JP2007156446A

JP2007156446A - パターン形成方法

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Publication number: JP2007156446A
Application number: JP2006301314A
Authority: JP
Inventors: Yukiya Kawakami; 幸也川上
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-11-08
Filing date: 2006-11-07
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】位相シフトマスクの設計ルールを緩和しつつ、配線パターンのくびれ現象を抑制する。
【解決手段】ウェハ上の犠牲膜に互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターンを形成するにあたり、位相シフトマスク１００における各配線用開口部１１０，１１２の長手方向外側に各配線用開口部１１０，１１２の位相に対して反転する位相の反転位相開口部１１４，１１６を配し、位相シフトマスク１００を用いた露光によって各配線パターンと各配線パターンの端部から長手方向外側に形成された被除去パターンとを含む基礎パターンを犠牲膜に転写した後、トリムマスクを用いた露光によって基礎パターンの被除去パターンを除去するための除去パターンを犠牲膜に転写する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハ上の犠牲膜に互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターンを形成するパターン形成方法に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化が進み、回路素子や配線の設計最小寸法がサブ１００ｎｍオーダーとなっている。これにより、マスクパターンをウェハ上のフォトレジスト膜に転写するフォトリソグラフィ技術において、解像光にＫｒＦやＡｒＦのような短波長が必要とされているが、更なる解像光の短波長化は技術のブレークスルーが必要となり、配線等の微細化は困難となりつつある。

配線等の微細化を進めるために、マスクを透過した光の位相を変えることで、撮影像のコントラスト低下を防止する位相シフト技術が提案されている。この種の技術としては、発明者M.D.Levensonの名を取ったレベンソン位相シフトマスクがよく知られている。

図３７は、従来例の位相シフトマスクにおける、マスク開口部パターンの隅部分を含む周辺領域を示す。図３７に示すように、レベンソン位相シフトマスク５００は、遮光領域を挟む一対の開口部５１０，５１２の領域において、一方の開口部５１０を透過した光の位相が、他方の開口部５１２を透過した光と１８０度（π）だけ異なるよう構成される。これにより、ウェハ上で結像した際に、一対の開口部領域を透過した光の中間部である遮光部領域にて光の強度が完全に０になる。図３７においては、位相０の開口部５１０を白色で現し、位相πの開口部５１２に斜線を施し、遮光領域をスクリーンを施している。尚、このレベンソン位相シフトマスク５００は、外周縁遮光領域５２０を有している。

図３８は、位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンを示す説明図である。図３８に示すように、フォトレジスト膜６００には配線パターン６０２の部分の他にも除去すべきパターンが形成されている。この後、位相シフトマスクを用いた露光後にトリムマスクによる露光を行って、図３９に示すように外周縁部分のパターンを除去して、フォトレジスト膜６００上に最終的な配線パターン６０２が形成される。

ところで、位相シフトマスク５００を使った場合、転写パターンにおいて、図３８及び図３９に示すように、マスク開口部パターンの隅周辺の形成パターンだけが細くなったり、くびれが生じるという問題点がある。くびれの生じる部分がＭＯＳＦＥＴのゲート電極の領域である場合には、ゲート電極の幅がくびれの部分だけ細くなり、ＭＯＳＦＥＴの特性が設計値と異なるようになるので、このくびれ現象を抑制すべく種々の対策が講じられている。

この対策を講じた手法の１つとして、特許文献１に記載された手法が知られている。特許文献１のマスクは、マスクの外周縁が露光領域でなく遮光領域（ダークフィールド）のマスクであり、くびれ現象がＫｒＦ光で生じることを明らかにしている。そして、開口部におけるくびれを生じる箇所に長方形の補助パターンとなる遮光領域を付加して、目的のパターンにおいて細くなる部分を予め太くしている。
特開２００１−４２５４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたＯＰＣ（Optical Proximity Correction）は、マスクの諸条件に大きく依存している。補助パターンのサイズは、光の波長、レンズの開口数（ＮＡ）、照明系と結像系のＮＡ比（σ）等が異なれば変更が必要なのは当然であるが、開口部の幅や、開口部の長さにも依存するため、これらの数値が異なるごとに細かくサイズを規定する必要がある。このように、特許文献１に記載された方法では、配線パターンのサイズごとに計算する必要があるので面倒であるとともに、マスクを精度良く設計するためにマスクの設計ルールが厳しくなる点でも不利である。

本発明によれば、所定方向へ延び互いに平行に並ぶ配線用開口部を有し該配線用開口部に反転する２種類の位相が交互に割り当てられる位相シフトマスクを用いた露光によって、ウェハ上の犠牲膜に互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターンを形成するにあたり、前記位相シフトマスクにおける前記各配線用開口部の長手方向外側に、該各配線用開口部の位相に対して反転する位相の反転位相開口部を配し、前記位相シフトマスクを用いた露光によって、前記各配線パターンと、前記各配線パターンの端部から長手方向外側に形成された被除去パターンと、を含む基礎パターンを前記犠牲膜に転写した後、トリムマスクを用いた露光によって、前記基礎パターンの前記被除去パターンを除去するための除去パターンを前記犠牲膜に転写することを特徴とするパターン形成方法が提供される。

