(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体装置のリソグラフィー工程において、レジスト膜中に投影されるパターン(投影像)が光線の回折により、ぼやけて大きく変形した像が投影される問題を解決できるマスク及び露光方法を提供する。【解決手段】レチクルマスク１の遮光体パターンの膜厚を厚く、レジスト８膜厚を薄くする。縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ、遮光体パターンの厚さｔ０、レジスト膜厚ｔｒの場合には、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λと設定することで、精密なパターン投影可能な露光方法が得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ（ｎｍ）の縮小投影露光装置を用いて、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ（ｎｍ）、遮光体パターンの高さ（深さ）ｔ０（ｎｍ）とするレチクルマスクのパターンを、膜厚ｔｒ（ｎｍ）のレジスト膜にパターニングする場合に、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
さらに、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定す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３】
前記レチクルマスクは、スキャン方向に伸長された偏倍レチクルマスクであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ（ｎｍ）の縮小投影露光装置に用いられるレチクルマスクであって、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ（ｎｍ）のパターンを膜厚ｔｒ（ｎｍ）のレジスト膜にパターニングする場合に、遮光体パターンの高さ（深さ）ｔ０（ｎｍ）を、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定することを特徴とするレチクルマスク。
【請求項５】
前記遮光体パターンは、複数の遮光体層により構成されていることを特徴とする請求項４に記載のレチクルマスク。
【請求項６】
前記遮光体パターンはレチクル基板に埋め込まれたダマシン構造であり、遮光体層の埋め込み深さは前記遮光体パターンの高さｔ０（ｎｍ）と同じとすることを特徴とする請求項４に記載のレチクルマスク。
【請求項７】
さらに、レベンソン型位相シフトパターンを備えたことを特徴とする請求項６に記載のレチクルマスク。
【請求項８】
前記遮光体パターンは、主遮光体パターンの近傍にさらに補助遮光体パターンを備えたことを特徴とする請求項４に記載のレチクルマスク。
【請求項９】
前記補助遮光体パターンの高さは、前記主遮光体パターンの高さより小さいことを特徴とする請求項８に記載のレチクルマスク。
【請求項１０】
パターン開口部の外縁の遮光体パターンはレチクル基板に深さｔ０（ｎｍ）まで遮光体層が埋め込まれたダマシン構造であり、パターン開口部以外の他の領域の遮光体パターンは高さｔ１（ｎｍ）のコプレナー構造であり、ｔ０＞ｔ１であることを特徴とする請求項４に記載のレチクルマスク。
【請求項１１】
前記パターン開口部以外の他の領域の遮光体パターンは、ハーフトーン位相シフトパターンであることを特徴とする請求項１０に記載のレチクルマスク。
【請求項１２】
請求項４に記載のレチクルマスクの製造方法であって、レチクル基板に深さｔ０（ｎｍ）の溝を形成する工程と、その溝内に遮光体層を埋め込む工程とを備えたことを特徴とするレチクルマスクの製造方法。
【請求項１３】
前記遮光体層を埋め込む工程は、遮光体成分を含有する塗布液を塗布して薄膜を形成してから、該薄膜をベークする工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のレチクルマスクの製造方法。
【請求項１４】
前記遮光体層を埋め込む工程は、ＣＭＰ法又はエッチバック法を適用し、平坦化する工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載のレチクルマスクの製造方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のレチクルマスクの製造方法であって、主遮光体パターンを加工する工程と、補助遮光体パターンを加工する工程とを備え、前記主遮光体パターンの高さより前記補助遮光体パターンの高さを小さくすることを特徴とするレチクルマスクの製造方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載のレチクルマスクの製造方法であって、パターン開口部の外縁のダマシン構造の遮光体パターンを形成する工程と、続いてコプレナー構造の遮光体パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とするレチクルマスクの製造方法。
【請求項１７】
請求項１又は２のパターン形成方法によりレジストをパターニングする工程と、被加工膜を加工する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
中間マスク層を形成する工程と、その中間マスク層をレジストパターンによりパターニングする工程と、をさらに備え、パターニングされた中間マスク層により被加工膜を加工することを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記レジストは、多層レジストであることを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
レジストを塗布する前に半導体基板表面を平坦化する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置を製造するときのリソグラフィー工程に係り、特にサブミクロン領域の微細寸法に使用される露光用マスク及び半導体装置のパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の技術の発展に伴い、高密度に素子を集積化した半導体装置が実用化されている。例えば、Dynamic Random Access Memoryにおいては、メモリ容量1ギガビットの製品が実用化されている。この半導体装置の高集積化にともない、素子パターンは微細化されている。現在の最小加工寸法はサブミクロン領域であるが、集積回路装置のコスト低減と、動作速度の高速化を主要な目的として、さらなる微細化が検討されている。
【０００３】
半導体装置製造のリソグラフィー工程では、縮小投影露光装置（ステッパー）が使用されている。ステッパーでは、露光用マスク（以下レチクルマスクと記す）上のパターンをステージ上の半導体基板に縮小投影する。１ショットの露光が終わると、ステージをＸ、Ｙ方向に移動させ、次のショットの露光を行う。このような動作を繰り返すことで、半導体基板全面を露光する。この露光光源として、可視光（ｇ線、４３６ｎｍ）、紫外線（ｉ線、３６５ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（１９３ｎｍ）等の短波長の光源が使用されている。またレチクルマスクとしては、縮小投影率１／４から１／１０など各種のものがある。
【０００４】
