JP6175652B2 - フォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、フォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法に関し、特に、パターンの間隔をリソグラフィで露光できる限界値よりも小さく形成するプロキシミティ（近接）露光に用いるフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
半導体集積回路の微細加工を始め、ＭＥＭＳ（ｍｉｃｒｏ ｅｌｒｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍｓ）加工及び液晶等のフラットパネルの表面加工においては、加工する基板上に形成された感光性樹脂層にパターン露光を行い、露光した感光性樹脂層を現像することによって、目的とするパターンを形成するリソグラフィが用いられている。リソグラフィにおいては、パターンを描いたフォトマスクを介して光を照射するのが一般的である。この際、フォトマスクが被露光体に密着することによって生じる傷を防ぐため、フォトマスクと被露光体との間に間隙を設けて露光する、すなわちプロキシミティ（近接）露光を行うことが多い。
しかしながら、このような間隙を設けた場合、露光波長寸法の数倍程度の細かいパターンを形成するために、波長寸法の数倍程度のパターンをマスク上に設けても、フレネル回折現象等により、目的とする寸法のパターンを被露光体となる基板上に形成することができないという問題がある。具体的には、露光波長として３６５ｎｍの露光光を用いても、マスクと被露光体との間に数十μｍの間隙を設けると、４μｍ〜５μｍ程度の解像度しか得ることができない。
例えば、図４８に示すような、透明性基板９０１の上に遮光部９０２が形成された露光用フォトマスク９０３を用いて露光を行った場合に、フォトマスク９０３を透過した光９０４が回折し、回折した光９０４は、被露光体である基板９０５に到達するまでにパターンがぼやけてしまう。
しかしながら、近年では、上記のフォトマスク９０３と基板９０５との間に投影レンズを設ける投影転写露光法が用いられる場合がある。投影転写露光法によれば、被露光体にパターン像を転写できるので、露光波長相当までの解像度を得られるようになる。但し、高精度レンズが必要となるため、露光用装置に多大なコストが掛かる。
そこで、近接露光において、フォトマスク上に、露光光の位相を変化させる位相シフタを設け、光の干渉を利用して光強度のコントラストを向上させることにより、所望の微細寸法パターンを形成できる方法が提案されている。
以下、図４９を参照しながら、フォトマスク９０３Ａを用いてリソグラフィで露光できる限界値よりも小さいパターンを形成する方法について説明する（例えば、特許文献１を参照。）。
図４９に示すように、フォトマスク９０３Ａには、ライン（線）状の主開口部を有する主パターン部（光透過部）９０６と、主パターン部９０６の側方に設けられ、透過性で且つライン状の補助パターン部（光透過部）９０８とが、位相シフト膜９０９によって仕切られた位相シフトマスクである。また、補助パターン部９０８の外側の領域には、光を遮光する遮光膜（クロム膜）９０７が設けられている。
各補助パターン部９０８は、現像処理によって解像されない開口パターンであり、主パターン部９０６の中心線に対して両側方の領域に線対称に配置される。位相シフト膜９０９は、通過する光の位相を１８０°だけずらすことにより、主パターン部９０６から回折によって広がった光を、補助パターン部９０８を透過する反位相の光と干渉させて打ち消すことにより、劣化した解像度を改善することが記載されている。
特開２０１２−５８３２４号公報
しかしながら、近接露光においては、フォトマスクと被露光体との間隔が大きくなるに従って、その解像度が劣化することは変わらず、回折によって広がる光の一部を打ち消せる程度である。このため、解像度限界寸法も半分にまで改善できる程度であり、その効果は限定的である。
本発明は、上記の問題に鑑み、近接露光において、フォトマスクを透過した光が所定の間隔をおいた被露光体上で結像する投影転写露光の原理を実現して、被露光体のフォトマスクとの間隔の大小に依らない解像度の向上を実現すると共に、原理的な解像限界も投影転写露光並みに大幅な向上を実現できるようにすることを目的とする。
上記の目的を達成するため、本開示は、フォトマスクを、マスクパターン開口部に設けられた透光性領域における所望のパターンと対応する領域の周辺部に複数の透光性領域を設け、所望のパターンから外側に離れるにつれて、透光性領域を透過した光の位相面が進む構成とする。
具体的に、本開示に係るフォトマスクは、透明性基板と、透明性基板に設けられ、露光光を遮る遮光部とを備え、遮光部は、透光性のマスクパターン開口部を有し、マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域の周辺部に、露光光に対して少なくとも３つの異なる位相で光を透過する複数の透光性領域が設けられ、複数の透光性領域は、マスクパターン開口部を透過した露光光が所定の距離だけはなれた被露光体に所望のパターンの投影像を結ぶように、複数の透光性領域のうち、所望のパターンと対応する領域から離れた透光性領域を透過した露光光の位相面が、所望のパターンと対応する領域に近い透光性領域を透過した露光光の位相面よりも、被露光体に対して進むように構成されている。
本開示によると、透光性のマスクパターン開口部で且つ所望のパターンと対応する領域の周辺部に設けられた複数の透光性領域のうち、所望のパターンと対応する領域から離れた透光性領域を透過した露光光の位相面が、所望のパターンと対応する領域に近い透光性領域を透過した露光光の位相面よりも、被露光体に対して進むように構成されている。このため、フォトマスクから所定の距離だけ離れた被露光体上に所望のパターンと対応するように、所望のパターンの両側の透光性領域を透過した光の位相が一致して、レンズ作用と同様に、所望のパターン像を結像することができる。
本開示に係るフォトマスクにおいて、各透光性領域を透過する露光光は、所望のパターンと対応する領域から離れるに従って、その透過強度が低くなるように構成されていてもよい。
このようにすると、フォトマスクから所定の距離だけ離れた被露光体上に所望のパターン像を結像する上で、該フォトマスク上の所望のパターンと対応する領域から離れた領域を透過した光と、該フォトマスク上の所望のパターンと対応する領域に近い領域を透過した光との強度のバランスが調整されて、良好な形状のパターンを形成することができる。
本開示に係るフォトマスクにおいて、マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域に主パターン部が設けられ、所望のパターンと対応する領域の周辺部には、主パターン部と異なる位相で露光光を透過する、複数の透光性領域を含む補助パターン部が設けられており、補助パターン部は、主パターン部から近い領域に設けられた第１位相シフタ部と、主パターン部から遠い領域に設けられた第２位相シフタ部とを有し、第２位相シフタ部を透過した露光光の位相面は、第１位相シフタ部を透過した露光光の位相面よりも、被露光体に対して進むように構成されていてもよい。
このようにすると、主パターン部と、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部とを透過した露光光の位相が、フォトマスクから所定の距離だけ離れた被露光体上の所望のパターンと対応する位置で位相が一致して互いに強調し合うことにより、コントラストが高い像を形成できる。
この場合に、補助パターン部の周囲には、遮光部が設けられていてもよい。
このようにすると、所望のパターンを孤立状の転写像として形成することができる。
また、この場合に、主パターン部と補助パターン部とは、ライン状であり、主パターン部の延伸方向の両側に第１の位相シフタ部と第２の位相シフタ部とが、主パターン部を挟んで対をなす位置に設けられていてもよい。
このようにすると、所望のラインパターンに、より多くの光が集光するので、より高いコントラストを持つ像を形成することができる。
また、この場合に、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部の少なくとも一方は、その幅が露光波長以上であってもよい。
また、この場合に、第１位相シフタ部と第２位相シフタ部とを透過する露光光の位相差は、１２０°以内であってもよい。
このようにすると、高いコントラストを持つ像を形成することができる。
また、この場合に、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部は、それぞれがライン状であり、第２位相シフタ部の幅は、第１位相シフタ部の幅よりも小さくてもよい。
このようにすると、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部を透過した露光光の位相がフォトマスクから所定の距離だけ離れた被露光体上に、所望のパターンと対応する位置で、より正確に位相が一致するので、高いコントラストを持つ像を得ることができる。
また、この場合に、第２位相シフタ部の幅は、第１位相シフタ部の幅の０．７１倍（１／√２）以下であってもよい。
また、この場合に、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部は、それぞれライン状であり、第２位相シフタ部の長さは、第１位相シフタ部の長さよりも短くてもよい。
また、この場合に、主パターン部は、外側に突き出す凸コーナ部を有し、該凸コーナ部の周辺部には、補助パターン部が設けられていなくてもよい。
また、この場合に、主パターン部は、外側に突き出す凸コーナ部を有し、凸コーナ部の周辺部において、補助パターン部の幅は小さくなってもよい。
また、この場合に、主パターン部は、ライン状の端部又は外側に突き出す凸コーナ部を有し、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部は、主パターン部の外周部と並行して設けられ、第２位相シフタ部は、端部又は凸コーナ部の周辺部において分断されていてもよい。
また、この場合に、補助パターン部には、主パターン部と同一の位相又は３６０°の整数倍の位相差を生じるパターンが含まれていてもよい。
また、この場合に、第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部は、透明性基板を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、透明性基板を彫り込む加工のみでフォトマスクを作製することができるので、該フォトマスクの作製が容易となる。
また、この場合のフォトマスクは、透明性基板におけるマスクパターン開口部の上に設けられた透明膜をさらに備え、透明膜における第１位相シフタ部の形成領域の厚さは、透明膜における第２位相シフタ部の形成領域の厚さよりも大きくてもよい。
このようにすると、高いコントラストを持つ像を形成することができる。
この場合に、透明膜における主パターン部の形成領域の厚さは、透明膜における第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部のいずれの形成領域の厚さよりも大きくてもよい。
また、この場合に、透明性基板と透明膜との間の領域で、且つ第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部には、ライン状の複数の遮光部が設けられており、複数の遮光部のそれぞれの幅は、露光光の波長以下であってもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部を透過した露光光の位相を、第１位相シフタ部を透過した露光光の位相よりも確実に進めることができる。
この場合に、第１位相シフタ部に設けられた互いに隣接する遮光部同士の間隔は、第２位相シフタ部に設けられた互いに隣接する遮光部同士の間隔よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効的な透過率（以下、実効透過率と呼ぶ。）を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、互いに隣接する遮光部同士の間隔は、露光光の波長以下であってもよい。
このようにすると、各位相シフタ部を透過する露光光の位相を確実に調整できるようになる。
また、この場合に、第１位相シフタ部に設けられた各遮光部の幅は、第２位相シフタ部に設けられた各遮光部の幅よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効透過率を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、透明性基板と透明膜との間の領域で、且つ第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部には、孤立状の複数の微小開口部を有する遮光部が設けられており、第１位相シフタ部に設けられた微小開口部の単位面積当たりの面積率は、第２位相シフタ部に設けられた微小開口部の単位面積当たりの面積率よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効透過率を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、透明性基板と透明膜との間の領域で、且つ第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部には、孤立状の複数の微小開口部を有する遮光部が設けられており、第１位相シフタ部に設けられた互いに隣接する微小開口部同士の間隔は、第２位相シフタ部に設けられた互いに隣接する微小開口部同士の間隔よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効透過率を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、透明性基板と透明膜との間の領域で、且つ第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部には、孤立状の複数の遮光部が設けられており、第１位相シフタ部に設けられた複数の遮光部の単位面積当たりの面積率は、第２位相シフタ部に設けられた複数の遮光部の単位面積当たりの面積率よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効透過率を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、透明性基板と透明膜との間の領域で、且つ第１位相シフタ部及び第２位相シフタ部には、孤立状の複数の遮光部が設けられており、第１位相シフタ部に設けられた互いに隣接する遮光部同士の間隔は、第２位相シフタ部に設けられた互いに隣接する遮光部同士の間隔よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２位相シフタ部の露光光に対する実効透過率を、第１位相シフタ部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
本開示に係るフォトマスクにおいて、マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域の周辺部に補助パターン部が設けられ、補助パターン部は、所望のパターンと対応する領域から近い領域に設けられた第１彫り込み部と、所望のパターンと対応する領域から遠い領域に設けられた第２彫り込み部とを有し、第１彫り込み部及び第２彫り込み部は、透明性基板を彫り込んで形成され、第２彫り込み部の深さは、第１彫り込み部の深さよりも深くてもよい。
このようにすると、第２彫り込み部を透過した露光光の位相を、第１彫り込み部を透過した露光光の位相よりも確実に進めることができる。
この場合に、補助パターン部は、所望のパターンと対応する領域に対して第２彫り込み部よりも遠い領域に第３彫り込み部を有し、第３彫り込み部の深さは、第１彫り込み部の深さと第２彫り込み部の深さのいずれか一方よりも浅くてもよい。
このようにすると、第３彫り込み部を透過した露光光の位相を、第１彫り込み部又は第２彫り込み部を透過した露光光の位相よりも確実に進めることができる。
本開示に係るフォトマスクにおいて、マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域の周辺部に補助パターン部が設けられ、補助パターン部は、所望のパターンと対応する領域から近い領域に設けられた第１導波路部と、所望のパターンと対応する領域から遠い領域に設けられた第２導波路部とを有し、第１導波路部及び第２導波路部は、露光光の波長の以下の厚さ及び間隙とを持つ透光性材料により構成され、第２導波路部を透過した露光光の位相面は、第１導波路部を透過した露光光の位相面よりも被露光体に対して進むように構成されていてもよい。
このようにすると、第１導波路部を透過した露光光の位相と第２導波路部を透過した露光光の位相とが、フォトマスクから所定の距離だけ離れた被露光体上の所望のパターンと対応する位置で位相が一致して互いに強調し合うことにより、コントラストが高い像を形成することができる。
この場合に、第１導波路部及び第２導波路部は、それぞれ透明性基板に設けられた複数の狭彫り込み部から構成され、狭彫り込み部の幅は、露光光の波長以下であり、互いに隣接する狭彫り込み部同士の間隔は、露光光の波長以下であってもよい。
このようにすると、透明性基板を彫り込むだけで、種々の位相を生成する位相シフタ部を形成することができるので、フォトマスクを作製する工数を減らすことができる。
この場合に、第２導波路部における互いに隣接する狭彫り込み部同士の間隔は、第１導波路部における互いに隣接する狭彫り込み部同士の間隔よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２導波路部を透過した露光光の位相を、第１導波路部を透過した露光光の位相に対して確実に進めることができる。
また、この場合に、第２導波路部における狭彫り込み部の幅は、第１導波路部における狭彫り込み部の幅よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２導波路部を透過した露光光の位相を、第１導波路部を透過した露光光の位相に対して確実に進めることができる。
また、この場合に、第１導波路部における狭彫り込み部の深さは、第２導波路部における狭彫り込み部の深さと同一であってもよい。
このようにすると、１種類の彫り込み深さで、複数の位相シフタ部を形成することができるので、フォトマスクの作製における工数を削減できる。
また、この場合に、第２導波路部における狭彫り込み部の深さは、第１導波路部における狭彫り込み部の深さよりも深くてもよい。
このようにすると、導波路部の加工寸法の範囲を限定ししつ、より多くの種類の位相を透過させる導波路部を形成することができる。
また、この場合に、第１導波路部と第２導波路部との間の領域と、所望のパターンと対応する領域に対して第２導波路部よりも遠い側で且つ第２導波路部と隣接する領域との少なくとも一方に、露光光の波長以上の幅を有する彫り込み部が設けられていてもよい。
このようにすると、１つの彫り込む部に形成できる露光光の位相を変化させる範囲が最大となる。
また、この場合に、透明性基板における、互いに隣接する狭彫り込み部同士の間の領域の表面上には、遮光部が設けられていてもよい。
このようにすると、各導波路部は、露光光の位相のみでなく、実効透過率を調整できるようになる。
この場合に、遮光部は、表面上の中央部に設けられていてもよい。
このようにすると、各導波路部における露光光の実効透過率が、フォトマスクの作製における製造誤差に影響されにくくなる。
また、この場合に、遮光部は、表面上の中央部を露出するように設けられていてもよい。
このようにすると、各導波路部における露光光の実効透過率が、フォトマスクの作製における製造誤差に影響されにくくなる。
この場合に、遮光部は、第１導波路部及び第２導波路部の少なくとも一方において周期的に繰り返して配置されていてもよい。
このようにすると、各導波路部における露光光の実効透過率が、フォトマスクの作製における製造誤差に影響されにくくなる。
また、この場合に、第２導波路部における狭彫り込み部同士の間の表面の露出部分の遮光部に対する割合は、第１導波路部における露出部分の遮光部に対する割合よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２導波路部の露光光に対する実効透過率を、第１導波路部の実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、第１導波路部及び第２導波路部の少なくとも一方において、狭彫り込み部、遮光部及び狭彫り込み部同士の間の表面の露出部分は、周期的に繰り返して配置されていてもよい。
このようにすると、各導波路部を透過する露光光の位相と透過率とを個別に調整できるようになる。
この場合に、繰り返して配置される配置周期は、露光光の波長の１．５倍以下であってもよい。
このようにすると、各導波路部を透過する露光光の位相と透過率とを確実に調整できるようになる。
この場合に、第２導波路部における狭彫り込み部の割合は、第１導波路部における狭彫り込み部の割合よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２導波路部を透過した露光光の位相を、第１導波路部を透過した露光光の位相よりも確実に進めることができる。
また、この場合に、第２導波路部における遮光部の割合は、第１導波路部における遮光部の割合よりも大きくてもよい。
このようにすると、第２導波路部の露光光に対する実効透過率を、第１導波路部の露光光に対する実効透過率よりも確実に低くすることができる。
また、この場合に、第２導波路部における露出部分の割合は、第１導波路部における露出部分の割合よりも小さくてもよい。
このようにすると、第２導波路部の露光光に対する実効透過率を、第１導波路部の露光光に対する実効透過率よりも確実に低くすることができる。
本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２彫り込み部又は第１及び第２導波路部を有する場合に、所望のパターンと対応する領域には、透明性基板の表面が露出する主パターン部が設けられていてもよい。
このようにすると、所望のパターンと対応する領域を透過する光の強度が強くなるので、所望のパターンの寸法に依存せず、所望のパターン対してより鮮明な像を形成することができる。
本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２彫り込み部を有する場合に、第１彫り込み部及び第２彫り込み部は、透明性基板を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、周縁部に通常の遮光部が設けられた透明性基板のみからなる単純なマスク構造を加工することにより、本開示のフォトマスクを実現することができる。
また、本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２彫り込み部を有する場合に、透明性基板と遮光部との間に設けられた半透明膜をさらに備え、第１彫り込み部及び第２彫り込み部は、半透明膜を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、マスクパターン開口部における複数の透光性領域の光の透過率を容易に変更することができる。
また、本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２彫り込み部を有する場合に、透明性基板と遮光部との間に設けられ、透明性基板側の半透明膜と、遮光部側の透明膜とをさらに備え、第１彫り込み部及び第２彫り込み部は、透明膜を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、マスクパターン開口部における複数の透光性領域の光の透過率を容易に変更することができる。その上、透明膜を彫り込むことから、彫り込み工程等におけるエッチング加工によっても、透明膜の透過率が変化しないので、位相と透過率とを独立に調整することができる。
本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２導波路を有し、さらに該導波路部が狭彫り込み部から構成される場合に、複数の狭彫り込み部は、透明性基板を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、周縁部に通常の遮光部が設けられた透明性基板のみからなる単純なマスク構造を加工することにより、本開示のフォトマスクを実現できる。
また、本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２導波路を有し、さらに該導波路部が狭彫り込み部から構成される場合に、透明性基板と遮光部との間に設けられた半透明膜をさらに備え、複数の狭彫り込み部は、半透明膜を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、マスクパターン開口部における複数の透光性領域の光の透過率を容易に変更することができる。
また、本開示に係るフォトマスクが、第１及び第２導波路を有し、さらに該導波路部が狭彫り込み部から構成される場合に、透明性基板と遮光部との間に設けられ、透明性基板側の半透明膜と、遮光部側の透明膜とをさらに備え、複数の狭彫り込み部は、透明膜を彫り込むことにより構成されていてもよい。
このようにすると、マスクパターン開口部における複数の透光性領域の光の透過率を容易に変更することができる。その上、透明膜を彫り込むことから、彫り込み工程等におけるエッチング加工によっても、透明膜の透過率が変化しないので、位相と透過率とを独立に調整することができる。
本開示に係るフォトマスクは、透明性基板と遮光部との間に設けられた半透明膜をさらに備え、マスクパターン開口部における所望のパターンと対応する領域には、透明性基板が露出した主パターン部が設けられ、主パターン部に隣接して透明性基板を彫り込んだ彫り込み部が設けられ、彫り込み部の外側に、半透明膜が露出した半透明部が設けられていてもよい。
このようにすると、複雑なマスク加工を必要とせずに、被露光基板上における所望のパターンに対応する位置に光を集光して像を形成するのに必要な位相分布と透過率分布とを実現することができる。
