ図の縮小投影露光装置にマスク２０９
およびウェハを配置して、マスク２０９上の集積回路パ
ターンの原画を光学的に１１５に縮小してウェハ上に投
影するとともに、可動試料台２１６にてウェハを順次ス
テップ状に移動させるたびに、投影露光を繰り返すこと
によって、マスク２０９上の集積回路パターンをウェハ
全面に転写する。

次に本実施例にかかるマスクの他の例について説明する
。

第２Ｃ図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明にかかるマス
クの要部構成図であり、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ第２
Ａ図のマスク２０９の第一１で第２パターンを示し、マ
スクパターンをその所望パターンを考慮して相対位置関
係を保持して分けた平面図でおる。なお（ｃ）は合成さ
れた所望パターンの平面図である。第２Ｆ図（ａ）〜（
ｅ）は第２Ｃ図に示したマスクの透過領域を透過した光
の振幅および強度を説明するだめの図である。なお、使
用する露光装置及びその方法は前記実施例と同様である
。

第２Ｃ図に示す実施例は所望パターン２４８が線２４４
〜２４７が横方向に一列に並ぶような１次元的なパター
ンであるときに、その境界部をシャープにするためのマ
スク上のパターン構成を示したものである。　この場合
、マスクの相対配置上において、前記の線２４４〜２４
７の内、線２４４．２４６を構成する第１のパターンの
透過領域２４９，２５０と線２４５，２４７を構成する
第２のパターンの透過領域２５１，２５２とを交互に配
置する。すると、干渉して弱めあう領域が前記所望パタ
ーン２４８を構成する各線の中間領域２５５にきて、各
線がシャープになる。

第２Ｆ図（ａ）〜（ｅ）においてその関係を所望パター
ンの内、線２４４，２４５のみを抜き出した場合で説明
する。この場合も、第１のパターンの透過領域２４９を
透過した光２５６と、第２のパターンの透過領域２５１
を透過した光２５７との間に１８０度の位相差が生じて
いる（第２Ｆ図（ａ“）、（ｂ’））。従って、これら
の光が、ウェハ上における所望パターンにおいて、二つ
の線２４４，２４５の間の領域２５５において第２Ｆ図
（ｄ′）の２５９．　２６０で示す光の成分が互いに干
渉により打ち消し合うことになり、第２Ｆ図（ｄ）で示
すように、光振幅の傾き２６１が大きくなる。よって、
第２Ｃ図に示す線２４４゜２４５の間の領域においてシ
ャープな境界を形成することができる。　なお、第２Ｆ
図（ｄ゛）は干渉前のウェハ上の光の振幅を模式的に示
した図である。

この結果、１次元パターンの投影像のコントラストを大
幅に改善することができ、解像度および焦点深度を大幅
に向上させること力８可−ａ壬なる（第２Ｆ図（ｅ））
。

本実施例によれば、所望のパターンが、線が横方向に一
列に並ぶような１次元的なパターンであるときには、マ
スク上の相対位置において、前記の線を構成する第１の
パターンの透過領域と、第２のパターンの透過領域とを
交互に配置し、前記干渉して弱めあう領域を前記所望の
パターンを構成する各線の中間に配置したことにより、
前記２次元的なパターンの手法を取れないくらい狭い領
域に複数の線が並んでいる場合に、転写精度を大幅に向
上させることができる。

次に本発明にかかるマスクのその他の例について説明す
る。

第２Ｄ図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明にかかるマス
クの要部構成図であり、（ａ）と（ｂ）はそれぞれ第２
Ａ図のマスク２０９の第１、第２パターンを示し、マス
クパターンをその所望パターンを考慮して相対位置関係
を保持して分けた平面図である。なお（ｃ）は合成され
た所望パターンの平面図である。第２Ｇ図（ａ）〜（ｅ
）は第２Ｄ図に示したマスクの透過領域を透過した光の
振幅および強度を説明するための図である。なお、使用
する露光装置及びその方法は前記実施例と同様である。

本実施例の所望パターン２６９は、正方形状のマスクパ
ターン２７０の周囲に微小サブパターン２７２を配した
ものである。

このような、２次元パターン２７０の回りの微小サブパ
ターン２７２を精度良く転写するのを従来のマスクに位
相透明膜を付ける方法で行うのは難しかったが、本発明
によれば、簡単に良好な所望パターン２６９を作ること
が出来る。すなわち第２Ｄ図に示す本実施例のマスクに
おいても、マスク上の相対位置において、第１のパター
ンをその縮小倍率を考慮して、２次元パターン２７０と
同じ大きさの透過領域を有するパターン２７４とし、第
２のパターンを前記微小なパターン２７６とすることに
より、第２Ｇ図（ａ）〜（ｅ）で示すように、マスクの
各々の透過領域において、位相シフト部材を透過した光
２７７と、−位一相シフト部材２０５を透過していない
光２７８との間に１８０度の位相差が生じ（第２Ｇ図（
ａ’）、（ｂ’））、これらの光が２次元パターンと微
小パターンとの間の領域２８０で干渉することにより、
ウニ／Ｘ上に投影される像のぼけを低減することが可能
となる。この結果、投影像のコントラストを大幅に改善
することができ、解像度および焦点深度を大幅に向上さ
せることが可能となる（第２Ｇ図（ｅ））。

これらの実施例にかかるマスクによれば、以下の効果を
得ることができる。

露光の際、所望パターンの精度が要求される境界部にお
いて、第１のパターンの透過領域を透過した光と、第２
のパターンの透過領域を透過した光とが干渉して弱めあ
うように、第１のパターン及び第２のパターンが構成さ
れているので、ウェハ上に投影される像の輪郭部分のぼ
けが低減し、投影像のコントラストが大幅に改善され、
解像度および焦点深度を大幅に向上させることができる
。

この結果、従来と同一の投影レンズで同一の波長を用い
たとしても、解像限界を大幅に高めることができる。よ
ってマスク上のパターンが集積回路パターンのように複
雑であり、かつ微細であっても、部分的にパターン転写
精度が低下することがなく、マスク上に形成されたパタ
ーン全体の転写精度を大幅に向上させることが可能とな
る。

また、２つのパターンを用意して、合成されたパターン
で位相シフトの効果を得るようにしているため、透明膜
がマスク表面になく、従来の透明膜をマスク上に設けた
場合のような検査上の不都合がなくなる。

さらに、透明膜を付ける工程がないので、位相シフト手
段としてマスク基板上に透明膜を用いたマスクよりもマ
スクの製造時間を大幅に短縮させることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
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、本発明のマスクを用いた露光一方法によれば、
装置の具体的構成には限定されず、光束を２分割して用
いる前記した実施例の構成に限らず、複数に光束を分割
し、それぞれ位相差を付け、複数マスクのパターンを合
成露光する手段とすることもできる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である半導体装置の製造技
術について説明したが、それに限定されるものではなく
、本発明は、位相シフト法による作像向上効果が適用で
きる露光の技術分野に広く応用ができることは明らかで
ある。

本実施例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下記のとおりで
ある。

すなわち、所望パターンの精度が要求される境界部にて
、第１のパターンの透過領域を透過した光と、第２のパ
ターンの透過領域を透過した光とが干渉して弱めあうよ
うに、前記第１のパターン及び第２のパターンを構成し
たマスク上の第１のパターンと第２のパターンに、それ
ぞれ位相差のある少なくとも部分的にコヒーレントな２
つの光を照射し、それらの光の透過パターンを合成して
被照射試料上で所望パターンを作成するようにしたので
、所望パターンの精度が要求される境界部の転写精度を
向上させることができる。

実施例・１及び２で説明したような２枚のマスクに通常
の主パターンとπ又はそれと等価な位相シフトを与えら
れるべき主パターン又は微細なシフト・パターン（随伴
パターン）を合成露光する方法を本願明細書では、「マ
ルチ・マスク位相シフト法」又は「マルチ・マスク位相
反転シフト法ということにする。

（３）　実施例・３ 第３Ａ図は、本発明の実施例・３の露光装置（１５縮小
投影／ステツプ・アンド・リピート方式）の位相シフト
機構３０１を示す。

同図において、位相シフト機構３０１は、露光装置の光
源３０２と被照射試料３０３　（ウェハ）との間に設け
られたビーム・エクスパンダ３０４゜ミラー３０５，３
０７，３０８、ハーフ−・ミラー３０６．３１３、光軸
シフタ３０９．コーナー・ミラー３１０、このコーナー
・ミラーを微小駆動する光路長可変機構３１１、一対の
中継レンズ３１２ａ、３１２ｂ、縮小レンズ系３１５等
からなる光学系により構成される。この光学系のアライ
メント系には、前記被照射試料３０３に転写されるパタ
ーンの原画が形成されたマスク３１４（又はレチクル）
が位置決めされる。マスク３１４は、例えば半導体集積
回路装置の製造工程で使用するマスク（レチクル）であ
り、被照射試料３０３は、例えばシリコン単結晶からな
る半導体ウェハである。

光源３０２から発生したｉ線（波長３６５ｎｍ）などの
光りは、ビームエクスパンダ３０４によって拡大され、
次いでミラー３０５を介してマスク３１４の主面と垂直
な方向に屈折された後、光路の途中に設けたハーフミラ
−３０６を介して直進する光Ｌｌとこれと直交する方向
に進む光Ｌ２とに２分割される。光Ｌ２はミラー３０７
及びコーナーミラー３１０を介して屈折され、光Ｌｌと
は異なる経路を通ってマスク３１４の別の箇所に照射さ
れる。マスク３１４の異なる箇所を透過した二つの光Ｌ
　１　＋　Ｌ　２は、レンズ３１２ａ、３１２ｂを通過
した後、ミラー３０８及びハーフミラ−３１３を介して
一つの光Ｌ′に合成された後、縮小レンズ３１５により
縮小され、ＸＹテーブル３１６上に位置決めされた被照
射試料３０３上に結像照射される。

上記位相シフト機構３０１においては、ハーフミラ−３
０６を通過してから後の光Ｌ１．Ｌ２の光路長が異なる
ため、マスク３１４の主面からコーナーミラー３１０ま
での高さ（光Ｌ２の光路長）を変えることによって、ウ
ェハ３０３に到達した光Ｌｌ、Ｌ２の間に所望の位相差
を生じさせることができる。上記コーナミラー、３１０
の垂直移動は、例えば、圧電制御素子による光路長可変
機構３１１を用いて行なう。

第３Ｂ図は上記マスク３１４の断面の拡大図である。こ
のマスク３１４は例えば屈折率１．４７程度の透明な合
成石英ガラス３２２等からなり、その主面に５００〜３
０００Ａ程度の膜、厚）有するＣｒ（クロム）等の金属
層３２３が形成されている。露光に際しては金属層３２
３は光が透過しない遮光領域Ａとなり、その他の領域は
光が透過する透過領域Ｂとなる。集積回路パターンは、
上記遮光領域Ｂとによって構成され、例えば実寸（ウェ
ハ上の寸法）の５倍の寸法を有している。

第３Ｃ図（ａ）、　　（ｂ）は上記マスク３１４上に形
成された集積回路パターンの一例である。同図（ａ）に
示す回路パターンＰ１は、転写後の合成パターン（ｃ）
の一部であり、被転写試料表面段差の低部を抜き出した
ものである。同図（ｃ）に示す回路パターンＰ２は、転
写後の合成パターン（ｃ）の一部であり、被転写試料表
面段差の高部を抜き出したものである。パターンＰ１と
Ｐ２は、マスク３１４の所定の箇所に所定の間隔で配置
されている。上記第３Ｃ図（ａ）〜（ｄ）において、３
３１はＳｉ単結晶基板又はエピタキシャル層（Ｓｉ）等
の半導体基板、３３２はＳｉＯ２膜、３３４ａ及びｂは
ポリＳｉ、ポリサイド、シリサイド又はリフラクトリ−
メタルからなるゲート電極又は配線、３３３はその上に
塗布されたポジ型レジスト膜、ＢＡ及びＢｃは主マスク
３１４ａ上の開口パターン、Ｂ、及びＢｏはサブ・マス
ク３１４ｂ上の開口パターン、ＰＡ及びＰ。は低部パタ
ーンに対応するレジスト膜上の位置、Ｐ、ｌ及びＰＤは
高部パターンに対応するレジスト膜上の位置である。

次に上記マスク３１４ａ、ｂの作成方法を簡単に説明す
る。まず、合成石英ガラスの表面を研磨、洗浄した後、
その主面上の全面に、例えば膜厚５００〜３０００Ａ程
度のＣｒ膜をスパッタリング法により堆積し、続いで、
このＣｒ膜上の全面に電子線レジストを塗布する。次に
磁気テープ等に予めコード化された集積回路パターンデ
ータに基づいて、電子線露光法により電子線レジスト上
に集積回路パターンを描画した後、電子線レジストの露
光部分を現像により除去し、露光したＣｒ膜をウェット
エツチングにより除去して集積回路パターンを作成する
。前記一対の回路パターンＰ　、１　＋Ｐ２のパターン
データは、その一方の回路パターンの遮光領域Ａ又は透
光領域Ｂのデτターをｔ大又は縮小したり、一方の回路
パターンの反転データともう一方の回路パターンのデー
タとの論理積をとったりすることによって自動的に作成
することができる。例えば回路パターンＰ２のパターン
データは、回路パターンＰ１の透過領域Ｂのパターンを
拡大したデータと、回路パターンＰ、の透過領域Ｂの反
転データとの論理積をとることによって自動的に作成す
ることができる。

上記マスク３１４に作成された集積回路パターンをウェ
ハ３０３（第３Ａ図）上に転写するには、まず表面にホ
トレジストを塗布したウェハ３０３を前記第３Ａ図に示
す露光装置のＸＹテーブル３１６上に位置決めし、マス
ク３１４（３１４ａ及び３１４ｂ）をそのアライメント
系に位置決めする。マスク３１４は、ハーフミラ−３０
６によって分割された一方の光Ｌ１が前記一対の回路パ
ターンＰ□＋Ｐ２のうちの一方の回路パターンデータに
照射されるときに、もう一方の光Ｌ２がもう一方の回路
パターンデータに正確に照射されるように行なう。次に
コーナーミラー３１０を垂直移動させ、再び合成される
ときの２つの光り、、Ｌ２の位相が互いに逆相となるよ
うに位相差の調整を行なう。このとき、光源の可干渉距
離を考慮して、２つの光路差をできるかぎり小さくおさ
える。マスク３１４の位置決め及び二つの光Ｌ１．Ｌ２
の位相差の調整を正確に行なうには、例えばマスク３１
４に形成された第３Ｅ図（ａ）　、　（ｂ）に示すよう
な一対の位置合わせマークＭｌ１．Ｍ１□、Ｍ２□、Ｍ
２□（Ｍｆｉｎで総称）を利用する。マークＭＱｎは、
斜線で示す遮光領域中に等間隔で設けられた同一形状同
一配置の開口よりなる。すなわち、Ｍ１□とＭｌｌ及び
ＭｌｌとＭ２２の間隔寸法はすべて同一である。マスク
３１４　（３１４ａ及び３１４ｂ）の位置決めと光Ｌ１
＋　　Ｌ２の位相差の調整とが正確になされている場合
は、マークＭ、ｎを透過した光り。

とマークＭ２ｎを透過した光Ｌ２とは、互いに干渉し合
って完全に消失するので、ウェハ３０３上にはマークの
像Ｍ１．Ｍ２が形成されることはない。

すなわち、ウェハ３０３上で投影像Ｍ１１　Ｍ２の有無
を識別することによって、マスクβＬ４−（３１４ａ及
び３１４ｂ）の位置決めと光Ｌｌ、Ｌ２の位相差の調整
とが正確になされているか否かを容易に判定することが
できる。

マスク上のパターンＰ１＋Ｐ２の位置合せは、アライメ
ント機構３０９を用いて行なう。次に被照射試料３０３
の表面段差（第３Ｃ図）に対応させて位相差を調整する
。この調整は、光路長可変機構３１１の圧電制御素子を
コンピュータ制御（プログラム化）して行なう。すなわ
ち、第３Ｄ図に示すように、位相差に対応して、焦点位
置をシフトさせることができるので、被照射試料に表面
段差がある場合にも、上部及び下部共に焦点を合わせる
ことが可能となる。

