(57)【要約】【課題】フォトマスクの誤整列及び取替えによる収率及び量産性の低下を最小化しながら、二重露光によって一層微細化された感光膜パターンを形成できる二重露光用フォトマスクを提供する。また、前記二重露光用フォトマスクを用いた二重露光方法を提供する。【解決手段】上下に均等に配列された第１領域ａと第２領域ｂとに区分されるマスク基板１０２と;該マスク基板１０２の前記第１領域ａ上に形成される第１マスクパターン１０４と;前記マスク基板１０２の前記第２領域ｂ上に形成される第２マスクパターン１０６と；を含んで二重露光用フォトマスクを構成する。【選択図】図２
2007072423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;
該マスク基板の第１領域上に形成される第１マスクパターンと;
前記マスク基板の第２領域上に形成される第２マスクパターンと；
を含むことを特徴とする二重露光用フォトマスク。
【請求項２】
感光膜が形成された基板の所定領域上に、請求項１によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;
前記フォトマスクの第１領域に形成された第１マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;
前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを上側あるいは下側に移動させる段階と;
前記フォトマスクの第２領域に形成された第２マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含むことを特徴とする二重露光方法。
【請求項３】
前記第１マスクパターン及び前記第２マスクパターンは、第１方向及び第２方向にそれぞれ配列されており、
前記第１露光段階では、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行い、
前記第２露光段階では、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行うことを特徴とする請求項２に記載の二重露光方法。
【請求項４】
前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向であることを特徴とする請求項３に記載の二重露光方法。
【請求項５】
左右に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;
該マスク基板の第１領域上に形成される第１マスクパターンと;
前記マスク基板の第２領域上に形成される第２マスクパターンと；を含むことを特徴とする二重露光用フォトマスク。
【請求項６】
感光膜が形成された基板の所定領域上に、請求項５によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;
前記フォトマスクの第１領域に形成された第１マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;
前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを左側あるいは右側に移動させる段階と;
前記フォトマスクの第２領域に形成された第２マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含むことを特徴とする二重露光方法。
【請求項７】
前記第１マスクパターン及び前記第２マスクパターンは、第１方向及び第２方向にそれぞれ配列されており、
前記第１露光段階では、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行い、
前記第２露光段階では、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行うことを特徴とする請求項６に記載の二重露光方法。
【請求項８】
前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向であることを特徴とする請求項７に記載の二重露光方法。
【請求項９】
上下に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;
該マスク基板の前記第１領域及び前記第２領域上にそれぞれ形成され、互いに同一でない第１方向及び第２方向にそれぞれ配列される第１マスクパターン及び第２マスクパターンと；を含むことを特徴とする二重露光用フォトマスク。
【請求項１０】
感光膜が形成された基板の所定領域上に、請求項９によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;
前記フォトマスクの第１領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;
前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを上側に移動させる段階と;
前記フォトマスクの第２領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含むことを特徴とする二重露光方法。
【請求項１１】
前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向であることを特徴とする請求項１０に記載の二重露光方法。
【請求項１２】
左右に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;
該マスク基板の前記第１領域及び前記第２領域上にそれぞれ形成され、互いに同一でない第１方向及び第２方向にそれぞれ配列される第１マスクパターン及び第２マスクパターンと；を含むことを特徴とする二重露光用フォトマスク。
【請求項１３】
感光膜が形成された基板の所定領域上に、請求項１２によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;
前記フォトマスクの第１領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;
