JP2005242004A - 半導体装置の製造方法およびマスクパターンデータ作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハ上に形成されるパターンの形状を安定させることが可能な半導体装置の製造方法、マスクパターンデータ作成方法を提供する。
【解決手段】 縦方向に延在する第１配線パターンと、第１配線パターンと同一形状を有し、縦方向と直交する方向（横方向）に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、直線偏光照明を用い、第１パターン形成用のマスクパターン１６と第２パターン形成用のマスクパターン１７とを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、露光後にマスクパターン１６，１７に従った形状の第１と第２パターンを形成する工程とを備え、マスクパターン１６，１７の形状を互いに異ならせている。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体装置の製造方法およびマスクパターンデータ作成方法に関し、特に、直線偏光光によるリソグラフィ技術を用いる半導体装置の製造方法およびマスクパターンデータ作成方法に関する。

半導体集積回路装置の製造においては、微細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る。リソグラフィ技術においては、おも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してデバイスパターンを形成する。

近年、デバイスの高集積化、およびデバイス動作速度向上の要請に応えるため、パターンの微細化が進められている。このような背景の下、露光装置の開口数（ＮＡ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ）を上げて解像度を向上させることが従来から行なわれている。

また、より実効的なＮＡを向上させる方法として、液浸と呼ばれる露光方法も検討されている。液浸露光法はレンズと焼付け対象の試料となるレジスト面との間を液体で満たしてその空間の屈折率を上げ、実効的なＮＡを向上させる（別の観点では、露光光の実効的な波長を短くする）露光法である。液浸に関する技術については、たとえば、後述する非特許文献１に記載されている。

このように、実効的な開口数を上げて、パターンのコントラスト（解像度）を向上させる要請がますます高まっている。現状では、上記ＮＡが０．９以上のものがすでに試作されている。また、液浸との組み合わせによって、換算上のＮＡが１．３程度になる露光装置についても計画されている。このような超高開口数の露光装置においては、露光光の偏光方向により、転写パターンのコントラストが大きく変化することが知られている。

一般に、パターンの延在方向に沿った偏光光（以下、Ｓ偏光光と称する場合がある。）による露光では高いコントラストが得られ、無偏光光による露光では解像度が低くなり、パターンの延在方向に垂直な偏光光（以下、Ｐ偏光光と称する場合がある。）による露光では解像度がさらに低くなることが知られている。このことは、たとえば、特開平６−２７５４９３号公報（従来例１）、特開平５−９０１２８号公報（従来例２）、特開平６−１４０３０６号公報（従来例３）などに記載されている。
特開平６−２７５４９３号公報 特開平５−９０１２８号公報 特開平６−１４０３０６号公報 "液浸露光技術"、［ｏｎｌｉｎｅ］、（株）ニコン、［平成１６年２月１９日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ:／／ｗｗｗ．ｎｉｋｏｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｍａｉｎ／ｊｐｎ／ｐｒｏｆｉｌｅ／ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ／＞

しかしながら、上記のような半導体装置の製造方法においては、以下のような問題があった。

上述したとおり、露光光の偏光方向によって、形成されるパターンのコントラストが変化する。液浸技術などの採用により開口数（ＮＡ）が向上するにつれて、この偏光依存性はますます高まる。この結果、露光光の偏光方向がパターン形状などに影響を及ぼし、所望のパターン形状を安定して得ることができない場合がある。

これに対し、従来例１，２においては、一方向にのみ延在するパターンを想定した露光方法が開示されている。また、従来例３においては、直交する２方向のパターンを形成するためのマスクを別個に形成する露光方法が開示されているが、パターン方向別に寸法補正量を変化させるという思想は開示されていない。このように、本発明と従来例１〜３とは前提および構成が全く異なる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ウエハ上に形成されるパターン形状を安定させることが可能な半導体装置の製造方法、マスクパターンデータ作成方法を提供することにある。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１方向に延在する第１パターンと、該第１パターンと同一形状を有し、第１方向と直交する第２方向に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、直線偏光照明を用い、前記第１パターン形成用の第１マスクパターンと前記第２パターン形成用の第２マスクパターンとを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、露光後にマスクパターンに従った形状の前記第１と第２パターンを形成する工程とを備え、第１と第２マスクパターンの形状を互いに異ならせている。

本発明に係るマスクパターンデータ作成方法は、直線偏光光を用いてウエハ上にパターンを形成するためのマスクパターンを規定するマスクパターンデータ作成方法であって、直線偏光光の偏光方向に平行な第１方向と、該第１方向と直交する第２方向とにおいて互いに寸法補正量を異ならせている。

本発明によれば、露光によりウエハ上に形成されるパターンの形状を安定させることができる。

以下に、本発明に基づく半導体装置の製造方法およびマスクパターンデータ作成方法の実施の形態について、図１から図２１を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示した上面図である。

本実施の形態に係る半導体装置は、不揮発性半導体記憶装置の一例であるフラッシュメモリである。なお、本実施の形態においては、本発明の適用例として上記フラッシュメモリに関する説明を行なうが、本願発明の適用範囲はフラッシュメモリに限定されるものではなく、任意の半導体装置に適用可能である。

図１を参照して、フラッシュメモリ（半導体装置）は、メモリマット部１０と周辺回路部１１とを備える。

図２は、メモリマット部１０のゲート配線パターンの一例を示した図である。

図２を参照して、ゲート配線パターンは、メモリセル上に形成されたラインアンドスペースパターン１３とコンタクトパッドに接続される引き出し線部１２とを含む。

ラインアンドスペースパターン１３は、フラッシュメモリの中で最も密度が高い微細パターンである。なお、ラインアンドスペースパターン１３のチップ面積全体に占める割合は約５０％以上であるので、ラインアンドスペースパターン１３のピッチを狭めることで、効率的にチップ面積を縮小する効果（チップシュリンク効果）が得られる。

