(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影露光に用いられるフォトマスクであって、
前記フォトマスク上には、透過する光の位相を１８０°反転させるハーフトーンマスクパタンが形成され、
前記マスクパタンは、孤立した線状のパタンであり、
前記フォトマスクの前記ハーフトーンマスクパタンが形成されていない領域に対する前記ハーフトーンマスクパタン部の振幅透過率ｔが、
前記フォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度をθとし、前記露光照明の前記フォトマスク面への入射方向と前記ハーフトーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、前記投影露光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を前記入射角度θ，角度φにおける前記露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付けした重心をｋg とし、前記投影レンズの開口数をＮＡとし、前記露光照明の波長をλとし、前記ハーフトーンマスクパタンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとし、１以下の所定の定数αを用いたとき、
０．９／［２αＬ（１−ｋg2）1/2］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg2）1/2］−１
で表されることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
請求項１記載のフォトマスクにおいて、
前記フォトマスク上に前記ハーフトーンマスクパタンに連続して、光を遮光する遮光マスクパタンが形成されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項２記載のフォトマスクにおいて、
前記遮光マスクパタンに近設する遮光マスクパタンを備えたことを特徴とするフォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、投影露光を用いたフォトリソグラフィによりＬＳＩなどの微細なパタンを形成するときに用いるフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光リソグラフィにおいて、解像度は露光波長λに比例し、投影レンズの開口数ＮＡに反比例する。
このため、パタンの微細化は露光波長の短波長化および投影レンズの高ＮＡ化によってなされてきた。
図１８に孤立ラインパタン寸法をパラメータとした時の光強度分布を示す。図１８に示すように、形成するラインパタンが微細になるにつれて、ウエハ上の投影面におけるライン中央の光強度が大きくなる。この部分は、本来フォトマスク上では遮光パタンがある位置であり、理想的には光強度が０となる箇所である。すなわち、図１８には、形成するラインパタンが微細になるにつれて、コントラストが劣化していく様子が示されている。
【０００３】
以上示したように、通常のフォトマスクを用いた露光では、形成できるパタン寸法は、用いる露光波長と投影レンズの開口数でほぼ決定されるが、それ以上に微細なラインパタンを形成する技術として位相シフトマスクを用いた露光方法が提案されている。
この位相シフトマスクを用いる露光方法の中で、遮断空間周波数倍増形（レベンソン形）位相シフトマスクを用いる露光技術がある。これは、周期パタンの形成に適応するものであり、レベンソン（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ）らによって、提案されている（IEEE Trans.ED‐29(1982)）。
このレベンソン形シフトマスクでは、周期的なマスクパタンの隣り合う光透過部にひとつおきに位相を１８０度反転させるシフタを配置するものであり、この方法により、０．２５λ／ＮＡのラインアンドスペースパタン（周期パタン）まで形成することが可能となる。
【０００４】
ところで、従来はダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）が優先的に開発されていた。このため、最先端のパタンルールは、まず、ＤＲＡＭの周期的なパタンに用いられており、そのような状況下では上述したレベンソン形位相シフトマスクは有用であった。
