(57)【要約】【課題】偏光位相シフトマスクの２つの偏光変調領域の境界において部分的に発生する透過光が低下する問題点について解決する。【解決手段】露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、互いに干渉しない偏光成分を生成しかつ相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域（１３１、１３２）を有し、位相差が１８０度となるように位相を付与しかつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域（１３３、１３４）を有し、透過率を低下させる振幅変調領域（１４３）を有し、前記偏光変調領域の接線と前記位相変調領域の接線が対応する位置にあり、かつ前記振幅変調領域は前記共通する接線の両側に所定の距離だけ離れた部分に設けられている。【選択図】      図６
2006293330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、
互いに干渉しない偏光成分を生成し、かつ相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域と、
位相差が１８０度となるように位相を付与し、かつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域と、そして
透過率を低下させる振幅変調領域とを有し、
前記二つの偏光変調領域が相互に接する接線と前記二つの位相変調領域が相互に接する接線とは照射方向に関してそれぞれ対応する位置にあり、かつ前記振幅変調領域は前記対応する位置の両側に、前記対応する位置から所定の距離だけ離れた領域に設けられていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記振幅変調領域は、入射光に対する透過率が５０％以下であることを特徴とする請求項１のフォトマスク。
【請求項３】
前記二つの偏光変調領域は、偏光変調領域の面内で互いに直交する軸を有する直線偏光器により形成される請求項１のフォトマスク。
【請求項４】
前記二つの直線偏光器は、互いに直交する軸を有する導電体の格子からなる直線偏光器である請求項３のフォトマスク。
【請求項５】
前記直線偏光器は、特定の偏光成分に対してのみフォトニックバンドギャップを有する構造からなることを特徴とする請求項３のフォトマスク。
【請求項６】
前記二つの偏光変調領域は、互いに異なる複屈折機能を有する素子により形成される請求項１のフォトマスク。
【請求項７】
前記複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する２つの偏光成分の間の位相差が略９０°となるものであることを特徴とする請求項６のフォトマスク。
【請求項８】
前記複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する２つの偏光成分の間の位相差が略１８０°となるものであることを特徴とする請求項６のフォトマスク。
【請求項９】
前記二つの偏光変調領域は、直線偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載のフォトマスク。
【請求項１０】
前記二つの偏光変調領域は、円偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１に記載のフォトマスク。
【請求項１１】
露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、
互いに干渉しない偏光成分を生成しかつ相互に接する、少なくとも二つの偏光変調領域と、
照射光に対して透過率を低下させるための振幅変調領域とを有し、
前記振幅変調領域は、前記二つの偏光変調領域が相互に接する接線の両側に、所定の距離だけ離れた部分に設けられていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１２】
入射光に対して複数の変調機能を有するフォトマスクであって、
前記入射光に対して同一光路上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、
前記位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での前記入射光に対する透過率が大きく、前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた他の前記入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを
具備してなることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１３】
露光パターンを照射する露光装置に使用され、相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域を有する位相シフトマスクであって、
前記位相シフトマスクの所定の領域に、照射光に対する透過率を低下させるための振幅変調領域を設けたことを特徴とする位相シフトマスク。
【請求項１４】
露光用の光を発する光源と、
この光源からの光路に設けられたフォトマスクと、
このフォトマスクの透過光路に設けられた投影光学系とを有する露光装置であって、
前記フォトマスクは前記光源からの光に対して同一光軸上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、
前記位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での前記入射光に対する透過率が大きく、前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた位置に設けられた他の前記入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを具えてなることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
前記前記位相変調領域の境界および前記偏光変調領域の境界の光路上から所定距離は、λを光源から光の波長、NAを投影光学系の開口数としたとき、０．６１λ/NAないし２．４４λ/NAであることを特徴とする請求項１４記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光法に使用するフォトマスクに関するものであり、特に、半導体素子または液晶表示装置等の微細な構造を有する素子の製造において使用される位相シフトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子製造工程および液晶表示装置製造工程等においては、一般的に、フォトリソグラフィ技術が用いられている。フォトリソグラフィ技術においては、半導体素子や液晶表示装置の形成される基板やこれら基板上に成膜された薄膜上にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストを選択露光することにより微細加工用のマスク、例えばエッチング用マスクを作成する。そしてこのエッチング用マスクを用いて、基板または基板上の薄膜に対し選択エッチング処理等が施される。
【０００３】
前記したフォトレジストに選択露光を行うために、露光用のフォトマスクが用いられる。従来の露光用フォトマスクは、例えば透明基板上に遮光パターンを形成して透過光の光強度を振幅変調するものである。一般的には、透明基板上にクロム等の金属薄膜からなる遮光パターンが形成された構造を有する。フォトマスクを透過照明し、投影光学系によって遮光パターンの像を基板上に結像することにより、所望の回路パターンを基板上に転写する。
【０００４】