したがって、ラインアンドスペースパターン１３の延在方向に対して平行な方向に偏光する直線偏光光（ラインアンドスペースパターン１３に対してＳ偏光光となる直線偏光光）を用いて露光工程が施される。これにより、ラインアンドスペースパターン１３の解像度を高め、ラインアンドスペースパターン１３のピッチを狭めることができる。

上記直線偏光は、直線偏光照明を用いることで得られる。図１５は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を実現する直線偏光照明を含めた半導体製造装置の一例を示した図である。

図１５を参照して、光源１の背面にはミラー２が備えられる。光源１から発せられた光は、フライアイレンズ３を通過することで均一化され、偏光板４を通過することで、所定の方向に偏光する直線偏光光となる。本実施の形態においては、ウエハ９上の微細パターン６（たとえばラインアンドスペースパターン１３など）および該パターン６を形成するためのマスクパターン５の延在方向に沿って偏光する直線偏光光（Ｓ偏光光）が生じる。

偏光板４からの直線偏光光は、フォトマスク７に達する。フォトマスク７上には、上述したマスクパターン５が形成されている。フォトマスク７を通過した直線偏光光は、対物レンズ８（投影レンズ）を介してウエハ９上に達する。この結果、マスクパターン５がウエハ９上に形成されたレジスト膜上に転写されることになる。

図１５に示す露光装置においては、露光波長を１９３ｎｍ、レンズＮＡを０．９２として、大気中露光を行なっている。ただし、これらの条件は一例であり、レンズのＮＡを向上させたり、液浸技術を用いたりして、さらにピッチの狭いパターン６の形成を可能とすることは、当然に予定されている。たとえば、エキシマレーザを用いて露光波長を１５７ｎｍにすることができる。

ウエハ上に配線パターンを形成する一般的な工程について、図１８〜図２１を用いて説明する。

図１８に示すように、絶縁層１２１および導電層１２２が形成されたウエハ１２０上にレジスト膜１２３を形成する（図２１中のステップ１３０）。

次に、マスクパターンを用いて露光を行なう（図２１中のステップ１３１）。その後、現像処理を施すことにより、図１９に示すように、マスクパターンに対応したレジストパターン１２３Ａが形成される。

さらに、レジストパターン１２３Ａをマスクとして、エッチングを施すことにより、図２０に示すように、ウエハ１２０上に絶縁膜１２１Ａを介して配線パターン１２２Ａが形成される。その後、レジストパターン１２３Ａを除去する（以上、図２１中のステップ１３２）。

次に、上述した露光工程において用いるフォトマスクのマスクパターンデータの作成方法について説明する。

一般的に、マスクパターン形成時には、該マスクパターンのウエハ転写時の変形量（パターン変形量）を予め見込んで、その変形を補正したマスクパターンを形成しておく手法（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）が用いられる。このとき補正される寸法を、寸法補正量と称する。

露光光として無偏光（ランダム偏光）光を用いる場合、縦方向と横方向との間で寸法補正量に差異は設けない。しかし、露光光として直線偏光を用いる場合、形成されるパターンの解像度が縦方向と横方向とで異なるため、同一寸法のマスクパターンに従って形成されるパターンの寸法が、縦方向と横方向とで異なるという問題が生じる。

これに対し、本実施の形態に係るマスクパターンデータ作成方法においては、露光に用いる直線偏光光の偏光方向に平行な縦方向（第１方向）と、縦方向に対して直交する横方向（第２方向）とにおいて互いに寸法補正量を異ならせている。

これにより、露光光の偏光方向に依らずに安定した形状のパターンを得ることができる。

図１６は、本実施の形態に係るマスクパターンデータ作成方法の手順を示す図である。

図１６を参照して、ウエハ上に形成されるパターンに関するデータ（設計パターンデータ）と、露光に用いる直線偏光光の偏光方向に関するデータ（偏光方向データ）と、その他の露光条件（開口数（ＮＡ）、照明のコヒーレンシ（σ））と、レジストに関する情報（レジストおよび現像パラメータ）とが入力される（図１６中のステップ６１）。

次に、設計パターンデータと偏光方向データと露光条件とから光学像が計算される（図１６中のステップ６２）。ここで、偏光方向と個々の設計パターンの方向との関係が参照される。

算出された光学像と上述したレジスト（および現像）パラメータとから、転写像が計算される（図１６中のステップ６３）。

上記転写像から、フォトマスク上に形成されるマスクパターンデータが得られる（図１６中のステップ６４）。そして、算出されたマスクパターンデータが出力される（図１６中のステップ６５）。

図１７は、図１６に示すマスクパターンデータ作成方法の手順の変形例を示す図である。

図１７を参照して、この変形例においては、入力された設計パターンデータにおける最も微細なパターン（微細密集パターン）を自動で抽出し（図１７中のステップ６１Ａ）、その抽出結果に基づいて、露光に用いる直線偏光光の偏光方向を規定する（図１７中のステップ６１Ｂ）。この結果、上述した偏光方向データは自動で得られるので、該データを入力する必要はない。

ここで、直線偏光光の偏光方向は、微細密集パターンの延在方向に平行な方向として規定される。これにより、設計パターンにおける最も微細なパターンを、該パターンに対してＳ偏光光となる直線偏光光を用いてパターニングすることができる。この結果、微細密集パターンの解像度を向上させ、チップ面積を効果的に縮小することができる。

なお、上述したマスクパターンデータ作成方法における各ステップ６１〜６５を実現するＥＤＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）プログラムを作成することは、当初から予定されている。

