JP4332196B2

JP4332196B2 - フォトマスクおよびその製造方法、電子装置の製造方法

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Publication number: JP4332196B2
Application number: JP2007526784A
Authority: JP
Inventors: 寛時竹内
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Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
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Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2009-09-16
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Description

本発明は一般にフォトマスクに係り、特に半導体素子や磁気素子等、電子装置の製造において、微細パターンの形成に使われるフォトマスクに関する。また本発明は、かかるフォトマスクを使った電子装置の製造方法に関する。

近年の超微細化半導体集積回路装置や磁気ヘッドなどの磁気素子の製造においては、非常に微細なデバイスパターンの形成が要求されており、これに関連して、様々な微細化技術が提案されている。

微細なデバイスパターンをウェハ上に露光しようとすると、短波長の光を使い、かつ大きな開口数の光学系を使用する必要があるが、開口数の大きな光学系は焦点深度が浅く、このため、このような光学系を使用した場合、ウェハ上で所望の微細なパターンを露光しようとすると、厳密なフォーカシングをウェハ全面にわたり維持する必要がある。しかし、ウェハ表面には多少の凹凸が生じるのは避けられず、このような厳密なフォーカシングをウェハ全面にわたり維持するのは困難である。この問題は、特に孤立パターンを露光する場合において顕著に現れる。

この問題を解決するため、所望のデバイスパターンを担持するフォトマスク上において、デバイスパターンの両脇に、ウェハ上には解像されない、いわゆるアシストパターンを付加することで、フォーカスレンジを広げる超解像技術が知られている。この超解像技術により、フォーカスレンジが拡大し、ウェハの凹凸などの影響を吸収すること可能になる。
特開２０００−２０６６７１号公報

図１Ａ，１Ｂは、このようなフォトマスク上に形成された、アシストパターンを有する、それぞれポジ型およびネガ型フォトマスクの例１０Ａ，１０Ｂを示す。

図１Ａを参照するに、フォトマスク１０Ａ上には、ウェハ上に露光される露光パターンに対応した主パターン１１Ａが遮光パターンの形で形成されており、さらにその両側に、ウェハ上では解像されないような幅で、１対のアシストパターン１２Ａが、前記主パターン１１Ａから離間して、同じく遮光パターンの形で形成されている。

また図１Ｂのネガ型フォトマスク１０Ｂでは、フォトマスク上に、ウェハ上に露光される露光パターンに対応した主パターン１１Ｂが、遮光膜中のスリットの形で形成されており、さらにその両側に、ウェハ上では解像されないような幅で、別の１対のアシストパターン１２Ｂが、遮光膜中のスリットの形で形成されている。

図２Ａ，２Ｂは、主パターンの両側に、それぞれ２本のアシストパターンを形成したフォトマスクの例を示す。ただし図２Ａはポジ型マスクパターン１０Ｃを、図２Ｂはネガ型マスクパターン１０Ｄを示す。

図２Ａを参照するに、フォトマスク１０Ｃでは、前記主パターン１１Ａを構成する遮光パターンの両側には、前記アシストパターン１２Ａを構成する１対の遮光パターンがそれぞれ、ウェハ上において解像されないような幅で形成されており、さらのその外側に、別のアシストパターン１３Ａを構成する１対の遮光パターンが、ウェハ上において解像されないような幅で形成されている。

また図２Ｂのフォトマスク１０Ｄにおいては、遮光膜中に形成され前記主パターン１１Ｂを構成するスリットパターンの両側には、同じ遮光膜中に形成され前記アシストパターン１２Ｂを構成する１対のスリットパターンがそれぞれ、ウェハ上において解像されないような幅で形成されており、さらのその外側に、別のアシストパターン１３Ｂを構成する１対のスリットパターンが、ウェハ上において解像されないような幅で形成されている。

図３は、このようなアシストパターンを主パターンに付加する手順を示すフローチャートを示す。

図３を参照するに、ステップ１においてフォトマスクパターンのオリジナルパターンデータが供給され、ステップ２において前記パターンデータ上におけるパターン間の距離が測定される。

さらにステップ３において、例えば以下の表１に記述されるようなアシストパターンの挿入規則が参照され、ステップ４において、前記挿入規則に従って、アシストパターンが挿入される。

