JP3759138B2

JP3759138B2 - フォトマスク

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Publication number: JP3759138B2
Application number: JP2003380154A
Authority: JP
Inventors: 章夫三坂
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP2004272211A

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造に用いられる微細パターン形成用のフォトマスク及びそのフォトマスクを用いたパターン形成方法に関し、さらには、マスクパターンの設計方法に関する。

近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下、ＬＳＩと称する）の高集積化のために、回路パターンの微細化がますます必要となってきている。その結果、回路を構成する配線パターンの細線化が非常に重要となってきた。

以下、従来の光露光システムによる配線パターンの細線化について、ポジ型レジストプロセスを用いる場合を例として説明する。ここで、ラインパターンとは、レジスト膜における露光光によって感光されない部分、つまり現像後に残存するレジスト部分（レジストパターン）である。また、スペースパターンとは、レジスト膜における露光光によって感光される部分、つまり現像によりレジストが除去されてなる開口部分（レジスト除去パターン）である。尚、ポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いる場合、前述のラインパターン及びスペースパターンのそれぞれの定義を入れ替えればよい。

従来、光露光システムを用いてパターン形成を行なう場合、石英等からなる透明な基板（透過性基板）上にＣｒ等からなる完全遮光パターンが所望のパターンと対応するように描かれたフォトマスクを用いていた。このような、フォトマスクにおいては、Ｃｒパターンが存在する領域は、ある波長の露光光を全く透過させない（実質的に透過率０％の）遮光部となる一方、Ｃｒパターンが存在しない領域（開口部）は、前述の露光光に対して透過性基板と同等の透過率（実質的に１００％）を持つ透光部となる。そして、このフォトマスクを用いて露光を行なった場合、遮光部はレジストの非感光部と対応すると共に開口部（透光部）はレジストの感光部と対応する。従って、このようなフォトマスク、つまり、ある波長の露光光に対しての遮光部及び透光部から構成されるフォトマスクはバイナリーマスクと呼ばれる。

一般に、光露光システムでは、前述のバイナリーマスクを用いて露光を行なったときに形成される像（露光によって被露光材料上に生じるエネルギー強度分布）のコントラストはλ／ＮＡに反比例する。ここで、λは光源から照射される露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系（具体的には投影レンズ）の開口数である。このため、レジストパターンとして形成可能な寸法はλ／ＮＡに比例する。従って、パターンの微細化を実現するためには、露光光の波長λを小さくする短波長化と、開口数ＮＡを大きくする高ＮＡ化とが有効な手段である。

一方、ＬＳＩを構成する素子の形成に起因する段差、又は基板表面が平坦ではないこと等を理由として、前述の光露光システムによって形成される像が理想的な焦点からずれる場合がある。このため、デフォーカス状態で形成されるパターンの寸法も所定の範囲内に保たれなければならない。パターンの寸法が所定の範囲内に保たれるデフォーカス値、つまりパターンの寸法精度が保証されるデフォーカス値の限界は焦点深度（ＤＯＦ）と呼ばれている。すなわち、パターンを微細化するためには、像のコントラストを強調することと共に、ＤＯＦの値を向上させることも必要となる。しかしながら、ＤＯＦはλ／ＮＡ²に比例するので、コントラストを向上させるために短波長化及び高ＮＡ化を行なった場合、ＤＯＦの値が低下してしまう。

以上のように、短波長化及び高ＮＡ化以外の方法によりコントラストを向上させることと、波長λ及び開口数ＮＡを変えずにＤＯＦを向上させることとを同時に実現できる技術が重要となってきている。

コントラスト及びＤＯＦを大幅に向上させるための手法のうち最も代表的な手法として、フォトマスク上の周期パターンに対して斜入射露光を行なう方法がある。しかし、斜入射露光によっては、λ／ＮＡ以下の短い周期で配置されたパターンの場合にしか大きな効果が得られないので、任意のパターンの微細化には有効な手法ではない。この斜入射露光の欠点を補う方法として、補助パターンを用いる方法（以下、補助パターン法と称する）がある。

以下、特許文献１に開示されている補助パターン法（以下、第１の従来例と称する）について説明する。図３５は、第１の従来例で用いられるフォトマスクの平面図を示している。図３５に示すフォトマスクは、１／５縮小投影露光を行なうステッパにおいて使用される。図３５に示すように、マスク基板となる透明なガラス基板１０の表面に、クロムからなる遮光膜１１が設けられている。遮光膜１１には、露光により転写される主パターン（回路パターン）である第１の開口部１２が設けられている。また、遮光膜１１における第１の開口部１２の両側に、露光により転写されず且つ主パターンの転写精度を向上させる補助パターンである一対の第２の開口部１３が設けられている。ここで、第１の開口部１２の幅は例えば１．５μｍに設定されており、各第２の開口部１３の幅は例えば０．７５μｍに設定されている。また、第１の開口部１２の中心と各第２の開口部１３の中心との間の距離は例えば４．５μｍに設定されている。すなわち、第１の従来例で用いられるフォトマスクにおいては、主パターンである回路パターンと隣り合うように、該回路パターンの寸法よりも小さい寸法の補助パターンが設けられている。しかし、第１の従来例に係る補助パターン法によっては、ＤＯＦがわずかに向上するものの、本来の周期パターンの場合と同程度の効果は得られない。

以下、第１の従来例を改良した方法である、特許文献２に開示されている補助パターン法（以下、第２の従来例と称する）について説明する。図３６は、第２の従来例で用いられるフォトマスクの平面図を示している。図３６に示すように、マスク基板となる透明なガラス基板２０の上に主パターン２１が設けられていると共に、ガラス基板２０の上における遮光部２１の両側に補助パターン２２が周期的に配置されている。主パターン２１は、下層の低透過率膜と上層の遮光膜（クロム膜）との積層膜から構成されている。また、補助パターン２２は、前述の積層膜のうちの上層の遮光膜が除去された、残りの低透過率膜から構成されている。ここで、低透過率膜からなる補助パターン２２は露光時にレジストの非感光部（つまりレジストパターン）を形成するものではない。従って、この透過率の低い補助パターン２２を主パターン２１に対して周期的に配置して斜入射露光を行なうことによってＤＯＦの向上を図ることができる。
特開平５−１６５１９４号公報特開平９−７３１６６号公報

ところで、位相シフターを用いることによって、コントラスト及びＤＯＦを大幅に向上させることができるが、それは次のような場合に限られる。すなわち、フォトマスク上において、微細なラインパターンの両側に、透光部（開口部）と、透光部を基準として露光光を１８０°の位相差で透過させる位相シフターとをそれぞれ配置できる場合のみである。従って、位相シフターを用いても、一般的なＬＳＩにおける配線パターンの微細部分の全てに亘って、コントラスト及びＤＯＦの向上効果を得ることはできない。

また、斜入射露光を用いることによって、完全な周期パターンについてはコントラスト及びＤＯＦを大きく向上できる効果が得られる。しかし、一般的なＬＳＩにおける孤立パターン等を含む配線パターンの微細部分の全てに亘って、前述の効果を得ることはできない。このとき、補助パターンを用いることによって、ＤＯＦ等に若干の改善は見られるが（第１の従来例）、その効果は、完全な周期パターンと比べれば僅かである。また、補助パターンとして、透過率の低いパターンを用いることによって、補助パターン配置の自由度を向上させ、それによりパターン配置における周期性を高めることが可能となるが（第２の従来例）、この場合も、次のような問題を生じる。すなわち、第２の従来例による実質的な効果は、補助パターンを太くできることによって補助パターンの加工が容易になるということのみである。すなわち、コントラスト及びＤＯＦの向上については、第１の従来例（細い補助パターンを用いる場合）と同程度の効果しか得られない。その理由は、コントラストやＤＯＦの向上効果は、主パターン及び補助パターンからなるマスクパターンが周期パターンであるかどうかに依存して決まるのではなく、露光時にマスクパターンによって形成される像（エネルギー強度分布）の周期性が高いかどうかに依存して決まるからである。

前記に鑑み、本発明は、任意形状のパターンの形成においてコントラスト及びＤＯＦを向上させることができるフォトマスク、パターン形成方法及びマスクデータ作成方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る第１のフォトマスクは、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、前記透過性基板における前記マスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクを前提とする。具体的には、マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有する。また、主パターンは、露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる第１の半遮光部と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されている。また、補助パターンは、露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる第２の半遮光部から構成されている。

尚、本願において、同位相とは、位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下の範囲（但しｎは整数）にある場合を意味し、反対位相とは、位相差が１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下の範囲（但しｎは整数）にある場合を意味する。

第１のフォトマスクによると、主パターンが半遮光部と位相シフターとから構成されているため、位相シフターを透過した光によって透光部及び半遮光部を透過した光の一部分を打ち消すことができる。このため、主パターンと対応する遮光像における光強度分布のコントラストを強調できる。また、主パターンとは別に、低透過率の補助パターンが設けられているため、補助パターンを適切な位置に配置することにより、主パターンの位相シフターを透過した光と干渉する回折光を発生させることができる。従って、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

また、第１のフォトマスクによると、補助パターンが半遮光部であるため、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターンを含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、補助パターンが半遮光部であるため、露光により転写されないという条件下で補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。

第１のフォトマスクにおいて、第１の透過率は１５％以下であることが好ましい。

このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り防止又はレジスト感度の最適化を達成できる。すなわち、この効果と、ＤＯＦ向上効果及びコントラスト向上効果とを両立させることができる。

第１のフォトマスクにおいて、第２の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。

このようにすると、補助パターンの遮光性が高すぎることに起因してレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

本発明に係る第２のフォトマスクは、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクである。具体的には、マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有する。また、主パターンと補助パターンとの間に透光部が介在すると共に、所定の斜入射位置をＳＡ（０．４≦ＳＡ≦０．８）としたときにｓｉｎφＡ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される斜入射角φＡに対して、補助パターンの中心は、主パターンの中心からＭ×（λ／（２×ｓｉｎφＡ））離れた位置又はその近傍に配置されている（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。

第２のフォトマスクによると、主パターンとは別に補助パターンが、主パターンからＭ×（λ／（２×ｓｉｎφＡ））離れた位置又はその近傍に設けられている。このため、補助パターンによって生じた回折光により、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

第２のフォトマスクにおいて、主パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターから構成されていてもよい。

第２のフォトマスクにおいて、主パターンは、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されていることが好ましい。

このようにすると、主パターンが半遮光部と位相シフターとから構成されているため、位相シフターを透過した光によって透光部及び半遮光部を透過した光の一部分を打ち消すことができる。このため、主パターンと対応する遮光像における光強度分布のコントラストを強調できる。

主パターンが半遮光部と位相シフターとから構成されている場合、位相シフターは、主パターンの中心部に半遮光部によって囲まれるように配置されていることが好ましい。

このようにすると、主パターンと対応する遮光像の中心部における光強度分布のコントラストを強調できるので、デフォーカス特性を良好に保ちながら、例えば微細なラインパターンの形成を行なうことができる。また、半遮光部における位相シフターと透光部とによって挟まれた部分の寸法は、２０ｎｍ以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であるか、又は露光光の波長の４分の１以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることが好ましい（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。尚、主パターンは、半遮光部に代わる遮光部と、位相シフターとから構成されていてもよい。

また、主パターンが半遮光部と位相シフターとから構成されている場合、位相シフターは、主パターンの周縁部に半遮光部によって囲まれるように配置されていることが好ましい。

このようにすると、透光部を透過した光の像の主パターン近傍における光強度分布のコントラストを強調できるので、デフォーカス特性を良好に保ちながら、例えば微細なコンタクトパターンの形成を行なうことができる。

また、主パターンが半遮光部と位相シフターとから構成されている場合、半遮光部の透過率は１５％以下であることが好ましい。

第２のフォトマスクにおいて、補助パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部から構成されていてもよい。補助パターンが半遮光部から構成されていると、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターンを含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、補助パターンが半遮光部であると、露光により転写されないという条件下で補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。尚、補助パターンが半遮光部から構成されている場合、半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、補助パターンの遮光性が高すぎることに起因してレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

本発明に係る第３のフォトマスクは、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクである。具体的には、マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有する。また、主パターンと補助パターンとの間に透光部が介在すると共に、所定の斜入射位置をＳＢ（０．４≦ＳＢ≦０．８）としたときにｓｉｎφＢ＝ＮＡ×ＳＢによって定義される斜入射角φＢに対して、補助パターンの中心は、主パターンの中心からＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφＢ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφＢ）））離れた位置又はその近傍に配置されていることが好ましい（但し、λは露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。

第３のフォトマスクによると、主パターンとは別に補助パターンが、主パターンからＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφＢ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφＢ）））離れた位置又はその近傍に設けられている。このため、補助パターンによって生じた回折光により、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。さらに、第１の補助パターンが主パターンからＭ×（λ／（２×ｓｉｎφＢ））離れた位置又はその近傍に設けられ、且つ第２の補助パターンが主パターンからＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφＢ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφＢ）））離れた位置又はその近傍に設けられていると、次のような効果が得られる。すなわち、第１の補助パターンが第１次回折光発生パターンとして機能することに加えて、第２の補助パターンが第２次回折光発生パターンとして機能するので、ＤＯＦ向上効果をさらに増大させることができる。

第３のフォトマスクにおいて、主パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターから構成されていてもよい。

第３のフォトマスクにおいて、主パターンは、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されていることが好ましい。

第３のフォトマスクにおいて、補助パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部から構成されていてもよい。補助パターンが半遮光部から構成されていると、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターンを含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、補助パターンが半遮光部であると、露光により転写されないという条件下で補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。尚、補助パターンが半遮光部から構成されている場合、半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、補助パターンの遮光性が高すぎることに起因してレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

尚、第２又は第３のフォトマスクにおいて、補助パターンが位相シフターからＭ×（λ／（２×ｓｉｎφ））又はＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）））離れた位置に設けられている場合、斜入射角φはφ１以上で且つφ２以下であるか、斜入射角φは（φ１＋φ２）／２であるか又は斜入射角φは（ξ＋φ２）／２であることが好ましい（但し、φ１及びφ２は露光機の斜入射照明系の最小斜入射角及び最大斜入射角であり、ξはｓｉｎξ＝０．４×ＮＡ（但しＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数である）を満たす角度である）。

本発明に係る第４のフォトマスクは、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクである。具体的には、マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有する。また、補助パターンは、主パターンの中心から距離Ｘの位置又はその近傍に配置され且つ主パターンとの間に透光部を挟む第１の補助パターンと、主パターンから見て第１の補助パターンの外側方向において第１の補助パターンの中心から距離Ｙの位置又はその近傍に配置され且つ第１の補助パターンとの間に透光部を挟む第２の補助パターンとから構成されている。ここで、ＸがＹよりも長い。

尚、本願において、主パターンと補助パターンとの間の距離とは、それぞれの中心同士の間の距離を意味する。例えば、ライン状の主パターンに対して平行に、相似形を有する補助パターンが設けられている場合、主パターン及び補助パターンのそれぞれの中心線間の距離を意味する。

第４のフォトマスクによると、主パターンとは別に第１の補助パターンが、主パターンから距離Ｘの位置又はその近傍に設けられていると共に、第２の補助パターンが、第１の補助パターンから、距離Ｘよりも短い距離Ｙの位置又はその近傍に設けられている。このため、各補助パターンによって生じた回折光により、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

第４のフォトマスクにおいて、所定の斜入射位置をＳ（０．４≦Ｓ≦０．８）としたときに、Ｘ／Ｙ＝（１＋Ｓ）／（２×Ｓ）であることが好ましい。このようにすると、ＤＯＦ特性の向上効果を最大化できる。

第４のフォトマスクにおいて、所定の斜入射位置をＳＡ（０．４≦ＳＡ≦０．８）としたときにｓｉｎφＡ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される斜入射角φＡに対して、Ｘ＝Ｍ×（λ／（２×ｓｉｎφＡ））であってもよい。

第４のフォトマスクにおいて、主パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターから構成されていてもよい。

第４のフォトマスクにおいて、主パターンは、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されていることが好ましい。

第４のフォトマスクにおいて、第１及び第２の補助パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部から構成されていてもよい。各補助パターンが半遮光部から構成されていると、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターンを含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、各補助パターンが半遮光部であると、露光により転写されないという条件下で各補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。尚、各補助パターンが半遮光部から構成されている場合、半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、各補助パターンの遮光性が高すぎることに起因してレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

本発明に係る第５のフォトマスクは、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクである。具体的には、マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有する。また、補助パターンは、主パターンとの間に透光部を挟むように設けられた幅Ｄ１の第１の補助パターンと、主パターンから見て第１の補助パターンの外側方向において第１の補助パターンとの間に透光部を挟むように設けられた幅Ｄ２の第２の補助パターンとから構成されている。ここで、Ｄ２がＤ１よりも大きい。

第５のフォトマスクによると、主パターンとは別に第１及び第２の補助パターンが設けられているため、各補助パターンによって生じた回折光により、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。また、主パターンに近い第１の補助パターンの幅Ｄ１よりも、主パターンから遠い第２の補助パターンの幅Ｄ２の方が大きいので、露光マージンを高く保ちながら、前述のＤＯＦ特性の向上効果が得られる。

第５のフォトマスクにおいて、Ｄ２／Ｄ１が１．２以上で且つ２以下であることが好ましい。このようにすると、補助パターンによってレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、前述のＤＯＦ特性の向上効果が得られる。

第５のフォトマスクにおいて、主パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターから構成されていてもよい。

第５のフォトマスクにおいて、主パターンは、露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部と、透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されていることが好ましい。

第５のフォトマスクにおいて、第１及び第２の補助パターンは、遮光部から構成されていてもよいし、又は露光光を部分的に透過させる透過率を有し且つ透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部から構成されていてもよい。各補助パターンが半遮光部から構成されていると、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターンを含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、各補助パターンが半遮光部であると、露光により転写されないという条件下で各補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。尚、各補助パターンが半遮光部から構成されている場合、半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、各補助パターンの遮光性が高すぎることに起因してレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

尚、第１〜第５のフォトマスクにおいて、位相シフターは、透過性基板を掘り下げることにより形成されていることが好ましい。このようにすると、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。

また、第１〜第５のフォトマスクにおいて、半遮光部は、透過性基板上に形成された金属薄膜からなることが好ましい。このようにすると、半遮光部を簡単に形成できるので、フォトマスクの加工を容易に行なうことができる。

本発明に係る第１のパターン形成方法は、本発明の各フォトマスクを用いたパターン形成方法を前提とし、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜に本発明のフォトマスクを介して露光光を照射する工程と、露光光を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。

第１のパターン形成方法によると、本発明の各フォトマスクと同様の効果が得られる。また、第１のパターン形成方法において、露光光を照射する工程で斜入射照明法を用いることが好ましい。このようにすると、フォトマスクを透過した光の光強度分布において、主パターン及び透光部のそれぞれと対応する部分の間でのコントラストが向上する。また、光強度分布のフォーカス特性も向上する。従って、パターン形成における露光マージン及びフォーカスマージンが向上する。言い換えると、デフォーカス特性に優れた微細パターン形成が可能となる。

本発明に係る第２のパターン形成方法は、本発明の第２又は第３のフォトマスクを用いたパターン形成方法を前提とし、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を輪帯照明により照射する工程と、露光光を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。

第２のパターン形成方法によると、特に、輪帯照明に用いられる照明形状における外径と内径との平均値が０．５８以上で且つ０．８以下である場合（但し、外径及び内径の値として、露光機の開口数によって規格化した値を用いる）、本発明の第２又は第３のフォトマスクによるＤＯＦ特性の向上効果が確実に得られる。

本発明に係る第３のパターン形成方法は、本発明の第２又は第３のフォトマスクを用いたパターン形成方法を前提とし、基板上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を四重極照明により照射する工程と、露光光を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。

第３のパターン形成方法によると、特に、四重極照明に用いられる４つに分極した各照明形状の中心位置の光源中心からの距離が０．４／（０．５）^0.5以上で且つ０．６／（０．５）^0.5以下である場合（但し、外径及び内径の値として、露光機の開口数によって規格化した値を用いる）、本発明の第２又は第３のフォトマスクによるＤＯＦ特性の向上効果が確実に得られる。

本発明に係る第１のマスクデータ作成方法は、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクのマスクデータ作成方法である。具体的には、フォトマスクを介して露光光をレジストに照射することによって形成されるレジストの所望の非感光領域と対応する主パターンを作成する工程と、主パターンの内部に配置され且つ透光部を基準として露光光を反対位相で透過させる位相シフターの形状を決定する工程と、透過性基板上における位相シフターから所定の距離だけ離れた位置に、露光光を回折させる補助パターンを配置する工程と、主パターンにおける透光部との境界となるエッジをＣＤ調整用エッジに設定する工程と、シミュレーションを用いて、位相シフターが配置された主パターンと補助パターンとにより形成されるレジストパターンの寸法を予測する工程と、予測されたレジストパターンの寸法が所望の寸法と一致しない場合、ＣＤ調整用エッジを移動させることにより主パターンの変形を行なう工程とを備えている。

第１のマスクデータ作成方法によると、まず、パターン形成特性が最適化されるように、主パターン内の位相シフターの形状及び補助パターンの配置位置を決定した後、シミュレーションにより予測されるレジストパターンの寸法が所望の寸法と一致するように、主パターンのエッジをＣＤ調整用エッジとして主パターンの変形を行なう。このため、優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。

第１のマスクデータ作成方法において、主パターンは、透光部を基準として露光光を同位相で透過させる半遮光部を有していてもよい。

主パターンが半遮光部を有する場合、位相シフターが、主パターンにおける寸法が所定値以下の領域の中心部に半遮光部によって囲まれるように配置されると、より微細な所望のパターンを形成でき且つ優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。ここで、位相シフターは、透光部との間に、所定幅以上の半遮光部を挟むように配置されることが好ましい。

また、主パターンが半遮光部を有する場合、位相シフターが主パターンの周縁部に配置されると、任意の形状を持つ所望のパターンを形成でき且つ優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。

第１のマスクデータ作成方法において、主パターンは遮光部を有し、位相シフターは、主パターンにおける寸法が所定値以下の領域の中心部に遮光部によって囲まれるように配置されていることが好ましい。このようにすると、より微細な所望のパターンを形成でき且つ優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。ここで、位相シフターは、透光部との間に、所定幅以上の遮光部を挟むように配置されることが好ましい。

本発明に係る第２のマスクデータ作成方法は、透過性基板上に形成されたマスクパターンと、透過性基板におけるマスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクのマスクデータ作成方法である。具体的には、フォトマスクを介して露光光をレジストに照射することによって形成されるレジストの所望の非感光領域と対応する主パターンを作成する工程と、主パターンを第１領域及び第２領域に分離する工程と、透過性基板上における第１領域の主パターンから所定の距離だけ離れた位置に、露光光を回折させる第１補助パターンを配置する工程と、透過性基板上における第２領域の主パターンから所定の距離だけ離れた位置に、露光光を回折させる第２補助パターンを配置する工程とを備えている。

第２のマスクデータ作成方法によると、第１領域の主パターンと、第２領域の主パターンとが互いに近接するために、両者に対して補助パターン（回折光発生パターン）を同時に最適配置することができない場合にも、一方の領域の主パターン、特に重要な領域の主パターンに対して回折光発生パターンを優先的に最適配置することができる。ここで、重要な領域（第１領域及び第２領域のいずれか一方）はトランジスタ領域であってもよい。

本発明によると、主パターンとは別に、露光光を回折させる補助パターンがフォトマスク上に設けられているため、補助パターンによって生じた回折光により、主パターンの転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

