(57)【要約】【課題】  ＭＥＥＦ（Mask Effective Error Factor)に起因する転写の際の線幅誤差を低減できるフォトマスクを提供する。【解決手段】  基板１１上に順次、主光減衰層１２、中間層１４、及び副光減衰層１３が形成されている。主光減衰層１２は、原版パターンに対応して配置される開口部Ａ１〜Ａ４と主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３とを含み、中間層１４は、スペーサ層ＳＰと高さ制御層ＨＣとを含み、副光減衰層１３は、開口部Ａ１〜Ａ４上に位置する副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４と、これらの間のエッチングストッパー層ＥＳとを含む。【選択図】  図１
2006330635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを転写するためのフォトマスクにおいて、
前記パターンに対応して配置される光透過部と光減衰部とを含む光減衰層と、
前記光減衰層における前記光透過部の広さに応じて前記光透過部の減光量を制御する減光量制御層とを有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
パターンを転写するためのフォトマスクにおいて、
前記パターンに対応して配置される光透過部と光減衰部とを含む第１の光減衰層と、
前記第１の光減衰層の前記光透過部と実質的に同一位置に配置される光減衰部を含む第２の光減衰層とを有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
前記第１の光減衰層の前記光減衰部の減衰率と前記第２の光減衰層の前記光減衰部の減衰率とが異なることを特徴とする請求項２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
前記第１の光減衰層の前記光減衰部のうちの最小の幅をＬ、前記第１の光減衰層と前記第２の光減衰層との間隔をＤ、前記フォトマスクが照明される露光ビームの開口半角をθとしたとき、
Ｄ・ｔａｎθ≦Ｌ
の関係が成立することを特徴とする請求項２または３に記載のフォトマスク。
【請求項５】
前記第１の光減衰層と前記第２の光減衰層との間隔が０〜３μｍであることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記第１の光減衰層の前記光透過部に対して前記第２の光減衰層の前記光減衰部の大きさが実質的に等しいか、または一定の面積だけ小さいことを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載のフォトマスク。
【請求項７】
パターンを基板上に露光する露光方法において、
前記パターンに対応して配置される光透過部と光減衰部とを含む光減衰層を露光ビームで照明し、
前記マスクの前記光透過部の広さに応じて前記光透過部の減光量を制御することを特徴とする露光方法。
【請求項８】
前記マスクの前記光透過部の広さに応じて前記光透過部の減光量を制御する減光量制御層を用いるとともに、
前記光減衰層の前記光減衰部のうちの最小の幅をＬ、前記光減衰層と前記減光量制御層との間隔をＤ、前記露光ビームの開口半角をθとしたとき、
Ｄ・ｔａｎθ≦Ｌ
の関係が成立することを特徴とする請求項７に記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶ディスプレイ等の表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等の各種デバイスを製造するためのリソグラフィ工程で、原版パターンを基板上に転写するために使用されるフォトマスクに関する。さらに本発明は、フォトマスクを用いる露光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えばＣＰＵやＤＲＡＭ等の半導体素子を製造するためのリソグラフィ工程中で、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置又はスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）等を用いて、レチクル等のフォトマスクのパターンが投影光学系を介して基板（感応基板）としての感光材料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写されている。従来の通常のフォトマスクは、ガラス基板上に金属膜等の遮光層を形成した後、転写すべき回路パターンに合わせてその遮光層を電子線描画装置等を用いてパターニングすることによって製造されていた。
【０００３】
近年は、半導体素子の微細化に応じて解像度を高めるために、ハーフトーンマスク又は減衰型位相シフトマスク（Attenuated Phase Shift Mask)が実用化されている。前者のハーフトーンマスクは、遮光層の遮光効果を弱め、光減衰層としたものである。後者の減衰型位相シフトマスクは、その光減衰層に位相反転効果を持たせるか、又は光減衰層とは別に位相反転層を付加したものである（例えば、特許文献１参照）。さらに、ハーフトーンマスクにおいては、光減衰層とは別に完全に光を遮る遮光パターンを用いたトライ・レベル・マスク（Tri-Level-Mask）もあるが、このマスクにおいては、転写用のパターンは光透過部（減衰層なし、かつ遮光層なし）、光減衰部（減衰層あり、かつ遮光層なし）、及び遮光部（減衰層任意、かつ遮光層あり）の組合わせにより形成される。さらに別種の位相シフトマスクも存在するが、その全てがパターン転写に用いられる遮光層としては基本的に一層の遮光層又は光減衰層のみを有する。
