(57)【要約】【課題】  ディープサブハーフミクロン世代のリソグラフィにおいて、選択的に大開口部を有するシェブロン状レジストパターンを高い制御性をもって形成することを目的とする。【解決手段】  開口パターンを連続的に離散配置したマスクレイアウトにおいて、パターンピッチＰを０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡ（ここで、λは露光光波長、ＮＡは投影レンズの開口数）とすることで、選択的に大開口部を有するシェブロンパターンを有するデバイスパターンを制御性よく形成することができる。マスクパターンを最大開口パターン１４２のみとし、開口パターン１４２同士のピッチ１４５を上記規定幅として設計する。このマスクパターンを回折した光がレジスト上で再結像する際、これらをプロセス的に重ねることで連続したシュブロン形状を有するレジストパターン１４８を形成する。【選択図】      図１４
2005114853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続性をもち周期的に開口部を有するシェブロンパターンをレジスト上に形成する半導体装置の製造方法であって、
分離された開口パターンを規定のパターンピッチＰ（０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡ）（ここで、λは露光光波長、ＮＡは投影レンズの開口数）で配置したマスクレイアウトパターンを有するホトマスクを前記レジスト上に転写結像し、光学像をプロセス的に繋げることで所望のシェブロン形状を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記マスクレイアウトパターンを、前記レジストとしてポジトーンレジストに転写結像させることで、前記シェブロン形状を有するスリット系パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記マスクレイアウトパターンを、前記レジストとしてネガトーンレジストに転写結像させることで、前記シェブロン形状を有するライン系パターンを形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記開口部が矩形形状をしている、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記開口部が菱形形状をしている、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
連続性をもち周期的に開口部を有するシェブロンパターンをレジスト上に形成する半導体装置の製造装置であって、
前記レジスト上に転写結像するためのホトマスクが、分離された開口パターンを規定のパターンピッチＰ（０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡ）（ここで、λは露光光波長、ＮＡは投影レンズの開口数）で配置したマスクレイアウトパターンを有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記レジストがポジトーンレジストである、請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記レジストがネガトーンレジストである、請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記開口部が矩形形状をしている、請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記開口部が菱形形状をしている、請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
連続性をもち周期的に開口部を有するシェブロンパターンをレジスト上に転写結像するためのホトマスクであって、
分離された開口パターンを規定のパターンピッチＰ（０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡ）（ここで、λは露光光波長、ＮＡは投影レンズの開口数）で配置したマスクレイアウトパターンを有することを特徴とするホトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程の一つであるリソグラフィプロセスにおいて、マスクレイアウトパターンを最適化し、高いプロセス性能を引き出す半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィプロセスは、集積回路のレイアウトパターンをこれと等価なスケールで下地積層膜上に転写再現するという役割を担っている。その為には、まず所望のデバイスパターンと等価なレイアウトパターンを有するホトマスクを作製し、このマスクに短波長でパーシャルコヒーレントな光を照射し、マスク透過時に回折した光を投影レンズにて集光して、ウエハ上に縮小投影させる。この際、ウエハ上に結像されたデバイスパターンの光学像が所望の形状となるよう、プロセス条件の最適化を試みる。ここで、プロセス条件とは、露光時間、もしくは積算露光量、フォーカスオフセット値などである。
【０００３】
図１１に従来のプロセス手法によるパターン形成を示す。図１１において、（ａ）はマスクパターン１１１を示し、（ｂ）は光学像のシミュレーション結果１１２を示し、（ｃ）はレジスト形状イメージ１１３を示す。
【０００４】
