JPH07140642A - フォトマスクおよび縮小投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】縮小投影露光装置において、焦点深度を低下さ
せることなく解像力を向上させる。 【構成】光源５１からの露光光は、フライアイ・レンズ
５２によって均一な光束Ｑとなり、アパーチャ・ストッ
プ５３の光出射部５３ａからコンデンサ・レンズ５４を
介してマスク１１に入射される。その光束Ｑは凹凸部１
２によって回折され、光束Ｑの光軸Ｊとは別の方向の±
１次回折光α，βが発生する。±１次回折光α，βは、
光束Ｑの光軸Ｊに対して斜め方向から回路パターン５６
へ入射して回折される。このとき、±１次回折光α，β
の進行方向と同じ方向の０次回折光と、別の方向の±１
次回折光δ，γおよびそれ以上の高次の回折光（図示
略）が発生する。＋１次回折光δと０次回折光とは、投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８を通して投影レンズ
５７の像面に向けられ、ウェハ５９の表面に回路パター
ン５６を結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォトマスクおよび縮小
投影露光装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化は、超微細加
工技術、特にフォトリソグラフィ技術の進展に大きく依
存している。現在、フォトリソグラフィ技術の加工精度
はサブミクロンレベルに達している。フォトリソグラフ
ィ装置で中核を成すものが、縮小投影露光装置（ステッ
パ）であり。この装置の解像力が半導体デバイスの将来
を担っているといっても過言ではない。

【０００３】これまで、縮小投影露光装置の解像力を向
上させるためには、縮小投影レンズ系の開口数（NA；Nu
merical Aperture）を高くすることが主に行われてき
た。しかし、NAを高くすると、半導体デバイス製造にと
って重要なファクタである縮小投影レンズ系の焦点深度
（DOF ；Depth Of Focus）が低下するという問題が生じ
る。これは、式（１）に示すように、DOF がNAの二乗に
反比例するためである。

【０００４】DOF を低下させることなく更なる解像力の
向上を達成するには、レーリーの式（２）に示すよう
に、露光光の短波長化が有効である。 DOF ＝λ／（NA）² ……（１） Ｒ＝k1・λ／NA ……（２） （Ｒ；縮小投影レンズ系の解像度、k1；プロセスファク
タ〔通常0.7 〜0.8 〕、λ；露光光の波長） 従来、露光光としては、高圧水銀灯のｇ線（436nm ）が
使用されてきたが、サブミクロンレベルの加工精度が要
求されるようになってきた現在では、高圧水銀灯のｉ線
（365nm ）の使用が主流になりつつある。また、クオー
ターミクロンレベルの加工精度を達成するためには、露
光光の短波長化を更に進めて高解像力を得る方法である
ｄｅｅｐＵＶリソグラフィ（ＫｒＦエキシマレーザやＡ
ｒＦエキシマレーザを用いる縮小レンズ方式、超高圧水
銀灯を用いる反射縮小方式、等）の研究が行われてい
る。

【０００５】一方、露光光の短波長化とは異なる方法と
して、位相シフトマスクを使用する位相シフト法、
変形光源による照明を使用する変形照明法、などが開発
されている。これは、光源やレジストの開発の遅れなど
により、ｄｅｅｐＵＶリソグラフィが工業的に十分に完
成されていないためである。

【０００６】これら露光光の短波長化とは異なる方法を
用いることにより、理論的には、位相シフト法ではプロ
セスファクタk1を0.35程度に、また、変形照明法ではプ
ロセスファクタk1を0.45程度に、それぞれすることがで
きるとされている。そのため、位相シフト法または変形
照明法を使用すれば、現在主流であり工業的に完成して
いるｉ線光源によっても、クオーターミクロンレベルの
加工精度を十分に達成することが可能となる。

【０００７】図４０は、従来の縮小投影露光装置の構成
を示す概略図である。５１は高圧水銀灯と反射器とから
成る光源、５２はフライアイ・レンズ、５３はアパーチ
ャ・ストップ、５４はコンデンサ・レンズ、５５はマス
ク、５６はマスク５５上に形成された回路パターン、５
７は投影レンズ、５８は投影レンズ５７のフーリエ変換
面、５９はレジストを塗布したウェハ、である。光源５
１とフライアイ・レンズ５２とアパーチャ・ストップ５
３とコンデンサ・レンズ５４とから照明光学系が構成さ
れている。また、従来型のアパーチャ・ストップ５３
は、円形の光出射部５３ａが中心に透設された円板状を
成しており、光出射部５３ａ以外の部分は露光光を透過
しない材質で形成されている。

【０００８】光源５１から出射された露光光は、フライ
アイ・レンズ５２によって均一な光束となり、アパーチ
ャ・ストップ５３の光出射部５３ａからコンデンサ・レ
ンズ５４を介してマスク５５に入射される。

【０００９】そして、マスク５５に入射した光束は、マ
スク５５上に形成された回路パターン５６によって回折
される。このとき、発生する回折光は、入射する光束の
進行方向と同じ方向の０次回折光と、入射する光束の進
行方向とは別の進行方向の±１次回折光およびそれ以上
の高次の回折光（図示略）とからなっている。

【００１０】そして、回折光の中で０次回折光と±１次
回折光とは、投影レンズ５７のフーリエ変換面５８を通
して投影レンズ５７の像面に向けられ、ウェハ５９の表
面に回路パターン５６を結像させる。

【００１１】図４１に、投影レンズ５７のフーリエ変換
面５８における光分布を示す。ここで、マスク５５上に
形成された回路パターン５６は縦の線だけから成る縞模
様とし、その各線のピッチPrは数μm 程度とする。ま
た、アパーチャ・ストップ５３の光出射部５３ａの半径
（コヒーレンシーファクタσ）は0.1 程度とする（但
し、後記するように、実際に用いられるコヒーレンシー
ファクタσは通常0.5 〜0.6 程度）。

【００１２】図４１においては、０次回折光の光分布６
１と＋１次回折光の光分布６２と−１次回折光の光分布
６３とが生じ、各回折光の光分布６１，６２，６３の振
幅比が１：2/π：2/πとなっている。また、０次回折光
の光分布６１と±１次回折光の光分布６２，６３との間
隔ｔは、回路パターン５６のピッチPrに依存しているた
め、ピッチPrが小さくなればなるほど大きくなる。その
ため、回路パターン５６が微細化してピッチPrが小さく
なると、±１次回折光の光分布６２，６３が投影レンズ
５７のフーリエ変換面５８の外に出てしまうことにな
る。すなわち、図４０においては、０次回折光と±１次
回折光との回折角θA が大きくなり、±１次回折光が投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８の外に出てしまうこ
とになる。

【００１３】ところで、ウェハ５９表面に結像した回路
パターン５６のコントラストに寄与するのは、０次の回
折光成分ではなく高次の回折光成分である。通常の縮小
投影露光装置においては、±２次以上の高次の回折光を
捕捉するとなると投影レンズ５７の口径が非常に大きく
なる点や、±２次以上の高次の回折光の強度が低い点な
どから、±１次回折光によって必要なコントラストを得
ている。

【００１４】従って、±１次回折光の光分布６２，６３
が投影レンズ５７のフーリエ変換面５８の外に出てしま
うと、ウェハ５９表面に結像した回路パターン５６のコ
ントラストが低くなり、最終的には結像しなくなってし
まう。

【００１５】尚、前記したようにアパーチャ・ストップ
５３の光出射部５３ａの半径（コヒーレンシーファクタ
σ）を0.1 程度としたのは、通常の値（0.5 〜0.6 ）と
すると、各回折光の光分布６１，６２，６３が重なって
説明が分かり難くなるためである。

【００１６】このように、従来の縮小投影露光装置にお
いては、回路パターン５６が微細化してピッチPrが小さ
くなると、０次回折光の光分布６１と±１次回折光の光
分布６２，６３との間隔ｔが大きくなる（０次回折光と
±１次回折光との回折角θAが大きくなる）という問題
があった。

【００１７】そこで、位相シフト法では、０次回折光を
無くして±１次回折光の間隔を小さくし、±１次回折光
の光分布が投影レンズ５７のフーリエ変換面５８の外に
出てしまわないようにしている。

