JP2007140212A - フォトマスク及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 周期が異なるパターンのそれぞれを正確に投影可能なフォトマスクを提供する。
【解決手段】 照射光に対して透明な基板10、基板10上に照射光の波長の２倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部17a, 17b, 17c, 17dを有する低密度回折部57、基板10上に波長の２倍未満の周期で配置され、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16gを有する高密度回折部56を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明はリソグラフィ技術に係り、特にフォトマスク及び半導体装置の製造方法に関する。

リソグラフィ工程の高精度化は、半導体装置の微細化を進める重要な要因となっている。近年、半導体装置の微細化を進めるために、露光工程における位相シフト露光法、斜入射照明法、及び偏光照明法を応用した多重極照明法等の導入が試みられている（例えば、特許文献1参照。）。しかし、フォトマスク上におけるパターンの周期がフォトマスクに照射される照射光の波長の2倍未満になると、位相シフト露光法を用いてもパターンの投影像のコントラストが向上しないという問題があった。そのため、パターンの周期が微細な記憶セル領域と、パターンの周期が記憶セル領域と比較して大きな周辺回路領域の両方が混在している半導体記憶装置等を製造する場合、リソグラフィ工程において周辺回路領域は良好に形成されるものの、記憶セル領域の製造誤差が大きいという問題があった。
特許第3246615号公報

本発明は、周期が異なるパターンのそれぞれを正確に投影可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、照射光に対して透明な基板と、基板上に照射光の波長の２倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部を有する低密度回折部と、基板上に波長の２倍未満の周期で配置され、複数の低密度用減光部のそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部を有する高密度回折部とを備えるフォトマスクが提供される。

本発明の他の態様によれば、照射光を照射するステップと、照射光を集光するステップと、集光された照射光を、照射光の波長の２倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部を有する低密度回折部、及び波長の２倍未満の周期で配置され、複数の低密度用減光部のそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部を有する高密度回折部のそれぞれに斜入射させるステップと、照射光により高密度回折部及び低密度回折部のそれぞれの投影像を、ウェハ上に塗布された投影用レジスト膜上に形成するステップと、投影用レジスト膜を現像し、ウェハ上に投影像に対応するレジストパターンを形成するステップとを含む半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、周期が異なるパターンのそれぞれを正確に投影可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することができる。

次に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の配置等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

実施の形態に係るフォトマスクは、図1及びA−A方向から見た断面図である図2に示すように、照射光が照射され、照射光に対して透明な基板10、基板10上に照射光の波長の2倍以上の周期P₂で配置された複数の低密度用減光部17a， 17b， 17c， 17dを有する低密度回折部57、及び周囲を低密度回折部57に囲まれて基板10上に照射光の波長の2倍未満の周期P₁で配置され、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部16a， 16b， 16c， 16d， 16e， 16f， 16gを有する高密度回折部56を有する。複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの光学定数は、高密度回折部56における1次回折光の光量の0次回折光の光量に対する比である「光量比」が0．8以上1．2以下、好ましくは1となるよう設定されている。基板10の材料としては石英ガラス（SiO₂）等が使用可能である。また、基板10上の低密度回折部57の周囲にはクロム（Cr）等からなる遮光膜20が配置されている。

高密度回折部56には、半導体装置の記憶セル領域等に対応するパターンが設けられている。図3の拡大上面図に示すように、高密度回折部56は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍未満の周期P₁で配置された複数の高密度用減光部16a， 16b， 16c， 16d， 16e， 16f， 16gを有する。複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの材料としては、例えばCr等の遮光性金属が使用可能である。フォトマスクが波長193nmのフッ化アルゴン（ArF）レーザ等の照射光で照射される場合、複数の高密度用減光部16a〜16gは例えば周期360nmで基板10上に配置されている。

