JPWO2007017947A1

JPWO2007017947A1 - 露光用マスク及びパターン転写方法

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Abstract

原パターンが解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される少なくとも２つの部分パターンに分離された形状のマスクパターンを形成したマスクを準備する。部分パターンを隔てる間隔の幅と、該マスクパターンを転写したときに形成される基板上のパターンの寸法との第１の関係を取得する。基板上に形成すべきパターンの寸法と、第１の関係とから、マスクパターンを構成する部分パターンを相互に隔てる間隔の幅を決定する。決定された間隔の幅に基づいて、マスク上に、少なくとも２つの部分パターンに分離されたマスクパターンを形成する。

Description

本発明は、露光用マスク、その製造方法、パターン転写方法、パターン形成方法、及びＳＲＡＭの製造方法に関し、特に半導体製造プロセスの一つであるフォトリソグラフィ工程で用いられる露光用マスク、その製造方法、パターン転写方法、パターン形成方法、及びＳＲＡＭの製造方法に関する。

近年、半導体デバイスの高速化、高密度化の要求に応えるために、半導体基板上に形成される配線等のパターンの幅がますます細くなってきている。パターンの微細化は、フォトリソグラフィに用いられる露光光の波長を短波長化することにより実現されている。現在、半導体デバイスのパターンルールは１００ｎｍ以下のレベルまで達している。この寸法は、露光光の波長よりも短い。例えば、露光用の光源として用いられるＡｒＦエキシマレーザの波長は１９３ｎｍである。

パターンルールが露光光の波長よりも短いため、回折等による光近接効果の影響が無視できなくなり、光近接効果によるパターンの劣化が顕著になってきている。マスク上のパターンの線幅が同じでも、ウエハ上に転写されたパターンの線幅が、パターンの分布する密度によって異なってしまうという現象が生じていた。

下記の特許文献１に、パターンの分布する密度の相違に起因する線幅のばらつきを補正する技術が開示されている。以下、特許文献１に開示されたマスク上のパターンについて説明する。

遮光パターンが密に配置された領域においては、各遮光パターンの内部にスリットを配置する。遮光パターンが疎の領域においては、各遮光パターンにスリットを配置しない。スリットを光が透過するため、遮光パターンが密の領域と疎の領域とで、光密度を揃えることができる。このように、光密度を揃えることにより、光近接効果によるパターンの劣化を防止することができる。

また、光近接効果により、パターンの先端部分の形状が劣化しやすい。特に線幅が細くなると、直線状パターンの先端が後退してパターンが短くなってしまうショートニングと呼ばれる現象が顕著になる。このような光近接効果によるマスクパターンと転写パターンとの形状の差を補正する方法として、光近接補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）と呼ばれる補正方法が提案されている。ＯＰＣ法では、マスクパターンをウエハ上に転写した際に生じるパターンの変形方向とは逆方向に、予めマスクパターンを部分的に太くしたり、ダミーパターンを配置したりすることにより、転写パターンの寸法や形状の変化を補正する。

下記の特許文献２及び特許文献３に、ＯＰＣ法を用いてショートニングを抑制する技術が開示されている。例えば、細長いマスクパターンの先端が、その中央部分よりも太くなるようにパターンを設計する。この太くされた部分は、ハンマーヘッドと呼ばれる。細長いパターンの先端にハンマーヘッドを形成することにより、ショートニングを抑制することができる。

特開２００５−１０６３５号公報特開２００４−３０２２６３号公報特願２００４−１９６９６３号明細書

ＡｒＦエキシマレーザ、及び位相シフトマスクを用いて、幅９０ｎｍの直線状のパターンを、縮小投影露光により転写する場合について考察する。マスク上に形成されるマスクパターンの寸法は、本明細書において、特に断らない限り、縮小率を考慮したウエハ上における寸法に換算して標記することとする。例えば、縮小率が１／４である場合には、ウエハ上において幅９０ｎｍの直線状パターンに対応するマスクパターンの実寸幅は３６０ｎｍになるが、マスクパターンの幅を、その換算寸法である９０ｎｍと標記する。

本願発明者は、マスクパターンの幅が１ｎｍ変動すると、ウエハ上に転写されるパターンの幅が約４ｎｍ変動することを見出した。すなわち、マスク上のパターンの寸法の変動が約４倍に拡大されてウエハ上に転写されるのである。通常、マスクパターンの寸法は、１ｎｍの刻み幅で設計される。このため、ウエハ上において４ｎｍよりも細かな刻み幅でパターンの寸法を変化させることができない。例えば、線幅９０ｎｍの直線状パターンと、線幅９２ｎｍの直線状パターンとを、同時にウエハ上に転写することができない。

本発明の一目的は、細かな刻み幅で所望の寸法のパターンを転写することが可能な露光用マスクを提供することである。本発明の他の目的は、その露光用マスクの製造方法、及びその露光用マスクを用いたパターンの転写方法を提供することである。

