(57)【要約】【課題】ハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィにおいて、フォトマスクの持つ結像性能を向上させ、良好な微細画像をウェハ上に形成するために好適なフォトマスクを提供する。【解決手段】ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有するフォトマスクであって、前記遮光膜または半透明膜の膜厚をｔｎｍ、屈折率をｎ、消衰係数をｋ、前記マスクパターンのスペース部のバイアスをｄｎｍとしたとき、ｔ、ｄ、ｎおよびｋを調整し、前記フォトマスクを前記フォトリソグラフィに用いたときの光学像のコントラストが０．５８０を超える値であることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有するフォトマスクであって、
前記遮光膜または半透明膜の膜厚をｔｎｍ、屈折率をｎ、消衰係数をｋ、前記マスクパターンのスペース部のバイアスをｄｎｍとしたとき、ｔ、ｄ、ｎおよびｋを調整し、前記フォトマスクを前記フォトリソグラフィに用いたときの光学像のコントラストが０．５８０を超える値であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、０＜ｔ≦２０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜０．９、２．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、１．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、１．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項６】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項７】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項８】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦１２０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項９】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１２０＜ｔ≦１６０、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１０】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１１】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．３、２．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１２】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．５、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１３】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１４】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦１６０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜０．７、２．２＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１５】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦１８０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．５、１．２＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１６】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜２．１、０．０＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１７】
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクが位相シフト効果を使わない場合であって、
前記遮光膜または半透明膜の膜厚をｔｎｍ、屈折率をｎ、消衰係数をｋ、前記マスクパターンのスペース部のバイアスをｄｎｍとしたとき、ｔ、ｄ、ｎおよびｋを調整し、前記フォトマスクを前記フォトリソグラフィに用いたときの光学像のコントラストが０．６１２を超える値であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１８】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜１．９、１．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１９】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜２．３、１．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２０】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２１】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１００、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２２】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１００＜ｔ≦１２０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．７、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２３】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１２０＜ｔ≦１４０、−１００≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２４】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦１８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２５】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２６】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜１．１、１．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２７】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．３、１．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２８】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２９】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．１、２．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３０】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１００、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．７、０．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３１】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１００＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．３、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３２】
