JP2004348118A - フォトマスク及びそれを用いた露光方法、データ発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホールパターンが一方向に沿って配列されていても十分な解像度を得ることが出来るフォトマスクを提供すること。
【解決手段】遮光部又は半透明膜に囲まれたホールパターン２０１が一方向にそって３つ以上配列されたパターン列と、前記パターン列に対して一方向に直交する方向に一定の距離をおいた位置に、遮光部又は半透明膜に囲まれて形成され、長手方向の長さが前記パターン列の長手方向の長さと同等以上、且つ長手方向が前記一方向に略並行である解像されない補助パターン２０２ａ，２０２ｂとを具備する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、パターンに隣接して補助パターンが形成されたフォトマスク、このフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法、及びこのフォトマスクのデータを作成するデータ作成方法に関するものである。

微細なホールパターンをフォトマスクによって形成するための手法として、従来技術では、メインパターンと同じ形状の補助パターンをメインパターンの周囲に配置することで解像度を向上させていた（特許文献１の図１）。しかし、図３４に示すような微細な連なったホールパターン４０１のパターン列をパターンの一部として有するフォトマスクを投影露光する場合を考える。図３４に示すパターン列に補助パターン４０２を付加すると、図３５に示すようになる。ところが、図３５に示したマスクパターンでは、ホールパターン４０１の解像度が不十分でリソグラフィマージンが小さかった。

また、隣接するパターンとの間に周期性を有するパターンに隣接して補助パターンを形成する技術がある（特許文献２）。この補助パターンを隣接するパターンとの間に周期性がないパターンに隣接して形成することを考える。つまり、長方形状のパターンの短手方向に隣接して補助パターンを配置する。この場合も、長方形状のパターンの解像度が不十分でリソグラフィマージンが小さかった。
特開平１０−２３９８２７号公報 特開平７−１４０６３９号公報

本発明の目的は、リソグラフィマージンを向上させるためにパターンに隣接して補助パターンが形成されたフォトマスクを提供することにある。また、本発明のさらなる目的は、このフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法、及びこのフォトマスクのデータを作成するデータ作成方法を提供することにある。

本発明の一例に係わる、露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれたホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列と、前記遮光部又は半透明膜に囲まれて形成された長手方向と短手方向とを有する補助パターンであって、前記補助パターンは前記パターン列に対して一方向に直交する方向に一定の距離をおいた位置に配置され、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンの長手方向の長さが前記パターン列の長手方向の長さと同等以上であり、前記補助パターンは前記基板に転写されない補助パターンとを具備してなることを特徴とする。

本発明の一例に係わる半導体装置の製造方法は、半導体基板上のレジスト膜にフォトマスクに形成されたパターンを転写するための露光装置を用意する工程と、前記基板に転写されるパターンを有する前記フォトマスクを用意する工程であって、前記フォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれたホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列と、前記遮光部又は半透明膜に囲まれて形成された長手方向と短手方向とを有する補助パターンであって、前記補助パターンは前記パターン列に対して一方向に直交する方向に一定の距離をおいた位置に配置され、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンの長手方向の長さが前記パターン列の長手方向の長さと同等以上であり、前記補助パターンは前記レジスト膜に転写されない補助パターンとを具備するフォトマスクを用意する工程と、前記フォトマスクに形成されたパターンを前記レジスト膜に転写する工程とを特徴とする。

本発明の一例に係わる、露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクの設計データを作成するデータ作成方法は、ホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列を有するパターンデータを用意する工程と、補助パターンを生成するために前記各ホールパターンに対してリサイズ処理及び差分処理を行う工程であって、前記補助パターンの長手方向の長さは前記パターン列の一方向の長さと同等以上、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンは前記基板に転写されないパターンである工程と、前記設計データを作成するために、前記パターンデータと補助パターンとをマージする工程とを含むことを特徴とする。

本発明の一例に係わる、露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれた長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有するメインパターンであって、前記メインパターンは前記メインパターンに隣接し前記基板上に転写されるパターンに対して周期性を有さずに配置されているメインパターンと、前記遮光部又は半透明膜に囲まれた補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンの長手方向の一端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記メインパターンの短手方向に平行な方向の幅は前記メインパターンの前記短手方向の幅より長く、前記補助パターンは前記基板上に転写されない補助パターンとを具備してなることを特徴とする。

本発明の一例に係わる、露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれた長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有する複数のラインパターンが前記短手方向に沿って周期的に配列されたパターン列と、前記遮光部又は半透明膜で囲まれた補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンのライン端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記ラインパターンの短手方向の長さは前記パターン列の長さ以上であり、前記補助パターンは前記基板上に転写されないことを特徴とする。

本発明によれば、ホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列に隣接して補助パターンを配置することによって、リソグラフィマージンを向上させることができる。

メインパターンに隣接して補助パターンを配置することによってリソグラフィマージンを向上させることができる。

本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。ただし、当然のことではあるが、本発明は以下に示す実施形態により限定されるものではない。

（第１の実施形態）
本実施形態では、一次元方向に連続したホールをパターンの一部として有するＮＡＮＤフラッシュメモリのビットラインコンタクト（ＣＢ）レイヤーのフォトマスクを投影露光する場合に適用した例について説明する。

ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの回路の概略を図１に示す。

図１に示すように、各ＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、不揮発性半導体メモリセルＭが直列に接続されて構成され、その一端は選択ゲート線ＳＧ（ＳＧ１，ＳＧ１’）につながる選択トランジスタＳを介してビット線ＢＬに接続されている。各々のメモリセルＭは制御ゲート線ＣＧ（ＣＧ１〜ＣＧ４，ＣＧ１’）につながる。図示されていない他端は選択ゲート線につながる選択トランジスタを介して共通ソース線に接続されている。

ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの平面図を図２に、図２のII−II’部の断面を図３に示す。

図２，３に示すように、ｎ型Ｓｉ１０１上にｐ型ウェル１０２が形成されている。ｐ型ウェル１０２内の一部にｎ型拡散層１０３が形成されている。ｎ型拡散層１０３は、不揮発性メモリセルＭのソース及びドレインとなる。チャネル領域上にはトンネル絶縁膜１０４が形成されている。トンネル絶縁膜１０４上に浮遊ゲート１０５が形成されている。浮遊ゲート１０５上にはゲート間絶縁膜１０６が形成されている。ゲート間絶縁膜１０６上に、制御ゲート１０７が形成されている。選択トランジスタＳでは、ゲート間絶縁膜１０６の一部が除去され、浮遊ゲート１０５と制御ゲート１０７とが電気的に接続して選択ゲートＳＧとなっている。

Ｓｉ基板１０１上に層間絶縁膜１０９が形成されている。層間絶縁膜１０９に二つの選択トランジスタＳの間のｎ型拡散層１０３に接続するビット線コンタクトホール１１０が形成されている。ビット線コンタクトホール１１０内及び層間絶縁膜上にビット線コンタクト１１１が形成されている。ビット線コンタクト１１１上に第２の層間絶縁膜１１２が形成されている。第２の層間絶縁膜１１２に形成されたホール内にヴィアプラグ１１３が形成されている。第２の層間絶縁膜１１２上にヴィアプラグ１１３に接続するビット線１１４が形成されている。

図２に示すようにビット線プラグホールの長辺寸法はチップサイズに大きな影響を与える。ビット線プラグホールの長辺寸法が短いほどチップサイズは小さく、チップコストを低減することができる。従って、ビット線コンタクトの解像性の向上、寸法制御性および長辺寸法の縮小が重要である。

本実施形態においては、短辺の長さが７２．５ｎｍであるビット線コンタクトホールが１４５ｎｍのピッチで配列されるようにマスク設計を行った。図４は本発明の第１の実施形態に係わるマスクの構成を示す図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は同図（ａ）のIV−IV’部の断面図である。なお、本実施形態及び本実施形態以降の各実施形態に示すフォトマスクの寸法は、基板に転写した時の寸法に換算した値である。

図４（ａ）に示すように、ホールパターン２０１は一方向に沿って３つ以上配列されている。ホールパターン２０１のサイズは、ａ＝５０ｎｍ、ｂ＝３５０ｎｍ角の長方形である。ホールパターン２０１の配列方向（一方向）に直交する方向に、３００ｎｍの距離ｄをあけて、幅Ｗが５０ｎｍの解像限界以下の補助パターン２０２（２０２ａ，２０２ｂ）が形成されている。補助パターンの一方向の長さはホールパターン列の長さと同等以上であり、長辺（長手方向）はホールパターンの配列方向に略並行である。図４（ｂ）に示すように、ホールパターン２０１及び補助パターン２０２ａ，２０２ｂは、透明基板２１０上に形成された半透明膜２１１に囲まれて形成されている。ホールパターン２０１及び補助パターン２０２ａ，２０２ｂは、透明基板上に形成された遮光膜に囲まれて形成されていても良い。

補助パターン２０２の幅Ｗは、開口数ＮＡに対して、０．３×λ／ＮＡ（本実施例においては６８ｎｍ）より大きいと、補助パターンが転写される可能性が大きくなり望ましくない。

図５に示すように、間隔ｄはホールパターンの長さｂに対し、０．３×ｂ未満であると、目標寸法（０．１５μｍ）より大きくなり好ましくない。従って、間隔ｄは長さｂに対し、０．３×ｂ以上であることが好ましい。１．５×ｂより大きいと焦点深度が短くなる可能性があり望ましくない。さらには、間隔ｄと長さｂとは、焦点深度が長くなる、０．５×ｂ≦ｄ≦１．０×ｂの関係にあることが更に好ましい。図５は、焦点深度及び長辺寸法の間隔ｄ／長さｂ依存性を示す図である。

パターンが疎に配置されている場合と、密に配置されている場合では、適した照明が異なる。ビット線コンタクトホールの場合、短辺方向にパターンが密に配置されているが、長辺方向にはパターンが疎に配置されている。図１８に示した補助パターン４０２を有するフォトマスクの場合、配列方向及び配列方向に垂直な方向には密であるが斜め方向には疎である。

本実施形態のマスクでは、転写されない補助パターンを長辺方向に隣接して配置することによって、斜め方向にもパターンが密に配置されるようになる。その結果、パターンが密に配置されている場合の照明条件に適するようになり、解像度及び焦点深度の向上を図ることができる。

