JPH0934098A

JPH0934098A - ホトマスク、ホトマスクの製造方法、パタン形成方法、半導体装置の製造方法及びマスクパタン設計用の装置

Info

Publication number: JPH0934098A
Application number: JP18367395A
Authority: JP
Inventors: Norio Hasegawa; 昇雄長谷川; Katsuya Hayano; 勝也早野; Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤; Akiyoshi Shigeniwa; 明美茂庭; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-07-20
Filing date: 1995-07-20
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】不要な投影像の発生を防止し、不要なパタンの
転写を防止することのできるホトマスクを提供するこ
と。【構成】少なくとも露光光に対して半透明な領域と、透
明な領域とからなり、半透明な領域と、透明な領域とを
通過する光の位相差が実質的に１８０°であって、透明
な領域よりなる主パタン４の所望の２つの辺３４、３５
又はその延長線の交点のなす角が、半透明位相シフト部
６で１８０度より小さい領域に、透明で、かつ、上記主
パタン４と同位相の補助パタン５を配置したホトマス
ク。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置等の製造に
用いるホトマスク、その製造方法、それを用いたパタン
形成方法、半導体装置の製造方法及びマスクパタン設計
用の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶パネル等のパタン
形成には、リソグラフィ技術と呼ばれる、マスク上に描
かれたパタンを被露光基板上に転写する方法が広く採用
されている。このパタン転写を行なうために、一般に
は、マスク上のパタンを縮小して転写する縮小投影型の
投影露光装置が用いられる。

【０００３】近年のパタンの微細化と共に、前記投影露
光装置には、従来より高い解像力が要求される。一般
に、投影レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほど、あるい
は露光に用いる光の波長が短いほど解像力は向上する。
しかし、ＮＡを大きくする方法はパタン転写時に焦点深
度の低下をもたらし、光の短波長化は光源、光学系材料
あるいはレジスト材料の面で種々の制約がある。

【０００４】そこで、現状の投影露光装置を用いて、か
つ従来の解像限界を超える微細パタンを転写する試みが
なされている。特開昭５７−６２０５２号公報には、マ
スク上の特定の光透過部に光の位相を反転させる透明部
材（位相シフタ）を設けることにより、周期性を有する
複数のパタンに対して解像力を大幅に向上させたことが
示されている。

【０００５】また、前記位相シフタを自動的に配置する
技術は、ＶＬＳＩシンポジウム(1991)において報告さ
れ、ダイジェストオブテクニカルペーパーズ９５
〜９６頁（Digest of Technical papers pp.95〜96 ）
における、オートマティックパタンジェネレーション
システムフォアフェイズシフティングマスク
（Automatic Pattern Generation System For Phase Sh
ifting Mask）と題する論文に記載されている。同様の
技術は、ダイジェストオブペーパーズマイクロプ
ロセス’９３５０〜５１頁（Digest of Papers Micro
Process '93 pp.50〜51）における、アルゴリズムフ
ォアフェイズシフトマスクデザインウイズ
プライオリティオンシフタプレイスメント（Algo
rithm for Phase Shift Mask Design with Priority on
Shifter Placement）と題する論文、及び、同書５２〜
５３頁におけるＡＣＡＤシステムフォアデザ
イニングフェイズシフティングマスクス（A CAD
System for Designing Phase-Shifting Masks）と題す
る論文にも記載されている。また、所望の投影像形状を
入力してマスクパタンを決定する方法が、アイイー
イーイー、トランザクションオンセミコンダクタ
ーマニュファクチャリング５（２）（１９９２年）１
３８〜１５２頁（IEEE Transaction on Semiconductor
Manufacturing, Vol.5, No.2(1992), pp.138〜152）に
おけるバイナリアンドフェイズシフティングマ
スクデザインフォアオプティカルリソグラフィ
（Binary and Phase Shifting Mask Design for Optica
l Lithography）と題する論文に記載されている。

【０００６】一方、米国の特許公報 USP 4,360,586 に
は、マスクを透過するＸ線や光の強度と位相を制御する
ホトマスクが示されている。また、同様なホトマスク
は、特開平０４−１３６８５４にも示されている。

【０００７】これらのホトマスクは、単一透明パタンの
周囲を半透明にして、すなわち、通常のホトマスクの遮
光部を半透明にして、かつ、半透明部を通過する僅かな
光の位相を、透明パタンを通過する光の位相と反転させ
るようにしている。つまり、パタンを転写するレジスト
の感度以下の光を半透明部から通過させ、この光と透明
パタンを通過してきた光の位相が反転するようにしてい
る。半透明部を通過した光は、主パタンである透明パタ
ンを通過した光に対して位相が反転しているため、その
境界部で位相が反転し、境界部での光強度が０に近づ
く。これにより、相対的に透明パタンを通過した光の強
度と、パタン境界部の光強度の比は大きくなり、通常の
遮光型マスクに比べコントラストの高い光強度分布が得
られ、パタン形成の焦点深度も約２倍に拡大する。ま
た、このマスク構造は従来の遮光膜を位相反転機能を持
つ半透明膜に変更するだけで実現でき、マスク作製も簡
単である。以下、このようなマスクを半透明位相シフト
マスクという。

【０００８】また、ダイジェストオブペーパーズ
マイクロプロセス’９３４４〜４５頁（Digest of Pa
pers MicroProcess '93 pp.44〜45）の Resolution Imp
rovement usinng Auxiliary Pattern Groups in Obliqu
e Illumination Lithographyと題する論文には、同様の
半透明位相シフトマスクの周期性のある複数のパタンの
両端に、補助パタンを設けることにより、投影されたパ
タンの形状を改良したことが記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭５７−６２０５２号公報記載の従来技術は、周期性
を有する複数のパタンに対しては、解像力を大幅に向上
させることができるが、周期性のない一般的なパタンに
対して、位相シフタを配置する方法は記載されていな
い。

【００１０】また、上記ダイジェストオブテクニカ
ルペーパーズ９５〜９６頁（Digest of Technical pa
pers pp.95〜96 ）に記載された従来技術、上記ダイジ
ェストオブペーパーズマイクロプロセス’９３
５０〜５１頁（Digest of Papers MicroProcess '93 p
p.50〜51）に記載された従来技術、同書５２〜５３頁に
記載された従来技術及びアイイーイーイー、トラ
ンザクションオンセミコンダクターマニュファクチ
ャリング５（２）（１９９２年）１３８〜１５２頁（IE
EE Transaction on Semiconductor Manufacturing, Vo
l.5, No.2(1992), pp.138〜152）に記載された従来技術
は、いずれも、マスク上の光透過部に位相シフタを自動
的に配置する技術に関するものである。

【００１１】半透明位相シフトマスクは、本来遮光すべ
き領域にもわずかな透過光が存在するから、その透過光
はパタンが接近すると干渉効果で強調され、その結果、
本来パタンの存在しない部分にも無視できない光強度レ
ベルを有する投影像が形成されるという問題がある。

【００１２】また、通常の遮光型マスクも、半透明位相
シフトマスクの場合よりレベルは低いが、干渉によっ
て、同様に本来パタンの存在しない部分に投影像が形成
されるという問題がある。上記した従来技術は、いずれ
もこの問題を解決する方法について記載されていない。

【００１３】また、米国の特許公報 USP 4,360,586 及
び特開平０４−１３６８５４に記載の従来技術は、微細
なパタンの焦点深度が低下する問題を解決していないた
め、微細化した素子を製造するときに、解像不良により
製造歩留まりが低下するという問題があった。さらに、
上記した本来パタンの存在しない部分に投影像が形成さ
れるという問題がある。

【００１４】また、ダイジェストオブペーパーズ
マイクロプロセス’９３４４〜４５頁（Digest of Pa
pers MicroProcess '93 pp.44〜45）に記載の従来技術
は、周期性のある複数のパタンに対しては、解像力を大
幅に向上させることができるが、周期性のない一般的な
パタンに対しては、なにも記載されていない。

【００１５】上記特開平０４−１３６８５４記載の半透
明位相シフトマスクを用いた従来の技術は、解像限界付
近のパタンの焦点深度が実素子の製造ではなお十分とは
いえず、素子微細化に問題があった。また、ダイジェス
トオブペーパーズマイクロプロセス’９３４４
〜４５頁に記載の従来技術は、周期性のある複数のパタ
ンに対しては、解像力を向上させることができるが、周
期性のない一般的なパタンに対しては、対応できないと
いう問題があった。

【００１６】本発明の第１の目的は、不要な投影像の発
生を防止し、不要なパタンの転写を防止することのでき
るホトマスクを提供することにある。本発明の第２の目
的は、そのようなホトマスクを用いたパタン形成方法を
提供することにある。本発明の第３の目的は、そのよう
なホトマスクを用いて、微細なパタンが形成された半導
体装置を製造する方法を提供することにある。本発明の
第４の目的は、そのようなホトマスクを設計するための
マスクパタン設計用の装置を提供することにある。本発
明の第５の目的は、そのようなホトマスクの製造方法を
提供することにある。本発明の第６の目的は、そのよう
なホトマスクの製造方法により製造されたホトマスクを
用いたパタン形成方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のホトマスクは、少なくとも露光光に
対して半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透
明な領域と、上記透明な領域とを通過する光の位相差が
実質的に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パ
タンの所望の２辺又はその延長線の交点のなす角が、半
透明部で１８０度より小さい領域に、透明で、かつ、上
記主パタンと同位相の補助パタンを配置したものであ
る。

