JPH11260699A - パターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】既存のパターンデータのみでコントラストの良
い露光を合わせずれなく行うことを可能とする。 【解決手段】複数回の露光によりポジ型のレジストにゲ
ートパターン２の転写を行うパターン形成方法におい
て、素子領域３及びゲートパターン２の形成領域を遮光
部とするマスクパターン４と、素子領域３からゲートパ
ターン２の形成領域をひいた領域を透光部とするマスク
パターン５とを発生し、これらマスクパターン４，５を
有するフォトマスクをそれぞれに最適な露光条件で重ね
露光を行うことでレジストパターンを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトマスクを用い
たパターン形成方法に関わり、パターンを微細かつ高精
度に形成するために使用されるものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造工程における光リソグ
ラフィは、そのプロセス簡易性、低コスト等の利点によ
りデバイス生産に用いられている。光リソグラフィにお
いては常に技術革新が続けられており、その発展はめざ
ましく、近年では光源の短波長化により０．２５μｍ以
下の素子の微細化が達成されつつある。今後のさらなる
微細化のためには、より微細なレジストパターンの形成
が必要となる。

【０００３】かかる半導体素子の動作性能を決定するト
ランジスタのゲートパターンを形成するには、被処理基
板上に塗布されたレジストにパターン露光により描画
し、このレジストをマスクとしてエッチングする。この
ようなレジストパターンの形成に際し、種々のフォトマ
スクが使用されている。

【０００４】まず、Ｃｒフォトマスクを用いてゲートパ
ターンを形成する場合のマスクパターンの一例を図６に
示す。図６において、マスクパターン６１のうち、斜線
部分で示すゲートパターン２が遮光部、それ以外の領域
が透光部を示し、ポジ型のレジストにパターンを形成す
る場合に用いられるものである。このマスクパターン６
１を用いたパターン形成方法によりさらに微小な線幅を
形成するためには、ゲートパターン２の線幅を細くして
いく必要があるが、線幅が露光波長の２／３以下になる
と最暗部の光強度が増加してパターンのコントラストが
劣化するため、ゲートパターン２の形成自体が困難とな
る。

【０００５】この困難を解決する露光解像度向上手法と
して、図７に示すマスクパターン７１が用いられる。図
７は、光位相反転型のフォトマスクが用いられているマ
スクパターンの一例を示す図である。図６に示すゲート
パターン２をさらに高解像度で形成するために、位相反
転型フォトマスクでは目的するゲートパターン２部分を
境界にして位相を１８０°反転させる位相シフタ７２を
用いる。従って、形成すべき線幅が細くなっても最暗部
の光強度は増加せず、光コントラストは劣化しない。用
いられるレジストはポジ型であり、光透過領域において
レジストが可溶化する。従って、遮光部が不溶化層とな
る。

【０００６】ここで、光透過領域、すなわちゲートパタ
ーン２を除く領域を開口部とすると、このマスクパター
ン７１において開口部は閉じていない構造となる。位相
シフタ７２は光透過領域におけるパターン形成部分を境
界として位相を反転させるものであるため、遮光部が開
口部を囲むパターンであれば問題ない。これに対して、
遮光部が開口部を囲まないパターンである場合、すなわ
ち位相を反転した開口部が遮光部と接することがなく、
位相を反転させない通常の透光領域との境界（以下シフ
タエッジと称する）においても位相が反転する部分がで
きる。このシフタエッジにおける位相の反転部分では光
強度が０となるため、この境界部分において不必要なパ
ターンが形成されることとなる。

【０００７】この不必要なパターンが形成されるのを回
避すべく、以下のようなパターン形成方法が提案されて
いる。所望する遮光パターンの両側、すなわちパターン
を形成させる必要のある部分でのみ位相を１８０°反転
させ、パターンを形成させる必要のないシフタエッジ部
分では位相を階段状に、または徐々に変化させることで
光強度が０になるのを防ぎ、不要なパターンを形成しな
いようにする方法である。

【０００８】この方式では不必要なパターンの位相反転
部で位相を徐々に変化させるため、対応するフォトマス
クの位相反転部分で位相シフタを階段状に形成するかテ
ーパ状に形成する必要があるが、階段状に形成するため
には複数回のエッチングが必要となり、またテーパ状の
フォトマスクを製作するためには特殊なプロセスが必要
となり、フォトマスクの製作が複雑かつ困難になる。

【０００９】またこの方法による位相反転型フォトマス
クでは、シフタエッジ部分で徐々に位相を変化させる必
要があるため、広い領域をこの位相変化のための階段
状、あるいはテーパ状の領域に割り当てる必要がある。
この場合、シフタエッジ同士が近接すると矛盾が生じ、
徐々に位相を変化させる領域を完全に形成することがで
きない。このように従来のパターンデータをそのまま位
相反転型マスクに適用できず、シフタエッジ間の距離を
離す必要があるためマスクパターン設計に制約が加わ
り、高集積化に適さない。

【００１０】また、この位相反転型フォトマスクにおい
てシフタパターンを自動的に発生させるためには複雑ア
ルゴリズムを必要とし、膨大な計算時間を必要とする。
すなわち、新規にデータを追加する必要があり、どの領
域に位相シフタ７２を割り当てるかを演算するのは複雑
であり困難である。このように位相を徐々に変化させる
方法は、汎用性および経済性に欠ける。

