JP3279758B2 - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

半導体集積回路装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、露光方法、それに用い
る位相シフトマスクおよびそれを用いた半導体集積回路
装置の製造方法に関し、特に露光工程に際して、露光光
に位相差を与えて露光する位相シフトマスクを用いる露
光技術に適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の微細化が進み、回路素
子や配線の設計ルールがサブミクロン・オーダになる
と、ｉ線（波長３６５ｎｍ）等の光によってフォトマス
ク上の集積回路パターンを半導体ウエハに転写するフォ
トリソグラフィ工程においては、パターン転写精度の低
下が深刻な問題となる。
【０００３】例えば、図３４に示すようなフォトマスク
３０（レチクルを含む）上の光透過領域Ｐおよび遮光領
域Ｎからなるパターンを半導体ウエハ上に転写する場
合、上記遮光領域Ｎを挟む一対の光透過領域Ｐ，Ｐのそ
れぞれを透過した直後の二つの光は、それらの位相が同
一である。
【０００４】そのため、半導体ウエハ上では、二つの光
がそれらの境界部で互いに干渉し合うことにより強め合
い、遮光領域Ｎの幅が露光波長より狭い場合、図３５に
示すように、半導体ウエハ上における上記パターン投影
像のコントラストが低下することにより焦点深度が浅く
なり、その転写精度が大幅に低下してしまうことにな
る。この問題は、半導体集積回路パターンが微細になれ
ばなるほど顕著となる。
【０００５】このような問題を改善する手段として、マ
スクを透過する光の位相を変えることによって、投影像
のコントラストの低下を防止する位相シフト技術が注目
されている。
【０００６】位相シフト技術については、例えば特公昭
６２−５０８１１号、特開昭６２−６７５１４号、特開
平２−１４０７４３号または特開平３−２５２６５９号
公報がある。
【０００７】まず、特公昭６２−５０８１１号公報に
は、フォトマスク上の遮光領域を挟む一対の光透過領域
の一方に透明膜からなる位相シフタを設け、一対の光透
過領域を透過した二つの光の位相を互いに逆相とするこ
とにより、半導体ウエハ上における二つの光の境界部の
光の強度を弱める位相シフト技術が開示されている。
【０００８】この位相シフト露光技術においては、図３
６に示すような位相シフトマスク３１上の光透過領域
Ｐ，Ｐおよび遮光領域Ｎからなるパターンを半導体ウエ
ハ上に転写する際、上記一対の光透過領域Ｐ，Ｐのいず
れか一方に所定の屈折率を有する透明膜からなる位相シ
フタ３２を設け、これらの光透過領域Ｐ，Ｐを透過した
直後の二つの光の位相が互いに逆相となるように位相シ
フタの膜厚を調整する。これにより、図３７に示すよう
に、半導体ウエハ上では、二つの光がそれらの境界部で
互いに干渉し合って弱め合うので、パターンの投影像の
コントラストが大幅に向上し、パターン転写精度が良好
になる。
【０００９】また、特開昭６２−６７５１４号公報に
は、位相シフトマスク上の第１の光透過領域の周囲に第
２の微小な光透過領域を設けるとともに、上記いずれか
一方の光透過領域に位相シフタを設けて、一対の光透過
領域を透過した二つの光の位相を互いに逆相とすること
によって、パターンの転写精度を向上させる位相シフト
技術が開示されている。
【００１０】また、本発明者により開示された特開平２
−１４０７４３号公報には、１つの光透過領域内の一部
に、例えば光透過領域の外周にエッジ強調のための位相
シフタを設けて、この位相シフタが有る箇所と無い箇所
とを透過した二つの光の位相を互いに逆相とすることに
より、転写されるパターンの中央と周囲とのコントラス
トを増大させて、パターン転写精度を向上させる位相シ
フト露光技術が開示されている。
【００１１】さらに、特開平３−２５２６５９号公報に
は、マスク基板上に遮光領域を挟んで配置された複数の
光透過領域の各々において、中央に比較的幅の広い光透
過領域を配置するとともに、その幅の広い光透過領域の
両側に、その幅の広い光透過領域を透過する光に対して
透過光の位相が逆相となるような比較的幅の狭い光透過
領域とを配置することにより、パターンの転写精度を向
上させる位相シフトマスクが開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
位相シフト露光技術においては、以下の問題があること
を本発明者は見い出した。
【００１３】まず、特公昭６２−５０８１１号公報に記
載された発明の場合、互いに隣接する光透過領域の幅が
ある値以上になると、互いに隣接する光透過領域のうち
の一方の光透過領域に位相シフタを配置したとしても、
位相シフト露光の効果が得られない場合が生じる問題が
あった。
【００１４】また、特開昭６２−６７５１４号公報およ
び特開平２−１４０７４３号公報に記載されている発明
の場合、個々のパターンのエッジ部分を強調する方式な
ので、上述のような問題は生じないが、パターンの微細
化に伴い、如何にして転写露光面の焦点深度およびパタ
ーンの解像度をさらに向上させるかという課題があっ
た。
【００１５】さらに、特開平３−２５２６５９号公報に
おいては、光透過領域に関して、比較的幅広い光透過領
域の両側に比較的狭い光透過領域を設けるとしてあるの
みであり、必ずしも転写露光面の焦点深度およびパター
ンの解像度を向上させる効果が得られない場合が生じる
という問題がマスク試作と露光実験および試料面上での
光強度分布シミュレーションにより判明した。
【００１６】また、この文献には、位相シフトマスクの
パターンデータを作成する方法について何ら記載がな
い。したがって、上記したそれぞれの光透過領域を決め
るパターンの寸法と間隔の範囲を規定した後、位相シフ
トマスクのパターンレイアウトデータの作成に際して、
位相シフトマスクのパターンを複雑に配置された半導体
集積回路パターン上に配置することは困難であるため
に、位相シフトマスクのパターンレイアウトデータの作
成に多大な時間と労力とを要するという問題があった。
【００１７】本発明は、上記した課題に着目してなされ
たものであり、その目的は、転写露光面の焦点深度およ
びパターンの解像度を向上させることのできる位相シフ
ト露光技術を提供することにある。
【００１８】本発明の他の目的は、位相シフトマスクの
パターン設計を容易にすることのできる位相シフト露光
技術を提供することにある。
【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００２１】すなわち、本発明は、遮光パターンを挟ん
で互いに隣接する複数の主光透過パターンは透過した光
の位相が互いに逆相となるように繰り返し配置され、前
記主光透過パターンの外周の少なくとも一部に、透過光
の位相が前記主光透過パターンを透過した光の位相に対
して逆相となるような副光透過パターンを配置した位相
シフトマスクを用いて露光し、基板上のフォトレジスト
膜に転写する工程を有する半導体集積回路装置の製造方
法であって、前記主光透過パターンのパターンデータ
は、前記主光透過パターンの相対位置座標は変えない
で、前記主光透過パターンの幅をプロセス条件に基づい
て、少なくとも繰り返し配置される方向に所定量拡大す
ることにより作成され、前記副光透過パターンのパター
ンデータは、前記主光透過パターンの幅を縮小投影露光
光学系の特性条件に基づいて所定量拡大した後、その拡
大によって得られたパターンのデータから前記主光透過
パターンのデータを除くことにより作成され、前記位相
シフトマスクは、前記主光透過パターンのデータおよび
前記副光透過パターンのデータに基づいて、作成される
ものである。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【作用】上記した本発明によれば、フォトレジスト膜に
転写される複数の繰返しパターンの間隔が露光波長より
も短い場合であっても、主光透過パターンの幅を拡大
し、主光透過パターンを透過する光の量を増加させるこ
とにより、主光透過パターンと副光透過パターンの透過
光の位相差および互いに隣接する主光透過パターンの透
過光の位相差を有効に利用することが可能となる。
【００２８】このため、個々の繰返し光透過パターンの
透過光の位相を主光透過パターンと副光透過パターンと
で逆相とすることにより転写されるパターンのエッジを
強調する作用および互いに隣接する繰返し光透過パター
ンを透過する光の位相も逆相とすることにより双方の透
過光パターンを透過した光の強度を増大させる作用を共
に向上させることが可能となる。
【００２９】また、転写されるパターンのデータを基に
して、主光透過パターンのデータおよび副光透過パター
