JP4834784B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関するもので、たとえば、NANDセルユニットの選択トランジスタの拡散層に接続されるビット線コンタクトの形成などに用いられるものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and is used, for example, for forming a bit line contact connected to a diffusion layer of a select transistor of a NAND cell unit.

半導体装置において、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、たとえばNAND型フラッシュメモリでは、ビット線コンタクト用の複数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(たとえば、特許文献1参照)。   In a semiconductor device, it is important to form a pattern at a high density for high integration. Therefore, for example, in a NAND flash memory, it has been proposed to dispose a plurality of contact holes for bit line contact with each other (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、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は、開口パターンが斜め方向に“密”である。これは、コンタクトホール形成用の開口(透明領域)が互いにずらされて配置されているためである。そのため、露光量余裕度および焦点深度が小さくなり、露光工程での寸法誤差を抑制することが困難であった。つまり、NAND型フラッシュメモリにおいては、開口パターンが規則的に配列された密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターンを形成する必要があるものの、従来は高精度に形成することが難しいという問題があった。   However, in the mask pattern for forming the contact hole, the opening pattern is “dense” in an oblique direction. This is because the openings (transparent regions) for forming contact holes are shifted from each other. Therefore, the exposure margin and the depth of focus are reduced, and it is difficult to suppress dimensional errors in the exposure process. In other words, in a NAND flash memory, although it is necessary to form a dense hole pattern in which opening patterns are regularly arranged and the holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern, it is conventionally formed with high accuracy. There was a problem that was difficult.

特許第3441140号明細書Japanese Patent No. 3441140

本発明は、微細なホールパターンの形成に好適で、特に、密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターンを高精度に形成することが可能な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。   The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, which is suitable for forming a fine hole pattern, and in particular, can form a fine pattern which is a dense hole pattern and the holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern with high accuracy. The purpose is that.

本願発明の一態様によれば、照明光源からの照明光を、透明領域と非透明領域とから構成されるマスクパターンを含むフォトマスクに照射し、投影光学系を介して、前記フォトマスクからの回折光を基板上に投影することにより、前記基板上に前記マスクパターンに応じたフォトレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記マスクパターンは、第1の方向に一定の第1の間隔を有して、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる複数本の平行線上に、それぞれの中心が個々の前記平行線上ごとに前記第2の方向に一定の第2の間隔で配置された前記透明領域である複数の開口パターンを含み、かつ、前記複数本の平行線のうちの隣り合う平行線上に配置された前記複数の開口パターンは、それぞれの中心が前記第2の方向に前記第2の間隔の1/2だけそれぞれずれて配置されているマスクパターンであり、前記照明光源は、前記フォトマスクからの前記回折光のうち、3個の回折光が前記投影光学系の瞳を通過するように照明形状が設定され、前記フォトマスクは、前記3個の回折光の振幅が等しくなるように、前記複数の開口パターンの寸法と前記非透明領域の複素振幅透過率とが設定されている、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, illumination light from an illumination light source is applied to a photomask including a mask pattern composed of a transparent region and a non-transparent region, and the light from the photomask is projected via a projection optical system. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a diffracted light is projected onto a substrate to form a photoresist pattern corresponding to the mask pattern on the substrate, wherein the mask pattern is fixed in a first direction. A plurality of parallel lines extending in a second direction orthogonal to the first direction and having a center that is constant in the second direction for each of the parallel lines. The plurality of opening patterns that include the plurality of opening patterns that are the transparent regions arranged at intervals and that are arranged on adjacent parallel lines among the plurality of parallel lines, each center is the second pattern. The illumination light source includes three diffracted lights out of the diffracted light from the photomask in the projection optical system. The illumination shape is set so as to pass through the pupils, and the photomask has dimensions of the plurality of aperture patterns and a complex amplitude transmittance of the non-transparent region so that the amplitudes of the three diffracted lights are equal. Is set, a method for manufacturing a semiconductor device is provided.

また、本願発明の一態様によれば、照明光源からの照明光を、透明領域と非透明領域とから構成されるマスクパターンを含むフォトマスクに照射し、投影光学系を介して、前記フォトマスクからの回折光を基板上に投影することにより、前記基板上に前記マスクパターンに応じたフォトレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記マスクパターンは、第1の方向に一定の第1の間隔を有して、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる複数本の平行線上に、それぞれの中心が個々の前記平行線上ごとに前記第2の方向に一定の第2の間隔で配置された前記透明領域である複数の開口パターンを含み、かつ、前記複数本の平行線のうちの隣り合う平行線上に配置された前記複数の開口パターンは、それぞれの中心が前記第2の方向に前記第2の間隔の1/3だけそれぞれずれて配置されているマスクパターンであり、前記照明光源は、前記フォトマスクからの前記回折光のうち、3個の回折光が前記投影光学系の瞳を通過するように照明形状が設定されている、ことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, illumination light from an illumination light source is applied to a photomask including a mask pattern composed of a transparent region and a non-transparent region, and the photomask is projected via a projection optical system. A method of manufacturing a semiconductor device that forms a photoresist pattern corresponding to the mask pattern on the substrate by projecting diffracted light from the substrate onto the substrate, wherein the mask pattern is constant in a first direction. A plurality of parallel lines having a first interval and extending in a second direction orthogonal to the first direction, each center being constant in the second direction for each of the parallel lines. Each of the plurality of opening patterns arranged on adjacent parallel lines among the plurality of parallel lines has a center at the front. Each of the mask patterns is shifted in the second direction by 1/3 of the second interval, and the illumination light source includes three diffracted lights out of the diffracted lights from the photomask. There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, wherein an illumination shape is set so as to pass through a pupil of a projection optical system.

上記の構成により、微細なホールパターンの形成に好適で、特に、密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターンを高精度に形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供できる。   The above configuration provides a method for manufacturing a semiconductor device that is suitable for forming a fine hole pattern, and in particular, can form a fine pattern that is a dense hole pattern and the holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern with high accuracy. it can.

本発明の第1の実施形態にしたがった、フォトマスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the photomask according to the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態にしたがった、二重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the dipole illumination according to 1st Embodiment. 第1の実施形態にしたがった、フォトレジストに形成されたコンタクトホールパターンの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the contact hole pattern formed in the photoresist according to 1st Embodiment. 照明のσ座標系について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the (sigma) coordinate system of illumination. 垂直照明光を用い、像が形成されない場合について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the case where an image is not formed using vertical illumination light. 斜め照明光を用い、像が形成される場合について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the case where an image is formed using diagonal illumination light. 二重極照明が望ましい理由について説明するために示す、マスクパターンの平面図である。It is a top view of a mask pattern shown in order to explain why a dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、垂直照明光を照射する小σ照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the small-sigma illumination which irradiates vertical illumination light, in order to demonstrate the reason for which dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、垂直照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating with vertical illumination light, in order to explain the reason why dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、斜め照明光を照射する斜め照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the oblique illumination which irradiates oblique illumination light, in order to demonstrate the reason for which dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to explain the reason why dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、3つの回折光の干渉により、基板上に像が形成される場合を例に示す図である。In order to explain why dipole illumination is desirable, it is a diagram illustrating an example in which an image is formed on a substrate due to interference of three diffracted lights. 二重極照明が望ましい理由について説明するために、図7のマスクパターンを用いてフォトレジストにコンタクトホールパターンを形成した場合を例に示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating, as an example, a case where a contact hole pattern is formed in a photoresist using the mask pattern of FIG. 7 in order to explain why dipole illumination is desirable. 二重極照明が望ましい理由について、投影レンズ瞳における回折光の位置と強度との関係を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the relationship between the position and intensity | strength of the diffracted light in a projection lens pupil about the reason why dipole illumination is desirable. 干渉波振幅の最適化について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate optimization of an interference wave amplitude. マスクバイアスとハーフトーン位相シフトマスクの複素振幅透過率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a mask bias and the complex amplitude transmittance | permeability of a halftone phase shift mask. マスクバイアスと回折光振幅との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a mask bias and a diffracted light amplitude. キルヒホッフ近似モデルが成り立たない場合を例に示す、回折光強度を求めるためのフローチャートである。It is a flowchart for calculating | requiring the diffracted light intensity which shows the case where the Kirchhoff approximation model is not materialized as an example. 四重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of quadrupole illumination. 四重極照明が望ましい理由について説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to explain the reason why quadrupole illumination is desirable. 四重極照明による露光マージンと二重極照明による露光マージンとを比較して示す図である。It is a figure which compares and shows the exposure margin by quadrupole illumination and the exposure margin by dipole illumination. 四重極照明が望ましい理由について説明するために、フォトレジストにコンタクトホールパターンを形成した場合を例に示す図である。It is a figure which shows as an example the case where a contact hole pattern is formed in a photoresist, in order to explain the reason why quadrupole illumination is desirable. 四重極照明が望ましい理由について説明するために、フォトレジストに孤立のコンタクトホールパターンを形成する場合を例に示す図である。It is a figure which shows in the example the case where an isolated contact hole pattern is formed in a photoresist, in order to explain the reason why quadrupole illumination is desirable. 六重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of hexapole illumination. 六重極照明が望ましい理由について説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to explain the reason why hexapole illumination is desirable. 本発明の第2の実施形態にしたがった、フォトマスクの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the photomask according to the 2nd Embodiment of this invention. NAND型フラッシュメモリを例に、ビット線コンタクト用のコンタクトホールの3連千鳥配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a triple staggered arrangement of contact holes for bit line contacts, taking a NAND flash memory as an example. 第2の実施形態にしたがった、変形二重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of deformation | transformation dipole illumination according to 2nd Embodiment. 第2の実施形態にしたがった、フォトレジストに形成されたコンタクトホールパターンの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the contact hole pattern formed in the photoresist according to 2nd Embodiment. 変形二重極照明が望ましい理由を説明するために示す、マスクパターンの平面図である。It is a top view of a mask pattern shown in order to explain why a modified dipole illumination is desirable. 変形二重極照明が望ましい理由を説明するために、垂直照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating with vertical illumination light, in order to explain why the modified dipole illumination is desirable. 変形二重極照明が望ましい理由を説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to explain the reason why modified dipole illumination is desirable. 変形二重極照明が望ましい理由を説明するために、3つの回折光の干渉により、基板上に像が形成される場合を例に示す図である。In order to explain why the modified dipole illumination is desirable, it is a diagram illustrating an example in which an image is formed on a substrate by interference of three diffracted lights. 変形二重極照明が望ましい理由について、投影レンズ瞳の中心と回折光の位置との関係を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the relationship between the center of a projection lens pupil, and the position of diffracted light about the reason for which modification | reformation dipole illumination is desirable. 変形二重極照明が望ましい理由を説明するために、投影レンズ瞳の中心に対する回折光の波数ベクトルを示す図である。It is a figure which shows the wave number vector of the diffracted light with respect to the center of a projection lens pupil, in order to demonstrate the reason why modified dipole illumination is desirable. 変形二重極照明が望ましい理由について、明部および暗部の光強度を説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the light intensity of a bright part and a dark part about the reason for which modification | reformation dipole illumination is desirable. 回折光振幅とコントラストとの関係について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the relationship between a diffracted light amplitude and contrast. εとΔとの関係について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the relationship between (epsilon) and (DELTA). εと回折光振幅Aとの関係について説明するために示す図である。It is a figure shown in order to demonstrate the relationship between (epsilon) and the diffraction light amplitude A. FIG. 変形四重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of deformation | transformation quadrupole illumination. 変形四重極照明が望ましい理由を説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の分布を示す図である。It is a figure which shows the distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to explain the reason why modified quadrupole illumination is desirable. 変形四重極照明が望ましい理由を説明するために、斜め照明光を照射した場合の、投影レンズ瞳に相当する面での回折光の他の分布を示す図である。It is a figure which shows the other distribution of the diffracted light in the surface equivalent to a projection lens pupil at the time of irradiating oblique illumination light, in order to demonstrate the reason for which modified quadrupole illumination is desirable. 変形六重極照明の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of deformation | transformation hexapole illumination.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各図面の寸法および比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および/または比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。特に、以下に示すいくつかの実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。この発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the dimensions and ratios of the drawings are different from the actual ones. Moreover, it is a matter of course that the drawings include portions having different dimensional relationships and / or ratios. In particular, some embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technology of the present invention depends on the shape, structure, arrangement, etc. of components. The idea is not specified. Various changes can be made to the technical idea of the present invention without departing from the gist thereof.

[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にしたがった、フォトマスクの一例を示すものである。なお、本実施形態では、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(いわゆる、密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターン、たとえばNAND−CB層の2連千鳥配置ホール)を形成する場合を例に説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an example of a photomask according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a contact hole for bit line contact of a NAND flash memory (a so-called dense hole pattern in which holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern, for example, a double staggered hole in a NAND-CB layer) ) Will be described as an example.

図1において、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、アシスト開口(第2のアシスト開口)22、アシスト開口(第3のアシスト開口)23、および、アシスト開口(第4のアシスト開口)24を、それぞれ複数個ずつ有している。これらの開口11,12,21,22,23,24は、遮光領域(非透明領域)31によって囲まれている。遮光領域31は、たとえばクロム膜が形成された遮光領域、あるいは、たと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。   In FIG. 1, the photomask includes a main opening (first main opening) 11, a main opening (second main opening) 12, an assist opening (first assist opening) 21, and an assist opening (second assist opening). 22, a plurality of assist openings (third assist openings) 23 and a plurality of assist openings (fourth assist openings) 24 are provided. These openings 11, 12, 21, 22, 23, and 24 are surrounded by a light shielding region (non-transparent region) 31. The light shielding region 31 is, for example, a light shielding region in which a chromium film is formed, or a translucent halftone phase shift region in which, for example, a molybdenum silicide film is formed.

メイン開口11,12は互いに同一形状および同一寸法であり、アシスト開口21,22,23,24は互いに同一形状および同一寸法である。また、アシスト開口21,22,23,24は、メイン開口11,12よりも小さい。   The main openings 11 and 12 have the same shape and dimensions, and the assist openings 21, 22, 23, and 24 have the same shape and dimensions. The assist openings 21, 22, 23, and 24 are smaller than the main openings 11 and 12.

メイン開口11,12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開口パターン(転写パターン)であり、露光工程および現像工程の後、メイン開口11,12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21,22,23,24は補助的なパターン(非解像のアシストパターン)であり、露光工程および現像工程を経ても、アシスト開口21,22,23,24に対応したパターンはフォトレジストには形成されない。   The main openings 11 and 12 are opening patterns (transfer patterns) corresponding to the contact hole pattern for bit line contact. After the exposure process and the development process, patterns corresponding to the main openings 11 and 12 are formed in the photoresist. The The assist openings 21, 22, 23, and 24 are auxiliary patterns (non-resolution assist patterns), and the pattern corresponding to the assist openings 21, 22, 23, and 24 is a photoresist even after the exposure process and the development process. Is not formed.

メイン開口11は、ビット線方向(第2の方向)に延びた直線(第1の直線)41上に、ピッチ2Py(第2の間隔)で複数配置されている。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11に隣接するメイン開口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2Pyで複数配置されている。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。   A plurality of main openings 11 are arranged at a pitch of 2Py (second interval) on a straight line (first straight line) 41 extending in the bit line direction (second direction). That is, the center of each main opening 11 is positioned on the straight line 41. A plurality of main openings 12 adjacent to the main openings 11 are arranged at a pitch of 2Py on a straight line (second straight line) 42 extending in the bit line direction. That is, the center of each main opening 12 is located on the straight line 42.