【００１１】位相反転型フォトマスクを用いてシフタエ
ッジなどの不要なパターンを転写しないもう一つの方法
としてフォトマスクを２枚に分ける方法が提案されてい
る。図８にこの方法に用いられる２枚のフォトマスクの
マスクパターンの一例を示す。

【００１２】図８に示すように、フォトマスクを位相反
転型のフォトマスク（図８（ａ））とそれによって形成
されるシフタエッジを消去するための通常のフォトマス
ク（図８（ｂ））に分割し、一レベルの露光に２枚のフ
ォトマスクを使用し、２回の露光によりパターンを形成
する。すなわち、まず図８（ａ）に示すように、上記図
７に示した１枚の位相反転型フォトマスクと同様にゲー
トパターン２と位相シフタ８２を有するマスクパターン
８１の位相反転型フォトマスクにより露光を行う。

【００１３】この露光により形成されるレジストパター
ンはシフタエッジが形成されるため、このシフタエッジ
を消去すべく、図８（ｂ）に示すように、上記図６に示
す通常のフォトマスクと同じゲートパターン２を有する
マスクパターン８３のフォトマスクを用いて露光を行
う。この２枚目のフォトマスクでは、光透過領域で位相
が反転する部分はないため図８（ａ）を用いたパターン
形成におけるシフタエッジ部分に露光光が当たり、不要
パターンが消去される。

【００１４】この方法は１枚の位相反転型フォトマスク
を用いた方法と比較して、シフタエッジの不要パターン
の消去を２枚目のフォトマスクに分担させて行うため、
特に位相反転型フォトマスクを使用することを前提とし
た設計を必要としない。また位相シフタ８２の配置にお
いても任意性が残るものの、複雑なアルゴリズムを必要
とせず、比較的少ない計算時間でシフタ配置が可能とな
る。

【００１５】しかし２枚のフォトマスクによる重ね露光
を行うことにより、以下に示す問題点が発生する。第１
に、最も微小な線幅を必要とされるパターンにおいて、
１枚目のフォトマスクでは位相反転型のコントラストの
良い露光を行うのに対し、２枚目のフォトマスクは通常
のフォトマスクを使用するため、全体としてはコントラ
ストの悪い露光を行うことになり、位相反転型フォトマ
スクの効果が最大限に発揮されない。

【００１６】第２に、合わせずれにより位相反転型のメ
リットが激減することになる。２枚のフォトマスクを使
用するため合わせずれは必然的に存在することとなる
が、この方式ではゲートパターン２近傍が２回の露光を
受けるため、合わせずれによって１枚目と２枚目のフォ
トマスクがゲートパターン２部分でそれぞれずれた場
合、コントラストの悪い２枚目の露光が結果を支配する
ため位相反転型フォトマスクを使用するメリットが得ら
れない。すなわち、ゲートパターン２同士のわずかなず
れによってもゲートパターン２の線幅が細くなり、さら
にずれが大きくなると、ゲートパターン２自体の形成が
困難となる。

【００１７】第３に、シフタエッジによる不要パターン
は必ずゲートパターン２とつながって形成されるため完
全に不要パターンを消去することが困難で、ゲートパタ
ーン２にバリの様なものが発生し、欠陥，動作不良の原
因となることが予想される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように従
来のパターン形成方法として、位相反転型フォトマスク
を用いたものがある。この位相反転型フォトマスクによ
るシフタエッジ部分での不要パターンの形成を防止すべ
く、パターンを形成すべきでないシフタエッジ部分での
位相を徐々に変化させる方法があるが、フォトマスクの
製作が複雑かつ困難であり、また係るパターンの発生に
は新たなパターンデータを発生させる必要があるため、
複雑なアルゴリズムが必要となる。

【００１９】一方、通常のフォトマスクと位相反転型フ
ォトマスクを用いてシフタエッジ部分等での不要パター
ンを消去する方法では、微小な線幅を必要とされるパタ
ーンにおいて、１枚目のフォトマスクでは位相反転型の
コントラストの良い露光を行うのに対し２枚目のフォト
マスクは通常のフォトマスクを使用するためコントラス
トの悪い露光を行うことになる。また、合わせずれによ
り位相反転型のメリットが激減することになる。さら
に、シフタエッジによる不要パターンは必ず所望パター
ンとつながって形成されるため、完全に不要パターンを
消去することが困難である。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、既存のパターンデ
ータのみでコントラストの良い露光を合わせずれなく行
うことを可能とするパターン形成方法を提供することに
ある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るパターン形
成方法は、複数回の露光によりポジ型のレジストにパタ
ーンの転写を行うパターン形成方法において、露光すべ
きパターンレベルをそれ以外のパターンレベルとの論理
演算をとることにより分割し、該分割された複数のパタ
ーンレベルを有する複数のフォトマスクを用い、それぞ
れに最適な露光条件で重ね露光を行うことでレジストパ
ターンを形成することを特徴とする。

