JP2003302739A - フォトマスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 焦点深度の拡大効果をある程度得られ、か
つ、補助パターンの配置において、隣接するメインパタ
ーンとの位置関係を考慮する必要のないフォトマスクを
提供する。 【解決手段】 転写対象面に露光転写されるゲートパタ
ーン１と、これに沿って設けられた半透明パターン３を
有する。ゲートパターン１と半透明パターン３の間には
透明領域１２がある。半透明パターン３は、当該パター
ンを透過した光と透明領域１２を透過した光との位相差
が所定の範囲に設定され、かつ、透過率が、当該パター
ンがそのライン寸法およびゲートパターン１からの距離
に関係なく上記転写対象面に転写されない範囲に設定さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路などの半
導体デバイスの製造でよく知られている露光装置、例え
ば縮小投影露光装置（ステッパ）に用いられるフォトマ
スクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造の前工程としてよ
く知られているウェーハプロセスでは、光やＸ線あるい
は電子などの露光媒体を基板上に形成された感光性の薄
膜（レジスト）に照射して所望のパターンのレジスト膜
（レジストパターン）を得る、リソグラフィーと呼ばれ
る工程を利用して配線などの回路パターンが形成され
る。このリソグラフィー工程では、目的とするパターン
が予め形成されたフォトマスク（以下、単にマスクとい
う場合もある。）を介してレジストを露光する。

【０００３】露光手法には、マスクと基板との間に光学
系を介在させずに直接マスクパターンをレジストに射影
する射影露光、原寸パターンの数倍のレチクルパターン
をレジストに縮小投影する縮小投影露光（ステッパ露
光）などがある。特に、ステッパ露光は、他の露光手法
に比べて高解像度を得られることから広く使用されてい
る。なお、ステッパ露光ではフォトマスクのことをレチ
クルともいう。

【０００４】近年、ＤＲＡＭなどの半導体集積回路で
は、ウェーハの高集積化に伴うパターンの超微細化が進
み、ステッパ露光においても、解像度の改善が要求され
ている。高解像度を得るための超解像技術として変形照
明法が知られており、これまでにこの変形照明法を応用
した技術がいくつか提案されている。

【０００５】変形照明法は、例えば光源からの光束が、
複数の小口径レンズの集合体よりなるフライアイレンズ
を介してマスクに入射する照明系において、フライアイ
レンズによって形成される有効光源（２次光源）の形を
例えばリング状あるいは４個の開口に変えることで、フ
ライアイレンズからの光をマスク面に対して斜めに入射
させる、という手法である。通常の場合（マスク面に垂
直に入射する場合）は、マスクの０次回折光と±１次回
折光の３つの光束が投影レンズに入射して、投影面上に
像が形成される（３光束干渉の結像）。これに対して、
この変形照明法を用いた場合は、±１次回折光の一方が
投影レンズから外れるため、投影面上では、０次光と±
１次回折光の片方の２光束で像が形成される（２光束干
渉の結像）。

【０００６】３光束干渉と２光束干渉の結像状態をベス
トフォーカスで比較すると、２光束干渉の方は、±１次
回折光の一方を捨てているためコントラストが低くな
る。しかし、投影面（半導体基板の表面）上での入射角
度を考えると、２光束干渉の結像の場合は、入射角度が
３光束干渉の結像の場合の１／２になるため、半導体基
板の表面が焦点からずれた時の像のぼけ方は少さくな
り、結果的に広い焦点範囲でレジストパターンの形成に
十分な光強度分布を得ることができる。現在、ラインア
ンドスペースパターン（ラインとスペースの一定ピッチ
の繰り返しパターン）では、この変形照明法の実用化に
より十分な焦点深度が得られるようになっている。例え
ばＤＲＡＭのゲート、配線パターンなどの周期性のある
パターンに関しては、かなり微細な寸法でも安定して形
成することが可能である。

【０００７】上記の変形照明法にハーフトーン位相シフ
トマスクを適用することで、さらに焦点深度（レジスト
パターンが得られる焦点範囲）を拡大できることが知ら
れている。ここで、ハーフトーン位相シフトマスクは、
位相シフトマスクの１つであって、マスク上の遮光領域
（回路パターンに対応する露光パターンが形成される領
域）を透過率が２〜２０％程度の半透明領域で形成し、
この半透明領域を透過する光とその周辺の透明領域から
の光との位相の差が１８０度反転するように構成したも
のを言う。ラインアンドスペースパターンであれば、上
記変形照明法にこのハーフトーン位相シフトマスクを適
用することで、０次回折光と＋１次（あるいは−１次）
回折光とのバランスが改善され、コントラストがさらに
向上する。

【０００８】以上説明した変形照明法およびハーフトー
ン位相シフトマスクを用いる手法は、基本的には周期的
なパターンに対して上述の効果を奏するが、回折光の生
じない孤立パターンに対しては、上述の変形照明法によ
る効果が少ないため、焦点深度はあまり拡大しない。孤
立パターンの焦点深度を拡大するには、低ＮＡ化や小σ
化（照明光学系の低ＮＡ化：有効光源を小さくするこ
と）が有効である。ここで、σは、照明光学系のマスク
側の開口数（照明光束のマスクへの入射角に対応する）
と投影光学系のマスク側の開口数との比を表す。また、
ハーフトーン位相シフトマスクを用いる場合にも、小σ
照明の方が焦点深度は拡大する。しかし、これら孤立パ
ターンの焦点深度を拡大する条件は、いずれも密集パタ
ーンの解像度を下げる結果となってしまう。このような
理由から、密集した微細パターンと孤立パターンの露光
特性を両立させることは困難となっていた。

