JP2008172249A - Method for manufacturing semiconductor integrated circuit device - Google Patents

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Norio Hasegawa
昇雄 長谷川
Akira Imai
彰 今井
Katsuya Hayano
勝也 早野
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To relax a phase absolute value control accuracy in a mask having a groove shifter structure. <P>SOLUTION: Transfer regions 4C, 4D formed on different planar positions on the same surface of an identical mask 2 are multiply exposed by scanning exposure. In the transfer regions 4C, 4D, the same mask pattern is formed, however, the arrangement of a groove shifter 2d of one is opposite to that of the other. Due to the multiple exposure, the light intensity of the respective patterns is the same even if the phase absolute value in the mask varies, thereby improving the dimensional accuracy of the transferred pattern. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、露光処理に際して位相シフトマスクを用いるリソグラフィ技術に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a technique effective when applied to a lithography technique using a phase shift mask in exposure processing.

例えば特開平6−83032号公報(特許文献1)には、位相シフトマスクの位相シフタの材料として電子線描画用のレジストや酸化シリコン膜を用いた構造のマスクにおいて、膜で構成されるシフタ部の光の透過率に起因した露光光の減衰を問題としてとらえ、これを解決する手段として、物理的に離れた2枚のマスクの各々の同一のマスクパターンを重ね露光することによりシフタ部での露光光の減衰を低減する技術が開示されている。   For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 6-83032 (Patent Document 1), a shifter portion composed of a film in a mask using a resist for electron beam drawing or a silicon oxide film as a phase shifter material of a phase shift mask. As a means to solve this problem, attenuation of exposure light due to the light transmittance of the light is overlapped by exposing the same mask pattern of each of two physically separated masks at the shifter section. A technique for reducing the attenuation of exposure light is disclosed.

また、特開平11−233429号公報(特許文献2)には、露光対象のパターンの性質に応じて露光条件を変えて多重露光する露光技術について開示がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-233429 (Patent Document 2) discloses an exposure technique in which multiple exposure is performed by changing exposure conditions in accordance with the properties of a pattern to be exposed.

また、特開平11−111601号公報(特許文献3)には、多重露光処理に際して2枚のマスクを用いると露光処理の際にマスクの交換作業が必要となり露光工程のスループットが低下することやマスクの製造コストが増大する等の問題を解決するために1枚のマスクの異なる平面位置に同一のマスクパターンを設け、そのマスクパターンをスキャン方式の露光処理によって多重露光する超解像二重スキャン露光技術について開示がある。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-111601 (Patent Document 3) discloses that if two masks are used in the multiple exposure process, the mask needs to be replaced during the exposure process, and the throughput of the exposure process is reduced. In order to solve problems such as an increase in manufacturing cost, super-resolution double scan exposure in which the same mask pattern is provided at different plane positions of one mask and the mask pattern is subjected to multiple exposure by a scanning exposure process. There is disclosure about technology.

また、特開平5−197126号公報(特許文献4)には、互いに交差するシフタパターンを同一マスク基板の異なる平面位置に配置し、その互いに交差するシフタパターンをハーフピッチずらし露光することで多重露光し、その交差領域にパターンを転写する露光技術について開示がある。   Japanese Patent Laid-Open No. 5-197126 (Patent Document 4) discloses multiple exposure by arranging shifter patterns intersecting each other at different plane positions on the same mask substrate, and exposing the shifter patterns intersecting each other by a half pitch. However, there has been disclosed an exposure technique for transferring a pattern to the intersecting region.

また、特開平10−12543号公報(特許文献5)には、互いに交差するシフタパターンをハーフピッチずらし露光することで多重露光し、その交差領域にパターンを転写する二重露光技術について開示がある。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-12543 (Patent Document 5) discloses a double exposure technique in which multiple shifters are exposed by shifting half-pitch shift patterns that cross each other, and the pattern is transferred to the intersecting region. .

さらに、特開平11−143085号公報(特許文献6)には、2光束と通常光とによる多重露光し、その交差領域にパターンを転写する多重露光技術について開示がある。
特開平6−83032号公報 特開平11−233429号公報 特開平11−111601号公報 特開平5−197126号公報 特開平10−12543号公報 特開平11−143085号公報
Furthermore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-143085 (Patent Document 6) discloses a multiple exposure technique in which multiple exposure using two light beams and normal light is performed, and a pattern is transferred to the intersection area.
JP-A-6-83032 Japanese Patent Laid-Open No. 11-233429 JP-A-11-111601 JP-A-5-197126 Japanese Patent Laid-Open No. 10-12543 JP 11-143085 A

半導体集積回路装置の製造においては、微細なパターンを半導体ウエハ上に転写する方法としてリソグラフィ技術が用いられている。リソグラフィ技術では、主に投影露光装置が用いられ、投影露光装置に装着したフォトマスクのパターンを半導体ウエハ上に転写することにより、集積回路パターンを形成する。   In the manufacture of a semiconductor integrated circuit device, a lithography technique is used as a method for transferring a fine pattern onto a semiconductor wafer. In the lithography technique, a projection exposure apparatus is mainly used, and an integrated circuit pattern is formed by transferring a photomask pattern mounted on the projection exposure apparatus onto a semiconductor wafer.

この投影露光装置には、フォトマスクのパターンをステップ・アンド・リピートで転写するステッパと、フォトマスクおよび半導体ウエハを相対的に逆方向にスキャンし、スリット状の露光エリアを連続的に転写するスキャナとがある。ステッパとスキャナとの最大の相違点は、ステッパでは投影レンズの全面を使ってパターンを転写するのに対し、スキャナでは投影レンズの直径方向に延びるスリット状の部分のみを使ってパターンを転写することである。   This projection exposure apparatus includes a stepper that transfers a photomask pattern in a step-and-repeat manner, and a scanner that scans a photomask and a semiconductor wafer in opposite directions and continuously transfers slit-like exposure areas. There is. The biggest difference between a stepper and a scanner is that a stepper transfers the pattern using the entire surface of the projection lens, whereas a scanner transfers the pattern using only the slit-shaped part extending in the diameter direction of the projection lens. It is.

ところで、半導体集積回路装置を構成するパターンの微細化は、半導体集積回路装置の製造工程におけるリソグラフィ工程において主として用いられる縮小投影露光装置の高性能化によって達成されている。しかし、さらにパターンの微細加工性を高めるためには、縮小投影露光装置の開口数NAの大口径化が必要となっている。特に、高密度に配置した微細ホールパターンにおいて高解像性を得るには、露光光の短波長化や高NA化が必要になるが、これには巨額の設備投資が必要となり、半導体集積回路装置の微細加工レベルが年々加速化する中で、半導体製造装置の減価償却を終わらせずに新規の設備投資を行うことは現実的ではない。そこで、近年、リソグラフィ技術においては、位相シフトマスク等のようなフォトマスクを透過した光の位相情報を含んだフォトマスクの適用が進められている。位相シフトマスク技術は、フォトマスク(レチクルを含む)を透過した光の位相を操作することにより解像度および焦点深度を向上させる技術であり、例えば互いに隣接する光透過領域の一方に位相シフタを配置し、双方の光透過領域を透過した光の位相を互いに反転させるレベンソン型位相シフトマスク技術等がある。   Incidentally, the miniaturization of the pattern constituting the semiconductor integrated circuit device is achieved by improving the performance of the reduction projection exposure apparatus mainly used in the lithography process in the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit device. However, in order to further improve the fine processability of the pattern, it is necessary to increase the numerical aperture NA of the reduction projection exposure apparatus. In particular, in order to obtain high resolution in a fine hole pattern arranged at high density, it is necessary to shorten the wavelength of exposure light and increase the NA, but this requires enormous capital investment, and semiconductor integrated circuits As the level of microfabrication of equipment accelerates year by year, it is not realistic to make new capital investments without ending depreciation of semiconductor manufacturing equipment. Therefore, in recent years, in the lithography technique, application of a photomask including phase information of light transmitted through a photomask such as a phase shift mask has been advanced. Phase shift mask technology is a technology that improves the resolution and depth of focus by manipulating the phase of light that has passed through a photomask (including a reticle). For example, a phase shifter is placed in one of the light transmission regions adjacent to each other. There is a Levenson type phase shift mask technique for reversing the phases of light transmitted through both light transmission regions.

溝シフタは、マスク上の遮光膜よりも下層の透明膜または透明マスク基板等に凹部を形成したものである。例えばマスクの互いに隣接する光透過パターンの一方から露出する透明膜または透明マスク基板を、その隣り合う光透過パターンを透過した光の位相が180度反転するように掘り込むことで位相シフタを形成している。   The groove shifter is formed by forming a recess in a transparent film or a transparent mask substrate below the light shielding film on the mask. For example, a phase shifter is formed by digging a transparent film or transparent mask substrate exposed from one of the light transmission patterns adjacent to each other in the mask so that the phase of the light transmitted through the adjacent light transmission pattern is inverted by 180 degrees. ing.

ところが、上記溝シフタ構造の位相シフトマスク技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。   However, the present inventor has found that the phase shift mask technology having the groove shifter structure has the following problems.

すなわち、第1は、パターンの微細化に伴い位相差の制御に高い精度性が要求されていることである。例えば露光光にKrFエキシマレーザ光を用いる場合の溝シフタの深さは、約245nmである。要求される位相誤差の許容量を2度とすると、マスク基板の掘り込み量には約±3nmの精度が要求される。マスク基板は石英等のガラス基板からなり、温度制御等により掘り込み深さ調整等もできないので、その溝を掘るためのドライエッチング処理により、その範囲(精度)での溝掘りは極めて難しい。したがって、溝シフタ構造の位相シフトマスクでは、その位相の絶対値制御が大きな課題となっている。   That is, the first is that high precision is required for the control of the phase difference as the pattern becomes finer. For example, when the KrF excimer laser beam is used as the exposure light, the depth of the groove shifter is about 245 nm. If the required allowable amount of phase error is 2 degrees, the accuracy of about ± 3 nm is required for the digging amount of the mask substrate. Since the mask substrate is made of a glass substrate such as quartz and the digging depth cannot be adjusted by temperature control or the like, digging in that range (accuracy) is extremely difficult by the dry etching process for digging the groove. Therefore, in the phase shift mask having the groove shifter structure, the absolute value control of the phase is a big problem.

第2は、位相シフトマスクでは、位相差を与えるためのマスク構造に起因して転写パターンの寸法精度が低下する課題がある。例えば溝シフタ構造では、マスクの掘り込み部の側面の影響により透過光の光量が少なくなる結果、溝シフタが配置された箇所と、それに隣接する溝シフタの配置されてない個所とを透過した光によって転写される各々のパターンの寸法に差が生じる。そこで、溝シフタ部分において上記透明膜や透明マスク基板を溝の幅方向にオーバーハングし、溝シフタ部分において遮光パターンの端部が庇状に張り出させる構造(微細庇溝シフタ構造)とすることが行われているが、転写パターンの微細化に伴い、微細庇型溝シフタとしても上記転写パターンの寸法差を解消することができないという課題がある。   Second, the phase shift mask has a problem that the dimensional accuracy of the transfer pattern is lowered due to the mask structure for providing the phase difference. For example, in the groove shifter structure, the amount of transmitted light is reduced due to the influence of the side surface of the mask digging portion. As a result, the light transmitted through the location where the groove shifter is arranged and the location where the adjacent groove shifter is not arranged Due to this, a difference occurs in the size of each pattern transferred. Therefore, the transparent film or the transparent mask substrate is overhanged in the groove width direction in the groove shifter portion, and the end portion of the light-shielding pattern protrudes in a groove shape in the groove shifter portion (fine groove groove shifter structure). However, with the miniaturization of the transfer pattern, there is a problem that the dimensional difference of the transfer pattern cannot be eliminated even as a fine saddle groove shifter.

第3は、上記位相の高精度の絶対値制御や微細庇型溝シフタの形成によりマスクの製造が難しい。また、転写パターンの微細化に伴いマスク欠陥検査や修正に高い精度が要求されるようになる。これらにより、マスクの製造歩留まりが低下する課題である。   Third, it is difficult to manufacture a mask due to the high-precision absolute value control of the phase and the formation of a fine saddle groove shifter. Further, with the miniaturization of the transfer pattern, high accuracy is required for mask defect inspection and correction. As a result, the mask manufacturing yield is a problem.

本発明の目的は、溝シフタ構造を有するマスクにおいて位相の絶対値制御精度を緩和することのできる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of relaxing the absolute value control accuracy of a phase in a mask having a groove shifter structure.

また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクを用いて転写されたパターンの寸法精度を向上させることのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the dimensional accuracy of a pattern transferred using a mask having a groove shifter structure.

また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの検査の検出寸法を緩和することのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the detection size of inspection of a mask having a groove shifter structure.

また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の容易性を向上させることのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the ease of manufacturing a mask having a groove shifter structure.

また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの歩留まりを向上させることのできる技術を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a technique capable of improving the yield of a mask having a groove shifter structure.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

すなわち、本発明は、マスクに形成された転写領域を露光処理によってウエハに露光する際に、前記ウエハの同一転写領域に、前記マスクにおける互いに同一のマスクパターンを有し、かつ、重ねた際に溝シフタの配置が反対となるようにされた複数の異なる転写領域を重ねて露光することにより、前記ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有するものである。   That is, according to the present invention, when a transfer area formed on a mask is exposed on a wafer by an exposure process, the same transfer pattern of the wafer has the same mask pattern on the mask and is overlapped. The method includes a step of transferring a predetermined integrated circuit pattern onto the wafer by exposing a plurality of different transfer regions in which the arrangement of the groove shifters is opposite to each other.

また、本発明は、ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、基板溝シフタを含む第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、基板溝シフタを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程を有するものである。   The present invention also includes a step of reducing projection exposure of the first phase shift mask pattern including the substrate groove shifter to the first region of the first main surface of the wafer with ultraviolet light, and the first step of the wafer. A second phase shift mask pattern including a substrate groove shifter and having the phase of the first phase shift mask pattern inverted with respect to the first region of one main surface is reduced and projected with ultraviolet light. It has the process to expose.

また、本発明は、上記ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、基板上薄膜溝シフタを含む第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、基板上薄膜溝シフタを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。   The present invention also includes a step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer to reduced projection exposure with ultraviolet light to a first phase shift mask pattern including a thin film groove shifter on a substrate, and the wafer. A second phase shift mask pattern including an on-substrate thin film groove shifter with respect to the first region of the first main surface, wherein the phase of the first phase shift mask pattern is reversed. And reduction projection exposure with ultraviolet light.

また、本発明は、上記ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、上記第1の位相シフトマスクパターンと同一のマスク基板上の同一の主面上に形成された第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程を有するものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer to reduced projection exposure of the first phase shift mask pattern with ultraviolet light, and the first main surface of the wafer. A second phase shift mask pattern formed on the same main surface on the same mask substrate as the first phase shift mask pattern with respect to the first region, wherein the first phase shift The method includes a step of performing reduced projection exposure using ultraviolet light on the mask pattern having a reversed phase.

また、本発明は、ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、微細庇型溝シフタを含む第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、微細庇型溝シフタを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。   According to another aspect of the present invention, there is provided a step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer to reduction projection exposure of the first phase shift mask pattern including the fine groove-shaped groove shifter with ultraviolet light, A second phase shift mask pattern including a fine saddle-shaped groove shifter and having the phase of the first phase shift mask pattern inverted with respect to the first region of the first main surface is ultraviolet. And reducing projection exposure with light.

また、本発明は、ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、上記第1の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、上記第2の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。   The present invention also includes a step of reducing and projecting a first phase shift mask pattern with ultraviolet light onto the first region of the first main surface of the wafer, and the first main surface of the wafer. Reducing projection exposure with ultraviolet light of the first region of the second phase shift mask pattern having the phase of the first phase shift mask pattern reversed; and The step of exposing the first phase shift mask pattern to the first region of the first main surface by reduced projection again with ultraviolet light, and the first region of the first main surface of the wafer. And a step of subjecting the second phase shift mask pattern to reduced projection exposure with ultraviolet light again for the region.

また、本発明は、上記第2の位相シフトマスクパターンは、上記第1の位相シフトマスクパターンと同一のマスク基板上の同一の主面上に形成されているものである。   In the present invention, the second phase shift mask pattern is formed on the same main surface on the same mask substrate as the first phase shift mask pattern.

また、本発明は、上記(c)及び(d)工程の露光はスキャンニング露光によって行われるものである。   In the present invention, the exposure in the steps (c) and (d) is performed by scanning exposure.

また、本発明は、上記第1及び第2の位相シフトマスクパターンがレベンソン方式によるものである。   In the present invention, the first and second phase shift mask patterns are based on the Levenson method.

また、本発明は、上記レベンソン方式によるマスクパターンはラインアンドスペースパターンを転写するためのものである。   In the present invention, the mask pattern by the Levenson method is for transferring a line and space pattern.

また、本発明は、上記レベンソン方式によるマスクパターンは複数のホールパターンを転写するためのものである。   In the present invention, the mask pattern by the Levenson method is for transferring a plurality of hole patterns.

また、本発明は、ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、補助パターンを含む第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、補助パターンを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。   The present invention also includes a step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer to reduced projection exposure with ultraviolet light to a first phase shift mask pattern including an auxiliary pattern, and the first of the wafer. A second phase shift mask pattern including an auxiliary pattern, which is obtained by inverting the phase of the first phase shift mask pattern, is subjected to reduced projection exposure with ultraviolet light with respect to the first region of the main surface of It has a process.

また、本発明は、ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、溝シフタを含む第1の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、溝シフタを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程とを有するものである。   The present invention also scans the first region of the first main surface of the wafer by reducing and projecting a first phase shift mask pattern including a groove shifter using ultraviolet light as exposure light. And a phase of the first phase shift mask pattern including a groove shifter with respect to the first region of the first main surface of the wafer. And a step of performing scanning exposure by reducing and projecting the inverted one using ultraviolet light as exposure light.

また、本発明は、ウエハの第1の主面の第1の領域に対して、第1の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程と、上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程とを有するものである。   According to another aspect of the present invention, a scanning exposure process is performed by reducing and projecting the first phase shift mask pattern using ultraviolet light as exposure light on the first region of the first main surface of the wafer. And a second phase shift mask pattern that is the phase of the first phase shift mask pattern inverted with respect to the first region of the first main surface of the wafer. Scanning exposure by reducing projection using the exposure light as exposure light.

さらに、本願において開示される発明のうち、他の代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Furthermore, the outline of another representative one of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.

1.本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねて露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光するものである。   1. The present invention includes a step of transferring a predetermined integrated circuit pattern onto a wafer by exposing a plurality of transfer regions arranged at different planar positions on the same surface of the same mask to the same region of the wafer. A plurality of transfer regions in which the same mask pattern is disposed in the overlay exposure, and the groove shifters are disposed so that the phases of the light transmitted through the same plane position when the overlay are reversed are mutually reversed. Are overexposed.

2.本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねてスキャンニング露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光するものである。   2. The present invention transfers a predetermined integrated circuit pattern onto a wafer by performing scanning exposure by superimposing a plurality of transfer regions arranged at different plane positions on the same surface of the same mask on the same region of the wafer. A plurality of groove shifters arranged in such a manner that the same mask pattern is arranged at the time of the superposition exposure, and the phases of the light transmitted through the same plane position are superposed at the time of superposition. The transfer area is over-exposed.

3.本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねてスキャンニング露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光する工程を有し、前記重ね露光に際して重ね合わせる複数の転写領域を、前記スキャンニング露光の露光領域の走査方向に沿って並べてマスクに配置するものである。   3. The present invention transfers a predetermined integrated circuit pattern onto a wafer by performing scanning exposure by superimposing a plurality of transfer regions arranged at different plane positions on the same surface of the same mask on the same region of the wafer. A plurality of groove shifters arranged in such a manner that the same mask pattern is arranged at the time of the superposition exposure, and the phases of the light transmitted through the same plane position are superposed at the time of superposition. The method includes a step of performing overexposure of the transfer area, and a plurality of transfer areas to be overlapped in the overexposure are arranged in a mask along the scanning direction of the exposure area of the scanning exposure.

4.本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねて露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光する工程を有し、前記マスクパターンは、ウエハに転写される主となる光透過パターンと、その近傍に配置された光透過パターンであってウエハ上に転写されない寸法で形成された補助マスクパターンとを有し、重ね合わせる各々の転写領域において、前記主となる光透過パターンと補助マスクパターンとを透過した光の位相が反転するように溝シフタを配置するものである。   4). The present invention includes a step of transferring a predetermined integrated circuit pattern onto a wafer by exposing a plurality of transfer regions arranged at different planar positions on the same surface of the same mask to the same region of the wafer. A plurality of transfer regions in which the same mask pattern is disposed in the overlay exposure, and the groove shifters are disposed so that the phases of the light transmitted through the same plane position when the overlay are reversed are mutually reversed. The mask pattern is a main light transmission pattern transferred to the wafer and a light transmission pattern arranged in the vicinity thereof, and is formed with dimensions that are not transferred onto the wafer. So that the phase of the light transmitted through the main light transmission pattern and the auxiliary mask pattern is reversed in each of the transfer regions to be overlapped with each other. It is intended to place the shifter.

5.本発明は、前記項1〜4のいずれかに記載の溝シフタが、マスクを構成するマスク基板自体に掘られた溝によって形成された基板溝シフタからなるものである。   5. In the present invention, the groove shifter according to any one of Items 1 to 4 includes a substrate groove shifter formed by a groove dug in the mask substrate itself constituting the mask.

6.本発明は、前記項1〜4のいずれかに記載の溝シフタが、マスクを構成するマスク基板と遮光パターンとの間に介在されたシフタ膜に、マスク基板の表面が露出されるように掘られた溝によって形成された薄膜溝シフタからなるものである。   6). According to the present invention, the groove shifter according to any one of Items 1 to 4 is dug so that a surface of the mask substrate is exposed to a shifter film interposed between the mask substrate constituting the mask and the light shielding pattern. It consists of a thin film groove shifter formed by the groove formed.

7.本発明は、前記項1〜4のいずれかに記載の溝シフタが、それを構成する溝が遮光パターンの端部下まで入り込み、その遮光パターンの端部が張り出す構造の微細庇型溝シフタからなるものである。   7. The present invention provides the groove shifter according to any one of Items 1 to 4, wherein the groove constituting the groove shifts into a position below the end of the light shielding pattern and the end of the light shielding pattern projects. It will be.

