JP4352068B2 - 露光方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光方法及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体集積回路装置の高集積化のためには、高密度でパターンを形成することが重要である。そのため、例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリでは、ビット線コンタクト用のコンタクトホールを互いにずらして配置することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。図２１は、上記コンタクトホールを形成するためのマスクパターンを示した図である。図に示すように、コンタクトホール形成用の開口（光透過部）が互いにずらして配置されている。

しかしながら、上述した開口パターンは斜め方向に密であるため、露光量裕度及びフォーカス裕度を表すプロセスウィンドウが小さくなり、露光工程での寸法誤差を抑制することが困難である。したがって、従来は、寸法誤差が抑制された高精度のパターンを形成することが困難であった。
特許第３４４１１４０号公報

本発明は、寸法誤差が抑制された高精度のパターンを形成することが可能な露光方法及び半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の視点に係る露光方法は、対応するパターンがフォトレジストに形成される第１及び第２のメイン開口と、対応するパターンがフォトレジストに形成されない第１及び第２のアシスト開口とを有するフォトマスクを用意する工程と、第１の発光領域と第２の発光領域とを有する照明を用意する工程と、前記照明からの照明光を前記フォトマスクを介してフォトレジストに照射する工程と、を備えた露光方法であって、前記第１のメイン開口は、第１の方向に延びた第１の直線上に第１のピッチで配置され、前記第２のメイン開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第１の直線から第１の距離だけ離れた第２の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第１のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、前記第１のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第１の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第２の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第３の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第１のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、前記第２のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第２の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第１の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第４の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第２のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、前記第１の発光領域と前記第２の発光領域とは前記照明の中心に対して互いに対称であり、前記第１及び第２の発光領域はそれぞれ第１及び第２の点を内包し、前記第１の点と前記第２の点とは、前記照明の中心に対して互いに対称であり、前記照明の中心を通り且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に延びた直線に対して互いに対称である。

本発明の第２の視点に係る半導体装置の製造方法は、前記露光方法によって露光されたフォトレジストを用意する工程と、前記露光されたフォトレジストを現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、を備える。

本発明によれば、パターンが微細化されても、寸法誤差が抑制された高精度のパターンを形成することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態及び他の実施形態では、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのビット線コンタクト用のコンタクトホールを形成する場合について説明する。

図１は、本実施形態におけるフォトマスクを模式的に示した図である。

図１に示したフォトマスクは、メイン開口（第１のメイン開口）１１、メイン開口（第２のメイン開口）１２、アシスト開口（第１のアシスト開口）２１及びアシスト開口（第２のアシスト開口）２２を有している。これらの開口は、遮光領域３１によって囲まれている。遮光領域３１は、例えばクロム膜が形成された遮光領域、或いは、例えばモリブデンシリサイド膜が形成された半透明のハーフトーン位相シフト領域である。メイン開口１１とメイン開口１２とは互いに同一形状及び同一寸法であり、アシスト開口２１とアシスト開口２２とは互いに同一形状及び同一寸法である。また、アシスト開口２１及び２２は、メイン開口１１及び１２よりも小さい。

メイン開口１１及び１２は、ビット線コンタクト用のコンタクトホールパターンに対応したパターンであり、露光工程及び現像工程の後、メイン開口１１及び１２に対応したパターンがフォトレジストに形成される。アシスト開口２１及び２２は、補助的なパターンであり、露光工程及び現像工程の後、アシスト開口２１及び２２に対応したパターンはフォトレジストに形成されない。

メイン開口１１は、ビット線方向（第１の方向）に延びた直線（第１の直線）４１上にピッチＰ（第１のピッチ）で配置されている。すなわち、各メイン開口１１の中心が直線４１上に位置している。メイン開口１２は、ビット線方向に延びた直線（第２の直線）４２上にピッチＰで配置されている。すなわち、各メイン開口１２の中心が直線４２上に位置している。直線４１と直線４２とは互いに平行であり、直線４１と直線４２との距離（第１の距離）はＤである。また、メイン開口１１とメイン開口１２とは、ビット線方向に互いにＰ／２だけずれて配置されている。

