JPH113847A - 露光方法及びこれに用いるホトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光装置の照明系の改造をすることなく傾斜
照明技術を実現する。 【解決手段】 ホトマスク１１の所定パターン１５が形
成された面とは反対面である第２の面１３ｂの、所定パ
ターン１５における少なくとも光透過部１５ｂと対向す
る領域に、光回折用パターン１７を設ける。この光回折
用パターン１７は、少なくとも所定パターン１５の焦点
深度内では解像されないように寸法が選ばれた１または
複数の遮光部１７ａを有するパターンとする。該光回折
用パターン１７を設けたホトマスク１１を介して露光を
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造等で多用される投影露光方法と、その実施に好適なホ
トマスク（ここでいうホトマスクはレチクルも含む）と
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置を製造する場合、ホトマスク
上の所定パターンを、ウエハ上のレジスト膜に投影（典
型的には縮小投影）露光する方法が多用される。また、
近年では、投影像のコントラストを高めるために、位相
シフト技術や超解像技術等の種々の技術が検討されてい
る。

【０００３】この超解像技術の１つとして、傾斜照明技
術がある。この傾斜照明技術の詳細は、例えば文献Ｉ
（サイエンスフォーラム発行「ＵＬＳＩリソグラフィ技
術の革新(1994.11.10 ）、第４４〜４５頁）に開示され
ている。この文献Ｉから引用した図５を参照して、傾斜
照明技術について簡単に説明する。

【０００４】傾斜照明技術では、図５に示したように、
所定パターン１を具えたホトマスク３に、照明系（図示
せず）からの光Ｌが、斜めに入射される。こうすると、
ホトマスク３を経由した０次回折光Ｌ（０）と、±１次
回折光Ｌ（＋１），Ｌ（−１）のうちの一方の一次回折
光（図５ではＬ（＋１））とが、投影光学系５を通り、
他方の一次回折光（図５ではＬ（−１））が投影光学系
５に入ることを軽減または防止できる。そのため、傾斜
照明技術によれば、焦点深度の増大効果と解像力向上効
果とが得られるという。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的な投
影露光装置では、照明系からの光は、ホトマスクに対し
垂直に入射される。したがって、一般的な投影露光装置
で傾斜照明技術を実施する場合、照明系からの光がホト
マスクに斜めに入射されるように、投影露光装置の照明
系を改造する必要が生じる。

【０００６】しかしながら、傾斜照明への改造が容易に
行える露光装置は別として、例えば旧型の露光装置等の
場合は、上記改造は容易でない。そのため、新型の露光
装置を導入する必要が生じる。傾斜照明技術を実施する
場合でも、既存の投影露光装置を利用できれば、装置コ
ストの軽減等が図れ好ましい。

【０００７】従って、露光装置の照明系の改造や新型の
露光装置を導入することなく傾斜照明技術を実現できる
露光方法とその実施に好適なホトマスクとが望まれる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、この出願の露光
方法の発明によれば、透明基板と、該透明基板の第１の
面に形成された所定パターンとを具えるホトマスクの、
前記第１の面に対向する第２の面側から、該ホトマスク
に光を入射し、被露光物を露光するに当たり、前記第２
の面の、前記所定パターンにおける少なくとも光透過部
と対向する領域に、少なくとも前記所定パターンの焦点
深度内では解像されないように寸法が選ばれた１または
複数の遮光部を有する光回折用パターンを設ける。そし
てこのような光回折用パターンを具えたホトマスクを介
して被露光物に対し露光を行なう。

【０００９】ここで、透明基板とは、少なくとも露光光
の波長に対し実用的な透明性を有した基板である。ま
た、所定パターンとは、半導体装置形成用の回路パター
ン等をはじめとする、被露光物に転写を予定している任
意のパターンである。