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の方向(ワード線方向)の第1の距離(第1の間隔))はPx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Pyだけずれて配置されている。   The straight line 41 and the straight line 42 are parallel to each other, and the distance between the straight line 41 and the straight line 42 (first distance (first interval) in the first direction (word line direction)) is Px. The main opening 11 and the main opening 12 are arranged so as to be shifted from each other by Py in the bit line direction.

メイン開口11に隣接するアシスト開口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2Pyで複数配置されている。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。メイン開口12に隣接するアシスト開口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2Pyで複数配置されている。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。アシスト開口21に隣接するアシスト開口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2Pyで複数配置されている。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22に隣接するアシスト開口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2Pyで複数配置されている。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。   A plurality of assist openings 21 adjacent to the main opening 11 are arranged at a pitch of 2Py on a straight line (third straight line) 43 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 21 is located on the straight line 43. A plurality of assist openings 22 adjacent to the main opening 12 are arranged at a pitch of 2Py on a straight line (fourth straight line) 44 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 22 is positioned on the straight line 44. A plurality of assist openings 23 adjacent to the assist openings 21 are arranged at a pitch 2Py on a straight line (fifth straight line) 45 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 23 is positioned on the straight line 45. A plurality of assist openings 24 adjacent to the assist openings 22 are arranged at a pitch of 2Py on a straight line (sixth straight line) 46 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 24 is positioned on the straight line 46.

直線41,42,43,44,45および46は互いに平行である。直線41と直線43との距離(第1の間隔)はPxであり、直線42と直線44との距離もPxである。また、直線43と直線45との距離はPxであり、直線44と直線46との距離もPxである。   The straight lines 41, 42, 43, 44, 45 and 46 are parallel to each other. The distance (first interval) between the straight line 41 and the straight line 43 is Px, and the distance between the straight line 42 and the straight line 44 is also Px. The distance between the straight line 43 and the straight line 45 is Px, and the distance between the straight line 44 and the straight line 46 is also Px.

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Py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Py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Pyだけずれて配置されている。一方、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Py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Pyだけずれて配置されている。つまり、ビット線方向において、アシスト開口22,23はメイン開口11と同一ピッチ(2Py)で配置されている。また、アシスト開口21,24はメイン開口12と同一ピッチ(2Py)で配置されている。   The assist opening 21 is arranged so as to be shifted from the main opening 11 by Py in the bit line direction. Similarly, the assist opening 22 is shifted from the main opening 12 by Py in the bit line direction. Therefore, the assist opening 21 and the assist opening 22 are arranged so as to be shifted from each other by Py in the bit line direction. On the other hand, the assist opening 23 is shifted from the assist opening 21 by Py in the bit line direction. Similarly, the assist opening 24 is shifted from the assist opening 22 by Py in the bit line direction. That is, the assist openings 22 and 23 are arranged at the same pitch (2Py) as the main openings 11 in the bit line direction. The assist openings 21 and 24 are arranged at the same pitch (2Py) as the main openings 12.

以上の説明から分かるように、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、および、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1に示したフォトマスクは、アシスト開口21,22,23,24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(たとえば、特開2008−066586号公報参照)。   As can be seen from the above description, the assist openings 23, the assist openings 21, the main openings 11, the main openings 12, the assist openings 22, and the assist openings 24 are arranged at the same pitch in the oblique direction. That is, in the photomask shown in FIG. 1, the assist openings 21, 22, 23, and 24 are added to increase the periodicity in the oblique direction (see, for example, JP-A-2008-065586).

ここで、投影レンズの開口数をNA、露光波長をλとし、開口パターンのワード線方向のピッチPxおよびビット線方向のピッチPyが、下記数3の式(10)の関係を満たすとすると、たとえば、NA=1.3、λ=193nm、Px=80nm、Py=90nmのような場合が考えられる。

Figure 0004834784
Here, assuming that the numerical aperture of the projection lens is NA, the exposure wavelength is λ, and the pitch Px in the word line direction and the pitch Py in the bit line direction of the aperture pattern satisfy the relationship of the following formula (10): For example, a case where NA = 1.3, λ = 193 nm, Px = 80 nm, Py = 90 nm can be considered.
Figure 0004834784

このような条件(波長λおよび開口数NA)によって微細なホールパターンを形成しようとする場合、従来のような一般的な照明(垂直照明光)を用いると、基板上に形成される像のコントラストが不十分となり、露光量またはフォーカスの誤差に対する条件としては脆弱となる。そのため、必要とするホールパターンを形成することができない。また、フォトマスク上の開口パターンの大きさを、基板上のホールパターンの目標寸法を投影レンズの倍率で割った数値とするとき、開口パターンのピッチPx,Pyが大きい場合には問題ない。しかし、ピッチPx,Pyが小さい場合には、開口パターンの大きさが問題となる。   When a fine hole pattern is to be formed under such conditions (wavelength λ and numerical aperture NA), using conventional illumination (vertical illumination light) as in the past, the contrast of the image formed on the substrate Becomes insufficient, and the conditions for the exposure amount or focus error are fragile. Therefore, the required hole pattern cannot be formed. Further, when the size of the opening pattern on the photomask is a numerical value obtained by dividing the target dimension of the hole pattern on the substrate by the magnification of the projection lens, there is no problem when the pitches Px and Py of the opening pattern are large. However, when the pitches Px and Py are small, the size of the opening pattern becomes a problem.

本実施形態は、ホールパターンの露光に使用される光リソグラフィ技術において、開口パターンの最小パターンピッチがλ/NAとなる条件での露光に適した、微細なホールパターン(密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターン)の形成を可能にする。   The present embodiment is a fine hole pattern (dense hole pattern) suitable for exposure under the condition that the minimum pattern pitch of the opening pattern is λ / NA in the photolithography technique used for exposure of the hole pattern, It is possible to form a fine pattern in which holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern.

図2は、本実施形態における、照明の構成例を示すものである。本実施形態の場合、照明としては、変形照明である二重極照明が用いられる。   FIG. 2 shows a configuration example of illumination in this embodiment. In the case of this embodiment, dipole illumination which is modified illumination is used as illumination.

図2に示すように、二重極照明は、発光領域(第1の発光領域)51および発光領域(第2の発光領域)52を有している。これらの発光領域51,52は、非発光領域61によって囲まれている。   As shown in FIG. 2, the dipole illumination has a light emitting region (first light emitting region) 51 and a light emitting region (second light emitting region) 52. These light emitting areas 51 and 52 are surrounded by a non-light emitting area 61.

発光領域51と発光領域52とは、照明の中心70に対して、互いに対称となる位置に設けられている。すなわち、発光領域51と発光領域52とは互いに同一形状および同一寸法であり、発光領域51の中心と発光領域52の中心とが照明の中心70に対して互いに対称な位置にある。また、発光領域51および発光領域52は、それぞれ、点71(第1の点)および点72(第2の点)を内包する。点71および点72は、照明の中心70に対して互いに対称である。また、点71および点72は、照明の中心70を通り、かつ、ビット線方向(y方向、第2の方向)に垂直なワード線方向(x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71との距離(dy)および照明の中心70と点72との距離(dy)は互いに等しい。   The light emitting area 51 and the light emitting area 52 are provided at positions symmetrical to each other with respect to the illumination center 70. That is, the light emitting region 51 and the light emitting region 52 have the same shape and the same size, and the center of the light emitting region 51 and the center of the light emitting region 52 are symmetrical with respect to the illumination center 70. The light emitting area 51 and the light emitting area 52 include a point 71 (first point) and a point 72 (second point), respectively. The points 71 and 72 are symmetric with respect to the illumination center 70. A point 71 and a point 72 pass through the illumination center 70 and extend in the word line direction (x direction, first direction) perpendicular to the bit line direction (y direction, second direction). Are symmetrical to each other. That is, the distance (dy) between the illumination center 70 and the point 71 and the distance (dy) between the illumination center 70 and the point 72 are equal to each other.

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とが、直線81に対して互いに対称となる。   Ideally, it is desirable that the center of the light emitting region 51 and the point 71 coincide, and the center of the light emitting region 52 and the point 72 coincide. In this case, the light emitting region 51 and the light emitting region 52 are symmetric with respect to the straight line 81.

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および照明の中心70と点72との距離dyは、照明のσ座標系において、下記数4の式(11)の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。

Figure 0004834784
When the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection lens through which the illumination light passes is NA, the distance dy between the illumination center 70 and the point 71 and the distance dy between the illumination center 70 and the point 72 are: In the σ coordinate system, it is desirable that the relationship of the following expression (11) is satisfied. The σ coordinate system will be described later.
Figure 0004834784

上述した変形照明からの斜め照明光を、上述したフォトマスク(図1参照)を介して、フォトレジストに照射することで、そのフォトレジスト上に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。   By irradiating the photoresist with the oblique illumination light from the above-described modified illumination through the above-described photomask (see FIG. 1), a highly accurate contact hole pattern in which dimensional errors are suppressed is formed on the photoresist. Can be formed.

図3は、露光および現像工程後のフォトレジストに形成されたコンタクトホールパターンの一例を示すものである。   FIG. 3 shows an example of a contact hole pattern formed in the photoresist after the exposure and development steps.

図3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91,92が形成される。すなわち、図1に示したメイン開口11,12に対応したパターンが、コンタクトホールパターン91,92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21,22,23,24に対応したパターンは、フォトレジスト90には形成されない。   As shown in FIG. 3, contact hole patterns 91 and 92 are formed in the photoresist 90. That is, patterns corresponding to the main openings 11 and 12 shown in FIG. 1 are formed in the photoresist 90 as contact hole patterns 91 and 92. Further, the pattern corresponding to the assist openings 21, 22, 23, and 24 shown in FIG.

ここで、図4を参照して、上述したσ座標系について説明する。   Here, the above-described σ coordinate system will be described with reference to FIG.

図4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。   In FIG. 4, 111 is an illumination optical system, 112 is a photomask, 113 is a projection optical system (projection lens), 114 is a substrate (semiconductor wafer), and 115 is an optical axis. The exit optical aperture of the illumination optical system 111 is sin (θ1), the incident-side numerical aperture of the projection optical system 113 is sin (θ2), and the σ value is defined as sin (θ1) / sin (θ2).

二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4のT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。
In modified illumination such as dipole illumination, it is common to use the σ coordinate system by extending the definition of the σ value. The σ coordinate system is a coordinate system in which the optical axis is the origin, and the numerical aperture on the incident side of the projection optical system is normalized to “1”. Therefore, the illumination position at point T in FIG.
(Σx, σy) = (sin (θ1) / sin (θ2), 0)
It becomes.

以下に、上述したフォトマスク(図1参照)および変形照明(図2参照)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コンタクトホールパターンを形成できる理由について説明する。   The reason why a highly accurate contact hole pattern with reduced dimensional errors can be formed by the exposure method using the above-described photomask (see FIG. 1) and modified illumination (see FIG. 2) will be described below.

パターン間隔が基板上の寸法で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、たとえば図5に示すように、光の干渉が起きず、像が形成されない。斜め照明光を用いた場合には、たとえば図6に示すように、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。   When the pattern interval is smaller than λ / NA in the dimension on the substrate, the diffraction angle other than the 0th-order diffracted light does not reach the substrate when the vertical illumination light is used because the diffraction angle is large. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, no light interference occurs and no image is formed. When oblique illumination light is used, an image can be formed by interference between 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light, for example, as shown in FIG.

斜め照明光を用いた場合、周期パターンの方が孤立パターンよりも焦点深度が大きくなる。そこで、本実施形態では、図1に示したようなアシスト開口21,22,23,24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およびメイン開口12は斜め方向に配置されているため、アシスト開口21,22,23,24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。   When the oblique illumination light is used, the periodic pattern has a greater depth of focus than the isolated pattern. Therefore, in the present embodiment, assist openings 21, 22, 23, and 24 as shown in FIG. 1 are added so that the entire pattern has periodicity. That is, since the main opening 11 and the main opening 12 shown in FIG. 1 are arranged in an oblique direction, the assist openings 21, 22, 23, and 24 are added to improve the periodicity in the oblique direction. .

次に、図2に示した二重極照明が望ましい理由について説明する。なお、以下では、説明の簡単化のため、図1に示したフォトマスクに代えて、図7に示すマスクパターン(フォトマスク)を用いた場合を想定して説明する。   Next, the reason why the dipole illumination shown in FIG. 2 is desirable will be described. In the following, for simplification of description, description will be made assuming that the mask pattern (photomask) shown in FIG. 7 is used instead of the photomask shown in FIG.

図1に示したフォトマスクは、回折格子としては、図7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7において、121は遮光領域、122は開口を示している。   The photomask shown in FIG. 1 can be considered to generate diffracted light in the same direction as the mask pattern shown in FIG. 7 as a diffraction grating. In FIG. 7, 121 indicates a light shielding region, and 122 indicates an opening.

図7に示したマスクパターンに、図8に示すような照明(小σ照明)からの垂直照明光を照射した場合を考える。すなわち、図8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9に示すような分布を示す。図9の座標系は、投影レンズ瞳の半径(σ値)を「1」に規格化したσ座標系である。つまり、図9は、図7に示したマスクパターンをフーリエ変換したときの、投影レンズ瞳面における回折光の分布を示すものである。   Consider a case in which the mask pattern shown in FIG. 7 is irradiated with vertical illumination light from illumination (small σ illumination) as shown in FIG. That is, in the illumination of FIG. 8, the light emitting region 131 is provided at the center of the illumination. In this case, the diffracted light on the surface corresponding to the projection lens pupil shows a distribution as shown in FIG. The coordinate system of FIG. 9 is a σ coordinate system in which the radius (σ value) of the projection lens pupil is normalized to “1”. That is, FIG. 9 shows the distribution of diffracted light on the projection lens pupil plane when the mask pattern shown in FIG. 7 is Fourier transformed.

図9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、それぞれ、
(+Qx ,+Qy )
(+Qx ,−Qy )
(−Qx ,+Qy )
(−Qx ,−Qy )
となる。ただし、
Qx =λ/(2Py×NA)
Qy =λ/(2Px×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、図7における、開口122のx方向のピッチがPxであり、開口122のy方向のピッチがPyである。また、図9の、142は投影レンズ瞳の有効領域(単位円)であり、有効領域142内の回折光のみが基板上に到達する。よって、図9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、光の干渉が起こらず、基板上には像が形成されない。
In FIG. 9, 141g is 0th-order diffracted light, and 141f is 1st-order diffracted light. The coordinate positions of the four first-order diffracted beams 141f are respectively
(+ Qx, + Qy)
(+ Qx, -Qy)
(-Qx, + Qy)
(-Qx, -Qy)
It becomes. However,
Qx = λ / (2Py × NA)
Qy = λ / (2Px × NA)
It is. Note that λ is the wavelength of the illumination light, and NA is the numerical aperture of the projection lens (projection optical system). In FIG. 7, the pitch of the openings 122 in the x direction is Px, and the pitch of the openings 122 in the y direction is Py. Further, reference numeral 142 in FIG. 9 denotes an effective area (unit circle) of the projection lens pupil, and only the diffracted light in the effective area 142 reaches the substrate. Accordingly, in the case of FIG. 9, since only one diffracted light (0th order diffracted light) 141g reaches the substrate, no light interference occurs and no image is formed on the substrate.