アシスト開口２１は、ビット線方向に延びた直線（第３の直線）４３上にピッチＰで配置されている。すなわち、各アシスト開口２１の中心が直線４３上に位置している。アシスト開口２２は、ビット線方向に延びた直線（第４の直線）４４上にピッチＰで配置されている。すなわち、各アシスト開口２２の中心が直線４４上に位置している。直線４１、４２、４３及び４４は互いに平行である。直線４１と直線４３との距離はＤであり、直線４２と直線４４との距離もＤである。また、アシスト開口２１はメイン開口１１に対して、ビット線方向にＰ／２だけずれて配置されている。同様に、アシスト開口２２はメイン開口１２に対して、ビット線方向にＰ／２だけずれて配置されている。したがって、アシスト開口２１とアシスト開口２２とは、ビット線方向に互いにＰ／２だけずれて配置されている。

以上の説明からわかるように、アシスト開口２１、メイン開口１１、メイン開口１２及びアシスト開口２２は、斜め方向に同一ピッチで配置されている。すなわち、図１に示したフォトマスクは、アシスト開口２１及び２２を付加することで斜め方向の周期性を高めるようにしている。

図２は、本実施形態における照明を模式的に示した図である。

図２に示すように、照明は、発光領域（第１の発光領域）５１、発光領域（第２の発光領域）５２、発光領域（第３の発光領域）５３及び発光領域（第４の発光領域）５４を有している。これらの発光領域５１、５２、５３及び５４は、非発光領域６１によって囲まれている。

発光領域５１と発光領域５２とは、照明の中心７０に対して互いに対称である。すなわち、発光領域５１と発光領域５２とは互いに同一形状及び同一寸法であり、発光領域５１の中心と発光領域５２の中心とは照明の中心７０に対して互いに対称な位置にある。また、発光領域５１及び発光領域５２はそれぞれ点７１（第１の点）及び点（第２の点）７２を内包する。点７１及び点７２は、照明の中心７０に対して互いに対称である。また、点７１及び点７２は、照明の中心７０を通り且つビット線方向（ｙ方向、第１の方向）に垂直なワード線方向（ｘ方向、第２の方向）に延びた直線８２に対して互いに対称である。すなわち、照明の中心７０と点７１との距離（ｄｙ）及び照明の中心７０と点７２との距離（ｄｙ）は互いに等しい。なお、理想的には、発光領域５１の中心と点７１とが一致し、発光領域５２の中心と点７２とが一致していることが望ましい。この場合には、発光領域５１と発光領域５２とは、直線８２に対して互いに対称となる。

発光領域５３と発光領域５４とは、照明の中心７０に対して互いに対称である。すなわち、発光領域５３と発光領域５４とは互いに同一形状及び同一寸法であり、発光領域５３の中心と発光領域５４の中心とは照明の中心７０に対して互いに対称な位置にある。また、発光領域５３及び発光領域５４はそれぞれ点７３（第３の点）及び点（第４の点）７４を内包する。点７３及び点７４は、照明の中心７０に対して互いに対称である。また、点７３及び点７４は、照明の中心７０を通り且つビット線方向（ｙ方向、第１の方向）に延びた直線８１に対して互いに対称である。すなわち、照明の中心７０と点７３との距離（ｄｘ）及び照明の中心７０と点７４との距離（ｄｘ）は互いに等しい。なお、理想的には、発光領域５３の中心と点７３とが一致し、発光領域５４の中心と点７４とが一致していることが望ましい。この場合には、発光領域５３と発光領域５４とは、直線８１に対して互いに対称となる。

なお、照明光の波長をλ、照明光が通過する投影レンズの開口数をＮＡとすると、照明の中心７０と点７１との距離ｄｙ及び照明の中心７０と点７２との距離ｄｙは、照明のσ座標系において、
ｄｙ＝(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ)) （式１）
なる関係を満たしていることが望ましい。σ座標系については後述する。

また、照明の中心７０と点７３との距離ｄｘ及び照明の中心７０と点７４との距離ｄｘは、照明のσ座標系において、
ｄｘ＝(λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ)) （式２）
なる関係を満たしていることが望ましい。