【０００９】そこで、密集パターンと孤立パターンの焦
点深度の改善を両立させるため、補助パターンと呼ばれ
るそれ自体は解像しない微細パターンを用いる手法が検
討されている。この手法では、半導体基板上に転写する
パターン（以下メインパターンと呼ぶ）の周辺に露光装
置の解像限界以下の微細パターンが配置されたマスクを
使用する。微細パターンは補助パターンと呼ばれ、これ
が付加されたことで、孤立したパターンにおいてもある
程度の回折光が生じる。よって、この補助パターン付き
マスクを変形照明条件下で用いることにより、投影面に
おける結像を、上述した２光束干渉の結像状態に近づけ
ることができ、メインパターンに含まれる孤立パターン
の焦点深度を拡大することができる。

【００１０】上記のような補助パターン付きマスクとし
ては、特開平10-123692号公報に記載されているフォト
マスクがある。図１５は、そのフォトマスクの概略構成
を模式的に示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ’断面図である。

【００１１】図１５に示すフォトマスクは、透明基板１
０３上にメインパターン１０１が設けられ、さらにその
両側に半透明補助パターン１０２が設けられた構造にな
っている（図１５（ａ）参照）。メインパターン１０１
は、孤立パターンであり、その寸法（幅）は０．３μｍ
である。各半透明補助パターン１０２の寸法（幅）は
０．３μｍである。メインパターン１０１と各半透明補
助パターン１０２との間隔は０．３μｍである。

【００１２】メインパターン１０１は、図１５（ｂ）に
示すように、半透明膜１０４と透明膜１０５の積層構造
で、上述したハーフトーン位相シフトマスクと同様な構
造になっている。各半透明補助パターン１０２は、半透
明膜１０４よりなる単層構造である。半透明膜１０４
は、酸化窒化クロムよりなり、その透過率は１５％で、
その透過光と隣接する透明領域（透明基板１０３）の透
過光との位相差が３０度になるように設定されている。
透明膜１０５は、半透明膜１０４により生じる位相差に
さらに１５０度の位相差を加えるように設定されてお
り、これにより、メインパターン１０１の部分の位相差
を１８０度としている。

【００１３】上記のように構成されたフォトマスクで
は、メインパターン１０１をハーフトーン位相シフトマ
スクの構造にしたことで、メインパターン１０１を転写
する際の転写パターンのコントラストが向上する。さら
に半透明補助パターン１０２にて生じる回折光により、
メインパターン１０１を転写する際の焦点深度が拡大す
る。なお、この焦点深度の拡大効果は、半透明補助パタ
ーン１０２の透過率が低いほど大きくなるが、あまり透
過率を低くすると、半透明補助パターン１０２自体が転
写されることになる。よって、図１５に示した例では、
半透明補助パターン１０２の透過率は、転写されない限
界の透過率（１５％）に設定されている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た補助パターン付きマスクを変形照明条件下で用いる手
法においては、以下のような問題がある。

【００１５】（１）補助パターンの配置位置および寸法
は、メインパターンを転写する際の焦点深度に大きく影
響する。また、補助パターンとメインパターンとの間隔
の最適値は、それらの寸法および露光装置側の光学系の
条件により異なるが、基本的には、その光学系の限界解
像度からその１．５倍程度の範囲である。これらの補助
パターンに関する条件は、フォトマスクを作製する上で
の制約になる。

【００１６】（２）補助パターンの寸法がより大きいほ
どメインパターン転写時の焦点深度の拡大効果が高まる
が、あまり大きすぎると補助パターン自体が半導体基板
上に転写されてしまう。このため、補助パターンは、孤
立パターンの焦点深度拡大には最も有効な手法ではある
が、それ自体を転写させないようにするためにマスク作
製において特別な微細パターンの加工が必要になる。

【００１７】（３）補助パターンの効果（焦点深度の拡
大効果）や転写性はその寸法精度に大きく依存すること
から、補助パターンの寸法精度が低いと露光特性が安定
しない。このため、高精度に補助パターンを形成する必
要がある。

【００１８】（４）メインパターンのレイアウトが単純
な孤立で無い場合には、補助パターンと他の補助パター
ンあるいは補助パターンと他のメインパターンの距離が
狭まり、補助パターンが転写され易い条件となる。この
ため、補助パターンの配置に焦点深度の拡大効果と転写
性を考慮した新規の設計工数が発生する。

【００１９】上述した特開平10-123692号公報に記載の
フォトマスクにおいては、補助パターンとメインパター
ンとは同じ寸法になっている。このように補助パターン
の寸法をメインパターンと同じ寸法にすることで、結果
的に、補助パターン寸法の精度が向上することとなり、
これによりメインパターンの露光特性も安定する（上記
問題（３）を解決する）。しかし、この場合は、補助パ
ターンの配置において、隣接するメインパターンの関係
（例えば、補助パターンとメインパターンの間隔）を考
慮しなければならないという、設計工数の増加に関する
課題に対しては有効な手段が無かった。

