(57)【要約】      （修正有）【課題】ハーフトーン型位相シフトマスクであってこれに形成されたパターンの寸法が光源光の波長程度の大きさであっても、空中像が像面に関して対称となるようなハーフトーン型位相シフトマスク及びこれを用いた露光方法を提供すること。【解決手段】光源から放射された光の通過を許す基準領域と光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスク（１４）を用いて露光対象面を露光する方法である。ただし、ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する振幅位相変調領域の位相変調量は、{３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）}（ｎは整数）である。【選択図】図１
2006292840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光対象面を露光する方法であって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域における下記式のφの値が前記基準領域における下記式のφの値より１８２°〜２０３°大きいことを特徴とする、露光方法。
φ＝φ１−φ２
【数１】
2006292840.tif 000009
（i：各領域に存する位相変調層の番号、ｎｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の屈折率、ｔｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の厚さ、λ：光の波長）
【数２】
2006292840.tif 000010
（ｉ：各領域に存する界面を規定する層の番号、ｎｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の屈折率、ｋｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の消衰係数）
【請求項２】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光対象面を露光する方法であって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する振幅位相変調領域の位相変調量が、前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として、１８０度を超える値であることを特徴とする、露光方法。
【請求項３】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光対象面を露光する方法であって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する振幅位相変調領域の位相変調量が、前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として{３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）}（ｎは整数）であることを特徴とする、露光方法。
【請求項４】
前記光源は超高圧水銀灯であり、前記光はｉ線を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項５】
１／２倍〜１倍の結像光学系を用いて前記露光対象面への結像を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項６】
前記基準領域が、最小径が０．４〜０．８μｍである孤立パターンを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の露光方法。
【請求項７】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域における下記式のφの値が前記基準領域における下記式のφの値より１８２°〜２０３°大きいことを特徴とする、ハーフトーン型位相シフトマスク。
φ＝φ１−φ２
【数３】
2006292840.tif 000011
（i：各領域に存する位相変調層の番号、ｎｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の屈折率、ｔｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の厚さ、λ：光の波長）
【数４】
2006292840.tif 000012
（ｉ：各領域に存する界面を規定する層の番号、ｎｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の屈折率、ｋｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の消衰係数）
【請求項８】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として、１８０度を超える値であることを特徴とする、ハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項９】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する前記振幅位相変調領域の位相変調量が、{３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）}（ｎは整数）であることを特徴とする、ハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項１０】