（前提事項）
本発明の各実施形態を説明するに当たっての前提事項について説明する。

通常、フォトマスクは縮小投影型の露光機で使用されるため、マスク上のパターン寸法を議論する場合には縮小倍率を考慮しなければならない。しかし、以下の各実施形態を説明する際には、混乱を避けるため、形成しようとする所望のパターン（例えばレジストパターン）と対応させてマスク上のパターン寸法を説明する場合、特に断らない限り縮小倍率で該寸法を換算した値を用いている。具体的には、Ｍ分の１縮小投影システムにおいて、幅Ｍ×１００ｎｍのマスクパターンによって幅１００ｎｍのレジストパターンを形成した場合にも、マスクパターン幅及びレジストパターン幅は共に１００ｎｍであるとする。

また、本発明の各実施形態においては、特に断らない限り、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数をそれぞれ表し、λは露光光の波長を表し、φは斜入射露光における斜入射角を表すものとする。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）は、第１の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図の一例であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図の他例である。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、透過性基板１００の上には、露光により転写されるライン状の主パターン１０１が設けられている。主パターン１０１は、露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有する第１の半遮光部１０１Ａと、位相シフター１０１Ｂとから構成されている。第１の半遮光部１０１Ａは、ライン状の位相シフター１０１Ｂを取り囲むように形成されている。言い換えると、位相シフター１０１Ｂは主パターン１０１の中心部に配置されている。位相シフター１０１Ｂは、例えば透過性基板１００を掘り下げることによって形成される。透過性基板１００上における主パターン１０１の両側には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない一対の補助パターン１０２が、主パターン１０１との間に透光部を挟むように設けられている。補助パターン１０２は、露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有する第２の半遮光部から構成されている。ここで、第１の半遮光部１０１Ａ及び第２の半遮光部は、例えば、透過性基板１００の上に形成された半遮光膜１０６である。尚、第１の半遮光部１０１Ａ及び補助パターン１０２は遮光部であってもよい。

図１（ａ）及び（ｂ）に示すフォトマスクにおいては、主パターン１０１と補助パターン１０２とからマスクパターンが構成されている。また、透過性基板１００における該マスクパターンが形成されていない部分が透光部（開口部）である。

また、位相シフター１０１Ｂを透過する光と、透光部を透過する光とは反対位相の関係（具体的には両者の位相差が（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

また、第１の半遮光部１０１Ａ及び第２の半遮光部（補助パターン１０２）のそれぞれを透過する光と、透光部を透過する光とは同位相の関係（具体的には両者の位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

第１の実施形態によると、主パターン１０１が第１の半遮光部（又は第１の遮光部）１０１Ａと位相シフター１０１Ｂとから構成されているため、位相シフター１０１Ｂを透過した光（反対位相の光）によって透光部及び第１の半遮光部１０１Ａを透過した光（同位相の光）の一部分を打ち消すことができ、それによって強い遮光性が実現される。この効果は、主パターン１０１が微細パターンとなって、その遮光性が減少する場合に特に顕著である。一方、補助パターン１０２は半遮光部から構成されているため、その遮光性は低いものとなる。よって、主パターン１０１と対応する遮光像における遮光度合いを通常の遮光パターンよりも高くしつつ、補助パターン１０２の遮光性を弱くすることができるので、本実施形態のマスク構成によって光強度分布のコントラストを強調できる。また、主パターン１０１とは別に、低透過率の補助パターン１０２が設けられているため、補助パターン１０２を適切な位置に配置することにより、主パターン１０１の位相シフター１０１Ｂを透過した光と干渉する回折光を発生させることができる。従って、主パターン１０１の転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

以下、主パターンが位相シフターと半遮光部とによって構成されているものとして説明をするが、特に断らない限り、主パターンが位相シフターと遮光部とによって構成されていても同様の効果が得られるものとする。

すなわち、第１の実施形態によると、補助パターン１０２が、遮光性の弱い半遮光部であるため、露光により転写されにくくなり、補助パターン１０２が転写されないという制約条件下での補助パターン配置の自由度が向上する。このため、主パターン１０１を含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、補助パターン１０２が半遮光部であるため、露光により転写されないという条件下で補助パターン１０２を太くできるので、フォトマスクの加工が容易になると共に、補助パターン加工において寸法エラーが生じたとしても、主パターン１０１の転写像に及ぼす影響も小さくなる。さらに、本実施形態によれば、主パターン１０１の周縁部が半遮光部によって構成されている場合、マスク加工おける主パターン１０１の寸法誤差がパターン形成に及ぼす影響も小さくなるという効果が得られる。

また、第１の実施形態によると、位相シフター１０１Ｂが主パターン１０１の中心部に配置されているため、主パターン１０１と対応する遮光像の中心部における光強度分布のコントラストを強調できるので、デフォーカス特性を良好に保ちながら、例えば微細なラインパターンの形成を行なうことができる。

また、第１の実施形態によると、位相シフター１０１Ｂは、半遮光部（半遮光膜１０６）に開口部を作成し且つ該開口部内の透過性基板１００を掘り下げることにより形成されている。このため、透過性の高い位相シフターを実現できる。また、主パターン内部（つまり位相シフター１０１Ｂ）を透過する反対位相の光の強度を、半遮光部における開口寸法によって調整できる。このため、主パターン１０１を透過する反対位相の光の最適化を容易に実現できるので、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。すなわち、位相シフターを取り囲む半遮光部の幅によってマスク寸法を調整できると共に、半遮光部の開口寸法によって反対位相の光の強度を調整できるので、マスク寸法と反対位相の光の強度とをそれぞれ独立に調整できるという特有の効果が得られる。その結果、反対位相の光を調整することによる効果、例えばフォーカス特性の向上効果、及び微細パターンのコントラストの向上効果を確実に実現しつつ、所望のパターン寸法も容易に実現できる。

尚、第１の実施形態において、主パターン１０１を構成する第１の半遮光部１０１Ａの第１の透過率は１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時において、半遮光部を透過する光が増加しすぎることによるレジスト膜の膜減りを防止できると共に、レジスト感度の最適化を達成できる。すなわち、それらの効果と、ＤＯＦ向上効果及びコントラスト向上効果とを両立させることができる。

また、第１の実施形態において、補助パターン１０２（つまり第２の半遮光部）の第２の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、補助パターン１０２の遮光性が高すぎることによってレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

また、第１の実施形態において、第１の半遮光部１０１Ａと、補助パターン１０２となる第２の半遮光部とは同一の半遮光膜１０６、例えば透過性基板１００上に形成された金属薄膜から形成されていてもよい。この場合、各半遮光部を簡単に形成できるので、フォトマスクの加工を容易に行なうことができる。前述の金属薄膜としては、Ｃｒ（クロム）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニュウム）、Ｍｏ（モリブデン）若しくはＴｉ（チタン）等の金属又はそれらの合金からなる薄膜（厚さ５０ｎｍ程度以下）を用いることができる。具体的な合金材料としては、ＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金又はＴｉーＳｉ合金等がある。また、金属薄膜に代えて、ＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等のシリコン酸化物を含有する厚膜を用いてもよい。

また、第１の実施形態において、主パターン１０１の第１の半遮光部１０１Ａのみを遮光部に置き換えた場合にも、主パターン１０１と補助パターン１０２とによるコントラストの向上効果が得られる。具体的には、例えば図１（ｃ）に示すように、第１の半遮光部１０１Ａを構成する半遮光膜１０６の上に遮光膜１０７がさらに堆積されているマスク構造を用いてもよい。

ここで、図２（ａ）〜（ｄ）に、第１の実施形態に係るフォトマスクの構造におけるバリエーションを示す。すなわち、図１（ｂ）に示すマスク構造に代えて、図２（ａ）に示す、透過性基板１００の上に、透過率の高い材料からなる位相シフト膜１０８、及び半遮光膜１０６が順次積層された構造において、主パターン１０１内の位相シフター１０１Ｂの形成領域の位相シフト膜１０８が除去され且つ該位相シフター１０１Ｂの形成領域及び透光部形成領域の半遮光膜１０６が除去された構造を用いてもよい。この場合においても、図２（ｂ）に示すように、主パターン１０１の第１の半遮光部１０１Ａを構成する半遮光膜１０６の上に遮光膜１０７が堆積されていてもよい。尚、図２（ａ）及び（ｂ）に示すマスク構造においては、透過性基板１００の上に位相シフト膜１０８のみが形成されている領域が透光部となる。このような構造によれば、位相シフト膜１０８の膜厚によって位相シフター１０１Ｂの位相を制御できるので、位相シフター１０１Ｂの位相を精度良く制御することができる。

また、図１（ｂ）に示すマスク構造に代えて、図２（ｃ）に示す、透過性基板１００の上に、半遮光膜１０６、及び透過率の高い材料からなる位相シフト膜１０８が順次積層された構造において、透光部形成領域の半遮光膜１０６が除去され且つ主パターン１０１内の位相シフター１０１Ｂの形成領域を除く他の領域の位相シフト膜１０８が除去された構造を用いてもよい。この場合、図２（ｄ）に示すように、主パターン１０１の第１の半遮光部１０１Ａを構成する半遮光膜１０６の上に、位相シフト膜１０８と遮光膜１０７との積層構造が形成されていてもよい。このような構造によれば、位相シフト膜１０８の膜厚によって位相シフター１０１Ｂの位相を制御できる。

次に、本願発明者により見出された、ライン状の遮光パターン（主パターン１０１）の中心部に位相シフター（位相シフター１０１Ｂ）が設けられた構造（以下、マスクエンハンサー構造と称する）によって、マスクパターンの遮光性を強調してラインパターンの解像度を向上させる方法（以下、中心線強調法と称する）について説明する。以下、ポジ型レジストプロセスにより微小ラインパターンを形成する場合を例として説明を行なう。但し、ネガ型レジストプロセスを用いる場合も、ポジ型レジストプロセスにおける微小ラインパターン（レジストパターン）を微小スペースパターン（レジスト除去パターン）と置き換えて考えれば、中心線強調法が同様に成り立つ。また、説明を簡単にするため、位相シフター部分以外の遮光パターンは遮光部から構成されているものとする。

マスクエンハンサーにおいて、遮光パターン周辺から遮光パターンの裏側に回り込む光の強度と、位相シフターを透過する光の強度とがちょうど釣り合うように、パターン幅と位相シフター幅とを調整すると、マスクエンハンサーを透過した光の振幅強度は、マスクエンハンサーの中心と対応する位置で０になるような分布を持つ。このとき、マスクエンハンサーを透過した光の強度（振幅強度の２乗）も、マスクエンハンサーの中心と対応する位置で０になるような分布を持つ。すなわち、マスクエンハンサーによって、コントラストの高い像が形成される。ここで、遮光部が、透光部（透過性基板）と同位相で光を透過させ且つ有限の透過率を持つ半遮光部であったとしても、同様の効果が得られる。すなわち、本来、遮光性の弱さを考慮すると、ライン状のマスクパターンとしては好ましくない半遮光部であるが、その内部に位相シフターを設けることによって、つまりマスクエンハンサー構造を用いることによって、コントラストの高い像を形成できる。言い換えると、半遮光部を微細パターン形成に利用することが可能となる。

尚、前述のように、中心線強調法はその原理から、マスク上において完全な遮光部のみからなるパターン（完全遮光パターン）の形成が困難になる状況で極めて有効である。すなわち、回折現象のために完全遮光パターンによって光を遮光することが困難になるマスクパターン幅、つまり０．８×λ／ＮＡ以下のマスクパターン幅において中心線強調法は効果を発揮し、回折現象による影響が大きくなる０．５×λ／ＮＡ以下のマスクパターン幅において中心線強調法はより効果を発揮する。さらに、完全遮光パターンを用いたパターン形成が極めて困難になる０．４×λ／ＮＡ以下のマスクパターン幅において中心線強調法は極めて顕著な効果を発揮する。よって、主パターンがマスクエンハンサー構造を有する本実施形態は、主パターンのマスク幅が上記のような微細寸法となる場合において特にその効果を発揮するので、微細パターン形成において極めて高い効果を持つ。但し、本願において、マスクエンハンサー構造におけるマスクパターン幅とは、位相シフターを含有した遮光部又は半遮光部の外形形状全体の幅を意味するものとする。

以下、補助パターンを伴う主パターンにマスクエンハンサー構造を用いることにより、マスクにおける寸法誤差がパターン形成に与える影響を小さくできることを説明する。

主パターンの近傍に補助パターンを付加すると、密に配置されたマスクパターンとなる。一般に、密に配置されたマスクパターンでは、マスクにおける寸法誤差がパターン形成に与える影響が大きくなる。しかし、主パターンにマスクエンハンサー構造を用いれば、この影響を小さくすることができる。

図３（ａ）は、位相シフター１０１Ｂ及び半遮光部１０１Ａからなるマスクエンハンサー構造を持つ主パターン１０１と、半遮光部からなる補助パターン１０２とから構成されたマスクパターンを示す図である。具体的には、マスクパターンは、幅１４０ｎｍの主パターン１０１と、主パターン１０１の中心から３００ｎｍ離れた位置に中心を持つ幅９０ｎｍの補助パターン１０２とから構成されている。主パターン１０１のマスクエンハンサー構造において、位相シフター１０１Ｂの幅は７０ｎｍである。このとき、図３（ｂ）に示すように、補助パターン１０２の構成が図３（ａ）のマスクパターンと同様であり且つ主パターン１０１が単純な遮光部（遮光パターン）１０９から構成されている場合、図３（ａ）のマスクエンハンサーと同程度の遮光性を実現するためには、幅１８０ｎｍの遮光パターンが必要になる。

図３（ｃ）及び（ｄ）は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すマスクパターンの主パターン幅及び補助パターン幅が同時に１０ｎｍづつ変化した場合にパターン形成に生じる影響をシミュレーションした結果を示す図である。具体的には、図３（ｃ）は、パターン露光時に図３（ａ）のIIIA−IIIA線（主パターン１０１の幅方向）と対応する位置に形成される光強度分布のシミュレーション結果を示し、図３（ｄ）は、パターン露光時に図３（ｂ）のIIIB−IIIB線（主パターン１０１の幅方向）と対応する位置に形成される光強度分布のシミュレーション結果を示す。但し、シミュレーションにおいては、光源の波長λを１９３ｎｍ（ＡｒＦ光源の波長）とし、レンズ開口数ＮＡを０．６とした。また、マスクパターンに用いられる全ての半遮光部の透過率を６％とした。尚、図３（ｃ）及び（ｄ）においては、各パターン幅（マスク寸法）が１０ｎｍ増加した場合（＋１０ｎｍ）の結果を実線で示すと共に、各パターン幅が１０ｎｍ減少した場合（ー１０ｎｍ）の結果を点線で示す。また、図３（ｃ）及び（ｄ）において、主パターン１０１の中心位置と対応する位置を０としている。

図３（ｃ）及び（ｄ）に示すシミュレーション結果より、主パターンにマスエンハンサー構造を用いると、主パターン中心での光強度がマスク寸法の増減に対してほとんど変化していないことが分かる。また、形成されるパターンの寸法を用いて評価した場合、図３（ａ）のマスク構成を用いて幅１００ｎｍのパターンが形成される条件において主パターン幅及び補助パターン幅つまりマスク寸法が１０ｎｍ増加すると、形成されるパターンの幅は１０６ｎｍとなる。同様に、マスク寸法が１０ｎｍ減少すると、形成されるパターンの幅は９５ｎｍとなる。すなわち、マスク寸法が１０ｎｍ程度増減しても、形成されるパターンの寸法は５ｎｍ程度の影響しか受けない。

一方、図３（ｂ）のマスク構成を用いて幅１００ｎｍのパターンが形成される条件において主パターン及び補助パターンのマスク寸法が１０ｎｍ増加すると、形成されるパターンの寸法は１１６ｎｍとなる。同様に、マスク寸法が１０ｎｍ減少すると、形成されるパターン寸法は８６ｎｍとなる。すなわち、マスク寸法が１０ｎｍ増減すると、形成されるパターンの寸法は１５ｎｍ程度も増減する。言い換えると、図３（ｂ）のマスク構成によると、マスク寸法の変動量以上にパターン寸法が変動しており、パターン形成においてマスク寸法誤差の影響が生じやすいことが分かる。

このように、補助パターンと近接する主パターンにマスクエンハンサー構造を用いることにより、従来技術にはない、パターン形成においてマスクの寸法変動の影響が生じにくくなるという効果が得られru。この効果は、主パターンが位相シフターと半遮光部とから構成されるマスクエンハンサー構造の場合に特に顕著になるが、主パターンが位相シフターと遮光部とから構成されるマスクエンハンサー構造によっても同様の効果が得られる。

尚、本実施形態において、補助パターンは必ずしも主パターンの両側に設けられている必要はない。具体的には、主パターンの片側に他の主パターンが近接する場合、主パターンにおける他の主パターンが近接する側とは反対の側のみに補助パターンが設けられていてもよい。

（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図４は、第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクにおけるマスクパターンの平面図である。尚、図４において、図１（ａ）及び（ｂ）に示す第１の実施形態に係るフォトマスクと同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本変形例の第１の特徴は、所定の斜入射角φに対して、補助パターン１０２（幅：Ｄ１）が、主パターン１０１（幅：Ｌ）の位相シフター１０１Ｂ（幅：Ｗ）の中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））離れた位置に設けられていることである。

また、本変形例の第２の特徴は、主パターン１０１の位相シフター１０１Ｂの中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、言い換えると、補助パターン（以下、第１の補助パターンと称する）１０２の中心から（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、露光光を回折させ且つ露光により転写されない第２の補助パターン１０３（幅：Ｄ２）が設けられていることである。尚、第１の補助パターン１０２と第２の補助パターン１０３との間には透光部が介在する。また、第２の補助パターン１０３は、第１の補助パターン１０２と同様の半遮光部から構成される。

本変形例によると、補助パターンを配置したことによるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

尚、本変形例において、第１の補助パターン１０２及び第２の補助パターン１０３のうちのいずれか一方の補助パターンを配置しなくてもよい。

また、本変形例において、位相シフター１０１Ｂの中心と第１の補助パターン１０２の中心との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

また、本変形例において、位相シフター１０１Ｂの中心と第２の補助パターン１０３の中心との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

また、本変形例において、上記の斜入射角φは０．４×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下の値であることが好ましく、特に、０．５８×ＮＡ以上で且つ０．７×ＮＡ以下であることが好ましい。また、輪帯照明を用いて露光を行なう場合には上記の斜入射角φは０．６×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下の値であることが好ましい。また、四重極照明を用いて露光を行なう場合には上記の斜入射角φは０．４×ＮＡ以上で且つ０．６０×ＮＡ以下の値であることが好ましい（詳しくは第１の実施形態の第２変形例を参照）。

また、本変形例において、主パターン１０１の幅Ｌは位相シフター１０１Ｂの幅Ｗよりも少なくとも２×２０ｎｍ（マスク上の実寸法）以上大きいことが好ましく、特に露光波長（露光光の波長）の４分の１の２倍以上大きいことが好ましい。すなわち、主パターンのマスクエンハンサー構造において、位相シフターと透光部とによって挟まれた半遮光部（又は遮光部）の幅は、少なくとも２０ｎｍ（マスク上の実寸法）以上であることが好ましく、特に露光波長の４分の１以上であることが好ましい。但し、マスクエンハンサー構造を用いたフォトマスクであるため、主パターンの幅は０．８×λ／ＮＡ以下であることが好ましく、従って、位相シフターと透光部とによって挟まれた半遮光部（又は遮光部）の幅は０．４×λ／ＮＡを越えないことが好ましい（詳しくは第１の実施形態の第３変形例を参照）。

また、本変形例において、第２の補助パターン１０３の幅Ｄ２は、第１の補助パターン１０２の幅Ｄ１よりも大きいことが好ましく、特にＤ２がＤ１の１．２倍以上であることがより好ましい（詳しくは第１の実施形態の第４変形例を参照）。

以下、マスクエンハンサー構造を持つ主パターン１０１に対して、上記の特定の位置に回折光発生パターン（補助パターン１０２）を配置することによって、マスクエンハンサー内の開口部（位相シフター１０１Ｂ）を透過した光と干渉する回折光を発生させ、それによってパターン形成時のデフォーカス特性を向上させることができる理由について説明する。

図５（ａ）は、パターンが周期的に配置されたマスクに対して露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。図５（ａ）に示すように、所定のピッチＰで複数の遮光パターン（以下、ピッチパターン）１５１が実質的に無限周期的に配置されたマスク１５０に対して、光源１４０から光１４１が照射されている。ここで、実質的に無限周期的に配置されたとは、実際に無数のピッチパターンが周期的に配置されたとした場合に各ピッチパターンによって得られる効果と同様の効果が、マスク中央部のピッチパターン１５１によって得られることを意味する。言い換えると、マスク中央部のピッチパターン１５１からマスク端部のピッチパターン１５１までの距離が４×λ／ＮＡ程度以上になるようにピッチパターン１５１が配置されていることを意味する。

図５（ａ）は、斜入射露光を想定した回折現象を示している。すなわち、光源１４０は、レンズ１５２の中心を通る法線（図中の一点鎖線）から距離Ｓだけ離れた所に位置している。このとき、光源１４０からの光１４１のマスク１５０に対する入射角（斜入射角）φはｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡで表される。ここで、斜入射角φを規定するＳを斜入射位置と呼ぶことにする。但し、光源１４０の座標を、開口数ＮＡにより規格化された値を用いて表している。また、ピッチＰで配置されたピッチパターン１５１を通過した光１４１のｎ次回折光（ｎは整数）の回折角θｎはｓｉｎθｎ＝ｎ×λ／Ｐで表される。また、斜入射角φでマスク１５０に入射した光１４１の０次回折光１４２は、レンズ１５２上における座標（レンズ中心を原点とする１次元座標系上の座標。以下、同じ）ｒ０＝−ｓｉｎφ＝−Ｓ×ＮＡで表される位置に到達する。また、光１４１の１次回折光（＋１次回折光）１４３は、レンズ１５２上における座標ｒ１＝ｒ０＋ｓｉｎθ１＝ｒ０＋λ／Ｐで表される位置に到達する。一般に、レンズ１５２上におけるｎ次回折光が到達する位置は、座標ｒｎ＝ｒ０＋ｓｉｎθｎ＝ｒ０＋ｎ×λ／Ｐで表される。但し、ｒｎの絶対値がＮＡを超えた場合、該ｎ次回折光はレンズ１５２を通過する回折光とはならないため、ウェハ上に結像されることはない。

ところで、理想的なレンズの場合、該レンズを通過してウェハ上に結像する回折光におけるデフォーカス時の位相変化は、レンズにおける回折光の通過位置のレンズ中心からの距離（半径）のみによって決まる。光がレンズに対して垂直に入射する場合、０次回折光は常にレンズ中心を通過し、１次以上の回折光はレンズ中心から離れた位置を通過する。そのため、デフォーカス時には、レンズ中心を通過する０次の回折光と、レンズ中心から離れた位置を通過する高次の回折光との間に位相差が生じるため、像ボケが発生する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すマスクに対して、０次回折光及び１次回折光のみがレンズを通過し且つｒ０＝−ｒ１となる条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。図５（ｂ）に示すように、０次回折光１４２及び１次回折光１４３は共に、レンズ１５２の中心から同じ距離だけ離れた位置を通過する。そのため、デフォーカス時に受ける位相変化は、０次回折光１４２と１次回折光１４３との間で互いに一致する。すなわち、両方の回折光の間で位相差が生じないので、デフォーカスに起因する像ボケが生じなくなる。ここで、ｒ０＝−ｒ１の条件を考慮して、ｒ１＝ｒ０＋ｓｉｎθ１を変形すると、−２×ｒ０＝ｓｉｎθ１となる。さらに、ｓｉｎθ１＝λ／Ｐ及びｒ０＝−ｓｉｎφの関係を考慮すると、２×ｓｉｎφ＝λ／Ｐが得られる。従って、ｓｉｎφ＝λ／（２×Ｐ）で表される斜入射角φの斜入射露光を行なうことにより、デフォーカス特性の優れたパターン形成が可能になる。言い換えると、斜入射角φの斜入射露光に対しては、Ｐ＝λ／（２×ｓｉｎφ）のピッチで周期パターンがマスク上に設けられている際に良好なデフォーカス特性が得られる。斜入射露光において、実質的に無限周期的に配置されたピッチパターンによってデフォーカス特性が向上する理由は以上の通りである。

