(57)【要約】【課題】ポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを、高裕度で形成することができるパターンの形成方法、電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供する。【解決手段】被加工膜２上に、密集ホールパターンを有する第１のポジ型フォトレジスト３が形成される。複数のホールパターン３ａの各々を埋め込むように第１のフォトレジスト３上に第２のポジ型フォトレジスト４が形成される。第２のフォトレジスト４に高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の明暗反転像である暗点像が投影露光される。第２のフォトレジスト４の現像により、暗点像部に形成される第２のフォトレジスト４のドットパターンが複数のホールパターンのいずれかの内部に残される。第１、第２のフォトレジスト３、４をマスクとして、被加工膜２がパターニングされる。【選択図】図１
2008185970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工膜上に、複数のホールパターンが密集した密集ホールパターンを有するマスク層を第１のポジ型フォトレジストの適用により形成する工程と、
前記密集ホールパターンの複数の前記ホールパターンの各々を埋め込むように前記マスク層上に第２のポジ型フォトレジストを形成する工程と、
前記第２のポジ型フォトレジストにハーフトーン位相シフトマスクを用いて暗点像を投影し露光する工程と、
露光された前記第２のポジ型フォトレジストを現像することにより、前記第２のポジ型フォトレジストの前記暗点像部分に形成されるドットパターンを前記マスク層の複数の前記ホールパターンのいずれかの内部に残す工程と、
前記マスク層と前記第２のポジ型フォトレジストに形成された前記ドットパターンとをマスクとして、前記被加工膜をパターニングする工程とを備え、
前記ハーフトーン位相シフトマスクは、前記ドットパターン部に形成される開口部を有するハーフトーン位相シフト膜を有し、
前記第２のポジ型フォトレジストに前記ハーフトーン位相シフトマスクを用いて前記暗点像を投影し露光する工程は、前記開口部の存在しない領域で前記ハーフトーン位相シフト膜を透過した露光光の光強度では前記第２のポジ型フォトレジストが現像時に溶解され、かつ前記開口部により前記ドットパターン部分に形成される前記暗点像の光強度では前記第２のポジ型フォトレジストが現像時に溶解されないような露光量で露光する、パターンの形成方法。
【請求項２】
前記ハーフトーン位相シフト膜の光透過率が１５％以上２５％以下であり、
前記ドットパターン部に形成される前記ハーフトーン位相シフト膜の開口部の寸法が、露光光の波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で０．２６以上０．４５以下であることを特徴とする、請求項１に記載のパターンの形成方法。
【請求項３】
前記マスク層は、前記密集ホールパターンを有する第１のポジ型フォトレジストであることを特徴とする、請求項１または２に記載のパターンの形成方法。
【請求項４】
前記マスク層は、前記密集ホールパターンを有するハードマスク層であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパターンの形成方法。
【請求項５】
前記ハードマスク層に前記密集ホールパターンを形成する工程は、
前記ハードマスク層上に密集ホールパターンを有する第１のポジ型フォトレジストを形成する工程と、
前記第１のポジ型フォトレジストをマスクとして前記ハードマスク層をパターニングする工程とを備えることを特徴とする、請求項４に記載のパターンの形成方法。
【請求項６】
前記第１のポジ型フォトレジストに前記密集ホールパターンを形成するための露光は、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて行われることを特徴とする、請求項３または５に記載のパターンの形成方法。
【請求項７】
前記第１のポジ型フォトレジストに前記密集ホールパターンを形成するための露光は、変形照明を用いて行われることを特徴とする、請求項３、５および６のいずれかに記載のパターンの形成方法。
【請求項８】
前記変形照明は、クロスポール照明および４重極照明のいずれかであることを特徴とする、請求項７に記載のパターンの形成方法。
【請求項９】
前記第２のポジ型フォトレジストに前記ドットパターンを形成するための露光は、変形照明を用いて行われることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のパターンの形成方法。
【請求項１０】
前記変形照明は、クロスポール照明であることを特徴とする、請求項９に記載のパターンの形成方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかのパターン形成方法により電子デバイスを製造することを特徴とする、電子デバイスの製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法により製造されることを特徴とする、電子デバイス。
【請求項１３】
被加工膜を有し、かつ前記被加工膜には、平面視において複数の縦線と複数の横線とが交差する格子を仮想したときに、前記複数の縦線と前記複数の横線とが交差する複数の交点のうち任意の交点にホールパターンが形成されていることを特徴とする、請求項１２に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの形成方法、電子デバイスの製造方法および電子デバイスに関し、特に、微小孤立ホールパターンを有するランダム配置ホールパターンの形成方法、電子デバイスの製造方法および電子デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光リソグラフィにおける、ホールパターン形成ではラインパターンと異なり、２次元的に電磁場を局在させる必要があるので、微細化が原理的に困難である。さらに、ホールパターンをポジ型フォトレジストにより形成する場合には、像の実効コントラストが本質的に小さくなる。
【０００３】
なかでも、微小孤立ホールの形成には、有効な超解像技術がないので、その高プロセス余裕下での形成は難しい。このため、微小孤立ホールの形成はデバイスの微細化を抑制する要因の一つとなっている。
【０００４】
一方、規則的に配置されたホールパターンにおいては、上記した原理的制約により、形成される光学像の像質は一次元パターンである密集ラインパターンと比べて劣る。しかし、変形照明法に代表される超解像技術が存する。このため、優れた分離性能をもつ高解像フォトレジストの適用により、高プロセス裕度での高密集微細ホールの形成が可能である。
【０００５】
他方、暗点像の形成においては、本件の発明者が開示しているように（特許文献１および非特許文献１参照）、最適変形照明下での位相シフトマスクによる位相打消し像を適用することで、ランダムな配置のパターンにおいて優れた像質が得られる。
【特許文献１】特開２００４−２５１９６９号公報
【非特許文献１】S. Nakao et al., "Zero MEF Hole Formation with Atten-PSMand Modified Illumination", Proc. of SPIE Vol. 5040 (2003), pp. 1258-1269
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の位相シフトマスクによる位相反転像を適用したランダム配置のホールパターン形成では、上記したようにネガ型フォトレジストが必要となる。しかしながら、現状の最先端技術であるＡｒＦエキシマレーザー露光においては、優れた特性のネガ型フォトレジストは存在しない。このため、従来の方法においては、ＡｒＦエキシマレーザー波長においては実用に十分な特性を得ることが難しいという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポジ型のフォトレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを、高裕度で形成することができるパターンの形成方法、電子デバイスの製造方法および電子デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態におけるパターンの形成方法は以下の工程を備えている。