ステッパーによる露光について、図１、表１を用いて説明する。図１（Ａ）に露光の模式図、図１（Ｂ）にレチクルマスク（左）とその露光パターン（右）を示す。表１にレチクルマスクの遮光体の必要厚さを示す。Ｘ、Ｙ方向に移動可能なステージ上に半導体基板６をセットする。半導体基板６には被加工膜７が形成され、その上にレジスト８が塗布されている。露光光源からの入射光によりレチクルマスク１の遮光体パターン４をレンズ５で反転し、半導体基板６上のレジスト８に投影する。レチクルマスク１はレチクル基板２の上に遮光体パターン４が形成されている。一般的には遮光体パターン４の厚さは１５０nm〜２００nm程度であり、レジストの厚さは５００nm〜１０００nm程度である。
【０００５】
半導体装置の高集積化にともない素子パターンが微細化され、レチクルマスク１の遮光体パターン４の寸法も小さくなる。そのため従来の遮光体パターン、レジストの厚さの場合には、遮光体及びその近傍のフレネル回折領域と、遮光体から距離が離れたフラウンホーファ回折領域をも含むものとなる。そのため図１（Ａ）に示すように、レジスト膜中に投影されるパターン(投影像)は光線の回折によりぼやけて大きく変形した像が投影されることになる。このように遮光体パターンの厚さがレジストの厚さに対して相対的に薄いとパターンを露光する際に、レジスト膜中に投影されるパターン(投影像)は、ぼやけて大きく変形した像が投影されるという問題がある。これまでのレチクルマスクの遮光体パターン４における遮光体の膜厚は必要膜厚より薄い。
【０００６】
表１の従来技術欄に代表的な従来例を示す。入射光波長λが２４８nm、レチクルマスクの遮光体パターンの最小開口寸法Ｄが９０nmの場合には、Ｄ＊Ｄ／λ=３２．７nmとなる。レジスト膜厚が４８０nm、縮小投影率が１／４の場合には、入射光が進む方向にレチクルマスクの領域で１９２０nmの部分が投影される領域となる。しかし、表1に示すように今日使用されている代表的な遮光体の高さは１５０nm程度であるから、必要とされる寸法１９２０nmに対して１５０nmの遮光体の厚さでは１０％にも達していない。遮光体の寸法と５＊Ｄ＊Ｄ／λ（＝１６３．５nm)との寸法を合わせた値(３１４nm)でも従来技術では１６％程度にしかならない。従って、従来技術のレジスト膜には遮光体のパターン像が投影されるとともに、フラウンホーファ回折領域の像も投影されることになる。
【０００７】
フラウンホーファ回折領域とは遮光体の端からの距離Ｚが、Ｄ＊Ｄ／λ <<Ｚとされる領域である。この領域では遮光体パターンの変形やサブピークが著しくなる。具体例として、図１（Ｂ）に四角のホールパターン１１を１／４の縮小投影露光により膜厚０．５μmのレジストパターンを形成した例を示す。遮光体の開口パターンは一辺が２μmの正方形であるが、ポジ型レジストに所謂標準的条件で露光すると、得られるレジストパターン１２はほぼ円形であってその直径は０．５μmより小さい。さらにこの形成されたレジストパターン寸法に関してはパターンが密集している領域より孤立パターン領域のパターンの直径が小さくなるという傾向もある。
【０００８】
このように入射光の回折により、本来の遮光体パターンからぼやけて大きく変形した像が投影されてしまうという問題がある。また、露光用レチクルマスクの遮光体の膜厚が薄いことから、遮光体部を通過した光の回折が顕著におきる領域を含む投影像をレジスト膜の中に形成している。そのために実用面ではフォーカス深度(Depth Of Focus)が小さいという問題がある。また、レジストの厚さは被加工膜の加工に対応させて厚く設定されている。そのためレチクルマスクの遮光体の膜厚に対してレジストが厚すぎ、解像度が低いという問題がある。また、遮光体膜にはクロムなどの膜を単純にレジストマスクでエッチング加工するという手法がとられていた。そのために、高さが高い(膜厚が厚い)遮光体パターン形成の歩留まりが低いという問題もある。
【０００９】
半導体装置製造のリソグラフィー工程、レチクルマスクに関する先行特許文献として下記文献がある。特許文献１（特開平6-097029）では、斜入射露光用マスクの遮光体パターンの厚さを、厚くすることで設計寸法に近い寸法の形成方法を開示している。遮光体パターンの厚みの上限、下限を、露光波長λ、開口数ＮＡ，投影露光倍率１／ｍ、開口絞り中心からの隔たり量を開口絞り半径で除した値σから規定している。特許文献２（特開平10-010703）では、遮光体（クロム）パターンの厚さを、使用する露光波長の１／２の整数n倍近傍の高さにし、投影光学系のコマ収差の影響をなくしている。
【００１０】
特許文献３（特開2005-182031）では、投影コントラストを高める課題に対して露光用マスクの遮光体層の厚みを露光光の波長よりも大きく、幅の３倍又は４倍以下としている。コントラストを高める原理は、遮光体層の厚みを厚くすることによってＴＥ偏光に対するＴＭ偏光の吸収割合が増し、半導体基板レベルでのＴＥ偏光の干渉が増すのでコントラストが高まるとしている。その上限は強度的な脆さと製造コストから遮光体パターン幅の３倍又は４倍以下としている。
【００１１】
また特許文献４（特開2005-50851）、特許文献５（特開2004-4715）、特許文献６（特開2004-77808）、特許文献７（特開平5-323563）、特許文献８（特開平5-119464）においては、遮光体層をそれぞれ酸化クロム１００〜２００nm、酸化クロムとクロムの二層膜５０〜１２０nm、クロム薄膜８００nmと低反射クロム薄膜４００nmの２層構造、金属薄膜層５〜５００nm、光不通過クロム膜５０〜３００nmにより構成している。これらの先行特許文献においてはマスクの遮光体層膜厚に関する記載はあるがレジスト膜厚との関係については記載されていない。従って本願発明に関する技術的な示唆についても何ら記載されていないものである。
【００１２】
【特許文献１】特開平６−９７０２９号公報
【特許文献２】特開平１０−１０７０３号公報
【特許文献３】特開２００５−１８２０３１号公報
【特許文献４】特開２００５−５０８５１号公報
【特許文献５】特開２００４−４７１５号公報
【特許文献６】特開２００４−７７８０８号公報
【特許文献７】特開平５−３２３５６３号公報
【特許文献８】特開平５−１１９４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記したように、従来の遮光体層の膜厚が薄く、レジスト膜厚が厚い場合には、レジスト膜中に投影されるパターン(投影像)は光線の回折により、ぼやけて大きく変形した像が投影されるという課題がある（課題１）。レチクルマスクの遮光体パターンの膜厚が薄く、遮光体部を通過した光の回折が顕著におきる領域までをも含む投影像をレジスト膜の中に形成している。そのため実用面ではフォーカス深度(Depth Of Focus)が小さいという課題がある(課題２)。また、レジストの厚さは被加工膜の加工に対応させて厚くされることから、解像度が低いという課題がある(課題３)。
【００１４】
本発明は最先端の露光パターン形成に於いて、パターン変形の原因を解析し、波動光学的アプローチを行ってこれらの課題を解決するものである。本発明はこれらの課題を解決し、微細加工寸法に最適なレチクルマスク、及び半導体装置のパターン形成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願は上記した課題を解決するため、基本的には下記に記載される技術を採用するものである。またその技術趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できる応用技術も、本願に含まれることは言うまでもない。
【００１６】
