(57)【要約】【課題】微細なパターンを形成できるレベンソン型マスクの製造方法を提供する。【解決手段】レベンソン型マスクの製造方法は、第１パターンの両側に、同位相開口部および反転位相開口部を定める開口部設定工程を含む。この開口部設定工程は、対同士の距離が近い順または、所定の値以下のものに、対同士が対向する開口部の少なくとも一方に、同位相開口部を設定する工程を含む。【選択図】図１
2011118447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光板と、
前記透光板の主表面に配置され、複数の開口部を有する遮光膜と
を備え、
前記開口部は、同位相開口部および反転位相開口部を含み、
前記反転位相開口部においては、前記主表面に凹部が形成され、
前記凹部は、前記反転位相開口部の端部の下まで延びるように形成されたアンダーカット部を有し、
被処理物に第１パターンを形成するために、前記同位相開口部と前記反転位相開口部とが対で設定されたレベンソン型マスクの製造方法であって、
前記第１パターンの両側に、前記同位相開口部および前記反転位相開口部を定める開口部設定工程を含み、
前記開口部設定工程は、前記対同士の距離が近い順または、所定の値以下のものに、前記対同士が対向する前記開口部の少なくとも一方に、前記同位相開口部を設定する工程を含む、レベンソン型マスクの製造方法。
【請求項２】
前記開口部設定工程は、前記対同士が対向する前記開口部の両側に、前記同位相開口部を設定する、請求項１に記載のレベンソン型マスクの製造方法。
【請求項３】
素子領域の活性領域に第１パターンが形成され、素子分離領域に第２パターンが形成さ
れた半導体装置の製造に用いるレベンソン型マスクの製造方法であって、
前記第１パターンの両側に、開口部として同位相開口部および反転位相開口部を設定する開口部設定工程を含み、
前記開口部設定工程は、前記第２パターンが前記開口部を通して露光される部分同士の間に配置され、前記開口部を通して露光される部分と前記第２パターンとの距離が、所定の距離以下である場合に、
前記第２パターンの両側に前記同位相開口部および前記反転位相開口部を設定する工程と、
前記第２パターンの形成が可能なように前記同位相開口部および前記反転位相開口部を拡張する拡張工程と
を含む、レベンソン型マスクの製造方法。
【請求項４】
前記開口部設定工程は、計算機によって前記同位相開口部および前記反転位相開口部を設定する工程を含み、
前記拡張工程は、前記素子分離領域の前記第２パターンを形成する領域にダミー活性領域を設定する工程を含む、請求項３に記載のレベンソン型マスクの製造方法。
【請求項５】
実質的に前記第２パターンの寸法変動に影響を与える前記距離として、前記開口部を通して露光される部分と前記第２パターンとの距離の設計値を用いて、前記設計値として０．３×λ／ＮＡ（ただし、λは光源の波長、ＮＡは開口数である）を用いる、請求項３または４に記載のレベンソン型マスクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レベンソン型マスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路などの半導体装置において、電極や配線などの形成にフォトリソグラフィ技術が用いられる場合がある。フォトリソグラフィ工程においては、フォトマスクを介してレジストに所定の形状に露光される露光工程が行なわれる。レジストは、たとえば感光性樹脂で形成され、露光工程の後に現像を行なうことにより所定の形状に成型される。
【０００３】
露光工程において用いられるマスクは、透光部および遮光部を有する。フォトマスクには、解像度を上げるために透光部を透過する光の位相を変化させる位相シフトマスクがある。位相シフトマスクには、レベンソン型マスクやハーフトーン型マスクが含まれる。これらのフォトマスクは、光の干渉作用を利用して解像度を上げることができる。
【０００４】
レベンソン型マスクは、たとえばポジ型のレジストにおいて、基板の表面に配置されたレジストを所定の形状に加工する際に、一の部分の両側において、一方の側に光を透過させる透光部を形成する。他方の側に一方の透光部の光の位相に対して、位相を反転させる透光部を形成する。レベンソン型マスクは、一の部分の両側の光の位相を互いに反転するように形成することにより、一の部分において、解像度を向上させることができるフォトマスクである。
【０００５】
ハーフトーン型マスクは、基板の表面に配置されたレジストを所定の形状に加工する際に、一の部分または一の部分の周りのうち一方に形成された透光部に対して、他方に形成された遮光部において光の一部を透過させると共に位相を反転させることにより、上記一の部分において、解像度を向上させるフォトマスクである。
【０００６】
特開２００２−２２９１８１号公報においては、透光性基板上に、孤立パターン要素形成用の遮光部と、周期パターン要素を形成するための複数の遮光部とを形成するためのレベンソン型マスクが開示されている。このレベンソン型マスクは、孤立パターン要素形成用の遮光部の両側に、位相シフト部と透光部とを配置する。周期パターン要素を形成するための遮光部の両側に、位相シフト部と透光部とを配置する。透光性基板の残部を遮光部で覆う。孤立パターン要素形成用の位相シフト部の幅と周期パターン要素を形成するための位相シフト部の幅とをほぼ等しくすることが開示されている。
【０００７】
特開２００３−１６８６４０号公報においては、位相シフトマスクで形成する微細線パターンと一定範囲内で隣接するシフタパターンの位相が、互いに反転する位相を割当てるようにする半導体装置の製造方法が開示されている。好ましくは、位相エッジで形成する微細線パターンを中央に挟んで、少なくとも４つのシフタパターンを設け、隣接したシフタパターン同士は必ず逆位相になるように配置することが開示されている。
【０００８】
フォトリソグラフィ法においては、基板の表面に微細な部分を形成するために露光を複数回行なう方法が知られている。
【０００９】
たとえば、特開平１１−２８３９０４号公報においては、フォトレジスト層に対し、線幅制御性が厳しい箇所のパターンを位相シフトパターンを用いて転写する高解像度露光と、高解像度露光により既にパターン転写されたフォトレジスト層の部分をマスクパターンの遮光部により保護しながら、フォトレジスト層に対し線幅制御性が緩い箇所のパターンを、位相シフトパターンを用いることなく転写する通常露光とを含む露光方法が開示されている。
【００１０】
また、米国特許第５８５８５８０号明細書においては、２つのマスクプロセスを用いることが開示されている。第１のマスクは位相シフトマスクであり、第２のマスクは、単一位相構造のマスクである。単一位相構造のマスクは、位相シフトの領域を消さないように露光が行なわれる。単一位相構造のマスクにおいては、位相シフトマスクにより形成された部分以外の領域において、所望しない部分に形成されないように露光が行なわれることが開示されている。
【００１１】
さらに、特開平１−２８３９２５号公報においては、第１の領域は、密にパターニングし、第２の領域は第１の領域よりも粗にパターニングする露光方法であって、第１の領域は、露光の位相を反転させる位相シフトパターンを有するマスクパターンで露光し、第２の領域は光透過領域と非透過領域からなるマスクパターンで露光する露光方法が開示されている。
【００１２】
また、特開２００４−２４７６０６号公報においては、ゲート電極およびゲート配線からなるゲートを形成するに際して、第１マスクとしてのバイナリマスクまたはハーフトーンマスクと、第２マスクとしてのレベンソン型マスクを用いた二重露光処理により、ゲート電極パターンのみを形成した後に、第３マスクとしてのバイナリマスクまたはハーフトーンマスクを用いた露光処理によりゲート配線パターンを形成する半導体装置の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００２−２２９１８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６８６４０号公報
【特許文献３】特開平１１−２８３９０４号公報
【特許文献４】米国特許第５８５８５８０号明細書
【特許文献５】特開平１−２８３９２５号公報
【特許文献６】特開２００４−２４７６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、位相シフトマスクを用いたり、複数回の露光を行なったりすることにより、最小寸法が小さな部分を含むパターンを形成することができる。しかしながら、たとえば半導体装置においては、微細化はさらに進む傾向にあり、より微細なパターンを寸法精度よく形成することが所望されている現状にある。
【００１５】
レベンソン型マスクにおいては、透光板の表面に、たとえばクロム膜などの遮光膜が配置される。遮光膜には、光を透過するための開口部が形成される。開口部は、同位相開口部と反転位相開口部に大別される。同位相開口部は、光の位相を変化させずに透過させる領域であり、透光板の主表面によって構成される。反転位相開口部においては、透光板に凹部が形成されたり、シフタが配置されたりする。反転位相開口部を通る光は、位相が反転する。