一方、ＤＲＡＭより遅れて開発が行われてきた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）では周期的なパタンは少ない。このため、上述したレベンソン形位相シフトマスクは対応しにくい。
また、ＡＳＩＣに用いられる孤立パタンが、ＤＲＡＭパタンと同等のパタンルールになる時期には、さらなる高いＮＡの露光装置が開発されていた。このためこれまでは、形成が困難な孤立ラインパタンを有するＡＳＩＣに対しては解像度の高い露光装置を用いて対応していた。
【０００５】
しかし近年、高付加価値の製品開発が急がれた結果、ＡＳＩＣ開発が加速され、微細な孤立パタンの形成方法の開発が急務になっていきている。
このような中で、孤立ラインパタンの形成に対して、シフタエッジ型の位相シフトマスクを用いる露光方法が（Ｊｉｎｂｏ）らによって提案されている（Tech.Digest of IEEE lnt.Electron Device Meet.(1990)）。この位相シフトマスクの一部断面図（ａ）および像面（投影面）に形成される光強度分布（ｂ）を図１９に示す。
図１９（ａ）に示すように、このフォトマスクは、位相差１８０°を持ち透過率がほぼ１００％のシフタ１９１がフォトマスク１９２上の所定位置に配置されたものである。すなわち、シフタ１９のエッジ部分を１本の遮光線として用いるものである。
【０００６】
このシフタ１９１を用いることで、その境界部を透過して投影される光の投影面における光強度は、図１９（ｂ）に示されるように、シフタ１９１のエッジ部に相当する部分で０となる。これは、シフタ１９１を透過する光とシフタ１９１のない領域を透過する光が、干渉して打ち消し合うためである。
このようにすることで、図１９（ｂ）から明らかなように、通常の遮光マスクを用いる場合に比べて、微細なラインパタン像が高いコントラストで形成されていることがわかる。ただしこの位相シフトマスクを用いた場合、シフタの両エッジにラインパタンが形成されるため、必ず２本ひと組のラインパタンが形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、より微細な孤立パタンを形成しようとした場合、上述したような位相シフトマスクを用いても、以下に示すような問題点があった。
すなわち、シフタエッジ形の位相シフトマスクを用い場合は、シフタの両エッジにラインパタンが形成されるため、必ず２本ひと組のラインパタンが形成されるため不要部分の消去が必要となる。
またこの方法では、図２０に示すように、異なる方向にラインが分岐したパタンは、１回の露光工程では形成することができないという問題がある。このためパタン設計に制約が生じるといった問題がある。
【０００８】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、シフタエッジ型の位相シフトマスクのように不要なパタンを発生することなく、また、シフタエッジ型の位相シフトマスクのようにフォトマスク上のマスクパタンレイアウトに制限を与えることなく、より微細なラインパタンを形成できるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明のフォトマスクは、投影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を１８０°反転させる孤立した線状のハーフトーンマスクパタンを形成し、フォトマスクのハーフトーンマスクパタンが形成されていない領域に対するハーフトーンマスクパタン部の振幅透過率ｔを以下に示すとおりとした。
すなわち、フォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度をθとし、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハーフトーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、投影露光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，角度φにおける前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付けした重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡとし、前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマスクパタンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとし、１以下の所定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−ｋg2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg2）1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。
