(57)【要約】      （修正有）【課題】溝シフタ構造を有するマスクにおいて位相の絶対値制御精度を緩和する。【解決手段】同一マスク２の同一面の異なる平面位置に形成された転写領域４Ｃ，４Ｄをスキャンニング露光によって多重露光する。転写領域４Ｃ，４Ｄには同一マスクパターンが形成されているが、各々の溝シフタ２ｄの配置が反対となっている。多重露光により、マスクにおける位相の絶対値が変動しても、それぞれのパターンの光強度は同一となり、転写されたパターン寸法精度が向上する。【選択図】図１５
2008172249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面にフォトレジスト膜を形成する工程；
（ｂ）上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程；
（ｃ）上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程；
（ｄ）上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程；
（ｅ）上記工程（ｃ）の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、上記第１の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程；
（ｆ）上記工程（ｄ）の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、上記第２の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程。
【請求項２】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面にフォトレジスト膜を形成する工程；
（ｂ）上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程；
（ｃ）上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、補助パターンを含む第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程；
（ｄ）上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、補助パターンを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程。
【請求項３】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面にフォトレジスト膜を形成する工程；
（ｂ）上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程；
（ｃ）上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、溝シフタを含む第１の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程；
（ｄ）上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、溝シフタを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程。
【請求項４】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法：
（ａ）ウエハの第１の主面にフォトレジスト膜を形成する工程；
（ｂ）上記フォトレジスト膜が形成された上記ウエハを露光装置のウエハステージに設置する工程；
（ｃ）上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、第１の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程；
（ｄ）上記工程の後、上記ウエハステージに設置された上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置の製造技術に関し、特に、露光処理に際して位相シフトマスクを用いるリソグラフィ技術に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特開平６−８３０３２号公報（特許文献１）には、位相シフトマスクの位相シフタの材料として電子線描画用のレジストや酸化シリコン膜を用いた構造のマスクにおいて、膜で構成されるシフタ部の光の透過率に起因した露光光の減衰を問題としてとらえ、これを解決する手段として、物理的に離れた２枚のマスクの各々の同一のマスクパターンを重ね露光することによりシフタ部での露光光の減衰を低減する技術が開示されている。
【０００３】
また、特開平１１−２３３４２９号公報（特許文献２）には、露光対象のパターンの性質に応じて露光条件を変えて多重露光する露光技術について開示がある。
【０００４】
また、特開平１１−１１１６０１号公報（特許文献３）には、多重露光処理に際して２枚のマスクを用いると露光処理の際にマスクの交換作業が必要となり露光工程のスループットが低下することやマスクの製造コストが増大する等の問題を解決するために１枚のマスクの異なる平面位置に同一のマスクパターンを設け、そのマスクパターンをスキャン方式の露光処理によって多重露光する超解像二重スキャン露光技術について開示がある。
【０００５】
また、特開平５−１９７１２６号公報（特許文献４）には、互いに交差するシフタパターンを同一マスク基板の異なる平面位置に配置し、その互いに交差するシフタパターンをハーフピッチずらし露光することで多重露光し、その交差領域にパターンを転写する露光技術について開示がある。
【０００６】
また、特開平１０−１２５４３号公報（特許文献５）には、互いに交差するシフタパターンをハーフピッチずらし露光することで多重露光し、その交差領域にパターンを転写する二重露光技術について開示がある。
【０００７】
さらに、特開平１１−１４３０８５号公報（特許文献６）には、２光束と通常光とによる多重露光し、その交差領域にパターンを転写する多重露光技術について開示がある。
【特許文献１】特開平６−８３０３２号公報
【特許文献２】特開平１１−２３３４２９号公報
【特許文献３】特開平１１−１１１６０１号公報
【特許文献４】特開平５−１９７１２６号公報
【特許文献５】特開平１０−１２５４３号公報
【特許文献６】特開平１１−１４３０８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体集積回路装置の製造においては、微細なパターンを半導体ウエハ上に転写する方法としてリソグラフィ技術が用いられている。リソグラフィ技術では、主に投影露光装置が用いられ、投影露光装置に装着したフォトマスクのパターンを半導体ウエハ上に転写することにより、集積回路パターンを形成する。  
【０００９】
この投影露光装置には、フォトマスクのパターンをステップ・アンド・リピートで転写するステッパと、フォトマスクおよび半導体ウエハを相対的に逆方向にスキャンし、スリット状の露光エリアを連続的に転写するスキャナとがある。ステッパとスキャナとの最大の相違点は、ステッパでは投影レンズの全面を使ってパターンを転写するのに対し、スキャナでは投影レンズの直径方向に延びるスリット状の部分のみを使ってパターンを転写することである。
【００１０】
ところで、半導体集積回路装置を構成するパターンの微細化は、半導体集積回路装置の製造工程におけるリソグラフィ工程において主として用いられる縮小投影露光装置の高性能化によって達成されている。しかし、さらにパターンの微細加工性を高めるためには、縮小投影露光装置の開口数ＮＡの大口径化が必要となっている。特に、高密度に配置した微細ホールパターンにおいて高解像性を得るには、露光光の短波長化や高ＮＡ化が必要になるが、これには巨額の設備投資が必要となり、半導体集積回路装置の微細加工レベルが年々加速化する中で、半導体製造装置の減価償却を終わらせずに新規の設備投資を行うことは現実的ではない。そこで、近年、リソグラフィ技術においては、位相シフトマスク等のようなフォトマスクを透過した光の位相情報を含んだフォトマスクの適用が進められている。位相シフトマスク技術は、フォトマスク（レチクルを含む）を透過した光の位相を操作することにより解像度および焦点深度を向上させる技術であり、例えば互いに隣接する光透過領域の一方に位相シフタを配置し、双方の光透過領域を透過した光の位相を互いに反転させるレベンソン型位相シフトマスク技術等がある。
【００１１】
溝シフタは、マスク上の遮光膜よりも下層の透明膜または透明マスク基板等に凹部を形成したものである。例えばマスクの互いに隣接する光透過パターンの一方から露出する透明膜または透明マスク基板を、その隣り合う光透過パターンを透過した光の位相が１８０度反転するように掘り込むことで位相シフタを形成している。
【００１２】
ところが、上記溝シフタ構造の位相シフトマスク技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。
【００１３】
すなわち、第１は、パターンの微細化に伴い位相差の制御に高い精度性が要求されていることである。例えば露光光にＫｒＦエキシマレーザ光を用いる場合の溝シフタの深さは、約２４５ｎｍである。要求される位相誤差の許容量を２度とすると、マスク基板の掘り込み量には約±３ｎｍの精度が要求される。マスク基板は石英等のガラス基板からなり、温度制御等により掘り込み深さ調整等もできないので、その溝を掘るためのドライエッチング処理により、その範囲（精度）での溝掘りは極めて難しい。したがって、溝シフタ構造の位相シフトマスクでは、その位相の絶対値制御が大きな課題となっている。
【００１４】
第２は、位相シフトマスクでは、位相差を与えるためのマスク構造に起因して転写パターンの寸法精度が低下する課題がある。例えば溝シフタ構造では、マスクの掘り込み部の側面の影響により透過光の光量が少なくなる結果、溝シフタが配置された箇所と、それに隣接する溝シフタの配置されてない個所とを透過した光によって転写される各々のパターンの寸法に差が生じる。そこで、溝シフタ部分において上記透明膜や透明マスク基板を溝の幅方向にオーバーハングし、溝シフタ部分において遮光パターンの端部が庇状に張り出させる構造（微細庇溝シフタ構造）とすることが行われているが、転写パターンの微細化に伴い、微細庇型溝シフタとしても上記転写パターンの寸法差を解消することができないという課題がある。
【００１５】
第３は、上記位相の高精度の絶対値制御や微細庇型溝シフタの形成によりマスクの製造が難しい。また、転写パターンの微細化に伴いマスク欠陥検査や修正に高い精度が要求されるようになる。これらにより、マスクの製造歩留まりが低下する課題である。
【００１６】
本発明の目的は、溝シフタ構造を有するマスクにおいて位相の絶対値制御精度を緩和することのできる技術を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクを用いて転写されたパターンの寸法精度を向上させることのできる技術を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの検査の検出寸法を緩和することのできる技術を提供することにある。
【００１９】
また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の容易性を向上させることのできる技術を提供することにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的は、溝シフタ構造を有するマスクの歩留まりを向上させることのできる技術を提供することにある。
【００２１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２３】
すなわち、本発明は、マスクに形成された転写領域を露光処理によってウエハに露光する際に、前記ウエハの同一転写領域に、前記マスクにおける互いに同一のマスクパターンを有し、かつ、重ねた際に溝シフタの配置が反対となるようにされた複数の異なる転写領域を重ねて露光することにより、前記ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有するものである。
【００２４】
また、本発明は、ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、基板溝シフタを含む第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、基板溝シフタを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程を有するものである。
【００２５】
また、本発明は、上記ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、基板上薄膜溝シフタを含む第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、基板上薄膜溝シフタを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。
【００２６】
また、本発明は、上記ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、上記第１の位相シフトマスクパターンと同一のマスク基板上の同一の主面上に形成された第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程を有するものである。
【００２７】
また、本発明は、ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、微細庇型溝シフタを含む第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、微細庇型溝シフタを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。