前記基準領域が、最小径が０．４〜０．８μｍである孤立パターンを含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載のハーフトーン型位相シフトマスク。
【請求項１１】
光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクであって、
前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域は、像面近傍における光強度の分布が前記像面に対して対称になる層構造を有することを特徴とする、ハーフトーン型位相シフトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハーフトーン型位相シフトマスク及び該マスクを用いて行う露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子、ディスプレイ等の製造においては、半導体、ガラス、樹脂等からなる基板上に設けられた材料上に塗布されたフォトレジストの面に、フォトマスクに形成された電子回路のパターン（以下単に「パターン」という。）を露光し、転写するフォトリソグラフィが用いられている。液晶表示装置の製造工程においてもフォトリソグラフィの技術が用いられているが、以下に示すように他の用途とは異なる特徴がある。
【０００３】
例えば、液晶表示装置の製造工程におけるフォトリソグラフィにおいては、大面積の露光対象面を高速に露光するために露光倍率が等倍とされている。
【０００４】
また、露光に用いられる光の波長は現在多用されているｉ線（波長３６５ｎｍ）より短い波長を用いれば、深い焦点深度が得られるという利点があり、このような短波長を得るために例えばエキシマレーザの使用が考えられる。しかし、エキシマレーザは高価であり、また発振が不安定で保守が困難であるという問題があるため、比較的価格が安く、また動作が安定しており、保守が容易である超高圧水銀灯のｉ線が使用されている。
【０００５】
さらに、露光されるパターンの微細化の要求に伴い、露光倍率と露光波長とを維持したまま、露光寸法を微細化することが求められている。しかし、現状のクロムマスクを用いる限り、露光寸法の微細化は焦点深度の浅化を招くため、使用されるフォトマスクとして、比較的深い焦点深度が得られるハーフトーン型位相シフトマスクの採用が試みられている。
【０００６】
前記ハーフトーン型位相シフトマスクは、光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域を備える。前記ハーフトーン型位相シフトマスクによれば、前記基準領域を通過した光と前記振幅位相変調領域を通過した光とはこれらの位相が反転する（１８０°の位相差）ため、両通過光の境界部では位相反転による光強度低下が起こり、露光対象面における光強度分布の裾の拡がりが抑えられる（非特許文献１参照）。そのため、現状のクロムマスクよりも深い焦点深度が得られる。
【非特許文献１】「フォトマスク技術のはなし」  １９９７年１０月２０日  株式会社  工業調査会発行  第２２９〜２３２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的にフォトマスクの焦点深度については、像面近傍における光強度分布（空中像）を見ることにより、その深浅を判断することができる。すなわち、前記光強度分布の変化が光軸方向に関して少ないとき、焦点深度は深いと判断できる。前記ハーフトーン型位相シフトマスクにおける焦点深度も像面近傍における光強度分布により評価でき、クロムマスクと比べて光強度分布の変化が光軸方向に関して少ない、すなわち焦点深度が深いことが分っている。なお、マスクのパターンが波長と比べて十分大きいときには、像面近傍における光強度分布は像面に対して対称（ミラー対称）であることが知られている。
【０００８】
しかし、発明者が検討した結果、前記ハーフトーン型位相シフトマスクにあっても、これに形成されたパターンの寸法が光源光の波長と比べてこれと同程度かこれよりも小さいときは、その光強度分布の光軸に対する変化が大きくなることが分った。このとき、光強度分布が像面に対して非対称になるという現象を伴うことが分った。この結果、焦点深度は浅くなってしまうという課題があった。
【０００９】
本発明の目的は、ハーフトーン型位相シフトマスクであってこれに形成されたパターンの寸法が光源光の波長と同程度の大きさであっても、空中像を像面に対して対称にし、その結果光軸方向の変化を少なくして焦点深度を深くするようなハーフトーン型位相シフトマスク及びこれを用いた露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクを用いて露光対象面を露光する方法であって、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域における下記式のφの値が前記基準領域における下記式のφの値より１８２°〜２０３°大きいことを特徴とする。
φ＝φ１−φ２
【００１１】
【数５】
2006292840.tif 000003
（i：各領域に存する位相変調層の番号、ｎｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の屈折率、ｔｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の厚さ、λ：光の波長）
【００１２】
【数６】