以上のように振幅透過率を有するハーフトーンマスクパタンを用いることにより、これが投影される像面では、パタンが形成される位置の光強度分布がほぼ０となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図を参照して説明する。
まず、この発明の概要について説明する。
フォトマスクを用いたフォトリソグラフィにおいて、より微細なラインパタンを形成しようとする場合、以下の２つが重要である。
すなわち、まず１つは、フォトマスクを透過する０次の光と、ライン状のマスクパタンから回折されるより高次の回折光とが干渉するようにすることで、微細なマスクパタン情報を像面に伝搬させることである。
またもう１つは、マスクパタンからの回折光の強度を強くすることで光学像のコントラストを向上させることである。
【００１１】
まず、従来から用いられている遮光マスクについて説明すると、概念を示す図１（ａ）に示すように、マスク基板１１上に形成されている遮光パタン１２のエッジ部では、入射した照明光の回折光を発生する。マスク基板１１の透過部を透過する光とその回折光とは、投影露光装置の投影レンズを通り、その結像面に到達するが、そのときに透過した光と回折光とが干渉することで、微細な遮光パタン１２の像が結像面に投影される。
しかし、この回折光が弱いと、透過光との干渉もあまり起こらず、結像面における遮光パタン１２の像はコントラストの低いものとなる。
なお、この遮光マスクの遮光パタン１２における振幅透過率分布は、図１（ｂ）に示すように、マスクパタンエッジで透過率が１から０に変化するコントラストがある。
【００１２】
ここで、このコントラストを高くすれば、フォトマスク上のマスクパタンからの回折光を強くでき、結果として結像面における像のコントラストを向上させることができる。
そこで、図２（ａ）に示すように、マスク基板２１上に、ある程度光を透過して透過する光の位相を１８０°反転させるハーフトーンマスクパタン２２を形成すれば、回折光の強度を強くすることができ、フォトマスクにおけるコントラストを向上させることができる。
従来、このようなハーフトーン位相シフトマスクは、周期マスクパタンに対して０次光の強度を弱めることに着目されていた（Tamechika,J.Vac.Sci.Techno-.B10(1992)）。
【００１３】
しかし、発明者らは、これが回折光強度を強める効果があることをみいだし、孤立ラインパタンに適用したものである。
このためには、マスクパタン部で位相を反転させて光を透過させることにより、図２（ｂ）に示すように、マスクパタンエッジにおける「０」以下の値から、フォトマスク透過部における「１」に変化する振幅透過率のコントラストを持たせることで達成できる。すなわち、フォトマスク上のマスクパタン部にある程度の透過率をもたせ、その透過する光の位相を１８０度反転させることで、上述のことが達成される。
【００１４】
ところで、マスクパタン（ハーフトーンマスクパタン）部分の透過率が高ければマスクパタンエッジでのコントラストが高くなり、回折光の強度が大きくなる。しかし、マスクパタン部分の透過率が高ければ高いほど良いわけではなく、最適な値が存在する。
例えば、マスクパタン部分の透過率が１００％であれば、前述のシフタエッジ型の位相シフトマスクになってしまうため、目的とするパタン形成ができない。すなわち、回折光と０次光の強度のパランス取りを行うことが必要となる。
【００１５】
また、図１（ａ）に示した従来の方法では、照明光がフォトマスクにほぼ垂直に入射するため、強度の強い０次光（フォトマスクを透過する光）と回折光のなす角度は投影レンズの見込み角で制限されていた。
それに対し、図２（ａ）に示した本発明の方法では、照明光をフォトマスクに斜めに入射するようにし、その０次光を中心からずらすようにした。このことにより、０次光と回折光の角度を投影レンズの見込み角より大きくし、０次光と高次の回折光とが干渉するようにしている。
