JP3007846B2 - マスク及びその製造方法並びにマスクを用いたパターン形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はマスク及びその製造
方法並びにマスクを用いたパターン形成方法に係り、特
に光の位相シフトを利用したマスク及びその製造方法並
びにマスクを用いたパターン形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において素子、回
路等のパターンを半導体ウエハ上に形成する際には、通
常紫外光によるパターン転写露光の方法が用いられる。
半導体ウエハに、転写されるパターンは、光を透過する
ガラス基板に設けられた光を遮蔽する金属薄膜の有無に
よって形成される。このガラス基板上に転写パターンを
形成したものの中で、ウエハ上に転写するチップパター
ンと同じ大きさ及び数のパターンを備えたものを原寸マ
スクまたは単にマスクと呼び、例えば５〜１０倍に拡大
してウエハ上に形成されるチップ数よりの少ない数のチ
ップパターンが配設されたものを拡大マスクまたはレチ
クルと呼ぶ。そして、マスクの場合は平行光線により、
またレチクルの場合は縮小レンズ系を使って縮小投影に
よりウエハ上にレジスト膜を介してパターンの転写露光
が行われる。この場合、特に、微細化され高集積化され
るパターンの転写に際して解像力を高めるためには、露
光領域縁部の光のコントラストを高めることが必要であ
る。従来の所定形状の不透明層と透明基板層とで構成さ
れたマスクを図８５に示し、ウエハ上にパターン形成す
る場合を図８６に示す。図８５は、従来のホトマスク45
0 を示した構成図である。図８５中、451 は金属クロム
（Ｃｒ）等の材料よりなる不透明層であり、透明基板層
452 上で周知のリソグラフィとエッチングで所定パター
ンが形成される。又、図８６において、露光装置（図示
せず）より照射された光Ｃはホトマスク450 の不透明層
451 は透過せず、不透明層451 が形成されていない透明
基板層452 を透過する。透過した光は、結像レンズ系45
3 を通り、ウエハ454 上に塗布されたＯＦＰＲ（商品
名、東京応化工業株式会社）等のレジスト材料455を感
光する。これにより、ウエハ454 上にはエッチングによ
りホトマスク450 と同じパターンが形成される。

【０００３】光学レンズ系を用いてパターンを形成する
場合、ウエハ454 上では不透明層の有無によるコントラ
ストのみのデータに基づいて行なっている。従って、パ
ターン形成には光学レンズ系からの光の波長による物理
的な解像限界があり、使用する光の波長より細いパター
ンの形成は困難である。

【０００４】ところで、従来のホトリソグラフィ工程
は、ガラスや石英等の透明基板上にクロミウム（Ｃｒ）
膜等の不透明層を形成し、パターン化したものをレチク
ルとして用いている。図８７（Ａ），（Ｂ）にこのよう
な従来の技術によるパターン形成方法の例を示す。

【０００５】図８７（Ａ）において、光源461 ｉは線
用、ｇ線用のフィルタを備えた水銀ランプやエキシマレ
ーザ等で構成され、光源461 から発生する光463 が照明
系レンズ462 を介してレチクル464 を照射している。照
明系レンズ462 は、例えばパーシャルコヒーレンシーσ
＝0.50のものを用いる。レチクル464 は、例えばガラス
等の透明基板468 の上にＣｒ膜等の不透明パターン469
を形成したものである。レチクル464 上の不透明パター
ン469 は、結像光学系レンズ465 によって半導体基板46
6 上のホトレジスト層467 に結像される。結像系レンズ
465 は、例えば開口数ＮＡ＝0.50のものを用いる。上に
述べたパターン形成方法の場合、解像力は、 Ｋ１・λ／ＮＡ となる。ここで、Ｋ１はプロセス係数であり、通常0.6
〜0.8 の数値をとる。λは光の波長、ＮＡは結像系レン
ズの開口数である。光源461 から発する光463 の波長λ
は、例えば水銀ランプのｉ線の場合は約365 nmであり、
エキシマレーザの場合は例えば248nm や198nm である。
開口数ＮＡは結像レンズ系によるが、例えば約0.5 程度
である。解像力を向上させるにはＫ１かλを小さく、Ｎ
Ａを大きくすることが必要であるが、Ｋ１，ＮＡはその
値を自由に選べない。波長λも光源や光学系等で制限さ
れる。露光に用いる光の波長λ，開口数ＮＡ及びプロセ
ス係数Ｋ１が決まると解像力が定まり、解像力以下のパ
ターンは結像できない。

【０００６】光源461 から発した光463 はレチクル464
の全表面を照射し、不透明パターン469 を照射した光部
分は不透明パターン469 によって遮蔽される。このた
め、図７２（Ａ）下段に示すように不透明パターンが無
い部分に照射した光のみがレチクル464 を透過し、結像
系レンズ465 によってホトレジスト層467 に照射され
る。ホトレジスト層467 上では照射した光の振幅の２乗
に比例する光強度分布のパターンが形成され、ホトレジ
スト層467 を選択的に露光する。

【０００７】図８７（Ｂ）に不透明パターンを有する不
透明マスクを拡大して示す。ガラス、石英等の透明基板
468 の上にＣｒパターンの不透明パターン469 が形成さ
れてマスクないしレチクル464 を構成している。露光で
きるパターンの最小幅Ｗは結像系レンズ465 で定まる解
像力によって制限される。

【０００８】このような従来の技術によって、解像力を
越えて細くした線パターンを露光した場合の光強度分布
がどのようになるかを図８８（Ａ），（Ｂ）及び図８９
（Ａ），（Ｂ）を参照して以下に説明する。なお、図８
８（Ａ），（Ｂ）及び図８９（Ａ），（Ｂ）の例におい
て、用いた光の波長は365nm ，開口数ＮＡは0.50，パー
シャルコヒーレンシーσは約0.50である。

【０００９】図８８（Ａ）は幅0.35μｍのパターンを結
像させた時の光強度分布を示す。光強度分布は中心位置
（０．０）でほぼ“０”に近付き、両側で次第に持ち上
がっている。光強度が最大になる位置では線幅約1.0 μ
ｍ以上ある。光強度約0.2 程度を現像の閾値としてホト
レジスト層を現像すれば、設計通りの幅0.35μｍ程度の
パターンを現像することもできる。

【００１０】図８８（Ｂ）は、幅0.30μｍのパターンを
結像した場合の光強度分布を示す。図８８（Ａ）の幅0.
35μｍの場合と比べて、明らかに変化のみられるのは、
中心位置（０，０）での光強度最小値の上昇である。光
強度分布の幅自体にはさほどの変化は見られない。

【００１１】図８９（Ａ），（Ｂ）は、夫々幅0.25μｍ
と幅0.20μｍのパターンを結像した場合の光強度分布を
示す。図８８（Ｂ）の場合と同様、パターンの中心での
光強度の最小値が次第に上昇しているが、パターン幅自
体はさほど変化を示していない。即ち、解像力を越えて
パターン幅を減少させても、得られる光強度分布のパタ
ーン幅は減少せず、かえってパターン中央部での光強度
の最小値が持ち上がってしまう。この場合、露光線幅を
減少させることができないばかりでなく、黒レベルを灰
色に持ち上げてしまう。このように解像力以下の像を結
像することはできない。

【００１２】そのために、先にＩＢＭ（株）から、IEEE
TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,VOL.ED-29,NO.12,
DECEMBER 1982 に、『Improving Resolution in Photol
ithography with a Phase-Shifting Mask （位相シフト
マスクによるフォトリソグラフィにおける解像度の改
良）』と題して、マスク上の所定パターン部を他のパタ
ーンを有する残りの部分とは異なる光路長とすることで
透過光のウエハ上での光の位相を両パターン部間で180
度シフトさせる方法が発表されている。この方法では、
パターン間の光の干渉をなくしてウエハ上での光のコン
トラストを向上させ同一露光装置における解像力の改良
を図っている。

【００１３】しかし、この発表による従来の方法で、微
細パターンを有するマスクやレチクルへの適用が今一つ
困難であり、又、位相シフトパターン固有のパターンデ
ータを作成するという手間が増えるという問題がある。
そこで、微細パターンを有するマスクやレチクルへの適
用が更に容易で、かつ、パターンデータ作成等の行程数
の増大を生じない位相シフトパターンが要望されてい
る。

【００１４】上記従来の位相シフトマスクにおいて位相
シフトパターンは、転写される透光パターン（白パター
ン）からなる設計パターンの近傍にこの設計パターンよ
り狭い幅を有する補助の透光パターンを形成し、この補
助パターン上に位相シフタとして塗布・露光・現像の工
程を経て形成するレジスト等の有機物パターン或いは化
学気相成長・リソグラフィの工程を経て形成する無機物
パターンを載設することによって形成されている。例え
ば、ネガ型のレジストパターンを位相シフタに用いる位
相シフトマスクは、以下に図９０（ａ）〜（ｄ）を参照
して説明する方法により形成される。

【００１５】先ず、図９０（ａ）に示す如く、ガラス基
板551 上に遮光膜552 を設け、電子ビーム（ＥＢ）露光
を用いるリソグラフィにより例えば1.5 μm 程度の幅の
開孔パターン、即ち、透光領域よりなる設計パターン
（転写パターン）553 と、設計パターン553 より例えば
0.5 μm 程度離れた近傍領域に設計パターンより狭い例
えば0.5 μm 程度の幅の開孔パターンよりなる微細パタ
ーン554A，554Bを補助パターンとして形成する。

【００１６】次に、図９０（ｂ）に示す如く、開孔パタ
ーン553 ，554A，554Bの内面を含むガラス基板５５１の
表面に、ＥＢ露光の際のチャージアップ防止のための透
明な薄い導電膜555 を形成する。次に、図９０（ｃ）に
示す如く、ガラス基板５５１上に透過する光の位相が18
0 度シフトする厚さのネガ型ＥＢレジスト膜656 を塗布
形成し、必要に応じてプリベークを行った後で微細パタ
ーン554A ，554B上に位相シフトパターンのＥＢ露光を
行なう。

【００１７】ここで、上記レジスト膜656 の膜厚Ｄは次
の式（１）によって求める。 Ｄ＝λ／２（ｎ−１）……（１） λ：露光に用いる光の波長 ｎ：シフタ材料の屈折率 そして露光に例えば波長365nm のｉ線を使用する場合
は、レジスト膜656 の屈折率が約1.6 であるからレジス
ト膜656 の厚さＤは約304 μm となる。

【００１８】次に、図９０（ｄ）に示す如く、現像を行
い前記透光領域よりなる微細パターン554A及び554B上に
選択的に膜厚Ｄのネガ型ＥＢレジスト膜656 よりなる位
相シフタ、即ち、位相シフトパターン556A，556Bを形成
する。図９１は、上記図９０（ｄ）に示される構成の位
相シフトマスクを用いてｉ線により露光を行った際、マ
スクを透過したｉ線のパターン位置に対応する位相のプ
ロファイル図である。

【００１９】他方、ポジ型レジストを用いる際には、上
記ネガ型レジストを用いる場合と同様な工程を経て、図
９２に示すように、設計パターン535 上に選択的にポジ
型レジストによる位相シフトパターン557 が形成され
る。なお図中の各符号は図９０と同一対象物を示す。

【００２０】図９３は、図９２に示された位相シフトマ
スクに対応する透過光（ｉ線）の位相プロファイル図で
ある。上記図９０（ｄ）及び図９２に示す位相シフトマ
スクにおいては、図９１及び図９３の位相プロファイル
図に示されるように、夫々のマスクの設計パターン553
部を透過するｉ線（ｉa 及びｉc ）と補助パターン554A
及び554Bを透過するｉ線（ｉb 及びｉd ）とはそれぞれ
位相が180 度ずれている。このため、露光されるレジス
ト膜の設計パターンの直下領域から横方向に散乱してく
るｉ線（ｉa ，ｉc ）は隣接する補助パターンの直下部
から横方向に散乱してくる180 度位相のずれたｉ線（ｉ
b ，ｉd ）によって打ち消され、露光領域端面のコント
ラストは高まり解像力が向上する。

【００２１】なお、補助パターンの開孔幅は標準の露光
においてはレジスト膜の底部まで感光させる光量が得ら
れない程度に狭い幅に形成されるので、このマスクを用
いて露光を行う際に補助パターンがウエハ上に転写され
ることはない。図９０〜図９３と共に示した従来技術
は、例えば特開昭61-292643 号公報、特開昭62-67514号
公報及び特開昭62-18946号公報などで提案されている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の位相シ
フトマスクでは次の様な問題点がある。第１に、位相シ
フトを用いないマスクの場合、光学系の物理的解像限界
から光の波長より細いパターンの形成は困難である。細
い線幅を実現しようとすると、用いる光波長を減少させ
るか開口数を増大させるなどの構造的な変更を行う必要
がある。従って、今後のＩＣ等が必要とする微細なパタ
ーンを光学的方法で形成することができない。

【００２３】第２に、位相シフトを用いるマスクの場
合、いわゆるライン・アンド・スペースの如き規則性を
有するパターンのみにしか適用できず、多様なパターン
を含むＩＣ等の製造には適用できない。又、不透明層を
常に必要とすることから、微細なパターンを形成するこ
とができない。

【００２４】第３に、位相シフトを用いるマスクの場
合、設計パターンよりも更に微細な補助パターンを露光
技術を用いてパターニングしなければならないので、補
助パターンが解像限界を越えないためには設計パターン
の微細化が制限される。第４に、位相シフトを用いるマ
スクの場合、設計パターンのデータの他に固有の補助パ
ターンデータを含んだパターンデータ、位相シフトのパ
ターンデータ等も作成しなければならないのでパターン
データ作成の工数が増大する。

