(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる透光部と光を遮蔽する遮光部を有し、透過する光量が位置に対して変化する濃度フィルタであって、
透光体下地上に二つの遮光パターン又は遮光体下地上に二つの透光パターンを有する基本セルを規則的に並べて配置し、遮光パターン及び透光パターンの大きさは一定とし、透過率に応じて基本セルの大きさを可変することにより、設計透過率が５０％以内の領域では透光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を設計透過率と等しく設定し、設計透過率が５０％以上の領域では遮光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を（１−設計透過率）と等しく設定してなることを特徴とする濃度フィルタ。
【請求項２】
前記透過する光量は、周辺部を除く領域で最大で、周辺部で最大から最小まで徐々に低下するように設定され、前記基本セルは周辺部に配置されていることを特徴とする請求項１記載の濃度フィルタ。
【請求項３】
前記基本セルに含まれる遮光パターン又は透光パターンの基本セルに対する相対的な大きさを、設計透過率が最小又は最大の領域では小さく、設計透過率が５０％近傍で大きくなるように透過率に応じて変化させたことを特徴とする請求項１記載の濃度フィルタ。
【請求項４】
濃度透過率が変化する周辺領域内で設計透過率５０％を境界にして、遮光パターンと透光パターンとが線対称に配置されていることを特徴とする請求項１記載の濃度フィルタ。
【請求項５】
パターン転写に供される露光用マスクと、この露光用マスクに露光光を照射する照明光学系と、前記露光用マスクのパターンを試料上に投影する投影光学系と、前記露光用マスクと光学的に共役でない位置に配置され、光を透過させる透光部と光を遮蔽する遮光部を有し、透過する光量が位置に対して変化する濃度フィルタとを具備してなり、
前記濃度フィルタは、透光体下地上に二つの遮光パターン又は遮光体下地上に二つの透光パターンを有する基本セルを規則的に並べて配置し、遮光パターン及び透光パターンの大きさは一定とし、透過率に応じて基本セルの大きさを可変することにより、設計透過率が５０％以下の領域では透光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を設計透過率と等しく設定し、設計透過率が５０％以上の領域では遮光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を（１−設計透過率）と等しく設定してなるものであることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
露光用マスクに形成されたパターンを試料上に投影露光すると共に、マスクと試料との相対的な位置をずらしてパターンがつながるように繰り返し露光する露光方法において、
前記露光用マスクに対し光学的に共役でない位置に請求項１〜４の何れかに記載の濃度フィルタを配置し、前記露光用マスクの周辺部を除く領域に対して周辺部による露光量を低くしたことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子や液晶などのパターン露光の際に利用される濃度フィルタ、更にはこの濃度フィルタを用いた露光装置及び露光方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶などの大領域のパターンをウェハ等の試料上に露光する際、目的とするパターンを分割して露光する手法が行われている。これは、大領域を一括で露光するためには大規模な装置が必要となり、装置が非常に高価なものとなってしまうからである。分割して露光を行う場合の最大の問題点となるのは、各露光毎の位置がずれたときに生じる露光量誤差である。
【０００３】
二つの露光ショットが互いに離れる方向に位置ずれが生じたときに合計の露光量がどのように変わるかを、図１４（ａ）（ｂ）に示す。図１４（ａ）に示すように、位置ずれが生じた部分は全く露光されないため、図１４（ｂ）に示すように、この部分の合計露光量は０となってしまう。即ち、パターンの繋ぎができなくなってしまう。
【０００４】
