(57)【要約】【課題】２／３輪帯照明や４重極照明など強い斜入射照明を用いても、細りを補正し線幅が一様なパターンを基板上に形成する。【解決手段】半導体基板上にパターンを転写するリソグラフィ工程で用いるマスクであって、大面積パターン１と、大面積パターン１と垂直に交わるか、もしくは、大面積パターン１と間隔をあけて直交方向に配置されるラインパターン２とを有し、大面積パターン１とラインパターン２との交点、もしくは、大面積パターン１とラインパターン２との延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）であるラインパターン２の範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターン３ａ，３ｂを重ねて付加した。これによりラインパターン２の光回折を変化させるので、細りの部分の光強度補正が選択的に行われ、大面積パターン１からの光学的影響を排除する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にパターンを転写するリソグラフィ工程で用いるマスクであって、大面積パターンと、前記大面積パターンと垂直に交わるか、もしくは、前記大面積パターンと間隔をあけて直交方向に配置されるラインパターンとを有し、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの交点、もしくは、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）である前記ラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加したことを特徴とするマスク。
【請求項２】
微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねた請求項１記載のマスク。
【請求項３】
大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上である請求項１または２記載のマスク。
【請求項４】
半導体基板上にマスクパターンを転写するためのマスクとして、大面積パターンとラインパターンとを垂直に交差もしくは間隔をあけて交差する方向に配置するとともに、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの交点、もしくは、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）である前記ラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加する工程と、前記マスクを用いてマスクパターンを前記半導体基板上に転写するときに輪帯比が２／３以下の輪帯照明または４重極照明により露光する工程とを含むパターン形成方法。
【請求項５】
微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねる請求項４記載のパターン形成方法。
【請求項６】
大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上である請求項４または５記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子等を製造するときに用いられるマスクおよびパターン形成方法であって、露光エネルギー源として、波長２５０ｎｍ以下の紫外線、特にＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザー（１５６ｎｍ）を用いるリソグラフィ工程で用いられるマスクおよびパターン形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化はますます進み、開発レベルでは設計ルールが１００ｎｍ〜７０ｎｍになっている。そのパターン形成を行うリソグラフィ工程では、現在の主流の露光光として波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光もしくは１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー光を用いている。つまり、波長以下サイズのパターンを形成することが要求されている。そのため、通常の露光方法でパターンを形成することが非常に困難で、斜入射照明や位相シフトマスク等のいわゆる超解像技術が用いられている。
【０００３】
その中でも斜入射照明は比較的容易に装置に組み込むことができ、また設計に対するパターンレイアウトの制限も必要としない。そのため、１００ｎｍ、７０ｎｍのパターン形成にも積極的に用いられている。
【０００４】
ただし、そのパターンサイズが波長の約１／２になってくると従来良く用いられていた１／２輪帯照明では、十分な解像度や露光マージンを確保することができない。そこで、最近ではさらに強い斜入射照明である２／３輪帯照明や４重極照明が使用され始めている。
【０００５】
しかしながら、２／３輪帯照明や４重極照明のいわゆる強い斜入射照明では、図４に示すように、大面積パターン２１と、大面積パターン２１と垂直に交わるラインパターン２２とを有するようなレイアウトによってはパターンの一部に細り６を生じるという問題点を有していた。
【０００６】
