(57)【特許請求の範囲】
【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、
露光すべきレベルに含まれるパターンとそれ以外のレベルに含まれるパターンとの論理演算をとることにより複数のパターンデータを生成する工程と、
該生成された複数のパターンデータのそれぞれに対応する複数のフォトマスクを作成する工程と、
該複数のフォトマスクを用いた重ね露光を行うことでレジストパターンを形成する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
【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、
前記ゲートパターンの一部に重なる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。
【請求項３】
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、
前記ゲートパターンの一部に重なる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た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。
【請求項４】
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、
前記ゲートパターンの一部に重なる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が透光部であり、前記ゲートパターンを挟んで配置される二つの前記透光部の一方に光の位相を反転させる位相シフタ部が配設されているパターンを有する第２のフォトマスクとを用いた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。
【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６１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に含まれる図形とそれ以外のパターンレベルに含まれる図形との論理演算をとることにより複数の図形群を生成する工程と、該生成された複数の図形群をそれぞれ有する複数のフォトマスクを作成する工程と、該複数のフォトマスクを用いた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、前記ゲートパターンの一部に重なる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。
【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、前記ゲートパターンの一部に重なる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た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、前記ゲートパターンの一部に重なる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が透光部であり、前記ゲートパターンを挟んで配置される二つの前記透光部の一方に光の位相を反転させる位相シフタ部が配設されているパターンを有する第２のフォトマスクとを用いた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。
【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ＡＳＩＣ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２ａ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２３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、Ｑｚを掘り込む探さは、露光波長がｉ線（波長＝３６５ｎｍ）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０．７０μｍ、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０．７μｍ、周辺回路形成領域４３のパターンピッチは１．４μｍ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４４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ＡＮＤ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０．３０μｍ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
４，５，８，３１，３４，４６，４７，５１，５２，５４  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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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