しかしながら、現行のプロセス条件に最適化の余地がある場合、転写された光学像に基づいて形成されるレジストパターンは、所望のデバイスパターンに比較してクリティカル部での形状や寸法にずれが生じる。そこで、実際に得られたレジストパターンから修正すべき箇所を抽出し、実験やシミュレーションベース結果から適正な修正量を見積もりマスクレイアウトにフィードバックする。最終的に、レジストパターンが所望のデバイスパターンとデバイス動作上許容できる誤差範囲内で完全なる合致を見るまでこのルーチンを繰り返す。
【０００５】
図１２を参照して、従来のマスクパターン修正方法について説明する。修正すべきケースは、以下の４つに大別できる。第一に、所望とするデバイスパターンの極めてクリティカルな部位において、当該部のレジスト寸法がデバイス動作上許容できる寸法誤差を超過して細いあるいは太い場合（図１２の１２０）である。第二に、一方向に長いレクトアングルパターンの端部、もしくは無限遠に長いラインパターンの開放端部において、当該部に相当するレジスト形状がデバイス動作上許容できる寸法誤差を超過して縮んでいる場合（図１２の１２４）である。第三に、クランク状に屈曲したレイアウトパターンのコーナー部において、当該部のレジスト形状がデバイス動作上許容できる寸法誤差を超過してラウンディングしている場合（図１２の１２６）である。第四に、最も微細な密集系パターンとそれに準ずる寸法で多様なピッチを有する孤立系パターンとを一括してレジスト上に転写結像させた時、変形照明を用いた照明条件下では、パターンピッチ毎に解像性能が異なりピッチが広いパターンほど限界解像度が低下し、孤立系パターンのみ良好な解像特性が得られない場合（図１２の１２２）である。
【０００６】
第一のケースに対しては、レジスト寸法エラーが発生した箇所に対し、マスクパターン上の当該部１２１を局所的に太らせる、または細らせる処理を行い、転写されたレジスト上の寸法を所望の寸法に対し許容誤差範囲内で合致させる。この作業はイニシャルのマスクレイアウトに対するバイアス処理と称する。
【０００７】
第二のケースは、ライン開放端部で転写光学像の光強度が著しく劣化することに起因して生じる現象で、当該部にハンマーヘッドと称するハンマー状の突き出しＯＰＣパターン１２５を付加することで、低下した当該部の光強度を補いレジストの縮みを抑制する。
【０００８】
第三のケースでは、９０°で屈曲するの角部１２７、１２８に、セリフと称する張り出し矩形パターンを当該角部のアウトライン側に付加、一方インライン側の角部には、同矩形パターンを論理減算することで、角部の形状をエンハンスし、コーナーラウンディング量を低減する。
【０００９】
第四のケースでは、解像限界以下のサイズで当該パターンと相似形状の補助パターン１２３を、孤立パターンの近傍に繰り返し配置することにより、事実上孤立パターンが周期性を持つ為、本マスクパターンを透過した回折光が極めて高い干渉性を示し、高い解像性能が得られる。
【００１０】
これら従来のマスクパターン修正方法は、所望とするデバイスパターンと全く等価なイニシャルレイアウトをベースに、レジストパターンとの非整合箇所をマスクレイアウト上の修正で排除していくというコンセプトである。その為、露光装置の限界解像を越えた能力を必要とするデバイスパターンをレジスト上に転写形成する場合では、従来のＯＰＣ（Optical Proximity Effect Correction）手法に則ったマスクレイアウト修正だけでは、十分な転写精度が得られない。
【００１１】
従来のパターン修正技術は、所望するデバイスパターンが単純化された矩形状パターンであることが大前提にある。この為、レイアウトデータの修正対象は次の２つの場合に大別される。第１の場合は、レクトアングルパターンを構成する辺、もしくは局所的な線分で、これを平行シフトさせてバイアス処理を行う場合である。第２の場合は、角部の矩形状をよりエンハンスする為、当該部に微小矩形パターンを論理加算もしくは減算処理する場合である。言い換えれば、従来のレイアウト修正手法は、極めて単純化されたパターンに対し、単純化された手法においてのみ成されるものと考えられる。したがって、曲線部を有する複雑な幾何学模様をレジスト上に転写形成する場合、従来のレイアウト修正手法だけでは、高い転写精度の実現は見込めない。
【００１２】
本発明の内容に類似する公知例としては、特許文献１、特許文献２がこれに相当する。特許文献１では、長方矩形パターンの中央部に解像しないスリットを設けることにより、所望とする長方矩形のマスクパターン形状を高精度に転写形成できる技術的思想を開示している。特許文献２では、長方矩形パターンを密集配置したマスクレイアウトにおいて、パターン中央部に未解像スリットを配し、フォーカスオフセット値が変動した場合に顕在化する光学像の歪みを抑制することで、隣接するパターン同士のショートを回避できる技術的思想を開示している。
【００１３】
両特許文献とも、所望形状である単純な長方矩形パターンと等価なパターンをレジスト上に転写形成することを目的としており、未解像スリットを挿入しているに過ぎない。また所望の効果が得られる未解像スリット幅についても言及されていない。
【００１４】
したがって、本発明が、特殊なシェブロンパターンを高精度に且つ高い制御性をもってレジスト上に転写形成する為に未解像スリットを用いている点で、上記２件の特許文献とは一線を画する。さらに本発明では、ハーフサブミクロン世代の光学的な物理現象を光学シミュレーションにより検証し、当該加工世代において最も高い発明効果が得られる未解像スリット幅の定量を実現している。
