(57)【要約】【課題】  高解像度のパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供する。【解決手段】  第１の方向に第１のピッチで配置された第１のパターンと、第１のピッチよりも大きい第２のピッチで配置された第２のパターンとを含んだマスクパターンを有するマスクを用意する工程と、第１のパターンの第１の方向の解像に適した一対の第１の明部又は開口２１を有する第１の照明と、第２のパターンの解像に適した少なくとも一対の第２の明部又は開口２２、２３を有する第２の照明とを含んだ露光照明を用意する工程と、露光照明を用いてマスクパターンをフォトレジストに投影する工程と、を備える。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の方向に第１のピッチで配置された第１のパターンと、前記第１のピッチよりも大きい第２のピッチで配置された第２のパターンとを含んだマスクパターンを有するマスクを用意する工程と、
前記第１のパターンの前記第１の方向の解像に適した一対の第１の明部又は開口を有する第１の照明と、前記第２のパターンの解像に適した少なくとも一対の第２の明部又は開口を有する第２の照明とを含んだ露光照明を用意する工程と、
前記露光照明を用いて前記マスクパターンをフォトレジストに投影する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
第１の方向に第１のピッチで配置された第１のパターンを含んだマスクパターンを有するマスクを用意する工程と、
前記第１のパターンの前記第１の方向の解像に適した一対の第１の明部又は開口を有する第１の照明と、前記第１の方向とは異なる第２の方向の解像に適した１又は２以上の第２の明部又は開口を有する第２の照明とを含んだ露光照明を用意する工程と、
前記露光照明を用いて前記マスクパターンをフォトレジストに投影する工程と、
を備えたことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１のピッチをＰ1、前記露光照明の波長をλ、前記露光照明を有する露光装置の投影光学系の開口数をＮＡoとして、
Ｐ1／２＝ｋ1×λ／ＮＡo
で規定されるｋ1の値が０．３０より小さく、
前記第１の照明は、
σ1＝λ／（２Ｐ1×ＮＡo）
で規定されたコヒーレンスファクタσ1の位置が明部となる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１のピッチをＰ1、前記露光照明の波長をλ、前記露光照明を有する露光装置の投影光学系の開口数をＮＡoとして、
Ｐ1／２＝ｋ1×λ／ＮＡo
で規定されるｋ1の値が０．３０より小さく、
前記第１の照明は、
σ1＝λ／（２Ｐ1×ＮＡo）
で規定されたコヒーレンスファクタσ1の位置が明部となり、
前記第２の照明は、前記第２のピッチをＰ2として、
σ2＝λ／（２Ｐ2×ＮＡo）
で規定されたコヒーレンスファクタσ2の位置が明部となる
ことを特徴とする請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１のピッチをＰ1、前記露光照明の波長をλ、前記露光照明を有する露光装置の投影光学系の開口数をＮＡoとして、
Ｐ1／２＝ｋ1×λ／ＮＡo
で規定されるｋ1の値が０．３０より小さく、
前記第１の照明は、
σ1＝λ／（２Ｐ1×ＮＡo）
で規定されたコヒーレンスファクタσ1の位置が明部となり、
前記１又は２以上の第２の明部又は開口の前記第１の方向のトータルの長さは、前記第２の明部又は開口の前記第２の方向の長さよりも長い
ことを特徴とする請求項２に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、微細なパターンを解像することがしだいに難しくなってきている。
【０００３】
解像可能なパターンピッチＰは、
Ｐ／２＝ｋ1×λ／ＮＡo                  （１）
と表される。ただし、λは露光装置の露光光の波長、ＮＡoは露光装置の投影光学系の開口数、ｋ1はレジストプロセス等で決まる係数である。ｋ1値が小さくなるほど露光プロセスのマージン（露光裕度及び焦点深度）が小さくなるため、一般的にはｋ1値が０．３０以上となる条件で露光を行っている。しかしながら、パターンピッチＰが小さくなると、ｋ1値が０．３０よりも小さくなる条件で露光を行う必要性が生じてくる。
【０００４】
ピッチＰの小さいパターンの解像度を高めるためには、コヒーレンスファクタσの大きな斜入射照明を用いることが有効である（例えば、特許文献１参照）。コヒーレンスファクタσは、