【００１８】上記主パタンの所望の２辺又はその延長線
の交点のなす上記角が、特に、半透明部で１１０度以下
であるときに、補助パタンを設けることが好ましい。ま
た、補助パタンの少なくとも一辺の大きさは、上記ホト
マスクを用いる投影光学系の解像限界以下の寸法である
ことが好ましい。さらにまた、補助パタンの中心の位置
は、上記二辺からの距離Ｄが、Ｄ＝ｄλ／ＮＡｍの関係
を満たす（但し、ＮＡｍは投影光学系のマスク側の開口
数、λは露光波長、ｄは係数で０.４≦ｄ≦０.７の範囲
の値）位置にあることが好ましい。

【００１９】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明のホトマスクは、露光光に対して半透明な領域
と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透
明な領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°であ
り、上記透明な領域よりなる主パタンの異なる２辺から
の干渉光が互いに強め合う位置に対応するホトマスクの
位置に、透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影
光学系の解像限界以下の寸法の補助パタンを配置したも
のである。

【００２０】さらにまた、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明のホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°
であり、上記透明な領域よりなる主パタンを少なくとも
２個配置し、上記２個の主パタンの中心からの距離Ｓ
が、それぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは投影光
学系のマスク側の開口数、λは露光波長、ｓは係数で、
０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満たす位置に、
透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学系の
解像限界以下の寸法の補助パタンを配置したものであ
る。

【００２１】さらにまた、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明のホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°
であり、上記透明な領域よりなる主パタンが少なくとも
２個配置され、上記各主パタンにより投影されたそれぞ
れの主ピークの周囲の第１のサブピークが互いに重なる
位置に対応するホトマスクの位置に、透明で、上記主パ
タンと同位相で、かつ、投影光学系の解像限界以下の寸
法の補助パタンを配置したものである。

【００２２】さらにまた、上記第１の目的を達成するた
めに、本発明のホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°
であり、上記透明な領域よりなる主パタンが少なくとも
２個配置され、上記各主パタンからの回折光が同位相で
重なった位置に対応するホトマスクの位置に、透明で、
上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学系の解像限界
以下の寸法の補助パタンを配置したものである。これ
らのホトマスクは、不要な光強度ピークが発生する位置
に対応するマスク上の位置に、透過光の位相差が主パタ
ンと同じでかつ透明な補助パタンを配置することによ
り、不要な光強度ピークを打ち消すことができる。すな
わち、不要な光強度ピークと逆位相の光を、補助パタン
から入射することにより、光を打ち消す。従って、補助
パタンの大きさは、光を打ち消すに充分な光強度が得ら
れる大きさにする必要があるが、それ以上の大きさにし
た場合は逆効果となり、不適切である。

【００２３】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明のパタン形成方法は、（ａ）少なくとも露光光に
対して半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透
明な領域と、上記透明な領域とを通過する光の位相差が
実質的に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パ
タンの所望の２辺又はその延長線の交点のなす角が、半
透明部で１８０度より小さい領域に、透明で、かつ、上
記主パタンと同位相の補助パタンが配置されたホトマス
クを準備し、（ｂ）投影光学系により、上記ホトマスク
を用い、基板上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像によ
り、パタンを形成するようにしたものである。

【００２４】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明のパタン形成方法は、（ａ）露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な
領域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的
に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パタンの
異なる２辺からの干渉光が互いに強め合う位置に対応す
るホトマスクの位置に、透明で、上記主パタンと同位相
で、かつ、投影光学系の解像限界以下の寸法の補助パタ
ンが配置されたホトマスクを準備し、（ｂ）投影光学系
により、上記ホトマスクを用い、基板上の感光性薄膜に
露光し、（ｃ）現像により、パタンを形成するようにし
たものである。

【００２５】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明のパタン形成方法は、（ａ）露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な
領域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的
に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パタンが
少なくとも２個配置され、上記２個の主パタンの中心か
らの距離Ｓが、それぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡ
ｍは投影光学系のマスク側の開口数、λは露光波長、ｓ
は係数で、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満た
す位置に、透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投
影光学系の解像限界以下の寸法の補助パタンが配置され
たホトマスクを準備し、（ｂ）投影光学系により、上記
ホトマスクを用い、基板上の感光性薄膜に露光し、
（ｃ）現像により、パタンを形成するようにしたもので
ある。

【００２６】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明のパタン形成方法は、（ａ）露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な
領域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的
に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パタンが
少なくとも２個配置され、上記各主パタンにより投影さ
れたそれぞれの主ピークの周囲の第１のサブピークが互
いに重なる位置に対応するホトマスクの位置に、透明
で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学系の解像
限界以下の寸法の補助パタンが配置されたホトマスクを
準備し、（ｂ）投影光学系により、上記ホトマスクを用
い、基板上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像により、
パタンを形成するようにしたものである。

【００２７】さらにまた、上記第２の目的を達成するた
めに、本発明のパタン形成方法は、（ａ）露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な
領域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的
に１８０°であり、上記透明な領域よりなる主パタンが
少なくとも２個配置され、上記各主パタンからの回折光
が同位相で重なった位置に対応するホトマスクの位置
に、透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学
系の解像限界以下の寸法の補助パタンが配置されたホト
マスクを準備し、（ｂ）投影光学系により、上記ホトマ
スクを用い、基板上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像
により、パタンを形成するようにしたものである。

【００２８】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）上記主パタンのデータに基づ
いて、上記主パタンの所望の２辺又はその延長線の交点
のなす角が、半透明部で１８０度より小さい領域を検出
し、（２）上記１８０度より小さい領域が検出されたと
き、上記１８０度より小さい領域に、上記所望の２辺か
らそれぞれ所定の距離にある位置に、予め定められた補
助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと決定された上記補助パタンが形成されたホトマスク
を用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少なく
とも一部を形成するようにしたものである。

【００２９】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンからの中心からの距離
Ｓが、それぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは投影
光学系のマスク側の開口数、λは露光波長、ｓは係数
で、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満たす位置
を検出し、（２）上記関係を満たす位置を検出したと
き、上記関係を満たす位置に、上記投影光学系の解像限
界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成するようにしたものである。

【００３０】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンの投影像光強度分布を
計算し、（２）上記投影像光強度分布のそれぞれの上記
主パタンの主ピークの周囲の第１のサブピークが互いに
重なる位置を検出し、（３）上記位置が検出されたと
き、上記位置に対応するホトマスクの位置に、上記投影
光学系の解像限界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成するようにしたものである。

【００３１】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンからの回折光が同位相
で重なった位置を検出し、（２）上記位置が検出された
とき、上記位置に対応するホトマスクの位置に、投影光
学系の解像限界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成するようにしたものである。

【００３２】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも１個の主パタンのデータ
と投影光学系の光学条件を表わすパラメータに基づい
て、上記投影光学系で得られる上記主パタンの投影像光
強度分布を計算し、（２）上記投影像光強度分布と上記
主パタンから、上記主パタンに対応する領域以外の領域
で、光強度が所定値より大きい領域を決定し、（３）上
記所定値より大きい領域が決定されたとき、上記所定値
より大きい領域に対応するホトマスクの領域に、１個又
は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ン及び上記決定された補助パタンが形成されたホトマス
クを用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少な
くとも一部を形成するようにしたものである。

【００３３】ここで用いられるホトマスクは、露光光に
対して半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透
明な領域と、上記透明な領域とを通過する光の位相差が
実質的に１８０°であり、上記主パタンと上記補助パタ
ンは、いずれも透明な領域からなり、かつ、同位相であ
るホトマスク、すなわちハーフトーン位相シフトマスク
であることが好ましい。

【００３４】ハーフトーン位相シフトマスクを例とし
て、上記の投影像光強度分布の計算の一例について説明
する。図１９（ａ）は従来のハーフトーン位相シフトマ
スクの平面図、図１９（ｂ）はその断面図、図１９
（ｃ）はそのマスク透過光の振幅分布を示す図、図１９
（ｄ）は被露光基板上の振幅分布を示す図、図１９
（ｅ）は被露光基板上の光強度分布を示す図である。

【００３５】図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、ハー
フトーン位相シフトマスクは、光学的に透明な基板４２
とハーフトーン部材４３とから構成され、半透明位相シ
フト部６と開口された主パタン４からなる。半透明位相
シフト部６と主パタン４を透過する光は、図１９（ｃ）
に示す振幅分布４４のように異符号、すなわち互いに位
相が反転している。投影光学系を介して被露光基板上で
得られる振幅分布は、図１９（ｄ）に示す曲線４５であ
り、その絶対値の二乗をとって、図１９（ｅ）に示す光
強度分布４７が得られる。

【００３６】投影像を計算する手段は、主パタンのデー
タと露光光学条件を入力して最終的に光強度分布４７を
求めるものである。ここで、パタンエッジ近傍には、負
の振幅ピーク４６が発生し、これが投影像のサブピーク
４８となって現われる。特に２個以上の開口パタンが接
近してくると、それぞれのパタンに対応したサブピーク
が強調されて、パタンエッジからほぼＬ１の距離の所に
不要の投影像が得られる。

【００３７】上記不要のサブピークの発生位置は、マス
クパタンの投影像光強度分布を計算し、そこから予測さ
れる像の形状と入力したパタン形状とを比較することに
より容易に知ることができる。ここで、パタンエッジ近
傍に生じるサブピークは、前述のように主パタンの光と
は異符号の光振幅によるものである。