まず被加工膜上に、第１のポジ型フォトレジストを適用したパターン形成により、複数のホールパターンが密集した密集ホールパターンを有するマスク層が形成される。密集ホールパターンの複数のホールパターンの各々を埋め込むようにマスク層上に第２のポジ型フォトレジストが形成される。第２のポジ型フォトレジストにハーフトーン位相シフトマスクを用いて暗点像が投影され露光される。露光された第２のポジ型フォトレジストを現像することにより、第２のポジ型フォトレジストの暗点像部分に形成されるドットパターンがマスク層の複数のホールパターンのいずれかの内部に残される。マスク層と第２のポジ型フォトレジストにより形成されたドットパターン（レジストプラグ）とをマスクとして、被加工膜がパターニングされる。ハーフトーン位相シフトマスクは、ドットパターン用の暗点像を生成する開口部を有するハーフトーン位相シフト膜を有している。第２のポジ型フォトレジストにハーフトーン位相シフトマスクを用いて暗点像を投影し露光する工程は、開口部の存在しない領域でハーフトーン位相シフト膜を透過した露光光の光強度では第２のポジ型フォトレジストが現像時に溶解され、かつ開口部によりドットパターン部分に形成される暗点像の光強度では第２のポジ型フォトレジストが現像時に溶解されないような露光量で露光する工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施の形態によれば、マスク層に密集ホールパターンが形成されるが、これはポジ型のフォトレジストを用いて行うことができる。また、平面視においてランダムな配置を有するドットパターンの形成もポジ型のフォトレジストを用いて行うことができる。このため、マスク層に密集ホールパターンを形成した後に、その密集ホールパターンのいずれかのホールパターンをドットパターンで埋め込むことで、平面視においてランダムな配置を有するホールパターンをポジ型のフォトレジストを用いて形成することが可能となる。よって、ポジ型のレジスト適用下で、ランダム配置のホールパターンを、高裕度で形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１〜４に共通のパターンの形成方法を示すフロー図である。図１を参照して、本実施の形態のパターン形成方法においては、まず被加工膜上に、密集ホールパターンを有するマスク層が形成される（ステップＳ１）。この密集ホールパターンを埋め込むように、マスク層上にポジ型フォトレジストが形成される（ステップＳ２）。ポジ型フォトレジストに高透過ハーフトーン（ＨＴ）位相シフトマスクによる明暗反転像である暗点像が投影露光される（ステップＳ３）。この明暗反転像である暗点像を形成できる高透過ハーフトーン位相シフトマスクの構成については後述する。露光されたポジ型フォトレジストが現像される。これにより、暗点像部に形成されるドットパターン部分以外のポジ型フォトレジストが除去される。またドットパターン部分のポジ型フォトレジストが、密集パターンをなす複数のホールパターンのいずれかの内部に残存しレジストプラグとなる（ステップＳ４）。このポジ型フォトレジストとマスク層とをマスクとして被加工膜が選択的に除去されてパターニングされる（ステップＳ５）。これにより、被加工膜に平面視においてランダムな配置を有するホールパターンが形成される。
【００１１】
次に、上記におけるマスク層がポジ型のフォトレジストである場合について具体的に説明する。
【００１２】
図２は、マスク層がポジ型のフォトレジストである場合の図１のステップＳ１を具体的に示したフロー図である。また図３〜図１１は、本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１３】
図３を参照して、まず、基板（たとえばウエハなど）１上に被加工膜２が形成される。
図４を参照して、被加工膜２上に、第１のポジ型のフォトレジスト３が塗布形成される（ステップＳ１１：図２）。このとき、図示していないが、必要に応じて下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）および上層反射防止膜（ＴＡＲＣ）が第１のポジ型フォトレジスト３の下層膜、上層膜として形成される。
【００１４】
図５を参照して、第１の露光プロセスが行われる。密集ホールパターンを形成したハーフトーン位相シフトマスク２０の光学像が、４重極照明を適用した投影光学系により第１のポジ型フォトレジスト３に投影され、第１のポジ型フォトレジスト３が露光される（ステップＳ１２：図２）。本実施の形態では、露光波長（λ）はたとえば１９３ｎｍであり、開口数（ＮＡ）がたとえば１．０７の液浸露光系が適用される。
【００１５】
なおハーフトーン位相シフトマスク２０は、透明基板１１とハーフトーン位相シフト膜１２とを有している。透明基板１１は、露光光を透過するように露光光に対して透明な材質よりなっている。ハーフトーン位相シフト膜１２は、透明基板１１上に形成され、かつ透明基板の一部表面を露出する開口部１２ａを複数個有している。このハーフトーン位相シフト膜１２は、そのハーフトーン位相シフト膜１２を透過した露光光の位相が開口部１２ａを透過した露光光の位相と異なる位相（たとえば１８０°異なる位相）となるように構成されている。また、波長に比べて大きい開口部を透過した露光光の光強度に対するハーフトーン位相シフト膜１２を透過した露光光の光強度、すなわちハーフトーン位相シフト膜１２の透過率は適宜設定されてもよく、たとえば２０％程度であってもよい。
【００１６】
この複数の開口部１２ａは、図１２に示すように平面視において複数の縦線と複数の横線とが直交に交差する直交格子（例えば正方格子）を仮想したときに、複数の縦線と複数の横線とが交差する複数の交点の各々に規則正しく配置され、それにより密集ホールパターンを構成している。
【００１７】
図６を参照して、上記において密集ホールパターンの光学像が露光された第１のポジ型フォトレジスト３が現像される。これにより、第１のフォトレジスト３に複数個のホールパターン３ａが形成される。この複数のホールパターン３ａの各々は、配置ピッチがたとえば１６０ｎｍ、直径がたとえば６０ｎｍとなるように規則的に配置されることで密集ホールパターンを構成している（ステップＳ１３：図２）。ここには図示しなかったが、前記したＢＡＲＣ膜、ＴＡＲＣ膜を適用した場合、現像後にＢＡＲＣ膜はそのまま残存する。この残存したＢＡＲＣ膜は、後で示す第２の露光プロセスでもＢＡＲＣとして働く。なおＴＡＲＣ膜は第１のフォトレジスト３の現像時もしくは現像前の処理により溶解除去される。
【００１８】
この後、第１のフォトレジスト３から残存溶媒を揮散させることで第１のフォトレジスト３を固化させるハードニング処理が行われる。このハードニング処理は、第２の露光プロセスにおいて第１のフォトレジスト３上に塗布形成される他の第２のフォトレジスト４が第１のフォトレジスト３と交じり合うことで、均一な膜形成が阻害されることを回避するために行われる。通常、このハードニング処理は、第１のフォトレジスト３への紫外光の照射、もしくは、電子線の照射、希ガスイオンの注入などにより行われる。本実施の形態においては、たとえば紫外光を照射することによりこのハードニング処理が行なわれる。
【００１９】
図７を参照して、ハードニング処理をされた第１のフォトレジスト３の上に、複数のホールパターン３ａの各々を埋め込むように、他の第２のポジ型フォトレジスト４が塗布形成される（ステップＳ２：図１）。このとき、図示していないが、必要に応じて下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）および上層反射防止膜（ＴＡＲＣ）が第２のフォトレジスト４の下層膜、上層膜として形成される。本実施の形態では、第１のフォトレジスト３の下層膜として形成したＢＡＲＣ膜が第２のフォトレジスト４の塗布時にそのまま残っているので、この第２のフォトレジスト４の形成工程ではＢＡＲＣ膜は形成されない。ＴＡＲＣ膜は精密なパターン形成に必要であるので、この第２のフォトレジスト４の上層膜として形成される。
【００２０】
図８を参照して、第２の露光プロセスが行われる。ランダム配置ホールパターンを形成した高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の光学像が、クロスポール照明を適用した投影光学系により第２のポジ型フォトレジスト４に投影され、第２のフォトレジスト４が露光される（ステップＳ３：図１）。本実施の形態では、露光波長（λ）はたとえば１９３ｎｍであり、開口数（ＮＡ）がたとえば１．０７の液浸露光系が適用される。