σ＝ＮＡc／ＮＡo＝λ／（２Ｐ×ＮＡo）            （２）
と表される。ただし、ＮＡcは、露光装置の照明光学系における有効な照明の開口数である。
【０００５】
式（１）と式（２）から、
σ＝１／４ｋ1                  （３）
と表される。つまり、コヒーレンスファクタσを大きくすることで、ｋ1値を小さくすることができる。
【０００６】
しかしながら、従来提案されている方法では、微細ピッチで配列した周期パターンの配列方向の解像度を上げることは一応可能であるが、他のパターンの解像を上げることや、周期パターンの配列方向とは異なる方向の解像度を上げることは困難であった。したがって、露光領域全体で見た場合、高解像度のパターンを得ることは困難であった。
【特許文献１】特開平５−３３５２１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、高解像度のパターンを得ることが可能なパターン形成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の視点に係るパターン形成方法は、第１の方向に第１のピッチで配置された第１のパターンと、前記第１のピッチよりも大きい第２のピッチで配置された第２のパターンとを含んだマスクパターンを有するマスクを用意する工程と、前記第１のパターンの前記第１の方向の解像に適した一対の第１の明部又は開口を有する第１の照明と、前記第２のパターンの解像に適した少なくとも一対の第２の明部又は開口を有する第２の照明とを含んだ露光照明を用意する工程と、前記露光照明を用いて前記マスクパターンをフォトレジストに投影する工程と、を備える。
【０００９】
本発明の第２の視点に係るパターン形成方法は、第１の方向に第１のピッチで配置された第１のパターンを含んだマスクパターンを有するマスクを用意する工程と、前記第１のパターンの前記第１の方向の解像に適した一対の第１の明部又は開口を有する第１の照明と、前記第１の方向とは異なる第２の方向の解像に適した１又は２以上の第２の明部又は開口を有する第２の照明とを含んだ露光照明を用意する工程と、前記露光照明を用いて前記マスクパターンをフォトレジストに投影する工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、マスクパターンに適した照明を用いることで、高解像度のパターンを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態１）
以下、半導体装置としてＮＡＮＤ型不揮発性メモリを例に、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００１３】
図１及び図２は、フォトマスク上に形成されたマスクパターンの例を示した図である。図１及び図２に示すように、マスクパターンには、ワード線パターン（コントロールゲート線パターン：第１のパターン）１１、選択ゲート線パターン（第２のパターン）１２及びコンタクトフリンジパターン（第２のパターン）１３が含まれている。
【００１４】
ワード線パターン１１は、微細なピッチＰ1（第１のピッチ）で配列された周期パターンである。選択ゲート線パターン１２は、ワード線パターン１１よりもパターン幅が広く、ピッチＰ1よりも大きなピッチＰ2a（第２のピッチ）で配置されている。コンタクトフリンジパターン１３は、ワード線パターン１１の端部に形成されており、ピッチＰ1よりも大きなピッチＰ2b（第２のピッチ）で配置されている。
【００１５】
ワード線パターン１１は単純なラインアンドスペースパターンであるため、ワード線パターン１１のみを考えた場合には、単純な斜入射照明を用いても一応の解像度を得ることは可能である。ところが、図１及び図２に示すように、マスクパターンには、ワード線パターン１１以外に、選択ゲート線パターン１２及びコンタクトフリンジパターン１３が含まれている。したがって、通常の照明を用いた場合には、これらの全てのパターンについて高解像度を確保することは困難である。そこで、本実施形態では、以下に示すよう方法によって、図１及び図２に示したマスクパターンに適した照明を得ている。
【００１６】
まず、図３、図４及び図５に示すように、ワード線パターン１１に適した照明、選択ゲート線パターン１２に適した照明、及びコンタクトフリンジパターン１３に適した照明を決定する。
【００１７】
図３は、ワード線パターン１１の配列方向（各ワード線パターン１１の延伸方向に垂直な方向：第１の方向）の解像に適した照明（第１の照明）を示したものであり、遮光領域２５内に一対の開口（第１の開口）２１が設けられている。
【００１８】
