(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備え、
前記フォトマスクは、
前記露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記露光光に対して透光性を有する透光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備え、
前記半遮光部及び前記透光部は前記露光光を互いに同位相で透過させ、
前記周辺部は、前記半遮光部及び前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させ、前記透光部から所定の寸法だけ離して配置されており、
前記透光部形成領域の前記透過性基板の表面は露出しており、
前記周辺部形成領域の前記透過性基板上に、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第１の位相シフト膜が形成されており、
前記半遮光部形成領域の前記透過性基板上に、前記第１の位相シフト膜と、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第２の位相シフト膜とが順次積層されており、
前記第１の位相シフト膜及び第２の位相シフト膜の積層構造は、前記露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記フォトマスクにおいて、
前記第１の位相シフト膜は、第１の透過率調整膜と、前記第１の透過率調整膜上に形成された第１の位相調整膜とを有し、
前記第１の透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記第１の位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に高い透過率を有することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記フォトマスクにおいて、
前記第２の位相シフト膜は、第２の透過率調整膜と、前記第２の透過率調整膜上に形成された第２の位相調整膜とを有し、
前記第２の透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記第２の位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に高い透過率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記フォトマスクにおいて、
前記第１の位相シフト膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第１の位相調整膜を有し、
前記第２の位相シフト膜は、前記第１の位相調整膜の上に形成され且つ前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第２の位相調整膜を有し、
前記第１の位相調整膜と前記第２の位相調整膜との間に、前記露光光に対する透過率が前記各位相調整膜よりも低い透過率調整膜が形成されていることを特徴する請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は、前記透光部の周辺に配置されたリング状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間にはリング状の前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記フォトマスクにおいて、
前記透光部の形状は多角形であり、
前記周辺部は、前記透光部の各辺に対向する位置に配置された複数個の矩形状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間には前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）において、斜入射照明法を用いて前記露光光を照射することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
フォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備え、
前記フォトマスクは、
前記露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記露光光に対して透光性を有する透光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備え、
前記半遮光部及び前記透光部は前記露光光を互いに同位相で透過させ、
前記周辺部は、前記半遮光部及び前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させ、前記透光部から所定の寸法だけ離して配置されており、
前記透光部形成領域の前記透過性基板の表面は露出しており、
前記半遮光部形成領域の前記透過性基板上に、前記露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる半遮光膜が形成されており、
前記周辺部形成領域の前記透過性基板上に、前記半遮光膜が、前記透光部を基準として前記露光光が反対位相で透過する厚さを持つように薄膜化された状態で形成されていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項９】
前記フォトマスクにおいて、
前記半遮光膜は、前記透過性基板上に形成された透過率調整膜と、前記透過率調整膜上に形成された位相調整膜とを有し、
前記透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記位相調整膜は前記露光光に対して相対的に高い透過率を有し、
前記半遮光部形成領域の前記位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる厚さを有し、
前記周辺部形成領域の前記位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる厚さを有することを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記フォトマスクにおいて、
前記半遮光膜は、前記透過性基板上に形成された位相調整膜と、前記半遮光部形成領域の前記位相調整膜の上のみに形成された透過率調整膜とを有し、
前記透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記位相調整膜は前記露光光に対して相対的に高い透過率を有し、
前記半遮光部形成領域の前記位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる厚さを有し、
前記周辺部形成領域の前記位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる厚さを有することを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は、前記透光部の周辺に配置されたリング状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間にはリング状の前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１２】
前記フォトマスクにおいて、
前記透光部の形状は多角形であり、
前記周辺部は、前記透光部の各辺に対向する位置に配置された複数個の矩形状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間には前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１３】
前記工程（ｂ）において、斜入射照明法を用いて前記露光光を照射することを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項１４】
フォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備え、
前記フォトマスクは、
前記露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記露光光に対して透光性を有する透光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備え、
前記半遮光部及び前記透光部は前記露光光を互いに同位相で透過させ、
前記周辺部は、前記半遮光部及び前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させ、
前記透光部形成領域の前記透過性基板の表面は露出しており、
前記半遮光部形成領域の前記透過性基板上に、前記露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる半遮光膜が形成されており、
前記周辺部形成領域の前記透過性基板は、前記透光部を基準として前記露光光が反対位相で透過する厚さを持つように掘り下げられていることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１５】
前記フォトマスクにおいて、
前記半遮光膜は、前記透過性基板上に形成された透過率調整膜と、前記透過率調整膜上に形成された位相調整膜とを有し、
前記透過率調整膜は前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記位相調整膜は前記露光光に対して相対的に高い透過率を有することを特徴とする請求項１４に記載のパターン形成方法。
【請求項１６】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は前記透光部と接するように配置されていることを特徴する請求項１４又は１５に記載のパターン形成方法。
【請求項１７】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は、前記透光部の周辺に接するリング状の領域からなることを特徴とする請求項１６に記載のパターン形成方法。
【請求項１８】
前記フォトマスクにおいて、
前記透光部の形状は多角形であり、
前記周辺部は、前記透光部の各辺に接する複数個の矩形状の領域からなることを特徴とする請求項１６に記載のパターン形成方法。
【請求項１９】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は、前記透光部から所定の寸法だけ離して配置されていることを特徴する請求項１４又は１５に記載のパターン形成方法。
【請求項２０】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は、前記透光部の周辺に配置されたリング状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間にはリング状の前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成方法。
【請求項２１】
前記フォトマスクにおいて、
前記透光部の形状は多角形であり、
前記周辺部は、前記透光部の各辺に対向する位置に配置された複数個の矩形状の領域からなり、
前記周辺部と前記透光部との間には前記半遮光部が介在していることを特徴とする請求項１９に記載のパターン形成方法。
【請求項２２】
前記工程（ｂ）において、斜入射照明法を用いて前記露光光を照射することを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項２３】
フォトマスクを用いたパターン形成方法であって、
基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像して、前記レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備え
前記フォトマスクは、
前記露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記露光光に対して透光性を有する透光部と、
前記半遮光部により囲まれ且つ前記透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備え、
前記透光部の形状は多角形であり、
前記周辺部は、前記透光部の各辺に対向する位置に配置された複数個の矩形状の領域からなり、
前記半遮光部及び前記透光部は前記露光光を互いに同位相で透過させ、
前記周辺部は、前記半遮光部及び前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させ、
前記透光部形成領域の前記透過性基板の表面は露出しており、
前記周辺部形成領域の前記透過性基板上に、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第１の位相シフト膜が形成されており、
前記半遮光部形成領域の前記透過性基板上に、前記第１の位相シフト膜と、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる第２の位相シフト膜とが順次積層されており、
前記第１の位相シフト膜及び第２の位相シフト膜の積層構造は、前記露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２４】
前記フォトマスクにおいて、
前記第１の位相シフト膜は、第１の透過率調整膜と、前記第１の透過率調整膜上に形成された第１の位相調整膜とを有し、
前記第１の透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記第１の位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に高い透過率を有することを特徴とする請求項２３に記載のパターン形成方法。
【請求項２５】
前記フォトマスクにおいて、
前記第２の位相シフト膜は、第２の透過率調整膜と、前記第２の透過率調整膜上に形成された第２の位相調整膜とを有し、
前記第２の透過率調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に低い透過率を有し、
前記第２の位相調整膜は、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させると共に前記露光光に対して相対的に高い透過率を有することを特徴とする請求項２３又は２４に記載のパターン形成方法。
【請求項２６】
前記フォトマスクにおいて、
前記周辺部は前記透光部と接するように配置されていることを特徴とする請求項２３〜２５のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項２７】
前記工程（ｂ）において、斜入射照明法を用いて前記露光光を照射することを特徴とする請求項２３〜２６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項２８】
前記フォトマスクにおいて、
前記露光光に対する前記半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることを特徴とする請求項１〜２７のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置の製造に用いられる微細パターン形成用のフォトマスクを用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下、ＬＳＩと称する）の高集積化のために回路パターンの微細化がますます必要となってきている。その結果、回路を構成する配線パターンの細線化、又は絶縁層を介して多層化された配線同士をつなぐコンタクトホールパターン（以下、コンタクトパターンと称する）の微細化が非常に重要となってきた。
【０００３】
以下、近年の光露光システムによる配線パターンの細線化について、ポジ型レジストプロセスを用いて行なう場合を想定して説明する。ポジ型レジストプロセスにおいて、ラインパターンとは、フォトマスクを用いた露光及びその後の現像によって、レジストの非感光領域と対応して残存するライン状のレジスト膜（レジストパターン）である。また、スペースパターンとは、レジストの感光領域と対応するレジスト除去部（レジスト除去パターン）である。また、コンタクトパターンとは、ホール状のレジスト除去部であり、スペースパターンのうち特に微小なものと考えればよい。尚、ポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いる場合、前述のラインパターン及びスペースパターンのそれぞれの定義を入れ替えればよい。
【０００４】
一般に、配線パターンの微細化には、超解像露光と呼ばれる斜入射露光を用いた細線パターン形成方法が導入されてきた。この方法は、レジストの非感光領域と対応するレジストパターンの微細化方法として優れていると共に、周期的に配置された密パターンの焦点深度を向上させる効果も有している。但し、この斜入射露光方法は、孤立したレジスト除去部を微細化する方法としてはほとんど効果がなく、逆に、像（光学像）のコントラストや焦点深度を劣化させるものである。このため、斜入射露光方法は、レジスト除去部の寸法がレジストパターンの寸法よりも大きいという特徴を有するパターン形成、例えばゲートパターン形成等に積極的に用いられてきている。
【０００５】
一方、微小コンタクトパターンのような孤立した微細なレジスト除去部を形成するためには、斜入射部分を含まない低干渉度の小さな光源を用いることが効果的であることがわかっている。このとき、ハーフトーン位相シフトマスクを用いると、より効果的である（例えば特許文献１参照）。ハーフトーン位相シフトマスクにおいては、コンタクトパターンと対応する透光部（開口部）を囲むマスクパターンとして、完全遮光部に代えて、露光光に対して３〜６％程度の非常に低い透過率を有し且つ開口部を透過する光に対して１８０度の位相反転を生じる位相シフターが設けられている。
【０００６】
尚、本明細書において、特に断らない限り、透過率を、透過性基板の透過率を１００％としたときの実効透過率で表す。また、完全遮光膜（完全遮光部）とは、実効透過率が１％よりも小さい遮光膜（遮光部）を意味するものとする。
【０００７】
以下、ハーフトーン位相シフトマスクによるパターン形成方法の原理について図２７（ａ）〜（ｇ）を参照しながら説明する。
【０００８】
図２７（ａ）は、マスク表面に設けられた完全遮光部となるクロム膜にコンタクトパターンと対応する開口部が設けられてなるフォトマスクの平面図であり、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度を示している。図２７（ｃ）は、マスク表面に設けられた位相シフターにコンタクトパターンと対応するクロム膜が完全遮光部として設けられてなるフォトマスクの平面図であり、図２７（ｄ）は、図２７（ｃ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度を示している。図２７（ｅ）は、マスク表面に設けられた位相シフターにコンタクトパターンと対応する開口部が設けられてなるフォトマスク（つまりハーフトーン位相シフトマスク）の平面図であり、図２７（ｆ）及び（ｇ）はそれぞれ、図２７（ｅ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度及び光強度を示している。
【０００９】
ここで、図２７（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示すように、図２７（ｅ）に示すハーフトーン位相シフトマスクを透過した光の振幅強度は、図２７（ａ）及び（ｃ）のそれぞれに示すフォトマスクを透過した光の振幅強度の和になっている。すなわち、図２７（ｅ）に示すハーフトーン位相シフトマスクにおいては、遮光部となる位相シフターは、低い透過率で光を透過させるだけではなく、該位相シフターを透過する光に、開口部を通過する光に対して１８０度の光路差（位相差）を与えるように形成されている。このため、図２７（ｂ）、（ｄ）に示すように、位相シフターを透過する光は、開口部を透過する光に対して反対位相の振幅強度分布を有するので、図２７（ｂ）に示す振幅強度分布と図２７（ｄ）に示す振幅強度分布とを合成すると、図２７（ｆ）に示すように、位相変化により振幅強度が０となる位相境界が発生する。その結果、図２７（ｇ）に示すように、位相境界となる開口部の端（以下、位相端と称する）では、振幅強度の２乗で表される光強度も０となって強い暗部が形成される。従って、図２７（ｅ）に示すハーフトーン位相シフトマスクを透過した光の像においては、開口部周辺で非常に強いコントラストが実現される。但し、このコントラストの向上は、マスクに対して垂直に入射する光、具体的には低干渉度の小さな光源領域からマスクに入射する光に対して生じる一方、斜入射露光、例えば垂直入射成分（光源中心（マスクの法線方向）からの照明成分）を取り除いた輪帯照明と呼ばれるような露光に対しては、開口部周辺（位相変化が発生する位相境界付近）でもコントラストの向上は見られない。さらに、低干渉度の小さな光源により露光を行なう場合と比べて、斜入射露光を行なう場合の方が焦点深度も低くなるという欠点もある。