一方、濃度フィルタを用いて図１５（ａ）に示すように、各露光ショットの境界に透過率分布を持たせた場合は、同様の位置ずれがあったとしても、図１５（ｂ）に示すように、位置ずれの部分で合計露光量が０となることはない。即ち、パターンの繋ぎが可能となる。このように分割して露光転写を行う場合、境界部分に露光量勾配を付ける技術は必要不可欠となる。
【０００５】
上記のような露光量勾配をウェハ上で実現するために濃度フィルタを使用するが、この濃度フィルタは露光用マスクの前段に配置される。通常の露光で、光は照明光源から出てマスクを通りウェハに到達する。濃度フィルタを照明光源とマスクの間に入れることで、マスク上に当たる光量に勾配を付けることになる。
【０００６】
濃度フィルタの原理を、図１６を参照して説明する。上段が濃度フィルタの断面構成で、光を透過する基板上に遮光部パターンを作ったものである。中段のグラフは濃度フィルタ直後の光量分布を示したもので、遮光部パターンが密な部分では透過する光量が少なく、粗な部分では透過光量が多い。濃度フィルタと露光用マスクを光学的に共役な位置においてしまうと、マスク上の光量分布が中段のグラフのようになってしまう。濃度フィルタを共役なフォーカス位置からずらして像をぼかしてやることにより、下段のように一様な勾配の光量分布を得ることができる。
【０００７】
ところで、光を遮蔽する遮光部と光を透過する透光部を組み合わせて透過する光量に勾配を持たせた濃度フィルタを作成する場合、以下のようなパターン設計方法が採られていた。
【０００８】
まずは、図１７（ａ）に示すように、濃度フィルタを完全遮光部と濃度勾配を持つ部分と完全透光部との３つの部分に分割する。完全遮光部は遮光部とし、完全透光部は透光部となるように設計する。そして、濃度勾配部分をある一定のサイズで格子状に分割する。
【０００９】
次いで、図１７（ｂ）に示すように、分割した各領域でこの部分が透光部となるか遮光部となるかを決定する。ここでの透光部となるか遮光部となるかの決定方法は、例えば各領域毎に０〜１の一つの乱数を発生させ、この乱数の大きさと各領域の設計平均透過率とを比較する。平均透過率も濃度勾配部分では０〜１の範囲を持つ。平均透過率が乱数よりも大きい場合はその領域を透光部とし、平均透過率が乱数以下の場合は遮光部とする。平均透過率が大きい領域では透光部になる確率が高く、小さい領域では遮光部になる確率が高い。
【００１０】
このようにして透過光量が０から１までの勾配を持った濃度フィルタを設計していた。この場合、最終的に作成される濃度フィルタのパターンは、基本となる透光部及び遮光部のパターンサイズが最初に決めた格子のサイズと等しく、透光部及び遮光部の並び方はランダムなものとなる。
【００１１】
しかしながら、この種の方法によって作成された濃度フィルタにおいては、次のような問題があった。即ち、格子状に分割した各領域を透光部とするか遮光部とするかの決定を乱数で行っているため、透過率の局所的な偏りが発生する可能性が高く、また偏りが発生しているかどうかの検証を行わなくてはならないことにある。当然この問題点は、濃度勾配を持つ部分の幅が格子サイズの２０００倍以上と格子サイズが十分小さい場合は、統計的に均されるため問題にならない。ところが、濃度勾配部分の幅が格子サイズの２０００倍以下と格子サイズが相対的に大きい場合には、局所的な偏りによる透過量誤差が１％以上になる可能性もあり、実用上問題となる。
【００１２】
透過率の局所的な偏りを無くすためには格子サイズを小さくすればよいが、この方法にも限界がある。例えば、濃度勾配部分の幅が２ｍｍとなるような濃度フィルタを作成する場合、局所的な偏りを少なくするために格子サイズを濃度勾配部分の幅の１／２０００以下の１μｍ以下にする必要がある。格子サイズを小さくすることの問題点は、サイズが小さくなるにつれて遮光部，透光部などのパターンサイズが設計値からずれたときに生じる透過光量の誤差が大きくなることである。
【００１３】
具体例を示すと、濃度勾配部分の幅を２ｍｍ、パターンサイズとなる格子サイズの設計値を８μｍとし、実際に製作した濃度フィルタ上のパターン寸法が設計値より０．０１μｍずれたとすると、透過光量のずれはパターンの面積に比例するため、
（８．０１2 −８2 ）／８2 ＝０．００２５
