JPH08306621A - 露光方法、露光装置および半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２枚のマスクを重ね合わせてなる位相シフト
マスクを用いて露光処理を行う場合に結像面の位置ずれ
を防止する。 【構成】 遮光領域および透光領域からなるパターンが
形成された第１のマスク１２ａと、透過光に位相差を生
じさせるための位相シフトパターンが形成された第２の
マスク１２ｂとを各々のパターン形成面を対向させた状
態で近接または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせ
のマスク１２を用いて露光処理を行うのに先立って、半
導体ウエハ１４の高さ位置を、第２のマスク１２ｂのマ
スク基板厚さに対応させて光軸方向に移動させる工程を
有するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、試料基板上に微細パタ
ーンを転写して、半導体集積回路や液晶パネル等を製造
するための光リソグラフィ技術に関し、特に露光に用い
る光の位相を制御するマスクを用いる露光方法、露光装
置および半導体集積回路装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶パネル等のパター
ン形成には、リソグラフィ技術と呼ばれる、マスク上に
描かれたパターンを被露光基板上に転写する方法が広く
採用されている。このパターン転写を行うために、一般
には、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投影
型の投影露光装置が用いられる。

【０００３】ところで、近年のパターンの微細化ととも
に、回路素子や配線の設計ルールが、例えば、0.５μm
以下となってきており、前記投影露光装置には、従来よ
り高い解像力が要求されるようになって来つつある。

【０００４】ところが、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に
なると、ｇ線、ｉ線等のような光を用いてフォトマスク
上の半導体集積回路パターンを半導体ウエハに転写する
フォトリソグラフィ工程では、半導体ウエハに転写され
る回路パターンの転写精度の低下が深刻な問題となって
いる。

【０００５】例えば遮光領域を挟んで互いに隣接する透
光領域がある場合に、それら透光領域を透過する光の位
相が同相であるため、それら透光領域を透過した光がそ
れらに挟まれた遮光領域の転写位置で干渉して強め合う
結果、半導体ウエハ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、微細な回路パターンの転写が難しくな
ってきている。

【０００６】そこで、光の波長はそのままにして、解像
度を向上させるために露光装置における光学系の開口数
（ＮＡ）を大きくする技術がある。一般に、投影レンズ
の開口数（ＮＡ）が大きいほど、あるいは露光に用いる
光の波長が短いほど解像力は向上するからである。しか
し、ＮＡを大きくする方法は、パターン転写時に焦点深
度の低下をもたらすという問題を惹き起こす。

【０００７】一方、これまでに水銀ランプから発するｇ
線からｉ線へ、更にはエキシマレーザへと、露光に用い
る光の短波長化も試みられてきたが、エキシマレーザ以
降の短波長化には、光源，光学系材料あるいはレジスト
材料の面で、種々の制約を生ずるという問題が有る。

【０００８】このため、現状の投影露光装置を用い、か
つ、焦点深度を確保したまま解像度の向上を図る様々な
露光技術が検討されており、その代表的な手段として、
露光処理に際し、マスクを透過する光の位相を操作する
ことによって投影像のコントラストを改善する位相シフ
ト技術が提案されている。

【０００９】例えば特公昭62-59296号公報には、遮光領
域を挾む一対の透光領域の一方に透明膜を設けることに
より、露光処理の際に２つの透光領域を透過した光の間
に位相差を生じさせ、その干渉光が半導体ウエハ上の遮
光領域となる個所で弱め合うように操作する位相シフト
技術が開示されている。

【００１０】また、特公昭62-50811号公報には、マスク
上の特定の光透過部に光の位相を反転させる透明部材
（位相シフタ）を設けて、光の干渉を利用することによ
り、特に、周期性を有するパターンに対して解像力が大
幅に向上することが示されている。

【００１１】また、特開昭62-67514号公報には、マスク
の遮光領域内に形成されている孤立した微細な主パター
ンの周辺部に微細な開口部である補助パターンを設け
て、両パターン間に位相差を与えるマスクが開示されて
いる。これは、補助パターンの存在により主パターンの
像の拡がりを防止し、孤立パターンの解像性能を向上さ
せるマスクである。

【００１２】また、特開平2-140743号公報には、マスク
の透光領域の一部に位相シフタを設けることにより、透
過光に位相差を生じさせ、位相シフタ境界部を強調させ
る位相シフト技術が開示されている。

【００１３】また、特開平3-270213号公報には、透光領
域および遮光領域のパターンが形成されたマスクの異な
る箇所を通過した直後の２つの光の位相を互いに逆相と
し、その後、２つの光を合成して被照射試料上に照射す
ることにより、投影像のコントラストの改善を図る方法
が開示されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した位
相シフト技術を用いる場合、以下の問題があることを本
発明者は見出した。

【００１５】すなわち、本発明者の検討によれば、マス
クの透光領域の一部に透明膜を設けることにより、透明
膜を透過した光と透明膜のない透光領域を透過した光と
の間に位相差を生じさせる上記の従来技術においては、
異物の付着・発生や欠陥が生じ易いが、実際のマスクに
は異物の付着や欠陥が許容されずマスクの製作に制約が
生じるので、マスク製作に多大な時間と労力を要すると
いう問題があることを見い出した。

【００１６】例えば特公昭62-50811号公報に開示されて
いるマスクを用いると、特に周期性のある微細パターン
に対しては従来の解像限界を超えるパターンの転写が容
易に実現できる。しかし、このように、従来の、同一の
マスクの光透過領域の一部に位相シフタを設け、シフタ
を透過する光とシフタのない領域を透過する光との間に
位相差を生じさせる技術は、マスク製作に多大な時間と
労力を要するという問題がある。すなわち、同一のマス
クに光透過パターンと位相シフタパターンの両方を形成
するとともに、いずれのパターンに対しても付着異物や
欠陥を避けなければならず、マスクの検査修正が極めて
煩雑になるという問題がある。

【００１７】また、特開昭62-67514号公報に開示されて
いるマスクは、孤立した微細パターンの転写に優れる。
しかし、上記に述べたマスク検査や遮光膜の厚さ等のマ
スク構造に起因する投影像の劣化に対する対処について
は示されていない。

【００１８】ところで、このような問題を解消する技術
に、例えば特開平4-361521号公報に記載がある。ここに
は、露光する光を透過あるいは遮光するパターンと位相
差を与える位相シフタとを別々のマスクに形成した後、
両マスクを近接または密着させて露光を行う方法が示さ
れている。この方法では、同一のマスクに遮光パターン
と位相シフタパターンとの両方を形成するという煩雑さ
を避けるとともに、欠陥検査や修正が容易なマスクが提
供されている。

【００１９】すなわち、露光する光を透過あるいは遮光
するパターンと位相差を与える位相シフタとを別々のマ
スクに形成するので、検査修正を含めたマスク製作が容
易になる。しかし、この技術の場合、パターンの微細化
とともに遮光膜の厚さが無視できなくなることに対する
対処については示されていない。

【００２０】また、１つの位相シフトマスクを、ある程
度の厚さを持つ２枚のマスクを物理的に重ね合わせて構
成したことにより、半導体ウエハ上に転写される像の結
像面位置が本来の結像面位置からシフトしてしまい鮮明
な像が形成されない場合が生じるので、上記した２枚重
ねのマスクを、従来の通常のマスクと組合せて半導体製
造プロセスに適用するには問題があることが判明した。

【００２１】すなわち、通常の半導体集積回路装置の製
造においては、転写するパターンの寸法に応じて、２枚
のマスクから成る位相シフトマスクを用いたり、従来の
１枚のみのマスクを用いたりする。この場合、開口部が
形成されたマスクパターン面と投影レンズとの間に、第
２のマスクの基板である透明ガラスが存在したりしなか
ったりする。その結果、投影光学系には球面収差が発生
するが、これを補正して精度の高いパターン転写を行う
ことについては何ら示唆されていない。

【００２２】以下、これについて、図面を用いてより詳
細に説明する。

【００２３】位相シフタとしては、従来は、塗布型ガラ
ス（ＳＯＧ）が用いられてきた。これは、図５４（ａ）
〜（ｅ）に示すように、まず、ガラス基板６００上のク
ロム（Ｃｒ）等の遮光膜６０１に開口パターンが形成さ
れた従来型のマスクを製作し、次に、位相シフタとなる
ＳＯＧ６０２を全面に塗布し、更に、レジスト６０３を
塗布してシフタパターンを露光する。レジストを現像処
理して６０４-1，６０４-2の領域を除去した後、このレ
ジストをマスクとしてＳＯＧをエッチングして最終的に
シフタパターン６０５，６０６を得る。

【００２４】このマスクを、図５５（ａ）に示すよう
に、パターン面を下側にして使用する。また、別の方法
として、図５５（ｂ）に示す構造を得るために、まず、
ガラス基板６００上にシフタパターン６０６を形成し、
その後に遮光膜（Ｃｒ）蒸着，レジスト塗布，パターン
露光，遮光膜のエッチングの工程を経る製作法もある。

【００２５】いずれの場合も、遮光膜の厚さは0.１μm
程度であり、位相シフタの厚さｄは１８０度の位相差を
与える厚さｄ＝λ／２（ｎ−１）である。ここに、λは
光の波長、ｎはシフタの屈折率である。例えば、露光す
る光をｉ線（λ＝0.３６５μm)とすれば、ｄの値はほぼ
0.４μm である。

【００２６】しかし、近年のパターン微細化に従って、
５倍の大きさのマスク上でもパターン寸法はサブミクロ
ン領域に突入しており、パターン開口部の寸法に比べて
遮光膜の厚さが無視できなくなってきた。その結果、図
５４（ｅ）に示すＳＯＧの膜厚変化が相対的に大きくな
った。すなわち、開口部内においてＳＯＧの膜厚が変化
する領域の割合が増加するとともに、開口寸法が異なる
と平均膜厚が変化して所望の位相差が得られないという
問題が生じている。

【００２７】例えば、図５４（ｅ）では、シフタパター
ン６０５の厚さは、シフタパターン６０６の厚さよりも
厚くなっている。この結果、上述のような位相誤差が生
じる。一方、図５５（ｂ）に示すように、位相シフタ６
０６をガラス基板と遮光膜の間に挟む構造のマスクで
は、上述のようなシフタの膜厚変化は生じにくい。

【００２８】ところが、半導体ウエハ面における投影像
計算を詳細に行うと、図５６（ａ),（ｂ）に示す光強度
分布７００，７０１の計算結果の比較からわかるよう
に、位相シフタの膜厚に誤差がないとしても、位相シフ
タをガラス基板と遮光膜の間に挟む構造のマスクでは、
位相シフタを除去した開口部に対応する光強度の低下が
発生する。この低下を防止するためには、図５６（ｃ）
に示すように、シフタパターン６０６のエッジを、遮光
膜６０１のエッジから後退させる構造とすれば良いこと
がわかっている。実際に、得られる光強度分布７０２か
ら隣接する開口部中心の投影像光強度Ｉ1 ，Ｉ2 を求
め、両者の差をシフタパターン６０６のエッジの後退量
ｄの関数として計算すると、図５７（ｃ）に示す曲線７
０３が得られる。

【００２９】この計算では、エッジの後退量ｄを遮光線
幅Ｗのほぼ半分に設定すると、上述の開口部中心の投影
像光強度Ｉ1 ，Ｉ2 の差を充分小さくできることが分か
る。しかし、図５６（ｃ）に示す構造では、遮光膜エッ
ジ部分の保持が不充分で、実用的ではないという問題が
ある。

【００３０】また、重ね合わせた２枚のマスクの露光時
における温度変化によって転写パターンに不良が発生す
ることが判明した。すなわち、重ねられた２枚のマスク
のうち遮光膜の形成されているマスクの温度が露光処理
に際して照射される光エネルギーによって高くなり、そ
の遮光膜のあるマスクと無いマスクとで温度差が生じる
結果、２枚のマスクが変形し、マスク上のパターンを良
好に転写できないという問題である。

【００３１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、従来の技術における上述
の如き問題を解消した、位相シフト露光技術を提供する
ことにある。

【００３２】すなわち、本発明の１つの目的は、製作が
容易な２枚のマスクを組み合わせた位相シフトマスクを
用い、かつ、信頼性の高い露光方法を提供することにあ
る。

【００３３】また、本発明の他の目的は、ディープサブ
ミクロン領域の微細パターンの露光方法に適合して、投
影像の劣化の少ない位相シフトマスクを用いた露光方法
を提供することにある。

【００３４】また、本発明の他の目的は、上述の位相シ
フトマスクを搭載できる露光装置を提供することにあ
る。

【００３５】また、本発明の他の目的は、２枚のマスク
を重ね合わせてなるマスクを用いて露光処理を行う場合
に、結像面の位置ずれを防止することのできる技術を提
供することにある。

【００３６】さらに、本発明の他の目的は、２枚のマス
クを重ね合わせてなるマスクを用いて露光処理を行う場
合に、重ね合わせたマスクが露光処理中に歪むのを抑制
することのできる技術を提供することにある。

【００３７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００３８】

【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、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００３９】本発明の露光方法は、転写するパターンの
描かれたマスクを、光が透過する際に所定量の位相差を
与える凹凸パターンを有する第１のマスクと、遮光領域
と開口領域とで定義されたパターンが形成されている第
２のマスクとで構成し、両マスクのパターン面を互いに
向かい合わせて配置するとともに、更に、前記第１のマ
スクの凹凸の境界である段差部を透過し散乱する光は前
記第２のマスクの遮光領域で遮光され、前記第２のマス
クを透過する光は記第１のマスクの凹凸の境界の段差部
から離れた領域を透過する光であるように構成するもの
である。

【００４０】また、本発明の露光方法は、遮光領域およ
び透光領域からなるパターンが形成された第１のマスク
と、透過光に位相差を生じさせるための位相シフトパタ
ーンが形成された第２のマスクとを各々のパターン形成
面を対向させた状態で近接または接触させて重ね合わせ
てなる重ね合わせマスクを透過した光の干渉を利用する
ことにより試料上に所定のパターンを転写する露光方法
であって、前記所定のパターンの転写に先立って、前記
試料の高さ位置または前記重ね合わせマスクの高さ位置
を、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクのうちの
前記試料に近い方のマスク基板厚さに対応させて光軸方
向に移動させる工程を有するものである。

【００４１】また、本発明の露光装置は、原画パターン
が描かれているマスクを所定位置に固定するマスク保持
手段と、試料基板を載置する試料基板保持手段と、光源
から発する光を前記マスクに照射する照明手段と、前記
マスクに描かれているパターンを前記試料基板上に投影
するための投影光学系とを有する露光装置において、マ
スクパターン面から試料基板面に至る前記投影光学系の
少なくとも一個所に、透明基板の存在に起因する球面収
差を補正する手段を設けることを特徴とする露光装置に
よって達成される。

【００４２】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００４３】（ａ）遮光領域および透光領域からなるパ
ターンが形成された第１のマスクと、透過光に位相差を
生じさせるための位相シフトパターンが形成された第２
のマスクとを各々のパターン形成面を対向させた状態で
近接または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマス
クを透過した光の干渉を利用することにより半導体ウエ
ハ上に所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００４４】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
び前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方
のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動させる工
程。

【００４５】（ｃ）遮光領域および透光領域からなり所
望する転写パターンと同一形状のパターンが形成された
通常のマスクを透過した光の干渉を利用することにより
半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パターンを転写
する工程。

【００４６】（ｄ）前記通常のマスクを用いた露光処理
に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に
先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記通常
のマスクの高さ位置を通常のマスクを用いる場合の結像
面位置に移動する工程。

【００４７】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記露光に用いる投影光学系がマスク面側およ
び試料基板である半導体ウエハ側共にテレセントリック
なレンズ系であるものである。

【００４８】さらに、本発明の半導体集積回路装置の製
造方法は、前記露光処理に際して、前記第１のマスクま
たは前記第２のマスクの少なくとも一方に透過光の反射
を防止する反射防止膜を設けた重ね合わせマスクを用い
るものである。

【００４９】

【作用】本発明に係る露光方法においては、以下に詳述
するように、マスクの透過光を試料基板上に露光する際
に、前記マスクを第１のマスクと第２のマスクとに分
け、露光する光に位相差を与える第１のマスクと遮光領
域および透過領域から成る第２のマスクとを重ね合わせ
て露光する方法を採用する。

【００５０】ここで、第１のマスクの凹凸の段差部分
が、必ず第２のマスクの遮光領域に対応して配置されて
いることにより、位相シフト部のエッジが遮光膜の開口
端部から後退する構造になり、個々のパターン開口部内
の位相誤差およびマスク全面内における位相誤差を低減
することができるので、パターン転写の性能を向上させ
ることが可能となる。また、第２のマスクの基板が存在
するので、１枚のマスクだけで構成した場合に遮光膜の
エッジ部の保持が不安定になるという問題を解決するこ
とが可能となる。さらに、パターン面が２枚のマスク基
板に挾まれた構造になるので、重ね合わされたマスクの
表面に塵や異物等が付着しても、その異物等は焦点位置
がずれて転写され難いという効果がある。