この場合に、主パターン部と彫り込み部とを透過する露光光の位相差は、１２０°以内であってもよい。
このようにすると、露光光が所望のパターン位置に精度良く集光するので、所望の像を得ることができる。
また、この場合に、主パターン部と半透明部とを透過する露光光の位相差は、１２０°以内であってもよい。
このようにすると、露光光が所望のパターン位置に精度良く集光するので、所望の像を得ることができる。
本開示に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法は、レジスト膜を形成した基板を準備する工程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を選択的に照射する工程と、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。
本開示に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法によると、本開示によるフォトマスクを透過する光を集光することにより、微細パターンの形成が可能となる。
本発明に係るフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法によると、投影転写露光並みの解像度の大幅な向上を実現することができる。
図１Ａは、第１の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係るフォトマスクによる露光時の集光の様子を示す模式的な断面図である。 図２Ｂは、第１の実施形態に係るフォトマスクによって形成されたパターンを示す平面図である。 図３Ａは、従来の投影転写露光法の構成及び動作を模式的に表した断面図である。 図３Ｂは、第１の実施形態に係るフォトマスクの動作原理を模式的に表した断面図である。 図４Ａは、従来の投影転写露光用のフォトマスクを示す平面図である。 図４Ｂは、従来の投影転写露光用のフォトマスクを用いて形成されたシミュレーションによる転写像（光強分布）を示す図である。 図４Ｃは、従来の投影転写露光用のフォトマスクを用いて形成された、レンズ（凸レンズ）と被露光体との間の伝播面におけるシミュレーション結果を示し、光の振幅強度分布を示す図である。 図４Ｄは、従来の投影転写露光用のフォトマスクを用いて形成された、レンズ（凸レンズ）と被露光体との間の伝播面におけるシミュレーション結果を示し、光の位相分布を示す図である。 図４Ｅは、本開示の動作原理を実現する概念図である。 図５Ａは、本開示の原理をフォトマスクで実現するための方法を詳細に説明する図であって、光の振幅強度分布（透過率分布）を示す図である。 図５Ｂは、光の位相分布を示す図である。 図６Ａは、本開示の原理をフォトマスクで実現するための概念を２次元パターンの例で説明する図であって、光の振幅強度分布（透過率分布）のシミュレーション結果を示す図である。 図６Ｂは、本開示の原理をフォトマスクで実現するための概念を２次元パターンの例で説明する図であって、光の位相分布のシミュレーション結果を示す図である。 図６Ｃは、本開示の原理をフォトマスクで実現するための概念を２次元パターンの例で説明する図であって、形成された転写像のシミュレーション結果を示す図である。 図７Ａは、本開示の原理をフォトマスクで実現した例を示す図であって、光の位相分布を振幅強度分布で補正した１次元パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図７Ｂは、光の位相分布を振幅強度分布で補正した２次元パターンのシミュレーション結果を示す図である。 図８Ａは、位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果であって、フォトマスク内のマスクパターン開口部における各部の寸法を定義する平面図である。 図８Ｂは、位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果であって、位相シフタ部を２値化した結果を示す図である。 図８Ｃは、位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果であって、位相シフタ部を３値化した結果を示す図である。 図８Ｄは、位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果であって、位相シフタ部を４値化した結果を示す図である。 図８Ｅは、位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果であって、位相シフタ部を連続的に変化させた結果を示す図である。 図９は、第１の実施形態に係るフォトマスクの他の例を示す平面図である。 図１０Ａは、第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図１０Ｂは、図１０ＡのＸｂ−Ｘｂ線における断面図である。 図１１Ａは、第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図１１Ｂは、第１の実施形態の第３変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図１２は、第１の実施形態の第４変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図１３は、第１の実施形態の第５変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図１４は、第１の実施形態の第４変形例に相当する設計パターンを示す平面図である。 図１５は、第１の実施形態の第４変形例に相当するフォトマスクにおける位相シフタ部が２値化されたマスクレイアウトパターンを示す平面図である。 図１６は、第１の実施形態の第４変形例に相当するフォトマスクにおける位相シフタ部が３値化されたマスクレイアウトパターンを示す平面図である。 図１７は、第１の実施形態の第４変形例に相当するフォトマスクにおける位相シフタ部が４値化されたマスクレイアウトパターンを示す平面図である。 図１８Ａは、比較例であって、設計パターン自体をマスクレイアウトの開口部として露光を行った場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１８Ｂは、図１５に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１８Ｃは、図１６に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１８Ｄは、図１７に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果を示す図である。 図１９Ａは、第２の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図１９Ｂは、図１９ＡのＸＩＸｂ−ＸＩＸｂ線における断面図である。 図２０Ａは、第２の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図２０Ｂは、図２０ＡのＸＸｂ−ＸＸｂ線における断面図である。 図２１は、第２の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。 図２２は、図２１のＸＸＩＩｂ−ＸＸＩＩｂ線における断面図である。 図２３は、第２の実施形態の第３変形例に係るフォトマスクを示す断面図である。 図２４は、第２の実施形態の第４変形例に係るフォトマスクを示す断面図である。 図２５は、第２の実施形態の第５変形例に係るフォトマスクを示す断面図である。 図２６Ａは、第３の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図２６Ｂは、図２６ＡのＸＸＶＩｂ−ＸＸＶＩｂ線における断面図である。 図２７Ａは、第３の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部が光の位相に及ぼす影響を説明する模式的な斜視図である。 図２７Ｂは、第３の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部が光の位相に及ぼす影響を説明する模式的な斜視図である。 図２７Ｃは、第３の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部が光の位相に及ぼす影響を説明する模式的な斜視図である。 図２８Ａは、屈折率が異なる物質を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図２８Ｂは、屈折率が異なる物質を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図２８Ｃは、屈折率が異なる物質を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図２８Ｄは、屈折率が異なる物質を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図２９Ａは、第３の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部と同等の構造体を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図２９Ｂは、第３の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部と同等の構造体を透過する光の位相面のシミュレーション結果を示す図である。 図３０Ａは、第３の実施形態に係るフォトマスクの導波路部における位相を調整するためのレイアウトの変更方法を示す模式的な平面図である。 図３０Ｂは、第３の実施形態に係るフォトマスクの導波路部における位相を調整するためのレイアウトの変更方法を示す模式的な平面図である。 図３１Ａは、第４の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図３１Ｂは、図３１ＡのＸＸＸＩｂ−ＸＸＸＩｂ線における断面図である。 図３２Ａは、第５の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図３２Ｂは、図３２ＡのＸＸＸＩＩｂ−ＸＸＸＩＩｂ線における断面図である。 図３３は、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける各導波路部のレイアウトを示す模式的な拡大平面図である。 図３４Ａは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図３４Ｂは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図３４Ｃは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図３４Ｄは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図３４Ｅは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図３５Ａは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部を示す模式的な拡大平面図である。 図３５Ｂは、図３５ＡのＸＸＸＶｂ−ＸＸＸＶｂ線における断面図である。 図３５Ｃは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３５Ｄは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３５Ｅは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３５Ｆは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３５Ｇは、図３４Ａのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３５Ｈは、図３５Ｄの工程における平面図である。 図３５Ｉは、図３５Ｇの工程における平面図である。 図３６Ａは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部を示す模式的な拡大平面図である。 図３６Ｂは、図３６ＡのＸＸＸＶＩｂ−ＸＸＸＶＩｂ線における断面図である。 図３６Ｃは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３６Ｄは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３６Ｅは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３６Ｆは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３６Ｇは、図３４Ｂのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３６Ｈは、図３６Ｄの工程における平面図である。 図３６Ｉは、図３６Ｇの工程における平面図である。 図３７Ａは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部を示す模式的な拡大平面図である。 図３７Ｂは、図３７ＡのＸＸＸＶＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩｂ線における断面図である。 図３７Ｃは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３７Ｄは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３７Ｅは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３７Ｆは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３７Ｇは、図３４Ｃのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３７Ｈは、図３７Ｄの工程における平面図である。 図３７Ｉは、図３７Ｇの工程における平面図である。 図３８Ａは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部を示す模式的な拡大平面図である。 図３８Ｂは、図３８ＡのＸＸＸＶＩＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩＩｂ線における断面図である。 図３８Ｃは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３８Ｄは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３８Ｅは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３８Ｆは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３８Ｇは、図３４Ｄのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３８Ｈは、図３８Ｄの工程における平面図である。 図３８Ｉは、図３８Ｇの工程における平面図である。 図３９Ａは、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部を示す模式的な拡大平面図である。 図３９Ｂ１は、図３９ＡのＸＸＸＩＸｂ１−ＸＸＸＩＸｂ１線における断面図である。 図３９Ｂ２は、図３９ＡのＸＸＸＩＸｂ２−ＸＸＸＩＸｂ２線における断面図である。 図３９Ｃは、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｄは、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｅは、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｆは、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｇ１は、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｇ２は、図３４Ｅのレイアウトに相当するフォトマスクの導波路部の作製方法を示す工程順の断面図である。 図３９Ｈは、図３９Ｄの工程における平面図である。 図３９Ｉは、図３９Ｇ１及び図３９Ｇ２の工程における平面図である。 図４０Ａは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４０Ｂは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４０Ｃは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４０Ｄは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４０Ｅは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４０Ｆは、第５の実施形態に係るフォトマスクにおける導波路部の実効透過率を調整するためのレイアウトの変形例を示す模式的な拡大平面図である。 図４１Ａは、第６の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図４１Ｂは、図４１ＡのＸＬＩｂ−ＸＬＩｂ線における断面図である。 図４２Ａは、第７の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図４２Ｂは、図４２ＡのＸＬＩＩｂ−ＸＬＩＩｂ線における断面図である。 図４３Ａは、第７の実施形態に係るフォトマスクにおける遮光部及び微小開口部のレイアウトの変更方法を示す模式的な平面図である。 図４３Ｂは、第７の実施形態に係るフォトマスクにおける遮光部及び微小開口部のレイアウトの変更方法を示す模式的な平面図である。 図４４は、第７の実施形態に係るフォトマスクにおける遮光部及び微小開口部のレイアウトの変更方法を示す模式的な平面図である。 図４５Ａは、第８の実施形態に係るフォトマスクの一例を示す平面図である。 図４５Ｂは、図４５ＡのＸＬＶｂ−ＸＬＶｂ線における断面図である。 図４６Ａは、第９の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。 図４６Ｂは、第９の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。 図４６Ｃは、第９の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。 図４６Ｄは、第９の実施形態に係るパターン形成方法を示す工程順の断面図である。 図４７Ａは、第９の実施形態の一変形例に係る露光装置に適用可能なフォトマスクを示す模式的な斜視図である。 図４７Ｂは、第９の実施形態の一変形例に係る露光装置に適用可能なフォトマスクを用いた露光方法を示す模式的な断面図である。 図４８は、従来の近接露光法又は等倍の投影転写露光における問題点を説明する模式的な断面図である。 図４９は、従来のマスク開口部内に補助パターンと反対の位相を生成する位相シフタを設けた近接露光マスクを説明する断面図である。
（第１の実施形態）
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１Ａ及び図１Ｂは本実施形態に係るフォトマスクの一例を示している。
図１Ａに示すように、本実施形態に係るフォトマスク１０には、所望のライン状の転写パターンと対応する位置に、ライン状の主パターン部１０２が設けられている。主パターン部１０２の周辺部には、所望の転写パターンをフォトマスク１０から所定の距離だけ離れた被露光体に結像させるため、該所望の転写パターンを結像させるための補助パターン部１０３が設けられている。補助パターン部１０３は、透過する光に対してその透過強度と位相とを調整できる位相シフタ機能を有している。補助パターン部１０３は、主パターン部１０２に近い位置に設けられている順に、第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃにより構成されている。ここで、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過する光の位相面は、第１位相シフタ部１０３ａから、該第１位相シフタ部１０３ａよりも主パターン部１０２から離れた位置に設けられた第３位相シフタ部１０３ｃに向かって順に進む。言い換えれば、主パターン部１０２に最も近い第１位相シフタ部１０３ａを透過する光の位相面が最も遅れることになる。また、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの透過強度は、第１位相シフタ部１０３ａから第３位相シフタ部１０３ｃに向かって順にその強度が弱くなる。
図１Ｂの断面構成に示すように、本実施形態に係るフォトマスク１０は、例えば、ガラス又は石英等からなり、露光光を透過する透明性基板１０１と、該透明性基板１０１の主面上に形成されたクロム（Ｃｒ）等の遮光性の膜からなる遮光部１０４とを有している。遮光部１０４には、所望のパターンと対応した主パターン部１０２と該主パターン部１０２の周囲に配置された補助パターン部１０３とを含むマスクパターン開口部１０４ｄが形成される。
補助パターン部１０３は、上述したように、マスクパターン開口部１０４ｄに形成され、光透過性を有する膜からなる位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを含む。なお、通常、フォトマスク１０では、遮光部１０４が設けられる面を主面と呼び、該主面と反対側の面を裏面と呼ぶ。ここでは、透明性基板１０１におけるマスクパターン開口部１０４ｄから露出した部分が主パターン部１０２を構成している。このとき、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、それぞれを構成する光透過性の膜の屈折率と膜厚とを適宜調整することにより、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過する光の透過率と位相とを調整することができる。ここで、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを構成する光透過性の膜には、レジスト材又は酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。例えば、透過性が高いレジスト材として、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を用いることができる。また、ＳｉＯ２膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法若しくはスパッタ法、又はＳＯＧ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）等を用いた塗布法により形成することができる。なお、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃにおいて、光の位相を変えるには、それぞれの膜厚を変えることにより調整することができる。また、光の透過率を変えるには、レジスト材であれば、それぞれの組成によって透明性を調整でき、ＳｉＯ２膜であれば、モリブデン（Ｍｏ）等を添加して調整することができる。
なお、本実施形態においては、位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを、３種類の膜で構成したが、２種類の膜で構成してもよく、また、４種類以上の膜で構成してもよい。また、本実施形態においては、位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、それぞれ３種類の個別の光透過性の膜により形成しているが、位相シフト機能を有する構成であれば、どのような構成であってもよい。
以下、本明細書においては、フォトマスクの主面上において、遮光性の材料で覆われた部分を遮光部と呼び、遮光性の材料で覆われていない部分をマスクパターン開口部と呼ぶ。但し、部分的に遮光性の材料が存在する場合であって、領域として露光光を透過する場合は、マスクパターン開口部と呼ぶ。また、特に断らない限り、透明性基板は、単にガラスと称する場合がある。但し、透明性基板はガラスに限られず、遮光部もクロム（Ｃｒ）膜に限られない。
次に、図２Ａ及び図２Ｂを用いて、フォトマスク１０の裏面から光を照射したときの光学像を説明する。
以下、特に断らない限り、光とは波長が３６５ｎｍのｉ線と呼ばれる、リソグラフィで最もよく使われる露光光を想定して説明する。但し、ここで説明する光の屈折に関する諸原理は、露光波長に限定されず、波長が４３６ｎｍのｇ線と呼ばれる露光光、又はフッ化クリプトン（ＫｒＦ）若しくはフッ化アルゴン（ＡｒＦ）と呼ばれる、波長がそれぞれ２４８ｎｍ及び１９３ｎｍのエキシマレーザ光でも、さらに、それ以下の波長の光でも同様に成り立つ。
まず、図２Ａに示すように、本実施形態に係るフォトマスク１０の裏面から被露光体である基板（図示せず）の表面に向かって照射された平行な光は、そのまま平行な状態を保ったままガラスの内部を透過する。しかしながら、光が位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過する際には、光は位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃによってその位相が変更される。その結果、位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過した光の位相面の位置は、主パターン部１０２を透過した光の位相面に対してそれぞれ変化する。このとき、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃをそれぞれ透過する光は、主パターン部１０２から離れるに従って順次その位相面が進んだ状態になると、それぞれの光の進行方向は、主パターン部１０２の方向に向かってその位相面の進行方向が変わることになる。その結果、フォトマスク１０を透過した光は該フォトマスク１０の主面から所定の距離だけ離れた位置において、ライン状の主パターン部１０２の中心線付近で強い光強度となる強いコントラストの像を形成する。