【００１０】また、所定パターンの焦点深度内では解像
されないように寸法が選ばれた遮光部とは、所定パター
ンが被露光物（具体的にはレジスト膜）上に合焦するよ
うに露光装置の焦点調整を行なった状態において、光回
折用パターンがレジスト膜上に解像されないよう寸法が
小さくされた遮光部をいう。なお、ホトマスクにおける
透明基板自体の厚さは数ｍｍ程度はあるので、所定パタ
ーンおよび光回折用パターンそれぞれの焦点調整方向で
の位置は、数ｍｍ程度は異なる。したがって、所定のパ
ターンがレジスト膜上に合焦するよう露光装置の焦点調
整を行なった状態では、光回折用パターンは、かなりの
非合焦状態である。したがって、ここでいう遮光部の寸
法は、それ程微細でなくても解像されないと考えられ、
現状のリソグラフィ技術で形成可能な寸法である。

【００１１】この露光方法の発明では以下の様な作用お
よび効果が得られると考えられる。従来の投影露光方法
の場合、照明系からの光は、ホトマスクの照明系の構造
により決まる所定の入射角で（具体的には垂直に）、所
定パターンにおける光透過部を通過していた。これに対
し、この発明の露光方法の場合、照明系からの光は、透
明基板の第２の面に設けた光回折用パターンの影響を受
けた後に、該透明基板に入り、そして所定パターンにお
ける光透過部を通過することになる。すなわち、照明系
からの光は、光回折用パターンによって、回折と干渉を
起こした後に所定パターンにおける光透過部を通過する
ことになる。そのため、所定パターンにおける光透過部
を通過する光の入射角は、照明系に依存することがなく
なる。すなわち、透明基板内で起こるさまざまな回折光
を、所定パターンの投影用の光として用いることができ
る。したがって、照明系からホトマスクに垂直に入射す
る光の成分を低減若しくは実質遮断しかつ斜入射成分を
増やすことができると考えられるので、照明系の改造な
しに、傾斜照明技術が実現できると考えられる。

【００１２】また、照明系の光を透明基板内で回折や干
渉させることができるので、照明系の照度むらの軽減に
も寄与すると考えられる。

【００１３】また、この出願のホトマスクの発明によれ
ば、透明基板と、該透明基板の第１の面に形成された所
望のパターンとを具えるホトマスクにおいて、前記透明
基板の前記第１の面と対向する第２の面の、前記所定パ
ターンにおける少なくとも光透過部と対向する領域に、
少なくとも前記所定パターンの焦点深度内では解像され
ないように寸法が選ばれた１または複数の遮光部を有す
る光回折用パターンを具えたことを特徴とする。

【００１４】このホトマスクの発明によれば、ホトマス
クに対し光を垂直に入射する旧型の露光装置であって
も、その装置のホトマスク設置台にこの発明のホトマス
クを設置することで、傾斜照明技術を実現できると考え
られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの出願の
露光方法の発明およびホトマスクの発明のいくつかの実
施の形態について併せて説明する。しかしながら、説明
に用いる各図はこれらの発明を理解することができる程
度に概略的に示してあるにすぎない。また、各図におい
て同様の構成成分については同一の番号を付して示しそ
の重複する説明を省略することもある。

【００１６】１．第１の実施の形態 図１（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態を説明す
るための図である。特に（Ａ）図は第１の実施の形態の
ホトマスク１１を説明する上面図、（Ｂ）図はその一部
断面図である。ただし、断面図は切り口に着目した図と
してある。

【００１７】このホトマスク１１は、透明基板１３と、
該透明基板１３の第１の面１３ａに設けた所定のパター
ン１５とを、従来のホトマスクと同様に具える。さら
に、このホトマスク１１は、本発明の特徴である光回折
用パターン１７（詳細は後述する）を、透明基板１３の
第２の面１３ｂに具える。