細長いパターンのショートニングを抑制するために、マスクパターンの先端にハンマーヘッドを形成すると、パターンの頂点の数が増加する。例えば、細長い長方形のパターンの両端に、太さが２段階に変化するハンマーヘッドを形成すると、頂点の数が４から２０に増加してしまう。頂点数の増加は、マスクパターンの設計データの増大につながる。

本発明の他の目的は、細長いパターンのショートニングを抑制することができ、かつマスクパターンの設計データの増大を抑制することが可能な露光用マスク、及びそれを用いたパターン転写方法を提供することである。

本発明の一観点によると、（ａ）原パターンが解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される少なくとも２つの部分パターンに分離された形状のマスクパターンを形成し、部分パターンを隔てる間隔の幅と、該マスクパターンを転写したときに形成される基板上のパターンの寸法との第１の関係を取得する工程と、（ｂ）基板上に形成すべきパターンの寸法と、前記第１の関係とから、マスクパターンを構成する部分パターンを相互に隔てる間隔の幅を決定する工程と、（ｃ）前記工程ｂで決定された間隔の幅に基づいて、マスク上に、少なくとも２つの部分パターンに分離されたマスクパターンを形成する工程とを有する露光用マスクの製造方法が提供される。

本発明の他の観点によると、マスク基板と、前記マスク基板に形成されたマスクパターンとを有し、該マスクパターンは、基板上に転写すべきパターンに対応し、解像限界よりも細い間隔を隔てるように相互に分離された少なくとも２つの部分パターンを含む露光用マスクが提供される。

本発明のさらに他の観点によると、（ａ）原パターンを、第１の方向に、解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される少なくとも２つの部分パターンに分離して得られるマスクパターンを持つ露光用マスクを通して、感光膜を露光する工程と、（ｂ）前記感光膜を現像して前記マスクパターンが転写された第１のパターンを形成する工程とを含み、前記第１のパターンの、前記第１の方向に関する寸法は、前記原パターンが、前記工程ａの条件と同一の露光条件で転写されて形成される第２のパターンの、前記第１の方向に関する寸法よりも小さくなるパターン転写方法が提供される。

本発明のさらに他の観点によると、マスク基板と、前記マスク基板に形成され、内部に補助パターンを含むマスクパターンとを有し、該マスクパターンの内部であって、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さい露光用マスクが提供される。

本発明のさらに他の観点によると、内部に補助パターンを含むマスクパターンであって、該マスクパターンの内部で、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さい前記マスクパターンを通して、感光膜を露光する工程と、露光された前記感光膜を現像する工程とを有するパターン転写方法が提供される。

２つの部分パターンが解像限界よりも細い間隔を隔てて配置されているため、２つの部分パターンにより１本のパターンが転写される。転写された１本のパターンの寸法は、原パターンを転写して得られるパターンの寸法とは異なる。部分パターンの間隔を変えることにより、種々の寸法の転写パターンを形成することができる。

マスクパターン内に配置された補助パターンの頂点の数を、マスクパターンの外形よりも少なくすることにより、所望のパターンを転写するために外形の形状を調整したマスクパターンに比べて、頂点の総数を減らすことができる。これにより、パターンの設計データのサイズを小さくすることが可能になる。

図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ第１の実施例によるマスクパターンの平面図及び断面図である。図２は、第１のマスクパターンを転写して形成される転写パターンの平面図である。図３は、転写パターンの幅と、マスクパターンを構成する部分パターンの間隔との関係を示すグラフである。図４Ａは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その１）である。図４Ｂは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その２）である。図４Ｃは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その３）である。図４Ｄは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その４）である。図４Ｅは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その５）である。図４Ｆは、第１の実施例によるマスクを用いて半導体装置を製造する方法を説明するための製造途中の装置の断面図（その６）である。図５Ａ〜図５Ｉは、第１の実施例によるマスクパターンの変形例によるマスクパターンの平面図である。図６Ａは、第２の実施例によるマスクパターンの平面図であり、図６Ｂは、従来のハンマーヘッド型マスクパターンの平面図であり、図６Ｃ及び図６Ｄは、それぞれ図６Ａ及び図６Ｂのマスクパターンを転写して形成されるパターンの平面図である。図７Ａは、第３の実施例によるマスクパターンの平面図であり、図７Ｂは、従来のハンマーヘッド型マスクパターンを変形させたパターンの平面図であり、図７Ｃ及び図７Ｄは、それぞれ図７Ａ及び図７Ｂのマスクパターンを転写して形成されるパターンの平面図である。

図１Ａに、第１の実施例によるマスクパターンの平面図を示し、図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線Ｂ１−Ｂ１における断面図を示す。ガラス基板１の表面上に、ＭｏＳｉからなる遮光膜２が形成されている。遮光膜２に設けられた開口により、マスクパターン３〜５が形成されている。

マスクパターン３〜５の内部（開口が形成された領域）は、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする波長１９３ｎｍの紫外線をほぼ１００％透過させる。マスクパターン３〜５の外側の領域（遮光膜２が形成された領域）は、この紫外線を約６％透過させる。遮光膜２が形成された領域を透過した紫外線の位相が、開口の形成された領域を透過した紫外線の位相よりも１８０°遅れるように、遮光膜２の膜厚が設定されている。