その結果、図２Ｂに示すように、フォトマスク１０を用いて露光した場合には、該フォトマスク１０の主面から所定の距離だけ離れた位置においても、フォトマスク１０のマスクパターン開口部１０４ｄの中心線付近に相当する位置に、幅が１μｍ以下のライン状のパターンを形成できる光強度分布の像を明瞭に形成することができる。
上記のような現象が発生する理由について、以下に説明する。具体的なフォトマスクを透過する光の振る舞いを説明する前に、本発明者が考案した、近接露光により投影転写露光と同程度の解像度を実現する原理について図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。
図３Ａは投影転写露光法の構成及び動作を模式的に表している。図３Ａに示すように、フォトマスク１０５の裏面から入射した光は、該フォトマスク１０５の開口部を透過する際に回折現象によって広がることは、近接露光と同じである。ここで、被露光体１０８とフォトマスク１０５との間には、レンズ１０６が設けられているため、回折によって広がった光は、レンズ１０６から所定の距離だけ離れた投影面で結像する。すなわち、結像面にはマスク面の開口部を透過した光の強度分布がレンズ１０６によって再構成される。但し、回折角が大きくてレンズ１０６を透過できないほど回折してしまった光、及びエバネッセント波はこの結像に寄与しないため、解像度は露光波長程度となる。しかしながら、被露光体１０８をこの結像面に設ければ、回折による劣化を大幅に低減することができ、極めて高い解像度を得られることになる。
ここで、レンズ１０６と被露光体１０８上の結像面との間で、且つ被露光体１０８から所定の距離ｄだけはなれた伝播面１０７を透過する光を考える。光は波であり、振幅強度分布と位相分布とを有している。この伝播面１０７において、同一の振幅強度分布と位相分布とを持つ光は、該伝播面１０７に到達するまでどのような経路を透過してきたかに拘わらず、同一の結像面に同一の強度分布の像を形成するはずである。図３Ｂに示すように、本発明者は、この原理に基づいて、フォトマスク１０５Ａを透過する光に上記の伝播面１０７と同一の強度分布及び位相分布を直接に与えることにより、マスク面１０７Ａから所定の距離ｄだけ離れた位置に、投影転写露光の場合と同一の像を形成できることを解明した。
図３Ｂは上述した原理を模式的に表している。図３Ｂにおいて、実際には、フォトマスク１０５Ａの内部に、図３Ａに示すフォトマスク１０５と同一の開口部及びレンズ１０６が存在するわけではないが、マスク面１０７Ａの開口部を大きく広げ、その開口部を透過する際に、図３Ａの伝播面上における光の振幅強度分布と位相分布とを再現する透過率と位相シフト機能とを有した位相シフタを開口部に設けることを考案した。図３Ｂに示すように、本実施形態に係る位相シフタを設けると、図３Ａの投影転写露光によって被露光体１０８に転写される投影像と同一の像を、近接露光によっても被露光体１０８上に形成することができる。
上記の伝播面１０７における光の振幅強度分布と位相分布とについて、図４Ａ〜図４Ｅを参照しながら説明する。
図４Ａは投影転写露光用のフォトマスク１０５であり、該フォトマスク１０５には、幅が１μｍのライン状のパターンがマスク開口部１０５ａとして描かれている。このフォトマスク１０５を用いて露光を行った場合を例として説明する。ここでは、波長が３６５ｎｍの露光光を用いている。図４Ｂに、投影転写露光で実現される、被露光体１０８上における転写像のシミュレーション結果による光強分布を示す。このように、幅が１μｍのライン状のパターンであれば、投影転写露光によって十分なコントラストが得られることが分かる。
図４Ｃ及び図４Ｄは、レンズ１０６と被露光体１０８との間で、且つ該被露光体１０８から３０μｍだけ離れた伝播面１０７での光の振幅強度分布と位相分布とをそれぞれ示している。すなわち、伝播面１０７において、これらの振幅強度分布と位相分布とを有する光は、３０μｍだけ伝播することにより、図４Ａに示すマスク開口部１０５ａと対応する図４Ｂに示す転写像に集光する。
上記のことから、伝播面１０７での光は、フォトマスク１０５及び転写像と対応する領域よりも広い領域に光が分布しており、それらの光が３０μｍを伝播する間に被露光体１０８上に集光されることが分かる。すなわち、伝播面１０７において、マスク開口部１０５ａと対応する位置を伝播する光は、そのまま直進することによってマスク開口部１０５ａと対応する位置に結像する。一方、そのマスク開口部１０５ａと対応する位置の周辺領域を伝播する光は、該マスク開口部１０５ａの中心部と対応する位置に向かって進行していくことが分かる。これは、図４Ｅに示すように、マスク開口部１０５ａの中心部と対応する領域Ａを進行する波の位相面よりも、マスク開口部１０５ａの周辺領域と対応する領域Ｂを進行する波の位相面が進んでいることを意味している。
上記の状況を、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、伝播面１０７上の光の振幅強度分布（透過率分布）と位相分布とを詳細に説明する。図５Ａ及び図５Ｂには、図４Ｃ及び図４Ｄの伝播面１０７における光の振幅強度分布と位相分布とをそれぞれ拡大して表している。
まず、図５Ｂに示す位相分布に注目する。図中には所望のパターン、すなわちマスク開口部１０５ａと対応する図形を記載している。図５Ｂから分かるように、所望のパターンと対応する領域の光の位相に対して、所望のパターンと対応する領域の中心位置から離れた位置の位相は、その位置が離れるに従ってその位相の値が増えている。すなわち、位相面が進行していることが分かる。ここでは、位相は３６０°で循環するため、所望のパターンと対応する領域の光の位相値が０から、その中心位置から離れるに従って３６０°まで増える。さらに、その中心位置から離れると０に戻り、再び３６０°までに増えるように記載している。この２番目に現れる位相値は、７２０°＝３６０°＋３６０°と同値である。
以上により、本実施形態の要点について、再度、図１Ａを用いて説明する。所望のパターンと対応する領域を透過する光の位相に対して、その周辺部を透過する光は、所望のパターンと対応する領域の中心から離れるに従ってその位相面が進行方向に進む構成を有していることが望ましい。特に、所望のパターンがライン状であれば、その所望のパターンの周辺部に設けた位相シフタ部における位相は、所望のパターンのラインの中心線に対して線対称として、同一位相が対をなす構成とすることが望ましい。これにより、ラインパターンの中心線に光が集光される。
これらの構成を実現するため、図１Ａに示すフォトマスク１０において、所望のライン状の転写パターンと対応する領域には、ライン状の主パターン部１０２が設けられている。主パターン部１０２の周辺部には、ライン状の第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃからなる複数の位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃが設けられている。各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、主パターン部１０２を透過する光に対してそれぞれ異なる位相を生成する位相シフタが含まれる。例えば、主パターン部１０２を透過する光に対して、２種類の異なる位相を生成する位相シフタが含まれることが好ましい。さらに、主パターン部１０２に近い位置に設けられた第１位相シフタ部１０３ａと、該第１位相シフタ部１０３ａに対して主パターン部１０２よりも遠い位置に設けられた第２位相シフタ部１０３ｂとにおいて、第２位相シフタ部１０３ｂを透過する光の位相が、第１位相シフタ部１０３ａを透過する光の位相よりも進んでいることが望ましい。
さらに、第２位相シフタ部１０３ｂよりも主パターン部１０２から遠い位置に第３位相シフタ部１０３ｃが設けられていることが好ましい。これら第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃの順に主パターン部１０２に近い位置から遠い位置に向かうほど、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過する光の位相面が進行方向に進む構成であることが、光を転写像により厳密に集光させる上で、さらに望ましい。
次に、図５Ａに表した光の振幅強度分布についても考察する。ここでも、図中に所望のパターンに対応する図形を振幅強度分布に重ねて記載している。図５Ａに示すように、振幅強度は、所望のパターンの周辺部にまで大きく広がるように分布している。所望のパターンの周辺部においては、所望のパターンから遠ざかるに従ってその強度が低下する傾向がある。以上のことより、図１Ａに示したフォトマスク１０の各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃにおいて、その透過率を第１位相シフタ部１０３ａから第３位相シフタ部１０３ｃに向かって、すなわち、主パターン部１０２に近い位置から遠い位置に向かって順に低くすることにより、伝播面での光の振幅強度分布を実現することができる。
なお、図５Ａに示す所望のパターンから離れた領域で光の透過強度が実質的に０である領域は、図５Ｂに示す位相分布における図５Ａと対応する領域での位相分布は不要である。
以上、所望のパターンが単純なラインパターンである場合について説明したが、伝播面での上記の特徴は、一般的な２次元レイアウトでも同じである。
図６Ａ〜図６Ｂは所望のパターンが十字型のパターンである場合における伝播面の光の振幅強度分布と位相分布とを表している。図６Ｃは転写像を表している。ここで、図６Ａ及び図６Ｂは、図５Ａ及び図５Ｂとそれぞれ対応している。また、所望の十字型のパターンを表す図形を、図６Ａ及び図６Ｂに重ねて記載している。ここでも、図６Ｂに示すように、所望のパターンと対応する領域の光の位相に対して、所望のパターンと対応する領域の中心位置から離れるに従って位相の値が増える、すなわち位相面が進行していることが分かる。図６Ａに示す振幅強度に対しても、所望のパターンの周辺部においては、所望のパターンから遠ざかるに従ってその強度が低下する傾向があることが分かる。
このように、本実施形態に係るフォトマスク１０によると、所望のパターンと対応する領域の周辺部に、補助パターン部１０３を構成する複数の位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを設け、投影転写露光における伝播波を近接露光によるフォトマスク１０に直接に生成することにより、微細パターンが形成可能な転写像を被露光体の上に形成することができる。
なお、光の振幅強度分布において、その振幅強度が十分に小さい領域は、マスクレイアウトにおいて遮光部とすればよい。伝播波においては、振幅強度が極めて低い領域であっても位相分布が存在する。但し、振幅強度が極めて低い領域は、転写像に寄与しない。
そこで、図７Ａ及び図７Ｂとして、図５Ａ〜図６Ｂから光の振幅強度分布における強度を考慮して、必要な光の位相分布を作製し直した位相分布を示す。図７Ａは、図５Ｂのラインパターンに対する有意な位相分布に変形し、図７Ｂは、図６Ｂの十字型のパターンに対する有意な位相分布に変形している。
このように、本実施形態に係る構成においても、主パターン部１０２及び位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを含めた外周部に遮光部１０４を設けることが好ましいことが分かる。
ところで、図５Ｂ及び図６Ｂに示される、光の伝播面での位相分布をフォトマスクで再現するには、理想的には光の位相面が連続的に変化する位相シフタ部を設けることが望ましい。しかしながら、これらの位相をいくつかの離散的な値に近似して、それぞれの離散的な値に対応する位相面を生成する位相シフタ部を設けてもよい。離散化は、例えば、主パターン部の位相を０°として、位相シフタ部におけるそれぞれの光の位相を［表１］のように設定すればよい。
Figure 0006175652
ここで、位相シフタ部の位相とは、位相シフタ部を透過する露光光の位相面が主パターン部を透過する露光光の位相面に対して進んでいる値をいう。位相シフタ部のなかには、主パターン部と同一の位相となる位相シフタ部が存在する。光の位相は３６０°で循環するため、３６０°の任意の整数倍の差は同一の位相と見なせる。このため、位相シフタ部における位相の表記には±３６０×ｎ（ｎは、０を含めた任意の整数）を加えてある。
Figure 0006175652
すなわち、［表２］を例にすると、０°、１２０°及び２４０°の３種類の位相シフタ部を主パターン部に近い側から順に、０°、１２０°、２４０°、０°、１２０°及び２４０°と循環するように設けてもよい。この場合、０°の位相シフタ部が２４０°の位相シフタ部よりも主パターン部から遠くに位置するため、主パターン部から遠くに位置する位相シフタ部の位相が遅れているように見える。しかし、これは、位相シフタ部の種類を０°、１２０°、２４０°、３６０°、４８０°及び６００°とし、主パターン部に近い側から順に、０°、１２０°、２４０°、３６０°、４８０°及び６００°と増え続けるように、位相シフタ部を設定することと同値の位相分布を形成することになる。
Figure 0006175652
また、例えば［表３］を例にすると、０°、９０°、１８０及び２７０°の４種類の位相シフタ部を主パターン部に近い側から順に、０°、９０°、１８０°、２７０°、０°、９０°、１８０°及び２７０°と循環するように設けてもよい。
このように、より解像性が高いパターン像を形成するには、より多くの光の位相波を集めることが好ましい。上記のように、位相循環に対応した位相シフタ部を設ける場合は、主パターン部の周辺部の片側には、同一位相の補助パターン部を２種類以上設けることが好ましい。
図８Ａ〜図８Ｅは位相シフタ部の離散化が被露光体の像に与える影響をシミュレーションした結果を表している。具体的に、図８Ａに示すように、主パターン部１０２のライン幅をＬ０とし、該主パターン部１０２を含むライン状の位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃのそれぞれの全体（外形）の幅を内側から順に、Ｌ１、Ｌ２及びＬ３とする。また、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃ自体のそれぞれの幅（単独幅とも呼ぶ。）をＷ１、Ｗ２及びＷ３とする。
主パターン部１０２の位相を０°とし、主パターン部１０２の位相以外に設けた位相の数を、（１）１８０°の反対位相の１種類のみ、（２）１２０°及び２４０°の２種類、（３）９０°、１８０°及び２７０°の３種類、並びに（４）連続的に分布した位相を用いる場合の、以上４つの場合について比較する。
以下に挙げる［表４］から［表６］には、上記の（１）から（３）の場合における主パターン部の幅Ｌ０、各位相シフタ部の位相、各位相シフタ部の外形幅及び単独幅がそれぞれ記載されている。全ての場合において、最外周に設けた位相シフタ部の外形幅は２０μｍに統一されている。例えば［表４］においては、最下欄の「Ｌ４」における外形幅が２０μｍに設定されている。光の位相の離散化は、主パターン部の位相を含め、各位相が均等な差となるように離散化している。この均等な差を持つ離散化が好ましいことはいうまでもないが、必ずしも均等な差を生じるように離散化しなくてもよい。
Figure 0006175652
Figure 0006175652
Figure 0006175652
Figure 0006175652
伝播面での位相分布を再現するための位相シフタ部を、位相の変化を連続的に生じさせることができるとして扱った場合の光強度分布のプロファイルと、位相シフタ部により位相を離散化した光強度プロファイルとを、図８Ｂから図８Ｅに示している。図８Ｂから図８Ｄは、［表４］から［表６］と対応する。また、それぞれの離散化における光強度分布のプロファイルのピーク値も［表７］に記載している。図８Ｂに示すように、０°と１８０°との２種類の位相のみで離散化したときの光強度のピークは、図８Ｅに示す、連続的に位相を分布させたときの半分にも満たない。しかし、図８Ｃに示すように、位相を３種類の位相に離散化し、１２０°まで離散化の幅を小さくすると、光強度のピークは８０％近くにまで達する。さらに、図８Ｄに示すように、位相を４種類の位相に離散化し、９０°まで離散化の幅を小さくすると、光強度のピークは９０％以上にまで達する。
以上より、大幅な効果を得るには、離散化により隣り合う位相シフタ部の位相差は１２０°まで小さくすることが望ましく、さらに、９０°まで小さくすると、理想的な効果を十分に得られるので、さらに好ましい。すなわち、少なくとも、主パターン部と異なる２種類の位相分の位相シフト、すなわち３つの位相に離散化する補助パターン部を設けることが好ましい。もちろん、主パターン部と異なる３種類以上の位相分の位相シフトを実現する補助パターン部を設けることはさらに好ましい。
また、光の伝播面での位相分布の特徴として、主パターン部から離れるに従って位相面が進むだけでなく、３６０°分の位相が循環する距離が短くなるという特徴がある。これは原理的にも、所望のパターンからｎ番目に現れる位相循環における周期長は、所望のパターンからの距離をｒとし、伝播面と結像面との距離をＧとし、露光波長の寸法をλで表すと、√（２×ｎ×Ｇ×λ）−√（２×（ｎ−１）×Ｇ×λ）で近似的に表すことができると想定される。これは、ピンホールを通過する光の位相分布の周期分布を考える原理と同様の考えによって推測される。よって、上記のように離散化された位相シフタ部を設ける場合は、主パターン部から遠い位置に設けられた位相シフタ部の幅（単独幅）は、主パターン部の近い位置に設けられた位相シフタ部の幅（単独幅）よりも小さいことが望ましい。特に、同一位相の位相シフタ部においては、主パターン部に近い位置に設けられた位相シフタ部よりも、主パターン部から遠い位置に設けられた位相シフタ部の幅の方が小さいことが望ましい。同一位相の位相シフタ部同士であれば、主パターン部から数えてｎ番目の位置に設けられた位相シフタ部の幅は、その内側に隣接する（ｎ―１）番目の位置に設けられた位相シフタ幅の√（（ｎ―１）／ｎ）であることが望ましい。具体的には、主パターン部から２番目以降に設けられた補助パターン部には、主パターン部の最も近くに設けられた補助パターン部の幅の１／√２以下、すなわち、約０．７１倍以下の幅の位相シフタ部が含まれることが望ましい。
図１Ａに示した具体的な構成で表現すると、第２位相シフタ部１０３ｂの幅（単独幅）は、第１位相シフタ部１０３ａの幅（単独幅）よりも小さいことが望ましい。このような位相シフタ部の幅（単独幅）の関係は、離散化により同一位相を生成する位相シフタ部同士の間ではもちろんのこと、異なる位相を生成する位相シフタ部同士の間でも同様に成り立つ。このことは、例外もあるが、［表４］から［表６］を見ても明らかである。また、［表４］から［表６］からも分かるように、離散化した位相に対応した位相シフタ部の幅は、少なくとも露光波長よりも大きいことが分かる。通常、補助パターン部の形成位置には所望のパターンが形成されないため、露光波長よりも小さい寸法のパターンが補助パターン部として用いられる。但し、本実施形態に係る補助パターン部は、所定の位相分布を形成するため、露光波長よりも大きい透光部を有する補助パターン部であることが望ましい。
ここで、図９に、上掲の［表６］に相当する０°、９０°、１８０°及び２７０°に離散化する場合のマスクレイアウトの一例を示す。主パターン部１０２の位相を０°として、主パターン部１０２に近い順に、補助パターン部１０３となる位相シフタ部をそれぞれ、第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ、第３位相シフタ部１０３ｃ、第４位相シフタ部１０３ｄ、第５位相シフタ部１０３ｅ、第６位相シフタ部１０３ｆ及び第７位相シフタ部１０３ｇとする。各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｇを透過する光の位相面が、主パターン部１０２を透過する光の位相面よりも、それぞれ第１位相シフタ部１０３ａから順に９０°、１８０°、２７０°、０°、９０°、１８０°及び２７０°に進むように構成されている。
以上、第１の実施形態に係るマスクレイアウトの特徴として、光の伝播面における位相分布を再現するためのレイアウト構成について説明した。一方、振幅強度分布の特徴は、各位相シフタ部の透過率を変更することにより再現できる。さらに、振幅強度分布の特徴は、各位相シフタ部の透過率を変更するだけでなく、マスクレイアウトの構成を変更することによっても実現することができる。
以下、このマスクレイアウトの構成を変更した実施形態を第１変形例として説明する。
（第１の実施形態の第１変形例）
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１０Ａ及び図１０Ｂを参照しながら説明する。
図１０Ａに示すように、本変形例に係るフォトマスク１０Ａには、マスクパターン開口部１０４ｄの中央部で所望の転写パターンと対応する位置にライン状の主パターン部１０２が設けられている。主パターン部１０２の周辺部には、第１の実施形態と同様に、所望の転写パターンをフォトマスク１０Ａから所定の距離だけ離れた被露光体に結像させるための位相シフタ部となる補助パターン部１０３が設けられている。
本変形例においては、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間の伝播面における光の振幅強度分布と位相分布とを近接露光で再現し得るフォトマスクを得るため、補助パターン部１０３に、すなわち、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃのそれぞれの両側に遮光部１０４ａ〜１０４ｃを設けている。より具体的には、補助パターン部１０３に遮光部１０４ａ〜１０４ｃを導入することにより、各移相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃにおける位相は、主パターン部１０２からの距離に応じて必要な位相が設定される。その上、主パターン部１０２から離れるに従って、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの線幅（単独幅）を順に小さくした分、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの間の遮光部１０４ａ〜１０４ｃの幅を順に広くすることにより、透過する光の強度を低下させることが可能となる。すなわち、主パターン部１０２から離れるに従って各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの線幅を小さくするだけで、たとえ各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃにおける透過率を個々に変えることができない場合であっても、伝播面における光の振幅強度分布を再現することが可能となる。
図１０Ａに示すフォトマスク１０Ａのレイアウトについて、より詳細に説明する。
本変形例に係るフォトマスク１０Ａには、マスクパターン開口部１０４ｄにおける所望の転写パターンと対応する領域には、主パターン部１０２が設けられている。主パターン部１０２の周辺部には、該主パターン部１０２側から順に、ライン状の第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃからなる補助パターン部１０３が設けられている。補助パターン部１０３には、主パターン部１０２を透過する光に対して異なる位相を生成する位相シフタ部が含まれる。また、第１の実施形態と同様に、主パターン部１０２を透過する光に対して少なくとも２種類の異なる位相を生成する位相シフタ部が含まれることが好ましい。
また、第１の実施形態と同様に、主パターン部１０２に近い位置に設けられた第１位相シフタ部１０３ａと、該第１位相シフタ部１０３ａに対して主パターン部１０２よりも遠い位置に設けられた第２位相シフタ部１０３ｂとにおいて、第２位相シフタ部１０３ｂを透過する光の位相が第１位相シフタ部１０３ａを透過する光の位相よりも進んでいることが望ましい。第１位相シフタ部１０３ａと第２位相シフタ部１０３ｂとの間には、遮光部１０４ｂが設けられており、第２位相シフタ部１０３ｂの幅は、第１位相シフタ部１０３ａの幅よりも小さいことが望ましい。さらに、第２位相シフタ部１０３ｂよりも主パターン部１０２から遠い位置には、第３位相シフタ部１０３ｃが設けられている。第３位相シフタ部１０３ｃ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第１位相シフタ部１０３ａの順に、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを透過する光の位相面が進む。第２位相シフタ部１０３ｂと第３位相シフタ部１０３ｃとの間にも遮光部１０４ｃが設けられており、第３位相シフタ部１０３ｃの幅は、第２位相シフタ部１０３ｂの幅よりも小さいことが、所望の写像に厳密に結像させる上でさらに望ましいことはいうまでもない。
次に、断面構造の一例である図１０Ｂに示すように、本変形例に係るフォトマスク１０Ａは、例えば、ガラス又は石英等の透明性基板１０１の主面上に、クロム（Ｃｒ）等の遮光性の膜によって遮光部１０４、１０４ａ〜１０４ｃを構成するパターンが描かれている。遮光性の膜で覆われず、且つマスクパターン開口部１０４ｄにおける補助パターン部１０３に相当する部分には、透明性基板１０１が露出した露出部を覆うように位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃがそれぞれ形成されている。