図7に示したマスクパターンに、図10に示すような変形照明(斜め照明)からの斜め照明光を照射した場合を考える。斜め照明光の位置(発光領域132)をy軸方向に適当にシフト(シフト量σs)させることにより、たとえば図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,141cを位置させることができる。したがって、3つの回折光141a,141b,141cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、光の干渉が生じ、基板上に像を形成することができる。   Consider a case where the mask pattern shown in FIG. 7 is irradiated with oblique illumination light from modified illumination (oblique illumination) as shown in FIG. By appropriately shifting the position of the oblique illumination light (light emitting area 132) in the y-axis direction (shift amount σs), for example, as shown in FIG. 11, three diffracted lights 141a, 141b, 141c can be positioned. Accordingly, since the three diffracted beams 141a, 141b, and 141c pass through the projection lens and reach the substrate, light interference occurs and an image can be formed on the substrate.

図12は、図11に示した3つの回折光141a,141b,141cの干渉により、図7の開口122に対応した像(図13参照)が基板上に形成される場合を例に示すものである。   FIG. 12 shows an example in which an image (see FIG. 13) corresponding to the opening 122 in FIG. 7 is formed on the substrate due to the interference of the three diffracted beams 141a, 141b, and 141c shown in FIG. is there.

図12に示すように、回折光141aおよび回折光141bの干渉により、基板上に1次元状の干渉縞151が生成される。同様に、回折光141bおよび回折光141cの干渉により、基板上に干渉縞152が生成され、回折光141cおよび回折光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151,152,153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、図13に示すように、ポジ型フォトレジスト90aを用いた場合には、上記部分155に対応する位置にコンタクトホールパターン93が形成されることになる。   As shown in FIG. 12, a one-dimensional interference fringe 151 is generated on the substrate due to the interference of the diffracted light 141a and the diffracted light 141b. Similarly, the interference fringes 152 are generated on the substrate due to the interference between the diffracted light 141b and the diffracted light 141c, and the interference fringes 153 are generated on the substrate due to the interference between the diffracted light 141c and the diffracted light 141a. The solid line indicates the bright part peak of the interference fringes, and the broken line indicates the dark part peak of the interference fringes. The light intensity is particularly high at the portion 155 where the bright portions of the three interference fringes 151, 152, 153 overlap. Therefore, as shown in FIG. 13, when a positive photoresist 90a is used, a contact hole pattern 93 is formed at a position corresponding to the portion 155.

なお、図13は、図7に示したマスクパターンを用いた場合の例である。図1に示したようなフォトマスクを用いた場合には、メイン開口11,12およびアシスト開口21,22,23,24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11,12に対応したコンタクトホールパターン91,92のみをフォトレジスト90に形成することができる(図3参照)。   FIG. 13 shows an example in which the mask pattern shown in FIG. 7 is used. When the photomask as shown in FIG. 1 is used, an image is formed on the substrate with an image intensity corresponding to the sizes of the main openings 11 and 12 and the assist openings 21, 22, 23, and 24, thereby allowing the main Only the contact hole patterns 91 and 92 corresponding to the openings 11 and 12 can be formed in the photoresist 90 (see FIG. 3).

ここで、投影レンズ瞳における回折光の位置と強度との関係について説明する。   Here, the relationship between the position and intensity of the diffracted light in the projection lens pupil will be described.

図14において、回折光141aはマスクを直進する光、すなわち0次回折光である。回折光141b,141cは、1次回折光である。通常使われるバイナリマスクもしくはハーフトーン位相シフトマスクにおいては、回折光141b,141cの光の振幅および位相は共通となる。マスクパターンが、バイナリマスクもしくはハーフトーン位相シフトマスクによって形成されている場合、マスク遮光体(遮光領域)の複素振幅透過率をγ(負の場合は位相シフトマスク、0の場合はバイナリマスク)とすると、投影レンズ瞳における回折光141aの振幅(強度)A、および、回折光141b,141cの振幅B,Cは、下記数5の式(12),(13)で表される。

Figure 0004834784
In FIG. 14, diffracted light 141a is light traveling straight through the mask, that is, zero-order diffracted light. The diffracted lights 141b and 141c are first-order diffracted lights. In a normally used binary mask or halftone phase shift mask, the amplitude and phase of the diffracted light beams 141b and 141c are the same. When the mask pattern is formed by a binary mask or a halftone phase shift mask, the complex amplitude transmittance of the mask light shielding body (light shielding region) is expressed as γ (a phase shift mask when negative, a binary mask when 0). Then, the amplitude (intensity) A of the diffracted light 141a and the amplitudes B and C of the diffracted lights 141b and 141c at the projection lens pupil are expressed by the following equations (12) and (13).
Figure 0004834784

<照明位置の最適化>
照明のシフト量σsが、下記数6の式(14)を満たすようにする。

Figure 0004834784
<Optimization of lighting position>
The illumination shift amount σs satisfies the following expression (14).
Figure 0004834784

この場合、3個の回折光141a,141b,141cの瞳中心からの距離a,b,cが等しくなる。その結果、後で計算する基板上の干渉縞において、デフォーカス依存性がなくなる。すなわち、焦点深度が十分に大きくなる。   In this case, the distances a, b, c from the pupil center of the three diffracted beams 141a, 141b, 141c are equal. As a result, there is no defocus dependence in the interference fringes on the substrate to be calculated later. That is, the depth of focus becomes sufficiently large.

さらに、フォーカスに対する像の位置ずれをなくすために、照明は軸対称であるべきである。したがって、軸対照に照明領域を配置した図2の二重極照明が望ましい。   In addition, the illumination should be axisymmetric to eliminate image misregistration with respect to the focus. Therefore, the dipole illumination of FIG. 2 in which the illumination areas are arranged in axial contrast is desirable.

<干渉波振幅の最適化>
基板上に形成される干渉波の強度分布I(x,y)は、下記数7の式(15)によって表される。

Figure 0004834784
<Optimization of interference wave amplitude>
The intensity distribution I (x, y) of the interference wave formed on the substrate is expressed by the following equation (15).
Figure 0004834784

この式(15)に上記式(12),(13)を代入して展開すると、下記数8の式(16)が得られる。

Figure 0004834784
When the above formulas (12) and (13) are substituted into the formula (15) and expanded, the following formula (16) is obtained.
Figure 0004834784

ただし、θは各回折光の進行方向と基板面の法線とがなす角である。また、上記式(16)の右辺第1項は一律成分、第2項および第3項はそれぞれ回折光141aと回折光141bとの干渉および回折光141aと回折光141cとの干渉により生成される干渉波である。第4項は回折光141bと回折光141cとの干渉により生成される干渉波である。   Here, θ is an angle formed by the traveling direction of each diffracted light and the normal line of the substrate surface. The first term on the right side of the above formula (16) is a uniform component, and the second and third terms are generated by interference between the diffracted light 141a and the diffracted light 141b and interference between the diffracted light 141a and the diffracted light 141c, respectively. It is an interference wave. The fourth term is an interference wave generated by the interference between the diffracted light 141b and the diffracted light 141c.

ここで、上記式(14)の条件を満たすように照明を与えているため、上記式(16)には、zに依存する成分が現れない。このことは、干渉縞がベストフォーカス近傍ではデフォーカスの影響を受けないことを示している。   Here, since illumination is given so as to satisfy the condition of the above equation (14), no component depending on z appears in the above equation (16). This indicates that the interference fringes are not affected by defocusing in the vicinity of the best focus.

干渉波のコントラストを考えるために、図15に示す明部156および2種類の暗部157,158の光強度について説明する。明部156および2種類の暗部157,158の光強度は、それぞれ、下記数9の式(17),(18),(19)により与えられる。なお、図示した箇所以外にも複数の明部,暗部が存在するが、対称性から、それらの強度は共通である。それぞれの強度は、上記式(16)から求められる。

Figure 0004834784
In order to consider the contrast of the interference wave, the light intensity of the bright portion 156 and the two types of dark portions 157 and 158 shown in FIG. 15 will be described. The light intensities of the bright portion 156 and the two types of dark portions 157 and 158 are given by the following equations (17), (18), and (19), respectively. Although there are a plurality of bright parts and dark parts other than the illustrated part, their intensities are common due to symmetry. Each intensity | strength is calculated | required from said Formula (16).
Figure 0004834784

図15の場合には、2種類のコントラストが定義できる。すなわち、下記数10の式(20),(21)に示すように、明部156−暗部157−明部156に沿ったコントラストC1 、および、明部156−暗部158−明部156に沿ったコントラストC2 、である。

Figure 0004834784
In the case of FIG. 15, two types of contrast can be defined. That is, as shown in the following Expressions (20) and (21), the contrast C 1 along the bright part 156 -dark part 157 -the bright part 156 and the bright part 156 -dark part 158-along the bright part 156 Contrast C 2 .
Figure 0004834784

それぞれのコントラストC1 ,C2 が最大になる条件を考える。まず、明部156−暗部157−明部156に沿ったコントラストC1 の最大値は、暗部157の強度が0になる条件、すなわち上記式(18)より“A=0”の場合である。このとき、“C1 =1”となるが、“C2 =0となるため、所望の像ができない。一方、明部156−暗部158−明部156に沿ったコントラストC2 の最大値は、暗部158の強度が“0”になる条件、すなわち上記式(19)より、“A=2B”の場合である。このとき、“C1 =0.6,C2 =1”である。つまり、コントラストC1 の強度は十分ではない。 Consider a condition in which the respective contrasts C 1 and C 2 are maximized. First, the maximum value of the contrast C 1 along the bright part 156 to the dark part 157 to the bright part 156 is a condition in which the intensity of the dark part 157 is 0, that is, the case of “A = 0” from the above equation (18). At this time, “C 1 = 1” but “C 2 = 0”, so that a desired image cannot be obtained. On the other hand, the maximum value of the contrast C 2 along the bright portion 156 to the dark portion 158 to the bright portion 156 is In this case, the condition where the intensity of the dark portion 158 is “0”, that is, the case of “A = 2B” from the above equation (19), where “C 1 = 0.6, C 2 = 1”. That is, the intensity of contrast C 1 is not sufficient.

そこで、“C1 =C2 ”となる条件を最適条件とすると、これは暗部157および暗部158の強度が等しい場合であるから、上記式(18),(19)より、“A=B”の場合と判明する。このとき、“C1 =C2 =0.8”となる。 Therefore, assuming that the condition of “C 1 = C 2 ” is the optimum condition, this is a case where the intensities of the dark part 157 and the dark part 158 are equal, so that “A = B” from the above equations (18) and (19). It turns out that. At this time, “C 1 = C 2 = 0.8”.

以上のことから、結像に用いられる3個の回折光141a,14ab,14acの振幅A,B,Cが等しい場合に、望ましい結像状態が得られることが明らかになった。   From the above, it has been clarified that a desirable imaging state can be obtained when the amplitudes A, B and C of the three diffracted beams 141a, 14ab and 14ac used for imaging are equal.

<マスクバイアスおよび遮光部振幅透過率の最適化>
望ましい結像状態は“A=B”のときであるから、上記式(12),(13),(14)より、下記数11の式(22)が成立する場合と言い換えることができる。

Figure 0004834784
<Optimization of mask bias and light transmittance amplitude>
Since the desirable imaging state is when “A = B”, it can be rephrased as the case where the following expression (22) is established from the above expressions (12), (13), and (14).
Figure 0004834784

この式(22)を変形すると、下記数12の式(23)となる。

Figure 0004834784
When this equation (22) is transformed, the following equation (23) is obtained.
Figure 0004834784

つまり、マスクバイアス(ε)とハーフトーン位相シフトマスクの複素振幅透過率(γ)とが上記式(23)で表される所定の関係を満たす場合に、望ましい結像状態となる。   That is, a desirable imaging state is obtained when the mask bias (ε) and the complex amplitude transmittance (γ) of the halftone phase shift mask satisfy the predetermined relationship represented by the above equation (23).

ここで、簡単化のため“εx =εy =ε”とすると、上記式(23)は、下記数13の式(24)で表される。

Figure 0004834784
Here, for simplification, assuming that “εx = εy = ε”, the above equation (23) is expressed by the following equation (24).
Figure 0004834784

図16は、マスクバイアス(ε)とハーフトーン位相シフトマスクの複素振幅透過率(γ)との関係を示すものである。“γ”が負であるとは、光透過領域を通過する光に対して、ハーフトーン領域(マスク遮光体)を通過する光の位相が180度ずれている状態を表している。この曲線上にあるすべての状態において、回折光強度が等しくなる条件が満たされる。   FIG. 16 shows the relationship between the mask bias (ε) and the complex amplitude transmittance (γ) of the halftone phase shift mask. “Γ” being negative represents a state in which the phase of light passing through the halftone area (mask light shielding body) is 180 degrees shifted from the light passing through the light transmission area. In all the states on this curve, the condition that the diffracted light intensity is equal is satisfied.

図17は、マスクバイアス(マスク上の開口の寸法ε)と回折光振幅Aとの関係を示すものである。本図から、マスクバイアスが大きく、マスク遮光体の複素振幅透過率が負側に大きい場合に像が明るくなることが分かる。像の明るさは、所望のスループット、レジスト感度、レーザ輝度安定性などに応じて設定する必要があるが、マスクバイアスと複素振幅透過率との組み合わせを適当に選ぶことにより設定できる。   FIG. 17 shows the relationship between the mask bias (the dimension ε of the opening on the mask) and the diffracted light amplitude A. From this figure, it can be seen that the image becomes bright when the mask bias is large and the complex amplitude transmittance of the mask light shield is large on the negative side. The image brightness needs to be set according to the desired throughput, resist sensitivity, laser luminance stability, etc., but can be set by appropriately selecting a combination of mask bias and complex amplitude transmittance.

上記したように、本実施形態によれば、図1に示したようなアシスト開口21,22,23,24を有するフォトマスクを用いるとともに、図2に示したような発光領域51,52を有する二重極照明を用いることにより、パターンが微細化されても、図3に示したような、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91,92を形成することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, the photomask having the assist openings 21, 22, 23, and 24 as shown in FIG. 1 is used, and the light emitting regions 51 and 52 as shown in FIG. By using the dipole illumination, even when the pattern is miniaturized, it is possible to form the high-precision contact hole patterns 91 and 92 with reduced dimensional errors as shown in FIG.

したがって、上述したフォトマスクおよび変形照明を半導体装置の製造(ホールパターンの露光)に適用することにより、NAND型フラッシュメモリにおいては、たとえば、NANDセルユニットの選択トランジスタの拡散層に接続される、ビット線コンタクト用のコンタクトホールを高精度に形成できる。   Therefore, by applying the above-described photomask and modified illumination to the manufacture of a semiconductor device (hole pattern exposure), in a NAND flash memory, for example, a bit connected to a diffusion layer of a select transistor of a NAND cell unit Contact holes for line contacts can be formed with high accuracy.

