JP2007264475A - フォトマスクの作製方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン線幅の均一性を向上させる。
【解決手段】二重露光プロセスで用いる第１のフォトマスクに、ゲート電極パターン、ゲート配線パターンを形成し（ステップＳ１）、第２のフォトマスクにシフタパターンを配置する（ステップＳ２）。次いで、第１のフォトマスクのゲート電極パターン側部にアシストパターンを配置し（ステップＳ３）、ゲート配線パターン側部にアシストパターンを配置する（ステップＳ４）。そして、アシストパターンの包含パターンを第２のフォトマスクに配置する（ステップＳ５）。上記第１及び第２のフォトマスクを用いた二重露光プロセスによりゲート電極パターン及びゲート配線パターンを露光する際の焦点深度を向上させ、ゲート電極パターン線幅及びゲート配線パターン線幅の均一性を共に向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明はフォトマスクの作製方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に、二重露光プロセスに用いるフォトマスクの作製方法及びそのようなフォトマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。

近年のデバイスの微細化に伴い、微細パターン又は微細ピッチの形成のため二重露光プロセスが導入されている。この中で、注目されている技術にフェーズエッジ技術がある。フェーズエッジ技術は、主にゲート電極パターン形成で用いられ、微細パターンを形成する場合は、バイナリマスク／ハーフトーン位相シフタマスクが用いられ、さらに微細なパターンを形成する場合は、レベンソン位相シフタマスクが用いられる。

レベンソン位相シフタマスクを用いて、ゲート電極パターンを形成する際には、ゲート電極パターンの両側に０／π（１８０°）相のシフタ（シフタパターン）を配置する。シフタパターンは、隣接する開口パターンの位相が互いにπ反転するので、ゲート電極パターンとシフタパターン領域のコントラストが向上する。その結果、レベンソン位相シフタマスクを用いた露光では、充分な焦点深度を得ることができ、１００ｎｍノード以下のパターンを安定して形成することができる（例えば、特許文献１、２参照）。

ところで、二重露光プロセスでは、バイナリマスク／ハーフトーン位相シフタマスクを用いて露光をする場合、バイナリマスク／ハーフトーン位相シフタマスクは、解像限界付近でパターン形成を行うため、焦点深度を充分に確保できない。その結果、バイナリマスク／ハーフトーン位相シフタマスクを用いて、ゲート電極パターン形成すると、露光をする際のフォーカス値のずれにより、ゲート電極パターン線幅の均一性が確保できないという問題が生じる。

この問題に対し、フェーズエッジ技術とアシストパターン（スキャッタリングバー）を組み合わせた露光プロセスが提案されている（特願２００４−５６８７４５）。
この露光プロセスでは、第１のフォトマスクに、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを配置し、ゲート電極パターン側部には、解像限界以上のアシストパターンを配置する。また、ゲート配線パターンの側部には、解像限界以下のアシストパターンを配置する。

一方、第２のフォトマスクに、ゲート電極パターン用のシフタパターンを配置し、且つシフタパターンがゲート電極側部にあるアシストパターンを包含するように配置する。
これらの２枚のフォトマスクを用いて二重露光を行うと、第１のフォトマスクを用いた露光により、微細ゲート電極パターン及びゲート配線パターンが形成され、その側部にはアシストパターンが形成される。続いて、第２のフォトマスクを用いた露光により、ゲート電極パターンがさらに微細になり、ゲート電極パターン側部に形成したアシストパターンは、シフタパターンにより除去される。

このようなプロセスによれば、第１のフォトマスクのゲート電極パターン側部に、解像限界以上のアシストパターンが配置されているので、ゲート電極パターンを露光する際の焦点深度が向上し、ゲート電極パターン線幅の均一性が向上する。また転写されたアシストパターンについては、第２のフォトマスクのシフタパターンにより一律に除去されるので、アシストパターンが残存することはない。

ここで、ゲート電極パターン側部に、アシストパターンを配置させた場合のアシストパターン線幅と焦点深度の関係について説明する。図２７はアシストパターン線幅と焦点深度の関係を示した図である。図２７からアシストパターン線幅が大きくなるほど、焦点深度が向上するのが判る。上記の露光プロセスで、解像限界以上のアシストパターンをゲート電極パターン側部に配置させる理由はこのためである。
米国特許第５５７３８９０号明細書 米国特許第５８５８５８０号明細書