【００５１】また、上記した本発明の露光方法によれ
ば、所定のパターンの転写に先立って、試料の高さ位置
またはマスクの高さ位置を、第１のマスクおよび第２の
マスクのうちの試料に近い方のマスク基板厚さに対応さ
せて光軸方向に移動させることにより、試料上に転写さ
れる像の結像面位置ずれを補正することができるので、
試料上に鮮明な像を結像することが可能となる。

【００５２】また、本発明に係る露光装置では、マスク
パターン面から試料基板面に至る投影光学系の少なくと
も一個所に、透明基板の存在に起因する球面収差を補正
する手段を設けたことにより、マスクのパターン面と試
料基板の表面との間の結像関係を正しく保つことが可能
となる。すなわち、本発明に係る露光装置では、第１の
マスクと第２のマスクとから成る位相シフトマスクを用
いることを前提として投影レンズを最適設計しておき、
干渉を利用したパターン転写を行う。そして、従来の１
枚のマスクが用いらける場合には、前記第２のマスクの
欠如に起因する球面収差を補正する手段として、透明な
平行平板をマスクと投影レンズとの間に挿入する。すな
わち、微細パターンの転写には第１のマスクと第２のマ
スクとから成る位相シフトマスクを用い、それほど微細
でないパターンの転写には従来のマスクをそれぞれ用い
て試料基板上にパターン形成を行うことができるので、
好適な半導体集積回路装置を製造することが可能とな
る。

【００５３】また、上記した本発明の半導体集積回路装
置の製造方法によれば、重ね合わせマスクを用いる場合
と、通常のマスクを用いる場合とに応じて、それぞれの
場合における結像面の位置を最適な位置に設定すること
ができるので、半導体集積回路装置の製造プロセスにお
いて、重ね合わせマスクと通常のマスクとの両方を用い
た露光処理が可能となる。

【００５４】また、上記した本発明の半導体集積回路装
置の製造方法によれば、前記露光に用いる投影光学系が
マスク面側および試料基板である半導体ウエハ側共にテ
レセントリックなレンズ系を用いることにより、マスク
パターン位置やマスク基板厚さの面内分布によって結像
面の位置誤差が生じるのを防止することができるので、
重ね合わせマスクを用いて良好なパターン転写が可能と
なる。

【００５５】また、上記した本発明の半導体集積回路装
置の製造方法によれば、前記露光処理に際して、前記第
１のマスクまたは前記第２のマスクの少なくとも一方に
透過光の反射を防止する反射防止膜を設けた重ね合わせ
マスクを用いることにより、第１のマスクと第２のマス
クとの間で生じる反射光の干渉現象を抑制することがで
きるので、その干渉現象に起因する半導体ウエハ面内の
照度バラツキを低減することが可能となる。

【００５６】さらに、本願において開示される他の発明
の概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

【００５７】すなわち、本発明の露光方法は、遮光領域
および透光領域からなるパターンが形成された第１のマ
スクと、透過光に位相差を生じさせるための位相シフト
パターンが形成された第２のマスクとを各々のパターン
形成面を対向させた状態で近接または接触させて重ね合
わせてなる重ね合わせマスクを透過した光の干渉を利用
することにより試料上に所定のパターンを転写する露光
方法であって、前記所定のパターンの転写に先立って、
前記試料の高さ位置または前記重ね合わせマスクの高さ
位置を、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクのう
ちの前記試料に近い方のマスク基板厚さに対応させて光
軸方向に移動させる工程を有するものである。

【００５８】また、本発明の露光方法は、前記第１のマ
スクには、前記試料上に形成される周期的な実パターン
に対応する透光領域のパターンまたはそれらを含む透光
領域のパターンが形成され、前記第２のマスクにおい
て、少なくとも前記周期的な実パターンに対応する透光
領域のパターンの奇数番目または偶数番目を抜き出した
位置に透過光が位相反転する位相シフトパターンが形成
されており、その透光領域のパターンの周期で露光光の
位相を反転させて投影露光するものである。

【００５９】また、本発明の露光方法は、原画パターン
が描かれているマスクを準備する工程と、試料基板を準
備する工程と、光源から発する光を前記マスクに照射し
て、該マスクに描かれている前記パターンを投影光学系
を介して前記試料基板上に転写する工程とを有する露光
方法において、前記マスクを準備する工程は、前記マス
クが、透過する光に所定量の位相差を与える凹凸部を表
面に有する第１のマスクと、前記照明光を遮光する領域
と透過させる領域とで定義されたパターンが形成されて
いる第２のマスクとから成るマスク、または、パターン
情報を含むマスク基板１枚で構成されるマスクのいずれ
か一方を選択して準備する工程であるものである。

【００６０】また、本発明の露光方法は、原画パターン
が描かれているマスクを準備する工程と、試料基板を準
備する工程とを含み、光源から発する光を前記マスクに
照射して、該マスクに描かれている前記パターンを投影
光学系を介して前記試料基板上に転写する露光方法にお
いて、前記マスクは、前記照明光に対して透明でかつ透
過する光に所定量の位相差を与える凹凸を表面に有する
第１のマスクと、前記照明光を遮光する領域と透過させ
る領域とで定義されたパターンが形成されている第２の
マスクとから成るとともに、前記第１のマスクの凹凸の
境界の段差部を透過し散乱する光は前記第２のマスクの
遮光領域で遮光され、前記第２のマスクを透過する光は
前記第１のマスクの凹凸の境界の段差部から離れた領域
を透過する光であるようにし、前記光が前記第１のマス
クを透過した後に前記第２のマスクを透過することによ
って前記試料基板上にマスクパターンの像を形成する工
程を有するものである。

【００６１】また、本発明の露光方法は、前記第１のマ
スクの凹凸を有する面と前記第２のマスクの前記パター
ンが形成されている面とを互いに向かい合わせて近接あ
るいは密着して配置するとともに、前記第１のマスクを
透過した光にはほぼ１８０度またはその奇数倍の位相差
を与え、更に前記第２のマスクを透過させて、透過光の
干渉により前記第２のマスクに定義されているパターン
の像を前記試料基板上に形成するものである。

【００６２】また、本発明の露光装置は、試料台上に載
置された試料に対して露光のための光を放射する発光源
と、前記発光源から放射された光を所定のパターンに成
形するマスクと、前記マスクを取り付け取り外し可能な
状態で載置するマスク載置台と、前記発光源から放射さ
れマスクによって成形された所定のパターンを前記試料
上に投影するための投影光学系とを有する露光装置であ
って、以下の構成を有するものである。

【００６３】（ａ）前記マスク載置台は、遮光領域およ
び透光領域からなるパターンが形成された第１のマスク
と、透過光に位相差を生じさせるための位相シフトパタ
ーンが形成された第２のマスクとを各々のパターン形成
面を対向させた状態で近接または接触させて重ね合わせ
てなる重ね合わせマスクを載置可能な構造であるととも
に、遮光領域および透光領域からなり所望する転写パタ
ーンと同一形状のパターンが形成された通常のマスクを
載置可能な構造である。

【００６４】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記試料台または前記マスク載置台の高
さ位置の最適値を、前記第１のマスクおよび前記第２の
マスクのうちの前記試料に近い方のマスク基板厚さに基
づいて算出する算出部を有する。

【００６５】（ｃ）前記試料台または前記マスク載置台
の高さを、前記算出部で算出した値に基づいて実際に光
軸方向に移動させるための移動機構を有する。

【００６６】また、本発明の露光装置は、原画パターン
が描かれているマスクを所定位置に固定するマスク保持
手段と、試料基板を載置する試料基板保持手段と、光源
から発する光を前記マスクに照射する照明手段と、前記
マスクに描かれているパターンを前記試料基板上に投影
するための投影光学手段とを有する露光装置において、
前記マスク保持手段で保持されるマスクのパターン面と
前記試料基板保持手段との間の前記投影光学手段の光軸
を含む領域内に、透明な平行平板の有無を検知して該平
行平板の有無により変化する光学収差を補正する収差補
正手段を有するものである。

【００６７】また、本発明の露光装置は、前記光学収差
を補正する収差補正手段は、所定の厚さの透明な平行平
板を挿入あるいは排出する手段であるものである。

【００６８】また、本発明の露光装置は、前記光学収差
を補正する収差補正手段は、前記投影光学手段を構成す
る光学要素を移動または交換するか、圧力制御により屈
折率を変えることによって、光路長を変化させる手段で
あるものである。

【００６９】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、遮光領域および透光領域からなるパターンが形
成された第１のマスクと、透過光に位相差を生じさせる
ための位相シフトパターンが形成された第２のマスクと
を各々のパターン形成面を対向させた状態で近接または
接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透過し
た光の干渉を利用することにより半導体ウエハ上に半導
体集積回路パターンを転写する半導体集積回路装置の製
造方法であって、前記半導体集積回路パターンの転写に
先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記重ね
合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよび前
記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方のマ
スク基板厚さに対応させて光軸方向に移動させる工程を
有するものである。

【００７０】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００７１】（ａ）遮光領域および透光領域からなるパ
ターンが形成された第１のマスクと、透過光に位相差を
生じさせるための位相シフトパターンが形成された第２
のマスクとを各々のパターン形成面を対向させた状態で
近接または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマス
クを透過した光の干渉を利用することにより半導体ウエ
ハ上に所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００７２】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
マスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよび前記第２
のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方のマスク基
板厚さに対応させて光軸方向に移動させる工程。

【００７３】（ｃ）遮光領域および透光領域からなり所
望する転写パターンと同一形状のパターンが形成された
通常のマスクを透過した光により半導体ウエハ上に所定
の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００７４】（ｄ）前記通常のマスクを用いた露光処理
に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に
先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記通常
のマスクの高さ位置を通常のマスクを用いる場合の結像
面位置に移動する工程。

【００７５】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００７６】（ａ）遮光領域および透光領域からなるパ
ターンが形成された第１のマスクと、透過光に位相差を
生じさせるための位相シフトパターンが形成された第２
のマスクとを各々のパターン形成面を対向させた状態で
近接または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマス
クを透過した光の干渉を利用することにより半導体ウエ
ハ上に所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００７７】（ｂ）遮光領域および透光領域からなり所
望する転写パターンと同一形状のパターンが形成された
第１のマスクと、平板状の透明基板からなる第２のマス
クとを各々のパターン形成面を対向させた状態で近接ま
たは接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透
過した光の干渉を利用することにより半導体ウエハ上に
所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００７８】（ｃ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
び前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方
のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動する工
程。

【００７９】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００８０】（ａ）遮光領域および透光領域からなり所
望する転写パターンと同一形状のパターンが形成された
第１のマスクと、平板状の透明基板からなる第２のマス
クとを各々のパターン形成面を対向させた状態で近接ま
たは接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透
過した光の干渉を利用することにより半導体ウエハ上に
所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。

【００８１】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
び前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方
のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動する工
程。

【００８２】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００８３】（ａ）平板状の透明基板からなる第１のマ
スクと、透過光に位相差を生じさせるための位相シフト
パターンが形成された第２のマスクとを各々のパターン
形成面を対向させた状態で近接または接触させて重ね合
わせてなる重ね合わせマスクを透過した光の干渉を利用
することにより半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路
パターンを転写する工程。

【００８４】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
び前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方
のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動する工
程。

【００８５】（ｃ）遮光領域および透光領域からなり所
望する転写パターンと同一形状のパターンが形成された
通常のマスクを透過した光の干渉を利用することにより
半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パターンを転写
する工程。

【００８６】（ｄ）前記通常のマスクを用いた露光処理
に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に
先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記通常
のマスクの高さ位置を通常のマスクを用いる場合の結像
面位置に移動する工程。

【００８７】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パター
ンを転写するための露光処理に際して、以下の工程を有
するものである。

【００８８】（ａ）平板状の透明基板からなる第１のマ
スクと、透過光に位相差を生じさせるための位相シフト
パターンが形成された第２のマスクとを各々のパターン
形成面を対向させた状態で近接または接触させて重ね合
わせてなる重ね合わせマスクを透過した光の干渉を利用
することにより半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路
パターンを転写する工程。

【００８９】（ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光
処理に際して、前記所定の半導体集積回路パターンの転
写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または前記
重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
び前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方
のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動する工
程。

【００９０】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記半導体ウエハ上にポジ形のフォトレジスト
膜を堆積する工程と、前記ポジ形のフォトレジスト膜に
前記重ね合わせマスクを用いて接続孔形成用のパターン
を転写する工程とを有するものである。

【００９１】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記半導体ウエハ上にネガ形のフォトレジスト
膜を堆積する工程と、前記ネガ形のフォトレジスト膜に
前記重ね合わせマスクを用いて互いに隣接する帯状のパ
ターンを転写する工程とを有するものである。

【００９２】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記第２のマスクに形成されているパターンと
して半導体集積回路装置のパターンを用い、更に、前記
試料基板上に前記光に対して感光するレジスト材料を塗
布する工程と、前記露光方法を含み、前記レジスト内に
マスクパターンの像を投影した後、現像処理により前記
試料基板上に前記半導体集積回路装置のパターンを形成
するものである。

【００９３】また、本発明の半導体集積回路装置の製造
方法は、前記第２のマスクに形成されているパターン
が、半導体集積回路のメモリセルアレイ部等の微細なパ
ターンが密集しているかあるいは周期的に繰り返される
パターンであるものである。

【００９４】本発明の半導体集積回路装置の製造方法に
用いる重ね合わせマスクを製造する際に、以下の工程を
有するものである。

【００９５】（ａ）前記第１のマスクに遮光領域および
透光領域からなるパターンをフォトリソグラフィ技術に
よって形成する工程。

【００９６】（ｂ）前記第２のマスクに透過光に位相差
を生じさせるための位相シフトパターンをフォトリソグ
ラフィ技術によって形成する工程。

【００９７】（ｃ）前記第１のマスクと、前記第２のマ
スクとを、その各々のパターン形成面を対向させた状態
で、真空中においてその少なくとも一部が接触されるよ
うに重ね合わせ真空吸着によって一体にした後、大気圧
に戻す工程。

【００９８】また、本発明のマスクの製造方法は、以下
の工程を有するものである。

【００９９】（ａ）前記第１のマスクを形成するための
第１透明基板上に被着した第１遮光膜上に第１電子線レ
ジスト膜を堆積した後、前記第１電子線レジスト膜に電
子線を照射することによりパターンを転写する工程。

【０１００】（ｂ）前記パターンを転写した第１透明基
板に対して現像処理を施すことにより第１電子線レジス
トパターンを形成した後、前記第１電子線レジストパタ
ーンから露出する前記第１遮光膜をエッチング除去する
ことにより、前記第１透明基板上に遮光領域および透光
領域からなる所定のパターンを形成し、前記第１のマス
クを作成する工程。

【０１０１】（ｃ）前記第２のマスクを形成するための
第２透明基板上に第２電子線レジスト膜と導電性膜とを
順に堆積した後、前記第２電子線レジスト膜に電子線を
照射することによりパターンを転写する工程。

【０１０２】（ｄ）前記パターンを転写した第２透明基
板に対して現像処理を施すことにより第２電子線レジス
トパターンおよび導電性膜パターンを形成した後、前記
第１電子線レジストパターンおよび導電性膜パターンか
ら露出する前記第１透明基板の上部をエッチング除去す
ることにより、前記第２透明基板上に透過光に位相差を
生じさせるための所定の深さの溝形の位相シフトパター
ンを形成する工程。

【０１０３】（ｅ）前記第２電子線レジストパターンお
よび導電性膜パターンを除去することにより、前記第２
のマスクを作成する工程。

【０１０４】また、本発明のマスクの製造方法は、以下
の工程を有するものである。

【０１０５】（ａ）前記第１のマスクを形成するための
第１透明基板上に被着した第１遮光膜上に第１電子線レ
ジスト膜を堆積した後、前記第１電子線レジスト膜に電
子線を照射することによりパターンを転写する工程。

【０１０６】（ｂ）前記パターンを転写した第１透明基
板に対して現像処理を施すことにより第１電子線レジス
トパターンを形成した後、前記第１電子線レジストパタ
ーンから露出する前記第１遮光膜をエッチング除去する
ことにより、前記第１透明基板上に遮光領域および透光
領域からなる所定のパターンを形成し、前記第１のマス
クを作成する工程。

【０１０７】（ｃ）前記第２のマスクを形成するための
第２透明基板上に被着した第２遮光膜上に第３電子線レ
ジスト膜を堆積した後、前記第３電子線レジスト膜に電
子線を照射することによりパターンを転写する工程。

【０１０８】（ｄ）前記パターンを転写した第２透明基
板に対して現像処理を施すことにより第３電子線レジス
トパターンを形成した後、前記第３電子線レジストパタ
ーンから露出する前記第２遮光膜をエッチング除去する
ことにより前記第２遮光膜パターンを形成する工程。

【０１０９】（ｅ）前記第２遮光膜パターンから露出す
る前記第１透明基板の上部をエッチング除去することに
より、前記第２透明基板上に透過光に位相差を生じさせ
るための所定深さの溝形の位相シフトパターンを形成す
る工程。