パターンが密に配列されている場合に適した照明条件は、斜入射照明である。斜入射が密パターンに適している理由を図６〜図８を用いて説明する。図６は密パターンからの回折光の発生と結像を示す図である。図６（ａ）は垂直照明の場合を示し、図６（ｂ）は斜入射照明の場合を示している。図６（ａ）に示すように、垂直照明の場合、±１次光が投影レンズのＮＡより大きな角度を有し、ウェハ上には０次光のみが達する。図６（ｂ）に示すように、斜入射照明の場合、０次光と１次光が投影光学系を通過する限りウェハ上に像を形成することができる。従って斜入射照明では限界解像度を向上できる。

図７は、斜入射照明による焦点深度向上の原理を説明するための図である。図７（ａ）は垂直照明の回折と結像の様子を示し、図７（ｂ）は斜入射照明の回折と結像の様子を示している。マスクのピッチＰと波長λ、マスクを透過する０次光と１次光の成す角をθ、レンズの開口数ＮＡとした場合、Ｐ＝λ／ｓｉｎθ＝λ／ＮＡの関係が成り立つ。図７に示すように、マスクのピッチが同じで照明を斜入射にした場合、一次回折光と０次回折光との角度は小さいので、垂直照明に比べ焦点深度が向上する。

図８は、斜入射照明による解像力向上の原理を説明するための図である。図８に示すように、ピッチが密になるとθが大きくなり解像度が向上する。

この連続補助パターンが形成されたマスクを用いてレジストに露光を行った場合に、形成されるレジストパターンをシミュレーションにより求め、最適な露光条件を求めた。シミュレーションでは、まずマスクパターンに対して空間像を計算する。次にレジストプロセスの効果をガウス関数(σ＝ΔL)の畳み込み積分によって取り込み、レジストパターンを計算する。レジストプロセスの効果は予め実験結果とシミュレーション結果をフィッティングすることによって求めておく。今回はΔＬ＝４５ｎｍとした。

照明光源の波長λを１９３ｎｍとし、開口数ＮＡと照明光学系のアパーチャ（照明条件）を変更しての比較検討した。シミュレーションに用いたアパーチャの構成を図９に示す。図９（ａ）は通常照明、図９（ｂ）は輪帯照明、図９（ｃ）は２極照明、図９（ｄ）は４極照明、図９（ｅ）は扇二つ目照明、図９（ｆ）は扇四つ目照明のアパーチャである。また、開口数ＮＡは、０．６８，０．７８，０．８５に何れかに設定した。なお、条件に応じては２極照明の場合、アパーチャに設けられた二つの開口の径を変えても良い。又、同様に４極照明の場合、条件に応じてアパーチャに設けられた開口の大きさを変えても良い。また、図では４回転対称であるが、２回転対称でも良い。。

シミュレーションの結果、開口数ＮＡは０．８５、照明系のアパーチャは扇二つ目照明が最適であった。扇二つ目照明のパラメータはσ＝０．９、Ｉｎｎｅｒσ＝０．６、θoa1＝３０［ｄｅｇ］に設定し、配列方向の短辺方向に対して斜めから照明されるよう開口部を配置した。これらより、ビット線コンタクトホールの解像度が向上し、１４５ｎｍピッチで長辺寸法１５０ｎｍの連なったホールパターンを形成できた。なお、扇二つ目照明以外の変形照明法でも通常照明よりもマージンが高いので、他の変形照明法を用いても用いても良い。

図１０に示す補助パターン２０３の幅を０（補助パターン無し）から隣接する補助パターン２０３が接続するまで段階的に広げて、リソグラフィシミュレーションを行った。なお、補助パターン２０３以外のパターン２０１の寸法は図４に示したパターンと同様である。

なお、照明条件は扇二つ目照明であり、開口数ＮＡは０．８５である。シミュレーションの結果を図１１にしめす。また、シミュレーションの結果の概略を表１に示す。表１では、露光量裕度が８％の時の焦点深度を示している。

これより、本実施形態による補助パターンが最もリソグラフィのマージンが大きいことが分かる。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態に係わるマスクの構成を示す図である。図１２（ａ）はマスクの平面図、図１２（ｂ）は同図（ａ）のXII−XII’部の断面図である。このマスクは、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのビット線コンタクトホールの形成に用いられる。

図１２に示すように、遮光膜２１２に囲まれてホールパターン，並びに第１及び第２の補助パターンが形成されている。ホールパターン２０１は一方向に沿って３つ以上配列されている。ホールパターンのサイズは、ａ＝４０ｎｍ、ｂ＝２００ｎｍ角の長方形である。ホールパターン２０１の配列方向（一方向）に直交する方向に、３００ｎｍの距離ｄをあけて、幅Ｗが５０ｎｍの解像限界以下の第２の補助パターン２２２（２２２ａ，２２２ｂ）が形成されている。第２の補助パターン２２２では、透明基板２１０が掘り下げられている。その結果、第２の補助パターン２２２の透過光とホールパターン２０１の透過光とは１８０度の位相差が設けられている。前記配列方向（一方向）に直交する方向に、第２の補助パターン２２２から３００ｎｍの距離ｄをあけて、幅Ｗが５０ｎｍで解像限界以下の第１の補助パターン２２３（２２３ａ，２２３ｂ）が形成されている。第１の補助パターン２２３の透過光とホールパターン２０１の透過光は同位相である。

