JP2006319369A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターンの収差による精度劣化を防止しつつ微細化する。
【解決手段】フォトマスク製作工程において、マスクパターン５がスキャナの走査方向で二分割され一方の分割領域にはレベンソン形位相シフトマスクパターンからなる第一分割パターン部１０が、他方の分割領域には補助パターン形位相シフトマスクパターンからなる第二分割パターン部２０が形成されたフォトマスク１が製作される。第一露光工程において、ウエハ上のレジストに第一分割パターン部１０が露光される。第二露光工程において、第一露光工程で露光された露光領域に第二分割パターン部２０が二重露光される。スキャナの転写で収差の劣化を防止できる。第一分割パターン部と第二分割パターン部を二重露光させ、かつ、レベンソン形と補助パターン形を併用することでパターンを微細化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体集積回路装置の製造方法、特に、フォトマスクに形成されたパターンを露光対象物上の同一レジストに繰り返し露光する露光技術に関する。

一般に、半導体集積回路装置（以下、ＩＣという。）の製造方法は、フォトマスクに描画されたパターン（以下、マスクパターンという。）が半導体ウエハ（以下、ウエハという。）に、リソグラフィーおよびエッチングによって転写されるプロセスの繰り返しである。
このリソグラフィーのうちマスクパターンをウエハに塗布されたレジストに転写する露光工程には、縮小投影露光方法が採用されている。
縮小投影露光方法は、転写パターンに対して拡大されたマスクパターンが描画されたレチクルと呼ばれるフォトマスクを使用し、マスクパターンをウエハのレジストに縮小投影レンズによって縮小して転写する露光方法、である。

縮小投影露光方法における解像度の向上は、結像光学系の高ＮＡ化や露光光の短波長化によって推進されている。
さらなるＩＣの最小加工寸法の微細要求に応ずるため、変形照明露光方法や位相シフトマスク露光方法と言った所謂超解像度露光方法の開発および適用が進められている。

ところで、ＩＣの製造方法における歩留りの向上やＩＣの性能の向上には、ウエハに転写されたパターンの寸法精度や位置精度および重ね合わせ精度の向上が必要である。
転写パターンの寸法精度に影響が及ぶ要因としては、マスクパターンの寸法のばらつき、結像光学系の誤差（収差）、レジストの膜厚、現像均一性等のレジストプロセスのばらつき等が挙げられる。
転写パターンの位置精度や重ね合わせ精度に影響が及ぶ要因としては、ウエハステージの駆動精度、フォトマスク精度、結像光学系の収差、プロセス変動等が挙げられる。

これらの要因の中で、結像光学系の収差が転写パターンに及ぼす影響が最小加工寸法の微細化に伴って顕在化して来ている。
このため、結像光学系の収差測定技術の開発および適用による収差量の定量化が露光装置ユーザ側において実行されるようになって来ている。そして、これに対応して、露光装置メーカ側においても収差量の低減化が推進されている。
このように転写パターン精度の高精度化の一つとして結像光学系の収差量の低減化が推進されている。

なお、光露光装置を述べてある例としては、非特許文献１がある。
株式会社工業調査会１９９８年１１月２５日発行の「電子材料１９９８年１１月号別冊」Ｐ７６〜Ｐ８１

前述したように、最小加工寸法の微細化を推進するために超解像度技術の適用が推進されているが、超解像度技術が適用されると、マスクパターンのレイアウトについて厳格な制限が付加されることになる。
この超解像度技術の適用に伴うレイアウト上の制限を緩和する手段として、ウエハの同一レジストにマスクパターンを多重露光する露光方法が提案されている。

この多重露光する露光方法は複数のマスクパターンをウエハの同一のレジストに重ねて露光する方法であるため、複数のパターンの重ね合わせ精度がパターンの転写精度に大きく影響する。一方、前述した結像光学系の収差は転写パターンの形状劣化、転写パターンの位置のシフトを発生させる。
このため、多重露光する露光方法においては、収差起因の転写パターンの精度劣化が発生するという問題点があることが本発明者によって明らかにされた。

本発明はこの究明に基づいてなされたものであり、その目的は収差による転写パターンの精度劣化を防止することができる半導体集積回路装置の製造方法を提供することにある。

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。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは次の通りである。

（ａ）第一のマスク基板の第一主面上の第一の矩形領域内の第一のマスクパターンを、縮小投影露光装置の投影光学系により第一の照明条件下でスキャン露光することにより、ウエハの主面上のフォトレジスト膜上に転写する工程、
（ｂ）前記工程（ａ）の後、前記第一のマスク基板の前記第一主面上の前記第一の矩形領域と実質的に同一形状の矩形形状を有する第二の矩形領域内の第二のマスクパターンを、前記縮小投影露光装置の前記投影光学系により前記第一の照明条件下でスキャン露光することにより、前記ウエハの前記主面上の前記フォトレジスト膜上に転写する工程、
（ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記フォトレジスト膜に対して、現像処理を施すことにより、前記第一及び第二のマスクパターンに対応するレジスト膜パターンを形成する工程、
を含む半導体集積回路装置の製造方法であって、
（ｉ）前記第一のマスクパターンは第一の方向のライン＆スペースパターンであり、
（ｉｉ）前記第二のマスクパターンは前記第一の方向と直交する第二のライン＆スペースパターンである、
ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