しかしながら、前述のような良好なデフォーカス特性が得られるのは、ピッチＰがλ／（２×ｓｉｎφ）又はそれに近い値であるときのみである。また、このデフォーカス特性向上効果が得られるのは、レンズを通過する回折光が、０次回折光と、＋１次回折光及びー１次回折光のうちのいずれか一方の回折光となる条件のときのみである。

図５（ｃ）は、図５（ａ）に示すマスクに対して、０次回折光、＋１次回折光及びー１次回折光がレンズを通過する条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。図５（ｃ）に示すように、０次回折光１４２がレンズ１５２上における座標ｒ０＝ーｓｉｎφで表される位置を通過し且つ＋１次回折光１４３がレンズ１５２上におけるｒ１＝ｓｉｎφで表される位置を通過する条件下であっても、−１次回折光１４４がレンズ１５２を通過する位置であるｒ０−ｓｉｎθ１がレンズ１５２内に入ってしまう場合には良好なデフォーカス特性は得られない。ここで、−１次回折光１４４がレンズ１５２の外を通過する条件はｒ０−ｓｉｎθ１＜−ＮＡで表される。また、ｒ０＝ーｓｉｎφ及びｓｉｎθ１＝ｒ１ーｒ０＝２×ｓｉｎφを考慮すると、−１次回折光１４４がレンズ１５２の外を通過する条件は、−ｓｉｎφ−２×ｓｉｎφ＜−ＮＡ、つまり３×ｓｉｎφ＞ＮＡとなる。

すなわち、斜入射角φに対して、＋１次回折光及び−１次回折光の両方がレンズを通過する条件は３×ｓｉｎφ＜ＮＡで表される。この条件に該当する斜入射角φでは、＋１次回折光及び−１次回折光の両方がレンズを通過すると共に、＋１次回折光及び−１次回折光のそれぞれがレンズを通過する位置におけるレンズ中心からの距離が異なるため、デフォーカス時に両方の回折光の間の位相差に起因して像ボケが発生してしまう。従って、デフォーカス特性の向上を実現できる斜入射角φの下限はｓｉｎφ＞ＮＡ／３で定義される。尚、ｓｉｎφがＮＡよりも大きくなると０次回折光がレンズを通過しなくなることを考慮すると、デフォーカス特性を向上させることができる斜入射角φの条件は、ＮＡ＞ｓｉｎφ＞ＮＡ／３で表されることになる。

次に、図５（ａ）に示すマスクに対してピッチパターンのピッチを変えながら斜入射露光を行なった場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーション結果について説明する。図６（ａ）はシミュレーションに用いた点光源を示す図であり、図６（ｂ）はシミュレーションに用いたピッチパターンを示す図であり、図６（ｃ）はＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。ＤＯＦ特性のシミュレーションにおいては、図６（ａ）に示す一対の光源（点光源）１４０、具体的には、レンズ１５２の中心を通る法線に対して垂直な平面（二次元座標系）における座標（光源座標）（−０．８，０）及び（０．８，０）にそれぞれ位置する一対の点光源１４０を用いた。ここで、点光源１４０はＡｒＦ（波長λ＝１９３ｎｍ）光源である。また、ＤＯＦ特性のシミュレーションにおいては、レンズ開口数ＮＡが０．６であり且つ斜入射角φがｓｉｎφ＝０．４８（つまり図５（ａ）の距離Ｓが０．８）である斜入斜露光を用いた。さらに、図６（ｂ）に示すピッチパターン１５１、つまりピッチＰで無限周期的に配置された各ピッチパターン１５１は、幅１００ｎｍのライン状の遮光パターンであって、該ピッチパターン１５１を用いて幅１００ｎｍのパターンを形成する場合についてシミュレーションを行なっている。尚、図６（ｃ）に示すＤＯＦの値は、幅１００ｎｍのパターンが寸法誤差１０ｎｍ以下で形成されるデフォーカスのレンジである。図６（ｃ）に示すように、ピッチパターン１５１のピッチＰがλ／（２×ｓｉｎφ）（つまり約０．２０μｍ）である場合又はλ／（２×ｓｉｎφ）に近い値である場合、非常に高いＤＯＦが得られている。しかしながら、ピッチＰがλ／（２×ｓｉｎφ）より小さくなっても大きくなっても、ＤＯＦの値が急激に低下する。

ここで、本願発明者は、図６（ｃ）に示すＤＯＦのピッチ依存性において、ピッチＰの変化に対して、ＤＯＦが局所的に向上するピッチＰの値が等間隔で存在していることに着目した。また、本願発明者は、このＤＯＦが局所的に向上するピッチＰの値は、高次の回折光が結像に影響を及ぼすλ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）（つまり約０．１８μｍ）の整数倍の値になっていることを、以下に説明するように見出した。

光の回折現象においては、隣り合う次数の回折光は互いに反対の位相を有する関係にある。図６（ｄ）は、図５（ａ）に示すマスクに対して、０次回折光、１次回折光及び２次回折光がレンズを通過する条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。このとき、図６（ｄ）に示す１次回折光１４３に対して、２次回折光１４５は反対の位相を有する。斜入射露光において０次回折光１４２及び１次回折光１４３により形成される像に、反対位相を持つ２次回折光１４５により形成される像が干渉すると、互いに相手の像の強度を打ち消してしまう現象が起こる。しかしながら、デフォーカス時においては両方の像の強度が減少する一方、１次回折光１４３及び２次回折光１４５のそれぞれの位相が反対であるので、それぞれの像におけるデフォーカスによる劣化は互いに打ち消される。すなわち、１次回折光１４３によって形成される像に反対位相の２次回折光１４５によって形成される像が干渉して生じる像におけるデフォーカス特性は向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

このようなＤＯＦ特性向上効果が生じる条件は、図６（ｄ）に示すように、２次回折光１４５がレンズ１５２を通過する条件であって、それはｓｉｎθ２＜ＮＡーｒ０で表される。ここで、ｓｉｎθ２＝２×λ／Ｐ及びｒ０＝−ｓｉｎφを考慮すると、前述の条件は２×λ／Ｐ＜ＮＡ＋ｓｉｎφで表される。従って、レンズ１５２において１次回折光１４３までが通過する状態から２次回折光１４５までが通過する状態に変化するピッチＰは２×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）で表される。また、一般に、ｎ次回折光がレンズを通過する条件はｓｉｎθｎ＝ｎ×λ／Ｐ＜ＮＡーｒ０＝ＮＡ＋ｓｉｎφで表される。言い換えると、ｎ次回折光はピッチＰがｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）以上になるとレンズ端を通過することができる。従って、ピッチＰ＝ｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（ｎは２以上の整数）のときに局所的にＤＯＦ特性が向上する。

以上に説明したように、斜入射露光においては反対位相の関係にある光同士が干渉することにより、デフォーカス特性の向上を実現できる。そこで、本願発明者は、１次回折光に対して反対位相となる２次回折光の強度を強めることと同等の作用を引き起こす操作により、デフォーカス特性の向上が可能になると考えた。具体的には、遮光性パターンを周期的に配置することにより形成される回折光に、１次回折光に対して反対位相となる０次回折光の成分を導入する操作によって、デフォーカス特性の向上が可能になる。これは、前述のマスクエンハンサーの構造を利用して実現できる。すなわち、マスクエンハンサーにおいては、その内部に設けられる位相シフター（開口部）の寸法を制御することによって、マスクエンハンサーによる遮光の程度を調整しながら且つレンズ内を通過する回折光の次数を変化させることなく、反対位相の光を制御できるからである。本願発明者は、マスクエンハンサーを用いれば、ピッチＰ＝ｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（ｎは２以上の整数）のときに局所的に僅かに向上していたＤＯＦ（図６（ｃ）参照）が、マスクエンハンサーの位相シフターの寸法に比例して大幅に向上すると予測した。

そこで、次に、本願発明者が、ピッチパターンとしてマスクエンハンサーを用いて、図６（ａ）〜（ｃ）に示すシミュレーションと同様のシミュレーションを行なった結果について説明する。図７（ａ）はシミュレーションにおいてピッチパターンとして用いたマスクエンハンサーを示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すピッチパターンによるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。尚、シミュレーションに用いた点光源は図６（ａ）に示す点光源と同様であり、他のシミュレーション条件も図６（ａ）〜（ｃ）に示す場合と同様である。また、図７（ｂ）においては、マスクエンハンサーの位相シフターの大きさ（開口幅）を変化させた場合の結果も示している。

図７（ａ）に示すように、所定のピッチＰで複数のマスクエンハンサー１１０が実質的に無限周期的に配置されている。各マスクエンハンサー１１０は、その外形形状を有する半遮光部１１１と、マスクエンハンサー１１０の中央部に半遮光部１１１によって取り囲まれるように設けられた位相シフター１１２とから構成される。ここで、マスクエンハンサー１１０の幅（パターン幅）をＬ、位相シフター１１２の幅（開口幅）をＷとする。

図６（ｃ）に示すＤＯＦ特性と同様に、図７（ｂ）に示すＤＯＦ特性においても、ピッチＰがｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（ｎは２以上の整数）のときに、ＤＯＦが局所的に増大している。また、パターン幅Ｌに対する開口幅Ｗの比（Ｗ／Ｌ）が大きくなるに従ってＤＯＦの向上効果が非常に大きくなっている。すなわち、マスクエンハンサー特有の効果として、マスクエンハンサーが周期的に配置されてなるパターンに対して斜入射露光を行なうと、ピッチＰがλ／（２×ｓｉｎφ）（シミュレーション条件では約０．２０μｍ）又はその近傍の値のときだけではなく、ピッチＰがｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（シミュレーション条件では約（ｎ×０．１８）μｍ。但しｎは２以上の整数）という大きな寸法であるときにも、ＤＯＦ特性に優れたパターン転写が可能となる。

さらに、本願発明者が、ピッチパターンとしてのマスクエンハンサーとして、図７（ａ）に示す実質的に無限周期的に配置されたマスクエンハンサーに代えて、並列的に配置された３個のマスクエンハンサーを用いて、図６（ａ）〜（ｃ）に示すシミュレーションと同様のシミュレーションを行なった結果について説明する。図８（ａ）はシミュレーションにおいて用いたマスクエンハンサーを示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すマスクエンハンサーによるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。尚、シミュレーションに用いた点光源は図６（ａ）に示す点光源と同様であり、他のシミュレーション条件も図６（ａ）〜（ｃ）に示す場合と同様である。すなわち、レンズ開口数ＮＡが０．６であり、距離Ｓ（図５（ａ）参照）が０．８であり、斜入射角φがｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡ＝０．４８である斜入斜露光を用いた。

図８（ａ）に示すように、３個のマスクエンハンサー１１０が等間隔（パターン間距離Ｒ）で並列的に配置されている。各マスクエンハンサー１１０は、その外形形状を有する半遮光部１１１と、マスクエンハンサー１１０の中央部に半遮光部１１１によって取り囲まれるように設けられた位相シフター１１２とから構成される。ここで、マスクエンハンサー１１０の幅（パターン幅）をＬ、位相シフター１１２の幅（開口幅）をＷとすると、Ｗ／Ｌ＝０．４である。

図８（ｂ）においては、パターン間距離Ｒを変化させた場合における、３個のマスクエンハンサー１１０のうちの中央に位置するマスクエンハンサー１１０によるＤＯＦ特性を示している。図７（ｂ）に示すＤＯＦ特性と同様に、図８（ｂ）に示すＤＯＦ特性においても、ピッチＰ、つまりパターン間距離（正確には各マスクエンハンサー１１０の位相シフター１１２同士の間の距離）Ｒがλ／（２×ｓｉｎφ）（シミュレーション条件では約０．２０μｍ）又はその近傍の値のときに、ＤＯＦ特性が局所的に良くなる。また、図８（ｂ）に示すように、パターン間距離Ｒが、λ／（２×ｓｉｎφ）（約０．２０μｍ）にλ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（約０．１８μｍ）の倍数を加えた値である場合にもＤＯＦの極大値が現れている。

すなわち、３個のマスクエンハンサー１１０が配置されてなるパターンに対して斜入射露光を行なう場合、パターン間距離Ｒがλ／（２×ｓｉｎφ）（約０．２０μｍ）であるとＤＯＦの極大値が発生する。さらに、パターン間距離Ｒがλ／（２×ｓｉｎφ）＋ｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（ｎは自然数）であってもＤＯＦの極大値が得られる。これは、無限周期的に配置されたマスクエンハンサーからなるパターンに対して斜入射露光を行なう場合における、デフォーカスに起因して０次回折光及び１次回折光のそれぞれに生じる位相ズレ（位相変化）が同期する回折現象と、０次回折光及び１次回折光の結像に反対位相の高次回折光が干渉する現象とが原因となって起こると考えられる。従って、前述のＤＯＦの極大値が得られるパターン間距離Ｒを表す関係式は一般的に成り立つものと推測される。

以上に説明したことから、本願発明者は、図１（ａ）に示す本実施形態のフォトマスクにおける主パターン１０１として、マスクエンハンサー１１０のように、位相シフターを有するパターンを用いる場合、補助パターン１０２として、露光により転写されず且つ回折光を発生させるパターン（回折光発生パターン）を所定の位置に配置することにより、露光によって主パターン１０１が転写されるときのＤＯＦ特性を大幅に向上させることができることを見出した。ここで、所定の位置とは、主パターン１０１の位相シフター１０１Ｂ（つまりマスクエンハンサー１１０の位相シフター１１２）の中心から、λ／（２×ｓｉｎφ）だけ離れた位置とλ／（２×ｓｉｎφ）＋ｎ×λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（ｎは正の整数）だけ離れた位置である。

図９（ａ）〜（ｃ）は、マスクエンハンサーよりなる主パターンのＤＯＦ特性が大幅に向上するように回折光発生パターン（補助パターン）が配置されてなる本発明のマスクパターンをそれぞれ示す平面図である。

図９（ａ）に示すように、半遮光部１１１の内部に位相シフター１１２（幅：Ｗ）が設けられてなるマスクエンハンサー１１０（幅：Ｌ）における位相シフター１１２の中心から例えばλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第１次回折光発生パターン（第１の補助パターン）１１３（幅：Ｄ）を配置することによって、マスクエンハンサー１１０のＤＯＦ特性が向上する。

また、図９（ｂ）に示すように、半遮光部１１１の内部に位相シフター１１２が設けられてなるマスクエンハンサー１１０における位相シフター１１２の中心から例えばλ／（２×ｓｉｎφ）＋λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第２次回折光発生パターン（第２の補助パターン）１１４（幅：Ｄ）を配置することによって、マスクエンハンサー１１０のＤＯＦ特性が向上する。

さらに、本願発明者は、ＤＯＦ向上効果が回折光によって発生するという理由から、図９（ｃ）に示すように、図９（ａ）に示す補助パターンと図９（ｂ）に示す補助パターンとを合成することによって、マスクエンハンサー１１０のＤＯＦ特性が大幅に向上することを見出した。すなわち、マスクエンハンサー１１０の位相シフター１１２の中心からλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置に第１次回折光発生パターン１１３を配置すると共に位相シフター１１２の中心からλ／（２×ｓｉｎφ）＋λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）離れた位置に第２次回折光発生パターン１１４を配置することによって、ＤＯＦ特性の向上効果がより大きくなる。

すなわち、主パターンから第１の補助パターンまでの距離（Ｘ）と、第１の補助パターンから第２の補助パターンまでの距離（Ｙ）とが等しい周期的な配置と比べて、前述のような、主パターンから第１の補助パターンまでの距離Ｘが、第１の補助パターンから第２の補助パターンまでの距離Ｙよりも長い非周期的な配置の方が、ＤＯＦ特性の向上には優れている。ここで、ＸとＹとの最適な比率はＸ／Ｙ＝（ｓｉｎφ＋ＮＡ）／（２×ｓｉｎφ）で表される。これを、斜入射角φに対してｓｉｎφ＝ＮＡ×Ｓの関係にある斜入射位置Ｓで表すと、Ｘ／Ｙ＝（ｓｉｎφ＋ＮＡ）／（２×ｓｉｎφ）＝（１＋Ｓ）／（２×Ｓ）となり、ＮＡに依存しない値となる。

尚、図示は省略しているが、第２の補助パターン１１４の中心から（マスクエンハンサー１１０から遠ざかる方向に）λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第３の回折光発生パターン（第３の補助パターン）を配置することも好ましい。同様に、第３の補助パターンの中心からλ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）の倍数ずつ離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第４、第５、第６・・・の回折光発生パターンを補助パターンとして配置することも好ましい。

以下、回折光発生パターンを前述の所定の位置に配置することの効果をシミュレーションによって確認していく。

まず、図９（ａ）〜（ｃ）に示す位置に回折光発生パターンを配置することによって、マスクエンハンサーよりなる主パターンについて良好なＤＯＦ特性が得られることを、本願発明者がシミュレーションによって実証した結果について説明する。図１０（ａ）は、シミュレーションにおいて用いたパターン（マスクパターン）を示す図である。具体的には、図１０（ａ）に示すように、半遮光部１１１の内部に位相シフター１１２が設けられてなるマスクエンハンサー１１０における位相シフター１１２の中心から距離Ｘ離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第１次回折光発生パターン（第１の補助パターン）１１３が配置されている。また、第１次回折光発生パターン１１３の中心から（マスクエンハンサー１１０から遠ざかる方向に）距離Ｙ離れた位置に、露光により転写されない寸法を持つ半遮光部からなる第２次回折光発生パターン（第２の補助パターン）１１４が配置されている。ここで、マスクエンハンサー１１０の幅をＬ、位相シフター１１２の幅をＷ、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４の幅をＤとする。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すパターンによるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。具体的には、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すパターンに対して距離Ｘ及び距離Ｙを色々変化させながら露光を行なった場合における、マスクエンハンサー１１０に対応して形成されるパターンのＤＯＦをシミュレーションにより求め、その結果を距離Ｘ及び距離Ｙについてマッピングした図である。尚、シミュレーション条件は、Ｌ＝１００ｎｍ、Ｗ＝６０ｎｍ、Ｄ＝７０ｎｍ、光源（ＡｒＦ光源）の波長λ＝１９３ｎｍ、レンズ開口数ＮＡ＝０．６、ｓｉｎφ（φ：斜入射角）＝０．８×ＮＡとした。また、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４のそれぞれを構成する半遮光部の透過率を６％としていると共に、マスクエンハンサー１１０に対応して形成されるパターンの寸法（幅）を１００ｎｍとしている。また、図１０（ｂ）において、等高線はＤＯＦを表していると共に、点Ａは、距離Ｘ＝λ／（２×ｓｉｎφ）（約０．２０μｍ）、距離Ｙ＝λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（約０．１８μｍ）の点を表している。図１０（ｂ）に示すように、点ＡにおいてＤＯＦのほぼ最大値が得られていることが分かる。すなわち、図４に示す本変形例のフォトマスクにより、良好なＤＯＦ特性が得られることが実証できた。

また、図４に示す位置に回折光発生パターンを配置することによってＤＯＦを最大にできることが、任意の光学条件でも成り立つことを証明するために、本願発明者が図１０（ａ）に示すパターンを用いて異なる光学条件で同様のシミュレーションを行なった結果について説明する。

図１１（ａ）は、レンズ開口数ＮＡ＝０．６、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡの光学条件（その他の条件は図１０（ｂ）と同様）を用いた場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。図１１（ａ）において、点Ａは、距離Ｘ＝λ／（２×ｓｉｎφ）（約０．２３μｍ）、距離Ｙ＝λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（約０．１９μｍ）の点を表している。図１１（ａ）に示すように、点ＡにおいてＤＯＦのほぼ最大値が得られていることが分かる。

図１１（ｂ）は、レンズ開口数ＮＡ＝０．６、ｓｉｎφ＝０．６×ＮＡの光学条件（その他の条件は図１０（ｂ）と同様）を用いた場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。図１１（ｂ）において、点Ａは、距離Ｘ＝λ／（２×ｓｉｎφ）（約０．２６８μｍ）、距離Ｙ＝λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（約０．２０μｍ）の点を表している。図１１（ｂ）に示すように、点ＡにおいてＤＯＦのほぼ最大値が得られていることが分かる。

図１１（ｃ）は、レンズ開口数ＮＡ＝０．７、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡの光学条件（その他の条件は図１０（ｂ）と同様）を用いた場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーション結果を示す図である。図１１（ｃ）において、点Ａは、距離Ｘ＝λ／（２×ｓｉｎφ）（約０．１９６μｍ）、距離Ｙ＝λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）（約０．１６２μｍ）の点を表している。図１１（ｃ）に示すように、点ＡにおいてＤＯＦのほぼ最大値が得られていることが分かる。

以上の説明においては、点光源を用いた場合を前提としてきたが、以下、面積を有する光源を用いた場合における、回折光発生パターンによるＤＯＦ特性の向上効果をシミュレーションにより評価した結果について説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、シミュレーションにおいて用いたパターン（マスクパターン）を示す図である。

具体的には、図１２（ａ）に示すマスクパターンは、幅Ｌのマスクエンハンサー１１０のみからなる。ここで、マスクエンハンサー１１０は、その外形形状を有する半遮光部１１１と、マスクエンハンサー１１０の中央部に半遮光部１１１によって取り囲まれるように設けられた位相シフター１１２（幅Ｗ）とから構成される。図１２（ｂ）に示すマスクパターンは、図１２（ａ）に示すマスクエンハンサー１１０に、ｓｉｎθ＝２×ｓｉｎφ（φ：斜入射角）で表される角度θで回折する回折光を発生させる第１次回折光発生パターン１１３が付加されたものである。ここで、第１次回折光発生パターン１１３は半遮光パターンであり、その幅はＤである。図１２（ｃ）に示すマスクパターンは、図１２（ｂ）に示すマスクエンハンサー１１０及び第１次回折光発生パターン１１３に、ｓｉｎη＝２×（ＮＡ＋ｓｉｎφ）（φ：斜入射角、ＮＡ：レンズ開口数）で表される角度ηで回折する回折光を発生させる第２次回折光発生パターン１１４が付加されたものである。ここで、第２次回折光発生パターン１１４は半遮光パターンであり、その幅はＤである。

図１２（ｄ）はシミュレーションに用いた光源、具体的には輪帯光源を示す図である。図１２（ｄ）に示すように、輪帯光源の外径及び内径はそれぞれ０．８及び０．６（レンズ開口数ＮＡにより規格化している）である。この場合、斜入射角φに関して、０．６×ＮＡ＜ｓｉｎφ＜０．８×ＮＡの斜入射光が存在することなる。この場合、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４の最適な配置位置は、上記の光源の主成分となる斜入射角で決定できると考えられる。すなわち、上記の光源であれば、斜入射角φの平均値が光源の主成分であると考えることができるので、該主成分となる斜入射角φは、ｓｉｎφ＝ＮＡ×（０．６＋０．８）／２＝０．７×ＮＡで表される。以下、この内容も含めて、シミュレーションによる確認結果について説明を続ける。