なお、図２の例では、４箇所の発光領域５１、５２、５３及び５４を有する４重極照明を用いたが、図３に示すように、２箇所の発光領域５１及び５２を有する２重極照明を用いてもよい。すなわち、照明は、少なくとも発光領域５１及び５２を有していればよく、発光領域５３及び５４は必ずしも設ける必要はない。なお、図３の発光領域５１及び５２の構成や配置等は、図２で説明した発光領域５１及び５２と同様である。

上述した照明（図２或いは図３で示した照明）からの照明光を、上述したフォトマスク（図１に示したフォトマスク）を介してフォトレジストに照射することで、寸法誤差が抑制された高精度のコンタクトホールパターンを形成することができる。

図４は、露光及び現像工程後のフォトレジストに形成されたパターンを模式的に示した図である。図４に示すように、フォトレジスト９０にコンタクトホールパターン９１及び９２が形成される。すなわち、図１に示したメイン開口１１及び１２に対応したパターンが、コンタクトホールパターン９１及び９２としてフォトレジスト９０に形成される。また、図１に示したアシスト開口２１及び２２に対応したパターンはフォトレジスト９０に形成されない。

ここで、上述したσ座標系について、図５を参照して説明する。図５において、１１１は照明光学系、１１２はフォトマスク、１１３は投影光学系（投影レンズ）、１１４は基板（半導体ウェハ）、１１５は光軸である。照明光学系１１１の射出側開口数はｓｉｎ(θ１)、投影光学系１１３の入射側開口数はｓｉｎ(θ２)であり、σ値はｓｉｎ(θ１)／ｓｉｎ(θ２)と定義される。

２重極照明や４重極照明のような変形照明では、上記σ値の定義を拡張して、σ座標系を用いるのが一般的である。σ座標系は、光軸を原点とし、投影光学系の入射側開口数を１に規格化した座標系である。したがって、図５のＡ点の照明位置は、σ座標系で表すと、
（σx，σy）＝（ｓｉｎ(θ１)／ｓｉｎ(θ２)，０）
となる。

以下、上述したフォトマスク（図１に示したフォトマスク）及び照明（図２或いは図３で示した照明）を用いた露光方法により、寸法誤差が抑制された高精度のパターンを形成できる理由について説明する。

パターン間隔が基板上寸法で（λ／ＮＡ）よりも小さい場合、垂直照明光を用いると、回折角が大きいため、０次回折光以外の回折光は基板に到達しない。そのため、光の干渉が起きず、像が形成されない（図６参照）。斜め照明を用いた場合には、０次回折光と１次回折光との干渉により、像を形成することが可能である（図７参照）。

斜め照明を用いた場合、孤立パターンよりも周期パターンの方が焦点深度が大きくなる。そこで、本実施形態では、図１に示すようなアシスト開口２１及び２２を付加し、パターン全体に周期性を持たせている。すなわち、図１に示したメイン開口１１とメイン開口１２とは斜め方向に配置されているため、アシスト開口２１及び２２を付加することで斜め方向の周期性を高めるようにしている。

次に、図２或いは図３で示した照明が望ましい理由について説明する。なお、ここでは、説明の簡単化のため図３に示した２重極照明を想定して説明するが、図２に示した４重極照明の場合にも同様の議論が成り立つ。

図１に示したマスクパターンは、回折格子としては、図８に示したマスクパターンと同じ方向に回折光を発生すると考えることができる。図８において、１２１は遮光領域、１２２は開口を示している。

図８に示したマスクパターンに、図９に示すような垂直照明光を有する照明を照射した場合を考える。すなわち、図９の照明では、照明の中心部に発光領域１３１が設けられている。この場合、投影レンズ瞳に相当する面での回折光は、図１０に示すような分布を示す。図１０の座標系は、投影レンズ瞳の半径を１に規格化したσ座標系である。