となり、０．２５％の透過量誤差が発生する。この程度の透過量誤差は問題とならない。しかし、このとき格子サイズは濃度勾配の幅の１／２０００倍以上であるため局所的な偏りが生じている。
【００１４】
これを避けるため格子サイズを濃度勾配の幅の１／２０００である１μｍとして設計し、実際の濃度フィルタで前例と同様にパターンの仕上がり寸法に０．０１μｍのずれが生じたとすると、そのときの透過光量のずれは、
（１．０１2 −１2 ）／１2 ＝０．０２
となり、透過量誤差は２％となってしまう。
【００１５】
このようにパターンサイズを８μｍから１μｍに小さくすることにより、設計値からのずれ量に対して透過光量の誤差が敏感になってしまう。パターンサイズを１μｍとして透過量誤差を０．５％未満にするためには濃度フィルタの仕上がり寸法を設計値に対して２．５ｎｍに抑える必要があり、収率が非常に悪くなり現実的でない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、濃度勾配部分の幅が数ｍｍ程度の濃度フィルタを作成する場合、格子サイズを濃度勾配部分の幅の１／２０００以上と比較的大きくすると局所的な偏りが生じてしまい、１／２０００以下と小さくすると仕上がり寸法誤差が透過量誤差に敏感に影響するようになる。このため、格子サイズを濃度勾配部分の幅の１／２０００以上にしても１／２０００以下にしても透過量の誤差０．５％未満の濃度フィルタを収率良く作成することはできない。
【００１７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、透過率の局所的な偏りを無くすことができ、且つ仕上がり寸法誤差が透過率誤差に反映しにくい濃度フィルタを提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、上記濃度フィルタを用いて精度の高いパターン露光を行い得る露光装置及び露光方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。
【００２０】
即ち本発明は、光を透過させる透光部と光を遮蔽する遮光部を有し、透過する光量が位置に対して変化する濃度フィルタであって、透光体下地上に二つの遮光パターン又は遮光体下地上に二つの透光パターンを有する基本セルを規則的に並べて配置し、遮光パターン及び透光パターンの大きさは一定とし、透過率に応じて基本セルの大きさを可変することにより、設計透過率が５０％以下の領域では透光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を設計透過率と等しく設定し、設計透過率が５０％以上の領域では遮光パターン面積と該基本セル面積との面積比率を（１−設計透過率）と等しく設定してなることを特徴とする。
【００２１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 透過する光量は、中央部（周辺部を除く領域）で最大で、周辺部で最大から最小まで徐々に低下するように設定され、基本セルは周辺部に配置されていること。
(2) 透過する光量は、中央部（周辺部を除く領域）でほぼ１００％で、周辺部で１００％から０％まで徐々に低下するように設定されていること。
【００２２】
(3) 基本セルに含まれる遮光パターン又は透光パターンの基本セルに対する相対的な大きさを、設計透過率が最小（例えば０％近傍）又は最大（例えば１００％近傍）の領域では小さく、設計透過率が５０％近傍で大きくなるように透過率に応じて変化させたこと。
(4) 濃度透過率が変化する周辺領域内で設計透過率５０％を境界にして、遮光パターンと透光パターンとが線対称に配置されていること。
【００２３】
(5) 遮光パターン又は透光パターンの大きさは一定であり、透過率に応じて基本セルの大きさを可変したこと。
(6) パターンサイズ誤差に対する透過率誤差が敏感な設計透過率５０％近傍で大きなパターンサイズを用い、それ以外の領域では小さなパターンサイズを用いること。
【００２４】