【特許文献１】特開平１−３０２２５６号公報（第１−３図）
【特許文献２】特開平１０−１４２７６９号公報（第５−６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述した従来のマスクパターン修正方法では以下に述べるような問題点がある。
【００１６】
第１の問題点は、半導体集積回路の製造過程において、選択的に大開口部を有するシェブロン形状（連続ホール形状を有する団子パターンで、連続部である配線方向に沿ってパターン側面が山形模様または魚の背骨状模様をしている）を有するデバイスパターンをレジスト上に転写結像することが必要であるが、従来のリソグラフィ技術では所望の形状を高精度に制御することが極めて難しい。
【００１７】
その理由は、ディープハーフサブミクロン世代の微細加工においては、現行の露光装置やレジスト材料の解像性能が必要十分ではなく、高い加工精度を得ることが困難になっている為である。
【００１８】
第２の問題点は、現行露光装置ならびにレジスト材料の解像性能を補う為の従来ＯＰＣ手法を効果的に適用できない。または、良好なＯＰＣの補正量を算出するのに、膨大な時間と労力を要するものの、転写精度は十分満足できるものではない。
【００１９】
その理由は、屈曲部に配置するＯＰＣは２次元の微小矩形パターンであるが、検討すべきパラメータがその配置位置に加え各２次元方向寸法と計３要素になり、パラメータの組み合わせが膨大になる為、最適化作業における効率化を図ることが困難であるからである。さらに現行の画一化されたＯＰＣ手法では、規則的な形状・配置を有するパターンにのみ有効で、特殊な形状や位置関係を要するシェブロンパターンに対しては、十分な補正効果が得られないからである。
【００２０】
第３の問題点は、解像しない微細スリットを適用することでパターン成形を容易にする手法では、スリット導入に伴う弊害として、意図しないパターンの分断やプロセス条件の変動によるパターン劣化が生じる恐れがある。
【００２１】
その理由は、本パターンのスケールが微細化するに従い、スリット幅が転写パターンに与える影響が大きくなる為、スリット導入に伴う弊害を生じさせず最大限にその効果を引き出すためには、適切なスリット幅の定量化を十分に行う必要があるからである。
【００２２】
本発明は、ディープハーフサブミクロン世代の微細加工において、連続性をもち周期的に大開口部を有するシェブロンパターンをレジスト上制御性よく形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明では、開口パターンを連続的に離散配置したマスクレイアウトにおいてパターン間の最小分離幅を規定値とした場合、最適なプロセス条件を選ぶことで、選択的に大開口部を有するシェブロンパターン（連続ホール形状を有する団子パターンで、連続部である配線方向に沿ってパターン側面が山形模様または魚の背骨状模様をしている）を制御性よく形成することができる。マスクパターンを最大開口パターンのみとし、最大開口パターン同士の間隙をスリットパターンとして設計する。このマスクを露光し、プロセス的に光学像を重ね、連続したシュブロン形状を有するレジストパターンを形成する。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、レイアウト上可能な限り大きな開口部とそれらを繋ぎ双方連続性を持たせる部位（くびれ部）を制御性よく形成することができる。また、開口部については、極めて高い光強度を有することから、より矩形性の高い良好なレジストプロファイルと深い開口深度が得られる。また、本発明によれば、隣接する開口部同士の光の足し合わせ効果により、開口部のスウィートスポットで光強度は最大限に増大する為、光学像が極めてシャープになり、良好な転写形状が得られる。さらに、本発明によれば、マスク上は離散的なホールパターンであるが、転写パターンで連続性を持ちライン的な光学特性を有することから、フォーカス変動に対するＣＤの依存性を低減でき、リソグラフィ特性としてのプロセス裕度を拡大できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明は、隣接するパターン同士を連続的に繋げることが可能なレイアウトを前提とし、十分な開口面積と下地までの完全開口性を要する部位を選択的に設けることが必要なレジストパターンを形成することができることを特徴とする新規な半導体装置の製造方法である。
【００２６】
図１に従来および本発明のマスクパターン、光学像のシミュレーション結果、およびレジスト形状イメージを示す。図１において、（ａ）は従来のＯＰＣを用いたマスク補正手法および補正結果を示し、（ｂ）は開口部のみバイアスをかけた場合の補正結果を示し、（ｃ）は本発明による新規手法を用いた場合の補正結果を示す。図１（ａ）は第１乃至第４の従来手法１１〜１４を示し、図１（ｂ）は第５乃至第７の従来手法１５〜１７を示し、図１（ｃ）は新規手法１８を示している。
【００２７】
また、図１（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）において、レジスト形状イメージのＡ１、Ａ２、およびＡ３はレジスト開口部のくびれを示している。図１（ａ）のマスクパターンにおけるＡ４およびＡ５は、それぞれ、大面積部のマスクパターンおよび接続部のマスクパターンを示している。図１（ｂ）のマスクパターンにおけるＡ６およびＡ７は、それぞれ、大面積部のマスクパターンおよび接続部のマスクパターンを示している。図１（ｃ）のマスクパターンにおけるＡ８およびＡ９は、それぞれ、大面積部のマスクパターンおよびスリットパターンを示している。