請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．３、１．２＜ｋ＜２．６の範囲であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３３】
前記フォトマスクが、ハーフピッチ６０ｎｍ以下の半導体デバイス用のマスクパターンを有することを特徴とする請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載のフォトマスク。
【請求項３４】
前記高ＮＡレンズの開口数が１以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載のフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパターン形成に用いられるフォトリソグラフィ技術、特に、高ＮＡ露光装置を使用し、露光波長とほぼ同程度のサイズのマスクパターンをウェハ上に縮小転写するウェハ上のハーフピッチ（本明細書において、ハーフピッチは全てウェハ上の寸法にて表記する。）６０ｎｍ以下の最先端のフォトリソグラフィ技術に用いられるフォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハーフピッチ６５ｎｍから４５ｎｍへと進展する半導体素子の高集積化・超微細化を実現するために、フォトリソグラフィにおいては、露光装置での高解像技術として、投影レンズの開口数を高くした高ＮＡ化技術、投影レンズと露光対象の間に高屈折率媒体を介在させて露光を行なう液浸露光技術、変形照明搭載露光技術などの開発が急速に進められている。
一方、フォトリソグラフィに用いられるフォトマスク（レチクルとも称する。）における解像度向上策としては、光を通過させる部分と遮光する部分で構成された従来のバイナリマスクの微細化、高精度化とともに、光の干渉を利用した位相シフト効果により解像度向上を図るレベンソン型（渋谷・レベンソン型とも称する。）位相シフトマスク、光を透過させる部分と半透過させる部分で構成されたハーフトーン型位相シフトマスク、クロムなどの遮光層を設けないクロムレス型位相シフトマスクなどの位相シフトマスクの開発、実用化が進行している。
【０００３】
フォトリソグラフィ技術においては、投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系のレンズの開口数（ＮＡ）に反比例するため、半導体素子の微細化への要求に伴い、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進んでいるが、短波長化及び高ＮＡ化だけでこの要求を満足するには限界となっている。
【０００４】
そこで解像度を上げるために、プロセス定数ｋ1（ｋ1＝解像線幅×投影光学系の開口数／露光光の波長）の値を小さくすることによって微細化を図る超解像技術が近年提案されている。このような超解像技術として、露光光学系の特性に応じてマスクパターンに補助パターンや線幅オフセットを与えてマスクパターンを最適化する方法、あるいは変形照明法（斜入射照明法とも称する。）と呼ばれる方法等がある。変形照明法には、通常、瞳フィルタを用いた輪帯照明、二重極（二極、２点、またはダイポールとも称する。）照明および四重極（四極、４点またはクォードラポールとも称する。）照明等が用いられている。
【０００５】
また、フォトマスクを使用してパターンを転写するフォトリソグラフィ技術においては、パターンをウェハ上に良好に結像するための所定の偏光状態があることも知られている。
【０００６】
上記のように、ハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィでは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで液浸露光するフォトリソグラフィ技術が有望視されているが、同じプロセス定数ｋ1であっても、高ＮＡ光学系による「ベクトル効果」と呼ばれる偏光依存性が顕著になる問題のために、結像性能が劣化してウェハ上のフォトレジスト内（以下、レジスト内と記す）での光学像のコントラストが低下してしまい、ウェハ上のフォトレジストの微細パターンが解像しないという問題が生じている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
例えば、従来のバイナリマスクやハーフトーン型位相シフトマスクの光学像のコントラストとマスクパターンのスペース部の補正値であるバイアス（後段で説明する）との関係を図１３に示す。図１３に示されるように、光学像のコントラストは、従来のハーフトーン型位相シフトマスク（破線ＨＴで示す。）では最大０．５８０の値であり、従来のバイナリマスク（実線ＢＩＭで示す。）では最大０．６１２の値であった。
【０００８】
上記の高ＮＡ化によるレジスト内での光学像のコントラスト低下の問題に対処するために、フォトマスクにおいては、フォトマスク材料やフォトマスク・パターン（以後、マスクパターンと記す）の断面形状などの立体構造を変更する方法などが考えられている。
しかしながら、ハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィにおいては、レジスト内での光学像のコントラストに関係する種々のパラメータが複雑に関係し、また超微細パターンゆえに実験での実証も困難であり、コントラスト向上効果が大きいフォトマスクのパラメータおよびそれに基づくフォトマスク構造を容易に見出すことができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１１１６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、ハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィにおいて、フォトマスクの持つ結像性能を向上させ、光学像のコントラストが向上した良好な微細画像をウェハ上に形成するために好適なフォトマスクを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、本発明のフォトマスクが対象とするハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィでは、例えば、四重極照明のそれぞれの開口部からの照明光について、投影光学系の瞳を通過してウェハに到達するフォトマスクの回折光強度のバランスを最適化することで、コントラストが高い光学像をウェハ上にて得ることができるものと考え、フォトマスクとして実現可能な範囲において、透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有するフォトマスクにおいて、遮光膜または半透明膜の膜厚、屈折率、消衰係数およびマスクパターンのスペース部のバイアスを変化させ、光学像のコントラストが高い条件を見出し、本発明を完成させたものである。
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明に係るフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクにおいて、該フォトマスクが透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有するフォトマスクであって、前記遮光膜または半透明膜の膜厚をｔｎｍ、屈折率をｎ、消衰係数をｋ、前記マスクパターンのスペース部のバイアスをｄｎｍとしたとき、ｔ、ｄ、ｎおよびｋを調整し、前記フォトマスクを前記フォトリソグラフィに用いたときの光学像のコントラストが０．５８０を超える値であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、０＜ｔ≦２０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜０．９、２．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、１．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項４の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、１．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項６の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項７の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項８の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦１２０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項９の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１２０＜ｔ≦１６０、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項１０の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１１の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．３、２．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２２】
