(57)【要約】【課題】マスク交換が不要で、しかもスループットが低下しない露光装置、露光方法およびそれに用いるフォトマスクを提供する。【解決手段】この発明の露光装置は、所定波長の光を出射する光源１と、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで交互に配置されたパターンを有し、光源からの光が透過されるフォトマスク３と、フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、フォトマスクのパターンを被露光対象に結像する光学系５と、フォトマスクのパターンが第一の位置で被露光対象に露光された時点でフォトマスクを第一の位置に対して所定のピッチだけ移動させるマスク移動機構４を含む。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで同一面内に配置されたパターンを有するフォトマスクを用いて第一回目の露光を行なう工程と、
前記所定のピッチに対応する距離だけフォトマスクと被露光面を相対的に移動させることにより前記少なくとも二種類のパターンが被露光面において重なる状態で第二回目の露光を行なう工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、
フォトマスクは少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、
所定の光学系を用いて前記二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光することを特徴とする露光方法。
【請求項３】
所定方向に関する一定間隔の移動により互いに形状または光学特性を補完可能な少なくとも二種類のパターンが、一定間隔の移動に対して関連づけられた所定ピッチで単一面内に交互に配置されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
光源と、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光を変調するフォトマスクと、
前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象に結像する光学系と、
前記フォトマスクの第１のパターンが被露光対象の予め定められた領域に露光された後に前記フォトマスクの第２のパターンを前記被露光対象の予め定められた領域に露光させるためのマスク移動機構と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
光源と、
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光が透過されるフォトマスクと、
前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象の所定の位置に結像する光学系と、
前記フォトマスクと前記被露光対象との間の所定の位置に設けられ、前記フォトマスクの前記二種類のパターンを非干渉的に重ねた状態で前記被露光対象に照射可能な多重露光光学素子と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記多重露光光学素子は、複屈折素子であることを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
【請求項７】
前記複屈折素子は、光学軸が光軸から所定の角度を保つように切断された複屈折材料からなる平行平面板であることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【請求項８】
前記複屈折素子は、光学軸が光軸から所定の角度を保つように切断された複屈折材料からなる平行平面板であることを特徴とする請求項２記載の露光方法。
【請求項９】
前記複屈折素子は、サバール板または複屈折プリズムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【請求項１０】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターン単体の場合に生成される形状のうち不要部分をトリミングする第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
【請求項１１】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結するような露光領域を発生する第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
【請求項１２】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、目標形状が同一であり、それぞれのパターンにより提供される焦点範囲が異なる第一および第二のパターンを含むことを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