さらに微細化された投影像のコントラストを高めるために、透明部の特定の箇所に透過光の位相を変化させる位相シフト部を設けた種々の位相シフトマスクが用いられるようになった。位相シフトマスクの１例として、渋谷レベンソン（Levenson）型位相シフトマスクがある。上記位相シフトマスクには、微細な投影パターン部分を形成するための透過領域に、相互に１８０°の位相差が生じるような位相シフタ領域が設けられている。そして、光源からの光（これは一般的には種々の偏光状態を含む無偏光の光である）が、前記マスクに照射されたとき、両位相シフタ領域を透過するそれぞれの光が重なりあう部分には明確な暗部が形成される。その理由は、それらの同一偏光成分が互いに逆位相で干渉するためである。
【０００５】
その結果、前記両位相シフタ領域に挟まれる遮光領域、又は両位相シフタ領域の境界を示す投影パターン部分が、明瞭に形成される。このことから、前記微細な投影パターン像の解像度を高めたり、焦点深度を深くしたりすることができる。
【０００６】
以上記載したように、半導体素子製造工程や液晶表示装置製造工程等の微細加工分野において、レジストの露光に使用されるフォトマスクは、上述の振幅分布を生成する振幅変調型のフォトマスクや、さらに位相分布をも生成する位相シフトマスクが使用されている。
【０００７】
より微細化されたパターン形成のため、最近上記機能に加えて、照射光を偏光させる機能を有する「偏光位相シフトマスク」が提案されている。偏光位相シフトマスクにおいては異なる偏光状態を生成する領域が所定の分布で形成される。
【０００８】
この偏光位相シフトマスク採用の目的は、従来の位相シフトマスク（ここでは渋谷レベンソンマスクもしくはalternating Phase Shift Maskに限定する）における解決課題である、「フェーズコンフリクト」と呼ばれる問題を解決するためである。フェーズコンフリクトについて述べたものとして、Ruoping Wang et al., Polarized Phase Shift Mask: Concept, Design, and Potential Advantages to Photolithography Process and Physical Design, Proceedings of SPIE Vol.4562, 406-417(2002)、そして日本国で公開特許公報として発行された特開2002-116528、および特開平5-11434のような公知文献がある。フェーズコンフリクトの概要について以下で説明する。
【０００９】
図１に位相シフトマスク（渋谷レベンソンマスク）１００の一例を示す。図１は二つの孤立する線状のパターン１０３、１０４に位相シフト機能を適用しようとした場合の露光パターンを示す図である。黒い部分（黒く塗りつぶした部分）は露光されない未露光部となる遮光部１０１である。位相シフトマスク（渋谷レベンソンマスク）を用いる場合、微細化の目的である細線である遮光部１０１の両側の位相差を１８０°にする必要がある。
【００１０】
しかし図１の構成では、遮光部１０１以外の所にも１８０°の位相差を有する境界１０２ができる。この境界１０２の部分は干渉により光強度が０となるので未露光となる。このため、露光部が除去されるポジ型レジストを使用した場合は、レジストが残ってしまうという問題がある。またネガ型レジストを使用する場合は逆にレジストが除去されてしまうという問題がある。（以下の説明ではポジ型レジストを用いる場合について行う。）
かかる問題点を解決するため、図２に示すような所謂「偏光位相シフトマスク」１１０が開発された。偏光位相シフトマスクとは、図１に示すような従来の位相シフトマスク１００に、フェーズコンフリクトの問題を解決するため偏光マスクの機能を付加したものである。
【００１１】
図２において、矢印１１１、１１２はマスク上に設ける直線偏光器の向き、すなわちマスク透過後の直線偏光の向きを示す。異なる偏光方向の光束間では光は干渉しないので、その境界１１３に例え位相差があっても、透過光の光強度は０とならず、レジストが残るという問題がなくなる。（ただし、「発明が解決しようとする課題」で示すように、完全な解決ではない。）
以上の機能を実現するため、偏光位相シフトマスクの形成においては、偏光機能を有する構造をフォトマスク上に形成するための微細パターニング処理が必須である。偏光機能の形成を可能とする具体的な方法として、例えば導電体格子を設ける方法が、特開平9-120154、特開平7-36174、および特開平7-176476に記載されている。
【００１２】
図３Ａ〜図３Ｃに、偏光機能を構成させるために、例えばクロムからなる導電体格子１２１を有するマスク１２０を示す。導電体格子１２１とは、通常グリッド偏光子とも呼ばれるものである。導電体格子１２１は、例えば図３Ａに示すように、格子のピッチが露光波長よりも小さな複数の導電体１２２により形成された格子である。
【００１３】
図３Ａに示す導電体格子１２１は、図３Ｂに示すように電界が格子に垂直な光１２３は透過１２４し、図３Ｃに示すように電界が格子に平行な光１２５を反射１２６するという特徴を有する。従って、導電体格子１２１は直線偏光器として使用することができる。この導電体格子１２１により上記偏光マスクの機能を実現することが可能である。
【００１４】
この導電体格子１２１は、微細化処理の可能な半導体製造工程等で使用される通常のリソグラフィの方法により作製可能である。具体的には、例えば石英基板１２７上にクロム薄膜をスパッタ成膜したのち、レジスト塗布・パターニング・エッチングにより作製することが出来る。
【００１５】
また、偏光変調素子としては、上記グリッド偏光子以外にも、直線偏光器の機能を実現するものとしてフォトニック結晶が知られている。また偏光変調素子として複屈折効果を有する材料を使用することもできる。複屈折効果を実現するものとして、構造複屈折素子やフォトニック結晶が知られている。
【特許文献１】特開２００２−１１６５２８
【特許文献２】特開平５−１１４３４
【特許文献３】特開平９−１２０１５４
【特許文献４】特開平７−３６１７４
【特許文献５】特開平７−１７６４７６
【非特許文献１】Ruoping Wang et al., Polarized Phase Shift Mask: Concept, Design, and Potential Advantages to Photolithography Process and Physical Design, Proceedings of SPIE Vol.4562, 406-417(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
次に、フォトマスクとして図２に示すような偏光位相シフトマスクを使用する場合の課題を説明する。従来技術の説明において、偏光位相シフトマスクの効果として、「異なる偏光方向の光束間では干渉しないので、その境界１１３に例え位相差があっても、光強度は０とならず、レジストが残るという問題がなくなる。」と説明した。しかしながらこの効果は完全なものではないことがわかった。
【００１７】
図４に、偏光位相シフトマスク１３０の断面図（ａ）と、偏光位相シフトマスクによるフェーズコンフリクトを解消したい部分における透過光の光強度分布の計算結果（ｂ）とを示す。図４の偏光位相シフトマスク１３０は、透明基板１３７上に、二つの偏光変調領域１３１、１３２が形成され、その上に二つの位相変調領域１３３、１３４が形成されている。光学系の条件は波長365nm、NA（開口数）0.25、σ（コヒーレンスファクタ）0.4を用いた。以下に示す計算結果はすべてこの条件でのものである。
【００１８】
本発明者は、図４(a)に示された偏光位相シフトマスク１３０について透過光の分析をした。その結果透過光の光強度分布は、理想とする平坦な特性ではなく、図４（ｂ）に示すような特性を有することが判った。
【００１９】
図４（ｂ）の曲線Ａは、領域Ａ（位相０°）を透過した光による光強度、曲線Ｂは領域Ｂ（位相１８０°）を透過した光による光強度を示す。マスク１３０を透過した実際の光強度分布は両者の和であり、図４（ｂ）の曲線Ｃで示す。以降の説明を含めこれらの光強度は、マスクの背景部分（即ち、光が普通に透過する部分）における光強度を１に規格した値で示す。
【００２０】