図1に示す低密度回折部57には、半導体装置の周辺回路等に対応するパターンが設けられている。図4の拡大上面図に示すように、低密度回折部57は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍以上の周期P₂で配置された複数の低密度用減光部17a， 17b， 17c， 17dを有する。複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの材料としては、ケイ化モリブデン（MoSi）等の半透明な遷移元素化合物が使用可能である。複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの透過率は、例えば2〜20％である。複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光とは、位相が180度ずれるよう複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの膜厚は設定されている。また、フォトマスクがArFレーザ等の照射光で照射される場合、複数の低密度用減光部17a〜17dは例えば周期720nmで基板10上に配置されている。材料の選択により、複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの照射光に対する光学特性である消衰係数は、低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの消衰係数よりも大きい。なお「消衰係数」とは、光吸収量を示す値を指す。

図1乃至図4に示したフォトマスクは、図5に示す露光装置に配置される。露光装置は、ArFレーザ等の照射光を照射する照明光源41、照明光源41の出射側に配置される開口絞りホルダ58、照明光源41より照射された照射光を偏光にする偏光子59、照射光を集光する集光光学系43、集光光学系43の出射側に配置されるスリットホルダ54、スリットホルダ54の下方に配置されるレチクルステージ15、レチクルステージ15の下方に配置される投影光学系42、及び投影光学系42の下方に配置されるウェハステージ32を備える。

偏光子59は、例えば図6に示すように、遮光板44A、及び遮光板44Aに設けられた2つの円形の偏光窓46a， 46bを有する。偏光窓46a， 46bのそれぞれを透過した照射光は、偏光方向が矢印で示したように光軸を挟んで平行方向に揃えられる。あるいは図5に示す偏光子59は、例えば図7に示すように、遮光板44B、及び遮光板44Bに設けられた4つの円形の偏光窓47a， 47b， 47c， 47dを有する。偏光窓47a， 47b， 47c， 47dのそれぞれを透過した照射光は、偏光方向が矢印で示したように光軸に対して円周方向に揃えられる。このように、偏光子59の形状により、二重極照明及び四重極照明等の多重極照明が設定される。

図5に示すレチクルステージ15にはフォトマスクが配置される。レチクルステージ15は、レチクル用XYステージ81、レチクル用XYステージ81上方に配置されたレチクル用可動軸83a， 83b、及びレチクル用可動軸83a， 83bのそれぞれでレチクル用XYステージ81に接続されるレチクル用Z傾斜ステージ82を備える。レチクルステージ15にはレチクルステージ駆動部97が接続される。レチクルステージ駆動部97はレチクル用XYステージ81を水平方向に走査する。またレチクル用可動軸83a， 83bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、レチクル用Z傾斜ステージ82はレチクル用XYステージ81によって水平方向に位置決めされ、かつレチクル用可動軸83a， 83bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。レチクル用Z傾斜ステージ82端部にはレチクル用移動鏡98が配置される。レチクル用Z傾斜ステージ82の配置位置はレチクル用移動鏡98に対向して配置されたレチクル用レーザ干渉計99で計測される。

投影光学系42の開口数（NA）は例えば1．3であり、投影倍率は1／4である。ウェハステージ32には、フォトマスクに設けられたパターンが投影される投影用レジスト膜が塗布されたウェハが配置される。ウェハステージ32は、ウェハ用XYステージ91、ウェハ用XYステージ91上方に配置されたウェハ用可動軸93a， 93b、ウェハ用可動軸93a， 93bのそれぞれでウェハ用XYステージ91に接続されるウェハ用Z傾斜ステージ92を備える。ウェハステージ32にはウェハステージ駆動部94が接続される。ウェハステージ駆動部94はウェハ用XYステージ91を水平方向に走査する。またウェハ用可動軸93a， 93bのそれぞれを垂直方向に駆動する。よって、ウェハ用Z傾斜ステージ92はウェハ用XYステージ91によって水平方向に位置決めされ、かつウェハ用可動軸93a， 93bのそれぞれにより水平面に対して傾斜をつけて配置することができる。ウェハ用Z傾斜ステージ92端部にはウェハ用移動鏡96が配置される。ウェハ用Z傾斜ステージ92の配置位置はウェハ用移動鏡96に対向して配置されたウェハ用レーザ干渉計95で計測される。