【００２８】
また、本発明は、ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の第１の領域に対して、上記第１の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、上記第２の位相シフトマスクパターンを、再度、紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。
【００２９】
また、本発明は、上記第２の位相シフトマスクパターンは、上記第１の位相シフトマスクパターンと同一のマスク基板上の同一の主面上に形成されているものである。
【００３０】
また、本発明は、上記(c)及び(d)工程の露光はスキャンニング露光によって行われるものである。
【００３１】
また、本発明は、上記第１及び第２の位相シフトマスクパターンがレベンソン方式によるものである。
【００３２】
また、本発明は、上記レベンソン方式によるマスクパターンはラインアンドスペースパターンを転写するためのものである。
【００３３】
また、本発明は、上記レベンソン方式によるマスクパターンは複数のホールパターンを転写するためのものである。
【００３４】
また、本発明は、ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、補助パターンを含む第１の位相シフトマスクパターンを紫外光により縮小投影露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、補助パターンを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを紫外光により縮小投影露光する工程とを有するものである。
【００３５】
また、本発明は、ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、溝シフタを含む第１の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、溝シフタを含む第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程とを有するものである。
【００３６】
また、本発明は、ウエハの第１の主面の第１の領域に対して、第１の位相シフトマスクパターンを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程と、上記ウエハの上記第１の主面の上記第１の領域に対して、第２の位相シフトマスクパターンであって上記第１の位相シフトマスクパターンの位相を反転させたものを、紫外光を露光光として用いて、縮小投影することによってスキャンニング露光する工程とを有するものである。
【００３７】
さらに、本願において開示される発明のうち、他の代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００３８】
１．本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねて露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光するものである。
【００３９】
２．本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねてスキャンニング露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光するものである。
【００４０】
３．本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねてスキャンニング露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光する工程を有し、前記重ね露光に際して重ね合わせる複数の転写領域を、前記スキャンニング露光の露光領域の走査方向に沿って並べてマスクに配置するものである。
【００４１】
４．本発明は、同一のマスクの同一面の異なる平面位置に配置された複数の転写領域をウエハの同一領域に対して重ねて露光することにより、ウエハ上に所定の集積回路パターンを転写する工程を有し、前記重ね露光に際しては、互いに同一のマスクパターンが配置され、かつ、重ね合わせた際に同一平面位置を透過する光の位相が互いに反転するように溝シフタが配置された複数の転写領域を重ね露光する工程を有し、前記マスクパターンは、ウエハに転写される主となる光透過パターンと、その近傍に配置された光透過パターンであってウエハ上に転写されない寸法で形成された補助マスクパターンとを有し、重ね合わせる各々の転写領域において、前記主となる光透過パターンと補助マスクパターンとを透過した光の位相が反転するように溝シフタを配置するものである。
【００４２】
５．本発明は、前記項１〜４のいずれかに記載の溝シフタが、マスクを構成するマスク基板自体に掘られた溝によって形成された基板溝シフタからなるものである。
【００４３】
６．本発明は、前記項１〜４のいずれかに記載の溝シフタが、マスクを構成するマスク基板と遮光パターンとの間に介在されたシフタ膜に、マスク基板の表面が露出されるように掘られた溝によって形成された薄膜溝シフタからなるものである。
【００４４】
７．本発明は、前記項１〜４のいずれかに記載の溝シフタが、それを構成する溝が遮光パターンの端部下まで入り込み、その遮光パターンの端部が張り出す構造の微細庇型溝シフタからなるものである。
【００４５】
８．本発明は、前記項７に記載の微細庇型溝シフタの庇長さが露光光の波長の７０％以下とするものである。
【００４６】
９．本発明は、前記項７に記載の微細庇型溝シフタの庇長さが露光光の波長の４０％以下とするものである。
【００４７】
１０．本発明は、前記項１〜９のいずれかに記載の複数の転写領域の各々においては、マスクパターンが互いに平行に隣接する複数の光透過パターンを有し、その互いに隣接する光透過パターンのいずれか一方に溝シフタが配置されているものである。
【００４８】
１１．本発明は、前記項１〜１０のいずれかに記載のマスクの製造工程は、(a)遮光パターンおよび光透過パターンが形成されたマスク基板上に溝形成用のレジストパターンを形成する工程、(b)前記レジストパターンをマスクとしてそこから露出するマスクに溝を掘り溝シフタを形成する工程、(c)前記レジストパターンを除去した後、位相を検査する工程を有するものである。
【００４９】
１２．本発明は、前記項１〜１１のいずれかに記載のマスクの溝シフタの形成工程は、(a)遮光パターンおよび光透過パターンが形成されたマスク基板上に溝形成用のレジストパターンを形成する工程、(b)前記レジストパターンをマスクとしてそこから露出するマスクに溝を掘り溝シフタを形成する工程、(c)前記レジストパターンを除去した後、位相を検査する工程する工程、(d)前記(c)工程後にマスクに対して等方性のウエットエッチング処理を施すことによりマスクの表面をエッチング除去する工程を有するものである。
【発明の効果】
【００５０】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【００５１】
(1).本発明によれば、マスクの同一パターンであるが、透過光の位相が反転するパターンを、ウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクにおいて位相の絶対値制御精度を緩和することが可能となる。
【００５２】
(2).本発明によれば、マスクの同一パターンであるが、透過光の位相が反転するパターンを、ウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクを用いて転写されたパターンの寸法精度を向上させることが可能となる。
【００５３】
(3).本発明によれば、マスクの同一パターンをウエハの同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ構造を有するマスクの検査の欠陥検出寸法を緩和することが可能となる。
【００５４】
(4).本発明によれば、上記(1)または(3)により、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の容易性を向上させることが可能となる。
【００５５】
(5).本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、溝シフタ構造を有するマスクの製造上の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５６】
(6).本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００５７】
(7). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【００５８】
(8). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の性能を向上させることが可能となる。
【００５９】
(9). 本発明によれば、上記(1),(2)または(3)により、半導体集積回路装置の素子や配線の集積度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６０】
本願発明の実施の形態を説明するにあたり、本願における用語の基本的な意味を説明すると次の通りである。  
【００６１】
１．紫外光：半導体分野では４５０nm前後から短波長で５０nm以下程度までの電磁波を言うが、３００nmより長波長を近紫外域、それ以下の短波長領域を遠紫外域と呼び、２００nm以下を特に真空紫外域と言う。光源としては水銀アークランプ等のi線（波長３６５nm）およびｇ線（波長４３６ｎｍ）、KrFエキシマレーザ（波長248nm）、ArF及びF2エキシマレーザ等がある。
【００６２】
２．スキャンニング露光：細いスリット状の露光帯を、ウエハとマスク（又はレチクル、本願でマスクと言うときはレチクルも含む広い概念を示す）に対して、スリットの長手方向と直交する方向に（斜めに移動させてもよい）相対的に連続移動（走査）させることによって、マスク上の回路パターンをウエハ上の所望の部分に転写する露光方法。
【００６３】
３．ステップアンドスキャン露光：上記スキャンニング露光とステッピング露光を組み合わせてウエハ上の露光すべき部分の全体を露光する方法であり、上記スキャンニング露光の下位概念に当たる。
【００６４】
４．基板溝シフタ：石英等の透明マスク基板自体の表面に凹部を形成した位相シフタ。基板自体の表面とは、基板の表面に基板と材質が類似した膜を形成したものを含むものとする。
【００６５】
５．基板上薄膜溝シフタ：基板上の遮蔽膜下に、シフタとして作用する目的に適合した厚さのシフタ膜を形成して、下地基板とのエッチング速度差等を利用する等して形成した溝型シフタ。
【００６６】
６．溝シフタ：上記基板溝シフタ及び基板上薄膜溝シフタ等を含む上位概念で、光遮蔽膜より下層の透明膜、透明基板等に凹部を形成したシフタ一般を言う。これに対して、遮蔽膜状にシフタ膜を配置する方式をシフタ膜上置き方式又は上置きシフタという。
【００６７】
７．微細庇型溝シフタ：溝シフタの周辺（幅の狭い断面方向）で光遮蔽膜が石英基板等の凹部側壁上端から凹部の内側へオーバハング状（又は庇状に）に、突き出た部分の長さPが単色露光光の波長λを基準とした場合に、４０％（P／λ＝４０％を「庇長さ」と言う）以下である場合を言う。
【００６８】
８．位相シフトマスクパターン：少なくとも一つの位相シフタを有するマスク開口パターンを含むマスク上の回路パターン。例えば、ステッピング露光の単一ショット領域（ワンステップで露光する範囲）又はスキャンニング露光での単一のスキャンニングで露光する領域に対応するマスク上の回路パターン群で、例えばウエハ上の単位チップ領域又はその整数倍に相当するマスク基板上のマスクパターン（回路パターン）等を言う。
【００６９】
９．補助マスクパターン：一般にウエハ上に投影されたとき、その開口パターンに対応する独立した像を形成しないマスク上の開口パターンを言う。
【００７０】
１０．レベンソン型位相シフトマスク：空間周波数変調型位相シフトマスクとも呼ばれ、一般に光遮蔽膜に遮光領域で隔てられ、相互に近接して複数の開口を設け、その位相を交互に反転した開口群から成る位相シフトマスク。大まかに分類すると、ラインアンドスペースパターンと交互反転ホールパターン（コンタクトホール用レベンソンパターンとも言う）等がある。
【００７１】
１１．補助パターン方式位相シフトマスク：大まかに分類すると、孤立したラインパターンとホールパターン用に分類され、前者の代表は実開口パターンとその両側に設けられた補助シフタパターン（この位相反転パターンも等価である）であり、後者の代表はアウトリガタイプのホールパターン（中央の実開口とその周辺に設けられた複数の補助開口からなる）である。しかし、上記レベンソン型位相シフトマスクのマスクパターンの端部又は周辺には補助開口や補助シフタが設けられるので、実際のパターンでは両方式が混合する場合が多い。
【００７２】
１２．シフタエッジ方式位相シフトマスク：大まかに分類すると、透明シフタのエッジでパターンを形成する片エッジ方式、微細又は微小な透明シフタの両エッジでパターンを形成する両エッジ方式、開口中にシフタエッジを配置したエッジ強調方式、及びこれらのシフタを半透明にしたハーフトーン方式等に分類される。
【００７３】
１３．位相シフトマスク：本願で単に位相シフトマスクと言うときは、これらを総称して言うものとする。
【００７４】
