JP2004233803A - 半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法 - Google Patents
半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】トライトーンマスクについて、全ピッチ対象に禁止領域のない半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体製造用マスクは、透過領域Ｒ１とハーフトーン領域Ｒ２と遮光領域Ｒ３とを備え、かつ１回描画方法により形成されている。複数の透過領域Ｒ１の各々の外周はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれている。０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の透過領域Ｒ１を有し、かつ透過領域のピッチが半導体製造用マスク１０内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置するように１対の透過領域Ｒ１の各々の外周を取囲むハーフトーン領域Ｒ２が構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の半導体製造用マスクは、透過領域Ｒ１とハーフトーン領域Ｒ２と遮光領域Ｒ３とを備え、かつ１回描画方法により形成されている。複数の透過領域Ｒ１の各々の外周はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれている。０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の透過領域Ｒ１を有し、かつ透過領域のピッチが半導体製造用マスク１０内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置するように１対の透過領域Ｒ１の各々の外周を取囲むハーフトーン領域Ｒ２が構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法に関し、より具体的には、半導体装置の製造工程において微細なパターン形成のために用いられる半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過領域とハーフトーン領域と遮光領域とを有するトライトーンマスクの製造方法に、１回描画方法がある。この１回描画方法は、たとえば特開平８−３２８２３５号公報、特開平８−２９７３５７号公報などに開示されている。
【０００３】
この１回描画方法では、まず透明基板上にハーフトーン膜と遮光膜とが順に積層して形成された後、レジストが塗布される。レジストが塗布されたブランクスに透過領域を描画し、遮光膜膜とハーフトーン膜とをエッチングすることにより、透明基板の表面が露出した透過領域が形成される。この後、レジストを剥離せずにレジストがシュリンクされる。シュリンク方法にはアッシングなどがある。この状態で、レジストをマスクとして遮光膜をエッチングすることにより、ハーフトーン膜の表面が露出したハーフトーン領域が形成される。すなわち、レジストをシュリンクした領域がハーフトーン領域となる。また、遮光膜の残存した領域が、遮光領域となる。このようにしてトライトーンマスクが１回の描画により形成される。
【０００４】
レジストをシュリンクした領域がハーフトーン領域となるため、レジストシュリンクの分布によるが、ハーフトーン領域の幅はほぼ一律（一定）となる。
【０００５】
ところで、トライトーンマスクにおいては、中間ピッチ以上（パターンのピッチが密集パターンのピッチよりも大きい）では、マスクのパターンの間に遮光膜が必要である。これは、マスクのパターンの間に遮光膜がないと、本来パターンを形成すべきでないレジストの領域にディンプルが発生するためである。一方、密集パターン（パターンのピッチが中間ピッチよりも小さい）では特にマスクのパターン間に遮光膜を配置せずとも、マスクのパターンをウエハ上に解像することができる。このため、特開２００１−３５６４６７号公報に開示されているように、微細パターンの間には遮光膜は形成されない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３２８２３５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平８−２９７３５７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−３５６４６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、密集パターンのパターン間に遮光膜を配置しない場合、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域の幅が一定であるため、密集パターンのパターンピッチよりも幾分大きなピッチを有するパターンでは、そのパターン間にマスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じる。
【００１０】
なお、本明細書においてマスク製造精度を超えた極細の遮光膜とは、マスクの製造過程において、その製造誤差、バラツキによってはマスク上に遮光膜が存在したり存在しなかったりするような設計をしている遮光膜のことを意味する。
【００１１】
このようなマスク製造精度を超えた極細の遮光膜は、パターンの転写時にパターンの解像度に影響を与える。このため、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じるパターンピッチは、禁止領域として使用することができなくなりデバイス設計、製造において大きな制約が生じることになる。
【００１２】