【００１８】位相シフト法は、マスクの光透過部分に選
択的に透明膜（位相シフタ）を形成した位相シフトマス
クを用いることにより、位相の異なる光の相互干渉を利
用し、光学像のコントラストを増加させるものである。
この位相シフト法では、従来の縮小投影露光装置をその
まま使用してマスクだけを変更することにより、DOFを
低下させることなく最大解像力を上記した通常のマスク
を使用する方法の1.5倍以上にまで向上させることがで
きる。尚、位相シフト法は位相差露光法または空間周波
数変換法とも呼ばれ、特開昭６２−６７５１４号公報
（G02F 1/00 ）、特公昭６２−５０８１１号公報（G03F
1/00 ）、「位相シフト法の現状と動向」，’９２最新
半導体プロセス技術，P.157 〜P.161,プレスジャーナル
社刊、などに詳説されている。

【００１９】図４２に、位相シフト法を用いた場合の投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８における光分布を示
す。図４２においては、０次回折光が存在せず、＋１次
回折光の光分布７１と−１次回折光の光分布７２とが生
じ、各回折光の光分布７１，７２の振幅比が１：１とな
っている。また、位相シフト法における周波数は、上記
した従来型のマスクを用いた場合の1/2 になる。さら
に、位相シフト法における±１次回折光の光分布７１，
７２の間隔ｔは、図４１に示した従来型のマスクを用い
た場合の０次回折光の光分布６１と±１次回折光の光分
布６２，６３との間隔ｔに一致する。

【００２０】このように、位相シフト法では、０次回折
光を無くして±１次回折光の間隔を小さくし、フーリエ
変換面５８の中心の光分布を無くすことにより、DOF を
低下させることなく解像力を向上させている。

【００２１】一方、変形照明法でも、フーリエ変換面５
８の中心の光分布を無くす点については、位相シフト法
と同じである。尚、変形照明法については、特開平４−
２６７５１５号公報や特開平４−２６８７１５号公報な
どに開示されている。

【００２２】図４３は、変形照明法による縮小投影露光
装置の構成を示す概略図である。尚、図４３において、
図４０に示した従来の縮小投影露光装置と異なるのは、
変形照明用のアパーチャ・ストップ８１を用いている点
だけであるため、その他の構成部材については図４０と
符号を等しくしてある。

【００２３】図４４は、縦横の線だけから成る格子模様
の回路パターン５６に対して、最も有効な変形照明用の
アパーチャ・ストップ８１の形状を示す平面図である。
アパーチャ・ストップ８１は、４つの光出射部８１ａ〜
８１ｄが透設された円板状を成しており、光出射部８１
ａ〜８１ｄ以外の部分は露光光を透過しない材質で形成
されている。各光出射部８１ａ〜８１ｄの中心位置は、
アパーチャ・ストップ８１の中心Ｏからそれぞれ等距離
（後記する距離ｘ）にあり、中心Ｏを通る直角な二軸
（Ｘ軸，Ｙ軸）に対してそれぞれ４５°の角度を成して
いる。また、各光出射部８１ａ〜８１ｄの半径（コヒー
レンシーファクタσ）は0.25程度である。

【００２４】図４３に示すように、光源５１から出射さ
れた露光光は、フライアイ・レンズ５２によって均一な
光束となり、アパーチャ・ストップ５３の光出射部５３
ａからコンデンサ・レンズ５４を介してマスク５５に入
射される。このとき、マスク５５に入射する光束は、ア
パーチャ・ストップ８１の中心Ｏを通る中心軸Ａに対し
て、角度θm を成している。

【００２５】そして、マスク５５に入射した光束は、マ
スク５５上に形成された回路パターン５６によって回折
される。このとき、発生する回折光は、入射する光束の
進行方向と同じ方向の０次回折光と、入射する光束の進
行方向とは別の進行方向の±１次回折光およびそれ以上
の高次の回折光（図示略）とからなっている。その回折
光の中で、±１次回折光の内のどちらか一方（図４３に
おいては、＋１次回折光）と０次回折光とが、投影レン
ズ５７に入射する。

【００２６】そして、＋１次回折光と０次回折光とは、
投影レンズ５７のフーリエ変換面５８を通して投影レン
ズ５７の像面に向けられ、ウェハ５９の表面に回路パタ
ーン５６を結像させる。

【００２７】尚、マスク５５に入射する光束が中心軸Ａ
に対して成す角度θm （すなわち、マスク５５に入射す
る光束の光軸が成す角度）は、式（３）によって表され
る。 ｓｉｎ（θm ）＝ｘ／ｆ ……（３） （ｘ；アパーチャ・ストップ８１の各光出射部８１ａ〜
８１ｄの中心と中心軸Ａとの距離、ｆ；コンデンサ・レ
ンズ５４の焦点距離） 図４５に、変形照明用のアパーチャ・ストップ８１を用
いた場合の投影レンズ５７のフーリエ変換面５８におけ
る光分布を示す。

【００２８】ここで、マスク５５上に形成された回路パ
ターン５６は縦横の線から成る格子模様とし、その各線
のピッチPrは数μm 程度とする。また、前記したよう
に、アパーチャ・ストップ８１の各光出射部８１ａ〜８
１ｄの半径（コヒーレンシーファクタσ）は0.25程度で
ある。

【００２９】このアパーチャ・ストップ８１を用いた変
形照明法では、前記したように、回路パターン５６によ
って回折される回折光の中で、±１次回折光の内のどち
らか一方と０次回折光とが、投影レンズ５７のフーリエ
変換面５８を通過する。そのため、図４５に示すよう
に、フーリエ変換面５８には、アパーチャ・ストップ８
１の各光出射部８１ａ〜８１ｄに対応した、４つの光分
布８２ａ〜８２ｄが生じる。各光分布８２ａ〜８２ｄの
中心位置は、フーリエ変換面５８の中心Ｏからそれぞれ
等距離にあり、中心Ｏを通る直角な二軸（Ｘ軸，Ｙ軸）
に対してそれぞれ４５°の角度を成している。

【００３０】本発明者の解析によると、ここで重要なの
は、フーリエ変換面５８の中心ＯおよびＸ軸，Ｙ軸には
光分布が生じていないという点である。フーリエ変換面
５８の中心ＯおよびＸ軸，Ｙ軸に光分布が存在している
と、ウェハ５９表面に結像した回路パターン５６のコン
トラストに対して悪影響を及ぼすことになり、解像力が
低下するからである。

【００３１】また、アパーチャ・ストップ８１の４つの
光出射部８１ａ〜８１ｄの内の１つの光出射部だけを用
いた場合（すなわち、１つの光出射部だけを透設した場
合）には、フーリエ変換面５８に生じる一対の回折光の
光分布の振幅比は１：2/πになる。最も好ましい振幅比
は１：１であるため、振幅比が１：2/πの場合には、解
像力およびDOF が低下してしまう。

【００３２】すなわち、アパーチャ・ストップ８１の形
状を図４４に示すようにすることにより、振幅比が１：
１になるように実質的に補償して、解像力およびDOF を
向上させるわけである。

【００３３】尚、変形照明法において、より解像力を高
めるには（すなわち、プロセスファクタk1をより小さく
するには）、マスク５５に入射する光束の光軸が成す角
度θm を大きくすればよい。しかしながら、角度θm を
大きくするには、アパーチャ・ストップ８１の各光出射
部８１ａ〜８１ｄの半径（コヒーレンシーファクタσ）
を小さくしなければならない。各光出射部８１ａ〜８１
ｄの半径を小さくすると、通過する光量が少なくなって
しまうことになる。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、位相シ
フト法には、以下の問題がある。 １）位相シフトマスクの設計には専用のＣＡＤが必要で
あるが、そのＣＡＤで扱うデータの作成が難しい。

【００３５】２）少なくとも２回のパターニングとそれ
ら各パターンの位置合わせが必要であるなど、製造が難
しい。 ３）マスクの欠陥、特に位相シフタの欠陥については、
回路パターンの欠陥よりも小さなサイズのものまで転写
されるため検査・修正が重要であるが、それが難しい。

【００３６】一方、変形照明法には、以下の問題があ
る。 １）前記したように、解像力を高めるにはアパーチャ・
ストップ８１の各光出射部８１ａ〜８１ｄの半径を小さ
くしなければならず、通過する光量が少なくなってしま
う。そのため、従来の縮小投影露光装置の光源５１をそ
のまま用いた場合には、露光に要するスループットが大
幅に低下するという問題がある。スループットを低下さ
せないように光量を増大させる方法としては、光源５１
を強力なものにしたり複数個設けたりすることが考えら
れるが、いずれにしても、光源５１部分の大幅な改造が
必要になる。