しかしながら、上述した露光プロセスでは、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを露光する際、ゲート配線パターンについては、デフォーカスさせるときの焦点深度が小さいために、露光後のゲート配線パターン線幅にばらつきが生じ、線幅が極細くなったゲート配線が高抵抗になるという問題が生じている。この場合、良質なデバイス特性が充分に得られない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、微細なパターンを均一性よく安定して形成することのできるフォトマスクの作製方法を提供することを目的とする。また本発明は均一性のよい微細なパターンを有する半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、第１のパターン及び第２のパターンを有する第１のフォトマスクを形成する工程と、前記第１のパターンの両側に、それぞれ一部を前記第１のパターンに重複させて形成されたシフタパターンを有する第２のフォトマスクを形成する工程と、前記第１のフォトマスクに、前記シフタパターンに対応する前記第１のフォトマスクの領域に第１のアシストパターンを付加すると共に前記第２のパターンの側部に第２のアシストパターンを付加する工程と、前記第２のフォトマスクに、前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンをそれぞれ包含する領域に対応して第３のパターンを付加する工程と、を有することを特徴とするフォトマスクの作製方法が提供される。

このようなフォトマスクの作製方法によれば、第１のフォトマスクに、第１のパターン、第２のパターン、第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンが形成され、第２のフォトマスクに、シフタパターン及び第３のパターンが形成される。第１のフォトマスクの第１のアシストパターン並びに第２のアシストパターン、及び第２のフォトマスクのシフタパターンによって、第１のパターン及び第２のパターンの均一化・微細化が図られる。転写される第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンは、それらを包含するように形成された第２のフォトマスクの第３のパターンによって除去される。

また、本発明では、上記課題を解決するために、レジストに、第１のパターン及び第２のパターンを転写すると共に、前記第１のパターン及び前記第２のパターンのそれぞれの側部に第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンを転写する工程と、転写された前記第１のパターンの両側にそれぞれ一部を前記第１のパターンに重複させてシフタパターンを転写し前記第１のアシストパターンを除去すると共に、前記第２のアシストパターンの転写領域を包含する第３のパターンを転写し前記第２のアシストパターンを除去する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

このような半導体装置の製造方法によれば、第１のパターン、第２のパターン、第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンが転写された後に、シフタパターン及び第３のパターンが転写される。第１のアシストパターン、第２のアシストパターン及びシフタパターンが転写されることによって、均一性がよく微細な第１のパターン及び第２のパターンが形成される。転写された第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンは、それらを包含するように形成された第３のパターンが上から転写されることによって除去される。

本発明では、第１のフォトマスクに、第１のパターン並びに第２のパターン、及びそれらの側部に第１のアシストパターン並びに第２のアシストパターンを形成し、第２のフォトマスクに、シフタパターン及び第３のパターンを形成するようにした。これにより、第１のフォトマスクと第２のフォトマスクで順に露光を行ったときに、第１のアシストパターン、第２のアシストパターン及びシフタパターンによって、第１のパターン及び第２のパターンの均一化・微細化を図ることができる。転写された第１のフォトマスクの第１のアシストパターンと第２のアシストパターンは、それらの転写領域を包含する第２のフォトマスクの第３のパターンにより除去することができる。

また、このような露光プロセスにより、均一性の良い微細なパターンを有する半導体装置が実現可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
最初に、二重露光プロセスで用いるフォトマスクの構成について説明する。このプロセスでは、第１のフォトマスクと、第２のフォトマスクの２枚のフォトマスクを用いる。

図２は第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第１のフォトマスク１内には、第１のパターンとしてのゲート電極パターン２と、第２のパターンとしてのゲート配線パターン３が配置されている。また、ゲート電極パターン２側部には、第１のアシストパターン４ａ、４ｂが配置され、ゲート配線パターン３側部には、第２のアシストパターン５ａ、５ｂが配置されている。

図３は第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第２のフォトマスク６内には、シフタパターン７ａ、７ｂが配置されている。図３に示す「０」と「π」は光振動の位相を表し、例えば、シフタパターン７ａが「０」相で、シフタパターン７ｂが「π」相である。また図２に示す第１、第２のアシストパターン４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂを包含する包含パターン８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを第３のパターンとして配置している。