本発明のパターン形成方法は、縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ（ｎｍ）の縮小投影露光装置を用いて、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ（ｎｍ）、遮光体パターンの高さ（深さ）ｔ０（ｎｍ）とするレチクルマスクのパターンを、膜厚ｔｒ（ｎｍ）のレジスト膜にパターニングする場合に、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定することを特徴とする。さらにｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定することもできる。またレチクルマスクは、スキャン方向に伸長された偏倍レチクルマスクを使用することができる。
【００１７】
本発明のレチクルマスクは、縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ（ｎｍ）の縮小投影露光装置に用いられるレチクルマスクであって、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ（ｎｍ）のパターンを膜厚ｔｒ（ｎｍ）のレジスト膜にパターニングする場合に、遮光体パターンの高さ（深さ）ｔ０（ｎｍ）を、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λの関係式を満足するように設定することを特徴とする。
【００１８】
本発明のレチクルマスクの製造方法は、レチクル基板に深さｔ０（ｎｍ）の溝を形成する工程と、その溝内に遮光体層を埋め込む工程とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
本発明のレチクルマスクの製造方法は、主遮光体パターンを加工する工程と、補助遮光体パターンを加工する工程とを備え、前記主遮光体パターンの高さより前記補助遮光体パターンの高さを小さくすることを特徴とする。
【００２０】
本発明のレチクルマスクの製造方法は、パターン開口部の外縁のダマシン構造の遮光体パターンを形成する工程と、続いてコプレナー構造の遮光体パターンを形成する工程と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法は、上記したパターン形成方法によりレジストをパターニングする工程と、被加工膜を加工する工程と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明においては、遮光体パターンの膜厚を厚く、レジスト膜厚を薄くする。このようにすることで、露光時のフラウンホーファ回折領域における空間像をレジストに転写させないで、微細パターンの加工を可能とする。縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ（ｎｍ）、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ（ｎｍ）、遮光体パターンの高さ（深さ）ｔ０（ｎｍ）、レジスト膜厚ｔｒ（ｎｍ）の場合には、ｍ＊ｔｒ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λと設定することで、微細なパターンが形成できる。
【００２３】
レチクルマスクの遮光体パターンの厚さを確保することにより、レジストパターンの解像度を改善する効果がある。さらに高い解像度が維持されるので焦点深度(ＤＯＦ)を大きくする効果がある。さらに、積層構造の遮光体とすると、膜の応力を低減できてホトマスクの加工歩留まりを高める効果、及びパターン形成時に応力による歪み起因の誤差を小さくすることができ、パターン精度を高める効果がある。さらにダマシン構造のレチクルマスクとすることで、高アスペクト比の遮光体パターンを形成できる効果がある。薄いレジストパターンを別の層に転写してから被加工膜を加工する方法は、高精度薄膜レジストパターンで比較的厚い部材の加工も可能にする効果を有する。このように微細加工に適したレチクルマスク、及び半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の最良の実施形態について、以下図２を参照して詳細に説明する。図２（Ａ）には遮光体からの距離による露光光の回折についての説明図、図２（Ｂ）には露光の模式図を示す。
【００２５】
図２（Ａ）を参照して本発明に関連する露光光の回折について説明する。図中の入射光９は位相が揃った光(可視光、紫外光、ＤＵＶなど)とする。遮光体パターン４は、その厚さが薄いものであるが入射光９を透過させないで、開口部(Ｘ＝−ａからＸ＝ａ)のみから透過させるものである。入射光９の波長をλ、遮光体パターン４の最小開口寸法をＤとする。入射光９が進む方向をＺ軸とし、距離Ｚとする。遮光体の底部を距離の基準点Ｚ=０とし、遮光体に近い領域で０＜Ｚ＜Ｄ＊Ｄ／λ、遠い領域Ｄ＊Ｄ／λ＜＜Ｚにおける光の振幅強度（Ｉ）を考える。それぞれの領域に対応する光の振幅強度（Ｉ）を、図の右上（Ｚ＝０）、右中（０＜Ｚ＜Ｄ＊Ｄ／λ）、右下（Ｄ＊Ｄ／λ＜＜Ｚ）にそれぞれ示している。
【００２６】
遮光体パターン４の端面（Ｚ＝０）では物理的に与えられる境界条件から、光の振幅強度は図の右上に示すように矩形的分布となる。また、遮光体に近い領域（０＜Ｚ＜Ｄ＊Ｄ／λ）は、フレネル回折領域と呼ばれる領域である。図の右中に示すように矩形がやや崩れて振動する分布が見られる。しかしこの領域では、レジストの現像閾値を適度に設定することにより、ほぼ遮光体パターンと相似のパターンを形成することができる。しかし遮光体から遠い領域（Ｄ＊Ｄ／λ＜＜Ｚ）では、図（右下）に示すように回折による変形は顕著になり、サブピークなども問題となる。この領域はフラウンホーファ回折領域と呼ばれ、パターン変形を生じさせる領域である。
【００２７】
ところで、距離ＺがＤ＊Ｄ／λよりも一桁大きい１０＊Ｄ＊Ｄ／λであれば、遮光体に遠い領域（Ｄ＊Ｄ／λ＜＜Ｚ）といえる。ここで距離Ｚとして、Ｄ＊Ｄ／λ〜１０＊Ｄ＊Ｄ／λの間について考察する。光強度分布関数が満足する波動方程式を解くときに、近軸近似の式において二次の項を省略できるかと言う点から検討すると、１０＊Ｄ＊Ｄ／λよりＺが大きければ省略可能といえる。距離ＺがＤ＊Ｄ／λより小さい領域では、二次の項は省略せずに残す必要がある。これらより、回折が起きるが変形が小さい領域までは許容しようという趣旨から、本発明では、Ｚ＝５＊Ｄ＊Ｄ／λを許容できないパターン変形を生じさせる“近い側の境界”と考える。さらに、より好ましい距離Ｚとしては、Ｚ＜Ｄ＊Ｄ／λである。
【００２８】
本発明では露光用レチクルマスクの遮光体の厚さを厚くし、遮光体及び遮光体部分を通過した光のフレネル回折領域の空間像を、基板表面に形成したレジスト層に投影露光する。投影光がフラウンホーファ回折を起こすＺ０＝Ｄ＊Ｄ＊／λの５倍程度より大きく離れた距離の空間像はレジスト層に投影しないようにする。投影する領域の目安は、遮光体の厚さｔ０及びＺ０＝Ｄ＊Ｄ＊／λの５倍程度の領域を合わせた領域とする。更に好ましくは遮光体の厚さｔ０及びＺ０＝Ｄ＊Ｄ＊／λを合わせた領域とする。
【００２９】
具体的には遮光体の厚さｔ０の目安は、フォトレジスト膜厚(tr)の縮小投影率(1/ｍ)の逆数倍した値が、遮光体の厚さｔ０と５＊Ｄ＊Ｄ／λを合わせた値以下とする。より好ましくは、遮光体の厚さｔ０とＤ＊Ｄ／λを合わせた値以下である。今、レジストの塗布膜厚を０．２μm、縮小投影率を１／４として、入射光９の波長λを２４８nm、遮光体パターン４の最小開口寸法Ｄを８０nm、ホトレジストの膜厚を０．２μmとすると、