前記した手段によれば、フォトマスクの分割パターン部は露光対象物のレジストに走査露光方式によって多重転写されるため、投影レンズの収差（ディストーション）による多重露光パターン間の転写位置ずれが防止されることにより、露光の投影レンズにおける走査方向の収差の劣化は防止されることになる。
また、同一のレジスト上に第一分割パターン部と第二分割パターン部とが二重露光されるため、同一のレジストに転写された第一分割パターン部の転写部と第二分割パターン部の第二転写部とは高密度に形成されることになる。この高密度に形成された第一分割パターン部の転写部と第二分割パターン部の第二転写部とにおいて、露光の投影レンズにおける走査方向の収差の劣化はいずれも防止された状態になっている。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施形態においては、最小設計寸法１５０ｎｍの１ギガビットＤＲＡＭ級のＩＣの製造方法における露光工程であって、コンタクトホールのパターンがウエハのレジストに縮小比４対１の走査形ＫｒＦエキシマレーザ（露光波長２４８ｎｍ）縮小投影露光装置（以下、スキャナという。）が用いられて露光される場合を例にして説明する。

まず、本実施形態に係る露光方法に使用される図１に示されているフォトマスクについて説明する。
このフォトマスクは最小配置ピッチ２６０ｎｍ、最小設計寸法１８０ｎｍのコンタクトホールパターンをウエハのレジストに、スキャナの照明条件が開口数ＮＡ＝０．６８、コヒーレンシ（sigma ）値＝０．３の条件下で露光するものとして構成されている。

なお、フォトマスクはフォトマスク製作工程において予め製作されて露光工程に供給される。
マスク製作工程は回路設計データが記述したパターンをマスクブランク上の遮光膜に電子線描画装置（図示せず）を使用して描画し、リソグラフィーおよびエッチングを経てマスクを製作する工程である。

図１（ｄ）、（ｅ）に示されているように、フォトマスク１は合成石英ガラスが使用されて略正方形の平板形状に形成されたマスクブランク２を備えており、マスクブランク２の一主面（以下、第一主面という。）にはクロム等の金属膜からなる遮光膜３が被着されている。遮光膜３には透光部４がリソグラフィーおよびエッチングによってパターニングされて開設されており、遮光膜３と透光部４とによって所望のマスクパターン５が形成されている。
なお、図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、遮光膜３は実線の斜線が付されて示されている。

本実施形態においては、マスクパターン５はコンタクトホールのパターンであるため、透光部４は設計寸法が２００ｎｍの略正方形の貫通孔になっており、複数個の透光部４が最小配置ピッチ２６０ｎｍをもって配列されている。

図１（ａ）に示されているように、フォトマスク１のマスクパターン５は第一分割パターン部１０と第二分割パターン部２０とに二分割されており、第一分割パターン部１０と第二分割パターン部２０とはＹ方向に隣合うように並んでいる。
すなわち、第一分割パターン部１０と第二分割パターン部２０とは互いに等しい長方形にそれぞれ設定されており、長辺同士が平行になるように隣接してそれぞれ配置されている。そして、第一分割パターン部１０と第二分割パターン部２０とが並んだＹ方向は、スキャナの走査方向に対応している。

図１（ｂ）および（ｄ）に示されているように、第一分割パターン部１０はレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、第一分割パターン部１０はシフタが付帯されていない透光部４からなる透光パターン部（以下、正規部という。）１１と、シフタ１３が付帯された透光部４からなる透光パターン部（以下、シフト部という。）１２とによって構成されている。各正規部１１のＹ方向の後方位置にはシフト部（破線の斜線が付されて示されている。）１２がそれぞれ配置されており、正規部１１とシフト部１２とのＹ方向のピッチＰｙは、２９０ｎｍ、に設定されている。正規部１１とシフト部１２とのＸ方向のピッチＰｘは、２６０ｎｍ、に設定されている。

図１（ｃ）および（ｅ）に示されているように、第二分割パターン部２０は補助パターン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、第二分割パターン部２０は正規の大きさの透光部４からなる透光パターン部（以下、第二正規部という。）２１と、小さい貫通孔からなる補助パターン部（以下、補助部という。）２２とによって構成されている。第二正規部２１にはシフタ２３が形成されている。各第二正規部２１のＹ方向の前後位置には補助部２２がそれぞれ配置されており、第二正規部２１と補助部２２とのＹ方向のピッチＰｙは、２９０ｎｍに設定されている。第二正規部２１と補助部２２とのＸ方向のピッチＰｘは、２６０ｎｍに設定されている。補助部２２は解像限界以下の大きさの１００ｎｍ□の小孔に設定されている。

本実施形態に係る露光方法には、図２に示されているスキャナ（走査形ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置）７０が使用される。
ここで、スキャナ７０の概要を説明する。

図２に示されているように、光源７１から照射された光はフライアイレンズ７２、アパーチャ７７、第１コンデンサレンズ７３、ミラー７４、第２コンデンサレンズ７５を介してマスクステージ７９に支持されたフォトマスク１に照射される。光学条件のうちコヒーレンシはアパーチャ７６の開口部の大きさを変化させることにより調整される。
フォトマスク１には異物付着によるパターン転写不良を防止するためのペリクル７８が付設されている。

