(57)【要約】  遮光膜（１）に形成された主パターン（２）の開口幅は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成される幅であって、0.8×(λ/NA)×M以下の寸法である(λは露光光の波長、NA及びMは縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率)。主パターン（２）に隣接する第１の補助パターン（３）及び該第１の補助パターンの外側に隣接する第２の補助パターン（４）は、露光光により転写パターンが形成されない幅を有すると共に回折光を発生する。主パターン（２）と第１の補助パターン（３）との中心間の第１の距離は第１の補助パターン（３）と第２の補助パターン（４）との中心間の第２の距離よりも大きい。
2013121485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を透過する透明基板と、
前記透明基板の上に形成された遮光膜と、
前記遮光膜に形成された第１の開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の開口部に隣接する第１の補助開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の補助開口部に対する前記第１の開口部の反対側に隣接する第２の補助開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の開口部に対する前記第１の補助開口部の反対側に隣接する第２の開口部とを備え、
前記第１の開口部の開口幅は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成される幅であって、０．８×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下の寸法であり（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）、
前記第１の補助開口部及び前記第２の補助開口部は、透過した露光光により前記被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、前記露光光を透過して回折光を発生し、
前記第１の開口部の中心と前記第１の補助開口部の中心との間の第１の距離は、前記第１の補助開口部の中心と前記第２の補助開口部の中心との間の第２の距離よりも大きいフォトマスク。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の距離は、０．５×（λ／ＮＡ）×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第２の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部の幅は、前記第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるフォトマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるフォトマスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の補助開口部の幅よりも大きいフォトマスク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記第２の距離は、前記第１の距離と比べて、少なくとも２０ｎｍ×Ｍだけ小さい（但し、Ｍは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記第１の距離は、前記露光光を透過させる露光において所定の斜入射位置ＳＡ（但し、０．４≦ＳＡ≦０．８である。）としたときに、ｓｉｎφ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される入射角φに対して、０．５×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以上且つ０．８×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の補助開口部の幅の１．５倍以下であるフォトマスク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第２の開口部は、第３の補助開口部であり、
前記遮光膜に設けられ、前記第３の補助開口部に対する前記第１の開口部の反対側に隣接する第４の補助開口部をさらに備え、
前記第３の補助開口部の中心と前記第１の開口部の中心との間の距離は、前記第１の距離と等しく、
前記第３の補助開口部の中心と前記第４の補助開口部の中心との間の距離は、前記第２の距離と等しいフォトマスク。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
前記遮光膜に設けられ、前記第２の補助開口部に対する前記第１の補助開口部の反対側に隣接する第５の補助開口部をさらに備え、
前記第５の補助開口部は、透過した露光光により前記被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、前記露光光を透過して回折光を発生し、
前記第２の補助開口部の中心と前記第５の補助開口部の中心との間の第３の距離は、前記第２の距離よりも小さいフォトマスク。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第３の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ/ＮＡ）×Ｍよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部及び前記第２の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されているフォトマスク。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記第３の補助開口部及び前記第４の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されているフォトマスク。
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部の幅と前記第２の補助開口部の幅とは互いに等しいフォトマスク。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のフォトマスク用いたパターン形成方法であって、
基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して前記露光光を照射する工程と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えているパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投影露光装置に使用する露光用のフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は、半導体素子の性能の向上及びチップ面積の縮小のために、集積度が向上されてきている。それに応じてパターンの線幅は小さくなっている。このため、半導体基板の上に回路パターンを形成するリソグラフィ工程においては、高解像度のパターン形成が要求される。【０００３】
リソグラフィと解像ピッチＲＰと焦点深度ＤＯＦとは、レーリーの式と呼ばれる式（１）及び式（２）で与えられる。【０００４】
ＲＰ ＝ ｋ１・λ／ＮＡ         …（１）
ＤＯＦ ＝ ｋ２・λ／（ＮＡ）２  …（２）
ここで、ｋ１及びｋ２は、プロセスファクタと呼ばれ、露光波長及びレジスト種等の影響を受けるパラメータである。λは露光光の波長であり、ＮＡは露光装置の開口数である。【０００５】
式（１）より、高解像を得ようとすると波長λを小さくするか、開口数ＮＡを大きくする必要がある。しかしながら、短波長化は光源となるレーザ装置の開発、及びその波長域で感光するレジスト材料の開発等、プロセス自体に大きな変更が必要となる。このため、高解像を得るには、一般に高ＮＡ化を得ようとする手法が採られる。しかしながら、式（２）から分かるように、高ＮＡ化は、焦点深度を低下させてしまう。【０００６】
以上のように、短波長化及び高ＮＡ化以外の方法に解像度を上げる、すなわち、光学像のコントラストを向上させる方法と、波長λ及びレンズの開口数ＮＡを変えることなく焦点深度を向上させることとを同時に実現できる技術が重要となってきている。【０００７】
コントラスト及び焦点深度を向上させる手法のうち最も代表的な手法として、フォトマスク上の周期パターンに対して斜入射露光を行うという方法がある。しかしながら、斜入射露光では、λ／ＮＡ以下の短い周期で配置されたパターンの場合でのみ実質的に有効な効果を得ることができる。このため、任意のパターンの微細化には有効な方法とはいえない。この斜入射露光の欠陥を補う方法として、補助パターンを用いる方法（以下、補助パターン法と呼ぶ。）がある。なお、補助パターン法は、主パターンのフォーカス位置及び転写像の形成される位置が変わらないということは公知である。【０００８】