ンのデータを自動的に作成するので、位相シフトマスク
のパターンデータの設計を容易にすることが可能とな
る。
【００３０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
詳細に説明する。
【００３１】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る露光方法に用いる位相シフトマスクのパターンデータ
の作成方法を説明するためのフロー図、図２は本実施例
１の位相シフトマスクの全体平面図、図３は図２の位相
シフトマスクの要部断面図、図４は図３の位相シフトマ
スクの要部平面図、図５（ａ）〜（ｃ）は位相シフトマ
スクを透過した光の振幅および強度を説明する説明図、
図６〜図９は半導体ウエハ面上での光強度分布について
本発明と従来方式とを比較するためのグラフ図、図１０
〜図１５は図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図、図１６は本実施例の露光方
法に用いた露光装置の説明図、図１７〜図１９は本実施
例の露光方法の説明図である。
【００３２】図２〜図４に示す本実施例１の位相シフト
マスク１は、例えば半導体集積回路パターンを半導体ウ
エハ（所定基板）上に転写するためのレチクルであり、
その主面上には、例えば実寸の５倍の半導体集積回路パ
ターンの原画が形成されている。なお、位相シフトマス
ク１に形成された後述する主光透過パターンおよび副光
透過パターンの幅は、特に記載しない場合は半導体ウエ
ハ面上での換算寸法とする。
【００３３】図２に示すように、位相シフトマスク１の
中央には、転写領域２が配置されている。転写領域２に
は、半導体集積回路パターンを転写するための後述する
繰返し光透過パターンが形成されている。
【００３４】また、転写領域２の外周には、遮光領域３
が配置されている。遮光領域３は、例えばクロム（Ｃ
ｒ）等のような金属膜からなる。遮光領域３には、位相
シフトマスク１と半導体ウエハとの位置合せを行うため
のマーク４ｍ1 、チップアライメントマーク４ｍ2 およ
び位相シフト層と遮光層とのアライメントマーク４ｍ3
が形成されている。マーク４ｍ1 〜４ｍ3 は、例えば３
００μｍ程度の大きさの十字状の光透過パターンからな
る。
【００３５】これにより、位相シフトマスク１と半導体
ウエハとの相対的位置、位相シフトマスク１と半導体ウ
エハ上の半導体チップとの相対的位置および位相シフト
パターンと遮光領域３との相対的位置をそれぞれ合わせ
た状態で、露光処理することが可能となっている。
【００３６】位相シフトマスク１を構成するマスク基板
５は、例えば屈折率が1.４７程度の透明な合成石英ガラ
スからなる。マスク基板５の主面上には、図３および図
４に示すように、露光波長よりも短い間隔で繰り返し配
置される半導体集積回路パターンを転写するための複数
の繰返し光透過パターン６が遮光パターン７を挟んで配
置されている。
【００３７】ただし、互いに隣接する繰返し光透過パタ
ーン６，６の間隔は、例えば露光波長の１／２程度以
上、露光波長以下の範囲の値に設定されている。
【００３８】繰返し光透過パターン６は、例えば矩形状
のパターンであり、その中央に配置された主光透過パタ
ーン６ａと、主光透過パターン６ａの外周に配置された
副光透過パターン６ｂとの２つのパターン領域によって
構成されている。なお、二点鎖線は、フォトレジスト膜
に転写される実際の繰返しパターン８を示している。
【００３９】主光透過パターン６ａは、フォトレジスト
膜に転写される実際の繰返しパターン８を所定量拡大し
た後、縮小投影光学系の縮小率を掛けて得られた矩形状
のパターンである。本実施例１においては、転写後、例
えば0.３μｍ程度のラインアンドスペースとなる繰返し
パターン８に対し、主光透過パターン６ａは、縮小投影
光学系の縮小率をＭとすると、相対位置が変更されない
状態で、その幅Ａが、例えば0.４５μｍ／Ｍ程度にまで
拡大されて配置されている。
【００４０】また、副光透過パターン６ｂは、主光透過
パターン６ａの外周に配置された枠状のパターンであ
る。副光透過パターン６ｂの幅Ｂは、フォトレジスト膜
に実際に転写されないように設定されており、露光波長
をλ、縮小投影光学系の縮小率をＭとすると、０＜Ｂ＜
λ／（３Ｍ）の範囲内に入るように設定されている。本
実施例１では、幅Ｂは、例えば0.０５μｍ／Ｍ程度であ
る。
【００４１】本実施例１においては、１つの繰返し光透
過パターン６において、主光透過パターン６ａを透過し
た光と、副光透過パターン６ｂを透過した光との間に１
８０゜の位相差が生じるようになっている。そして、主
副双方の光透過パターン６ａ，６ｂを透過した光の干渉
により、パターンの転写精度が向上するようになってい
る。
【００４２】また、互いに隣接する繰返し光透過パター
ン６，６において、各々の主光透過パターン６ａ，６ａ
を透過した光には１８０゜の位相差が生じるようになっ
ている。また、互いに隣接する繰返し光透過パターン
６，６において、各々の副光透過パターン６ｂ，６ｂを
透過した光には１８０゜の位相差が生じるようになって
いる。そして、互いに隣接する主光透過パターン６ａ，
６ａを透過した光および互いに隣接する副光透過パター
ン６ｂ，６ｂを透過した光の干渉により、パターン転写
精度が向上するようになっている。
【００４３】本実施例１においては、透過光に位相差を
生じさせる手段として、マスク基板に溝を掘り、マスク
基板の厚さを変えるようにしている。ここで、深さｄ
は、マスク基板５の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（２
（ｎ−１））で表すことができ、例えば波長λが３６５
nm（ｉ線）とすると、深さｄは、３９０nm程度である。
【００４４】ここで、露光光源から放射した光を、位相
シフトマスク１を介して半導体ウエハのフォトレジスト
膜に投影した際の光の振幅および強度のグラフを図５
（ｂ),（ｃ）に示す。
【００４５】図５（ａ）の位相シフトマスク１の互いに
隣接する主光透過パターン６ａ，６ａを透過した直後の
光Ｌ1,Ｌ1 は、図５（ｂ）に示すように、互いに位相が
反転する。
【００４６】これにより、半導体ウエハの主面上におい
て、互いに隣接する繰返し光透過パターン６，６の境界
部では、各々の光Ｌ1,Ｌ1 が互いに干渉し合って弱め合
う。一方、各々の主光透過パターン６ａ，６ａの透過領
域では、各々の光Ｌ1,Ｌ1 が互いに干渉し合って強め合
うような回折投影像が得られる。この回折投影像は、露
光光源から放射される光の位相が揃っている場合には、
コントラストの良い極微細なラインの像となる。
【００４７】また、図５（ａ）の位相シフトマスク１の
主光透過パターン６ａを透過した直後の光Ｌ1 と、副光
透過パターン６ｂを透過した光Ｌ2 とは、図５（ｂ）に
示すように、互いに位相が反転する。これにより、半導
体ウエハの主面上において、主副各々の光透過パターン
６ａ，６ｂの境界部では、各々の光Ｌ1,Ｌ2 が互いに干
渉し合って弱め合うような回折投影像が得られる。
【００４８】図５に示したような効果を得るためには、
本実施例１のように、主光透過パターン６ａの幅を実際
に転写する繰返しパターン８よりも拡大し、主光透過パ
ターン６ａを透過する光の量を増加させ、主光透過パタ
ーン６ａと副光透過パターン６ｂの透過光の位相差およ
び互いに隣接する主光透過パターン６ａ，６ａ間の透過
光の位相差の両方の作用を有効に利用することにより、
位相シフトマスク１のパターンの投影露光の解像度と焦
点深度とを増加させることが必要となる。このことは、
特に、フォトレジスト膜に転写される繰返しパターン８
の最小線幅が、露光波長以下の微小寸法である場合に効
果が大きい。
【００４９】図６（ａ),（ｂ）は、例えば露光光をｉ
線、コヒーレンシσ＝0.３、投影光学レンズの特性ＮＡ
＝0.５として、上記の構造の位相シフトマスク１を用い
て露光処理を行った場合において、半導体ウエハの主面
上から0.５μｍ程度離れたデフォーカス面で観測される
光強度分布を示している。非常に急峻な勾配の光強度曲
線が得られている。
【００５０】ここで得られるレジストパターン（繰返し
パターン）は、例えば幅0.３μｍ、間隔0.３μｍの２本
のラインパターンである。この場合、縮小投影露光系の
縮小率をＭとすると、実際の繰返しパターンの相対位置
が変化しないように拡大されてなる主光透過パターン６
ａの幅Ａは、例えば0.４５μｍ／Ｍ、副光透過パターン
幅Ｂは、例えば0.０５μｍ／Ｍとしてある。
【００５１】一方、図７（ａ),（ｂ）は、主光透過パタ
ーン６ａの幅Ａを拡大しない場合における同一条件での
光強度分布である。ここで、縮小投影露光の縮小率をＭ
とすると、位相シフトマスクの主光透過パターン幅は、
例えば0.３μｍ／Ｍ、副光透過パターン幅は、例えば0.
