(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の少なくとも１つの層にデバイスを製造する方法であって、
前記層に形成されるデバイス特徴に対応するパターン特徴を有するデザインパターンを用意するステップと、
前記基板の層に形成されたレジスト層に前記デザインパターンを転写し、前記層のうち、パターン化されたレジスト層によって規定された領域から、材料を除去し、あるいは、前記領域に材料を加える処理ステップと
を有し、前記デザインパターンは少なくとも第１及び第２のサブパターンを含む複数のサブパターンを有し、該複数のサブパターンの各々は、前記パターン特徴の内の異なるものにそれぞれ対応し、前記処理ステップは、
処理層及び反射防止層の第１の対と、処理層及び反射防止層の第２の対とを少なくとも含む積層体を前記基板上に形成するステップであって、前記第２の対の層は前記基板側にあり、前記第１の対の層は前記第２の対の層上にあるようにするステップと、
前記第１の対の層上にレジスト層をコーティングし、該レジスト層に前記第１のサブパターンを転写するステップと、
前記レジスト層を現像することにより、前記第１のサブパターンに対応する第１の中間パターンを形成するステップと、
前記第１の中間パターンを介して、前記第１の対の層の前記処理層及び前記反射防止層をエッチングすることにより、前記第１のサブパターンに対応するデバイス特徴の第１のパターンを形成するステップと、
デバイス特徴の前記第１のパターンを第２のレジスト層でコーティングするステップと、
前記第２のレジスト層に前記第２のサブパターンを転写するステップと、
前記第２のレジスト層を現像することにより、前記第２のサブパターンに対応する第２の中間パターンを形成するステップと、
デバイス特徴の前記第１のパターンと前記第２の中間パターンとを交互に配置して形成されたエッチングマスクを介して、前記第２の対の層の前記処理層及び前記反射防止層をエッチングすることにより、前記第１および第２のサブパターンの組み合わせに対応するデバイス特徴の第２のパターンを形成するステップと、
前記第２のレジスト層、前記第１の対の層の前記処理層及び前記反射防止層を除去するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
処理層及び前記反射防止層を含む少なくとも第３の対が前記積層体の基板側に加えられており、以下の追加的なステップ、すなわち、
デバイス特徴の前記第２のパターンを第３のレジスト層でコーティングするステップと、
前記第３のレジスト層に第３のサブパターンを転写し、該第３のレジスト層を現像することによって、前記第３のサブパターンに対応する第３の中間パターンを形成するステップと、
同一平面上にあるデバイス特徴の前記第２のパターンと前記第３の中間パターンとを介して、前記第３の対の層の前記処理層及び前記反射防止層をエッチングすることにより、前記第１、第２および第３のサブパターンの組み合わせに対応するデバイス特徴の第３のパターンを形成するステップと、
前記第３のレジスト層、前記第２の対の層の前記処理層及び前記反射防止層を除去するステップと、
が実行される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記サブパターンに対応するサブマスクを介してレジスト層に光を照射することにより、前記サブパターンの各々が対応する前記レジスト層に転写される請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
荷電粒子線によって前記サブパターンの少なくとも１つを前記レジスト層に書き込むことにより、前記サブパターンの少なくとも１つを対応するレジスト層に転写する請求項１または２に記載の方法。
【請求項５】
全てのサブマスクによるサブパターンは、同じ波長範囲の放射線によって転写される請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記サブマスクによるサブパターンの少なくとも１つがＥＵＶ放射線によって転写され、他のサブマスクによるサブパターンがＤＵＶ放射線によって転写される請求項３に記載の方法。
【請求項７】
荷電粒子投影ビームによって、前記サブマスクによるサブパターンの少なくとも１つが転写される請求項３に記載の方法。
【請求項８】
全ての対の層における対応する層は、基板側の処理層が他の処理層よりも厚いことを除き、同じ材料を有し且つ同じ厚さを有する請求項１ないし７の何れか一に記載の方法。
【請求項９】
対を成す各層の材料は、対の他方の層をエッチングするために使用されるエッチング処理に対して耐性を有する請求項１ないし８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
使用される処理層がポリシリコン層を含む請求項１ないし９の何れか一に記載の方法。
【請求項１１】
使用される反射防止層は、反射防止膜とその上面に設けられる酸化膜とを含む二重層を有する請求項１ないし１０の何れか１項に記載の方法。
【請求項１２】
１つの反射防止層の材料または二重層の反射防止膜の材料が、無機材料を含む請求項１ないし１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記無機材料がシリコン・オキサイド・ナイトライドSizOxNyを含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記無機材料がシリコンナイトライドSiNを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ポジレジスト層が使用される請求項１ないし１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
ポジレジスト層およびネガレジスト層が使用される請求項１ないし１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１７】
下側の処理層で中間パターンをエッチングする前にレジストアッシングすることにより、少なくとも１つの中間パターンの特徴のサイズが縮小される請求項１ないし１６の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、基板の少なくとも１つの層にデバイスを製造する方法であって、前記方法は、前記層に形成されるデバイス特徴に対応するパターン特徴を備えるデザインパターンを形成するステップと、前記基板層に形成されたレジスト層にデザインパターンを転写するステップと、前記層のうち、パターン化されたレジスト層によって線引きされる領域から、材料を除去し、あるいは、前記領域に材料を加えるステップと、を備え、それぞれが様々なデザインパターン部分を備える多数のサブパターンが、前記基板層上に連続的にコーティングされた対応する数のレジスト層に連続的に転写される方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、多数のサブパターン上にデザインパターンのパターン特徴を分配する方法に関する。
【０００３】
更に、本発明は、基板の層にデバイスパターンを形成するための架空のデザインマスクを協働して形成するリソグラフィックサブマスクのアセンブリに関する。
【０００４】
前記製造方法を行なうため、光リソグラフィック投影装置が使用される。リソグラフィック投影装置は、マスキング、エッチング、注入技術によって集積回路（ＩＣ）を製造する際の必須のツールである。そのような装置により、結像ステップが行なわれる前、形成される各デバイス層毎に、前記層のデバイス特徴に対応するパターン特徴を備えるデザインマスクパターンが、前記層上にコーティングされる放射線感受膜に結像される。デザインマスクパターンは、基板層形成プロセスに先立つ基板層のためのパターンデザインプロセスの結果である。結像のために使用される放射線に対して特に感応する放射線感受膜は、放射線が入射する領域で、その特性が変化する。このような層の例がレジスト層である。レジスト層という用語は、例えば、電子ビーム等の荷電粒子線に感応する層を網羅している。実際に、放射線感受層は、電子ビームに対して感応してもよい。パターン転写とは、対応するマスクパターンをレジスト層に結像することと、そのような層に例えば電子ビームによってパターンを書き込むことの両方を意味している。デバイス製造プロセス中、それぞれが他の基板層のためのものである連続するマスクパターンが、基板上の同じターゲット、例えばＩＣ領域に結像される。
【０００５】
リソグラフィック方法および装置は、例えば、集積または平面光デバイス、磁気ヘッド、液晶ディスプレイパネルといった他のデバイスの製造に使用することもできる。
【０００６】
基板とは、多数の連続する処理工程のセットによって高さ毎にＩＣ等の完備した多層デバイスが形成される、例えばシリコン等の材料から成るプレートを意味している。各処理工程は、主な処理ステップとして、基板上の放射線感受層すなわちレジスト層をコーティングするステップと、基板をマスクに位置合わせするステップと、このマスクのパターンをレジスト膜に結像するステップと、レジスト膜を現像するステップと、レジスト膜を介して基板をエッチングするステップと、更に、クリーニングステップと、他の処理ステップとを備えている。基板という用語は、製造プロセスの様々な段階での基板、すなわち、デバイス特徴を全く有していない、或は１つの高さだけにデバイス特徴が形成された基板と、１つの高さを除く全ての高さに既にデバイス特徴が形成された基板、全ての中間基板を網羅している。
【０００７】
ＩＣデバイスの電子部品の数を確実に増やして、そのようなデバイスの動作速度を高めることが望ましいため、デバイス特徴の幅すなわち線幅およびこれらの特徴間の距離を確実に小さくしなければならない。そのため、パターン特徴が非常に小さく且つこれらの特徴間の距離が短いマスクパターンを結像しなければならない。リソグラフィック投影装置により所望の画質をもって結像できるパターン特徴の最小サイズは、この装置の投影系の解像度すなわち分解能およびマスクパターンの構造によって決まる。この解像度は、λ／ＮＡに比例する。ここで、λは投影ビームの波長、ＮＡは投影系の開口数である。開口数を大きくする、および／または波長を短くすることにより、解像度を高めることができる。実際に、現在のリソグラフィック投影装置では、かなり大きい開口数の増大は殆ど不可能である。なぜなら、これによって、λ／ＮＡ２に比例する投影系の焦点深度が小さくなるからである。また、開口数を更に大きくすると、所望の結像領域の全体にわたって投影系を補正することが非常に難しくなる。深ＵＶ（ＤＵＶ）領域の波長を、現像においてリソグラフィック投影装置で現在使用されている１９３ｎｍから、例えば１５７ｎｍまで短くすると、投影系の光学素子の材料およびこの放射線の波長に感応するレジスト膜に関する新たな問題が生じる。次世代のリソグラフィック投影装置においては、１３ｎｍオーダーの波長を有する極ＵＶ（ＥＵＶ）放射線を使用することが提案されてきた。そのような放射線を使用することにより、かなり細かいパターン構造を結像することができるが、ＥＵＶ投影装置のデザインおよび開発が非常に難しくなり時間がかかるようになることは事実である。ＥＵＶ放射線は簡単に空気に吸収されるため、投影ビームの経路は真空でなければならないが、これが特定の新たな問題を生じる。適切で且つ有効なＥＵＶ放射線源を入手することは不可能であり、ＥＵＶ放射線に感応する新たなレジスト材料を開発しなければならない。デバイス製造に適するＥＵＶ投影装置は、将来、使用できなくなるであろう。