【特許文献１】特開平９−９０６０１号公報（第２頁〜第３頁及び第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、コンタクトパターンのような微細なレジスト除去パターンをポジ型レジストプロセスにより形成しようとした場合、垂直入射成分だけの照明となる干渉度０．５程度以下の小さな光源をハーフトーン位相シフトマスクと組み合わせて露光を行なう必要があった。この方法は、微細な孤立配置のコンタクトパターンの形成には非常に効果的であった。
【００１１】
ところで、近年の半導体装置の高集積化に伴って、配線パターンのみならずコンタクトパターンにおいても孤立配置されたパターンと共に密に配置されたパターンが必要とされるようになってきている。ここで、密に配置されたコンタクトパターンの形成において高い焦点深度を実現するためには、密に配置された配線パターンと同様に斜入射露光が効果的である。
【００１２】
また、近年、配線パターン形成においても、配線パターンとなるラインパターンの微細化に加えて、配線間のスペースパターンの微細化も必要となってきている。ここで、孤立した微小な配線間スペースパターンの形成に、低干渉度の光源をハーフトーン位相シフトマスクと組み合わせて使用することが効果的であることは孤立コンタクトパターンの場合と同様である。
【００１３】
すなわち、高密度の配線パターン及び高密度のコンタクトパターンの形成には斜入射露光が必須である一方、斜入射露光を行なうと、孤立のコンタクトパターン及び孤立の配線間スペースパターンのコントラスト及び焦点深度が著しく悪化する。このコントラスト及び焦点深度の悪化は、解像度向上のためにハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合、より一層顕著になる。
【００１４】
逆に、孤立した微小コンタクトパターン及び孤立した微小配線間スペースパターンの形成のために、低干渉度の小さな光源を用いると、高密度パターン又は微小ラインパターンの形成が困難になるという問題がある。
【００１５】
従って、孤立配置された微小なスペースパターンに対する最適照明条件と、密に配置されたパターン又は微小なラインパターンに対する最適照明条件とは相反関係にある。このため、微小なレジストパターンの形成と微小な孤立レジスト除去パターンの形成とを同時に行なうために、光源からの垂直入射成分及び斜入射成分のそれぞれの効果に対してトレードオフが行なわれ、結果として干渉度が中程度（０．５〜０．６程度）の光源が用いられる。しかし、この場合、垂直入射及び斜入射の両方の効果が相殺されるので、孤立ラインパターン又は密集パターンと孤立スペースパターンとを同時に微細化して半導体装置のさらなる高集積化を実現していくことは困難になる。
【００１６】
前記に鑑み、本発明は、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のフォトマスクは、露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、半遮光部により囲まれ且つ露光光に対して透光性を有する透光部と、半遮光部により囲まれ且つ透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備えている。半遮光部及び透光部は露光光を互いに同位相で透過させる。周辺部は、半遮光部及び透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる。透光部形成領域の透過性基板の表面は露出している。周辺部形成領域の透過性基板上に、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第１の位相シフト膜が形成されている。半遮光部形成領域の透過性基板上に、第１の位相シフト膜と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第２の位相シフト膜とが順次積層されている。第１の位相シフト膜及び第２の位相シフト膜の積層構造は、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる。
【００１８】
第１のフォトマスクによると、透光部と、該透光部と同位相で露光光を透過させる遮光性の半遮光部とによって、透光部と反対位相で露光光を透過させる周辺部が挟まれる。その結果、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、第１のフォトマスクと斜入射露光との組み合わせにより、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【００１９】
また、第１のフォトマスクによると、第１の位相シフト膜の単層構造によって周辺部の透過率を規定できると共に、第１の位相シフト膜と第２の位相シフト膜との積層構造によって半遮光部の透過率を規定できるので、周辺部及び半遮光部のそれぞれの透過率の組み合わせを任意に設定することができる。
【００２０】
尚、本明細書において、露光光に対して透光性を有するとは、レジストを感光させる透過率を有することを意味し、露光光に対して遮光性を有するとは、レジストを感光させない透過率を有することを意味する。また、同位相とは、ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下の位相差（但しｎは整数）を意味し、反対位相とは、（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下の位相差を意味する。
【００２１】
第１のフォトマスクにおいて、第１の位相シフト膜は、第１の透過率調整膜と、第１の透過率調整膜上に形成された第１の位相調整膜とを有し、第１の透過率調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させると共に露光光に対して相対的に低い透過率を有し、第１の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させると共に露光光に対して相対的に高い透過率を有することが好ましい。
【００２２】
このようにすると、第１の位相シフト膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、第１の位相シフト膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【００２３】
第１のフォトマスクにおいて、第２の位相シフト膜は、第２の透過率調整膜と、第２の透過率調整膜上に形成された第２の位相調整膜とを有し、第２の透過率調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させると共に露光光に対して相対的に低い透過率を有し、第２の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させると共に露光光に対して相対的に高い透過率を有することが好ましい。
【００２４】
このようにすると、第２の位相シフト膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、第２の位相シフト膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【００２５】
第１のフォトマスクにおいて、周辺部は、透光部と接するように配置されていてもよいし又は透光部から所定の寸法だけ離して配置されていてもよい。
【００２６】
第１のフォトマスクにおいて、第１の位相シフト膜は、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第１の位相調整膜を有し、第２の位相シフト膜は、第１の位相調整膜の上に形成され且つ透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第２の位相調整膜を有し、第１の位相調整膜と第２の位相調整膜との間に、露光光に対する透過率が各位相調整膜よりも低い透過率調整膜が形成されていることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、半遮光部が、第１の位相調整膜と第２の位相調整膜との間に低透過率の透過率調整膜が設けられた構造を有することとなるため、半遮光部と周辺部との間の透過率の差を大きくすることができるので、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストをより強調できる。また、周辺部形成領域の第１の位相調整膜の上に透過率調整膜が部分的に形成されている構造を採用した場合、周辺部の実効的な透過率を、透過率調整膜による周辺部の被覆面積率（＝（周辺部形成領域の透過率調整膜の面積）／（周辺部の面積））を用いて細かく調整することができる。従って、同一のフォトマスク上においてパターン形状に応じて周辺部の透過率を任意に変化させることが可能になる。
【００２８】
第１のフォトマスクにおいて、露光光に対する半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、第１のフォトマスクによるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【００３０】
本発明に係る第２のフォトマスクは、露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、半遮光部により囲まれ且つ露光光に対して透光性を有する透光部と、半遮光部により囲まれ且つ透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備えている。半遮光部及び透光部は露光光を互いに同位相で透過させる。周辺部は、半遮光部及び透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる。透光部形成領域の透過性基板の表面は露出している。半遮光部形成領域の透過性基板上に、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光膜が形成されている。周辺部形成領域の透過性基板上に、半遮光膜が、透光部を基準として露光光が反対位相で透過する厚さを持つように薄膜化された状態で形成されている。
【００３１】
第２のフォトマスクによると、透光部と、該透光部と同位相で露光光を透過させる遮光性の半遮光部とによって、透光部と反対位相で露光光を透過させる周辺部が挟まれる。その結果、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、第２のフォトマスクと斜入射露光との組み合わせにより、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【００３２】
また、第２のフォトマスクによると、半遮光部が半遮光膜の単層構造から構成されているため、マスク構造が非常に単純になる。また、半遮光膜を部分的に薄膜化するだけで、言い換えると、半遮光膜に凹部を設けるだけで周辺部を簡単に形成できる。さらに、多層膜構成の半遮光部を用いる場合と比べて、周辺部と透光部との間に微小幅の半遮光部を介在させた場合にも、該微小幅の半遮光部を構成する膜の剥離を抑制できる。
【００３３】
第２のフォトマスクにおいて、半遮光膜は、透過性基板上に形成された透過率調整膜と、透過率調整膜上に形成された位相調整膜とを有し、透過率調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させると共に露光光に対して相対的に低い透過率を有し、位相調整膜は露光光に対して相対的に高い透過率を有し、半遮光部形成領域の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させる厚さを有し、周辺部形成領域の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる厚さを有することが好ましい。
【００３４】
このようにすると、半遮光膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、半遮光膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【００３５】
第２のフォトマスクにおいて、半遮光膜は、透過性基板上に形成された位相調整膜と、半遮光部形成領域の位相調整膜の上のみに形成された透過率調整膜とを有し、透過率調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させると共に露光光に対して相対的に低い透過率を有し、位相調整膜は露光光に対して相対的に高い透過率を有し、半遮光部形成領域の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を同位相で透過させる厚さを有し、周辺部形成領域の位相調整膜は、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる厚さを有することが好ましい。
【００３６】
このようにすると、半遮光膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、半遮光膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【００３７】
第２のフォトマスクにおいて、周辺部は、透光部と接するように配置されていてもよいし又は透光部から所定の寸法だけ離して配置されていてもよい。
【００３８】
第２のフォトマスクにおいて、露光光に対する半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、第２のフォトマスクによるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【００４０】
本発明に係る第３のフォトマスクは、露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、半遮光部により囲まれ且つ露光光に対して透光性を有する透光部と、半遮光部により囲まれ且つ透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備えている。半遮光部及び透光部は露光光を互いに同位相で透過させる。周辺部は、半遮光部及び透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる。透光部形成領域の透過性基板の表面は露出している。半遮光部形成領域の透過性基板上に、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光膜が形成されている。周辺部形成領域の透過性基板は、透光部を基準として露光光が反対位相で透過する厚さを持つように掘り下げられている。
【００４１】
第３のフォトマスクによると、透光部と、該透光部と同位相で露光光を透過させる遮光性の半遮光部とによって、透光部と反対位相で露光光を透過させる周辺部が挟まれる。その結果、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、第３のフォトマスクと斜入射露光との組み合わせにより、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【００４２】
また、第３のフォトマスクによると、半遮光部が半遮光膜の単層構造から構成されているため、マスク構造が非常に単純になる。
【００４３】
第３のフォトマスクにおいて、半遮光膜は、透過性基板上に形成された透過率調整膜と、透過率調整膜上に形成された位相調整膜とを有し、透過率調整膜は露光光に対して相対的に低い透過率を有し、位相調整膜は露光光に対して相対的に高い透過率を有することが好ましい。
【００４４】
このようにすると、半遮光膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、半遮光膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【００４５】
第３のフォトマスクにおいて、周辺部は、透光部と接するように配置されていてもよいし又は透光部から所定の寸法だけ離して配置されていてもよい。
【００４６】
第３のフォトマスクにおいて、露光光に対する半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００４７】
このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、第３のフォトマスクによるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【００４８】
本発明に係るパターン形成方法は、本発明に係る第１〜第３のフォトマスクのいずれか１つを用いたパターン形成方法を前提とし、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射する工程と、露光光を照射されたレジスト膜を現像して、レジスト膜をパターン化する工程とを備えている。
【００４９】
本発明のパターン形成方法によると、本発明に係る第１〜第３のフォトマスクと同様の効果が得られる。また、前述の効果は、露光光を照射する工程において斜入射照明法（斜入射露光法）を用いることにより確実に得られる。
【００５０】
本発明に係る第１のフォトマスクの作成方法は、露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、半遮光部により囲まれ且つ露光光に対して透光性を有する透光部と、半遮光部により囲まれ且つ透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備えたフォトマスクの作成方法である。具体的には、透過性基板上に、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第１の位相シフト膜を形成する第１の工程と、第１の位相シフト膜上に、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第２の位相シフト膜を形成する第２の工程と、透光部形成領域及び周辺部形成領域の第２の位相シフト膜を除去する第３の工程と、第３の工程よりも後に、透光部形成領域の第１の位相シフト膜を除去する第４の工程とを備えている。半遮光部形成領域の透過性基板上に形成された第１の位相シフト膜及び第２の位相シフト膜の積層構造は、露光光を部分的に透過させる透過率を有すると共に透光部を基準として露光光を同位相で透過させる。
【００５１】
第１のフォトマスクの作成方法によると、それぞれ露光光を位相反転させて透過させる第１及び第２の位相シフト膜を透過性基板上に順次形成した後、透光部形成領域及び周辺部形成領域の第２の位相シフト膜を除去し、その後、透光部形成領域の第１の位相シフト膜を除去する。すなわち、透光部は透過性基板の露出部分からなり、半遮光部は第１及び第２の位相シフト膜の積層構造からなり、周辺部は第１の位相シフト膜の単層構造からなる。ここで、第１及び第２の位相シフト膜の積層構造は透光部を基準として露光光を同位相で透過させる。このため、透光部と、透光部と同位相で露光光を透過させる半遮光部とによって、透光部と反対位相で露光光を透過させる周辺部を挟むことができる。従って、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【００５２】
また、第１のフォトマスクの作成方法によると、透過性基板上に積層された第１及び第２の位相シフト膜に対してそれぞれ選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と周辺部とを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【００５３】
また、第１のフォトマスクの作成方法によると、透光部と周辺部とが離間している場合、言い換えると、透光部と周辺部との間に、第１及び第２の位相シフト膜の積層構造よりなる半遮光部を介在させる場合、パターン化された第２の位相シフト膜をマスクとして、第１の位相シフト膜に対して自己整合的にエッチングを行なうことができるので、フォトマスク加工を正確に行なえる。
【００５４】
