JP3588212B2 - 露光用マスク及びその作製方法並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造工程のリソグラフィーに用いられる露光用マスク及びそのマスクの作製方法並びにこのマスクを用いた半導体装置の製造方法に係り、特に孤立パターンの焦点深度を向上させる露光用マスクとこのマスクの作製方法、並びにこのマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高速化、高集積化の要求に伴い、パターンの微細化の必要性はますます高くなっている。デバイスパターンの微細化に伴い、リソグラフィー技術は、従来の円形光源を用いた円形照明による露光では十分な焦点深度が得られないため、各種の超解像技術が利用されつつある。これらの超解像技術として、変形照明法やレベンソン位相シフト法（特公昭６２−５０８１１号公報）などが提案されている。
【０００３】
変形照明法は、パターンからの０次回折光と±１次光のうちの一方のみが投影光学系に入り、しかも、その０次光と±１次光のうちの一方が瞳面において概ね対象の位置を通るように照明光の入射角を選ぶことにある。この方法により、焦点深度を増大させることができるとともに解像力も向上させることができる。
【０００４】
しかし、これらの技術はライン・アンド・スペースなどの周期的なパターンに対して解像性能及び焦点深度の向上が大きい反面、孤立パターンでは効果がないなどパターン配置に制約がある。その理由は、変形照明法及びレベンソン型位相シフト法は、パターンの周期により発生する回折光を利用して、２光束干渉状態を作り出すことにより焦点深度の向上を図るものであるが、孤立パターンでは、パターン周期が大きいため、２光束干渉状態を作り出すことが困難となるからである。
【０００５】
図１２は縮小露光技術の回折理論を説明するための模式図である。
図１２（ａ）は、小さいパターンピッチを有するマスクを使用した模式図であり、図１２（ｂ）は、大きいパターンピッチを有するマスクを使用した模式図である。
【０００６】
図１２（ａ）において、５７はステッパの光源（図示していない）から発せられた露光用の光、５８は遮光部６３と透明部６４を有する小さいパターンピッチのマスク、５９はマスクを透過した光が分離され入射するレンズ、６０はレンズの瞳面、６２は投影面であるウエハ面を示す。
【０００７】
図１２（ａ）を参照して、小さいパターンピッチ有するマスク５８を透過した光５７は、光軸に沿って直進する０次回折光５２と光軸に対してθ（ｓｉｎθ＝λ／Ｐ、λ：露光光の波長、Ｐ：パターンピッチ）なる角度をなす＋１次回折光５３と、−１次回折光５４に分離されレンズ５９の瞳面６０に入射し、ウエハ面６２で結像してマスク５８のパターンの像を形成する。
【０００８】
一方、図１２（ｂ）は、遮光部６３と透明部６４を有する大きいパターンピッチのマスク６１に光５７を入射した場合である。図１２（ｂ）において、大きいパターンピッチ有するマスク６１を透過した光５７は、光軸に沿って直進する０次回折光５２、光軸に対してθなる角度をなす＋１次回折光５３、−１次回折光５４、＋２次回折光５５、−２次回折光５１、＋３次回折光５６、−３次回折光５０に分離されレンズ５９の瞳面６０に入射し、ウエハ面６２で結像してマスク６１のパターンの像を形成する。
【０００９】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）においても、レンズ５９の瞳面６０の内側を透過した回折光のみがウエハ面６２への像形成に寄与する。そのため、図１２（ｂ）では、マスクのパターンピッチが大きいため、光軸に対する角度θが小さくなり、±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光、…がレンズ５９の瞳面６０の内側に入射し多光束干渉が起こる。
【００１０】
図１３は図１２に示したマスクを用いた場合における投影レンズ系の瞳面上に形成される回折光の様子を示す模式図である。図１３（ａ）は、小さいパターンピッチを有するマスク５８の瞳面上回折光を示し、図１３（ｂ）は大きいパターンピッチを有するマスク６１の瞳面上回折光を示す。
【００１１】
図１３において、６０は投影レンズの瞳面、５２は０次回折光、５３は＋１次回折光、５４は−１次回折光、５５は＋２次回折光、５１は−２次回折光、５６は＋３次回折光、５０は−３次回折光である。
【００１２】
図１３（ｂ）では、マスクに形成されているパターンピッチが大きいため、瞳面への入射角θが小さく回折光の間隔が小さくなるので、瞳面６０の中に高次の回折光まで進入する。このため、パターンピッチの大きい孤立パターンでは多光束干渉が起こり、図１３（ａ）に示したパターンピッチの小さい連続パターンと比較すると焦点深度が減少する。
【００１３】
ここで、図１４を参照して、多光束干渉が起こることにより焦点深度が低下する理由について説明する。図１４は各種干渉による結像を説明するための模式図である。図１４（ａ）は３光束干渉を例にした多光束干渉による結像を示し、図１４（ｂ）は２光束干渉による結像を示す。
【００１４】
図１４（ａ）の３光束干渉では、０次光を基準にした±１次光の位相が、デフォーカスと共に変わっていくので、像のコントラストが落ちる。これは３光束以上の多光束になればなる程一層顕著になる。一方、図１４（ｂ）の２光束干渉では、二つの波の谷（弱めあう部分）と山（強めあう部分）がそれぞれ同じ位置に発生するため、両者の位相差はデフォーカス時でも発生せず像のコントラストは低下しない。
【００１５】
以上より、多光束干渉では、ベストフォーカス面からデフォーカス方向にずれたときに、位相関係が変化するため像のコントラストが維持できず、焦点深度が低下してしまうという問題が発生する。
【００１６】
この問題を解決する方法として、例えば、特開平６−２７５４９２号公報により、同一マスク上に連続パターンと孤立パターンが混在する場合の孤立パターンの焦点深度を向上させる方法が提案されている。
【００１７】
ここで、特開平６−２７５４９２号公報に開示された同一マスク上に連続パターンと孤立パターンが混在する場合の、孤立パターンの焦点深度を向上させる方法について説明する。
【００１８】
図１５は、従来の孤立パターンの焦点深度を向上させる方法を示すパターンの平面図である。
まず、図１５（ａ）はライン・アンド・スペースパターンを示すパターン平面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）と同一マスク上に描画した孤立パターン６９および補助パターン７０を示すパターン平面図、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の補助パターンの反転パターンを示すパターン平面図である。
【００１９】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）において、マスク６７上にはライン・アンド・スペースパターン６８並びに孤立パターン６９及びその補助パターン７０が形成されている。図１５（ｃ）において、マスク６７とは別層のマスク７１上には補助パターン７０を反転させるＣｒ抜きの反転パターン７２が形成されている。
【００２０】
まず、マスク６７を用いて、４分割光源から斜入射照明により縮小投影露光を行い、ライン・アンド・スペースパターン６８、孤立パターン６９及び補助パターン７０をウエハ上のポジ型レジストに転写する。続いて、マスク７１を用い、同様に縮小投影露光を行うことにより、孤立パターン６９の両サイドに形成された補助パターン７０の転写パターンを消滅させるものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、孤立パターンの焦点深度を向上させるために孤立パターンの両サイドに設けた補助パターンは、ウエハ上に解像してしまう。このため、反転パターンで補助パターンを消滅させるマスクが必要であるとともに、そのマスクを用いて補助パターンを消滅させる工程が必要となり、工程数が増加することになる。また、パターン露光時に位置合せ誤差が生じた場合において、補助パターンを消滅させる機能が劣化する等の問題点がある。