なお、上記した第1の実施形態の場合、数5の式(12),(13)で示した回折光振幅は、マスクパターンが無限に薄い膜で構成されているとするモデル、すなわちキルヒホッフ近似モデルをもとに導出されている。近年、マスクパターンの最小寸法が波長程度か、それ以下の条件では、マスクの厚みの影響でキルヒホッフ近似モデルが成り立たなくなることが知られてきた。この場合、回折光強度は、数5の式(12),(13)のような簡単な式で表すことができず、マックスウェル方程式を数値的に解くことによって求められる。つまり、3個の回折光の強度が等しくなる条件は、たとえば図18に示すように、マスクの複素振幅透過率およびコンタクトホールパターンの寸法を変化させながら繰り返し計算することによって求められる。   In the case of the first embodiment described above, the diffracted light amplitude expressed by the equations (12) and (13) in Formula 5 is a model in which the mask pattern is composed of an infinitely thin film, ie, Kirchhoff approximation. It is derived based on the model. In recent years, it has been known that when the minimum dimension of a mask pattern is about a wavelength or less, the Kirchhoff approximation model does not hold due to the influence of the mask thickness. In this case, the diffracted light intensity cannot be expressed by a simple expression such as Expressions (12) and (13) in Formula 5, but can be obtained by solving the Maxwell equation numerically. That is, the condition for equalizing the intensity of the three diffracted lights can be obtained by repeatedly calculating while changing the complex amplitude transmittance of the mask and the dimension of the contact hole pattern, as shown in FIG. 18, for example.

特に、マスクの厚みの影響を考慮した計算を行う必要がない場合には、ハーフトーン膜(HT)の光学定数をHT透過率に代えて、図18に示した演算を実行すればよい。   In particular, when it is not necessary to perform a calculation in consideration of the influence of the mask thickness, the calculation shown in FIG. 18 may be executed by replacing the optical constant of the halftone film (HT) with the HT transmittance.

また、上記した実施形態においては、4列のアシスト開口を設けた場合を例に説明したが、これに限らず、たとえば6列、あるいは、それ以上のアシスト開口を設けるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where four rows of assist openings are provided has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, six rows or more assist openings may be provided.

また、メイン開口およびアシスト開口の形状は正方形に限らず、たとえば、長方形、円形、楕円形などであってもよい。   Further, the shape of the main opening and the assist opening is not limited to a square, and may be, for example, a rectangle, a circle, or an ellipse.

また、変形照明の発光領域の形状も円形に限定されず、楕円形などであってもよい。   Further, the shape of the light emitting region of the modified illumination is not limited to a circle, and may be an ellipse.

また、変形照明としては、上記した二重極照明に限らず、たとえば、四重極照明を用いることも可能である。   Further, the modified illumination is not limited to the above-described dipole illumination, and for example, quadrupole illumination can be used.

図19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(たとえば、NAND−CB層の2連千鳥配置ホール)の形成に用いて好適な、四重極照明の構成例を示すものである。   FIG. 19 shows a configuration example of quadrupole illumination suitable for forming a contact hole for bit line contact of a NAND flash memory (for example, a double staggered hole in a NAND-CB layer). .

図19に示すように、変形照明である四重極照明は、発光領域(第1の発光領域)251、発光領域(第2の発光領域)252、発光領域(第3の発光領域)253、および、発光領域(第4の発光領域)254を有している。これらの発光領域251,252,253,254は、非発光領域261によって囲まれている。   As shown in FIG. 19, the quadrupole illumination which is a modified illumination includes a light emitting region (first light emitting region) 251, a light emitting region (second light emitting region) 252, a light emitting region (third light emitting region) 253, In addition, a light emitting region (fourth light emitting region) 254 is provided. These light emitting areas 251, 252, 253 and 254 are surrounded by a non-light emitting area 261.

発光領域251,252,253,254は、照明の中心270に対して、x方向およびy方向にほぼ対称となる×字方向の各位置(領域)に設けられている。すなわち、発光領域251,252,253,254は互いに同一形状および同一寸法であり、たとえば、照明の中心270と発光領域251が内包する点との距離(σ)は下記数14の式(25),(26),(27)によって与えられる。

Figure 0004834784
The light emitting regions 251, 252, 253, and 254 are provided at respective positions (regions) in the X-shape that are substantially symmetric in the x direction and the y direction with respect to the illumination center 270. That is, the light emitting regions 251, 252, 253, and 254 have the same shape and the same size. For example, the distance (σ) between the illumination center 270 and the point that the light emitting region 251 includes is expressed by the following equation (25): , (26), (27).
Figure 0004834784

ただし、NAは投影レンズの開口数、λは露光波長、Pxは開口パターンのワード線方向のピッチ、Pyは開口パターンのビット線方向のピッチである。   Where NA is the numerical aperture of the projection lens, λ is the exposure wavelength, Px is the pitch of the aperture pattern in the word line direction, and Py is the pitch of the aperture pattern in the bit line direction.

因みに、照明の中心270と発光領域251が内包する点との距離(σ)は、σx ,σy によって、照明の中心270と発光領域252が内包する点との距離(σ)は、σx ,−σy によって、照明の中心270と発光領域253が内包する点との距離(σ)は、−σx ,σy によって、照明の中心270と発光領域254が内包する点との距離(σ)は、−σx ,−σy によって、それぞれ与えられる。   Incidentally, the distance (σ) between the center 270 of the illumination and the point included in the light emitting region 251 is σx, σy, and the distance (σ) between the center 270 of the illumination and the point included in the light emitting region 252 is σx, − The distance (σ) between the center 270 of the illumination and the point included in the light emitting region 253 is determined by σy, and the distance (σ) between the center 270 of the illumination and the point included in the light emitting region 254 is −− are given by σx and −σy, respectively.

なお、理想的には、発光領域251の中心と内包する点とが一致し、発光領域252の中心と内包する点とが一致し、発光領域253の中心と内包する点とが一致し、発光領域254の中心と内包する点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251,252,253,254は、照明の中心270からの距離(σ)が互いに等しくなる。   Ideally, the center of the light emitting region 251 matches the included point, the center of the light emitting region 252 matches the included point, and the center of the light emitting region 253 matches the included point. It is desirable that the center of the region 254 coincides with the included point. In this case, the light emitting regions 251, 252, 253, and 254 have the same distance (σ) from the illumination center 270.

すなわち、x方向およびy方向で規定されるそれぞれの方向に発光領域251,252,253,254を有する四重極照明は、フォトマスクからの回折光のうち、3個の回折光が投影レンズ瞳を通過するように照明形状が設定されている。図7に示したマスクパターンの場合、この四重極照明によれば、たとえば図20に示すように、投影レンズ瞳の有効領域242a,242b,242c,242d内にそれぞれ3つの回折光241a,241b,241cを位置させることができる。したがって、3つの回折光241a,241b,241cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、たとえば図15に示したような光の干渉(干渉縞の明部ピーク、暗部ピーク)が生じ、基板上に像を形成することができる。   That is, in the quadrupole illumination having the light emitting regions 251, 252, 253, and 254 in the directions defined by the x direction and the y direction, three diffracted lights out of the diffracted light from the photomask are projected lens pupils. The illumination shape is set so as to pass through. In the case of the mask pattern shown in FIG. 7, according to this quadrupole illumination, for example, as shown in FIG. 20, there are three diffracted lights 241a and 241b in the effective areas 242a, 242b, 242c and 242d of the projection lens pupil, respectively. , 241c can be positioned. Therefore, since the three diffracted beams 241a, 241b, and 241c pass through the projection lens and reach the substrate, for example, light interference as shown in FIG. 15 (light peak and dark peak of interference fringes) occurs. An image can be formed on the substrate.

図21は、発光領域251,252,253,254を有する四重極照明による露光マージンを、発光領域51,52を有する二重極照明(図2参照)による露光マージンと比較して示すものである。なお、図中に示す必要マージンとは、所定のマスクパターンをある露光量、焦点で露光した際に形成されるコンタクトホールパターンが所望の寸法となる場合を基準に、実際に形成されたコンタクトホールパターンの寸法がどれだけずれると、露光量、焦点ずれとして許容できなくなるかの目安である。   FIG. 21 shows an exposure margin by quadrupole illumination having the light emitting regions 251, 252, 253 and 254 compared with an exposure margin by dipole illumination having the light emitting regions 51 and 52 (see FIG. 2). is there. The required margin shown in the figure is a contact hole actually formed with reference to a case where a contact hole pattern formed when a predetermined mask pattern is exposed with a certain exposure amount and focus has a desired dimension. This is a measure of how much the pattern size is deviated and cannot be accepted as an exposure amount or defocus.

本図からも明らかなように、二重極照明の場合(図示■)も、四重極照明の場合(図示□)とほぼ同等の露光マージン(露光量変動マージン(EL)および焦点深度(DOF))が得られる。   As is clear from this figure, the exposure margin (exposure amount fluctuation margin (EL) and depth of focus (DOF)) in the case of dipole illumination (shown ■) is almost the same as that in the case of quadrupole illumination (shown □). )) Is obtained.

その結果、図1のフォトマスクを用いた場合には、たとえば図22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91,92が形成される。   As a result, when the photomask of FIG. 1 is used, contact hole patterns 91 and 92 are formed in the photoresist 90 as shown in FIG.

また、四重極照明の採用により、フォトレジスト90に、コンタクトホールパターン91,92のような周期性を有する密集ホールパターンとは別に、たとえばランダムに配置された孤立のコンタクトホールパターン190の形成が可能となる。   Further, by adopting quadrupole illumination, isolated contact hole patterns 190 arranged at random, for example, can be formed in the photoresist 90 separately from the dense hole patterns having periodicity such as the contact hole patterns 91 and 92. It becomes possible.

発光領域251,252,253,254を有する四重極照明の場合、90度回転させたときの対称性が、発光領域51,52を有する二重極照明の場合よりも優れる。そのため、たとえば図23(a)に示すように、フォトマスクの開口222を少しだけ横長に補正することにより、たとえば図23(b)に示すように、孤立のコンタクトホールパターン190を良好な円形状に形成できる。なお、221は、フォトマスクの遮光領域である。   In the case of the quadrupole illumination having the light emitting regions 251, 252, 253, and 254, the symmetry when rotated 90 degrees is superior to the case of the dipole illumination having the light emitting regions 51 and 52. Therefore, for example, as shown in FIG. 23A, by slightly correcting the photomask opening 222 to be slightly horizontally long, the isolated contact hole pattern 190 is formed into a good circular shape as shown in FIG. 23B, for example. Can be formed. Reference numeral 221 denotes a light shielding region of the photomask.

したがって、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おいて、孤立したコンタクトホールを形成するための開口パターンを含むフォトマスクを用いることにより、ビット線コンタクト用のコンタクトホールのみならず、たとえば、ビット線コンタクト用のコンタクトホールとは周期が異なる、周辺回路用の孤立したコンタクトホールを同時に形成することが可能となる。   Therefore, when forming a contact hole for a bit line contact in a NAND flash memory, by using a photomask including an opening pattern for forming an isolated contact hole, not only a contact hole for a bit line contact. For example, it becomes possible to simultaneously form isolated contact holes for peripheral circuits having a different period from the contact holes for bit line contacts.

さらに、照明としては、上記した二重極照明および四重極照明に限らず、たとえば図24に示すように、発光領域(第5,第6の発光領域)51,52と発光領域(第1ないし第4の発光領域)251,252,253,254とを有する六重極照明を用いることも可能である。これらの発光領域51,52,251,252,253,254は、互いに同一形状および同一寸法であり、非発光領域261によって囲まれている。   Further, the illumination is not limited to the above-described dipole illumination and quadrupole illumination. For example, as shown in FIG. 24, the light emitting regions (fifth and sixth light emitting regions) 51 and 52 and the light emitting regions (first Or a fourth light emitting region) 251, 252, 253, 254. These light emitting areas 51, 52, 251, 252, 253, and 254 have the same shape and the same dimensions as each other, and are surrounded by the non-light emitting area 261.

発光領域51,52,251,252,253,254は、照明の中心に対して、互いにy方向に対象となる位置と、x方向およびy方向にほぼ対称となる×字方向の各位置(領域)と、に設けられている。たとえば、照明の中心と発光領域251が内包する点との距離(σ)は下記数15の式(28),(29)によって、照明の中心と発光領域51が内包する点との距離(σ)は下記数15の式(30)によって、それぞれ与えられる。

Figure 0004834784
The light emitting areas 51, 52, 251, 252, 253, and 254 are positions of interest in the y direction with respect to the center of illumination, and positions (areas) in the X-shape that are substantially symmetric in the x and y directions. ) And. For example, the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 251 is expressed by the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 51 according to the following equations (28) and (29). ) Is given by the following Expression 15 (30).
Figure 0004834784

ただし、NAは投影レンズの開口数、λは露光波長、Pxは開口パターンのワード線方向のピッチ、Pyは開口パターンのビット線方向のピッチである。   Where NA is the numerical aperture of the projection lens, λ is the exposure wavelength, Px is the pitch of the aperture pattern in the word line direction, and Py is the pitch of the aperture pattern in the bit line direction.

因みに、照明の中心と発光領域251が内包する点との距離(σ)は、σx ,σy によって、照明の中心と発光領域252が内包する点との距離(σ)は、σx ,−σy によって、照明の中心と発光領域253が内包する点との距離(σ)は、−σx ,σy によって、照明の中心と発光領域254が内包する点との距離(σ)は、−σx ,−σy によって、照明の中心と発光領域51が内包する点との距離(σ)は、σy によって、照明の中心と発光領域52が内包する点との距離(σ)は、−σy によって、それぞれ与えられる。   Incidentally, the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 251 is σx and σy, and the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 252 is σx and −σy. The distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 253 is −σx, σy, and the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 254 is −σx, −σy. Thus, the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 51 is given by σy, and the distance (σ) between the center of the illumination and the point included in the light emitting region 52 is given by −σy, respectively. .

なお、理想的には、発光領域51の中心と内包する点とが一致し、発光領域52の中心と内包する点とが一致し、発光領域251の中心と内包する点とが一致し、発光領域252の中心と内包する点とが一致し、発光領域253の中心と内包する点とが一致し、発光領域254の中心と内包する点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51,52,251,252,253,254は、照明の中心からの距離(σ)が互いに等しくなる。   Ideally, the center of the light emitting region 51 matches the included point, the center of the light emitting region 52 matches the included point, and the center of the light emitting region 251 matches the included point. It is desirable that the center of the region 252 matches the included point, the center of the light emitting region 253 matches the included point, and the center of the light emitting region 254 matches the included point. In this case, the light emitting areas 51, 52, 251, 252, 253, and 254 have the same distance (σ) from the center of illumination.

すなわち、発光領域51,52,251,252,253,254を有する六重極照明は、フォトマスクからの回折光のうち、3個の回折光が投影レンズ瞳を通過するように照明形状が設定されている。図7に示したマスクパターンの場合、この六重極照明によれば、たとえば図25に示すように、投影レンズ瞳の有効領域242a,242b,242c,242d,242e,242f内にそれぞれ3つの回折光241a,241b,241cを位置させることができる。したがって、3つの回折光241a,241b,241cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、たとえば図15に示したような光の干渉が生じ、基板上に像を形成することができる。つまり、四重極照明の場合と同様に、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おいては、孤立したコンタクトホールを形成するための開口パターンを含むフォトマスクを用いることにより、ビット線コンタクト用のコンタクトホールのみならず、たとえば、ビット線コンタクト用のコンタクトホールとは周期が異なる、周辺回路用の孤立したコンタクトホールを同時に形成することが可能となる。   That is, in the hexapole illumination having the light emitting regions 51, 52, 251, 252, 253, and 254, the illumination shape is set so that three diffracted lights from the diffracted light from the photomask pass through the projection lens pupil. Has been. In the case of the mask pattern shown in FIG. 7, according to this hexapole illumination, as shown in FIG. 25, for example, there are three diffraction patterns in the effective areas 242a, 242b, 242c, 242d, 242e, and 242f of the projection lens pupil. Lights 241a, 241b, 241c can be positioned. Accordingly, since the three diffracted beams 241a, 241b, and 241c pass through the projection lens and reach the substrate, for example, light interference as shown in FIG. 15 occurs, and an image can be formed on the substrate. That is, as in the case of quadrupole illumination, when forming a contact hole for a bit line contact in a NAND flash memory, a photomask including an opening pattern for forming an isolated contact hole is used. In addition to the contact hole for bit line contact, for example, it is possible to simultaneously form isolated contact holes for peripheral circuits having a period different from that of the contact hole for bit line contact.