次に、上述したマスクパターンデータ作成方法によって得られるマスクパターンとその効果について説明する。

図３は、上述したフラッシュメモリ（半導体装置）の周辺回路部１１におけるゲート配線パターンの一例を示した図である。なお、図３（ａ），（ｂ）に示される配線パターンの形状は同一のものであり、図３（ａ）に示す配線パターンを９０°回転させると、図３（ｂ）に示す配線パターンが得られる。

図３を参照して、周辺回路部１１における配線パターン１４，１５は、上述したメモリマット部１０におけるラインアンドスペースパターン１３に比べて、パターン間のピッチが大きい。具体的には、たとえば、ラインアンドスペースパターン１３のパターン幅が６０ｎｍ程度、パターンピッチが１２０ｎｍ程度であるのに対し、配線パターン１４，１５のパターンピッチは、最も狭いところでも２４０ｎｍ程度である。

配線パターン１４（第１パターン）は縦方向（第１方向）に延在し、配線パターン１５（第２パターン）は横方向（第２方向）に延在している。配線パターン１４，１５の幅（Ｗ０）は、互いに等しい。

ラインアンドスペースパターン１３および配線パターン１４，１５は、同一の直線偏光光による同一の露光工程を経て形成される。ここで、露光に用いられる直線偏光光の偏光方向は、ラインアンドスペースパターン１３の延在方向と平行になるように規定される。結果として、偏光方向は配線パターン１４の延在方向（図３中の上下方向）と平行になる。すなわち、上記直線偏光光は、配線パターン１４に対してはＳ偏光（ＴＥ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）波）光となり、配線パターン１５に対してはＰ偏光（ＴＭ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）波）光となる。

上述したとおり、Ｐ偏光光により転写されたパターンよりも、Ｓ偏光光により転写されたパターンの方が解像度が高い。したがって、同一形状のマスクパターンを用いて配線パターン１４，１５を形成した場合、その寸法に３ｎｍ程度の差が生じる。

図４（ａ），（ｂ）は、図３（ａ），（ｂ）に示す配線パターン１４，１５を形成するためのマスクパターン１６，１７を示した図である。

図４を参照して、Ｓ偏光光により形成される配線パターン１４に対応するマスクパターン１６（第１マスクパターン）の幅（Ｗ１）を、Ｐ偏光光により形成される配線パターン１５に対応するマスクパターン１７（第２マスクパターン）の幅（Ｗ２）よりも大きくしている。なお、図４（ａ）において、マスクパターン１７と同形状のパターンが、マスクパターン１８としてマスクパターン１６内に破線で描かれている。図４（ａ）におけるマスクパターン１６，１８の横方向の寸法差は１６ｎｍである。また、図４（ａ）において、マスクパターン１６，１８に縦方向の寸法差はない。

上述したとおり、Ｓ偏光光により形成される配線パターン１４は、Ｐ偏光光により形成される配線パターン１５よりも高い解像度を有するため、配線パターン１４，１５の形成において同形状のマスクパターンを用いた場合、配線パターン１４の幅は配線パターン１５の幅よりも小さくなる。これに対し、マスクパターンについて上記寸法補正を行なうことにより、配線パターン１４の幅を大きくすることができ、結果として、ウエハ上に形成される配線パターン１４，１５の配線幅（Ｗ０）を互いに等しくすることができる。

なお、配線パターン１４，１５の配線ピッチは、ラインアンドスペースパターン１３の配線ピッチに比べて大きいため、Ｐ偏光光により形成される配線パターン１５についても十分に解像される。また、配線パターン１４はＳ偏光光により形成され、焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ Ｏｆ Ｆｏｃｕｓ）などに比較的余裕があるので、マスクパターン１６の幅をマスクパターン１７の幅よりも大きくしても、配線パターン１４は十分に解像される。

このように、配線パターンの延在方向と偏光方向との関係に応じてマスクパターンの寸法補正量を変化させることにより、メモリマット部において微細ピッチのゲート配線パターンを形成しながら、周辺回路部の縦方向（第１方向）と横方向（第２方向）とで寸法差のない、設計に忠実なゲートパターンの形成が可能となった。

上記と同様の思想で寸法補正を施したマスクパターンの他の例について説明する。

図５（ａ），（ｂ）は、上述したフラッシュメモリの周辺回路部における密集パターンを形成するためのマスクパターン１９，２０を示した図である。

図５を参照して、Ｓ偏光光により形成される配線パターンに対応するマスクパターン１９（第１マスクパターン）の幅（Ｗ１）を、Ｐ偏光光により形成される配線パターンに対応するマスクパターン２０（第２マスクパターン）の幅（Ｗ２）よりも大きくしている。なお、図５（ａ）において、マスクパターン２０と同形状のパターンが、マスクパターン２１としてマスクパターン１９内に破線で描かれている。

このように、縦方向と横方向とでマスクパターンの寸法補正量を異ならせることで、周辺回路部における密集パターンにおいても縦横差のない、設計に忠実なパターン形成を行なうことができた。

図６（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、上述したフラッシュメモリの周辺回路部における孤立パターンを形成するためのマスクパターンを示した図である。なお、図６（ａ），（ｂ）は、無偏光光を用いて孤立パターンを形成する際に用いるマスクパターンであり、図６（ｃ），（ｄ）は、直線偏光光を用いて孤立パターンを形成する際に用いるマスクパターンを示す。