本発明に係る第２のフォトマスクの作成方法は、露光光に対して遮光性を有する半遮光部と、半遮光部により囲まれ且つ露光光に対して透光性を有する透光部と、半遮光部により囲まれ且つ透光部の周辺に位置する周辺部とを透過性基板上に備えたフォトマスクの作成方法である。具体的には、透過性基板上に、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第１の位相シフト膜を形成する第１の工程と、第１の位相シフト膜上に、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる第２の位相シフト膜を形成する第２の工程と、周辺部形成領域の第２の位相シフト膜を除去する第３の工程と、第３の工程よりも後に、透光部形成領域の第２の位相シフト膜及び第１の位相シフト膜を順次除去する第４の工程とを備えている。半遮光部形成領域の透過性基板上に形成された第１の位相シフト膜及び第２の位相シフト膜の積層構造は、露光光を部分的に透過させる透過率を有すると共に透光部を基準として露光光を同位相で透過させる。
【００５５】
第２のフォトマスクの作成方法によると、それぞれ露光光を位相反転させて透過させる第１及び第２の位相シフト膜を透過性基板上に順次形成した後、周辺部形成領域の第２の位相シフト膜を除去し、その後、透光部形成領域の第２の位相シフト膜及び第１の位相シフト膜を除去する。すなわち、透光部は透過性基板の露出部分からなり、半遮光部は第１及び第２の位相シフト膜の積層構造からなり、周辺部は第１の位相シフト膜の単層構造からなる。ここで、第１及び第２の位相シフト膜の積層構造は透光部を基準として露光光を同位相で透過させる。このため、透光部と、透光部と同位相で露光光を透過させる半遮光部とによって、透光部と反対位相で露光光を透過させる周辺部を挟むことができる。従って、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【００５６】
また、第２のフォトマスクの作成方法によると、透過性基板上に積層された第１及び第２の位相シフト膜に対してそれぞれ選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と周辺部とを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【００５７】
また、第２のフォトマスクの作成方法によると、周辺部形成領域の第２の位相シフト膜を除去する工程と、透光部形成領域の第２の位相シフト膜を除去する工程とを別々に行なう。このため、透光部と周辺部とが微小幅で離間している場合、言い換えると、透光部と周辺部との間に、第１及び第２の位相シフト膜の積層構造よりなる微小幅の半遮光部を介在させる場合、フォトマスク加工のマージンが大きくなる。
【００５８】
第１又は第２のフォトマスクの作成方法において、露光光に対する半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。
【００５９】
このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、第１又は第２のフォトマスクの作成方法によるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によると、透光部を透過する光と周辺部を透過する光との相互干渉により、透光部と周辺部との間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて、透光部と対応する微細な孤立スペースパターンを形成する場合にも得られる。従って、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
まず、本発明を実現する上で本願発明者が考案したフォトマスクによる解像度向上方法、具体的には、孤立スペースパターンの解像度を向上させるための「輪郭強調法」について説明する。
【００６２】
（輪郭強調法）
以下、ポジ型レジストプロセスによりコンタクトパターンを形成する場合を例として説明する。尚、「輪郭強調法」は、ポジ型レジストプロセスにおける微小スペースパターンであれば、その形状に関わらず全く同様に成り立つ原理である。また、「輪郭強調法」は、ネガ型レジストプロセスを用いる場合も、ポジ型レジストプロセスにおける微小スペースパターン（レジスト除去パターン）を微小パターン（レジストパターン）と置き換えて考えれば全く同様に適用できる。
【００６３】
図１（ａ）〜（ｇ）は、コンタクトパターンを形成するための露光において光の転写像のコントラストを強調するための原理を説明する図である。
【００６４】
図１（ａ）は、露光光に対して６％以上で且つ１５％以下の透過率を持つ半遮光部により、コンタクトパターンと対応する開口部（つまり透光部）が囲まれてなるフォトマスクの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度を示している。
【００６５】
図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す開口部の周辺領域に位相シフターが配置され且つその他の領域に完全遮光部が配置されてなるフォトマスクの平面図であり、図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度を示している。ここで、図１（ｄ）に示す光の振幅強度は、該光が位相シフターを透過したものであるため、図１（ｂ）に示す光の振幅強度に対して反対位相の関係にある。
【００６６】
図１（ｅ）は、露光光に対して６％以上で且つ１５％以下の透過率を持つ半遮光部により、コンタクトパターンと対応する開口部及びその周辺領域に配置された位相シフターが囲まれてなるフォトマスクの平面図であり、図１（ｆ）及び（ｇ）は、図１（ｅ）に示すフォトマスクを透過した光における線分ＡＡ’と対応する振幅強度及び光強度（光の振幅強度の２乗）を示している。図１（ｅ）に示すフォトマスクは、図１（ａ）に示すフォトマスクにおける開口部の周辺領域に位相シフターが配置されたフォトマスクである。ここで、図１（ｅ）に示すフォトマスクは、「輪郭強調法」を実現する本発明のフォトマスク（以下、輪郭強調マスクと称する）の一例である。
【００６７】
尚、図１（ａ）又は（ｅ）に示すフォトマスクにおいて、半遮光部を透過する光と、開口部を透過する光とは同位相（具体的には位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））である。また、図１（ｅ）に示すフォトマスクにおいて、位相シフターを透過する光と、開口部を透過する光とは反対位相（具体的には位相差が（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））である。
【００６８】
図１（ｅ）に示す輪郭強調マスクを透過した光の転写像が強調される原理は次の通りである。すなわち、図１（ｅ）に示すフォトマスクの構造は、図１（ａ）及び（ｃ）のそれぞれに示すフォトマスクを重ね合わせた構造になっている。従って、図１（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）に示すように、図１（ｅ）に示すフォトマスクを透過した光の振幅強度は、図１（ａ）及び（ｃ）のそれぞれに示すフォトマスクを透過した光の振幅強度を重ね合わせたような分布になっている。ここで、図１（ｆ）から分かるように、図１（ｅ）に示すフォトマスクにおいて、開口部の周辺に配置された位相シフターを透過した光は、開口部及び半遮光部のそれぞれを透過した光の一部を打ち消すことができる。従って、図１（ｅ）に示すフォトマスクにおいて、位相シフターを透過する光の強度を、開口部周辺の光が打ち消されるように調整すれば、図１（ｇ）に示すように、開口部周辺と対応する光強度がほぼ０に近い値まで減少した光強度分布の形成が可能となる。
【００６９】
また、図１（ｅ）に示すフォトマスクにおいて、位相シフターを透過する光は、開口部周辺の光を強く打ち消す一方、開口部中央付近の光を弱く打ち消す。その結果、図１（ｇ）に示すように、図１（ｅ）に示すフォトマスクを透過した光における、開口部中央から開口部周辺に向けて変化する光強度分布のプロファイルの傾きが増大するという効果も得られる。従って、図１（ｅ）に示すフォトマスクを透過した光の強度分布はシャープなプロファイルを有するようになるので、コントラストの高い像が形成される。
【００７０】
以上が本発明における光学像（光強度の像（イメージ））を強調する原理である。すなわち、低透過率の半遮光部で形成されたマスクにおける開口部の輪郭に沿って位相シフターを配置することにより、図１（ａ）に示すフォトマスクによって形成される光強度像の中に、開口部の輪郭線と対応する非常に強い暗部を形成することが可能となる。これによって、開口部の光強度と開口部周辺の光強度との間でコントラストが強調された光強度分布を形成できる。本明細書においては、このような原理によってイメージ強調を行なう方法を「輪郭強調法」と称すると共に、この原理を実現するフォトマスクを「輪郭強調マスク」と称する。
【００７１】
ここで、本発明の基本原理となる輪郭強調法と、従来のハーフトーン位相シフトマスクによる原理との違いについて説明する。輪郭強調法の原理において最も重要なことは、半遮光部及び開口部のそれぞれを透過する光の一部が位相シフターを透過する光に打ち消され、それによって光強度分布内に暗部を形成している点である。すなわち、位相シフターがあたかも不透明パターンのごとき振る舞いをするという点である。そのため、図１（ｆ）に見られるように、輪郭強調マスクを透過した光の振幅強度において、同じ位相側での強度変化によって暗部が形成されている。後で詳しく説明するが、この状態のときのみ斜入射露光によってコントラストを向上させることが可能になる。
【００７２】
一方、コンタクトパターンと対応する開口部を有する従来のハーフトーン位相シフトマスクを露光したときの光強度分布においても、図２７（ｇ）に示すように、開口部周辺に強い暗部が形成される。しかし、従来のハーフトーン位相シフトマスクを露光したときの光の振幅強度を表す図２７（ｆ）と、輪郭強調マスクを露光したときの光の振幅強度を表す図１（ｆ）とを比べると、次のような違いが明らかに存在する。すなわち、図２７（ｆ）に示すように、ハーフトーン位相シフトマスクを露光した場合の振幅強度分布においては、位相反転が生じる位相境界が存在する。また、図２７（ｇ）に示すように、この位相境界が、位相端による光強度分布の暗部となってイメージ強調が実現されている。但し、位相端による暗部が形成されてコントラストの強調効果を得るためには、フォトマスクに対して垂直に入射する光の成分が必要となる。逆に、斜入射露光によっては位相境界が発生しても位相端による暗部は形成されず、その結果、コントラスト強調効果は得られない。これが、ハーフトーン位相シフトマスクに対して斜入射露光を行なってもコントラスト強調効果が生じない理由である。言い換えると、ハーフトーン位相シフトマスクによりコントラスト強調効果を得るためには、低干渉度の小さな光源を用いて露光を行なう必要がある。
【００７３】
以上のように、コンタクトパターン形成において、ハーフトーン位相シフトマスクと輪郭強調マスクとはよく似た光強度分布を実現する一方、暗部形成原理の違い（輪郭強調マスクを透過した光の振幅強度分布には位相境界が生じない（図１（ｆ）参照））により、輪郭強調法の場合、斜入射露光によっても微小な孤立スペースパターンの形成に必要な光の転写像を高いコントラストで形成できる。
【００７４】
図２（ａ）は、コンタクトパターンと対応する開口部が位相シフターによって囲まれてなるハーフトーン位相シフトマスクの平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示すハーフトーン位相シフトマスクに対して干渉度σ＝０．４の小さな光源を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示しており、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示すハーフトーン位相シフトマスクに対して斜入射露光の１つである輪帯照明を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示している。ここで、輪帯照明としては、外径σ＝０．７５、内径σ＝０．５の２／３輪帯と呼ばれるものを用いた。また、露光条件としては、光源波長λ＝１９３ｎｍ（ＡｒＦ光源）、開口数ＮＡ＝０．６を用いた。さらに、コンタクト寸法は１８０ｎｍ四方であり、位相シフターの透過率は６％である。尚、以下の説明においては、特に断らない限り、光強度を露光光の光強度を１としたときの相対光強度で表す。
【００７５】
図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、ハーフトーン位相シフトマスクを用いた場合、小さな光源による露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されてコントラストの高い像が形成される一方、斜入射露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されないために非常にコントラストの悪い像が形成される。
【００７６】
図２（ｄ）は、コンタクトパターンと対応する開口部と該開口部を囲む領域に位置する位相シフターとが、完全遮光部となるクロム膜により囲まれてなるエッジ強調型位相シフトマスクの平面図であり、図２（ｅ）は、図２（ｄ）に示すエッジ強調型位相シフトマスクに対して干渉度σ＝０．４の小さな光源を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示しており、図２（ｆ）は、図２（ｅ）に示すエッジ強調型位相シフトマスクに対して輪帯照明を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示している。ここで、エッジ強調型位相シフトマスクは、ハーフトーン位相シフトマスクと同様に、開口部と位相シフターとの間に位相端による暗部を形成してイメージ強調を実現するものである。また、輪帯照明の種類、露光条件及び位相シフターの透過率は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すハーフトーン位相シフトマスクの場合と同様である。さらに、コンタクト寸法は２２０ｎｍ四方であり、位相シフターの幅は８０ｎｍである。
【００７７】
図２（ｅ）及び（ｆ）に示すように、エッジ強調型位相シフトマスクを用いた場合、ハーフトーン位相シフトマスクと同様に、小さな光源による露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されてコントラストの高い像が形成される一方、斜入射露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されないために非常にコントラストの悪い像が形成される。
【００７８】
次に、輪郭強調法において、斜入射露光成分によって高いコントラストが得られることを詳細に示す前に、図１（ｅ）に示すような輪郭強調マスクの構造であっても、位相シフターの幅が過剰に大きくなると、輪郭強調法の効果が得られなくなることを説明しておく。
【００７９】
図３（ａ）は、露光光に対して６％以上で且つ１５％以下の透過率を持つ半遮光部により、コンタクトパターンと対応する開口部と該開口部を囲む領域に位置する小さい幅の位相シフターとが囲まれてなる輪郭強調マスクの平面図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して干渉度σ＝０．４の小さな光源を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示しており、図３（ｃ）は、図３（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して輪帯照明を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示している。
【００８０】
また、図３（ｄ）は、露光光に対して６％以上で且つ１５％以下の透過率を持つ半遮光部により、コンタクトパターンと対応する開口部と該開口部を囲む領域に位置する大きい幅の位相シフターとが設けられてなる輪郭強調マスクの平面図である。また、図３（ｅ）は、図３（ｄ）に示す輪郭強調マスクに対して干渉度σ＝０．４の小さな光源を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示しており、図３（ｆ）は、図３（ｄ）に示す輪郭強調マスクに対して輪帯照明を用いて露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布の計算結果を示している。
【００８１】
ここで、図３（ｄ）に示す輪郭強調マスクにおける位相シフターの幅は輪郭強調法の原理が成り立たないほど過剰に大きく設定されているものとする。具体的には、図３（ａ）及び図３（ｄ）に示す開口部の寸法は共に２２０ｎｍ四方であり、図３（ａ）に示す位相シフターの幅は６０ｎｍであり、図３（ｄ）に示す位相シフターの幅は１５０ｎｍである。また、輪帯照明の種類及び露光条件は、図２（ａ）〜（ｃ）に示すハーフトーン位相シフトマスクの場合と同様である。
【００８２】
図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、輪郭強調法の原理が成り立つ図３（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いた場合、位相シフターの不透明化作用による暗部は光源の種類によらず現れていると共に光強度分布におけるコントラストは輪帯照明によってより高い値が得られている。
【００８３】
一方、位相シフターが過剰に大きい図３（ｄ）に示す輪郭強調マスクを用いた場合、位相シフターを透過する光が強くなりすぎるため、振幅強度分布において反対位相の強度分布が形成されてしまう。このような状況では、ハーフトーン位相シフトマスク又はエッジ強調型位相シフトマスクと同様の原理が作用する。すなわち、図３（ｅ）及び（ｆ）に示すように、小さな光源による露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されてコントラスト強調効果が現れる一方、斜入射露光を行なったときの光強度分布においては位相端による暗部が形成されないために非常にコントラストの悪い像が形成される。
【００８４】
すなわち、輪郭強調法を実現するためには、マスク構造において、半遮光部に囲まれた開口部の周辺に位相シフターが配置されているだけではなく、その位相シフター内を透過する光が制限されている必要がある。後者の方は、原理的なメカニズムによれば、位相シフターを透過する光が、半遮光部及び開口部のそれぞれを透過する光を打ち消す以上の強度を有し、且つその振幅強度分布において一定の大きさ以上の反対位相の強度分布が形成されないことを意味する。
【００８５】
実際に位相シフターを透過する光を制限するために、位相シフターの透過率に応じてその幅に条件（具体的には上限）を設ける方法を用いることができる。以下、この条件について、位相シフターを透過する光によって位相シフター周辺からの光を打ち消すための条件を考察した結果（図４（ａ）及び（ｂ）参照）を用いて説明する。
【００８６】
図４（ａ）に示すように、透過性基板上に透過率Ｔ、線幅Ｌの位相シフターが設けられたフォトマスク（位相シフターマスク）を用いた露光において、被露光材料上における位相シフターの中心と対応する位置に生じる光強度をＩｈ（Ｌ、Ｔ）とする。また、位相シフターマスクの位相シフターに代えて完全遮光部が設けられたフォトマスク（遮光マスク）を用いた露光において、被露光材料上における完全遮光部の中心と対応する位置に生じる光強度をＩｃ（Ｌ）とする。また、位相シフターマスクの位相シフターに代えて開口部（透光部）が設けられ、且つ位相シフターマスクの透光部に代えて完全遮光部が設けられたフォトマスク（透過マスク）を用いた露光において、被露光材料上における開口部の中心と対応する位置に生じる光強度をＩｏ（Ｌ）とする。
【００８７】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す位相シフターマスクを用いた露光において位相シフターの透過率Ｔ及び線幅Ｌを色々変化させた場合における光強度Ｉｈ（Ｌ、Ｔ）のシミュレーション結果を、透過率Ｔ及び線幅Ｌをそれぞれ縦軸及び横軸に取って光強度の等高線で表した様子を示している。ここで、Ｔ＝Ｉｃ（Ｌ）／Ｉｏ（Ｌ）の関係を表すグラフを重ね書きしている。また、シミュレーション条件は、露光光の波長λ＝０．１９３μｍ（ＡｒＦ光源）、露光機の投影光学系の開口数ＮＡ＝０．６、露光光源の干渉度σ＝０．８（通常光源）である。
【００８８】
図４（ｂ）に示すように、光強度Ｉｈ（Ｌ、Ｔ）が最小となる条件はＴ＝Ｉｃ（Ｌ）／Ｉｏ（Ｌ）の関係で表すことができる。これは、物理的には、位相シフター内を透過する光の光強度を表すＴ×Ｉｏ（Ｌ）と、位相シフター外を透過する光の光強度Ｉｃ（Ｌ）とが釣り合う関係を表している。従って、位相シフター内を透過する光が過剰となって振幅強度分布において反対位相の振幅強度が現れる位相シフターの幅Ｌは、Ｔ×Ｉｏ（Ｌ）がＩｃ（Ｌ）よりも大きくなる幅Ｌということになる。
【００８９】