以下、下記の特許文献１に記載されている補助パターン法（以下、第１の従来例と呼ぶ。）について説明する。図１６は第１の従来例で使用されるフォトマスクの平面構成を示している。図１６に示すフォトマスクは、例えば、５分の１の大きさに縮小投影露光が可能なステッパ装置で使用される。図１６に示されるように、マスク基板となる透明なガラス基板１０１の表面には、クロム（Ｃｒ）からなる遮光膜１０２が付着される。遮光膜１０２には、主パターンである回路パターン用の開口部１０３が形成される。該開口部１０３の両側には、補助パターン用の開口部１０４、１０５が回路パターン用の開口部１０３と隣接して形成される。ここで、例えば、開口部１０３の幅は１．５μｍに設定される。また、開口部１０４、１０５の幅はそれぞれ０．７５μｍに設定される。回路パターン用の開口部１０３と補助パターン用の開口部１０４、１０５の各中心距離は、共に４．５μｍに設定される。【０００９】
すなわち、第１の従来例で用いられるフォトマスクには、主パターンである回路パターンと隣り合うように、該回路パターンの寸法よりも小さい寸法を持つ補助パターンが主パターンの両側に設けられている。しかしながら、第１の従来例においては、焦点深度は僅かに向上はするものの、本来の周期パターンの場合と同程度の効果は得られない。【００１０】
以下、第１の従来例を改良した方法である特許文献２に記載されている補助パターン法（以下、第２の従来例）について説明する。【００１１】
図１７に第２の従来例で用いられるフォトマスクの平面構成を示す。図１７に示すように、ガラス基板２０１の上に遮光部である主パターン２０２が設けられている。さらに、ガラス基板２０１の上における主パターン２０２の両側には、複数の補助パターン２０３が所定の間隔で周期的に配置されている。主パターン２０２は、下層の低透過率膜と上層の遮光膜（クロム膜）との積層膜から構成されている。また、補助パターン２０３は、上層の遮光膜が除去されて、残りの低透過率膜から構成されている。ここで、低透過率膜からなる補助パターン２０３は、露光時のレジスト膜に非感光部を形成することはない。このため、透過率が低い補助パターン２０３を主パターン２０２に対して周期的に配置して斜入射露光を行うことにより、焦点深度の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平５−１６５１９４号公報
【特許文献２】特開平９−０７３１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
解像度と焦点深度とを向上するには、斜入射露光を用いることは有効な方法である。但し、斜入射露光法には、完全な周期パターンで且つそのパターン寸法がλ／ＮＡ以下であることが必要となる等の制限がある。このため、一般的な集積回路装置における孤立パターン等を含む配線パターンの全てにわたって、前述の効果を得ることはできない。この場合、第１の従来例に係る補助パターン法を用いることにより、焦点深度等に若干の改善は見られるものの、その効果は完全な周期パターンと比べると僅かである。【００１４】
また、第２の従来例のように、補助パターンとして、低透過率のパターンを用いることによって、補助パターンの配置の自由度を向上させることができる。これにより、パターンの配置における周期性を高めることが可能となる。但し、この場合も、補助パターンの幅を大きくできることによって、補助パターンの加工が容易になるという効果はあるものの、解像度と焦点深度との向上効果は、第１の従来例と同程度の効果しか得られない。【００１５】
本発明は、前記の問題を解決し、任意のパターン形成において、その解像度は高く、且つ焦点深度は大きくできるフォトマスクを実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明者らは、種々検討を行った結果、解像度の向上、すなわち光強度のコントラストの向上効果及び焦点深度の向上効果は、主パターン及び補助パターンからなるマスクパターンが周期的であるか否かに依存して決まるのではなく、露光時にマスクパターンによって形成される光強度の周期性が、半導体基板上に塗布されたレジスト膜上で高いか否かに依存して決まることを見出した。【００１７】
前記の目的を達成するため、本発明に係るフォトマスクは、露光光を透過する透明基板と、透明基板の上に形成された遮光膜と、遮光膜に形成された第１の開口部と、遮光膜に設けられ、第１の開口部に隣接する第１の補助開口部と、遮光膜に設けられ、第１の補助開口部に対する第１の開口部の反対側に隣接する第２の補助開口部と、遮光膜に設けられ、第１の開口部に対する第１の補助開口部の反対側に隣接する第２の開口部とを備え、第１の開口部の開口幅は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成される幅であって、０．８×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下の寸法であり（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）、第１の補助開口部及び第２の補助開口部は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、露光光を透過して回折光を発生し、第１の開口部の中心と第１の補助開口部の中心との間の第１の距離は、第１の補助開口部の中心と第２の補助開口部の中心との間の第２の距離よりも大きい。【００１８】
本発明のフォトマスクによると、第１の補助開口部を第１の開口部に対して適切な位置に配置することにより、第１の開口部を透過した光と干渉する回折光が発生する。これにより、主パターンである第１の開口部の転写像におけるデフォーカス特性が向上する。また、第２の補助開口部を第１の補助開口部に対して適切な位置に配置して、第１の補助開口部によって生じた位相のずれを緩和する。これにより、第１の開口部の転写像におけるデフォーカス特性が向上する。その結果、焦点深度の向上効果を確実に得ることができる。【００１９】
本発明のフォトマスクにおいて、第１の距離は、０．５×（λ／ＮＡ）×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）であってもよい。【００２０】
このようにすると、第１の補助開口部を透過する露光光が、第１の開口部を透過する露光光と干渉する。このため、転写像のデフォーカス特性が向上するので、焦点深度が向上し、すなわち焦点深度が深くなる。【００２１】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍ（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）よりも小さくてもよい。ここで、上述の式（１）により、回折光の干渉を考慮できるのは、λ＝１９３ｎｍで且つＮＡ＝１．３５（露光機の実用限界値）である。【００２２】
このようにすると、第１の補助開口部を透過する露光光と、第２の補助開口部を透過する露光光と、第１の開口部を透過する露光光とが互いに干渉し合う。これにより、転写像のデフォーカス特性が向上して、焦点深度が向上する。【００２３】
本発明のフォトマスクにおいて、第１の補助開口部の幅は、第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であってもよい。【００２４】
このようにすると、第１の補助開口部を透過した露光光と第１の開口部を透過した露光光との回折光による干渉によって、デフォーカス特性が向上する結果、焦点深度を向上することができる。その上、光強度が高すぎることにより、被露光部材であるレジスト膜が感光して予期しないパターンが形成されることを防止することができる。【００２５】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の補助開口部の幅は、第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であってもよい。【００２６】
このようにすると、第２の補助開口部を透過した露光光と第１の開口部を透過した露光光との回折光による干渉によって、デフォーカス特性が向上する結果、焦点深度を向上することができる。その上、光強度が高すぎることにより、被露光部材であるレジスト膜が感光して予期しないパターンが形成されることを防止することができる。【００２７】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の補助開口部の幅は、第１の補助開口部の幅よりも大きくてもよい。【００２８】
このようにすると、第２の補助開口部を透過した露光光における光強度のコントラストが向上し、その結果、焦点深度が向上する。【００２９】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の距離は、第１の距離と比べて、少なくとも２０ｎｍ×Ｍ（但し、Ｍは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率である。）だけ小さくてもよい。【００３０】
このようにすると、第１の距離が適切な距離に配せられている場合に、第１の補助開口部を透過した露光光と第２の補助開口部を透過した露光光とが互いに干渉し合い、転写像のデフォーカス特性が向上する。その結果、焦点深度の向上効果を確実に得ることができる。【００３１】
本発明のフォトマスクにおいて、第１の距離は、露光光を透過させる露光において所定の斜入射位置ＳＡ（但し、０．４≦ＳＡ≦０．８である。）としたときに、ｓｉｎφ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される入射角φに対して、０．５×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以上且つ０．８×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以下（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）であってもよい。【００３２】