フォトマスク１に描画されたマスクパターンは、試料台８２に真空吸着保持されたウエハ８１に投影レンズ８０を介して投影される。
試料台８２はＺステージ駆動装置８７によって投影レンズ８０の光軸方向（以下、Ｚ方向とする。）に移動されるＺステージ８３の上に載置されている。Ｚステージ８３はＸステージ駆動装置８８ＸおよびＹステージ駆動装置８８ＹによってそれぞれＸ、Ｙ方向に移動されるＸステージ８４ＸおよびＹステージ８４Ｙの上に搭載されている。
Ｚステージ駆動装置８７およびＸ、Ｙステージ駆動装置８８Ｘ、８８Ｙはメインコントローラ８９に接続されており、メインコントローラ８９はＺステージ８３に固定されたミラー８６の位置をレーザ測長器８５によって測定することにより、試料台８２の位置をモニタリングしてＺステージ駆動装置８７およびＸ、Ｙステージ駆動装置８８Ｘ、８８Ｙを制御するように構成されている。

なお、試料台８２に保持されたウエハ８１の表面の位置は、検出光発光部および受光部から構成される焦点位置検出装置（図示せず）によって検出されるように構成されており、この検出によって焦点が自動的に合わせられる。

メインコントローラ８９には、マスクステージ７９を駆動するマスクステージ駆動装置９０が接続されている。マスクステージ駆動装置９０は、マスクステージ７９に固定されたミラー９２の位置をレーザ測長器９１によって測定することにより、マスクステージ７９の位置をモニタリングしてマスクステージ駆動装置９０を制御するように構成されている。
すなわち、マスクステージ７９はマスクステージ駆動装置９０およびレーザ測長器９１によって制御され、フォトマスク１の中心を投影レンズ８０の光軸と正確に位置合わせする。

メインコントローラ８９にはアライメント光学系９３が接続されており、ウエハ８１の上に形成された回路パターンに対してフォトマスク１のマスクパターンを重ね合わせ露光するに際して、ウエハ８１の上に形成されたマークパターンの位置をアライメント光学系９３によって検出し、検出結果からウエハ８１を位置決めして重ね合わせ露光するようになっている。

なお、メインコントローラ８９はネットワーク９４と接続されており、スキャナ７０の遠隔監視等が実行されるようになっている。

以下、ＤＲＡＭのメモリーセルのコンタクトホールを形成する場合について、前記構成に係るスキャナおよびフォトマスクを使用した露光方法を説明する。

図３（ａ）はＤＲＡＭのメモリーセル３０の平面図、図３（ｂ）は要部断面図を示している。
図３（ａ）で多数本のワード線３１が紙面の上下方向（以下、Ｙ方向とする。）に配線されており、多数本のデータ線３２が紙面の左右方向（以下、Ｘ方向という。）に配線されている。キャパシタ３３はワード線３１およびデータ線３２の上部に形成されている。隣合うワード線３１、３１の隙間に形成された活性領域３４の上にはプラグ電極３５が活性領域３４に接して、かつ、活性領域３４以外の領域に延在するように細長く配設されており、プラグ電極３５にはデータ線３２が一部で重なるように配線されている。活性領域３４の上には開口部３６が開設されており、開口部３６に充填された導体層を介してキャパシタ３３の下部電極３３ａが接続されている。

メモリーセルを構成するＭＩＳＦＥＴはゲート絶縁膜３７、ゲート電極３８、ｎ型の高濃度不純物領域であるソース３９、ドレイン４０から構成されている。プラグ電極３５はソース３９の上のシリコン酸化膜４１を貫いており、シリコン酸化膜４１の上にはデータ線３２が敷設されている。
データ線３２の上のシリコン酸化膜４２の上にはキャパシタ３３の下部電極３３ａが形成されており、下部電極３３ａはドレイン４０に接続されている。キャパシタ３３は下部電極３３ａ、誘電体膜３３ｂおよび上部電極３３ｃから構成されている。シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜４３およびアルミニウムからなる配線４４が最上層に敷設されている。

以上の構成に係るＤＲＡＭのメモリーセルのコンタクトホールについての露光方法において、スキャナ７０は次の露光条件によって使用される。
露光光線の波長は２４８ｎｍ、投影レンズ８０のＮＡは０．６８である。フォトマスクには前記構成に係る図１に示されたコンタクトホールを露光するためのフォトマスク１が使用される。

コンタクトホールの露光方法の実施に際して、コンタクトホールを露光するためのフォトマスク１がスキャナ７０のマスクステージ７９に装着される。また、ウエハ８１が試料台８２に装着される。
メインコントローラ８９はウエハ８１の上に形成されたマークパターンの位置をアライメント光学系９３によって検出し、検出結果からウエハ８１を位置決めしてフォトマスク１との位置合わせを実行する。

次いで、光源７１から照射された露光光線は照明形状調整アパーチャ７７によって矩形に調整されてフォトマスク１に照射され、フォトマスク１を透過した露光光線は投影レンズ８０を介して試料台８２のウエハ８１に照射される。この際、マスクステージ７９およびＹステージ８４Ｙがマスクステージ駆動装置９０およびＹステージ駆動装置８８Ｙによって同期されてＹ方向にワンショット分だけ走査される。