2006292840.tif 000004
（ｉ：各領域に存する界面を規定する層の番号、ｎｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の屈折率、ｋｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の消衰係数）
【００１３】
露光方法に係る他の発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する振幅位相変調領域の位相変調量が、前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として、１８０度を超える値であることを特徴とする。
【００１４】
露光方法に係るさらに他の発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する振幅位相変調領域の位相変調量が、前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として｛３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）｝（ｎは整数）であることを特徴とする。
【００１５】
前記光源及び光はそれぞれ超高圧水銀灯及びこれが発するｉ線とすることができる。前記露光対象面への結像は、１／２倍〜１倍の結像光学系を用いて行うことができる。前記基準領域が、最小径が０．４〜０．８μｍである孤立パターンを含むものとすることができる。
【００１６】
また、本発明は、光源から放射された光の通過を許す基準領域と前記光の一部の通過を許す振幅位相変調領域とを有するハーフトーン型位相シフトマスクであって、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域における下記式のφの値が前記基準領域における下記式のφの値より１８２°〜２０３°大きいことを特徴とする。
φ＝φ１−φ２
【００１７】
【数７】
2006292840.tif 000005
（i：各領域に存する位相変調層の番号、ｎｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の屈折率、ｔｉ：各領域に存するｉ番目の位相変調層の厚さ、λ：光の波長）
【００１８】
【数８】
2006292840.tif 000006
（ｉ：各領域に存する界面を規定する層の番号、ｎｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の屈折率、ｋｉ：各領域に存する界面を規定するｉ番目の層の消衰係数）
【００１９】
ハーフトーン型位相シフトマスクに係る他の発明は、前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として、１８０度を超える値であることを特徴とする。
【００２０】
ハーフトーン型位相シフトマスクに係るさらに他の発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの基準領域に対する前記振幅位相変調領域の位相変調量が、｛３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）｝（ｎは整数）であることを特徴とする。
【００２１】
ハーフトーン型位相シフトマスクに係るさらに他の発明は、前記ハーフトーン型位相シフトマスクの振幅位相変調領域が、像面近傍における光強度の分布が前記像面に対して対称になる層構造を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明にあっては、前記式中のφ１はハーフトーン型位相シフトマスクにおける基準領域及び振幅位相変調領域をそれぞれ構成する材料中を光が伝搬することにより発生する位相差を示し、φ２は前記材料の界面に生じる位相飛び（位相の変化）を示す。
【発明の効果】
【００２３】
ハーフトーン型位相シフトマスク及びこれを用いた露光方法に係る本発明によれば、前記振幅位相変調領域におけるφ＝φ１−φ２の値から、前記基準領域におけるφ＝φ１−φ２の値を減じた値を１８２°〜２０３°に設定することにより、ハーフトーン型位相シフトマスクについての光強度分布すなわち空中像を像面に対して対称にし、光軸方向に関する変化を少なくすることができる。このため、比較的深い焦点深度を得ることができる。このことから、比較的大きい板厚偏差を有するガラス基板であっても、これを被露光基板とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る露光方法を説明する図１を参照すると、光源１０から放射された光１２が、ハーフトーン型位相シフトマスク（以下単に「マスク」という。）１４を通り、レンズを含む結像光学系１６を経て、シリコンウエハやガラス基板、樹脂基板等からなる露光対象物１８に塗布されたフォトレジストが規定する面（露光対象面）２０に到達し、該露光対象面を露光する。これにより、マスク１４に形成されたパターン（図２参照）が転写される。このとき、露光対象面は結像光学系１６により決定される像面、もしくはその近傍に配置される。露光倍率は１/２〜１倍とすることができる。
【００２５】
光源１０は例えば超高圧水銀灯からなり、該水銀灯から放射される光１２はｉ線（波長３６５ｎｍ）を含む。
【００２６】