【００２０】本発明の目的は、焦点深度の拡大効果をあ
る程度得られ、かつ、補助パターンの配置において、隣
接するメインパターンの関係を考慮する必要のないフォ
トマスクを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のフォトマスクは、転写対象面に露光転写さ
れるメインパターンと、前記メインパターンに沿って設
けられた補助パターンと、前記メインパターンと前記補
助パターンの間に設けられた透明領域とを有し、前記補
助パターンは、当該補助パターンを透過した光と前記透
明領域を透過した光との位相差が所定の範囲に設定さ
れ、かつ、透過率が、当該補助パターンがそのライン寸
法および前記メインパターンからの距離に関係なく前記
転写対象面に転写されない範囲に設定されていることを
特徴とする。

【００２２】上記のとおりの本発明によれば、補助パタ
ーンは、ライン寸法が大きくなっても、メインパターン
との距離が狭くなっても、転写対象面（ウェーハの露光
面）側に転写されることはない。よって、補助パターン
の作製のための、特別な微細パターンの加工や高精度な
加工は必要ない。また、マスク設計時の補助パターンの
配置において、補助パターンの転写性を考慮したり、隣
接するメインパターンとの関係を考慮したりする必要も
ない。

【００２３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２４】図１は、本発明の一実施形態であるフォト
マスクの概略構成を説明するための図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。このフォ
トマスクは、投影露光装置（ステッパ露光装置など）に
おいて用いられるレチクルであって、図１にはメモリセ
ルアレイの周辺ゲート部分に対応する部分が模式的に示
されている。

【００２５】図１（ａ）において、ゲートパターン１
は、露光対象である半導体基板側に転写するためのパタ
ーン（メインパターン）である。ゲートパターン１の両
側には、ゲートパターン１に沿って補助パターンである
半透明パターン３がそれぞれ形成されている。この半透
明パターン３の幅はゲートパターン１より広い。

【００２６】図１（ｂ）に示すように、ゲートパターン
１は、例えば合成石英よりなる透明基板３１上に半透明
膜３２、３３を順次積層した構造で、このゲートパター
ン１の部分がハーフトーン位相シフト領域１１となって
いる。半透明パターン３は、半透明膜３２よりなり、こ
の半透明パターン３の部分が半透明領域１３となってい
る。ハーフトーン位相シフト領域１１と半透明領域１３
の間には透明領域１２（透明基板３１のみの部分）があ
る。半透明膜３２、３３は、異なる材質よりなる。例え
ば、半透明膜３２には、金属酸化膜（例えば酸化スズ）
が使用され、半透明膜３３には、高融点金属シリサイド
の酸化窒化物（例えばＭｏＳｉＯＮ）が使用される。

【００２７】ハーフトーン位相シフト領域１１（ゲート
パターン１の部分）は、例えば透過率が６％（ただし、
レチクルの透明基板３１の透過率は１００％とする。以
下、透過率については、透明基板３１の透過率が１００
％であるものとして記載する。）で、その透過光と透明
領域１２の透過光との位相差が１８０度となる、ＫｒＦ
ハーフトーン位相シフトマスク構造になっている。半透
明領域１３は、例えば透過率が７０％で、その透過光と
透明領域１２の透過光との位相差が３０度になるように
形成されている。

【００２８】図２は、図１に示したレチクルを用いたス
テッパ露光装置の概略構成図である。図２おいて、レチ
クル２０は、上述の図１に示した構造を有するものであ
る。照明系２１からの照明光がフライアイレンズ２２お
よびコンデンサレンズ２３を介してレチクル２０に照射
され、レチクルパターン像、すなわち図１のゲートパタ
ーン１の像が縮小投影レンズ２４により、ＸＹステージ
２６上に固定されたウェーハ２５の露光面に投影され
る。

【００２９】フライアイレンズ２２は周知の構造であっ
て、片面または両面に複数のマイクロレンズが形成され
た２枚のレンズレイが対向して配置されたものである。
前述した変形照明法を適用するために、フライアイレン
ズ２２によって形成される有効光源（２次光源）の形を
例えばリング状あるいは４個の開口になるようにしてお
り、これにより、フライアイレンズ２２からの照明光が
レチクル２０の面に対して斜めに入射する（２光束干渉
の結像）。

【００３０】前述の従来の技術でも説明したように、上
記の変形照明法だけでは、図１のゲートパターン１のよ
うな孤立したパターンに対しては、十分な焦点深度拡大
効果を得られるほどの２光束干渉の結像は得られない。
図１に示した構造を有する本実施形態のレチクル２０で
は、ゲートパターン１からある距離だけ離れた半透明パ
ターン３のエッジにおいて回折光が生じ、この回折光を
利用して、不完全ではあるが２光束干渉による結像を実
現することで、焦点深度の拡大効果が得られる（補助パ
ターンからの回折光の利用）。