[第2の実施形態]
図26は、本発明の第2の実施形態にしたがった、フォトマスクの一例を示すものである。なお、本実施形態では、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(いわゆる、密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターン、たとえばNAND−CB層の3連千鳥配置ホール)を形成する場合を例に説明する。
[Second Embodiment]
FIG. 26 shows an example of a photomask according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, a contact hole for bit line contact of a NAND flash memory (a so-called dense hole pattern in which the holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern, for example, a triple staggered hole in a NAND-CB layer) ) Will be described as an example.

すなわち、本実施形態の場合、たとえば図27に示すように、NAND型フラッシュメモリにおいて、ハーフピッチ(HPnm)幅のビット線BLにそれぞれ接続されるビット線コンタクト用のコンタクトホールCBが、位置をずらしながら3列に配置(3連千鳥配置)される。この場合、6HPnm離れたビット線BLには、それぞれ同じ位置に、コンタクトホールCBが配置される。これにより、ビット線BLの細線化およびビット線BL間の狭ピッチ化が図られたNAND型フラッシュメモリにおいて、ビット線コンタクト用のコンタクトホールCBを高精度に配置(形成)することが可能となる。   That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 27, for example, in the NAND flash memory, the contact holes CB for bit line contacts respectively connected to the bit lines BL having a half pitch (HPnm) width shift the position. However, they are arranged in three rows (triple staggered arrangement). In this case, the contact holes CB are arranged at the same positions on the bit lines BL separated by 6 HP nm. As a result, in the NAND flash memory in which the bit lines BL are thinned and the pitch between the bit lines BL is narrowed, the contact holes CB for bit line contacts can be arranged (formed) with high accuracy. .

図26において、フォトマスクは、メイン開口(第1のメイン開口)311、メイン開口(第2のメイン開口)312、メイン開口(第3のメイン開口)313、アシスト開口(第1のアシスト開口)321、アシスト開口(第2のアシスト開口)322、アシスト開口(第3のアシスト開口)323、アシスト開口(第4のアシスト開口)324、アシスト開口(第5のアシスト開口)325、および、アシスト開口(第6のアシスト開口)326を、それぞれ複数個ずつ有している。これらの開口311,312,313,321,322,323,324,325,326は、遮光領域(非透明領域)331によって囲まれている。遮光領域331は、たとえばクロム膜が形成された遮光領域、あるいは、たと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。   In FIG. 26, the photomask includes a main opening (first main opening) 311, a main opening (second main opening) 312, a main opening (third main opening) 313, and an assist opening (first assist opening). 321, assist opening (second assist opening) 322, assist opening (third assist opening) 323, assist opening (fourth assist opening) 324, assist opening (fifth assist opening) 325, and assist opening A plurality of (sixth assist openings) 326 are provided. These openings 311, 312, 313, 321, 322, 323, 324, 325, 326 are surrounded by a light shielding region (non-transparent region) 331. The light shielding region 331 is, for example, a light shielding region in which a chromium film is formed, or a translucent halftone phase shift region in which, for example, a molybdenum silicide film is formed.

メイン開口311,312,313は互いに同一形状および同一寸法であり、アシスト開口321,322,323,324,325,326は互いに同一形状および同一寸法である。また、アシスト開口321,322,323,324,325,326は、メイン開口311,312,313よりも小さい。   The main openings 311, 312, and 313 have the same shape and dimensions, and the assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 have the same shape and dimensions. The assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 are smaller than the main openings 311, 312, and 313.

メイン開口311,312,313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開口パターン(転写パターン)であり、露光工程および現像工程の後、メイン開口311,312,313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321,322,323,324,325,326は補助的なパターン(非解像のアシストパターン)であり、露光工程および現像工程を経ても、アシスト開口321,322,323,324,325,326に対応したパターンはフォトレジストには形成されない。   The main openings 311, 312, and 313 are opening patterns (transfer patterns) corresponding to the contact hole pattern for bit line contact, and the pattern corresponding to the main openings 311, 312, and 313 is a photo pattern after the exposure process and the development process. Formed on resist. The assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 are auxiliary patterns (non-resolution assist patterns), and the assist openings 321, 322, 323, 324, 325, even after the exposure process and the development process. A pattern corresponding to 326 is not formed in the photoresist.

メイン開口311は、ビット線方向(第2の方向)に延びた直線(第1の直線)341上に、ピッチPx(第2の間隔)で複数配置されている。すなわち、各メイン開口311の中心が直線341上に位置している。メイン開口311に隣接するメイン開口312は、ビット線方向に延びた直線(第2の直線)342上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各メイン開口312の中心が直線342上に位置している。メイン開口312に隣接するメイン開口313は、ビット線方向に延びた直線(第3の直線)343上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各メイン開口313の中心が直線343上に位置している。   A plurality of main openings 311 are arranged at a pitch Px (second interval) on a straight line (first straight line) 341 extending in the bit line direction (second direction). That is, the center of each main opening 311 is located on the straight line 341. A plurality of main openings 312 adjacent to the main openings 311 are arranged at a pitch Px on a straight line (second straight line) 342 extending in the bit line direction. That is, the center of each main opening 312 is located on the straight line 342. A plurality of main openings 313 adjacent to the main openings 312 are arranged at a pitch Px on a straight line (third straight line) 343 extending in the bit line direction. That is, the center of each main opening 313 is located on the straight line 343.

直線341と直線342と直線343とは互いに平行であり、直線341と直線342と直線343との距離(第1の方向(ワード線方向)の第1の距離(第1の間隔))はPyである。また、メイン開口311とメイン開口312とメイン開口313とは、ビット線方向に互いにPx/3(2HPnm)だけずれて配置されている。   The straight line 341, the straight line 342, and the straight line 343 are parallel to each other, and the distance between the straight line 341, the straight line 342, and the straight line 343 (first distance (first distance) in the first direction (word line direction)) is Py. It is. The main opening 311, the main opening 312, and the main opening 313 are disposed so as to be shifted from each other by Px / 3 (2 HPnm) in the bit line direction.

メイン開口311に隣接するアシスト開口321は、ビット線方向に延びた直線(第4の直線)344上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口321の中心が直線344上に位置している。メイン開口313に隣接するアシスト開口322は、ビット線方向に延びた直線(第5の直線)345上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口322の中心が直線345上に位置している。アシスト開口321に隣接するアシスト開口323は、ビット線方向に延びた直線(第6の直線)346上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口323の中心が直線346上に位置している。アシスト開口322に隣接するアシスト開口324は、ビット線方向に延びた直線(第7の直線)347上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口324の中心が直線347上に位置している。アシスト開口323に隣接するアシスト開口325は、ビット線方向に延びた直線(第8の直線)348上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口325の中心が直線348上に位置している。アシスト開口324に隣接するアシスト開口326は、ビット線方向に延びた直線(第9の直線)349上に、ピッチPxで複数配置されている。すなわち、各アシスト開口326の中心が直線349上に位置している。   A plurality of assist openings 321 adjacent to the main openings 311 are arranged at a pitch Px on a straight line (fourth straight line) 344 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 321 is positioned on the straight line 344. A plurality of assist openings 322 adjacent to the main openings 313 are arranged at a pitch Px on a straight line (fifth straight line) 345 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 322 is positioned on the straight line 345. A plurality of assist openings 323 adjacent to the assist openings 321 are arranged at a pitch Px on a straight line (sixth straight line) 346 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 323 is positioned on the straight line 346. A plurality of assist openings 324 adjacent to the assist openings 322 are arranged at a pitch Px on a straight line (seventh straight line) 347 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 324 is positioned on the straight line 347. A plurality of assist openings 325 adjacent to the assist openings 323 are arranged at a pitch Px on a straight line (eighth straight line) 348 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 325 is positioned on the straight line 348. A plurality of assist openings 326 adjacent to the assist openings 324 are arranged at a pitch Px on a straight line (ninth straight line) 349 extending in the bit line direction. That is, the center of each assist opening 326 is located on the straight line 349.

直線341,342,343,344,345,346,347,348および349は互いに平行である。直線341と直線344との距離(第1の間隔)はPyであり、直線343と直線345との距離もPyである。また、直線344と直線346との距離はPyであり、直線345と直線347との距離もPyである。また、直線346と直線348との距離はPyであり、直線347と直線349との距離もPyである。   Straight lines 341, 342, 343, 344, 345, 346, 347, 348 and 349 are parallel to each other. The distance (first interval) between the straight line 341 and the straight line 344 is Py, and the distance between the straight line 343 and the straight line 345 is also Py. The distance between the straight line 344 and the straight line 346 is Py, and the distance between the straight line 345 and the straight line 347 is also Py. The distance between the straight line 346 and the straight line 348 is Py, and the distance between the straight line 347 and the straight line 349 is also Py.

なお、ビット線方向において、アシスト開口322,325はメイン開口311と同一ピッチ(Px)で配置されている。また、アシスト開口323,324はメイン開口312と同一ピッチ(Px)で配置されている。また、アシスト開口321,326はメイン開口313と同一ピッチ(Px)で配置されている。つまり、アシスト開口321,326とアシスト開口323,324とアシスト開口322,325とは、それぞれ、ビット線方向にPx/3ずつずれて配置されている。   Note that the assist openings 322 and 325 are arranged at the same pitch (Px) as the main openings 311 in the bit line direction. The assist openings 323 and 324 are arranged at the same pitch (Px) as the main openings 312. The assist openings 321 and 326 are arranged at the same pitch (Px) as the main openings 313. That is, the assist openings 321 and 326, the assist openings 323 and 324, and the assist openings 322 and 325 are arranged so as to be shifted by Px / 3 in the bit line direction.

以上の説明から分かるように、アシスト開口325、アシスト開口323、アシスト開口321、メイン開口311、メイン開口312、メイン開口313、アシスト開口322、アシスト開口324、および、アシスト開口326は、斜め方向に同一ピッチで配置されている。すなわち、図26に示したフォトマスクは、アシスト開口321,322,323,324,325,326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。   As can be seen from the above description, the assist opening 325, the assist opening 323, the assist opening 321, the main opening 311, the main opening 312, the main opening 313, the assist opening 322, the assist opening 324, and the assist opening 326 are inclined. They are arranged at the same pitch. That is, in the photomask shown in FIG. 26, assist periodicities 321, 322, 323, 324, 325, and 326 are added to increase the periodicity in the oblique direction.

ここで、投影レンズの開口数をNA、露光波長をλとし、開口パターンのワード線方向のピッチPyおよびビット線方向のピッチPxが、下記数16の式(31)の関係を満たすとすると、たとえば、NA=1.3、λ=193nm、Px=110nm、Py=110nmのような場合が考えられる。

Figure 0004834784
Here, assuming that the numerical aperture of the projection lens is NA, the exposure wavelength is λ, and the pitch Py in the word line direction and the pitch Px in the bit line direction of the aperture pattern satisfy the relationship of Expression (31) of the following Expression 16, For example, a case where NA = 1.3, λ = 193 nm, Px = 110 nm, Py = 110 nm is conceivable.
Figure 0004834784

このような条件(波長λおよび開口数NA)によって微細なホールパターンを形成しようとする場合、従来のような一般的な照明(垂直照明光)を用いると、基板上に形成される像のコントラストが不十分となり、露光量またはフォーカスの誤差に対する条件としては脆弱となる。そのため、必要とするホールパターンを形成することができない。また、フォトマスク上の開口パターンの大きさを、基板上のホールパターンの目標寸法を投影レンズの倍率で割った数値とするとき、開口パターンのピッチPx,Pyが大きい場合には問題ない。しかし、ピッチPx,Pyが小さい場合には、開口パターンの大きさが問題となる。   When a fine hole pattern is to be formed under such conditions (wavelength λ and numerical aperture NA), using conventional illumination (vertical illumination light) as in the past, the contrast of the image formed on the substrate Becomes insufficient, and the conditions for the exposure amount or focus error are fragile. Therefore, the required hole pattern cannot be formed. Further, when the size of the opening pattern on the photomask is a numerical value obtained by dividing the target dimension of the hole pattern on the substrate by the magnification of the projection lens, there is no problem when the pitches Px and Py of the opening pattern are large. However, when the pitches Px and Py are small, the size of the opening pattern becomes a problem.

本実施形態は、ホールパターンの露光に使用される光リソグラフィ技術において、開口パターンの最小パターンピッチがλ/NAとなる条件での露光に適した、微細なホールパターン(密集ホールパターンであって、ホールが直交格子状配列でない微細パターン)の形成を可能にする。   The present embodiment is a fine hole pattern (dense hole pattern) suitable for exposure under the condition that the minimum pattern pitch of the opening pattern is λ / NA in the photolithography technique used for exposure of the hole pattern, It is possible to form a fine pattern in which holes are not arranged in an orthogonal lattice pattern.

図28は、本実施形態における、照明の構成例を示すものである。本実施形態の場合、照明としては、変形照明である変形二重極照明が用いられる。   FIG. 28 shows a configuration example of illumination in this embodiment. In the case of this embodiment, modified dipole illumination that is modified illumination is used as illumination.

図28に示すように、変形二重極照明は、発光領域(第1の発光領域)451および発光領域(第2の発光領域)452を有している。これらの発光領域451,452は、非発光領域461によって囲まれている。   As shown in FIG. 28, the modified dipole illumination has a light emitting region (first light emitting region) 451 and a light emitting region (second light emitting region) 452. These light emitting regions 451 and 452 are surrounded by a non-light emitting region 461.

発光領域451と発光領域452とは、照明の中心470に対して、x方向およびy方向により規定される対称の位置に設けられている。すなわち、発光領域451と発光領域452とは互いに同一形状および同一寸法であり、発光領域451の中心と発光領域452の中心とが照明の中心470に対して互いに対称な位置にある。この場合、照明の中心470と発光領域451の中心との距離(σ)および照明の中心470と発光領域452の中心との距離は互いに等しい。理想的には、発光領域451の中心と内包する点とが一致し、発光領域452の中心と内包する点とが一致していることが望ましい。   The light emitting region 451 and the light emitting region 452 are provided at symmetrical positions defined by the x direction and the y direction with respect to the illumination center 470. That is, the light emitting region 451 and the light emitting region 452 have the same shape and the same size, and the center of the light emitting region 451 and the center of the light emitting region 452 are symmetrical with respect to the illumination center 470. In this case, the distance (σ) between the center of illumination 470 and the center of the light emitting region 451 and the distance between the center of illumination 470 and the center of the light emitting region 452 are equal to each other. Ideally, it is desirable that the center of the light emitting region 451 coincides with the contained point, and the center of the light emitting region 452 coincides with the contained point.