図６（ａ），（ｂ）を参照して、それぞれ縦方向（第１方向）と横方向（第２方向）とに延在するＬ形の設計パターン１０１，１０２（破線）は、同一の形状を有する。設計パターン１０１，１０２を形成するためのマスクパターン１０３，１０４は、メイン部１０５，１０６と飛出し部１０７，１０８と、コーナ部の内側にインナセリフ部１０９，１１０（第１と第２凹部）と、コーナ部の外側にセリフ部１１１，１１２（第１と第２凸部）とを有する。ここで、設計パターン１０１，１０２は、無偏光光を用いた露光工程を経て形成されるので、設計パターン１０１，１０２を形成するためのマスクパターン１０３，１０４の形状は同一である。

図６（ｃ），（ｄ）を参照して、Ｓ偏光光により形成される配線パターンに対応するマスクパターン１１４（第１マスクパターン）の幅（Ｗ１）を、Ｐ偏光光により形成される配線パターンに対応するマスクパターン１１３（第２マスクパターン）の幅（Ｗ２）よりも大きくしている。なお、図６（ｄ）において、マスクパターン１１３と同形状のパターンが、マスクパターン１１４内に破線で描かれている。

図６（ｃ），（ｄ）に示すように、横方向に延在するマスクパターン１１３と縦方向に延在するマスクパターン１１４とでは、メイン部１１５Ａ，１１５Ｂの線幅、飛出し部１１６Ａ，１１６Ｂの飛出し量、インナーセリフ部１１７Ａ，１１７Ｂ（第１と第２凹部）の形状およびセリフ部１１８Ａ，１１８Ｂ（第１と第２凸部）の形状が互いに異なる。これにより、縦方向と横方向とで同形状を有する設計パターンが形成される。

このように、縦方向と横方向とでマスクパターンの寸法補正量を異ならせることで、孤立パターンにおいても縦横差のない、設計に忠実なパターン形成を行なうことができた。一方、寸法補正量に差を設けずに直線偏光光を用いて露光した場合は、縦横で３ｎｍ程度の寸法差が生じた。

図７（ａ），（ｂ）は、上述したフラッシュメモリの周辺回路部における突合せパターンを形成するためのマスクパターンを示した図である。

図７を参照して、横方向（第２方向）の突合せパターン形成用のマスクパターンは、主パターン２２とハンマヘッド２３とを有し、縦方向（第１方向）の突合せパターン形成用のマスクパターンは、主パターン２４とハンマヘッド２５とを有する。ここで、Ｓ偏光光により形成される配線パターンに対応する主パターン２４（第１マスクパターン）の幅（Ｗ１）を、Ｐ偏光光により形成される配線パターンに対応する主パターン２２（第２マスクパターン）の幅（Ｗ２）よりも大きくしている。なお、主パターンの幅と同様に、ハンマヘッド２５の幅をハンマヘッド２３の幅よりも大きくした。さらに、ハンマヘッド２５（第１マスクパターン）の厚みを大きくし、その間隔（Ｗ３）をハンマヘッド２３（第２マスクパターン）の間隔（Ｗ４）よりも小さくしている。

このように、縦方向と横方向とでマスクパターンの寸法補正量を異ならせることで、周辺回路部における突合せパターンにおいても縦横差のなく、設計に忠実な、かつ、突合せ間隔の小さいパターン形成を行なうことができた。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について要約すると、以下のようになる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、１つの局面では、縦方向（第１方向）に延在する第１パターン（たとえば図３中の配線パターン１４など）と、第１パターンと同一形状を有し、縦方向と直交する横方向（第２方向）に延在する第２パターン（たとえば図３中の配線パターン１５など）とを有する半導体装置の製造方法であって、直線偏光照明を用い、第１パターン形成用の第１マスクパターン（たとえば図４中のマスクパターン１６など）と第２パターン形成用の第２マスクパターン（たとえば図４中のマスクパターン１７など）とを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、露光後にマスクパターンに従った形状の第１と第２パターン（たとえば図３中の配線パターン１４，１５など）を形成する工程とを備え、第１と第２マスクパターン（たとえば図４中のマスクパターン１６，１７など）の形状を互いに異ならせている。別の観点では、マスクパターンの寸法補正量を縦方向と横方向とで互いに異ならせているといえる。

また、他の局面では、上記第１と第２パターンが同一幅を有するのに対し、第１と第２マスクパターンが異なる幅を有する。

ここで、直線偏光の偏光方向が縦方向である場合に、縦方向に延在するマスクパターン（第１マスクパターン）の幅を、横方向に延在するマスクパターン（第２マスクパターン）の幅よりも広くしている。

第１と第２パターンの一例として、Ｌ形形状を有する設計パターン１０１，１０２（第１と第２パターン）が考えられる。設計パターン１０１，１０２に対応するマスクパターン１１３，１１４は、コーナ部１１３Ａ，１１４Ａを有する。コーナ部１１３Ａ，１１４Ａの内側にはインナセリフ部１１７Ａ，１１７Ｂ（第１と第２凹部）が設けられ、コーナ部の外側にセリフ部１１８Ａ，１１８Ｂ（第１と第２凸部）が設けられる。縦方向（第１方向）に延在するマスクパターン１１３と、横方向（第２方向）に延在するマスクパターン１１４との間で、インナセリフ部１１７Ａ，１１７Ｂおよびセリフ部１１８Ａ，１１８Ｂの形状が互いに異なる。

第１と第２パターンは、たとえばゲート配線パターンであってもよいし、密集パターンであってもよいし、孤立パターンであってもよいし、さらには、突合せパターンであってもよい。

