(57)【要約】【課題】周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制するフォトマスクを提供すること。【解決手段】遮光部１３Ａを一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ上にパターン転写される周期パターン２１Ａと、遮光部１３０Ｂを遮光部１３Ａのピッチと同じピッチで周期パターン２１Ａの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ上にパターン転写されることのないＳＲＡＦ部２１０Ｃと、を有し、ＳＲＡＦ部２１０Ｃを介してウエハ上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、ＳＲＡＦ部２１０Ｃのうち露光光を透過させる透過部１２０Ｃの透過率と、透過部１２０Ｃの位相と、透過部１２０Ｃのパターン幅と、の組合せが調整されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、
第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有し、
前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、前記第１の遮光膜の透過率と、前記第１の遮光膜の位相と、の組合せが調整されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記ピッチの寸法は、０．５６×露光光波長÷開口数で算出される値以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトマスク。
【請求項４】
第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、
第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有し、
前記第２の遮光膜は、前記第１の遮光膜が配置されている方向と当該方向に垂直な方向との両方に並べられて格子状をなし、且つ前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部のパターン寸法が決定されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、
第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有したフォトマスクに対し、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写するパターン転写ステップを含み、
前記フォトマスクは、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されており、
前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写する際には、前記補助パターンへは前記０次回折光の回折光強度と前記１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう露光光が照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクおよび半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化に伴い、隣接する配線間距離がフォトリソグラフィの解像限界に迫っている。微細な周期パターンを形成するためには、２光束干渉が必要とされ、露光光がフォトマスクに入射する角度も厳しく制限されている。このため、周期パターン以外のパターンを安定して形成することが困難になっている。また、周期パターンの端部に配置されたパターンを露光する際のデフォーカスによる光学像のばらつき（焦点深度低下）が著しくなってきている。
【０００３】
従来、周期パターンをメインパターンとし、周期パターンの端部の周辺に周期パターンよりも細い補助パターン（ＳＲＡＦ：Sub-Resolution  Assist  Features（Pattern））を複数配設することによってデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制（焦点深度の拡大）していたが、近年のパターンの微細化に伴ってこの対策では不十分になっている。
【０００４】
特許文献１に記載のフォトマスクは、転写対象面に露光転写されるゲートパターンと、ゲートパターンに沿って設けられた半透明パターンを有している。また、ゲートパターンと半透明パターンの間には透明領域が設けられている。半透明パターンは、半透明パターンを透過した光と透明領域を透過した光との位相差が所定の範囲に設定され、かつ、透過率が、半透明パターンがライン寸法およびゲートパターンからの距離に関係なく転写対象面に転写されない範囲に設定されている。
【０００５】
また、特許文献２に記載のフォトマスクは、少なくとも露光光に対して半透明な領域と透明な領域を含み、半透明な領域と透明な領域を通過する光の位相差をおよそ１８０°としている。そして、投影する主パターンに、透過光の位相差が透明領域と同じで、かつ透明な補助パターンを配置している。