【０００８】
したがって、従来の投影装置を使用し且つ現在製造されるデバイスよりもかなり小さいデバイス特徴を有するデバイスを製造する方法が大いに必要とされる。
【０００９】
ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８は、半導体基板上に細かい周期的な直線パターンを形成する方法を開示している。その周期は、投影装置の解像度よりも小さい。本発明方法では、第１および第２のクロムマスクが形成され、そのマスクパターンが組み合わされる。すなわち、第１のパターンのストリップは、重ね合わされる時に、第２のパターンの隣り合うストリップ同士の間にある。デバイスパターンが形成される基板の上端層には、反射防止層として機能する有機材料層がコーティングされる。有機材料層は、第１のマスクによってパターン化される。パターン化された有機材料層上には、感光性の膜が形成される。この膜は第２のマスクによってパターン化され、これによって、感光性の膜のパターンの各特徴は、有機材料層パターンの隣り合う２つの特徴間に介挿される。有機層パターンの特徴および感光性の膜パターンの介挿された特徴の構造全体は、基板の上端層をエッチングするためのマスクとして使用される。この上端層は、基板の関連する高さを形成するために使用される唯一の処理層である。
【００１０】
ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８に記載された２つのマスクパターンを使用する方法は、周期的な直線パターンを印刷するとともに、十分な方法で結像できるパターンの周期を半分にするために使用される。特徴の前記構造全体は、比較的大きな形態、すなわち高さのある構造を示している。ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８の図３の最も簡単な実施形態において、感光膜パターンの特徴は、既に、これらの特徴と有機層パターンの特徴との間の距離よりも大きい高さを有している。更に多くの層が使用される他の更に複雑な実施形態においては、高さと距離との比が更に大きくなる。特徴の構造全体の形態、基板上端のエッチング、または、プロセスに起因して、仮に不可能でなくても、この構造にわたって所望の精度で層を形成することは非常に難しい。これにより、ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８の方法が非実用的なものになる。
【００１１】
ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８で扱われていない他の問題は、光リソグラフィで使用されるマスクの物理的な構造に関するものである。この問題は、マスクパターンの特徴密度が高まるにつれて更に顕在化する。ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８の方法はクロムマスクを使用する。そのようなマスクは、一方側にパターン化されたクロム層がコーティングされる石英等の透明層から成る。この層の開口は、レジスト層に投影されるパターンを決定する。所望の画質で結像することができる最小特徴幅を小さくするために、現在、透明な位相シフト要素を備える位相シフトマスクが使用されている。このマスクは、クロム位相シフトマスクまたは非クロム位相シフトマスクであってもよい。クロム位相シフトマスクにおいて、位相シフト要素は、クロム層とマスク基板との移行部分に配置される。これらの要素は、その干渉作用により、クロム／基板移行部分での回折によって生じる特徴幅の広がりを補正する。非クロム位相シフトマスクにおいて、パターン特徴は、専ら、位相シフト要素によって決定される。マスクに位相シフト要素を設けることは、位相シフト要素が無いマスクと比較して、このマスクの層の表面領域部分が各パターン特徴毎に設けられていることを意味する。
【００１２】
光リソグラフィの分野で最近使用されている他の技術は、光学的近似補正（ＯＰＣ）である。マスクパターン位置、例えば、パターン特徴の縁部または非常に近接した２つの特徴間に、小さな補正要素が配置される。このような位置では、不必要な回折が生じ、レジスト層における特徴の幅が大きくなる。これらの補正要素は結像されない。すなわち、これらの補正要素は、投影系によって分解されないが、結像放射線を回折させて、不必要な回折を補正する。これらの補正要素のため、マスクパターン表面上に幾つかの空間を設けなければならない。
【００１３】
小さなパターン特徴を投影系によって結像できる更に他の技術は、マスクの照射と投影系との適合である。そのような適合は、投影ビームが投影系の絞りを完全に満たさず、絞りの一部だけを満たすことを意味する。これは、中央の円形部分、環状部分、または、各瞳の半体（双極子）の両方の部分、各瞳の半体（双極子）の一方の部分であってもよい。しかしながら、これらのタイプの照射は、マスクパターンが特徴の所定の（禁止）対称性、空間的な周期（ピッチ）および／または方向性を備えている場合に使用することができない。なぜなら、そのような禁止パラメータを有するマスクパターンは、収差無く結像することができないからである。各タイプの照射毎に、異なる禁止パラメータが存在する。
【００１４】
本発明の目的は、従来のリソグラフィック投影装置を使用しながら、基板に形成することができるデバイスパターンの密度を実質的に高める手段を提供することである。これらの手段は、マスクパターン及びその製造に関し、また、サブ臨界密度すなわち投影系の解像度よりも高い密度を有するデバイスパターンを形成する処理ステップのセットに関する。
【００１５】
本発明において、冒頭の段落に規定される方法は、処理層と反射防止層とから成る第１の対と、そのような層から成る第２の対とを少なくとも備える積層体を基板上に形成するステップと、上端の処理層上のレジスト層をコーティングして、そのレジスト層に第１のサブパターンを転写するステップと、レジスト層を現像することにより、第１のサブパターンに対応する第１の中間パターンを形成するステップと、第１の中間パターンを介して、上端の処理層をエッチングすることにより、第１のサブパターンに対応するデバイス特徴の第１のパターンを形成するステップと、デバイス特徴の第１のパターンに第２のレジスト層をコーティングするステップと、第２のサブパターンを第２のレジスト層に転写するステップと、第２のレジスト層を現像することにより、第２のサブパターンに対応する第２の中間パターンを形成するステップと、デバイス特徴の第１のパターンと第２の中間パターンとが交互に配置されることによって形成されたエッチングマスクを介して、下側の処理層をエッチングすることにより、第１および第２のサブパターンの組み合わせに対応するデバイス特徴の第２のパターンを形成するステップと、第２のレジスト層および上端の処理層を除去するステップと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
処理層とは、方法を実行する時にデバイス特徴が形成される層を意味している。この用語は、デバイスパターンの特徴の幾つかが一時的に蓄積される一時的な層、例えば前述した第１の処理層と、基板の上端層であり且つデバイスパターンの全ての特徴が最終的に形成される最終層との両方を網羅している。
【００１７】
本発明の方法において、各処理層は、パターン化されたレジスト層または好ましくは先にパターン化された処理層と反射防止層とから成る対によって形成される比較的薄いエッチングマスクを介してエッチングされ、これにより、エッチングが制御されて正確になる。先の処理層のエッチング中に攻撃されない別個の反射防止層が各処理層毎に存在するため、原形を保つ反射防止層を常に利用できる。連続的に転写されるサブパターンは、組み合わせる必要がないが、重なり合う領域を備えていてもよく、マスクパターン全体が任意の形状を有していてもよい。この形状は非常に高密度であってもよく、例えば、基板層の隣り合うデバイス特徴間の距離５０ｎｍ程度であってもよい。これにより、デザインパターンには、デバイス特徴に加え、位相シフト要素およびＯＰＣ要素等の補正要素を、これらの要素に固有の前述した問題を生じさせることなく設けることができる。デザインパターンに禁止対称性、禁止ピッチおよび／または禁止方向性を形成するデバイス特徴を少なくとも２つのサブパターン上に分配することができるため、禁止パラメータの問題を解決することができる。
【００１８】
方法の実施形態は、少なくとも処理層と反射防止層とから成る第３の対が積層体の基板側に加えられ、以下の別個のステップ、すなわち、デバイス特徴の第２のパターンに第３のレジスト層をコーティングするステップと、第３のサブパターンを第３のレジスト層に転写するステップと、第３のレジスト層を現像することによって、第３のサブパターンに対応する第３の中間パターンを形成するステップと、同一平面上にあるデバイス特徴の第２のパターンと第３の中間パターンとを介して第３の処理層をエッチングすることにより、第１、第２、第３のサブパターンの組み合わせに対応するデバイス特徴の第３のパターンを形成するステップと、第３のレジスト層および第２の処理層を除去するステップと、が実行されることを特徴とする。
【００１９】
３つのサブパターン内で最初のデザインパターンを分配するとともに、これらのサブパターンを関連する基板層に転写することにより、デバイス特徴に関してだけでなく、補正要素等の他の特徴に関しても、デザインパターンの密度を高めることができる。スループットすなわち単位時間当たりに処理可能な基板数が許容範囲にある場合には、多数のサブパターンおよび対応する数の処理層を使用することにより、密度を更に高めることができる。
【００２０】
本発明方法の第１の実施形態は、サブパターンを備えるサブマスクをレジスト層に光学的に結像することにより、各サブパターンが対応するレジスト層に転写されることを特徴とする。
【００２１】
この実施形態は、現在のリソグラフィック技術に最も密接に関連している。各サブパターン毎に、このパターンを示すデータが、物理的なパターン、全体として結像されるマスクパターンに直接に変換される。