【００３１】また、半透明パターン３（半透明領域１
３）の部分の透過光と透明領域１２の部分の透過光の位
相差が０度、１８０度およびその整数倍の値のいずれか
らもずれている場合は、フォーカス特性を傾けかせる現
象が生じる（補助パターンによるフォーカス特性の変化
の利用）。通常、ゲートパターン１の部分の透過光と透
明領域１２の部分の透過光の位相差が０度で、フォーカ
スを「＋」方向に変化させた場合（焦点位置がウェーハ
２５の露光面から縮小投影レンズ２４側へずれた場合）
と、フォーカスを「−」方向に変化させた場合（焦点位
置がウェーハ２５の露光面からＸＹステージ２６側へず
れた場合）とでは、光強度分布は同じように変化する。
しかし、上記位相差が０度あるいは１８０度からずれる
と、フォーカスを「＋」方向に移動させた場合の光強度
分布と、「−」方向に変化させた時の光強度分布が同じ
にならず、そのためフォーカス特性の傾き等の現象を引
き起こすことが知られている。

【００３２】図３は、補助パターンによるフォーカス特
性の変化による焦点深度の拡大効果を説明するための図
で、シミュレーションにより得られたフォーカス特性
（フォーカス位置とレジストパターン寸法の関係）を示
す特性図である。縦軸に、転写されるパターンの幅（ラ
イン寸法（ｎｍ））がとられ、横軸に、デフォーカス
（μｍ）がとられている。

【００３３】シミュレーションには、米国ＦＩＮＬＥ社
の「Ｐｒｏｌｉｔｈ／２ ｖｅｒ．６」を用い、ステッ
パ露光装置として、縮小率が１／４、ＮＡが０．７５、
σが０．７５で、２／３輪帯照明（有効光源の中央２／
３を遮光）のＫｒＦエキシマレーザー露光装置を使用し
た。プロセス条件として、Ｓｉ基板上に形成されるレジ
スト膜の膜厚を０．４２μｍとし、反射防止膜の膜厚を
０．０８μｍとした。フォーカスの設定は、レジスト膜
の厚の中央に焦点面が位置するときをデフォーカス＝０
μｍとし、半導体基板が投影レンズに近づくように移動
した場合を「＋」方向、反対に半導体基板が投影レンズ
から遠ざかるように移動した場合を「−」方向とした。

【００３４】図３において、「−●−」で示した曲線は
図１に示したレチクルを使用した実施例、「−□−」で
示した曲線は比較例であって、半透明領域の無い単純な
孤立ラインよりなるレチクルを使用している。

【００３５】実施例、比較例ともに、露光対象であるＳ
ｉ基板（ウェーハ）上に形成するセル内のパターンのラ
イン寸法を１２５ｎｍとし、周辺パターン（ゲートパタ
ーン）のライン寸法を１６０ｎｍとする。比較例の場合
は、レチクル上でのゲートパターンのライン寸法は、ウ
ェーハ上で１６０ｎｍとするために、１９２ｎｍとし
た。一方、実施例の場合は、レチクル上でのゲートパタ
ーンのライン寸法は、ウェーハ上で１６０ｎｍとするた
めに、１７２ｎｍとした。

【００３６】図３から分かるように、比較例の場合は、
ウェーハ上でのライン寸法が１６０ｎｍとなるフォーカ
ス位置（デフォーカス＝−０．１μｍ）の前後で、ライ
ン寸法が大きく変化し、フラットな特性を得られない。
このため、どうしてもゲートパターンの寸法精度が悪く
なる。これに対して、実施例の場合は、フォーカス位置
（デフォーカス＝−０．１μｍ）の前後で、ライン寸法
はあまり大きく変化しない。これは、図１に示した半透
明パターン３（補助パターン）によりフォーカス特性が
変化し、焦点深度が拡大されためである。

【００３７】なお、上記のフォーカス特性の変化による
焦点深度の拡大効果は密集パターンに対しても有効であ
る。図３中、「−○−」で示した曲線はセル内の密集パ
ターン（ライン寸法は１２５ｎｍ）についての、ライン
寸法とデフォーカスの関係を示すものである。この場合
も、フォーカス位置（デフォーカス＝−０．１μｍ）の
前後で、ライン寸法はあまり大きく変化せず、フラット
な特性を得られている。

【００３８】上述した補助パターンからの回折光の利用
および補助パターンによるフォーカス特性の変化の利用
については、前述した特開平10-123692号公報に記載の
フォトマスク（図１５参照）においても行われている。
本実施形態では、以下に説明するような特徴的な構造を
採用することで、前述の課題で説明した各問題（１）〜
（４）を解決するとともに、最も簡便的にそのような補
助パターンの利用の効果が得られるようにしている。

【００３９】補助パターンである半透明パターン３の透
過率をより低くすることで、より大きな焦点深度拡大効
果を得られる。特開平10-123692号公報に記載のフォト
マスクでは、より大きな焦点深度拡大効果を得るため
に、補助パターンの透過率を１５％に設定している。し
かしながら、補助パターンである半透明パターン３は、
それ自体がウェーハ２５上に転写されないようにする必
要があり、そのためには、半透明パターン３の透過率を
ある程度大きく設定する必要がある。このことから分か
るように、半透明パターン３の透過率については、焦点
深度の拡大とウェーハへの転写防止との間でトレードオ
フの関係にある。