【０００６】
しかしながら、上記前者および後者の従来技術では、光近接効果の対象は３次以上におよぶ高次回折光である。このため、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対しての光近接効果は制御できず、周期端パターンは、デフォーカスによる光学像のばらつきが大きくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３０２７３９号公報
【特許文献２】特開平６−３０１１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制するフォトマスクおよび半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の一態様によれば、第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有し、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されていることを特徴とするフォトマスクが提供される。
【００１０】
また、本願発明の一態様によれば、第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有し、前記第２の遮光膜は、前記第１の遮光膜が配置されている方向と当該方向に垂直な方向との両方に並べられて格子状をなし、且つ前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部のパターン寸法が決定されていることを特徴とするフォトマスクが提供される。
【００１１】
また、本願発明の一態様によれば、第１の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第２の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有したフォトマスクに対し、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写するパターン転写ステップを含み、前記フォトマスクは、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される０次回折光の回折光強度と１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第２の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されており、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写する際には、前記補助パターンへは前記０次回折光の回折光強度と前記１次回折光の回折光強度とが等しくなるよう露光光が照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１の実施の形態に係る露光方法で用いる２光束干渉を説明するための図である。
【図２】図２は、多光束干渉を説明するための図である。
【図３】図３は、第１の実施の形態に係るフォトマスクの断面構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係るフォトマスクの透過率を説明するための図である。
【図５】図５は、ＳＲＡＦ部のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。
【図６】図６は、フォトマスクを用いて露光した場合の像強度を示す図である。
【図７】図７は、第２の実施の形態に係るフォトマスクの構成例を示す上面図である。
【図８】図８は、ＳＲＡＦ部を格子状パターンで構成した場合の１次光と瞳の位置関係を説明するための図である。
【図９】図９は、ＳＲＡＦ部を格子状にした場合のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るフォトマスクおよび半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る露光方法で用いる２光束干渉を説明するための図であり、図２は、多光束干渉を説明するための図である。本実施の形態では、解像限界に近い周期パターン（主パターン）の周期端に位置する周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制する。本実施の形態では、解像限界に近い微細パターンを形成するために、斜入射照明である２光束干渉のダイポール照明（二極照明）１Ｘなどを用いる。
【００１６】
なお、本実施の形態では、２光束干渉の光源として、ダイポール照明１Ｘを用いる場合について説明するが、２光束干渉の光源としては、４つ目照明（四極照明）や輪帯照明を用いてもよい。
【００１７】