【００２１】
なお高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０は、透明基板２１とハーフトーン位相シフト膜２２とを有している。透明基板２１は、露光光を透過するように露光光に対して透明な材質よりなっている。ハーフトーン位相シフト膜２２は、透明基板２１上に形成され、かつ透明基板２１の一部表面を露出する開口部２２ａを１個もしくは複数個有している。このハーフトーン位相シフト膜２２は、そのハーフトーン位相シフト膜２２を透過した露光光の位相が開口部２２ａを透過した露光光の位相と異なる位相（たとえば１８０°異なる位相）となるように構成されている。また、波長に比べて十分に大きい開口部を透過した露光光の光強度に対するハーフトーン位相シフト膜を透過した露光光の光強度が１５％以上２５％以下である。開口部２２ａの寸法Ｗは、露光光の波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で０．２６以上０．４５以下であり、好ましくは０．３２以上０．３９以下である。
【００２２】
ここで、開口部２２ａの寸法Ｗとは、開口部２２ａの平面形状が矩形状である場合にはその矩形の１辺の寸法を意味する。
【００２３】
この１個もしくは複数個の開口部２２ａは、図１３に示すように平面視において複数の縦線と複数の横線とが直交に交差する直交格子（例えば正方格子）を仮想したときに、複数の縦線と複数の横線とが交差する複数の交点のいずれかにランダムに配置され、それによりランダム配置ホールパターンを構成している。また図１３における仮想の格子は図１２における仮想の格子に一致している。このため、図１３に示す開口部２２ａの位置は図１２に示す複数のホールパターン１２ａのいずれかの位置に一致する。
【００２４】
この高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０を用いた露光においては、ハーフトーン位相シフト膜２２の開口部２２ａの明暗反転像である暗点像が第２のフォトレジスト４に投影される。つまり、通常のハーフトーン位相シフトマスクにおいては、開口部の形成された領域が明部となり、ハーフトーン位相シフト膜の形成された領域が暗部となる。これに対して、この高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０では、開口部２２ａの形成された領域が暗部となり、高透過ハーフトーン位相シフト膜２２の形成された領域が明部となる。
【００２５】
このため露光量を適当に設定することで、開口部２２ａにより形成される暗点像の光強度は第２のポジ型フォトレジスト４を現像時に溶解しないような光強度となる。また、高透過ハーフトーン位相シフト膜２２の波長に比べて大きい形成領域部を透過した露光光の光強度は第２のポジ型フォトレジスト４を現像時に溶解するような光強度となる。
【００２６】
図９を参照して、上記においてランダム配置の暗点像が露光された第２のポジ型フォトレジスト４が現像されて、暗点像部分のレジストがドットパターンとして残存する。これにより、第２のフォトレジスト４のドットパターン部分が第１のフォトレジスト３の複数のホールパターン３ａのいずれかの内部を埋め込む。ドットパターン部４がホールパターン３ａ内を埋め込むことで、平面視においてランダムに配置されたホールパターンを得ることができる。
【００２７】
図１０を参照して、フォトレジスト３、４をマスクとして被加工膜２がエッチングにより選択除去される。この後、フォトレジスト３、４がたとえばアッシングなどにより除去される。
【００２８】
図１１を参照して、上記のエッチングにより、平面視においてランダムに配置されたホールパターン２ａが被加工膜２に形成されて、本実施の形態のパターンが形成される。このように形成されるパターンは電子デバイスに適用され得る。
【００２９】
次に、上記パターンの形成方法における第１および第２の露光プロセスに用いられる投影露光装置について説明する。
【００３０】
図１４は、本発明の実施の形態１における第１および第２の露光プロセスに用いられる投影露光装置の構成を概念的に示す図であり、特に第２の露光プロセスの場合を例示している。図１４を参照して、この投影露光装置は、フォトマスク３０（または２０）上のパターンを基板１上の第２のフォトレジスト４に投射するものである。また投影露光装置は、光源１１１からフォトマスク３０（または２０）のパターンまでの照明光学系と、フォトマスク３０（または２０）のパターンから基板１までの投影光学系とを有している。
【００３１】
照明光学系は、光源１１１と、反射鏡１１２と、集光レンズ１１８と、フライアイレンズ１１３と、変形照明用の絞り１１４と、集光レンズ１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃと、ブラインド絞り１１５と、反射鏡１１７とを有している。また投影光学系は投影レンズ１１９ａ、１１９ｂと、瞳面絞り１２５とを有している。
【００３２】
その露光動作においては、まず光源１１１から発せられた光１１１ａは、反射鏡１１２により反射される。次に、光１１１ａは、集光レンズ１１８を通過して、フライアイレンズ１１３の各フライアイ構成レンズ１１３ａの各々に入射し、その後に絞り１１４を通過する。
【００３３】
ここで、光１１１ｂは、１個のフライアイ構成レンズ１１３ａによって作り出された光路を示し、光１１１ｃはフライアイレンズ１１３によって作り出される光路を示している。絞り１１４を通過した光１１１ａは、集光レンズ１１６ａ、ブラインド絞り１１５および集光レンズ１１６ｂを通過して、反射鏡１１７により所定角度で反射される。
【００３４】
反射鏡１１７により反射された光１１１ａは、集光レンズ１１６ｃを透過した後、所定のパターンが形成されたフォトマスク３０（または２０）の全面を均一に照射する。この後、光１１１ａは投影レンズ１１９ａ、１１９ｂにより所定の倍率に縮小され、基板１上の第２のフォトレジスト４を露光する。
【００３５】
本実施の形態においては、第１および第２の露光プロセスの双方において位相シフトマスク３０（または２０）の照明は通常照明ではなく、変形照明により行なわれる。通常照明の場合、図１５に示すように位相シフトマスク３０（または２０）に対して露光光が垂直に照射され、０次光および±１次光の３光束によりウエハ１０のフォトレジストが露光される。しかし、位相シフトマスク３０（または２０）のパターンが微細になると、回折角度が大きくなるため、垂直照明では±１次光がレンズの中に入らなくなり、解像しなくなるおそれがある。
【００３６】
そこで、図１６に示すように変形照明により照明光束が位相シフトマスク３０（または２０）に対して斜めに入射される。これにより、位相シフトマスク３０（または２０）により回折した０次光と＋１次光あるいは−１次光の２光束のみで露光することができ、解像性を得ることができる。
【００３７】
本実施の形態の第２の露光プロセスの変形照明としてはクロスポール照明が用いられる。つまり、図１７に示すように４つの透過部１１４ａを有するクロスポール照明絞り１１４が図１４の絞り１１４として用いられる。また本実施の形態の第１の露光プロセスの変形照明として４重極照明が用いられる。つまり、図１８に示すように４つの透過部１１４ａを有し、かつクロスポール照明を４５°回転した形状を有する４重極照明絞り１１４が図１８の絞り１１４として用いられる。
【００３８】
次に、本実施の形態におけるパターン形成方法によって得られるパターンを有する電子デバイスの構造について説明する。
【００３９】
図１９は、本発明の実施の形態１における電子デバイスの構成を概略的に示す平面図である。図１１の断面図は、図１９のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面に対応している。図１１および図１９を参照して、本実施の形態の電子デバイスは、基板１と、その基板１上に形成された被加工膜２とを有している。被加工膜２には、平面視においてランダムに配置された複数のホールパターン２ａが形成されている。この複数のホールパターン２ａは、平面視において複数の縦線５１と複数の横線５２とが直交交差する直交格子（たとえば正方格子）を仮想したときに、その複数の縦線５１と複数の横線５２とが交差する複数の交点５３のうち任意の交点５３に配置されている。このホールパターン２ａの平面的な寸法（直径）はたとえば６０〜７０ｎｍである。