【００３７】２）回路パターン５６により、アパーチャ
・ストップ８１の光出射部の数や形状が異なる。すなわ
ち、前記したように、図４４に示したアパーチャ・スト
ップ８１の形状は、縦横の線だけから成る格子模様の回
路パターン５６に対して最も有効なものである。しかし
ながら、縦横の線に斜めの線が加わった回路パターン５
６に対しては、別の形状（例えば、中心軸Ａを中心とす
る輪帯状に光射出部が透設された円板状）のアパーチャ
・ストップ８１が有効になる。従って、縮小投影露光装
置内に複数のアパーチャ・ストップ８１を設け、回路パ
ターン５６に対応した最適なアパーチャ・ストップ８１
に交換する操作が必要になってくる。しかしながら、縮
小投影露光装置内に複数のアパーチャ・ストップ８１を
設けて交換するとなると、装置が大幅に複雑化すること
になる。そのため、各種回路パターン５６に対してほど
ほどに有効な（言い換えれば、どの回路パターン５６に
対しても最適とはいえない）アパーチャ・ストップ８１
を用いるしかなく、十分な解像力を得ることができない
のが現状であった。

【００３８】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、焦点深度DOF を低下さ
せることなく解像力を向上させ、且つ、簡単な構成で容
易に実施することができる縮小投影露光装置を提供する
ことにある。

【００３９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
透明基板上に遮光膜を設け、その遮光膜を部分的に除去
した開口パターンを形成したフォトマスクにおいて、当
該透明基板の当該開口パターンが形成された面とは反対
側の面に、露光に用いる光を回折させる凹凸部を設けた
ことをその要旨とする。

【００４０】請求項２記載の発明は、請求項１記載のフ
ォトマスクにおいて、凹凸部を正面から見たとき、凹凸
部が縞模様または市松模様を成していることをその要旨
とする。

【００４１】請求項３記載の発明は、縮小投影露光装置
に関し、均一な光束を発生させる光源部と、所定のコヒ
ーレンシーファクタの光出射部が形成されたアパーチャ
・ストップと、コンデンサ・レンズとから構成される照
明光学系と、請求項１記載のフォトマスクと、投影レン
ズと、フォトレジストを塗布したウェハとを備えたこと
をその要旨とする。

【００４２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の縮
小投影露光装置において、前記コヒーレンシーファクタ
を、フォトマスクの凹凸部に対応した値にすることをそ
の要旨とする。

【００４３】請求項５記載の発明は、縮小投影露光装置
に関し、均一な光束を発生させる光源部と、所定のコヒ
ーレンシーファクタの光出射部が形成されたアパーチャ
・ストップと、コンデンサ・レンズとから構成される照
明光学系と、透明基板上に遮光膜を設け、その遮光膜を
部分的に除去した開口パターンを形成したフォトマスク
と、前記照明光学系とフォトマスクとの間に配置され、
その内部に超音波による位相格子が形成された、照明光
学系からの露光光に対する透過率が高い物質から成る平
板と、投影レンズと、フォトレジストを塗布したウェハ
とを備えたことをその要旨とする。

【００４４】請求項６記載の発明は、請求項５記載の縮
小投影露光装置において、前記コヒーレンシーファクタ
を、平板内部に形成された超音波による位相格子に対応
した値にすることをその要旨とする。

【００４５】請求項７記載の発明は、縮小投影露光装置
に関し、均一な光束を発生させる光源部と、所定のコヒ
ーレンシーファクタの光出射部が形成されたアパーチャ
・ストップと、コンデンサ・レンズとから構成される照
明光学系と、請求項１記載のフォトマスクと、前記照明
光学系とフォトマスクとの間に配置され、その内部に超
音波による位相格子が形成された、照明光学系からの露
光光に対する透過率が高い物質から成る平板と、投影レ
ンズと、フォトレジストを塗布したウェハとを備えたこ
とをその要旨とする。

【００４６】請求項８記載の発明は、請求項７記載の縮
小投影露光装置において、前記コヒーレンシーファクタ
を、フォトマスクの凹凸部と、平板内部に形成された超
音波による位相格子とに対応した値にすることをその要
旨とする。

【００４７】

【作用】従って、請求項１〜４のいずれか１項に記載の
発明によれば、フォトマスクの開口パターンとは反対側
の面（露光光の入射側の面）に、露光光を回折させる凹
凸部を形成している。ここで、凹凸部のパターン（模
様）は、開口パターンに対応させたものとする。そし
て、凹凸部によって露光光を回折させることにより、そ
の回折光の中の０次回折光の強度を０にすると共に、±
１次回折光を照明光学系の光軸に対して斜め方向から開
口パターンへ入射させている。その結果、焦点深度DOF
を低下させることなく解像力を向上させることができ
る。また、従来の縮小投影露光装置に前記凹凸部を形成
したフォトマスクをセットするだけでよいため、簡単か
つ容易に実施することができる。

【００４８】また、請求項５または６項に記載の発明に
よれば、照明光学系とフォトマスクとの間に、照明光学
系からの露光光に対する透過率が高い物質から成る平板
を配置している。その平板内部には超音波による位相格
子が形成されている。そして、平板内部に形成された超
音波による位相格子にて露光光を回折させることによ
り、その回折光の中の０次回折光の強度を０にすると共
に、±１と±２次回折光を照明光学系の光軸に対して斜
め方向からフォトマスクへ入射させている。その結果、
焦点深度DOF を低下させることなく解像力を向上させる
ことができる。また、従来の縮小投影露光装置に前記平
板を設けるだけでよいため、簡単かつ容易に実施するこ
とができる。

【００４９】そして、請求項７または８項に記載の発明
によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明
と、請求項５または６項に記載の発明との相乗効果によ
り、焦点深度DOF を低下させることなく解像力をさらに
向上させることができる。

【００５０】

【実施例】 （第１実施例）以下、本発明を具体化した第１実施例を
図面に従って説明する。

【００５１】図１は、本実施例による縮小投影露光装置
の構成を示す概略図である。尚、図１において、図４０
に示した従来の縮小投影露光装置と異なるのは、マスク
１１だけであるため、その他の構成部材については図４
０と符号を等しくしてその詳細な説明を省略する。

【００５２】図２は、縦の線だけから成る縞模様の回路
パターン５６に対して、最も有効なマスク１１の模式的
な断面図である。ここで、マスク１１上に形成された回
路パターン５６の各線のピッチPcは数μm 程度とし、そ
のプロセスファクタk1は0.5 程度とする。

【００５３】マスク１１の回路パターン５６が形成され
ている側の反対側には、回路パターン５６の縦の線に対
応するように、縦の線状の凹凸部１２が一定のピッチPs
で形成されている。その凹凸部１２のピッチPsは、回路
パターン５６の各線の線幅PtおよびピッチPcに対応して
いる。また、凹凸部１２における、各凸部１２ａに対す
る各凹部１２ｂの深さ（段差）ｄは一定になっている。
図３は、マスク１１を回路パターン５６が形成されてい
る側とは反対側（凹凸部１２が形成されている側）から
見た平面図である。

【００５４】図２に示すように、マスク１１に露光光の
光束Ｑが入射すると、その光束Ｑは凹凸部１２によって
回折され、入射する光束Ｑの進行方向とは別の進行方向
の＋１次回折光αと−１次回折光βとが発生する。この
とき、＋１次回折光αと−１次回折光βとの振幅比は
１：１になっている。その±１次回折光α，βが、マス
ク１１に入射する光束Ｑの光軸Ｂに対して成す角度θrs
は、式（４）によって表される。

【００５５】ｓｉｎ（θrs）＝λ／２Ps ……（４） ここで重要なのは、凹凸部１２によって発生する回折光
は±１次回折光α，βだけから成っており、０次回折光
がほとんど含まれていないという点である。凹凸部１２
によって発生する回折光に０次回折光が全く含まれない
ようにするためには、凹凸部１２の段差（凸部１２ａに
対する凹部１２ｂの深さ）ｄを、式（５）に示す値にす
ればよい。

【００５６】ｄ＝ｍλ／２（ｎ−１） ……（５） （ｎ；凸部１２ａの材質の露光光に対する屈折率、ｍ＝
２Ｌ＋１，Ｌ；整数） 図１に示すように、光源５１から出射された露光光は、
フライアイ・レンズ５２によって均一な光束Ｑとなり、
従来型のアパーチャ・ストップ５３の光出射部５３ａか
らコンデンサ・レンズ５４を介してマスク１１に入射さ
れる。