ダイポール照明１Ｘは、２つの光源２Ｘを有しており、この２点から出射された出射光が、フィルタ３Ｘを介してフォトマスク４Ｘ側に送られる。これにより、フォトマスク４Ｘへは、光源２Ｘからの出射光が斜入射し、出射光の０次回折光（０次光Ｌ０ｘ）と出射光の１次回折光（１次光Ｌ１ｘ）とがレンズ５Ｘ側に送られる。レンズ５Ｘでは、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘを集光してウエハ（被露光基板上）６Ｘに照射する。これにより、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘが干渉し、この干渉光によってウエハ６Ｘがパターン露光される。
【００１８】
このように、２光束干渉は、フォトマスク４Ｘに入射した露光光（０次光Ｌ０ｘ）とフォトマスク４Ｘ上の周期パターンによる回折光（１次光Ｌ１ｘ）とがウエハ６Ｘ上で集光されて光学像（干渉縞）を形成する。
【００１９】
一方、図２に示すように、多光束干渉の場合、直入射照明である円形照明（単極照明）１Ｙなどを用いる。円形照明１Ｙは、多光束干渉によってウエハ６Ｙなどの基板上に塗布されたレジストを露光する照明である。
【００２０】
円形照明１Ｙは、１つの光源２Ｙを有しており、この光源２Ｙから出射された出射光が、フィルタ３Ｙを介してフォトマスク４Ｙ側に送られる。これにより、フォトマスク４Ｙへは、光源２Ｙからの出射光が入射し、出射光の０次光〜出射光のＮ次回折光（Ｎ次光ＬＮｙ）（Ｎは２以上の自然数）がレンズ５Ｙ側に送られる。図２では、出射光の０次光Ｌ０ｙ、出射光の１次光Ｌ１ｙ、出射光の２次光Ｌ２ｙ、出射光の３次光Ｌ３ｙがレンズ５Ｙ側に送られる場合を示している。レンズ５Ｙでは、０次光Ｌ０ｙ〜３次光Ｌ３ｙを集光してウエハ６Ｙに照射する。これにより、０次光Ｌ０ｙ〜３次光Ｌ３ｙが干渉し、この干渉光によってウエハ６Ｙがパターン露光される。
【００２１】
本実施の形態では、斜入射照明であるダイポール照明１Ｘを用いることによって、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対しての光近接効果を制御する。周期パターンは、所定のライン幅を有したラインパターンと所定のスペース幅を有したスペースパターンとが交互に形成されたパターンである。
【００２２】
図３は、第１の実施の形態に係るフォトマスクの断面構成の一例を示す図である。図３の（ａ）に示すように、フォトマスク４Ｘのガラス基板（透明基板）１１上には、ラインパターンが所定の周期（パターンピッチ）で配置された周期パターン２１Ａと、この周期パターン２１Ａの端部に隣接した領域にＳＲＡＦパターンが所定の周期で配置されたＳＲＡＦ部２１Ｂと、が形成されている。周期パターン２１Ａは、露光により転写される主パターンであり、ＳＲＡＦ部２１Ｂは、周期パターン２１Ａと同じピッチで配設され、且つ露光で転写されない補助パターンである。
【００２３】
周期パターン２１Ａは、第１の遮光膜である遮光部１３Ａを一定のピッチでガラス基板１１上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ６Ｘ上にパターン転写されるパターンである。具体的には、周期パターン２１Ａは、マスクパターン上でラインパターンを示す幅Ｌａの遮光部１３Ａと、マスクパターン上でスペースパターンを示す幅Ｓａの透過部１４Ａと、が一定ピッチ（Ｌａ＋Ｓａ＝Ｐ）で繰り返し交互に配設されたパターンである。
【００２４】
また、ＳＲＡＦ部２１Ｂは、第２の遮光膜である遮光部１３Ｂを周期パターン２１Ａのピッチと同じピッチで周期パターン２１Ａの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ６Ｘ上にパターン転写されることのないパターンである。具体的には、ＳＲＡＦ部２１Ｂは、マスクパターン上でラインパターンを示す幅Ｌｂの遮光部１３Ｂと、マスクパターン上でスペースパターンを示す幅Ｓｂの透過部１４Ｂと、が一定ピッチ（Ｌｂ＋Ｓｂ＝Ｐ）で繰り返し交互に配設されたパターンである。このように、周期パターン２１ＡとＳＲＡＦ部２１Ｂとは、同一のピッチＰ（Ｌａ＋Ｓａ＝Ｌｂ＋Ｓｂ）で形成されている。
【００２５】
さらに、ＳＲＡＦ部２１Ｂとガラス基板１１との間には、透過部１２Ｂが形成されている。本実施の形態では、透過部１２Ｂまたは後述の透過部１２Ｃの透過率を、所定の透過率に調整しておくことにより、ウエハ６Ｘに照射される０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とをバランスする。このように、２光束干渉は、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘとの光強度のバランスによって、光学像のデフォーカスによるばらつきを抑制できる。
【００２６】
なお、図３の（ｂ）に示すフォトマスク４Ｚのように、ＳＲＡＦパターンをＳＲＡＦ部２１Ｃのように構成してもよい。ＳＲＡＦ部２１Ｃは、透過部１４Ｂの位置に透過率を調整した透過部１２Ｃを配置した構成となっている。フォトマスク４Ｚの場合、透過部１２Ｃによって、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘとの光強度が所望の大きさとなるよう調整している。したがって、透過部１２Ｂは不要となる。
【００２７】