【請求項１３】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンのピッチは、前記被露光対象の画素ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項４または５記載の露光装置。
【請求項１４】
少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、光源からの光を変調するフォトマスク。
【請求項１５】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターン単体の場合に生成される形状のうち不要部分をトリミングする第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項１４記載のフォトマスク。
【請求項１６】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、第一の位相領域と第二の位相領域を有する第一のパターンと、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結するような露光領域を発生する第二のパターンとを含むことを特徴とする請求項１４記載のフォトマスク。
【請求項１７】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンは、目標形状が同一であり、それぞれのパターンにより提供される焦点範囲が異なる第一および第二のパターンを含むことを特徴とする請求項１４記載のフォトマスク。
【請求項１８】
前記フォトマスクの前記二種類のパターンのピッチは、前記被露光対象の画素ピッチの整数倍であることを特徴とする請求項１４記載のフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光方法、露光装置およびフォトマスクに係り、特に同一形状の画素の規則的な集合からなる表示装置用部材の製造方法、並びにフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶表示装置は、一般に薄型、軽量、低消費電力でカラー表示も容易であるという特徴を有し、この特徴からパーソナルコンピュータや様々な携帯用情報端末のディスプレイとして広く用いられている。液晶表示装置がアクティブマトリクス型である場合には、薄膜トランジスタが画素スイッチング素子として設けられる。
【０００３】
半導体基板もしくは液晶ディスプレイ等に用いられるガラス基板としては、半導体層や絶縁体層など複数の材料がパターニングされ、かつ積層された構造からなる．このパターニングには、フォトリソグラフィーの技術が用いられている。
【０００４】
リソグラフィー技術は、被加工材料上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、このレジスト層に所定のパターンを露光したのち現像することで、エッチングや所定材料の堆積等に利用可能な様々なパターンを得るために広く利用されている。
【０００５】
しかしながら、リソグラフィー技術においては、パターンの露光に利用される露光装置に組み込まれる結像光学系の焦点深度（ＤＯＦ：Depth of Focus）等に起因して、露光されたパターンの解像度が要求される解像度に達しない場合がある。なお、露光におけるレジスト層上の像の解像度とＤＯＦの関係は、    
ＤＯＦ＝ｋ・Ｒ２／λ
λ：光源波長，Ｒ：線幅（解像度），ｋ：比例係数（プロセスによるが１程度の値）  であることが目安とされている。
【０００６】
このような背景から、二重露光という手法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
【非特許文献１】Resolution Enhancement Techniques in Optical Lithography，A.K.Wong，172-175，SPIE Press.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１には、    
１）多重露光により、コンタクトホールパターンの焦点深度を向上：コンタクトホールのパターンを、焦点位置を光軸方向にずらしながら多重露光することにより、焦点深度を向上させる、    
２）二重露光により、シャープなコンタクトホールを形成：コンタクトホールの露光は光学系の解像限界の影響により丸みを帯びるため、長方形を直交させて二重露光することにより、隅のシャープなコンタクトホールを形成する、および、    
３）位相シフトマスクとトリミング露光とを用いる二重露光：渋谷−レベンソン型位相シフトマスク（Alternating PSM）は、微細なＬ（ライン）およびＳ（スペース）を形成可能であるが、同期的なＬおよびＳ以外のパターン形成は困難であるため、渋谷−レベンソン型位相シフトマスクとトリミングマスクとによる二重露光により、細線を有するパターンを自由に生成する、    
こと等が記載されている。
【０００８】