各開口２１は、コヒーレンスファクタσ1で表すと、
σ1＝λ／（２Ｐ1×ＮＡo）
で規定されたσ1の位置に設けられている。すなわち、図３で示した照明は、上式で規定されたσ1の位置が明部となるような照明である。なお、λは露光装置の露光光の波長、ＮＡoは露光装置の投影光学系の開口数である。また、図１に示したピッチＰ１のパターンは、
Ｐ1／２＝ｋ1×λ／ＮＡo
で規定されるｋ1の値が０．３０より小さくなっている。ｋ1は、レジストプロセス等で決まる係数である。なお、上記σ1の式をｋ1を用いて表した場合には、
σ1＝１／４ｋ1
となる。また、一対の開口２１の対向方向（各開口２１の中心を結んだ線に平行な方向）は、図１に示したワード線パターン１１の配列方向と一致している。
【００１９】
図４は、選択ゲート線パターン１２の解像に適した照明を示したものであり、遮光領域２５内に一対の開口（第２の開口）２２が設けられている。
【００２０】
各開口２２は、コヒーレンスファクタσ2aで表すと、
σ2a＝λ／（２Ｐ2a×ＮＡo）
で規定されたσ2aの位置に設けられている。すなわち、図４で示した照明は、上式で規定されたσ2aの位置が明部となるような照明である。また、一対の開口２２の対向方向（各開口２２の中心を結んだ線に平行な方向）は、図１に示したワード線パターン１１の配列方向と一致している。
【００２１】
図５は、コンタクトフリンジパターン１３の解像に適した照明を示したものであり、遮光領域２５内に一対の開口（第２の開口）２３が設けられている。
【００２２】
各開口２３は、コヒーレンスファクタσ2bで表すと、
σ2b＝λ／（２Ｐ2b×ＮＡo）
で規定されたσ2bの位置に設けられている。すなわち、図５で示した照明は、上式で規定されたσ2bの位置が明部となるような照明である。また、一対の開口２３の対向方向（各開口２３の中心を結んだ線に平行な方向）は、図１に示したワード線パターン１１の配列方向に垂直な方向と一致している。
【００２３】
以上のようにして、ワード線パターン１１に適した照明、選択ゲート線パターン１２に適した照明、及びコンタクトフリンジパターン１３に適した照明が決定される。
【００２４】
次に、図３、図４及び図５に示した照明を組み合わる、すなわち、図３、図４及び図５に示した開口２１、開口２２及び開口２３を組み合わせることで、図６に示すような照明を得る。
【００２５】
さらに、図６に示した照明の照明条件を、マスクパターンに応じて最適化する。例えば、所望のプロセスマージン或いは所望のパターン形状が得られるように、図３、図４及び図５に示した各照明の強度比（単位面積当たりの強度比）を、マスクパターンに応じて最適化する。これにより、最適化された露光照明が得られる。
【００２６】
図７は、照明光の強度比と露光裕度との関係の一例を示した図である。図７に示すように、強度比に応じて露光裕度が変化している。したがって、照明光の強度比を最適化することが望ましい。例えば、図３に示した照明の強度をＩ1、図４或いは図５に示した照明の強度をＩ2とした場合、強度比（Ｉ2／Ｉ1）が１よりも小さいことが望ましい。
【００２７】
以上のように、本実施形態では、ワード線パターン１１のようにピッチが狭い周期パターン（第１のパターン）の解像に適した照明と、その他のパターン（選択ゲート線パターン１２やコンタクトフリンジパターン１３等：第２のパターン）の解像に適した照明とを組み合わせて、露光照明を得ている。したがって、第１のパターン及び第２のパターンともに高解像度で露光することが可能となり、露光マージンを向上させることができる。よって、本実施形態の方法を用いることにより、微細パターンを有する半導体装置を高精度で作製することが可能となる。
【００２８】
（実施形態２）
以下、半導体装置としてＮＡＮＤ型不揮発性メモリを例に、本発明の第２の実施形態を説明する。
【００２９】
図８は、フォトマスク上に形成されたマスクパターンの例を示した図である。図８に示すように、マスクパターンには、ホールパターン（例えばメモリ領域のコンタクトホールパターン：第１のパターン）３１が含まれている。このホールパターン３１は、微細なピッチＰ1（第１のピッチ）で配列された周期パターンである。
【００３０】
ホールパターン３１は、単一方向に配列した単純な周期パターンであるため、ホールパターン３１の配列方向（第１の方向）の解像度のみを考えた場合には、単純な斜入射照明を用いても一応の解像度を得ることは可能である。ところが、ホールパターン３１は、第１の方向では密集したパターンとなっているが、第１の方向に垂直な第２の方向では孤立したパターンとなっているため、通常の照明を用いた場合には、第１の方向及び第２の方向ともに高解像度を確保することは困難である。そこで、本実施形態では、以下に示すようにして、図８に示したマスクパターンに適した照明を得ている。