【００１６】
反転位相開口部として、透光板に凹部が形成されたレベンソン型マスクには、凹部が、遮光膜の端部の下側まで広がるように形成されたアンダーカット部を有するものがある。このレベンソン型マスクにおいては、反転位相開口部が互いに隣り合うと、アンダーカット部が互いに隣り合う。半導体装置の微細化が進むと、アンダーカット部同士の距離が小さくなる。この結果、透光板の表面に配置された遮光膜と透光板との接触面積が小さくなって、遮光膜が剥がれることがあるという問題があった。
【００１７】
本発明は、微細なパターンを形成できるレベンソン型マスクの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に基づく一の局面におけるパターン形成方法は、第１最小寸法を有する第１パターンと、第２最小寸法を有する第２パターンとを含むパターン形成方法であって、レベンソン型マスクを用いて露光を行なう第１露光工程と、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう第２露光工程とを含む。上記第２最小寸法が上記第１最小寸法の１．３倍以上になる場合に、上記第２露光工程の露光量が上記第１露光工程の露光量以下になるように行なう。
【００１９】
本発明に基づく他の局面におけるパターン形成方法は、第１最小寸法を有する第１パターンと、第２最小寸法を有する第２パターンとを含むパターン形成方法であって、レベンソン型マスクを用いて露光を行なう第１露光工程と、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう第２露光工程とを含む。上記第２最小寸法が上記第１最小寸法の１．０倍以上１．１倍以下になる場合に、上記第２露光工程の露光量が上記第１露光工程の露光量よりも大きくなるように行なう。
【００２０】
本発明に基づく一の局面におけるレベンソン型マスクの製造方法は、透光板と、上記透光板の主表面に配置され、複数の開口部を有する遮光膜とを備え、上記開口部は、同位相開口部および反転位相開口部を含み、上記反転位相開口部においては、上記主表面に凹部が形成され、上記凹部は、上記反転位相開口部の端部の下まで延びるように形成されたアンダーカット部を有し、被処理物に第１パターンを形成するために、上記同位相開口部と上記反転位相開口部とが対で設定されたレベンソン型マスクの製造方法である。上記第１パターンの両側に、上記同位相開口部および上記反転位相開口部を定める開口部設定工程を含む。上記開口部設定工程は、上記対同士の距離が近い順に、上記対同士が対向する上記開口部の少なくとも一方に、上記同位相開口部を設定する工程を含む。
【００２１】
本発明に基づく他の局面におけるレベンソン型マスクの製造方法は、素子領域の活性領域に第１パターンが形成され、素子分離領域に第２パターンが形成された半導体装置の製造に用いるレベンソン型マスクの製造方法である。上記第１パターンの両側に、開口部として同位相開口部および反転位相開口部を設定する開口部設定工程を含む。上記開口部設定工程は、上記第２パターンが上記開口部を通して露光される部分同士の間に配置され、上記開口部を通して露光される部分と上記第２パターンとの距離が、実質的に上記第２パターンの寸法変動に影響を与える距離以下である場合に、上記第２パターンの両側に上記同位相開口部および上記反転位相開口部を設定する工程を含む。上記第２パターンの形成が可能なように上記同位相開口部および上記反転位相開口部を拡張する拡張工程を含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、微細なパターンを形成できるパターン形成方法を提供することができる。また、微細なパターンを形成できるレベンソン型マスクの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態１において形成するレジストパターンの概略平面図である。
【図２】実施の形態１におけるレベンソン型マスクの概略平面図である。
【図３】実施の形態１におけるレベンソン型マスクの概略断面図である。
【図４】実施の形態１におけるハーフトーン型マスクの概略平面図である。
【図５】実施の形態１における露光量を説明するグラフである。
【図６】実施の形態１におけるＩＬＳ値を説明するグラフである。
【図７】実施の形態１におけるハーフトーン型マスクの露光量比率を下げるときの概略平面図である。
【図８】実施の形態１におけるレジスト試験を行なうときの概略斜視図である。
【図９】実施の形態１におけるレジスト試験の結果を示すグラフである。
【図１０】実施の形態２における第１試験の結果を説明する露光量のグラフである。
【図１１】実施の形態２における第１試験の結果を説明するＩＬＳ値のグラフである。
【図１２】実施の形態２における第２試験の結果を説明する露光量のグラフである。
【図１３】実施の形態２における第２試験の結果を説明するＩＬＳ値のグラフである。
【図１４】実施の形態２における第３試験の結果を説明する露光量のグラフである。
【図１５】実施の形態２における第３試験の結果を説明するＩＬＳ値のグラフである。
【図１６】実施の形態３において形成するレジストパターンの概略平面図である。
【図１７】実施の形態３におけるレベンソン型マスクの概略平面図である。
【図１８】実施の形態３におけるハーフトーン型マスクの概略平面図である。
【図１９】実施の形態３における第１試験の結果を説明する露光量のグラフである。
【図２０】実施の形態３における第２試験の結果を説明する露光量のグラフである。
【図２１】実施の形態４において形成するレジストパターンの概略平面図である。
【図２２】実施の形態４におけるレベンソン型マスクの概略平面図である。
【図２３】実施の形態４におけるレベンソン型マスクの概略断面図である。
【図２４】実施の形態４における比較例のレベンソン型マスクの概略平面図である。
【図２５】実施の形態４における比較例のレベンソン型マスクの概略断面図である。
【図２６】実施の形態４におけるレベンソン型マスクの開口部の領域に対して同位相開口部と反転位相開口部とを設定する方法の説明図である。
【図２７】実施の形態５において形成するレジストパターンの概略平面図である。
【図２８】実施の形態５におけるレベンソン型マスクの概略平面図である。
【図２９】実施の形態５におけるハーフトーン型マスクの概略平面図である。
【図３０】実施の形態５におけるレベンソン型マスクの開口部の領域に、同位相開口部および反転位相開口部を設定するときの第１工程説明図である。
【図３１】実施の形態５におけるレベンソン型マスクの開口部の領域に、同位相開口部および反転位相開口部を設定するときの第２工程説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
図１から図９を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるパターン形成方法について説明する。本実施の形態においては、半導体装置の製造方法を例に採りあげて説明する。本実施の形態においては、位相シフトマスクのうちレベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとを用いる。それぞれの位相シフトマスクを用いて、複数回の露光を行なう。
【００２５】
図１に、本実施の形態における被処理物の表面に配置されたパターンの概略平面図を示す。本実施の形態においては、被処理物としての基板９の表面にレジストパターン１０が形成されている。本実施の形態における基板９は、シリコンウェハの表面にポリシリコン膜などの導電膜を配置している。さらに、ポリシリコン膜の表面に有機反射防止膜を膜厚８０ｎｍで成膜している。本実施の形態においては、この有機反射防止膜上に配置されるレジストのパターニングを行なう。レジストパターン１０は、基板９の表面に形成されたフォトレジストである。本実施の形態においては、ポジ型レジストを用いている。
【００２６】
レジストパターン１０は、第１パターン部１０ａと第２パターン部１０ｂとを含む。第１パターン部１０ａは、たとえば電界効果トランジスタのゲート電極の部分である。第２パターン部１０ｂは、たとえばゲート電極を接続するための配線部の部分である。第１パターン部１０ａは、微細線や寸法精度が要求される部分のパターンである。第２パターン部１０ｂは、第１パターン部１０ａよりも寸法が大きかったり、第１パターン部１０ａよりも寸法精度が緩かったりするパターンである。
【００２７】
本発明において、最小寸法とは、目的とするパターンの寸法のうち最小となる径（橋渡し）の寸法である。第１パターン部１０ａは、第１最小寸法Ｄmin1を有する。本実施の形態における第１最小寸法は、第１パターン部１０ａの延びる方向に垂直な幅である。第２パターン部１０ｂは、第２最小寸法Ｄmin2を有する。本実施の形態における第２最小寸法は、第１パターン部１０ａから延在する部分の幅である。本実施の形態においては、第１最小寸法が第２最小寸法よりも小さくなるように形成されている。