【００２２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、別層のマスクを用いて工程を増加させることなく、孤立パターンの焦点深度を向上させる露光用マスクを得ることを目的とする。
【００２３】
また、連続パターンと焦点深度の小さい孤立パターンが混在するマスクを用いて、実際のウエハ面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る露光用マスクは、マスク基板と、このマスク基板上に形成された複数の補助パターンと、補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、補助パターンは、所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、孤立パターンに周期性をもたせることにより、瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに、露光光による投影面への解像限界以下の線幅であることを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、補助パターンを格子状のパターンとしたものである。
【００２６】
またさらに、補助パターンをハーフトーン型の材料で形成したものである。
【００２７】
この発明に係る露光用マスクの作製方法は、マスク基板上に、露光光による投影面への解像限界以下の線幅を有する補助パターンを形成する第１の工程と、補助パターン上に絶縁膜を形成する第２の工程と、絶縁膜上に第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが配置された所定の主パターンを形成する第３の工程とを備え、第１の工程で形成された補助パターンは、第３の工程で形成された孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するものである。
【００２８】
またこの発明に係る半導体装置の製造方法は、マスク基板上に形成された複数の補助パターンと、補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、補助パターンは、所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに露光光の投影面への解像限界以下の線幅であり、この連続パターン及び孤立パターン並びに補助パターンを形成したマスクを用いて縮小投影露光を行うものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１１を用いて、この発明の実施の形態について説明する。図１〜図１１に記載した寸法は、ウエハ上での寸法であるウエハ換算値で示す。
【００３０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるマスクの平面図であり、図２は図１のマスク平面図のＡ−Ａ’面の断面構造図である。図３はマスク基板上に形成された格子パターンのパターン平面図、図４はマスク基板上に形成されたウエハ上に形成したい所定の主パターンの平面図である。
【００３１】
図１〜図４において、１は石英ガラス等の透明ガラス基板であるマスク基板、２は補助パターンとしての格子パターン、５はＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）あるいはシリコン酸化膜等の酸化膜からなる絶縁膜、６はウエハ上に形成したい所定の主パターン、１４はマスクである。
【００３２】
図１および図２のマスク１４を参照して、格子パターン２は、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜で形成されており、パターン線幅Ｌ１＝０．１μｍ、パターン間隔幅Ｓ１＝０．４０μｍ、ピッチ０．５μｍでマスク基板１全面に描画されている。この格子パターン２は、マスク基板全面に形成された絶縁膜５に埋め込まれている。この絶縁膜５上に、所定の主パターン６が、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜で形成されており、パターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ２＝１．０μｍ、Ｓ３＝０．３０μｍ間隔でマスク基板１上に絶縁膜５を介して形成されている。
【００３３】
この発明の実施の形態１においては、マスク１４に示すとおり、所定の主パターン６のパターン間隔幅Ｓ２のようなパターン間隔の広い部分に、ウエハ上に解像しない線幅の格子パターン２を形成することにより、孤立している主パターンに周期性をもたせるマスク構成とする点に特徴がある。
【００３４】
図５は、この発明の実施の形態１における所定の主パターン６の投影レンズ系の瞳面に形成される光学像を説明するための模式図である。図５（ａ）は、パターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ３＝０．３０μｍで形成される連続パターンの瞳面の模式図であり、図５（ｂ）はパターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ２＝１．０μｍ、で形成される孤立パターンの瞳面の模式図である。図５においては、補助パターンである格子パターンが形成されていない場合について説明する。
【００３５】
図５において、７は投影レンズ系の瞳面、８は瞳面７に形成された０次回折光、９は０次回折光８の中心点、１０は瞳面７に形成された１次回折光、１１は１次回折光１０の中心点、１２は瞳面７に形成された−１次回折光、１３は−１次回折光１２の中心点である。
【００３６】
一般にパターンにより発生する回折光の位置Ｘは、
Ｘ＝λ／Ｐ
λ：露光光の波長
Ｐ：パターンピッチ
で表される。
【００３７】
図５（ａ）において、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用すると、上記連続パターン（Ｌ２＝０．３０μｍ、Ｓ３＝０．３０μｍ）に対しては、投影レンズ系の瞳面７に形成される０次回折光８の中心点９からその左右にそれぞれ形成された＋１次回折光１０の中心点１１と、−１次回折光１２の中心点１３までの間隔Ｘは、Ｘ＝０．４１μｍとなる。一方、図５（ｂ）において、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用すると、上記孤立パターン（Ｌ２＝０．３０μｍ、Ｓ２＝１．０μｍ）のＸは、Ｘ＝０．１９μｍである。
【００３８】
図５（ａ）の連続パターンは、回折光の間隔Ｘが大きいため、瞳面の中に高次の回折光が発生しないが、図５（ｂ）の場合は、回折光の間隔Ｘが小さいため高次の回折光である例えば±２次回折光、±３次回折光まで進入してしまう。しかし、この発明の実施の形態１における格子パターン２を用いた場合を考えると、格子パターン２のパターン間隔幅Ｓ１＝０．４μｍであることから、密集パターンである図５（ａ）と同様の回折光が発生し、焦点深度が向上する。
【００３９】
図６はこの発明の実施の形態１における各種ライン・アンド・スペース（以下Ｌ／Ｓと記載する）パターンのウエハ上の光強度分布を示すグラフである。この発明の実施の形態１において、格子パターンサイズを決定する際に重要となるのは、格子パターンがウエハ上に解像しないことである。