【００４０】半透明パターン３の透過率と焦点深度拡大
効果との関係を詳細に調べたところ、シミュレーション
の条件にもよるが、位相差と透過率の範囲によっては、
通常の遮光パターンを用いる補助パターンと同等以上の
焦点深度は得られることが分かった。本実施形態では、
この知見に基づいて、焦点深度拡大効果については、通
常の遮光パターンを用いる補助パターンと同等以上とし
て半透明パターン３の透過率を十分高く設定すること
で、半透明パターン３がウェーハ２５に転写されること
を確実に防止するように構成している。

【００４１】具体的には、半透明パターン３は、該半透
明パターン３における透過光と透明領域１２における透
過光との位相差が例えば３０度で、その透過率を例えば
７０％と高く設定している。このように半透明パターン
３における位相差をある程度持たせた上で、その透過率
を所定の値より高く設定すれば、ある程度の焦点深度拡
大効果を持たせつつ、半透明パターン３がウェーハ２５
に転写されることを確実に防止することができる。この
構成によれば、半透明パターン３はライン寸法が大きく
なってもウェーハ２５上に転写されることはないので、
半透明パターン３のサイズ、半透明パターン３とゲート
パターン１との間隔などに関する制約がなくなる。

【００４２】次に、半透明パターン３がそのライン寸法
（幅）によらずウェーハ２５に転写されることのない好
適な透過率の範囲について説明する。図４〜図１１に、
位相差を０〜９０度の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの好適な透過率の範囲を示す。図４〜図１１は、いず
れも上述の図３の例と同様のシミュレーション条件によ
り得られたフォーカス特性図で、縦軸に、転写されるパ
ターンの幅（ライン寸法（ｎｍ））がとられ、横軸に、
デフォーカス（μｍ）がとられている。また、各図に
は、透過率を３０〜１００％の範囲で１０％刻みに変化
させた結果が示されている。

【００４３】図４に示すフォーカス特性は、位相差を０
度とした場合のもので、透過率が３０％と５０〜６０％
においてフラットな特性を得られている。透過率３０％
で最もフラットな特性を得られているが、この場合は、
ウェーハ上に転写されるゲートパターンのライン寸法が
目的の寸法（１６０ｎｍ）から大きく外れてしまう他、
半透明パターンがそのライン寸法によってはウェーハ上
に転写されることになる。透過率５０〜６０％では、フ
ラットな領域は透過率３０％の場合に比べて小さいもの
の、目的のライン寸法を得られている。また、この透過
率５０〜６０％の範囲では、半透明パターンはそのライ
ン寸法によらずウェーハ上に転写されることがないこと
が実験的に得られている。

【００４４】図５に示すフォーカス特性は、位相差を１
０度とした場合のもので、上記図４に示したものと同
様、透過率が３０％と５０〜６０％においてフラットな
特性を得られている。ここでも、透過率３０％の場合
は、ウェーハ上に転写されるゲートパターンのライン寸
法が目的の寸法（１６０ｎｍ）から大きく外れてしまう
他、半透明パターンがそのライン寸法によってはウェー
ハ上に転写されることになる。また、透過率５０〜６０
％の場合は、目的のライン寸法を得られており、この透
過率の範囲では、半透明パターンはそのライン寸法によ
らずウェーハ上に転写されることがないことが実験的に
得られている。

【００４５】図６に示すフォーカス特性は、位相差を２
０度とした場合のもので、透過率が３０％と６０〜７０
％においてフラットな特性を得られている。ここでも、
透過率３０％の場合は、ウェーハ上に転写されるゲート
パターンのライン寸法が目的の寸法（１６０ｎｍ）から
大きく外れてしまう他、半透明パターンがそのライン寸
法によってはウェーハ上に転写されることになる。一
方、透過率６０〜７０％の場合は、目的のライン寸法を
得られており、この透過率の範囲では、半透明パターン
はそのライン寸法によらずウェーハ上に転写されること
がないことが実験的に得られている。

【００４６】図７に示すフォーカス特性は、位相差を３
０度とした場合のもので、透過率が４０％と６０〜７０
％においてフラットな特性を得られている。透過率４０
％の場合は、ウェーハ上に転写されるゲートパターンの
ライン寸法が目的の寸法（１６０ｎｍ）から大きく外れ
てしまう他、半透明パターンがそのライン寸法によって
はウェーハ上に転写されることが懸念される。一方、透
過率６０〜７０％の場合は、目的のライン寸法を得られ
ており、この透過率の範囲では、半透明パターンはその
ライン寸法によらずウェーハ上に転写されることがない
ことが実験的に得られている。

【００４７】図８に示すフォーカス特性は、位相差を４
０度とした場合のもので、透過率が４０〜５０％と７０
〜８０％においてフラットな特性を得られている。透過
率４０〜５０％の場合は、ウェーハ上に転写されるゲー
トパターンのライン寸法が目的の寸法（１６０ｎｍ）か
ら大きく外れてしまっている。一方、透過率７０〜８０
％の場合は、目的のライン寸法を得られており、この透
過率の範囲では、半透明パターンはそのライン寸法によ
らずウェーハ上に転写されることがないことが実験的に
得られている。