次に、フォトマスクデータ作製工程と、このフォトマスクを用いた露光工程について説明する。
図１はフォトマスクデータ作製工程フローの一例である。

最初に、第１のフォトマスクにゲート電極パターンと、ゲート配線パターンを形成する（ステップＳ１）。
次に、第１のフォトマスクのゲート電極パターンの位置に基づいて、シフタパターンの位置を設定し、このシフタパターンを第２のフォトマスクの所定の位置に配置させる（ステップＳ２）。

次いで、第２のフォトマスクに形成したシフタパターン内に、第１のアシストパターンを生成させ、ゲート電極側部に第１のアシストパターンを配置する。この第１のアシストパターンは第１のフォトマスクに配置させる（ステップＳ３）。

次いで、第１のフォトマスクのゲート配線パターンから第２のアシストパターンを生成させ、ゲート配線側部に第２のアシストパターンを配置する。この第２のアシストパターンは第１のフォトマスクに配置させる（ステップＳ４）。

そして、第１のフォトマスクに生成させたゲート電極及びゲート配線側部のアシストパターンを包含するパターンを生成させ（以降、包含パターンと記す。）、この包含パターンを第２のフォトマスクに配置させる（ステップＳ５）。

このようなフローによれば、第１のフォトマスクには、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンと、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンの側部にアシストパターンが配置される。また、第２のフォトマスクには、シフタパターンと包含パターンが配置される。

図４は二重露光のフローの一例である。
第１のフォトマスクと第２のフォトマスクを用いた、レジストの二重露光プロセスでは、基板上にレジストを塗布した後（ステップＳ１０）に、第１のフォトマスクにより、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンが転写され、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンの側部にアシストパターンが転写される。（ステップＳ１１）。

次に、第２のフォトマスクにより、ゲート電極パターンがさらに微細になり、転写されたアシストパターンは除去される。（ステップＳ１２）。
このように２枚のフォトマスクを用いて、レジストに二重露光を行うと、第１のフォトマスクによる露光で、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンが転写され、その側部にアシストパターンが転写される。第１のフォトマスクには、解像限界以上のアシストパターンがゲート電極パターン及びゲート配線パターンの側部に配置されているので、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを露光する際の焦点深度が共に向上し、露光後のゲート電極パターン線幅及びゲート配線パターン線幅の均一性が向上する。

また、第２のフォトマスクによる露光で、ゲート電極領域に配置したシフタパターンにより、ゲート電極パターン線幅はさらに微細になる。このときゲート電極パターン及びゲート配線パターン側部に転写したアシストパターンは、第２のフォトマスクの包含パターンにより除去される。

次に、フォトマスク作製工程の基本原理を、図面を用いて説明する。
図５から図１２は、フォトマスク作製工程の要部平面模式図の一例である。
図５はゲート電極・ゲート配線パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。

図５に示すように、フォトマスク領域１０内に、素子領域２０上に形成するゲート電極パターン３０を配置する。また、ゲート配線パターン４０を配置する。ゲート電極パターン３０及びゲート配線パターン４０は、第１のフォトマスクのパターンになる。

図６はシフタパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
ゲート電極パターン３０上にシフタパターン５０、５１を生成させる。図６に示す「０」と「π」は光振動の位相を表し、シフタパターン５０が「０」相で、シフタパターン５１が「π」相である。そして、シフタパターン５０、５１は、第２のフォトマスクのパターンになる。

図７はアシストパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
ゲート電極パターン３０の側部にアシストパターン６０、６１、ゲート配線パターン４０の側部にアシストパターン７０、７１を配置する。アシストパターン６０、６１については、図６で生成させたシフタパターン５０、５１領域に配置する。そして、アシストパターン６０、６１、７０、７１は、第１のフォトマスクのパターンになる。

ここで、ゲート電極パターン３０とそれぞれのアシストパターン６０、６１、及びゲート配線パターン４０とそれぞれのアシストパターン７０、７１の間隔は、同一の距離で配置する。ゲート電極パターン３０及びゲート配線パターン４０を露光する際の焦点深度を共に向上させるためである。