【００２２】本発明の望ましい形態を以下に示す。 （１）パターンレベル毎の分割は、要求される寸法精度
又はパターンピッチの相違に応じて行う。

【００２３】また、本発明に係るパターン形成方法は、
複数回の露光によりポジ型のレジストにパターンの転写
を行うパターン形成方法において、露光すべき領域を要
求される寸法精度の高い第１の領域と該第１の領域より
も要求される寸法精度の低い第２の領域とに分割し、第
１の領域全体と第２の領域のパターンを遮光部とする第
１のフォトマスクと、第１の領域全体から第１のパター
ンをひいたものを透光部とし、第２の領域全体を遮光部
としたフォトマスクを用い、それぞれに最適な露光条件
で重ね露光を行うことでレジストパターンを形成するこ
とを特徴とする。

【００２４】本発明の望ましい形態を以下に示す。 （１）パターンはゲートパターンであり、寸法精度の高
い第１の領域は素子領域内のゲートパターンである。

【００２５】また、本発明に係るパターン形成方法は、
複数回の露光によりポジ型のレジストにパターンの転写
を行うパターン形成方法において、露光すべき領域をパ
ターンピッチの大きい第１の領域と該第１の領域よりも
パターンピッチの小さい第２の領域とに分割し、前記第
２の領域及び前記パターンを遮光部とするパターンを有
する第１のフォトマスクと、前記第１の領域及び前記パ
ターンの形成領域を遮光部とするパターンを有する第２
のフォトマスクを用い、それぞれに最適な露光条件で重
ね露光することでレジストパターンを形成することを特
徴とする。

【００２６】本発明の望ましい形態を以下に示す。 （１）パターンは配線パターンであり、第１の領域はメ
モリセル領域である。 （２）第１又は第２のフォトマスクのマスクパターンに
不要パターンの形成を防止する適正バイアス値を加え
る。

【００２７】また、本発明に係るパターン形成方法は、
複数回の露光によりポジ型のレジストにゲートパターン
の転写を行うパターン形成方法において、素子領域及び
前記ゲートパターンの形成領域を遮光部とするパターン
を有する第１のフォトマスクと、前記素子領域を透光部
とし、該透光部のうち、前記ゲートパターンの中心線を
挟んで該パターンを透過する光の位相を反転させたパタ
ーンを有する第２のフォトマスクを用い、それぞれに最
適な露光条件で重ね露光を行うことでレジストパターン
を形成することを特徴とする。

【００２８】また、本発明に係るパターン形成方法は、
複数回の露光によりポジ型のレジストにラインパターン
の転写を行うパターン形成方法において、露光すべき領
域をパターンピッチの大きい第１の領域と該第１の領域
よりもパターンピッチの小さい第２の領域とに分割し、
前記第２の領域及び前記ラインパターンを遮光部とする
パターンを有する第１のフォトマスクと、前記第１の領
域を透光部とし、該透光部のうち、前記ラインパターン
の中心線を挟んで該パターンを透過する光の位相を反転
させたパターンを有する第２のフォトマスクを用い、そ
れぞれに最適な露光条件で重ね露光することでレジスト
パターンを形成することを特徴とする。

【００２９】（作用）本発明では、半導体製造装置、特
に露光装置において、所望のパターンレベルを他のパタ
ーンレベルと論理演算を行うことで複数のパターンデー
タを発生し、これら複数のパターンデータを複数枚のフ
ォトマスクまたは１枚のフォトマスクの別々の領域に配
置し、複数回に分けて一レベルの露光を行う。

【００３０】フォトマスクのパターンデータは最小線幅
が必要な部分とそうでない部分、線幅が細い部分と太い
部分又はパターン密度が密な部分と粗な部分等が混在し
ている。ここで、要求される寸法精度、あるいはパター
ンピッチの大小等を参照し、異なるパターンレベル同士
で論理演算をとることにより、パターン種毎に分割した
複数のパターンデータを発生することができる。このパ
ターン形成方法では、すべて既存のパターンデータを使
用するため新規にデータを追加する必要がなく、また設
計に制約が加わることはない。またパターン種毎に最適
な露光条件を選択できるため、工程裕度の大きいパター
ン形成が可能となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態に係るパ
ターン形成方法を説明するための図であり、図１は本発
明を具体的なパターンに応用した一例であり、一般的Ａ
ＳＩＣやＭＰＵ等の論理型回路で頻用されるゲートパタ
ーンを形成する際の処理手法を示す。

【００３２】図１（ａ）は本実施形態において形成すべ
きゲートパターンを示した図であり、露光基板にはポジ
型レジストを用いた場合、すなわちパターン形成部分に
レジストが残存する場合のフォトマスクパターンを示し
ている。この場合、パターン部分が暗部となり、Ｃｒ等
からなるゲートパターン２が斜線領域で示されている。
また、このゲートパターン２の一部に重なるように素子
領域３があり、説明の便宜のため、この素子領域３を境
にして素子領域３内のゲートパターンを２ａ、素子領域
３の外側のゲートパターンを２ｂとする。ゲートは素子
領域３内においては素子領域３外に比較して解像度の高
いパターン形成が要求される。

【００３３】この図１（ａ）に示すゲートパターン２を
形成すべく、図１（ｂ）及び（ｃ）に示す２枚のフォト
マスクを用いる。図１（ｂ）及び（ｃ）は、本実施形態
に係るパターン形成に用いられるフォトマスクの構成を
示した図であり、微細かつ寸法精度の高いゲートパター
ンを形成すべく、これら２枚のフォトマスクを重ね露光
することにより上記図１（ａ）に示すパターン１を形成
する。