さらにステップ５においてパターン間距離の測定が繰り返され、ステップ６において、アシストパターンを有するフォトマスクパターンが、原図として出力される。

ここで表１を参照するに、パターン間隔がウェハ上で６６０ｎｍ以上ある場合、主パターンから１００ｎｍ離れた場所と、アシストパターンから１００ｎｍ離れた場所に、合計で４本のアシストパターンが挿入される。またパターン間隔がウェハ上で５２０ｎｍ以上、６６０ｎｍ未満の場合、主パターンから１００ｎｍ離れた場所と、アシストパターン間のセンターに、合計で３本のアシストパターンが挿入される。さらにパターン間隔が３８０ｎｍ以上、５２０ｎｍ未満の場合、主パターンからウェハ上で１００ｎｍ離れた場所に、合計で２本のアシストパターンが挿入される。さらにパターン間隔がウェハ上で２４０ｎｍ以上、３８０ｎｍ未満の場合、主パターン間のセンターに、１本のアシストパターンが挿入される。またパターン間隔がウェハ上で２４０ｎｍ未満の場合には、アシストパターンの挿入はなされない。なお、表１において、各数値は、ウェハ上における距離をｎｍ単位で示している。

図４は、次の図５Ａに示すようにウェハ上での露光幅が１００ｎｍの主パターン（マスク上での幅は４００ｎｍ）だけを使い、アシストパターンを設けなかった場合、図５Ｂに示すように、前記図４Ａの主パターンの両側に、ウェハ上での露光幅が４０ｎｍの１対のアシストパターン（マスク上での幅は１６０ｎｍ）を、前記主パターンから１００ｎｍ離間して設けた場合（マスク上での距離は４００ｎｍ）、さらに図５Ｃに示すように、前記図４Ｂのアシストパターンのさらに両側に、ウェハ上での露光幅が４０ｎｍの１対のアシストパターン（マスク上での幅は１６０ｎｍ）を、前記内側アシストパターンから１００ｎｍ離間して設けた場合（マスク上での距離は４００ｎｍ）の、フォーカス位置とウェハ上に露光されるパターンのクリティカルディメンジョン（ＣＤ）の関係を示す。ただし図４中、横軸がゼロの位置は、ジャストフォーカス位置になっている。なお、図４の関係は、以下の表２の条件について、シミュレーションで求めたものである。

図４を参照するに、クリティカルディメンジョンの許容値を、目標線幅の１０％（すなわち９０ｎｍ）とした場合、アシストパターンを設けていないと、フォーカシングがジャストフォーカス位置から０．０９μm程度ずれても、クリティカルディメンジョンの許容値を超えるのに対し、1対のアシストパターンを設けていた場合、フォーカシングのずれが０．１４μm程度であっても、クリティカルディメンジョンは許容値を越えないのがわかる。また2対のアシストパターンを設けた場合には、０．２０μm以上のフォーカシングレンジを稼ぐことが可能であることがわかる。

このように、アシストパターン技術は、今日の、ゲート長が０．１ミクロンを切るような超微細化半導体装置の製造においては不可欠の技術であるが、従来、マスク検査工程において、大きな問題を引き起こしている。

図６Ａ，６Ｂは、従来のマスク検査を示す図である。

図６Ａ、６Ｂを参照するに、このマスク検査は、図６Ｂに示すようにフォトマスク上に同一のチップＡが並んで形成されている場合に適用される検査であるが、前記いずれかのフォトマスクに対応するフォトマスク２０３が検査装置のＸ−Ｙステージ２０２上に載置され、制御装置２１１の制御の下、水平アラインメントおよび光学系２０１の調整の後、検査が開始される。

検査が開始されると、図６Ｂに示すように前記Ｘ−Ｙステージ２０２は、制御装置２１１により、検査エリアが一方の端から他方の端まで走査されるように動かされ、フォトマスクを通過した光が対物レンズ２０４により、受光素子２０５上に集光され、対応する画像データが、画像メモリ２０６に保持される。