【００４０】
次に、図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０を用いることにより、パターンの明暗反転像が得られる点について説明する。尚、本説明では露光波長を２４８ｎｍとしており本実施の形態での１９３ｎｍと異なるが、物理現象は波長に依存しないので現象としては１９３ｎｍでも同様であることを、ここに付記する。
【００４１】
図２０〜図２３は、図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の開口部２２ａを孤立パターンとし、その孤立パターン２２ａの寸法Ｗに対して結像系により形成される光学像の変化を示す図である。各グラフでのパラメータはフォーカスである。光学条件として、露光光の波長は２４８ｎｍ、開口数ＮＡは０．８０、照明はクロスポール照明（σin／σout＝０．７０／０．８５）である。そのクロスポール照明の絞り１４の形状は図１７に示すような４つの光透過部１１４ａを有する形状である、また、位相シフトマスク３０の透過率（Ｉ２／Ｉ１）は２０％である。
【００４２】
高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の開口部２２ａの寸法Ｗが大きいときには、従来のハーフトーン型位相シフトマスクによるパターン形成の場合にほぼ対応する。この場合、図２０に示すように開口部２２ａの透過光の強度が、それを打ち消す位相関係となるハーフトーン位相シフト膜２２の透過光の強度に比べ十分に大きくなる。このため、開口部２２ａに対応する領域では、他の領域よりも明るい部分（光強度の高い部分）が形成される。
【００４３】
開口部２２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、図２１に示すように開口部２２ａの透過光の強度が小さくなっていき、ハーフトーン位相シフト膜２２の透過光による打消しが相対的に大きくなる。これにより、ハーフトーン位相シフト膜２２の透過光の強度とほぼ同じ強度の像が形成されるようになる。このときは、像のコントラストが小さく、フォトレジストにパターンを形成することが困難となる。
【００４４】
さらに開口部２２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、開口部２２ａの透過光強度とハーフトーン位相シフト膜２２の透過光強度とがほぼ等しくなる。このとき、相互の位相が反位相の関係（つまり位相が１８０°異なる関係）となっているので、図２２に示すように、開口部２２ａに対応する領域では、他の領域よりも十分暗い暗点像が形成される。つまり、ハーフトーン位相シフト膜２２のパターンの明暗反転像が得られることになる。この像をポジ型のフォトレジストに適用すれば、フォトレジストにドットパターンが形成されることになる。
【００４５】
さらに開口部２２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、図２３に示すように、今度は開口部２２ａを透過した光の強度が、ハーフトーン位相シフト膜２２の透過光の強度より小さくなり、打ち消しによる効果が小さくなることで、暗点の暗さが弱く（明るく）なっていく。
【００４６】
さらに開口部２２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、開口部２２ａが存在しないのと実質的に同じとなり、像のコントラストがなくなっていく。
【００４７】
このように、上記の光学条件においては、図２２に示すような明暗反転像が得られ、さらに明暗反転像における暗点像が優れたフォーカス特性を示すことがわかる。また、このような明暗反転像を得るためには、開口部２２ａを透過した露光光の光強度に対するハーフトーン位相シフト膜２２を透過した露光光の光強度の比により定義される光透過率が１５％以上２５％以下であることが必要がある。加えて、開口部２２ａの寸法Ｗが、露光光の波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で０．２６以上０．４５以下であることが必要であり、０．３２以上０．３９以下であることが好ましい。このことは特開２００４−２５１９６９号公報に記載されている。
【００４８】
次に、第１および第２の露光プロセスにおける光学像を調べた結果について説明する。
図２４は、第１の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク２０に形成された、ピッチ１６０ｎｍで２次元に密集配置された１１２ｎｍ□のホールパターンを結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。光学条件として、露光光の波長は１９３ｎｍ、開口数ＮＡは１．０７、照明は４重極照明（σin／σout＝０．８５／０．９５）である。また図２５は、第１の露光プロセスにおける密集ホールの主断面に沿った位置（Spatial Position）における光強度（Relative Intensity）の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。図２４および図２５を参照して、第１の露光プロセスにおいて得られる光学像はレジストの解像に十分なコントラストを有しており、フォーカスによる変化が小さく優れたフォーカス特性を有している。この光学像の特性より、ピッチ１６０ｎｍで直径〜６０ｎｍの密集ホールパターンが第１のフォトレジスト３に高裕度で形成されることがわかる。
【００４９】
また図２６は、第１の露光プロセスで形成される明点像の寸法すなわちImage ＣＤ（Critical Dimension）をフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベル（露光量に反比例する量）をパラメータとして示した図である。図２６を参照して、第１の露光プロセスにおいてはデフォーカスによるＣＤ値の変動が少なく、優れたフォーカス特性が得られることが分かる。
【００５０】
また図２７は、第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された６２ｎｍ□のホールパターンを結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。光学条件として、露光光の波長は１９３ｎｍ、開口数ＮＡは１．０７、照明はクロスポール照明（σin／σout＝０．６０／０．８０）である。この６２ｎｍ□のホールパターンは、第１のフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンの一部の位置に対応して配置されている。図２７を参照して、この光学像では２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０上のホールパターンに対応する部分が、位相打消しにより暗点像となっている。
【００５１】
この暗点像により、その部分の第２のポジ型フォトレジスト４が現像時に非溶解となることで、現像後にこの部分（ドットパターン部分）の第２のフォトレジスト４が残存する。これにより、下地であるフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンの一部が、この第２のフォトレジスト４のドットパターン部分によりプラグされる。これが、第２の露光プロセスの役割である。
【００５２】
また図２８は、第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された６２ｎｍ□のホールパターンを、上記した光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。この６２ｎｍ□のホールパターンは、第１のフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンのうち１個のホールパターンを除いた全てのホールパターンの位置に対応して配置されている。図２８を参照して、この光学像では２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０上のホールパターンに対応する部分が、位相打消しにより暗部となっており、マスク３０上のホールパターンのない部分は明部となっている。すなわち、このマスク３０を用いた第２のフォトレジスト４のパターニングでは、第１のフォトレジスト３に形成された密集ホールパターンのうち、１個を除いた全てのホールパターンが、暗点像により形成される第２のフォトレジスト４のドットパターンによりプラグされる。これにより、被加工膜２に孤立ホールパターンを形成することができる。
