(57)【要約】【課題】フォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法において、サイドローブの発生を避けつつ微細な密集パターン及び孤立スペースパターンの両方のＤＯＦを向上する。【解決手段】フォトマスク４０は、透明基板１１と、透明基板１１上に、スペース（１６、１７）を挟んで対向する部分を有する第１マスクパターン１４ｂ及び第２マスクパターン（１４ａ、１５）を備える。第１マスクパターン１４ｂは、光を部分的に透過させる半遮光部１３ｂと、遮光部１２ｂとを含む。第１マスクパターン１４ｂにおいて、半遮光部１３ｂは、遮光部１２ｂを挟んでスペース（１６、１７）と対向する部分を有する配置である。第１マスクパターン１４ｂの寸法は（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きく、スペース（１６、１７）の寸法は（０．５×λ／ＮＡ）×Ｍ以下である（λは露光光の波長、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数、Ｍは前記縮小投影光学系の倍率）。【選択図】図１
2012068296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板上に、スペースを挟んで対向する部分を有するように形成された第１マスクパターン及び第２マスクパターンを備え、
前記第１マスクパターンは、光を部分的に透過させる半遮光部と、遮光部とを含み、
前記第１マスクパターンにおいて、前記半遮光部は、前記遮光部を挟んで前記スペースと対向する部分を有するように配置され、
前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について、
前記第１マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きく、
前記スペースの寸法は、（０．５×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは前記縮小投影光学系の倍率である）。
【請求項２】
請求項１のフォトマスクにおいて、
前記第２マスクパターンは遮光部からなり、
前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について、
前記第２マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項３】
請求項１のフォトマスクにおいて、
前記半遮光部及び前記遮光部は、前記第２マスクパターンにも他の半遮光部及び他の遮光部として含まれており、
前記第２マスクパターンにおいて、前記他の半遮光部は、前記他の遮光部を挟んで前記スペースと対向するように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項４】
請求項３のフォトマスクにおいて、
前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について、
前記第２マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きいことを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について、前記遮光部の寸法及び前記半遮光部の寸法は、λ、ＮＡ及びＭに基づいて設定されていることを特徴とするフォトマスク（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは前記縮小投影光学系の倍率である）。
【請求項６】
請求項５のフォトマスクにおいて、
前記遮光部の寸法は、（０．１３×λ／ＮＡ）×Ｍ以上であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項７】
請求項５又は６のフォトマスクにおいて、
前記遮光部の寸法は、（１．１３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記半遮光部の寸法は、（０．４２×λ／ＮＡ）×Ｍ以上であることを特徴とするフォトマスク。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記半遮光部は、前記スペースと同位相で光を透過させることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記遮光部は、前記半遮光部を囲むように配置されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１１】
請求項１０のフォトマスクにおいて、
前記遮光部の幅は、前記半遮光部の凹コーナー部よりも前記半遮光部の凸コーナー部において広いことを特徴とするフォトマスク。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記半遮光部は、前記遮光部によって複数の部分に分割されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記遮光部は、前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について前記半遮光部に挟まれた部分を有することを特徴とするフォトマスク。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記半遮光部の光透過率は、前記半遮光部を透過した光が、感光領域を発生させる光強度よりも弱い光強度となるように設定されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つのフォトマスクにおいて、
