(57)【要約】【課題】集積度を低下させることなく、かつ低コストで、寸法均一性に優れたパターンを形成できる位相シフトマスク、その位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法および電子デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の位相シフトマスクは、基板１上に形成され、かつ基板１の一部表面を露出する開口部２ａを有するハーフトーン遮光膜２を有している。ハーフトーン遮光膜２を透過した露光光の位相は開口部２ａを透過した露光光の位相と１８０°異なる。開口部２ａを透過した露光光の光強度に対するハーフトーン遮光膜２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。開口部２ａ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。【選択図】        図１
2004251969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を透過する材質よりなる基板と、
前記基板上に形成され、かつ前記基板の一部表面を露出する開口部を有するハーフトーン遮光膜とを備え、
前記ハーフトーン遮光膜を透過した露光光の位相が前記開口部を透過した露光光の位相と異なり、
前記開口部を透過した露光光の光強度に対する前記ハーフトーン遮光膜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％以下であり、
前記開口部の寸法が、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、位相シフトマスク。
【請求項２】
請求項１に記載の前記位相シフトマスクを変形照明により照明することを特徴とする、位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項３】
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２に記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項４】
前記変形照明は輪帯照明であることを特徴とする、請求項２に記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項５】
前記変形照明は４重極照明であることを特徴とする、請求項２に記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項６】
前記位相シフトマスクを照明した露光光により、ウェハ上に塗布されたネガ型のフォトレジストを露光する工程と、
露光された前記フォトレジストを現像する工程とを備えた、請求項２〜５のいずれかに記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項７】
開口径が波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で１０以上の寸法の大きい開口パターンで、前記フォトレジストが感光して溶解性が反転する遷移露光量の１０倍以上４０倍以下の露光量で、前記フォトレジストを露光することを特徴とする、請求項６に記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項８】
前記位相シフトマスクを照明した露光光により、ウェハ上に塗布されたポジ型のフォトレジストを露光する工程と、
露光された前記フォトレジストを現像する工程とを備えた、請求項２〜５のいずれかに記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項９】
開口径が波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で１０以上の寸法の大きい開口パターンで、前記フォトレジストが感光して溶解性が反転する遷移露光量の１０倍以上４０倍以下の露光量で、前記フォトレジストを露光することを特徴とする、請求項８に記載の位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかのパターン形成方法を利用してホールパターンまたはドットパターンを有する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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハーフトーン型の位相シフトマスク、その位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法および電子デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路における高集積化および微細化には目覚しいものがある。それに伴い、半導体基板（以下、単にウェハと称する）上に形成される回路パターンの微細化も急速に進んできている。
【０００３】
中でも、フォトリソグラフィ技術がパターン形成における基本技術として広く認識されるところである。よって、今日までに種々の開発、改良がなされてきている。しかし、パターンの微細化はとどまるところを知らず、パターンの解像度向上への要求もさらに強いものとなってきている。
【０００４】
このフォトリソグラフィ技術とは、ウェハ上に塗布されたフォトレジストにフォトマスク（原画）上のパターンを転写し、その転写されたフォトレジストを用いて下層の被エッチング膜をパターニングする技術である。
【０００５】