8.本発明は、前記項7に記載の微細庇型溝シフタの庇長さが露光光の波長の70%以下とするものである。   8). According to the present invention, the length of the fine groove-shaped groove shifter according to Item 7 is set to 70% or less of the wavelength of exposure light.

9.本発明は、前記項7に記載の微細庇型溝シフタの庇長さが露光光の波長の40%以下とするものである。   9. According to the present invention, the length of the fine groove-shaped groove shifter according to Item 7 is set to 40% or less of the wavelength of the exposure light.

10.本発明は、前記項1〜9のいずれかに記載の複数の転写領域の各々においては、マスクパターンが互いに平行に隣接する複数の光透過パターンを有し、その互いに隣接する光透過パターンのいずれか一方に溝シフタが配置されているものである。   10. According to the present invention, in each of the plurality of transfer regions according to any one of Items 1 to 9, the mask pattern has a plurality of light transmission patterns adjacent to each other in parallel, and any of the light transmission patterns adjacent to each other. A groove shifter is arranged on either side.

11.本発明は、前記項1〜10のいずれかに記載のマスクの製造工程は、(a)遮光パターンおよび光透過パターンが形成されたマスク基板上に溝形成用のレジストパターンを形成する工程、(b)前記レジストパターンをマスクとしてそこから露出するマスクに溝を掘り溝シフタを形成する工程、(c)前記レジストパターンを除去した後、位相を検査する工程を有するものである。   11. According to the present invention, the manufacturing process of the mask according to any one of Items 1 to 10 includes: (a) forming a resist pattern for groove formation on the mask substrate on which the light shielding pattern and the light transmission pattern are formed; b) using the resist pattern as a mask to form a groove shifter in a mask exposed therefrom, and (c) removing the resist pattern and then inspecting the phase.

12.本発明は、前記項1〜11のいずれかに記載のマスクの溝シフタの形成工程は、(a)遮光パターンおよび光透過パターンが形成されたマスク基板上に溝形成用のレジストパターンを形成する工程、(b)前記レジストパターンをマスクとしてそこから露出するマスクに溝を掘り溝シフタを形成する工程、(c)前記レジストパターンを除去した後、位相を検査する工程する工程、(d)前記(c)工程後にマスクに対して等方性のウエットエッチング処理を施すことによりマスクの表面をエッチング除去する工程を有するものである。   12 According to the present invention, in the step of forming a mask groove shifter according to any one of items 1 to 11, (a) a resist pattern for groove formation is formed on a mask substrate on which a light shielding pattern and a light transmission pattern are formed. (B) a step of digging a groove in the mask exposed from the resist pattern as a mask to form a groove shifter, (c) a step of inspecting the phase after removing the resist pattern, (d) the step (c) It has the process of etching away the surface of a mask by performing an isotropic wet etching process with respect to a mask after a process.

本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。   The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed by the present application will be briefly described as follows.

(1).本発明によれば、マスクの同一パターンであるが、透過光の位相が反転するパターンを、ウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクにおいて位相の絶対値制御精度を緩和することが可能となる。   (1) According to the present invention, the pattern having the same pattern on the mask, but the pattern in which the phase of the transmitted light is inverted is superimposed and exposed on the same area of the wafer, so that the absolute phase of the mask is obtained in the mask having the groove shifter structure. The value control accuracy can be relaxed.

(2).本発明によれば、マスクの同一パターンであるが、透過光の位相が反転するパターンを、ウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクを用いて転写されたパターンの寸法精度を向上させることが可能となる。   (2) According to the present invention, the same pattern of the mask, but the pattern in which the phase of the transmitted light is reversed is superimposed and exposed on the same area of the wafer, and transferred using the mask having the groove shifter structure. It is possible to improve the dimensional accuracy of the formed pattern.

(3).本発明によれば、マスクの同一パターンをウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクの検査の欠陥検出寸法を緩和することが可能となる。   (3) According to the present invention, it is possible to relax the defect detection size in the inspection of the mask having the groove shifter structure by overlaying and exposing the same pattern of the mask on the same area of the wafer.

(4).本発明によれば、上記(1)または(3)により、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の容易性を向上させることが可能となる。   (4) According to the present invention, according to the above (1) or (3), it is possible to improve the ease of manufacturing a mask having a groove shifter structure.

(5).本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の歩留まりを向上させることが可能となる。   (5) According to the present invention, according to the above (1), (2) or (3), it is possible to improve the manufacturing yield of a mask having a groove shifter structure.

(6).本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。   (6) According to the present invention, the yield of the semiconductor integrated circuit device can be improved by the above (1), (2) or (3).

(7). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることが可能となる。   (7) According to the present invention, the reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved by the above (1), (2) or (3).

(8). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の性能を向上させることが可能となる。   (8) According to the present invention, the performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved by the above (1), (2) or (3).

(9). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の素子や配線の集積度を向上させることが可能となる。   (9) According to the present invention, according to the above (1), (2) or (3), it is possible to improve the degree of integration of elements and wirings of the semiconductor integrated circuit device.

本願発明の実施の形態を説明するにあたり、本願における用語の基本的な意味を説明すると次の通りである。   In describing embodiments of the present invention, the basic meaning of terms in the present application will be described as follows.

1.紫外光:半導体分野では450nm前後から短波長で50nm以下程度までの電磁波を言うが、300nmより長波長を近紫外域、それ以下の短波長領域を遠紫外域と呼び、200nm以下を特に真空紫外域と言う。光源としては水銀アークランプ等のi線(波長365nm)およびg線(波長436nm)、KrFエキシマレーザ(波長248nm)、ArF及びF2エキシマレーザ等がある。 1. Ultraviolet light: In the semiconductor field, it refers to electromagnetic waves from around 450 nm to a short wavelength of about 50 nm or less. The longer wavelength than 300 nm is called the near ultraviolet region, and the shorter wavelength region is called the far ultraviolet region, and 200 nm or less is particularly vacuum ultraviolet. Say area. Examples of the light source include i-line (wavelength 365 nm) and g-line (wavelength 436 nm) such as mercury arc lamp, KrF excimer laser (wavelength 248 nm), ArF and F 2 excimer laser.

2.スキャンニング露光:細いスリット状の露光帯を、ウエハとマスク(又はレチクル、本願でマスクと言うときはレチクルも含む広い概念を示す)に対して、スリットの長手方向と直交する方向に(斜めに移動させてもよい)相対的に連続移動(走査)させることによって、マスク上の回路パターンをウエハ上の所望の部分に転写する露光方法。   2. Scanning exposure: A narrow slit-shaped exposure band is formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit (obliquely with respect to a wafer and a mask (or a reticle, which indicates a broad concept including a reticle in this application)). An exposure method in which the circuit pattern on the mask is transferred to a desired portion on the wafer by relatively continuous movement (scanning).

3.ステップアンドスキャン露光:上記スキャンニング露光とステッピング露光を組み合わせてウエハ上の露光すべき部分の全体を露光する方法であり、上記スキャンニング露光の下位概念に当たる。   3. Step-and-scan exposure: A method in which the entire portion to be exposed on the wafer is exposed by combining the scanning exposure and the stepping exposure, and is a subordinate concept of the scanning exposure.

4.基板溝シフタ:石英等の透明マスク基板自体の表面に凹部を形成した位相シフタ。基板自体の表面とは、基板の表面に基板と材質が類似した膜を形成したものを含むものとする。   4). Substrate groove shifter: A phase shifter in which concave portions are formed on the surface of a transparent mask substrate itself such as quartz. The surface of the substrate itself includes the surface of the substrate formed with a film similar in material to the substrate.

5.基板上薄膜溝シフタ:基板上の遮蔽膜下に、シフタとして作用する目的に適合した厚さのシフタ膜を形成して、下地基板とのエッチング速度差等を利用する等して形成した溝型シフタ。   5. Thin-film groove shifter on substrate: A groove type formed by forming a shifter film with a thickness suitable for the purpose of acting as a shifter under the shielding film on the substrate and using the etching rate difference with the underlying substrate, etc. Shifter.

6.溝シフタ:上記基板溝シフタ及び基板上薄膜溝シフタ等を含む上位概念で、光遮蔽膜より下層の透明膜、透明基板等に凹部を形成したシフタ一般を言う。これに対して、遮蔽膜状にシフタ膜を配置する方式をシフタ膜上置き方式又は上置きシフタという。   6). Groove shifter: A general concept including the substrate groove shifter and the thin film groove shifter on the substrate, and generally refers to a shifter in which concave portions are formed in a transparent film, a transparent substrate or the like below the light shielding film. On the other hand, a system in which the shifter film is arranged in a shielding film shape is called a shifter film top-positioning system or a top-shifting shifter.

7.微細庇型溝シフタ:溝シフタの周辺(幅の狭い断面方向)で光遮蔽膜が石英基板等の凹部側壁上端から凹部の内側へオーバハング状(又は庇状に)に、突き出た部分の長さPが単色露光光の波長λを基準とした場合に、40%(P/λ=40%を「庇長さ」と言う)以下である場合を言う。   7. Fine vertical groove shifter: The length of the protruding portion of the light shielding film in the overhang shape (or in the shape of a bowl) from the upper end of the recess side wall of the quartz substrate or the like to the inside of the recess in the periphery of the groove shifter (narrow cross-sectional direction) This is a case where P is 40% or less (P / λ = 40% is referred to as “庇 length”) with reference to the wavelength λ of the monochromatic exposure light.

8.位相シフトマスクパターン:少なくとも一つの位相シフタを有するマスク開口パターンを含むマスク上の回路パターン。例えば、ステッピング露光の単一ショット領域(ワンステップで露光する範囲)又はスキャンニング露光での単一のスキャンニングで露光する領域に対応するマスク上の回路パターン群で、例えばウエハ上の単位チップ領域又はその整数倍に相当するマスク基板上のマスクパターン(回路パターン)等を言う。   8). Phase shift mask pattern: A circuit pattern on a mask including a mask opening pattern having at least one phase shifter. For example, a circuit pattern group on a mask corresponding to a single shot area of stepping exposure (range to be exposed in one step) or an area exposed by single scanning in scanning exposure, for example, a unit chip area on a wafer Or a mask pattern (circuit pattern) on the mask substrate corresponding to an integral multiple of the mask pattern.

9.補助マスクパターン:一般にウエハ上に投影されたとき、その開口パターンに対応する独立した像を形成しないマスク上の開口パターンを言う。   9. Auxiliary mask pattern: An aperture pattern on a mask that generally does not form an independent image corresponding to the aperture pattern when projected onto a wafer.

10.レベンソン型位相シフトマスク:空間周波数変調型位相シフトマスクとも呼ばれ、一般に光遮蔽膜に遮光領域で隔てられ、相互に近接して複数の開口を設け、その位相を交互に反転した開口群から成る位相シフトマスク。大まかに分類すると、ラインアンドスペースパターンと交互反転ホールパターン(コンタクトホール用レベンソンパターンとも言う)等がある。   10. Levenson type phase shift mask: Also called a spatial frequency modulation type phase shift mask, it is generally composed of a group of apertures that are separated from each other by a light shielding region in a light shielding film, are provided with a plurality of apertures close to each other, and their phases are alternately inverted. Phase shift mask. Roughly classified, there are a line and space pattern and an alternating inversion hole pattern (also called a Levenson pattern for contact holes).

11.補助パターン方式位相シフトマスク:大まかに分類すると、孤立したラインパターンとホールパターン用に分類され、前者の代表は実開口パターンとその両側に設けられた補助シフタパターン(この位相反転パターンも等価である)であり、後者の代表はアウトリガタイプのホールパターン(中央の実開口とその周辺に設けられた複数の補助開口からなる)である。しかし、上記レベンソン型位相シフトマスクのマスクパターンの端部又は周辺には補助開口や補助シフタが設けられるので、実際のパターンでは両方式が混合する場合が多い。   11. Auxiliary pattern type phase shift mask: Roughly classified, it is classified into isolated line pattern and hole pattern, the former representative is the actual opening pattern and auxiliary shifter patterns provided on both sides (this phase inversion pattern is also equivalent) The representative of the latter is an outrigger type hole pattern (consisting of a central real opening and a plurality of auxiliary openings provided around it). However, since an auxiliary opening and an auxiliary shifter are provided at the edge or the periphery of the mask pattern of the Levenson type phase shift mask, both types are often mixed in an actual pattern.

12.シフタエッジ方式位相シフトマスク:大まかに分類すると、透明シフタのエッジでパターンを形成する片エッジ方式、微細又は微小な透明シフタの両エッジでパターンを形成する両エッジ方式、開口中にシフタエッジを配置したエッジ強調方式、及びこれらのシフタを半透明にしたハーフトーン方式等に分類される。   12 Shifter edge phase shift mask: Roughly categorized, one-edge method that forms a pattern with the edge of a transparent shifter, double-edge method that forms a pattern with both edges of a fine or minute transparent shifter, an edge with a shifter edge in the opening It is classified into an emphasis method and a halftone method in which these shifters are made translucent.

13.位相シフトマスク:本願で単に位相シフトマスクと言うときは、これらを総称して言うものとする。   13. Phase shift mask: When simply referred to as a phase shift mask in the present application, these are collectively referred to.

14.ウエハ(半導体ウエハ、半導体基板)とは、半導体集積回路の製造に用いるシリコン単結晶基板(一般にほぼ平面円形状)、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言う。また、本願において半導体集積回路装置というときは、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または絶縁体基板上に作られるものの他、特に、そうでない旨明示された場合を除き、TFT(Tin-Film-Transistor)およびSTN(Super-Twisted-Nematic)液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も含むものとする。   14 A wafer (semiconductor wafer, semiconductor substrate) is a silicon single crystal substrate (generally a substantially planar circular shape) used in the manufacture of semiconductor integrated circuits, a sapphire substrate, a glass substrate, other insulating, anti-insulating or semiconductor substrates, and their composites. Say the target board. In addition, in the present application, the term “semiconductor integrated circuit device” refers to a TFT (Tin-Film-Transistor), unless otherwise specified, in addition to those manufactured on a semiconductor or insulator substrate such as a silicon wafer or a sapphire substrate. ) And STN (Super-Twisted-Nematic) liquid crystal or the like made on other insulating substrates such as glass.

15.「遮光領域」、「遮光パターン」、「遮光膜」または「遮光」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、40%未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に数%から30%未満のものが使われる。一方、「光透過領域」、「光透過パターン」、「透明領域」、「透明膜」または「透明」言うときは、その領域に照射される露光光のうち、60%以上を透過させる光学特性を有することを示す。一般に90%以上のものが使用される。   15. “Light shielding region”, “light shielding pattern”, “light shielding film”, or “light shielding” means that the exposure light irradiated to the region has an optical characteristic that transmits less than 40%. Generally, several to less than 30% are used. On the other hand, when “light transmissive region”, “light transmissive pattern”, “transparent region”, “transparent film” or “transparent” is referred to, optical characteristics that transmit 60% or more of the exposure light applied to the region. It has shown that. Generally 90% or more is used.

16.「フォトレジストパターン」は、感光性の有機膜をフォトリソグラフィの手法により、パターニングした膜パターンを言う。なお、このパターンには当該部分に関して全く開口のない単なるレジスト膜を含む。   16. “Photoresist pattern” refers to a film pattern obtained by patterning a photosensitive organic film by a photolithography technique. This pattern includes a simple resist film having no opening at all for the portion.

17.通常照明とは、非変形照明のことで、光強度分布が比較的均一な照明を言う。   17. Normal illumination refers to non-deformed illumination, and refers to illumination with a relatively uniform light intensity distribution.

18.変形照明とは、中央部の照度を下げた照明であって、斜方照明、輪帯照明、4重極照明、5重極照明等の多重極照明またはそれと等価な瞳フィルタによる超解像技術を含む。   18. Deformation illumination is illumination with reduced illuminance at the center, and super-resolution technology using oblique illumination, annular illumination, quadrupole illumination, multipole illumination such as quadrupole illumination, or an equivalent pupil filter. including.

19.解像度:パターン寸法は投影レンズの開口数NA(Numerical Aperture)と露光波長λで規格化して表現できる。本実施の形態においては、露光波長248nmのKrFエキシマレーザ光を、投影レンズのNAは0.65を主に用いた。したがって、異なる波長や異なるレンズNAを用いる場合は、解像度Rは、R=K1・λ/NAで表されるので換算して用いれば良い(例えば通常、K1=0.6)。ただし、焦点深度DもD=K2・λ/(NA)2で表されるので、焦点深度は異なる。 19. Resolution: The pattern dimension can be expressed by normalizing the numerical aperture NA (Numerical Aperture) of the projection lens and the exposure wavelength λ. In the present embodiment, KrF excimer laser light having an exposure wavelength of 248 nm is mainly used, and the NA of the projection lens is mainly 0.65. Therefore, when using a different wavelength or a different lens NA, the resolution R is expressed by R = K1 · λ / NA, and may be converted (for example, normally K1 = 0.6). However, since the depth of focus D is also expressed by D = K 2 · λ / (NA) 2 , the depth of focus is different.

20.シフタの深さ:シフタ部の基板掘り込み深さは露光波長に依存し、位相を180度反転させる深さZは、Z=λ/(2(n−1))で表される。ただし、nは所定の露光波長の露光光に対する基板の屈折率、λは露光波長である。   20. Shifter depth: The substrate digging depth of the shifter portion depends on the exposure wavelength, and the depth Z at which the phase is inverted by 180 degrees is expressed by Z = λ / (2 (n−1)). Here, n is the refractive index of the substrate with respect to exposure light having a predetermined exposure wavelength, and λ is the exposure wavelength.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

21.転写パターン:マスクによってウエハ上に転写されたパターンであって、具体的には上記フォトレジストパターンおよびフォトレジストパターンをマスクとして実際に形成されたウエハ上のパターンを言う。   21. Transfer pattern: A pattern transferred onto a wafer by a mask, specifically, the photoresist pattern and a pattern on the wafer actually formed using the photoresist pattern as a mask.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Also, components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof is omitted.

また、本実施の形態の説明に用いる図面においてマスクの平面図であっても、図面を見易くするために、遮光パターンおよび溝シフタに斜線のハッチングを付すものとする。   Further, even in the drawings used for the description of the present embodiment, even if it is a plan view of a mask, the light shielding pattern and the groove shifter are hatched in order to make the drawings easy to see.

(実施の形態1)
図1は、本実施の形態1の半導体集積回路装置の製造方法の概略的な製造工程を示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device according to the first embodiment.

まず、マスクおよびウエハを露光装置にセットし、双方の相対的な平面位置を合わせる。本実施の形態1においては、マスクとして、溝シフタを有する位相シフトマスクを用いる。ウエハには、既に被処理膜およびフォトレジスト膜が下層から順に堆積されている(工程101)。続いて、そのマスクのマスクパターンをウエハ上のフォトレジスト膜に露光する。この際、本実施の形態1においては、ウエハ上の1つの領域に、マスクの転写領域のマスクパターンを2回またはそれ以上重ねて露光する。ここでは、同一マスク内の異なる位置に形成された転写領域のマスクパターン同士または物理的に分離された別々のマスクの転写領域のマスクパターン同士を、少なくとも2回重ねて露光する。この場合、その各々の転写領域の各々のマスクパターンは同一のものであり、かつ、その各々の転写領域にはその各々の転写領域の対応位置(露光時に平面的に重なる位置)の各々を透過した光の位相が互いに180度反転するように溝シフタが配置されている(工程102)。その後、フォトレジスト膜に対して現像処理を施すことによりフォトレジストパターンを形成した後(工程103)、そのフォトレジストパターンをマスクとして、被処理膜に対してエッチング処理を施すことにより、被処理膜をパターニングする(工程104)。その後、フォトレジストパターンを除去することにより、ウエハ上に被処理膜からなる所定のパターンを形成する(工程105)。なお、本発明の技術思想は、フォトレジストパターンをマスクとして半導体基板の所定の平面位置に不純物等を選択的に導入する場合にも適用できる。   First, a mask and a wafer are set in an exposure apparatus, and the relative planar positions of both are aligned. In the first embodiment, a phase shift mask having a groove shifter is used as a mask. A film to be processed and a photoresist film have already been deposited in order from the lower layer on the wafer (step 101). Subsequently, the mask pattern of the mask is exposed on the photoresist film on the wafer. At this time, in the first embodiment, the mask pattern in the mask transfer region is exposed twice or more in one region on the wafer. Here, the mask patterns of the transfer regions formed at different positions in the same mask or the mask patterns of the transfer regions of different physically separated masks are overlapped and exposed at least twice. In this case, each mask pattern of each transfer region is the same, and each transfer region passes through each of the corresponding positions of the respective transfer regions (positions that overlap in plan view during exposure). The groove shifters are arranged so that the phases of the light beams are inverted by 180 degrees (step 102). Thereafter, a photoresist pattern is formed by performing development processing on the photoresist film (step 103), and then the processing target film is etched using the photoresist pattern as a mask. Is patterned (step 104). Thereafter, by removing the photoresist pattern, a predetermined pattern made of a film to be processed is formed on the wafer (step 105). The technical idea of the present invention can also be applied to the case where impurities or the like are selectively introduced into a predetermined plane position of a semiconductor substrate using a photoresist pattern as a mask.

次に、上記多重露光処理に用いた露光装置の一例を図2〜図4によって説明する。   Next, an example of an exposure apparatus used for the multiple exposure process will be described with reference to FIGS.

図2に示す露光装置1は、例えば縮小比4:1の走査型縮小投影露光装置(以下、スキャナと言う)である。露光装置1の露光条件は、例えば次の通りである。すなわち、露光光EXLには、例えば露光波長248nm程度のKrFエキシマレーザ光を用い、光学レンズの開口数NA=0.65、照明の形状は円形であり、コヒーレンシ(σ:sigma)値=0.3である。マスク2には、例えばレベンソン型位相シフトマスクを用いた。ただし、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば波長が193nm程度のArFエキシマレーザを用いても良い。   An exposure apparatus 1 shown in FIG. 2 is, for example, a scanning reduction projection exposure apparatus (hereinafter referred to as a scanner) having a reduction ratio of 4: 1. The exposure conditions of the exposure apparatus 1 are as follows, for example. That is, for example, KrF excimer laser light having an exposure wavelength of about 248 nm is used as the exposure light EXL, the numerical aperture NA of the optical lens is 0.65, the illumination shape is circular, and the coherency (σ: sigma) value = 0. 3. As the mask 2, for example, a Levenson type phase shift mask is used. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made. For example, an ArF excimer laser having a wavelength of about 193 nm may be used.