０５μｍ／Ｍである。
【００５２】図６および図７を比較することによって判
るように、本実施例１のように主光透過パターン６ａの
幅Ａを実際に転写される繰返しパターン８の幅よりも拡
大した合は、そのようにしない従来例の場合よりも光の
強度勾配が急峻になる。したがって、より鮮明なパター
ンを半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に転写すること
が可能となる。
【００５３】図８（ａ),（ｂ）は、副光透過パターンを
持たない位相シフトマスクを用いた場合における同一条
件での光強度分布である。なお、ここで、縮小投影露光
の縮小率をＭとすると、この場合の位相シフトマスクの
主光透過パターンの幅は、例えば0.３μｍ／Ｍである。
【００５４】図６および図８を比較することによって判
るように、本実施例１のように、主光透過パターン６ａ
の幅Ａを転写される実際の繰返しパターン８の幅よりも
拡大するとともに、主光透過パターン６ａの周囲に副光
透過パターン６ｂを配置した場合は、そのようにしない
従来例の場合よりも光の強度勾配が急峻になる。したが
って、より鮮明なパターンを半導体ウエハ上のフォトレ
ジスト膜に転写することが可能となる。
【００５５】図９（ａ),（ｂ）は、位相シフト手段を持
たない従来のフォトマスクの場合における同一条件での
光強度分布である。ここで、縮小投影露光の縮小倍率を
Ｍとすると、フォトマスクの主光透過パターンの幅は、
例えば0.３μｍ／Ｍである。このフォトマスクでは、予
想されるように、近接パターン間の解像が困難となって
いる。
【００５６】図６および図９を比較することによって判
るように、本実施例１のように、主光透過パターン６ａ
の幅Ａを転写される実際の繰返しパターン８の幅よりも
拡大するとともに、主光透過パターン６ａの周囲に副光
透過パターン６ｂを配置した場合は、通常のフォトマス
クの場合よりも光の強度勾配が急峻になる。したがっ
て、より鮮明なパターンを半導体ウエハ上のフォトレジ
スト膜に転写することが可能となる。
【００５７】次に、本実施例１の位相シフトマスク１に
おけるパターンデータの作成方法を図１により説明す
る。
【００５８】まず、半導体集積回路装置等のパターンデ
ータを、例えば矩形状の図形の組合せとして、図形（パ
ターン）の幅Ｗ、長さＨ、その中心座標（Ｘ，Ｙ）等の
ような情報を記載した状態で表示する（ステップ１０
０）。
【００５９】続いて、その組合せによって表示された半
導体集積回路装置等のパターンデータにおいて、パター
ンの重なりがある場合は、その重なり部分を無くすため
に重ね除去処理を行なう。
【００６０】この重ね除去処理は、計算機を利用して、
例えばパターンデータによって形成されるパターンをメ
モリマップ上に展開した後、ＯＲ処理し、パターンが重
なった点でＸ軸方向またはＹ軸方向に分割することで行
なう（ステップ１０１）。
【００６１】その後、そのパターンデータについて、そ
の近接する繰返しパターンの領域にウィンドウを設け
て、ウィンドウ内の所定個の繰り返しパターンのみに着
目して計算機処理を施す。これにより、計算機の処理時
間を短縮する。ただし、このウィンドウ処理をしないで
処理することも可能である（ステップ１０２）。
【００６２】次いで、繰返し方向にパターンデータを並
び替える。ここでは、繰返しパターンのデータが、例え
ば１個〜ｎ個あるとする。
【００６３】ここで、ウィンドウ内の１つのパターンを
入力した後（ステップ１０４）、その入力されたパター
ンがｎ＋１番目か否かを判定する（ステップ１０５）。
【００６４】ステップ１０５において入力されたパター
ンがｎ＋１番目でない場合は、その入力されたパターン
が偶数番目のパターンか奇数番目のパターンかを判定す
る（ステップ１０６）。
【００６５】入力されたパターンが偶数番目の場合は、
次のようにする。
【００６６】まず、そのパターンを、パターンの相対位
置座標は変えないで、半導体集積回路装置のプロセス条
件、例えばパターン幅、露光光強度、レジスト感度およ
び現像等のような条件に基づいて、全体的に所定量αだ
け拡大することにより、上記した主光透過パターン６ａ
（図４参照）のデータを作成する（第１の拡大工程）。
この際、この主光透過パターン６ａを透過する光の位相
φが、例えば零（０）となるように記憶する（ステップ
１０７ａ）。
【００６７】続いて、その主光透過パターン６ａのデー
タを縮小投影露光光学系の特性条件、例えば露光波長、
縮小投影露光装置の縮小率および投影レンズの特性等の
ような条件に基づいて、全体的に所定量βだけ拡大した
後、それによって得られたパターンデータから第１拡大
工程で得られた主光透過パターン６ａのデータを除くこ
とにより、上記した枠状の副光透過パターン６ｂのデー
タを作成する（第２の拡大工程）。
【００６８】この際、所定量βは、０＜β＜λ／（３
Ｍ）の範囲とする。また、この副光透過パターン６ｂを
透過する光の位相φが、例えばπとなるように記憶す
る。すなわち、主光透過パターン６ａを透過する光の位
相と逆相とする（ステップ１０８ａ）。
【００６９】その後、パターン番号のｉに１を加算した
後、１図形入力工程１０４の前段に戻る。
【００７０】一方、ステップ１０６において、その入力
されたパターンが奇数番目のパターンの場合において
も、処理自体は偶数番目の場合と同様である。
【００７１】ただし、第１の拡大工程においては、主光
透過パターン６ａを透過する光の位相φが、例えばπと
なるように記憶する。すなわち、その主光透過パターン
６ａに隣接する偶数番目の主光透過パターン６ａの透過
光の位相と逆相とする（ステップ１０７ｂ）。
【００７２】また、第２の拡大工程においては、副光透
過パターン６ｂを透過する光の位相φが、例えば０とな
るように記憶する。すなわち、同一の繰返し光透過パタ
ーン６内における主光透過パターン６ａを透過する光の
位相と逆相になるようにする（ステップ１０８ｂ）。
【００７３】ところで、上述の説明においては、第１の
拡大工程において、パターンを全体的に拡大した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、例
えばパターンの拡大量を、パターンが繰り返し配置され
る方向と、これに直交する方向とで各々変えるようにし
ても良い。例えばその直交方向の拡大量を、パターンが
繰り返し配置される方向における拡大量の１／２程度に
する等である。これにより、パターン配置の制約等に対
応することが可能となる。
【００７４】以上のような処理を全ての繰返しパターン
に対して施した時点で、すなわち、ステップ１０５にお
けるｉがｎ＋１となった時点でパターンデータの作成処
理を終了する。
【００７５】その後、後述するようにして、そのパター
ンデータに基づいて位相シフトマスク１上にパターンを
形成した後、その位相シフトマスク１を用いて露光処理
を行う（ステップ１０９，１１０）。
【００７６】次に、上記のようにして作成したパターン
データに基づいて、本実施例１における位相シフトマス
ク１の露光パターンの形成方法を図１０〜図１５によっ
て説明する。
【００７７】まず、図１０に示すように、石英ガラス基
板等からなる透明のマスク基板５の主面上に、例えばス
パッタリング法を用いてＣｒ等のような金属薄膜９を堆
積した後、その上に電子線レジスト膜１０をスピン塗布
法等によって堆積する。
【００７８】続いて、電子線描画装置を用いてこのマス
ク基板５に電子線を照射する。この電子線描画装置は、
上記した位相シフトマスク１のパターンデータを含む半
導体集積回路パターンの図形の情報や位置座標の情報等
のパターンデータに基づいて、コンピュータ制御により
電子線を走査する。ここで用いるパターンデータは、例
えば図１に示した透過光の位相を反転させる領域（φ＝
π）に対応したものである。
【００７９】上記パターンの他に、マスク基板の周辺部
に、図２に示した位相シフト層と遮光層とのアライメン
トマーク４ｍ3 を露光する。マーク４ｍ3 は、例えば十
字状の光透過パターンからなる。
【００８０】その後、電子線レジスト膜１０がポジ型、
ネガ型かに対応して、その露光部分、または未露光部分
を現像液により除去してレジストパターン（図示せず）
を形成した後、そのレジストパターンをエッチングマス
クとしてレジストパターンから露出した金属薄膜９をエ
ッチング除去する。
【００８１】この金属薄膜９のエッチングは、例えば硝