【００２５】第５に、位相シフトを用いるマスクの場
合、位相シフタにレジスト等の有機物質を用いる場合、
屈折率に影響を及ぼす膜質及び膜厚の制御が難しいの
で、位相シフト量が正確で且つ均一な位相シフトパター
ンの形成が困難である。第６に、位相シフトを用いるマ
スクの場合、位相シフタがガラス基板と異種物質である
ため、位相シフタとガラス基板との境界で反射が生じて
露光効率が低下する。

【００２６】そこで、本発明は従来の解像力を越えて幅
の狭いパターンを結像することができ、微細なパターン
を解像度を向上させて形成することができると共に、パ
ターンデータを簡略化できるマスク及びその製造方法並
びにマスクをもちいたパターン形成方法を提供すること
を目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項１
記載の、露光に用いる光に対して透明な透明基板層と、
該透明基板層上に形成されたマスクパターン層とからな
るマスクであって、該マスクパターン層の少なくとも一
部が該光を透過させる位相シフト層のみからなり、該位
相シフト層を透過した光の位相と該マスクのうち該位相
シフト層が設けられていない部分を透過した光の位相と
では１８０±３０％の範囲の位相シフトが生じ、該マス
クパターン層は、順に隣接する第１、第２、第３及び第
４の位相シフト層の交差点により点又は長円パターンを
形成し、該マスクのうち該第１、第２、第３及び第４の
位相シフト層を透過した光の位相と該位相シフト層が設
けられていない部分を透過した光の位相とでは夫々π／
２，π，π／２，０の位相シフトを生じるマスクによっ
て達成できる。

【００２８】請求項２記載の発明では、請求項１のマス
クにおいて、前記第４の位相シフト層は開口部からな
る。上記の課題は、請求項３記載の、露光に用いる光に
対して透明な透明基板層と、該透明基板層上に形成され
たマスクパターン層とからなるマスクであって、該マス
クパターン層の少なくとも一部が該光を透過させる位相
シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過した光の
位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられていな
い部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％の範囲
の位相シフトが生じ、該マスクパターン層は、第１の位
相シフト層で区画された隣接する第２及び第３の位相シ
フト層の境界部分により線パターンを形成し、該マスク
のうち該第１、第２及び第３の位相シフト層を透過した
光の位相と該位相シフト層が設けられていない部分を透
過した光の位相とでは夫々０とπの中間値，０，πの位
相シフトを生じるマスクによっても達成できる。

【００２９】請求項４記載の発明では、請求項３のマス
クにおいて、前記０とπの中間値はπ／２である。上記
の課題は、請求項５記載の、露光に用いる光に対して透
明な透明基板層と、該透明基板層上に形成されたマスク
パターン層とからなるマスクであって、該マスクパター
ン層の少なくとも一部が該光を透過させる位相シフト層
のみからなり、該位相シフト層を透過した光の位相と該
マスクのうち該位相シフト層が設けられていない部分を
透過した光の位相とでは１８０±３０％の範囲の位相シ
フトが生じ、該マスクパターン層は、隣接する第１及び
第２の位相シフト層の境界部分により線パターンを形成
し、該境界部分の該第１の位相シフト層内に設けられた
微小な第３の位相シフト層及び該境界部分の該第２の位
相シフト層内に設けられた微小な第４の位相シフト層に
より該線パターンの一部に幅広パターンを形成し、該マ
スクのうち該第１、第２、第３及び第４の位相シフト層
を透過した光の位相と該位相シフト層が設けられていな
い部分を透過した光の位相とでは夫々０，π，π，０の
位相シフトを生じるマスクによっても達成できる。

【００３０】上記の課題は、請求項６記載の、露光に用
いる光に対して透明な透明基板層と、該透明基板層上に
形成されたマスクパターン層とからなるマスクであっ
て、該マスクパターン層の少なくとも一部が該透明基板
層上に設けられた不透明層と、該透明基板上に設けられ
該光を透過させる位相シフト層とからなり、該位相シフ
ト層は、該不透明層とは接しない帯状の第１の部分と、
該不透明層のエッジ部分にのみ設けられ該第１の部分と
接続する第２の部分とからなり、該位相シフト層を透過
した光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けら
れていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０
％の範囲の位相シフトが生じるマスクによっても達成で
きる。

【００３１】上記の課題は、請求項７記載の、マスクを
透過した光をレンズ系を介してウエハ上のホトレジスト
層に結像させてパターンを該ホトレジスト層上に形成す
るマスクを用いたパターン形成方法であって、該マスク
は露光に用いる光に対して透明な透明基板層と、該透明
基板層上に形成されたマスクパターン層とからなり、該
マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させる
位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過した
光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられて
いない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％の
範囲の位相シフトが生じ、該マスクパターン層は、順に
隣接する第１、第２、第３及び第４の位相シフト層の交
差点により点又は長円パターンを形成し、該マスクのう
ち該第１、第２、第３及び第４の位相シフト層を透過し
た光の位相と該位相シフト層が設けられていない部分を
透過した光の位相とでは夫々π／２，π，π／２，０の
位相シフトを生じるパターン形成方法によっても達成で
きる。

【００３２】請求項８記載の発明では、請求項７の発明
において、前記第４の位相シフト層は開口部からなる。
上記の課題は、請求項９記載の、マスクを透過した光を
レンズ系を介してウエハ上のホトレジスト層に結像させ
てパターンを該ホトレジスト層上に形成するマスクを用
いたパターン形成方法であって、該マスクは露光に用い
る光に対して透明な透明基板層と、該透明基板層上に形
成されたマスクパターン層とからなり、該マスクパター
ン層の少なくとも一部が該光を透過させる位相シフト層
のみからなり、該位相シフト層を透過した光の位相と該
マスクのうち該位相シフト層が設けられていない部分を
透過した光の位相とでは１８０±３０％の範囲の位相シ
フトが生じ、該マスクパターン層は、第１の位相シフト
層で区画された隣接する第２及び第３の位相シフト層の
境界部分により線パターンを形成し、該マスクのうち該
第１、第２及び第３の位相シフト層を透過した光の位相
と該位相シフト層が設けられていない部分を透過した光
の位相とでは夫々０とπの中間値，０，πの位相シフト
を生じるパターン形成方法によっても達成できる。

【００３３】請求項１０記載の発明では、請求項９のパ
ターン形成方法において、前記０とπの中間値はπ／２
である。上記の課題は、請求項１１記載の、マスクを透
過した光をレンズ系を介してウエハ上のホトレジスト層
に結像させてパターンを該ホトレジスト層上に形成する
マスクを用いたパターン形成方法であって、該マスクは
露光に用いる光に対して透明な透明基板層と、該透明基
板層上に形成されたマスクパターン層とからなり、該マ
スクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させる位
相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過した光
の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられてい
ない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％の範
囲の位相シフトが生じ、該マスクパターン層は、隣接す
る第１及び第２の位相シフト層の境界部分により線パタ
ーンを形成し、該境界部分の該第１の位相シフト層内に
設けられた微小な第３の位相シフト層及び該境界部分の
該第２の位相シフト層内に設けられた微小な第４の位相
シフト層により該線パターンの一部に幅広パターンを形
成し、該マスクのうち該第１、第２、第３及び第４の位
相シフト層を透過した光の位相と該位相シフト層が設け
られていない部分を透過した光の位相とでは夫々０，
π，π，０の位相シフトを生じるパターン形成方法によ
っても達成できる。

【００３４】上記の課題は、請求項１２記載の、マスク
を透過した光をレンズ系を介してウエハ上のホトレジス
ト層に結像させてパターンを該ホトレジスト層上に形成
するマスクを用いたパターン形成方法であって、該マス
クは露光に用いる光に対して透明な透明基板層と、該透
明基板層上に形成されたマスクパターン層とからなり、
該マスクパターン層の少なくとも一部が該透明基板層上
に設けられた不透明層と、該透明基板上に設けられ該光
を透過させる位相シフト層とからなり、該位相シフト層
は、該不透明層とは接しない帯状の第１の部分と、該不
透明層のエッジ部分にのみ設けられ該第１の部分と接続
する第２の部分とからなり、該位相シフト層を透過した
光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられて
いない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％の
範囲の位相シフトが生じるパターン形成方法によっても
達成できる。

【００３５】請求項１、２、７及び８記載の発明によれ
ば、位相シフト層を用いて微細な点又は長円パターンを
良好な解像度で形成することができる。請求項３、４、
９及び１０記載の発明によれば、位相シフト層を用いて
配線等に適した微細なパターンを比較的大きな自由度を
もって良好な解像度で形成することができる。

【００３６】請求項５及び１１記載の発明によれば、位
相シフト層を用いて配線等に適した幅広部分を有する線
パターンを良好な解像度で形成することができる。請求
項６及び１２記載の発明によれば、位相シフト層の第１
及び第２の部分の組み合わせを用いて、各種形状のパタ
ーンを良好な解像度で形成することができる。

【００３７】従って、本発明によれば、従来の解像力を
越えて幅の狭いパターンを結像することができ、微細な
パターンを解像度を向上させて形成することができると
共に、パターンデータを簡略化することも可能となる。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１に本発明の原理説明図を示
す。図１のマスク１は、露光に用いる光に対して透明な
透明基板層２と、透明基板層２上に形成されたマスクパ
ターン層５とからなる。マスクパターン層５は、光源か
らの光波を透過させる透過薄膜層３ａから構成されるパ
ターンを含んでいる。

【００３９】図１に示すように、マスク１は、マスクパ
ターン層５を位相シフト層３ａで形成している。従っ
て、マスクパターン層５の存在している部分と存在して
いない部分を通過する光の波長を位相がシフトされる。
この位相がシフトされた光とシフトされない光の境界で
は干渉により光強度が低下する。これにより、マスク１
で結像レンズ系を介してウエハ上にパターンを形成する
場合、前記位相がシフトされた光と変換されない光の境
界で干渉により光強度が低下する。即ち、ウエハ上には
光の波長より小さい干渉パターンが得られ、微細パター
ンを形成することが可能となる。又、前述のマスクパタ
ーン層５の厚みを調整することでシフトする位相を変化
させて解像度を向上させることができる。

【００４０】

【実施例】本発明になるマスクの第１実施例を図１に示
す。マスク１は、露光に用いる光Ｌに対して透明な透明
基板層２と、透明基板層２上に形成されたマスクパター
ン層５とからなる。マスクパターン層５は、光Ｌが透過
し得る位相シフト層３ａにより構成される。

【００４１】マスク１を透過した光のうち、位相シフト
層３ａを透過した光と透明基板２のみを透過した光とで
は光の位相がずれている。従って、透明基板２のみを透
過した光と位相シフト層３ａを透過して位相シフトを生
じた光との境界では、干渉により光強度が低下する。こ
れにより、露光の際にはウエハ（図示せず）上に露光に
用いる光Ｌの波長より小さい干渉パターンを形成するこ
とができる。又、マスクパターン層５の厚さを調整する
ことにより、光の位相シフト量を調整して露光パターン
の解像力を向上させることもできる。

【００４２】図２は、マスク１の位相シフト層３ａの１
つのエッジ部分での光強度を説明するための図である。
同図（ａ）中、透明基板２及び位相シフト層３ａを透過
した光と透明基板２のみを透過した光とでは、光の位相
が例えば略180 度シフトする。従って、マスク１を透過
した光の光の電気ベクトルＥ及び光強度Ｐは夫々同図
（ｂ），（ｃ）に示す如くとなる。同図（ｃ）から明ら
かな如く、位相シフト層３ａのエッジ部分での光強度の
変化を利用して線パターンを露光することができる。

【００４３】図３は、マスク１の位相シフト層３ａの両
エッジ部分での光強度を説明するための図である。同図
中、図２と同一部分には同一符号を付し、その説明は省
略する。この場合、位相シフト層３ａの幅Ｗが充分小さ
いと、マスク１を透過した光の光強度Ｐは図３（ｃ）に
示す如くとなる。これにより、幅Ｗを制御することによ
り線パターンの幅を制御することができる。

【００４４】図４は、マスク１を用いた露光に使われる
光学系の概略を示す。光源６は例えば水銀ランプからな
り、水銀ランプにはｉ線（波長365nm ）のみを通過させ
るフィルタ（図示せず）が設けられている。光源６から
の光は、照明用レンズ系８を介して光Ｌとしてレンズ系
８の焦点距離に位置するマスク１に達する。ここで、光
Ｌの部分コヒーレント（パーシャルコヒーレンシー）σ
は0.5 であるが、σは0.3 ≦σ≦0.7 の範囲内であれば
良い。

【００４５】マスク１を透過した光は結像レンズ系９を
介して、ホトレジスト層１０が塗布されたウエハ１１上
に結像する。ここで、結像レンズ系９は1/5 縮小レンズ
からなり、開口数ＮＡは0.5 である。ウエハ１１は、フ
ラットに保つために平坦なチャック（図示せず）で真空
吸着されている。

【００４６】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法の第１実施例を図４における露光状態を示す
図５と共に説明する。図４における照明用レンズ系８を
経た光は、マスク１のマスクパターン層５を透過した光
７ａとマスクパターン層５のない部分を透過した光７ｂ
となり、その位相差は180 度である。

【００４７】これらの光７ａ，７ｂは、結像レンズ系９
を介してウエハ１１上のホトレジスト層１０に結像され
るが、位相シフト層３ａのエッジ部分に対応する部分で
は干渉により急激な光の強度変化が起る。従って、ウエ
ハ１１上には、光の波長より小さいパターンを形成する
ことができる。