図１２（ｅ）は、図１２（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンに対して所定の条件で露光を行なった場合に各マスクエンハンサー１１０に対応して生じる光強度分布のシミュレーション結果を示す図である。また、図１２（ｆ）は、図１２（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンに対して所定の条件で露光を行なって、各マスクエンハンサー１１０と対応する幅０．１μｍのパターンを形成した場合における該パターンのＣＤのデフォーカス特性をシミュレーションした結果を示す図である。ここで、ＣＤとはクリティカルディメンジョンのことであって、パターンの仕上がり寸法を表している。尚、シミュレーションにおいては、Ｌ＝１８０ｎｍ、Ｗ＝６０ｎｍ、Ｄ＝９０ｎｍとし、回折光発生パターンの位置については、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡ＝０．４２となる斜入射角φに基づいて決定した。また、光源（ＡｒＦ光源）の波長λを１９３ｎｍとし、レンズ開口数ＮＡを０．６とした。また、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４のそれぞれを構成する半遮光部の透過率を６％としている。尚、図１２（ｅ）及び図１２（ｆ）において、線の種類を示す（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図１２（ａ）、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すマスクパターンと対応する。

図１２（ｅ）に示すように、図１２（ａ）〜（ｃ）に示す全てのマスクパターンによって、つまりマスクエンハンサー１１０を持つマスクパターンによって、非常にコントラストの高い像（光強度分布）が形成されている。また、各光強度分布における０．１μｍのパターンの形成に関わる部分は、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４の影響を殆ど受けていない。このとき、０．１μｍ（１００ｎｍ）のパターンの形成における臨界光強度は０．２程度であるので、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４が解像されてレジストに転写されないことが分かる。

また、図１２（ｆ）に示すように、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４をマスクパターンに付加することによって、マスクエンハンサー１１０のデフォーカス特性が飛躍的に向上する。すなわち、位相シフター１１２が設けられたマスクエンハンサー１１０を、第１次回折光発生パターン１１３及び第２次回折光発生パターン１１４と共に使用することによって、デフォーカス特性の優れたパターン形成が可能になる。

次に、前述のように理論的に導かれた、デフォーカス特性を最適化する回折光発生パターンの配置位置の算出方法が正しいことを、本願発明者がシミュレーションにより実証した結果について説明する。具体的には、図１２（ｂ）又は図１２（ｃ）に示すマスクパターンにおいて回折光発生パターン１１３又は１１４の位置を変化させた場合における、マスクエンハンサー１１０に対応して形成される幅０．１μｍのラインパターンのＤＯＦの値をシミュレーションにより求めた。ここで、ＤＯＦは、ラインパターンの幅が０．１μｍから０．０９μｍまで変化するデフォーカス範囲である。また、シミュレーション条件は、図１２（ｅ）及び（ｆ）の場合と同様である。

図１３（ａ）は、図１２（ｂ）に示すマスクパターンにおいて第１次回折光発生パターン１１３が位相シフター１１２の中心から距離Ｐ１離れた位置に配置されている様子を示す図である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すマスクパターンに対して距離Ｐ１を変化させながら露光を行なった場合における、前述のＤＯＦの変化を示す図である。図１３（ｂ）に示すように、距離Ｐ１が、理論式λ／（２×ｓｉｎφ）により求められる約２３０ｎｍのときにＤＯＦの値がほぼピークになっている。

図１３（ｃ）は、図１２（ｃ）に示すマスクパターンにおいて第２次回折光発生パターン１１４が第１次回折光発生パターン１１３の中心から距離Ｐ２離れた位置に配置されている様子を示す図である。ここで、位相シフター１１２と第１次回折光発生パターン１１３との間の距離はλ／（２×ｓｉｎφ）（約２３０ｎｍ）である。また、図１３（ｄ）は、図１３（ｃ）に示すマスクパターンに対して距離Ｐ２を変化させながら露光を行なった場合における、前述のＤＯＦの変化を示す図である。図１３（ｄ）に示すように、距離Ｐ２が、理論式λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）により求められる約１９０ｎｍのときにＤＯＦの値がほぼピークになっている。

以上に説明したように、位相シフター又はマスクエンハンサーに対して、光源（レンズ中心を通る法線から距離Ｓだけ離れている光源）の波長がλ、レンズ開口数がＮＡの露光機によって斜入射露光を行なう場合、回折光発生パターンを次のように配置することによって、位相シフター又はマスクエンハンサーに対応して形成されるパターンのＤＯＦ特性を最適化することが可能となる。すなわち、位相シフター又はマスクエンハンサーの中心（いずれにしても位相シフターの中心）からλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置に第１次回折光発生パターンを配置すると共に、第１次回折光発生パターンの中心からλ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）離れた位置、つまり、位相シフターの中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））離れた位置に第２次回折光発生パターンを配置する。

以上の説明において、照明形状から決まる斜入射角φの主成分に対して回折光発生パターンの最適な配置位置を示してきたが、続いて、回折光発生パターンの配置位置の許容範囲について説明する。図８（ｂ）に示すように、回折光発生パターンの最適配置位置同士の間にはＤＯＦが最低となる位置（以下、最悪配置位置と称する）が存在する。ここで、最適配置位置と最悪配置位置との中間位置を、平均的なＤＯＦ向上効果が得られる位置（以下、平均配置位置と称する）と定義すると、最適配置位置を挟む一対の平均配置位置の間に回折光発生パターンが収まっていることが好ましい。あるいは、最適配置位置とそれを挟む一対の平均配置位置のそれぞれとの中間位置同士の間に回折光発生パターンの中心が収まっていることがさらに好ましい。

具体的に説明すると、第２次回折光発生パターンの最適配置位置は、位相シフターの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）＋λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ）離れた位置である。この位置を点ＯＰと呼ぶと、点ＯＰの両側における最悪配置位置は、点ＯＰから両側に（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／２離れた位置である。また、点ＯＰの両側における平均配置位置は、点ＯＰから両側に（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／４離れた位置である。この一対の平均配置位置に挟まれた領域に第２次回折光発生パターンが収まることが好ましいとすると、位相シフターの中心からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））×（３／４）〜λ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））×（５／４）の範囲に第２次回折光発生パターンが収まっていることが好ましい。図１３（ｃ）の場合と同様の条件下で数値換算を行なった場合、第１次回折光発生パターンの中心からの距離が１４３〜２３８ｎｍの範囲に第２次回折光発生パターンが収まっていることが好ましい。

また、第２次回折光発生パターンの最適配置位置とそれを挟む一対の平均配置位置のそれぞれとの中間位置は、点ＯＰから両側に（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／８離れた位置である。ここで、第２次回折光発生パターンがレジストパターンを形成しない補助パターンであり、且つ最適配置位置を挟む前述の一対の中間位置同士の間に第２次回折光発生パターンの中心が存在することが最も好ましい。すなわち、位相シフターの中心からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））×（７／８）〜λ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））×（９／８）の範囲に第２次回折光発生パターンの中心が存在することが好ましい。図１３（ｃ）の場合と同様の条件下で数値換算を行なった場合、第１次回折光発生パターンの中心からの距離が１６６〜２１４ｎｍの範囲に第２次回折光発生パターンの中心が存在することが好ましい。

第１次回折光発生パターンについても、第２次回折光発生パターンと同様に、第１次回折光発生パターンの最適配置位置の両側に（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／４離れた一対の平均配置位置に挟まれた領域に第１次回折光発生パターンが収まることが好ましい。あるいは、第１次回折光発生パターンの最適配置位置とそれを挟む一対の平均配置位置のそれぞれとの中間位置、つまり第１次回折光発生パターンの最適配置位置の両側に（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／８離れた一対の中間位置に挟まれた領域に第１次回折光発生パターンの中心が収まることが好ましい。

具体的には、第１次回折光発生パターンは、位相シフターの中心からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）−（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／４からλ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／４までの範囲に収まっていることが好ましい。図１３（ａ）の場合と同様の条件下で数値換算を行なった場合、第１次回折光発生パターンは、位相シフターの中心からの距離が１８３〜２７８ｎｍの範囲に収まっていることが好ましい。あるいは、第１次回折光発生パターンの中心は、位相シフターの中心からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）−（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／８からλ／（２×ｓｉｎφ）＋（λ／（ｓｉｎφ＋ＮＡ））／８までの範囲に存在することが好ましい。図１３（ａ）の場合と同様の条件下で数値換算を行なった場合、第１次回折光発生パターンの中心は、位相シフターの中心からの距離が２０６〜２５４ｎｍの範囲に存在することが好ましい。

尚、以上に述べた、第２次回折光発生パターンの配置位置の許容範囲についての考え方は、例えば図４に示すような第２次回折光発生パターンまでが存在している場合に限られるものではない。すなわち、第３次回折光発生パターンや第４次回折光発生パターン等が存在する場合には、第２次回折光発生パターンの場合と同様に定義される配置位置の許容範囲に第３次回折光発生パターンや第４次回折光発生パターン等が配置されることが好ましい。

（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第２変形例として、第１の実施形態（又はその第１変形例）に係るフォトマスクに対しての好ましい斜入射角の範囲について説明する。ここまで、露光に用いる斜入射角に対して好ましい補助パターンの配置位置について説明をしてきたが、本変形例では、好ましい斜入射角が実際に存在することを示す。すなわち、その好ましい斜入射角に対して補助パターンを最適な位置に配置したフォトマスクが、最もパターン形成に優れたフォトマスクとなる。

ところで、実際の露光に用いられる照明は点光源ではなく、ある程度の面積を有するものである。そのため、露光においては複数の斜入射角φが同時に存在することになる。そこで、好ましい斜入射角を考えるに当たって、斜入射照明を、輪帯照明、二重極照明及び四重極照明等のグループに分類して考える。なぜなら、例えば輪帯照明においては、全ての照明成分がマスク面に対して斜入射成分となる一方、マスク上の各ラインパターンに対して実質的に斜入射成分とはならない照明成分が存在する。それに対して、二重極照明及び四重極照明においては、斜入射成分以外の照明成分は存在しない。

具体的には、輪帯照明においては、ラインパターンの延びる方向（以下、ライン方向と称する）に対して垂直な方向から入射する光は、そのラインパターンに対しては斜入射光となる一方、ライン方向に対して平行な方向から入射する光は、そのラインパターンに対しては実質的に垂直入射光となる。従って、このような垂直入射成分が存在する照明は、その形状によらず輪帯照明のグループと考えればよい。

一方、ライン方向に対して垂直な方向に分極した二重極照明においては、そのラインパターンに対して実質的に垂直入射成分の光が存在しなくなる。よって、このような斜入射成分のみが存在する照明は、その形状によらず二重極照明のグループと考えればよい。

また、四重極照明においては、ニ重極照明と同様に、ライン方向に対して平行な方向からの入射成分（つまり実質的な垂直入射光）が存在しなくなる。さらに、四重極照明においては、ライン方向に対して対角方向（ライン方向と成す角度が４５度の方向）から入射する斜入射光のみが存在することになる。例えばライン方向に対して４５度の対角方向から、開口数ＮＡに対してｓｉｎφ_MAX＝ＮＡによって定義される最大斜入射角φ_MAXの光が入射した場合、この光をライン方向に対して垂直な方向に射影すると、実質的にはｓｉｎφ＝ＮＡ×０．５^0.5の斜入射成分と等価になる。このような特殊性から、四重極照明はニ重極照明とは異なる特性を持つ。

以下、補助パターンとして回折光発生パターンを主パターンに対して配置した場合における、ＤＯＦの斜入射角への依存性をシミュレーション結果を用いて説明する。ここで、シミュレーションには図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンを用いた。尚、図９（ａ）においては、第１の補助パターン１１３のみが配置されている。この第１の補助パターン１１３は半遮光部から構成されており、その幅はＤである。図９（ｂ）においては、第２の補助パターン１１４のみが配置されている。この第２の補助パターン１１４も半遮光部から構成されており、その幅はＤである。図９（ｃ）においては、前述の第１の補助パターン１１３と第２の補助パターン１１４とが共に配置されている。また、図９（ａ）〜（ｃ）におけるマスクエンハンサー１１０は半遮光部１１１と位相シフター１１２とから構成されており、そのマスク幅はＬであり、位相シフター幅はＷである。

図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対して輪帯照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を図１４（ａ）〜（ｄ）に示す。図１４（ａ）は、シミュレーションに用いた輪帯照明を示す図である。図１４（ａ）において、照明形状の内径をＳ１で表し、外径をＳ２で表す。また、図１４（ａ）においては、ＸＹ座標系も合わせて示している。尚、図９（ａ）〜（ｃ）の各ラインパターン（マスクエンハンサー１１０、第１及び第２の補助パターン１１３及び１１４）は、ＸＹ座標系のＹ軸に対して平行に配置されているものとする。また、ＤＯＦの斜入射角への依存性をシミュレーションするにあたって、図１４（ａ）に示す照明を用いて露光を行なう場合は、Ｓ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２となるＳを定義すると共に、ｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡに基づいて図９（ａ）〜（ｃ）の各補助パターン１１３及び１１４を配置し、その際のパターン形成特性のシミュレーションを行なう。ここで、シミュレーションにおいて、Ｌ＝１００ｎｍ、Ｗ＝６０ｎｍ、Ｄ＝６０ｎｍとし、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７とした。また、Ｓ２−Ｓ１＝０．０２となるように輪帯照明の形状を定めた。これらの条件の下で図９（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンを用いて幅８０ｎｍのパターンの形成を行なった場合におけるＤＯＦの斜入射角φへの依存性（正確には斜入射位置Ｓ＝ｓｉｎφ／ＮＡへの依存性）をシミュレーションした結果を図１４（ｂ）〜（ｄ）に示す。尚、図１４（ｂ）〜（ｄ）においては、比較のため、主パターンとして幅１００ｎｍの遮光パターンを用いた場合の結果も合わせて示している。すなわち、図１４（ｂ）〜（ｄ）において、主パターンがマスクエンハンサー構造である場合の結果を実線で示すと共に、主パターンが遮光パターンである場合の結果を点線で示す。

図１４（ｂ）〜（ｄ）に示す全ての結果において、Ｓ≒０．７となる照明条件を用いた場合のＤＯＦが最大となっている。また、Ｓが０．５８以上で且つ０．８以下の照明条件において、主パターンに遮光パターンを用いる場合と比べて、主パターンにマスクエンハンサー構造を用いることによりＤＯＦが向上する。すなわち、マスクエンハンサーからなる主パターンに対して、ｓｉｎφ及びＮＡにより定義される位置に補助パターンが配置された、図９（ａ）〜（ｃ）のマスクパターンは、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡを満たす斜入射角φを露光条件として用いることにより、最も優れたパターン形成特性を実現するマスクパターンとなる。尚、最適な照明条件は前述のように定められるが、主パターンにマスクエンハンサー構造を導入すると共にｓｉｎφが０．６×ＮＡ以上で且つ０．８×ＮＡ以下となる照明条件を用いることによっても、主パターンが遮光パターンから構成される場合と比べてＤＯＦを向上させることができる。

前述のシミュレーション条件の場合を例として具体的に説明すると、次のようになる。すなわち、最適照明条件はｓｉｎφ＝０．７×ＮＡであってＮＡ＝０．７であるので、主パターンを構成する位相シフターの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）＝０．１９３／（２×０．７×０．７）＝１９７ｎｍ離れた位置に第１の補助パターン（正確にはその中心）を配置することにより、最適なフォトマスクが得られる。同様に、主パターンを構成する位相シフターの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）＋λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）＝０．１９３／（２×０．７×０．７）＋０．１９３／（０．７＋０．７×０．７）＝３５９ｎｍ離れた位置に第２の補助パターン（正確にはその中心）を配置することにより、最適なフォトマスクが得られる。

また、主パターンにマスクエンハンサー構造を導入すると共に、主パターンの位相シフターの中心からの距離が０．１９３／（２×０．８×０．７）＝１７２ｎｍ以上で且つ０．１９３／（２×０．５８×０．７）＝２３８ｎｍ以下の範囲に第１の補助パターン（正確にはその中心）を配置することにより、ＤＯＦの向上効果が生じる。同様に、主パターンの位相シフターの中心からの距離が０．１９３／（２×０．８×０．７）＋０．１９３／（０．７＋０．８×０．７）＝３２５ｎｍ以上で且つ０．１９３／（２×０．５８×０．７）＋０．１９３／（０．７＋０．５８×０．７）＝４１２ｎｍ以下の範囲に第２の補助パターン（正確にはその中心）を配置することにより、ＤＯＦの向上効果が生じる。

次に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対してニ重極照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を図１５（ａ）〜（ｄ）に示す。図１５（ａ）は、シミュレーションに用いたニ重極照明を表す図である。図１５（ａ）において、ＸＹ座標系も合わせて示している。また、図１５（ａ）において、分極した照明形状の内側座標をｘ１で表し、外側座標をｘ２で表す。ここで、ニ重極照明の分極方向は、マスクエンハンサー１１０等のライン方向に対して垂直な方向であるとする。すなわち、ニ重極照明の分極方向はＸＹ座標系のＸ軸に対して平行な方向であり、図９（ａ）〜（ｃ）の各ラインパターンは、ＸＹ座標系のＹ軸に対して平行に配置されているものとする。また、ＤＯＦの斜入射角への依存性をシミュレーションするにあたって、図１５（ａ）に示す照明を用いて露光を行なう場合は、Ｓ＝（ｘ１＋ｘ２）／２となるＳを定義すると共に、ｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡに基づいて図９（ａ）〜（ｃ）の各補助パターン１１３及び１１４を配置し、その際のパターン形成特性のシミュレーションを行なう。ここで、シミュレーションにおいて、Ｌ＝１００ｎｍ、Ｗ＝６０ｎｍ、Ｄ＝６０ｎｍとし、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７とした。また、ｘ２−ｘ１＝０．０２となるようにニ重極照明の形状を定めた。図１４（ｂ）〜（ｄ）に示す輪帯照明の場合と同様に、これらの条件の下で図９（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンを用いて幅８０ｎｍのパターンの形成を行なった場合におけるＤＯＦの斜入射角φへの依存性（正確には斜入射位置Ｓ＝ｓｉｎφ／ＮＡへの依存性）をシミュレーションした結果を図１５（ｂ）〜（ｄ）に示す。尚、図１５（ｂ）〜（ｄ）においては、比較のため、主パターンとして幅１００ｎｍの遮光パターンを用いた場合の結果も合わせて示している。すなわち、図１５（ｂ）〜（ｄ）において、主パターンがマスクエンハンサー構造である場合の結果を実線で示すと共に、主パターンが遮光パターンである場合の結果を点線で示す。

図１５（ｂ）〜（ｄ）に示す全ての結果において、Ｓ≒０．５８となる照明条件を用いた場合のＤＯＦが最大となっている。また、Ｓが０．５以上で且つ０．７以下の照明条件において、主パターンに遮光パターンを用いる場合と比べて、主パターンにマスクエンハンサー構造を用いることによりＤＯＦが向上する。すなわち、マスクエンハンサーからなる主パターンに対して、ｓｉｎφ及びＮＡにより定義される位置に補助パターンが配置された、図９（ａ）〜（ｃ）のマスクパターンは、ｓｉｎφ＝０．５８×ＮＡを満たす斜入射角φを露光条件として用いることにより、最も優れたパターン形成特性を実現するマスクパターンとなる。尚、最適な照明条件は前述のように定められるが、主パターンにマスクエンハンサー構造を導入すると共にｓｉｎφが０．５×ＮＡ以上で且つ０．７×ＮＡ以下となる照明条件を用いることによっても、主パターンが遮光パターンから構成される場合と比べてＤＯＦを向上させることができる。

次に、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対して四重極照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を図１６（ａ）〜（ｄ）に示す。図１６（ａ）は、シミュレーションに用いた四重極照明を表す図である。図１６（ａ）において、ＸＹ座標系も合わせて示している。尚、図９（ａ）〜（ｃ）の各ラインパターン（マスクエンハンサー１１０、第１及び第２の補助パターン１１３及び１１４）は、ＸＹ座標系のＹ軸に対して平行に配置されているものとする。また、図１６（ａ）において、四重極照明は、前記のラインパターンの方向（ライン方向）に対して対角方向の位置に分極したものであり、ライン方向（Ｙ軸方向）に対して垂直な方向（Ｘ軸方向）における、分極した照明形状の内側座標をｘ１で表し、外側座標をｘ２で表す。また、ＤＯＦの斜入射角への依存性をシミュレーションするにあたって、図１６（ａ）に示す照明を用いて露光を行なう場合は、図１５（ａ）に示すニ重極照明の場合と同様に、Ｓ＝（ｘ１＋ｘ２）／２となるＳを定義すると共に、ｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡに基づいて図９（ａ）〜（ｃ）の各補助パターン１１３及び１１４を配置し、その際のパターン形成特性のシミュレーションを行なう。ここで、シミュレーションにおいて、Ｌ＝１００ｎｍ、Ｗ＝６０ｎｍ、Ｄ＝６０ｎｍとし、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７とした。また、ｘ２−ｘ１＝０．０２となるように四重極照明の形状を定めた。図１５（ｂ）〜（ｄ）に示すニ重極照明の場合と同様に、これらの条件の下で図９（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンを用いて幅８０ｎｍのパターンの形成を行なった場合におけるＤＯＦの斜入射角φへの依存性（正確には斜入射位置Ｓ＝ｓｉｎφ／ＮＡへの依存性）をシミュレーションした結果を図１６（ｂ）〜（ｄ）に示す。尚、図１６（ｂ）〜（ｄ）においては、比較のため、主パターンとして幅１００ｎｍの遮光パターンを用いた場合の結果も合わせて示している。すなわち、図１６（ｂ）〜（ｄ）において、主パターンがマスクエンハンサー構造である場合の結果を実線で示すと共に、主パターンが遮光パターンである場合の結果を点線で示す。

図１６（ｂ）〜（ｄ）に示す全ての結果において、つまり四重極照明においては、Ｓ≒０．５０となる照明条件を用いた場合のＤＯＦが最大となっている。すなわち、四重極照明においては、最適な斜入射角φはｓｉｎφ＝０．５０×ＮＡで定められる。これは、四重極照明におけるＸ軸上に射影された位置が本来の斜入射位置を０．５^0.5倍したものであることから、輪帯照明における最適条件であるｓｉｎφ＝０．７を０．５^0.5倍した値に対応する。また、好ましい斜入射角φは、０．４×ＮＡ≦ｓｉｎφ≦０．６×ＮＡで定められる。このとき、４つに分極した各照明領域の光源中心（ＸＹ座標系の原点）からの距離は０．４／（０．５^0.5）×ＮＡ以上で且つ０．６／（０．５^0.5）×ＮＡ以下である。

以上に説明したように、輪帯照明を用いる場合、好ましい斜入射位置Ｓは０．６以上で且つ０．８以下であり、Ｓ＝０．７つまりｓｉｎφ＝０．７×ＮＡとなる条件が最適値となる。また、二重極照明を用いる場合、好ましい斜入射位置Ｓは０．５以上で且つ０．７以下であり、Ｓ＝０．５８つまりｓｉｎφ＝０．５８×ＮＡとなる条件が最適値となる。また、四重極照明を用いる場合、好ましい斜入射位置Ｓは０．４以上で且つ０．６以下であり、Ｓ＝０．５つまりｓｉｎφ＝０．５×ＮＡとなる条件が最適値となる。すなわち、輪帯照明及び二重極照明においては、好ましい斜入射位置Ｓの範囲に共通部分があり、斜入射位置Ｓが０．５８以上で且つ０．７以下の値で定義されるような、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンは、輪帯照明のグループ及びニ重極照明のグループに属するどのような照明に対しても、ＤＯＦ特性に優れたマスクパターンとなる。また、図１６（ａ）に示すような、理想的な四重極照明ではなく、ライン方向に対して４５度に限られない広い角度方向に照明領域が分布するような、変形四重極照明については、実質的には輪帯照明のグループ及びニ重極照明のグループに属することになり、この輪帯照明及びニ重極照明の両方に共通して好ましい斜入射角と対応するように構成されたフォトマスクは、実用上最も好ましいフォトマスクとなる。