前記半遮光部は、前記遮光部を挟んで前記スペースと対向する部分のみに配置されていることを特徴とするフォトマスク。
【請求項１６】
反射基板と、
前記反射基板上に、スペースを挟んで対向する部分を有するように形成された第１マスクパターン及び第２マスクパターンとを備え、
前記第１マスクパターンは、光を部分的に反射させる半反射部と、光を実質的に反射しない非反射部とを含み、
前記第１マスクパターンにおいて、前記半反射部は、前記非反射部を挟んで前記スペースと対向するように配置され、
前記第１マスクパターンと前記第２マスクパターンとの対向方向について、
前記第１マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きく、
前記スペースの寸法は、（０．５×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であることを特徴とするフォトマスク（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは前記縮小投影光学系の倍率である）。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１つのフォトマスクを用いるパターン形成方法において、
基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、
前記レジスト膜に、前記フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、
前記露光光が照射された前記レジスト膜を現像し、前記レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備えることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１８】
請求項１７のパターン形成方法において、
前記工程（ｂ）において、斜入射照明を用いることを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体集積回路装置の製造に用いられる微細パターン形成用のフォトマスクと、そのフォトマスクを用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体を用いて実現する大規模集積回路装置（以下ＬＳＩと称する）の高集積化を実現するために、回路パターンの微細化がますます必要となっている。その中でも素子分離に関して、ＬＳＩには、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory ）等に代表される微細な密集パターンと、スタンダードセル等で多く見られる微細な孤立スペースパターンとが同時に存在する。ＬＳＩの高集積化のためには、これら２種類のパターンを同時に微細化することが重要になっている。
【０００３】
微細な密集パターンの形成には、超解像露光と呼ばれる斜入射露光を用いることが行なわれている。この方法は、より微細な密集パターンを形成するために有利であると共に、周期的に配置された密集パターンのＤＯＦ（Depth Of Focus、焦点深度）を向上させる効果も有する。しかしながら、斜入射露光方法は、孤立スペースパターンに対しては解像度向上の効果が無く、逆に、ＤＯＦを大きく劣化させてしまう。
【０００４】
この一方、微細な孤立スペースパターンを形成するために干渉度の小さい光源を用いると、微細な密集パターンの形成が困難になる。
【０００５】
以上のように、微細な孤立スペースパターンと微細な密集パターンとに対する最適照明条件は、相反関係にある。従って、微細な密集パターンの形成と微細な孤立スペースパターンの形成とを同時に行なうために、光源からの垂直入射成分及び斜入射成分のいずれも存在するように、干渉度が０．５〜０．６程度の光源を用いている。
【０００６】
しかしこの場合、垂直入射成分と斜入射成分の両方が相殺されるので、密集パターンと孤立スペースパターンとを同時に微細化して更なる半導体装置の微細化を実現することは困難である。
【０００７】
これに対しては、例えば特許文献１に記載されているように、補助パターンを用いることが有効である。
【０００８】
微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いた場合、孤立スペースパターンの部分ではＤＯＦの大幅な低下が起る。これに対し、図１５に示すように補助パターン３１をメインパターン３０の近傍に配置すると、孤立スペースパターンの部分におけるＤＯＦを拡大することができる。
【０００９】
図１６には、図１５に例示したパターンに対して斜入射照明を用いた場合について、図１５のXVI-XVI'線における光強度を表すグラフである。光透過部からなるメインパターン３０（孤立スペースパターンに対応する）の近くに、解像不能な寸法の光透過部からなる補助パターン３１を配置して露光を行なう。これにより、図１６に示すように、光強度が明、暗、明、暗、明と周期性を持つようになり、結果として孤立スペースパターンの部分におけるＤＯＦが向上する。
【００１０】