ところで、所定の周期で配置された周期パターン２１Ａの端部に隣接した領域にＳＲＡＦ部２１Ｂを配置する場合、ＳＲＡＦ部２１Ｂは、周期パターン２１Ａと同じ周期で配設される。そして、ウエハ上にＳＲＡＦ部２１Ｂが転写されないよう、周期パターン２１Ａの遮光部１３Ａよりも遮光部１３Ｂの寸法を太くし、これにより全体の光学像強度を弱くしている。
【００２８】
ところが、遮光部の光学特性が一定周期のパターンの場合、回折効率は遮光部（あるいは透過部）の寸法によって決まる。このため、フォトマスク上の周期パターン領域でデフォーカスによるばらつきが最小になるような遮光部（あるいは透過部）の寸法を選択すると、ＳＲＡＦ領域での０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘのバランスは周期パターンに比して必ず崩れることとなる。これは、周期パターンの遮光部とＳＲＡＦ領域の遮光部とでパターン寸法が異なるからである。
【００２９】
したがって、本実施の形態では、ＳＲＡＦを配設した領域でも０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘのバランスが保たれるようにフォトマスクを構成しておく。例えば、ＳＲＡＦ部２１Ｂの下部に透過率を調整した透過部１２Ｂを形成しておく。このように、周期パターン２１Ａに比して、ＳＲＡＦ部２１Ｂ，２１Ｃを配設した領域の透過率を調整しておく。
【００３０】
なお、本実施の形態で用いるフォトマスク４Ｘ，４Ｚは、バイナリマスクであってもよいし、ハーフトーンマスクであってもよい。フォトマスク４Ｘ，４Ｚが、バイナリマスクである場合、遮光部１３Ａ，１３Ｂにおいて露光光を遮断するために、遮光部１３Ａ，１３Ｂをクロムなどの遮光膜で構成しておく。また、フォトマスク４Ｘ，４Ｚが、ハーフトーンマスクである場合、遮光部１３Ａ，１３Ｂにおいて露光光の一部を遮断して一部を透過させるために、遮光部１３Ａ，１３Ｂをクロムの酸化膜などで構成しておく。
【００３１】
図４は、実施の形態１に係るフォトマスクの透過率を説明するための図である。図４では、フォトマスクの上面図を示している。図４に示すフォトマスク４０Ｚ，４１Ｚは、図３の（ｂ）に示したフォトマスク４Ｚと同様の構成を有している。なお、フォトマスク４０Ｚ，４１Ｚは、図３の（ａ）に示したフォトマスク４Ｘと同様の構成であってもよい。フォトマスク４０Ｚが、本実施の形態に係るフォトマスクの第１の例であり、フォトマスク４１Ｚが、本実施の形態に係るフォトマスクの第２の例である。
【００３２】
フォトマスク４０Ｚ，４１ＺのＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃが図３の（ｂ）に示したＳＲＡＦ部２１Ｃに対応している。そして、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの遮光部１３０Ｂ，１３１Ｂが遮光部１３Ｂに対応し、透過部１２０Ｃ，１２１Ｃが透過部１２Ｃに対応している。ここでは、遮光部１３Ａ、遮光部１３０Ｂ，１３１Ｂが、ハーフトーン部である場合について説明する。
【００３３】
周期パターン２１Ａであるアレイ部は、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるよう露光される。ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃは、周期パターン２１Ａや周期パターン２１Ｂ，２１Ｃのように、ピッチＰで構成されている。そして、フォトマスク４０Ｚの透過部１２０Ｃは、パターン幅がピッチＰの３１％であり、フォトマスク４１Ｚの透過部１２１Ｃは、パターン幅がピッチＰの３９％である。
【００３４】
フォトマスク４０Ｚでは、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるよう、遮光部１３０Ｂと透過部１２０Ｃの透過率が調整されている。また、フォトマスク４１Ｚでは、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるよう、透過部１２１Ｃの透過率が調整されている。
【００３５】
図５は、ＳＲＡＦ部のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。図５の（ａ）は、所定の位相を有したＳＲＡＦ部２１０Ｃのパターン寸法と回折光強度との関係を示し、図５の（ｂ）は、所定の位相を有したＳＲＡＦ部２１１Ｃのパターン寸法と回折光強度との関係を示している。また、図５の（ａ）および（ｂ）は、横軸がマスク値（透過部のパターン幅）であり、縦軸がＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃでの回折光強度である。なお、図５の（ａ）および（ｂ）では、アレイ部２１Ａの回折光強度の図示を省略し、アレイ部２１Ａの透過部１４Ａのパターン幅（マスク値）を矢印で図示している。
【００３６】