【０１１０】（ｆ）前記第２遮光膜パターンを除去する
ことにより、前記第２のマスクを作成する工程。

【０１１１】また、本発明のマスクの製造方法は、前記
溝形の位相シフトパターンをウェットエッチング法によ
って形成するものである。

【０１１２】また、本発明のマスクの製造方法は、前記
溝形の位相シフトパターンを、ドライエッチング法とウ
ェットエッチング法とを順に用いることによって形成す
るものである。

【０１１３】また、本発明のマスクは、前記第１のマス
クと、前記第２のマスクとが、その各々の主面を対向さ
せた状態で真空中においてその少なくとも一部が接触さ
れるように重ね合わされ真空吸着によって接合されてな
るものである。このマスクによれば、重ね合わせのマス
クの製造に際して第１のマスクと第２のマスクとを真空
吸着によって接合することにより、第１のマスクと第２
のマスクとの密着性を向上させることができるので、こ
の重ね合わせマスクが露光処理に際して温度変化に起因
し歪むのを抑制することが可能となる。したがって、パ
ターン転写精度を向上させることが可能となる。

【０１１４】また、本発明のマスクは、前記位相シフト
パターンは前記第２のマスクに所定深さの溝が形成され
てなり、前記位相シフトパターンのうちの少なくとも一
部は、その幅が前記第１のマスクにおいて前記位相シフ
トパターンに対応する透光領域のパターン幅よりも広く
なるようにパターン形成されているものである。

【０１１５】また、本発明のマスクは、照明光に対して
透明でかつ前記照明光が透過する際に所定量の位相差を
与える凹凸を有する第１のマスクと、前記照明光を遮光
する遮光領域と透過させる開口領域とで定義されたパタ
ーンが形成されている第２のマスクとから成り、前記第
１のマスクの凹凸を有する面と前記第２のマスクの前記
パターンが形成されている面とを互いに向かい合わせて
近接あるいは密着して配置し、前記第１のマスクの凹凸
を定義する段差部は前記第２のマスクの遮光領域に対向
し、かつ、前記第１および第２のマスクには互いに位置
合わせするためのマークが形成されているものである。

【０１１６】また、本発明のマスクは、前記第２のマス
クが前記第１のマスクより小さい大きさであって、前記
第２のマスクの周辺部を前記第１のマスクに固定し一体
化したものである。

【０１１７】また、本発明のマスクは、前記第１のマス
クの表面に形成されている凹凸部の段差の大きさは、前
記照明光にほぼ１８０度またはその奇数倍の位相差を与
える大きさであるものである。

【０１１８】また、本発明のマスクは、前記第１のマス
クの表面に形成されている凹凸部の段差の大きさは、前
記照明光にほぼ１８０度またはその奇数倍の位相差を与
える大きさを標準の大きさとし、かつ、前記第２のマス
クのパターン位置に応じて前記凹凸部の段差の大きさを
変化させたものである。

【０１１９】また、本発明のマスクは、前記第１のマス
クの表面に形成されている凹凸部の段差の大きさを、パ
ターンを転写する試料基板の表面の凹凸に応じて結像面
を一致させるように定めたものである。

【０１２０】さらに、本発明の半導体集積回路装置は、
前記マスクを用い、また、前記露光装置を用いて、前記
露光方法により製造されたものである。

【０１２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【０１２２】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る露光装置の説明図、図２は図１の露光装置における縮
小投影レンズの説明図、図３は図２とは異なる設定の他
の縮小投影レンズを用いた場合に生じる結像面の位置ず
れを説明するための説明図、図４は結像面の位置ずれを
説明するための説明図、図５は本実施例のマスクの全体
斜視図、図６および図７は図５のマスクの外周部の断面
図、図８は図５のマスクの要部断面図、図９は図５のマ
スクの要部平面図、図１０は第１のマスクの要部平面
図、図１１は第２のマスクの要部平面図、図１２〜図１
４は図５の第１のマスクと第２のマスクとの位置合わせ
パターンを示す要部断面図、図１５〜図１７は図５のマ
スクを用いた場合の透過光の状態を説明するための説明
図、図１８は図５のマスクの製造工程を説明するための
フロー図、図１９〜図２５は図５のマスクの製造工程中
における要部断面図、図２６は図５のマスクの第１のマ
スクと第２のマスクとの位置合わせ工程を説明するため
の説明図である。

【０１２３】本実施例１の露光装置１は、例えばレンズ
式ステップアンドリピート方式の５：１縮小投影露光装
置であり、例えば日本光学（Ｎｉｋｏｎ）のｉ線ステッ
パＮＲＳ−１７５５ｉ７Ａ（例えばＮＡ＝0.５、露光エ
リア＝１7.５ｍｍ角）を基本として構成されている。

【０１２４】露光光源２には、例えば高圧水銀ランプが
用いられている。露光光源２から放射された露光光は、
集光ミラー３によって集められ第１平面反射鏡４に照射
されるようになっている。

【０１２５】第１平面反射鏡４に照射された露光光は、
シャッタ５、フライアイレンズ６、アパーチャ７および
ショートカットフィルタ８を介して第２平面反射鏡９に
照射されるようになっている。

【０１２６】このアパーチャ７は、コヒーレンスファク
タσを調整するための構成部であり、本実施例１におい
ては、例えばσ＝0.５とした。また、ショートカットフ
ィルタ８は、露光光にｉ線（３６５ｎｍ）を用いる場合
に、そのｉ線よりも短波長の遠紫外側をカットするため
のフィルタである。

【０１２７】第２平面反射鏡９に照射された露光光は、
マスクブラインド１０、コンデンサレンズ１１、マスク
１２および縮小投影レンズ（投影光学系）１３を介して
半導体ウエハ（試料）１４に照射されるようになってい
る。

【０１２８】このマスクブラインド１０は、転写領域の
範囲を設定するための構成部である。コンデンサレンズ
１１は、ケーラー（Ｋｏｅｈｌｅｒ）照明を形成するた
めのレンズである。

【０１２９】マスク１２は、例えば実寸の５倍の半導体
集積回路パターンが形成されたレチクルであり、第１の
マスク１２ａの下方に第２のマスク１２ｂが接合されて
構成されている。

【０１３０】本実施例１においては、露光光源２から半
導体ウエハ１４への光路上に第１のマスク１２ａと第２
のマスク１２ｂとが順に配置されている。ただし、第１
のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの配置順序は逆
でも良い。すなわち、第２のマスク１２ｂにより位相差
の生じた光を第１のマスク１２ａを透過させることでパ
ターンを転写する構造である。

【０１３１】後述するように、この上側の第１のマスク
１２ａには、遮光領域および透光領域からなるパターン
が形成されている。また、下側の第１のマスク１２ｂに
は、位相シフタパターンが形成されている。この位相シ
フタパターンは、第１のマスク１２ａの所定の遮光領域
を挟む一対の透光領域を透過した各々の光の位相を互い
に反転した状態とするためのパターンである。

【０１３２】このように本実施例１の露光装置１におい
ては、２枚のマスク基板を重ね合わせてなるマスク１２
をマスク載置台１５上に取り外し可能な状態で載置する
ことが可能な構造となっている。ただし、マスク載置台
１５上には、位相シフトパターンの無い通常のマスクも
載置することが可能であるし、１枚のマスク基板からな
る通常の位相シフトマスクも載置することが可能となっ
ている。

【０１３３】この場合、第１のマスク１２ａの主面（パ
ターン形成面）が縮小投影光学系のマスク面位置に配置
されている。また、下方側の第２のマスク１２ｂは、上
方側の第１のマスク１２ａよりも若干小さめに形成され
ている。これは、マスク１２をマスク載置台１５上に載
置し易くするためである。なお、マスク１２の詳細につ
いては後述する。

【０１３４】縮小投影レンズ１３は、多数のレンズ群か
らなり、両テレセントリックなレンズである。ここで、
上述のような重ね合わせのマスク１２を用いて露光処理
を行う場合、縮小投影レンズ１３は、半導体ウエハ１４
側の面だけでなく、マスク１２側の面もテレセントリッ
クである。すなわち、図２に示すように、マスク１２を
透過する光は、マスク１２面に対して垂直となってい
る。なお、図２において、αは露光光と光軸とのなす角
度、ＲＷは光の球面波を示している。

【０１３５】このようにするのは、例えば以下の理由か
らである。すなわち、縮小投影レンズ１３のマスク１２
の面側がテレセントリックでない場合には、図３に示す
ように、露光光のマスク１２に対する照射位置が光軸中
心から離れることによってマスク１２を透過した露光光
と光軸との傾きが大きくなることやマスク１２の面と縮
小投影レンズ１３との間のマスク基板の厚さバラツキに
よって、半導体ウエハ１４上での結像面の位置が変化す
るからである。ここで、マスク基板の厚さをＤ、露光光
と光軸とのなす角をαとすると、半導体ウエハ１４上に
おける結像面の位置の変化Δは、Δ= Ｆ（α, Ｄ）と表
されることから補正が困難であることが判る。

【０１３６】このように、縮小投影レンズ１３のマスク
１２の面側がテレセントリックでない場合には、マスク
１２上の露光パターンの位置やマスク基板面内の厚さバ
ラツキ等によって半導体ウエハ１４上での結像面に位置
誤差が生じる。

【０１３７】このため、半導体集積回路装置の製造工程
のように、１つの半導体集積回路装置の製造工程におい
て、露光処理の際に、位相シフトマスクを使用する場合
と位相シフトマスクを使用しない場合とが混在する場合
には、半導体集積回路を構成する層間に重ね合わせ誤差
が生じ、半導体集積回路装置の歩留まりおよび信頼性が
低下する。

【０１３８】したがって、本実施例１において縮小投影
レンズ１３は、図２に示したように、半導体ウエハ１４
面側だけではなく、マスク１２面側もテレセントリック
としてある。

【０１３９】半導体ウエハ１４は、例えば直径５インチ
から８インチ程度のシリコン（Ｓｉ）単結晶からなり、
ウエハ吸着台１６上に載置されている。

【０１４０】ウエハ吸着台１６の下方には、Ｚ軸移動台
１７が設置されている。Ｚ軸移動台１７は、半導体ウエ
ハ１４を高さ方向に移動するための移動台であり、駆動
部１９ａと機械的に接続され、これによってその移動動
作が行われるようになっている。

【０１４１】Ｚ軸移動台１７の下方には、ＸＹステージ
１８が設置されている。ＸＹステージ１８は、Ｘ軸移動
台１８ａとＹ軸移動台１８ｂとから構成されている。Ｘ
軸移動台１８ａは、半導体ウエハ１４を図１の横方向に
水平移動する移動台であり、Ｙ軸移動台１８ｂは、半導
体ウエハ１４を図１の前後方向に水平移動する移動台で
ある。Ｘ軸移動台１８ａおよびＹ軸移動台１８ｂは、そ
れぞれ駆動部１９ｂ，１９ｃと機械的に接続され、これ
によってその移動動作が行われるようになっている。

【０１４２】駆動部１９ａ〜１９ｃは、それぞれ主制御
部２０と電気的に接続されており、その動作が主制御部
２０によって制御されている。主制御部２０は、露光装
置１の全体動作を制御するための構成部である。

【０１４３】ところで、本発明者の検討によれば、第１
のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとを重ね合わせた
マスク１２を用いた場合、図４に示すように、その結像
面の位置Ａ１が、通常のマスクを用いた場合の結像面の
位置Ａ２よりも△１（以下、ずれ量という）だけ上方に
ずれることが判明した。

【０１４４】ここで、縮小投影レンズ１３の縮小率を
Ｍ、第２のマスク１２ｂのマスク基板１２ｂ1 の厚さを
Ｄ、第２のマスク１２ｂのマスク基板１２ｂ1 の露光波
長における屈折率をｎとすると、ずれ量△１＝（１／Ｍ
2 ）Ｄ（１−１／ｎ）と表すことができる。

【０１４５】本実施例１の場合、例えば第２のマスク１
２ｂのマスク基板１２ｂ1 が厚さ0.０９インチの石英基
板とすれば、露光光がｉ線（３６５ｎｍ）、縮小率が１
／５なので、このずれ量△１は、約３０μｍである。

【０１４６】また、第１のマスク１２ａと第２のマスク
１２ｂとを重ね合わせたマスク１２を用いた場合、その
マスクパターン面の位置Ｂ１が、通常のマスクパターン
面の位置Ｂ２よりも下方に△２（以下、ずれ量という）
だけずれている。ここで、ずれ量△２＝Ｄ（１−１／
ｎ）と表すことができる。

【０１４７】そこで、本実施例１の露光装置１において
は、重ね合わせのマスク１２を用いて露光処理を行う場
合、その処理に先立って、結像面の位置を補正すること
が可能な構造となっている。この方法には、例えば次の
２つの方法がある。

【０１４８】第１は、半導体ウエハ１４を図１の上下方
向に移動することによって結像面の位置を補正する方法
である。第２は、マスク１２を図１の上下方向に移動す
ることによって結像面の位置を補正する方法である。

【０１４９】本実施例１においては、例えば半導体ウエ
ハ１４を図１の上下方向に移動する方法が採用されてい
る。この場合、半導体ウエハ１４を通常のマスクを用い
た場合の結像面位置からずれ量△１だけ図１の上方に移
動すれば良い。そして、ずれ量△１の算出に際しては、
縮小投影レンズ１３の縮小率Ｍや第２のマスク１２ｂの
マスク基板１２ｂ1 の屈折率ｎが予め与えられているの
で、第２のマスク１２ｂのマスク基板１２ｂ1 の厚さＤ
のみを入力すれば良い。なお、第１のマスク１２ａが下
方に配置されている場合は、第１のマスク１２ａの厚さ
を入力する。

【０１５０】すなわち、主制御部２０は、第２のマスク
１２ｂのマスク基板１２ｂ1 の厚さＤが作業者によって
入力装置２１から入力されると、予め主制御部２０の記
憶部（図示せず）に記憶されたずれ量△１を導き出す式
に基づいて位置補正のための移動量を算出し、それに従
って駆動部１９ａを駆動して半導体ウエハ１４を図１の
上下方向に移動することにより、結像面の位置を補正す
るようになっている。

【０１５１】また、本実施例１の露光装置１において
は、主制御部２０の記憶部に通常のマスクを用いる場合
の半導体ウエハ１４の高さが記憶されている。そして、
通常のマスクを用いて露光処理を行う場合は、その処理
に先立って、半導体ウエハ１４の高さ位置が、通常のマ
スクを用いる場合に像が結像される位置に戻るようにな
っている。

【０１５２】ただし、マスク１２を図１の上下方向に移
動することにより結像面の位置を補正しても良い。この
場合は、上記ずれ量△２を導き出す式を主制御部２０の
記憶部に記憶しておき、これに基づいて位置補正のため
の移動量を算出し、それに従ってマスク載置台１５を図
１の上下方向に移動することにより行う。

【０１５３】また、本実施例１においては、作業者が第
２のマスク１２ｂのマスク基板１２ｂ1 の厚さＤを入力
する場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく、例えばマスク１２をマスク載置台１５に載置す
ると、半導体ウエハ１４側における第２のマスク１２ｂ
のマスク基板１２ｂ1 の厚さを光学的に自動測定させる
ようにすることで結像面の位置を自動的に補正するよう
にしても良い。

【０１５４】次に、本実施例１の露光装置１を用いた半
導体集積回路装置の製造方法を説明する。半導体集積回
路装置の製造工程においては、位相シフトパターンを含
む重ね合わせのマスク１２を用いる工程と、位相シフト
パターンを含まない通常のマスクを用いる工程とが混在
されている場合がある。

【０１５５】そこで、本実施例１においては、その通常
のマスクを用いて露光処理を行う場合と、位相シフトパ
ターンを含む重ね合わせのマスク１２を用いて露光処理
を行う場合とで、各々の露光処理に先立って結像面の位
置を補正する。すなわち、主制御部２０は、以下のよう
な制御を行う。

【０１５６】まず、主制御部２０は、露光処理に先立っ
て、これから使用するマスクが通常のマスクか重ね合わ
せのマスク１２かを作業者にモニタ（図示せず）等を通
じて質問する。

【０１５７】ここで、重ね合わせのマスク１２を用いる
場合は、その旨を入力装置２１から入力すると、主制御
部２０は、第２のマスク１２ｂの厚さ（半導体ウエハ１
４側に配置されているマスク基板の厚さ）を入力するこ
とを作業者にモニタ等を通じて指示する。

【０１５８】続いて、主制御部２０は、入力された第２
のマスク１２ｂの厚さに基づいて上記したずれ量△１を
算出し、半導体ウエハ１４の移動量を算出した後、その
算出値に基づいて駆動部１９ａを駆動して半導体ウエハ
１４を実際に図１の上下方向に移動する。