【００５３】
図２９および図３０は、第２の露光プロセスに用いられるマスクのホール非存在部分（図２９）および孤立ホール存在部分（図３０）の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。図中にレジストの溶解・非溶解の境界となる像強度（スライスレベル：露光量によりその大きさは調整される）を破線で示している。
【００５４】
図２９および図３０を参照して、ホール非存在部分におけるドットパターン部（プラグ形成部）および孤立ホール存在部分におけるドットパターン部（プラグ形成部）のどちらも、レジスト解像に十分な暗さになっている。また、フォーカスによる光強度の変化も小さい。すなわち、この光学像を露光することで、十分なプロセス裕度を有するドットパターンの形成が可能であると予測される。また、孤立ホール存在部分におけるホールパターン部では、第２のフォトレジスト４を感光させるに十分な強度を持った明点像が形成されている。
【００５５】
以上より本実施の形態によれば、第１の露光プロセスにおいてハーフトーン位相シフトマスク２０と変形照明により第１のポジ型フォトレジスト３に密集ホールパターンを形成することができる。この後、第２の露光プロセスにおいて、高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０とクロスポール照明により形成されるランダム配置の暗点像により、上記第１の露光プロセスにより形成された密集ホールパターンの任意の一部のホールパターン３ａ内を第２のフォトレジスト４によるドットパターンで埋め込むことができる。これにより、ランダム配置のホールパターンを形成することができる。このため、従来の方法では不可能であった、微細な寸法をもつ、ピッチが極めて小さい密集ホールパターンと孤立ホールパターンを含むランダム配置パターンの同時形成が可能となる。
【００５６】
（実施の形態２）
本実施の形態においては、図５に示す第１の露光プロセスにおいて変形照明として図１７に示すクロスポール照明を用いる点で実施の形態１と異なっている。このクロスポール照明を第１の露光プロセスに用いる場合には、図５に示すハーフトーン位相シフトマスク２０の密集ホールパターンにおけるホールパターン１２ａの配置ピッチＰ１はたとえば１２０ｎｍであり、平面寸法はたとえば８８ｎｍ□である。また、このハーフトーン位相シフトマスク２０を用いて形成された第１のフォトレジスト３の密集ホールパターンにおけるホールパターン３ａの配置ピッチはたとえば１２０ｎｍであり、直径はたとえば６０ｎｍである。
【００５７】
なお、本実施の形態における上記以外のパターン形成方法および電子デバイスの構成については上述した実施の形態１とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００５８】
次に、本実施の形態の第１および第２の露光プロセスにおける光学像を調べた結果について説明する。
【００５９】
図３１は、第１の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク２０に形成された、ピッチ１２０ｎｍで２次元に密集配置された８８ｎｍ□のホールパターンを結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。光学条件として、露光光の波長は１９３ｎｍ、開口数ＮＡは１．０７、照明はクロスポール照明（σin／σout＝０．７０／０．８０）である。また図３２は、第１の露光プロセスにおける密集ホールの主断面に沿った位置（Spatial Position）における光強度（Relative Intensity）の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。図３１および図３２を参照して、第１の露光プロセスにおいて得られる光学像はレジストの解像に十分なコントラストを有しており、フォーカスによる変化が小さく優れたフォーカス特性を有している。この光学像の特性より、ピッチ１２０ｎｍで直径〜６０ｎｍの密集ホールパターンが第１のフォトレジスト３に高裕度で形成されることがわかる。
【００６０】
また図３３は、第１の露光プロセスで形成される明点像の寸法すなわちImage ＣＤをフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベルをパラメータとして示した図である。図３３を参照して、第１の露光プロセスにおいてはデフォーカスによるＣＤ値の変動が少なく、優れたフォーカス特性が得られることが分かる。
【００６１】
また図３４は、第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された５４ｎｍ□のホールパターンを結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。光学条件として、露光光の波長は１９３ｎｍ、開口数ＮＡは１．０７、照明はクロスポール照明（σin／σout＝０．６０／０．８０）である。この５４ｎｍ□のホールパターンは、第１のフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンの一部の位置に対応して配置されている。図３４を参照して、この光学像では２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０上のホールパターンに対応する部分が、位相打消しにより暗点となっている。
【００６２】
この暗点像により、その部分の第２のポジ型フォトレジスト４が現像時に非溶解となることで、現像後にこの部分（ドットパターン部分）の第２のフォトレジスト４が残存する。これにより、下地である第１のフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンの一部が、この第２のフォトレジスト４のドットパターン部分によりプラグされる。これが、第２の露光プロセスの役割である。
【００６３】
また図３５は、第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された５４ｎｍ□のホールパターンを、上記した光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。この５４ｎｍ□のホールパターンは、第１のフォトレジスト３に形成された複数のホールパターンのうち１個のホールパターンを除いた全てのホールパターンの位置に対応して配置されている。図３５を参照して、この光学像では２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０上のホールパターンに対応する部分が、位相打消しにより暗部となっており、マスク３０上のホールパターンのない部分は明部となっている。すなわち、このマスク３０を用いた第２のフォトレジスト４のパターニングでは、第１のフォトレジスト３に形成された密集ホールパターンのうち、１個を除いた全てのホールパターンが、第２のフォトレジスト４のドットパターン部分によりプラグされる。これにより、被加工膜２に孤立ホールパターンを形成することができる。
【００６４】
図３６および図３７は、第２の露光プロセスに用いられるマスクのホール非存在部分（図３６）および孤立ホール存在部分（図３７）の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。図中にレジストの溶解・非溶解の境界となる像強度（スライスレベル：露光量によりその大きさは調整される）を破線で示している。
【００６５】
図３６および図３７を参照して、ホール非存在部分におけるドットパターン部（プラグ形成部）および孤立ホール存在部分におけるドットパターン部（プラグ形成部）のどちらも、レジスト解像に十分な暗さになっている。また、フォーカスによる光強度の変化も小さい。すなわち、この光学像を露光することで、十分なプロセス裕度を有するドットパターンの形成が可能であると予測される。また、孤立ホール存在部分におけるホールパターン部では、第２のフォトレジスト４を感光させるに十分な強度を持った明点像が形成されている。
