JPH1165083A - 半導体装置の製造方法ならびにフォトマスクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相シフトマスクにおいて発生する副作用を
防止して解像度の向上を図る。 【解決手段】 半導体ウェハに転写されるホールパター
ンに対応しかつ最大透過率を有するマスクホールパター
ン３６と、このマスクホールパターン３６の周囲に形成
されかつ位相シフトによりマスクホールパターン３６に
対して１８０度±６０度の位相差を有する中間透過率パ
ターン３７と、この中間透過率パターン３７の周囲に形
成された最小透過率パターン３８とを有したフォトマス
ク３５であり、このフォトマスク３５を用いて前記半導
体ウェハ上に高解像度の前記ホールパターンを転写す
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、露光技術に関し、
特に、半導体ウェハに半導体集積回路のパターンを転写
する工程を有する半導体装置の製造方法ならびにフォト
マスクおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。

【０００３】半導体装置は、半導体ウェハ上に回路や配
線などのパターンを形成することにより製造される。半
導体装置は半導体ウェハを処理する工程と、半導体ウェ
ハから半導体チップを切り出してパッケージ内に組み付
ける組立工程とを有する。半導体ウェハ処理の基本的な
工程としては、半導体ウェハの表面に酸化膜を形成する
酸化処理、スパッタリング現象を利用して半導体ウェハ
の表面に薄膜を形成するスパッタリング処理、気相また
は化学反応により薄膜を半導体ウェハの表面に形成する
ＣＶＤ処理などの薄膜形成工程と、フォトレジスト液を
半導体ウェハ上に塗布するレジスト塗布処理、半導体装
置の回路や配線などのパターンに対応したマスクパター
ンが形成されたフォトマスクを用いてレジスト膜に紫外
線を照射してレジスト膜を感光する露光処理、レジスト
膜を現像する現像処理および現像後のレジスト膜のうち
不要部分を除去するエッチング処理などの微細加工工程
と、半導体ウェハ上に熱拡散法やイオンの打ち込みによ
り不純物をドーピングするドーピング工程などがある。

【０００４】近年にあっては、半導体装置の高精度化に
伴い、特に微細加工技術が重要となっており、その中で
も、特に露光工程の高精度化が重要な課題となってい
る。

【０００５】フォトレジスト液にはネガ型レジスト液と
ポジ型レジスト液とがあり、ネガ型レジスト液によりレ
ジスト膜を形成した場合には、レジスト膜は光が照射さ
れた部分が重合または架橋反応して高重合化するので、
現像液をスプレーすると未露光部分のみが溶解除去され
て露光部分は現像後も半導体ウェハの表面に残る。ポジ
型レジスト液によりレジスト膜を形成した場合には、レ
ジスト膜が光を吸収して光分解反応を起こし、現像液に
可溶となるため未露光部分が半導体ウェハの表面に残
る。このタイプのレジスト膜が形成された半導体ウェハ
に対してパターンを露光する場合には、パターンに対応
して光を透過しないマスクパターンを有するフォトマス
クが通常使用されている。

【０００６】通常のフォトマスクを使用した場合には、
マスクにおける開口部を透過した光は、半導体ウェハ上
では縮小光学系における解像限界の制約からマスクパタ
ーンより広がったものとなる。各々の開口部からの光
は、同位相であるため互いに強め合うような相互作用が
働き、その結果、半導体ウェハ上での光の強度分布のコ
ントラストは不十分となり、互いのパターンを分離する
ことができなくなる。

【０００７】これに対して、位相シフトマスクは、マス
クに形成され相互に隣り合う開口部の一方に位相を反転
させるような透明膜を設けたものであり、隣り合う透過
光は位相が反転するため、互いに打ち消すような相互作
用が働く。その結果、パターン境界部の光強度はゼロと
なり、パターンを分離することが可能となる。この位相
シフトマスクを用いた露光にあっては、ネガ型のレジス
ト液が使用される。

【０００８】半導体ウェハの表面に形成されるパターン
としては、配線や回路を形成するための多数の線状のラ
インパターンが線状のスペースパターンを介して平行に
形成されて繰り返され、Ｌ＆Ｓパターンとも言われる繰
り返しパターン、前記繰り返しパターンにおけるライン
パターンのうちのいずれかに連なって形成され、ライン
パターンのみが半導体ウェハの余領域つまり地の部分に
孤立して設けられる孤立ラインパターン、およびスペー
スパターンの部分がラインパターンの間に孤立して形成
される孤立スペースパターンなどがあり、通常では１つ
の半導体集積回路にはこれらの全てのパターンが混在し
ている。

【０００９】前記位相シフトマスクは、複数のラインパ
ターンとスペースパターンとが相互に平行となって繰り
返される繰り返しパターンを半導体ウェハ上に露光する
場合には有効である。しかし、孤立したラインやスペー
スのパターンを露光する場合には、効果が得られ難く、
実際の半導体集積回路のパターンは、繰り返しパターン
と孤立ラインパターンと孤立スペースパターンとが混在
しているので、位相シフトマスクを用いて投影露光を行
った場合には、孤立したラインやスペースのパターンと
繰り返しパターンとによって解像特性が異なり、パター
ン設計の自由度が制限されている。特開平６−３１３９
６４号公報は、半透過型位相シフトマスクを用いて斜め
入射照明方式の投影露光によるパターン形成方法を開示
している。

【００１０】一般的には、投影露光のパーシャルコヒー
レンシーつまりσ値が小さい場合には、孤立ラインパタ
ーンは繰り返しパターンに比較して太くなって半導体ウ
ェハに転写され、逆にσ値が大きい場合には、孤立ライ
ンパターンは細くなる。繰り返しパターンの解像度や焦
点深度の観点からは、σ値が大きい方が望ましい。しか
し、σ値を大きくすると、孤立ラインパターンは細くな
り過ぎてしまう。

【００１１】半導体ウェハの表面に形成されるパターン
のうち、コンタクトホールやスルーホールなどのような
ホールパターンを形成するために、ホール部に対応する
マスクパターンの部分を１００％の透過度とし、余領域
の部分の透過度を５％程度としたハーフトーンマスクが
開発されているが、このタイプのフォトマスクはホール
パターンに適用することができるが、孤立パターンへの
適用は困難である。特開昭５５−８０３７号公報は、ハ
ーフトーンを含む位相シフトマスクを開示している。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術において位相シフトマスクを用いた場合、全般的に、
大幅に解像度を向上できる反面、隣接したパターンの影
響を受けやすい。

【００１３】すなわち、隣接するパターンの状況によっ
て転写パターンの解像度が変化するなどの副作用が起こ
ることが問題とされる。

【００１４】本発明の目的は、位相シフトマスクにおい
て発生する副作用を防止して解像度の向上を図る半導体
装置の製造方法ならびにフォトマスクおよびその製造方
法を提供することにある。

【００１５】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１７】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、透過する光に少なくとも２種類の位相差を与えると
ともに少なくとも３種類の透過率によって透過させかつ
半導体ウェハに転写されるマスクパターンを有したフォ
トマスクを準備する工程と、前記半導体ウェハの表面に
レジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜が形成さ
れた半導体ウェハを前記露光装置に配置する工程と、前
記フォトマスクを露光装置に配置する工程と、前記露光
装置によって、前記半導体ウェハに形成された前記レジ
スト膜に前記マスクパターンを転写する露光工程とを有
するものである。