しかしながら、二重露光もしくは多重露光は、二種類のフォトマスクを作製する必要があり、結果としてコストおよびまたは納期（フォトマスクを入手するために要求される時間）が増大する問題がある。
【０００９】
また、露光工程において、少なくともマスクを交換する必要がある。このため、スループットが低下する問題がある。
【００１０】
この発明の目的は、複数枚のマスクが不要であり、しかもマスク交換が不要な露光装置、露光方法およびそれに用いるフォトマスクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで同一面内に配置されたパターンを有するフォトマスクを用いて第一回目の露光を行なう工程と、前記所定のピッチに対応する距離だけフォトマスクと被露光面を相対的に移動させることにより前記少なくとも二種類のパターンが被露光面において重なる状態で第二回目の露光を行なう工程と、を含むことを特徴とする露光方法を提供するものである。
【００１２】
また、この発明は、フォトマスクのパターンを被露光面に結像させて露光する露光方法であって、フォトマスクは少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、所定の光学系を用いて前記二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光することを特徴とする露光方法を提供するものである。
【００１３】
また、この発明は、所定方向に関する一定間隔の移動により互いに形状または光学特性を補完可能な少なくとも二種類のパターンが、一定間隔の移動に対して関連づけられた所定ピッチで単一面内に交互に配置されていることを特徴とするフォトマスクを提供するものである。
【００１４】
また、この発明は、光源と、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光を変調するフォトマスクと、前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象に結像する光学系と、前記フォトマスクの第１のパターンが被露光対象の予め定められた領域に露光された後に前記フォトマスクの第２のパターンを前記被露光対象の予め定められた領域に露光させるためのマスク移動機構と、を有することを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１５】
また、この発明は、光源と、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、前記光源からの光が透過されるフォトマスクと、前記フォトマスクと被露光対象との間に設けられ、前記フォトマスクのパターンを前記被露光対象の所定の位置に結像する光学系と、前記フォトマスクと前記被露光対象との間の所定の位置に設けられ、前記フォトマスクの前記二種類のパターンを非干渉的に重ねた状態で前記被露光対象に照射可能な多重露光光学素子と、を有することを特徴とする露光装置を提供するものである。
【００１６】
また、この発明は、少なくとも二種類のパターンが所定のピッチで配置されたパターンを有し、光源からの光を変調するフォトマスクである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明のパターン露光方法および露光装置によれば、マスクは一枚のみ作製すればよく、マスク交換が不要であり、結果としてスループットが不所望に低下することが抑止可能である。
【００１８】
また、この発明のパターン露光方法および露光装置によれば、二種類のパターンが、被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光されることから、マスクを移動させる必要がなく、かつ露光回数も低減され、結果としてスループットが向上される。
【００１９】
さらに、この発明のパターン露光方法および露光装置を用いることにより、半導体能動素子や液晶表示装置などを製造する工程のうちのパターン露光（パターン形成）工程の工程数が低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、この発明の実施の形態が適用可能な露光装置の一例を概略的に示している。
【００２２】
図１に示す露光装置は、露光処理するための所定波長の光を出力する光源１を有する。光源１からの光束は、照明光学系２を介して光束の進行方向と直交する面内の光強度が概ね均一化され、照明光学系２の照明位置に設けられたフォトマスク３に照射される。なお、フォトマスク３は、図２により以下に説明するように、相互に重ね合わせられることで単一のパターンを提供可能な２つのパターンが所定方向に交互に配列された第一および第二のパターンからなる。また、フォトマスク３は、図示しない移動機構により所定方向、例えば図２に矢印Ｆで示す方向に往復動可能に形成されたマスクホルダ４に保持され、第一および第二のパターンを、交互に照明光学系２の照明位置に移動される。
【００２３】
フォトマスク３のいずれか一方のパターンを通過した光は、パターンに応じて選択的に光強度分布が与えられて、結像光学系５に入射される。
【００２４】