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470と内包する点との距離σは、下記数17の式(32),(33)によって与えられる。

Figure 0004834784
When the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection lens through which the illumination light passes is NA, the distance σ between the illumination center 470 and the enclosing point is expressed by the following equations (32) and (33). Given by.
Figure 0004834784

上述した変形照明からの斜め照明光を、上述したフォトマスク(図26参照)を介して、フォトレジストに照射することで、そのフォトレジスト上に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。   By irradiating the photoresist with the oblique illumination light from the above-described modified illumination through the above-described photomask (see FIG. 26), a highly accurate contact hole pattern in which dimensional errors are suppressed is formed on the photoresist. Can be formed.

図29は、露光および現像工程後のフォトレジストに形成されたコンタクトホールパターンの一例を示すものである。   FIG. 29 shows an example of a contact hole pattern formed in the photoresist after the exposure and development steps.

図29に示すように、フォトレジスト490にコンタクトホールパターン491,492,493が形成される。すなわち、図26に示したメイン開口311,312,313に対応したパターンが、コンタクトホールパターン491,492,493として、フォトレジスト490に形成される。また、図26に示したアシスト開口321,322,323,324,325,326に対応したパターンは、フォトレジスト490には形成されない。   As shown in FIG. 29, contact hole patterns 491, 492, 493 are formed in the photoresist 490. That is, patterns corresponding to the main openings 311, 312, and 313 shown in FIG. 26 are formed in the photoresist 490 as contact hole patterns 491, 492, and 493. In addition, the pattern corresponding to the assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 shown in FIG. 26 is not formed in the photoresist 490.

以下に、上述したフォトマスク(図26参照)および変形照明(図28参照)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コンタクトホールパターンを形成できる理由について説明する。   The reason why a highly accurate contact hole pattern with reduced dimensional errors can be formed by the exposure method using the above-described photomask (see FIG. 26) and modified illumination (see FIG. 28) will be described below.

パターン間隔が基板上の寸法でλ/NAよりも小さい場合、小σ照明のような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、たとえば図5に示したように、光の干渉が起きず、像が形成されない。変形二重極照明のような斜め照明光を用いた場合には、たとえば図6に示したように、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。   When the pattern interval is smaller than λ / NA in terms of the dimension on the substrate, when vertical illumination light such as small σ illumination is used, the diffraction angle is large, so that diffracted light other than the 0th-order diffracted light does not reach the substrate. Therefore, for example, as shown in FIG. 5, no light interference occurs and no image is formed. When oblique illumination light such as modified dipole illumination is used, an image can be formed by interference between 0th-order diffracted light and 1st-order diffracted light, for example, as shown in FIG.

斜め照明光を用いた場合、周期パターンの方が孤立パターンよりも焦点深度が大きくなる。そこで、本実施形態では、図26に示したようなアシスト開口321,322,323,324,325,326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26に示したメイン開口311,312,313は斜め方向に配置されているため、アシスト開口321,322,323,324,325,326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。   When the oblique illumination light is used, the periodic pattern has a greater depth of focus than the isolated pattern. Therefore, in this embodiment, assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 as shown in FIG. 26 are added so that the entire pattern has periodicity. That is, since the main openings 311, 312, and 313 shown in FIG. 26 are arranged in an oblique direction, the periodicity in the oblique direction is improved by adding the assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326. I am doing so.

次に、図28に示した変形二重極照明が望ましい理由について説明する。なお、以下では、説明の簡単化のため、図26に示したフォトマスクに代えて、図30に示すマスクパターン(フォトマスク)を用いた場合を想定して説明する。   Next, the reason why the modified dipole illumination shown in FIG. 28 is desirable will be described. In the following, for simplification of description, description will be made assuming that the mask pattern (photomask) shown in FIG. 30 is used instead of the photomask shown in FIG.

図26に示したフォトマスクは、回折格子としては、図30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30において、521は遮光領域、522は開口を示している。   The photomask shown in FIG. 26 can be considered to generate diffracted light in the same direction as the mask pattern shown in FIG. 30 as a diffraction grating. In FIG. 30, reference numeral 521 denotes a light shielding region and 522 denotes an opening.

図30に示したマスクパターンに、図8に示したような照明(小σ照明)からの垂直照明光を照射した場合を考える。すなわち、図8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31に示すような分布を示す。図31の座標系は、投影レンズの開口数NAで規格化した座標系である。つまり、図31は、図30に示したマスクパターンをフーリエ変換したときの、投影レンズ瞳面における回折光の分布を示すものである。   Consider a case in which the mask pattern shown in FIG. 30 is irradiated with vertical illumination light from illumination (small σ illumination) as shown in FIG. That is, in the illumination of FIG. 8, the light emitting region 131 is provided at the center of the illumination. In this case, the diffracted light on the surface corresponding to the projection lens pupil shows a distribution as shown in FIG. The coordinate system of FIG. 31 is a coordinate system normalized by the numerical aperture NA of the projection lens. That is, FIG. 31 shows the distribution of diffracted light on the projection lens pupil plane when the mask pattern shown in FIG. 30 is Fourier transformed.

図31において、541gは0次回折光、541fは1次回折光である。また、図30における、開口522のx方向のピッチがPxであり、開口522のy方向のピッチがPyである。また、図31の、542は投影レンズ瞳の有効領域(単位円)であり、有効領域542内の回折光のみが基板上に到達する。よって、図31の場合には、1つの回折光(0次回折光)541gしか基板上に到達しないため、光の干渉が起こらず、基板上には像が形成されない。   In FIG. 31, 541g is 0th-order diffracted light, and 541f is 1st-order diffracted light. In FIG. 30, the pitch in the x direction of the openings 522 is Px, and the pitch in the y direction of the openings 522 is Py. Further, 542 in FIG. 31 is an effective area (unit circle) of the projection lens pupil, and only the diffracted light in the effective area 542 reaches the substrate. Therefore, in the case of FIG. 31, since only one diffracted light (0th order diffracted light) 541g reaches the substrate, no light interference occurs and no image is formed on the substrate.

図30に示したマスクパターンに、図10に示したような変形照明(斜め照明)からの斜め照明光を照射した場合を考える。斜め照明光の位置(発光領域132)をx軸方向、y軸方向に適当にシフト(シフト量σx,σy)させることにより、たとえば図32に示すように、投影レンズ瞳の有効領域542内に3つの回折光541a,541b,541cを位置させることができる。したがって、3つの回折光541a,541b,541cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、光の干渉が生じ、基板上に像を形成することができる。   Consider a case where the mask pattern shown in FIG. 30 is irradiated with oblique illumination light from modified illumination (oblique illumination) as shown in FIG. By appropriately shifting the position of the oblique illumination light (light emitting region 132) in the x-axis direction and the y-axis direction (shift amounts σx, σy), for example, within the effective region 542 of the projection lens pupil as shown in FIG. Three diffracted beams 541a, 541b, and 541c can be positioned. Accordingly, since the three diffracted beams 541a, 541b, and 541c pass through the projection lens and reach the substrate, light interference occurs and an image can be formed on the substrate.

図33は、図32に示した3つの回折光541a,541b,541cの干渉により、図30の開口522に対応した像が基板上に形成される場合を例に示すものである。   FIG. 33 shows an example in which an image corresponding to the opening 522 in FIG. 30 is formed on the substrate due to interference of the three diffracted beams 541a, 541b, and 541c shown in FIG.

図33に示すように、回折光541a(A)および回折光541b(B)の干渉により、基板上に1次元状の干渉縞551が生成される。同様に、回折光541b(B)および回折光541c(C)の干渉により、基板上に干渉縞552が生成され、回折光541c(C)および回折光541a(A)の干渉により、基板上に干渉縞553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551,552,553の明部555が重なった部分で、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、上記明部555が重なった部分に対応する位置にコンタクトホールパターンが形成されることになる。   As shown in FIG. 33, one-dimensional interference fringes 551 are generated on the substrate due to the interference of the diffracted light 541a (A) and the diffracted light 541b (B). Similarly, interference fringes 552 are generated on the substrate due to the interference between the diffracted light 541b (B) and the diffracted light 541c (C), and the interference on the substrate due to the interference between the diffracted light 541c (C) and the diffracted light 541a (A). Interference fringes 553 are generated. The solid line indicates the bright part peak of the interference fringes, and the broken line indicates the dark part peak of the interference fringes. The light intensity is particularly high at the portion where the bright portions 555 of the three interference fringes 551, 552, and 553 overlap. Therefore, when a positive photoresist is used, a contact hole pattern is formed at a position corresponding to the portion where the bright portion 555 overlaps.

よって、図26に示したようなフォトマスクを用いた場合には、メイン開口311,312,313およびアシスト開口321,322,323,324,325,326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311,312,313に対応したコンタクトホールパターン491,492,493のみをフォトレジスト490に形成することができる(図29参照)。   Therefore, when a photomask as shown in FIG. 26 is used, the image has an image intensity corresponding to the size of the main openings 311, 312, 313 and the assist openings 321, 322, 323, 324, 325, 326 on the substrate. By forming an image, only the contact hole patterns 491, 492, 493 corresponding to the main openings 311, 312, 313 can be formed in the photoresist 490 (see FIG. 29).

ここで、投影レンズ瞳における回折光の位置と強度との関係について説明する。   Here, the relationship between the position and intensity of the diffracted light in the projection lens pupil will be described.

図32において、回折光541aはマスクを直進する光、すなわち0次回折光である。回折光541b,541c,541fは、1次回折光である。通常使われるバイナリマスクもしくはハーフトーン位相シフトマスクにおいては、回折光541b,541c,541fの光の振幅および位相は共通となる。マスクパターンが、バイナリマスクもしくはハーフトーン位相シフトマスクによって形成されている場合、マスク遮光体(遮光領域)の複素振幅透過率をγ(負の場合は位相シフトマスク、0の場合はバイナリマスク)とすると、投影レンズ瞳における回折光541aの振幅(強度)A、および、回折光541b,541c,541fの振幅B,C,Dは、下記数18の式(34),(35),(36),(37)で表される。

Figure 0004834784
In FIG. 32, diffracted light 541a is light traveling straight through the mask, that is, zero-order diffracted light. The diffracted lights 541b, 541c, and 541f are first-order diffracted lights. In a normally used binary mask or halftone phase shift mask, the diffracted light 541b, 541c, and 541f have the same amplitude and phase of light. When the mask pattern is formed by a binary mask or a halftone phase shift mask, the complex amplitude transmittance of the mask light shielding body (light shielding region) is expressed as γ (a phase shift mask when negative, a binary mask when 0). Then, the amplitude (intensity) A of the diffracted light 541a and the amplitudes B, C, and D of the diffracted lights 541b, 541c, and 541f at the projection lens pupil are expressed by the following equations (34), (35), (36). , (37).
Figure 0004834784

<照明位置の最適化>
変形二重極照明のシフト量σは、上記式(32),(33)を満たすように、照明の中心470に対して、σx,σyだけシフトする。
<Optimization of lighting position>
The shift amount σ of the modified dipole illumination is shifted by σx and σy with respect to the illumination center 470 so as to satisfy the above equations (32) and (33).

この場合、図34に示すように、3個の回折光541a,541b,541cの瞳中心からの距離r1,r2,r3が等しくなる。その結果、後に計算する基板上の干渉縞において、デフォーカス依存性がなくなる。すなわち、焦点深度が十分に大きくなる。     In this case, as shown in FIG. 34, the distances r1, r2, r3 from the pupil center of the three diffracted beams 541a, 541b, 541c are equal. As a result, the defocus dependence is eliminated in the interference fringes on the substrate to be calculated later. That is, the depth of focus becomes sufficiently large.

<干渉波振幅の最適化>
3個の回折光541a,541b,541cにより基板上に形成される干渉波の強度分布I(x,y,z)は、下記数19の式(38)によって表される。

Figure 0004834784
<Optimization of interference wave amplitude>
The intensity distribution I (x, y, z) of the interference wave formed on the substrate by the three diffracted beams 541a, 541b, 541c is expressed by the following equation (38).
Figure 0004834784

ただし、A,B,Cは図32に示した3個の回折光541a,541b,541cの振幅、xは基板上の位置ベクトルであり、ka,kb,kcはそれぞれ図35に示す波数ベクトルである。この波数ベクトルka,kb,kcは、下記数20の式(39),(40),(41)で表される。

Figure 0004834784
However, A, B, and C are the amplitudes of the three diffracted beams 541a, 541b, and 541c shown in FIG. 32, x is a position vector on the substrate, and ka, kb, and kc are wave number vectors shown in FIG. is there. The wave vector ka, kb, kc is expressed by the following equations (39), (40), (41).
Figure 0004834784

ただし、Sx,Syは変形二重極照明のシフト量σ(σx,σy)を表す量であり、この値が上記式(32),(33)を満たすとき、3個の回折光541a,541b,541cは基板に対して同じ角度で入射する。そのため、kzは、波数ベクトルka,kb,kcの共通z成分となる。   However, Sx and Sy are amounts representing the shift amount σ (σx, σy) of the modified dipole illumination, and when these values satisfy the above equations (32) and (33), the three diffracted beams 541a and 541b , 541c are incident on the substrate at the same angle. Therefore, kz is a common z component of the wave number vectors ka, kb, and kc.

式(39),(40),(41)を上記式(38)に代入して展開すると、下記数21の式(42)が得られる。

Figure 0004834784
When Expressions (39), (40), and (41) are substituted into the above Expression (38) and expanded, Expression (42) of the following Expression 21 is obtained.
Figure 0004834784

ただし、上記式(42)の右辺第1項は一律成分、第2項および第3項はそれぞれ回折光541aと回折光541bとの干渉および回折光541aと回折光541cとの干渉により生成される干渉波である。第4項は回折光541bと回折光541cとの干渉により生成される干渉波である。   However, the first term on the right side of the formula (42) is a uniform component, and the second and third terms are generated by interference between the diffracted light 541a and the diffracted light 541b and interference between the diffracted light 541a and the diffracted light 541c, respectively. It is an interference wave. The fourth term is an interference wave generated by the interference between the diffracted light 541b and the diffracted light 541c.

ここで、上記式(35)の条件を満たすように照明を与えているため、上記式(42)には、zに依存する成分が現れない。このことは、干渉縞がベストフォーカス近傍ではデフォーカスの影響を受けないことを示している。つまり、上記式(32),(33)によって与えられるシフト量σが、照明領域を配置する最適な位置であるといえる。   Here, since illumination is given so as to satisfy the condition of the above equation (35), a component depending on z does not appear in the above equation (42). This indicates that the interference fringes are not affected by defocusing in the vicinity of the best focus. That is, it can be said that the shift amount σ given by the above equations (32) and (33) is the optimum position for arranging the illumination area.

干渉波のコントラストを考えるために、図33に示す明部555および3種類の暗部556(暗部1),557(暗部2),558(暗部3)の光強度について説明する。明部555および3種類の暗部556,557,558の光強度は、図36に示すように、それぞれ明部555の座標を原点に取ると、下記数22の式(43),(44),(45),(46)により与えられる。

Figure 0004834784
In order to consider the contrast of the interference wave, the light intensity of the bright portion 555 and the three types of dark portions 556 (dark portion 1), 557 (dark portion 2), and 558 (dark portion 3) shown in FIG. 33 will be described. As shown in FIG. 36, the light intensity of the bright portion 555 and the three types of dark portions 556, 557, and 558 is expressed by the following equations (43), (44), (45) and (46).
Figure 0004834784

図33の場合には、下記数23の式(47),(48),(49)に示すように、3種類のコントラストC1 ,C2 ,C3 が定義できる。

Figure 0004834784
In the case of FIG. 33, three types of contrasts C 1 , C 2 , and C 3 can be defined as shown in the following equations (47), (48), and (49).
Figure 0004834784

それぞれのコントラストC1 ,C2 ,C3 が最大になる条件を考える。つまり、コントラストC1 ,C2 ,C3 のうち、最小値が最も大きくなる条件が、3個の回折光541a,541b,541cの振幅A,B,Cの最適値であるといえる。 Consider a condition in which the respective contrasts C 1 , C 2 and C 3 are maximized. That is, it can be said that the condition in which the minimum value is the largest among the contrasts C 1 , C 2 , and C 3 is the optimum values of the amplitudes A, B, and C of the three diffracted lights 541a, 541b, and 541c.