また、０．４以上で且つ０．８以下の斜入射位置Ｓと対応するように構成されたフォトマスクは、照明条件をそのフォトマスクに適合させることにより、ＤＯＦ特性に優れたフォトマスクとなる。

尚、実用的に最も好ましい照明は輪帯照明である。なぜなら、ニ重極照明は、照明形状の分極方向に平行なラインパターンに対してはほとんど効果を有しないので、ニ重極照明の適用対象となるパターンが制限されるからである。また、四重極照明は、１つのラインが曲がることによって構成されたＴ型やＬ型等のパターンの形成において該パターンの形状がマスク形状に対して大きく変形する等の好ましくない現象を生じるからである。

（第１の実施形態の第３変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第３変形例として、第１の実施形態（又はその第１若しくは第２変形例）に係るフォトマスクのマスクエンハンサー構造がより好ましい効果を生じる補助パターンの配置について説明する。

ここまで、主パターンにマスクエンハンサー構造を導入することにより、様々な効果が得られることを示してきた。すなわち、マスクエンハンサー構造においては、主パターンのマスク幅と、その内部の位相シフターの幅とを調整することによって、ＤＯＦやコントラスト等のパターン形成特性を向上させることができる。

しかし、図１（ｂ）、（ｃ）及び図２（ａ）〜（ｄ）のいずれの構造を用いるにしても、位相シフターを取り囲む半遮光部又は遮光部の幅はある程度の大きさを持つことが好ましい。なぜなら、位相シフターを取り囲む半遮光部又は遮光部が微細になりすぎると、マスク加工において、この微細部分の加工が困難になると共に、加工後に行なわれる洗浄等の後処理においてもパターンが剥がれる等の問題が発生する。また、位相シフターの透過率が透光部の透過率と同程度の高さになると、光の透過性を利用したマスク検査によって、位相シフターと透光部とを区別することができなくなる。それに対して、位相シフターと透光部との境界に、マスク検査装置が認識できる、透過率の低い半遮光部又は遮光部が存在すると、フォトマスクの検査を容易に行なうことができる。

尚、マスク加工の見地からは、マスクエンハンサー構造において、位相シフターを取り囲む半遮光部又は遮光部の幅は最低でも２０ｎｍ（フォトマスク上の実寸）以上であることが好ましい。なぜなら、フォトマスク加工に用いられる電子ビーム露光装置において２回露光等の技術を駆使して実現できる解像限界が２０ｎｍ程度と考えられるからである。

また、露光波長と同じ波長の光を用いてマスク検査を行なうことが理想的であるため、マスク検査装置が認識できる寸法は、露光波長の１／４倍以上の寸法（フォトマスク上の実寸）であることが好ましい。なぜなら、それ以下の寸法を、光によって認識することはできないからである。ここで、フォトマスク上の実寸とは、ウェハ上の寸法に対して、マスク倍率で換算されていない、フォトマスク上の実際の寸法を意味する。

但し、マスクエンハンサーとしての効果を得るためには、位相シフターを透過する光と、透光部を透過する光とが互いに干渉する必要があるので、位相シフターと透光部とに挟まれた半遮光部（又は遮光部）の寸法は、前記の２つの光が強く干渉し合う距離である０．３×λ／ＮＡ以下であることが好ましい。但し、これは、ウェハ上の転写像における距離であるので、マスク上では、この寸法にマスク倍率Ｍを乗じた距離である（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることが好ましい。

以下、本変形例に係る補助パターンの配置により好ましい効果を生じるマスクエンハンサー構造を用いて、優れたパターン形成特性を実現できることをシミュレーション結果に基づいて説明する。

図１７（ａ）は、シミュレーションに用いるマスクパターンを示す図である。尚、図１７（ａ）において、図１（ａ）に示す第１の実施形態に係るフォトマスクと同一の構成要素には同一の符号を付すことにより詳しい説明を省略する。

図１７（ａ）に示すように、遮光部１０１Ａ（第１の実施形態では第１の半遮光部１０１Ａ）と位相シフター１０１Ｂとから構成されるマスクエンハンサー構造の主パターン１０１において、主パターン１０１の幅をＬとし、位相シフター１０１Ｂの幅をＷとする。また、主パターン１０１の両側には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない一対の補助パターン１０２が設けられている。ここで、位相シフター１０１Ｂの中心から補助パターン１０２の中心までの距離はＧである。また、補助パターン１０２は幅Ｄの半遮光部からなる。

図１７（ｂ）〜（ｄ）は、Ｌ＝９０ｍ、Ｄ＝７０ｎｍとして、Ｗ及びＧを変化させながら幅９０ｎｍのパターン形成を行なった場合におけるＤＯＦ及び露光マージンをシミュレーションによって評価した結果を示している。ここで、露光マージンとは、パターン寸法を１０％変化させるために必要な露光量変化の割合（単位：％）を意味する。すなわち、露光マージンが大きいほど、露光量変化に対してパターン寸法が安定するので、実際のパターン形成工程における露光量変動に対してパターン寸法が変動しにくくなるという好ましい状況になる。また、シミュレーションにおいては、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７とし、図１６（ａ）に示す四重極照明を用いた。ただし、図１６（ａ）の構成において、ｘ１＝０．４５×ＮＡ、ｘ２＝０．６×ＮＡとしている。

具体的には、図１７（ｂ）は、Ｇ＝２４０ｎｍ及びＧ＝５００ｎｍのそれぞれの場合におけるＤＯＦのＷ（位相シフター幅）への依存性を示している。また、図１７（ｃ）は、Ｇ＝２４０ｎｍ及びＧ＝５００ｎｍのそれぞれの場合における露光マージンのＷ（位相シフター幅）への依存性を示している。

図１７（ｂ）及び（ｃ）から分かるように、Ｇ＝５００ｎｍのシミュレーション結果においては、Ｗ≒９０ｎｍのときに、つまり位相シフター幅Ｗがマスクパターン幅（主パターン１０１の幅）Ｌにほぼ等しくなったときに、ＤＯＦも露光マージンも最大となる。また、ＤＯＦは位相シフター幅Ｗに比例して緩やかにしか増加しないので、位相シフター幅Ｗをマスクパターン幅Ｌに対して細くしておくと、十分なマージンが得られない。

パターン形成において十分なマージンを得るためには、位相シフター幅Ｗをマスクパターン幅Ｌとほぼ同じ寸法に設定する必要があるが、この場合、位相シフターを取り囲む遮光部の幅が非常に微細になり、マスクエンハンサー構造としては好ましくない。

一方、図１７（ｂ）及び（ｃ）から分かるように、Ｇ＝２４０ｎｍのシミュレーション結果においては、Ｗ≒６０ｎｍのときに、露光マージンが最大になると共に、ＤＯＦも、Ｗ＝０の単純な遮光パターンと比べて十分に向上している。よって、９０ｎｍのマスクパターン幅Ｌと比べて位相シフター幅Ｗを３０ｎｍ程度細くすることによって、パターン形成において十分なマージンが実現されることになる。この場合、位相シフターを取り囲む遮光部の幅は１５ｎｍとなる。これは、縮小倍率Ｍが４倍であるとして、マスク上の実寸に換算すると６０ｎｍとなるので、露光波長（１９３ｎｍ）の１／４倍以上の寸法が確保されている。尚、図１７（ｂ）及び（ｃ）において、Ｗ＝９０ｎｍは、主パターン１０１が位相シフターのみで構成されていることを意味する。

以上に説明した結果から、主パターンのマスク幅が同じである場合、主パターンに単純な位相シフターを用いる場合と比べて、主パターンにマスクエンハンサー構造を用いた方が、補助パターンを配置することによってフォトマスクの露光マージンが向上することが分かる。尚、ＮＡ×ｓｉｎφ＝（ｘ１＋ｘ２）／２とすると、Ｇ＝２４０ｎｍは、第１の補助パターン（補助パターン１０２）の最適な配置位置であるλ／（２×ｓｉｎφ）に相当する。説明は省略するが、本願発明者は、第２の補助パターン（最適配置位置であるλ／（２×ｓｉｎφ）＋λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）に相当するＧ＝４４０ｎｍの場合）についても同様の結果を確認した。

また、図１７（ｂ）及び（ｃ）から分かるように、露光マージンはその最大値に達するまでは位相シフター幅Ｗに比例して急激に増大する。一方、十分な露光マージンが確保できれば、位相シフター幅Ｗは必ずしも露光マージンを最大化する値でなくてもよい。よって、位相シフターを取り囲む半遮光部又は遮光部の幅を十分に確保しながら、パターン形成において十分なマージンを確保できるかどうかは、マスクエンハンサー構造にける位相シフター幅Ｗの増加に伴ってＤＯＦが大きく向上するかどうかに依存して決まる。

図１７（ｄ）は、位相シフター幅Ｗと、位相シフターの中心から補助パターンの中心までの距離Ｇとのマトリックスに対するＤＯＦの依存性をプロットした結果を示している。この結果から、Ｇ＝２４０ｎｍ（０．２４μｍ）及びＧ＝４４０ｎｍ（０．４４μｍ）の場合において、Ｗの値に比例してＤＯＦが急激に向上していることが分かる。これらは、前述のように、本変形例における第１の補助パターンの最適位置及び第２の補助パターンの最適位置にそれぞれ相当する位置である。よって、これらの位置に補助パターンを配置することにより、マスクエンハンサー構造において位相シフターを取り囲む半遮光部又は遮光部の幅を十分に確保しながら、パターン形成において十分なマージンを確保することができる。

（第１の実施形態の第４変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第４変形例として、第１の実施形態（又はその第１〜第３変形例）に係るフォトマスクがより好ましい効果を生じる補助パターンの幅について説明する。

まず、図４に示すマスクパターンに対して露光を行なった場合における、補助パターンの幅に対するＤＯＦや露光マージン等の依存性をシミュレーションした結果について説明する。シミュレーションにおいては、λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．７とし、輪帯照明（内径：０．６５、外径：０．７５）を用いた。また、透光部及び位相シフターの透過率を１とし、位相シフター以外のマスクパターン部分は全て半遮光部（透過率：６％）から構成されているものとする。さらに、各補助パターンは、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡに従って、図４に示す最適位置に配置されている。

一般に、補助パターンを太くすると、主パターンのＤＯＦは増加する一方、露光マージンは減少する。そこで、この現象が、第１及び第２の補助パターン幅に実際にどのように依存しているかを、主パターン転写におけるＤＯＦ及び露光マージンをシミュレーションすることにより評価した。具体的には、Ｌ＝１４０ｎｍ、Ｗ＝８０ｎｍの主パターン１０１に対して第１及び第２の補助パターン１０２及び１０３の幅Ｄ１及びＤ２をそれぞれ４０ｎｍから１００ｎｍまで変化させた場合におけるＤＯＦ及び露光マージンを求めた。

図１８（ａ）及び（ｂ）は、Ｄ２を７０ｎｍに固定してＤ１を４０ｎｍから１００ｎｍまで変化させた場合におけるＤＯＦ及び露光マージンのシミュレーション結果を示している。また、図１８（ｃ）及び（ｄ）は、Ｄ１を７０ｎｍに固定してＤ２を４０ｎｍから１００ｎｍまで変化させた場合におけるＤＯＦ及び露光マージンのシミュレーション結果を示している。尚、図１８（ａ）〜（ｄ）に示すＤＯＦ及び露光マージンは、いずれも幅９０ｎｍのパターンを形成する場合のものである。

図１８（ａ）及び（ｂ）に示す結果から、第１の補助パターン１０２の幅Ｄ１が増加するのに比例して、主パターン転写におけるＤＯＦが大きく増加することが分かる。一方、幅Ｄ１が増加するのに伴って、主パターン転写における露光マージンが大きく減少することも分かる。すなわち、第１の補助パターン１０２を太くすると、ＤＯＦは向上するが露光マージンは減少する。そのため、両者をトレードオフするしかマージンを向上させる方法がない。

一方、図１８（ｃ）及び（ｄ）に示す結果から分かるように、第２の補助パターン１０３の幅Ｄ２が増加するのに比例して、主パターン転写におけるＤＯＦが大きく増加することは、第１の補助パターン１０２の場合と同様である。しかし、幅Ｄ２が増加しても、主パターン転写における露光マージンは僅かしか減少していない。そのため、幅Ｄ２を増加させることによって、露光マージンを低下させることなくＤＯＦを向上させることができる。

以上に説明したように、第２の補助パターン幅Ｄ２を第１の補助パターン幅Ｄ１よりも大きくすることによって、露光マージンを高い状態に保ちながらＤＯＦを向上させることが可能になる。また、本願発明者は、レジストの非感光部が形成されない範囲における第１の補助パターンの最大幅に対して、第２の補助パターンは、その１．２倍程度の太さになってもレジストの非感光部を形成しないことを経験的に得ている。よって、第２の補助パターンの太さを第１の補助パターンの１．２倍の太さにしても、レジストの非感光部が形成されるという現象は発生しない。従って、第２の補助パターン幅Ｄ２を第１の補助パターン幅Ｄ１の１．２倍以上にすることによって、第２の補助パターンがレジストの非感光部を形成するという現象を避けながら、前述の効果を確実に得ることができる。但し、補助パターンによるＤＯＦ向上効果を得るためには、補助パターン幅は、補助パターンが解像する最小寸法の半分以上であることが好ましい。すなわち、第１の補助パターン幅Ｄ１がＤＯＦ向上効果を生じる十分な大きさである場合、第２の補助パターンが解像しないためには、第２の補助パターン幅Ｄ２は第１の補助パターン幅Ｄ１の２倍以下であることが好ましい。

尚、本変形例において、回折光発生パターンとなる補助パターンが主パターンの両側に一対設けられていることを前提として説明してきた。しかし、主パターンの片側に他の主パターンが近接する場合、主パターンにおける他の主パターンが近接する側とは反対の側のみに補助パターンが設けられていても、本変形例と同様の効果が生じる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図１９は第２の実施形態に係るフォトマスクの平面図である。

図１９に示すように、透過性基板２００の上には、露光により転写される主パターン２０１が設けられている。主パターン２０１は、露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有する第１の半遮光部２０１Ａと、位相シフター２０１Ｂとから構成されている。第１の半遮光部２０１Ａは、主パターン２０１の外形形状を有している。位相シフター２０１Ｂは、主パターン２０１の周縁部に、第１の半遮光部２０１Ａによって囲まれるように設けられている。位相シフター２０１Ｂは、例えば透過性基板２００を掘り下げることによって形成される。透過性基板２００上における主パターン２０１の位相シフター２０１Ｂの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない第１の補助パターン２０２（幅：Ｄ１）が、主パターン２０１との間に透光部を挟むように設けられている。また、透過性基板２００上における第１の補助パターン２０２の中心から（主パターン２０１から遠ざかる方向に）λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）離れた位置には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない第２の補助パターン２０３（幅：Ｄ２）が、第１の補助パターン２０２との間に透光部を挟むように設けられている。ここで、第１の補助パターン２０２及び第２の補助パターン２０３は、露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有する第２の半遮光部から構成されている。

尚、本実施形態において、位相シフター２０１Ｂと第１の補助パターン２０２との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））の近傍の値であってもよい（第１の実施形態の第１変形例を参照）。

また、本実施形態において、位相シフター２０１Ｂと第２の補助パターン２０３との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））の近傍の値であってもよい（第１の実施形態の第１変形例を参照）。

また、本実施形態において、上記のｓｉｎφ（φ：斜入射角）は０．４×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下であることが好ましく、特に、０．５８×ＮＡ以上で且つ０．７×ＮＡ以下であることが好ましい。また、輪帯照明を用いて露光を行なう場合、上記のｓｉｎφは０．６×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下であることが好ましい。また、四重極照明を用いて露光を行なう場合、上記のｓｉｎφは０．４×ＮＡ以上で且つ０．６０×ＮＡ以下であることが好ましい（第１の実施形態の第２変形例を参照）。

また、本実施形態において、第２の補助パターン２０３の幅Ｄ２は第１の補助パターン２０２の幅Ｄ１よりも大きいことが好ましい。特に、Ｄ２がＤ１の１．２倍以上であることが好ましい（第１の実施形態の第４変形例を参照）。

ここで、本実施形態における位相シフター配置の特徴について説明する。まず、形成したいパターンの寸法が０．３×λ／ＮＡ以下である場合、該パターンと対応する半遮光部（半遮光パターン）の中心に位相シフターを配置することが好ましい。また、形成したいパターンの寸法がλ／ＮＡ以上である場合、該パターンと対応する半遮光パターンの周縁部に位相シフターを配置することが好ましい。また、形成したいパターンの寸法が０．３×λ／ＮＡよりも大きく且つλ／ＮＡよりも小さい場合、位相シフターを、該パターンと対応する半遮光パターンの中心に配置してもよいし又はその周縁部に配置してもよい。

λ／ＮＡ以上の寸法を持つパターンを形成するためのマスクパターン部分における周縁部に位相シフターを配置する理由は、後述する「輪郭強調法」によるパターン形成特性の向上効果を得るためであると共に、回折光発生パターンを最適な位置に配置できるようにするためである。具体的には、位相シフターは、半遮光パターンの外周からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）以下の範囲に存在することが好ましい。すなわち、第１次回折光発生パターンを配置するためには、位相シフターが、半遮光パターン（主パターン）における外周からの距離がλ／（２×ｓｉｎφ）以下の位置に存在する必要があるからである。また、ｓｉｎφの最大値がＮＡであることを考慮すると、λ／ＮＡ以上の寸法を持つ半遮光パターンの場合、その周縁部に位相シフターを配置することが好ましいということになる。

図１９に示すフォトマスクにおいては、主パターン２０１、第１の補助パターン２０２及び第２の補助パターン２０３からマスクパターンが構成されている。また、透過性基板２００における該マスクパターンが形成されていない部分が透光部（開口部）である。

また、位相シフター２０１Ｂを透過する光と、透光部を透過する光とは反対位相の関係（具体的には両者の位相差が（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

また、第１の半遮光部２０１Ａ及び第２の半遮光部（第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３）のそれぞれを透過する光と、透光部を透過する光とは同位相の関係（具体的には両者の位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

第２の実施形態によると、主パターン２０１が第１の半遮光部２０１Ａと位相シフター２０１Ｂとから構成されているため、位相シフター２０１Ｂを透過した光によって透光部及び第１の半遮光部２０１Ａを透過した光の一部分を打ち消すことができる。このため、主パターン２０１と対応する遮光像における光強度分布のコントラストを強調できる。

また、第２の実施形態によると、主パターン２０１とは別に、低透過率の第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３が設けられている。具体的には、主パターン２０１の位相シフター２０１Ｂの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置に第１の補助パターン（第１次回折光発生パターン）２０２が設けられている。また、第１の補助パターン２０２の中心からλ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）離れた位置に第２の補助パターン（第２次回折光発生パターン）２０３が設けられている。このため、主パターン２０１の位相シフター２０１Ｂを透過した光と干渉する回折光を確実に発生させることができる。従って、主パターン２０１の転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

但し、本実施形態において、位相シフター２０１Ｂと第１の補助パターン２０２との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。同様に、位相シフター２０１Ｂと第２の補助パターン２０３との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる（第１の実施形態の第１変形例を参照）。また、上記のｓｉｎφ（φ：斜入射角）は０．４×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下であることが好ましく、特に、０．６×ＮＡ以上で且つ０．７×ＮＡ以下であることが好ましい（第１の実施形態の第２変形例を参照）。

また、本実施形態において、主パターン２０１の位相シフター２０１Ｂと透光部とによって挟まれた半遮光部（第１の半遮光部２０１Ａ）の幅は、少なくとも２０ｎｍ（マスク上の実寸法）以上であることが好ましく、特に露光波長の４分の１以上であることが好ましい（第１の実施形態の第３変形例を参照）。

また、本実施形態において、第２の補助パターン２０３の幅Ｄ２は、第１の補助パターン２０２の幅Ｄ１よりも大きいことが好ましく、特にＤ２がＤ１の１．２倍以上であることがより好ましい（詳しくは第１の実施形態の第４変形例を参照）。

また、第２の実施形態によると、第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３が半遮光部であるため、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターン２０１を含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３が半遮光部であるため、露光により転写されないという条件下で各補助パターンを太くできるので、その加工が容易になる。

また、第２の実施形態によると、位相シフター２０１Ｂが主パターン２０１の周縁部に配置されているため、透光部を透過した光の像の主パターン２０１の近傍における光強度分布のコントラストを強調できるので、デフォーカス特性を良好に保ちながらパターン形成を行なうことができる。

また、第２の実施形態によると、位相シフター２０１Ｂが、透過性基板２００を掘り下げることにより形成されているため、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。

尚、第２の実施形態において、第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３のうちのいずれか一方だけを配置してもよい。

また、第２の実施形態において、主パターン２０１を構成する第１の半遮光部２０１Ａの第１の透過率は１５％以下であることが好ましい。このようにすると、パターン形成時におけるレジスト膜の膜減り防止又はレジスト感度の最適化を達成できる。但し、それらの効果と、ＤＯＦ向上効果及びコントラスト向上効果とを両立させるには、第１の透過率は３％以上であることが好ましい。

また、第２の実施形態において、第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３（つまり第２の半遮光部）の第２の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、各補助パターンの遮光性が高すぎることによってレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

また、第２の実施形態において、第１の半遮光部２０１Ａと、第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３となる第２の半遮光部とは同一の半遮光膜、例えば透過性基板２００上に形成された金属薄膜から形成されていてもよい。この場合、各半遮光部を簡単に形成できるので、フォトマスクの加工を容易に行なうことができる。前述の金属薄膜としては、Ｃｒ（クロム）、Ｔａ（タンタル）、Ｚｒ（ジルコニュウム）、Ｍｏ（モリブデン）若しくはＴｉ（チタン）等の金属又はそれらの合金からなる薄膜（厚さ５０ｎｍ程度以下）を用いることができる。具体的な合金材料としては、ＴａーＣｒ合金、Ｚｒ−Ｓｉ合金、Ｍｏ−Ｓｉ合金又はＴｉーＳｉ合金等がある。また、金属薄膜に代えて、ＺｒＳｉＯ、ＣｒＡｌＯ、ＴａＳｉＯ、ＭｏＳｉＯ又はＴｉＳｉＯ等のシリコン酸化物を含有する厚膜を用いてもよい。

また、第２の実施形態において、透過性基板２００上に、透過率の高い材料からなる位相シフト膜を形成することにより、位相シフター２０１Ｂを形成してもよい。

次に、本願発明者により見出された、遮光パターン（主パターン２０１）の周縁部に位相シフター（位相シフター２０１Ｂ）が設けられた構造によって、孤立スペースパターンの解像度を向上させる方法（以下、輪郭強調法と称する）について説明する。ここで、「輪郭強調法」は、ポジ型レジストプロセスにおける微小スペースパターンであれば、その形状に関わらず全く同様に成り立つ原理である。以下、ポジ型レジストプロセスによりコンタクトパターンを形成する場合を例として説明を行なう。但し、ネガ型レジストプロセスを用いる場合も、ポジ型レジストプロセスにおける微小スペースパターン（レジスト除去パターン）を微小パターン（レジストパターン）と置き換えて考えれば、輪郭強調法が同様に成り立つ。また、以下の説明においては、特に断らない限り、位相シフター部分以外の遮光パターンは半遮光部から構成されているものとする。