結像光学系５に入射された光は、ステージ６に保持された被露光対象である基板７に結像される。すなわち、ステージ６に保持されている基板７の予め定められた被露光面には、フォトマスク３のパターンが光学的に転写される。
【００２５】
ステージ６は、例えばＸ−Ｙコントローラ８の制御により、基板７を結像光学系５による結像面内（以下露光面と呼称する）に沿って、任意に移動可能である。Ｘ−Ｙコントローラ８は、マスクホルダ４の図示しない移動機構の移動量および移動タイミングを、ステージ６の所定方向の移動に関連づけて、移動させる。従って、基板７の任意の位置に、フォトマスク３に形成されている少なくとも２つのパターンのピッチに応じて所定間隔毎に、照射される。
【００２６】
フォトマスク３は、図２に示す通り、例えば透明なガラス基板３ａに、ガラス基板３ａを通過する光を変調する第一のパターンＳＡと、第一のパターンＳＡと組み合わせられることで基板７に露光すべき所定のパターンを提供するための第二のパターンＳＢとが、所定ピッチで、交互に形成されたものである。なお、フォトマスク３は、後段に詳述するが、フォトマスク３を透過する光に対して任意の領域毎に位相差を与える位相シフトマスクであってもよい。
【００２７】
なお、フォトマスク３の基板３ａに用いることのできる基板の材質としては、石英ガラスなどが用いられる。
【００２８】
次に、図２を用いて、この発明の基本原理を説明する。例えば露光対象物すなわち基板７に形成されるパターンがＬＣＤ（液晶表示装置）等のディスプレイ向けパターンである場合、パターンは、一画素を単位とする繰り返しパターンとなる。この場合、周知の二重露光を用いることにより、被露光面すなわち基板７上での解像度を高めたり、焦点深度を向上したりすることができる。
【００２９】
すなわち、第一および第二の位相シフトパターンＳＡおよびＳＢが与えられたフォトマスク３を、繰り返し周期［ｄ］を単位として、図２（ａ）に示すように、例えば「ＳＢ−ＳＡ−ＳＢ」の３つの領域のパターンが基板７に露光されるような位置関係である第一の位置に位置させる。この状態で図１に示す光源１からの露光用光により基板７上に、第一のパターンを形成する。
【００３０】
次に、図２（ｂ）に示すように、矢印Ｆで示す方向二フォトマスク３を移動させて今度は「ＳＡ−ＳＢ−ＳＡ」の３つの領域のパターンが基板７に露光されるような位置関係である第二の位置にフォトマスク３を位置させて、基板７上に第二のパターンを形成する。
【００３１】
このように、繰り返し周期（ピッチ）［ｄ］を繰り返し単位として、２回の露光（２つのパターンの二重露光）の結果、重ね合わせられて得られるパターンを最終パターンとするように、２つのパターンＳＡおよびＳＢが交互に配置されたフォトマスク３を用いることで、図２（ｃ）に示すように、一枚のフォトマスク３のみにより、マスクの交換（工程）なしで、さらに複数の光学系を構成することなしで、所定の解像度のパターンを基板７に形成できる。
【００３２】
より詳細には、最終的に形成したいパターンを、ピッチｄの繰り返し単位とし、第一のパターン（ＳＡ）と第二のパターン（ＳＢ）を、例えば単一のフォトマスク３同一面に形成する。すなわち、繰り返し単位を［ｄ］とするに適した二重露光を考慮して、それに適した第一のパターンＳＡおよび第二のパターンＳＢを形成する。従って、フォトマスク３には、第一のパターンＳＡと第二のパターンＳＢとが、交互に配列される（図２（ａ），（ｂ））。なお、繰り返し単位［ｄ］は、基板７が、ディスプレイ装置向けである場合に、行方向または列方向のいずれかの画素の１ライン分もしくはその整数倍に、規定される。
【００３３】
この結果、図２（ｃ）に示すように、基板７の被露光面には、第一のパターンＳＡと第二のパターンＳＢとが二重露光され、基板７の全面に、目的とするパターン（ＳＡ＋ＳＢ）が形成される。
【００３４】
このように、フォトマスク３を、一枚のみ作製することで、基板７に、所定の解像度もしくはＤＯＦのパターンを形成できる。また、フォトマスク３を移動する必要は生じるが、フォトマスク３の交換は不要である。従って、スループットの低下は少ない。さらに、２重露光のために２系統のマスクを介した光学系を設けなく、露光装置を小型簡素化できる。
【００３５】
図３は、図２に示した２つのパターンの組み合わせの例と、そのパターンに固有の特徴を説明する概略図である。
【００３６】
例えば、図１に示した露光装置を用い、解像限界に近いラインアンドスペースパターンを露光する場合を考える。なお、ラインアンドスペースパターンとは、所定の幅の開口部すなわち露光量が１００％となる領域（ライン領域）と、開口部と等しい幅に形成された遮光部すなわち露光量が０％となる領域（スペース）領域とが交互に配列されたマスクパターンである。
【００３７】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、ラインアンドスペースパターンからライン部分を一本おきに抜き出した第一のパターン３０１とパターン３１０を用意する。
【００３８】