露光光源1aから発する光は、フライアイレンズ1b、アパーチャ1c、コンデンサレンズ1d1、1d2及びミラー1eを介してマスク(ここではレチクル)2を照明する。光学条件のうち、コヒーレンシはアパーチャ1fの開口部の大きさを変化させることにより調整した。マスク2上には異物付着によるパターン転写不良等を防止するためのペリクル2pが設けられている。マスク2上に描かれたマスクパターンは、投影レンズ1gを介して試料基板であるウエハ3上に投影される。なお、マスク2は、マスク位置制御手段1hおよびミラー1i1で制御されたマスクステージ1i2上に載置され、その中心と投影レンズ1gの光軸とは正確に位置合わせがなされている。   The light emitted from the exposure light source 1a illuminates the mask (reticle) 2 through the fly-eye lens 1b, the aperture 1c, the condenser lenses 1d1, 1d2, and the mirror 1e. Of the optical conditions, the coherency was adjusted by changing the size of the opening of the aperture 1f. On the mask 2, a pellicle 2p for preventing pattern transfer failure due to adhesion of foreign matter is provided. The mask pattern drawn on the mask 2 is projected onto the wafer 3 which is a sample substrate via the projection lens 1g. The mask 2 is placed on the mask stage 1i2 controlled by the mask position control means 1h and the mirror 1i1, and the center of the mask 2 and the optical axis of the projection lens 1g are accurately aligned.

ウエハ3は、試料台1j上に真空吸着されている。試料台1jは、投影レンズ1gの光軸方向、すなわち、試料台1jのウエハ載置面に垂直な方向(Z方向)に移動可能なZステージ1k上に載置され、さらに試料台1jのウエハ載置面に平行な方向に移動可能なXYステージ1m上に搭載されている。Zステージ1k及びXYステージ1mは、主制御系1nからの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段1p,1qによって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はZステージ1kに固定されたミラー1rの位置として、レーザ測長機1sで正確にモニタされている。また、ウエハ3の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてZステージ1kを駆動させることにより、ウエハ3の表面は常に投影レンズ1gの結像面と一致させることができる。   The wafer 3 is vacuum-sucked on the sample stage 1j. The sample stage 1j is placed on the Z stage 1k that can move in the optical axis direction of the projection lens 1g, that is, the direction perpendicular to the wafer placement surface of the sample stage 1j (Z direction), and further the wafer of the sample stage 1j. It is mounted on an XY stage 1m that can move in a direction parallel to the mounting surface. Since the Z stage 1k and the XY stage 1m are driven by the driving means 1p and 1q in accordance with a control command from the main control system 1n, they can be moved to desired exposure positions. The position is accurately monitored by the laser length measuring instrument 1s as the position of the mirror 1r fixed to the Z stage 1k. Further, the surface position of the wafer 3 is measured by a focus position detecting means provided in a normal exposure apparatus. By driving the Z stage 1k according to the measurement result, the surface of the wafer 3 can always coincide with the imaging plane of the projection lens 1g.

マスク2とウエハ3とは、縮小比に応じて同期して駆動され、露光領域がマスク2上を走査しながらマスクパターンをウエハ3上に縮小転写する。このとき、ウエハ3の表面位置も上述の手段によりウエハの走査に対して動的に駆動制御される。ウエハ3上に形成された回路パターンに対してマスク2上の回路パターンを重ね合わせ露光する場合、ウエハ3上に形成されたマークパターンの位置をアライメント検出光学系1tを用いて検出し、その検出結果からウエハ3を位置決めして重ね合わせ転写する。主制御系1nはネットワーク装置1uと電気的に接続されており、露光装置1の状態の遠隔監視等が可能となっている。   The mask 2 and the wafer 3 are driven in synchronization according to the reduction ratio, and the mask pattern is reduced and transferred onto the wafer 3 while the exposure area scans over the mask 2. At this time, the surface position of the wafer 3 is also dynamically driven and controlled with respect to the scanning of the wafer by the above-described means. When the circuit pattern on the mask 2 is superimposed and exposed on the circuit pattern formed on the wafer 3, the position of the mark pattern formed on the wafer 3 is detected using the alignment detection optical system 1t, and the detection is performed. From the result, the wafer 3 is positioned and superimposed and transferred. The main control system 1n is electrically connected to the network apparatus 1u, and remote monitoring of the state of the exposure apparatus 1 is possible.

図3は上記露光装置1のスキャンニング露光動作を模式的に示した図である。マスク2と、ウエハ3とは鏡面対称関係になるので、露光処理に際して、マスク2の走査(スキャン)方向とウエハ3の走査(スキャン)方向とは図3のステージスキャンの矢印方向に示すように逆向きになる。駆動距離は、縮小比4:1の場合、マスク2の移動量の4に対して、ウエハ3の移動量は1になる。このとき、露光光EXLをスリット1fsを通じてマスク2に照射することでスリット状の露光領域(露光帯)を形成し、そのスリット状の露光領域を、マスク2上において、スリット1fsの幅方向、すなわち、スリット1fsの長手方向に直交または斜めに交差する方向に連続移動(走査)させ、さらに結像光学系(投影レンズ1g)を介してウエハ3上に照射する。これにより、マスク2の転写領域内のマスクパターンをウエハ3の複数のチップ形成領域CAの各々に転写する。なお、個々のチップ形成領域CAは、1個の半導体チップを形成するための領域である。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the scanning exposure operation of the exposure apparatus 1. Since the mask 2 and the wafer 3 have a mirror-symmetrical relationship, the scanning direction of the mask 2 and the scanning direction of the wafer 3 are as indicated by the arrow direction of the stage scan in FIG. Reverse. When the reduction ratio is 4: 1, the movement distance of the wafer 3 is 1 with respect to the movement distance 4 of the mask 2. At this time, the exposure light EXL is irradiated onto the mask 2 through the slit 1fs to form a slit-shaped exposure region (exposure band), and the slit-shaped exposure region is formed on the mask 2 in the width direction of the slit 1fs, that is, The wafer 3 is continuously moved (scanned) in a direction orthogonal to or obliquely intersecting with the longitudinal direction of the slit 1fs, and further irradiated onto the wafer 3 via the imaging optical system (projection lens 1g). Thereby, the mask pattern in the transfer area of the mask 2 is transferred to each of the plurality of chip formation areas CA of the wafer 3. Each chip formation area CA is an area for forming one semiconductor chip.

アパーチャ1fには、平面長方形状のスリット1fsが開口されており、露光光EXLは、そのスリット1fsを通じてマスク2に照射される。すなわち、露光装置1においては、図3および図4に示すように、投影レンズ1gの有効露光領域1ga内に含まれるスリット状の露光領域(図面を見易くするため図4においては斜線のハッチングを付す)SA1を実効的な露光領域として用いる。したがって、露光装置(スキャナ)1においては、スリット状の露光領域SA1を露光するようになっている。特に限定されないが、そのスリット1fsの幅は、通常、ウエハ3上において、例えば4〜7mm程度である。比較のためステッパにおける露光の領域を図5に示す。ステッパにおいては、投影レンズの有効露光領域1ga内に四隅が内接される平面正方形状の露光領域(図面を見易くするため
図5においては斜線のハッチングを付す)SA2を実効的な露光領域として用いる。ステッパにおいては、マスク2内のパターンを一括露光するようになっている。なお、本発明の技術思想は、ステッパにも適用可能である。また、図2〜図5においては、露光装置の機能を説明するために必要な部分のみを示したが、その他の通常の露光装置(スキャナやステッパ)に必要な部分は通常の範囲で同様である。
A planar rectangular slit 1fs is opened in the aperture 1f, and the exposure light EXL is irradiated to the mask 2 through the slit 1fs. That is, in the exposure apparatus 1, as shown in FIGS. 3 and 4, slit-shaped exposure areas included in the effective exposure area 1 ga of the projection lens 1 g (in order to make the drawing easy to see, hatching is applied in FIG. 4). ) SA1 is used as an effective exposure area. Therefore, the exposure apparatus (scanner) 1 exposes the slit-shaped exposure area SA1. Although not particularly limited, the width of the slit 1fs is usually about 4 to 7 mm on the wafer 3, for example. For comparison, the exposure area in the stepper is shown in FIG. In the stepper, a planar square exposure area (indicated by hatching in FIG. 5 for easy viewing) SA2 is used as an effective exposure area in which four corners are inscribed in the effective exposure area 1ga of the projection lens. . In the stepper, the pattern in the mask 2 is collectively exposed. The technical idea of the present invention can also be applied to a stepper. 2 to 5 show only the portions necessary for explaining the functions of the exposure apparatus, but the portions necessary for other ordinary exposure apparatuses (scanners and steppers) are the same in the ordinary range. is there.

次に、本実施の形態1で用いた上記マスク2の一例を図6〜図8によって説明する。図6(a)はマスク2の全体平面図、図6(b)および(c)は、それぞれ図6(a)のA−A線およびB−B線の断面図である。図7および図8は図6のマスクの要部拡大断面図の一例である。なお、図6(a)は平面図であるが、図面を見易くするためハッチングを付した。   Next, an example of the mask 2 used in the first embodiment will be described with reference to FIGS. 6A is an overall plan view of the mask 2, and FIGS. 6B and 6C are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 6A, respectively. 7 and 8 are examples of enlarged cross-sectional views of the main part of the mask of FIG. Although FIG. 6A is a plan view, hatching is added to make the drawing easy to see.

ここには、1枚のマスク2の主面(同一面)に、例えば2つの転写領域4A,4Bが配置されている場合が例示されている。各々の転写領域4A,4Bは、例えば平面長方形状に形成されており、各々の長辺が平行になるように所定の距離を隔てて配置されている。各転写領域4A,4Bは、例えば1個の半導体チップ(上記チップ形成領域)を転写する領域に相当する。なお、1枚のマスク2に配置される転写領域の数は、上記に限定されるものではなく種々変更可能である。   Here, a case where, for example, two transfer regions 4A and 4B are arranged on the main surface (same surface) of one mask 2 is illustrated. Each of the transfer regions 4A and 4B is formed in a planar rectangular shape, for example, and is arranged at a predetermined distance so that the long sides thereof are parallel to each other. Each of the transfer areas 4A and 4B corresponds to an area where, for example, one semiconductor chip (the chip formation area) is transferred. The number of transfer regions arranged on one mask 2 is not limited to the above and can be variously changed.

このマスク2を構成するマスク基板2aは、例えば平面四角形状の透明な合成石英ガラスからなり、その主面上の各々の転写領域4A,4Bには、マスクパターンが形成されている。このマスクパターンは、所定の集積回路パターンを転写するためのパターンであって、例えばクロム、酸化クロムまたはこれらの積層膜からなる遮光パターン2bと、マスク基板2aが部分的に露出されてなる光透過パターン2cとで構成されている。さらに、各々の転写領域4A,4B内において互いに隣接する光透過パターン2cのいずれか一方には上記溝シフタ2dが配置されている。本実施の形態1においては、上記転写領域4A,4Bの各々のマスクパターンの形状および寸法が同一となっている。ただし、転写領域4A,4Bは、各々の溝シフタ2dの配置が互いに逆になっている。すなわち、転写領域4A,4Bをウエハの1つの領域(チップ形成領域)に重ねて露光する際に、転写領域4Aの所定の光透過パターン2cを透過した光と、その転写領域4Aの所定の光透過パターン2cと平面的に重なる転写領域4Bの所定の光透過パターン2cを透過した光とでは、透過光の位相が180度反転するように溝シフタ2dが配置されている。   A mask substrate 2a constituting the mask 2 is made of, for example, a transparent synthetic quartz glass having a square planar shape, and a mask pattern is formed in each of the transfer regions 4A and 4B on the main surface. This mask pattern is a pattern for transferring a predetermined integrated circuit pattern. For example, the light-shielding pattern 2b made of chromium, chromium oxide, or a laminated film of these, and the light transmission formed by partially exposing the mask substrate 2a. It consists of a pattern 2c. Further, the groove shifter 2d is disposed in one of the light transmission patterns 2c adjacent to each other in each of the transfer regions 4A and 4B. In the first embodiment, the shapes and dimensions of the mask patterns of the transfer regions 4A and 4B are the same. However, in the transfer areas 4A and 4B, the arrangement of the groove shifters 2d is opposite to each other. That is, when the transfer areas 4A and 4B are overlaid on one area (chip formation area) of the wafer and exposed, the light transmitted through the predetermined light transmission pattern 2c in the transfer area 4A and the predetermined light in the transfer area 4A The groove shifter 2d is arranged so that the phase of the transmitted light is inverted by 180 degrees with respect to the light transmitted through the predetermined light transmission pattern 2c in the transfer region 4B that overlaps the transmission pattern 2c in a plane.

溝シフタ2dの深さZは、透過光の位相を180度反転させるために、Z=λ/(2(n−1))を満たすように形成されている。ただし、nは所定の露光波長の露光光に対する基板の屈折率、λは露光波長である。上記の例では、例えば露光波長248nmのKrFを用いているので、深さZは、例えば245nm程度である。上記のような多重露光処理を行わない場合、溝シフタ2dの深さの誤差の範囲は、例えば±3nm(位相角度で2度)程度であり極めて狭い。したがって、マスク2の製造が非常に難しく、マスク2の歩留まり低下の原因になっている。これに対して、本実施の形態1においては、溝シフタ2dの深さの誤差の範囲を、例えば±4nm〜8nm(位相角度で3度〜6度)程度に緩和できる。したがって、マスク2の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となっている。また、マスク2の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能となっている。これについては後ほど詳細に説明する。   The depth Z of the groove shifter 2d is formed so as to satisfy Z = λ / (2 (n−1)) in order to invert the phase of transmitted light by 180 degrees. Here, n is the refractive index of the substrate with respect to exposure light having a predetermined exposure wavelength, and λ is the exposure wavelength. In the above example, for example, KrF having an exposure wavelength of 248 nm is used, so the depth Z is, for example, about 245 nm. When the multiple exposure process as described above is not performed, the range of the depth error of the groove shifter 2d is, for example, about ± 3 nm (2 degrees in phase angle) and is extremely narrow. Therefore, it is very difficult to manufacture the mask 2, which causes a reduction in the yield of the mask 2. On the other hand, in the first embodiment, the depth error range of the groove shifter 2d can be relaxed to about ± 4 nm to 8 nm (3 to 6 degrees in phase angle), for example. Therefore, it is possible to greatly improve the ease of manufacturing the mask 2. In addition, the manufacturing yield of the mask 2 can be greatly improved. This will be described in detail later.

なお、上記転写領域4A,4B内には、実質的に集積回路を構成するパターンの他、例えば重ね合わせに用いるマークパターン、重ね合わせ検査に用いるマークパターンまたは電気的特性を検査する際に用いるマークパターン等のような実質的に集積回路を構成しないパターンも含まれている。また、転写領域4A,4Bの外周の遮光領域には、マスク基板2aの一部が露出されて、マスクアライメントマークや計測用マーク等のような他の光透過パターン2eが形成されている。   In addition, in the transfer regions 4A and 4B, in addition to a pattern that substantially constitutes an integrated circuit, for example, a mark pattern used for overlay, a mark pattern used for overlay inspection, or a mark used when inspecting electrical characteristics A pattern that does not substantially constitute an integrated circuit, such as a pattern, is also included. In addition, a part of the mask substrate 2a is exposed in the light shielding area on the outer periphery of the transfer areas 4A and 4B, and another light transmission pattern 2e such as a mask alignment mark or a measurement mark is formed.

図7および図8は、図6のマスク2の一対の光透過パターン2c,2c(互いに隣接する光透過パターン2c,2cであって、そのいずれか一方に溝シフタ2dが配置された光透過パターン対)部分の拡大断面図の一例を示している。   7 and FIG. 8 show a pair of light transmission patterns 2c, 2c (light transmission patterns 2c, 2c adjacent to each other of the mask 2 of FIG. 6 and the groove shifter 2d is disposed on one of them. An example of an enlarged sectional view of a pair) portion is shown.

図7(a)〜(c)は、溝シフタ2dが上記基板溝シフタの場合を示している。すなわち、溝シフタ2dは、マスク基板2自体の表面に断面凹状の溝を掘ることで形成されている。図7(a)は、庇構造が無い場合を示している。すなわち、溝シフタ2dの側壁面と、遮光パターン2bの開口部(光透過パターン2c)の側壁面とがほぼ一致しており、その遮光パターン2bの開口部側端部に庇が形成されていない場合を示している。この場合の溝シフタ2dの深さZは、マスク2のパターン形成平坦面の高さを基準としてそこから溝シフタ2dの底の平坦面までの長さである。本実施の形態1においては、庇構造の無い図7(a)に示すマスク2であっても多重露光処理を行うことにより、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度を向上させることが可能となっている。   7A to 7C show a case where the groove shifter 2d is the substrate groove shifter. That is, the groove shifter 2d is formed by digging a groove having a concave cross section on the surface of the mask substrate 2 itself. FIG. 7A shows a case where there is no ridge structure. That is, the side wall surface of the groove shifter 2d and the side wall surface of the opening portion (light transmission pattern 2c) of the light shielding pattern 2b substantially coincide with each other, and no ridge is formed at the opening side end portion of the light shielding pattern 2b. Shows the case. In this case, the depth Z of the groove shifter 2d is a length from the height of the pattern forming flat surface of the mask 2 to the flat surface at the bottom of the groove shifter 2d. In the first embodiment, it is possible to improve the dimensional accuracy of the pattern transferred onto the wafer by performing the multiple exposure process even with the mask 2 shown in FIG. It has become.

図7(b),(c)は、溝シフタ2dが上記微細庇型溝シフタの場合を示している。すなわち、溝シフタ2dの周辺(幅の狭い断面方向)においてマスク基板2aが溝シフタ2dの幅方向にオーバハングされ、その結果、溝シフタ2dに面した遮光パターン2bの端部が庇状に突き出た構造となっている。ここでは、例えばその遮光パターン2bの突き出た部分の庇長さPは、単色露光光の波長λを基準とした場合に、40%(P/λ=40%)以下である。ただし、本発明自体は、庇長さが70%以下のもの(例えば露光光の波長が248nmであれば、庇長さが150nm程度となるようなもの)にも適用できる。このような庇構造とすることにより、光の導波管現象を抑制することができる。すなわち、透過光の光強度が溝シフタ2dの側壁からの影響により減衰するのを抑制できる。したがって、本実施の形態1においては、多重露光処理に際して図7(b),(c)のマスク2を用いることにより、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度をさらに向上させることが可能となる。   FIGS. 7B and 7C show the case where the groove shifter 2d is the fine saddle groove shifter. That is, the mask substrate 2a is overhanged in the width direction of the groove shifter 2d in the periphery of the groove shifter 2d (in the narrow cross-sectional direction), and as a result, the end of the light shielding pattern 2b facing the groove shifter 2d protrudes in a bowl shape. It has a structure. Here, for example, the length P of the protruding portion of the light shielding pattern 2b is 40% (P / λ = 40%) or less when the wavelength λ of the monochromatic exposure light is used as a reference. However, the present invention itself can also be applied to those having a ridge length of 70% or less (for example, when the wavelength of exposure light is 248 nm, the ridge length is about 150 nm). By using such a saddle structure, the optical waveguide phenomenon can be suppressed. That is, it is possible to suppress the attenuation of the light intensity of the transmitted light due to the influence from the side wall of the groove shifter 2d. Therefore, in the first embodiment, the dimensional accuracy of the pattern transferred onto the wafer can be further improved by using the mask 2 shown in FIGS. 7B and 7C in the multiple exposure process. .

図7(b)においては、溝シフタ2dが配置されない光透過パターン2cにおいても、マスク基板2aが掘り込まれ溝2fが形成されているが、溝シフタ2dが配置された光透過パターン2cと、溝2fが配置された光透過パターン2cとを透過した各々の光には180度の位相差が生じるようになっている。溝2fにおいても庇構造となっている。この溝シフタ2dを形成する際に、溝を形成する必要の無い光透過パターン2cをフォトレジスト膜で覆うと、フォトレジスト膜の塗布やパターニングの工程が増えることになる。そこで、図7(b)のマスク2においては、溝シフタ2dに庇構造を形成する際にフォトレジスト膜を形成せず、遮光パターン2bをエッチングマスクとしてマスク基板2aの表面(パターン形成面)をウエットエッチングする。溝2fは、その際に形成されたものである。この方法によれば、フォトレジスト膜の塗布やパターニング工程を無くせるので、マスク2の製造工程の簡略化が可能となる。このマスク2の場合の溝シフタ2dの深さZは、溝2fの底のマスク2のパターン形成平坦面の高さを基準としてそこから溝シフタ2dの底の平坦面までの長さである。また、図7(c)においては、図7(b)の溝2fが形成されていない場合が示されている。この場合の溝シフタ2dの深さは、図7(a)の場合と同じである。これら図7(a)〜(c)のマスク2の製造方法については後ほど詳細に説明する。   In FIG. 7B, even in the light transmission pattern 2c where the groove shifter 2d is not disposed, the mask substrate 2a is dug to form the groove 2f, but the light transmission pattern 2c where the groove shifter 2d is disposed; A phase difference of 180 degrees is generated in each light transmitted through the light transmission pattern 2c in which the groove 2f is disposed. The groove 2f has a saddle structure. When the groove shifter 2d is formed, if the light transmission pattern 2c that does not require the formation of a groove is covered with a photoresist film, the steps of applying and patterning the photoresist film increase. Therefore, in the mask 2 of FIG. 7B, the photoresist film is not formed when the ridge structure is formed in the groove shifter 2d, and the surface (pattern forming surface) of the mask substrate 2a is formed using the light shielding pattern 2b as an etching mask. Wet etching. The groove 2f is formed at that time. According to this method, the photoresist film coating and patterning steps can be eliminated, so that the manufacturing process of the mask 2 can be simplified. The depth Z of the groove shifter 2d in the case of this mask 2 is the length from the height of the pattern forming flat surface of the mask 2 at the bottom of the groove 2f to the flat surface at the bottom of the groove shifter 2d. FIG. 7C shows a case where the groove 2f of FIG. 7B is not formed. The depth of the groove shifter 2d in this case is the same as in the case of FIG. The manufacturing method of the mask 2 shown in FIGS. 7A to 7C will be described in detail later.