このフォトレジストの転写時においては、フォトレジストに現像処理が施されるが、この現像処理によって光の当った部分のフォトレジストが除去されるタイプをボジ型、光の当らない部分のフォトレジストが除去されるタイプをネガ型のフォトレジストという。
【０００６】
一般に、縮小露光方法を用いたフォトリソグラフィ技術における解像限界Ｒ（ｎｍ）は、
Ｒ＝ｋ１・λ／（ＮＡ）
と表わされる。ここで、λは使用する光の波長（ｎｍ）、ＮＡはレンズの投影光学系の開口数、ｋ１は結像条件およびレジストプロセスに依存する定数である。
【０００７】
上式からわかるように、解像限界Ｒの向上を図るためには、すなわち微細パターンを得るためには、ｋ１とλとの値を小さくし、ＮＡの値を大きくする方法が考えられる。つまり、レジストプロセスに依存する定数を小さくするとともに、短波長化や高ＮＡ化を進めればよいのである。
【０００８】
これらのうち、光源の短波長化は技術的に難しく、同一波長での高ＮＡ化によることが必要となっている。しかし、高ＮＡ化を進めると、光の焦点深度δ（δ＝ｋ２・λ／（ＮＡ）２）が浅くなり、形成パターンの形状、寸法精度の劣化を招くといった問題がある。
【０００９】
そこで、光源やレンズではなく、フォトマスクを改良することにより、パターンの微細化を図る研究がなされている。最近では、パターンの解像度を向上させるフォトマスクとして位相シフトマスクが注目されている。
【００１０】
このような位相シフトマスクとして、たとえば半透明位相シフト部と透過部とを最適な寸法の組合わせで構成することにより、実効的な暗部を形成するものが特開平１０−２９３３９２号公報に開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１０−２９３３９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の位相シフトマスクを用いてホールパターンを形成する場合において、特に露光波長よりも小さい寸法のパターンを形成するときには、マスク寸法の微細な変化がウェハに形成されるレジストパターンの寸法の大きな変化として反映される。このため、所望の寸法のホールパターンを形成することが困難になるという問題がある。つまり、非常に寸法誤差の小さいマスクパターンが必要となるため、マスク製造に高度な技術が要求され、マスクコストが大きくなるという問題があった。
【００１３】
また、従来のホールパターン形成方法で形成されたパターンでは寸法不均一による半導体集積回路製造における歩留まりの低下や、これを避けるためにパターン配置間隔を大きくすると、集積度が低下するという問題があった。
【００１４】
また、パターンの寸法の不均一そのものを解消するためには高度のマスクが必要となり、高コストとなるという問題があった。
【００１５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、集積度を低下させることなく、かつ低コストで、寸法均一性に優れたパターンを形成できる位相シフトマスク、その位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法および電子デバイスの製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の位相シフトマスクは、露光光を透過する材質よりなる基板と、その基板上に形成されかつ基板の一部表面を露出する開口部を有するハーフトーン遮光膜とを備えている。ハーフトーン遮光膜を透過した露光光の位相は開口部を透過した露光光の位相と異なっている。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遮光膜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は１５％以上２５％以下である。開口部の寸法は、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以下である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
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。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態１における位相シフトマスクの構成を概略的に示す断面図である。図１を参照して、位相シフトマスク５は、透明基板１と、ハーフトーン遮光膜２とを有している。透明基板１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。ハーフトーン遮光膜２は、透明基板１上に形成され、かつ透明基板１の一部表面を露出する開口部２ａを有している。
【００１９】
ハーフトーン遮光膜２は、そのハーフトーン遮光膜２を透過した露光光の位相が開口部２ａ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、開口部２ａを透過した露光光の光強度Ｉ１に対するハーフトーン遮光膜２を透過した露光光の光強度Ｉ２の比（Ｉ２／Ｉ１）により定義される光透過率が１５％以上２５％以下である。また、開口部２ａ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。
【００２０】
ここで、開口部２ａの寸法Ｗとは、開口部２ａ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。
【００２１】
次に図１に示す位相シフトマスクを用いたパターンの形成方法について説明する。
【００２２】