マスクステージ７９とＹステージ８４Ｙとの走査しながらの矩形の露光光線のウエハ８１へのワンショット分の照射により、ウエハ８１のレジストにはフォトマスク１のマスクパターン５が縮小投影露光される（以下、スキャン露光作動という。）。このスキャン露光作動により、図４（ａ）に示されているワンショットパターン部（以下、ショット部という。）５０がウエハ８１のレジストに転写される。
ショット部５０はマスクパターン５の第一分割パターン部１０が転写されて形成された第一転写パターン部（以下、第一転写部という。）５１と、第二分割パターン部２０の転写によって形成された第二転写パターン部（以下、第二転写部）５２とにより構成されている。

以上のようにしてスキャン露光作動によってショット部５０が形成されると、Ｘステージ８４Ｘがワンショット分だけステップ移動される。
次いで、スキャン露光作動によってウエハ８１の隣接したショット領域に次のショット部５０が形成される。

以降、ウエハ８１がステップ移動およびスキャン露光作動（ステップ・アンド・スキャン）が繰り返されることにより、図４（ｂ）に示されているように、ウエハ８１には第一転写部５１と第二転写部５２とからなるショット部５０がマトリクス状に形成されて行く。

以上のようにしてステップ・アンド・スキャンによってウエハ８１の全面にショット部５０群がマトリクス状に形成されると、Ｘ、Ｙステージ８４Ｘ、８４Ｙが最初のショット部５０の位置に戻されるとともに、最初のショット部５０に対してワンショットの半ピッチだけＹ方向にステップ移動される。この半ピッチは第一露光工程としての前回のステップ・アンド・スキャンによる第一転写部５１および第二転写部５２のＹ方向の寸法に対応する。

その後、第二の露光工程としての二度目のステップ・アンド・スキャンが前回と同様に繰り返されて行く。この二度目のステップ・アンド・スキャンにより、図５（ｂ）に示されているように、第一の露光工程としての一度目のステップ・アンド・スキャンによる第一のショット部５０の上に第二のショット部５０’が半ピッチ分ずれて順次に二重露光されて行く。

二度目のステップ・アンド・スキャンに際して、ワンショットによって形成される第二のショット部５０’が一度目のステップ・アンド・スキャンの第一のショット部５０に対して半ピッチ分だけＹ方向にずらされているため、図５（ａ）および（ｂ）に示されているように、第二のショット部５０’は第一転写部５１’が第一のショット部５０の第二転写部５２に二重露光した状態になる。
そして、第二のショット部５０’の第二転写部５２’はＹ方向で隣接した第一のショット部５０の第一転写部５１に二重露光した状態になる。つまり、第一のショット部５０の第一転写部５１には第二のショット部５０’の第二転写部５２’が二重露光された状態になり、第一のショット部５０の第二転写部５２には第二のショット部５０’の第一転写部５１’が二重露光された状態になっている。

ここで、レベンソン形位相シフトマスクパターンからなる第一分割パターン部がウエハのレジストに露光される作用を図６によって説明する。

図６（ａ）に示された第一分割パターン部１０においてシフタ１３が形成されていない場合の隣合う透光部４、４を透過した露光光の強度は、図６（ｂ）に示されているＱ４およびＱ４のようになる。図６（ｂ）に示されているように、隣合う光の強度Ｑ４とＱ４との隣接した領域は裾野同士が重なる。
このように露光されたレジストが現像されると、隣合うパターン同士が連続した状態になってしまう。これは、隣合う透光部４、４は露光光の強度の裾野同士が重なり合わないように離間させる必要があることを意味する。つまり、パターンの微細化に制限がある。

図６（ｃ）は図６（ａ）に示された第一分割パターン部１０の正規部１１とシフト部１２を透過した露光光の振幅Ｗ１１と振幅Ｗ１２とをそれぞれ示しており、図６（ｄ）はその露光光の強度Ｑ１１とＱ１２とを示している。
図６（ｃ）に示されているように、シフト部１２の振幅Ｗ１２は正規部１１の振幅Ｗ１１に対して位相が１８０度ずれている。この位相のずれ（反転）により、図６（ｄ）に示されているように、正規部１１の露光光の強度Ｑ１１の裾野とシフト部１２の露光光の強度Ｑ１２の裾野とは互いに打ち消し合うため、正規部１１の強度Ｑ１１とシフト部１２の強度Ｑ１２とは図６（ｄ）に示されているように互いに独立した状態になる。

このようにしてウエハ８１のレジストには第一転写部５１が前述した通りに形成され、この第一転写部５１のレジストが現像されると、図６（ｅ）に示されているように、正規部１１に対応した開口部Ｋ１１とシフト部１２に対応した開口部Ｋ１２とは完全に離間した状態になる。これは、正規部１１とシフト部１２とは接近させて配置し得ることを意味している。つまり、パターンを微細化することができる。

続いて、補助パターン形位相シフトマスクパターンからなる第二分割パターン部がウエハのレジストに露光される作用を図７によって説明する。

図７（ａ）に示された第二分割パターン部２０において両脇の補助部２２、２２が無い場合には、ウエハ上の露光光の強度分布は、図７（ｂ）に示されているＱ２１のようになる。