図４（ｂ）に示す計算結果によると、領域Ａと領域Ｂの境界１３５における光強度は０．５となる。偏光変調領域１３１、１３２を設けない場合の位相シフタのみに基づく理論上の光強度０と比べれば増加しているものの、完全に１とはならない（この光強度が最低の部分１３６をディップ部、およびこの部分の光強度をディップ強度と呼ぶ）。かかるデイップ部が形成されるため、露光量が低下するとディップ部に対応する位置で露光量がレジストの閾値以下となる場合がある。かかる場合、露光不足によりレジストが残ってしまう場合が生ずる。すなわち、ディップ強度が１の場合と比べ、所望のパターンの形成を可能とする「露光量許容度」が狭くなる。
【００２１】
以下、露光量許容度の一例を簡単に計算する。以降（露光量）＝（背景部分の強度）×（露光時間）で定義する。また適正露光量を１に規格化し、そのときのレジストの閾値（溶解／非溶解の境）を０．４とする。図４に示す条件では、露光量が適正値１から０．８（＝０．４／０．５）以下に下がっただけで、境界１３５における露光量が閾値０．４以下となる。このため、ディップ部分１３６においてレジストが除去されず残ってしまう。このようなディップ部１３６の発生がなければ、露光量０．４までこのようジストが残る問題は発生しない。すなわち、露光許容度は１／３（＝（１−０．８）／（１−０．４））に狭くなったこととなる。
【００２２】
また、上記の計算では、偏光変調層１３１、１３２と位相変調層１３３、１３４が完全に同一面にあるとした。しかし実際には積層構造として作製する図４（a）の構造が一般的である。かかる場合、層間に発生するフレネル回折の効果によりディップ強度はさらに低下してしまう。そのため露光量許容度はさらに低下することになる。
【００２３】
図５は、偏光変調層１３１、１３２と位相変調層１３３、１３４との間に空気中換算で０．２μｍ（屈折率１．５の物質では０．３μｍ）のギャップがある場合である。図５はかかるギャップがある場合の透過光の光強度についての計算結果を示すものである。ディップ部１３６の光強度は０．３まで低下してしまい、露光量許容度はさらに狭くなる。
【００２４】
以上、図４および図５で示したような、フェーズコンフリクト部分について生ずる問題点について説明した。かかるディップ部は位相段差部の有無にはかかわらず、２つの偏光変調領域の境界において必然的に発生するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、上記問題点に対処してなされたものである。振幅変調領域を設けることにより背景部分における光透過度を低下させ、結果としてディップ強度を1に近づけ、露光量許容度を広げたフォトマスクを得ることを目的とする。
【００２６】
本発明の一態様に係わるフォトマスクは、露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、互いに干渉しない偏光成分を生成し、かつ相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域と、位相差が１８０度となるように位相を付与し、かつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域と、そして透過率を低下させる振幅変調領域とを有し、
二つの偏光変調領域が相互に接する接線と二つの位相変調領域が相互に接する接線とはそれぞれ対応する位置にあり、かつ振幅変調領域は該対応する位置の両側に、対応する位置から所定の距離だけ離れた領域に設けられていることを特徴とするフォトマスクである。
【００２７】
本発明の他の態様に係わるフォトマスクは、振幅変調領域における入射光に対する透過率が５０％以下であることを特徴とするフォトマスクである。
【００２８】
本発明のさらに他の態様に係わるフォトマスクは、二つの偏光変調領域は、偏光変調領域の面内で互いに直交する軸を有する直線偏光器により形成されるフォトマスクである。
【００２９】
本発明のさらに他の態様に係わるフォトマスクは、二つの直線偏光器は、互いに直交する軸を有する導電体の格子からなる直線偏光器であるフォトマスクであり、または直線偏光器は、特定の偏光成分に対してのみフォトニックバンドギャップを有する構造からなるフォトマスクである。
【００３０】
二つの偏光変調領域は、互いに異なる複屈折機能を有する素子により形成されるフォトマスクであり、さらに複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する２つの偏光成分の間の位相差が略９０°となるものであるフォトマスクである。
【００３１】
さらに複屈折機能を有する素子は、光の電気ベクトルの振動面が直交する２つの偏光成分の間の位相差が略１８０°となるフォトマスクである。
【００３２】
また、二つの偏光変調領域は、直線偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となるフォトマスクである。また二つの偏光変調領域は、円偏光を入射したときの出力光が互いに干渉しない偏光となるフォトマスクである。
【００３３】
本発明のさらに他の態様に係わるフォトマスクは、露光パターンを照射する露光装置に使用されるフォトマスクであって、互いに干渉しない偏光成分を生成しかつ相互に接する、少なくとも二つの偏光変調領域と、照射光に対して透過率を低下させるための振幅変調領域とを有し、振幅変調領域は、二つの偏光変調領域が相互に接する接線の両側に、所定の距離だけ離れた部分に設けられているフォトマスクである。
【００３４】
本発明のさらに他の態様に係わるフォトマスクは、入射光に対して複数の変調機能を有するフォトマスクであって、入射光に対して同一光路上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での入射光に対する透過率が大きく、位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた他の入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを具備するフォトマスクである。
【００３５】
本発明のさらに他の態様に係わるフォトマスクは、露光パターンを照射する露光装置に使用され、相互に接する少なくとも二つの偏光変調領域を有する位相シフトマスクであって、位相シフトマスクの所定の領域に、照射光に対する透過率を低下させるための振幅変調領域を設けた位相シフトマスクである。
【００３６】
本発明の一態様に係わる露光装置は、露光用の光を発する光源と、この光源からの光路に設けられたフォトマスクと、このフォトマスクの透過光路に設けられた投影光学系とを有する露光装置であって、上記フォトマスクは光源からの光に対して同一光軸上に設けられた偏光変調領域の境界および位相変調領域の境界と、位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上での入射光に対する透過率が大きく、位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上から所定距離だけ離れた位置に設けられた他の入射光に対して透過率が小さい透過率分布を生成する振幅変調手段とを具える露光装置である。
【００３７】
さらに、位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上から所定距離は、０．６１λ/NAないし２．４４λ/NAである露光装置である。なお、λは、光源からの光の波長であり、NAは、投影光学系の開口数である。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、露光量許容度の広いフォトマスクを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
発明者らは、フォトマスク内に透過光の光強度を部分的に変調する振幅変調パターンを形成することにより、フォトマスク内において光強度分布を変化させることができることに着目した。この効果を利用することにより、ディップ強度を１に近づけることが可能となる。
【００４０】