このようにすると、斜入射露光による、第１の開口部を透過した露光光と第１の補助開口部及び第２の補助開口部をそれぞれ透過した露光光との低次の回折光が干渉し合う。その上、位相のずれが抑制されることにより、主パターンである第１の開口部を透して転写された転写像におけるデフォーカス特性が向上し、その結果、焦点深度が向上する。【００３３】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の補助開口部の幅は、第１の補助開口部の幅の１．５倍以下であってもよい。【００３４】
このようにすると、パターン形成時における被露光部材であるレジスト膜の膜べりを防止することができる。また、各補助開口部を透過した露光光の光強度が高すぎることに起因してレジスト膜が感光し、予期しないパターンが形成されることを防止することができる。さらに、転写像のデフォーカス特性の向上による焦点深度の向上効果を得ることができる。【００３５】
本発明のフォトマスクにおいて、第２の開口部は、第３の補助開口部であり、本発明のフォトマスクは、遮光膜に設けられ、第３の補助開口部に対する第１の開口部の反対側に隣接する第４の補助開口部をさらに備え、第３の補助開口部の中心と第１の開口部の中心との間の距離は、第１の距離と等しく、第３の補助開口部の中心と第４の補助開口部の中心との間の距離は、第２の距離と等しくてもよい。【００３６】
このようにすると、第１の補助開口部、第２の補助開口部及び第３の補助開口部をそれぞれ透過する露光光と、主パターンである第１の開口部を透過する露光光とが互いに干渉し合う。これにより、転写像のデフォーカス特性が向上して、焦点深度が向上する。【００３７】
本発明のフォトマスクは、遮光膜に設けられ、第２の補助開口部に対する第１の補助開口部の反対側に隣接する第５の補助開口部をさらに備え、第５の補助開口部は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、露光光を透過して回折光を発生し、第２の補助開口部の中心と第５の補助開口部の中心との間の第３の距離は、第２の距離よりも小さくてもよい。【００３８】
このようにすると、第１の補助開口部、第２の補助開口部及び第５の補助開口部をそれぞれ透過する露光光と、主パターンである第１の開口部を透過する露光光とが互いに干渉し合う。これにより、転写像のデフォーカス特性が向上して、焦点深度が向上する。【００３９】
この場合に、第３の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ/ＮＡ）×Ｍ（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）よりも小さくてもよい。ここで、上述した式（１）により、回折光の干渉を考慮できるのは、λ＝１９３ｎｍで且つＮＡ＝１．３５（露光機の実用限界値）である。【００４０】
このようにすると、第２の補助開口部を透過する露光光と、第３の補助開口部を透過する露光光と、第１の開口部を透過する露光光とが互いに干渉し合う。これにより、転写像のデフォーカス特性が向上して、焦点深度が向上する。【００４１】
本発明のフォトマスクにおいて、第１の補助開口部及び第２の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されていてもよい。【００４２】
この場合に、第３の補助開口部及び第４の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されていてもよい。【００４３】
本発明のフォトマスクにおいて、第１の補助開口部の幅と第２の補助開口部の幅とは互いに等しくてもよい。【００４４】
本発明に係るパターン形成方法は、本発明のフォトマスク用いたパターン形成方法を対象とし、基板の上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜にフォトマスクを介して露光光を照射する工程と、露光光を照射されたレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えている。【００４５】
本発明のパターン形成方法によると、斜入射照明の効果を得て、転写像の光強度のコントラストが増大して、デフォーカス特性が向上するという効果を得ることができる。すなわち、デフォーカス特性に優れた微細パターンを形成することが可能となる。なお、輪帯照明に用いられる照明形状における外形と内径との平均値が０．４以上且つ０．８以下である場合に、特に有効となる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明に係るフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法によると、任意のパターン形成において、その解像度と共に焦点深度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１（ａ）は第１の実施形態に係るフォトマスクを示す平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図である。
【図２】図２は主パターンの中心線と第１の補助パターンの中心線との間の距離Ｇ１と、第１の補助パターンの中心線と第２の補助パターンの中心線との間の距離Ｇ２とを変化させた際のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図３】図３（ａ）は焦点深度（ＤＯＦ）特性のシミュレーションを行う際の斜入射位置を示す平面図である。図３（ｂ）は斜入射露光におけるシミュレーションによる焦点深度（ＤＯＦ）特性を示すグラフである。
【図４】図４は補助パターン法を用いた孤立パターンにおける焦点深度（ＤＯＦ）と斜入射位置（ＳＡ）との関係を示すグラフである。
【図５】図５は斜入射露光における周期ラインパターンの解像ピッチ（ＲＰ）を変化させた場合の振舞いと２次元瞳フィル(pupil filling）とを示すグラフである。
【図６】図６は補助パターンの幅を変化させた際のウェハ上の光強度を示すグラフである。
【図７】図７は第１の実施形態に係るフォトマスクによる焦点深度（ＤＯＦ）の向上効果を比較例と共に示すグラフである。
【図８】図８は第１の実施形態の第１変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。
【図９】図９は第１の実施形態の第２変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。
【図１０】図１０（ａ）は第１の実施形態の第３変形例に係るフォトマスクを示す平面図である。図１０（ｂ）は第１の実施形態の第３変形例に係るフォトマスクのレジスト膜上のＸ−Ｙ面における光強度を示すグラフである。
【図１１】図１１（ａ）は第２の実施形態に係るフォトマスクを示す平面図である。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のXIｂ−XIｂ線における断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は第２の実施形態に係るフォトマスクにおいて、第１の補助パターンの幅及び第２の補助パターンの幅を変化させて斜入射露光を行った場合の光強度のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１３】図１３（ａ）は第３の実施形態に係るフォトマスクを示す平面図である。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面図である。
【図１４】図１４は第３の実施形態に係るフォトマスクにおいて、第２の補助パターンの中心線と第３の補助パターンの中心線との間の距離Ｇ３を変化させて斜入射露光を行った場合の焦点深度（ＤＯＦ）のシミュレーションの結果を示すグラフである。
【図１５】図１５（ａ）〜図１５（ｆ）は本発明に係るフォトマスクを用いて形成されるパターン形成方法及び半導体装置の製造方法の一例を示す工程順の断面図である。
【図１６】図１６は第１の従来例に係るフォトマスクを示す平面図である。
【図１７】図１７は第２の従来例に係るフォトマスクを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明の各実施形態を説明するに当たっての前提事項について説明する。
【００４９】
通常、フォトマスクは、縮小倍投影型の露光機で使用されるため、マスク上のパターン寸法を議論する際には、縮小倍率を考慮する必要がある。
【００５０】
しかしながら、以下の各実施形態を説明する際には、形成しようとする所望のパターン（例えば、レジストパターン）と対応させてマスク上のパターン寸法を説明する場合に、混乱を避けるために、特に断らない限り、縮小倍率でマスク寸法を換算した値を用いている。具体的には、Ｍ分の１縮小投影システムにおいて、幅がＭ×１００ｎｍのマスクパターンによって、幅が１００ｎｍのレジストパターンを形成した場合にも、マスクパターン及びレジストパターンの幅は共に１００ｎｍであるとする。
【００５１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。
【００５２】
図１（ａ）は第１の実施形態に係るフォトマスクの平面構成を示している。図１（ｂ）は図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面構成を示している。以下の説明は、該フォトマスクを透した露光光の被露光部材であるレジスト材がポジ型レジストの場合である。