図５の（ａ）では、ＳＲＡＦ部２１０Ｃでの０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｄ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｄ１とを示している。回折光強度曲線Ｄ０，Ｄ１は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明１Ｘの構造に関する情報、レンズ５Ｘの構造に関する情報、ＳＲＡＦ部２１０ＣのピッチＰ、透過率、位相などを入力することによって算出される特性である。
【００３７】
このため、回折光強度曲線Ｄ０，Ｄ１は、ＳＲＡＦ部２１０Ｃの透過率に応じた特性を有している。本実施の形態では、回折光強度曲線Ｄ０，Ｄ１のうち、透過部１２０Ｃのパターン幅（ピッチＰの３１％）に対して、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるような遮光部１３０Ｂと透過部１２０Ｃの透過率を算出する。換言すると、矢印で図示したＳＲＡＦ部２１０Ｃのマスク値（透過部１２０Ｃのパターン幅）で、０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｄ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｄ１とが重なるような、遮光部１３０Ｂと透過部１２０Ｃの透過率を算出しておく。
【００３８】
例えば、周期パターン２１Ａの遮光部１３Ａの透過率が６％である場合に、ＳＲＡＦ部２１０Ｃの遮光部１３０Ｂの透過率が１２％である材質を遮光部１３０Ｂに用いる。また、周期パターン２１Ａの透過部１４Ａの透過率が１００％であるのに対し、ＳＲＡＦ部２１０Ｃの透過部１２０Ｃの透過率を５０％としておく。具体的には、透過部１２０Ｃを有したＳＲＡＦ部２１０Ｃに対して、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度が等しくなるような遮光部１３０Ｂと透過部１２０Ｃの透過率を決定し、決定した透過率の部材を用いて遮光部１３０Ｂと透過部１２０Ｃとを作製しておく。
【００３９】
また、図５の（ｂ）では、ＳＲＡＦ部２１０Ｃでの０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｅ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｅ１とを示している。回折光強度曲線Ｅ０，Ｅ１は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明１Ｘの構造に関する情報、レンズ５Ｘの構造に関する情報、ＳＲＡＦ部２１１ＣのピッチＰ、透過率、位相などを入力することによって算出される。
【００４０】
また、回折光強度曲線Ｅ０，Ｅ１は、ＳＲＡＦ部２１１Ｃの透過率に応じた特性を有している。本実施の形態では、回折光強度曲線Ｅ０，Ｅ１のうち、透過部１２１Ｃのパターン幅（ピッチＰの３９％）に対して、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるような透過部１２１Ｃの透過率を算出する。換言すると、矢印で図示したＳＲＡＦ部２１１Ｃのマスク値（透過部１２１Ｃのパターン幅）で、０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｅ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｅ１とが重なるような、透過部１２１Ｃの透過率を算出しておく。
【００４１】
例えば、周期パターン２１Ａの遮光部１３Ａの透過率が６％である場合に、ＳＲＡＦ部２１１Ｃの遮光部１３１Ｂの透過率も６％としておく。また、周期パターン２１Ａの透過部１４Ａの透過率が１００％であるのに対し、ＳＲＡＦ部２１１Ｃの透過部１２１Ｃの透過率を７０％としておく。具体的には、透過部１２１Ｃを有したＳＲＡＦ部２１１Ｃに対して、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度が等しくなるような透過部１２１Ｃの透過率を決定し、決定した透過率の部材を用いて透過部１２１Ｃを作製しておく。
【００４２】
このように、本実施の形態では、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃを露光した場合に、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃが転写されず、かつウエハ６Ｘ上での０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折効率が等しくなるよう、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの透過率とパターン幅を決定している。
【００４３】