このパターン形成方法によれば、位相シフトマスクにおいて、各配線用開口部の幅方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相の配線用開口部が配され、各配線用開口部の長手方向の周縁については、所定距離をおいて反転位相開口部が配されている。すなわち、位相シフトマスクを用いた露光によって犠牲膜に基礎パターンを転写する際に、基礎パターンに含まれる各配線パターンは長手方向中央側と長手方向端部側とで同様の光学条件となり、配線パターンの長手方向端部側におけるくびれの発生が抑制されて、配線パターンの幅方向の周縁はほぼ真っ直ぐに形成される。位相シフトマスクを用いた露光により、犠牲膜には、各配線パターンに加えて被除去パターンも形成される。
この後、トリムマスクによる露光を行って、犠牲膜に被除去パターンを除去するための除去パターンが転写され、被除去パターンが除去されると犠牲膜上に各配線パターンが得られる。

このように、マスクの開口部の隅周辺では開口部中央と同じような光学条件でないために生じていた従来手法における配線パターンのくびれ現象は、開口部の隅周辺でも開口部中央に似た光学条件とすることで抑制される。すなわち、中央部は、遮光領域を挟んで一対の開口部領域が形成され、一方の開口部を透過した光の位相が、他方の開口部を透過した光と逆になっているので、これが開口部の隅周辺でも実現されることとなる。
なお、本発明において、「除去パターン」とはトリムマスクに形成されたトリムパターンを意味し、「被除去パターン」とはトリムマスクを用いた露光により除去される予定の基礎パターンを意味する。

本発明によれば、位相シフトマスクの開口部の内側に補助的な遮光領域を付加することなくくびれ現象を抑制することができるので、配線パターンのサイズごとに面倒な計算をする必要はないし、位相シフトマスクの設計ルールの制限が緩和される。
ここで、位相シフトマスクの反転位相開口部については、これに対応するパターンが被除去パターンの少なくとも一部として犠牲膜に転写され、最終的にトリムマスクを用いた露光により除去される。従って、反転位相開口部を形成することにより位相シフトマスクの設計ルールが厳しくなるということはなく、位相シフトマスクの設計ルールを緩和しつつ、配線パターンのくびれ現象を抑制することができ、実用に際して極めて有利である。

図面を参照しつつ、本発明によるパターン形成方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図において、マスクの開口部に斜線、破線、スクリーン等を施しているが、これは説明のために施したものであって、斜線、破線、スクリーン等が施された部位が断面をなしているわけではない。

図１から図４および図３４から３６は本発明の第１の実施形態を示し、図３４は位相シフトマスクの平面説明図であり、図１は、図３４のレベンソン位相シフトマスクにおけるマスクパターンの隅周辺領域の部分拡大図である。図３５は、トリムマスクの平面説明図である。図２は位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である、図３はトリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。図３６はトリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンを示す説明図であり、図４は、図３６に示されるパターンの隅周辺領域の部分拡大図である。
以下、本実施形態のパターン形成方法を、パターンの隅周辺領域において説明する。なお、第２の実施形態および第３の実施形態においても同様である。

本実施形態のパターン形成方法は、図１に示すような位相シフトマスク１００を用いた露光によって、図４に示すように、ウェハに塗布されたフォトレジスト膜２００上に、互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターン２０２を形成するものである。図１に示すように、位相シフトマスク１００には、遮光領域に光を透過する開口部１１０，１１２，１１４，１１６が形成され、各開口部１１０，１１２，１１４，１１６には反転する２種類の位相が割り当てられる。２種類の位相は、具体的には０とπである。また、位相シフトマスク１００は外周縁遮光領域１２０を有し、外周縁部分については露光によりフォトレジスト膜２００上にパターンが残存するようになっている（図２参照）。

図３４に示すように、位相シフトマスク１００は上面視にて略四角形に形成されている。図１に示すように、マスクパターンの隅周辺領域１０１において、位相シフトマスク１００は、内側が配線パターン２０２を形成するための微細パターン形成領域１０２と、外周縁側が後述するトリムマスクによりパターンが消去されるトリミング領域１０４とを含む。

微細パターン形成領域１０２は、所定方向（図１中上下方向）へ延び互いに平行に並ぶ配線用開口部１１０，１１２を有し、この配線用開口部１１０，１１２に反転する２種類の位相が交互に割り当てられる。図１には、位相０の配線用開口部１１０を白色で現し、位相πの配線用開口部１１２を斜線を施して現し、外周縁遮光領域１２０をはじめとする遮光領域を点を施して現している。