また、光源の種類によって多少の違いはあるが、透過率１の位相シフター内を透過する光が位相シフター外を透過する光と釣り合うときの幅Ｌは０．３×λ（光源波長）／ＮＡ（開口数）程度（図４（ｂ）の場合で１００ｎｍ程度）であることが、種々のシミュレーション結果から経験的に得られた。さらに、図４（ｂ）から分かるように、６％（０．０６）以上の透過率を有する位相シフター内を光が過剰に透過することを防止するためには、透過率１００％（１．０）の位相シフターの場合と比べて幅Ｌを２倍以下にする必要がある。すなわち、６％以上の透過率を有する位相シフター内を光が過剰に透過することを防止するためには、位相シフターの幅Ｌの上限は０．６×λ／ＮＡ以下でなければならない。
【００９０】
以上の考察を輪郭強調マスクに当てはめると、輪郭強調マスクにおいては位相シフター外を透過する光としては、実質的に位相シフターの両側ではなく片側のみを考慮すればよいので、輪郭強調マスクにおける位相シフターの幅Ｌの上限は上記の考察による上限の半分と考えればよい。従って、輪郭強調マスクにおける位相シフターの幅Ｌの上限は、位相シフターの透過率が６％以上の場合で０．３×λ／ＮＡ以下である。但し、これは十分条件ではなく、位相シフターの透過率の高さに応じて、位相シフターの幅Ｌの上限を０．３×λ／ＮＡよりも小さくする必要がある。すなわち、位相シフターの透過率が１００％又は５０％以上の高透過率である場合、位相シフターの幅Ｌを０．２×λ／ＮＡ以下、好ましくは０．１５×λ／ＮＡ以下にする必要がある。また、微細なホールパターンの形成においては、位相シフターを透過する光と、ホールパターンと対応する透光部を透過する光との干渉によって光強度分布のプロファイルを強調する効果を得るためには、位相シフターは、透光部つまりホールの中心からの距離が０．５×λ／ＮＡ以下の領域に配置されることが好ましい。よって、位相シフターの幅Ｌを０．３×λ／ＮＡ以下にする場合、ホールパターン形成においては、ホールパターンと対応する透光部の中心からの距離が０．５×λ／ＮＡ〜０．８×λ／ＮＡ以下の範囲に、透光部を囲む位相シフターが存在することが好ましい。
【００９１】
尚、本明細書においては、特に断らない限り、位相シフター幅等の種々のマスク寸法を被露光材料上での寸法に換算して表すこととするが、マスク実寸法は換算寸法に露光機の縮小投影光学系の縮小倍率Ｍを乗ずることにより簡単に求めることができる。
【００９２】
次に、輪郭強調法において斜入射露光によってイメージ強調が実現されることを、輪郭強調マスクに対して様々な光源位置から露光を行なった場合における光強度分布のコントラストの変化に基づいて詳細に説明する。
【００９３】
図５（ａ）は輪郭強調マスクの一例の平面図である。ここで、半遮光部の透過率は７．５％であり、位相シフター及び開口部の透過率は１００％である。また、開口部の寸法は２００ｎｍ四方であり、位相シフターの幅は５０ｎｍである。
【００９４】
図５（ｃ）は、図５（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して、開口数ＮＡで規格化された様々な光源位置の点光源から露光を行なった場合における図５（ａ）の線分ＡＡ’と対応する光強度分布を光学シミュレーションにより計算して、該計算結果（例えば図５（ｂ）に示されるような光強度分布）における開口部中央に相当する位置の光強度Ｉｏを読み取り、該光強度Ｉｏを各光源位置に対してプロットした結果を示している。ここでは、光源波長λが１９３ｎｍ（ＡｒＦ光源）、開口数ＮＡが０．６として光学計算によるシミュレーションを行なった結果を示している。尚、以下の説明では特に断らない限り、光学シミュレーションにおいて波長λ＝１９３ｎｍ（ＡｒＦ光源）、開口数ＮＡ＝０．６の条件で計算を行なうものとする。
【００９５】
図５（ｃ）に示すように、開口部中央の光強度Ｉｏは外側の光源位置（図５（ｃ）の原点から遠い光源位置）の点光源で露光される程大きくなる。すなわち、斜入射成分の強い光源で露光される程、コントラストが強くなることが分かる。図面を参照しながら具体的に説明する。図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、図５（ｃ）に示す各点光源のサンプル点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれにおける、図５（ａ）の線分ＡＡ’と対応する光強度分布をプロットしたものである。図５（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、点光源の位置が外側になるに従って、言い換えると、大きい斜入射光源位置になるに従って、高いコントラストの像が形成されている。
【００９６】
次に、比較のために、ハーフトーン位相シフトマスクに対して様々な光源位置から露光を行なった場合における光強度分布のコントラストの変化について説明する。図６（ａ）はハーフトーン位相シフトマスクの一例の平面図である。ここで、位相シフターの透過率は６％であり、開口部の透過率は１００％である。また、開口部の寸法（被露光ウェハ上換算）は１８０ｎｍ四方である。
【００９７】
図６（ｃ）は、図６（ａ）に示すハーフトーン位相シフトマスクに対して、開口数ＮＡで規格化された様々な光源位置の点光源から露光を行なった場合における図６（ａ）の線分ＡＡ’と対応する光強度分布を光学シミュレーションにより計算して、該計算結果（例えば図６（ｂ）に示されるような光強度分布）における開口部中央に相当する位置の光強度Ｉｏを読み取り、該光強度Ｉｏを各光源位置に対してプロットした結果を示している。
【００９８】
図６（ｃ）に示すように、開口部中央の光強度Ｉｏは内側の光源位置（図６（ｃ）の原点に近い光源位置）の点光源で露光される程大きくなる。すなわち、垂直入射成分の強い光源で露光される程、コントラストが強くなることが分かる。図面を参照しながら具体的に説明する。図６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、図６（ｃ）に示す各点光源のサンプル点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれにおける、図６（ａ）の線分ＡＡ’と対応する光強度分布をプロットしたものである。図６（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に示すように、点光源の位置が内側になるに従って、言い換えると、垂直入射光源位置になるに従って、高いコントラストの像が形成されている。
【００９９】
以上に説明した、図５（ａ）〜（ｆ）に示す結果と図６（ａ）〜（ｆ）に示す結果とを見比べても分かるように、輪郭強調法は、コンタクトパターン等の微小な孤立スペースパターンの形成において、従来方法では実現できなかった、斜入射露光による光強度分布のコントラスト強調を可能とするものである。
【０１００】
ここまで輪郭強調マスクによってコントラストが向上することを説明してきたが、次に、輪郭強調マスクにおける半遮光部の透過率に対するコントラスト及びＤＯＦの依存性について説明する。ここでは、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いて、パターン形成における各種マージンをシミュレーションした結果に基づいた説明を行なう。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して露光を行なったときに形成される光強度分布を示している。図７（ｂ）においては、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いて幅１００ｎｍのホールパターンを形成しようとした場合に定義される各種のマージンに関する値も図中に示している。具体的には、臨界強度Ｉｔｈはレジスト膜が感光する光強度であり、この値に対して各種のマージンが定義される。例えばＩｐを光強度分布のピーク値とすると、Ｉｐ／Ｉｔｈはレジスト膜を感光させる感度に比例する値となり、この値が高いほど好ましい。また、Ｉｂを半遮光部を透過する光のバックグラウンド強度とすると、Ｉｔｈ／Ｉｂが高いほどパターン形成時にレジスト膜の膜減り等が発生しないことを意味し、この値が高いほど好ましい。一般にＩｔｈ／Ｉｂの値は２以上あることが望まれている。以上のことを踏まえて各マージンについて説明する。
【０１０１】
図７（ｃ）は、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いたパターン形成時における半遮光部の透過率に対するＤＯＦの依存性について計算した結果を示している。ここで、ＤＯＦは、パターンの仕上がり寸法の変化が１０％以内に収まるフォーカス位置の幅として定義してある。図７（ｃ）に示すように、ＤＯＦの向上には半遮光部の透過率は高いほど好ましい。また、図７（ｄ）は、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いたパターン形成時における半遮光部の透過率に対するピーク値Ｉｐについて計算した結果を示している。図７（ｄ）に示すように、ピーク値Ｉｐ、つまりコントラストの向上にも半遮光部の透過率は高いほど好ましい。以上の結果から、輪郭強調マスクにおいては、半遮光部の透過率は高いほど好ましく、具体的には、図７（ｃ）及び（ｄ）に示すように、透過率が０％から６％程度まで上がる間に露光マージンの向上率が大きくなっており、透過率が６％以上の半遮光部を用いることが好ましいことが理解できる。
【０１０２】
図７（ｅ）は、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いたパターン形成時における半遮光部の透過率に対するＩｔｈ／Ｉｂについて計算した結果を示している。図７（ｅ）に示すように、Ｉｔｈ／Ｉｂは半遮光部の透過率が高くなるほど低くなっており、半遮光部の透過率が高くなりすぎるとＩｔｈ／Ｉｂの向上には好ましくない。具体的には、半遮光部の透過率が１５％程度でＩｔｈ／Ｉｂは２よりも小さくなってしまう。また、図７（ｆ）は、図７（ａ）に示す輪郭強調マスクを用いたパターン形成時における半遮光部の透過率に対するＩｐ／Ｉｔｈについて計算した結果を示している。図７（ｆ）に示すように、半遮光部の透過率が１５％程度のところにＩｐ／Ｉｔｈはピークを持っている。
【０１０３】
以上に説明したように、輪郭強調マスクにおいては、ＤＯＦ又はコントラストは半遮光部の透過率を高くするほど向上し、その効果は半遮光部の透過率が６％を越えるとより顕著になる。一方、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り防止、又はレジスト感度の最適化等の観点からは、半遮光部の透過率の最大値は１５％程度にしておくことが好ましい。従って、輪郭強調マスクにおける半遮光部の透過率の最適値は６％以上で且つ１５％以下であると言える。すなわち、半遮光部は、レジストを感光させない程度に露光光を部分的に透過させるものである。言い換えると、半遮光部は、全露光量のうちの一部分を透過させる。このような半遮光部の材料としては、ＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等の酸化物を用いることができる。
【０１０４】
図８（ａ）〜（ｆ）は、コンタクトパターンと対応する開口部が設けられた輪郭強調マスクにおける、半遮光部と位相シフターとによって構成される遮光性のマスクパターンのバリエーションを示す平面図である。
【０１０５】
図８（ａ）に示す輪郭強調マスク１ａは、図１（ｅ）に示す輪郭強調マスクと同じ構成を有している。すなわち、輪郭強調マスク１ａは透過性基板２ａを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ａと、半遮光部３ａにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ａと、開口部４ａの周辺に位置するリング状の位相シフター５ａとを備えている。
【０１０６】
図８（ｂ）に示す輪郭強調マスク１ｂは透過性基板２ｂを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ｂと、半遮光部３ｂにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ｂと、開口部４ｂの各辺と同一長さを有し且つ該各辺と接する矩形状の４つの位相シフター部からなる位相シフター５ｂとを備えている。この輪郭強調マスク１ｂは、孤立パターン形成において輪郭強調マスク１ａとほとんど同じ特性を有している。
【０１０７】
図８（ｃ）に示す輪郭強調マスク１ｃは透過性基板２ｃを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ｃと、半遮光部３ｃにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ｃと、開口部４ｃの各辺の長さよりも短い長さを有し且つ該各辺と接する矩形状の４つの位相シフター部からなる位相シフター５ｃとを備えている。位相シフター５ｃの各位相シフター部の中央と開口部４ｃの各辺の中央とは位置合わせされている。この輪郭強調マスク１ｃにおいては、開口部４ｃの幅（大きさ）を固定して位相シフター５ｃの各位相シフター部の長さを変更することによって、露光後に形成されるレジストパターンの寸法調整を行なうことができる。例えば、位相シフター５ｃの各位相シフター部の長さを短くするほど、レジストパターンの寸法は大きくなる。ここで、輪郭強調の作用を保つために位相シフター５ｃの各位相シフター部の長さを変更できる下限は、光源（露光光）波長の半分程度までに限定される一方、マスク寸法の変更量の半分程度しかパターン寸法が変化しないので、位相シフター部の長さを調整することは、パターン寸法調整方法として非常に優れた方法となる。
【０１０８】
図８（ｄ）に示す輪郭強調マスク１ｄは透過性基板２ｄを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ｄと、半遮光部３ｄにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ｄと、半遮光部３ｄと開口部４ｄとの境界から所定の寸法だけ半遮光部３ｄ側に入った所に位置するリング状の位相シフター５ｄとを備えている。すなわち、位相シフター５ｄと開口部４ｄとの間にはリング状の半遮光部３ｄが介在している。
【０１０９】
図８（ｅ）に示す輪郭強調マスク１ｅは透過性基板２ｅを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ｅと、半遮光部３ｅにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ｅと、半遮光部３ｅと開口部４ｅとの境界から所定の寸法だけ半遮光部３ｅ側に入った所に位置する位相シフター５ｅとを備えている。位相シフター５ｅは、開口部４ｅの各辺の長さよりも長い矩形状をそれぞれ有し且つ開口部４ｅの対角線上で互いの角部が接する４つの位相シフター部からなる。ここで、位相シフター５ｅと開口部４ｅとの間には、リング状の半遮光部３ｅが介在している。輪郭強調マスク１ｅにおいては、位相シフター５ｅの大きさ及び配置を固定して開口部４ｅの幅（大きさ）のみを変更することによって、露光後に形成されるレジストパターンの寸法調整を行なうことができる。例えば、開口部４ｅの幅を大きくするに従ってレジストパターンの寸法も大きくなる。この開口部の幅のみを変更するパターン寸法調整方法によれば、開口部及び位相シフターの両方を同時にスケーリングしてパターン寸法の調整を行なう方法と比べて、ＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor ：マスク寸法変化量に対するパターン寸法変化量の比）を半分程度まで低減することができる。
【０１１０】
図８（ｆ）に示す輪郭強調マスク１ｆは透過性基板２ｆを用いたフォトマスクであって、露光光の一部を透過させる透過率を持つ半遮光部３ｆと、半遮光部３ｆにより囲まれ且つ孤立コンタクトパターンと対応する開口部４ｆと、半遮光部３ｆと開口部４ｆとの境界から所定の寸法だけ半遮光部３ｆ側に入った所に位置する位相シフター５ｆとを備えている。位相シフター５ｆは、開口部４ｆの各辺の長さと同一長さの矩形状をそれぞれ有し且つ開口部４ｆの各辺と対向する４つの位相シフター部からなる。ここで、位相シフター５ｆの各位相シフター部の長さは、開口部４ｆの各辺の長さよりも長くても短くても良い。輪郭強調マスク１ｆによれば、図８（ｃ）に示す輪郭強調マスク１ｃと同様にレジストパターンの寸法調整を行なうことができる。
【０１１１】
尚、図８（ｄ）〜（ｆ）に示す輪郭強調マスクにおいて、ＭＥＥＦの低減効果を大きくするためには、開口部と位相シフターとの間の半遮光部の幅は、λ／ＮＡ（λは露光光の波長、ＮＡは開口数）の５分の１程度以下であることが望ましい。また、ＤＯＦの向上効果を得るためには、前述の半遮光部の幅は、位相シフターによる光の干渉効果を及ぼすことができる寸法、つまりλ／ＮＡの１０分の１程度以下であることが望ましい。また、図８（ａ）〜（ｆ）に示す輪郭強調マスクにおいて、開口部の形状として正方形を用いたが、例えば８角形のような多角形又は円形等であってもよい。また、位相シフターの形状も、連続したリング形状又は複数個の長方形に限られない。例えば、複数個の正方形の位相シフター部を並べることによって位相シフターを形成してもよい。
【０１１２】
また、ここまで、ポジ型レジストプロセスを前提として、輪郭強調マスクにおけるレジスト除去部と対応する部分を開口部と定義して全ての説明を行なってきた。しかし、十分に高い透過率を有する位相シフターを利用できる場合、以上の説明に用いてきた輪郭強調マスクにおいて、開口部と定義してきた部分を透過率の高い位相シフターに置き換え、位相シフターと定義してきた部分を開口部に置き換え、半遮光部と定義してきた部分を透過率の低い位相シフター（例えばハーフトーン位相シフトマスクの位相シフター）に置き換えても、各構成要素間の相対位相差の関係は同じなので、同様の効果を有する輪郭強調マスクを実現できる。
【０１１３】
（第１の実施形態)
以下、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスク、その作成方法、及びそのフォトマスクを用いたパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。尚、第１の実施形態に係るフォトマスクは、前述の輪郭強調法を実現するための縮小投影露光システムのフォトマスクである。
【０１１４】
図９（ａ）は、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示している。
【０１１５】
ところで、露光機の縮小投影光学系の縮小倍率をＭとすると、通常のフォトマスクにおいては、露光光源に対して完全遮光膜となるクロム等の材料を用いて、所望のパターン（一般にはウェハ上での設計値を持つ）のＭ倍の大きさのパターンが、露光光源に対して高い透過率を有する材料からなる基板（透過性基板）の上に描かれている。しかしながら、本明細書においては、特に断らない限り、簡単のため、フォトマスクについて説明する場合にも、ウェハ上の寸法をＭ倍したマスク上の寸法は使わずに、ウェハ上の寸法を用いて説明する。また、本実施形態でパターン形成について説明する場合、特に断らない限り、ポジ型レジストプロセスを使用する場合を想定して説明する。すなわち、レジスト膜の感光部分が除去されるということを想定して説明する。一方、ネガ型レジストプロセスの使用を想定する場合、レジスト膜の感光部分がレジストパターンとなることを除いて、ポジ型レジストプロセスの使用を想定した説明と全く同じことになる。また、本実施形態においては、特に断らない限り、透過率を、透過性基板の透過率を１００％としたときの実効透過率で表す。
【０１１６】
図９（ｂ）は、第１の実施形態に係るフォトマスク、具体的には、図９（ａ）に示す所望のパターンを形成するためのフォトマスクの平面図である。図９（ｂ）に示すように、所望のパターンにおけるレジスト除去部に対応するように開口部（透光部）が設けられている。また、開口部を囲む遮光性のマスクパターンとして、露光光を完全に遮光する完全遮光部に代えて、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有し且つ開口部を基準として同位相で露光光を透過させる半遮光部を用いている。第１の実施形態においては、半遮光部の透過率を例えば７．５％に設定する。さらに、開口部の周辺には、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる位相シフター（周辺部）が設けられている。ここで、輪郭強調法の原理に従って、位相シフターを透過する光が、開口部及び半遮光部をそれぞれ透過する光を効果的に打ち消すことができるように、位相シフターの透過率を半遮光部の透過率よりも高い値、例えば２０％に設定する。
【０１１７】
尚、第１の実施形態においては、位相シフターの配置方法として、例えば図８（ｂ）に示すような、矩形状の開口部の各辺から所定の寸法以下の領域に該各辺と接するように位相シフターを配置する形式を採用している。
【０１１８】