図６に、本発明によるフォトマスク１４０の基本的構成の一例を示す。透明なマスク基板１３８の表面に、互いに光に対する変調方向の異なる少なくとも２種類の偏光変調層１３１、１３２が形成されている。その上部に、位相シフト部を形成するため、照射光の波長に対して位相が１８０°分厚さの異なる少なくとも２種類の位相変調層１３３、１３４が形成される。このため、位相変調層１３３、１３４の境界に位相段差部１４１が形成される。２種類の偏光変調層１３１、１３２の境界部分１４５と、２つの位相変調層１３３、１３４の境界に形成された位相段差部１４１とのマスクパターン上の位置は一致している。
【００４１】
そして、図６に示す構成においては、位相段差部１４１の近傍１４２を除く部分、望ましくは近傍１４２を除く全領域に、透過光の光強度を低下させるための振幅変調機能を有する振幅変調領域１４３が設けられる。即ち、振幅変調領域は、位相段差部１４１（および境界部分１４５）の両側に、位相段差部１４１から所定の距離だけ離れた領域に設けられる。この振幅変調領域１４３が除かれる部分の幅ｗは、図４（ｂ）の曲線Ａおよび曲線Ｂの波形および必要とする露光量許容度に基づいて選択される。位相変調領域の境界および偏光変調領域の境界の光路上から距離は、０．６１λ/NAないし２．４４λ/NAが望ましい。通常はλ/NA 程度となる。(λは、照明光の波長であり、NAは投影光学系の開口数である。)
かかる構造により、ディップ強度をそのままの値に保った状態で、境界部分即ち位相段差部１４１以外の部分の透過光強度（すなわち背景強度）を所定の値だけ低下させることができる。かかる低下により、相対的にディップ強度を高くすることができる。ディップ部１３６の両側に山形１４４の強度分布ができるが、この位置には通常形成すべきパターンはないので露光処理上は問題とならない。
【００４２】
例えば、偏光変調層１３１、１３２と位相変調層１３３、１３４との間に間隔を有しない理想的な構造の場合は、ディップ強度は０．５である。このため、この値に合わせて振幅変調の値を５０％にすれば、新たなディップ強度が１となるので望ましい。ただし、前述したように、実際には偏光変調層１３１、１３２と位相変調層１３３、１３４の間の間隔に応じてディップ強度が低下する。このため、この低下に応じて振幅変調の値を５０％以下、具体的にはディップ強度の値まで低下させることが望ましい。（例えば図５に示した例では、ディップ強度が０．３であるため振幅変調を３０％にすることが望ましい。）
また、図６のマスク部分においては、位相段差部１４１（位相変調シフト部）を有する位相変調層１３３、１３４が形成されている。しかし、場所によっては偏光変調領域１３１、１３２の境界部分（偏光変調シフト部）は存在しても位相段差部１４１は有しない位置がある。かかる位相段差の無いマスク部分においても偏光変調領域１３１、１３２の境界部分１４５にこの構造、即ち振幅変調領域１４３を設けることが望ましい。
【００４３】
偏光変調領域とは、入射光の偏光状態を変化させる領域である。振幅変調領域とは、入射光の光強度を減少させる領域である。位相変調領域とは、入射光の位相を変化させる領域である。
【００４４】
これらの結果からフォトマスクは、前記入射光に対して同一光路上に設けられた偏光変調シフト部および位相変調シフト部と、前記位相変調シフト部および偏光変調シフト部の光路上での前記入射光に対する透過率が大きく、前記位相変調シフト部および前記偏光変調シフト部の光路上から所定距離だけ離れた他の前記入射光に対して透過率が小さい振幅変調手段とを有するマスクである。このフォトマスクは、入射光に対して偏光変調シフト部および位相変調シフト部と振幅変調手段とを有すればよい。
【００４５】
[実施例１]
偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いて本発明のフォトマスクを形成した実施例について図７および図８Ａ〜図８Ｅを用いて説明する。
【００４６】
（１）フォトニック結晶の作製
フォトニック結晶の作製方法は複数提案されている。例えば、E. Yablonovitch, T. J.Gmitter and K. M. Leung: Phys. Rev. Lett. 67 (1991) 2295に記載されているような誘電体ブロックの表面にドリル等を用いて穿孔を形成する方法、例えば、E. Ozbay, E. Michle, G. Tuttle, R. Biswas, M. Sigalas and K.-M. Ho: Appl. Phys. Lett. 64 (1994) 2059に記載されているようにケミカルエッチィングを用いて多数の誘電体ロッドを形成しこれらのロッドを積層する方法、例えば、S. Kawakami, T. Kawashima and T. Sato : Phys. Lett. 74 (1999) 463. に記載されているような基板に形成した凹凸の表面パターンを保ったまま多層の堆積を行う自己クローニング法、例えば、H.-B. Sun, S. Matsuo and H. Misawa: Opt. Rev. 6 (1999)396.に記載されているような多光子吸収を用いる方法、または誘電体中に周期構造を描きこれを固定化してフォトニック結晶を形成するホログラフィ技術を用いる方法などがある。実施例１は自己クローニング法を用いて偏光変調領域を形成する。自己クローニングによる作製法では複数のＶ字形状薄層を順次積層することによりフォトニック結晶を実現している。自己クローニング法は、表面に凹凸部の形成された透明基板を作製し、その上に２種類の薄膜を多数交互にスパッタすることにより周期構造を生成する方法である。
【００４７】
図７に自己クローニング法により作成されたフォトニック結晶の例を示す。リソグラフ・エッチング工程によりマスク基板である合成石英に凹凸の形状を形成する。そして、ターゲット材料としてＳｉおよびＴａを用いたバイアススパッタ法に成膜を行なう。この場合、スパッタガスとしてはＡｒを、反応性ガスとしては酸素を導入し、反応性スパッタ法にて凹凸面上にＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を交互に積層する。このようにして図７に示すようなＶ字形の多層構造を有するフォトニック結晶を形成する。
【００４８】
この方法によれば、フォトニック結晶の作成に、既存のリソグラフィ技術や成膜技術が応用できる。また特殊な材料を用いる必要がないため作製容易である。また、最初の凹凸基板をパターニングすることにより、偏光機能もパターニングできる。この方法により直線偏光機能を実現する方法が“川上・大寺・川嶋、「フォトニック結晶の作製と光デバイスへの応用」、応用物理  第６８巻第１２号（１９９９）”に述べられている。
【００４９】
偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いて本発明のフォトマスクを形成した実施例を以下説明する。先ず図８Ａの（ａ-１）に示すように、透明基板１５１、例えば石英基板またはガラス基板、の表面に偏光変調層として作用するフォトニクス結晶領域１５２を作成する。（ａ-１）は平面図であり、図８Ａ（ａ-２）はそのＸ−Ｘ‘部における断面図である。このため、フォトニクス結晶層１５２の拡大図である図８Ａの（ａ―３）に示すような凹凸部１５３を、フォトリソグラフィ技術を使って透明基板１５１の表面に形成する。この事例においては凹凸部１５３のピッチ（横方向の繰返し幅）を１３０ｎｍ、深さを６５ｎｍとする。
【００５０】
この凹凸部の上部に、例えばスパッタ法等の成膜法を用いてＳｉＯ２層１５４とＴａ２Ｏ５層１５５をそれぞれ１０層づつ、それぞれの膜厚５５ｎｍで交互に成膜する。図８Ａの（ａ−２）の部分拡大図（ａ―３）はこの凹凸部および成膜部を拡大して示す。この成膜工程においては、透明基板１５１に対し特に高周波電力を印加したＲＦバイアス・スパッタリングを用いることにより、各成膜層１５４、１５５がＶ字型の凹凸形状１５６を得られるようにすることができる。
【００５１】
図８Ａの（ａ−１）において、横線１５７と縦線１５８はＶ字構造の延在する方向を模式的に示したものである。図８Ａの（ａ−１）は照射光に対する変調の方向即ち偏光の軸が９０°異なる２種類の領域、即ち偏光変調領域、を形成するようにパターニングがされたことを示している。
【００５２】
（２）位相シフト層の作製