図２に示すように、マスク１４は光１２の通過を許す複数の基準領域２２と、光１２の一部の通過を許す振幅位相変調領域２４とを有する。ここで、光の通過に関しては、光源で決まる所定の波長の光を考える。また、光１２の一部の通過とは、光のエネルギの一部のみを通過させること、すなわち減衰させることを意味する。また、基準領域２２では、振幅位相変調領域２４と比べて、光の減衰は少ないものとする。図示の例では、個々の基準領域２２が矩形の平面形状を有する孤立パターンを規定する。このため、前記孤立パターンが露光対象面２０に露光される。前記孤立パターンは、一例として、０．４〜０．８μｍの一辺の長さ（最小長さ）（円形の場合は最小径）を有するものとすることができる。
【００２７】
図３〜図７に示すように、マスク１４は石英基板２６と、その表面上に積層されたハーフトーン膜２８とからなり、基準領域２２は石英基板２６の一部からなり、振幅位相変調領域２４はハーフトーン膜２８とその直下に位置する石英基板２６の他の一部とからなる。
【００２８】
ハーフトーン膜２８は、CrON、MoSiON、WSiON、SiN等の光吸収材料からなり、これを通過する光の約９９〜８０％を吸収する。したがって、基準領域２２がほぼ１００％の光透過率を有するのに対し、振幅位相変調領域２４は約１〜２０％の光透過率を有する。
【００２９】
すなわち、振幅位相変調領域２４を通過する光は、その位相が後述するように変調されるほか、その振幅も同時に変調される。
【００３０】
振幅位相変調領域２４の一部をなすハーフトーン膜２８は、図３、図４及び図７に示すように単層から構成されてもよく、又は図５及び図６に示すように２層３０，３２からなるもの、あるいは３以上の複数層（図示せず）からなるものとすることもできる。図５及び図６に示すように、厚さ寸法の異なる２層３０，３２の上下位置を互いに逆にしてもよい。
【００３１】
また、図４及び図７に示すように、基準領域２２における石英基板２６の表面（図において上面）３４と振幅位相変調領域２４における表面３６とが段差をなすように設定することができる。図４に示す例では、石英基板２６の一部が切り欠かれており、図上において、基準領域２２における表面３４が振幅位相変調領域２４における表面３６より低位にある。図７に示す例では、ハーフトーン膜２８の一部が石英基板２６中に部分的に埋め込まれるように配置されているため、反対に、基準領域２２における表面３４が振幅位相変調領域２４における表面３６より高位にある。
【００３２】
基準領域２２と振幅位相変調領域２４とにおける層構造の違いが位相差を発生するが、位相差の発生に寄与する単数もしくは複数の層を位相変調層と呼ぶことにする。例えば図４に示す例では、基準領域２２においては空気層４０が、振幅位相変調領域２４においては基板の一部の層３８とハーフトーン膜２８とが位相変調層である。
【００３３】
本発明に係るマスク１４により得られる位相変調量は、１８０°を超える大きさ、好ましくは１８２°〜２０３°、より詳細には前記位相シフトマスク通過後の光の波面が前記光源側にずれる方向を正として｛３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）｝（ｎは整数）である。前記位相変調量をこのような値に設定することにより、焦点深度を、従来の１８０°に設定する場合と比べて、より大きいものすなわちより深いものとすることができる。
【００３４】
このような効果は、後述するように、前記ハーフトーン型位相シフトマスクについて、その振幅位相変調領域を、像面近傍における光強度の分布が前記像面に対して対称になる層構造を有するものとすることによって得ることができる。
【００３５】
前記位相変調量はマスク１４の両領域２２，２４に次の２式をそれぞれ適用して得られた値φ（＝φ１−φ２）の差である。
【００３６】
【数９】
2006292840.tif 000007
ここに、iは各領域に存する位相変調層の番号、ｎｉは各領域２２，２４に存するｉ番目の位相変調層の屈折率、ｔｉは各領域に存するｉ番目の位相変調層の厚さ、λは光１２の波長である。
【００３７】
【数１０】
2006292840.tif 000008
ここにｉ：各領域２２，２４に存する界面を規定する層の番号、ｎｉは各領域２２，２４に存する界面を規定するｉ番目の層の屈折率、ｋｉは各領域２２，２４に存する界面を規定するｉ番目の層の消衰係数である。ｉは光源側から順番に付けるものとする。最外界面の外側の材料まで考慮しないとならない。例えば図３の構造における位相変調領域２４においては、基板２６およびハーフトーン膜２８に接する空気層も考慮する。なお、φはマスク透過後の波面が光源側にずれる方向を正としており、φを求めるときにφ１は正、φ２は負として加算しているのは、これに合わせるためである。
【００３８】
前記φ１の計算式から明らかなように、前記位相変調量は、位相変調層の厚さを大きくすることにより、その大きさをより大きいものに設定することができる。ただし、前記位相変調量を変えるに当たり、振幅変調量は変化しないようにすることが望ましい。例えば、ハーフトーン膜２８が単一の層からなる場合には該単一層の材料組成を変えることにより、また複数層からなる場合には各層の光学特性が異なることを利用して、材料組成を変えることなしに、各層の厚さを加減することにより、前記位相変調量と前記振幅変調量とを同時に制御することができる。
【００３９】
前記φ１算出式における位相変調層は、図３に示すマスク１４の例では、基準領域２２においては空気層４０であり、振幅位相変調領域２４においてはハーフトーン膜２８である。また、図５及び図６に示す例では、それぞれ、基準領域２２においては空気層４０であり、振幅位相変調領域２４においてはハーフトーン膜（層３０及び層３２）２８である。
【００４０】