【００３８】図２０（ａ）は本発明のハーフトーン位相
シフトマスクの平面図、図２０（ｂ）はその断面図、図
２０（ｃ）は被露光基板上の振幅分布を示す図である。
図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、主パタン４のエッ
ジからほぼＬ１の距離の所に新たな補助パタン５を付加
すると、図２０（ｃ）に示す振幅分布５２の負の振幅ピ
ーク部と、補助パタンの振幅分布５３とが重なってサブ
ピークの発生を防止することができる。ここで、補助パ
タン５は、単独では転写されない寸法とするのが良いの
で、被露光基板上で、その幅をほぼ０．０５λ／ＮＡか
ら０．４λ／ＮＡの間にとれば良い。ここに、λは露光
光の波長、ＮＡは露光用投影レンズの開口数である。こ
れはマスク上では、０．０５λ／ＮＡｍから０．４λ／
ＮＡｍ（ＮＡｍは露光用投影レンズのマスク側の開口
数）の間に相当する。

【００３９】さらにまた、上記第３の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも２個の主パタンのデータ
に基づいて、上記各主パタンの外周線を、所定の距離Ｌ
だけ外側にそれぞれ移動させ、拡大された外周線を決定
し、（２）上記各拡大された外周線が所定距離Ｍ以下に
接近した位置を検出し、（３）上記接近した位置が検出
されたとき、上記接近した位置に、予め定められた形状
の１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ン及び上記決定された補助パタンが形成されたホトマス
クを用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少な
くとも一部を形成するようにしたものである。

【００４０】ここで用いられるホトマスクは、露光光に
対して半透明な領域と、透明な領域とを含み、上記半透
明な領域と、上記透明な領域とを通過する光の位相差が
実質的に１８０°であり、上記主パタンと上記補助パタ
ンは、いずれも透明な領域からなり、かつ、同位相であ
るホトマスク、すなわちハーフトーン位相シフトマスク
であることが好ましい。

【００４１】上記所定の距離Ｌは、ｋ₁・λ／ＮＡｍ
（但し、ＮＡｍは上記投影光学系のマスク側の開口数、
λは露光光の波長、ｋ₁は係数で、０．４≦ｋ₁≦１．１
の範囲の値）とすることが好ましい。また、上記補助パ
タンは、正方形若しくは矩形又はこれらが結合した形状
であって、正方形のときはその一辺、矩形のときは短辺
の長さが、ｋ₂・λ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは上記投影
光学系のマスク側の開口数、λは露光光の波長、ｋ₂は
係数で、０．０５≦ｋ₂≦０．４の範囲の値である）で
あることが好ましい。

【００４２】このホトマスクの補助パタンの形成につい
て説明する。図１９に示したサブピークの発生する位置
は光学条件から予測することができる。図１９に示した
距離Ｌ１は、ほぼ０．５５λ／ＮＡ程度である。ただ
し、フォーカス位置に依存して変化するので、Ｌ１のと
りうる範囲は０．４λ／ＮＡ＜Ｌ１＜１．１λ／ＮＡ程
度である。これはマスク上の距離では０．４λ／ＮＡｍ
＜Ｌ１＜１．１λ／ＮＡｍに相当する。そこで、主パタ
ンの外周線を、所定の距離Ｌ１だけ外側にそれぞれ移動
させ、拡大された外周線を求め、その拡大された外周線
が接近する部分を求めれば、そこがサブピークの強調さ
れる部分である。その部分に補助パタンを配置すれば、
所望の投影像が得られる。

【００４３】また、上記第４の目的を達成するために、
本発明のマスクパタン設計用装置は、投影光学系に用い
るホトマスクに形成する少なくとも１個の主パタンのデ
ータと、上記投影光学系の光学条件を表わすパラメータ
に基づいて、上記投影光学系で得られる上記主パタンの
投影像光強度分布を計算するための演算手段と、上記投
影像光強度分布と上記主パタンから、上記主パタンに対
応する領域以外の領域で、光強度が所定値より大きい領
域を決定する第１の決定手段と、上記所定値より大きい
領域が決定されたとき、上記所定値より大きい領域に対
応するホトマスクの領域に、１個又は複数個の補助パタ
ンを決定する第２の決定手段とから構成されるようにし
たものである。

【００４４】さらにまた、上記第４の目的を達成するた
めに、本発明のマスクパタン設計用装置は、投影光学系
に用いるホトマスクに形成する少なくとも２個の主パタ
ンのデータに基づいて、上記各主パタンの外周線を、所
定の距離Ｌだけ外側にそれぞれ移動させ、拡大された外
周線を決定する第１の決定手段と、上記各拡大された外
周線が所定距離Ｍ以下に接近した位置を検出するための
検出手段と、上記接近した位置が検出されたとき、上記
接近した位置に、予め定められた形状の１個又は複数個
の補助パタンを決定する第２の決定手段とから構成され
るようにしたものである。

【００４５】これらのマスクパタン設計用装置は、上記
主パタン、決定された補助パタン又は投影像光強度分布
などを表示するための表示手段を、さらに設けることが
好ましい。この表示手段は、ホトマスクの全領域又は指
定された部分領域を順次に或は同時に表示するようにす
ればよい。

【００４６】また、上記第５の目的を達成するために、
本発明のホトマスクの製造方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも１個の主パタンのデータ
と投影光学系の光学条件を表わすパラメータに基づい
て、上記投影光学系で得られる上記主パタンの投影像光
強度分布を計算し、（２）上記投影像光強度分布と上記
主パタンから、上記主パタンに対応する領域以外の領域
で、光強度が所定値より大きい領域を決定し、（３）上
記所定値より大きい領域が決定されたとき、上記所定値
より大きい領域に対応するホトマスクの領域に、１個又
は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成するようにしたものである。

【００４７】また、上記第５の目的を達成するために、
本発明のホトマスクの製造方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも２個の主パタンのデータ
に基づいて、上記各主パタンの外周線を、所定の距離Ｌ
だけ外側にそれぞれ移動させ、拡大された外周線を決定
し、（２）上記各拡大された外周線が所定距離Ｍ以下に
接近した位置を検出し、（３）上記接近した位置が検出
されたとき、上記接近した位置に、予め定められた形状
の１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成するようにしたものである。

【００４８】これらのホトマスクの製造方法で製造する
ホトマスクは、露光光に対して半透明な領域と、透明な
領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な領域と
を通過する光の位相差が実質的に１８０°であり、上記
主パタンと上記補助パタンは、いずれも透明な領域から
なり、かつ、同位相である、すなわちハーフトーン位相
シフトマスクであることが好ましい。

【００４９】また、上記第６の目的を達成するために、
本発明のパタン形成方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも１個の主パタンのデータ
と投影光学系の光学条件を表わすパラメータに基づい
て、上記投影光学系で得られる上記主パタンの投影像光
強度分布を計算し、（２）上記投影像光強度分布と上記
主パタンから、上記主パタンに対応する領域以外の領域
で、光強度が所定値より大きい領域を決定し、（３）上
記所定値より大きい領域が決定されたとき、上記所定値
より大きい領域に対応するホトマスクの領域に、１個又
は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）投影光学装置により、上記主パタン及び決定され
た上記補助パタンが形成されたホトマスクを用い、投影
露光するようにしたものである。

【００５０】さらにまた、上記第６の目的を達成するた
めに、本発明のパタン形成方法は、（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも２個の主パタンのデータ
に基づいて、上記各主パタンの外周線を、所定の距離Ｌ
だけ外側にそれぞれ移動させ、拡大された外周線を決定
し、（２）上記各拡大された外周線が所定距離Ｍ以下に
接近した位置を検出し、（３）上記接近した位置が検出
されたとき、上記接近した位置に、予め定められた形状
の１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）投影光学装置により、上記主パタン及び決定され
た上記補助パタンが形成されたホトマスクを用い、投影
露光するようにしたものである。

【００５１】

【作用】不要な光強度ピークは、主パタンからの回折光
と半透明部を通過した光の位相が一致した部分で、光が
互いに強め合うために発生する。特に二つのパタンから
の回折光が同位相で重なった部分では大きな光強度ピー
クとなる。従って、不要な光強度ピークが発生する位置
に対応するマスク上の位置に、透過光の位相差が主パタ
ンと同じで、かつ、透明な補助パタンを配置することに
より、回折光を打ち消すことができる。すなわち、不要
な光強度ピークと逆位相の光を補助パタンから入射する
ことにより、不要な光を消すことができる。

【００５２】

【実施例】

〈実施例１〉本発明の第１の実施例を図１（ａ）、
（ｂ）及び図２で説明する。図１（ａ）は従来のホトマ
スクの平面図、図１（ｂ）は本発明のホトマスクの平面
図である。６が半透明位相シフト部、４が透明な主パタ
ンである。図２は図１（ａ）、（ｂ）のホトマスクを用
いてウエハにパタンを投影したときのウエハ上で得られ
る光強度分布をシミュレーションにより求め、マスク上
の位置(Ａ−Ｂ)について示したものである。投影光学系
のＮＡは０.５２、露光波長は３６５ｎｍ、光源のコヒ
ーレンシーσは０.３とした。この投影光学系は実験の
一つの条件例であり、他の投影光学系を用いてもよい。

【００５３】図２で、曲線ａが従来のホトマスク、曲線
ｂが本発明のホトマスクで得られた光強度分布である。
図１（ａ）に示す従来のホトマスクで得られる光強度分
布では、点Ｐ１の部分で約０.３の相対光強度ピークが
発生していることがわかる。