【００４８】図９に示すフォーカス特性は、位相差を５
０度とした場合のもので、透過率が５０〜６０％と９０
〜１００％においてフラットな特性を得られている。透
過率５０〜６０％の場合は、ウェーハ上に転写されるゲ
ートパターンのライン寸法が目的の寸法（１６０ｎｍ）
から大きく外れてしまっている。一方、透過率９０〜１
０％の場合は、目的のライン寸法を得られており、この
透過率の範囲では、半透明パターンはそのライン寸法に
よらずウェーハ上に転写されることがないことが実験的
に得られている。

【００４９】図１０、図１１に示すフォーカス特性はそ
れぞれ、位相差を６０度、７０度とした場合のものであ
る。いずれの場合も、ウェーハ上に転写されるゲートパ
ターンのライン寸法が目的の寸法（１６０ｎｍ）から大
きく外れてしまっている。この結果から、位相差が６０
度を超えた場合には、透過率に関係なくウェーハ上に転
写されるゲートパターンのライン寸法が目的の寸法（１
６０ｎｍ）から大きく外れてしまうことが予想される。

【００５０】以上の結果をまとめると、半透明パターン
の好適な透過率以下の表のようなこととなる。

【００５１】

【表１】 次に、本実施形態のレチクルの作製手順にについて説明
する。図１２は図１に示したレチクルの作製手順の一例
を示す図で、（ａ）〜（ｆ）は、一連の作製工程を示す
断面工程図である。

【００５２】まず、図１２（ａ）に示すように、合成石
英よりなる透明基板３１上に、膜厚が１５ｎｍの酸化ス
ズよりなる半透明膜３２、膜厚が７５ｎｍのＭｏＳｉＯ
Ｎよりなる半透明膜３３、クロムまたは酸化クロムより
なる遮光膜３４を順次成膜し、さらにその上にレジスト
膜３５を全面に塗布する。そして、ゲートパターン（図
１のゲートパターン３）を含む半導体基板上に転写され
るメインパターンのマスク描画を行う。このマスク描画
は、通常のフォトマスクの作製において行われるメイン
パターンのマスク描画と同じである。

【００５３】次いで、図１２（ｂ）に示すように、マス
ク描画により露光されたレジスト膜３５に所定の現像処
理を施してメインパターンに対応するレジストパターン
を形成し、このレジストパターンをマスクにして遮光膜
３４および半透明膜３３をエッチングにより除去する。

【００５４】次いで、図１２（ｃ）に示すように、レジ
スト膜３５を完全に剥離した後、新たなレジスト膜３
５’を全面に塗布する。そして、レジスト膜３５’に透
明領域（図１の透明領域１２）のマスク描画を行う。こ
のマスク描画は、通常のフォトマスクの作製において行
われるメインパターンのマスク描画と同じである。

【００５５】次いで、図１２（ｄ）に示すように、マス
ク描画により露光されたレジスト膜３５’に所定の現像
処理を施してレジストパターンを形成し、このレジスト
パターンをマスクにして半透明膜３２をエッチングによ
り除去する。

【００５６】次いで、図１２（ｅ）に示すように、遮光
膜３４を部分的に除去し、最後に、図５（ｆ）に示すよ
うに、レジスト膜３５’を完全に剥離して図１に示した
レチクルを得る。

【００５７】なお、ここでは図示していないが、第１の
描画で形成される、半導体基板上に転写されるパターン
とは、ゲートパターン以外の重ね合わせマーク、重ね合
わせチェックマーク等のデバイス機能以外に半導体製造
で必要なパターンも含んでいる。この部分は遮光膜３４
および半透明膜３２、３３がともに残った状態となって
いる。遮光膜３４は、通常のフォトマスクに使用されて
いる構造および膜厚でも良いが、膜厚をそれより薄くす
ることもできる。遮光膜３４の下にある半透明膜３２、
３３はその透過率が６％であり、遮光膜３４を合わせた
全体の透過率が０．１％以下であれば、露光特性上はほ
ぼ完全な遮光と見なせる。

【００５８】また、上述の作製工程では、デバイスパタ
ーン（ゲートパターン）に隣接ずる部分のみが透明領域
となっているが、通常、１μｍ以上の寸法の重ね合わせ
マーク等に半透明膜が残っても問題は生じない。

【００５９】次に、上述の作製工程におけるマスク描画
に使用されるデータについて具体的に説明する。

【００６０】マスク描画には、ＣＡＤ（Computer Aided
Design）上で作成したデータ（パターンのデータ）を
使用する。このＣＡＤデータの作成では、まず、ハーフ
トーン位相シフト領域（図１のハーフトーン位相シフト
領域１１）とするＣＡＤデータ上の層を指定する。ここ
では、ゲートパターンの層のみを指定する。次いで、ゲ
ートパターンの層をリサイズして、透明領域の層を作成
する。ハーフトーン位相シフトマスクでは、マスクパタ
ーン寸法とウエーハ上における転写パターン寸法との間
でオフセットを入れるのが一般的であるが、ここでは、
ウエーハ上での転写パターン寸法が１２５ｎｍであるラ
インパターンの、ＣＡＤ上でのマスクパターン寸法を１
１５ｎｍとする、片側５ｎｍのオフセット（ハーフトー
ン位相シフト用のマスクバイアス）を付加する。このと
き、透明領域形成のリサイズ量は０．１μｍとする。ま
た、孤立パターンに近いゲートパターンには、光近接効
果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）を考
慮して、ウエーハ上での転写パターン寸法が１６０ｎｍ
となるように、ＣＡＤ上でのマスクパターン寸法を１７
２ｎｍとする。このようにして作成したＣＡＤデータに
従ってマスク描画を行う。