【００１６】
ここで、ｙ軸方向にのびたラインマスクパタンを有するフォトマスクを用いて投影露光する場合を考える。このとき、露光波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡとし、照明光の入射方向を（ｋox，ｋoy）、ラインマスクパタンのｘ方向の幅をＬλ／ＮＡ、パタンのない部分に対するラインマスクパタン部分の振幅透過率でｔとする。
照明光の入射方向（ｋox，ｋoy）は、投影レンズの瞳面で規格化した波数表示である。具体的に表すと、図３に示すように、照明光と光軸のなす角度θおよびフォトマスク３１上のラインマスクパタン３２の長手方向と照明光のなす角度φ、照明側から見た投影レンズの見込み角ψとして、ｋ0X＝［（Ｓｉｎ2θ −ＣＯＳ2φ ）］1/2 ／ｓｉｎψ、ｋoy＝ｃｏｓφ／ｓｉｎψと記述することができる。
【００１７】
このときの、照明光の入射方向とフォトマスクパタン寸法およびその振幅透過率の関係を以下に説明する。
まず、照明光の入射方向は（ｋox，ｋoy）なので（図３）、図４に示すように、入射光４１の投影レンズの瞳面４２上の位置は、瞳面４２に中央を座標（０，０）とすると、（ｋox，ｋoy）となる。一方、その入射光４１より横に回折光４３が広がる。このため、回折光４３の分布は、ｘ方向に±（１−ｋoy2）1/2 の範囲に制限される。
このときの回折光の振幅に関する分布を図５に示す。この分布は、０次光５１を表すデルタ関数とマスクパタンからの回折光５２を表す広がりをもった分布ｆ（ｋ）に分かれる。
【００１８】
分布ｆ（ｋ）は、０次光５１の位置より離れているほどその値は０に近くなっているが、微細なラインパタン形成を行う場合、すなわち線幅をＬλ／ＮＡとしたときに、Ｌ≦０．５のラインパタンを形成する場合には、分布ｆ（ｋ）の広がり部分の変化はないとしてそれを定数で近似することができる。
その近似する値は、ライン幅Ｌとラインマスクパタン部分の振幅透過率をｔとした場合のマスクパタンエッジにおけるフォトマスク上でのコントラスト（１＋ｔ）にほぼ比例するため、αＬ（１＋ｔ）とすることができる。
【００１９】
幅Ｌが無限小の場合にはα＝１．０となり、幅Ｌが大きくなるほどαは小さくなる。ここでは、対象としているラインパタン寸法すなわち幅Ｌが０．２から０．５程度であり、このときはα＝０．８となる。
そして、像面上ある位置ｘにおける光学像の振幅ｕ（ｘ）は、その瞳面において分布している振幅の総和になるので、以上の近似を用いれば、以下の式で表される。ただし、積分範囲は±（１−ｋoy2）1/2 である。
ｕ（ｘ）＝∫（ｆ（ｋ）−δ（ｋ＋ｋ0X））ｅikxｄｋ
＝α（ｎ＋ｔ）Ｌ∫ｅikxｄｋ−ｅｘｐ（−ｉｋoxｘ）
＝２α（１＋ｔ）Ｌsin［（１−ｋoy2）1/2 ・ｘ］／ｘ−exp（−ｉｋoxｘ）
【００２０】
このため、像面においてパタンが形成されるｘ＝０の位置における振幅は、以下の式（１）で示されるものとなる。
ｕ（０）＝２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy2）1/2 ＝１・・（１）
したがって、像面において投影される微細ラインパタンが最大のコントラストとなる条件、すなわち、ライン中央の遮光部での光強度が０となる条件は、以下の式（２）で示される。
２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy2）1/2 ＝１・・・・（２）
【００２１】
たとえば、斜入射照明の入射方向が（ｋox，ｋoy）＝（０．７，０．０）でラインパタン幅Ｌ＝０．４の場合には、ハーフトーンマスクパタンの最適な振幅透過率はｔ＝０．５６となる。この値は、強度透過率で約３１％となる。
このような透過率を有するマスクパタンを用いることにより、コントラストの高いラインパタン像を形成することが可能である。
そして、斜入射照明光の入射角度は、角度があればあるほど高次の回折光を取り込むことができ、そのため、より微細なラインパタンの形成が可能となる。
すなわち、透過率を有して位相を反転するマスクパタンが形成されたフォトマスクを用いることにより、微細なラインパタンの形成が可能となる。
【００２２】
実施の形態１
まず、本発明をライン幅０．４λ／ＮＡ、照明光の入射方向（ｋox，ｋoy）＝（±１．０，０）の条件で用いた場合の、像面における光強度分布を図６に示す。なお、フォトマスク上にはライン形状のマスクパタンを形成した。