図７（ｃ）は図７（ａ）に示された第二分割パターン部２０の第二正規部２１と補助部２２、２２とを透過した露光光の振幅Ｗ２１と振幅Ｗ２２、２２とをそれぞれ示しており、図７（ｄ）はその露光光の強度を示している。
第二分割パターン部２０の第二正規部２１にはシフタ２３が形成されているため、第二正規部２１の振幅Ｗ２１は補助部２２の振幅Ｗ２２と１８０度ずれた状態になる。
図７（ｃ）に示されているように、第二正規部２１の振幅Ｗ２１は補助部２２の振幅Ｗ２２に対して位相が１８０度ずれている。この位相のずれにより、第二正規部２１の光の強度Ｑ２１の裾野の光強度が補助部２２の光の強度Ｑ２２、Ｑ２２によって打ち消されるため、図６（ｄ）に示されているように、ウエハ８１のレジストには第二正規部２１だけが露光されることになる。

このようにしてウエハ８１のレジストには第二転写部５２が前述した通りに形成され、この第二転写部５２のレジストが現像されると、図７（ｅ）に示されているように、第二正規部２１に対応した開口部Ｋ２１だけが形成されることになる。つまり、コンタクトホールのパターンを微細化することができる。

次に、第一のショット部５０のレベンソン形位相シフトマスクパターンによる第一転写部５１に第二のショット部５０’の補助パターン形位相シフトマスクパターンによる第二転写部５２’が二重露光される場合について、二重露光の作用を図８により説明する。

図８（ａ）および（ｂ）に示されているように、第一のショット部５０のレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成された第一分割パターン部１０による第一転写部５１には、各第一正規部１１が露光した各第一正規露光部５３および各シフト部１２が露光したシフト露光部５４がそれぞれ形成されている。互いに近接して配置された第一正規露光部５３とシフト露光部５４とは最小配置ピッチ２６０ｎｍをもって隣合った状態になっている。
しかし、シフト露光部５４の第一正規露光部５３が隣接された側と反対側には空きスペース部５５が形成されており、空きスペース部５５の大きさは第一正規露光部５３よりも大きく設定されている。

図８（ａ）および（ｂ）に示された第一転写部５１に第二露光工程によって補助パターン形位相シフトマスクパターンによる第二転写部５２’が二重露光されると、図８（ｃ）および（ｄ）に示されているように、各第二正規部２１が露光した各第二正規露光部５６が各空きスペース部５５にそれぞれ形成された状態になる。
図７について説明した通り、第二露光工程において第二分割パターン部２０の補助部２２は解像限界以下の微小パターンであるため、空きスペース部５５には第二正規露光部５６だけが形成された状態になる。

図８（ｃ）および（ｄ）に示されているように、第一露光工程によって形成された第一正規露光部５３、シフト露光部５４および第二露光工程によって形成された第二正規露光部５６は最小配置ピッチ２６０ｎｍをもって配列された状態になるため、第一正規露光部５３とシフト露光部５４と第二正規露光部５６とは接近させて配置されたことになる。
つまり、コンタクトホールのパターンは単一の露光工程だけの場合に比べて微細化されたことになる。

以上のようにしてフォトマスク１についての第一露光工程および第二露光工程のステップ・アンド・スキャンを完了したウエハ８１は試料台８２から下ろされて、現像工程およびエッチング工程に順次送られる。

現像工程およびエッチング工程を経ることにより、図９（ａ）に示されているように、ウエハ８１には第一正規露光部５３とシフト露光部５４と第二正規露光部５６とによって構成されたコンタクトホールのパターンが一つのショット部５０についてチップ部５７が一対ずつ形成されることになる。
そして、図９（ｂ）各チップ部５７にはウエハ８１には第一正規露光部５３とシフト露光部５４と第二正規露光部５６とによって構成されたコンタクトホールのパターン６０が形成されている。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) フォトマスクのマスクパターンをウエハのレジストに走査露光方式によって転写することにより、投影レンズにおける走査方向の収差の劣化を防止することができるため、転写パターンの精度の劣化を防止することができる。

2) フォトマスクのマスクパターンを第一分割パターン部と第二分割パターン部とに分割し、同一のレジストに対して第一分割パターン部に第二分割パターン部を二重露光させることにより、第一分割パターン部の転写部と第二分割パターン部の第二転写部とを高密度に形成することができるため、ＩＣの高密度化を促進することができる。

3) 第一分割パターン部をレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成し、第二分割パターン部を補助パターン形位相シフトマスクパターンによって構成することにより、第一分割パターン部による第一正規部のシフト部と反対側に第二正規部を配置することができるため、ＩＣの高密度化を促進することができる。

図１０は本発明の他の実施形態である素子分離パターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示している。
なお、このフォトマスクの対象である素子分離パターンの配置ピッチはＹ方向に対して２８０ｎｍ、Ｘ方向に対して１０４０ｎｍ、Ｙ方向の一行毎に５２０ｎｍシフトした配置になっている。

図１０（ａ）は第一分割パターン部１０Ａを示しており、レベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、図１０（ｂ）に示されているように、第一分割パターン部１０Ａはシフタが付帯されていない透光部４からなる透光パターン部（以下、正規部という。）１１Ａと、シフタ１３が付帯された透光部４からなる透光パターン部（以下、シフト部という。）１２Ａとによって構成されており、各正規部１１Ａおよび各シフト部１２Ａはいずれも若干斜めに配置されたライン形状にそれぞれ形成されている。各正規部１１ＡのＹ方向の後方位置には、シフト部（破線の斜線が付されて示されている。）１２Ａがそれぞれ配置されており、正規部１１Ａとシフト部１２ＡとのＹ方向のピッチＰｙは、２５９ｎｍ、に設定されており、正規部１１Ａとシフト部１２Ａの間隔Ｄｙは、１３５ｎｍに設定されている。