これに対して、図４に示す例における前記位相変調層は、基準領域２２においては空気層４０であり、振幅位相変調領域２４においては石英基板の一部３８及びハーフトーン膜２８である。また、図７に示す例では、基準領域２２においては石英基板２６の一部３８および空気層４０であり、振幅位相変調領域２４においてはハーフトーン膜２８である。
【００４１】
以上の説明で分るように、前記φ１の計算上、基準領域２２と振幅位相変調領域２４とにおける共通部分、すなわち図３、図５及び図６の例においては石英基板２６、図４及び図７の例では石英基板２６における位相変調層３８よりも下方に存する部分については、前記φの計算において計算式φ１中の要素ｎiが相殺されることとなるため、これらの共通部分については実際には計算式φ１の要素とする必要はない。
【００４２】
次に、計算式φ２における界面を規定する層は、図３、図５及び図６に示す例では、それぞれ、基準領域２２においては石英基板２６とこれに接する空気層４０とであり、振幅位相変調領域２４においては石英基板２６と、ハーフトーン膜２８（図５及び図６の例では層３０及び層３２）とこれに接する空気層４０である。また、図４に示す例では、基準領域２２においては石英基板２６とこれに接する空気層４０とであり、振幅位相変調領域２４においては石英基板２６と、層３８と、ハーフトーン膜２８とこれに接する空気層４０であり、図７に示す例では、基準領域２２においては石英基板２６と層３８と該層に接する空気層４０とであり、振幅位相変調領域２４においては石英基板２６とハーフトーン膜２８とこれに接する空気層４０である。φ２の計算では、φ１の計算と異なり、共通部分の層構造も考慮しなければならない。
【００４３】
計算式φ１は、前記位相変調層の中を伝搬するときに生じる光１２の位相差を表す。
【００４４】
また、計算式φ２は、層相互間の界面に生じる光１２の位相飛び（位相の変化）を表す。これは、また、屈折率ｎi及び消衰係数ｋiを有する層から屈折率ｎｉ＋１及び消衰係数ｋｉ＋１を有する層へ光が入射するときのこれらの層の界面におけるフレネル係数（光の複素振幅の比）τ＝２（ni-iki）／（ni+ni+1-i(ki+ki+1)）の位相角である。
【００４５】
なお、φの計算では、界面による繰り返し反射の影響を考慮していない。これは、ハーフトーン型位相シフトマスクでは、前記層の消衰係数すなわち吸収率が大きいため、無視することができるからである。
【００４６】
マスク１４の位相変調量及び透過率は、層構造がわからなくとも位相差測定装置（例えばマッハ・ツェンダー干渉計を用いる方式のもの）により測定することができる。また、前記層の屈折率及び消衰係数はエリプソメータにより測定することができる。
【００４７】
次に、図３に示す単一層からなるハーフトーン膜を有するマスクについて、ハーフトーン膜の材料と厚みを変えた場合の像面近傍の空中像（光強度分布図）を図８（ａ）〜図１０（ａ）と図８（ｂ）〜図１０（ｂ）とに示す。マスクパターンは図２と同様な0.5μｍ角の正方形を用いた。これらの図において、光強度は等高線で示され、これらの等高線で囲まれた部分のうち、最内方の等高線で囲まれた部分の光強度が最も高い。光強度の値は、透過率１００％のマスクに対応する強度を１に規格化した。また、各図の上方位置に前記ハーフトーン膜の厚さ寸法の設定値（Ｔ）と、得られた位相変調量（°）とが示されている。なお、位相変調量は設定値（Ｔ）から前記計算式φにより求めた値である。
【００４８】
図８、図９及び図１０に示すマスクにおける前記ハーフトーン膜の光学特性は、それぞれ、ｎ＝２．０及びｋ＝０．５１９と、ｎ＝２．４０及びｋ＝０．７１９と、ｎ＝３．０及びｋ＝１．０４とである。
【００４９】
各図における縦軸及び横軸は、それぞれ、像面からの距離（μｍ）及び像面上の座標（μｍ）を示す。縦軸の０はその面が像面であることを表す。縦軸の値は結像光学系に近い方を正で表す。また、横軸の０点は矩形パターンの中心を表す。
【００５０】
図８−図１０（ｂ）から明らかなように、位相差を１８０°に設定した場合はいずれも光強度分布は像面に対して非対称であり、それに伴い光軸方向の変化が大きい、すなわち焦点深度が狭いことが分る。それに対して、図８−１０（ａ）から明らかなように位相差を１８０°より大きく設定した場合は、いずれも光強度分布は像面に対して対称となり、それに伴い光軸方向の変化が少なくなる、すなわち焦点深度が深くなることが分る。これは、位相変調量を１８０°とするマスクと比べて、１８０度を超える位相変調量を有する本発明に係るマスク１４の方が深い焦点深度を有することを示す。
【００５１】
次に、図９（ａ）の条件を中心としてハーフトーン膜２８の厚さを変えた場合の空中像を図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。ただし、図１１（ｂ）は図９（ａ）と同一であり、参照のために再掲した。
【００５２】
図１１（ａ）及び（ｃ）は、それぞれ、図１１（ｂ）に示す位相変調量（１８７°）を最適値として、この値との差が±５°である位相変調量（１９２°及び１８２°）の場合の空中像を示す。これらの空中像は、それぞれ、図上においてほぼ上下に対称をなしているといえる。位相変調量の最適値から±５°の範囲にある位相変調量下において前記したような対称性を実現できることは、図４〜７に示す他のマスク１４においても同様であった。
【００５３】
前記計算によれば、前記最適値から±５°の範囲を超える位相変調量においては、前記空中像の対称性が完全に崩れ、焦点深度が浅くなることが確認できる。
【００５４】
図５及び図６に示すマスク１４の例について行った、図８〜図１０に示す例におけると同様の検討結果を、それぞれ、図１２（ａ），（ｂ）及び図１３（ａ），（ｂ）に示す。
【００５５】