酸セリウム第二アンモニウム等のような湿式エッチング
を用いて行うことができる。
【００８２】次いで、マスク基板５に対して、例えば酸
素プラズマを用いたエッチング処理を施すことにより、
レジストパターンを除去した後、マスク基板５に対して
洗浄処理を施す。
【００８３】続いて、マスク基板５の外観を検査するこ
とが望ましい。この外観検査によって、金属薄膜９の微
小な残り欠陥が発見された場合は、その残り部分を、例
えばレーザ光を照射して除去する。
【００８４】また、金属薄膜９の欠け欠陥が発見された
場合は、例えばネガ型のフォトレジスト膜を用いてその
欠陥箇所にスポット露光し、現像してフォトレジスト膜
を残しておく。このようにして、図１１に示すように、
位相シフト層形成のための金属薄膜パターン９ａを実効
的に無欠陥の状態でマスク基板５上に形成する。
【００８５】その後、図１２に示すように、マスク基板
５上の金属薄膜パターン９ａをエッチングマスクとし
て、金属薄膜パターン９ａから露出するマスク基板部分
を所定の深さｄだけ、ＣＦ4 のプラズマエッチング等を
用いてエッチング除去することにより、マスク基板５上
に透過光の位相をシフトさせるための深さｄの凹凸を形
成する。
【００８６】ここで、マスク基板５の深さｄは、露光光
の波長をλ、マスク基板５の屈折率をｎとすると、ｄ＝
λ／（２（ｎ−１））またはこの奇数倍の関係を満たす
ように設定すれば良い。
【００８７】例えば光の波長を３６５ｎｍ（ｉ線）、マ
スク基板５の屈折率を1.４７とすると、マスク基板５の
深さｄは３９０ｎｍ程度にすれば良い。ＣＦ4 のプラズ
マエッチングでは、エッチング時間等により深さの制御
が可能である。
【００８８】なお、マスク基板５における所定箇所が所
定の深さとなっていない場合には、例えば集束イオンビ
ームをその欠陥箇所に照射して、その部分をエッチング
除去することにより、その箇所を所定深さに設定すれば
良い。
【００８９】上記した位相シフト手段の形成のためにマ
スク基板５を溝を形成する方法の代りに、マスク基板５
上に所定の膜厚の透明膜と遮光膜を堆積する方法を採用
することにより、深さｄの加工精度を向上させることが
できる。
【００９０】次いで、金属薄膜パターン９ａを、例えば
上記と同じ湿式エッチング処理によって除去し、図１３
に示すように、主面に位相シフト用の凹凸を有するマス
ク基板５を作成する。
【００９１】続いて、図１４に示すように、マスク基板
５の主面上に、例えばスパッタリング法を用いて、Ｃｒ
等からなる金属薄膜１１を堆積した後、その金属薄膜１
１上に電子線レジスト膜１２をスピン塗布法等によって
堆積する。
【００９２】その後、上記位置合わせ用のマーク４ｍ3
の位置を電子線描画装置を用いて検出し、このマスク基
板５上に形成した凹凸パターンの座標系を合わせた後、
マスク基板５上の電子線レジスト膜１２に対して、上記
位相シフトマスク１のパターンデータに基づいて電子線
を照射し、所望のパターンを電子線レジスト膜１２に転
写する。
【００９３】ここで、電子線照射するパターンは、例え
ば図１に示した透過領域（φ＝πとφ＝０との合成領
域）のポジネガ反転領域である遮光領域となるパターン
である。電子線描画装置の描画精度に関して、パターン
の重ね合わせは、0.１μｍ以下にすることができるの
で、この方式は、縮小率１／５の露光装置のレチクルに
適用できる。
【００９４】次いで、上記パターンに加えて、マスク基
板５の遮光領域３（図２参照）に、位相シフトマスク１
と半導体ウエハとの位置合わせを行うためのマーク４ｍ
1 のパターンを露光する。このマーク４ｍ1 のパターン
は、縮小投影露光装置によって指定されるものである。
【００９５】続いて、電子線レジスト膜１２がポジ型
か、ネガ型かに応じて、その露光部分または未露光部分
を現像液により除去してレジストパターンを形成した
後、そのレジストパターンから露出する金属薄膜１１を
エッチング除去する。
【００９６】最後に、そのレジストパターンを除去し、
図１５に示すように、マスク基板５上に遮光パターン７
を形成した後、遮光パターン７の外観検査を行う。
【００９７】この際、図１４に示した金属薄膜１１の微
小な残り欠陥が発見された場合は、その残り部分を、例
えばレーザ光を照射して除去する。
【００９８】また、図１４に示した金属薄膜１１の欠け
欠陥が発見された場合は、有機ガスの導入された処理室
内に位相シフトマスク１を収容した後、その欠陥部分に
集束イオンビームを照射することにより、その欠けた部
分にカーボン膜等の遮光膜を形成することにより欠陥修
正を行う。
【００９９】次に、本実施例１の露光方法に用いる縮小
投影露光装置の例を図１６によって説明する。本実施例
１の縮小投影露光装置１３のコヒーレンシσは、例えば
0.３、投影光学レンズの開口特性ＮＡは、例えば0.５、
縮小投影露光の縮小率Ｍは、例えば１／５である。
【０１００】縮小投影露光装置１３の光学系は、露光光
源１４と試料ステージ１５とを結ぶ光路上に配置されて
おり、ミラー１６ａ，１６ｂ、シャッタ１７、フライア
イレンズ１８、コンデンサレンズ１９および縮小投影光
学レンズ系２０を有している。
【０１０１】上記位相シフトマスク１は、縮小投影露光
装置１３のコンデンサレンズ１９と縮小投影光学レンズ
系２０との間に、位相シフトマスク１および半導体ウエ
ハ２１の位置合わせのためのアライメント光学系２２に
よって位置合わせされた状態で設置されている。
【０１０２】アライメント光学系２２は、集光レンズ２
２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉ，２２ｊと、ハ
ーフミラー２２ｂ，２２ｄと、位置合せ光源２２ｆと、
モニタカメラ２２ｋと、ミラー２２ｈとを有している。
【０１０３】露光光源１４は、例えばｉ線等のような光
Ｌを放射する高圧水銀ランプである。試料ステージ１５
上に載置された半導体ウエハ２１は、例えばシリコン
（Ｓｉ）単結晶からなり、その主面上には、感光性を有
するフォトレジスト膜がスピン塗布されている。
【０１０４】縮小投影露光装置１３の露光光源１４から
放射された光Ｌは、ミラー１６ａ、コンデンサレンズ１
９、位相シフトマスク１および縮小投影光学レンズ系２
０を介して、半導体ウエハ２１の主面に入射するように
なっている。
【０１０５】次に、本実施例１の露光処理方法およびパ
ターニング処理方法を図１７〜図１９によって説明す
る。
【０１０６】まず、半導体ウエハ２１を構成する半導体
基板２１ａ上に形成されたＳｉＯ2等からなる絶縁膜２
１ｂ上に、例えばアルミニウム（Ａｌ）等からなる金属
膜２１ｃをスパッタリング法等によって堆積した後、そ
の金属膜２１ｃ上に、例えば厚さ0.６μｍ程度のフォト
レジスト膜２１ｄを堆積する。
【０１０７】続いて、その半導体ウエハ２１に対して、
ベーク処理を施す。この際、本実施例１においては、フ
ォトレジスト膜２１ｄに転写される繰返しパターンの実
効寸法が拡大しないように、ベーク温度を、繰返し光透
過パターン６の大きさを拡大しない従来の位相シフトマ
スクを用いる際の露光前ベーク処理温度よりも低くす
る。
【０１０８】その後、位相シフトマスク１および半導体
ウエハ２１を、縮小投影露光装置１３（図１６参照）の
所定位置に配置した後、露光光源１４から放射された光
を、図１７に示すように、位相シフトマスク１を介して
半導体ウエハ２１に照射する。この際、本実施例１にお
いては、フォトレジスト膜２１ｄに転写される繰返しパ
ターンの実効寸法が拡大しないように、露光時間を、繰
返し光透過パターン６の大きさを拡大しない従来の位相
シフトマスクを用いる際の露光時間よりも短くする。
【０１０９】次いで、半導体ウエハ２１に対してベーク
処理を施す。この際においても、本実施例１において
は、フォトレジスト膜２１ｄに転写される繰返しパター
ンの実効寸法が拡大しないように、ベーク温度を、繰返
し光透過パターン６の大きさを拡大しない従来の位相シ
フトマスクを用いる際の露光後ベーク処理温度よりも低
くする。
【０１１０】続いて、半導体ウエハ２１上のフォトレジ
スト膜２１ｄに対して現像処理を施すことにより、図１
８に示すように、レジストパターン２１ｄ1 を形成す
る。
【０１１１】この際、本実施例１においては、フォトレ
ジスト膜２１ｄに転写される繰返しパターンの実効寸法
が拡大しないように、現像時間を、例えば現像液の溶解