図９（ｃ）は、図９（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図、つまり第１の実施形態に係るフォトマスクの断面図である。図９（ｃ）に示すように、開口部（透光部）形成領域の透過性基板１０の表面は露出している。また、位相シフター（周辺部）形成領域の透過性基板１０上に、開口部を基準として露光光を１８０度（実際には（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相差（反対位相）で透過させる下層位相シフト膜１１が形成されている。さらに、半遮光部形成領域の透過性基板１０上に、下層位相シフト膜１１と、開口部を基準として露光光を反対位相で透過させる上層位相シフト膜１２とが順次積層されている。下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２としては、例えばＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等の酸化物膜を用いることができる。但し、下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２とは互いに異なる酸化物膜から構成されていることが好ましい。ここで、下層位相シフト膜１１は、単体として２０％の透過率を有する位相シフト膜である。それに対して、下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２とが積層された構造は、７．５％の透過率を有し且つ開口部（透過性基板１０）との間で露光光に対して３６０度（実際には（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相差（同位相）を生じる半遮光膜として機能する。言い換えると、下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２との積層構造は、位相反転が発生しないハーフトーン膜として機能する。また、半遮光部と開口部との間には、下層位相シフト膜１１の単層構造からなる周辺部つまり位相シフターが形成される。以上のように、本実施形態のフォトマスクは輪郭強調マスクとして機能する。但し、前述のように、輪郭強調法によるコントラスト強調を得るためには、位相シフター幅を所定の寸法以下に制限する必要がある。
【０１１９】
ところで、以上の説明においては、図１０（ａ）に示すように、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のそれぞれが単層膜であることを前提としてきた。この場合、各位相シフト膜の光学定数は膜材料によって決まるので、各位相シフト膜の膜厚は位相シフト量によって決まってしまう。一方、透過率は光学定数のみならず膜厚にも依存するので、位相シフト膜の材料として、適切な光学定数を持つ材料、具体的には、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる膜厚において所定の透過率をちょうど実現できる材料が必ずしも存在するとは限らない。従って、第１の実施形態において、図１０（ｂ）に示すように、下層位相シフト膜１１が第１の透過率調整膜１１Ａと第１の透過率調整膜１１Ａ上に形成された第１の位相調整膜１１Ｂとを有し、且つ上層位相シフト膜１２が第２の透過率調整膜１２Ａと第２の透過率調整膜１２Ａ上に形成された第２の位相調整膜１２Ｂとを有する方が、各位相シフト膜において任意の透過率を実現する上では好ましい。ここで、第１の透過率調整膜１１Ａ及び第２の透過率調整膜１２Ａは、開口部を基準として露光光を同位相で透過させると共に露光光に対して相対的に低い透過率を有する。一方、第１の位相調整膜１１Ｂ及び第２の位相調整膜１２Ｂは、開口部を基準として露光光を反対位相で透過させると共に露光光に対して相対的に高い透過率を有する。第１の透過率調整膜１１Ａ及び第２の透過率調整膜１２Ａとしては、例えばＺｒ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ若しくはＴｉ等の金属からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）又は例えばＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金若しくはＴｉ−Ｓｉ合金等の金属合金からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）を用いることができる。第１の位相調整膜１１Ｂ及び第２の位相調整膜１２Ｂとしては、例えばＳｉＯ2 膜等の酸化膜を用いることができる。
【０１２０】
尚、図１０（ｂ）において、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２の両方が２層構造を有する場合を例として示しているが、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のうちの一方が２層構造であり、他方が単層構造であってもよい。
【０１２１】
また、本明細書において、透過率調整膜とは、露光光に対する単位厚さ当たりの透過率が相対的に低く、且つ露光光に対する位相変化に影響を与えることなく厚さの調節により露光光に対する透過率を所望値に設定できる膜を意味する。また、位相調整膜とは、露光光に対する単位厚さ当たりの透過率が相対的に高く、且つ露光光に対する透過率変化に影響を与えることなく厚さの調節により透過性基板（開口部）との間での露光光に対する位相差を所望値に設定できる膜を意味する。
【０１２２】
次に、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法について説明する。ここで、露光機を用いてマスクパターンの縮小転写を行なうときに、輪郭強調法の原理において説明したように、輪郭強調マスクによってコントラストの高い像を形成するために斜入射露光光源を用いるのがよい。ここで、斜入射露光光源とは、図１１（ａ）に示すような通常露光光源に対して、垂直入射成分が取り除かれた、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すような光源のことを意味する。代表的な斜入射露光光源としては、図１１（ｂ）に示す輪帯露光光源、及び図１１（ｃ）に示す四重極露光光源がある。目的のパターンに若干依存するが、一般に、輪帯露光光源よりも四重極露光光源の方がコントラストの強調又はＤＯＦの拡大において効果的である。しかし、四重極露光においてはパターン形状がマスク形状に対して歪むなどの副作用もあるので、そのような場合には、図１１（ｄ）に示す輪帯−四重極混成型露光光源を用いることが望ましい。この輪帯−四重極混成型露光光源の特徴は、光源中心（通常露光光源の中心）を原点としてＸＹ座標で考えたときに、光源中心とＸＹ軸上の光源とが取り除かれていることによって四重極の特徴を有する点と、光源の外形として円形が採用されていることにより輪帯の特徴をも有する点とである。
【０１２３】
図１２（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【０１２４】
まず、図１２（ａ）に示すように、基板１００上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜１０１を形成した後、図１２（ｂ）に示すように、被加工膜１０１の上に、ポジ型のレジスト膜１０２を形成する。
【０１２５】
次に、図１２（ｃ）に示すように、下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２との積層構造よりなる半遮光部と、下層位相シフト膜１１の単層構造よりなる位相シフターとを備えた、第１の実施形態に係るフォトマスクに対して、斜入射露光光源を用いて露光光１０３を照射し、該フォトマスクを透過した透過光１０４によってレジスト膜１０２を露光する。このとき、マスクパターンとして低透過率の半遮光部を用いているため、レジスト膜１０２の全体が弱いエネルギーで露光される。しかし、図１２（ｃ）に示すように、現像工程でレジスト膜１０２が溶解するに足りる露光エネルギーが照射されるのは、レジスト膜１０２におけるフォトマスクの透光部（開口部）と対応する潜像部分１０２ａのみである。
【０１２６】
次に、レジスト膜１０２に対して現像を行なって潜像部分１０２ａを除去することにより、図１２（ｄ）に示すように、レジストパターン１０５を形成する。このとき、図１２（ｃ）に示す露光工程において、開口部周辺の光が打ち消される結果、レジスト膜１０２における位相シフター（周辺部）と対応する部分にはほとんど露光エネルギーが照射されないので、開口部を透過する光と周辺部を透過する光との間の光強度分布のコントラスト、言い換えると、潜像部分１０２ａに照射される光と潜像部分１０２ａの周辺に照射される光との間の光強度分布のコントラストを強調できる。従って、潜像部分１０２ａにおけるエネルギー分布も急激に変化するので、シャープな形状を有するレジストパターン１０５が形成される。
【０１２７】
次に、第１の実施形態に係るフォトマスクの作成方法について図面を参照しながら説明する。
【０１２８】
図１３（ａ）〜（ｅ）は第１の実施形態に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、図１３（ｆ）は図１３（ｃ）の断面図と対応する平面図を示しており、図１３（ｇ）は図１３（ｅ）の断面図と対応する平面図を示している。
【０１２９】
まず、図１３（ａ）に示すように、露光光に対して透過性を持つ材料、例えば石英等よりなる透過性基板１０の上に、例えばＴａＳｉＯからなる下層位相シフト膜１１及び例えばＭｏＳｉＯからなる上層位相シフト膜１２を順次形成する。下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２としてはそれぞれ、例えばＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等からなる酸化物膜を用いることができる。但し、上層位相シフト膜１２を、下層位相シフト膜１１に対して選択的に除去できるように、下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２とは互いに異なる酸化物膜から構成されていることが好ましい。また、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２はそれぞれ、透過性基板１０の透光部（開口部）との間で露光光に対して（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）の位相差（反対位相）を生じる。ここで、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のうちの少なくと一方が、前述のような透過率調整膜と位相調整膜との２層構造を有していてもよい。
【０１３０】
次に、図１３（ｂ）に示すように、透過性基板１０の上に、半遮光部形成領域を覆う第１のレジストパターン１３、つまり、開口部（透光部）形成領域及び位相シフター（周辺部）形成領域のそれぞれに除去部を有する第１のレジストパターン１３を形成する。その後、第１のレジストパターン１３をマスクとして、上層位相シフト膜１２に対してエッチングを行なって上層位相シフト膜１２をパターン化した後、第１のレジストパターン１３を除去する。これにより、図１３（ｃ）及び図１３（ｆ）に示すように、上層位相シフト膜１２における開口部形成領域及び位相シフター形成領域のそれぞれと対応する部分が除去される。
【０１３１】
次に、図１３（ｄ）に示すように、透過性基板１０の上に、半遮光部形成領域及び位相シフター形成領域を覆う第２のレジストパターン１４、つまり開口部形成領域に除去部を有する第２のレジストパターン１４を形成する。その後、第２のレジストパターン１４をマスクとして、下層位相シフト膜１１に対してエッチングを行なって下層位相シフト膜１１をパターン化した後、第２のレジストパターン１４を除去する。これにより、図１３（ｅ）及び図１３（ｇ）に示すように、下層位相シフト膜１１における開口部形成領域と対応する部分が除去されて、第１の実施形態に係るフォトマスクが完成する。すなわち、輪郭強調マスクの平面構造を有する第１の実施形態に係るフォトマスクは、マスクブランクとして、ハーフトーン位相シフト膜を２層堆積させた透過性基板を用意し、その後、上層及び下層の位相シフト膜に対して順次選択的にエッチングを行なうことによって容易に形成できる。
【０１３２】
以上に説明したように、第１の実施形態によると、それぞれ露光光を位相反転させて透過させる下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２を透過性基板１０上に順次形成した後、開口部（透光部）形成領域及び位相シフター（周辺部）形成領域の上層位相シフト膜１２を除去し、その後、開口部形成領域の下層位相シフト膜１１を除去する。すなわち、開口部は透過性基板１０の露出部分からなり、半遮光部は下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２の積層構造からなり、位相シフターは下層位相シフト膜１１の単層構造からなる。ここで、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２の積層構造は開口部を基準として露光光を同位相で透過させる。このため、開口部と、開口部と同位相で露光光を透過させる半遮光部とによって、開口部と反対位相で露光光を透過させる位相シフターを挟むことができる。従って、開口部を透過する光と位相シフターを透過する光との相互干渉により、開口部と位相シフターとの間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【０１３３】
また、第１の実施形態によると、透過性基板１０上に積層された下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２に対してそれぞれ選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と位相シフター（周辺部）とを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【０１３４】
また、第１の実施形態によると、半遮光部を構成する、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２の積層構造のうちの、上層位相シフト膜１２を加工することによって任意の形状の位相シフターを形成できる。このため、輪郭強調マスクのパターンレイアウトとして、図９（ｂ）及び（ｃ）に示すタイプ、つまり図８（ｂ）に示すタイプに限られず、例えば図８（ａ）〜（ｆ）に示すタイプのいずれをも実現することが可能である。
【０１３５】
また、第１の実施形態によると、下層位相シフト膜１１の単層構造によって位相シフターの透過率を規定できると共に下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２との積層構造によって半遮光部の透過率を規定できるので、位相シフター及び半遮光部のそれぞれの透過率の組み合わせを任意に設定することができる。
【０１３６】
尚、第１の実施形態において、フォトマスクの半遮光部（下層位相シフト膜１１と上層位相シフト膜１２との積層構造）の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、本実施形態によるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【０１３７】
また、第１の実施形態において、ポジ型レジストプロセスの使用を前提として説明を行なったが、言うまでもなくポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いてもよい。ここで、いずれのプロセスを用いる場合にも、露光光源として、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ2 エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）等が利用できる。
【０１３８】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスク及びその作成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１３９】
第１の実施形態の第１変形例が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第１の実施形態においては、例えば図８（ａ）〜（ｃ）に示されるような、位相シフター（周辺部）と開口部（透光部）とが隣接するレイアウトの輪郭強調マスクを対象としたが、第１の実施形態の第１変形例においては、例えば図８（ｄ）〜（ｆ）に示されるような、位相シフターと開口部とが離間するレイアウトの輪郭強調マスクを対象とする。
【０１４０】
図１４（ａ）〜（ｅ）は第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、図１４（ｆ）は図１４（ｃ）の断面図と対応する平面図を示しており、図１４（ｇ）は図１４（ｅ）の断面図と対応する平面図を示している。
【０１４１】
まず、図１４（ａ）に示すように、露光光に対して透過性を持つ材料、例えば石英等よりなる透過性基板１０の上に、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２を順次形成する。下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２はそれぞれ、透過性基板１０の透光部（開口部）との間で露光光に対して（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）の位相差（反対位相）を生じる。ここで、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のうちの少なくとも一方が、透過率調整膜と位相調整膜との２層構造を有していてもよい（第１の実施形態参照）。
【０１４２】
次に、図１４（ｂ）に示すように、透過性基板１０の上に、半遮光部形成領域を覆う第１のレジストパターン１３、つまり、開口部（透光部）形成領域及び位相シフター（周辺部）形成領域のそれぞれに除去部を有する第１のレジストパターン１３を形成する。ここで、本変形例においては、開口部形成領域と位相シフター形成領域とが離間している。言い換えると、開口部形成領域と位相シフター形成領域との間に第１のレジストパターン１３が介在する。その後、第１のレジストパターン１３をマスクとして、上層位相シフト膜１２に対してエッチングを行なって上層位相シフト膜１２をパターン化した後、第１のレジストパターン１３を除去する。これにより、図１４（ｃ）及び図１４（ｆ）に示すように、上層位相シフト膜１２における開口部形成領域及び位相シフター形成領域のそれぞれと対応する部分が除去される。
【０１４３】
次に、図１４（ｄ）に示すように、透過性基板１０の上に、位相シフター形成領域を含む半遮光部形成領域を覆い且つ開口部形成領域に除去部を有する第２のレジストパターン１４を形成する。その後、第２のレジストパターン１４、及びパターン化された上層位相シフト膜１２をマスクとして、下層位相シフト膜１１に対してエッチングを行なって下層位相シフト膜１１をパターン化した後、第２のレジストパターン１４を除去する。これにより、図１４（ｅ）及び図１４（ｇ）に示すように、下層位相シフト膜１１における開口部形成領域と対応する部分が除去されて、第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクが完成する。
【０１４４】
第１の実施形態の第１変形例によると、第１の実施形態の効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、パターン化された上層位相シフト膜１２をマスクとして、下層位相シフト膜１１に対して自己整合的にエッチングを行なうことができるので、フォトマスク加工を正確に行なえる。
【０１４５】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスク及びその作成方法について、図面を参照しながら説明する。
【０１４６】
第１の実施形態の第２変形例が第１の実施形態と異なっている点は次の通りである。すなわち、第１の実施形態においては、例えば図８（ａ）〜（ｃ）に示されるような、位相シフター（周辺部）と開口部（透光部）とが隣接するレイアウトの輪郭強調マスクを対象としたが、第１の実施形態の第２変形例においては、第１の実施形態の第１変形例と同様に、例えば図８（ｄ）〜（ｆ）に示されるような、位相シフターと開口部とが離間するレイアウトの輪郭強調マスクを対象とする。
【０１４７】