また本発明は、上記の濃度フィルタを用いて露光装置を構成したことを特徴とする。即ち、試料上に所望のマスクパターンを転写する露光装置において、パターン転写に供される露光用マスクと、この露光用マスクに露光光を照射する照明光学系と、前記露光用マスクのパターンを試料上に投影する投影光学系と、前記露光用マスクと光学的に共役でない位置に配置された上記の濃度フィルタとを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、上記の濃度フィルタを用いて露光方法を構成したことを特徴とする。即ち、露光用マスクに形成されたパターンを試料上に投影露光すると共に、マスクと試料との相対的な位置をずらしてパターンがつながるように繰り返し露光する露光方法において、前記露光用マスクに対し光学的に共役でない位置に上記の濃度フィルタを配置し、前記露光用マスクの中央部（周辺部を除く領域）に対して周辺部による露光量を低くしたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、光を反射させる反射部と光を吸収又若しくは透過する吸収部を有し、反射する光量が中央部（周辺部を除く領域）で最大（例えば、ほぼ１００％）、周辺部で最大（例えば、ほぼ１００％）から最小（例えば、ほぼ０％）に徐々に低下する濃度フィルタであって、反射体下地上に二つの吸収パターン又は吸収体下地上に二つの反射パターンを有する基本セルを規則的に並べて配置し、設計反射率が５０％以下の領域では反射パターン面積と該基本セル面積との面積比率を設計反射率と等しく設定し、設計反射率が５０％以上の領域では吸収パターン面積と該基本セル面積との面積比率を（１−設計反射率）と等しく設定してなることを特徴とする。
【００２７】
（作用）
本発明によれば、透光部及び遮光部の並べ方をランダムに決定するのではなく基本セルを規則的に並べて配置しているので、透過率の局所的な偏りを無くすことができ、しかも大きなパターンサイズを用いることができる。そして、パターンサイズを大きくすることで、パターン寸法が製作時に誤差を生じても透過率誤差に反映しにくくすることができる。即ち、透過率の局所的な偏りを無くすことができ、且つ仕上がり寸法誤差が透過率誤差に反映しにくい濃度フィルタを実現することができ、格子サイズを濃度勾配部分の幅の１／２０００以上にしても１／２０００以下にしても透過量の誤差０．５％未満の濃度フィルタを収率良く作成することが可能となる。
【００２８】
また、透過率５０％を境界に遮光パターンと透光パターンを線対称に配置することにより、パターンサイズを大きくすることで発生する透過率分布のうねりを相殺することが可能となる。さらに、パターンサイズ誤差に対して透過率誤差が敏感な５０％近傍で大きなパターンサイズを用い、それ以外の領域では小さなパターンサイズを用いることによって、透過率誤差を更に抑制することが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
実施形態を説明する前に、本発明に係わる濃度フィルタの基本的な概念について説明しておく。
【００３０】
濃度フィルタとは、位置によって光の透過率又は反射率が変化するものであり、本発明ではこの透過率，反射率を意図通りに精度良く実現することを特徴とする。濃度フィルタの基本的な構成は、透過率を変えるものなら透光性の基板の上に遮光体が載っているものが考えられる。例えば、半導体素子のパターン焼き付けに用いられるフォトマスクのように、ガラスからなる透光性基板の上に遮光体として金属膜を載せたものがその条件を満たす。また、シリコン基板などに微細加工を施し、開口部を作成しそこを透光部とするような構成も考えられる。反射率を変えるものとしては、低反射基板又は無反射基板上に高反射率の膜を載せたものが考えられる。
【００３１】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる濃度フィルタを用いた露光装置を示す概略構成図である。
【００３３】
照明光源１１からの露光光は、濃度フィルタ１２及びレンズ１３を介して露光用マスク１４に照射される。露光用マスク１４にはＬＳＩパターンが形成されており、マスク１４のパターンはレンズ１５によりウェハ１６上に縮小投影され、ウェハ１６上のレジストを感光するものとなっている。
【００３４】
ここで、濃度フィルタ１２は、図２に示すように、中央部分の完全透過部２１と、周辺部分の完全遮光部２２と、これらの間の濃度勾配部２３とからなっている。そして、濃度フィルタ１２のパターンがウェハ１６上で解像されないように、濃度フィルタ１２は、露光用マスク１４に対する光学的に共役な位置Ａよりも僅かに（１ｍｍ程度）ずらした位置Ｂに配置されている。