【００４８】次に、本発明になるマスク１の製造方法の
第１及び第２実施例を夫々図６及び図７と共に説明す
る。図６及び図７中、図１と実質的に同じ部分には同一
符号を付す。図６（Ａ）において、透明基板層２は石
英、ガラス等ｉ線を透過する材料で形成されている。こ
の透明基板層２上に図６（Ｂ）に示す如くレジスト材料
３が塗布される。レジスト材料３は、ＥＢ（電子ビー
ム）レジスト、ホトレジスト、イオンレジスト等の材料
が用いられる。レジスト材料３にＥＢレジストを用いた
場合、電子ビームにより描画を行い現像することにより
レジストパターン４が図６（Ｃ）に示す如く形成され
る。そして、図６（Ｄ）に示す如く、レジストパターン
４の表面に位相シフト層３ａを構成する酸化シリコンを
0.388 μm の厚さでスパッタする。その後、レジスト剥
離剤でＥＢレジストを剥離することにより、透明基板層
２上に位相シフト層（酸化シリコン層）３ａのマスクパ
ターン層５を図６（Ｅ）に示す如く形成される。

【００４９】又、図７に示す実施例では、図７（Ａ）に
示す、図６と同様の透明基板層２上に酸化アルミニウム
の薄膜層１２を図７（Ｂ）に示す如く形成する。この酸
化アルミニウム薄膜層１２上に、図７（Ｃ）に示す位相
シフト層３ａとなる酸化シリコンをスパッタにより厚さ
0.388 μm 形成する。更に、位相シフト層３ａ上にレジ
スト材料３を図７（Ｄ）に示す如く塗布する。そして、
電子ビームにより描画を行い現像することにより図７
（Ｅ）に示すレジストパターン４が形成される。その
後、４フッ化炭素（ＣＦ₄ ）ガスを用いて位相シフト層
３ａのプラズマエッチング或いはリアクティブイオンエ
ッチングを行う。レジスト材料３は、酸素プラズマによ
る灰化（アッシング）により剥離して、図７（Ｆ）に示
す位相シフト層（酸化シリコン層）３ａのマスクパター
ン層５を形成する。ここで、酸化アルミニウム薄膜層１
２は、４フッ化炭素でエッチングされないので、エッチ
ングストッパーとなり、正確に0.388 μm の位相シフト
層（酸化シリコン層）３ａのマスクパターン層５を得る
ことができる。

【００５０】なお、位相シフト層３ａの厚さ0.388 μm
は、ｉ線の波長365nm を180 度（逆位相）にシフトする
厚さである。この位相シフト量と位相シフト層３ａの厚
みは次の一般式（２）で表わされる。 （ｎ・ｔ／λ）−（ｔ／λ）＝Ｓ……（２） 式（２）中、ｎは位相シフトさせる位相シフト層３ａの
屈曲率、λは使用光Ｌの波長、Ｓは位相シフト量／２π
（逆位相の場合は1/2 ）、ｔは位相シフト層３ａの厚さ
である。

【００５１】図６及び図７に示す実施例における位相シ
フト層（酸化シリコン層）３ａの屈曲率はｎ＝1.47，使
用光Ｌの波長はλ＝0.365nm であり、位相シフト量はＳ
＝1/2 であるので式（２）は次式（３）となる。 （1.47ｔ/0.365）−（ｔ/0.365）＝1/2 ……（３） これにより、位相シフト層３ａの厚さｔは0.388 μm と
なる。ここで、位相シフト量を1/2 （180 度）としたの
は、干渉によるパターン形成に最適位相シフト量だから
である。

【００５２】以上のようにマスク１に形成されたマスク
パターン層５の平面図を図８に示す。0.35μm のライン
・アンド・スペースパターンを１／５縮小レンズ系で形
成する場合、幅ｂを0.15μm （レチクル寸法0.75μm ）
とし、位相シフト層３ａのない領域１３の幅ａを 0.55
μm （レチクル寸法2.75μm ）とすると、図９（Ｂ）
に示す如き、ウエハ１１上の光強度が得られる。

【００５３】図９（Ｂ）を図９（Ａ）に示す従来の場合
と比較する。説明の便宜上、従来の方法では、不透明層
451 （図７１）が厚さ５０〜８０nmで幅0.35μm （レチ
クル寸法1.75μm ）のクロムとし、不透明膜パターンの
間隔の幅を0.35μm （レチクル寸法1.75μm ）とする。
図９（Ａ）に示す如く、従来の方法では光強度が約５０
％と少なく、コントラストが低いことが明らかである。
この状態ではウエハ454 上にホトレジスト層455 （図７
２）にパターンを形成することは不可能である。これに
対し、上記本実施例においては図９（Ｂ）に示されるよ
うに、光強度はウエハ１１上で約８０％である。従っ
て、光強度が大幅に向上することが明らかであると共
に、暗部に変化がないことからコントラスト（解像力）
も大幅に向上している。

【００５４】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法の第２実施例について図１０と共に説明す
る。図１０（Ａ），（Ｂ）は夫々ウエハ上に大きなパタ
ーンと微細なパターンが混在するパターンを形成するた
めのマスク１の平面図及び断面図である。斜線領域１４
は、例えば５０〜８０nm厚のクロムからなる不透明層で
ある。又、白地は透明基板層２が露出している部分であ
って、大パターン領域１５と微細パターン領域１６に分
かれている。位相シフト層３ａは微細なパターン領域１
６に形成されている。大パターン領域１５は従来の方法
によりパターニングを行い、微細パターン領域１６には
本発明の位相シフト層３ａを用いる。ＩＣ等のパターン
は、大パターンと微細パターンとが混在しているので、
本実施例はＩＣのパターニングに適している。このよう
に、マスク１により、ウエハ１１上に結像されたパター
ンを図１０（Ｃ）に示す。本実施例によれば、微細なパ
ターンを含むパターンであっても少ない工程で形成し
得、解像力の向上も十分に図ることができる。

【００５５】次に、本発明になるマスクの第２実施例を
図１１と共に説明する。図１１に示すマスク１Ａは、透
明基板層２上に形成した不透明膜層１４のエッジ部分に
位相シフト層３ａが形成されている。不透明膜層１４
は、例えば厚さ５０nm〜８０nmのクロムからなる。な
お、便宜上透明基板層２上の図中左側部分には微細パタ
ーンが孤立して存在し、図中右側部分には微細パターン
が隣接して存在するものとする。又、３ｂは、微細パタ
ーンを形成するための位相シフト層３ａのみからなり、
位相シフトによる光の干渉の効果で後述する如くウエハ
１１上にパターンが形成される。なお、図中のａ，ｂ，
ｃについては後述する。

【００５６】図１２は、マスク１Ａの位相シフト層３ａ
のエッジ部分での光強度を説明するための図である。同
図（Ａ）中、透明基板２及び位相シフト層３ａを透過し
た光と透明基板２のみを透過した光とでは、光の位相が
例えば略180 度シフトする。従って、マスク１を透過し
た光の光強度Ｐは同図（Ｂ）に示す如くとなる。同図
（Ｂ）から明らかな如く、位相シフト層３ａのエッジ部
分での光強度の変化を利用して線パターンを露光するこ
とができる。

【００５７】図１３は、マスク１Ａの位相シフト層３ａ
の両エッジ部分での光強度を説明するための図である。
同図中、図１２と同一部分には同一符号を付し、その説
明は省略する。この場合、マスク１Ａを透過した光の光
強度Ｐは図１３（Ｂ）に示す如くとなる。これにより、
幅Ｗを制御することにより線パターンの幅を制御するこ
とができる。

【００５８】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法の第３実施例を、マスク１Ａを用いた露光に
使われる光学系の概略を示す図１４と共に説明する。同
図中、図５と実質的に同じ部分には同一符号を付し、そ
の説明は省略する。図１４において、光源６から照明用
レンズ系８を介してマスク１Ａに入来する光Ｌは、不透
明層１４を透過しない。位相シフト層３ａを透過した光
７ａの位相はシフトされ、透明基板層２のみを透過した
光７ｂに対して位相が反転している。光７ａ，７ｂは、
結像レンズ系９を介してウエハ１１上のホトレジスト層
１０に結像される。この場合、透明基板層２のみを透過
した光７ｂと位相シフト層３ａを透過して位相が変換さ
れた光７ａとは干渉し、急激な光強度変化が生じる。従
って、不透明層１４が設けられている部分と不透明層１
４が設けられていない部分との間のコントラストが向上
する。ここで、図１４における光学系の条件は図５と同
様である。従って、前記（３）式によって位相シフト層
３ａの厚さを0.388 μm とし、位相シフト量を180 度
（反転角度）に設定している。

【００５９】ここで、上記不透明層１４のエッジに位相
シフト層３ａを形成することにより得られる効果につい
て図１５〜図１９と共に説明する。図１５（Ａ）は不透
明層１４のエッジに位相シフト層３ａを設けない場合を
示し、図１５（Ｂ）は位相シフト層３ａを幅ｂ＝0.15μ
m で設けた場合を示す。この場合の光強度分布を図１６
に夫々対応させて示す。図１６（Ｂ）の場合には、位相
シフト層３ａの部分（Ｘ軸０．０μm 付近）で光強度分
布の変化が急激であることがわかる。即ち、図１６
（Ｂ）の場合、微細パターンを形成する能力が大きいこ
とを示している。この場合、位相シフト層３ａと透明基
板層２の露出部との境界はＸ座標で、０．０μm であ
り、不透明層１４と位相シフト層３ａとの境界をＸ座標
で、-0.15 μmであるとすると、成形パターンの白地と
黒字との境界は+0.1μm となることが図６の光強度分布
から求められる。

【００６０】従って、ｉ線（波長365nm ）、開口数ＮＡ
＝0.5 のレンズの場合は、透明基板層２の露出部を最終
的に得られるべきパターンの設計寸法より0.2 μm （片
側0.1 μm ）大きくし（５倍レチクル寸法では1.0 μm
（片側0.5 μm ））、その周囲に位相シフト層３ａを幅
0.15μm （レチクル寸法0.75μm ）で形成すると、設計
寸法でレジストパターンを形成することができる。以下
に述べる説明でも、便宜上この規則（ルール）に従って
レチクルが作られるものとする。

【００６１】なお、この規則は光の波長やレンズの開口
数が変化すると、透明基板層２の露出部における寸法の
変換量や、不透明層１４のエッジの周囲に形成する位相
シフト層３ａの幅を変化させる必要がある。例えば、Ｋ
ｒＦ（フッ化クリプトン）レーザー（波長248nm ）及び
開口数ＮＡ＝0.48のレンズを使用した場合、透明基板層
２の露出部を設計寸法より0.13μm （片側0.065 μm ）
大きくし（５倍レチクル寸法では0.65μm （片側0.325
μm ）、不透明基板層１４のエッジの周囲の位相シフト
層３ａの幅を0.06μm とすると最適な結果が得られる。
この場合、白パターン同志が接近すると白パターン間の
不透明層１４の領域がなくなり、マスク上では位相シフ
ト層３ａのみで白パターンが分離されることになる。

【００６２】位相シフト法によると解像力が２０％向上
することが経験的に知られているので、これを前提とし
て透明基板層２の露出部における寸法の変換量及び位相
シフト層３ａの幅を経験的に求められる。即ち、ｉ線で
レンズの開口数ＮＡ＝0.5 の場合、位相シフトを行わな
いときの解像限界は、 0.6 ×（λ／ＮＡ） で表わされる。従って、位相シフトを行うときの解像限
界は、 0.6 ×（λ／ＮＡ）×0.8 となり、数値を代入すると位相シフト層３ａの幅は0.35
μm となる。

【００６３】図１７は本実施例をいわゆるライン・アン
ド・スペースパターンに適用する場合を示す。同図中、
不透明層１４のエッジに位相シフト層３ａを形成すると
共に、透明基板層２が露出している４つのスペース間に
も位相シフト層３ａを形成する。位相シフトを行った場
合の解像限界0.35μm のライン・アンド・スペースパタ
ーンで、透明基板層２の露出部における寸法変換量ａと
位相シフト層３ａの幅ｂを変化させた場合の光強度分布
を図１８及び図１９に示す。図１８（Ａ）はａ＝0.45μ
m ，ｂ＝0.25μm の場合の光強度分布を示し、図１８
（Ｂ）はａ＝0.50μm ，ｂ＝0.20μm の場合の光強度分
布を示し、図１９（Ａ）はａ＝0.55 μm，ｂ＝0.15μm
の場合の光強度分布を示し、図１９（Ｂ）はａ＝0.60
μm ，ｂ＝0.10μm の光強度分布を示している。なお、
ライン・アンド・スペースパターンにするためにはａ＋
ｂ＝0.70μm とする必要がある。図１８（Ａ），（Ｂ）
及び図１９（Ａ），（Ｂ）に示す如く、位相シフト層３
ａの幅ｂが大きい場合は光強度のピークが低下する。
又、位相シフト層３ａの幅ｂが小さいと、スペース部の
光強度が強くなり、コントラストが低下する。コントラ
ストは、ｂ＝0.15μm のときに最適となり、このときａ
＝0.55μm である。位相シフト層３ａと透明基板層２の
露出部の境界は片側0.10μm 設計寸法よりも透明基板層
２の露出部を大きくするようにずらすので、前述の大パ
ターンのエッジの例に対応する。ここで、位相シフト層
３ａの幅ｂは、位相シフトを行う場合には解像限界の３
０〜６０（％）、即ち、0.144 〜0.228 μm である必要
がある。

【００６４】特に、ｂを解像限界の４０〜５０％にする
ことにより高いコントラストが得られる。一方、従来に
おける透明基板層452 の露出部分の幅を0.35μm （レチ
クル寸法1.75μm ）とし、不透明層451 の幅を0.35μm
（レチクル寸法1.75μm ）とした場合の光強度分布を図
２０に示す。図２０中、本実施例の光強度が図１９
（Ａ）で約８０％であるのに対して、従来の光強度は約
５５％であり、本実施例におけるコントラストが向上し
ていることがわかる。