本実施の形態に係る半導体装置は、メモリセル部と周辺回路部とを有する。上述した思想は、メモリセル部において実現されてもよいし、周辺回路部において実現されてもよい。

本実施の形態においては、上述した思想により、縦／横方向間の寸法差が抑制された、設計に忠実なパターン形成を行なうことができる。

（実施の形態２）
図８（ａ），（ｂ）は、実施の形態２に係るフラッシュメモリ（半導体装置）における配線パターンを形成するためのマスクパターンを示した図である。

図８を参照して、Ｓ偏光光により形成される配線パターンに対応する縦方向の主パターン２６（第１主パターン）の幅と、Ｐ偏光光により形成される配線パターンに対応する横方向の主パターン２６Ａ（第２主パターン）の幅とは同一（Ｗ１）である。ただし、横方向の主パターン２６Ａの両側には、それ自体は解像しない補助パターン２７（ダミーパターン）が設けられている。

具体的には、主パターン２６，２６Ａの幅（Ｗ１）をマスク上で２４０ｎｍ（ウエハ換算で６０ｎｍ）とした。補助パターン２７がない場合には、主パターン２６，２６Ａに従って形成される縦方向の配線パターンと横方向の配線パターンとで２ｎｍ程度の寸法差が生じた。一方、マスク上に補助パターン２７を配置した場合は、縦／横パターン間で寸法差も形状差もない配線パタンを形成することができた。なお、補助パターン２７の線幅（ｂ１）はマスク上で５０ｎｍ程度である。

図９（ａ），（ｂ）は、図８（ａ），（ｂ）に示すマスクパターンの変形例を示した図である。

図９を参照して、Ｓ偏光光により形成される配線パターンに対応する縦方向の主パターン２８（第１主パターン）の幅と、Ｐ偏光光により形成される配線パターンに対応する横方向の主パターン３０（第２主パターン）の幅とは同一（Ｗ１）である。また、縦方向の主パターン２８の両側には、それ自体は解像しない補助パターン２９が設けられ、横方向の主パターン２６Ａの両側には、それ自体は解像しない補助パターン３１が設けられている。

具体的には、主パターン２８，３０の幅（Ｗ１）をマスク上で２００ｎｍ（ウエハ換算で５０ｎｍ）とした。また、補助パターン２９の線幅（ｂ２）はマスク上で３５ｎｍ程度とし、補助パターン３１の線幅（ｂ３）はマスク上で６０ｎｍ程度とした。補助パターン２９，３１と主パターン２８，３０との間隔は、縦方向と横方向とで同一とした。これにより、縦／横パターン間で寸法差も形状差もない配線パタンを形成することができた。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について要約すると、以下のようになる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、縦方向（第１方向）に延在する配線パターン（第１パターン）と、第１パターンと同一幅を有し、縦方向と直交する横方向（第２方向）に延在する配線パターン（第２パターン）とを有する半導体装置の製造方法であって、直線偏光光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程と、レジスト膜をパターニングする工程と、パターニングされたレジスト膜を用いてパターンを形成する工程とを備え、直線偏光光の偏光方向は上記の縦方向（第１方向）と平行であり、第２パターンを形成するためのマスクパターンとして、第２パターンに対応する主パターン２６Ａと、主パターン２６Ａの両側に該主パターン２６Ａよりも幅が小さい（ｂ１＜Ｗ１）補助パターン２７とを設けている。

主パターン２６Ａの両側に補助パターン２７を設けることにより、主パターン２６Ａによって形成され、横方向（Ｐ偏光方向）に延在する第２パターンの幅を抑制することができる。結果として、第２パターンの幅を縦方向（Ｓ偏光方向）に延在する第１パターンの幅と合わせることができ、縦横方向間の寸法差が抑制された、設計に忠実なパターン形成を行なうことができる。

また、縦方向（Ｓ偏光方向）に延在する主パターン２８（第１主パターン）の両側に補助パターン２９（第１補助パターン）を設け、横方向（Ｐ偏光方向）に延在する主パターン３０（第２主パターン）の両側に補助パターン３１（第２補助パターン）を設け、補助パターン３１の幅（ｂ３）を補助パターン２９の幅（ｂ２）よりも大きくすることでも、上記と同様の効果を奏する。

なお、本実施の形態において、実施の形態１と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

（実施の形態３）
図１０は、ウエハ上にホールパターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図である。

図１０（ａ）は一般的なマスクパターンを示す。図１０（ａ）において、マスクパターンはハーフトーンフィールド部３２（ハーフトーン領域）と開口部３３とを有する。開口部３３は、正方形の形状を有する。このマスクパターンに無偏光光を照射することで、円形のホールパターンが形成される。

これに対し、図１０（ｂ）は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法において用いるマスクパターンレイアウトを示す。図１０（ｂ）において、マスクパターンはハーフトーンフィールド部３２（ハーフトーン領域）と開口部３４とを有する。開口部３４は、縦方向（第１方向）の開口幅（Ｗ２）が横方向（第２方向）の開口幅（Ｗ１）よりも広い長方形の形状を有する。このマスクパターンに縦方向に偏光する偏光光を照射することで、円形のホールパタンが形成される。なお、図１０（ｂ）において、長方形の縦横比は１．６程度であるが、この値は１．２以上２以下程度の範囲で変更が可能である。縦横比をこの範囲内に設定することにより、後述する異状転写を防止する効果を十分に確保しながら、形成されるホールパターンが楕円形状となることを防止することができる。なお、ハーフトーンフィールド部３２を透過する光は開口部３４を透過する光に比べて、位相がπだけずれるように調整されている。

図１１は、図１０に示すマスクパターン複数配置した状態を示す図である。図１１（ａ）においては、ハーフトーンフィールド部４０に正方形の形状を有する開口部４１が配置され、図１１（ｂ）においては、ハーフトーンフィールド部４０に長方形の形状を有する開口部４２が配置される。