第１の実施形態と同様の照明条件で露光を行ったところ、１４５ｎｍピッチで長辺寸法１３０ｎｍの連なったホールパターンを形成することができた。

（第３の実施形態）
本実施例においては、図４，図１２に示したフォトマスクについてそれぞれ寸法の最適化を行い長辺寸法の比較を行った。最適さされた各フォトマスクの寸法を表２に示す。

照明条件は第１の実施形態と同様なものを用いて、シミュレーションを行って長辺寸法を求めた。露光裕度が８％、焦点深度が０．２μｍの場合に形成されるホールの長辺寸法を表３に示す。

表４に示すように、連続補助パターン、特に２本の連続補助パターンを用いると長辺寸法をシュリンクできることが分かる。

（第４の実施形態）
本実施形態では、上述した連続補助パターンを有するマスクデータの生成方法を説明する。図１３，図１４は、本発明の第４の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図である。

先ず、図１３（ａ）に示すように、隣接するホールパターン３０１の間隔がＳで、３以上のホールパターンが一方向に配列された設計データを用意する。次いで、図１３（ｂ）に示すように、各ホールパターン３０１をｘ方向左右にＳ／２ずつ広げるリサイズ処理を行い、隣接するパターンを繋げ、パターン３０２を作成する。次いで、図１３（ｃ）に示すように、次にｙ方向上下にｄ(メインパターンと補助パターン間距離)+Ｗ(補助パターンの幅)ずつ広げるリサイズ処理を行って、パターン３０３を生成する。次に、図１３（ｄ）に示すように、ｙ方向上下にＷ縮めるリサイズ処理を行って、パターン３０４を生成する。次に、図１４（ｅ）に示すように、図１３（ｃ）に示したパターン３０３と図１３（ｄ）に示したパターン３０４との差分パターン３０５ａ，３０５ｂを抽出する。図１４（ｆ）に示すように、図１３（ａ）に示したパターン３０１と図１３（ｅ）に示したパターン３０５ａ，３０５ｂとをマージする。以上の処理により、連続補助パターンを有するホールパターンを設計することができる。

（第５の実施形態）
本実施形態では、連続補助パターンを有するマスクデータの生成方法を説明する。図１５，図１６は、本発明の第５の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図である。

先ず、図１５（ａ）に示すように、隣接するホールパターンの間隔がＳで、３以上のホールパターン（幅ａ）３０１が一方向に配列された設計データを用意する。次いで、図１５（ｂ）に示すように、次にｙ方向上下にｄ(メインパターンと補助パターン間距離)+Ｗ(補助パターンの幅)ずつ広げるリサイズ処理を行って、パターン３１２を生成する。次いで、図１５（ｃ）に示すように、ｙ方向上下にそれぞれＷ縮めるリサイズ処理を行って、パターン３１３を生成する。次に、図１５（ｄ）に示すように、図１５（ｂ）に示したパターン３１２と図１５（ｃ）に示したパターン３１３との差分パターン３１４を抽出する。次いで、図１６（ｅ）に示すように、各パターンをｘ方向左右にＳ／２ずつ広げるリサイズ処理を行って、パターン３１５ａ，３１５ｂを生成する。図１６（ｆ）に示すように、図１６（ａ）に示したパターン３０１と図１６（ｅ）に示したパターン３１５ａ，３１５ｂとをマージする。以上の処理により、連続補助パターンを有するホールパターンを設計することができる。

（第６の実施形態）
図１７は、本発明の第６の実施形態に係わる位相シフトマスクの構成を示す平面図である。図１７に示すように、メインパターン５０１及び補助パターン５０２（５０２ａ，５０２ｂ）は、半透明膜５１１に囲まれて形成されている。半透明膜５１１は、図示されない透明基板上に形成されている。半透明膜の光透過率は６％であり、半透明膜を透過した光の位相はホールパターン５０１及び補助パターン５０２ａ，５０２ｂを透過した光の位相と１８０度異なる。この位相シフトマスクは、露光波長がλ、且つ開口数はＮＡの露光装置に搭載される。なお、この位相シフトマスクは、斜入射照明でパターンを基板に転写することが好ましい。メインパターン５０１及び補助パターン５０２は、透明基板上に形成された遮光膜に囲まれて形成されていても良い。

メインパターン５０１は、メインパターン５０１に隣接し、位相シフトマスクが搭載される露光装置で解像されるパターンに対して周期性を有さずに配置されている。メインパターン５０１は、角部が丸まった長方形状であり、ｘ方向及びｙ方向に短手方向及び長手方向を有する。

補助パターン５０２ａ，５０２ｂは、メインパターン５０１の長手方向の一端部近傍に配置されている。補助パターン５０２は、位相シフトマスクが搭載される露光装置で解像されない。補助パターン５０２のｘ方向の長さＬはメインパターン５０１のｘ方向の幅より充分長い。