続いて、この偏光変調領域を形成するフォトニクス結晶領域１５２の上部に位相シフト層を形成するため、例えばＳｉＯ２層１５９をＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Method）により例えば８００ｎｍの膜厚で成膜する。この成膜においては、フォトニック結晶１５２の表面のＶ字型の凹凸形状１５６がＳｉＯ２層１５９の表面に現れないよう、表面が平坦化される成膜条件を選ぶのが良い。
【００５３】
ＳｉＯ２層の成幕の後、通常のレジスト塗布、パターニング、ドライエッチングを行なう。そして露光に使用される例えば波長３６５ｎｍの光に対しては、ＳｉＯ２層において１８０°の位相差を与える３９７ｎｍの段差１６０を形成する。このとき図８Ｂの（ｂ−１）の横向きの位相シフト線１６１と、図８Ａの（ａ−１）に示したフォトニック結晶上の２つの領域の境界１６２とを一致させるようにする。形成された位相シフト層のＹ−Ｙ‘部の断面を図８Ｂの（ｂ-２）に示す。
【００５４】
（３）遮光層の作製
続いて、マスクパターンを構成する遮光層を形成する。このため先ず遮光膜、例えばクロム薄膜を、照射光を完全に遮光可能な例えば８００ｎｍの厚さでスパッタ成膜する。そしてレジスト塗布、パターニング、ドライエッチング工程により、所定のマスクパターンを有するクロム遮光層１６３を形成する。作成した遮光層１６３を図８Ｃの（ｃ−１）および（ｃ−２）に示す。遮光層の材料としてはクロム以外にも例えば金、銀、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。遮光層の形成されたマスク図８Ｃの（ｃ−１）におけるＺ−Ｚ‘部の断面を図８Ｃの（ｃ-２）に示す。
【００５５】
（４）振幅変調層の作製
次に遮光層が形成されたマスクに、振幅変調層を形成する。このため、例えばクロム薄層を６ｎｍの厚さでスパッタ成膜する。この６ｎｍの厚さは波長３６５ｎｍの照射光の透過率を５０％にする厚さである。さらにこの上にレジストを塗布し、パターニング、ドライエッチング等を含むリソグラフィ工程により、クロム振幅変調層１６４を形成する。エッチング工程のとき、振幅変調層のクロム１６４の直下には遮光層のクロム１６３がある。しかし、両者の厚みが大きく異なり、かつ遮光層１６３は厚みが多少異なっても透過率はほとんど変化しない（０％とみなしてもよい）ため、適度なエッチング条件を選べば問題とならない。作成したマスクの平面図を図８Ｄの（ｄ−１）に示す。図８Ｄの（ｄ−１）におけるＷ−Ｗ‘部の断面を図８Ｄの（ｄ-２）に示す。
【００５６】
図８Ｅに、２つの偏光変調層の互いに直交する偏光の向き（矢印←→で示す）、および位相シフト層による位相差（角度０°および１８０°で示す）を示す。中央の境界部１６５は位相シフト層による位相差が生じる段差部であるが、その下部に互いに臨接する２つの偏光変調層が形成されているため、干渉は生じない。
【００５７】
（５）露光
このようにして作成した偏光位相シフトマスクを使用してランダム偏光照明によりレジストパターンを生成した例を図９Ａおよび図９Ｂに示す。比較のため振幅変調層のないフォトマスク、即ち従来技術によるフォトマスクを使用して露光した例についても示す。
【００５８】
図９Ａおよび図９Ｂにおいて、振幅変調層のない従来技術によるマスク１７１と、振幅変調層１７３を形成した本発明によるマスク１７２を使用した。かかるマスクを使用して露光し、パターニングしたレジストパターンを図９Ａおよび図９Ｂの（ａ−１）、（ｂ−１）、（ａ−２）、（ｂ−２）を示す。
【００５９】
図９Ａの（ａ−１）および図９Ｂの（ｂ−１）に示すように、適正な露光量で露光した場合は、両者ともレジスト残りの現象は観測されなかった（（ａ−１）、（ｂ−１））。しかし露光量を最適値から減らしてゆき露光量を最適値の２／３とした場合、従来技術のフォトマスクではすぐにレジスト残り部分１７４が発生した（（ａ−２））。他方、本発明による偏光位相シフトマスク１７２を使用した場合には、レジスト残り部分が発生することはなかった（（ｂ−２））。すなわち、大きな露光量許容度を有することが確認された。
【００６０】
[実施例２]
次に図１０Ａ〜図１０Ｅにより偏光変調素子としてグリッド偏光子を用いた場合の実施例について説明する。
【００６１】
（１）偏光変調層（グリッド偏光子）の作製
図１０Ａの（ａ−２）に示すように先ず石英基板１８１の表面に格子パターンを形成するための金属薄膜、例えばクロム膜１８２を通常のスパッタ条件でスパッタ製膜する。金属材料はクロムに限定するものではない。続いて、微細加工において使用される通常の方法により、レジストを塗布し、パターニングし、クロム膜をドライエッチングすることにより、互いに直交するクロム薄膜によるグリッド格子１８３、１８４を作製する。
【００６２】
グリッド格子を形成するクロム膜１８２の厚みは５０ｎｍとする。格子パターンは、互いに直交する２つのグリッド格子１８３、１８４共、５０ｎｍ／５０ｎｍのライン＆スペースとする。格子パターンのピッチは使用波長の１／１０〜１／５程度が適当である。図１０Ａの（ａ―１）に示す縞模様１８５、１８６は、２種類の格子の方向を模式的に示したものである。図１０Ａの（ａ―１）は方向軸の異なる２種類の領域にパターニングされた事例について示している。二つの位相変調領域および振幅変調領域を形成する以下の工程は実質的に実施例１と場合と同様である。
【００６３】
（２）位相シフト層の作製
続いて、グリッド格子１８３、１８４の上部に、ＳｉＯ２層１８７を例えばＰＥ−ＣＶＤ法（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition Method）により８００ｎｍの膜厚で成膜する。この成膜は、実施例１の場合と同様に、グリッド格子１８３、１８４の表面の凹凸形状がＳｉＯ２層１８７の表面に現れないような条件を選ぶ。
【００６４】
その後、通常のリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２層表面にレジストを塗布し、パターニングし、そしてドライエッチングを行なうことにより、例えば波長３６５ｎｍの光に対して１８０°の位相差を与える３９７ｎｍの段差１８８を形成する。このとき図１０Ｂの（ｂ−１）に示す横向きの位相シフト線１８９と、図１０Ａの（ａ−１）に示すグリッド偏光子１８３，１８４の２つの領域の境界１９０を一致させる構成とする。グリッド偏光子１８３，１８４の上部に二つの位相変調領域を作成した構造を図１０Ｂの（ｂ−１）および（ｂ−２）に示す。
【００６５】
（３）遮光層の作製
続いて、位相変調領域の上部に例えばクロム層を８００ｎｍの厚さでスパッタ成膜する。そしてこの上部に通常のリソグラフィ法によりレジストを塗布し、パターニングし、ドライエッチングすることにより、クロム遮光層１９１を形成すれる。作成した結果を図１０Ｃの（ｃ−１）および（ｃ−２）に示す。
【００６６】
（４）振幅変調層の作製
続いて、振幅変調層を形成するため、例えばクロム薄層を６ｎｍの厚さでスパッタ成膜する（透過率５０％）。さらにこの上にレジストを塗布し、通常のパターニング、ドライエッチング工程により、クロム振幅変調層１９２を形成する。振幅変調層１９２のクロム薄膜の直下には遮光層のクロム遮光層１９１が形成されている。しかし、両者の厚みが大きく異なり、かつ遮光層１９１の厚みは多少後のエッチング工程において減少しても透過率はほとんど変化しない（０％とみなしてもよい）。このため、エッチング工程において適度なエッチング条件を選ぶことにより特に問題は発生しない。作成したマスクを図１０Ｄの（ｄ−１）および（ｄ−２）に示す。
【００６７】
図１０Ｅに示すように、２つの偏光変調層１９４、１９５を出射する直線偏光は直交しているので、位相シフトにより境界部１９３の位相差が１８０°であってもこの位相シフト線においては干渉は生じない。
【００６８】
（５）露光
このようにして作成した偏光位相シフトマスク１８０を用いて、ランダム偏光照明によりレジストパターンを生成した。このとき、振幅変調層のないフォトマスク、すなわち従来技術を使用したフォトマスクによるレジストパターンも生成して比較した。
【００６９】
その結果は、偏光変調素子としてフォトニック結晶を使用した実施例１と同様に、露光量が最適値から減少した場合であってもレジスト残り部分が発生することはないことがわかった。すなわち、大きな露光量許容度を有することが確認された。