度を下げる等により、繰返し光透過パターン６の大きさ
を拡大しない従来の位相シフトマスクを用いた際の現像
時間よりも短くする。
【０１１２】その後、レジストパターン２１ｄ1 をエッ
チングマスクとして、レジストパターン２１ｄ1 から露
出する金属膜２１ｃをエッチング除去することにより、
図１９に示すように、半導体ウエハ２１上に配線パター
ン（繰返しパターン）２１ｃ1 を形成する。
【０１１３】このように、本実施例１によれば、以下の
効果を得ることが可能となる。
【０１１４】(1).個々の繰返し光透過パターン６を透過
する光の位相を繰返し光透過パターン６の主光透過パタ
ーン６ａとその外周の副光透過パターン６ｂとで逆相と
して、転写されるパターンのエッジを強調するととも
に、互いに隣接する主光透過パターン６ａ，６ａを透過
する光の位相も逆相として、双方の主光透過パターン６
ａ，６ａを透過した光の強度を増大させることにより、
転写露光面の焦点深度を増大させることができるととも
に、転写されるパターンの解像度を向上させることが可
能となる。
【０１１５】(2).上記(1) により、微細なパターンを高
い精度で形成することができるので、微細パターンを有
する半導体集積回路装置の信頼性および歩留りを向上さ
せることが可能となる。
【０１１６】(3).転写する半導体集積回路装置のパター
ンデータを基にして、主光透過パターン６ａのデータお
よび副光透過パターン６ｂのデータを自動的に作成する
ので、位相シフトマスク１のパターンデータの設計を容
易にすることが可能となる。すなわち、複雑に配置され
た半導体集積回路パターンを転写するための位相シフト
マスク１のパターンデータを容易に設計することが可能
となる。
【０１１７】（実施例２）図２０は本発明の他の実施例
である露光方法に用いる位相シフトマスクの要部断面
図、図２１は図２０の位相シフトマスクの要部平面図、
図２２（ａ）〜（ｃ）は位相シフトマスクを透過した光
の振幅および強度を説明する説明図である。
【０１１８】本実施例２においては、位相シフトマスク
を透過した光の位相を操作するだけで、半導体ウエハ上
のフォトレジスト膜に繰返しパターンを転写するように
なっている。図２０および図２１に、それぞれ本実施例
２の位相シフトマスク１の断面図および平面図を示す。
【０１１９】マスク基板５上に形成された遮光領域３に
は、長方形状の光透過領域が形成されている。そして、
その光透過領域内に複数の繰返し光透過パターン６が形
成されている。繰返し光透過パターン６の間隔は、前記
実施例１と同様、例えば露光波長の１／２程度から露光
波長以下である。
【０１２０】各繰返し光透過パターン６は、前記実施例
１と同様、主光透過パターン６ａと、副光透過パターン
６ｂとから構成されている。透過光の位相の状態も前記
実施例１と同様である。主光透過パターン６ａは、矩形
状に形成されている。また、副光透過パターン６ｂは、
主光透過パターン６ａの両側に配置されている。副光透
過パターン６ｂの幅Ｗは、前記実施例１と同様、０＜Ｗ
＜λ／（３Ｍ）の範囲に入るように設定されている。
【０１２１】ただし、本実施例２においては、互いに隣
接する繰返し光透過パターン６，６の間に、前記実施例
１で説明した遮光パターン７（図３、図４参照）が介在
されていない。互いに隣接する繰返しパターン６，６を
分離するパターンを、透過光の位相を操作することによ
り形成できるようになっているからである。
【０１２２】また、本実施例２においても、マスク基板
５上の遮光領域３（図２参照）に、位相シフトマスク１
と半導体ウエハとの位置合せを行うためのマーク４
ｍ1 、チップアライメントマーク４ｍ2 および位相シフ
トと遮光領域との位置合せを行うためのアライメントマ
ーク４ｍ3 が形成されている。マーク４ｍ1 〜４ｍ
3 は、例えば３００μｍ程度の大きさの十字状の光透過
パターンからなる。
【０１２３】これにより、位相シフトマスク１と半導体
ウエハとの相対的位置、位相シフトマスク１と半導体ウ
エハ上の半導体チップとの相対的位置および位相シフト
パターンと遮光領域３との相対的位置を合わせた状態
で、露光処理を行うことが可能となっている。
【０１２４】ここで、露光光源から放射した光を、本実
施例２の位相シフトマスク１を介して半導体ウエハ上の
フォトレジスト膜に投影した際の光の振幅および強度を
図２２によって説明する。
【０１２５】図２２（ａ）の位相シフトマスク１におけ
る互いに隣接する主光透過パターン６ａ，６ａを透過し
た直後の光Ｌ1,Ｌ1 は、図２２（ｂ）に示すように、互
いに位相が反転する。
【０１２６】これにより、半導体ウエハの主面上におい
て、互いに隣接する繰返し光透過パターン６，６の境界
部では、各々の光Ｌ1,Ｌ2 が互いに干渉し合って弱め合
う。一方、主光透過パターン６ａの透過領域では、互い
に干渉し合って強め合うような回折投影像が得られる。
この回折投影像は、露光光源から放射される光の位相が
揃っている場合には、コントラストの良い極微細なライ
ンの像となる。
【０１２７】また、図２２（ａ）の位相シフトマスク１
の主光透過パターン６ａを透過した直後の光Ｌ1 と、副
光透過パターン６ｂを透過した光Ｌ2 とは、図２２
（ｂ）に示すように、互いに位相が反転する。これによ
り、半導体ウエハの主面上において、各々の光Ｌ1,Ｌ2
が、主副各々の光透過パターン６ａ，６ｂの境界部で互
いに干渉し合って弱め合うような回折投影像が得られ
る。なお、透過光の位相差は、前記実施例１と同様、例
えば１８０゜である。
【０１２８】本実施例２の位相シフトマスク１上のパタ
ーンデータの作成方法は、前記実施例１で説明したのと
基本的に同様である。ただし、本実施例２の場合は、前
記第２の拡大工程に際して、例えばパターンを互いに隣
接する繰返しパターン８が配置される方向のみに拡大す
る。
【０１２９】また、位相シフトマスク１上のパターンの
形成方法も基本的に前記実施例１と同様である。ただ
し、本実施例２の場合は、互いに隣接する繰返し光透過
パターン６，６間に遮光パターン７（図３、図４参照）
は形成されない。
【０１３０】このように、本実施例２においても前記実
施例１と同様の効果を得ることが可能となる。すなわ
ち、転写露光面の焦点深度を増大させることができると
ともに、転写されるパターンの解像度を向上させること
が可能となる。
【０１３１】また、転写する半導体集積回路装置のパタ
ーンデータを基にして、主光透過パターン６ａのデータ
および副光透過パターン６ｂのデータを自動的に作成す
るので、透過光の位相差のみを用いてパターンを形成す
るような位相シフトマスク１のパターンデータの設計を
容易にすることが可能となる。
【０１３２】（実施例３）図２３は本発明の他の実施例
である露光方法に用いる位相シフトマスクの要部断面
図、図２４は図２３の位相シフトマスクの要部平面図で
ある。
【０１３３】本実施例３においては、図２３および図２
４に示すように、主光透過パターン６ａ1,６ａ2 の各々
の幅Ａ1,Ａ2 が異なるとともに、副光透過パターン６ｂ
1,６ｂ2 の各々の幅Ｂ1 〜Ｂ3 も異なる。
【０１３４】幅Ａ1 は、例えば2.４〜2.５μｍ程度であ
る。幅Ａ2 は、例えば2.２５μｍ程度である。幅Ｂ
1 は、例えば0.３５μｍ程度である。幅Ｂ2 は、例えば
0.３μｍ程度である。また、幅Ｂ3 は、例えば0.２５μ
ｍ程度である。ただし、フォトレジスト膜に転写される
実際の繰返しパターンの幅は、例えば0.３μｍ程度であ
る。
【０１３５】このようにした理由は、従来技術の説明で
用いた図３７に示したように、半導体ウエハの外周側の
光強度が中央の光強度より若干減衰することに起因し
て、フォトレジスト膜に転写されるパターンの寸法が半
導体ウエハの外周と中央とで異なってしまうのを防止す
るためである。
【０１３６】すなわち、主光透過パターン６ａ1,６ａ2
の各々の幅Ａ1,Ａ2 および副光透過パターン６ｂ1 〜６
ｂ3 の各々の幅Ｂ1 〜Ｂ3 を異なるようにして、主光透
過パターン６ａ1,６ａ2 および副光透過パターン６ｂ1
〜６ｂ3 を透過する各々の光の量を調節することによ
り、半導体ウエハ面内における光の強度が均一となるよ
うにするためである。
【０１３７】これにより、本実施例３の位相シフトマス
ク１を用いた場合、半導体ウエハ上のフォトレジスト膜
に同一寸法の複数の繰返しパターンを精度良く転写する
ことが可能となっている。