【００１８】また、本発明のフォトマスクは、半導体ウ
ェハに転写されるマスクパターンが形成されたフォトマ
スクであって、透過する光に少なくとも２種類の位相差
を与えるとともに、少なくとも３種類の透過率によって
透過させる前記マスクパターンを有しているものであ
る。

【００１９】これにより、半導体ウェハ上において、転
写したパターンへの隣接パターンの影響を低減できる。

【００２０】その結果、転写したパターンの周辺部にお
ける漏れ光の光強度を弱くすることができる。

【００２１】したがって、位相シフトマスクを用いた際
に発生する副作用を防止することができ、これにより、
ホールパターンや、ラインパターンとスペースパターン
との繰り返しパターンにおいてもその解像度の向上を図
ることができる。

【００２２】さらに、本発明のフォトマスクの製造方法
は、半導体ウェハにマスクパターンを転写する際、透過
する光に少なくとも２種類の位相差を与えるとともに、
少なくとも３種類の透過率によって透過させる前記マス
クパターンを有したフォトマスクを製造するものであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２４】図１は本発明の半導体装置の製造方法の露
光工程で使用される縮小投影露光装置の構造の実施の形
態の一例を示す構成概要図、図２は本発明のフォトマス
クにより露光されて形成された半導体ウェハ上のコンタ
クトホールの構造の実施の形態の一例を示す図であり、
（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示
す部分断面図、図３は本発明のフォトマスク（ホールパ
ターン形成用）の構造の実施の形態の一例を示す図であ
り、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を示
す断面図、図４は図３に示すフォトマスクに対する比較
例１によるフォトマスクの構造を示す断面図、図５は図
３に示すフォトマスクに対する比較例２によるフォトマ
スクの構造を示す断面図、図６は本発明のフォトマスク
を用いて露光を行った際の解像度を算出するためのＮＡ
値およびσ値の依存性の一例を示す焦点深度依存性説明
図、図７は図３に示すフォトマスクを用いて露光を行っ
た際のホールパターンの光強度の一例を示す図であり、
（ａ）はベストフォーカスの場合の投影像図、（ｂ）は
0.6 μｍフォーカスの場合の投影像図、図８は本発明の
フォトマスクにより露光されて形成された半導体ウェハ
上の配線パターン（繰り返しパターン）の構造の実施の
形態の一例を示す図であり、（ａ）は部分平面図、
（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面を示す部分断面図、（ｃ）
は（ａ）のＤ−Ｄ断面を示す部分断面図、図９は本発明
のフォトマスク（繰り返しパターン形成用）の構造の実
施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面を示す断面図、図１０は図
９に示すフォトマスクに対する比較例３によるフォトマ
スクの構造を示す断面図、図１１は図９に示すフォトマ
スクに対する比較例４によるフォトマスクの構造を示す
断面図、図１２は図９に示すフォトマスクを用いて露光
を行った際の繰り返しパターンの光強度の一例を示す図
であり、（ａ）はベストフォーカスの場合の投影像図、
（ｂ）は0.6 μｍフォーカスの場合の投影像図、図１３
は図９（ａ) に示すフォトマスクのＦ−Ｆ断面の構造の
一例を示す断面図、図１４は図１３に示すフォトマスク
を用いて露光を行った際の繰り返しパターンの光強度の
一例を示す図であり、（ａ）はベストフォーカスの場合
の投影像図、（ｂ）は0.6 μｍフォーカスの場合の投影
像図、図１５は本発明のフォトマスク（ホールパターン
形成用）の製造手順の実施の形態の一例を示す断面図、
図１６は本発明のフォトマスク（繰り返しパターン形成
用）の製造手順の実施の形態の一例を示す断面図、図１
７は本発明の半導体装置の製造方法における製造手順の
実施の形態の一例を示すフローチャートである。

【００２５】まず、本実施の形態の半導体装置の製造方
法における露光工程で用いる縮小投影露光装置の構成に
ついて説明する。

【００２６】前記縮小投影露光装置は、図１に示すよう
に、ｉ線ステッパとも言われ、例えば、シリコン単結晶
などからなる半導体ウェハ１０を吸着して保持する吸着
台１１を有し、この露光装置にあってはステップアンド
リピート方式により露光操作がなされる。吸着台１１
は、水平方向に移動するＸ軸移動台１２ａと、これに対
して直角となった水平方向に吸着台１１を移動するＹ軸
移動台１２ｂとを有するＸＹステージ１２に設けられて
おり、吸着台１１はＺ軸移動台１３によって上下方向に
移動自在となっている。

【００２７】集光ミラー１５に組み付けられた露光光源
である水銀ランプ１６から放射されかつ波長λが３６５
ｎｍの光（ｉ線）が、平面反射ミラー１７および他の平
面反射ミラー１８を介して、ケラー(Koehler) 照明を形
成するためのコンデンサレンズ１９に照射される。コン
デンサレンズ１９を透過した光は、縮小投影レンズ２１
を介して半導体ウェハ１０の上に照射される。

【００２８】２つの平面反射ミラー１７，１８の間に
は、シャッタ２２とフライアイレンズ２３とが配置され
ており、フライアイレンズ２３を通過した光は、アパー
チャ２４によってコヒーレンスファクタつまりパーシャ
ルコヒーレンシー（σ値）が調整され、バンドパスフィ
ルタ２５によってｉ線以外の照明光がカットされる。レ
チクルつまりフォトマスク２６はマスクホルダ２７によ
り保持されるようになっており、このマスクホルダ２７
はＺ軸方向に微調整可能となっている。フォトマスク２
６の領域のうち、半導体ウェハ１０に転写される範囲は
マスクブラインド２８により設定される。

【００２９】このような縮小投影露光装置において水銀
ランプ１６（光源）からの単色露光光の波長をλとし、
投影レンズ２１の開口数をＮＡとした場合には、解像度
ＲはＲ＝0.6 λ／ＮＡで与えられ、焦点深度つまり焦点
位置の許容範囲ＤＯＦは、ＤＯＦ＝±0.5 λ／ＮＡ² で
与えられる。

【００３０】また、前記縮小投影露光装置には、半導体
ウェハ１０のアライメントを行うアライメント系１４が
取り付けられ、このアライメント系１４は、その光学系
でありかつ半導体ウェハ１０の位置検出を行う検出光学
系１４ａと、その出力を行うＴＶモニタ１４ｂと、その
照明系である検出用照明１４ｃとからなる。

【００３１】図２（ａ）は、半導体ウェハ１０上に形成
された回路または配線などを構成するラインパターン
と、それぞれのラインパターンに隣り合うスペースパタ
ーンと、前記ラインパターン上に形成されたコンタクト
ホールなどのホールパターンとを示す模式図である。こ
の設計パターンは、線状のパターンつまり0.２５μｍ幅
のラインパターン３１と線状でかつ最小幅0.２５μｍの
スペースパターン３２とが隣接し合って繰り返し形成さ
れたＬ＆Ｓパターンとも呼ばれる繰り返しパターンであ
り、このラインパターン３１上に0.３μｍ×0.３μｍの
四角形のホールパターン３３が形成されている。