それゆえ本発明の目的は、トライトーンマスクについて、全ピッチ対象に禁止領域のない半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造用マスクは、それぞれが透明基板の露出部からなる複数の透過領域と、透明基板上に設けられたハーフトーン位相シフト膜の露出部からなるハーフトーン領域と、ハーフトーン位相シフト膜上の遮光膜が形成された領域よりなる遮光領域とを備え、かつ１回描画方法により形成された半導体製造用マスクであって、複数の透過領域の各々の外周はハーフトーン領域により取囲まれている。０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の透過領域を有し、かつ透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が位置するように１対の透過領域の各々の外周を取囲むハーフトーン領域が構成されている。
【００１４】
なお、１回描画方法により形成された半導体製造用マスクにおいては、すべてのピッチのパターンにおいてハーフトーン領域の幅が実質同じ（一定）である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの構成を示す概略平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態における半導体製造用マスク１０は、透明基板１と、ハーフトーン位相シフト膜２と、遮光膜３とを有している。
【００１７】
この半導体製造用マスク１０は、トライトーンマスクであり、それぞれが透明基板１の露出部からなる複数の透過領域Ｒ１と、その透明基板１上に設けられたハーフトーン位相シフト膜２の露出部からなるハーフトーン領域Ｒ２と、そのハーフトーン位相シフト膜２上の遮光膜３が形成された領域よりなる遮光領域Ｒ３とを有している。なお、ハーフトーン位相シフト膜２は、透過領域Ｒ１との位相差を１８０度で逆位相にするものであり、かつ光透過率がたとえば８％以上と高くなるように設定されている。
【００１８】
また、この半導体製造用マスク１０には、透過領域Ｒ１のピッチの違いにより、たとえば密集パターン領域と、疎パターン領域と、孤立パターンとが形成されている。ここで、密集パターン領域とは、ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍ以下となるように透過領域Ｒ１のピッチＰ１が設定されている領域のことである。また、疎パターン領域とは、ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍを超えるように透過領域Ｒ１のピッチＰ２が設定されている領域のことである。また、孤立パターンとは、他の透過領域Ｒ１から離れて孤立したパターンのことである。
【００１９】
これらの密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの各透過領域Ｒ１の外周領域はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれている。また、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの外周領域は遮光領域Ｒ３により取囲まれている。
【００２０】
本実施の形態においては、密集パターン領域のうち、透過領域Ｒ１のピッチが半導体製造用マスク１０内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置するように１対の透過領域Ｒ１の各々の外周を取囲むハーフトーン領域Ｒ２の幅が設定（設計）されている。これにより、全てのピッチの密集パターン領域および疎パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置しており、遮光膜３の線幅Ｓ１、Ｓ２のそれぞれはマスク製造精度を超えた極細よりも太い。つまり、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの各透過領域Ｒ１の外周領域はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれており、さらにそのハーフトーン領域Ｒ２の外周領域は遮光領域Ｒ３により取囲まれている。
【００２１】
また、この半導体製造用マスク１０は、後述する１回描画方法により形成されたものである。それゆえ密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれのハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑは同じ（一定）である。
【００２２】
なお、本実施の形態における透過領域Ｒ１は、たとえばホールパターン形成用の開口である。
【００２３】
次に本実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法について説明する。図３〜図８は、本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図３〜図８においては説明の便宜上、最密集パターン領域のみを図示している。
【００２４】
図３を参照して、透明基板１の表面上に、ハーフトーン位相シフト膜２と遮光膜３とが順に積層して形成される。この遮光膜３上にレジスト（感光体）４が塗布される。
【００２５】
図４を参照して、レジスト４が塗布されたブランクスに透過領域が描画され、これによりレジスト４がパターニングされる。
【００２６】
図５を参照して、パターニングされたレジスト４をマスクとして、遮光膜３とハーフトーン位相シフト膜２とが順にエッチングされる。これにより、透明基板１の表面が露出して、透過領域Ｒ１が形成される。
【００２７】
図６を参照して、この後、レジスト４を剥離せずにレジスト４がシュリンクされる。シュリンク方法にはたとえばアッシングなどがある。これにより、遮光膜３の一部表面が露出する。
【００２８】
図７を参照して、この状態でレジスト４をマスクとして露出した遮光膜３をエッチング除去することにより、ハーフトーン位相シフト膜２の表面が露出して、ハーフトーン領域Ｒ２が形成される。すなわち、レジスト４をシュリンクした領域がハーフトーン領域Ｒ２となる。この後、レジスト４が剥離される。
【００２９】