【００５７】そして、マスク１１に入射した光束Ｑは凹
凸部１２によって回折され、入射する光束Ｑの進行方向
とは別の進行方向の±１次回折光α，βが発生する。そ
の±１次回折光α，βは、光束Ｑの光軸Ｂに対して斜め
方向（図２に示す角度θrs）から回路パターン５６へ入
射し、回路パターン５６によって回折される。

【００５８】このとき、発生する回折光は、前記±１次
回折光α，βの進行方向と同じ方向の０次回折光と、入
射する光束の進行方向とは別の方向の±１次回折光δ，
γおよびそれ以上の高次の回折光（図示略）とからなっ
ている（尚、図１および図２では、−１次回折光βによ
って発生する０次回折光および±１次回折光δ，γだけ
を図示してある）。その回折光の中で、±１次回折光
δ，γの内のどちらか一方（図１においては、＋１次回
折光δ）と０次回折光とが、投影レンズ５７に入射す
る。

【００５９】そして、＋１次回折光δと０次回折光と
は、投影レンズ５７のフーリエ変換面５８を通して投影
レンズ５７の像面に向けられ、ウェハ５９の表面に回路
パターン５６を結像させる。

【００６０】図４に、図２および図３に示すマスク１１
を用いた場合の投影レンズ５７のフーリエ変換面５８に
おける光分布を示す。図２および図３に示すマスク１１
は、縦の線だけから成る縞模様の回路パターン５６に対
して最も有効なものであるため、フーリエ変換面５８の
Ｘ軸上に２つの光分布１３ａ，１３ｂが形成される。こ
の光分布１３ａ，１３ｂの中心位置は、回路パターン５
６の各線の線幅PtおよびピッチPcと、凹凸部１２のピッ
チPsおよび線幅（凸部１２ａおよび凹部１２ｂの線幅）
とから決定される。

【００６１】図５は、横の線だけから成る縞模様の回路
パターン５６に対して最も有効なマスク１１を、回路パ
ターン５６が形成されている側とは反対側（凹凸部１２
が形成されている側）から見た平面図である。図５に示
すマスク１１では、回路パターン５６の横の線に対応す
るように、横の線状の凹凸部１２（凸部１２ａおよび凹
部１２ｂ）が一定のピッチPsで形成されている。すなわ
ち、図５に示すマスク１１は、図３に示すマスク１１を
９０°回転させたものと考えればよい。図６に、図５に
示すマスク１１を用いた場合の投影レンズ５７のフーリ
エ変換面５８における光分布を示す。図５に示すマスク
１１は、横の線だけから成る縞模様の回路パターン５６
に対して最も有効なものであるため、フーリエ変換面５
８のＹ軸上に２つの光分布１４ａ，１４ｂが形成され
る。この光分布１４ａ，１４ｂの中心位置は、図３に示
すマスク１１と同様に、回路パターン５６の各線の線幅
PtおよびピッチPcと、凹凸部１２のピッチPsおよび線幅
（凸部１２ａおよび凹部１２ｂの幅）とから決定され
る。

【００６２】図３および図５から容易に類推できるよう
に、例えば、４５°の斜めの線だけから成る縞模様の回
路パターン５６に対して最も有効なマスク１１は、図３
または図５に示すマスク１１を４５°回転させたものに
なる。

【００６３】図７は、縦横の線だけから成る格子模様の
回路パターン５６に対して最も有効なマスク１１を、回
路パターン５６が形成されている側とは反対側（凹凸部
１２が形成されている側）から見た平面図である。図７
に示すマスク１１では、回路パターン５６の縦横の線に
対応するように、市松模様の凹凸部１２（凸部１２ａお
よび凹部１２ｂ）が一定のピッチPsで形成されている。
図８に、図７に示すマスク１１を用いた場合の投影レン
ズ５７のフーリエ変換面５８における光分布を示す。図
７に示すマスク１１は、縦横の線だけから成る縞模様の
回路パターン５６に対して最も有効なものであるため、
図４５に示した変形照明法の場合と同様に、４つの光分
布１５ａ〜１５ｄが形成される。すなわち、各光分布１
５ａ〜１５ｄの中心位置は、フーリエ変換面５８の中心
Ｏからそれぞれ等距離ｙにあり、中心Ｏを通る直角な二
軸（Ｘ軸，Ｙ軸）に対してそれぞれ４５°の角度を成し
ている。そして、距離ｙは、回路パターン５６の各線の
線幅およびピッチと、凹凸部１２のピッチPsおよび線幅
（凸部１２ａおよび凹部１２ｂの幅）とから決定され
る。

【００６４】図９は、４５°に傾いた縦横の線だけから
成る格子模様の回路パターン５６に対して最も有効なマ
スク１１を、回路パターン５６が形成されている側とは
反対側（凹凸部１２が形成されている側）から見た平面
図である。図９に示すマスク１１では、回路パターン５
６の縦横の線に対応するように、市松模様の凹凸部１２
（凸部１２ａおよび凹部１２ｂ）が一定のピッチPsで形
成されている。すなわち、図９に示すマスク１１は、図
７に示すマスク１１を４５°回転させたものと考えれば
よい。図１０に、図９に示すマスク１１を用いた場合の
投影レンズ５７のフーリエ変換面５８における光分布を
示す。図９に示すマスク１１は、４５°に傾いた縦横の
線だけから成る縞模様の回路パターン５６に対して最も
有効なものであるため、図８に示した光分布１５ａ〜１
５ｄを４５°回転させた場合に対応する、４つの光分布
１６ａ〜１６ｄが形成される。すなわち、各光分布１６
ａ〜１６ｄの中心位置は、フーリエ変換面５８の中心Ｏ
からそれぞれ等距離ｙにあり、Ｘ軸，Ｙ軸の軸上にあ
る。そして、距離ｙは、回路パターン５６の各線の線幅
およびピッチと、凹凸部１２のピッチPsおよび線幅（凸
部１２ａおよび凹部１２ｂの幅）とから決定される。

【００６５】ところで、実際の回路パターン５６は、縦
横斜め等の様々な線から成っている。そのため、ウェハ
５９表面に結像した回路パターン５６の結像特性を良好
なものにするためには、凹凸部１２のピッチや線幅だけ
でなく、凹凸部１２の周期性や方向性、凸部１２ａおよ
び凹部１２ｂによって形成される模様、マスク１１上で
凹凸部１２が形成される領域、などを回路パターン５６
に合わせた最適なものにする必要がある。但し、回路パ
ターン５６が主に縦横の線から成っている場合には、図
７に示した市松模様の凹凸部１２をもつマスク１１を使
用すればよい。凹凸部１２の模様の例としては、図２１
や図２２に示すものがあげられる。

【００６６】ここで、図４，図６，図８，図１０に示し
た光分布１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，１５ａ〜１
５ｄ，１６ａ〜１６ｄの半径は、主にアパーチャ・スト
ップ５３の光出射部５３ａの半径（コヒーレンシーファ
クタσ）に依存している。すなわち、コヒーレンシーフ
ァクタσが大きいとフーリエ変換面５８の中心Ｏ部分に
光分布が生じるようになり、ウェハ５９表面に結像した
回路パターン５６の結像特性に悪影響を与えるようにな
る。本発明者の解析によれば、コヒーレンシーファクタ
σが0.3 以下であれば良好な結像特性が得られ、コヒー
レンシーファクタσが0.25のときに最も良好になった。

【００６７】図１１は、ウェハ５９表面に結像した回路
パターン５６の線幅に対するDOF を、図７に示すマスク
１１を用いた場合（ａ）と従来例（ｂ）とにおいて、そ
れぞれシュミレーションによって求めたグラフである。
尚、ｉ線を用いる従来の縮小投影露光装置（NA；0.5 ，
σ；0.25）を使用し、DOF は結像光学強度の60％を満た
す範囲としてある。

【００６８】図１１に示すように、実用的なDOF を1.5
μm とすると、従来例（ｂ）では線幅；0.52μm 程度ま
でしか解像力が得られないが、図７に示すマスク１１を
用いた場合（ａ）では線幅；0.35μm 程度までの解像力
が得られる。すなわち、従来の縮小投影露光装置に図７
に示すマスク１１を用いることにより、線幅；約0.2μm
分だけ解像力を向上させることができる。