【００３４】これら２枚のフォトマスクを製作するにあ
たり、形成すべきゲートパターンのレベルと、このゲー
トパターンのレベルとは異なる素子形成レベルとの論理
演算によりパターンデータの発生を行う。具体的には、
図１（ｂ）に示す１枚目のフォトマスクは、ゲートパタ
ーン２と素子領域３の論理演算でＯＲをとる。すなわ
ち、これらゲートパターン２及び素子領域３の重なり領
域を遮光部とするマスクパターン４となる。一方、図１
（ｃ）に示すように２枚目のフォトマスクは、素子領域
３から素子領域３及びゲートパターン２のＡＮＤをとっ
たパターンを差し引き、さらにそのパターンを反転させ
る。すなわち、素子領域３からゲートパターン２をひい
た領域を透光部とするマスクパターン５となる。これら
の論理演算は以下に示す通りである。

【００３５】１枚目…（素子領域ＯＲゲートパターン） ２枚目…ＮＯＴ｛素子領域−（素子領域ＡＮＤゲートパ
ターン）｝ ここではパターンデータが存在する部分がフォトマスク
でＣｒパターンの存在する部分に対応する。１枚目のフ
ォトマスクは通常のＣｒ遮光膜のみのフォトマスクを使
用し、２枚目のフォトマスクは位相反転型のフォトマス
クとする。この論理演算方法は２枚目のフォトマスクに
関して素子領域以外に光が透過する開口部は存在しない
がパターン形成に関係ない部分に開口部がある場合であ
っても何ら差し支えない。

【００３６】２枚のフォトマスクの位相シフタ部７の配
置方法は以下に示す通りである。すなわち、２枚目のフ
ォトマスクを通常のＣｒフォトマスクで作製した後、最
も微小な線幅が必要となるゲートパターン、すなわち２
ａを挟んで位相が反転するようなシフタパターンデータ
を生成する。位相シフタの配置を行う際に０°と１８０
°の位相を配置するアルゴリズムは素子領域の端から順
に０°，１８０°を交互に繰り返せばよい。そして、通
常のＣｒフォトマスクの開口部に位相シフタを割り当
て、位相シフタ部７を形成する。図１（ｃ）に示すよう
に、位相反転型フォトマスクの開口部が図形として閉じ
ているため単純にかつ矛盾なく位相シフタ部７の配置を
行うことができる。

【００３７】この位相シフタパターンデータを用いて以
下のような構成のフォトマスクの組み合わせも考えられ
る。すなわち、１枚目フォトマスクは上記フォトマスク
と共通で図１（ｂ）を用い、２枚目のフォトマスクとし
ては図１（ｄ）に示すものを用いる。すなわち、Ｃｒパ
ターンデータとして元のパターンデータを使用するもの
であり、位相シフタ配置後のパターン構成となる。

【００３８】上記方法により求めた配置データに基づい
てシフタパターンの配置を行った後、ゲートパターンと
平行な方向に片側０．２μｍのパターンバイアスをシフ
タパターンに加える。これは従来技術に述べた２枚フォ
トマスクによる露光に近いが、ゲートパターン２近傍に
注目すると、コントラストの良い位相反転型フォトマス
クによってのみ露光されるため、従来の２枚露光のよう
なパターン位置ずれによるコントラスト悪化はみられな
い。また上述しように位相シフタの配置も単純なアルゴ
リズムで決定できる。さらに、０．２μｍのパターンバ
イアスを加えることにより、シフタエッジも完全に除去
することができる。

【００３９】次に、図１（ｃ）に示す位相反転型フォト
マスクの製造プロセスの具体例を図２を用いて説明す
る。まず、石英（Ｑｚ）等の透光性を有するマスク基板
２１上にＣｒ等の透光性を有しない遮光膜２２を形成
し、レジスト塗布、露光、現像及びエッチング等を含む
通常プロセスによりパターニングを行う（図２
（ａ））。そして、この遮光膜２２の形成されたマスク
基板２１上に電子ビーム感光性のＥＢ型ポジレジスト２
３を塗布する。その後、形成したパターンに対してシフ
タパターンの重ね描画を電子ビーム描画装置にて行う
（図２（ｂ））。描画したＥＢ型ポジレジスト２３に現
像を施した後、ＲＩＥ等のドライエッチング装置にてマ
スク基板２１を掘り込み、掘り込み部２５を形成する。
この時掘り込み部２５と掘り込んでいない部分との光路
長の差が波長の半分になるようにすることにより、隣接
する開口部を透過する露光光の位相が反転することにな
る。例えばマスク基板２１としてＱｚを用いる場合、Ｑ
ｚを掘り込む探さは、露光波長がｉ線（波長＝３６５ｎ
ｍ）の場合、Ｑｚと空気の屈折率の差は０．５であるた
め約３６５ｎｍとなり、この深さで隣接する開口部を透
過する露光光の波長が反転する。