１つのチップの走査が終了すると、次のチップの走査が開始されるが、その際、前記受光素子２０５で取得された画像データは、欠陥検出回路２０７において、前記画像メモリ２０６中に保持されている先のチップの対応箇所の画像データと比較され、相違点が検出された場合、その座標が欠陥として、欠陥情報メモリ２０８に保持される。

このようにして走査が終了すると、前記画像メモリ２０６は内容がクリアされ、次の走査が開始される。

このようにして検査が終了すると、欠陥確認画面において、先に登録された座標近傍のパターンが表示され、オペレータが目視により、検出された欠陥が実際の欠陥であるかどうか、また修正を行うか否かを判断する。

また同様な検査を、先のチップの画像データの代わりに、設計データを基準データとして使って実行することも可能である。

図７Ａ，図７Ｂは、このような欠陥を含むフォトマスクの例を示す。ただし図７Ａは、欠陥１１Ｘが主パターン１１Ａ中に形成されている場合を、図７Ｂは、欠陥１２Ｘが、アシストパターン１２Ａ中に形成されている場合を示す。同様な欠陥は、図示は省略するが、２対以上のアシストパターンを有するフォトマスク、あるいはネガティブ型フォトマスクにおいても発生する可能性がある。

以上の説明のように、このようなフォトマスクの検査では、最後は人間のオペレータが目視で欠陥を確認しており、フォトマスク中に多数のパターンが担持されていることを考えると、検査に際してのオペレータの負担は大きく、これを軽減する必要がある。

一の側面によれば、本発明は、透明基板と、前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなり、前記1対のアシストパターンの各々には、一部に段差部が設けられたフォトマスクを提供する。

他の側面によれば本発明は、基板上に、素子パターンを露光する工程を含む電子装置の製造方法であって、前記素子パターンを露光する工程は、フォトマスクを使って実行され、前記フォトマスクは、透明基板と、前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなり、前記1対のアシストパターンの各々には、一部に段差部が設けられた電子装置の製造方法を提供する。

さらに他の側面によれば本発明は、透明基板と、前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなり、前記1対のアシストパターンの各々には、一部に段差部が設けられたフォトマスクの製造方法であって、パターンデータ上において、前記素子パターンのパターン間距離を測定する手順と、前記パターン間距離に応じて、前記パターン間距離と、段差部を有するアシストパターンの本数および配置、および段差部を有さないアシストパターンの本数および配置の関係を記述したテーブルを参照し、前記フォトマスク上における前記少なくとも1対のアシストパターンの数、形状および配置を決定する手順と、前記決定手順に従って、マスクパターンを作成する手順とを含む、フォトマスクの製造方法を提供する。

本発明によれば、アシストパターンに段差部を形成することにより、フォトマスクの欠陥を目視検査する際に、オペレータはウェハ上への露光特性に実質的な影響を及ぼさないアシストパターンを容易に識別でき、そのようなアシストパターンの欠陥は無視し、注意を、露光特性に実質的な影響を及ぼす素子パターンに生じた欠陥に集中することが可能となる。これにより、検査効率が向上するとともにオペレータの負荷が軽減される。特に、このような段差部を有するアシストパターンを含む少なくとも1対のアシストパターンの数、形状および配置を決定する手順を、ウェハ上に露光されるパターンのクリティカルディメンジョンあるいは露光時のフォーカスマージンへの影響が最小になるように、テーブルの形で予め決定しておくことにより、フォトマスクのパターンを決定する際に、前記テーブルを単に参照するだけで、このようなアシストパターンに設けた段差部が、ウェハ上に露光されるパターンのクリティカルディメンジョンに及ぼす影響、あるいはフォーカスマージンに及ぼす影響を最小化することが可能である。