【００２８】
このような形状を有するフォトレジストを形成するために、フォトリソグラフィ工程が行なわれる。フォトリソグラフィ工程においては、たとえば、感光性樹脂のレジスト膜を基板上の被加工膜としての導電膜の表面に均一に配置して、露光を行なった後に現像することにより、所望の形状の部分にレジストを残すことができる。さらに、残ったレジストをマスクとして、被加工膜をエッチングすることにより被加工膜を所望の形状にパターニングすることができる。
【００２９】
本実施の形態においては、第１パターン部１０ａを形成するための露光をレベンソン型マスクで行なう。第２パターン部１０ｂを形成するための露光をハーフトーン型マスクで行なう。
【００３０】
図２に、本実施の形態におけるレベンソン型マスクの概略平面図を示す。図３に、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図を示す。
【００３１】
レベンソン型マスクは、たとえば、石英ガラスなどで形成された透光板１９を備える。透光板１９の表面には、光を遮るための遮光膜１が配置されている。遮光膜１は、たとえば、Ｃｒ膜で形成されている。
【００３２】
遮光膜１は、光を通すための透光領域として開口部を有する。本実施の形態においては、開口部は、同位相開口部１ａおよび反転位相開口部１ｂを有する。同位相開口部１ａおよび反転位相開口部１ｂは、第１パターン部１０ａ（図１参照）に対応する部分の両側に配置されている。
【００３３】
同位相開口部１ａにおいて、透光板１９の表面は平面状に形成されている。レベンソン型マスクの透光領域のうち同位相領域は、透光板１９の主表面で構成されている。反転位相開口部１ｂにおいては、透光板１９の表面に凹部２４が形成されている。レベンソン型マスクの透光領域のうち反転位相領域は、透光板１９の表面に形成された凹部２４で構成されている。凹部２４は、反転位相開口部１ｂを通る光の位相が反転するように形成されている。たとえば、凹部２４は、反転位相開口部１ｂを通る光が、同位相開口部１ａを通る光と比較して、位相が１８０°ずれるように形成されている。
【００３４】
本実施の形態における凹部２４は、寸法精度を向上させるために形成されたアンダーカット部２４ａを有する。アンダーカット部２４ａは、遮光膜１の反転位相開口部１ｂにおける端部において、端部の内側まで延びるように形成されている。すなわち、遮光膜１は、反転位相開口部１ｂにおいて庇となる部分を有する。
【００３５】
本実施の形態におけるレベンソン型マスクは、光の位相を反転させるために、透光板に凹部が形成されているが、特にこの形態に限られず、たとえば、反転位相開口部の透光板の表面に位相を反転させるためのシフタなどが配置されていても構わない。
【００３６】
図４に、本実施の形態におけるハーフトーン型マスクの概略平面図を示す。ハーフトーン型マスクは、透光板１９の表面に遮光部５ａが形成されている。遮光部５ａは、光を完全に遮るように形成されている。遮光部５ａは、たとえば、Ｃｒ膜で形成されている。遮光部５ａは、レベンソン型マスクにおいて露光される部分に露光が行なわれないように形成されている。遮光部５ａは、レベンソン型マスクの開口部に対応して形成されている。透光板１９の表面には、レジストパターン１０の第２パターン部１０ｂ（図１参照）を形成するためのハーフトーン部５ｂが配置されている。ハーフトーン部５ｂは、レジストパターンの第２パターン部１０ｂの形状に対応して形成されている。
【００３７】
本実施の形態におけるハーフトーン部５ｂは、露光される光の一部を透過するように形成されている。ハーフトーン部５ｂは、透過する光の位相が反転するように形成されている。本実施の形態におけるハーフトーン部５ｂは、透光板１９の表面に配置された位相シフタを含む。ハーフトーン部としては、位相シフタの配置に限られず、露光される光の一部分を透過して、さらに位相が反転するように形成されていれば構わない。
【００３８】
図１を参照して、本実施の形態においては、第１パターン部１０ａの第１最小寸法Ｄmin1が第２パターン部１０ｂの第２最小寸法Ｄmin2よりも小さくなるように露光を行なう。本実施の形態においては、第２最小寸法Ｄmin2が、第１最小寸法Ｄmin1の１．３倍以上になるように、レジストパターン１０を形成する。第１パターン部１０ａの第１最小寸法Ｄmin1が７０ｎｍのレジストパターン１０を形成する。
【００３９】
はじめに、有機反射防止膜の表面に感光性樹脂としてのアクリル系ポジレジストを膜厚１８０ｎｍで塗布する。このレジスト膜に対して露光前加熱処理を行なう。
【００４０】
次に、第１パターン部１０ａを形成するための第１露光工程を行なう。第１露光工程は、レベンソン型マスクを用いて露光を行なう。第１露光工程においては、同位相開口部１ａと反転位相開口部１ｂとを有するレベンソン型マスク（図２参照）を用いて行なう。
【００４１】
本実施の形態における第１露光工程では、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用いてレジスト膜に露光を行なう。本実施の形態におけるレベンソン型マスクの遮光膜１の同位相開口部１ａの幅および反転位相開口部１ｂ（図２参照）の幅は、それぞれ１４０ｎｍである。同位相開口部１ａと反転位相開口部１ｂとの距離は、１４０ｎｍである。このレベンソン型マスクを、ＮＡ（Numerical Aperture）が０．８２、Ｃｏｎｖ．（σ＝０．４０）の条件で露光を行なう。ここで、ＮＡは開口率である。Ｃｏｎｖ．は通常照明の円形開口絞りである。また、σは基板（ウェハ）の側から見たときの照明光学ＮＡと投影レンズ系ＮＡの比である。
【００４２】
次に、第２パターン部１０ｂを形成するための第２露光工程を行なう。第２露光工程は、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう。第２露光工程においては、遮光部５ａとハーフトーン部５ｂとを有するハーフトーン型マスク（図４参照）を用いて行なう。
【００４３】
第２露光工程においては、図４における遮光部５ａの部分が遮光される。すなわち、第２露光工程は、第１露光工程で露光が行なわれた範囲に、再度露光が行なわれないように行なう。図４に示すハーフトーン部５ｂにおいては、光の一部が透過するとともに、光の位相が反転する。
【００４４】
本実施の形態においては、透過率が６％のハーフトーン部を有するマスクを用いる。第２露光工程においては、ＮＡが０．８０、Ｃｏｎｖ．（σ＝０．８５）の条件で露光を行なった。第２露光工程におけるレジストへの露光量が第１露光工程におけるレジストへの露光量よりも小さくなるように行なっている。すなわち、ハーフトーン型マスクを用いてレジストなどの被照射物に対して行なわれる露光量は、レベンソン型マスクを用いて行なう露光量以下になるように露光工程を行なっている。
【００４５】
第１露光工程および第２露光工程の後に、レジスト膜の現像を行なって、図１に示すパターンを形成した。本実施の形態においては、第１露光工程の後に第２露光工程を行なっているが、第２露光工程を先に行なっても構わない。すなわち、ハーフトーン型マスクによる露光を先に行なっても構わない。
【００４６】
第１露光工程において、同位相開口部１ａを通った光は、位相が変わらずに露光が行なわれる。反転位相開口部１ｂを通った光は位相が反転する。第１パターン部１０ａの部分では光の干渉が生じる。このため、第１パターン部１０ａの部分が露光されることを抑制でき、第１パターン部１０ａにおける寸法精度を向上させることができる。または、微細な第１パターン部１０ａを形成することができる。
【００４７】
本実施の形態においては、レジストパターン１０のうち、第１パターン部１０ａをレベンソン型マスクによって露光を行ない、第２パターン部１０ｂをハーフトーン型マスクによって露光を行なう多重露光法を採用している。多重露光法においては、はじめに露光を行なった部分の潜像は、後に露光を行なったときの光の被りによって影響を受ける場合がある。
【００４８】
たとえば、本実施の形態においては、図１を参照して、レジストパターン１０の第１パターン部１０ａの潜像は、後にハーフトーン型マスクを用いて露光を行なうときに影響を受ける。たとえば、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう第２露光工程の露光量が多すぎると、第１パターン部１０ａの寸法精度が悪化する場合がある。
【００４９】
図５に、本実施の形態における露光試験の結果のグラフを示す。図５は、本実施の形態におけるレジストパターンの第１パターン部１０ａ（図１参照）における合成光学像のグラフである。横軸は、第１パターン部１０ａの幅方向の中心から、幅方向の外側に向かった距離を示している。０の位置は、第１パターン部の幅方向の中心である。縦軸は、レベンソン型マスクおよびハーフトーン型マスクによる光強度を示している。