図8に示すように、入射角θ_Iで照射光が基板10に入射すると、高密度回折部56及び低密度回折部57のそれぞれで0次回折光及び1次回折光が生じる。ここで、高密度回折部56は遮光性のCrからなるため、MoSiで構成した場合と比較して消衰係数が大きい。そのため、高密度回折部56における1次回折光の0次回折光に対する「光量比」は、0．8以上1．2以下、好ましくは1となる。なお、集光光学系43を入射角θ_Iが下記（1）式の関係を満たすよう設定することにより、0次回折光の出射角θ_D0と1次回折光の出射角θ_D1が等しくなる。したがって、投影用レジスト膜上においてフォトマスクに設けられたパターンの投影像が高い精度で結像する。

θ_I ＝ sin^-1（λ ／ 2P₁） …（1）
従来のフォトマスクにおいては、透明な基板上に配置される複数の減光部は、配置される周期に関わらず総て同じ材料で構成されていた。しかし複数の減光部の総てをMoSiで構成した場合、複数の減光部が配置される周期が照射される照射光の波長λの2倍未満になると、複数の減光部のそれぞれをCrで構成した場合と比較して投影像のコントラストが低下することがある。コントラストの低下の原因としては、それぞれMoSiで構成された複数の減光部が配置される周期が照射光の波長λと同程度未満の長さになると、1次回折光の0次回折光に対する「光量比」が1から遠ざかり、投影像の結像に影響が出るためと考えられる。

これに対し、図1乃至図4に示す実施の形態に係るフォトマスクにおいては、照射光の波長λの2倍未満の周期で配置された複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれは、遮光性のCrで構成されている。そのため、MoSiで構成した場合と比較して、1次回折光の0次回折光に対する「光量比」が0．8以上1．2以下、好ましくは1となり、焦点深度等のリソグラフィ裕度が広くなる。そのため、複数の減光部の総てをMoSiで構成した場合と比較して、照射光の波長λの2倍未満の周期で配置された複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの投影像のコントラストが向上する。

また実施の形態に係るフォトマスクにおいては、照射光の波長λの2倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれは、MoSiで構成されている。さらに、基板10に入射し基板10から出射する照射光と、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれから出射する照射光とは、位相が180度ずれるよう、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの膜厚は設定されている。周期が照射光の波長λの2倍以上であれば、MoSiで構成しても低密度回折部57における1次回折光の0次回折光に対する「光量比」は0．8以上1．2以下、好ましくは1となる。さらに、MoSiで低密度回折部57を構成することにより、ハーフトーン型の位相シフトによる投影像のコントラスト向上が得られ、リソグラフィ裕度が広くなる。そのため、複数の減光部の総てをCrで構成した場合と比較して、照射光の波長λの2倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの投影像のコントラストが向上する。

以上示したように、実施の形態に係るフォトマスクを用いれば、複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの消衰係数等の光学定数と、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの光学定数とを変えることにより、高密度回折部56と低密度回折部57の両方における1次回折光の0次回折光に対する「光量比」を1に近づけることが可能となる。そのため、異なる周期で配置された複数の回路パターンを有する半導体装置を、高い精度で製造することが可能となる。

次に、実施の形態に係るフォトマスクの製造方法を、図9乃至図16を用いて説明する。

（a） まずSiO₂等からなる基板10を用意し、真空蒸着法等を用いてCr等を基板10上に堆積し、図9に示すように基板10上に第1堆積膜120を形成する。次にスピンコータ等を用いて図10に示すように第1堆積膜120上に第1レジスト膜131を塗布する。その後、リソグラフィ法を用いて図11に示すように第1レジスト膜131に複数の開口231， 232， 233， 234， 235， 236， 237を形成する。複数の開口232〜237は、製造後のフォトマスクに照射される照射光の波長λの2倍未満の周期P₁で第1レジスト膜131に形成される。