【００２８】
図１（ｃ）に示される新規手法１８に示される、連続的に離散配置したマスクパターンにおいて、大開口パターンＡ８間の分離幅Ａ９を規定値として設計し、プロセス条件（露光装置の積算露光量、露光時間、フォーカスオフセット値）を最適化することで、選択的に大開口部を有するシェブロン形状Ａ３を有するレジストパターンを制御性よく形成することができる。ここで、シェブロン形状Ａ３とは、連続ホール形状を有する団子パターンで、連続部である配線方向に沿ってパターン側面が山形模様または魚の背骨状模様をしているものをいう。
【００２９】
図１（ｃ）に示す分離幅 Ａ９の規定範囲は、図２に示すシミュレーション結果より算出した。
【００３０】
図２において、２１、２２、２３は、それぞれのマスクパターン、光強度分布シミュレーション結果、レジスト形状イメージを示す。マスクパターンは、５つの正方形パターンを片側チェーン状に配置し、正方形パターン間の分離幅２４を０．０〜０．７９７λ／ＮＡまで変化させた。寸法は、リニアスケールを露光光の波長λと投影レンズの開口数ＮＡによって規格化した値である。
【００３１】
図２の光強度分布２２は、ウエハもしくはレジスト面上に投影された光強度の強さを２次元マップ状に等高線プロットしたもので、結像した光波形が急峻で高い強度を持つ場合には、等高線の間隔が極めて狭くなる（光コントラストが高い）。また、隣接する光学波形が互いに干渉しあい連続性を持つ場合には、両者の等高線が同じ光強度部で繋がる。したがって、最適なプロセス条件を選択するということは、所望のレジスト形状が得られるような光強度の等高線レベルを一意に選択するということに他ならない。故に、今回所望としているレジスト形状を得るためには、図２の光強度分布２２中大開口部における光学コントラストが最も高く、図２のレジストパターンのくびれ部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３がもっともくびれているレジスト形状を有する分離幅を選択する必要がある。以上の条件に合致するのは図２の太線四角２８で囲んだ条件領域となる。
【００３２】
ただし、図１４（ａ）に示されるように、遮光部１４１と透過部１４４とを有するマスクパターンにおいてシェブロン形状を制御するには、マスクパターン間の分離幅１４４に、大開口部のパターン径１４３を加味する必要がある為、シュブロン形状を得るために必要十分なプロセス条件を規定する為の指標として、大開口パターン間ピッチ１４５を採択する。
【００３３】
ここでは、現実に適用し得る全プロセス条件について、マスク上のパターンピッチと光学像の寸法特性を光学シミュレーションにより求め、所望のシェブロン形状を得るに必要十分なマスクパターンピッチの領域を算出した。シミュレーションの際、パラメータとして取り扱ったプロセス条件は、露光光波長λ＝０．２４８μｍ（ＫｒＦエキシマレーザー）、縮小投影露光装置に搭載されている投影レンズの開口数ＮＡを低解像仕様０．６から事実上最高解像仕様０．９までとし、それぞれの露光光波長λ、投影レンズの開口数ＮＡにおいて、ターゲットとする最小開口寸法を理論式（解像力）＝ｋ１×λ／ＮＡで算出される値とした。ｋ１ファクタとは、解像性能に影響を与える露光光波長λ、投影レンズの開口数ＮＡ以外のプロセス要因を示し、主に用いたレジスト自身の解像性能を表すと考えられる。ここでは、下記の表１に示したような、極めて高い解像性能を有するレジストプロセス（ｋ１ファクタ＝０．３５）、低い解像性能を有するレジストプロセス（ｋ１ファクタ＝０．５）を想定している。
【００３４】
【表１】
2005114853.tif 000003
【００３５】
尚、本光学計算で得られた寸法は、それぞれのシミュレーションパラメータである露光光波長λ、投影レンズの開口数ＮＡで規格化した値とする。
【００３６】
図１４（ｂ）を参照して、本発明を用いて得られるシェブロンパターンとは、レジスト部１４９と開口部１４８とからなるレジストパターンにおいて、波打つ形状をその疑似振幅値として捉え、数学的解釈のもとにその形態を定義する。ここでは、シェブロン指数（Degree of Chevron、以下ＤＣ）という指標を設け、ＤＣ＝（大開口径１４６）／（くびれ最小幅１４７）と定義した。したがって、図１４（ａ）の幅１４５が変動した場合、算出されるシェブロン指数が１＜ＤＣ＜∞  すなわち、くびれ最小幅１４７＜大開口径１４６であり、且つくびれ最小幅１４７≠０である領域を「所望のシェブロン形状」と考え、この範囲の図１４（ａ）に示す幅（マスクパターンピッチ）１４５を本発明により技術効果が得られるプロセス許容範囲と規定する。
【００３７】
図１３（ａ）は、図１４（ａ）のマスクパターンピッチ１４５に対する図１４（ｂ）の大開口径１４６、図１４（ｂ）のくびれ最小幅１４７の依存特性を示したものである。図１３（ａ）において、１３０１と１３０２、１３０３と１３０４、１３０５と１３０６、１３０７と１３０８、１３０９と１３１０、１３１１と１３１２で指示した各データは、それぞれ投影レンズの開口数ＮＡやレジストの解像性能が異なる各種プロセス条件下にて算出した寸法特性を示している。ここで、同一プロセス条件で図１４（ｂ）の開口径１４６に対応する値が１３０１、図１４（ｂ）の開口幅１４７に対応する値が１３０２に対応し、以下順次、１３０３と１３０４、１３０５と１３０６、１３０７と１３０８、１３０９と１３１０、１３１１と１３１２についても同様の対応関係を有する。図１３（ａ）をもとに、それぞれのプロセス条件毎、ＤＣ＝（図１４（ｂ）の開口径１４６）／（図１４（ｂ）の開口幅１４７）で算出したシェブロン指数を、図１４（ａ）の各マスクパターンピッチ１４５に対してプロットしたものが図１３（ｂ）である。