【００４０】
そこで、図６を参照して、この発明の実施の形態１に従った格子パターン２のパターン線幅について説明する。光学条件は、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用し、波長λ＝０．２４８μｍ、レンズの開口数ＮＡ＝０．５０、σ値＝０．５である。ここでσ値は、レチクル照明系の開口数と投影光学レンズの開口数の比である。
【００４１】
図６において、グラフの縦軸は光学像のウエハ上での光強度、横軸はウエハ上のパターンの位置である。図６のグラフ上のマスク断面図は、例えば、マスク基板１上に０．３０μｍＬ／Ｓの格子パターン２が形成されたマスクを使用して露光を行った場合のウエハ上での光強度について説明するために図示したものである。
【００４２】
図６を参照して、グラフ上のマスク断面図では、格子パターン２が存在する位置では０．３０μｍＬ／Ｓの光強度分布の光強度が弱く、格子パターン２が存在しないスペース部分は０．３０μｍＬ／Ｓの光強度分布の光強度が大きい。この光強度の差が十分であるパターンは、高い解像度を得ることができる。ここで、０．３０μｍＬ／Ｓとは、０．３０μｍのパターン線幅の格子パターン２が０．３０μｍパターン間隔幅で形成されたＬ／Ｓパターンを意味する。
【００４３】
図６のグラフを参照して、０．１０〜０．１６μｍＬ／Ｓパターンを格子パターンとした時のウエハ上の光強度は、投影レンズの瞳面上に光が十分入らないため小さく、ウエハ上のレジストに対して解像限界以下となり、パターンは解像しない。また、０．１８μｍＬ／Ｓパターンにおいては、ウエハ上のレジストに対してパターニングする像のコントラストが不十分なため、解像しない。
【００４４】
図６に図示したＢ−Ｂラインは、ウエハ上に解像する光強度のレベルを示す。以上より、Ｂ−Ｂラインを超えないパターン線幅であれば、発明の実施の形態１におけるマスクの格子パターンとなり得る。より好ましくは、０．１６μｍ以下の線幅であればウエハ上に解像することのない補助パターンとなり得る。また、焦点深度のある連続パターンに対しては、格子線の光強度が十分弱いため影響を及ぼすことはない。
【００４５】
図７は０．２５μｍパターン線幅一定パターンでパターン間隔幅をパラメータとしたときの焦点深度（以下ＤＯＦと記載する）の結果を示すグラフである。図７において、縦軸はＤＯＦ、横軸はパターン間隔幅を示す。一般に孤立パターンでは焦点深度ＤＯＦが小さくなり、連続パターンではＤＯＦが大きくなる。
【００４６】
ここで、格子パターンのパターンピッチをどの程度密集パターンにする必要があるかについて説明する。光学条件は、ＮＡ＝０．５５、σ＝０．８、露光光としてＫｒＦエキシマレーザを使用した場合を示す。格子パターンサイズの決定時と光学条件が異なるが、定性的にはほぼ同じと考えられるので、以下図７を用いて格子パターンのパターン間隔幅について検討する。
【００４７】
図７を参照して、パターン間隔幅が０．５μｍ以上ではＤＯＦが小さくなり、０．５μｍ未満ではＤＯＦが大きくなる。つまり、０．２５μｍのパターン線幅のパターンであれば、パターンピッチは０．７５μｍ以下にする必要がある。以上を考慮して格子パターンのパターンピッチを決定すると、パターン間隔幅０．５μｍのＤＯＦが小さいため、０．５μｍの中に格子パターンが少なくとも一本は必要となる。よって、格子パターンのパターン線幅を０．１０μｍとすると、０．４０μｍ以下のパターン間隔幅を有する格子パターンが必要である。
【００４８】
図８および図９は実際に作製したマスクの光学像評価を行ったグラフである。光学条件はＮＡ＝０．５５、σ＝０．５である。図８および図９において、縦軸は光学像の光強度、横軸はウエハ上のパターンの位置を示す。
【００４９】
図８は、マスク基板上１に０．２５μｍのパターン線幅と２．０μｍのパターン間隔幅を有する孤立パターンである所定の主パターン６と、０．１０μｍのパターン線幅と０．３０μｍのパターン間隔幅を有する補助パターンである格子パターン２を形成したマスクを使用した時のＦ（フォーカス）＝０μｍの格子パターン有りの場合と無しの場合の光学像である。ここでＦ＝０μｍとは、光学的な結像点にウエハ面を合わせた位置を示し、ベストフォーカスの位置を示す。
【００５０】
図８において、格子パターンなしの光学像は、０．２５μｍのパターン線幅を有する所定の主パターン６のエッジ部分から光強度が強くなっているが、次の所定の主パターン６のエッジがある（図示していない）２．０μｍのパターン間隔の間は、光強度の強い状態が続く。これに対して、格子パターンありの光学像は、所定の主パターン６のパターン間隔である２．０μｍの間に、０．１０μｍのパターン線幅／０．３０μｍのパターン間隔幅の格子パターン２があるため、パターンのエッジからエッジまでの距離が短く光強度分布が良好な光学像となる。
【００５１】
図９は、図８と同様のマスクを使用した時のＦ（フォーカス）＝０．６μｍの格子パターン有りの場合と無しの場合の光学像である。ここで、Ｆ＝０．６μｍとは、ベストフォーカスの位置から投影面が０．６μｍずれていることを意味する。
【００５２】
図９においても、図８と同様に格子パターン有りの場合の光強度分布は良好である。以上より、投影面がベストフォーカス面から０．６μｍずれた場合でも、格子パターン２は孤立パターンの焦点深度を向上させる効果を有する。
【００５３】
次に、図１および図２で示したマスク１４の製造方法について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）〜（ｇ）は、マスクの製造工程を示す断面構造図である。この断面は、例えば図１のＡ−Ａ’断面である。
【００５４】
まず、図１０（ａ）において、マスク基板１上にＭｏＳｉ膜あるいはＣｒ膜で格子パターン２となる遮光膜を膜厚約１０００Å形成する。次に図１０（ｂ）において電子ビーム用レジスト３を塗布し、電子ビーム４による描画によりレジスト３上にマスクパターンを描画する。その後、図１０（ｃ）において、例えばドライエッチングをおこない格子パターン２を形成する。ドライエッチングには、Ｃｒ膜に対しては例えばＣＣｌ４＋Ｏ２ガスが用いられ、ＭｏＳｉ膜に対しては、例えばＣＦ４＋Ｏ２ガスが用いられる。
【００５５】
次に図１０（ｄ）においてエッチングのストッパー膜としてＳＯＧ等からなる絶縁膜５を約２０００Å塗布する。次に図１０（ｅ）において、ＭｏＳｉ膜あるいはＣｒ膜でウエハ上に形成したい所定の主パターン６となる遮光膜を膜厚約１０００Å形成する。次に図１０（ｆ）において、電子ビーム用レジスト３を塗布し電子ビーム４による描画によりレジスト３上にマスクパターンを描画する。その後図１０（ｇ）において、例えばドライエッチングをおこない主パターン６を形成する。
【００５６】
以上のように、この発明の実施の形態１におけるマスクの作製方法では、所定の主パターン６の形成前に補助パターンである格子パターン２を形成しているので、所定の主パターン６の孤立パターン部分に対する補助パターンの位置に注意を払う必要がなく、マスクの作製が簡単に行えるという効果を奏する。
【００５７】
上記により作製したマスク１４を用いて、例えば露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用した縮小投影露光を行い、投影面であるウエハ上のレジストに形成したい所定の主パターン６を転写し、その後にウエハを現像して所定のパターン６をウエハ上に形成する。以下、リソグラフィー以外については、公知の製造工程に従って半導体装置を製造する。
【００５８】