【００６１】（他の実施形態）図１に示した構造は、メ
モリセルアレイ周辺部に配置されるゲートパターンのよ
うな孤立パターンに適用したものであるが、メモリセル
アレイ部の密集パターンに対しても適用することができ
る。

【００６２】図１３は、本発明の他の実施形態であるフ
ォトマスクの概略構成を説明するための図で、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。この
フォトマスクは、上述の図１に示したレチクルと同様、
投影露光装置（図２に示したステッパ露光装置など）に
おいて用いられるレチクルであって、メモリセルアレイ
部分（ライン・アンド・スペースパターン）に対応する
部分が模式的に示されている。

【００６３】図１３（ａ）において、ゲートパターン１
ａ〜１ｃは、いずれも同じライン寸法で、等間隔に設け
られている。ゲートパターン１ｃの側には、さらにゲー
トパターン１ｃに沿って補助パターンである半透明パタ
ーン３が形成されている。

【００６４】図１３（ｂ）に示すように、ゲートパター
ン１ａ〜１ｃはいずれも、図１に示したゲートパターン
と同様の構造のもので、透明基板３１上に半透明膜３
２、３３を順次積層した構造になっている。各ゲートパ
ターン１ａ〜１ｃの部分がそれぞれハーフトーン位相シ
フト領域１１となっている。半透明パターン３も、図１
に示した半透明パターンと同様の構造で、半透明膜３２
よりなり、この半透明パターン３の部分が半透明領域１
３となっている。各ハーフトーン位相シフト領域１１お
よび半透明領域１３のそれぞれの間には透明領域１２
（透明基板１０１のみの部分）がある。

【００６５】本実施形態のレチクルにおいても、図１に
示したレチクルと同様、補助パターンである半透明パタ
ーン３で生じる位相差を利用してフォーカス特性の傾き
を補正することで、通常の遮光パターンを用いる補助パ
ターンと同等の焦点深度が得られるとともに、半透明パ
ターン３の透過率を高く設定して、半透明パターン３が
ウェーハに転写されることを確実に防止することができ
る。基本的には、半透明パターン３の透過率は、半透明
パターン３がそのライン寸法によらずウェーハに転写さ
れることのない範囲に設定する。

【００６６】以上説明した各実施形態のレチクルは、孤
立パターンまたは密集パターンに適用したものである
が、本発明は、これに限定されるものではない。例え
ば、広範囲なピッチのラインパターンにも適用すること
ができる。

【００６７】以下、ライン幅が１００ｎｍのラインパタ
ーンを、ピッチが２６０ｎｍから孤立となる範囲にわた
って変化するように複数本形成した場合の光近接効果
（ＯＰＣ）の簡便な補正について説明する。

【００６８】露光条件はＮＡ＝０．７５、σ０．７５、
２／３輪帯照明とする。また、半透明膜の透過率は７０
％でその位相差は２５度とする。図１４に、ライン幅が
１００ｎｍのラインパターンを、ピッチが２６０ｎｍか
ら孤立となる範囲にわたって変化するように複数本形成
したレチクルを用い、一番密なピッチ２６０ｎｍのパタ
ーンに露光量を合わせたときの、ライン寸法とピッチの
関係を示す。図１４中、「−●−」で示した線はＯＰＣ
処理をかけた実施例（本発明のもの）、「−□−」で示
した線はＯＰＣ処理を欠けていない比較例である。

【００６９】ＯＰＣ処理を欠けない場合は、同じライン
寸法のマスクであってもピッチによりウエーハ上での転
写寸法は３０ｎｍ程度変化している。一方、ＯＰＣ処理
を欠けた実施例（本発明）のものは、ラインパターンを
８０ｎｍリサイズして透明領域データを作製して、遮光
領域に接する周辺を透明領域にし、さらにその周辺を半
透明領域としている。この実施例の場合は、パターンの
ピッチによりその間にできる半透明領域の幅が変化する
ことになるため、各ピッチで半透明膜の効果の程度が変
化して転写されるライン寸法のピッチ依存性を低減する
ことができている。このように、本実施例の条件によれ
ば、ピッチ依存性が１０ｎｍ程度に低減される。

【００７０】以上説明した各実施形態のレチクルによれ
ば、補助パターン（図１、図１４の半透明パターン３）
はライン寸法が大きくても、半導体基板（ウェーハ）側
に転写されることはない。このため、補助パターンの作
製のために特別な微細パターンの加工や高精度な加工は
必要なく、また、補助パターンの配置に焦点深度の拡大
効果と転写性の関係を考慮したり、隣接するメインパタ
ーンとの関係を考慮したりする必要もない。よって、補
助パターンの作製にあたっては、ゲートパターンをリサ
イズして透明領域のデータを作成するだけの工数増加に
押さえることができる。