【０１５９】この際、主制御部２０は以下のデータを記
憶部に記憶する。第１は、これから実行しようとしてい
る露光処理が通常のマスクを用いるのか、それとも重ね
合わせのマスク１２を用いるのかのデータである。重ね
合わせのマスク１２の場合は、第２のマスク１２ｂの厚
さ等のデータも記憶する。第２は半導体ウエハ１４の実
際の高さのデータである。第３は半導体ウエハ１４の移
動量のデータである。

【０１６０】これは、これらのデータを記憶しておくこ
とにより、続く露光処理に際して、半導体ウエハ１４の
高さの補正が容易になるからである。例えば続く露光処
理が前の露光処理と同じく重ね合わせのマスク１２を用
いる場合は、半導体ウエハ１４の高さをそのままにして
おけば良い。また、例えば重ね合わせのマスク１２を用
いるが第２のマスク１２ｂの厚さが異なる場合でも半導
体ウエハ１４の高さが判っていれば、移動量の算出が可
能である。

【０１６１】その後、半導体ウエハ１４に対して露光処
理を施すことにより、半導体ウエハ１４上に所定のパタ
ーンを良好に転写することが可能となっている。

【０１６２】次いで、続く露光処理に際して、主制御部
２０は、露光処理に先立って、これから使用するマスク
が通常のマスクか重ね合わせのマスク１２かを作業者に
モニタ（図示せず）等を通じて質問する。

【０１６３】ここで、重ね合わせマスクを用いる場合、
主制御部２０は、過去に使用された重ね合わせのマスク
１２における第２のマスク１２ｂの厚さのデータをモニ
タに表示し、どの重ね合わせマスクかを質問する。

【０１６４】この際、作業者が入力した重ね合わせマス
ク１２のデータが直前の露光処理の際に用いた重ね合わ
せのマスク１２と同一の場合、主制御部２０は、露光処
理をそのまま行う。

【０１６５】作業者が入力した重ね合わせマスク１２の
データが直前の露光処理の際に用いたものと異なる場
合、主制御部２０は、ずれ量△１を算出して現在の半導
体ウエハ１４の高さのデータ等から移動量を算出し、半
導体ウエハ１４を上下方向に移動して実際の高さを補正
した後、半導体ウエハ１４に対して露光処理を施す。こ
れより、半導体ウエハ１４上に所定のパターンを良好に
転写することが可能となっている。

【０１６６】一方、続く露光処理に際して通常のマスク
を用いる場合は、主制御部２０は、記憶部に記憶されて
いる通常のマスクにおける結像面の高さデータに基づい
て半導体ウエハ１４の実際の高さを補正した後、半導体
ウエハ１４に対して露光処理を施す。これより、半導体
ウエハ１４上に所定のパターンを良好に転写することが
可能となっている。

【０１６７】ただし、半導体集積回路装置の製造プロセ
スにおいて重ね合わせのマスク１２の第２のマスク１２
ｂの厚さが一定の場合ならばそのように主制御部２０に
指示することも可能となっている。この場合は、主制御
部２０は、露光の際に使用するマスクの種類、すなわ
ち、重ね合わせのマスクか通常のマスクかについての質
問をするようになっている。なお、この場合も露光の際
に使用したマスクの種類のデータおよび半導体ウエハ１
４の高さの位置等のデータを露光処理前に記憶してお
く。

【０１６８】一方、マスク１２の第２のマスク１２ｂの
厚さを自動的に測定する場合は、以下のようにする。

【０１６９】まず、主制御部２０は、これから使用する
マスクが通常のマスクか重ね合わせのマスク１２かをモ
ニタ等を通じて作業者に質問する。ここで、重ね合わせ
のマスク１２の場合は、主制御部２０は、第２のマスク
１２ｂの厚さを光学的に測定する。

【０１７０】その方法としては、例えば次のようにす
る。まず、検出光源（図示せず）から放射された検出光
を第２のマスク１２ｂの所定位置に所定角度から照射す
る。そして、第１のマスク１２ａの遮光パターンによっ
て反射された反射された光から第２のマスク１２ｂの厚
さを測定する。

【０１７１】続いて、その第２のマスク１２ｂの厚さの
測定値から結像面位置のずれ量を算出し、その算出値に
基づいて半導体ウエハ１４の移動量を算出し、その算出
値に基づいて半導体ウエハ１４の高さ位置を補正する。

【０１７２】次いで、続く露光処理に際して、主制御部
２０は、露光処理に先立って、これから使用するマスク
が通常のマスクか重ね合わせのマスク１２かを作業者に
モニタ（図示せず）等を通じて質問する。

【０１７３】ここで、そのマスクが、直前の露光処理の
際に用いた重ね合わせのマスク１２と同一の場合、主制
御部２０は、露光処理をそのまま行う。また、マスクが
異なる場合は、第２のマスク１２ｂの厚さを自動的に測
定し、上述と同じようにして、半導体ウエハ１４の高さ
を補正し、露光処理を行う。一方、通常のマスクを用い
る場合は、上記と同様、主制御部２０は、記憶部に記憶
されている通常のマスクにおける結像面の高さデータに
基づいて半導体ウエハ１４の実際の高さを補正した後、
半導体ウエハ１４に対して露光処理を施すようになって
いる。

【０１７４】次に、本実施例１のマスク１２を図１〜図
１７によって説明する。

【０１７５】本実施例１のマスク１２は、例えば半導体
集積回路装置の製造工程において、半導体ウエハ１４上
に所定の半導体集積回路パターンを転写するための実寸
の５倍の原画が形成されたレチクルであり、例えばメモ
リセルアレイ部等における繰り返しパターンを転写する
ための半導体集積回路パターンが形成されている。

【０１７６】マスク１２の外観を図５に示す。第２のマ
スク１２ｂは、第１のマスク１２ａよりも若干小さめに
形成されている。これは、上記したように、第１のマス
ク１２ａの外周部を突出させ、その突出部をマスク載置
台１５（図１参照）上に載せることによりマスク１２を
保持し易くするためである。

【０１７７】マスク１２は、図５および図６に示すよう
に、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとが互い
の主面を対向させ接触させた状態で重ね合わされて構成
されている。特に、本実施例１においては、後述するよ
うに、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとが真
空吸着によって密着性良く接合されている。このため、
露光処理時における第１のマスク１２ａと第２のマスク
１２ｂとの温度差に起因するマスク１２の変形を抑制で
き、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの重ね
合わせずれを抑制することが可能となっている。

【０１７８】ところで、このように、第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとは、真空吸着によって接合さ
れているが、これのみでは衝撃等に弱く剥がれる場合が
あるので、図６および図７に示すように、第２のマスク
１２ｂの外周に接着部２０２ａ，２２ｂを設けることに
よって第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとがし
っかりと固定されている。

【０１７９】この接着部２２ａ，２２ｂは、粘性が高
く、硬化後の紫外線照射等により異物を発生しない材料
が良い。図６の接着部２２ａは、例えばガラスエポキシ
系の樹脂からなる。また、図７の接着部２２ｂは、両面
テープからなり、中間スペーサ部２２ｂ1 の上下に接着
層２２ｂ2 が設けられて形成されている。中間スペーサ
部２２ｂ1 は、例えばポリエチレンフタレート等からな
るテープ材からなり、接着層２２ｂ2 は、例えばアクリ
ルエマルジョン系粘着剤からなる。

【０１８０】そして、本実施例１においては、接着部２
２ａ，２２ｂを設けたことにより、第１のマスク１２ａ
と第２のマスク１２ｂとの対向面間に外部からの異物等
が入るのを防止することが可能となっている。

【０１８１】ここで、第１のマスク１２ａおよび第２の
マスク１２ｂのマスク基板１２ａ1，１２ｂ1 の厚さ
を、例えば２ｍｍ以上とすることにより、第１のマスク
１２ａおよび第２のマスク１２ｂの裏面に異物等が存在
していたとしてもそれが半導体ウエハ１４上に転写され
ないようにすることが可能となっている。すなわち、第
１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとは、互いに異
物付着防止膜すなわちペリクル付マスクとしての機能を
備えている。したがって、ペリクル自体は必要なくな
る。

【０１８２】また、第１のマスク１２ａおよび第２のマ
スク１２ｂの裏面に異物等が存在したとしても、第１の
マスク１２ａおよび第２のマスク１２ｂの裏面は平坦な
ので洗浄等による異物除去が容易である。

【０１８３】これらにより、本実施例１のマスク１２に
おいては、異物に起因する転写不良を防止することが可
能となっている。

【０１８４】第１のマスク１２ａは、通常のマスクと同
様のマスクであり、その主面には、図８〜図１０に示す
ように、遮光領域２３ａおよび透光領域２３ｂからなる
パターンが形成されている。

【０１８５】第１のマスク１２ａ上の透光領域２３ｂの
パターンは、比較的大きめな平面四角形状のパターン
と、その各々の両側の辺に沿って延びる小さめの平面四
角形状のパターンとが少なくとも一方向に周期的に繰り
返し配置されて構成されている。

【０１８６】第１のマスク１２ａ上の遮光領域２３ａの
パターンは、例えばクロム（Ｃｒ）等のような金属膜が
マスク基板上に被着されて構成されている。このマスク
基板は、例えば屈折率1.４７の合成石英ガラスからな
る。

【０１８７】第２のマスク１２ｂは、透過光に位相差を
生じさせるためマスクであり、その主面には、図８、図
９および図１１に示すように、溝による平面四角形状の
位相シフトパターン２４が形成されている。

【０１８８】位相シフトパターン２４は、図８および図
９に示すように、第１のマスク１２ａに繰り返し配置さ
れた透光領域２３ｂのパターンのうちの奇数番目または
偶数番目の一方に対応するように少なくとも一方向に周
期的に繰り返し配置されている。これにより、後述する
位相シフトパターン２４の作用により繰り返し周期で露
光光の位相が反転し、半導体ウエハ１４上に鮮明な像を
結像させることが可能になっている。

【０１８９】ただし、位相シフトパターン２４は、その
透光領域２３ｂのパターンよりも全体的に若干大きめに
形成されている。これは、以下の理由からである。すな
わち、第１は透過光の強度を確保するためである。第２
は位置合せ余裕を確保するためである。このマスク基板
は、例えば屈折率1.４７の合成石英ガラスからなり、そ
の厚さは、例えば2.３ｍｍ（0.０９インチ）程度であ
る。

【０１９０】このようなマスク１２を用いた露光処理に
際しては、半導体ウエハ１４上にネガ形のフォトレジス
トを堆積した状態で、上記したようにして露光処理を施
すことにより、そのフォトレジストに帯状のパターンを
良好に転写することが可能となる。

【０１９１】また、このようなマスク１２の場合、第１
のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの重ね合わせ位
置が問題となるが、それぞれに位置合わせマークパター
ンを設けることで対処できる。

【０１９２】図１２は第１のマスク１２ａの位置合わせ
マークパターン２５ａの一例であり、遮光領域２３ａに
正方形状の透光領域を設けて形成されている。図１３は
第２のマスク１２ｂの位置合わせマークパターン２５ｂ
の一例であり、透光領域に２つの正方形状の位相シフト
パターンが各々の１つの角を接触させた状態で配置され
て形成されている。

【０１９３】そして、第１のマスク１２ａと第２のマス
ク１２ｂとの位置合わせは、図１２および図１３の位置
合わせマークパターン２５ａ，２５ｂを用い、第１のマ
スク１２ａと第２のマスク１２ｂとの位置合わせマーク
パターン２５ａ，２５ｂを合成した回析投影像として図
１４に示すような十字状のパターン２６を検出すること
により行うようになっている。

【０１９４】すなわち、このような位置合わせマークパ
ターンをマスク基板の周囲２箇所以上に形成しておき、
それぞれ図１４に示すように、十字状のパターン２６と
枠との位置の差分（Ｘ1 −Ｘ2 ，Ｙ1 −Ｙ2 ）によって
位置合わせ誤差を測定し、その誤差を無くすようにする
ことによって位置合わせを行うのである。

【０１９５】次に、このようなマスク１２を用いた露光
処理時における透過光の位相操作の状態を図１５〜図１
７によって説明する。

【０１９６】図１５はマスク１２を透過する透過光Ｌ１
〜Ｌ４の状態を示している。また、図１６はマスク１２
および縮小投影レンズを透過して半導体ウエハ１４（図
１参照）に到達した光の振幅を示し、図１７はその場合
の光の強度を示している。

【０１９７】この場合、幅広の透光領域２３ｂを透過し
た透過光Ｌ１，Ｌ４が互いに位相反転し、その周囲の幅
の狭い透光領域２３ｂを透過した透過光Ｌ２，Ｌ３が互
いに位相反転している。そして、図１６に示すように、
各々の透過光Ｌ１，Ｌ４および透過光Ｌ２，Ｌ３を互い
に干渉させることによって、図１７に示すように、転写
パターンのコントラストを大幅に改善することができ、
半導体ウエハ１４上に鮮明な繰り返しパターンを転写す
ることができる。

【０１９８】次に、本実施例１のマスクの製造方法を図
１８のマスク製造フローに沿って図１９〜図２６によっ
て説明する。本実施例１においては、第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとを途中まで別々のマスク基板
上に並行してパターンを形成し、それぞれが完成した
後、一体にすることでマスク１２を製造する。

【０１９９】これにより、１つのマスク基板上に遮光領
域、透光領域および位相シフトパターンを形成する場合
に比べて不良発生を低減できるので、不良発生による製
造時間の長期化を無くすことができる上、製造歩留りを
向上させることが可能となっている。

【０２００】上記の第１のマスク１２ａの製造方法を説
明する。まず、図１９に示すように、合成石英ガラス等
からなるマスク基板１２ａ1 の表面を研磨、洗浄した
後、その主面上の全面に、例えば0.０５〜0.３μｍ程度
の厚さのＣｒからなる遮光膜２７をスパッタリング法等
により堆積する（工程１００１ａ）。

【０２０１】続いて、この遮光膜２７上の全面に、例え
ば0.１〜0.８μｍ程度の厚さの感電子線レジストを塗布
した後（工程１００２ａ）、その感電子線レジストに所
望の集積回路のパターンを電子線露光技術等によって描
画する（工程１００３ａ）。

【０２０２】この電子線露光技術は、電子線描画装置の
記憶部に記憶された半導体集積回路パターンの位置座
標、形状等のパターンデータに従って、マスク基板１２
ａ1 上の指定位置、指定形状に電子線を照射することに
よりパターンを形成する技術である。

【０２０３】その後、上記した感電子線レジストがポジ
形の場合は、露光部分を所定の現像液により除去しレジ
ストパターン２８ａを形成した後、そのレジストパター
ン２８ａから露出する遮光膜２７部分をウェットエッチ
ング法等により除去することにより、図２０に示すよう
に、所定形状の遮光領域２３ａのパターンを形成する
（１００４ａ，１００５ａ）。

【０２０４】上記した感電子線レジストがネガ形の場合
は、未露光部分を所定の現像液により除去しレジストパ
ターン２８ａを形成した後、そのレジストパターン２８
ａから露出する遮光膜部分をウェットエッチング等によ
り除去することにより、図２０に示すように、所定の形
状の遮光領域２３ａのパターンを形成する（１００４
ａ，１００５ａ）。

【０２０５】その後、レジスト剥離液により、レジスト
パターン２８ａを除去し、洗浄する（１００６ａ，１０
０７ａ）。これにより、所定の形状の遮光領域２３ａお
よび透光領域２３ｂを有する第１のマスク１２ａを製造
する。

【０２０６】なお、電子線露光技術を用いる場合は、レ
ジスト塗布面のさらに上面に、例えば導電性ポリマから
なる帯電防止層を回転塗布法等により形成しておく。続
いて、上記した半導体集積回路パターンに対応させた位
相シフタ加工用のパターンデータに基づいて電子線を描
画する。この際、第１のマスク１２ａのパターンデータ
と第２のマスク１２ｂのパターンデータとはミラー対称
の位置関係にあるので、電子線描画装置の座標系を反転
させて描画を行えば良いことになる。このミラー対称と
するパターンの描画は、現在市販されている電子線描画
装置の標準機能として備えられており、簡単に描画する
ことができる。

【０２０７】また、上記の第１のマスク１２ａは、レー
ザ光、集束イオンビーム等を用いて、マスク製作プロセ
スで生じたパターン欠陥等を修正することができる。す
なわち、第１のマスク１２ａの透光領域２３ｂ部に遮光
膜残りが生じたときは、レーザによるスポット光を該当
部に照射すれば良いし、遮光領域２３ａに一部欠けが生
じたときは、ピレンガス等の有機ガスを添加しながら集
束イオンビームを照射することにより、欠陥部にカーボ
ン膜を堆積することで修正すれば良い。

【０２０８】次いで、上記の第２のマスク１２ｂの製造
方法を説明する。工程１００１ｂ〜１００６ｂは、図２
１および図２２にも示すように、第１のマスク１２ａの
製造工程における工程１００１ａ〜１００６ａまでと同
じである。

【０２０９】第２のマスク１２ｂの製造工程において
は、遮光膜２７のパターンをエッチングマスクとして、
その遮光膜２７のパターンから露出するマスク基板１２
ｂ1 に溝を形成する（工程１００７ｂ）。これにより、
透過光に位相差を生じさせるための位相シフトパターン
２４を形成する。