このようにしてマスク３１４の位置決めと光Ｌ　Ｉ　＋
Ｌ２の位相差の調整とを行なった後、マスク３１４に形
成された集積回路パターンの原画を、例えば光学的に１
１５に縮小してウェハ３０３上に投影し、ウェハ３０３
を順次ステップ状に移動させながら上記操作を繰り返す
。

第３Ｄ図のデータは、第１Ｋ図に示すようなオン・マス
ク位相シフト法により、位相差がそれぞれ１５０’、１
８０’、２１０°になるようにマスク上の透明シフタ層
を形成して露光したものである。実験条件は、最小パタ
ーン寸法０．３５μｍ。

露光波長λ＝３６５ｎｍ（ｉ線）、ＮＡ＝０．４２゜パ
ーシャル・コヒーレンシーσ＝０．３．　　レジストｒ
ＲＩ７０００ＰＪ　　（日立化成社製）、露光装置は５
；１１線ステツパｒＲＡ１０１Ｊ　　（日立製作新製）
である。

なお、本発明の原理は、上記のような２つのマスク・パ
ターンを合成することによるベア・マスク位相シフト法
ばかりでなく、一つのマスクを単一の光束で露光するオ
ン・マスク位相シフト法によっても実現できる。この場
合は第１Ｋ図の位相シフト膜２２の厚さを位相差φが１
５０°〜２１０°間の所望の値になるように形成する必
要がある。

本実施例に示したように、「位相シフト法」において、
シフト量を（２ｎ＋１）　π；　（ｎは整数）以外の値
とすることにより、複数の像面−に投影する方法を「多
像面位相シフト法ｊと、特に２つのマスクを用いるとき
は「マルチ・マスク多像面位相シフト法Ｊとよぶことに
する。

なお、以下の実施例に示す位相シフトを伴わない段差を
有する複数平面への同時結像による露光法と本実施例の
ものとを総称して「多像面投影露光法」ということにす
る。

（４）　実施例・４ 本実施例は、実施例１〜３及び後に示す実施例に適用で
きるステップ・アンド・リピート型５１縮小投影露光装
置（ステッパ）の変形例に関するものである。本実施例
は、プロセス等からの要請により、コヒーレンジの低い
露光光を用いる等のために、コヒーレンス長が比較的短
い場合に有効である。

第４Ａ図は、本実施例のステッパの露光光学系の模式正
断面図である。同図において、４０２は水銀アーク・ラ
ンプ、水銀キャノン・アーク・ランプの１線等（３６５
ａｍ）、エキシマ・レーザ（２４９ｎｍ又は３０８ａｍ
）等の露光光源、４０３は被露光ウェハ、４０４はビー
ム・エクスパンダ及びコンデンサ・レンズ等を含む照明
光学系、４０５はコールド・ミラー等のミラー、４０６
は光りをほぼ同等に２分割するための光分割用ハーフ・
ミラー、４０７ａ及び４０７ｂはそれぞれ分割光Ｌ１．
Ｌ２を反射するためのミラー、４０８は光り、に関して
の光路長制御及びマスクとの位置合せのためのコーナ・
ミラー・ブロック、４０８ａは前部コーナ・ミラー、４
０８ｂは後部コーナ・ミラー　４０９はコーナ・ミラー
・ブロック４０８の駆動制御手段、４１０は光Ｌ２に関
しての光路長制御のためのコーナ・ミラー・ブロック、
４１０ａはその前部ミラー、４１０ｂは後部コーナ・ミ
ラー　４１４ａは、主マスク、４１４ｂはサブ・マスク
、４１２ａ及び４１２ｂはそれぞれ光Ｌ１゜Ｌ２に対応
する前部投影レンズ系、　４１１はコーナ・ミラー４１
０の駆動制御系、４１３はＬ１＋Ｌ２を合成してＬ′　
とするための合成用ハーフ・ミラー、４１５は合成光Ｌ
′を結像させるための後部投影レンズ系、４１６はウェ
ハ４（Ｌ３ｔ−ＸＹ力方向移動させるためのＸＹステー
ジ及びウェハ吸着台である。

本装置の動作は、前記各装置のそれとほぼ同一であるの
で、その動作説明のくりかえしはしないことにする。

（５）　実施例・５ 本実施例は、主マスクからウェハまでとサブ・マスクか
ら同ウェハまでの光学距離をほぼ同一にし、かつ、主マ
スクから光源までとサブ・マスクから光源までの光学距
離をほぼ同一にしたことを主な特徴とするステップ・ア
ンド・リピート型５：１縮小投影露光装置に関するもの
である。ただし、これらの特徴は、いずれも必ずしも本
発明の必須の特徴ではないことは、いうまでもない。

第５Ａ図及び第５Ｂ図は本実施例・５のｉ線露光装置の
断面図及び代表的光線の追加説明図である。

これらの図において、５０２は光源部であり、超高圧水
銀アークランプ又はキセノン水銀ランプ等の紫外ランプ
とその発光のスペクトルの中から、ほぼ単色のｉ線（３
６５ａｍ）のみを抽出するフィルタ群及びミラー等から
なる。５０４は単一又は数枚のレンズ（合成石英）群か
らなるコンデンサー・レンズ又はレンズ系であり、マス
クに対してケーラー（ＫδＩｅｒ）照明を形成している
。５５１はハーフ・ミラー面で張り合された光路長整合
用の第１のプリズム（合成石英）、５０６は露光光束り
を分割して、主露光光束Ｌ１と副露光光束Ｌ２にするた
めのハーフミラ−面である。このハーフミラ−は、同一
の偏光モードに対して、ほぼ同等の反射率及び透過率を
有するように設計されている。　５０７ａ及び５８０ａ
は主光束Ｌ１を９０゜偏向するためのミラー面、　５０
７ｂは副光束Ｌ２を９０’偏光するためのミラー面、５
５２ａ及び５５２ｂはそれぞれの蒸着ミラー面を有する
偏光プリズム（合成石英）である。５１４ａ及び５１４
ｂは被露光又は被転写パターンを有する主マスク（レチ
クル）及び副マスク（レチクル）、５６１ａ及び５６１
ｂはそれぞれのマスクのホールダ及びＺ軸（光軸方向）
及びＸＹ軸方向の微小【動１段である。５４０ｇ及び５
４０ｂはＬｉｔ　Ｌ２の光路長を調整することにより両
光束の位相差φを設定するための位相差設定手段、５４
１はそれらの連通管である。５６２ａ及び５６２ｂはそ
れぞれ前段投影レンズ群、５５４は光路長整合用の第２
のプリズム（合成石英）、５５３ｂはＬ２を９０°偏光
するための偏向プリズム（合成石英）、５４９ａ、５４
９ｂ、及び５０８ｂはそれぞれ偏向ミラー面、５１３は
光束Ｌ　１　＋　Ｌ　２を合成してＬ’　　（合成光束
）とするための合成用ハーフミラ−面である。このハー
フミラ−５１３は、先の分割用ハーフミラ−５０６と同
様の特性を有する。５１５は露光用の後段投影レンズ群
、５６５は参照用の後段投影レンズ群、５６６は参照用
投影レンズ群の像面に設けられた光検出手段、５０３は
被露光ウェハ　５７６はウェハを真空吸着してウェハの
平坦度を確保するためのウェハ・チャック及びθ回転（
ウェハの中心を通る鉛直軸のまわりの回軸）ステージ、
５７７はＺ軸（鉛直軸）方向の移動ステージ、５７８は
３個のＺ軸駆動手段よりなる水平度ＳＷ＊手段、５７９
はＸステージ、５８０はＹステージである。

第５Ｃ図は上記ステッパの位相差設定手段５４０ａの要
部断面図である。同図において、５４２ａ及び５４３ａ
は合成石英ガラス板、５４１ａはそれらの間隔調整手段
、５４４ａは金属ベローズ、５４７ａは圧カレザバ（Ｒ
ｅｓｅｒｖｏｉｒ）　、５４６　ａはオースティナイト
系ステンレス・パイプよりなる連通管、５４５ａはステ
ッパが配置されている室の雰囲気ガス又は露光光束通路
の主要な雰囲気ガスと異なる屈折率を有する単独のガス
又は混合ガスが圧カレザバ５４７ａの作用により一定圧
力に保持される光路長制御室である。なお、この光路長
制御室５４５ａは５４７ａを真空ポンプとすることによ
り、真空状態、とすることも可能である。

真空にする場合は、光路長制御室内のガスの温度上昇を
考慮する必要がない。

第５Ｄ図は上記ステッパのウェハ・ステージ部分の上面
図である。同図において、５０３は被露光ウェハ　５７
６はウェハ・チャック兼１ｊテージ、５７７は２ステー
ジ、５７８　ａ　％　Ｃは水平度調整手段５７８の要素
をなす各２軸方向駆動素子、５７９はＸテーブル、５８
０はＹテーブルである。

次に、本ステッパの露光動作を説明する。まず、主マス
ク５１４ａ及び副マスク５１４ｂの傾きを調整して、露
光領域に対応する各マスク上の点と光源との光路長がで
きるだけ同一になるようにする。更に各マスクとウェハ
５０３上の各対応する点間の光路長が、できるだけ同一
になるように調整（ウェハの傾き）する。次に実施例・
３で説明した如く、位置合せ、マークＭを用いて、焦点
合せ、ＸＹ平面内でのマスク合せ及び位相差φ＝πへの
位相差合せ（その後、必要ならば　π≦φくπの範囲で
位相差（干渉するかぎり相対的な位相差でよい）ψを再
調整して段差に対応する。）を行ない、その後、同サイ
トの露光を実行する。

位相差の調整は、第５Ｃ図に示す如く、光路長制御室５
４０ａ又は５４０ｂの犀さを変化させることにより実行
する。すなわち、石英板５４２ａ及びｂの間の距離を一
方の石英板を平行移動させる。

更に、各マスク、又はウェハの傾き調整は、第５Ｄ図に
示すような３本の傾き調整手段５７８ａ〜Ｃ（ウェハの
場合、又、マスクの方もほぼ同様の機構による）により
Ｚ軸方向に移動させることによって実行する。

後段投影レンズ群５１５（第５Ａ図）はそれ自体につい
て、両側が「テレセントリックＪに構成されており、す
なわち、主光線が同レンズ群の両側において光軸と平行
にすすむように構成されている。従って、顕微鏡におけ
る無限遠筒長補正系の如く、前段投影レンズ群５６２ａ
又は５６２ｂと後段投影レンズ群５１５の間に各種の光
学素子を挿入した場合の全体としての結像特性の変化を
最小におさえることができる。更に、後段投影レンズ群
５１５とは別にマスク５１４ａ及びｂの近傍に前段投影
レンズ群５６２ａ及びｂがあるので、最適な物側開口数
を確保することが容易となる。

（６）　実施例・６ 本実施例は主に主マスクと副マスクを、別）に露光し、
それらの光束に（２ｎ＋１）πの位相差をもたせて合成
し、その合成光によりウェハを露光する発明に使用する
マスク・パターンを説明する。

以下の説明では、サブ・マスク及び主マスク上の同一パ
ターン（ウェハ上の）に対応する主パターン及び副パタ
ーンを便宜上同一平面上に投影して示すことにする。又
、同パターンに付する寸法は、５：１縮小投影の場合の
ウェハ上の寸法に換算して示す。副パターンについては
破線で遮蔽領域と開口領域の境界を表わす。副パターン
の開口領域については、対応する部分を分散した点で表
示する。

第６Ａ図は実施例・６Ａの孤立Ａ１２ライン（他に同様
なメタル配線ライン、絶縁膜ストリップ、ストリップ状
開口、ポリＳｉ配線又はゲートライン、ポリサイド配線
又はゲートライン等にも適用できるが、説明はそれらの
内の代表的なものに限る。）をネガ・プロセスによって
露光する場合の主マスク及び副マスクのパターンである
。（線状の開口を形成する場合は当然、本マスク・パタ
ーンでポジ型レジスト・プロセスを使用する必要がある
。）同図において、６０１ａはＡＱラインに対応する主
マスク上の開口部、６０４ｄ及び６０５ｄは同主マスク
のクロム膜による遮光部、６０２ｂ及び６０３ｂは副マ
スク上の副パターン（シック・パターン又は補償パター
ン、特に位相が反転しているときは、位相反転又は単に
反転パターン又は反転スリットという。）、寸法Ａは０
．３〜０．４μｍ、寸法Ｂは約０．２　μｍ　ｓ寸法計
は約０．１μｍ程度である。

第６Ｂ図は本実施例・Ｂの主マスク及び副マスク・パタ
ーンである。本例は、コンタクト・ホール又はスルーホ
ールその他の孤立ホールに対応しており、ポジ型レジス
ト・プロセスが用いられる。

（一方、孤立膜パターンの場合は、ネガ型レジスト・プ
ロセスによる。）同図において、６１１ａは主マスク上
のホール（開口）に対応する開口部、６１２ｄは同主マ
スク上の遮光部、６１３ｂ、６１４ｂ、６１５ｂ及び６
１６ｂは副マスク上の反転スリット群である。寸法につ
いては１．−同一記号については、先の例と実質的に同
一である。

第６Ｃ図は上記実施例・６Ｂの変形例である実施例・６
Ｃの主マスク及び副マスクの孤立開口等に対応するマス
ク・パターンである。同図において、６１３Ｃ，６１４
Ｃ，６１５Ｃ，及び６１６Ｃは開口部が丸くなるのを防
止するための主マスク上の補助量ロバターン（コーナ・
エンハンスメント・パターン又はエンハンサ）であり、
その他は全て上記実施例・６Ｂと同一である。エンハン
サの寸法は、０６１μｍ角程度である。この方法は、上
記実施例・６Ｂによるとコーナ部の丸まり方が異常に大
きくなることを防止するのに有効である。

第６Ｄ図はこれまでの例と同様その幅が当該露光プロセ
スにおける最小線幅に対応する゛′Ｌ″字型開口パター
ンをポジ型レジスト・プロセスで処理する場合の主マス
ク及び副マスク・パターンである。同図において、６２
１ａは主マスク上の開口部、６２２ｄは主マスク上の遮
蔽部（これまでと同様に、副マスクに関しては、この部
分が同様にその遮蔽部の一部となる。すなわち、破線で
示す反転シフタ部以外は全て遮光部又は遮蔽部にあたる
。）、６２３ｂ、６２４ｂ、６２５ｂ、６２６ｂ、６２
７ｂ、及び６２８ｂはそれぞれ副マスク上のシフタ領域
開口部である。寸法については、第６Ｂ図と同じ記号で
示す。（これらの記号は、特に、ことわらないかぎり同
一の寸法を示す。）なお、本パターンはネガ型レジスト
・プロセスを用いると、そのままＡＱの”Ｌ″字パター
ンなどの孤立膜パターンとなる。

第６Ｅ図は上記実施例・６Ｄの変形例・６Ｅである。同
図において、６２１ａ’は上記第６Ｄ図の６２１ａに対
応する主マスク上の開口パターン、６２１ｄは同主マス
ク上の゛Ｌ″字型開口のコーナ内側の過剰な膨張を防止
するための補助遮光パターン（コーナ・リダクション・
パターン又はリデューサ）であり、そのサイズは、エン
ハンサのそれと同じである。６２３ｃ、６２４ｃ、６２
５ｃ、６２６ｃ及び、６２７ｃはコーナの過剰な縮小を
防止するために主マスク上に設けしれ禿エンハンサに対
応する開口パターン、６２２ｄは主マスク上の遮蔽部、
６２３ｂ、６２４ｂ、６２５ｂ。

６２６ｂ、６２７ｂ、及び６２８ｂはそれぞれシフタ・
パターン（反転開口部）である。

第６Ｆ図は実施例・６Ｆ孤立屈曲ＡＱ配線パターンのネ
ガ型レジスト・プロセスに対応する主マスク及び副マス
ク・パターンである。同図において、６３１ａはＡＱ配
線に対応する主マスク上の開口部、６３８ｄ及び６３９
ｄは主マスク上の遮蔽部、６３３ｂ、６３４ｂ、６３５
ｂ、及び６３６ｂはＡＱ配線にそって走るシックである
。各寸法は原則的に他と同じである。このパターンはポ
ジ型レジスト・プロセスに適用すると、帯状開口形成に
適用することができる。