なお、ここでは、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、各遮光部１０４、１０４ａ〜１０４ｃの表面の一部をも覆うように形成されている。また、各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、それぞれを透過する光強度を、遮光部１０４、１０４ａ〜１０４ｃの各開口幅によっても調整することができる。位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃは、光の位相のシフトのみが考慮されればよく、透過率と位相シフト量とを両立する必要がなくなるため、位相シフト部１０３ａ〜１０３ｃの選択条件が緩和されるので、フォトマスク１０Ａの作製が容易となる。また、位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの加工寸法においても、遮光部１０４、１０４ａ〜１０４ｃの幅の分だけ位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを構成する膜の形成時における寸法誤差の許容値となるので、該膜の加工が容易となる。
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、第２変形例として、遮光部に孤立状の位相シフタ部を設けることにより、さらに好ましいマスクレイアウトの構成について、図１１Ａを用いて説明する。
図１１Ａはライン状のパターンを形成するための一例である。図１１Ａに示すように、本変形例に係るフォトマスク１０Ｂは、遮光部１０４と、該遮光部１０４に形成されたライン状の主パターン部１０２と、該主パターン部１０２の両側方の領域で且つ主パターン部１０２と平行に形成され、補助パターン部１０３となる位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃとを有している。第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃにおける位相及び線幅の関係は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示した第１変形例に係る第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃと同様である。より厳密には、光の伝播面ではライン状となる方形パターンの短辺側の周辺部にも位相分布は存在するが、その長さが短いため、実際の結像に対する寄与分は大きくはない。従って、図１１Ａに示すように、長辺側の周辺部にのみ補助パターン部１０３を設けることにより、フォトマスク１０Ｂの作製時には補助パターン部１０３を形成する際の負荷を軽減しながら、ライン状の結像パターンを得ることができる。
ところで、図７Ａに示した理想的な位相分布から、図５Ａに示した振幅分布を考慮すると、ライン部に並行して設けられるライン状の位相分布は、ライン部から離れるに従って短くなることが分かる。これは、ライン部と全て同一の長さの補助パターン部１０３を設けると、ラインの端部に光が集光し過ぎるためである。よって、ライン部である主パターン部１０２に平行に設けられた補助パターン部１０３を構成する各位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃにおいて、主パターン部１０２に近い位置に設けられた第１位相シフタ部１０３ａよりも、主パターン部１０２からより遠い位置に設けられた第２位相シフタ部１０３ｂの長さが短いことが望ましい。言い換えると、主パターン部１０２における短辺を延長した延長線と第１位相シフタ部１０３ａにおける延伸方向（ライン方向）の端部までの距離は、該延長線と第２位相シフタ部１０３ｂにおける延伸方向（ライン方向）の端部までの距離よりも短くなることが望ましい。
（第１の実施形態の第３変形例）
図１１Ｂに第３変形例を示す。本変形例では、互いの幅が異なる２つのライン状のパターンを形成する一例を説明する。
所望のパターンとして、通常のフォトマスクでは形成が困難な寸法、例えば、露光波長が３６５ｎｍで、フォトマスクと被露光体との間隔（ギャップ長）が５０μｍの場合を想定し、５μｍ未満の線幅とそれよりも十分に太い線幅とが混在している例である。
通常のフォトマスクでは形成が可能なパターン寸法は、露光波長をλとし、フォトマスクと被露光体とのギャップ長Ｇを用いて、√（２×Ｇ×λ）程度と見積もることができる。ここで、本変形例に係るフォトマスク１０Ｃにおける第１主パターン部１０２Ａは、５μｍ未満の線幅に相当する部分であり、第２主パターン部１０２Ｂは、５μｍよりも十分に大きい線幅に相当する部分である。このとき、補助パターン部１０３は、第１主パターン部１０２Ａのライン部の周辺部に平行に設けられることが好ましい。補助パターン部１０３は、主パターン部１０２Ａ、１０２Ｂの全体の周辺部を囲むように設けるのではなく、必要性が高い領域にのみ設けることにより、フォトマスク１０Ｃの作製の負荷を軽減することができる。
（第１の実施形態の第４変形例）
図１２に第４変形例を示す。本変形例では、互いの幅が異なる２つのライン状のパターンを形成する他の例を説明する。
本変形例においても、波長が３６５ｎｍで、ギャップ長が５０μｍを想定し、５μｍ未満の線幅と、それよりも十分に大きい線幅が混在している例である。第１主パターン部１０２Ａは、５μｍ未満の線幅に相当する部分であり、第２主パターン部１０２Ｂは、５μｍよりも十分に大きい線幅に相当する部分である。
第４変形例に係るフォトマスク１０Ｄの第３変形例と異なる点は、第２主パターン部１０２Ｂの周辺部にも、補助パターン部１０３を設けている点である。前述したように、解像度の点からは、必ずしも第２主パターン部１０２Ｂの周辺部に補助パターン部１０３を設ける必要はない。しかし、パターン形状を所望の形状にするためには、十分に大きいパターンの周辺部にも補助パターン部１０３を設けることが好ましい。
但し、パターン形状を所望の形状にするために、第２主パターン部１０２Ｂの角部である凸コーナ部１０２ｂの周辺には、補助パターン部１０３を設けない構成としている。これは、図１１Ａで説明したように、ライン状のパターンにおいても、ラインの端部の周辺に設けられる補助パターン部１０３が、ラインの端部に近づくにつれて少なくなることが好ましいからである。すなわち、第２主パターン部１０２Ｂの凸コーナ部１０２ｂに光が集光し過ぎないための構成である。このように、第２主パターン部１０２Ｂの凸コーナ部１０２ｂの周辺には、補助パターン部１０３が設けられていない構成と、ライン部の延伸方向の中心から凸コーナ部１０２ｂに近づくにつれて補助パターン部１０３を構成する位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃの本数が少なくなる構成であることが望ましい。
（第１の実施形態の第５変形例）
図１３に第５変形例を示す。本変形例では、図１１Ａと同様に、ライン状のパターンを形成するための他の例である。
図１３に示すように、図１１Ａに示す第２変形例と異なる点は、補助パターン部１０３として、主パターン部１０２のそれぞれの片側の領域に、同一位相の位相シフタ部が設けられている点である。すなわち、位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｇにおける光の位相面が、主パターン部１０２から離れるに従って進む。さらに、光の位相面の進行方向が、主パターン部１０２の転写像に向かうように露光光の位相をシフトする構成でありながら、位相シフト部１０３ａ〜１０３ｇの位相が３６０°で循環する構成例である。
ここで、補助パターン部１０３を構成する位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｇにおける光の位相は、第１位相シフタ部１０３ａと第５位相シフタ部１０３ｅとが露光光に対して同一の位相シフトを生じさせる。同様に、第２位相シフタ部１０３ｂと第６位相シフタ部１０３ｆ、及び第３位相シフタ部１０３ｃと第７位相シフタ部１０３ｇとがそれぞれ同一の位相シフトを生じさせる。第４位相シフタ部１０３ｄは、主パターン部１０２と同一の位相で露光光を透過する。また、第１位相シフタ部１０３ａ、第２位相シフタ部１０３ｂ及び第３位相シフタ部１０３ｃにおける各位相の関係は、図１１Ａの例と同様である。
ここで、本変形例に係るフォトマスク１０Ｅの、図１１Ａに示す第２変形例の構成と異なる特徴は、ライン状の主パターン部１０２の一側方に、主パターン部１０２から異なる距離で、２本のライン状で同一位相の位相シフタ部（例えば、第１位相シフタ部１０３ａと第５位相シフタ部１０３ｅ）がライン部にほぼ平行に設けられていること、及び主パターン部１０２に近い位置に設けられた位相シフタ部よりも、主パターン部１０２からより遠い位置に設けられた位相シフタ部の長さが短いことである。言い換えると、主パターン部１０２における短辺を延長した延長線と第１位相シフタ部１０３ａにおける延伸方向（ライン方向）の端部までの距離は、該延長線と第５位相シフタ部１０３ｅにおける延伸方向（ライン方向）の端部までの距離よりも短くなる。この構成により、より多くの光を集光することで結像させるライン状のパターンにおいて、その端部に光が集光し過ぎて像の形状がひずむことを防止することができる。
以上、マスクレイアウトの種々の変形例をマスクレイアウトの特徴的な構成として説明したが、正確なマスクレイアウトを実際に計算した例を以下に示す。
図１４〜図１８Ｄは上記の変形例に係る所望のパターンとなる設計パターン、マスクレイアウト図、及びこれらのマスクレイアウトを用いたときの転写像のシミュレーション結果をそれぞれ示している。
図１４は所望のパターンであり、且つマスクレイアウト図を計算するために用いた設計パターンである。図１５〜図１７は、該設計パターンからそれぞれ計算されたマスクレイアウト図である。ここで、図１５は、マスクレイアウトを０°と１８０°との位相で作製した例である。図１６は、マスクレイアウトを０°、１２０°及び２７０°の位相で作製した例である。図１７は、マスクレイアウトを０°、９０°、１８０°及び２７０°の位相で作製した例である。ここで、図１５〜図１７の各補助パターン部に記した位相は、その部分を透過する露光光の位相面を進める値を示している。
図１８Ａ〜図１８Ｄは、フォトマスクと被露光体とのギャップ長を５０μｍとし、露光波長を３６５ｎｍとし、露光光源のコリメーション角を１．５°として、光学シミュレーションを行った結果を示している。
図１８Ａは比較例であって、通常のマスク、すなわち設計パターンをそのままマスクレイアウトの開口部として露光を行った場合のシミュレーション結果である。図１８Ａに示すように、通常のフォトマスクでは、設計パターン幅が２μｍの第１主パターン部１０２Ａの転写像が全く形成されないことが分かる。一方、パターン幅が十分に大きい第２主パターン部１０２Ｂでは、転写像が形成されることが分かる。これにより、少なくとも第１主パターン部１０２Ａに補助パターン部を設けることが必要であることが分かる。
図１８Ｂは、図１５に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果である。図１８Ｃは、図１６に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果である。図１８Ｄは、図１７に示すフォトマスクを露光した場合のシミュレーション結果である。これらの結果から、第１主パターン部１０２Ａに補助パターン部を設けることにより、該第１主パターン部１０２Ａに明瞭に転写像が形成されることが分かる。また、第２主パターン部１０２Ｂは、補助パターン部が設けられていなくても転写像自体は形成される。但し、図１５〜図１７に示すように、第２主パターン部１０２Ｂにそれぞれ補助パターン部を設けることにより、所望のパターン形状の輪郭部に明瞭なパターン像が実現され、より所望のパターン形状に対して歪みが少ない転写像を得られることが分かる。
さらに、図１５に示す構成の０°及び１８０°の２つの位相のみでなく、図１６に示す構成の０°、１２０°及び２４０°の３つの位相を用いる場合、並びに図１７に示す構成の０°、９０°、１８０°及び２７０°の４つの位相を用いる場合に、より明瞭な輪郭部を得られることも分かる。ここで、補助パターン部が設けられた全ての例において、第２主パターン部１０２Ｂの凸コーナ部の周辺の領域では、補助パターン部が設けられていないか、又はライン状部分に沿って設けられた補助パターン部の線幅よりも小さくなっていることが分かる。また、設計パターンにおけるライン状部分に沿って設けられた、ほぼライン状である補助パターン部の長さは、設計パターンから遠ざかるに従って短くなっていることも分かる。さらに、設計パターンから遠ざかるに従って、ライン状である補助パターン部が分断されることも分かる。
これらの要件を満足することにより、設計パターン、すなわち、所望のパターンをより正確に実現できるマスクレイアウトを得ることができる。
また、図１５及び図１６に示すマスクレイアウト図から、第１主パターン部１０２Ａと第２主パターン部１０２Ｂとの接続部分に形成される凹コーナ部に設けられる補助パターン部は、孤立状のパターンであることが好ましいことが分かる。これは、所望のパターンの２つのライン状の辺となる像を形成するために、位相分布が重なり合って交差した状態となるので、ライン状では必要な位相分布を実現できないからである。但し、この場合でも、所望のパターンから垂直な方向に離れるに従って位相面が進む構成となっていることは、図１５及び図１６からも明らかである。さらに、これらの孤立状の補助パターン部においては、線幅ではなく、所望のパターンから離れるに従って補助パターン部の面積が小さくなる構成となる。
また、図１６及び図１７の例にみられるように、主パターン部となる開口部が必ずしも所望のパターンの内部に配置される構成に限定されないことが分かる。すなわち、設計パターンにおける第１主パターン部１０２Ａに相当する位置が、マスクレイアウトではマスクパターン開口部ではなく、遮光部である場合でも、良好なパターン像を形成できることが分かる。
主パターン部は、所望のパターンのほぼ相似形であることは望ましいが、これに限定されない。極端な場合、所望のパターン位置にパターンが存在せず、補助パターン部のみで構成されることもあり得る。従って、正確には、主パターン部及び補助パターン部という区別は本質的ではなく、本実施形態に係るフォトマスクは、下記のように定義するのが適切である。
本実施形態に係るフォトマスクは、所望のパターンがライン状のパターンである場合は、所望のライン状パターン部及びその周辺部に、複数の位相を透過する位相透過領域が設けられ、所望のライン状パターン部の中心線から離れるに従って、複数の位相透過領域における位相面が順次進む構成を有する。
より詳細に説明するなら、ライン状の所望のパターンの位置又はそれを含む周辺領域において、所望のライン状パターンの中心線に最も近い位置に設けられた露光光を透過する領域で、その領域内でほぼ同一の位相の光を透過するライン状の領域を第１のパターン部とする。上記の中心線からみて、第１のパターン部を介して離れる方向の位置に設けられた露光光を透過する領域で、その領域内でほぼ同一の位相の光を透過しつつ、その位相が第１のパターン部と異なるライン状の領域を第２のパターン部とする。上記の中心線からみて、さらにこの第２のパターン部を介して離れる方向の位置に設けられた露光光を透過する領域で、その領域内でほぼ同一の位相の光を透過しつつ、その位相が第１のパターン部及び第２のパターン部のいずれとも異なるライン状の領域を第３のパターン部とする。これらの３つの異なる位相を生成する３つのパターン部において、それぞれのパターン部を透過する露光光は、所望のパターンの中心線から離れるに従ってその位相面が進む状態となることが望ましい。
すなわち、第３のパターン部、第２のパターン部及び第１のパターン部の順で、光の位相面が進む構成を有していることである。さらに、これらのライン部の幅は所望のパターンの中心線から離れるに従って小さくなっていることが好ましい。また、上記の構成が所望のライン状のパターンの中心線に対して線対称に設けられていることが望ましい。また、上述したように、所望のパターンの位置に相当する部分に透光部が存在することが望ましいことはいうまでもないが、所望のパターンの位置に相当する部分に遮光部があってもよい。
上述した定義は、ライン状の主パターン部により構成される場合の定義である。しかし、所望のパターンの周辺部に設けられる補助パターン部は、所望のパターンが、例えば、第１主パターン部１０２Ａと第２主パターン部１０２Ｂとの接続部分のような、凹コーナ部を有する場合は、ライン状ではなく、孤立状に設けられることが好ましい。この場合、所望のパターン及びその周辺部を含め、所望のパターンの近傍に設けられた第１のパターン群において、ほぼ同一の位相の光を透過する位相透過領域を第１のパターンとする。所望のパターンの外周部に向かう方向で、且つ第１のパターン群を介して所望のパターンの近傍に現れる第２のパターン群において、ほぼ同一の位相の光を透過しつつ、その位相が第１のパターンとは異なる位相を透過させる位相透過領域を第２のパターンとする。さらに、第２のパターン群を介して所望のパターンの近傍に現れる第３のパターン群において、ほぼ同一の位相の光を透過しつつ、その位相が第１のパターン及び第２のパターンとは異なる位相を透過させる位相透過領域を第３のパターンとする。
ここで、第１のパターンから第２のパターン及び第３のパターンが、所望のパターンの内部からその外周部に向かう直線上に設けられており、且つ、第３のパターン、第２のパターン及び第１のパターンの順にその位相面が進む構成を有していれば、所望のパターン位置に光を集光する機能を有する構成となる。このとき、第１のパターンから第２のパターン及び第３のパターンの順にその開口面積が減少する構成が好ましい。上記の第１のパターンから第３のパターンと同様の構成が、所望のパターンの外側に向けて複数存在すれば、なお望ましい構成となる。
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るフォトマスクの一例について図１９Ａ及び図１９Ｂを参照しながら説明する。第１の実施形態と同様に、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間に位置する伝播面における光の振幅強度分布と位相分布とを近接露光で再現するフォトマスクを実現する。本実施形態においては、光の位相分布を実現するために、フォトマスクとして透明性基板に彫り込み部を設ける構成とする。
図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、第２の実施形態に係るフォトマスク２０は、例えば、ガラス又は石英からなる透明性基板２０１と、該透明性基板２０１の主面上に設けられたクロム（Ｃｒ）等の遮光性膜からなる遮光部２０４とを有している。遮光部２０４の中央部には、該遮光部２０４に囲まれたライン状のマスクパターン開口部２０４ｄが設けられている。該マスクパターン開口部２０４ｄにおける中央部分で、所望の転写パターンと対応する領域には、ライン状の主パターン部２０２が設けられている。主パターン部２０２は、透明性基板２０１の主面が掘り込まれない表面露出部により構成される。主パターン２０２部の周辺部には、透明性基板２０１の主面が掘り込まれた複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃが設けられている。これにより、フォトマスク２０から所定の距離だけ離れた被露光体（図示せず）に所望の転写パターンを結像することができる。各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃは、透過する光に対してその彫り込み深さが深い程、該彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃを透過する光の位相面が進む。これは、該彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃには空気が満たされ、該空気は透明性基板２０１に用いられるどんな物質よりも屈折率が低いため、位相面の進行速度は速くなるからである。
本実施形態においては、所望の転写パターンと対応する主パターン部２０２に近い位置から順に、第１彫り込み部２０３ａ、第２彫り込み部２０３ｂ及び第３彫り込み部２０３ｃが設けられている。また、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃの深さは、第１彫り込み部２０３ａ、第２彫り込み部２０３ｂ及び第３彫り込み部２０３ｃの順に深くなるように形成されている。言い換えれば、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃの深さは、第３彫り込み部２０３ｃが最も深く、第１彫り込み部２０３ａが最も浅く形成されている。この構成により、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃを透過する光の位相面の進み方は、第３彫り込み部２０３ｃが最も進み、該第３彫り込み部２０３ｃの次が第２彫り込み部２０３ｂ、該第２彫り込み部２０３ｂの次が第１彫り込み部２０３ａの順となる。すなわち、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃのうち、転写パターンと対応する領域に近い第１彫り込み部２０３ａの位相面が最も遅れることになる。
なお、本実施形態においては、主パターン部２０２に対する補助パターン部２０３となる位相シフタ部を３つの彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃによって構成したが、該彫り込み部の数は、２つでもよく、また、４つ以上で構成してもよい。
本実施形態においても、透明性基板２０１の表面が露出した表面露出部からなる主パターン部２０２と複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃとによって、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間の伝播面に位相分布を形成するようにフォトマスク２０を構成すれば、該フォトマスク２０を用いた近接露光において高い解像度を実現することができる。
具体的には、複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃにおける各彫り込み深さでそれぞれの光の位相を調整するために、深さｄを彫り込むことによって、透明性基板２０１の主面が露出した領域に対して、下記の位相差が生じることを利用する。
位相差［ｒａｄ］＝ｄ／λ×（ｎ１−ｎ０）
ここで、λは露光波長であり、ｎ１は透明性基板の屈折率であり、ｎ０は空気の屈折率である。なお、被露光体に向かう方向に位相面が進む状態を正としている。よって、深さｄ１と深さｄ２との彫り込み部の位相差は、下記の式で表される。
位相差［ｒａｄ］＝（ｄ２−ｄ１）／λ×（ｎ１−ｎ０）
従って、フォトマスク２０上における所望のパターンである主パターン部２０２の周辺部に設けられた複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃにおいて、所望のパターンと対応する領域から遠ざかるに従って順次その彫り込み深さを深くすることにより、光の伝播面での位相分布を形成することができる。ここで、光の位相での３６０°分の差は同値として扱える。このため、彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃにおいて、透明性基板２０１の主パターン部２０２に対して３６０°以上の位相差を生じる彫り込み部は３６０°分だけ浅くしてもよく、また、３６０°分だけ深くしてもよい。
（第２の実施形態の第１変形例）
図２０Ａ及び図２０Ｂに第２の実施形態の第１変形例を示す。
図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、本変形例に係るフォトマスク２０Ａは、第２の実施形態に係るマスクレイアウトにおいて、透明性基板２０１の主面上における各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃのそれぞれの間に遮光部が設けられている。本構成は、第１の実施形態の第１変形例に相当する構成である。すなわち、マスクレイアウトの構成としては、第１の実施形態の第１変形例における図１０Ａの構成において、複数の位相シフタ部１０３ａ〜１０３ｃを複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｃとして読み替えれば良い。すなわち、より位相面が進む構成として、彫り込み部が主パターン部２０２から遠くなるに従ってより深く彫り込まれる構成である。具体的には、主パターン部１０２に近い位置に設けられた第１位相シフタ部１０３ａと、該第１位相シフタ部１０３ａに対して主パターン部よりも遠い位置に設けられた第２位相シフタ部１０３ｂにおいて、該第２位相シフタ部１０３ｂを透過する光の位相は、第１位相シフタ部１０３ａを透過する光の位相よりも進んでいる、という内容は、主パターン部２０２に近い位置に設けられた第１彫り込み部２０３ａと、該第１彫り込み部２０３ａに対して主パターン部２０２よりも遠い位置に設けられた第２彫り込み部２０３ｂにおいて、該第２彫り込み部２０３ｂは、第１彫り込み部部２０３ａよりも透明性基板２０１が深く彫り込まれている、と解釈すればよい。
また、図１１Ａ〜図１３に示したマスクレイアウトの第２変形例から第５変形例においても、各位相シフタ部を彫り込み部と読み替えることにより構成することができる。
（第２の実施形態の第２変形例）
図２１及び図２２に第２の実施形態の第２変形例を示す。
図２１及び図２２に示すように、本変形例に係るフォトマスク２０Ｂは、補助パターン部２０３である複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇが光の位相の進行を循環するように設けられている。
例えば、所望の転写パターンと対応する領域に近い位置に設けられている順に、第１彫り込み部２０３ａ、第２彫り込み部２０３ｂ、第３彫り込み部２０３ｃ、第４彫り込み部２０３ｄ、第５彫り込み部２０３ｅ、第６彫り込み部２０３ｆ及び第７彫り込み部２０３ｇとするとき、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇの深さは、第１彫り込み部２０３ａ、第２彫り込み部２０３ｂ及び第３彫り込み部２０３ｃの順に深くなる。また、第４彫り込み部２０３ｄは、少なくとも第３彫り込み部２０３ｃよりも浅い。すなわち、第４彫り込み部２０３ｄから第７彫り込み部２０３ｇは、本来の彫り込み部に対して３６０°分だけ浅く設けられている。従って、第４彫り込み部２０３ｄから第７彫り込み部２０３ｇまでを３６０°分だけ彫り込んだと想定すると、第２の実施形態と同様に、所望のパターンと対応する領域から遠ざかるに従って、順次その彫り込み深さが深くなっていることと同値となる。