【００３１】
図９は、本実施形態に係る露光照明の一例を示した図である。図９に示した照明は、一対の主開口（第１の開口）４１と、一対の補助開口（第２の開口）４２と、遮光領域４５とによって構成されている。
【００３２】
主開口（第１の開口）４１は、ホールパターン３１の配列方向（第１の方向）の解像に適した主照明（第１の照明）を得るためのものである。各主開口４１は、コヒーレンスファクタσ1で表すと、
σ1＝λ／（２Ｐ1×ＮＡo）
で規定されたσ1の位置に設けられている。すなわち、主照明は、上式で規定されたσ1の位置が明部となるような照明である。なお、λは露光装置の露光光の波長、ＮＡoは露光装置の投影光学系の開口数である。また、主照明では、
Ｐ1／２＝ｋ1×λ／ＮＡo
で規定されるｋ1の値が０．３０より小さくなっている。ｋ1は、レジストプロセス等で決まる係数である。なお、上記σ1の式をｋ1を用いて表した場合には、
σ1＝１／４ｋ1
となる。また、一対の主開口４１の対向方向（各主開口４１の中心を結んだ線に平行な方向）は、図１に示したホールパターン３１の配列方向と一致している。また、主照明の照明光は、第１の方向の解像に適した方向に偏光している。
【００３３】
補助開口（第２の開口）４２は、ホールパターン３１の配列方向（第１の方向）に垂直な方向（第２の方向）の解像に適した補助照明（第２の照明）を得るためのものである。補助開口４２は、一対の主開口４１の中心を結んだ線上であって、一対の主開口４１の内側に配置されている。また、一対の補助開口４２の第１の方向のトータルの長さは、補助開口４２の第２の方向の長さよりも長くなっている。また、補助照明の照明光は、主照明の偏光方向とは異なる方向に偏光している、或いは特定の方向に偏光していない。
【００３４】
図９に示した照明の照明条件は、マスクパターンに応じて最適化されている。例えば、所望のプロセスマージン或いは所望のパターン形状が得られるように、主照明と補助照明との強度比（単位面積当たりの強度比）が、マスクパターンに応じて最適化されている。例えば、主照明の強度をＩ1、補助照明の強度をＩ2とした場合、強度比（Ｉ2／Ｉ1）が１よりも小さいことが望ましい。
【００３５】
図１１は、図９に示した露光照明を用いて、図８に示したようなホールパターン３１を露光したときの、露光裕度と焦点深度（ＤＯＦ）との関係を示した図である。図１２は、比較例における露光裕度と焦点深度（ＤＯＦ）との関係を示した図である。比較例では、図１０に示したような露光照明（主開口５１、補助開口５２、遮光領域５５）を用いている。図１１及び図１２を比較すれば明らかなように、本実施形態の照明を用いた場合には、比較例の照明を用いた場合に比べて、大きな焦点深度を安定して確保することが可能である。
【００３６】
図１３は、補助開口４２の第１の方向のトータルの長さをＬ１、補助開口４２の第２の方向の長さをＬ２としたときの、比率（Ｌ１／Ｌ２）と、焦点深度（ＤＯＦ）及び光学像のコントラストとの関係を示した図である。図１３からわかるように、ＤＯＦ及びコントラストともに比率（Ｌ１／Ｌ２）に依存し、Ｌ１／Ｌ２の値が小さい場合には、良好な特性が得られない。
【００３７】
図１４は、本実施形態に係る露光照明の他の例を示した図である。図９に示した例では補助開口４２を２つ設けていたが、図１４に示した例では補助開口４２は１つである。この場合にも、補助開口４２の第１の方向の長さＬ１を、補助開口４２の第２の方向の長さをＬ２よりも長くする。
【００３８】
図１５は、本実施形態に係る露光照明のさらに他の例を示した図である。図１５の例では、補助開口４２の第１の方向の長さを図９に示した例の１／２とし、照明光の強度を２倍にしている。
【００３９】
図１４及び図１５いずれの照明を用いた場合も、図９の照明を用いた場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００４０】
以上のように、本実施形態では、上述したコンタクトホールパターンのようなピッチが狭い周期パターン（第１のパターン）のパターン配列方向（第１の方向）の解像に適した照明（主照明）と、第１の方向に垂直な第２の方向の解像に適した照明（補助照明）とを組み合わせて、露光照明を得ている。したがって、第１の方向及び第２の方向ともに高解像度で露光することが可能となり、露光マージンを向上させることができる。よって、本実施形態の方法を用いることにより、微細パターンを有する半導体装置を高精度で作製することが可能となる。
【００４１】