このマスク１４を用いて、リソグラフィーを行うことにより、連続パターンのみならず、焦点深度の小さい孤立パターンについても補助パターンにより焦点深度を向上させることができるので、マスク全体のパターンの焦点深度を向上させることができ、反りや表面段差が存在する実際のウエハ面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができ、高集積化された電気特性のよい半導体装置を得ることができる。
さらに、孤立パターンの焦点深度を向上させる補助パターンは、ウエハ上に解像しない線幅であるため、補助パターンを消滅させるマスクと工程が不要となり半導体装置の製造工程が簡略化される効果がある。
【００５９】
実施の形態２．
発明の実施の形態１においては、格子パターン２となる遮光膜とウエハ上に形成したい所定の主パターン６となる遮光膜の間に、ＳＯＧ等の絶縁膜５を設けたが、この実施の形態２では、格子パターン２を形成する遮光膜の材料とウエハ上に形成したい所定の主パターン６を形成する遮光膜の材料を、エッチングの選択比がある材料で形成することにより、格子パターン２を主パターン６との間に絶縁膜５を形成することなくマスク作製を行うようにしたものである。例えば、第一層の遮光膜をＣｒ膜とし、第二層の遮光膜をＭｏＳｉ膜とすると両遮光膜にエッチング選択比が生じるため絶縁膜５は不要となり、マスク作製工程が簡略化される効果がある。
【００６０】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３における補助パターンである格子パターンの平面図である。発明の実施の形態３においては、格子パターンとなる遮光膜をハーフトーン膜１５で形成したものである。格子パターンはウエハ上のレジストに対して解像限界以下のパターンを形成する必要があるため、完全遮光膜を用いると格子パターンは０．１０μｍ以下程度の線幅になる。しかし、透過率Ｔ＝３０％以上の例えばＭＯＳｉＯＮ膜あるいはＣｒＯＮ膜などのハーフトーン膜１５で格子パターンを形成すると、０．１４μｍ付近までパターン線幅が許容され、マスクの作製が容易となる効果がある。
【００６１】
また、この実施の形態３におけるマスクの作製方法については、実施の形態１におけるマスクの作製方法と同様である。
【００６２】
なお、実施の形態１〜３では格子パターン２となる遮光膜を基板上に形成し、その後でウエハ上に形成したい所定の主パターン６を形成したが、その工程の順番を逆にしてもよい。また、実施の形態１〜３では格子パターン２を等間隔に形成したが、格子パターン２は計算されるピッチ内で配置されれば等間隔でなくてもよい。さらに、マスク全体に形成する必要はなく、孤立パターンの所のみに格子パターンが存在すればよい。
【００６３】
またさらに、実施の形態１〜３の補助パターンは格子パターンでなくてもよく、孤立パターンの並び方向のライン・アンド・スペースであるストライプパターンでもよい。
【００６４】
【発明の効果】
この発明に係る露光用マスクは、連続パターンと孤立パターンを有するマスクと同一マスク上に、露光光の投影面への解像限界以下の補助パターンを形成し、孤立パターンにピッチの小さい周期をもたせることにより孤立パターンの焦点深度を向上させるので、別層のマスクを用いて補助パターンを消滅させる工程を省略することができる。
【００６５】
さらに、補助パターンを格子パターンとしたことにより、Ｘ方向の孤立パターンに対してもＹ方向の孤立パターンに対してもこの格子パターンを適用することができる。
またさらに、補助パターンをハーフトーン型の材料で形成したことにより、補助パターンのパターン線幅を広くすることができ、補助パターンを容易に作製できる。
【００６６】
この発明に係る露光用マスクの作製方法は、連続パターンと孤立パターンを有する所定の主パターンの形成前に、補助パターンを形成しているので、所定の主パターンの孤立パターン部分に対する補助パターンの位置に注意を払う必要がなく、マスクの作製を簡単に行うことができる。
【００６７】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、露光光の投影面への解像限界以下の補助パターンにより孤立パターンの焦点深度を向上させることができるので、連続パターンを含むマスク全体のパターンの焦点深度を向上させることができ、反りや表面段差が存在する実際の投影面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができる。従って、高集積化された電気特性のよい半導体装置を得ることができる。
【００６８】
さらに、補助パターンは、露光光の投影面への解像限界以下の線幅であるため、補助パターンを消滅させるマスクと工程が不要となり半導体装置の製造工程が簡略化される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるマスクの平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるマスクの断面構造図である。
【図３】この発明の実施の形態１における格子パターンの平面図である。
【図４】この発明の実施の形態１における主パターンの平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１における主パターンの投影レンズ系の瞳面上に形成される光学像を説明する模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１における各種ライン・アンド・スペースパターンの光強度分布を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態１における０．２５μｍパターン線幅一定でパターン間隔幅をパラメータとしたときのＤＯＦを示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１におけるマスクの光学像評価を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態１におけるマスクの光学像評価を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるマスクの作製工程を示す断面構造図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における格子パターンの平面図である。
【図１２】従来の技術における縮小露光技術の回折理論を説明するための模式図である。
【図１３】従来の技術における瞳面上の回折光の様子を示す模式図である。
【図１４】従来の技術における各種干渉による結像を説明する模式図である。
【図１５】従来の技術におけるマスクパターンの平面図である。
【符号の説明】
１ マスク基板、 ２ 格子パターン、 ５ 絶縁膜、 ６ 主パターン、
１４ マスク
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造工程のリソグラフィーに用いられる露光用マスク及びそのマスクの作製方法並びにこのマスクを用いた半導体装置の製造方法に係り、特に孤立パターンの焦点深度を向上させる露光用マスクとこのマスクの作製方法、並びにこのマスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の高速化、高集積化の要求に伴い、パターンの微細化の必要性はますます高くなっている。デバイスパターンの微細化に伴い、リソグラフィー技術は、従来の円形光源を用いた円形照明による露光では十分な焦点深度が得られないため、各種の超解像技術が利用されつつある。これらの超解像技術として、変形照明法やレベンソン位相シフト法（特公昭６２−５０８１１号公報）などが提案されている。
【０００３】