図８は包含パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
図７で生成したアシストパターン６０、６１、７０、７１を、露光プロセスにおいて一律に除去することのできるパターン、即ちアシストパターン６０、６１、７０、７１を包含する包含パターン８０、８１、８２、８３を生成させる。そして、包含パターン８０、８１、８２、８３は、第２のフォトマスクのパターンになる。

尚、図８では、一例として、包含パターン８２は、シフタパターン５０領域に配置され、包含パターン８３は、シフタパターン５１領域に配置されている。包含パターン８２、８３を、それぞれのシフタパターン５０、５１領域に配置しない場合は、包含パターン８２とシフタパターン５０、及び包含パターン８３とシフタパターン５１に間隔を設けて、配置する。その理由を以下に説明する。

仮に、シフタパターン５０と包含パターン８２、シフタパターン５１と包含パターン８３が分離せず、連続的に配置されている場合、シフタパターン５０と包含パターン８２、シフタパターン５１と包含パターン８３には、互いに重複する部分を生じる。

この場合、例えば、シフタパターン５０を透過する露光光と、包含パターン８２を透過する露光光の位相が逆位相の場合には、重複部分に、クロムレス型位相シフタマスクが形成される。従って、このような第２のフォトマスクにより露光をする際、重複部分で露光光が遮断され、この部分に転写されたアシストパターンを除去できない。このため、シフタパターン５０と包含パターン８２、及びシフタパターン５１と包含パターン８３の間隔を設けて配置する場合は、所定の距離で分離し、配置させる。

その後、パターン線幅の補正処理を行う。そして、パターンの描画がされ、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクが作製される。
尚、第２のフォトマスクを作製する際には、１次描画データと２次描画データが必要になる。第２のフォトマスクには、シフタパターンを配置するので、露光光の透過領域を形成する１次描画の他、シフタのみを形成する２次描画が必要になるからである。

図９は１次描画データの要部平面模式図である。包含パターン８０、８１とシフタパターン５０、５１が１次描画データとなる。１次描画では、露光光の透過領域を作製するだけなので、包含パターンデータは、全て同位相のデータとして描画される。

尚、図８に示す包含パターン８２、８３は、シフタパターン５０、５１領域に配置するので、この図では省略されている。
図１０は２次描画データの要部平面模式図である。２次描画データは、シフタのみを形成するデータなので、例えば、シフタパターン５１（位相π側）のデータのみが描画される。

これらの２つの描画データから、第２のフォトマスクが作製される。
図１１は第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第１のフォトマスク９０内にゲート電極パターン３０、ゲート配線パターン４０、アシストパターン６０、６１、７０、７１が配置されている。

一方、図１２は第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第２のフォトマスク９１内に、シフタパターン５０、５１と、包含パターン８０、８１が配置されている。シフタパターン５１内には、位相πのシフタ９２がある。

以上の工程により作製した第１のフォトマスク９０及び第２のフォトマスク９１を用いて、二重露光プロセスにより、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを転写する工程について説明する。

図１３、図１４は、基板１００上にポジ型レジストを塗布した後に、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを転写する工程の要部平面模式図の一例である。
図１３は第１のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。

図１１に示す第１のフォトマスク９０による露光により、基板１００内の素子領域２０上にゲート電極パターン１０１が転写される。また、ゲート配線パターン１０２が転写される。また、ゲート電極パターン１０１及びゲート配線パターン１０２の側部には、アシストパターン１０３、１０４、１０５、１０６が転写される。

図１４は第２のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。
図１２に示す第２のフォトマスク９１内のシフタパターン５０、５１による露光により、ゲート電極パターン１０１は、さらにその線幅が微細になる。また、第２のフォトマスク９１には、アシストパターン１０３、１０４を包含するシフタパターン５０、５１、及びアシストパターン１０５、１０６を包含する包含パターン８０、８１が形成されているので、基板上に転写されたアシストパターン１０３、１０４、１０５、１０６は、第２のフォトマスクによる露光後に除去される。

尚、上述した二重露光プロセスにおいて、第１のフォトマスク９０と第２のフォトマスク９１による露光の順序は、どちらを先にしても同一の結果が得られる。
次に、フォトマスク作製工程の具体例を、図面を用いて説明する。