【００４０】このように製作された２枚のフォトマスク
の使用方法を説明する。実際に半導体基板ヘの露光を行
うには露光すべき半導体基板を露光装置に入れた後アラ
イメントを行い、まず図１（ｂ）に示す１枚目のフォト
マスクで露光を行う。その後半導体基板をステージから
アンロードさせずにアライメント情報が保持されたまま
の状態で２枚目のフォトマスクの露光を行う。またフォ
トマスクの交換に時間がかかるような装置においては、
一定量の半導体基板をあらかじめ１枚目のフトマスクで
露光しておき、現像しないまま露光装置から取り出す。
その後再び半導体基板をステージに導入してアライメン
トを行い、図１（ｃ）に示す２枚目のフォトマスクで露
光を行う。露光に際して１枚目のフォトマスクと２枚の
フォトマスクにいずれに位相反転型のフォトマスクを使
用するかは問題にならない。また、露光するマスクの順
序も問題とならない。

【００４１】このように２枚フォトマスクを用いて露光
を行うことにより微細なパターンが精度よく形成可能と
なる。特に形成すべきゲートパターンのレベルに対して
異なるレベルである素子形成レベルを参照し、露光すべ
き領域を最小線幅が必要な部分と必要でない部分に分割
し、それぞれの部分同士で論理演算を行いパターンデー
タを発生させるため、既存のパターンデータのみにより
パターンデータを発生させることができ、パターンデー
タの発生のための複雑なアルゴリズムを必要としない。
また、分割した領域毎に最も適した露光条件でパターン
の形成が可能となる。

【００４２】また、最小線幅が必要な部分に対して最も
解像力が得られる手段のうちの一つである位相反転型フ
ォトマスクを用いることにより、通常のフォトマスクで
は不可能な線幅も無理なく形成できる。また、位相シフ
タの周縁部は遮光部のみと接するパターンとなるため、
位相シフタの配置が容易である。

【００４３】なお、本実施形態で示したマスクパターン
内のゲートパターン数には限定されず、２以上のゲート
パターンが配置されている場合であっても同様に本発明
を適用可能である。また、ゲートパターンの形成レベル
と素子形成レベルとに分割してパターンデータを発生さ
せたが、要求される寸法精度の相違により領域を分割す
るものであれば、ゲートパターンや素子形成レベル以外
のレベルに応じてパターンデータを発生させることもで
きる。

【００４４】（第２実施形態）図３は、本発明の第２実
施形態に係るパターン形成方法を説明するための図であ
る。本実施形態において形成すべきパターンは第１実施
形態の図１（ａ）に示したものと同じくゲートパターン
２である。

【００４５】第１実施形態において位相反転型フォトマ
スクのパターンデータ（図１（ｃ））には所望とするゲ
ートパターン２ａ部分に遮光部が残存している。本実施
形態においては、この図１（ｃ）に示すマスクパターン
５に代えて図３（ａ）に示すマスクパターン３１を用い
る。図３（ａ）に示すように、ゲートパターン２ａ部分
は遮光部ではなく、開口部が連続した構成となってい
る。この開口部は、通常の開口部３２と、開口部３２に
対して位相を反転させた位相シフタ部３３からなる。開
口部３２と位相シフタ部３３の境界線は、形成すべきゲ
ートパターン２ａの中心線に一致する。この場合、この
境界線上では位相が遮光部を挟まずに反転するため、光
強度が０となるラインとなり、シフタエッジが生じる。
このシフタエッジを半導体基板に露光した場合、半導体
基板上の対応する部位では塗布したポジレジストが可溶
化されないため、ライン状のレジストパターンが形成さ
れる。従って、遮光部を用いることなくシフタエッジの
みによるゲートパターン２ａの転写が可能となる。シフ
タエッジによるパターン転写は、形成可能なパターンの
うち最も微細なパターンを形成できる可能性があるた
め、より微細なパターン形成には必要不可欠の方法であ
る。

【００４６】次に、このパターン形成に用いられるフォ
トマスクの製作について説明する。１枚目の通常フォト
マスクの製作は第１実施形態と同じである。２枚目の位
相反転型フォトマスクの配置は単純に素子領域と同一に
しても良いがこれではシフタ配置が難しくなる。

【００４７】最も単純にパターンデータを発生させる方
法を以下に示す。まず、第１実施形態と同様の方法で位
相シフタ配置までを行う。その後、パターンデータから
ゲート部分のみを除去し（図３（ｂ））、シフタパター
ンデータに対し位相反転するシフタパターンの境界がち
ょうどゲートパターンの中心部にくるようにシフタパタ
ーンを拡大する（図３（ａ））。以降の位相反転型フォ
トマスクの製作プロセスは第１実施形態と共通するので
省略する。

【００４８】このように、遮光部を用いずにシフタエッ
ジのみによりゲートパターン２ａを転写するため、より
微小な線幅のラインパターンの形成が可能となる。すな
わち、現在最も微小な線幅を形成する手段であるシフタ
エッジ法を位相転型フォトマスクに採用することでさら
に高速にかつ高集積な半導体装置を製造することができ
る。