ｍ * tr   ＜  t0  +  ５*D*D/λ
4*0.2μm  ＜  t0  +  5*80nm*80nm/248nm
671nm   ＜  t0  となる。
【００３０】
より好ましくは、
ｍ * tr   ＜  t0  +  D*D/λ
4*0.2μm  ＜  t0  +  80nm*80nm/248nm
774nm   ＜  t0  となる。
【００３１】
更に、レジストの塗布膜厚を0.1μmとした場合には
4*0.1μm  ＜  t0  +  5*80nm*80nm/248nm
271nm   ＜  t0  となる。
【００３２】
より好ましくは、
4*0.1μm  ＜  t0  +  80nm*80nm/248nm
374nm   ＜  t0  となる。
【００３３】
このようにレジストの塗布膜厚、縮小投影率、入射光の波長、遮光体パターン最小開口寸法に対し、最適な遮光体の厚さが決定できる。このように必要な厚さを持つ遮光体パターンを有するレチクルマスクを用いて縮小投影露光を行うと、遮光体部を通過しフラウンホーファ回折により変形した空間像はレジスト膜中に形成しないようにできる。図２（Ｂ）に例示するように、ほぼ遮光体パターンと相似のパターンを形成することができる。上記したようにぼやけて、大きく変形した像が投影されるという課題が解決できる。さらに、フォーカス位置が少々変化しても遮光体層が必要とされる厚みを持っているのでフォーカス深度(ＤＯＦ)が大きくなり改善できる。また、遮光体層の厚さとレジスト膜厚の適度な関係が保たれるので解像度が低下するという課題も解決できる。
【００３４】
本発明においては、レジストの塗布膜厚、縮小投影率、入射光の波長、遮光体パターン最小開口寸法に対し、最適な遮光体パターンの厚さを決定する。従来技術に対してレジストの塗布膜厚を薄く、遮光体層の厚さを厚くすることでフラウンホーファ回折を発生させない。そのためサブミクロン領域の微細寸法のレチクルパターンをレジストに最適に投影できるレチクルマスク及び半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【実施例１】
【００３５】
本発明の第１の実施例について、図３〜５を参照して説明する。実施例１はパターン形成方法を説明するための実施例である。図３に従来例における露光の模式図、図４に本発明における露光の模式図、図５にレジスト内部に形成される投影像の断面図であり、従来方法における投影像の断面図（Ａ）、本発明における投影像の断面図（Ｂ）を示す。
【００３６】
最初にレチクルマスクと半導体基板とを準備し、ステッパーに装着する。レチクルマスクはレチクル基板２に遮光体パターン４がパターニングされている。半導体基板には被加工膜となる薄膜を形成し、さらに所定の厚みのレジスト８を塗布してある。従来例である図３においては、遮光体パターン４の厚さは薄く、レジスト８の厚さは厚い。一方、本発明の実施例である図４においては、遮光体パターン４の厚さは厚く、レジスト８の厚さは薄い。このレチクルマスクの遮光体パターン４に対応した立体空間像をレジスト８中に投影することによりレジスト内部に縮小投影空間像１２を形成する。ここでは露光機はスキャン・アンド・リピート型でもステップ・アンド・リピート型でも良い。また、露光機の光源の波長は任意であり、照明方法は通常の照明法でも、変形照明法でも、斜光照明法を用いても良い。
【００３７】
図３は遮光体パターン４の厚さが薄く、レジスト８の膜厚が相対的に厚いという従来技術例を示す図である。入射光９(例えば、波長λが２４８nmのＫｒＦレーザ光)が、薄い遮光体パターン４の開口部を通過して回折し、遮光体パターンの影の部分にも一部が回り込む。この結果、遮光体から離れるに従ってフレネル回折、フラウンホーファ回折を起こす。レジスト８の膜厚を０．４μm、縮小率を１／４とすると、投影される空間１０（図において破線で囲まれた領域）は、遮光体パターン４の上面から透過回折光１１を含む広い領域となる。
【００３８】
この遮光体パターンと透過回折光領域(フレネル回折領域とフラウンホーファ回折領域)の空間１０がレジスト膜中に縮小投影空間像１２として投影される。フラウンホーファ回折領域の空間像は遮光体パターンに比べて変形が大きく、サブピーク成分も含むので、レジスト膜中には変形の大きな空間像が投影される。空間を伝わる光は、波動方程式で記述され、フーリエ変換とすることができる。レンズはフーリエ変換を伴う波動伝播に対して焦点に収束し、そして広がってゆく新たなフーリエ変換を加えることで理解できる。
【００３９】
図４には本発明の実施例を示す。ここでは遮光体パターンの厚さが厚く、レジストの膜厚を０．１５μmと薄くする。投影される空間１０は、遮光体パターンとフレネル回折領域のみの狭い領域となる。その結果レジスト８に投影される縮小投影空間像１２はフラウンホーファ回折領域を含まない遮光体パターンの相似形が得られる。このようにフラウンホーファ回折領域はレジスト中に投影されないので、従来よりも変形が小さく、遮光体パターン４の相似形により近いパターンを形成することができる。
【００４０】
図５は遮光体パターンの高さ（厚さ）が、レジスト中に形成される空間像に及ぼす影響を説明する断面図である。図５（Ａ）は薄い遮光体パターンを用いる従来技術の場合である。レジスト８の表面近傍には遮光体パターンに対応するシャープなパターンが形成される。しかしレジスト膜厚が厚いことから、レジスト膜の中ほどから底部に進むに従って、フラウンホーファ回折領域が投影される。そのためにレジスト中に形成される投影像は、ぼやけてシャープではなくなる。一方、図５（Ｂ）に示すように遮光体パターンの膜厚が厚い場合には、レジストには遮光体パターンのシャープな投影像が投影される。従って、変形やサブピークが小さいパターンが形成できる。
【００４１】
表１には遮光体パターンの端からの設定距離Ｚと遮光体パターンの高さ（厚さ）ｔ０が、レジスト膜中に投影される条件を設定して比較した結果を示す。条件（１）は投影される空間１０を遮光体パターンの厚さｔ０以下としている。条件（２）は投影される空間１０を、遮光体パターンの厚さｔ０とＤ＊Ｄ／λとの和以下としている。条件（３）は投影される空間１０を、遮光体パターンの厚さｔ０と５＊Ｄ＊Ｄ／λとの和以下としている。また比較のため一般的な従来技術例を右欄に示す。従来技術においては、設定距離を満足していないことが理解できるであろう。また条件（３）として設定距離をｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λ  まで広げると、遮光体のアスペクト比は少し緩和されることが分かる。
【００４２】
【表１】
2008177480.tif 000003
【００４３】
表２には、条件（２）において最小開口寸法Ｄを９０、７０、５０ｎｍと変化させた場合の結果を示す。Ｄ＊Ｄ／λの変化の影響で開口寸法Ｄが小さくなるとアスペクト比（A ratio）は急激に大きくなっている。表３には条件（２）においてレジスト膜厚ｔｒを１５０、１００、５０ｎｍと変化させた場合の結果を示す。レジスト膜厚を薄くすると、遮光体のアスペクト比（A ratio）は急激に緩和されることが分かる。レジストが薄い場合には、被加工膜とのドライエッチングの速度比(選択性)の関係から、単層のレジストパターンをマスクにした場合には加工が困難になる場合がありうる。
【００４４】
その場合には後述する中間マスク層又は多層レジストを用いる加工方法により精密なパターン加工を実現することができる。
【００４５】
【表２】
2008177480.tif 000004
【００４６】
【表３】
2008177480.tif 000005
【００４７】