変形照明法は、パターンからの０次回折光と±１次光のうちの一方のみが投影光学系に入り、しかも、その０次光と±１次光のうちの一方が瞳面において概ね対象の位置を通るように照明光の入射角を選ぶことにある。この方法により、焦点深度を増大させることができるとともに解像力も向上させることができる。
【０００４】
しかし、これらの技術はライン・アンド・スペースなどの周期的なパターンに対して解像性能及び焦点深度の向上が大きい反面、孤立パターンでは効果がないなどパターン配置に制約がある。その理由は、変形照明法及びレベンソン型位相シフト法は、パターンの周期により発生する回折光を利用して、２光束干渉状態を作り出すことにより焦点深度の向上を図るものであるが、孤立パターンでは、パターン周期が大きいため、２光束干渉状態を作り出すことが困難となるからである。
【０００５】
図１２は縮小露光技術の回折理論を説明するための模式図である。
図１２（ａ）は、小さいパターンピッチを有するマスクを使用した模式図であり、図１２（ｂ）は、大きいパターンピッチを有するマスクを使用した模式図である。
【０００６】
図１２（ａ）において、５７はステッパの光源（図示していない）から発せられた露光用の光、５８は遮光部６３と透明部６４を有する小さいパターンピッチのマスク、５９はマスクを透過した光が分離され入射するレンズ、６０はレンズの瞳面、６２は投影面であるウエハ面を示す。
【０００７】
図１２（ａ）を参照して、小さいパターンピッチ有するマスク５８を透過した光５７は、光軸に沿って直進する０次回折光５２と光軸に対してθ（ｓｉｎθ＝λ／Ｐ、λ：露光光の波長、Ｐ：パターンピッチ）なる角度をなす＋１次回折光５３と、−１次回折光５４に分離されレンズ５９の瞳面６０に入射し、ウエハ面６２で結像してマスク５８のパターンの像を形成する。
【０００８】
一方、図１２（ｂ）は、遮光部６３と透明部６４を有する大きいパターンピッチのマスク６１に光５７を入射した場合である。図１２（ｂ）において、大きいパターンピッチ有するマスク６１を透過した光５７は、光軸に沿って直進する０次回折光５２、光軸に対してθなる角度をなす＋１次回折光５３、−１次回折光５４、＋２次回折光５５、−２次回折光５１、＋３次回折光５６、−３次回折光５０に分離されレンズ５９の瞳面６０に入射し、ウエハ面６２で結像してマスク６１のパターンの像を形成する。
【０００９】
図１２（ａ）、図１２（ｂ）においても、レンズ５９の瞳面６０の内側を透過した回折光のみがウエハ面６２への像形成に寄与する。そのため、図１２（ｂ）では、マスクのパターンピッチが大きいため、光軸に対する角度θが小さくなり、±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光、…がレンズ５９の瞳面６０の内側に入射し多光束干渉が起こる。
【００１０】
図１３は図１２に示したマスクを用いた場合における投影レンズ系の瞳面上に形成される回折光の様子を示す模式図である。図１３（ａ）は、小さいパターンピッチを有するマスク５８の瞳面上回折光を示し、図１３（ｂ）は大きいパターンピッチを有するマスク６１の瞳面上回折光を示す。
【００１１】
図１３において、６０は投影レンズの瞳面、５２は０次回折光、５３は＋１次回折光、５４は−１次回折光、５５は＋２次回折光、５１は−２次回折光、５６は＋３次回折光、５０は−３次回折光である。
【００１２】
図１３（ｂ）では、マスクに形成されているパターンピッチが大きいため、瞳面への入射角θが小さく回折光の間隔が小さくなるので、瞳面６０の中に高次の回折光まで進入する。このため、パターンピッチの大きい孤立パターンでは多光束干渉が起こり、図１３（ａ）に示したパターンピッチの小さい連続パターンと比較すると焦点深度が減少する。
【００１３】
ここで、図１４を参照して、多光束干渉が起こることにより焦点深度が低下する理由について説明する。図１４は各種干渉による結像を説明するための模式図である。図１４（ａ）は３光束干渉を例にした多光束干渉による結像を示し、図１４（ｂ）は２光束干渉による結像を示す。
【００１４】
図１４（ａ）の３光束干渉では、０次光を基準にした±１次光の位相が、デフォーカスと共に変わっていくので、像のコントラストが落ちる。これは３光束以上の多光束になればなる程一層顕著になる。一方、図１４（ｂ）の２光束干渉では、二つの波の谷（弱めあう部分）と山（強めあう部分）がそれぞれ同じ位置に発生するため、両者の位相差はデフォーカス時でも発生せず像のコントラストは低下しない。
【００１５】
以上より、多光束干渉では、ベストフォーカス面からデフォーカス方向にずれたときに、位相関係が変化するため像のコントラストが維持できず、焦点深度が低下してしまうという問題が発生する。
【００１６】
この問題を解決する方法として、例えば、特開平６−２７５４９２号公報により、同一マスク上に連続パターンと孤立パターンが混在する場合の孤立パターンの焦点深度を向上させる方法が提案されている。
【００１７】
ここで、特開平６−２７５４９２号公報に開示された同一マスク上に連続パターンと孤立パターンが混在する場合の、孤立パターンの焦点深度を向上させる方法について説明する。
【００１８】
図１５は、従来の孤立パターンの焦点深度を向上させる方法を示すパターンの平面図である。
まず、図１５（ａ）はライン・アンド・スペースパターンを示すパターン平面図である。図１５（ｂ）は図１５（ａ）と同一マスク上に描画した孤立パターン６９および補助パターン７０を示すパターン平面図、図１５（ｃ）は図１５（ｂ）の補助パターンの反転パターンを示すパターン平面図である。
【００１９】
図１５（ａ）、図１５（ｂ）において、マスク６７上にはライン・アンド・スペースパターン６８並びに孤立パターン６９及びその補助パターン７０が形成されている。図１５（ｃ）において、マスク６７とは別層のマスク７１上には補助パターン７０を反転させるＣｒ抜きの反転パターン７２が形成されている。
【００２０】
まず、マスク６７を用いて、４分割光源から斜入射照明により縮小投影露光を行い、ライン・アンド・スペースパターン６８、孤立パターン６９及び補助パターン７０をウエハ上のポジ型レジストに転写する。続いて、マスク７１を用い、同様に縮小投影露光を行うことにより、孤立パターン６９の両サイドに形成された補助パターン７０の転写パターンを消滅させるものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、孤立パターンの焦点深度を向上させるために孤立パターンの両サイドに設けた補助パターンは、ウエハ上に解像してしまう。このため、反転パターンで補助パターンを消滅させるマスクが必要であるとともに、そのマスクを用いて補助パターンを消滅させる工程が必要となり、工程数が増加することになる。また、パターン露光時に位置合せ誤差が生じた場合において、補助パターンを消滅させる機能が劣化する等の問題点がある。
【００２２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、別層のマスクを用いて工程を増加させることなく、孤立パターンの焦点深度を向上させる露光用マスクを得ることを目的とする。
【００２３】
また、連続パターンと焦点深度の小さい孤立パターンが混在するマスクを用いて、実際のウエハ面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る露光用マスクは、マスク基板と、このマスク基板上に形成された複数の補助パターンと、補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、補助パターンは、所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、孤立パターンに周期性をもたせることにより、瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに、露光光による投影面への解像限界以下の線幅であることを特徴とするものである。