【００６９】このように本実施例においては、マスク１
１の回路パターン５６とは反対側の面（露光光の入射側
の面）に、露光光を回折させる凹凸部１２を形成してい
る。但し、凹凸部１２の模様（前記した、凹凸部１２の
ピッチや線幅、凹凸部１２の周期性や方向性、凸部１２
ａおよび凹部１２ｂによって形成される模様、マスク１
１上で凹凸部１２が形成される領域、等）は回路パター
ン５６に対応したものとする。そして、凹凸部１２によ
って露光光を回折させることにより、その回折光の中の
０次回折光の強度を０にすると共に、±１次回折光を照
明光学系（５１〜５４）の光軸Ｂに対して斜め方向から
回路パターン５６へ入射させている。その結果、本実施
例では、DOF を低下させることなく解像力を向上させる
ことができる。

【００７０】また、本実施例では、従来の縮小投影露光
装置に前記したようなマスク１１をセットするだけでよ
いため、簡単かつ容易に実施することができる。次に、
マスク１１の凹凸部１２の作製方法について説明する。

【００７１】（第１の作製方法）以下、凹凸部１２の第
１の作製方法を、図１２〜図１５に従い、順を追って説
明する。

【００７２】工程１（図１２参照）：マスク１１として
の石英ガラス板２１の上に、反射防止膜を施したクロム
から成る遮光膜２２を形成する。次に、遮光膜２２の上
に電子線ネガレジストを塗布した後、電子線露光法によ
って所望の回路パターンを転写してから現像し、レジス
トパターン２３を形成する。

【００７３】工程２（図１３参照）：レジストパターン
２３をエッチングマスクとして、適宜なエッチング方法
により、石英ガラス板２１の上に回路パターン５６を形
成する。

【００７４】工程３（図１４参照）：石英ガラス板２１
の回路パターン５６を形成した側とは反対側に、電子線
ネガレジストを塗布する。次に、当該電子線ネガレジス
トに、図３，図５，図７，図９に例示したような適宜な
凹凸部１２の模様を電子線露光法によって露光してから
現像し、レジストパターン２４を形成する。

【００７５】工程４（図１５参照）：レジストパターン
２４をエッチングマスクとして、適宜なエッチング方法
により、石英ガラス板２１の上に凹凸部１２を形成す
る。但し、凹凸部１２の段差ｄが式（５）に示す値にな
るように、石英ガラス板２１のエッチング量を制御す
る。

【００７６】尚、工程１，２と工程３，４とは順番を逆
にしてもよい。すなわち、凹凸部１２を先に形成した後
に、回路パターン５６を形成するようにしてもよい。 （第２の作製方法）以下、凹凸部１２の第２の作製方法
を、図１６〜図２０に従い、順を追って説明する。

【００７７】工程（図１６参照）：石英ガラス板２１
の上に、反射防止膜を施したクロムから成る遮光膜２２
を形成する。次に、石英ガラス板２１の遮光膜２２を形
成した側とは反対側に、適宜な膜厚（例えば、200 Å）
のシリコン窒化膜３１と、式（５）に示す段差ｄに相当
する膜厚のシリコン酸化膜３２とを順次、ＰＶＤ法によ
って形成する。

【００７８】工程（図１７参照）：遮光膜２２の上に
電子線ネガレジストを塗布した後、電子線露光法によっ
て所望の回路パターンを転写してから現像し、レジスト
パターン２３を形成する。

【００７９】工程（図１８参照）：レジストパターン
２３をエッチングマスクとして、適宜なエッチング方法
により、石英ガラス板２１の上に回路パターン５６を形
成する。

【００８０】工程（図１９参照）：シリコン酸化膜３
２の上に電子線ネガレジストを塗布する。次に、当該電
子線ネガレジストに、図３，図５，図７，図９に例示し
たような適宜な凹凸部１２の模様を電子線露光法によっ
て露光してから現像し、レジストパターン２４を形成す
る。

【００８１】工程（図２０参照）：レジストパターン
２４をエッチングマスクとして、適宜なエッチング方法
によってシリコン酸化膜３２をエッチングし、石英ガラ
ス板２１の上に凹凸部１２を形成する。このとき、レジ
ストパターン２４が形成されていない部分のシリコン酸
化膜３２は全て除去する。すなわち、シリコン窒化膜３
１はエッチングストッパとして働くことになる。

【００８２】尚、工程，と工程，とは順番を逆
にしてもよい。すなわち、凹凸部１２を先に形成した後
に、回路パターン５６を形成するようにしてもよい。こ
のように、マスク１１の凹凸部１２は一般的な技術を利
用して、簡単かつ容易に作製することができる。

【００８３】ところで、第１の作製方法は工程数が少な
いという利点があるが、工程４における石英ガラス板２
１のエッチング量の制御が難しいという問題がある。一
方、第２の作製方法は工程数が多くなる反面、工程５に
おけるシリコン酸化膜３２のエッチング量については特
別な制御が必要ないため、容易に製造できるという利点
がある。

【００８４】（第２実施例）次に、本発明を具体化した
第２実施例を図面に従って説明する。図２３は、本実施
例による縮小投影露光装置の構成を示す概略図である。
尚、図２３において、図４０に示した従来の縮小投影露
光装置と同じ構成部材については符号を等しくしてその
詳細な説明を省略する。

【００８５】図２３に示すように、コンデンサ・レンズ
５４とマスク５５との間には、石英を主材料とする透明
平板４１が設けられている。その透明平板４１は、超音
波振動子４２に固定されている。そして、超音波振動子
４２は、発振器４３によって駆動されて振動する。その
ため、透明平板４１は、超音波振動子４２によって駆動
されて振動し、その内部には超音波が発生する。その透
明平板４１内部に発生する超音波により、屈折率の疎密
波が発生し、その疎密波によって透明平板４１内部に位
相格子が形成される。その他の構成については、図４０
に示した従来の縮小投影露光装置と全く同じである。

【００８６】光源５１から出射された露光光は、フライ
アイ・レンズ５２によって均一な光束Ｑとなり、従来型
のアパーチャ・ストップ５３の光出射部５３ａからコン
デンサ・レンズ５４を介して透明平板４１に入射され
る。

【００８７】透明平板４１に入射した光束Ｑは、透明平
板４１内部に形成された位相格子により周波数変調を受
けて回折される。このとき、後記するように、透明平板
４１内部に発生する超音波の周波数を調整して、透明平
板４１によって発生した回折光の中の０次回折光の強度
を０にし（すなわち、０次回折光を消失させ）、±１次
以上の高次の回折光だけが残るようにする。

【００８８】その±１次以上の高次の回折光（実際に
は、後記するように、主に±１と±２次回折光）が、マ
スク５５に入射される。すなわち、マスク５５には、斜
め方向から光束が入射されることになる。この様子を模
式的に表したのが、図２４である。図２４では、透明平
板４１に入射した光束Ｑが透明平板４１によって回折さ
れ、発生した±ｑ次回折光（光束Ｑの光軸に対して成す
回折角θq ）がマスク５５に入射される様子を示してい
る。

【００８９】マスク５５に入射した光束は、マスク５５
上に形成された回路パターン５６によって回折される。
このとき、発生する回折光は、０次回折光と、±１以上
の高次の回折光（図示略）とからなっている。その回折
光の中で、±１次回折光の内のどちらか一方（図２３お
よび図２４においては、＋１次回折光）と０次回折光と
が、投影レンズ５７に入射する。

【００９０】そして、＋１次回折光と０次回折光とは、
投影レンズ５７のフーリエ変換面５８を通して投影レン
ズ５７の像面に向けられ、ウェハ５９の表面に回路パタ
ーン５６を結像させる。

【００９１】次に、透明平板４１の作用を図２４および
図２５に従って説明する。透明平板４１によって発生し
たｑ次回折光の強度Ｉq は、式（６）に示すラマン−ナ
ス・パラメータｖを用い、式（７）によって表される。

【００９２】 ｖ＝２πΔｐｈ／λ ……（６） Ｉq ＝｛Ｊq （ｖ）｝² （ｑ＝０，±１，±２…） ……（７） （Δｐ；透明平板４１内部の超音波による屈折率の振幅
変化率、ｈ；透明平板４１の厚み、λ；露光光の波長、
Ｊq ；ｑ次のベッセル関数）また、ｑ次回折光の回折角
θq は、式（８）によって表される。

【００９３】 ｓｉｎ（θq ）＝ｑλ／Λ （ｑ＝０，±１，±２…） ……（８） （Λ；透明平板４１内部の超音波の波長） 図２５は、０〜３次のベッセル関数Ｊ0 （ｖ）〜Ｊ3
（ｖ）のグラフである。このグラフから、Ｊ0 （ｖ）＝
０となるｖの最小値は2.4 であることがわかる。そし
て、式（７）から、ｖ＝2.4 のときに、０次回折光の強
度Ｉq が０となり、１次回折光の強度Ｉq が最大となる
ことがわかる。また、±３次以上の高次の回折光の強度
Ｉq は低いため、ｑ次回折光は主に±１と±２次回折光
から成ることがわかる。