図１０において、１４１ｇは０次回折光、１４１ｆは１次回折光である。４つの１次回折光１４１ｆの座標位置は、
（＋Ｑx，＋Ｑy）
（＋Ｑx，−Ｑy）
（−Ｑx，＋Ｑy）
（−Ｑx，−Ｑy）
となる。ただし、
Ｑx＝λ／（２Ｄ×ＮＡ）
Ｑy＝λ／（２Ｐ×ＮＡ）
である。なお、λは照明光の波長、ＮＡは投影レンズ（投影光学系）の開口数である。また、Ｄ及びＰは、図１で規定したＤ及びＰと同様である。すなわち、図８では、開口１２２の中心を通るｙ方向に延びた直線間の距離がＤであり、開口１２２のｙ方向のピッチがＰである。また、１４２は投影レンズ瞳の有効領域であり、有効領域１４２内の回折光のみが基板上に到達する。図１０の場合には、１つの回折光（０次回折光１４１ｇ）しか基板上に到達しないため、基板上には像が形成されない。

図８に示したマスクパターンに、斜め照明光を有する照明を照射した場合を考える。斜め照明光の位置をｙ軸方向に適当のシフトさせることにより、図１１に示すように、投影レンズ瞳の有効領域１４２内に３つの回折光１４１ａ、１４１ｂ及び１４１ｃを位置させることができる。したがって、３つの回折光が投影レンズを通して基板上に到達するため、基板上に像を形成することができる。

図１２は、図１１に示した３つの回折光１４１ａ、１４１ｂ及び１４１ｃの干渉により、図８の開口１２２に対応した像が基板上に形成されることを模式的に示した図である。回折光１４１ａ及び回折光１４１ｂの干渉により、基板上に干渉縞１５１が生成される。同様に、回折光１４１ｂ及び回折光１４１ｃの干渉により、基板上に干渉縞１５２が生成され、回折光１４１ｃ及び回折光１４１ａの干渉により、基板上に干渉縞１５３が生成される。なお、実線は干渉縞の明部ピーク、破線は干渉縞の暗部ピークを示している。３つの干渉縞１５１、１５２及び１５３の明部が重なった部分１５５で、光強度が特に高くなる。したがって、ポジ型フォトレジストを用いた場合には、上記部分１５５にホールパターンが形成されることになる。

なお、図１２は、図８に示したマスクパターンを用いた場合の例である。図１に示したようなマスクパターンを用いた場合には、メイン開口及びアシスト開口のサイズに応じた像強度で基板上に像を形成することで、メイン開口に対応したホールパターンのみをフォトレジストに形成することができる。

３つの回折光が投影レンズを通過する場合の最も適当な条件は、３つの回折光が瞳の中心から等距離にある場合である。この場合、基板上に形成される干渉縞はｚ方向依存性がなくなるため、焦点深度が十分に大きくなる。

３つの回折光が瞳の中心から等距離にある条件は、以下のようにして求められる。照明のシフト量をσsとすると、３つの回折光１４１ａ、１４１ｂ及び１４１ｃの座標位置は、図１３のようになる。すなわち、
１４１ａ ： （０，−σs）
１４１ｂ ： （Ｑx，Ｑy−σs）
１４１ｃ ： （−Ｑx，Ｑy−σs）
となる。Ｑx及びＱyは、すでに述べたように、
Ｑx＝λ／（２Ｄ×ＮＡ）
Ｑy＝λ／（２Ｐ×ＮＡ）
と表される。

回折光１４１ａ、１４１ｂ及び１４１ｃの対称性から、図１４において、「ａ＝ｂ」の条件が満たされればよい。この場合、
ａ＝σs
ｂ＝(Ｑx²＋(Ｑy−σs)²)^1/2
となる。「ａ＝ｂ」であるため、
σs＝(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))
となる。したがって、照明を上記シフト量σsでｙ軸の正方向及び負方向にシフトさせることで、２重極照明の最適位置が得られる。

なお、４重極照明の場合にも、上述した議論と同様の議論が成り立つ。したがって、４重極照明の場合には、ｘ軸方向のシフト量をσsxとし、ｙ軸方向のシフト量をσsyとすると、
σsx＝(λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ))
σsy＝(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))
となる。したがって、照明が、上記シフト量σsxでｘ軸の正方向及び負方向にシフトし、上記シフト量σsyでｙ軸の正方向及び負方向にシフトした場合が、４重極照明の最適位置となる。