【００４９】（第３実施形態）図４は、本発明の第３実
施形態に係るパターン形成方法を説明するための図であ
り、本発明をＤＲＡＭ等の半導体装置に適用した例を示
す。図４（ａ）は代表的なＤＲＡＭの配線レベルの形成
パターンの一例で、メモリセル形成部分とこのメモリセ
ルの周辺回路部分の境界付近を示している。この境界付
近では、パターンの密度が密で線幅の細い部分と、パタ
ーンの密度が粗で線幅の太い部分とが混在する。メモリ
セルを形成すべき領域においては、高集積化等の要求か
ら周辺回路部分に比較して一般に密なパターンが形成さ
れる。従って、密なパターン部分は主としてメモリセル
が形成される領域に対応し、パターンピッチが０．７０
μｍ、線幅が０．３５μｍ、粗なパターン部分はパター
ンピッチが１．４μｍ、線幅が０．４０μｍになってい
る。

【００５０】このような露光レベルでは、それぞれのパ
ターンのパターン密度での最適な露光量及び照明条件な
どの露光条件が異なり、１回の露光で精度の高いパター
ンを形成するのは困難である。例えばｉ線露光装置を用
いてこの配線レベルを露光するには、密な部分では最適
露光量が４８ｍＪ／ｃｍ² 、これに対して粗な部分では
３５ｍＪ／ｃｍ² となる。また最適な照明条件は密な部
分が輪帯照明なのに対し、粗な部分では通常照明とな
る。

【００５１】本実施形態では、重ね露光を行うべき２枚
のフォトマスクを製作するにあたり、メモリセル形成レ
ベルと配線レベルとの論理演算によりパターンデータの
発生を行う。すなわち、メモリセル領域の外形を指定す
る領域と配線パターンの論理演算を行う。具体的には、
まず図４（ａ）に示す形成パターン４１をメモリセル形
成領域４２と周辺回路形成領域４３とに分割する。この
分割は、それぞれのパターンピッチの変わる位置をそれ
ぞれの領域４２，４３の境界線とすることで行う。従っ
て、メモリセル形成領域４２のパターンピッチは０．７
μｍ、周辺回路形成領域４３のパターンピッチは１．４
μｍとなる。

【００５２】そして、このように分割された２つの領域
４２，４３について論理演算を行う。具体的には、配線
レベルのパターンデータを密な部分と粗な部分とに分け
たパターンデータを発生する。すなわち、パターンピッ
チが大きい周辺回路形成領域４３のみの配線パターン４
４を分担するパターンデータと、パターンピッチが小さ
いメモリセル領域４２のみの配線パターン４５を分担す
るパターンデータとを発生する。その結果、粗な部分は
メモリセル形成領域４２と配線パターン４４の論理演算
ＯＲをとったもの、密な部分はメモリセル形成領域４２
からメモリセル形成領域４２と配線パターン４５とのＡ
ＮＤをとったパターンを差し引いたものをさらに反転さ
せたものである。分かりやすく書き下すと以下のように
なる。

【００５３】粗 （メモリセル領域ＯＲ配線パターン） 密 ＮＯＴ｛メモリセル領域−（メモリセル領域ＡＮＤ
配線パターン）｝ 図４（ｂ）及び図４（ｃ）が図４（ａ）の配線レベルの
データから上記方法により発生したパターンデータの結
果で、図４（ｂ）が粗な部分を図４（ｃ）が密な部分を
示す。図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、粗な部分と
密な部分を有する形成パターン４１はそれぞれのピッチ
毎に分割され、１回の露光により形成されるパターンは
そのピッチ及び形成幅に最適な露光条件を設定できる。

【００５４】それぞれのパターンデータによりフォトマ
スクを製作し、それぞれパターンに合った最適な露光条
件を用いて第１実施形態に準じた方法で露光を行ったと
ころ、高解像度のパターンが安定して得られた。

【００５５】また、密なパターンを示す図４（ｃ）のマ
スクパターン４７に対しては、位相反転型フォトマスク
の適用が可能である。このマスクパターン４７におい
て、パターン開口部はそれぞれ図形として閉じているた
め、第１実施形態と同じく単純にかつ矛盾なく位相シフ
タパターンの配置ができる。具体的には、複数本並んだ
透光部の１本おきに位相シフタ部４８を設ける。これに
より、隣接する透光部毎に交互に位相が互いに反転する
構成となる。なお、位相反転型マスクを用いた露光はσ
＝０．３と通常照明よりも小さなσで露光を行い、さら
に焦点深度の高い露光を行うことができる。

【００５６】このように、形成すべき配線レベルに対し
て異なるレベルであるメモリセル形成レベルを参照し、
露光すべき領域をパターンピッチの小さいパターンとパ
ターンピッチの大きいパターンに分割し、それぞれのパ
ターン同士でパターンデータを発生することで、既存の
パターンデータのみによりパターンデータの発生が可能
であり、複雑なアルゴリズムを必要としない。また、分
割した領域毎に最適な露光条件で別々に露光することが
可能となり、工程裕度の大きいパターン形成が可能とな
る。また、パターンピッチ及び線幅の小さいメモリセル
形成領域４２のパターン形成に際して位相反転型フォト
マスクを用いることにより、形成可能な線幅がより細く
なり、メモリセルの集積度をあげることができる。