補助パターン５０２のｙ方向の幅を基板上での寸法に換算した値が、０．２７×λ／ＮＡ以下より大きいと、補助パターンが転写される可能性が大きくなり望ましくない。ここで、λは露光波長、ＮＡは開口数である。

補助パターンを有する位相シフトマスクについてＥＤ−Ｔｒｅｅ解析を行った。又、図１８に示す、メインパターン５０１だけが形成されている位相シフトマスクに対して、ＥＤ−Ｔｒｅｅ解析を行った。図１９及び図２０にＥＤ−Ｔｒｅｅ解析結果を示す。図１９は図１７に示す補助パターンが形成された位相シフトマスクのＥＤ−Ｔｒｅｅ解析結果を示す。図２０は、図１８に示す補助パターンが形成されていない位相シフトマスクのＥＤ−Ｔｒｅｅ解析結果を示す。図１９，図２０において、Ｌ_-20%，Ｌ_0%，Ｌ_+20%は、メインパターン５０１が転写されたパターンのｙ軸方向の長さが設計寸法に対して−２０％，０％，＋２０％になるラインである。また、図１９，図２０において、Ｓ_-10%，Ｓ_0%，Ｓ_+10%は、メインパターン５０１が転写されたパターンのｘ軸方向の長さが設計寸法に対して−１０％，０％，＋１０％になるラインである。

図１９，図２０に示すように、補助パターンがある場合、ホールの補助パターンに対し垂直な辺のデフォーカス時の寸法変動が少なく、リソグラフィーマージンを向上させることができる。

補助パターン５０２のｘ方向の長さＬをパラメータとしたリソグラフィーマージン評価を行った。リソグラフィマージンは、焦点裕度が８％の時の焦点深度である。図２１は、リソグラフィマージン結果を示す図である。図２１に示すように、補助パターン５０２の長さが１０００ｎｍ程度になるとリソグラフィマージン（焦点深度）が飽和する傾向が得られている。

補助パターン５０２を有する位相シフトマスクと補助パターンが無い位相シフトマスクについて、基板上の光強度のｙ方向の分布をシミュレーションした。図２２は、補助パターン５０２を有する位相シフトマスクを用いた場合の基板上での規格化光強度を示す。又、図２３は補助パターン５０２を有しない位相シフトマスクを用いた場合の基板上での規格化光強度を示す。補助パターンが形成された位相シフトマスクと、補助パターンが無い位相シフトマスクとでは、規格化光強度が同等である。

位相シフトマスクに形成されたパターンを基板上に転写した場合の基板上での光強度をシミュレーションした。ｙ軸方向の光強度分布を図２４に示す。図２４は、位相シフトマスクを透過した露光光の基板上でのｙ軸方向の光強度分布を示す。図２４において、ピークＢは補助パターンによるものである。ピークＢの光強度が高くなるとウェハ上にパターンが転写され、補助パターン幅Ｗの最適化が必要となる。

補助パターン幅Ｗをパラメータにしてシミュレーションを行い、ピークＡとピークＢの比（Ｂ／Ａ）を求めた。なお、露光条件は、露光波長λが１９３ｎｍ，開口数ＮＡが０．８５である。図２５は、ピークＡとピークＢの比（Ｂ／Ａ）と補助パターン幅Ｗとの関係を示す図である。なお、補助パターン幅Ｗは、基板上での寸法に換算された値である。今回の場合、補助パターンがない場合と同等の規格化露光強度となる補助パターン幅Ｗを５０ｎｍとした。

位相シフトマスクに形成されたパターンを基板上に転写した場合の基板上での光強度をシミュレーションした。基板上でのｘ軸方向の光強度分布を図２６に示す。図２６は、位相シフトマスクを透過した露光光の基板上でのｘ軸方向の光強度分布を示す。光強度分布にはピークＣ及びピークＤが存在する。ピークＣはメインパターンによるものである。ピークＤは補助パターンによるものと考えられる。メインパターンと補助パターンとの距離ｄをパラメータにしてシミュレーションを行い、ピークＡとピークＢの比（Ｂ／Ａ）を求めた。なお、距離ｄは、基板上での寸法に換算された値である。図２７は、ピークＣとピークＤの比（Ｄ／Ｃ）の距離ｄとの関係を示す図である。図２７に示すように、距離に応じて比（Ｄ／Ｃ）が変化する。依って、距離ｄの最適化が必要であることがわかる。本実施形態の場合、補助パターンとメインパターンとの距離ｄは１００ｎｍとした。しかし、距離ｄは１００ｎｍに限定されるものではなく、５０ｎｍ以上であれば良い。