【００６５】位相シフト層３ａの幅ｂが解像限界の３０
〜６０％であることは、シフターパターンは設計パター
ンより解像限界の２０〜３５％（片側）小さくすればよ
いことになる。ｉ線でＮＡ＝0.5 のレンズの場合は、0.
070 〜0.123 μ（片側）設計パターンより縮小となる。
さらに、不透明層と、透明基板の露出した部分の間に位
相シフト層のパターンを配置する場合の位相シフト層パ
ターン幅は上記２０〜３５％（片側）の縮小幅の1.0 〜
1.5 倍がよいことが経験的にわかっている。この幅は、
ｉ線でＮＡ＝0.5 のレンズの場合は0.070 〜0.185 μと
なる。

【００６６】例えば、ＫｒＦエキシマレーザー（波長24
8 ｎｍ）及び開口数ＮＡ＝0.48のレンズを用いた場合、
位相シフトを行った場合の解像限界は0.25μm となる。
この場合、透明基板層２の露出部における寸法変換量ａ
と位相シフト層３ａの幅ｂを変化させたときの光強度分
布を図２１（Ｂ）〜図２３（Ｂ）に示す。なお、図２１
（Ａ）は位相シフトを行わない場合を示す。図２１
（Ｂ）はａ＝0.35μm ，ｂ＝0.15μm の場合の光強度分
布を示し、図２２（Ａ）はａ＝0.36μm ，ｂ＝0.14μm
の場合の光強度分布を示し、図２２（Ｂ）はａ＝ 0.38
μm ，ｂ＝0.12μm の場合の光強度分布を示し、図２
３（Ａ）はａ＝0.40μm ，ｂ＝0.10μm の場合の光強度
分布を示し、図２３（Ｂ）はａ＝0.42μm ，ｂ＝0.08μ
m の場合の光強度分布を示している。図２２（Ｂ）に示
す如く、位相シフト層３ａの幅ｂが0.12μm で最適なコ
ントラストが得られる。又、図２１〜図２３より位相シ
フト層３ａの幅ｂは、位相シフトを行った場合の解像限
界の３０〜６０％の範囲内であれば良いこともわかる。

【００６７】図２４（Ａ）は図１１の一部分を示したも
ので、不透明層１４の両エッジ部分に位相シフト層３ａ
が形成され、位相シフト層３ａ間で透明基板層２が露出
している。なお、図２４（Ｂ）は従来のホトマスク450
を示したもので、透明基板層４５２上に不透明層４５１
のみよりなるマスクパターンが形成されたものである。

【００６８】両者を比較するに、まず図２４（Ａ）にお
ける透明基板層２が露出している幅ａを0.55μm （レチ
クル寸法2.75μm ）、位相シフト層３ａの幅ｂを0.15μ
m （レチクル寸法0.75μm ）とする。又、図２４（Ｂ）
の透明基板層４５２が露出している幅ｄを0.35μm （レ
チクル上1.75μm ）とする。これらの場合の光強度分布
を夫々図２５に示す。図２５（Ａ）に示す如く、本実施
例における光強度は約100 ％であるのに対し、従来にお
ける光強度は図１８（Ｂ）に示す如く約６５％であり、
本実施例ではコントラストが向上していることがわか
る。従って、上述のように透明基板層２が露出している
部分を得られるべきパターンより大きめに形成してその
外側に位相シフト層３ａを周辺部に配置することによっ
て、良好な結果が得られる。

【００６９】ここで、図２６に、白地に黒パターンを形
成する場合の一例を示す。図２６（Ａ）は位相シフトを
用いて0.35μm の黒パターンを形成するときのマスクを
示している。前述の規則に従うと、例えば幅ｃは0.15μ
m （レチクル寸法0.75μm ）の位相シフト層３ａのみか
らなるマスクパターンとなる。この場合にウエハ上に結
像される光の光強度を図２７（Ａ）に示す。一方、図２
６（Ｂ）は位相シフトを行わない場合のマスクを示して
いる。図２６（Ｂ）に示すマスクは、0.35μm（レチク
ル寸法1.75μm ）幅の不透明層１４からなり、結像され
る光強度を図２７（Ｂ）に示す。図２７に示す如く、位
相シフトを行なう場合の方が光強度の立下りが急激にな
っており、黒パターンの解像力も向上していることがわ
かる。

【００７０】また、図２８に、本実施例をＩＣパターン
に適用させた場合を示す。図２８（Ａ）はマスク１Ａの
一部分の形状を示す平面図である。図２８（Ｂ）はウエ
ハ１１上に結像されるパターンを示す平面図である。同
図（Ａ）中、不透明層１４のエッジ部分及び透明基板層
２が露出した部分でパターンが隣接する微細パターン部
に位相シフト層３ａが形成されている。即ち、図中１５
が孤立パターン領域を示し、１６がパターン隣接領域を
示す。

【００７１】次に、マスク１Ａを用いてウエハ１１に形
成されるパターンを図２９（Ａ）に示し、マスク１Ａに
よる光の干渉状態を検証する。図２９（Ａ）中、パター
ン幅ｇを0.35μm に固定して、ｈを 0.35μm ，0.4 μ
m ，0.5 μm ，0.6 μm ，0.7 μm ，0.8 μm ，1.0 μ
m に変化させるものとする。この場合、前述の規則によ
りパターン幅ｈが0.35μm ，0.4 μm ，0.5 μm のパタ
ーンが近接する場合のマスクパターンは図２９（Ｂ）に
示す如く位相シフト層３ａのみで白パターンが隔てられ
ている。又、パターン幅ｈが0.6 μm ，0.7 μm ，0.8
μm ，1.0 μmのパターンがある程度離隔する場合のマ
スクパターンは図２９（Ｃ）に示す如く白パターンの間
に不透明層１４の領域が存在する。

【００７２】ここで、ウエハ上のパターン幅ｈが0.35μ
m とする。先ず、図２９（Ｂ）のマスク寸法ａを0.55μ
m （レチクル寸法2.75μm ），ｂを0.15μm （レチクル
寸法0.75μm ），ｃを0.15μm （レチクル寸法0.75μm
）とした場合の光強度分布を図３０（Ａ）に示す。一
方、従来の図２１（Ｂ）におけるマスク寸法ｅを0.35μ
m （レチクル寸法1.75μm ），ｆを0.35μm （レチクル
寸法1.75μm ）した場合の光強度分布を図３０（Ｂ）に
示す。両者を比較するに、本実施例で得られる光強度は
約８５％であるのに対し、従来における光強度は約５５
％であり、本実施例ではコントラストが向上されている
ことがわかる。

【００７３】以下、パターン幅ｈが0.4 μm のときの光
強度分布を図３１に、ｈが0.5 μmのときの光強度分布
を図３２に、ｈが0.6 μm のときの光強度分布を図３３
に、ｈが0.7 μm のときの光強度分布を図３４に、ｈが
0.8 μm のときの光強度分布を図３５に、ｈが1.0 μm
のときの光強度分布を図３６にそれぞれ示す。図３１〜
図３６からも明らかなように、本実施例によれば従来例
に比べて光強度が大きくなり、コントラストも向上す
る。

【００７４】上記パターン幅ｈに対する図２８（Ａ）に
示す孤立パターン１５のパターン寸法を表に示す。

【００７５】

【表１】

【００７６】表からも明らかな如く、光の干渉の影響に
よる孤立パターン１５のパターン寸法変化は±0.01μm
以内である。従って、パターン寸法の制御をすることは
可能であるが、より正確にパターン寸法を制御するに
は、図２９（Ｂ），（Ｃ）におけるパターン幅ａ，ｂ，
ｃ，ｉの値を変化させれば良い。

【００７７】次に、本実施例をコンタクト・ホールパタ
ーンに適用する場合の一例を説明する。図３７（Ａ）は
0.35μm のコンタクト・ホールを形成する場合のマスク
１Ａを示している。前述の規則に従うと、透明基板層２
の露出部の幅ａは0.55μm であり、位相シフト層３ａの
幅ｂは0.15μm である。この場合の光強度を図３８に示
す。一方、位相シフトを行わない場合のマスクを図３７
（Ｂ）に示す。透明基板層２の露出部の大きさｌは0.35
μm である。この場合の光強度を図３９に示す。図３８
及び図３９に示す如く、本実施例を適用することにより
コンタクト・ホールのコントラストを大幅に向上するこ
とができる。

【００７８】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
３及び第４実施例を夫々図４０及び図４１と共に説明す
る。図４０及び図４１中、図６及び図７と実質的に同じ
部分には同一符号を付し、その説明は省略する。図４０
（Ａ）に示す透明基板層２は、例えば石英からなる。こ
の透明基板層２上に、例えば厚さ５０〜８０ｎm クロム
からなる不透明層１４を図４０（Ｂ）に示す如く形成す
る。そして、不透明層１４上に、例えばＥＢレジストか
らなるレジスト材料３を塗布し、ＥＢ描画、現像、エッ
チング、レジスト剥離からなる通常のマスク製造工程
（図示せず）を行う。その後、不透明層１４のパターン
２０を図４０（Ｃ）に示す如く形成する。このパターン
２０上に再びＥＢレジストからなるレジスト材料３を塗
布し、ＥＢ描画、現像の工程により図４０（Ｄ）に示す
レジストパターン４を形成する。更に、このレジストパ
ターン４上に、例えば厚さ0.388 μm の酸化シリコンか
らなる位相シフト層３ａを図４０（Ｅ）に示す如く形成
する。次に、レジスト材料３を剥離剤で剥離することに
より、不透明層１４と位相シフト層３ａのマスクパター
ン層５が図４０（Ｆ）に示す如く形成される。

【００７９】図４１の実施例では、図４０（Ａ）〜
（Ｃ）と同様の工程により透明基板層２上に厚さ５０〜
８０ｎm のクロムからなる不透明層１４のパターン２０
が図４１（Ａ）に示す如く形成される。そして、パター
ン２０上に後述する酸化膜のプラズマ・エッチングを行
う際のストッパーとなるストッパー層２１を図４１
（Ｂ）に示す如く形成する。

【００８０】ストッパー層２１は、例えば４フッ化炭素
（ＣＦ₄ ）によるプラズマ・エッチングに耐性のある酸
化アルミニウムの薄膜をスパッタ等でパターン２０上に
形成することにより得られる。このストッパー層２１上
に、例えば酸化シリコンからなる位相シフト層３ａを図
４１（Ｃ）に示す如く所望の厚さでスパッタ等により形
成する。この所望の厚さは、180 度の位相シフトを行わ
せるために0.388 μm（（３）式）に設定される。この
位相シフト層３ａ上に、例えばＥＢレジストからなるレ
ジスト材料３を塗布し、ＥＢ描画、現像の工程により図
４１（Ｄ）に示すレジストパターン４を形成する。そし
て、ＣＦ₄ プラズマにより露出している位相シフト層３
ａをエッチングし、レジスト剥離により位相シフト層３
ａによる位相シフト用のマスクパターン層５が図４１
（Ｅ）に示す如く形成される。

【００８１】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
５実施例を図４２及び図４３と共に説明する。本実施例
では、図４３に示す本発明になるマスクの第３実施例を
製造する。マスクの第３実施例は、ガラス基板の位相シ
フトパターンに対応する領域が転写される設計パターン
より深く堀り込まれて光の位相をシフトする構成の例え
ば１μm 幅の設計（転写）パターンを有する。

【００８２】図４２（Ａ）中、通常通り合成石英からな
り厚さ２〜３mm程度のガラス基板３１上に不透明層とし
てスパッタリング等により厚さ500 〜1000Å程度のクロ
ム（Ｃｒ）層３２を形成する。又、通常のＥＢ露光を用
いるリソグラフィによりこのＣｒ層３２に例えば0.35μ
m 幅の設計パターンの場合は0.85μｍ幅の開孔パターン
３３を形成する。

【００８３】次に、図４２（Ｂ）中、上記基板３１上に
ＥＢ露光の際のチャージアップを防止するための導電層
34を形成する。導電層３４は、例えばモリブデンシリサ
イド（ＭｏＳｉ₂ ）をスパッタリング等により200 〜30
0 Å程度の厚さまで形成して得られる。その後、基板３
１上にネガ型のＥＢレジスト層３５を塗布し、プリベー
クを行った後、前記Ｃｒ３２の開孔パターン３３のほぼ
中央部上に幅0.55μmのパターンをＥＢ露光する。３５
Ａは露光されたレジスト層を示す。

【００８４】次に、通常の現像を行って設計パターン形
成領域上に露光されたレジスト層３５Ａを図４２（Ｃ）
に示す如く選択的に残留させ、次いでレジスト層３５Ａ
をマスクにして表出する導電層（ＭｏＳｉ₂ 層）３４を
４塩化炭素（ＣＣｌ₄ ）と酸素（Ｏ₂ ）の混合ガスによ
るドライエツチング処理により選択的に除去する。

【００８５】図４２（Ｄ）においては、レジスト層３５
ＡとＣｒ層３２とをマスクにして位相シフトパターンに
対応して表出するガラス基板３１の上面を４フッ化炭素
（ＣＦ₄ ）とＯ₂ の混合ガスを用いたリアクティブイオ
ンエッチング（ＲＩＥ）処理によりエッチングする。ガ
ラス基板３１の上面と同一面を有する0.55μm 幅のパタ
ーン３６の両側にそれより低い上面を有する0.15μm 幅
の位相シフトパターン３７Ａ及び３７Ｂを形成する。な
お位相シフトパターン３７Ａ，３７Ｂの透過光の位相を
設計パターン３６を透過する光に対して180 度シフトさ
せるためのエッチング深さＤは、このマスクが波長λ＝
365nm を有するｉ線による露光で用いられ、ガラスの屈
折率ｎ＝1.54であることから前記（１）式によって約0.
36μm となる。