前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを左側に移動させる段階と;
前記フォトマスクの第２領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含むことを特徴とする二重露光方法。
【請求項１４】
前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向であることを特徴とする請求項１３に記載の二重露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトマスクの誤整列及び取替えによる収率及び量産性の低下を最小化しながら、二重露光によって一層微細化された感光膜パターンを形成できる二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子が高集積化、超微細化されるにつれて、半導体基板上に一層微細化された線幅及び間隔を有するパターンを形成する必要が生じてきた。このように一層微細化された線幅及び間隔を有するパターンを半導体基板上に実現するためには、感光膜パターンの線幅及び間隔も一層微細に形成すべきである。
【０００３】
しかしながら、露光工程における光の干渉現象による解像度の限界及び現在用いられる露光装置の限界などによって、単一の露光工程を通して所定水準以上に超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターンを形成することは不可能であった。そのため、露光工程の構成を一部変更することで、一層微細化された感光膜パターンを形成しようとする試みが幾度も行われた。
【０００４】
特に、２回の分離された露光工程を通して、半導体基板上に一層微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターンを形成するための二重露光方法は、従来から提案されたものである。
【０００５】
以下、従来の二重露光方法及びその問題点を、図面に基づいて説明する。
【０００６】
図１は、従来の二重露光方法を簡略に示した図である。
【０００７】
図１に示すように、従来の二重露光方法では、まず、第１マスクパターン１４、例えば、第１光遮断膜パターンまたは第１位相シフト膜パターンが第１マスク基板１２上に形成された第１フォトマスク１０と、第２マスクパターン２４、例えば、第２光遮断膜パターンまたは第２位相シフト膜パターンが第２マスク基板２２上に形成された第２フォトマスク２０と、をそれぞれ準備する。
【０００８】
その後、感光膜パターンが形成される半導体基板の所定領域上に前記第１フォトマスク１０を配置した後、該第１フォトマスク１０に形成された第１マスクパターン１４をマスクとして、前記半導体基板の所定領域上に第１露光を行う。
【０００９】
その後、前記第１フォトマスク１０を取り除き、前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域上に前記第２フォトマスク２０を配置した後、該第２フォトマスク２０に形成された第２マスクパターン２４をマスクとして、前記半導体基板の所定領域上に第２露光を行う。
【００１０】
ところが、前記第１フォトマスク１０の第１マスクパターン１４及び前記第２フォトマスク２０の第２マスクパターン２４は、現在の露光工程の解像度限界内で感光膜パターンを良好に形成できる程度の線幅及び間隔を有して形成されたものである。そのため、前記第１露光段階及び前記第２露光段階を順次行うと、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域上には、第１マスクパターン１４及び前記第２マスクパターン２４にそれぞれ対応する感光膜パターンが良好に形成される。
【００１１】
その結果、前記第１マスクパターン１４及び前記第２マスクパターン２４にそれぞれ対応する感光膜パターンを、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域上に一緒に形成することで、図１に示すように(図１の三番目の図面を参照)、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域３０上には、一層超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターン３２が実現される。
【００１２】
しかしながら、従来の二重露光方法においては、第１フォトマスク１０及び第２フォトマスク２０をそれぞれ別途に用いて第１露光段階及び第２露光段階を順次行うため、前記第１フォトマスク１０または前記第２フォトマスク２０を前記半導体基板の所定領域上に配置する過程で、これらフォトマスク１０，２０に対する誤整列が発生する場合、前記半導体基板の所定領域３０上に最終的に実現された感光膜パターン３２に好ましくない間隔が与えられることで、感光膜パターンの不良が発生しえる。
【００１３】
なお、この感光膜パターンの不良は、半導体素子の不良につながるため、半導体素子の製造収率を低下させる大きな要因となるが、特に、半導体基板上に実現しようとする感光膜パターンの間隔が一層微細化されるほど、上記の問題点が大きく発生する。
【００１４】
さらに、従来の二重露光方法においては、前記第１フォトマスク１０を用いた第１露光段階後、この第１フォトマスク１０を取り除き、前記第２フォトマスク２０を正確な位置に配置するなどの過程を行うが、フォトマスクの取替えに伴う一連の過程により二重露光工程及びこれを含む半導体素子製造工程の量産性及び収率が低下するしかなかった。
【００１５】
【特許文献１】米国特許第６，８２１，６８９号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６８６，１０２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、フォトマスクの誤整列及び取替えによる収率及び量産性の低下を最小化しながら、二重露光によって一層微細化された感光膜パターンを形成できる二重露光用フォトマスクを提供することを目的とする。
【００１７】