１４．ウエハ（半導体ウエハ、半導体基板）とは、半導体集積回路の製造に用いるシリコン単結晶基板（一般にほぼ平面円形状）、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板を言う。また、本願において半導体集積回路装置というときは、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または絶縁体基板上に作られるものの他、特に、そうでない旨明示された場合を除き、ＴＦＴ（Tin-Film-Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twisted-Nematic）液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も含むものとする。
【００７５】
１５．「遮光領域」、「遮光パターン」、「遮光膜」または「遮光」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、４０％未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に数％から３０％未満のものが使われる。一方、「光透過領域」、「光透過パターン」、「透明領域」、「透明膜」または「透明」言うときは、その領域に照射される露光光のうち、６０％以上を透過させる光学特性を有することを示す。一般に９０％以上のものが使用される。
【００７６】
１６．「フォトレジストパターン」は、感光性の有機膜をフォトリソグラフィの手法により、パターニングした膜パターンを言う。なお、このパターンには当該部分に関して全く開口のない単なるレジスト膜を含む。
【００７７】
１７．通常照明とは、非変形照明のことで、光強度分布が比較的均一な照明を言う。
【００７８】
１８．変形照明とは、中央部の照度を下げた照明であって、斜方照明、輪帯照明、４重極照明、５重極照明等の多重極照明またはそれと等価な瞳フィルタによる超解像技術を含む。
【００７９】
１９．解像度：パターン寸法は投影レンズの開口数ＮＡ（Numerical Aperture）と露光波長λで規格化して表現できる。本実施の形態においては、露光波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザ光を、投影レンズのＮＡは０．６５を主に用いた。したがって、異なる波長や異なるレンズＮＡを用いる場合は、解像度Ｒは、Ｒ＝Ｋ１・λ／ＮＡで表されるので換算して用いれば良い（例えば通常、Ｋ１＝０．６）。ただし、焦点深度ＤもＤ＝Ｋ２・λ／（ＮＡ）2で表されるので、焦点深度は異なる。
【００８０】
２０．シフタの深さ：シフタ部の基板掘り込み深さは露光波長に依存し、位相を１８０度反転させる深さＺは、Ｚ＝λ／（２（ｎ−１））で表される。ただし、ｎは所定の露光波長の露光光に対する基板の屈折率、λは露光波長である。
【００８１】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００８２】
２１．転写パターン：マスクによってウエハ上に転写されたパターンであって、具体的には上記フォトレジストパターンおよびフォトレジストパターンをマスクとして実際に形成されたウエハ上のパターンを言う。
【００８３】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００８４】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００８５】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００８６】
また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００８７】
また、本実施の形態の説明に用いる図面においてマスクの平面図であっても、図面を見易くするために、遮光パターンおよび溝シフタに斜線のハッチングを付すものとする。
【００８８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１の半導体集積回路装置の製造方法の概略的な製造工程を示している。
【００８９】
まず、マスクおよびウエハを露光装置にセットし、双方の相対的な平面位置を合わせる。本実施の形態１においては、マスクとして、溝シフタを有する位相シフトマスクを用いる。ウエハには、既に被処理膜およびフォトレジスト膜が下層から順に堆積されている（工程１０１）。続いて、そのマスクのマスクパターンをウエハ上のフォトレジスト膜に露光する。この際、本実施の形態１においては、ウエハ上の１つの領域に、マスクの転写領域のマスクパターンを２回またはそれ以上重ねて露光する。ここでは、同一マスク内の異なる位置に形成された転写領域のマスクパターン同士または物理的に分離された別々のマスクの転写領域のマスクパターン同士を、少なくとも２回重ねて露光する。この場合、その各々の転写領域の各々のマスクパターンは同一のものであり、かつ、その各々の転写領域にはその各々の転写領域の対応位置（露光時に平面的に重なる位置）の各々を透過した光の位相が互いに１８０度反転するように溝シフタが配置されている（工程１０２）。その後、フォトレジスト膜に対して現像処理を施すことによりフォトレジストパターンを形成した後（工程１０３）、そのフォトレジストパターンをマスクとして、被処理膜に対してエッチング処理を施すことにより、被処理膜をパターニングする（工程１０４）。その後、フォトレジストパターンを除去することにより、ウエハ上に被処理膜からなる所定のパターンを形成する（工程１０５）。なお、本発明の技術思想は、フォトレジストパターンをマスクとして半導体基板の所定の平面位置に不純物等を選択的に導入する場合にも適用できる。
【００９０】
次に、上記多重露光処理に用いた露光装置の一例を図２〜図４によって説明する。
【００９１】
図２に示す露光装置１は、例えば縮小比４：１の走査型縮小投影露光装置（以下、スキャナと言う）である。露光装置１の露光条件は、例えば次の通りである。すなわち、露光光ＥＸＬには、例えば露光波長２４８ｎｍ程度のＫｒＦエキシマレーザ光を用い、光学レンズの開口数ＮＡ＝０．６５、照明の形状は円形であり、コヒーレンシ（σ：sigma）値＝０．３である。マスク２には、例えばレベンソン型位相シフトマスクを用いた。ただし、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば波長が１９３ｎｍ程度のＡｒＦエキシマレーザを用いても良い。
【００９２】
露光光源１ａから発する光は、フライアイレンズ１ｂ、アパーチャ１ｃ、コンデンサレンズ１ｄ１、１ｄ２及びミラー１ｅを介してマスク（ここではレチクル）２を照明する。光学条件のうち、コヒーレンシはアパーチャ１ｆの開口部の大きさを変化させることにより調整した。マスク２上には異物付着によるパターン転写不良等を防止するためのペリクル２ｐが設けられている。マスク２上に描かれたマスクパターンは、投影レンズ１ｇを介して試料基板であるウエハ３上に投影される。なお、マスク２は、マスク位置制御手段１ｈおよびミラー１ｉ１で制御されたマスクステージ１ｉ２上に載置され、その中心と投影レンズ１ｇの光軸とは正確に位置合わせがなされている。
【００９３】
ウエハ３は、試料台１ｊ上に真空吸着されている。試料台１ｊは、投影レンズ１ｇの光軸方向、すなわち、試料台１ｊのウエハ載置面に垂直な方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージ１ｋ上に載置され、さらに試料台１ｊのウエハ載置面に平行な方向に移動可能なＸＹステージ１ｍ上に搭載されている。Ｚステージ１ｋ及びＸＹステージ１ｍは、主制御系１ｎからの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段１ｐ，１ｑによって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はＺステージ１ｋに固定されたミラー１ｒの位置として、レーザ測長機１ｓで正確にモニタされている。また、ウエハ３の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてＺステージ１ｋを駆動させることにより、ウエハ３の表面は常に投影レンズ１ｇの結像面と一致させることができる。
【００９４】
マスク２とウエハ３とは、縮小比に応じて同期して駆動され、露光領域がマスク２上を走査しながらマスクパターンをウエハ３上に縮小転写する。このとき、ウエハ３の表面位置も上述の手段によりウエハの走査に対して動的に駆動制御される。ウエハ３上に形成された回路パターンに対してマスク２上の回路パターンを重ね合わせ露光する場合、ウエハ３上に形成されたマークパターンの位置をアライメント検出光学系１ｔを用いて検出し、その検出結果からウエハ３を位置決めして重ね合わせ転写する。主制御系１ｎはネットワーク装置１ｕと電気的に接続されており、露光装置１の状態の遠隔監視等が可能となっている。
【００９５】
図３は上記露光装置１のスキャンニング露光動作を模式的に示した図である。マスク２と、ウエハ３とは鏡面対称関係になるので、露光処理に際して、マスク２の走査（スキャン）方向とウエハ３の走査（スキャン）方向とは図３のステージスキャンの矢印方向に示すように逆向きになる。駆動距離は、縮小比４：１の場合、マスク２の移動量の４に対して、ウエハ３の移動量は1になる。このとき、露光光ＥＸＬをスリット１ｆｓを通じてマスク２に照射することでスリット状の露光領域（露光帯）を形成し、そのスリット状の露光領域を、マスク２上において、スリット１ｆｓの幅方向、すなわち、スリット１ｆｓの長手方向に直交または斜めに交差する方向に連続移動（走査）させ、さらに結像光学系（投影レンズ１ｇ）を介してウエハ３上に照射する。これにより、マスク２の転写領域内のマスクパターンをウエハ３の複数のチップ形成領域ＣＡの各々に転写する。なお、個々のチップ形成領域ＣＡは、１個の半導体チップを形成するための領域である。
【００９６】
アパーチャ１ｆには、平面長方形状のスリット１ｆｓが開口されており、露光光ＥＸＬは、そのスリット１ｆｓを通じてマスク２に照射される。すなわち、露光装置１においては、図３および図４に示すように、投影レンズ１ｇの有効露光領域１ｇａ内に含まれるスリット状の露光領域（図面を見易くするため図４においては斜線のハッチングを付す）ＳＡ１を実効的な露光領域として用いる。したがって、露光装置（スキャナ）１においては、スリット状の露光領域ＳＡ１を露光するようになっている。特に限定されないが、そのスリット１ｆｓの幅は、通常、ウエハ３上において、例えば４〜７ｍｍ程度である。比較のためステッパにおける露光の領域を図５に示す。ステッパにおいては、投影レンズの有効露光領域１ｇａ内に四隅が内接される平面正方形状の露光領域（図面を見易くするため
図５においては斜線のハッチングを付す）ＳＡ２を実効的な露光領域として用いる。ステッパにおいては、マスク２内のパターンを一括露光するようになっている。なお、本発明の技術思想は、ステッパにも適用可能である。また、図２〜図５においては、露光装置の機能を説明するために必要な部分のみを示したが、その他の通常の露光装置（スキャナやステッパ）に必要な部分は通常の範囲で同様である。
【００９７】
次に、本実施の形態１で用いた上記マスク２の一例を図６〜図８によって説明する。図６（ａ）はマスク２の全体平面図、図６（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図６（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図である。図７および図８は図６のマスクの要部拡大断面図の一例である。なお、図６（ａ）は平面図であるが、図面を見易くするためハッチングを付した。
【００９８】
ここには、１枚のマスク２の主面（同一面）に、例えば２つの転写領域４Ａ，４Ｂが配置されている場合が例示されている。各々の転写領域４Ａ，４Ｂは、例えば平面長方形状に形成されており、各々の長辺が平行になるように所定の距離を隔てて配置されている。各転写領域４Ａ，４Ｂは、例えば１個の半導体チップ（上記チップ形成領域）を転写する領域に相当する。なお、１枚のマスク２に配置される転写領域の数は、上記に限定されるものではなく種々変更可能である。
【００９９】
このマスク２を構成するマスク基板２ａは、例えば平面四角形状の透明な合成石英ガラスからなり、その主面上の各々の転写領域４Ａ，４Ｂには、マスクパターンが形成されている。このマスクパターンは、所定の集積回路パターンを転写するためのパターンであって、例えばクロム、酸化クロムまたはこれらの積層膜からなる遮光パターン２ｂと、マスク基板２ａが部分的に露出されてなる光透過パターン２ｃとで構成されている。さらに、各々の転写領域４Ａ，４Ｂ内において互いに隣接する光透過パターン２ｃのいずれか一方には上記溝シフタ２ｄが配置されている。本実施の形態１においては、上記転写領域４Ａ，４Ｂの各々のマスクパターンの形状および寸法が同一となっている。ただし、転写領域４Ａ，４Ｂは、各々の溝シフタ２ｄの配置が互いに逆になっている。すなわち、転写領域４Ａ，４Ｂをウエハの１つの領域（チップ形成領域）に重ねて露光する際に、転写領域４Ａの所定の光透過パターン２ｃを透過した光と、その転写領域４Ａの所定の光透過パターン２ｃと平面的に重なる転写領域４Ｂの所定の光透過パターン２ｃを透過した光とでは、透過光の位相が１８０度反転するように溝シフタ２ｄが配置されている。
【０１００】
溝シフタ２ｄの深さＺは、透過光の位相を１８０度反転させるために、Ｚ＝λ／（２（ｎ−１））を満たすように形成されている。ただし、ｎは所定の露光波長の露光光に対する基板の屈折率、λは露光波長である。上記の例では、例えば露光波長２４８ｎｍのＫｒＦを用いているので、深さＺは、例えば２４５ｎｍ程度である。上記のような多重露光処理を行わない場合、溝シフタ２ｄの深さの誤差の範囲は、例えば±３ｎｍ（位相角度で２度）程度であり極めて狭い。したがって、マスク２の製造が非常に難しく、マスク２の歩留まり低下の原因になっている。これに対して、本実施の形態１においては、溝シフタ２ｄの深さの誤差の範囲を、例えば±４ｎｍ〜８ｎｍ（位相角度で３度〜６度）程度に緩和できる。したがって、マスク２の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となっている。また、マスク２の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能となっている。これについては後ほど詳細に説明する。