【００１８】このホトマスク１１を使用する際は、その
第２の面１３ｂが露光装置の照明系（図示せず）側にな
るように、露光装置（図示せず）に設置する。

【００１９】ここで、所定のパターン１５は、例えば、
遮光部１５ａと光透過部１５ｂとで構成される。この所
定のパターン１５は、一部の光透過部１５ｂあるいは全
部の光透過部１５ｂに透過光の位相を変化させる位相シ
フト膜を形成したパターン、または、遮光膜の代わり
に、ある程度の光を透過する半透明膜を用い回路パター
ンを形成したハーフトーン型位相シフトパターンであっ
ても良い。

【００２０】また、光回折用パターン１７は、この第１
の実施の形態では、前記所定パターンの焦点深度内では
解像されないように小さい幅を持つ細線状の遮光部１７
ａを縦横にそれぞれ複数並べた格子状パターンで構成し
ている。然も、透明基板１３の第２の面１３ｂのほぼ全
面にこの格子状パターンを設けた例を示している。

【００２１】ここで、所定パターンの焦点深度内では解
像されないように小さい幅を持つ遮光部１７ａとは、所
定のパターン１５がレジスト膜上に合焦するように露光
装置の焦点調整がなされた状態において、光回折用パタ
ーン１７がレジスト膜上に解像されない寸法を有した遮
光部をいう。このような遮光部を、以下、「解像限界よ
り小さな寸法の遮光部」ともいう。このような寸法は、
露光装置の焦点深度や透明基板１３の厚さ等を考慮して
実験的或は理論的に決めることができる。

【００２２】なお、ここでいう格子状パターンは、上記
の細線状の遮光部１７ａを縦方向のみに複数並べた場
合、その逆に横方向に複数並べた場合、または、升目部
分がひし形になるように細線状の遮光部１７ａを２方向
に複数並べた場合等の、各種の格子状パターンであって
も良い。格子状パターンであると、例えば、照明系から
の光を容易に種々に干渉させたり種々に回折させること
ができる等の効果が得られると考えられる。

【００２３】また、光回折用パターン１７は、透明基板
１３の第２の面１３ｂの全域に設ける必要は必ずしもな
い。光回折用パターン１７を、第２の面１３ｂの、所定
パターン１５の少なくとも光透過部１５ｂと対向する領
域のみに設けても良い。このように部分的に光回折用パ
ターンを設けることとすると、例えば、光回折用パター
ン１７を電子線リソグラフィで作成することを考えた場
合、電子線描画時間を短縮できる等の効果が得られる。

【００２４】また、第２の面１３ｂの、光透過部１５ｂ
と対向する領域内に、遮光部１７ａをいくつか設けるか
については、設計に応じ決定することができる。

【００２５】また、光回折用パターン１７における遮光
部１７ａは、照明系からの光を全く透過しない場合、ま
たは、ある程度透過する場合いずれとしても良い。遮光
部１７ａを、照明系からの光をある程度透過するものと
する場合は、照明系からホトマスクに対し垂直に入射す
る成分が被露光物にある程度及ぶようになるので、露光
時間の短縮化が図れると考えられる。遮光部１７ａとし
て、照明系からの光をある程度透過するものを用いる場
合のその透過率は、設計に応じ決めれば良い。またこの
ようにある程度光を透過する遮光部は、例えば遮光部１
７ａの膜厚を薄くすること等により実現することができ
る。

【００２６】この発明のホトマスクは、例えば、以下の
ようにして製造することができる。透明基板１３の第１
および第２の面１３ａ，１３ｂそれぞれに、光遮蔽部材
の膜、典型的にはＣｒまたは他の金属からなる膜を形成
する。次に、例えば第１の面１３ａ上に例えば電子線レ
ジストを塗布し、次に、該レジスト膜を所定パターン１
５に応じ電子線で描画する。その後、現像およびリンス
をする。これにより、所定のパターン１５が第１の面１
３ａ上に形成される。次に、この所定パターン１５を保
護する意味で、第１の面１３ａ上に、所定パターン１５
の保護膜を形成する。保護膜としては、例えば、レジス
ト膜またはポリイミド樹脂膜等、任意好適なものを用い
ることが出来る。次に、第２の面１３ｂ上に例えば電子
線レジストを塗布し、次に、該レジスト膜を所定の光回
折用パターン１７に応じ電子線で描画する。その後、現
像およびリンスをする。これにより、光回折用パターン
１７が第２の面１３ｂ上に形成される。もちろん、光回
折用パターン１７を先に形成し、その後に、所定パター
ン１５を形成しても良い。