それぞれのパターンを用いた露光では、図４（ａ）および図４（ｂ）の空中像の図が示すように、隣接するラインからの影響（近接効果）が減るため、結果として、図４（ｃ）に示すようにスペース部における光強度の大きさ（相対値）が低下する。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、波長０．３６５ｎｍ、ＮＡ＝０．１５、σ値（コヒーレンスファクタ）＝０．５で求めた結果（光強度）である。
【００３９】
これに対し、要求されている全てのスペースを設けたパターン（図３（ｃ）に３１１で示す）を用いてラインアンドスペースパターンを１回の露光により形成する場合には、図５に示すように、スペース部での不要な光強度が増大（コントラストが低下）する。なお、図５は、図４（ａ）および図４（ｂ）と同一条件、すなわち、波長０．３６５ｎｍ、ＮＡ＝０．１５、σ値（コヒーレンスファクタ）＝０．５で求めた結果（光強度）である。
【００４０】
このように、図４（ａ）および図４（ｂ）二重露光を用いることにより高いコントラスト、しいては高い解像度と深い焦点深度が実現できる。
【００４１】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した２つのパターン３０１と３１０は、換言すると、第一のパターンによる露光領域の間に、第二のパターンによる露光領域が位置するパターンである。
【００４２】
図６は、図２に示した２つのパターンの組み合わせの例と、そのパターンに固有の特徴の別の実施の形態の一例を説明する概略図である。なお、図６に示すパターンは、例えばＴＦＴのゲートパターンに利用可能なパターンを想定している。従って、細線部においては、細い線幅が焦点深度の範囲を確保することが求められる。
【００４３】
例えば、図６（ａ）に示すように、遮蔽部６１０が所定の位置に形成された第一のパターン６０１において、遮光部６１０の両側に１８０°の位相差を設ける。このため、図６（ａ）に示す例では、ポジレジストの使用により、例えば中心付近と周縁部との間の位相差を１８０°（中心付近の位相を１８０°とし周縁部の位相を０°としている）。但し、このままでは、不所望な位相差の境界６１３が生じて、その部分の光強度が「０」となるため、レジスト残りが生じる。これを除去するため、図６（ｂ）に示す第二のパターン６０２を用い、不要なレジスト残りの部分をトリミングする。
【００４４】
この結果、図６（ｃ）のレジストパターンの図に示すように、２つの遮蔽部６１０を結ぶ領域に生じる位相差の境界部分６１３が除去されて、２つの遮蔽部６１０に対応するパターンのみを得ることができる。
【００４５】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）に示した２つのパターンは、第一のパターン６０１が第一の位相領域と第二の位相領域を有するパターンであり、第二のパターン６０２は、第一のパターン単体を用いた場合に生成される不要部分をトリミング（露光）可能なパターンである。
【００４６】
図７は、図６に示したと同様にＴＦＴのゲートパターンを想定したパターンである。
【００４７】
図７（ａ）に示すように、第一のパターン７０１は、第一の位相、例えば０°の領域と第二の位相、例えば１８０°の領域を有するパターンであり、それぞれの領域が独立、かつ、直列に配列された構造を有する。なお、第一および第二の位相の領域は、図６（ａ）に示したパターンに類似した遮光部７１０により区分されている。また、遮光部７１０の両端部は、連続した大きな遮光部７１１（２カ所）により接続されている。
【００４８】
一方、第二のパターン７０２は、図７（ｂ）に示すように、第一のパターン７０１において２つの遮光部７１０により区分された位相差が１８０°となる第一および第二の領域の両方を覆う帯状に形成される。従って、第二のパターン７０２により、第一のパターン７０１では、露光されなかったマスクの端部領域に、連続した露光部が提供される。このとき、パターン７０２の露光領域の境目では、図６（ａ）により説明したような、位相差の境界部分に相当するレジスト残りは発生しない。
【００４９】
これにより、図７（ｃ）に示すような２つの遮蔽部７１０を含む、パターン部７３１が得られる。
【００５０】
なお、図７（ａ）および図７（ｂ）に示した２つのパターンは、第一のパターンが第一の位相領域と第二の位相領域を有するパターンであり、第二のパターンが、第一のパターンの第一の位相領域と第二の位相領域とを連結する露光領域を生成するパターンである。
【００５１】
図８は、図６および図７により前に説明したと同様にＴＦＴのゲートパターンを想定したパターンである。
【００５２】
図８（ａ）に示すように、位相差が１８０°となる複数の細線が形成されたパターン８０１により、細線部が形成される。なお、それぞれのパターンを透過する光の強度すなわち露光量は、いずれの部分においても同一とする。このとき、露光量は、レジスト材に固有の必要露光量の概ね「１／２」とする。
【００５３】