【０２１０】この際のエッチング処理としては、例えば
ＣＦ₄ 、ＣＨＦ₃ 等を用いたプラズマドライエッチング
法やフッ酸（ＨＦ）等を用いたウェットエッチング法に
より加工することができる。そして、この溝の深さｄ
は、透過光の波長λ、溝部材の屈折率をｎとすると、ｄ
＝λ／２（ｎ−１）を満たすように形成する。

【０２１１】ここで、溝の形成に際して、溝の幅をそれ
に対応する透光領域のパターンよりも若干大きくするに
は、例えば以下のようにする。第１は、ウェットエッチ
ング法によって溝を形成する際に、アンダーカットが生
じるようにする。第２は、ドライエッチング法によって
溝を形成した後、さらにウェットエッチングを行いアン
ダーカットが生じるようにする。第３は、単にドライエ
ッチング法を用いる場合は、予め露出領域の幅を透光領
域の大きさよりも若干大きめになるようにする。

【０２１２】続いて、エッチングマスクとして用いた遮
光膜２７を除去した後、洗浄する（１００８ｂ，１００
９ｂ）。この際、第２のマスク１２ｂに遮光膜が形成さ
れていないので、第２のマスク１２ｂの洗浄の際に遮光
膜２７が剥離する現象や遮光膜２７と溝との間に異物が
入り込む現象を防止することができるので、製造時間を
短縮でき、マスクの歩留りを向上させることが可能とな
る。このようにして、図２３に示すように、所定の形状
の位相シフトパターン２４を有する第２のマスク１２ｂ
を製造する。

【０２１３】その後、第１のマスク１２ａと第２のマス
ク１２ｂとを洗浄し、それぞれの主面に異物が付着しな
いようにした後、図２４に示すように、各々の主面を互
いに向い合わせる。

【０２１４】そして、第１のマスク１２ａと第２のマス
ク１２ｂとの相対的な位置を上記した位置合わせマーク
パターン２５ａ，２５ｂ（図１２および図１３）によっ
て合わせた後、本実施例１においては、図２５に示すよ
うに、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの主
面を接触させた状態で重ね合わせた後、マスク合わせ処
理室内を１０^-4torr以上まで真空排気することにより、
第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとを真空吸着
によって一体化する（工程１００１ｃ，１００２ｃ）。

【０２１５】この方法により、第１のマスク１２ａと第
２のマスク１２ｂとの温度変化による歪を抑制すること
ができるので、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２
ｂとの重ね合わせ後の位置ずれを抑制することができ
る。

【０２１６】ただし、この真空吸着のみでは、衝撃に弱
く剥がれる場合があるので、第１のマスク１２ａと第２
のマスク１２ｂとを重ね合わせる工程に先立って上記第
２のマスク１２ｂの周囲に接着剤を付けておき第１のマ
スク１２ａと第２のマスク１２ｂとをしっかりと接合す
る。

【０２１７】図２６は、上記した第１のマスク１２ａと
第２のマスク１２ｂとの位置合わせ方法の一例を示した
説明図である。第１のマスクステージ２９ａは、第１の
マスク１２ａを保持するためのホルダであり、真空チャ
ックを備えている。第２のマスクステージ２９ｂは、第
２のマスク１２ｂを保持するためのホルダであり、真空
チャックを備えている。

【０２１８】真空チャック制御部３０ａ，３０ｂは、そ
れぞれ第１のマスクステージ２９ａおよび第２のマスク
ステージ２９ｂの真空チャックを制御するための制御部
である。ステージ駆動部３１は、第１のマスクステージ
２９ａおよび第２のマスクステージ２９ｂを駆動するた
めの機構部である。なお、Ｘは紙面に平行な水平方向の
平行移動を示し、Ｙは紙面に垂直な水平方向の平行移動
を示し、θはマスクのほぼ中央を通過する鉛直軸の周り
の回転を示している。

【０２１９】単色光源３２は、実際の露光光と同一の波
長の光を放射する光源であり、単色光源３２から放射さ
れた光は、コンデンサレンズ３３を介してハーフミラー
３４に照射され、さらに一方は反射ミラー３５に照射さ
れ、一方は第１投影レンズ３６ａを介して第１イメージ
センサ３７ａに照射されるようになっている。反射ミラ
ー３５に照射された光は、第２投影レンズ３６ｂを介し
て第２イメージセンサ３７ｂに照射されるようになって
いる。

【０２２０】第１イメージセンサ３７ａおよび第２イメ
ージセンサ３７ｂによって検出された検出信号は、それ
ぞれ第１アンプ３８ａおよび第２アンプ３８ｂを介して
コンパレータ３９に入力されるようになっている。コン
パレータ３９の出力は、ステージ制御部４０と電気的に
接続されている。

【０２２１】ステージ御部部４０は、コンパレータ３９
からの出力信号に基づいてステージ駆動部３１の駆動量
等を制御するための制御部である。さらに、本実施例１
においては、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂ
とをその主面を対向させた状態で真空吸着させることが
可能な真空吸着機構を備えている。

【０２２２】第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂ
との位置合わせは、次のようにする。まず、第１のマス
ク１２ａおよび第２のマスク１２ｂをそれぞれの主面が
対向するようにそれぞれ第１のマスクステージ２９ａお
よび第２のマスクステージ２９ｂ上に載置した後、それ
ぞれの主面が近接するように第１のマスクステージ２９
ａおよび第２のマスクステージ２９ｂを駆動する。

【０２２３】続いて、第１のマスク１２ａの裏面から露
光波長と同一の波長の検出光を第１のマスク１２ａ上の
位置合わせパターンに照射する。そして、第１のマスク
１２ａと第２のマスク１２ｂとの位置合わせマークパタ
ーン２５ａ，２５ｂ（図１２および図１３参照）によっ
て双方の相対的な位置ずれおよび回転ずれを計測し、そ
のデータを第１のマスクステージ２９ａにフィードバッ
クする。

【０２２４】すなわち、図１４に示した位置合わせパタ
ーンにおける十字状のパターン２６と枠とをイメージセ
ンサによって検出し、その検出信号から双方のパターン
の位置の差分（Ｘ1 −Ｘ2 ，Ｙ1 −Ｙ2 ）をコンパレー
タ３９によって測定し、その測定値に基づいてステージ
駆動部３１の駆動量を算出し、第１のマスクステージ２
９ａを駆動する。

【０２２５】位置合わせ誤差を測定した後、第１のマス
ク１２ａ上の一転でＸ，Ｙ（平面）の位置ずれを補正
し、他の一点とを合わせることにより、θ（回転）誤差
を補正することができる。

【０２２６】第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂ
との位置合わせが完了した後、第１のマスクステージ２
９ａをＺ（高さ）方向に移動させて、第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとの主面を接触させた状態で真
空吸着によって吸着するとともに、第２のマスク１２ｂ
の外周に予め塗布しておいた接着剤によって第１のマス
ク１２ａと第２のマスク１２ｂとをしっかりと固定す
る。

【０２２７】以上、本実施例１においては、以下の効果
を得ることが可能となる。

【０２２８】(1).第１のマスク１２ａと第２のマスク１
２ｂとを重ね合わせてなるマスク１２を用いた露光処理
においていずれか一方のマスクによって位相差を生じさ
せることにより、通常の位相シフトマスクと同様に、投
影像のコントラストを向上させることが可能となる。

【０２２９】(2).第１のマスク１２ａと第２のマスク１
２ｂとを重ね合わせてなるマスク１２を用いた露光処理
に先立って結像面の位置を補正することにより、重ね合
わせのマスク１２を用いる露光処理に際して焦点位置や
倍率が変化するのを防止することが可能となる。

【０２３０】(3).上記(1) および(2) により、マスクパ
ターンの転写精度を向上させることが可能となる。

【０２３１】(4).上記(2) により、半導体集積回路装置
の製造工程における露光処理において、位相シフトパタ
ーンを有するマスク１２を使用する場合も、位相シフト
パターンの無い通常の１枚のマスク基板からなるマスク
を使用する場合も転写精度を低下させることなく、露光
処理を行うことが可能となる。

【０２３２】(5).１つのマスクを通常の遮光領域２３ａ
および透光領域２３ｂのパターンを形成する第１のマス
ク１２ａと、位相シフトパターン２４を形成する第２の
マスク１２ｂとに分け、それぞれ別々に作成した後、そ
れらを一体にすることでマスク１２を製造することによ
り、１つのマスク基板上に遮光領域、透光領域および位
相シフトパターンを形成する場合に比べて不良発生を低
減することが可能となる。

【０２３３】(6).１つのマスクを通常の遮光領域２３ａ
および透光領域２３ｂのパターンを形成する第１のマス
ク１２ａと、位相シフトパターン２４を形成する第２の
マスク１２ｂとに分け、それぞれ別々に作成した後、そ
れらを一体にすることでマスク１２を製造することによ
り、１つのマスク基板上に遮光領域、透光領域および位
相シフトパターンを形成する場合において、遮光領域と
位相シフトパターンの溝との間に異物が挟まる不良や洗
浄工程等の際に生じる遮光領域の剥離を防止することが
可能となる。

【０２３４】(7).上記(5) および(6) により、不良発生
によるマスクの製造時間の長期化を無くすことができる
上、マスクの製造歩留りを向上させることが可能とな
る。

【０２３５】(8).第１のマスク１２ａと第２のマスク１
２ｂとを真空吸着によって接合したことにより、それぞ
れの密着性を向上させることが可能となる。

【０２３６】(9).上記(8) により、露光処理時における
第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの温度差に
起因するマスク１２の変形を抑制でき、第１のマスク１
２ａと第２のマスク１２ｂとの重ね合わせずれを抑制す
ることが可能となる。

【０２３７】(10). 第２のマスク１２ｂの外周に接着部
２２ａ，２２ｂを設けることによって第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとがしっかりと固定したことに
より、衝撃等に強くなる上、第１のマスク１２ａと第２
のマスク１２ｂとの対向面間に外部からの異物等が入る
のを防止することが可能となる。

【０２３８】(11). 第１のマスク１２ａおよび第２のマ
スク１２ｂのマスク基板１２ａ1 ，１２ｂ1 の厚さを、
例えば２ｍｍ以上とすることにより、第１のマスク１２
ａおよび第２のマスク１２ｂの裏面に異物等が存在して
いたとしてもそれが半導体ウエハ１４上に転写されない
ようにすることが可能となる。

【０２３９】(12). 第１のマスク１２ａおよび第２のマ
スク１２ｂの裏面に異物等が存在したとしても、第１の
マスク１２ａおよび第２のマスク１２ｂの裏面は平坦な
ので洗浄等による異物除去を容易にすることが可能とな
る。

【０２４０】(13). 上記(9) 〜(12)により、マスク１２
における異物の存在を低減することができるので、異物
に起因する転写不良を防止することが可能となる。

【０２４１】(14). 上記(11)により、第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとは、互いにペリクルとしての
機能を備えているのでペリクル自体が必要なくなる。

【０２４２】(15). 露光装置１の縮小投影レンズ１３の
半導体ウエハ１４面側およびマスク１２面側をテレセン
トリックとしたことにより、マスク１２上の露光パター
ンの位置やマスク基板面内の厚さバラツキ等に起因する
半導体ウエハ１４上での結像面の位置誤差を防止するこ
とが可能となる。

【０２４３】(16). 上記(15)により、半導体集積回路装
置の製造工程のように、１つの半導体集積回路装置の製
造工程において、露光処理の際に、位相シフトマスクを
使用する場合と位相シフトマスクを使用しない場合とが
混在する場合でも、半導体集積回路を構成する層間を良
好に重ね合わせることができるので、半導体集積回路装
置の歩留まりおよび信頼性を向上させることが可能とな
る。

【０２４４】（実施例２）図２７は本発明の他の実施例
であるマスクの要部断面図、図２８は図２７のマスクの
平面図である。

【０２４５】図２７および図２８に示す本実施例２のマ
スクは、前記実施例１の周期的な繰り返しパターンの間
隔が密になった場合であり、隣接する透光領域のパター
ン間に遮光領域が介在されず、半導体ウエハ１４（図１
等参照）上における遮光領域を位相シフトパターン２４
による光の位相差によって形成する構造となっている。

【０２４６】したがって、第１のマスク１２ａは、平板
状の透明ガラス基板となっており、その主面には、パタ
ーン転写のための遮光領域を形成する遮光膜が形成され
ていない。ただし、マスク１２の外周には、遮光領域を
形成するための遮光膜２７が形成されている。その周辺
の遮光領域にマスクブラインド用遮光領域や位置合わせ
マークパターンが形成されている。

【０２４７】第２のマスク１２ｂには、位相シフトパタ
ーン２４が形成されている。転写パターンは、マスク基
板１２ｂ1 の一方向に沿って繰り返し形成されており、
その各々のパターンの外周に半導体ウエハ１４上におけ
る遮光領域を形成するためのパターンが形成されてい
る。なお、図２８においては図面を見易くするため位相
シフトパターン２４に斜線を付してある。

【０２４８】ただし、この場合には、第２のマスク１２
ｂのパターンのシフタエッジの勾配を立たせ、第１のマ
スク１２ａと第２のマスク１２ｂ上のパターンの重ね合
わせ精度を例えば0.１μm 以下とすることが必要にな
る。

【０２４９】本実施例２によれば、前記実施例１と同様
の効果を得ることが可能となる。

【０２５０】（実施例３）図２９は本発明の他の実施例
であるマスクの要部平面図、図３０は図２９のマスクの
断面図、図３１は第２のマスクの断面図である。

【０２５１】図２９〜図３０に示す本実施例３のマスク
１２は、前記実施例２の周期的な繰り返しパターンを有
するマスク１２において、隣接する透光領域２３ｂ間に
遮光領域２３ａを設けた場合である。

【０２５２】遮光領域２３ａを形成するための遮光膜
は、第１のマスク１２ａの主面に形成されている。第２
のマスク１２ｂには、図３０および図３１に示すよう
に、前記実施例２と同様の位相シフトパターン２４が形
成されている。

【０２５３】本実施例３においても前記実施例１と同様
の効果を得ることが可能となる。

【０２５４】（実施例４）図３２は本発明の他の実施例
であるマスクの要部断面図、図３３は図３２の第１のマ
スクの断面図である。

【０２５５】本実施例４のマスクにおいては、位相シフ
トパターンの無い通常のマスクの主面に平板状の透明ガ
ラス基板が接触した状態で接合された構造を有してい
る。すなわち、本実施例４においては、図３２および図
３３に示すように、第１のマスク１２ａに半導体集積回
路パターンを形成するための通常の遮光領域および透光
領域が形成されている。第２のマスク１２ｂは、平板状
のガラス基板となっており、その主面には位相シフトパ
ターンが形成されていない。

【０２５６】この場合、第２のマスク１２ｂの厚さを、
前記実施例１のマスク１２における第２のマスク１２ｂ
の厚さと等しくすることにより、半導体集積回路装置の
製造工程における露光処理に先立って、前記実施例１で
説明した結像面位置の補正が必要なくなる。これは、位
相シフトパターンを有するマスク１２と、位相シフトパ
ターンを有しない通常のマスクとの第２のマスク１２ｂ
の厚さを等しくすることにより、それぞれの露光処理に
おける結像面の位置が等しくなるからでる。

【０２５７】本実施例４においては、前記実施例１で得
られた効果の他に以下の効果を得ることが可能となる。

【０２５８】すなわち、位相シフトパターンの無い通常
の第１のマスク１２ａ主面に、平板状の透明ガラス基板
からなる第２のマスク１２ｂを接触させた状態で接合
し、この第２のマスク１２ｂの厚さを、前記実施例１の
マスク１２における第２のマスク１２ｂの厚さと等しく
することにより、半導体集積回路装置の製造工程におけ
る露光処理において、位相シフトパターンを有するマス
ク１２を使う場合も、位相シフトパターンの無い通常の
マスクを使う場合も、前記実施例１で説明した結像面の
位置補正が必要なくなる。したがって、露光処理時間を
短縮することが可能となる。

【０２５９】（実施例５）図３４は本発明の他の実施例
であるマスクの要部断面図、図３５は図３４の第２のマ
スクの断面図である。

【０２６０】本実施例５のマスクにおいては、位相シフ
トマスクの主面にガラス基板が接触した状態で接合され
た構造を有している。すなわち、図３４および図３５に
示すように、第１のマスク１２ａは、平板状の透明ガラ
ス基板となっており、その主面には、遮光領域２３ａを
形成するための遮光膜が形成されていない。第２のマス
ク１２ｂには、半導体集積回路パターンを形成するため
の通常の遮光領域２３ａおよび透光領域２３ｂのパター
ンが形成されているとともに、透過光に位相差を生じさ
せるための位相シフトパターン２４が形成されている。

【０２６１】本実施例５においては、前記実施例１で得
られた(1) 〜(4) および(8) 〜(14)と同様の効果を得る
ことが可能となる。

【０２６２】（実施例６）図３６は本発明の他の実施例
であるマスクの説明図である。なお、本実施例６の技術
は、前記実施例１〜５のマスクにも適用できるし、後述
する実施例７〜１１のマスクにも適用できる。