第６Ｇ図は実施例・６Ｇの主マスク及び副マスク・パタ
ーン（孤立ＡＱ屈曲パターン等のネガ・プロセスに対応
する。）である。本例は、上記６Ｆの変形例にあたる。

同図において、６３１ｃはエンハンサとして作用する開
口パターン、６３１ｄはリデューサとして作用する遮蔽
パターンであり、これらはともに主マスク上に設けられ
ており、寸法は第６Ｅ図の同等のパターンと同じである
。

その他の点に関しては上記実施例・６Ｆと全く同一であ
る。

第６Ｈ図は実施例６Ｈのライン・アンド・スペース・パ
ターンのための主マスク及び副マスク・パターンを示す
。この場合、ネガ型レジスト・プロセスとする。同図に
おいて、６４１ａ、６４２ａ、及び６４３ａはＡＱライ
ン・パターンに対応する主マスク上の帯状開口・パター
ン部、６４１ｂ、６４２ｂ、及び６４３ｂはＡＱライン
・パターン部に対応する副マスク上の帯状シフタ開口・
パターン部（又はコンプリメンタリ・ライン・パターン
）、６４５ｄ、６４６ｄ、６４７ｄ、及び６４８ｄは主
マスク上の遮蔽部である。寸法は、ライン及びスペース
ともに０．３μｍである。

（ウェハ上換算）なお、ポジの場合は、同図上において
、主マスク上の開口と副マスク上の開口との間の遮蔽部
とそれと隣接する開口部を入換る必要がある。すなわち
、スペースに対応する１分に主又は副マスクの開口がく
るようにする必要がある。これは、周期的帯状開口を形
成する場合も同じである。

本実施例・６Ａ−Ｈマスク・パターンは、以上説明した
ようなマルチ・マスク方式（実施例・１〜５）ばかりで
なく、オン・マスク位相シフト（１つのマスク上に相対
位差φ＝πの反転透明膜を有するシック・パターンとφ
＝００主パターンとをともに有する１つのマスクを用い
る位相シフト露光方法）に適用することもできる。この
場合、第６Ａ−Ｈ図のパターンをそのまま１枚のマスク
上のものとして、マスク作成をすればよい。

（７）　実施例・７ ここでは、本発明の実施に用いられるウェハ処理及び露
光プロセスについて説明する。

第７Ａ図は５：１縮小ステツプ・アンド・リピート投影
露光の露光の流れを示すウェハ上面図である。同図にお
いて、７０３は、被露光ウェハ（たとえば、８インチ単
結晶Ｓｉウェハ）、７０２はウェハのオリエンテーショ
ン・フラット、７３１及び７３２は、それぞれ、すでに
露光完了した露光領域（−回の露光動作により光照射さ
れる領域で単位露光領域ともいう。）、７３３〜７３６
はこれから露光される各単位露光領域であり、この領域
は上記ウェハ７０３の上面のほぼ全領域を埋めつくすこ
とになる。露光はここに示す番号順に行なわれる。

第７Ｂ図はメモリＩＣの場合の単位露光領域７３３と各
チップ領域７２１，７２２及びチップ間領域７２３との
関係を示す平面図である。

第７Ｃ−Ｅ図及び第７Ｆ−Ｈは、それぞれ本発明のポジ
及びネガ・レジストによる露光プロセスとウェハ・プロ
セスの流れを説明するための模式断面図である。第７０
及びＦ図においては、簡単のために光線図及びマスクに
ついては、オン・マスク位相シフト（１つのマスクによ
る位相シフト法である。ただし、マスクにおいて主パタ
ーンのみを示し、シフタは省略している。）の例を示す
が、マルチ・マスクの場合は、光路が途中で２本になる
だけで、ウェハ面では一本に今成−さ九ているので、こ
こに示したものと全く同一である。

第７Ｃ−Ｅ図において、７１４はポジ型・マスク、７４
５はマスク７１４の開口部、７１４は縮小投影レンズ系
で他の実施例に示されているもの、７０３はステッパの
ウェハ・ステージ上に真空吸着された被処理ウェハ、７
４１は半導体ウェハ主面上の第１の酸化膜、７４２はそ
の上に形成されたＡＱ配線パターン、７４３はその上の
全面に形成された第２の酸化膜、７４４はその上全面に
スピンナにより塗布（０，６μｍ）されたポジ型レジス
ト膜（レジストについては、実施例・１６参照）である
。

第７Ｄ図において、７４６はレジスト膜７４４の所定の
部分に形成された開口部である。

第７Ｅ図において、７４７はレジスト膜７４４をマスク
として形成された第２酸化膜のスルーホールである。

第７Ｆ−Ｈ図において、７１４はネガ型マスク、７５５
はその開口又は透光パターン、７１５は先と同じ縮小投
影レンズ系、７０３は先と同じようにステッパのウェハ
・ステージに吸着された半導体ウェハ、７４１はその主
面上に形成された酸化膜、７４２はその上にの全面にス
パッタリングにより被着されたＡＱＭ、７５４はその上
に形成（塗布）された厚さ０．６μｍ程度のネガ型ホト
レジスト膜である。

第７Ｇ図において、７５４ｘはパターニングされたレジ
スト膜である。

第７Ｈ図において、７４２ｘはレジスト膜７５４ｘをマ
スクとしてパターニングされたＡＱ配線パターンである
。

第７３図ないしは第７Ｐ図はツイン・ウェル方式による
ＣＭＯ３−スタティックＲＡＭ　（ＳＲＡＭ）の製造プ
ロセス・フロー断面図であり、第７Ｑ図はそのチップ上
のレイアウト図である。以下、順次説明する。

第７Ｊ図はツイン・ウェル・プロセスによるｎ及びｐウ
ェル形成プロセスを示す。同図において、７０３はｎ−
型Ｓｉ単結晶ウェハ（基板）、７６０ｎはｎ型ウェル領
域、７６０ｐはＰｆｆ！−ウール領域である。

第７に図はそれにつづくゲート形成プロセス及び形成さ
れたゲートをマスクとして、セルファラインでイオン注
入により各ＦＥＴのソース・ドレインを形成するプロセ
スを示す。同図において、７６１ａ＝ｃはＬＯＣＯ３酸
化膜、７６２ｐ及びｎはゲート酸化膜、７６３ｐ及びｎ
はそれぞれポリシリコン・ゲート電極（又はポリサイド
）、７６４ｐ及びｎはそれぞれｐ型及びｎ型高濃度ソー
スドレイン領域である。

第７Ｌ図は眉間ＰＳＧ膜形成プロセス及び第２層ポリＳ
ｉ配線並びに高抵抗形成プロセスを示す。

同図において、７６５は層間ＰＳＧ膜、７６６は第２層
ポリＳｉ配線、７６６ｒはＳＲＡＭメモリセルの負荷抵
抗となるポリＳｉ高抵抗である。

第７Ｍ図はＳＯＧによる平坦化プロセス及びコンタクト
・ホール又はスルーホール形成プロセスを示す。同図に
おいて、７６７はＳＯＧ膜、７６８　ａ　＋　　ｂ　＋
　ｄ＋及びｅはＳｉ基板とのコンタクト・ホール、７６
８ｃは第２層ポリＳｉ配線と上層とのスルーホールであ
る。

第７Ｎ図は第１層ＡＱ配線形成プロセスを示す。

同図において、７６９ａ〜ｅは第１層ＡΩ配線である。

第７０図は第１層ＡＱ配線上の層間絶縁膜形成プロセス
及び第２層ＡＱ配線形成プロセスを示す。

同図において、７７０は第１層ＡＱ配線上の眉間絶縁膜
、７７１ａ及びｂはスルーホールを介して、下層のＡＱ
配線等と接続された第２層ＡＱ配線である。

第７Ｐ図は第２層Ａｎ配線上のファイナル・パッシベー
ション膜形成プロセスを示す。同図において、７７２は
ファイナル・パッシベーション膜である。

第７Ｑ図は上記ＳＲＡＭのチップ単位でのレイアウトを
示す上面図である。同図において、７２１はチップ、７
２２はメモリ・セル・マット、７２３はＩ１０回路、ア
ドレス・デコーダ、読み出し及び書き込回路等を含む周
辺回路である。

第７■図は、上記ＳＲＡＭの製造プ９−セス中のフォト
リングラフィに関するプロセス、すなわち、露光プロセ
スを抽出し、フロー化して示した露光プロセス・フロー
図である。同図において、ｎウェル・フォト工程７Ｐ１
はｎウェルとなるべき部分以外を被覆するように、Ｓｉ
３Ｎ４膜（基板上）上にレジスト・パターンを形成する
工程、フィールド・フォト工程７Ｐ２はＰチャネル及び
Ｎチャネルの能動領域上を被覆するようにＳｉ３Ｎ４膜
をパターニングするために、その上にレジスト膜を被着
して、パターニングする工程である。ｐウェル・フォト
工程７Ｐ３はｐウェルのチャネル・ストッパー領域形成
するために、ｎウェル上を被覆するレジスト膜をパター
ニングする工程、ゲート・フォト工程７Ｐ４はゲート電
極７６３ｐ及びｎをパターニングするために全面に被着
されたポリＳ１又はポリサイド層上にレジスト膜をパタ
ーニングする工程である。ここまでのプロセスの詳細は
、第８Ａ図ないしは第８Ｅ図及びその説明に更に詳しく
説明するので、ここでは簡単に説明した。ｎチャネル・
フォト工程７Ｐ５はｎチャネル側にグー　）　７６３　
ｎをマスクにｎ型不純物をイオン注入するために、ｐチ
ャネル側にレジスト膜をパターニングする工程、ｐチャ
ネル・フォト工程７Ｐ６は逆にｐチャネル側にゲート７
６３ｐをマスクにｐ型不純物をイオン注入すために、ｎ
チャネル側にレジスト膜をパターニングする工程、ポリ
Ｓｉフォト工程７Ｐ７は第２層配線７６６又は高抵抗７
６６ｒ　（第７Ｌ図）となる第２層ポリＳｉ膜をパター
ニングするために全面に被着されたポリＳｉ膜上にレジ
スト・パターンを形成する工程、Ｒフォト工程７Ｐ８は
ポリＳｉ高抵抗７６６ｒ　（第７Ｌ図）上をレジスト膜
で被覆した状態でその他の部分に不純物イオンを注入す
るためにマスクとなるレジスト膜をネガ・プロセスによ
ってパターニングする工程、コンタクト・フォト工程７
Ｐ９は基板、ソース・ドレイン領域、第１層ポリＳｉ層
、第２層ポリＳｉ層等と第１層Ａ９配線（Ａｆｉ−Ｉ）
とのコンタクトをとるためのコンタクト・ホール７６８
ａ＝ｅ（第７Ｍ図）を形成するためのレジストパターン
をポジ・プロセ不に−よ）被着パターニングする工程、
ＡＱ−Ｉフォト工程７Ｐ１０（第７Ｎ図）はＡＱ−１を
パターニングするためのレジスト・パターニング・プロ
セス、スルーホール・フォト工程７Ｐ１１はＡＱ−Ｉと
第２層目ＡＱ配線間の接続をとるためのスルーホールを
開口するためのレジスト・パターンを形成する工程、Ａ
Ｑ−Ｉ［７，＃−）工程７Ｐ１２　（第７０図）はＡＱ
−ｎのパターニングのためのレジスト・パターニング工
程、ボンディング・パッド・フォト工程７Ｐ１３はファ
イナル・パッシベーション膜７７２にボンディング・パ
ッドに対応する１００μｍ角程度の開口を形成するため
に、パッド以外のファイナル・パッシベーション膜上に
レジスト膜を被着する工程である。

これらの露光プロセスの内、ｎウェルフォト７Ｐ１、ｎ
チャネルフォト７Ｐ５、ｐチャネルフォト７Ｐ６、及び
ボンディング・パッド・フォト７Ｐ１３は最小寸法が比
較的大きいので、一般に位相シフト法を使用する必要は
ない。

一方、上記第７Ｉ図のそれ以外の露光プロセスについて
は、本発明の各実施例の　「位相反転シフト法」　を適
用すると有効である。　「位相反転シフト法」は「マル
チマスク位相シフト法」及び「オン・マスク位相シフト
法」の両方を含む概念である。

なお、第７Ｑ図のメモリマツドア２２と周辺回路部の各
平面間に相当の断差がある場合には、本発明の「多像面
投影露光法」のいずれか一つを用いることが有効である
。

（８）　実施例・８ 第８Ａ図ないしは第８０図は本発明による１６ＭＤＲＡ
Ｍのプロセス・フローである。基本設計ルールは０．６
μｍ１スタツク型メモリセル、Ｌｏｃｏｓ酸化膜分離で
あり、基本的特徴は、ツイン・ウェルＣＭＯ５構成、Ｗ
Ｓｉ２ポリサイド・ビット線、ＷＳ　ｉ２　／Ｔ　ｉ　
Ｎ接線を用いた２層ＡＱ配線である。以下のプロセスに
おいては、フォトレジスト除去工程、前処理（洗浄など
）と後処理工程、検査工程、裏面処理工程等は割愛する
。

第８Ａ図はリン（Ｐ）のイオン打込みに−よ名ｎウェル
形成プロセスを示す断面図である。同図において、８０
３はＰ型で抵抗率１０Ω・ｃｍ（ドーパントはボロン）
、ミラー面（１００）が主面のＳｉ単結晶ウェハである
。８６０は薄い熱酸化膜、８６１は耐酸素マスクである
Ｓ　ｉ３Ｎ４膜、８６２はパターニングされたレジスト
層でイオン打込のマスクとして作用する。８６３は打込
によって導入されたＰ（リン）によるｎウェル領域であ
る。

第８Ｂ図はボロン（Ｂ）のイオン打込によるｐウェル形
成プロセスを示す断面図である。同図において、８６５
は熱酸化によって形成された厚い酸化Ｓｉ膜（Ｓ　１Ｃ
ｈ）　、８６４ａは周辺回路のｐウェル領域、８６４ｂ
はメモリアレイ部のｐウェル領域である。

第８Ｃ図はｐ＋型チャネル・ストッパ領域のＢ（ボロン
）注入による形成プロセスを示す断面図である。同図に
おいて、８６６ａ〜ｄはｐ１チャネル・ストッパ領域、
８６７８〜Ｃは耐酸素及びイオン注入マスクとしてのＳ
ｉ３Ｎ４膜、８６８はイオン注入マスクとしてのフォト
・レジスト膜、８６９ａ及びｂはゲート酸化膜である。

第８Ｄ図はＬＯＧＯ８酸化膜を形成した状態を示す断面
図である。同図において、８７０ａ〜ｅはＬＯＣＯ８酸
化膜である。

第８Ｅ図はリン添付Ｓｉゲート形成及びｎチャネルのソ
ース・ドレイン形成プロセスを示す断面図である。同図
において、８７１ａ、８７１ｃ及び８７１ｄはｎチャネ
ルＦＥＴのゲート電極（Ｐドープ・ポリＳｉ）　、８７
１ｂはｎチャネルＦＥＴのゲート電極（Ｐドープ・ポリ
シリコン）、８７２ａ〜ｅはｎチャネルのソース又はド
レインに対応するＰ（リン）イオン注入領域、８７３は
耐イオン注入マスクとしてのフォト・レジスト膜である
。

第８Ｆ図はサイド・ウオール形成後に行なわれる高濃度
のｎチャネル・ソース・ドレイン領域形成プロセスであ
る。同図において、８７２ｘ及びｙはｎチャネル・ソー
ス・ドレイン領域、８７４は耐イオン注入マスクとして
のフォトレジスト膜、８７５　ａ　＝　ｄはサイド・ウ
オール絶縁１１４　Ｓ”　１０２）である。

第８Ｇ図は層間５ｉ０２デポジシヨン・プロセス及びポ
リサイド・ビット線形成プロセスを示す断面図である。

同図において、８７７ａはポリＳｉ膜（リン添加）、８
７７ｂはシリサイド（ＷＳｉ２）膜で、これらはビット
線を形成する。８７７ｃはＣＶＤによる５ｉ０２膜、８
７６はＡｓ（ひ素）打込後に形成（デポジション）され
たＣＶＤによるＳｉＯ□膜である。