この実施の形態１においては、前述した式（２）から導かれるそのハーフトーンのマスクパタン部分の強度透過率が、３１％となる。
そして、図６に示される光強度分布は、従来の技術で述べたシフタエッジ型位相シフトマスクを用いた場合とほぼ同じ状態である。したがって、この実施の形態１によって、シフタエッジ形位相シフトマスクを用いた場合と、同程度の寸法の微細なラインパタン像の形成が可能となる。
【００２３】
以上に説明したハーフトーンのマスクパタンを有するフォトマスクを用い、露光光源としてＫｒＦレーザ光を用いて微細なラインパタンを形成した結果を図７に示す。
この露光で用いた投影露光装置の投影レンズのＮＡは０．５、露光波長は０．２４８μｍである。
図７に示されるように、０．１μｍのラインパタンすなわち、０．２λ／ＮＡのラインパタンが形成できた。
このように、この実施の形態１によれば、通常フォトマスクを用いた投影露光と比べて高い解像性能を有すると共に、フォトマスク上に形成するマスクパタン形状がラインパタンそのものであるため、シフタエッジ型の位相シフトマスクのようなシフタパタン配置の複雑さ、パタンレイアウトの制限などがない。
【００２４】
実施の形態２
上述した実施の形態１では、式（２）によって算出されるフォトマスクにおけるハーフトーンマスクパタンの透過率を用いた場合について説明を行った。しかし、高いコントラストを与える条件は、必ずしも式（２）を正確に満たしている必要はなく、フォトマスクの透過率には許容範囲が存在する。以下に、この許容範囲に関して説明する。
この許容範図は、ライン中央部における光強度の許容範囲から決定される。
図１８に示したように、通常露光において、マスクパタンサイズが小さくなるとライン中央部において光強度が大きくなるため、ラインパタンが解像しなくなる。
この場合には、限界解像度は０．５λ／ＮＡであり、このとき、ライン中央部における光強度は０．０１である。
そして、通常露光における限界解像度における形成ラインパタン中央部と同程度の光強度が得られれば、そのパタンは解像することになり、したがって、ライン中央部における光強度は０．０１以下であれば問題はないといえる。
【００２５】
すなわち、高いコントラストを与える条件としてライン中央部の光強度が０．０１以下であるとして、ハーフトーンマスクパタンの振幅透過率における許容範図を設定することができる。この条件を記述すると、０．９＜２α（１＋ｔ）Ｌ（１−ｋoy2）1/2 ＜１．１となる。
すなわち、フォトマスクにおけるハーフトーンマスクパタンの振幅透過率は以下の式３で示されることになる。
０．９／［２αＬ（１−ｋoy2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋoy2）1/2 ］−１・・・式（３）
【００２６】
たとえば、照明光の入射方向が（ｋoxｋoy）＝（０．７、０．０）とした条件で、形成するパタン幅Ｌ＝０．４の場合を考える。
このときに、ハーフトーンマスクパタンの最適な振幅透過率は、０．４１＜ｔ＜０．７２となる。すなわち、強度透過率で約１６％から５２％となる。
このような透過率を有するハーフトーンマスクパタンが形成されたフォトマスクを用いることにより、コントラストの高いラインパタン像を形成することが可能である。
【００２７】
実施の形態３
次に本発明の実施の形態３として、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンに適用する場合を示す。
実際のＬＳＩパタンにおいては、ラインパタンの方向が必ずしもー方向ではなく、９０度回転したパタン（すなわちＸ方向に長くのびたラインパタン）、あるいはその他の角度方向に長くのびたラインパタンが配置されることもある。
この場合、前述の実施の形態１で示したように、ｘ方向にだけ入射方向を傾けた照明では、すべての方向のラインパタンにおいて高次の回折光を光学像形成に取り込むことができない。
このため、ｘ、ｙ方向の直交する方向だけにライン形状のパタンだけが配置されている場合には、図８（ａ）に示すような照明形状を用いる。また、任意の方向のラインパタンが配置されている場合には図８（ｂ）に示すような照明形状を用いる。なお、図８において、斜線部が光を遮断する部分である。
【００２８】
以下、この場合のマスクパタンの透過率の設定方法について説明する。
まず、図９（ａ）（ｂ）に、図８（ａ），（ｂ）に示したそれぞれの照明形状におけるｋoyの分布を示す。このような照明形状においては、ｋoy（｜ｋoy｜）が分布を有している。