図１５から図２２はフォトマスク作製工程の要部平面模式図の一例である。
図１５はゲート電極・ゲート配線パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
図１５に示すように、フォトマスク領域２００内に、素子領域２２０上に形成するゲート電極パターン２３０を配置する。また、ゲート配線パターン２４０を配置する。この図では、一例としてゲート電極パターン２３０とゲート配線パターン２４０の成す角度を９０°で接続させて配置させている。ゲート電極パターン２３０及びゲート配線パターン２４０は、第１のフォトマスクのパターンになる。

図１６はシフタパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
ゲート電極パターン２３０上にシフタパターン２５０、２５１を生成させる。図１６に示す「０」と「π」は光振動の位相を表し、シフタパターン２５０が「０」相で、シフタパターン２５１が「π」相である。そして、シフタパターン２５０、２５１は、第２のフォトマスクのパターンになる。

図１７はアシストパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。
ゲート電極パターン２３０の側部にアシストパターン２６０、２６１、ゲート配線パターン２４０の側部にアシストパターン２７０、２７１を配置する。アシストパターン２６０、２６１については、図１６で生成させたシフタパターン２５０、２５１領域に配置する。

この図では一例として、ゲート電極パターン２３０とそれぞれのアシストパターン２６０、２６１、及びゲート配線パターン２４０とそれぞれのアシストパターン２７０、２７１の間隔を１２０ｎｍとする。この距離以下では、ＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor）が大きくなり、ゲート電極パターン２３０及びゲート配線パターン２４０をレジストパターンとして形成した場合、ＬＥＲ（Line Edge Roughness）が大きくなるからである。また、この距離以上では、焦点深度が小さくなるからである。

また、アシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１の線幅は、例えば６０ｎｍ（解像度；０．２６×λ／ＮＡ：露光光波長λ＝１９３ｎｍ、投影レンズ開口数ＮＡ＝０．８５）として配置する。但し、スペース幅が狭い場合には、段階的に線幅を下げて、４０ｎｍ（解像度；０．１８×λ／ＮＡ：λ＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．８５）の線幅までを配置させる。

このようにアシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１の線幅については、ゲート電極パターン２３０及びゲート配線パターン２４０の線幅及びピッチに応じて、適宜可変できるようにする。

ここで、アシストパターン２６０とアシストパターン２７０、及びアシストパターン２６１とアシストパターン２７１の間隔は、例えば１００ｎｍ分離し、配置する。分離した理由については、後述する。

そして、アシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１は、第１のフォトマスクのパターンになる。
図１８は包含パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。

図１７で生成したアシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１を、露光プロセスにおいて一律に除去することのできるパターン、即ちアシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１を包含する包含パターン２８０、２８１、２８２、２８３を生成させる。

ここで、包含パターン２８０、２８１、２８２、２８３の線幅は、アシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１の両側に、例えば＋２０ｎｍ拡大させる。
上記の説明では、アシストパターン線幅が６０ｎｍなので、包含パターン線幅は１００ｎｍである。また、アシストパターン線幅が４０ｎｍの場合は、包含パターン線幅は８０ｎｍになる。

また、アシストパターン２６０とアシストパターン２７０、及びアシストパターン２６１とアシストパターン２７１の間隔は、図１７に示すように１００ｎｍ分離し、配置させているので、包含パターン２８０と包含パターン２８２、及び包含パターン２８１と包含パターン２８３の間隔は６０ｎｍとなる。

ここで、図１７の説明で言及したアシストパターン２６０とアシストパターン２７０、及びアシストパターン２６１とアシストパターン２７１を分離させて配置した理由について記載する。

アシストパターン２６０とアシストパターン２７０、及びアシストパターン２６１とアシストパターン２７１が分離せず、連続的に配置されている場合、シフタパターン２５０と包含パターン２８２、及びシフタパターン２５１と包含パターン２８３には、互いに重複する部分を生じる。