【００５３】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、フォトマスクの基板となるガラス基板１０には、例えばクロム（Ｃｒ）からなる遮光膜１が成膜されている。遮光膜１は選択的に除去されて、回路パターン、すなわちライン状の孤立開口部である主パターン２が形成されている。
【００５４】
フォトマスクに形成された孤立開口部である主パターン２の幅は、０．８×(λ／ＮＡ)×Ｍ以下の寸法を持つ。ここで、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。以下、本明細書において同様である。遮光膜１における主パターン２の両側の領域には、該主パターン２とそれぞれ平行に配置された補助開口部である第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４が設けられている。
【００５５】
第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４の幅は、それぞれ主パターン２の幅よりも小さい。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２よりも大きい。
【００５６】
距離Ｇ１は、主パターン２の両側で等しい。また、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４は、距離Ｇ２が両側で等しくなる位置に配置されている。言い換えれば、主パターン２の中心線を対称軸として、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４は、対称な位置で且つ対称な形状となるように配置されている。
【００５７】
第１の実施形態によると、フォトマスクには、主パターン２、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４から構成される開口パターンが形成されている。従って、各補助パターン３、４を適切な位置に配置することにより、主パターン２の開口部を透過した露光光と、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４の各開口部を透過した露光光とが互いに干渉し合う。デフォーカス特性を向上するには、低次の回折光を干渉させることと、転写像の位相を揃わせることとが重要である。
【００５８】
すなわち、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１が第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２よりも大きいとき、主パターン２を透過した露光光と第１の補助パターン３を透過した露光光とが干渉する。これにより、転写像のコントラストが向上し、且つ、デフォーカス特性が向上する。その上、第２の補助パターン４によって、主パターンを透過した露光光と第１の補助パターン３を透過した露光光との互いの位相が揃い、さらにデフォーカス特性が向上する。その結果、焦点深度が向上する。
【００５９】
図２に、第１の実施形態に係るフォトマスクに設けた、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１と、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２とをそれぞれ変化させた際のシミュレーションの結果を示す。ここで、目標転写線の幅は１２０ｎｍとし、±１０％の線幅変動時の焦点深度を計算している。シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。ライン状の孤立パターンである主パターン２の幅はターゲット寸法×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４の幅はそれぞれ８４ｎｍとしている。
【００６０】
なお、補助パターン３、４の配置位置は、これらのパターン幅には依存しない。なぜなら、補助パターン３、４による焦点深度の向上は、低次の回折光が干渉することと、転写像の位相が揃うこととに起因するからである。すなわち、上述した式（１）及び式（２）に示されるように、補助パターンの幅には依存しない。
【００６１】
図２に示すように、焦点深度を最大化しようとすると、図１における主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１が適切に配置されている場合に、該距離Ｇ１が、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２よりも大きければよいことが分かる。
【００６２】
例えば、距離Ｇ１が２８０ｎｍの場合は、距離Ｇ２が距離Ｇ１よりも２０ｎｍだけ小さければ、主パターンを透過した露光光と各補助パターン３、４を透過した露光光とが干渉し且つ位相が揃う。その結果、デフォーカス特性が向上する。また、距離Ｇ１が３００ｎｍの場合は、距離Ｇ２が距離Ｇ１よりも４０ｎｍだけ小さければ、主パターン２を透過した露光光と各補助パターン３、４を透過した露光光とが干渉し且つ位相が揃う。その結果、デフォーカス特性が向上する。
【００６３】
このように、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２は、適切に配置された主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１と比べて、少なくとも２０ｎｍだけ小さいことが好ましい。なお、前述したように、Ｍ分の１縮小投影システムを用いる場合には、距離Ｇ２は、距離Ｇ１と比べて、少なくとも２０ｎｍ×Ｍだけ小さいことに相当する。
【００６４】
斜入射露光において、回折光により像を形成する条件は、上述の式（１）を変形して、解像ピッチＲＰは、以下の式（３）及び式（４）のように与えられる。
【００６５】
ＲＰ＝ｋ１・λ／（ＮＡ×ＳＡ）  …（３）
＝ｋ１・λ／ｓｉｎφ        …（４）
但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、ＳＡは斜入射照明の斜入射位置である。また、sinφはＮＡ×ＳＡによって定義される入射角φであり、ｋ１はプロセスファクタと呼ばれ、露光波長及びレジスト種等の影響を受けるパラメータである。以下、本明細書において同様である。
【００６６】
斜入射位置ＳＡは、０．４≦ＳＡ≦０．８であることが好ましい。ＳＡを小さくすると、斜入射露光の効果が弱まる。例えばＳＡ＝０のときには、通常照明との差はなくなる。また、ＳＡが大きくなり過ぎると、解像ピッチに対する依存が強まるため、斜入射露光の柔軟性（フレキシビリティ）が失われてしまう。
【００６７】
プロセスファクタｋ１が取り得る値は、光学的限界から０．５以上となる。つまり、主パターン２を透過した露光光と第１の補助パターン３を透過した露光光とを干渉させるには、式（１）より、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１の値を０．５×（λ／ＮＡ）×Ｍ以上とする必要がある。なお、距離Ｇ１は、２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることが好ましい。このようにすると、回折光の干渉を確実に生じさせることができる上に、解像ピッチが拡大することに伴う高次の回折光の干渉によるデフォーカス特性の劣化を抑制することができる。
【００６８】
また、上述の式（４）によると、斜入射露光において、主パターン２を透過した露光光と第１の補助パターン３を透過した露光光とを干渉させるには、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は、０．５×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以上である必要がある。さらに、距離Ｇ１は、２．０×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以下であることが好ましく、０．８×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以下であればなおよい。
【００６９】
このようにすると、回折光の干渉を確実に生じさせることができる上に、解像ピッチが拡大することに伴う高次の回折光の干渉によるデフォーカス特性の劣化を抑制することができる。その上、斜入射露光における０次光と１次光又は０次光と−１次光との互いの入射角を近接した値に設定できるため、角度ずれによるデフォーカス特性の劣化を抑制することができる。
【００７０】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に、斜入射露光における焦点深度（ＤＯＦ）特性を示す。図３（ａ）はシミュレーションに用いた斜入射位置を示す。また、図３（ｂ）に斜入射露光における孤立パターンの寸法を変化させた際の振舞いを示す。ここでのシミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．５５、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。ライン状の孤立パターンである主パターン２の幅は、ターゲット寸法×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、主パターン２における転写ターゲット幅は、マスクターゲット×１／Ｍとしている。また、主パターン２は、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【００７１】