また、前記二重露光用フォトマスクを用いた二重露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明の第１実施形態は、上下に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;該マスク基板の第１領域上に形成される第１マスクパターンと;前記マスク基板の第２領域上に形成される第２マスクパターンと；を含む二重露光用フォトマスクを提供する。
【００１９】
また、本発明は、感光膜が形成された基板の所定領域上に、本発明の第１実施形態によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;前記フォトマスクの第１領域に形成された第１マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを上側に移動させる段階と;前記フォトマスクの第２領域に形成された第２マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含む二重露光方法を提供する。
【００２０】
本発明の第１実施形態による二重露光方法において、前記第１マスクパターン及び前記第２マスクパターンは、第１方向及び第２方向にそれぞれ配列されており、前記第１露光段階では、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行い、前記第２露光段階では、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行う。
【００２１】
このとき、前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向である。
【００２２】
本発明の第２実施形態は、左右に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;該マスク基板の第１領域上に形成される第１マスクパターンと;前記マスク基板の第２領域上に形成される第２マスクパターンと；を含む二重露光用フォトマスクを提供する。
【００２３】
また、本発明は、感光膜が形成された基板の所定領域上に、本発明の第２実施形態によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;前記フォトマスクの第１領域に形成された第１マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを左側に移動させる段階と;前記フォトマスクの第２領域に形成された第２マスクパターンをマスクとして、前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含む二重露光方法を提供する。
【００２４】
本発明の第２実施形態による二重露光方法において、前記第１マスクパターン及び前記第２マスクパターンは、第１方向及び第２方向にそれぞれ配列されており、前記第１露光段階では、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行い、前記第２露光段階では、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行う。
【００２５】
このとき、前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向である。
【００２６】
また、本発明の第３実施形態は、上下に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;該マスク基板の前記第１領域及び前記第２領域上にそれぞれ形成され、互いに同一でない第１方向及び第２方向にそれぞれ配列される第１マスクパターン及び第２マスクパターンと；を含む二重露光用フォトマスクを提供する。
【００２７】
また、本発明は、感光膜が形成された基板の所定領域上に、本発明の第３実施形態によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;前記フォトマスクの第１領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行う第１露光段階と;前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを上側に移動させる段階と;前記フォトマスクの第２領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に露光を行う第２露光段階と；を含む二重露光方法を提供する。
【００２８】
また、本発明の第３実施形態による二重露光方法において、前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向である。
【００２９】
また、本発明の第４実施形態は、左右に均等に配列された第１領域と第２領域とに区分されるマスク基板と;該マスク基板の前記第１領域及び前記第２領域上にそれぞれ形成され、互いに同一でない第１方向及び第２方向にそれぞれ配列される第１マスクパターン及び第２マスクパターンと；を含む二重露光用フォトマスクを提供する。
【００３０】
また、本発明は、感光膜が形成された基板の所定領域上に、本発明の第４実施形態によるフォトマスクの第１領域を配置する段階と;前記フォトマスクの第１領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第１方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第１露光を行う段階と;前記フォトマスクの第２領域を前記第１露光が行われた基板の所定領域上に配置するために、前記フォトマスクを左側に移動させる段階と;前記フォトマスクの第２領域に形成された第１及び第２マスクパターンをマスクとして、前記第２方向に偏光された光で前記基板の所定領域に第２露光を行う段階と；を含む二重露光方法を提供する。
【００３１】
本発明の第４実施形態による二重露光方法において、前記第１方向及び前記第２方向は、互いに垂直方向である。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、フォトマスクの誤整列及び取替えによる収率及び量産性の低下を最小化しながら、二重露光によって一層微細化された感光膜パターンを形成できるという効果がある。