続いて、図８（ｂ）に示すように、図８（ａ）に示すパターン８０１により提供される露光量を「１」とするとき、露光量が概ね２倍すなわちレジスト材に固有の必要露光量となるよう規定された所定形状の複数のブロックパターンを含むパターンと、それぞれのブロックパターンを相互に接続する帯状のパターンを含むパターン８０２によりトリミングを行う。なお、図８（ｂ）において、パターン８０２は、例えばグレイトーンを用いるものとする。また、帯状のパターン部分の露光量は、図８（ａ）に示すパターン８０１により、既にレジスト材の必要露光量の概ね「１／２」の光強度の光が照射されているので、少なくとも同程度の光強度であればよい。
【００５４】
その結果、露光量がレジスト材の必要露光量に達することから、図８（ｃ）に示すような目的形状のパターン８４１が得られる。
【００５５】
なお、図８（ａ）および図８（ｂ）に示した２つのパターンは、遮蔽領域を介しながら位相差１８０°の透過領域が交互にならぶパターンである。また、目標形状は、例えば矩形もしくは正方形であり、第一パターンおよび第二のパターンは、例えば長方形である。すなわち、第一のパターンによる露光領域と第二のパターンによる露光領域の共通部分が目標形状となる。
【００５６】
図９は、例えばコンタクトホールパターンを形成する場合に利用可能である。
【００５７】
例えば、コンタクトホールを形成するために利用されるパターンは、図示しないが、一般には、開口部の透過率が１００％で、周縁の遮蔽部との間の位相差が０°である。
【００５８】
これに対し、図９（ａ）に示すように、周辺部（遮蔽部）を部分透過性とし、透過率を７％程度、位相差を３０°程度に設定したパターン９０１を用いると、焦点深度９０９が変化して、その中心値の位置が光学系９１０から遠ざかる側（図９（ｂ）で下方）に移動する。同様に、図９（ｃ）に示すように、周辺部（遮蔽部）の透過率をパターン９０１と同一とし、位相差を、逆符号（この例では−３０°程度）としたパターン９０２を用いると、焦点深度９０９の中心値は、図９（ｄ）に示すように、光学系９１０に近づく側に移動する。
【００５９】
従って、図９（ｅ）に示すように、２回の露光によりパターン９０１とパターン９０２による露光を重ねた状態においては、図９（ｆ）に示すように、ＤＯＦ（焦点深度）が拡大された状態が得られる。
【００６０】
すなわち、図９に示すように、目標形状が同一で透過領域と部分透過領域の組み合わせにより位相差が互いに逆符号となる２つのパターンを用いることにより、所定の焦点深度が得られる領域が拡大される。
【００６１】
図１０は、図１に示した露光装置の別の実施形態の一例を説明する概略図である。なお、図１０において、光源およびステージは、図１と同一であるから説明を省略する。
【００６２】
図１０に示す露光装置においては、フォトマスク３と基板７との間（結像光学系５は形状を省略している）の任意の位置に、複屈折材料１１を設けたことを特徴としている。
【００６３】
詳細には、図２（ａ），（ｂ）に示した２つのパターンＳＡおよびＳＢを、被露光面に非干渉的に重ねることができれば、露光工程は１回で完了する。その場合、フォトマスクを移動させることに起因するスループットの低下については、考慮する必要がなくなる。
【００６４】
より詳細には、例えばフォトマスク３の直後（基板７側）に、複屈折材料を所定厚さの板状とした平行平板１１を設ける。
【００６５】
平行平板（複屈折材料）１１は、例えば図１０（ｂ）に示すよう、結晶軸を考慮して、常光線ｏに対して異常光線ｅが角度θとなるように、複屈折材料を切断することにより、容易に得られる。すなわち、平行平板１１を通過した光源からの光は、その偏光の方向に基づいて、所定の分離幅ｄで分離した後平行化される。
【００６６】
基板７の露光位置（像面）における光強度は、２つの光束が、分離幅ｄに対する横ずらし量だけ平行移動され、再度重ね合わせられる。入射光がランダム偏光もしくは等方的な偏光であれば、分離光の強度比は１：１となる。また、図１０（ｃ）に示すように、２つの光束は互いに干渉しないので、基板７上の光強度は、単純に２つの光束の強度の和となる。なお、横ずらし量は、平行平板１１の分離幅ｄに、結像光学系５の倍率（ｍ）をかけた値で決定される。
【００６７】
分離幅ｄは、複屈折材料（平行平板）１１の種類、結晶軸の切り出し方（方向性）、複屈折材料の厚みにより調整することができる。一例を示すと、複屈折材料を一軸結晶の平行平板とし、図２（ｂ），（ｃ）に示したように、平板の面に垂直に光線を入射させた場合の分離幅ｄは、    
ｄ＝tanφ×ｔ，    
tanφ＝{(ｎo２−ｎe２)sinθ・cosθ}／{ｎe２cos２θ＋ｎo２sin２θ}    
φは、異常光線と入射界面の法線の角度を、    
θは、光学軸と入射界面の法線との角度を、    
ｎeは、異常光線の屈折率を、    
ｎoは、常光線の屈折率を、    
ｔは、複屈折材料の厚さを、それぞれ示す      ・・・(１)    
により求めることができる。
【００６８】
例えば、屈折率がｎo＝１．６０１６，ｎe＝１．６１２４，θ＝４５°の水晶を用い、波長２４８ｎｍの光に分離幅ｄ＝２５μｍを与える必要な厚さｔは、（１）式から、ｔ＝３６９７μｍである。
【００６９】
なお、上述した複屈折材料（平行平板）１１が設けられる位置は、図１１に示す通り、フォトマスク３と基板７との間の任意の位置、すなわちフォトマスク３と結像光学系５との間あるいは結像光学系５と基板７（被露光面）との間、のいずれであってもよい。