また、図8(a)〜(c)は、溝シフタ2dが上記基板上薄膜溝シフタの場合を示している。すなわち、マスク基板2aの表面上にはシフタ膜2gが形成され、さらにその上に遮光パターン2bが形成された構造となっている。シフタ膜2gは、位相シフタとして作用する目的に適合した厚さ(=上記Zの式)で形成されており、例えばマスク基板2aと同等または同程度の光透過率および屈折率のSOG(Spin On Glass)等からなる。溝シフタ2dは、所定の光透過パターン2cのシフタ膜2gをマスク基板2aの表面が露出されるまで除去することで形成されている。この場合、溝シフタ2dの形成に際して、マスク基板2aとシフタ膜2gとのエッチング選択比を高くし、シフタ膜2gのエッチング速度の方がマスク基板2aのエッチング速度よりも速くなるようにする。すなわち、マスク
基板2aをエッチングストッパとして溝シフタ2dを形成する。これにより、溝シフタ2dの深さ(すなわち、シフタ膜2gの厚さ)および溝シフタ2dの底面の平坦性を極めて高い精度で形成できる。このため、透過光の位相誤差を大幅に低減または無くすことができるので、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。なお、図8(a)〜(c)は、それぞれ図7(a)〜(c)に対応している。すなわち、図8(a)は庇構造の無い構造、図8(b)は庇および溝2fが形成された構造、図8(c)は庇のみで溝2fの無い構造である。
8A to 8C show the case where the groove shifter 2d is the above-described thin film groove shifter on the substrate. That is, the shifter film 2g is formed on the surface of the mask substrate 2a, and the light shielding pattern 2b is further formed thereon. The shifter film 2g is formed with a thickness suitable for the purpose of acting as a phase shifter (= the above formula of Z). For example, the SOG (Spin On) with light transmittance and refractive index equivalent to or similar to those of the mask substrate 2a. Glass). The groove shifter 2d is formed by removing the shifter film 2g of the predetermined light transmission pattern 2c until the surface of the mask substrate 2a is exposed. In this case, when the groove shifter 2d is formed, the etching selection ratio between the mask substrate 2a and the shifter film 2g is increased so that the etching rate of the shifter film 2g is higher than the etching rate of the mask substrate 2a. That is, the groove shifter 2d is formed using the mask substrate 2a as an etching stopper. Thereby, the depth of the groove shifter 2d (that is, the thickness of the shifter film 2g) and the flatness of the bottom surface of the groove shifter 2d can be formed with extremely high accuracy. Therefore, the phase error of the transmitted light can be greatly reduced or eliminated, so that the dimensional accuracy of the pattern transferred onto the wafer can be greatly improved. 8A to 8C correspond to FIGS. 7A to 7C, respectively. 8A shows a structure without a ridge structure, FIG. 8B shows a structure in which a ridge and a groove 2f are formed, and FIG. 8C shows a structure with only a ridge and no groove 2f.

次に、本実施の形態1の多重露光方法の一例を図9によって説明する。図9には、ウエハ3の全体平面図であって、マスク2(図6参照)およびスキャナ1(図1参照)を用いて、ウエハ3の主面(フォトレジスト膜が塗布されている)に、所定の集積回路パターンを転写するためのステップアンドスキャン露光処理が例示されている。   Next, an example of the multiple exposure method of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an overall plan view of the wafer 3 and uses the mask 2 (see FIG. 6) and the scanner 1 (see FIG. 1) on the main surface of the wafer 3 (a photoresist film is applied). A step-and-scan exposure process for transferring a predetermined integrated circuit pattern is illustrated.

露光条件は、上記露光装置1の説明の際に説明したのと同じである。ウエハ3の主面上には、例えば厚さが200nm程度の絶縁膜(酸化シリコン膜等)が形成されている。また、その絶縁膜の上には、例えば厚さ500nm程度のポジ型のフォトレジスト膜が堆積されている。このフォトレジスト膜への露光量は、例えば25mJ/cm2とし、2重露光により、例えば50mJ/cm2となるように調整した。マスク2内の最小パターンは、ウエハ3上換算で、例えば150nmのライン・アンド・スペースである。 The exposure conditions are the same as those described in the description of the exposure apparatus 1. On the main surface of the wafer 3, for example, an insulating film (silicon oxide film or the like) having a thickness of about 200 nm is formed. On the insulating film, a positive photoresist film having a thickness of, for example, about 500 nm is deposited. The exposure amount to this photoresist film was adjusted to, for example, 25 mJ / cm 2 and, for example, 50 mJ / cm 2 by double exposure. The minimum pattern in the mask 2 is, for example, 150 nm line and space in terms of the wafer 3.

まず、マスク2の転写領域4A,4Bを上記スキャニング露光処理によってウエハ3上の領域5Aに転写する。すなわち、マスク2とウエハ3とを各々の主面を平行に保ちながら相対的に逆方向(図9の上下縦方向)に移動させてウエハ3の主面上に上記スリット状の露光領域を移動させることにより、マスク2の転写領域4A,4B内のマスクパターン(集積回路パターン)を、ウエハ3の主面上の領域5Aに転写する。ウエハ3上における領域5Aの転写領域5A1,5A2は、それぞれマスク2の転写領域4A,4Bが転写された領域であり、ここではチップ形成領域に相当する。   First, the transfer areas 4A and 4B of the mask 2 are transferred to the area 5A on the wafer 3 by the scanning exposure process. That is, the mask 2 and the wafer 3 are moved in the opposite directions (vertical and vertical directions in FIG. 9) while keeping their main surfaces parallel to move the slit-shaped exposure region on the main surface of the wafer 3. As a result, the mask pattern (integrated circuit pattern) in the transfer regions 4A and 4B of the mask 2 is transferred to the region 5A on the main surface of the wafer 3. The transfer areas 5A1 and 5A2 of the area 5A on the wafer 3 are areas to which the transfer areas 4A and 4B of the mask 2 have been transferred, and correspond to the chip formation area here.

続いて、ウエハ3を図9の右方向に水平移動し、領域5B,5Cを、上記と同様に順次露光する。これら領域5A,5B,5Cでの露光量は、必要量の1/2程度とする。なお、各領域5B,5C内の転写領域5B1,5C1は転写領域5A1と同じであり、転写領域5B2,5C2は転写領域5A2と同じである。   Subsequently, the wafer 3 is horizontally moved in the right direction in FIG. 9, and the regions 5B and 5C are sequentially exposed in the same manner as described above. The exposure amount in these areas 5A, 5B, and 5C is about ½ of the required amount. The transfer areas 5B1 and 5C1 in the areas 5B and 5C are the same as the transfer area 5A1, and the transfer areas 5B2 and 5C2 are the same as the transfer area 5A2.

続いて、例えば転写領域5A1,5A2の一個分だけウエハ3を図9の上方向に移動させた後、領域5Dを上記と同様に露光する。この際、本実施の形態1においては、領域5D内の転写領域5D1と、先に転写した領域5C内の転写領域5C2とが平面的に重なるようにする。すなわち、マスク2における転写領域4Bが転写された転写領域5C2に、同じマスク2における転写領域4Aを平面的に重ねて転写する。なお、上述のようにマスク2の転写領域4A,4Bの同じ平面位置を透過した各々の光は、その位相が180度反転している。   Subsequently, for example, after the wafer 3 is moved upward in FIG. 9 by one transfer area 5A1, 5A2, the area 5D is exposed in the same manner as described above. At this time, in the first embodiment, the transfer area 5D1 in the area 5D and the transfer area 5C2 in the previously transferred area 5C are planarly overlapped. That is, the transfer region 4A in the same mask 2 is transferred in a planar manner to the transfer region 5C2 to which the transfer region 4B in the mask 2 is transferred. As described above, the phases of the lights transmitted through the same planar positions of the transfer regions 4A and 4B of the mask 2 are inverted by 180 degrees.

続いて、ウエハ3を図9の左方向に水平移動し、領域5Eを、上記と同様に順次露光する。ここでは、領域5E内の転写領域5E1と、先に転写した領域5B内の転写領域5B2とが平面的に重なるようにする。すなわち、マスク2における転写領域4Bが転写された転写領域5C2に、同じマスク2における転写領域4Aを平面的に重ねて転写する。なお、ここでも、上述のようにマスク2の転写領域4A,4Bの同じ平面位置を透過した各々の光は、その位相が180度反転している。   Subsequently, the wafer 3 is moved horizontally in the left direction of FIG. 9, and the region 5E is sequentially exposed in the same manner as described above. Here, the transfer area 5E1 in the area 5E and the transfer area 5B2 in the previously transferred area 5B are overlapped in a plane. That is, the transfer region 4A in the same mask 2 is transferred in a planar manner to the transfer region 5C2 to which the transfer region 4B in the mask 2 is transferred. Here, as described above, the phases of the light beams transmitted through the same planar positions of the transfer regions 4A and 4B of the mask 2 are inverted by 180 degrees.

これら領域5D,5Eでの露光量は、必要量の1/2程度とする。したがって、領域5A〜5Eが重なったところ(転写領域5B2,5E1および転写領域5C2,5D1等)では露光量が必要量となる。なお、各領域5D,5E内の転写領域5D1,5E1は転写領域5A1と同じであり、転写領域5D2,5E2は転写領域5A2と同じである。   The exposure amount in these areas 5D and 5E is about ½ of the required amount. Accordingly, when the areas 5A to 5E overlap (transfer areas 5B2, 5E1, transfer areas 5C2, 5D1, etc.), the exposure amount becomes a necessary amount. The transfer areas 5D1 and 5E1 in the areas 5D and 5E are the same as the transfer area 5A1, and the transfer areas 5D2 and 5E2 are the same as the transfer area 5A2.

このような多重露光処理動作をウエハ3の全面内において繰り返すことにより、ウエハ3上に複数のチップ形成領域の集積回路パターンを転写する。ここでは、マスク2の転写領域4Aと転写領域4Bとが重なるようにする。すなわち、マスクパターンは同一であるが、透過光の位相が互いに反転するように溝シフタ2dを配置した転写領域4A,4Bを重ねて露光する。このような露光処理により、ウエハ3上に転写されるパターンの寸法精度を向上させることが可能となる。   By repeating such multiple exposure processing operation on the entire surface of the wafer 3, the integrated circuit patterns in a plurality of chip formation regions are transferred onto the wafer 3. Here, the transfer area 4A and the transfer area 4B of the mask 2 are overlapped. That is, although the mask patterns are the same, the transfer regions 4A and 4B in which the groove shifters 2d are arranged so that the phases of the transmitted light are reversed are overlapped and exposed. By such an exposure process, the dimensional accuracy of the pattern transferred onto the wafer 3 can be improved.

また、上記の説明では、最外周の転写領域5A,5B,5Cの転写領域5A1,5B1,5C1が2重露光されていないが、この部分については、例えばマスク2の転写領域4Aをマスキングブレードにより遮光し、かつ、マスク2の転写領域4Bの転写領域が、図9のウエハ3の転写領域5A1に平面的に重なるように転写することにより2重露光を行った。転写領域5B1,5C1についても同様である。   In the above description, the transfer areas 5A1, 5B1, and 5C1 of the outermost transfer areas 5A, 5B, and 5C are not double-exposed, but the transfer area 4A of the mask 2 is, for example, masked by the masking blade. Double exposure was performed by transferring light so that the transfer area of the transfer area 4B of the mask 2 overlaps the transfer area 5A1 of the wafer 3 in FIG. The same applies to the transfer areas 5B1 and 5C1.

次に、本実施の形態1の多重露光処理の作用を、発明者らが本発明をするのに検討した技術の問題点を交えながら説明する。   Next, the operation of the multiple exposure processing according to the first embodiment will be described with the problems of the technique studied by the inventors for carrying out the present invention.

まず、本発明者らが検討した技術の問題点を図10によって説明する。図10(a)は、位相シフトマスク50の断面形状を示している。位相シフトマスク50は、マスク基板50aと、その主面上に形成された遮光パターン50bと、光透過パターン50cとを有している。遮光パターン50bは、例えばクロム等からなる。互いに隣接する光透過パターン50c,50cの一方には、その各々の透過した光に180度の位相差を与えるため、マスク基板50aを所定の深さに掘り込み溝シフタ50dを形成している。ここでは、基板溝シフタであって、微細庇型溝シフタでない場合を例示している。また、互いに隣接する光透過パターン50c,50cの平面の形状および寸法は同じである。   First, the problem of the technique examined by the present inventors will be described with reference to FIG. FIG. 10A shows the cross-sectional shape of the phase shift mask 50. The phase shift mask 50 includes a mask substrate 50a, a light shielding pattern 50b formed on the main surface, and a light transmission pattern 50c. The light shielding pattern 50b is made of, for example, chromium. In one of the light transmission patterns 50c and 50c adjacent to each other, a mask shifter 50d is formed by digging the mask substrate 50a to a predetermined depth in order to give a phase difference of 180 degrees to each transmitted light. Here, a case where the substrate groove shifter is not a fine saddle groove shifter is illustrated. Further, the planar shapes and dimensions of the light transmission patterns 50c, 50c adjacent to each other are the same.

この位相シフトマスク50を用いて投影露光すると、被投影基板上で得られる光強度は、図10(b)に示すように、溝シフタ50dが配置された光透過パターン50cを透過した光の強度51aは、溝シフタ50dが配置されていない光透過パターン50cを透過した光の強度51bに比べて小さくなってしまう。これはマスク基板50aを掘り込んだ溝シフタ5dの側壁の影響により透過光の強度が減衰するためである。したがって、通常の方法(1回露光)によりフォトレジスト膜にパターンを転写すると、図10(c)の露光平面に示すように、溝シフタ50dの配置された光透過パターン50cが転写されたフォトレジストパターン52aの幅方向の寸法w50の方が、溝シフタ50dの配置されていない光透過パターン50cが転写されたフォトレジストパターン52bの幅方向の寸法w51よりも小さくなってしまう。すなわち、本来同じ平面寸法で転写されるべきフォトレジストパターン52a、52bの平面寸法が溝シフタ50dの有無によって異なってしまう。   When projection exposure is performed using this phase shift mask 50, the light intensity obtained on the projection substrate is the intensity of the light transmitted through the light transmission pattern 50c in which the groove shifter 50d is disposed, as shown in FIG. 51a becomes smaller than the intensity 51b of light transmitted through the light transmission pattern 50c in which the groove shifter 50d is not disposed. This is because the intensity of transmitted light is attenuated by the influence of the side wall of the groove shifter 5d in which the mask substrate 50a is dug. Therefore, when the pattern is transferred to the photoresist film by a normal method (one-time exposure), as shown in the exposure plane of FIG. The dimension w50 in the width direction of the pattern 52a is smaller than the dimension w51 in the width direction of the photoresist pattern 52b to which the light transmission pattern 50c in which the groove shifter 50d is not disposed is transferred. That is, the planar dimensions of the photoresist patterns 52a and 52b that should be transferred with the same planar dimension differ depending on the presence or absence of the groove shifter 50d.

これを防止するため、図11(a)に示すように、溝シフタ50dを上記微細庇型溝シフタ構造とすることが採用されている。すなわち、マスク基板50aの溝シフタ50dの側壁が遮光パターン50bの下に隠れるように調整し、遮光パターン50bの端部が庇長さPだけ庇状に張り出す構造となっている。この構造にすることによって、図11(b)に示すように、溝シフタ50dが配置された光透過パターン50cを透過した光の強度53aは、溝シフタ50dが配置されていない光透過パターン50cを透過した光の強度53bとほぼ同じとなるが、完全には等しくならないのが現状である。したがって、図11(c)の露光平面に示すように、溝シフタ50dの配置された光透過パターン50cが転写されたフォトレジストパターン55aの幅方向の寸法w52と、溝シフタ50dの配置されていない光透過パターン50cが転写されたフォトレジストパターン55bの幅方向の寸法w53とはほぼ等しくなるが、やはり完全には等しくならない。   In order to prevent this, as shown in FIG. 11A, it is adopted that the groove shifter 50d has the fine saddle type groove shifter structure. That is, the side wall of the groove shifter 50d of the mask substrate 50a is adjusted so as to be hidden under the light shielding pattern 50b, and the end portion of the light shielding pattern 50b protrudes in a bowl shape by the collar length P. By adopting this structure, as shown in FIG. 11B, the intensity 53a of the light transmitted through the light transmission pattern 50c in which the groove shifter 50d is disposed is equal to the light transmission pattern 50c in which the groove shifter 50d is not disposed. Although it is almost the same as the intensity 53b of the transmitted light, it is not completely equal at present. Therefore, as shown in the exposure plane of FIG. 11C, the width w52 of the photoresist pattern 55a to which the light transmission pattern 50c having the groove shifter 50d is transferred and the groove shifter 50d are not arranged. The dimension w53 in the width direction of the photoresist pattern 55b to which the light transmission pattern 50c is transferred is substantially equal, but is not completely equal.

ここで、本発明者らは、さらに詳しく調査・研究した。図12は、その調査・研究結果を示している。横軸はラインアンドスペース(パターン)の寸法を示し、縦軸は各寸法におけるフォトレジストパターン55a,55bの寸法差(w52−w53)を示している。ここでのパターン転写の条件は、例えば次の通りである。すなわち、庇長さPは、例えば100nmとし、解像パターンの寸法は、例えば0.12〜0.18μmまで変化させた。露光条件は、上記露光装置1の説明の際に説明したのと同じである。この結果、ウエハ上に形成しようとしているパターンの寸法の値に応じて、フォトレジストパターン55a,55bの寸法w52,w53の差が異なることが明らかになった。したがって、ただ単純に溝シフタを庇構造としただけでは、ウエハ上に転写されるパターンの寸法差を無くすことが困難であることが判明した。   Here, the present inventors investigated and studied in more detail. FIG. 12 shows the results of the survey and research. The horizontal axis indicates the dimension of the line and space (pattern), and the vertical axis indicates the dimension difference (w52−w53) between the photoresist patterns 55a and 55b in each dimension. The pattern transfer conditions here are, for example, as follows. That is, the heel length P is set to 100 nm, for example, and the dimension of the resolution pattern is changed from 0.12 to 0.18 μm, for example. The exposure conditions are the same as those described in the description of the exposure apparatus 1. As a result, it became clear that the difference between the dimensions w52 and w53 of the photoresist patterns 55a and 55b differs depending on the dimension value of the pattern to be formed on the wafer. Therefore, it has been found that it is difficult to eliminate the dimensional difference of the pattern transferred onto the wafer by simply forming the groove shifter with a ridge structure.

そこで、本実施の形態1においては、上記のようにマスク2のマスクパターンを多重露光処理によってウエハ3に転写する。この際、多重露光するマスクパターンの溝シフタ2dの配置が互いに反転するようにして行う。これにより、ウエハ3上に転写されるパターンにおいて、位相の絶対値誤差による転写パターンの寸法差、溝シフタ2dの有無による転写パターンの寸法差、ウエハ上に形成しようとしているパターンの寸法の違いによる転写パターンの寸法差を低減または無くすことができるので、転写パターンの寸法精度を向上させることができ、また、転写パターンの寸法を均一化することが可能となる。   Therefore, in the first embodiment, the mask pattern of the mask 2 is transferred to the wafer 3 by multiple exposure processing as described above. At this time, the groove shifters 2d of the mask pattern to be subjected to multiple exposure are arranged so as to be reversed with respect to each other. As a result, in the pattern transferred onto the wafer 3, due to the difference in dimension of the transfer pattern due to an error in absolute value of the phase, the difference in dimension of the transfer pattern due to the presence or absence of the groove shifter 2d, and the difference in dimension of the pattern to be formed on the wafer. Since the dimensional difference between the transfer patterns can be reduced or eliminated, the dimensional accuracy of the transfer pattern can be improved, and the dimensions of the transfer pattern can be made uniform.

上記した本実施の形態1の多重露光の効果をシミュレーションにより調べた結果を図13に示す。また、比較のため1回露光の結果を図14に示す。いずれもウエハ上で得られる光強度分布を示している。また、いずれの露光処理においても通常の溝シフタ(微細庇型溝シフタでない)構造の位相シフトマスクを用いた。   FIG. 13 shows the result of examining the effect of the multiple exposure of the first embodiment described above by simulation. For comparison, the result of single exposure is shown in FIG. Both show the light intensity distribution obtained on the wafer. In any of the exposure processes, a phase shift mask having a normal groove shifter (not a fine saddle groove shifter) structure was used.

図13に示すように、本実施の形態1によれば、溝シフタ2dが互いに反転されるように配置された転写領域4A,4Bを2重露光しているため、互いに隣り合った光強度ピーク6a,6bで均一な光強度が得られていることが分かる。これに対して1回露光の場合、図14に示すように、溝シフタが配置された光透過パターンを透過した光の強度56aの方が、溝シフタの無い光透過パターンを透過した光の強度56bよりも小さいことが分かる。   As shown in FIG. 13, according to the first embodiment, since the transfer regions 4A and 4B arranged so that the groove shifter 2d is inverted are exposed twice, the light intensity peaks adjacent to each other are exposed. It can be seen that uniform light intensity is obtained at 6a and 6b. On the other hand, in the case of a single exposure, as shown in FIG. 14, the intensity 56a of the light transmitted through the light transmission pattern in which the groove shifter is disposed is the intensity of the light transmitted through the light transmission pattern without the groove shifter. It can be seen that it is smaller than 56b.