【００３３】
また、本発明は、半導体素子の高集積化、超微細化及び収率向上に大きく寄与できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成に対し、図面に基づいて説明する。
【００３５】
第１実施形態
図２は、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図で、図６は、図２乃至図５のフォトマスクを用いて二重露光を行った後、基板上に形成される感光膜パターンを示した図である。
【００３６】
図２に示すように、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスク１００は、まず、同一の幅Ａを有して上下に均等に配列された第１領域ａと第２領域ｂとに区分されるマスク基板１０２を備えている。
【００３７】
このマスク基板１０２の第１領域ａ上には、所定の第１マスクパターン１０４、例えば、クロムなどの光遮断物質からなる第１光遮断膜パターンまたはモリブデン系位相シフト物質からなる第１位相シフト膜パターンが形成される。
【００３８】
また、前記マスク基板１０２の第２領域ｂ上には、所定の第２マスクパターン１０６、例えば、クロムなどの光遮断物質からなる第２光遮断膜パターンまたはモリブデン系位相シフト物質からなる第２位相シフト膜パターンが形成される。
【００３９】
一方、本発明の第１実施形態によるフォトマスク１００は、前記第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６の構成に応じて、バイナリマスク及び位相シフトマスクなどを含む如何なる種類のフォトマスクにもなり得る。なお、上述した構成を除けば、第１実施形態のフォトマスクは、当該技術分野でよく知られた通常の構成を有するので、これに対する説明は省略する。
【００４０】
次に、本発明の第１実施形態によるフォトマスク１００を用いた二重露光方法に対し、具体的に説明する。
【００４１】
まず、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスク１００を準備し、感光膜パターンが形成される半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第１領域ａを整列及び配置する。
【００４２】
その後、前記フォトマスク１００の第１領域ａに形成された前記第１マスクパターン１０４をマスクとして、前記半導体基板の所定領域に第１露光を行う。
【００４３】
その後、前記フォトマスク１００の第２領域ｂを前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域上に整列及び配置するために、前記フォトマスク１００を上側に移動させる。すなわち、前記第１露光段階で前記フォトマスク１００の第１領域ａが配置されていた前記半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第２領域ｂが整列及び配置されるように、前記第１領域ａの幅Ａだけ前記フォトマスク１００を上側に移動させる。
【００４４】
その後、前記フォトマスク１００の第２領域ｂに形成された前記第２マスクパターン１０６をマスクとして、前記半導体基板の所定領域に第２露光を行う。
【００４５】
前記二重露光工程を行うと、図６に示すように、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上には、前記第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４が形成されるが、このとき、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６は、現在の露光工程の解像度限界内で感光膜パターンを良好に形成できる程度の線幅及び間隔を有して形成されたものである。そのため、光の干渉現象などから発生する問題点がなく、前記半導体基板の所定領域２００上には、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４が良好に形成される。
【００４６】
その結果、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４を、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上に一緒に形成することで、図６に示すように、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上には、全体的に一層超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターン２０２，２０４が実現される。
【００４７】
また、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法を適用する場合、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、二重露光工程におけるフォトマスク１００の取替え及びこれに伴う複雑な過程が不要になり、二重露光工程及びこれを含む半導体素子の製造工程の収率及び量産性が大きく向上する。
【００４８】
さらに、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、従来のように、二つのフォトマスクを別途の過程を通して正確に整列する必要がない。ただ、第１領域ａの幅Ａだけフォトマスク１００を上側に移動させた後、第２露光段階を直ぐに行えばよいので、フォトマスクの整列及び配置のための過程が大きく単純化される。その上、第１露光段階と第２露光段階との間でフォトマスクの誤整列が発生しなくなり、フォトマスクの誤整列による感光膜パターンの不良及びこれによる半導体素子の収率低下を最小化できる。
【００４９】
一方、本発明の第１実施形態による二重露光方法で前記第１露光段階及び第２露光段階を行うとき、図２に示すように、輪帯(annular)照明系３００を用いることで、全く偏光されない光を光源として適用するか、または、ダイポール(dipole)照明系３０２，３０４を用いることで、所定方向に偏光された光を光源として適用する。