【００９４】すなわち、ｖ＝2.4 になるようにΔｐを設
定すれば、透明平板４１によって発生したｑ次回折光の
中の０次回折光を消失させ、±１と±２次回折光だけを
残すことができる。Δｐの設定は、透明平板４１内部の
超音波の周波数を調整することによって行うことができ
る。従って、透明平板４１内部の超音波の周波数を調整
することにより、マスク５５に所定の角度（すなわち、
回折角θq ）から光束を入射することができる。前記超
音波の周波数の具体的な値は、透明平板４１の厚みｈ
や、露光光の波長λによって異なるものの、本実施例で
は数ＭＨZ になる。

【００９５】このように、本実施例においては、数ＭＨ
Z の超音波による位相格子が内部に形成されている透明
平板４１を設けることにより、マスク５５に斜め方向か
ら光束が入射されるようにして、解像力を低下させる入
射光束成分（マスク５５に垂直入射する光束）を消失さ
せている。ところで、図４３に示した変形照明法による
縮小投影露光装置においても、マスク５５に斜め方向か
ら光束が入射されるようにしている。従って、本実施例
によれば、変形照明法と同じ作用により同様の効果を得
ることができる。すなわち、本実施例によれば、DOF を
低下させることなく解像力を向上させることができる。

【００９６】但し、図４３に示した変形照明法による縮
小投影露光装置では、前記したように、変形照明用のア
パーチャ・ストップ８１を設けるために通過する光量が
少なくなり、露光に要するスループットが大幅に低下す
るという問題があった。しかしながら、本実施例では、
アパーチャ・ストップ８１に相当する遮光部分がないた
め、照明光学系（５１〜５４）からの光束Ｑを全てマス
ク５５に入射させることができる。従って、本実施例で
は、変形照明法のように露光に要するスループットが低
下することはなく、高いスループットを得ることができ
る。

【００９７】また、変形照明法では、複数のアパーチャ
・ストップ８１を備えておき、マスク５５上に形成され
た回路パターン５６に対応した最適なアパーチャ・スト
ップ８１に交換する操作が必要である。しかしながら、
本実施例では、発振器４３の発振周波数を変えることに
より、透明平板４１内部の超音波の周波数を調整するだ
けで、マスク５５に入射する光束の入射角（＝回折角θ
q ）を、回路パターン５６に対して最適なものにするこ
とができる。従って、本実施例は、発振器４３の発振周
波数を変えるだけの簡単な操作により、どのような回路
パターン５６に対しても対応することができる。

【００９８】さらに、本実施例では、従来の縮小投影露
光装置に透明平板４１と超音波振動子４２と発振器４３
とを設けるだけでよいため、簡単かつ容易に実施するこ
とができる。

【００９９】尚、本発明者の解析によれば、本実施例に
おいても第１実施例と同様に、コヒーレンシーファクタ
σが0.3 以下であれば良好な結像特性が得られ、コヒー
レンシーファクタσが0.25のときに最も良好になった。

【０１００】（本発明の使用例）次に、本発明の縮小投
影露光装置を用いて製造した半導体装置について説明す
る。

【０１０１】図２６〜図２９は、従来の半導体装置にお
ける配線の製造工程を示す断面図である。以下、その製
造工程を順を追って説明する。図２６に示すように、半
導体基板２０１の表面にシリコン酸化膜などの絶縁膜２
０２を堆積する。そして、スパッタ蒸着法などによって
絶縁膜２０２の表面にＴｉ膜とＴｉＮ膜とからなるバリ
ア層２０３を形成した後、スパッタ蒸着法などによって
バリア層２０３の上にアルミ合金などの金属膜２０４を
形成する。

【０１０２】図２７に示すように、金属膜２０４の上に
レジストを塗布した後にリソグラフィ法により所定のレ
ジストパターンを形成し、エッチング法によって金属膜
２０４をエッチングして金属配線層２０５を形成する。

【０１０３】図２８に示すように、ＣＶＤ法によって金
属配線層２０５の表面にシリコン酸化膜などの絶縁膜２
０６を堆積し、絶縁膜２０６の上にＳＯＧなどの無機塗
布絶縁膜２０７を塗布して金属配線層２０５間を埋め込
む。その後に、ベーキング処理とエッチバック法を施し
て、絶縁膜２０６および無機塗布絶縁膜２０７の表面を
平坦化する。そして、その表面にシリコン酸化膜などの
絶縁膜２０８を形成する。

【０１０４】図２９に示すように、スパッタ蒸着法など
によって絶縁膜２０８の上にアルミ合金などの金属膜２
０９を形成する。そして、金属膜２０９の上にレジスト
を塗布した後にリソグラフィ法により所定のレジストパ
ターンを形成し、エッチング法によって金属膜２０９を
エッチングして金属配線層（図示略）を形成する。

【０１０５】この製造方法では、金属配線層２０５の配
線間隔がサブミクロンのオーダになると、金属配線層２
０５間に埋め込まれる無機塗布絶縁膜２０７のアスペク
ト比が極めて大きくなる。そのため、ベーキング処理に
おいて、無機塗布絶縁膜２０７にクラックが発生し易く
なる。これは、ベーキング処理の過程で、無機塗布絶縁
膜２０７の体積が急激に収縮するためである。絶縁膜２
０８は無機塗布絶縁膜２０７の表面に沿って形成される
ため、絶縁膜２０８の断面形状は無機塗布絶縁膜２０７
のそれを反映したものになる。従って、無機塗布絶縁膜
２０７にクラックが発生すると、クラック部分における
金属膜２０９のステップカバレッジが悪化し、最悪の場
合には金属膜２０９に亀裂が生じる。その結果、金属膜
２０９による配線層の信頼性に重大な影響を及ぼすこと
になる。

【０１０６】そこで、このような欠点をもつ無機塗布絶
縁膜２０７に代えて、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を
用いる方法が種々提案されている。例えば、〔１〕プラ
ズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳと酸素を用いて300 〜45
0 °Ｃの膜堆積温度で、金属配線層２０５間にシリコン
酸化膜を堆積する方法がある。また、〔２〕熱ＣＶＤ法
により、ＴＥＯＳとオゾンを用いて300 〜450 °Ｃの膜
堆積温度で、金属配線層２０５間にシリコン酸化膜を堆
積する方法もある。しかしながら、これら〔１〕〔２〕
の方法においても、金属配線層２０５の配線間隔がサブ
ミクロンのオーダになると、堆積したシリコン酸化膜に
クラックや空洞が生じやすくなる。

【０１０７】そこで、特開平３−２９３４５号公報に開
示されるように、〔１〕〔２〕の方法を交互に繰り返す
のに加え、シリコン酸化膜を堆積する度にエッチバック
法を施す方法が提案されている。しかしながら、同公報
による方法では、工程数の増加により、スループットが
低下して製造コストが高くなってしまう。また、シリコ
ン酸化膜を複数回堆積するため、シリコン酸化膜全体の
膜厚にばらつきが生じ、金属膜２０９による配線層と金
属配線層２０５を接続するコンタクトホールの寸法にも
ばらつきが生じる。そして、シリコン酸化膜全体の膜厚
のばらつきにより、その表面にはかなりな段差が残った
ままとなる。従って、金属膜２０９の表面にもその段差
が反映し、金属膜２０９の上にレジストパターンを形成
する際に、ハレーション効果が生じてレジストパターン
の細りが顕著に現れる。このレジストパターンの細りを
抑制するためには、金属膜２０９の上にレジストを塗布
する前に金属膜２０９の表面にＴｉＮなどの反射防止膜
を形成したり、レジストに反射防止用の染料を混入した
りすることが必要になる。しかしながら、反射防止膜や
染料入りレジストを用いることは、製造コストを高くさ
せ、プロセスのマージンを低下させることになる。

【０１０８】図３０〜図３７は、別の従来の半導体装置
における配線の製造工程を示す断面図である（詳しく
は、1992年10月29日の日刊工業新聞およびProc.of Dry
Process Symposium,Vol.75,1992 参照）。以下、その製
造工程を順を追って説明する。