【００５０】
露光試験においては、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量の比率を、それぞれ変化させて露光を行なった。また、レベンソン型マスクのみを用いて露光を行なった場合についても試験を行なった。
【００５１】
図５を参照すると、レベンソン型マスクの露光量の比率が小さいほど、合成光学像の傾きが小さくなって潜像が劣化することがわかる。すなわち、レベンソン型マスクの露光量の比率が低いほど、ハーフトーン型マスクの露光の影響を受けやすくなり、寸法精度が悪化する。
【００５２】
たとえば、第１パターン部の中心からの距離が略０．０３μｍよりも大きい範囲において（レジストパターンの第１パターン部の線幅が０．０６μｍよりも大きい領域において）、レベンソン型マスクのみを用いた場合とほぼ同じの傾きの合成光学像を得るためには、ハーフトーン型マスクの露光量に対して、レベンソン型マスクの露光量を少なくとも０．８倍以上にする必要がある。さらに、レベンソン型マスクの露光量を、ハーフトーン型マスクの露光量の１．０倍以上にすることによって、レベンソン型マスクのみを用いた場合と同程度以上の寸法精度を有する潜像を、より確実に得ることができる。
【００５３】
次に、露光量比率を定める基準として、ＩＬＳ（Image Log Slope）値を採用する。ＩＬＳ値は、像強度の対数の勾配を示し、ＩＬＳ値＝（１／Ｉｓ）×（ΔＩ／Δｘ）で定義される。ここで、Ｉｓはスライス値であり、（ΔＩ／Δｘ）は、光強度線のスライス値となる点における光強度の勾配を示す。
【００５４】
本実施の形態においては、スライス値を算出する線幅の代表値として、０．０８μｍを用いる。デザインルール（設計基準）が６５ｎｍの装置において、電極や配線などの線幅はおおよそ６０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である。このときのレジスト膜の線幅がおおよそ８０ｎｍであることにより、スライス値を算出する線幅の代表値を定めた。すなわち、この線幅は、デザインルールが６５ｎｍの半導体装置における汎用的な線幅である。この線幅においては、線幅の中心から−０．０４μｍ以上＋０．０４μｍ以下の位置の範囲がスライス値として採用される。
【００５５】
図６に、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率を変化させたときのＩＬＳ値を説明するグラフを示す。横軸が露光量比率を示し、縦軸がＩＬＳ値を示す。レベンソン型マスクの露光量比率を増加させることによって、ＩＬＳ値が増加する。前述の通り、図５のグラフから、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率が１：１であれば、優れた合成潜像を得ることができる。図６において、露光量比率が１：１になるＩＬＳ値は、レベンソン型マスクのみのＩＬＳ値の約０．８倍であり、略３４である。すなわち、ＩＬＳ値が略３４以上であれば、合成光学像の露光量の十分な傾きを確保することができ、寸法精度の優れた第１パターン部を形成することができる。または、微細な第１パターン部を形成することができる。
【００５６】
以上のように、レベンソン型マスクの露光量は、ハーフトーン型マスクの露光量の１．０倍以上が好ましい。しかし、ハーフトーン型マスクの露光量比率を下げていくと、ハーフトーン型マスクの遮光部の寸法が小さくなる。この結果、遮光部がマスク製造限界以下の大きさになる場合があり、マスク製造限界以下の大きさになるとマスクを製造できなくなる。マスクの製造を考慮すると、レベンソン型マスクの露光量は、ハーフトーン型マスクの露光量の１．０倍以上１．２倍以下がより好ましい。
【００５７】
レベンソン型マスクによる露光量をハーフトーン型マスクによる露光量以上にすることは、ハーフトーン型マスクで形成する第２パターン部の最小寸法が、レベンソン型マスクで形成する第１パターン部の最小寸法の１．３倍以上になる場合に有用である。露光工程においては、露光装置のフォーカス裕度が問題になる場合がある。すなわち、露光装置のピント合せを変動させたときの寸法変動が、許容範囲に収まらなくなる問題が生じる場合がある。このフォーカス裕度の問題は、第２最小寸法が第１最小寸法の１．３倍未満の場合に顕著になる。第２最小寸法が第１最小寸法の１．３倍以上の場合は、レベンソン型マスクの露光量をハーフトーン型マスクの露光量以上にすることによって、寸法精度の優れた第１パターン部を形成することができる。または、微細な第１パターン部を形成することができる。さらに、６５ｎｍ以下のデザインルールの半導体装置の製造方法においては、線幅が微細になるために特に有用になる。
【００５８】
本実施の形態においては、レベンソン型マスクの露光量をハーフトーン型マスクの露光量以上となるように露光を行なうことにより、レベンソン型マスクの部分における潜像のコントラストを向上させることができ、微細な半導体装置を提供することができる。または、寸法精度が向上した半導体装置を提供することができる。
【００５９】
ハーフトーン型マスクの露光量を小さくするためには、光源の光の強度を弱くすることや露光時間を短くする方法の他に、光学近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）を採用する方法がある。
【００６０】
図７に、露光量を小さくするために、光学近接効果補正を採用したハーフトーン型マスクの概略平面図を示す。透光板１９の表面に形成するハーフトーン部において、ハーフトーン部５ｂを小さくして、ハーフトーン部５ｃを形成する。このように、ハーフトーン部を小さくするバイアスを設定することにより、被照射物に対する露光量を小さくすることができる。ハーフトーン部のマスクバイアス量の目安としては、たとえば、基準パターンとしてハーフトーン部同士の間隔が２０００ｎｍ以上で、最小幅寸法が７０ｎｍとなる孤立パターンにおいては、マスクバイアスを片側５ｎｍ以上１０ｎｍ以下に設定する。
【００６１】
露光工程においては使用されるレジストの種類によっても光学潜像に影響を受ける。次に、使用するレジストの種類について説明する。
【００６２】
図８に、レジストの光学近接効果（ＯＰＥ：Optical Proximity Effect）の依存性を説明する基準パターンの概略斜視図を示す。基準パターンにおいては、ハーフトーン型マスク２６を介して、レジスト２７に露光を行なう。ハーフトーン型マスク２６は、ハーフトーン部２６ａを有する。
【００６３】
ハーフトーン部２６ａは、直線状に形成されている。ハーフトーン部２６ａは、互いに延びる方向が平行になるように形成されている。レジスト２７の露光領域２７ａは、それぞれ線状になる。このような基準パターンにおいて、ハーフトーン部２６ａ同士の距離をスペースサイズＳとする。また、ハーフトーン部２６ａの幅をＷとする。露光領域２７ａの幅をＣＤ（Critical Dimension）値とする。本実施の形態においては、スキャナタイプの露光装置を用いており、ＣＤ値がハーフトーン部２６ａの幅Ｗのほぼ１／４になる。
【００６４】
図９に、２種類のレジストにおけるＣＤ値の特性を説明するグラフを示す。本実施の形態においては、レジスト膜としてアクリル系ポジレジストを用いている。横軸はスペースサイズＳであり、縦軸はＣＤ値である。スペースサイズＳが小さくなる部分においては、それぞれのＣＤ値が急激に上昇している。
【００６５】
レジストＡにおける（ＣＤ値の最大値−ＣＤ値の最小値）は、レジストＢにおける（ＣＤ値の最大値−ＣＤ値の最小値）よりも大きい。すなわち、レジストＡは、光学近接効果がレジストＢよりも大きい。このように、レジストの種類によっても、ＯＰＥ特性が異なる。このため、ＯＰＥ特性の優れたレジストを選択することが好ましい。たとえば、（ＣＤ値の最大値−ＣＤ値の最小値）の値が大きいレジストの場合には、ピッチが小さなパターンを形成すると期待値から大きく外れる可能性がある。そのため、光学近接補正を行なった場合には、ピッチが小さなパターンでは、マスク製造限界以下のサイズになる可能性がある。図９においては、レジストＡよりもレジストＢを用いることが好ましい。
【００６６】
レジストとしてＯＰＥ特性の優れたレジストを選択することによって、露光量比率の選択幅を大きくすることができ、製造されるパターンの期待値を変更することなく露光量比率を変更することができる。
【００６７】
（実施の形態２）
図１０から図１５を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるパターン形成方法について説明する。本実施の形態において、レベンソン型マスクを用いて露光を行なう第１露光工程と、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう第２露光工程とを含むことは実施の形態１と同様である。また、第２パターンの第２最小寸法が第１パターンの第１最小寸法の１．３倍以上になるときに、第２露光工程の露光量が第１露光工程の露光量以下なるように行なうことも実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、第２露光工程において、ハーフトーン部の透過率を下げたハーフトーン型マスクを用いることにより露光を行なう。本実施の形態においては、実施の形態１と同様の試験方法により試験を行なった。