【００２２】
本発明方法の第２の実施形態は、荷電粒子線によって少なくとも１つのサブパターンをレジスト層に書き込むことにより、少なくとも１つのサブパターンを対応するレジスト層に転写することを特徴とする。
【００２３】
例えば電子ビーム等の荷電粒子線によって個々のパターン特徴を書き込むことは、サブパターンが少数の小さな特徴を備えている場合に、魅力的となり得る。
【００２４】
第１の実施形態は、更に、全てのサブマスクパターンは、同じ波長範囲の放射線を用いて結像されることを特徴とする。
【００２５】
放射線は、深ＵＶ（ＤＵＶ）放射線、例えばリソグラフィック投影装置で現在使用されている２４８ｎｍの波長または１９３ｎｍの波長を有する放射線であってもよい。
【００２６】
変形例として、第１の実施形態は、少なくとも１つのサブマスクパターンがＥＵＶ放射線によって結像され、他のサブマスクパターンがＤＵＶ放射線によって結像されることを特徴とする。
【００２７】
極ＵＶ（ＥＵＶ）放射線を使用するリソグラフィック投影装置が利用可能である場合、そのような装置を、最も困難なサブパターンを結像するためだけに使用し、また、ＤＵＶ放射線を使用する従来の装置によって他のサブパターンを結像するために使用することは魅力的かもしれない。一般に、サブマスクパターンは、１つの装置によって結像される必要はないが、同じタイプの或は異なるタイプの複数の装置を使用してもよい。
【００２８】
更なる変形例として、第１の実施形態は、荷電粒子投影ビームによって、少なくとも１つのサブマスクパターンが結像されることを特徴とする。
【００２９】
ＥＵＶ投影装置に関して成されたことと同様のことを、荷電粒子線を使用する投影装置についても成すことができる。
【００３０】
本発明方法は、層の全ての対において、対応する層は、他の処理層よりも大きい厚さを有する基板の側の処理層を除き、同じ材料から成るとともに、同じ厚さを有していることを特徴とすることが好ましい。
【００３１】
サブパターンに属する積層体を処理するために同じ設定の装置を使用することにより、様々なサブパターンを関連する基板層に転写することができる。基板側の処理層がエッチングマスクとして使用されず、また、最終的にこの層にデバイス特徴が形成されるため、この処理層は、他の処理層よりも厚くなる。
【００３２】
本発明方法は、対を成す各層の材料は、対の他方の層をエッチングするために使用されるエッチング処理に対して耐性を有することを特徴とすることが好ましい。
【００３３】
これにより、層の各対毎に、第１のエッチング処理により対の反射防止層を最初にパターン化し、その後、異なるエッチング処理により処理層をエッチングすることができる。この場合、パターン化された反射防止層は、ハードマスクとして使用される。処理層をエッチングする時、処理層の上面のパターン化された反射防止層および存在する場合には下側の対の未処理の反射防止層は、攻撃されない。
【００３４】
本発明方法は、更に、使用される処理層がポリシリコン層であることを特徴としていてもよい。
【００３５】
本発明方法のこの実施形態は、トランジスタゲートを有する基板層を形成するのに非常に適している。トランジスタの場合には、ポリシリコン層が非常に適した材料である。基板層に導電配線を形成しなければならない場合、基板側の少なくとも処理層は、アルミニウムや銅等の金属から成っていてもよい。
【００３６】
本発明方法は、更に、使用される反射防止層が、反射防止膜とその上面に設けられる酸化膜とから成る二重層であることを特徴とすることが好ましい。
【００３７】
酸化膜は、膜下の反射防止層と膜上のレジスト層との間で絶縁層として機能するとともに、この反射防止層のエッチングを防止するエッチング停止層を形成する。
【００３８】
本発明方法は、更に、１つの反射防止層の材料、または、二重層の反射防止膜の材料が無機材料であることを特徴とすることが好ましい。
【００３９】
１つのサブパターンに属する処理層に、このサブパターンを形成する処理中、レジストは、反射防止層の部分から除去されなければならない。これは、この処理層に形成されるデバイス特徴に反射防止層がコーティングされたままでなければならないためである。反射防止層に無機材料を使用することにより、無機材料であるレジストの除去は、ＵＳ−Ａ５，７１６，７５８に記載されている方法のように、反射防止層が有機層である場合よりもかなり容易になる。
【００４０】
本発明方法の好ましい実施形態は、無機材料がシリコン・オキサイド・ナイトライドＳｉｚＯｘＮｙであることを特徴とする。
【００４１】
その従属的な実施形態は、無機材料がシリコンナイトライドＳｉＮであることを特徴とする。
【００４２】
リソグラフィにおいて周知の反射防止材料であるｘ＝０、ｚ＝１、ｙ＝１のシリコン・オキサイド・ナイトライドの特定の実施形態は、本発明方法の実施に非常に適している。
【００４３】
本発明方法の最も実用的な実施形態は、ポジレジスト層が使用されることを特徴とする。
【００４４】
ポジレジストは、リソグラフィで最もよく使用されるレジストであり、本発明方法を適用する場合に使用される。
【００４５】
しかしながら、特定の状況下、例えば大きな空き領域に１つの小さな特徴がある場合、あるいは、特徴のパターンを反転しなければならない場合、ネガレジストを使用してもよい。
【００４６】
この場合、使用される方法は、ポジレジスト層およびネガレジスト層が使用されることを特徴とする。
【００４７】
基板層におけるデバイス特徴の幅を小さくするため、本発明方法は、下側の処理層で中間パターンをエッチングする前にレジストアッシングすることにより、少なくとも１つの中間パターンの特徴のサイズが減少されることを特徴としてもよい。
【００４８】
この新たな方法を周知のレジストアッシング技術と組み合わせることにより、デバイス特徴間の距離およびこれらの特徴の幅を小さくすることができる。
【００４９】
また、本発明は、基板に高密度デバイスパターンを形成するためのマスクパターンを製造する問題の解決策に関する。通常、電子ビーム書き込み装置は、レジスト層にマスクパターンを書き込むために使用される。高密度のマスクパターンを書き込むためにそのような装置が使用される場合、そのような装置の限られた解像度及びそのような装置に固有の近接効果の問題が生じる。近接効果は、電子ビームの小さな狭窄位置での電子の相互のはじき合いによるものであり、書き込まれた特徴を不鮮明にする。
【００５０】
本発明において、前記問題は、それ自体十分な方法で多数のサブパターン上に転写することができない最初のパターンのパターン特徴を分配する方法であって、サブパターンの数ができるだけ少なく、各サブパターンにおいて、デバイス特徴及びそれらの対応する特徴は、各デバイス特徴の転写が他のデバイス特徴とは無関係となるように配置され、各サブパターンにおいて、デバイス特徴ができる限り均一に分配される、という複数の分配規則の組み合わせを特徴とする方法によって解決される。後者の条件を満たすことは、各サブパターン毎に最適な転写条件に設定でき、禁止対称性、期間および特徴の方向性が生じないことを意味する。対応する特徴という用語は、基板層に転写されないが転写中に使用されてデバイス特徴を最適化する、或はこの特徴の転写を向上させる全ての特徴を網羅している。対応する特徴の例は、基板層のデバイス特徴の幅を制御する補助特徴、光学的に近似した補正要素、散乱バーである。
【００５１】
最初のデザインパターンの特徴は、多数のサブパターン上に分配される。各サブパターンは最初のパターンよりも密度が低く、対応するサブマスクは、特徴の全てを備える１つのマスクよりも製造が容易である。この分配方法は、実際に、基板上の１つのデバイスパターンにサブパターンを連続的に結像する、という前述した新しい複数の露光方法により、適用可能となる。
【００５２】
別個のポリゴン領域から成る最初のグループを備える最初のパターンを分配するために、本発明方法が使用される場合、第１の規則は、最初のグループから、第２の規則および／または第３の規則に違反する多角形領域を除去して、これらの多角形領域を、これらの規則を満たす新たなグループに置くステップと、残る最初のグループと新たなグループとを別個のサブパターンに置くステップと、によって満たすことができる。
【００５３】
分配方法の好ましい実施形態は、どの多角形領域が第２および第３の規則に違反しているかを決定するステップと、これらの領域において生じる違反数にしたがって、最初のグループの多角形領域をランク付けし、違反数が最も多い多角形領域を最低の順位にランク付けするステップと、ランク順位が最低の多角形領域と、第１の規則および第２の規則を満たす更にランク順位が上の多角形領域とから成る第２のグループを形成するステップと、最初のグループでランク順位を高く維持するための最後のステップを繰り返し、残る最初のグループの全ての多角形領域が第２および第３の規則を満たすまで、第３以後の更なるグループを形成するステップと、によって特徴付けられる。
【００５４】
また、本発明は、分配方法を実行する時に得られ且つ前述した製造方法を実行するために使用されるリソグラフィックサブマスク群に関する。このリソグラフィックサブマスク群は、１つのデバイスパターンを形成するための架空のデザインマスクを協働して形成し、デザインマスクは、別個の多角形領域を備えるマスクパターンを有し、マスクパターンをそれ自体十分な方法で結像することができず、多角形領域は、サブマスクパターンを十分に結像できるように、サブマスクの各マスクパターンに配置されていることを特徴とする。
【００５５】
リソグラフィックサブマスク群の好ましい実施形態は、補助特徴が設けられたサブマスクを備え、補助特徴は、デバイス特徴の側面に位置するとともに、関連するデバイス特徴の像の幅を実質的に決定する特定の幅を有していることを特徴とする。
【００５６】
デバイス特徴の幅は、補助特徴を有するサブマスクを使用することによって制御できる。
【００５７】
サブマスクのタイプに関しては、サブマスク群が異なる実施形態を示してもよい。
【００５８】
リソグラフィックサブマスク群の第１の実施形態は、サブマスクが振幅マスクであることを特徴とする。
【００５９】
最も一般的に使用される振幅マスクは、クロムマスク、すなわち、透明基板上のパターン化されたクロム層の形態を成すマスクパターンを備えたマスクである。
【００６０】
リソグラフィックサブマスク群の第２の実施形態は、サブマスクが位相マスクであることを特徴とする。
【００６１】
位相マスクは、マスクパターン領域の全体にわたって一定の透過率を示し、一方、そのマスクパターンは、相転移パターンによって構成される。
【００６２】
リソグラフィックサブマスク群の第３の実施形態は、振幅マスクおよび位相マスクを備えていることを特徴とする。
【００６３】