【特許文献１】特開平７−２８１４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の半導体素子の回路パターンの微細化に伴い、マスク製造誤差がウエハ上への転写の際の線幅誤差（例えば感光材料を現像して得られるパターンの線幅の誤差）に与える影響を小さくすることが求められている。これは許容される線幅誤差が小さくなっていることや、マスク上の線幅誤差がウエハ上に転写されるときに拡大される割合であるＭＥＥＦ（Mask Effective Error Factor)が増大していることによる。そのＭＥＥＦの要因は、マスク上における開口幅が大きな開口パターンからと開口幅が小さな開口パターンからとでは、回折光の出方が異なり、大きな開口パターンの方が小さな開口パターンに比べて強い回折光を発生し、また回折角が小さな回折光の成分の方が回折角が大きな回折光の成分に比べて相対的に強くなることによる。その結果、投影光学系を介して得られた像に関しては、大きな開口パターンの方が小さな開口パターンより明るい像を作るために、小さな開口のパターンに比べて大きな開口パターンの転写の際の線幅誤差が大きくなる。
【０００５】
本発明は斯かる点に鑑み、例えばＭＥＥＦに起因するような転写の際の線幅誤差を低減できるフォトマスクを提供することを第１の目的とする。
さらに本発明は、転写の際の線幅誤差を低減できる露光技術を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による第１のフォトマスクは、パターンを転写するためのフォトマスクにおいて、そのパターンに対応して配置される光透過部（Ａ１〜Ａ４）と光減衰部（Ｍ１〜Ｍ３）とを含む光減衰層（１２）と、その光減衰層におけるその光透過部の広さに応じてその光透過部の減光量を制御する減光量制御層（１３；１３Ａ；１３Ｂ）とを有するものである。
【０００７】
斯かる本発明によれば、その光減衰層中の例えば広い光透過部ほどその減光量制御層における減光量を多くしておくことによって、そのフォトマスクのパターンの像を転写したときに、その広い光透過部の像の明るさが低下する。従って、ＭＥＥＦに起因する転写の際の線幅誤差が低減できる。
本発明による第２のフォトマスクは、パターンを転写するためのフォトマスクにおいて、そのパターンに対応して配置される光透過部（Ａ１〜Ａ４）と光減衰部（Ｍ１〜Ｍ３）とを含む第１の光減衰層（１２）と、その第１の光減衰層のその光透過部と実質的に同一位置に配置される光減衰部（Ｓ１〜Ｓ４；Ｓ１１〜Ｓ４１）を含む第２の光減衰層（１３；１３Ａ；１３Ｂ）とを有するものである。
【０００８】
本発明において、その第１の光減衰層中の例えば広い光透過部ほど、その第２の光減衰層において実質的に同一位置にある光減衰部での減光量を多くしておくことによって、そのフォトマスクのパターンの像を転写したときに、その広い光透過部の像の明るさが低下する。従って、ＭＥＥＦに起因する転写の際の線幅誤差が低減できる。
なお、その第２の光減衰層の光減衰部における減光量は、一例としてこの光減衰部の大きさ、透過率、及び厚さを調整することで制御できる。
【０００９】
この発明において、その第１の光減衰層の光減衰部の減衰率とその第２の光減衰層の光減衰部の減衰率とが異なってもよい。このとき、例えばその第１の光減衰層の光減衰部の減衰率を転写対象のパターンに応じて定めた後、転写の際の線幅誤差が最小になるようにその第２の光減衰層の光減衰部の減衰率を定めることができる。
また、一例として、その第１の光減衰層のその光減衰部のうちの最小の幅をＬ、その第１の光減衰層とその第２の光減衰層との間隔をＤ、そのフォトマスクが照明される露光ビームの開口半角をθとしたとき、次の関係が成立する。
【００１０】
Ｄ・ｔａｎθ≦Ｌ  …（１）
この条件を超えて間隔Ｄが大きくなると、その第１の光減衰層中の隣接する光透過部からの露光ビームの０次光がその第２の光減衰層中の光減衰部に入射するようになる。従って、隣接するパターンの影響によって、線幅誤差の低減効果が小さくなる。
また、一例として、その第１の光減衰層とその第２の光減衰層との間隔は０〜３μｍである。通常の露光条件であれば、これによって（１）式の条件が満たされるため、線幅誤差が低減される。
【００１１】
また、その第１の光減衰層のその光透過部に対してその第２の光減衰層のその光減衰部の大きさが実質的に等しいか、又は一定の面積だけ小さくてもよい。その第１の光減衰層の光透過部に対してその第２の光減衰層の光減衰部の大きさが実質的に等しい場合には、フォトマスクの製造が容易である。一方、その第１の光減衰層の光透過部に対してその第２の光減衰層の光減衰部が一定の面積だけ小さい場合には、その小さくなる面積を最適化することによって、線幅誤差をさらに小さくすることが可能である。
【００１２】
次に、本発明による露光方法は、パターンを基板（Ｗ）上に露光する露光方法において、そのパターンに対応して配置される光透過部（Ａ１〜Ａ４）と光減衰部（Ｍ１〜Ｍ３）とを含む光減衰層（１２）を露光ビームで照明し、そのマスクのその光透過部の広さに応じてその光透過部の減光量を制御するものである。
この露光方法によれば、その光減衰層において例えば広い光透過部ほどその減光量を多くすることによって、その広い光透過部の像の明るさが低下する。従って、ＭＥＥＦに起因する転写の際の線幅誤差が低減できる。
【００１３】
この場合、そのマスクの光透過部の広さに応じてその光透過部の減光量を制御する減光量制御層（１３；１３Ａ；１３Ｂ）を用いるとともに、その光減衰層の光減衰部のうちの最小の幅をＬ、その光減衰層とその減光量制御層との間隔をＤ、その露光ビームの開口半角をθとしたとき、上記の（１）式の関係が成立してもよい。これによって、線幅誤差を大きく低減できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のフォトマスクによれば、パターンの像を転写する際に、光減衰層（第１の光減衰層）の光透過部の像の明るさを制御できるため、ＭＥＥＦ（Mask Effective Error Factor)に起因する転写の際の線幅誤差を低減することができる。