図８を参照して、上記レジストの剥離により、遮光膜３の表面が露出し、遮光膜３の残存した領域が遮光領域Ｒ３となる。このようにしてトライトーンマスクである本実施の形態の半導体製造用マスクが１回の描画により形成される。
【００３０】
次に、本実施の形態における透過領域間の遮光領域の線幅について言及する。本実施の形態では、上記のように１回描画により半導体製造用マスクが形成される。この１回の描画では、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターン領域のそれぞれにおけるハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑは、パターンのピッチＰ１、Ｐ２によらずほぼ一定である。本実施の形態では、最密集パターンにおいても、各透過領域Ｒ１の間に、設計可能でマスク製造可能な寸法（線幅）Ｓ１の遮光膜３が配置される。上述したようにハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、ＱはパターンのピッチＰ１、Ｐ２によらずほぼ一定であるから、最もピッチの小さい最密集パターンにおいて各透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されれば、すべてのピッチのパターンにおいて各透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が存在することとなる。また、その各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンの遮光膜の寸法（線幅）Ｓ１以上となる。
【００３１】
図９を参照して、ホールパターンでの最密集パターンにおいて、ハーフトーン長さ（ハーフトーン領域Ｒ２の幅）をＡ０、ホール径（透過領域Ｒ１の開口寸法）をＨ０、パターンのピッチをＰ０、パターン間の遮光膜幅（遮光領域Ｒ３の線幅）をＸとする。遮光膜幅Ｘはマスク製造において精度良く加工できる幅である。
【００３２】
また図１０を参照して、ホールパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて、ハーフトーン長さをＡ、ホール径をＨ、ピッチをＰ、遮光膜幅をＹとする。
【００３３】
ここで、Ｘ＝Ｐ０−（２Ａ０＋Ｈ０）、Ｙ＝Ｐ−（２Ａ＋Ｈ）である。また、ハーフトーン長さはほぼ一律であるから、Ａ０≒Ａである。
【００３４】
一般に密集パターンと疎パターン（もしくは孤立パターン）とを同じ大きさの露光転写パターンに仕上げる場合、マスク上の設計を密集パターンより疎パターン（もしくは孤立パターン）の方を大きくする必要がある。このため、Ｐ＞＞Ｐ０のときには、Ｈ＞Ｈ０であるが、Ｐ−Ｐ０＞Ｈ−Ｈ０より、Ｘ＜Ｙが成り立つ。また、Ｐ＞Ｐ０のときには、Ｈ≒Ｈ０であり、このときもＸ＜Ｙが成り立つ。よって、各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンにおける遮光膜３の寸法（線幅）以上となる。したがって、最密集パターンにおける遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることができ、全ピッチのパターンにおいてマスク精度に問題のない遮光領域の配置が可能となる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の半導体製造用マスクおよびその製造方法によれば、密集パターン（ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍ以下となるように透過領域Ｒ１のピッチＰ１が設定されたパターン）のうち、透過領域のピッチＰ１が半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されている。これにより、マスク１回描画の方法で形成される全てのピッチにおいて、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されることになる。また、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑが一定であるため、最密集パターン領域における遮光膜３の線幅Ｓ１をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて、透過領域Ｒ１間に配置された遮光膜３の線幅Ｓ１、Ｓ２はマスク製造精度を超えた極細より太くなる。よって、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じることはないため、そのような遮光膜の生じた禁止領域もなくなり、デバイス設計、製造において制約が少なくなり自由度が大きくなる。
【００３６】
上記の実施の形態においては、ホールパターンについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）のパターンについても同様に適用することができる。以下に、Ｌ／Ｓパターンにおける透過領域間の遮光領域の線幅について言及する。
【００３７】
図１１を参照して、Ｌ／Ｓパターンでの最密集パターンにおいて、ハーフトーン長さをＢ０、スペース幅（透過領域Ｒ１の開口幅）をＳ０、パターンのピッチをＰ０、パターン間の遮光膜幅をＶとする。遮光膜幅Ｖはマスク製造において精度良く加工できる幅である。
【００３８】
また図１２を参照して、Ｌ／Ｓパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて、ハーフトーン長さをＢ、スペース幅をＳ、ピッチをＰ、遮光膜幅をＷとする。
【００３９】
ここで、Ｖ＝Ｐ０−（２Ｂ０＋Ｓ０）、Ｗ＝Ｐ−（２Ｂ＋Ｓ）である。また、このＬ／Ｓパターンも上記と同様に１回描画により形成されているため、ハーフトーン長さはほぼ一律であり、Ｂ０≒Ｂである。
【００４０】