請求項１２の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．５、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２３】
請求項１３の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２４】
請求項１４の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦１６０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜０．７、２．２＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするものである。
【００２５】
請求項１５の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１６０＜ｔ≦１８０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．５、１．２＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするものである。
【００２６】
請求項１６の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜２．１、０．０＜ｋ＜２．８の範囲であることを特徴とするものである。
【００２７】
請求項１７の発明に係るフォトマスクは、請求項１に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクが位相シフト効果を使わない場合であって、前記遮光膜または半透明膜の膜厚をｔｎｍ、屈折率をｎ、消衰係数をｋ、前記マスクパターンのスペース部のバイアスをｄｎｍとしたとき、ｔ、ｄ、ｎおよびｋを調整し、前記フォトマスクを前記フォトリソグラフィに用いたときの光学像のコントラストが０．６１２を超える値であることを特徴とするものである。
【００２８】
請求項１８の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜１．９、１．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００２９】
請求項１９の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜２．３、１．０＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３０】
請求項２０の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３１】
請求項２１の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１００、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３２】
請求項２２の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１００＜ｔ≦１２０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．７、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３３】
請求項２３の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１２０＜ｔ≦１４０、−１００≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３４】
請求項２４の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦１８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３５】
請求項２５の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３６】
請求項２６の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、２０＜ｔ≦４０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜１．１、１．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３７】
請求項２７の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、４０＜ｔ≦６０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．３、１．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３８】
請求項２８の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１４０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００３９】
請求項２９の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．１、２．２＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００４０】
請求項３０の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、８０＜ｔ≦１００、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．７、０．８＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００４１】
請求項３１の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１００＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．３、０．６＜ｋ≦３．０の範囲であることを特徴とするものである。
【００４２】
請求項３２の発明に係るフォトマスクは、請求項１７に記載のフォトマスクにおいて、前記ｔ、ｄ、ｎおよびｋが、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．３、１．２＜ｋ＜２．６の範囲であることを特徴とするものである。
【００４３】
請求項３３の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記フォトマスクが、ハーフピッチ６０ｎｍ以下の半導体デバイス用のマスクパターンを有することを特徴とするものである。
【００４４】
請求項３４の発明に係るフォトマスクは、請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、前記高ＮＡレンズの開口数が１以上であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明のフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィにおいて、フォトマスクの持つ結像性能を向上させ、レジスト内での光学像のコントラストが向上した良好な微細画像をウェハ上に形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のフォトマスクの一例を示す断面模式図である。図１に示すように、本発明のフォトマスクは、透明基板１１上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターン１２を有するフォトマスクであって、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられ、レジスト内での光学像のコントラストが少なくとも０．５８０を超える値を示すフォトマスクである。