【００６８】
図１０に、本実施の形態における第１試験の結果を説明する第１のグラフを示す。図１１に、本実施の形態における第１試験の結果を説明する第２のグラフを示す。第１試験においては、レベンソン型マスクを用いて行なう第１露光工程の露光量と、ハーフトーン型マスクを用いて行なう第２露光工程の露光量とを１：１の比率で設定した。ハーフトーン型マスクのハーフトーン部の透過率を６％から０％まで変化させたときのそれぞれの位置における露光量を求めた。
【００６９】
図１０に、レベンソン型マスクにより形成されるレジストパターンの第１パターン（図１参照）の合成光学像のグラフを示す。横軸はレベンソン型マスクによって形成される直線状の部分の幅方向の中心からの距離を示し、縦軸は光強度を示す。ハーフトーン型マスクの透過率を下げることによって、位置０μｍにおける光強度が０に近づく。
【００７０】
図１１に、第１試験におけるＩＬＳ値のグラフを示す。横軸はハーフトーン型マスクのハーフトーン部の透過率を示し、縦軸はＩＬＳ値を示す。ハーフトーン型マスクのハーフトーン部の透過率が０％であるマスクはハーフトーン部を有さない遮光した通常のマスクになる。
【００７１】
図１１に示すように、ハーフトーン部の透過率を下げることにより、ＩＬＳ値は大きくなる傾向にある。ハーフトーン部の透過率を下げることにより、第１パターン部の寸法精度が向上することが分かる。図１１を参照して、レベンソン型マスクの露光量とハーフトーン型マスクの露光量との比が１：１の場合においては、ハーフトーン型マスクの透過率を６％以下にすることによって、ＩＬＳ値を略３４以上にすることができる。
【００７２】
図１２に、本実施の形態における第２試験の結果を説明する第１のグラフを示す。図１３に、本実施の形態における第２試験の結果を説明する第２のグラフを示す。第２試験においては、第１試験よりもレベンソン型マスクの露光量を相対的に少なくする。第２試験においては、レベンソン型マスクの露光量とハーフトーン型マスクの露光量との比を０．８：１にして試験を行なった。
【００７３】
図１２に、レベンソン型マスクにより形成されるレジストパターンの第１パターンの部分の合成光学像を示す。図１３に、第２試験におけるＩＬＳ値のグラフを示す。図１２を参照して、ハーフトーン型マスクの透過率を下げることによって、位置０μｍにおける光強度が０に近づく。図１３を参照して、レベンソン型マスクの露光量とハーフトーン型マスクの露光量との比を０．８：１の場合においては、ハーフトーン型マスクの透過率を４％以下にすることによって、ＩＬＳ値を略３４以上にすることができる。
【００７４】
図１４に、本実施の形態における第３試験の結果を説明する第１のグラフを示す。図１５に、本実施の形態における第３試験の結果を説明する第２のグラフを示す。第３試験においては、第２試験よりもレベンソン型マスクの露光量をさらに相対的に少なくする。第３試験においては、レベンソン型マスクの露光量とハーフトーン型マスクの露光量との比を０．６：１にして試験を行なった。
【００７５】
図１４に、レベンソン型マスクにより形成されるレジストパターンの第１パターンの部分の合成光学像のグラフを示す。図１５に、第３試験におけるＩＬＳ値のグラフを示す。図１４を参照して、ハーフトーン型マスクのハーフトーン部の透過率を下げることによって、位置０μｍにおける光強度が０に近づく。また、図１５を参照して、レベンソン型マスクの露光量とハーフトーン型マスクの露光量との比を０．６：１の場合においては、ハーフトーン型マスクの透過率を４％以下にすることによって、ＩＬＳ値を３４以上にすることができる。
【００７６】
このように、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率を変化させても、ハーフトーン型マスクのハーフトーン部の透過率を対応させて調整することにより、レベンソン型マスクで形成するパターンの寸法精度を向上させることができる。
【００７７】
その他の構成、作用、効果および方法については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【００７８】
（実施の形態３）
図１６から図２０を参照して、本発明に基づく実施の形態３におけるパターン形成方法について説明する。本実施の形態におけるパターン形成方法において、レベンソン型マスクを用いて露光を行なう第１露光工程と、ハーフトーン型マスクを用いて露光を行なう第２露光工程とを含むことは実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、第２パターンの第２最小寸法が第１パターンの第１最小寸法の１．０倍以上１．１倍以下の場合に、第２露光工程の露光量が第１露光工程の露光量よりも大きくなるように行なう。
【００７９】
図１６は、本実施の形態におけるレジストパターンの概略平面図である。基板９の表面に、レジストパターン１１〜１３を形成する。レジストパターン１３は、レジストパターン１１とレジストパターン１２とに挟まれる位置に配置されている。レジストパターン１３は、ハーフトーン型マスクによって形成される。
【００８０】
レジストパターン１１は、第１パターン部１１ａと第２パターン部１１ｂとを含む。レジストパターン１２は、第１パターン部１２ａと第２パターン部１２ｂとを含む。第１パターン部１１ａ，１２ａは、レベンソン型マスクによって形成される部分である。第２パターン部１１ｂ，１２ｂは、ハーフトーン型マスクによって形成される部分である。
【００８１】
第１パターン部１１ａ，１２ａは、たとえば、電界効果トランジスタのゲート電極となる部分である。活性領域５０は、たとえば、基板９の表面に不純物が打ち込まれ、電界効果トランジスタのソース領域またはドレイン領域になる領域である。レジストパターン１３の部分は、たとえば配線が形成される。
【００８２】
本実施の形態においては、レベンソン型マスクによって形成されるレジストパターンに挟まれるレジストパターン１３に着目する。レジストパターン１３によって形成される基板９の表面の配線パターンは、たとえば、直線状の部分の幅（図１６のレジストパターン１３の幅Ｌ１に対応する部分の幅）が７０ｎｍである。
【００８３】
図１７に、本実施の形態におけるレベンソン型マスクの概略平面図を示す。レベンソン型マスクは、遮光膜２を含む。遮光膜２は、同位相開口部２ａ，２ｃおよび反転位相開口部２ｂ，２ｄを有する。同位相開口部２ａと反転位相開口部２ｂとが対になることにより、同位相開口部２ａと反転位相開口部２ｂとの間に線パターンであるレジストパターン１１の第１パターン部１１ａが形成される。同じように、同位相開口部２ｃと反転位相開口部２ｄとが対になることにより、レジストパターン１２の第１パターン部１２ａが形成される（図１６参照）。
【００８４】
図１８に、本実施の形態におけるハーフトーン型マスクの概略平面図を示す。ハーフトーン型マスクは、透光板１９を含む。透光板１９の表面には、遮光部６ａ，６ｃが形成されている。遮光部６ａ，６ｃは、光をわずかに通すように形成されている。透光板１９の表面には、ハーフトーン部６ｂ，６ｄ，６ｅが形成されている。遮光部６ａ，６ｃは、レベンソン型マスクの開口部に対応するように形成されている。ハーフトーン部６ｂ，６ｄは、レジストパターン１１，１２の第２パターン部１１ｂ，１２ｂにそれぞれ対応するように形成されている。ハーフトーン部６ｅは、レジストパターン１３に対応するように形成されている（図１６参照）。このように、ハーフトーン型マスクで露光を行なうレジストパターン１３の直線状の部分は、レベンソン型マスクで露光を行なうレジストパターン１１，１２の第１パターン部１１ａ，１２ａに挟まれている。
【００８５】
これらのレベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとを用いて、露光量の比率を１：１にして露光を行なう場合には、たとえば、レジストパターン１３の幅方向の長さＬ１に対応するレベンソン型マスクの開口部間に配置され、ハーフトーン型マスクで形成される配線パターンの遮光部幅は９０ｎｍになる（図１６参照）。
【００８６】
図１９に、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率が、１：１のときの合成光学像のグラフを示す。横軸は、図１６におけるＡ−Ａ線で切断したときの断面における位置である。縦軸は、合計光学像の光強度を示す。図１９において、Ａの部分が、図１６におけるレジストパターン１３の部分である。光強度の最小値Ｉｍｉｎは、０．１２３である。
【００８７】