図１２に示す例において、ハーフトーン膜の層３０及び層３２はそれぞれCrON及びCrNからなり、それぞれの厚みは（ａ）が135nmと20nm、（ｂ）が128nmと20nmである。図１３に示す例においては、ハーフトーン膜の層３２及び層３０はそれぞれCrN及びCrONからなり、それぞれの厚みは（ａ）が20nmと135nm、（ｂ）が20nmと125nmである。
【００５６】
図１２及び図１３に示す例における前記位相変調量の最適値はそれぞれ１９０°及び１９４°であり、この層構造においても最適な位相差は１８０°より大きいことが分る。
【００５７】
図１４に、図８−１０の結果（図３に示す構造のマスク）、および図１２の結果（図５に示す構造のマスク）、図１３の結果（図６に示す構造のマスク）で得られた最適な位相変調量を、上限値（＋５°）及び下限値（−５°）と共にまとめて示す。
【００５８】
図１４に示す値をグラフに示すと図１５のようになる。実線で示す折れ線が各マスクについての最適位相変調量を示し、その上下の破線で示す折れ線がそれぞれ上限値及び下限値を示す。
【００５９】
このグラフから、前記対称性を有する空中像を実現する位相変調量、すなわち深い焦点深度を得られる位相変調量の値として、１８２°〜２０３°又は｛３６０°×ｎ＋（１８２°〜２０３°）｝が得られる。
【実施例１】
【００６０】
次の条件でフォトレジストに対する露光を行った。
波長          ３６５ｎｍ（ｉ線）
露光倍率      等倍
開口数        ０．３５
σ（コヒーレンスファクタ）
０．４
露光パターン  ０．５μｍ角正方形開口
マスク構造    図６に示す、位相変調量が１９４°のハーフトーン型位相シフトマスク１４でありその石英基板２６は６．３５ｍｍの厚さを有し、またそのハーフトーン膜２８の層３２，３０がそれぞれ２０ｎｍ及び１３５ｎｍの厚さ寸法を有する。層３２，３０は、それぞれ、CrN及びCrONからなる。
【００６１】
その結果、フォトレジスト膜の面（露光対象面）のパターンの直径が０．５μｍ±その１０％の範囲にあることを有効であるとの判断基準の下、焦点深度６μｍを得た。比較のため、位相変調量が１８０°である同様の構造のハーフトーン型位相シフトマスクを用いて同様の露光を行ったところ、得られた焦点深度は１μｍであった。このことから、本発明に係るマスクを用いた露光方法によれば、従来に比べて、より焦点深度を深くすることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】露光装置の概略図である。
【図２】ハーフトーン型位相シフトマスクの一例の平面図である。
【図３】図２の線３−３に沿って得た断面図である。
【図４】他のハーフトーン型位相シフトマスクの例の図３と同様の断面図である。
【図５】さらに、他のハーフトーン型位相シフトマスクの例の図３と同様の断面図である。
【図６】さらに、他のハーフトーン型位相シフトマスクの例の図３と同様の断面図である。
【図７】さらに、他のハーフトーン型位相シフトマスクの例の図３と同様の断面図である。
【図８】（ａ）は本発明に係るハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像（光強度分布図）であり、（ｂ）は同型の従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像である。
【図９】（ａ）は本発明に係る他の位相変調量のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像であり、（ｂ）は同型の従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像である。
【図１０】（ａ）は本発明に係るさらに他の位相変調量のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像であり、（ｂ）は同型の従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ異なる位相変調量に設定された図９に示すハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像であり、（ｂ）は図9（ａ）と同一である。
【図１２】（ａ）は本発明に係る他の位相変調量のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像であり、（ｂ）は同型の従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像である。
【図１３】（ａ）は本発明に係るさらに他の位相変調量のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像であり、（ｂ）は同型の従来のハーフトーン型位相シフトマスクを用いることによって得られた空中像である。
【図１４】本発明に係る異なる型のハーフトーン型位相シフトマスクについての位相変調量の最適値及びその上下限値を示す表である。
【図１５】図１４に示す値をプロットして得られたグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
１０  光源
１２  光
１４  ハーフトーン型位相シフトマスク
１６  結像光学系
２０  露光対象面
２２，２４  基準領域及び振幅位相変調領域
３８  位相変調層
【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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