（b） 複数の開口231〜237から表出する第1堆積膜120を異方性エッチング等を用いて選択的に除去した後、アッシング法等により第1レジスト膜131を除去し、図12に示すようにCr等からなる遮光膜20及びCr等からなる複数の高密度用減光部16a〜16gを有する高密度回折部56を基板10上に形成する。次に図13に示すように、遮光膜20及び複数の高密度用減光部16a〜16gの上に第2レジスト膜141を塗布する。その後、スパッタリング法等を用いてMoSi等を第2レジスト膜141及び表出する基板10上に堆積し、図14に示すように基板10上に半透明膜150を形成する。半透明膜150の膜厚は、半透明膜150を透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度になるよう設定される。

（c） アッシング法等により第2レジスト膜141及び第2レジスト膜141上の半透明膜150を除去した後、図15に示すように第3レジスト膜161を基板10上に塗布する。次に、リソグラフィ法等により、図16に示すように、半透明膜150上の第3レジスト膜161に複数の開口171， 172， 173， 174を形成する。複数の開口171〜174は、製造後のフォトマスクに照射される照射光の波長λの2倍以上の周期P₂で第3レジスト膜161に形成される。

（d） 複数の開口171〜174から表出する半透明膜150を異方性エッチング等を用いて選択的に除去する。その後、アッシング法等により第3レジスト膜161を除去し、図2に示したMoSi等からなる複数の低密度用減光部17a〜17dを有する低密度回折部57が基板10上に形成され、実施の形態に係るフォトマスクが完成する。

以上示した実施の形態に係るフォトマスクの製造方法によれば、基板10上にCr等からなる複数の高密度用減光部16a〜16g及びMoSi等からなる複数の低密度用減光部17a〜17dの両方を形成することが可能となる。

次に、実施の形態に係る半導体装置の製造方法を図17に示すフローチャートを用いて説明する。

（a） ステップS100で、シリコン（Si）等からなるウェハを準備し、ウェハ上にフォトレジスト等からなる投影用レジスト膜を塗布する。次に、図5に示す露光装置のウェハステージ32上に投影用レジスト膜を塗布したウェハを配置する。ステップS101で、レチクルステージ15上に図1乃至図4に示すフォトマスクを配置する。ステップS102で、図5に示す照明光源41からArFレーザ等の照射光を照射する。ステップS103で、偏光子59を透過した照射光は偏光にされ、照射光の形状は四重極照明に設定される。ステップS104で、偏光にされた照射光は集光光学系43で集光される。

（b） ステップS105で、集光された照射光はレチクルステージ15上に配置されたフォトマスクに斜入射する。フォトマスクに入射した照射光は図8に示す基板10内部を透過し、高密度回折部56及び低密度回折部57のそれぞれに入射する。照射光の一部は、上記（1）式で与えられる入射角θ_Iで高密度回折部56に入射する。照射光が入射することにより、高密度回折部56及び低密度回折部57のそれぞれで0次回折光及び1次回折光が生じるが、高密度回折部56及び低密度回折部57の両方における1次回折光の0次回折光に対する「光量比」は1に近くなる。

（c） ステップS106で、高密度回折部56及び低密度回折部57のそれぞれを透過した照射光は、図5に示す投影光学系42でウェハステージ32上に配置されたウェハ上の投影用レジスト膜に導かれる。結果として、投影用レジスト膜上に高密度回折部56及び低密度回折部57のそれぞれに設けられたパターンの投影像が投影用レジスト膜上に結像する。ステップS107で投影用レジスト膜を現像し、ウェハ上に投影像に対応するレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクとしてイオン注入、絶縁層の形成、及び配線層の形成等を繰り返し、半導体装置を完成させる。

以上示した半導体装置の製造方法によれば、図1乃至図4に示したフォトマスクを用いることにより、フォトマスク上において周期が照射光の波長の2倍未満のパターンの投影像と、フォトマスク上において周期が照射光の波長の2倍以上のパターンの投影像の両方が、投影用レジスト膜上に高い精度で結像する。したがって、周期の異なる複数の配線パターンを有する半導体装置においても、製造工程において歩留まりを向上させることが可能となる。