【００２５】
さらに、補助パターンを格子状のパターンとしたものである。
【００２６】
またさらに、補助パターンをハーフトーン型の材料で形成したものである。
【００２７】
この発明に係る露光用マスクの作製方法は、マスク基板上に、露光光による投影面への解像限界以下の線幅を有する補助パターンを形成する第１の工程と、補助パターン上に絶縁膜を形成する第２の工程と、絶縁膜上に第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが配置された所定の主パターンを形成する第３の工程とを備え、第１の工程で形成された補助パターンは、第３の工程で形成された孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するものである。
【００２８】
またこの発明に係る半導体装置の製造方法は、マスク基板上に形成された複数の補助パターンと、補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、補助パターンは、所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに露光光の投影面への解像限界以下の線幅であり、この連続パターン及び孤立パターン並びに補助パターンを形成したマスクを用いて縮小投影露光を行うものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図１から図１１を用いて、この発明の実施の形態について説明する。図１〜図１１に記載した寸法は、ウエハ上での寸法であるウエハ換算値で示す。
【００３０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるマスクの平面図であり、図２は図１のマスク平面図のＡ−Ａ’面の断面構造図である。図３はマスク基板上に形成された格子パターンのパターン平面図、図４はマスク基板上に形成されたウエハ上に形成したい所定の主パターンの平面図である。
【００３１】
図１〜図４において、１は石英ガラス等の透明ガラス基板であるマスク基板、２は補助パターンとしての格子パターン、５はＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）あるいはシリコン酸化膜等の酸化膜からなる絶縁膜、６はウエハ上に形成したい所定の主パターン、１４はマスクである。
【００３２】
図１および図２のマスク１４を参照して、格子パターン２は、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜で形成されており、パターン線幅Ｌ１＝０．１μｍ、パターン間隔幅Ｓ１＝０．４０μｍ、ピッチ０．５μｍでマスク基板１全面に描画されている。この格子パターン２は、マスク基板全面に形成された絶縁膜５に埋め込まれている。この絶縁膜５上に、所定の主パターン６が、例えばＣｒ膜あるいはＭｏＳｉ膜で形成されており、パターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ２＝１．０μｍ、Ｓ３＝０．３０μｍ間隔でマスク基板１上に絶縁膜５を介して形成されている。
【００３３】
この発明の実施の形態１においては、マスク１４に示すとおり、所定の主パターン６のパターン間隔幅Ｓ２のようなパターン間隔の広い部分に、ウエハ上に解像しない線幅の格子パターン２を形成することにより、孤立している主パターンに周期性をもたせるマスク構成とする点に特徴がある。
【００３４】
図５は、この発明の実施の形態１における所定の主パターン６の投影レンズ系の瞳面に形成される光学像を説明するための模式図である。図５（ａ）は、パターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ３＝０．３０μｍで形成される連続パターンの瞳面の模式図であり、図５（ｂ）はパターン線幅Ｌ２＝０．３０μｍ、パターン間隔幅Ｓ２＝１．０μｍ、で形成される孤立パターンの瞳面の模式図である。図５においては、補助パターンである格子パターンが形成されていない場合について説明する。
【００３５】
図５において、７は投影レンズ系の瞳面、８は瞳面７に形成された０次回折光、９は０次回折光８の中心点、１０は瞳面７に形成された１次回折光、１１は１次回折光１０の中心点、１２は瞳面７に形成された−１次回折光、１３は−１次回折光１２の中心点である。
【００３６】
一般にパターンにより発生する回折光の位置Ｘは、
Ｘ＝λ／Ｐ
λ：露光光の波長
Ｐ：パターンピッチ
で表される。
【００３７】
図５（ａ）において、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用すると、上記連続パターン（Ｌ２＝０．３０μｍ、Ｓ３＝０．３０μｍ）に対しては、投影レンズ系の瞳面７に形成される０次回折光８の中心点９からその左右にそれぞれ形成された＋１次回折光１０の中心点１１と、−１次回折光１２の中心点１３までの間隔Ｘは、Ｘ＝０．４１μｍとなる。一方、図５（ｂ）において、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用すると、上記孤立パターン（Ｌ２＝０．３０μｍ、Ｓ２＝１．０μｍ）のＸは、Ｘ＝０．１９μｍである。
【００３８】
図５（ａ）の連続パターンは、回折光の間隔Ｘが大きいため、瞳面の中に高次の回折光が発生しないが、図５（ｂ）の場合は、回折光の間隔Ｘが小さいため高次の回折光である例えば±２次回折光、±３次回折光まで進入してしまう。しかし、この発明の実施の形態１における格子パターン２を用いた場合を考えると、格子パターン２のパターン間隔幅Ｓ１＝０．４μｍであることから、密集パターンである図５（ａ）と同様の回折光が発生し、焦点深度が向上する。
【００３９】
図６はこの発明の実施の形態１における各種ライン・アンド・スペース（以下Ｌ／Ｓと記載する）パターンのウエハ上の光強度分布を示すグラフである。この発明の実施の形態１において、格子パターンサイズを決定する際に重要となるのは、格子パターンがウエハ上に解像しないことである。
【００４０】
そこで、図６を参照して、この発明の実施の形態１に従った格子パターン２のパターン線幅について説明する。光学条件は、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用し、波長λ＝０．２４８μｍ、レンズの開口数ＮＡ＝０．５０、σ値＝０．５である。ここでσ値は、レチクル照明系の開口数と投影光学レンズの開口数の比である。
【００４１】
図６において、グラフの縦軸は光学像のウエハ上での光強度、横軸はウエハ上のパターンの位置である。図６のグラフ上のマスク断面図は、例えば、マスク基板１上に０．３０μｍＬ／Ｓの格子パターン２が形成されたマスクを使用して露光を行った場合のウエハ上での光強度について説明するために図示したものである。
【００４２】
図６を参照して、グラフ上のマスク断面図では、格子パターン２が存在する位置では０．３０μｍＬ／Ｓの光強度分布の光強度が弱く、格子パターン２が存在しないスペース部分は０．３０μｍＬ／Ｓの光強度分布の光強度が大きい。この光強度の差が十分であるパターンは、高い解像度を得ることができる。ここで、０．３０μｍＬ／Ｓとは、０．３０μｍのパターン線幅の格子パターン２が０．３０μｍパターン間隔幅で形成されたＬ／Ｓパターンを意味する。
【００４３】
図６のグラフを参照して、０．１０〜０．１６μｍＬ／Ｓパターンを格子パターンとした時のウエハ上の光強度は、投影レンズの瞳面上に光が十分入らないため小さく、ウエハ上のレジストに対して解像限界以下となり、パターンは解像しない。また、０．１８μｍＬ／Ｓパターンにおいては、ウエハ上のレジストに対してパターニングする像のコントラストが不十分なため、解像しない。