【００３８】
図１３（ｂ）で示した各データ項目はそれぞれ、１３２１が高ＮＡ／高解像レジストプロセス、１３２２が高ＮＡ／低解像レジストプロセス、１３２３が中ＮＡ／高解像レジストプロセス、１３２４が中ＮＡ／低解像レジストプロセス、１３２５が低ＮＡ／高解像レジストプロセス、１３２６が低ＮＡ／低解像レジストプロセスに対応するシェブロン指数である。パターンピッチを徐々に拡げることで、転写パターンの形状が波打ち始める臨界点でＤＣ＝１、これを超過し同パターン内で周期性をもって寸法差が生じる領域で１＜ＣＤ、最小線幅が断線するパターンピッチで図１４（ｂ）の開口幅１４７＝０となることからＤＣ＝∞となる。グラフ上は、０．０１λ／ＮＡの精度で断線するパターンピッチの臨界点を算出し、臨界点までの有限な特性データをプロットしている。したがって、各プロセス条件毎にシェブロン指数ＤＣが１＜ＤＣ＜∞  を満たすパターンピッチの幅を算出し、これらを全プロセス条件について論理和した集合領域１３２７（図１３（ｂ））が、プロセス条件によらず汎用的に所望のシェブロン形状が得られるパターンピッチの許容規格範囲ということになり、規定範囲は０．６９λ／ＮＡ≦パターンピッチ≦０．８５λ／ＮＡとなる。
【００３９】
図３を参照して、フォーカス変動時におけるレジスト寸法特性の挙動について説明する。図３において、（ａ）は離散型ホールのＣＤ−Focus特性を示し、（ｂ）はシェブロン形状を有するレジストパターンのＣＤ−Focus特性を示す。
【００４０】
シュブロン状に開口させることはプロセス的にも大きなメリットがある。図３（ａ）に示されるように、マスクパターン３１として従来単純なホールパターンとして開口させとする。この場合、フォーカスオフセット値の変動に伴って変位する開口径寸法をプロットした場合の特性曲線は極めて上に凸形状になる。これは、フォーカスオフセット変動に対する開口部の寸法変位の割合が極めて大きいことを示している。デバイス動作に支障を与えない範囲で許容できる寸法変動量を、目標寸法±Ａ％（Ａは許容範囲の上限／下限値）の寸法規格を満たし得るプロセスの変動範囲を算出し、プロセス裕度と定義した。したがって、図３（ａ）の特性カーブから算出される離散型ホールのプロセス裕度は、矩形領域３２の範囲となる。
【００４１】
一方、図３（ｂ）に示されるように、シェブロン形状を有するマスクパターン３３では、寸法のフォーカス依存特性がＸ軸のフォーカスオフセット変動値に対してブロードに広がり、有効なプロセス領域３４は図３（ａ）の有効なプロセス領域３２に比較して大きく拡大する。これは、半導体製造段階において生じるプロセス条件の変動に依存しにくく、デバイスの品質を高品位に維持することが容易になることを意味している。
【００４２】
図４を参照して、マスクパターン形状と光強度分布の相関関係について説明する。図４において、（ａ）はマスクパターンイメージを示し、（ｂ）は光強度分布を示す。図４（ａ）において、マスク上開口部同士の分離幅をマスクパターン４１からマスクパターン４２、マスクパターン４３へ狭めることで、両パターン間の光学像が互いに干渉しあう相互的な光学像の足し合わせ効果により、図４（ｂ）に示される光強度分布における光学波形４２１、４２２の両開口部の最大ピーク強度は、光学波形４２３のように増大する。ただし、マスクパターン４３まで幅を縮めると、光学波形４３１、４３２の加算した光学波形は４３３のような単一波形となってしまい、シュブロン形状にはならない。したがって、光強度的にも前述のマスクパターン４２のパターンピッチＰ：０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡを満たす必要があることが示唆される。
【００４３】
本発明は、半導体集積回路の中でも、高密度に配置された極微細な回路パターンを形成することが要求されるＤＲＡＭデバイスにおいて、クリティカルな加工寸法精度と特殊な形状を必要とするイオン注入用レジストマスクパターンを形成する上で、非常に効果的な半導体装置の製造方法である。
【００４４】
図５を参照して、シェブロン形状を要するイオン注入用レジストマスクプロセスへの適用例について説明する。上記イオン注入用レジストマスクパターン形成プロセスとは、８Ｆ２セル１／４ピッチのＤＲＡＭメモリセルにおいて、既に形成されたプラグホール５２、５３上にレジストを塗布成膜し、回路機能の観点からプラグホール５３部直上のみ選択的にレジストを開口させ、当該レジストを遮蔽マスクとして、プラグホール５３にのみイオン注入を行うものである。所望のレジスト形状は、開口が必要な領域５１と、近接する開口が必要な領域５１同士をプラグホール５２を避けて繋ぐ領域とを連続的に開口するパターン５５となる。したがって、そのレジストパターンが、連続する方向に対しその側壁が波打つような形状をしていることから、シェブロン形状 (Chevron feature)を有するパターンであると称する。
【００４５】
所望のレジストパターン５５を形成するにあたり、図１（ａ）に示すような、所望のレジスト形状と等価なマスクレイアウトを持つ第１および第２の従来手法１１，１２を用いて、レジスト上に光学像を形成したとする。この場合、隣接する大開口部 Ａ４とくびれ部位Ａ５における光強度差は極めて小さく、言い換えれば両パターンの光学像は同じ光強度レベル上で等価になる。このことから、事実上レジスト上に転写された光学像はストレートバー状に連続な矩形パターンＡ１となり、図５のプラグホール５３のみならず図５のプラグホール５２部まで開口してしまう為、イオン注入遮蔽マスクとしての機能を有さない。