（第1の変形例）
実施の形態に係るフォトマスクは、図1乃至図4に限定されない。例えば、第1の変形例に係る図18に示すフォトマスクの高密度回折部256は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍未満の周期P₁で配置された複数の中間部216a， 216b， 216c， 216d， 216e， 216f， 216g、及び複数の中間部216a〜216gのそれぞれの上に配置された複数の高密度用減光部266a， 266b， 266c， 266d， 266e， 266f， 266gを有する。複数の中間部216a〜216gのそれぞれの材料としては、MoSi等の半透明な遷移元素化合物が使用可能である。複数の高密度用減光部266a〜266gのそれぞれの材料としては、Cr等の遮光性金属が使用可能である。第1の変形例に係る低密度回折部257は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍以上の周期P₂で配置された複数の低密度用減光部217a， 217b， 217c， 217dを有する。複数の低密度用減光部217a〜217dのそれぞれの材料としては、MoSi等の半透明な遷移元素化合物が使用可能である。複数の低密度用減光部217a〜217dのそれぞれの透過率は、例えば2〜20％である。複数の低密度用減光部217a〜217dのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度になるよう、複数の低密度用減光部217a〜217dのそれぞれの膜厚は設定されている。低密度回折部257の周囲にはCr等からなる遮光膜220が配置されている。

第1の変形例に係るフォトマスクにおいても、照射光の波長λの2倍未満の周期P₁を有する高密度回折部256において「消衰係数」が低密度回折部257の複数の低密度用減光部217a〜217dのそれぞれよりも大きい複数の高密度用減光部266a〜266gが配置されている。そのため、高密度回折部256において1次回折光の0次回折光に対する「光量比」が0．8以上1．2以下、好ましくは1となる。そのため、焦点深度等のリソグラフィ裕度が広くなる。また、照射光の波長λの2倍以上の周期P₂を有する低密度回折部257においても、図1乃至図4に示したフォトマスクと同様に、ハーフトーン型の位相シフトによる投影像のコントラスト向上により、リソグラフィ裕度が広くなる。

次に、実施の形態の第1の変形例に係るフォトマスクの製造方法を、図19乃至図24を用いて説明する。

（a） SiO₂等からなる基板10を用意し、スパッタリング法等を用いてMoSi等を基板10上に堆積し、図19に示すように基板10上に半透明膜150を形成する。半透明膜150の膜厚は、半透明膜150を透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度になるよう設定される。次に、リソグラフィ法及び異方性エッチング等を用いて図20に示すように半透明膜150の一部を選択的に除去する。

（b） リソグラフィ法及び真空蒸着法等を用いてCr等を表出する基板10表面及び半透明膜150上の一部に堆積し、図21に示すように遮光膜220を形成する。次に、半透明膜150及び遮光膜220上に第1レジスト膜286をスピン塗布する。その後、リソグラフィ法を用いて第1レジスト膜286に開口277及び複数の開口276a， 276b， 276c， 276d， 276e， 276fを形成する。

（c） 複数の開口276a〜276fのそれぞれから表出する遮光膜220の一部及び半透明膜150の一部を異方性エッチング等を用いて選択的に除去し、図23に示すように、高密度回折部256の複数の中間部216a〜216g及び複数の高密度用減光部266a〜266gを形成する。

（d） 基板10上に図24に示すように第2レジスト膜227をスピン塗布する。塗布後、リソグラフィ法等を用いて半透明膜150上の第2レジスト膜227に複数の開口247a， 247b， 247c， 247dを形成する。その後、複数の開口247a〜247dのそれぞれから表出する半透明膜150の一部を選択的に除去することにより、図18に示した低密度回折部257の複数の低密度用減光部217a〜217dを形成し、第1の変形例に係るフォトマスクが完成する。

（第2の変形例）
実施の形態において、それぞれMoSiで構成された複数の減光部が配置される周期が照射光の波長λと同程度未満の長さになると、1次回折光の0次回折光に対する「光量比」が1から遠ざかり、投影像のコントラストが低下すると説明した。他に、上記（1）式で示したように、製造される半導体装置の微細化によってフォトマスクに照射される照射光の入射角θ_Iが大きくなると、照射光の波長λの2倍或いは同程度未満の周期で配置された複数の減光部で生じる位相差に関する光学特性も、投影像のコントラスト低下の原因になると考えられる。すなわち、ピッチの大きなパターンに関し、光透過部を通過する光と減光部を通過する光との間の位相差が180度となるように設計されていても、減光部のパターンの周期が波長の2倍を下回る場合には実効的な位相差が180度からずれる特性を示す。その結果、0次回折光と1次回折光の間に不要な位相差が発生し、投影像のコントラストが低下する。