【００４７】
本発明においては、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚と、屈折率と、消衰係数と、さらにマスクパターンのスペース部のバイアスを最適化することにより、フォトマスクの有する結像性能を高め、レジスト内での光学像のコントラストの向上を図るものである。そのために、露光における照明条件と評価条件を設定し、三次元リソグラフィシミュレーションを使用してフォトマスクの最良の形態を求めた。
【００４８】
次に、本発明で用いるバイアスについて、図１を例にして定義する。透明基板１１上の遮光膜または半透明膜からなるマスクパターン１２のスペース部ｘの寸法の補正値であるバイアスｄｎｍは、下記のように定義する。
バイアス（ｄ）＝２×ａ
図１において、マスクは４倍体のレチクルであるので、ｘはハーフピッチの４倍の数値を示す。図１において、バイアスｄの値が+の場合はｘが広がる方向であり、ｄの値が−の場合はｘが狭くなる方向を意味する。
【００４９】
本発明のフォトマスクのマスクパターンの寸法として、ハーフピッチ６５ｎｍ前後の半導体デバイス用のマスクパターンを用いた場合には、投影レンズにＮＡが１未満のＮＡの小さいレンズを用いて露光を行うことが可能なので、高ＮＡレンズによる露光を対象にした本発明のフォトマスクの影響度合いは小さく、本発明によるフォトマスクと従来技術によるフォトマスクとの差は顕著ではないと考えられる。したがって、本発明は高ＮＡレンズによる露光が必要なハーフピッチ４５ｎｍを含めて、ハーフピッチ６０ｎｍ以下の半導体デバイス用のマスクパターンを有するフォトマスクに適用するのが好ましい。
【００５０】
（リソグラフィ条件）
フォトマスクの照明条件として、本発明では、ハーフピッチ６０ｎｍ以下のフォトリソグラフィにおいて、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用い、投影レンズの開口数（ＮＡ）を１．３とし、純水を用いた液浸露光を用いた。ただし、実施形態の一例としてＮＡ＝１．３の高ＮＡレンズを用いた場合について説明するが、本発明のフォトマスクにおいては、ＮＡが１以上の高ＮＡレンズであればＮＡ＝１．３と同様にコントラスト向上効果が得られるものであり、例えば高屈折率液体を用いた液浸露光においてもコントラスト向上効果が得られる。
【００５１】
本発明のフォトマスクを用いる場合、照明系としては、図２に示すような四重極方位角（Ａｚｉｍｕｔｈａｌ）偏光照明を設定した。図２に四重極照明に用いた瞳フィルタの上面模式図を示す。図２に示すように、四重極瞳フィルタは４つの透光部２１を備え、４つの透光部２１は、瞳フィルタの中心から所定の等距離に瞳フィルタの直径上に対称の扇状形状をなし、縦・横のマスクパターンを高解像で転写し得るように、マスクパターンに対し透光部２１が０度、９０度の配置をとり、この４つの透光部２１以外の箇所は遮光部２２（斜線部分）としている。
図２では、一例として四重極瞳フィルタの寸法を記載しており、瞳径を１とした時に開口部の外径０．９５、内径０．７、角度：２０°の扇状形状の瞳を示すが、もとより本発明はこれらの寸法に限定されるわけではない。
【００５２】
図２に示すような、四重極照明を用いたのは、四重極照明は、縦・横のパターンが同時に解像でき、二重極照明に比べて普遍性が高くて一般的なマスクパターン転写に適用できるからである。また、図２に示すように、ある点での電場の振幅方向が瞳の中心と結ぶ線分と９０°の方向にある、方位角（Ａｚｉｍｕｔｈａｌ）偏光照明とし、解像力の向上を図っている。
図２では、四重極瞳の４つの透光部２１は扇型の形状をしているが、他の形状、例えば、円形、矩形、楕円形等とすることもできる。
【００５３】
（評価方法）
フォトマスクの評価方法として、本発明においては、上記のフォトリソグラフィにおけるマスクパターンの転写特性を見積もるために、シミュレーション・ソフトウェアとしてＥＭ−Ｓｕｉｔｅ（商品名：Ｐａｎｏｒａｍｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社製）を用いた。また、フォトマスクの三次元電磁界シミュレーションにはＴＥＭＰＥＳＴｐｒ２（ＥＭ−Ｓｕｉｔｅオプション）によるＦＤＴＤ法（時間領域差分法、有限差分時間領域法とも称する。）で、Ｎｏｎ−ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔモデルを用いた。マスク中の電磁場解析のシミュレーショングリッドは、マスク寸法上でマスクの厚さ方向に２．５ｎｍ、パターン繰り返し方向に３．０ｎｍとし、解像性能評価にはＡｅｒｉａｌ  ｉｎ  Ｒｅｓｉｓｔモデルを使用し、レジスト内での光学像のコントラストを求めた。また、レジストの屈折率は１．７２とした。ＦＤＴＤ法は、Ｍａｘｗｅｌｌ方程式を時間と空間について差分化し、その差分方程式を領域内の電磁場が安定するまで、磁界と電界について交互に計算する方法で、高精度で、フォトマスク構造による影響などの各種現象の再現が可能な方法である。
【００５４】
本発明においては、上記のシミュレーションを用いることにより、従来のフォトマスクを用いた場合のレジスト内での光学像のコントラストの最大値を超える値を得ることが可能な新しいフォトマスク構造を求めた。フォトマスク構造としては、コントラストに大きな影響を与える要素として、遮光膜または半透明膜の膜厚、屈折率と消衰係数、スペース部のバイアスを設定し、光学像のコントラストが０．５８０を超える値の範囲を求める。
【００５５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態のフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクにおいて、上記のフォトマスクが透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有し、上記のフォトリソグラフィにおいて位相シフト効果の使用の有無に係らない場合であって、レジスト内での光学像のコントラストが０．５８０を超えるフォトマスクである。
【００５６】
本発明の第１の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚ｔｎｍと、屈折率ｎおよび消衰係数ｋと、マスクパターンのスペース部のバイアスｄｎｍと、フォトマスクを用いたリソグラフィにおける光学像のコントラストとの関係を図３〜図１２に示す。
図３〜図１２において、横軸は遮光膜または半透明膜の屈折率、縦軸は消衰係数を示し、各図の等高線はフォトマスクを用いたリソグラフィにおけるレジスト内での光学像のコントラスト（以後、ｃとも記す。）を示す。図３〜図１２において、コントラストｃは、０．５８０以下の範囲と、０．５８０を超えて０．６１２以下の範囲と、０．６１２を超えた範囲に分類してある。また、図３〜図１２において、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれの膜厚におけるマスクパターンのスペース部のバイアスｄであり、（Ａ）はｄ＝−１００ｎｍ、（Ｂ）はｄ＝−５０ｎｍ、（Ｃ）はｄ＝０ｎｍ、（Ｄ）はｄ＝５０ｎｍの場合を例示している。
【００５７】
以下、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚ｔを２０ｎｍ〜２００ｎｍまで２０ｎｍごとに増加させ、バイアスを変えた場合、レジスト内での光学像のコントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件について説明する。
【００５８】
（実施例１）
図３（Ａ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が２０ｎｍ、マスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍの場合の例を示し、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜０．９、消衰係数ｋを２．８＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５９４〜０．６０６の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、０＜ｔ≦２０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜０．９、２．８＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００５９】