次に、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率が０．６：１のときの露光の場合を説明する。すなわち、レベンソン型マスクの露光量を相対的に下げる。この場合には、レジストパターン１３の幅方向の長さＬ１に対応するレベンソン型マスクの開口部間に配置され、ハーフトーン型マスクで形成される配線パターンの遮光部幅は１１０ｎｍになる（図１６参照）。
【００８８】
図２０に、レベンソン型マスクとハーフトーン型マスクとの露光量比率を０．６：１にしたときの合成光学像のグラフを示す。Ａの部分が、図１６におけるレジストパターン１３の部分である。光強度の最小値Ｉｍｉｎは、０．０６３になり、小さな値を確保することができる。
【００８９】
図１９および図２０を参照して、ハーフトーン型マスクの露光量に対して、レベンソン型マスクの露光量の比率を上げていくと、ハーフトーン型マスクによって形成されるパターンの光強度の最小値Ｉｍｉｎを十分に低くできないことが生じる。レベンソン型マスクを用いて第１露光工程を行なうと、ハーフトーン型マスクで形成すべき潜像に対して影響を与え、ハーフトーン型マスクで形成すべき線パターンの光強度の最小値Ｉｍｉｎが大きくなる。
【００９０】
この結果、たとえば、ハーフトーン型マスクで形成する部分で断線のような不良を引き起こす場合がある。すなわち、第１露光工程における露光処理時に、最適条件として露光量とフォーカスとを設定するが、このフォーカス（ピント合わせ）が、装置の起因などによる何らかの影響で変動する場合があり、変動した状態で露光が行なわれる場合があり得る。このときに、位相シフト型マスクによって形成される潜像がハーフトーン型マスクによって形成される潜像に影響を与え、ハーフトーン型マスクによって形成されるパターンに不良が生じる場合がある。
【００９１】
この不良は、第１最小寸法を有する第１パターンと、第２最小寸法を有する第２パターンとを形成する工程を含み、第２最小寸法が第１最小寸法の１．１倍以下になる場合に顕著に生じる。この場合には、ハーフトーン型マスクによる第２露光工程の露光量が、レベンソン型マスクによる第１露光工程の露光量よりも大きくなるように行なう。この方法により、ハーフトーン型マスクにより形成される第２パターンのうち、レベンソン型マスクにより形成される第１パターンに隣接するパターンの不良を抑制することができる。特に、第１パターンに挟まれる第２パターンの不良を抑制することができる。
【００９２】
たとえば、図１６においては、レジストパターン１１，１２の第１パターン部１１ａ，１２ａに挟まれるレジストパターン１３の直線状の部分の断線を抑制することができる。
【００９３】
本実施の形態においては、ハーフトーン型マスクで形成する潜像のコントラストを向上させることができ、ハーフトーン型マスクで形成されるパターンの不良を抑制することができる。または、ハーフトーン型マスクを用いる第２露光工程において、露光を行なう際のフォーカス裕度を向上させることができる。
【００９４】
次に、本実施の形態に記載のパターン形成方法と実施の形態１および２に記載のパターン形成方法との使用形態について説明する。
【００９５】
電界効果トランジスタのゲート長のうち最小のゲート長が７０ｎｍで設計された半導体装置Ａおよび半導体装置Ｂを形成する。電界効果トランジスタのゲート電極はレベンソン型マスクで形成して、配線部はハーフトーン型マスクで形成する。
【００９６】
ここで、半導体装置Ａについては、配線部の最小寸法が１００ｎｍで設定されている。半導体装置Ａの配線部は、露光における潜像形成のプロセス余裕が大きくなるように配置されている。半導体装置Ａのゲート長の要求される寸法精度は、厳しい条件になっている。一方で、半導体装置Ｂについては、配線部の最小寸法はゲート長の最小寸法と同じ７０ｎｍで設定されている。半導体装置Ｂの配線部は、露光における潜像形成のプロセス余裕が小さい。但し、上記寸法は、製造プロセスのばらつきにより、仕上がりの状態で±１０％程度ばらつくことがある。
【００９７】
このような場合に、半導体装置Ａについては、実施の形態１に示したように、ハーフトーン型マスクによる露光量をレベンソン型マスクによる露光量以下にすることによって、配線部の潜像形成のプロセス余裕の範囲内で、高い寸法精度を有するゲート電極を形成することができる。
【００９８】
半導体装置Ｂについては、本実施の形態で示したように、ハーフトーン型マスクによる露光量をレベンソン型マスクによる露光量よりも大きくすることにより、配線部を形成するときの潜像形成のプロセス余裕を確保することができる。
【００９９】
その他の構成、作用、効果および方法については、実施の形態１および２と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１００】
（実施の形態４）
図２１から図２６を参照して、本発明に基づく実施の形態４におけるレベンソン型マスクの製造方法について説明する。
【０１０１】
図２１に、本実施の形態において形成するレジストパターンの概略平面図を示す。本実施の形態においては、レベンソン型マスクおよびハーフトーン型マスクを用いる。基板９の表面には、ポリシリコンなどの導電膜（図示せず）を介してレジストパターン１１〜１３が形成されている。レジストパターン１１は、第１パターン部１１ａと第２パターン部１１ｂを含む。レジストパターン１２は、第１パターン部１２ａと第２パターン部１２ｂとを含む。
【０１０２】
第１パターン部１１ａ，１２ａは、レベンソン型マスクを用いて形成される。さらに第１パターン部１１ａ，１２ａをマスクとして導電膜をパターニングすることにより、たとえば、電界効果トランジスタのゲート電極となる。活性領域５０は、たとえば、電界効果トランジスタのソース領域やドレイン領域になる。第２パターン部１１ｂ，１２ｂは、ハーフトーン型マスクを用いて形成される。レジストパターン１３は、ハーフトーン型マスクを用いて形成される。レジストパターン１３は、たとえば、配線になる。
【０１０３】
本実施の形態においては、第１パターン部１１ａと、レジストパターン１３の直線状の部分との距離Ｌ２に対応する距離は、１６０ｎｍである。たとえば、電界効果トランジスタのゲート電極と配線との距離は、１６０ｎｍである。また、本実施の形態においては、第１パターン部１２ａとレジストパターン１３の直線状の部分との距離は、第１パターン部１１ａとレジストパターン１３の直線状の部分との距離と同じである。
【０１０４】
本実施の形態においては、第１パターン部１１ａ，１２ａの幅Ｌ３に対応して形成される線の幅は、６０ｎｍである。また、レジストパターン１３の直線状の部分の幅に対応して形成される線の幅は、幅Ｌ３に対応する幅と同じである。たとえば、電界効果トランジスタのゲート電極の幅は、６０ｎｍである。
【０１０５】
図２２に、本実施の形態におけるレベンソン型マスクの概略平面図を示す。図２３に、図２２におけるＸＸＩＩＩ−ＸＸＩＩＩ線に関する矢視断面図を示す。
【０１０６】
本実施の形態におけるレベンソン型マスクは、透光板２１の表面に遮光膜３を備える。遮光膜３は、光を遮断するように形成されている。遮光膜３は、同位相開口部３ａ，３ｃと反転位相開口部３ｂ，３ｄとを有する。本実施の形態においては、同位相開口部３ａ，３ｃ同士が隣り合うように形成されている。
【０１０７】
図２３を参照して、透光板２１の表面には遮光膜３が形成されている。同位相開口部３ａ，３ｃにおいては、透光板２１の主表面が配置されている。反転位相開口部３ｂ，３ｄにおける透光板２１の表面には、それぞれ凹部２２が形成されている。凹部２２は、反転位相開口部３ｂ，３ｄを通る光の位相が半波長ずれるように形成されている。すなわち、波長が反転するように形成されている。凹部２２は、アンダーカット部２２ａを有する。
【０１０８】
レベンソン型マスクにおいては、形成する線パターンなどのパターンの両側に、同位相開口部および反転位相開口部を配置する必要がある。すなわち、同位相開口部と反転位相開口部とで形成するパターンを挟み込む必要がある。
【０１０９】
レベンソン型マスクの製造工程は、形成するパターンに対して、開口部を設定する必要がある。レベンソン型マスクの製造方法においては、同位相開口部および反転位相開口部を設定する開口部設定工程を含む。１つの同位相開口部と１つの反転位相開口部とが対で設定されることによって、後の露光で１つのパターンが形成される。設定された反転位相開口部に対応する基板の表面には凹部が形成される。本実施の形態においては、同位相開口部および反転位相開口部の対のうち、対同士の距離が近い順に、対同士が対向する開口部の少なくとも一方に、同位相開口部を設定する工程を含む。
【０１１０】
図２２を参照して、レジストパターン１１およびレジストパターン１２のそれぞれに対応する部分の両側には、開口部が形成されている。ここで、対同士が対向する開口部同士の距離Ｌ４を参酌した場合に、他の部分よりも対同士の距離が最も近かったとする。この場合に、少なくとも一方に同位相開口部を設定する。本実施の形態においては、対同士が対向する開口部の両方に、同位相開口部３ａ，３ｃを形成している。