アシストパターンを有する従来のフォトマスクパターンの例を示す図である。アシストパターンを有する従来のフォトマスクパターンの別の例を示す図である。アシストパターンを有する従来のフォトマスクパターンの別の例を示す図である。アシストパターンを有する従来のフォトマスクパターンの別の例を示す図である。フォトマスクパターンにアシストパターンを追加する手順を示すフローチャートである。アシストパターンの効果を説明する図である。図４に対応したフォトマスクパターンの具体例を示す図である。図４に対応した、アシストパターンを有するフォトマスクパターンの具体例を示す図である。図４に対応した、アシストパターンを有するフォトマスクパターンの具体例を示す図である。フォトマスクの検査工程を示す図（その１）である。フォトマスクの検査工程を示す図（その２）である。フォトマスクの欠陥の例を示す図である。フォトマスクの欠陥の例を示す別の図である。フォトマスクの欠陥に伴うクリティカルディメンジョンの変化を示す図である。本発明の第1の実施形態によるフォトマスクパターンを示す図である。図９のフォトマスクパターンを使った場合のクリティカルディメンジョンとフォーカシングの関係を示す図である。図９のフォトマスクパターンを使った場合の、露光パターン中におけるクリティカルディメンジョンの変化量の、最大値と最小値を示す図である。本発明の第２の実施形態によるフォトマスクパターンを示す図である。図１１のフォトマスクパターンを使った場合のクリティカルディメンジョンとフォーカシングの関係を示す図である。図１１のフォトマスクパターンを使った場合の、露光パターン中におけるクリティカルディメンジョンの変化量の、最大値と最小値を示す図である。本発明の第３の実施形態によるフォトマスクパターンを示す図である。図１１のフォトマスクパターンを使った場合のクリティカルディメンジョンとフォーカシングの関係を示す図である。図１１のフォトマスクパターンを使った場合の、露光パターン中におけるクリティカルディメンジョンの変化量の、最大値と最小値を示す図である。本発明の第４の実施形態によるフォトマスクパターンの例を示す図である。本発明の第４の実施形態によるフォトマスクパターンの例を示す図である。本発明の第４の実施形態によるフォトマスクパターンの例を示す図である。本発明の第４の実施形態によるフォトマスクパターンの例を示す図である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その１）である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その２）である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その３）である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その４）である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その５）である。本発明の第５の実施形態によるフォトマスクの製造工程を示す図（その６）である。本発明の第６の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その１）である。本発明の第６の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その２）である。本発明の第６の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その３）である。本発明の第６の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その４）である。本発明の第６の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その５）である。

［原理］
先に図７Ａ，７Ｂで説明したように、フォトマスクの欠陥は、主パターン上に発生する場合と、アシストパターン上に発生する場合とがある。

そこで、本発明の発明者は、本発明の基礎となる研究において、欠陥が主パターン上に発生した場合とアシストパターン上で発生した場合について、フォーカス位置とクリティカルディメンジョン（ＣＤ）の関係がどう変化するか調査した。

図８は、このような調査結果を示す。ただし図８中、◆はフォトマスクに欠陥が含まれない場合を、■は図７Ａに示すように主パターン１１Ａ中に欠陥１１Ｘが含まれる場合を、さらに△は、図７Ｂに示すように、アシストパターン１２Ａ中に欠陥１２Ｘが含まれる場合を示している。

図８を参照するに、欠陥がアシストパターン１２Ａ中に形成されている場合には、ウェハ上に露光されるパターンのクリティカルディメンジョンは、フォトマスク中に欠陥が含まれない場合と比べてほとんど変化していないが、主パターン１１Ａ中に欠陥が含まれる場合には、露光パターンのクリティカルディメンジョンは大きな影響を受けることがわかる。これは、アシストパターン１２Ａが、実際にはウェハ上に解像されないパターンであるのに対し、主パターン１１Ａは実際にウェハ上に露光されるパターンである事情を反映しているものと考えられる。

そこで、図６Ａ，６Ｂのようなフォトマスクの検査工程において、オペレータが目視で欠陥を確認する場合、一目でアシストパターンと主パターンとを区別することができれば、アシストパターンを無視し、主パターンのみを確認することにより、検査効率を向上させ、また作業負荷を軽減することが可能になる。

アシストパターンは、主パターンよりもパターン幅がやや狭いため、オペレータが注意深くパターンの線幅を確認すれば、原理的には現状の目視検査でも、アシストパターンを識別できる可能性はあるが、実際には確認画面上においてこのような識別を次々と行っていくのは困難であり、このため、オペレータは、確認画面上において、主パターンとアシストパターンを区別せずに検査しているのが現状である。
［第１の実施形態］
図９は、本発明の第１の実施形態によるフォトマスクのパターンを示す。