そこで、実施の形態の第2の変形例に係るフォトマスクは、図25に示すように、照射光が照射される透明な基板10、基板10上に配置され、波長の2倍以上の周期P₂を有する低密度回折部357、及び基板10上に配置され、照射光の波長の2倍未満の周期P₁を有し、低密度回折部357と比較して照射光及び照射光の内部透過光の間に小さな位相差を与える高密度回折部356を有する。

高密度回折部356は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍未満の周期P₁で配置された複数の高密度用減光部316a， 316b， 316c， 316d， 316e， 316f， 316gを有する。第2の変形例に係る複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれの材料としては、MoSi等の半透明な遷移元素化合物が使用可能である。複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれの透過率は、例えば2〜20％である。複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が、180度からのずれが3度以上、さらに限定すれば10度以上となるよう、複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれの膜厚は設定されている。

低密度回折部357は、基板10上に照射される照射光の波長λの2倍以上の周期P₂で配置された複数の低密度用減光部317a， 317b， 317c， 317dを有する。複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれの材料としては、MoSi等の半透明な遷移元素化合物が使用可能である。複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれの透過率は、例えば2〜20％である。複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度となるよう、複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれの膜厚は設定されている。

上述したように、複数の減光部が配置される周期が照射光の波長λの2倍以上のときに複数の減光部のそれぞれを通過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度近くとなるよう、複数の減光部のそれぞれの材料及び膜厚が選択された場合、複数の減光部が配置される周期が波長λの2倍未満になるとむしろ投影像のコントラストが低下する。これに対し、第2の変形例に係るフォトマスクにおいては、複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度から10度以上異なるよう、膜厚が設定されている。また複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差を180度から10度以上離れた状態にすることにより、高密度回折部356における0次回折光と1次回折光の位相差を0に近づけることが可能になる。そのため、高いコントラストで周期P₁が照射光の波長λの2倍未満である高密度回折部356の投影像を形成することが可能となる。

さらに、第2の変形例に係るフォトマスクにおいては、複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれを透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度になるよう、複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれの膜厚が設定されている。すなわち、複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれを垂直に透過する照射光の光路長である第1の光路長と、複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれを垂直に透過する照射光の光路長である第2の光路長とが一致しないよう、複数の高密度用減光部316a〜316gのそれぞれの膜厚及び複数の低密度用減光部317a〜317dのそれぞれの膜厚は設定されている。

次に、実施の形態の第2の変形例に係るフォトマスクの製造方法を、図26乃至図30を用いて説明する。

（a） 図26に示すように、表面の一部にCr等からなる遮光膜320が形成されたSiO₂からなる基板10を用意する。次にリソグラフィ法及びスパッタリング法等を用いてMoSi等を表出する基板10上に堆積し、図27に示すように基板10上に半透明膜150を形成する。半透明膜150の膜厚は、半透明膜150を透過した照射光の内部透過光と、透過しなかった照射光との位相差が180度になるよう設定される。

（b） 図28に示すように、遮光膜320及び半透明膜150上に第1レジスト膜337をスピン塗布し、リソグラフィ法等を用いて第1レジスト膜337に複数の開口338a， 338b， 338c， 338d， 338e及び複数の開口339a， 339b， 339c， 339d， 339e， 339fのそれぞれを形成する。複数の開口339a〜339fは、製造後のフォトマスクに照射される照射光の波長の2倍未満の周期P₁で形成される。複数の開口338a〜338eは、製造後のフォトマスクに照射される照射光の波長の2倍以上の周期P₂で形成される。