【００８６】次に、図４３において、通常のアッシング
処理によりレジスト層３５Ａを除去し、その下部のＭｏ
Ｓｉ₂ 層３４をＣＣｌ₄ とＯ₂ との混合ガスによるドラ
イエッチング処理により除去して本発明の第３実施例で
あるマスク１Ｃが完成する。図４４は、図４３に示すマ
スク１Ｃに対応させてマスク１Ｃを透過する光の位相プ
ロファイルを示す。同図中、ｉa は中央部パターン３６
の透過光、ｉb は位相シフトパターン３７Ａ，３７Ｂの
透過光を示す。

【００８７】マスク１Ｃは、位相シフトパターンをパタ
ーニングする際にネガ型のレジストを用いたことによっ
て、位相シフトパターンが深く堀り込まれた構造になっ
ている。しかし、ポジ型のレジストを用いた場合には、
本実施例とは逆に中央部が位相シフトパターンより深く
堀り込まれた本発明になるマスクの第４実施例が図４２
及び図４３とほぼ同じ工程により形成される。

【００８８】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
６実施例を図４５と共に説明する。本実施例では、図４
５（Ｃ）に示すマスク１Ｄを製造する。図４５中、図４
２及び図４３と同一部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。図４５（Ａ）中、ガラス基板３１上に形成
したＣｒ層３２に0.85μm 幅の開孔パターン３３を形成
する。この基板３１上にチャージアップ防止用のＭｏＳ
ｉ₂層３４を形成した後、この基板３１上にポジ型ＥＢ
レジスト層３８を形成する。次いで、このレジスト層３
８の前記Ｃｒ層３２の開孔パターン３３の中央部上に設
計パターンのＥＢ露光を行う。３８Ａは、露光領域を示
す。

【００８９】次に、図４５（Ｂ）中、現像によりレジス
ト層３８の露光領域３８Ａを除去し、このレジスト層３
８の開孔３９を介してＣＣｌ₄ とＯ₂ との混合ガスによ
るドライエッチングにより表出する ＭｏＳｉ₂ 層３４
を除去する。又、ＣＦ₄ とＯ ₂ との混合ガスによるＲＩ
Ｅ処理により開孔３９内に表出するガラス基板３１の上
面を図３８の場合と同様に約0.36μm の深さＤまでエッ
チングする。

【００９０】図４５（Ｃ）において、レジスト層３８を
アッシング処理で除去し、次いでレジスト層３８の下部
にあったＭｏＳｉ₂ 層３４をＣＣｌ₄ と Ｏ₂ との混合
ガスによるドライエッチング処理により除去する。これ
により、マスク１Ｄが完成する。

【００９１】図４６は、図４５（Ｃ）に示すマスク１Ｄ
に対応指せてマスク１Ｄを透過する光の位相プロファイ
ルを示す。図４６中、Ｉc は中央部パターン４０の透過
光、ｉd は位相シフトパターン４１Ａ，４１Ｂの透過光
を示す。次に、本発明になるマスクの製造方法の第７実
施例を図４７と共に説明する。同図（Ａ）は、例えばガ
ラス又は溶融石英からなる透明基板５１を示す。同図
（Ｂ）に示す如く、例えばシリコン酸化膜である位相シ
フト層５２を透明基板５１上に形成する。位相シフト層
５２は、気相成長（ＣＶＤ）法、スパッタやスピン・オ
ン・グラス（ＳＯＧ）法により形成される。本実施例で
は、位相シフト層５２は光の位相を反転するために3900
Åの膜厚を有する。

【００９２】図４７（Ｃ）では、不透明層５３を位相シ
フト層５２上に形成する。不透明層５３は例えばクロム
（Ｃｒ）からなり、Ｃｒを用いた場合Ｃｒの膜厚は例え
ば700 〜1000Åである。次に、ＥＢレジストの塗布、Ｅ
Ｂ描画、現像及び不透明層５３のエッチング処理を行
い、図４７（Ｄ）に示す不透明層のパターン５３ａを形
成する。

【００９３】不透明層のパターン５３ａはマスクとして
用いられ、図４７（Ｅ）に示す如く位相シフト層 ５２
をエッチングにより除去する。本実施例では位相シフト
層５２が酸化膜であるため、エッチングとしてはＣＦ₄
とＣＨＦ₃ との混合ガスを用いたＲＩＥを用いる。

【００９４】次に、図４７（Ｆ）に示す如くＥＢレジス
ト層５４の塗布、ＥＢ描画処理及び現像処理を行って不
透明層５３の不要な部分５３ｂを露出させる。最後に、
ＥＢレジスト層５４は除去され、不透明層５３の不要な
部分５３ｂをエッチングにより除去することにより図４
７（Ｇ）に示す本発明になるマスクの第５実施例であ
る、マスク１Ｅが完成する。図４７（Ｈ）は、図４７
（Ｇ）に対応するマスク１Ｅの平面図である。

【００９５】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
８実施例図４８と共に説明する。同図中、図４７と実質
的に同じ部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。図４８（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のステップは夫々図
４７（Ａ），（Ｃ），（Ｄ）のステップに対応している
が、本実施例では位相シフト層５２が省略されている。

【００９６】図４８（Ｄ）において、不透明層のパター
ン５３ａはマスクとして用いられ、透明基板５１がエッ
チングにより除去される。エッチングとしては例えばＣ
Ｆ₄とＣＨＦ₃ との混合ガスを用いたＲＩＥを用い、透
明基板５１が所定の深さまでエッチングされる。光の位
相を反転する場合、本実施例では所定の深さは3900Åで
ある。

【００９７】図４８（Ｅ）では、ＥＢレジスト層５４の
塗布、ＥＢ描画及び現像処理を行って不透明層５３の不
要な部分５３ｂを露出させる。最後に、ＥＢレジスト層
５４は除去され、不透明層５３の不要な部分５３ｂをエ
ッチングにより除去することにより図４８（Ｆ）に示す
マスク１Ｃが完成する。図４８（Ｇ）は、図４８（Ｆ）
に対応するマスク１Ｃの平面図である。

【００９８】マスクの製造方法の第７及び第８実施例に
よれば、不透明層を位相シフト層又は透明基板をエッチ
ングする際のマスクとして利用するため、セルフアライ
ンにより不透明層のパターンと位相シフトパターンとの
間の位置ずれを防ぐことができる。

【００９９】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
９実施例を図４９と共に説明する。同図中、図４８と実
質的に同じ部分には同一符号を付し、その説明は省略す
る。図４９（Ａ）において、透明基板５１上に不透明層
５３を形成し、ＥＢレジスト層（図示せず）を不透明層
５３上に塗布した後、ＥＢ描画によりパターンを形成す
る。このパターンを現像して、エッチングにより不透明
層５３をパターニングする。不透明層５３は例えばＣｒ
からなり、スパッタにより透明基板５１上に形成され
る。パターニング後はＥＢレジストを除去する。

【０１００】図４９（Ｂ）においては、不透明層５３の
パターン５３ｃをマスクとして用いることにより透明基
板５１を所定の深さまでエッチングする。エッチング条
件は、平行平板電極型の高周波励起（13.56 ＭＨz ）の
ＲＩＥ装置により露出している透明基板５１をエッチン
グする。エッチングは、例えば約0.1W／cm² のパワー及
び0.1 〜0.05Torrの圧力でＣＦ₄ 又はＣＨＦ₃ とＯ₂ と
の混合ガスをエッチャントガスとして使用して行われ
る。エッチングの深さが、λ／２（ｎ−１）となるよう
にエンド・ポイント・ディテクタで検出しながら制御す
る。λ＝0.365 μｍの場合、λ／２（ｎ−１）＝0.39μ
ｍとなる。

【０１０１】図４９（Ｃ）では、透明基板５１のエッチ
ング後に透明基板５１及びパターン５３ｃ上にポジ型レ
ジスト層５５（例えばＯＦＰＲ−800 ）を約1.0 μm の
膜厚で塗布し、100 ℃でプリベークする。図４９（Ｄ）
では、透明基板５１の裏面からレジスト感光領域の光、
例えば波長436nm で４０〜６０mJ／cm² の単色光を全面
照射して透明基板５１上のレジスト層５５のみを感光さ
せる。その後、透明基板５１をＴＭＡＨ2.38％の水溶液
に４０秒浸漬して現像処理を行うことにより、パターン
５３ｃ上にのみレジスト層５５が残る。更に、リンス処
理及び乾燥処理が行われる。

【０１０２】レジストパターン形成の後に、不透明層５
３のパターン５３ｃをサイドエッチングにより図４９
（Ｅ）に示す如く一部除去する。サイドエッチングの量
は、片側で約 0.4 〜0.8 μm の不透明層５３が除去さ
れるようにエッチング時間により制御する。

【０１０３】最後に、図４９（Ｆ）ではＯ₂ アッシング
により不透明層５３上に残ったレジスト層５５を灰化除
去して、図４５（Ｃ）に示すマスク１Ｄと実質的に同じ
マスクが完成する。次に、本発明になるマスクの製造方
法の第１０実施例を図５０と共に説明する。同図中、図
４９と実質的に同じ部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。

【０１０４】図５０（Ａ）〜（Ｃ）に示すステップは、
図４９（Ａ）〜（Ｃ）に示すステップと同じで良い。た
だし、図５０（Ｂ）では透明基板５１をλ／２（ｎ−
１）の深さまでエッチングする。λ＝0.365 μｍの場合
は、λ／２（ｎ−１）＝ 0.39μm となる。

【０１０５】図５０（Ｄ）においては、図４９（Ｄ）と
共に説明した如く、透明基板５１の裏面からレジスト感
光領域の光を全面照射して透明基板５１上のレジスト層
５５のみを感光して現像処理により除去する。本実施例
では、オーバー露出する、現像をオーバーに行う、ある
いは現像乾燥後に短時間のアッシングを行なうことによ
り不透明層５３を一部露出させる。

【０１０６】次に、図５０（Ｅ）に示す如く、レジスト
層５５をエッチング用マスクとして露出している不透明
層５３をエッチングにより除去する。図５０（Ｆ）で
は、Ｏ₂ アッシングにより不透明層５３上に残ったレジ
スト層５５を灰化除去して、マスク１Ｄと実質的に同じ
マスクが完成する。

【０１０７】次に、本発明になるマスクの製造方法の第
１１実施例を図５１と共に説明する。同図中、図４９と
実質的に同じ部分には同一符号を付し、その説明は省略
する。図５１（Ａ）に示すステップは図４９（Ａ）に示
すステップと同じで良いが、本実施例では透明基板５１
のエッチングを行うことなく図５１（Ｂ）に示す如くレ
ジスト層５５を透明基板５１上に形成する。

【０１０８】図５１（Ｃ）においては、図４９（Ｄ）の
ステップと同様にして透明基板５１上のレジスト層５５
のみを除去する。その後、本実施例ではレジスト層５５
をマスクとして透明基板５１をλ／２（ｎ−１）の深さ
までエッチングする。λ＝0.365 μｍの場合、λ／２
（ｎ−１）＝0.39μｍである。

【０１０９】図５１（Ｄ）では、サイドエッチングによ
り不透明層５３のパターン５３ｃの一部を除去する。図
５１（Ｅ）のステップは図４９（Ｆ）のステップと同じ
で良い。図４９〜図５１の実施例によれば、不透明層の
パターンと位相シフト層パターンとの位置合わせの必要
がないので、パターンの位置ずれのない精度の高いマス
クが製造できる。又、位相シフト層の材質によっては基
板との密着性や洗浄等に問題が生じることも考えられる
が、これらの実施例では透明基板の一部が位相シフト層
として機能するので位相シフト層の材質は問題とならな
い。従って、位相シフト層の材質の安定性や耐性を考慮
する必要は全くなくなり、容易に露光装置の解像限界を
越えて微細なパターンを形成することができる。

【０１１０】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法についてより詳細に説明する。図５２は、マ
スクの位相シフト層のエッジを利用したパターン形成方
法を説明するための図であり、図２に対応している。図
５２中、図４と実質的に同じ部分には同一符号を付し、
その説明は省略する。

【０１１１】透明基板２上に屈折率ｎ，厚さｔの位相シ
フト層３ａが形成され、マスク１を構成している。マス
ク１のパターンは、結像レンズ系９によって半導体基板
（ウェハ）１１上のホトレジスト層１０に結像される。
この際、位相シフト層３ａのエッジによって所望のパタ
ーンを結像させる。

【０１１２】位相シフト層３ａは入射光を透過させる
が、空気ないしは真空とは異なった屈折率ｎを有するこ
とにより、透過光に位相シフトを与える。位相シフト量
Ｓは Ｓ＝（ｎ−１）ｔ／λ （ラジアン表示の場合は２π（ｎ−１）ｔ／λ）とな
る。以下位相シフト量Ｓがπ（逆位相）であるとして説
明する。

【０１１３】マスク１を透過した光は、図５２中中段に
示すように、光の電気ベクトルＥが位相シフト層３ａの
パターンに対応して逆相に位相を変化させている。この
ような光の電気ベクトルＥの分布を有する光がホトレジ
スト層１０に入射して吸収されると、その時の光強度分
布はＥ² に比例するので、図中下段に示すように位相変
化の場所で細い幅の黒パターンＰＢを形成する。即ち、
光の電気ベクトルＥが、図中中段に示すように、符号を
反転させている場合、電気ベクトルＥが０になる点があ
る。得られる光強度Ｐの分布は電気ベクトルＥの二乗に
比例するので、Ｅ＝０の点でＰの最小値は０になる。従
って、明確な黒パターンが得られる。