なお、上記σsxは図２に示したｄｘに対応し、上記σsyは図２及び図３に示したｄｙに対応するものである。

以上のように、本実施形態によれば、図１に示すようなアシスト開口を有するフォトマスクを用いるとともに、図２或いは図３に示すような発光領域を有する照明を用いることにより、パターンが微細化されても、寸法誤差が抑制された高精度のホールパターンを形成することが可能となる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態と同様であるため、それらの詳細な説明は省略する。

図１５は、本実施形態における照明を模式的に示した図である。

図１５に示すように、照明は、発光領域（第１の発光領域）５１、発光領域（第２の発光領域）５２、発光領域（第３の発光領域）５３及び発光領域（第４の発光領域）５４を有している。これらの発光領域５１、５２、５３及び５４は、非発光領域６１によって囲まれている。

発光領域５１と発光領域５２とは、照明の中心７０に対して互いに対称である。すなわち、発光領域５１と発光領域５２とは互いに同一形状及び同一寸法であり、発光領域５１の中心と発光領域５２の中心とは照明の中心７０に対して互いに対称な位置にある。また、発光領域５１及び発光領域５２はそれぞれ点７１（第１の点）及び点（第２の点）７２を内包する。点７１及び点７２は、照明の中心７０に対して互いに対称である。また、点７１及び点７２は、照明の中心７０を通り且つワード線方向（ｘ方向、第２の方向）に延びた直線８２に対して互いに対称である。すなわち、照明の中心７０と点７１との距離及び照明の中心７０と点７２との距離は互いに等しい。なお、理想的には、発光領域５１の中心と点７１とが一致し、発光領域５２の中心と点７２とが一致していることが望ましい。この場合には、発光領域５１と発光領域５２とは、直線８２に対して互いに対称となる。

発光領域５３と発光領域５４とは、照明の中心７０に対して互いに対称である。すなわち、発光領域５３と発光領域５４とは互いに同一形状及び同一寸法であり、発光領域５３の中心と発光領域５４の中心とは照明の中心７０に対して互いに対称な位置にある。また、発光領域５３及び発光領域５４はそれぞれ点７３（第３の点）及び点（第４の点）７４を内包する。点７３及び点７４は、照明の中心７０に対して互いに対称である。また、点７３及び点７４は、照明の中心７０を通り且つビット線方向（ｙ方向、第１の方向）に延びた直線８１に対して互いに対称である。すなわち、照明の中心７０と点７３との距離及び照明の中心７０と点７４との距離は互いに等しい。なお、理想的には、発光領域５３の中心と点７３とが一致し、発光領域５４の中心と点７４とが一致していることが望ましい。この場合には、発光領域５３と発光領域５４とは、直線８１に対して互いに対称となる。

また、本実施形態の照明では、発光領域５１、５２、５３及び５４は、互いに同一形状及び同一寸法である。また、照明の中心７０と発光領域５１の中心との距離、照明の中心７０と発光領域５２の中心との距離、照明の中心７０と発光領域５３の中心との距離、及び照明の中心７０と発光領域５４の中心との距離は互いに等しい。すなわち、照明のσ座標系において、これらの距離はいずれもｄである。

また、本実施形態の照明では、Ｄ≧Ｐのときに、距離ｄは、
(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))≧ｄ≧(λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ))
（式３）
と表される。また、Ｄ＜Ｐのときに、距離ｄは、
(λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ))≧ｄ≧(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))
（式４）
と表される。Ｄ、Ｐ、λ及びＮＡは、第１の実施形態で述べた通りである。

本実施形態においても、図１に示すようなアシスト開口を有するフォトマスクを用いるとともに、図１５に示すような発光領域を有する照明を用いることにより、パターンが微細化されても、寸法誤差が抑制された高精度のホールパターンを形成することが可能となる。

また、図１５に示すような照明は、典型的な４重極照明である。このような典型的な４重極照明を用いた場合にも、上述した式３及び式４を満たすように距離ｄを設定することで、寸法誤差が抑制された高精度のホールパターンを形成することが可能となる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態等と同様であるため、それらの詳細な説明は省略する。