【０１３８】ただし、繰返し光透過パターン６の相対的
位置座標は変えていない。また、繰返し光透過パターン
６の間隔は、前記実施例１と同様であり、例えば露光波
長の１／２程度以上、露光波長以下の範囲に設定されて
いる。
【０１３９】このように、本実施例３においては、前記
実施例１，２で得られた効果の他に、以下の効果を得る
ことが可能となる。
【０１４０】すなわち、主光透過パターン６ａ1,６ａ2
の各々の幅Ａ1,Ａ2 および副光透過パターン６ｂ1 〜６
ｂ3 の各々の幅Ｂ1 〜Ｂ3 を異なるようにして、主光透
過パターン６ａ1,６ａ2 および副光透過パターン６ｂ1
〜６ｂ3 を透過する各々の光の量を調節することによ
り、半導体ウエハの主面内における光の強度を均一にす
ることができるので、半導体ウエハ上のフォトレジスト
膜に同一寸法の複数の繰返しパターンを転写することが
可能となる。
【０１４１】（実施例４）図２５は本発明の他の実施例
である露光方法に用いる位相シフトマスクの要部断面
図、図２６は図２５の位相シフトマスクの要部平面図、
図２７〜図２９は本実施例の露光方法の説明図である。
【０１４２】図２５および図２６に示す本実施例４の位
相シフトマスク１においては、例えば接続孔パターンを
フォトレジスト膜に転写するための微小孤立光透過パタ
ーン２３がマスク基板５上に形成されている。
【０１４３】この微小孤立光透過パターン２３は、例え
ば矩形状の主光透過パターン２３ａと、その外周に遮光
パターン７を挟まないで形成された副光透過パターン２
３ｂとから構成されている。
【０１４４】主光透過パターン２３ａの寸法は、半導体
ウエハ上のフォトレジスト膜に転写される実際のパター
ンの寸法に縮小投影露光光学系の縮小率を掛けた値より
も若干大きめに設定されており、例えば2.５μｍ×2.５
μｍ程度である。この場合、半導体ウエハ上のフォトレ
ジスト膜に転写されるパターンの寸法は、例えば0.３μ
ｍ×0.３μｍ程度である。
【０１４５】すなわち、本実施例４においては、主光透
過パターン２３ａの大きさを、フォトレジスト膜に転写
しようとしているパターンの大きさよりも大きめに設定
し、透過光の量を増大させることにより、転写露光面の
焦点深度を増大させることができるとともに、転写され
るパターンの解像度を向上させることができるようにな
っている。
【０１４６】副光透過パターン２３ｂは、マスク基板５
に凹凸を設けることによって形成されている。なお、本
実施例４においても、前記実施例１〜３と同様、主光透
過パターン２３ａを透過した光と、副光透過パターン２
３ｂを透過した光とでは位相が逆となっている。
【０１４７】このような微小孤立光透過パターン２３の
データを作成するには、以下のようにする。
【０１４８】まず、フォトレジスト膜に転写する実際の
接続孔パターンを所定量拡大した後、拡大して得られた
パターンに縮小投影露光光学系の縮小率を掛けることに
より、所定の大きさの主光透過パターン２３ａのデータ
を作成する。続いて、その主光透過パターン２３ａの周
囲に所定幅を有する副光透過パターン２３ｂのデータを
作成し、微小孤立光透過パターン２３のデータを作成す
る。
【０１４９】次に、本実施例４の露光処理方法およびパ
ターニング処理方法を図２７〜図２９によって説明す
る。
【０１５０】まず、半導体基板２１ａ上に形成されたＳ
ｉＯ2 等からなる絶縁膜２１ｂ1 上に、例えばＡｌ等か
らなる金属膜２１ｃをスパッタリング法等によって堆積
した後、その金属膜２１ｃ上に、例えばＳｉＯ2 等から
なる絶縁膜２１ｂ2 を堆積し、さらに、その絶縁膜２１
ｂ2 上にフォトレジスト膜２１ｄを堆積する。
【０１５１】続いて、その半導体ウエハ２１に対して、
ベーク処理を施す。この際、本実施例４においては、フ
ォトレジスト膜２１ｄに転写される接続孔パターンの実
効寸法が拡大しないように、ベーク温度を、微小孤立光
透過パターン２３の大きさを拡大しない従来の位相シフ
トマスクを用いる際の露光前ベーク処理温度よりも低く
する。
【０１５２】その後、位相シフトマスク１および半導体
ウエハ２１を、縮小投影露光装置１３（図１６参照）の
所定位置に配置した後、露光光源１４から放射された光
を、図２７に示すように、位相シフトマスク１を介して
半導体ウエハ２１に照射する。この際、本実施例１にお
いては、フォトレジスト膜２１ｄに転写される接続孔パ
ターンの実効寸法が拡大しないように、露光時間を、微
小孤立光透過パターン２３の大きさを拡大しない従来の
位相シフトマスクを用いる際の露光時間よりも短くす
る。
【０１５３】次いで、半導体ウエハ２１に対してベーク
処理を施す。この際においても、本実施例１において
は、フォトレジスト膜２１ｄに転写される接続孔パター
ンの実効寸法が拡大しないように、ベーク温度を、微小
孤立光透過パターン２３の大きさを拡大しない従来の位
相シフトマスクを用いる際の露光後ベーク処理温度より
も低くする。
【０１５４】続いて、半導体ウエハ２１上のフォトレジ
スト膜２１ｄに対して現像処理を施すことにより、図２
８に示すように、レジストパターン２１ｄ2 を形成す
る。
【０１５５】この際、本実施例１においては、フォトレ
ジスト膜２１ｄに転写される接続孔パターンの実効寸法
が拡大しないように、現像時間を、例えば現像液の溶解
度を下げる等により、繰返し光透過パターン６の大きさ
を拡大しない従来の位相シフトマスクを用いた際の現像
処理時間よりも短くする。
【０１５６】その後、レジストパターン２１ｄ2 をエッ
チングマスクとして、レジストパターン２１ｄ2 から露
出する絶縁膜２１ｂ2 をエッチング除去することによ
り、図２９に示すように、半導体ウエハ２１上に接続孔
パターン（微小孤立パターン）２１ｅを形成する。
【０１５７】このように、本実施例４によれば、位相シ
フトマスク１に形成された主光透過パターン２３ａの大
きさを、フォトレジスト膜２１ｄに転写される実際の接
続孔パターン２１ｅの寸法よりも若干大きめとするとと
もに、その主光透過パターン２３ａの周囲に主光透過パ
ターン２３ａを透過した光と位相が逆となるような副光
透過パターン２３ｂを設けることにより、パターン転写
精度および焦点深度を向上させることが可能となる。す
なわち、微細なパターンを高い精度で形成することがで
きるので、微細パターンを有する半導体集積回路装置の
信頼性および歩留りを向上させることが可能となる。
【０１５８】（実施例５）図３０は本発明の他の実施例
である露光方法に用いる位相シフトマスクの要部断面
図、図３１は図３０の位相シフトマスクの要部平面図で
ある。
【０１５９】図３０および図３１に示す本実施例５の位
相シフトマスク１も、マスク基板５上に接続孔パターン
を形成するための微小孤立光透過パターン２３が形成さ
れている。
【０１６０】ただし、本実施例５の場合は、微小孤立光
透過パターン２３が、例えば矩形状の主光透過パターン
２３ａと、その外周に遮光パターン７を挟んで配置され
た補助パターン（副光透過パターン）２３ｃとから構成
されている。
【０１６１】主光透過パターン２３ａの寸法は、実際に
半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に転写されるパター
ンの寸法に縮小露光光学系の縮小率を掛けた値よりも若
干大きめに設定されている。主光透過パターン２３ａの
寸法は、例えば2.５μｍ×2.５μｍ程度である。ただ
し、半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に転写されるパ
ターンの寸法は、例えば0.３μｍ×0.３μｍ程度であ
る。
【０１６２】すなわち、本実施例５においても、主光透
過パターン２３ａの大きさを、フォトレジスト膜に転写
しようとしているパターンの大きさよりも大きめに設定
し、透過光の量を増大させることにより、転写露光面の
焦点深度を増大させることができるとともに、転写され
るパターンの解像度を向上させることができるようにな
っている。
【０１６３】また、補助パターン２３ｃ上には、透過光
の位相を逆相とするための透明膜２４が配置されてい
る。これにより、主光透過パターン２３ａを透過した光
と、補助パターン２３ｃを透過した光とで位相が逆とな
るようになっている。
【０１６４】このような微小孤立光透過パターン２３の
データを作成するには、以下のようにする。
【０１６５】まず、フォトレジスト膜に転写する実際の