【００７０】
ところで、複屈折材料（平行平板）１１が一枚の場合、常光線ｏと異常光線ｅとの間で光路長の差が生じて位相差が生じ、光軸方向に関して、２つの光束の結像位置が異なるという問題が発生する。これを避けるため、複屈折材料１１として、図１２に示すように、劈開面に沿って切断し，対応する面が互いに垂直になるように貼り合わせた同じ厚さの１対の方解石の板である（光学軸が約４５°をなすように一軸結晶から切り出した二枚の等しい厚さの平行平面板を直交して貼り合わせた）サバール（Savart）板を用いてもよい。すなわち、サバール板を用いることにより、２つの光束（常光線ｏと異常光線ｅ）の光路長が等しくなるので、上述した位相差は、生じない。
【００７１】
また、図１３に示すように、光学軸に対して４５°に研磨した厚さの等しい平行平板の間に１／２波長板１２１を挿入した、Francon（フランコ）により提案された特別なサバール板１１１を用いることも可能である。
【００７２】
また、図１４（ａ）に示すように、複屈折材料１１として、異なる偏光を異なる角度に分離することのできる光学素子を、結像光学系５の瞳（絞り）５１の近傍に用いることもできる。なお、図１４（ａ）に示す複屈折材料１１としては、例えばウォラストンプリズムが利用可能である。この場合、２つの光束が分離される分離角θ（図１４（ｂ）参照）は、    
Sinθ＝２(ｎｅ−ｎｏ)tanθ・    
(１−{(ｎｅ−ｎｏ)２／２}tan２θ    
＋{(ｎｅ−ｎｏ)３／３}tan３θ    
−{(ｎｅ−ｎｏ)４／４}tan４θ＋・・・)    
・・・(２)    
によって求めることができる。
【００７３】
ところで、図１０ないし図１４においては、光源からの光すなわち光束の偏光の方向が図１５（ａ）の符号ｆに示すようにランダム（もしくは等方的）である（図１５（ａ）参照）と仮定したが、偏光の方向に偏りがある（代表例、図１５（ｂ）の符号ｇに示すように、直線偏光）と、二重露光の際の露光量が図１５（ｂ）に示すように、不均一になる。このような場合は、光源と複屈折材料１１の間に、図１５（ｃ）に示すように、偏光の方向を補正する光学素子、例えばリターダを設けることが望ましい。
【００７４】
図１５（ｃ）を参照すれば、光源からの光の偏光の方向に偏りがある（代表例、図１５（ｃ）の符号ｈに示すように、直線偏光）ときでも、リターダ（偏光補正素子）１３１として機能する１／２波長板を光路中の所定の位置に設け、偏光の方向を図１５（ｃ）の符号ｈ´に示すように４５°回転させて異常光線ｅと常光線ｏの成分の比を１：１にすることができる。従って、複屈折材料１１が、例えば図２（ｂ）に示したような偏光の方向を補正できない一軸結晶からなる平行平板であったとしても、基板７、すなわち露光対象に到達する２つの光すなわち２つの光束の光強度を実質的に等しくできる。また、図示しないが、偏光補正素子として１／４波長板を用い、各光束の偏光を円偏光として、偏光の方向性を解消してもよい。
【００７５】
図１６は、図１、図１０もしくは図１５に示したいずれかの露光装置により基板７に形成された結像パターンを用いて、基板７上の被処理面に、例えば電子デバイス（半導体能動素子）を作製する工程を示す工程断面図である。
【００７６】
図１６（ａ）に示すように、絶縁基板７０（例えば、アルカリガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリイミドなど）の上に、下地膜７１（例えば、膜厚５０ｎｍのＳｉＮおよび膜厚１００ｎｍのＳｉＯ２積層膜など）および非晶質半導体膜７２（例えば、膜厚５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅなど）を、化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜した被処理基板４を準備する。次に、例えば図２（ａ）および図２（ｂ）により前に説明したフォトマスク３の第一のパターン（ＳＡ）部分を位置あわせし、非晶質半導体膜７２の表面の一部または全部、例えば予め定められた領域にレーザ光７３（例えばＫｒＦエキシマレーザ光やＸｅＣｌエキシマレーザ光など）を照射して、第一のパターン（ＳＡ）による露光をする。
【００７７】
続いて、フォトマスク３を所定量だけ移動させて、第二のパターン（ＳＢ）部分を、位置合わせする。その後、同様に、非晶質半導体膜７２の表面の一部または全部、例えば予め定められた領域にレーザ光７３（例えばＫｒＦエキシマレーザ光やＸｅＣｌエキシマレーザ光など）を照射して、第二のパターン（ＳＢ）による重ね露光をする。なお、この各工程は、図２、図３、図６〜図９を用いて先に説明したさまざまなパターンが組み合わせられるとともに、被処理対象の被照射位置（露光位置）を２回露光することである。
【００７８】
レーザ光７３が基板７０に照射されることで、図１６（ｂ）に示すように、基板７０の半導体膜７２上に、所定のパターンが露光される。
【００７９】