なお、本変形例に係る、３６０°分だけ浅くした構成においては、透明性基板２０１の主面が露出しただけの状態で、彫り込み量が実質的に０の彫り込み部、例えば図２２に示す第４彫り込み部２０３ｄが、主パターン部２０２の周辺領域に設けられた彫り込み部であってもよい。具体的に、透明性基板２０１の主面が露出した領域に対する光の位相において、第１彫り込み部２０３ａ、第２彫り込み部２０３ｂ及び第３彫り込み部２０３ｃが、それぞれ９０°、１８０°及び２７０°の位相差を生じればよい。
この場合、第４彫り込み部２０３ｄ、第５彫り込み部２０３ｅ、第６彫り込み部２０３ｆ及び第７彫り込み部２０３ｇは、それぞれ０°、９０°、１８０°及び２７０°の位相差を生じる深さであってもよい。すなわち、第４彫り込み部２０３ｄは、透明性基板２０１の主面が露出しただけの状態であっても、フォトマスク２０Ｂを透過する光に生じる位相面は、第４彫り込み部２０３ｄが３６０°分だけ彫り込んだ彫り込み部と同値に扱うことができる。従って、所望のパターンと対応する領域から遠ざかるに従って、彫り込み部を順に深くした後、さらに、所望のパターンと対応する領域から遠くに存在する彫り込み部によって、再度３６０°分だけ浅くなった彫り込み部から順に深くなる構成とすることができる。
このように彫り込み深さを循環させる場合は、９０°、１８０°、２７０°、３６０°、４５０°、５４０°及び６３０°分の深さの彫り込み部を設ける場合と比べて、図２２に示すように、９０°、１８０°及び２７０°分だけの深さの彫り込み部を設け、その彫り込み部の配置を循環させることにより、より広範囲な領域の位相分布を形成することができる。その結果、彫り込み深さの種類を減らすことができるので、より高い解像度を持つフォトマスク２０Ｂの作製が容易となる。すなわち、実際のフォトマスクの作製時に、異なる彫り込み深さを有する複数の彫り込み部を作製する工程における手間を軽減することができる。
（第２の実施形態の第３変形例）
また、第３変形例に係るフォトマスク２０Ｃを図２３に示す。
図２３に示すように、第１変形例と同様に、補助パターン部２０３を構成する位相シフタ部である各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇのそれぞれの間に遮光部２０４を設けてもよい。この場合、彫り込み深さが互いに同一の彫り込み部においては、所望のパターンと対応する領域から遠ざかるに従ってパターン幅が小さくなるように構成する。
第２の実施形態及びその第３変形例までは、透明性基板に複数の彫り込み部を設ける構成について説明したが、透明性基板に透過性の膜を設け、その膜に彫り込み部を設ける構成でもよい。
（第２の実施形態の第４変形例）
以下、第４変形例に係るフォトマスク２０Ｄとして、図２４を参照しながら説明する。
図２４に示すように、本変形例に係るフォトマスク２０Ｄには、ガラス又は石英等からなる透明性基板２０１の主面上に、透光性を有する半透明膜２０５が設けられている。さらに、所望のパターンと対応する領域には、透明性基板２０１の主面が露出した表面露出部からなるライン状の主パターン部２０２が設けられている。主パターン部２０２の両側の半透明膜２０５には、第２変形例と同様の構成を持つ補助パターン部２０３である複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇが設けられている。なお、本変形例に係るフォトマスク２０Ｄのレイアウトは、図２１と同様である。
以上の構成により、主パターン部２０２と各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇとの間で透過率差を設けることができる。また、半透明膜２０５の透過率を低くすることにより、所望のパターンと対応する領域に設けられた主パターン部２０２に対して、その周辺部に設けられた各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇにおける透過率を低くすることができる。
なお、彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇが設けられる半透明膜２０５には、透過率が１よりも小さく、０よりも大きい材料を用いることができる。例えば、フォトマスク２０Ｄを透過した露光光が照射されるレジストの実質的な感光に関わる影響度を考慮して、遮光状態でもなく、透明状態でもないという特性を有効に活用するには、光の透過率で３％以上且つ６０％以下程度が好ましい。このような材料には、例えば、前述したような、組成を調整したＰＭＭＡ膜、又はＭｏ等を添加したＳｉＯ２膜を用いることができる。
本変形例に係るフォトマスク２０Ｄによると、図５Ａに示されるように、伝播面での光の振幅強度が所望のパターンと対応する領域の振幅強度に対して、所望のパターンと対応する領域から離れた位置にある振幅強度が弱くなっている状況をより忠実に再現することができる。
実際には、解像限界は光を効果的に集光するための位相分布に依存するが、透過率分布は、所望の形状の光強度分布を形成する上で重要である、上記の構成により、異なる寸法の図形及び異なる形状の図形が混在するパターンを形成するための光強度分布の生成に効果がある。
（第２の実施形態の第５変形例）
第４変形例においては、透明性基板に設けられた半透明膜に単層膜を用いる例について説明したが、透明性基板に光の透過率を調整するための半透明膜と、光の位相を調整するための透明膜とが順次積層された構成を用いてもよい。
以下、第５変形例に係るフォトマスク２０Ｅとして、図２５を参照しながら説明する。
図２５に示すように、本変形例に係るフォトマスク２０Ｅには、ガラス又は石英等からなる透明性基板２０１の主面上に透光性を有する半透明膜２０５が設けられ、該半透明膜２０５の上に透明膜２１６が設けられている。さらに、所望のパターンと対応する領域には、透明性基板２０１の主面が露出した表面露出部からなるライン状の主パターン部２０２が設けられている。主パターン部２０２の両側の透明膜２１６には、第２変形例と同様の構成を持つ補助パターン部２０３である複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇが設けられている。なお、本変形例に係るフォトマスク２０Ｅのレイアウトは、図２１と同様である。
第５変形例においては、主パターン部２０２が形成された透明性基板２０１と、補助パターン部２０３を構成する複数の彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇが形成された透明膜２１６との間に設けた半透明膜２０５の光の透過率を低くすることにより、第４変形例と同様に、所望のパターンと対応する領域に設けられた主パターン部２０２に対して、その周辺部に設けられた各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇの透過率を低くすることができる。
本変形例においては、彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇを透明膜２１６に設けている。このため、各彫り込み部２０３ａ〜２０３ｇの彫り込み深さに依存してそれぞれの透過率が変化することがない。これにより、所望の透過率と所望の位相とを実現する上で、透過率及び位相のそれぞれの値を単独に設定できる構成が可能となる。
このように、本変形例に係るフォトマスク２０Ｅによると、透過率と位相とを独立に調整できることより、異なる寸法の図形が混在する場合の光強度分布を形成する上で、より好ましい構成を実現することができる。
以上説明したように、第２の実施形態及びその第１変形例から第５変形例に係る彫り込み部は、第１の実施形態に係る位相シフタ部と対応する。従って、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態及びその変形例においても、所望のパターンと対応する領域から遠くに離れた位置に設けられた彫り込み部の幅は、所望のパターンと対応する領域の近くに設けられた彫り込み部の幅よりも小さいことが望ましい。
特に、第２変形例から第５変形例で説明したように、各彫り込み部の彫り込み深さが所望のパターンと対応する領域が遠ざかるにつれて、一の彫り込み部の深さと同一の深さの他の彫り込み部が循環して設けられる場合には、第１の実施形態と同様に、同一の位相差、すなわち同一の深さの彫り込み部同士の間において、所望のパターンと対応する領域から遠くに設けられた他の彫り込み部の幅は、所望のパターンと対応する領域の近くに設けられた一の彫り込み部の幅より狭くすることが好ましい。
また、主パターン部がライン状のパターンである場合には、第１の実施形態と同様に、主パターン部を挟む位置に設けられた彫り込み部の深さは、主パターン部の延伸方向の中心線に対して線対称として、同一の深さの彫り込み部が対をなすように構成されることが好ましい。
また、第１の実施形態と同様に、所望のパターンの位置に対応して設けられた主パターン部及びその周辺部に設けられた彫り込み部を含めたマスクパターン開口部の周囲に遮光部を設けることが好ましい。
また、第１の実施形態と同様に、解像度を大幅に向上するには、互いに隣接する彫り込み部の彫り込み深さの差は、露光光に対する位相差換算で、１２０°以内にすることが望ましい。さらに、位相差を９０°以内にまで小さくすると、理想的な効果を十分に得られるので、さらに好ましい。
また、本実施形態においては、各変形例も含めて、所望のパターンと対応する領域には、全て透明性基板が露出した表面露出部に主パターン部を設けている。この構成は、所望のパターンと対応する領域の光強度を強くする上で好ましい構成ではあるが、必ずしも必須ではない。第１の実施形態でも説明したように、転写像よりもはるかに広い透光領域を透過した光が転写像に集光されてくるため、所望のパターンと対応する領域に遮光部が存在していても、その周辺部に光が透過する多くの彫り込み部が存在すれば十分な転写像が形成される。
以上説明したように、本実施形態によれば、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間の伝播面における位相分布を、フォトマスクを構成する透明性基板又は該透明性基板に成膜された半透明膜若しくは透明膜を彫り込むことによって実現することができる。さらに、彫り込み部の彫り込み深さを変更するだけで、所望の位相分布を形成することができる。従って、必要な位相ごとに異なる膜（位相シフタ）を用意する必要がなくなるので、フォトマスクの作製が容易となる。
従って、第１の実施形態と同様に、近接露光においても投影転写露光と同等の解像度を容易に得られるようになる。
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について、図２６Ａ及び図２６Ｂを参照しながら説明する。第３の実施形態においても、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様に、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間に位置する伝播面における振幅分布と位相分布とを近接露光で再現するフォトマスクを実現する。本実施形態においては位相分布を実現するために、フォトマスクとして、透明性基板に露光波長程度以下の隙間（狭彫り込み部）を設け、該隙間を光が伝播する導波路部を設けることにより位相分布を形成する構成とする。
図２６Ａ及び図２６Ｂに示すように、第３の実施形態に係るフォトマスク３０は、例えば、ガラス又は石英からなる透明性基板３０１と、該透明性基板３０１の主面上に設けられたクロム（Ｃｒ）等の遮光性膜からなる遮光部３０４とを有している。遮光部３０４の中央部には、該遮光部３０４に囲まれたライン状のマスクパターン開口部３０４ｄが設けられている。該マスクパターン開口部３０４ｄにおける中央部分で、所望の転写パターンと対応する領域には、ライン状の主パターン部３０２が設けられている。主パターン部３０２は、透明性基板３０１の主面が掘り込まれない表面露出部により構成される。主パターン部３０２の周辺部には、透明性基板３０１の主面が掘り込まれた複数の導波路部３０３ａ〜３０３ｃが設けられている。これにより、フォトマスク３０から所定の距離だけ離れた被露光体（図示せず）に所望の転写パターンを結像することができる。
透明性基板３０１の主面に設けられ、補助パターン３０３を構成する各導波路部３０３ａ〜３０３ｃは、屈折率が互いに異なる材質の幅寸法ｄ及びその隙間を波長以下にすることにより、各導波路部３０３ａ〜３０３ｃを透過する光に対してその位相を変化させる構成を持つ。この原理の詳細は、後述する。
本実施形態においては、所望の転写パターンに対応する主パターン部３０２に近い位置から順に、第１導波路部３０３ａ、第２導波路部３０３ｂ及び第３導波路部３０３ｃが設けられている。このとき、光の位相面の進み方は、第３導波路部３０３ｃが最も進み、該第３導波路部３０３ｃに続いて第２導波路部３０３ｂ、該第２導波路部３０３ｂに続いて第１導波路部３０３ａの順となるように構成されている。すなわち、各導波路部３０３ａ〜３０３ｃのうち、転写パターンと対応する領域に近い第１導波路部３０３ａの位相面が最も遅れる構成となる。この構成により、狭彫り込み部３０１ａを透過する光の位相面の進行は、第１導波路部３０３ａから第３導波路部３０３ｃの方向に向かって進むことになる。
次に、本実施形態において、透明性基板３０１に設けた導波路部３０３ａ〜３０３ｃとして定義した構成について詳細に説明する。
図２７Ａは光を透過する媒体としてのガラス３００を表し、図２７Ｂは薄層化された複数のガラス板の間にそれぞれ空気層を挟むように重ねられた構造体３００Ａを表し、図２７Ｃは媒体としての空気３００Ｂを表している。各図中の矢印で示すように、ガラス３００、構造体３００Ａ及び空気３００Ｂに光をそれぞれ照射する。図２７Ｂにおいては、ガラス板の主面と平行に光を照射する。図２７Ａ及び図２７Ｃは、方向性がない媒体であるため、光の照射方向は特に重要ではない。
ここで、ガラス板同士の間隔、すなわち、ガラス板同士の間の空気層の厚さが光の波長よりも小さい場合、すなわち、光が伝播する材質の寸法及びその間隙が十分に狭い場合に、図２７Ｂに示す構造体３００Ａを導波路部と呼ぶ。
図２７Ｂに示す構造体３００Ａに照射された光の伝播は、図２７Ａに示すガラス３００及び図２７Ｃに示す空気３００Ｂに照射された、それぞれの光の伝播の中間的な振る舞いをすると考えられる。すなわち、光が構造体３００Ａを透過する間の位相変化は、ある領域をガラス３００で満たされた物質を透過する間の位相変化と、その領域と同じ領域を空気３００Ｂで満たされた物質とを透過する間の位相変化との中間の値になると考えられる。
図２８Ａ〜図２８Ｄ、図２９Ａ及び図２９Ｂを用いて、上記の内容をシミュレーションにより確認した結果を説明する。図２８Ａ及び図２８Ｂはそれぞれ、屈折率が１．２５の透明物質である、例えばガラス３００ａと、屈折率が１．５の透明物質である、例えばガラス３００ｂとをそれぞれ空気中に置き、それぞれに光を照射する様子を模式的に表している。
図２８Ａ及び図２８Ｂにおける光の伝播のシミュレーション結果をそれぞれ図２８Ｃ及び図２８Ｄに示している。ガラス３００ａ、３００ｂを透過した光の位相面は、屈折率が高い物質を透過するほど遅れる。通常、透明物質としては空気の屈折率が最も小さいので、空気中を透過する光の位相面が進み、高い屈折率を透過した光の位相面が遅れる。これは、図２８Ｃと図２８Ｄとの結果からも、屈折率がより高い物質を透過した光の位相面が、空気中を透過した光の位相面よりも遅れていることが分かる。
次に、光の波長λに対して、屈折率が１．５の透明物質（ガラス板）をその厚さ及びガラス板同士の間の空気の間隙がそれぞれλ／２以下とした構造体３００Ａに光を照射する場合のシミュレーション結果について説明する。
図２９Ａはガラス板の厚さと該ガラス板同士の間隙とを同一寸法とし、ガラス板の平面に対して平行な方向に光を照射する様子を模式的に表している。図２９Ｂにこの状態での光の伝播のシミュレーション結果を示している。
図２９Ｂに示す構造体３００Ａを透過した後の光の伝播の結果は、前述の図２８Ｃに示した屈折率が１．２５の均一なガラス３００ｂを透過した光の伝播と同一の結果となっている。すなわち、空気の屈折率が１．０であることより、図２９Ａに示す構造体３００Ａを透過した光は、該構造体３００Ａにおける構成物質の平均的な屈折率を有した物質を透過するときと同一の振る舞いをする。ここでは、屈折率が１．５のガラスと屈折率が１．０の空気とによって構造体３００Ａを構成したため、屈折率が１．５のガラスと屈折率が１．０の空気との屈折率の平均値である屈折率が１．２５の物質のように振る舞った。
以上により、屈折率が互いに異なる複数の物質を用意しなくても、透明物質を層状に構成した構造体を作製し、その層の間に空気の間隙を設ける導波路を用いれば、構造体を構成する物質とその間の間隙（空気）との寸法比を変えることによって、異なる屈折率を持つ物質のように扱える。言い換えれば、透明物質に空気の層を入れた層状の構造体に対して、それらの層に平行に光を照射することにより、構造体を透過する間に変化する光の位相が、上記の透明物質とその間隙との構成比の値で調整することができる。すなわち、種々の位相を生成する位相シフタを構成することが可能となる。以下、特に断らない限り、導波路部と呼ぶ場合は、透光性材料と該透光性材料とは屈折率が異なる物質（例えば、空気）とが露光波長以下の厚さで交互に積層され、露光光の位相を変化させる機能を有する構造体を指す。ここで、位相シフタ機能を十分に有効とするには、光が透過する光路長が光の波長以上であることが望ましいことが分かっている。
以上の説明のように、光の位相を調整可能な導波路部を応用した本実施形態に係るフォトマスク３０の断面構成について、図２６Ｂを用いて説明する。
図２６Ｂに示すように、透明性基板３０１の主面における遮光部３０４で覆われていない領域には、透明性基板３０１の主面が露出した主パターン部３０２と複数の狭彫り込み部３０１ａとが形成されている。これ以降、第２の実施形態の彫り込み部２０３ａ等と区別するため、本実施形態に係る導波路部３０３ａ〜３０３ｃを構成する、光の波長λ以下程度の幅寸法を持つ彫り込み部を狭彫り込み部３０１ａと呼ぶ。ここで、狭彫り込み部３０１ａは、基本的に同一の深さで彫り込まれている。但し、狭彫り込み部３０１ａの幅寸法は露光波長以下である。また、狭彫り込み部３０１ａ同士の間の透明性基板３０１の厚さｔも露光波長以下である。
以上の構成により、上述した位相シフタとして機能する導波路部３０３ａ〜３０３ｃが設けられたことになる。ここで、フォトマスク３０を平面視した場合には、複数の狭彫り込み部３０１ａは、主パターン部３０２と並行するライン状に構成されている。従って、各導波路部３０３ａ〜３０３ｃを構成する透明物質（透明性基板３０１）と空気との構成比の値は、狭彫り込み部３０１ａ同士の間の透明性基板３０１の厚さｔと狭彫り込み部３０１ａの幅との比率で表される。
主パターン部３０２に近い位置に設けられている順に、第１導波路部３０３ａ、第２導波路部３０３ｂ及び第３導波路部３０３ｃとするとき、各導波路部３０３ａ〜３０３ｃを透過する光の位相面が、主パターン部３０２から最も遠い位置に設けられている第３導波路部３０３ｃが最も進み、次に第２導波路部３０３ｂ、該第２導波路部３０３ｂの次に第１導波路部３０３ａの順となるように構成するには、透明物質の厚さと狭彫り込み部３０１ａの幅が、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係を満たすように構成することが望ましい。
（１）透明性基板３０１における狭彫り込み部３０１ａ同士の間の領域の厚さは、主パターン部３０２に最も近い位置に設けられる第１導波路部３０３ａが最も厚く、該主パターン部３０２から離れるに従って、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に薄くなる。すなわち、狭彫り込み部３０１ａ同士の間隔は、第１導波路部３０３ａが最も大きく、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に小さくなる。
（２）狭彫り込み部３０１ａの幅は、第１導波路部３０３ａが最も小さく、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に大きくなる。
以上の説明では、各導波路部３０３ａ〜３０３ｃに設けられた狭彫り込み部３０１ａがライン状の構成を想定したが、狭彫り込み部３０１ａの構成は孤立状であってもよい。例えば、狭彫り込み部３０１ａの平面形状は、方形状又は他の多角形状であってもよい。なぜなら、導波路部としての位相シフト機能は、屈折率が互いに異なる物質が光の波長以下の寸法で交互に構成されれば、その形状に拘わらず、その構成比の値で決定されるからである。
図３０Ａは、狭彫り込み部３０１ａがライン状のパターンである場合における、上記の（１）及び（２）の関係を模式的に表している。また、図３０Ｂは、狭彫り込み部３０１ａが孤立状のパターンである場合における、上記の（１）及び（２）の関係を模式的に表している。図３０Ｂにおいては、狭彫り込み部３０１ａのパターンが、平面方形状である場合の例を示している。
狭彫り込み部３０１ａは、各導波路部３０３ａ〜３０３ｂに周期的に配置されている。複数の狭彫り込み部３０１ａを位相シフタ機能を有する導波路とするには、互いに隣接する狭彫り込み部３０１ａ同士の間隔は、露光波長よりも小さいことが望ましい。また、狭彫り込み部３０１ａの短辺も、露光波長よりも小さいことが望ましい。このような場合、所定の領域に占める狭彫り込み部３０１ａの面積率は、第１導波路部３０３ａが最も小さく、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に大きくなることが望ましい。狭彫り込み部３０１ａの個々の形状がそれぞれの相似形として形成されるなら、狭彫り込み部３０１ａの個々の面積及び間隔は、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係を満たすように構成されることが望ましい。
（１）狭彫り込み部３０１ａ同士の間隔は、第１導波路部３０３ａが最も大きく、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に小さくなる。
（２）狭彫り込み部３０１ａの面積率は、第１導波路部３０３ａが最も小さく、第２導波路部３０３ｂ、第３導波路部３０３ｃの順に大きくなる。
本実施形態においては、複数の導波路部を３つの導波路部３０３ａ〜３０３ｃで構成したが、２つの導波路部で構成してもよく、また、４つ以上の導波路部で構成してもよい。また、導波路部における位相シフタ機能を十分に機能させるには、狭彫り込み部３０１ａにおける彫り込み深さは、露光波長以上であることが望ましい。
以上のように、本実施形態に係るフォトマスク３０によると、露光波長以下の幅寸法を持つ狭彫り込み部３０１ａと、該狭彫り込み部３０１ａ同士の間の領域により構成される導波路部３０３ａ〜３０３ｃを設けることにより、狭彫り込み部３０１ａの彫り込み深さを１種類のみとしても、任意の位相を生成できる位相シフタを構成することができる。
従って、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間の伝播面に位相分布を形成するように、本実施形態に係るフォトマスク３０を構成すれば、該フォトマスク３０を用いた近接露光において高い解像度を実現できることは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
また、本実施形態によると、透明性基板３０１に狭彫り込み部３０１ａを作製する工程において、狭彫り込み部３０１ａの彫り込み深さを全て同一にできるので、複数種類の彫り込み深さを用いる場合のように、狭彫り込み部の形成工程を複数回行う必要がない。従って、フォトマスク３０における作製の手間を大幅に軽減することができる。
以上、透明性基板３０１に導波路部３０３ａ〜３０３ｃを設ける構成について説明したが、該透明性基板３０１に透過性の膜を設け、設けた透過性の膜に導波路部３０３ａ〜３０３ｃを設ける構成としてもよい。
また、各導波路部において、同一の位相を生成する領域を１つの導波路部と定義する。すなわち、狭彫り込み部３０１ａにおける同一の狭彫り込み幅と同一の間隔とを有する領域を１つの導波路部と定義する。このようにすると、主パターン部３０２から遠くに設けられた導波路部の幅が、該主パターン部３０２の近くに設けられた導波路部の幅よりも狭いことが望ましいことは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
また、第２の実施形態の第２変形例と同様に、複数の位相を生成する導波路部が主パターン部から離れるに従って循環的に設けられる構成とすることは、高い解像性を実現するために好ましい。この場合、同一の位相を生成する導波路部、すなわち、狭彫り込み部における同一の彫り込み幅と同一の間隔とを有する導波路部においては、主パターン部から遠くに位置する方がその導波路部の幅が狭くなることも、第２の実施形態の第２変形例と同様である。
また、第２の実施形態の第４変形例と同様に、透明性基板の主面上に半透明膜を設け、主パターン部として透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、半透明膜に狭彫り込み部を形成することにより、複数の導波路部を構成してもよい。このようにすると、主パターン部を透過する光の振幅強度を、その周辺部に設けられた複数の導波路部を透過する光の振幅強度よりも強くすることができる。その結果、第２の実施形態の第４変形例と同様に、異なる寸法の図形が混在する場合の光強度分布を形成する上で有効である。
また、第２の実施形態の第５変形例と同様に、透明性基板に光の透過率を調整するための半透明膜と光の位相を調整するための透明膜とが順次積層された構成を用い、主パターン部と対応する位置に透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、その周辺部には半透明膜を挟んだ透明膜に導波路部を設ける構成としてもよい。このようにすると、第２の実施形態の第５変形例と同様に、所望の透過率と所望の位相とを実現できる構造を容易に得ることができる。
特に、主パターン部がライン状のパターンであれば、該ライン状パターンを両側から挟む位置に設けられる各導波路部は、ライン状パターンの中心線に対して線対称として、同一の位相シフタ機能を有する導波路部が対をなすように構成されることが好ましい。これは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