第８Ｈ図はメモリ・セルのキャパシタの個別電極となる
ポリＳｉ電極形成プロセスを示す断面図である。同図に
おいて、８７８はＳｉＯ□膜８７膜長７６７７ｃと一体
となるように形成された５ｉ０２膜、８７９ａ及びｂは
メモリセルのキャパシタの個別電極となるポリＳｉ堆積
膜である。

第８１図はメモリセルのキャパシタの他方の共通電極と
なるキャパシタ・プレートの形成プロセスを示す断面図
である。同図において、８８０はキャパシタの誘電体と
なるＳｉ３Ｎ４堆積膜、８８１はプレート電極となるリ
ン添加ポリＳｉ堆積膜である。

１８Ｊ図はＢ”（ボロン）打込によるｐチャネルＦＥＴ
の高濃度ソース・ドレイン形成プロセスを示す断面図で
ある。同図において、８８２ａ及びｂは耐イオン注入マ
スクとしてのレジスト膜である。

第８に図は層間絶縁膜のリフ口・−プロセスを示す断面
図である。同図において、８８３　ａ　＝　ｆはＢ　Ｐ
　Ｓ　Ｇ　（Ｂｏｔｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ　５ｉｌｉｃａ
ｔｅ　Ｇｌａｓｓ）膜によるリフロー膜、８８４ａ〜ｄ
はそこにあけられたコンタクト・ホールである。

第８Ｌ図はシリサイド（Ｗ　Ｓ　ｉ　２／　Ｔ　ｉ　Ｎ
　）配線形成プロセスを示す断面図である。同図におい
て、８８５　ａ　＝　ｃは、下層のＴ　ｉ　Ｎ膜及び上
層のタングステン・シリサイド（ＷＳｉ２）の両堆積膜
からなるシリサイド配線層である。

第８Ｍ図は層間Ｐ　Ｓ　Ｇ　（Ｐｈｏｓｐｈｏ−５ｉｌ
ｉｃａｔｅ　−Ｇｌａｓｓ）堆積及びスルーホール形成
プロセスを示す断面図である。同図において、８８６ａ
〜Ｃは、Ｐ　Ｓ　Ｇ／Ｓ　ＯＧ／Ｐ　Ｓ　Ｇの３層の堆
積膜かｔなる層間絶縁膜である。

第８Ｎ図は第１層ＡＱ配線の形成プロセスを示す断面図
である。同図において、８８７ａ〜ｄは、下層のＴｉＮ
バッファ層と上層のＡＱＣＡＱ９９％、Ｓｉ１％程度）
配線層（ＡＱ−Ｉ）である。

第８０図は上層の層間ＰＳＧ膜及び第２層ＡＱ配線（Ａ
Ｑ−ＩＩ）形成プロセスを示す断面図である。同図にお
いて、８８８は先の８８６ａ〜Ｃと同様なＰ　Ｓ　Ｇ／
Ｓ　ＯＧ／Ｐ　Ｓ　Ｇの３層の堆積膜からなる層間ＰＳ
Ｇ膜である。８８９ａ及びｂは第２層ＡＱ　（ＡＱ−ｎ
）配線層である。

第８Ｐ図は上記ＤＲＡＭのチップ上の回路レイアウト図
である。同図において、８２１はチップ領域、８２２ａ
及びｂはメモリアレー又はメモリ・セル・マット部、８
２３は周辺回路部（ボンディング・パッド含む）である
。

第８Ｑ図は上記ＤＲＡＭのメモリアレーのセル平面構造
をほぼその並進対称性の一周期分を示した上面図である
。ただし、簡単のために、上部配線構造は省略している
。同図において、８７１ｃｍはワード線、８７２ｄはｎ
型ソース又はドレイン領域、８７７ａ及びｂはビット線
、８７９ａはストレージ・ノード（容量）、８８１はプ
レートである。

次に、これらの図に基づいて上記ＤＲＡＭの前工程（ウ
ェハ・プロセス）のプロセス・フローを説明する。

上記の如く厚さ０．７ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のｐ型Ｓｉ
単結晶ウェハを準備し、（１００）面に薄いバッファ用
熱酸化膜を全面に形成する。その上にＣＶＤによりＳｉ
３Ｎ４膜を耐酸素マスクとして十分な程度の厚さで全面
に堆積する。その後、ウェハの上記主面全面に回転塗布
し、本発明の露光プロセス（露光プロセス・１）により
、上記レジストのパターニング及び下層のＳｉ３Ｎ４膜
のエツチングを行なう。次に、第８Ａ図に示すように、
レジスト膜８６２等をマスクとして、ｎウェル領域とな
るべき部分にリン打込みを行なう。次にレジスト膜８６
２を全面除去して、Ｓｉ３Ｎ４膜８６１を耐酸素マスク
として、ｎウェル８６３Ｂに粗酸化膜を選択形成する。

次にＳｉ３Ｎ４膜８６１を全面除去して、第８Ｂ図に示
す如く、ｎウェル上の酸化膜８６５をイオン注入のマス
クとしてｐウェルとなるべき部分にボロン（Ｂ＋）を打
込む。次に、各ウェルの引延し拡散（Ｎ２アニール）及
び活性化処理を行なう。更に基板上の酸化膜８６０及び
８６５を全面除去した後、薄い熱酸化膜８６９ａ及びｂ
並びにＳｉ３Ｎ４膜を全面に形成する。次に、第８Ｃ図
に示すように、上記Ｓｉ３Ｎ４膜が能動領域のみに残る
ように本発明の露光プロセス（露光プロセス・２）によ
りパターニングし、耐酸素マスク８６７８〜Ｃとする。

その後、レジスト除去する。更に、全面にレジスト膜を
塗布して、本発明のいずれかの方法により露光（露光プ
ロセス・３）し、ｎウェルの上面全面がレジスト８６８
で覆う。その状態でチャネルストッパとなるべき領域８
６６ａ〜ｄにボロン（Ｂ＋）をイオン注入する。

次にレジスト膜８６８を全面除去して、Ｓｉ３Ｎ４膜８
６７　ａ　％　Ｃをマスクとして、第８Ｄ図のように選
択的にフィールド酸化膜８７０ａ’−ｅを熱酸化により
形成する。次に、Ｓｉ３Ｎ４膜８６７ａ〜Ｃを全面除去
、更に能動領域上の薄い酸化膜８６９ａ及びｂも除去し
て、新しいゲート酸化膜８６９ａ’及びｂ′を再度、熱
酸化により形成する（第８Ｄ図）。

更に、全面に減圧ＣＶＤにより、リン添加ポリＳｉ膜を
形成し、レジストを塗布した後、本発明のいずれかの方
法により同レジスト膜をパターニング（露光プロセス・
４）し、そのレジスト膜をマスクとして、ゲート電極８
７１ａ＝ｄをパターニングする（第８Ｅ図）。次にｎウ
ェル上をレジスト膜８７３で被覆（露光プロセス・５）
して、上記各ゲート電極と自己整合的に、ｎチャネルＦ
ＥＴのソース・ドレインとなるべき領域８７２ａ〜ｅに
イオン注入によりリン（Ｐ）イオンを注入する。この後
、レジスト８７１ｂを除去する。更に、同様にｐウェル
領域上をレジスト膜で被覆（露光プロセス・６）し、先
と同様にｐチャネルＦＥＴのソース又はドレインとなる
べき領域８７２ｘ及びｙにボロン（Ｂ）をイオン注入す
〕（第８Ｆ図）。更に、公知のサイド・ウオール・プロ
セスにより、ゲート８７１ａ＝ｄの周辺にサイド・ウオ
ール８７５　ａ　−ｄを自己整合的に形成する。

更に、第８Ｆ図に示すように、ｐチャネル部をレジスト
８７４で被覆（露光プロセス・７）資、それらをマスク
として、ヒ素（Ａｓ）をイオン注入して、Ｌ　Ｄ　Ｄ　
（Ｌｉｇｈｔｌｙ　Ｄｏｐｅｄ　Ｄｒａｉｎ）の高濃度
領域をなすｎ型領域を形成する。その後、レジスト８７
４を除去する。

更に、第８Ｇ図に示すように、減圧ＣＶＤにより全面に
５ｉ０２膜８７６を堆積する。次に幅広の開口を有する
レジスト・パターンにより　（露光プロセス・８）、メ
モリセルのビット線と基板のコンタクトとなるコンタク
ト・ホールを半自己整合的に形成する。更に全面にポリ
Ｓｉ、ＷＳｉ２゜減圧ＣＶＤ５ｉ０２を順に堆積し、フ
ォトレジストを被着（露光プロセス・９）し、ビット線
８７７ａ及びｂをパターニングする。ビット線を形成し
、レジストを除去した後、全面に減圧ＣＶＤにより５ｉ
０２膜を堆積し、ビット線側面を絶縁膜８７８で覆う　
（第８Ｈ図）。次にメモリセルのストレージ・ノード電
極と基板とのコンタクト・ホールを、フォトレジストを
被着して（露光プロセス・１０）、ＳｉＯ２膜８７膜長
７８層の酸化膜をエツチングすることによって開口形成
する。次に全面に、減圧ＣＶＤによりストレージ・ノー
ド電極となるべきポリＳｉ膜を堆積する。更に全面のポ
リＳｉ膜にリン（Ｐ）をイオン注入し、活性化アニール
（Ｎ、アニール）処理し、フォトレジストを被着（露光
プロセス・１１）して、第８Ｈ図のようにストレージ・
ノード８７９ａ及びｂをパターニングする。その後、　
レジストを除去する。

更に、第８夏図に示すように、キャパシタ絶縁膜となる
べきＳｉ３Ｎ４膜を減圧ＣＶＤにより堆積する。次に、
上記Ｓｉ３Ｎ４を一部厚さまで酸化処理する。更に、そ
の上に、キャパシタ・プレートとなるリン添加ポリＳｉ
膜を堆積する。次に、これらの膜上にレジスト膜を塗布
して、それらをパターニングした（露光プロセス・１２
）、−マラクにより不要なポリＳｉ及びＳｉ３Ｎ４膜を
除去して、キャパシタ絶縁膜８８０及びプレート８８１
を形成する。その後、レジスト除去を行なう。

更に、第８Ｊ図に示すように、レジスト膜でｎチャネル
部を被覆（露光プロセス・１３）し、ｐチャネル部のＳ
ｉＯ２膜８７膜長７８する。次に、先のレジストを除去
した後、再度ｎチャネル部にレジスト膜８８２ａ及びｂ
を被着（露光プロセス・１４）し、それをマスクとして
、ｐチャネルＦＥＴのＬＤＤ構造の高濃度ソース・ドレ
イン領域となるべき領域にボロン（Ｂ＋）をイオン注入
する。

その後、レジスト膜を全面除去し、活性化のためのＮ２
アニールを行なう。

更に第８に図に示すように、全面に３ｉ０２膜、ＢＰＳ
Ｇ膜を堆積し、リフローにより平坦化を行なう。次に、
フォトレジストを被着して、パターニングを行なう（露
光プロセス・１５）ことによりコンタクトホール８８４
　ａ　＝　ｅを形成する。次に、ｐチャネル部の上面を
フォトレジストで被覆（露光プロセス・１６）しておい
て、ｎ型ソース・ドレインのコンタクト下部にイオン注
入（リン）によりｎ”型のｎ＋コンタクト領域を形成す
る。上記レジストを除去して、ｎチャ５ネル部をフォト
レジストで被覆（露光プロセス・１７）しておいて。

ｐ型ソース・ドレインのコンタクト下部にイオン注入（
Ｂ）によりｐ＋型のｐ＋コンタクト領域を形成する。上
記レジスト膜を除去して、イオン注入層の活性化及びＢ
ＰＳＧ膜８８３　ａ　”＝　ｆのりフローのためのＮ２
アニールを行なう。

更に第８Ｌ図のように、全面に下地ＴｉＮバッファ層と
配線層Ｗ６ｉ２（タングステン・シリサイド）をＣＶＤ
により被着し、その上にフォトレジスト膜を塗布して、
所望の形状にパターニング（露光プロセス・１８）し、
それをマスクとして、シリサイド配線８８５　ａ　”−
ｃをドライ・エツチングにより形成する。その後、不要
なレジスト膜を除去する。Ｎ２アニール処理する。

更に第８Ｍ図のように、ＰＳＧ／ＳＯＧ／ＰＳＧの構造
を有する層間ＰＳＧ膜を堆積形成し、ポジ型レジスト・
プロセスにより　（露光ｔロセス・１９）によりスルー
ホールとなるべき場所以外をレジストで被覆した状態で
ドライエツチングすることによりスルーホールを形成す
る。その後、レジスト膜を除去する。

更に第８Ｎ図のように、ＡＱ−Ｉとなるべき下地ＴｉＮ
膜及びＡＱ配線層（ＡＱ９９重畳％、Ｓｉ１重畳％）を
堆積し、その上にネガ・プロセスにより　（露光プロセ
ス・２０）レジストをＡＱ配線となるべき部分上のみに
残し、ドライ・エツチングによりＡＱ−Ｉ配線８８７　
ａ　−ｄをバターニング形成する。その後、レジスト膜
を除去する。

更に第８０図のように、プラスマＳ　ｉ　０２　／　Ｓ
ＯＧ　（Ｓｐｉｎ−０１１−Ｇｌ！ＳＳ）　／プラズ？
　Ｓ　ｉ　０２の３層からなる眉間絶縁膜８８８を堆積
し、その上のスルーホールとなるべき部分以外をポジ・
プロセス（露光プロセス・２１）によりレジストで被覆
した状態でドライ・エツチングによりスルーホールを形
成する。その後、レジストを除去する。次に、ＡＱ−Ｉ
ＩとなるべきＡＭ配線層（Ａ１２９９％。

Ｓｉ１％）を全面に被着し、その上の配線となるべき部
分のみにネガ・プロセスにより　（露光プロセス・２２
）レジスト膜を被着する。それにより、このレジスト膜
をマスクとしてドライ・エツチングすることで、ＡＱ−
ＩＩ配線８８９ａ及びｂを形成する。

更に、常圧ＰＳＧ膜（ファイナル・パンシベーション）
を堆積し、その上のボンディング・パッドとなるべき部
分以外にポジ・プロセス（露光プロセス・２３）により
レジスト膜を被着する。このレジスト膜をマスクとして
、化学エツチングによりボンディング・バット用開口部
を形成する。

以上の各露光プロセスの内、寸法的にきびしい条件が要
求される露光プロセス・２，４．９〜１１．１５．及び
１８〜２２に対しては、本発明の各実施例の位相シフト
法が有効である。それらの内、第８Ｐ図に示すように、
メモリアレ一部８２２ａ及びｂと周辺回路８２３の属す
る平面間に大きな段差を伴なう場合には、本発明の各実
施例に示す多像面投影露光法を活用することが有効であ
る。又、露光プロセス・９，１８，２０−及び２２のよ
うに周期配線を多く含む工程では、相互型開口（実施例
・６の第６Ｈ図及び実施例・１５の第１５Ａ図〜第１５
Ｆ図など）のマスクを用いる位相シフト法（位相反転シ
フト法）などが有効である。

（９）実施例・９ 本発明のマスク・レイアウト作成上の考え方及び理論的
バック・グラウンドについて説明する。

第９Ａ図は通常の位相シフトのないマスク上のεだけ（
ウェハ上換算距離）はなれた２つの開口からの光の場合
の振幅強度Ｕ（破線）及び同エネルギー強度Ｉ　（実線
）をウェハ上の主面にそう座標Ｘについてプロットした
ものである。（数値計算値）このように、たとえば、５
：１の縮小投影を行なった時には、位相差φ２−φｌ＝
△φがＯ又はそれと同等なときは、建設的干渉がおこり
、実線■の如くなり、ビークｕｌ　ｌ　　ｕ２は解像さ
れない。

このような微細な近接物の投影系による解像の問題は、
レーレ−（Ｒｘｙｌｅｉｇｈ）によって次のように与え
られる。すなわち、２つの近接点の距離（ウェハ上換算
）をδとすると λ δ＝０．６１Ｘ　　　　　　　　　・・　・・・・・（
９，１）ＮＡ。