（実施例２）
図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が４０ｎｍ、マスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍおよび−５０ｎｍの場合の例を示す。図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図３（Ａ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜２．９、消衰係数ｋを１．６＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．８６０の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、１．６＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６０】
（実施例３）
図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が６０ｎｍ、マスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍ、−５０ｎｍおよび０の場合の例を示す。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）および図４（Ａ）、図４（Ｂ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを１．０＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．８８２の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、１．０＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６１】
（実施例４）
図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が８０ｎｍ、マスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍおよび−５０ｎｍの場合の例を示す。図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図５（Ａ）、図５（Ｂ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．６＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．８３１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６２】
（実施例５）
図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）、および図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１００ｎｍ、１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍの場合において、それぞれの膜厚でのマスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍおよび−５０ｎｍの場合の例を示す。図７（Ａ）、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）および図６（Ａ）、（Ｂ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．４＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．９７５の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、８０＜ｔ≦１６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６３】
（実施例６）
図１１（Ａ）、図１２（Ａ）、および図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１８０ｎｍ、２００ｎｍの場合において、それぞれの膜厚でのマスクパターンのスペース部のバイアスが−１００ｎｍおよび−５０ｎｍの場合の例を示す。図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．２＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．９８７の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１６０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６４】
（実施例７）
図６（Ｃ）、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が８０ｎｍ、１００ｎｍ、１２０ｎｍの場合において、マスクパターンのスペース部のバイアスが０の場合の例を示す。図６（Ｂ）、図７（Ｂ）、図８（Ｂ）および図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．４＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．８７３の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、６０＜ｔ≦１２０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６５】
（実施例８）
図９（Ｃ）、図１０（Ｃ）および図１０（Ｄ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１４０ｎｍ、１６０ｎｍの場合において、マスクパターンのスペース部のバイアスが０の場合およびフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１６０ｎｍの場合において、マスクパターンのスペース部のバイアスが５０の場合の例を示す。図８（Ｂ）、図８（Ｃ）、図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）および図１０（Ｄ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．２＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．９４１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１２０＜ｔ≦１６０、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６６】
（実施例９）
図１１（Ｃ）、図１２（Ｃ）および図１１（Ｄ）、図１２（Ｄ）は、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１８０ｎｍ、２００ｎｍの場合において、それぞれの膜厚でのマスクパターンのスペース部のバイアスが０および５０ｎｍの場合の例を示す。図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）および図１０（Ｄ）、図１１（Ｄ）、図１２（Ｄ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．２＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．９７２の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１６０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．０＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６７】
（実施例１０）