図２は、本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用いた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。図２を参照して、この投影露光装置は、位相シフトマスク５上のパターンを縮小してウェハ２０表面のフォトレジスト２３に投射するものである。また投影露光装置は、光源１１から位相シフトマスク５のパターンまでの照明光学系と、位相シフトマスク５のパターンからウェハ２０までの投影光学系とを有している。
【００２３】
照明光学系は、光源である水銀ランプ１１と、反射鏡１２と、集光レンズ１８と、フライアイレンズ１３と、絞り１４と、集光レンズ１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、ブラインド絞り１５と、反射鏡１７とを有している。また投影光学系は投影レンズ１９ａ、１９ｂと、瞳面絞り２５とを有している。
【００２４】
その露光動作においては、まず水銀ランプ１１から発せられた光１１ａは、反射鏡１２により、たとえばｉ線（波長３６５ｎｍ）のみが反射されて、単波長の光となる。次に、光１１ａは、集光レンズ１８を通過して、フライアイレンズ１３の各フライアイ構成レンズ１３ａの各々に入射し、その後に絞り１４を通過する。
【００２５】
ここで、光１１ｂは、１個のフライアイ構成レンズ１３ａによって作り出された光路を示し、光１１ｃはフライアイレンズ１３によって作り出される光路を示している。
【００２６】
絞り１４を通過した光１１ａは、集光レンズ１６ａ、ブラインド絞り１５および集光レンズ１６ｂを通過して、反射鏡１７により所定角度で反射される。
【００２７】
反射鏡１７により反射された光１１ａは、集光レンズ１６ｃを透過した後、所定のパターンが形成された位相シフトマスク５の全面を均一に照射する。この後、光１１ａは投影レンズ１９ａ、１９ｂにより所定の倍率に縮小され、ウェハ２０表面のフォトレジスト２３を露光する。
【００２８】
本実施の形態においては、位相シフトマスク５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３に示すように位相シフトマスク５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光束によりウェハ２０が露光される。しかし、位相シフトマスク５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。
【００２９】
そこで、図４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５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５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。
【００３０】
この変形照明においては、図５に示すように４つの透過部１４ａを有するクロスポール照明絞りや、図６に示すように輪状の透過部１４ａを有する輪帯照明絞りや、図７に示すように４つの透過部１４ａ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重極照明絞りが、図２の絞り１４として用いられてもよい。これにより、変形照明としてクロスポール照明や、輪帯照明や、４重極照明を実現することができる。
【００３１】
なお、クロスポール照明を用いた場合には、ウェハ面内のＸ、Ｙ座標での直交格子上に配置される高密集パターンの配置が可能となる。また、輪帯照明を用いた場合には、パターン配置依存性の小さい汎用的なパターン形成が可能となる。また、４重極照明を用いた場合には、ウェハ面内のＸ、Ｙ座標において、クロスポール照明で形成したパターン配置に対して４５°回転した状態での直交格子上に配置される高密集パターンの配置が可能となる。
【００３２】
図８を参照して、このような変形照明により位相シフトマスク５を照明した露光光によりウェハ２０表面のフォトレジスト２３が露光される。露光されたフォトレジスト２３は現像によりパターニングされる。この現像において、フォトレジスト２３がネガ型の場合には、図９に示すように所定の値以下の露光エネルギが入力された部分のフォトレジスト２３のみが除去されて、フォトレジスト２３がパターニングされる。このパターニングされたフォトレジスト２３をマスクとして、下層の被エッチング膜２２をエッチングすることにより、その被エッチング膜２２にホールパターン２２ａを形成することができる。この後、フォトレジスト２３がたとえばアッシングなどにより除去されて、図１０に示すように微細なホールパターン２２ａを有する被エッチング膜２２が半導体基板２１上に形成された半導体装置を製造することができる。
【００３３】
また、上記の現像において、フォトレジスト２３がポジ型の場合には、図１１に示すように所定の値以上の露光エネルギが入力された部分のフォトレジスト２３のみが除去されて、フォトレジスト２３がパターニングされる。このパターニングされたフォトレジスト２３をマスクとして、下層の被エッチング膜２２をエッチングすることにより、その被エッチング膜２２をドットパターンに形成することができる。この後、フォトレジスト２３がたとえばアッシングなどにより除去されて、図１２に示すように微細なドットパターンよりなる被エッチング膜２２が半導体基板２１上に形成された半導体装置を製造することができる。
【００３４】
なお、フォトレジスト２３がネガ型およびポジ型のいずれの場合においても、フォトレジスト２３の露光は、開口径が波長λ／開口数ＮＡを１とした計測で１０以上の寸法の大きい開口パターンで、フォトレジスト２３が感光して溶解性が反転する遷移露光量の１０倍以上４０倍以下の露光量で行われることが好ましい。なぜなら、これ以外の範囲の露光量では、良好な解像性を得ることが難しいからである。
【００３５】