【００５０】
このとき、形成しようとする感光膜パターンが一層稠密な間隔及び均一な大きさを有する場合、前記所定方向に偏光された光を光源として適用して前記第１露光段階及び第２露光段階を行うことが好ましい。
【００５１】
すなわち、図２に示すように、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が第１方向(図２の垂直方向)及び第２方向(図２の水平方向)にそれぞれ配列される場合、前記第１露光段階では、光を第１方向(図２の垂直方向)に偏光させるダイポールＸ照明系３０２を用いることで、前記第１方向に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に露光を行い、かつ、前記第２露光段階では、光を第２方向(図２の水平方向)に偏光させるダイポールＹ照明系３０４を用いることで、前記第２方向に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に露光を行える。このような構成により、一層稠密な間隔及び均一な大きさを有する感光膜パターンは、一層高い解像度を有して良好に形成される。
【００５２】
また、本発明の第１実施形態では、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が垂直方向及び水平方向に配列されることで、前記二重露光工程を通して互いに垂直方向に配列された感光膜パターン２０２，２０４を半導体基板の所定領域２００上に形成する場合を例示したが、本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法により、図１に示した一層微細化された間隔及び線幅を有するライン＆スペース状の感光膜パターン及びその他の多様な形態の感光膜パターンを形成できる。
【００５３】
第２実施形態
以下、本発明の第２実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成に対し、図面に基づいて説明する。なお、第２実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成は、第１実施形態とほぼ同一であり、一部の構成のみが異なるので、第１実施形態と異なる構成のみを説明する。
【００５４】
図３は、本発明の第２実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図で、図６は、図２乃至図５のフォトマスクを用いて二重露光を行った後、基板上に形成される感光膜パターンを示した図である。
【００５５】
図３に示すように、本発明の第２実施形態による二重露光用フォトマスク１００の構成は、第１実施形態による二重露光用フォトマスクとほぼ同一であり、ただ、マスク基板１０２上に均等に配列される第１領域ａ及び第２領域ｂが上下でなく左右に配列される点で、第１実施形態による二重露光用フォトマスクと異なる。すなわち、第２実施形態による二重露光用フォトマスク１００は、同一の幅Ｂを有して左右に均等に配列される第１領域ａと第２領域ｂとに区分されたマスク基板１０２を備えている。
【００５６】
第１実施形態によるフォトマスクと同様に、第２実施形態によるフォトマスク１００においても、前記マスク基板１０２の第１領域ａ上に所定の第１マスクパターン１０４、例えば、第１光遮断膜パターンまたは第１位相シフト膜パターンが形成され、前記マスク基板１０２の第２領域ｂ上に所定の第２マスクパターン１０６、例えば、第２光遮断膜パターンまたは第２位相シフト膜パターンが形成される。
【００５７】
また、第２実施形態によるフォトマスク１００を用いた二重露光方法の構成は、第１実施形態による二重露光方法とほぼ同一であり、ただ、第１露光段階後、フォトマスク１００を上側に移動させ、前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域上に前記フォトマスク１００の第２領域ｂを整列及び配置するのではなく、フォトマスク１００を前記第１領域ａの幅Ｂだけ左側に移動させ、前記第１露光段階で前記フォトマスク１００の第１領域ａが配置されていた前記半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第２領域ｂを整列及び配置する点で第１実施形態による二重露光方法と異なる。
【００５８】
その後、第１実施形態による二重露光方法と同じく第２露光段階を行うと、第１実施形態と同様に、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４を、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上に一緒に形成することで、図６に示すように、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上には、全体的に一層超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターン２０２，２０４が実現される。
【００５９】
また、本発明の第２実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法においても、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、二重露光工程におけるフォトマスク１００の取替え及びこれに伴う複雑な過程が不要になり、かつ、二つのフォトマスクを別途の過程を通して正確に整列する必要がない。ただ、第１領域ａの幅Ｂだけフォトマスク１００を左側に移動させた後、第２露光段階を直ぐに行えばよいので、フォトマスクの整列及び配置のための過程が大きく単純化される。かつ、第１露光段階と第２露光段階との間でフォトマスクの誤整列が発生しなくなり、フォトマスクの誤整列による感光膜パターンの不良及びこれによる半導体素子の収率低下を最小化できる。
【００６０】
さらに、本発明の第２実施形態による二重露光方法においても、図３に示すように、前記第１露光段階及び第２露光段階を行うとき、輪帯(annular)照明系３００を用いることで、全く偏光されない光を光源として適用するか、または、ダイポール(dipole)照明系３０２，３０４を用いることで、所定方向に偏光された光を光源として適用する。