【００３２】図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面を
示す図であり、シリコン基板である半導体ウェハ１０上
に絶縁膜であるＳｉＯ₂ 膜３４が形成され、そこに、ア
ルミニウムなどからなるラインパターン３１とホールパ
ターン３３、さらには、スペースパターン３２が形成さ
れている。

【００３３】図３（ａ）は、本実施の形態のフォトマス
ク３５であり、図２に示すホールパターン３３を形成す
る際の露光処理時に用いるものである。

【００３４】ここで、本実施の形態によるホールパター
ン３３形成用のフォトマスク３５は、半導体ウェハ１０
に転写されるマスクパターンが形成されたものであり、
透過する光に２種類の位相差を与えるとともに、３種類
の透過率によって透過させる前記マスクパターンを有し
ている。

【００３５】すなわち、フォトマスク３５は、半導体ウ
ェハ１０に転写されるホールパターン３３に対応しかつ
最大透過率を有するマスクホールパターン３６（マスク
パターン）と、このマスクホールパターン３６の周囲に
形成されかつマスクホールパターン３６に対して１８０
度±６０度の位相差を有する中間透過率パターン３７
（マスクパターン）と、この中間透過率パターン３７の
周囲に形成された最小透過率パターン３８（マスクパタ
ーン）とを有している。

【００３６】さらに、フォトマスク３５においては、前
記位相差が中間透過率パターン３７による位相シフトに
よって与えられるものであり、したがって、フォトマス
ク３５は、マルチトーンの位相シフトマスクである。

【００３７】図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を
示す図であり、フォトマスク３５には、石英ガラス３６
ａ上に、位相シフトでありかつ周辺パターンである中間
透過率パターン３７によって囲まれてマスクホールパタ
ーン３６が形成され、さらに、中間透過率パターン３７
上に遮光膜でありかつＣｒなどからなる最外周辺パター
ンである最小透過率パターン３８が形成されている。

【００３８】なお、フォトマスク３５に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス３６ａから
なる最大透過率のマスクホールパターン３６は、９０〜
１００％、マスクホールパターン３６の周辺に形成され
た位相シフト膜である中間透過率パターン３７は、３〜
９０％でかつ位相差が１８０±６０度、クロムからなる
最外周辺パターンである最小透過率パターン３８は、３
％以下である。

【００３９】ここで、図４および図５に示す断面図は、
本実施の形態のフォトマスク３５に対する比較例１およ
び比較例２のフォトマスク４１（比較例１）、フォトマ
スク４２（比較例２）である。

【００４０】図４に示す比較例１のフォトマスク４１に
は、石英ガラス４６ａ上に、遮光膜でありかつＣｒなど
からなる周辺パターンである最小透過率パターン４８に
よって囲まれてマスクホールパターン４６が形成されて
いる。

【００４１】なお、フォトマスク４１に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス４６ａから
なる最大透過率のマスクホールパターン４６は、９０〜
１００％、クロムからなる周辺パターンである最小透過
率パターン４８は、３％以下である。

【００４２】図５に示す比較例２のフォトマスク４２に
は、石英ガラス４６ａ上に、位相シフトでありかつ周辺
パターンである中間透過率パターン４７によって囲まれ
てマスクホールパターン４６が形成されている。

【００４３】なお、フォトマスク４２に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス４６ａから
なる最大透過率のマスクホールパターン４６は、９０〜
１００％、マスクホールパターン４６の周辺に形成され
た位相シフト膜である中間透過率パターン４７は、３〜
１０％でかつ位相差が１８０±６０度である。

【００４４】図８（ａ）は、半導体ウェハ１０上に形成
された回路または配線などを構成するラインパターン
と、それぞれのラインパターンに隣り合うスペースパタ
ーンととを示す模式図である。この設計パターンは、線
状のパターンつまり0.２５μｍ幅のラインパターン５１
と線状でかつ最小幅0.２５μｍのスペースパターン５２
とが隣接し合って繰り返し形成されたＬ＆Ｓパターンと
も呼ばれる繰り返しパターンである。

【００４５】図８（ｂ) は、図８（ａ）のＣ−Ｃ断面を
示す図であり、さらに、図８（ｃ)は、図８（ａ）のＤ
−Ｄ断面を示す図であり、図８（ｂ),（ｃ）において
は、シリコン基板である半導体ウェハ１０上に配線でか
つアルミニウムなどからなるラインパターン５１と、ス
ペースパターン５２とからなる繰り返しパターンが形成
されている。

【００４６】図９（ａ）は、本実施の形態のフォトマス
ク５５であり、図８に示すラインパターン５１およびス
ペースパターン５２などの繰り返しパターンを形成する
際の露光処理時に用いるものである。

【００４７】ここで、本実施の形態の前記繰り返しパタ
ーン形成用のフォトマスク５５は、半導体ウェハ１０に
転写されるマスクパターンが形成されたものであり、前
記ホールパターン３３の場合と同様に、透過する光に２
種類の位相差を与えるとともに、３種類の透過率によっ
て透過させる前記マスクパターンを有している。

【００４８】すなわち、フォトマスク５５は、半導体ウ
ェハ１０に転写されるスペースパターン５２に対応した
最小透過率パターンであるマスクスペースパターン５６
と、半導体ウェハ１０に転写されるラインパターン５１
に対応するとともにマスクスペースパターン５６を挟ん
で隣接して配置されかつそれぞれ相対的に１８０度±６
０度の位相差を有した最大透過率パターンであるマスク
ラインパターン５８ａと、マスクラインパターン５８の
内方においてこれに囲まれて形成された中間透過率パタ
ーン５７とを有している。

【００４９】さらに、フォトマスク５５においては、フ
ォトマスク３５の場合と同様に、前記位相差がマスクラ
インパターン５８ａによる位相シフトによって与えられ
るものであり、したがって、フォトマスク５５もマルチ
トーンの位相シフトマスクである。

【００５０】図９（ｂ）は、図９（ａ）のＥ−Ｅ断面を
示す図であり、フォトマスク５５の石英ガラス５６ａ上
には、半透過膜である中間透過率パターン５７と、その
両側に設けられたマスクラインパターン５８と、その両
側に設けられたマスクスペースパターン５６と、さら
に、その両側に石英ガラス５６ａの厚さを薄くして設け
られた位相シフトであるマスクラインパターン５８ａと
が形成されている。

【００５１】なお、フォトマスク５５に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス５６ａから
なる最大透過率のマスクラインパターン５８，５８ａ
は、９０〜１００％でかつ隣接するマスクラインパター
ン５８との位相差が１８０±６０度、クロムからなる最
小透過率パターンであるマスクスペースパターン５６
は、３％以下、中間透過率パターン５７（半透過膜）
は、３０〜７０％である。

【００５２】さらに、半導体ウェハ１０に露光処理を行
う際に半導体ウェハ１０上に形成するレジスト膜とし
て、ネガ型のレジスト膜を使用する。

【００５３】ここで、図１０および図１１に示す断面図
は、本実施の形態のフォトマスク５５に対する比較例３
および比較例４のフォトマスク６１（比較例３）、フォ
トマスク６２（比較例４）である。

【００５４】図１０に示す比較例３のフォトマスク６１
には、石英ガラス６６ａからなるマスクスペースパター
ン６６と、遮光膜でありかつＣｒなどからなるマスクラ
インパターン６８とが形成されている。