このとき、補助パターン３１について、ウェハ上に転写されるのを避けるために、メインパターン３０よりも小さい、解像限界以下の寸法に設定する必要がある。また、一般的に補助パターンはメインパターンに対してルールベース配置される。補助パターンの配置後に、メインパターンに対してモデルベースＯＰＣ（Optical Proximity Correction）を行なうのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−１４０６３９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述のように、補助パターンは解像限界以下の寸法であることが必要である。しかしながら、回路パターンの微細化に伴い、大きなＤＯＦ拡大の効果を得るために必要な補助パターンの大きさは、解像限界に近い寸法になっている。更に、補助パターンは、スタンダードセルのようなランダムなパターンに対してルールベースにより配置される。
【００１３】
これらのことから、周辺のメインパターンの環境次第では、補助パターンに対応する光強度が、転写の生じる光強度の閾値を越えてしまうことがある。この場合、サイドローブと呼ばれる不要なパターンがウェハ上に形成される。
【００１４】
また、補助パターンは、メインパターンよりも小さい寸法であることが必要である。しかしながら、メインパターン自体が微細化されてマスク作成限界に近付くに従い、メインパターンよりも小さく設計される補助パターンを有するマスクの製造は困難になる。
【００１５】
また、フォトマスクにおける補助パターンの寸法変動は、転写されるメインパターンの寸法に大きく影響するので、補助パターンのマスクは高い寸法精度に作成する必要がある。しかし、補助パターンはマスク作成限界の近くまで小さくなっているので、高い寸法精度にマスクを作成することは難しく、不可能にもなり得る。更に、マスクの検査等も困難になり、マスクの作成時間の長期化、マスクの製造コストの上昇を起こす可能性がある。
【００１６】
以上に鑑み、本開示の技術は（特に、微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いる場合の孤立スペースパターンについて）ＤＯＦを向上することができ且つ転写後のパターンにサイドローブを発生させることのないフォトマスク及びそれを用いたパターン形成方法を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本願発明者等は、前記のような光透過部からなる補助パターンを用いることなくＤＯＦを向上させると共にサイドローブの発生を抑える方法を種々検討した。その結果、フォトマスクを用いた露光に際し、光強度分布に明、暗、明、暗のような周期性を持たせるために、露光光を部分的に透過させる半遮光部を利用することに想到した。
【００１８】
具体的に、本開示の第１のフォトマスクは、透明基板と、透明基板上に、スペースを挟んで対向する部分を有するように形成された第１マスクパターン及び第２マスクパターンを備え、第１マスクパターンは、光を部分的に透過させる半遮光部と、遮光部とを含み、第１マスクパターンにおいて、半遮光部は、遮光部を挟んでスペースと対向する部分を有するように配置され、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、第１マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きく、スペースの寸法は、（０．５×λ／ＮＡ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは縮小投影光学系の倍率である）。
【００１９】
このようなフォトマスクによると、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、第１マスクパターンの半遮光部、第１マスクパターンの遮光部、スペース、第２マスクパターン、と並んでいる。従って、露光時にこれらの部分に対応する光強度分布において、明、暗、明、暗、のような周期性を持たせることができ、ＤＯＦを向上させることができる。特に、微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いると、半遮光部を備えないバイナリマスクの場合とは異なり、スペースのＤＯＦについても大きくなるので、いずれのパターンについてもより適正に形成することができる。
【００２０】
ここで、半遮光部の光透過率は、フォトマスクを用いて露光を行なう際に、半遮光部を透過した光がレジスト等を感光しない（感光領域を発生させない）光強度となるように設定することができる。これにより、ＤＯＦ向上のために設けた半遮光部が、不要なパターン（サイドローブ）を発生させるのを避けることができる。これと共に、第１マスクパターンにおける半遮光部及び遮光部の寸法について、マスクの加工限界よりも大きい寸法にすることができる。つまり、フォトマスクの作成がより容易になる。
【００２１】
尚、第２マスクパターンは遮光部からなり、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、第２マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であっても良い。
【００２２】