【００４６】
一方、矩形形状を有するマスクパターンに対し、図１（ａ）に示すような、コーナー部や屈曲部の形状をより強調して転写する為のＯＰＣとして、セリフを持つ第３の従来手法１３、反転セリフを持つ第４の従来手法１４を適用したとする。この場合、図１（ａ）を、図１（ｂ）に示す大面積矩形パターンＡ６と両大面積矩形パターンＡ６同士を繋ぐノードパターンＡ７を接続したパターンと捉え、それぞれ独立に大面積矩形パターンＡ６部の径を図１（ａ）の当該部に比較して大きく、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の幅を図１（ａ）の当該部に比較して小さくリサイジングする。これは、図１（ｂ）の 大面積矩形パターンＡ６部の光強度をより強く、一方で図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の光強度をより低くし、レジスト開口寸法が高光強度部で開口幅が太く、低光強度部で開口幅が細くなる現象を利用して、シュブロン状の波打つ転写形状を得るものである。
【００４７】
図１５にノード部幅に対する光学像のイメージ寸法依存性を示す。図１５は、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の光学像において、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部中央部で光学コントラストが最も低下する部位の光学イメージ寸法を、マスク上の図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の幅を、図１（ｂ）に示される、０．２２λ/ＮＡ（第５の従来手法１５）、０．１５λ/ＮＡ（第６の従来手法１６）、０．０７λ/ＮＡ（第７の従来手法１７）と順次細くした場合についてそれぞれ算出し、マスク上の図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の幅に対する当該部中央の光学イメージ寸法としてプロットしたものである。
【００４８】
図１５において、１５１は図１（ｂ）のノードパターンＡ７部中央部の光学イメージ寸法変位を、１５２は図１（ｂ）の大面積矩形パターンＡ６部の光学イメージ寸法を表している。１５２のイメージ寸法は、マスク上の図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の線幅に依存せずほぼ一定であるが、１５１では、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の線幅が細るにつれて、当該部のイメージ寸法はより微細な寸法領域の解像を可能にし、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の線幅が０で当該部のイメージ寸法は最も微細な寸法の形成が可能になる。
【００４９】
図１６（ａ）は、現行のレイアウトルールに基づくパターンイメージを示し、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のパターンイメージを９０％シュリンクした場合のパターンイメージを示す。
【００５０】
図１６（ａ）のデザインルールで許容されるシェブロンパターンの最小開口幅は図１６（ａ）の１６６相当である。これに対して、図１６（ｂ）のように、デザインルールを９０％シュリンクしたレイアウトにおいて、図１６（ｂ）の開口が必要な領域１６１の解像能力が現行の図１６（ａ）の開口が必要な領域１６１のままである場合に、図１６（ｂ）のプラグホール１６２直上を開口せずに図１６（ｂ）のプラグホール１６１を開口させるには、図１６（ｂ）のくびれ部の開口幅１６６を極めて細く開口する必要があり、これには極めて高い加工制御性が必須になる。したがって、所望のシェブロンパターンを高い制御性をもって形成するには、図１（ｂ）のノードパターンＡ７部の線幅を０、すなわち図１（ｂ）の大面積矩形パターンＡ６間を分離する、図１（ｃ）に示す新規手法１８が最も望ましい。また、図１（ｃ）の新規手法１８のマスクレイアウトにおいて、図１（ｃ）の大面積部のマスクパターンＡ８間のピッチを規定範囲内で最適化することで、図１（ｃ）のレジスト開口部のくびれＡ３部の寸法を容易に制御することができる。
【実施例１】
【００５１】
次に、本発明による半導体装置の製造方法を、デザインルール０．１３μｍ８Ｆ２セル１／４ピッチＤＲＡＭデバイスの非対称注入用レジストマスク形成プロセスに適用した場合について説明する。
【００５２】
図５を参照して、所望のイオン注入用遮蔽レジストマスクは、開口領域５５に示すシェブロン形状を有する必要があり、下地プラグとのアライメントずれやプロセスの安定性に起因する寸法ばらつきを包括して、尚かつプロセス的に支障がない範疇で、必要十分な許容寸法帯を開口幅５７部で０．３６〜０．４μｍ、開口幅５６部で０．２μｍ以下と規定した。したがって、本プロセスに迎合できるマスクレイアウトパターンは、パターンピッチＰ：０．６９λ／ＮＡ≦Ｐ≦０．８５λ／ＮＡで且つシェブロン指数ＤＣ≧０．３６／０．２＝１．８を満たす必要がある。
【００５３】