図１５（ａ）〜（ｅ）は第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、図１５（ｆ）は図１５（ｃ）の断面図と対応する平面図を示しており、図１５（ｇ）は図１５（ｅ）の断面図と対応する平面図を示している。
【０１４８】
まず、図１５（ａ）に示すように、露光光に対して透過性を持つ材料、例えば石英等よりなる透過性基板１０の上に、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２を順次形成する。下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２はそれぞれ、透過性基板１０の透光部（開口部）との間で露光光に対して（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）の位相差（反対位相）を生じる。ここで、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のうちの少なくとも一方が、透過率調整膜と位相調整膜との２層構造を有していてもよい（第１の実施形態参照）。
【０１４９】
次に、図１５（ｂ）に示すように、透過性基板１０の上に、半遮光部形成領域及び開口部（透光部）形成領域を覆う第１のレジストパターン１３、つまり、位相シフター（周辺部）形成領域に除去部を有する第１のレジストパターン１３を形成する。その後、第１のレジストパターン１３をマスクとして、上層位相シフト膜１２に対してエッチングを行なって上層位相シフト膜１２をパターン化した後、第１のレジストパターン１３を除去する。これにより、図１５（ｃ）及び図１５（ｆ）に示すように、上層位相シフト膜１２における位相シフター形成領域と対応する部分が除去される。
【０１５０】
次に、図１５（ｄ）に示すように、透過性基板１０の上に、半遮光部形成領域及び位相シフター形成領域を覆う第２のレジストパターン１４、つまり、開口部形成領域に除去部を有する第２のレジストパターン１４を形成する。その後、第２のレジストパターン１４をマスクとして、上層位相シフト膜１２及び下層位相シフト膜１１に対して順次エッチングを行なって各位相シフト膜をパターン化した後、第２のレジストパターン１４を除去する。これにより、図１５（ｅ）及び図１５（ｇ）に示すように、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のそれぞれにおける開口部形成領域と対応する部分が除去されて、第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクが完成する。
【０１５１】
第１の実施形態の第２変形例によると、第１の実施形態の効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、本変形例においては、上層位相シフト膜１２における位相シフター形成領域と対応する部分を除去する工程（図１５（ｃ）参照）と、上層位相シフト膜１２における開口部形成領域と対応する部分を除去する工程（図１５（ｅ）参照）とを別々に行なう。このため、開口部と位相シフターとが微小幅で離間している場合、言い換えると、開口部と位相シフターとの間に、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２の積層構造よりなる微小幅の半遮光部を介在させる場合、フォトマスク加工のマージンが大きくなる。
【０１５２】
尚、第１の実施形態の第２変形例において、上層位相シフト膜１２における位相シフター形成領域と対応する部分を除去する工程を行なう前に、下層位相シフト膜１１及び上層位相シフト膜１２のそれぞれにおける開口部形成領域と対応する部分を除去する工程を行なってもよい。
【０１５３】
（第２の実施形態)
以下、本発明の第２の実施形態に係るフォトマスク、その作成方法、及びそのフォトマスクを用いたパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。尚、第２の実施形態に係るフォトマスクは、輪郭強調法を実現するための縮小投影露光システムのフォトマスクである。
【０１５４】
図１６（ａ）は、第２の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示している。尚、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、以下、ポジ型レジストプロセスを使用する場合を想定して説明する。また、本実施形態においては、特に断らない限り、透過率を、透過性基板の透過率を１００％としたときの実効透過率で表す。
【０１５５】
図１６（ｂ）は、第２の実施形態に係るフォトマスク、具体的には、図１６（ａ）に示す所望のパターンを形成するためのフォトマスクの平面図である。図１６（ｂ）に示すように、所望のパターンにおけるレジスト除去部に対応するように開口部（透光部）が設けられている。また、開口部を囲む遮光性のマスクパターンとして、露光光を完全に遮光する完全遮光部に代えて、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有し且つ開口部を基準として同位相で露光光を透過させる半遮光部を用いている。さらに、開口部の周辺には、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる位相シフター（周辺部）が設けられている。ここで、輪郭強調法の原理に従って、位相シフターを透過する光が、開口部及び半遮光部をそれぞれ透過する光を効果的に打ち消すことができるように、位相シフターの透過率を半遮光部の透過率よりも高い値に設定する。
【０１５６】
尚、第２の実施形態においては、位相シフターの配置方法として、例えば図８（ｂ）に示すような、矩形状の開口部の各辺から所定の寸法以下の領域に該各辺と接するように位相シフターを配置する形式を採用している。
【０１５７】
図１６（ｃ）は、図１６（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図、つまり第２の実施形態に係るフォトマスクの断面図である。図１６（ｃ）に示すように、開口部（透光部）形成領域の透過性基板２０の表面は露出している。また、位相シフター（周辺部）形成領域の透過性基板２０上に下層位相調整膜２１が形成されている。さらに、半遮光部形成領域の透過性基板２０上に、下層位相調整膜２１と透過率調整膜２２と上層位相調整膜２３とが順次積層されている。下層位相調整膜２１及び上層位相調整膜２３はそれぞれ、開口部を基準として露光光を１８０度（実際には（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相差（反対位相）で透過させる位相シフト膜となる。透過率調整膜２２は、露光光に対して下層位相調整膜２１及び上層位相調整膜２３よりも低い透過率を有する。下層位相調整膜２１及び上層位相調整膜２３としては、例えばＳｉＯ2 膜等の酸化膜を用いることができる。透過率調整膜２２としては、例えばＺｒ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ若しくはＴｉ等の金属からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）又は例えばＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金若しくはＴｉ−Ｓｉ合金等の金属合金からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）を用いることができる。また、下層位相調整膜２１は、単体として非常に高い透過率を有し、且つ開口部（透過性基板２０）を基準として反対位相で露光光を透過させる位相シフト膜である。また、透過率調整膜２２の透過率は、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造が露光光に対して所定の透過率（レジスト膜を感光させない程度の低透過率）を持つように設定されている。また、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造は、開口部（透過性基板２０）を基準として同位相（具体的には位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））で露光光を透過させる。すなわち、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造によって、開口部を基準として同位相で露光光を透過させ且つ露光光に対して所定の透過率を持つ半遮光部が構成される。このように、半遮光部と開口部との間に下層位相調整膜２１の単層構造からなる周辺部つまり位相シフターが形成され、それにより輪郭強調マスクが実現されている。但し、輪郭強調法によるコントラスト強調を得るためには、位相シフター幅を所定の寸法以下に制限する必要がある。
【０１５８】
このような第２の実施形態に係るフォトマスクの作成方法は次の通りである。すなわち、露光光に対して透過性を持つ材料（例えば石英等）よりなる透過性基板２０の上に、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３を順次形成した後、上層位相調整膜２３、透過率調整膜２２及び下層位相調整膜２１に対して順次選択的にエッチングを行なう。具体的には、下層位相調整膜２１を下層位相シフト膜とみなし、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３を上層位相シフト膜とみなせば、第２の実施形態に係るフォトマスクの作成方法においても、例えば図１３〜図１５に示す第１の実施形態に係るフォトマスクの作成方法をそのまま利用することができる。
【０１５９】
次に、第２の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法について説明する。ここで、露光機を用いてマスクパターンの縮小転写を行なうときに、輪郭強調法の原理において説明したように、輪郭強調マスクによってコントラストの高い像を形成するために、例えば図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すような斜入射露光光源を用いるのがよい。
【０１６０】
図１７（ａ）〜（ｄ）は第２の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【０１６１】
まず、図１７（ａ）に示すように、基板２００上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜２０１を形成した後、図１７（ｂ）に示すように、被加工膜２０１の上に、ポジ型のレジスト膜２０２を形成する。
【０１６２】
次に、図１７（ｃ）に示すように、下層位相調整膜２１と透過率調整膜２２と上層位相調整膜２３との積層構造よりなる半遮光部と、下層位相調整膜２１の単層構造よりなる位相シフターとを備えた、第２の実施形態に係るフォトマスクに対して、斜入射露光光源を用いて露光光２０３を照射し、該フォトマスクを透過した透過光２０４によってレジスト膜２０２を露光する。このとき、マスクパターンとして低透過率の半遮光部を用いているため、レジスト膜２０２の全体が弱いエネルギーで露光される。しかし、図１７（ｃ）に示すように、現像工程でレジスト膜２０２が溶解するに足りる露光エネルギーが照射されるのは、レジスト膜２０２におけるフォトマスクの透光部（開口部）と対応する潜像部分２０２ａのみである。
【０１６３】
次に、レジスト膜２０２に対して現像を行なって潜像部分２０２ａを除去することにより、図１７（ｄ）に示すように、レジストパターン２０５を形成する。このとき、図１７（ｃ）に示す露光工程において、開口部周辺の光が打ち消される結果、レジスト膜２０２における位相シフター（周辺部）と対応する部分にはほとんど露光エネルギーが照射されないので、開口部を透過する光と周辺部を透過する光との間の光強度分布のコントラスト、言い換えると、潜像部分２０２ａに照射される光と潜像部分２０２ａの周辺に照射される光との間の光強度分布のコントラストを強調できる。従って、潜像部分２０２ａにおけるエネルギー分布も急激に変化するので、シャープな形状を有するレジストパターン２０５が形成される。
【０１６４】
以上に説明したように、第２の実施形態によると、透過性基板２０の露出部分からなる開口部（透光部）と、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造からなる半遮光部とによって、下層位相調整膜２１の単層構造よりなる位相シフター（周辺部）が挟まれる。ここで、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造は開口部を基準として露光光を同位相で透過させる一方、下層位相調整膜２１の単層構造は開口部を基準として露光光を反対位相で透過させる。従って、開口部を透過する光と位相シフターを透過する光との相互干渉により、開口部と位相シフターとの間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【０１６５】
また、第２の実施形態によると、透過性基板２０上に積層された下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３に対してそれぞれ選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と位相シフター（周辺部）とを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【０１６６】
また、第２の実施形態によると、半遮光部を構成する、下層位相調整膜２１、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３の積層構造のうちの、透過率調整膜２２及び上層位相調整膜２３を加工することによって任意の形状の位相シフターを形成できる。このため、輪郭強調マスクのパターンレイアウトとして、図１６（ｂ）及び（ｃ）に示すタイプ、つまり図８（ｂ）に示すタイプに限られず、例えば図８（ａ）〜（ｆ）に示すタイプのいずれをも実現することが可能である。
【０１６７】
また、第２の実施形態によると、下層位相調整膜２１と上層位相調整膜２３との間に、各位相調整膜よりも透過率が低い透過率調整膜２２を設けることによって、半遮光部が形成されている。このため、該半遮光部と、下層位相調整膜２１の単層構造よりなる位相シフター（周辺部）との間の透過率の差を大きくすることができるので、開口部（透光部）と周辺部との間の光強度分布のコントラストをより強調できる。
【０１６８】
尚、第２の実施形態において、フォトマスクの半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、本実施形態によるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【０１６９】
また、第２の実施形態において、ポジ型レジストプロセスの使用を前提として説明を行なったが、言うまでもなくポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いてもよい。ここで、いずれのプロセスを用いる場合にも、露光光源として、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ2 エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）等が利用できる。
【０１７０】
また、第２の実施形態において、例えば図１６（ｃ）に示すように、半遮光部として、下層位相調整膜２１と透過率調整膜２２と上層位相調整膜２３との積層構造を用いた。しかし、これに代えて、例えば図１８（ａ）に示すように、半遮光部として、下層となる位相調整膜２１と上層となる透過率調整膜２２との２層構造を用いても、同様の効果を有するフォトマスクを実現できる。具体的には、図１８（ａ）に示す構造において、位相調整膜２１と、半遮光部形成領域の位相調整膜２１の上のみに形成された透過率調整膜２２とは、開口部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光膜を構成する。また、透過率調整膜２２は露光光に対して相対的に低い透過率を有する一方、位相調整膜２１は露光光に対して相対的に高い透過率を有する。これにより、位相調整膜２１と透過率調整膜２２とからなる半遮光膜は、露光光を部分的に透過させる透過率を有する。尚、透過率調整膜２２は開口部を基準として露光光を同位相で透過させると共に、半遮光部形成領域の位相調整膜２１も開口部を基準として露光光を同位相で透過させる。それに対して、位相シフター（周辺部）形成領域の位相調整膜２１は、開口部を基準として露光光が反対位相で透過する厚さを持つように薄膜化されている。図１６（ｃ）に示す構造と図１８（ａ）に示す構造とを比較した場合、図１６（ｃ）に示す構造は、マスク加工において上層位相調整膜２３のエッチングを行なう際に透過率調整膜２２をエッチングストッパーとして利用できるという点で、図１８（ａ）に示す構造よりも優れている。一方、図１８（ａ）に示す構造は、単層膜として形成された位相調整膜２１の厚さをエッチングにより変化させて位相シフターを形成できるという点で、言い換えると、フォトマスク構造の単純さの点で、図１６（ｃ）に示す構造よりも優れている。また、図１８（ａ）に示す構造によると、位相調整膜２１と透過率調整膜２２とからなる半遮光膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜２２の材料と位相調整膜２１の材料との組み合わせによって、該半遮光膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【０１７１】
また、第２の実施形態において、例えば図１６（ｃ）に示すように、位相シフター形成領域の下層位相調整膜２１の上には透過率調整膜２２が形成されていなかった。しかし、これに代えて、例えば図１８（ｂ）に示すように、位相シフター形成領域の下層位相調整膜２１の上にも透過率調整膜２２が形成されていてもよい。言い換えると、下層位相調整膜２１の単層構造よりなる位相シフターに代えて、下層位相調整膜２１及び透過率調整膜２２の積層構造よりなる位相シフターを用いてもよい。このとき、位相シフターの透過率と半遮光部の透過率とは同程度になる。図１６（ｃ）に示す構造と図１８（ｂ）に示す構造とを比較した場合、図１６（ｃ）に示す構造は、半遮光部よりも位相シフターにおいて高い透過率を実現できるという点で、つまり、輪郭強調法によるコントラスト向上効果の点で、図１８（ｂ）に示す構造よりも優れている。一方、図１８（ｂ）に示す構造は、位相シフターの透過率が低い分だけ位相シフターの寸法を大きくできるという点で、つまり、マスク加工の容易さの点で、図１６（ｃ）に示す構造よりも優れている。
【０１７２】
さらに、図１８（ｂ）に示す構造に代えて、例えば図１８（ｃ）に示すように、半遮光部及び位相シフターとして、下層となる透過率調整膜２２と上層となる位相調整膜２３との２層構造を用いても、同様の効果を有するフォトマスクを実現できる。具体的には、図１８（ｃ）に示す構造において、透過率調整膜２２と、半遮光部形成領域の位相調整膜２３とは、開口部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光膜を構成する。また、透過率調整膜２２は露光光に対して相対的に低い透過率を有する一方、位相調整膜２３は露光光に対して相対的に高い透過率を有する。これにより、透過率調整膜２２と位相調整膜２３とからなる半遮光膜は、露光光を部分的に透過させる透過率を有する。尚、透過率調整膜２２は開口部を基準として露光光を同位相で透過させると共に、半遮光部形成領域の位相調整膜２３も開口部を基準として露光光を同位相で透過させる。それに対して、位相シフター（周辺部）形成領域の位相調整膜２３は、開口部を基準として露光光が反対位相で透過する厚さを持つように薄膜化されている。図１８（ｂ）に示す構造と図１８（ｃ）に示す構造とを比較した場合、図１８（ｃ）に示す構造は、フォトマスク構造の単純さの点で優れている。また、位相調整膜２３の材料として、石英等よりなる透過性基板２０に対してエッチング選択比を高くしにくい材料が用いられる場合、図１８（ｃ）に示す構造は、位相調整膜２３のエッチング時に透過率調整膜２２を石英のエッチングを防止するためのエッチングストッパーとして利用できるという点でも優れている。さらに、図１８（ｃ）に示す構造によると、位相調整膜２３と透過率調整膜２２とからなる半遮光膜において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜２２の材料と位相調整膜２３の材料との組み合わせによって、該半遮光膜を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【０１７３】