本実施例においては、レジストの塗布膜厚、縮小投影率、入射光の波長、遮光体パターンの最小開口寸法に対し、最適な遮光体層の厚さを決定する。従来技術に対してレジストの塗布膜厚を薄く、遮光体層の厚さを厚くすることでフラウンホーファ回折が発生しない領域の空間像をレジストの投影像とする。そのためサブミクロン領域の微細寸法のレチクルパターンをレジストに最適に投影できる。縮小投影率１／ｍ、入射光の波長λ、遮光体パターンの最小開口寸法Ｄ、遮光体パターンの厚さｔ０、レジスト膜厚ｔｒの場合には、ｍ＊ｔｒ  ＜ｔ０＋５＊Ｄ＊Ｄ／λと設定する。このように設定することで、サブミクロン領域の微細寸法のレチクルパターンをレジストに最適に投影できる半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【実施例２】
【００４８】
本発明における第２の実施例について、図６を参照して説明する。本発明においてはレチクルマスクの遮光体パターンの厚さが厚く、そのアスペクト比が大きくなる。実施例２は、本発明に使用できるレチクルマスクについて説明する実施例である。図６には偏倍レチクルマスクの平面図（Ａ）、ラインＡ−Ａ’における断面図（Ｂ）、通常レチクルマスクの平面図（Ｃ）、ラインＢ−Ｂ’における断面図（Ｄ）を示す。
【００４９】
露光用レチクルマスクは、レチクル基板２上に遮光体パターン４が形成されている。ここで、ｍは縮小投影率の逆数、ｔｒはレジストの膜厚、ｔ０は遮光体パターンの厚さ、Ｄは遮光体パターンの最小開口寸法、λは入射光の波長とする。ここで遮光体パターン４の厚さｔ０の目安は、次式を満足するように設定する（条件３）
m*tr  ＜  t0  +  5*D*D/λ。
【００５０】
さらに好ましくは（条件２）、  m*tr  ＜  t0  +  D*D/λ、であり、
更に好ましくは（条件１）、    m*tr  ＜  t0  、         である。
【００５１】
上記条件を満足させるには、遮光体の底部寸法に対する高さの割合(アスペクト比)は、表１に示すように大きくなる。アスペクト比が小さくなる条件３を適用した場合においても、遮光体パターンのアスペクト比が４．９となり、かなりレチクルマスクの加工には高度な技術が要求される。このアスペクト比を緩和する手段として、偏倍レチクルマスクを用いることが可能である。
【００５２】
図６(Ａ)、(Ｂ)は偏倍レチクルマスクの平面図と、そのラインＡ−Ａ’における断面図、図６(Ｃ)、(Ｄ)は従来マスクの平面図と、そのラインＢ−Ｂ’における断面図である。偏倍レチクルマスクではスキャン露光方式で予めスキャン方向（図では矢印で示すＸ方向）にパターンを伸長させておき、スキャン露光時にレチクルマスクを伸長させた分だけ多く送る。パターンの伸長を例えば、通常マスクの二倍に設定する。この場合には、遮光体の高さ（厚さ）はそのまま同一で変わらないのに対して、幅とスペースが二倍になるのでアスペクト比は半分に低減される。アスペクト比が半減されることで、レチクルマスクの加工がし易くなる。図６(Ｃ)、(Ｄ)に示す従来マスクはＸ、Ｙ方向とも縮小率は等倍であり、そのアスペクト比は大きくなるが使用することができることは当然である。
【００５３】
本発明においては、通常のＸ，Ｙ方向の縮小投影率を等しい通常レチクルマスク、又はＸ，Ｙ方向の縮小投影率を異ならせた偏倍レチクルマスクを使用することができる。偏倍レチクルマスクの場合にはアスペクト比を小さくできることで、加工性が向上し、作りやすくなる利点が得られる。これらのレチクルマスクを使用することで、サブミクロン領域の微細寸法パターンをレジストに最適に投影できる半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【実施例３】
【００５４】
本発明における第３の実施例について、図７〜１２を参照して説明する。本発明においてはレチクルマスクの遮光体パターンの厚さが厚く、そのアスペクト比が大きくなる。そのために実施例３は、レチクルマスクにおける遮光体パターンの構成を説明する実施例である。
【００５５】
図７には複数の遮光体層で構成されたレチクルマスクの断面図（Ａ）〜（Ｆ）を示す。図８にはレチクル基板内部に遮光体層を埋設したダマシン構造の各種レチクルマスクの断面図（Ａ）〜（Ｃ）を示す。図９には主遮光体パターンとともに補助遮光体パターンを配置した各種レチクルマスクの断面図（Ａ）、（Ｂ）を示す。図１０にはダマシン構造の主遮光体パターンに、さらに補助遮光体パターンを配置した各種レチクルマスクの断面図（Ａ）〜（Ｃ）を示す。図１１にはレベンソン型位相シフトレチクルマスクの平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）を示す。図１２にはハーフトーン型位相シフトレチクルマスクの平面図(Ａ)、断面図（Ｂ）〜（Ｄ）を示す。
【００５６】
レチクルマスクの遮光体層としては、図６に示したように単一部材で構成することができる。しかし、これらに限定されることなく複数の遮光体層から構成することができる。図７には複数の遮光体層から構成されたレチクルマスクの断面図（Ａ）〜（Ｆ）を示している。ここでの遮光体層の合計高さ（厚さ）は、上述した条件式を満足する厚さ（ｔ０）になるようにする。図７（Ａ）の遮光体パターンは２層構造であり、上層の第１の遮光体層（３−１）と下層の第２の遮光体層（３−２）から構成されている。図７（Ｂ）の遮光体パターンは、第２の遮光体層（３−２）の上面及び側面を第１の遮光体層（３−１）で覆う構造である。
【００５７】
図７（Ｃ）の遮光体パターンは、第２の遮光体層（３−２）の底面及び側面を第１の遮光体層（３−１）で覆う構造である。図７（Ｄ）の遮光体パターンは、第２の遮光体層（３−２）の上面、底面、側面の全ての面を第１の遮光体層（３−１）で覆う構造である。また、図７（Ｅ）の遮光体パターンは３層構造であり、上層の第１の遮光体層（３−１）、中間層の第２の遮光体層（３−２）、下層の第３の遮光体層（３−３）と、が積層されている。更に第１の遮光体層（３−１）と第２の遮光体層（３−２）との積層膜をさらに多数積層し、図７（Ｆ）の遮光体パターンのような構造にしても良い。この場合には応力による歪を小さく制御するのに適している。
【００５８】
さらに図８には、ダマシン構造の遮光体パターンを示す。図８（Ａ）の遮光体パターンは、単一部材の遮光体層３を溝に埋め込んで形成するダマシン構造である。また図８（Ｂ）のように、二種類の遮光体層３−１、３−２としても良い。埋め込みの際にグルー（glue）層を用いる場合には、このような構造になる。更に、図８（Ｃ）に示すように遮光体層３−１、３−２、埋め込み部材１３により溝を埋め込む構造とすることも可能である。また図中の埋め込み部材１３に代えて中央に溝を残した構造としてもレチクルマスクとして用いることができる。すなわち溝の側壁と底面に遮光体層を配置しておけば、入射光を透過させないことから、その内部は制約を受けない。
【００５９】
このように遮光体パターンのアスペクト比が大きいことから、遮光体パターンをレチクル基板内に埋め込んだダマシン構造としてもよい。ダマシン構造の場合には、埋め込む溝の深さを、上述した条件式を満足する厚さ（ｔ０）になるようにする。溝の深さをｔ０とすることで、レチクル基板に直交する垂直方向の高さはｔ０となり、入射光の回折を妨げる。ここで、今までのレチクル基板表面に遮光体パターンを形成する構造をコプレナー構造と呼ぶ。コプレナー構造の場合にはその膜厚をｔ０とし、ダマシン構造の場合にはその埋め込む溝の深さをｔ０とする。このコプレナー構造の遮光体膜厚と、ダマシン構造の溝の深さは、入射光を透過させないということでともに同じ動作機能をするものである。従ってこの膜厚及び深さを、簡略化して単に遮光体層の高さ、遮光体パターンの高さと定義することができる。