図９を参照するに、フォトマスク２０は、主パターン２１と、その両側に、１００ｎｍの距離だけ離間した配置された１対の、幅が４０ｎｍのアシストパターン２２より構成されているが、本実施形態では、目視検査の際にオペレータが容易に視認できるように、アシストパターン２２のエッジ部に２ｎｍの大きさの段差を形成している。

すなわち、アシストパターン２２では、段差部１を境に狭幅部２と広幅部３とが、いずれもウェハ上のサイズで例えば１００ｎｍの長さ（フォトマスク上では４００ｎｍの長さ）で交互に繰り返されており、前記狭幅部２ではウェハ上における幅が例えば３８ｎｍ（フォトマスク上では１５２ｎｍ）に設定され、前記広幅部３ではウェハ上における幅が例えば４２ｎｍ（フォトマスク上では１６８ｎｍ）に設定されている。ただし実際の露光では、前記アシストパターン２２は、ウェハ上において解像されることはない。

このようにアシストパターン２２のエッジ部に段差を形成することにより、前記フォトマスクの目視検査工程において、オペレータは一目でアシストパターンと主パターンとを区別でき、主パターンの欠陥識別に注意を集中することが可能になる。

図１０Ａは、このようにアシストパターン２２に段差部を形成した場合の、フォーカス位置とクリティカルディメンジョン（ＣＤ）の関係の変化を示す。

図１０Ａを参照するに、「ＲＥＦ」と示したデータは、アシストパターン１２Ａに段差部を形成しない場合のクリティカルディメンジョンを、「１」は、前記段差部１に対応した位置における主パターン２１のクリティカルディメンジョンを、「２」は、前記狭幅部２に対応した位置における主パターン２１のクリティカルディメンジョンを、さらに「３」は、前記広幅部３に対応した位置における主パターン２１のクリティカルディメンジョンを示している。

図１０Ａを参照するに、このようにアシストパターン１２Ａに段差部を形成しても、主パターン２１のウェハ上におけるクリティカルディメンジョンはほとんど変化することがなく、露光に実質的な影響は生じないことがわかる。

図１０Ｂは、前記基準パターン（ＲＥＦ）に対する位置１，２，３におけるクリティカルディメンジョンの変化のうち、最大のもの（ＭＡＸ）と最小のもの（ＭＩＮ）を、フォーカス位置の関数として示す。

図１０Ｂを参照するに、フォーカス状態が変化し、ジャストフォーカス位置からずれても、上記クリティカルディメンジョンの最大値および最小値はほとんど変化しないのがわかる。
［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態によるフォトマスク４０のパターンを示す。ただし図１１中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１１を参照するに、本実施例のフォトマスク４０では、図９のフォトマスク２０において、前記１対のアシストパターン２２のそれぞれ外側に、ウェハ上において１００ｎｍの距離だけ離間して、同じパターンが、１対のアシストパターン２３として形成されている。すなわち、前記アシストパターン２３は、ウェハ上における幅が４０ｎｍのパターンで、両側エッジ部に大きさが２ｎｍの段差が形成されている。

図１２Ａは、先の図１０Ａと同様な図で、図１１のフォトマスク４０を使った場合のウェハ上に前記主パターン２２に対応して露光されるパターンのクリティカルディメンジョンＣＤとフォーカシング位置の関係を示しているが、段差部１、狭幅部２および広幅部３のいずれにおいても、クリティカルディメンジョンとフォーカシング位置の関係は、基準パターン（ＲＥＦ）に対して変化していないことがわかる。

図１２Ｂは、前記図１０Ｂに対応する図であり、前記位置１，２および３のうち、クリティカルディメンジョン変化量のうち最大値（ＭＡＸ）および最小値ＭＩＮ）を示しているが、前記最大値および最小値とも、フォーカシング位置に対してほとんど変化しないことがわかる。
［第３の実施形態］
図１３は、本発明の第３の実施形態によるフォトマスク６０のパターンを示す。ただし図１３中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１３を参照するに、本実施例のフォトマスク６０は、図９のフォトマスク２０と同様な構成を有するが、ウェハ上での大きさが５ｎｍ（フォトマスク上では２０ｎｍ）の段差部が、アシストパターン２２の外側エッジ部、すなわち前記主パターン２１から遠い側のエッジ部にのみ、ウェハ上での周期が１００ｎｍ（フォトマスク上では４００ｎｍの周期）で形成されている点で相違している。