一般に密集パターンと疎パターン（もしくは孤立パターン）とを同じ大きさの露光転写パターンに仕上げる場合、上記と同様、マスク上の設計を密集パターンより疎パターン（もしくは孤立パターン）の方を大きくする必要がある。このため、Ｐ＞＞Ｐ０のときには、Ｓ＞Ｓ０であり、Ｖ＜Ｗが成り立つ。また、Ｐ＞Ｐ０のときには、Ｓ≒Ｓ０であり、このときもＶ＜Ｗが成り立つ。よって、各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンにおける遮光膜３の寸法（線幅）以上となる。したがって、最密集パターンにおける遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることができ、全ピッチのパターンにおいてマスク精度に問題のない遮光領域の配置が可能となる。
【００４１】
次に、本実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
図１３は、本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法の様子を示す概念図である。図１３を参照して、本実施の形態の半導体製造用マスク１０のパターンは、縮小投影露光装置１１０を用いて、半導体基板（たとえば半導体ウエハ）１００の表面に塗布されたレジストに露光される。
【００４３】
この縮小投影露光装置１１０は、光源（図示せず）と、フライアイレンズ１０１と、絞り１０２と、投影レンズ１０３とを主に有している。光源より発せられた光はフライアイレンズ１０１と絞り１０２とを通過して、半導体製造用マスク１０に照射される。この半導体製造用マスク１０を照射した光は、投影レンズ１０３により所定の倍率に縮小されて、半導体基板１００表面のレジストを露光する。
【００４４】
この縮小投影露光装置１１０では、縮小率はたとえば１／４であり、露光にはたとえばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）およびＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）のエキシマレーザが用いられる。
【００４５】
図１４〜図１６は、半導体装置の製造方法を工程順に示す半導体基板の概略断面図である。図１４を参照して、上記の露光が行なわれた後、現像することにより、レジスト１００ｃがパターニングされる。このパターニングされたレジスト１００ｃをマスクとして、下層の被エッチング膜１００ｂにエッチングが施される。
【００４６】
図１５を参照して、このエッチングにより、被エッチング膜１００ｂにたとえばホールパターンが形成され、基板１００ａの一部表面が露出する。この後、たとえばアッシングなどによりレジスト１００ｃが除去される。
【００４７】
図１６を参照して、上記のレジスト１００ｃの除去により、被エッチング膜１００ｂの表面が露出する。このようにして半導体装置が製造される。これにより、解像度の良好なパターンを有する半導体装置を製造することができる。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の半導体製造用マスクによれば、密集パターン（透過領域のピッチが０．３２μｍ以下）のうち、透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が配置されている。これにより、マスク１回描画の方法で形成される全てのピッチにおいて、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が配置されることになる。また、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域の幅が一定であるため、最密集パターン領域における遮光膜の線幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて、透過領域間に配置された遮光膜の線幅はマスク製造精度を超えた極細より太くなる。よって、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じることはないため、そのような遮光膜の生じた禁止領域もなくなるため、デバイス設計、製造において制約が少なくなり自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図９】ホールパターンでの最密集パターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１０】ホールパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１１】Ｌ／Ｓパターンでの最密集パターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１２】Ｌ／Ｓパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法の様子を示す概念図である。
【図１４】半導体装置の製造方法の第１工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【図１５】半導体装置の製造方法の第２工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【図１６】半導体装置の製造方法の第３工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 透明基板、２ ハーフトーン位相シフト膜、３ 遮光膜、４ レジスト、１０ 半導体製造用マスク、１００ 半導体基板、１００ａ 基板、１００ｂ 被エッチング膜、１００ｃ レジスト、１０１ フライアイレンズ、１０２ 絞り、１０３ 投影レンズ、１１０ 縮小投影露光装置、Ｒ１ 透過領域、Ｒ２ ハーフトーン領域、Ｒ３ 遮光領域。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法に関し、より具体的には、半導体装置の製造工程において微細なパターン形成のために用いられる半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過領域とハーフトーン領域と遮光領域とを有するトライトーンマスクの製造方法に、１回描画方法がある。この１回描画方法は、たとえば特開平８−３２８２３５号公報、特開平８−２９７３５７号公報などに開示されている。