以下、図１６（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ技術により、多結晶半導体膜または単結晶化半導体膜７４を、例えば薄膜トランジスタを形成するための領域となる島状の半導体膜７５に加工する。また、引き続いて、半導体膜７５の表面にゲート絶縁膜７６として膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍのＳｉＯ２膜を化学気相成長法やスパッタ法などを用いて成膜する。
【００８０】
次に、図１６（ｄ）に示すように、例えばゲート絶縁膜上に、シリサイドやＭｏＷなどによりゲート電極７７が形成される。また、ゲート電極７７をマスクとして、Ｎチャネルトランジスタの場合にはＰ（リン）、Ｐチャネルトランジスタの場合にはＢ（ホウ素）等の不純物イオン７８が注入される。その後、図示しないが、窒素雰囲気（例えば４５０℃で１時間）でアニール処理を行い、不純物を活性化して島状の半導体膜７５にソース領域８１、ドレイン領域８２を形成する。
【００８１】
この後、図１６（ｅ）に示すように、例えば層間絶縁膜７９を成膜してコンタクトホールをあけ、チャネル８０でつながるソース８１およびドレイン８２に接続するソース電極８３およびドレイン電極８４を形成する。
【００８２】
続いて、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示す工程で生成された多結晶半導体膜もしくは単結晶化半導体膜７４の大粒径結晶の位置に合わせて、チャネル８０を形成する。
【００８３】
以上の工程により、多結晶トランジスタあるいは単結晶化半導体に、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を形成することができる。
【００８４】
なお、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示した工程により製造された多結晶トランジスタまたは単結晶化トランジスタは、液晶表示装置（ディスプレイ）やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）ディスプレイなどの駆動回路や、メモリ（ＳＲＡＭやＤＲＡＭ）やＣＰＵなどの集積回路などに適用可能である。
【００８５】
以上説明したように、この発明のパターン露光方法によれば、マスクは一枚のみ作製すればよく、マスク交換が不要であり、結果としてスループットが不所望に低下することが抑止可能である。
【００８６】
また、この発明の所定の光学系を用いて二種類のパターンを被露光面において非干渉的に重ねた状態で露光する露光方法によれば、マスクを移動させる必要がなく、露光も一回でよい。
【００８７】
さらに、この発明のパターン露光方法を用いることにより、半導体能動素子や液晶表示装置などを製造する工程のうちのパターン露光（パターン形成）工程の工程数が低減可能である。
【００８８】
なお、この発明は、前記各実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】この発明の実施の形態が適用可能な露光装置の一例を説明する概略図。
【図２】図１に示した露光装置の原理およびその露光装置に用いるフォトマスクの特徴を説明する概略図。
【図３】図２に示したフォトマスクのパターンの一例を説明する概略図。
【図４】図３に示したパターンにより得られる光強度分布を説明する概略図。
【図５】周知の単一のマスクを用いて得られる光強度分布を説明する概略図。
【図６】図２に示したフォトマスクのパターンの別の一例を説明する概略図。
【図７】図２に示したフォトマスクのパターンのさらに別の一例を説明する概略図。
【図８】図２に示したフォトマスクのパターンのまたさらに別の一例を説明する概略図。
【図９】図２に示したフォトマスクのパターンのさらにまた別の一例を説明する概略図。
【図１０】図１に示した露光装置の別の実施形態の一例を説明する概略図。
【図１１】図１０に示した露光装置の変形例の一例を説明する概略図。
【図１２】図１０に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料の一例を説明する概略図。
【図１３】図１０に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料の別の一例を説明する概略図。
【図１４】図１に示した露光装置の実施形態のさらに別の一例を説明する概略図。
【図１５】図１０に示した露光装置に組み込まれる複屈折材料と偏光の関係を説明する概略図。
【図１６】この発明の露光装置によりパターンが露光された基板上に電子デバイスを作製する工程を示す概略図。
【符号の説明】
【００９０】
１…光源、２…照明光学系、３…フォトマスク（位相変調素子）、４…マスクホルダ、５，５０…マスクホルダ、６…ステージ、７…基板、８…Ｘ−Ｙコントローラ、１１，１１１，１３１…複屈折材料、５１…瞳（絞り）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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