従来技術では、この細り６に対して微細パターンを付加する方法が提案されており、パターンの接続部から０．４〜０．７５λ／（ＮＡ・Ｋ）の距離に解像限界以下の小さなパターンを配置しているものもある（例えば特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３０８７３６４号（２〜３頁、図面１）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２／３輪帯照明や４重極照明のいわゆる強い斜入射照明による細りが生じる位置は、特許文献１で示す式で表せるものとは異なっている。例えば図６に示すように、大面積パターンに垂直に交わるラインパターンの細りは照明条件によって位置が変化する。図６（ａ）が通常照明、（ｂ）が１／２輪帯照明、（ｃ）が２／３輪帯照明である。さらに、大面積パターンによる細りはラインパターンが直接接続していなくても近傍にあるだけで生じるため、従来技術では本問題を解決することは不可能である。
【０００８】
またラインパターン２２の細り６は、単純なパターン８を付加するだけだと図５に示すような太り７を生じてしまう。図５（ａ）はパターン付加無しの転写後、（ｂ）はラインに単純なパターン８を付加したもの、（ｃ）は（ｂ）のマスクの転写後、を示す。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、２／３輪帯照明や４重極照明など強い斜入射照明を用いても、細りを補正し線幅が一様なパターンを基板上に形成するマスクおよびパターン形成方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載のマスクは、半導体基板上にパターンを転写するリソグラフィ工程で用いるマスクであって、大面積パターンと、前記大面積パターンと垂直に交わるか、もしくは、前記大面積パターンと間隔をあけて直交方向に配置されるラインパターンとを有し、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの交点、もしくは、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）である前記ラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加した。
【００１１】
このように、大面積パターンと、大面積パターンと垂直に交わるか、もしくは、大面積パターンと間隔をあけて直交方向に配置されるラインパターンとを有し、長さの異なる微小パターンを重ねたものを、ラインパターンの細りが出現する位置において、ラインパターンに付加することにより、ラインパターンの光回折を変化させることができる。その結果、細りの部分の光強度補正が選択的に行われ、大面積パターンからの光学的影響を排除する。また、長さの異なる微小パターンを重ねて付加することで、細りの状態に適した補正を行うことができ、過剰補正による太りを回避することができる。このマスクを用いれば、２／３輪帯や４重極照明など強い斜入射照明を用いても、線幅が一様なパターンを形成することができるという作用を有する。
【００１２】
請求項２記載のマスクは、請求項１記載のマスクにおいて、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねた。このように、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねたので、さらに細りの状態に適した補正を行うことができる。
【００１３】
請求項３記載のマスクは、請求項１または２記載のマスクにおいて、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上である。このように、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上であるので、大面積パターンからの光学的影響を受け易く、特に効果的である。
【００１４】
請求項４記載のパターン形成方法は、半導体基板上にマスクパターンを転写するためのマスクとして、大面積パターンとラインパターンとを垂直に交差もしくは間隔をあけて交差する方向に配置するとともに、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの交点、もしくは、前記大面積パターンと前記ラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）である前記ラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加する工程と、前記マスクを用いてマスクパターンを前記半導体基板上に転写するときに輪帯比が２／３以下の輪帯照明または４重極照明により露光する工程とを含む。
【００１５】
このように、半導体基板上にマスクパターンを転写するためのマスクとして、大面積パターンとラインパターンとを垂直に交差もしくは間隔をあけて交差する方向に配置するとともに、長さの異なる微小パターンを重ねたものを、ラインパターンの細りが出現する位置において、ラインパターンに付加する工程と、マスクを用いてマスクパターンを半導体基板上に転写するときに輪帯比が２／３以下の輪帯照明または４重極照明により露光する工程とを含むので、ラインパターンの光回折を変化させ、細りの部分の光強度補正が選択的に行われ、大面積パターンからの光学的影響を排除する。したがって、２／３以下の輪帯照明や４重極照明など強い斜入射用照明を用いても、線幅が一様なパターンを半導体基板上に形成できるという作用を有する。また、長さの異なる微小パターンを重ねて付加することで、細りの状態に適した補正を行うことができ、過剰補正による太りを回避することができる。
【００１６】
請求項５記載のパターン形成方法は、請求項４記載のパターン形成方法において、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねる。このように、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねるので、さらに細りの状態に適した補正を行うことができる。
【００１７】