図３（ｂ）からは、孤立パターンの幅が縮小するのに伴って、焦点深度が低下していることが分かる。今回のシミュレーションにより、パターン幅が０．８Ｘ２４８／０．５５＝３６０ｎｍ近傍で焦点深度は最大となり、さらに微細な線幅において、焦点深度が急激に劣化している。以上から、０．８×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下の幅を持つパターンに本発明を適用することにより、焦点深度を向上することは非常に有用といえる。
【００７２】
図４に補助パターン法を用いた孤立パターンにおける焦点深度と斜入射位置ＳＡとの関係を示す。シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．５５及びλ＝２４８ｎｍである。ライン状の孤立パターンである主パターン２の幅は１２０ｎｍ×Ｍである。主パターン２の中心線から両側に３００ｎｍの間隔をおいたそれぞれの位置に中心線を持つ第１の補助パターン３を配している。また、第１の補助パターン３の中心線から外側にそれぞれ３００ｎｍの間隔をおいた位置に中心線を持つ第２の補助パターン４を配した構造である。各補助パターン３、４の幅は８０ｎｍとし、Ｍ＝４の値を用いている。主パターン２の転写ターゲットは１２０ｎｍとしている。また、主パターン２及び補助パターン３、４は、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。また、図４に示すｓ１は、図３（ａ）に示すｓ１と同一である。
【００７３】
ここで、斜入射位置ＳＡが小さくなると、輪帯照明の効果が弱まることから、転写像のデフォーカス特性が劣化し、結果として焦点深度が低下し、すなわち焦点深度が浅くなる。斜入射位置ＳＡが０．４よりも小さいと、焦点深度がその最大値から１５％程度も低下していることから、斜入射位置ＳＡの値は０．４以上であることが好ましい。また、斜入射位置ＳＡの値が０．８よりも大きくなると、焦点深度が低下し始めているように、解像ピッチへの依存が大きくなる。このため、解像ピッチに対するフレキシビリティが失われるので、斜入射位置ＳＡの値は０．８以下が好ましい。
【００７４】
図５に斜入射露光における周期ラインパターンの解像ピッチを変化させた場合の振舞いと２次元瞳フィル(pupil filling）とを示す。ここで、瞳フィルとは、斜入射露光（輪帯照明）における角度範囲の回りのエネルギー分布をいう。シミュレーションの条件は、輪帯照明を使用し、ＮＡ＝０．５５、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。周期ラインパターンの幅は２５０ｎｍ×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、周期ラインパターンの転写ターゲット寸法は２００ｎｍとしている。なお、周期ラインパターンは、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【００７５】
図５に示すように、解像ピッチ＝０．５×λ／sinφの値が３２０ｎｍ未満の場合は、回折光による干渉が生じない。このため、パターンはレジスト膜上に転写されない。解像ピッチの値が３２０ｎｍ以上となると、回折光の干渉が生じ、焦点深度は急峻に立ち上がる。
【００７６】
また、図５からは、輪帯照明の場合、解像ピッチの値が増大するに従って、光の位相がずれることが瞳フィル(pupil filling）によって分かる。この位相のずれは、デフォーカス特性を悪化させる。一方、解像ピッチの緩和は、回折光における回折角を緩和させる効果があるため、デフォーカス特性を向上させる。この位相のずれと回折角の緩和効果とによって、焦点深度は高い状態を維持する。
【００７７】
さらに、解像ピッチを増大させていくと、焦点深度は低下する。回折角は、回折次数×λ／解像ピッチによって決定される。すなわち、回折角は解像ピッチに逆比例するため、回折角の緩和によるデフォーカス特性が向上するという効果は、解像ピッチが小さい場合と比較して、解像ピッチが大きい場合は小さい。その上、高次の回折光も加わるため、焦点深度の値は低下する。
【００７８】
以上、図５に示す結果から、結像限界の解像ピッチの１．５倍の近傍の解像ピッチで、焦点深度の値はピークの値よりも１０％低下する。解像ピッチは、上述の式（１）から見れば、ｋ１が約０．８の値に相当する。
【００７９】
従って、第１の補助パターン３による焦点深度の向上効果を最大とするには、０．５・λ／（ｓｉｎφ）≦Ｇ１≦０．８・λ／（ｓｉｎφ）を満たせばよい。
【００８０】
また、第２の補助パターン４により、第１の補助パターン３に対して主パターン２のデフォーカス特性を向上させるだけでなく、第１の補助パターン３の光強度分布のコントラストを高めて、デフォーカス特性を向上させることにより、焦点深度の向上効果を大きくすることができる。
【００８１】
図２に示すように、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１が、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２よりも大きいとき、光の位相が一致して、強いコントラスト得ることができる。これにより、焦点深度は最大となる。しかしながら、焦点深度を最大とするには、距離Ｇ１は、第１の補助パターン３の幅と第２の補助パターン４の幅との和の２分の１倍よりも大きいことが必要である。
【００８２】
距離Ｇ１が第１の補助パターン３の幅と第２の補助パターン４の幅との和の２分の１倍以下の場合は、第１の補助パターン３と第２の補助パターン４との間の干渉によってコントラストが低下し、デフォーカス特性が低下してしまう。また、光強度が強くなりすぎて、補助パターン３、４がレジスト膜に転写することになる。
【００８３】
また、第１の実施形態において、第１の補助パターン３の幅及び第２の補助パターン４の幅は、主パターン２の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であることが好ましい。
【００８４】
補助パターン３、４の幅が大きいと、該補助パターン３、４が主パターン２に与える影響が大きくなる。これにより、デフォーカス特性が向上し、その結果、焦点深度が向上することはいうまでもない。しかしながら、補助パターン３、４の幅を大きくしすぎると、該補助パターン３、４がレジスト膜上に転写されてしまう。
【００８５】
図６に補助パターンの幅を変化させた際のウェハ上の光強度を示す。シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。孤立パターンである主パターンの幅は１２０ｎｍ×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、主パターンの中心線と第１の補助パターンの中心線との間の距離を５００ｎｍとしている。また、転写ターゲットの幅を１２０ｎｍとし、補助パターンがレジスト上に転写したとする定義は、主パターンの転写された幅が１０２ｎｍから１３８ｎｍの領域において、すなわち、転写ターゲット１２０ｎｍ±１５％の領域において、補助パターンがレジスト上に転写したときとした。
【００８６】
図６において、補助パターンの光強度が、二点鎖線で示す０．１６程度にまで達したときに、補助パターンがレジスト膜上に転写されるとする。なお、主パターン及び補助パターンは、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【００８７】
ここで、補助パターンの幅が１２０ｎｍのとき、補助パターンは、その開口部を透過する露光光が多すぎるために、レジスト膜上に補助パターンが転写される。一方、補助パターンの幅が９０ｎｍ以下のとき、すなわち、主パターンの幅に対して、補助パターンの幅が０．８倍以下の９６ｎｍ以下であるときは、補助パターンの開口部を透過する露光光は十分に抑えられる。従って、補助パターンはレジスト膜上に転写されず、焦点深度の向上の効果を得ることができる。
【００８８】
以上説明したように、第１の実施形態においては、主パターン２の周辺の領域に、該主パターン２と各補助パターン３、４との間隔、及び補助パターン同士の間隔とその寸法とを調整した補助パターン３、４が配置される。このため、主パターンである孤立スペース又は周期スペースの端部において、半導体基板上に成膜されたレジスト膜に優れた光強度の周期性を得ることができる。その結果、解像度と焦点深度とを大幅に向上することができる。
【００８９】
図７に、第１の実施形態に係るマスクパターンと、比較例である孤立パターンとのそれぞれの焦点深度のシミュレーションの結果を示す。ここで、目標転写線幅は１２０ｎｍとしている。また、シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。孤立パターンの幅はターゲット寸法×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、孤立パターンの転写ターゲットの幅は、マスクターゲット×１／Ｍとしている。
【００９０】
主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は３００ｎｍとし、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２は２６０ｎｍとし、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４の幅はそれぞれ８４ｎｍとしている。また、比較例に係る孤立パターンと、本実施形態に係る主パターン２及び各補助パターン３、４は、透明基板上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【００９１】