また、主パターン部及びその周辺の導波路部を含めたマスクパターン開口部の周囲の領域に遮光部を設けることが好ましいことは、第１の実施形態及び第２の実施形態と同様である。
また、本実施形態においては、変形例も含めて、所望のパターンと対応する領域の主パターン部には、透明性基板が露出した表面露出部が設けられている。これは、主パターン部の光強度を強くする上で好ましい構成ではあるが、必ずしも必須の構成でないことは、第１の実施形態及び２の実施形態と同様である。
（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態について図３１Ａ及び図３１Ｂを参照しながら説明する。
図３１Ａ及び図３１Ｂに示すように、第４の実施形態に係るフォトマスク３１は、第２の実施形態と同様に、主パターン部３１２の周辺部には複数の彫り込み部３１５ａ、３１５ｂ及び３１５ｃが設けられている。各彫り込み部３１５ａ〜３１５ｃが主パターン部３１２から遠ざかるに従って、彫り込み深さが順次深くなる。
さらに、第３の実施形態と同様に、各彫り込み部３１５ａ〜３１５ｃの主パターン部３１２側には導波路部３１６ａ、３１６ｂ及び３１６ｃがそれぞれ設けられている。具体的には、主パターン部３１２と隣接する第１彫り込み部３１５ａは、主パターン部３１２側に第１導波路部３１６ａが形成されて、第１位相シフタ部３１３ａを構成する。第１彫り込み部３１５ａの外側部分は、通常の彫り込み部であり、第２位相シフタ部３１３ｂを構成する。
これと同様に、第２彫り込み部３１５ｂは、主パターン部３１２側に第２導波路部３１６ｂが形成されて、第３位相シフタ部３１３ｃを構成する。第２彫り込み部３１５ｂの外側部分は、通常の彫り込み部であり、第４位相シフタ部３１３ｄを構成する。また、第３彫り込み部３１５ｃは、主パターン部３１２側に第３導波路部３１６ｃが形成されて、第５位相シフタ部３１３ｅを構成する。第３彫り込み部３１５ｃの外側部分は、通常の彫り込み部であり、第６位相シフタ部３１３ｆを構成する。この構成により、複数の位相シフタ部３１３ａ〜３１３ｆは、主パターン部３１２から遠ざかるに従って、順次、露光光の位相面が進む。
すなわち、本実施形態においては、各彫り込み部３１５ａ〜３１５ｃのそれぞれに、複数の位相変化を発生する位相シフタ機能を設けることが可能となる。図３１Ａ及び図３１Ｂに示す例では、例えば、第１彫り込み部３１５ａには、１つの位相変化を生成する第１導波路部３１６ａを主パターン部３１２に近い側の２分の１の領域に設けている。これは、第２彫り込み部３１５ｂ及び第３彫り込み部３１５ｃにおいても同様である。この構成により、例えば、第１彫り込み部３１５ａの第１導波路部３１６ａにおいては、残りの単純な彫り込み部３１５ａに対して光の位相が遅れる。これは、第２彫り込み部３１５ｂ及び第３彫り込み部３１５ｃにおいても同様である。
なお、この場合、単純な彫り込み部３１５ａ〜３１５ｃのそれぞれの幅は、露光波長以上であることが好ましい。このような構成とすることにより、例えば、第１彫り込み部３１５ａにおいて、主パターン部３１２に近い側の２分の１の領域と遠い側の残りの領域とにおいて、遠い側の領域で露光光の位相面が進むことになる。
従って、第２彫り込み部３１５ｂ及び第３彫り込み部３１５ｃに、同様の第２導波路部３１６ｂ及び第３導波路部３１６ｃをそれぞれ設けることにより、各彫り込み部３１５ａ〜３１５ｃに複数の位相が生成される。その上、各位相シフタ部３１３ａ〜３１３ｆを透過する露光光の位相面が、主パターン部３１２から遠ざかるに従って、順次、その位相面が進むように構成することができる。
本実施形態においては、１つの彫り込み部に１種類の導波路部を設ける例を示したが、１つの彫り込み部に複数種類の導波路部を設けてもよい。また、各導波路部を構成する狭彫り込み部３１１ａの幅寸法と、透明性基板３１１における狭彫り込み部３１１ａ同士の間の領域の厚さとが、共に露光波長以下であることが好ましいことは、第３の実施形態と同様である。
また、第３の実施形態と同様に、１つの彫り込み部に設けた複数の導波路部においては、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されていることが望ましい。
（１）狭彫り込み部３１１ａ同士の間隔は、主パターン部に近い方が大きく、該主パターン部から遠ざかる順に小さくなる。
（２）狭彫り込み部３１１ａの幅は、主パターン部に近い方が小さく、該主パターン部から遠ざかる順に大きくなる。
以上、透明性基板にそれぞれ導波路部を有する彫り込み部を設ける構成について説明したが、透明性基板に別の透過性の膜を設け、設けた透過性の膜に導波路部を有する彫り込み部を設ける構成であってもよい。
特に、主パターン部がライン状のパターンであれば、該ライン状パターンを両側から挟む位置に設けられる各導波路部を有する彫り込み部は、ライン状パターンの中心線に対して線対称として、同一の深さを持つ彫り込み部又は同一の構造を持つ導波路部が対をなすように構成されることが好ましい。これは、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様である。
また、主パターン部３１２及びその周辺の各位相シフタ部３１３ａ〜３１３ｆを含めたマスクパターン開口部３１４ｄの周囲の領域に遮光部３１４を設けることが好ましいことは、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様である。
また、本実施形態においては、変形例も含めて、主パターン部３１２には、透明性基板３１１が露出した表面露出部が設けられている。これは、主パターン部３１２の光強度を強くする上で好ましい構成ではあるが、必ずしも必須の構成でないことは、第２の実施形態及び３の実施形態と同様である。
また、第４の実施形態においても、第２の実施形態の第４変形例と同様に、透明性基板の主面上に半透明膜を設け、主パターン部として透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、半透明膜に導波路部を有する彫り込み部を形成することにより、複数の位相シフタ部を構成してもよい。このようにすると、主パターン部を透過する光の振幅強度を、その周辺部に設けられた導波路部を有する複数の彫り込み部を透過する光の振幅強度よりも強くすることができる。その結果、第２の実施形態の第４変形例と同様に、異なる寸法の図形が混在する場合の光強度分布を形成する上で有効である。
また、第４の実施形態においても、第２の実施形態の第５変形例と同様に、透明性基板に光の透過率を調整するための半透明膜と光の位相を調整するための透明膜とが順次積層された構成を用い、主パターン部と対応する位置に透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、その周辺部には半透明膜を挟んだ透明膜に、導波路部を有する彫り込み部を設ける構成としてもよい。このようにすると、第２の実施形態の第５変形例と同様に、所望の透過率と所望の位相とを実現できる構造を容易に得ることができる。
（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態について図３２Ａ及び図３２Ｂを参照しながら説明する。
図３２Ａ及び図３２Ｂに示すように、第５の実施形態に係るフォトマスク３２は、第３の実施形態と同様に、所望のパターンに対応する主パターン部３２２の周辺部に複数の導波路部３２３ａ〜３２３ｃが設けられている。各導波路部３２３ａ〜３２３ｃは、主パターン部３２２から遠ざかるに従って、順次、露光光の位相面が進む構造を有している。
第５の実施形態に係るフォトマスク３２が、第３の実施形態に係るフォトマスク３０と異なる点は、マスクパターン開口部３２４ｄであって、ガラス又は石英からなる透明性基板３２１における各導波路部３２３ａ〜３２３ｃを構成する狭彫り込み部３２１ａ同士の間の領域の表面（露出部３２１ｂ）の上に、遮光膜からなる遮光部３２４ａが選択的に設けられている点である。
本実施形態においては、表面露出部である主パターン部３２２に近い位置の第１導波路部３２３ａには、遮光部３２４ａは設けられていない。該第１導波路部３２３ａの外側の第２導波路部３２３ｂには、遮光部３２４ａが露出部３２１ｂの一部に設けられている。また、第２導波路部３２３ｂの外側の第３導波路部３２３ｃには、遮光部３２４ａが露出部３２１ｂの全面に設けられている。
図３２Ｂに、第１導波路部３２３ａにおける露出部３２１ｂの拡大断面図を領域Ａとして、第２導波路部３２３ｂの露出部３２１ｂ及び遮光部３２４ａの拡大断面図を領域Ｂとして、第３導波路部３２３ｃの遮光部３２４ａの拡大断面図を領域Ｃとして、それぞれ表している。
図３３に、各導波路部３２３ａ〜３２３ｃのレイアウトを拡大して示している。図３３に示すように、第１導波路部３２３ａは、狭彫り込み部３２１ａと透明性基板３２１の露出部３２１ｂとが交互に並んでいる。第２導波路部３２３ｂは、狭彫り込み部３２１ａと透明性基板３２１の露出部３２１ｂとが交互に並び、且つ透明性基板３２１の露出部３２１ｂの中央部分に遮光部３２４ａが選択的に設けられている。第３導波路部３２３ｃは、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａとが交互に並んでいる。
このように、本実施形態に係るフォトマスク３２は、所望のパターンである主パターン部から遠ざかるに従って、各導波路部３２３ａ〜３２３ｃにおける遮光部３２４ａの割合を大きくしている。これにより、主パターン部３２２から遠ざかるに従って、各導波路部３２３ａ〜３２３ｃを透過する光の振幅強度、すなわち、実効透過率を低くすることができる。
具体的には、図３３に示すように、各導波路部３２３ａ〜３２３ｃにおける光の実効透過率は、第１導波路部３２３ａ、第２導波路部３２３ｂ及び第３導波路部３２３ｃの順に、すなわち、主パターン部に近い位置に設けられた第１導波路部３２３ａから離れた第３導波路部３２３ｃに向かうに従って低くなる。
なお、ここでは、第１導波路部３２３ａにおいて透明性基板３２１の表面の全面が露出し、第３導波路部３２３ｃにおいて透明性基板３２１の全面が遮光部３２４ａで覆われる例を説明したが、これに限られない。例えば、全ての導波路部３２３ａ〜３２３ｃにおいて、第２導波路部３２３ｂと同様に、透明性基板３２１の露出部３２１ｂの中央部に遮光部３２４が部分的に設けられた構成でもよい。この場合、透明性基板３２１における各導波路部３２３ａ〜３２３ｃを構成する露出部３２１ｂの中央部に部分的に設けられる遮光部３２４ａの幅は、第１導波路部３２３ａが最も小さく、第２導波路部３２３ｂ及び第３導波路部３２３ｃの順に大きくなることが望ましい。このようにすると、各導波路部３２３ａ〜３２３ｃにおける光の実効透過率が、主パターン部３２２から遠ざかるに従って低下する。
第３の実施形態及び第４の実施形態においては、狭彫り込み部に満たされる空気と透明性基板との構成比の値によって光の位相を調整する機能を導波路部に導入した。本実施形態においては、さらに、フォトマスク３２の主面における透明性基板３２１の露出部３２１ｂと、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａとの構成比の値によって光の透過率を調整する機能を導入する。
ここで、図３２Ｂに示される断面構造のように、遮光部３２４ａを、透明性基板３２１における狭彫り込み部３２１ａ同士の間の領域の露出部３２１ｂの一部を覆うように構成する場合における、狭彫り込み部３２１ａ、遮光部３２４ａ及び透明性基板３２１の露出部３２１ｂのレイアウトのバリエーションについて、図３４Ａ〜図３９Ｉを用いて説明する。
各導波路部３２３ａ〜３２３ｃにおける光の実効的な位相及び透過率は下記のように近似することができる。ここで、ｄは狭彫り込み部３２１ａの深さであり、λは露光波長であり、ｎ０は空気の屈折率であり、ｎ１は透明性基板３２１の屈折率である。ＡＴは狭彫り込み部３２１ａの面積、ＡＳは透明性基板３２１の主面の露出部３２１ｂの面積であり、ＡＤは遮光部３２４ａの面積である。
実効屈折率＝（ｎ０×ＡＴ＋ｎ１×（ＡＳ＋ＡＤ））／（ＡＴ＋ＡＳ＋ＡＤ）
実効位相シフト＝ｄ／λ×（実効屈折率−ｎ０）
実効透過率＝（ＡＴ＋ＡＳ）／（ＡＴ＋ＡＳ＋ＡＤ）
ここでは、狭彫り込み部３２１ａ、透明性基板３２１の主面の露出部３２１ｂ及び遮光部３２４ａは、それぞれ露光波長の１．５倍以内の寸法で繰り返して配置されることが望ましい。なぜなら、このようにすると、各部位の平均寸法が露光波長以下となるため、個々の部材の光学特性でなく、全体の平均的な光学特性の材質と同値に扱えるからである。
図３４Ａ〜図３４Ｅは、透明性基板３２１に形成されて導波路部を構成する狭彫り込み部３２１ａをライン状のパターンで形成される場合の種々の変形例を示している。これらの変形例について、そのフォトマスク３２のプロセスフローとそれぞれのレイアウトの特徴について説明する。
図３４Ａは、狭彫り込み部３２１ａ、透明性基板３２１の露出部３２１ｂ及び遮光部３２４ａが順に循環する導波路部を有する第１のレイアウトを示している。
図３５Ａ〜図３５Ｉを用いて、図３４Ａに示す第１のレイアウトを有するフォトマスク３２を作製するプロセスフローについて説明する。
図３５Ａ及び図３５Ｂに、図３４Ａの第１のレイアウトを再掲する。図３５Ｂは、図３５ＡのＸＸＸＶｂ−ＸＸＸＶｂ線における断面構成を表している。図３５Ｃ〜図３５Ｉに、本構成のフォトマスク３２のプロセスフローを示す。各断面図は、図３５ＡにおけるＸＸＸＶｂ−ＸＸＸＶｂ線に沿った断面に対応する。
まず、図３５Ｃに示すように、透明性基板３２１の上に遮光膜３２４Ａを成膜する。続いて、遮光膜３２４Ａの上に、第１のレジスト膜３２５を塗布して成膜する。
次に、図３５Ｄに示すように、リソグラフィ法により、第１のレジスト膜３２５から、狭彫り込み部３２１ａの形成領域に開口部を有する第１のレジストパターン３２５Ａを形成する。このときの第１のレジストパターン３２５Ａの平面レイアウトを図３５Ｈに示す。
次に、図３５Ｅに示すように、第１のレジストパターン３２５Ａをマスクとして、遮光膜３２４Ａ及び透明性基板３２１をエッチングして、透明性基板３２１に、それぞれ複数の遮光部３２４ａ及び複数の狭彫り込み部３２１ａを形成する。
次に、図３５Ｆに示すように、狭彫り込み部３２１ａが形成された透明性基板３２１の上に、第２のレジスト膜３２６を塗布して成膜する。
次に、図３５Ｇに示すように、リソグラフィ法により、第２のレジスト膜３２６から、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａの延伸方向（ライン方向）における片側の２分の１程度の領域とを露出する開口部を有する第２のレジストパターン３２６Ａを形成する。このときの第２のレジストパターン３２６Ａの平面レイアウトを図３５Ｉに示す。続いて、第２のレジストパターン３２６Ａをマスクとして、遮光部３２４ａをエッチングすることにより、図３５Ａ及び図３５Ｂに示すレイアウトを得る。
第１のレイアウトは、最も単純なレイアウトであり、マスクの加工で微細寸法を形成する際にも、露光及び現像工程により形成するレジストパターン及びレジストのスペースパターンの双方において、微小な寸法が要求されない。
図３４Ｂは、狭彫り込み部３２１ａと透明性基板３２１の露出部３２１ｂとの境界に遮光部３２４ａを配置する導波路部を有する第２のレイアウトを示している。
図３６Ａ〜図３６Ｉを用いて、図３４Ｂに示す第２のレイアウトを有するフォトマスク３２を作製するプロセスフローについて説明する。
図３６Ａ及び図３６Ｂに、図３４Ｂの第２のレイウアトを再掲する。図３６Ｂは、図３６ＡのＸＸＸＶＩｂ−ＸＸＸＶＩｂ線における断面構成を表している。図３６Ｃ〜図３６Ｉに、本構成のフォトマスク３２のプロセスフローを示す。各断面図は、図３６ＡにおけるＸＸＸＶＩｂ−ＸＸＸＶＩｂ線に沿った断面に対応する。
まず、図３６Ｃに示すように、透明性基板３２１の上に遮光膜３２４Ａを成膜する。続いて、遮光膜３２４Ａの上に、第１のレジスト膜３２５を塗布して成膜する。
次に、図３６Ｄに示すように、リソグラフィ法により、第１のレジスト膜３２５から、狭彫り込み部３２１ａの形成領域に開口部を有する第１のレジストパターン３２５Ａを形成する。このときの第１のレジストパターン３２５Ａの平面レイアウトを図３６Ｈに示す。
次に、図３６Ｅに示すように、第１のレジストパターン３２５Ａをマスクとして、遮光膜３２４Ａ及び透明性基板３２１をエッチングして、透明性基板３２１に、それぞれ複数の遮光部３２４ａ及び複数の狭彫り込み部３２１ａを形成する。
次に、図３６Ｆに示すように、狭彫り込み部３２１ａが形成された透明性基板３２１の上に、第２のレジスト膜３２６を塗布して成膜する。
次に、図３６Ｇに示すように、リソグラフィ法により、第２のレジスト膜３２６から、遮光部３２４ａの延伸方向（ライン方向）における中央部分を露出する開口部を有する第２のレジストパターン３２６Ａを形成する。このときの第２のレジストパターン３２６Ａの平面レイアウトを図３６Ｉに示す。続いて、第２のレジストパターン３２６Ａをマスクとして、遮光部３２４ａをエッチングすることにより、図３６Ａ及び図３６Ｂに示すレイアウトを得る。
第２のレイアウトは、遮光部３２４ａの延伸方向の中央部分に透明性基板３２１の露出部３２１ｂが配置されることが特徴である。これにより、図３６Ｇの断面構成及び図３６Ｉの平面構成に示す、２度目のレジストパターニング工程において、第２のレジストパターン３２６Ａに設ける開口パターンの位置合わせが、遮光部３２４ａの幅だけ余裕を持たせることができる。
すなわち、各遮光部３２４ａの中央部分を除去する際に位置ずれが生じたとしても、最終的に残る遮光部３２４ａがなくなるほどずれない限り、狭彫り込み部３２１ａ、遮光部３２４ａ及び透明性基板３２１の露出部３２１ｂの割合が変化しない。従って、マスク作製工程における１回目と２回目とのレジストパターニングのずれによっても、第２のレイアウトを有するフォトマスク３２は、その実効的な位相及び透過率が変化しないという効果を有する。
図３４Ｃは、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａとの境界に透明性基板３２１の露出部３２１ｂを配置する導波路部を有する第３のレイアウトを示している。
図３７Ａ〜図３７Ｉを用いて、図３４Ｃに示す第３のレイアウトを有するフォトマスク３２を作製するプロセスフローについて説明する。
図３７Ａ及び図３７Ｂに、図３４Ｃの第３のレイウアトを再掲する。図３７Ｂは、図３７ＡのＸＸＸＶＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩｂ線における断面構成を表している。図３７Ｃ〜図３７Ｉに、本構成のフォトマスク３２のプロセスフローを示す。各断面図は、図３７ＡにおけるＸＸＸＶＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩｂ線に沿った断面に対応する。
まず、図３７Ｃに示すように、透明性基板３２１の上に遮光膜３２４Ａを成膜する。続いて、遮光膜３２４Ａの上に、第１のレジスト膜３２５を塗布して成膜する。
次に、図３７Ｄに示すように、リソグラフィ法により、第１のレジスト膜３２５から、狭彫り込み部３２１ａの形成領域に開口部を有する第１のレジストパターン３２５Ａを形成する。このときの第１のレジストパターン３２５Ａの平面レイアウトを図３７Ｈに示す。
次に、図３７Ｅに示すように、第１のレジストパターン３２５Ａをマスクとして、遮光膜３２４Ａ及び透明性基板３２１をエッチングして、透明性基板３２１に、それぞれ複数の遮光部３２４ａ及び複数の狭彫り込み部３２１ａを形成する。
次に、図３７Ｆに示すように、狭彫り込み部３２１ａが形成された透明性基板３２１の上に、第２のレジスト膜３２６を塗布して成膜する。
次に、図３７Ｇに示すように、リソグラフィ法により、第２のレジスト膜３２６から、遮光部３２４ａの延伸方向（ライン方向）における中央部分をマスクする第２のレジストパターン３２６Ａを形成する。このときの第２のレジストパターン３２６Ａの平面レイアウトを図３７Ｉに示す。続いて、第２のレジストパターン３２６Ａをマスクとして、遮光部３２４ａをエッチングすることにより、図３７Ａ及び図３７Ｂに示すレイアウトを得る。
第３のレイアウトは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂの中央部の上に遮光部３２４ａが配置されることが特徴である。これにより、図３７Ｇの断面構成及び図３７Ｉの平面構成に示す、２度目のレジストパターニング工程において、第２のレジストパターン３２６Ａに設ける開口パターンの位置合わせが、透明性基板３２１の露出部３２１ｂの幅だけ余裕を持たせることができる。
すなわち、各遮光部３２４ａを残す部分に位置ずれが生じたとしても、最終的に残る透明性基板３２１の露出部３２１ｂがなくなるほどずれない限り、狭彫り込み部３２１ａ、遮光部３２４ａ及び透明性基板３２１の露出部３２１ｂの割合が変化しない。従って、マスク作製工程における１回目と２回目とのレジストパターニングのずれによっても、第３のレイアウトを有するフォトマスク３２は、その実効的な位相及び透過率が変化しないという効果を有する。
図３４Ｄは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂと遮光部３２４ａとの境界に狭彫り込み部３２１ａを配置する導波路部を有する第４のレイアウトを示している。第４のレイアウトにおける狭彫り込み部３２１ａは、第１から第３のレイアウトにおける狭彫り込み部３２１ａとは、その平面形状が異なる。例えば、第４のレイアウトにおける狭彫り込み部３２１ａには、該狭彫り込み部３２１ａの延伸方向（ライン方向）の中央部分に沿って透明性基板３２１の表面の露出部３２１ｂが形成される。
図３８Ａ〜図３８Ｉを用いて、図３４Ｄに示す第４のレイアウトを有するフォトマスク３２を作製するプロセスフローについて説明する。
図３８Ａ及び図３８Ｂに、図３４Ｄの第４のレイウアトを再掲する。図３８Ｂは、図３８ＡのＸＸＸＶＩＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩＩｂ線における断面構成を表している。図３８Ｃ〜図３８Ｉに、本構成のフォトマスク３２のプロセスフローを示す。各断面図は、図３８ＡにおけるＸＸＸＶＩＩＩｂ−ＸＸＸＶＩＩＩｂ線に沿った断面に対応する。
まず、図３８Ｃに示すように、透明性基板３２１の上に遮光膜３２４Ａを成膜する。続いて、遮光膜３２４Ａの上に、第１のレジスト膜３２５を塗布して成膜する。
次に、図３８Ｄに示すように、リソグラフィ法により、第１のレジスト膜３２５から、狭彫り込み部３２１ａの形成領域に開口部を有する第１のレジストパターン３２５Ａを形成する。このときの第１のレジストパターン３２５Ａの平面レイアウトを図３８Ｈに示す。
次に、図３８Ｅに示すように、第１のレジストパターン３２５Ａをマスクとして、遮光膜３２４Ａ及び透明性基板３２１をエッチングして、透明性基板３２１に、それぞれ複数の遮光部３２４ａ及び複数の狭彫り込み部３２１ａを形成する。
次に、図３８Ｆに示すように、狭彫り込み部３２１ａが形成された透明性基板３２１の上に、第２のレジスト膜３２６を塗布して成膜する。
次に、図３８Ｇに示すように、リソグラフィ法により、第２のレジスト膜３２６から、透明性基板３２１の互いに近接した狭彫り込み部３２１ａに挟まれた露出部３２１ｂを覆う遮光部３２４ａを露出する第２のレジストパターン３２６Ａを形成する。このときの第２のレジストパターン３２６Ａの平面レイアウトを図３８Ｉに示す。続いて、第２のレジストパターン３２６Ａをマスクとして、遮光部３２４ａをエッチングすることにより、図３８Ａ及び図３８Ｂに示すレイアウトを得る。
第４のレイアウトは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂと遮光部３２４ａとが狭彫り込み部３２１ａで分離された構造を持つことが特徴である。これにより、図３８Ｇの断面構成及び図３８Ｉの平面構成に示す、２度目のレジストパターニング工程において、第２のレジストパターン３２６Ａの位置合せと加工寸法とにおいて、狭彫り込み部３２１ａの幅だけ余裕を持たせることができる。
すなわち、遮光部３２４ａを除去する部分に、位置ずれと寸法誤差による寸法ずれが生じたとしても、パターンエッジが狭彫り込み部３２１ａの内部に収まっている限り、狭彫り込み部３２１ａ、遮光部３２４ａ及び透明性基板３２１の露出部３２１ｂの割合が変化しない。従って、マスク作製における１回目と２回目とのパターニングのずれや、２回目のパターニングにおける寸法誤差によっても、第４のレイアウトを有するフォトマスク３２は、その実効的な位相及び透過率が変化しないという効果を有する。
図３４Ｅは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂ上に、該露出部３２１ｂの延伸方向（ライン方向）に沿って、孤立した遮光部３２４ａが周期的に配置される導波路部を有する第５のレイアウトを示している。
図３９Ａ〜図３９Ｉを用いて、図３４Ｅに示す第５のレイアウトを有するフォトマスク３２を作製するプロセスフローについて説明する。
図３９Ａ及び図３９Ｂに、図３４Ｅの第５のレイウアトを再掲する。図３９Ｂ１は、図３９ＡのＸＸＸＩＸｂ１−ＸＸＸＩＸｂ１線における断面構成を表している。また、図３９Ｂ２は、図３９ＡのＸＸＸＩＸｂ２−ＸＸＸＩＸｂ２線における断面構成を表している。図３９Ｃ〜図３９Ｉに、本構成のフォトマスク３２のプロセスフローを示す。各断面図は、図３９ＡにおけるＸＸＸＩＸｂ１−ＸＸＸＩＸｂ１線に沿った断面に対応する。
まず、図３９Ｃに示すように、透明性基板３２１の上に遮光膜３２４Ａを成膜する。続いて、遮光膜３２４Ａの上に、第１のレジスト膜３２５を塗布して成膜する。
次に、図３９Ｄに示すように、リソグラフィ法により、第１のレジスト膜３２５から、狭彫り込み部３２１ａの形成領域に開口部を有する第１のレジストパターン３２５Ａを形成する。このときの第１のレジストパターン３２５Ａの平面レイアウトを図３９Ｈに示す。
次に、図３９Ｅに示すように、第１のレジストパターン３２５Ａをマスクとして、遮光膜３２４Ａ及び透明性基板３２１をエッチングして、透明性基板３２１に、それぞれ複数の遮光部３２４ａ及び複数の狭彫り込み部３２１ａを形成する。
次に、図３９Ｆに示すように、狭彫り込み部３２１ａが形成された透明性基板３２１の上に、第２のレジスト膜３２６を塗布して成膜する。