本実施の形態の位相シフトマスクによれば、マスクに形成されたパターン（開口部２ａ）の寸法変動に対するフォトレジストに形成されたパターン（ホールパターン：図９、ドットパターン：図１１）の寸法変動（ＭＥＦ：ｍａｓｋ  ｅｒｒｏｒ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）を小さくすることができる。以下、そのことを説明する。
【００３６】
図１３〜図１６は、図１に示す位相シフトマスク５の開口部２ａを孤立パターンとし、その孤立パターン２ａ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１４ａを有する形状である、また、位相シフトマスク５の透過率（Ｉ２／Ｉ１）は２０％である。
【００３７】
位相シフトマスク５の開口部の寸法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１３に示すように開口部２ａ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遮光膜２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２ａ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。
【００３８】
開口部２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、図１４に示すように開口部２ａの透過光の強度が小さくなっていき、ハーフトーン遮光膜２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、ハーフトーン遮光膜２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。
【００３９】
さらに開口部２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、開口部２ａの透過光強度とハーフトーン遮光膜２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１５に示すように、開口部２ａに対応する領域では、他の領域よりも十分暗い点として像が形成される。この像をネガ型のフォトレジストに適用すれば、フォトレジストにホールパターンが形成されることになる。
【００４０】
さらに開口部２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、図１６に示すように、今度は開口部２ａを透過した光の強度が、ハーフトーン遮光膜２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。
【００４１】
さらに開口部２ａの寸法Ｗを小さくしていくと、開口部２ａ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。
【００４２】
ここでの光学条件においては、図１５に示すように暗点像が優れたフォーカス特性を示すことがわかる。
【００４３】
上記より、ハーフトーン型の位相シフトマスクにおいて、開口部２ａに対応する領域に形成される暗点像の暗さは、開口部２ａのある寸法を境にして、その境界寸法よりも寸法を大きくしても小さくしても弱くなる（明るくなる）ことがわかる。
【００４４】
図１８は、図１に示す位相シフトマスクにおいて開口部の寸法Ｗ（ｍａｓｋ  ｗｉｄｔｈ）を変化させたときの光学像変化を示す図である。図１８の光学像変化より、上述したように光学像強度の極小値は、開口部２ａのある寸法Ｗ（ここでは１００〜１２０ｎｍ）で最小となり、開口部２ａの寸法Ｗがそれより小さくても（８０ｎｍ）、大きくても（１４０ｎｍ）、大きくなっていることがわかる。
【００４５】
ある一定の露光量において、このように開口部２ａの寸法Ｗの異なるマスクパターンをフォトレジストに露光すると、フォトレジストに形成されるパターンの寸法は、図中に示したスライスレベルの強度でフォトレジストの溶解／非溶解が分かれるとして、像がこのスライスレベルより小さくなる部分の寸法にほぼ一致する。すなわち、フォトレジストに形成されるパターンの寸法はマスクの開口部２ａの寸法Ｗを大きくしても、小さくしても、小さくなることになる。特に、像強度の極小値が最小となる開口部２ａの寸法Ｗにおいては、フォトレジストに形成されるパターンの寸法がその開口部２ａの寸法Ｗに依存しなくなる（微分がゼロ）。
【００４６】
図１９は、前述したスライスレベルにより決定した像の寸法（フォトレジストに形成されたパターンの寸法：ｉｍａｇｅ  ＣＤ）をマスクに形成された開口部２ａの寸法（ｍａｓｋ  ｗｉｄｔｈ）の関数としてプロットした図である。パラメータはスライスレベル（露光量に反比例する量）である。
【００４７】
図１９から明らかなように、像の寸法は、開口部２ａのある寸法で極大となることが分かる。すなわち、開口部２ａの寸法をこの極大となる値として、パターン形成を行なうと、開口部２ａの寸法がマスク製造誤差により変動しても、像の寸法はほとんど変化しないようにすることができる。
【００４８】
現時点のマスク製造技術の能力（ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ａｒｔ）では、開口部２ａの寸法の製造誤差による分布は（×４マスクにおけるウェハ上換算値として）レンジで５ｎｍ以下である。このため、開口部２ａの寸法を極大となる値とすれば、開口部２ａの寸法が製造誤差により５ｎｍ変動しても、像の寸法の変化は極めて小さくなる（１〜２ｎｍ以下）ことがわかる。
【００４９】
このようにマスクに形成されたパターンの寸法変動による像の寸法変動の割合は、ＭＥＦ（ｍａｓｋ  ｅｒｒｏｒ  ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｆａｃｔｏｒ）と呼ばれ、以下の式で定義される。