図１に示すように、トリミング領域１０４は、各配線用開口部１１０，１１２の長手方向端部側と重なるように設定されており、配線パターン２０２の長手方向の端部形状がトリミングにより仕上げられるようになっている。トリミング領域１０４には、各配線用開口部１１０，１１２の長手方向外側に、各配線用開口部１１０，１１２の位相に対して反転する位相のトリミング領域開口部１１４，１１６が設けられる。すなわち、図１に示すように、位相シフトマスク１００の外周縁遮光領域１２０に、位相０の配線用開口部１１０に対応して位相πのトリミング領域開口部１１４が、位相πの配線用開口部１１２に対応して位相０のトリミング領域開口部１１６が、それぞれ形成されている。本実施形態においては、反転位相開口部としての各トリミング領域開口部１１４，１１６は、各配線用開口部１１０，１１２と遮光領域を介して所定の間隔をおいて形成されている。また、各トリミング領域開口部１１４，１１６は、各配線用開口部１１０，１１２と略同一の幅で形成され、隣り合うトリミング領域開口部１１４，１１６の間には遮光領域が介在している。

本実施形態のパターン形成方法では、位相シフトマスク１００による露光を行う。位相シフトマスク１００による露光後において、パターンはレジスト膜中の光が当たった領域と当たらなかった領域により形成される。その後、現像を経ずに、図３５に示すような露光領域１２４および遮光領域１２６を有するトリムマスク１２２に交換して再度の露光を行って、位相シフトマスク１００により形成された基礎パターン２０４における被除去パターン２０６を除去する。このパターン形成方法を用いたフォトレジスト膜２００上のパターン形成状態を、図２から図４を参照して説明する。図２から図４においては、マスクを用いた露光によりフォトレジスト膜上に形成されたパターン部分にスクリーンを施している。

まず、コヒーレントな一定波長の単色光束を位相シフトマスク１００に照射して、位相シフトマスク１００を通過した光を一定の開口数を有する縮小レンズ系に通す。縮小レンズ系を通った光により、位相シフトマスク１００に形成された各開口部１１０，１１２，１１４，１１６からなるパターンが縮小投影され、ウェハの犠牲膜としてのフォトレジスト膜２００上に基礎パターン２０４が転写される。これにより、図２に示すように、各開口部１１０，１１２，１１４，１１６に対応する部分の角部が丸みを帯びた像が転写され、各開口部１１０，１１２，１１４，１１６に対応する部分以外が基礎パターン２０４となる。基礎パターン２０４は、位相シフトマスク１００による露光において光の当たらない領域に対応し、各配線パターン２０２と、各配線パターン２０２の端部から長手方向外側に形成された被除去パターン２０６と、が含まれている。

ここで、各配線用開口部１１０，１１２の幅方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相の配線用開口部１１０，１１２が配され、各配線用開口部１１０，１１２の長手方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相のトリミング領域開口部１１４，１１６が配される。すなわち、各配線パターン２０２の長手方向中央側と長手方向端部側とで同様の光学条件となり、図２に示すように、配線パターン２０２の長手方向端部側におけるくびれの発生が抑制されて、配線パターン２０２の幅方向の周縁はほぼ真っ直ぐに形成される。

次に、位相シフトマスク１００とトリムマスク１２２とを入れ替えて、トリムマスク１２２による露光を行う。この露光により、基礎パターン２０４の被除去パターン２０６を除去するための除去パターン２０８がフォトレジスト膜２００に転写される。本実施形態においては、位相シフトマスク１００を用いた露光により基礎パターン２０４が転写されるフォトレジスト膜と、トリムマスク１２２を用いた露光により除去パターン２０８が転写されるフォトレジスト膜と、は同じフォトレジスト膜２００である。すなわち、トリムマスク１２２を用いた露光により、位相シフトマスク１００による露光で光が当たらなかった被除去パターン２０６に光が当たり、基礎パターン２０４の内の配線パターン２０２の部分だけが光の当たらない領域として残ることになる。具体的には、図３の破線部分に示す基礎パターン２０４の周縁部分が除去され、図４に示すような配線パターン２０２が形成される。

このように、本実施形態のパターン形成方法によれば、トリミング領域開口部１１４，１１６によりフォトレジスト膜２００上に形成されたパターンは、結局のところトリムマスク１２２を用いた露光によるトリミングにより消し去られる。そして、各配線用開口部１１０，１１２の長手方向端部で長手方向中央と同様の光学条件となるのでくびれ現象が抑制される。

従って、位相シフトマスク１００の配線用開口部１１０，１１２の内側に補助的な遮光領域を付加することなくくびれ現象を抑制することができ、配線パターン２０２のサイズごとに面倒な計算をする必要はないし、位相シフトマスク１００の設計ルールの制限が緩和される。
また、位相シフトマスク１００のトリミング領域開口部１１４，１１６については、被除去パターン２０６の一部としてフォトレジスト膜２００に転写され、図４に示すように最終的にトリムマスクを用いた露光により除去される。従って、トリミング領域開口部１１４，１１６を形成することにより位相シフトマスク１００の設計ルールが厳しくなるということはない。本実施形態においては、配線用開口部１１０，１１２とトリミング領域開口部１１４，１１６が略同一の幅であることから、配線用開口部１１０，１１２の設計ルールによってトリミング領域開口部１１４，１１６を形成し、配線パターン２０２のくびれ現象を抑制することができ、実用に際して極めて有利である。