【０１０９】図３０に示すように、半導体基板３０１の
表面にシリコン酸化膜などの絶縁膜３０２を堆積し、絶
縁膜３０２の表面にシリコン酸化膜３０３を形成する。
図３１に示すように、シリコン酸化膜３０３の上にレジ
ストを塗布した後にリソグラフィ法により所定のレジス
トパターンを形成し、エッチング法によってシリコン酸
化膜３０３をエッチングして配線領域３０４を開口す
る。

【０１１０】図３２に示すように、スパッタ蒸着法によ
って、シリコン酸化膜３０３の表面および配線領域３０
４内にアルミ合金などの金属膜３０５を堆積する。図３
３に示すように、半導体基板３０１の温度を500 °Ｃに
設定して、金属膜３０５を溶解させ、溶解させた金属を
配線領域３０４内に流し込んで、金属配線層３０６を形
成する。

【０１１１】このとき、シリコン酸化膜３０３の表面に
凹凸や欠陥があると、その凹凸や欠陥は表面エネルギー
が大きいために、その凹凸や欠陥の部分で溶解した金属
が凝縮する。そのため、シリコン酸化膜３０３の表面
に、当該金属による析出物３０７が生じる。

【０１１２】また、配線パターンが疎な部分（各配線領
域３０４が離れている部分）では、配線領域３０４に流
し込まれる金属が少ないため、シリコン酸化膜３０３の
表面に堆積していた金属が、配線領域３０４に流し込ま
れることなく余ってしまう。そのため、シリコン酸化膜
３０３の表面に、当該金属による残留物３０８が生じ
る。

【０１１３】図３４に示すように、シリコン酸化膜３０
３および金属配線層３０６の表面にシリコン酸化膜など
の絶縁膜３０９を堆積し、スパッタ蒸着法などによって
絶縁膜３０９の上にアルミ合金などの金属膜３１０を形
成する。

【０１１４】そして、金属膜３１０の上にレジストを塗
布した後にリソグラフィ法により所定のレジストパター
ンを形成し、エッチング法によって金属膜３１０をエッ
チングして金属配線層（図示略）を形成する。

【０１１５】この製造方法では、シリコン酸化膜３０３
の表面および配線領域３０４内に予め堆積した金属膜３
０５を、半導体基板３０１の温度を高めることによって
溶解させて金属配線層３０６を形成している。溶解した
金属は表面エネルギーの大きな部分、すなわちシリコン
酸化膜３０３上の開口部分である配線領域３０４に集ま
るため、自己整合的に金属配線層３０６が形成される。
しかも、金属が一旦溶解するため、金属配線層３０６は
金属単結晶によって形成されることになり、エレクトロ
マイグレーション効果が低減されるという利点がある。
しかしながら、析出物３０７や残留物３０８が生じやす
いという問題がある。また、残留物３０８が生じるのを
防ぐために金属膜３０５の膜厚を薄くすると、配線パタ
ーンが密な部分（各配線領域３０４が近い部分）では、
配線領域３０４に流し込まれる金属が少なくなるため、
金属配線層３０６の膜厚が薄くなってしまう。その結
果、配線パターンの疎密によって金属配線層３０６の膜
厚が異なるという問題が生じる。

【０１１６】本発明者は、このような従来の半導体装置
における配線の製造方法の問題を解決するため、図３５
〜図３９に示す製造方法を発明した。以下、その製造工
程を順を追って説明する。

【０１１７】図３５に示すように、半導体基板４０１の
表面に絶縁膜４０２を形成し、絶縁膜４０２の表面に絶
縁膜４０３を形成する。尚、各絶縁膜４０２，４０３は
どのような絶縁膜でもよく（例えば、シリコン酸化膜、
シリコン窒化膜、ＰＳＧ、等）、どのような製造方法に
よって形成してもよい（例えば、シリコン酸化膜の場合
は熱酸化法やＣＶＤ法など）。

【０１１８】図３６に示すように、絶縁膜４０３の上に
レジストを塗布した後にリソグラフィ法により所定のレ
ジストパターンを形成し、エッチング法によって絶縁膜
４０３をエッチングして配線領域４０４（例えば、パタ
ーン幅0.5 μm ）を開口する。

【０１１９】図３７に示すように、絶縁膜４０３の表面
および配線領域４０４内に、スパッタ蒸着法などによっ
てＴｉ膜（例えば、膜厚500 Å）とＴｉＮ膜（例えば、
膜厚1000Å）からなるバリア層４０５を形成する。そし
て、半導体基板４０１を加熱（例えば、500 °Ｃ程度）
しながらスパッタ蒸着を行うリフロースパッタにより、
バリア層４０５の上にＡｌＳｉＣｕ合金による金属膜４
０６を形成する。

【０１２０】尚、リフロースパッタについては、「高温
スパッタによるＡｌ平坦化プロセス」，月刊セミコンダ
クタワールド，P.56〜P.60,1992 年3 月号に詳しい。ま
た、金属膜４０６中のＳｉとＣｕの組成比は、Ａｌに対
して、Ｓｉ；１％，Ｃｕ；0.5 ％とする。ＡｌＳｉＣｕ
合金はバリア層４０５とのぬれ性がよく、450 °Ｃ以上
の高温で加熱しながらスパッタ蒸着を行うと、スパッタ
蒸着した原子がマイグレーションを起こす。そのため、
配線領域４０４内を完全に金属膜４０６で埋め込むこと
ができる。

【０１２１】図３８に示すように、金属膜４０６および
バリア層４０５の表面に全面エッチバック法を施し、絶
縁膜４０３の表面を露出させて金属配線層４０７を形成
する。

【０１２２】図３９に示すように、金属配線層４０７と
バリア層４０５と絶縁膜４０３との上に絶縁膜４０８
（例えば、膜厚6000Å）を形成する。そして、再度、リ
フロースパッタを行って、絶縁膜４０８の上にＡｌＳｉ
Ｃｕ合金による金属膜４０９（例えば、膜厚6000Å）を
形成する。

【０１２３】尚、絶縁膜４０８は、各絶縁膜４０２，４
０３と同様に、どのような絶縁膜でもよく、どのような
製造方法によって形成してもよい。そして、金属膜４０
９の上にレジストを塗布した後にリソグラフィ法により
所定のレジストパターンを形成し、エッチング法によっ
て金属膜４０９をエッチングして金属配線層（図示略）
を形成する。

【０１２４】この製造方法では、配線領域４０４内にバ
リア層４０５を形成した後に、リフロースパッタによっ
て金属膜４０６を堆積しているため、前記したように、
配線領域４０４内を完全に金属膜４０６で埋め込むこと
ができる。そして、金属膜４０６およびバリア層４０５
の表面に全面エッチバック法を施している。そのため、
従来の製造方法では困難であった配線パターンが疎な部
分（各配線領域３０４が離れている部分）に対しても、
絶縁膜４０８をほぼ完全に平坦化することができる。そ
のため、上層（４０８，４０９）の形成が容易になり、
金属膜４０９のリソグラフィ時にも反射防止膜や染料入
りレジストを用いる必要がなくなる。また、絶縁膜４０
３中にクラックなどが発生することもない。

【０１２５】その結果、この製造方法によれば、上記従
来の各製造方法の問題点を全て解決することができる。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例
えば、以下のように実施してもよい。

【０１２６】１）マスク１１の第２の製造方法におい
て、まず、凹凸部１２を形成し、その後に、石英ガラス
板２１の上に遮光膜２２を形成して回路パターン５６を
形成する。この場合は、シリコン窒化膜３１およびシリ
コン酸化膜３２をＣＶＤ法によって形成してもよい。す
なわち、遮光膜２２を形成後にＣＶＤ法を行うと、ＣＶ
Ｄ法の熱によって遮光膜２２に悪影響がでる恐れがある
が、ＣＶＤ法の後に遮光膜２２を形成すれば、ＣＶＤ法
の熱によって遮光膜２２が影響を受けることがないため
である。

【０１２７】２）マスク１１の第２の製造方法におい
て、シリコン窒化膜３１を適宜な膜（シリコン酸化膜３
２に対するエッチングストッパとして働き、露光光に対
して透過性が良い膜。例えば、シリコン炭化膜、等）に
置き換える。

【０１２８】３）マスク１１の第２の製造方法におい
て、シリコン酸化膜３２を適宜な膜（シリコン窒化膜３
１とエッチングレートに差があり、露光光に対して透過
性が良い膜）に置き換える。