ガラス基板１の表面上にＸＹ直交座標系を定義する。マスクパターン３は、Ｙ方向に長い長方形である。マスクパターン４は、マスクパターン３と同一形状の原パターンが、Ｙ方向に延在する細い間隔を隔てて配置された２つの部分パターン４Ａ及び４Ｂに分離された形状を有する。部分パターン４Ａと４Ｂとの間隔は、解像限界よりも細い。また、部分パターン４Ａと４Ｂとの幅の合計は、原パターンの幅と等しい。

もう一つのマスクパターン５も、マスクパターン４と同様に２つの部分パターン５Ａ及び５Ｂにより構成されている。部分パターン５Ａと５Ｂとの間隔は、マスクパターン４の部分パターン４Ａと４Ｂとの間隔よりも広い。ただし、部分パターン５Ａと５Ｂとの間隔も、解像限界よりも細い。

例えば、マスクパターン３の長さは１０００ｍｍ、幅は９０ｎｍである。マスクパターン４及び５の部分パターンの間隔は、それぞれ３ｎｍ及び６ｎｍである。

図１Ａ及び図１Ｂに示したマスクを用いて、縮小率１／４の縮小投影露光を行い、ウエハ上に形成されたポジ型の化学増幅型レジスト膜にレジストパターンを形成した。使用した光源は、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザである。レジスト膜の厚さは２５０ｎｍであり、その下にノボラック系樹脂からなる厚さ８０ｎｍの反射防止膜が形成されている。露光は、線幅９０ｎｍのマスクパターン３が転写されたウエハ上のパターン（以下、「転写パターン」と標記する。）の幅がちょうど９０ｎｍになる条件で行った。

図２に、マスクパターン３〜５によってウエハ上に形成された転写パターン１３〜１５の平面図を示す。マスクパターン４及び５の部分パターンの間隔が解像限界よりも細いため、それに対応する転写パターン１４及び１５は２本に分離されず、１本のパターンになる。転写パターン１３〜１５の端部は、丸みを帯びた形状を示す。転写パターン１３〜１５の幅は、それぞれ９０ｎｍ、８８ｎｍ、及び８６ｎｍであった。

図３に、マスクパターンを構成する部分パターンの間隔と、転写パターンの幅との関係を示す。横軸は部分パターンの間隔を単位「ｎｍ」で表し、縦軸は転写パターンの幅を単位「ｎｍ」で表す。部分パターンの間隔が広くなるに従って、転写パターンの幅が狭くなることがわかる。部分パターンの間隔が解像限界よりも細い範囲内で、この傾向が現れると考えられる。

部分パターンの間隔を調節することにより、転写パターンの幅を９０ｎｍ〜８６ｎｍの間で任意に調節できることがわかる。幅８９ｎｍのマスクパターンが転写されて形成された転写パターンの幅は、８９ｎｍではなく８６ｎｍであった。通常、マスクパターンの寸法は、刻み幅１ｎｍで調節されるため、マスクパターン３のような１本のマスクパターンを用いて、幅８６ｎｍよりも太く、幅９０ｎｍよりも細い転写パターンを形成することはできない。

第１の実施例のマスクパターン４及び５のように、原パターンを２つの部分パターンに分離した形状を採用することにより、転写パターンの太さを、４ｎｍよりも細かい刻み幅で調節することが可能になる。

部分パターンに分離する前の原パターンの幅を９０ｎｍよりも太くし、この原パターンが分離されたマスクパターンを形成することにより、９０ｎｍよりも太い領域においても、転写パターンの幅を、４ｎｍよりも細かい刻み幅で調節することが可能になる。例えば、原パターンの幅を９４ｎｍにし、この原パターンが分離されたマスクパターンを用いることにより、９０ｎｍ以上９４ｎｍ以下の任意の幅の転写パターンを形成することができる。

次に、第１の実施例による露光用マスクの製造方法について説明する。まず、原パターンが解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される２つの部分パターンに分離された形状のマスクパターンを形成した評価用マスクを準備する。評価用マスクには、部分パターンの間隔が異なる複数のマスクパターンが形成されている。

この評価用マスクを用いてウエハ上に転写パターンを形成し、転写パターンの幅を測定する。この測定結果から、マスクパターンを構成する部分パターンの間隔と、そのマスクパターンによって形成される転写パターンの幅との関係を求める。以下、この関係を「第１の関係」と呼ぶ。

ウエハ上に形成すべき転写パターンの幅と、上記第１の関係とに基づいて、マスクパターンの寸法を決定する。例えば、転写パターンの幅が９０ｎｍである場合には、マスクパターンを１本の直線状の形状とし、その幅を９０ｎｍとする。転写パターンの幅が８６ｎｍよりも太く、かつ９０ｎｍよりも細い場合には、マスクパターンを、太さ９０ｎｍの原パターンが幅方向に分離された２つの部分パターンで構成する。部分パターンの間隔は、上記第１の関係から決定することができる。