ところで、上述した実施の形態１においては、露光に用いる直線偏光光がＳ偏光照明となる方向（第１方向）のマスクパターンの線幅を、該直線偏光光がＰ偏光照明となる方向（第２方向）のマスクパターンの線幅よりも大きくすることにより、縦／横方向間で寸法差のないパターンを形成したが、本実施の形態においては、縦方向（第１方向）の開口幅を横方向（第２方向）の開口幅よりも大きくする、すなわち、露光に用いる直線偏光光がＳ偏光照明となる方向（第１方向）のハーフトーンフィールド部の幅を、該直線偏光光がＰ偏光照明となる方向（第２方向）のハーフトーンフィールド部の幅よりも小さくすることにより、円形のホールパターンを形成している。このように、本実施の形態に係るマスクパターンは、上述した実施の形態１と異なる特徴部分を有する。

上記のように、本実施の形態において、実施の形態１と逆の寸法補正を行なったのは、ハーフトーン露光において解像度向上の阻害要因となっているサブピーク異状転写を防止するためである。サブピークとは開口部からの光回折により開口の周辺に生じる光強度の強いスポットのことで、周辺の開口からの回折光と干渉することによりそのスポット強度がより強くなり、異状転写像となって現れる現象のことである。

図１２は、図１１に示すマスクパタンを用いて形成したウエハ上のパターンを示した図である。なお、図１２（ａ）は、図１１（ａ）に示すマスクパターンに無偏光光を照射することで形成されたパターンを示す図であり、図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）に示すマスクパターンに縦方向（第１方向）に偏光する直線偏光光を照射することで形成されたパターンを示す図である。

図１２を参照して、レジスト４３上にホール４４，４５が形成される。図１２（ａ）においては、ホール４４間に、サブピークによる異状転写パターン４６が形成されている。一方、図１２（ｂ）においては、サブピークによる異状転写は観察されない。図１２（ｂ）においては、露光光として直線偏光を用い、かつ、その偏光方向の開口幅を相対的に大きくすることで、露光効率を改善し、開口部とフィールド部との相対的な露光比を小さくしたためである。

なお、本実施の形態においては、ハーフトーンフィールド部の透過率を６％程度に設定したが、この透過率をより高くすることで、サブピークによる異状転写を防止する効果をより高めることができる。具体的には、上記透過率は、２％以上２５％以下程度の範囲で変更可能である。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について要約すると以下のようになる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、ホール４５（ホールパターン）を有する半導体装置の製造方法であって、直線偏光光によってマスク上に形成された開口部４２を含むマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト４３上に転写する工程と、レジスト４３をパターニングする工程と、パターニングされたレジスト４３を用いてパターンを形成する工程とを備え、ホール４５を形成するための開口部４２において、直線偏光光の偏光方向に平行な縦方向（第１方向）の開口幅（Ｗ２）を縦方向に直交する横方向（第２方向）の開口幅（Ｗ１）よりも広くしている。

これにより、レジスト上にサブピークによる異状転写パターンが形成されるのを抑制することができる。

なお、本実施の形態において、実施の形態１，２と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

（実施の形態４）
図１３は、実施の形態４に係る半導体装置の製造方法における、基板５０上に形成されたレジストパターン５１，５２，５１Ａ，５２Ａを示した断面図である。また、図１４は、該レジストパターンを示した上面図である。図１３（ａ），（ｃ）は、図１４（ａ）中のＡ−Ａ断面を示し、図１３（ｂ），（ｄ）は、図１４（ｂ）中のＢ−Ｂ断面を示す。

図１３，図１４に示すレジストパターンは、パターン幅が７０ｎｍ程度のラインアンドスペースパターンを形成するためのものである。このレジストパターンは、たとえば、露光波長が１９３ｎｍ、開口数（ＮＡ）が０．９２の露光条件下で形成される。

図１３（ａ），（ｂ）は、直線偏光光を用いて露光を行なった場合に形成されるレジストパターン５１，５２を示す図である。なお、直線偏光光の偏光方向は、図１４中の上下方向である。すなわち、図１３（ａ）に示すレジストパターン５１は、Ｓ偏光光により形成されたものであり、図１３（ｂ）に示すレジストパターン５２は、Ｐ偏光光により形成されたものである。

図１３（ａ），（ｂ）を参照して、Ｓ偏光光により形成されたレジストパターン５１は、裾細りの断面形状を有する。一方、Ｐ偏光光により形成されたレジストパターン５２は、矩形断面形状を有する。

図１３（ｃ），（ｄ）は、縦方向（第１方向）に偏光する直線偏光光（第１直線偏光光）に横方向（第２方向）に偏光する他の直線偏光光（第２直線偏光光）を組み合わせた偏光光を用いて露光を行なった場合に形成されるレジストパターン５１Ａ，５２Ａを示す図である。なお、第１直線偏光光の偏光方向は、図１４中の上下方向であり、第２直線偏光光の偏光方向は、図１４中の左右方向である。また、第２直線偏光光の振幅は、第１直線偏光光の振幅の５％程度である。

図１３（ｃ）を参照して、Ｓ偏光光とＰ偏光光とを組み合わせた偏光光によって露光することで、レジストパターン５１Ａの形状を矩形形状とすることができた。ここで、レジストパターン５１Ａの解像度としては、レジストパターン５１とほぼ同程度の解像度を確保することができる。なお、レジストパターン５２Ａの形状は、レジストパターン５２の形状と同形状となる。この結果、縦／横のレジストパターン（レジストパターン５１Ａ，５２Ａ）の寸法差、形状差を小さくすることができる。

ここで、第１と第２の直線偏光光の組み合わせの手法としては、それらを合成した楕円偏光光を照射する方法と、第１と第２直線偏光光を別々に照射する方法とが考えられる。すなわち、第１直線偏光光と第２直線偏光光との組み合わせとは、第１と第２直線偏光光を合成して楕円偏光光にすることと、第１と第２直線偏光光を別々に照射することとを含む概念である。前者は露光が１回で完了するため、スループットが向上するという利点を有し、後者は露光光学系を簡便な装置で構成することができるので、偏光比率（第１と第２直線偏光光の振幅の比率）の制御がしやすくなるという利点を有する。