スペースを介して第１マスクパターンと対向する部分の第２マスクパターンの寸法が小さい場合には、第２マスクパターンを遮光部からなるものにすると共に、以上の寸法に設定する。これにより、いずれのパターンについてもＤＯＦを向上させることができる。
【００２３】
また、半遮光部及び遮光部は、第２マスクパターンにも他の半遮光部及び他の遮光部として含まれており、第２マスクパターンにおいて、他の半遮光部は、他の遮光部を挟んでスペースと対向するように配置されていても良い。
【００２４】
このようにすると、第１マスクパターンの半遮光部、第１マスクパターンの遮光部、スペース、第２マスクパターンの遮光部、第２マスクパターンの半遮光部、と並ぶので、露光時の光強度分布において、明、暗、明、暗、明、との周期性が実現する。これにより、ＤＯＦが向上する。
【００２５】
また、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、第２マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きくても良い。
【００２６】
スペースを介して第１マスクパターンと対向する部分の第２マスクパターンの寸法が大きい場合には、第２マスクパターンを遮光部及び半遮光部が含まれるものにすると共に、以上の寸法に設定する。これにより、いずれのパターンについてもＤＯＦを向上させることができる。
【００２７】
また、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、遮光部の寸法及び半遮光部の寸法は、λ、ＮＡ及びＭに基づいて設定されていても良い（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは縮小投影光学系の倍率である）。
【００２８】
遮光部及び半遮光部の寸法を決める要素の例としては、以上のものが挙げられる。
【００２９】
また、遮光部の寸法は、（０．１３×λ／ＮＡ）×Ｍ以上であっても良い。
【００３０】
このような値とすると、フォトマスクを用いて露光する際に、十分な露光量余裕度を得ることができる。
【００３１】
また、遮光部の寸法は、（１．１３×λ／ＮＡ）×Ｍ以下であっても良い。
【００３２】
このような値とすると、ＤＯＦを顕著に向上することができる。
【００３３】
また、半遮光部の寸法は、（０．４２×λ／ＮＡ）×Ｍ以上であっても良い。
【００３４】
このような値とすると、ＤＯＦを顕著に向上することができる。
【００３５】
また、半遮光部は、スペースと同位相で光を透過させても良い。
【００３６】
このようにすると、より適正にパターンを露光することができる。
【００３７】
また、遮光部は、半遮光部を囲むように配置されていても良い。
【００３８】
このようにすると、マスクパターンに関していずれの方向についても、露光時の光強度分布について明、暗、明、の周期性を実現することができる。
【００３９】
また、遮光部の幅は、半遮光部の凹コーナー部よりも半遮光部の凸コーナー部において広くても良い。
【００４０】
このようにすると、光近接効果補正により、特にコーナー部の形状に関して、所望の露光パターンをより確実に得ることができる。
【００４１】
また、半遮光部は、遮光部によって複数の部分に分割されていても良い。
【００４２】
また、遮光部は、前記対向方向について半遮光部に挟まれた部分を有していても良い。
【００４３】
このようにすると、遮光部と半遮光部とによって、露光時の光強度分布について明、暗、明の周期性を更に高めることができる。
【００４４】
また、半遮光部の光透過率は、半遮光部を透過した光が、感光領域を発生させる光強度よりも弱い光強度となるように設定されていても良い。
【００４５】
このようにすると、露光時に、半遮光部を透過した光によって不要なパターンが生じるのを避けることができる。
【００４６】
また、半遮光部は、遮光部を挟んでスペースと対向する部分のみに配置されていても良い。
【００４７】
このようにすると、必要な箇所のＤＯＦを拡大することができるとことに加えて、フォトマスクの加工が容易になると共に描画時間の短縮が可能になり、マスクコストの削減が実現する。
【００４８】
次に、本開示の第２のフォトマスクは、反射基板と、反射基板上に、スペースを挟んで対向する部分を有するように形成された第１マスクパターン及び第２マスクパターンとを備え、第１マスクパターンは、光を部分的に反射させる半反射部と、光を実質的に反射しない非反射部とを含み、第１マスクパターンにおいて、半反射部は、非反射部を挟んでスペースと対向するように配置され、第１マスクパターンと第２マスクパターンとの対向方向について、第１マスクパターンの寸法は、（０．７×λ／ＮＡ）×Ｍよりも大きく、スペースの寸法は、（０．５×λ／ＮＡ）×Ｍ以下である（但し、λは露光光の波長であり、ＮＡは露光機の縮小投影光学系の開口数であり、Ｍは縮小投影光学系の倍率である）。
【００４９】
これは、本開示の第１のフォトマスクが透過型のフォトマスクであるのに対し、同様の効果を有するように反射型のフォトマスクとして実現したものである。第１のフォトマスクに関する以上の説明において、透明基板を反射基板、半遮光部を半反射部、遮光部を非反射部、透過を反射、光透過率を光反射率、等のように読み替えることにより、第２のフォトマスクに関する説明となる。
【００５０】
次に、本開示のパターン形成方法は、本開示のいずれか１つのフォトマスクを用い、基板上にレジスト膜を形成する工程（ａ）と、レジスト膜に、フォトマスクを介して露光光を照射する工程（ｂ）と、露光光が照射されたレジスト膜を現像し、レジスト膜をパターン化する工程（ｃ）とを備える。