次に、図３９Ｇ１及び図３９Ｇ２に示すように、リソグラフィ法により、第２のレジスト膜３２６から、透明性基板３２１における狭彫り込み部３２１ａの延伸方向に垂直な方向に互いに間隔をおいて延びる第２のレジストパターン３２６Ａを形成する。このときの第２のレジストパターン３２６Ａの平面レイアウトを図３９Ｉに示す。続いて、第２のレジストパターン３２６Ａをマスクとして、遮光部３２４ａをエッチングすることにより、図３９Ａ、図３９Ｂ１及び図３９Ｂ２に示すレイアウトを得る。
第５のレイアウトは、フォトマスク３２を作製する２回のパターニング工程において、１回目は、狭彫り込み部３２１ａの延伸方向に沿ってパターニングし、２回目は、該延伸方向に垂直な方向にパターニングする。このため、露光等の位置合わせ時に、１回目と２回目とのパターニングにずれが生じたとしても、その実効的な位相及び透過率が変化しないという効果がある。
その上、図３４Ａの第１のレイアウトと同様に、マスク加工時に微細な寸法を形成する際にも、露光及び現像工程で形成するレジストパターン及びレジストのスペースパターンの両方において微小な寸法が必要でない。
以上、ライン状のパターンを想定して狭彫り込み部３２１ａ、遮光部３２４ａ及び透明性基板３２１の露出部３２１ｂのレイアウトの変形例について説明してきたが、一般的な、２次元状のレイアウトに対応できるレイアウトについて、図４０Ａ〜図４０Ｆを参照しながら説明する。
図４０Ａ〜図４０Ｆに示される各レイアウトは、導波路部において、狭彫り込み部３２１ａ、透明性基板３２１の露出部３２１ｂ及び遮光部３２４ａは、露光波長の１．５倍以下の寸法に細分化された領域に設けられ、該領域に設けられたレイアウトが繰り返し配置される構成を有している。このため、該領域を集合して任意の形状を持つ領域から導波路部を構成できるので、任意の２次元形状の位相分布及び透過率分布を実現することができる。
図４０Ａ及び図４０Ｂは、狭彫り込み部３２１ａと透明性基板３２１の露出部３２１ｂとの境界に遮光部３２４ａが配置されるレイアウトを示している。両者の相違点は、露出部３２１ｂと狭彫り込み部３２１ａとのどちらが孤立パターンとして形成されているかである。図４０Ａは透明性基板３２１の露出部３２１ｂが孤立パターンとして形成されている。これに対し、図４０Ｂは、狭彫り込み部３２１ａが孤立パターンとして形成されている。これらのレイアウトは共に、フォトマスクの作製工程において、図３４Ｂに示すレイアウトと同等の効果を有する。
図４０Ｃ及び図４０Ｄは、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａとの境界に透明性基板３２１の露出部３２１ｂが配置されるレイアウトを示している。両者の相違点は、狭彫り込み部３２１ａと遮光部３２４ａとのどちらが孤立パターンとして形成されてるかである。図４０Ｃは、狭彫り込み部３２１ａが孤立パターンとして形成されている。これに対し、図４０Ｄは、遮光部３２４ａが孤立パターンとして形成されている。これらのレイアウトは共に、フォトマスクの作製工程において、図３４Ｃに示すレイアウトと同等の効果を有する。
図４０Ｅ及び図４０Ｆは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂと遮光部３２４ａとの境界に狭彫り込み部３２１ａが配置されたレイアウトを示している。両者の相違点は、露出部３２１ｂと遮光部３２４ａとのどちらが孤立パターンとして形成されているかである。図４０Ｅは、透明性基板３２１の露出部３２１ｂが孤立パターンとして形成されている。これに対し、図４０Ｆは、遮光部３２４ａが孤立パターンとして形成されている。これらのレイアウトは共に、フォトマスクの作製工程において、図３４Ｄに示すレイアウトと同等の効果を有する。
以上、透明性基板３２１の狭彫り込み部３２１ａ、露出部３２１ｂ及び遮光部３２４ａの全てを含むレイアウトに基づいて説明したが、透明性基板３２１の露出部３２１ｂが遮光部３２４ａによって全て覆われたレイアウトであっても、位相シフトと透過率とを調整することは可能である。
このように、第５の実施形態に係るフォトマスク３２は、透明性基板３２１に設けられた狭彫り込み部３２１ａに満たされる空気と、透明性基板３２１における狭彫り込み部３２１ａ同士の間の領域とにより構成された導波路部３２３ａ〜３２３ｃを有している。さらに、任意の位相を設定できる上に、透明性基板３２１における狭彫り込み部３２１ａ同士の間の露出部３２１ｂの上に部分的に遮光部３２４ａを設けることにより、フォトマスク３２には、任意の透過率を実現することができる。
これにより、投影転写露光によるレンズと被露光体との間の伝播面における光の振幅強度分布と位相分布とを生成可能な、近接露光用のフォトマスクを作製することができる。従って、数十μｍの間隙を有する近接露光であっても、露光波長相当の寸法を持つパターンを良好な形状で形成できるリソグラフを実現することができる。
なお、第３の実施形態と同様に、各導波路部においては、下記の（１）又は（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されていることが望ましい。
（１）狭彫り込み部３２１ａ同士の間隔は、主パターン部３２２に近い方が大きく、主パターン部３２２から遠ざかる順に小さくなる。
（２）狭彫り込み部３２１ａの幅は、主パターン部３２２に近い方が小さく、主パターン部３２２から遠ざかる順に大きくなる。
以上、透明性基板３２１に遮光部３２４ａを有する導波路部３２３ａ〜３２３ｃを設ける構成について説明したが、透明性基板３２１に透過性の膜を設け、設けた透過性の膜に遮光部３２４ａを有する導波路部を設ける構成としてもよい。
特に、第３の実施形態と同様に、所望のパターンに対応する主パターン部がライン状のパターンであれば、該ライン状パターンを両側から挟む位置に設けられる、遮光部を有する導波路部は、ライン状パターンの中心線に対して線対称として、同一の位相シフタ機能を有する導波路部が対をなすように構成されることが好ましい。
また、本実施形態においては、変形例も含めて、所望のパターンと対応する領域の主パターン部には、透明性基板が露出した表面露出部が設けられている。これは、主パターン部の光強度を強くする上で好ましい構成であるが、必ずしも必須の構成でないことは、第３の実施形態と同様である。
また、第５の実施形態においても、第２の実施形態の第４変形例と同様に、透明性基板の主面上に半透明膜を設け、主パターン部として透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、半透明膜に遮光部を有する導波路部を構成してもよい。このようにすると、主パターン部を透過する光の振幅強度を、その周辺部に設けられた遮光部を有する導波路部を透過する光の振幅強度よりも強くすることができる。その結果、第２の実施形態の第４変形例と同様に、異なる寸法の図形が混在する場合の光強度分布を形成する上で有効である。
また、第５の実施形態においても、第２の実施形態の第５変形例と同様に、透明性基板に光の透過率を調整するための半透明膜と光の位相を調整するための透明膜とが順次積層された構成を用い、主パターン部と対応する位置に透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、その周辺部には半透明膜を挟んだ透明膜に、遮光部を有する導波路部を設ける構成としてもよい。このようにすると、第２の実施形態の第５変形例と同様に、所望の透過率と所望の位相とを実現できる構造を容易に得ることができる。
（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態について図４１Ａ及び図４１Ｂを参照しながら説明する。
図４１Ａ及び図４１Ｂに示すように、第６の実施形態に係るフォトマスク３３は、第４の実施形態と同様に、マスクパターン開口部３３４ｄであって、所望のパターンに対応する主パターン部３３２の周辺部には、それぞれ彫り込み深さが異なる彫り込み部からなる位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃが設けられている。各位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを構成する各彫り込み部は、主パターン部３３２から遠ざかるに従って、順次、彫り込み深さが深くなる。また、各彫り込み部には、それぞれ複数の狭彫り込み部を有する導波路部が設けられている。
第６の実施形態においては、一例として、１つの位相変化を生じさせる位相シフタ部（導波路部）３３３ａ等を１つの彫り込み部の全体に設けている。本実施形態に係るフォトマスク３３が、第４の実施形態に係るフォトマスク３１と異なる点は、ガラス又は石英からなる透明性基板３３１における、各導波路部を構成する狭彫り込み部３３１ａ同士の間の領域の表面（露出部３３１ｂ）の上に遮光膜からなる遮光部３３４ａが選択的に設けられている点である。
本実施形態においては、表面露出部である主パターン部３３２に近い位置の第１位相シフタ３３３ａには、遮光部３３４ａは設けられていない。該第１位相シフタ部３３３ａの外側の第２位相シフタ部３３３ｂには、遮光部３３４ａが露出部３３１ｂの一部に設けられ、該第２位相シフタ部３３３ｂの外側の第３位相シフタ部３３３ｃには、遮光部３３４ａが露出部３３１ｂの全面に設けられている。
図４１Ｂに、第１位相シフタ部３３３ａにおける露出部３３１ｂの拡大断面図を領域Ａとして、第２位相シフタ部３３３ｂの露出部３３１ｂ及び遮光部３３４ａの拡大断面図を領域Ｂとして、第３位相シフタ部３３３ｃの遮光部３３４ａの拡大断面図を領域Ｃとして、それぞれ表している。
以上の構成により、第５の実施形態と同様に、主パターン部３３２から遠ざかるに従って、各位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃに設ける遮光部３３４ａの割合を大きくする。これにより、主パターン部３３２から遠ざかるに従って、各位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを透過する光の振幅強度、すなわち、実効透過率を低くすることができる。
すなわち、本実施形態に係るフォトマスク３３は、第４の実施形態及び第５の実施形態に係るフォトマスク３１、３２と同等の効果を実現できる構成である。
以上、第６の実施形態に係るフォトマスク３３によると、狭彫り込み部３３１ａに満たされる空気と、透明性基板３３１における狭彫り込み部３３１ａ同士の間の領域とにより構成された導波路部である位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを有している。さらに、位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを構成する彫り込み部は、主パターン部３３２から遠ざかるに従ってその彫り込み深さを深くしているため、フォトマスク３３として、任意の位相を負荷が小さいマスク作製工数で実現できる。さらに、透明性基板３３１における狭彫り込み部３３１ａ同士の間の露出部３３１ｂの上に、遮光部３３４ａを選択的に設けることにより、フォトマスク３３に、任意の透過率を構成することができる。
これにより、投影転写露光によるレンズと被露光体との間の伝播面における光の振幅強度分布と位相分布とを生成可能な、近接露光用のフォトマスクを作製することができる。従って、数十μｍの間隙を有する近接露光であっても、露光波長相当の寸法を持つパターンを良好な形状で形成できるリソグラフを実現することができる。
また、透明性基板３３１の狭彫り込み部３３１ａ、露出部３３１ｂ及び遮光部３３４ａにより構成される平面レイアウトの変形例としては、第５の実施形態で示した図３４Ａ〜図３４Ｅ及び図４０Ａ〜図４０Ｆで示したレイアウトが可能である。
第６の実施形態に係るフォトマスク３３は、第５の実施形態と同様に、図３５Ａ〜図３９Ｉ及び図４０Ａ〜図４０Ｆに示したプロセスフローによって作製することができる。これにより、第５の実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、第６の実施形態に係るフォトマスク３３の作製工程において、第５の実施形態に係るフォトマスク３２の作製工程と異なるのは、彫り込み部の深さが位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃごとに異なるため、複数の深さに対応した彫り込み工程が必要になるという点である。従って、遮光部３３４と透明性基板３３１とを彫り込むエッチングを、彫り込み部の深さごとに複数回行うことになる。
本実施形態においては、１つの彫り込み部に１種類の導波路部（位相シフタ部）を設けた例を示しているが、１つの彫り込み部に複数種類の導波路部（位相シフタ部）を設けてもよい。
また、第３の実施形態と同様に、導波路部を構成する狭彫り込み部の寸法と、透明性基板における狭彫り込み部同士の間の厚さも、露光波長以下であることが好ましい。
また、第３の実施形態と同様に、各導波路部においては、下記の（１）又は（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されていることが望ましい。
（１）狭彫り込み部３３１ａ同士の間隔は、主パターン部３３２に近い方が大きく、主パターン部３３２から遠ざかる順に小さくなる。
（２）狭彫り込み部３３１ａの幅は、主パターン部３３２に近い方が小さく、主パターン部３３２から遠ざかる順に大きくなる。
以上、透明性基板３３１に遮光部３３４ａを有し、位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを構成する導波路部を有する彫り込み部を設ける構成について説明したが、透明性基板に透過性の膜を設け、設けた透過性の膜に、遮光部を有し、位相シフタ部を構成する導波路部を含む彫り込み部を設ける構成としてもよい。
特に、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様に、所望のパターンに対応する主パターン部がライン状のパターンであれば、該ライン状パターンを両側から挟む位置に設けられる、遮光部を有する導波路部を含む彫り込み部は、ライン状パターンの中心線に対して線対称として、同一深さの彫り込み部と同一構造の導波路部とが対をなすように構成されることが好ましい。
また、第２の実施形態及び第３の実施形態と同様に、主パターン部３３２及びその周辺の各位相シフタ部３３３ａ〜３３３ｃを含めたマスクパターン開口部の周囲の領域に遮光部３３４を設けることが好ましい。
また、本実施形態においては、主パターン部３３２には、透明性基板３３１が露出した表面露出部が設けられている。これは、主パターン部３３２の光強度を強くする上で好ましい構成ではあるが、必ずしも必須の構成でないことは、第２の実施形態及び３の実施形態と同様である。
また、第６の実施形態においても、第２の実施形態の第４変形例と同様に、透明性基板の主面上に半透明膜を設け、主パターン部として透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、半透明膜に、遮光部を有し導波路部を含む彫り込み部を形成することにより、複数の位相シフタ部を構成してもよい。このようにすると、主パターン部を透過する光の振幅強度を、その周辺部に設けられた導波路部を含む彫り込み部を透過する光の振幅強度よりも強くすることができる。その結果、第２の実施形態の第４変形例と同様に、異なる寸法の図形が混在する場合の光強度分布を形成する上で有効である。
また、第６の実施形態においても、第２の実施形態の第５変形例と同様に、透明性基板に光の透過率を調整するための半透明膜と光の位相を調整するための透明膜とが順次積層された構成を用い、主パターン部と対応する位置に透明性基板の表面が露出した表面露出部を設け、その周辺部には半透明膜を挟んだ透明膜に、遮光部を有し導波路部を含む彫り込み部を設ける構成としてもよい。このようにすると、第２の実施形態の第５変形例と同様に、所望の透過率と所望の位相とを実現できる構造を容易に得ることができる。
（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態について図４２Ａ及び図４２Ｂを参照しながら説明する。
図４２Ａ及び図４２Ｂは本実施形態に係るフォトマスクを示している。
図４２Ａに示すように、本実施形態に係るフォトマスク４０には、所望のライン状の転写パターンと対応する位置に、ライン状の主パターン部４０２が設けられている。主パターン部４０２の周辺部には、所望の転写パターンをフォトマスク４０から所定の距離だけ離れた被露光体に所望の転写パターンを結像させるための補助パターン部４０３が設けられている。補助パターン部４０３は、透過する光に対してその透過強度と位相とを調整できる位相シフタ機能を有している。補助パターン部４０３は、主パターン部４０２に近い位置に設けられている順に、第１位相シフタ部４０３ａ、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃから構成されている。ここで、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃを透過する光の位相面は、第１位相シフタ部４０３ａから、該第１位相シフタ部４０３ａよりも主パターン部４０２から離れた位置に設けられた第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃに向かって順に進む。言い換えると、主パターン部４０２に最も近い第１位相シフタ部４０３ａの位相面が最も遅れる。また、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃの透過強度は、第１位相シフタ部４０３ａから第３位相シフタ部４０３ｃに向かって順にその強度が弱くなる。
本実施形態において、補助パターン部４０３は、透過する光に対してその透過強度と位相とを調整できる機能を容易に実現することができる。その断面構成を図４２Ｂに示す。
図４２Ｂに示すように、本実施形態に係るフォトマスク４０は、例えば、ガラス又は石英等からなり、露光光を透過する透明性基板４０１と、該透明性基板４０１の主面上に形成され、クロム（Ｃｒ）等の遮光性の膜からなり、ライン状の微小開口部４０４ａを有する遮光部４０４と、該遮光部４０４を介して形成された透明膜４０５とを有している。
ここで、光の位相分布は、例えば、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃが、主パターン部４０２から遠ざかるに従って透明膜４０５の膜厚が小さくなるように形成された彫り込み部によって構成されることにより実現することができる。また、光の透過強度は、例えば、位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃに設けられた複数の微小開口部４０４ａの配置位置（レイアウト）によって実現することができる。
本実施形態においては、主パターン部４０２とその周囲に設けられた補助パターン部４０３とを含む領域が、遮光部４０４のマスクパターン開口部４０４ｄとなる。ここで、遮光部４０４におけるマスクパターン開口部４０４ｄの内側で、且つ微小開口部４０４ａに挟まれた領域を遮光部４０４ｂとする。
この構成において、補助パターン部４０３を構成する各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃは、遮光部４０４の微小開口部４０４ａの幅及び透明膜４０５の膜厚を適宜調整することにより、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃを透過する光の透過率と位相とを調整することができる。
具体的には、遮光部４０４に設けられた微小開口部４０４ａの寸法と該微小開口部４０４ａ同士の間の幅寸法、すなわち遮光部４０４ｂの幅寸法が露光波長以下になると、光は微小開口部４０４ａの面積率、すなわち単位面積当たりの開口面積率に依存した光強度で透過するようになる。これにより、光の実効透過率の調整が可能となる。各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃにおける光の実効透過率は、下記のように近似できる。ここで、ＡＫは微小開口部４０４ａの面積であり、ＡＤは遮光部４０４ｂの面積である。
実効透過率 ＝（ＡＫ）／（ＡＫ＋ＡＤ）
ここでは、微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂは、共に露光波長の１．５倍以内の寸法で繰り返して配置されることが望ましい。このようにすると、微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂの平均寸法が露光波長以下となるため、個々の光学特性でなく、全体の平均的な光学特性の材質と同値に扱えるようになる。
以下に、微小開口部４０４ａと遮光部４０４ｂとのレイアウトの種々の変形例について図４３Ａ、図４３Ｂ及び図４４を用いて説明する。
図４３Ａは、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃに含まれるライン状の微小開口部４０４ａと遮光部４０４ｂとにおける、第１位相シフタ部４０３ａ、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃの関係を模式的に表している。第１位相シフタ部４０３ａ、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃにおいて、該第１位相シフタ部４０３ａ、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃの順に透過する光の強度が弱くなるように、すなわち、第１位相シフタ部４０３ａを透過する光の強度が最も強くなるように構成するには、微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂの幅は、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されている。
（１）微小開口部４０４ａの幅は、第１位相シフタ部４０３ａが最も大きく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第３位相シフタ部４０３ｃの順に小さくなる。
（２）遮光部４０４ｂの幅は、第１位相シフタ部４０３ａが最も小さく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第３位相シフタ部４０３ｃの順に大きくなる。
以上、微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂがライン状に形成された構成を想定したが、これらの微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂは、孤立状に構成されていてもよい。例えば、微小開口部４０４ａ及び遮光部４０４ｂの平面形状は、方形状又は他の多角形状であってよい。これは、微小開口部４０４ａと遮光部４０４ｂとが光の波長以下の寸法で交互に構成されれば、その平面形状に拘わらず、その構成比の値で実効的な透過率が決まるからである。
図４３Ｂに、遮光部４０４ｂが孤立状パターンを有する場合の例を示す。ここでは、複数の遮光部４０４ｂは、一例として、平面方形状を有しており、且つ、周期的に配置されている。この周期的な配置における配置の周期は、露光波長の１．５倍以下の寸法であることが望ましい。このような場合、所定の領域に占める遮光部４０４ｂの面積率は、第１位相シフタ部４０３ａが最も小さく、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第３位相シフタ部４０３ｃの順に大きくなることが望ましい。個々の遮光部４０４ｂの平面形状が相似形で形成される場合は、個々の遮光部４０４ｂの面積及びその間隔は、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されていることが望ましい。
（１）遮光部４０４ｂ同士の間隔は、第１位相シフタ部４０３ａが最も大きく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第３位相シフタ部４０３ｃの順に小さくなる。
（２）遮光部４０４ｂの面積率は、第１位相シフタ部４０３ａが最も小さく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第３位相シフタ部４０３ｃの順に大きくなる。
また、図４４に、微小開口部４０４ａが孤立状パターンを有する場合の例を示す。この場合も、微小開口部４０４ａは、上記の遮光部４０４ｂと同様に、周期的に配置されており、その配置の周期は、露光波長の１．５倍以下の寸法であることが望ましい。
所定の領域に占める微小開口部４０４ａの面積率は、第３位相シフタ部４０３ｃが最も小さく、第２位相シフタ部４０３ｂ及び第１位相シフタ部４０３ａの順に大きくなることが望ましい。個々の遮光部４０４ｂの平面形状が相似形で形成される場合は、個々の遮光部４０４ｂの面積及びその間隔は、下記の（１）及び（２）の少なくとも一方の関係が満たされるように構成されていることが望ましい。
（１）微小開口部４０４ａ同士の間隔は、第３位相シフタ部４０３ｃが最も大きく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第１位相シフタ部４０３ａの順に小さくなる。
（２）微小開口部４０４ａの面積率は、第３位相シフタ部４０３ｃが最も小さく、第２位相シフタ部４０３ｂ、第１位相シフタ部４０３ａの順に大きくなる。
以上の構成により、本実施形態に係るフォトマスク４０においては、主パターン部４０２からその周辺部に遠ざかるに従って、光の実効透過率を順次低くすることができる。
上述したように、遮光部４０４を構成する膜に複数の微小開口部４０４ａを設けることにより光の透過率分布を実現することができる。また、複数の微小開口部４０４ａを有する遮光部４０４の上に、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃとなる適当な彫り込み部を有する透明膜４０５を設けることにより、光の位相分布を調整することができる。
本実施形態においては、主パターン部４０２とその周辺部に設けられた各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃに透明膜４０５を設けている。透明膜４０５は、主パターン部４０２から離れた各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃを透過する露光光の位相面が、主パターン部から離れるに従って、順次進むように構成されている。
