(57)【要約】【課題】孤立した微細な露光パターンに対するライン縮退改善が容易にでき、信頼性の向上するフォトマスク及びパターン作製方法及び半導体装置を提供する。【解決手段】図１（ａ），（ｂ）において、フォトマスクとして、ガラス基板であるレチクル１１に、半導体ウェハ上への素子及び集積回路形成に関する遮光膜パターン１２と共に、少なくとも疎パターン領域における孤立パターンＰ１に、露光時の光近接効果の影響によるライン縮退を補正する補助パターン１３が付加されている。ここでは、補助パターン１３は、少なくとも所定ライン部と並行するようにレチクル１１を所定領域掘り込んだ光学近接効果補正用のパターン部である。補助パターン１３は図１（ｃ）に示されるように、ラインエッジで光の回折部分を相殺させる光プロファイルの制御がなされるようなエッチング領域である。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板上に遮光膜として配された前記パターンに関する所定ライン部と、
少なくとも前記所定ライン部と並行するように前記透明基板を掘り込んだ光学近接効果補正用のパターン部と、
を具備したことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記光学近接効果補正用のパターン部は前記パターンの密度が低い孤立パターンに付加されていることを特徴とする請求項１記載のフォトマスク。
【請求項３】
基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板上に半透明膜として配された前記パターンに関する所定ライン部と、
少なくとも前記所定ライン部の外側に並行するように配された前記半透明膜の膜厚を小さくした光学近接効果補正用のパターン部と、
を具備したことを特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
前記光学近接効果補正用のパターン部は前記パターンの密度が低い孤立パターンに付加されていることを特徴とする請求項３記載のフォトマスク。
【請求項５】
基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板上に露光光に対する第１の位相差を与える半透明膜として配された前記パターンの密な領域に関する所定ライン部と、
前記透明基板上に露光光に対する第２の位相差を与える半透明膜として配された前記パターンの疎な領域に関する所定ライン部と、
を具備したことを特徴とするフォトマスク。
【請求項６】
前記第１の位相差、第２の位相差を与える前記各半透明膜は、各々の膜厚を変えることによって構成されることを特徴とする請求項５記載のフォトマスク。
【請求項７】
基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、
前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に遮光膜として配される前記パターンに関する所定ライン部と共に、少なくとも前記所定ライン部と並行するように前記透明基板を所定深さエッチングし、光学近接効果補正用のパターン部として配置する処理が付加されることを特徴とするパターン作製方法。
【請求項８】
基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、
前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に半透明膜として配される前記パターンに関する所定ライン部と共に、少なくとも前記所定ライン部の外側に並行するように膜厚を小さくした前記半透明膜を、光学近接効果補正用のパターン部として配置する処理が付加されることを特徴とするパターン作製方法。
【請求項９】
基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、
前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に露光光に対する第１の位相差を与える半透明膜として配される所定ライン部と、第２の位相差を与える半透明膜として配される所定ライン部とを配置する処理が付加されることを特徴とするパターン作製方法。
【請求項１０】