【００６６】
以上より本実施の形態によれば、第１の露光プロセスにおいてハーフトーン位相シフトマスク２０と変形照明により第１のポジ型のフォトレジスト３に密集ホールパターンを形成することができる。この後、第２の露光プロセスにおいて、高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０とクロスポール照明により形成されるランダム配置の暗点像により、上記第１の露光プロセスにより形成された密集ホールパターンの任意の一部のホールパターン３ａ内を第２のフォトレジスト４によるドットパターンで埋め込むことができる。これにより、ランダム配置のホールパターンを形成することができる。このため、従来の方法では不可能であった、微細な寸法をもつ、ピッチが極めて小さい密集ホールパターンと孤立ホールパターンを含むランダム配置パターンの同時形成が可能となる。
【００６７】
（実施の形態３）
本実施の形態においては、図１に示すフローにおけるマスク層がハードマスク層である点において実施の形態１と異なっている。以下、図１に示すフローにおけるマスク層がハードマスク層である場合について具体的に説明する。
【００６８】
図３８は、マスク層がハードマスク層である場合の図１のステップＳ１を具体的に示したフロー図である。また図３９〜図４９は、本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法を工程順に示す概略断面図である。
【００６９】
図３９を参照して、まず、基板（たとえばウエハ）１上に被加工膜２が形成される。この被加工膜２上にハードマスク層５が形成される（ステップＳ２１：図３８）。このハードマスク層５は、レジスト材料とは異なる材料から形成されており、たとえばシリコン窒化膜などから形成されている。
【００７０】
図４０を参照して、ハードマスク層５上に、第１のポジ型のフォトレジスト３が塗布形成される（ステップＳ２２：図３８）。このとき、図示していないが、必要に応じて下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）および上層反射防止膜（ＴＡＲＣ）が第１のポジ型フォトレジスト３の下層膜、上層膜として形成される。
【００７１】
図４１を参照して、第１の露光プロセスが行われる。密集ホールパターンを形成した２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク２０の光学像が、４重極照明を適用した投影光学系により第１のポジ型フォトレジスト３に投影され、第１のフォトレジスト３が露光される（ステップＳ２３：図３８）。本実施の形態では、露光波長（λ）はたとえば１９３ｎｍであり、開口数（ＮＡ）がたとえば１．０７の液浸露光系が適用される。
【００７２】
なおハーフトーン位相シフトマスク２０の構成は、実施の形態１のハーフトーン位相シフトマスク２０の構成とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００７３】
図４２を参照して、上記において密集ホールパターンマスクの光学像が露光された第１のポジ型フォトレジスト３が現像される。これにより、第１のフォトレジスト３に複数個のホールパターン３ａが形成される。この複数のホールパターン３ａの各々は、配置ピッチがたとえば１６０ｎｍ、直径がたとえば６０ｎｍとなるように規則的に配置されることで密集ホールパターンを構成している（ステップＳ２４：図３８）。
【００７４】
図４３を参照して、密集ホールパターンの形成された第１のフォトレジスト３をマスクとして、ＢＡＲＣ膜およびハードマスク層５が、ドライエッチングプロセスにより選択的に除去される。続いて、第１のフォトレジスト３がＢＡＲＣ膜と共に、全面剥離除去される。
【００７５】
図４４を参照して、上記のプロセスによりハードマスク層５に複数のホールパターン５ａが規則正しく配置された密集ホールパターンが形成される（ステップＳ２５：図３８）。
【００７６】
図４５を参照して、密集ホールパターンの形成されたハードマスク層５の上に、複数のホールパターン５ａの各々を埋め込むように、第２のポジ型フォトレジスト４が塗布形成される（ステップＳ２：図１）。このとき、図示していないが、必要に応じて下層反射防止膜（ＢＡＲＣ）および上層反射防止膜（ＴＡＲＣ）が第２のフォトレジスト４の下層膜、上層膜として形成される。ＴＡＲＣは精密なパターン形成に必要であるので、この第２のフォトレジスト４の形成プロセスにおいても適用される。
【００７７】
図４６を参照して、第２の露光プロセスが行われる。ランダム配置ホールパターンを形成した高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の光学像が、クロスポール照明を適用した投影光学系により第２のポジ型フォトレジスト４に投影され、第２のフォトレジスト４が露光される（ステップＳ３：図１）。本実施の形態では、露光波長（λ）はたとえば１９３ｎｍであり、開口数（ＮＡ）がたとえば１．０７の液浸露光系が適用される。
【００７８】
なお高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の構成は、実施の形態１の高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の構成とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【００７９】
この高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０を用いた露光においては、ハーフトーン位相シフト膜２２のパターンの明暗反転像が第２のフォトレジスト４に投影される。つまり、本来のハーフトーン位相シフトマスクにおいては、ハーフトーン位相シフト膜の形成された領域が暗部となり、開口部の形成された領域が明部となるが、この高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０では高透過ハーフトーン位相シフト膜２２の形成された領域が明部となり、開口部２２ａの形成された領域が暗部となる。
【００８０】
このため、高透過ハーフトーン位相シフト膜２２の波長に比べて大きい形成領域部を透過した露光光の光強度は第２のポジ型フォトレジスト４を現像時に溶解するような光強度となる。また、開口部２２ａを透過した露光光の光強度は第２のポジ型フォトレジスト４を現像時に溶解しないような光強度となる。
【００８１】
図４７を参照して、上記においてランダム配置暗点像が露光された第２のポジ型フォトレジスト４が現像される。これにより、第２のフォトレジスト４の暗点像部がハードマスク層５の複数のホールパターン５ａのいずれかの内部にドットパターン部４として残存する（ステップＳ４：図１）。ドットパターン部４がホールパターン５ａ内を埋め込むことで、平面視においてランダムに配置されたホールパターンを得ることができる。
【００８２】
図４８を参照して、第２のフォトレジスト４およびハードマスク層５をマスクとして被加工膜２がエッチングにより選択除去されてパターニングされる（ステップＳ５：図１）。この後、第１のフォトレジスト３がたとえばアッシングなどにより除去され、ハードマスク層５がエッチングなどにより除去される。
【００８３】
図４９を参照して、上記のエッチングにより、平面視においてランダムに配置されたホールパターン２ａが被加工膜２に形成されて、本実施の形態のパターンが形成される。このように形成されるパターンは電子デバイスに適用され得る。
【００８４】
本実施の形態におけるパターン形成方法によって得られるパターンを有する電子デバイスの構造は、図１９に示す実施の形態１における電子デバイスの構成とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００８５】
また、本実施の形態の第１および第２の露光プロセスにおける光学像について調べた結果は、図２４〜図３０に示す実施の形態１とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００８６】