図15は、本実施の形態1の多重露光処理の作用を簡略化して模式的に示している。図15(a)はマスク2の重ね合わせる2つの転写領域4C,4Dを示し、同図(b)は(a)のA−A線およびB−B線の断面図を示している。転写領域4C,4Dの各々には、互いに隣接する帯状の光透過パターン2c,2cが形成されている。転写領域4C,4Dの光透過パターン2c,2cの平面形状および寸法は同じである。転写領域4C,4Dのいずれにおいても互いに隣接する光透過パターン2c,2cの一方に溝シフタ2dが配置されているが、その配置が転写領域4Cと転写領域4Dとを重ね合わせた時に反対となるように、すなわち、透過光の位相が180度反転するようになっている。図15(c)は、各々の転写領域4C,4Dを透過した光の強度分布を示している。転写領域4C,4Dの各々を透過した光の強度分布では、いずれも溝シフタ2dが配置された光透過パターン2cを透過した光の強度が減衰している。これに対して、図15(d)は、転写領域4C,4Dを重ねて露光した場合の透過光の強度分布を示している。この場合は、溝シフタ2dの配置された光透過パターン2cを透過した光と、溝シフタ2dの無い光透過パターン2cを透過した光とが同一箇所に重ねて露光されることにより、双方の光強度を平均化することができ、光強度のアンバランスをキャンセルすることができるので、光強度分布の均一化を図ることが可能となる。   FIG. 15 schematically shows a simplified operation of the multiple exposure process of the first embodiment. FIG. 15A shows two transfer regions 4C and 4D to be overlaid on the mask 2, and FIG. 15B shows a cross-sectional view taken along the lines AA and BB in FIG. In each of the transfer regions 4C and 4D, adjacent strip-like light transmission patterns 2c and 2c are formed. The planar shapes and dimensions of the light transmission patterns 2c and 2c in the transfer regions 4C and 4D are the same. In each of the transfer regions 4C and 4D, the groove shifter 2d is arranged in one of the light transmission patterns 2c and 2c adjacent to each other, but the arrangement becomes opposite when the transfer region 4C and the transfer region 4D are overlapped. In other words, the phase of the transmitted light is inverted by 180 degrees. FIG. 15C shows the intensity distribution of light transmitted through the transfer regions 4C and 4D. In the intensity distribution of the light transmitted through each of the transfer regions 4C and 4D, the intensity of the light transmitted through the light transmission pattern 2c in which the groove shifter 2d is disposed is attenuated. On the other hand, FIG. 15D shows the intensity distribution of transmitted light when the transfer regions 4C and 4D are exposed in an overlapping manner. In this case, the light transmitted through the light transmission pattern 2c in which the groove shifter 2d is disposed and the light transmitted through the light transmission pattern 2c without the groove shifter 2d are exposed to overlap with each other, so that both lights Since the intensity can be averaged and the light intensity imbalance can be canceled, the light intensity distribution can be made uniform.

したがって、本実施の形態1の多重露光処理によれば、位相の絶対値精度(誤差精度)が多少悪くても、180度位相差の時と同じ解像特性を得ることが可能となる。すなわち、位相の誤差の許容量(位相の絶対値精度)を、例えば3度〜6度(溝シフタ2dの深さで±4nm〜±8nm)程度に緩和できる。したがって、マスク2の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となる。また、マスク2の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能となる。特に、重ね合わせる転写領域4A,4Bを同一マスク2の同一平面内の異なる平面位置に形成する本実施の形態1においては、その重ね合わせる転写領域を別々のマスクに形成する場合に比べて、溝シフタ2dの深さおよびその誤差量をマスク2の面内においてほぼ均一にすることができるので、その重ね合わせる転写領域を別々のマスクに形成する場合よりも相対的に高い位相の絶対値精度を確保しつつ、容易にマスク2を製造することが可能となる。   Therefore, according to the multiple exposure processing of the first embodiment, even if the absolute value accuracy (error accuracy) of the phase is somewhat poor, it is possible to obtain the same resolution characteristics as when the phase difference is 180 degrees. That is, the allowable amount of phase error (the absolute value accuracy of the phase) can be relaxed to, for example, about 3 degrees to 6 degrees (± 4 nm to ± 8 nm as the depth of the groove shifter 2d). Therefore, it is possible to greatly improve the ease of manufacturing the mask 2. In addition, the manufacturing yield of the mask 2 can be greatly improved. In particular, in the first embodiment in which the transfer regions 4A and 4B to be overlapped are formed at different plane positions within the same plane of the same mask 2, the grooves are compared with the case where the transfer regions to be overlapped are formed on separate masks. Since the depth of the shifter 2d and the error amount thereof can be made substantially uniform in the plane of the mask 2, the absolute value accuracy of the phase is relatively higher than when the overlapping transfer regions are formed on separate masks. The mask 2 can be easily manufactured while ensuring.

また、本実施の形態1の多重露光処理によれば、溝シフタ2の有無によって隣接する転写パターンの寸法が変動するのを抑制または防止することが可能となる。このため、転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。また、溝シフタ2の有無による隣接転写パターンの寸法変動を低減または防止できるので、微細庇型溝シフタ構造とする必要性が無くなる。このため、マスク2の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となる。庇構造は、庇長さが長いほど効果があるが、ウエハ上のパターンの微細化要求に伴いマスク2上の遮光パターン2bも微細化されているので、庇長さの増長には限界がある。本実施の形態1の技術は、庇構造を採らなくてもパターン寸法精度の向上を図れるので、パターンの微細化に適した技術である。   In addition, according to the multiple exposure process of the first embodiment, it is possible to suppress or prevent the adjacent transfer pattern from fluctuating depending on the presence or absence of the groove shifter 2. For this reason, it becomes possible to greatly improve the dimensional accuracy of the transferred pattern. Further, since the dimensional variation of the adjacent transfer pattern due to the presence or absence of the groove shifter 2 can be reduced or prevented, the necessity for a fine saddle-shaped groove shifter structure is eliminated. For this reason, it becomes possible to improve the ease of manufacture of the mask 2 significantly. The longer the ridge length is, the more effective the ridge structure is. However, since the light shielding pattern 2b on the mask 2 is also miniaturized in accordance with the demand for pattern miniaturization on the wafer, there is a limit to the increase of the ridge length. . The technique of the first embodiment is a technique suitable for pattern miniaturization because the pattern dimension accuracy can be improved without adopting a saddle structure.

さらに、本実施の形態1の多重露光処理によれば、ウエハ3上に転写しようとしているパターンの寸法に応じて隣接パターンの寸法差が変動するのを抑制または防止することが可能となる。したがって、ウエハ3に転写されたパターンの寸法精度を転写領域内全体において向上させることが可能となる。   Furthermore, according to the multiple exposure process of the first embodiment, it is possible to suppress or prevent the dimensional difference between adjacent patterns from fluctuating according to the dimension of the pattern to be transferred onto the wafer 3. Therefore, the dimensional accuracy of the pattern transferred to the wafer 3 can be improved in the entire transfer region.

実際にパターンを転写した結果、例えば150nmのパターンがチップ全面で150nm±10nmの精度で良好に形成できた。また、隣り合うパターンの解像寸法に特別な傾向は見られなかった。マスク2の欠陥によるパターンのショート等の発生も認められなかった。一方、同一条件で、2重露光を行わない技術では150nmのパターンがチップ全面で150nm±22nmの精度で形成された。また、溝シフタを配置したパターンと配置していないパターンの解像寸法差は8nmで、溝シフタを配置した方が細く形成された。   As a result of actually transferring the pattern, for example, a 150 nm pattern was successfully formed with an accuracy of 150 nm ± 10 nm on the entire surface of the chip. In addition, no special tendency was observed in the resolution dimension of adjacent patterns. The occurrence of a pattern short circuit due to a defect in the mask 2 was not observed. On the other hand, with the technique in which double exposure is not performed under the same conditions, a 150 nm pattern was formed with an accuracy of 150 nm ± 22 nm on the entire chip surface. Further, the resolution dimension difference between the pattern in which the groove shifter is disposed and the pattern in which the groove shifter is not disposed is 8 nm, and the pattern in which the groove shifter is disposed is formed thinner.

次に、本発明者らが検討した他の問題点について説明する。すなわち、投影光学系を用いたパターンの転写では、投影レンズの種々の収差によって投影像に歪みが発生する。この現象は、投影面の位置によって異なる。代表的な収差として、例えば転写像の歪曲がある。これは、投影パターンの位置ずれであり、例えば絶対格子に配置されたパターンが糸巻き状や樽状等に歪んで転写される。すなわち、通常は、投影レンズに種々の収差があるため、設計通りのパターンの形成が困難である。   Next, other problems studied by the present inventors will be described. That is, in pattern transfer using a projection optical system, a projection image is distorted by various aberrations of the projection lens. This phenomenon varies depending on the position of the projection plane. A typical aberration is, for example, distortion of a transferred image. This is a misalignment of the projection pattern. For example, a pattern arranged in an absolute lattice is distorted and transferred in a pincushion shape or a barrel shape. That is, normally, since the projection lens has various aberrations, it is difficult to form a pattern as designed.

ここで、ステッパを用いたパターンの転写では、1ショットで複数の集積回路パターンを転写し、ずらし露光によって多重露光を行うと、パターンの位置歪みの影響で重ね誤差が生じ、解像特性が大幅に劣化し、実用は困難である。図16は、その様子を模式的に示している。ここでは、ステッパでのパターンの転写を例にとって説明する。符号の60は、理想格子上の設計パターンであり、歪みの無い四角形状のパターンとなっている。また、符号の61,62が実際に転写された転写パターンである。転写パターン61は理想格子に対して糸巻き状に位置ずれして転写され、転写パターン62は理想格子に対して樽状に位置ずれして転写されている。このように、投影レンズの収差は、パターンの位置ずれを引き起こし、転写位置によってその挙動が異なる。   Here, in pattern transfer using a stepper, if multiple integrated circuit patterns are transferred in one shot and multiple exposure is performed by shift exposure, an overlay error occurs due to the effect of pattern position distortion, and resolution characteristics are greatly improved. It is difficult to put it to practical use. FIG. 16 schematically shows such a state. Here, a description will be given taking a pattern transfer with a stepper as an example. Reference numeral 60 denotes a design pattern on an ideal lattice, which is a square pattern without distortion. Reference numerals 61 and 62 are transfer patterns actually transferred. The transfer pattern 61 is transferred while being displaced in a pincushion shape with respect to the ideal lattice, and the transfer pattern 62 is transferred while being displaced in a barrel shape with respect to the ideal lattice. As described above, the aberration of the projection lens causes a pattern displacement, and the behavior varies depending on the transfer position.

また、図17(a)、(b)はマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をステッパを用いて転写した様子を模式的に示している。図17(a),(b)の符号63a,63bは、上記マスク上の異なる平面位置の同一パターンで構成される転写領域を実際に転写した際の転写領域の全体的な位置ずれの状態を模式的に示したものである。図17(a)に示すように、転写領域63a,63bは、互いに異なった形状で形成(転写)されるため、図17(b)に示すように、両者を重ねた場合、パターンの位置ずれが生じるので、良好なパターンの形成(転写)が困難である。   FIGS. 17A and 17B schematically show a state in which transfer regions of different plane position coordinates on the mask are transferred using a stepper. Reference numerals 63a and 63b in FIGS. 17 (a) and 17 (b) indicate the state of the overall displacement of the transfer area when the transfer area constituted by the same pattern at different plane positions on the mask is actually transferred. It is shown schematically. As shown in FIG. 17A, the transfer regions 63a and 63b are formed (transferred) in different shapes. Therefore, when they are overlapped as shown in FIG. Therefore, it is difficult to form (transfer) a good pattern.

そこで、本実施の形態1においては、上記のように、マスク2のマスクパターンをスキャナを用いてウエハ3上に転写する際に、マスク2の同一パターンをウエハ3の同一領域に多重露光する。スキャナを用いた露光処理においては、マスク2上のパターンをスリットを介してウエハ3上に転写する。この場合、スキャン方向においては収差分布が均一となる。すなわち、スキャン方向に重ね露光を行っても、収差起因の重ね誤差は生じない。したがって、重ね露光が可能となる。   Therefore, in the first embodiment, as described above, when the mask pattern of the mask 2 is transferred onto the wafer 3 using a scanner, the same pattern of the mask 2 is subjected to multiple exposure on the same area of the wafer 3. In the exposure process using a scanner, the pattern on the mask 2 is transferred onto the wafer 3 through a slit. In this case, the aberration distribution is uniform in the scanning direction. That is, even if overlay exposure is performed in the scan direction, an overlay error due to aberration does not occur. Therefore, it is possible to perform overexposure.

スキャナを用いた場合のパターンの転写状態を図18に示す。符号の7は、理想格子上の設計パターンであり、歪みの無い四角形状のパターンとなっている。符号の7aは設計パターン7においてスキャン方向(図18の上下縦方向)に平行な辺を示し、符号の7bは設計パターン1においてスキャン方向に直交する辺を示している。なお、ここで、スキャン方向は、投影レンズの走査方向であり、ウエハ3等の被露光処理基板はこれと反対の方向に移動するようになっている。符号の8は、実際に転写された転写パターンを示している。符号の8aは転写パターン8においてスキャン方向に平行な辺を示し、符号の8bは転写パターン8においてスキャン方向に直交する辺を示している。また、符号9a,9bは、上記マスク2上の異なる平面位置の同一パターンで構成される転写領域4A,4Bが実際に転写された転写領域の全体的な状態を模式的に示している。   FIG. 18 shows a pattern transfer state when a scanner is used. Reference numeral 7 denotes a design pattern on an ideal lattice, which is a square pattern without distortion. Reference numeral 7 a indicates a side parallel to the scanning direction (vertical and vertical direction in FIG. 18) in the design pattern 7, and reference numeral 7 b indicates a side orthogonal to the scanning direction in the design pattern 1. Here, the scanning direction is the scanning direction of the projection lens, and the substrate to be exposed such as the wafer 3 is moved in the opposite direction. Reference numeral 8 indicates a transfer pattern actually transferred. Reference numeral 8 a indicates a side parallel to the scanning direction in the transfer pattern 8, and reference numeral 8 b indicates a side orthogonal to the scanning direction in the transfer pattern 8. Reference numerals 9a and 9b schematically show the overall state of the transfer area where the transfer areas 4A and 4B composed of the same pattern at different plane positions on the mask 2 are actually transferred.

スキャナを用いた露光処理においては、スキャン方向に直交する方向(図18の左右横方向)においてレンズ収差に起因する位置ずれが生じるが、スキャン方向においてレンズ収差が同一となるため同じ形状が保たれる。例えば転写パターン8においてスキャン方向に平行な辺8aは設計パターン7においてスキャン方向に平行な辺7aに対して位置ずれが見えるが、そのずれ量はスキャン方向に同一である。また、転写パターン8においてスキャン方向に直交する辺8bは、設計パターン7においてスキャン方向に直交する辺7bとほぼ重なっており、位置ずれが見られない。すなわち、スキャナを用いた露光処理においては、転写領域9a,9bのパターンは、スキャン方向に直交する方向においてほぼ同じ変形を持つようになり、しかもスキャン方向においてほぼ同じ形状で形成される。したがって、転写領域9a,9bをウエハ3等の被露光処理基板上の同一の領域に2重露光しても、高い重ね合わせ精度で形成することができる。本発明は、この特性を利用している。   In the exposure processing using a scanner, a positional shift caused by lens aberration occurs in a direction orthogonal to the scan direction (the horizontal direction in FIG. 18), but the same shape is maintained because the lens aberration is the same in the scan direction. It is. For example, the side 8a parallel to the scanning direction in the transfer pattern 8 can be misaligned with respect to the side 7a parallel to the scanning direction in the design pattern 7, but the amount of deviation is the same in the scanning direction. Further, the side 8b perpendicular to the scanning direction in the transfer pattern 8 substantially overlaps the side 7b perpendicular to the scanning direction in the design pattern 7, and no positional deviation is observed. That is, in the exposure process using the scanner, the patterns of the transfer areas 9a and 9b have substantially the same deformation in the direction orthogonal to the scanning direction, and are formed in the same shape in the scanning direction. Therefore, even if the transfer regions 9a and 9b are double-exposed on the same region on the substrate to be exposed such as the wafer 3, it can be formed with high overlay accuracy. The present invention utilizes this characteristic.

次に、本発明者らが検討したさらに他の問題点について説明する。図19の(a)は溝シフタ2dが形成されたマスク64の要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図を示している。   Next, still another problem studied by the present inventors will be described. FIG. 19A is a plan view of an essential part of the mask 64 in which the groove shifter 2d is formed, and FIG. 19B is a sectional view taken along line AA in FIG.

転写領域65には、例えば150nmのラインアンドスペースを配置した。互いに隣接する光透過パターン66の一方に溝シフタ67が配置されている。この転写領域65に欠陥68a,68bが存在している。欠陥68bの平面寸法は欠陥68aのそれよりも相対的に大きい。   In the transfer region 65, for example, a line and space of 150 nm is arranged. A groove shifter 67 is disposed on one of the light transmission patterns 66 adjacent to each other. Defects 68a and 68b exist in the transfer region 65. The planar dimension of the defect 68b is relatively larger than that of the defect 68a.

このような転写領域65を、2重露光処理を行わないで(すなわち、1回露光)スキャニング露光した結果を図19(c)に示す。この場合、正常なフォトレジストパターン69の他に、マスク64の欠陥68a,68bに起因するフォトレジスト残り70a,70bが転写されていた。このうち、フォトレジスト残り70bはパターン間のショート不良の原因となっていた。なお、図19(c)の破線は、フォトレジストパターン69およびフォトレジスト残り70bと、マスク64の光透過パターン66および欠陥68a,68bとの相対的な位置関係が分かるように、光透過パターン66および欠陥68a,68bを示したものである。   FIG. 19C shows the result of scanning exposure of such a transfer region 65 without performing double exposure processing (ie, single exposure). In this case, in addition to the normal photoresist pattern 69, the remaining photoresists 70a and 70b resulting from the defects 68a and 68b of the mask 64 were transferred. Among these, the remaining photoresist 70b was a cause of short-circuit failure between patterns. The broken line in FIG. 19C indicates the light transmission pattern 66 so that the relative positional relationship between the photoresist pattern 69 and the remaining photoresist 70b and the light transmission pattern 66 and the defects 68a and 68b of the mask 64 can be understood. In addition, the defects 68a and 68b are shown.

これに対して、本実施の形態1による上記2重露光方法では、図20に示す結果が得られた。図20(a)は、同一マスク2の同一平面の異なる平面位置に形成された転写領域4A1,4B2の平面図、(b)は(a)のA−A線およびB−B線の断面図を示している。転写領域4A1,4B1には、互いに同一マスクパターンが配置されているが、溝シフタ2dの配置が上記のように反対(位相が180度反転)になっている。転写領域4A1には上記欠陥68a,68bが存在している。ラインアンドスペースの寸法は、図19のマスクと同じである。ところで、本実施の形態1の露光処理においては、上記のような転写領域4A1,4B1をそれぞれ1/2の露光量で重ね露光するので、欠陥部分と欠陥の存在しない部分とが多重露光されることになる。その結果、マスク2の欠陥の転写を低
減または完全に無くすことが可能となる。その転写結果を図20(c)に示す。
In contrast, in the double exposure method according to the first embodiment, the result shown in FIG. 20 was obtained. 20A is a plan view of transfer regions 4A1 and 4B2 formed at different planar positions on the same plane of the same mask 2, and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along lines AA and BB in FIG. Is shown. In the transfer areas 4A1 and 4B1, the same mask pattern is arranged, but the arrangement of the groove shifter 2d is opposite (the phase is inverted by 180 degrees) as described above. The defects 68a and 68b are present in the transfer area 4A1. The dimensions of the line and space are the same as the mask of FIG. By the way, in the exposure process of the first embodiment, since the transfer regions 4A1 and 4B1 as described above are overexposed with a 1/2 exposure amount, a defective portion and a portion where no defect exists are subjected to multiple exposure. It will be. As a result, it is possible to reduce or completely eliminate the transfer of defects on the mask 2. The transfer result is shown in FIG.

マスク2の転写領域4A1内の欠陥68aに対応する位置S1においては、フォトレジストパターン10aの変形が確認されなかった。一方、マスク2の転写領域4A1内の欠陥68bに対応する位置S2では、フォトレジストパターン10aの変形(フォトレジスト残り11)が認められたが、パターン間のショート不良には至ってないことが分かった。このようなパターン欠陥は検査の結果、必要ならば、FIB(Focused Ion Beam)等のようなエネルギービームを用いた修正処理によって修正することも可能である。この場合、パターン変形量を比較的小さくすることができるので、その修正を容易にすることが可能である。なお、図20(c)の破線は、フォトレジストパターン10aおよびレジスト残り11と、フォトマスク4A1の光透過パターン2cおよび欠陥68a,68bとの相対的な位置関係が分かるように、その光透過パターン2cおよび欠陥68a,68bを示している。   In the position S1 corresponding to the defect 68a in the transfer area 4A1 of the mask 2, no deformation of the photoresist pattern 10a was confirmed. On the other hand, at the position S2 corresponding to the defect 68b in the transfer region 4A1 of the mask 2, deformation of the photoresist pattern 10a (resist remaining 11) was observed, but it was found that no short-circuit defect between the patterns was reached. . Such a pattern defect can be corrected by a correction process using an energy beam such as FIB (Focused Ion Beam) if necessary as a result of the inspection. In this case, since the amount of pattern deformation can be made relatively small, the correction can be facilitated. The broken line in FIG. 20C indicates the light transmission pattern so that the relative positional relationship between the photoresist pattern 10a and the remaining resist 11 and the light transmission pattern 2c and the defects 68a and 68b of the photomask 4A1 can be understood. 2c and defects 68a and 68b are shown.

このように本実施の形態1の多重露光処理によれば、マスク2の転写領域にランダムに存在する欠陥を平均化または除去することができるので、マスク2の欠陥の転写を抑制または防止できる。また、欠陥が転写されたとしても、その欠陥の転写限界を拡大することができる。例えばステッパでは、フォトマスク上の0.2μm以上の欠陥が転写されたが、本実施の形態1では、フォトマスク4上の0.4μm以上のより大きな欠陥が転写される。すなわち、マスク2上において0.4μm未満の欠陥は無視することができるので、欠陥検査の寸法限界を緩和することができる。すなわち、マスク2の欠陥検査および欠陥修正を容易にすることが可能となる。したがって、マスク2の製造上の容易性を向上させることが可能となる。   As described above, according to the multiple exposure processing of the first embodiment, it is possible to average or remove defects randomly present in the transfer region of the mask 2, thereby suppressing or preventing transfer of the defects of the mask 2. Even if a defect is transferred, the transfer limit of the defect can be expanded. For example, in the stepper, a defect of 0.2 μm or more on the photomask is transferred, but in the first embodiment, a larger defect of 0.4 μm or more on the photomask 4 is transferred. That is, since the defects of less than 0.4 μm on the mask 2 can be ignored, the size limit of the defect inspection can be relaxed. That is, the defect inspection and defect correction of the mask 2 can be facilitated. Therefore, the ease of manufacturing the mask 2 can be improved.