ここで、λは露光波長、ＮＡ、は像側の投影系のＮＡ　
（開口数）である。

たとえば、ｉ線の場合を考えるとλ＝０．３６５μｍ、
例えばＮＡ＝０．４となり、解像限界δは約０．５６μ
ｍとなる。従って、第９Ａ図のように波長と同程度（例
えばλの２００％〜５０％）の寸法のパターンを投影し
ようとすると、２本の線が合体して分離できないという
問題が発生する。

一方、第９Ｂ図のように近接する２つの開口間の光束に
位相差π（又はそれと等価）を与える（位相反転シフト
法）と、原点付近でエネルギー強度Ｉにシャープなへこ
みがあられ′れ、その結果、ピークは２つに解像される
。

第９Ｃ図は、実施例・３のように主開口と副開口間の位
相差△φをπ又はそれと等価な値以外にする多像面位相
シフト法の原理を説明する五めの模式図である。これは
、縮小投影系の光学作用を大幅に簡略化したものである
。同図において、９９１は露光光束（波長λ）、９１４
はマスク、９２１ａは主開口（例えば第３Ｃ図（ａ）の
ＢＡ）、９２１ｂは副開口（例えば第３Ｃ図（ｂ）のＢ
１）、ｄは（ウェハ上換算）それら開口間の距離、Ｑは
マスクと像面間の距離、Ｑ、、〕２は各開口からスクリ
ーン９０３（像面又はウェハ）までの光路長である。ス
クリーン上の光強度Ｉ　　（ｘ）は次のようにして定ま
る。

各開口による電解強度ｕｌ＋ｕ２は、波数ｋ、位相ψ□
、φ２とすると、 ｕｌ　＝Ａｅｘｐ　（ｉ　　（ｋＱｌ−ψ１）〕・・・
・・・・・・　（９，２） 〕２　　＝Ｂｅｘｐ　　（−ｉ　　（ｋ　〕２−φ２）
〕・・・・・・・・・・・　（９，３） となる。合成光については、 １　（ｘ）＝　ｊ　ｕｌ＋ｕ２　ｌ　２（９゜ ｄ これより、Ｑの変化分を△Ｑ、△φ；φ２−ψ。

とすると、 λ・△φ となり、△φを変化させると像面が変化することがわか
る。ただし、本モデルはラフ・モデルであり、詳細には
数値計算及び実験により補正及び確認が必要である。

（１０）実施例・１０ 本実施例においては、本発明の各露光プロセスに適用さ
れる投影露光用紫外光源とその周辺について説明する。

第１０Ａ図は利用できる露光照明系の緒特性をまとめた
図表である。同図表において、パーシャル・コヒーレン
ス（Ｐａｔｔｉａｌ　Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ）　　とは、
一般にギリシャ文字°σ”で表示され、その定義は、Ｎ
Ａ。

Ｎ　Ａ　。

である。ここで、ＮＡｃは照明系コンデンサ・レンズの
マスク側の開口数、Ｎ　Ａ　ｏは露光投影レンズ系のマ
スク側の開口数で、ここではＮＡ、＝０゜４とする。本
発明の露光に用いる紫外光源としては、ここに示した以
外にＸｅ−Ｈｇ光源の０．２〜０，３μｍ間のディープ
ＵＶスペクトル（遠紫外）、０．２μｍ前後のエキシマ
・レーザ発光、上図に示した以外のＨｇアーク発光等が
ある。

なお、本発明に用いる照明は、いわゆるケーラー照明（
Ｋδｈｌｅｒ）の構造となっている。しかし、それ以外
の構成による照明でも可能である。

露光照明系の具体例については、第１９Ａ図に別途説明
する。

（１１）実施例・１１ ここでは、本発明の露光に用いる５、１縮小投影露光装
置の変形例（実施例・５に対応）を説明する。本例では
、照明系及び露光投影系において、それぞれ同一のレン
ズ系のみによって２つの分割光束を操作するためのレン
ズ作用を行なうようにしているので、一対のレンズ系を
左右それぞれの光束にたいして用いた場合に問題となる
ようなレンズ系の収差の相異を考慮する必要がない利点
がある。本露光系はマスク側（物側）及びウエノ１側（
像側）においてテレセントリックに構成された両側テレ
セントリック系である。

第１１Ａ図は本実施例のステッパの照明系及び露光投影
系の簡略化した模式断面図である。同図において、１１
０２は水銀のｉ線等を放出する光源、Ｌは初期光束、１
１０４はケーラー照明を構成スルコンデンサ・レンズ等
の照明光学レンズ系、Ｌｌ　＋　Ｌ２はハーフ・ミラー
により同一の均一な強度で分離された主光束及び副光束
、１１１４ａは主マスク、１１１４ｂは副マスク、１１
４０ａは光路長制御室（主光束に対するもの）、１１４
０ｂは副光束に対する光路長制御室、Ｌ−は合成光束、
１１１５は投影レンズ系、１１０３は被露光ウェハであ
る。

本方法では各種の収差に差が出やすいレンズ系を両光束
Ｌ１及びＬ２について共通としているので、同時露光可
能な面積を大きくとることができる。又、１回で露光で
きるフィールド全体にわたって位相のずれを所望の値に
調整することができ、そのために、高い解像力を得るこ
とができる。

なお、本実施例は第１１Ａ図のものに限定されず、たと
えば、２つの独立な光源系を利用することもできる。そ
の場合にも、下半分（マスク以降）の光学系内において
、主及び副光束についての主要なレンズ系１１１５が共
通なので、それぞれの一対のマスク上のパターンの転写
特性に対する両光学系の収差の差異に基づく悪影響を最
小限におさえることができる。

更に、本装置は２つのマスク上のパターンを同時に一つ
のウェハ上に転写する露光方法の全てに適用可能である
。

また、第１１Ａ図において簡略化した光学構造について
は、第５Ａ図及び第５Ｂ図とほぼ同一である。相異する
部分は、前段レンズ群５６２ａ及びｂにあたるものが、
本実施例にはなく、第５Ａ図の５１５に相等する位置に
設けられた両側テレセントリックな投影レンズ系１１１
５があるところだけである。

（１２）実施例・１２ ここでは本発明のマスクを検査するためのマスク欠陥検
査装置について説明する。

第１２Ａ図はマスク検査装置の簡略化した模式断面図で
ある。同図において、１２５２はｅ線（５４６ｎｍ）の
単色光ソース、Ｌは初期検査光束、Ｌ、及びＬ２は上記
露光装置と同様に等強度で均一に分割された分割検査光
束のそれぞれ主光束及び副光束、Ｍｌ及びＭ２は被検査
マスク、１２４０ａ及びｂは光路長制御室、１２６５は
１１投影レンズ系、Ｌ−は合成検査光束、１２６６は光
検出器である。

なお、投影レンズ１２６５は、必要ならば１より大きい
倍率のものでもよいし、縮小するものでもよい。しかし
、縮小の場合は当該投影レンズ系が随伴パターンを解像
できなければならない。

次に、本装置の動作を説明する。第１に被検査マスクＭ
１がオン・マスク位相反転シスト１のマスクで、基準マ
スクＭ２がそれと同一の開口パターンを有するが、シッ
ク・パターン（随伴パターン及び相補パターン）部に位
相シフト処理がされていないもの、すなわち、位相シフ
ト膜が形成されていないものの場合を説明する。この場
合は、光路制御手段１２４０ａ及びｂを調整して、光路
Ｌ１及びＬ２を等しくすると（２ｎπの位相差でもよい
）、合成像では、正常な場合は全くシフタ・パターンが
見えないことになる。一方、位相シフト膜の厚さが異常
な場合は、その部分が明部となって検出器１２６６によ
って検出される。この場合、対応する主パターンは明部
として結像するので、欠陥部と主パターンの相互関係が
明確に把握されえる。

第２にマルチ・マスク位相反転シフト用のマスク検査に
おいて、被検査マスクＭ１　、Ｍ２がそれぞれ主マスク
及び副マスクの場合について説明する。この場合、光路
長制御手段１２４０ａ及びｂを調整して、２つ光路Ｌｌ
　＋　Ｌｌ間で位相差が０又はそれと等価になるように
設定すると、像面には主パターンと副パターン（随伴パ
ターン）の両方の合成パターンが結像される。従って、
その合成パターンとマスクの設計パターン情報を電気的
に比較して欠陥を総合的に判定することができる第３に
マルチ・マスク位相反転シフト用のマスク検査（位相差
がπ以外のものも含む）において被検査マスクＭ１　、
Ｍ２が両方とも露光投影系によっては解像しえない随伴
パターンを有する同一パターンであるべきマスク同志で
ある場合について説明する。この場合、光露長調整手段
１２４０ａ及びｂを調整して位相差をπ又はそれと等価
な値に設定すると、正常な随伴パターンの合成像は消滅
するか又は一般の場合と比較して微弱なものとなる。一
方、異常パターンがあると、その部分だけ鮮明な明部と
なる。

（１３）実施例・１３ 本実施例はＤＲＡＭ等のメモリＩＣの如く、表面に高低
差のあるチップ領域を有するウェハの縮小投影露光に適
用して有効な技術に関する。

第１３Ａ図は同実施例のステップ・Ｌン下・リピート型
５：１縮小投影露光装置の簡略化正断面図（光学系）で
ある。同図において、１３０２ａ。

ｂはそれぞれ独立な同一波長の単色光源（例えば１線）
、Ｌｌ　＋　Ｌｚはそれぞれ主光束及び副光束、１３０
４ａ、ｂはそれぞれ主及び副露光照明レンズ系（ケーラ
ー照明）、１３１４ａは盆地（メモリＩＣの場合では周
辺回路）を露光するための主マスク、１３１４ｂは高原
（メモリの場合はメモリ・セル又はメモリ・マット部）
を露光するための副マスク、１３３４　ｉ及び１３３４
ｊはチップ上の高原部に対応する遮蔽部、１３３４には
チップ上の周辺回路パターンに対応する主パターン部、
１３４４にはチップ上の盆地部に対応する遮蔽部、１３
４４ｉ及びｊはチップ上のメモリ・マットに対応する副
パターン部、Ｌ−はハーフ・ミラーによる合成光束、１
３１５は物側及び像側がテレセントリックに構成された
縮小投影レンズ系、１３０３は被露光ウェハ　１３１３
ｉ及びｊは高原（メモリ・マット部）、１３１３ｋ又は
１３２４は盆地（周辺回路部）である。

第１３Ｂ図は露光の単位ステップに対応するウェハ上の
領域の配置を示す上面図である。同図において１３１３
と破線で囲む領域は単位ステップにより露光される全領
域、すなわち、単位露光領域、１３２１及び１３２２は
、それぞれ第１及び第２のチップ領域、１３２３及び１
３２４はそれぞれのチップ領域の周辺回路部、１３１３
には盆地又は谷間にあたる主露光部（破線で区切られた
長細い長方形の部分）、１３１３ｉ及びＪは（破線で区
切られた両側）高原又は台地にあたる副露光部である。

次に本発明の縮小投影露光装置の動作を説明する。本方
式では、露光領域１３１３は２つのマスク１３１４ａ及
び１３１４ｂにわけられる。これは、たとえば、メモリ
マット領域１３１３　ｉ及びｊ、並びに周辺回路部１３
１３ｋにあたる。これらの領域には、通常図に示す（第
１３Ａ図）ような、段差を伴う場合が多い。このような
場合には、それぞれの領域を別々のマスク上のパターン
とし、それらのマスクを別々にＺ軸（光軸とｌじ丁方向
に移動させて、各領域の像がウェハ上のレジスト膜の各
々対応する平面に結像するように調整した状態で同時に
露光する。

この場合、光源には同一波長の光源ランプ等を複数個用
いるが、両方の波長に差があると、投影レンズ系１３１
５の色収差の影響が出るので、これを回避するためには
、実施例・１２のように単一の光源からの光束を分割す
るようにしてもよい。

なお、本ステッパでは投影レンズ系１３１５を光束Ｌ１
　＋　Ｌｚについて共通とするとともに、両側（物側及
び像側）テレセントリックな構成としているので、各マ
スクのＺ軸方向への微小な移動によって、その倍率を変
化させることなく、その結像位置を変化させることがで
きる。

（１４）実施例・１４ 本実施例は同一マスク上の所定の部分に位相を反転させ
るための透明膜を形成して行なう位相シフト露光法（本
願においては、「オン・マスク位相シフト法Ｊと呼称す
る。）を適用したものである。

第１４Ａ図は同実施例のステップ・アンド・すビート方
式５１縮小投影露光装置の簡略化正断面図（光学系）で
ある。同図において、１４０２ａ及びｂは相互に独立な
１線等の単色露光光源、Ｌｌ及びＬ２は主光束及び副光
束、１４０４ａ及びｂはケーラー照明を構成する照明レ
ンズ系、１４１４ａ及びｂは、低地（ウェハ上の）部分
の所定のパターンを露光するための主マスク、１４１４
ｂはウェハ上の高地部分の所定のパターンを露光するた
めの副マスク、１４１４ｘ及びｙは合成石英マスク基板
、１４１４ｍ及びｎはクロム遮光部、１４１４ｐ及びｑ
はパターンに対応する主開口部、１４１４ｓ及びｔは位
相シフタに対応する開口部上に設けられた位相反転用透
明膜、Ｌ−はハーフミラ−による合成光束、１４１５は
物及び像側の両側がテレセントリックに構成された５１
縮小投影レンズ系、１４１３にはウェハ上（ウェハは１
４０３）の低地部分、１４１３ｉはウェハ上の高地部分
である。

第１４Ｂ図はウェハ１４０３上で単位−１光領域を示し
、本発明の露光方法を説明するための上面図である。同
図において、１４１３は単位露光領域、１４２１及び１
４２２はメモリなどのチップに対応するチップ領域、１
４２３及び１４２４はそれぞれのチップ上の低地に対応
する周辺回路部等、１４５１ａは第１４Ａ図に示す如く
開口部１４１４ｐが設けられている部分、１４５１ｂは
同様に開口部１４１４ｑが設けられている部分である。

第１４Ｃ図は先の低地部及び高地部の所定のパターン部
１４５１ａ及びｂが孤立ＡＱ配線のようす長細いパター
ンの場合のマスクの具体例を示すマスクの平面図である
。本マスクは、ネガ型レジスト・プロセスに対応する。

同図において、１４１４ｐ及び１４１４ｑは、それぞれ
ＡＱ配線に対応する開口パターン、１４１４ｇ及びｈは
、それぞれシフタに対応するスリット状開口パターン、
１４１４ｓ及びｔはその上に形成された位相反転膜であ
る。

本実施例のステッパの動作等については前記実施例・１
３と全く同じであるので省略する。本実施例では、段差
を有する２つの領域を同時にオン・マスク位相シフト法
により露光できるので、先の実施例・８に示すような段
差の大きいＤＲＡＭ等の微細寸法で、通常のプロセスで
は解像できないような露光工程に適用して有効である。

本方法は、あらゆるタイプのオン・マスク位相シフト法
に有効である。

（１５）実施例・１５ 本実施例は、本発明のマルチ・マスク位相シフト法又は
オン・マスク位相シフト法を応用した周期又は概周期Ａ
Ｑ配線パターン等の形成方法に関する。

第１５Ａ−Ｃ図は本実施例１５Ａ−Ｃの対象となるＡＱ
周期パターン（ウェハ上）の概略を示すウェハ上面図で
ある。第１５Ａ図において、１５０３はウェハ上面、１
５５３は特異パターン、１５５９及び１５６０は隣接パ
ターン、１５５１及び１５５２は残余の周期パターンで
ある。第１５Ｂ図において、１５５６は特異バタ＝２１
．１５６１及び１５６２はその隣接パターン、１５５４
及び１５５５は残余の周期パターン、１５０３はウェハ
上面である。第１５Ｃ図において、１５５８は周期ＡＱ
配線パターンの端部にあたる特異パターン、１５５７は
残余の周期パターン、１５０３はウェハ上面である。

第１５Ｄ図は上記の第１５Ａ図に対応するマスク上のレ
イアウト又は重畳レイアウト図であり、実線は主マスク
の開口パターンの境界を示し、破線は副マスクの開口パ
ターンの境界を示す。オン・マスク位相シフト・マスク
の場合は、実線が位相シフト量“０”の開口パターン、
破線が位相シフト量“π”の開口パターンに対応する。