マスクパターンの形状及び寸法が決定されたら、周知の方向により図１Ａ及び図１Ｂに示した位相シフトマスクを製造することができる。

次に、図４Ａ〜図４Ｆを参照して、第１の実施例による露光用マスクを用いて半導体装置を製造する方法について説明する。

図４Ａに示すように、シリコンからなる半導体基板２０の表面に、ＭＯＳトランジスタ２１及び２２を形成する。なお、図４Ａには示されていないが、半導体基板２０の表層部に、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）等による素子分離絶縁膜が形成されており、活性領域の表層部には、ＭＯＳトランジスタ２１及び２２のソース及びドレイン領域が形成されている。

半導体基板２０の上に、ＳｉＯＣ等からなる層間絶縁膜２３、ＳｉＮ等からなるキャップ膜２４を形成する。これらの膜は、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）により形成することができる。この２層にビアホールを形成して、ビアホール内に導電プラグを充填する。導電プラグ２５、２６、及び２７が、ＭＯＳトランジスタ２１及び２２のソース及びドレイン領域に接続される。

キャップ膜２４の上に、ＳｉＯＣからなる厚さ３００ｎｍの層間絶縁膜３０を形成する。層間絶縁膜３０の上に、ＳｉＮからなる厚さ１５０ｎｍのキャップ膜３１を形成する。キャップ膜３１の上に、ノボラック樹脂等からなる反射防止膜３２を形成し、その上に、ポジ型の化学増幅型レジストからなる感光膜３３を形成する。反射防止膜３２及び感光膜３３の厚さは、それぞれ８０ｎｍ及び２５０ｎｍとする。

露光用マスクに、マスクパターン５１〜５３が形成されている。マスクパターン５１は、図１Ａ及び図１Ｂに示したマスクパターン３と同様に、１本の直線形状を有する。マスクパターン５２及び５３は、図１Ａ及び図１Ｂに示したマスクパターン４及び５と同様に、分離された２つの部分パターンで構成される。マスクパターン５１の幅は、例えば９０ｎｍである。マスクパターン５２及び５３の部分パターンの各々の幅は４５ｎｍであり、部分パターンの間隔はそれぞれ３ｎｍ及び６ｎｍである。

露光用マスク５０を通して、感光膜３３を露光する。感光膜３３が形成された半導体基板２０とマスク５０との間には、縮小投影光学系６０が配置されている。実際には、露光用マスク５０上のマスクパターン５１〜５３が、縮小率１／４で感光膜３３に転写されるが、図４Ａでは、理解の容易のために、マスクパターン５１〜５３を１／４に縮小し、その換算寸法に基づく大きさで表している。露光用マスク５０を通して、感光膜３３を露光する。

図４Ｂに示すように、露光された感光膜３３を現像する。感光膜３３に、マスクパターン５１〜５３がそれぞれ転写された開口３４〜３６が形成される。開口３４〜３６は、層間絶縁膜３０に形成すべき配線溝に対応する。開口３４〜３６の幅は、それぞれ９０ｎｍ、８８ｎｍ、及び８６ｎｍになる。

図４Ｃに示すように、感光膜３３をエッチングマスクとし、開口３４〜３６を通して、反射防止膜３２及びキャップ膜３１をエッチングする。これにより、キャップ膜３１に、配線溝に対応する開口３４〜３６が形成される。反射防止膜３２のエッチングには、エッチングガスとしてフルオロカーボンを用い、キャップ膜３１のエッチングには、エッチングガスとしてフルオロカーボンと酸素との混合ガスを用いる。図４Ｄに示すように、酸素ガス、または酸素や窒素やアルゴン等からなる混合ガスを用いて、感光膜３３及び反射防止膜３２をアッシング除去する。

図４Ｅに示すように、キャップ膜３１をエッチングマスクとし、フルオロカーボンに酸素と一酸化炭素とを添加したエッチングガスを用いて、層間絶縁膜３０をエッチングする。これにより、開口３４〜３６に対応する配線溝３７〜３９が形成される。配線溝３７〜３９の底面に、それぞれ導電プラグ２５〜２７の上面が露出する。

図４Ｆに示すように、配線溝３７〜３９内に、それぞれ銅配線４０〜４２を充填する。これにより、太さが９０ｎｍ、８８ｎｍ、及び８６ｎｍの銅配線４０〜４２が得られる。図４Ａに示したマスクパターン５２及び５３の各々は、マスクパターン５１と同一のパターンを原パターンとする２つの部分パターンで構成されている。マスクパターン５２及び５３に対応する転写パターンの幅方向の寸法は、その原パターンと同一のマスクパターン５１に対応する転写パターンの幅方向の寸法よりも小さい。

このように、２つの部分パターンで構成されるマスクパターンを用いることにより、その原パターンをマスクパターンとした場合に比べて、部分パターンの隔たる方向に関して寸法の小さな転写パターンを形成することができる。