さらに、本発明者らは、本実施の形態1の露光処理における多重露光の回数を増やした場合について、マスク2上の欠陥が転写パターンの寸法に与える影響を調査した。この場合の露光条件は、上記露光装置1の説明の際に説明したのと同じである。図21には、この際に用いたマスク2の転写領域4A2,4B2の要部平面図が示されている。図21(a)は欠陥が存在する転写領域4A2の要部平面図を示し、図21(b)は欠陥が存在しない転写領域4B2の要部平面図を示している。図21(a),(b)の転写領域4A2,4B2には、互いの長辺が平行になるように並んで配置された平面長方形状の複数の光透過パターン2c1,2c2がそれぞれ配置されている。光透過パターン2c1,2c2の幅bおよび隣接間のスペース寸法cは、例えば0.25μm程度である。ただし、図21(a)には、例えば次の3種類の欠陥が示されている。すなわち、例えば一辺の寸法が上記スペース寸法よりも小さい寸法の平面正方形状の透明欠陥68c、長辺の寸法が上記スペース寸法と等しい平面長方形状の透明欠陥68dおよび一辺の寸法が上記幅よりも小さい寸法の平面正方形状の遮光欠陥68eである。欠陥の大きさは変数aで示した。露光処理においては、欠陥が存在する図21(a)のパターンと、欠陥が存在しない図21(b)のパターンとを複数回重ね露光した。そして、光透過パターン2c1,2c2の寸法b1〜b3に対する転写パターンの寸法を評価した。その評価結果を図22に示す。   Further, the inventors investigated the influence of defects on the mask 2 on the size of the transfer pattern when the number of multiple exposures in the exposure process of the first embodiment was increased. The exposure conditions in this case are the same as those described in the description of the exposure apparatus 1. FIG. 21 shows a plan view of the main part of the transfer regions 4A2 and 4B2 of the mask 2 used at this time. FIG. 21A shows a plan view of the main part of the transfer area 4A2 where the defect exists, and FIG. 21B shows a plan view of the main part of the transfer area 4B2 where the defect does not exist. In the transfer regions 4A2 and 4B2 in FIGS. 21A and 21B, a plurality of planar rectangular light transmission patterns 2c1 and 2c2 arranged so that their long sides are parallel to each other are arranged. Yes. The width b of the light transmission patterns 2c1 and 2c2 and the space dimension c between adjacent ones are, for example, about 0.25 μm. However, FIG. 21A shows, for example, the following three types of defects. That is, for example, a planar square-shaped transparent defect 68c having a side dimension smaller than the space dimension, a planar rectangular transparent defect 68d having a long side dimension equal to the space dimension, and a side dimension smaller than the width. It is a light-shielding defect 68e having a planar square shape. The size of the defect is indicated by the variable a. In the exposure process, the pattern of FIG. 21A in which defects exist and the pattern of FIG. 21B in which defects do not exist are overlapped and exposed multiple times. Then, the dimensions of the transfer pattern with respect to the dimensions b1 to b3 of the light transmission patterns 2c1 and 2c2 were evaluated. The evaluation results are shown in FIG.

図22(a)〜(c)は、それぞれ寸法b1〜b3の測定結果を示している。図22(a)〜(c)において、1重は図21(a)の欠陥のある転写領域4A2のみで露光した場合、2重は図21(a)の欠陥のある転写領域4A2と図21(b)の欠陥の無い転写領域4B2とを重ね露光した場合、3重は上記2重露光にさらに図21(b)の欠陥の無い転写領域4B2を重ね露光した場合、4重は上記3重露光にさらに図21(b)の欠陥の無い転写領域4B2を重ね露光した場合をそれぞれ示している。いずれの欠陥においても、無欠陥パターンの重ね回数を増やすほど欠陥の影響が少なくなることが分かる。また、ここではパターンの寸法に着目して評価した場合について説明したが、パターンの断線、ショート等の評価をした結果、3重露光以上では、欠陥の大きさによらず、断線、ショートの発生を防止できた。本実施の形態1では、位相シフトマスクを用いるので、位相反転が生じることを考慮すると重ね合わせ回数は偶数回が好ましい。   22A to 22C show the measurement results of the dimensions b1 to b3, respectively. 22A to 22C, when the single exposure is performed only in the defective transfer area 4A2 in FIG. 21A, the double is the same as the defective transfer area 4A2 in FIG. When the transfer area 4B2 having no defect of (b) is overlaid and exposed, the triple is exposed to the above double exposure and the transfer area 4B2 of FIG. FIG. 21B shows a case where the transfer area 4B2 having no defect is further exposed for exposure. It can be seen that in any defect, the influence of the defect decreases as the number of times of overlapping the defect-free pattern increases. In addition, although the case where the evaluation was made by paying attention to the dimension of the pattern is described here, as a result of the evaluation of the pattern disconnection, the short-circuit, etc., the occurrence of the disconnection, the short-circuit occurs regardless of the size of the defect in the triple exposure or more. We were able to prevent. In the first embodiment, since the phase shift mask is used, the number of overlays is preferably an even number in consideration of the occurrence of phase inversion.

また、本実施の形態1の多重露光方法によれば、ウエハ上に転写されるパターンの寸法分布精度も向上させることができた。これを図23および図24によって説明する。図23は、2重露光処理を行わないでスキャナで露光(すなわち、1回露光)した結果を示している。位置S1〜S4が1個のチップ、位置S5〜S8が他の1個のチップである。寸法分布は、マスクの寸法分布の影響を受けてチップの中央部が細くパターン形成されており、最大寸法と最小寸法との差は、例えば0.063μm程度であった。これに対して本実施の形態1の多露光方法においては、図24に示すように、図23の位置S1〜S4と、位置S5〜S8を重ね露光するため、寸法の平均化がなされ、転写パターンの寸法分布精度を向上させることができた。ここでは、最大寸法と最小寸法との差を、例えば0.036μmであった。すなわち、寸法のばらつきを約半分に低減することができた。   Further, according to the multiple exposure method of the first embodiment, the dimensional distribution accuracy of the pattern transferred onto the wafer can be improved. This will be described with reference to FIGS. FIG. 23 shows the result of exposure with a scanner (ie, one exposure) without performing double exposure processing. The positions S1 to S4 are one chip, and the positions S5 to S8 are another chip. The dimensional distribution is affected by the dimensional distribution of the mask, and the central portion of the chip is thinly formed. The difference between the maximum dimension and the minimum dimension is, for example, about 0.063 μm. On the other hand, in the multiple exposure method of the first embodiment, as shown in FIG. 24, the positions S1 to S4 and the positions S5 to S8 in FIG. The dimensional distribution accuracy of the pattern could be improved. Here, the difference between the maximum dimension and the minimum dimension was, for example, 0.036 μm. That is, the dimensional variation could be reduced to about half.

上記露光条件で多重露光処理を行った本実施の形態1においては、例えば0.25μmのパターンがチップの全面において0.25±0.02μmの精度で良好に形成できた。また、マスク2の欠陥によるパターン間のショート不良等の発生は認められなかった。   In the first embodiment in which multiple exposure processing is performed under the above exposure conditions, for example, a pattern of 0.25 μm can be satisfactorily formed with an accuracy of 0.25 ± 0.02 μm on the entire surface of the chip. In addition, the occurrence of short-circuit defects between patterns due to defects in the mask 2 was not recognized.

次に、本実施の形態1のマスク2の製造方法を説明する。まず、本実施の形態1のマスク2の製造方法に先立って、本発明者らが検討したマスク製造上の問題点について説明する。   Next, the manufacturing method of the mask 2 of this Embodiment 1 is demonstrated. First, prior to the manufacturing method of the mask 2 according to the first embodiment, problems in mask manufacturing studied by the present inventors will be described.

図25は、本発明者らが検討したマスクの製造工程中の要部断面図を示している。この技術においては、まず、図25(a)に示すように、マスク基板80上に通常の方法で遮光パターン81および光透過パターン82を形成する。遮光パターン82は、クロム(Cr)等からなる。続いて、図25(b)に示すように、シフタ形成用のレジストパターン83をマスク基板80上に通常の方法で形成した後、レジストパターン83から露出するマスク基板80をドライエッチング処理によって掘り込み、位相シフタ形成用の溝84を形成する。ここで、位相差を180度に高精度に制御することが困難な場合は、レジストパターン83を図25(c)に示すように除去した後、位相差を測定し、次の目標エッチング量を決定する。その後、図25(d)に示すように、マスク基板80上に再度シフタ形成用のレジストパターン85を通常の方法で形成し、目標エッチング量でマスク基板80に対してウエットエッチング処理を施す。この際、ウエットエッチング等のような等方エッチングにより、遮光パターン81の下部も含めエッチングする。これにより、上記微細庇型の溝シフタ86を形成する。最後に、レジストパターン85を除去することにより、図25(e)に示すように、所望のマスクパターンおよび溝シフタ86を有するマスク構造が完成する。   FIG. 25 shows a cross-sectional view of the main part in the mask manufacturing process studied by the present inventors. In this technique, first, as shown in FIG. 25A, a light shielding pattern 81 and a light transmission pattern 82 are formed on a mask substrate 80 by a normal method. The light shielding pattern 82 is made of chromium (Cr) or the like. Subsequently, as shown in FIG. 25B, after a shifter forming resist pattern 83 is formed on the mask substrate 80 by a normal method, the mask substrate 80 exposed from the resist pattern 83 is dug by dry etching. Then, the phase shifter forming groove 84 is formed. Here, when it is difficult to control the phase difference to 180 degrees with high accuracy, the resist pattern 83 is removed as shown in FIG. 25C, and then the phase difference is measured to determine the next target etching amount. decide. Thereafter, as shown in FIG. 25D, a resist pattern 85 for forming a shifter is formed again on the mask substrate 80 by a normal method, and a wet etching process is performed on the mask substrate 80 with a target etching amount. At this time, the lower portion of the light shielding pattern 81 is also etched by isotropic etching such as wet etching. Thus, the fine saddle-shaped groove shifter 86 is formed. Finally, by removing the resist pattern 85, a mask structure having a desired mask pattern and a groove shifter 86 is completed as shown in FIG.

上記のように溝シフタを有するマスクにおいては、位相制御(すなわち、溝の深さ)に高い精度が要求されている。溝シフタの深さは、露光波長に依存しているので、パターンの微細化要求により露光波長も短くなっていることから浅くなる傾向にある。したがって、溝も掘り易いようにも思われるが、実際は、その溝に許される誤差範囲が溝の深さに対して決まり一定なので、溝シフタの深さ精度自体は厳しいままである。このため、マスクの製造が難しい。また、その高精度な位相制御や庇形状の形成を実現するために、マスクの製造工程が複雑化している。これらにより、マスクの製造工程数の増加や歩留まりの低下が大きな問題となっている。   As described above, in a mask having a groove shifter, high accuracy is required for phase control (that is, groove depth). Since the depth of the groove shifter depends on the exposure wavelength, it tends to become shallower because the exposure wavelength is shortened due to the demand for pattern miniaturization. Therefore, although it seems to be easy to dig a groove, in reality, the error range allowed for the groove is determined and constant with respect to the depth of the groove, so the depth accuracy of the groove shifter itself remains severe. For this reason, it is difficult to manufacture a mask. In addition, the mask manufacturing process is complicated in order to realize the highly accurate phase control and the formation of the ridge shape. As a result, an increase in the number of mask manufacturing processes and a decrease in yield are serious problems.

次に、本実施の形態1のマスク2の製造方法例を図26の工程に沿って図27および図28によって説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the mask 2 of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 27 and 28 along the process of FIG.

まず、マスクパターン形成工程においては、図27(a)に示すように、マスク基板2aの主面上全面に、例えばクロム等からなる遮光膜をスパッタリング法等によって堆積する(工程201)。続いて、その遮光膜上に、フォトレジスト膜を塗布した後、これをパターニングすることで所定のフォトレジストパターンを形成する(工程202)。その後、そのフォトレジストパターンから露出する遮光膜部分をエッチング法等によって除去することにより、遮光パターン2bおよび光透過パターン2cを形成する(工程203)。続いて、フォトレジストパターンを除去した後(工程204)、パターンの欠け等の有無を検査する(工程205)。その後、その検査結果に基づいて修正できるものについて修正する(工程206)。ここまでの工程は、上記発明者らが検討したマスクの製造技術と同じである。   First, in the mask pattern forming step, as shown in FIG. 27A, a light shielding film made of, for example, chromium is deposited on the entire main surface of the mask substrate 2a by a sputtering method or the like (step 201). Subsequently, a photoresist film is applied on the light shielding film and then patterned to form a predetermined photoresist pattern (step 202). Thereafter, the light shielding film portion exposed from the photoresist pattern is removed by an etching method or the like, thereby forming the light shielding pattern 2b and the light transmission pattern 2c (step 203). Subsequently, after removing the photoresist pattern (step 204), the pattern is inspected for defects (step 205). Thereafter, those that can be corrected based on the inspection result are corrected (step 206). The steps up to here are the same as the mask manufacturing technique studied by the inventors.

次いで、位相シフタ形成工程においては、マスク基板2a上の遮光パターン2bの形成面上に、フォトレジスト膜を塗布した後、そのフォトレジスト膜を図27(b)に示すようにパターニングすることにより、所定の光透過パターンが露出され、それ以外を覆うようなフォトレジストパターン12を形成する(工程207)。続いて、そのフォトレジストパターン11をエッチングマスクとして、そこから露出するマスク基板2aを異方性のドライエッチング法によってエッチングすることにより、溝シフタ2dを形成する(工程208)。その後、フォトレジストパターン12を図27(c)に示すように除去した後(工程209)、そのマスク2の透過光の位相を検査することにより(工程210)、マスク2を製造する。   Next, in the phase shifter forming step, a photoresist film is applied on the formation surface of the light shielding pattern 2b on the mask substrate 2a, and then the photoresist film is patterned as shown in FIG. A photoresist pattern 12 is formed so that the predetermined light transmission pattern is exposed and the others are covered (step 207). Subsequently, using the photoresist pattern 11 as an etching mask, the mask substrate 2a exposed therefrom is etched by an anisotropic dry etching method, thereby forming a groove shifter 2d (step 208). Then, after removing the photoresist pattern 12 as shown in FIG. 27C (step 209), the phase of the transmitted light of the mask 2 is inspected (step 210), and the mask 2 is manufactured.

このように本実施の形態1においては、上記のようにマスクの位相差の絶対値制御(誤差許容量)の精度を緩和することができるので、マスク2の製造プロセス途中に位相差の測定等を行う必要が無いため、溝シフタ形成用のフォトレジストパターンの形成工程を1回のみにすることができる。また、本実施の形態1においては、溝シフタの有無での光強度の差を多重露光によって打ち消すことができるので、遮光パターンに庇を形成する必要が無い。したがって、本実施の形態1においては、上記発明者検討技術に比べてマスク2の製造工程を簡略することができる。すなわち、マスク2の製造工程数を低減できるので、マスク2の製造時間を短縮することが可能となる。また、マスク2の歩留まりを向上させることが可能となる。   As described above, in the first embodiment, since the accuracy of the absolute value control (allowable error) of the phase difference of the mask can be relaxed as described above, the phase difference is measured during the manufacturing process of the mask 2. Therefore, the step of forming the photoresist pattern for forming the groove shifter can be performed only once. Further, in the first embodiment, the difference in light intensity with and without the groove shifter can be canceled by multiple exposure, so there is no need to form a ridge in the light shielding pattern. Therefore, in the first embodiment, the manufacturing process of the mask 2 can be simplified as compared with the technique studied by the inventors. That is, since the number of manufacturing steps of the mask 2 can be reduced, the manufacturing time of the mask 2 can be shortened. In addition, the yield of the mask 2 can be improved.

ところで、極端なシフタの有無により光強度の差が解像特性に悪影響を及ぼす場合は、図28に示すように、検査工程210の後、マスク2の表面全面に対して等方的なウエットエッチングを施すことが有効である。すなわち、溝シフタ2dおよび溝シフタ2dを配置していない部分の双方にウエットエッチングを施すことにより、庇構造を形成する(工程211a)。これは前記図7(b)に示した構造のマスク2の製造方法である。この場合、溝シフタ2dの有無での光強度の差を軽減することができ、解像特性の低下を防止できる。   If the difference in light intensity adversely affects the resolution characteristics due to the presence or absence of an extreme shifter, isotropic wet etching is performed on the entire surface of the mask 2 after the inspection step 210 as shown in FIG. Is effective. That is, by performing wet etching on both the groove shifter 2d and the portion where the groove shifter 2d is not disposed, a ridge structure is formed (step 211a). This is a method of manufacturing the mask 2 having the structure shown in FIG. In this case, the difference in light intensity with and without the groove shifter 2d can be reduced, and degradation of the resolution characteristics can be prevented.

さらに、本実施の形態1においては、上記のように位相の絶対値制御精度を緩和できるので、溝形成工程208後に、その溝シフタ2dの加工時にマスクとして用いたフォトレジストパターン12(図27(b)参照)をマスクとしてマスク2に対して等法的なウエットエッチング処理を施すことにより、庇構造を形成しても良い(工程211b)。これは、前記図7(c)で示した構造のマスク2の製造方法である。構造的には上記本発明者らが検討した図25(e)と同じ構造となるが、本実施の形態1では、フォトレジスト膜の塗布およびパターニング工程を1回にできるので、上記検討技術よりもマスク2の製造工程の簡略化が可能である。   Further, in the first embodiment, since the absolute value control accuracy of the phase can be relaxed as described above, after the groove forming step 208, the photoresist pattern 12 used as a mask when processing the groove shifter 2d (FIG. 27 ( An eaves structure may be formed by performing an isotropic wet etching process on the mask 2 using (see b)) as a mask (step 211b). This is a method for manufacturing the mask 2 having the structure shown in FIG. Although the structure is the same as that shown in FIG. 25 (e) studied by the present inventors, in the first embodiment, the photoresist film application and patterning steps can be performed once. In addition, the manufacturing process of the mask 2 can be simplified.

次に、本発明の技術思想をDRAM(Dynamic Random Access Memory)の各パターンを露光処理によって転写する場合に適用した一例を図29および図30に示す。図30は図29のA−A線の断面図である。本実施の形態の露光方法をDRAMの製造技術に適用することにより、特に、チップ内の欠陥数を低減できるので、ビット救済チップ数を低減することが可能となる。   Next, FIG. 29 and FIG. 30 show an example in which the technical idea of the present invention is applied to the case where each pattern of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) is transferred by exposure processing. 30 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. By applying the exposure method of the present embodiment to the DRAM manufacturing technique, in particular, the number of defects in the chip can be reduced, so that the number of bit relief chips can be reduced.

半導体基板3Sは、例えば平面略円形状の上記ウエハ3から切り出されたDRAMの平面四角形状のチップを構成する部分であり、例えばp型の単結晶シリコンからなる。この半導体基板3Sの主面にはp型ウエル21が形成され、そのp型ウエル21にDRAMのメモリセルが形成されている。なお、メモリセルが形成された領域(メモリアレイ)のp型ウエル21は、半導体基板3Sの他の領域に形成された入出力回路などからノイズが侵入するのを防ぐために、その下部に形成されたn型半導体領域22によって半導体基板3Sから電気的に分離されている。   The semiconductor substrate 3S is a portion constituting a planar square chip of a DRAM cut out from the wafer 3 having a substantially circular plane, for example, and is made of, for example, p-type single crystal silicon. A p-type well 21 is formed on the main surface of the semiconductor substrate 3S, and a DRAM memory cell is formed in the p-type well 21. Note that the p-type well 21 in the region (memory array) in which the memory cells are formed is formed in the lower portion thereof in order to prevent noise from entering from an input / output circuit or the like formed in another region of the semiconductor substrate 3S. The n-type semiconductor region 22 is electrically isolated from the semiconductor substrate 3S.

メモリセルは、メモリセル選択用MISFETQsの上部に情報蓄積用容量素子Cを配置したスタックド構造で構成されている。メモリセル選択用MISFETQsはnチャネル型MISFETで構成され、p型ウエル21の活性領域Lに形成されている。活性領域Lは、図29のX方向に沿って真っ直ぐに延在する細長い島状のパターンで構成されており、それぞれの活性領域Lには、ソース、ドレインの一方(n型半導体領域)を互いに共有するメモリセル選択用MISFETQsがX方向に隣接して2個形成されている。   The memory cell has a stacked structure in which an information storage capacitive element C is arranged above the memory cell selection MISFETQs. The memory cell selection MISFET Qs is composed of an n-channel type MISFET and is formed in the active region L of the p-type well 21. The active region L is configured by an elongated island pattern that extends straight along the X direction in FIG. 29, and one of the source and drain (n-type semiconductor region) is connected to each active region L. Two shared memory cell selection MISFETs Qs are formed adjacent to each other in the X direction.

活性領域Lを囲む素子分離領域は、p型ウエル21に開孔した浅い溝に酸化シリコン膜等からなる絶縁膜を埋め込んで形成した溝型の素子分離部(トレンチアイソレーション)23によって構成されている。この溝型の素子分離部23に埋め込まれた絶縁膜は、その表面が活性領域Lの表面とほぼ同じ高さになるように平坦化されている。このような溝型の素子分離部23によって構成された素子分離領域は、活性領域Lの端部にバーズビーク(bird's beak)ができないので、LOCOS(Local Oxidization of Silicon:選択酸化)法で形成された同一寸法の素子分離領域(フィールド酸化膜)に比べて活性領域Lの実効的な面積が大きくなる。   The element isolation region surrounding the active region L is constituted by a groove type element isolation portion (trench isolation) 23 formed by embedding an insulating film made of a silicon oxide film or the like in a shallow groove opened in the p-type well 21. Yes. The insulating film embedded in the groove type element isolation portion 23 is flattened so that the surface thereof is almost the same height as the surface of the active region L. The element isolation region constituted by such a trench type element isolation part 23 is formed by a LOCOS (Local Oxidization of Silicon) method because a bird's beak cannot be formed at the end of the active region L. The effective area of the active region L is larger than that of the element isolation region (field oxide film) having the same size.