図１４Ａは、先の図１０Ａと同様な図で、図１３のフォトマスク４０を使った場合のウェハ上に前記主パターン２２に対応して露光されるパターンのクリティカルディメンジョンＣＤとフォーカシング位置の関係を示しているが、段差部１、狭幅部２および広幅部３のいずれにおいても、クリティカルディメンジョンとフォーカシング位置の関係は、基準パターン（ＲＥＦ）に対して変化していないことがわかる。

図１４Ｂは、前記図１０Ｂに対応する図であり、前記位置１，２および３のうち、クリティカルディメンジョン変化量のうち最大値（ＭＡＸ）および最小値ＭＩＮ）を示しているが、前記最大値および最小値とも、フォーカシング位置に対してほとんど変化しないことがわかる。

特に本実施形態のフォトマスクの場合、他の実施形態のものよりも、クリティカルディメンジョンの最大値と最小値の差が小さく、露光パターンへの影響が最小限に抑えられることがわかる。
［第４の実施形態］
先に、図３および表１を参照しながら、このようなアシストパターンを付加する手順を、アシストパターンに段差が形成されていない場合について説明した。一方、本発明のように、アシストパターンに段差が形成されている場合は、前記表１の規則を、両側エッジ部に段差を設けたアシストパターン、右側の側エッジ部にのみ段差を設けたアシストパターン、左側の側エッジ部にのみ段差を設けたアシストパターン、段差を設けないアシストパターンの使用に応じて、より適切な規則に変形することが必要である。

以下、図１５Ａ〜１５Ｄに示す様々なフォトマスクパターンにおいて、図３の手順でアシストパターンを付加する例を説明する。ただし、図１５Ａ〜１５Ｄは、いずれも２本の主パターン２１の周辺にアシストパターン２２を付加する例を示している。

図１５Ａ〜１５Ｄのパターン８０Ａ〜８０Ｄにおいては、アシストパターン２２として両側エッジ部に段差を有するパターン（ＳＢ１），段差を有さないパターン（ＳＢ２），左側エッジ部にのみ段差を有するパターン（Ｒ−ＳＢ１），右側エッジ部にのみ段差を有するパターン（Ｌ−ＳＢ１）のいずれかよりなり、以下の表３および表４に従って配置される。

かかる構成によれば、図１５Ｃあるいは１５Ｄに示すように段差部を有さないアシストパターン（ＳＢ２）を使った場合でも、かかるアシストパターンは、その両側に配置された、段差部を有するアシストパターン（Ｌ−ＳＢ１、Ｒ−ＳＢ１）の段差部が形成された側エッジ部によりマーキングされ、オペレータは主パターン２１と容易に区別することが可能である。

その際、表３および表４を、前記段差部を有するアシストパターンを形成することによりウェハ上において露光される素子パターンのクリティカルディメンジョンあるいはフォーカシングマージンに対する影響が、最小になるように予め決定しておけば、単にテーブルを参照するだけで、フォトマスクパターン中の最適な位置に前記アシストパターンを挿入することが可能になる。
［第５の実施形態］
図１６Ａ〜１６Ｆは、本発明のパターンを使ったハーフトーンマスクの作製工程を示す。

図１６Ａを参照するに、石英ガラス基板６１上には透過率が６％のハーフトーン膜６２およびＣｒ膜６３が順次形成され、Ｃｒ膜６３上にレジスト膜６４が形成される。

次いで図１６Ｂの工程において前記レジスト膜６４が電子ビーム露光によりパターニングされ、パターニングされたレジスト膜６４をマスクに前記Ｃｒ膜６３をドライエッチングすることにより、前記Ｃｒ膜６３中に開口部６３Ａ，６３Ｂ，６３Ｃが形成される。

次に図１６Ｃの工程において前記レジスト膜６４を除去し、前記Ｃｒ膜６３をマスクにその下のハーフトーン膜６２をドライエッチングすることにより、前記ハーフトーン膜６２中に開口部６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃが形成される。