【００５５】なお、フォトマスク６１に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス６６ａから
なる最大透過率のマスクスペースパターン６６は、９０
〜１００％であり、かつ、クロムからなるマスクライン
パターン６８は、３％以下であるとともに、露光処理の
際のレジスト膜として、ポジ型のレジスト膜を使用す
る。

【００５６】図１１に示す比較例４のフォトマスク６２
には、石英ガラス６６ａからなるマスクラインパターン
６８と、石英ガラス６６ａの厚さを薄くして設けられた
位相シフトであるマスクラインパターン６８ａと、クロ
ムからなるマスクスペースパターン６６とが形成されて
いる。

【００５７】なお、フォトマスク６２に形成された各々
のパターンの透過率は、例えば、石英ガラス６６ａから
なる最大透過率のマスクラインパターン６８，６８ａ
は、９０〜１００％でかつ隣接するマスクラインパター
ン６８との位相差が１８０±６０度、マスクスペースパ
ターン６６の透過率は、３％以下である。

【００５８】さらに、露光処理の際のレジスト膜として
は、ネガ型のレジスト膜を使用する。

【００５９】また、図１３に示す断面図は、図９（ａ）
のフォトマスク５５のＦ−Ｆ断面を示す図である。

【００６０】図１３に示すフォトマスク５５には、石英
ガラス５６ａからなるマスクラインパターン５８と、石
英ガラス５６ａの厚さを薄くして設けられた位相シフト
であるマスクラインパターン５８ａと、クロムからなる
マスクスペースパターン５６とが形成されている。

【００６１】なお、図１３に示すフォトマスク５５に形
成された各々のパターンの透過率は、例えば、石英ガラ
ス５６ａからなる最大透過率のマスクラインパターン５
８，５８ａは、９０〜１００％でかつ隣接するマスクラ
インパターン５８との位相差が１８０±６０度、クロム
からなるマスクスペースパターン５６の透過率は、３％
以下である。

【００６２】さらに、露光処理の際のレジスト膜として
は、ネガ型のレジスト膜を使用する。

【００６３】ここで、図３（ａ),（ｂ）に示す本実施の
形態のホールパターン３３形成用のフォトマスク３５に
よって得られる作用効果を、比較例１（図４参照）およ
び比較例２（図５参照）と比較しながら、また、図９
（ａ),（ｂ）に示す本実施の形態の繰り返しパターン形
成用のフォトマスク５５によって得られる作用効果を、
比較例３（図１０参照）および比較例４（図１１参照）
と比較しながら、それぞれ説明する。

【００６４】まず、フォトマスク３５によって得られる
作用効果について説明する。

【００６５】図７は、図６に示すＮＡ値およびσ値の焦
点深度依存性説明図に基づいて、比較例１のフォトマス
ク４１（図４参照）、比較例２のフォトマスク４２（図
５参照）および本実施の形態のフォトマスク３５（図３
参照）をそれぞれ用いた場合の瞳面２０（図１参照）に
おける投影像の光強度分布を計算したものであり、図７
（ａ）はベストフォーカス、図７（ｂ）は0.６μｍフォ
ーカスを示したものである。

【００６６】なお、図７の光強度分布を計算する際の計
算条件として、波長を３６５ｎｍ、投影レンズの開口数
をＮＡ＝0.５５、パーシャルコヒーレンシーをσ＝0.４
として計算している。

【００６７】図７（ａ),（ｂ）において、曲線“ａ”
は、図４に示すフォトマスク４１を用いた場合の光強度
分布であり、ベストフォーカスと0.６μｍフォーカスと
の両者において十分な光強度が得られないことがわか
る。なお、マスクホールパターン４６の寸法（ホールパ
ターンマスク寸法）は、0.３μｍ×0.３μｍの四角形
（以降、□と記載する）で、マスクホールパターン４６
の透過率を１００％、周辺パターンである最小透過率パ
ターン４８の透過率を０％として計算したものである。

【００６８】そこで、マスクホールパターン４６の寸法
を大きくすると、光強度は大きくなるが、投影像の寸法
も大きくなり、その結果、□0.３μｍ以下のマスクホー
ルパターン４６を投影することは困難である。

【００６９】また、図７（ａ),（ｂ）における曲線
“ｂ”は、図５に示すフォトマスク４２を用いた場合の
光強度分布であり、ベストフォーカスと0.６μｍフォー
カスとの両者において十分な光強度が得られることがわ
かる。なお、マスクホールパターン４６の寸法（ホール
パターンマスク寸法）を□0.４μｍ、マスクホールパタ
ーン４６の透過率を１００％、周辺パターンである中間
透過率パターン４７の透過率を５％かつその位相差を１
８０度として計算したものである。

【００７０】この場合、マスクホールパターン４６以外
の周辺部分で１０〜５０％の光が通過し、ポジ型のレジ
スト膜を用いた際に、膜減り（形成した膜の角部が除去
される現象）を引き起こす。特に、隣接するマスクホー
ルパターン４６が接近した場合や、ステップアンドリピ
ート露光でのスクライブライン付近の重複部分では、通
過した光が重複しあって大きな膜減りを引き起こす。こ
のような理由から、中間透過率パターン４７の透過率の
実用範囲は５％程度に制限される。

【００７１】また、図７（ａ),（ｂ）における曲線
“ｃ”は、図３（ａ),（ｂ）に示すフォトマスク３５を
用いた場合の光強度分布であり、ベストフォーカスと0.
６μｍフォーカスとの両者において十分な光強度が得ら
れることがわかる。なお、マスクホールパターン３６の
寸法（ホールパターンマスク寸法）を□0.４μｍ、マス
クホールパターン３６の透過率を１００％、周辺パター
ンである中間透過率パターン３７の寸法を□1.１μｍ、
その透過率を５％かつその位相差を１８０度、最外周辺
パターンの最小透過率パターン３８の透過率を０％とし
て計算したものである。

【００７２】この場合、マスクホールパターン３６以外
の周辺部分での光の通過が減少し、ポジ型のレジスト膜
を用いることにより、前記膜減りを防止できる。

【００７３】ここで、前記計算例においては、周辺パタ
ーンが□1.１μｍ、その透過率が５％でかつ位相差を１
８０度としているが、マスクホールパターン３６以外の
周辺部分での光の通過が減少するため、周辺パターンで
ある中間透過率パターン３７の透過率を大きくすること
ができる。

【００７４】これによって、位相シフトの効果をさらに
大きくすることが可能になる。

【００７５】続いて、フォトマスク５５によって得られ
る作用効果について説明する。

【００７６】図１４は、図６に示すＮＡ値およびσ値の
焦点深度依存性説明図に基づいて、図１３に示すフォト
マスク５５を用いた場合の瞳面２０（図１参照）におけ
る投影像の光強度分布を計算したものであり、図１４
（ａ）はベストフォーカス、図１４（ｂ）は0.６μｍフ
ォーカスを示したものである。

【００７７】なお、図１４の光強度分布を計算する際の
計算条件として、波長を３６５ｎｍ、投影レンズの開口
数をＮＡ＝0.５５、パーシャルコヒーレンシーをσ＝0.
４として計算している。