【００７０】
[実施例３]
図１１に本発明の実施に使用可能な、少なくとも二つの位相変調領域２０１、２０２、少なくとも二つの偏光変調領域２０３、２０４、そして遮光層２０６を有するそれぞれ異なる構成例Ａ型〜Ｄ型を示す。振幅変調領域は図８Ｄの（ｄ−１）、（ｄ−２）と同様に形成されるが、記載を省略してある。図１１（ｂ）においては、マスクの偏光変調領域における透過直後の偏光の状態（即ち偏光の方向）を矢印（←→）で示す。Ａ〜Ｄのいずれの型も、互いに直交する直線偏光を生成する。また、透過光の位相シフトの状態を０°および、１８０°の位相標記により示す。ここで位相０°は、その部分を位相の基準としたことを意味する。なお、断面図（Ａ−Ｂ−Ｃ）の各部分は、図１１（ｂ）の表の上部に示した平面図（ａ）のＡ−Ｂ−Ｃの部分に対応する。これらＡ〜Ｄ型の構成は、偏光位相シフトマスクに要求される光の状態を全て含むものである。かかる配置を実現することで任意のパターンが形成可能となる。
【００７１】
図１１（ｂ）のＡ型は、位相シフト層を構成するためには、段差を有する二つの位相変調領域２０１、２０２が形成されている。偏光変調層を形成するためには、直線偏光器からなる二つの偏光変調領域２０３、２０４形成されている。そして、位相変調領域２０２の肩部２０５に、遮光層２０６が形成されている。振幅変調層の記載は省略してある。入射光としては、特に偏光されていない通常のランダムな光が使用される。
【００７２】
図１１のＢ型は、位相シフト層２０７のうち１８０度の領域のみに層構造を設けるものである。二つの偏光変調領域２０３、２０４は図１１のＡ型と同様に形成される。なお、遮光層２０８、位相シフト層２０７、直線偏光器２０３、２０４の積層の順序は変わっても良い。
【００７３】
図１１（ｂ）のＣ型は、位相変調層を特別に設けることなく、位相シフト部２１２を偏光変調材料２１０により形成したものである。Ｃ型は、二つの偏光変調領域２０９および２１０を含み、一方の偏光変調領域２１０に透過光に位相差を生じさせるため段差部２１２が形成されている。即ち、偏光変調領域を形成する直線偏光器２１０が位相シフトも実現するものである。そして偏光変調領域２１０の段差部２１２に形成された遮光層２１３を含む。振幅変調層は図８Ｄと同様な構成で形成されるが図示は省略した。
【００７４】
図１１（ｂ）のＤ型は、図１１（ｂ）のＢ型の直線偏光器２０３、２０４に代えて、偏光変調機能として２つの複屈折素子２１４、２１５を用いた例である。入射光としては所定の偏光が行われた偏光が使用される。図１１（ｂ）Ａ型〜Ｃ型が入射したランダム光を直交する直線偏光に変換するのに対し、Ｄ型は特定の偏光を入射しこれを直交する直線偏光に変換する。この場合の偏光機能について図１２により説明する。
【００７５】
図１２に、偏光変調機能を有する層として複屈折素子２２１が形成されたマスクを示す。マスクの基板である透明な合成石英板２０の上部に、例えば構造性複屈折素子またはフォトニック結晶からなる複屈折素子２２１を形成する。図１２に示す複屈折素子２２１は、それぞれの方向軸が異なる２つの複屈折素子２２１ａ、２２１ｂからなる。これらの複屈折素子２２１ａ、２２１ｂにより、直交する偏光成分の光の間で、位相がλ／４異なる（λは波長）、すなわち９０°の位相差が生じるように、２つの複屈折素子２２１ａおよび２２１ｂは形成される。かかるマスクに対して、直線偏光または円偏光などの偏りを持つ偏光状態の偏光２２３（図の例では円偏光）を照明する。マスク透過後の偏光を互いに干渉しない偏光状態の偏光２２４、図の例では互いに直交する直線偏波２２４ａ，２２４ｂ、に変換できる。２２４ａは紙面に平行な直線偏波であり２２４Ｂは紙面に垂直な直線偏波である。すなわち、図１１（ｂ）のＡ型〜Ｃ型に示す直線偏光器２０３、２０４および２０９、２１０と同等の機能をもつ偏光マスクと同等の効果が、複屈折素子を用いて実現できることとなる。
【００７６】
図１１のＤ型の複屈折素子を用いた構造を採用する場合は、左右の複屈折素子２１４，２１５および照明光２２３の偏光状態の組み合わせとして、例えば図１３に示すような種々の実例が形成できる。
【００７７】
図１３において、図１２の第１の素子２２１ａおよび第２の素子２２１ｂ（即ち、図１１のＤ型における複屈折素子２１４、２１５）からの２つの出射光は、いずれも互いに非干渉の状態となる。
【００７８】
図１３に例示として１〜５の５種類の事例について示している。（ｉ）は入射光の状態を示す。事例１、２、５は直線偏光が入射され、事例３、４においては円偏光が入射される。（ii）は第１の素子２２１ａの結晶における進相軸の傾きを示す。例えば事例１では、第１の素子２２１ａは所定の軸からλ／２、即ち２２．５°、右方向に傾いて配置されている。（iii）は、第１の素子２２１ａから出力される、直線偏光された出射光の傾き（事例１〜４）または円偏光の旋回の向き（事例５）を示す。（iｖ）は第２の素子２２１ｂの結晶における進相軸の傾きを示す。例えば事例１では、第２の素子２２１ｂは逆方向、即ち所定の軸から左方向に２２．５°傾いて配置されている。事例２では第２の偏光素子は配置されておらず、入射された直線偏光はその向きのまま出射される。（ｖ）は第２の素子２２１ｂから出力される直線偏光された出射光の傾き（事例１〜４）または円偏光の旋回の向き（事例５）を示す。
【００７９】
事例１〜４においては（iii）および（ｖ）にそれぞれ示すように、第１の素子２２１ａから出力される直線偏光と、第２の素子２２１ｂから出力される直線偏光とは、互いに直交するように変調される。事例５においては、対応する（iii）および（ｖ）に示すように、第１の素子２２１ａから出力される円偏光と第１の素子２２１ｂから出力される円偏光とは、互いに逆方向に旋回する。
【００８０】
図１１においては、偏光マスクを実現する部材として、直線偏光器２０３、２０４、２０９、そして２１０、または複屈折素子２１４、２１５を用いている。複屈折素子はフォトニック結晶や以下実施例４で述べる構造複屈折素子を用いて実現できる。直線偏光器はグリッド偏光子や下記実施例５で述べるフォトニック結晶にて実現できる。
【００８１】
[実施例４]
偏光変調として構造性複屈折素子を用いた実施例
本発明にフォトマスクにおいては、例えば図４の偏光変調領域１３２のために、図１４Ａに示す構造性複屈折素子を使用することができる。
【００８２】
構造性複屈折素子とは、光の波長より十分小さな規則的な構造を人工的に形成することにより複屈折機能を持たせた複屈折素子をいう。かかる微細構造の形成には、大規模集積回路（ＬＳＩ）で通常使用されている膜形成技術、リソグラフィ技術、エッチング技術等を使用することができる。構造性複屈折素子においては、光の電場の方向により実効誘電率が異なるため、複屈折が生じる。構造性複屈折素子の原理については、例えば“M・ボルン、Ｅ・ウォルフ、光学の原理III、「14.5.2 構造性複屈折」、東海大学出版会、1975、p1030”にて述べられている。
【００８３】
図１４Ａに構造性複屈折素子の構造例２３０を示す。図１４Ａに示すように平行平面板２３１上に互いに平行な複数の格子２３２が形成される。誘電率ε１・デューティ比ｆ1の誘電体２３３と、誘電率ε2・デューティ比ｆ2の誘電体２３２が交互に並ぶ構造である。図１４Ａの例では誘電体２３３は便宜上空気としている。この部分については事例に示す空気に代え、誘電体２３２とは誘電率の異なる他の誘電体材料にて満たすことが可能である。
【００８４】
この素子に対して垂直に光を入射すると、光の電界方向により、例えば図１４Ｂに示すように電界が格子に垂直な場合２３４と、図１４Ｃに示すように電界が格子に平行な場合２３５とでは、実効的誘電率が異なる。
【００８５】
電界が格子に垂直な場合の誘電率は      εｖ＝ε1ε2／（f1ε2＋f2ε1）      式１
電界が格子に平行な場合の誘電率は      εｐ＝f1ε1＋f2ε2                式２
として計算できる。ここで
ε1が空気の場合は、      ε1＝（ｎ1）1/2＝１．０
ε２が石英ガラスの場合は、      ε２＝（ｎ２）1/2＝（１．４６）1/2
デューティを０．５とする。      即ち、      ｆ１＝ｆ２＝０．５