図４Ａ〜図４Ｆでは、ダマシン法による銅配線を形成する場合を示したが、第１の実施例による露光用マスクは、その他のパターン、例えばＭＯＳトランジスタのゲートパターンの形成にも適用することが可能である。ゲートパターンを形成する場合には、基板の全面にポリシリコン膜を形成し、その上に反射防止膜と感光膜とを形成する。ゲートパターンを形成するときには、図１Ａ及び図１Ｂに示したマスクパターン３〜５の遮光領域と透過領域とを反転させたマスクパターンを用いる。これにより、ゲートパターンに対応する領域に感光膜のパターンを残すことができる。

第１の実施例による露光用マスクを用いることにより、ゲート長を細かく調整することができる。

図５Ａ〜図５Ｉに、第１の実施例の変形例によるマスクパターンを示す。図５Ａに示すように、細長い長方形状の原パターンを、その幅方向に分離された３つの部分パターンで構成してもよい。相互に隣り合う２つの部分パターンの間隔は、解像限界よりも細い。

図５Ｂに示すように、２つの部分パターンを相互に連結する連結部を設けてもよい。連結部の寸法が、部分パターンの長さに比べて十分小さい場合には、連結部が転写パターンの形状や寸法に与える影響は無視できる。図５Ｃに示すように、原パターンを、その１本の対角線に沿って切断して２つの部分パターンに分離し、それを幅方向に、解像限界よりも狭い距離だけ離してもよい。図５Ｄに示すように、図５Ｃの２つの部分パターンを連結部で相互に連結してもよい。

図５Ｅに示すように、原パターンを、その２本の対角線に沿って切断して４つの部分パターンに分離し、相互に隣り合う部分パターンを、幅方向に、解像限界よりも狭い距離だけ離してもよい。図５Ｆに示すように、原パターンを、その１本の対角線に平行な２本の直線で切断して３つの部分パターンに分離し、幅方向に、解像限界よりも狭い距離だけ離してもよい。また、原パターンに、ショートニングを抑制するためのハンマーヘッドを形成してもよい。

図５Ｇ〜図５Ｉに、原パターンの縦横比が１に近い場合、すなわち正方形に近い形状である場合のマスクパターンの平面図を示す。図５Ｇに示したマスクパターンは、原パターンを縦方向に２等分し、かつ横方向にも２等分して得られた４つの部分パターンで構成される。相互に隣り合う分離パターンの間隔は、解像限界よりも細い。図５Ｈに示すように、図５Ｇの相互に隣り合う２つの部分パターンを連結部で連結してもよい。

図５Ｉに示すように、原パターンを、その２本の対角線に沿って分離した４つの部分パターンで構成してもよい。この場合も、相互に隣り合う分離パターンの間隔は、解像限界よりも細い。

図５Ｇ〜図５Ｉに示したパターンは、例えばビアホール等のパターンに適用される。特に、原パターンの縦横比が１：３よりも１に近い場合、原パターンをその縦方向と横方向との２方向に分離させてもよい。

次に、図６Ａ〜図７Ｄを参照して、第２の実施例によるマスクパターンについて説明する。

図６Ａに、第２の実施例によるマスクパターン７０の平面図を示す。第２の実施例においては、マスクパターン７０の内部に補助パターン７１が配置されている。マスクパターン７０の外側の領域、及び補助パターン７１の内部が、遮光領域とされている。遮光領域には、図１Ｂに示したＭｏＳｉからなる遮光膜２が形成されている。マスクパターン７０の内部であって、かつ補助パターン７１の外側の領域は、ＡｒＦエキシマレーザを光源とする紫外線をほぼ１００％透過させる。

マスクパターン７０の外形は細長い長方形状であり、例えば、その長さＬが１０００ｍｍ、幅Ｗが１０６ｎｍである。補助パターン７１は、マスクパターン７０の長さ方向に沿う中心線に沿って配置され、中心線方向に細長い形状を有する。補助パターン７１の寸法は、解像限界よりも小さい。補助パターン７１は、細長い長方形状の主部７１Ａと、主部７１Ａの短辺の中央から外側に向かって突出した長方形状の狭幅部７１Ｂとで構成される。

主部７１Ａの長さＬＭは７６０ｍｍであり、幅ＷＡは１０ｎｍである。狭幅部７１Ｂの各々の長さＬＰは６０ｍｍ、幅ＷＰは４ｎｍである。補助パターン７１は、マスクパターン７０の長さ方向及び幅方向に関して中心に配置されている。すなわち、狭幅部７１Ｂの先端からマスクパターン７０の短辺までの距離は６０ｍｍになり、主部７１Ａの長辺から、マスクパターン７０の対応する長辺までの距離は４８ｎｍになる。また、主部７１Ａと狭幅部７１Ｂとの接続部分の段差は３ｎｍになる。

これらの寸法は、転写パターンの幅が９０ｎｍになり、かつショートニングが抑制されるように、シミュレーションベースＯＰＣと呼ばれる補正方法を用いて算出したものである。

このように、マスクパターン７０は、デザインルール以下の開口幅を有し、内部が遮光領域にされた開口（補助パターン）を、内部に含んでいる。ここで、「遮光領域」とは、露光光を１００％遮光する領域のみならず、ハーフトーン位相シフトマスクのように、透過領域と部分透過領域とが形成されている場合において、相対的に透過率の低い領域をも意味する。