【０１１４】一般的に位相シフト層３ａが透過光に対し
て位相変化を与えると、その位相変化が空間的に分布し
たパターンが得られる。位相変化が逆相の時は、位相変
化する位置での光強度Ｐは常に０であり、時間積分して
も０である。そこで位相シフト層３ａのエッジ部分で
は、光強度が０になる。位相変化が逆相以外の時は、時
間によって電気ベクトルＥが同符号になったり逆符号に
なったりし、時間積分した光強度は０にならない。

【０１１５】このような位相シフト層のエッジ部分を使
った結像の例を図５３（Ａ），（Ｂ）を参照して説明す
る。図５３（Ａ）は、位相シフト層がπ（逆相）の位相
シフトを与える場合の光強度分布を示す。図中、位相シ
フトπの領域が、横軸０．０より左の領域に相当し、右
側の位相シフト０の開口部分に０．０の位置で接してい
る。図５３（Ａ）は、このような位相シフト層の１つの
縁の部分の光強度分布を示す。位相シフト層の端に対応
するパターン中央部では光強度がほぼ０まで減少してい
る。このような結像原理による場合、従来の解像力を越
えた線パターンを得ることが可能である。又、位相シフ
ト層のエッジ部分の位相差が180 °±３０°であれば同
様の効果が得られる。

【０１１６】図５３（Ｂ）は、位相シフト層がπ／２の
位相シフトを与える場合の光強度分布を示す。位相シフ
トがπ／２の場合は、位相シフト層を透過した部分と開
口部分を透過した部分の光の位相が逆相になる時と同相
になる時とがあり、時間的に積分をした時に光強度の最
小値が０にはならない。図示の場合、光強度の最小値は
約0.5 以上の値を取り、均一部分での光強度約1.0 の半
分程度となっている。現像レベルをこの光強度の最小値
以下にとれば、図中のパターンは無視された現像が行え
る。位相シフト層のエッジ部分の位相差が９０°±１５
°であれば、通常の現像条件（現像レベル３５％）では
パターンは無視され形成されない。また、現像レベルを
光強度の最小値と均一値の間にとれば、中央部分でパタ
ーンが現像される。

【０１１７】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法の第４実施例を図５４と共に説明する。図５
４（Ａ），（Ｂ）は、本実施例によるループ形状のパタ
ーン形成を説明するための図である。図５４（Ａ）はマ
スクパターンを示す。透明基板から形成される開口部６
０の上にマスク６１が形成されている。マスク６１は、
入射光の半波長の光路差に相当する位相シフト量を有
し、透過光に対してπの位相シフトを与える。このよう
なマスクパターンを結像した結果は、図５４（Ｂ）に示
すようになる。開口部６０又は位相シフト層６１のみを
結像した部分は一定の光強度を有し、画面上白になる。
開口部６０と位相シフト層６１の境界の部分に黒パター
ン６２が形成される。即ち、開口部６０を透過した光と
位相シフト層６１を透過した光とが干渉によって混合す
ると、逆位相が互いにキャンセルしあうことにより光強
度が０になり黒パターンが形成される。

【０１１８】位相シフト層６１を酸化シリコン膜で形成
して水銀ランプのｉ線を光として用いる場合は、位相シ
フト層６１の屈折率は約1.47であり、屈折率約1.00の空
気に対して約0.47の屈折率差を有する。半波長の光路差
を形成する酸化シリコン膜の厚みは約0.388 μm であ
る。干渉による合成光の振幅をキャンセルするには、逆
位相が最も効果的であるが、必ずしも逆位相でなくて
も、例えば±３０％以内の範囲で効果的な光強度の低下
を得ることができる。

【０１１９】図５４に示すマスクパターンのように、位
相シフトのない開口部上に位相シフトπを有する位相シ
フト層６１を形成すると、位相シフト層６１の縁部に相
当する部分に黒パターンが形成される。この場合、黒パ
ターンは閉じたループ形状となる。

【０１２０】図５５（Ａ），（Ｂ）は、開いた形状（線
分）を形成するためのマスクパターンとその結像パター
ンを示す。図５５（Ａ）はマスクパターンの形状を示
す。開口部６０の上に、その一辺が対象とする線分を形
成する位相シフト層６１が形成され、位相シフト層６１
の残りの（不要な）端部に隣接させて位相シフトがπ／
２である位相シフト層６４が形成されている。即ち、位
相シフトがπの位相シフト層６１の４辺の内、１辺６１
ａは位相シフトが０の領域との境界を形成し、結像パタ
ーンにおいて図５５（Ｂ）に示すような黒パターン６５
を発生させる。その他の辺６１ｂ，６１ｃ，６１ｄは、
位相シフトがπ／２である位相シフト層６４と接してい
るので、そのエッジを横切る時の位相変化はπ／２とな
り、エッジ部での光強度の低下が小さい。位相シフト層
６４の周囲の辺も位相シフトの量はπ／２であり、同様
に光強度の低下が小さい。現像レベルを調整することに
よって、黒パターン６５のみを残すことができる。白と
黒のレベルの中間に１つの灰レベルを形成する場合を説
明したが、中間調を２レベル以上用いてもよい。

【０１２１】このように、位相シフトの量が異なる位相
シフト層を複数種類用いることによって、開いた形状の
線分等のパターンを形成することができる。図５６
（Ａ），（Ｂ）は、点のパターンを形成するためのマス
クパターンと結像パターンを示す。

【０１２２】図５６（Ａ）において、開口部６０の上に
位相シフトがπである位相シフト層６１が形成され、そ
の１つの頂点部分を除いて、位相シフトがπ／２である
位相シフト層６４が取り囲んでいる。即ち、位相シフト
層６１は、その１つの頂点部分においてのみ開口部６０
と接している。このようなマスクパターンを結像する
と、図５６（Ｂ）に示すように、位相シフト層６１と開
口部６０とが接する部分にのみ黒パターン６６を形成す
ることができる。位相シフト層６１と位相シフト層６４
との境界は、位相シフト量がπ／２であるので、黒パタ
ーン６６の部分と比べると光強度の低下は少ない。又、
位相シフト層６４の外周部分も位相シフト量がπ／２で
あり、光強度の低下は同様に少ない。このため、黒パタ
ーン６６のみをパターンとして現像し、他の中間調のパ
ターンは白パターンとして扱うことができる。

【０１２３】以上、１本の線状のパターンを形成する場
合を説明したが、以下に交差部を有するパターンの形成
について説明する。図５７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、
交差する線のパターンを形成するマスクパターンと結像
パターンを示す。

【０１２４】図５７（Ａ）は、第１のマスクパターンを
示す。交差する線によって分割される領域に対応させ
て、平面を４つの象限に分割し、その第１の象限に位相
シフトのない開口部６０を設け、開口部６０に隣接する
２つの象限に位相シフトπの位相シフト層６１を設け、
残る１つの象限には、位相シフトが２πである他の位相
シフト層６７を設ける。即ち、各象限間の境界は、位相
シフトπを伴っている。

【０１２５】図５７（Ｂ）は、第２のマスクパターンを
示す。図５７（Ａ）同様、平面が４つの象限に分割さ
れ、第１の象限に位相シフトのない開口部６０、それに
隣接する２つの象限に位相シフトがπである位相シフト
層６１が設けられ、残る１つの象限に位相シフトが０で
ある他の開口部６８が設けられる。この場合も、隣接す
る象限間においては、位相シフトπが生じている。

【０１２６】このようなマスクパターンを結像させる
と、図５７（Ｃ）に示すような結像パターンが得られ
る。即ち、一様な位相を有する部分は白パターンとして
結像され、πの位相シフトを伴う部分が黒パターン６９
として結像される。なお、直線が交差する場合を図示し
て説明したが、交差する線は直線に限らず如何なる曲線
であってもよい。

【０１２７】図５８（Ａ），（Ｂ）は、１つの直線に対
して他の直線が突き当たりそこで終端するＴ字型パター
ンを形成する場合のマスクパターンと結像パターンを示
す。図５８（Ａ）において、位相シフトが０である開口
部６０に隣接して、位相シフトがπである位相シフト層
６１ａ，６１ｂが形成される。又、位相シフト層６１ａ
の上に、位相シフトが０である開口部６８を設けてその
間の位相シフトがπである境界を形成する。これらの境
界は、πの位相シフトを伴うので、図５８（Ｂ）に示す
ように、結像した場合には黒パターンを形成する。ま
た、位相シフト層６１ｂと６８とが直接隣接するとその
境界がπの位相シフトを伴い黒パターンとして結像され
てしまうので、その中間に位相シフトがπ／２である位
相シフト層７１を形成する。即ち、位相シフト層７１の
境界ではπ／２の位相シフトのみが生じるので、光強度
の低下は比較的小さい。現像閾値を調整することによ
り、このような光強度の低下は白パターンとして現像す
ることができる。この結果、図５８（Ｂ）に示すよう
な、黒パターン７２が結像される。

【０１２８】なお、図５８（Ａ）のマスクパターンにお
いて、開口部６８と位相シフト層６１ｂとの間にギャッ
プがある場合を示したが、このようなギャップはある程
度以下のものであればよい。半導体装置等においては、
配線パターンの途中にコンタクトをするための幅広の領
域を設けること等が行われる。このような配線パターン
を作るためのマスクパターン及び結像パターンを図５９
（Ａ）〜（Ｄ）に示す。

【０１２９】図５９（Ａ）においては、位相シフト０の
開口部６０と位相シフトπの位相シフト層６１とが接し
て直線状の境界を形成し、境界の中央部において開口部
６０内に位相シフトπの位相シフト層７５，位相シフト
層６１中に位相シフト０の開口部７４が形成されてい
る。開口部７４と位相シフト層７５とは共に矩形の形状
を有し、その境界は開口部６０と位相シフト層６１との
間の境界と共に１つの直線状に配列されている。図中実
線で示した全ての境界がπの位相変化を伴う境界であ
る。

【０１３０】図５９（Ｂ）においては、各領域を画定す
る境界は図５９（Ａ）と同様に形成されている。但し、
図５９（Ａ）で開口部７４であった部分が、位相シフト
が２πである位相シフト層７６に置換されている。図５
９（Ａ）同様、水平方向の直線の上下領域間にはπの位
相シフトが形成されている。また、中央部には、矩形状
の位相シフトπの境界が形成されている。

【０１３１】図５９（Ｃ）は、他のマスクパターンを示
す。水平方向の直線によって大きく２つの領域に分離さ
れ、その上部においては、右側に位相シフトなしの開口
部６０が配置され、左側には位相シフトπの位相シフト
層６１が形成され、両者が限られた長さにおいて互いに
接している。また、図中上部には、両領域間に中間の位
相シフトπ／２を有する位相シフト層７７が形成されて
いる。中央線の下部には、上部と対称的な構造が形成さ
れている。即ち、開口部６０の下には、位相シフトπの
位相シフト層６１が形成され、位相シフト層６１の下に
は位相シフトなしの開口部６８が形成され、限られた長
さにおいて互いに接している。中間の位相シフトπ／２
を有する位相シフト層７７はこれらの両領域６１，６８
の中間に形成されている。全体として、πの位相シフト
を伴う境界が水平方向の直線に沿って形成される他、中
央部垂直の線分部分にも形成されている。

【０１３２】図５９（Ｄ）は、図５９（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）に示すようなマスクパターンを結像させた場合の
結像パターンを示す。即ち、中央部分で幅を太くされた
領域を有する黒パターン７８が結像される。なお、図５
７（Ａ），（Ｂ），図５８（Ａ），図５９（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）のマスクパターンにおいてラインの長さ
を有限長にする場合は不要な部分にπ／２等の中間レベ
ルの位相シフトを持つ領域を形成すればよい。

【０１３３】以上、種々の結像パターンを形成するため
のマスクパターンについて説明したが、以下それらの内
幾つかについて数値計算によってどのような光強度プロ
フィールが得られるかについて説明する。なお、計算に
おいては、波長365 nmの光を用い、開口数ＮＡ＝0.50の
結像系レンズとパーシャルコヒーレンシーσ＝0.50の照
明系レンズを用いた。

【０１３４】図６０（Ａ），（Ｂ）及び図６１は、交差
する線のパターンの例を示す。図６０（Ａ）は、交差す
る線のパターン及びそのサンプリンク領域を示す概略図
である。図５７（Ｂ）に示すマスクパターンを採用し、
図中右側に示す方向にＸ，Ｙ，Ｚ軸の座標を用いる。
又、破線で示す領域をサンプリング領域としてその領域
内における光強度をモデルに従って算出した。図６０
（Ｂ）は、図６０（Ａ）に示すサンプリング領域内にお
ける光強度プロフィールを３次元モデル的に示したグラ
フである。位相シフトπを伴う境界部分に深い谷が形成
されていることが図から明確に理解されよう、図６０
（Ａ）に示す下半分の部分については図示していない
が、対称的な構造となることは当業者に自明であろう。
このような光強度プロフィールを光強度に対する等高線
で表すと、図６１に示すようになる。即ち、図中Ｘ方向
に延びる下辺及び中央部分をＹ方向に延びる部分に光強
度最低の領域が形成され、これらの領域に隣接して次第
に光強度が増加する部分が形成される。

【０１３５】次に、図５９（Ａ）に示す配線パターンの
例の光強度を示す。図６２は、図５９（Ａ）の型のマス
クパターンを示し、そのサンプリング領域を破線で示
す。また、図中右部分に示すように、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の座
標を用いる。図６３はサンプリング領域内の光強度プロ
フィールを示す。Ｘ方向に沿って細い谷が形成され、Ｘ
＝０の領域付近において谷部が広がっている。このプロ
フィールをＸＹ平面に投影すると、図６４に示すように
なる。中央部で幅の広がった谷部が形成されていること
が図から明確に分かる。