（第７の実施形態）
図２８は、本発明の第７の実施形態に係わるフォトマスクの構成を示す平面図である。

なお、本実施形態及び本実施形態以降の各実施形態に示すフォトマスクの寸法は、基板に転写した時の寸法に換算した値である。

図２８に示すように、複数のラインパターン６０１がｘ方向に周期的に配置されている。複数のラインパターン６０１により、Ｌ／ＳパターンＬＳが構成されている。ラインパターン６０１のｙ方向の一端側に隣接して補助パターン６０２ａ，６０２ｂが配置されている。補助パターン６０２ａ，６０２ｂのｘ方向の長さは、Ｌ／Ｓパターンのｘ方向の長さ以上である。補助パターンは使用される露光装置に用いても、基板上に転写されないパターンである。補助パターン６０２ａ，６０２ｂのｙ方向の幅Ｗは、開口数ＮＡ及び露光光の波長λに対して、０．２６×λ／ＮＡ（本実施例においては５９ｎｍ）より大きいと、補助パターン６０２ａ，６０２ｂが基板上のレジストに転写される可能性が大きくなり望ましくない。ホールパターン６０１及び補助パターン６０２ａ，６０２ｂは、透明基板上に形成された遮光膜で形成されている。なお、ホールパターン６０１及び補助パターン６０２ａ，６０２ｂは、透明基板上に形成された半透明膜で形成されていても良い。

Ｌ／ＳパターンＬＳ及び補助パターン６０２ａ，６０２ｂを基板上のレジスト膜に転写して現像を行った場合、形成されるラインパターン端のショートニング及び細りを低減することができる。その結果、レジストパターン形成時のレジストパターン倒れを低減することができる。

また、ラインパターン６０１のｙ方向の一端に隣接して補助パターンを配置しているが、ラインパターン６０１のｙ方向の他端に隣接する補助パターンを配置しても良い。また、また、２本の補助パターン６０２ａ，６０２ｂを配置しているが、１本の補助パターンだけを形成しても良いし、３本以上の補助パターンを配置しても良い。また、ラインパターン６０１と補助パターン６０２ａとの距離ｄは、５０ｎｍ以上であることが好ましい。

次に、Ｌ／Ｓパターンを含む設計データから補助パターンを付加した設計データを生成する方法を以下に説明する。図２９は、本発明の第７の実施形態に係わる設計データの生成方法の手順を示すフローチャートである。

先ず、図３０に示す複数のラインパターン６０１で構成されたＬ／ＳパターンＬＳを有する第１の設計データを用意する（ステップＳＴ１１）。第１の設計データに対応するパターンは、Ｌ／Ｓパターンに隣接して補助パターンが配置されていない。次に、リソグラフィシミュレーションによりＬ／Ｓパターンをレジスト膜に転写した場合のレジスト膜上での規格化露光光強度分布を求める（ステップＳＴ１２）。図３１に求められた規格化露光光強度分布を示す。図３１は、ｘ方向の規格化露光光強度分布を示している。

規格化露光光強度から目標のパターン寸法が得られる露光光強度αを求める（ステップＳＴ１３）。さらに露光光強度αの２０％高い露光光強度βを求める（ステップＳＴ１４）。露光光強度βは露光量マージンの上限値に相当する。

次に、図２８に示したようなＬ／ＳパターンＬＳに隣接して補助パターン６０２が配置されている複数の設計データ（設計データ群）を用意する（ステップＳＴ１５）。各設計データに対応するパターンは、補助パターンのｘ方向の幅Ｗ及び、Ｌ／Ｓパターンと補助パターンとの距離ｄが変えられている。

露光光強度βで各設計データに対応するパターンをレジスト膜に転写した時の規格化露光光強度がリソグラフィシミュレーションによりそれぞれ求められる（ステップＳＴ１６）。図３２に求められた規格化露光光強度分布を示す。図３２はｙ方向の強度分布を示している。図３２に於いて、ピークＰａは補助パターン６０２ａに対応し、ピークＰｂは補助パターン６０２ｂに対応する。

得られた複数の露光光強度分布から、露光光強度βでパターンを転写した場合に、補助パターンがレジストに転写されないような設計データを選択する（ステップＳＴ１７）。本実施形態では、ピークＰａ，Ｐｂが露光光強度β以上である場合が、補助パターンが設計されない条件として設定された。

以上の処理により、メインパターンであるラインパターンのライン端部近傍に補助パターンを配置の設計を行うことができる。

（第８の実施形態）
第１〜第３の実施形態、並びに第６及び第７の実施形態で説明されたフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法を説明する。図３３は、本発明の第８の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示すフローチャートである。

パターンの転写に用いる露光装置に対応する寸法の補助パターンを有するフォトマスクの設計データを用意する。設計データに基づいてフォトマスクを作成する（ステップＳＴ１０１）。半導体装置にフォトマスクを格納する（ステップＳＴ１０２）。

例えば層間絶縁膜等が形成された半導体基板を用意する。半導体基板上にポジ型レジスト膜を塗布形成する（ステップＳＴ１０３）。半導体基板を露光装置に格納する。レジスト膜に潜像を形成するために、露光装置を用いてフォトマスクに形成されたパターンをレジスト膜に転写する（ステップＳＴ１０４）。レジスト膜を現像する（ステップＳＴ１０５）。現像されたレジスト膜をマスクに層間絶縁膜をエッチングする（ステップＳＴ１０６）。その後、更に処理が加えられて半導体装置が製造される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