【０２６３】本実施例６においては、図３６に示すよう
に、マスク１２を構成する第１のマスク１２ａと第２の
マスク１２ｂとの少なくとも一方のパターン形成面側に
反射防止膜４１が設けられている。それ以外は前記実施
例１〜５と同じである。

【０２６４】この反射防止膜４１は、第１のマスク１２
ａと第２のマスク１２ｂとを重ね合わせる際、それらの
両方またはいずれか一方の露光波長に対する平坦度が充
分に確保できない場合、第１のマスク１２ａと第２のマ
スク１２ｂとの間の距離にバラツキが生じ、その対向面
間において透過光が反射し、その反射光が干渉するのを
低減するために設けられている。

【０２６５】すなわち、本実施例６においては、このよ
うな反射防止膜４１を設けたことにより、第１のマスク
１２ａと第２のマスク１２ｂとの対向面で生じる透過光
の干渉現象を抑制することができるので、その干渉現象
に起因する半導体ウエハ１４上での照度バラツキを低減
することが可能となっている。

【０２６６】この反射防止膜４１は、例えばポリビニー
ルアルコール（Polivinyl-alcohol)を主成分とする水溶
性のものが用いられている。反射防止膜４１の厚さｄ
は、露光波長をλ、屈折率をｎとすると、実効的に、ｄ
= λ/ （４ｎ）に近い値に設定されている。

【０２６７】このような反射防止膜４１は、前記実施例
１等で説明したマスクの製造方法に従って、マスク基板
上に遮光領域用のパターンを形成した後、例えばポリビ
ニールアルコール（Polivinyl-alcohol)を主成分とする
水溶性の溶液をスピンコート法等によってマスク基板上
に塗布することで形成されている。

【０２６８】なお、反射防止膜４１の塗布工程以外の製
造工程は、前記実施例１等と同じである。すなわち、第
１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの相対的な位
置を前記した位置合わせマークパターン２５ａ, ２５ｂ
（図１２および図１３参照）によって合わせた後、図２
５に示すように、第１のマスク１２ａと、第２のマスク
１２ｂとの主面を接触させた状態で重ね合わせる。

【０２６９】このように、本実施例６によれば、以下の
効果を得ることが可能となる。

【０２７０】(1).第１のマスク１２ａと、第２のマスク
１２ｂとの接触面間に反射防止膜４１を設けたことによ
り、第１のマスク１２ａと第２のマスク１２ｂとの対向
面で生じる透過光の干渉現象を抑制することができるの
で、その干渉現象に起因する半導体ウエハ１４上での照
度バラツキを低減することが可能となる。

【０２７１】(2).上記(1) により、良好なパターン転写
が可能となるので、半導体集積回路装置の歩留まりおよ
び信頼性を向上させることが可能となる。

【０２７２】（実施例７）以下、本発明の他の実施例を
実施例７〜１１によって説明する。なお、実施例７〜１
１の各構成部の寸法において、前記実施例１〜６と同等
の部分の寸法については、前記実施例１〜６で記したも
のと同等とする。

【０２７３】まず、図３７を用いて、本発明の実施例７
に係るパターン転写方法を実現する投影露光装置の構成
を説明する。光源４２から発する光は、フライアイレン
ズ４３，コンデンサレンズ群４４，４５およびミラー４
６を介してマスクを照明する。マスクは第１のマスク４
７と第２のマスク４８とから構成される。マスク４７，
４８上に描かれたパターンは、投影レンズ４９を介し
て、試料基板である半導体ウエハ１４上に投影される。
なお、マスク４７，４８は、マスク位置制御手段５０で
制御されたマスクステージ５１上に載置され、その中心
と投影レンズ４９の光軸とは、正確に位置合わせがなさ
れている。半導体ウエハ１４は、試料台５２上に真空吸
着されている。試料台５２は、投影レンズ４９の光軸方
向（すなわちＺ方向）に移動可能なＺステージ５３上に
載置され、更に、ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ５
４上に搭載されている。

【０２７４】Ｚステージ５３およびＸＹステージ５４
は、主制御系５５からの制御命令に応じて、それぞれの
駆動手段５６，５７によって駆動されるので、所望の露
光位置に移動可能である。その位置は、Ｚステージ５３
に固定されたミラー５８の位置として、レーザ測長器５
９で正確にモニタされている。また、半導体ウエハ１４
の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手
段で計測される。計測結果に応じてＺステージ５３を駆
動させることにより、半導体ウエハ１４の表面は常に投
影レンズ４９の結像面と一致させることができる。

【０２７５】透明な平行平板６０は、駆動手段６１によ
り露光光路内に出し入れされる。すなわち、２枚のマス
ク４７，４８が載置された場合は露光光路から外され、
従来の１枚から成るマスクが載置された場合には露光装
置内に挿入される。この操作により、第２のマスクの有
無による球面収差の変化を補正し、半導体ウエハ１４の
表面を常に投影レンズ４９の所定の結像面と一致させる
ことができる。

【０２７６】上述の投影露光装置を用いた半導体集積回
路装置の製造のフローを、図３８に示す。２０１はマス
クを装着する工程で、特に使用するマスクが、位相シフ
トマスクか従来のマスクかの情報を主制御系５５に送
る。ここで、使用するマスクが本発明の位相シフトマス
クであれば、光学系の収差補正は不要であるが、従来の
透過型マスクまたは従来の位相シフトマスクのように、
収差補正が必要な場合には、補正工程２０２で補正す
る。この補正工程を選択することにより、本発明の２枚
から成る位相シフトマスクと従来の１枚構成のマスクと
の併用が可能である。

【０２７７】また、２０３はレジストを塗布した半導体
ウエハ１４を投影露光装置に搭載する工程、２０４は通
常のアライメント方式により、マスクと半導体ウエハ１
４との位置合わせを行う工程、２０５はマスクパターン
を半導体ウエハ１４上に露光する工程である。準備され
た所定枚数の半導体ウエハに対して工程２０３，２０
４，２０５が繰り返される。２０６は不要なレジストを
除去する現像処理工程、２０７は現像後にベーク等の処
理を施すレジストパターン形成工程、２０８は前記レジ
ストパターンをマスクとして半導体ウエハ基板表面にエ
ッチング等を施して加工する工程である。

【０２７８】以上のフローを必要な回数だけ、マスクを
交換して繰り返すことにより、半導体ウエハ１４上に、
所望の半導体集積回路装置を製造した。

【０２７９】次に、本実施例７で用いるマスクを図３９
（ａ),（ｂ) によって説明する。

【０２８０】ここで使用するマスクは、図３９（ａ),
（ｂ）に示すように、透過光にほぼ１８０度の位相差を
与えるように、表面に凹パターン６２-1，６２-2を設け
た第１のマスク４７と、遮光領域６３および透過領域６
４-1，６４-2から成るパターンが形成されている第２の
マスク４８とから構成される。

【０２８１】本実施例７では、これらの第１，第２のマ
スク４７，４８をパターン面を向かい合わせて密着して
ひとつのマスクとし、露光のための光は第１のマスク４
７を透過した後に第２のマスク４８を透過する構成とし
た。なお、図３７に示すように、第２のマスク４８は第
１のマスク４７より小さく、その周辺部を第１のマスク
４７に固定するようにした。マスクステージ５１は第１
のマスク４７の周辺部を支えるので、パターン面はマス
クステージ５１の表面と同一の光軸方向位置に固定され
ている。

【０２８２】第１のマスク４７の下面には、凹部６２-
1，６２-2が設けられており、凹凸により露光する光に
１８０度の位相差を与える。第２のマスク４８には、遮
光膜６３と該遮光膜を部分的に除去した開口部とが設け
られており、転写したいパターンが形成されている。こ
こで、第１のマスク４７の凹凸の段差部分は、必ず第２
のマスク４８の遮光領域に対応して配置されている。

【０２８３】その結果、マスクパターンの断面は、図５
６（ｃ）に示した構造と同等になり、パターン転写の性
能が向上する。更に、第２のマスク４８の基板が存在す
るので、図５６（ｃ）に示した構造では遮光膜のエッジ
部の保持が不安定であるという問題を解決している。同
時に、パターン面がマスク基板に挾まれた構造になるの
で、マスクに塵や異物が付着しても焦点位置がずれて転
写されにくいという効果も与える。

【０２８４】図４０は、上述のマスクの製造工程を示す
図である。図に示すように、第１のマスク４７と第２の
マスク４８とは、途中まで独立した別のマスクとして作
成した。

【０２８５】図４０および図４１（ａ）〜（ｅ）におい
て、３０１は第１のマスクの基板６５を作成する合成石
英基板作成工程、３０２は前記合成石英基板にレジスト
６６と帯電防止用の薄い導電膜６７をスピン塗布するレ
ジスト塗布工程、３０３は前記塗布されたレジスト膜を
露光する電子線露光工程、３０４は導電膜６７を除去し
た後レジストの不要部分６８-1，６８-2を除去してパタ
ーンを形成するレジスト現像工程、３０５は前記レジス
トパターンをマスクとして第１のマスク基板の領域６９
-1，６９-2をエッチングする石英基板エッチング工程、
３０６はその後のレジストを全面除去するレジスト除去
工程、３０７は上記工程を経た第１のマスクの欠陥検査
修正を行う工程である。

【０２８６】以上の工程を経て、図４１（ｅ）に示す第
１のマスク４７が完成する。

【０２８７】同様に、図４０，図４２（ａ）〜（ｆ）に
おいて、４０１は第２のマスクの基板７０を作成する合
成石英基板作成工程、４０２は前記合成石英基板のほぼ
全面に遮光膜であるクロム（Ｃｒ）膜７１を被着する金
属遮光膜堆積工程、４０３は前記Ｃｒ膜上にレジスト７
２をスピン塗布するレジスト塗布工程、４０４は前記塗
布されたレジスト膜を露光する電子線露光工程、４０５
はレジストの不要部分７３-1，７３-2，７３-3，７３-4
を除去してパターンを形成するレジスト現像工程、４０
６は前記レジストパターンをマスクとして前記Ｃｒ膜の
領域７４-1，７４-2，７４-3，７４-4をエッチングする
金属遮光膜エッチング工程、４０７はその後のレジスト
を全面除去するレジスト除去工程、４０８は上記工程を
経た第２のマスクの欠陥検査修正を行う工程である。

【０２８８】以上の工程を経て、図４２（ｆ）に示す第
２のマスク４８が完成する。

【０２８９】次に、以上の独立した工程で製作した第
１，第２のマスクを、マスク合わせ工程５０１で重ね合
わせ、マスク接着工程５０２において接着固定して、マ
スクを完成させた。

【０２９０】なお、第１のマスク基板の領域６９-1，６
９-2をエッチングする際のエッチングの深さｄは、マス
クパターンを半導体ウエハ上に転写するために用いる光
の波長をλ、第１のマスク基板の屈折率をｎとすると
き、ｄ＝λ／２（ｎ−１）とする。このときに１８０度
の位相差が得られる。

【０２９１】ここではｉ線の露光を考え、ｄ＝0.３８μ
m とした。なお、位相差を与える凹凸を基板のエッチン
グで形成したが、基板と類似の屈折率を有する透明薄膜
を基板上に部分的に付加する方法、あるいは、全面的に
被着させた後に部分的に除去する方法によっても、透明
膜の厚さがｄ＝λ／２（ｎ−１）の関係を満足する限り
同一の効果が得られることはいうまでもない。

【０２９２】完成したマスクの一例を示す図３９におい
て、開口部６３-1と開口部６４-2を透過した光は、第１
のマスク４７により１８０度の位相差を有する。同図に
示すように、第１のマスク４７の凹凸の境界である段差
部が第２のマスク４８のＣｒ膜の遮光領域内に配置する
ようにした結果、段差部で散乱した光はＣｒ膜遮により
光されて、コントラストの高い成分のみを半導体ウエハ
上に露光することができた。

【０２９３】図４３（ａ）は、孤立したコンタクトホー
ルを形成するためのマスクパターンの平面図、図４３
（ｂ）は図４３（ａ）中のＸ１−Ｘ１線に沿ったマスク
断面図である。両図において、遮光領域７５，主開口パ
ターン７６および補助パターン７７は、いずれも、第２
のマスク７８上のＣｒ膜７９の有無で定義されている。
第１のマスク８０の表面凹凸の段差部は、第２のマスク
と重ね合わせたときに主開口パターン７６と補助パター
ン７７との中間に位置するようにした。補助パターン７
７の幅は、単独では半導体ウエハ上にレジストパターン
が形成できない程度の寸法となっているが、主開口パタ
ーン７６とは１８０度の位相差を有するので、主開口パ
ターン７６の投影像を強調して、ホールパターン形成の
性能を向上させている。

【０２９４】図４４は、周期パターンと孤立パターンと
が混在するパターン例を示す図である。８１は補助パタ
ーンであり、Ｘ2 ーＸ2 線に沿ったマスク断面構造は、
図４３（ｂ）に示す図と同様である。また、開口パター
ン８２と８３は、前述第１のマスクと第２のマスクと重
ね合わせによって、１８０度の位相差を与えている。従
って、Ｘ3 ーＸ3 線に沿ったマスク断面は、図３９
（ｂ）に示す構造となっている。

【０２９５】上述の露光工程における第１のマスクと第
２のマスクの重ね合わせは、以下のようにして行った。
すなわち、両マスクに位置合わせマークパターンを設け
ておき、それらのパターンを合成した回折像を検出しな
がら、位置合わせを行った。具体的なマーク形状は、特
開平4-361521号公報に記載されているものを用いた。な
お、位置合わせマークパターンはこれに限らず、第１の
マスクにおいては溝等の凹凸から成るパターンを、第２
のマスクにおいては遮光膜に形成した種々に形状の開口
パターンを適宜適用できる。

【０２９６】図４５において、８０は第１のマスク、７
８はＣｒ膜７９を有する第２のマスク、８４は第１のマ
スクを真空吸着するホルダ、８５は第２のマスクを真空
吸着するホルダである。光源から発する検出光は、コン
デンサレンズ等の照明光学系８６で平行光にした後、ビ
ームスプリッタ８７で分岐される。

【０２９７】分岐した一方の光束は直接マスクの位置合
わせマーク部へ、他方の光束はミラー８８で偏向されて
マスクの他方の位置合わせマーク部を照射する。マスク
を透過した一方の検出光は、集光レンズ８９を介してイ
メージセンサ９０に検出像を形成する。他方の検出光
は、集光レンズ９１を介してイメージセンサ９２に検出
像を形成する。検出像を制御手段９３で判断し、結果に
応じてホルダ駆動手段９４でホルダ８５を３軸方向に駆
動制御することによって、前記第１のマスクと第２のマ
スクの重ね合わせを行った。なお、ここでは、第２のマ
スク７８を第１のマスク８０より小さくして、第２のマ
スク７８の周辺部を第１のマスク８０の面に接着するよ
うにした。

【０２９８】以上の方法で製作した、メモリ集積回路の
パターンを有するマスクの平面レイアウトを図４６に示
す。

【０２９９】図４６において、９５は前記第１のマスク
の輪郭、９６は前記第２のマスクの輪郭、９７は、前記
第１、第２のマスクの接着部分である。また、９８はク
ロム遮光帯、９９-1，９９-2は、マスクパターンが転写
される半導体ウエハとマスクとの位置合わせのためのマ
ーク、１００-1，１００-2は、前記第１のマスクと第２
のマスクとを重ね合わせるためのマーク、１０１は半導
体ウエハ上のスクライブラインに対応する部分、１０２
-1，１０２-2はそれぞれ半導体ウエハ上の単位チップ領
域に対応する部分、１０３-1，１０３-2はそれぞれメモ
リ回路素子の周辺回路領域に対応する部分、１０４-1か
ら１０４-4および１０５-1から１０５-4はそれぞれ前記
メモリ回路素子のメモリマットに対応する部分である。

【０３００】以上のような手順で構成したマスクを、図
１に示すように縮小投影露光装置に搭載し、感光性レジ
ストを塗布した半導体ウエハ１４上にマスクパターンを
露光した。図３８に示す露光およびその後のレジスト現
像処理や加工の工程を必要な回数繰り返し、所望の加工
パターンを得て、メモリ回路素子を製造した。その結
果、マスク透過光の干渉を利用して微細パターンを形成
することができ、高集積のメモリ回路素子を製造するこ
とができた。

【０３０１】また、マスクのパターン面と試料基板の表
面との間の結像関係に着目すると、図４７（ｂ）に示す
ように、前記マスクとして第１のマスク４７と第２のマ
スク４８とから成る位相シフトマスクを用いる場合と、
図４７（ａ）に示すように、前記マスクとして従来のマ
スクＰＭを用いる場合とでは、パターン面と試料基板の
表面との間に前記第２のマスクの基板が存在するかしな
いかの違いがある。