【００６０】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、本発明のマスクの別の構造である。図９（Ａ）には主遮光体パターン１４とともに補助遮光体パターン１５が配置されている。ここでは主遮光体パターン１４と補助遮光体パターン１５の高さは同じ高さ（ｔ０）である。このようにレイアウト領域に余裕がある場合には解像可能な補助遮光体パターンを配置することが好ましい。この解像可能な補助遮光体パターンとは隣接する主遮光体パターンとほぼ同じサイズであり、ダミーパターンとも呼ばれるパターンである。この解像可能な補助遮光体パターンは、例えば半導体装置の外周部に配置され、内側の主遮光体パターンを精確にパターニングするためのダミーとして使用されるパターンである。
【００６１】
しかし、解像可能な補助遮光体パターン１５を配置するスペースが無い場合には、図９（Ｂ）に示すように解像されない補助遮光体パターン１５を配置する。解像されない補助遮光体パターンとは、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction）の目的で使用されるパターンであり、解像限界寸法以下のサイズのため実際には解像されないパターンである。図に示すように補助遮光体パターン１５の高さを主遮光体パターン１４の高さ（ｔ０）よりも低くすると、確実に解像されないようにでき、レチクルマスクの製造歩留まりも向上する。このように、解像されないＯＰＣ補助遮光体パターンを主遮光体パターンの周辺に配置して、近接効果補正を行う手段を本発明のレチクルマスクに取り入れることができる。
【００６２】
図１０（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、本発明のレチクルマスクの別の構造である。ダマシン構造の主遮光体パターン１４とともに、補助遮光体パターン１５が配置されている。図１０（Ａ）はレイアウト領域に余裕がある場合で、主遮光体パターン１４と同じ溝深さｔ０で、解像可能な補助遮光体パターン１５を配置している。しかし、解像可能な補助遮光体パターン１５を配置する余裕が無い場合には図１０（Ｂ）に示すように解像されない補助遮光体パターン１５を配置する。この時補助遮光体パターンは主遮光体パターンよりも溝の高さを低く(小さく)して埋め込み形成されている。
【００６３】
また、この解像されない補助遮光体パターン１５は図１０（Ｃ）に示すようにダマシン構造ではなく、コプレナー構造でレチクル基板表面の上方に突き出す形状で形成してもよい。この場合には主遮光体パターン１４を形成した後に改めて、補助遮光体パターン用の薄い遮光体層を形成してからレジストパターンを形成して加工する。なお、図１０（Ｂ）、（Ｃ）では主パターンの遮光体は２層膜であるが、特に限定されるものでなく、例えば単層の埋め込み膜であっても良い。さらに多くの遮光体層により構成してもよい。このようにダマシン構造と、コプレナー構造とを混在させることもできる。
【００６４】
図１１にはレベンソン型位相シフトマスクの平面図（Ａ）、そのラインＡ−Ａ’における断面図（Ｂ）を示す。レベンソン型位相シフトパターン１６にダマシン型の遮光体層３−１、３−２を配置しても、問題なくレベンソン型位相シフトマスクを形成できる。レベンソン型位相シフトパターン１６は、ダマシン型の遮光体層３−１、３−２の端部の位置を異ならせて配置する。このように端部の位置を異ならせることで、光の位相を変化させるものである。
【００６５】
図１２にはハーフトーン型位相シフトマスクの例を示す。平面図（Ａ）と、ラインＡ−Ａ’における断面図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）である。レチクル基板２の表面に開口部８を備えた遮光体層３−２が形成され、開口部８の外縁を囲んで遮光体層３−１が形成されている。そのレチクルマスクの断面図として、図１２（Ｂ）のように構成することができる。開口部１８の外周に接して溝を形成し、遮光体層３−１を埋め込む。さらに、開口部１８以外の所定の領域に薄い遮光体層３−２を形成する。ここで遮光体層３−２の膜厚ｔ１と、遮光体層３−１の高さｔ２の和は上記した高さｔ０と同じくなるようにする。
【００６６】
あるいは、図１２（Ｃ）に示すように、上部の遮光体層３−２の代わりに、ハーフトーン位相シフトパターン１７を配置しても良い。この遮光体層３−２、ハーフトーン位相シフトパターン１７は、レチクル基板２の表面に形成されたコプレナー構造である。しかし図１２（Ｄ）に示すように、レチクル基板表面と遮光体膜の上面をほぼ同一の高さとなるように構成しても良い。この場合には遮光体層３−１の高さｔ２は上記した高さｔ０と同じくなるようにする。
【００６７】
本発明においては、レチクルマスクの遮光体パターンの厚さを厚くすることで、そのアスペクト比が大きくなる。そのために遮光体パターンとして、単層、あるいは複数の遮光体層を積層することができる。さらにレチクル基板に溝を設け、その溝を遮光体層で埋設するダマシン構造とすることができる。さらに補正用の補助遮光体パターンを設けることもできる。また、レベンソン型位相シフトマスクやハーフトーン型位相シフトマスクとすることもできる。これらの遮光体パターンを備えたレチクルマスクを使用して、サブミクロン領域の微細寸法のレチクルパターンをレジストに最適に投影できる半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【実施例４】
【００６８】
本発明における第４の実施例について、図１３〜１７を参照して説明する。本実施例では、アスペクト比の大きな遮光体パターンを備えたレチクルマスクの製造方法について説明する。図１３にＸ方向、Ｙ方向の縮小投影率が等しいレチクルマスクの製造フローにおける断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を示す。図１４に偏倍レチクルマスクの製造フローにおける断面図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を示す。図１５にダマシン構造のレチクルマスクの製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｄ）を示す。図１６、図１７にダマシン構造のレチクルマスクの他の製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｆ）、（Ａ）〜（Ｅ）を示す。
【００６９】
Ｘ方向、Ｙ方向の縮小投影率が等しいレチクルマスクの製造フローを説明する。透過率が高いレチクル基板２上に遮光体層３をスパッタ法等で形成し、レジスト８を電子ビーム描画してパターニングする（図１３Ａ）。このレジスト８をマスクとして遮光体層３をドライエッチングし（図１３Ｂ）、遮光体パターン４を形成する（図１３Ｃ）。遮光体層３としては、クロムや酸化クロムなどが用いられることが多く、従来の膜厚は５０〜２００nm程度が一般的である。本発明の遮光体層３は、前記したように厚い膜厚ｔ０とする。
【００７０】
図１４には偏倍レチクルマスクの製造フローにおける断面図を示す。スキャン方向にパターンを伸長することによってアスペクト比が緩和され、レチクルマスク加工歩留まりが向上する。伸長の割合を２倍にするとアスペクト比は１／２に緩和される。製造方法として前記と同様に、透過率が高いレチクル基板２上に膜厚ｔ０の遮光体層３をスパッタ法等で形成し、レジスト８を電子ビーム描画してパターニングする（図１４Ａ）。このレジストをマスクとして遮光体層３をドライエッチングし（図１４Ｂ）、遮光体パターン４を形成する（図１４Ｃ）。