メモリセル選択用MISFETQsは、主としてゲート絶縁膜24、ゲート電極25およびソース、ドレインを構成する一対のn型半導体領域26、26によって構成されている。ゲート電極25はワード線WLと一体に構成されており、同一の幅、同一のスペースでY方向に沿って直線的に延在している。ゲート電極25(ワード線WL)は、例えばP(リン)などのn型不純物がドープされた低抵抗多結晶シリコン膜と、その上部に形成されたWN(タングステンナイトライド)膜などからなるバリアメタル層と、その上部に形成されたW(タングステン)膜などの高融点金属膜とで構成されたポリメタル構造を有している。ポリメタル構造のゲート電極25(ワード線WL)は、多結晶シリコン膜やポリサイド膜で構成されたゲート電極に比べて電気抵抗が低いので、ワード線の信号遅延を低減することができる。ただし、ゲート電極25を、多結晶シリコン膜の単体膜で構成しても良いし、多結晶シリコン膜上にタングステンシリサイド等のようなシリサイド膜を積み重ねてなる上記ポリサイド構造としても良い。   The memory cell selecting MISFET Qs is mainly composed of a gate insulating film 24, a gate electrode 25, and a pair of n-type semiconductor regions 26 and 26 constituting a source and a drain. The gate electrode 25 is configured integrally with the word line WL, and extends linearly along the Y direction with the same width and the same space. The gate electrode 25 (word line WL) is a barrier metal made of a low resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity such as P (phosphorus), and a WN (tungsten nitride) film formed thereon. It has a polymetal structure composed of a layer and a refractory metal film such as a W (tungsten) film formed thereon. Since the gate electrode 25 (word line WL) having a polymetal structure has a lower electrical resistance than a gate electrode made of a polycrystalline silicon film or a polycide film, the signal delay of the word line can be reduced. However, the gate electrode 25 may be composed of a single film of a polycrystalline silicon film, or may have the polycide structure in which a silicide film such as tungsten silicide is stacked on the polycrystalline silicon film.

メモリセル選択用MISFETQsのゲート電極25(ワード線WL)の上部には窒化シリコン膜等からなるキャップ絶縁膜27が形成されており、このキャップ絶縁膜27の上部および側壁とゲート電極25(ワード線WL)の側壁とには、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜28が形成されている。メモリアレイのキャップ絶縁膜27と絶縁膜28は、メモリセル選択用MISFETQsのソース、ドレイン(n型半導体領域26、26)の上部にセルフアライン(自己整合)でコンタクトホールを形成する際のエッチングストッパとして使用される。   A cap insulating film 27 made of a silicon nitride film or the like is formed on the gate electrode 25 (word line WL) of the memory cell selecting MISFET Qs. The upper and side walls of the cap insulating film 27 and the gate electrode 25 (word line) are formed. An insulating film 28 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the sidewall of (WL). The cap insulating film 27 and the insulating film 28 of the memory array are etching stoppers for forming contact holes by self-alignment (self-alignment) above the source and drain (n-type semiconductor regions 26, 26) of the memory cell selection MISFET Qs. Used as.

メモリセル選択用MISFETQs上には、SOG(Spin On Glass)膜29aが形成されている。また、SOG膜29aのさらに上には2層の酸化シリコン等からなる絶縁膜29b、29cが形成されており、上層の絶縁膜29cは、その表面が半導体基板3Sの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。   An SOG (Spin On Glass) film 29a is formed on the memory cell selection MISFETQs. Further, insulating films 29b and 29c made of two layers of silicon oxide or the like are formed further above the SOG film 29a, and the surface of the upper insulating film 29c has almost the same height throughout the semiconductor substrate 3S. It has been flattened.

メモリセル選択用MISFETQsのソース、ドレインを構成する一対のn型半導体領域26、26の上部には、絶縁膜29c、29bおよびSOG膜29aを貫通するコンタクトホール30a、30bが形成されている。これらのコンタクトホール30a、30bの内部には、n型不純物(例えばP(リン))をドープした低抵抗の多結晶シリコン膜で構成されたプラグ31が埋め込まれている。コンタクトホール30a、30bの底部のX方向の径は、対向する2本のゲート電極25(ワード線WL)の一方の側壁の絶縁膜28と他方の側壁の絶縁膜28とのスペースによって規定されている。すなわち、コンタクトホール30a、30bは、ゲート電極25(ワード線WL)に対してセルフアラインで形成されている。   Contact holes 30a and 30b penetrating the insulating films 29c and 29b and the SOG film 29a are formed above the pair of n-type semiconductor regions 26 and 26 constituting the source and drain of the memory cell selection MISFET Qs. Embedded in these contact holes 30a and 30b are plugs 31 made of a low-resistance polycrystalline silicon film doped with an n-type impurity (for example, P (phosphorus)). The diameters in the X direction at the bottoms of the contact holes 30a and 30b are defined by the space between the insulating film 28 on one side wall and the insulating film 28 on the other side wall of the two opposing gate electrodes 25 (word lines WL). Yes. That is, the contact holes 30a and 30b are formed by self-alignment with respect to the gate electrode 25 (word line WL).

図29に示すように、一対のコンタクトホール30a、30bのうち、一方のコンタクトホール30bのY方向(図29の上下方向)の径は、活性領域LのY方向の寸法とほぼ同じである。これに対して、もう一方のコンタクトホール30a(2個のメモリセル選択用MISFETQsによって共有されたn型半導体領域26上のコンタクトホール)のY方向の径は、活性領域LのY方向の寸法よりも大きい。すなわち、コンタクトホール30bは、Y方向の径がX方向(図29の左右方向)の径よりも大きい略長方形の平面パターンで構成されており、その一部は活性領域Lから外れて溝型の素子分離部23上に平面的に延在している。コンタクトホール30aをこのようなパターンで構成することにより、コンタクトホール30aを介してビット線BLとn型半導体領域26とを電気的に接続する際に、ビット線BLの幅を一部で太くして活性領域Lの上部まで延在したり、活性領域Lの一部をビット線BL方向に延在したりしなくともよいので、メモリセルサイズを縮小することが可能となる。   As shown in FIG. 29, the diameter of one contact hole 30b in the Y direction (vertical direction in FIG. 29) of the pair of contact holes 30a and 30b is substantially the same as the dimension of the active region L in the Y direction. On the other hand, the diameter in the Y direction of the other contact hole 30a (the contact hole on the n-type semiconductor region 26 shared by the two memory cell selection MISFETs Qs) is larger than the dimension of the active region L in the Y direction. Is also big. That is, the contact hole 30b has a substantially rectangular plane pattern in which the diameter in the Y direction is larger than the diameter in the X direction (left and right direction in FIG. 29). It extends planarly on the element isolation part 23. By configuring the contact hole 30a with such a pattern, when the bit line BL and the n-type semiconductor region 26 are electrically connected via the contact hole 30a, the width of the bit line BL is partially increased. Therefore, it is not necessary to extend to the upper part of the active region L or to extend a part of the active region L in the bit line BL direction, so that the memory cell size can be reduced.

絶縁膜29c上には絶縁膜32aが形成されている。コンタクトホール30a上の絶縁膜32aにはスルーホール33が形成されており、その内部には下層から順にTi(チタン)膜、TiN(窒化チタン)膜およびW膜を積層した導電膜からなるプラグが埋め込まれている。スルーホール33は、活性領域Lから外れた溝型の素子分離部23の上方に配置されている。   An insulating film 32a is formed on the insulating film 29c. A through hole 33 is formed in the insulating film 32a on the contact hole 30a, and a plug made of a conductive film in which a Ti (titanium) film, a TiN (titanium nitride) film, and a W film are stacked in that order from the lower layer is formed therein. Embedded. The through hole 33 is disposed above the trench type element isolation portion 23 that is out of the active region L.

絶縁膜29c上にはビット線BLが形成されている。ビット線BLは溝型の素子分離部23の上方に配置されており、同一の幅、同一のスペースでX方向に沿って直線的に延在している。ビット線BLは、例えばタングステン膜で構成されており、上記スルーホール33およびその下部の絶縁膜32a、29c、29b、SOG膜29aおよびゲート絶縁膜24に形成されたコンタクトホール30aを通じてメモリセル選択用MISFETQsのソース、ドレインの一方(2個のメモリセル選択用MISFETQsによって共有されたn型半導体領域26)と電気的に接続されている。ビット線BLを金属(タングステン)で構成することにより、そのシート抵抗を低減できるので、情報の読み出し、書き込みを高速で行うことができる。また、ビット線BLと周辺回路の配線とを同一の工程で同時に形成することができるので、DRAMの製造工程を簡略化することができる。また、ビット線BLを耐熱性およびエレクトロマイグレーション耐性の高い金属(タングステン)で構成することにより、ビット線BLの幅を微細化した場合でも、断線を確実に防止することができる。   A bit line BL is formed on the insulating film 29c. The bit line BL is disposed above the groove type element isolation portion 23 and extends linearly along the X direction with the same width and the same space. The bit line BL is made of, for example, a tungsten film, and for selecting a memory cell through the through hole 33 and the contact holes 30a formed in the insulating films 32a, 29c and 29b, the SOG film 29a and the gate insulating film 24 therebelow. The MISFET Qs is electrically connected to one of the source and the drain (the n-type semiconductor region 26 shared by the two memory cell selection MISFETs Qs). By forming the bit line BL with metal (tungsten), the sheet resistance can be reduced, so that reading and writing of information can be performed at high speed. In addition, since the bit line BL and the wiring of the peripheral circuit can be formed at the same time in the same process, the manufacturing process of the DRAM can be simplified. In addition, by forming the bit line BL from a metal (tungsten) having high heat resistance and high electromigration resistance, disconnection can be reliably prevented even when the width of the bit line BL is reduced.

ビット線BL上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜32b,32cが形成されている。上層の絶縁膜32cは、その表面が半導体基板3Sの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。メモリセルアレイの絶縁膜32c上には窒化シリコン等からなる絶縁膜34が形成されており、この絶縁膜34のさらに上には情報蓄積用容量素子Cが形成されている。情報蓄積用容量素子Cは、下部電極(蓄積電極)35aと上部電極(プレート電極)35bとそれらの間に設けられたTa25(酸化タンタル)等からなる容量絶縁膜(誘電体膜)35cとを有している。下部電極35aは、例えばP(リン)がドープされた低抵抗多結晶シリコン膜からなり、上部電極35bは、例えばTiN膜からなる。情報蓄積用容量素子Cの下部電極35aは、絶縁膜34およびその下層の絶縁膜32c,32b,32aを貫通するスルーホール36内に埋め込まれたプラグ37を通じてコンタクトホール30b内のプラグ31と電気的に接続され、さらにこのプラグ31を介してメモリセル選択用MISFETQsのソース、ドレインの他方(n型半導体領域26)と電気的に接続されている。 On the bit line BL, insulating films 32b and 32c made of, for example, silicon oxide are formed. The upper insulating film 32c is planarized so that the surface thereof has substantially the same height over the entire area of the semiconductor substrate 3S. An insulating film 34 made of silicon nitride or the like is formed on the insulating film 32c of the memory cell array, and an information storage capacitor element C is formed on the insulating film 34. The information storage capacitive element C includes a lower electrode (storage electrode) 35a, an upper electrode (plate electrode) 35b, and a capacitive insulating film (dielectric film) made of Ta 2 O 5 (tantalum oxide) or the like provided therebetween. 35c. The lower electrode 35a is made of, for example, a low resistance polycrystalline silicon film doped with P (phosphorus), and the upper electrode 35b is made of, for example, a TiN film. The lower electrode 35a of the information storage capacitive element C is electrically connected to the plug 31 in the contact hole 30b through the plug 37 embedded in the through hole 36 penetrating the insulating film 34 and the underlying insulating films 32c, 32b, 32a. And is further electrically connected to the other of the source and drain (n-type semiconductor region 26) of the memory cell selection MISFET Qs through the plug 31.

情報蓄積用容量素子Cの上部には、2層の酸化シリコン等からなる絶縁膜38が形成され、さらにその上部には第2層目の配線39L2が形成されている。この第2層目の配線39L2上には2層の酸化シリコン等からなる絶縁膜40a、40bが形成されている。このうち、下層の絶縁膜40aは、配線39L2のギャップフィル性に優れた高密度プラズマ(High Density Plasma)CVD法によって形成されている。また、その上の絶縁膜40bは、その表面が半導体基板3Sの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。この絶縁膜40b上には第3層目の配線39L3が形成されている。第2、第3層目の配線39L2,39L3は、例えばAl(アルミニウム)合金を主体とする導電膜で構成されている。   An insulating film 38 made of two layers of silicon oxide or the like is formed on the information storage capacitor C, and a second-layer wiring 39L2 is formed on the insulating film 38. Insulating films 40a and 40b made of two layers of silicon oxide or the like are formed on the second-layer wiring 39L2. Among these, the lower insulating film 40a is formed by a high density plasma (CVD) method excellent in the gap fill property of the wiring 39L2. Further, the insulating film 40b thereon is flattened so that the surface thereof is almost the same height over the entire area of the semiconductor substrate 3S. A third layer wiring 39L3 is formed on the insulating film 40b. The second and third-layer wirings 39L2 and 39L3 are made of a conductive film mainly composed of, for example, an Al (aluminum) alloy.

このように本実施の形態1によれば、以下の効果を得ることが可能となる。   As described above, according to the first embodiment, the following effects can be obtained.

(1).マスク2の同一パターンであるが、透過光の位相が180度反転するパターンを、ウエハ3の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ2dを有するマスク2の位相誤差の許容量(位相差の絶対値制御精度)を緩和することが可能となる。   (1). The same pattern of the mask 2 but the pattern in which the phase of the transmitted light is inverted by 180 degrees is overlaid and exposed on the same area of the wafer 3, thereby allowing the phase error of the mask 2 having the groove shifter 2d. Capacitance (accuracy control accuracy of phase difference) can be relaxed.

(2). マスク2の同一パターンをウエハ3の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ2dを有するマスク2の欠陥検査の限界寸法を緩和することが可能となる。   (2). By superposing and exposing the same pattern of the mask 2 on the same area of the wafer 3, the critical dimension for defect inspection of the mask 2 having the groove shifter 2d can be relaxed.

(3). マスク2の同一パターンであるが、透過光の位相が180度反転するパターンを、ウエハ3の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ2dの配置の有無による隣接転写パターンの寸法の変動を抑制または防止することが可能となる。   (3). The same pattern of the mask 2 but the pattern in which the phase of the transmitted light is inverted by 180 degrees is overlaid and exposed on the same area of the wafer 3 so that the adjacent transfer pattern depending on the presence or absence of the groove shifter 2d is formed. It becomes possible to suppress or prevent dimensional variation.

(4).上記(3)により、マスク2の溝シフタ2dを庇構造とする必要が無くなる。   (4) By the above (3), the groove shifter 2d of the mask 2 does not need to have a ridge structure.

(5).上記(1)、(2)または(4)により、マスク2の製造上の容易性を向上させることが可能となる。   (Five). With the above (1), (2) or (4), it is possible to improve the ease of manufacturing the mask 2.

(6).上記(1)、(2)、(3)、(4)または(5)により、マスク2の製造歩留りを向上させることが可能となる。   (6) The manufacturing yield of the mask 2 can be improved by the above (1), (2), (3), (4) or (5).

(7).マスク2の同一パターンをウエハ3の同一領域に重ね合わせ露光することにより、マスク2内のマスクパターン寸法分布を平均化することができるので、マスクパターンの寸法の違いによる転写パターンの寸法変動を抑制または防止することが可能となる。   (7) By superimposing and exposing the same pattern of the mask 2 on the same area of the wafer 3, the mask pattern dimension distribution in the mask 2 can be averaged. It becomes possible to suppress or prevent dimensional variation.

(8).スキャニング露光に際しスキャン方向に沿ってマスク2の同一パターンを重ね露光することにより、露光装置1の光学系のレンズ収差を平均化することが可能となる。   (8). During the scanning exposure, the same pattern of the mask 2 is repeatedly exposed along the scanning direction, whereby the lens aberration of the optical system of the exposure apparatus 1 can be averaged.

(9).上記(1),(7),(8)等により、転写パターンの寸法精度を向上させることが可能となる。   (9) By the above (1), (7), (8), etc., it becomes possible to improve the dimensional accuracy of the transfer pattern.

(10).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。   (10) With the above (1), (7), (8), (9), etc., the yield of the semiconductor integrated circuit device can be improved.

(11).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることが可能となる。   (11) The reliability of the semiconductor integrated circuit device can be improved by the above (1), (7), (8), (9) and the like.

(12).上記(1),(7),(8),(9)等により半導体集積回路装置の性能を向上させることが可能となる。   (12) The performance of the semiconductor integrated circuit device can be improved by the above (1), (7), (8), (9) and the like.

(13).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の素子や配線の集積度を向上させることが可能となる。   (13) With the above (1), (7), (8), (9), etc., it becomes possible to improve the degree of integration of elements and wirings of the semiconductor integrated circuit device.

(実施の形態2)
本発明者らの調査結果によれば、主となる光透過パターンの周囲に補助マスクパターンを配置した位相シフトマスクにおいて、溝シフタの配置の仕方、具体的には溝シフタを主となる光透過パターンに配置した場合と補助パターンに配置した場合とによって転写されるパターンの解像寸法が異なることを新たに見出した。補助マスクパターンは、上記のように、主となる光透過パターンの解像特性を向上させるための開口パターンであって、ウエハ上に投影された時、ウエハ上には独立した像を形成しないようにマスクに開口された光透過パターンである。
(Embodiment 2)
According to the investigation results of the present inventors, in the phase shift mask in which the auxiliary mask pattern is arranged around the main light transmission pattern, the groove shifter is arranged, specifically, the groove shifter is used as the main light transmission pattern. It was newly found that the resolution dimension of the transferred pattern differs depending on whether it is arranged in the pattern or in the auxiliary pattern. As described above, the auxiliary mask pattern is an opening pattern for improving the resolution characteristics of the main light transmission pattern, and does not form an independent image on the wafer when projected onto the wafer. The light transmission pattern opened in the mask.

このような位相シフトマスクの要部を図31および図32に示す。   The main part of such a phase shift mask is shown in FIGS.

図31(a)はそのマスク2の要部平面図を示し、(b)は(a)のA−A線の断面図を示している。平面帯状に形成された光透過パターン2cは、マスク基板2a上の遮光膜が開口されてなる。光透過パターン2cは露光処理によってウエハ上に転写される主たるパターンである。その光透過パターン2cの両長辺の近傍には、平面帯状の補助マスクパターン2csが所定平面長の遮光パターン2bを隔てて光透過パターン2cに対して平行に配置されている。補助マスクパターン2csは、光透過パターン2cの解像度特性を向上させるために、マスク基板2a上の遮光膜を開口することで形成されている。補助マスクパターン2csの長手方向の長さは、光透過パターン2cの長手方向長さと同じであるが、その幅は、ウエハ上には転写されないように、光透過パターン2cよりも細く設計されている。図31においては、光透過パターン2cを透過した光と補助マスクパターン2csを透過した光とで位相が180度反転するように、補助マスクパターン2csに溝シフタ2dが配置されている。   FIG. 31A shows a plan view of the main part of the mask 2, and FIG. 31B shows a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The light transmission pattern 2c formed in a flat belt shape is formed by opening a light shielding film on the mask substrate 2a. The light transmission pattern 2c is a main pattern transferred onto the wafer by exposure processing. In the vicinity of both long sides of the light transmission pattern 2c, a planar belt-like auxiliary mask pattern 2cs is arranged in parallel to the light transmission pattern 2c with a light shielding pattern 2b having a predetermined plane length therebetween. The auxiliary mask pattern 2cs is formed by opening a light shielding film on the mask substrate 2a in order to improve the resolution characteristics of the light transmission pattern 2c. The length in the longitudinal direction of the auxiliary mask pattern 2cs is the same as the length in the longitudinal direction of the light transmission pattern 2c, but its width is designed to be narrower than that of the light transmission pattern 2c so as not to be transferred onto the wafer. . In FIG. 31, the groove shifter 2d is arranged in the auxiliary mask pattern 2cs so that the phase is inverted by 180 degrees between the light transmitted through the light transmission pattern 2c and the light transmitted through the auxiliary mask pattern 2cs.

一方、図32(a)は図31のマスク2の同一平面における異なる平面位置の要部平面図を示し、(b)は(a)のA−A線の断面図を示している。光透過パターン2cおよび補助マスクパターン2csの形状、寸法および機能等は図31と同じである。ただし、図32においては、光透過パターン2cを透過した光と補助マスクパターン2cを透過した光とで位相が180度反転するように、光透過パターン2cに溝シフタ2dが配置されている。すなわち、図31と図32とではマスク2の同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が180度反転するようになっている。   On the other hand, FIG. 32A shows a plan view of the main part at different plane positions in the same plane of the mask 2 of FIG. 31, and FIG. The shapes, dimensions, functions, and the like of the light transmission pattern 2c and the auxiliary mask pattern 2cs are the same as those in FIG. However, in FIG. 32, the groove shifter 2d is arranged in the light transmission pattern 2c so that the phase is inverted by 180 degrees between the light transmitted through the light transmission pattern 2c and the light transmitted through the auxiliary mask pattern 2c. That is, in FIGS. 31 and 32, when the phases of transmitted light at the same plane position of the mask 2 are compared, the phases of the respective lights are inverted by 180 degrees.

本発明者らの調査結果によれば、このようなマスク2を用いて1回露光処理をした場合、図31と図32とでは転写パターンの寸法が異なることを新たに見出した。そこで、本実施の形態2においても、前記実施の形態1と同様に、図31のマスクパターンと、図32のマスクパターンとをウエハの同一領域に重ね露光(多重露光)することにより、前記実施の形態1で説明したのと同じ理由でウエハに転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。   According to the investigation results of the present inventors, it has been newly found that the size of the transfer pattern differs between FIG. 31 and FIG. 32 when the exposure process is performed once using such a mask 2. Therefore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the mask pattern shown in FIG. 31 and the mask pattern shown in FIG. 32 are over-exposed (multiple exposure) on the same area of the wafer. Therefore, the dimensional accuracy of the pattern transferred to the wafer can be greatly improved for the same reason as described in the first embodiment.

(実施の形態3)
本実施の形態3においては、ホールパターンへの適用例を説明する。ホールパターンは、コンタクトホールやスルーホール等のような異なる層間を電気的に接続するために絶縁膜に穿孔される孔パターンである。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, an application example to a hole pattern will be described. The hole pattern is a hole pattern that is drilled in an insulating film in order to electrically connect different layers such as contact holes and through holes.