【００５４】図１（ｂ）の本発明のホトマスクでは点Ｐ
１の部分に透明な補助パタン５を配置した。補助パタン
５の位置は、辺３４および辺３５からの距離Ｄが０.３
８μｍの位置（マスク上の距離では、レンズの倍率×
０.３８μｍとなる）とした。この距離Ｄは、Ｄ＝ｄλ
／ＮＡ（マスク上ではＤ＝ｄλ／ＮＡｍ）の関係を満た
す位置（ただし、投影光学系の開口数をＮＡ、投影光学
系のマスク側の開口数をＮＡｍ、露光波長をλ、０.４
≦ｄ≦０.７とする）であれば同様の効果が得られる。

【００５５】補助パタン５は正方形とし、辺の長さＩは
０.３μｍ（マスク上の長さでは、レンズの倍率×０.３
μｍとなる）としたが、これに限らない。Ｉ＝ｉλ
／ＮＡｍの関係（ただし、投影光学系のマスク側の開口
数をＮＡｍ、露光波長をλ、０.３≦ｉ≦０.６とする）
を満たす大きさであれば同様の効果が得られる。また、
形状も正方形に限らない。長方形や円形等でもよい。面
積がほぼ同等であれば同様の効果が得られる。

【００５６】上記ホトマスクを用いて基板上に塗布した
通常のポジ型レジストにパタンを転写した。設計通りの
寸法にレジストパタンを形成できる露光量は、２４０ｍ
Ｊ／ｃｍ²であった。この露光量の場合は従来のホトマ
スクを用いても、主パタン４以外の部分に不要なパタン
は形成されなかった。しかし、露光量を２８０ｍＪ／ｃ
ｍ²にしたところ、マスク上のＰ１に対応する位置にレ
ジストの膜べりが生じた。さらに、３００ｍＪ／ｃｍ²
にしたところ、Ｐ１に対応する位置に不要な穴パタンが
形成された。これに対し本発明のホトマスクでは３００
ｍＪ／ｃｍ²の露光量でもＰ１に対応する位置、あるい
はその他の位置にも不要なパタンは形成されなかった。

【００５７】〈実施例２〉本発明の第２の実施例につい
て図３（ａ）、（ｂ）及び図４を用いて説明する。図３
（ａ）は従来のホトマスクの平面図、図３（ｂ）に本発
明のホトマスクの平面図である。それぞれ半透明位相シ
フト部６内に透明な正方形の主パタン４が２個並列して
並んでいる。主パタン４は一辺の長さが０.５μｍの正
方形であり、パタン中心間の距離は１.１μｍとした。
このパタン寸法及び配置は１例でありこれに限らない。

【００５８】図４は図３のホトマスクを用いて基板にパ
タンを投影したときの基板上で得られる光強度分布をシ
ミュレーションで求め、それぞれホトマスク上の位置
（Ｃ−Ｄ）について光強度を示したものである。投影光
学系のレンズのＮＡは０.５２、露光波長は３６５ｎ
ｍ、光源のコヒーレンシーσは０.３である。

【００５９】図４の曲線ｃが従来のホトマスク、曲線ｄ
が本発明のホトマスクで得られた光強度分布である。図
３（ａ）に示す従来のホトマスクで得られる光強度分布
では、点Ｐ２、Ｐ３の部分で約０.２５の相対光強度ピ
ークが発生していることがわかる。この位置は、一方の
主パタンの投影像の主ピークの周囲の第１のサブピーク
と、他方の主パタンの投影像の主ピークの周囲の第１の
サブピークとが重なった位置である。

【００６０】図３（ｂ）の本発明のホトマスクは、点Ｐ
２、Ｐ３の部分に透明な補助パタン５を配置した。補助
パタン５の位置は２個の主パタン４の中心から等しい距
離Ｓの位置に配置した。距離Ｓは０.６５μｍとしたが
これに限らない。距離Ｓは、Ｓ＝ｓλ／ＮＡの関係（た
だし、投影光学系の開口数をＮＡ、露光波長をλ、Ｓ
は、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値とする）を満たす位置
（マスク上では、投影光学系のマスク側の開口数をＮＡ
ｍとして、Ｓ＝ｓλ／ＮＡｍを満たす位置、ただし、Ｓ
は、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）であれば同様の効果
が得られる。

【００６１】補助パタン５は正方形とし、辺の長さＩは
０.２μｍとしたが、これに限らない。Ｉ＝ｉλ／ＮＡ
の関係（ただし、投影光学系の開口数をＮＡ、露光波長
をλ、０.２≦ｉ≦０.５とする）を満たす大きさであれ
ば同様の効果が得られる。これは、マスク上ではＩ＝ｉ
λ／ＮＡｍ（ただし、投影光学系のマスク側の開口数を
ＮＡｍ、露光波長をλ、０.２≦ｉ≦０.５とする）に対
応する。また、形状も正方形に限らない。長方形や円形
等でもよい。面積がほぼ同等であれば同様の効果が得ら
れる。

【００６２】図４の曲線ｄに示すように、本発明のホト
マスクで得られる光強度分布では、Ｐ２及びＰ３の部分
での光強度は小さくなっており、従来のホトマスクで得
られるピークは消失したことがわかる。

【００６３】これらのホトマスクを用いて基板上に塗布
した通常のポジ型レジストにパタンを転写した。設計通
りの寸法にレジストパタンを形成できる露光量は２７０
ｍＪ／ｃｍ²であった。この露光量の場合は従来のホト
マスクを用いても、主パタン４以外の部分に不要なパタ
ンは形成されなかった。しかし、露光量を２８０ｍＪ／
ｃｍ²にしたところ、マスク上のＰ２、３に対応する位
置にレジストの膜べりが生じた。さらに、３００ｍＪ／
ｃｍ²にしたところ、Ｐ２、３に対応する位置に不要な
穴パタンが形成された。これに対し本発明のホトマスク
では３００ｍＪ／ｃｍ²の露光量でもＰ２、３に対応す
る位置、あるいはその他の位置にも不要なパタンは形成
されなかった。

【００６４】本実施例は半透明位相シフトマスクのパタ
ン配置に関するものである。透明な主パタン部から回折
した光が、半透明部を通過した光と同位相で重なったと
きに光強度ピーク（サブピーク）が発生する。複数の透
明な主パタン部から回折した光によるサブピークが重な
ったときに、より強い光強度ピークが発生する。補助パ
タンは、このより強い光強度ピークを打ち消すように配
置されたものである。

【００６５】また、サブピークは複数発生するが、主パ
タンのピークに最も近いサブピークを第１のサブピーク
とすると、サブピークの内で第１のサブピークの光強度
が最も大きい。それ故、複数の主パタンの第１のサブピ
ーク同士が重なった位置の光強度が大きいので、補助パ
タンは、この位置の光強度ピークを打ち消すように配置
すればよい。

【００６６】〈実施例３〉図５は、本発明に用いるマス
ク設計用装置の構成を示すブロック図である。このマス
ク設計用装置は、ＣＰＵ１４０、ＲＡＭ１４１、記憶装
置１４２、キーボード１４８、ディスプレイ等の表示装
置１４９、プリンタ１５１等の出力装置１５０から構成
される。記憶装置１４２には、オペレーティングシステ
ム格納領域１４３、補助パタン発生プログラム格納領域
１４４、各種パラメータ格納領域１４５、入力される主
パタンの格納領域１４６、補助パタンの格納領域１４７
等が含まれている。

【００６７】ＲＡＭ１４１は、記憶装置１４２から読み
出された各種パラメータや主パタン等を一時的に記憶す
る領域、補助パタン決定に必要な演算を行う作業領域、
決定された補助パタンを一時的に記憶する領域等を有し
ている。

【００６８】ＣＰＵ１４０に対する種々の指令は、キー
ボード１４８により行われる。表示装置１４９は、主パ
タンや決定された補助パタン等の図形、ＣＰＵ１４０へ
の指示に必要なメニュー画面、指示図面等を表示する。
また、必要に応じて種々のデータが出力装置１５０から
出力される。

【００６９】図６は図５に示したマスク設計用装置の処
理動作の一例を示すフローチャートである。このフロー
チャートに沿ってこの装置の処理動作について具体的に
説明する。

【００７０】まず、主パタンのデータに基づいて、１個
の主パタンを選択する（ステップＳ１１）。選択された
主パタンがあれば、その各辺又はその延長線の交点のな
す角を測定する（ステップＳ１３）。この交点のなす角
が半透明部、つまり主パタンの外側の領域、で１８０度
より小さい領域があるか検出する（ステップＳ１４）。
１８０度より小さい領域が検出されないとき、ステップ
Ｓ１１に戻って、再び他の主パタンを選択する。選択さ
れた主パタンがなければ、つまり、すべての主パタンが
すでに選択されたときは、終了する（ステップＳ１
２）。

【００７１】ステップＳ１３に戻って、１８０度より小
さい領域が検出されたときは、この領域の外側の２辺か
らそれぞれ所定の距離にある位置に補助パタンを配置す
るように、補助パタンのデータを決定し（ステップＳ１
５）、この補助パタンのデータを記憶し（ステップＳ１
６）、再びステップＳ１１に戻って、次ぎの主パタンを
選択する。

【００７２】上記主パタンのデータと上記補助パタンの
データに基づいて、実施例１と同様にして、ホトマスク
基板に主パタンと補助パタンを形成する。

【００７３】次ぎに、上記主パタンと上記補助パタンが
形成されたホトマスクを用い、実施例６と同様にして、
半導体装置を製造した。本実施例のように、補助パタン
の配置はマスク設計用装置により行ない、そのデータに
基づいてホトマスクを製造し、そのホトマスクを用い
て、半導体装置を製造することができる。

【００７４】〈実施例４〉図７は図５に示したマスク設
計用装置の処理動作の他の例を示すフローチャートであ
る。このフローチャートに沿ってこの装置の処理動作の
他の例について具体的に説明する。