そのようなサブマスク群によれば、各サブパターン毎に、最も適切なタイプのマスクを用いて、デバイス特徴を形成することができる。
【００６４】
デバイス特徴を高めるため、クロムサブマスク群は、更に、位相シフト要素を有するサブマスクを備えていることを特徴としてもよい。
【００６５】
同じ理由から、位相マスク群は、相転移位置に振幅要素を有する位相マスクを備えていることを特徴としていてもよい。
【００６６】
振幅要素とは、そこに入射する放射線の振幅を変化させるマスク表面領域を意味している。この領域は、吸収領域であってもよい。相転移と振幅要素とを組み合わせると、特徴の画質が最良となる。
【００６７】
リソグラフィックサブマスク群は、更に、光学的補正要素が設けられたサブマスクを備えていることを特徴としていてもよい。
【００６８】
結像されたマスク特徴の質は、そのような良く知られた光学的補正要素、例えば非常に小さいために結像できないセリフ、ハンマーヘッド、散乱バーの形態を成す光学的補正要素を用いて向上させることができる。
【００６９】
本発明のこれらの態様および他の態様を、以下の実施形態を参照しながら、非制限的な例として説明する。
【００７０】
図１の概略図は、単に、リソグラフィック投影装置の実施形態の最も重要なモジュールを示している。この装置は、投影系、例えばレンズ投影系ＰＬを収容する投影コラムを備えている。結像されるマスクパターンＣを備えたマスクＭＡを支持するマスクホルダＭＨは、この系の上側に配置されている。マスクホルダは、マスクテーブルＭＴの一部を形成する。基板テーブルＷＴは、投影レンズ系の下側にある投影コラム内に配置されている。基板テーブルには、例えばウエハとも呼ばれる半導体基板等の基板Ｗを保持するための基板ホルダＷＨが設けられている。基板上には、例えばフォトレジスト層等の放射線感受層ＰＲがコーティングされる。マスクパターンＣは、レジスト層においては多数回、他のＩＣ領域やダイ、Ｗｄにおいては毎回、結像されなければならない。マスクパターンがＩＣ領域内に結像された後、次のＩＣ領域をマスクパターンおよび投影系の下側に位置させることができるように、基板テーブルは、Ｘ方向およびＹ方向に移動することができる。
【００７１】
装置は、例えば水銀ランプやフッ化クリプトンエキシマレーザのようなエキシマレーザといった放射線源ＬＡと、レンズ系ＬＳと、リフレクタＲＥと、集光レンズＣＯとが設けられた照明系を更に備えている。照明系によって供給される投影ビームＰＢは、マスクパターンＣを照明する。投影系ＰＬは、このパターンを基板Ｗ上のＩＣ領域に結像する。
【００７２】
装置には、多数の測定システムが更に設けられている。１つの測定システムは、ＸＹ平面内でのマスクパターンＣに対する基板のアライメントを判断するためのアライメント測定システムである。他の測定システムは、基板のＸ、Ｙ位置および方向を測定するための干渉計システムＩＦである。投影系の焦点すなわち結像領域と基板上の放射線感受層ＰＲとの間のズレを測定するための焦点エラー検出システム（図示せず）も設けられている。これらの測定システムは、測定システムによって供給される信号により基板の位置・方向および焦点を補正することができるアクチュエータおよび電子信号処理・制御回路を備えたサーボシステムの一部である。
【００７３】
アライメント検出システムは、マスクＭＡ内の２つのアライメントマークＭ１およびＭ２を使用する。これらのマークは、図１の右上領域に示されている。これらのマークは、例えば回折格子であるが、その周囲と光学的に異なる正方形やストリップのような他のマークによって構成されていてもよい。アライメントマークは二次元であることが好ましい。すなわち、アライメントマークは、互いに垂直な２つの方向、図１のＸ方向およびＹ方向に延びている。基板Ｗは、少なくとも２つのアライメントマークを備えている。これらのうちの、２つのアライメントマークＰ１、Ｐ２が図１に示されている。これらのマークは、マスクパターンの像が形成されなければならない基板Ｗの領域の外側に位置している。格子マークＰ１、Ｐ２は位相格子であることが好ましく、また、格子マークＭ１、Ｍ２は振幅格子である。アライメント検出システムは、マスクマークＭ２に対する基板Ｐ２のアライメントを検出するとともに、マスクマークＭ１に対する基板マークＰ１のアライメントを検出するために２つのアライメントビームｂ、ｂ'が使用されるダブルシステムであってもよい。各アライメントビームは、アライメント検出システムを進行した後、放射線感受検出器３、３'にそれぞれ入射する。各検出器は、対応するビームを、マスクマークに対する基板マークのアライメント度合い、すなわち、マスクに対する基板のアライメント度合いを示す電気信号に変換する。ダブルアライメント検出システムは、このシステムについて更に詳細に言及しているＵＳ−Ａ４，７７８，２７５に記載されている。
【００７４】
基板のＸ位置およびＹ位置を正確に測定するために、リソグラフィック装置は、図１のブロックＩＦによって概略的に示される多軸干渉計システムを備えている。２軸干渉計システムはＵＳ−Ａ４，２５１，１６０に記載されており、また、３軸干渉計システムはＵＳ−Ａ４，７３７，８２３に記載されている。ＥＰ−Ａ０，４９８，４９９には、Ｘ軸およびＹ軸に沿う変位と、Ｚ軸を中心とする回転と、Ｘ軸およびＹ軸に関する傾きとを非常に正確に測定することができる５軸干渉計システムが記載されている。
【００７５】
図１に示されるように、干渉計システムの出力信号Ｓｉおよびアライメント検出システムの信号Ｓ３、Ｓ３'は、これらの信号を処理してアクチュエータＡＣのための信号Ｓａｃを制御する、例えばマイクロコンピュータ等の信号処理回路ＳＰＵに供給される。このアクチュエータは、基板テーブルＷＴを介して、ＸＹ平面内で基板ホルダＷＨを移動させる。
【００７６】
投影装置には、投影レンズ系の焦点面と放射線感受層ＰＲの面との間のズレを検出する図１に示されない焦点エラー検出システムが更に設けられている。このようなズレは、例えば、投影レンズ系と基板とを互いに対してＺ方向に移動させることにより、および／または、投影系の１または複数のレンズ要素をＺ方向に移動させることにより、補正される。投影レンズ系に固定されてもよい、このような焦点エラー検出システムは、ＵＳ−Ａ４，３５６，３９２に記載されている。基板の局所的な傾きおよび焦点エラーを検出することができる検出システムは、ＵＳ−Ａ５，１９１，２００に記載されている。
【００７７】
デバイスの動作速度を高めるため、および／またはデバイスの構成部品の数を増大させるため、デバイス特徴の細部、幅すなわち線幅、隣り合うデバイス特徴間の距離を減少させる要求が次第に増えてきている。その一例が図１に示されているリソグラフィック投影装置によって十分に結像させることができる細部の微小性は、投影系の解像度および画質によって決定される。従来、解像度すなわち分解能は、開口数ＮＡを大きくすることによって、および／または、投影放射線の波長を短くすることによって、向上される。実際には、開口数をそれ以上大きくすることは殆ど期待できず、投影ビームの波長を更に短くすることは、多くの新たな問題を引き起こす。
【００７８】
投影系を用いて更に小さいパターン細部を結像する方向に向かっている最近の開発では、ステッピング・リソグラフィック装置の代わりに、ステップ・アンド・スキャニング・リソグラフィック装置が使用されている。ステッピング装置では、全領域照射が使用される。すなわち、一工程でマスクパターン全体が照射され、基板のＩＣ領域上に全体としてマスクパターン全体が結像される。第１のＩＣ領域が露光された後、次のＩＣ領域に対して処理工程が行なわれる。すなわち、基板ホルダが移動され、次のＩＣ領域がマスクパターンの下側に位置される。その後、このＩＣ領域が露光され、基板の全てのＩＣ領域にマスクパターンが結像されるまで同様のことが繰り返される。ステップ・アンド・スキャニング装置では、マスクパターンの矩形もしくは円形の形状部分領域のみが照射され、したがって、基板ＩＣ領域の対応するサブ領域がいちいち露光される。投影系の倍率を考慮しながら、マスクパターンおよび基板が投影ビームの中を同期して移動される。連続的なプロセスにおいては、その後、マスクパターンの次のサブ領域が、いちいち、関連するＩＣ領域の対応するサブ領域上に結像される。このようにしてマスクパターン全体がＩＣ基板上に結像された後、基板ホルダがステッピング移動を行なう。すなわち、次のＩＣ領域の始めが投影ビーム内に移動される。その後、マスクが例えばその初期位置にセットされ、その後、前記次のＩＣ領域が走査露光される。ステップ・アンド・スキャニング方法では、結像領域の中央部分だけが使用され、したがって、この部分の光学収差だけを補正すれば済むため、比較的大きな開口数を使用することができる。このようにして、所望の質をもって結像されるデバイス特徴の幅及びそれらの相互空間を、一定の度合いまで減少させることができる。しかしながら、デバイスパターンの密度を高める本発明方法は、次世代のＩＣおよび他のデバイスにとって十分であるとはいえない。また、光学収差等の装置の不完全性、リソグラフィックプロセスの不完全性に起因して、実際には、開口数、波長、走査原理によって決まる理論的な限界に達しない。
【００７９】
実用的な数の、或は限られた数のサブパターン上に初期デバイスパターンの特徴を分布させる新たな方法により、また、対応するサブマスクを基板に重ね合わせて転写する新たな方法により、デバイスパターンの密度がかなり増大するという問題を解決することができる。転写法は、２つの隣り合うデバイス特徴またはストリップに関連して説明される。これらの各ストリップ形状特徴は、別個のマスクパターンの一部を形成する。
【００８０】
図２ａは、第１の特徴１０だけを有する第１のマスクパターンＣ１の非常に小さな部分の平面図である。この最も単純なケースにおいては、マスクがクロムマスクであり、特徴１０がクロム層１２内のストローク形状の開口である。図２ｂは、第２の特徴１４、すなわち、クロム層１６内のストローク形状の開口を有する第１のマスクパターンＣ２を示している。
【００８１】
図３ａは、マスク特徴を基板に転写するために使用される積層体の断面図である。この図において、参照符号２０は、基板、例えば半導体基板の上面を示している。層２２は、第１の処理層、例えば、第１の反射防止層２４でコーティングされたポリシリコン層である。層２６は、好ましくは第１の処理層と同じ材料から成る第２の処理層である。第２の処理層には、好ましくは第１の反射防止層と同じ材料から成る第２の反射防止層２８がコーティングされている。
【００８２】