【００５０】
ＭＥＦ＝ΔＣＤウェハ／ΔＣＤマスク
この式において、「ΔＣＤ（ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）ウェハ」は像の寸法変動であり、「ΔＣＤマスク」はマスクに形成されたパターンのウエハ上に換算した寸法変動である。
【００５１】
従来の方法により微細ホールパターンを形成するときには、このＭＥＦの値が大きくなり、マスクに形成されたパターンのわずかな寸法変動が、像の寸法の大きな変動として反映され、本来一定の寸法であるべきパターンの寸法が大きく分布することとなる。これにより、デバイスの歩留まりや性能に悪影響が及ぶことは明らかであり、微細パターン形成における大きな問題となっている。
【００５２】
これに対して本実施の形態では、開口部２ａの寸法を８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下にすることにより、上記のＭＥＦを小さくすることができるため、開口部２ａの寸法にほとんど影響を受けないパターンの形成が可能であり、優れた製造歩留まりや、デバイス性能を得ることができる。
【００５３】
なお、開口部２ａの寸法が１００ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であれば、開口部２ａの寸法が製造誤差により５ｎｍ変動しても、像の寸法の変化を５ｎｍ程度と低く抑えることができるため好ましい。
【００５４】
上記の開口部２ａの寸法（８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上１２０ｎｍ以下）は、露光光の波長λが２４８ｎｍ、開口数ＮＡが０．８０の場合であるが、他の波長λおよび開口数ＮＡの場合にもＭＥＦを小さくできる適切な開口部２ａの寸法がある。
【００５５】
そこで、そのような適切な開口部の寸法を求めるために、波長λ／開口数ＮＡを１として計測した場合の、開口部２ａの寸法Ｗ０を以下の式より求めた。
【００５６】
開口部２ａの寸法：波長λ／開口数ＮＡ＝８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下：２４８／０．８０＝Ｗ０：１
上記より、（２４８／０．８０）×Ｗ０＝８０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下であるため、Ｗ０は０．２６以上０．４５以下となる。
【００５７】
また開口部２ａの寸法の好ましい範囲（１００ｎｍ以上１２０ｎｍ以下）についても、上記と同様に、波長λ／開口数ＮＡを１として計測した寸法Ｗ１に換算すると、その寸法Ｗ１は０．３２以上０．３９以下となる。
【００５８】
以上より、各波長λおよび各開口数ＮＡにおいて、その波長λ／開口数ＮＡを１として計測した場合に、開口部２ａの寸法が０．２６以上０．４５以下、好ましくは０．３２以上０．３９以下であれば、ＭＥＦを小さくすることが可能となる。
【００５９】
なお、光透過率（Ｉ２／Ｉ１）が１５％未満では図１９中に示される曲線のカーブが急になり、ＭＥＦが大きくなってしまう。また、光透過率（Ｉ２／Ｉ１）が２５％を超えると、位相シフトマスクの検査ができなくなってしまう。
【００６０】
図２０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の各々は、パターン汎用性を重視した光学条件下でのパターンピッチを変えたときの像寸法、ＭＥＦおよび焦点深度（ＤＯＦ：ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  ｆｏｃｕｓ）のそれぞれの変化をプロットした図である。マスク寸法は１２０ｎｍと一定であり、像寸法を一定にするためのマスクのパターン寸法の微調（いわゆる光近接効果補正（ＯＰＣ：ｏｐｔｉｃａｌ  ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ））は行なっていない。
【００６１】
図２０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）から分かるとおり、ＯＰＣを行なっていないので、パターンピッチの小さい密集部では像寸法が大きくなっているが、パターンピッチが極めて大きい孤立パターンからパターンピッチが３００ｎｍまでの範囲では、ＭＥＦ＜１、ＤＯＦ＞０．４５でのパターンの形成が可能となる。
【００６２】
なお、図２０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）での光学条件として、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（図１３〜図１６よりは弱い変形照明となっている）である。また、位相シフトマスク５の透過率（Ｉ２／Ｉ１）は２０％である。
【００６３】
さらに、本実施の形態の位相シフトマスクを用いたパターン形成方法によれば、マスクのパターン寸法およびスライスレベル（露光量）を調整することで、極めて密集したホールパターンを形成することが可能である。たとえば、本願発明者は、０．１μｍルールのＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のストレージノードコンタクトのパターンの光学像についてフォーカスを変えた場合の変化を調べた。なお、近接ホールの中心間距離は２００ｎｍとした。
【００６４】
その結果、ベストフォーカスからフォーカスが±０．３μｍずれても良好な光学像を得ることができた。このことより、本実施の形態の位相シフトマスクを用いたパターン形成方法によれば、極めて密集したパターンにおいても、＞０．６μｍのＤＯＦが得られることが分かった。