さらに図１６Ｄの工程において図１６Ｃの構造上にレジスト膜６５を形成し、さらにこれを図１６Ｅの工程でパターニングして前記Ｃｒパターン６２の一部を露出し、さらに図１６Ｆの工程で前記レジスト膜６５をマスクに前記露出したＣｒ膜６３を除去することにより、所望の超解像フォトマスクが形成される。

このようにして作製されたフォトマスクでは、欠陥の目視検査工程において、オペレータが、実際にウェハ上に露光される主パターンと露光されないアシストパターンとを一目で識別することができ、フォトマスクの作製効率を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、図１６Ａ〜１６Ｆのようなハーフトーンフォトマスクの製造に限定されるものではなく、バイナリフォトマスクの製造においても有用である。
[第６の実施形態]
以下に、このようなハーフトーンフォトマスクを使ったフォトリソグラフィ工程によりシリコン基板上に半導体素子パターンを形成する例を、本発明の第６の実施形態として、図１７Ａ〜図１７Ｄを参照しながら説明する。

図１７Ａを参照するに、シリコン基板１１０中にＳＴＩ法により、深さが例えば３００ｎｍのトレンチと、かかるトレンチを充填する素子分離膜１１２を形成する。ただし図１７Ａ中、中央の素子分離膜１２より左側の領域がｎチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域として使われ、右側がｐチャネルＭＯＳトランジスタ素子領域として使われる。

次いで図１７Ｂの工程において例えば熱酸化法により、前記シリコン基板１１０上に犠牲酸化膜１１４を形成し、さらにフォトリソグラフィプロセスにより、前記ｎチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域を露出しｐチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域を覆うように、フォトレジスト膜１１６を形成する。

さらに図１７Ｂの工程では、前記フォトレジスト膜１１６をマスクとしてイオン注入を行い、前記ｎチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域において、前記シリコン基板１１０中に、ｐ型不純物拡散領域１１８，１２０，１２２を形成する。

前記ｐ型不純物拡散領域１１８は、例えばインジウムイオン（Ｉｎ＋）を、６０ｋｅＶの加速エネルギ下、１×１０^１3ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成することにより形成できる。また前記ｐ型不純物拡散領域１２０は、例えばインジウムイオンを、１８０ｋｅＶの加速エネルギ下、３×１０¹³ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成できる。さらに前記ｐ型不純物拡散領域１２２は、例えばボロンイオン（Ｂ＋）を、１５０ｋｅＶの加速エネルギ下、３×１０¹³ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成できる。

次に図１７Ｃの工程において、フォトリソグラフィプロセスにより、前記ｐチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域を露出し前記ｎチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域を覆うように、フォトレジスト膜１２４を形成する。

さらに図１７Ｃの工程において前記フォトレジスト膜１２４をマスクにイオン注入を行い、前記ｐチャネルＭＯＳトランジスタの素子領域において、前記シリコン基板１１０中にｎ型不純物拡散領域１２６，１２８，１３０を形成する。

前記ｎ型不純物拡散領域１２６は、例えば砒素イオン（Ａｓ＋）を、１００ｋｅＶの加速エネルギ下、５×１０¹²ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成することができる。一方前記ｎ型不純物拡散領域１２８は、例えば砒素イオンを、１５０ｋｅＶの加速エネルギ下、３×１０¹³ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成することができる。さらに前記ｎ型不純物拡散領域１３０は、例えばリンイオン（Ｐ＋）を、３００ｋｅＶの加速エネルギ下、３×１０¹³ｃｍ^-2のドーズ量でイオン注入することにより形成することができる。

図１７Ｃの工程では、さらに弗酸系の水溶液を用いたウェットエッチングにより前記犠牲酸化膜１１４を除去し、前記シリコン基板１１０の表面を露出する。

次に、図１７Ｄの工程において熱酸化法などにより、前記図１７Ｃの工程において犠牲酸化膜１１４を除去することにより露出したシリコン基板表面に、例えば膜厚１１ｎｍのシリコン酸化膜を成長し、シリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜３２を形成する。