【００２７】次に、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照してこの
発明の作用および効果について説明する。ここで、図２
（Ａ）は従来のホトマスクに対し照明系からの光が入射
する様子を模式的に示した図、図２（Ｂ）は第１の実施
の形態のホトマスクに照明系からの光が入射する様子を
模式的に示した図である。

【００２８】従来のホトマスクの場合、図２（Ａ）に示
したように、照明系からの光Ｌは、遮光部１５ａを有す
るホトマスクの光透過部１５ｂを通過することになる。
そしてこの光透過部１５ｂを通過する光の入射角は、照
明系の構造に依存することになる。よって、斜入射照明
法による解像度向上を図る場合には照明系の改造が必要
になる。

【００２９】これに対し、実施の形態のホトマスク１１
の場合、図２（Ｂ）に示したように、照明系からの光Ｌ
は、第２の面１３ｂの光回折用パターン１７を通過した
後、透明基板１３を通過し、第１の面１３ａ上の所定パ
ターン１５における光透過部１５ｂを最終的に通過する
ことになる。そのため、光Ｌは、光回折用パターン１７
の影響を受けるので、光Ｌは透明基板１３内で回折と干
渉を起こすことになる。よって、照明系からホトマスク
に垂直に入射する光の成分を低減若しくは実質遮断しか
つ斜入射成分を増やすことができると考えられるので、
照明系の改造なしに、傾斜照明技術が実現できると考え
られる。

【００３０】２．第２の実施の形態 上述の第１の実施の形態では、光回折用パターンを格子
状パターンとする例を説明した。これに対しこの第２の
実施の形態の第１の例では、解像限界より小さな寸法の
遮光部を島状の遮光部とし、かつ、該島状の遮光部を多
数配置したパターンにより、光回折用パターンを構成す
る。図３（Ａ）はその説明図であり、この第２の実施の
形態のホトマスク２１の一部分を、透明基板１３の第２
の面１３ｂ側から見た平面図である。

【００３１】透明基板１３の第２の面１３ｂ上に、解像
限界より小さな寸法の島状の遮光部２３ａを多数配置し
て光回折用パターン２３を構成している。

【００３２】島状の遮光部２３ａの平面形状は、設計に
応じ、円形、楕円形、四角形、三角形等任意の形とでき
る。島状の遮光部２３ａの配列は、設計に応じた任意の
配列とできる。典型的には、それぞれの島状の遮光部２
３ａを、規則的に縦横に所定ピッチで並べる配列が挙げ
られる。もちろん、それぞれの島状の遮光部２３ａを不
規則に並べる場合があっても良い。

【００３３】島状の遮光部２３ａは第２の面１３ｂのほ
ぼ全面に設けても良いし、第１の実施の形態で説明した
ように必要な部分にのみ設けても良い。また、島状の遮
光部２３ａは、ある程度光を透過する遮光部としても良
い。

【００３４】また、この第２の実施の形態の第２の例と
して、以下に図３（Ｂ）を参照して説明するような構成
も考えられる。

【００３５】透明基板１３の第２の面１３ｂ上に、遮光
部２５ａを形成し、かつ、該遮光部２５ａ内に島状の光
透過部２５ｂ（コンタクトホール的な部分）を多数配置
して、光回折用パターン２５を構成する考えである。も
ちろん、この場合も、隣接する光透過部２５ｂの間の遮
光部２５ａの寸法は、解像限界以下の寸法にする。