【００４４】
図６に図示したＢ−Ｂラインは、ウエハ上に解像する光強度のレベルを示す。以上より、Ｂ−Ｂラインを超えないパターン線幅であれば、発明の実施の形態１におけるマスクの格子パターンとなり得る。より好ましくは、０．１６μｍ以下の線幅であればウエハ上に解像することのない補助パターンとなり得る。また、焦点深度のある連続パターンに対しては、格子線の光強度が十分弱いため影響を及ぼすことはない。
【００４５】
図７は０．２５μｍパターン線幅一定パターンでパターン間隔幅をパラメータとしたときの焦点深度（以下ＤＯＦと記載する）の結果を示すグラフである。図７において、縦軸はＤＯＦ、横軸はパターン間隔幅を示す。一般に孤立パターンでは焦点深度ＤＯＦが小さくなり、連続パターンではＤＯＦが大きくなる。
【００４６】
ここで、格子パターンのパターンピッチをどの程度密集パターンにする必要があるかについて説明する。光学条件は、ＮＡ＝０．５５、σ＝０．８、露光光としてＫｒＦエキシマレーザを使用した場合を示す。格子パターンサイズの決定時と光学条件が異なるが、定性的にはほぼ同じと考えられるので、以下図７を用いて格子パターンのパターン間隔幅について検討する。
【００４７】
図７を参照して、パターン間隔幅が０．５μｍ以上ではＤＯＦが小さくなり、０．５μｍ未満ではＤＯＦが大きくなる。つまり、０．２５μｍのパターン線幅のパターンであれば、パターンピッチは０．７５μｍ以下にする必要がある。以上を考慮して格子パターンのパターンピッチを決定すると、パターン間隔幅０．５μｍのＤＯＦが小さいため、０．５μｍの中に格子パターンが少なくとも一本は必要となる。よって、格子パターンのパターン線幅を０．１０μｍとすると、０．４０μｍ以下のパターン間隔幅を有する格子パターンが必要である。
【００４８】
図８および図９は実際に作製したマスクの光学像評価を行ったグラフである。光学条件はＮＡ＝０．５５、σ＝０．５である。図８および図９において、縦軸は光学像の光強度、横軸はウエハ上のパターンの位置を示す。
【００４９】
図８は、マスク基板上１に０．２５μｍのパターン線幅と２．０μｍのパターン間隔幅を有する孤立パターンである所定の主パターン６と、０．１０μｍのパターン線幅と０．３０μｍのパターン間隔幅を有する補助パターンである格子パターン２を形成したマスクを使用した時のＦ（フォーカス）＝０μｍの格子パターン有りの場合と無しの場合の光学像である。ここでＦ＝０μｍとは、光学的な結像点にウエハ面を合わせた位置を示し、ベストフォーカスの位置を示す。
【００５０】
図８において、格子パターンなしの光学像は、０．２５μｍのパターン線幅を有する所定の主パターン６のエッジ部分から光強度が強くなっているが、次の所定の主パターン６のエッジがある（図示していない）２．０μｍのパターン間隔の間は、光強度の強い状態が続く。これに対して、格子パターンありの光学像は、所定の主パターン６のパターン間隔である２．０μｍの間に、０．１０μｍのパターン線幅／０．３０μｍのパターン間隔幅の格子パターン２があるため、パターンのエッジからエッジまでの距離が短く光強度分布が良好な光学像となる。
【００５１】
図９は、図８と同様のマスクを使用した時のＦ（フォーカス）＝０．６μｍの格子パターン有りの場合と無しの場合の光学像である。ここで、Ｆ＝０．６μｍとは、ベストフォーカスの位置から投影面が０．６μｍずれていることを意味する。
【００５２】
図９においても、図８と同様に格子パターン有りの場合の光強度分布は良好である。以上より、投影面がベストフォーカス面から０．６μｍずれた場合でも、格子パターン２は孤立パターンの焦点深度を向上させる効果を有する。
【００５３】
次に、図１および図２で示したマスク１４の製造方法について図１０を参照して説明する。図１０（ａ）〜（ｇ）は、マスクの製造工程を示す断面構造図である。この断面は、例えば図１のＡ−Ａ’断面である。
【００５４】
まず、図１０（ａ）において、マスク基板１上にＭｏＳｉ膜あるいはＣｒ膜で格子パターン２となる遮光膜を膜厚約１０００Å形成する。次に図１０（ｂ）において電子ビーム用レジスト３を塗布し、電子ビーム４による描画によりレジスト３上にマスクパターンを描画する。その後、図１０（ｃ）において、例えばドライエッチングをおこない格子パターン２を形成する。ドライエッチングには、Ｃｒ膜に対しては例えばＣＣｌ４＋Ｏ２ガスが用いられ、ＭｏＳｉ膜に対しては、例えばＣＦ４＋Ｏ２ガスが用いられる。
【００５５】
次に図１０（ｄ）においてエッチングのストッパー膜としてＳＯＧ等からなる絶縁膜５を約２０００Å塗布する。次に図１０（ｅ）において、ＭｏＳｉ膜あるいはＣｒ膜でウエハ上に形成したい所定の主パターン６となる遮光膜を膜厚約１０００Å形成する。次に図１０（ｆ）において、電子ビーム用レジスト３を塗布し電子ビーム４による描画によりレジスト３上にマスクパターンを描画する。その後図１０（ｇ）において、例えばドライエッチングをおこない主パターン６を形成する。
【００５６】
以上のように、この発明の実施の形態１におけるマスクの作製方法では、所定の主パターン６の形成前に補助パターンである格子パターン２を形成しているので、所定の主パターン６の孤立パターン部分に対する補助パターンの位置に注意を払う必要がなく、マスクの作製が簡単に行えるという効果を奏する。
【００５７】
上記により作製したマスク１４を用いて、例えば露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光を使用した縮小投影露光を行い、投影面であるウエハ上のレジストに形成したい所定の主パターン６を転写し、その後にウエハを現像して所定のパターン６をウエハ上に形成する。以下、リソグラフィー以外については、公知の製造工程に従って半導体装置を製造する。
【００５８】
このマスク１４を用いて、リソグラフィーを行うことにより、連続パターンのみならず、焦点深度の小さい孤立パターンについても補助パターンにより焦点深度を向上させることができるので、マスク全体のパターンの焦点深度を向上させることができ、反りや表面段差が存在する実際のウエハ面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができ、高集積化された電気特性のよい半導体装置を得ることができる。
さらに、孤立パターンの焦点深度を向上させる補助パターンは、ウエハ上に解像しない線幅であるため、補助パターンを消滅させるマスクと工程が不要となり半導体装置の製造工程が簡略化される効果がある。
【００５９】
実施の形態２．
発明の実施の形態１においては、格子パターン２となる遮光膜とウエハ上に形成したい所定の主パターン６となる遮光膜の間に、ＳＯＧ等の絶縁膜５を設けたが、この実施の形態２では、格子パターン２を形成する遮光膜の材料とウエハ上に形成したい所定の主パターン６を形成する遮光膜の材料を、エッチングの選択比がある材料で形成することにより、格子パターン２を主パターン６との間に絶縁膜５を形成することなくマスク作製を行うようにしたものである。例えば、第一層の遮光膜をＣｒ膜とし、第二層の遮光膜をＭｏＳｉ膜とすると両遮光膜にエッチング選択比が生じるため絶縁膜５は不要となり、マスク作製工程が簡略化される効果がある。
【００６０】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３における補助パターンである格子パターンの平面図である。発明の実施の形態３においては、格子パターンとなる遮光膜をハーフトーン膜１５で形成したものである。格子パターンはウエハ上のレジストに対して解像限界以下のパターンを形成する必要があるため、完全遮光膜を用いると格子パターンは０．１０μｍ以下程度の線幅になる。しかし、透過率Ｔ＝３０％以上の例えばＭＯＳｉＯＮ膜あるいはＣｒＯＮ膜などのハーフトーン膜１５で格子パターンを形成すると、０．１４μｍ付近までパターン線幅が許容され、マスクの作製が容易となる効果がある。