なお、図５に示したＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃのパターン寸法と回折光強度との関係は、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃが所定の位相を有している場合の一例である。このため、図５に示した回折光強度曲線Ｄ０，Ｄ１は、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの位相に応じた曲線を示すこととなる。したがって、フォトマスク４０Ｚ，４１Ｚを作製する際には、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの透過率やパターン幅を調整することによって、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度を等しくさせてもよいし、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの位相を調整することによって、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度を等しくさせてもよい。さらに、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの透過率、位相、パターン幅を組み合わせて調整することによって、０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度を等しくさせてもよい。
【００４４】
この場合、フォトマスク４０Ｚでは、ＳＲＡＦ部２１０Ｃでの露光光の回折効率が０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘとで等しくなるように、露光光に対する遮光部１３０Ｂの透過率と、位相と、パターン幅と、露光光に対する透過部１２０Ｃの透過率と、位相と、パターン幅と、の組合せが決定される。また、フォトマスク４１Ｚでは、ＳＲＡＦ部２１１Ｃでの露光光の回折効率が０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘとで等しくなるように、露光光に対する透過部１２１Ｃの透過率と、位相と、パターン幅と、の組合せが決定される。
【００４５】
フォトマスク４０Ｚ，４１Ｚは、ピッチＰが、例えばｋ１値≦０．２８を満たすように作製する。換言すると、フォトマスク４０Ｚ，４１ＺのピッチＰの値が０．５６×（露光光波長）÷（開口数）によって算出される値以下となるよう、フォトマスク４０Ｚ，４１Ｚを作製する。
【００４６】
つぎに、図５の（ｂ）で示した回折光強度特性を有するフォトマスク４１Ｚを用いて光学像をシミュレーションした結果について説明する。図６は、フォトマスクを用いて露光した場合の像強度を示す図である。
【００４７】
図６の横軸はマスクパターン（ＳＲＡＦ部、周期パターン）の相対位置を示し、縦軸は像強度を示している。図６の（ａ）は、従来のフォトマスクの像強度を示し、図６の（ｂ）は、フォトマスク４１Ｚの像強度を示している。また、図６に示す像強度特性Ｙ１，Ｙ３は、第１のフォーカス値で露光した場合の像強度であり、像強度特性Ｙ２，Ｙ４は、第２のフォーカス値で露光した場合の像強度である。第２のフォーカス値は、例えばベストフォーカス値であり、第１のフォーカス値は、ベストフォーカスから所定のデフォーカスがあった場合のフォーカス値である。
【００４８】
ここでの従来のフォトマスクでは、フォトマスク４１Ｚと比べて、ＳＲＡＦ部３０の透過率が周期パターン３００の透過率と同じとなるよう作製されている点で異なっている。図６の（ａ）に示すように、従来のフォトマスクの場合、周期パターン３００のうち最端部のラインパターンに対応する像強度が、第１のフォーカス値と第２のフォーカス値とで大な差を有している。換言すると、フォーカスによって、像強度が大きくばらつく。このように、従来のフォトマスクでは、デフォーカスによって、焦点深度が低下し、フォーカスマージンが小さくなっていた。
【００４９】
一方、図６の（ｂ）に示すように、本実施の形態のフォトマスク４１Ｚの場合、周期パターン２１Ａのうち最端部のラインパターン（周期パターン２１Ａの周期端に配置された周期端パターンに）に対応する像強度が、第１のフォーカス値と第２のフォーカス値とで小さな差しかない。換言すると、フォーカスによる像強度特性が平坦化され、フォーカスによる像強度のばらつきが抑制されている。また、ＳＲＡＦ部２１１Ｃのうち周期パターン２１Ａに最も近い最端部に配置されたＳＲＡＦパターンの像強度が小さくなっている。したがって、ＳＲＡＦ部２１１Ｃがウエハ６Ｘ上に転写されにくくなっている。このように、フォトマスク４１Ｚでは、デフォーカスがあっても、焦点深度が低下することなく、フォーカスマージンを大きくすることが可能となる。
【００５０】
フォトマスク４Ｘやフォトマスク４Ｚの作製は、例えばウエハプロセスの各レイヤに対して行われる。そして、作製されたフォトマスク４Ｘ，４Ｚを用いて半導体装置（半導体集積回路）が製造される。具体的には、レジストの塗布されたウエハ６Ｘにフォトマスク４Ｘまたはフォトマスク４Ｚを用いて露光を行ない、その後、ウエハ６Ｘを現像してウエハ６Ｘ上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてウエハ６Ｘをエッチングする。これにより、フォトマスク４Ｘ，４Ｚのマスクパターン（周期パターン２１Ａなど）に対応する実パターンをウエハ６Ｘ上に形成する。半導体装置を製造する際には、上述したフォトマスク４Ｘやフォトマスク４Ｚの作製、露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。