【０１３６】図６５（Ａ），（Ｂ）及び図６６は、図５
９（Ｃ）に示す配線用マスクパターンを用いた場合を示
す図である。図６５（Ａ）は、マスクパターンとそのサ
ンプリング領域を示す。図中中央の水平軸上には、位相
シフト０の開口部６０と位相シフトπの位相シフト層６
１とがその一部を接して形成され、その間に位相シフト
がπ／２の位相シフト層７７が形成されている。又、開
口部６０の上辺は、水平方向と角度θ₁ をなしている。
位相シフト層（中間領域）７７の２辺は、角度θ₂ をな
している。更に、位相シフト層６１の上辺は、水平方向
と角度θ₃ をなしている。水平軸の下方には、対称的に
開口部６０に接して位相シフトπの位相シフト層６１が
形成され、位相シフト層６１の下に位相シフト０の開口
部６８が形成されている。又、位相シフト層７７と対称
的な位置に他の位相シフト層７７が形成されている。中
央部の開口部６０，６８と位相シフト層６１とが接する
狭い領域の幅をＷ１とする。このサンプルにおいては、
θ１＝θ２＝θ３＝６０度とし、Ｗ１＝0.2 μm とし
た。このようなマスクパターンを用いて形成した結像パ
ターンを図５７（Ｂ），（Ｃ）に示す。破線で示す領域
がサンプリング領域である。

【０１３７】図６５（Ｂ）はサンプリング領域内の光強
度プロフィールを示す。図中、Ｘ方向に深い谷が形成さ
れ、その中央部において、Ｙ方向に谷が延びており、さ
らに分岐する浅い谷が形成されていることが分かる。図
６５（Ｂ）の光強度プロフィールをＸＹ平面上に投影す
ると、図６６に示すようになる。

【０１３８】図６７〜図６９は、図５６（Ａ）に示した
マスクパターンと類似の構成を有するマスクパターンの
例を示す。図中、右側に位相シフト０の開口部６０が形
成され、左側に先端が三角形状にされた、位相シフトπ
の位相シフト層６１が配置され、両者間に幅Ｗ２の接触
が形成されている。又、開口部６０と位相シフト層６１
との間の中間領域には、位相シフトπ／２の位相シフト
層６４が形成されている。図中破線で囲んだサンプリン
グ領域について光強度分布を計算した。なお、Ｗ２とし
ては、0.08μm のギャップを設定し、位相シフト層６１
と６４とが形成する２本の境界線の作る角度は６０度と
した。

【０１３９】図６８は、サンプリング領域内の光強度プ
ロフィールを示し、図６９はそのＸＹ平面上への投影を
示す。（０．０）付近に長円状の光強度の最少領域が形
成されていることが理解されよう。図７０（Ａ），
（Ｂ）はライン・アンド・スペースパターンを説明する
ための図である。

【０１４０】図７０（Ａ）はライン・アンド・スペース
のマスクパターンを示す。位相シフト０の開口領域８０
と位相シフトπの位相シフト層８１とが交互に形成され
てライン・アンド・スペースパターンを形成している。
例えば、開口領域８０と位相シフト層８１とがそれぞれ
幅0.5 μm であるとして結像パターンに形成される光強
度プロフィールを計算すると、図７０（Ｂ）に示すよう
になる。開口領域８０と位相シフト層８１の境界線に相
当する部分に光強度のミニマムが形成されている。な
お、光の波長は365 μm ，開口数ＮＡ＝0.53，パーシャ
ルコヒーレンシーσ＝0.50とした。

【０１４１】図７１（Ａ），（Ｂ）は各種サイズの混合
したパターンを形成する場合を示す。図７１（Ａ）はマ
スクパターンを示す。上段には大きな黒パターンを形成
するための不透明層（Ｃｒ層）８５と位相シフト層８６
との組み合わせパターンが形成され、中間部には、位相
シフト層自身の像を形成するための位相シフト層８７が
形成され、下部には辺（エッジ）部分で結像パターンを
形成するための位相シフト層８８が形成されている。な
お、位相シフト層８８の周囲には、不要の辺の結像を防
止するための中間的位相シフトを有する位相シフト層８
９が形成されている。位相シフト層８６，８７，８８
は、位相シフトπを与え、位相シフト層８９は、例えば
位相シフトπ／２を与える。ｉ線用の開口数ＮＡ＝0.4
〜0.6 のレンズを用いる場合は、0.5 μm 以上のパター
ンは上段に示すパターンのように不透明層８５の回りに
位相シフトπの領域８６を配置して形成する。0.3 〜0.
5 μm の黒パターンを形成するには、中段に示すよう
に、位相シフトπの位相シフト層８７のみのパターンで
マスクを形成する。0.25μm 以下のパターンは位相シフ
トπの位相シフト層８８と位相シフト０の開口領域の境
界により形成する。この際、不要の位相シフト層８８の
辺は、中間の位相シフトを示す位相シフト層８９によっ
て囲んで現像レベルの調整により結像されないようにす
る。

【０１４２】図７１（Ｂ）は結像パターンの例を示す。
上部には、不透明層８５と位相シフト領域８６とで形成
されるマスクに対応した黒パターン９１が形成され、中
間部には、位相シフト層６７に対応した黒パターン９２
が形成され、下部には位相シフト層８８と開口領域９０
との境界に対応した細い黒パターン９３が形成される。

【０１４３】フォトリソグラフィを用いてＩＣを製造す
る場合、結像レンズ系を用いてレチクルのパターンをウ
エハ上へ結像させる。ＩＣパターンの微細化に伴い、結
像レンズ系の開口数ＮＡを大きくして解像力を向上する
ことでＩＣパターンの微細化に対応している。しかし、
解像力を向上させるために結像レンズ系の開口数ＮＡを
大きくすると、焦点深度ＦＤは下記の（４）式に従って
小さくなってしまう。

【０１４４】

【数１】

【０１４５】ここで、Ｋ₂ はプロセス係数である。従っ
て、凹凸を有する表面に対して正確にパターンを形成す
ることはできない。そこで、凹凸を有する表面に対して
も良好にパターンを形成することのできる実施例につい
て説明する。図７２は、本発明になるマスクの第６実施
例を示す。同図中、図１と実質的に同じ部分には同一符
号を付し、その説明は省略する。本実施例では、位相シ
フト層３ａが厚さＤ１を有するシフタ部分３ａ１と厚さ
Ｄ２（Ｄ２＞Ｄ１）を有するシフタ部分３ａ2 とからな
る。この様に厚さが異なるシフタ部分を設けることによ
り、露光の際に結像の焦点位置を任意に制御することが
できる。

【０１４６】次に、本発明になるマスクを用いたパター
ン形成方法の第５実施例を説明する。本実施例では、必
要に応じてマスクの位相シフト層の厚さを部分的に異な
らせる。説明の便宜上、図１１に示すマスク１Ａ及び図
１４に示す光学系を用いてパターン形成をするものと
し、位相シフト層３ａの厚さと焦点位置のずれ（以下デ
フォーカスと言う）との関係を説明する。使用する光、
位相シフト層３ａの材質等は先に説明した実施例と同じ
である。（２）式を使って180 ，120,240 度の位相シフ
ト量Ｓを得る場合の位相シフト層３ａの厚さｔを計算す
ると、夫々0.388，0.259 ，0.517 μm となる。

【０１４７】先ず、ｔ＝0.388 μm でＳ＝180 度の場
合、デフォーカス量が０であると光強度分布は図７４に
示す如くとなる。しかし、レンズ系９の光軸に沿ってウ
エハ１１に近づく方向をプラス（＋）方向としてデフォ
ーカス量を＋1.0 ，＋0.5 μmに設定すると、光強度分
布は夫々図７３（Ａ），（Ｂ）に示す如くとなる。他
方、デフォーカス量を−0.5 ，−1.0 μm に設定する
と、光強度分布は夫々図７５（Ａ），（Ｂ）に示す如く
となる。図７３〜図７５から、焦点位置がプラス方向へ
ずれてもマイナス（−）方向へずれても光強度分布は同
じように変化することがわかる。

【０１４８】次に、ｔ＝0.259 μm でＳ＝120 度の場合
にデフォーカス量を＋1.0 ，＋0.5，０，-0.5μm に設
定して得られる光強度分布を夫々図６３（Ａ），（Ｂ）
及び図６４（Ａ），（Ｂ）に示す。図６３及び図６４か
ら、デフォーカス量が＋0.5μm の時に最大のコントラ
ストが得られることがわかる。

【０１４９】ｔ＝0.517 μm でＳ＝２４０°の場合にデ
フォーカス量を＋0.5 ，０，-0.5，−1.0 μm に設定し
て得られる光強度分布を夫々図７８（Ａ），（Ｂ）及び
図７９（Ａ），（Ｂ）に示す。図７８及び図７９から、
デフォーカス量が−0.5 μmの時に最大のコントラスト
が得られることがわかる。

【０１５０】従って、本実施例では位相シフト層の厚さ
ｔを適当に定めることにより焦点位置を0.5 μm の範囲
で制御することができる。ＩＣの製造工程では、ＩＣの
一部の領域の表面が他の部分より高くなる場合がある。
例えば、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ
（ＤＲＡＭ）においては、スタックドキャパシタを用い
た場合にメモリセル部が他の周辺回路部より0.5 〜1.0
μm 高くなる。この様な場合、開口数の大きいレンズを
用いて解像限界までパターン形成しようとすると、前述
の如く焦点深度が浅くなってしまい、凹凸のあるＩＣの
製造への適用は難しい。

【０１５１】しかし、本実施例によれば、図８０に示す
如くスタックドキャパシタを用いるＤＲＡＭへの適用も
可能である。図８０中、図１４及び図７２と実質的に同
じ部分には同一符号を付し、その説明は省略する。この
場合、ＤＲＡＭの周辺部分のようにＩＣ表面で低い部分
は位相シフト層３ａの薄い方のシフタ部分３ａ1 を用い
てパターン形成する。従って、Ｄ１は0.388 μm より薄
くする。例えば、ＤＲＡＭのセル部と周辺回路部とで１
μm 程度の段差がある場合、Ｄ１＝0.259 μmに設定す
る。他方、スタックドキャパシタを用いたＤＲＡＭのセ
ル部のようにＩＣ表面で高い部分は位相シフト層３ａの
厚い方のシフタ部分３ａ2 を用いてパターン形成する。
従って、Ｄ２は、0.388 μm より厚くする。例えば、セ
ル部が周辺回路部より１μm 程度高ければ、Ｄ２＝0.51
7 μm に設定する。

【０１５２】この様にして、ＩＣの表面の凹凸に合わせ
て位相シフト層の厚さを制御することにより、ＩＣ表面
の全ての部分に焦点を合わせてパターン形成を行うこと
が可能となる。上述の如く、本発明では位相シフト層利
用してパターン形成を行う。従って、位相シフト層を適
当に配置させたマスクを用いれば、任意の微細パターン
の形成が可能である。図８１〜図８４は、夫々マスクを
各図（Ａ）及び対応するパターンを各図（Ｂ）に示す。
図８１〜図８４中、９０は不透明層、９１は位相シフト
層、９２は窓である。

【０１５３】以上の実施例においては、パーシャルコヒ
ーレンシーσは0.5 としたが、これに限定されるもので
はなく、0.3 ≦σ≦0.7 の範囲であれば良い。又、マス
クを用いて露光を行う際に用いる光はｉ線に限定される
ものではない。更に、光は透明基板の位相シフト層が設
けられている側から照射しても反対側から照射しても良
い。透明基板及び位相シフト層の材質も実施例のものに
限定されるものではない。例えば、透明基板は露光に用
いる光に対して透明であれば良い。又、位相シフト層は
例えばＳｉＯ₂ ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＭｇＦ₂ 等からなる。

【０１５４】更に、各実施例におけるマスクとは、レチ
クルを含むものである。従って、本発明になるマスクを
用いたパターン形成方法は半導体装置のパターン形成に
限られず、マスクやレチクルのパターン形成にも適用し
得ることは言うまでもない。以上本発明を実施例により
説明したが、本発明は本発明の主旨に従い種々の変形が
可能であり、本発明からこれらを排除するものではな
い。

【０１５５】

【発明の効果】請求項１、２、７及び８記載の発明によ
れば、位相シフト層を用いて微細な点又は長円パターン
を良好な解像度で形成することができる。請求項３、
４、９及び１０記載の発明によれば、位相シフト層を用
いて配線等に適した微細なパターンを比較的大きな自由
度をもって良好な解像度で形成することができる。

【０１５６】請求項５及び１１記載の発明によれば、位
相シフト層を用いて配線等に適した幅広部分を有する線
パターンを良好な解像度で形成することができる。請求
項６及び１２記載の発明によれば、位相シフト層の第１
及び第２の部分の組み合わせを用いて、各種形状のパタ
ーンを良好な解像度で形成することができる。

【０１５７】従って、本発明によれば、位相シフト層を
効果的に用いることにより従来の解像力を越えて幅の狭
いパターンを結像することができ、微細なパターンを解
像度を向上させて形成することができると共に、パター
ンデータを簡略化できるので、実用的には極めて有用で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】位相シフト層の１つのエッジ部分での光強度を
説明するための図である。