【００５１】
このようなパターン形成方法によると露光時に、不要なパターンの発生を抑制しながら、ＤＯＦを向上することができる。この結果、特に、微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いる場合に、孤立スペースパターンについてＤＯＦが大きくなるので、いずれのパターンについてもより適正に形成することができる。
【００５２】
尚、工程（ｂ）において、斜入射照明を用いても良い。
【００５３】
このようにすると、更に適正にパターンを形成することができる。
【発明の効果】
【００５４】
以上の通り、本開示のフォトマスク及びこれを用いたパターン形成方法によると、パターンを精度良く且つサイドローブの発生無く形成することができ、且つ、フォトマスクの作成についても容易になる。特に、斜入射照明を用いて微細な密集パターンと孤立スペースパターンを共に形成する際に顕著な効果を発揮し、微細な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本開示の一実施形態において形成しようとしている例示的パターン、その形成に用いる例示的フォトマスクの平面構成及びIc-Ic'線による断面構成を模式的に示す図である。
【図２】図２は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すフォトマスクを用いた露光の際の光用度分布について模式的に示す図である。
【図３】図３は、本開示及び比較例のフォトマスクについて、フォーカス変動に対するＣＤ変化を表す図である。
【図４】図４は、本開示の例示的フォトマスクについて、遮光部の幅と、孤立スペースにおけるＤＯＦとの関係を示す図である。
【図５】図５は、本開示の例示的フォトマスクについて、孤立スペースパターンに関して、遮光部の幅と、ＮＩＬＳとの関係を示す図である。
【図６】図６は、本開示の例示的フォトマスクについて、半遮光部の幅に対するＤＯＦの関係をシミュレーションによって求めた結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本開示の例示的フォトマスクを用いたパターン形成方法について模式的に示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本開示の一実施形態の変形例において形成しようとしている例示的パターン、その形成に用いる例示的フォトマスクの平面構成、Vc-Vc'線による断面構成及びVIIId-VIIId'線による断面構成を模式的に示す図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、図１（ａ）の例示的パターンの形成に用いる他の例示的フォトマスクについて、平面構成及びIXb-IXb'線による断面構成を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、図９（ａ）及び（ｂ）に示すフォトマスクを用いた露光の際の光用度分布について模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、図１（ａ）の例示的パターンの形成に用いる更に他の例示的フォトマスクの平面構成を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、図１（ａ）の例示的パターンの形成に用いる更に他の例示的フォトマスクの平面構成を模式的に示す図である。
【図１３】図１３は、本開示の例示的フォトマスクについて、図１（ｃ）の断面構成とは異なる例を示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の例示的フォトマスクについて、図１（ｃ）の断面構成とは異なる更に他の例を示す図である。
【図１５】図１５は、背景技術のフォトマスクの平面構成を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５のフォトマスクを用いた露光の際の光用度分布について模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
（前提事項）
まず、本開示の実施形態を説明するに当たっての前提事項について説明する。
【００５７】
通常、フォトマスクは縮小投影型の露光機において使用されるので、マスク上のパターン寸法を議論する場合には、縮小倍率を考慮しなければならない。しかし、以下の実施形態では、混乱を避けるために、形成しようとする所望のパターン（例えばレジストパターン）と対応させてマスク上のパターン寸法を説明する場合、特に断らない限りは縮小倍率によって該寸法を換算した値を用いている。具体例を示すと、Ｍ分の１縮小投影システムにおいて、幅Ｍ×６３ｎｍのマスクパターンによって幅６３ｎｍのレジストパターンを形成した場合について、マスクパターン幅及びレジストパターン幅は共に６３ｎｍであると表現する。
【００５８】
また、本開示の実施形態において、特に断らない限り、Ｍ及びＮＡは露光機の縮小投影光学系の縮小倍率及び開口数をそれぞれ表し、λは露光光の波長を表すものとする。フォトマスク上に形成されるマスクパターンは、レジスト膜等に対して転写する際のパターン寸法制御性の観点から、用いる露光装置の光学条件（Ｍ、ＮＡ、λ）を予め決めた上で作成される。従って、予め決められた光学条件と異なる光学条件の露光装置で用いることは一般的には行なわない。