また、本実施の形態においては、第２直線偏光光の振幅を第１直線偏光光の振幅の５％程度としたが、この値は２％以上２０％以下程度（より好ましくは、３％以上１０％以下程度）の範囲で変更可能である。第１と第２直線偏光光の振幅の比率をこの範囲内に設定することにより、レジストパターンの解像度を十分に確保しながら、Ｓ偏光光によって転写形成されるレジストパターンの断面が裾細り形状となるのを抑制することができる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について要約すると、以下のようになる。

本実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、照明装置とマスクと投影レンズとを用い、照明装置からの照明光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程を備え、照明光として、マスクパターンの延在方向に平行な縦方向（第１方向）に偏光するＳ偏光光（第１直線偏光光）と、縦方向に直交する横方向（第２方向）に偏光するＰ偏光光（第２直線偏光光）とを組み合わせて用いている。

なお、本実施の形態において、実施の形態１〜３と同様の事項については、詳細な説明は繰り返さない。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全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全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成の概要を示した上面図である。 図１に示す半導体装置のメモリマット部におけるパターンレイアウトを示した上面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置における周辺回路部のゲート配線パターンレイアウトを示した上面図であり、（ａ）は縦方向ゲートパターンを示し、（ｂ）は横方向ゲートパターンを示す。 図３に示す配線パターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図であり、（ａ）は縦方向ゲートパターンを形成するための縦方向マスクパターンを示し、（ｂ）は横方向ゲートパターンを形成するための横方向マスクパターンを示す。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置における周辺回路部の密集配線パターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図であり、（ａ）は縦方向密集パターンを形成するための縦方向マスクパターンを示し、（ｂ）は横方向密集パターンを形成するための横方向マスクパターンを示す。 Ｌ形配線パターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図であり、（ａ），（ｂ）は一般的なマスクパターンレイアウトを示し、（ｃ），（ｄ）は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法において用いるマスクパターンレイアウトを示す。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置における突合せ配線パターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図であり、（ａ）は縦方向突合せ配線パターンを形成するための縦方向マスクパターンを示し、（ｂ）は横方向突合せ配線パターンを形成するための横方向マスクパターンを示す。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置における配線パターンを形成するためのマスクパターンの１つの例を示した上面図であり、（ａ）は縦方向配線パターンを形成するための縦方向マスクパターンを示し、（ｂ）は横方向配線パターンを形成するための横方向マスクパターンを示す。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置における配線パターンを形成するためのマスクパターンの他の例を示した上面図であり、（ａ）は縦方向配線パターンを形成するための縦方向マスクパターンを示し、（ｂ）は横方向配線パターンを形成するための横方向マスクパターンを示す。 ホールパターンを形成するためのマスクパターンを示した上面図であり、（ａ）は一般的なマスクパターンを示し、（ｂ）は本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法において用いるマスクパターンレイアウトを示す。 図１０に示すマスクパターンを集合させた状態を示す上面図であり、（ａ）は図１０（ａ）に示すマスクパターンを集合させたものを示し、（ｂ）は図１０（ｂ）に示すマスクパターンを集合させたものを示す。 図１１に示すマスクパターンを用いて行なうパターン転写の結果を示す上面図であり、（ａ）は図１１（ａ）に示すマスクパターンによるパターン転写結果を示し、（ｂ）は図１１（ｂ）に示すマスクパターンによるパターン転写結果を示す。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法における、マスクパターン転写後のレジストパターンを示した断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の製造方法における、マスクパターン転写後のレジストパターンを示した上面図である。 半導体製造装置の構成の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るマスクパターンデータ作成方法のフローの１つの例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るマスクパターンデータ作成方法のフローの他の例を示した図である。 一般的な配線パターン形成工程における第１工程を示した図である。 一般的な配線パターン形成工程における第２工程を示した図である。 一般的な配線パターン形成工程における第３工程を示した図である。 一般的な配線パターン形成工程のフローを示した図である。

符号の説明

１ 光源、２ ミラー、３ フライアイレンズ、４ 偏光板、５ マスクパターン、６ 微細パターン、７ フォトマスク、８ 対物レンズ、９ ウエハ、１０ メモリマット部、１１ 周辺回路部、１２ 引き出し線部、１３ ライアンドスペースパターン、１４，１５ 配線パターン、１６，１７ マスクパターン、１８ マスクパターン（寸法補正前）、１９，２０ マスクパターン、２１ マスクパターン（寸法補正前）、２２ 主パターン（横方向）、２３ ハンマヘッド（横方向）、２４ 主パターン（縦方向）、２５ ハンマヘッド（縦方向）、２６，２６Ａ 主パターン、２７ 補助パターン、２８ 主パターン（縦方向）、２９ 補助パターン（縦方向）、３０ 主パターン（横方向）、３１ 補助パターン（横方向）、３２，４０ ハーフトーンフィールド部、３３，３４ 開口部、４１，４２ 開口部、４３ レジスト、４４，４５ ホール、４６ 異状転写パターン、５０ 基板、５１，５１Ａ，５２，５２Ａ レジストパターン、１０１，１０２ 設計パターン、１０３，１０４ マスクパターン、１０５，１０６ メイン部、１０７，１０８ 飛出し部、１０９，１１０ インナセリフ部（凹部）、１１１，１１２ セリフ部（凸部）、１１３，１１４ マスクパターン、１１３Ａ，１１４Ａ コーナ部、１１５Ａ，１１５Ｂ メイン部、１１６Ａ，１１６Ｂ 飛出し部、１１７Ａ，１１７Ｂ インナセリフ部、１１８Ａ，１１８Ｂ セリフ部、１２０ ウエハ、１２１ 絶縁層、１２１Ａ 絶縁膜、１２２ 導電層、１２２Ａ 配線パターン、１２３ レジスト膜、１２３Ａ レジストパターン。