【０１１１】
本実施の形態におけるハーフトーン型マスクの構成は、実施の形態３におけるハーフトーン型マスクと同様である（図１８参照）。
【０１１２】
図２４に、本実施の形態における比較例としてのレベンソン型マスクの概略平面図を示す。図２５に、図２４におけるＸＸＶ−ＸＸＶ線に関する矢視断面図を示す。
【０１１３】
図２４を参照して、比較例としてのレベンソン型マスクは、開口部において、同位相開口部および反転位相開口部の設定方法が異なる。同位相開口部３ａと反転位相開口部３ｂとが対になっている。また、同位相開口部３ｃと反転位相開口部３ｄとが対になっている。比較例のレベンソン型マスクにおいては、２つの対同士が対向する開口部が、反転位相開口部３ｂ，３ｄに設定されている。レジストパターン１３の両側に対応する開口部が、反転位相開口部３ｂ，３ｄに設定されている。
【０１１４】
図２５を参照して、同位相開口部３ａ，３ｃには、透光板２１の主表面が構成されている。反転位相開口部３ｂ，３ｄには、透光板２１の主表面に凹部２３が形成されている。凹部２３は、アンダーカット部２３ａを有する。
【０１１５】
レベンソン型マスクの製造工程においては、たとえば透光板の表面に開口部を有する遮光膜を形成する。次にドライエッチングを行なうことによって、透光板の主表面から凹んだ部分を形成する。さらに、ウエットエッチングを行なうことによって、遮光膜の開口部の下側に、アンダーカット部を形成する。
【０１１６】
たとえば、比較例においては、反転位相開口部３ｂ，３ｄの縁から奥側に１００ｎｍのアンダーカット部２３ａが形成されている。反転位相開口部３ｂと反転位相開口部３ｄとの距離は４００ｎｍである。この場合には、遮光膜３と透光板２１との接触幅Ｌ５は、２００ｎｍになってしまう。この様に、接触幅Ｌ５と反転位相開口部３ｂおよび反転位相開口部３ｄの距離との比率が１／２以下になった場合、アンダーカット部が互いに対向すると遮光膜３と透光板２１との接触面積が小さくなってしまい、部分的に遮光膜の剥がれが生じる場合がある。特に、線パターンなどの微細化が進んで、開口部同士の距離が小さくなってくると、遮光膜が部分的に剥がれる不具合が顕著に生じる。
【０１１７】
開口部を設定する開口部設定工程において、同位相開口部と反転位相開口部との対同士の距離が近い順に対同士が対向する開口部の少なくとも一方に、同位相開口部を設定することにより、対同士が対向する部分において遮光膜が剥がれることを抑制できる。本実施の形態においては、対同士が対向する両側の開口部に同位相開口部を設定している。図２３および図２４を参照して、互いに対向する同位相開口部３ａと同位相開口部３ｃが設定されている。したがって、同位相開口部３ａと同位相開口部３ｃとに挟まれる遮光膜３の部分と透光板２１との接触面積を大きくすることができ、遮光膜３の剥がれを抑制することができる。
【０１１８】
レベンソン型マスクの開口部の領域に対して、同位相開口部および反転位相開口部を設定する方法においては、たとえば、シフタ配置ＤＡ（Design Automation）システムを採用することができる。シフタ配置ＤＡに本願の開口部の設定方法を適用することにより、レベンソン型マスクの開口部の種類を設定することができる。
【０１１９】
図２６に、本実施の形態における開口部の設定方法の例を示す。予め形成するレジストパターンに対して光が透過する開口部の領域を設定しておき、それぞれの開口部の領域について、同位相開口部または反転位相開口部を設定していく。
【０１２０】
初めに、同位相開口部と反転位相開口部とを対として見たときに、対同士の距離が最も近い部分を選定する。この部分において、対向する２個の対に含まれる４個の開口部の領域のうち、互いに対向する２個の開口部の領域に同位相開口部を設定する。次に、設定した同位相開口部に対応する対の反転位相開口部を設定する。
【０１２１】
次に、設定した反転位相開口部と他の反転位相開口部との距離が近く、遮光膜の剥がれが生じる恐れがあるか否かを判別する。遮光膜の剥がれが生じる恐れがある場合には、設定した２個の同位相開口部のうち、一方を反転位相開口部に変更して対となる開口部を同位相開口部に変更する。すなわち、設定した反転位相開口部と他の反転位相開口部との距離が非常に近くなる場合には、上記の変更を元に戻して次の工程に進む。
【０１２２】
次に、同位相開口部および反転位相開口部が設定されていない開口部の領域に対して、同様の操作を繰返す。このように、すべての開口部の領域に対して、同位相開口部および反転位相開口部を設定する。
【０１２３】
図２６に示す例においては、対同士の距離が近い順に同位相開口部を設定したが、この形態に限られず、対同士の距離が所定の値以下のものを選別して、そのうち、対同士の間にハーフトーン型マスクで形成されるパターンが存在する部分について、優先的に同位相開口部を設定しても構わない。
【０１２４】
また、反転位相開口部には、透光板の表面に凹部が形成される他に、透光板の主表面にシフタが配置されることがある。このため、凹部の形成やシフタの配置において、製造誤差が生じる場合がある。すなわち、レベンソン型マスクの製造誤差に起因する位相差のずれが生じる場合がある。このため、反転位相開口部同士に挟まれた部分に形成されるパターンにおいては、位相差のずれによる影響を受け、寸法精度が悪くなる場合がある。
【０１２５】
しかしながら、本実施の形態のように、対同士の距離が近い部分から順に、ハーフトーン型マスクで形成されるパターンの少なくとも一方を同位相開口部にすることにより、これらのマスク製造時における製造誤差に起因する位相のずれた露光を抑制することができ、寸法精度を向上させることができる。
【０１２６】
その他の構成、作用、効果および方法については、実施の形態１から３と同様であるのでここでは説明を繰返さない。
【０１２７】
（実施の形態５）
図２７から図３１を参照して、本発明に基づく実施の形態５におけるパターン形成方法およびレベンソン型マスクの製造方法について説明する。
【０１２８】
図２７は、本実施の形態におけるレベンソン型マスクで形成するレジストパターンの概略平面図である。基板９の表面には、レジストパターン１１〜１３が形成されている。レジストパターン１１とレジストパターン１２との間には、レジストパターン１３が形成されている。レジストパターン１１の第１パターン部１１ａおよびレジストパターン１２の第１パターン部１２ａは、レベンソン型マスクで形成される部分である。
【０１２９】
レジストパターン１３は、第１パターン部１３ａおよび第２パターン部１３ｂを含む。本実施の形態においては、第１パターン部１３ａをレベンソン型マスクで形成する。第２パターン部１３ｂをハーフトーン型マスクで形成する。
【０１３０】
本実施の形態においては、ポリシリコンなどの導電膜（図示せず）上に形成された、レジストパターン１１，１２の第１パターン部１１ａ，１２ａを用いて、電界効果トランジスタのゲート電極が形成され、レジストパターン１３を用いて配線が形成される。第１パターン部１１ａ，１２ａの両側は、電界効果トランジスタのソース領域などが形成される活性領域５０である。レジストパターン１１，１２は、素子が形成される素子領域５１に形成されている。素子分離領域５２は、電界効果トランジスタなどの素子が形成されていない領域である。レジストパターン１３は、素子分離領域５２に形成されている。
【０１３１】
図２８に、本実施の形態におけるレベンソン型マスクの概略平面図を示す。本実施の形態におけるレベンソン型マスクは、遮光膜４に、レジストパターン１１の第１パターン部１１ａを形成するための同位相開口部４ａおよび反転位相開口部４ｂが形成されている。また、レジストパターン１２を形成するための同位相開口部４ｃと反転位相開口部４ｄが形成されている。
【０１３２】
本実施の形態においては、レジストパターン１３のうち、直線状の第１パターン部１３ａについてもレベンソン型マスクで形成する。ここで、レジストパターン１１とレジストパターン１２に挟まれるレジストパターン１３においては、本来はハーフトーン型マスクによって形成される部分である。本実施の形態においては、レジストパターン１３を挟む位置に配置された反転位相開口部４ｂと同位相開口部４ｃとの大きさが拡張されている。反転位相開口部４ｂを通る光および同位相開口部４ｃを通る光により、レジストパターン１３の第１パターン部１３ａが形成される（図２７参照）。
【０１３３】
図２９に、本実施の形態におけるハーフトーン型マスクの概略平面図を示す。透光板１９の表面に遮光部７ａが形成されている。遮光部７ａは、レジストパターン１１の第１パターン部１１ａ、レジストパターン１２の第１パターン部１２ａおよびレジストパターン１３の第１パターン部１３ａ（図２７参照）を覆うように形成されている。遮光部７ａは、レベンソン型マスクの開口部４ａ〜４ｄに対応するように形成されている（図２８参照）。
【０１３４】
ハーフトーン部７ｂ，７ｃは、レジストパターン１１，１２の第２パターン部１１ｂ，１２ｂに対応するように形成されている。ハーフトーン部７ｄは、レジストパターン１３の第２パターン部１３ｂに対応するように形成されている（図２７参照）。