【００５７】（第４実施形態）図５は本発明の第４実施
形態に係るパターン形成方法を説明するための図であ
る。本実施形態では、一レベルの露光を行うのに複数の
フォトマスクを使うことによって微細なパターンを精度
良く形成するために用いられるものであり、上記第１〜
第３実施形態に示すマスクパターンに以下に示す第１及
び第２のバイアスを与える。なお、本実施形態では第１
実施形態に示すマスクパターン４，５を用いて説明す
る。

【００５８】図５（ａ）は、第１実施形態における図１
（ｂ）に示すマスクパターン４に第１のバイアスを与え
たマスクパターンを示す図である。破線が図１（ｂ）の
バイアスを与える前のマスクパターン５２を、実線がフ
ォトマスクバイアスを与えたバイアスパターン５３を示
す。図５（ａ）に示すように、まずフォトマスクの解像
度の違いによる不要パターンの形成を回避するため、解
像度の低い通常フォトマスクでゲートパターン２ｂ部分
に限り正のフォトマスクバイアスを加える。

【００５９】すなわち、第１実施形態に沿ってフォトマ
スクバイアスを与えずに露光を行う場合、両フォトマス
ク間の解像度の違いによるパターン不良が生ずる可能性
がある。例えば図１（ｂ）のように通常フォトマスクの
担当分とされたパターンデータには、ゲートとして動作
しないゲートパターン２ｂが残る。このゲートパターン
２ｂの線幅は図１（ｃ）における解像度の高い位相反転
型フォトマスクの最小線幅と等しいため、通常フォトマ
スクの露光ではパターン形成が完全に行われない可能性
がある。

【００６０】これらパターン不良は、上記第１のバイア
スを与えることにより解決できる。すなわち、通常フォ
トマスクで作成すべき最小パターン寸法が大きくなるた
め、フォトマスク解像度の違いが問題にならない。具体
的には、ｉ線を用いた露光でゲート線幅が０．２５μｍ
のパターンを形成する場合、通常フォトマスクにおける
ゲートとして動作しないゲートパターン部分２ｂには
０．０５μｍのフォトマスクバイアスを加えて０．３０
μｍのパターンにすることで、合わせるべき寸法がゲー
ト幅方向に０．２５μｍから０．３０μｍへと太くなる
ため、横ずれに対するパターン断線の可能性が大幅に減
少し、問題無くパターン形成できるようになる。

【００６１】また、図５（ｂ）は第１実施形態における
図１（ｃ）に示すマスクパターンに第２のバイアスをか
けたマスクパターンを示す図である。破線が図１（ｃ）
のバイアスを与える前のマスクパターン５５を、実線が
フォトマスクバイアスを与えたバイアスパターン５６を
示す。

【００６２】第１実施形態に沿ってフォトマスクバイア
スを与えずに露光を行う場合、フォトマスク間でパター
ン位置がずれることによって不良が発生する可能性があ
る。図１（ｂ）に示す通常フォトマスクに対し図１
（ｃ）の位相反転型フォトマスクが縦方向あるいは横方
向にずれた場合、素子領域３の周縁部では不要パターン
が形成される場合がある。本来ならばいずれかのフォト
マスクの透光部に対応するためにパターンが除去される
部分がずれることにより、両フォトマスクともに遮光部
に対応することとなるためである。

【００６３】これらパターン不良は、上記第２のバイア
スを与えることにより解決できる。すなわち、位相反転
型フォトマスクで作成すべきパターンが広くなるため、
パターンの位置ずれによる不要パターンの形成を回避で
きる。

【００６４】具体的には位相反転型フォトマスクのパタ
ーンデータ発生の際０．０５μｍの正のバイアスを与え
る。これにより、パターン位置が横方向あるいは縦方向
に０．０５μｍずれた場合であっても、マスクパターン
５１とマスクパターン５４のいずれかにより露光される
ため、フォトマスク位置ずれによる不要パターンは形成
されない。

【００６５】以上説明したように、第１実施形態に示し
たフォトマスクでは、２枚のフォトマスクの相対位置ず
れによりパターンの断線、あるいは不要パターンが形成
される可能性があるが、本実施形態によれば、上記第１
及び第２のフォトマスクバイアスを与えることにより、
フォトマスク間で限界解像度が異なり、またフォトマス
ク間でパターンの位置がずれた場合であっても、不要パ
ターンの形成を回避し、必要なパターンが形成されない
のを防止することができる。

【００６６】なお、本実施形態においては２枚目のフォ
トマスクに正のバイアスをかける場合を示したが、通常
フォトマスクのマスクパターン５１のパターンデータを
発生させる際、素子領域の部分をあらかじめ小さくする
負のバイアスを与えておくことにより同じ効果を奏す
る。また、第１実施形態に示すマスクパターンにバイア
スを与える場合のみならず、同様のバイアスを発生させ
ることにより、第２，第３実施形態に示すマスクパター
ンにバイアスを与えても同じ効果を奏する。

【００６７】また、上記第１〜第４実施形態において
は、最小線幅の不必要、パターン密度の粗密に応じてあ
るパターンレベルと他のパターンレベルのデータを分割
する場合を示したが、例えば線幅が細い部分と太い部分
等、他の基準を用いて分割するものであっても本発明を
適用可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ォトマスクのパターンデータはあるレベルにおいて、最
小線幅が必要な部分とそうでない部分，線幅が細い部分
と太い部分またはパターン密度が密な部分と粗な部分な
どが混在している。しかしあるレベルとは他のレベルを
参照し、これら両レベルの論理演算をとることで、これ
らの部分のパターンデータ種毎のパターンデータを発生
することができる。この方法で使用するのはすべて既存
のパターンデータであるため新規にデータを追加する必
要がなく、設計に制約が加わることはない。またパター
ン種毎に最適な露光条件を選択できるため、工程裕度の
大きいパターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るパターン形成に用
いられるフォトマスクのパターンを示す図。