【０１０１】
なお、上記転写領域４Ａ，４Ｂ内には、実質的に集積回路を構成するパターンの他、例えば重ね合わせに用いるマークパターン、重ね合わせ検査に用いるマークパターンまたは電気的特性を検査する際に用いるマークパターン等のような実質的に集積回路を構成しないパターンも含まれている。また、転写領域４Ａ，４Ｂの外周の遮光領域には、マスク基板２ａの一部が露出されて、マスクアライメントマークや計測用マーク等のような他の光透過パターン２ｅが形成されている。
【０１０２】
図７および図８は、図６のマスク２の一対の光透過パターン２ｃ，２ｃ（互いに隣接する光透過パターン２ｃ，２ｃであって、そのいずれか一方に溝シフタ２ｄが配置された光透過パターン対）部分の拡大断面図の一例を示している。
【０１０３】
図７（ａ）〜（ｃ）は、溝シフタ２ｄが上記基板溝シフタの場合を示している。すなわち、溝シフタ２ｄは、マスク基板２自体の表面に断面凹状の溝を掘ることで形成されている。図７（ａ）は、庇構造が無い場合を示している。すなわち、溝シフタ２ｄの側壁面と、遮光パターン２ｂの開口部（光透過パターン２ｃ）の側壁面とがほぼ一致しており、その遮光パターン２ｂの開口部側端部に庇が形成されていない場合を示している。この場合の溝シフタ２ｄの深さＺは、マスク２のパターン形成平坦面の高さを基準としてそこから溝シフタ２ｄの底の平坦面までの長さである。本実施の形態１においては、庇構造の無い図７（ａ）に示すマスク２であっても多重露光処理を行うことにより、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度を向上させることが可能となっている。
【０１０４】
図７（ｂ），（ｃ）は、溝シフタ２ｄが上記微細庇型溝シフタの場合を示している。すなわち、溝シフタ２ｄの周辺（幅の狭い断面方向）においてマスク基板２ａが溝シフタ２ｄの幅方向にオーバハングされ、その結果、溝シフタ２ｄに面した遮光パターン２ｂの端部が庇状に突き出た構造となっている。ここでは、例えばその遮光パターン２ｂの突き出た部分の庇長さＰは、単色露光光の波長λを基準とした場合に、４０％（P／λ＝４０％）以下である。ただし、本発明自体は、庇長さが７０％以下のもの（例えば露光光の波長が２４８ｎｍであれば、庇長さが１５０ｎｍ程度となるようなもの）にも適用できる。このような庇構造とすることにより、光の導波管現象を抑制することができる。すなわち、透過光の光強度が溝シフタ２ｄの側壁からの影響により減衰するのを抑制できる。したがって、本実施の形態１においては、多重露光処理に際して図７（ｂ），（ｃ）のマスク２を用いることにより、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度をさらに向上させることが可能となる。
【０１０５】
図７（ｂ）においては、溝シフタ２ｄが配置されない光透過パターン２ｃにおいても、マスク基板２ａが掘り込まれ溝２ｆが形成されているが、溝シフタ２ｄが配置された光透過パターン２ｃと、溝２ｆが配置された光透過パターン２ｃとを透過した各々の光には１８０度の位相差が生じるようになっている。溝２ｆにおいても庇構造となっている。この溝シフタ２ｄを形成する際に、溝を形成する必要の無い光透過パターン２ｃをフォトレジスト膜で覆うと、フォトレジスト膜の塗布やパターニングの工程が増えることになる。そこで、図７（ｂ）のマスク２においては、溝シフタ２ｄに庇構造を形成する際にフォトレジスト膜を形成せず、遮光パターン２ｂをエッチングマスクとしてマスク基板２ａの表面（パターン形成面）をウエットエッチングする。溝２ｆは、その際に形成されたものである。この方法によれば、フォトレジスト膜の塗布やパターニング工程を無くせるので、マスク２の製造工程の簡略化が可能となる。このマスク２の場合の溝シフタ２ｄの深さＺは、溝２ｆの底のマスク２のパターン形成平坦面の高さを基準としてそこから溝シフタ２ｄの底の平坦面までの長さである。また、図７（ｃ）においては、図７（ｂ）の溝２ｆが形成されていない場合が示されている。この場合の溝シフタ２ｄの深さは、図７（ａ）の場合と同じである。これら図７（ａ）〜（ｃ）のマスク２の製造方法については後ほど詳細に説明する。
【０１０６】
また、図８（ａ）〜（ｃ）は、溝シフタ２ｄが上記基板上薄膜溝シフタの場合を示している。すなわち、マスク基板２ａの表面上にはシフタ膜２ｇが形成され、さらにその上に遮光パターン２ｂが形成された構造となっている。シフタ膜２ｇは、位相シフタとして作用する目的に適合した厚さ（＝上記Ｚの式）で形成されており、例えばマスク基板２ａと同等または同程度の光透過率および屈折率のＳＯＧ（Spin On Glass）等からなる。溝シフタ２ｄは、所定の光透過パターン２ｃのシフタ膜２ｇをマスク基板２ａの表面が露出されるまで除去することで形成されている。この場合、溝シフタ２ｄの形成に際して、マスク基板２ａとシフタ膜２ｇとのエッチング選択比を高くし、シフタ膜２ｇのエッチング速度の方がマスク基板２ａのエッチング速度よりも速くなるようにする。すなわち、マスク
基板２ａをエッチングストッパとして溝シフタ２ｄを形成する。これにより、溝シフタ２ｄの深さ（すなわち、シフタ膜２ｇの厚さ）および溝シフタ２ｄの底面の平坦性を極めて高い精度で形成できる。このため、透過光の位相誤差を大幅に低減または無くすことができるので、ウエハ上に転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。なお、図８（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に対応している。すなわち、図８（ａ）は庇構造の無い構造、図８（ｂ）は庇および溝２ｆが形成された構造、図８（ｃ）は庇のみで溝２ｆの無い構造である。
【０１０７】
次に、本実施の形態１の多重露光方法の一例を図９によって説明する。図９には、ウエハ３の全体平面図であって、マスク２（図６参照）およびスキャナ１（図１参照）を用いて、ウエハ３の主面（フォトレジスト膜が塗布されている）に、所定の集積回路パターンを転写するためのステップアンドスキャン露光処理が例示されている。
【０１０８】
露光条件は、上記露光装置１の説明の際に説明したのと同じである。ウエハ３の主面上には、例えば厚さが２００ｎｍ程度の絶縁膜（酸化シリコン膜等）が形成されている。また、その絶縁膜の上には、例えば厚さ５００ｎｍ程度のポジ型のフォトレジスト膜が堆積されている。このフォトレジスト膜への露光量は、例えば２５ｍＪ／ｃｍ2とし、２重露光により、例えば５０ｍＪ／ｃｍ2となるように調整した。マスク２内の最小パターンは、ウエハ３上換算で、例えば１５０ｎｍのライン・アンド・スペースである。
【０１０９】
まず、マスク２の転写領域４Ａ，４Ｂを上記スキャニング露光処理によってウエハ３上の領域５Ａに転写する。すなわち、マスク２とウエハ３とを各々の主面を平行に保ちながら相対的に逆方向（図９の上下縦方向）に移動させてウエハ３の主面上に上記スリット状の露光領域を移動させることにより、マスク２の転写領域４Ａ，４Ｂ内のマスクパターン（集積回路パターン）を、ウエハ３の主面上の領域５Ａに転写する。ウエハ３上における領域５Ａの転写領域５Ａ１，５Ａ２は、それぞれマスク２の転写領域４Ａ，４Ｂが転写された領域であり、ここではチップ形成領域に相当する。
【０１１０】
続いて、ウエハ３を図９の右方向に水平移動し、領域５Ｂ，５Ｃを、上記と同様に順次露光する。これら領域５Ａ，５Ｂ，５Ｃでの露光量は、必要量の１／２程度とする。なお、各領域５Ｂ，５Ｃ内の転写領域５Ｂ１，５Ｃ１は転写領域５Ａ１と同じであり、転写領域５Ｂ２，５Ｃ２は転写領域５Ａ２と同じである。
【０１１１】
続いて、例えば転写領域５Ａ１，５Ａ２の一個分だけウエハ３を図９の上方向に移動させた後、領域５Ｄを上記と同様に露光する。この際、本実施の形態１においては、領域５Ｄ内の転写領域５Ｄ１と、先に転写した領域５Ｃ内の転写領域５Ｃ２とが平面的に重なるようにする。すなわち、マスク２における転写領域４Ｂが転写された転写領域５Ｃ２に、同じマスク２における転写領域４Ａを平面的に重ねて転写する。なお、上述のようにマスク２の転写領域４Ａ，４Ｂの同じ平面位置を透過した各々の光は、その位相が１８０度反転している。
【０１１２】
続いて、ウエハ３を図９の左方向に水平移動し、領域５Ｅを、上記と同様に順次露光する。ここでは、領域５Ｅ内の転写領域５Ｅ１と、先に転写した領域５Ｂ内の転写領域５Ｂ２とが平面的に重なるようにする。すなわち、マスク２における転写領域４Ｂが転写された転写領域５Ｃ２に、同じマスク２における転写領域４Ａを平面的に重ねて転写する。なお、ここでも、上述のようにマスク２の転写領域４Ａ，４Ｂの同じ平面位置を透過した各々の光は、その位相が１８０度反転している。
【０１１３】
これら領域５Ｄ，５Ｅでの露光量は、必要量の１／２程度とする。したがって、領域５Ａ〜５Ｅが重なったところ（転写領域５Ｂ２，５Ｅ１および転写領域５Ｃ２，５Ｄ１等）では露光量が必要量となる。なお、各領域５Ｄ，５Ｅ内の転写領域５Ｄ１，５Ｅ１は転写領域５Ａ１と同じであり、転写領域５Ｄ２，５Ｅ２は転写領域５Ａ２と同じである。
【０１１４】
このような多重露光処理動作をウエハ３の全面内において繰り返すことにより、ウエハ３上に複数のチップ形成領域の集積回路パターンを転写する。ここでは、マスク２の転写領域４Ａと転写領域４Ｂとが重なるようにする。すなわち、マスクパターンは同一であるが、透過光の位相が互いに反転するように溝シフタ２ｄを配置した転写領域４Ａ，４Ｂを重ねて露光する。このような露光処理により、ウエハ３上に転写されるパターンの寸法精度を向上させることが可能となる。
【０１１５】
また、上記の説明では、最外周の転写領域５Ａ，５Ｂ，５Ｃの転写領域５Ａ１，５Ｂ１，５Ｃ１が２重露光されていないが、この部分については、例えばマスク２の転写領域４Ａをマスキングブレードにより遮光し、かつ、マスク２の転写領域４Ｂの転写領域が、図９のウエハ３の転写領域５Ａ１に平面的に重なるように転写することにより２重露光を行った。転写領域５Ｂ１，５Ｃ１についても同様である。
【０１１６】
次に、本実施の形態１の多重露光処理の作用を、発明者らが本発明をするのに検討した技術の問題点を交えながら説明する。
【０１１７】
まず、本発明者らが検討した技術の問題点を図１０によって説明する。図１０（ａ）は、位相シフトマスク５０の断面形状を示している。位相シフトマスク５０は、マスク基板５０ａと、その主面上に形成された遮光パターン５０ｂと、光透過パターン５０ｃとを有している。遮光パターン５０ｂは、例えばクロム等からなる。互いに隣接する光透過パターン５０ｃ，５０ｃの一方には、その各々の透過した光に１８０度の位相差を与えるため、マスク基板５０ａを所定の深さに掘り込み溝シフタ５０ｄを形成している。ここでは、基板溝シフタであって、微細庇型溝シフタでない場合を例示している。また、互いに隣接する光透過パターン５０ｃ，５０ｃの平面の形状および寸法は同じである。
【０１１８】
この位相シフトマスク５０を用いて投影露光すると、被投影基板上で得られる光強度は、図１０（ｂ）に示すように、溝シフタ５０ｄが配置された光透過パターン５０ｃを透過した光の強度５１ａは、溝シフタ５０ｄが配置されていない光透過パターン５０ｃを透過した光の強度５１ｂに比べて小さくなってしまう。これはマスク基板５０ａを掘り込んだ溝シフタ５ｄの側壁の影響により透過光の強度が減衰するためである。したがって、通常の方法（１回露光）によりフォトレジスト膜にパターンを転写すると、図１０（ｃ）の露光平面に示すように、溝シフタ５０ｄの配置された光透過パターン５０ｃが転写されたフォトレジストパターン５２ａの幅方向の寸法ｗ50の方が、溝シフタ５０ｄの配置されていない光透過パターン５０ｃが転写されたフォトレジストパターン５２ｂの幅方向の寸法ｗ5１よりも小さくなってしまう。すなわち、本来同じ平面寸法で転写されるべきフォトレジストパターン５２ａ、５２ｂの平面寸法が溝シフタ５０ｄの有無によって異なってしまう。
【０１１９】
これを防止するため、図１１（ａ）に示すように、溝シフタ５０ｄを上記微細庇型溝シフタ構造とすることが採用されている。すなわち、マスク基板５０ａの溝シフタ５０ｄの側壁が遮光パターン５０ｂの下に隠れるように調整し、遮光パターン５０ｂの端部が庇長さＰだけ庇状に張り出す構造となっている。この構造にすることによって、図１１（ｂ）に示すように、溝シフタ５０ｄが配置された光透過パターン５０ｃを透過した光の強度５３ａは、溝シフタ５０ｄが配置されていない光透過パターン５０ｃを透過した光の強度５３ｂとほぼ同じとなるが、完全には等しくならないのが現状である。したがって、図１１（ｃ）の露光平面に示すように、溝シフタ５０ｄの配置された光透過パターン５０ｃが転写されたフォトレジストパターン５５ａの幅方向の寸法ｗ52と、溝シフタ５０ｄの配置されていない光透過パターン５０ｃが転写されたフォトレジストパターン５５ｂの幅方向の寸法ｗ53とはほぼ等しくなるが、やはり完全には等しくならない。
【０１２０】
ここで、本発明者らは、さらに詳しく調査・研究した。図１２は、その調査・研究結果を示している。横軸はラインアンドスペース（パターン）の寸法を示し、縦軸は各寸法におけるフォトレジストパターン５５ａ，５５ｂの寸法差（ｗ52−ｗ53）を示している。ここでのパターン転写の条件は、例えば次の通りである。すなわち、庇長さＰは、例えば１００ｎｍとし、解像パターンの寸法は、例えば０．１２〜０．１８μｍまで変化させた。露光条件は、上記露光装置１の説明の際に説明したのと同じである。この結果、ウエハ上に形成しようとしているパターンの寸法の値に応じて、フォトレジストパターン５５ａ，５５ｂの寸法ｗ52，ｗ53の差が異なることが明らかになった。したがって、ただ単純に溝シフタを庇構造としただけでは、ウエハ上に転写されるパターンの寸法差を無くすことが困難であることが判明した。
【０１２１】