【０１２９】４）マスク１１の第１および第２の製造方
法において、石英ガラス板２１を適宜な透明基板に置き
換える。 ５）マスク１１の第１および第２の製造方法において、
マスク１１の材質を適宜なもの（露光光に対して透過性
が良く、凹凸部１２および回路パターン５６が形成可能
な膜）に置き換える。例えば、マスク１１をプラスチッ
クによって形成した場合には、凹凸部１２をプレスによ
って形成することができる。

【０１３０】６）第１実施例において、マスク１１を、
凹凸部１２が形成されている側と、回路パターン５６が
形成されている側とに分割し、両者を所定の距離を離し
て平行に配置する。この場合、凹凸部１２の面と回路パ
ターン５６の面とは、正面から向かい合っていてもよ
く、背面から向かい合っていてもよい。但し、この場合
は、分割したマスク１１の凹凸部１２が形成されている
側と、回路パターン５６が形成されている側とを、完全
に平行に配置固定しなければならない。

【０１３１】７）第１および第２実施例において、光源
５１とフライアイ・レンズ５２との間、または、アパー
チャ・ストップ５３とコンデンサ・レンズ５４との間に
シャッタを設ける。

【０１３２】８）第２実施例において、透明平板４１の
材質を、石英を主材料にしたものではなく、照明光学系
（５１〜５４）からの露光光に対する透過率が高い適宜
な物質（例えば、ＴｅＯ₂ など）に置き換える。

【０１３３】９）第１実施例と第２実施例とを併用して
実施する。すなわち、第２実施例におけるマスク５５を
第１実施例におけるマスク１１に置き換える。この場合
は、両実施例の相乗効果により、本発明の効果をより高
めることができる。

【０１３４】１０）ｉ線を用いる従来の縮小投影露光装
置だけでなく、ｇ線を用いる従来の縮小投影露光装置
や、ｄｅｅｐＵＶリソグラフィを用いる縮小投影露光装
置に利用する。特に、ｄｅｅｐＵＶリソグラフィを用い
る縮小投影露光装置に利用した場合、本発明の効果をよ
り高めることができる。

【０１３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、焦
点深度DOF を低下させることなく解像力を向上させ、且
つ、簡単な構成で容易に実施することが可能な縮小投影
露光装置を提供することができるという優れた効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第１実施例の縮小投影露光
装置の構成を示す概略図である。

【図２】第１実施例のマスク１１の模式的な断面図であ
る。

【図３】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図で
ある。

【図４】図３に示すマスク１１を用いた場合における投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８の光分布を示す平面
図である。

【図５】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図で
ある。

【図６】図５に示すマスク１１を用いた場合における投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８の光分布を示す平面
図である。

【図７】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図で
ある。

【図８】図７に示すマスク１１を用いた場合における投
影レンズ５７のフーリエ変換面５８の光分布を示す平面
図である。

【図９】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図で
ある。

【図１０】図９に示すマスク１１を用いた場合における
投影レンズ５７のフーリエ変換面５８の光分布を示す平
面図である。

【図１１】ウェハ５９表面に結像した回路パターン５６
の線幅に対するDOF について、図７に示すマスク１１を
用いた場合（ａ）と従来例（ｂ）とのシュミレーション
結果を示すグラフである。

【図１２】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１３】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１４】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１５】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１６】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１７】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１８】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図１９】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図２０】マスク１１の凹凸部１２の作製方法を説明す
るための断面図である。

【図２１】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図
である。

【図２２】マスク１１の凹凸部１２の一例を示す平面図
である。

【図２３】本発明を具体化した第２実施例の縮小投影露
光装置の構成を示す概略図である。

【図２４】第２実施例の作用を説明するための模式図で
ある。

【図２５】０〜３次のベッセル関数Ｊ0 （ｖ）〜Ｊ3
（ｖ）のグラフである。

【図２６】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図２７】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図２８】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図２９】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３０】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３１】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３２】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３３】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３４】従来の半導体装置の製造工程を説明するため
の断面図である。

【図３５】本発明者が発明した半導体装置の製造工程を
説明するための断面図である。

【図３６】本発明者が発明した半導体装置の製造工程を
説明するための断面図である。

【図３７】本発明者が発明した半導体装置の製造工程を
説明するための断面図である。

【図３８】本発明者が発明した半導体装置の製造工程を
説明するための断面図である。

【図３９】本発明者が発明した半導体装置の製造工程を
説明するための断面図である。

【図４０】従来の縮小投影露光装置の構成を示す概略図
である。

【図４１】図４０に示す縮小投影露光装置を用いた場合
における投影レンズ５７のフーリエ変換面５８の光分布
を示す平面図である。

【図４２】位相シフト法を用いた場合における投影レン
ズ５７のフーリエ変換面５８の光分布を示す平面図であ
る。

【図４３】変形照明法による縮小投影露光装置の構成を
示す概略図である。

【図４４】変形照明用のアパーチャ・ストップ８１の形
状を示す平面図である。

【図４５】図４４に示す変形照明用のアパーチャ・スト
ップ８１を用いた場合における投影レンズ５７のフーリ
エ変換面５８の光分布を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ マスク １２ 凹凸部 ２１ 石英ガラス板 ２２ 遮光膜 ４１ 透明平板 ５１ 光源 ５２ フライアイ・レンズ ５３ アパーチャ・ストップ ５４ コンデンサ・レンズ ５６ 回路パターン ５７ 投影レンズ ５９ レジストを塗布したウェハ σ コヒーレンシーファクタ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板（２１）上に遮光膜（２２）を
   設け、その遮光膜（２２）を部分的に除去した開口パタ
   ーン（５６）を形成したフォトマスク（１１）におい
   て、 当該透明基板（２１）の当該開口パターン（５６）が形
   成された面とは反対側の面に、露光に用いる光を回折さ
   せる凹凸部（１２）を設けたことを特徴とするフォトマ
   スク。
2. 【請求項２】 請求項１記載のフォトマスクにおいて、
   前記凹凸部（１２）を正面から見たとき、前記凹凸部
   （１２）が縞模様または市松模様を成していることを特
   徴とするフォトマスク。
3. 【請求項３】 均一な光束を発生させる光源部（５１，
   ５２）と、所定のコヒーレンシーファクタ（σ）の光出
   射部（５３ａ）が形成されたアパーチャ・ストップ（５
   ３）と、コンデンサ・レンズ（５４）とから構成される
   照明光学系と、 請求項１記載のフォトマスク（１１）と、投影レンズ
   （５７）と、フォトレジストを塗布したウェハ（５９）
   とを備えたことを特徴とする縮小投影露光装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記コヒーレンシーファクタ（σ）を、フォトマス
   ク（１１）の凹凸部（１２）に対応した値にすることを
   特徴とする縮小投影露光装置。
5. 【請求項５】 均一な光束を発生させる光源部（５１，
   ５２）と、所定のコヒーレンシーファクタ（σ）の光出
   射部（５３ａ）が形成されたアパーチャ・ストップ（５
   ３）と、コンデンサ・レンズ（５４）とから構成される
   照明光学系と、 透明基板上に遮光膜を設け、その遮光膜を部分的に除去
   した開口パターン（５６）を形成したフォトマスク（５
   ５）と、 前記照明光学系とフォトマスク（５５）との間に配置さ
   れ、その内部に超音波による位相格子が形成された、照
   明光学系からの露光光に対する透過率が高い物質から成
   る平板（４１）と、 投影レンズ（５７）と、フォトレジストを塗布したウェ
   ハ（５９）とを備えたことを特徴とする縮小投影露光装
   置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記コヒーレンシーファクタ（σ）を、平板（４
   １）内部に形成された超音波による位相格子に対応した
   値にすることを特徴とする縮小投影露光装置。
7. 【請求項７】 均一な光束を発生させる光源部（５１，
   ５２）と、所定のコヒーレンシーファクタ（σ）の光出
   射部（５３ａ）が形成されたアパーチャ・ストップ（５
   ３）と、コンデンサ・レンズ（５４）とから構成される
   照明光学系と、 請求項１記載のフォトマスク（１１）と、 前記照明光学系とフォトマスク（５５）との間に配置さ
   れ、その内部に超音波による位相格子が形成された、照
   明光学系からの露光光に対する透過率が高い物質から成
   る平板（４１）と、 投影レンズ（５７）と、フォトレジストを塗布したウェ
   ハ（５９）とを備えたことを特徴とする縮小投影露光装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の縮小投影露光装置におい
   て、前記コヒーレンシーファクタ（σ）を、フォトマス
   ク（１１）の凹凸部（１２）と、平板（４１）内部に形
   成された超音波による位相格子とに対応した値にするこ
   とを特徴とする縮小投影露光装置。