シフタパターン２５０と包含パターン２８２、及びシフタパターン２５１と包含パターン２８３が重複する場合、例えば、シフタパターン２５０を透過する露光光と、包含パターン２８２を透過する露光光の位相が逆位相の場合には、重複部分に、クロムレス型位相シフタマスクが形成される。従って、このような第２のフォトマスクにより露光をする際、重複部分で露光光が遮断され、この部分に転写されたアシストパターンを除去できない。このため、アシストパターン２６０とアシストパターン２７０、及びアシストパターン２６１とアシストパターン２７１を分離し、配置させる。

そして、包含パターン２８０、２８１、２８２、２８３は、第２のフォトマスクのパターンになる。
尚、図１８では、一例として、包含パターン２８０はシフタパターン２５０領域に配置され、包含パターン２８１はシフタパターン２５１領域に配置されている。包含パターン２８０、２８１を、それぞれのシフタパターン２５０、２５１領域に配置しない場合は、包含パターン２８０とシフタパターン２５０、及び包含パターン２８１とシフタパターン２５１に間隔（例えば、６０ｎｍ）を設けて配置する。その理由は、上記説明と同内容なので省略する。

その後、パターン線幅の補正処理を行う。具体的には、光近接効果補正処理を実施する。
そして、パターンの描画がされ、第１のフォトマスク及び第２のフォトマスクが作製される。

尚、第２のフォトマスクを作製する際には、上述したように、１次描画データと２次描画データが必要になる。
図１９は１次描画データの要部平面模式図である。包含パターン２８２、２８３とシフタパターン２５０、２５１が１次描画データとなる。１次描画では、露光光の透過領域を作製するだけなので、包含パターンデータは、全て同位相のデータとして描画される。

尚、図１８に示す包含パターン２８０、２８１は、シフタパターン２５０、２５１領域に配置するので、この図では省略されている。
図２０は２次描画データの要部平面模式図である。２次描画データは、シフタのみを形成するデータなので、例えば、シフタパターン２５１（位相π側）のデータのみが描画されることになる。

これらの２つの描画データから、第２のフォトマスクが作製される。
図２１は第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第１のフォトマスク２９０内にゲート電極パターン２３０、ゲート配線パターン２４０、アシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１が配置されている。この第１のフォトマスクは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー用のハーフトーン位相シフタマスクとして用いられる。

一方、図２２は第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。第２のフォトマスク２９１内に、シフタパターン２５０、２５１、包含パターン２８２、２８３が配置されている。この中、シフタパターン２５１内には、位相πのシフタ２９２がある。この第２のフォトマスクは、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー用のレベンソン位相シフタマスクである。

以上の工程により作製した第１のフォトマスク２９０及び第２のフォトマスク２９１を用いて、二重露光プロセスにより、ゲート電極パターン及びゲート配線パターンを転写する工程の具体例について説明する。

図２３、図２４は、基板上のポジ型レジストにゲート電極パターン及びゲート配線パターンを転写する工程の要部平面模式図の一例である。
図２３は第１のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。

先ず、素子領域２２０が形成されているウエハ基板上に、例えば、ゲート酸化膜となるＳｉＯ₂（１ｎｍ）を成膜し、続いてＰｏｌｙ−Ｓｉ膜を１００ｎｍ程度成膜する（不図示）。その上に有機型の反射防止膜を（８０ｎｍ程度）塗布する（不図示）。続いて、感光材料であるＡｒＦ型のポジ型レジストを２５０〜３００ｎｍ程度塗布する（不図示）。

ポジ型レジストを塗布した基板３００にＡｒＦエキシマレーザーを光源とする縮小投影露光装置により、図２１に示す第１のフォトマスク２９０による露光を行い、基板３００内の素子領域２２０上にゲート電極パターン３０１を転写する。また、ゲート配線パターン３０２を転写する。

このときの露光条件は、例えば、ＮＡ値が０．８５で、２／３輪帯照明（σ値０．５６７／０．８５）とし、露光量は、１５０〜２００Ｊ／ｍ²である。
また、ゲート電極パターン３０１及びゲート配線パターン３０２の側部には、アシストパターン３０３、３０４、３０５、３０６が転写される。アシストパターン３０３、３０４、３０５、３０６の線幅は６０ｎｍ程度である。