また、本発明の露光方法によれば、光減衰層の光透過部の像の明るさを制御できるため、転写の際の線幅誤差を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施形態につき図１を参照して説明する。本例のフォトマスクは、投影露光装置において、転写用のパターン（原版パターン）が形成されたレチクル等のマスクとして使用できるものである。
図１は、本例のフォトマスク１０の一部をその厚さ方向及び横方向に拡大して示す断面図であり、この図１において、フォトマスク１０は基板１１の表面であるパターン面（図１では下面）に順次、原版パターンに対応する主光減衰層１２（光減衰層又は第１の光減衰層）、中間層１４、及び副光減衰層１３（減光量制御層又は第２の光減衰層）が積層されている。なお、本例の原版パターンは、横方向（図１の紙面に平行な方向）の幅が小さく、かつ縦方向（図１の紙面に垂直な方向）の長さが比較的長くほぼ均一な多数の線状パターンを横方向に配列した密集パターンであるとする。
【００１６】
この構成において、基板１１は、フォトマスク１０のパターンを露光する際に使用される露光ビームとしての露光光（例えばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）等のエキシマレーザ光、Ｆ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）、又は水銀ランプの輝線等）を透過する石英、フッ素等の所定の不純物を含む石英、又は蛍石（ＣａＦ2)等の光学材料から形成されたガラス基板である。露光時には、一例として基板１１のパターンが形成されていない面（図１では上方の面）から露光光ＩＬが照射される。
【００１７】
図１において、基板１１上の主光減衰層１２は、原版パターンの遮光部に対応する領域にそれぞれ厚さ１００ｎｍ程度の遮光膜（又はハーフトーン膜）よりなる主光減衰部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３（光減衰部）を設け、その原版パターンの透過部に対応する領域をそれぞれ開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４（光透過部）としたものである。ただし、開口部Ａ１〜Ａ４には、中間層１４と同じ材料が充填されている。主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３の材料の一例は、遮光膜の場合にはクロム（Ｃｒ）等の金属膜であり、ハーフトーン膜の場合にはケイ化モリブデン（例えばＭｏＳｉ2)等である。
【００１８】
主光減衰層１２上の中間層１４は、露光光ＩＬを透過する酸化ケイ素（ＳＩＯ2)等の透過材料から形成されている。中間層１４は、主光減衰層１２の開口部Ａ１〜Ａ４上に位置するスペーサ層ＳＰと、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３上に位置する高さ制御層ＨＣとに分かれており、スペーサ層ＳＰと同じ材料が開口部Ａ１〜Ａ４にも充填され、高さ制御層ＨＣの一部は副光減衰層１３中にも突き出ている。すなわち、高さ制御層ＨＣの厚さは、スペーサ層ＳＰの厚さよりも厚い。中間層１４の厚さである主光減衰層１２と副光減衰層１３との間隔Ｄは、一例として０〜３μｍ程度である。
【００１９】
中間層１４上の副光減衰層１３は、主光減衰層１２の開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４上にそれぞれ位置する副光減衰部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（光減衰部）と、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３上に位置するエッチングストッパー層ＥＳ（光透過部）とから構成されている。なお、エッチングストッパー層ＥＳはフォトマスク作成時のプロセスによって副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４よりも薄い状態で残されているものであり、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３上の副光減衰層１３中には、エッチングストッパー層ＥＳとともに高さ制御層ＨＣの一部も含まれている。エッチングストッパー層ＥＳは、露光光ＩＬを透過するとともに高さ制御層ＨＣ（本例では酸化ケイ素）に付着する材料（例えば、酸化すず、アルミナ等の金属酸化物、あるいはポリシリコン、窒化シリコン等）から形成されている。
【００２０】
この場合、高さ制御層ＨＣ及びエッチングストッパー層ＥＳは、反射防止コートとしての役割も果たしている。
副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４は、露光光ＩＬを透過する酸化ケイ素等の透過材料で、かつクロム（Ｃｒ）又は窒化ケイ素（例えばＳｉＮ，Ｓｉ3Ｎ4）等の露光光ＩＬを遮光する遮光材料を所定割合で含む厚さ数１００ｎｍ程度の材料から形成されている。その透過材料に対する遮光材料の割合及びその材料の厚さは、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４での減光量の設計値に応じて定められる。
【００２１】
本例では、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の透過率、ひいては単位面積当たりの減光率（入射光量に対する減光量の割合）は一定であるため、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の減光量は各面積にほぼ比例する。また、主光減衰層１２の開口部Ａ１〜Ａ４の面積に対してその上の副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の面積はそれぞれ等しいため、開口部Ａ１〜Ａ４（光透過部）の広さ（面積の大きさ）と開口部Ａ１〜Ａ４を通過した露光光ＩＬの減光量とはほぼ比例している。即ち、開口部Ａ１〜Ａ４の広さに応じて開口部Ａ１〜Ａ４における減光量が定められている。この結果、開口部Ａ１〜Ａ４のうちで広い開口部Ａ１，Ａ２（開口幅が広いパターン）の像は、狭い開口部Ａ３，Ａ４（開口幅が狭いパターン）の像よりも暗くなるため、マスク上の線幅誤差がウエハ上に転写されるときに拡大される割合であるＭＥＥＦ（Mask Effective Error Factor)が小さくなる。従って、フォトマスク１０を用いて露光を行った場合の線幅誤差が小さくなるため、デバイスパターンを高精度にマスク等の基板上に転写することができる。