図６Ｂに、従来のハンマーヘッドを形成したマスクパターン８０の例を示す。マスクパターン８０は、細長い長方形の主部８０Ａと、その長辺の両端近傍から幅方向に突出した１段目ハンマーヘッド部８０Ｂ、及び２段目ハンマーヘッド部８０Ｃにより構成される。主部８０Ａの長さＬ１は１０００ｍｍ、幅Ｗ１は９０ｎｍである。

第２段目ハンマーヘッド部８０Ｃは、主部８０Ａの長辺の端点を含む長さＬＨの領域に配置されている。第１段目ハンマーヘッド部８０Ｂは、第２段目ハンマーヘッド部８０Ｃの配置された領域に連続する長さＬＨの領域に配置されている。長さＬＨは、６０ｍｍである。第１段目ハンマーヘッド部８０Ｂの、幅方向の寸法ＷＨ１は６ｎｍであり、第２段目ハンマーヘッド部８０Ｃの、幅方向の寸法ＷＨ２は１２ｎｍである。すなわち、第１段目ハンマーヘッド部８１Ｂと第２段目ハンマーヘッド部８０Ｃとの接続箇所の段差は６ｎｍになる。これらの寸法も、図６Ａに示した第２の実施例のマスクパターンの場合と同様に、転写パターンの幅が９０ｎｍになり、かつショートニングが抑制されるように、シミュレーションベースＯＰＣと呼ばれる補正方法を用いて算出したものである。

図６Ｃ及び図６Ｄに、それぞれ図６Ａに示した第２の実施例によるマスクパターン７０により形成される転写パターン、及び図６Ｂの従来のマスクパターン８０により形成される転写パターンを示す。これらの転写パターンは、シミュレーションにより求めたものである。シミュレーションに使用した露光波長は、ＡｒＦエキシマレーザの波長と同じ１９３ｎｍである。第２の実施例の場合にも、従来のハンマーヘッドを形成したマスクパターンを用いた場合と同等の良質なパターンが形成されていることがわかる。

図６Ａに示した第２の実施例によるマスクパターン７０においては、その長さ方向に関して、主部７１Ａが配置された範囲の透過領域の合計の幅が９６ｎｍになり、狭幅部７１Ｂが配置された範囲の透過領域の合計の幅が１０２ｎｍになり、補助パターン７１の配置されていない範囲の透過領域の幅が１０６ｎｍになる。このように、透過領域が３種類の幅を持つ。このため、２段のハンマーヘッド部を形成した図６Ｂのマスクパターン８０と同等の転写パターン形状の変形抑制効果が得られていると考えられる。

図６Ａに示した第２の実施例によるマスクパターン７０の外形は４個の頂点を持ち、補助パターン７１は１２個の頂点を持つ。すなわち、合計で１６個の頂点を持つ。これに対し、図６Ｂに示した従来のハンマーヘッド型のマスクパターン８０は、２０個の頂点を持つ。このため、第２の実施例によるマスクパターン７０は、従来のハンマーヘッドを用いたマスクパターン８０に比べて、転写パターンの形状の品質を劣化させることなく、マスクパターンの設計データサイズを小さくすることができる。

次に、図７Ａ〜図７Ｄを参照して、第３の実施例によるマスクパターンについて説明する。

図７Ａに、第３の実施例によるマスクパターン７５の平面図を示す。以下、図６Ａに示した第２の実施例によるマスクパターン７０との相違点に着目して説明する。第３の実施例では、第２の実施例の補助パターン７１の代わりに、補助パターン７１とは形状の異なる補助パターン７６が形成されている。

第２の実施例の補助パターン７１は、主部７１Ａの短辺の中央から狭幅部７１Ｂが突出していたが、第３の実施例では、狭幅部７６Ｂの一つの長辺と、主部７６Ａの一つの長辺とが、１本の直線を形成するように、狭幅部７６Ｂが主部７６Ａの短辺の端に偏っている。すなわち、補助パターン７６の、長さ方向に沿う一方の縁は、一端から他端まで１本の直線で構成され、他方の縁は階段状になる。このため、頂点の数が、第２の実施例の場合に比べて４個少なくなる。

マスクパターン７５の外形及び大きさは、第２の実施例によるマスクパターン７０と同一である。第３の実施例の補助パターン７６の主部７６Ａの長さ及び太さも、第２の実施例の補助パターン７１の主部７１Ａと同一である。第３の実施例の補助パターン７６の狭幅部７６Ｂの長さは、第２の実施例の補助パターン７１の狭幅部７１Ｂの長さと同一であり、その幅ＷＰ１は、第２の実施例の補助パターン７１の狭幅部７１Ｂよりも太く５ｎｍである。