請求項６記載のパターン形成方法は、請求項４または５記載のパターン形成方法において、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ（Ｋ：転写縮小率）以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上である。このように、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上であるので、大面積パターンからの光学的影響を受け易く、特に効果的である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。
【００１９】
本発明においては、特に大面積パターンの光回折がラインパターンに影響を及ぼす点に着目した。図３は大面積パターンによるラインパターンの細りの説明図である。縦軸はラインパターンの細り量、横軸は大面積パターンのライン幅である。図３に示すように、垂直に交わる大面積パターンがある一定以上の大きさになると大きく変化する。また、その細りの出現位置は図６に示したように照明条件によって異なる。この細りを補正するための微小パターン形状について検討した。
【００２０】
図１は本発明の第１の実施形態におけるマスク及びそれを用いたパターン形成方法の説明図である。図１に示すように、このマスクは、大面積パターン１と、大面積パターン１と垂直に交わるかもしくはある間隔以下で垂直に対向するラインパターン２とを有し、大面積パターン１とラインパターン２が交わっている場合はその交点、ある間隔以下で対向している場合はラインパターン２を仮想的に伸ばしたときの交点からの距離が、転写の縮小率をＫとしたとき、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍであるラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に隣接して長さの異なる微小パターン３ａ，３ｂを重ねて付加されている。
【００２１】
この場合、図１（ａ）が元の設計データで、大面積パターンを１平方μｍの正方形、ラインパターンを長さ２μｍ幅１２０ｎｍの長方形とした。図１において、塗りつぶした部分が遮光部１０、その他が透過光部１１を示している。
【００２２】
図１（ｂ）は大面積パターン１とラインパターン２が垂直に交わる場合の配置図であり、大面積パターン１とラインパターン２との接続部から２００ｎｍ離れた位置に幅２ｎｍ、長さ３００ｎｍの微小パターン３ａを、３００ｎｍ離れた位置に幅２ｎｍ、長さ１００ｎｍの微小パターン３ｂを付加したデータを示している。
【００２３】
図１（ｃ）は大面積パターン５とラインパターン４が間隔をあけて直交方向に配置される場合の配置図であり、ラインパターン４を仮想的に延長したときの大面積パターン５との接続部から２００ｎｍ離れた位置に幅２ｎｍ、長さ３００ｎｍの微小パターン３ａを、３００ｎｍ離れた位置に幅２ｎｍ、長さ１００ｎｍの微小パターン３ｂを付加したデータを示している。これらを含んだデータを元にＫｒＦエキシマレーザー用のＣｒマスクを作成した。
【００２４】
なお、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねたマスクを用いることが好ましい。また、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上である場合に特に有効である。
【００２５】
次にマスクを用いたパターン形成方法について説明する。上記のように半導体基板上にマスクパターンを転写するためのマスクとして、長さの異なる微小パターン３ａ，３ｂを重ねたものを、ラインパターン２，４の細りが出現する位置において、ラインパターン２，４に付加する工程と、マスクを用いてマスクパターンを半導体基板上に転写するときに輪帯比が２／３以下の輪帯照明または４重極照明により露光する工程とを含む。
【００２６】
この場合、マスクのパターンをＫｒＦエキシマレーザー露光機を用い２／３輪帯照明で実基板上に転写を行なった。ラインパターンの寸法測定と形状確認を行った結果、微小パターンを付加することにより、図２（ａ）、（ｂ）に示すような細りのない一様なパターンを形成することができた。なお、図２（ａ）は図１（ｂ）のマスクを用いて形成したパターンであり、２１は大面積パターン１に対応するパターン、２２はラインパターン２に対応するパターンである。図２（ｂ）は図１（ｃ）のマスクを用いて作成したパターンであり、２５は大面積パターン５に対応するパターン、２４はラインパターン４に対応するパターンである。
【００２７】
以上のように本実施形態によれば、大面積パターンと、前記大面積パターンと垂直に交わるかもしくはある間隔以下で垂直に対向するラインパターンとを有し、前記ラインパターンに対して、前記大面積パターンと前記ラインパターンが交わっている場合はその交点、ある間隔以下で対向している場合は前記ラインパターンを仮想的に伸ばしたときの交点から、転写の縮小率をＫとしたとき、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加されているマスクを用いることによって、２／３輪帯照明を用いても線幅が一様なパターンを基板上に形成することができる。
【００２８】
この発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成のため同じ図面を用いる。
【００２９】
第２の実施形態においても、図１（ａ）が元の設計データで、大面積パターンを１平方μｍの正方形、ラインパターンを長さ２μｍ幅１２０ｎｍの長方形とした。
【００３０】