【０３０２】例えば、第２のマスクの基板として、厚さ
ｔの透明な平行平板が結像光学系内に挿入されると、最
適焦点位置は、図４７（ｂ）に示す１０６から１０７に
移動し、その焦点移動量は、近似的に（１−ｎ／ｎ’）
ｔと表わされる。ここに、ｎおよびｎ’は空気および平
行平板の屈折率である。より厳密には、光線が露光光軸
となす角の二乗に比例した球面収差が発生する。この現
象については、例えば、久保田広著の光学（岩波書店）
と題する書籍の128 頁から130 頁に説明されている。

【０３０３】これに対して、本発明に係る投影露光装置
では、第１のマスク４７と第２のマスク４８とから成る
位相シフトマスクを用いることを前提として投影レンズ
４９を最適設計しておき、干渉を利用したパターン転写
を行う。

【０３０４】従来のマスクが用いらける場合には、図４
８に示すように、前記第２のマスク４８の欠如に起因す
る球面収差を補正する手段として、透明な平行平板１０
８をマスク１０９と投影レンズ８との間に挿入する。上
述の平行平板１０８はホルダ１１０上に載置されてお
り、これを駆動手段１１１で駆動することにより、焦点
位置の移動を防止することができるものである。

【０３０５】これらの操作は、制御系５５の制御の下に
行われるので、前記マスクとして第１のマスクと第２の
マスクとから成る位相シフトマスクを用いる場合と、従
来のマスクを用いる場合とで、試料基板表面の位置を光
軸方向に対して同一の位置に保つことができる。

【０３０６】その結果、微細パターンの転写には第１の
マスクと第２のマスクとから成る位相シフトマスクを用
い、それほど微細でないパターンの転写には従来のマス
クをそれぞれ用いて半導体ウエハ１４上にパターン形成
を行うことが可能になり、好適な半導体集積回路を製造
することが可能になる。

【０３０７】（実施例８）図４９は、本発明に係るパタ
ーン転写方法を実現する他の投影露光装置の構成を示す
図である。本図では、図３７と共通する部分は極力省略
し、マスク１０９と半導体ウエハ１４との間の光学系お
よび球面収差補正手段のみを示している。

【０３０８】使用するマスク、マスクを装着する工程お
よび半導体ウエハを準備する工程は、実施例７と同一で
ある。本実施例８では、装着されたマスク１０９が本発
明に係る位相シフトマスクか従来のマスクかを検知手段
１１２で検知して、投影レンズ４９の球面収差補正が必
要か否かの情報を主制御系５５に送る。球面収差補正が
必要な場合は、投影レンズの収差補正手段１１３を介し
て投影レンズ４９を構成するレンズ要素の少なくとも１
個の光学素子を光軸方向に移動可能な構成として、収差
補正を行う。

【０３０９】具体的な補正は、レンズの構成によって異
なり、レンズの要素を自動交換する方法や、特定領域内
の圧力を変化させる方法等、種々の方法が考えられる。
いずれにせよ、実施例７における図４８に示すような透
明な平行平板１０８の出し入れをすることなく、パター
ン転写を行うことができる。本露光装置と本発明に係る
位相シフシマスクとを用いて、半導体ウエハ１４上に所
望の半導体集積回路装置を製造することができた。

【０３１０】（実施例９）本発明の他の実施例として、
以下、半導体集積回路装置の製造例を示す。図５０
（ａ）〜（ｅ）は、位相シフトマスクと半導体集積回路
装置の製造工程の一部を示す素子断面の図である。

【０３１１】図５０（ａ）に示すように、第１のマスク
１１４は、１８０度の位相差を与える凹凸を有し、第２
のマスク１１５上の遮光膜１１６には、２個の開口部が
設けられている。ｐ型基板１１７上に通常の方法でフィ
ールド酸化膜１１８を形成し、その上に酸化膜１１９、
多結晶シリコン膜１２０を形成した。その後、通常の工
程であるホトレジスト塗布，上記図５０（ａ）に示すマ
スクを用いた露光および現像処理により、図５０（ｂ）
に示すように、レジストパターン１２１-1，１２１-2を
形成した。

【０３１２】そして、上記レジストパターン１２１-1，
１２１-2をマスクとして、酸化膜１１９、多結晶シリコ
ン膜１２０をドライエッチング加工した後、レジストを
除去して、図５０（ｃ）に示すように、多結晶Ｓｉ／Ｓ
ｉＯ₂ ゲート１２２-1，１２２-2を形成した。

【０３１３】その後、イオン打ち込みにより、図５０
（ｄ）に示すように、高濃度Ｎ＋層１２３-1，１２３-
2，１２３-3を形成した。図５０（ｅ）は、形成された
ゲートの平面図である。ここでは、２個のゲート１２２
-1と１２２-2との幅の差をできるだけ小さくする必要が
あるが、本発明に係るマスクを用いることにより、２個
所の開口部の投影像光強度が相等しくなるので、これら
を精度よく形成とすることが可能となった。

【０３１４】（実施例１０）図５１（ａ),（ｂ）は、本
発明の他の実施例に係る位相シフトマスクと試料基板を
示す図である。パターンの転写にあたっては、先に述べ
た投影露光装置を用いたので、ここでは図示していな
い。

【０３１５】図５１（ａ）は、マスクパターンのレイア
ウト図の一部分、図５１（ｂ）は、表面に凹凸の段差を
有する半導体ウエハ等の試料基板の断面の概要を示して
いる。両図において、１２４は第２のマスク上に設けら
れた遮光領域、１２５〜１２９は平行に並んだ配線等に
対応する光透過部、１３０-1，１３０-2は補助パターン
を示している。

【０３１６】一方、試料基板１３１上の領域１３２，１
３３は立体キャパシタ等から成るメモリマット部、領域
１３４は周辺回路部を示している。通常、両者の間に
は、平均的に0.５〜１μm の段差がある。

【０３１７】第１のマスクには、位相差を与えるための
凹凸を設けるが、ここでは、試料基板の表面の凹凸に応
じて異なる位相差を与えた。すなわち、光透過部１２５
に対応する補助パターン１３０-1，１３０-2については
１８０度の位相差を、光透過部１２７には１８０度より
大きい２００度の位相差を、光透過部１２９には１８０
度の位相差を与えた。その結果、位相差に応じて最適な
結像面が移動して、試料基板１３１の表面内に１２５〜
１２９に示すマスクパターン潜像を形成することができ
た。位相差の与え方は、試料基板の表面の凹凸に応じ
て、１８０度より大きくも小さくも設定可能である。

【０３１８】本発明に係る位相シフトマスクを用いるこ
とにより、半導体集積回路の製造工程の途中で半導体ウ
エハ等の試料基板上に凹凸の段差ができても、異なる位
相差の制御が容易かつ精度よく実現できるので、それぞ
れの面上に鮮明なパターンを形成することができ、段差
面に合わせてパターン形成を行うことができ、所望の半
導体集積回路装置を製造できた。

【０３１９】（実施例１１）図５２は、本発明のパター
ン転写方法を現する他の投影露光装置の構成を示す図で
ある。図３７と共通する部分は極力省略し、コンデンサ
レンズ４５，マスク４７，４８と半導体ウエハ１４との
間の光学系および球面収差補正手段の位置関係を示して
いる。使用するマスクは、前述の通り、第１のマスク４
７と第２のマスク４８とを組み合わせたものである。

【０３２０】先に説明した実施例と異なるのは、本実施
例に係る投影露光装置では、上述の２つのマスクの位置
合わせを、投影露光装置のマスクステージ上で行えるよ
うにした点である。

【０３２１】すなわち、第１のマスク４７はステージ１
３５に固定されており、第２のマスク４８はステージ１
３６に固定されている。駆動手段１３７，１３８により
両ステージ１３５，１３６を微動させることにより、マ
スク位置の調整を行う。その位置合わせは、両マスクに
設けられている位置合わせマークの位置を検出し、検出
結果に応じたステージ１３５，１３６の微動により行っ
た。

【０３２２】すなわち、光源１３９から発する検出光
を、レンズ１４０を介して両マスクの位置合わせマーク
に照射する。マスクを透過した検出光は、レンズ１４１
を介してイメージセンサ１４２に検出像を形成する。こ
の像から得られるマスク位置の情報を制御系５５に送
り、その結果に基づいて、駆動手段１３７，１３８を駆
動する。そして、第１のマスク４７と第２のマスク４８
との位置合わせが行われた時点で、両マスクを固定し、
マスク上のパターンを投影レンズ４９を介して半導体ウ
エハ１４上に転写した。

【０３２３】ここで、第２のマスク４８が載置されてい
ない従来の１枚構成のマスクを用いる場合は、実施例１
と同様に、透明な平行平板６０を露光光軸上に挿入して
球面収差補正を行った。なお、ダミーの透明な平行平板
を準備しておき、これを第２のマスクとしてマスクステ
ージ１３６に載置しても、全く同様の解像性能が得られ
た。この場合、補正用の透明な平行平板６０とその駆動
手段６１は必ずしも必要ではない。

【０３２４】上述の如く構成された投影露光装置を用
い、第１，第２のマスクの組み合わせから成る位相シフ
トマスクと従来のマスクとを併用することにより、オフ
ラインで、２枚のマスクを位置合わせする工程を含むこ
となく、高精度，高スループットで、半導体ウエハ１４
上に所望の半導体集積回路装置を製造することができ
た。

【０３２５】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
１〜１１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。

【０３２６】例えば前記実施例１〜３，５においては、
位相シフトパターンを溝によって形成した場合について
説明したが、これに限定されるものではなく、例えば透
明膜によって形成しても良い。この場合、その透明膜
を、例えばＳＯＧ（Spin On Glass)膜によって形成すれ
ば良い。

【０３２７】また、前記実施例１の露光装置構造に限定
されるものではなく、種々変更可能であり、例えば図５
３に示すような露光装置１の構造としても良い。図５３
の露光装置１の場合、露光光源２やレンズ系の配置が異
なるのみで、それ以外は前記実施例１の露光装置とほぼ
同じ構造である。

【０３２８】また、前記実施例１〜５においては、半導
体ウエハ上に繰り返し周期パターンを転写する場合のマ
スクについて説明したが、これに限定されるものではな
く種々適用可能であり、例えば接続孔パターンや複雑な
幾何学的形状を有する一般のパターンを半導体ウエハ上
に転写するためのマスクにも適用できる。

【０３２９】また、前記各実施例においては、露光装置
として、マスクパターンを縮小して半導体ウエハに転写
し、半導体ウエハを露光フィールドに対応する距離だけ
移動した後に停止させて再度転写するという、いわゆ
る、逐次移動式の露光装置の例を示したが、本発明は、
マスクと半導体ウエハとを投影光学系の倍率に応じて同
期走査しながらパターン転写を行う露光装置にも適用可
能である。

【０３３０】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おける露光方法および露光装
置に適用した場合について説明したが、これに限定され
ず種々適用可能であり、例えば液晶基板等のパターン形
成に使用される他の露光方法および露光装置に適用する
ことも可能である。

【０３３１】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【０３３２】(1).本発明の露光方法によれば、所定のパ
ターンの転写に先立って、試料の高さ位置またはマスク
の高さ位置を、第１のマスクおよび第２のマスクのうち
の試料に近い方のマスク基板厚さに対応させて光軸方向
に移動させることにより、試料上に転写される像の結像
面位置のずれを補正することができるので、試料上に鮮
明な像を結像することが可能となる。したがって、パタ
ーン転写精度を向上させることが可能となる。

【０３３３】(2).本発明の半導体集積回路装置の製造方
法によれば、重ね合わせマスクを用いる場合と、通常の
マスクを用いる場合とに応じて、それぞれの場合におけ
る結像面の位置を最適な位置に設定することができるの
で、半導体集積回路装置の製造プロセスにおいて、重ね
合わせマスクと通常のマスクとの両方を用いた露光処理
が可能となる。

【０３３４】(3).上記した本発明の半導体集積回路装置
の製造方法によれば、前記露光に用いる投影光学系がマ
スク面側および試料基板である半導体ウエハ側共にテレ
セントリックなレンズ系を用いることにより、マスクパ
ターン位置やマスク基板厚さの面内分布によって結像面
の位置誤差が生じるのを防止することができるので、重
ね合わせマスクを用いて良好なパターン転写が可能とな
る。

【０３３５】(4).上記した本発明の半導体集積回路装置
の製造方法によれば、前記露光処理に際して、前記第１
のマスクまたは前記第２のマスクの少なくとも一方に透
過光の反射を防止する反射防止膜を設けた重ね合わせマ
スクを用いることにより、第１のマスクと第２のマスク
との間で生じる反射光の干渉現象を抑制することができ
るので、その干渉現象に起因する半導体ウエハ面内の照
度バラツキを低減することが可能となる。

【０３３６】(5).本発明によれば、製作が容易な２枚の
マスクを組み合わせた位相シフトマスクを用い、かつ、
信頼性の高い露光方法を実現でき、また、ディープサブ
ミクロン領域の微細パターンの露光方法に適合して、投
影像の劣化の少ない位相シフトマスクを実現できるとと
もに、更に、上述の位相シフトマスクを搭載できる露光
装置を実現できるという顕著な効果を奏するものであ
る。より具体的に述べれば、本発明により、露光光に位
相差を与える第１のマスクと遮光領域および光透過領域
から成るパターンを形成した第２のマスクとを重ねて位
相シフトマスクを構成することにより、従来では困難で
あったマスク構造、すなわち、位相シフト部をマスク基
板と遮光膜との間に挟み、かつ、位相シフト部のエッジ
を遮光膜の開口部から後退させる構造が、容易に実現で
きた。その結果として、パターン開口部内の位相誤差は
もとより、マスク全面内の位相誤差を低減でき、半導体
集積回路装置を構成する微細パターンを精度よく形成す
ることができた。

【０３３７】(6).本発明によれば、露光装置に球面収差
補正手段を設けたので、前述の第１，第２のマスクを組
み合わせた位相シフトマスクと従来の１枚構成のマスク
とを同一の露光装置に搭載することが可能になり、か
つ、半導体ウエハ面の光軸方向位置を殆んど変えずに、
パターン転写を行うことが可能になる。すなわち、本発
明に係る位相シフトマスクと従来の１枚構成のマスクと
を併用して半導体集積回路装置を製造できるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である露光装置の説明図であ
る。

【図２】図１の露光装置における縮小投影レンズの説明
図である。

【図３】図１の露光装置に用いるのに適さない縮小投影
レンズを説明するための説明図である。

【図４】結像面の位置ずれを説明するための説明図であ
る。

【図５】本実施例のマスクの全体斜視図である。

【図６】図５のマスクの外周部の断面図である。

【図７】図５のマスクの外周部の他の例における断面図
である。

【図８】図５のマスクの要部断面図である。

【図９】図５のマスクの要部平面図である。

【図１０】第１のマスクの要部平面図である。

【図１１】第２のマスクの要部平面図である。

【図１２】図５の第１のマスクと第２のマスクとの位置
合わせパターンを示す要部断面図である。

【図１３】図５の第１のマスクと第２のマスクとの位置
合わせパターンを示す要部断面図である。

【図１４】図５の第１のマスクと第２のマスクとの位置
合わせパターンを示す要部断面図である。

【図１５】図５のマスクを用いた場合の透過光の状態を
説明するための説明図である。

【図１６】図５のマスクを用いた場合の透過光の状態を
説明するための説明図である。

【図１７】図５のマスクを用いた場合の透過光の状態を
説明するための説明図である。

【図１８】図５のマスクの製造工程を説明するためのフ
ロー図である。

【図１９】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２０】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２１】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２２】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２３】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２４】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２５】図５のマスクの製造工程中における要部断面
図である。