例えば開口部を囲むように遮光パターンが設けられ且つ遮光パターンの周縁部に位相シフターが設けられたフォトマスク（以下、輪郭強調マスクと称する）において、遮光パターンの周縁部つまり開口部（透光部）の周辺に配置された位相シフターを透過した光は、開口部及び半遮光部を透過した光の一部を打ち消すことができる。従って、位相シフターを透過する光の強度を、開口部を囲む領域（輪郭部）の光が打ち消されるように調整すれば、輪郭部の光強度がほぼ０に近い値まで減少した光強度分布を形成できる。また、位相シフターを透過する光は、輪郭部の光を強く打ち消す一方、開口部の中央付近の光を弱く打ち消す。その結果、輪郭強調マスクを透過した光の強度分布における、開口部からその周辺にかけてのプロファイルの傾きが増大するという効果も得られる。従って、輪郭強調マスクを透過した光の強度分布はシャープなプロファイルを有するようになるので、コントラストの高い光強度の像（イメージ）が形成される。これが、輪郭強調法において光強度のイメージを強調できる原理である。すなわち、低い透過率を有する半遮光部からなるマスクパターンにおける開口部の近傍に位相シフターを配置することにより、フォトマスクによって形成される光強度の像の中に、開口部の輪郭と対応する非常に強い暗部を形成することが可能となる。これによって、開口部の光強度とその周辺部分の光強度との間でコントラストが強調された光強度分布を形成できる。

尚、輪郭強調法に用いる半遮光部の透過率は高い程好ましいが、半遮光部の存在に起因して、本来は遮光部となる領域に透過光が存在するようになるため、パターン形成時におけるレジスト膜（半遮光部と対応するレジストパターン）の膜減り防止又はレジスト感度の最適化等の観点から、半遮光部の透過率の最大値を１５％程度にしておくことが好ましい。一方、輪郭強調法による効果を得るためには、半遮光部の透過率の最小値を３％程度にしておくことが好ましい。従って、輪郭強調マスクにおける半遮光部の透過率の最適値は３％以上で且つ１５％以下であると言える。また、輪郭強調マスクにおいて、位相シフターは開口部と接すように配置されていてもよいし又は開口部との間に半遮光部を挟むように配置されていてもよい。また、位相シフターは開口部の輪郭全体に沿って配置されていてもよいし又は該輪郭の一部分のみに沿って配置されていてもよい。

また、遮光パターンとして、透光部と同じ位相で光を透過させる半遮光パターンを用いることにより、中心線強調法（第１の実施形態参照）と輪郭強調法とを同時に用いたマスクパターンの形成が可能となる。すなわち、微細なラインパターンを形成するための半遮光パターンには、その中心部に位相シフターを配置する。一方、大きなパターンを形成するための半遮光パターンには、その周縁部に位相シフターを配置する。これにより、大きなパターンの端部と対応する光強度の像のコントラストが輪郭強調法に従って向上するので、形成しようとする全てのパターンにおけるあらゆる部分について、光強度の像のコントラストが強調可能となる。このように、従来、パターン形成においてマスクパターンとして用いることが好ましくなかった半遮光パターン（透光部と同じ位相で光を透過させる半遮光部）によって、任意の形状のパターン形成が可能となる。また、半遮光パターンつまり半遮光膜を用いることによって次のようなメリットも生じる。すなわち、従来マスクにおいては、遮光性を確保するためにマスクパターンとして厚い金属膜を用いなければならなかった。それに対して、半遮光パターンは、半遮光性を持つ薄い金属膜により形成が可能となるので、言い換えると、マスクパターンを形成するための金属膜が薄くなるので、マスクの加工が容易になる。具体的には、Ｃｒ膜を用いる場合、従来マスクのマスクパターンとしては１００ｎｍ程度の厚さが必要であったが、半遮光パターンとしては１０ｎｍ程度の厚さで十分である。このため、エッチングにより微細なマスクパターンを形成する場合にも又はマスクパターン形成後に洗浄等を行なう場合にも剥離等の不良が発生しなくなる。

尚、第２の実施形態において、回折光発生パターン（第１及び第２の補助パターン２０２及び２０３）を用いて、マスクエンハンサー（主パターン２０１）内の開口部（位相シフター２０１Ｂ）を透過した光と干渉する回折光を発生させ、それによってパターン形成時のデフォーカス特性（ＤＯＦ特性）を向上させることができる理由は、第１の実施形態と同様である。

すなわち、半遮光部（第１の半遮光部２０１Ａ）の周縁部に位相シフター（位相シフター２０１Ｂ）が配置された、輪郭強調法のマスクエンハンサー構造（図１９参照）において、位相シフターにより囲まれた半遮光部は、レジストが感光されない程度の光しか透過させないが、光学的には透光部と同じである。従って、輪郭強調法の位相シフターも中心線強調法の位相シフターと同様の作用を生じるので、中心線強調法の場合と同様に、位相シフターの中心からλ／（２×ｓｉｎφ）離れた位置に第１次回折光発生パターンを配置し、さらに（又は）第１次回折光発生パターンの中心からλ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ）離れた位置に第２次回折光発生パターンを配置することによってデフォーカス特性を向上させることが可能となる。但し、輪郭強調法における、位相シフターの位置を基準とする回折光発生パターンの配置位置の許容範囲は、第１の実施形態で説明した、中心線強調法における回折光発生パターンの配置位置の許容範囲と同様である。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図２０（ａ）は、第３の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のXX−XX線における断面図である。また、図２１（ａ）〜（ｃ）は、図２０（ａ）のXX−XX線における断面図のバリエーションである。

図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、透過性基板３００の上には、露光により転写されるライン状の主パターン３０１が設けられている。主パターン３０１は第１の遮光部３０１Ａと位相シフター３０１Ｂとから構成されている。第１の遮光部３０１Ａは、ライン状の位相シフター３０１Ｂを取り囲むように形成されている。言い換えると、位相シフター３０１Ｂは主パターン３０１の中心部に配置されている。位相シフター３０１Ｂは、例えば透過性基板３００を掘り下げることによって形成される。透過性基板３００上における主パターン３０１の両側には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない一対の補助パターン３０２が、主パターン３０１との間に透光部を挟むように設けられている。補助パターン３０２は第２の遮光部から構成されている。

尚、本実施形態においては、第１の遮光部３０１Ａと、補助パターン３０２となる第２の遮光部とは同一の遮光膜３０７、例えば透過性基板３００上に形成されたＣｒ（クロム）膜等の金属膜から形成されている。

すなわち、第３の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、遮光部及び位相シフターから構成されるマスクエンハンサーを用いていると共に、遮光部のみから構成される補助パターン（回折光発生パターン）を用いていることである。尚、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すフォトマスクにおいては、主パターン３０１と補助パターン３０２とからマスクパターンが構成されている。また、透過性基板３００における該マスクパターンが形成されていない部分が透光部（開口部）である。また、位相シフター３０１Ｂを透過する光と、透光部を透過する光とは反対位相の関係（具体的には両者の位相差が（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

第３の実施形態によると、主パターン３０１が位相シフター３０１Ｂを有するため、位相シフター３０１Ｂを透過した光によって透光部を透過した光の一部分を打ち消すことができる。このため、主パターン３０１と対応する遮光像における光強度分布のコントラストを強調できる。また、主パターン３０１とは別に補助パターン３０２が設けられているため、補助パターン３０２を適切な位置に配置することにより、主パターン３０１の位相シフター３０１Ｂを透過した光と干渉する回折光を発生させることができる。従って、主パターン３０１の転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

また、第３の実施形態によると、位相シフター３０１Ｂが、主パターン３０１の外形形状を持つ第１の遮光部３０１Ａの中心部に配置されているため、主パターン３０１と対応する遮光像の中心部における光強度分布のコントラストを強調できるので、デフォーカス特性を良好に保ちながら、例えば微細なラインパターンの形成を行なうことができる。

また、第３の実施形態によると、位相シフター３０１Ｂが、透過性基板３００を掘り下げることにより形成されているため、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。具体的には、遮光膜３０７（遮光部）に開口部を作成すると共にその開口部内の透過性基板３００を掘り下げることにより、位相シフター３０１Ｂを形成しているため、位相シフター３０１Ｂが、透過性の高い位相シフターとなる。また、主パターン３０１の内部を透過する反対位相の光の強度を、遮光部の開口寸法によって調整できるため、主パターン３０１を透過する反対位相の光の最適化を容易に実現できるので、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。すなわち、マスク寸法（主パターン寸法）については、位相シフターを取り囲む遮光部の幅によって調整可能であり、主パターンを透過する反対位相の光の強度については、遮光部の開口寸法によって調整可能であるので、マスク寸法と反対位相の光の強度とをそれぞれ独立に調整できるという特有の効果が得られる。従って、第１の実施形態と同様に、反対位相の光を調整することによる効果、例えばフォーカス特性の向上効果、及び微細パターンのコントラストの向上効果を確実に実現しつつ、所望のパターン寸法も容易に実現できる。

尚、第３の実施形態において、例えば図２１（ａ）に示すように、透過性基板３００と遮光膜３０７との積層構造に対して、位相シフター形成領域及び透光部形成領域の遮光膜３０７を除去すると共に、透光部形成領域の透過性基板３００を掘り下げることによっても、図２０（ｂ）に示すフォトマスクと同等の効果を生じるフォトマスクを実現できる。

また、第３の実施形態において、例えば図２１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、透過性基板３００上に、透過率の高い材料からなる位相シフト膜３０８を挟んで遮光膜３０７が形成された構造を用いて、位相シフター３０１Ｂを有する主パターン３０１と、補助パターン３０２とを形成してもよい。具体的には、図２１（ｂ）に示すように、透過性基板３００の上に高透過率の位相シフト膜３０８が堆積され且つその上に遮光膜３０７が堆積されたマスク構造において、位相シフター形成領域及び透光部形成領域の遮光膜３０７を除去すると共に位相シフター形成領域の位相シフト膜３０８を除去することによっても、図２０（ｂ）に示すフォトマスクと同等の効果を生じるフォトマスクを実現できる。また、図２１（ｂ）に示すフォトマスクによると、位相シフター３０１Ｂの位相を高精度で制御可できる。一方、図２１（ｃ）に示すように、図２１（ｂ）と同様の積層マスク構造において、位相シフター形成領域及び透光部形成領域の遮光膜３０７を除去すると共に透光部形成領域の位相シフト膜３０８を除去することによっても、図２０（ｂ）に示すフォトマスクと同等の効果を生じるフォトマスクを実現できる。

ここで、本実施形態のように、透過性基板上に金属膜からなる遮光部を形成すると共に透過性基板を掘り下げて位相シフターを形成することによりフォトマスクが形成されている場合、マスク検査の容易なフォトマスクが実現されることを簡単に説明しておく。光に対して透過性を有する材料の透過率は光の波長に依存して変化する。このため、マスク検査において露光光と同じ波長を持つ光を使用しなければマスク検査を行なえない場合が起こる。すなわち、露光光に対して低い透過率を持つ材料について、露光光よりも大きい波長を持つ光を用いて検査を行なった場合、例えば該材料が検査光の波長に対しては非常に高い透過率を持ってしまい、その結果、マスクパターンの遮光性を検査することができなくなる場合がある。しかしながら、本実施形態のように、遮光部として、ほぼ完全に光を遮光できる、十分な膜厚の金属膜を用いた場合、該金属膜は、Ｘ線領域の波長を除くほとんどの光に対してほぼ完全な遮光膜となる。よって、露光光の波長とマスク検査装置の光の波長とが異なる場合であっても、本実施形態のようなフォトマスクに対してはマスク検査を容易に行なうことができる。

（第３の実施形態の変形例）
以下、本発明の第３の実施形態の変形例に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図２２は、第３の実施形態の変形例に係るフォトマスクにおけるマスクパターンの平面図である。尚、図２２において、図２０（ａ）及び（ｂ）に示す第３の実施形態に係るフォトマスクと同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本変形例の第１の特徴は、補助パターン３０２（幅：Ｄ１）が、主パターン３０１（幅：Ｌ）の位相シフター３０１Ｂの中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））離れた位置に設けられていることである。

また、本変形例の第２の特徴は、主パターン３０１の位相シフター３０１Ｂ（幅：Ｗ）の中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、言い換えると、補助パターン（以下、第１の補助パターンと称する）３０２の中心から（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、露光光を回折させ且つ露光により転写されない第２の補助パターン３０３（幅：Ｄ２）が、第１の補助パターン３０２との間に透光部を挟むように設けられていることである。第２の補助パターン３０３は、第１の補助パターン３０２と同様の遮光部から構成される。

本変形例によると、第３の実施形態における回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

尚、本変形例において、第１の補助パターン３０２及び第２の補助パターン３０３のうちのいずれか一方の補助パターンを配置しなくてもよい。

また、本変形例において、位相シフター３０１Ｂと第１の補助パターン３０２との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

また、本変形例において、位相シフター３０１Ｂと第２の補助パターン３０３との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

ここで、前述の効果がある程度生じるという、第１の補助パターン３０２又は第２の補助パターン３０３の配置位置に関する前述の「近傍の値」とは、第１の実施形態の第１変形例で説明した、回折光発生パターンの配置位置の許容範囲のことである。

また、本変形例において、上記の斜入射角φは０．４×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下の値であることが好ましく、特に、０．５８×ＮＡ以上で且つ０．７×ＮＡ以下であることが好ましい。また、輪帯照明を用いて露光を行なう場合には上記の斜入射角φは０．６×ＮＡ以上で且つ０．８０×ＮＡ以下の値であることが好ましい。また、四重極照明を用いて露光を行なう場合には上記の斜入射角φは０．４×ＮＡ以上で且つ０．６０×ＮＡ以下の値であることが好ましい（第１の実施形態の第２変形例を参照）。

また、本変形例において、主パターン３０１の幅Ｌは位相シフター３０１Ｂの幅Ｗよりも少なくとも２×２０ｎｍ（マスク上の実寸法）以上大きいことが好ましく、特に露光波長（露光光の波長）の４分の１の２倍以上大きいことが好ましい。すなわち、主パターンのマスクエンハンサー構造において、位相シフターと透光部とによって挟まれた半遮光部（又は遮光部）の幅は、少なくとも２０ｎｍ（マスク上の実寸法）以上であることが好ましく、特に露光波長の４分の１以上であることが好ましい。但し、マスクエンハンサー構造を用いたフォトマスクであるため、主パターンの幅は０．８×λ／ＮＡ以下であることが好ましく、従って、位相シフターと透光部とによって挟まれた半遮光部（又は遮光部）の幅は０．４×λ／ＮＡを越えないことが好ましい（詳しくは第１の実施形態の第３変形例を参照）。

また、本変形例において、第２の補助パターン３０３の幅Ｄ２は、第１の補助パターン３０２の幅Ｄ１よりも大きいことが好ましく、特にＤ２がＤ１の１．２倍以上であることがより好ましい（詳しくは第１の実施形態の第４変形例を参照）。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図２３（ａ）は、第４の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、図２３（ｂ）は、図２３（ａ）の XXIII−XXIII 線における断面図である。

図２３（ａ）及び（ｂ）に示すように、透過性基板４００の上には、露光により転写されるライン状の主パターン４０１が設けられている。主パターン４０１は位相シフターから構成されている。該位相シフターは、例えば透過性基板４００を掘り下げることによって形成される。透過性基板４００上における主パターン４０１の両側には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない一対の補助パターン４０２が、主パターン４０１との間に透光部を挟むように設けられている。補助パターン４０２は、露光光を部分的に透過させる透過率を有する半遮光部から構成されている。

すなわち、第４の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、主パターン４０１として、マスクエンハンサー構造に代えて位相シフターのみの構造を用いていることである。尚、図２３（ａ）及び（ｂ）に示すフォトマスクにおいては、主パターン４０１と補助パターン４０２とからマスクパターンが構成されている。また、透過性基板４００における該マスクパターンが形成されていない部分が透光部（開口部）である。

また、主パターン４０１となる位相シフターを透過する光と、透光部を透過する光とは反対位相の関係（具体的には両者の位相差が（１５０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（２１０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

また、補助パターン４０２となる半遮光部を透過する光と、透光部を透過する光とは同位相の関係（具体的には両者の位相差が（ー３０＋３６０×ｎ）度以上で且つ（３０＋３６０×ｎ）度以下（但しｎは整数）となる関係）にある。

第４の実施形態によると、主パターン４０１が位相シフターから構成されているため、該位相シフターを透過した光によって透光部を透過した光の一部分を打ち消すことができる。このため、主パターン４０１と対応する遮光像における光強度分布のコントラストを強調できる。また、主パターン４０１とは別に、低透過率の補助パターン４０２が設けられているため、補助パターン４０２を適切な位置に配置することにより、主パターン４０１である位相シフターを透過した光と干渉する回折光を発生させることができる。従って、主パターン４０１の転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、ＤＯＦ特性が向上する。

また、第４の実施形態によると、補助パターン４０２が半遮光部であるため、補助パターン配置の自由度が向上し、それにより主パターン４０１を含めたパターン配置における周期性を高めることができるので、ＤＯＦ特性がより一層向上する。また、補助パターン４０２が半遮光部であるため、露光により転写されないという条件下で補助パターン４０２を太くできるので、その加工が容易になる。

また、第４の実施形態によると、主パターン４０１となる位相シフターが、透過性基板４００を掘り下げることにより形成されているため、パターン形成において非常に優れたデフォーカス特性が発揮される。

尚、第４の実施形態においては、主パターン４０１が位相シフターのみからなるため、第１〜第３の実施形態で用いたマスクエンハンサー構造による効果、つまり、マスクエンハンサーの寸法とそれに設けられる位相シフター（開口部）の寸法とを調整することによってコントラスト及びデフォーカス特性の両方を制御しつつパターン形成において所望の寸法を容易に実現するという特有の効果は得られない。しかしながら、デフォーカス特性を向上させるだけであれば、マスクエンハンサーを単純な位相シフターによって置き換えしてもよい。

また、第４の実施形態において、補助パターン４０２となる半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることが好ましい。このようにすると、補助パターン４０２の遮光性が高すぎることによってレジストの非感光部が形成されてしまうことを防止しつつ、回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

また、第４の実施形態において、図２３（ｂ）に示すマスク断面構造に代えて、図２３（ｃ）に示すマスク断面構造を用いてもよい。すなわち、図２３（ｃ）に示すように、透過性基板４００上に半遮光膜４０６及び透過率の高い材料からなる位相シフト膜４０８が順次積層された構造において、位相シフター形成領域（主パターン形成領域）以外の位相シフト膜４０８が除去され且つ透光部形成領域の半遮光膜４０６が除去された構造を用いてもよい。図２３（ｃ）に示す構造によると、主パターン４０１となる位相シフターの透過率を補助パターン４０２となる半遮光部の透過率よりも低くすることを容易に実現できる。この場合、位相シフターの透過率を１５％以下に設定すれば、微細パターンのみではなく、任意寸法の主パターンの全体を位相シフターによって構成することが可能になるので、主パターンとして任意の寸法のパターンが混在して配置されているフォトマスクを容易に形成することができる。

（第４の実施形態の変形例）
以下、本発明の第４の実施形態の変形例に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。

図２４は、第４の実施形態の変形例に係るフォトマスクにおけるマスクパターンの平面図である。尚、図２４において、図２３（ａ）及び（ｂ）に示す第４の実施形態に係るフォトマスクと同一の構成要素には同一の符号を付すことにより説明を省略する。

本変形例の第１の特徴は、補助パターン４０２（幅：Ｄ１）が、主パターン４０１（幅：Ｗ）つまり位相シフターの中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））離れた位置に設けられていることである。

また、本変形例の第２の特徴は、主パターン４０１となる位相シフターの中心から（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、言い換えると、補助パターン（以下、第１の補助パターンと称する）４０２の中心から（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））離れた位置に、露光光を回折させ且つ露光により転写されない第２の補助パターン４０３（幅：Ｄ２）が、第１の補助パターン４０２との間に透光部を挟むように設けられていることである。第２の補助パターン４０３は、第１の補助パターン４０２と同様の半遮光部から構成される。

本変形例によると、第４の実施形態における回折光によるＤＯＦ向上効果を確実に実現できる。

尚、本変形例において、第１の補助パターン４０２及び第２の補助パターン４０３のうちのいずれか一方の補助パターンを配置しなくてもよい。

また、本変形例において、主パターン４０１となる位相シフターと第１の補助パターン４０２との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

また、本変形例において、主パターン４０１となる位相シフターと第２の補助パターン４０３との間の距離が（λ／（２×ｓｉｎφ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφ））の近傍の値であっても前述の効果がある程度生じる。

ここで、前述の効果がある程度生じるという、第１の補助パターン４０２又は第２の補助パターン４０３の配置位置に関する前述の「近傍の値」とは、第１の実施形態の第１変形例で説明した、回折光発生パターンの配置位置の許容範囲のことである。

また、本変形例において、第２の補助パターン４０３の幅Ｄ２は、第１の補助パターン４０２の幅Ｄ１よりも大きいことが好ましく、特にＤ２がＤ１の１．２倍以上であることがより好ましい（詳しくは第１の実施形態の第４変形例を参照）。

また、本変形例において、各補助パターン４０２及び４０３に半遮光部を用いたが、これに代えて、遮光部を用いてもよい。この場合、補助パターンに半遮光部を用いた場合と比べて、主パターンと補助パターンとの間のコントラストが低下する一方、本変形例で説明した位置に補助パターンを配置することにより、大きなＤＯＦを実現できるフォトマスクが得られることは言うまでもない。

また、本変形例のマスク構造に代えて、以下に説明するような、簡単化したマスク構造を用いた場合、本変形例と比べて、パターン形成におけるコントラストやＤＯＦの強調効果は低下するものの、該強調効果を従来例よりも向上させることができる。

具体的には、本変形例の半遮光部よりなる補助パターン４０２及び４０３（図２４参照）に代えて、図２５（ａ）に示すように、遮光部よりなる補助パターン４１２及び４１３を用いた場合、補助パターンの遮光性が高くなるので、補助パターン配置における自由度は低下する。しかし、図２５（ａ）に示すマスク構造においても、主パターン４０１が位相シフターから構成されているので、本変形例の補助パターン４０２及び４０３と同様の配置位置に補助パターン４１２及び４１３を配置することによって、ＤＯＦの向上効果が得られる。また、半遮光部を遮光部に置き換えたことにより、パターン形成におけるパフォーマンスは低下する一方、マスク検査等を確実に行なえるという効果が得られる（第３の実施形態参照）。

図２５（ｂ）及び（ｃ）は、図２５（ａ）の XXVーXXV 線における断面構成のバリエーションを示す図である。

図２５（ｂ）に示す構成においては、主パターン４０１となる位相シフターは、透過性基板４００を掘り下げることにより形成されている。また、各補助パターン（第２の補助パターン４１３の図示は省略している）は、透過性基板４００上に形成された遮光膜４０７から構成されている。図２５（ｂ）に示す構成によると、十分に高い透過率を持つ位相シフターを実現できるので、ＤＯＦの向上効果が十分に得られる。