【００３５】
露光装置としての基本的な構成は従来装置と同様であるが、本実施形態では濃度フィルタの構成が大きく異なっている。本実施形態で使用する濃度フィルタの設計透過率を、図３に示す。この図に示すように、目的の濃度フィルタでは濃度勾配部の光透過率が０％から１００％まで直線的に変化しており、その濃度勾配部の幅は２ｍｍである。
【００３６】
また、図４（ａ）は光透過率が２５％の部分に配置する基本セル４０の例であり、遮光体下地４１の中にパターンサイズ２μｍの透光部４２が２つ配置されている。基本セルサイズは５．６５６μｍで、この基本セル４０は透光部４２の面積が２μｍ×２μｍと計算できる。また、基本セル４０の面積が５．６５６μｍ×５．６５６μｍ≒３２．０００μｍとなるので、この基本セル４０の平均透過率は８／３２＝０．２５となり、２５％と計算できる。
【００３７】
パターンサイズを一定とするため、基本セル４０のサイズを変化させることによって透過率の異なる基本セルを設計する。例えば、図４（ａ）の基本セルサイズを５．６５６μｍから６．０００μｍに拡大すると、平均透過率は２５．０％から２２．２％までに低下する。
【００３８】
図４（ｂ）は光透過率７５％の部分に配置する基本セルの例で、（ａ）とは逆に、透光体下地４３の中にパターンサイズ２μｍの遮光部４４が２つ配置されている。同様に、遮光部４４のパターンサイズを固定し、基本セルサイズを変化させて様々な透過率を持つ基本セルを作ることができる。
【００３９】
透過率が０〜５０％の基本セルは、図４（ａ）のように遮光体下地４１の中に透光部４２がある構成を取り、逆に５０〜１００％の基本セルは、図４（ｂ）のように透光体下地４３の中に遮光部４４がある構成を取る。以下では更に詳細の作成方法を示すが、ここで示したように濃度フィルタの基本パラメータとして濃度勾配部の幅を２ｍｍ、パターンサイズを２μｍとした。
【００４０】
設計の第１段階として、繰り返しの単位となる基本セルを設計する。基本セルの構成は、図４のようにパターンサイズ２μｍの図形を２つ含む。光透過率が５０％以下の領域に配置する基本セルの設計方法を以下に示す。
【００４１】
まず、５０％の基本セルから設計を行う。透過率５０％の基本セルは、図５（ａ）に示すように基本セルのサイズが４μｍで、透光部のパターンサイズは前記の通り２μｍである。基本セルの面積が１６μｍ2 で、透光部の総面積が８μｍ2 であるから、透過率は５０％となる。次の基本セルは透過率を５０％より落としたものを作るため、基本セルのパターンサイズを少しだけ大きくしたものを作る。
【００４２】
設計段階での誤差を最上限に抑えるために基本セルを大きくするグリッドはパターンを描画する描画装置のグリッドに合わせることが望ましい。描画装置としてＥＴＥＣ社のＣＯＲＥ−２５６４を使用したため、描画サイズのグリッドは装置の最小グリッドである０．０２５μｍとした。
【００４３】
図５（ｂ）に基本セルのサイズを０．０２５μｍだけ大きくし、基本セルの一辺の大きさを４．０２５μｍとしたときの構成を示す。この基本セルの透過率は４９．３８％となり、４μｍの基本セルよりも０．６２％透過率が低下する。このように順次、描画グリッドが大きい基本セルを作成していく。本実施形態では、基本セルの一辺の大きさが最大で１００μｍまで作成した。最大サイズでの透過率は０．０８％であり、これ以下の透過率は０％としても精度は落ちない。基本セルに含まれる２つのパターンの配置位置は、パターンが重ならないように配置し、基本セル内の透過率の重心とパターンの重心が一致するように配置した。
【００４４】
設計の第２段階として、最適な透過率の基本セルを濃度勾配部に並べる方法について述べる。設計透過率と位置座標との関係を図６のように取り、透過率５０％の基本セルから配置を始める。この座標系では、原点が透過率５０％であるから５０％未満の基本セルの中心と原点を一致させるように配置を行う。
【００４５】
次いで、図６でこのセルの右側（Ｘ方向）に透過率５０％以下となるようなセルを順次並べて配置していく。配置する位置の設計透過率と透過率の等しい基本セルを配置すれば所望の透過率を得ることができる。どの基本セルを配置するかの詳細は、以下のように決定する。