寸法は第１５Ｄ図〜第１５Ｆ図については、ＡＱ線幅が
０゜３〜０，４μｍ、各図形は等倍で描かれている。

第１５Ｄ図において、（以下、主にマルチ・マスク位相
反転シフト法の場合について説明する）１５１４は石英
マスク基板、１５５９ｇは主マスク上のＡｆｉ線１５５
９に対応する主開口パターン、１５５９ｂはそれに随伴
した副マスク上のシフタ・パターン、１５５３ｂはＡＱ
線１５５３に対応する副マスク上の主開口パターン、１
５６０ａはＡＱ線１５６０に対応する主マスク上の主開
口パターン、１５６０ｂはそれに随伴した副マスク上の
シフタ・パターン、１５５９ｃは両側のＡＱ線に対応す
る開口１５５９ａ及び１５６０ａから当距離にあること
から生じることがあるゴーストを打消すための補助量ロ
バターンである。

第１５Ｅ図は先の第１５Ｄ図と同様な第１５Ｂ図に対応
するマスク・レイアウト図である。同図において、１５
１４はマスク基板、１５５６ａは第１５Ｂ図のＡＱ線１
５５６に対応する主開口部（主マスク上の）、１５５６
ｂ及びｂ′はそれに随伴する副マスク上のシック・パタ
ーン、１５６１ｂ及び１５６２ｂはそれぞれ１５６１及
び１５６２に対応する副マスク上の開口パターンである
。

第１５Ｆ図は先の第１５Ｄ図及び第１５Ｅ図と同様な第
１５Ｃ図に対応するマスク・レイアウト図である。同図
において、１５５８ａは第１５Ｃ図の端部ＡＱ配線１５
５８に対応する主−マスク上の主開口部、１５５８ｂは
それに対応する副マスク上のシフタ・パターン、１５５
７ｂは内側のＡＱ線１５５７の一つに対応する副マスク
上の主開口部、１５１４はマスク基板である。

次に、これらのマスクの使用方法について説明する。ま
ず、第１５Ｃ図及び第１５Ｆ図について説明する。この
ような密集周期パターンでは、第６Ｈ図のタイプのマス
ク・レイアウトを用いるが、この場合、周期パターンの
端部では、第９Ｂ図の振幅分布から推察されるように、
端部ＡＱ線１５５８の外側半分については、隣接するシ
フタ・パターン（相補主パターン）がないため、線幅が
ブロードになってしまう。そこで、その不要な広がりを
キャンセルするように付加的な随伴開口パターン（シフ
タ）１５５８ｂを設ける。

次に第１５Ｂ図及び第１５Ｅ図の場合を説明する。この
ような周期パターンにおいて、第６Ｈ図の如く交互に“
π”又はそれと等価な位相シフトヲモツマスク・レイア
ウトを使用するが、第１５Ｂ図の如く一本だけ突出して
いるような場合又は、数本（又は−本）ごとに突出して
いる場合には、その突出部のＡＱ配線等１５５６が先と
同じ理由で、不所望に太くなるという問題がある。これ
を避けるためにシック・パターン１５５６ｂ及びｂ′を
設けている。

次に第１５Ａ図及び第１５Ｄ図の場合を説明する。この
ような周期パターンにおいても第６Ｈ図の如く交互に“
π　（又はそれと等価）の位相シフトをもつマスク・レ
イアウトを使用するが、第１５Ａ図の如く一本だけが短
い場合（−本ごと又は数本ごとに短い場合も同じ）には
、その両側のＡΩ配線等１５５９及び１５６０のそれぞ
れの内側が不所望に太くなるという第１の問題が発生す
る。更に第９Ｂ図に示す振幅の谷間が重なるような寸法
のときは、それらの中間にゴーストが現われるという第
２の問題が発生する。この第１の問題を解決するために
随伴シフト・パターン１５５９ｂ及び１５６０ｂを設け
ている。又、第２の問題を解決するために、補助パター
ン１５５９ｃ（補助随伴パターン）を設けている。。

以上説明した以上の技法は、以下のプロセスの密集パタ
ーン部に適用すると特に有効である。すなわち、第７Ｉ
図におけるプロセス・７Ｐ２，７Ｐ４，７Ｐ７．７Ｐ１
０．及び７Ｐ１２、実施例・８における露光プロセス・
２，４，９．１１．１８．２０．及び２２等である。な
お、マスク及び露光の方式は、オン・マスク位相シフト
でもマルチ・マスク位相シフトのどちらでもよい。

（１６）実施例・１６ 本実施例は本発明のウェハの露光に用いるフォト・レジ
ストの説明である。レジストは露光に用いる単色紫外光
源の波長によって、第１６Ａ図のうちから選択すること
ができる。

レジストは、例えば、０．６μｍの厚さにスピン・コー
タにより、ウェハの上土面の全面に均一に塗布する。

（１７）実施例・１７ 本実施例はペア・マスク又はマルチ・マスク位相シフト
法に用いるマスクの改良に関するものである。

第１７Ａ図は同法によるステップ・アンド・すビート型
５：１縮小投影露光装置の光学系の主要部の略式断面図
である。同図において、１７０２はＨｇランプ等の１線
等の紫外単色光源、１７０４はケーラー照明を形成する
照明光学レンズ系、Ｌは照明光、Ｌｌ及びＬ２は分割照
明光、１７１４ａ及びｂは主分割光及び副分割光に対応
する主マスク及び副マスク、１７５１ａは第１の孤立パ
ターンに対応する第１の束開口パターン、１７５４ｂは
第２の孤立パターンに対応する第２の束開口パターン、
１７５２ａ及びｌ　７５３ａは上記第２の束開口パター
ンに付随した第２の副開口パターン（すなわち、シフタ
）、１７５５ｂ及び１７５６ｂは上記第１の束開口パタ
ーンに随伴した第１の副開口パターン、１７４０ａ及び
ｂは、それぞれ第５Ｃ図に示すような光路長調整手段又
は同調整室、Ｌ−は合成光、１７１５は５：１縮小投影
レンズ系、１７０３は被露光ウェハ、１７０９は上記ウ
ェハ１７０３上に均一に塗布されたフォト・レジスト膜
である。

第１７Ｂ図は、多数の孤立パターンに対応する束開口パ
ターンがどのように主マスク及び副マスク上に分配され
るかを示す重ね合せマスク平面レイアウト図である。同
図において、１７１４ｂ上に１７１４ａを重ねたときの
マスク基板、１７３３は同時露光されるパターン部（ワ
ン・ショツト分）、破線の正方形内の実線による円は主
マスク１７１４ａ上の各束開口パターン、破線による円
は副マスク１７１４ｂ上の各束開口パターンである。

このように、束開口パターンを両マスク上に均等に分布
させることによって、両マスクの露光光による加熱をほ
ぼ同一かつ均一にすることができる。

（１８）実施例・１８ 第１８Ａ図は、本発明の一実施例の多マスク位相シフト
法（ベア・マスク・フェーズ・シフト法）を実施するた
めのステップ・アンド・リピート方式５：１縮小投影露
光装置（ステッパ）の露光光学系の模式正断面図である
。同図において、１８０２はＨｇランプのｉ線の如き露
光用光源（詳細は実施例・１０）、Ｌは原露光光束、Ｌ
、は分割された主露光光束、Ｌ２は同じく分割された副
露光光束、１８５１は光分割用ハーフミラ−１８０６を
収納するプリズム、１８４０は第２Ａ図の２０５、第５
Ｃ図、又は以下の例に示すような位相調整又は光路長調
整手段すなわちシフタ、１８０８ａ及び１８０７ｂはそ
れぞれ主光束及び副光束用ミラー　１８０４ａ及び１８
０４ｂはそれぞれケーラー＠明（Ｋ５ｈ　Ｉ　ｅ　ｒ　
）を形成するコンデンサー６を収納するプリズム、１８
４０は第２Ａ図の２０５、第５Ｃ図、又は以下の例に示
すような位相調整又は光路長調整手段すなわちシック、
１８０８ａ及び１８０７ｂはそれぞれ主光束及び副光束
用ミラー　１８０４ａ及び１８０４ｂはそれぞれケーラ
ー照ＩＭ　（Ｋδｈｌｅｒ）を形成するコンデンサーレ
ンズ、１８１４ａ及びｂはそれぞれ主及び副マスク、１
８５４は合成用ハーフミラ−１８１３を収納する合成用
プリズム、Ｌ′は合成用光束、１８１５は５：１縮小投
影レンズ系でｅｔ！ＪＩＬび１側の両側においてテレセ
ントリックに構成されている。

１８０３は被露光ウェハ、１８８１は第５Ａ図及び第１
９Ａ図に示すようなウェハ・ステージである。

本実施例においては、ウェハを貫通する主露光光軸と光
源を貫通する主照明光光軸が直交しているので、主及び
副分割光の光路をほぼ対称に構成することが比較的簡単
に行なえる。

なお、本装置は、位相シフト法に限らず、本願の他の実
施例に示した２つのマスクを用いる露光方法に広く適用
できることは、いうまでもない。

（１９）実施例・１９ 本実施例では、本発明のベア・マスク位相シフト法（マ
ルチ・マスク位相シフト法）を実施するための露光照明
系の具体例と露光光学系の他の一つの例を説明する。

第１９Ａ図は本実施例のステップ・アンド・リピート型
５：１縮小投影露光装置の露光光学系の模式正断面図で
ある。同図において、１９０２は超高圧水銀ランプ、１
９８２は楕円面鏡、Ｌは原露光照明光束、１９８３は第
１反射鏡（例えばＡΩミラー）、１９８５はシャッタ、
１９８６はフライアイ・レンズ、１９８７はアパーチャ
、１９８８はフィルタ（例えばショート・カット・フィ
ルタ）、１９８４は第２反射鏡（例えばコールド・ミラ
ー）、１９０４はケーラー照明を構成するコンデンサ・
レンズ、１９０６は原露光光束りを主及び副露光光束Ｌ
ｌ　＋　Ｌｌに分割するためのノ・−フミラー　１９４
０は他の実施例に示す光路長調整手段又は位相シフト板
（第２Ａ図の２０５、第５Ａ図の５４０ａ、ｂその他）
、１９０７ｂは副光束Ｌ２に対する偏向鏡、１９１４は
主パターン及び副パターンを搭載したマスク、１９６１
は他の例と同様にマスクを保持してＸＹＺ及びθ方向更
には傾きの調整を行なうマスク・ホールダ、１９６１ｃ
はその中央の開口部、１９６４ａ及びｂは主及び副光束
に対するそれぞれの物側投影レンズ系、１９４９ａは主
光束り、に対する偏向鏡、１９１３は主光束Ｌ１と副光
束Ｌ２を合成して合成光Ｌ′とするための合成用ハーフ
ミラー−１１９５４はハーフミラ−を収納するための合
成用プリズム、１９１５は先の物側レンズ系１９６４ａ
及び１９６４ｂとは別に物側及び像側の両側テレセント
リック（実施例・１１同様）に構成された５：１縮小投
影レンズ系の一部をなす像側レンズ系、１９０３は被露
光ウェハ、１９７６はθ駆動テーブルを兼ねるウェハ吸
着台、１９７７は上下方向すなわちＺ軸移動台、１９７
９は水平方向の一方向すなわちＸ軸移動台、１９８０は
水平方向の他の方向すなわちＹ軸移動台である。

本実施例では、マスク基板が単一なので、主及び副マス
ク間での合せが不要となる。

（２０）実施例・２０ 本実施例では、他の実施例で示した光路長調整手段又は
シフタ板として使用できる２次元局所可変シフタ板につ
いて説明する。

第２０Ａ図は本実施例の可変シフタを第１９Ａ図のシフ
ト板１９４０と置換又はそれに追加したときの、ステッ
パの簡略化正断面図である。同図において、２００２は
第１０Ａ図及び第１９Ａ図に示すような紫外又は遠紫外
光源、Ｌは原露光光束、２０９１は原露光光束のフィー
ルド上の座標（ｘ、ｙ）の位相を測定するための位相検
出器すなわちスキャナ、２００６は原露光光束りを主光
束り、と副光束Ｌ２に分割するための７１−フミラ２０
４０は主光束Ｌ□の座標（ｘ、ｙ）の位相と副光束Ｌ２
の同座標の位相との差△φ（ｘ。

ｙ）を局所的（各微小部分について）に所望の値に設定
するための２次元可変位相シフト板又はシフタ、Ｌｌ　
（ｘ、ｙ）及びＬｚ　（”＋　７）で各光束Ｌ１及びＬ
ｌの座標（ｘ、ｙ）の部分を示す。２０１４は、−枚の
マスク上の隔離した場所に主パターン及び副パターンを
搭載したマスクであり、図はマスクの各部の厚さが異な
り、マスク通過の際の位相のずれが座標（ｘ、ｙ）に依
存することを誇張して示す。２０４９ａは主光束Ｌ１の
ための偏向ミラー、２０１３は主光束Ｌ１及び副光束り
、を合成してＬ′を得るための合成用ハーフミラ−ψｘ
（Ｘ、り及びφｚ（ｘ、Ｙ）はそれぞれ合成直前の基準
面におけるＬ　１　（ｘ　ａ、ｙ　）−及びＬｘ　（１
９ｙ）　　の位相、２０１５はそれ単独で又は他のレン
ズ群とともに５°１縮小投影系を構成する投影レンズ系
で物側及び像側の両側においてテレセントリックに構成
されている。２００３は被露光半導体ウェハ、２０９２
はスキャナ２０９１により検出した座標（ｘ、ｙ）の分
割光間の位相差△φ（ｘ、ｙ）データに基づいて、全露
光フィールド（単位ショット）にわたって位相差△φを
一定均一な値に可変シフタ２０４０を制御するための可
変シフタ制御回路である。

第２０Ｂ図は前記第２０Ａ図の可変シフタ２０４０の一
主面の拡大図である。同図において、２０４０ａは多数
の正方形透明電極、２０４１は電極のない間隙部である
。この間隙部の幅をウェハ上での最少解像寸法に対応す
る寸法以下に設定すると、この間隙部に帰因するノイズ
を低減するのに有効である。先の正方形電極の一辺は、
例えば２０μｍ〜２００μｍ程度である。更に光路上で
の可変シフタ２０１４の位置は、それによって位相のば
らつきを補償すべき光学部材の光軸上の近傍にすること
がのぞましい。すなわち、単一ショット内の位相のばら
つきの最大の原因がマスク基板である場合は、マスクの
近傍の光軸上に配置することが効果的である。

第２０Ｃ図は上記第２０Ｂ図の可変シフタのＸ−Ｘ断面
図である。同図において、２０４２はポッケルス（Ｐｏ
ｃｋｅｌｇ）　　効果を有する電気光学結晶で第２０Ｄ
図に示すもののうちのいずれか一つ、２０４０ａ及びｂ
は対抗する正方形透明電極（セグメント）、２０４３は
透明絶縁膜である。この絶縁膜２０４３中に各セグメン
トに対して独立に所望の電圧を印加できるように最少解
像寸法（ウェハ上換算で）以下の幅の透明配線が形成さ
れている。先の可変シック制御回路２０９２は、これら
の配線を介して、多数のセグメントの電圧を制御するこ
とによって、単一ショットすなわち単一ステップ露光域
内における位相差△ψのばらつきの補償を行なう。

（２１）本願の記載を補足するための文献オン・マスク
位相シフト露光法に＋１．ｔ、る論理的説明、マスクの
作成方法、パターンの計算法、実験データ等については
、以下に記載されているので、それをもって本願実施例
の記載となす。すなわち、日本特願昭６３−２９５３５
０号（昭和６３年１１月２２日出願）及び日本特願平１
−２５７２２６号（平成１年１０月２日出１ｊｉ）並び
に、それに対応する米国特許出願０７／４３７，２６８
　（１９８９年１１月１６日出願）、日本特公昭６２−
５０８１１号、「日経マイクロデバイセズ」１９９０年
５月号７４〜７５頁、レベンスンらの「インプルービン
グ・レゾル−ジョン・イン・フォトリソグラフィー・ク
イズ・ア・フェイズ・シフティング・マスク」アイ・イ
ー・イー・イー・トランサクション・オン・エレクトロ
ン・デバイセズＥＤ−２９巻１２号１９８２年１２月発
行１８２８−１８３６頁（’Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　Ｒｅ
５ｏｌｕｔｉｏｎ　ｉｎＰｈｏｌｏｌｉｊｈｏｇｔａｐ
ｈ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｐｈａｓｅ−５ｈｉｌｊｉｎｇ　Ｍ
ａｓｋ”。