【００２２】
ここで、主光減衰層１２と副光減衰層１３との間隔（中間層１４の厚さ）Ｄの好ましい範囲について説明する。主光減衰層１２内の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３のうち、幅の狭い主光減衰部（図１では主光減衰部Ｍ１）の幅をＬ、露光光ＩＬの開口半角をθとしたとき、一例として次の条件を満たすように間隔Ｄが設定される。なお、この条件では、副光減衰層１３の厚さを無視しており、より正確には、その間隔Ｄは副光減衰層１３の厚さを含むことが望ましい。
【００２３】
Ｄ・ｔａｎθ≦Ｌ  …（１１）
この条件を超えて間隔Ｄが大きくなると、図１において、最小幅の主光減衰部Ｍ１の一方側に隣接する開口部Ａ１上の副光減衰部Ｓ１に、主光減衰部Ｍ１の他方側に隣接する開口部Ａ２からの露光光ＩＬ１の回折光が入射するようになる。従って、隣接する開口部Ａ２（パターン）の影響によって、開口部Ａ１の像の線幅誤差の低減効果が小さくなる。
【００２４】
また、間隔Ｄが上述の範囲の上限の３μｍである場合には、（１１）式の開口半角θの正弦ｓｉｎθを０．１９程度（投影倍率１／４で物体側の開口数がほぼ０．７５に相当する。）とすると、ｔａｎθはほぼ０．２であるため、パターンの最小の幅Ｌはほぼ６００ｎｍとなる。このとき、フォトマスク１０のパターンの縮小倍率を１／４とすると、その幅の像面上での幅はほぼ１５０ｎｍとなり、通常のデバイスであれば使用可能である。なお、像面上でのパターンの最小の幅が例えば５０ｎｍ（マスク上での幅が２００ｎｍ）程度である場合には、その間隔Ｄの範囲を０〜１μｍ程度とすればよい。
【００２５】
本例のフォトマスク１０においては、中間層１４の厚さ（間隔Ｄ）、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の厚さ、及び副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の減光率（又は透過率Ｔ）の調整によってＭＥＥＦ等の性能の最適化が可能である。
次に、本例のフォトマスク１０の性能評価を行う。そのためには、厳密には電磁場解析による計算が必要であるが、近似的に図１の副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４が非常に薄いと仮定して、主光減衰層１２からの回折光の回折角に対する透過率変化から空間像の形状を求めて、ＭＥＥＦのマスク形状依存性を求めた。この際に、主光減衰層１２の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３の透過率は０である、即ちフォトマスク１０はバイナリ・マスクであるとして、主光減衰層１２に形成されたパターンをライン部（開口部Ａ１〜Ａ４）、及びスペース部（主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３）の幅がそれぞれ２００ｎｍであるライン・アンド・スペースパターンであるとした。また、フォトマスク１０のパターンのウエハ上への縮小倍率を１／４、露光光ＩＬをＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）であるとして、フォトマスク１０の照明条件を、露光光ＩＬのフォトマスク１０への入射角φの正弦であるｓｉｎφがほぼ０．２４であるような微小開口ダイポール照明（２極照明）であるとした。
【００２６】
この条件で、副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の透過率Ｔを０．６から１まで次第に変化させて、かつ主光減衰層１２と副光減衰層１３との間隔Ｄを０から１２００ｎｍまで変化させたときの、ＭＥＥＦの透過率Ｔ及び間隔Ｄに対する依存性の計算結果を図５（Ａ）に示す。
図５（Ａ）において、横軸は副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の透過率Ｔ、縦軸は主光減衰層１２と副光減衰層１３との間隔Ｄ（ｎｍ）であり、曲線３１Ａと縦軸及び横軸とで囲まれた領域でのＭＥＥＦは１〜１．１、曲線３１Ｂと曲線３１Ａとで囲まれた領域でのＭＥＥＦは０．９〜１、曲線３１Ｃと曲線３１Ｂとで囲まれた領域でのＭＥＥＦは０．８〜０．９、曲線３１Ｄと曲線３１Ｃとで囲まれた領域でのＭＥＥＦは０．７〜０．８、曲線３１Ｄの外側の領域でのＭＥＥＦは０．６〜０．７である。また、通常のフォトマスクのＭＥＥＦの値は１程度であり、本例によれば、透過率Ｔが小さいほど、また、間隔Ｄが大きくなるほどＭＥＥＦが減少する（改善される）という計算結果が得られた。
【００２７】
しかしながら、上述のようにフォトマスク１０上での線幅が２００ｎｍ程度である場合には、間隔Ｄが１０００ｎｍ程度を超えると、隣接する開口部の副減衰層に回折光が入射し、隣接パターンの影響が生じてしまうので、間隔Ｄは無制限に大きくすることができない。そこで、間隔Ｄを１０００ｎｍ程度として、透過率Ｔを０．６程度とすると、本例のフォトマスク１０によって、ＭＥＥＦを従来のマスクに対して７０％程度に低減可能である。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態につき図２を参照して説明する。本例のフォトマスクは、図１のフォトマスク１０に対して副光減衰層１３の副光減衰部の幅が狭くなっているものであり、図２において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図２は、本例のフォトマスク１０Ａの一部をその厚さ方向及び横方向に拡大して示す断面図であり、この図２において、フォトマスク１０Ａは基板１１の表面であるパターン面に順次、原版パターンに対応する主光減衰層１２（光減衰層又は第１の光減衰層）、中間層１４、及び副光減衰層１３Ａ（減光量制御層又は第２の光減衰層）を積層状に形成して構成されている。この場合、主光減衰層１２及び中間層１４の構成は上述の第１の実施形態と同じであり、中間層１４中の高さ制御層ＨＣの一部が副光減衰層１３Ａに突き出ている点も同じである。