少なくとも［請求項１］〜［請求項６］いずれかに記載のフォトマスクを利用して、基板上への素子及び集積回路パターンの形成がなされていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影露光装置用のフォトマスク、特に微細化された集積回路パターンの露光に際し光近接効果補正の改善を要するフォトマスク及びパターン作製方法及び半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の大規模集積化、デザインルールの縮小化が著しい。これに伴い、半導体素子の製造における回路パターンのフォトリソグラフィ工程には、複雑で微細なフォトマスクが複数使用される。このようなフォトマスクにおいては、光近接効果による転写精度（寸法精度）の劣化が無視できず、解像度を低下させている。特にパターンの密度が低い孤立パターンは密度の高い領域よりも光近接効果の影響を受け易い。すなわち、パターン露光時に光近接効果によってパターンのラインが縮退する率が高い。
【０００３】
図７は、ラインパターン間のスペースと所定寸法のラインパターンに対する露光パターン精度の関係を示す特性図である。パターンの密度の低い疎パターン部（孤立パターン部）は密度の高い領域よりも光近接効果の影響を受け易く、所定寸法となるべき露光パターンは縮退し細くなる。このような孤立パターンに対しては光学近接補償マスクの利用が有効である。光学近接補償マスクは、パターン露光時、光近接効果でパターンのラインが縮退するのを防ぐ利点を有する。
【０００４】
図８（ａ），（ｂ）は、それぞれ従来の光学近接補償マスクの一例を示す平面図である。（ａ）は、バイアスアシストと呼ばれ、例えば孤立パターンのフォトマスク寸法を予めライン縮退分を見込んで意図的に太くしておくものである。また、（ｂ）は、露光時に用いるレンズの屈曲方向と反対方向に積極的に歪曲させる光学近接補償用の補助（補正）パターンを付与する形態である。この補助パターンはアシストバーと呼ばれ、露光時に解像しない微細パターンである。これにより、例えば孤立パターンの露光におけるライン縮退を防止する。
【０００５】
しかしながら、図８（ａ）では、光プロファイルの効果的な改善がなされておらず、プロセスマージンの効果も多くは期待できない。また、図８（ｂ）では、ライン縮退の改善が有効になされない領域が生じる。すなわち、補助パターンは微細で配置が複雑なため、正確なマスク検査ができず、安定して使用することができないということである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来では、パターン密度の高い領域の密パターンと、疎な領域における孤立パターンとが混在する露光パターンにおいて光近接効果の影響を受け、露光寸法精度が得られない。そこで、光学近接補償マスクを利用するが、ライン縮退の改善が有効になされない領域が生じ、レチクル本データ上の期待値を超えたばらつきが生じやすい。すなわち、光近接効果の改善策として十分でないという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような事情を考慮してなされたもので、孤立した微細な露光パターンに対するライン縮退改善が容易にでき、信頼性の向上するフォトマスク及びパターン作製方法及び半導体装置を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るフォトマスクは、基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、透明基板と、前記透明基板上に遮光膜として配された前記パターンに関する所定ライン部と、少なくとも前記所定ライン部と並行するように前記透明基板を掘り込んだ光学近接効果補正用のパターン部と、を具備したことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明に係るフォトマスクによれば、透明基板を掘り込んだ光学近接効果補正用のパターン部が、実際の露光パターンに関する光プロファイルを改善する。これにより、ライン縮退の補正に有効に働く。
また、本発明に係るフォトマスクにおいて、前記光学近接効果補正用のパターン部は前記パターンの密度が低い孤立パターンに付加されていることを特徴とする。
【００１０】
また、上記本発明に係るフォトマスクは、基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、透明基板と、前記透明基板上に半透明膜として配された前記パターンに関する所定ライン部と、少なくとも前記所定ライン部の外側に並行するように配された前記半透明膜の膜厚を小さくした光学近接効果補正用のパターン部と、を具備したことを特徴とする。
【００１１】
上記本発明に係るフォトマスクによれば、半透明膜の膜厚を薄くした光学近接効果補正用のパターン部が、実際の露光パターンに関する光プロファイルを改善する。これにより、ライン縮退の補正に有効に働く。