図１０（ｃ）に示された第二分割パターン部２０Ａは補助パターン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、図１０（ｄ）に示されているように、第二分割パターン部２０Ａは透光部４からなる透光パターン部（以下、第二正規部という。）２１Ａと、小さい貫通孔からなる補助パターン部（以下、補助部という。）２２Ａとによって構成されている。各第二正規部２１ＡのＹ方向の前後位置には補助部２２Ａがそれぞれ配置されており、第二正規部２１Ａと補助部２２ＡとのＹ方向のピッチＰｙは、２９０ｎｍに設定されている。第二正規部２１Ａと補助部２２ＡとのＸ方向のピッチＰｘは、２６０ｎｍに設定されている。

本実施形態においても前記実施形態と同様に、前記構成に係るフォトマスク１Ａの第一分割パターン部１０Ａがウエハのポジ形レジストに第一露光工程において露光された後に、第二露光工程において、同一のポジ形レジストにおける第一露光工程による第一転写部に前記構成に係るフォトマスク１Ａの第二分割パターン２０Ａが二重露光される。

そして、フォトマスク１Ａについての第一露光工程および第二露光工程のステップ・アンド・スキャンを完了したウエハは現像工程およびエッチング工程に順次送られる。
現像工程およびエッチング工程を経ることにより、ウエハ８１には図１０（ｅ）に示されている素子分離パターン６０Ａが形成される。

図１１は本発明の他の実施形態であるストレージ・ノードのパターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示している。

図１１（ａ）は第一分割パターン部１０Ｂを示しており、レベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、図１１（ｂ）に示されているように、第一分割パターン部１０Ｂはシフタが付帯されていない透光部４からなる透光パターン部（以下、正規部という。）１１Ｂと、シフタ１３が付帯された透光部４からなる透光パターン部（以下、シフト部という。）１２Ｂとによって構成されており、各正規部１１Ｂおよび各シフト部１２Ｂはいずれもライン形状にそれぞれ形成されている。各正規部１１ＢのＹ方向の後方位置にはシフト部（破線の斜線が付されて示されている。）１２Ｂがそれぞれ配置されており、正規部１１Ｂとシフト部１２ＢとのＹ方向のピッチＰｙは、４３５ｎｍ、に設定されており、正規部１１Ｂおよびシフト部１２Ｂの幅ｗは、１５０ｎｍに設定されている。

図１１（ｃ）に示された第二分割パターン部２０Ｂもレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されている。
すなわち、図１１（ｄ）に示されているように、第二分割パターン部２０Ｂはシフタが付帯されていない透光部４からなる透光パターン部（以下、第二正規部という。）２１Ｂと、シフタ２３が付帯された透光部４からなる透光パターン部（以下、シフト部という。）２２Ｂとによって構成されており、各正規部２１Ｂおよび各シフト部２２Ｂはいずれもライン形状にそれぞれ形成されている。各第二正規部２１Ｂおよびシフト部２２ＢはＸ方向に整列されており、各第二正規部２１ＢのＸ方向の後方位置にはシフト部（破線の斜線が付されて示されている。）２２Ｂがそれぞれ配置されており、第二正規部２１Ｂとシフト部１２ＢとのＸ方向のピッチＰｘは、２６０ｎｍ、に設定されており、第二正規部２１Ｂとシフト部２２Ｂとの間隔Ｄｘは、１３０ｎｍに設定されている。

本実施形態においても前記実施形態と同様に、前記構成に係るフォトマスク１Ｂの第一分割パターン部１０Ｂがウエハのネガ形レジストに第一露光工程において露光された後に、第二露光工程において、同一のネガ形レジストにおける第一露光工程による第一転写部に前記構成に係るフォトマスク１Ｂの第二分割パターン２０Ｂが二重露光される。

そして、フォトマスク１Ｂについての第一露光工程および第二露光工程のステップ・アンド・スキャンを完了したウエハは、現像工程およびエッチング工程に順次送られる。
現像工程およびエッチング工程を経ることによって、ウエハ８１には図１１（ｅ）に示されているストレージ・ノードパターン６０Ｂが形成される。

図１２は本発明の他の実施形態であるランダムな回路パターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示している。

本実施形態が前記実施形態と異なる点は、第一分割パターン部１０Ｃおよび第二分割パターン部２０Ｃのいずれもがレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されており、図１２（ａ）に示された第一分割パターン部１０Ｃが図１２（ｃ）に示されている回路パターン６０Ｃの左側部分を受け持つように、図１２（ｂ）に示された第二分割パターン２０Ｃが右側部分を受け持つようにそれぞれ構成されている点である。
このように左右に分担配置することにより、シフタ１３と２３とをＹ方向に交互に配置することができるため、ランダムな回路パターンについてもレベンソン形位相シフトマスクパターンを構成することができる。

本実施形態においても前記実施形態と同様に、前記構成に係るフォトマスク１Ｃの第一分割パターン部１０Ｃがウエハのレジストに第一露光工程において露光された後に、第二露光工程において、同一のレジストにおける第一露光工程による第一転写部に前記構成に係るフォトマスク１Ｃの第二分割パターン部２０Ｃが二重露光される。