また、図２５（ｃ）に示す構成は、透過性基板４００上に位相シフト膜４０８及び遮光膜４０７が順次積層された構造に対して、補助パターン形成領域以外の遮光膜４０７を除去すると共に透光部形成領域の位相シフト膜４０８を除去することによって実現できる。すなわち、主パターン４０１は位相シフト膜４０８の単層構造からなり、各補助パターン４１２及び４１３（第２の補助パターン４１３の図示は省略している）は、位相シフト膜４０８と遮光膜４０７との積層構造からなる。図２５（ｃ）に示す構成において位相シフターの透過率を１５％以下にすれば、微細パターンのみではなく、大きなパターンも位相シフターによって構成することが可能になるので、微細パターンから大きな寸法までの任意の寸法のパターンが主パターンとして混在して配置されているフォトマスクを容易に形成することができる。

また、本変形例の半遮光部よりなる補助パターン４０２及び４０３（図２４参照）に代えて、図２６に示すように、位相シフターよりなる補助パターン４２２及び４２３を用いた場合、補助パターンの遮光性を主パターンの遮光性よりも低下させるという効果は低くなる一方、ＤＯＦ向上効果は十分に得られる。図２６に示す構成は、透過性基板上の位相シフト膜をパターンニングするだけで実現できるので、フォトマスク加工が容易になる。

また、本変形例における、位相シフターよりなる主パターン４０１並びに半遮光部よりなる補助パターン４０２及び４０３（図２４参照）に代えて、図２７に示すように、遮光部よりなる主パターン４１１並びに遮光部よりなる補助パターン４１２及び４１３を用いてもよい。この場合、本変形例と比べて、主パターン４１１による遮光性強調効果及びＤＯＦ向上効果は低下する一方、ある程度のＤＯＦ向上効果は得られる。図２７に示すマスク構成によると、マスクパターンが遮光部のみから構成されるため、フォトマスク加工及び検査等が非常に容易になる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法、具体的には第１〜第４の実施形態のいずれかに係るフォトマスク（以下、本発明のフォトマスク）を用いたパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。

図２８（ａ）〜（ｄ）は第５の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。

まず、図２８（ａ）に示すように、基板５００上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜５０１を形成した後、図２８（ｂ）に示すように、被加工膜５０１の上に、ポジ型のレジスト膜５０２を形成する。

次に、図２８（ｃ）に示すように、本発明のフォトマスク、例えば、図１（ｂ）に示す第１の実施形態に係るフォトマスクに対して露光光５０３を照射し、該フォトマスクを透過した透過光５０４によってレジスト膜５０２を露光する。

尚、図２８（ｃ）に示す工程で用いるフォトマスクの透過性基板１００上には、露光により転写されるライン状の主パターン１０１が設けられている。主パターン１０１は、露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有する第１の半遮光部１０１Ａと、位相シフター１０１Ｂとから構成されている。第１の半遮光部１０１Ａは、ライン状の位相シフター１０１Ｂを取り囲むように形成されている。位相シフター１０１Ｂは、例えば透過性基板１００を掘り下げることによって形成されている。透過性基板１００上における主パターン１０１の両側には、露光光を回折させ且つ露光により転写されない一対の補助パターン１０２が、主パターン１０１との間に透光部を挟むように設けられている。補助パターン１０２は、露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有する第２の半遮光部から構成されている。

図２８（ｃ）に示す露光工程では、斜入射露光光源を用いてレジスト膜５０２に対して露光を行なう。このとき、低い透過率を有する半遮光部がマスクパターンに用いられているため、レジスト膜５０２の全体が弱いエネルギーで露光される。しかし、図２８（ｃ）に示すように、現像工程でレジストが溶解するに足りる露光エネルギーが照射されるのは、主パターン１０１以外の領域と対応するレジスト膜５０２の潜像部分５０２ａのみである。

次に、図２８（ｄ）に示すように、レジスト膜５０２に対して現像を行なって潜像部分５０２ａを除去することにより、主パターン１０１と対応するレジストパターン５０５を形成する。

第５の実施形態によると、本発明のフォトマスク（具体的には第１の実施形態に係るフォトマスク）を用いたパターン形成方法であるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。具体的には、レジストが塗布された基板（ウェハ）に対して本発明のフォトマスクを介して斜入射露光を行なう。このとき、位相シフター（開口部）を有するマスクエンハンサー（主パターン１０１）は非常に強い遮光性を有するので、マスクエンハンサー以外の他の領域と対応するレジストのみに対して、現像工程で溶解するのに十分な露光エネルギーが照射される。また、マスクエンハンサーによって形成される遮光像のコントラストは非常に高いと共に該遮光像のデフォーカス特性は優れているため、ＤＯＦの高い微細パターン形成が可能となる。

尚、第５の実施形態において、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いたが、これに代えて、第２〜第４の実施形態のいずれかに係るフォトマスクを用いた場合にも、各実施形態と同様の効果が得られる。

また、第５の実施形態において、ポジ型レジストプロセスを用いたが、これに代えて、ネガ型レジストプロセスを用いても、同様の効果が得られる。

また、第５の実施形態において、図２８（ｃ）に示す露光光５０３を照射する工程では斜入射照明法（斜入射露光法）を用いることが好ましい。このようにすると、本発明のフォトマスクを透過した光の光強度分布において、主パターン及び透光部のそれぞれと対応する部分の間でのコントラストが向上する。また、光強度分布のフォーカス特性も向上する。従って、パターン形成における露光マージン及びフォーカスマージンが向上する。言い換えると、デフォーカス特性に優れた微細パターン形成が可能となる。

次に、補助パターン（回折光発生パターン）を持つ本発明のフォトマスクを用いた斜入射露光において重要な役割を果たす斜入射角の算出方法について説明する。

斜入射露光光源として点光源を用いる場合、斜入射角は明確に定義される（図５参照）。しかしながら、面積を有する通常の光源による照明の場合、複数の斜入射角が存在することになる。

図２９（ａ）〜（ｅ）は、面積を有する光源による照明の場合にも回折光発生パターンの適切な配置位置を算出できるように本願発明者が定義した、斜入射角の主要な算出方法を示す図である。

図２９（ａ）は、輪帯照明を行なう場合における斜入射角の算出方法を示している。図２９（ａ）に示すように、輪帯照明においては、輪帯光源の内径Ｓ１が最小斜入射角φ１の光源に対応し、輪帯光源の外径Ｓ２が最大斜入射角φ２の光源に対応する。従って、回折光発生パターンの配置位置の算出に用いられる斜入射角φは、内径Ｓ１及び外径Ｓ２により算出されるＳ＝（Ｓ１＋Ｓ２）／２の位置から光を照射する光源に基づき定義される。すなわち、斜入射角φ＝（φ１＋φ２）／２である。また、Ｓ１及びＳ２がＮＡにより規格化された値であれば、第１〜第４の実施形態のフォトマスクにおける斜入射角φを、ｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡ＝（Ｓ１＋Ｓ２）×ＮＡ／２に基づいて設定してもよい。但し、輪帯照明を用いる場合には、パターン形成方法において、斜入射位置Ｓが０．６以上で且つ０．８以下となる照明及びフォトマスクを用いることが好ましく、特に、斜入射位置Ｓが０．７の近傍の値となる照明及びフォトマスクを用いることが最も好ましい（第１の実施形態の第２変形例を参照）。

尚、斜入射角φを、φ１以上で且つφ２以下の任意の値に設定してもよいことは言うまでもない。言い換えると、斜入射角φを、Ｓ１×ＮＡ≦ｓｉｎφ≦Ｓ２×ＮＡの関係を満たす任意の値に設定してもよいことは言うまでもない。

ところで、第１の実施形態で説明したように、斜入射露光においては、斜入射角φがｓｉｎφ＜ＮＡ／３となる場合、デフォーカス特性の向上効果が得られない。よって、面積を有する光源による照明の場合にも、斜入射角φが、十分なデフォーカス向上効果の得られる値のみから構成されていることが望ましい。また、露光に使用する光源がｓｉｎφ＜ＮＡ／３となる斜入射角φを含有している場合には、その部分からの斜入射光を無視して最適な回折光発生パターンを設けたマスクを用いて露光を行なった方が、前述の部分からの斜入射光を考慮して回折光発生パターンを設けた場合よりも、パターン形成において優れたデフォーカス特性が発揮される。従って、斜入射角φの最小角ξはｓｉｎξ＝０．４×ＮＡで定義される値であることが好ましい。すなわち、回折光発生パターンの配置位置の算出に用いられる斜入射角φは（ξ＋φ２）／２である。言い換えると、斜入射角φはｓｉｎφ＝（０．４＋Ｓ２）×ＮＡ／２で定義される。

図２９（ｂ）〜（ｅ）はそれぞれ、四重極照明を行なう場合における斜入射角の算出方法を示している。四重極照明の場合、各図に示すように、四重極光源（４眼光源）の中心（以下、光源中心と称する）を原点とするＸＹ座標系を用いて斜入射角を算出する。具体的には、四重極照明の場合、このＸＹ座標系におけるＸ軸及びＹ軸のそれぞれと平行な各パターンに対して斜入射角を最適化する。すなわち、斜入射角は光源中心から各光源までの距離によって定義されるのでなく、Ｘ軸上又はＹ軸上における各光源の座標値によって定義される。以下、Ｙ軸と平行なパターンに対して斜入射角を最適化する場合について説明するが、Ｘ軸と平行なパターンに対して斜入射角を最適化する場合も同じことである。まず、最小斜入射角は、四重極光源の各光源におけるＸ座標の絶対値のうち最も原点に近い値によって定義される。すなわち、図２９（ｂ）〜（ｅ）のそれぞれに示すｘ１によって最小斜入射角が定義される。同様に、四重極光源の各光源におけるＸ座標の絶対値のうち最も原点から遠い値、つまり図２９（ｂ）〜（ｅ）のそれぞれに示すｘ２によって最大斜入射角が定義される。従って、四重極照明の場合、回折光発生パターンの配置位置の算出に用いられる斜入射角φを、ｓｉｎφ＝Ｓ×ＮＡ＝（ｘ１＋ｘ２）×ＮＡ／２に従って設定すればよい。但し、四重極照明を用いる場合には、パターン形成方法において、斜入射位置Ｓが０．４以上で且つ０．６以下となる照明及びフォトマスクを用いることが好ましく、特に、斜入射位置Ｓが０．５の近傍の値となる照明及びフォトマスクを用いることが最も好ましい（第１の実施形態の第２変形例を参照）。

尚、斜入射角φを、ｘ１×ＮＡ≦ｓｉｎφ≦ｘ２×ＮＡの関係を満たす任意の値に設定してもよいことは言うまでもない。

また、図２９（ｂ）〜（ｅ）に示す四重極照明の場合も、図２９（ａ）に示す輪帯照明の場合と同様に、斜入射角φの最小角ξはｓｉｎξ＝０．４×ＮＡで定義される値であることが好ましい。すなわち、回折光発生パターンの配置位置の算出に用いられる斜入射角φはｓｉｎφ＝（０．４＋ｘ２）×ＮＡ／２で定義される。

（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法、具体的には、中心線強調法、輪郭強調法及び回折光発生パターンを用いた、第１〜第４の実施形態のいずれかに係るフォトマスク（以下、本発明のフォトマスク）のマスクデータ作成方法について図面を参照しながら説明する。尚、本実施形態において、フォトマスクの各構成要素の機能及び性質等は、特に断らない限り、既述の本発明のフォトマスクにおける対応する構成要素と同じである。

具体的な処理内容を説明する前に、本発明のフォトマスクのマスクデータ作成方法における重要なポイントについて説明する。本発明のフォトマスクにおいては、１つの孤立パターンを形成するにあたっても、位相シフター及びそれを囲む遮光部又は半遮光部、並びにその周辺に配置される回折光発生パターン（補助パターン）が関係する。そのため、パターン形成時のパターン寸法つまりＣＤ（Critical Dimension）を所望の値にするためには、上記の位相シフターの幅、遮光部又は半遮光部の幅、並びに回折光発生パターンの位置及びその幅等の複数の要素の値を決定する必要がある。また、多くの場合、所望のＣＤを実現する上記の各要素の値の組み合わせは１つに限られるものではなく、複数存在する。そこで、本実施形態のマスクデータ作成方法では、パターン形成におけるマージンを最大するために重要な要素の値を優先的に決定し、続いて、パターン形成におけるマージンに及ぼす影響が小さい要素によってパターン寸法の調整を行なう。

具体的には、本実施形態においては、パターン形成におけるマージンへの影響度の高い要素として、第１に位相シフターの位置及び幅を決定し、第２に補助パターンの位置及び幅を決定し、最後に位相シフターを囲む遮光部又は半遮光部の幅、つまり位相シフターと透光部とによって挟まれた領域の幅を調整することによって、所望のＣＤを実現するマスクデータの作成を行なうことが好ましい。以下、具体的な処理内容について説明する。

図３０は、第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法、具体的には、微細な所望のパターンに基づき、マスク上で遮光パターンとなるＬＳＩ用マスクパターンを作成する方法のフロー図である。また、図３１（ａ）〜（ｇ）は、第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法の各工程における具体的なマスクパターン作成例を示す図である。

図３１（ａ）は、マスクパターンによって形成しようとする所望のパターンを示している。すなわち、図３１（ａ）に示すパターン６００が、本発明のフォトマスクを用いた露光においてレジストを感光させたくない領域に相当するパターンである。尚、本実施形態でパターン形成について説明する場合、特に断らない限り、ポジ型レジストプロセスの使用を前提として説明を行なう。すなわち、現像により、レジストの感光部が除去され且つレジストの非感光部がレジストパターンとして残存することを想定して説明を行なう。従って、ネガ型レジストプロセスの使用の場合には、レジストの感光部がレジストパターンとして残存し且つレジストの非感光部が除去されると考える他は全く同様である。

まず、ステップＳ１において、図３１（ａ）に示す所望のパターン６００を、マスクデータ作成に用いるコンピュータに入力する。

次に、ステップＳ２において、本実施形態に基づき作成されるフォトマスクに対して露光を行なう際にオーバー露光を用いるか又はアンダー露光を用いるかに応じて、図３１（ａ）に示す所望のパターンを拡大し又は縮小するリサイズを行なう。或いは、パターン形成時における種々の工程で生じる寸法変化に対応して、意図的に寸法を調整するために所望のパターンのリサイズを行なってもよい。リサイズ後のパターンを、図３１（ｂ）に示すように、半遮光部から構成される主パターン６０１とする。

次に、ステップＳ３において、図３１（ｃ）に示すように、主パターン６０１における寸法が所定値以下の領域の中心部に配置される位相シフター６０２の形状（幅等。以下同じ）を決定する。このとき、位相シフター６０２が主パターン６０１つまり半遮光パターンの内部に完全に含有されるようにする。すなわち、主パターン６０１の最外エッジが半遮光パターンのエッジとなるようにする。

ここで、生成する位相シフターの幅については以下のように調整することが好ましい。すなわち、位相シフターを囲む半遮光部における位相シフターと透光部とに挟まれた領域の幅が、後に行なわれるＣＤ調整のために変更され、その結果、該領域の幅が所定の幅以下とならないように、事前に位相シフター幅の調整を行なう。尚、前記の所定の幅としては、マスク上の実寸法で２０ｎｍ以上又は露光波長の４分の１以上であることが好ましい。そのため、この時点で位相シフターと透光部とに挟まれた領域の幅として前記の所定の寸法以上を確保し且つその状態で予測されるＣＤが所望の値よりも太くならないように、位相シフター幅を設定する。具体的には、上記の状態で所望のＣＤを実現する位相シフター幅を最大位相シフター幅と定義すると共に、該最大位相シフター幅以下の位相シフター幅の範囲において、各パターンのコントラスト及びＤＯＦを最適化できるように位相シフターを配置する。これにより、後の工程で位相シフター幅を変更してパターン寸法調整を行なう必要がなくなる。尚、ここまで、主パターンがマスクエンハンサー構造であることを前提として説明を行なってきたが、主パターンが位相シフターのみから構成されるようにマスクデータ作成を行なう場合には、上記の処理内容を省略してもよい。

次に、ステップＳ４において、図３１（ｄ）に示すように、主パターン６０１における寸法が所定値よりも大きい領域の周縁部に配置される位相シフター６０２の形状を決定する。このとき、位相シフター６０２が主パターン６０１つまり半遮光パターンの内部に完全に含有されるようにし、それにより主パターン６０１の最外エッジが半遮光パターンのエッジとなるようにする。

次に、ステップＳ５において、図３１（ｅ）に示すように、ステップＳ３及びステップＳ４で配置した位相シフター６０２からそれぞれ所定の距離（露光時に使用される光源による照明の斜入射角等に基づき定められる距離）離れた位置に、露光光を回折させる補助パターンとして、半遮光部から構成される第１次回折光発生パターン６０３及び第２次回折光発生パターン６０４を配置する。例えば位相シフター６０２がライン状のパターンである場合、ライン状の回折光発生パターンが位相シフター６０２から所定の距離離れた位置に位相シフター６０２と平行になるように配置される。但し、回折光発生パターンの配置位置に他のパターンが存在する場合、該他のパターンが存在する領域には回折光発生パターンを配置しない。

以上の処理によって、パターン形成におけるマージンに及ぼす影響の大きい位相シフターの位置及び幅、並びに回折光発生パターンの位置及び幅が最適値に決定されたことになる。

次に、ステップＳ６において、本発明のフォトマスクを用いて露光を行なったときにマスクパターンに対応して所望の寸法を持つパターンが形成されるようにマスクパターンの寸法調整を行なう処理の準備を行なう。すなわち、通常ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）処理と呼ばれる処理の準備を行なう。本実施形態では、パターン形成時の寸法つまりＣＤを予測して該結果に基づき寸法調整されるマスクパターン領域を、主パターン６０１のエッジつまり半遮光パターンのエッジのみに限定する。すなわち、図３１（ｆ）に示すように、主パターン６０１の最外エッジをＣＤ調整用エッジ６０５に設定する。言い換えると、形成すべきパターンの寸法であるＣＤの調整を、主パターンを構成する半遮光部の最外エッジのみによって調整する。これにより、位相シフターが配置された主パターンについては、位相シフターと透光部とに挟まれた半遮光部の幅によってＣＤを調整することが可能になる。よって、位相シフター６０２並びにそれに対して最適な位置に配置された回折光発生パターン６０３及び６０４を変形することなく、所望のＣＤを実現できるマスクパターンの作成が可能となる。

次に、ステップＳ７において、マスクパターンに用いる半遮光部及び位相シフターのそれぞれの透過率を設定する。

次に、ステップＳ８、ステップＳ９及びステップＳ１０において、ＯＰＣ処理（例えばモデルベースＯＰＣ処理）を行なう。具体的には、ステップＳ８において、光学原理及びレジスト現像特性を考慮したシミュレーションによって、位相シフター６０２が配置された主パターン６０１と回折光発生パターン６０３及び６０４とにより形成されるレジストパターンの寸法を予測する。このとき、シミュレーションにおいては、リソグラフィー工程のみではなく、ドライエッチング等の他のパターン形成に係わる工程を考慮してもよい。続いて、ステップＳ９において、予測されたレジストパターンの寸法が所望の寸法と一致しているかどうかを調べる。所望の寸法と一致しない場合、ステップＳ１０において、レジストパターンの予測寸法と所望の寸法との差に基づきＣＤ調整用エッジ６０５を移動させ、それによって主パターン６０１の変形を行なう。

本実施形態の特徴は、ステップＳ６で設定されたＣＤ調整用エッジ６０５のみを変化させることにより、所望の寸法を持つレジストパターンを形成できるマスクパターンを実現することである。すなわち、ステップＳ８〜Ｓ１０を、レジストパターンの予測寸法と所望の寸法とが一致するまで繰り返すことにより、最終的に、ステップＳ１１において、所望の寸法を持つレジストパターンを形成できるマスクパターンを出力する。図３１（ｇ）は、ステップＳ１１で出力されたマスクパターンの一例を示している。

ところで、本来、本発明のフォトマスクにおけるパターン（レジストパターン）寸法に影響を及ぼすパラメータは、位相シフターの幅、マスクパターン（主パターン）の幅、並びに補助パターンの幅及び位置等と非常に多い。

それに対して、第６の実施形態によると、重要なパターン形成特性であるコントラスト及びデフォーカス特性等が優れたマスクを実現するために、まず、重要なパラメータである位相シフター６０２の幅並びに回折光発生パターン６０３及び６０４の配置位置を決定する。その後、ＣＤ調整用エッジ６０５として設定された、主パターン６０１の最外エッジのみを移動させてパターン寸法制御を行なうことにより、優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現する。

従って、本実施形態の方法により作成されたマスクデータに基づきフォトマスク作成を行ない、さらに、そのフォトマスクを用いて斜入射露光を行なうことによって、微細パターンの形成においても又は微細スペースの形成においても、高いコントラストと、非常に優れたＤＯＦ特性とが得られる。

また、第６の実施形態によると、位相シフター６０２が、主パターン６０１における寸法が所定値以下の領域の中心部に配置されるため、より微細な所望のパターンを形成でき且つ優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。

また、第６の実施形態によると、位相シフター６０２が主パターン６０１の周縁部に配置されるため、任意の形状を持つ所望のパターンを形成でき且つ優れたパターン形成特性を持つマスクパターンを実現できる。

ここまで、回折光発生パターンを最適な回折光を発生できる位置に配置できるものとしてマスクデータ作成方法について説明してきたが、次に、主パターンに対して他の主パターンが近接する場合におけるマスクデータ作成方法（特に上記のステップＳ５の処理）について詳しく説明する。尚、以下の説明では、図３１（ｇ）に示すマスクパターン作成例に代えて、図３２に示すマスクパターン作成例を用いる。図３２において、７０１は着目する主パターンであり、７０２、７０３、７０４及び７０５はそれぞれ主パターン７０１に近接する他の主パターンである。また、以下の説明では、第１次回折光発生パターンの中心の最適な位置を、位相シフターの中心からＧ０の位置とすると共に、第１次回折光発生パターンの中心の許容できる位置範囲をＧ１からＧ２まで（但しＧ１＜Ｇ０＜Ｇ２）とする。このとき、Ｇ１及びＧ２を、第１の実施形態で詳細に説明した第１次回折光発生パターンの配置位置の許容範囲に一致させることが好ましい。また、第２次回折光発生パターンの中心の最適な位置を、位相シフターの中心からＨ０の位置とすると共に、第２次回折光発生パターンの中心の許容できる位置範囲をＨ１からＨ２まで（但しＨ１＜Ｈ０＜Ｈ２）とする。このとき、Ｈ１及びＨ２についても、第１の実施形態で詳細に説明した第２次回折光発生パターンの配置位置の許容範囲に一致させることが好ましい。

以下、着目する主パターン７０１と、それに近接する他の主パターン７０２〜７０５との関係を考慮して回折光発生パターンを生成する方法について詳細に説明する。尚、各主パターン７０１〜７０５はそれぞれマスクエンハンサー構造を持つ。すなわち、主パターン７０１は位相シフター７０１Ｂとそれを囲む半遮光部７０１Ａとからなり、主パターン７０２は位相シフター７０２Ｂとそれを囲む半遮光部７０２Ａとからなり、主パターン７０３は位相シフター７０３Ｂとそれを囲む半遮光部７０３Ａとからなり、主パターン７０４は位相シフター７０４Ｂとそれを囲む半遮光部７０４Ａとからなり、主パターン７０５は位相シフター７０５Ｂとそれを囲む半遮光部７０５Ａとからなる。

図３２に示すように、主パターン７０１と主パターン７０２とは、それぞれの中心間の距離ｐ１がｐ１＜２×Ｇ１となるように近接しているものとする。この場合、主パターン７０１と主パターン７０２との間には回折光発生パターンを配置しない。