図２４は第２のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。
露光条件は、例えば、ＮＡ値が０．８５で、σ値を０．３０とし、露光量は、８０〜１２０Ｊ／ｍ²である。その後、熱処理（ＰＥＢ；Pose Exposure Bake）、現像処理を行い、レジストパターンの形成を行う。

図２２に示す第２のフォトマスク２９１内のシフタパターン２５０、２５１による露光により、ゲート電極パターン３０１は、さらにその線幅が微細になる。
また、第２のフォトマスクには、アシストパターン３０５、３０６を包含する包含パターン２８２、２８３、及びアシストパターン３０３、３０４を包含するシフタパターン２５０、２５１が形成されているので、基板３００上に転写されたアシストパターン３０３、３０４、３０５、３０６は、第２のフォトマスクによる露光後に除去される。

このように、第１のフォトマスク２９０については、図２１に示すようにゲート電極パターン２３０及びゲート配線パターン２４０側部に、解像限界以上のアシストパターン２６０、２６１、２７０、２７１が配置されているので、ゲート電極パターン３０１及びゲート配線パターン３０２を露光する際の焦点深度が共に向上し、ゲート電極パターン３０１及びゲート配線パターン３０２の線幅の均一性が向上する。

また第２のフォトマスクについては、図２２に示すようにシフタパターン２５０、２５１が配置されているので、露光後にゲート電極パターン３０１をさらに微細にすることができる。

また転写されたアシストパターン３０３、３０４は、アシストパターン３０３、３０４を包含するシフタパターン２５０、２５１により除去され、アシストパターン３０５、３０６は、包含パターン２８２、２８３により除去することができる。

尚、上述した二重露光プロセスにおいて、第１のフォトマスク２９０と第２のフォトマスク２９１による露光の順序は、どちらを先にしても同一の結果が得られる。
また、本発明のようにアシストパターンを第２のフォトマスクにより、一律に除去する露光プロセスを用いれば、アシストパターンの配置レイアウトのマージンが向上する。

図２５は解像限界以下のアシストパターン配置の一例である。
例えば、第１のフォトマスク内に、ゲート配線パターン４００に交差部分４０２がある場合、その側部に解像限界以下のアシストパターン４０１を配置させる場合、ゲート配線パターン４００の交差部分４０２の側部にはアシストパターン４０１を配置することができない。何故なら、アシストパターン４０１が交差すると、線幅が解像限界以下であっても、交差部分４０２においては、アシストパターン４０１はレジスト上に転写され易い。従って、アシストパターン４０１を二重露光プロセスにおいて除去しないプロセスを用いる場合は、図２５に示すように、第１のフォトマスク内のアシストパターン４０１を交差部分４０２において不連続に配置する必要がある。

一方、本発明のように解像限界以上のアシストパターンを転写させた後に、第２のフォトマスクにより、一律に除去する露光プロセスを用いれば、配線が交差する部分の側部に、アシストパターンを連続して配置させることができる。

図２６は解像限界以上のアシストパターン配置の一例である。
図２６に示すように解像限界以上のアシストパターン４０４であれば、交差部分４０２の側部に、アシストパターン４０４を連続して配置させた場合、アシストパターン４０４を有するフォトマスクを第１のフォトマスクとし、その包含パターン４０５を有するフォトマスクを第２のフォトマスクとすれば、転写されたアシストパターン４０４は、第２のフォトマスクにより除去される。

このように、本発明によれば、アシストパターンの配置レイアウトのマージンについても向上する。尚、図２６に示すパターンのフォトマスク作製工程は上記工程の説明と同内容なので、その詳細は省略する。

フォトマスクデータ作製工程フローの一例である。 第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 二重露光のフローの一例である。 ゲート電極・ゲート配線パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 シフタパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 アシストパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 包含パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 １次描画データの要部平面模式図である。 ２次描画データの要部平面模式図である。 第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 第１のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。 第２のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。 ゲート電極・ゲート配線パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 シフタパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 アシストパターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 包含パターンデータ作製工程の要部平面模式図である。 １次描画データの要部平面模式図である。 ２次描画データの要部平面模式図である。 第１のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 第２のフォトマスクの要部平面模式図の一例である。 第１のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。 第２のフォトマスク露光工程の要部平面模式図である。 解像限界以下のアシストパターン配置の一例である。 解像限界以上のアシストパターン配置の一例である。 アシストパターン線幅と焦点深度の関係を示した図である。