Ｌｅｖｅｎｓｏｎ　ｅ（ａｌ、　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ
ａｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ
、　ｖｏｌ、　ＥＤ−２９，隘１２　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ
　１９８２．　Ｐ。

１８２８−１８３６）　、伊藤らのｒ１μｍプロセス用
フォトマスクパターンの投影像歪み補正」日本電子通信
学会論文誌１９８５年５月ｖｏ１．　ｌ　６８　　（：
Ｎａ５第３２５〜３３２頁である。

日本特開昭６２−１７１１２３号には高圧水銀ランプ等
を用いた露光照明系が開示されているので、これをもっ
て本願実施例の記述となす。

日本特開昭６１−２２６２６号には、両側テレセントリ
ック構造の投影レンズ系の構成が示されているので、こ
れをもって本願実施例の記述の一部とする。

日本特開昭６１−４３４２０号には、電子線を用いたマ
スクの作成技術が開示されているので、これをもって本
願実施例の記述の一部となす。

［発明の効果コ 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、下記のとおりで
ある。

遮光領域及び透過領域からなる所定のパターンが形成さ
れたマスクに光を照射し、前記マスクの透過領域を透過
した光を被照射試料↓に照射することによって、前記マ
スクに形成された所定のパターンを前記被照射試料上に
転写する際、光源から発生する光を二つの光に分割し、
前記二つの光のそれぞれが前記マスクに達するまでの光
路長を変えることによって、前記マスクの異なる箇所を
通過した直後の二つの光の位相を互いに逆相とし、その
後前記二つの光を合成して前記被照射試料上に照射する
本願の露光方法によれば、マスク上の所定の透過領域を
透過した一方の光とマスク上の他の透過領域を透過した
もう一方の光とが被照射試料上において近接して配置さ
れる箇所では、それらの境界領域で二つの光が干渉して
弱め合うので、投影像のコントラストが大幅に改善され
る。