【００７５】まず、主パタンのデータと投影光学系のパ
ラメータに基づいて、各主パタンから距離Ｓである輪郭
線を計算する（ステップＳ２１）。Ｓは、Ｓ＝ｓλ／Ｎ
Ａｍ（但し、ＮＡｍは投影光学系のマスク側の開口数、
λは露光波長、ｓは係数で、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の
値）である。ある主パタンを選択し（ステップＳ２
２）、この主パタンの輪郭線と他の主パタンの輪郭線が
接近（交叉も含む）している位置を検出する（ステップ
Ｓ２４）。さらにこの位置が他の主パタン上にないか検
討し、そのような位置があれば削除する。そして、共に
距離Ｓである位置がないか、あってもすべて削除された
ときは、再びステップＳ２２に戻って、次ぎの主パタン
を選択する。選択された主パタンがなければ、つまり、
すべての主パタンがすでに選択されたときは、終了する
（ステップＳ２３）。

【００７６】ステップＳ２５で共に距離Ｓである位置が
あると判定されれば、そこに所定に形状の補助パタンを
配置するように、補助パタンのデータを決定し（ステッ
プＳ２６）、この補助パタンのデータを記憶し（ステッ
プＳ２７）、再びステップＳ２２に戻って、次ぎの主パ
タンを選択する。

【００７７】上記主パタンのデータと上記補助パタンの
データに基づいて、実施例１と同様にして、ホトマスク
基板に主パタンと補助パタンを形成する。次ぎに、上記
主パタンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用
い、実施例６と同様にして、半導体装置を製造した。

【００７８】〈実施例５〉図８は図５に示したマスク設
計用装置の処理動作の他の例を示すフローチャートであ
る。このフローチャートに沿ってこの装置の処理動作の
他の例について具体的に説明する。

【００７９】まず、主パタンのデータと投影光学系のパ
ラメータに基づいて、各主パタンの投影光学像分布を計
算する（ステップＳ３１）。この投影光学像分布で表わ
れた第１のサブピークのうちの１つを選択する（ステッ
プＳ３２）。この第１のサブピークに他の第１のサブピ
ークが重なる位置を検出する（ステップＳ３４）。重な
る位置が検出されないとき、再びステップＳ３２に戻っ
て、他の第１のサブピークを選択する（ステップＳ３
５）。選択された主パタンがなければ、つまり、すべて
の主パタンがすでに選択されたときは、終了する（ステ
ップＳ３３）。

【００８０】ステップＳ３４で、２つの第１のサブピー
クが重なる位置があれば、その位置に補助パタンを配置
するように、補助パタンのデータを決定し（ステップＳ
３６）、この補助パタンのデータを記憶し（ステップＳ
３７）、再びステップＳ３２に戻って、次ぎの第１のサ
ブピークを選択する。

【００８１】次ぎに、上記主パタンのデータと上記補助
パタンのデータに基づいて、実施例１と同様にして、ホ
トマスク基板の上記位置と対応する位置に主パタンと補
助パタンを形成する。次ぎに、上記主パタンと上記補助
パタンが形成されたホトマスクを用い、実施例６と同様
にして、半導体装置を製造した。

【００８２】〈実施例６〉図９は図５に示したマスク設
計用装置の処理動作の他の例を示すフローチャートであ
る。このフローチャートに沿ってこの装置の処理動作の
他の例について具体的に説明する。

【００８３】まず、主パタンのデータと投影光学系のパ
ラメータに基づいて、各主パタンからの回折光を計算し
（ステップＳ４１）、この回折光が同位相で重なった位
置を検出する（ステップＳ４２）。そのような位置が検
出されたとき（ステップＳ４３）、その位置に対応する
ホトマスクの位置に、解像限界以下の寸法の補助パタン
を配置するように、補助パタンのデータを決定し（ステ
ップＳ４４）、この補助パタンのデータを記憶する（ス
テップＳ４５）。

【００８４】次ぎに、上記主パタンのデータと上記補助
パタンのデータに基づいて、実施例１と同様にして、ホ
トマスク基板に主パタンと補助パタンを形成する。次ぎ
に、上記主パタンと上記補助パタンが形成されたホトマ
スクを用い、実施例６と同様にして、半導体装置を製造
した。

【００８５】このように本発明のホトマスクは従来のホ
トマスクで問題となっていた主パタンのパタン配置に依
存した不要な光強度ピークが無くなり、不要なパタンの
転写を避けることができ、主パタンのみ転写できる露光
量の設定幅が大きくなった。言い替えれば、不要パタン
が転写される不良の発生を防止できた。また、このホト
マスクを用いて半導体素子を作成した結果、パタンの微
細化が実現でき素子面積の縮小化が実現できた。

【００８６】〈実施例７〉図１０は、本発明のマスク設
計用装置の構成を示すブロック図である。このマスク設
計用装置は、ＣＰＵ１４０、ＲＡＭ１４１、記憶装置１
４２、キーボード１４８、ディスプレイ等の表示装置１
４９、プリンタ１５１等の出力装置１５０から構成され
る。記憶装置１４２には、オペレーティングシステム格
納領域１４３、補助パタン発生プログラム格納領域１４
４、各種パラメータ格納領域１４５、入力される主パタ
ンの格納領域１４６、補助パタンの格納領域１４７等が
含まれている。

【００８７】ＲＡＭ１４１は、記憶装置１４２から読み
出された各種パラメータや主パタン等を一時的に記憶す
る領域、補助パタン決定に必要な演算を行う作業領域、
決定された補助パタンを一時的に記憶する領域等を有し
ている。

【００８８】ＣＰＵ１４０に対する種々の指令は、キー
ボード１４８により行われる。表示装置１４９は、主パ
タンや決定された補助パタン等の図形、ＣＰＵ１４０へ
の指示に必要なメニュー画面、指示図面等を表示する。
また、必要に応じて種々のデータが出力装置１５０から
出力される。

【００８９】図１１は、図１０に示したマスク設計用装
置の処理動作の一例を示すフローチャートである。この
フローチャートに沿って、この装置の処理動作について
具体的に説明する。

【００９０】まず、ステップ５１で、ハーフトーン位相
シフトマスクの主パタンのデータとマスクパタンを被露
光基板上に転写する投影光学系のパラメータを読み込
む。ここで、投影光学系のパラメータとは、投影レンズ
の開口数ＮＡ、投影レンズのマスク側の開口数ＮＡｍ、
転写に用いる光の波長λ、コヒーレンスの度合いを表わ
すパラメータσである。

【００９１】次に、ステップ５２で、上記主パタンで得
られる投影像光強度分布を計算する。投影像光強度分布
と主パタンに対応するウエハ上のパタンとはステップ５
３で表示される。表示領域は、全体あるいは指定した部
分のいずれかを選択できるようにした。同時に、ステッ
プ５４で、主パタンと計算された投影像の形状の比較を
行なう。ここで投影像の形状とは、例えば、光強度分布
を所定の強度レベルでスライスして得られる輪郭であ
る。比較の結果、両者が許容値以下の差であれば設計終
了であるが、差が大きい場合、すなわちサイドローブが
強調されて不要のパタンが形成された場合は、ステップ
５５で補助パタンを付与する。ここで、補助パタンの寸
法を０．２５λ／ＮＡとした。再度投影像計算を行なっ
て、入力したマスクパタンと比較する。両者の差が小さ
くなるように、補助パタン配置と投影像計算とを数回程
度繰り返してもよい。ただし、この繰り返しループが無
限ループになるのを防ぐために所定の打切り回数を予め
入力しておく。

【００９２】図１２は、ハーフトーン位相シフトマスク
の入力パタン例であり、半透明位相シフト部６の中に主
パタン１１−１、１１−２、１１−３、１１−４が配置
されている。このマスクをλ＝０．３６５μｍ、ＮＡ＝
０．５、σ＝０．３なる投影露光装置で転写した時に得
られる像を演算した。結果は図１３に示す通りであり、
強調されたサイドローブが発生した。そこで、サイドロ
ーブが発生した部分に対応するマスク上に、図１４に示
すように、補助パタン５−１、５−２、５−３、５−４
を発生させた（幅はウエハ上で０．１５μｍに相当す
る）。その結果、投影像は、図１５に示すものとなり、
良好なパタンが得られた。得られたマスクパタンはステ
ップ５６で、パタンデータとして格納した。

【００９３】〈実施例８〉図２７は、実施例７記載の処
理動作を行なうためのマスク設計用装置の他の例の構成
を示すブロック図である。ファイル１２１に格納されて
いる主パタンのデータは、入力データ読み込み手段１２
２で読み込まれ、ファイル１２８に格納される。投影像
光強度演算手段１２３は、入力データから予測される投
影像を計算し、結果をファイル１２９に格納する。比較
手段１２５は、ファイル１２８、１２９に格納されてい
るデータを比較する。同時に、両者は表示手段１２４で
同時又は順次表示される。両者の差が大きい場合は、パ
タン発生手段１２６で前述の補助パタンを発生させて主
パタンに付加し、再びファイル１２８に格納する。ファ
イル１２８、１２９に格納されているデータの差が許容
値以内となっとき、格納手段１２７はファイル１２８に
格納されたデータを最終的に得られたホトマスクパタン
データとして、ファイル１３０に出力する。

【００９４】なお、入力したパタン、新たに発生させた
パタンを含むパタン群、あるいは投影像計算結果を同時
又は順次表示することにより、システムの操作性を高め
ることができた。