【００６１】
また、前記所定方向に偏光された光を光源として適用する場合、例えば、図３に示すように、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が第１方向(図３の垂直方向)及び第２方向(図３の水平方向)にそれぞれ配列されたとき、前記第１露光段階では、光を第１方向(図３の垂直方向)に偏光させるダイポールＸ照明系３０２を用いることで、前記第１方向に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に露光を行い、かつ、前記第２露光段階では、光を第２方向(図３の水平方向)に偏光させるダイポールＹ照明系３０４を用いることで、前記第２方向に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に露光を行える。このような構成により、一層稠密な間隔及び均一な大きさを有する感光膜パターンは、一層高い解像度を有して良好に形成される。
【００６２】
また、本発明の第２実施形態においても、前記二重露光工程を通して、互いに垂直方向に配列された感光膜パターン２０２，２０４を半導体基板の所定領域２００上に形成するだけでなく、図１に示した一層微細化された間隔及び線幅を有するライン＆スペース状の感光膜パターン及びその他の多様な形態の感光膜パターンも形成できる。
【００６３】
第３実施形態
以下、本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成に対し、図面に基づいて説明する。
【００６４】
図４は、本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図で、図６は、図２乃至図５のフォトマスクを用いて二重露光を行った後、基板上に形成される感光膜パターンを示した図で、図７は、ＫｒＦダイポールＸ照明系を用いて垂直方向に偏光させた光で露光した後、垂直方向に配列された感光膜パターンのみが実現された状態を示した図である。
【００６５】
図４に示すように、本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスク１００は、まず、同じ幅Ａを有して上下に均等に配列された第１領域ａと第２領域ｂとに区分されるマスク基板１０２を備えている。
【００６６】
このマスク基板１０２の第１領域ａ上には、所定の第１マスクパターン１０４、例えば、クロムなどの光遮断物質からなる第１光遮断膜パターンまたはモリブデン系位相シフト物質からなる第１位相シフト膜パターンと、所定の第２マスクパターン１０６、例えば、クロムなどの光遮断物質からなる第２光遮断膜パターンまたはモリブデン系位相シフト物質からなる第２位相シフト膜パターンと、が形成され、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６は、前記マスク基板１０２の第２領域ｂ上にも同じく形成される。
【００６７】
ここで、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６は、第１方向(図４の垂直方向)及び第２方向(図４の水平方向)にそれぞれ配列されるが、この第１方向及び第２方向は、互いに同一方向でない、常に異なる方向になるべきである。後でさらに詳しく説明するが、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が同一方向に配列される場合、所定方向に偏光された光を光源として適用しても、第１露光段階及び第２露光段階で前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６の全てが解像されるので、二重露光工程を通して限界解像度以上の微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターンが形成されることはない。
【００６８】
すなわち、第１実施形態及び第２実施形態とは異なって、第３実施形態による二重露光用フォトマスク１００は、互いに異なる方向に配列された二つの感光膜パターンを実現するために用いられるだけで、同一方向に配列された一つの感光膜パターン、例えば、図１に示した一層微細化された間隔及び線幅を有するライン＆スペース状の感光膜パターンを実現するためには用いられない。
【００６９】
一方、本発明の第３実施形態によるフォトマスク１００は、前記第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６の構成に応じて、バイナリマスク、位相シフトマスクなどを含む如何なる種類のフォトマスクにもなり得るが、上述した構成を除けば、当該技術分野でよく知られた通常のフォトマスクの構成を有するので、これに対する説明は省略する。
【００７０】
次に、本発明の第３実施形態によるフォトマスク１００を用いた二重露光方法に関して具体的に説明する。
【００７１】
まず、本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスク１００を準備し、感光膜パターンが形成された半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第１領域ａを整列及び配置する。
【００７２】
その後、前記フォトマスク１００の第１領域ａに形成される前記第１マスクパターン１０４をマスクとして、例えば、ダイポールＸ照明系を用いることで、前記第１マスクパターン１０４の配列方向と同一の第１方向(図４の垂直方向)に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に第１露光を行う。
【００７３】
図７に示すように、例えば、ＫｒＦ ０．８０ＮＡ ダイポールＸ ３５度照明系を用いて１:１ライン＆スペース感光膜パターンを実現する場合、この照明系によって光が垂直方向に偏光されることで、これと同一の垂直方向に配列されたマスクパターンは、前記偏光された光によって解像され、これに対応する感光膜パターンを形成できるが、水平方向に配列されたマスクパターンは、解像度が不足することで前記偏光された光によって解像されず、これに対応する感光膜パターンを形成できない。