【００７１】なお、実際にマスクを作製する段階では、
マスク作製上の精度を考慮して微少図形の削除を行う場
合もある。たとえば、ピッチ２８０ｎｍのところで発生
する２０ｎｍ幅の半透明領域（例えば、１／４倍のステ
ッパ露光で使用するマスクの場合であれば、マスク上で
８０ｎｍである。）は削除しないとマスク描画時にレジ
ストパターンが倒れてゴミとなる可能性もある。この場
合、ピッチ２８０ｎｍは従来技術と同じ寸法になるが、
３００ｎｍ以上の範囲では上述した本発明の特徴による
効果は同じである。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
補助パターンの設計において、ライン寸法や隣接するメ
インパターンとの位置関係を考慮する必要がないので、
従来の場合と比べて設計工数が少なく、また、設計上の
自由度も高い、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるフォトマスクの概略
構成を説明するための図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図２】図１に示すレチクルが適用可能なステッパ露光
装置の概略構成図である。

【図３】図１に示すレチクルの補助パターンによるフォ
ーカス特性を説明するための特性図である。

【図４】図１に示すレチクルの、位相差が０度で透過率
を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたとき
の補助パターンによるフォーカス特性を説明するための
特性図である。

【図５】図１に示すレチクルの、位相差が１０度で透過
率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの補助パターンによるフォーカス特性を説明するため
の特性図である。

【図６】図１に示すレチクルの、位相差が２０度で透過
率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの補助パターンによるフォーカス特性を説明するため
の特性図である。

【図７】図１に示すレチクルの、位相差が３０度で透過
率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの補助パターンによるフォーカス特性を説明するため
の特性図である。

【図８】図１に示すレチクルの、位相差が４０度で透過
率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの補助パターンによるフォーカス特性を説明するため
の特性図である。

【図９】図１に示すレチクルの、位相差が５０度で透過
率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させたと
きの補助パターンによるフォーカス特性を説明するため
の特性図である。

【図１０】図１に示すレチクルの、位相差が６０度で透
過率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させた
ときの補助パターンによるフォーカス特性を説明するた
めの特性図である。

【図１１】図１に示すレチクルの、位相差が７０度で透
過率を３０〜１００％の範囲で１０度刻みに変化させた
ときの補助パターンによるフォーカス特性を説明するた
めの特性図である。

【図１２】図１に示すレチクルの作製手順の一例を示す
図で、（ａ）〜（ｆ）は、一連の作製工程を示す断面工
程図である。

【図１３】本発明の他の実施形態であるフォトマスクの
概略構成を説明するための図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【図１４】本発明のフォトマスクにおけるライン寸法と
ピッチの関係を示す図である。

【図１５】特開平10-123692号公報に記載されているフ
ォトマスクの概略構成を模式的に示す図で、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【符号の説明】

１、１ａ〜１ｃ ゲートパターン ３ 半透明パターン １１ ハーフトーン位相シフト領域 １２ 透明領域 １３ 半透明領域 ２０ レチクル ２１ 照明系 ２２ フライアイレンズ ２３ コンデンサレンズ ２４ 縮小投影レンズ ２５ ウェーハ ２６ ＸＹステージ ３１、１０３ 透明基板 ３２、３３ 半透明膜 １０１ メインパターン １０２ 半透明補助パターン

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 転写対象面に露光転写されるメインパタ
   ーンと、 前記メインパターンに沿って設けられた補助パターン
   と、 前記メインパターンと前記補助パターンの間に設けられ
   た透明領域とを有し、 前記補助パターンは、当該補助パターンを透過した光と
   前記透明領域を透過した光との位相差が所定の範囲に設
   定され、かつ、透過率が、当該補助パターンがそのライ
   ン寸法および前記メインパターンからの距離に関係なく
   前記転写対象面に転写されない範囲に設定されているこ
   とを特徴とするフォトマスク。
2. 【請求項２】 前記位相差が０度〜５０度の範囲である
   ことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 【請求項３】 前記位相差が０度〜１０度の範囲で、前
   記透過率が５０％〜６０％の範囲であることを特徴とす
   る請求項２に記載のフォトマスク。
4. 【請求項４】 前記位相差が２０度〜３０度の範囲で、
   前記透過率が６０％〜７０％の範囲であることを特徴と
   する請求項２に記載のフォトマスク。
5. 【請求項５】 前記位相差が４０度で、前記透過率が７
   ０％〜８０％の範囲であることを特徴とする請求項２に
   記載のフォトマスク。
6. 【請求項６】 前記位相差が５０度で、前記透過率が９
   ０％〜１００％の範囲であることを特徴とする請求項２
   に記載のフォトマスク。
7. 【請求項７】 前記メインパターンは、所定の寸法のラ
   インが一定のピッチで複数本設けられた密集パターンで
   あり、該密集パターンの回りに前記補助パターンが形成
   されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか
   １項に記載のフォトマスク。
8. 【請求項８】 前記メインパターンが孤立パターンであ
   ることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記
   載のフォトマスク。
9. 【請求項９】 前記補助パターンのライン寸法が前記メ
   インパターンより大きいことを特徴とする請求項１から
   ６のいずれか１項に記載のフォトマスク。