【００９５】本実施例によれば、パタ−ン配置や形状が
複雑であっても補助パタ−ンの位置を正確に求めること
ができる。

【００９６】〈実施例９〉図１６は、図１０に示したマ
スク設計用装置の処理動作の一例を示すフローチャート
である。このフローチャートに沿って、この装置の処理
動作について具体的に説明する。

【００９７】まず、ステップ６１で、ハーフトーン位相
シフトマスクの主パタンのデータとマスクパタンを被露
光基板上に転写する投影光学系のパラメータを読み込
む。

【００９８】次に、ステップ６２で、入力された主パタ
ンが拡大するように、その外周線を所定距離Ｌだけ外側
に移動させ、新たな図形の輪郭線を発生させる。図１７
に示す例では、入力した主パタン４に対して、各辺を矢
印１５１、１５２、１５３、１５４に示す向きに距離Ｌ
だけ移動させて、拡大された図形の外周線（以下、輪郭
線という）１５６を決定した。図１２に示した主パタン
に対して上記の処理を施した結果、図１８に示す輪郭線
１５６−１、１５６−２、１５６−３、１５６−４を形
成することができた。

【００９９】再び図１６に戻って説明する。パタンの拡
大図形を発生させた後、図１６のステップ６３で、輪郭
線が所定距離以内に接近した位置を検出する。２本の輪
郭線が接していても、交差していてもよい。その部分
に、ステップ６４で補助パタンを配置するように補助パ
タンのデータを決定する。その結果をステップ６５で所
定のファイルに格納した。図１８に示す例では、補助パ
タン５−１、５−２、５−３、５−４、５−５、５−
６、５−７が付与された。

【０１００】更に、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）にホ
トマスクの平面図、断面図、被露光基板上の光強度分布
を示すように、密集パタン外側にはサイドローブが発生
することがわかるので、マニュアル操作で補助パタン１
４−１、１４−２を挿入した。いずれも、パタン寸法は
実施例７と同一に設定してある。その結果、図１５に示
す結果と同様の良好な結果が得られた。マニュアル操作
で付与した補助パタン１４−１、１４−２は必ずしも必
要ではなく、端部のパタン寸法をやや大きく設定しても
事実上問題の無い結果が得られた。尚、図２４（ａ）に
示す補助パタン５−７等は一方向に長いパタンである。
このような場合、図２４（ｂ）に示すように、補助パタ
ン５−７を、補助パタン５−８、５−９、５−１０に分
割し、それらの間隔を補助パタンの幅程度にして並べて
配置しても、同様の効果が得られた。

【０１０１】〈実施例１０〉図２８は、実施例９記載の
処理動作を行なうためのマスク設計用装置の他の例の構
成を示すブロック図である。

【０１０２】主パタンのデータが格納されているファイ
ル１２１、入力データ読み込み手段１２２および出力フ
ァイル１３０は、図２７に示すシステムと同一である。
輪郭線生成手段１３１は、図１６に示すステップ６２を
実現する手段であって、生成した輪郭線をファイル１３
５に出力する。演算手段１３２は、輪郭線が接近した領
域を求める手段で、図１６に示すステップ６３を実現す
るものである。補助パタンのデータを決定させるステッ
プ６４を実現する手段がパタン発生手段１３３であり、
補助パタンを含むホトマスクパタンはパタンデータ格納
手段１３４によってファイル１３０に格納する。

【０１０３】〈実施例１１〉補助パタン配置を高性能化
する処理方法の一例として、以下の処理を行なった。ま
ず、パタンの拡大図形の輪郭線発生に先だって、入力パ
タンの隣接位置関係を計算する。距離Ｌ’（例えば被露
光基板上で、１．２λ／ＮＡ）以内に隣接パタンが存在
しないパタンあるいはパタンの辺を抽出して、その図形
が解像限界に近い寸法を有するときは、その幅を所定量
だけ大きくする。隣接パタンが存在するパタンについて
は寸法の変更は行なわない。例えば、図２５（ａ）に示
すように、パタン８２が解像限界に近い幅を有するとき
は、その寸法を所定量だけ大きくして図形８３を定義す
る。同様に図２５（ｂ）に示すように、パタン８０の微
細幅の部分については拡幅し、図形８１を定義する。次
に、図１７に示した輪郭線をすべての入力パタンについ
て求める。図２５（ａ）、（ｂ）に示す例では、輪郭線
１５６−１、１５６−２を求める。最後に、輪郭線が互
いに接近した部分に、図１６に示したステップ６４で補
助パタンを配置する。

【０１０４】更に、入力パタンの寸法を所定量だけ大き
くしたパタンの輪郭線については、距離Ｌ’以内に隣接
パタンが存在しない領域に対しては補助パタンを発生さ
せた。また、入力パタンの図形が一方向に長く、かつ幅
が微細な場合には、パタン頂点部に対応する輪郭線を無
視して補助パタンを配置する候補から外した。同様に、
入力パタンの全体あるいは部分的に寸法が大きく、かつ
対応する輪郭線が他の輪郭線と交差も接近もしていない
場合は、補助パタンを配置する候補から外した。その結
果、図１４に示すパタンと同様の結果が得られた。

【０１０５】〈実施例１２〉図２２（ａ）は比較的大き
な主パタン８−１、８−２が角部で接近している例であ
る。更に、周辺部には遮光領域５９が設定されている。
遮光領域は、パタン入力直後に、図２３（ａ）又は図２
３（ｂ）に示すような微細周期パタン群６８に自動的に
置き換えられる。ここで、ハーフトーン周期パタンの光
透過領域とハーフトーン領域との面積比は、√ｔ：１
（ｔはハーフトーン部の光強度透過率）に設定され、そ
の周期は投影光学系の解像限界より小さい値である。

【０１０６】このホトマスクを用いると、主パタン８−
１、８−２の投影像６０，６１の他に、近接効果によっ
て不要のパタン６２，６３が投影されたが、２か所に補
助パタン５−１、５−２を配置することにより、不要パ
タンの無い投影像を得ることができた。

【０１０７】本実施例によれば、投影像計算をしなくて
すむので短時間で補助パタ−ンの位置を求めることがで
きる。

【０１０８】〈実施例１３〉ホトマスク基板に、前記実
施例７、９、１１、１２の方法により決定されたデータ
を用い、実施例１と同様な方法で、それぞれ主パタンと
補助パタンを形成した。

【０１０９】さらに、半導体基板上の感光性薄膜に、上
記主パタンと補助パタンが形成されたホトマスクを用
い、投影露光装置により投影露光した。この投影露光装
置のブロック図を図２６に示す。

【０１１０】マスク１０８を投影露光装置のマスク載置
台１０９上に載置し、投影レンズ１１１を介して、通常
の方法でレジストが塗布されたウェーハ１１２上にパタ
ンを転写した。光源１０１から発する光は、凹面鏡１０
２、ミラー１０３、１０６、フライアイレンズ１０４、
絞り１０４−１、レンズ系１０５、１０７を介してマス
ク１０８を照明する。この時、絞り１０４−１の大きさ
を制御することによりハーフトーン位相マスクとしての
効果を引き出すことができた。ウェーハ１１２はウェー
ハ載置台１１３上に固定され、更に投影レンズ１１１の
光軸方向に移動可能なステージ１１４と前記光軸と垂直
な面内に移動可能なステージ１１５の上に搭載されてい
る。両ステージはそれぞれの駆動系１１８、１１９によ
り制御されている。マスク位置制御系１１０でマスク載
置台１０９を位置決めすると共に、ウェーハ位置をミラ
ー１１６の位置としてレーザ干渉系１１７でモニタする
ことにより、マスク１０８とウェーハ１１２との位置合
わせを行なった。露光装置全体の制御は主制御系１２０
を用いて行なった。パタン転写後に、通常の現像処理に
よりレジストパタンを形成した。その結果、微細パタン
を有する半導体集積回路等を製造することができた。

【０１１１】尚、ハーフトーン位相マスクではなく、通
常のクロムマスクを用いた場合でも類似の効果が得られ
る。特に、投影露光装置の絞り１０４−１を絞って干渉
性の強い条件とした場合は、補助パタン配置の効果が良
く現われた。

【０１１２】このように、パタン寸法の修正や投影像形
状誤差を補助するための補助パタンの発生を、マスク設
計用装置により行なうことによって、補助パタンのパタ
ン形状の最適化を容易に実現できる。そのため、このホ
トマスクを用いた投影露光により、微細パタン転写が効
率良く行なわれ、集積度の高い半導体デバイスの製造が
容易になった。

【０１１３】

【発明の効果】本発明のホトマスクを用いてパタン形成
を行なうと、不要なパタンの転写を防止することができ
た。また、このホトマスクを用いて半導体装置を作成し
たところ、パタンの微細化が実現でき、素子面積の縮小
化が実現できた。また、本発明のマスクパタン設計装置
を用いて、ホトマスクを設計すると、このホトマスクを
は、パタン形成のときに不要なパタンの転写を防止する
ことができた。また、本発明のホトマスクの製造方法に
より、上記のようなホトマスクを容易に製造することが
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のホトマスクの平面図及び本発明の実施例
１のホトマスクの平面図。