参考のために、図７Ｂに、ハンマーヘッド部７Ｂを片側にのみ形成したマスクパターン８５の平面図を示す。主部８５Ａの長さ及び幅は、図６Ｂに示したマスクパターン８０の主部８０Ａと同一である。主部８５Ａの長さ方向に関する第１段目及び第２段目ハンマーヘッド部８５Ｂ及び８５Ｃの寸法ＬＨは、図６Ｂに示した第１及び第２のハンマーヘッド部８０Ｂ及び８０Ｃと同一である。第１段目ハンマーヘッド部８５Ｂ及び第２段目ハンマーヘッド部８５Ｃの、幅方向の寸法ＷＨ３及びＷＨ４は、それぞれ６ｎｍ及び１８ｎｍである。すなわち、第１段目ハンマーヘッド部８５Ｂと第２段目ハンマーヘッド部８５Ｃとの接続箇所の段差は１２ｎｍになる。

図７Ｃ及び図７Ｄに、それぞれ図７Ａ及び図７Ｂのマスクパターン７５及び８５により形成される転写パターンのシミュレーション結果を示す。図７Ｄに示した転写パターンは、図７Ｂのマスクパターン８５の第１段目及び第２段目ハンマーヘッド部８５Ｂ及び８５Ｃの形状を反映し、端部がやや湾曲した形状になっている。これに対し、図７Ｃに示した転写パターンは、中心軸に対してほぼ対象になっており、図６Ｃ及び図６Ｄに示した転写パターンと遜色ないものになっている。

第３の実施例のように、補助パターン７５を、マスクパターン７５の外形の中心軸に関して非対称にして頂点の数を低減させることにより、パターン設計データのデータ量を少なくすることができる。このとき、転写パターンの形状は、図６Ａに示したマスクパターン７０に対応する転写パターンの形状と同等の品質を維持している。

上記第２の実施例では、図６Ａに示したように、マスクパターン７０の外形を四角形とし、補助パターン７１の頂点の数を１２とした。第３の実施例では、図７Ａに示したように、マスクパターン７５の外形を四角形とし、補助パターン７６の頂点の数を８とした。このように、マスクパターン７５の外形を、補助パターンの頂点の数よりも頂点の数が少ない多角形とすることにより、ハンマーヘッドを形成する場合に比べて、転写パターンの形状を維持しつつ、設計データのサイズを小さくすることができる。

補助パターンの頂点の数を少なくとも８個にすると、図７Ａ及び図７Ｃに示した第３の実施例の場合のように、転写パターンの形状及び寸法を、２段構成のハンマーヘッド部を有するマスクパターンを用いる場合と同程度に維持することができる。補助パターンの一方の端のみを２段構成としてもよい。この場合には、補助パターンの頂点の数は６個になる。

上記第２及び第３の実施例では、マスクパターンの外形を細長い長方形としたが、長方形に限らず、一方向に長い等幅の形状としてもよい。また、補助パターンは、外形の長さ方向と同じ方向に長く、少なくとも一方の端に、中央よりも幅の狭い部分を有する形状としてもよい。

上記第１〜第３の実施例では、マスクパターンをハーフトーン位相シフトマスクに適用したが、その他のマスクに適用しても同様の効果が得られるであろう。例えば、図６Ａに示した第２の実施例によるマスクパターン７０において、より一般的には、マスクパターン７０の内部であって、かつ補助パターン７１の外側の領域の光透過率が、補助パターン７１の内部の光透過率及びマスクパターン７０の外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高くなるように、マスクパターンの光透過率が設定される。

また、上記実施例によるマスクパターンは、半導体装置のＳＲＡＭセルレイアウト構造のように、２個の矩形パターンの先端が互いに突き出して、狭隘な間隔を形成している箇所に好ましく用いることができる。実施例によるマスクパターンを用いることにより、近接効果補正を行う際に非線形的な挙動を示す程微細なパターンの加工の再現性を高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の一観点によると、
マスク基板と、
前記マスク基板に形成され、内部に補助パターンを含むマスクパターンと
を有し、
該マスクパターンの内部であって、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さく、
前記マスクパターンは、第１の方向に長い等幅の形状を有し、前記補助パターンも該第１の方向に長い形状を有し、該補助パターンは、その少なくとも一方の端に、中央よりも幅の狭い部分を含む露光用マスクが提供される。

本発明の他の観点によると、
内部に補助パターンを含むマスクパターンであって、該マスクパターンの内部で、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さい前記マスクパターンを通して、感光膜を露光する工程と、
露光された前記感光膜を現像する工程と
を有し、
前記マスクパターンは、第１の方向に長い等幅の形状を有し、前記補助パターンも該第１の方向に長い形状を有し、該補助パターンは、その少なくとも一方の端に、中央よりも幅の狭い部分を含むパターン転写方法が提供される。

例えば、マスクパターン３の長さは１０００ｎｍ、幅は９０ｎｍである。マスクパターン４及び５の部分パターンの間隔は、それぞれ３ｎｍ及び６ｎｍである。

マスクパターン７０の外形は細長い長方形状であり、例えば、その長さＬが１０００ｎｍ、幅Ｗが１０６ｎｍである。補助パターン７１は、マスクパターン７０の長さ方向に沿う中心線に沿って配置され、中心線方向に細長い形状を有する。補助パターン７１の寸法は、解像限界よりも小さい。補助パターン７１は、細長い長方形状の主部７１Ａと、主部７１Ａの短辺の中央から外側に向かって突出した長方形状の狭幅部７１Ｂとで構成される。