【００３６】島状の光透過部２５ｂの平面形状や配列方
法は、上述の島状の遮光部２３ａで説明したような任意
の平面形状、配列方法とすることができる。

【００３７】また、光回折用パターン２５は第２の面１
３ｂのほぼ全面に設けても良いし、第１の実施の形態で
説明したように必要な部分、すなわち、第２の面１３ｂ
の、所定パターン１５の光透過部１５ｂと対向する領域
にのみ、設けても良い。また、遮光部２５ａは、ある程
度光を透過する遮光部としても良い。

【００３８】上述の第２の実施の形態の場合も、図２
（Ｂ）を参照して説明した作用および効果と同様の作用
および効果が期待出来る。

【００３９】３．第３の実施の形態 上述の第１および第２の実施の形態それぞれでは、第２
の面１３ｂの、所定パターン１５の光透過部１５ｂに対
向する領域に、解像限界より小さな寸法の遮光部１７ａ
（第２の実施の形態では２３ａ）を複数設ける例を説明
した。しかし、第２の面１３ｂの、所定パターン１５の
光透過部１５ｂに対向する領域に、解像限界より小さい
寸法の遮光部を１つ設ける場合があっても良い。そのよ
うな顕著な例としては、所定のパターン１５の光透過部
１５ｂの開口幅が狭いとか、開口面積が小さい場合で、
光回折用パターンを１個の遮光部で構成しても本発明の
作用が得られる場合が挙げられる。この第３の実施の形
態ではそのような例を考える。この説明を図４を参照し
て説明する。

【００４０】図４は、第３の実施の形態のホトマスク３
１の要部斜視図である。ここでは、所定パターン１５が
ラインアンドスペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパターン
ともいう）である例を示している。もちろん所定パター
ン１５はＬ／Ｓパターンに限られず、他のパターンでも
良い。

【００４１】Ｌ／Ｓパターンから成る所定のパターン１
５が例えばサブミクロンオーダーであるとした場合、透
明基板１３の第２の面１３ｂには、Ｌ／Ｓパターン１５
を白黒反転させたパターンを形成することで、この発明
でいう光回折用パターン３３を構成出来ると考えられ
る。すなわち、透明基板１３の第２の面１３ｂの、Ｌ／
Ｓパターン１５の光透過部１５ｂと対向する部分に、該
光透過部１５ｂと同じ大きさかまたはそれよりやや小さ
い遮光部３３を設けることにより、該遮光部３３自体で
光回折用パターン３３を構成することができると考えら
れる。

【００４２】この遮光部３３は、これ自体が小さく、か
つ、その位置も所定のパターン１５に対し透明基板１３
の厚さ分だけずれているので、所定のパターン１５をパ
ターニングする際、解像されることはない。その一方、
照明系（図示せず）からの光のうち、ホトマスク３１に
垂直に入射する光を、この遮光部３３は遮光する。ただ
し、この遮光部３３両側の光透過部に入った光は傾斜光
となって所定のパターン１５に至ると考えられる。その
ため、この第３の実施の形態では、垂直入射光を遮光で
き、実質的に斜め入射光のみを投影光として用いること
ができると考えられる。

【００４３】なお、この第３の実施の形態の場合も、遮
光部３３を、照明系からの光をある程度透過する遮光部
としても良い。こうすると、垂直入射光成分をある程度
投影光に含ませることができる。

【００４４】この発明は上述の各実施の形態に何ら限定
されるものではなく、多くの変形または変更を行なうこ
とができる。例えば、光回折用パターンは上述の例に限
られず、他の好適なパターンとすることができる。

【００４５】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の露光方法の発明によれば、ホトマスクにおける光
が入射される面に、本来のパターンの焦点深度内では解
像されないように寸法が選ばれた１または複数の遮光部
を有する光回折用パターンを設け、この状態で露光をす
る。そのため、照明系からホトマスクに垂直に入射する
光成分を遮断若しくは低減しかつ斜入射成分を増やすこ
とができると考えられる。したがって、照明系からの光
がホトマスクに対し垂直入射される場合であっても、傾
斜照明法と同様な照明が実現できると考えられる。