【００２９】
そして、中間層１４上の副光減衰層１３Ａは、主光減衰層１２の開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４上にそれぞれ位置する副光減衰部Ｓ１１，Ｓ２１，Ｓ３１，Ｓ４１（光減衰部）と、その間の領域を占める光透過部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃとから構成され、光透過部１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３上に位置するエッチングストッパー層ＥＳと、それを両側から挟む幅ａのスペーサ層ＳＰと同じ材料の部分とから構成されている。言い換えると、本例の副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１はそれぞれ開口部Ａ１〜Ａ４に対して両側に幅（以下、「バイアス」と言う。）ａだけ狭く形成されている。副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の材料は図１の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の材料と同じである。
【００３０】
図１のフォトマスク１０を製造するプロセス（後述）においては、中間層１４のスペーサ層ＳＰの形成時に、高さ制御層ＨＣの側壁（サイドウォール）にもスペーサ層ＳＰの材料が入り込み易くなる。本例では、それを利用して、図２の主光減衰層１２の各開口部Ａ１〜Ａ４に対して、対応する副光減衰層１３Ａの副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の幅をそれぞれ両側に一定のバイアスａ分だけ小さく仕上げている。
【００３１】
本例でも、副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の透過率、ひいては単位面積当たりの減光率は一定であり、副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の減光量は各面積にほぼ比例する。また、主光減衰層１２の開口部Ａ１〜Ａ４の面積に対してその上の副光減衰層１３Ａの副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の面積はほぼ一定の面積（バイアスの２倍（２ａ）にほぼ共通の長さを掛けた面積）だけ小さいため、開口部Ａ１〜Ａ４（光透過部）の面積（広さ）と開口部Ａ１〜Ａ４を通過した露光光ＩＬの減光量とは所定のオフセットを持ってほぼ比例している。この結果、開口部Ａ１〜Ａ４のうちで広い開口部Ａ１，Ａ２の像は、狭い開口部Ａ３，Ａ４の像よりも暗くなるため、ＭＥＥＦが小さくなる。従って、露光を行った場合の線幅誤差が小さくなるため、デバイスパターンを高精度にマスク等の基板上に転写することができる。
【００３２】
図２の主光減衰層１２と副光減衰層１３Ａとの間隔Ｄの好ましい範囲については、上述の第１の実施形態の（１１）式において、パターンの最小の幅Ｌを（Ｌ＋ａ）で置き換えた式である次式となる。
Ｄ・ｔａｎθ≦（Ｌ＋ａ）  …（１２）
本例のフォトマスク１０Ａにおいては、バイアスａ、中間層１４の厚さ（間隔Ｄ）、副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の厚さ、及び副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の減衰率の調整によってＭＥＥＦ等の性能の最適化が可能である。
【００３３】
次に、本例のフォトマスク１０Ａの性能評価を行う。この際の図２の主光減衰層１２のパターンの条件（２００ｎｍ幅のライン・アンド・スペースパターン）及び露光条件（ＡｒＦエキシマレーザを用いた微小開口ダイポール照明で、縮小倍率が１／４）は、図１のフォトマスク１０の場合（図５（Ａ））と同じである。さらに、この例では、主光減衰層１２と副光減衰層１３Ａとの間隔Ｄを６００ｎｍに固定した状態で、副光減衰層１３Ａの副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の透過率Ｔを０．６から１まで次第に変化させて、かつ副光減衰層１３Ａの副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１のバイアスａを０から５０ｎｍまで変化させたときの、ＭＥＥＦの透過率Ｔ及びバイアスａに対する依存性を計算した。その計算結果を図５（Ｂ）に示す。
【００３４】
図５（Ｂ）において、横軸は副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の透過率Ｔ、縦軸はバイアスａ（ｎｍ）であり、曲線３２Ａと縦軸及び横軸とで囲まれた領域でのＭＥＥＦは１〜１．１、曲線３２Ｂと曲線３２Ａとで囲まれた領域でのＭＥＥＦは０．９〜１、曲線３２Ｃと曲線３２Ｂとで囲まれた領域でのＭＥＥＦは０．８〜０．９、曲線３２Ｃの外側の領域でのＭＥＥＦは０．７〜０．８である。図５（Ｂ）のバイアスａが０におけるＭＥＥＦの値は、図５（Ａ）の間隔Ｄが６００ｎｍにおけるＭＥＥＦの値と同じである。そして、図５（Ｂ）から分かるように、バイアスａを大きくすると次第にＭＥＥＦの値が小さくなり（改善され）、バイアスａが４０ｎｍ程度のときにＭＥＥＦが最小になる。
【００３５】