そこで、本実施の形態１においては、上記のようにマスク２のマスクパターンを多重露光処理によってウエハ３に転写する。この際、多重露光するマスクパターンの溝シフタ２ｄの配置が互いに反転するようにして行う。これにより、ウエハ３上に転写されるパターンにおいて、位相の絶対値誤差による転写パターンの寸法差、溝シフタ２ｄの有無による転写パターンの寸法差、ウエハ上に形成しようとしているパターンの寸法の違いによる転写パターンの寸法差を低減または無くすことができるので、転写パターンの寸法精度を向上させることができ、また、転写パターンの寸法を均一化することが可能となる。
【０１２２】
上記した本実施の形態１の多重露光の効果をシミュレーションにより調べた結果を図１３に示す。また、比較のため１回露光の結果を図１４に示す。いずれもウエハ上で得られる光強度分布を示している。また、いずれの露光処理においても通常の溝シフタ（微細庇型溝シフタでない）構造の位相シフトマスクを用いた。
【０１２３】
図１３に示すように、本実施の形態１によれば、溝シフタ２ｄが互いに反転されるように配置された転写領域４Ａ，４Ｂを２重露光しているため、互いに隣り合った光強度ピーク６ａ，６ｂで均一な光強度が得られていることが分かる。これに対して１回露光の場合、図１４に示すように、溝シフタが配置された光透過パターンを透過した光の強度５６ａの方が、溝シフタの無い光透過パターンを透過した光の強度５６ｂよりも小さいことが分かる。
【０１２４】
図１５は、本実施の形態１の多重露光処理の作用を簡略化して模式的に示している。図１５（ａ）はマスク２の重ね合わせる２つの転写領域４Ｃ，４Ｄを示し、同図（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図を示している。転写領域４Ｃ，４Ｄの各々には、互いに隣接する帯状の光透過パターン２ｃ，２ｃが形成されている。転写領域４Ｃ，４Ｄの光透過パターン２ｃ，２ｃの平面形状および寸法は同じである。転写領域４Ｃ，４Ｄのいずれにおいても互いに隣接する光透過パターン２ｃ，２ｃの一方に溝シフタ２ｄが配置されているが、その配置が転写領域４Ｃと転写領域４Ｄとを重ね合わせた時に反対となるように、すなわち、透過光の位相が１８０度反転するようになっている。図１５（ｃ）は、各々の転写領域４Ｃ，４Ｄを透過した光の強度分布を示している。転写領域４Ｃ，４Ｄの各々を透過した光の強度分布では、いずれも溝シフタ２ｄが配置された光透過パターン２ｃを透過した光の強度が減衰している。これに対して、図１５（ｄ）は、転写領域４Ｃ，４Ｄを重ねて露光した場合の透過光の強度分布を示している。この場合は、溝シフタ２ｄの配置された光透過パターン２ｃを透過した光と、溝シフタ２ｄの無い光透過パターン２ｃを透過した光とが同一箇所に重ねて露光されることにより、双方の光強度を平均化することができ、光強度のアンバランスをキャンセルすることができるので、光強度分布の均一化を図ることが可能となる。
【０１２５】
したがって、本実施の形態１の多重露光処理によれば、位相の絶対値精度（誤差精度）が多少悪くても、１８０度位相差の時と同じ解像特性を得ることが可能となる。すなわち、位相の誤差の許容量（位相の絶対値精度）を、例えば３度〜６度（溝シフタ２ｄの深さで±４ｎｍ〜±８ｎｍ）程度に緩和できる。したがって、マスク２の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となる。また、マスク２の製造歩留まりを大幅に向上させることが可能となる。特に、重ね合わせる転写領域４Ａ，４Ｂを同一マスク２の同一平面内の異なる平面位置に形成する本実施の形態１においては、その重ね合わせる転写領域を別々のマスクに形成する場合に比べて、溝シフタ２ｄの深さおよびその誤差量をマスク２の面内においてほぼ均一にすることができるので、その重ね合わせる転写領域を別々のマスクに形成する場合よりも相対的に高い位相の絶対値精度を確保しつつ、容易にマスク２を製造することが可能となる。
【０１２６】
また、本実施の形態１の多重露光処理によれば、溝シフタ２の有無によって隣接する転写パターンの寸法が変動するのを抑制または防止することが可能となる。このため、転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。また、溝シフタ２の有無による隣接転写パターンの寸法変動を低減または防止できるので、微細庇型溝シフタ構造とする必要性が無くなる。このため、マスク２の製造上の容易性を大幅に向上させることが可能となる。庇構造は、庇長さが長いほど効果があるが、ウエハ上のパターンの微細化要求に伴いマスク２上の遮光パターン２ｂも微細化されているので、庇長さの増長には限界がある。本実施の形態１の技術は、庇構造を採らなくてもパターン寸法精度の向上を図れるので、パターンの微細化に適した技術である。
【０１２７】
さらに、本実施の形態１の多重露光処理によれば、ウエハ３上に転写しようとしているパターンの寸法に応じて隣接パターンの寸法差が変動するのを抑制または防止することが可能となる。したがって、ウエハ３に転写されたパターンの寸法精度を転写領域内全体において向上させることが可能となる。
【０１２８】
実際にパターンを転写した結果、例えば１５０ｎｍのパターンがチップ全面で１５０ｎｍ±１０ｎｍの精度で良好に形成できた。また、隣り合うパターンの解像寸法に特別な傾向は見られなかった。マスク２の欠陥によるパターンのショート等の発生も認められなかった。一方、同一条件で、２重露光を行わない技術では１５０ｎｍのパターンがチップ全面で１５０ｎｍ±２２ｎｍの精度で形成された。また、溝シフタを配置したパターンと配置していないパターンの解像寸法差は８ｎｍで、溝シフタを配置した方が細く形成された。
【０１２９】
次に、本発明者らが検討した他の問題点について説明する。すなわち、投影光学系を用いたパターンの転写では、投影レンズの種々の収差によって投影像に歪みが発生する。この現象は、投影面の位置によって異なる。代表的な収差として、例えば転写像の歪曲がある。これは、投影パターンの位置ずれであり、例えば絶対格子に配置されたパターンが糸巻き状や樽状等に歪んで転写される。すなわち、通常は、投影レンズに種々の収差があるため、設計通りのパターンの形成が困難である。
【０１３０】
ここで、ステッパを用いたパターンの転写では、１ショットで複数の集積回路パターンを転写し、ずらし露光によって多重露光を行うと、パターンの位置歪みの影響で重ね誤差が生じ、解像特性が大幅に劣化し、実用は困難である。図１６は、その様子を模式的に示している。ここでは、ステッパでのパターンの転写を例にとって説明する。符号の６０は、理想格子上の設計パターンであり、歪みの無い四角形状のパターンとなっている。また、符号の６１，６２が実際に転写された転写パターンである。転写パターン６１は理想格子に対して糸巻き状に位置ずれして転写され、転写パターン６２は理想格子に対して樽状に位置ずれして転写されている。このように、投影レンズの収差は、パターンの位置ずれを引き起こし、転写位置によってその挙動が異なる。
【０１３１】
また、図１７（ａ）、（ｂ）はマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をステッパを用いて転写した様子を模式的に示している。図１７（ａ），（ｂ）の符号６３ａ，６３ｂは、上記マスク上の異なる平面位置の同一パターンで構成される転写領域を実際に転写した際の転写領域の全体的な位置ずれの状態を模式的に示したものである。図１７（ａ）に示すように、転写領域６３ａ，６３ｂは、互いに異なった形状で形成（転写）されるため、図１７（ｂ）に示すように、両者を重ねた場合、パターンの位置ずれが生じるので、良好なパターンの形成（転写）が困難である。
【０１３２】
そこで、本実施の形態１においては、上記のように、マスク２のマスクパターンをスキャナを用いてウエハ３上に転写する際に、マスク２の同一パターンをウエハ３の同一領域に多重露光する。スキャナを用いた露光処理においては、マスク２上のパターンをスリットを介してウエハ３上に転写する。この場合、スキャン方向においては収差分布が均一となる。すなわち、スキャン方向に重ね露光を行っても、収差起因の重ね誤差は生じない。したがって、重ね露光が可能となる。
【０１３３】
スキャナを用いた場合のパターンの転写状態を図１８に示す。符号の７は、理想格子上の設計パターンであり、歪みの無い四角形状のパターンとなっている。符号の７ａは設計パターン７においてスキャン方向（図１８の上下縦方向）に平行な辺を示し、符号の７ｂは設計パターン１においてスキャン方向に直交する辺を示している。なお、ここで、スキャン方向は、投影レンズの走査方向であり、ウエハ３等の被露光処理基板はこれと反対の方向に移動するようになっている。符号の８は、実際に転写された転写パターンを示している。符号の８ａは転写パターン８においてスキャン方向に平行な辺を示し、符号の８ｂは転写パターン８においてスキャン方向に直交する辺を示している。また、符号９ａ，９ｂは、上記マスク２上の異なる平面位置の同一パターンで構成される転写領域４Ａ，４Ｂが実際に転写された転写領域の全体的な状態を模式的に示している。
【０１３４】
スキャナを用いた露光処理においては、スキャン方向に直交する方向（図１８の左右横方向）においてレンズ収差に起因する位置ずれが生じるが、スキャン方向においてレンズ収差が同一となるため同じ形状が保たれる。例えば転写パターン８においてスキャン方向に平行な辺８ａは設計パターン７においてスキャン方向に平行な辺７ａに対して位置ずれが見えるが、そのずれ量はスキャン方向に同一である。また、転写パターン８においてスキャン方向に直交する辺８ｂは、設計パターン７においてスキャン方向に直交する辺７ｂとほぼ重なっており、位置ずれが見られない。すなわち、スキャナを用いた露光処理においては、転写領域９ａ，９ｂのパターンは、スキャン方向に直交する方向においてほぼ同じ変形を持つようになり、しかもスキャン方向においてほぼ同じ形状で形成される。したがって、転写領域９ａ，９ｂをウエハ３等の被露光処理基板上の同一の領域に２重露光しても、高い重ね合わせ精度で形成することができる。本発明は、この特性を利用している。
【０１３５】
次に、本発明者らが検討したさらに他の問題点について説明する。図１９の（ａ）は溝シフタ２ｄが形成されたマスク６４の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図を示している。
【０１３６】
転写領域６５には、例えば１５０ｎｍのラインアンドスペースを配置した。互いに隣接する光透過パターン６６の一方に溝シフタ６７が配置されている。この転写領域６５に欠陥６８ａ，６８ｂが存在している。欠陥６８ｂの平面寸法は欠陥６８ａのそれよりも相対的に大きい。
【０１３７】
このような転写領域６５を、２重露光処理を行わないで（すなわち、１回露光）スキャニング露光した結果を図１９（ｃ）に示す。この場合、正常なフォトレジストパターン６９の他に、マスク６４の欠陥６８ａ，６８ｂに起因するフォトレジスト残り７０ａ，７０ｂが転写されていた。このうち、フォトレジスト残り７０ｂはパターン間のショート不良の原因となっていた。なお、図１９（ｃ）の破線は、フォトレジストパターン６９およびフォトレジスト残り７０ｂと、マスク６４の光透過パターン６６および欠陥６８ａ，６８ｂとの相対的な位置関係が分かるように、光透過パターン６６および欠陥６８ａ，６８ｂを示したものである。
【０１３８】
これに対して、本実施の形態１による上記２重露光方法では、図２０に示す結果が得られた。図２０（ａ）は、同一マスク２の同一平面の異なる平面位置に形成された転写領域４Ａ１，４Ｂ２の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図を示している。転写領域４Ａ１，４Ｂ１には、互いに同一マスクパターンが配置されているが、溝シフタ２ｄの配置が上記のように反対（位相が１８０度反転）になっている。転写領域４Ａ１には上記欠陥６８ａ，６８ｂが存在している。ラインアンドスペースの寸法は、図１９のマスクと同じである。ところで、本実施の形態１の露光処理においては、上記のような転写領域４Ａ１，４Ｂ１をそれぞれ１／２の露光量で重ね露光するので、欠陥部分と欠陥の存在しない部分とが多重露光されることになる。その結果、マスク２の欠陥の転写を低
減または完全に無くすことが可能となる。その転写結果を図２０（ｃ）に示す。
【０１３９】
マスク２の転写領域４Ａ１内の欠陥６８ａに対応する位置Ｓ１においては、フォトレジストパターン１０ａの変形が確認されなかった。一方、マスク２の転写領域４Ａ１内の欠陥６８ｂに対応する位置Ｓ２では、フォトレジストパターン１０ａの変形（フォトレジスト残り１１）が認められたが、パターン間のショート不良には至ってないことが分かった。このようなパターン欠陥は検査の結果、必要ならば、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）等のようなエネルギービームを用いた修正処理によって修正することも可能である。この場合、パターン変形量を比較的小さくすることができるので、その修正を容易にすることが可能である。なお、図２０（ｃ）の破線は、フォトレジストパターン１０ａおよびレジスト残り１１と、フォトマスク４Ａ１の光透過パターン２ｃおよび欠陥６８ａ，６８ｂとの相対的な位置関係が分かるように、その光透過パターン２ｃおよび欠陥６８ａ，６８ｂを示している。
【０１４０】
このように本実施の形態１の多重露光処理によれば、マスク２の転写領域にランダムに存在する欠陥を平均化または除去することができるので、マスク２の欠陥の転写を抑制または防止できる。また、欠陥が転写されたとしても、その欠陥の転写限界を拡大することができる。例えばステッパでは、フォトマスク上の０．２μｍ以上の欠陥が転写されたが、本実施の形態１では、フォトマスク４上の０．４μｍ以上のより大きな欠陥が転写される。すなわち、マスク２上において０．４μｍ未満の欠陥は無視することができるので、欠陥検査の寸法限界を緩和することができる。すなわち、マスク２の欠陥検査および欠陥修正を容易にすることが可能となる。したがって、マスク２の製造上の容易性を向上させることが可能となる。