さらに前記ゲート絶縁膜１３２上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚が１００ｎｍのポリシリコン膜を堆積し，さらに前記ポリシリコン膜上に有機反射防止膜１３６を８０ｎｍ程度の膜厚に形成し、更に感光材料であるＡｒＦ型のポジ型レジストを２５０ｎｍ〜３００ｎｍ程度の膜厚に塗布する。

さらにこの状態で、前記シリコン基板１１０を構成するシリコンウェーハに、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする縮小投影露光装置を用い、前記フォトマスクのパターンを露光する。露光条件は、例えば開口率（ＮＡ）が０．７で１／２輪帯照明(σ値：０．４２５／０．８５)を使う場合、露光量を２１０Ｊ／ｃｍ²に設定する。

次に、図１７Ｄの工程において前記レジスト膜の熱処理（ＰＥＢ）及び現像処理を行い、前記レジスト膜をパターニングし、レジストパターン１３８を形成する。さらに、前記レジストパターン１３８をマスクに前記反射防止膜１３６、ポリシリコン膜１３４及びゲート酸化膜１３２をドライエッチングし、ポリシリコン膜よりなるゲート電極１４０ｎ，１４０ｐを形成する。ここで、ゲート電極１４０ｎはｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極であり、ゲート電極１４０ｐはｐチャネルＭＯＳトランジスタのゲート電極である。

さらに前記レジスト膜１３８および反射防止膜１３６を除去することにより、図１７Ｅに示すＣＭＯＳ素子が得られる。

本発明の実施形態では、ポジ型フォトマスクを例に説明したが、本発明はネガ型フォトマスクに対しても同様に有効である。

以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

Claims

透明基板と、
前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、
前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなり、
前記1対のアシストパターンの各々には、一部に周期的に繰り返される段差部が設けられたフォトマスク。
前記段差部は、前記1対のアシストパターンの各々において、少なくとも一方のエッジ部に周期的に繰り返される請求項１記載のフォトマスク。
前記段差は、１６〜４０ｎｍの大きさを有し、４００ｎｍの周期で繰り返される請求項１記載のフォトマスク。
前記段差部は、前記1対のアシストパターンの各々において、前記素子パターンから遠い側のエッジ部にのみ形成される請求項１記載のフォトマスク。
前記段差部は、前記1対のアシストパターンの各々において、両側のエッジ部に形成される請求項１記載のフォトマスク。
前記1対のアシストパターンの外側には、さらに別の1対のアシストパターンが形成されており、前記別の1対のアシストパターンの各々は、両側のエッジ部に、前記段差部に対応する段差部が形成される請求項１記載のフォトマスク。
前記１対のアシストパターンの外側には、さらに別の1対のアシストパターンが形成されており、前記別の1対のアシストパターンの各々は、段差部が形成されない請求項１記載のフォトマスク。
前記フォトマスクは、ハーフトーン位相シフトマスクである請求項１記載のフォトマスク。
基板上に、素子パターンを露光する工程を含む電子装置の製造方法であって、
前記素子パターンを露光する工程は、フォトマスクを使って実行され、前記フォトマスクは、透明基板と、前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなり、前記1対のアシストパターンの各々には、一部に周期的に繰り返される段差部が設けられた電子装置の製造方法。
透明基板と、前記透明基板上に形成され、ウェハ上に露光される素子パターンを形成する遮光膜と、前記透明基板上に、前記遮光膜により、前記素子パターンに隣接して、ウェハ上において解像されないような寸法でそれぞれ形成された、少なくとも1対のアシストパターンとよりなるフォトマスクの製造方法であって、
パターンデータ上において、前記素子パターンのパターン間距離を測定する手順と、
前記パターン間距離に応じて、前記パターン間距離と、段差部を有するアシストパターンの本数および配置、および段差部を有さないアシストパターンの本数および配置の関係を記述したテーブルを参照し、前記フォトマスク上における前記少なくとも1対のアシストパターンの数、形状および配置を決定する手順と、
前記決定手順に従って、マスクパターンを作成する手順とを含み、
前記一対のアシストパターンの各々には、一部に周期的に繰り返される段差部が設けられたフォトマスクの製造方法。