この結果、本例によれば、バイアスａを最適化することによって、第１の実施形態に比べてさらにＭＥＥＦを数％程度小さくすることが可能である。
次に、本発明の第３の実施形態につき図３を参照して説明する。本例のフォトマスクは、図１のフォトマスク１０に対して中間層１４を省いて、主光減衰層１２上に副光減衰層１３に対応する層を密着させたものであり、図３において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００３６】
図３は、本例のフォトマスク１０Ｂの一部をその厚さ方向及び横方向に拡大して示す断面図であり、この図３において、フォトマスク１０Ｂは基板１１の表面であるパターン面に順次、原版パターンに対応する主光減衰層１２（光減衰層又は第１の光減衰層）、及び副光減衰層１３Ｂ（減光量制御層又は第２の光減衰層）を密着するように形成して構成されている。また、主光減衰層１２上の副光減衰層１３Ｂは、主光減衰層１２の開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４（光透過部）上にそれぞれ位置する副光減衰部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（光減衰部）と、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３（光減衰部）上に位置するエッチングストッパー層ＥＳ（光透過部）とから構成されている。この場合、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４は、開口部Ａ１〜Ａ４の内部にも充填されており、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３とエッチングストッパー層ＥＳとの間には、それぞれ高さ制御層ＨＣが形成されている。
【００３７】
本例の場合には、副光減衰層１３Ｂの厚さをｄとして、主光減衰層１２内の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３のうちの最小のパターンの幅をＬ、露光光の開口半角をθとしたとき、一例として（１１）式に対応する次の条件を満たすように厚さｄが設定される。
ｄ・ｔａｎθ≦Ｌ  …（１３）
この場合、副光減衰層１３Ｂの副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の透過率Ｔを０．６から１まで次第に変化させて、かつ副光減衰層１３Ｂの厚さｄを変化させたときの、ＭＥＥＦの透過率Ｔ及び厚さｄに対する依存性は、ほぼ図５（Ａ）で間隔Ｄを厚さｄと見なした結果となる。従って、透過率Ｔ及び厚さｄを制御することによって、ＭＥＥＦを改善することができる。
【００３８】
次に、本発明の第４の実施形態につき図４を参照して説明する。本例のフォトマスクは、図１のフォトマスク１０に対して主光減衰層１２と副光減衰層１３とに対応する層を上下に入れ換えたものであり、図４において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図４は、本例のフォトマスク１０Ｃの一部をその厚さ方向及び横方向に拡大して示す断面図であり、この図４において、フォトマスク１０Ｃは基板１１の表面に順次、副光減衰層１３（減光量制御層又は第２の光減衰層）、中間層１４、及び原版パターンに対応する主光減衰層１２（光減衰層又は第１の光減衰層）を積層状に形成して構成されている。
【００３９】
また、副光減衰層１３は、副光減衰部Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４（光減衰部）と、これらの間の開口部（光透過部）とから構成され、これらの開口部には高さ制御層ＨＣと同じ材料が充填されている。その上の中間層１４は、副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４上に位置するスペーサ層ＳＰと、副光減衰層１３の開口部上に位置する高さ制御層ＨＣとに分かれており、スペーサ層ＳＰと同じ材料が主光減衰層１２の開口部にも充填されている。本例の中間層１４の厚さも、一例として０〜３μｍ程度である。
【００４０】
その上の主光減衰層１２は、原版パターンの遮光部に対応する主光減衰部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３（光減衰部）と、その原版パターンの透過部に対応する開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４（光透過部）とを含み、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３の上面にはそれぞれエッチングストッパー層ＥＳが形成されている。この場合、副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４は、主光減衰層１２の開口部Ａ１〜Ａ４と同じ位置に形成されている。
【００４１】
主光減衰層１２の開口部Ａ１〜Ａ４に入射する露光光は、対応する副光減衰層１３の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４において開口部Ａ１〜Ａ４の広さに比例した減光率で減光されている。この結果、露光を行った場合に、第１の実施形態と同様にＭＥＥＦが低減されて、線幅誤差が小さくなる。
なお、本発明は上記の実施形態に示した密集線のパターンにのみ有効な訳ではなく、あらゆるパターンに対して有効であり、また、バイナリ・マスクだけでなく、ハーフトーンマスクに対しても適用可能である。ハーフトーンマスクを得るためには、例えば図１の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３の材料をハーフトーンとすればよい。
【００４２】
次に、上記の実施形態のフォトマスクの製造方法の一例につき図６〜図８を参照して説明する。先ず、図１のフォトマスク１０の製造方法につき図６及び図７を参照して説明する。