尚、第１の実施形態においては、隣り合うトリミング領域開口部１１４，１１６の間に遮光領域が介在するものを示したが、例えば図５に示すように、遮光領域を介在させることなく、隣り合うトリミング領域開口部１１４，１１６を連続的に配してもよい。図５においては、互いに反転する位相のトリミング領域開口部１１４，１１６を、対応する配線用開口部１１０，１１２よりも幅方向寸法について大きく形成している。このように、遮光領域を設けることなく、トリミング領域開口部１１４，１１６の幅方向寸法を最大限確保することにより、配線用開口部１１０，１１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

ここで、反転する位相の開口部どうしが接するよう配置すると、欠陥を生じて異常な解像パターンが生じることがあり、通常のパターン形成においては反転する位相の開口部どうしを隣接させるようなことはしない。しかし、トリミング領域１０４においては全てのパターンが除去されるので、図５に示すようにトリミング領域開口部１１４，１１６どうしを隣接させても支障が生じることはない。

また、第１の実施形態においては、各トリミング領域開口部１１４，１１６が各配線用開口部１１０，１１２と遮光領域を介して配されたものを示したが、例えば図６〜図１１に示すように、少なくとも１つの各配線用開口部１１０，１１２が、この配線用開口部１１０，１１２の長手方向外側に配された各トリミング領域開口部１１４，１１６と連続的に配されていてもよい。

図６は位相πの配線用開口部１１２が位相０のトリミング領域開口部１１６と接しているものを示している。図６においては、位相πの配線用開口部１１２を位相０の配線用開口部１１０に比して長手方向外側へ延ばし、位相０のトリミング領域開口部１１６と隣接させている。これにより、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２０２の直線性が向上する。位相０の配線用開口部１１０については、位相πのトリミング領域開口部１１４に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相πの配線用開口部１１２を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相πの配線用開口部１１２が比較的狭い場合に効果的である。

図６においては、各トリミング領域開口部１１４，１１６は、各配線用開口部１１０，１１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図７に示すように、各トリミング領域開口部１１４，１１６どうしが接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部１１０，１１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらには、図８に示すように、位相０の配線用開口部１１０が位相πのトリミング領域開口部１１４と接するようにしてもよい。図８においては、位相０の配線用開口部１１０を位相πの配線用開口部１１２に比して長手方向外側へ延ばし、位相πのトリミング領域開口部１１４と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２０２の直線性が向上する。位相πの配線用開口部１１２については、位相０のトリミング領域開口部１１６に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相０の配線用開口部１１０を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相０の配線用開口部１１０が比較的狭い場合に効果的である。

図８においては、各トリミング領域開口部１１４，１１６は、各配線用開口部１１０，１１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図９に示すように、各トリミング領域開口部１１４，１１６どうしが接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部１１０，１１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらにまた、図１０に示すように、位相０と位相πの両方の配線用開口部１１０，１１２がともにトリミング領域開口部１１４，１１６と接するようにしてもよい。図１０においては、全ての配線用開口部１１０，１１２を長手方向外側へ延ばし、トリミング領域開口部１１４，１１６と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２０２の直線性が向上する。図１０においては、各トリミング領域開口部１１４，１１６は、各配線用開口部１１０，１１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図１１に示すように、各トリミング領域開口部１１４，１１６どうしが接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部１１０，１１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

図１２から図１５は本発明の第２の実施形態を示し、図１２は位相シフトマスクにおけるマスクパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図１３は位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図１４はトリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図１５はトリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図である。

本実施形態のパターン形成方法は、図１２に示すような位相シフトマスク３００を用いた露光によって、ウェハに塗布されたフォトレジスト膜２００上に、互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターン２１２を形成するものである。位相シフトマスク３００は、第１の実施形態のものと、周縁が露光領域となっている点で構成を異にしている。すなわち、位相シフトマスク３００は、外周縁露光領域３２０を有し、周縁部分については露光によりフォトレジスト膜２００上にパターンが形成されないようになっている（図１３参照）。

図１２に示すように、位相シフトマスク３００のマスクパターンの隅周辺領域３０１において、その内側が配線パターン２１２を形成するための微細パターン形成領域３０２となっている。トリミング領域３０４は、配線用開口部３１０，３１２の長手方向の端部と重なるように設定され、配線用開口部３１０，３１２の長手方向の外側の周縁に配されている。第１の実施形態と同様に、トリミング領域３０４には、各配線用開口部３１０，３１２の長手方向外側に、各配線用開口部３１０，３１２の位相に対して反転する位相のトリミング領域開口部３１４，３１６が設けられる。本実施形態においては、各配線用開口部３１０，３１２の長手方向外側を補助遮光領域３２２とし、外周縁露光領域３２０の補助遮光領域３２２に位相０の配線用開口部３１０に対応して位相πのトリミング領域開口部３１４が、位相πの配線用開口部３１２に対応して位相０のトリミング領域開口部３１６が、それぞれ配されている。