ここで、前述した式（２）または式（３）は、ラインパタンの長い方向に対する入射方向、すなわちｋoyの絶対値｜ｋoy｜にだけ依存している。
そこで、図９に示すような照明光状を用いることで｜ｋoy｜が分布を有する場合には、各ｋoyに対して最適なマスクパタンの透過率が存在することになるが、この効果を平均的に取り込むためには、この平均値を用いればよい。
【００２９】
ｋoyに対する照明強度の分布をＩ（ｋoy）とすると、まず、ｋoyの平均的な効果を取り込むために、｜ｋoy｜のＩ（ｋoy）で重み付けをした重心ｋg を求める。
そして、式（３）のｋoyの部分にその求めたｋg を代入することによって、照明分布を平均的に取り込んだ最適なマスクパタンの透過率が得られる。
前述したように、照明光と光軸のなす角度θおよびマス上のラインパタンの長手方向と照明光のなす角度φ、照明側から見た投影レンズの見込み角ψとすると、ｋoy＝ｃｏｓφ／ｓｉｎψと記述することができる。
このため、各角度の照明強度をＩ（θ，φ）とすると、上記の重心ｋg は、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜をＩ（θ，φ）で重み付けをした重心である。
すなわち、最適なマスクパタンの振幅透過率は、以下の式（４）で与えられる。
０．９／［２αＬ（１−ｋg2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg2）］−１・・・・（４）
【００３０】
このようにして、透過率を設定したマスクパタンにより形成される光学像の光強度分布を図１０，図１１に示す。
図１０は４点照明の場合で、照明形状は各照明開口のσを０．２とし、開口中心と光軸との距離を０．９とした。このときｋg は、ｋoyに対する照明強度の分布をＩ（ｋoy）として以下の式（５）で計算され、約０．６である。このときマスクパタンの強度透過率は９０％である。
ｋg ＝∫Ｉ（ｋoy）｜ｋoy｜ｄ（ｋoy）／∫Ｉ（ｋoy）ｄ（ｋoy）・・・（５）
また図１１は輪帯照明の場合を示しており、その輪帯照明の照明形状は半径は０．９から１．０の範図とした。このときｋg は約０．５であり、マスクパタンの強度透過率は７０％である。
以上に示した斜入射光源を用いることにより、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンであっても、０．３λ／ＮＡのラインパタン像がいずれの場合にも形成できた。
【００３１】
実施の形態４
以下、この発明の第４の実施の形態について説明する。上記実施の形態３では、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンとして、いろいろな方向を向いたものに関して説明したが、この実施の形態では、同時に大小のパタンが存在する場合に関して説明する。
実際のＬＳＩパタンにおいては、例えば、図１２（ａ）に示すように微細なラインパタン１２１だけではなく面積の大きなパタン１２２が同時に存在する。
ここで、微細なラインパタン１２１の幅Ｌλ／ＮＡに着目して、実施の形態１，２で述べたようにマスクパタンの振幅透過率ｔを決定したとする。
【００３２】
このとき、幅Ａλ／ＮＡのパタン１２２の中央部における光の振幅ｕ（０）は、Ａが１より大きければ、ほとんどＡに依存せずにｔとなる。このため、パタン１２２においては、単純に透過率に応じた漏れ光によってパタンのコントラストが劣化し解像しなくなるといった問題がある。
すなわち、微細なラインパタン１２１の部分は充分遮光されているが、大面積のパタン１２２の部分は透過率に応じた透過光がかぶるために、結像面のポジレジストが露光されてパタンがなくなってしまう。
そこで、図１２（ｂ）に示すように、微細なラインパタン１２１を形成するためのマスクパタン１２３をハーフトーン膜とし、大面積のパタン１２２を形成するためのマスクパタン１２４は遮光膜を被せるようにする。このようにすることで、面積の大きなパタンも含めて図１２（ａ）に示すようなパタン形成を行うことが可能となる。
【００３３】
ここで、この実施の形態４におけるフォトマスクの製造方法について説明する。
まず、図１３（ａ）に示すように、ガラスなどからなる基板１３１上に所定の透過率とし、透過する光の位相を１８０°反転させる位相シフト膜１３２を形成し、その上にＣｒなどからなる遮光膜１３３を形成する。