始めに図６（Ａ）に示すように、基板１１のパターン面に順次図１の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３と同じ材料の第１層１６、図１の高さ制御層ＨＣと同じ材料の第２層１７、図１のエッチングストッパー層ＥＳよりなる第３層１８を形成した後、その上にフォトレジスト１９を塗布する。そして、投影露光装置又は電子線描画装置を用いてそのフォトレジスト１９上に原版パターンの像を露光して、現像を行うことによって、図１の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３に対応する位置にレジストパターン１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを形成する。
【００４３】
次に、図６（Ａ）の薄膜が積層された基板１１をレジストパターン１９Ａ〜１９Ｃをマスクとして基板１１の面までエッチングした後（エッチングストッパー層ＥＳを削ることができる方法を用いる）、レジストパターン１９Ａ〜１９Ｃを除去することによって、図６（Ｂ）に示すように、原版パターンの透過部に対応する開口部Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を形成する。これによって、開口部Ａ１〜Ａ４とその間の主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３とを含む主光減衰層１２が形成される。その後、図６（Ｂ）の基板１１上に、図６（Ｃ）に示すようにスパッタリング等の方法で、所定の厚さで図１のスペーサ層ＳＰと同じ材料の第４層２０を形成する。その厚さは、図１の主光減衰層１２と中間層１４とを合わせた厚さである。この状態では、第４層２０の表面は凹凸があるため、その凹凸の表面を埋めるようにレジスト膜を塗布することによって、図６（Ｄ）に示すように、表面が平坦な第５層２１を形成する。
【００４４】
次に、図６（Ｄ）の薄膜が積層された基板１１に対して、例えばエッチバック法によって全面エッチングを行うことによって、図７（Ａ）に示すように、基板１１の薄膜の上面をエッチングストッパー層ＥＳ（図６（Ａ）の第３層１８の材料）の表面と同じ高さに平坦化する。これによって、開口部Ａ１〜Ａ４上にスペーサ層ＳＰ及びレジストパターン２１Ａ〜２１Ｄが形成され、主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３上に高さ制御層ＨＣ及びエッチングストッパー層ＥＳが形成される。その後、レジストパターン２１Ａ〜２１Ｄを除去した後、図７（Ｂ）に示すように、図１の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４と同じ材料の第６層２２を形成する。第６層２２の厚さは、図１の副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４よりも厚くする。この状態では、第６層２２の表面は凹凸があるため、その凹凸の表面を埋めるようにレジスト膜を塗布することによって、図７（Ｃ）に示すように、表面が平坦な第７層２３を形成する。
【００４５】
次に、図７（Ｃ）の薄膜が積層された基板１１に対して、例えばエッチバック法によって全面エッチングを行うことによって、図７（Ｄ）に示すように、基板１１の薄膜の上面をエッチングストッパー層ＥＳの表面と同じ高さに平坦化する。これによって、開口部Ａ１〜Ａ４上に副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４が形成され、主光減衰層１２上に順次中間層１４及び副光減衰層１３が形成されたことになる。この製造工程によって、図１のフォトマスク１０が製造できる。
【００４６】
なお、図７（Ｄ）のフォトマスクは、正確には副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の両端部が傾斜しており、その部分にスペーサ層ＳＰと同じ材料が充填されているが、副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の大きさは、実質的には開口部Ａ１〜Ａ４と同じとみなすことができる。また、その副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の両端部の傾斜を積極的に利用して、その傾斜部を広くすることによって、図２のように副光減衰部Ｓ１１〜Ｓ４１の両端部がバイアスａだけ開口部Ａ１〜Ａ４よりも狭いフォトマスク１０Ａを製造できる。そのためには、図６（Ｃ）の基板１１の開口部Ａ１〜Ａ４上に第４層２０を形成する際に、図８に示すように、例えばスパッタリング速度等を制御することによって、開口部Ａ１〜Ａ４上の第４層２０の幅を両側にバイアスａ分だけ狭くする。この後は、同じ製造工程を経ることによって、図２の所定のバイアスａを持つフォトマスク１０Ａを製造できる。
【００４７】
また、図３のフォトマスク１０Ｂを製造する場合には、図６（Ｃ）の第４層２０を形成する際にその材料を副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４と同じ材料として、その厚さをエッチングストッパー層ＥＳを超えるように設定すればよい。その後は、図６（Ｄ）に続いて図７（Ａ）に示すようにエッチングを行うことで、フォトマスク１０Ｂが製造できる。
また、図４のフォトマスク１０Ｃを製造する場合には、図６（Ａ）の基板１１の表面に薄膜を形成する段階で、第１層の材料を高さ制御層ＨＣの材料、第２層の材料を主光減衰部Ｍ１〜Ｍ３の材料、第３層の材料をエッチングストッパー層ＥＳの材料として、図６（Ｃ）の第４層２０の材料を副光減衰部Ｓ１〜Ｓ４の材料として、図７（Ｂ）の第６層２２の材料をスペーサ層ＳＰの材料とすればよい。
【００４８】
次に、上記の実施形態のフォトマスクを使用する投影露光装置（露光方法）の一例につき図９を参照して説明する。