【００６５】
また、本実施の形態の位相シフトマスクでは、孤立パターンと密集パターンとが混在していても良い。
図２１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２１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２１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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
【発明の効果】
本発明の位相シフトマスクによれば、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以下であるため、開口部の寸法変動に対するフォトレジストに形成されたパターンの寸法変動（ＭＥＦ）を小さくすることができる。
【００６９】
光透過率（Ｉ２／Ｉ１）が１５％未満では、ＭＥＦが大きくなってしまう。また、光透過率（Ｉ２／Ｉ１）が２５％を超えると、位相シフトマスクの欠陥検査ができなくなってしまう。すなわち、光透過率（Ｉ２／Ｉ１）を１５％以上、光透過率（Ｉ２／Ｉ１）が２５％未満とすれば、マスク製造での欠陥検査が出来、そのマスクによりＭＥＦの小さい転写を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における位相シフトマスクの構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用いた投影露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】通常照明を説明するための図である。
【図４】変形照明を説明するための図である。
【図５】クロスポール照明絞りの構成を示す平面図である。
【図６】輪帯照明絞りの構成を示す平面図である。
【図７】４重極照明絞りの構成を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用い、かつフォトレジストがネガ型の場合の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９】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用い、かつフォトレジストがネガ型の場合の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１０】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用い、かつフォトレジストがネガ型の場合の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１１】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用い、かつフォトレジストがポジ型の場合の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１２】本発明の一実施の形態における位相シフトマスクを用い、かつフォトレジストがポジ型の場合の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１３】図１に示す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の場合に結像系により形成される光学像を示す図である。
【図１４】図１に示す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の場合に結像系により形成される光学像を示す図である。
【図１５】図１に示す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の場合に結像系により形成される光学像を示す図である。
【図１６】図１に示す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の場合に結像系により形成される光学像を示す図である。
【図１７】図１３〜図１６において用いられるクロスポール照明絞りの構成を示す平面図である。
【図１８】図１に示す位相シフトマスクにおいて開口部の寸法Ｗを変化させたときの光学像変化を示す図である。
【図１９】スライスレベルにより決定した像の寸法（ｉｍａｇｅ  ＣＤ）をマスクに形成された開口部の寸法（ｍａｓｋ  ｗｉｄｔｈ）の関数としてプロットした図である。
【図２０】パターン汎用性を重視した光学条件下でのパターンピッチを変えたときの像寸法、ＭＥＦおよび焦点深度のそれぞれの変化をプロットした図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）である。
【図２１】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】
１  透明基板、２  ハーフトーン遮光膜、２ａ  開口部、５  位相シフトマスク、１１  光源、１２  反射鏡、１３  フライアイレンズ、１３ａ  フライアイ構成レンズ、１４ａ  透過部、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１８  集光レンズ、１７  反射鏡、１９ａ，１９ｂ  投影レンズ、２０  ウェハ、２１  半導体基板、２２  被エッチング膜、２２ａ  ホールパターン、２３  フォトレジスト。
【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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