マスク特徴１０、１４は、以下の方法で、第１の処理層２２に転写される。積層体にはレジスト層３０が設けられており、この層に第１のマスクパターンが結像される。レジスト層には、マスクパターンＣ１の特徴１０の位置に対応する位置に、放射線が照射される。レジスト・アンド・レジスト・ストリッピングを行なった後、すなわち、ポジレジストの場合に照射されなかったレジスト層の部分を除去した後は、図３ｂに示されるように、レジスト材料から成るストローク３２が層２８上に残る。その後、エッチングマスクのようなレジストパターンを使用して、反射防止層２８が最初にエッチングされた後、第２の処理層２６がエッチングされる。その後、第１のマスクパターンの特徴１０および他の特徴（図示せず）は、特徴３５すなわち図３ｃに示されるような処理層２６の材料のリッジに転写される。このリッジの上面には、反射防止材料から成るストローク３４が存在する。次の工程では、レジスト材料から成るストローク３２が除去される。レジストが有機材料であり、反射防止層が無機材料によって形成されていれば、反射防止層を破壊することなくレジストを簡単に除去することができる。図３ｄに示されるように、レジストを除去した後、残る積層体の上面は、特徴３５の位置および上面の他の位置が反射防止層によって構成される。パターン化されたレジスト層３２を介して処理層をエッチングする代わりに、好ましい場合には、パターン化されたレジスト層を介して反射防止層だけをエッチングした後、レジスト層を除去することもできる。その後、処理層は、処理層のための所謂ハードマスクを形成するパターン化された反射防止層３４を介してエッチングされる。
【００８３】
このようにして第１の特徴３５が転写された後、積層体には、図３ｅに示されるように、新たなレジスト層３６がコーティングされる。このレジスト層には、マスク特徴１４を備えた第２のマスクパターンが結像される。レジスト層３６を現像して、この層の露光部を除去した後、反射防止層２４上には、図３ｆに示されるように、レジスト材料から成るストローク３８が残る。その後、エッチングマスクとしてのレジストストローク３８および構成された特徴構造３５（上面に反射防止層３４を有する）を使用して、反射防止層２４および第１の処理層２２がエッチングされる。反射防止層３４および第２の処理層３５は、反射防止層２４および第１の処理層２２のエッチングと同時に除去される。その後、パターン化されたレジスト層３８が除去される。この時、マスク特徴１０、１４がデバイス特徴４０、４４にそれぞれ転写される。これらのデバイス特徴は、処理層２２の材料のリッジである。図３ｇに示されるように、これら両者のデバイス特徴は、反射防止材料４２、４６によってそれぞれ覆われる。更に別の特徴を転写する必要がない場合には、反射防止材料から成るストローク４２、４４が除去され、基板の上層に所望の構造を形成する２つのデバイス特徴４０、４４が残る。
【００８４】
デバイス特徴４０、４４に対応するマスク特徴を同時に結像する必要がないため、特徴４０、４４間の最小距離ｄを決定するのは、もはや投影系の解像度ではなくなる。この場合、最小距離ｄは、第２の処理層２６に予め形成されたデバイス特徴３５に対してマスク特徴１４を位置決めすることができる精度によって決定される。ここで、非常に高性能なアライメントサーボシステムを有するリソグラフィック投影装置を利用できる。このようなシステムを用いると、単一の機械で、１０ｎｍよりも良好な精度を得ることができる。すなわち、予め下側に形成してあるデバイス特徴に対するレジスト層の特徴の位置における誤差が、１０ｎｍよりも小さくなる。このような精密なアライメントサーボシステムを用いた新たな方法を使用することにより、デバイス特徴間の最小距離ｄを５０ｎｍのオーダーにすることができる。この新たな方法によれば、既に利用可能なアライメントサーボシステムの精度を最適に使用することができる。
【００８５】
本発明方法の利点は、レジスト層の各照射中に原形を保った反射防止層がレジスト層の下側に存在し、処理層をエッチングするために使用されるエッチングマスクの高さが低いままであるという点である。例えば、エッチングマスクの高さは、反射防止層の厚さと処理層の厚さとを合わせた厚さよりも低いかもしれない。エッチングマスクの高さが低いため、光学的な近接効果を無視することができる。
【００８６】
２つの隣り合うデバイス特徴を得るために、図３ａから図３ｈの実施形態のように２つのマスクパターンおよびアライメントサーボシステムを使用すると、マスクパターンの設計の自由度が大きくなる。デバイスパターンが僅かな期間における期間パターンである場合には、１つのマスクパターンを使用して、このパターンを、第１のデバイス特徴が形成された後、２つのデバイス特徴間で必要とされる距離と等しい距離にわたって移動することができる。
【００８７】
各反射防止層２４、２８は、反射防止膜とその上に形成される薄い酸化物層との二重層であってもよい。酸化物層は、下側の処理層がパターン化される時に、反射防止膜とこの二重層上にコーティングされるレジスト層との間を絶縁する。また、酸化物層は、酸化防止膜の不必要なエッチングを防止するエッチング停止層を形成する。
【００８８】
反射防止膜は、無機材料、例えばシリコン・オキシド・ナイトライドＳｉｚＯｘＮｙによって形成されている。反射防止膜には、この材料の特定の具体例、すなわち、シリコンナイトライド（ｚ＝１、ｘ＝０、ｙ＝１）を使用することが好ましい。この材料は、リソグラフィック分野で既に使用されており、本発明の方法の実施に非常に適している。
【００８９】
図４は、二重反射防止層を備えた積層体を示している。参照符号２０は、シリコン基板すなわちウエハを示している。基板を処理層２２から絶縁する非常に薄い所謂ゲート酸化物層２１が、この基板と例えばポリシリコンから成る第１の処理層２２との間に配置されている。第１の処理層上には、ＳｉＮ反射防止膜２４'および上側酸化物層２５が配置されている。層２５の上面には、第２の処理層２６が配置されている。処理層２６の上面には、ＳｉＮ反射防止膜２８'および上側酸化物層２９が配置されている。この二重層上には、レジスト層３０がコーティングされている。
【００９０】
積層体の実用的な実施形態において、ゲート酸化物層２１は２ｎｍの厚さを有している。ポリシリコン処理層２２、２６は、１００ｎｍおよび２０ｎｍの厚さをそれぞれ有している。各反射防止膜２４'、２８'は２３ｎｍの厚さを有しており、それらの上側の層２５、２９はそれぞれ１２ｎｍの厚さを有している。この実施形態において、エッチングマスクの最大高さは５５ｎｍである。第１のマスクパターン特徴１０がレジスト層３０に結像されてこの層が現像された後、上側酸化物層２９が２０秒間ドライエッチングされる。その後、標準的なレジストストリップを使用して、レジストが除去され、積層体がウェット・クリーニングされる。第２のポリシリコン処理層２６は、５秒間のクリーニング工程、１０秒間の主エッチング工程、１０秒間のオーバエッチング工程で、パターン化された上側酸化物層２９および反射防止膜２８'によって形成されるハードマスクを介して、エッチングされる。このエッチング中、積層体上にはレジストが全く存在しない。第２のレジスト層３６に第２のマスクパターン特徴１４が結像されてこの層が現像された後、層２９と同じ方法で上側酸化物層２５がエッチングされる。第２の処理層２６よりも５倍厚い第１のポリシリコン処理層２２は、３０秒間の主エッチング工程および３０秒間のオーバエッチング工程で、パターン化された酸化物層２５および反射防止膜２４'を介してエッチングされる。
【００９１】
デバイス特徴パターンの密度は、隣り合うデバイス特徴間の距離によって決定されるだけでなく、デバイス特徴の幅によっても決定される。
【００９２】
特徴間の距離が短くなると、２つの隣り合うマスクパターン特徴のレジスト層に形成される像のコントラストは低下し、処理層に形成されるこれらの特徴の幅は大きくなる。透過マスクである従来の純粋なクロムマスクの代わりに、位相シフト要素が設けられたクロムマスクを使用することにより、前記コントラストを高めることができる。光学的なリソグラフィで形成される像のコントラストを高める技術は、１９８２年１２月の電子デバイスにおけるＩＥＥＥ報告書のＥＤ−２９巻第１２号の２５から３２頁に記載された論文「位相シフトマスクを用いたフォトリソグラフィにおける分解能の向上」（Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔｉｎｇ  Ｍａｓｋ）において、レブンソン等（Ｌｅｖｅｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌｌ）によって最初に提案された。従来の透過マスクは、不透明体、好ましくは開口を有するクロム層によって覆われた透明の例えば石英基板を備えている。これらの開口は、所望の強度パターン、すなわち、基板の層に印刷されるデバイスパターンを形成する。このような透過マスクに電磁放射線を放射すると、この放射線の電場は、全ての開口で、同じ位相を有する。しかしながら、開口の縁部で放射線が回折されるとともに、投影レンズ系の解像度が限られているため、電場パターンが基板の高さで広がる。したがって、単一の小さなマスク開口は、基板の高さで、幅広い強度分布を形成する。隣り合う開口によって回折される波同士の干渉による強め合いにより、基板の高さで、開口の投影間の電場が強くなる。強度パターンは電場の平方に比例するため、２つの隣り合うマスク開口のこのパターンは、かなり高い度合いで均一に広がり、投影された開口の位置で２つの著しいピークを示さない。
【００９３】
図５は、位相シフト要素が設けられたクロムマスクのほんの一部を示している。このマスクは、クロム層４２によって覆われた透明基板４０を備えている。この層の開口４４、４６は、マスクパターンの２つの特徴を構成する。２つの開口の一方は、透明な位相シフト要素４８でコーティングされる。この要素は、λ／２（ｎー１）の厚さｄを有している。ここで、ｎは要素材料の屈折率であり、λは投影放射線の波長であり、隣り合う開口４４、４６を通じて伝わる波の位相が互いに１８０°ずれるようになっている。この時、隣り合う開口によって回折される波間で、干渉による弱め合いが生じ、これにより、電場すなわちウエハの高さでの開口の投影間の強度が最小になる。任意の投影系は、良好な解像度を有するそのような位相シフトマスクの像を、位相シフトがない対応するマスクよりも高いコントラストで投影する。
【００９４】
ＥＰ−Ａ０．６８０．６２４に記載された「クロムではない」位相シフトマスクは、コントラストおよび特徴幅に関して同様の向上を図ることができる。そのようなマスクのデバイス構造を形成するパターン構造は、クロムや他の不透明材料から成るパターン構造を備えていないが、パターンが相転移パターンである。図６は、１つの相転移すなわちマスク特徴５２を有する位相マスクのほんの一部を示している。参照符号５０は、透明なマスク基板を示している。相転移は、基板の表面５４と凹部５５との間の移行部分である。この領域の深さが、ｅで示されている。マスクは投影ＰＢを透過させるため、移行部分がこのビームに対して相転移である。このことは、凹部領域５５を通過した投影ビームＰＢの一部が、表面領域２４を通過したビーム部分とは異なる位相を有していることを意味する。これらのビーム部分間の位相差φ（ラジアン）は、以下の式によって与えられる。