図９は、その投影露光装置の一例を示し、この図９において、定盤５１上のベースプレート５２上に３箇所又は４箇所の支持部材５３及び防振台５４を介して第１コラム５５が載置され、第１コラム５５の中央開口部に投影光学系ＰＬが保持されている。また、第１コラム５５の上部にレチクルベース５６が固定され、レチクルベース５６を覆うように第２コラム５７が固定され、第２コラム５７の中央部に照明光学系が収納された照明系サブチャンバ５８が固定され、その照明光学系に不図示の露光光源（エキシマレーザ光源等）から露光ビームとしての露光光ＩＬが供給されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図９の紙面に平行にＸ軸を取り、図９の紙面に垂直にＹ軸を取って説明する。
【００４９】
先ず、レチクルベース５６上に第１物体としてのフォトマスク１０（図１のフォトマスク１０と同じ）を保持するマスクステージＲＳＴが載置され、マスクステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置は、移動鏡Ｍｒ及び対応する不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測値に基づいて不図示の駆動系がマスクステージＲＳＴの動作を制御する。また、ベースプレート５２上に３個又は４個の防振台５９を介してウエハベース６０が支持されている。ウエハベース６０上には第２物体（感応基板）としてのウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴが移動自在に載置されている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置は、移動鏡Ｍｗ及び対応する不図示のレーザ干渉計によって計測され、この計測値に基づいて不図示の駆動系がウエハステージＷＳＴの動作を制御する。
【００５０】
露光時には、一括露光方式の場合には、ウエハステージＷＳＴのステップ移動と、フォトマスク１０のパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に転写する動作とが繰り返される。また、走査露光方式の場合には、ウエハステージＷＳＴのステップ移動と、レチクルステージＲＳＴをウエハステージＷＳＴとをＹ方向に同期移動してフォトマスク１０のパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上の一つのショット領域に逐次転写する走査露光動作とが繰り返される。これによって、ウエハＷ上の各ショット領域にフォトマスク１０のパターンが転写される。同様に、レチクルステージＲＳＴ上に図２〜図４のフォトマスク１０Ａ〜１０Ｃをロードすることで、これらのフォトマスクのパターンをウエハＷ上の各ショット領域に転写できる。
【００５１】
また、上記各実施形態では、本発明のフォトマスクが透過型である場合について説明したが、本発明のフォトマスクは、反射型のマスクとしても構成することができる。反射型のマスクとする場合には、例えば図１の基板１１の主光減衰層１２を反射膜より形成すればよい。
また、上記の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、及び検査ステップ等を経て製造される。
【００５２】
なお、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示される液浸型露光装置で露光を行う場合にも適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、有機ＥＬ、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００５３】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の露光方法によれば、転写の際の線幅誤差を低減することができるため、微細なパターンを有するデバイスを高精度に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１の実施形態のフォトマスク１０の一部を示す拡大断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態のフォトマスク１０Ａの一部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態のフォトマスク１０Ｂの一部を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態のフォトマスク１０Ｃの一部を示す拡大断面図である。
【図５】（Ａ）は図１のフォトマスク１０のＭＥＥＦの透過率Ｔ及び間隔Ｄに対する依存性の計算結果を示す図、（Ｂ）は図２のフォトマスク１０ＡのＭＥＥＦの透過率Ｔ及びバイアスａに対する依存性の計算結果を示す図である。
【図６】図１のフォトマスク１０の製造工程の前半部を示す図である。
【図７】図１のフォトマスク１０の製造工程の後半部を示す図である。
【図８】図２のフォトマスク１０Ａの製造工程の一部を示す図である。
【図９】本発明の実施形態のフォトマスクを用いて露光を行う投影露光装置の一例を示す一部を切り欠いた図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…フォトマスク、１１…基板、１２…主光減衰層、１３，１３Ａ，１３Ｂ…副光減衰層、１４…中間層、Ａ１〜Ａ４…開口部、Ｍ１〜Ｍ３…主光減衰部、ＳＰ…スペーサ層、ＨＣ…高さ制御層、Ｓ１〜Ｓ４…副光減衰部、Ｓ１４〜Ｓ４１…副光減衰部、ＥＳ…エッチングストッパー層
【図１】
2006330635.tif 000003
【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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