図１６〜図１８は、本実施形態における照明の第１〜第３の例を模式的に示した図である。発光領域５１〜５４の位置や形状等の基本的事項については、第１の実施形態及び第２の実施形態で述べた事項と同様である。

図１６に示した第１の例では、発光領域５１〜５４の偏光状態が以下のようになっている。すなわち、発光領域５１及び５２では偏光方向がｘ方向（ワード線方向）であり、発光領域５３及び５４では偏光方向がｙ方向（ビット線方向）である。より一般的に言えば、発光領域５１及び５２では、偏光光の電気ベクトルのｘ方向成分がｙ方向成分よりも大きい。また、発光領域５３及び５４では、偏光光の電気ベクトルのｙ方向成分がｘ方向成分よりも大きい。偏光度（ＤＯＰ：degree of polarization）を以下の式で表すと、
ＤＯＰ＝（｜Ｅ1｜²−｜Ｅ0｜²）／（｜Ｅ1｜²＋｜Ｅ0｜²） （式５）
ＤＯＰは０．７以上であることが望ましい。Ｅ1は主方向の電気ベクトル成分、Ｅ0は主方向に垂直な方向の電気ベクトル成分である。発光領域５１及び５２では、Ｅ1はｘ方向の電気ベクトル成分に対応し、Ｅ0はｙ方向の電気ベクトル成分に対応する。発光領域５３及び５４では、Ｅ1はｙ方向の電気ベクトル成分に対応し、Ｅ0はｘ方向の電気ベクトル成分に対応する。

図１７に示した第２の例では、発光領域５１〜５４の偏光状態が以下のようになっている。すなわち、発光領域５１及び５２では偏光方向がｙ方向（ビット線方向）であり、発光領域５３及び５４では偏光方向がｘ方向（ワード線方向）である。より一般的に言えば、発光領域５１及び５２では、偏光光の電気ベクトルのｙ方向成分がｘ方向成分よりも大きい。また、発光領域５３及び５４では、偏光光の電気ベクトルのｘ方向成分がｙ方向成分よりも大きい。上述した（式５）で偏光度（ＤＯＰ）を表すと、ＤＯＰは０．７以上であることが望ましい。発光領域５１及び５２では、Ｅ1はｙ方向の電気ベクトル成分に対応し、Ｅ0はｘ方向の電気ベクトル成分に対応する。発光領域５３及び５４では、Ｅ1はｘ方向の電気ベクトル成分に対応し、Ｅ0はｙ方向の電気ベクトル成分に対応する。

図１８に示した第３の例では、発光領域５１〜５４いずれも非偏光光である。すなわち、発光領域５１〜５４からは、電気ベクトル成分に偏りがない光が射出される。

一般に、図１６に示したような照明では、露光量裕度は増大するが、焦点深度は減少する。逆に、図１７に示したような照明では、露光量裕度は減少するが、焦点深度は増大する。図１８に示したような照明では、それらの中間の状態が得られる。上述した照明の中で、どの照明が最も適切であるかは、各種条件に依存する。例えば、マスクパターンのピッチ（Ｐ）、パターン間距離（Ｄ）、マスクバイアス、目的とするレジストパターン寸法、プロセス条件等に依存する。条件に応じた最適な偏光状態を有する照明を用いることが望ましい。

本実施形態においても、基本的には、図１に示すようなアシスト開口を有するフォトマスクを用いるとともに、図２或いは図１５に示すような発光領域を有する照明を用いるため、第１及び第２の実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。また、条件に応じた最適な偏光状態を有する照明を用いることにより、より効果的にホールパターンを形成することが可能となる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、基本的な事項は第１の実施形態等と同様であるため、それらの詳細な説明は省略する。

図１９は、本実施形態におけるフォトマスクを模式的に示した図である。

メイン開口（第１のメイン開口）１１、メイン開口（第２のメイン開口）１２、アシスト開口（第１のアシスト開口）２１及びアシスト開口（第２のアシスト開口）２２については、図１に示したフォトマスクと同様であるため、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では、アシスト開口（第３のアシスト開口）２３及びアシスト開口（第４のアシスト開口）２４をさらに設けている。