【００７４】
したがって、前記第１露光段階を行うと、前記第１方向(図４の垂直方向)に偏光された光によって、これと同一の第１方向に配列された第１マスクパターン１０４のみが解像されることで、これに対応する感光膜パターン２０２のみを前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域２００上に形成できる(図６を参照)。
【００７５】
一方、前記第１露光段階を行った後、前記フォトマスク１００の第２領域ｂを前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域上に整列及び配置するために、前記フォトマスク１００を上側に移動させる。すなわち、前記第１露光段階で前記フォトマスク１００の第１領域ａが配置されていた前記半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第２領域ｂを整列及び配置するために、前記第１領域ａの幅Ａだけ前記フォトマスク１００を上側に移動させる。
【００７６】
その後、前記フォトマスク１００の第２領域ｂに形成された前記第２マスクパターン１０６をマスクとして、例えば、ダイポールＹ照明系を用いることで、前記第２マスクパターン１０６の配列方向と同一の第２方向(図４の水平方向)に偏光された光で前記半導体基板の所定領域に第２露光を行う。
【００７７】
上記のように第２露光段階を行うと、前記第１露光段階と同一の原理に基づき、前記第２方向(図４の水平方向)に偏光された光によって、これと同一の第２方向に配列された第２マスクパターン１０６のみが解像されることで、これに対応する感光膜パターン２０４のみを前記第２露光が行われた半導体基板の所定領域２００に形成できる(図６を参照)。
【００７８】
すなわち、前記第１露光段階及び第２露光段階では、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６の配列方向と同一の方向に偏光させた光をそれぞれ光源として適用することで、第１露光段階では、前記半導体基板の所定領域２００上に前記第１マスクパターン１０４に対応する感光膜パターン２０２が選択的に形成され、第２露光段階では、前記半導体基板の所定領域２００上に前記第２マスクパターン１０６に対応する感光膜パターン２０４が選択的に形成される(図６を参照)。
【００７９】
このとき、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６は、現在の露光工程の解像度限界内で感光膜パターンを良好に形成できる程度の線幅及び間隔を有して形成されたものである。そのため、前記二重露光工程を通して、光の干渉現象などから発生する問題点なしに、前記半導体基板の所定領域２００上には、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４が一緒に良好に形成される。その結果、図６に示すように、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上には、全体的に一層超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターン２０２，２０４が実現される。
【００８０】
ただ、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が同一方向に配列される場合、上述したように、所定方向に偏光された光を光源として適用しても、第１露光段階及び第２露光段階で前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６の全てが解像されることで、２回の単一露光工程を行った場合と同じ結果をもたらすので、二重露光工程を通して限界解像度以上の微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターンが形成されることはない。
【００８１】
すなわち、第３実施形態による二重露光用フォトマスク１００及びこれを用いた二重露光方法は、互いに異なる方向に配列された二つの感光膜パターンを実現するために用いられるだけで、同一方向に配列された一つの感光膜パターン、例えば、図１に示した一層微細化された間隔及び線幅を有するライン＆スペース状の感光膜パターンを実現するためには用いられない。
【００８２】
一方、本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法を適用した場合も、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、二重露光工程におけるフォトマスク１００の取替え及びこれに伴う複雑な過程が不要になり、二重露光工程及びこれを含む半導体素子の製造工程の収率及び量産性が大きく向上する。
【００８３】
さらに、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、従来のように、二つのフォトマスクを別途の過程を通して正確に整列する必要がない。ただ、第１領域ａの幅Ａだけフォトマスク１００を上側に移動させた後、第２露光段階を直ぐに行えばよいので、フォトマスクの整列及び配置のための過程が大きく単純化される。かつ、第１露光段階と第２露光段階との間でフォトマスクの誤整列が発生しなくなり、フォトマスクの誤整列による感光膜パターンの不良及びこれによる半導体素子の収率低下を最小化できる。
【００８４】
一方、本発明の第３実施形態では、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が垂直方向及び水平方向に配列されることで、前記二重露光工程を通して、互いに垂直方向に配列された感光膜パターン２０２，２０４を半導体基板の所定領域２００上に実現する場合を例示したが、その他の多様な形態の感光膜パターンも形成できる。
【００８５】
第４実施形態
以下、本発明の第４実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成に対し、図面に基づいて説明する。なお、第４実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法の構成は、第３実施形態とほぼ同一であり、一部の構成のみが異なるので、第３実施形態と異なる構成のみを説明する。