そして、フォトマスク１Ｃについての第一露光工程および第二露光工程のステップ・アンド・スキャンを完了したウエハは現像工程およびエッチング工程に順次送られる。現像工程およびエッチング工程を経ることにより、ウエハ８１には図１２（ｃ）に示されているランダムな回路パターン６０Ｃが形成される。

図１３および図１４は本発明の他の実施形態である露光方法に使用されるフォトマスクを示している。

本実施形態が前記実施形態と異なる点は、図１３（ａ）に示されているように、フォトマスク１Ｄのマスクパターン５Ｄが第一分割パターン部１０Ｄ、第二分割パターン部２０Ｄおよび第三分割パターン部３０Ｄに分割されている点であり、この三つのパターン部が多重露光されることより、図１３（ｂ）に示されている孤立コンタクトホールを有したパターン６０Ｄが形成される。

第一分割パターン部１０Ｄには図１４（ａ）に示されたコンタクトホールパターンが形成されており、第二分割パターン部２０Ｄには図１４（ｂ）に示されたコンタクトホールパターンが形成されており、第三分割パターン部３０Ｄには図１４（ｃ）に示された孤立ホールパターンが形成されている。
第一分割パターン部１０Ｄおよび第二分割パターン部２０Ｄはいずれもレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成されており、第二分割パターン部２０Ｄの第二正規部２１Ｄおよびシフト部２２Ｄは第一分割パターン部１０Ｄの空きスペースに配置されている。

第三分割パターン部３０Ｄは寸法１８０ｎｍの微小孤立ホールパターンを転写するためにハーフトーン形位相シフトマスクによって構成されている。
すなわち、第三分割パターン部３０の孤立ホールパターン部（以下、孤立部という。）３１Ｄの周囲の遮光膜はハーフトーン膜３２Ｄによって形成されている。ハーフトーン膜は孤立部を透過した露光光に対して位相を反転させた露光光を数％透過させる半透明膜である。本実施形態ではハーフトーン膜の透過率は６％とした。

本実施形態においては前記構成に係るフォトマスク１Ｄの第一分割パターン部１０Ｄがウエハのレジストに第一露光工程において露光された後に、第二露光工程において、同一のレジストにおける第一露光工程による第一転写部に前記構成に係るフォトマスク１Ｄの第二分割パターン２０Ｄが二重露光され、さらに、同一のレジストにおける同一転写部に前記構成に係るフォトマスク１Ｄの第三分割パターン３０Ｄが三重露光される。

そして、フォトマスク１Ｄについての第一露光工程および第二露光工程（二回）のステップ・アンド・スキャンを完了したウエハは現像工程およびエッチング工程に順次送られる。
現像工程およびエッチング工程を経ることによって、ウエハ８１には図１４（ｂ）に示されている孤立コンタクトホールを有したパターン６０Ｄが形成される。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態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。

例えば、第一露光工程を全て完了してから第二露光工程を実施するに限らず、第一露光工程と第二露光工程とを交互に繰り返してもよい。
すなわち、第一露光工程においてフォトマスクのマスクパターンの全体をウエハのレジストに転写させた後に、マスクステージおよびＹステージをスキャン露光作動の走査ピッチの半ピッチ分だけＹ方向逆向きに後退させ、この半ピッチずれた状態で、第二露光工程を続けて実施してもよい。
この場合にも、第二露光工程におけるマスクパターンが第一露光工程によるショット部に対して半ピッチずれているため、フォトマスクの第一分割パターン部による第二転写部に第一分割パターン部の第一転写部が二重露光されることになり、前記実施形態と同様の作用効果が奏される。

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ＤＲＡＭのメモリーセルの製造技術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、ゲートアレイや液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）等の製造方法に使用される露光方法全般に適用することができる。

本願におい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、次の通りである。

フォトマスクのマスクパターンをウエハのレジストに走査露光方式によって転写することにより、投影レンズにおける走査方向の収差の劣化を防止することができるため、転写パターンの精度の劣化を防止することができる。

フォトマスクのマスクパターンを第一分割パターン部と第二分割パターン部とに分割し、同一のレジストに第一分割パターン部に第二分割パターン部を二重露光させることにより、第一分割パターン部の転写部と第二分割パターン部の第二転写部とを高密度に形成することができるため、ＩＣの高密度化を促進することができる。

第一分割パターン部をレベンソン形位相シフトマスクパターンによって構成し、かつ、第二分割パターン部を補助パターン形位相シフトマスクパターンによって構成することにより、第一分割パターン部による第一転写部とシフト部との間に第二転写部を配置することができるため、ＩＣの高密度化を促進することができる。