また、上記本発明に係るフォトマスクにおいて、前記光学近接効果補正用のパターン部は前記パターンの密度が低い孤立パターンに付加されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るフォトマスクは、基板上へ素子及び集積回路形成に関するパターンを露光転写するフォトマスクであって、透明基板と、前記透明基板上に露光光に対する第１の位相差を与える半透明膜として配された前記パターンの密な領域に関する所定ライン部と、前記透明基板上に露光光に対する第２の位相差を与える半透明膜として配された前記パターンの疎な領域に関する所定ライン部と、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
上記本発明に係るフォトマスクによれば、パターン領域の疎密に応じてマスクとなる半透明膜の位相差を異ならせることで、実際の露光パターンに関する光プロファイルを改善する。これにより、ライン縮退の補正に有効に働く。
また、上記本発明に係るフォトマスクは、前記第１の位相差、第２の位相差を与える前記各半透明膜は、各々の膜厚を変えることによって構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るパターン作製方法は、基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に遮光膜として配される前記パターンに関する所定ライン部と共に、少なくとも前記所定ライン部と並行するように前記透明基板を所定深さエッチングし、光学近接効果補正用のパターン部として配置する処理が付加されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るパターン作製方法は、基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に半透明膜として配される前記パターンに関する所定ライン部と共に、少なくとも前記所定ライン部の外側に並行するように膜厚を小さくした前記半透明膜を、光学近接効果補正用のパターン部として配置する処理が付加されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るパターン作製方法は、基板上への素子及び集積回路形成に応じたマスクパターンを作製する方法であって、前記マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて、前記透明基板上に露光光に対する第１の位相差を与える半透明膜として配される所定ライン部と、第２の位相差を与える半透明膜として配される所定ライン部とを配置する処理が付加されることを特徴とする。
【００１７】
上記各本発明に係るパターン作製方法によれば、パターンの疎密の領域情報に応じて、自動的にラインと並行してそれぞれの光学近接効果補正用のパターン部が配される、あるいは、位相差を変えるべく構成される。少ない情報量で迅速に光学近接効果補正用のパターン化が達成される。
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、少なくとも上述のいずれかに記載のフォトマスクを利用して、基板上への素子及び集積回路パターンの形成がなされていることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明の第１実施形態に係るフォトマスクの要部を示す平面図、１Ｂ−１Ｂ断面図、及びその断面領域に対する光強度のプロファイルを示す特性図である。
フォトマスクとしてのガラス基板であるレチクル１１において、半導体ウェハ上への素子及び集積回路形成に関する遮光膜パターン１２と共に、少なくとも疎パターン領域における孤立パターンＰ１には、露光時の光近接効果の影響によるライン縮退を補正する補助パターン１３が付加されている。これにより、微細な素子形成のためのレジスト（ポジ型レジスト）パターン解像に有効に働く。
【００２０】
この実施形態では、補助パターン１３は、少なくとも所定ライン部と並行するようにレチクル１１のガラス基板を所定領域掘り込んだ光学近接効果補正用のパターン部である。これにより、ライン縮退を補正する。補助パターン１３は縮退補正が必要な孤立パターンＰ１のラインの外側に対し所定幅及び深さで設けられる。すなわち、図１（ｃ）に示されるように、ラインエッジで光の回折部分を相殺させる光プロファイルの制御がなされるようなエッチング領域である。
【００２１】
図２は、上記図１の構成のフォトマスクにおけるパターン作製方法の要部であり、図１（ｂ）に対応する光学近接効果補正用のパターン部の形成を示す断面図である。