第１の実施形態に係わるＮＡＮＤ型フラッシュメモリの回路の概略を示す図。 第１の実施形態に係わるフラッシュメモリの構成を示す平面図。 第１の実施形態に係わるフラッシュメモリの構成を示す断面図。 第１の実施形態に係わるフォトマスクの概略構成を示す図。 焦点深度及び長辺寸法の間隔ｄ／長さｂ依存性を示す図。 密パターンからの回折光の発生と結像を示す図。 斜入射照明による焦点深度向上の原理を説明するための図。 斜入射照明による解像力向上の原理を説明するための図。 アパーチャ（照明条件）の構成を示す平面図。 シミュレーションに用いたフォトマスクの構成を示す平面図。 露光量裕度と焦点深度との関係を示す図。 第２の実施形態に係わるマスクの構成を示す図。 第４の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図。 第４の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図。 第５の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図。 第５の実施形態に係わるマスクデータ生成方法の説明に用いる図。 第６の実施形態に係わる補助パターンが形成された位相シフトマスクの構成を示す平面図。 補助パターンが形成されていない位相シフトマスクの構成を示す平面図。 図１７に示す位相シフトマスクのＥＤ−Ｔｒｅｅ解析結果を示す図。 図１８に示す位相シフトマスクのＥＤ−Ｔｒｅｅ解析結果を示す図。 焦点裕度が８％の時の焦点深度と補助パターンの長さＬとの関係を示す図。 図１７に示す位相シフトマスクを用いた場合の基板上での規格化光強度を示す図。 図１８に示す位相シフトマスクを用いた場合の基板上での規格化光強度を示す図。 図１７に示す位相シフトマスクを透過した露光光の基板上でのｙ軸方向の光強度分布を示す図。 ピークＡとピークＢの比（Ｂ／Ａ）と補助パターン幅Ｗとの関係を示す図。 位相シフトマスクを透過した露光光の基板上でのｘ軸方向の光強度分布を示す図。 ピークＣとピークＤの比（Ｄ／Ｃ）の距離ｄとの関係を示す図。 第７の実施形態に係わるフォトマスクの構成を示す平面図。 第７の実施形態に係わる設計データの生成方法の手順を示すフローチャート。 ライン・アンド・スペースパターンを示す図。 Ｌ／Ｓパターンをレジスト膜に転写した場合のレジスト膜上での規格化露光光強度分布を示す図。 露光光強度βで設計データに対応するパターンをレジスト膜に転写した時の規格化露光光強度を示す図。 第８の実施形態に係わる半導体装置の製造方法の手順を示す図。 ホールパターンが一方向に沿って複数配列されたパターン列を示す平面図。 図３４に示したパターン列に補助パターンを付加したパターンを示す図。

符号の説明

１０１…基板，１０２…型ウェル，１０３…型拡散層，１０４…トンネル絶縁膜，１０５…浮遊ゲート，１０６…ゲート間絶縁膜，１０７…制御ゲート，１０９…層間絶縁膜，１１０…ビット線コンタクトホール，１１１…ビット線コンタクト，１１２…第２の層間絶縁膜，１１３…ヴィアプラグ，１１４…ビット線。

Claims (21)