【０００３】
この１回描画方法では、まず透明基板上にハーフトーン膜と遮光膜とが順に積層して形成された後、レジストが塗布される。レジストが塗布されたブランクスに透過領域を描画し、遮光膜膜とハーフトーン膜とをエッチングすることにより、透明基板の表面が露出した透過領域が形成される。この後、レジストを剥離せずにレジストがシュリンクされる。シュリンク方法にはアッシングなどがある。この状態で、レジストをマスクとして遮光膜をエッチングすることにより、ハーフトーン膜の表面が露出したハーフトーン領域が形成される。すなわち、レジストをシュリンクした領域がハーフトーン領域となる。また、遮光膜の残存した領域が、遮光領域となる。このようにしてトライトーンマスクが１回の描画により形成される。
【０００４】
レジストをシュリンクした領域がハーフトーン領域となるため、レジストシュリンクの分布によるが、ハーフトーン領域の幅はほぼ一律（一定）となる。
【０００５】
ところで、トライトーンマスクにおいては、中間ピッチ以上（パターンのピッチが密集パターンのピッチよりも大きい）では、マスクのパターンの間に遮光膜が必要である。これは、マスクのパターンの間に遮光膜がないと、本来パターンを形成すべきでないレジストの領域にディンプルが発生するためである。一方、密集パターン（パターンのピッチが中間ピッチよりも小さい）では特にマスクのパターン間に遮光膜を配置せずとも、マスクのパターンをウエハ上に解像することができる。このため、特開２００１−３５６４６７号公報に開示されているように、微細パターンの間には遮光膜は形成されない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３２８２３５号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平８−２９７３５７号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００１−３５６４６７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、密集パターンのパターン間に遮光膜を配置しない場合、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域の幅が一定であるため、密集パターンのパターンピッチよりも幾分大きなピッチを有するパターンでは、そのパターン間にマスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じる。
【００１０】
なお、本明細書においてマスク製造精度を超えた極細の遮光膜とは、マスクの製造過程において、その製造誤差、バラツキによってはマスク上に遮光膜が存在したり存在しなかったりするような設計をしている遮光膜のことを意味する。
【００１１】
このようなマスク製造精度を超えた極細の遮光膜は、パターンの転写時にパターンの解像度に影響を与える。このため、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じるパターンピッチは、禁止領域として使用することができなくなりデバイス設計、製造において大きな制約が生じることになる。
【００１２】
それゆえ本発明の目的は、トライトーンマスクについて、全ピッチ対象に禁止領域のない半導体製造用マスク、半導体装置の製造方法および半導体製造用マスクの製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造用マスクは、それぞれが透明基板の露出部からなる複数の透過領域と、透明基板上に設けられたハーフトーン位相シフト膜の露出部からなるハーフトーン領域と、ハーフトーン位相シフト膜上の遮光膜が形成された領域よりなる遮光領域とを備え、かつ１回描画方法により形成された半導体製造用マスクであって、複数の透過領域の各々の外周はハーフトーン領域により取囲まれている。０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の透過領域を有し、かつ透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が位置するように１対の透過領域の各々の外周を取囲むハーフトーン領域が構成されている。
【００１４】
なお、１回描画方法により形成された半導体製造用マスクにおいては、すべてのピッチのパターンにおいてハーフトーン領域の幅が実質同じ（一定）である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの構成を示す概略平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。図１および図２を参照して、本実施の形態における半導体製造用マスク１０は、透明基板１と、ハーフトーン位相シフト膜２と、遮光膜３とを有している。
【００１７】
この半導体製造用マスク１０は、トライトーンマスクであり、それぞれが透明基板１の露出部からなる複数の透過領域Ｒ１と、その透明基板１上に設けられたハーフトーン位相シフト膜２の露出部からなるハーフトーン領域Ｒ２と、そのハーフトーン位相シフト膜２上の遮光膜３が形成された領域よりなる遮光領域Ｒ３とを有している。なお、ハーフトーン位相シフト膜２は、透過領域Ｒ１との位相差を１８０度で逆位相にするものであり、かつ光透過率がたとえば８％以上と高くなるように設定されている。
【００１８】
また、この半導体製造用マスク１０には、透過領域Ｒ１のピッチの違いにより、たとえば密集パターン領域と、疎パターン領域と、孤立パターンとが形成されている。ここで、密集パターン領域とは、ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍ以下となるように透過領域Ｒ１のピッチＰ１が設定されている領域のことである。また、疎パターン領域とは、ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍを超えるように透過領域Ｒ１のピッチＰ２が設定されている領域のことである。また、孤立パターンとは、他の透過領域Ｒ１から離れて孤立したパターンのことである。