λ/４板の条件      λ/４＝ｄ（ｎａ−ｎｂ）＝ｄ（εa２−εb２）
波長については例えば        λ＝３６５ｎｍ
として計算できる。
【００８６】
この２つの値が異なるため、複屈折機能が発生するのである。
【００８７】
このため、方向により実効誘電率が異なる複屈折素子を形成することができる。かかる構造性複屈折素子からなる偏光変調領域１３１、１３２の上部に位相差が１８０度となるように位相を付与しかつ相互に接する少なくとも二つの層１３３，１３４を有する位相変調領域と、そして透過率を低下させる振幅変調領域１４３とを形成することにより本発明のフォトマスクを形成することができる。
【００８８】
[実施例５]
偏光変調領域としてフォトニック結晶を用いた実施例
本発明のフォトマスクにおいて、偏光変調領域を形成するためには、以下に述べるフォトニック結晶を使用することができる。フォトニック結晶については、例えば“吉野・武田、「フォトニック結晶の基礎と応用」、コロナ社発行、2004年4月28日刊”に述べられている。
【００８９】
フォトニック結晶とは、光の波長程度の周期構造を有し、この構造に起因するブラック反射により、特定条件の光の存在が許されない状態、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ；photonic band gap）を生じる結晶を使用する素子である。この光の存在が許されない特定条件としては、周波数（波長）、偏光、進行方向がある。
【００９０】
フォトニック結晶は、フォトニックバンドギャップを生じる光の進行方向の次元に対応して、一次元、二次元、そして三次元フォトニック結晶に分類される。本発明で用いるフォトニック結晶は、基本的にマスクに入射する方向の光に対してのみフォトニックバンドギャップを示す一次元フォトニック結晶である。ただし、偏光方向により特性が異なる現象を利用するため、フォトニック結晶の構造自体は単純な積層構造とは異なっている。フォトニック結晶の原理を以下に説明する。
【００９１】
図１５Ａに、複数の誘電体円形ロッド２４１を有する二次元正方格子フォトニック結晶２４２の構造を模式的に示す。複数の円形ロッドは、例えば、波長とほぼ同じピッチで繰り返すように配置される。格子状配列に限定されるものではなく、例えば、三角形状に配置しても良い。
【００９２】
図１５Ｂに、この二次元正方格子フォトニック結晶２４２において生ずるフォトニックバンド構造２４３を示す。横軸が波数ｋ、縦軸が規格化周波数値ωa／2πcである。ただし、この例ではロッドの半径のピッチに対する比を0.2、ロッドの誘電率を11.9、ロッドの周囲（空気）の誘電率を1.0とした。
【００９３】
なお、Γ、Ｘ、Ｍは慣習的に用いられる記号であり、それぞれ正方格子の第１ブリルアンゾーン（Brillouin zone）の原点と頂点を表す。具体的にはΓ、Ｘ、Ｍはそれぞれ波数ベクトルｋａ／２πが（０，  ０）、（０．５、  ０）、（０．５，  ０．５）の状態を表す。図１５Ｂの横軸は、本来２次元ベクトルである波数を直線上に展開して表している。
【００９４】
図１５Ｂの縦軸の規格化周波数値および横軸の波数値は下記の値から求めることができる。
【００９５】
規格化周波数値＝ωa／2πc        式３
波数（ｋ）＝ka／2π              式４
ここで、
ω：角周波数
ａ：格子のピッチ
ｃ：真空中の光速
ｋ：波数
である。
【００９６】
また、図１５ＡおよびＢにおいて、ＴＥモードの光は電場が紙面に平行であり、ＴＭモードは紙面に垂直であることを表す。
【００９７】
この誘電体円形ロッド２４１は、紙面に垂直な方向に伸びているが、この構造に対し、Ｘ軸方向に、即ち紙面の左方向から光を入射した場合を考える。この場合は、図１５ＢのフォトニックバンドにおいてΓからＸの部分のみ考えればよい。
【００９８】
入射光として縦軸の値ωa／2πc＝0.35に相当する波長を選択する。真空中の波長をλとすると、λ＝2πc／ωであるからこの式は、
a／λ＝0.35
と変形され、例えば波長365nmを用いる場合、格子ピッチとしてａ＝128nm(=365×0.35)を選択することを意味する。
【００９９】
縦軸がこの値でのバンド構造を見ると、ＴＥモードは存在するが、ＴＭモードは存在しない。即ちＴＭモードではバンドギャップが生じ、この周波数はこのバンドギャップの中に位置する。このことは、ＴＥモードの光はそのまま進行するが、ＴＭモードの光は反射することを意味する。すなわちこのフォトニック結晶は直線偏光器として作用する。
【０１００】
また、入射光として縦軸の値ωa／2πc＝0.2に相当する波長を選択する。この値は上記と同様に計算すると、格子ピッチとしてａ＝73nm(=365×0.2)を選択することを意味する。
【０１０１】
縦軸がこの値における図１５Ｂのバンド構造を見ると、ＴＥモードもＴＭモードも存在するが、対応する横軸の値が異なる。すなわち、ＴＥモードとＴＭモードで波数が異なるということである。このことは一定の厚さのフォトニック結晶を透過した後に位相差を生じることを意味する。すなわちこのフォトニック結晶は複屈折特性を有することを意味する。
【０１０２】
なお、上記複屈折性を利用する場合はバンドギャップそのものを用いていないが、バンド構造が大きく変形するのはバンドギャップが存在するためであり、フォトニック結晶に特有の現象である。
【０１０３】
ここでは、よく解析されているロッド形状の例について示したが、様々な形状がフォトニック結晶になることが分かっており、図１５Ａ、Ｂに示すようなフォトニックバンド構造の計算方法も確立されている。
【０１０４】
かかるフォトニック結晶からなる偏光変調領域１３１，１３２の上部に、位相差が１８０度となるように位相を付与し、かつ相互に接する少なくとも二つの位相変調領域１３３、１３４と、そして透過率を低下させる振幅変調領域１４３とを形成することにより、本発明のフォトマスクを形成することができる。
【０１０５】
上記実施形態では、マスク基板１３８上に偏光変調層１３１（１３２）、位相変調層１３３（１３４）、振幅変調領域１４３を積層した実施形態について説明したが、積層順位は、何れの順位でもよく、入射光に対して同一光路上で各機能を受ければよい。
【０１０６】
[実施例６]
投影露光装置の実施例
図１６は本発明に係るフォトマスクが適用された投影露光装置の一実施例の概略を示すものである。図１６に示す投影露光装置は、半導体ウエハ等の基板３０６に照射光を与える光源３０１を有する。光源としては例えば超高圧水銀灯やＫｒＦ（２４８ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）等によるエキシマ・レーザを用いることができる。光源３０１からの光は、通常の照明光学系３０２を介することにより、一様な照度分布が達成される。なお、照明光学系３０２は例えば複数のコンデンサ・レンズ、インテグレータ、マスキングブレード等を使用して構成することができる。
【０１０７】
照明光学系３０２に続いて本発明に係るフォトマスク３０３が配置される。フォトマスク３０３について先に実施例１〜４を例に詳細に説明した。フォトマスク３０３は、所定の構造および配置で透明基板上に形成された、遮光層からなるパターン、偏光変調領域、位相変調領域、および振幅変調手段を有する。フォトマスク３０３に入射した光は、この遮光パターン、偏光変調手段、位相変調手段、そして振幅変調手段によって定まる所定の光強度分布が与えられる。そしてこの光が投影光学系３０４に入射される。投影光学系３０４としては例えば通常の複数のレンズから成る光学系、ミラーから成る光学系、あるいは両者から成る光学系を使用することができる。
【０１０８】
投影光学系３０４に入射された光は、ステージ３０５に保持された基板３０６に投影される。ステージ３０５の位置は例えば測長用のレーザ干渉計（図示せず）によりモニタされる。基版の位置は例えば基板に形成されたアライメントマークを基準顕微鏡（図示せず）で観察することにより検知される。ステージ３０５は、例えばステージコントローラ３０７の制御により、基板３０６を露光面に沿って任意に移動させることが可能である。これにより、フォトマスク３０３により提供される照射光を、基板３０６の任意の位置に投影可能となる。このためフォトマスク３０３の大きさまたは縮小比に依存して規定される所定のパターンを所定の間隔毎に照射することが可能となる。