図７に示されるように、本実施形態においては、焦点深度は７０％向上し、極めて有用であることが分かる。
【００９２】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、第１の実施形態の第１変形例について図８を参照しながら説明する。
【００９３】
図８に示すように、第１変形例に係るフォトマスクは、所定の間隔をおいて周期的に配置された複数の主パターン２Ａと、複数の主パターン２Ａの外側の両側方に配置され、該主パターン２Ａとそれぞれ平行に配置された第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４とを有している。
【００９４】
第１の補助パターン３の中心線は、１つの主パターン２Ａの中心線から距離Ｇ１の位置にあり、第２の補助パターン４の中心線は、第１の補助パターン３の中心線から距離Ｇ２の位置にある。距離Ｇ１は、距離Ｇ２よりも大きい。
【００９５】
このように、複数の主パターン２Ａが周期的に配置されていたとしても、主パターン群の両側方の領域に、補助パターン３、４を配置することにより、本発明の効果を得ることができるのは明らかである。
【００９６】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、第１の実施形態の第２変形例について図９を参照しながら説明する。
【００９７】
図９に示すように、第２変形例に係るフォトマスクは、平面Ｌ字状の第１の主パターン２Ｂと、該第１の主パターン２Ｂの屈曲した内側に配置されたライン状の第２の主パターン２Ｃと、第１の主パターン２Ｂの屈曲した外側の２つの領域に配置され、該主パターン２Ａのライン状部分とそれぞれ平行に配置された第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４とを有している。
【００９８】
２つの第１の補助パターン３の中心線は、第１の主パターン２Ｂのそれぞれ平行な中心線からいずれも距離Ｇ１の位置にある。また、２つの第２の補助パターン４の中心線は、第１の補助パターン３のそれぞれ平行な中心線からいずれも距離Ｇ２の位置にある。距離Ｇ１は、距離Ｇ２よりも大きい。
【００９９】
このように、主パターン２Ｂ、２Ｃがどのような形状で配置されていたとしても、主パターン２Ｂの長辺に隣接して補助パターン３、４を配置することにより、本発明の効果を得ることができるのは明らかである。
【０１００】
（第１の実施形態の第３変形例）
以下、第１の実施形態の第３変形例について図１０（ａ）を参照しながら説明する。
【０１０１】
図１０（ａ）に示すように、第３変形例に係るフォトマスクは、ライン状の主パターン２と、該主パターン２の両側に該主パターン２とそれぞれ平行に配置された第１の補助パターン３Ａ及び第２の補助パターン４Ａとを有している。
【０１０２】
第１の補助パターン３Ａの中心線は、主パターン２の中心線から距離Ｇ１の位置にあり、第２の補助パターン４Ａの中心線は、第１の補助パターン３Ａの中心線から距離Ｇ２の位置にある。距離Ｇ１は、距離Ｇ２よりも大きい。
【０１０３】
ここで、第１の補助パターン３Ａ及び第２の補助パターン４Ａは、主パターン２と平行な方向に向かって、それぞれ複数に分割（分断）されている。すなわち、各補助パターン３Ａ、４Ａは、必ずしも一本の連続したライン状の開口部である必要はなく、平面方形状の開口部が互いに間隔をおいてライン状に配置される構成を採る。
【０１０４】
図１０（ｂ）に、図１０（ａ）に示したフォトマスクによるレジスト膜上のＸ−Ｙ面における光強度を示す。シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。孤立パターンである主パターン２のの幅は、１２０ｎｍ×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３Ａの中心線との間の距離Ｇ１は３００ｎｍとし、第１の補助パターン３Ａの中心線と第２の補助パターン４Ａの中心線との間の距離Ｇ２は２６０ｎｍとしている。
【０１０５】
第１の補助パターン３Ａ及び第２の補助パターン４Ａは、それぞれ、一辺を８４ｎｍとする平面正方形状であり、解像ピッチを１２０ｎｍとして配置されている。
【０１０６】
第３変形例に係るシミュレーションの条件において、図１０（ａ）に示すＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線の焦点深度は、共に３７４ｎｍである。なお、Ａ−Ａ線は、第１の補助パターン３Ａ上及び第２の補助パターン４Ａ上に位置する線を示し、Ｂ−Ｂ線は、第１の補助パターン３Ａ上及び第２の補助パターン４Ａ上に位置しない線を示す。ここでは、焦点深度の値は、マスク寸法の１／Ｍの値を目標転写寸法として算出した。
【０１０７】
３７４ｎｍという焦点深度は、本発明を適用しない単純な孤立パターンの焦点深度の値よりも３７％高く、本変形例の有効性を示している。
【０１０８】
これは、図１０（ｂ）に示されるように、各補助パターン３Ａ、４Ａを形成している正方形の解像ピッチが十分に小さい、本変形例では１２０ｎｍ以下に設定しているため、各補助パターン３Ａ、４Ａにおける開口部同士の間の非開口領域にも十分な光強度が存在するからである。
【０１０９】
なお、図１０（ａ）においては、主パターン２の両側の４本のライン状の補助パターンの全てを、所定の間隔をおいた複数の平面方形状パターンとしてライン状に配置した。本変形例においては、この構成に限られず、片側の２本の補助パターン３Ａ、４Ａのみ、１本の連続したライン状の補助パターンとしてもよい。
【０１１０】
また、主パターン２に近い内側の２本の第１の補助パターン３Ａを分断された複数の平面方形状のパターンとし、外側の２本の第２の補助パターン４Ａを１本の連続したライン状の補助パターンとしても構わない。
【０１１１】
さらには、配置される領域に拘わらず、少なくとも１本の補助パターンのみを複数の平面方形状パターンとしてライン状に配置しても構わない。
【０１１２】
また、図１に示すように、第１の実施形態に係るフォトマスクは、補助パターン３、４が孤立開口部である主パターン２の両側に２本ずつ形成される場合について説明した。但し、本実施形態における補助パターン３、４は２本ずつの配置に限定されない。例えば、半導体基板上のレジスト膜に対して、優れた光強度の周期性を得ることができる配置であれば、片方の領域に３本以上の補助パターンを設けてもよい。
【０１１３】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。
【０１１４】
図１１（ａ）は第２の実施形態に係るフォトマスクの平面構成を示している。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＸｂ−Ｘｂ線における断面構成を示している。以下の説明は、該フォトマスクを透した露光光の被露光部材であるレジスト材がポジ型レジストの場合である。
【０１１５】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、フォトマスクの基板となるガラス基板１０には、例えばクロム（Ｃｒ）からなる遮光膜１が成膜されている。遮光膜１は選択的に除去されて、回路パターン、すなわちライン状の孤立開口部である主パターン２が形成されている。
【０１１６】
遮光膜１における主パターン２の両側には、該主パターン２とそれぞれ平行に配置された補助開口部である第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４Ｂが設けられている。
【０１１７】
第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４Ｂの幅は、それぞれ主パターン２の幅よりも小さい。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４Ｂの中心線との間の距離Ｇ２よりも大きい。距離Ｇ１は、主パターン２の両側で等しい。また、距離Ｇ２に対しても、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４が主パターン２の両側で等しくなる位置に配置されている。
【０１１８】
さらに、第２の実施形態においては、第２の補助パターン４Ｂの幅は第１の補助パターン３の幅よりも大きい。
【０１１９】
このように、フォトマスクには、主パターン２、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４Ｂから構成される開口パターンが形成されている。従って、各補助パターン３、４Ｂを適切な位置に配置することにより、主パターン２の開口部を透過した露光光と、第１の補助パターン３及び第２の補助パターン４Ｂの各開口部を透過した露光光とが互いに干渉し合い、その結果、デフォーカス特性が向上する。
【０１２０】
このとき、第１の補助パターン３は、第２の補助パターン４Ｂよりも主パターン２に近い位置に配置されている。このため、第１の補助パターン３を透過した露光光には、第２の補助パターン４Ｂと比べて、主パターン２の開口部を透過した露光光によって生じる光強度によるバイアスが相対的に大きく付加される。
【０１２１】
すなわち、第１の実施形態のように、第１の補助パターン３の幅及び第２の補助パターン４Ｂの幅が同一の場合は、第１の補助パターン３の光強度は、第２の補助パターン４Ｂの光強度よりも高くなる。
【０１２２】
これに対し、第２の実施形態においては、第２の補助パターン４Ｂの幅を第１の補助パターン３の光強度と同等程度となるように大きくすることにより、デフォーカス特性を確実に向上させている。その結果、焦点深度も、より向上する。