【００７１】
図１５は、溝を形成してから遮光体層を埋め込んで形成するダマシン型構造の製造フローにおける断面図である。透過率の高いレチクル基板２にレジスト８にパターンを形成する（図１５Ａ）。ドライエッチング法を適用して異方性エッチングし、深さｔ０の溝１９を形成する（図１５Ｂ）。次に、レジスト８を除去してから溝１９に遮光体層３を埋め込む（図１５Ｃ）。ここでの遮光体層３としては、入射光に対して透過率が小さければ良い。スパッタ法やめっき法により、金属や金属酸化物を形成する。溝の中に埋め込んだ部分以外の遮光体層をＣＭＰなどで除去する。ドライエッチングを適用したエッチバック法により溝の中に埋め込んだ部分以外の遮光体層を除去することも可能である。
【００７２】
図１６は図１５に示した工程の変形例である。レチクル基板２に中間膜２０を成膜した後に、レジスト８にパターンを形成する（図１６Ａ）。ドライエッチング法を適用して異方性エッチングし、深さｔ０の溝１９を形成する（図１６Ｂ）。次に、レジスト８を除去してから溝１９に遮光体層３を埋め込む（図１６Ｃ）。溝の中に埋め込んだ部分以外の遮光体層３をＣＭＰなどで除去する（図１６Ｄ）。
【００７３】
この中間膜２０は、レチクル基板２とは選択性を持って除去できる性質の部材である。この中間膜２０を用いることにより、ＣＭＰでスクラッチが入っても、この影響を排除できる。ＣＭＰ後に中間膜２０を除去した場合には、図１６（Ｅ）に示すように遮光体パターン４の一部がレチクル基板２の表面から突出する形状となる。この部分を埋め込むように透過率の高いキャップ部材２１を設ける。
【００７４】
図１７は、図１６に示した工程のさらに別の変形例である。レチクル基板２に中間膜２０を成膜した後に、レジスト８にパターンを形成する（図１７Ａ）。ドライエッチング法を適用して異方性エッチングし、溝１９を形成する（図１７Ｂ）。この溝の深さはレチクル基板内部での深さをｔ０とする。次に、レジスト８を除去してから、塗布法によって溝１９に遮光体層３を埋め込む（図１７Ｃ）。
【００７５】
この埋め込みには遮光体となる金属を含む溶媒が溶解している液体や、金属又はその酸化物などの微粒子が含まれる液体を回転塗布により埋め込み、その後ベークして溶媒を飛ばして埋設しても良い。溝１９以外の部分をドライエッチングして除去する場合に、中間膜２０の膜厚分をオーバーエッチングする（図１７Ｄ）。オーバーエッチングすることで、中間膜２０を除去した時にレチクル基板２の表面と遮光体パターン４の高さを揃えることができる（図１７Ｅ）。このような製造方法を使うと、遮光体パターン４のアスペクト比が相当大きくなっても形成可能である。
【００７６】
本発明のレチクルマスクの遮光体パターンの膜厚は厚く、アスペクト比が大きい。これらのレチクルマスクは上記した各種の製造方法で作成できる。これらの製造方法で制作したレチクルマスクを使用し、サブミクロン領域の微細寸法のレチクルパターンをレジストに最適に投影できる半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【実施例５】
【００７７】
本発明における第５の実施例について、図１８〜２１を参照して説明する。実施例５は半導体装置の製造方法であり、レチクルマスクの遮光体パターンを投影露光して形成したレジストパターンにより、被加工膜をエッチングするパターニング方法を説明する。図１８にはレジスト単層を用いたパターニング方法における断面図を示す。図１９にはレジストと中間マスク層とを用いたパターニング方法における断面図を示す。図２０には多層レジストを用いたパターニング方法における断面図を示す。図２１には半導体基板表面を平坦化し、レジストと中間マスク層とを用いたパターニング方法における断面図を示す。これらの図１８〜２１に示す製造方法は、被加工膜厚とレジストの厚さ及びエッチング選択比により、最適な方法を選択することができる。
【００７８】
レチクルマスクと、被加工膜６とさらにレジスト８とを形成した半導体基板６を準備し、露光機（ステッパー）にセットする。レチクルマスクの遮光体パターンに対応した立体空間像をレジスト膜中に形成することによりレジストパターンを形成する。このレジストパターンにより被加工膜６をエッチングすることでパターニングされる。ここではステッパーはスキャン・アンド・リピート型でもステップ・アンド・リピート型でも良い。ただし、偏倍レチクルマスクを使用するときはスキャン・アンド・リピート型が適する。また、ステッパー光源の波長は任意であり、さらに照明方法は通常の照明法でも、変形照明法でも、斜光照明法を用いても良い。
【００７９】
図１８にはレジスト単層を用いたパターニング方法を示す。半導体基板６に被加工膜７を形成し、レジスト８をパターニングする（図１８Ａ）。レジスト８をマスクとして、被加工膜７をエッチングする（図１８Ｂ）。その後レジスト８を除去することで、被加工膜７のパターニング工程が完了する（図１８Ｃ）。このパターニング方法はレジスト単層であり、レジストと被加工膜とのエッチング選択比が大きい場合に適用される。レジストと被加工膜とのエッチング選択比が確保されないで、被加工膜のエッチング時にレジストの膜厚がなくなるような場合には、以下の方法が適用される。
【００８０】
図１９にはレジストと中間マスク層とを用いたパターニング方法を示す。レジストと被加工膜とのエッチング選択比が確保できない場合には、中間マスク層を配置して加工を行うことができる。半導体基板６に被加工膜７と中間マスク層２２を形成し、レジスト８をパターニングする（図１９Ａ）。レジスト８をマスクとして、中間マスク層２２をエッチングする（図１９Ｂ）。さらにレジスト８を除去し、中間マスク層２２をマスクとして被加工膜７をエッチングすることで、被加工膜７のパターニング工程が完了する（図１９Ｃ）。ここで中間マスク層２２は除去しても、しなくてもよい。
【００８１】
中間マスク層２２としては、被加工膜とのエッチング選択比が確保できるものが選ばれる。例えば、被加工膜がシリコン膜の場合にはシリコン酸化膜が適しており、被加工膜がシリコン酸化膜の場合には多結晶シリコン膜が中間マスク層として適している。このようにレジストと被加工膜とのエッチング選択比が確保できない場合には、最初に遮光体パターンをレジストに転写し、中間マスク層２２をエッチングする。その後中間マスク層２２をマスクとして被加工膜７をエッチングすることができる。
【００８２】
被加工膜とのエッチングレート比(選択比)によってレジストの膜厚を決め、このレジスト膜の中にレチクルマスクの遮光体に対応するシャープな像をレジストパターンとして形成する。レジストパターンをマスクとしてエッチングによって被加工膜を加工する。またレジスト膜厚が被加工膜に対して厚く設定できない場合には、レジストと被加工膜の間に適当な中間マスク層を配置する。レジストパターンを中間マスク層に投影して後に、中間マスク層のパターンにより被加工膜を加工する。中間マスク層を介在させることで遮光体パターンの厚さとレジスト膜厚の適度な関係が保たれることから、解像度のよいパターンが得られる。
【００８３】
図２０には多層レジストを用いたパターニング方法を示す。図２０（Ａ）に示すように半導体基板６に形成された被加工膜７上に、多層レジストとしてのベース樹脂層２３、中間無機層２４、上部感光性レジスト層２５を順次形成する。上部感光性レジスト層２５にレジストパターンを形成する。このパターンを中間無機層２４にドライエッチング法で転写する。次に、ベース樹脂層２３を加工する。この際上部の上部感光性レジスト層２５は同時にエッチング除去される(図２０Ｂ)。続いて被加工膜７をドライエッチングする。中間無機層２４を適当な膜厚にすることで、エッチング中に中間無機層２４は同時にエッチング除去され、図２０（Ｃ）の形状となる。被加工膜７の上にはベース樹脂層２３のみが存在するのでアッシングにより除去して、シャープな被加工膜のパターニングができる。