図１（ｂ）は大面積パターン１とラインパターン２が垂直に交わる場合の配置図であり、大面積パターン１とラインパターン２との接続部から２５０ｎｍ離れた位置に幅４ｎｍ、長さ３００ｎｍの微小パターン３ａを、３５０ｎｍ離れた位置に幅４ｎｍ、長さ１００ｎｍの微小パターン３ｂを付加したデータを示している。これらを含んだデータを元にＫｒＦエキシマレーザー用のＣｒマスクを作成した。このマスクのパターンをＫｒＦエキシマレーザー露光機を用い４重極照明で実基板上に転写を行なった。その結果、第１の実施形態同様、図２（ａ）、（ｂ）に示すような細りのない一様なパターンを形成することができた。
【００３１】
以上のように本実施形態によれば、大面積パターンと、前記大面積パターンと垂直に交わるかもしくはある間隔以下で垂直に対向するラインパターンとを有し、前記ラインパターンに対して、前記大面積パターンと前記ラインパターンが交わっている場合はその交点、ある間隔以下で対向している場合はラインパターンを仮想的に伸ばしたときの交点から、転写の縮小率をＫとしたとき、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加されているマスクを用いることによって、４重極照明を用いても、線幅が一様なパターンを基板上に形成することができる。
【００３２】
なお、本発明の実施の形態１および２では、微小パターン３ａと微小パターン３ｂの幅を等しく設定したが、この幅は等しくしなくてもかまわない。
【００３３】
なお、本発明の実施の形態１および２では、微小パターン３ａの長さを微小パターン３ｂの長さの３倍に設定したが、この比率は固定ではなく、例えば２倍でもかまわない。
【００３４】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載のパターンによれば、大面積パターンと、大面積パターンと垂直に交わるか、もしくは、大面積パターンと間隔をあけて直交方向に配置されるラインパターンとを有し、大面積パターンとラインパターンとの交点、もしくは、大面積パターンとラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍであるラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加したので、ラインパターンの光回折を変化させることができる。その結果、細りの部分の光強度補正が選択的に行われ、大面積パターンからの光学的影響を排除する。また、長さの異なる微小パターンを重ねて付加することで、細りの状態に適した補正を行うことができ、過剰補正による太りを回避することができる。このマスクを用いれば、２／３輪帯や４重極照明など強い斜入射照明を用いても、線幅が一様なパターンを形成することができるという効果を有する。
【００３５】
請求項２では、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねたので、さらに細りの状態に適した補正を行うことができる。
【００３６】
請求項３では、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上であるので、大面積パターンからの光学的影響を受け易く、特に効果的である。
【００３７】
この発明の請求項４記載のパターン形成方法によれば、半導体基板上にマスクパターンを転写するためのマスクとして、大面積パターンとラインパターンとを垂直に交差もしくは間隔をあけて交差する方向に配置するとともに、大面積パターンとラインパターンとの交点、もしくは、大面積パターンとラインパターンとの延長線との交点からの距離が、１５０／Ｋ〜６００／Ｋｎｍであるラインパターンの範囲全域もしくはその範囲内の一部に長さの異なる微小パターンを重ねて付加する工程と、マスクを用いてマスクパターンを半導体基板上に転写するときに輪帯比が２／３以下の輪帯照明または４重極照明により露光する工程とを含むので、ラインパターンの光回折を変化させ、細りの部分の光強度補正が選択的に行われ、大面積パターンからの光学的影響を排除する。したがって、２／３以下の輪帯照明や４重極照明など強い斜入射用照明を用いても、線幅が一様なパターンを半導体基板上に形成できるという作用を有する。また、長さの異なる微小パターンを重ねて付加することで、細りの状態に適した補正を行うことができ、過剰補正による太りを回避することができる。
【００３８】
請求項５では、微小パターンは、ラインパターンに隣接する最も大きなパターンより順にパターンが小さくなるように階段状に少なくとも２段以上積み重ねるので、さらに細りの状態に適した補正を行うことができる。
【００３９】
請求項６では、大面積パターンは、短辺の長さが４００／Ｋｎｍ以上、かつ面積が８．０×１０５／Ｋ２平方ｎｍ以上であるので、大面積パターンからの光学的影響を受け易く、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態におけるマスク及びパターン形成方法の説明図である。
【図２】この発明の第１の実施形態におけるマスク及びパターン形成方法の効果の説明図である。
【図３】大面積パターンによるラインパターンの細りの説明図である。
【図４】従来例の課題を示す説明図である。
【図５】従来例の課題を示す説明図である。
【図６】照明条件の違いによる細り出現位置の説明図である。
【符号の説明】
１  大面積パターン
２  ラインパターン
３ａ  微小パターン（大）
３ｂ  微小パターン（小）
４  大面積パターン
５  ラインパターン
６  細り
７  太り
１０  遮光部
１１  透過光部
【図１】
2004334121.tif 000003
【図２】
2004334121.tif 000004
【図３】
2004334121.tif 000005
【図４】
2004334121.tif 000006
【図５】
2004334121.tif 000007
【図６】
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