1. 露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクであって、
   遮光部又は半透明膜に囲まれたホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列と、
   前記遮光部又は半透明膜に囲まれて形成された長手方向と短手方向とを有する補助パターンであって、前記補助パターンは前記パターン列に対して一方向に直交する方向に一定の距離をおいた位置に配置され、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンの長手方向の長さが前記パターン列の長手方向の長さと同等以上であり、前記補助パターンは前記基板に転写されない補助パターンとを具備してなることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記各ホールパターンを透過する光の互いの位相差は同位相であり、
   前記補助パターンは、透過光の位相が前記ホールパターンの透過光と同位相である第１の補助パターンと、第１の補助パターンと前記ホールパターンとの間に配置され、透過光の位相が前記ホールパターンの透過光と１８０゜異なる第２の補助パターンとを含むことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記露光装置の露光波長はλ、且つ前記露光装置の開口数はＮＡであって、
   前記補助パターンの一方向に直交する方向の幅を基板上での寸法に換算した幅Ｗは０．３×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
4. 前記ホールパターンの前記一方向に垂直な辺の長さがｂであって、
   前記ホールパターンと前記補助パターンの間の距離ｄが０．３×ｂ以下であることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
5. フォトマスクに形成されたパターンを半導体基板上のレジスト膜に転写するための露光装置を用意する工程と、
   前記フォトマスクを用意する工程であって、前記フォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれたホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列と、前記遮光部又は半透明膜に囲まれて形成された長手方向と短手方向とを有する補助パターンであって、前記補助パターンは前記パターン列に対して一方向に直交する方向に一定の距離をおいた位置に配置され、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンの長手方向の長さが前記パターン列の長手方向の長さと同等以上であり、前記補助パターンは前記レジスト膜に転写されない補助パターンとを具備する工程と、
   前記露光装置を用いて前記フォトマスクに形成されたパターンを前記レジスト膜に転写する工程とを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 前記転写には、前記フォトマスクに対して前記一方向側から斜めに照明光が入射される照明法を用いることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記各ホールパターンを透過する光の互いの位相差は同位相であり、
   前記補助パターンは、透過光の位相が前記ホールパターンの透過光と同位相である第１の補助パターンと、第１の補助パターンと前記ホールパターンとの間に配置され、透過光の位相が前記ホールパターンの透過光と１８０゜異なる第２の補助パターンとを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記露光装置の露光波長がλ、前記露光装置の投影レンズの開口数がＮＡであり、前記補助パターンの幅を基板上での寸法に換算した幅Ｗは０．３×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記ホールパターンの前記一方向に垂直な辺の長さｂと、前記ホールパターンと前記補助パターンの間の距離ｄとが、０．３×ｂ≦ｄの関係にあることを特徴とする請求項５記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記ホールパターンは、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのビット線コンタクトホールの形成に用いられることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
11. 露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクの設計データを作成するデータ作成方法であって、
    ホールパターンが一方向にそって３つ以上配列されたパターン列を有するパターンデータを用意する工程と、
    補助パターンを生成するために前記各ホールパターンに対してリサイズ処理及び差分処理を行う工程であって、前記補助パターンの長手方向の長さは前記パターン列の一方向の長さと同等以上、前記補助パターンの長手方向が前記一方向に略並行であり、前記補助パターンは前記基板に転写されないパターンである工程と、
    前記設計データを作成するために、前記パターンデータと補助パターンとをマージする工程とを含むことを特徴とするデータ作成方法。
12. 前記露光装置の露光波長がλ、該露光装置の投影レンズの開口数がＮＡであり、
    前記補助パターンの幅を基板上での寸法に換算した幅Ｗが０．３×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項１１記載のデータ作成方法。
13. 前記ホールパターンと前記補助パターンの間の距離ｄと、前記ホールパターンの前記１次元方向に垂直である辺ｂとが、０．３×ｂ≦ｄの関係にあることを特徴とする請求項１１記載のデータ作成方法。
14. 露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクであって、
    遮光部又は半透明膜に囲まれた長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有するメインパターンであって、前記メインパターンは前記メインパターンに隣接し前記基板上に転写されるパターンに対して周期性を有さずに配置されているメインパターンと、
    前記遮光部又は半透明膜に囲まれた補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンの長手方向の一端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記メインパターンの短手方向に平行な方向の幅は前記メインパターンの前記短手方向の幅より長く、前記補助パターンは前記基板上に転写されない補助パターンとを具備してなることを特徴とするフォトマスク。
15. 前記露 光装置の露光波長はλ、且つ前記露光装置の開口数はＮＡであって、
    前記補助パターンの短辺の幅を基板上での寸法に換算した幅ｄは、０．２７×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項１４に記載のフォトマスク。
16. 前記メインパターンと前記補助パターンとの距離ｄを前記基板上での寸法に換算した距離ｄは、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１４に記載のフォトマスク。
17. 露光装置を用いて基板に転写するためのパターンが形成されたフォトマスクであって、
    遮光部又は半透明膜で構成された長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有する複数のラインパターンが前記短手方向に沿って周期的に配列されたパターン列と、
    前記遮光部又は半透明膜で構成された補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンのライン端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記ラインパターンの短手方向の長さは前記パターン列の長さ以上であり、前記補助パターンは前記基板上に転写されないことを特徴とするフォトマスク。
18. 前記露光装置の露光波長がλ、該露光装置の投影レンズの開口数がＮＡであり、
    前記補助パターンの前記ラインパターンの長手方向の幅を前記基板上での寸法に換算した幅Ｗが０．２７×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項１１記載のデータ作成方法。
19. 前記パターン列と前記補助パターンとの距離を前記基板上での寸法に換算した距離が、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１７に記載のフォトマスク。
20. フォトマスクに形成されたパターンを半導体基板上のポジ型レジスト膜に転写するための露光装置を用意する工程であって、前記露光装置は斜入射照明である工程と、
    前記フォトマスクを用意する工程であって、前記フォトマスクは、遮光部又は半透明膜に囲まれた長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有するメインパターンであって、前記メインパターンは前記メインパターンに隣接し前記基板上に転写されるパターンに対して周期性を有さずに配置されているメインパターンと、前記遮光部又は半透明膜に囲まれた補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンの長手方向の一端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記メインパターンの短手方向に平行な方向の幅は前記メインパターンの前記短手方向の幅より長く、前記補助パターンは前記基板上に転写されない補助パターンとを具備してなる工程と、
    前記露光装置を用いて前記フォトマスクに形成されたパターンを前記ポジ型レジスト膜に転写する工程とを特徴とする半導体装置の製造方法。
21. フォトマスクに形成されたパターンを半導体基板上のポジ型レジスト膜に転写するための露光装置を用意する工程であって、前記露光装置は斜入射照明である工程と、
    前記フォトマスクを用意する工程であって、前記フォトマスクは、遮光部又は半透明膜で構成された長手方向と該長手方向に直交する短手方向とを有する複数のラインパターンが前記短手方向に沿って周期的に配列されたパターン列と、前記遮光部又は半透明膜で構成された補助パターンであって、前記補助パターンは前記メインパターンのライン端部近傍に配置され、前記補助パターンの前記ラインパターンの短手方向の長さは前記パターン列の長さ以上であり、前記補助パターンは前記基板上に転写されない前記補助パターンとを具備する工程と、
    前記露光装置を用いて前記フォトマスクに形成されたパターンを前記ポジ型レジスト膜に転写する工程とを特徴とする半導体装置の製造方法。

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