本発明の一実施の形態である露光方法に使用されるフォトマスクを示しており、（ａ）は底面図、（ｂ）は第一分割パターン部の部分底面図、（ｃ）は第二分割パターン部の部分底面図、（ｄ）は（ｂ）のｄ−ｄ線に沿う側面断面図、（ｅ）は（ｃ）のｅ−ｅ線に沿う側面断面図である。 本発明の一実施の形態である露光方法に使用されるスキャナを示す模式図である。 ＤＲＡＭのメモリーセルを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う正面断面図である。 第一露光工程後を示しており、（ａ）はショット部の平面図、（ｂ）はウエハの平面図である。 第二露光工程後を示しており、（ａ）はショット部の平面図、（ｂ）はウエハの平面図である。 第一分割パターン部の露光作用を説明するための各説明図である。 第二分割パターン部の露光作用を説明するための各説明図である。 二重露光の作用を説明するための各説明図であり、（ａ）は第一露光工程後の第一転写部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う正面断面図、（ｃ）は第二露光工程後の二重露光部を示す平面図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線に沿う正面断面図である。 現像工程後を示しており、（ａ）はウエハの平面図、（ｂ）はチップ部の部分平面図である。 本発明の他の実施形態である素子分離（ロコス層）のパターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示しており、（ａ）は第一分割パターン部の部分底面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は第二分割パターン部の部分底面図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線に沿う断面図である。（ｅ）はそのフォトマスクによって形成されたパターンを示す部分平面図である。 本発明の他の実施形態であるストレージ・ノードのパターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示しており、（ａ）は第一分割パターン部の部分底面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は第二分割パターン部の部分底面図、（ｄ）は（ｃ）のｄ−ｄ線に沿う断面図である。（ｅ）はそのフォトマスクによって形成されたパターンを示す部分平面図である。 本発明の他の実施形態であるランダムの回路パターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示しており、（ａ）は第一分割パターン部の部分底面図、（ｂ）は第二分割パターン部の部分底面図である。（ｃ）はそのフォトマスクによって形成されたパターンを示す部分平面図である。 （ａ）は本発明の他の実施形態である孤立コンタクトホールを有したパターンの露光方法に使用されるフォトマスクを示す底面図、（ｂ）はその孤立コンタクトホールを有したパターンを示す部分平面図である。 そのフォトマスクを示しており、（ａ）は第一分割パターン部の部分底面図、（ｂ）は第二分割パターン部の部分底面図、（ｃ）は第一分割パターン部の部分底面図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ…フォトマスク、２…マスクブランク、３…遮光膜、４…透光部、５、５Ｄ…マスクパターン、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…第一分割パターン部、１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ…正規部（透光パターン部）、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、…シフト部（シフタが付帯された透光部４からなる透光パターン部）、１３…シフタ、２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…第二分割パターン部、２１、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ…第二正規部（透光パターン部）、２２、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ…補助部（小さい貫通孔からなる補助パターン部）、２３…シフタ、３０…ＤＲＡＭのメモリーセル、３０Ｄ…第三分割パターン部、３１…ワード線、３１Ｄ…孤立ホールパターン部（孤立部）、３２…データ線、３２Ｄ…ハーフトーン膜、３３…キャパシタ、３３ａ…下部電極、３３ｂ…誘電体膜、３３ｃ…上部電極、３４…活性領域、３５…プラグ電極、３６…開口部、３７…ゲート絶縁膜、３８…ゲート電極、３９…ソース、４０…ドレイン、４１、４２…シリコン酸化膜、４３…層間絶縁膜、４４…配線、５０、５０’…ワンショットパターン部（ショット部）、５１、５１’…第一転写パターン部（第一転写部）、５２、５２’…第二転写パターン部（第二転写部）、５３…第一正規露光部、５４…シフト露光部、５５…空きスペース部、５６…第二正規露光部、５７…チップ部、６０、６０Ｄ…パターン、６０Ａ…素子分離パターン、６０Ｂ…ストレージ・ノードパターン、６０Ｃ…回路パターン、７０…スキャナ（走査形ＫｒＦエキシマレーザ縮小投影露光装置）、７１…光源、７２…フライアイレンズ、７３…第１コンデンサレンズ、７４…ミラー、７５…第２コンデンサレンズ、７６、７７…アパーチャ、７８…ペリクル、７９…マスクステージ、８０…投影レンズ、８１…ウエハ、８２…試料台、８３…Ｚステージ、８４…ＸＹステージ、８５…レーザ測長器、８６…ミラー、８７…Ｚステージ駆動装置、８８…ＸＹステージ駆動装置、８９…メインコントローラ、９０…マスクステージ駆動装置、９１…レーザ測長器、９２…ミラー、９３…アライメント光学系、９４…ネットワーク。

Claims (1)

1. （ａ）第一のマスク基板の第一主面上の第一の矩形領域内の第一のマスクパターンを、縮小投影露光装置の投影光学系により第一の照明条件下でスキャン露光することにより、ウエハの主面上のフォトレジスト膜上に転写する工程、
   （ｂ）前記工程（ａ）の後、前記第一のマスク基板の前記第一主面上の前記第一の矩形領域と実質的に同一形状の矩形形状を有する第二の矩形領域内の第二のマスクパターンを、前記縮小投影露光装置の前記投影光学系により前記第一の照明条件下でスキャン露光することにより、前記ウエハの前記主面上の前記フォトレジスト膜上に転写する工程、
   （ｃ）前記工程（ｂ）の後、前記フォトレジスト膜に対して、現像処理を施すことにより、前記第一及び第二のマスクパターンに対応するレジスト膜パターンを形成する工程、
   を含む半導体集積回路装置の製造方法であって、
   （ｉ）前記第一のマスクパターンは第一の方向のライン＆スペースパターンであり、
   （ｉｉ）前記第二のマスクパターンは前記第一の方向と直交する第二のライン＆スペースパターンである、
   ことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

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