ガラス基板へＣｒ等の遮光膜ＳＬをスパッタ被覆する。次に、リソグラフィ技術を経て例えばハードマスク材でなるマスクＭ１を形成し、遮光膜パターン１２を形成する。その後、マスクＭ１を残したまま例えば感光レジスト材でなるマスクＭ２をパターニングする。マスクＭ２のパターンに従ってガラス基板を所定深さエッチングする。これにより、補助パターン１３を形成する。因みに、遮光膜パターン１２の線幅に対して、補助パターン１３一つの線幅はだいたい２０〜５０％くらいで、補助パターン１３一つの深さはだいたい露光波長の１／２程度とする。任意のラインパターンに補助パターン１３を設けるか否かの判断は、マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて決まり、自動配置プログラムされることになる。
【００２２】
上記実施形態に係るフォトマスク及びパターン作製方法によれば、孤立パターン周辺の基板を掘り込んで光プロファイルを調整する補助パターン１３を設ける。これにより、実際の露光パターンにおいて少なくとも疎パターン領域における孤立パターンのライン縮退の補正が可能となる。すなわち、光学近接補償マスクとして機能し得る。この結果、ライン縮退の改善が有効になされ、プロセスマージンがより大きくとれる安定した精度のラインパターンを有する半導体装置が実現できる。
【００２３】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明の第２実施形態に係るフォトマスクの要部を示す平面図、３Ｂ−３Ｂ断面図、及びその断面領域に対する光強度のプロファイルを示す特性図である。
フォトマスクとして、ガラス基板であるレチクル３１において、半導体ウェハ上への素子及び集積回路形成に関する半透明膜パターン（ハーフトーン材）３２と共に、少なくとも疎パターン領域における孤立パターンＰ２には、露光時の光近接効果の影響によるライン縮退を補正する補助パターン３３が付加されている。半透明膜パターンは遮光膜に比べ３％〜１０％程度の透過性を有する。これにより、微細な素子形成のためのレジスト（ポジ型レジスト）パターン解像に有効に働く。
【００２４】
この実施形態では、補助パターン３３は、少なくとも孤立パターンＰ２のライン部の外側に並行するように配された半透明膜の膜厚を小さくした光学近接効果補正用のパターン部である。これにより、ライン縮退を補正する。すなわち、図３（ｃ）の実線に示されるように、ラインエッジで光の回折部分を相殺させる光プロファイルの制御がなされるような薄膜領域が特徴である。
【００２５】
図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記図３の構成のフォトマスクにおけるパターン作製方法の要部を示しており、図３（ｂ）に対応する光学近接効果補正用のパターン部の形成に関する要部を工程順に示す断面図である。
図４（ａ）に示すように、ガラス基板に半透明膜、いわゆるハーフトーン材ＨＴを補助パターン３３の薄膜の厚さでもって被覆する。ハーフトーン材は例えばＭｏＳｉでスパッタリングによって形成する。次に、リソグラフィ技術を経て例えばハードマスク材でなるマスクＭ３をパターニングする。次に、図４（ｂ）に示すように、再びハーフトーン材ＨＴを堆積し、マスクＭ３のレベルまで平坦化する。平坦化は化学的機械的研磨かエッチバック法による。その後、マスクＭ３を除去し、図４（ｃ）に示すように、例えば感光レジスト材でなるマスクＭ４をパターニングする。マスクＭ４のパターンに従ってハーフトーン材ＨＴを選択的にエッチングする。これにより、補助パターン３３を含んだ半透明膜パターン３２を形成する。因みに、半透明膜パターン３２の線幅に対して、補助パターン３３一つの線幅はだいたい２０〜５０％くらいで、補助パターン３３の薄膜の厚さはだいたい露光波長の１／２程度とする。任意のラインパターンに補助パターン３３を設けるか否かの判断は、マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて決まり、自動配置プログラムされることになる。
【００２６】
上記実施形態に係るフォトマスク及びパターン作製方法によれば、孤立パターン周辺に薄膜の光プロファイルを調整する補助パターン３３を設けた。これにより、実際の露光パターンにおいて少なくとも疎パターン領域における孤立パターンのライン縮退の補正が可能となる。すなわち、光学近接補償マスクとして機能し得る。この結果、ライン縮退の改善が有効になされ、プロセスマージンがより大きくとれる安定した精度のラインパターンを有する半導体装置が実現できる。
【００２７】