【００１９】
これらの密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの各透過領域Ｒ１の外周領域はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれている。また、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの外周領域は遮光領域Ｒ３により取囲まれている。
【００２０】
本実施の形態においては、密集パターン領域のうち、透過領域Ｒ１のピッチが半導体製造用マスク１０内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置するように１対の透過領域Ｒ１の各々の外周を取囲むハーフトーン領域Ｒ２の幅が設定（設計）されている。これにより、全てのピッチの密集パターン領域および疎パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が位置しており、遮光膜３の線幅Ｓ１、Ｓ２のそれぞれはマスク製造精度を超えた極細よりも太い。つまり、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれの各透過領域Ｒ１の外周領域はハーフトーン領域Ｒ２により取囲まれており、さらにそのハーフトーン領域Ｒ２の外周領域は遮光領域Ｒ３により取囲まれている。
【００２１】
また、この半導体製造用マスク１０は、後述する１回描画方法により形成されたものである。それゆえ密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターンのそれぞれのハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑは同じ（一定）である。
【００２２】
なお、本実施の形態における透過領域Ｒ１は、たとえばホールパターン形成用の開口である。
【００２３】
次に本実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法について説明する。図３〜図８は、本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図３〜図８においては説明の便宜上、最密集パターン領域のみを図示している。
【００２４】
図３を参照して、透明基板１の表面上に、ハーフトーン位相シフト膜２と遮光膜３とが順に積層して形成される。この遮光膜３上にレジスト（感光体）４が塗布される。
【００２５】
図４を参照して、レジスト４が塗布されたブランクスに透過領域が描画され、これによりレジスト４がパターニングされる。
【００２６】
図５を参照して、パターニングされたレジスト４をマスクとして、遮光膜３とハーフトーン位相シフト膜２とが順にエッチングされる。これにより、透明基板１の表面が露出して、透過領域Ｒ１が形成される。
【００２７】
図６を参照して、この後、レジスト４を剥離せずにレジスト４がシュリンクされる。シュリンク方法にはたとえばアッシングなどがある。これにより、遮光膜３の一部表面が露出する。
【００２８】
図７を参照して、この状態でレジスト４をマスクとして露出した遮光膜３をエッチング除去することにより、ハーフトーン位相シフト膜２の表面が露出して、ハーフトーン領域Ｒ２が形成される。すなわち、レジスト４をシュリンクした領域がハーフトーン領域Ｒ２となる。この後、レジスト４が剥離される。
【００２９】
図８を参照して、上記レジストの剥離により、遮光膜３の表面が露出し、遮光膜３の残存した領域が遮光領域Ｒ３となる。このようにしてトライトーンマスクである本実施の形態の半導体製造用マスクが１回の描画により形成される。
【００３０】
次に、本実施の形態における透過領域間の遮光領域の線幅について言及する。本実施の形態では、上記のように１回描画により半導体製造用マスクが形成される。この１回の描画では、密集パターン領域、疎パターン領域および孤立パターン領域のそれぞれにおけるハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑは、パターンのピッチＰ１、Ｐ２によらずほぼ一定である。本実施の形態では、最密集パターンにおいても、各透過領域Ｒ１の間に、設計可能でマスク製造可能な寸法（線幅）Ｓ１の遮光膜３が配置される。上述したようにハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、ＱはパターンのピッチＰ１、Ｐ２によらずほぼ一定であるから、最もピッチの小さい最密集パターンにおいて各透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されれば、すべてのピッチのパターンにおいて各透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が存在することとなる。また、その各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンの遮光膜の寸法（線幅）Ｓ１以上となる。
【００３１】
図９を参照して、ホールパターンでの最密集パターンにおいて、ハーフトーン長さ（ハーフトーン領域Ｒ２の幅）をＡ０、ホール径（透過領域Ｒ１の開口寸法）をＨ０、パターンのピッチをＰ０、パターン間の遮光膜幅（遮光領域Ｒ３の線幅）をＸとする。遮光膜幅Ｘはマスク製造において精度良く加工できる幅である。
【００３２】
また図１０を参照して、ホールパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて、ハーフトーン長さをＡ、ホール径をＨ、ピッチをＰ、遮光膜幅をＹとする。
【００３３】
ここで、Ｘ＝Ｐ０−（２Ａ０＋Ｈ０）、Ｙ＝Ｐ−（２Ａ＋Ｈ）である。また、ハーフトーン長さはほぼ一律であるから、Ａ０≒Ａである。
【００３４】