次に、図１３（ｂ）に示すように、微細なラインパタン形状と大面積のパタン形状とからなるレジストパタン１３４を、遮光膜１３３上に形成する。このレジストパタン１３４の形成は電子線やレーザライタなど用いたリソグラフィにより行えばよい。
【００３４】
次に、図１３（ｃ）に示すように、レジストパタン１３４をマスクとして、遮光膜１３３および位相シフト膜１３２をエッチング除去する。なお、このエッチング処理において、レジストパタン１３４をマスクとして遮光膜１３３をエッチングし、その結果得られた遮光膜１３３によるパタンを用いて位相シフト膜１３２をエッチングするようにしてもよい。
次に、図１３（ｄ）に示すように、大面積のパタン形状からなるレジストパタン１３５を、遮光膜１３３上の所定位置に形成する。
そして、図１３（ｅ）に示すように、このレジストパタン１３５をマスクとして遮光膜１３３のみを選択的にエッチングすれば、大面積のパタンを形成するためのマスクパタン部には、遮光膜が覆われている状態とすることができる。
【００３５】
実施の形態５
以下、この発明の第５の実施の形態について説明する。
ここでは、ＬＳＩパタンのような複雑なパタンに適用する場合を示す。実際のＬＳＩパタンにおいては、図１４に示すように微細ラインパタン１４１だけではなく微細なギャップパタン１４２が同時に存在する。
微細なギャップパタン１４２形成に対しては、光強度が高いほどコントラストが高くなり、形成が容易となる。しかし、マスクパタンの透過率が高くなるほど、光強度が劣化し、微細ラインパタン１４１とギャップパタン１４２とを同時に形成することが難しくなる。
そこで、図１５に示すように、微細ギヤツプパタンが形成されるマスクパタン１５１の部分に、実施の形態３で示したのと同様な手法を用いた。
【００３６】
すなわち、ギャップパタン形成部となるマスクパタン１５１をはさむ大きなマスクパタン１５２ａ，ｂは遮光膜により形成し、微細パタンを形成するマスクパタン１５３は所定の透過率を有し、透過する光の位相を１８０°反転させるハーフトーン膜により形成するようにした。
このことにより、ギャップパタンの光強度を劣化させずに、その形状を形成することができた。
図１６は、遮光膜を用いた場合と用いない場合それぞれにおける、形成するギャップパタンの像面における光強度分布を示す。照明はσ＜０．７の領域内に配置した４点照明とし、マスクパタンの強度透過率は３６％とした。
図１６に示されるように、遮光膜を用いることにより、光強度を高くすることができ、また周辺のサイドビークの影響をなくすことができ、微細ラインパタンと同時にギャップパタンを形成することが可能であった。
【００３７】
実施の形態６
ところで、上述では、位相を反転させてある程度露光光が透過するマスクパタンを形成するようにした。言い換えると、マスクパタン部は、フォトマスク上の他の領域よりある程度透過率が低い状態となっている。すなわち、マスクパタン部の特性が、露光光の位相を１８０°反転させ、かつ、他の領域との透過率にある程度差がとれている状態となっていればよい。
したがって、上記実施の形態のように、マスクパタン以外の領域がほぼ１００％の透過率となっている必要はない。
例えば、マスクパタン以外の領域の透過率を低下させるようにすれば、上述よりも透過率の低いマスクパタンを用いることができる。
【００３８】
以下、この実施の形態６におけるフォトマスクについて説明する。
このフォトマスクは、図１７に示すように、基板１７１のラインマスクパタン１７２周囲の露出した部分に、解像限界以下のドットパタン１７３を配置した。このことにより、基板１７１部分からの透過光を減少させるようにしている。
ここで、ドットパタン１７３が解像しないために、ドットパタン１７３のξ方向の周期はλ／ＮＡ／［１−（ｋox2＋ｋoy2）］1/2以下とし、η方向の周期をλ／ＮＡ／［１＋（ｋox2＋ｋoy2）1/2］以下とする。ここで、ηはフォトマスクに入射する斜入射照明のマスク面上における方向を示し、ξはこれに垂直な方向である。なお、ドットパタン１７３は遮光体で形成しても、ラインマスクパタン１７２部と同様な半透明の位相シフタで形成してもよい。
【００３９】
ここで、ラインマスクパタン１７２部分の振幅透過率をｔとし、目標とするラインマスクパタン１７２部分とそれ以外の部分の振幅透過率の比をｔ0とする。このとき、ドットパタン１７３の振幅透過率をＴとしたときの、ラインマスクパタン１７２の長手方向と垂直な方向のピッチＰx ，ラインマスクパタン１７２の長手方向と平行な方向のピッチＰy と、ドットパタン１７３の寸法Ｄとの関係は、次の式（６）で示されるものとなる。ただし、ドットパタン１７３を遮光体で形成した場合にはＴ＝０とする。