【００５１】
このように第１の実施の形態によれば、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの透過率を０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度が同じになるようバランスさせているので、周期端パターンに対してフォーカス特性を改善することが可能となる。これにより、周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能となり、その結果、露光後に形成されるレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
【００５２】
また、フォトマスク４０Ｚ，４１ＺのピッチＰが０．５６×（露光光波長）÷（開口数）によって算出される値以下となるようにフォトマスク４０Ｚ，４１Ｚを作製しているので、露光後に形成されるレジストパターンが微細なレジストパターンであってもレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
つぎに、図７〜図９を用いてこの発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、ＳＲＡＦ部を格子状パターンで構成することによって、ＳＲＡＦ部を転写させず且つＳＲＡＦ部での０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度とを等しくする。
【００５４】
図７は、第２の実施の形態に係るフォトマスクの構成例を示す上面図である。図７の各構成要素のうち図３に示す第１の実施の形態のフォトマスク４Ｘ，４Ｚと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
【００５５】
本実施の形態のフォトマスク４２Ｚは、マスクパターンとして、周期パターン２１ＡとＳＲＡＦ部２１２Ｄを有している。フォトマスク４２ＺのＳＲＡＦ部２１２Ｄが図３に示したＳＲＡＦ部２１Ｂ，２１Ｃに対応している。そして、ＳＲＡＦ部２１２Ｄの遮光部１３２Ｄが遮光部１３Ｂに対応し、透過部１２２Ｄが透過部１２Ｂ，１２Ｃに対応している。
【００５６】
フォトマスク４２Ｚは、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを、周期パターン２１Ａとは形状が異なるパターンレイアウトで構成している。具体的には、ＳＲＡＦ部２１２Ｄの遮光部１３２Ｄを、格子状パターンで構成し、格子状パターンの隙間部分（島状領域）が透過部１２２Ｄとなるよう、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを構成しておく。例えば、遮光部１３２Ｄは、遮光部１３Ａが配置されている方向（図７の横方向）と当該方向に垂直な方向（図７の縦方向）（遮光部１３Ａの長手方向）との両方に並べられて格子状をなしている。さらに、ＳＲＡＦ部２１２Ｄは、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを介してウエハ６Ｘ上に照射される０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘとが等しくなるよう、透過部１２２Ｄの領域が決定されている。これにより、ＳＲＡＦ部２１２ＤのＳＲＡＦ化を実現するとともにＳＲＡＦ部２１２Ｄの０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度をバランスさせている。
【００５７】
第１の実施の形態で説明したＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの場合、フォトマスク４Ｘ，４Ｚを透過する１次光は、２方向に分かれてレンズ５Ｘ側へ送られる。そして、分岐した１次光のうち、一方の１次光はレンズ５Ｘの瞳上に送られ、他方の１次光はレンズ５Ｘの瞳外に送られる。これにより、１次光のうちレンズ５Ｘの瞳上に送られた１次光が、ウエハ６Ｘ上に照射され、レンズ５Ｘの瞳外に送られた１次光は、ウエハ６Ｘ上に照射されない。したがって、フォトマスク４Ｘ，４Ｚを透過する１次光のうち１／２の１次光がウエハ６Ｘ上に照射されることとなる。
【００５８】
一方、本実施の形態のように、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを格子状パターンで構成すると、フォトマスク４２Ｚを透過する１次光は、４方向に分かれてレンズ５Ｘ側へ送られる。図８は、ＳＲＡＦ部を格子状パターンで構成した場合の１次光と瞳の位置関係を説明するための図である。図８では、レンズ５Ｘの上面側から見た場合の１次光と瞳の位置関係を示している。
【００５９】