接続孔パターンを所定量拡大した後、拡大して得られた
パターンに縮小投影露光光学系の縮小率を掛けることに
より、所定の大きさの主光透過パターン２３ａのデータ
を作成する。続いて、その主光透過パターン２３ａの周
囲に遮光パターン７を挟んで、所定幅を有する補助パタ
ーン２３ｃのデータを作成し、微小孤立光透過パターン
２３のデータを作成する。
【０１６６】このように、本実施例５によれば、位相シ
フトマスク１に形成された主光透過パターン２３ａの大
きさを、フォトレジスト膜に転写される実際の接続孔パ
ターンの寸法よりも若干大きめとするとともに、その主
光透過パターン２３ａの周囲に透過光の位相が逆となる
ような補助パターン２３ｃを設けることにより、パター
ン転写精度および焦点深度を向上させることが可能とな
る。すなわち、微細なパターンを高い精度で形成するこ
とができるので、微細パターンを有する半導体集積回路
装置の信頼性および歩留りを向上させることが可能とな
る。
【０１６７】（実施例６）図３２は本発明の他の実施例
である露光方法に用いる位相シフトマスクの要部断面
図、図３３は図３２の位相シフトマスクの要部平面図で
ある。
【０１６８】図３２および図３３に示す本実施例６の位
相シフトマスク１も、マスク基板５上に接続孔パターン
を形成するための微小孤立光透過パターン２３が形成さ
れている。ただし、本実施例６の場合は、微小孤立光透
過パターン２３が、マスク基板５上に堆積された半透明
膜２５の一部を開口することによって形成されている。
半透明膜の透過率は、例えば１／２〜１／１０程度であ
る。
【０１６９】微小孤立光透過パターンの寸法は、実際に
半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に転写されるパター
ンの寸法に縮小露光光学系の縮小率を掛けた値よりも若
干大きめに設定されており、例えば2.５μｍ×2.５μｍ
程度である。ただし、半導体ウエハ上のフォトレジスト
膜に転写されるパターンの寸法は、例えば0.３μｍ×0.
３μｍ程度である。
【０１７０】すなわち、本実施例６においても、微小孤
立光透過パターン２３の大きさを、フォトレジスト膜に
転写しようとしているパターンの大きさよりも大きめに
設定し、透過光の量を増大させることにより、転写露光
面の焦点深度を増大させることができるとともに、転写
されるパターンの解像度を向上させることができるよう
になっている。
【０１７１】このような微小孤立光透過パターン２３の
データを作成するには、フォトレジスト膜に転写する実
際の接続孔パターンを所定量拡大した後、拡大して得ら
れたパターンに縮小投影露光光学系の縮小率を掛けるこ
とにより、所定の大きさの微小孤立光透過パターン２３
のデータを作成する。
【０１７２】本実施例６によれば、前記実施例４，５で
得られた効果の他に、以下の効果を得ることが可能とな
る。すなわち、半透明膜２５の一部を除去するだけで微
小孤立光透過パターン２３を形成することができるの
で、位相シフトマスク１を簡単に製造することが可能と
なる。
【０１７３】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
１〜６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。
【０１７４】例えば前記実施例１〜４においては、透過
光の位相を反転させる方式として、マスク基板に溝を設
ける方式を用いた場合について説明したが、これに限定
されるものではなく、例えばマスク基板上に透明膜を堆
積することにより透過光の位相を反転させるようにして
も良い。この透明膜としては、例えばスピンオングラス
(Spin On Glass) 膜等を用いれば良い。
【０１７５】また、前記実施例３においては、半導体ウ
エハ面内の光強度が半導体ウエハの外周と中央とで異な
ることに起因する転写パターンの寸法の変動を防止する
ために個々の主光透過パターン等の寸法を変えるように
した場合について説明したが、これに限定されるもので
はなく種々変更可能であり、例えば位相シフト手段とし
て透明膜を用いた場合等において透過率が下がることに
起因する転写パターンの寸法の変動を防止するために主
光透過パターン等の寸法を変えるようにしても良い。
【０１７６】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半導体
集積回路装置の製造における露光方法に適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されず種々適用可能であ
り、例えば液晶基板の製造における露光方法等のような
他の露光方法に適用することも可能である。
【０１７７】
【発明の効果】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、
下記のとおりである。
【０１７８】上記した本発明によれば、フォトレジスト
膜に転写される複数の繰返しパターンの間隔が露光波長
よりも短い場合であっても、主光透過パターンの幅を拡
大し、主光透過パターンを透過する光の量を増加させる
ことにより、主光透過パターンと副光透過パターンの透
過光の位相差および互いに隣接する主光透過パターンの
透過光の位相差を有効に利用することが可能となる。
【０１７９】このため、個々の繰返し光透過パターンの
透過光の位相を主光透過パターンと副光透過パターンと
で逆相とすることにより転写されるパターンのエッジを
強調する作用および互いに隣接する繰返し光透過パター
ンを透過する光の位相も逆相とすることにより双方の透
過光パターンを透過した光の強度を増大させる作用を共
に向上させることが可能となるる。
【０１８０】この結果、転写露光面の焦点深度を増大さ
せることができるとともに、転写されるパターンの解像
度を向上させることが可能となる。したがって、本発明
の露光方法を半導体集積回路装置の製造方法に適用する
ことにより、微細なパターンを高い精度で形成すること
ができるので、微細パターンを有する半導体集積回路装
置の信頼性および歩留りを向上させることが可能とな
る。
【０１８１】また、転写されるパターンのデータを基に
して、主光透過パターンのデータおよび副光透過パター
ンのデータを自動的に作成するので、位相シフトマスク
のパターンデータの設計を容易にすることが可能とな
る。したがって、本発明の露光方法を半導体集積回路装
置の製造方法に適用することにより、複雑な半導体集積
回路パターンを転写する場合であっても、それを転写す
るための位相シフトマスクのパターンデータを容易に設
計することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である露光方法に用いる位相
シフトマスクのパターンデータの作成方法を説明するた
めのフロー図である。
【図２】本実施例の位相シフトマスクの全体平面図であ
る。
【図３】図２の位相シフトマスクの要部断面図である。
【図４】図３の位相シフトマスクの要部平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は位相シフトマスクを透過した
光の振幅および強度を説明する説明図である。
【図６】半導体ウエハ面上での光強度分布について本発
明と従来方式とを比較するためのグラフ図である。
【図７】半導体ウエハ面上での光強度分布について本発
明と従来方式とを比較するためのグラフ図である。
【図８】半導体ウエハ面上での光強度分布について本発
明と従来方式とを比較するためのグラフ図である。
【図９】半導体ウエハ面上での光強度分布について本発
明と従来方式とを比較するためのグラフ図である。
【図１０】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１１】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１２】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１３】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１４】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１５】図２の位相シフトマスクの製造工程中におけ
るマスク基板の要部断面図である。