また、主パターン７０１と主パターン７０３とは、それぞれの中心間の距離ｐ２が２×Ｇ１≦ｐ２＜２×Ｇ２となるように近接しているものとする。この場合、主パターン７０１と主パターン７０３との間の中央に第１次回折光発生パターン８０１を配置する。

また、主パターン７０１と主パターン７０４とは、それぞれの中心間の距離ｐ３が２×Ｇ２≦ｐ３＜２×Ｈ１となるように近接しているものとする。この場合、主パターン７０１と主パターン７０４との間には、主パターン７０１の中心からＧ０離れた位置に中心を持つ第１次回折光発生パターン８０２を配置すると共に、主パターン７０４の中心からＧ０離れた位置に中心を持つ第１次回折光発生パターン８０３を配置する。

さらに、主パターン７０１と主パターン７０５とは、それぞれの中心間の距離ｐ４が２×Ｈ１≦ｐ４＜２×Ｈ２となるように近接しているものとする。この場合、主パターン７０１と主パターン７０５との間には、主パターン７０１の中心からＧ０離れた位置に中心を持つ第１次回折光発生パターン８０４を配置し、主パターン７０１と主パターン７０５との間の中央に第２次回折光発生パターン８０５を配置し、主パターン７０５の中心からＧ０離れた位置に中心を持つ第１次回折光発生パターン８０６を配置する。

尚、着目する主パターンの中心と、それに隣り合う他の主パターンの中心とが２×Ｈ２以上離れている場合には、各主パターンの間には、各主パターンの中心からＧ０離れた位置にそれぞれ中心を持つ一対の第１次回折光発生パターンを配置し、さらに、各主パターンの中心からＨ０離れた位置にそれぞれ中心を持つ一対の第２次回折光発生パターンを配置すればよい。

以上に説明した回折光発生パターン生成方法によれば、主パターンが他の主パターンと任意の寸法で近接している場合でも、好ましい回折光発生パターンを確実に生成できる。

尚、第６の実施形態において、半遮光部を用いたマスクエンハンサー構造を持つマスクパターンを対象として説明を行なったが、これに代えて、遮光部を用いたマスクエンハンサー構造を持つマスクパターンを対象としてもよい。具体的には、本実施形態で半遮光部として説明をしている箇所を全て遮光部に置き換えてもよい。また、この場合、ステップＳ４の、主パターン６０１の周縁部に位相シフター６０２を配置する工程を省略してもよい。尚、半遮光部に代えて遮光部を用いた場合、本実施形態の方法に従って作成されたマスクパターンによって所定の寸法以下のパターンを形成する場合にコントラスト又はＤＯＦの大きな向上効果が得られる。具体的には、微小スペースの形成においては、コントラスト又はＤＯＦの向上効果は少ない。しかしながら、例えば、高速動作を目的としたＬＳＩ回路のゲート層のパターン形成、つまり、トランジスタパターンの寸法のみが極めて微細であり且つ微小なスペースパターンを含まないパターンの形成等においては、前述の効果が極めて高い。

ところで、通常のＬＳＩ用のマスクパターンデータ作成においては、トランジスタパターン形成におけるマージンを増加させることが重要である。このため、主パターン同士が近接し、それにより両方の主パターンに対して回折光発生パターンを同時に最適な位置に配置できない場合、トランジスタ部分となる主パターンに対して最適な位置に回折光発生パターンを生成する一方、配線部分となる主パターンに対しては最適な位置にこだわらずに回折光発生パターンを生成すればよい。以下、図３３に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。図３３に示す改良処理フローが、図３０に示す処理フローと異なっている点は、主パターンの位相シフターの配置位置に基づいて回折光発生パターンを配置する処理を２つのステップに分けて行なうことである。すなわち、具体的には、図３０の処理フローにおけるステップＳ５の処理は、図３３の処理フローにおいてステップＳ５１及びＳ５２の２つのステップに分けて行なわれる。具体的には、まず、ステップＳ５１において、トランジスタ領域の主パターンの位相シフターに対して最適な回折光発生パターンを生成して配置する。次に、ステップＳ５２において、トランジスタ領域以外の領域の主パターンの位相シフターに対して回折光発生パターンを生成する。この方法によれば、トランジスタ領域の主パターンとその他の領域（配線領域等）の主パターンとが互いに近接するために両方の主パターンに対して同時に最適な回折光発生パターンを配置できない状況が生じたとしても、トランジスタ領域の主パターンに対しては最適な回折光発生パターンを配置することが可能となる。尚、トランジスタ領域の主パターンの抽出は、例えばＬＳＩ設計データに基づいてゲート層と活性層との重なりを抽出する等の処理によって容易に行なうことができる。

図３４は、図３３に示す処理フローによる具体的な処理結果であるマスクパターン作成例を示している。図３４に示すように、主パターン７１０〜７１２はそれぞれ位相シフター７１０Ｂ〜７１２Ｂと遮光部７１０Ａ〜７１２Ａとから構成されている。また、これらの主パターン７１０〜７１２に対して第１次回折光発生パターン８１１〜８１５が配置されている。ここで、位相シフター７１０Ｂは、トランジスタ領域に配置された位相シフターであり、他の位相シフター７１１Ｂ及び７１２Ｂはトランジスタ領域以外の領域に配置された位相シフターである。また、位相シフターに対して最適な第１次回折光発生パターンの配置位置は、位相シフターの中心からＧ０離れた位置であり、第１次回折光発生パターンの許容できる位置範囲はＧ１からＧ２までとする。また、主パターン７１０と主パターン７１１、及び主パターン７１１と主パターン７１２とは互い近接しており、互い近接した各主パターンの中心同士の間の距離はｐであるとする。ここで、ｐは２×Ｇ１以上で且つ２×Ｇ２未満の値であるとする。さらに、回折光発生パターン８１２及び８１５は、互い近接する主パターン同士の間の領域に配置された回折光発生パターンである。他の回折光発生パターン８１１、８１３及び８１４は、他の主パターンと近接していない主パターンに対して配置された回折光発生パターンである。図３４に示すように、トランジスタ領域以外の領域に配置された主パターン７１１及び７１２の間に配置される回折光発生パターン８１５は、該両方の主パターン間の中央に配置される。一方、トランジスタ領域に配置された主パターン７１０と、主パターン７１１との間に配置される回折光発生パターン８１２は、主パターン７１０の位相シフター７１０Ｂの中心からＧ０の位置に中心を持つように配置される。すなわち、トランジスタ領域に配置された位相シフターに対して優先的に回折光発生パターンが最適な位置に配置される。

図３３に示す改良処理フローにおいては、図３０の処理フローにおけるステップＳ５の処理を２つのステップに分けることにより、トランジスタ領域の主パターンに対して優先的に回折光発生パターンを最適位置に配置することを容易に実現している。しかし、トランジスタ領域及びその他の領域のそれぞれにおける回折光発生パターンの配置を１つのステップで同時に行なってもよいことは言うまでもない。また、パターン形成において重要な領域としてトランジスタ領域を想定して説明したが、パターン形成において重要な領域がトランジスタ領域以外の他の領域である場合には、上記の改良処理フローにおけるトランジスタ領域を他の領域と置き換えて考えればよい。

また、第６の実施形態において、主パターンがマスクエンハンサー構造であるフォトマスクのマスクデータ作成方法を主として説明してきた。しかし、上記の各処理によって、主パターンがマスクエンハンサー構造ではないフォトマスクのマスクデータ作成を行なうこともできる。すなわち、例えば主パターンが位相シフターのみから構成される場合、位相シフターのエッジが主パターンのエッジになるので、位相シフターの幅によってＣＤ調整を行なってもよい。また、例えば主パターンが遮光パターンのみから構成される場合、遮光パターンのエッジが主パターンのエッジになるので、遮光パターンの幅によってＣＤ調整を行なってもよい。この場合、図３０の処理フローにおけるステップＳ３及びＳ４の一方又は両方を省略してもよい。

また、第１〜第６の実施形態において、透過型のフォトマスクを想定して説明してきた。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば透過率を反射率と読み替える等して、露光光の透過現象を全て反射現象に置き換えて考えれば、反射型マスクについても本発明は成り立つものである。

以上に説明したように、本発明は、半導体集積回路装置の製造に用いられるフォトマスクに関し、微細パターン形成に適用する場合等に特に有用である。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクの断面構造におけるバリエーションを示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、補助パターンを伴う主パターンにマスクエンハンサー構造を用いることにより、マスクにおける寸法誤差がパターン形成に与える影響を小さくできることを説明するための図である。本発明の第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクにおけるマスクパターンの平面図である。（ａ）はパターンが周期的に配置されたマスクに対して露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図であり、（ｂ）は（ａ）に示すマスクに対して０次回折光及び１次回折光のみがレンズを通過し且つｒ０＝−ｒ１となる条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図であり、（ｃ）は（ａ）に示すマスクに対して、０次回折光、＋１次回折光及びー１次回折光がレンズを通過する条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。（ａ）は図５（ａ）に示すマスクに対してピッチパターンのピッチを変えながら斜入射露光を行なった場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーションに用いた点光源を示す図であり、（ｂ）は該シミュレーションに用いたピッチパターンを示す図であり、（ｃ）は該シミュレーションの結果を示す図であり、（ｄ）は図５（ａ）に示すマスクに対して、０次回折光、１次回折光及び２次回折光がレンズを通過する条件下で斜入射露光を行なった場合に生じる回折現象を説明する図である。（ａ）はマスク上のピッチパターンのピッチを変えながら斜入射露光を行なった場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーションに用いたピッチパターン（実質的に無限周期的に配置されたマスクエンハンサー）を示す図であり、（ｂ）は該シミュレーションの結果を示す図である。（ａ）はマスク上のピッチパターンのピッチを変えながら斜入射露光を行なった場合におけるＤＯＦ特性のシミュレーションに用いたピッチパターン（並列的に配置された３個のマスクエンハンサー）を示す図であり、（ｂ）は該シミュレーションの結果を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、マスクエンハンサーよりなる主パターンのＤＯＦ特性が大幅に向上するように回折光発生パターン（補助パターン）が配置されてなる本発明のマスクパターンを示す平面図である。（ａ）は図９（ａ）〜（ｃ）に示す位置に回折光発生パターンを配置することによって良好なＤＯＦ特性が得られることを実証するためのシミュレーションにおいて用いたパターン（マスクパターン）を示す図であり、（ｂ）は該シミュレーションの結果を示す図である。（ａ）は図９（ａ）〜（ｃ）に示す位置に回折光発生パターンを配置することによって良好なＤＯＦ特性が得られることを実証するためのシミュレーションにおいてレンズ開口数ＮＡ＝０．６、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡの光学条件を用いた場合の結果を示す図であり、（ｂ）は該シミュレーションにおいてレンズ開口数ＮＡ＝０．６、ｓｉｎφ＝０．６×ＮＡの光学条件を用いた場合の結果を示す図であり、（ｃ）は該シミュレーションにおいてレンズ開口数ＮＡ＝０．７、ｓｉｎφ＝０．７×ＮＡの光学条件を用いた場合の結果を示す図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、面積を有する光源を用いた場合における本発明の回折光発生パターンによるＤＯＦ特性の向上効果を評価するためのシミュレーションに用いたパターン（マスクパターン）を示す図であり、（ｄ）は該シミュレーションに用いた光源を示す図であり、（ｅ）は（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンに対して所定の条件で露光を行なった場合にマスクエンハンサーに対応して生じる光強度分布のシミュレーション結果を示す図であり、（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）のそれぞれに示すマスクパターンに対して所定の条件で露光を行なってマスクエンハンサーと対応する幅０．１μｍのパターンを形成した場合における該パターンのＣＤのデフォーカス特性をシミュレーションした結果を示す図である。（ａ）は図１２（ｂ）に示すマスクパターンにおいて第１次回折光発生パターンが位相シフターの中心から距離Ｐ１離れた位置に配置されている様子を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示すマスクパターンに対して距離Ｐ１を変化させながら露光を行なった場合におけるＤＯＦの変化を示す図であり、（ｃ）は図１２（ｃ）に示すマスクパターンにおいて第２次回折光発生パターンが第１次回折光発生パターンの中心から距離Ｐ２離れた位置に配置されている様子を示す図であり、（ｄ）は（ｃ）に示すマスクパターンに対して距離Ｐ２を変化させながら露光を行なった場合におけるＤＯＦの変化を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対して輪帯照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対してニ重極照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すマスクパターンに対して四重極照明を用いて斜入射露光を行なうシミュレーションの結果を説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態の第３変形例に係る補助パターンの配置により好ましい効果を生じるマスクエンハンサー構造を用いて、優れたパターン形成特性を実現できることを説明するための図である。（ａ）〜（ｄ）は、図４に示すマスクパターンに対して露光を行なった場合における、補助パターンの幅に対するＤＯＦや露光マージン等の依存性をシミュレーションした結果を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係るフォトマスクの平面図である。（ａ）は本発明の第３の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のXX−XX線における断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、図２０（ａ）のXX−XX線における断面図のバリエーションである。本発明の第３の実施形態の変形例に係るフォトマスクの平面図である。（ａ）は本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクの平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の XXIII−XXIII 線における断面図である。本発明の第４の実施形態の変形例に係るフォトマスクの平面図である。（ａ）は本発明の第４の実施形態の変形例に係る簡単化したフォトマスクの一例を示す平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）の XXVーXXV 線における断面図である。本発明の第４の実施形態の変形例に係る簡単化したフォトマスクの一例を示す平面図である。本発明の第４の実施形態の変形例に係る簡単化したフォトマスクの一例を示す平面図である。（ａ）〜（ｄ）は本発明の第５の実施形態に係るパターン形成方法の各工程を示す断面図である。（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、面積を有する光源による照明の場合にも回折光発生パターンの適切な配置位置を算出できるように本願発明者が定義した、斜入射角の主要な算出方法を示す図である。本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法のフロー図である。（ａ）〜（ｇ）は本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法の各工程における具体的なマスクパターン作成例を示す図である。本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法による回折光発生パターンの詳細な作成例を示す図である。本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法における改良された処理フローを示す図である。本発明の第６の実施形態に係るマスクデータ作成方法における改良された処理フローによる回折光発生パターンの詳細な作成例を示す図である。従来のフォトマスクの平面図である。従来のフォトマスクの平面図である。

符号の説明

１００透過性基板
１０１主パターン
１０１Ａ半遮光部あるいは遮光部
１０１Ｂ位相シフター
１０２第１の補助パターン（半遮光部）
１０３第２の補助パターン（半遮光部）
１０６半遮光膜
１０７遮光膜
１０８位相シフト膜
１０９遮光部
１１０マスクエンハンサー
１１１半遮光部
１１２位相シフター
１１３第１次回折光発生パターン
１１４第２次回折光発生パターン
１４０光源
１４１光
１４２０次回折光
１４３１次回折光
１４４ −１次回折光
１４５２次回折光
１５０マスク
１５１ピッチパターン
１５２レンズ
１６０透過性基板
１６１位相シフター
１７０透過性基板
１７１半遮光パターン
２００透過性基板
２０１主パターン
２０１Ａ半遮光部
２０１Ｂ位相シフター
２０２第１の補助パターン（半遮光部）
２０３第２の補助パターン（半遮光部）
３００透過性基板
３０１主パターン
３０１Ａ遮光部
３０１Ｂ位相シフター
３０２第１の補助パターン（遮光部）
３０３第２の補助パターン（遮光部）
３０７遮光膜
３０８位相シフト膜
４００透過性基板
４０１主パターン（位相シフター）
４０２第１の補助パターン（半遮光部）
４０３第２の補助パターン（半遮光部）
４０６半遮光膜
４０７遮光膜
４０８位相シフト膜
４１１主パターン（遮光部）
４１２第１の補助パターン（遮光部）
４１３第２の補助パターン（遮光部）
４２２第１の補助パターン（位相シフター）
４２３第２の補助パターン（位相シフター）
５００基板
５０１被加工膜
５０２レジスト膜
５０２ａ潜像部分
５０３露光光
５０４透過光
５０５レジストパターン
６００所望のパターン
６０１主パターン
６０２位相シフター
６０３第１次回折光発生パターン
６０４第２次回折光発生パターン
６０５ＣＤ調整用エッジ
７０１主パターン
７０１Ａ半遮光部
７０１Ｂ位相シフター
７０２主パターン
７０２Ａ半遮光部
７０２Ｂ位相シフター
７０３主パターン
７０３Ａ半遮光部
７０３Ｂ位相シフター
７０４主パターン
７０４Ａ半遮光部
７０４Ｂ位相シフター
７０５主パターン
７０５Ａ半遮光部
７０５Ｂ位相シフター
７１０主パターン
７１０Ａ遮光部
７１０Ｂ位相シフター
７１１主パターン
７１１Ａ遮光部
７１１Ｂ位相シフター
７１２主パターン
７１２Ａ遮光部
７１２Ｂ位相シフター
８０１第１次回折光発生パターン
８０２第１次回折光発生パターン
８０３第１次回折光発生パターン
８０４第１次回折光発生パターン
８０５第２次回折光発生パターン
８０６第１次回折光発生パターン
８１１第１次回折光発生パターン
８１２第１次回折光発生パターン
８１３第１次回折光発生パターン
８１４第１次回折光発生パターン
８１５第１次回折光発生パターン
Ｓレンズ中心を通る法線から光源までの距離（斜入射位置）
φ 斜入射角
ＮＡレンズ開口数
Ｐピッチ
θ１１次回折光の回折角
θ２２次回折光の回折角
λ 光の波長
ｒ０レンズ上における０次回折光の到達位置
ｒ１レンズ上における１次回折光の到達位置
Ｌパターン幅（線幅）
Ｗ開口幅
Ｒパターン間距離
Ｄ回折光発生パターン幅
Ｄ１第１次回折光発生パターン幅
Ｄ２第２次回折光発生パターン幅
Ｉａ位相シフターの中心と対応する光強度
Ｉｂ半遮光パターンの中心と対応する光強度
Ｘ位相シフターから１次回折光発生パターンまでの距離
Ｙ１次回折光発生パターンから２次回折光発生パターンまでの距離
Ｐ１位相シフターから１次回折光発生パターンまでの距離
Ｐ２１次回折光発生パターンから２次回折光発生パターンまでの距離
Ｓ１輪帯光源の内径
Ｓ２輪帯光源の外径
ｘ１四重極光源の各光源におけるＸ座標のうち最も原点に近い値
ｘ２四重極光源の各光源におけるＸ座標のうち最も原点から遠い値

Claims

透過性基板上に形成されたマスクパターンと、前記透過性基板における前記マスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクであって、
前記マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有し、
前記主パターンは、前記露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる第１の半遮光部と、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成されており、
前記補助パターンは、前記露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる第２の半遮光部から構成されており、
前記補助パターンのパターン幅は、前記主パターンのパターン幅よりも小さいことを特徴とするフォトマスク。
請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の透過率は１５％以下であることを特徴とするフォトマスク。
請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部と前記第２の半遮光部とは、同一の半遮光膜から形成されており、
前記第２の透過率は６％以上で且つ１５％以下であることを特徴とするフォトマスク。
請求項１又は２に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部と前記第２の半遮光部とは、同一の半遮光膜から形成されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記主パターンと前記補助パターンとの間に前記透光部が介在し、
所定の斜入射位置をＳＡ（０．４≦ＳＡ≦０．８）としたときにｓｉｎφＡ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される斜入射角φＡに対して、前記補助パターンの中心は、前記主パターンの中心からＭ×（λ／（２×ｓｉｎφＡ））離れた位置又はその近傍に配置されていることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記主パターンと前記補助パターンとの間に前記透光部が介在し、
所定の斜入射位置をＳＢ（０．４≦ＳＢ≦０．８）としたときにｓｉｎφＢ＝ＮＡ×ＳＢによって定義される斜入射角φＢに対して、前記補助パターンの中心は、前記主パターンの中心からＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφＢ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφＢ）））離れた位置又はその近傍に配置されていることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記補助パターンは、前記主パターンとの間に前記透光部を挟む第１の補助パターンと、前記主パターンから見て前記第１の補助パターンの外側方向に配置され且つ前記第１の補助パターンとの間に前記透光部を挟む第２の補助パターンとから構成されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項７に記載のフォトマスクにおいて、
所定の斜入射位置をＳＡ（０．４≦ＳＡ≦０．８）としたときにｓｉｎφＡ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される斜入射角φＡに対して、前記第１の補助パターンの中心は、前記主パターンの中心からＭ×（λ／（２×ｓｉｎφＡ））離れた位置又はその近傍に配置されていることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
所定の斜入射位置をＳＡ（０．４≦ＳＡ≦０．８）としたときにｓｉｎφＡ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される斜入射角φＡに対して、前記第２の補助パターンの中心は、前記主パターンの中心からＭ×（（λ／（２×ｓｉｎφＡ））＋（λ／（ＮＡ＋ｓｉｎφＡ）））離れた位置又はその近傍に配置されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記位相シフターは、前記主パターンの中心部に前記第１の半遮光部によって囲まれるように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１０に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部における前記位相シフターと前記透光部とによって挟まれた部分の寸法は、２０ｎｍ以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１０に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部における前記位相シフターと前記透光部とによって挟まれた部分の寸法は、前記露光光の波長の４分の１以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１〜９のいずれか1項に記載のフォトマスクにおいて、
前記位相シフターは、前記主パターンの周縁部に前記第１の半遮光部によって囲まれるように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
透過性基板上に形成されたマスクパターンと、前記透過性基板における前記マスクパターンが形成されていない透光部とを有するフォトマスクであって、
前記マスクパターンは、露光により転写される主パターンと、露光光を回折させ且つ露光により転写されない補助パターンとを有し、
前記主パターンは、前記露光光を部分的に透過させる第１の透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる第１の半遮光部と、前記透光部を基準として前記露光光を反対位相で透過させる位相シフターとから構成され、
前記補助パターンは、前記主パターンとの間に前記透光部を挟むように設けられた幅Ｄ１の第１の補助パターンと、前記主パターンから見て前記第１の補助パターンの外側方向において前記第１の補助パターンとの間に前記透光部を挟むように設けられた幅Ｄ２の第２の補助パターンとから構成され、
Ｄ２がＤ１よりも大きいことを特徴とするフォトマスク。
請求項１４に記載のフォトマスクにおいて、
Ｄ２／Ｄ１が１．２以上で且つ２以下であることを特徴とするフォトマスク。
請求項１４又は１５に記載のフォトマスクにおいて、
前記位相シフターは、前記主パターンの中心部に前記第１の半遮光部によって囲まれるように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１６に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部における前記位相シフターと前記透光部とによって挟まれた部分の寸法は、２０ｎｍ以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１６に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部における前記位相シフターと前記透光部とによって挟まれた部分の寸法は、前記露光光の波長の４分の１以上で且つ（０．３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは前記露光光の波長であり、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数である）。
請求項１６に記載のフォトマスクにおいて、
前記主パターンは、前記第１の半遮光部に代わる遮光部と、前記位相シフターとから構成されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１４又は１５に記載のフォトマスクにおいて、
前記位相シフターは、前記主パターンの周縁部に前記第１の半遮光部によって囲まれるように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項１４〜１８又は２０のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の半遮光部の透過率は１５％以下であることを特徴とするフォトマスク。
請求項１４〜２１のいずれか１項に記載のフォトマスクにおいて、
前記第１の補助パターン及び前記第２の補助パターンは、遮光部から構成されているか、又は前記露光光を部分的に透過させる第２の透過率を有し且つ前記透光部を基準として前記露光光を同位相で透過させる第２の半遮光部から構成されていることを特徴とするフォトマスク。
請求項２２に記載のフォトマスクにおいて、
前記第２の半遮光部の透過率は６％以上で且つ５０％以下であることを特徴とするフォトマスク。