（c） 図29に示すように、複数の開口338a〜338e及び複数の開口339a〜339fのそれぞれから表出する半透明膜150の一部を選択的に除去し、低密度回折部357の複数の低密度用減光部317a〜317d、及び複数のシフタ中間体336a， 336b， 336c， 336d， 336e， 336f， 336gを形成する。複数のシフタ中間体336a〜336gは製造後のフォトマスクに照射される照射光の波長の2倍未満の周期P₁で形成される。

（d） 図30に示すように基板10上に第2レジスト膜301をスピン塗布し、リソグラフィ法を用いて複数のシフタ中間体336a〜336gを表出させる。その後、異方性エッチング等を用いて複数のシフタ中間体336a〜336gのそれぞれの膜厚を減少させて図25に示した高密度回折部356の複数の高密度用減光部316a〜316gを形成し、実施の形態の第2の変形例に係るフォトマスクが完成する。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。例えば図2に示した複数の高密度用減光部16a〜16g及び複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの消衰係数及び透過率を同じにし、高密度回折部56で生じる0次回折光と1次回折光との位相差が0となるよう複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの照射光に対する光学特性の一つである屈折率を設定してもよい。高密度回折部56で生じる0次回折光と1次回折光との位相差が0となるよう複数の高密度用減光部16a〜16gのそれぞれの照射光に対する屈折率を設定することにより、焦点深度等のリソグラフィ裕度を広くすることが可能となる。また複数の高密度用減光部16a〜16g及び複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの材料は、実施の形態に示した例に限定されない。例えば、複数の低密度用減光部17a〜17dのそれぞれの材料としては、他に、フッ化クロム（CrF）や、モリブデンシリサイド（MoSiO）、タングステンシリサイド（WSiO）、及びジルコニウムシリサイド（ZrSiO）等の遷移元素シリサイド化合物等が使用可能である。以上示したように、この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明からは妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の実施の形態に係るフォトマスクの上面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの図１のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第１の拡大上面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第２の拡大上面図である。 本発明の実施の形態に係る露光装置の模式図である。 本発明の実施の形態に係る偏光子の第１の上面図である。 本発明の実施の形態に係る偏光子の第２の上面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクと照射光の関係を示す模式図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第１の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第２の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第３の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第４の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第５の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第６の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第７の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係るフォトマスクの第８の工程断面図である。 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第１の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第２の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第３の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第４の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第５の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係るフォトマスクの第６の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの第１の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの第２の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの第３の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの第４の工程断面図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るフォトマスクの第５の工程断面図である。

符号の説明

10…基板
16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f, 16g…高密度用減光部
17a, 17b, 17c, 17d…低密度用減光部
56…高密度回折部
57…低密度回折部

Claims (5)

1. 照射光に対して透明な基板と、
   前記基板上に前記照射光の波長の２倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部を有する低密度回折部と、
   前記基板上に前記波長の２倍未満の周期で配置され、前記複数の低密度用減光部のそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部を有する高密度回折部
   とを備えることを特徴とするフォトマスク。
2. 前記複数の高密度用減光部のそれぞれの前記照射光に対する消衰係数は前記複数の低密度用減光部よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記複数の高密度用減光部のそれぞれの前記照射光に対する屈折率は、前記高密度回折部で生じる0次回折光と1次回折光の位相が等しくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
4. 前記複数の高密度用減光部のそれぞれを垂直に透過する前記照射光の第１の光路長と、前記複数の低密度用減光部のそれぞれを垂直に透過する前記照射光の第２の光路長とが異なることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
5. 照射光を照射するステップと、
   前記照射光を集光するステップと、
   前記集光された照射光を、前記照射光の波長の２倍以上の周期で配置された複数の低密度用減光部を有する低密度回折部、及び前記波長の２倍未満の周期で配置され、前記複数の低密度用減光部のそれぞれと光学特性の異なる複数の高密度用減光部を有する高密度回折部のそれぞれに斜入射させるステップと、
   前記照射光により前記高密度回折部及び前記低密度回折部のそれぞれの投影像を、ウェハ上に塗布された投影用レジスト膜上に形成するステップと、
   前記投影用レジスト膜を現像し、前記ウェハ上に前記投影像に対応するレジストパターンを形成するステップ
   とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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