【図２６】図５のマスクの第１のマスクと第２のマスク
との位置合わせ工程を説明するための説明図である。

【図２７】本発明の他の実施例であるマスクの要部断面
図である。

【図２８】図２７のマスクの平面図である。

【図２９】本発明の他の実施例であるマスクの要部平面
図である。

【図３０】図２９のマスクの断面図である。

【図３１】第２のマスクの断面図である。

【図３２】本発明の他の実施例であるマスクの要部断面
図である。

【図３３】図３２の第１のマスクの断面図である。

【図３４】本発明の他の実施例であるマスクの要部断面
図である。

【図３５】図３４の第２のマスクの断面図である。

【図３６】本発明の他の実施例であるマスクの説明図で
ある。

【図３７】本発明の他の実施例である投影露光装置の構
成図である。

【図３８】本発明の半導体集積回路装置の製造のフロー
を示す図である。

【図３９】実施例に係る位相シフトマスクの構造を示す
図である。

【図４０】実施例に係る位相シフトマスクの製造のフロ
ーを示す図である。

【図４１】実施例に係る位相シフトマスクを構成する第
１のマスクの製造工程を示す図である。

【図４２】実施例に係る位相シフトマスクを構成する第
２のマスクの製造工程を示す図である。

【図４３】本発明に係る位相シフトマスクを孤立パター
ンの転写に適用した例を示す図である。

【図４４】本発明に係る位相シフトマスクを適用した他
の例を示す図である。

【図４５】本発明に係る位相シフトマスクを製造するた
めの、第１のマスクと第２のマスクを重ね合わせる手段
を示す図である。

【図４６】半導体集積回路装置のパターンを転写するた
めのマスクの、レイアウト例を示す図である。

【図４７】投影露光光学系に球面収差が生じる現象を説
明するための図である。

【図４８】図４７に示した球面収差を補正するための第
１の手段を示す図である。

【図４９】図４７に示した球面収差を補正するための第
２の手段を示す図である。

【図５０】実施例に係るマスクを用いて半導体集積回路
装置を製造するプロセスの例を示す図である。

【図５１】異なる位相差を有するマスクを用いて段差の
ある基板上にパターン転写を行うことを示す図である。

【図５２】第１のマスクと第２のマスクとを位置合わせ
する手段を備えた投影露光装置の構成例を示す図であ
る。

【図５３】本発明の他の実施例である露光装置の説明図
である。

【図５４】（ａ）〜（ｅ）は従来の位相シフトマスクを
製造する工程を示す図である。

【図５５】（ａ）および（ｂ）は従来の位相シフトマス
クの構造を比較した図である。

【図５６】（ａ）〜（ｃ）は種々の位相シフトマスクの
構造と、そこから得られる投影像光強度分布を示す図で
ある。

【図５７】（ａ）は図５６に示した１つの位相シフトマ
スクの構造であり、（ｂ）はその位相シフトマスクを用
いた場合の光強度分布図であり、（ｃ）はシフタエッジ
後退寸法/ 遮光線幅と隣接開口部の光強度の差との関係
を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１ 露光装置 ２ 露光光源 ３ 集光ミラー ４ 第１平面反射鏡 ５ シャッタ ６ フライアイレンズ ７ アパーチャ ８ ショートカットフィルタ ９ 第２平面反射鏡 １０ マスクブラインド １１ コンデンサレンズ １２ マスク １２ａ 第１のマスク １２ａ1 マスク基板 １２ｂ 第２のマスク １２ｂ1 マスク基板 １３ 縮小投影レンズ（投影光学系） １４ 半導体ウエハ（試料） １５ マスク載置台 １６ ウエハ吸着台 １７ Ｚ軸移動台 １８ ＸＹステージ １８ａ Ｘ軸移動台 １８ｂ Ｙ軸移動台 １９ａ〜１９ｃ 駆動部 ２０ 主制御部 ２１ 入力装置 ２２ａ，２２ｂ 接着部 ２２ｂ1 中間スペーサ部 ２２ｂ2 接着層 ２３ａ 遮光領域 ２３ｂ 透光領域 ２４ 位相シフトパターン ２５ａ，２５ｂ 位置合わせマークパターン ２６ パターン ２７ 遮光膜 ２８ａ レジストパターン ２９ａ 第１のマスクステージ ２９ｂ 第２のマスクステージ ３０ａ 真空チャック制御部 ３０ｂ 真空チャック制御部 ３１ ステージ駆動部 ３２ 単色光源 ３３ コンデンサレンズ ３４ ハーフミラー ３５ 反射ミラー ３６ａ 第１投影レンズ ３６ｂ 第２投影レンズ ３７ａ 第１イメージセンサ ３７ｂ 第２イメージセンサ ３８ａ 第１アンプ ３８ｂ 第２アンプ ３９ コンパレータ ４０ ステージ制御部 ４２ 光源 ４７ 第１のマスク ４８ 第２のマスク ４９ 投影レンズ ５３ Ｚステージ ５４ ＸＹステージ ５５ 主制御部 ５９ レーザ測長器 ６０ 透明な平行平板 ６１ 平行平板の駆動手段 ６２-1, ６２-2 位相差を与える凹パターン ６３ 遮光膜 ２０２ マスクを露光装置にセットする工程 ２０３ 球面収差を補正する工程 ２０４ 半導体ウエハを露光装置に装着する工程 ２０５ マスクと半導体ウエハとの位置合わせ工程 ２０６ パターン露光工程 ２０７ レジスト現像工程 ２０８ レジストパターン形成工程 ２０９ パターンのエッチング工程 ７００〜７０３ 光強度分布

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２６Ａ (72)発明者 長谷川 昇雄 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 岡崎 信次 東京都小平市上水本町５丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遮光領域および透光領域からなるパター
   ンが形成された第１のマスクと、透過光に位相差を生じ
   させるための位相シフトパターンが形成された第２のマ
   スクとを各々のパターン形成面を対向させた状態で近接
   または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを
   透過した光の干渉を利用することにより試料上に所定の
   パターンを転写する露光方法であって、前記所定のパタ
   ーンの転写に先立って、前記試料の高さ位置または前記
   重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよ
   び前記第２のマスクのうちの前記試料に近い方のマスク
   基板厚さに対応させて光軸方向に移動させる工程を有す
   ることを特徴とする露光方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の露光方法において、前記
   第１のマスクには、前記試料上に形成される周期的な実
   パターンに対応する透光領域のパターンまたはそれらを
   含む透光領域のパターンが形成され、前記第２のマスク
   において、少なくとも前記周期的な実パターンに対応す
   る透光領域のパターンの奇数番目または偶数番目を抜き
   出した位置に透過光が位相反転する位相シフトパターン
   が形成されており、その透光領域のパターンの周期で露
   光光の位相を反転させて投影露光することを特徴とする
   露光方法。
3. 【請求項３】 原画パターンが描かれているマスクを準
   備する工程と、試料基板を準備する工程と、光源から発
   する光を前記マスクに照射して、該マスクに描かれてい
   る前記原画パターンを投影光学系を介して前記試料基板
   上に転写する工程とを有する露光方法において、前記マ
   スクを準備する工程は、前記マスクが、透過する光に所
   定量の位相差を与える凹凸部を表面に有する第１のマス
   クと、前記照明光を遮光する領域と透過させる領域とで
   定義されたパターンが形成されている第２のマスクとか
   ら成るマスク、または、パターン情報を含むマスク基板
   １枚で構成されるマスクのいずれか一方を選択して準備
   する工程であることを特徴とする露光方法。
4. 【請求項４】 原画パターンが描かれているマスクを準
   備する工程と、試料基板を準備する工程とを含み、光源
   から発する光を前記マスクに照射して、該マスクに描か
   れている前記原画パターンを投影光学系を介して前記試
   料基板上に転写する露光方法において、前記マスクは、
   前記照明光に対して透明でかつ透過する光に所定量の位
   相差を与える凹凸を表面に有する第１のマスクと、前記
   照明光を遮光する領域と透過させる領域とで定義された
   パターンが形成されている第２のマスクとから成るとと
   もに、前記第１のマスクの凹凸の境界の段差部を透過し
   散乱する光は前記第２のマスクの遮光領域で遮光され、
   前記第２のマスクを透過する光は前記第１のマスクの凹
   凸の境界の段差部から離れた領域を透過する光であるよ
   うにし、前記光が前記第１のマスクを透過した後に前記
   第２のマスクを透過することによって前記試料基板上に
   マスクパターンの像を形成する工程を有することを特徴
   とする露光方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の露光方法において、前記
   第１のマスクの凹凸を有する面と前記第２のマスクの前
   記パターンが形成されている面とを互いに向かい合わせ
   て近接あるいは密着して配置するとともに、前記第１の
   マスクを透過した光にはほぼ１８０度またはその奇数倍
   の位相差を与え、更に前記第２のマスクを透過させて、
   透過光の干渉により前記第２のマスクに定義されている
   パターンの像を前記試料基板上に形成することを特徴と
   する露光方法。
6. 【請求項６】 試料台上に載置された試料に対して露光
   のための光を放射する発光源と、前記発光源から放射さ
   れた光を所定のパターンに成形するマスクと、前記マス
   クを取り付け取り外し可能な状態で載置するマスク載置
   台と、前記発光源から放射されマスクによって成形され
   た所定のパターンを前記試料上に投影するための投影光
   学系とを有する露光装置であって、以下の構成を有する
   ことを特徴とする露光装置。 （ａ）前記マスク載置台は、遮光領域および透光領域か
   らなるパターンが形成された第１のマスクと、透過光に
   位相差を生じさせるための位相シフトパターンが形成さ
   れた第２のマスクとを各々のパターン形成面を対向させ
   た状態で近接または接触させて重ね合わせてなる重ね合
   わせマスクを載置可能な構造であるとともに、遮光領域
   および透光領域からなり所望する転写パターンと同一形
   状のパターンが形成された通常のマスクを載置可能な構
   造である。 （ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光処理に際し
   て、前記試料台または前記マスク載置台の高さ位置の最
   適値を、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクのう
   ちの前記試料に近い方のマスク基板厚さに基づいて算出
   する算出部。 （ｃ）前記試料台または前記マスク載置台の高さを、前
   記算出部で算出した値に基づいて実際に光軸方向に移動
   させるための移動機構。
7. 【請求項７】 原画パターンが描かれているマスクを所
   定位置に固定するマスク保持手段と、試料基板を載置す
   る試料基板保持手段と、光源から発する光を前記マスク
   に照射する照明手段と、前記マスクに描かれているパタ
   ーンを前記試料基板上に投影するための投影光学手段と
   を有する露光装置において、前記マスク保持手段で保持
   されるマスクのパターン面と前記試料基板保持手段との
   間の前記投影光学手段の光軸を含む領域内に、透明な平
   行平板の有無を検知して該平行平板の有無により変化す
   る光学収差を補正する収差補正手段を有することを特徴
   とする露光装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載の露光装置において、前記
   光学収差を補正する収差補正手段は、所定の厚さの透明
   な平行平板を挿入あるいは排出する手段であることを特
   徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 請求項７記載の露光装置において、前記
   光学収差を補正する収差補正手段は、前記投影光学手段
   を構成する光学要素を移動または交換するか、圧力制御
   により屈折率を変えることによって、光路長を変化させ
   る手段であることを特徴とする露光装置。
10. 【請求項１０】 遮光領域および透光領域からなるパタ
    ーンが形成された第１のマスクと、透過光に位相差を生
    じさせるための位相シフトパターンが形成された第２の
    マスクとを各々のパターン形成面を対向させた状態で近
    接または接触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスク
    を透過した光の干渉を利用することにより半導体ウエハ
    上に半導体集積回路パターンを転写する半導体集積回路
    装置の製造方法であって、前記半導体集積回路パターン
    の転写に先立って、前記半導体ウエハの高さ位置または
    前記重ね合わせマスクの高さ位置を、前記第１のマスク
    および前記第２のマスクのうちの前記半導体ウエハに近
    い方のマスク基板厚さに対応させて光軸方向に移動させ
    る工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 半導体ウエハ上に所定の半導体集積回
    路パターンを転写するための露光処理に際して、以下の
    工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。 （ａ）遮光領域および透光領域からなるパターンが形成
    された第１のマスクと、透過光に位相差を生じさせるた
    めの位相シフトパターンが形成された第２のマスクとを
    各々のパターン形成面を対向させた状態で近接または接
    触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透過した
    光の干渉を利用することにより半導体ウエハ上に所定の
    半導体集積回路パターンを転写する工程。 （ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光処理に際し
    て、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立っ
    て、前記半導体ウエハの高さ位置または前記マスクの高
    さ位置を、前記第１のマスクおよび前記第２のマスクの
    うちの前記半導体ウエハに近い方のマスク基板厚さに対
    応させて光軸方向に移動させる工程。 （ｃ）遮光領域および透光領域からなり所望する転写パ
    ターンと同一形状のパターンが形成された通常のマスク
    を透過した光により半導体ウエハ上に所定の半導体集積
    回路パターンを転写する工程。 （ｄ）前記通常のマスクを用いた露光処理に際して、前
    記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立って、前
    記半導体ウエハの高さ位置または前記通常のマスクの高
    さ位置を通常のマスクを用いる場合の結像面位置に移動
    する工程。
12. 【請求項１２】 半導体ウエハ上に所定の半導体集積回
    路パターンを転写するための露光処理に際して、以下の
    工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。 （ａ）遮光領域および透光領域からなるパターンが形成
    された第１のマスクと、透過光に位相差を生じさせるた
    めの位相シフトパターンが形成された第２のマスクとを
    各々のパターン形成面を対向させた状態で近接または接
    触させて重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透過した
    光の干渉を利用することにより半導体ウエハ上に所定の
    半導体集積回路パターンを転写する工程。 （ｂ）遮光領域および透光領域からなり所望する転写パ
    ターンと同一形状のパターンが形成された第１のマスク
    と、平板状の透明基板からなる第２のマスクとを各々の
    パターン形成面を対向させた状態で近接または接触させ
    て重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透過した光の干
    渉を利用することにより半導体ウエハ上に所定の半導体
    集積回路パターンを転写する工程。 （ｃ）前記重ね合わせマスクを用いた露光処理に際し
    て、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立っ
    て、前記半導体ウエハの高さ位置または前記重ね合わせ
    マスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよび前記第２
    のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方のマスク基
    板厚さに対応させて光軸方向に移動する工程。
13. 【請求項１３】 半導体ウエハ上に所定の半導体集積回
    路パターンを転写するための露光処理に際して、以下の
    工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。 （ａ）遮光領域および透光領域からなり所望する転写パ
    ターンと同一形状のパターンが形成された第１のマスク
    と、平板状の透明基板からなる第２のマスクとを各々の
    パターン形成面を対向させた状態で近接または接触させ
    て重ね合わせてなる重ね合わせマスクを透過した光の干
    渉を利用することにより半導体ウエハ上に所定の半導体
    集積回路パターンを転写する工程。 （ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光処理に際し
    て、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立っ
    て、前記半導体ウエハの高さ位置または前記重ね合わせ
    マスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよび前記第２
    のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方のマスク基
    板厚さに対応させて光軸方向に移動する工程。
14. 【請求項１４】 半導体ウエハ上に所定の半導体集積回
    路パターンを転写するための露光処理に際して、以下の
    工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。 （ａ）平板状の透明基板からなる第１のマスクと、透過
    光に位相差を生じさせるための位相シフトパターンが形
    成された第２のマスクとを各々のパターン形成面を対向
    させた状態で近接または接触させて重ね合わせてなる重
    ね合わせマスクを透過した光の干渉を利用することによ
    り半導体ウエハ上に所定の半導体集積回路パターンを転
    写する工程。 （ｂ）前記重ね合わせマスクを用いた露光処理に際し
    て、前記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立っ
    て、前記半導体ウエハの高さ位置または前記重ね合わせ
    マスクの高さ位置を、前記第１のマスクおよび前記第２
    のマスクのうちの前記半導体ウエハに近い方のマスク基
    板厚さに対応させて光軸方向に移動する工程。 （ｃ）遮光領域および透光領域からなり所望する転写パ
    ターンと同一形状のパターンが形成された通常のマスク
    を透過した光の干渉を利用することにより半導体ウエハ
    上に所定の半導体集積回路パターンを転写する工程。 （ｄ）前記通常のマスクを用いた露光処理に際して、前
    記所定の半導体集積回路パターンの転写に先立って、前
    記半導体ウエハの高さ位置または前記通常のマスクの高
    さ位置を通常のマスクを用いる場合の結像面位置に移動
    する工程。
15. 【請求項１５】 請求項１０、１１または１２記載の半
    導体集積回路装置の製造方法において、前記半導体ウエ
    ハ上にポジ形のフォトレジスト膜を堆積する工程と、前
    記ポジ形のフォトレジスト膜に前記重ね合わせマスクを
    用いて接続孔形成用のパターンを転写する工程とを有す
    ることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１０〜１４のいずれか一項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記半導
    体ウエハ上にネガ形のフォトレジスト膜を堆積する工程
    と、前記ネガ形のフォトレジスト膜に前記重ね合わせマ
    スクを用いて互いに隣接する帯状のパターンを転写する
    工程とを有することを特徴とする半導体集積回路装置の
    製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項５記載の露光方法を含む半導体
    集積回路装置の製造方法において、前記第２のマスクに
    形成されているパターンとして半導体集積回路装置のパ
    ターンを用い、更に、前記試料基板上に前記光に対して
    感光するレジスト材料を塗布する工程を含み、前記レジ
    スト内にマスクパターンの像を投影した後、現像処理に
    より前記試料基板上に前記半導体集積回路装置のパター
    ンを形成することを特徴とする半導体集積回路装置の製
    造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載の半導体集積回路装置
    の製造方法において、前記第２のマスクに形成されてい
    るパターンが、半導体集積回路のメモリセルアレイ部等
    の微細なパターンが密集しているかあるいは周期的に繰
    り返されるパターンであることを特徴とする半導体集積
    回路装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項１０〜１８のいずれか一項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記露光
    に用いる投影光学系がマスク面側および試料基板である
    半導体ウエハ側共にテレセントリックなレンズ系である
    ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１０〜１８のいずれか一項に記
    載の半導体集積回路装置の製造方法において、前記露光
    処理に際して、前記第１のマスクまたは前記第２のマス
    クの少なくとも一方に透過光の反射を防止する反射防止
    膜を設けた重ね合わせマスクを用いることを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。