図８に加えて図９をも参照して、本発明の動作手順について説明する。図８は本発明の動作手順を示すフローチャートである。図９は本発明の動作手順の詳細説明図である。図９において、（ａ）はオリジナルレイアウトからのパターン抽出を示し、（ｂ）はマスクパターンサイズの最適化を示し、（ｃ）はプロセス条件の最適化を示している。
【００５４】
図８のステップ８１では、所望のレジスト形状に対し、図９（ａ）に示されるように、そのレジスト形状と等価なマスクレイアウト９１１をオリジナルレイアウトとして想定する 。そこでオリジナルレイアウト９１１を、大開口レクトアングル部９１２とその接続部９１３が整合した形であるとする。ここで接続部９１３のみを除きスリット９１５とすることで、オリジナルレイアウト９１１は正方形開口パターン９１４が分離幅９１５で配置されたパターンとして単純化される。
【００５５】
続いて図８のステップ８２では、図９（ａ）の正方形開口パターン９１４の寸法を変えて、図９（ｂ）のレクトアングル部９２とし、図９（ａ）の分離幅９１４を規定されたピッチの範疇から最適化し、図９（ｂ）のスリット部（分離幅）９３とする。ここでは、最終的なレジスト形状や大開口部の開口面積や開口形状に応じて、図９（ｂ）のレクトアングル部９２の形状や寸法を、図９（ｂ）のレクトアングル部９４や図９（ｂ）のレクトアングル部９６とすることも可能である。この際には、図９（ｂ）に示されるように、各々の分離幅９５、９７も同時に最適化することが必要になる。これは、用いる照明光学条件やレジスト材料の解像性能、さらに所望パターンのシェブロン度数によって、採択すべきマスク形状９２、９４、９６は異なる。高解像性能を有する転写プロセスを用いる場合には、その転写忠実性の高さから、大開口部の形状がオリジナルパターンのそれとほぼ等価な図９（ｂ）のマスク形状９２を採択する方が望ましい。一方、解像性能が低い場合には大開口部の光学的なコントラストが低下する為、マスク上大開口部の面積を拡大し、転写時のシュリンク分を補う必要がある。そこで図９（ｂ）のマスク形状９２を４５°回転し分離部での寸法制御性を高めた図９（ｂ）に示すマスク形状９４や、シュリンクしやすい方向（パターンが連続する方向に対し垂直な方向）にマスクパターンを拡大した図９（ｂ）に示すマスク形状９６が効果的である。
【００５６】
最後に図８のステップ８３では、最適化したマスクレイアウトを搭載したホトマスクを作製し、実際にパターン転写を試みる。ここでは、図９（ｃ）に示されるように、最適化した照明光学条件をもとにフォーカスオフセット値を調整後、露光量を可変させて所望のレジスト寸法が得られる条件９８２を決定する。ここでは、露光装置の安定性やウエハ基板のコンディションが変動した場合を想定し、フォーカスオフセット値や露光量の変動に呼応したレジスト寸法の変位が最も少ない条件でなければならない。したがって、フォーカスオフセットや露光量の変動に対し、レジスト形状や寸法が大きく追従して変動する条件９８１、９８３はふさわしくないと言える。
【００５７】
次に、図６を参照して、マスクパターンとレジスト形状イメージについて説明する。図６において、（ａ）は第１のマスクレイアウトパターンを示し、（ｂ）は第２のマスクレイアウトパターンを示し、（ｃ）はレジストプロファイルのイメージ図を示す。
【００５８】
今回、非対称注入用マスクレイアウトパターンを最適化するにあたり、高解像プロセスと現行プロセスそれぞれにおいて、パターン寸法とピッチをパラメータとして襷がけに組み合わせ、各々の条件について光学シミュレーションを実施した。ここで得られた光学像のイメージ寸法が、デバイス上必要とする寸法と形状が得られる値を算出し、これを最適なマスク寸法とした。
【００５９】
ここでは、本発明者は、図６（ａ）の第１のマスクレイアウトパターンで示されるような、パターン径６１の開口径０．１９８μｍ、パターンピッチ６２のピッチ０．２７μｍの正方形パターンは、高ＮＡ露光プロセス(露光光波長λ：０．２４８μｍ、ＫｒＦエキシマレーザー、投影レンズの開口数ＮＡ：０．８、高解像ポジトーンレジストプロセス)で妥当であるとの結論を得た。また、本発明者は、図６（ｂ）の第２のマスクレイアウトパターンで示されるような、パターン径６３の開口径０．２７μｍ、パターンピッチ６４のピッチ０．２７μｍの菱形パターンは、中〜低ＮＡ露光プロセス(露光光波長λ：０．２４８μｍ、ＫｒＦエキシマレーザー、投影レンズの開口数ＮＡ：０．６８、現行実績のあるポジトーンレジストプロセス)で妥当であるとの結論を得た。実製品への適用に際しては、現行実績のある既存設備とレジストプロセスを流用できる、図６（ｂ）の第２のマスクレイアウトを採択した。
【００６０】
図６（ｃ）に、本発明をもとに作製したホトマスクにより得られたレジストパターンのプロファイルを示す。レジスト寸法は、開口径６５が０．３６μｍ、最小線幅６６が０．１μｍで、シェブロン指数は３．０となり、極めて良好なシェブロン形状を得ることができた。本発明は、磁気バブルメモリの転送路パターン形成にも応用することができる。
【００６１】
次に、図１０に加えて図７をも参照して、本発明の他の実施例について説明する。図１０において、（ａ）はライン系シェブロンパターンの形成を示し、（ｂ）はネガトーンレジストを用いたシェブロン形状を有する開口パターンの形状を示す。図７はシェブロン形状を有するレジストパターン形成プロセスの概要を示す図で、（ａ）はマスクレイアウトパターンを、（ｂ）はレジストパターンイメージ図を示す。
【００６２】