図６Ｂに、従来のハンマーヘッドを形成したマスクパターン８０の例を示す。マスクパターン８０は、細長い長方形の主部８０Ａと、その長辺の両端近傍から幅方向に突出した１段目ハンマーヘッド部８０Ｂ、及び２段目ハンマーヘッド部８０Ｃにより構成される。主部８０Ａの長さＬ１は１０００ｎｍ、幅Ｗ１は９０ｎｍである。

Claims

（ａ）原パターンが解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される少なくとも２つの部分パターンに分離された形状のマスクパターンを形成し、部分パターンを隔てる間隔の幅と、該マスクパターンを転写したときに形成される基板上のパターンの寸法との第１の関係を取得する工程と、
（ｂ）基板上に形成すべきパターンの寸法と、前記第１の関係とから、マスクパターンを構成する部分パターンを相互に隔てる間隔の幅を決定する工程と、
（ｃ）前記工程ｂで決定された間隔の幅に基づいて、マスク上に、少なくとも２つの部分パターンに分離されたマスクパターンを形成する工程と
を有する露光用マスクの製造方法。
転写すべき前記パターンが一方向に長い形状を有し、前記工程ａにおいて、前記マスクパターンをその幅方向に分離する請求項１に記載の露光用マスクの製造方法。
前記工程ｃにおいて形成されるマスクパターンが、分離された２つの部分パターン同士を連結する連結部を含む請求項１に記載の露光用マスクの製造方法。
マスク基板と、
前記マスク基板に形成されたマスクパターンと
を有し、該マスクパターンは、基板上に転写すべきパターンに対応し、解像限界よりも細い間隔を隔てるように相互に分離された少なくとも２つの部分パターンを含む露光用マスク。
（ａ）原パターンを、第１の方向に、解像限界よりも細い間隔を隔てて配置される少なくとも２つの部分パターンに分離して得られるマスクパターンを持つ露光用マスクを通して、感光膜を露光する工程と、
（ｂ）前記感光膜を現像して前記マスクパターンが転写された第１のパターンを形成する工程と
を含み、前記第１のパターンの、前記第１の方向に関する寸法は、前記原パターンが、前記工程ａの条件と同一の露光条件で転写されて形成される第２のパターンの、前記第１の方向に関する寸法よりも小さくなるパターン転写方法。
前記マスクパターンを構成する部分パターンの、前記第１の方向に関する寸法の総和が、前記原パターンの、前記第１の方向に関する寸法と等しい請求項５に記載のパターン転写方法。
マスク基板と、
前記マスク基板に形成され、内部に補助パターンを含むマスクパターンと
を有し、
該マスクパターンの内部であって、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さい露光用マスク。
前記補助パターンの頂点の数は、少なくとも６個である請求項７に記載の露光用マスク。
前記マスクパターンは、第１の方向に長い等幅の形状を有し、前記補助パターンも該第１の方向に長い形状を有し、該補助パターンは、その少なくとも一方の端に、中央よりも幅の狭い部分を含む請求項７に記載の露光用マスク。
前記補助パターンの、長さ方向に沿う一方の縁は、一端から他端まで１本の直線で構成され、他方の縁は階段状である請求項９に記載の露光用マスク。
内部に補助パターンを含むマスクパターンであって、該マスクパターンの内部で、かつ該補助パターンの外側の領域の光透過率が、該補助パターンの内部の光透過率及び該マスクパターンの外側の光透過率のいずれよりも低いか、またはいずれよりも高く、該マスクパターンの外形は、該補助パターンよりも頂点の数が少ない多角形であり、該補助パターンの寸法は、解像限界よりも小さい前記マスクパターンを通して、感光膜を露光する工程と、
露光された前記感光膜を現像する工程と
を有するパターン転写方法。
前記補助パターンの頂点の数は、少なくとも６個である請求項１１に記載のパターン転写方法。
前記マスクパターンは、第１の方向に長い等幅の形状を有し、前記補助パターンも該第１の方向に長い形状を有し、該補助パターンは、その少なくとも一方の端に、中央よりも幅の狭い部分を含む請求項１１に記載のパターン転写方法。
前記補助パターンの、長さ方向に沿う一方の縁は、一端から他端まで１本の直線で構成され、他方の縁は階段状である請求項１３に記載のパターン転写方法。
デザインルール以下の開口幅を有し、該開口内が遮光領域とされているマスクパターンを通して、半導体ウエハ上の感光膜を露光する工程と、
露光された感光膜を現像して、該半導体ウエハ上にパターンを形成する工程と
を有するパターン形成方法。
デザインルール以下の開口幅を有し、該開口内が遮光領域とされているマスクパターンを通して、半導体ウエハ上の感光膜を露光する工程と、
露光された感光膜を現像して、該半導体ウエハ上にパターンを形成する工程と、
前記パターンをマスクとして、前記半導体ウエハの表層部を加工する工程と
を有するＳＲＡＭの製造方法。