【０１４１】
さらに、本発明者らは、本実施の形態１の露光処理における多重露光の回数を増やした場合について、マスク２上の欠陥が転写パターンの寸法に与える影響を調査した。この場合の露光条件は、上記露光装置１の説明の際に説明したのと同じである。図２１には、この際に用いたマスク２の転写領域４Ａ２，４Ｂ２の要部平面図が示されている。図２１（ａ）は欠陥が存在する転写領域４Ａ２の要部平面図を示し、図２１（ｂ）は欠陥が存在しない転写領域４Ｂ２の要部平面図を示している。図２１（ａ），（ｂ）の転写領域４Ａ２，４Ｂ２には、互いの長辺が平行になるように並んで配置された平面長方形状の複数の光透過パターン２ｃ１，２ｃ２がそれぞれ配置されている。光透過パターン２ｃ１，２ｃ２の幅ｂおよび隣接間のスペース寸法ｃは、例えば０．２５μｍ程度である。ただし、図２１（ａ）には、例えば次の３種類の欠陥が示されている。すなわち、例えば一辺の寸法が上記スペース寸法よりも小さい寸法の平面正方形状の透明欠陥６８ｃ、長辺の寸法が上記スペース寸法と等しい平面長方形状の透明欠陥６８ｄおよび一辺の寸法が上記幅よりも小さい寸法の平面正方形状の遮光欠陥６８ｅである。欠陥の大きさは変数ａで示した。露光処理においては、欠陥が存在する図２１（ａ）のパターンと、欠陥が存在しない図２１（ｂ）のパターンとを複数回重ね露光した。そして、光透過パターン２ｃ１，２ｃ２の寸法ｂ１〜ｂ３に対する転写パターンの寸法を評価した。その評価結果を図２２に示す。
【０１４２】
図２２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ寸法ｂ１〜ｂ３の測定結果を示している。図２２（ａ）〜（ｃ）において、１重は図２１（ａ）の欠陥のある転写領域４Ａ２のみで露光した場合、２重は図２１（ａ）の欠陥のある転写領域４Ａ２と図２１（ｂ）の欠陥の無い転写領域４Ｂ２とを重ね露光した場合、３重は上記２重露光にさらに図２１（ｂ）の欠陥の無い転写領域４Ｂ２を重ね露光した場合、４重は上記３重露光にさらに図２１（ｂ）の欠陥の無い転写領域４Ｂ２を重ね露光した場合をそれぞれ示している。いずれの欠陥においても、無欠陥パターンの重ね回数を増やすほど欠陥の影響が少なくなることが分かる。また、ここではパターンの寸法に着目して評価した場合について説明したが、パターンの断線、ショート等の評価をした結果、３重露光以上では、欠陥の大きさによらず、断線、ショートの発生を防止できた。本実施の形態１では、位相シフトマスクを用いるので、位相反転が生じることを考慮すると重ね合わせ回数は偶数回が好ましい。
【０１４３】
また、本実施の形態１の多重露光方法によれば、ウエハ上に転写されるパターンの寸法分布精度も向上させることができた。これを図２３および図２４によって説明する。図２３は、２重露光処理を行わないでスキャナで露光（すなわち、１回露光）した結果を示している。位置Ｓ１〜Ｓ４が１個のチップ、位置Ｓ５〜Ｓ８が他の１個のチップである。寸法分布は、マスクの寸法分布の影響を受けてチップの中央部が細くパターン形成されており、最大寸法と最小寸法との差は、例えば０．０６３μｍ程度であった。これに対して本実施の形態１の多露光方法においては、図２４に示すように、図２３の位置Ｓ１〜Ｓ４と、位置Ｓ５〜Ｓ８を重ね露光するため、寸法の平均化がなされ、転写パターンの寸法分布精度を向上させることができた。ここでは、最大寸法と最小寸法との差を、例えば０．０３６μｍであった。すなわち、寸法のばらつきを約半分に低減することができた。
【０１４４】
上記露光条件で多重露光処理を行った本実施の形態１においては、例えば０．２５μｍのパターンがチップの全面において０．２５±０．０２μｍの精度で良好に形成できた。また、マスク２の欠陥によるパターン間のショート不良等の発生は認められなかった。
【０１４５】
次に、本実施の形態１のマスク２の製造方法を説明する。まず、本実施の形態１のマスク２の製造方法に先立って、本発明者らが検討したマスク製造上の問題点について説明する。
【０１４６】
図２５は、本発明者らが検討したマスクの製造工程中の要部断面図を示している。この技術においては、まず、図２５（ａ）に示すように、マスク基板８０上に通常の方法で遮光パターン８１および光透過パターン８２を形成する。遮光パターン８２は、クロム（Ｃｒ）等からなる。続いて、図２５（ｂ）に示すように、シフタ形成用のレジストパターン８３をマスク基板８０上に通常の方法で形成した後、レジストパターン８３から露出するマスク基板８０をドライエッチング処理によって掘り込み、位相シフタ形成用の溝８４を形成する。ここで、位相差を１８０度に高精度に制御することが困難な場合は、レジストパターン８３を図２５（ｃ）に示すように除去した後、位相差を測定し、次の目標エッチング量を決定する。その後、図２５（ｄ）に示すように、マスク基板８０上に再度シフタ形成用のレジストパターン８５を通常の方法で形成し、目標エッチング量でマスク基板８０に対してウエットエッチング処理を施す。この際、ウエットエッチング等のような等方エッチングにより、遮光パターン８１の下部も含めエッチングする。これにより、上記微細庇型の溝シフタ８６を形成する。最後に、レジストパターン８５を除去することにより、図２５（ｅ）に示すように、所望のマスクパターンおよび溝シフタ８６を有するマスク構造が完成する。
【０１４７】
上記のように溝シフタを有するマスクにおいては、位相制御（すなわち、溝の深さ）に高い精度が要求されている。溝シフタの深さは、露光波長に依存しているので、パターンの微細化要求により露光波長も短くなっていることから浅くなる傾向にある。したがって、溝も掘り易いようにも思われるが、実際は、その溝に許される誤差範囲が溝の深さに対して決まり一定なので、溝シフタの深さ精度自体は厳しいままである。このため、マスクの製造が難しい。また、その高精度な位相制御や庇形状の形成を実現するために、マスクの製造工程が複雑化している。これらにより、マスクの製造工程数の増加や歩留まりの低下が大きな問題となっている。
【０１４８】
次に、本実施の形態１のマスク２の製造方法例を図２６の工程に沿って図２７および図２８によって説明する。
【０１４９】
まず、マスクパターン形成工程においては、図２７（ａ）に示すように、マスク基板２ａの主面上全面に、例えばクロム等からなる遮光膜をスパッタリング法等によって堆積する（工程２０１）。続いて、その遮光膜上に、フォトレジスト膜を塗布した後、これをパターニングすることで所定のフォトレジストパターンを形成する（工程２０２）。その後、そのフォトレジストパターンから露出する遮光膜部分をエッチング法等によって除去することにより、遮光パターン２ｂおよび光透過パターン２ｃを形成する（工程２０３）。続いて、フォトレジストパターンを除去した後（工程２０４）、パターンの欠け等の有無を検査する（工程２０５）。その後、その検査結果に基づいて修正できるものについて修正する（工程２０６）。ここまでの工程は、上記発明者らが検討したマスクの製造技術と同じである。
【０１５０】
次いで、位相シフタ形成工程においては、マスク基板２ａ上の遮光パターン２ｂの形成面上に、フォトレジスト膜を塗布した後、そのフォトレジスト膜を図２７（ｂ）に示すようにパターニングすることにより、所定の光透過パターンが露出され、それ以外を覆うようなフォトレジストパターン１２を形成する（工程２０７）。続いて、そのフォトレジストパターン１１をエッチングマスクとして、そこから露出するマスク基板２ａを異方性のドライエッチング法によってエッチングすることにより、溝シフタ２ｄを形成する（工程２０８）。その後、フォトレジストパターン１２を図２７（ｃ）に示すように除去した後（工程２０９）、そのマスク２の透過光の位相を検査することにより（工程２１０）、マスク２を製造する。
【０１５１】
このように本実施の形態１においては、上記のようにマスクの位相差の絶対値制御（誤差許容量）の精度を緩和することができるので、マスク２の製造プロセス途中に位相差の測定等を行う必要が無いため、溝シフタ形成用のフォトレジストパターンの形成工程を1回のみにすることができる。また、本実施の形態１においては、溝シフタの有無での光強度の差を多重露光によって打ち消すことができるので、遮光パターンに庇を形成する必要が無い。したがって、本実施の形態１においては、上記発明者検討技術に比べてマスク２の製造工程を簡略することができる。すなわち、マスク２の製造工程数を低減できるので、マスク２の製造時間を短縮することが可能となる。また、マスク２の歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１５２】
ところで、極端なシフタの有無により光強度の差が解像特性に悪影響を及ぼす場合は、図２８に示すように、検査工程２１０の後、マスク２の表面全面に対して等方的なウエットエッチングを施すことが有効である。すなわち、溝シフタ２ｄおよび溝シフタ２ｄを配置していない部分の双方にウエットエッチングを施すことにより、庇構造を形成する（工程２１１ａ）。これは前記図７（ｂ）に示した構造のマスク２の製造方法である。この場合、溝シフタ２ｄの有無での光強度の差を軽減することができ、解像特性の低下を防止できる。
【０１５３】
さらに、本実施の形態１においては、上記のように位相の絶対値制御精度を緩和できるので、溝形成工程２０８後に、その溝シフタ２ｄの加工時にマスクとして用いたフォトレジストパターン１２（図２７（ｂ）参照）をマスクとしてマスク２に対して等法的なウエットエッチング処理を施すことにより、庇構造を形成しても良い（工程２１１ｂ）。これは、前記図７（ｃ）で示した構造のマスク２の製造方法である。構造的には上記本発明者らが検討した図２５（ｅ）と同じ構造となるが、本実施の形態１では、フォトレジスト膜の塗布およびパターニング工程を１回にできるので、上記検討技術よりもマスク２の製造工程の簡略化が可能である。
【０１５４】
次に、本発明の技術思想をＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）の各パターンを露光処理によって転写する場合に適用した一例を図２９および図３０に示す。図３０は図２９のＡ−Ａ線の断面図である。本実施の形態の露光方法をＤＲＡＭの製造技術に適用することにより、特に、チップ内の欠陥数を低減できるので、ビット救済チップ数を低減することが可能となる。
【０１５５】
半導体基板３Ｓは、例えば平面略円形状の上記ウエハ３から切り出されたＤＲＡＭの平面四角形状のチップを構成する部分であり、例えばｐ型の単結晶シリコンからなる。この半導体基板３Ｓの主面にはｐ型ウエル２１が形成され、そのｐ型ウエル２１にＤＲＡＭのメモリセルが形成されている。なお、メモリセルが形成された領域（メモリアレイ）のｐ型ウエル２１は、半導体基板３Ｓの他の領域に形成された入出力回路などからノイズが侵入するのを防ぐために、その下部に形成されたｎ型半導体領域２２によって半導体基板３Ｓから電気的に分離されている。
【０１５６】
メモリセルは、メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓの上部に情報蓄積用容量素子Ｃを配置したスタックド構造で構成されている。メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓはｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴで構成され、ｐ型ウエル２１の活性領域Ｌに形成されている。活性領域Ｌは、図２９のＸ方向に沿って真っ直ぐに延在する細長い島状のパターンで構成されており、それぞれの活性領域Ｌには、ソース、ドレインの一方（ｎ型半導体領域）を互いに共有するメモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓがＸ方向に隣接して２個形成されている。
【０１５７】
活性領域Ｌを囲む素子分離領域は、ｐ型ウエル２１に開孔した浅い溝に酸化シリコン膜等からなる絶縁膜を埋め込んで形成した溝型の素子分離部（トレンチアイソレーション）２３によって構成されている。この溝型の素子分離部２３に埋め込まれた絶縁膜は、その表面が活性領域Ｌの表面とほぼ同じ高さになるように平坦化されている。このような溝型の素子分離部２３によって構成された素子分離領域は、活性領域Ｌの端部にバーズビーク(bird's beak)ができないので、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidization of Silicon：選択酸化）法で形成された同一寸法の素子分離領域（フィールド酸化膜）に比べて活性領域Ｌの実効的な面積が大きくなる。
【０１５８】
メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓは、主としてゲート絶縁膜２４、ゲート電極２５およびソース、ドレインを構成する一対のｎ型半導体領域２６、２６によって構成されている。ゲート電極２５はワード線ＷＬと一体に構成されており、同一の幅、同一のスペースでＹ方向に沿って直線的に延在している。ゲート電極２５（ワード線ＷＬ）は、例えばＰ（リン）などのｎ型不純物がドープされた低抵抗多結晶シリコン膜と、その上部に形成されたＷＮ（タングステンナイトライド）膜などからなるバリアメタル層と、その上部に形成されたＷ（タングステン）膜などの高融点金属膜とで構成されたポリメタル構造を有している。ポリメタル構造のゲート電極２５（ワード線ＷＬ）は、多結晶シリコン膜やポリサイド膜で構成されたゲート電極に比べて電気抵抗が低いので、ワード線の信号遅延を低減することができる。ただし、ゲート電極２５を、多結晶シリコン膜の単体膜で構成しても良いし、多結晶シリコン膜上にタングステンシリサイド等のようなシリサイド膜を積み重ねてなる上記ポリサイド構造としても良い。
【０１５９】
メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓのゲート電極２５（ワード線ＷＬ）の上部には窒化シリコン膜等からなるキャップ絶縁膜２７が形成されており、このキャップ絶縁膜２７の上部および側壁とゲート電極２５（ワード線ＷＬ）の側壁とには、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜２８が形成されている。メモリアレイのキャップ絶縁膜２７と絶縁膜２８は、メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓのソース、ドレイン（ｎ型半導体領域２６、２６）の上部にセルフアライン（自己整合）でコンタクトホールを形成する際のエッチングストッパとして使用される。
【０１６０】
メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓ上には、ＳＯＧ（Spin On Glass）膜２９ａが形成されている。また、ＳＯＧ膜２９ａのさらに上には２層の酸化シリコン等からなる絶縁膜２９ｂ、２９ｃが形成されており、上層の絶縁膜２９ｃは、その表面が半導体基板３Ｓの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。
【０１６１】
メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓのソース、ドレインを構成する一対のｎ型半導体領域２６、２６の上部には、絶縁膜２９ｃ、２９ｂおよびＳＯＧ膜２９ａを貫通するコンタクトホール３０ａ、３０ｂが形成されている。これらのコンタクトホール３０ａ、３０ｂの内部には、ｎ型不純物（例えばＰ（リン））をドープした低抵抗の多結晶シリコン膜で構成されたプラグ３１が埋め込まれている。コンタクトホール３０ａ、３０ｂの底部のＸ方向の径は、対向する２本のゲート電極２５（ワード線ＷＬ）の一方の側壁の絶縁膜２８と他方の側壁の絶縁膜２８とのスペースによって規定されている。すなわち、コンタクトホール３０ａ、３０ｂは、ゲート電極２５（ワード線ＷＬ）に対してセルフアラインで形成されている。
【０１６２】
図２９に示すように、一対のコンタクトホール３０ａ、３０ｂのうち、一方のコンタクトホール３０ｂのＹ方向（図２９の上下方向）の径は、活性領域ＬのＹ方向の寸法とほぼ同じである。これに対して、もう一方のコンタクトホール３０ａ（２個のメモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓによって共有されたｎ型半導体領域２６上のコンタクトホール）のＹ方向の径は、活性領域ＬのＹ方向の寸法よりも大きい。すなわち、コンタクトホール３０ｂは、Ｙ方向の径がＸ方向（図２９の左右方向）の径よりも大きい略長方形の平面パターンで構成されており、その一部は活性領域Ｌから外れて溝型の素子分離部２３上に平面的に延在している。コンタクトホール３０ａをこのようなパターンで構成することにより、コンタクトホール３０ａを介してビット線ＢＬとｎ型半導体領域２６とを電気的に接続する際に、ビット線ＢＬの幅を一部で太くして活性領域Ｌの上部まで延在したり、活性領域Ｌの一部をビット線ＢＬ方向に延在したりしなくともよいので、メモリセルサイズを縮小することが可能となる。
【０１６３】
絶縁膜２９ｃ上には絶縁膜３２ａが形成されている。コンタクトホール３０ａ上の絶縁膜３２ａにはスルーホール３３が形成されており、その内部には下層から順にＴｉ（チタン）膜、ＴｉＮ（窒化チタン）膜およびＷ膜を積層した導電膜からなるプラグが埋め込まれている。スルーホール３３は、活性領域Ｌから外れた溝型の素子分離部２３の上方に配置されている。
【０１６４】
絶縁膜２９ｃ上にはビット線ＢＬが形成されている。ビット線ＢＬは溝型の素子分離部２３の上方に配置されており、同一の幅、同一のスペースでＸ方向に沿って直線的に延在している。ビット線ＢＬは、例えばタングステン膜で構成されており、上記スルーホール３３およびその下部の絶縁膜３２ａ、２９ｃ、２９ｂ、ＳＯＧ膜２９ａおよびゲート絶縁膜２４に形成されたコンタクトホール３０ａを通じてメモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓのソース、ドレインの一方（２個のメモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓによって共有されたｎ型半導体領域２６）と電気的に接続されている。ビット線ＢＬを金属（タングステン）で構成することにより、そのシート抵抗を低減できるので、情報の読み出し、書き込みを高速で行うことができる。また、ビット線ＢＬと周辺回路の配線とを同一の工程で同時に形成することができるので、ＤＲＡＭの製造工程を簡略化することができる。また、ビット線ＢＬを耐熱性およびエレクトロマイグレーション耐性の高い金属（タングステン）で構成することにより、ビット線ＢＬの幅を微細化した場合でも、断線を確実に防止することができる。
【０１６５】
ビット線ＢＬ上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３２ｂ，３２ｃが形成されている。上層の絶縁膜３２ｃは、その表面が半導体基板３Ｓの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。メモリセルアレイの絶縁膜３２ｃ上には窒化シリコン等からなる絶縁膜３４が形成されており、この絶縁膜３４のさらに上には情報蓄積用容量素子Ｃが形成されている。情報蓄積用容量素子Ｃは、下部電極（蓄積電極）３５ａと上部電極（プレート電極）３５ｂとそれらの間に設けられたＴａ2Ｏ5（酸化タンタル）等からなる容量絶縁膜（誘電体膜）３５ｃとを有している。下部電極３５ａは、例えばＰ（リン）がドープされた低抵抗多結晶シリコン膜からなり、上部電極３５ｂは、例えばＴｉＮ膜からなる。情報蓄積用容量素子Ｃの下部電極３５ａは、絶縁膜３４およびその下層の絶縁膜３２ｃ，３２ｂ，３２ａを貫通するスルーホール３６内に埋め込まれたプラグ３７を通じてコンタクトホール３０ｂ内のプラグ３１と電気的に接続され、さらにこのプラグ３１を介してメモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴＱｓのソース、ドレインの他方（ｎ型半導体領域２６）と電気的に接続されている。
【０１６６】
情報蓄積用容量素子Ｃの上部には、２層の酸化シリコン等からなる絶縁膜３８が形成され、さらにその上部には第２層目の配線３９Ｌ２が形成されている。この第２層目の配線３９Ｌ２上には２層の酸化シリコン等からなる絶縁膜４０ａ、４０ｂが形成されている。このうち、下層の絶縁膜４０ａは、配線３９Ｌ２のギャップフィル性に優れた高密度プラズマ(High Density Plasma)ＣＶＤ法によって形成されている。また、その上の絶縁膜４０ｂは、その表面が半導体基板３Ｓの全域でほぼ同じ高さになるように平坦化されている。この絶縁膜４０ｂ上には第３層目の配線３９Ｌ３が形成されている。第２、第３層目の配線３９Ｌ２，３９Ｌ３は、例えばＡｌ（アルミニウム）合金を主体とする導電膜で構成されている。
【０１６７】
このように本実施の形態１によれば、以下の効果を得ることが可能となる。
【０１６８】
(1).マスク２の同一パターンであるが、透過光の位相が１８０度反転するパターンを、ウエハ３の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ２ｄを有するマスク２の位相誤差の許容量（位相差の絶対値制御精度）を緩和することが可能となる。
【０１６９】
(2). マスク２の同一パターンをウエハ３の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ２ｄを有するマスク２の欠陥検査の限界寸法を緩和することが可能となる。
【０１７０】
(3). マスク２の同一パターンであるが、透過光の位相が１８０度反転するパターンを、ウエハ３の同一領域に重ね合わせ露光することにより、溝シフタ２ｄの配置の有無による隣接転写パターンの寸法の変動を抑制または防止することが可能となる。
【０１７１】
(4).上記(3)により、マスク２の溝シフタ２ｄを庇構造とする必要が無くなる。
【０１７２】
(5)．上記(1)、(2)または(4)により、マスク２の製造上の容易性を向上させることが可能となる。
【０１７３】
(6).上記(1)、(2)、(3)、(4)または(5)により、マスク２の製造歩留りを向上させることが可能となる。
【０１７４】
(7).マスク２の同一パターンをウエハ３の同一領域に重ね合わせ露光することにより、マスク２内のマスクパターン寸法分布を平均化することができるので、マスクパターンの寸法の違いによる転写パターンの寸法変動を抑制または防止することが可能となる。
【０１７５】
(8).スキャニング露光に際しスキャン方向に沿ってマスク２の同一パターンを重ね露光することにより、露光装置１の光学系のレンズ収差を平均化することが可能となる。
【０１７６】
(9).上記(1),(7),(8)等により、転写パターンの寸法精度を向上させることが可能となる。
【０１７７】
(10).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１７８】
(11).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【０１７９】
(12).上記(1),(7),(8),(9)等により半導体集積回路装置の性能を向上させることが可能となる。
【０１８０】
(13).上記(1),(7),(8),(9)等により、半導体集積回路装置の素子や配線の集積度を向上させることが可能となる。
【０１８１】
（実施の形態２）
本発明者らの調査結果によれば、主となる光透過パターンの周囲に補助マスクパターンを配置した位相シフトマスクにおいて、溝シフタの配置の仕方、具体的には溝シフタを主となる光透過パターンに配置した場合と補助パターンに配置した場合とによって転写されるパターンの解像寸法が異なることを新たに見出した。補助マスクパターンは、上記のように、主となる光透過パターンの解像特性を向上させるための開口パターンであって、ウエハ上に投影された時、ウエハ上には独立した像を形成しないようにマスクに開口された光透過パターンである。
【０１８２】
このような位相シフトマスクの要部を図３１および図３２に示す。
【０１８３】
図３１（ａ）はそのマスク２の要部平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図を示している。平面帯状に形成された光透過パターン２ｃは、マスク基板２ａ上の遮光膜が開口されてなる。光透過パターン２ｃは露光処理によってウエハ上に転写される主たるパターンである。その光透過パターン２ｃの両長辺の近傍には、平面帯状の補助マスクパターン２ｃｓが所定平面長の遮光パターン２ｂを隔てて光透過パターン２ｃに対して平行に配置されている。補助マスクパターン２ｃｓは、光透過パターン２ｃの解像度特性を向上させるために、マスク基板２ａ上の遮光膜を開口することで形成されている。補助マスクパターン２ｃｓの長手方向の長さは、光透過パターン２ｃの長手方向長さと同じであるが、その幅は、ウエハ上には転写されないように、光透過パターン２ｃよりも細く設計されている。図３１においては、光透過パターン２ｃを透過した光と補助マスクパターン２ｃｓを透過した光とで位相が１８０度反転するように、補助マスクパターン２ｃｓに溝シフタ２ｄが配置されている。
【０１８４】
一方、図３２（ａ）は図３１のマスク２の同一平面における異なる平面位置の要部平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図を示している。光透過パターン２ｃおよび補助マスクパターン２ｃｓの形状、寸法および機能等は図３１と同じである。ただし、図３２においては、光透過パターン２ｃを透過した光と補助マスクパターン２ｃを透過した光とで位相が１８０度反転するように、光透過パターン２ｃに溝シフタ２ｄが配置されている。すなわち、図３１と図３２とではマスク２の同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が１８０度反転するようになっている。
【０１８５】
本発明者らの調査結果によれば、このようなマスク２を用いて１回露光処理をした場合、図３１と図３２とでは転写パターンの寸法が異なることを新たに見出した。そこで、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、図３１のマスクパターンと、図３２のマスクパターンとをウエハの同一領域に重ね露光（多重露光）することにより、前記実施の形態１で説明したのと同じ理由でウエハに転写されるパターンの寸法精度を大幅に向上させることが可能となる。
【０１８６】
（実施の形態３）
本実施の形態３においては、ホールパターンへの適用例を説明する。ホールパターンは、コンタクトホールやスルーホール等のような異なる層間を電気的に接続するために絶縁膜に穿孔される孔パターンである。
【０１８７】
図３３（ａ）は、そのマスク２の要部平面図を示し、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図を示している。このマスク２には、露光処理に際して重ね合わせる２個の転写領域４Ｅ，４Ｆが示されている。転写領域４Ｅ，４Ｆは、同じマスク２の同一平面の異なる平面位置に配置されている。転写領域４Ｅ，４Ｆには、例えば平面正方形状の光透過パターン２ｃ３、その四周を取り囲む補助マスクパターン２ｃｓおよび平面正方形状の複数の光透過パターン２ｃ４が配置されている。
【０１８８】
光透過パターン２ｃ３は、孤立ホールパターンを転写するためのパターンであり、マスク基板２ａ上の遮光膜が開口されて形成されている。補助パターン２ｃｓは、光透過パターン２ｃ３の解像度向上を目的としたパターンであり、解像限界以下のパターン幅で形成されている。光透過パターン２ｃ３と補助マスクパターン２ｃｓとでは、各々を透過した光の位相が１８０度反転するように、いずれか一方に溝シフタ２ｄが配置されている。この場合、転写領域４Ｅでは、補助マスクパターン２ｃｓに溝シフタ２ｄが配置され、転写領域４Ｆでは、光透過パターン２ｃ３に溝シフタ２ｄが配置されている。すなわち、光透過パターン２ｃ３および補助マスクパターン２ｃｓの形成領域において転写領域４Ｅと転写領域４Ｆとでは、同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が１８０度反転するようになっている。