【００５９】
また、パターン形成について、レジストの非感光領域がレジストパターンとなるポジ型レジストプロセスを想定して説明する。尚、ポジ型レジストプロセスに代えてネガ型レジストプロセスを用いる場合、ネガ型レジストプロセスにおいては、レジストの非感光領域が除去されるので、ポジ型レジストプロセスにおけるレジストパターンをスペースパターンと読み替えればよい。
【００６０】
また、フォトマスクとしては透過型マスクを前提として説明する。尚、透過型マスクに代えて反射型マスクを前提とする場合、反射型マスクにおいては、透過型マスクの透過領域及び遮光領域がそれぞれ反射領域及び非反射領域となるので、透過型マスクの透過現象を反射現象と読み替えればよい。具体的には、透過型マスクの開口部又は透過性領域を反射部又は反射領域と読み替え、遮光部を非反射部と読み替えればよい。さらに、透過型マスクにおける光を部分的に透過する領域（半遮光部）は光を部分的に反射する領域（半反射部）と読み替えればよく、透過率は反射率と読み替えればよい。
【００６１】
更に、実施形態において、各種の条件の一例として、以下のような場合を考える。
【００６２】
半遮光部は、露光光に対して例えば９％の透過率を有すると共に、その透過光は、透過部における透過光と同位相となるものと設定する。また、遮光部の露光光に対する透過率は０％である、つまり、遮光部は露光光を完全に遮光するものと設定する。
【００６３】
また、露光は、ＡｒＦ光源の波長１９３ｎｍ光を用い、ＮＡは１．３５とする。更に、斜入射照明としてσ_ｏｕｔ＝０．８５、σ_ｉｎ＝０．５７のAnnular 照明を用いる。
【００６４】
また、密集パターンは、例えばピッチ１２０ｎｍ以下のLine/Spaceが３個以上集合したパターンとし、孤立スペースは、スペース幅に対して、少なくとも片側のライン幅が各々スペース幅の３倍以上あるパターンを考えるものとした。
【００６５】
但し、以上は例示であって、これらに限定されるものではない。
【００６６】
（実施形態）
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００６７】
図１（ａ）は、本実施形態において形成しようとしている例示的パターン５０を示す平面図であり、図１（ｂ）は、パターン５０の形成に用いる例示的フォトマスク４０を示す平面図であり、図１（ｃ）は、図１（ｂ）におけるIc-Ic'線における断面図である。
【００６８】
図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、フォトマスク４０において、露光光を透過させる透明基板１１に、それぞれが０．７×λ／ＮＡよりも小さい例えば６０ｎｍのライン幅Ｌ１を有する密集マスクパターン１５と、０．７×λ／ＮＡよりも大きい例えば２００ｎｍのライン幅Ｌ２を有するマスクパターン１４ａ及び１４ｂが配置されている。
【００６９】
密集マスクパターン１５及びマスクパターン１４ａ及び１４ｂは、図１（ｃ）に示すように、半遮光膜２３上に遮光膜２２が積層された構造を有する。密集マスクパターン１５については、半遮光膜２３の全体に遮光膜２２が積層されているので、全体が遮光部となっている。これに対し、マスクパターン１４ａ及び１４ｂについては、半遮光膜２３の一部分（主に外周部分）に遮光膜２２が積層されているので、中央側の半遮光部１３ａ及び１３ｂと、その周囲の遮光部１２ａ及び１２ｂとが設けられた構造となっている。このように、遮光部・半遮光部とは、図１（ｂ）のような平面構成に関して言うものとする。
【００７０】
ここで、半遮光部１３ａ及び１３ｂは、開口部（いずれのマスクパターンも配置されていない、透明基板１１の部分）を基準として、同位相に光を透過させる。
【００７１】
また、マスクパターン１４ａとマスクパターン１４ｂとの間には孤立スペース１６、マスクパターン１４ｂと密集マスクパターン１５との間には孤立スペース１７が配置されている。図１（ｂ）のIc-Ic'線の方向（マスクパターン同士が孤立スペースを挟んで対向する方向）において、孤立スペース１６は幅Ｓ１、遮光部１２ａ及び１２ｂは幅Ｂ１、半遮光部１３ａ及び１３ｂは幅Ｈ１を有する。
【００７２】
次に、図２は、フォトマスク４０を用いて露光する際の透過光のイメージを示す図である。孤立スペース１６及び１７を透過した光と、半遮光部１３ａ及び１３ｂを透過した光とは同位相である。また、図にも示すように、半遮光部１３ａ、遮光部１２ａ、孤立スペース１６（開口部）、遮光部１２ｂ、半遮光部１３ｂ、のように順に配置されていることにより、孤立スペース１６周辺の光学環境は、明、暗、明、暗、明、となり、周期性の高い分布となっている。この結果、ＤＯＦが向上する。
【００７３】
図３に、遮光部及び反射後部を含む本実施形態のマスクと、遮光部のみからなるパターンを有する通常のバイナリマスクとについて露光を行なった際のフォーカス変動に対するＣＤ（線幅寸法）変化を示す。尚、通常照明の場合と、斜入射照明の場合とを共に示している。
【００７４】
ここで、例えばターゲット６３ｎｍに対して±１０ｎｍの寸法変動、つまり、６３±１０ｎｍの範囲内の寸法を実現できるフォーカスの最大幅をＤＯＦと定義する。これは、図３において、ＣＤが５３ｎｍ以上で且つ７３ｎｍ以下となるフォーカスの幅として示される。図３に示す通り、バイナリマスクを用いる場合、斜入射照明との組み合わせではＤＯＦ＝１１２ｎｍ、通常照明との組み合わせではＤＯＦ＝１１７ｎｍである。これに対し、本実施形態のフォトマスク４０を用いる場合、通常照明との組み合わせではＤＯＦ＝１２８ｎｍ、斜入射照明との組み合わせではＤＯＦ＝１４６ｎｍである。