ところで、第２の実施形態において、図１６（ｃ）に示す構造と図１８（ｂ）に示す構造との比較から分かるように、下層位相調整膜２１と上層位相調整膜２３との間に透過率調整膜２２が介在する同じ積層構造であっても、透過率調整膜２２の加工方法を変えるだけで異なる透過率の位相シフターを形成することができる。言い換えると、２層の位相調整膜で透過率調整膜を挟んだ構造を採用すると、同じフォトマスク上に、図１６（ｃ）に示す構造と図１８（ｂ）に示す構造の両方を実現できるので、パターン形状に応じて位相シフター（周辺部）の透過率を変化させることが可能となる。さらには、例えば図１８（ｄ）に示すように、位相シフター形成領域の下層位相調整膜２１の上に透過率調整膜２２が部分的に形成されている構造を採用した場合、位相シフターの実効的な透過率を、透過率調整膜２２による位相シフターの被覆面積率（＝（位相シフター形成領域の透過率調整膜２２の面積）／（位相シフターの面積））によって細かく調整することができる。従って、同一のフォトマスク上においてパターン形状に応じて位相シフターの透過率を任意に変化させることが可能になる。
【０１７４】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスク、その作成方法、及びそのフォトマスクを用いたパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。尚、第３の実施形態に係るフォトマスクは、輪郭強調法を実現するための縮小投影露光システムのフォトマスクである。
【０１７５】
図１９（ａ）は、第３の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示している。尚、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、以下、ポジ型レジストプロセスを使用する場合を想定して説明する。また、本実施形態においては、特に断らない限り、透過率を、透過性基板の透過率を１００％としたときの実効透過率で表す。
【０１７６】
図１９（ｂ）は、第３の実施形態に係るフォトマスク、具体的には、図１９（ａ）に示す所望のパターンを形成するためのフォトマスクの平面図である。図１９（ｂ）に示すように、所望のパターンにおけるレジスト除去部に対応するように開口部（透光部）が設けられている。また、開口部を囲む遮光性のマスクパターンとして、露光光を完全に遮光する完全遮光部に代えて、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有し且つ開口部を基準として同位相で露光光を透過させる半遮光部を用いている。さらに、開口部の周辺には、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる位相シフター（周辺部）が設けられている。ここで、輪郭強調法の原理に従って、位相シフターを透過する光が、開口部及び半遮光部をそれぞれ透過する光を効果的に打ち消すことができるように、位相シフターの透過率を半遮光部の透過率よりも高い値に設定する。
【０１７７】
尚、第３の実施形態においては、位相シフターの配置方法として、例えば図８（ｂ）に示すような、矩形状の開口部の各辺から所定の寸法以下の領域に該各辺と接するように位相シフターを配置する形式を採用している。
【０１７８】
図１９（ｃ）は、図１９（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図、つまり第３の実施形態に係るフォトマスクの断面図である。図１９（ｃ）に示すように、開口部形成領域の透過性基板３０の表面は露出している。また、半遮光部形成領域及び位相シフター形成領域の透過性基板３０上に、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有する半遮光膜（ハーフトーン膜）３１が形成されている。ハーフトーン膜３１としては、例えばＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等の酸化物膜を用いることができる。また、半遮光部形成領域のハーフトーン膜３１は、透過性基板３０（開口部）との間で露光光に対して３６０度（実際には（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相差（同位相）を生じる厚さを持つ。一方、位相シフター形成領域のハーフトーン膜３１は、開口部との間で露光光に対して（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）の位相差（反対位相）を生じる厚さを持つように薄膜化されている。すなわち、ハーフトーン膜３１は、その厚みを変えると、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる。
【０１７９】
以上のように、本実施形態のフォトマスクにおいては、ハーフトーン膜３１の厚膜部分よりなる半遮光部と開口部（透光部）との間に、ハーフトーン膜３１の薄膜部分よりなる周辺部つまり位相シフターが形成されており、それによって輪郭強調マスクの機能が実現されている。但し、この位相シフターにおいては、ハーフトーン膜３１を薄膜化することによって位相反転が生じていると共に、ハーフトーン膜３１の厚膜部分よりなる半遮光部と比べて露光光に対する透過率が増大している。また、輪郭強調法によるコントラスト強調を得るためには、位相シフター幅を所定の寸法以下に制限する必要がある。
【０１８０】
このような第３の実施形態に係るフォトマスクの作成方法は次の通りである。すなわち、露光光に対して透過性を持つ材料（例えば石英等）よりなる透過性基板３０の上に、ハーフトーン膜３１を形成した後、ハーフトーン膜３１に対して選択的にエッチングを行なう。
【０１８１】
次に、第３の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法について説明する。ここで、露光機を用いてマスクパターンの縮小転写を行なうときに、輪郭強調法の原理において説明したように、輪郭強調マスクによってコントラストの高い像を形成するために、例えば図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すような斜入射露光光源を用いるのがよい。
【０１８２】
図２０（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【０１８３】
まず、図２０（ａ）に示すように、基板３００上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜３０１を形成した後、図２０（ｂ）に示すように、被加工膜３０１の上に、ポジ型のレジスト膜３０２を形成する。
【０１８４】
次に、図２０（ｃ）に示すように、ハーフトーン膜３１の厚膜部分よりなる半遮光部と、ハーフトーン膜３１の薄膜部分よりなる位相シフターとを備えた、第３の実施形態に係るフォトマスクに対して、斜入射露光光源を用いて露光光３０３を照射し、該フォトマスクを透過した透過光３０４によってレジスト膜３０２を露光する。このとき、マスクパターンとして低透過率の半遮光部を用いているため、レジスト膜３０２の全体が弱いエネルギーで露光される。しかし、図２０（ｃ）に示すように、現像工程でレジスト膜３０２が溶解するに足りる露光エネルギーが照射されるのは、レジスト膜３０２におけるフォトマスクの透光部（開口部）と対応する潜像部分３０２ａのみである。
【０１８５】
次に、レジスト膜３０２に対して現像を行なって潜像部分３０２ａを除去することにより、図２０（ｄ）に示すように、レジストパターン３０５を形成する。このとき、図２０（ｃ）に示す露光工程において、開口部周辺の光が打ち消される結果、レジスト膜３０２における位相シフター（周辺部）と対応する部分にはほとんど露光エネルギーが照射されないので、開口部を透過する光と周辺部を透過する光との間の光強度分布のコントラスト、言い換えると、潜像部分３０２ａに照射される光と潜像部分３０２ａの周辺に照射される光との間の光強度分布のコントラストを強調できる。従って、潜像部分３０２ａにおけるエネルギー分布も急激に変化するので、シャープな形状を有するレジストパターン３０５が形成される。
【０１８６】
以上に説明したように、第３の実施形態によると、透過性基板３０の露出部分からなる開口部（透光部）と、ハーフトーン膜３１の厚膜部分よりなる半遮光部とによって、ハーフトーン膜３１の薄膜部分よりなる位相シフター（周辺部）が挟まれる。ここで、ハーフトーン膜３１の厚膜部分は開口部を基準として露光光を同位相で透過させる一方、ハーフトーン膜３１の薄膜部分は開口部を基準として露光光を反対位相で透過させる。従って、開口部を透過する光と位相シフターを透過する光との相互干渉により、開口部と位相シフターとの間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【０１８７】
また、第３の実施形態によると、半遮光部がハーフトーン膜３１の単層構造から構成されているため、マスク構造が非常に単純になる。また、ハーフトーン膜３１を部分的に薄膜化するだけで、言い換えると、ハーフトーン膜３１に凹部を設けるだけで位相シフター（周辺部）を簡単に形成できる。
【０１８８】
また、第３の実施形態によると、透過性基板３０上に形成されたハーフトーン膜３１に対して選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と位相シフターとを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【０１８９】
また、第３の実施形態によると、半遮光部となるハーフトーン膜３１を加工することによって任意の形状の位相シフターを形成できるので、輪郭強調マスクのパターンレイアウトとして、図１９（ｂ）及び（ｃ）に示すタイプ、つまり図８（ｂ）に示すタイプに限られず、例えば図８（ａ）〜（ｆ）に示すタイプのいずれをも実現することが可能である。
【０１９０】
尚、第３の実施形態において、フォトマスクの半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、前述のコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【０１９１】
また、第３の実施形態において、ポジ型レジストプロセスの使用を前提として説明を行なったが、言うまでもなくポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いてもよい。ここで、いずれのプロセスを用いる場合にも、露光光源として、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ2 エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）等が利用できる。
【０１９２】
また、第３の実施形態において、ハーフトーン膜３１の構造として、低透過率の透過率調整膜と高透過率の位相調整膜とが積層された２層構造を用いてもよい（図１８（ａ）及び（ｃ）参照）。このようにすると、ハーフトーン膜３１において所望の位相差と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、ハーフトーン膜３１を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。
【０１９３】
また、第３の実施形態において、例えば図２１（ａ）の平面図及びそれと対応する図２１（ｂ）の断面図に示すように、ハーフトーン膜３１の薄膜部分からなる位相シフター（周辺部）を開口部（透光部）と接するように設けた。しかし、これに代えて、例えば図２１（ｃ）の平面図及びそれと対応する図２１（ｄ）の断面図に示すように、ハーフトーン膜３１の薄膜化部分を開口部から所定の寸法だけ離して設けてもよい。言い換えると、位相シフターと開口部とを離間させ、両者の間にハーフトーン膜３１の厚膜部分よりなる半遮光部を設けてもよい。このとき、図２１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、ハーフトーン膜３１を部分的に薄膜化するだけで、言い換えると、ハーフトーン膜３１に凹部を設けるだけで位相シフターを形成できる。その結果、多層膜構成の半遮光部を用いる場合と比べて、位相シフターと開口部との間に微小幅の半遮光部を介在させたときにも、該微小幅の半遮光部を構成する膜の剥離を抑制できる。一方、位相シフターと開口部との間に、多層膜構成を有する微小幅の半遮光部を設けた場合、該半遮光部は、下層膜上に形成された上層膜の微小な孤立領域として存在するので、上層膜の加工時に該孤立領域が剥離しやすくなる。
【０１９４】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスク、その作成方法、及びそのフォトマスクを用いたパターン形成方法について、図面を参照しながら説明する。尚、第４の実施形態に係るフォトマスクは、輪郭強調法を実現するための縮小投影露光システムのフォトマスクである。
【０１９５】
図２２（ａ）は、第４の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示している。尚、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、以下、ポジ型レジストプロセスを使用する場合を想定して説明する。また、本実施形態においては、特に断らない限り、透過率を、透過性基板の透過率を１００％としたときの実効透過率で表す。
【０１９６】
図２２（ｂ）は、第４の実施形態に係るフォトマスク、具体的には、図２２（ａ）に示す所望のパターンを形成するためのフォトマスクの平面図である。図２２（ｂ）に示すように、所望のパターンにおけるレジスト除去部に対応するように開口部（透光部）が設けられている。また、開口部を囲む遮光性のマスクパターンとして、露光光を完全に遮光する完全遮光部に代えて、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有し且つ開口部を基準として同位相で露光光を透過させる半遮光部を用いている。さらに、開口部の周辺には、開口部を基準として反対位相で露光光を透過させる位相シフター（周辺部）が設けられている。ここで、輪郭強調法の原理に従って、位相シフターを透過する光が、開口部及び半遮光部をそれぞれ透過する光を効果的に打ち消すことができるように、位相シフターの透過率を半遮光部の透過率よりも高い値に設定する。
【０１９７】
尚、第４の実施形態においては、位相シフターの配置方法として、例えば図８（ｂ）に示すような、矩形状の開口部の各辺から所定の寸法以下の領域に該各辺と接するように位相シフターを配置する形式を採用している。
【０１９８】
図２２（ｃ）は、図２２（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図、つまり第４の実施形態に係るフォトマスクの断面図である。図２２（ｃ）に示すように、開口部形成領域の透過性基板４０の表面は露出している。また、半遮光部形成領域の透過性基板４０上に、レジスト膜を感光させない程度の低透過率（６〜１５％程度）を有する半遮光膜（ハーフトーン膜）４１が形成されている。ハーフトーン膜４１は、透過性基板４０（開口部）との間で露光光に対して３６０度（実際には（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相差（同位相）を生じる。また、位相シフター形成領域の透過性基板４０は、開口部との間で露光光に対して（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）の位相差（反対位相）を生じる厚さを持つように掘り下げられている。すなわち、位相シフター形成領域の透過性基板４０には掘り下げ部４０ａが設けられている。
【０１９９】
尚、ハーフトーン膜４１としては、例えばＺｒ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ若しくはＴｉ等の金属からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）又は例えばＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金若しくはＴｉ−Ｓｉ合金等の金属合金からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）を用いることができる。本実施形態においては、ハーフトーン膜４１として、例えば、開口部との間での位相差が僅少値になるように薄膜化され、且つそれによりレジスト膜を感光させない程度の低透過率を持つに至った遮光膜（通常のフォトマスクの遮光膜として用いられるクロム膜等）の単層構造を用いる。
【０２００】
このように、本実施形態のフォトマスクによると、ハーフトーン膜４１よりなる半遮光部と開口部（透光部）との間に、透過性基板４０の掘り下げ部４０ａよりなる位相シフター（周辺部）が形成されており、それにより輪郭強調マスクの機能が実現されている。但し、輪郭強調法によるコントラスト強調を得るためには、位相シフター幅を所定の寸法以下に制限する必要がある。
【０２０１】
次に、第４の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法について説明する。ここで、露光機を用いてマスクパターンの縮小転写を行なうときに、輪郭強調法の原理において説明したように、輪郭強調マスクによってコントラストの高い像を形成するために、例えば、図１１（ｂ）〜（ｄ）に示すような斜入射露光光源を用いるのがよい。
【０２０２】
図２３（ａ）〜（ｄ）は第４の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【０２０３】
まず、図２３（ａ）に示すように、基板４００上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜４０１を形成した後、図２３（ｂ）に示すように、被加工膜４０１の上に、ポジ型のレジスト膜４０２を形成する。
【０２０４】
次に、図２３（ｃ）に示すように、ハーフトーン膜４１よりなる半遮光部と、透過性基板４０の掘り下げ部４０ａよりなる位相シフター（周辺部）とを備えた、第４の実施形態に係るフォトマスクに対して、斜入射露光光源を用いて露光光４０３を照射し、該フォトマスクを透過した透過光４０４によってレジスト膜４０２を露光する。このとき、マスクパターンとして低透過率の半遮光部を用いているため、レジスト膜４０２の全体が弱いエネルギーで露光される。しかし、図２３（ｃ）に示すように、現像工程でレジスト膜４０２が溶解するに足りる露光エネルギーが照射されるのは、レジスト膜４０２におけるフォトマスクの透光部（開口部）と対応する潜像部分４０２ａのみである。
【０２０５】
次に、レジスト膜４０２に対して現像を行なって潜像部分４０２ａを除去することにより、図２３（ｄ）に示すように、レジストパターン４０５を形成する。このとき、図２３（ｃ）に示す露光工程において、開口部周辺の光が打ち消される結果、レジスト膜４０２における位相シフター（周辺部）と対応する部分にはほとんど露光エネルギーが照射されないので、開口部を透過する光と周辺部を透過する光との間の光強度分布のコントラスト、言い換えると、潜像部分４０２ａに照射される光と潜像部分４０２ａの周辺に照射される光との間の光強度分布のコントラストを強調できる。従って、潜像部分４０２ａにおけるエネルギー分布も急激に変化するので、シャープな形状を有するレジストパターン４０５が形成される。
【０２０６】
次に、第４の実施形態に係るフォトマスクの作成方法について図面を参照しながら説明する。
【０２０７】
図２４（ａ）〜（ｅ）は第４の実施形態に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、図２４（ｆ）は図２４（ｃ）の断面図と対応する平面図を示しており、図２４（ｇ）は図２４（ｅ）の断面図と対応する平面図を示している。
【０２０８】
まず、図２４（ａ）に示すように、露光光に対して透過性を持つ材料、例えば石英等よりなる透過性基板４０の上にハーフトーン膜４１を形成する。ここで、ハーフトーン膜４１としては、前述のように、薄膜化された単層遮光膜を用いる。
【０２０９】
次に、図２４（ｂ）に示すように、透過性基板４０の上に、半遮光部形成領域及び開口部（透光部）形成領域のそれぞれを覆う第１のレジストパターン４２、つまり、位相シフター（周辺部）形成領域に除去部を有する第１のレジストパターン４２を形成する。その後、第１のレジストパターン４２をマスクとして、ハーフトーン膜４１及び透過性基板４０のそれぞれに対してエッチングを行なった後、第１のレジストパターン４２を除去する。これにより、図２４（ｃ）及び図２４（ｆ）に示すように、ハーフトーン膜４１における位相シフター形成領域と対応する部分が除去される。また、位相シフター形成領域の透過性基板４０が、開口部を基準として露光光が反対位相で透過する厚さを持つように掘り下げられる。具体的には、透過性基板４０における位相シフター形成領域と対応する部分に、１８０度（具体的には（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数））の位相反転を生じる掘り下げ部４０ａが形成される。