【図２】同実施形態におけるフォトマスクの製造工程を
示す図。

【図３】本発明の第２実施形態に係るパターン形成に用
いられるフォトマスクのパターンを示す図。

【図４】本発明の第３実施形態に係るパターン形成に用
いられるフォトマスクのパターンを示す図。

【図５】本発明の第４実施形態に係るパターン形成に用
いられるフォトマスクのパターンを示す図。

【図６】従来のＣｒフォトマスクを用いたマスクパター
ンを示す図。

【図７】従来の位相反転型フォトマスクのマスクパター
ンを示す図。

【図８】従来の２枚のフォトマスクを用いた露光に用い
られるフォトマスクのマスクパターンを示す図。

【符号の説明】

１，４１ 形成パターン ２ ゲートパターン ３ 素子領域 ４，５，８，３１，３４，４６，４７，５１，５２，５
４ マスクパターン ６，３２ 開口部 ７，９，３３，４８ 位相シフタ部 ２１ マスク基板 ２２ 遮光膜 ２３ ＥＢ型ポジレジスト ２４ 被描画部 ２５ 掘り込み部 ３４ パターン除去部 ４２ メモリセル形成領域 ４３ 周辺回路形成領域 ４４，４５ 配線パターン ５３，５６ バイアスパターン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数回の露光によりポジ型のレジストに
   パターンの転写を行うパターン形成方法において、 露光すべきパターンレベルをそれ以外のパターンレベル
   との論理演算をとることにより分割し、該分割された複
   数のパターンレベルを有する複数のフォトマスクを用
   い、それぞれに最適な露光条件で重ね露光を行うことで
   レジストパターンを形成することを特徴とするパターン
   形成方法。
2. 【請求項２】 複数回の露光によりポジ型のレジストに
   ゲートパターンの転写を行うパターン形成方法におい
   て、 素子領域及び前記ゲートパターンの形成領域を遮光部と
   するパターンを有する第１のフォトマスクと、前記素子
   領域から前記ゲートパターンの形成領域をひいた領域を
   透光部とするパターンを有する第２のフォトマスクを用
   い、それぞれに最適な露光条件で重ね露光を行うことで
   レジストパターンを形成することを特徴とするパターン
   形成方法。
3. 【請求項３】 複数回の露光によりポジ型のレジストに
   パターンの転写を行うパターン形成方法において、 露光すべき領域をパターンピッチの大きい第１の領域と
   該第１の領域よりもパターンピッチの小さい第２の領域
   とに分割し、前記第２の領域及び前記パターンを遮光部
   とするパターンを有する第１のフォトマスクと、前記第
   １の領域及び前記パターンの形成領域を遮光部とするパ
   ターンを有する第２のフォトマスクを用い、それぞれに
   最適な露光条件で重ね露光することでレジストパターン
   を形成することを特徴とするパターン形成方法。
4. 【請求項４】 前記パターンは配線パターンであり、前
   記第２の領域はメモリセル形成領域であることを特徴と
   する請求項３記載のパターン形成方法。
5. 【請求項５】 前記第１又は第２のフォトマスクのマス
   クパターンに不要パターンの形成を防止する適正バイア
   ス値を加えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載のパターン形成方法。
6. 【請求項６】 前記第２のフォトマスクを用いたパター
   ン転写で、該第２のフォトマスクの少なくとも一部に位
   相シフタを用いることを特徴とする請求項２又は３記載
   のパターン形成方法。
7. 【請求項７】 複数回の露光によりポジ型のレジストに
   ゲートパターンの転写を行うパターン形成方法におい
   て、 素子領域及び前記ゲートパターンの形成領域を遮光部と
   するパターンを有する第１のフォトマスクと、前記素子
   領域を透光部とし、該透光部のうち、前記ゲートパター
   ンの中心線を挟んで該パターンを透過する光の位相を反
   転させたパターンを有する第２のフォトマスクを用い、
   それぞれに最適な露光条件で重ね露光を行うことでレジ
   ストパターンを形成することを特徴とするパターン形成
   方法。
8. 【請求項８】 複数回の露光によりポジ型のレジストに
   ラインパターンの転写を行うパターン形成方法におい
   て、 露光すべき領域をパターンピッチの大きい第１の領域と
   該第１の領域よりもパターンピッチの小さい第２の領域
   とに分割し、前記第２の領域及び前記ラインパターンを
   遮光部とするパターンを有する第１のフォトマスクと、
   前記第１の領域を透光部とし、該透光部のうち、前記ラ
   インパターンの中心線を挟んで該パターンを透過する光
   の位相を反転させたパターンを有する第２のフォトマス
   クを用い、それぞれに最適な露光条件で重ね露光するこ
   とでレジストパターンを形成することを特徴とするパタ
   ーン形成方法。