【００７５】
このように、フォトマスク４０を用いると、バイナリマスクを用いる場合に比べて、フォーカス変動に対するＣＤ変化が小さい。つまり、ＤＯＦが大きい。
【００７６】
これに加えて、バイナリマスクの場合、斜入射照明を用いるよりも通常照明を用いる方がＤＯＦは大きいのに対して、本実施形態のフォトマスクの場合、通常照明を用いるよりも斜入射照明を用いる方がＤＯＦは大きい。これは、微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いる際に、孤立スペースパターンについても同時に微細化することが可能であることを示している（バイナリマスクの場合、微細な密集パターンを形成するために斜入射照明を用いると、孤立スペースパターンについてはＤＯＦが低下するので微細化が困難になる）。
【００７７】
次に、フォトマスク４０における遮光部（１２ａ及び１２ｂ）について更に説明する。遮光部の幅Ｂ１（図１（ｃ）を参照）が大きくなるにつれて、半遮光部と開口部との間の光の干渉度が小さくなり、孤立スペース（１６及び１７）に関するＤＯＦがバイナリマスクの挙動に近付く。つまり、孤立スペースに関するＤＯＦ拡大の効果が得られにくくなる。従って、ＤＯＦを大きくするためには、遮光部の幅Ｂ１をある程度の値以下に設定する必要がある。
【００７８】
図４に、遮光部の幅と、孤立スペースにおけるＤＯＦとの関係を示す。ここでは、ＤＯＦは、図３の場合と同様に、例えばターゲット幅６３ｎｍに対して±１０ｎｍ以内の寸法変動を実現できるフォーカスの最大幅として定義する。
【００７９】
図４に示す通り、遮光部の幅が極小さい範囲以外では、ＤＯＦを大きくする効果を得るためには遮光部の幅を小さくする必要がある。よって、具体例として、遮光部の幅が０．０５×λ／ＮＡ（前提事項として説明した例によると、７ｎｍ）以上とすると共に、１．１３×λ／ＮＡ（同じ例によると１６１ｎｍ）以下とすると、バイナリマスクと比較してＤＯＦが１０以上向上する。更に、遮光部の幅が０．１２×λ／ＮＡ（同じ例によると１７ｎｍ）以上とすると共に、０．６３×λ／ＮＡ（同じ例によると９０ｎｍ）以下とすることにより、２０％以上のＤＯＦ向上が可能となる。この他にも、同様にして、図４から、ＤＯＦを所望量向上するために望ましい遮光部の幅Ｂ１の範囲を求めることが可能である。
【００８０】
この一方、遮光部の幅Ｂ１が小さすぎると、孤立スペース（開口部）を透過した光に対して半遮光部を透過した透過光の回り込みによる影響が強くなる。この結果、孤立スペースに対応する光強度の極小値が下がらず、孤立スペース部分のＮＩＬＳ（Normalized Image Log Slope）が悪化するという問題がある。従って、遮光部の幅Ｂ１は、ＮＩＬＳの観点から、一定の寸法以上に設定する必要がある。
【００８１】
ＮＩＬＳは、次のように定義される。
【００８２】
ＮＩＬＳ  ＝  （δｌｎＩ／δｘ）×Ｗ
ここで、Ｉは光強度、（δｌｎＩ／δｘ）は光強度の対数勾配、Ｗはパターンの寸法であり、ＮＩＬＳの値が大きいほど、広い露光量余裕度を得ることができる。ＡｒＦ露光によって形成する微細パターンの場合、ＮＩＬＳは、例えば１．３以上であることが好ましい。遮光部の幅を小さくすると、開口部近傍の暗部の光強度が下がらず、光強度の傾きが緩やかになる為、ＮＩＬＳは小さくなる。
【００８３】
図５は、孤立スペースパターンに関して、遮光部の幅Ｂ１と、ＮＩＬＳとの関係を示した図である。
【００８４】
微細プロセスにおいて、ＮＩＬＳの値は１．３以上であることが好ましい。図５から、遮光部の幅Ｂ１が０．１３×λ／ＮＡ（前提事項の例の場合、１８ｎｍ）以上にする必要があるとわかる。その他、所望のＮＩＬＳを得るために必要な遮光部の幅Ｂ１について、図５から求めることができる。
【００８５】
以上のようなＤＯＦ及びＮＩＬＳに基づく点を合わせて考えると、遮光部の幅Ｂ１について、最大値はＤＯＦにより決定され、最小値はＮＩＬＳにより決定されることが分る。
【００８６】
具体例として、０．７×λ／ＮＡよりも大きい幅Ｌ２を有するマスクパターンと、隣のマスクパターンとの間の距離（スペース寸法Ｓ１）が、０．５×λ／ＮＡよりも小さいレイアウトのフォトマスク（図１（ｂ）及び（ｃ）のフォトマスク４０）を考える。このとき、幅Ｌ２のマスクパターン１４ａ及び１４ｂに半遮光部１３ａ及び１３ｂを配置し、その周辺に、０．１３×λ／ＮＡ以上で且つ１．１３×λ／ＮＡ以下の幅を有する遮光部１２ａ及び１２ｂを配置する。これにより、十分なＮＩＬＳを確保すると共に、孤立スペースのＤＯＦを１０％以上向上することができる。同様に、遮光部の幅を０．１３×λ／ＮＡ以上で且つ０．６３×λ／ＮＡ以下とすると、十分なＮＩＬＳを確保すると共に、孤立スペースのＤＯＦを２０以上向上することができる。
【００８７】
次に、半遮光部の幅について説明する。半遮光部の幅が小さいと、露光を行なった際に、半遮光部に対応する光強度が孤立スペースパターンに対応する光強度に対して小さくなる。この結果、光強度分布の周期性が十分に上がらず、ＤＯＦ拡大の効果が得られにくくなる。これに関して、図６を参照して説明する。
【００８８】