【図２】図１に示したホトマスクの透過光の光強度分布
を示す特性図。

【図３】従来のホトマスクの平面図及び本発明の実施例
２のホトマスクの平面図。

【図４】図３に示したホトマスクの透過光の光強度分布
を示す特性図。

【図５】本発明に用いるマスク設計用装置の構成を示す
ブロック図。

【図６】その処理動作の一例を示すフローチャート。

【図７】その処理動作の他の例を示すフローチャート。

【図８】その処理動作のさらに他の例を示すフローチャ
ート。

【図９】その処理動作のさらに他の例を示すフローチャ
ート。

【図１０】本発明の実施例７のマスク設計用装置の構成
を示すブロック図。

【図１１】その処理動作の一例を示すフローチャート。

【図１２】本発明の実施例７で用いるホトマスクの平面
図。

【図１３】その投影像光強度分布図。

【図１４】本発明の実施例７のホトマスクの平面図。

【図１５】その投影像光強度分布図。

【図１６】本発明の実施例９のマスク設計用装置の処理
動作の一例を示すフローチャート。

【図１７】本発明の実施例９のマスク設計を説明するた
めの図。

【図１８】本発明の実施例９のホトマスクの平面図。

【図１９】従来のホトマスクの平面図、その断面図、そ
の透過光の振幅分布図、被露光基板上の振幅分布図及び
被露光基板上の光強度分布図。

【図２０】本発明を説明するためのホトマスクの平面
図、その断面図及び被露光基板上の振幅分布図。

【図２１】本発明を説明するためのホトマスクの平面
図、その断面図及び被露光基板上の振幅分布図。

【図２２】本発明を説明するためのホトマスクの平面
図、その投影像光強度分布図及び本発明の実施例１２の
ホトマスクの平面図。

【図２３】本発明の実施例１２のホトマスクの部分平面
図。

【図２４】本発明のホトマスクを説明するためのパタン
部分の平面図。

【図２５】本発明のホトマスクを説明するためのパタン
部分の平面図。

【図２６】本発明に用いる投影露光装置のブロック図。

【図２７】本発明の実施例８のマスク設計用装置の構成
を示すブロック図。

【図２８】本発明の実施例１０のマスク設計用装置の構
成を示すブロック図。

【符号の説明】

４、８−１、８−２、１１−１〜１１−４…主パタン５、５−１〜５−９、１４−１、１４−２…補助パタン６…半透明位相シフト部３４、３５…辺４２…基板４３…ハーフトーン部材４４、５２…振幅分布４５…曲線４６、５３…振幅ピーク４７…光強度分布４８…サブピーク６０、６１…投影像６２、６３、８０、８２…パタン６８…微細周期パタン８３…図形１０１…光源１０２…凹面鏡１０３、１０６…ミラー１０４…フライアイレンズ１０４−１…絞り１０５、１０７…レンズ系１０８…マスク１０９…マスク載置台１１０…マスク位置制御系１１１…投影レンズ１１２…ウェーハ１１２…ウェーハ１１３…ウェーハ載置台１１４、１１５…ステージ１１６…ミラー１１７…レーザ干渉系１１８、１１９…駆動系１２０…主制御系１２１、１２８、１２９、１３０…ファイル１２２…入力データ読み込み手段１２３…投影像光強度演算手段１２４…表示手段１２５…比較手段１２６…パタン発生手段１２７…格納手段１４０…ＣＰＵ１４１…ＲＡＭ１４２…記憶装置１４８…キーボード１４９…表示装置１５１…プリンタ１５０…出力装置１４２…記憶装置１４３…オペレーティングシステム格納領域１４４…補助パタン発生プログラム格納領域１４５…各種パラメータ格納領域１４６…主パタンの格納領域１４７…補助パタンの格納領域１５１、１５２、１５３、１５４…矢印１５６、１５６−１〜１５６−４…輪郭線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者茂庭明美東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者岡崎信次東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも露光光に対して半透明な領域
と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透
明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０°で
あるホトマスクにおいて、上記透明な領域よりなる主パ
タンの所望の２辺又はその延長線の交点のなす角が、半
透明部で１８０度より小さい領域に、透明で、かつ、上
記主パタンと同位相の補助パタンが配置されたことを特
徴とするホトマスク。
【請求項２】請求項１記載のホトマスクにおいて、上記
主パタンの所望の２辺又はその延長線の交点のなす上記
角は、半透明部で１１０度以下であることを特徴とする
ホトマスク。
【請求項３】請求項１又は２記載のホトマスクにおい
て、上記補助パタンの少なくとも一辺の大きさが、上記
ホトマスクを用いる投影光学系の解像限界以下の寸法で
あることを特徴とするホトマスク。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載のホト
マスクにおいて、上記補助パタンの中心の位置は、上記
二辺からの距離Ｄが、Ｄ＝ｄλ／ＮＡｍの関係を満たす
（但し、ＮＡｍは投影光学系のマスク側の開口数、λは
露光波長、ｄは係数で０.４≦ｄ≦０.７の範囲の値）位
置にあることを特徴とするホトマスク。
【請求項５】露光光に対して半透明な領域と、透明な領
域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な領域を通
過する光の位相差が実質的に１８０°であるホトマスク
において、上記透明な領域よりなる主パタンの異なる２
辺からの干渉光が互いに強め合う位置に対応するホトマ
スクの位置に、透明で、上記主パタンと同位相で、か
つ、投影光学系の解像限界以下の寸法の補助パタンが配
置されたことを特徴とするホトマスク。
【請求項６】露光光に対して半透明な領域と、透明な領
域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な領域を通
過する光の位相差が実質的に１８０°であるホトマスク
において、上記透明な領域よりなる主パタンが少なくと
も２個配置され、上記２個の主パタンの中心からの距離
Ｓが、それぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは投影
光学系のマスク側の開口数、λは露光波長、ｓは係数
で、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満たす位置
に、透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学
系の解像限界以下の寸法の補助パタンが配置されたこと
を特徴とするホトマスク。
【請求項７】露光光に対して半透明な領域と、透明な領
域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な領域を通
過する光の位相差が実質的に１８０°であるホトマスク
において、上記透明な領域よりなる主パタンが少なくと
も２個配置され、上記各主パタンにより投影されたそれ
ぞれの主ピークの周囲の第１のサブピークが互いに重な
る位置に対応するホトマスクの位置に、透明で、上記主
パタンと同位相で、かつ、投影光学系の解像限界以下の
寸法の補助パタンが配置されたことを特徴とするホトマ
スク。
【請求項８】露光光に対して半透明な領域と、透明な領
域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な領域を通
過する光の位相差が実質的に１８０°であるホトマスク
において、上記透明な領域よりなる主パタンが少なくと
も２個配置され、上記各主パタンからの回折光が同位相
で重なった位置に対応するホトマスクの位置に、透明
で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学系の解像
限界以下の寸法の補助パタンが配置されたことを特徴と
するホトマスク。
【請求項９】（ａ）少なくとも露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０
°であり、上記透明な領域よりなる主パタンの所望の２
辺又はその延長線の交点のなす角が、半透明部で１８０
度より小さい領域に、透明で、かつ、上記主パタンと同
位相の補助パタンが配置されたホトマスクを準備し、
（ｂ）投影光学系により、上記ホトマスクを用い、基板
上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像により、パタンを
形成することを特徴とするパタン形成方法。
【請求項１０】（ａ）露光光に対して半透明な領域と、
透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な
領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°であり、
上記透明な領域よりなる主パタンの異なる２辺からの干
渉光が互いに強め合う位置に対応するホトマスクの位置
に、透明で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学
系の解像限界以下の寸法の補助パタンが配置されたホト
マスクを準備し、（ｂ）投影光学系により、上記ホトマ
スクを用い、基板上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像
により、パタンを形成することを特徴とするパタン形成
方法。
【請求項１１】（ａ）露光光に対して半透明な領域と、
透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な
領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°であり、
上記透明な領域よりなる主パタンが少なくとも２個配置
され、上記２個の主パタンの中心からの距離Ｓが、それ
ぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは投影光学系のマ
スク側の開口数、λは露光波長、ｓは係数で、０.８≦
ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満たす位置に、透明
で、上記主パタンと同位相で、かつ、投影光学系の解像
限界以下の寸法の補助パタンが配置されたホトマスクを
準備し、（ｂ）投影光学系により、上記ホトマスクを用
い、基板上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像により、
パタンを形成することを特徴とするパタン形成方法。
【請求項１２】（ａ）露光光に対して半透明な領域と、
透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な
領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°であり、
上記透明な領域よりなる主パタンが少なくとも２個配置
され、上記各主パタンにより投影されたそれぞれの主ピ
ークの周囲の第１のサブピークが互いに重なる位置に対
応するホトマスクの位置に、透明で、上記主パタンと同
位相で、かつ、投影光学系の解像限界以下の寸法の補助
パタンが配置されたホトマスクを準備し、（ｂ）投影光
学系により、上記ホトマスクを用い、基板上の感光性薄
膜に露光し、（ｃ）現像により、パタンを形成すること
を特徴とするパタン形成方法。
【請求項１３】（ａ）露光光に対して半透明な領域と、
透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上記透明な
領域を通過する光の位相差が実質的に１８０°であり、
上記透明な領域よりなる主パタンが少なくとも２個配置
され、上記各主パタンからの回折光が同位相で重なった
位置に対応するホトマスクの位置に、透明で、上記主パ
タンと同位相で、かつ、投影光学系の解像限界以下の寸
法の補助パタンが配置されたホトマスクを準備し、
（ｂ）投影光学系により、上記ホトマスクを用い、基板
上の感光性薄膜に露光し、（ｃ）現像により、パタンを