ｔ：（１−Ｔ）（Ｄ／ＰxＰy）2＝ｔ0：１・・・（６）
このような関係としたフォトマスクを用いることにより、最適な透過率を有した本発明のフォトマスクを形成することが可能であり、微細なラインパタンを形成することが可能であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明では、投影露光に用いるフォトマスク上に透過光の位相を１８０°反転させるハーフトーンマスクパタンを形成し、フォトマスクのハーフトーンマスクパタンが形成されていない領域に対するハーフトーンマスクパタン部の振幅透過率ｔを以下に示すとおりとした。
すなわち、フォトマスクへ入射する露光照明の光軸に対する入射角度をθとし、露光照明のフォトマスク面への入射方向とハーフトーンマスクパタンの長手方向との角度をφとし、投影露光に用いられる投影レンズの照明側からの見込み角度をψとし、｜ｃｏｓφ／ｓｉｎψ｜を入射角度θ，角度φにおける前露光照明の照明強度Ｉ（θ，φ）で重み付けした重心をｋg とし、投影レンズの開口数をＮＡとし、前記露光照明の波長をλとし、ハーフトーンマスクパタンの短い方の寸法をＬλ／ＮＡとしたとし、１以下の所定の定数αを用いたとき、０．９／［２αＬ（１−ｋg2）1/2 ］−１＜ｔ＜１．１／［２αＬ（１−ｋg2）1/2 ］−１で表される振幅透過率ｔとした。
【００４１】
以上のように振幅透過率を有するハーフトーンマスクパタンを用いることにより、これが投影される像面では、パタンが形成される位置の光強度分布がほぼ０となる。
この結果、この発明によれば、不要なパタンを発生することなく、また、フォトマスク上のマスクパタンレイアウトに制限を与えることなく、微細なラインパタンが形成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常の遮光マスクを用いた場合のマスク透過率分布を説明する説明図である。
【図２】  この発明のフォトマスクを用いた場合のマスク透過率分布を説明する説明図である。
【図３】  照明光とフォトマスク上のマスクパタンおよび光軸の関係を示した説明図である。
【図４】  投影レンズの瞳面における、回折光の位置を表わした説明図である。
【図５】  投影レンズの瞳面上に形成される回折光分布を示す説明図である。
【図６】  像面における光強度分布を示す特性図である。
【図７】  この発明のフォトマスクを用いて基板上に形成した微細なレジストパタンの走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】  斜入射照明のために用いる照明形状を示し説明図である。
【図９】  図８に示した照明形状における光強度の分布を示す説明図である。
【図１０】  像面における光強度分布を示す特性図である。
【図１１】  像面における光強度分布を示す特性図である。
【図１２】  形成するパタンおよびそのためのマスクパタンの構成を示す平面図である。
【図１３】  この発明のフォトマスクの一部製造工程を示す説明図である。
【図１４】  形成するパタンの平面形状を示す平面図である。
【図１５】  図１４のパタンをのためのマスクパタンの構成を示す平面図である。
【図１６】  像面における光強度分布を示す特性図である。
【図１７】  実施の形態６におけるフォトマスクの構成を示す断面図である。
【図１８】  像面上に形成された微細ラインパタンの光学像の光強度分布を示す説明図である。
【図１９】  シフタエッジ型位相シフトマスクの断面およびシフタエッジ型位相シフトマスクを用いた場合の光強度分布を示す説明図である。
【図２０】  シフタエッジ型位相シフトマスクを用いた場合に形成ができないパタンレイアウトを示す平面図である。
【符号の説明】
１１，２１…マスク基板、１２…遮光パタン、２２…ハーフトーンマスクパタン、３１…フォトマスク、３２…ラインマスクパタン、４１…入射光、４２…瞳面、４３…回折光。
【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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【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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