【０１３５】
図２７を参照して、素子分離領域５２に形成されるレジストパターン１３と、レベンソン型マスクの露光領域とが所定の距離以内であるときに、レジストパターン１３の全てをハーフトーン型マスクによる露光で形成すると、レジストパターン１３の第１パターン部１３ａに対して、反転位相開口部４ｂおよび同位相開口部４ｃを通って照射される露光の影響が大きくなってしまう。この結果、レジストパターン１３の第１パターン部１３ａの寸法が大きく変動してしまう場合がある。
【０１３６】
上記の所定の距離内にある場合には、ハーフトーン型マスクで形成されるべき配線パターンの外側に配置される同位相開口部および反転位相開口部の大きさを拡張して、レベンソン型マスクによって配線パターンを形成する。
【０１３７】
本実施の形態における半導体装置の製造方法は、素子分離領域に形成されるパターンのうち、ハーフトーン型マスクで形成されるべき第２パターンとレベンソン型マスクの開口部を通じて露光される領域との距離が、実質的に第２パターンの寸法変動に影響を与える距離である場合に、第２パターンの部分をレベンソン型マスクによって形成する工程を含む。
【０１３８】
すなわち、本実施の形態においては、レベンソン型マスクで形成するべき微細なパターンや寸法精度が要求されるパターン以外のパターンにおいても、レベンソン型マスクで形成されるパターンとの距離が所定の距離以内であればレベンソン型マスクで露光を行なってこのパターンを形成する。
【０１３９】
図３０および図３１に、本実施の形態におけるレベンソン型マスクの製造方法のうち、開口部を設定する開口部設定工程を説明する概略平面図を示す。本実施の形態においては、形成するレジストパターンに対応するレベンソン型マスクの開口部を計算機によって設定する。計算機は、レベンソン型マスクの開口部を設定するためのプログラムを含む。
【０１４０】
図３０は、計算機における対応部の説明図である。マスク対応部３１に対して、レジストパターン対応部４１〜４３を設定する。ここで、レジストパターン対応部４１，４２は、図２７におけるレジストパターン１１，１２に対応する部分である。レジストパターン対応部４３は、図２７におけるレジストパターン１３に対応する部分である。
【０１４１】
次に、レジストパターン対応部４１，４２の周りに、それぞれ活性領域対応部４４を設定する。活性領域対応部４４は、図２７における活性領域５０に対応する部分である。
【０１４２】
次に、レジストパターン対応部４１の両側に、同位相開口部３１ａと反転位相開口部３１ｂとを設定する。また、レジストパターン対応部４２の両側に、同位相開口部３１ｃと反転位相開口部３１ｄとを設定する。
【０１４３】
レジストパターン対応部４３は、反転位相開口部３１ｂと同位相開口部３１ｃとに挟まれる。ここで、レジストパターン対応部４３と反転位相開口部３１ｂとの距離Ｌ６およびレジストパターン対応部４３と同位相開口部３１ｃとの距離Ｌ７のうち、少なくとも一方が、所定の距離以内であった場合を想定する。すなわち、開口部を通して露光される部分とレジストパターンとの距離の設計値が所定の距離以内であった場合を想定する。本実施の形態における所定の距離は、０．３×λ／ＮＡを用いている。λは露光を行なうときの光源の波長であり、ＮＡは開口数である。本実施の形態における所定の距離は、解像限界程度の寸法である。
【０１４４】
本来ハーフトーン型マスクで形成するべきレジストパターンの両側に対応する部分に配置される開口部とレジストパターン対応部との距離が上記の所定の距離以内であった場合において、レジストパターンの両側の開口部が共に同位相開口部である場合には、一方を反転位相開口部に変更してもよい。
【０１４５】
図３１は、計算機における対応部にダミー活性領域を設定する工程の説明図である。本実施の形態においては、レベンソン型マスクの開口部の領域に対して同位相開口部および反転位相開口部を設定するために、シフタ配置ＤＡ（Design Automation）システムを採用する。
【０１４６】
レジストパターン対応部４１，４２に対応する活性領域対応部４４がそれぞれ設定される。レジストパターン対応部４３は、第１パターン対応部４３ａ、第２パターン対応部４３ｂ，４３ｃを含む。
【０１４７】
上記の距離Ｌ６および距離Ｌ７のうち少なくとも一方が、上記の所定の距離内にある場合には、レジストパターン対応部４３を形成する領域に、ダミー活性領域４５を設定する。レジストパターン対応部４３の第１パターン対応部４３ａの真下の層に、仮想的に活性領域を形成するように設定する。たとえば、ダミー活性領域４５を設定して、第１パターン対応部４３ａが、あたかもゲート電極であるかのように設定を行なう。
【０１４８】
ダミー活性領域４５を設定することにより、第１パターン対応部４３ａは、たとえば、ゲート電極が形成されるものと判断され、第１パターン対応部４３ａがレベンソン型マスクで形成されるべきパターンと識別される。レベンソン型マスクにおいて、第１パターン対応部４３ａの両側に同位相開口部および反転位相開口部が設定されるべきであると判断される。図３０に示す反転位相開口部３１ｂおよび同位相開口部３１ｃを透過する露光によって第１パターン部１３ａが形成されるように、反転位相開口部３１ｂおよび同位相開口部３１ｃが拡張される。同位相開口部および反転位相開口部のデータに基づいて、図２８に示すレベンソン型マスクが製造される。
【０１４９】
本実施の形態においては、レベンソン型マスクの開口部の種類および大きさを設定する計算機プログラムを用いている。素子分離領域に形成されるパターンのうち、レベンソン型マスクによって形成されるパターン同士に挟まれる部分があり、上記の所定の距離内にある場合には、ダミー活性領域を設定して開口部を拡張する。ダミー活性領域を設定することにより、容易に拡張した同位相開口部または反転位相開口部を形成することができる。
【０１５０】
本実施の形態においては、計算機のプログラムにより、同位相開口部および反転位相開口部を大きくすべきと判断されて、同位相開口部および反転位相開口部が拡張されている。これらの開口部を拡張する方法としてはこの形態に限られず、まず、第１パターン対応部の両側に同位相開口部および反転位相開口部が設定されて、互いに接触する開口部同士が結合されることによって、同位相開口部および反転位相開口部が拡張されていても構わない。
【０１５１】
本実施の形態においては、素子分離領域に形成される配線パターンをレベンソン型マスクで形成することにより、上記配線パターンの寸法精度を向上させることができる。また、フォーカス裕度を向上させることができ、高歩留まりの回路パターンを形成することができる。
【０１５２】
上述のそれぞれの実施の形態の図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。
【０１５３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【０１５４】
１，２，３，４  遮光膜、１ａ，２ａ，２ｃ，３ａ，３ｃ，４ａ，４ｃ  同位相開口部、１ｂ，２ｂ，２ｄ，３ｂ，３ｄ，４ｂ，４ｄ  反転位相開口部、５ａ，６ａ，６ｃ，７ａ  遮光部、５ｂ，５ｃ，６ｂ，６ｄ，６ｅ，７ｂ，７ｃ，７ｄ  ハーフトーン部、９  基板、１０，１１，１２，１３  レジストパターン、１０ａ，１１ａ，１２ａ，１３ａ  第１パターン部、１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ  第２パターン部、１９，２１  透光板、２２，２３，２４  凹部、２２ａ，２３ａ，２４ａ  アンダーカット部、２５  遮光膜、２６  ハーフトーン型マスク、２６ａ  ハーフトーン部、２７  レジスト、２７ａ  露光領域、３１  マスク対応部、３１ａ，３１ｃ  同位相開口部、３１ｂ，３１ｄ  反転位相開口部、４１，４２，４３  レジストパターン対応部、４３ａ  第１パターン対応部、４３ｂ，４３ｃ  第２パターン対応部、４４  活性領域対応部、４５  ダミー活性領域、５０  活性領域、５１  素子領域、５２  素子分離領域。
【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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【図９】
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【図１０】
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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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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