【００４６】
まず、ｉ番目の基本セルを配置し、次にｉ＋１番目の基本セルを配置しようとしたとき、ｉ＋１番目の基本セルの平均透過率を計算する。平均透過率Ｔの計算は、場所ｘにおける設計透過率をｆ（ｘ）、ｉ番目の基本セルの右端ｘ座標をＸｉ、ｉ＋１番目の基本セルの右端ｘ座標をＸｉ＋１とすると、
【００４７】
【数１】
0004189086.tif 000002
【００４８】
となる。また、本実施形態では透光部のパターンサイズは２μｍで、基本セルには２つの透光部があるため基本セルに含まれる透光部の総面積は８μｍ2 と固定の数値を取る。
【００４９】
上記のような計算により、基本セルの平均透過率と基本セルの面積とが求まり、その積が計算された透光部の面積となる。求めようとしているｉ＋１番目の基本セルサイズを描画グリッド刻みで大きくしていき、それぞれで透光部の総面積を計算する。このようにして計算された透光部の総面積が最も８μｍ2 に近いセルのサイズがｉ＋１番目の基本セルのサイズとなる。ｉ番目のセルの右にｉ＋１番目のセルを配置し、次にｉ＋２番目の基本セルを決定する。この基本セルの決定を透過率が０％になるまで行うことで基本セルの決定が終了する。
【００５０】
設計の第３段階として、前段階でＸ方向に沿って配置する基本セルが決定したので、次にＹ方向に同じ基本セルを図７のように並べることで、０〜５０％までの濃度フィルタの設計が完了する。
【００５１】
同様の方法を用いて、今度は透過率５０〜１００％までの部分の設計を行う。５０％以下の設計と同じように５０％の透過率を初めに配置する。次いで、隣に配置する基本セルを決定する。５０％以下の設計と異なるのは、５０％以下では遮光体下地の中に透光部を置いたのに対し、５０％以上の設計では透光体下地の中に遮光部パターンを配置することである。配置する基本セルは基本セルの平均遮光率を求め、平均遮光率と基本セルの面積との積から遮光部の総面積が最も８μｍ2 に近いものを選択する。
【００５２】
Ｘ方向の基本セルが決定したらＹ方向に同じ基本セルを並べて、図８に示すように、５０〜１００％部分の濃度フィルタの設計が完了する。こうしてできた５０％以下と５０％以上の設計データを並べて配置することで目的の濃度フィルタの設計データを得ることができる。
【００５３】
このように設計されたパターンデータは、遮光部と開口部の決定を従来技術のように乱数を用いて行うのではないため、局所的に偏りが生じることはなく、パターンサイズが理想的に仕上がれば設計通りの透過率を得ることができる。また、本実施形態では４角形の基本セルを用いたが、３角形や６角形の基本セルを用いることも可能である。
【００５４】
上記の濃度フィルタを用いて、実際のパターン転写を行った。濃度フィルタ及び露光用マスクは露光装置に固定し、ウェハはＸＹステージ上に載置した。露光用マスクのパターンをウェハ上の所定の位置に露光した後、ステージを移動して次の領域を露光する。例えば、図９に示すように、▲１▼→▲２▼→…→▲９▼の順に露光することにより、パターン繋ぎ部分の良好なパターンが得られた。また、同じマスクのパターンを繰り返し露光するのではなく、異なるマスクのパターンを順次露光し、これらを繋ぎ合わせて一つのパターンを形成するようにしてもよい。
【００５５】
（第２の実施形態）
先の第１の実施形態では、本発明による濃度フィルタの設計方法を具体的に述べた。従来技術からの改善点は、濃度勾配部の幅と比較して、１／２０００以上のパターンを用いても局所的な偏りが生じない点である。従来技術の問題点で述べたもう一つの問題点であるパターン寸法に誤差があった場合に生じる透過率誤差も改善されている。
【００５６】
第１の実施形態による設計パターンデータを用いて実際の濃度フィルタを作成して、従来技術で示した例と同様にパターンサイズに０．０１μｍの誤差があったときの透過率誤差を、図１０に示す。横軸に設計透過率を取り、縦軸に０．０１μｍのパターンサイズ誤差によって生じる設計透過率からの透過率誤差を取った。透過率誤差は設計透過率によって変動し、設計透過率が５０％で最大の０．５％となり、０％，１００％の部分で最小の０％となる。これは、５０％の部分でパターンの密度が最大となり、０％，１００％の部分ではパターンが殆ど存在しないためである。
【００５７】