本実施形態のパターン形成方法では、位相シフトマスク３００による露光の後、トリムマスクに交換して再度の露光を行って、位相シフトマスク３００により形成された基礎パターン２１４における被除去パターン２１６を除去する。このパターン形成方法を用いたフォトレジスト膜２００上のパターン形成状態を、図１３から図１５を参照して説明する。

本実施形態においては、図１３に示すように、位相シフトマスク３００を用いた露光により、各開口部３１０，３１２，３１４，３１６及び外周縁の露光領域に対応する部分の角部が丸みを帯びた像が転写され、各開口部３１０，３１２，３１４，３１６及び外周縁の露光領域に対応する部分以外が基礎パターン２１４となる。基礎パターン２１４には、各配線パターン２１２と、各配線パターン２１２の端部から長手方向外側に形成された被除去パターン２１６と、が含まれている。

ここで、各配線用開口部３１０，３１２の幅方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相の配線用開口部３１０，３１２が配され、各配線用開口部３１０，３１２の長手方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相のトリミング領域開口部３１４，３１６が配される。すなわち、各配線パターン２１２の長手方向中央側と長手方向端部側とで同様の光学条件となり、図１３に示すように、配線パターン２１２の長手方向端部側におけるくびれの発生が抑制されて、配線パターン２１２の幅方向の周縁はほぼ真っ直ぐに形成される。

次に、位相シフトマスク３００とトリムマスクとを入れ替えて、トリムマスクによる露光を行う。この露光により、被除去パターン２１６を除去する除去パターン２１８が転写される。すなわち、図１４の破線部分に示す基礎パターン２１４における配線パターン２１２の長手方向端部からその外側が除去され、図１５に示すような配線パターン２１２が形成される。

このように、本実施形態のパターン形成方法によれば、トリミング領域開口部３１４，３１６によりフォトレジスト膜２００上に形成されたパターンは、結局のところトリムマスクを用いた露光によるトリミングにより消し去られる。そして、各配線用開口部３１０，３１２の長手方向端部で長手方向中央と同様の光学条件となるのでくびれ現象が抑制される。

本実施形態においては、位相シフトマスク３００の外周縁露光領域３２０が位相０であり、これと隣接する位相シフトマスク３００位相０の開口部３１０，３１６には、外部の漏れ光によりパターンの解像に影響が出やすい。しかし、位相０の配線用開口部３１０の長手方向外側には、位相πのトリミング領域開口部３１４が配されているので、配線用開口部３１０が周縁の露光領域の影響を受けることはない。また、位相０のトリミング領域開口部３１６は、周縁の露光領域と隣接するので、図１３に示すように、漏れ光の影響によってパターンが乱れて形成されるが、トリムマスクを用いた露光によってトリミングされるので何ら支障はない。

尚、第２の実施形態においては、隣り合うトリミング領域開口部３１４，３１６の間に遮光領域が介在するものを示したが、例えば図１６に示すように、遮光領域を介在させることなく、隣り合うトリミング領域開口部３１４，３１６を連続的に配してもよい。図１６においては、互いに反転する位相のトリミング領域開口部３１４，３１６を、対応する配線用開口部３１０，３１２よりも幅方向寸法について大きく形成している。このように、遮光領域を設けることなく、トリミング領域開口部３１４，３１６の幅方向寸法を最大限確保することにより、配線用開口部３１０，３１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

また、第２の実施形態においては、各トリミング領域開口部３１４，３１６が各配線用開口部３１０，３１２と遮光領域を介して配されたものを示したが、例えば図１７〜図２２に示すように、少なくとも１つの各配線用開口部３１０，３１２が、この配線用開口部３１０，３１２の長手方向外側に配された各トリミング領域開口部３１４，３１６と連続的に配されていてもよい。

図１７は位相πの配線用開口部３１２が位相０のトリミング領域開口部３１６と接しているものを示している。図１７においては、位相πの配線用開口部３１２を位相０の配線用開口部３１０に比して長手方向外側へ延ばし、位相０のトリミング領域開口部３１６と隣接させている。これにより、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２１２の直線性が向上する。位相０の配線用開口部３１０については、位相πのトリミング領域開口部３１４に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相πの配線用開口部３１２を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相πの配線用開口部３１２が比較的狭い場合に効果的である。

図１７においては、各トリミング領域開口部３１４，３１６は、各配線用開口部１１０，１１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図１８に示すように、各トリミング領域開口部３１４，３１６どうしが接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部３１０，３１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらには、図１９に示すように、位相０の配線用開口部３１０が位相πのトリミング領域開口部３１４と接するようにしてもよい。図１９においては、位相０の配線用開口部３１０を位相πの配線用開口部３１２に比して長手方向外側へ延ばし、位相πのトリミング領域開口部３１４と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２１２の直線性が向上する。位相πの配線用開口部３１２については、位相０のトリミング領域開口部３１６に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相０の配線用開口部３１０を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相０の配線用開口部３１０が比較的狭い場合に効果的である。