以上より本実施の形態によれば、第１の露光プロセスにおいてハーフトーン位相シフトマスク２０と変形照明により第１のポジ型のフォトレジスト３に密集ホールパターンを形成することができる。また、この第１のフォトレジスト３をマスクとしてハードマスク層５に密集ホールパターンを転写することができる。この後、第２の露光プロセスにおいて、高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０とクロスポール照明により形成されるランダム配置の暗点像により、上記ハードマスク層５に形成された密集ホールパターンの任意の一部のホールパターン５ａ内を第２のフォトレジスト４によるドットパターンで埋め込むことができる。これにより、ランダム配置のホールパターンを形成することができる。このため、従来の方法では不可能であった、微細な寸法をもつ、ピッチが極めて小さい密集ホールパターンと孤立ホールパターンを含むランダム配置パターンの同時形成が可能となる。
【００８７】
（実施の形態４）
本実施の形態においては、図４１に示す第１の露光プロセスにおいて変形照明として図１７に示すクロスポール照明を用いる点において実施の形態３と異なっている。このクロスポール照明を第１の露光プロセスに用いる場合には、図４１に示すハーフトーン位相シフトマスク２０の密集ホールパターンにおけるホールパターン１２ａの配置ピッチＰ２はたとえば１２０ｎｍであり、平面寸法はたとえば８８ｎｍ□である。また、このハーフトーン位相シフトマスク２０を用いて形成された第１のフォトレジスト３の密集ホールパターンにおけるホールパターン３ａの配置ピッチはたとえば１２０ｎｍであり、直径はたとえば６０ｎｍである。
【００８８】
なお、本実施の形態における上記以外のパターン形成方法および電子デバイスの構成については上述した実施の形態３とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００８９】
また、本実施の形態の第１および第２の露光プロセスにおける光学像について調べた結果は、図３１〜図３７に示す実施の形態２とほぼ同じであるため、その説明を省略する。
【００９０】
以上より本実施の形態によれば、露光プロセスにおいてハーフトーン位相シフトマスク２０と変形照明により第１のポジ型のフォトレジスト３に密集ホールパターンを形成することができる。また、この第１のフォトレジスト３をマスクとしてハードマスク層５に密集ホールパターンを転写することができる。この後、第２の露光プロセスにおいて、高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０とクロスポール照明により形成されるランダム配置の暗点像により、上記ハードマスク層５に形成された密集ホールパターンの任意の一部のホールパターン５ａ内を第２のフォトレジスト４によるドットパターンで埋め込むことができる。これにより、ランダム配置のホールパターンを形成することができる。このため、従来の方法では不可能であった、微細な寸法をもつ、ピッチが極めて小さい密集ホールパターンと孤立ホールパターンを含むランダム配置パターンの同時形成が可能となる。
【００９１】
以上説明したように、上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法は、上記した従来技術の問題点を解決し、ポジ型フォトレジストにより、ランダム配置の微細ホールパターンの形成を可能とするためになされたものである。
【００９２】
また上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法では、２回のパターン形成を連続的に行うことで、ポジ型フォトレジストでのランダム配置微細ホールパターン形成が可能となる。
【００９３】
また上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法では、第１の露光プロセスにおいて変形照明法を適用することで、また第２の露光プロセスにおいて高透過ハーフトーンマスクによる明暗反転像を変形照明法と併せて適用することで、高プロセス裕度のパターン形成が可能となる。
【００９４】
また上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法では、第１の露光プロセスにおいて変形照明法を適用することで、また第２の露光プロセスにおいて高透過ハーフトーンマスクによる明暗反転像を変形照明法と併せて適用することで、光近接効果補正（ＯＰＣ）が不要なパターン形成が可能となる。
【００９５】
また上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法では、第１の露光プロセスにおいて変形照明法を適用することで、また第２の露光プロセスにおいて高透過ハーフトーンマスクによる明暗反転像を変形照明法と併せて適用することで、開口数（ＮＡ）の小さい露光により、ランダム配置微細ホールパターンの形成が可能となる。よって、安価な露光機の適用が可能であり、工程に掛かる費用を小さくすることが可能である。
【００９６】
また上記の実施の形態１〜４におけるパターン形成方法では、第２の露光プロセスにおいてクロスポール照明が用いられている。これにより、第２の露光プロセスにおいて得られる光学像がレジストの解像に十分なコントラストを有するとともに、フォーカスによる変化が小さく優れたフォーカス特性を有することになる。以下、そのことを説明する。尚、本説明では露光波長を２４８ｎｍとしており本実施の形態での１９３ｎｍと異なるが、物理現象は波長に依存しないので現象としては１９３ｎｍでも同様であることを、ここに付記する。
【００９７】
図５０は、正方格子配置での照明形状の最適化を調べるための輪帯照明（ａ）、クロスポール照明（ｂ）および４重極照明（ｃ）の各絞りの形状を示す平面図と、図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０の開口部２２ａのピッチＰを変化させたときの、その開口パターン２２ａの寸法Ｗ（１２０ｎｍ〜９０ｎｍ）に対して結像系により形成される光学像の変化を示す図である。なお各グラフでのパラメータはフォーカスである。
【００９８】
図５０を参照して、輪帯照明はσin／σout＝６５／８０とし、クロスポール照明および４重極照明はσin／σout＝６０／８０とした。またクロスポール照明においては照明絞りの開口部の対角線の方向（図中Ｘ方向およびＹ方向）が図１３に示す仮想の直交格子の縦線、横線の方向に一致するように配置した。また４重極照明においては照明絞りの開口部の対角線の方向が図１３に示す仮想の直交格子の縦線、横線の方向に対して４５°傾くように配置した。
【００９９】
この結果、ハーフトーン位相シフト膜２２の開口部の配置ピッチＰによらず、クロスポール照明の場合には輪帯照明や４重極照明の場合と比較して、フォーカスによる変化が小さく優れたフォーカス特性が得られることが分かる。
【０１００】
すなわち、図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスク３０では、孤立パターンと密集パターンとが混在していても良い特性が得られる。
【０１０１】
図５１を参照して、上記の“孤立パターン”、“密集パターン”の意味するところを説明する。図５１は、本発明の一実施の形態における位相シフトマスクにおいて孤立パターンと密集パターンとが混在している様子を示す概略平面図である。図５１を参照して、孤立パターンとは、開口数ＮＡ／波長λで計測した場合において、その孤立パターン２ａの中心から半径Ｒ１が３の距離に他のパターンが存在していないパターンを指す。また、複数のパターンからなる密集パターンとは、開口数ＮＡ／波長λで計測した場合において、１つのパターン２ａの中心から半径Ｒ２が１の距離に他のパターン２ａが存在しているパターンを指す。
【０１０２】
なお上記においては、パターンの形成方法としてたとえば半導体装置の製造方法について説明したが、これ以外に液晶表示装置、薄膜磁気ヘッドなどの電子デバイスの製造方法にも本発明は適用することができる。
【０１０３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、極微細な先端半導体集積回路の形成における、ホールパターン形成工程に特に有利に適用される。
【０１０５】
また本発明に係るパターン形成方法は先端半導体集積回路のうち、主に論理集積回路の製造に適用されることで、その効果をもっとも発揮すると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法を示すフロー図である。