具体的には、遮光部４０４の上に設けられた透明膜４０５における主パターン部４０２の上側部分の膜厚は、該主パターン部４０２の周辺部に設けられた各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃの膜厚よりも厚く構成されている。
また、透明膜４０５における位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃを構成する領域の膜厚は、主パターン部４０２から離れるに従って、順次薄くなるように構成されている。すなわち、透明膜４０５の膜厚は、第１位相シフタ部４０３ａが最も厚く、第２位相シフタ部４０３ｂ、第３位相シフタ部４０３ｃの順に薄くなるように構成されている。
なお、透明膜４０５には、例えば、ＰＭＭＡ膜又はＳｉＯ２膜等を用いることができる。
以上、本実施形態に係るフォトマスク４０によれば、遮光部４０４に設けた微小開口部４０４ａのレイアウトによって、実効透過率分布を任意に構成することができる。さらに、遮光部４０４の上に設けられた透明膜４０５の膜厚の分布によって、位相分布を任意に構成することができる。このため、投影転写露光における伝播面での振幅分布及び位相分布を忠実に再現可能なフォトマスクを、より容易に実現することができる。すなわち、本実施形態によって、投影転写露光と同等の微細パターンの形成が可能となる。
なお、各位相シフタ部４０３ａ〜４０３ｃに遮光部４０４ｂを設けない構成であっても、透明膜４０５の膜厚を調整することにより、露光光の集光効果を得ることができる。
（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態について、図４５Ａ及び図４５Ｂを参照しながら説明する。本実施形態においては、フォトマスク用の基板として、透明性基板の上に半透明膜を積層し、透明性基板に設けた彫り込み部と透明性基板の上に設けた半透明膜を利用して、光の位相分布を実現する構成を採る。
図４５Ａ及び図４５Ｂは本実施形態に係るフォトマスクを示している。
図４５Ａに示すように、本実施形態に係るフォトマスク５０には、所望のライン状の転写パターンと対応する位置に、ライン状の主パターン部５０２が設けられている。主パターン部５０２の周辺部には、所望の転写パターンをフォトマスク５０から所定の距離だけ離れた被露光体に所望の転写パターンを結像させるための、彫り込み部５０３ａと該彫り込み部５０３ａの周辺部に設けられた半透明部５０５ａとが設けられている。
本実施形態においては、主パターン部５０２とその周囲に設けられた彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａを含む領域が、遮光部５０４のマスクパターン開口部５０４ｄとなる。従って、マスクパターン開口部５０４ｄから露出する彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａが、補助パターン部５０３となる。補助パターン部５０３は、透過する光に対してその透過強度と位相とを調整できる位相シフタ機能を有している。
また、フォトマスク５０の断面構成は、図４５Ｂに示すように、例えば、ガラス又は石英等からなり、露光光を透過する透明性基板５０１と、該透明性基板５０１の主面上に形成され、光の透過率を組成により調整されたＰＭＭＡ膜又はＳｉＯ２膜等の半透明膜５０５と、該半透明膜５０５の周縁部に形成され、クロム（Ｃｒ）等の遮光性の膜からなる遮光部５０４とを有している。
ここで、例えば、透明性基板５０１における主面が露出した主パターン部５０２の周囲の領域には、深さが露光光の位相で１２０°だけ進む深さに彫り込まれた彫り込み部５０３ａが設けられている。
さらに、半透明膜５０５のマスクパターン開口部５０４ｄから露出した部分である半透明部５０５ａは、主パターン部５０２に対して露光光の位相で１２０°だけ遅れる厚さで構成されている。これは、位相面としては、２４０°だけ進んでいることと同値になる。
従って、透明性基板５０１の彫り込み深さを、１２０°＋３６０°×ｎ（但し、ｎは整数である。）とし、半透明部５０５ａの膜厚を、２４０°＋３６０°×ｍ（但し、ｍは整数である。）とするように構成すれば、主パターン部５０２から遠ざかるほど、露光光の位相面が進む構成を実現することができる。
また、透明性基板５０１に設けた表面露出部である主パターン部５０２を透過する光の位相に対して、彫り込み部５０３ａの位相が１２０°以下、例えば９０°だけ進み、半透明部５０５ａを透過する光の位相が主パターン部５０２に対して１２０°以下、例えば９０°だけ遅れる構成としてもよい。
また、半透明部５０５ａとして、透明性基板５０１の上に積層された半透明膜５０５の透過率を、例えば振幅強度が２分の１となるように半透明性を持たせれば、主パターン部から遠ざかるほど、露光光の透過率が低下するという構成を実現できる。
以上の構成を用いて、投影転写露光におけるレンズと被露光体との間の伝播面での位相分布を０°、１２０°及び２４０°で３値化したときの分布の構成に、主パターン部５０２、彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａをそれぞれ対応させることにより、近接露光においても、投影転写露光に匹敵する解像度を実現できるフォトマスク５０を得ることができる。
このとき、主パターン部５０２の周辺部に設ける彫り込み部５０３ａのパターン幅に対して、該彫り込み部５０３ａの周辺部に設けた半透明部５０５ａのパターン幅を狭くすることが好ましい。これは、第１の実施形態で説明した、光の伝播面における位相分布を再現するフォトマスクの特徴に相当する構成である。
また、本実施形態においては、彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａが主パターン部５０２を囲むパターン形状とし、遮光部５０４がマスクパターン開口部５０４ｄの周辺部にのみ形成されている。しかし、該マスクパターン開口部５０４ｄの内側に、遮光部５０４を部分的に形成しても構わない。
また、第５の実施形態及び第６の実施形態と同様に、彫り込み部５０３ａ又は半透明部５０５ａの一部に導波路部を設けることにより、該彫り込み部５０３ａにおける光の実効透過率、及び半透明部５０５ａにおける光の実効透過率を部分的に変更することができる。
また、主パターン部５０２がライン状のパターンであれば、該ライン状パターンを両側から挟む位置に設けられる彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａは、ライン状パターンの中心線に対して線対称として、同一の深さを有する彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａが対をなすように構成されることが好ましい。
また、主パターン部５０２及びその周辺部に設けられた彫り込み部５０３ａ及び半透明部５０５ａの周辺部で、半透明膜５０５の上には、遮光部５０４を設けることが好ましい。
また、所望のパターンと対応する領域に設けられた主パターン部５０２は、マスクパターン開口部５０４ｄの中央部に断面凸状に設けているが、主パターン部５０２は、断面凸状に限られない。例えば、主パターン部５０２は、透明性基板５０１を３６０°の整数倍の位相変化に相当する分だけ、彫り込み部５０３ａよりも深く彫り込んでもよい。
また、本実施形態において、透明性基板５０１の彫り込み部５０３ａの内部又は半透明部５０５ａの内部に導波路部を構成して、位相分布をさらに細分化してもよい。
以上、第１から第８の実施形態に係るフォトマスクによると、該フォトマスクを透過した光を、該フォトマスクから所定の距離だけ離れた位置に、所定の形状で結像させることができる。すなわち、近接露光のような簡易な露光法であっても、従来のフォトマスクで形成が可能な限界寸法よりも小さいパターンを形成することができる。
また、レンズ作用を利用することより、所定の焦点位置に転写像を形成できるため、従来技術では光が十分な強度で透過しない小さい開口寸法に対する等倍の投影転写露光であっても、集光像を形成することができるので、微細パターンの形成が可能となる。
（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態について、図４６Ａ〜図４６Ｄを参照しながら説明する。本実施形態においては、第１から第８の実施形態及びその変形例を含めた形態のいずれかに係るフォトマスクを用いたパターン形成方法の一例を説明する。
まず、図４６Ａに示すように、基板６００の主面上に、金属膜又は絶縁膜等の被加工膜６０１を形成する。
次に、図４６Ｂに示すように、被加工膜６０１の上に、ポジ型のレジスト膜６０２を塗布法により成膜する。
次に、図４６Ｃに示すように、第１から第８の実施形態及びその変形例を含めた形態のいずれかに係るフォトマスク６５０、例えば、図１Ｂ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を照射する。これにより、フォトマスク６５０を透過した透過光によってレジスト膜６０２を露光する。ここで、フォトマスク６５０の主パターン部の周辺部には、フォトマスク６５０を透過する光が集光するように複数の位相シフタ部６５１が設けられている。
例えば、本露光工程においては、まず、露光光源を用いてレジスト膜６０２に対して露光を行なう。このとき、フォトマスク６５０を透過した光は、基板６００の上に集光され、以降の現像工程においてレジスト膜６０２が溶解するに足りる露光エネルギーが照射されて潜像部６０２ａが形成される。
次に、図４６Ｄに示すように、露光されたレジスト膜６０２に対して現像を行なって潜像部６０２ａを除去することにより、レジスト膜６０２に微細パターン６０２ｂを有するレジストパターン６０２Ａが形成される。
次に、図示はしていないが、レジストパターン６０２Ａをエッチングマスクとして、被加工膜６０１に対してエッチングを行なって、被加工膜６０１におけるレジストパターン６０２Ａから露出する領域を除去することにより、被加工膜６０１に所望の形状を持つパターンを形成する。ここでは、レジストパターン６０２Ａは、被加工膜６０１をエッチングするためのエッチングマスクとして用いたが、被加工膜６０１を形成せずに、基板６００の所望の領域にイオン注入等を行なう場合の注入用マスクとしても用いることができる。
このように、第９の実施形態に示したパターン形成方法によれば、第１の実施形態と同様の効果、さらには、第２から第８の実施形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、レジスト膜６０２が塗布された被加工膜６０１、又はレジスト膜６０２が塗布された基板６００に対して、本開示に係るフォトマスク６５０を介して近接露光を行なう。このとき、フォトマスク６５０の開口部内の位相シフタ部６５１によって、該フォトマスク６５０を透過する光がレジスト膜６０２に集光されるため、微細なパターン形成が可能となる。
なお、本実施形態においては、ポジ型のレジストプロセスを用いたが、これに代えて、ネガ型のレジストプロセスを用いても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、上記した全実施形態においては、フォトマスクとして、平板マスクを用いる露光法を前提に説明をしたが、これに限定されない。例えば、ローラ型のフォトマスクを用いた露光法においても有効である。
以下に、第９の実施形態の一変形例として、ローラ型のフォトマスクを用いた露光装置について説明する。
（第９の実施形態の一変形例）
以下、図４７Ａ及び図４７Ｂを用いてローラ型のフォトマスクを用いた露光装置について説明する。
図４７Ａは、ローラ型のフォトマスク７０１を表している。ローラ形のフォトマスク７０１は円筒状であり、円筒状のフォトマスク７０１の内部は空洞７０２である。円筒状のフォトマスク７０１の内壁は、ガラス又は石英等からなる透明性基板７０３で構成されている。透明性基板７０３の外側の表面には、マスクパターンが描かれている。マスクパターンは、マスクパターン形成部７０４に形成されている。フォトマスク７０１の外壁におけるマスクパターン形成部７０４を除く領域は、遮光膜７０５で覆われている。ここで、マスクパターン形成部７０４は、第１から第８の実施形態及びその変形例を含めた形態のいずれかに係るフォトマスクを含む構成として形成されている。
図４７Ｂは、ローラ型のフォトマスク７０１を用いた露光装置とその動作とを模式的に表している。ここでは、円筒状のフォトマスク７０１の空洞７０２を側面方向から図示している。
図４７Ｂに示すように、円筒状のフォトマスク７０１の空洞７０２には、光源７０６が設けられている。フォトマスク７０１から離れた位置には、被加工基板７０７が配置されている。また、フォトマスク７０１は、光源７０６を中心として回転可能に保持されている。これに対し、被加工基板７０７は、該被加工基板７０７の主面に平行な方向に移動可能に保持されている。このとき、フォトマスク７０１の回転速度と被加工基板７０７の移動速度との同期を取ることにより、円筒状のフォトマスク７０１の外壁に描かれたマスクパターンが、被加工基板７０７に露光される。
本露光装置によれば、ローラ型のフォトマスク７０１の表面を加工することにより、該フォトマスク７０１から所定の距離だけ離れた位置、すなわちレジスト膜（図示せず）が形成された被加工基板７０７の表面にフォトマスク７０１を透過した光を集光することができる。その結果、大面積にわたって微細パターンを形成することが可能となる。
本発明に係るフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法は、半導体のみならず、映像パネル及び太陽光発電等のエネルギー素子を始めとする大面積素子の微細加工等に有用である。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ フォトマスク
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ フォトマスク
３０，３１，３２，３３ フォトマスク
４０，５０ フォトマスク
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 透明性基板
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２ 主パターン部
１０２Ａ 第１主パターン部
１０２Ｂ 第２主パターン部
１０３，２０３，４０３，５０３ 補助パターン部
１０３ａ 第１位相シフタ部
１０３ｂ 第２位相シフタ部
１０３ｃ 第３位相シフタ部
１０３ｄ 第４位相シフタ部
１０３ｅ 第５位相シフタ部
１０３ｆ 第６位相シフタ部
１０３ｇ 第７位相シフタ部
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ 遮光部
１０４ｄ，２０４ｄ，３０４ｄ，４０４ｄ，５０４ｄ マスクパターン開口部
１０５，１０５Ａ フォトマスク
１０５ａ マスク開口部
１０６ レンズ
１０７ 伝播面
１０７Ａ マスク面
１０８ 被露光体
２０３ａ 第１彫り込み部
２０３ｂ 第２彫り込み部
２０３ｃ 第３彫り込み部
２０３ｄ 第４彫り込み部
２０３ｅ 第５彫り込み部
２０３ｆ 第６彫り込み部
２０３ｇ 第７彫り込み部
２０４，２０４ａ，２０４ｂ，２０４ｃ 遮光部
２０５ 半透明膜
２１６ 透明膜
３００，３００ａ，３００ｂ ガラス
３００Ａ 構造体
３００Ｂ 空気
３０１ 透明性基板
３０１ａ 狭彫り込み部
３０３ａ 第１導波路部
３０３ｂ 第２導波路部
３０３ｃ 第３導波路部
３０４ 遮光部
３１１ 透明性基板
３１１ａ 狭彫り込み部
３１２ 主パターン部
３１３ 補助パターン部
３１３ａ 第１位相シフタ部
３１３ｂ 第２位相シフタ部
３１３ｃ 第３位相シフタ部
３１３ｄ 第４位相シフタ部
３１３ｅ 第５位相シフタ部
３１３ｆ 第６位相シフタ部
３１４ 遮光部
３１４ｄ マスクパターン開口部
３１５ａ 第１彫り込み部
３１５ｂ 第２彫り込み部
３１５ｃ 第３彫り込み部
３１６ａ 第１導波路部
３１６ｂ 第２導波路部
３１６ｃ 第３導波路部
３２１ 透明性基板
３２１ａ 狭彫り込み部
３２１ｂ 露出部
３２２ 主パターン部
３２３ａ 第１導波路部
３２３ｂ 第２導波路部
３２３ｃ 第３導波路部
３２４，３２４ａ 遮光部
３２４ｄ マスクパターン開口部
３２４Ａ 遮光膜
３２５ 第１のレジスト膜
３２５Ａ 第１のレジストパターン
３２６ 第２のレジスト膜
３２６Ａ 第２のレジストパターン
３３１ 透明性基板
３３１ａ 狭彫り込み部
３３１ｂ 露出部
３３２ 主パターン部
３３３ａ 第１位相シフタ部
３３３ｂ 第２位相シフタ部
３３３ｃ 第３位相シフタ部
３３４，３３４ａ 遮光部
３３４ｄ マスクパターン開口部
４０３ａ 第１位相シフタ部
４０３ｂ 第２位相シフタ部
４０３ｃ 第３位相シフタ部
４０４ 遮光部
４０４ａ 微小開口部
４０４ｂ 遮光部
４０５ 透明膜
５０３ａ 彫り込み部
５０４ 遮光部
５０５ 半透明膜
５０５ａ 半透明部
６００ 基板
６０１ 被加工膜
６０２ レジスト膜
６０２ａ 潜像部
６０２ｂ 微細パターン
６０２Ａ レジストパターン
６５０ フォトマスク
６５１ 位相シフタ部
７０１ フォトマスク
７０２ 空洞
７０３ 透明性基板
７０４ マスクパターン形成部
７０５ 遮光膜
７０６ 光源
７０７ 被加工基板

Claims (25)

  1. 透明性基板と、
    前記透明性基板に設けられ、露光光を遮る遮光部とを備え、
    前記遮光部は、透光性のマスクパターン開口部を有し、
    前記マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域の周辺部に、前記露光光に対して少なくとも３つの異なる位相で光を透過する複数の透光性領域が設けられ、
    前記複数の透光性領域は、前記マスクパターン開口部を透過した露光光が所定の距離だけはなれた被露光体に前記所望のパターンの投影像を結ぶように、前記複数の透光性領域のうち、前記所望のパターンと対応する領域から離れた透光性領域を透過した露光光の位相面が、前記所望のパターンと対応する領域に近い透光性領域を透過した露光光の位相面よりも、前記被露光体に対して進むように構成されており、
    前記マスクパターン開口部には、前記所望のパターンと対応する領域の周辺部に補助パターン部が設けられ、
    前記補助パターン部は、前記所望のパターンと対応する領域から近い領域に設けられた第１導波路部と、前記所望のパターンと対応する領域から遠い領域に設けられた第２導波路部とを有し、
    前記第１導波路部及び前記第２導波路部は、前記露光光の波長以下の厚さ及び間隙とを持つ透光性材料により構成され、
    前記第２導波路部を透過した露光光の位相面は、前記第１導波路部を透過した露光光の位相面よりも前記被露光体に対して進むように構成されているフォトマスク。
  2. 請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第１導波路部及び第２導波路部は、それぞれ前記透明性基板に設けられた複数の狭彫り込み部から構成され、
    前記狭彫り込み部の幅は、前記露光光の波長以下であり、
    互いに隣接する前記狭彫り込み部同士の間隔は、前記露光光の波長以下であるフォトマスク。
  3. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における互いに隣接する前記狭彫り込み部同士の間隔は、前記第１導波路部における互いに隣接する前記狭彫り込み部同士の間隔よりも小さいフォトマスク。
  4. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記狭彫り込み部の幅は、前記第１導波路部における前記狭彫り込み部の幅よりも大きいフォトマスク。
  5. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第１導波路部における前記狭彫り込み部の深さは、前記第２導波路部における前記狭彫り込み部の深さと同一であるフォトマスク。
  6. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記狭彫り込み部の深さは、前記第１導波路部における前記狭彫り込み部の深さよりも深いフォトマスク。
  7. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第１導波路部と前記第２導波路部との間の領域と、前記所望のパターンと対応する領域に対して前記第２導波路部よりも遠い側で且つ前記第２導波路部と隣接する領域との少なくとも一方に、前記露光光の波長以上の幅を有する彫り込み部が設けられているフォトマスク。
  8. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記透明性基板における、互いに隣接する前記狭彫り込み部同士の間の領域の表面上には、遮光部が設けられているフォトマスク。
  9. 請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
    前記遮光部は、前記表面上の中央部に設けられているフォトマスク。
  10. 請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
    前記遮光部は、前記表面上の中央部を露出するように設けられているフォトマスク。
  11. 請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
    前記遮光部は、前記第１導波路部及び前記第２導波路部の少なくとも一方において周期的に繰り返して配置されているフォトマスク。
  12. 請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記狭彫り込み部同士の間の表面の露出部分の前記遮光部に対する割合は、前記第１導波路部における前記露出部分の前記遮光部に対する割合よりも小さいフォトマスク。
  13. 請求項８に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第１導波路部及び第２導波路部の少なくとも一方において、前記狭彫り込み部、前記遮光部及び前記狭彫り込み部同士の間の表面の露出部分は、周期的に繰り返して配置されているフォトマスク。
  14. 請求項１３に記載のフォトマスクにおいて、
    前記繰り返して配置される配置周期は、前記露光光の波長の１．５倍以下であるフォトマスク。
  15. 請求項１４に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記狭彫り込み部の割合は、前記第１導波路部における前記狭彫り込み部の割合よりも大きいフォトマスク。
  16. 請求項１４に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記遮光部の割合は、前記第１導波路部における前記遮光部の割合よりも大きいフォトマスク。
  17. 請求項１４に記載のフォトマスクにおいて、
    前記第２導波路部における前記露出部分の割合は、前記第１導波路部における前記露出部分の割合よりも小さいフォトマスク。
  18. 請求項１に記載のフォトマスクにおいて、
    前記所望のパターンと対応する領域には、前記透明性基板の表面が露出する主パターン部が設けられているフォトマスク。
  19. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記複数の狭彫り込み部は、前記透明性基板を彫り込むことにより構成されているフォトマスク。
  20. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記透明性基板と前記遮光部との間に設けられた半透明膜をさらに備え、
    前記複数の狭彫り込み部は、前記半透明膜を彫り込むことにより構成されているフォトマスク。
  21. 請求項２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記透明性基板と前記遮光部との間に設けられ、前記透明性基板側の半透明膜と、前記遮光部側の透明膜とをさらに備え、
    前記複数の狭彫り込み部は、前記透明膜を彫り込むことにより構成されているフォトマスク。
  22. 透明性基板と、
    前記透明性基板に設けられ、露光光を遮る遮光部とを備え、
    前記遮光部は、透光性のマスクパターン開口部を有し、
    前記マスクパターン開口部には、所望のパターンと対応する領域の周辺部に、前記露光光に対して少なくとも３つの異なる位相で光を透過する複数の透光性領域が設けられ、
    前記複数の透光性領域は、前記マスクパターン開口部を透過した露光光が所定の距離だけはなれた被露光体に前記所望のパターンの投影像を結ぶように、前記複数の透光性領域のうち、前記所望のパターンと対応する領域から離れた透光性領域を透過した露光光の位相面が、前記所望のパターンと対応する領域に近い透光性領域を透過した露光光の位相面よりも、前記被露光体に対して進むように構成されており、
    前記透明性基板と前記遮光部との間に設けられた半透明膜をさらに備え、
    前記マスクパターン開口部における前記所望のパターンと対応する領域には、前記透明性基板が露出した主パターン部が設けられ、
    前記主パターン部に隣接して前記透明性基板を彫り込んだ彫り込み部が設けられ、
    前記彫り込み部の外側に、前記半透明膜が露出した半透明部が設けられているフォトマスク。
  23. 請求項２２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記主パターン部と前記彫り込み部とを透過する露光光の位相差は、１２０°以内であるフォトマスク。
  24. 請求項２２に記載のフォトマスクにおいて、
    前記主パターン部と前記半透明部とを透過する露光光の位相差は、１２０°以内であるフォトマスク。
  25. 請求項１〜２４のいずれか１項に記載のフォトマスクを用いたパターン形成方法であっ
    て、
    レジスト膜を形成した基板を準備する工程と、
    前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して前記露光光を選択的に照射する工程と、
    前記露光光を照射された前記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パターン形成方法。
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