【００７８】その結果、図１４のベストフォーカスと0.
６μｍフォーカスとの両者において、十分な光強度のコ
ントラストが得られることがわかる。なお、ラインパタ
ーン５１の幅は、0.２５μｍで、マスクラインパターン
５８，５８ａの透過率が１００％、かつ隣接するマスク
ラインパターン５８の位相差を１８０度、周辺パターン
であるマスクスペースパターン５６の透過率を０％とし
て計算している。

【００７９】これにより、図８（ａ）に示すＤ−Ｄ断面
の様な均一な繰り返しパターンの場合には、図１３に示
すフォトマスク５５で実用上の問題点は発生しない。

【００８０】次に、図１２は、図６に示すＮＡ値および
σ値の焦点深度依存性説明図に基づいて、比較例３のフ
ォトマスク６１（図１０参照）、比較例４のフォトマス
ク６２（図１１参照）および本実施の形態のフォトマス
ク５５（図９参照）をそれぞれ用いた場合の投影像の光
強度分布を計算したものであり、図１２（ａ）はベスト
フォーカス、図１２（ｂ）は0.６μｍフォーカスを示し
たものである。

【００８１】なお、図１２の光強度分布を計算する際の
計算条件として、波長を３６５ｎｍ、投影レンズの開口
数をＮＡ＝0.５５、パーシャルコヒーレンシーをσ＝0.
４として計算している。

【００８２】図１２（ａ),（ｂ）において、曲線“ａ”
は、図１０に示すフォトマスク６１を用いた場合の光強
度分布であり、ベストフォーカスと0.６μｍフォーカス
との両者において十分な光強度のコントラストが得られ
ないことがわかる。なお、ラインパターン５１は、0.２
５μｍと0.５μｍの繰り返しであり、配線パターンであ
るマスクラインパターン６８の透過率を０％、周辺パタ
ーンであるマスクスペースパターン６６の透過率を１０
０％として計算したものである。

【００８３】また、図１２（ａ),（ｂ）における曲線
“ｂ”は、図１１に示すフォトマスク６２を用いた場合
の光強度分布であり、ベストフォーカスと0.６μｍフォ
ーカスとの両者において十分な光強度のコントラストが
得られるが、0.２５μｍと0.５μｍとのパターンの光強
度のバランスが悪いことがわかる。

【００８４】さらに、光強度の谷の部分における強度が
強くなっていることがわかる。これは、露光処理におい
てネガ型のレジスト膜を用いた場合には、配線のショー
トが発生し易いことを示している。すなわち、図８
（ａ）に示す断面Ｃ−Ｃ（一般的にはドックボーンと呼
ぶ）において配線のショートが発生し易いという問題が
ある。

【００８５】なお、ラインパターン５１は、0.２５μｍ
と0.５μｍとの繰り返しであり、配線パターンであるマ
スクラインパターン６８，６８ａの透過率を１００％、
かつ隣接するマスクラインパターン６８の位相差を１８
０度、周辺パターンであるマスクスペースパターン６６
の透過率を０％として計算したものである。

【００８６】また、図１２（ａ),（ｂ）における曲線
“ｃ”は、図９（ａ),（ｂ）に示すフォトマスク５５を
用いた場合の光強度分布であり、ベストフォーカスと0.
６μｍフォーカスとの両者において十分な光強度のコン
トラストが得られる。さらに、0.２５μｍと0.５μｍと
のパターンの光強度のバランスについても良好であるこ
とがわかる。

【００８７】さらに、光強度の谷の部分における強度に
ついても、フォトマスク６２の場合より光強度が弱くな
っている。これは、露光処理においてネガ型のレジスト
膜を用いた場合、配線のショートが発生しにくいことを
示している。すなわち、図８（ａ）に示す断面Ｃ−Ｃに
おける配線のショートの発生を防止できる。

【００８８】なお、ラインパターン５１は、0.２５μｍ
と0.５μｍとの繰り返しであり、配線パターンであるマ
スクラインパターン５８，５８ａの透過率を１００％、
かつ隣接するマスクラインパターン５８の位相差を１８
０度、半透過膜である中間透過率パターン５７の透過率
を５０％、周辺パターンであるマスクスペースパターン
５６の透過率を０％として計算したものである。

【００８９】その結果、図９（ａ),（ｂ）に示すフォト
マスク５５を用いることにより、ｉ線、ＮＡ＝0.５５の
条件で0.２５μｍ幅のパターンの解像度の向上を図るこ
とができる。

【００９０】すなわち、フォトマスク３５，５５に形成
されたマスクパターンが、透過する光に２種類の位相差
を与えるとともに、３種類の透過率によって前記光を透
過させることにより、半導体ウェハ１０上において、転
写したパターンへの隣接パターンの影響を低減でき、こ
れにより、前記転写したパターンの周辺部における漏れ
光の光強度を弱くすることができる。

【００９１】これにより、位相シフトマスクを用いた際
に発生する副作用を防止することができ、その結果、ホ
ールパターン３３や、ラインパターン３１，５１とスペ
ースパターン３２，５２との繰り返しパターンにおいて
もその解像度の向上を図ることができる。

【００９２】また、副作用を防止しつつ位相シフトマス
クを用いるため、投影露光の際の焦点深度を向上でき
る。

【００９３】さらに、解像度および焦点深度の向上を図
れるため、パターン寸法の変動誤差を低減できる。

【００９４】本実施の形態によるフォトマスクの製造方
法について説明する。

【００９５】なお、前記フォトマスクの製造方法は、半
導体ウェハ１０にマスクパターンを転写する際、透過す
る光に２種類の位相差を与えるとともに、３種類の透過
率によって透過させるマスクパターンを有したフォトマ
スクの製造方法である。

【００９６】図１５を用いて、ホールパターン３３形成
用の図３に示すフォトマスク３５の製造方法について説
明する。

【００９７】まず、合成石英ガラス板の表面を研摩し、
さらに、洗浄して透明のマスク基板を作製する。

【００９８】続いて、図１５（ａ）に示すように、この
マスク基板の主面上の全面に、位相シフト３〜９０％の
透過膜７０を形成し、さらに、透過膜７０の上に、遮光
膜である金属不透明膜、例えば、クロム膜７１をスパッ
タリングなどによって堆積する。

【００９９】その後、図３に示す最小透過率パターン３
８を形成するために、クロム膜７１上の全面に感電子レ
ジスト膜７２をスピンコート法などによって塗布する。

【０１００】なお、感電子レジスト膜７２として、ポジ
型のものを使用した場合について説明する。

【０１０１】続いて、その感電子レジスト膜７２を、例
えば、電子線露光装置による直接描画法によって露光
し、クロム膜７１上の感電子レジスト膜７２に最小透過
率パターン３８に対応したパターンを転写する。

【０１０２】その後、図１５（ｂ）に示すように、感電
子レジスト膜７２の露光部分を所定の現像液によって除
去し、さらに、図１５（ｃ）に示すように、残された感
電子レジスト膜７２をエッチングマスクとしてクロム膜
７１をウエットエッチング法などによってエッチングす
る。

【０１０３】続いて、エッチングマスクとして使用した
感電子レジスト膜７２を除去することにより、最小透過
率パターン３８が前記マスク基板の上に形成される。

【０１０４】次いで、中間透過率パターン３７によって
囲まれてなるマスクホールパターン３６を形成するため
に、クロム膜７１および透過膜７０の上に、再度、感電
子レジスト膜７２を塗布する。