本実施形態では、パターン寸法に製作誤差があったとしても透過率誤差を小さくするための手法として、パターンサイズを設計透過率によって変化させた。パターンサイズ誤差に対して透過率誤差が敏感な５０％近傍で大きなパターンサイズを用い、それ以外の領域では小さなパターンサイズを用いる。パターン寸法の誤差はパターンサイズによらず一定で、パターンサイズが大きくなればパターン寸法誤差に対する設計誤差からの透過率誤差がより小さくなる。
【００５８】
本実施形態において、第１の実施形態と同じ濃度フィルタに適用した結果を以下に示す。濃度フィルタの濃度勾配部の幅は２ｍｍ、基本セルに含まれるパターンサイズは２μｍである。第１の実施形態との違いは２μｍのパターンサイズを適用するのを０〜２５％と７５〜１００％の領域に限り、それ以外の２５〜７５％の領域には４μｍのパターンサイズを適用した。この設計アルゴリズムを適用して製作した濃度フィルタにおいて０．０１μｍのパターン寸法誤差があったときに生じる透過率誤差を、図１１に示した。
【００５９】
第１の実施形態の結果である図１０と比較して、最大の透過率誤差が０．５％から０．２５％に低下しているのが分かる。例えば、０．５％の透過率誤差が許容されるとすると、許容されるパターン寸法誤差は第１の実施形態が０．０１μｍだったのに対し、本実施形態を用いれば０．０２μｍとなる。これは、現在の製作技術でも容易に達成できる数値であり、従って良品を収率良く得ることができる。なお、本実施形態では、２μｍと４μｍの２種類のパターンサイズを用いた設計を述べたが、更にパターンサイズを細分化すれば透過率誤差を更に抑制することができる。
【００６０】
パターンサイズを２μｍから４μｍにするためには、以下のような問題点が発生する可能性がある。通常、濃度フィルタを使用する場合、濃度フィルタを恣意的にフォーカス位置からずらした場所におく。これは、濃度勾配を作りたい面と共役なフォーカス位置においてしまうと、濃度フィルタのパターンが解像してしまうためである。
【００６１】
今まで述べてきた通り濃度フィルタは、透光部と遮光部の比率を変えて濃度勾配を作るため、パターンが解像してしまうと一様な濃度勾配を得ることができない。よって、濃度フィルタを置く位置はパターンが解像しない程度にフォーカス位置からずらす必要がある。このフォーカス位置からずらす量とパターンサイズとは一定の関係がある。つまり、パターンサイズが大きくなればパターンが解像しやすくなるため、ずらす量を大きくする必要がある。逆に、パターンサイズが小さければずらす量は小さくて済む。
【００６２】
パターンサイズ２μｍとパターンサイズ４μｍのパターンを同じだけフォーカス位置からずらしたときに得られる像強度を、図１２（ａ）（ｂ）に示した。両グラフ共に点線で設計透過率を示した。同じずらし量では、４μｍのパターンサイズの方が濃度フィルタのパターンを反映して設計透過率に対してのうねりが大きくなっているのが分かる。濃度フィルタの開口部分に対応する位置では透過率が設計透過率よりも透過率が上がり遮光部の部分では低い値となり、これは透過率誤差となってしまう。本実施形態では、２μｍのパターンサイズ以外に４μｍのパターンサイズも使用しているため、一様な透過率分布を得るためにはフォーカス位置からずらす量を大きくしなくてはならない。
【００６３】
しかし、以下の手法を用いれば、パターンサイズを大きくすることで発生する透過率分布のうねりを相殺することができる。５０％の透過率となる線分を中心に開口部パターンと遮光部パターンが線対称になるように配置し、且つ濃度フィルタ本体の中心を境界に、遮光パターン同士及び透光パターン同士を線対称に配置すればよい。このように設計を行えば、図１３に示すように、対となる濃度フィルタと重ね合わせたときにうねりの谷の部分と山の部分が、山の部分と谷の部分が重なることになるため、合計で一様な透過率を得ることができる。これは、直線的な濃度勾配を持つ濃度フィルタでは、設計透過率が５０％を中心にして線対称であるために可能となる。
【００６４】
ここで、実際に濃度フィルタを用いてパターンを露光するときは、隣接する露光領域で濃度フィルタの濃度勾配部が重なるようにして露光するが、このとき上記のパターン配置であれば、隣接露光領域の一方の領域で透光体下地に遮光部を形成した基本セルは他方の領域で遮光体下地に等光部を形成した基本セルと重なり、且つ遮光部と透光部が重なることになる。これにより、基本セル部分の露光量は２回の露光で均一な分布となり、しかも合計の露光量はほぼ１となる。