符号の説明

１、９０、２９０ 第１のフォトマスク
２、３０、１０１、２３０、３０１ ゲート電極パターン
３、４０、１０２、２４０、３０２、４００ ゲート配線パターン
４ａ、４ｂ 第１のアシストパターン
５ａ、５ｂ 第２のアシストパターン
６、９１、２９１ 第２のフォトマスク
７ａ、７ｂ、５０、５１、２５０、２５１ シフタパターン
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８０、８１、８２、８３、２８０、２８１、２８２、２８３、４０５ 包含パターン
１０、２００ フォトマスク領域
２０、２２０ 素子領域
６０、６１、７０、７１、１０３、１０４、１０５、１０６、２６０、２６１、２７０、２７１、３０３、３０４、３０５、３０６、４０１、４０４ アシストパターン
９２、２９２ シフタ
１００、３００ 基板
４０２ 交差部分

Claims (10)

1. 第１のパターン及び第２のパターンを有する第１のフォトマスクを形成する工程と、
   前記第１のパターンの両側に、それぞれ一部を前記第１のパターンに重複させて形成されたシフタパターンを有する第２のフォトマスクを形成する工程と、
   前記第１のフォトマスクに、前記シフタパターンに対応する前記第１のフォトマスクの領域に第１のアシストパターンを付加すると共に前記第２のパターンの側部に第２のアシストパターンを付加する工程と、
   前記第２のフォトマスクに、前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンをそれぞれ包含する領域に対応して第３のパターンを付加する工程と、
   を有することを特徴とするフォトマスクの作製方法。
2. 前記第１のフォトマスクに、前記シフタパターンに対応する前記第１のフォトマスクの領域に前記第１のアシストパターンを付加すると共に前記第２のパターンの側部に前記第２のアシストパターンを付加する工程においては、
   前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンの線幅が、レジストに前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンを転写させた際に解像限界以上となることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの作製方法。
3. 前記第２のフォトマスクに、前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンをそれぞれ包含する領域に対応して前記第３のパターンを付加する工程においては、
   前記第３のパターンが前記第２のフォトマスクの１次描画データとなることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの作製方法。
4. 前記第１のパターンの両側に、それぞれ一部を前記第１のパターンに重複させて形成された前記シフタパターンを有する前記第２のフォトマスクを形成する工程においては、
   前記シフタパターンの一部が前記第２のフォトマスクの２次描画データとなることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの作製方法。
5. 前記第２のフォトマスクに前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンを包含する領域に対応して前記第３のパターンを付加する工程においては、
   前記第１のアシストパターンを包含する前記第３のパターンが前記シフタパターンに包含されることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの作製方法。
6. 前記第２のフォトマスクに前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンを包含する領域に対応して前記第３のパターンを付加する工程においては、
   前記第１のアシストパターンを包含する前記第３のパターンを前記シフタパターンと所定の間隔を設けて配置することを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの作製方法。
7. 前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンの線幅が、前記第１のパターン、前記第２のパターンの線幅及びピッチに応じて可変であることを特徴とする請求項２記載のフォトマスクの作製方法。
8. レジストに、第１のパターン及び第２のパターンを転写すると共に、前記第１のパターン及び前記第２のパターンのそれぞれの側部に第１のアシストパターン及び第２のアシストパターンを転写する工程と、
   転写された前記第１のパターンの両側にそれぞれ一部を前記第１のパターンに重複させてシフタパターンを転写し前記第１のアシストパターンを除去すると共に、前記第２のアシストパターンの転写領域を包含する第３のパターンを転写し前記第２のアシストパターンを除去する工程と、
   を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記レジストに、前記第１のパターン及び前記第２のパターンを転写すると共に、前記第１のパターン及び前記第２のパターンのそれぞれの側部に前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンを転写する工程においては、
   前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンの線幅が、前記レジストに前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンを転写させた際に解像限界以上となることを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
10. 前記第１のアシストパターン及び前記第２のアシストパターンの線幅が、前記第１のパターン、前記第２のパターンの線幅及びピッチに応じて可変であることを特徴とする請求項９記載の半導体装置の製造方法。
    

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