【図１６】実施例の露光方法に用いた露光装置の説明図
である。
【図１７】実施例１の露光方法の説明図である。
【図１８】実施例１の露光方法の説明図である。
【図１９】実施例１の露光方法の説明図である。
【図２０】本発明の他の実施例である露光方法に用いる
位相シフトマスクの要部断面図である。
【図２１】図２０の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。
【図２２】（ａ）〜（ｃ）は図２０の位相シフトマスク
を透過した光の振幅および強度を説明する説明図であ
る。
【図２３】本発明の他の実施例である露光方法に用いる
位相シフトマスクの要部断面図である。
【図２４】図２３の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。
【図２５】本発明の他の実施例である露光方法に用いる
位相シフトマスクの要部断面図である。
【図２６】図２５の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。
【図２７】本実施例の露光方法の説明図である。
【図２８】本実施例の露光方法の説明図である。
【図２９】本実施例の露光方法の説明図である。
【図３０】本発明の他の実施例である露光方法に用いる
位相シフトマスクの要部断面図である。
【図３１】図３０の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。
【図３２】本発明の他の実施例である露光方法に用いる
位相シフトマスクの要部断面図である。
【図３３】図３２の位相シフトマスクの要部平面図であ
る。
【図３４】従来の通常のフォトマスクの要部断面図であ
る。
【図３５】図３４のフォトマスクを透過した光の強度を
示すグラフ図である。
【図３６】従来の位相シフトマスクの要部断面図であ
る。
【図３７】図３６の位相シフトマスクを透過した光の強
度を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 位相シフトマスク ２ 転写領域 ３ 遮光領域 ４ｍ1 マーク ４ｍ2 チップアライメントマーク ４ｍ3 アライメントマーク ５ マスク基板 ６ 繰返し光透過パターン ６ａ，６ａ1 ，６ａ2 主光透過パターン ６ｂ，６ｂ1 〜６ｂ3 副光透過パターン ７ 遮光パターン ８ 繰返しパターン ９ 金属薄膜 ９ａ 金属薄膜パターン １０ 電子線レジスト膜 １１ 金属薄膜 １２ 電子線レジスト膜 １３ 縮小投影露光装置 １４ 露光光源 １５ 試料ステージ １６ａ，１６ｂ ミラー １７ シャッタ １８ フライアイレンズ １９ コンデンサレンズ ２０ 縮小投影光学レンズ系 ２１ 半導体ウエハ（所定基板） ２１ａ 半導体基板 ２１ｂ，２１ｂ1,２１ｂ2 絶縁膜 ２１ｃ 金属膜 ２１ｃ1 配線パターン（繰返しパターン） ２１ｄ フォトレジスト膜 ２１ｄ1,２１ｄ2 レジストパターン ２１ｅ 接続孔パターン（微小孤立パターン） ２２ アライメント光学系 ２２ａ，２２ｃ，２２ｅ，２２ｇ，２２ｉ，２２ｊ 集
光レンズ ２２ｂ，２２ｄ ハーフミラー ２２ｆ 位置合せ光源 ２２ｋ モニタカメラ ２２ｈ ミラー ２３ 微小孤立光透過パターン ２３ａ 主光透過パターン ２３ｂ 副光透過パターン ２３ｃ 補助パターン（副光透過パターン） ２４ 透明膜 ２５ 半透明膜 Ｌ，Ｌ1,Ｌ2 光 Ａ，Ａ1,Ａ2,Ｂ，Ｂ1 〜Ｂ3 幅 ｄ 深さ Ｎ 遮光領域 Ｐ 光透過領域

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過光の位相が互いに逆相となるように
    互いに隣接して繰り返し配置された複数の主光透過パタ
    ーンと、前記複数の主光透過パターンの各々の外周の少
    なくとも一部に接して配置され、その各々の主光透過パ
    ターンを透過した光に対して透過光の位相が逆相となる
    ように形成され、さらに縮小投影露光処理によって半導
    体ウエハ上のフォトレジスト膜に明像を形成しない寸法
    で形成された副光透過パターンとを有する位相シフトマ
    スクを用意する工程、 前記位相シフトマスクを用いた縮小投影露光処理によっ
    て半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に対して露光処理
    を施すことにより、前記半導体ウエハ上に所望の寸法の
    フォトレジストパターンを転写する工程を有し、 前記位相シフトマスク上の主光透過パターンの半導体ウ
    エハ換算寸法は、その主光透過パターンの透過光と前記
    副光透過パターンの透過光との干渉を利用することによ
    り前記フォトレジスト膜に転写された前記所望の寸法の
    フォトレジストパターンよりも大きい ことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 主光透過パターンと、前記主光透過パタ
    ーンの外周の少なくとも一部に遮光パターンを隔てて配
    置され、前記主光透過パターンの透過光に対して透過光
    の位相が逆相となるように形成され、さらに縮小投影露
    光処理によって半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に明
    像を形成しない寸法で形成された副光透過パターンとを
    有する位相シフトマスクを用意する工程、 前記位相シフトマスクを用いた縮小投影露光処理によっ
    て半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に対して露光処理
    を施すことにより、前記半導体ウエハ上に所望の寸法の
    フォトレジストパターンを転写する工程を有し、 前記位相シフトマスク上の主光透過パターンの半導体ウ
    エハ換算寸法は、その主光透過パターンの透過光と前記
    副光透過パターンの透過光との干渉を利用することによ
    り前記フォトレジスト膜に転写された前記所望の寸法の
    フォトレジストパターンよりも大きい ことを特徴とする
    半導体集積回路装置の製造方法。
  3. 【請求項３】 マスク基板上に堆積された半透明膜と、
    前記半透明膜を開口することで形成され、前記半透明膜
    の透過光に対して透過光の位相が逆相となるように形成
    された主光透過パターンとを有する位相シフトマスクを
    用意する工程 、 前記位相シフトマスクを用いた縮小投影露光処理によっ
    て半導体ウエハ上のフォトレジスト膜に対して露光処理
    を施すことにより、前記半導体ウエハ上に所望の寸法の
    フォトレジストパターンを転写する工程を有し、 前記位相シフトマスク上の主光透過パターンの半導体ウ
    エハ換算寸法は、その主光透過パターンの透過光と前記
    半透明膜の透過光との干渉を利用することにより前記フ
    ォトレジスト膜に転写された前記所望の寸法のフォトレ
    ジストパターンよりも大きい ことを特徴とする半導体集
    積回路装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項１、２または３記載の半導体集積
    回路装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理前
    のフォトレジスト膜に対するベーク処理の温度、前記縮
    小投影露光処理の時間、前記縮小投影露光処理後のフォ
    トレジスト膜に対するベーク処理の時間または前記縮小
    投影露光処理後の現像処理の時間の少なくとも１つを前
    記所望の寸法のフォトレジストパターンが得られるよう
    に調整する工程を有することを特徴とする半導体集積回
    路装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４記載の半導体
    集積回路装置の製造方法において、前記所望の寸法のフ
    ォトレジストパターンは、露光光の波長以下の寸法であ
    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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