アシスト開口２１、２２、２３及び２４は互いに同一形状及び同一寸法である。すなわち、アシスト開口２３及び２４は、アシスト開口２１及び２２と同様に、補助的なパターンであり、露光工程及び現像工程の後、アシスト開口２３及び２４に対応したパターンはフォトレジストに形成されない。

アシスト開口２３は、ビット線方向に延びた直線（第５の直線）４５上にピッチＰで配置されている。すなわち、各アシスト開口２３の中心が直線４５上に位置している。アシスト開口２４は、ビット線方向に延びた直線（第６の直線）４６上にピッチＰで配置されている。すなわち、各アシスト開口２４の中心が直線４６上に位置している。直線４５及び４６は、他の直線４１、４２、４３及び４４に対して平行である。直線４５と直線４３との距離はＤであり、直線４６と直線４４との距離もＤである。また、アシスト開口２３はアシスト開口２１に対して、ビット線方向にＰ／２だけずれて配置されている。同様に、アシスト開口２４はアシスト開口２２に対して、ビット線方向にＰ／２だけずれて配置されている。

以上の説明からわかるように、アシスト開口２３、アシスト開口２１、メイン開口１１、メイン開口１２、アシスト開口２２及びアシスト開口２４は、斜め方向に同一ピッチで配置されている。すなわち、図１９に示したフォトマスクは、アシスト開口２１、２２、２３及び２４を付加することで、斜め方向の周期性を高めるようにしている。

なお、照明については、第１、第２及び第３の実施形態で述べた照明を用いることが可能である。

以上のように、本実施形態においても、図１９に示すようなアシスト開口を有するフォトマスクを用いるとともに、第１、第２及び第３の実施形態で述べたような照明を用いることにより、パターンが微細化されても、寸法誤差が抑制された高精度のホールパターンを形成することが可能となる。

なお、図１９では４列のアシスト開口を設けたが、図１９に示した規則と同様にして６列或いはそれ以上のアシスト開口を設けるようにしてもよい。

なお、上述した各実施形態では、メイン開口及びアシスト開口の形状を正方形としたが、長方形、円形、楕円形等であってもよい。また、上述した各実施形態では、照明の発光領域の形状を円形としてが、楕円形等であってもよい。

また、上述した各実施形態で述べたフォトマスク及び照明は、半導体装置の製造に適用可能である。図２０は、上述したフォトマスク及び照明を用いた半導体装置の製造方法の概略を示したフローチャートである。

まず、フォトマスク及び照明を用意する（ＳＴ１、ＳＴ２）。続いて、用意されたフォトマスク及び照明を用いて露光を行う。すなわち、フォトマスクに形成されたパターンをフォトレジストに転写する（ＳＴ３）。続いて、フォトレジストを現像して、メイン開口に対応するホールパターンを有するフォトレジストパターンを形成する（ＳＴ４）。さらに、フォトレジストパターンをマスクとして用いてエッチングを行うことで、半導体基板（ウェハ）上にホールパターンを形成する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。

本発明の第１の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る照明の変更例を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係り、フォトレジストパターンを模式的に示した図である。 照明のσ座標系を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の効果を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る照明を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明の第１の例を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明の第２の例を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係る照明の第３の例を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示した図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の概略を示したフローチャートである。 従来技術に係るフォトマスクを模式的に示した図である。

符号の説明

１１…第１のメイン開口 １２…第２のメイン開口
２１…第１のアシスト開口 ２２…第２のアシスト開口
２３…第３のアシスト開口 ２４…第４のアシスト開口
３１…遮光領域
４１…第１の直線 ４２…第２の直線 ４３…第３の直線
４４…第４の直線 ４５…第５の直線 ４６…第６の直線
５１…第１の発光領域 ５２…第２の発光領域
５３…第３の発光領域 ５４…第４の発光領域
６１…非発光領域
７０…照明の中心 ７１…第１の点 ７２…第２の点
７３…第３の点 ７４…第４の点
８１…第１の方向に延びた直線 ８２…第２の方向に延びた直線
９０…フォトレジスト ９１、９２…コンタクトホールパターン
１１１…照明光学系 １１２…フォトマスク
１１３…投影光学系（投影レンズ） １１４…基板（半導体ウェハ）
１１５…光軸
１２１…遮光領域 １２２…開口
１３１…発光領域
１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ…回折光
１４１ｇ…０次回折光 １４１ｆ…１次回折光
１４２…投影レンズ瞳の有効領域
１５１、１５２、１５３…干渉縞 １５５…干渉縞の明部が重なった部分