そこで、B=pA,C=qAとおくと、上記式(47),(48),(49)は、下記数24の式(50),(51),(52)のようになる。

Figure 0004834784
Therefore, assuming that B = pA and C = qA, the above equations (47), (48), and (49) become the following equations (50), (51), and (52) of the following equation (24).
Figure 0004834784

図37は、コントラストC1 ,C2 ,C3 の最小値とp,qとの関係を示すものである。本図より、p=1,q=1のとき、コントラストC1 ,C2 ,C3 の最小値が最も大きくなることが分かる。このとき、“A=B=C”となり、高いコントラスト(C1 =C2 =C3 =0.8)を得ることができる。 FIG. 37 shows the relationship between the minimum values of contrasts C 1 , C 2 , and C 3 and p and q. From this figure, it can be seen that when p = 1 and q = 1, the minimum values of the contrasts C 1 , C 2 and C 3 are the largest. At this time, “A = B = C”, and high contrast (C 1 = C 2 = C 3 = 0.8) can be obtained.

以上のことから、図34のような回折光のとり方をした場合には、結像に用いられる3個の回折光541a,541b,541cの振幅A,B,Cが等しい場合に、望ましい結像状態が得られることが明らかになった。   From the above, when the diffracted light is taken as shown in FIG. 34, the desired image is formed when the amplitudes A, B, and C of the three diffracted lights 541a, 541b, and 541c used for image formation are equal. It became clear that the condition was obtained.

<マスクバイアスおよび遮光部振幅透過率の最適化>
望ましい結像状態は“A=B=C=D”のときである。そこで、“B=C”の場合について考えてみる。上記式(35),(36)より、下記数25の式(53)が求められる。

Figure 0004834784
<Optimization of mask bias and light transmittance amplitude>
A desirable imaging state is when “A = B = C = D”. Consider the case of “B = C”. From the above equations (35) and (36), the following equation (53) is obtained.
Figure 0004834784

この式(53)を展開していくと、下記数26の式(54)が得られる。

Figure 0004834784
When this equation (53) is developed, the following equation (54) is obtained.
Figure 0004834784

しかしながら、上記式(54)は、下記数27の式(55)であることが明らかである。

Figure 0004834784
However, it is clear that the above equation (54) is the following equation (55).
Figure 0004834784

すなわち、“B=C”になることはありえない状態であるといえる。したがって、“A=B=C=D”を成立させることは不可能である。   That is, it can be said that “B = C” is not possible. Therefore, it is impossible to establish “A = B = C = D”.

そこで、“A=B=C=D”に最も近い状態を与えるために、下記数28の式(56)により与えられるΔ(デルタ)を最小化することが最適な状態であると定義する。

Figure 0004834784
Therefore, in order to give the state closest to “A = B = C = D”, it is defined that the optimum state is to minimize Δ (delta) given by the following equation (56).
Figure 0004834784

図38は、マスクバイアスε=εx=εyとした際の、εとΔとの関係を示すものである。本図より、γ(ハーフトーン位相シフトマスクの複素振幅透過率)の絶対値が大きくなるにつれて、Δを最小とするεは大きくなることが分かる。   FIG. 38 shows the relationship between ε and Δ when the mask bias ε = εx = εy. From this figure, it can be seen that as the absolute value of γ (the complex amplitude transmittance of the halftone phase shift mask) increases, ε that minimizes Δ increases.

図39は、εと回折光541aの振幅Aとの関係を示すものである。本図より、εが大きくなるにつれて、像が明るくなることが分かる。像の明るさは、所望のスループット、レジスト感度、レーザ輝度安定性などに応じて設定する必要があるが、マスクバイアスと複素振幅透過率との組み合わせを適当に選ぶことにより設定できる。   FIG. 39 shows the relationship between ε and the amplitude A of the diffracted light 541a. From this figure, it can be seen that the image becomes brighter as ε increases. The image brightness needs to be set according to the desired throughput, resist sensitivity, laser luminance stability, etc., but can be set by appropriately selecting a combination of mask bias and complex amplitude transmittance.

上記したように、本実施形態によれば、図26に示したようなアシスト開口321,322,323,324,325,326を有するフォトマスクを用いるとともに、図28に示したような発光領域451,452を有する変形二重極照明を用いることにより、パターンが微細化(たとえば、最小パターンピッチがλ/NA以下)されても、図29に示したような、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491,492,493を形成することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, a photomask having assist openings 321, 322, 323, 324, 325, and 326 as shown in FIG. 26 is used, and a light emitting region 451 as shown in FIG. , 452, even if the pattern is miniaturized (for example, the minimum pattern pitch is λ / NA or less), the dimensional error is suppressed as shown in FIG. The contact hole patterns 491, 492, and 493 can be formed.

したがって、上述したフォトマスクおよび変形照明を半導体装置の製造(ホールパターンの露光)に適用することにより、NAND型フラッシュメモリにおいては、たとえば図27に示したように、ビット線BLに接続される、ビット線コンタクト用のコンタクトホールCBを高精度に形成できる。   Therefore, by applying the above-described photomask and modified illumination to the manufacture of the semiconductor device (hole pattern exposure), in the NAND flash memory, for example, as shown in FIG. The contact hole CB for bit line contact can be formed with high accuracy.

なお、上記した第2の実施形態の場合も、式(34),(35),(36),(37)で示した回折光振幅は、マスクパターンが無限に薄い膜で構成されているとするキルヒホッフ近似モデルをもとに導出されているが、キルヒホッフ近似モデルが成り立たない場合には、たとえば図18に示したように、マスクの複素振幅透過率およびコンタクトホールパターンの寸法を変化させながら繰り返し計算することによって求められる。   In the case of the second embodiment described above, the diffracted light amplitude expressed by the equations (34), (35), (36), and (37) is such that the mask pattern is composed of an infinitely thin film. However, if the Kirchhoff approximation model does not hold, for example, as shown in FIG. 18, it is repeated while changing the complex amplitude transmittance of the mask and the dimension of the contact hole pattern. It is obtained by calculating.

特に、マスクの厚みの影響を考慮した計算を行う必要がない場合には、ハーフトーン膜(HT)の光学定数をHT透過率に代えて、図18に示した演算を実行すればよい。   In particular, when it is not necessary to perform a calculation in consideration of the influence of the mask thickness, the calculation shown in FIG. 18 may be executed by replacing the optical constant of the halftone film (HT) with the HT transmittance.

また、上記した実施形態においては、6列のアシスト開口を設けた場合を例に説明したが、これに限らず、たとえば8列、あるいは、それ以上のアシスト開口を設けるようにしてもよい。   In the embodiment described above, the case where six rows of assist openings are provided has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and for example, eight rows or more assist openings may be provided.

また、メイン開口およびアシスト開口の形状は正方形に限らず、たとえば、長方形、円形、楕円形などであってもよい。   Further, the shape of the main opening and the assist opening is not limited to a square, and may be, for example, a rectangle, a circle, or an ellipse.

また、変形照明の発光領域の形状も円形に限定されず、楕円形などであってもよい。   Further, the shape of the light emitting region of the modified illumination is not limited to a circle, and may be an ellipse.

また、変形照明としては、上記した変形二重極照明に限らず、たとえば、変形四重極照明を用いることも可能である。   Further, the modified illumination is not limited to the above-described modified dipole illumination, and for example, modified quadrupole illumination can be used.

図40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(たとえば、NAND−CB層の3連千鳥配置ホール)の形成に用いて好適な、変形四重極照明の構成例を示すものである。   FIG. 40 shows a configuration example of modified quadrupole illumination suitable for forming a contact hole for bit line contact of a NAND flash memory (for example, a triple staggered hole in the NAND-CB layer). is there.

図40に示すように、変形四重極照明は、発光領域(第1の発光領域)651、発光領域(第2の発光領域)652、発光領域(第3の発光領域)653、および、発光領域(第4の発光領域)654を有している。これらの発光領域651,652,653,654は、非発光領域661によって囲まれている。   As shown in FIG. 40, the modified quadrupole illumination includes a light emitting region (first light emitting region) 651, a light emitting region (second light emitting region) 652, a light emitting region (third light emitting region) 653, and light emission. A region (fourth light emitting region) 654 is provided. These light emitting regions 651, 652, 653, 654 are surrounded by a non-light emitting region 661.

発光領域651と発光領域654および発光領域652と発光領域653とは、照明の中心670に対して、それぞれ、x方向およびy方向により規定される対称の位置に設けられている。発光領域651の中心と発光領域654の中心とが照明の中心670に対して互いに対称な位置にあり、発光領域652の中心と発光領域653の中心とが照明の中心670に対して互いに対称な位置にある。   The light emitting region 651, the light emitting region 654, the light emitting region 652, and the light emitting region 653 are provided at symmetrical positions defined by the x direction and the y direction with respect to the illumination center 670, respectively. The center of the light emitting region 651 and the center of the light emitting region 654 are symmetrical to each other with respect to the illumination center 670, and the center of the light emitting region 652 and the center of the light emitting region 653 are symmetrical to each other with respect to the illumination center 670. In position.

因みに、照明の中心670と発光領域651が内包する点との距離(σ)は、σx,σyによって、照明の中心670と発光領域652が内包する点との距離(σ)は、σx,−σyによって、照明の中心670と発光領域653が内包する点との距離(σ)は、−σx,σyによって、照明の中心670と発光領域654が内包する点との距離(σ)は、−σx,−σyによって、それぞれ与えられる。   Incidentally, the distance (σ) between the illumination center 670 and the point included in the light emitting region 651 is σx and σy, and the distance (σ) between the illumination center 670 and the point included in the light emitting region 652 is σx, − The distance (σ) between the center 670 of the illumination and the point included in the light emitting region 653 is determined by σy, and the distance (σ) between the center 670 of the illumination and the point included in the light emitting region 654 is −− They are given by σx and −σy, respectively.

理想的には、発光領域651の中心と内包する点とが一致し、発光領域652の中心と内包する点とが一致し、発光領域653の中心と内包する点とが一致し、発光領域654の中心と内包する点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651,652,653,654は、照明の中心670からの距離(σ)が互いに等しくなる。   Ideally, the center of the light emitting region 651 matches the included point, the center of the light emitting region 652 matches the included point, the center of the light emitting region 653 matches the included point, and the light emitting region 654. It is desirable that the center and the included point coincide. In this case, the light emitting regions 651, 652, 653, and 654 have the same distance (σ) from the illumination center 670.

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670と発光領域651が内包する点との距離(σ)は下記数29の式(57),(58)によって与えられる。ただし、Pxは開口パターンのビット線方向のピッチ、Pyは開口パターンのワード線方向のピッチである。

Figure 0004834784
When the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection lens through which the illumination light passes is NA, the distance (σ) between the illumination center 670 and the point included in the light emitting region 651 is expressed by the following equation (57) ), (58). Here, Px is the pitch of the opening pattern in the bit line direction, and Py is the pitch of the opening pattern in the word line direction.
Figure 0004834784

この場合、3個の回折光541a,541b,541cは、図41に示すような状態を取りえる。   In this case, the three diffracted beams 541a, 541b, and 541c can take a state as shown in FIG.

また、図40において、たとえば、照明の中心670と発光領域652が内包する点との距離(σ)は下記数30の式(59),(60)によって与えられる。

Figure 0004834784
In FIG. 40, for example, the distance (σ) between the illumination center 670 and the point included in the light emitting region 652 is given by the following equations (59) and (60).
Figure 0004834784

この場合、3個の回折光541a,541b,541cは、図42に示すような状態を取りえる。   In this case, the three diffracted lights 541a, 541b, and 541c can take a state as shown in FIG.

上記したように、x方向およびy方向で規定されるそれぞれの方向に発光領域651,652,653,654を有する変形四重極照明は、フォトマスクからの回折光のうち、3個の回折光541a,541b,541cが投影レンズ瞳を通過するように照明形状が設定されている。したがって、3つの回折光541a,541b,541cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、たとえば図33に示したような光の干渉(干渉縞の明部ピーク、暗部ピーク)が生じ、基板上に像を形成することができる。その結果、図26のフォトマスクを用いた場合には、たとえば図29に示したように、フォトレジスト490にコンタクトホールパターン491,492,493が形成される。   As described above, the modified quadrupole illumination having the light emitting regions 651, 652, 653, and 654 in the respective directions defined by the x direction and the y direction has three diffracted lights among the diffracted lights from the photomask. The illumination shape is set so that 541a, 541b, and 541c pass through the projection lens pupil. Therefore, since the three diffracted beams 541a, 541b, and 541c pass through the projection lens and reach the substrate, for example, light interference as shown in FIG. 33 (light peak and dark peak of interference fringes) occurs. An image can be formed on the substrate. As a result, when the photomask of FIG. 26 is used, contact hole patterns 491, 492, and 493 are formed in the photoresist 490, for example, as shown in FIG.

また、変形四重極照明の採用により、フォトレジスト490に、コンタクトホールパターン491,492,493のような周期性を有する密集ホールパターンとは別に、たとえばランダムに配置された孤立のコンタクトホールパターン(図示していない)の形成が可能となる。   In addition, by adopting modified quadrupole illumination, isolated contact hole patterns (for example, randomly arranged) can be formed on the photoresist 490 separately from the dense hole patterns having periodicity such as the contact hole patterns 491, 492, and 493. (Not shown) can be formed.

さらに、変形照明としては、上記した変形二重極照明および変形四重極照明に限らず、たとえば図43に示すように、発光領域(第5,第6の発光領域)451,452と発光領域(第1ないし第4の発光領域)651,652,653,654とを有する変形六重極照明を用いることも可能である。これらの発光領域451,452,651,652,653,654は、互いに同一形状および同一寸法であり、非発光領域661によって囲まれている。   Furthermore, the modified illumination is not limited to the above-described modified dipole illumination and modified quadrupole illumination. For example, as shown in FIG. 43, the light emitting regions (fifth and sixth light emitting regions) 451 and 452 and the light emitting regions are used. Modified hexapole illumination having (first to fourth light emitting regions) 651, 652, 653, 654 can also be used. These light emitting regions 451, 452, 651, 652, 653, 654 have the same shape and the same dimensions as each other, and are surrounded by the non-light emitting region 661.

たとえば、照明の中心670と発光領域451,452がそれぞれ内包する点との距離(σ)は、上記式(32),(33)によって与えられる。また、照明の中心670と発光領域651,654がそれぞれ内包する点との距離(σ)は、上記式(57),(58)によって与えられる。また、照明の中心670と発光領域652,653がそれぞれ内包する点との距離(σ)は、上記式(59),(60)によって与えられる。   For example, the distance (σ) between the center 670 of the illumination and the points included in the light emitting regions 451 and 452 is given by the above equations (32) and (33). Further, the distances (σ) between the illumination center 670 and the points included in the light emitting regions 651 and 654 are given by the above equations (57) and (58). Further, the distance (σ) between the center 670 of the illumination and the point included in each of the light emitting regions 652 and 653 is given by the above formulas (59) and (60).

