JP2001230186A

JP2001230186A - 半導体集積回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001230186A
Application number: JP2000039706A
Authority: JP
Inventors: Norio Hasegawa; 昇雄長谷川; Akira Imai; 彰今井; Katsuya Hayano; 勝也早野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-17
Filing date: 2000-02-17
Publication date: 2001-08-24
Also published as: KR20010082652A; US20070128556A1; US20040157164A1; KR100738289B1; TW480608B; US6713231B1; US7172853B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】同一マスク２の同一面の異なる平面位置
に形成された転写領域４Ｃ，４Ｄをスキャンニング露光
によって多重露光する。転写領域４Ｃ，４Ｄには同一マ
スクパターンが形成されているが、各々の溝シフタ２ｄ
の配置が反対となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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。

【０００２】

【従来の技術】例えば特開平６−８３０３２号公報に
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。

【０００３】また、特開平１１−２３３４２９号公報に
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。

【０００４】また、特開平１１−１１１６０１号公報に
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。

【０００５】また、特開平５−１９７１２６号公報に
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。

【０００６】また、特開平１０−１２５４３号公報に
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。

【０００７】さらに、特開平１１−１４３０８５号公報
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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】

【課題を解決するための手段】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。

【００３８】

【発明の実施の形態】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。

【００３９】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、３
００nm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３６
５nm）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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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、Ｔ
ＦＴ（Tin-Film-Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twi
sted-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。

【００５３】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。

【００５４】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。

【００５５】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。

【００５６】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。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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。

【００６１】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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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。

【００６６】（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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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。

【００７０】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１ｄ
１、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。

【００７１】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Ｘ
Ｙ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１
ｋ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。

【００７２】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１
ｕ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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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Ｋｒ
Ｆ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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】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２４８ｎ
ｍ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。

【００８３】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１
８０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。

【００８４】また、図８（ａ）〜（ｃ）は、溝シフタ２
ｄ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。

【００８５】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。

【００８６】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５０
ｍＪ／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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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５Ｂ
１，５Ｃ１についても同様である。

【００９４】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。

【００９５】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，５０
ｃの平面の形状および寸法は同じである。

【００９６】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。

【００９７】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５０
ａ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５
５ｂ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。

【００９８】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５
５ａ，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。

【００９９】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。

【０１００】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。

【０１０１】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。

【０１０２】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２
ｃ，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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【０１０５】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。

【０１０６】実際にパターンを転写した結果、例えば１
５０ｎｍのパターンがチップ全面で１５０ｎｍ±１０ｎ
ｍ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±２２
ｎｍ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。

【０１０７】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。

【０１０８】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。

【０１０９】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。

【０１１０】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。

【０１１１】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，９
ｂ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。

【０１１２】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９
ａ，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。

【０１１３】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。

【０１１４】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。

【０１１５】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６８
ａ，６８ｂに起因するフォトレジスト残り７０ａ，７０
ｂが転写されていた。このうち、フォトレジスト残り７
０ｂ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。

【０１１６】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２
０（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。

【０１１７】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 Io
n 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２
ｃ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６８
ａ，６８ｂを示している。

【０１１８】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０．４
μｍ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。

【０１１９】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０．２
５μｍ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２ｃ１，２
ｃ２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。

【０１２０】図２２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ寸法ｂ
１〜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２
１（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。

【０１２１】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〜Ｓ
８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。

【０１２２】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。

【０１２３】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。

【０１２４】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８
０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（Ｃ
ｒ）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。

【０１２５】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。

【０１２６】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。

【０１２７】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。

【０１２８】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２
０７）。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２
ａ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２０
８）。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２１
０）、マスク２を製造する。

【０１２９】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。

【０１３０】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。

【０１３１】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。

【０１３２】次に、本発明の技術思想をＤＲＡＭ（Dyna
mic 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３
０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。

【０１３３】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。

【０１３４】メモリセルは、メモリセル選択用ＭＩＳＦ
ＥＴＱｓ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ＭＩＳ
ＦＥＴＱｓ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。

【０１３５】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。

【０１３６】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、２
６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う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。