図１９においては、各トリミング領域開口部３１４，３１６は、各配線用開口部３１０，３１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図２０に示すように、各トリミング領域開口部３１４，３１６どうしが接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部３１０，３１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらにまた、図２１に示すように、位相０と位相πの両方の配線用開口部３１０，３１２がともにトリミング領域開口部３１４，３１６と接するようにしてもよい。図２１においては、全ての配線用開口部３１０，３１２を長手方向外側へ延ばし、トリミング領域開口部３１４，３１６と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２１２の直線性が向上する。図２１においては、各トリミング領域開口部３１４，３１６は、各配線用開口部３１０，３１２と略同一の幅で形成され、互いに遮光領域を介在して配されているが、図２２に示すように、各トリミング領域開口部３１４，３１６どうしを接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部３１０，３１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

図２３から図２６は本発明の第３の実施形態を示し、図２３は位相シフトマスクにおけるマスクパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図２４は位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図２５はトリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図、図２６はトリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの隅周辺領域の部分拡大図である。

本実施形態のパターン形成方法は、図２３に示すような位相シフトマスク４００を用いた露光によって、ウェハに塗布されたフォトレジスト膜２００上に、互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターン２２２を形成するものである。位相シフトマスク４００は、第２の実施形態のものと同様に、周縁が露光領域となっている。すなわち、位相シフトマスク４００は、外周縁露光領域４２０を有し、周縁部分については露光によりフォトレジスト膜２００上にパターンが形成されないようになっている（図２４参照）。尚、この外周縁露光領域４２０は位相０であり、反転する２種類の位相のうちの一方となっている。

図２３に示すように、位相シフトマスク４００のマスクパターンの隅周辺領域４０１において、その内側が配線パターン２２２を形成するための微細パターン形成領域４０２となっている。トリミング領域４０４は、配線用開口部４１０，４１２の長手方向の端部と重なるように設定され、配線用開口部４１０，４１２の長手方向の外側の周縁に配されている。

ここで、第２の実施形態とは異なり、トリミング領域４０４における位相πの配線用開口部４１２の長手方向外側には、反転する位相のトリミング領域開口部は設けられておらず、所定寸法の遮光領域を介して外周縁露光領域４２０が配される。この外周縁露光領域４２０は、位相が０であることから、位相πの配線用開口部４１２の長手方向近傍において、この配線用開口部４１２に対して反転位相開口部をなしている。

また、位相０の配線用開口部４１０の長手方向外側には、反転する位相πのトリミング領域開口部４１４が設けられる。本実施形態においては、位相０の配線用開口部４１０の長手方向外側を補助遮光領域４２２とし、この補助遮光領域４２２に位相０の配線用開口部４１０に対応して位相πのトリミング領域開口部４１４が形成されている。すなわち、位相０の配線用開口部４１０の長手方向外側が外周縁露光領域４２０に突出している。

本実施形態のパターン形成方法では、位相シフトマスク４００による露光の後、トリムマスクに交換して再度の露光を行って、位相シフトマスク４００により形成された基礎パターン２２４における被除去パターン２２６を除去する。このパターン形成方法を用いたフォトレジスト膜２００上のパターン形成状態を、図２４から図２６を参照して説明する。

本実施形態においては、図２４に示すように、位相シフトマスク４００を用いた露光により、各開口部４１０，４１２，４１４及び外周縁の露光領域に対応する部分の角部が丸みを帯びた像が転写され、各開口部４１０，４１２，４１４及び外周縁の露光領域に対応する部分以外が基礎パターン２２４となる。

ここで、各配線用開口部４１０，４１２の幅方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相の配線用開口部４１０，４１２が配され、位相０の配線用開口部４１０の長手方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相のトリミング領域開口部４１４が配され、位相πの配線用開口部４１２の長手方向の周縁については、所定距離をおいて反転する位相の露光領域が配される。すなわち、各配線パターン２２２の長手方向中央側と長手方向端部側とで同様の光学条件となり、図２４に示すように、配線パターン２２２の長手方向端部側におけるくびれの発生が抑制されて、配線パターン２２２の幅方向の周縁はほぼ真っ直ぐに形成される。

次に、位相シフトマスク４００とトリムマスクとを入れ替えて、トリムマスク１２２による露光を行う。この露光により、被除去パターン２２６を除去する除去パターン２２８が転写される。すなわち、図２５の破線部分に示す基礎パターン２２４における配線パターン２２２の長手方向端部からその外側が除去され、図２６に示すような配線パターン２２２が形成される。

このように、本実施形態のパターン形成方法によれば、トリミング領域開口部４１４によりフォトレジスト膜２００上に形成されたパターンは、結局のところトリムマスク１２２を用いた露光によるトリミングにより消し去られる。そして、各配線用開口部４１０，４１２の長手方向端部で長手方向中央と同様の光学条件となるのでくびれ現象が抑制される。