【０１２３】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に、第２の実施形態に係るフォトマスクにおいて、第１の補助パターン３の幅及び第２の補助パターン４Ｂの幅をそれぞれ変化させて斜入射露光を行った場合の光強度のシミュレーションの結果を示す。図１２（ａ）は、第２の補助パターン４Ｂの幅を６０ｎｍに固定して、第１の補助パターン３の幅を４０ｎｍから９０ｎｍまで、１０ｎｍずつ大きくした６通りのパターンを計算した結果である。図１２（ｂ）は、逆に、第１の補助パターン３の幅を６０ｎｍに固定して、第２の補助パターン４Ｂの幅を４０ｎｍから９０ｎｍまで、１０ｎｍずつ大きくした６通りのパターンを計算した結果である。
【０１２４】
シミュレーションの条件は、斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。主パターン２の幅は１２０ｎｍ×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は３００ｎｍとし、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４Ｂの中心線との間の距離Ｇ２は２６０ｎｍとしている。また、主パターン２及び補助パターン３、４ｂは、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【０１２５】
図１２（ａ）に示すように、第２の補助パターン４Ｂよりも主パターン２の近くに配置される第１の補助パターン３の開口部の幅を増大すると、主パターン２の光強度が高くなって、強コントラスト化する。同時に光の位相が揃うことにより、デフォーカス特性が向上して、焦点深度も向上する。
【０１２６】
これに対し、図１２（ｂ）に示すように、第１の補助パターン３よりも主パターン２から離れた位置に配置される第２の補助パターン４Ｂの幅を増大しても、主パターン２の光強度は大きく変化しない。すなわち、露光光の位相が揃う効果のみに限定されるので、第１の補助パターン３の幅を増大する場合と比べて、焦点深度の向上は抑制される。
【０１２７】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のシミュレーションの結果から、第１の補助パターン３の幅は、該第１の補助パターン３がレジスト膜上に転写されない限りにおいて、その幅を大きくすることが好ましい。
【０１２８】
また、第２の補助パターン４Ｂの光強度は、第１の補助パターン３の光強度よりも小さい。従って、第２の補助パターン４Ｂがレジスト膜上に転写されない限りにおいて、すなわち、第２の補助パターン４Ｂを透過した光の光強度が第１の補助パターン３の光強度と同等となる限りにおいて、第１の補助パターン３の幅よりも第２の補助パターン４Ｂの幅を大きくすることは、各補助パターン３、４Ｂをレジスト膜上に転写させることなく、デフォーカス特性を向上させ、且つ焦点深度を大きく向上させることにつながる。
【０１２９】
なお、第２の実施形態において、第２の補助パターン４Ｂの幅は、第１の補助パターン３の幅の１．５倍以下であることが好ましい。このようにすると、各補助パターン３、４Ｂがレジスト膜上に転写されるおそれが小さくなると共に、焦点深度が向上するという効果を確実に得ることができる。
【０１３０】
また、第２の実施形態においては、補助パターン３、４Ｂが孤立開口部である主パターン２の両側に２本ずつ形成される場合について説明した。但し、補助パターン３、４Ｂの数は両側に２本ずつ配置される構成に限られず、３本以上配置される構成であってもよい。また、ラインパターン群の場合は、最も外側の主パターンに対して、長辺方向に隣接して２本以上の補助パターンが配置される構成としてもよい。
【０１３１】
（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係るフォトマスクについて図面を参照しながら説明する。
【０１３２】
図１３（ａ）は第３の実施形態に係るフォトマスクの平面構成を示している。図１３（ｂ）は図１３（ａ）のXIIIｂ−XIIIｂ線における断面構成を示している。以下の説明は、該フォトマスクを透した露光光の被露光部材であるレジスト材がポジ型レジストの場合である。
【０１３３】
図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、フォトマスクの基板となるガラス基板１０には、例えばクロム（Ｃｒ）からなる遮光膜１が成膜されている。遮光膜１は選択的に除去されて、回路パターン、すなわちライン状の孤立開口部である主パターン２が形成されている。
【０１３４】
遮光膜１における主パターン２の両側には、該主パターン２とそれぞれ平行に配置された補助開口部である第１の補助パターン３、第２の補助パターン４及び第３の補助パターン５が設けられている。
【０１３５】
第１の補助パターン３、第２の補助パターン４及び第３の補助パターン５の幅は、それぞれ主パターン２よりも小さい。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２よりも大きい。さらに、距離Ｇ２は、第２の補助パターン４の中心線と第３の補助パターン５の中心線との間の距離Ｇ３よりも大きい。
【０１３６】
このように、フォトマスクには、主パターン２、第１の補助パターン３、第２の補助パターン４及び第３の補助パターン５から構成される開口パターンが形成されている。従って、各補助パターン３、４及び５を適切な位置に配置することにより、主パターン２の開口部を透過した露光光と、各補助パターン３、４及び５の開口部を透過した露光光とが互いに干渉し合って、デフォーカス特性が向上する。その結果、焦点深度が向上する。このときの回折光の干渉の条件として、距離Ｇ３は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍよりも小さいことが好ましい。このようにすると、回折光の干渉を確実に得られると共に、光の位相のずれを抑制できる。これにより、デフォーカス特性が向上して、焦点深度がより向上する。
【０１３７】
図１４に、第３の実施形態に係るフォトマスクにおいて、第２の補助パターン４の中心線と第３の補助パターン５の中心線との間の距離Ｇ３を変化させて斜入射露光を行った場合の焦点深度のシミュレーションの結果を示す。シミュレーションの条件は斜入射露光（輪帯照明）を使用し、ＮＡ＝０．７、ＳＡ＝０．７及びλ＝２４８ｎｍである。孤立パターンである主パターンの幅は１２０ｎｍ×Ｍとして、Ｍ＝４の値を用いている。また、主パターン２の中心線と第１の補助パターン３の中心線との間の距離Ｇ１は３００ｎｍとし、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２は２６０ｎｍとしている。なお、主パターン２及び補助パターン３、４及び５は、透明基板の上に遮光膜を堆積し、堆積した遮光膜に開口部をパターニングした構造である。
【０１３８】
図１４から分かるように、第２の補助パターン４の中心線と第３の補助パターン５の中心線との間の距離Ｇ３が、第１の補助パターン３の中心線と第２の補助パターン４の中心線との間の距離Ｇ２より小さいとき、具体的には、２６０ｎｍよりも小さい場合に、主パターン２の開口部を透過する露光光と、各補助パターン３、４及び５の開口部を透過する露光光とが干渉して、デフォーカス特性が向上する。その結果、焦点深度の向上効果が最大化する。
【０１３９】
なお、第３の実施形態においては、補助パターン３、４及び５が孤立開口部である主パターン２の両側に３本ずつ形成される場合について説明した。但し、補助パターンの数は両側に３本ずつ配置される構成に限られず、４本以上配置される構成であってもよい。また、ラインパターン群の場合は、最も外側の主パターンに対して、長辺方向に隣接して３本以上の補助パターンが配置される構成としてもよい。
【０１４０】
また、上記の各実施形態に係る主パターンは、孤立ライン形状に限定されないことはいうまでもない。例えば、主パターン群であってもよい。
【０１４１】
また、各実施形態に係る補助パターンの配置場所は、主パターンの両側の領域に限定されないことはいうまでもない。主パターン群であれば、端部（外側）の主パターンに対して片側にのみ配置しても構わない。
【０１４２】
（製造方法）
以下に、上述した実施形態のうちの一例として、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いたパターン形成方法及び半導体装置の製造方法の一例について図１５（ａ）〜図１５（ｆ）を参照しながら説明する。
【０１４３】
まず、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板２０の上部に、ＳＴＩ(shallow trnch isolation）等からなる素子分離領域（図示せず）を選択的に形成する。
【０１４４】
次に、図１５（ａ）に示すように、半導体基板２０の上に、例えば、シリコン酸化膜２１と、ポリシリコン膜２２と、ＴＥＯＳ膜２３とを順次成膜する。
【０１４５】
次に、図１５（ｂ）に示すように、コーターを用いた回転塗布法により、ＴＥＯＳ膜２３の上に反射防止膜２４を成膜する。その後、成膜された反射防止膜２４をベークする。
【０１４６】
次に、図１５（ｃ）に示すように、コーターを用いた回転塗布法により、反射防止膜２４の上に、レジスト膜２５を成膜する。続いて、成膜されたレジスト膜２５をベークする。
【０１４７】