上記したように、発光領域451,452,651,652,653,654を有する変形六重極照明は、フォトマスクからの回折光のうち、3個の回折光541a,541b,541cが投影レンズ瞳を通過するように照明形状が設定されている。したがって、3つの回折光541a,541b,541cが投影レンズを通過して基板上に到達するため、たとえば図33に示したような光の干渉が生じ、基板上に像を形成することができる。つまり、変形四重極照明の場合と同様に、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おいては、孤立したコンタクトホールを形成するための開口パターンを含むフォトマスクを用いることにより、ビット線コンタクト用のコンタクトホールのみならず、たとえば、ビット線コンタクト用のコンタクトホールとは周期が異なる、周辺回路用の孤立したコンタクトホールを同時に形成することが可能となる。   As described above, in the modified hexapole illumination having the light emitting regions 451, 452, 651, 652, 653, and 654, three diffracted lights 541a, 541b, and 541c among the diffracted lights from the photomask are projected lens pupils. The illumination shape is set so as to pass through. Accordingly, since the three diffracted lights 541a, 541b, and 541c pass through the projection lens and reach the substrate, for example, light interference as shown in FIG. 33 occurs, and an image can be formed on the substrate. That is, as in the case of the modified quadrupole illumination, when forming a contact hole for a bit line contact in a NAND flash memory, use a photomask including an opening pattern for forming an isolated contact hole. Thus, not only a contact hole for bit line contact but also, for example, an isolated contact hole for a peripheral circuit having a different period from that of the contact hole for bit line contact can be formed at the same time.

なお、上記した第1,第2の実施形態においては、いずれも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を例に説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、各種の半導体装置において、配線用のパターン溝を形成する場合にも適用できる。   In the first and second embodiments described above, the case where the contact hole for the bit line contact of the NAND flash memory is formed has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the present invention can be applied to the case where a pattern groove for wiring is formed in various semiconductor devices.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11,12,311,312,313…メイン開口、21,22,23,24,321,322,323,324,325,326…アシスト開口、31,331…遮光領域、51,52,251,252,253,254,451,452,651,652,653,654…発光領域、91,92,190,491,492,493…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、114…基板、141a,141b,141c,541a,541b,541c…回折光、142,542…投影レンズ瞳の有効領域。   11, 12, 311, 312, 313 ... main opening, 21, 22, 23, 24, 321, 322, 323, 324, 325, 326 ... assist opening, 31, 331 ... light shielding area, 51, 52, 251, 252 , 253, 254, 451, 452, 651, 652, 653, 654 ... light emitting region, 91, 92, 190, 491, 492, 493 ... contact hole pattern, 111 ... illumination optical system, 112 ... photomask, 113 ... projection Optical system, 114, substrate, 141a, 141b, 141c, 541a, 541b, 541c, diffracted light, 142, 542, effective area of projection lens pupil.

Claims (8)

照明光源からの照明光を、透明領域と非透明領域とから構成されるマスクパターンを含むフォトマスクに照射し、投影光学系を介して、前記フォトマスクからの回折光を基板上に投影することにより、前記基板上に前記マスクパターンに応じたフォトレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記マスクパターンは、第1の方向に一定の第1の間隔を有して、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる複数本の平行線上に、それぞれの中心が個々の前記平行線上ごとに前記第2の方向に一定の第2の間隔で配置された前記透明領域である複数の開口パターンを含み、かつ、前記複数本の平行線のうちの隣り合う平行線上に配置された前記複数の開口パターンは、それぞれの中心が前記第2の方向に前記第2の間隔の1/n(nは3以上の整数)だけそれぞれずれて配置されているマスクパターンであり、
前記照明光源は、前記フォトマスクからの前記回折光のうち、3個の回折光が前記投影光学系の瞳を通過するように照明形状が設定されており、
前記照明光源は、その中心から前記第1の方向および前記第2の方向にずれた対称の位置にそれぞれ配置された第1の発光領域と第2の発光領域とを有する、二重極照明であって、
露光波長をλ、投影レンズの開口数をNA、前記第2の間隔をPx、前記第1の間隔をPyとしたとき、前記第1の発光領域および前記第2の発光領域は、前記照明光源の中心から下記式(8)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(9)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点をそれぞれ含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Irradiating illumination light from an illumination light source to a photomask including a mask pattern composed of a transparent region and a non-transparent region, and projecting diffracted light from the photomask onto a substrate via a projection optical system A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a photoresist pattern corresponding to the mask pattern is formed on the substrate,
The mask pattern has a fixed first interval in a first direction, and a plurality of parallel lines extending in a second direction orthogonal to the first direction, each center being individually parallel to the parallel line. Each of the lines includes a plurality of opening patterns which are the transparent regions arranged at a constant second interval in the second direction, and is arranged on an adjacent parallel line among the plurality of parallel lines. Each of the plurality of opening patterns is a mask pattern in which each center is arranged so as to be shifted by 1 / n (n is an integer of 3 or more) of the second interval in the second direction.
The illumination light source has an illumination shape set such that three of the diffracted lights from the photomask pass through the pupil of the projection optical system,
The illumination light source is a dipole illumination having a first light-emitting region and a second light-emitting region respectively arranged at symmetrical positions shifted from the center in the first direction and the second direction. There,
When the exposure wavelength is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, the second interval is Px, and the first interval is Py, the first light emitting region and the second light emitting region are the illumination light source. A point shifted from the center by a distance represented by the following formula (8) in the second direction and a distance represented by the following formula (9) in the first direction: Production method.
Figure 0004834784
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前記二重極照明からの照明光が照射される前記複数の開口パターンは、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ためのものであって、
前記複数本の平行線が3本とされた、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of opening patterns irradiated with illumination light from the dipole illumination are for forming contact holes for bit line contacts of a NAND flash memory,
The plurality of parallel lines are three,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
照明光源からの照明光を、透明領域と非透明領域とから構成されるマスクパターンを含むフォトマスクに照射し、投影光学系を介して、前記フォトマスクからの回折光を基板上に投影することにより、前記基板上に前記マスクパターンに応じたフォトレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記マスクパターンは、第1の方向に一定の第1の間隔を有して、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる複数本の平行線上に、それぞれの中心が個々の前記平行線上ごとに前記第2の方向に一定の第2の間隔で配置された前記透明領域である複数の開口パターンを含み、かつ、前記複数本の平行線のうちの隣り合う平行線上に配置された前記複数の開口パターンは、それぞれの中心が前記第2の方向に前記第2の間隔の1/n(nは3以上の整数)だけそれぞれずれて配置されているマスクパターンであり、
前記照明光源は、前記フォトマスクからの前記回折光のうち、3個の回折光が前記投影光学系の瞳を通過するように照明形状が設定されており、
前記照明光源は、その中心から前記第1の方向および前記第2の方向にずれた対称の位置にそれぞれ配置された第1の発光領域と第2の発光領域と第3の発光領域と第4の発光領域とを有する、四重極照明であって、
露光波長をλ、投影レンズの開口数をNA、前記第2の間隔をPx、前記第1の間隔をPyとしたとき、前記第1の発光領域ないし前記第4の発光領域は、前記照明光源の中心から下記式(10)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(11)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点と、前記照明光源の中心から下記式(12)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(13)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点と、をそれぞれ含む、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Irradiating illumination light from an illumination light source to a photomask including a mask pattern composed of a transparent region and a non-transparent region, and projecting diffracted light from the photomask onto a substrate via a projection optical system A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a photoresist pattern corresponding to the mask pattern is formed on the substrate,
The mask pattern has a fixed first interval in a first direction, and a plurality of parallel lines extending in a second direction orthogonal to the first direction, each center being individually parallel to the parallel line. Each of the lines includes a plurality of opening patterns which are the transparent regions arranged at a constant second interval in the second direction, and is arranged on an adjacent parallel line among the plurality of parallel lines. Each of the plurality of opening patterns is a mask pattern in which each center is arranged so as to be shifted by 1 / n (n is an integer of 3 or more) of the second interval in the second direction.
The illumination light source has an illumination shape set such that three of the diffracted lights from the photomask pass through the pupil of the projection optical system,
The illumination light source includes a first light emitting region, a second light emitting region, a third light emitting region, and a fourth light emitting device disposed at symmetrical positions shifted from the center in the first direction and the second direction, respectively. A quadrupole illumination having a light emitting area of
When the exposure wavelength is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, the second interval is Px, and the first interval is Py, the first light emission region to the fourth light emission region are the illumination light source. From the center of the illumination light source by the distance indicated by the following formula (10) in the second direction, by the distance indicated by the following formula (11) in the first direction, and from the center of the illumination light source 12) includes a point shifted in the second direction by a distance indicated by 12) and a point shifted in the first direction by a distance indicated by the following formula (13), respectively.
A method for manufacturing a semiconductor device.
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
前記四重極照明からの照明光が照射される前記複数の開口パターンは、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ためのものであって、
前記複数本の平行線が3本とされ、
前記マスクパターンは、さらに、前記ビット線コンタクト用のコンタクトホールとは周期が異なる、周辺回路用の孤立したコンタクトホールを形成するための開口パターンを含む
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of opening patterns irradiated with illumination light from the quadrupole illumination are for forming contact holes for bit line contacts of a NAND flash memory,
The plurality of parallel lines are three,
The semiconductor according to claim 3 , wherein the mask pattern further includes an opening pattern for forming an isolated contact hole for a peripheral circuit having a period different from that of the contact hole for the bit line contact. Device manufacturing method.
照明光源からの照明光を、透明領域と非透明領域とから構成されるマスクパターンを含むフォトマスクに照射し、投影光学系を介して、前記フォトマスクからの回折光を基板上に投影することにより、前記基板上に前記マスクパターンに応じたフォトレジストパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記マスクパターンは、第1の方向に一定の第1の間隔を有して、前記第1の方向と直交する第2の方向に延びる複数本の平行線上に、それぞれの中心が個々の前記平行線上ごとに前記第2の方向に一定の第2の間隔で配置された前記透明領域である複数の開口パターンを含み、かつ、前記複数本の平行線のうちの隣り合う平行線上に配置された前記複数の開口パターンは、それぞれの中心が前記第2の方向に前記第2の間隔の1/n(nは3以上の整数)だけそれぞれずれて配置されているマスクパターンであり、
前記照明光源は、前記フォトマスクからの前記回折光のうち、3個の回折光が前記投影光学系の瞳を通過するように照明形状が設定されており、
前記照明光源は、その中心から前記第1の方向および前記第2の方向にずれた対称の位置にそれぞれ配置された第1の発光領域と第2の発光領域と第3の発光領域と第4の発光領域と第5の発光領域と第6の発光領域とを有する、六重極照明であって、
露光波長をλ、投影レンズの開口数をNA、前記第2の間隔をPx、前記第1の間隔をPyとしたとき、前記第1の発光領域ないし前記第6の発光領域は、前記照明光源の中心から下記式(14)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(15)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点と、前記照明光源の中心から下記式(16)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(17)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点と、前記照明光源の中心から下記式(18)で示される距離だけ前記第2の方向に、下記式(19)で示される距離だけ前記第1の方向にずれた点と、をそれぞれ含む、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
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Irradiating illumination light from an illumination light source to a photomask including a mask pattern composed of a transparent region and a non-transparent region, and projecting diffracted light from the photomask onto a substrate via a projection optical system A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a photoresist pattern corresponding to the mask pattern is formed on the substrate,
The mask pattern has a fixed first interval in a first direction, and a plurality of parallel lines extending in a second direction orthogonal to the first direction, each center being individually parallel to the parallel line. Each of the lines includes a plurality of opening patterns which are the transparent regions arranged at a constant second interval in the second direction, and is arranged on an adjacent parallel line among the plurality of parallel lines. Each of the plurality of opening patterns is a mask pattern in which each center is arranged so as to be shifted by 1 / n (n is an integer of 3 or more) of the second interval in the second direction.
The illumination light source has an illumination shape set such that three of the diffracted lights from the photomask pass through the pupil of the projection optical system,
The illumination light source includes a first light emitting region, a second light emitting region, a third light emitting region, and a fourth light emitting device disposed at symmetrical positions shifted from the center in the first direction and the second direction, respectively. A hexapole illumination having a light emitting region, a fifth light emitting region, and a sixth light emitting region,
When the exposure wavelength is λ, the numerical aperture of the projection lens is NA, the second interval is Px, and the first interval is Py, the first light emission region to the sixth light emission region are the illumination light source. From the center of the illumination light source by the distance indicated by the following formula (14) in the second direction, by the distance indicated by the following formula (15) in the first direction, and from the center of the illumination light source by the following formula ( 16) the distance indicated by the following formula (18) from the center of the illumination light source and the point shifted in the first direction by the distance indicated by the following formula (17) by the distance indicated by 16) Only in the second direction, the point shifted in the first direction by a distance represented by the following formula (19), respectively,
A method for manufacturing a semiconductor device.
Figure 0004834784
Figure 0004834784
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Figure 0004834784
Figure 0004834784
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前記六重極照明からの照明光が照射される前記複数の開口パターンは、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ためのものであって、
前記複数本の平行線が3本とされ、
前記マスクパターンは、さらに、前記ビット線コンタクト用のコンタクトホールとは周期が異なる、周辺回路用の孤立したコンタクトホールを形成するための開口パターンを含む、
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。
The plurality of opening patterns irradiated with illumination light from the hexapole illumination is for forming a contact hole for a bit line contact of a NAND flash memory,
The plurality of parallel lines are three,
The mask pattern further includes an opening pattern for forming an isolated contact hole for a peripheral circuit having a period different from that of the contact hole for the bit line contact.
6. A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5 , wherein:
前記マスクパターンは、さらに、前記複数の開口パターンとは寸法が異なる、前記フォトレジストパターンとして形成されない複数の開口パターンを含む
ことを特徴とする請求項1、3又は5に記載の半導体装置の製造方法。
The semiconductor device manufacturing method according to claim 1 , wherein the mask pattern further includes a plurality of opening patterns that are different in dimension from the plurality of opening patterns and are not formed as the photoresist pattern. Method.
前記フォトマスクは、前記3個の回折光の振幅の差が最小になるように、前記複数の開口パターンの寸法と前記非透明領域の複素振幅透過率とが設定され、
前記非透明領域の複素振幅透過率をγ、前記第2の間隔をPx、前記1の間隔をPy、前記開口パターンの前記第2の方向の寸法および前記第1の方向の寸法をそれぞれwx,wyとしたとき、εx=wx/Px,εy=wy/Pyにより、下記式(20)で表されるΔが最小になるように、前記非透明領域の複素振幅透過率γと、前記第2の方向の寸法wxおよび前記第1の方向の寸法wyとが設定されている
ことを特徴とする請求項1、3又は5に記載の半導体装置の製造方法。
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
Figure 0004834784
The size of the plurality of aperture patterns and the complex amplitude transmittance of the non-transparent region are set in the photomask so that the difference in amplitude between the three diffracted lights is minimized.
The complex amplitude transmittance of the non-transparent region is γ, the second interval is Px, the interval of 1 is Py, the dimension of the opening pattern in the second direction and the dimension of the first direction are wx, When wy, εx = wx / Px, εy = wy / Py, so that Δ expressed by the following formula (20) is minimized, 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a dimension wx in the direction of the first dimension and a dimension wy in the first direction are set.
Figure 0004834784
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