【００４６】また、この出願のホトマスクの発明によれ
ば、ホトマスクにおける光が入射される面に、本来のパ
ターンの焦点深度内では解像されないように寸法が選ば
れた１または複数の遮光部を有する光回折用パターンを
具える。そのため、ホトマスクに対し光を垂直に入射す
る旧型の露光装置にこの発明のホトマスクを設置するこ
とで、傾斜照明技術を実現できると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】露光方法およびホトマスクそれぞれの第１の実
施の形態の説明図である。

【図２】この発明の原理を従来例と比較して説明する図
であり、（Ａ）図が従来例の説明図、（Ｂ）図が実施の
形態の説明図である。

【図３】露光方法およびホトマスクそれぞれの第２の実
施の形態の説明図である。

【図４】露光方法およびホトマスクそれぞれの第３の実
施の形態の説明図である。

【図５】従来技術および課題の説明図である。

【符号の説明】

１１：第１の実施の形態のホトマスク １３：透明基板 １３ａ：透明基板の第１の面 １３ｂ：透明基板の第２の面 １５：所定パターン １５ａ：所定パターンの遮光部 １５ｂ：所定パターンの光透過部 １７：光回折用パターン １７ａ：遮光部 ２１：第２の実施の形態のホトマスク ２３：光回折用パターン ２３ａ：島状の遮光部 ２５：光回折用パターン ２５ａ：遮光部 ２５ｂ：島状の光透過部 ３１：第３の実施の形態のホトマスク ３３：光回折用パターン

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板と、該透明基板の第１の面に形
   成された所定パターンとを具えるホトマスクの、前記第
   １の面に対向する第２の面側から、該ホトマスクに光を
   入射し、被露光物を露光するに当たり、 前記第２の面の、前記所定パターンにおける少なくとも
   光透過部と対向する領域に、少なくとも前記所定パター
   ンの焦点深度内では解像されないように寸法が選ばれた
   １または複数の遮光部を有する光回折用パターンを設け
   た状態で、前記露光を行なうことを特徴とする露光方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の露光方法において、 前記光回折用パターンを、格子状パターンとすることを
   特徴とする露光方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の露光方法において、 前記光回折用パターンを、島状の遮光部または島状の光
   透過部を多数配置したパターンとすることを特徴とする
   露光方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の露光方法において、 前記光透過部が、前記遮光部を１つ用いて前記光回折用
   パターンの作用が得られる程度に小さな光透過部の場合
   は、該光透過部用の光回折用パターンを、該光透過部と
   同じ大きさの遮光部で構成することを特徴とする露光方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の露光方法において、 前記遮光部を、前記光をある程度透過する遮光部とする
   ことを特徴とする露光方法。
6. 【請求項６】 透明基板と、該透明基板の第１の面に形
   成された所定パターンとを具えるホトマスクにおいて、 前記透明基板の前記第１の面と対抗する第２の面の、前
   記所定パターンにおける少なくとも光透過部と対向する
   領域に、少なくとも前記所定パターンの焦点深度内では
   解像されないように寸法が選ばれた１または複数の遮光
   部を有する光回折用パターンを具えたことを特徴とする
   ホトマスク。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のホトマスクにおいて、 前記光回折用パターンとして格子状パターンを具えるこ
   とを特徴とするホトマスク。
8. 【請求項８】 請求項６に記載のホトマスクにおいて、 前記光回折用パターンとして、遮光部または光透過部を
   島状に多数配置したパターンを具えることを特徴とする
   ホトマスク。
9. 【請求項９】 請求項６に記載のホトマスクにおいて、 前記光透過部が、前記遮光部を１つ用いて前記光回折用
   パターンの作用が得られる程度に小さな光透過部の場合
   は、該光透過部用の光回折用パターンとして、該光透過
   部と同じ大きさの遮光部を具えることを特徴とするホト
   マスク。
10. 【請求項１０】 請求項６に記載のホトマスクにおい
    て、 前記遮光部として、前記光をある程度透過する遮光部を
    具えることを特徴とするホトマスク。