一般に密集パターンと疎パターン（もしくは孤立パターン）とを同じ大きさの露光転写パターンに仕上げる場合、マスク上の設計を密集パターンより疎パターン（もしくは孤立パターン）の方を大きくする必要がある。このため、Ｐ＞＞Ｐ０のときには、Ｈ＞Ｈ０であるが、Ｐ−Ｐ０＞Ｈ−Ｈ０より、Ｘ＜Ｙが成り立つ。また、Ｐ＞Ｐ０のときには、Ｈ≒Ｈ０であり、このときもＸ＜Ｙが成り立つ。よって、各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンにおける遮光膜３の寸法（線幅）以上となる。したがって、最密集パターンにおける遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることができ、全ピッチのパターンにおいてマスク精度に問題のない遮光領域の配置が可能となる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の半導体製造用マスクおよびその製造方法によれば、密集パターン（ウエハ上に投影された透過領域Ｒ１のピッチが０．３２μｍ以下となるように透過領域Ｒ１のピッチＰ１が設定されたパターン）のうち、透過領域のピッチＰ１が半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されている。これにより、マスク１回描画の方法で形成される全てのピッチにおいて、互いに隣合う１対の透過領域Ｒ１の間に遮光膜３が配置されることになる。また、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域Ｒ２の幅Ｏ、Ｐ、Ｑが一定であるため、最密集パターン領域における遮光膜３の線幅Ｓ１をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて、透過領域Ｒ１間に配置された遮光膜３の線幅Ｓ１、Ｓ２はマスク製造精度を超えた極細より太くなる。よって、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じることはないため、そのような遮光膜の生じた禁止領域もなくなり、デバイス設計、製造において制約が少なくなり自由度が大きくなる。
【００３６】
上記の実施の形態においては、ホールパターンについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ライン・アンド・スペース（Ｌ／Ｓ）のパターンについても同様に適用することができる。以下に、Ｌ／Ｓパターンにおける透過領域間の遮光領域の線幅について言及する。
【００３７】
図１１を参照して、Ｌ／Ｓパターンでの最密集パターンにおいて、ハーフトーン長さをＢ０、スペース幅（透過領域Ｒ１の開口幅）をＳ０、パターンのピッチをＰ０、パターン間の遮光膜幅をＶとする。遮光膜幅Ｖはマスク製造において精度良く加工できる幅である。
【００３８】
また図１２を参照して、Ｌ／Ｓパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて、ハーフトーン長さをＢ、スペース幅をＳ、ピッチをＰ、遮光膜幅をＷとする。
【００３９】
ここで、Ｖ＝Ｐ０−（２Ｂ０＋Ｓ０）、Ｗ＝Ｐ−（２Ｂ＋Ｓ）である。また、このＬ／Ｓパターンも上記と同様に１回描画により形成されているため、ハーフトーン長さはほぼ一律であり、Ｂ０≒Ｂである。
【００４０】
一般に密集パターンと疎パターン（もしくは孤立パターン）とを同じ大きさの露光転写パターンに仕上げる場合、上記と同様、マスク上の設計を密集パターンより疎パターン（もしくは孤立パターン）の方を大きくする必要がある。このため、Ｐ＞＞Ｐ０のときには、Ｓ＞Ｓ０であり、Ｖ＜Ｗが成り立つ。また、Ｐ＞Ｐ０のときには、Ｓ≒Ｓ０であり、このときもＶ＜Ｗが成り立つ。よって、各透過領域Ｒ１の間の遮光膜３の寸法（線幅）は、必然的に最密集パターンにおける遮光膜３の寸法（線幅）以上となる。したがって、最密集パターンにおける遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて遮光膜幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることができ、全ピッチのパターンにおいてマスク精度に問題のない遮光領域の配置が可能となる。
【００４１】
次に、本実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法について説明する。
【００４２】
図１３は、本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法の様子を示す概念図である。図１３を参照して、本実施の形態の半導体製造用マスク１０のパターンは、縮小投影露光装置１１０を用いて、半導体基板（たとえば半導体ウエハ）１００の表面に塗布されたレジストに露光される。
【００４３】
この縮小投影露光装置１１０は、光源（図示せず）と、フライアイレンズ１０１と、絞り１０２と、投影レンズ１０３とを主に有している。光源より発せられた光はフライアイレンズ１０１と絞り１０２とを通過して、半導体製造用マスク１０に照射される。この半導体製造用マスク１０を照射した光は、投影レンズ１０３により所定の倍率に縮小されて、半導体基板１００表面のレジストを露光する。
【００４４】
この縮小投影露光装置１１０では、縮小率はたとえば１／４であり、露光にはたとえばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）およびＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）のエキシマレーザが用いられる。
【００４５】
図１４〜図１６は、半導体装置の製造方法を工程順に示す半導体基板の概略断面図である。図１４を参照して、上記の露光が行なわれた後、現像することにより、レジスト１００ｃがパターニングされる。このパターニングされたレジスト１００ｃをマスクとして、下層の被エッチング膜１００ｂにエッチングが施される。
【００４６】
図１５を参照して、このエッチングにより、被エッチング膜１００ｂにたとえばホールパターンが形成され、基板１００ａの一部表面が露出する。この後、たとえばアッシングなどによりレジスト１００ｃが除去される。
【００４７】