図１６は、上述した第１及び第２の実施形態の方法を用いた半導体装置（半導体集積回路）の製造方法の概略を示したフローチャートである。まず、フォトマスクを用意する（Ｓ１）。続いて、第１及び第２の実施形態で詳述したようにして、用意されたフォトマスクに適した照明を作成する（Ｓ２）。続いて、フォトマスク上のマスクパターンをウェハ（半導体基板）上のフォトレジストに投影する（Ｓ３）。フォトレジストを現像することでフォトレジストパターンが形成される（Ｓ４）。さらに、フォトレジストパターンをマスクとして半導体基板上の導電膜や絶縁膜等をエッチングすることで、所望のパターンが形成される（Ｓ５）。
【００４２】
なお、上述した第１及び第２の実施形態の方法は、パターン領域を一度に露光する場合、パターン領域を２つの領域に分けて２重露光をする場合、パターン領域を３つ以上の領域に分けて３回以上露光をする場合、いずれにも適用可能である。
【００４３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係り、フォトマスク上に形成されたマスクパターンの一例を示した図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係り、フォトマスク上に形成されたマスクパターンの一例を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係り、ワード線パターンに適した照明を示した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係り、選択ゲート線パターンに適した照明を示した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係り、コンタクトフリンジパターンに適した照明を示した図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る照明を示した図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係り、照明光の強度比と露光裕度との関係を示した図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係り、フォトマスク上に形成されたマスクパターンの一例を示した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る照明の一例を示した図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の比較例に係る照明を示した図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係り、露光裕度と焦点深度との関係を示した図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の比較例に係り、露光裕度と焦点深度との関係を示した図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係り、補助開口の縦横比と焦点深度及び光学像のコントラストとの関係を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る照明の他の例を示した図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態に係る照明のさらに他の例を示した図である。
【図１６】本発明の実施形態に係り、半導体装置の製造方法について示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１１…ワード線パターン（第１のパターン）
１２…選択ゲート線パターン（第２のパターン）
１３…コンタクトフリンジパターン（第２のパターン）
２１…開口（第１の開口）
２２、２３…開口（第２の開口）
２５…遮光領域
３１…ホールパターン（第１のパターン）
４１…主開口（第１の開口）
４２…補助開口（第２の開口）
４５…遮光領域
【図１】
2006310707.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2006310707.tif 000013
【図１２】
2006310707.tif 000014
【図１３】
2006310707.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2006310707.tif 000017
【図１６】
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