【図２】マスク層がポジ型のフォトレジストである場合の図１のステップＳ１を具体的に示したフロー図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第９工程を示す概略断面図である。
【図１２】第１の露光プロセスに用いられるフォトマスクのハーフトーン位相シフト膜に形成されるパターン形状を示す平面図である。
【図１３】第２の露光プロセスに用いられるフォトマスクのハーフトーン位相シフト膜に形成されるパターン形状を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１におけるパターンの形成方法の第１および第２の露光プロセスに用いられる投影露光装置の構成を概念的に示す図である。
【図１５】通常照明を説明するための図である。
【図１６】変形照明を説明するための図である。
【図１７】クロスポール照明に用いられる照明絞りの一例を示す平面図である。
【図１８】４重極照明に用いられる照明絞りの一例を示す平面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１における電子デバイスの構成を概略的に示す平面図である。
【図２０】図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスクの開口部を孤立パターンとし、その孤立パターンの寸法Ｗ＝２８０ｎｍの場合の結像系により形成される光学像の強度を示す図である。
【図２１】図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスクの開口部を孤立パターンとし、その孤立パターンの寸法Ｗ＝２００ｎｍの場合の結像系により形成される光学像の強度を示す図である。
【図２２】図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスクの開口部を孤立パターンとし、その孤立パターンの寸法Ｗ＝１２０ｎｍの場合の結像系により形成される光学像の強度を示す図である。
【図２３】図８に示す高透過ハーフトーン位相シフトマスクの開口部を孤立パターンとし、その孤立パターンの寸法Ｗ＝４０ｎｍの場合の結像系により形成される光学像の強度を示す図である。
【図２４】第１の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスクに形成された、ピッチ１６０ｎｍで２次元に密集配置された１１２ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図２５】第１の露光プロセスにおける密集ホールの主断面に沿った位置における光強度の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。
【図２６】第１の露光プロセスで形成される明点像の寸法すなわちImage ＣＤをフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベルをパラメータとして示した図である。
【図２７】第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された６２ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図２８】第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された６２ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図２９】第２の露光プロセスに用いられるマスクのホール非存在部分の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。
【図３０】第２の露光プロセスに用いられるマスクの孤立ホール存在部分の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。
【図３１】第１の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク２０に形成された、ピッチ１２０ｎｍで２次元に密集配置された８８ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図３２】第１の露光プロセスにおける密集ホールの主断面に沿った位置における光強度の分布を、フォーカスをパラメータとして示した図である。
【図３３】第１の露光プロセスで形成される明点像の寸法すなわちImage ＣＤをフォーカスに対してプロットした図であり、スライスレベルをパラメータとして示した図である。
【図３４】第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された５４ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図３５】第２の露光プロセスにおいて、２０％透過ハーフトーン位相シフトマスク３０に形成された５４ｎｍ□ホールパターンを所定の光学条件下で結像した光学像の強度分布を示す等高線図である。
【図３６】第２の露光プロセスに用いられるマスクのホール非存在部分の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。
【図３７】第２の露光プロセスに用いられるマスクの孤立ホール存在部分の光学像の強度をフォーカスをパラメータにプロットした図である。
【図３８】マスク層がハードマスク層である場合の図１のステップＳ１を具体的に示したフロー図である。
【図３９】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図４０】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図４１】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図４２】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図４３】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図４４】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図４５】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図４６】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図４７】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第９工程を示す概略断面図である。
【図４８】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第１０工程を示す概略断面図である。
【図４９】本発明の実施の形態３におけるパターンの形成方法の第１１工程を示す概略断面図である。
【図５０】正方格子配置での照明形状の最適化を調べるための輪帯照明（ａ）、クロスポール照明（ｂ）および４重極照明（ｃ）の各絞りの形状を示す平面図と、図８に示すフォトマスクの各パターン形状における光強度の分布をフォーカスをパラメータとして示した図である。
【図５１】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクにおいて孤立パターンと密集パターンとが混在している様子を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１  基板、２  被加工膜、２ａ  ホールパターン、３  第１のポジ型フォトレジスト、４  第２のポジ型フォトレジスト、３ａ，５ａ  ホールパターン、５  ハードマスク層、１０  ウエハ、１１，２１  透明基板、１２  ハーフトーン位相シフト膜、１２ａ  ホールパターン（開口部）、２０  ハーフトーン位相シフトマスク、２２  高透過ハーフトーン位相シフト膜、２２ａ  開口部、３０  高透過ハーフトーン位相シフトマスク、１１４  絞り、１１４ａ  光透過部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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