ＳＲＡＦ部２１２Ｄを格子状パターンで構成した場合、フォトマスク４２ＺのＳＲＡＦ部２１２Ｄを透過する１次光は、４方向に分かれてレンズ５Ｘ側へ送られる。そして、レンズ５Ｘの配置されている面内の位置３２Ａ〜３２Ｄに各１次光が送られる。位置３２Ａ〜３２Ｄのうち、位置３２Ａはレンズ５Ｘの瞳３３内の位置であり、位置３２Ｂ〜３２Ｄはレンズ５Ｘの瞳３３外の位置である。このため、分岐した１次光のうち、１本の１次光はレンズ５Ｘの瞳上に送られ、他の３本の１次光はレンズ５Ｘの瞳外に送られる。これにより、１次光のうちレンズ５Ｘの瞳上に送られた１次光が、ウエハ６Ｘ上に照射され、レンズ５Ｘの瞳外に送られた１次光は、ウエハ６Ｘ上に照射されない。したがって、フォトマスク４２Ｚを透過する１次光のうち１／４の１次光がウエハ６上に照射されることとなる。
【００６０】
また、０次光Ｌ０ｘは、瞳３３内の位置３１に送られてウエハ６上に照射される。したがって、本実施の形態では、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを透過する１次光Ｌ１ｘの１／４の１次光と、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを透過する０次光Ｌ０ｘと、が同じ回折光強度なるよう、ＳＲＡＦ部２１２Ｄのマスクパターンを構成しておく。これにより、ＳＲＡＦ部２１２Ｄを透過する光の２／５の光によってウエハ６Ｘが露光されることとなる。第１の実施の形態で説明したＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃの場合、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃを透過する光の２／３の光によってウエハ６Ｘが露光されることとなる。このように、本実施の形態では、ＳＲＡＦ部２１２Ｄからウエハ６Ｘに照射される光の強度が減光されて、ＳＲＡＦ部２１０Ｃ，２１１Ｃよりも小さくなるので、ＳＲＡＦ部２１２Ｄのパターンがウエハ上に転写されなくなる。これにより、ＳＲＡＦ部２１２ＤがＳＲＡＦ化されることとなる。
【００６１】
図９は、ＳＲＡＦ部を格子状にした場合のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。図９では、所定の位相を有したＳＲＡＦ部２１２Ｄのパターン寸法と回折光強度との関係を示している。また、図９は、横軸がマスク値（透過部のパターン幅）であり、縦軸がＳＲＡＦ部２１２Ｄでの回折光強度である。なお、図９では、アレイ部２１Ａの回折光強度の図示を省略し、アレイ部２１Ａの透過部１４Ａのパターン幅（マスク値）を矢印で図示している。
【００６２】
周期パターン２１Ａと同じピッチＰで縦方向および横方向にラインパターンを配置することによって形成された格子状のパターンに対し、ダイポール照明１Ｘで露光光を照射した場合の０次光Ｌ０ｘおよび１次光Ｌ１ｘの回折光強度特性を算出しておく。図９では、算出した回折光強度特性として、ＳＲＡＦ部２１２Ｄでの０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｆ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｆ１とを示している。
【００６３】
本実施の形態では、回折光強度曲線Ｆ０と、１次光の回折光強度曲線Ｆ１とが重なるマスク値を透過部１２２Ｄのパターン寸法に決定する。図９に示す回折光強度曲線Ｆ０，Ｆ１は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明１Ｘの構造に関する情報、レンズ５Ｘの構造に関する情報、ＳＲＡＦ部２１０Ｃのパターンピッチなどを入力することによって算出される。ＳＲＡＦ部２１２Ｄの透過部１２２Ｄは、例えば正方形の形状をなしており、その１辺のパターン寸法は、例えばピッチＰの８２％となる。
【００６４】
このように、フォトマスク４２Ｚでは、０次光Ｌ０ｘの回折光強度と１次光Ｌ１ｘの回折光強度とが等しくなるよう、透過部１２２Ｄの寸法が調整されている。換言すると、０次光Ｌ０ｘの回折光強度曲線Ｆ０と、１次光Ｌ１ｘの回折光強度曲線Ｆ１とが重なるよう、透過部１２２Ｄの寸法を調整しておく。そして、透過部１２２Ｄの寸法に基づいて、ＳＲＡＦ部２１２Ｄのパターンレイアウトが作成されフォトマスク４２Ｚが作製される。
【００６５】
このように第２の実施の形態によれば、ＳＲＡＦ部２１２Ｄのパターンレイアウト形状を格子状にすることによって０次光Ｌ０ｘと１次光Ｌ１ｘの回折光強度が同じになるようバランスさせているので、周期端パターンに対してフォーカス特性を改善することが可能となる。これにより、周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能となり、その結果、露光後に形成されるレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
１Ｘ  ダイポール照明、４Ｘ，４Ｚ，４０Ｚ，４１Ｚ，４２Ｚ  フォトマスク、１２Ｂ，１２Ｃ，１４Ａ，１４Ｂ，１２０Ｃ，１２１Ｃ，１２２Ｄ  透過部、１３Ａ，１３Ｂ，１３０Ｂ，１３１Ｂ，１３２Ｄ  遮光部、２１Ａ  周期パターン、２１Ｂ，２１Ｃ，２１０Ｃ，２１１Ｃ，２１２Ｄ  ＳＲＡＦ部、Ｌ０ｘ  ０次光、Ｌ１ｘ  １次光。
【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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