【００８６】
図５は、本発明の第４実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図で、図６は、図２乃至図５のフォトマスクを用いて二重露光を行った後、基板上に形成される感光膜パターンを示した図である。
【００８７】
図５に示すように、本発明の第４実施形態による二重露光用フォトマスク１００の構成は、第３実施形態による二重露光用フォトマスクとほぼ同一であり、ただ、マスク基板１０２上に均等に配列される第１領域ａ及び第２領域ｂが上下でなく左右に配列される点で、第３実施形態による二重露光用フォトマスクと異なる。すなわち、第４実施形態による二重露光用フォトマスク１００は、同じ幅Ｂを有して左右に均等に配列された第１領域ａと第２領域ｂとに区分されるマスク基板１０２を備えている。
【００８８】
また、第３実施形態によるフォトマスクと同様に、第４実施形態によるフォトマスク１００においても、前記マスク基板１０２の第１領域ａ上には、所定の第１マスクパターン１０４、例えば、第１光遮断膜パターンまたは第１位相シフト膜パターンと、所定の第２マスクパターン１０６、例えば、第２光遮断膜パターンまたは第２位相シフト膜パターンと、が形成され、前記マスク基板１０２の第２領域ｂ上にも、前記第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成される。
【００８９】
また、第４実施形態によるフォトマスク１００においても、前記第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６は、互いに同一でない第１方向(図５の垂直方向)及び第２方向(図５の水平方向)にそれぞれ配列される。
【００９０】
また、第４実施形態によるフォトマスク１００を用いた二重露光方法の構成は、第３実施形態による二重露光方法とほぼ同じ構成であり、ただ、第１露光段階を行った後、フォトマスク１００を上側に移動させ、前記第１露光が行われた半導体基板の所定領域上に前記フォトマスク１００の第２領域ｂを整列及び配置するのではなく、フォトマスク１００を前記第１領域ａの幅Ｂだけ左側に移動させ、前記第１露光段階で前記フォトマスク１００の第１領域ａが配置されていた前記半導体基板の所定領域上に、前記フォトマスク１００の第２領域ｂを整列及び配置する点で第３実施形態による二重露光方法と異なる。
【００９１】
その後、第３実施形態による二重露光方法と同じく第２露光段階を行うと、第３実施形態と同様に、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６にそれぞれ対応する感光膜パターン２０２，２０４を前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上に一緒に良好に形成することで、図６に示すように、前記二重露光が行われた半導体基板の所定領域２００上には、全体的に一層超微細化された線幅及び間隔を有する感光膜パターン２０２，２０４が実現される。
【００９２】
また、本発明の第４実施形態による二重露光用フォトマスク及びこれを用いた二重露光方法においても、一つのフォトマスク１００内に第１マスクパターン１０４及び第２マスクパターン１０６が一緒に形成されるため、二重露光工程におけるフォトマスク１００の取替え及びこれに伴う複雑な過程が不要になり、かつ、二つのフォトマスクを別途の過程を通して正確に整列する必要がない。ただ、第１領域ａの幅Ｂだけフォトマスク１００を左側に移動させた後、第２露光段階を直ぐに行えばよいので、フォトマスクの整列及び配置のための過程が大きく単純化される。かつ、第１露光段階と第２露光段階との間でフォトマスクの誤整列が発生しなくなり、フォトマスクの誤整列による感光膜パターンの不良及びこれによる半導体素子の収率低下を最小化できる。
【００９３】
さらに、本発明の第４実施形態による二重露光方法においても、前記二重露光工程を通して、互いに垂直方向に配列された感光膜パターン２０２，２０４を半導体基板の所定領域２００上に形成するだけでなく、その他の多様な形態の感光膜パターンも形成できる。ただ、第３実施形態と同様に、前記第１マスクパターン１０４及び前記第２マスクパターン１０６が互いに同一でない第１方向及び第２方向にそれぞれ配列されるため、第４実施形態のフォトマスク１００は、同一方向に配列された一つの感光膜パターン、例えば、図１に示した一層微細化された間隔及び線幅を有するライン＆スペース状の感光膜パターンを実現するためには用いられない。
【００９４】
以上、本発明の好ましい実施形態に対して説明したが、本発明の権利範囲は、これに限定されるものではなく、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲で定義する本発明の基本概念を用いた多様な変形及び改良が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】従来の二重露光方法を示した図である。
【図２】本発明の第１実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図である。
【図４】本発明の第３実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図である。
【図５】本発明の第４実施形態による二重露光用フォトマスクを示した図である。
【図６】図２乃至図５のフォトマスクを用いて二重露光を行った後、基板上に形成される感光膜パターンを示した図である。
【図７】ＫｒＦダイポールＸ照明系を用いて垂直方向に偏光させた光で露光した後、垂直方向に配列された感光膜パターンのみが実現された状態を示した図である。
【符号の説明】
【００９６】
１００  フォトマスク、１０２  マスク基板、１０４  第１マスクパターン、１０６  第２マスクパターン、３００  輪帯照明系、３０２，３０４  ダイポール照明系。
【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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