【図３】位相シフト層の両エッジ部分での光強度を説明
するための図である。

【図４】マスクの第１実施例を用いた露光に使われる光
学系の概略構成図である。

【図５】マスクを用いたパターン形成方法の第１実施例
を説明するための図である。

【図６】マスクの製造方法の第１実施例を説明する工程
図である。

【図７】マスクの製造方法の第２実施例を説明する工程
図である。

【図８】マスクパターン平面図である。

【図９】図８の光強度分布を説明する図である。

【図１０】マスクを用いたパターン形成方法の第２実施
例を説明するための図である。

【図１１】マスクの第２実施例を示す断面図である。

【図１２】位相シフト層の１つのエッジ部分での光強度
を説明するための図である。

【図１３】位相シフト層の両エッジ部分での光強度を説
明するための図である。

【図１４】マスクを用いたパターン形成方法の第３実施
例を説明するための図である。

【図１５】図１１におけるパターンを説明するための図
である。

【図１６】図１５における光強度分布を説明する図であ
る。

【図１７】マスクの第２実施例をライン・アンド・スペ
ースパターンに適用した場合の説明図である。

【図１８】寸法変換量ａと位相シフト層の幅ｂを変化さ
せた場合の光強度分布を説明する図（その１）である。

【図１９】寸法変換量ａと位相シフト層の幅ｂを変化さ
せた場合の光強度分布を説明する図（その２）である。

【図２０】図１７に対応する従来の光強度分布を説明す
る図である。

【図２１】図１７においてＫｒＦエキシマレーザーを用
いた場合の光強度分布を説明する図（その１）である。

【図２２】図１７においてＫｒＦエキシマレーザーを用
いた場合の光強度分布を説明する図（その２）である。

【図２３】図１７においてＫｒＦエキシマレーザーを用
いた場合の光強度分布を説明する図（その３）である。

【図２４】図１１の一部を示す図である。

【図２５】図１５における光強度分布を説明する図であ
る。

【図２６】白地に黒パターンを形成する場合の説明図で
ある。

【図２７】図２６における光強度分布を説明する図であ
る。

【図２８】マスクの第２実施例をＩＣパターン形式に適
用した場合の説明図である。

【図２９】図１１におけるパターンの一部を示す図であ
る。

【図３０】パターン幅ｈが0.35μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３１】パターン幅ｈが0.4 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３２】パターン幅ｈが0.5 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３３】パターン幅ｈが0.6 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３４】パターン幅ｈが0.7 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３５】パターン幅ｈが0.8 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３６】パターン幅ｈが1.0 μm の場合の光強度分布
を説明する図である。

【図３７】マスクの第２実施例をコンタクト・ホールパ
ターン形成に適用した場合の説明図である。

【図３８】図３７の光強度分布を説明する図（その１）
である。

【図３９】図３７の光強度分布を説明する図（その２）
である。

【図４０】マスクの製造方法の第３実施例を説明する工
程図である。

【図４１】マスクの製造方法の第４実施例を説明する工
程図である。

【図４２】マスクの製造方法の第５実施例を説明する工
程図（その１）である。

【図４３】マスクの製造方法の第５実施例を説明する工
程図（その２）である。

【図４４】図４３に示すマスクを透過する光の位相プロ
ファイルを示す図である。

【図４５】マスクの製造方法の第６実施例を説明する工
程図である。

【図４６】図４５（Ｃ）に示すマスクを透過する光の位
相プロファイルを示す図である。

【図４７】マスクの製造方法の第７実施例を説明する工
程図である。

【図４８】マスクの製造方法の第８実施例を説明する工
程図である。

【図４９】マスクの製造方法の第９実施例を説明する工
程図である。

【図５０】マスクの製造方法の第１０実施例を説明する
工程図である。

【図５１】マスクの製造方法の第１１実施例を説明する
工程図である。

【図５２】マスクを用いたパターン形成方法を説明する
図である。

【図５３】位相シフト層のエッジ部分を使った結像を説
明する光強度分布図である。

【図５４】ループ形状パターンを説明する図である。

【図５５】開いた形状のパターンを説明する図である。

【図５６】点のパターンを説明する図である。

【図５７】交差する線のパターンを説明する図である。

【図５８】Ｔ字形パターンを説明する図である。

【図５９】配線パターンを説明する図である。

【図６０】交差するパターンを説明する図（その１）で
ある。

【図６１】交差するパターンを説明する図（その２）で
ある。

【図６２】配線パターンを説明する図（その１）であ
る。

【図６３】配線パターンを説明する図（その２）であ
る。

【図６４】配線パターンを説明する図（その３）であ
る。

【図６５】配線パターンを説明する図（その１）であ
る。

【図６６】配線パターンを説明する図（その２）であ
る。

【図６７】長円パターンを説明する図（その１）であ
る。

【図６８】長円パターンを説明する図（その２）であ
る。

【図６９】長円パターンを説明する図（その３）であ
る。

【図７０】ライン・アンド・スペースパターンを説明す
る図である。

【図７１】各種サイズの混合パターンを説明する図であ
る。

【図７２】マスクの第６実施例を示す断面図である。

【図７３】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その１）である。

【図７４】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その２）である。

【図７５】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その３）である。

【図７６】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その１）である。

【図７７】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その２）である。

【図７８】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その１）である。

【図７９】異なる厚さの位相シフト層を設けた場合の光
強度分布を説明する図（その２）である。

【図８０】マスクを用いたパターン形成方法の第５実施
例を説明する図である。

【図８１】本発明により形成し得るパターンの例を示す
図である。

【図８２】本発明により形成し得るパターンの例を示す
図である。

【図８３】本発明により形成し得るパターンの例を示す
図である。

【図８４】本発明により形成し得るパターンの例を示す
図である。

【図８５】不透明層を設けた従来のマスクを示す断面図
である。

【図８６】図８５のマスクを用いてパターン形成を行う
光学系の構成図である。

【図８７】従来のパターン形成方法を説明する図であ
る。

【図８８】従来例における光強度分布を説明する図（そ
の１）である。

【図８９】従来例における光強度分布を説明する図（そ
の２）である。

【図９０】位相シフト層を有しネガ形レジストを用いる
従来のマスクの製造方法の工程図である。

【図９１】図９０（ｄ）に示すマスクを透過する光の位
相プロファイルを示す図である。

【図９２】ポジ形レジストを用いて製造される位相シフ
ト層を有するマスクの断面図である。

【図９３】図９２に示すマスクを透過する光の位相プロ
ファイルを示す図である。

【符号の説明】

１ マスク ２，５１ 透明基板 ３ａ，５２ 位相シフト ３ レジスト材料 ４ レジストパターン ５ マスクパターン層 ６ 光源 ８ レンズ系 ９ 結像レンズ系 １０ ホトレジスト １１ ウエハ １２ アルミニウム薄膜層 １３ 領域 １４，５３ 不透明層 １５ 大パターン領域 １６ 微細パターン領域 ２０ パターン ２１ ストッパー層 ３１ ガラス基板 ３２ Ｃｒ層 ３３ 開孔パターン ３４ ＭＯＳＩ層 ３５ ネガ形ＥＢレジスト層 ３６，４０ 設計パターン ３７Ａ，３７Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ 位相シフトパターン ３８ ポジ形ＥＢレジスト層 ３９ 開孔 ５３ａ パターン ５４ ＥＢレジスト層 ５５ レジスト ６０，６８ 開口層 ６１ マスク ６２，６５，６６，６９，７２，７８ 黒パターン ６４，６７，７１，７５，７６，７７ 位相シフト ８０ 開口領域 ８１ 位相シフト層 ８５ クロムマスク ８６，８７，８８，８９ 位相シフト層 ９０ 開口部 ９１，９２，９３ 黒パターン

フロントページの続き (72)発明者 田口 眞男 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 角 一彦 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 柳下 祐一郎 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−141354（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−125150（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−147458（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−10162（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−67514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光に用いる光に対して透明な透明基板
   層と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層と
   からなるマスクであって、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
   る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
   た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
   ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
   の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、順に隣接する第１、第２、第３
   及び第４の位相シフト層の交差点により点又は長円パタ
   ーンを形成し、該マスクのうち該第１、第２、第３及び
   第４の位相シフト層を透過した光の位相と該位相シフト
   層が設けられていない部分を透過した光の位相とでは夫
   々π／２，π，π／２，０の位相シフトを生じる、マス
   ク。
2. 【請求項２】 前記第４の位相シフト層は開口部からな
   る、請求項１記載のマスク。
3. 【請求項３】 露光に用いる光に対して透明な透明基板
   層と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層と
   からなるマスクであって、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
   る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
   た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
   ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
   の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、第１の位相シフト層で区画され
   た隣接する第２及び第３の位相シフト層の境界部分によ
   り線パターンを形成し、該マスクのうち該第１、第２及
   び第３の位相シフト層を透過した光の位相と該位相シフ
   ト層が設けられていない部分を透過した光の位相とでは
   夫々０とπの中間値，０，πの位相シフトを生じる、マ
   スク。
4. 【請求項４】 前記０とπの中間値はπ／２である、請
   求項３記載のマスク。
5. 【請求項５】 露光に用いる光に対して透明な透明基板
   層と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層と
   からなるマスクであって、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
   る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
   た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
   ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
   の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、隣接する第１及び第２の位相シ
   フト層の境界部分により線パターンを形成し、該境界部
   分の該第１の位相シフト層内に設けられた微小な第３の
   位相シフト層及び該境界部分の該第２の位相シフト層内
   に設けられた微小な第４の位相シフト層により該線パタ
   ーンの一部に幅広パターンを形成し、該マスクのうち該
   第１、第２、第３及び第４の位相シフト層を透過した光
   の位相と該位相シフト層が設けられていない部分を透過
   した光の位相とでは夫々０，π，π，０の位相シフトを
   生じる、マスク。
6. 【請求項６】 露光に用いる光に対して透明な透明基板
   層と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層と
   からなるマスクであって、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該透明基板層上
   に設けられた不透明層と、該透明基板上に設けられ該光
   を透過させる位相シフト層とからなり、 該位相シフト層は、該不透明層とは接しない帯状の第１
   の部分と、該不透明層のエッジ部分にのみ設けられ該第
   １の部分と接続する第２の部分とからなり、 該位相シフト層を透過した光の位相と該マスクのうち該
   位相シフト層が設けられていない部分を透過した光の位
   相とでは１８０±３０％の範囲の位相シフトが生じる、
   マスク。
7. 【請求項７】 マスクを透過した光をレンズ系を介して
   ウエハ上のホトレジスト層に結像させてパターンを該ホ
   トレジスト層上に形成するマスクを用いたパターン形成
   方法であって、 該マスクは露光に用いる光に対して透明な透明基板層
   と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層とか
   らなり、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
   る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
   た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
   ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
   の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、順に隣接する第１、第２、第３
   及び第４の位相シフト層の交差点により点又は長円パタ
   ーンを形成し、該マスクのうち該第１、第２、第３及び
   第４の位相シフト層を透過した光の位相と該位相シフト
   層が設けられていない部分を透過した光の位相とでは夫
   々π／２，π，π／２，０の位相シフトを生じる、パタ
   ーン形成方法。
8. 【請求項８】 前記第４の位相シフト層は開口部からな
   る、請求項７記載のパターン形成方法。
9. 【請求項９】 マスクを透過した光をレンズ系を介して
   ウエハ上のホトレジスト層に結像させてパターンを該ホ
   トレジスト層上に形成するマスクを用いたパターン形成
   方法であって、 該マスクは露光に用いる光に対して透明な透明基板層
   と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層とか
   らなり、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
   る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
   た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
   ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
   の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、第１の位相シフト層で区画され
   た隣接する第２及び第３の位相シフト層の境界部分によ
   り線パターンを形成し、該マスクのうち該第１、第２及
   び第３の位相シフト層を透過した光の位相と該位相シフ
   ト層が設けられていない部分を透過した光の位相とでは
   夫々０とπの中間値，０，πの位相シフトを生じる、パ
   ターン形成方法。
10. 【請求項１０】 前記０とπの中間値はπ／２である、
    請求項９記載のパターン形成方法。
11. 【請求項１１】 マスクを透過した光をレンズ系を介し
    てウエハ上のホトレジスト層に結像させてパターンを該
    ホトレジスト層上に形成するマスクを用いたパターン形
    成方法であって、 該マスクは露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層とか
    らなり、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該光を透過させ
    る位相シフト層のみからなり、該位相シフト層を透過し
    た光の位相と該マスクのうち該位相シフト層が設けられ
    ていない部分を透過した光の位相とでは１８０±３０％
    の範囲の位相シフトが生じ、 該マスクパターン層は、隣接する第１及び第２の位相シ
    フト層の境界部分により線パターンを形成し、該境界部
    分の該第１の位相シフト層内に設けられた微小な第３の
    位相シフト層及び該境界部分の該第２の位相シフト層内
    に設けられた微小な第４の位相シフト層により該線パタ
    ーンの一部に幅広パターンを形成し、該マスクのうち該
    第１、第２、第３及び第４の位相シフト層を透過した光
    の位相と該位相シフト層が設けられていない部分を透過
    した光の位相とでは夫々０，π，π，０の位相シフトを
    生じる、パターン形成方法。
12. 【請求項１２】 マスクを透過した光をレンズ系を介し
    てウエハ上のホトレジスト層に結像させてパターンを該
    ホトレジスト層上に形成するマスクを用いたパターン形
    成方法であって、 該マスクは露光に用いる光に対して透明な透明基板層
    と、該透明基板層上に形成されたマスクパターン層とか
    らなり、 該マスクパターン層の少なくとも一部が該透明基板層上
    に設けられた不透明層と、該透明基板上に設けられ該光
    を透過させる位相シフト層とからなり、 該位相シフト層は、該不透明層とは接しない帯状の第１
    の部分と、該不透明層のエッジ部分にのみ設けられ該第
    １の部分と接続する第２の部分とからなり、 該位相シフト層を透過した光の位相と該マスクのうち該
    位相シフト層が設けられていない部分を透過した光の位
    相とでは１８０±３０％の範囲の位相シフトが生じる、
    パターン形成方法。