【０２１０】
次に、図２４（ｄ）に示すように、透過性基板４０の上に、ハーフトーン膜４１における半遮光部形成領域と対応する部分を覆う第２のレジストパターン４３を形成する。その後、第２のレジストパターン４３をマスクとして、ハーフトーン膜４１に対してエッチングを行なった後、第２のレジストパターン４３を除去する。これにより、図２４（ｅ）及び図２４（ｇ）に示すように、ハーフトーン膜４１における開口部形成領域と対応する部分が除去されて、第４の実施形態に係るフォトマスクが完成する。すなわち、輪郭強調マスクの平面構造を有する第４の実施形態に係るフォトマスクは、マスクブランクとして、薄膜化された遮光膜を堆積させた透過性基板を用意し、その後、該遮光膜及び透過性基板に対して順次エッチングを行なうことによって容易に形成できる。
【０２１１】
以上に説明したように、第４の実施形態によると、透過性基板４０の露出部分からなる開口部（透光部）と、ハーフトーン膜４１よりなる半遮光部とによって、透過性基板４０の掘り下げ部４０ａよりなる位相シフター（周辺部）が挟まれる。ここで、ハーフトーン膜４１は開口部を基準として露光光を同位相で透過させる一方、掘り下げ部４０ａは開口部を基準として露光光を反対位相で透過させる。従って、開口部を透過する光と位相シフターを透過する光との相互干渉により、開口部と位相シフターとの間の光強度分布のコントラストを強調できる。また、このコントラスト強調効果は、例えばポジ型レジストプロセスにおいて斜入射露光を用いて微細な孤立レジスト除去部（つまり透光部と対応する微細な孤立スペースパターン）を形成する場合にも得られる。すなわち、斜入射露光により、孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化することができる。
【０２１２】
また、第４の実施形態によると、半遮光部がハーフトーン膜４１の単層構造から構成されているため、マスク構造が非常に単純になる。
【０２１３】
また、第４の実施形態によると、透過性基板４０上にハーフトーン膜４１を形成した後、ハーフトーン膜４１及び透過性基板４０に対してそれぞれ選択的にエッチングを行なうことによって、半遮光部と位相シフター（周辺部）とを有する任意形状のマスクパターンの作成を容易に行なえる。
【０２１４】
また、第４の実施形態によると、例えば図２４（ａ）〜（ｅ）に示すフォトマスク形成方法を用いて、透過性基板４０及びハーフトーン膜４１の積層構造を加工することによって任意の形状の位相シフターを形成できるので、輪郭強調マスクのパターンレイアウトとして、図２２（ｂ）及び（ｃ）に示すタイプ、つまり図８（ｂ）に示すタイプに限られず、例えば図８（ａ）〜（ｆ）に示すタイプのいずれをも実現することが可能である。
【０２１５】
また、第４の実施形態によると、ハーフトーン膜４１として、通常のフォトマスクの遮光膜を薄膜化して用いているため、マスクブランクとして用意すべき基板の構造を単純にできる。すなわち、透過性基板上に単層薄膜が形成されたマスクブランクを用意して、単層薄膜及び透過性基板のそれぞれに対してエッチングを行なうだけで、フォトマスク加工を容易に行なえる。例えば、通常のハーフトーン位相シフトマスク用のマスクブランクとして、位相調整膜と透過率調整膜との２層構造が形成された透過性基板が用いられているが、本実施形態においては、ハーフトーン位相シフトマスク用のマスクブランクのうち位相調整膜が堆積されていないもの、言い換えると、透過率調整膜のみが透過性基板上に形成されたマスクブランクを用いてもよい。すなわち、ハーフトーン膜４１として、薄膜化された遮光膜を用いることにより、マスクブランク製造において従来技術を利用できるという実用的なメリットが生じる。
【０２１６】
ここで、薄膜化された遮光膜をハーフトーン膜４１つまり半遮光部として使用したことに起因する位相変化（開口部と半遮光部との間に生じる位相差）がパターン形成に及ぼす影響をシミュレーションにより検討した結果について、図２５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。シミュレーション条件は、露光光の波長λ＝０．１９３μｍ（ＡｒＦ光源）、露光機の投影光学系の開口数ＮＡ＝０．６、輪帯照明である。
【０２１７】
図２５（ａ）は、シミュレーションに用いた輪郭強調マスクの平面図を示している。図２５（ａ）に示すように、開口部及び位相シフターのそれぞれの幅は２００ｎｍ及び５０ｎｍであり、開口部、位相シフター及び半遮光部のそれぞれの透過率は１００％、１００％及び７．５％である。また、位相シフターは、開口部との間で１８０度の位相差を生じ、半遮光部は、開口部との間で０〜３０度の位相差を生じる。
【０２１８】
図２５（ｂ）は、半遮光部が開口部との間で０度、１０度、２０度及び３０度の位相差を生じるような、図２５（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して露光を行なった場合における線分ＡＡ’と対応する光強度分布のシミュレーション結果を示している。図２５（ｂ）に示すように、半遮光部と開口部との間の位相差が３０度程度までであれば、光強度分布におけるコントラストはほとんど影響を受けないことが分かる。
【０２１９】
図２５（ｃ）は、半遮光部が開口部との間で０度、１０度、２０度及び３０度の位相差を生じるような、図２５（ａ）に示す輪郭強調マスクに対して露光を行なった場合におけるパターン仕上がり寸法（ＣＤ：Critical Dimension）のフォーカス依存性のシミュレーション結果を示している。図２５（ｃ）に示すように、半遮光部と開口部との間の位相差が変化すると、ＣＤがピークとなるベストフォーカス位置が変化する。しかし、前述の位相差が変化しても、フォーカス変動に対するＣＤの変化しにくさ、つまり焦点深度はほとんど変化していない。ところで、フォトマスク上の全ての部分に対応して、同様のベストフォーカス位置の変動が発生することは、パターン形成において全く問題を生じない。パターン形成で問題となるのは焦点深度の値のみである。すなわち、半遮光部と開口部との間の位相差が３０度程度までであれば、フォーカス特性上、特に問題がないと言える。
【０２２０】
従って、本実施形態において、半遮光部となるハーフトーン膜４１として、薄膜化された遮光膜を用いた場合、厳密な意味での輪郭強調マスク（半遮光部と開口部との間の位相差が０度）を実現することはできないが、薄膜によって生じる位相差が３０度程度以下であれば、輪郭強調法による効果が失われないことが分かる。具体的には、遮光膜の材料としてＴａ、Ｃｒ又はそれらを含む合金等を用いた場合、ＡｒＦ光源に対して開口部との間で３０度程度の位相差を発生する遮光膜の厚さは概算で３０ｎｍ以上である。そして、この厚さは、１０％程度以下の透過率を実現するために十分な厚さである。
【０２２１】
尚、第４の実施形態において、フォトマスクの半遮光部の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り等を防止しながら、本実施形態によるコントラスト強調効果を確実に得ることができる。
【０２２２】
また、第４の実施形態において、ポジ型レジストプロセスの使用を前提として説明を行なったが、言うまでもなくポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いてもよい。ここで、いずれのプロセスを用いる場合にも、露光光源として、例えば、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）又はＦ2 エキシマレーザ光（波長１５７ｎｍ）等が利用できる。
【０２２３】
また、第４の実施形態において、ハーフトーン膜４１の構造として、低透過率の透過率調整膜と高透過率の位相調整膜とが積層された２層構造を用いてもよい。このようにすると、ハーフトーン膜４１において所望の位相差（具体的には（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下の位相差）と所望の透過率との組み合わせを任意に選べると共に、透過率調整膜の材料と位相調整膜の材料との組み合わせによって、ハーフトーン膜４１を加工するためのエッチング時の選択比を向上させることができる。また、例えば、本実施形態でハーフトーン膜４１として用いた、遮光膜の単層薄膜の上に、位相調整膜を堆積することによって、開口部と半遮光部との間の位相差を０度としてもよいことは言うまでもない。
【０２２４】
また、第４の実施形態において、例えば図２２（ｂ）の平面図及びそれと対応する図２２（ｃ）の断面図に示すように、透過性基板４０の掘り下げ部４０ａ、つまり位相シフターを開口部と接するように設けた。しかし、これに代えて、例えば図２６（ａ）の平面図及びそれと対応する図２６（ｂ）の断面図に示すように、半遮光部としてハーフトーン膜４１を用いると共に、透過性基板４０の掘り下げ部４０ａを開口部から所定の寸法だけ離して設けてもよい。言い換えると、位相シフター（周辺部）と開口部（透光部）とを離間させ、両者の間に半遮光部を設けてもよい。また、図２６（ｂ）に示すフォトマスクにおけるハーフトーン膜４１のみからなる半遮光部に代えて、低透過率の単層薄膜の上に位相調整膜が堆積されてなる半遮光部を用いたフォトマスクの断面構成を図２６（ｃ）に示す。図２６（ｃ）に示すフォトマスクにおいては、半遮光部として、低透過率の透過率調整膜４１Ａと高透過率の位相調整膜４１Ｂとが積層された２層構造を用いており、それによって、半遮光部と開口部との間の位相差を０度としている。ここで、透過率調整膜４１Ａとしては、例えばＺｒ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ若しくはＴｉ等の金属からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）又は例えばＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金若しくはＴｉ−Ｓｉ合金等の金属合金からなる薄膜（厚さ３０ｎｍ以下）を用いることができる。また、位相調整膜４１Ｂとしては、例えばＳｉＯ2 膜等の酸化膜を用いることができる。
【０２２５】
ところで、図２６（ｃ）に示すフォトマスクのように、位相シフターと開口部とを離間させる微小幅の半遮光部が厚い多層膜構成を有している場合、具体的には、位相シフターと開口部との間に、下層の透過率調整膜４１Ａ上に形成された厚い位相調整膜４１Ｂの微小な孤立領域が存在する場合、位相調整膜４１Ｂの加工時に該孤立領域が剥離しやすくなる。それに対して、位相シフターと開口部との間に３０度程度までの位相差が生じてもよいことを利用して、フォトマスクの断面構成を図２６（ｄ）のようにしてもよい。すなわち、位相シフターと開口部との間の微小幅の半遮光部としては、位相調整膜４１Ｂのない薄い透過率調整膜４１Ａの単層構造を用いてもよい。透過率調整膜４１Ａの単層構造は、その厚さに応じて、開口部との間で僅少な位相差を生じる。このようにすると、位相シフターと開口部との間に微小幅の半遮光部を介在させたときにも、該微小幅の半遮光部を構成する膜の剥離を抑制しつつ、輪郭強調法による効果が得られるフォトマスク作成が可能となる。例えば、本実施形態においては、半遮光部形成領域の全体に亘って、遮光膜の単層薄膜よりなるハーフトーン膜４１を用いたが、これに代えて、位相シフターと開口部との間の半遮光部としては、ハーフトーン膜４１の単層構造を用い、その他の領域の半遮光部としては、ハーフトーン膜４１とその上に形成された位相調整膜との積層構造を用いてもよい。
【０２２６】
また、第１〜第４の実施形態において、フォトマスクにおける開口部（透光部）及び位相シフター（周辺部）以外の部分が全て半遮光部であることを前提としてきた。しかし、フォトマスクにおける開口部及び位相シフターのそれぞれから十分離れた部分、つまり、フォトマスクにおける、開口部及び位相シフターのそれぞれから光学的な干渉効果の影響がほとんど無視できる距離（＝２×λ／ＮＡ（λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数である））以上離れた部分は完全遮光部であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２２７】
本発明は、パターン形成方法に関し、半導体集積回路装置の製造に用いられる微細パターン形成用のフォトマスクを用いたパターン形成方法に適用した場合、斜入射露光により孤立スペースパターンと孤立ラインパターン又は密集パターンとを同時に微細化できるという効果が得られ、非常に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２２８】
【図１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の輪郭強調法の原理を説明する図である。
【図２】（ａ）〜（ｆ）は従来の位相端を利用したイメージ強調効果における光源形状に対する依存性を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は本発明の輪郭強調法における位相シフターの寸法限界を説明する図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の輪郭強調法における位相シフターの寸法限界を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｆ）は本発明の輪郭強調マスクによる孤立パターン形成における様々な光源位置からの露光光入射によって生じる光強度分布を説明する図である。
【図６】（ａ）〜（ｆ）は従来のハーフトーン位相シフトマスクによる孤立パターン形成における様々な光源位置からの露光光入射によって生じる光強度分布を説明する図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の輪郭強調マスクにおける半遮光部の透過率に対するコントラスト及びＤＯＦの依存性を説明する図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）はコンタクトパターンと対応する開口部が設けられた輪郭強調マスクにおける、半遮光部と位相シフターとによって構成される遮光性のマスクパターンのレイアウトのバリエーションを示す図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクにおいて下層位相シフト膜及び上層位相シフト膜のそれぞれが単層膜である場合の断面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクにおいて下層位相シフト膜及び上層位相シフト膜のそれぞれが透過率調整膜と位相調整膜との積層膜である場合の断面図である。
【図１１】（ａ）は通常の露光光源の形状を示す図であり、（ｂ）は輪帯露光光源の形状を示す図であり、（ｃ）は四重極露光光源の形状を示す図であり、（ｄ）は輪帯−四重極混成型露光光源の形状を示す図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、（ｆ）は（ｃ）の断面図と対応する平面図であり、（ｇ）は（ｅ）の断面図と対応する平面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、（ｆ）は（ｃ）の断面図と対応する平面図であり、（ｇ）は（ｅ）の断面図と対応する平面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、（ｆ）は（ｃ）の断面図と対応する平面図であり、（ｇ）は（ｅ）の断面図と対応する平面図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図である。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクにおける断面構成のバリエーションを示す図である。
【図１９】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクにおいてハーフトーン膜の薄膜部分が開口部と接するように位置している場合の平面図及び断面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクにおいてハーフトーン膜の薄膜部分が開口部から所定の寸法だけ離れて位置している場合の平面図及び断面図である。
【図２２】（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクを用いて形成しようとする所望のパターンの一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｃ）は（ｂ）におけるＡＡ’線の断面図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の各工程を示す断面図である。
【図２４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの作成方法の各工程を示す断面図であり、（ｆ）は（ｃ）の断面図と対応する平面図であり、（ｇ）は（ｅ）の断面図と対応する平面図である。
【図２５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの半遮光部として、薄膜化された遮光膜を使用したことに起因する位相変化がパターン形成に及ぼす影響を説明する図である。
【図２６】（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクにおいて透過性基板の掘り下げ部分が開口部から所定の寸法だけ離れて位置している場合の平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）はそれぞれ同場合の断面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｇ）は従来のハーフトーン位相シフトマスクによるイメージ強調原理を説明する図である。
【符号の説明】
【０２２９】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ  輪郭強調マスク
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ  透過性基板
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ  半遮光部
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ  開口部
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ  位相シフター
１０    透過性基板
１１    下層位相シフト膜
１１Ａ  第１の透過率調整膜
１１Ｂ  第１の位相調整膜
１２    上層位相シフト膜
１２Ａ  第２の透過率調整膜
１２Ｂ  第２の位相調整膜
１３    第１のレジストパターン
１４    第２のレジストパターン
２０    透過性基板
２１    下層位相調整膜
２２    透過率調整膜
２３    上層位相調整膜
３０    透過性基板
３１    ハーフトーン膜
４０    透過性基板
４０ａ  掘り下げ部
４１    ハーフトーン膜
４１Ａ  透過率調整膜
４１Ｂ  位相調整膜
１００    基板
１０１    被加工膜
１０２    レジスト膜
１０２ａ  潜像部分
１０３    露光光
１０４    透過光
１０５    レジストパターン
２００    基板
２０１    被加工膜
２０２    レジスト膜
２０２ａ  潜像部分
２０３    露光光
２０４    透過光
２０５    レジストパターン
３００    基板
３０１    被加工膜
３０２    レジスト膜
３０２ａ  潜像部分
３０３    露光光
３０４    透過光
３０５    レジストパターン
４００    基板
４０１    被加工膜
４０２    レジスト膜
４０２ａ  潜像部分
４０３    露光光
４０４    透過光
４０５    レジストパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003727331.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003727331.tif 000006
【図６】
0003727331.tif 000007
【図７】
0003727331.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003727331.tif 000011
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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