【０１０９】
本発明に係るフォトマスクは上に例示した露光装置以外の露光装置にも使用可能であることはいうまでもない。本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他の種々な形で実施可能である。それ故、上記実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。本発明の真の精神および範囲内に属する変形や変更はすべて特許請求の範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】従来の位相シフトマスク（渋谷レベンソンマスク）の一例を示す図である。
【図２】従来の偏光位相シフトマスクの一例を示す図である。
【図３Ａ】従来の偏光特性を有する導電体格子を備えたマスクの一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａの導電体格子を備えたマスクにおいて、電界が格子に垂直な光は透過することを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａの導電体格子を備えたマスクにおいて、電界が格子に平行な光は反射することを示す図である。
【図４】従来の偏光位相シフトマスクの断面図（ａ）と、本発明の原理を理解するためのこのマスクにおいてフェーズコンフリクトを解消したい部分の透過光の光強度分布の計算結果を示す図（ｂ）である。
【図５】偏光変調層と位相変調層との間に空気中換算で０．２μｍのギャップがある場合の透過光の光強度についての計算結果を示す図である。
【図６】本発明によるフォトマスクの基本構成を示す図（ａ）および透過光の光強度分布を示す図（ｂ）である。
【図７】自己クローニング法により作成したフォトニック結晶の例を示す図である。
【図８Ａ】偏光変調素子としてＶ字型の凹凸形状１５６有するフォトニック結晶を用いた場合の具体例について示す図である。
【図８Ｂ】偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いた場合の具体例について示す図である。図８Ａのフォトニック結晶に段差１６０を形成した状態。
【図８Ｃ】偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いた場合の具体例について示す図である。図８Ｃ上に遮光層１６３を形成した状態。
【図８Ｄ】偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いた場合の具体例について示す図である。図８Ｄ上に振幅変調層１６４を形成した状態。
【図８Ｅ】偏光変調素子としてフォトニック結晶を用いた場合の具体例について示す図である。偏光の向きおよび位相差を示す。
【図９Ａ】振幅変調層のない従来技術によるマスクを使用して露光し、パターニングしたレジストパターンの図である。
【図９Ｂ】振幅変調層を形成した本発明によるマスクを使用して露光し、パターニングしたレジストパターンの較図である。
【図１０Ａ】偏光変調素子としてグリッド偏光子を形成した場合の具体例について示す図である。偏光変調層（グリッド偏光子）を作製。
【図１０Ｂ】偏光変調素子としてグリッド偏光子を形成した場合の具体例について示す図である。図１０Ａ上に位相シフト層を作製。
【図１０Ｃ】偏光変調素子としてグリッド偏光子を形成した場合の具体例について示す図である。図１０Ｃ上に遮光層を作製
【図１０Ｄ】偏光変調素子としてグリッド偏光子を形成した場合の具体例について示す図である。図１０Ｄ上に振幅変調層を作製
【図１０Ｅ】偏光変調素子としてグリッド偏光子を形成した場合の具体例について示す図である。偏光の向きおよび位相差を示す。
【図１１】本発明の実施に適用可能な少なくとも二つの位相変調領域および少なくとも二つの偏光変調領域を有する種々の構成例を示す図である。
【図１２】本発明の実施に適用可能な２つの複屈折素子がパターニングされたマスクを示す図である。
【図１３】複屈折素子への入射光と、２つの複屈折素子からの出射光の偏光状態の組み合わせについて示す図である。
【図１４Ａ】本発明の実施に適用可能な、互いに平行な複数の格子２３２が形成されている構造性複屈折素子の例を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａに示す構造性複屈折素子に対する直線偏光の入射状態を示す図である。電界が格子に垂直な場合。
【図１４Ｃ】図１４Ａに示す構造性複屈折素子に対する直線偏光の入射状態を示す図である。電界が格子に平行な場合。
【図１５Ａ】本発明の実施に適用可能な、誘電体円形ロッドからなる二次元正方格子フォトニック結晶２の構造を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａのフォトニックバンド構造（横軸が波数ｋ、縦軸が規格化周波数値ωa／2πcのグラフ）を示す図である。
【図１６】本発明に係る露光装置の具体例を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１００…位相シフトマスク、  １０１…遮光部、  １０２…境界、  １０３．１０４…パターン、  １１１．１１２…矢印、  １１３…境界、  １２０…マスク、  １２１…導電体格子、  １２２…導電体、  １２３…光、  １２４…透過、  １２５…光、  １２６…反射、  １２７…石英基板、  １３０…偏光位相シフトマスク、  １３１．１３２…偏光変調領域（偏光変調層）、  １３３．１３４…位相変調領域（位相変調層）、  １３５…境界、  １３６…ディップ部、  １３７…透明基板、  １３８…マスク基板、  １４０…フォトマスク、  １４１…位相段差部、  １４２…近傍、  １４３…振幅変調領域、  １４４…山形、  １４５…境界部分、  １５１…透明基板、  １５２…フォトニクス結晶領域、  １５３…凹凸部、  １５４…ＳｉＯ２層、  １５５…Ｔａ２Ｏ５層、  １５６…凹凸形状、  １５７…横線、  １５８…縦線、  １５９…ＳｉＯ２層、  １６０…段差、  １６１…位相シフト線、  １６２…境界、  １６３…クロム遮光層、  １６４…クロム振幅変調層、  １６５…境界部、  １７１…マスク、  １７２…マスク、  １７３…振幅変調層、１７４…レジスト残り部分、  １８０…偏光位相シフトマスク、  １８１…石英基板、  １８２…クロム膜、  １８３．１８４…グリッド格子、  １８５．１８６…縞模様、  １８７…ＳｉＯ２層、  １８８…段差、  １８９…位相シフト線、  １９０…境界、  １９１…クロム遮光層、  １９２…クロム振幅変調層、  １９３…境界部、  １９４．１９５…偏光変調層、  ２０１．２０２…位相変調領域、  ２０３．２０４…偏光変調領域（直線偏光器）、  ２０３．２０４…直線偏光器、  ２０５…肩部、  ２０６…遮光層、  ２０７…位相シフト層、  ２０８…遮光層、  ２０９…偏光変調領域、  ２１０…偏光変調領域（直線偏光器）、２１２…位相シフト部、  ２１２…段差部（位相シフト部）、  ２１３…遮光層、  ２１４．２１５…複屈折素子、  ２２１…複屈折素子、  ２２１ａ．２２１ｂ…複屈折素子、  ２２３…偏光、  ２２４…偏光、  ２３１…平行平面板、  ２３２…格子（誘電体）、  ２３３…誘電体、  ２３４…電界が格子に垂直な場合、  ２３５…電界が格子に平行な場合、  ２４１…誘電体円形ロッド、  ２４２…二次元正方格子フォトニック結晶、  ２４３…フォトニックバンド構造、  ３０１…光源、  ３０２…照明光学系、  ３０３…フォトマスク、  ３０４…投影光学系、  ３０５…ステージ、  ３０６…基板、  ３０７…ステージコントローラ、  ３６５…波長、
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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