本実施形態においては、位相シフトマスク４００の周縁が位相０の露光領域であり、位相シフトマスク４００位相０の開口部４１０が露光領域と近接すると、外部の漏れ光によりパターンの解像に影響が出やすい。しかし、位相０の配線用開口部４１０の長手方向外側には、位相πのトリミング領域開口部４１４が配されているので、配線用開口部４１０が周縁の露光領域の影響を受けることはない。

また、外周縁の露光領域が位相πの配線用開口部４１２に対して反転位相開口部となることから、遮光領域を省略することができ、省略された領域のサイズだけ設計マージンを増やせるという利点もある。

尚、第３の実施形態においては、トリミング領域開口部４１４と露光領域との間に、遮光領域が介在するものを示したが、例えば図２７に示すように、遮光領域を介在させることなく、トリミング領域開口部４１４と露光領域を連続的に配してもよい。

また、第３の実施形態においては、位相πのトリミング領域開口部４１４が位相０の配線用開口部４１０と遮光領域を介して配され、位相πの配線用開口部４１２が露光領域と遮光領域を介して配されるものを示したが、例えば図２８〜図３３に示すように、トリミング領域開口部４１４及び配線用開口部４１０と、露光領域及び配線用開口部４１２の少なくとも一方がトリミング領域４０４で接していてもよい。

図２８は位相πの配線用開口部４１２が露光領域と接しているものを示している。図２８においては、位相πの配線用開口部４１２を位相０の配線用開口部４１０に比して長手方向外側へ延ばし、露光領域と隣接させている。これにより、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２２２の直線性が向上する。位相０の配線用開口部４１０については、位相πのトリミング領域開口部４１４に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相πの配線用開口部４１２を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相πの配線用開口部４１２が比較的狭い場合に効果的である。

図２８においては、位相πのトリミング領域開口部４１４は、位相０の配線用開口部４１０と略同一の幅で形成され、露光領域との間に遮光領域を介在して配されているが、図２９に示すように、各トリミング領域開口部４１４と露光領域が接するようにしてもよい。これにより、位相πの配線用開口部４１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらには、図３０に示すように、位相０の配線用開口部４１０が位相πのトリミング領域開口部４１４と接するようにしてもよい。図３０においては、位相０の配線用開口部４１０を位相πの配線用開口部４１２に比して長手方向外側へ延ばし、位相πのトリミング領域開口部４１４と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２２２の直線性が向上する。位相πの配線用開口部４１２については、露光領域に対して遮光領域を介在させている。この方法は、位相０の配線用開口部４１０を長手方向外側へ延長することにより透過光量を確保することができ、位相０の配線用開口部４１０が比較的狭い場合に効果的である。

図３０においては、位相πのトリミング領域開口部４１４は、位相０の配線用開口部４１０と略同一の幅で形成され、トリミング領域開口部４１４と露光領域の間には遮光領域が介在しているが、図３１に示すように、トリミング領域開口部４１４が露光領域と接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部４１０，４１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

さらにまた、図３２に示すように、位相０の配線用開口部４１０がトリミング領域開口部４１４と接するとともに、位相πの配線用開口部４１２が露光領域に接するようにしてもよい。図３２においては、全ての配線用開口部４１０，４１２を長手方向外側へ延ばし、トリミング領域開口部４１４または露光領域と隣接させている。これによっても、フォトレジスト膜２００上に形成される配線パターン２２２の直線性が向上する。図３２においては、トリミング領域開口部４１４は、配線用開口部４１０と略同一の幅で形成され、露光領域とは遮光領域を介在して配されているが、図３３に示すように、トリミング領域開口部４１４と露光領域を隣接するようにしてもよい。これにより、配線用開口部４１０，４１２におけるひずみの発生をより効果的に抑制することができる。

また、第１〜第３の実施形態においては、トリムマスクを用いた露光により基礎パターン２０４，２１４，２２４が直接的に除去されるいわゆる二重露光の例を示したが、例えば、位相シフトマスク１００，３００，４００による露光を行ってハードマスク層のみをエッチングをした後、トリムマスクによる露光を行ってハードマスク層及びターゲット層をエッチングして配線パターンを得るようにしてもよい。
すなわち、犠牲膜が、ウェハ上に形成されたハードマスクと、ハードマスクをエッチングするための第１フォトレジスト膜と、ハードマスクが第１フォトレジスト膜を利用してエッチングされた後にウェハに塗布される第２フォトレジスト膜と、を含んでおり、位相シフトマスクを用いた露光により第１フォトレジスト膜に基礎パターンが転写され、ハードマスクを基礎パターンが転写された第１フォトレジスト膜をマスクとしてエッチングした後に、トリムマスクを用いた露光により第２フォトレジスト膜に除去パターンが転写されるようにしてもよい。

また、露光に用いる光の波長、レンズの開口数（ＮＡ）、照明系と結像系のＮＡ比（σ）、配線用開口部１１０，１１２，３１０，３１２，４１０，４１２の幅や、配線用開口部１１０，１１２，３１０，３１２，４１０，４１２の長さを適宜に変更可能であるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
本発明は、ウェハ上に形成された犠牲膜に微細なラインを含んだパターンを形成する方法である。ドライエッチングなどによって犠牲膜のパターンが転写される材料としては、金属膜、多結晶シリコン膜、絶縁膜に適用することができる。ここで、微細なラインを含んだパターンとはゲート電極など様々な配線であることは自明である。