【０１８９】
また、光透過パターン２ｃ４は、繰り返し密に配置されたホールパターンを転写するためのパターンであり、図３３（ａ）の上下左右方向に所定の間隔をおいて規則的に複数配置されている。この複数の光透過パターン２ｃ４においては、互いに隣り合う光透過パターン２ｃ４の各々を透過した光の位相が１８０度反転するように溝シフタ２ｄが配置されている。この場合、この複数の光透過パターン２ｃ４の一群において転写領域４Ｅと転写領域４Ｆとでは、同一平面位置の透過光の位相を比較したときに、その各々の光の位相が１８０度反転するようになっている。
【０１９０】
このような転写領域４Ｅ，４Ｆをウエハ上の同一領域に重ね露光（多重露光）することにより、前記実施の形態１で説明したのと同じ理由で微細なホールパターンを高い寸法精度で良好にウエハ上に転写することが可能となる。
【０１９１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態１〜３に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１９２】
例えば前記実施の形態１〜３においては、同一マスクの同一平面の異なる平面位置の同一マスクパターンを重ね露光する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば物理的に離れた別々のマスクに形成された同一マスクパターンを重ね露光しても良い。
【０１９３】
また、露光条件は前記実施の形態１〜３で説明したものに限定されるものではなく種々変更可能である。例えば露光光として露光波長３６５ｎｍのｉ線を用いても良い。照明として斜方照明や輪帯照明等のような変形照明を用いても良い。
【０１９４】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるＤＲＡＭに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えばＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ；Electric Erasable Programmable Read Only Memory）等のようなメモリ回路を有する半導体集積回路装置、マイクロプロセッサ等のような論理回路を有する半導体集積回路装置あるいは上記メモリ回路と論理回路とを同一半導体基板に設けている混載型の半導体集積回路装置にも適用できる。特に、最小加工寸法が０．１５μｍ以下の最先端品での位相シフトマスクを用いたリソグラフィ技術に適用して有効な技術である。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法の概略的な製造工程を示した説明図である。
【図２】図１の半導体集積回路装置の製造方法において用いる露光装置の一例を示した説明図である。
【図３】図２の露光装置の要部を抜き出して示した説明図である。
【図４】図２および図３の露光装置の露光領域を模式的に示した平面図である。
【図５】ステッパの露光領域を模式的に示した平面図である。
【図６】（ａ）は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法に用いたマスクの一例の全体平面図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は図６の各種のマスクの要部断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は図６の各種のマスクの要部断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理工程を説明するための説明図である。
【図１０】（ａ）は本発明者が検討した位相シフトマスクの部分断面図、（ｂ）は（ａ）の位相シフトマスクの透過光の強度分布を示すグラフ図、（ｃ）は（ａ）の位相シフトマスクによって転写されたパターンの平面図である。
【図１１】（ａ）は本発明者が検討した他の位相シフトマスクの部分断面図、（ｂ）は（ａ）の位相シフトマスクの透過光の強度分布を示すグラフ図、（ｃ）は（ａ）の位相シフトマスクによって転写されたパターンの平面図である。
【図１２】本発明者らが検討した位相シフトマスクを用いた露光処理において、ラインアンドスペース（パターン）の寸法と、各寸法における転写パターンの寸法差との関係を示すグラフ図である。
【図１３】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理の光強度分布をシミュレーションして得られたグラフ図である。
【図１４】本発明者らが検討した露光処理の光強度分布をシミュレーションして得られたグラフ図である。
【図１５】（ａ）は本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光処理で用いたマスクの重ね合わせる２つの転写領域の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図、（ｃ）は（ａ）の各々の転写領域を透過した光の強度分布を示すグラフ図、（ｄ）は（ａ）の各々の転写領域を重ね露光した場合に得られた光強度分布を示すグラフ図である。
【図１６】本発明者が検討した技術であってステッパを用いて露光処理を行った場合に転写パターンに位置ずれが生じることを模式的に示す説明図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は本発明者が検討した技術であってフォトマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をステッパを用いて転写した様子を模式的に示す説明図である。
【図１８】本発明の技術思想であってフォトマスク上の異なる平面位置座標の転写領域をスキャナを用いて転写した様子を模式的に示す説明図である。
【図１９】（ａ）はマスクの転写領域の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図、（ｃ）はスキャナを用いた露光処理に際して（ａ）のフォトマスクを１回露光した場合のフォトレジストパターンの平面図である。
【図２０】（ａ）はマスクの２箇所の転写領域の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図、（ｃ）はスキャナを用い（ａ）の２箇所の転写領域を重ねて露光した場合のフォトレジストパターンの平面図である。
【図２１】（ａ）はマスクにおいて欠陥が存在する転写領域の要部平面図、（ｂ）はマスクにおいて欠陥が存在しない転写領域の要部平面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｃ）はスキャナによる露光処理に際して、図２１（ａ）のマスクのみを用いた場合および図２１（ａ），（ｂ）のマスクを２回またはそれ以上重ねて露光した場合に転写されたパターンの寸法の評価結果を示すグラフ図である。
【図２３】スキャナを用いた露光処理に際してフォトマスクを１回露光した場合のパターン寸法分布精度を示すグラフ図である。
【図２４】スキャナを用いた露光処理に際して多重露光した場合のパターン寸法分布精度を示すグラフ図である。
【図２５】（ａ）〜（ｅ）は本発明者らが検討したマスクの製造工程中における部分断面図である。
【図２６】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いるマスクの製造工程のフロー図である。
【図２７】（ａ）〜（ｃ）は図２６のマスクの製造工程中における要部断面図である。
【図２８】図２６のマスクの製造工程中における要部断面図である。
【図２９】本発明の一実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法における露光方法を適用して製造された半導体集積回路装置の要部平面図である。
【図３０】図２９のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３１】（ａ）は本発明の他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いたマスクの要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３２】（ａ）は図３１のマスクにおける他の平面位置の要部平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
【図３３】（ａ）は本発明のさらに他の実施の形態である半導体集積回路装置の製造方法で用いたマスクの要部平面図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線の断面図である。
【符号の説明】
【０１９７】
１  露光装置
１ａ  露光光源
１ｂ  フライアイレンズ
１ｃ  アパーチャ
１ｄ１、１ｄ２  コンデンサレンズ
１ｅ  ミラー
１ｆ  アパーチャ
１ｆｓ  スリット
１ｇ  投影レンズ
１ｇａ  有効露光領域
１ｈ  マスク位置制御手段
１ｉ１  ミラー
１ｉ２  マスクステージ
１ｊ  試料台
１ｋ  Ｚステージ
１ｍ  ＸＹステージ
１ｎ  主制御系
１ｐ，１ｑ  駆動手段
１ｒ  ミラー
１ｓ  レーザ測長機
１ｔ  アライメント検出光学系
１ｕ  ネットワーク装置
２  マスク
２ａ  マスク基板
２ｂ  遮光パターン
２ｃ  光透過パターン
２ｃ１，２ｃ２  光透過パターン
２ｃ３，２ｃ４  光透過パターン
２ｃｓ  補助マスクパターン
２ｄ  溝シフタ
２ｅ  光透過パターン
２ｆ  溝
２ｇ  シフタ膜
２ｐ  ペリクル
３  ウエハ
３Ｓ  半導体基板
４Ａ，４Ｂ  転写領域
４Ａ１，４Ｂ１  転写領域
４Ａ２，４Ｂ２  転写領域
４Ｃ，４Ｄ  転写領域
５Ａ〜５Ｅ  領域
５Ａ１，５Ａ２  転写領域
５Ｂ１，５Ｂ２  転写領域
５Ｃ１，５Ｃ２  転写領域
５Ｄ１，５Ｄ２  転写領域
５Ｅ１，５Ｅ２  転写領域
６ａ，６ｂ  光強度ピーク
７  設計パターン
７ａ，７ｂ  辺
８  転写パターン
８ａ，８ｂ  辺
９ａ，９ｂ  転写領域
１０ａ  フォトレジストパターン
１１  フォトレジスト残り
１２  フォトレジストパターン
２１  ｐ型ウエル
２２  ｎ型半導体領域
２３  素子分離部
２４  ゲート絶縁膜
２５  ゲート電極
２６  ｎ型半導体領域
２７  キャップ絶縁膜
２８  絶縁膜
２９ａ  ＳＯＧ膜
２９ｂ，２９ｃ  絶縁膜
３０ａ，３０ｂ  コンタクトホール
３１  プラグ
３２ａ〜３２ｃ  絶縁膜
３３  スルーホール
３４  絶縁膜
３５ａ  下部電極
３５ｂ  上部電極
３５ｃ  容量絶縁膜
３６  スルーホール
３７  プラグ
３８  絶縁膜
３９Ｌ２  配線
５０  位相シフトマスク
５０ａ  マスク基板
５０ｂ  遮光パターン
５０ｃ  光透過パターン
５０ｄ  溝シフタ
６０  設計パターン
６１，６２  転写パターン
６３ａ，６３ｂ  転写領域
６４  マスク
６５  転写領域
６６  光透過パターン
６７  溝シフタ
６８ａ，６８ｂ  欠陥
６８ｃ，６８ｄ  透明欠陥
６８ｅ  遮光欠陥
６９  フォトレジストパターン
７０ａ，７０ｂ  フォトレジスト残り
８０  マスク基板
８１  遮光パターン
８２  光透過パターン
８３  レジストパターン
８４  溝
８５  レジストパターン
８６  溝シフタ
ＥＸＬ  露光光
ＣＡ  チップ形成領域
ＳＡ１，ＳＡ２  露光領域
Ｚ  深さ
Ｑｓ  メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴ
Ｃ  情報蓄積用容量素子
ＢＬ  ビット線
ＷＬ  ワード線
【図１】
2008172249.tif 000003
【図２】
2008172249.tif 000004
【図３】
2008172249.tif 000005
【図４】
2008172249.tif 000006
【図５】
2008172249.tif 000007
【図６】
2008172249.tif 000008
【図７】
2008172249.tif 000009
【図８】
2008172249.tif 000010
【図９】
2008172249.tif 000011
【図１０】
2008172249.tif 000012
【図１１】
2008172249.tif 000013
【図１２】
2008172249.tif 000014
【図１３】
2008172249.tif 000015
【図１４】
2008172249.tif 000016
【図１５】
2008172249.tif 000017
【図１６】
2008172249.tif 000018
【図１７】
2008172249.tif 000019
【図１８】
2008172249.tif 000020
【図１９】
2008172249.tif 000021
【図２０】
2008172249.tif 000022
【図２１】
2008172249.tif 000023
【図２２】
2008172249.tif 000024
【図２３】
2008172249.tif 000025
【図２４】
2008172249.tif 000026
【図２５】
2008172249.tif 000027
【図２６】
2008172249.tif 000028
【図２７】
2008172249.tif 000029
【図２８】
2008172249.tif 000030
【図２９】
2008172249.tif 000031
【図３０】
2008172249.tif 000032
【図３１】
2008172249.tif 000033
【図３２】
2008172249.tif 000034
【図３３】
2008172249.tif 000035