次に、縮小投影系露光装置に、第１の実施形態に係るフォトマスクをセットする。続いて、フォトマスクに形成された位置合わせ用のパターンを用いて、該フォトマスクを下地基板である半導体基板２０の所定の領域の上方に重ね合わせる。続いて、フォトマスクを介してレジスト膜２５を露光する。その後、露光されたレジスト膜２５に対して、必要であればベークを行う。その後、露光されたレジスト膜２５を現像液により現像する。これにより、図１５（ｄ）に示すように、レジスト膜２５の所望の位置に開口パターン２５ａが形成されたレジストパターン２５Ａを得る。
【０１４８】
次に、図１５（ｅ）に示すように、レジストパターン２５Ａを用いて、反射防止膜２４、ＴＥＯＳ膜２３及びポリシリコン膜２２に対して、ドライエッチングを行う。
【０１４９】
次に、図１５（ｆ）に示すように、レジストパターン２５Ａ及び反射防止膜２４をドライエッチング、例えば酸素（Ｏ２）ガスによるアッシングと、硫化洗浄とによって除去する。
【０１５０】
以上の工程により、例えば、第１の実施形態に係るフォトマスクを用いた半導体装置を作製することができる。
【０１５１】
なお、パターン形成用のフォトマスクは、第１の実施形態に係るフォトマスクに限られない。すなわち、第１の実施形態の各変形例に係るフォトマスク、第２の実施形態に係るフォトマスク又は第３の実施形態に係るフォトマスクを適用できることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本発明は、投影露光装置に使用する露光用のフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法、特に微細パターンの形成に有用である。
【符号の説明】
【０１５３】
１      遮光膜
２      主パターン
２Ａ    主パターン
２Ｂ    主パターン
２Ｃ    主パターン
３      第１の補助パターン
３Ａ    第１の補助パターン
４      第２の補助パターン
４Ａ    第２の補助パターン
４Ｂ    第２の補助パターン
５      第３の補助パターン
１０    ガラス基板（透明基板）
２０    半導体基板
２１    シリコン酸化膜
２２    ポリシリコン膜
２３    ＴＥＯＳ膜
２４    反射防止膜
２５    レジスト膜
２５ａ  開口パターン
２５Ａ  レジストパターン
【図１】
2013121485.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図２】
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【図５】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月2日(2014.4.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光光を透過する透明基板と、
前記透明基板の上に形成された遮光膜と、
前記遮光膜に形成された第１の開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の開口部に隣接する第１の補助開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の補助開口部に対する前記第１の開口部の反対側に隣接する第２の補助開口部と、
前記遮光膜に設けられ、前記第１の開口部に対する前記第１の補助開口部の反対側に隣接する第２の開口部とを備え、
前記第１の開口部の開口幅は、透過した露光光により被露光部材に転写パターンが形成される幅であって、０．８×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下の寸法であり（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）、
前記第１の補助開口部及び前記第２の補助開口部は、透過した露光光により前記被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、前記露光光を透過して回折光を発生し、
前記第１の開口部の中心と前記第１の補助開口部の中心との間の第１の距離は、前記第１の補助開口部の中心と前記第２の補助開口部の中心との間の第２の距離よりも大きいフォトマスク。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の距離は、０．５×（λ／ＮＡ）×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記第２の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ／ＮＡ）×Ｍよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部の幅は、前記第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるフォトマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の開口部の幅の０．１倍以上且つ０．８倍以下であるフォトマスク。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の補助開口部の幅よりも大きいフォトマスク。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、
前記第１の距離が０．７５×λ／ＳＡ×Ｍよりも大きいとき、前記第２の距離は、前記第１の距離と比べて、（前記第１の距離−０．７５×λ／ＳＡ×Ｍ）×Ｍよりも小さく、且つ、２×（前記第１の距離−０．７５×λ／ＳＡ×Ｍ）×Ｍよりも大きい（但し、λは露光光の波長であり、ＳＡは斜入射位置であり、Ｍは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項において、
前記第１の距離は、前記露光光を透過させる露光において所定の斜入射位置ＳＡ（但し、０．４≦ＳＡ≦０．８である。）としたときに、ｓｉｎφ＝ＮＡ×ＳＡによって定義される入射角φに対して、０．５×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以上且つ０．８×（λ／ｓｉｎφ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、
前記第２の補助開口部の幅は、前記第１の補助開口部の幅の１．５倍以下であるフォトマスク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項において、
前記第２の開口部は、第３の補助開口部であり、
前記遮光膜に設けられ、前記第３の補助開口部に対する前記第１の開口部の反対側に隣接する第４の補助開口部をさらに備え、
前記第３の補助開口部の中心と前記第１の開口部の中心との間の距離は、前記第１の距離と等しく、
前記第３の補助開口部の中心と前記第４の補助開口部の中心との間の距離は、前記第２の距離と等しいフォトマスク。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、
前記遮光膜に設けられ、前記第２の補助開口部に対する前記第１の補助開口部の反対側に隣接する第５の補助開口部をさらに備え、
前記第５の補助開口部は、透過した露光光により前記被露光部材に転写パターンが形成されない開口幅を有すると共に、前記露光光を透過して回折光を発生し、
前記第２の補助開口部の中心と前記第５の補助開口部の中心との間の第３の距離は、前記第２の距離よりも小さいフォトマスク。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記第３の距離は、７０ｎｍ×Ｍ以上且つ２．０×（λ/ＮＡ）×Ｍよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡ及びＭは露光機の縮小投影光学系の開口数及び縮小倍率である。）フォトマスク。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部及び前記第２の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されており、
分断される補助開口部間スペースは、０．２５×λ／ＮＡよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数である。）フォトマスク。
【請求項１４】
請求項１０において、
前記第３の補助開口部及び前記第４の補助開口部の少なくとも一方は、複数に分断されており、
分断される補助開口部間スペースは、０．２５×λ／ＮＡよりも小さい（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数である。）フォトマスク。
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれか１項において、
前記第１の補助開口部の幅と前記第２の補助開口部の幅とは互いに等しいフォトマスク。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載のフォトマスク用いたパターン形成方法であって、
基板の上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に前記フォトマスクを介して前記露光光を照射する工程と、
前記露光光を照射された前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程とを備えているパターン形成方法。
【国際調査報告】
2013121485.tif 000020
2013121485.tif 000021
2013121485.tif 000022
2013121485.tif 000023