図５（Ｃ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜１．３、消衰係数ｋを２．２＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．６０７の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、４０＜ｔ≦６０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．３、２．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６８】
（実施例１１）
図６（Ｃ）および図５（Ｃ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜２．５、消衰係数ｋを０．４＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．６３５の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．５、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００６９】
（実施例１２）
図７（Ｃ）、図８（Ｃ）および図６（Ｃ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ≦２．９、消衰係数ｋを０．４＜ｋ≦３．０の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．７１６の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、８０＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００７０】
（実施例１３）
図１０（Ｄ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜０．７、消衰係数ｋを２．２＜ｋ＜２．８の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８３〜０．５９６の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１４０＜ｔ≦１６０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜０．７、２．２＜ｋ＜２．８の範囲を得た。
【００７１】
（実施例１４）
図１１（Ｄ）および図１０（Ｄ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜１．５、消衰係数ｋを１．２＜ｋ＜２．８の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．６０１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１６０＜ｔ≦１８０、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．５、１．２＜ｋ＜２．８の範囲を得た。
【００７２】
（実施例１５）
図１２（Ｄ）および図１１（Ｄ）から、遮光膜または半透明膜の屈折率ｎを０．５≦ｎ＜２．１、消衰係数ｋを０．０＜ｋ＜２．８の範囲にとったフォトマスクを用いることにより、コントラストが０．５８１〜０．６４３の範囲の光学像が得られることが示された。
も考慮し、本実施例においては、コントラストが０．５８０を超えるフォトマスクの条件として、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜２．１、０．０＜ｋ＜２．８の範囲を得た。
【００７３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態のフォトマスクは、ＡｒＦエキシマレーザを露光光源とし、高ＮＡレンズで四重極偏光照明により液浸露光するフォトリソグラフィに用いられるフォトマスクにおいて、上記のフォトマスクが透明基板上に遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターンを有し、上記のフォトリソグラフィにおいて位相シフト効果を使わない場合であって、レジスト内での光学像のコントラストが０．６１２を超えるフォトマスクである。
【００７４】
本発明の第２の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚ｔｎｍと、屈折率ｎおよび消衰係数ｋと、マスクパターンのスペース部のバイアスｄｎｍと、フォトマスクを用いたリソグラフィにおける光学像のコントラストとの関係を、第１の実施形態と同じく図３〜図１２に示す。
図３〜図１２において、横軸は遮光膜または半透明膜の屈折率、縦軸は消衰係数を示し、各図の等高線はフォトマスクを用いたリソグラフィにおけるレジスト内での光学像のコントラストを示す。図３〜図１２において、コントラストｃは、０．５８０以下の範囲と、０．５８０を超えて０．６１２以下の範囲と、０．６１２を超えた範囲に分類してある。また、図３〜図１２において、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は、それぞれの膜厚におけるマスクパターンのスペース部のバイアスｄであり、（Ａ）はｄ＝−１００ｎｍ、（Ｂ）はｄ＝−５０ｎｍ、（Ｃ）はｄ＝０ｎｍ、（Ｄ）はｄ＝５０ｎｍの場合を例示している。
【００７５】
以下、フォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚ｔを２０ｎｍ〜２００ｎｍまで２０ｎｍごとに増加させ、バイアスを変えた場合、レジスト内での光学像のコントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件について説明する。第１の実施形態と同じ図面を用いるので、同じ説明は省略する。
【００７６】
（実施例１６）
図４（Ａ）、図４（Ｂ）および図３（Ａ）から、コントラストが０．６１４〜０．８６０の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、２０＜ｔ≦４０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜１．９、１．８＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００７７】
（実施例１７）
図５（Ａ）および図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ｂ）から、コントラストが０．６１３〜０．８８２の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、４０＜ｔ≦６０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ＜２．３、１．０＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００７８】
（実施例１８）
図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図５（Ａ）、図５（Ｂ）、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．８３１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、６０＜ｔ≦８０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．６＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００７９】
（実施例１９）
図７（Ａ）、図７（Ｂ）および図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図６（Ｃ）、図７（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．８８１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、８０＜ｔ≦１００、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８０】
（実施例２０）
図８（Ａ）、図８（Ｂ）および図７（Ａ）、図７（Ｂ）、図７（Ｃ）、図８（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．９３７の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１００＜ｔ≦１２０、−１００≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．７、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８１】