φ＝（ｎ２−ｎ１）ｅ２π／λ
ここで、ｎ２はマスク基板の屈折率、ｎ１は一般的には空気である周囲媒体の屈折率（空気の場合、ｎ１＝１）、λは電磁放射線ビームである投影ビームの波長である。
【００９５】
位置ｘの関数であるビームの電場ベクトルＥの大きさは、位相構造を通過した後、グラフ５７のごとき変化を示す。このグラフにおける垂直勾配５８の位置は、相転移５２の位置と一致している。位置ｘの関数である電場ベクトルＥ'の大きさは、図６において単一のハーフレンズ素子により概略的に示される投影系ＰＬを通過した後、グラフ６０のごとき変化を示す。グラフ５７における垂直勾配５８が、グラフ６０においては、傾いた勾配６１に変化している。これは、投影レンズ系ＰＬが理想的な系ではないが点像分布関数を有している結果である。１つの点に１つの点が結像されるが、その放射線は、多かれ少なかれ、エアリーパターンを横切って広がる。投影系が理想的であった場合、電場ベクトルＥ'は、破線６２で示されるように垂直になる。電場ベクトルＥ'の大きさは投影ビームの振幅を示しており、これにより、グラフ６０は、レジスト層３０（３６）の面内における位置の関数として、ビームの振幅を示す。ビームの強度は振幅の平方に等しい（Ｉ＝Ｅ'２）ため、この強度は、位置ｘの関数として、グラフ６４のごとき変化を示す。グラフ６０のエッジ６１は、対向する勾配６５、６６を持った２つのエッジに変化した。このことは、位相シフトマスクパターンの直線状の相転移が、特定の幅ｗｉを有する１ストローク内に結像されることを意味している。
【００９６】
透過パターンの代わりに、反射位相シフトマスクパターン、すなわち、凹部領域５５および周囲領域５４の両方が反射性を有するパターンを使用してもよい。後者の場合、凹部領域の最適な深さ、すなわち、高さは、波長の１／４に等しい。
【００９７】
また、位相シフトマスクには、相転移の位置に、振幅要素、例えばクロム要素が設けられていてもよい。図６に破線で示されるそのような振幅要素５６は、放射線の入射を妨げる。相転移と振幅要素とを組み合わせると、後者がデバイス特徴の位置を決定し、前者がこの特徴の幅を決定する。
【００９８】
具体的な用途において、レジスト層に結像されるストリップの幅は、特に、投影系の開口数および照明のコヒーレンス値によって決まる。コヒーレンス値すなわちσ値は、投影系の瞳の面内での投影ビームの断面とこの系の開口との比である。したがって、σ値は、投影系が投影ビームによって満たされる程度を示し、通常、１よりも小さい。レジストを現像してエッチングした後に基板の関連する層に形成される例えばトランジスタゲート等のデバイス特徴の幅は、リソグラフィック投影装置で使用される照射線量によって決まる。照射線量は、投影量、すなわち、露光量、この領域上でのマスク特徴の結像中にレジスト層領域に入射する放射線の量である。開口数のパラメータ値、コヒーレンス値、照射線量が設定されると、位相マスクパターンの全ての相転移が、基板の層中の幅が同じストリップに転写される。例えば、２４８ｎｍの照射波長では、開口数ＮＡ＝０．６３、コヒーレンス値σ＝０．３５、１００ｎｍオーダーの特徴幅を得ることができる。しかしながら、実際には、１つのＩＣデバイスには、様々な幅を有するデバイス特徴、例えば様々なゲート長を有するトランジスタゲートが必要とされる。また、特徴幅を更に小さくする必要がある。
【００９９】
相転移に２つの補助特徴を加える技術においては、前述したパラメータを変えることなく、デバイス特徴の最小幅をかなり小さくすることができ、この幅をかなりの範囲で変化させることができる。
【０１００】
図７は、そのような補助特徴７０、７１が移行部分の両側に設けられた図６の相転移を示している。これらの補助特徴は、フォトレジストではそのような幅で結像されないような小さな（サブ解像度）幅を有しているが、回折効果を有しており、したがって、散乱バーと呼ぶことができる。これらの補助特徴は、クロムから成っていてもよく、例えば３００ｎｍの幅を有している。バー７０、７１は相転移５２に対して対称的に配置されており、それらの相互の距離は例えば２．５μｍである。バー７０は、マスク基板の上層５４に載置されている。バー７１を支持するため、相転移をマークする時に、マスク基板材料から成る小さな支柱７３を残しておかなければならない。この支柱の大きさは、ウェットエッチングで最適化することができる。
【０１０１】
相転移５２に属する散乱バー７０、７１は、レジスト層に転写されず、相転移の像に影響を与える。散乱バーに入射する照射線の一部は、図６の強度ピーク５８へと方向付けられ、当初の強度ピークを有する放射線と干渉し、したがって、このピークを修正する。補助特徴を加える技術は、レジスト層に形成される特徴の像の幅、すなわち、瞬時に形成される基板層に印刷されるデバイス特徴の幅が、主に、一対の散乱バー間の相互の距離によって決定されるという認識に基づいている。また、散乱バーの幅、これらのバーの透過率、これらのバーによって生じる位相シフトは、レジストに形成されるデバイス特徴の像の幅に影響を与える。
【０１０２】
図８は、印刷されたデバイス特徴の幅の変化を示している。この幅ＷＩＦは、線幅とも呼ばれ、散乱バーの相互の距離ｐの関数である。この例において、投影系が倍率Ｍ＝１／４を有している場合、バーの幅Ｗｂは、基板の高さで９０ｎｍであり、マスクの高さで３６０ｎｍである。破線のグラフＶｓは、コンピュータシミュレーションで得られた線幅を示しており、実線のグラフＶｅは、実験によって得られた線幅を示している。これらの実験は、コヒーレンス値σが０．３５で且つ開口数ＮＡが０．６３であるステッピング・リソグラフィック装置を用いて行なわれた。実験における焦点深度は、幅が最も小さい特徴の場合、約０．５μｍであった。照射線量の許容範囲は約１０％であった。
【０１０３】
図８のグラフＶｅは、相互距離ｐが大きくなるにつれて印刷されたデバイス特徴の幅ＷＩＦが小さくなることを示している。また、グラフＶｅは、散乱バー間の距離ｐを２５０ｎｍから６００ｎｍ（基板の高さで）の間で変えるだけで、印刷された特徴の幅を２７０ｎｍから５０ｎｍの間の、任意の値に正確に設定できることを示している。すなわち、一対のバーにより、印刷されるデバイス特徴の幅を、最大幅が最小幅の５倍を超える幅広い範囲から選択することができる。
【０１０４】
一例として、図９は、ポリシリコンから成る第１の処理層でエッチングされる２つのデバイス特徴８０、８１の断面を示している。この場合、新たな二重露光および散乱バーを有する位相マスクが使用された。図は、約６０ｎｍの幅を有し且つ互いの距離ｐが約６０ｎｍであるデバイス特徴を製造できることを示している。これらのデバイス特徴を印刷するため、図４の積層体およびこの積層体に関して挙げられた処理工程が使用された。使用された投影装置は、２４８ｎｍの波長で動作し、開口数ＮＡ＝０．６３およびコヒーレンス値σ＝０．３５を有する。
【０１０５】
前述したように、印刷されたデバイス特徴の幅は、主に、散乱バー間の距離ｐによって決定される。しかしながら、これらのバーの幅Ｗｂ、これらのバーの透過、これらのバーによって生じる投影ビームにおける位相シフトは、最終的な幅に影響を与える。パラメータＷｂ、透過率、位相は、印刷されたデバイス特徴の幅の細かい調整のために使用できる。
【０１０６】
基本的に、補助特徴は、不透明バーまたはストリップではなく、相転移によって構成されてもよい。そのような相転移補助特徴の幅は、そのような特徴がレジスト層内でそのまま結像されることを防止するために、非常に小さくなければならない。このことは、相転移の形態を成す補助特徴を有するマスクパターンの製造を更に難しくする。
【０１０７】
透過マスクの場合に、その周囲よりも低い透過率を有する補助特徴は、不透明な補助特徴に代わる良好な代替物を形成する。透過率が低い補助特徴は、減衰補助特徴と呼ぶことができ、所謂減衰位相マスクのデバイス特徴に匹敵する。ＰＣＴ出願ＷＯ９９／４７９８１に記載されているように、減衰位相マスクは、周囲の透過率よりも低い、例えば５％のオーダーの透過率を有するストリップによってマスクパターン特徴が構成される位相マスクの特定の例である。そのようなマスクパターン特徴は、投影ビームの位相および振幅の両方に影響を与える。
【０１０８】
本発明の方法および図３、４に係る積層体の特定の構造により、第３、第４等のサブマスクを使用して、これらのマスクを第３、第４等のレジスト層に結像することができる。その後、第３、第４等の処理層および第３、第４等の反射防止層（図３）または反射防止層＋上側酸化物層が、図３または図４の積層体に加えられなければならない。処理層をエッチングするエッチングマスクは、外形が小さく、その最大高さが処理層の厚さと反射防止層の厚さとを合わせた高さであるため、エッチングを非常に正確に行なうことができる。使用される必要な数のサブマスク、すなわち、積層体の連続する照射数は、マスクパターン全体の複雑度および密度によって決まる。マスクパターン全体の複雑度および密度は、基板層に形成されるデバイスパターンの複雑度および密度によって決定されるだけでなく、様々な目的でマスクパターンに加えられる他の特徴によっても決まる。
【０１０９】
マスクパターンのための最も単純なマスク構造は、例えば透過クロムマスクである。バイナリマスクとも呼ばれる透過マスクの各パターン特徴は、結像され、関連する基板層に形成されるデバイス特徴に対応する。透過サブマスクの代替物は、反射領域および非反射領域のパターンを備える反射サブマスクである。反射サブマスクは、バイナリマスクのカテゴリーに属する。
【０１１０】
マスクパターンのための更に複雑なマスク構造は、位相シフト要素を有する透過マスクまたは反射マスクである。位相シフト要素を加えることは、マスクパターンの密度が増大することを意味する。
【０１１１】
マスクパターンのための他のマスク構造は、透過マスクまたは反射マスクであってもよい位相マスクである。透過位相マスクについては、図６において前述した。この図は、マスク表面５４から凹部領域５５に向かい且つレジスト層のストリップ形状の照明６８を実現するために使用される垂直な移行部分を１つだけ示している。しかしながら、マスクは、このストリップを形成するために使用される。したがって、基板層中の対応するデバイス特徴は、図１０に示されるように、凹部領域５５からマスク表面５４に向かう第２の移行部分を備えている。この図においては、第１の移行部分が実線の垂直ライン５３で示されており、また、第２の移行部分が破線の垂直ライン５６で示されている。第２の移行部分がレジスト層にも結像されることを防止するため、１８０°の位相シフトを引き起こす移行部分５６は、それぞれが小さな位相シフトを引き起こす多数のサブ移行部分（サブ相転移）に細分割される。例えば、それぞれが６０°の位相シフトを引き起こす３つのサブ移行部分（サブ相転移）５９１、５９２、５９３が凹部領域５５の後縁部に存在していてもよい。複数のサブ移行部分からの複数の投影ビーム部分は異なる位相を有しており、また、サブ移行部分の領域からの放射線は、不鮮明にされ、図６の領域６８のような小さな領域に集束されない。サブ移行部分には、マスクパターン内の別個の空間が必要とされる。図７の位相マスク内の補助特徴すなわちバー７０、７１にも、幾つかの空間が必要とされる。この補助特徴は、デバイス特徴の幅を制御するために使用される。