【００６５】
よって、先の実施形態で述べたように５０％以下の領域と５０％以上の領域の２つを分けて設計する必要がなくなり、５０％以下の領域を計算した後、遮光部が開口部となり開口部が遮光部となるようなパターン処理を行い、ミラーリングをかけて配置すれば、目的の濃度フィルタのパターンデータが完成する。
【００６６】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、透過する光量を周辺部を除く領域で１００％、周辺部で１００％から０％に徐々に低下するものとしたが、これに限らず、周辺部を除く領域で最大で、周辺部で最大から最小まで徐々に低下するものであればよい。また、濃度フィルタの配置位置は露光用マスクの前段側に限るものではなく、露光用マスクの後段側（試料側）であってもよい。
【００６７】
また、実施形態では透過型の濃度フィルタに関して説明したが、本発明は反射型の濃度フィルタに適用することも可能である。この場合、基本セルとしては、反射体下地上に二つの吸収パターン又は吸収体下地上に二つの反射パターンを有するものを用いればよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、透光体下地上に二つの遮光パターン又は遮光体下地上に二つの透光パターンを有する基本セルを規則的に並べて配置し、設計透過率に応じてパターン面積と基本セル面積との面積比率を設定することにより、透過率の偏りを無くし、また大きなパターンサイズを使うことができる。パターンサイズを大きくすることで、パターン寸法が製作時に誤差を生じても透過率誤差に反映しにくくすることができる。即ち、透過率の局所的な偏りを無くすことができ、且つ仕上がり寸法誤差が透過率誤差に反映しにくい濃度フィルタを実現することが可能となる。
【００６９】
また、このような濃度フィルタを用ることにより、パターン転写精度の高い露光装置及び露光方法を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる濃度フィルタを用いた露光装置を示す概略構成図。
【図２】図１の濃度フィルタの全体構成を示す平面図。
【図３】第１の実施形態で使用する濃度フィルタの設計透過率を示す特性図。
【図４】透過率２５％と７５％の基本セルの例を示す平面図。
【図５】透過率５０％とそれより僅かに大きい透過率を有する基本セルの例を示す平面図。
【図６】基本セルのＸ方向配置例（５０％の下側）を示す平面図。
【図７】基本セルのＹ方向配置例（５０％の下側）を示す平面図。
【図８】基本セルの配置例（５０％の両側）を示す平面図。
【図９】ウェハ上にマスクのパターンを繰り返し露光する際の露光順序の例を示す模式図。
【図１０】第１の実施形態の濃度フィルタを用いた場合の透過率誤差を示す特性図。
【図１１】第２の実施形態の濃度フィルタを用いた場合の透過率誤差を示す特性図。
【図１２】濃度フィルタをフォーカス位置からずらした位置においたときに目的の位置で生じる光量分布を示す特性図。
【図１３】濃度フィルタにより生じる透過率のうねりを相補的に打ち消す原理を説明するための模式図。
【図１４】二つの露光ショットに位置ずれが生じたときの露光量分布を示す特性図。
【図１５】濃度フィルタを用いた場合の合計露光量分布を示す特性図。
【図１６】濃度フィルタの濃度勾配により原版上に光量分布が生じる様子を示す模式図。
【図１７】従来例における濃度フィルタの構成を示す平面図。
【符号の説明】
１１…露光光源
１２…濃度フィルタ
１３…照明レンズ
１４…露光用マスク
１５…投影レンズ
１６…ウェハ（試料）
２１…完全透光部
２２…完全遮光部
２３…濃度勾配部
４０…基本セル
４１…遮光体下地
４２…透光部
４３…透光体下地
４４…遮光部
【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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【図１７】
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