Claims (8)

1. 対応するパターンがフォトレジストに形成される第１及び第２のメイン開口と、対応するパターンがフォトレジストに形成されない第１及び第２のアシスト開口とを有するフォトマスクを用意する工程と、
   第１の発光領域と第２の発光領域とを有する照明を用意する工程と、
   前記照明からの照明光を前記フォトマスクを介してフォトレジストに照射する工程と、
   を備えた露光方法であって、
   前記第１のメイン開口は、第１の方向に延びた第１の直線上に第１のピッチで配置され、
   前記第２のメイン開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第１の直線から第１の距離だけ離れた第２の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第１のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、
   前記第１のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第１の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第２の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第３の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第１のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、
   前記第２のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第２の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第１の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第４の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第２のメイン開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、
   前記第１の発光領域と前記第２の発光領域とは前記照明の中心に対して互いに対称であり、
   前記第１及び第２の発光領域はそれぞれ第１及び第２の点を内包し、前記第１の点と前記第２の点とは、前記照明の中心に対して互いに対称であり、前記照明の中心を通り且つ前記第１の方向に垂直な第２の方向に延びた直線に対して互いに対称である
   ことを特徴とする露光方法。
2. 前記第１のピッチをＰ、前記第１の距離をＤ、前記照明光の波長をλ、前記照明光が通過する投影レンズの開口数をＮＡとして、前記照明の中心と前記第１の点との距離及び前記照明の中心と前記第２の点との距離は、照明のσ座標系において、
   (λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))
   と表される
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記照明は、第３の発光領域と第４の発光領域とをさらに有し、
   前記第３の発光領域と前記第４の発光領域とは前記照明の中心に対して互いに対称であり、
   前記第３及び第４の発光領域はそれぞれ第３及び第４の点を内包し、前記第３の点と前記第４の点とは、前記照明の中心に対して互いに対称であり、前記照明の中心を通り且つ前記第１の方向に延びた直線に対して互いに対称であり、
   前記第１のピッチをＰ、前記第１の距離をＤ、前記照明光の波長をλ、前記照明光が通過する投影レンズの開口数をＮＡとし、前記照明の中心と前記第１の点との距離、前記照明の中心と前記第２の点との距離、前記照明の中心と前記第３の点との距離及び前記照明の中心と前記第４の点との距離を照明のσ座標系においてｄとすると、
   Ｄ≧Ｐのときに
   (λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))≧ｄ≧(λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ))
   と表され、
   Ｄ＜Ｐのときに
   (λ/４ＮＡ)×((Ｄ/Ｐ²)＋(１/Ｄ))≧ｄ≧(λ/４ＮＡ)×((Ｐ/Ｄ²)＋(１/Ｐ))
   と表される
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
4. 前記フォトマスクは、対応するパターンがフォトレジストに形成されない第３及び第４のアシスト開口をさらに有し、
   前記第３のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第３の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第１の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第５の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第１のアシスト開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれており、
   前記第４のアシスト開口は、前記第１の方向に延び且つ前記第４の直線から前記第１の距離だけ離れ且つ前記第２の直線から前記第１の距離の２倍だけ離れた第６の直線上に前記第１のピッチで配置され、前記第２のアシスト開口に対して前記第１のピッチの半分だけ前記第１の方向にずれている
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
5. 前記照明の中心と前記第１の点との距離及び前記照明の中心と前記第２の点との距離は、前記第１のピッチ及び前記第１の距離に基づいて設定されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
6. 前記第１の距離は前記第１のピッチよりも小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
7. 前記第１の距離は前記第１のピッチよりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
8. 請求項１の方法によって露光されたフォトレジストを用意する工程と、
   前記露光されたフォトレジストを現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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