Claims (14)

1. 第１方向に延在する第１パターンと、該第１パターンと同一形状を有し、前記第１方向と直交する第２方向に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光照明を用い、前記第１パターン形成用の第１マスクパターンと前記第２パターン形成用の第２マスクパターンとを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、
   前記露光後に前記マスクパターンに従った形状の前記第１と第２パターンを形成する工程とを備え、
   前記第１と第２マスクパターンの形状を互いに異ならせた半導体装置の製造方法。
2. 第１方向に延在する第１パターンと、該第１パターンと同一幅を有し、前記第１方向と直交する第２方向に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光照明を用い、前記第１パターン形成用の第１マスクパターンと前記第２パターン形成用の第２マスクパターンとを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、
   前記露光後に前記マスクパターンに従った形状の前記第１と第２パターンを形成する工程とを備え、
   前記第１と第２マスクパターンの幅を互いに異ならせた半導体装置の製造方法。
3. 前記第１方向は、前記第１と第２マスクパターンを通過する露光光の偏光方向と平行な方向であり、
   前記第１マスクパターンの幅を前記第２マスクパターンの幅よりも広くした、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第１と第２マスクパターンは第１と第２コーナ部を有し、
   前記第１と第２コーナ部に第１と第２凹部が設けられ、
   前記第１と第２凹部の形状を互いに異ならせた、請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１と第２マスクパターンは第１と第２コーナ部を有し、
   前記第１と第２コーナ部に第１と第２凸部が設けられ、
   前記第１と第２凸部の形状を互いに異ならせた、請求項１から請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
6. 第１方向に延在する第１孤立パターンと、該第１孤立パターンと同一形状を有し、前記第１方向と直交する第２方向に延在する第２孤立パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光照明を用い、前記第１孤立パターン形成用の第１マスクパターンと前記第２孤立パターン形成用の第２マスクパターンとを含むマスクパターンに従って露光を行なう工程と、
   前記露光後に前記マスクパターンに従った形状の前記第１と第２孤立パターンを形成する工程とを備え、
   前記第１と第２マスクパターンの形状を互いに異ならせた半導体装置の製造方法。
7. メモリセル部と周辺回路部とを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程と、
   前記レジスト膜をパターニングする工程と、
   パターニングされた前記レジスト膜を用いてパターンを形成する工程とを備え、
   前記周辺回路部のパターンを形成するための前記マスクパターンの寸法補正量を縦方向と横方向とで互いに異ならせた半導体装置の製造方法。
8. 第１方向に延在する第１パターンと、該第１パターンと同一幅を有し、前記第１方向と直交する第２方向に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程と、
   前記レジスト膜をパターニングする工程と、
   パターニングされた前記レジスト膜を用いてパターンを形成する工程とを備え、
   前記第１方向は前記直線偏光光の偏光方向と平行であり、
   前記第２パターンを形成するためのマスクパターンとして、前記第２パターンに対応する主パターンと前記主パターンの両側に該主パターンよりも幅が小さい補助パターンとを設けた半導体装置の製造方法。
9. 第１方向に延在する第１パターンと、該第１パターンと同一幅を有し、前記第１方向と直交する第２方向に延在する第２パターンとを有する半導体装置の製造方法であって、
   直線偏光光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程と、
   前記レジスト膜をパターニングする工程と、
   パターニングされた前記レジスト膜を用いてパターンを形成する工程とを備え、
   前記第１パターンを形成するための第１マスクパターンとして、前記第１パターンに対応する第１主パターンと前記第１主パターンの両側に該第１主パターンよりも幅が小さい第１補助パターンとを設け、
   前記第２パターンを形成するための第２マスクパターンとして、前記第２パターンに対応する第２主パターンと前記第２主パターンの両側に該第２主パターンよりも幅が小さい第２補助パターンとを設け、
   前記第２補助パターンの幅が前記第１補助パターンの幅よりも大きい半導体装置の製造方法。
10. ホールパターンを有する半導体装置の製造方法であって、
    直線偏光光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程と、
    前記レジスト膜をパターニングする工程と、
    パターニングされた前記レジスト膜を用いてパターンを形成する工程とを備え、
    前記ホールパターンを形成するためのマスクパターンにおいて、前記直線偏光光の偏光方向に平行な第１方向の開口幅を該第１方向に直交する第２方向の開口幅よりも広くした半導体装置の製造方法。
11. 前記マスクパターンにハーフトーン領域を設けた、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 照明装置とマスクと投影レンズとを用い、前記照明装置からの照明光によってマスク上に形成されたマスクパターンをウエハ上に形成されたレジスト膜上に転写する工程を備え、
    前記照明光として、前記マスクパターンの延在方向に平行な第１方向に偏光する第１直線偏光光と、前記第１方向に直交する第２方向に偏光する第２直線偏光光とを組み合わせて用いる半導体装置の製造方法。
13. 前記第２直線偏光光の振幅を、前記第１直線偏光光の振幅の２パーセント以上２０パーセント以下とした、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
14. 直線偏光光を用いてウエハ上にパターンを形成するためのマスクパターンを規定するマスクパターンデータ作成方法であって、
    前記直線偏光光の偏光方向に平行な第１方向と、該第１方向と直交する第２方向とにおいて互いに寸法補正量を異ならせたマスクパターンデータ作成方法。

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