【０１０５】続いて、その感電子レジスト膜７２を、例
えば、電子線露光装置による直接描画法によって露光
し、感電子レジスト膜７２にホールパターン３３に対応
したパターンを転写する。

【０１０６】その後、図１５（ｄ）に示すように、感電
子レジスト膜７２の露光部分を所定の現像液によって除
去し、残された感電子レジスト膜７２をエッチングマス
クとして位相シフトである透過膜７０をウエットエッチ
ング法などによってエッチングする。

【０１０７】さらに、図１５（ｅ）に示すように、エッ
チングマスクとして使用した感電子レジスト膜７２を除
去することにより、透過膜７０にマスクホールパターン
３６が形成される。

【０１０８】これにより、図３に示すフォトマスク３５
を形成できる。

【０１０９】なお、遮光膜である金属不透明膜として
は、クロム以外に、モリブデン（Ｍｏ）あるいはチタン
（Ｔｉ）、またはタングステンなどの他の金属を使用す
るようにしても良い。

【０１１０】次に、図１６を用いて、図８に示すライン
パターン５１とスペースパターン５２とからなる繰り返
しパターン形成用の図９に示すフォトマスク５５の製造
方法について説明する。

【０１１１】まず、合成石英ガラス板の表面を研摩し、
さらに、洗浄して透明のマスク基板を作製する。

【０１１２】続いて、図１６（ａ）に示すように、この
マスク基板の主面上の全面に、遮光膜である金属不透明
膜、例えば、クロム膜７１をスパッタリングなどによっ
て堆積する。

【０１１３】その後、図８に示すラインパターン５１を
形成するために、クロム膜７１上の全面に感電子レジス
ト膜７２をスピンコート法などによって塗布する。

【０１１４】なお、感電子レジスト膜７２として、ネガ
型のものを使用する。

【０１１５】続いて、その感電子レジスト膜７２を、例
えば、電子線露光装置による直接描画法によって露光
し、クロム膜７１上の感電子レジスト膜７２にラインパ
ターン５１に対応したパターンを転写する。

【０１１６】その後、図１６（ｂ）に示すように、感電
子レジスト膜７２の露光部分を所定の現像液によって除
去し、さらに、図１６（ｃ）に示すように、残された感
電子レジスト膜７２をエッチングマスクとしてクロム膜
７１をウエットエッチング法などによってエッチングす
る。

【０１１７】続いて、エッチングマスクとして使用した
感電子レジスト膜７２を除去することにより、マスクラ
インパターン５８が前記マスク基板の上に形成される。

【０１１８】その後、前記マスク基板上の0.２５μｍ露
光用のマスクラインパターン５８ａに対応した箇所を露
出させて、クロム膜７１上の所定箇所に、再び、感電子
レジスト膜７２を塗布する。

【０１１９】さらに、同様の方法、すなわち、電子線露
光装置による直接描画法によって露光した後、エッチン
グを行って、図１６（ｄ）に示すように、所定形状の感
電子レジスト膜７２を形成する。

【０１２０】その後、図１６（ｅ）に示すように、感電
子レジスト膜７２をエッチングマスクとして前記マスク
基板の0.２５μｍ露光用のマスクラインパターン５８ａ
に対応した箇所を所定深さだけエッチングする。

【０１２１】これにより、前記マスク基板に透過率が９
０〜１００％の位相シフト（マスクラインパターン５８
ａのこと）を形成する。

【０１２２】次いで、図９に示す中間透過率パターン５
７を形成するために、前記マスク基板上に、再度、感電
子レジスト膜７２を塗布する。

【０１２３】続いて、その感電子レジスト膜７２を、例
えば、電子線露光装置による直接描画法によって露光
し、感電子レジスト膜７２に中間透過率パターン５７に
対応したパターンを転写する。

【０１２４】その後、図１６（ｆ）に示すように、感電
子レジスト膜７２の露光部分を所定の現像液によって除
去し、さらに、図１６（ｇ）に示すように、感電子レジ
スト膜７２および前記マスク基板上に中間透過率パター
ン５７を形成するための半透過膜である中間透過膜７３
を蒸着あるいはスパッタによって形成する。

【０１２５】続いて、図１６（ｈ）に示すように、感電
子レジスト膜７２と不要な中間透過膜７３とを除去す
る。

【０１２６】これにより、図９に示すような、透過する
光に２種類の位相差（隣接するマスクラインパターン５
８，５８ａの位相差が１８０度）を与えるとともに、そ
の光を３種類の透過率によって透過させるパターンを有
したフォトマスク５５を製造できる。

【０１２７】次に、本実施の形態による半導体装置の製
造方法について説明する。

【０１２８】ここでは、前記半導体装置の製造工程のう
ち、フォトマスク３５を用いて前記半導体装置の要部と
なる半導体ウェハ１０上に塗布されたレジスト膜にホー
ルパターン３３を転写し、レジスト膜下に設けられてい
る絶縁膜にパターンを形成するフォトエッチング工程に
ついて、図１７を参照して説明する。

【０１２９】前記フォトエッチング工程は、半導体ウェ
ハ１０上にレジスト膜パターンを形成するフォトリソグ
ラフィ工程と、レジスト膜パターンをマスクにして絶縁
膜をエッチングするエッチング工程と、レジスト膜パタ
ーンを除去するレジスト膜除去工程とに分類される。

【０１３０】まず、透過する光（露光光）に２種類の位
相差を与えるとともにその光を３種類の透過率によって
透過させるマスクパターンを有したフォトマスク３５、
具体的には、図３に示すような、半導体ウェハ１０に転
写されるホールパターン３３に対応しかつ最大透過率を
有するマスクホールパターン３６と、このマスクホール
パターン３６の周囲に形成されかつマスクホールパター
ン３６に対して１８０度±６０度の位相差を有する中間
透過率パターン３７と、この中間透過率パターン３７の
周囲に形成された最小透過率パターン３８とを有したフ
ォトマスク３５を準備する。

【０１３１】続いて、半導体ウェハ１０の表面の異物を
除去し、現像後のレジスト膜パターンの半導体ウェハ１
０への接着性を増強させるために、レジスト塗布前処理
８１を行う。

【０１３２】その後、半導体ウェハ１０の表面にレジス
ト膜を形成するレジスト塗布８２を行う。

【０１３３】すなわち、レジスト塗布前処理８１が終了
した後の半導体ウェハ１０に回転塗布法によって所定の
厚みのレジスト膜を均一に塗布する。この際、レジスト
材料としては、高解像度が得られることから、ポジ型の
紫外線レジストを用いる。

【０１３４】続いて、塗布直後のレジスト膜に多く含ま
れている残留溶剤を揮発させて、感光時の光化学反応を
安定させるために、ホットプレートを用いて半導体ウェ
ハ１０をベークするプリベーク８３を行う。

【０１３５】その後、前記レジスト膜が形成された半導
体ウェハ１０を、図１に示した露光装置である縮小投影
露光装置の吸着台１１の上に配置するウェハ配置８４を
行う。