【０１１２】
光リソグラフィック投影装置の投影系は、その解像度の境界で使用されるため、マスクパターン特徴の結像はもはや完全ではなく、特にこれらの特徴の全ての縁部で収差を伴う。例えば、図１１に示されるように、９０°ベンド９０°の特徴が湾曲したベンド９２として結像されてもよく、また、図１２に示されるように、正方形の特徴領域９６が円形領域９８として結像されてもよい。これらの収差を補正するため、小さな所謂光近似補正（ＯＰＣ）要素９３、９９がそれぞれオリジナルマスクパターンに加えられてもよい。ＯＰＣ要素９３、９９は、セリフと呼ばれる。図１３に示されるように、ストリップ形状マスクパターン特徴の直線状の縁部１０１は、湾曲した縁部１０３として結像されてもよい。直線状の縁部を有する像を得るために、ハンマーヘッドと呼ばれるＯＰＣ要素１０５がオリジナルマスクパターンに加えられてもよい。図１４に示されるように、幾つかのパターン特徴を互いに近接して配置し、その次の特徴１０９を大きな距離をもって配置してもよい。そのようなパターン部分を結像する時に、特徴１０７の最後の像と特徴１０９との間のレジスト層にアーチファクトが形成される場合がある。そのようなアーチファクトの形成を防止するため、小さな散乱バー１１０をオリジナルマスクパターンに加えてもよい。散乱バー１１０は、結像されないが、投影放射線を回折させ、アーチファクトを形成する放射線と干渉することによりアーチファクトを形成しないようにする。一例として図１５に示されるように、マスクパターンは、ＯＰＣ要素および散乱バーの両方を備えている。この図は、実際に使用されるマスクパターンのほんの一部を示している。図示の一部分は、多数のセリフ９９および互いに垂直な２つの散乱バー１０９を備えている。
【０１１３】
結像工程の不完全性および／または他の複数のプロセスの不完全性により、処理層でのマスクパターン特徴の転写が特定の収縮を伴う場合がある。すなわち、印刷されるデバイス特徴の幅や長さが対応するマスク特徴のそれよりも小さくなったり短くなったりする。そのような収縮を補正するため、オリジナルデザイン特徴の幅や長さを大きくしてもよく、これは、マスク特徴のサイジングとして知られている。これが、図１６に示されている。この図では、オリジナルデザイン特徴１１２が破線で示されており、サイジングされた特徴１１４が実線で示されている。
【０１１４】
ＯＰＣ要素およびサイジングのために必要なマスクパターンにおける別個の空間はそれ自体比較的小さいが、ＯＰＣおよびサイジング技術を適用すると、補正されたパターン特徴が１または複数の隣り合う特徴と非常に近接するようになることがある。このことは、ＯＰＣおよびサイジング技術を適用できないことを意味する。
【０１１５】
前述した位相シフト要素、補助特徴、ＯＰＣ要素、散乱バーは、一般に、デバイス特徴または対応する特徴に関連付けられた特徴として言及することができる。
【０１１６】
非常に高密度という問題や、マスクパターン特徴同士の距離が非常に短いという問題は、バイナリマスク、位相マスク、補助特徴を有する位相マスク、あるいは、ＯＰＣ要素、散乱バー、サイジングされた特徴が設けられたこれらのマスクのそれぞれにおいては共に生じ得るが、多数のサブパターン上に対応する特徴を有するデバイス特徴を分配することにより、また、前述した特定の積層体によって関連する基板層にサブパターンの転写を重ね合わせることにより、解決することができる。
【０１１７】
禁止対称性と呼ばれる特定の対称性を示すマスクパターン部分を、そのような対称性を顕在化させる投影系の収差に起因して、所望の画質で結像できないという問題を解決するために、前記分配方法と特定のリソグラフィック積層体とを組み合わせて使用することができる。例えば、マスクパターン部分が３つの軸に沿って対称性を示す場合、投影系の３点収差により、この部分の像が乱れる可能性がある。この種の収差は、２０００年のＳＰＩＥの会報における４０００巻の４０から４６頁の、Ｃ．プログラ−氏等（Ｃ．Ｐｒｏｇｌｅｒ  ｅｔ  ａｌ）の論文「ゼルニケ係数：本当に十分なのか？」（Ｚｅｒｍｉｌｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ：Ａｒｅ  ｔｈｅｙ  ｒｅａｌｌｙ  ｅｎｏｕｇｈ？）に記載されている。
【０１１８】
また、マスクパターンの特殊な照射、例えば、ダイポール照射やクオドラポール照射等の所謂軸外照射を投影装置で使用する場合には、禁止対称性と呼ばれる特定の周期性を示すマスクパターン部分を所望の画質で結像することができない。例えば、軸外ビーム、例えば環状断面を有するビームがマスクパターンを照射する場合、マスクパターンを結像するために、一次回折されるサブビームだけが使用される。このことは、一次サブビームだけが投影系の瞳中に完全に収まり、二次、更に高次のサブビームがこの瞳中に収まらないことを意味している。最初に高次のサブビームがマスクパターン部分によって回折される角度は、この部分内での期間によって決定されるため、すなわち、期間が短ければ短いほど、回折角度は大きくなるため、所定の期間範囲においてのみ必要条件を満たせば良い。前記所定の範囲の期間よりもパターン期間が短い場合には、一次ビームが瞳からシフトし、形成される像が不完全になる。前記所定の範囲の期間よりもパターン期間が長い場合には、二次ビームおよび他の高次のビームが瞳へとシフトし、形成される像が乱れる。したがって、期間が前記所定の範囲から外れないようにする。クオドラポール照射の場合、瞳の４つの象限の一部だけが照射され、他の期間およびマスクパターンの対称性が妨げられる。オリジナルデザインのマスクパターンにおいて生じる、禁止期間および対称性の撹乱効果は、このパターンの特徴を多数のサブマスクパターン上に分配することにより、実質的に低減可能であり、あるいは、除去可能である。これらのサブパターンは個別に結像されるため、これらのサブパターンの照射状態をそのパターン構造に適合させることができ、これによって、サブパターンを最適な方法で結像させることができる。
【０１１９】
実際に、２次元のＸ−ＹパターンのＸ方向に延びるパターン特徴にとって最適な照射状態は、Ｙ方向に延びるパターン特徴にとって最適な照射状態と異なる場合がある。本発明においては、特定の積層体を使用して、Ｘ特徴およびＹ特徴を第１のサブマスクパターン内および第２のサブマスクパターン内にそれぞれ配置することができ、両方のパターンを重ね合わせて結像することができる。Ｘ特徴およびＹ特徴の両方にとって最適な照射状態を選択することができる。
【０１２０】
また、本発明は、オリジナルマスクパターン特徴をサブマスクパターン上に分配する効果的な方法を提供する。効果的とは、サブマスクパターンの全てが収差感受パターン部分を全く有しておらず、サブマスクの数ができる限り少ないことを意味している。収差感受パターン部分という用語は、所定の照射状態下で結像される時に像が収差を受けるパターン部分を意味している。収差感受性は、投影系の解像度から見て非常に小さい、パターン特徴同士、補助特徴同士、ＯＰＣ要素および散乱バー同士の最小距離、収差なく結像できないという投影系固有の不能性の原因となる特徴パターンにおける対称性、所定の種類の照射に適合しない、或は殆ど適合しない特徴パターンにおける空間的な周期、所定の種類の照射に殆ど適合しない特徴のマスク面の方向性によって生じる場合がある。
【０１２１】
以下、フリップ・フロップ回路に関して分配方法の実施形態を説明する。開始点は、規格化されたファイル、例えばＧＤＳ２−ファイルの形態を成す回路のレイアウトまたはデザインである。このファイルは、回路を共に構成するポリゴンとも呼ばれるマスク特徴の長いリストから成る。図１７は、フリップ・フロップ回路のオリジナルデザインの、マスクパターンの一部を示している。このパターンは、１２個のポリゴン１２１ないし１３２を備えている。このパターンにおける一般的な規則は、隣り合うポリゴン部分同士の距離が所定の最小距離よりも大きくなければならないという規則である。前記所定の最小距離は、特に、投影系の解像度によって決定される。この規則に違反する場合、マスクパターンにおける位置は、斜線が施された小さなストローク１３５によって示される。全体で、そのような位置は１８個ある。第１のステップとして、多数の違反を伴うポリゴンが選択され、このポリゴン、６つの違反を示すポリゴン１２３が、図１８ａに示される第１のサブマスクパターン１２０ａへと移動される。次のステップで、多数の違反を有するポリゴンが残りのポリゴンから選択される。これは、４つの違反を示すポリゴン１２６である。ポリゴン１２６は、ポリゴン１２３から十分な距離をもって位置されているため、第１のサブマスクパターン１２０ａ中で違反を導くことなく第１のサブパターン１２０ａへと移動できる。残りのオリジナルマスクパターンは、３つの違反をそれぞれ伴う３つのポリゴン１２１、１２７、１３０を備えている。これらのポリゴンは、ポリゴン１２３、１２６までの距離が非常に短いため、第１のサブマスクパターンへと移動することができない。したがって、ポリゴン１２１、１２７、１３０は、他のサブマスクへと移動しなければならず、また、それらの間で違反が生じないように、１つのサブマスクへと移動することができる。ポリゴン１２１、１２７、１３０を備えるサブマスクパターン１２０ｂが図１８ｂに示されている。ポリゴン１２２、１２４、１２５、１２８、１２９、１３１、１３２を備える残りのオリジナルマスクパターンは、違反を全く示さない。これにより、これらのポリゴンは、図１８ｃに示される第３のサブマスクパターンである１つのサブマスクパターンに残ることができる。図１８ｄは、異なる格付けによって互いに区別される３つの
サブマスクパターンを一括して示すために加えられた。
【０１２２】
３つのサブマスクパターンを重ね合わせて結像するためには、図１９に示されるような３つの処理層を備えた積層体を使用しなければならない。図１９の積層体は、図４の積層体に類似しているが、第３の処理層２６'と第３の反射防止層２８"と第３の酸化物層２９'とを用いて拡張されている。これらの層は、層２６、２８'、２９と同じ厚さ及び材料から成ることが好ましい。
【０１２３】