これにより、マスクの製造に多大な時間と労力とを要す
ることなく、パターンの転写精度を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の実施例・１の工である露光装置に設
けられた位相シフト機構の全体図、第１Ｂ図は、本発明
の上記実施例であるマスクの拡大断面図、 第１Ｃ図（ａ）、　　（ｂ）は、このマスクに形成され
た一対の回路パターンの平面図、 第１Ｃ図（ｃ）は、この一対の回路パターンを合成して
得られる回路パターンの平面図、第１Ｄ図（ａ）〜（ｅ
）は、第１Ｃ図（ａ）。 （ｂ）に示す回路パターンの透過領域を透過した光の振
幅、強度をそれぞれ示す説明図、第１Ｅ図（ａ）、　　
（ｂ）は、このマスクに形成された一対の位置合わせマ
ークの平面図、第１Ｅ図（Ｃ）は、この一対の位置合わ
せマークを合成して得られる回路パターンの平面図、第
１Ｆ図（ａ）、　　（ｂ）は、本発明の実施例・１の■
のマスクに形成された一対の回路パターンの他の例を示
す平面図、 第１Ｆ図（Ｃ）は、この一対の回路パターンを合成して
得られる回路パターンの平面図、第１Ｇ図（ａ）〜（ｅ
）は、第１Ｆ図（ａ）。 （ｂ）に示す回路パターンの透過領域を透過した光の振
幅、強度をそれぞれ示す説明図、第１Ｈ図（ａ）、　　
（ｂ）は、本発明の実施例・１の■のマスクに形成され
た一対の回路パターンの他の例を示す平面図、 第１Ｈ図（Ｃ）は、この一対の回路パターンを合成して
得られる回路パターンの平面図、第１Ｉ図（ａ）〜（ｅ
）は、第１Ｈ図（ａ）。 （ｂ）に示す回路パターンの透過領域を透過した光の振
幅、強度をそれぞれ示す説明図、第１Ｊ図（ａ）〜（ｄ
）は、従来のマスクの透過領域を透過した光の振幅、強
度をそれぞれ示す説明図、 第１Ｋ図（ａ）〜（ｄ）は、透明膜を設けた従来のマス
クの透過領域を透過した光の振幅、強度をそれぞれ示す
説明図である。 第２Ａ図は本発明の実施例・２である露光光学系の要部
構成図、 第２Ｂ図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第２Ａ図のマスクの
パターン構成の一例を示す要部平面図、（Ｃ）はそれら
パターンによって作られる所望パターンの平面図、 第２Ｃ図（ａ）、　　（ｂ）はそれぞれ第２Ａ図のマス
クのパターン構成の一例を示す要部平面図、（Ｃ）はそ
れらパターンによって作られる所望パターンの平面図、 第２Ｄ図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ第２Ａ図のマスクの
パターン構成の一例を示す要部平面図、（Ｃ）はそれら
パターンによって作られる所望パターンの平面図、 第２Ｅ図（ａ）〜（ｅ）は第２Ｂ図のマスクの透過領域
を透過した光の振幅及び強度を示す説明図、 第２Ｆ図（ａ）　〜（ｅ）、（ｄ−）は第２Ｃ図のマス
クの透過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図
、 第２Ｇ図（ａ）〜（ｅ）は第２Ｄ図に示したマスクの透
過領域を透過した光の振幅及び強度を示す説明図、 第２Ｈ図はマスクの断面図、 第２■図（ａ）〜（ｃ）は、本発明の装置に使用するパ
ターンの位置合わせ方法の説明図、第３Ａ図は本発明の
実施例・３に係るステップアンド・リピート型５：１縮
小投影露光装置の露光光学系の概要を示す模式正断面図
、 第３Ｂ図は、本発明の上記実施例の周期的又は準周期的
ライン・アンド・スペース・パターンに対応するマスク
の断面図、 第３Ｃ図（ａ）は、上記実施例の段差を有する周期パタ
ーンに対応する主マスク・パターン（ポジ・マスク）、 同図（ｂ）は、同様にサブ・マスク・パターン、同図（
ｃ）は、合成量ロバターンの平面図、同図（ｄ）は、被
露光ウェハ上の製造途上にある半導体集積回路装置の周
期段差部の断面図、第３Ｄ図は上記実施例のＬｌ　＋　
Ｌ２の位相差φを（２ｎ＋１）πより前後にずらせた場
合の主及びサブ・パターンに対応する像面のずれの様子
を示す線図、 第３Ｅ図（ａ）は上記実施例の位相シフト合せ用マーク
の内、主パターン部に形成されたものを示す平面図、 第３Ｅ図（ｂ）は、同サブ・パターン部に形成された位
相合せ月開口パターンの平面図、第３Ｅ図（ｃ）は、こ
れらの合成時の投影パターンである。 第４Ａ図は本発明の実施例・４のステンパ装置の模式断
面図である。 第５Ａ図は、本発明の実施例５のステップ・アンド・リ
ピート型５°１縮小投影露光装置の露光投影光学系の模
式正断面図、 第５Ｂ図は上記同装置の露光光源及び照明（露光用）光
学系の模式正断面図、 第５Ｃ図は同装置の位相差設定手段の拡大断面図、 第５Ｄ図は同装置のウェハ保持部の上面図である。 第６Ａ図は本発明の実施例・６に係る孤立帯状正方形パ
ターンに対応するマスク ・パターン平面 図、 第６Ｄ図は本発明の実施例・ ６に係る ｌＪ 字 型パターンに対応するマスク・パターン平面図、第６Ｅ
図は上記第６Ｄ図の変形例に係る「Ｌ」字型パターンに
対応するマスク・パターン平面図、第６Ｆ図は、本発明
の実施例・６に係る屈曲孤立帯状パターンに対応するマ
スク・パターン平面図、 第６Ｇ図は上記第６Ｆ図の変形例に係る屈曲孤立帯状パ
ターンに対応するマスク・パターン平面図、 第６Ｈ図は本発明の実施例６・に係る等周期帯状パター
ンに対応するマスク・パターン平面図である。 第７Ａ図は本発明の実施例・７に係る露光ステップを示
すウェハ上面図、 第７Ｂ図は本発明の実施例・７に係る露光方法における
単位露光領域を示す平面図、 第７Ｃ−Ｅ図は本発明の実施例・７に係るポジ・プロセ
スを示すフロー断面図、 第７Ｆ−Ｈ図は本発明の実施例・７に係るネガ・プロセ
スを示すフロー断面図、 第７■図は本発明の実施例・７に係るツイン・ウェルＳ
ＲＡＭプロセスにおけるフォトリングラフィ工程を示す
全体フロー図、 第７３−Ｐ図は本発明の上記第７１図に対応するＳＲＡ
Ｍのウェハ工程のフロー断面図、第７Ｑ図は上記ＳＲＡ
Ｍのチップ領域の平面レイアウト図である。 第８Ａ〜０図は本発明の実施例・８に係るＤＲＡＭのウ
ェハ工程を示すフロー断面図、第８Ｐ図は上記ＤＲＡＭ
のチップ領域の平面レイアウト図、 第８Ｑ図は上記ＤＲＡＭのメモリ・セル領域の単位並進
周期の平面レイアウト図である。 第９Ａ図は近接したパターンの位相が同位相である場合
の光の振幅強度及びエネルギー強度の分布を説明するた
めのグラフ、 第９Ｂ図は上記第８図と同様に位相が１８０゜（相対的
に）異なる場合の同分布グラフ、第９Ｃ図は本発明の縮
少投影の原基Ｅ説用するための光学系の模式断面図であ
る。 第１０Ａ図は本発明の露光方法に用いる露光用単色光源
の諸条件を示す図表である。 第１１Ａ図は物側のテレセントリック構成を利用して、
投影レンズ系を全て共通にした本発明の実施例１１の５
：１縮小投影露光装置の簡略化正断面図である。 第１２Ａ図は本発明の実施例・１２のマスク検査装置の
簡略化正断面図である。 第１３Ａ図は相互にコヒーレントでない２つの光源を用
いる本発明の実施例・１３のステップ・アンド・リピー
ト型５・１縮小投影露光装置の簡略化正断面図である。 第１３Ｂ図は上記第１３Ａ図の露光方法によって露光さ
れる単位露光領域のレイアウトを示すマスク又はウェハ
平面図である。 第１４Ａ図は本発明の実施例・１４の露光方法の説明の
ための（相互にコヒーレントでない光源を使用する）ス
テップ・アンド・リピート型縮小投影露光装置の簡略化
正断面図、 第１４Ｂ図は上記第１４Ａ図の方法における単位置光域
（マスク又はウェハ）の平面レイアウト図、 第１４Ｃ図は上記第１４Ａ図の方法に使用するマスクの
平面パターン図である。 第１５Ａ図は本発明の実施例・１５の準周期パターンに
対応するウェハ上のパターン平面図、第１５Ｂ図は上記
実施例の他の準周期パターンに対応するウェハ上のパタ
ーン平面図、第１５Ｃ図は上記実施例の更に他の準周期
パターンに対応するウェハ上のパターン平面図である。 第１５Ｄ図は上記第１５Ａ図のウェハ上のパターンに対
応するオン・マスク又はマルチ・マスク位相シフト法に
おけるマスクの平面レイアウト図又は重畳平面レイアウ
ト図である。 第１５Ｅ図及び第１５Ｆ図はそれぞれ第１５Ｂ図及び第
１５Ｃ図に対応する同様な平面レイアウト図である。 第１６Ａ図は本発明の実施に使用されるフォトレジスト
の一覧図表である。 第１７Ａ図は本発明の実施例・１７に係る随伴パターン
を２つのマスク上に相互に分割搭載する露光方法を示す
ステップ・アンド・リピート型５：１縮小投影露光装置
の簡略化正断面図、第１７Ｂ図は同方法を説明するため
の重畳マスクパターン図である。 第１８Ａ図は本発明の実施例・１８に係る簡易型マルチ
・マスク・ステッパの正断面図である。 第１９Ａ図は本発明の各実施例の露光装置の個別照明光
源の構成を説明するため及び実施例・１９に係る単一マ
スク基板によるペアマスク（パターン）露光装置（ステ
ッパ）の正断面図である。 第２０Ａ図は本発明の実施例・２０に葆る二次元位相合
せ装置の全体構成図、 第２０Ｂ図は同二次元位相シフト板の上面図、第２０Ｃ
図は同二次元位相シフト板の断面図、第２０Ｄ図は同位
相シフト板に用いる電気光学効果を有する結晶の一覧図
表である。 第 図 第 Ｆ 図 第 １Ｇ 図 第 Ｈ 図 第 図 第 に 図 第 図 第 図 （ｂ） 第 Ｃ 図 （ｂ） （Ｃ） 第 図 （ｂ） （Ｃ） 第 Ｅ 図 第 Ｅ 図 （Ｃ） １離 第 図 （ｄ） （ｄ′） 第 ２Ｆ 図 第 図 （ｂ） 第 図 第 Ｇ 図 皿離 第 工 図 （ｂ） 第 Ａ 図 第 Ｂ 図 ６どコ 第 Ｃ 図 （ｂ） （Ｃ） ＋ｄ） ａ Ｂ 國 Ｄ 第 図 第 Ｅ 図 （ｂ） 第 ４Ａ図 第 図 第 図 第 図 第 Ａ 図 第 図 １２ｄ 第 Ｃ 図 １２ｄ 第 ６５図 第 Ｇ 図 第 ７Ａ 図 第 Ｂ 図 第 ７０図 第 Ｄ 図 ０Ｂ 第 Ｅ 図 第 ７Ｆ図 第 ７Ｇ ５４ｘ 図 第 ７日 図 図 第 ８Ａ メ七リアし ０Ｂ ６４ｂ 第 ８Ｃ メモ ノ　アしイ部 ６７ｃ 第 Ｄ 〆乞 アし 柘 ８７２ｂ 第 Ｅ 区 ｎ子マネ）し ７２Ｃ ７２ｄ ７２ｅ 第 Ｆ メ七す レイギＥ ＼ 第 Ｇ 第 Ｈ 第 図 メモリアし羽化 第 図 第 に ノ七リアしイ部 第 し し メモ ア 第 図 第 Ｎ メモツアレイ 第 ８゜ ８９ｂ 第 ８０図 ７１Ｃ 第 Ａ 図 第 Ｂ 図 第 １Ａ 図 １ｏ３ 第１２Ａ図 第１３Ａ図 第 １３Ｂ図 第 １４Ａ図 第 １４８図 第 ４Ｃ 図 第 １５Ａ図 第 １５８図 第 １５Ｃ図 第 １５Ｅ図 第１５Ｆ図 第 １６八図 第 １７４図 第 ７Ｂ 図 第 １８Ａ 図 第２０Ａ図 第 ２０８図 第２０Ｃ図 第 ２０Ｄ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、遮光領域および透過領域からなる所定のパターンが
   形成されたマスクに光を照射し、前記マスクの透過領域
   を透過した光を被照射試料上に照射することによって、
   前記マスクに形成された所定のパターンを前記被照射試
   料上に転写する露光方法であって、光源から発生する光
   を二つの光に分割し、前記二つの光のそれぞれが前記マ
   スクに達するまでの光路長を変えることによって、前記
   マスクの異なる箇所を通過した直後の二つの光の位相を
   互いに逆相とし、その後前記二つの光を合成して前記被
   照射試料上に照射することを特徴とする露光方法。 ２、光源から発生する光を二分割する光分割手段と、前
   記光分割手段によって分割された光のそれぞれが前記マ
   スクに達するまでの光路長を変えることによって、前記
   マスクの異なる箇所を通過した直後の光の位相を互いに
   逆相とする光路長可変手段と、前記マスクを通過した二
   つの光を合成して前記被照射試料上に照射する光合成手
   段とからなる位相シフト機構を有することを特徴とする
   請求項１記載の露光方法に用いる露光装置。 ３、第一の回路パターンの透過領域を透過した光と、第
   二の回路パターンの透過領域を透過した光とが被照射試
   料上において近接して配置されるような一対の回路パタ
   ーンを有していることを特徴とする請求項１記載の露光
   方法に用いるマスク。 ４、それぞれ遮光領域及び透過領域を備えた第１のパタ
   ーン、第２のパターンを有し、該２種類のパターンに位
   相差のある少なくとも部分的にコヒーレントな２つの光
   を照射し、それらの光の透過パターンを合成して、被照
   射試料上で所望のパターンを作成するためのマスクであ
   って、前記所望パターンの精度が要求される境界部にて
   、第１のパターンの透過領域を透過した光と、第２のパ
   ターンの透過領域を透過した光とが干渉して弱めあうよ
   うに、前記第１のパターン及び第２のパターンを同一基
   板上に、又は前記第１のパターンと前記第２のパターン
   とを別々に２枚の基板上に構成したことを特徴とするマ
   スク。 ５、少なくとも部分的にコヒーレントな光束を発生する
   光源と、該コヒーレントな光束を２つに分割するための
   光束分割手段と、該光束分割手段から再度光束を合成す
   るまでの光路のいずれか一方に置かれた光学位相シフト
   部材と、第１のパターン及び第２のパターンを透過した
   光束を単一の光束に合成する光学系と、該単一の光束を
   被照射試料に縮小して投影する光学系とを有し、 前記光学位相シフト部材により、第１のパターンを透過
   する光と第２のパターンを透過する光の位相を１８０度
   までずらし、被照射試料上で合成した所望のパターンを
   作成するようにしたことを特徴とするマスクを用いた露
   光装置。 ６、前記請求項４記載のマスク上の第１のパターンと第
   ２のパターンに、それぞれ位相差のある少なくとも部分
   的にコヒーレントな２つの光を照射し、それらの光の透
   過パターンを合成して、被照射試料上で所望パターンを
   作成することを特徴とするマスクを用いた露光方法。 ７、少なくとも一つの軸方向に多数の周期にわたって、
   マスク上のほぼ周期的な開口パターンを縮小投影法によ
   り被露光板状物上の感光性膜上に転写する場合において
   、露光方法は以下よりなる： （ａ）上記ほぼ周期的な開口パターンを有するマスクと
   被露光板状物の相互位置合せを行なうこと； （ｂ）上記位置合せされた上記マスクに紫外又は遠紫外
   の単色光束を上記マスク上の所定のパターンをおおうよ
   うに、ほぼ上記マスク面に垂直に照射すること； （ｃ）上記開口パターンを通過した単色光束をレンズ手
   段により集光することにより、上記開口パターンの縮小
   像を上記板状物上の上記感光膜上に結像すること； ここにおいて、上記開口パターンのうち、奇数列と偶数
   列の開口パターンを通過した光の位相差が（２ｎ＋１）
   π、〔ここでｎは整数〕以外の値になるように、上記奇
   数列と偶数列の開口パターン部のマスクの光学距離の差
   が設けられている。 ８、上記請求項第７項の露光方法において、上記奇数列
   と偶数列の開口パターン部のマスクの光学距離の差は、
   上記奇数列と偶数列の開口パターンのいずれか一方の開
   口部に付加的な透明膜を形成することによって設定する
   。 ９、以下の構成よりなる縮小投影露光装置： （ａ）露光用の紫外又は遠紫外の単色光源； （ｂ）上記露光用光源より放出された露光用光束を分割
   して、主光束と副光束とするための光束分割手段； （ｃ）上記主光束をその第１の主面にほぼ垂直に照射し
   、その開口パターンに対応する部分から上記主光束の一
   部を透過させるための主マスク基板を載置するための主
   マスク保持手段； （ｄ）上記副光束をその第１の主面にほぼ垂直に照射し
   、その開口パターンに対応する部分から上記副光束の一
   部を透過させるための副マスク基板を載置するための副
   マスク保持手段； （ｅ）上記透過した主光束及び副光束を合成して少なく
   とも一つの合成光束を放出するための光束合成手段； （ｆ）上記合成光束を縮小投影により被露光ウェハの主
   面上に結像させるための複数のレンズからなる投影光学
   系； （ｇ）上記被露光ウェハの上記主面上のレジスト膜に上
   記投影光学系による像面が一致するように上記ウェハを
   保持するためのウェハ保持手段； （ｈ）上記主光束及び副光束の光路内において、上記主
   光束と副光束間の相対的な位相差を制御するための第１
   の位相制御手段。 １０、上記請求項第９項の縮小投影露光装置は、更に以
   下の構成よりなる： （ｉ）上記主光束及び副光束の光路の内、上記第１の位
   相制御手段により位相制御が行なわれる側と反対の光路
   内において位相を制御するための第２の位相制御手段。 １１、上記請求項第１０項の縮小投影露光装置において
   、上記第１及び第２の位相制御手段を調整することによ
   り、上記主光束及び副光束間の光路長は位相シフトに必
   要な以外、ほぼ等しくされた状態で露光が行なわれる。 １２、以下の構成よりなる縮小投影露光装置： （ａ）露光用の紫外又は遠紫外の単色光源； （ｂ）上記露光用光源より放出された露光用光束を分割
   して、主光束と副光束とするための光束分割手段； （ｃ）上記主光束をその第１の主面にほぼ垂直に照射し
   、その開口パターンに対応する部分から上記主光束の一
   部を透過させるための主マスク基板を載置するための主
   マスク保持手段； （ｄ）上記副光束をその第１の主面にほぼ垂直に照射し
   、その開口パターンに対応する部分から上記副光束の一
   部を透過させるための副マスク基板を載置するための副
   マスク保持手段； （ｅ）上記透過した主光束及び副光束を合成して少なく
   とも一つの合成光束を放出するための光束合成手段； （ｆ）上記合成光束を縮小投影により被露光ウェハの主
   面上に結像させるための複数のレンズからなる投影光学
   系； （ｇ）上記被露光ウェハの上記主面上のレジスト膜に上
   記投影光学系による像面が一致するように上記ウェハを
   保持するためのウェハ保持手段； （ｈ）上記主光束及び副光束の光路内において、上記主
   光束と副光束間の相対的な位相差を制御するための第１
   の位相制御手段； ここで、上記第１の位相制御手段を調整することにより
   、上記露光用光源から上記主マスク及び副マスクまでの
   それぞれの光路長が位相シフトに必要な以外、ほぼ等し
   くされた状態で露光が行われる。 １３、上記請求項第１２項の縮小投影露光装置において
   、上記第１の位相制御手段を調整することにより、上記
   ウェハの主面から上記主マスク及び副マスクまでのそれ
   ぞれの光路長が位相シフトに必要な以外、ほぼ等しくさ
   れた状態で露光が行われる。 １４、少なくとも一つのマスク上のパターンを縮小投影
   露光光学系によりウェハ上に転写する露光方法は、以下
   よりなる： （ａ）露光用の紫外又は遠紫外の単色光源からの露光光
   束を主光束と副光束に分割すること： （ｂ）上記縮小投影露光光学系の解像限界の近傍にあた
   る最小寸法の主開口パターンを有する主マスクの第１主
   面にほぼ垂直に上記主光束を照射し、上記主マスクの第
   ２主面側から透過した主光束を射出させること； （ｃ）上記縮小投影露光光学系の解像限界より充分に小
   さい最小寸法の随伴開口パターンを有する副マスクの第
   １主面にほぼ垂直に上記副光束を照射し、上記副マスク
   の第２主面側から透過した副光束を射出させること； （ｄ）上記射出主光束と副光束を所望の位相差で合成し
   て、合成光束を射出させること；（ｅ）上記射出合成光
   束を上記縮小投影露光光学系の縮小投影レンズ系により
   被露光ウェハの主面上のフォトレジスト膜上に上記主光
   束と副光束の対応する部分が干渉して鮮明な像を結像す
   るように投影すること。 ５、上記請求項第１４項の露光方法において、上記所望
   の位相差は実質的に（２ｎ＋１）π；（ここでｎは整数
   ）である。 ６、少なくとも一つのマスク上のパターンを縮小投影露
   光光学系によりウェハ上に転写する露光方法は、以下よ
   りなる： （ａ）露光用の紫外又は遠紫外の単色光源からの露光光
   束を主光束と副光束に分割すること； （ｂ）上記ウェハ上に転写されるべき少なくとも一つの
   軸方向に周期的なパターンの内、奇数列に対応する上記
   縮小投影露光光学系の解像限界の近傍にあたる最小寸法
   の主開口パターンを有する主マスクの第１主面にほぼ垂
   直に上記主光束を照射し、上記主マスクの第２主面から
   透過した主光束を射出させること； （ｃ）上記周期的なパターンの内、偶数列に対応する上
   記縮小投影露光光学系の解像限界の近傍にあたる最小寸
   法の副開口パターンを有する副マスクの第１主面にほぼ
   垂直に上記副光束を照射し、上記副マスクの第２主面か
   ら透過した副光束を射出させること； （ｄ）上記射出主光束と副光束を所望の位相差で合成し
   て、合成光束を射出させること；（ｅ）上記射出合成光
   束を上記縮小投影露光光学系の縮小投影レンズ系により
   被露光ウェハの主面上のフォトレジスト膜上に上記主光
   束と副光束が干渉して上記周期パターンに対応する鮮明
   な周期パターンを結像させること。 １７、上記請求項第１６項の露光方法において、上記所
   望の位相差は実質的に（２ｎ＋１）π；（ここでｎは整
   数）である。 １８、上記請求項第１７項の露光方法において、上記所
   望の位相差は上記奇数列および偶数列の開口パターンに
   対応するウェハ上のパターンが異なる最良面を形成する
   ように（２ｎ＋１）π；（ここでｎは整数）の値より前
   後にずらされている。 １９、紫外又は遠紫外の単色光を用い所望のパターンを
   縮小投影露光する半導体集積回路装置の製造方法は、以
   下の工程よりなる： （ａ）被露光ウェハ上にポジ型レジスト膜を形成した状
   態で、第１及び第２のマスク上のパターンを単一のパタ
   ーンに光学的に合成して、上記ウェハ上に縮小投影露光
   することによりコンタクト・ホールを開口するためのレ
   ジスト・パターンを形成する工程。 ２０、上記請求項第１９項の半導体集積回路装置の製造
   方法は、更に以下の工程よりなる： （ａ）被露光ウェハ上にネガ型レジスト膜を形成した状
   態で、第３及び第４のマスク上のパターンを単一のパタ
   ーンに光学的に合成して、上記ウェハ上に縮小投影露光
   することにより上記ウェハ上に帯状パターンを形成する
   ためのレジスト・パターンを形成する工程。 ２１、少なくとも一つのマスク上のパターンを縮小投影
   露光光学系によりウェハ上に転写する露光方法は、以下
   よりなる： （ａ）第１のマスクに単色光を照射して、その開口パタ
   ーンから第１の透過光を射出すること（ｂ）第２のマス
   クに上記単色光と同一波長の単色光を照射して、その開
   口パターンから第２の透過光を射出すること： （ｃ）上記第１及び第２の透過光を光学的に合成し、そ
   の合成光を上記縮小投影露光光学系の両側テレセントリ
   ック構成の投影レンズ系により上記ウェハ上のフォトレ
   ジスト膜上に結像させること。 ２２、上記請求項第２１項の露光方法において、上記第
   １及び第２のマスクを照射する光は、異なる光源から供
   給される。 ２３、上記請求項第２１項の露光方法において、上記第
   １及び第２のマスクを照射する２つの照射光は相互に干
   渉性を有さない。 ２４、上記請求項第２３項の露光方法において、上記第
   １のマスク上のパターンと第２のマスク上のパターンは
   上記ウェハ上の異なる像面に結像される。 ２５、上記請求項第２１項の露光方法において、上記第
   １及び第２のマスクを照射する第１及び第２の照射光は
   相互に干渉性を有する。 ２６、上記請求項第２５項の露光方法において、上記第
   １及び第２の照射光は単一つ光源から供給される。 ２７、上記請求項第２６項の露光方法において、上記第
   １のマスク上には、以下のものが形成されている： （ａ）上記露光光学系の解像限界近傍の最小寸法の主開
   口パターン； （ｂ）上記露光光学系の解像限界より充分小さい寸法の
   上記主開口パターンに対応するシフト層を有するシフタ
   開口パターン。 ２８、上記請求項第２６項の露光方法において、上記第
   １のマスク上には、上記露光光学系の解像限界近傍の最
   小寸法の第１の主開口パターンが形成されており、上記
   第２のマスク上には、上記露光光学系の解像限界近傍の
   最小寸法の第２の主開口パターンが形成されており、更
   に上記第１のマスク上には上記第２の主開口パターンに
   対応する第１の随伴パターンが形成されており、上記第
   ２のマスク上には上記第１の主開口パターンに対応する
   第２の随伴パターンが形成されており、これらの第１及
   び第２の随伴パターンは上記露光光学系の解像限界より
   も充分に小さい寸法を有する。 ２９、上記請求項第２１項の露光方法において、上記第
   １及び第２のマスクは単一の石英基板上に形成されてい
   る。 ３０、上記請求項第２４項の露光方法において、上記ウ
   ェハ上に結像された上記第１及び第２のマスク上の開口
   パターンに対応するパターンは、その一連の結像面上に
   おいて、単連結又は多重連結な２次元図形の内外部にそ
   れぞれ分離可能なように配置されている。 ３１、上記請求項第３０項の露光方法において、上記図
   形の内部のパターンは、メモリ・セル・アレー部に対応
   するものである。 ３２、上記請求項第３１項の露光方法において、上記図
   形の内部のパターンは、メモリ・セル・アレー上の多数
   のコンタクト・ホール又はスルーホールに対応するパタ
   ーンであり、上記図形の外部のパターンは、周辺回路上
   の多数のコンタクト・ホール又はスルーホールに対応す
   るパターンである。 ３３、第１群の開口パターンと′それと（２ｎ＋１）π
   ；（ここでｎは整数）の位相差を発生させるようにした
   第２群の開口パターンを有するマスクの検査方法におい
   て、被検査マスクと被検査マスクと同一の平面開口パタ
   ーンを有するが、上記第１群の開口パターンと第２群の
   開口パターン間に位相差を生じない基準マスクとを相互
   に干渉性を有する光束で照射し、それぞれの透過光束を
   光学的に合成することにより欠陥部分を検出するマスク
   の検査方法。 ３４、上記請求項第３３項のマスクの検査方法において
   、上記各マスクのパターンは、上記合成の前又は後にお
   いて、等倍又は拡大投影される。 ３５、第１群の開口パターンを有する第１のマスクと所
   定の露光工程によっては解像しえない寸法の第２群の開
   口パターンを有する第２のマスクを同時に検査するため
   のマスクの検査方法は、以下よりなる： （ａ）上記第１のマスクを第１の光束で照射し、第１の
   射出光束を射出させること； （ｂ）上記第２のマスクを第２の光束で照射し、第２の
   射出光束を射出させること； （ｃ）上記第１及び第２の射出光束を上記第２群のパタ
   ーンが解像されるような倍率又は縮小率で投影するとと
   もに合成して結像させること。 ３６、上記請求項第３５項のマスクの検査方法において
   、上記第１の光束と第２の光束は相互に干渉性を有しな
   い。 ３７、所定の露光工程によっては解像しえない同一であ
   るべき開口パターンを有する２つのマスクの開口パター
   ンを相互に（２ｎ＋１）π；（ここで、ｎは整数）の位
   相差をもたせて、上記２つのマスク上の開口パターンが
   解像されるような倍率又は縮小率で合成投影することを
   特徴とするマスクの検査方法。 ３８、投影露光系の解像限界近傍の最小寸法のライン・
   アンド・スペース・パターンを縮小投影露光によりウェ
   ハ上に投影結像するマスク上のパターンの露光方法にお
   いて、上記マスクは次のパターンを有する： （ａ）一つの軸方向に周期的に設けられた多数の帯状主
   開口パターン、 ここで、隣接する上記主開口パターンは相互にπ又はそ
   れと等価な位相差を発生するようにされている： （ｂ）上記周期的な多数の主開口の内、端部の主開口の
   外側に近接して設けられた上記端部の主開口の長手方向
   にそって延在する上記露光光学系では解像しえない線幅
   をもつ帯状の随伴開口パターン、 ここで、上記随伴開口パターンは、上記端部の主開口パ
   ターンのほぼ全長にわたり延在し、上記端部の主開口部
   とπ又はそれと等価な位相差を与えるようにされている
   。