図33(a)は、そのマスク2の要部平面図を示し、(b),(c)はそれぞれ(a)のA−A線およびB−B線の断面図を示している。このマスク2には、露光処理に際して重ね合わせる2個の転写領域4E,4Fが示されている。転写領域4E,4Fは、同じマスク2の同一平面の異なる平面位置に配置されている。転写領域4E,4Fには、例えば平面正方形状の光透過パターン2c3、その四周を取り囲む補助マスクパターン2csおよび平面正方形状の複数の光透過パターン2c4が配置されている。   FIG. 33 (a) shows a plan view of the main part of the mask 2, and FIGS. 33 (b) and (c) show cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. The mask 2 shows two transfer areas 4E and 4F to be overlaid during the exposure process. The transfer areas 4E and 4F are arranged at different plane positions on the same plane of the same mask 2. In the transfer regions 4E and 4F, for example, a planar square light transmission pattern 2c3, an auxiliary mask pattern 2cs surrounding the four circumferences, and a plurality of planar square light transmission patterns 2c4 are arranged.

光透過パターン2c3は、孤立ホールパターンを転写するためのパターンであり、マスク基板2a上の遮光膜が開口されて形成されている。補助パターン2csは、光透過パターン2c3の解像度向上を目的としたパターンであり、解像限界以下のパターン幅で形成されている。光透過パターン2c3と補助マスクパターン2csとでは、各々を透過した光の位相が180度反転するように、いずれか一方に溝シフタ2dが配置されている。この場合、転写領域4Eでは、補助マスクパターン2csに溝シフタ2dが配置され、転写領域4Fでは、光透過パターン2c3に溝シフタ2dが配置されている。すなわち、光透過パターン2c3および補助マスクパターン2csの形成領域において転写領域4Eと転写領域4Fとでは、同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が180度反転するようになっている。   The light transmission pattern 2c3 is a pattern for transferring the isolated hole pattern, and is formed by opening a light shielding film on the mask substrate 2a. The auxiliary pattern 2cs is a pattern for the purpose of improving the resolution of the light transmission pattern 2c3, and is formed with a pattern width equal to or smaller than the resolution limit. In the light transmission pattern 2c3 and the auxiliary mask pattern 2cs, the groove shifter 2d is arranged on either side so that the phase of the light transmitted through each pattern is inverted by 180 degrees. In this case, in the transfer region 4E, the groove shifter 2d is disposed in the auxiliary mask pattern 2cs, and in the transfer region 4F, the groove shifter 2d is disposed in the light transmission pattern 2c3. That is, in the transfer region 4E and the transfer region 4F in the formation region of the light transmission pattern 2c3 and the auxiliary mask pattern 2cs, when the phases of the transmitted light at the same plane position are compared, the phases of the respective lights are inverted by 180 degrees. It is like that.

また、光透過パターン2c4は、繰り返し密に配置されたホールパターンを転写するためのパターンであり、図33(a)の上下左右方向に所定の間隔をおいて規則的に複数配置されている。この複数の光透過パターン2c4においては、互いに隣り合う光透過パターン2c4の各々を透過した光の位相が180度反転するように溝シフタ2dが配置されている。この場合、この複数の光透過パターン2c4の一群において転写領域4Eと転写領域4Fとでは、同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が180度反転するようになっている。   Further, the light transmission pattern 2c4 is a pattern for transferring the densely arranged hole pattern, and a plurality of the light transmission patterns 2c4 are regularly arranged at predetermined intervals in the vertical and horizontal directions of FIG. In the plurality of light transmission patterns 2c4, the groove shifter 2d is arranged so that the phase of the light transmitted through each of the light transmission patterns 2c4 adjacent to each other is inverted by 180 degrees. In this case, in the group of the plurality of light transmission patterns 2c4, when the phase of the transmitted light at the same plane position is compared between the transfer region 4E and the transfer region 4F, the phase of each light is inverted by 180 degrees. It has become.

このような転写領域4E,4Fをウエハ上の同一領域に重ね露光(多重露光)することにより、前記実施の形態1で説明したのと同じ理由で微細なホールパターンを高い寸法精度で良好にウエハ上に転写することが可能となる。   By exposing the transfer areas 4E and 4F to the same area on the wafer (multiple exposure), a fine hole pattern can be formed on the wafer with high dimensional accuracy for the same reason as described in the first embodiment. It becomes possible to transfer it upward.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態1〜3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the first to third embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば前記実施の形態1〜3においては、同一マスクの同一平面の異なる平面位置の同一マスクパターンを重ね露光する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば物理的に離れた別々のマスクに形成された同一マスクパターンを重ね露光しても良い。   For example, in the first to third embodiments, the case where the same mask pattern in the same plane of the same mask and the same mask pattern at different plane positions are overexposed has been described. However, the present invention is not limited to this. The same mask pattern formed on the mask may be overexposed.

また、露光条件は前記実施の形態1〜3で説明したものに限定されるものではなく種々変更可能である。例えば露光光として露光波長365nmのi線を用いても良い。照明として斜方照明や輪帯照明等のような変形照明を用いても良い。   The exposure conditions are not limited to those described in the first to third embodiments, and can be variously changed. For example, i-line having an exposure wavelength of 365 nm may be used as exposure light. As illumination, modified illumination such as oblique illumination and annular illumination may be used.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるDRAMに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えばSRAM(Static Random Access Memory)またはフラッシュメモリ(EEPROM;Electric Erasable Programmable Read Only Memory)等のようなメモリ回路を有する半導体集積回路装置、マイクロプロセッサ等のような論理回路を有する半導体集積回路装置あるいは上記メモリ回路と論理回路とを同一半導体基板に設けている混載型の半導体集積回路装置にも適用できる。特に、最小加工寸法が0.15μm以下の最先端品での位相シフトマスクを用いたリソグラフィ技術に適用して有効な技術である。   In the above description, the case where the invention made by the present inventor is applied to the DRAM which is the field of use behind the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, SRAM (Static Random Access Memory) or flash A semiconductor integrated circuit device having a memory circuit such as an EEPROM (Electric Erasable Programmable Read Only Memory), a semiconductor integrated circuit device having a logic circuit such as a microprocessor or the like, or the memory circuit and the logic circuit on the same semiconductor substrate The present invention can also be applied to a mixed type semiconductor integrated circuit device provided in the above. In particular, this technique is effective when applied to a lithography technique using a phase shift mask in a state-of-the-art product with a minimum processing dimension of 0.15 μm or less.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法の概略的な製造工程を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the schematic manufacturing process of the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. 図1の半導体集積回路装置の製造方法において用いる露光装置の一例を示した説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing an example of an exposure apparatus used in the method for manufacturing the semiconductor integrated circuit device of FIG. 1. 図2の露光装置の要部を抜き出して示した説明図である。It is explanatory drawing which extracted and showed the principal part of the exposure apparatus of FIG. 図2および図3の露光装置の露光領域を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the exposure area | region of the exposure apparatus of FIG. 2 and FIG. ステッパの露光領域を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the exposure area | region of a stepper. (a)は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法に用いたマスクの一例の全体平面図、(b)および(c)はそれぞれ(a)のA−A線およびB−B線の断面図である。(A) is a whole top view of an example of the mask used for the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention, (b) and (c) are the AA line and B of (a), respectively. It is sectional drawing of a -B line. (a)〜(c)は図6の各種のマスクの要部断面図である。(A)-(c) is principal part sectional drawing of the various masks of FIG. (a)〜(c)は図6の各種のマスクの要部断面図である。(A)-(c) is principal part sectional drawing of the various masks of FIG. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理工程を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the exposure process process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. (a)は本発明者が検討した位相シフトマスクの部分断面図、(b)は(a)の位相シフトマスクの透過光の強度分布を示すグラフ図、(c)は(a)の位相シフトマスクによって転写されたパターンの平面図である。(A) is a partial sectional view of the phase shift mask studied by the present inventor, (b) is a graph showing the intensity distribution of transmitted light of the phase shift mask of (a), and (c) is the phase shift of (a). It is a top view of the pattern transcribe | transferred with the mask. (a)は本発明者が検討した他の位相シフトマスクの部分断面図、(b)は(a)の位相シフトマスクの透過光の強度分布を示すグラフ図、(c)は(a)の位相シフトマスクによって転写されたパターンの平面図である。(A) is a partial sectional view of another phase shift mask examined by the present inventors, (b) is a graph showing the intensity distribution of transmitted light of the phase shift mask of (a), and (c) is a graph of (a). It is a top view of the pattern transcribe | transferred by the phase shift mask. 本発明者らが検討した位相シフトマスクを用いた露光処理において、ラインアンドスペース(パターン)の寸法と、各寸法における転写パターンの寸法差との関係を示すグラフ図である。In the exposure process using the phase shift mask which the present inventors examined, it is a graph which shows the relationship between the dimension of a line and space (pattern) and the dimension difference of the transfer pattern in each dimension. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理の光強度分布をシミュレーションして得られたグラフ図である。It is the graph obtained by simulating the light intensity distribution of the exposure process in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of the present invention. 本発明者らが検討した露光処理の光強度分布をシミュレーションして得られたグラフ図である。It is the graph obtained by simulating the light intensity distribution of the exposure process which the present inventors examined. (a)は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理で用いたマスクの重ね合わせる2つの転写領域の平面図、(b)は(a)のA−A線およびB−B線の断面図、(c)は(a)の各々の転写領域を透過した光の強度分布を示すグラフ図、(d)は(a)の各々の転写領域を重ね露光した場合に得られた光強度分布を示すグラフ図である。(A) is a plan view of two transfer regions on which masks used in the exposure process in the manufacturing method of a semiconductor integrated circuit device according to one embodiment of the present invention are superimposed, and (b) is an AA line in (a). And (B) is a graph showing the intensity distribution of the light transmitted through each transfer region in (a), and (d) is a case where each transfer region in (a) is overexposed. It is a graph which shows the light intensity distribution obtained in [3]. 本発明者が検討した技術であってステッパを用いて露光処理を行った場合に転写パターンに位置ずれが生じることを模式的に示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory view schematically showing that a positional deviation occurs in a transfer pattern when exposure processing is performed using a stepper, which is a technique studied by the present inventors. (a)、(b)は本発明者が検討した技術であってフォトマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をステッパを用いて転写した様子を模式的に示す説明図である。(A), (b) is the technique which this inventor examined, and is explanatory drawing which shows typically a mode that the transcription | transfer area | region of a different plane position coordinate on a photomask was transcribe | transferred using the stepper. 本発明の技術思想であってフォトマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をスキャナを用いて転写した様子を模式的に示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a state in which a transfer area having different plane position coordinates on a photomask is transferred using a scanner, which is the technical idea of the present invention. (a)はマスクの転写領域の要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図、(c)はスキャナを用いた露光処理に際して(a)のフォトマスクを1回露光した場合のフォトレジストパターンの平面図である。(A) is a plan view of the main part of the transfer area of the mask, (b) is a cross-sectional view taken along line AA of (a), and (c) is a photomask of (a) once during the exposure process using a scanner. It is a top view of the photoresist pattern at the time of exposing. (a)はマスクの2箇所の転写領域の要部平面図、(b)は(a)のA−A線およびB−B線の断面図、(c)はスキャナを用い(a)の2箇所の転写領域を重ねて露光した場合のフォトレジストパターンの平面図である。(A) is a plan view of an essential part of two transfer regions of the mask, (b) is a cross-sectional view taken along the lines AA and BB in (a), and (c) is a 2 in (a) using a scanner. It is a top view of the photoresist pattern at the time of overlapping and exposing the transfer area | region of a location. (a)はマスクにおいて欠陥が存在する転写領域の要部平面図、(b)はマスクにおいて欠陥が存在しない転写領域の要部平面図である。(A) is a principal part top view of the transfer area | region where a defect exists in a mask, (b) is a principal part top view of the transfer area | region where a defect does not exist in a mask. (a)〜(c)はスキャナによる露光処理に際して、図21(a)のマスクのみを用いた場合および図21(a),(b)のマスクを2回またはそれ以上重ねて露光した場合に転写されたパターンの寸法の評価結果を示すグラフ図である。(A) to (c) in the case of using only the mask of FIG. 21 (a) and exposing the masks of FIGS. 21 (a) and (b) twice or more in the exposure process by the scanner. It is a graph which shows the evaluation result of the dimension of the transferred pattern. スキャナを用いた露光処理に際してフォトマスクを1回露光した場合のパターン寸法分布精度を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pattern dimension distribution precision at the time of exposing a photomask once in the exposure process using a scanner. スキャナを用いた露光処理に際して多重露光した場合のパターン寸法分布精度を示すグラフ図である。It is a graph which shows the pattern dimension distribution precision at the time of carrying out multiple exposure at the time of the exposure process using a scanner. (a)〜(e)は本発明者らが検討したマスクの製造工程中における部分断面図である。(A)-(e) is the fragmentary sectional view in the manufacturing process of the mask which the present inventors examined. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いるマスクの製造工程のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing process of the mask used with the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. (a)〜(c)は図26のマスクの製造工程中における要部断面図である。(A)-(c) is principal part sectional drawing in the manufacturing process of the mask of FIG. 図26のマスクの製造工程中における要部断面図である。FIG. 27 is an essential part cross sectional view of the mask of FIG. 26 during a manufacturing step. 本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光方法を適用して製造された半導体集積回路装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor integrated circuit device manufactured by applying the exposure method in the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is one embodiment of this invention. 図29のA−A線の断面図である。It is sectional drawing of the AA line of FIG. (a)は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いたマスクの要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図である。(A) is a principal part top view of the mask used with the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is other embodiment of this invention, (b) is sectional drawing of the AA of (a). (a)は図31のマスクにおける他の平面位置の要部平面図、(b)は(a)のA−A線の断面図である。(A) is a principal part top view of the other plane position in the mask of FIG. 31, (b) is sectional drawing of the AA of (a). (a)は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いたマスクの要部平面図、(b)および(c)は(a)のA−A線およびB−B線の断面図である。(A) is a principal part top view of the mask used with the manufacturing method of the semiconductor integrated circuit device which is further another embodiment of this invention, (b) and (c) are the AA line and B of (a). It is sectional drawing of a -B line.

符号の説明Explanation of symbols

1 露光装置
1a 露光光源
1b フライアイレンズ
1c アパーチャ
1d1、1d2 コンデンサレンズ
1e ミラー
1f アパーチャ
1fs スリット
1g 投影レンズ
1ga 有効露光領域
1h マスク位置制御手段
1i1 ミラー
1i2 マスクステージ
1j 試料台
1k Zステージ
1m XYステージ
1n 主制御系
1p,1q 駆動手段
1r ミラー
1s レーザ測長機
1t アライメント検出光学系
1u ネットワーク装置
2 マスク
2a マスク基板
2b 遮光パターン
2c 光透過パターン
2c1,2c2 光透過パターン
2c3,2c4 光透過パターン
2cs 補助マスクパターン
2d 溝シフタ
2e 光透過パターン
2f 溝
2g シフタ膜
2p ペリクル
3 ウエハ
3S 半導体基板
4A,4B 転写領域
4A1,4B1 転写領域
4A2,4B2 転写領域
4C,4D 転写領域
5A〜5E 領域
5A1,5A2 転写領域
5B1,5B2 転写領域
5C1,5C2 転写領域
5D1,5D2 転写領域
5E1,5E2 転写領域
6a,6b 光強度ピーク
7 設計パターン
7a,7b 辺
8 転写パターン
8a,8b 辺
9a,9b 転写領域
10a フォトレジストパターン
11 フォトレジスト残り
12 フォトレジストパターン
21 p型ウエル
22 n型半導体領域
23 素子分離部
24 ゲート絶縁膜
25 ゲート電極
26 n型半導体領域
27 キャップ絶縁膜
28 絶縁膜
29a SOG膜
29b,29c 絶縁膜
30a,30b コンタクトホール
31 プラグ
32a〜32c 絶縁膜
33 スルーホール
34 絶縁膜
35a 下部電極
35b 上部電極
35c 容量絶縁膜
36 スルーホール
37 プラグ
38 絶縁膜
39L2 配線
50 位相シフトマスク
50a マスク基板
50b 遮光パターン
50c 光透過パターン
50d 溝シフタ
60 設計パターン
61,62 転写パターン
63a,63b 転写領域
64 マスク
65 転写領域
66 光透過パターン
67 溝シフタ
68a,68b 欠陥
68c,68d 透明欠陥
68e 遮光欠陥
69 フォトレジストパターン
70a,70b フォトレジスト残り
80 マスク基板
81 遮光パターン
82 光透過パターン
83 レジストパターン
84 溝
85 レジストパターン
86 溝シフタ
EXL 露光光
CA チップ形成領域
SA1,SA2 露光領域
Z 深さ
Qs メモリセル選択用MISFET
C 情報蓄積用容量素子
BL ビット線
WL ワード線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exposure apparatus 1a Exposure light source 1b Fly eye lens 1c Aperture 1d1, 1d2 Condenser lens 1e Mirror 1f Aperture 1fs Slit 1g Projection lens 1ga Effective exposure area 1h Mask position control means 1i1 Mirror 1i2 Mask stage 1j X stage 1k Z stage 1m Z stage Main control system 1p, 1q Driving means 1r Mirror 1s Laser length measuring device 1t Alignment detection optical system 1u Network device 2 Mask 2a Mask substrate 2b Light shielding pattern 2c Light transmission pattern 2c1, 2c2 Light transmission pattern 2c3, 2c4 Light transmission pattern 2cs Auxiliary mask Pattern 2d Groove shifter 2e Light transmission pattern 2f Groove 2g Shifter film 2p Pellicle 3 Wafer 3S Semiconductor substrate 4A, 4B Transfer area 4A1, 4B1 Transfer area 4A2 , 4B2 transcription region 4C, 4D transcription region 5A-5E region 5A1, 5A2 transcription region 5B1, 5B2 transcription region 5C1, 5C2 transcription region 5D1, 5D2 transcription region 5E1, 5E2 transcription region 6a, 6b light intensity peak 7 design pattern 7a, 7b Side 8 Transfer pattern 8a, 8b Side 9a, 9b Transfer region 10a Photoresist pattern 11 Photoresist remaining 12 Photoresist pattern 21 P-type well 22 N-type semiconductor region 23 Element isolation portion 24 Gate insulating film 25 Gate electrode 26 N-type semiconductor region 27 Cap insulating film 28 Insulating film 29a SOG film 29b, 29c Insulating film 30a, 30b Contact hole 31 Plug 32a-32c Insulating film 33 Through hole 34 Insulating film 35a Lower electrode 35b Upper electrode 35c Capacitive insulating film 36 S -Hole 37 plug 38 insulating film 39L2 wiring 50 phase shift mask 50a mask substrate 50b light shielding pattern 50c light transmission pattern 50d groove shifter 60 design pattern 61, 62 transfer pattern 63a, 63b transfer region 64 mask 65 transfer region 66 light transmission pattern 67 groove shifter 68a, 68b Defect 68c, 68d Transparent defect 68e Light shielding defect 69 Photoresist pattern 70a, 70b Photoresist residue 80 Mask substrate 81 Light shielding pattern 82 Light transmission pattern 83 Resist pattern 84 Groove 85 Resist pattern 86 Groove shifter EXL Exposure light CA Chip formation region SA1, SA2 Exposure area Z depth Qs MISFET for memory cell selection
C Information storage capacitor BL Bit line WL Word line

Claims (4)

以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面にフォトレジスト膜を形成する工程;
(b)上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程;
(c)上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程;
(d)上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程;
(e)上記工程(c)の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、上記第1の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程;
(f)上記工程(d)の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、上記第2の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps:
(A) forming a photoresist film on the first main surface of the wafer;
(B) installing the wafer on which the photoresist film is formed on a wafer stage of an exposure apparatus;
(C) a step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage to reduced projection exposure with ultraviolet light to the first phase shift mask pattern;
(D) After the step, a second phase shift mask pattern and the first phase shift with respect to the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage. A step of reducing and exposing a mask pattern having a reversed phase with ultraviolet light;
(E) After the step (c), the first phase shift mask pattern is again applied to the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage. Reducing projection exposure with light;
(F) After the step (d), the second phase shift mask pattern is again applied to the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage with an ultraviolet ray. A process of reducing projection exposure with light.
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面にフォトレジスト膜を形成する工程;
(b)上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程;
(c)上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、補助パターンを含む第1の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程;
(d)上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、補助パターンを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps:
(A) forming a photoresist film on the first main surface of the wafer;
(B) installing the wafer on which the photoresist film is formed on a wafer stage of an exposure apparatus;
(C) A step of subjecting the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage to reduced projection exposure with ultraviolet light of a first phase shift mask pattern including an auxiliary pattern;
(D) After the step, a second phase shift mask pattern including an auxiliary pattern with respect to the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage. A step of reducing projection exposure of the phase-inverted phase of the phase shift mask pattern of 1 with ultraviolet light.
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面にフォトレジスト膜を形成する工程;
(b)上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程;
(c)上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、溝シフタを含む第1の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程;
(d)上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、溝シフタを含む第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps:
(A) forming a photoresist film on the first main surface of the wafer;
(B) installing the wafer on which the photoresist film is formed on a wafer stage of an exposure apparatus;
(C) For the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage, using a first phase shift mask pattern including a groove shifter, using ultraviolet light as exposure light, Scanning exposure by reducing projection;
(D) after the step, a second phase shift mask pattern including a groove shifter for the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage, A step of performing scanning exposure by subjecting the phase of the phase shift mask pattern of 1 that has been inverted in phase to reduce projection using ultraviolet light as exposure light.
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法:
(a)ウエハの第1の主面にフォトレジスト膜を形成する工程;
(b)上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程;
(c)上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の第1の領域に対して、第1の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程;
(d)上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第1の主面の上記第1の領域に対して、第2の位相シフトマスクパターンであって上記第1の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程。
A method for manufacturing a semiconductor integrated circuit device comprising the following steps:
(A) forming a photoresist film on the first main surface of the wafer;
(B) installing the wafer on which the photoresist film is formed on a wafer stage of an exposure apparatus;
(C) reducing and projecting the first phase shift mask pattern on the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage using ultraviolet light as exposure light; Scanning exposure by:
(D) After the step, a second phase shift mask pattern and the first phase shift with respect to the first region of the first main surface of the wafer placed on the wafer stage. Scanning exposure by reducing and projecting a mask pattern with the phase inverted, using ultraviolet light as exposure light.
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