（実施例２１）
図９（Ａ）および図８（Ａ）、図８（Ｂ）、図９（Ｂ）から、コントラストが０．６１３〜０．９６１の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１２０＜ｔ≦１４０、−１００≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８２】
（実施例２２）
図１０（Ａ）、図１１（Ａ）および図９（Ａ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）、図１１（Ｂ）から、コントラストが０．６１３〜０．９８３の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１４０＜ｔ≦１８０、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．４＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８３】
（実施例２３）
図１２（Ａ）および図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ）から、コントラストが０．６１４〜０．９８７の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１８０＜ｔ≦２００、−１００≦ｄ＜−５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８４】
（実施例２４）
図４（Ｂ）から、コントラストが０．６１４〜０．６８５の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、２０＜ｔ≦４０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜１．１、１．８＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８５】
（実施例２５）
図５（Ｂ）および図４（Ｂ）、図５（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．７６９の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、４０＜ｔ≦６０、−５０≦ｄ＜０、０．５≦ｎ＜２．３、１．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８６】
（実施例２６）
図１０（Ｂ）、図１０（Ｃ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）および図９（Ｂ）、図９（Ｃ）、図１０（Ｄ）、図１１（Ｄ）、図１２（Ｄ）から、コントラストが０．６１３〜０．９７２の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１４０＜ｔ≦２００、−５０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ≦２．９、０．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８７】
（実施例２７）
図６（Ｃ）および図５（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．６３５の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、６０＜ｔ≦８０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．１、２．２＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８８】
（実施例２８）
図７（Ｃ）および図６（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．６５５の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、８０＜ｔ≦１００、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜１．７、０．８＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００８９】
（実施例２９）
図８（Ｃ）および図７（Ｃ）から、コントラストが０．６１３〜０．７１６の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１００＜ｔ≦１２０、０≦ｄ＜５０、０．５≦ｎ＜２．３、０．６＜ｋ≦３．０の範囲を得た。
【００９０】
（実施例３０）
図１２（Ｄ）および図１１（Ｄ）から、コントラストが０．６１３〜０．６４３の範囲の光学像が得られることが示された。
本実施例においては、コントラストが０．６１２を超えるフォトマスクの条件として、１８０＜ｔ≦２００、５０≦ｄ＜１００、０．５≦ｎ＜１．３、１．２＜ｋ＜２．６の範囲を得た。
【００９１】
上記の実施例１〜実施例３０に示すように、本発明のフォトマスクを用いることにより、レジストの光学像のコントラストは向上し、良好な微細画像をウェハ上に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明のフォトマスクの一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明で用いた四重極方位角（Ａｚｉｍｕｔｈａｌ）偏光照明の瞳フィルタの上面模式図である。
【図３】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が２０ｎｍｎのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図４】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が４０ｎｍｎのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が６０ｎｍｎのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が８０ｎｍｎのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図７】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１００ｎｍｎのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図８】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１２０ｎｍのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図９】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１４０ｎｍのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１６０ｎｍのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が１８０ｎｍのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態におけるフォトマスクの遮光膜または半透明膜の膜厚が２００ｎｍのとき、屈折率と消衰係数、マスクパターンのスペース部のバイアスを変えた場合、光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【図１３】従来のバイナリマスクの遮光膜およびハーフトーンマスクの半透明膜のバイアスとレジスト内での光学像のコントラストとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１１  透明基板
１２  遮光膜または半透明膜よりなるマスクパターン
２１  透光部
２２  遮光部
【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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