【００６１】
また、この実施の形態３におけるマスクの作製方法については、実施の形態１におけるマスクの作製方法と同様である。
【００６２】
なお、実施の形態１〜３では格子パターン２となる遮光膜を基板上に形成し、その後でウエハ上に形成したい所定の主パターン６を形成したが、その工程の順番を逆にしてもよい。また、実施の形態１〜３では格子パターン２を等間隔に形成したが、格子パターン２は計算されるピッチ内で配置されれば等間隔でなくてもよい。さらに、マスク全体に形成する必要はなく、孤立パターンの所のみに格子パターンが存在すればよい。
【００６３】
またさらに、実施の形態１〜３の補助パターンは格子パターンでなくてもよく、孤立パターンの並び方向のライン・アンド・スペースであるストライプパターンでもよい。
【００６４】
【発明の効果】
この発明に係る露光用マスクは、連続パターンと孤立パターンを有するマスクと同一マスク上に、露光光の投影面への解像限界以下の補助パターンを形成し、孤立パターンにピッチの小さい周期をもたせることにより孤立パターンの焦点深度を向上させるので、別層のマスクを用いて補助パターンを消滅させる工程を省略することができる。
【００６５】
さらに、補助パターンを格子パターンとしたことにより、Ｘ方向の孤立パターンに対してもＹ方向の孤立パターンに対してもこの格子パターンを適用することができる。
またさらに、補助パターンをハーフトーン型の材料で形成したことにより、補助パターンのパターン線幅を広くすることができ、補助パターンを容易に作製できる。
【００６６】
この発明に係る露光用マスクの作製方法は、連続パターンと孤立パターンを有する所定の主パターンの形成前に、補助パターンを形成しているので、所定の主パターンの孤立パターン部分に対する補助パターンの位置に注意を払う必要がなく、マスクの作製を簡単に行うことができる。
【００６７】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、露光光の投影面への解像限界以下の補助パターンにより孤立パターンの焦点深度を向上させることができるので、連続パターンを含むマスク全体のパターンの焦点深度を向上させることができ、反りや表面段差が存在する実際の投影面に露光する場合においても、露光による像のボケや解像度の低下を生じることなく良好なパターンを形成することができる。従って、高集積化された電気特性のよい半導体装置を得ることができる。
【００６８】
さらに、補助パターンは、露光光の投影面への解像限界以下の線幅であるため、補助パターンを消滅させるマスクと工程が不要となり半導体装置の製造工程が簡略化される効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１におけるマスクの平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１におけるマスクの断面構造図である。
【図３】この発明の実施の形態１における格子パターンの平面図である。
【図４】この発明の実施の形態１における主パターンの平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１における主パターンの投影レンズ系の瞳面上に形成される光学像を説明する模式図である。
【図６】この発明の実施の形態１における各種ライン・アンド・スペースパターンの光強度分布を示すグラフである。
【図７】この発明の実施の形態１における０．２５μｍパターン線幅一定でパターン間隔幅をパラメータとしたときのＤＯＦを示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態１におけるマスクの光学像評価を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態１におけるマスクの光学像評価を示すグラフである。
【図１０】この発明の実施の形態１におけるマスクの作製工程を示す断面構造図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における格子パターンの平面図である。
【図１２】従来の技術における縮小露光技術の回折理論を説明するための模式図である。
【図１３】従来の技術における瞳面上の回折光の様子を示す模式図である。
【図１４】従来の技術における各種干渉による結像を説明する模式図である。
【図１５】従来の技術におけるマスクパターンの平面図である。
【符号の説明】
１ マスク基板、 ２ 格子パターン、 ５ 絶縁膜、 ６ 主パターン、
１４ マスク
Claims (5)
- マスク基板と、
このマスク基板上に形成された複数の補助パターンと、
前記補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して前記第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、
前記補助パターンは、前記所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、前記孤立パターンに周期性をもたせることにより、瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに、露光光による投影面への解像限界以下の線幅であることを特徴とする露光用マスク。 - 補助パターンは格子状のパターンであることを特徴とする請求項１に記載の露光用マスク。
- 補助パターンはハーフトーン型の材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載の露光用マスク。
- マスク基板上に、露光光による投影面への解像限界以下の線幅を有する補助パターンを形成する第１の工程と、
前記補助パターン上に絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記絶縁膜上に第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して前記第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが配置された所定の主パターンを形成する第３の工程とを備え、
前記第１の工程で形成された補助パターンは、前記第３の工程で形成された孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消することを特徴とする露光用マスクの作製方法。 - マスク基板上に形成された複数の補助パターンと、
前記補助パターンを覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、第１の間隔をおいて繰り返し配置される連続パターン及びこの連続パターンに隣接して前記第１の間隔以上の第２の間隔をおいて配置される孤立パターンが形成された所定の主パターンとを備え、
前記補助パターンは、前記所定の主パターンの並び方向に沿って形成され、前記孤立パターンに周期性をもたせることにより瞳面上における回折光の多光束干渉を解消するとともに露光光の投影面への解像限界以下の線幅であることを特徴とし、
前記連続パターン及び前記孤立パターン並びに前記補助パターンを形成した露光用マスクを用いて縮小投影露光を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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