【０１３６】さらに、フォトマスク３５を前記縮小投影
露光装置のマスクホルダ２７に配置するフォトマスク配
置８５を行う。

【０１３７】その後、前記縮小投影露光装置によって、
半導体ウェハ１０に形成された前記レジスト膜にマスク
パターンであるホールパターン３３を転写する露光８６
を行う。

【０１３８】具体的には、半導体ウェハ１０およびフォ
トマスク３５が所定の位置に正確に位置決めされた状態
で、光源である水銀ランプ１６から波長が３６５ｎｍの
紫外線（ｉ線）を一定時間露光してホールパターン３３
を半導体ウェハ１０上に転写する。

【０１３９】このときの露光方式としては、ステップ＆
リピート式が用いられており、この方式ではステージ側
の移動と停止とが繰り返され、停止中にスキャンして描
画される。また、露光方式としてはステップ＆スキャン
方式としても良い。

【０１４０】なお、前記縮小投影露光装置に使用される
光（露光光）としては、λ（波長）＝２４８ｎｍのＫｒ
Ｆエキシマレーザー、あるいはλ＝１９３ｎｍのＡｒＦ
エキシマレーザーを使用しても良く、さらにはＸ線を使
用するようにしても良い。

【０１４１】このようにしてフォトマスク３５のホール
パターン３３が転写された半導体ウェハ１０の上には、
現像８７の工程において現像液が滴下されてレジスト膜
のパターンが形成される。

【０１４２】その後、エッチング処理８８工程において
レジスト膜パターンをマスクにして絶縁膜がエッチング
される。

【０１４３】これによって、半導体ウェハ１０上に、図
２に示すような、ホールパターン３３が形成される。

【０１４４】なお、半導体ウェハ１０上に、図８に示す
ような、ラインパターン５１とスペースパターン５２と
の繰り返しパターンを形成する際には、図９に示すよう
なフォトマスク５５を用いて、ホールパターン３３の場
合と同様の方法で露光８６を行う。

【０１４５】つまり、半導体ウェハ１０に転写されるス
ペースパターン５２に対応した最小透過率パターンであ
るマスクスペースパターン５６と、半導体ウェハ１０に
転写されるラインパターン５１に対応するとともにマス
クスペースパターン５６を挟んで隣接して配置されかつ
それぞれ相対的に１８０度±６０度の位相差を有した最
大透過率パターンであるマスクラインパターン５８と、
マスクラインパターン５８の内方においてこれに囲まれ
て形成された中間透過率パターン５７とを有したフォト
マスク５５を用いて露光８６を行う。

【０１４６】その際、半導体ウェハ１０上に塗布するレ
ジスト膜として、ネガ型のレジスト膜を塗布する。

【０１４７】これによって、半導体ウェハ１０上に、図
８に示すようなラインパターン５１とスペースパターン
５２との繰り返しパターンを形成できる。

【０１４８】なお、本実施の形態の半導体装置の製造方
法は、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory) など
のメモリーを始め種々の超ＬＳＩ（Large Scale Integr
ation)などの半導体装置の製造に用いて好適である。

【０１４９】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。

【０１５０】例えば、前記実施の形態における縮小投影
露光装置の縮小率は、５：１や１０：１などであり、そ
の縮小率は、特に限定されるものではなく、等倍で転写
することも可能である。

【０１５１】さらに、前記実施の形態で説明した各々の
フォトマスクのパターンにおける種々の透過率は、前記
実施の形態で説明した範囲内であれば、特に限定される
ものではない。

【０１５２】また、本実施の形態においては、透過する
光（露光光）に２種類の位相差を与えるとともに３種類
の透過率によって前記光を透過させるマスクパターンを
有したフォトマスクの場合について説明したが、前記フ
ォトマスクにおける位相差の種類は、２種類に限定され
るものではなく、２種類以上であればよい。

【０１５３】さらに、前記透過率についても３種類に限
定されるものではなく、３種類以上であればよい。

【０１５４】その際、３種類以上の透過率の透過膜を形
成するにあたっても、その堆積順序は、特に限定される
ものではない。

【０１５５】例えば、ハーフトーン膜である中間透過膜
（半透過膜）を遮光膜上に形成してもよく、また、遮光
膜上に位相シフトを形成し、その上に半透過膜を形成し
てもよく、あるいは、半透過膜の上に位相シフトを形成
してもよい。

【０１５６】さらに、位相シフトを形成する際には、前
記実施の形態においては、石英ガラスの基板の厚さを薄
くして形成する場合を説明したが、その反対に、石英ガ
ラスの基板の厚さを厚くして形成することも可能であ
る。

【０１５７】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【０１５８】（１）．フォトマスクに形成されたマスク
パターンが、透過する露光光に少なくとも２種類の位相
差を与えるとともに、少なくとも３種類の透過率によっ
て露光光を透過させることにより、半導体ウェハ上にお
いて、転写したパターンへの隣接パターンの影響を低減
できる。これにより、位相シフトマスクを用いた際に発
生する副作用を防止することができ、その結果、ホール
パターンや繰り返しパターンにおいてもその解像度の向
上を図ることができる（0.２５μｍ幅のパターンの解像
が可能になる）。

【０１５９】（２）．前記（１）により、副作用を防止
しつつ位相シフトマスクを用いるため、投影露光の際の
焦点深度を向上できる。

【０１６０】（３）．前記（１）により、解像度および
焦点深度の向上を図れるため、パターン寸法の変動誤差
を低減できる。

【０１６１】（４）．本発明のフォトマスクを用いて半
導体装置を製造することにより、半導体集積回路の高集
積化および歩留りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法の露光工程で使
用される縮小投影露光装置の構造の実施の形態の一例を
示す構成概要図である。

【図２】（ａ),（ｂ) は本発明のフォトマスクにより露
光されて形成された半導体ウェハ上のコンタクトホール
の構造の実施の形態の一例を示す図であり、（ａ）は部
分平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す部分断面
図である。

【図３】（ａ),（ｂ) は本発明のフォトマスク（ホール
パターン形成用）の構造の実施の形態の一例を示す図で
あり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を
示す断面図である。

【図４】図３に示すフォトマスクに対する比較例１によ
るフォトマスクの構造を示す断面図である。

【図５】図３に示すフォトマスクに対する比較例２によ
るフォトマスクの構造を示す断面図である。

【図６】本発明のフォトマスクを用いて露光を行った際
の解像度を算出するためのＮＡ値およびσ値の依存性の
一例を示す焦点深度依存性説明図である。

【図７】（ａ),（ｂ) は図３に示すフォトマスクを用い
て露光を行った際のホールパターンの光強度の一例を示
す図であり、（ａ）はベストフォーカスの場合の投影像
図、（ｂ）は0.6 μｍフォーカスの場合の投影像図であ
る。

【図８】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明のフォトマスクに
より露光されて形成された半導体ウェハ上の配線パター
ン（繰り返しパターン）の構造の実施の形態の一例を示
す図であり、（ａ）は部分平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ
−Ｃ断面を示す部分断面図、（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ断
面を示す部分断面図である。

【図９】（ａ),（ｂ) は本発明のフォトマスク（繰り返
しパターン形成用）の構造の実施の形態の一例を示す図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面
を示す断面図である。