【０１３７】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。

【０１３８】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。

【０１３９】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、２
６の上部には、絶縁膜２９ｃ、２９ｂおよびＳＯＧ膜２
９ａ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。

【０１４０】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３
０ｂ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。

【０１４１】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。

【０１４２】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ＭＩＳ
ＦＥＴＱｓ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。

【０１４３】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
Ｔａ₂Ｏ₅（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。

【０１４４】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 Densit
y 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。

【０１４５】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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。

【０１４６】（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。

【０１４７】このような位相シフトマスクの要部を図３
１および図３２に示す。

【０１４８】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２ｃ
ｓ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。

【０１４９】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。

【０１５０】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３
２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。

【０１５１】（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。

【０１５２】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４
Ｅ，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。

【０１５３】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。

【０１５４】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。

【０１５５】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。

【０１５６】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。

【０１５７】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。

【０１５８】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。

【０１５９】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ＤＲＡ
Ｍ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 Acce
ss Memory）またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ；E
lectric 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。

【０１６０】

【発明の効果】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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。 (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。

【図面の簡単な説明】

【図１】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。

【図２】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。

【図３】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。

【図４】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。

【図５】ステッパの露光領域を模式的に示した平面図で
ある。

【図６】（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。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は図６の各種のマスクの要部断
面図である。

【図８】（ａ）〜（ｃ）は図６の各種のマスクの要部断
面図である。

【図９】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。

【図１０】（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。

【図１１】（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。

【図１２】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。

【図１３】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。

【図１４】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。

【図１５】（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。

【図１６】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。

【図１７】（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。

【図１８】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。

【図１９】（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。

【図２０】（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。

【図２１】（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。

【図２２】（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。

【図２３】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。

【図２４】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。

【図２５】（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。

【図２６】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。

【図２７】（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。

【図２８】図２６のマスクの製造工程中における要部断
面図である。

【図２９】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。

【図３０】図２９のＡ−Ａ線の断面図である。

【図３１】（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。

【図３２】（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。

【図３３】（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。

【符号の説明】

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１ｋＺステージ１ｍＸＹ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２１ｐ型ウエル２２ｎ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２６ｎ型半導体領域２７キャップ絶縁膜２８絶縁膜２９ａＳＯＧ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ＭＩＳＦＥＴＣ情報蓄積用容量素子ＢＬビット線ＷＬワード線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早野勝也東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内Ｆターム(参考） 2H095 BA01 BB03 BC24 5F046 AA13 AA25 BA04 BA05 BA08 CB17 DA02 DA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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、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； (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、
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。
【請求項２】請求項１記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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ことを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項３】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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ことを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法。
【請求項４】請求項３記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマスク
パターンはレベンソン方式によるものであることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項５】請求項４記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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
ものであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
【請求項６】請求項４記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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
ることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項７】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、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； (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、
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。
【請求項８】請求項７記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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ことを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項９】請求項８記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、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ことを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法。
【請求項１０】請求項９記載の半導体集積回路装置の
製造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマス
クパターンはレベンソン方式によるものであることを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
めのものであることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
【請求項１２】請求項１０記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
【請求項１３】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、
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。
【請求項１４】請求項１３記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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ことを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１４記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマ
スクパターンはレベンソン方式によるものであることを
特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１６】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
めのものであることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
【請求項１７】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
【請求項１８】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、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； (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、
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。
【請求項１９】請求項１８記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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ことを特
徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２０】請求項１９記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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ことを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
【請求項２１】請求項２０記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマ
スクパターンはレベンソン方式によるものであることを
特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２２】請求項２１記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
めのものであることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
【請求項２３】請求項２１記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、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
であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
【請求項２４】請求項２２記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマ
スクパターンに含まれる微細庇溝シフタの庇長さは２０
％以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
【請求項２５】請求項２４記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、上記第１及び第２の位相シフトマ
スクパターンに含まれる微細庇溝シフタの庇長さは１０
％以下であることを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
【請求項２６】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。
【請求項２７】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。
【請求項２８】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。
【請求項２９】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。