図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明の第３実施形態に係るフォトマスクの要部を示す平面図、５Ｂ−５Ｂ断面図、及びその断面領域に対する光強度のプロファイルを示す特性図である。
フォトマスクとして、ガラス基板であるレチクル５１において、半導体ウェハ上への素子及び集積回路形成に関する半透明膜パターン（ハーフトーン材）５２１は露光光に対する第１の位相差を与える。また、半透明膜パターン（ハーフトーン材）５２２は露光光に対する第２の位相差を与える。これらは微細な素子形成のためのレジスト（ポジ型レジスト）パターン解像に有効に働く。
【００２８】
この実施形態では、位相差を制御する半透明膜パターン（ハーフトーン材）５２１，５２２を疎密情報に応じて設けるようにする。半透明膜パターン（ハーフトーン材）５２１，５２２は、少なくとも膜厚を異ならせて位相差をつける。これにより、ライン縮退を補正する。ここでは、位相差を約１８０°異ならせた半透明膜パターン５２１，５２２として、縮退補正が必要な孤立パターンＰ３のラインに関する半透明膜パターンの方の膜厚を薄くしている。すなわち、図５（ｃ）に示されるように、ラインエッジで光の回折部分を相殺させる光プロファイルの制御がなされるような構成となっている。
【００２９】
図６は、上記図５の構成のフォトマスクにおけるパターン作製方法の要部であり、図５（ｂ）に対応する光学近接効果補正用のパターン部の形成を示す断面図である。
ガラス基板に半透明膜、いわゆるハーフトーン材ＨＴを半透明膜パターン５２１の厚さでもって被覆する。ハーフトーン材ＨＴは例えばＭｏＳｉでスパッタリングによって形成する。次に、リソグラフィ技術を経て例えば図示しないハードマスク材パターンを形成し、これに従った半透明膜パターン５２１の厚さの全パターンを形成する。次に、上記図示しないハードマスク材を除去し、例えば感光レジスト材でなるマスクＭ５をパターニングする。マスクＭ５のパターンに従って露出しているハーフトーン材ＨＴを時間制御でエッチングし、選択的に薄くして半透明膜パターン５２２の部分を形成する。これにより、異なる位相差を有する半透明膜パターン５２１，５２２を形成する。因みに、半透明膜パターン５２１の厚さに対して、半透明膜パターン５２２の厚みの差を露光波長の１／２程度とする。任意のラインパターンにおいて特に位相差を異ならせる半透明膜パターン５２２を設けるか否かの判断は、マスクパターンにおける疎密の領域情報に応じて決まり、自動配置プログラムされることになる。
【００３０】
上記実施形態に係るフォトマスク及びパターン作製方法によれば、位相差を制御する半透明膜パターン（ハーフトーン材）５２１，５２２を疎密情報に応じて設けたことにより、実際の露光パターンにおいて少なくとも疎パターン領域における孤立パターンＰ３のライン縮退の補正が可能となる。すなわち、光学近接補償マスクとして機能し得る。この結果、ライン縮退の改善が有効になされ、プロセスマージンがより大きくとれる安定した精度のラインパターンを有する半導体装置が実現できる。
【００３１】
以上説明したように、各実施形態に示す本発明によれば、実際の露光パターンにおいて少なくともパターンの疎密に応じてライン縮退の補正に寄与する、各種補助パターンもしくは位相差を異ならせたパターンが設けられる。この結果、孤立した微細な露光パターンに対するライン縮退改善が容易にでき、信頼性の向上するフォトマスク及びパターン作製方法及び半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るフォトマスクの要部各図、光強度の特性図。
【図２】図１中のフォトマスクのパターン作製方法を示す要部の断面図。
【図３】第２実施形態に係るフォトマスクの要部各図、光強度の特性図。
【図４】図３中のフォトマスクのパターン作製方法を示す要部の断面図。
【図５】第３実施形態に係るフォトマスクの要部各図、光強度の特性図。
【図６】図５中のフォトマスクのパターン作製方法を示す要部の断面図。
【図７】露光パターン精度の関係を示す特性図。
【図８】それぞれ従来の光学近接補償マスクの一例を示す平面図。
【符号の説明】
１１，３１，５１…フォトマスク（レチクル）、１２，２２…遮光パターン、１３，３３…補助パターン、３２，５２１，５２２…半透明膜パターン（ハーフトーン材）、ＨＴ…ハーフトーン材、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…孤立パターン、ＳＬ…遮光膜、Ｍ１〜Ｍ５…マスク。
【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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