第１の実施形態を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。第２の実施形態を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。第３の実施形態を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクにより除去されるトリミング領域を示したものであってフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。トリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。変形例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。第１の実施形態を示す位相シフトマスクの平面説明図である。トリムマスクの平面説明図である。トリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンを示す説明図である。従来例を示す位相シフトマスクの部分拡大図である。従来例を示すものであって、位相シフトマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。従来例を示すものであって、トリムマスクを用いた露光後にフォトレジスト膜に形成されているパターンの部分拡大図である。

符号の説明

１００位相シフトマスク
１０１マスク開口部パターンの隅部分を含む周辺領域
１０２微細パターン形成領域
１０４トリミング領域
１１０配線用開口部
１１２配線用開口部
１１４トリミング領域開口部
１１６トリミング領域開口部
１２０外周縁遮光領域
１２２トリムマスク
１２４露光領域
１２６遮光領域
２００フォトレジスト膜
２０２配線パターン
２０４基礎パターン
２０６被除去パターン
２０８除去パターン
２１２配線パターン
２１４基礎パターン
２１６被除去パターン
２１８除去パターン
２２２配線パターン
２２４基礎パターン
２２６被除去パターン
２２８除去パターン
３００位相シフトマスク
３０１マスク開口部パターンの隅部分を含む周辺領域
３０２微細パターン形成領域
３０４トリミング領域
３１０配線用開口部
３１２配線用開口部
３１４トリミング領域開口部
３１６トリミング領域開口部
３２０外周縁露光領域
３２２補助遮光領域
４００位相シフトマスク
４０１マスク開口部パターンの隅部分を含む周辺領域
４０２微細パターン形成領域
４０４トリミング領域
４１０配線用開口部
４１２配線用開口部
４１４トリミング領域開口部
４２０外周縁露光領域
４２２補助遮光領域
５００位相シフトマスク
５１０開口部
５１２開口部
５２０外周縁遮光領域
６００フォトレジスト膜
６０２配線パターン

Claims

所定方向へ延び互いに平行に並ぶ配線用開口部を有し該配線用開口部に反転する２種類の位相が交互に割り当てられる位相シフトマスクを用いた露光によって、ウェハ上の犠牲膜に互いに平行に並んだ複数の直線状の配線パターンを形成するにあたり、
前記位相シフトマスクにおける前記各配線用開口部の長手方向外側に、該各配線用開口部の位相に対して反転する位相の反転位相開口部を配し、
前記位相シフトマスクを用いた露光によって、前記各配線パターンと、前記各配線パターンの端部から長手方向外側に形成された被除去パターンと、を含む基礎パターンを前記犠牲膜に転写した後、
トリムマスクを用いた露光によって、前記基礎パターンの前記被除去パターンを除去するための除去パターンを前記犠牲膜に転写することを特徴とするパターン形成方法。
前記犠牲膜はフォトレジスト膜を含み、
前記位相シフトマスクを用いた露光によって、前記フォトレジスト膜に前記基礎パターンを転写した後、
前記トリムマスクを用いた露光によって前記フォトレジスト膜に前記除去パターンを転写し、前記基礎パターンの前記被除去パターンを除去することを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記犠牲膜は、前記ウェハ上に形成されたハードマスクと、前記ハードマスクをエッチングするための第１フォトレジスト膜と、前記ハードマスクが前記第１フォトレジスト膜を利用してエッチングされた後に前記ウェハに塗布される第２フォトレジスト膜と、を含み、
前記位相シフトマスクを用いた露光により前記第１フォトレジスト膜に前記基礎パターンが転写され、
前記ハードマスクを、前記基礎パターンが転写された前記第１フォトレジスト膜をマスクとしてエッチングした後に、
前記トリムマスクを用いた露光により、前記第２フォトレジスト膜に前記除去パターンが転写されることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
前記位相シフトマスクは、
前記各配線用開口部の長手方向外側が外周縁遮光領域であり、
前記反転位相開口部が前記外周縁遮光領域に形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
前記位相シフトマスクは、
前記各配線用開口部の長手方向外側が外周縁露光領域であり、
前記外周縁露光領域に前記反転位相開口部が配されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
前記外周縁露光領域には前記反転する２種類の位相のうちの一方の位相が割り当てられ、
前記外周縁露光領域は、他方の位相が割り当てられた前記各配線用開口部の長手方向近傍において、該配線用開口部の前記反転位相開口部をなすことを特徴とする請求項５に記載のパターン形成方法。
前記位相シフトマスクは、隣り合う前記反転位相開口部が連続的に配されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。
前記位相シフトマスクは、少なくとも１つの前記配線用開口部が該配線用開口部の長手方向外側に配された前記反転位相開口部と連続的に配されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のパターン形成方法。