デバイス特徴同士が十分な距離をもっているが、そこにＯＰＣ要素、散乱バー、補助特徴を加えて、デバイス特徴の正確で確実な結像を得なければならない状態でマスクパターンを転写するために、ポリゴンまたはデバイス特徴が互いに非常に近接している状態で基板層にマスクパターンを転写する、前述した方法と同じ方法を使用することができる。また、本発明方法は、デバイス特徴が互いに非常に近接しており且つＯＰＣ要素、散乱バー、補助特徴を備えたマスクパターンを転写する場合にも使用することができる。サブマスクパターン上の分配は、前記ＯＰＣ要素、散乱バー、補助特徴が、それらが属するデバイス特徴のサブマスクパターンへと移動するようになっていなくてはならない。既に述べたように、本発明方法は、禁止対称性および期間をマスクパターンから除去するとともに、第１のＸ方向および第２のＹ方向に延びるパターン特徴が同じ照射条件下で結像されないようにする場合にも使用することができる。パターンのＸパターン特徴およびＹパターン特徴だけを第１および第２のサブマスクパターンにそれぞれ移動しなければならない場合には、２つの処理層だけを有する積層体が必要である。
【０１２４】
様々なサブマスクパターンを結像するために多くの異なる照射条件が必要とされる場合には、対応する数の投影装置を使用することができる。この場合、各投影装置は、それによって結像される特定のサブマスクパターンに適合される。一般に、基板層を形成するのに必要なサブマスクパターンを形成するために、照射の種類とは無関係に、様々な投影装置を使用することができる。
【０１２５】
従来、特徴の各サブパターンは、このパターンを備えるサブマスクをレジスト層に光学的に結像させることにより、対応する基板層に転写されると考えられてきた。しかしながら、光学的な投影装置以外の投影装置、例えば、Ｅ−ビーム投影装置等の荷電粒子線装置によって少なくとも１つのサブパターンをレジスト層に転写することもできる。マスクを使用してこのマスクを結像する代わりに、サブパターンを層中に書き込むことにより、サブパターンをレジスト層に転写することもできる。書き込み装置は、電子ビーム書き込み装置等の荷電粒子線装置であってもよい。少なくとも１つのサブパターンのためのデータは、その後にサブパターンを積層体上のレジスト層に直接書き込むＥ−ビーム装置に供給される。レジスト層は、マスクパターンが光学的に結像される層の材料と同じ材料から成っていてもよい。オリジナルマスクパターンが比較的少数の小さな特徴を備えている場合、および／または製造されるデバイスの数が少ない場合、Ｅ−ビーム装置の使用は魅力的である。
【０１２６】
図１８から図１８ｄの例において、マスクパターン１２０ａから１２０ｃのうちの１つの特徴は、他のサブマスクパターンの特徴と重なり合う部分を全く有していない。しかしながら、１つの特徴に属するストリップ、例えば特徴１２１（図１８ｂ）の２つの残されたストリップ１３６、１３８は、互いに非常に近接していてもよい。その後、サブ特徴レベルでの分配を行なうことができる。すなわち、図２０に一例として示されるように、１つの特徴に属する部分が様々なサブマスクパターン上に分配される。デザイン特徴１４０は、水平ストリップ１４２と、３つの垂直ストリップ１４４、１４６、１４８とを備えている。この場合、１４６および１４８は互いに非常に接近している。ストリップ１４２、１４４、１４６にそれぞれ対応するストリップ１４２'、１４４'、１４６'を有する特徴１４０'を備える第１のサブマスクパターンが形成される。デザインパターンのストリップ１４８の長さと一致する長さを有するストリップ１４８'は、第２のサブマスクパターンに配置されなければならない。極めて重要な状態は、基板層に印刷された特徴のストリップ１４８、１４２間に開口が無い状態である。すなわち、ストリップ１４８はストリップ１４２と一体でなければならない。印刷された特徴において、ストローク１４８がストリップ１４２と一体にならないことを避けるために、ストリップ１４８'は、第２のサブマスクパターンのこのストリップ１４８"が第１のサブマスクパターンのストリップ１４２'と部分的に重なるように延ばされる。そのような重なりは、本発明の方法において全く問題を生じない。
【０１２７】
図３ａから図３ｈの実施形態のように、ポジレジスト層のみを使用する代わりに、ポジレジスト層とネガレジスト層とを組み合わせて使用してもよい。ブランク（空き）領域の小さな特徴を結像しなければならない場合であって、パターンのミラー反転が必要な場合、一般に、ネガレジスト層は、暗視野マスクと組み合わせて使用される。
【０１２８】
特徴分配方法と積層体とを組み合わせることにより、関連する基板層に印刷された特徴間の距離をかなり短くすることができる。特徴の幅を小さくすることが望まれる場合、レジストアッシングという公知の技術を更なる処理工程として加えることができる。図２１は、移行部分１８２にクロムストリップ１８４を有する位相シフトマスク１８０が使用される実施形態に関するこの技術の原理を示している。そのようなマスクを用いてレジスト層を露光した後、移行部分の位置でレジストによって受けられる放射線の強度が曲線１８６で示されている。曲線１８６を横切る水平線１８８は、現像のための閾値を示している。現像後、基板１９０上にレジストパターンが得られる。レジスト特徴１９２は、所定の幅Ｗｒおよび高さＨｒを有している。その後、レジストパターンは、Ｏ２プラズマエッチングによってエッチングされる。レジスト特徴の側面および上面では、レジスト材料が灰状の物質に変化して除去される。このレジストアッシングにより、かなり減少したレジスト特徴１９４が得られる。このようにして、レジスト特徴の幅を数１０％だけ小さくすることができる。レジストアッシングは、２０００年のＳＰＩＥにおける４０００巻のＰ３５８のＳ．ナカオ等（Ｓ．Ｎａｋａｏ  ｅｔ  ａｌ）による論文「サブ５０ｎｍパターン形成へのＫｒ−Ｆリソグラフィの拡張」（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｋｒ−Ｆ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ｔｏ  ｓｕｂ−５０ｎｍ  ｐａｔｔｅｒｎ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を実行することができるリソグラフィック投影装置の一実施形態を概略的に示している。
【図２ａ】  図２ａおよび図２ｂは、新たな方法に使用される、第１の特徴を有する第１のマスクパターンおよび第２の特徴を有する第２のマスクパターンの一部をそれぞれ示している。
【図２ｂ】  図２ａおよび図２ｂは、新たな方法に使用される、第１の特徴を有する第１のマスクパターンおよび第２の特徴を有する第２のマスクパターンの一部をそれぞれ示している。
【図３ａ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｂ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｃ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｄ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｅ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｆ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｇ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図３ｈ】  図３ａから図３ｈは、本発明方法の連続する処理ステップを示している。
【図４】  本発明方法で使用される積層体の一実施形態を示している。
【図５】  位相マスクの一部を示している。
【図６】  位相マスクの像形成理論を示している。
【図７】  補助特徴が設けられた位相マスクの一部を示している。
【図８】  印刷されたデバイス特徴の幅を、補助特徴の相互距離の関数として示している。
【図９】  ２つのデバイス特徴と、新たな方法および図７のマスクによって得られるそれらのデバイスの相互の距離とを示している。
【図１０】  段状の相転移を有する位相マスク特徴を示している。
【図１１】  セリフＯＰＣ要素を有するマスク特徴ベンドを示している。
【図１２】  セリフＯＰＣ要素を有する正方形のマスク特徴を示している。
【図１３】  ハンマーヘッドＯＰＣ要素を有するストリップ状のマスク特徴を示している。
【図１４】  散乱バーを有するマスクパターンの一部を示している。
【図１５】  セリフおよび散乱バーを有する実用的なマスクパターンの小部分を示している。
【図１６】  マスクパターン特徴のサイジングを示している。
【図１７】  フリップ・フロップ回路のオリジナルデザインパターンを示している。
【図１８ａ】  図１８ａから図１８ｄは、３つのサブパターン上にこのパターンの特徴を分配した状態を示している。
【図１８ｂ】  図１８ａから図１８ｄは、３つのサブパターン上にこのパターンの特徴を分配した状態を示している。
【図１８ｃ】  図１８ａから図１８ｄは、３つのサブパターン上にこのパターンの特徴を分配した状態を示している。
【図１８ｄ】  図１８ａから図１８ｄは、３つのサブパターン上にこのパターンの特徴を分配した状態を示している。
【図１９】  基板層に図１７のマスクパターン特徴を転写するために使用される積層体を示している。
【図２０】  一部が短い距離にあるパターン特徴と、パターン特徴を形成するために使用される重合特徴を有する２つのサブパターンマスクとを示している。
【図２１】  レジストアッシング技術を示している。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図３ｅ】
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【図３ｆ】
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【図３ｇ】
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【図３ｈ】
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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１６】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１８ｄ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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