【図１０】図９に示すフォトマスクに対する比較例３に
よるフォトマスクの構造を示す断面図である。

【図１１】図９に示すフォトマスクに対する比較例４に
よるフォトマスクの構造を示す断面図である。

【図１２】（ａ),（ｂ) は図９に示すフォトマスクを用
いて露光を行った際の繰り返しパターンの光強度の一例
を示す図であり、（ａ）はベストフォーカスの場合の投
影像図、（ｂ）は0.6 μｍフォーカスの場合の投影像図
である。

【図１３】図９（ａ) に示すフォトマスクのＦ−Ｆ断面
の構造の一例を示す断面図である。

【図１４】（ａ),（ｂ) は図１３に示すフォトマスクを
用いて露光を行った際の繰り返しパターンの光強度の一
例を示す図であり、（ａ）はベストフォーカスの場合の
投影像図、（ｂ）は0.6 μｍフォーカスの場合の投影像
図である。

【図１５】（ａ),（ｂ),（ｃ),（ｄ),（ｅ）は本発明の
フォトマスク（ホールパターン形成用）の製造手順の実
施の形態の一例を示す断面図である。

【図１６】（ａ),（ｂ),（ｃ),（ｄ),（ｅ）（ｆ),
（ｇ),（ｈ）は本発明のフォトマスク（繰り返しパター
ン形成用）の製造手順の実施の形態の一例を示す断面図
である。

【図１７】本発明の半導体装置の製造方法における製造
手順の実施の形態の一例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 半導体ウェハ １１ 吸着台 １２ ＸＹステージ １２ａ Ｘ軸移動台 １２ｂ Ｙ軸移動台 １３ Ｚ軸移動台 １４ アライメント系 １４ａ 検出光学系 １４ｂ ＴＶモニタ １４ｃ 検出用照明 １５ 集光ミラー １６ 水銀ランプ １７，１８ 平面反射ミラー １９ コンデンサレンズ ２０ 瞳面 ２１ 縮小投影レンズ ２２ シャッタ ２３ フライアイレンズ ２４ アパーチャ ２５ バンドパスフィルタ ２６ フォトマスク ２７ マスクホルダ ２８ マスクブラインド ３１ ラインパターン ３２ スペースパターン ３３ ホールパターン ３４ ＳｉＯ₂ 膜 ３５ フォトマスク ３６ マスクホールパターン（マスクパターン） ３６ａ 石英ガラス ３７ 中間透過率パターン（マスクパターン） ３８ 最小透過率パターン（マスクパターン） ４１，４２ フォトマスク ４６ マスクホールパターン ４６ａ 石英ガラス ４７ 中間透過率パターン ４８ 最小透過率パターン ５１ ラインパターン ５２ スペースパターン ５５ フォトマスク ５６ マスクスペースパターン（最小透過率パターン） ５６ａ 石英ガラス ５７ 中間透過率パターン ５８，５８ａ マスクラインパターン（最大透過率パタ
ーン） ６１，６２ フォトマスク ６６ マスクスペースパターン ６６ａ 石英ガラス ６８，６８ａ マスクラインパターン ７０ 透過膜 ７１ クロム膜 ７２ 感電子レジスト膜 ７３ 中間透過膜 ８１ レジスト塗布前処理 ８２ レジスト塗布 ８３ プリベーク ８４ ウェハ配置 ８５ フォトマスク配置 ８６ 露光 ８７ 現像 ８８ エッチング処理

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 國吉 伸治 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 入来 信行 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 小林 正道 東京都小平市上水本町五丁目20番１号 株 式会社日立製作所半導体事業部内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透過する光に少なくとも２種類の位相差
   を与えるとともに少なくとも３種類の透過率によって透
   過させかつ半導体ウェハに転写されるマスクパターンを
   有したフォトマスクを準備する工程と、 前記半導体ウェハの表面にレジスト膜を形成する工程
   と、 前記レジスト膜が形成された半導体ウェハを前記露光装
   置に配置する工程と、 前記フォトマスクを露光装置に配置する工程と、 前記露光装置によって、前記半導体ウェハに形成された
   前記レジスト膜に前記マスクパターンを転写する露光工
   程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体装置の製造方法で
   あって、前記フォトマスクを準備する際に、前記マスク
   パターンとして、前記半導体ウェハに転写されるホール
   パターンに対応しかつ最大透過率を有するマスクホール
   パターンと、このマスクホールパターンの周囲に形成さ
   れかつ前記マスクホールパターンに対して１８０度±６
   ０度の位相差を有する中間透過率パターンと、この中間
   透過率パターンの周囲に形成された最小透過率パターン
   とを有した前記フォトマスクを準備することを特徴とす
   る半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の半導体装置の製造方法で
   あって、前記フォトマスクを準備する際に、前記マスク
   パターンとして、前記半導体ウェハに転写されるスペー
   スパターンに対応した最小透過率パターンであるマスク
   スペースパターンと、前記半導体ウェハに転写されるラ
   インパターンに対応するとともに前記マスクスペースパ
   ターンを挟んで隣接して配置されかつそれぞれ相対的に
   １８０度±６０度の位相差を有した最大透過率パターン
   であるマスクラインパターンと、前記マスクラインパタ
   ーンの内方においてこれに囲まれて形成された中間透過
   率パターンとを有した前記フォトマスクを準備すること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体装置の製造方法で
   あって、前記レジスト膜がネガ型のレジスト膜であるこ
   とを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 半導体ウェハに転写されるマスクパター
   ンが形成されたフォトマスクであって、透過する光に少
   なくとも２種類の位相差を与えるとともに、少なくとも
   ３種類の透過率によって透過させる前記マスクパターン
   を有していることを特徴とするフォトマスク。
6. 【請求項６】 請求項５記載のフォトマスクであって、
   前記マスクパターンとして、前記半導体ウェハに転写さ
   れるホールパターンに対応しかつ最大透過率を有するマ
   スクホールパターンと、このマスクホールパターンの周
   囲に形成されかつ前記マスクホールパターンに対して１
   ８０度±６０度の位相差を有する中間透過率パターン
   と、この中間透過率パターンの周囲に形成された最小透
   過率パターンとを有していることを特徴とするフォトマ
   スク。
7. 【請求項７】 請求項５記載のフォトマスクであって、
   前記マスクパターンとして、前記半導体ウェハに転写さ
   れるスペースパターンに対応した最小透過率パターンで
   あるマスクスペースパターンと、前記半導体ウェハに転
   写されるラインパターンに対応するとともに前記マスク
   スペースパターンを挟んで隣接して配置されかつそれぞ
   れ相対的に１８０度±６０度の位相差を有した最大透過
   率パターンであるマスクラインパターンと、前記マスク
   ラインパターンの内方においてこれに囲まれて形成され
   た中間透過率パターンとを有していることを特徴とする
   フォトマスク。
8. 【請求項８】 請求項５，６または７記載のフォトマス
   クであって、前記位相差が位相シフトによって与えられ
   ることを特徴とするフォトマスク。
9. 【請求項９】 請求項５，６，７または８記載のフォト
   マスクの製造方法であって、前記半導体ウェハにマスク
   パターンを転写する際、透過する光に少なくとも２種類
   の位相差を与えるとともに、少なくとも３種類の透過率
   によって透過させる前記マスクパターンを有したフォト
   マスクを製造することを特徴とするフォトマスクの製造
   方法。