形成することを特徴とするパタン形成方法。
【請求項１４】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）上記主パタンのデータに基づ
いて、上記主パタンの所望の２辺又はその延長線の交点
のなす角が、半透明部で１８０度より小さい領域を検出
し、（２）上記１８０度より小さい領域が検出されたと
き、上記１８０度より小さい領域に、上記所望の２辺か
らそれぞれ所定の距離にある位置に、予め定められた補
助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと決定された上記補助パタンが形成されたホトマスク
を用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少なく
とも一部を形成する。
【請求項１５】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンからの中心からの距離
Ｓが、それぞれＳ＝ｓλ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは投影
光学系のマスク側の開口数、λは露光波長、ｓは係数
で、０.８≦ｓ≦１.１の範囲の値）の関係を満たす位置
を検出し、（２）上記関係を満たす位置を検出したと
き、上記関係を満たす位置に、上記投影光学系の解像限
界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成する。
【請求項１６】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンの投影像光強度分布を
計算し、（２）上記投影像光強度分布のそれぞれの上記
主パタンの主ピークの周囲の第１のサブピークが互いに
重なる位置を検出し、（３）上記位置が検出されたと
き、上記位置に対応するホトマスクの位置に、上記投影
光学系の解像限界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成する。
【請求項１７】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系に用いられ、少なくとも露光光に対し
て半透明な領域と、透明な領域を含み、上記半透明な領
域と、上記透明な領域を通過する光の位相差が実質的に
１８０°であり、主パタンは、上記透明な領域よりなる
ホトマスクに、透過光の位相差が上記透明な領域と同じ
で、透明な補助パタンを、マスク設計装置により、次の
ステップで決定し、（１）少なくとも２個の上記主パタ
ンのデータと上記投影光学系の光学条件を表わすパラメ
ータに基づいて、上記各主パタンからの回折光が同位相
で重なった位置を検出し、（２）上記位置が検出された
とき、上記位置に対応するホトマスクの位置に、投影光
学系の解像限界以下の寸法の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板上に、上記主パタンと上記補助パ
タンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ンと上記補助パタンが形成されたホトマスクを用いて投
影露光し、半導体集積回路のパタンの少なくとも一部を
形成する。
【請求項１８】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも１個の主パタンのデータ
と投影光学系の光学条件を表わすパラメータに基づい
て、上記投影光学系で得られる上記主パタンの投影像光
強度分布を計算し、（２）上記投影像光強度分布と上記
主パタンから、上記主パタンに対応する領域以外の領域
で、光強度が所定値より大きい領域を決定し、（３）上
記所定値より大きい領域が決定されたとき、上記所定値
より大きい領域に対応するホトマスクの領域に、１個又
は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ン及び上記決定された補助パタンが形成されたホトマス
クを用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少な
くとも一部を形成する。
【請求項１９】請求項１８記載の半導体装置の製造方法
において、上記ホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０
°であり、上記主パタンと上記補助パタンは、いずれも
透明な領域からなり、かつ、同位相であることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項２０】次ぎの工程からなる半導体装置の製造方
法：（ａ）投影光学系によりパタン転写を行なうために用い
るホトマスクの補助パタンを、マスクパタン設計用の装
置により、次ぎのステップにより決定し、（１）上記ホ
トマスクに形成する少なくとも２個の主パタンのデータ
に基づいて、上記各主パタンの外周線を、所定の距離Ｌ
だけ外側にそれぞれ移動させ、拡大された外周線を決定
し、（２）上記各拡大された外周線が所定距離Ｍ以下に
接近した位置を検出し、（３）上記接近した位置が検出
されたとき、上記接近した位置に、予め定められた形状
の１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）半導体基板上の感光性材料の薄膜に、上記主パタ
ン及び上記決定された補助パタンが形成されたホトマス
クを用いて投影露光し、半導体集積回路のパタンの少な
くとも一部を形成する。
【請求項２１】請求項２０記載の半導体装置の製造方法
において、上記ホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０
°であり、上記主パタンと上記補助パタンは、いずれも
透明な領域からなり、かつ、同位相であることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項２２】請求項２０又は２１記載の半導体装置の
製造方法において、上記所定の距離Ｌは、ｋ₁・λ／Ｎ
Ａｍ（但し、ＮＡｍは上記投影光学系のマスク側の開口
数、λは露光光の波長、ｋ₁は係数で、０．４≦ｋ₁≦
１．１の範囲の値）であることを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項２３】請求項２０から２２のいずれか一に記載
の半導体装置の製造方法において、上記補助パタンは、
正方形若しくは矩形又はこれらが結合した形状であっ
て、正方形のときはその一辺、矩形のときは短辺の長さ
が、ｋ₂・λ／ＮＡｍ（但し、ＮＡｍは上記投影光学系
のマスク側の開口数、λは露光光の波長、ｋ₂は係数
で、０．０５≦ｋ₂≦０．４の範囲の値である）である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２４】投影光学系に用いるホトマスクに形成す
る少なくとも１個の主パタンのデータと、上記投影光学
系の光学条件を表わすパラメータに基づいて、上記投影
光学系で得られる上記主パタンの投影像光強度分布を計
算するための演算手段と、上記投影像光強度分布と上記
主パタンから、上記主パタンに対応する領域以外の領域
で、光強度が所定値より大きい領域を決定する第１の決
定手段と、上記所定値より大きい領域が決定されたと
き、上記所定値より大きい領域に対応するホトマスクの
領域に、１個又は複数個の補助パタンを決定する第２の
決定手段を有することを特徴とするマスクパタン設計用
装置。
【請求項２５】投影光学系に用いるホトマスクに形成す
る少なくとも２個の主パタンのデータに基づいて、上記
各主パタンの外周線を、所定の距離Ｌだけ外側にそれぞ
れ移動させ、拡大された外周線を決定する第１の決定手
段と、上記各拡大された外周線が所定距離Ｍ以下に接近
した位置を検出するための検出手段と、上記接近した位
置が検出されたとき、上記接近した位置に、予め定めら
れた形状の１個又は複数個の補助パタンを決定する第２
の決定手段を有することを特徴とするマスクパタン設計
用装置。
【請求項２６】（ａ）投影光学系によりパタン転写を行
なうために用いるホトマスクの補助パタンを、マスクパ
タン設計用の装置により、次ぎのステップにより決定
し、（１）上記ホトマスクに形成する少なくとも１個の
主パタンのデータと投影光学系の光学条件を表わすパラ
メータに基づいて、上記投影光学系で得られる上記主パ
タンの投影像光強度分布を計算し、（２）上記投影像光
強度分布と上記主パタンから、上記主パタンに対応する
領域以外の領域で、光強度が所定値より大きい領域を決
定し、（３）上記所定値より大きい領域が決定されたと
き、上記所定値より大きい領域に対応するホトマスクの
領域に、１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成することを特徴とするホトマスク
の製造方法。
【請求項２７】請求項２６記載のホトマスクの製造方法
において、上記ホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０
°であり、上記主パタンと上記補助パタンは、いずれも
透明な領域からなり、かつ、同位相であることを特徴と
するホトマスクの製造方法。
【請求項２８】（ａ）投影光学系によりパタン転写を行
なうために用いるホトマスクの補助パタンを、マスクパ
タン設計用の装置により、次ぎのステップにより決定
し、（１）上記ホトマスクに形成する少なくとも２個の
主パタンのデータに基づいて、上記各主パタンの外周線
を、所定の距離Ｌだけ外側にそれぞれ移動させ、拡大さ
れた外周線を決定し、（２）上記各拡大された外周線が
所定距離Ｍ以下に接近した位置を検出し、（３）上記接
近した位置が検出されたとき、上記接近した位置に、予
め定められた形状の１個又は複数個の補助パタンを決定
し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成することを特徴とするホトマスク
の製造方法。
【請求項２９】請求項２８記載のホトマスクの製造方法
において、上記ホトマスクは、露光光に対して半透明な
領域と、透明な領域とを含み、上記半透明な領域と、上
記透明な領域とを通過する光の位相差が実質的に１８０
°であり、上記主パタンと上記補助パタンは、いずれも
透明な領域からなり、かつ、同位相であることを特徴と
するホトマスクの製造方法。
【請求項３０】（ａ）投影光学系によりパタン転写を行
なうために用いるホトマスクの補助パタンを、マスクパ
タン設計用の装置により、次ぎのステップにより決定
し、（１）上記ホトマスクに形成する少なくとも１個の
主パタンのデータと投影光学系の光学条件を表わすパラ
メータに基づいて、上記投影光学系で得られる上記主パ
タンの投影像光強度分布を計算し、（２）上記投影像光
強度分布と上記主パタンから、上記主パタンに対応する
領域以外の領域で、光強度が所定値より大きい領域を決
定し、（３）上記所定値より大きい領域が決定されたと
き、上記所定値より大きい領域に対応するホトマスクの
領域に、１個又は複数個の補助パタンを決定し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）投影光学装置により、上記主パタン及び決定され
た上記補助パタンが形成されたホトマスクを用い、投影
露光することを特徴とするパタン形成方法。
【請求項３１】（ａ）投影光学系によりパタン転写を行
なうために用いるホトマスクの補助パタンを、マスクパ
タン設計用の装置により、次ぎのステップにより決定
し、（１）上記ホトマスクに形成する少なくとも２個の
主パタンのデータに基づいて、上記各主パタンの外周線
を、所定の距離Ｌだけ外側にそれぞれ移動させ、拡大さ
れた外周線を決定し、（２）上記各拡大された外周線が
所定距離Ｍ以下に接近した位置を検出し、（３）上記接
近した位置が検出されたとき、上記接近した位置に、予
め定められた形状の１個又は複数個の補助パタンを決定
し、（ｂ）ホトマスク基板に、上記主パタン及び決定された
上記補助パタンを形成し、（ｃ）投影光学装置により、上記主パタン及び決定され
た上記補助パタンが形成されたホトマスクを用い、投影
露光することを特徴とするパタン形成方法。