シェブロン形状を有する連続開口パターンの形成を前提にした場合、先の実施形態で述べた例では、図１０（ａ）に示されるように、マスクレイアウトでは開口部にある部位１０１を透過層（ガラス部）、それ以外を遮光層１０２とし、透過層１０１の間隙１０３を規定寸法で分離した形態をとる。これにはポジトーンのレジストプロセスを用いることが一般的で、両者の組み合わせにより図７（ｂ）に示されるような、所望の開口パターン７３が得られる。これを受けた他の実施例としては、このマスクレイアウトを用い、ネガトーンのレジストプロセスを用いることで、図１０（ａ）に示されるような、所望のシェブロン形状を有するライン系レジストパターン１０４を形成することが出来る。
【００６３】
また、図７（ｂ）に示す開口パターン７３と同様の開口パターンを形成するのに、図１０（ｂ）のように、図１０（ａ）の透過層１０１、遮光層１０２の白黒を反転した遮光層１０５、透過層１０６のマスクを作製し、これにネガトーンレジストを用いることで、図１０（ｂ）の１０８で示すようなシェブロン形状を有するレジスト開口パターンが得られる。形状的には、図１０（ｂ）のレジスト開口パターン１０８と図７（ｂ）に示す開口パターン７３とは等価なパターンであるが、レジスト部がネガトーンレジストであることにより、プロセス上有利な点が存在する。そもそもネガトーンレジストは、露光された部位が光化学反応によって架橋することで、後の現像工程おいて非溶解性を示し結果的に露光部のみレジストが残存する。この過程で、レジストを構成する高分子の分子量が増大しレジスト自体の硬度が増す。したがって、同じ形状のレジストパターンであっても、加工プロセスにおけるホトマスクの用途によっては、従来一般的に用いられているポジトーンレジストではなく、ネガトーンレジストを用いる方が良い場合が存在する。今回、イオン注入用レジストマスクとして、イオンの遮蔽効果をより強固にする為には、ネガトーンレジストプロセスを用いた図１０（ｂ）のプロセスが効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来および本発明の、マスクパターンと光学シミュレーション結果、およびレジスト形状イメージを示す図である。
【図２】所望のシェブロン形状を得るに必要な分離幅の最適化検討結果を示す図である。
【図３】フォーカス変動時におけるレジスト寸法特性の挙動を示す図で、（ａ）は離散型ホールのCD-Focus特性を示し、（ｂ）はシェブロン形状を有するレジストパターンのCD-Focus特性を示す。
【図４】マスクパターン形状と光強度分布の相関関係を示す図で、（ａ）はマスクパターンイメージを示し、（ｂ）は光強度分布を示す。
【図５】シェブロン形状を要するイオン注入用レジストマスクプロセスへの適用例を示す図である。
【図６】マスクパターンとレジスト形状イメージを示す図で、（ａ）は第１のマスクレイアウトパターンを示し、（ｂ）は第２のマスクレイアウトパターンを示し、（ｃ）はレジストプロファイルのイメージ図を示す。
【図７】シェブロン形状を有するレジストパターン形成プロセスの概要を示す図で、（ａ）はマスクレイアウトパターンを示し、（ｂ）はレジストパターンイメージ図を示す。
【図８】本発明の動作手順を示すフローチャートである。
【図９】発明の動作手順の詳細説明図で、（ａ）はオリジナルレイアウトからのパターンを示し、（ｂ）はマスクパターンサイズの最適化を示し、（ｃ）はプロセス条件の最適化を示す。
【図１０】本発明のその他の実施例を示す図で、（ａ）はライン系シェブロンパターンの形成を示し、（ｂ）はネガトーンレジストを用いたシェブロン形状を有する開口パターンの形成を示す。
【図１１】従来のプロセス手法によるパターン形成を示す図で、（ａ）はマスクパターンを示し、（ｂ）は光学像のシミュレーション結果を示し、（ｃ）はレジスト形状イメージを示す。
【図１２】従来のマスクパターン修正方法を説明するための図である。
【図１３】シェブロン形状を得る規定パターンピッチを説明するための図で、（ａ）はパターンピッチに対するレジスト寸法特性を示し、（ｂ）はパターンピッチに対するシェブロン指数を示す。
【図１４】本発明の概略説明図であり、（ａ）はマスクレイアウトを示し、（ｂ）はレジストイメージ図を示す。
【図１５】ノード部幅に対する光学像のイメージ寸法依存性を示す図である。
【図１６】非対称注入プロセスのセルパターンイメージを示す図で、（ａ）は現行のレイアウトルールに基づくパターンイメージを示し、（ｂ）は（ａ）を９０％シュリンクした場合のパターンイメージを示す。
【符号の説明】
【００６５】
１８    新規手法
Ａ３    レジスト開口部のくびれ
Ａ８    大面積部のマスクパターン
Ａ９    スリットパターン
２４    マスク上、正方形パターン間のスリット幅
２６    所望のシェブロン形状を有するレジスト形状イメージ
２８    有効なレジスト形状が得られる領域
Ｂ３    レジストパターンのくびれ部
５１    開口が必要な領域
５２    下層のプラグホールパターン
５３    下層のプラグホールパターン
５４    レジスト部
５５    開口領域
５６    開口幅
５７    開口幅
１４１    遮光部
１４２    透過部（最大開口パターン）
１４３    大開口部のパターン径
１４４    分離幅
１４５    大開口パターン間ピッチ（マスクパターンピッチ）
１４６    大開口径
１４７    くびれ最小幅
１４８    開口部
１４９    レジスト部
【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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