【００８４】
図２１には下地の凹凸が大きい場合に、半導体基板表面を平坦化してから被加工膜を形成して加工する製造フローである。本発明では０．１μm程度の薄いレジスト膜を用いる場合がある。この時下地の凹凸が大きいと均一なレジスト膜の形成が困難となる場合がある。この場合には、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を適用して平坦化することにより、極めて微細なパターンの加工が可能となる。
【００８５】
図２１（Ａ）に示すように、第１の絶縁膜２６上に第１の配線２７と第２の絶縁膜２８を形成する。この場合には第１の配線２７の有無により、第２の絶縁膜２８の表面は凹凸が大きくなる。ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）によりその表面を平坦化した後に第２の配線２９となる配線膜を成膜する（図２１Ｂ）。さらに中間マスク層２２とレジスト８とを形成し、レジスト８をパターニングする（図２１Ｃ）。レジスト８をマスクとして、中間マスク層２２をエッチングする（図２１Ｄ）。さらにレジスト８を除去し、中間マスク層２２をマスクとして第２の配線２９をエッチング加工する（図２１Ｅ）。
【００８６】
本実施例の半導体装置の製造方法においては、遮光体パターンの膜厚を厚く、レジスト膜厚を薄くする。このようにすることで、露光時のフラウンホーファ回折領域における空間像をレジストに転写させないで、微細パターンの加工を可能とする半導体装置の製造方法が得られる。半導体装置の製造方法において、レジスト膜が薄く、エッチング選択比が確保できない場合には、中間マスク層、多層レジスト、ＣＭＰを採用することで、エッチング選択比を確保することができる。そのためサブミクロン領域の微細寸法のパターンを最適に加工できる半導体装置の製造方法が得られる。
【００８７】
本発明においては、遮光体パターンの膜厚を厚く、レジスト膜厚を薄くする。このようにすることで、露光時のフラウンホーファ回折領域における空間像をレジストに転写させないで、微細パターンの加工を可能とする。レチクルマスクとしてはＸ，Ｙ方向の縮小投影率が等倍、あるいは偏倍マスクが使用できる。遮光体パターンとしてはダマシン構造としてもよく。さらに補助パターンや、レベンソン型位相マスク、ハーフトーン型位相マスクも適用することもできる。半導体装置の製造方法としては、レジスト膜が薄いことから、エッチング選択比が確保できない場合には、中間マスク層、多層レジスト、ＣＭＰを採用することで、エッチング選択比を確保することができる。このように本発明によれば、微細加工に適したレチクルマスク及び半導体装置のパターン形成方法が得られる。
【００８８】
以上実施例に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上述の実施例に制限されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができ、これらの変更例も本願に含まれることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】従来例における露光の模式図（Ａ）、レチクルパターン及びレジストパターン（Ｂ）である。
【図２】本発明における遮光体からの距離による露光光の回折についての説明図（Ａ）、露光の模式図（Ｂ）である。
【図３】従来例における露光の模式図である。
【図４】本発明における露光の模式図である。
【図５】レジスト内部に形成される投影像の説明する断面図であり、従来方法における投影像の断面図（Ａ）、本発明における投影像の断面図（Ｂ）である。
【図６】偏倍レチクルマスクの平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）、通常レチクルマスクの平面図（Ｃ）、断面図（Ｄ）である。
【図７】レチクルマスクにおける複数の遮光体層で構成されたレチクルマスク断面図（Ａ）〜（Ｆ）である。
【図８】レチクルマスクにおける遮光体パターンを埋設したダマシン構造のレチクルマスク断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図９】レチクルマスクにおける主遮光体パターンとともに補助遮光体パターンを配置したレチクルマスク断面図（Ａ）、（Ｂ）である。
【図１０】レチクルマスクにおけるダマシン構造の主遮光体パターンと、補助遮光体パターンを配置したレチクルマスク断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図１１】レベンソン型位相シフトレチクルマスクの平面図（Ａ）、断面図（Ｂ）である。
【図１２】ハーフトーン型位相シフトレチクルマスクの平面図(Ａ)、断面図（Ｂ）〜（Ｄ）である。
【図１３】Ｘ方向、Ｙ方向の縮小投影率が等しいレチクルマスクの製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図１４】偏倍レチクルマスクの製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図１５】ダマシン構造のレチクルマスク製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｄ）である。
【図１６】他のダマシン構造のレチクルマスク製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｆ）である。
【図１７】さらに異なる他のダマシン構造のレチクルマスク製造フローにおける断面図（Ａ）〜（Ｅ）である。
【図１８】半導体装置の製造方法においてレジスト単層を用いた断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図１９】半導体装置の製造方法においてレジストと中間マスク層とを用いた断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図２０】半導体装置の製造方法において多層レジストを用いた断面図（Ａ）〜（Ｃ）である。
【図２１】半導体装置の製造方法においてＣＭＰ工程、レジストと中間マスク層とを用いた断面図（Ａ）〜（Ｅ）である。
【符号の説明】
【００９０】
１    レチクルマスク
２    レチクル基板
３    遮光体（層）
４    遮光体パターン
５    レンズ
６    半導体基板
７    被加工膜
８    レジスト
９    入射光
１０    投影される空間
１１    透過回折光
１２    縮小投影空間像
１３    埋め込み部材
１４    主遮光体パターン
１５    補助遮光体パターン
１６    レベンソン位相シフトパターン
１７    ハーフトーン位相シフトパターン
１８    開口部
１９    溝
２０    中間膜
２１    キャップ部材
２２    中間マスク層
２３    ベース樹脂層
２４    中間無機層
２５    上部感光性レジスト層
２６    第１の絶縁膜
２７    第１の配線
２８    第２の絶縁膜
２９    第２の配線
【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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