図１６を参照して、上記のレジスト１００ｃの除去により、被エッチング膜１００ｂの表面が露出する。このようにして半導体装置が製造される。これにより、解像度の良好なパターンを有する半導体装置を製造することができる。
【００４８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の半導体製造用マスクによれば、密集パターン（透過領域のピッチが０．３２μｍ以下）のうち、透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が配置されている。これにより、マスク１回描画の方法で形成される全てのピッチにおいて、互いに隣合う１対の透過領域の間に遮光膜が配置されることになる。また、マスク１回描画の方法で形成されるハーフトーン領域の幅が一定であるため、最密集パターン領域における遮光膜の線幅をマスク製造精度を超えた極細より太くすることにより、全てのピッチのパターンにおいて、透過領域間に配置された遮光膜の線幅はマスク製造精度を超えた極細より太くなる。よって、マスク製造精度を超えた極細の遮光膜が生じることはないため、そのような遮光膜の生じた禁止領域もなくなるため、デバイス設計、製造において制約が少なくなり自由度が大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクの製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図９】ホールパターンでの最密集パターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１０】ホールパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１１】Ｌ／Ｓパターンでの最密集パターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１２】Ｌ／Ｓパターンでの最密集ピッチ以上で配置されたパターンにおいて各部の寸法を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における半導体製造用マスクを用いた半導体装置の製造方法の様子を示す概念図である。
【図１４】半導体装置の製造方法の第１工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【図１５】半導体装置の製造方法の第２工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【図１６】半導体装置の製造方法の第３工程を示す半導体基板の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 透明基板、２ ハーフトーン位相シフト膜、３ 遮光膜、４ レジスト、１０ 半導体製造用マスク、１００ 半導体基板、１００ａ 基板、１００ｂ 被エッチング膜、１００ｃ レジスト、１０１ フライアイレンズ、１０２ 絞り、１０３ 投影レンズ、１１０ 縮小投影露光装置、Ｒ１ 透過領域、Ｒ２ ハーフトーン領域、Ｒ３ 遮光領域。
Claims (5)
- それぞれが透明基板の露出部からなる複数の透過領域と、前記透明基板上に設けられたハーフトーン位相シフト膜の露出部からなるハーフトーン領域と、前記ハーフトーン位相シフト膜上の遮光膜が形成された領域よりなる遮光領域とを備え、かつ１回描画方法により形成された半導体製造用マスクであって、
複数の前記透過領域の各々の外周は前記ハーフトーン領域により取囲まれており、
０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の前記透過領域を有し、かつ前記透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の前記透過領域の間に前記遮光膜が位置するように１対の前記透過領域の各々の外周を取囲む前記ハーフトーン領域が構成されている、半導体製造用マスク。 - 前記最密集パターン領域の前記透過領域は、ホールパターン形成用の開口であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造用マスク。
- 前記最密集パターン領域の前記透過領域は、ライン・アンド・スペース形成用の開口であることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造用マスク。
- 請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造用マスクを用いたことを特徴とする、半導体装置の製造方法。
- 透明基板の表面上に、ハーフトーン位相シフト膜と遮光膜とを順に形成する工程と、
前記遮光膜上に感光体を形成する工程と、
前記感光体を写真製版技術によりパターニングして、前記遮光膜の一部表面を露出する開口を前記感光体に形成する工程と、
前記開口の真下に位置する前記遮光膜と前記ハーフトーン位相シフト膜とを順に除去して、前記透明基板の表面を露出させて、前記透明基板の露出部からなる透過領域を複数形成する工程と、
前記感光体をシュリンクすることにより、前記開口の開口寸法を拡大して、前記遮光膜の一部表面を露出させる工程と、
拡大された前記開口から露出した前記遮光膜を除去することにより、前記ハーフトーン位相シフト膜の一部表面を露出させて、前記ハーフトーン位相シフト膜の露出部からなるハーフトーン領域を形成するとともに、前記遮光膜が残された遮光領域を形成する工程と、
前記感光体を除去する工程とを備えた半導体製造用マスクの製造方法であって、
複数の前記透過領域の各々の外周は前記ハーフトーン領域により取囲まれるように形成され、
０．３２μｍ以下のピッチで配置された複数の前記透過領域を有し、かつ前記透過領域のピッチが半導体製造用マスク内において最も小さい最密集パターン領域において、互いに隣合う１対の前記透過領域の間に前記遮光膜が残存されるように１対の前記透過領域の各々の外周を取囲む前記ハーフトーン領域が形成される、半導体製造用マスクの製造方法。
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