図６は、半遮光部の幅に対するＤＯＦの関係をシミュレーションによって求めた結果を示す。図６から、半遮光部の幅が０．４２×λ／ＮＡよりも大きい場合（前提事項として説明した例によると、６０ｎｍよりも大きい場合）、半遮光部が存在しないバイナリマスクの例（半遮光部の幅が０ｎｍの場合に相当する）と比較して、１０％のＤＯＦ拡大が可能となることがわかる。更に、半遮光部の幅が０．９８×λ／ＮＡよりも大きい場合（前提事項として説明した例によると、１４０ｎｍよりも大きい場合）、バイナリマスクと比較して２０％のＤＯＦ拡大が可能となることがわかる。
【００８９】
また、半遮光部の幅Ｈ１、遮光部の幅Ｂ１については、マスク作成の限界よりも大きな値にすることができるので、マスク作成が容易になり、コスト低減も可能である。
【００９０】
但し、以上に挙げた具体的な数値（各寸法についてｎ×λ／ＮＡと表すときのｎの値等）は、いずれも例示するものであり、これらに限定されるものではない。更に、露光光の波長、光源の形状、ＮＡ、Ｍ等が異なる場合にも、同様の方法により、望ましい値を求めることができる。
【００９１】
次に、本実施形態のフォトマスク４０を用いたパターン形成方法について、その各工程を模式的に示す断面図である図７（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。
【００９２】
まず、図７（ａ）に示すように、シリコン等からなる基板１００上に、金属膜、絶縁膜等の被加工膜１０１を形成する。続いて、図７（ｂ）に示すように、被加工膜１０１上にポジ型のレジスト膜１０２を形成する。
【００９３】
次に、図７（ｃ）に示すように、フォトマスク４０を用いて露光を行なう。例えば、ＡｒＦエキシマレーザー、ＫｒＦエキシマレーザー等を光源として露光光１０３を照射する。これにより、フォトマスク４０の開口部（孤立スペース１６及び１７、密集マスクパターン１５同士の間の領域等）を透過した透過光１０５によってレジスト膜１０２が感光され、結果として開口部に対応する潜像部分１０２ａが形成される。
【００９４】
この後、図７（ｄ）に示すように、現像を行なうことにより潜像部分１０２ａを除去し、レジスト膜１０２のうち感光されていない部分からレジストパターン１０６を得る。
【００９５】
ここで、図７（ｃ）の露光の際に、現像工程においてレジスト膜１０２が完全に溶解するに足りるだけの露光エネルギーが照射されるのは、潜像部分１０２ａのみである。フォトマスク４０におけるハーフトーン部（半遮光部１３ａ、１３ｂ）を透過した透過光１０４は、開口部を透過した透過光１０５と同位相であるが、レジスト膜１０２を感光して潜像部分とするだけのエネルギーを有していない。従って、フォトマスク４０の開口部に対応する部分のレジスト膜１０２のみが感光される。
【００９６】
前述のように、フォトマスク４０において、幅Ｌ２が０．７×λ／ＮＡよりもマスクパターン１４ａ及び１４ｂが、近傍のパターンと０．５×λ／ＮＡ以下の間隔（スペース寸法Ｓ１）にて配置されている例を考える。この時、幅Ｌ２のパターン内部に、０．４２×λ／ＮＡよりも大きい幅の半遮光部を配置し、その周囲には幅が０．１３×λ／ＮＡよりも大きく、１．１３×λ／ＮＡよりも小さい遮光部を配置する。また、０．７×λ／ＮＡよりも小さいライン幅Ｌ１を有する微細な密集マスクパターン１５を、幅Ｌ２のパターンとの間隔もスペース寸法Ｓ１として配置する。これにより、開口部、遮光部、半遮光部の配置により露光時の光強度分布に明、暗、明、暗のような周期性を持たせることのできるフォトマスクとなっており、且つ、図４〜６によって示した寸法の関係が実現する。
【００９７】
このようなフォトマスク４０を用い、微細な密集マスクパターン１５を形成することを目的として斜入射照明を用いた露光を行なうと、孤立スペース１６等のＤＯＦ拡大が可能になる。この結果、微細な密集パターンと、孤立スペースパターンとを共に精度良く同時に形成することができる。
【００９８】
（変形例）
以下に、本実施形態のフォトマスクに関する各種変形例を説明する。
【００９９】
図８（ａ）は、本変形例において形成しようとしている例示的パターン５１を示す平面図であり、図８（ｂ）は、パターン５１の形成に用いる例示的フォトマスク４１を示す平面図であり、図８（ｃ）は、図５（ｂ）におけるVIIIc-VIIIc'線における断面図であり、図８（ｄ）は、図５（ｂ）におけるVIIId-VIIId'線における断面図である。ここで、図８（ａ）〜（ｄ）において、図１（ａ）〜（ｃ）と同等の構成要素には同じ符号を付している。
【０１００】
フォトマスク４１においても、図１（ｂ）のフォトマスク４０と同様に、マスクパターン１４ａ及び１４ｂの内側に半遮光部１３ａ及び１３ｂを備え、その周囲に遮光部１２ａ及び１２ｂが配置されている。また、幅Ｌ２のマスクパターン１４ａ及び１４ｂがVc-Vc'線方向に（マスクパターン同士が孤立スペースを挟んで対向する方向に）スペース寸法Ｓ１を空けて並んでいる。
【０１０１】
しかしながら、VIIId-VIIId'線とは異なるVIIId-VIIId'線上において、マスクパターン１４ａは、マスクパターン１４ｂと並ぶ配置にはならず、０．５×λ／ＮＡ×Ｍよりも大きいスペース寸法Ｓ２を空けてマスクパターン１５ａと並ぶ配置となっている。このように、マスクパターン１４ａのうち、隣のマスクパターンとの間隔が所定の値（λ、ＮＡ、Ｍにより定まる値、例えば前記の０．５×λ／ＮＡ×Ｍ）よりも大きい部分が存在し、このような部分については、半遮光部１３ａを配置しない構成になっている。
【０１０２】
同様に、マスクパターン１４ｂにおいても、マスクパターン１４ａとスペース寸法Ｓ１を空けて並ぶ部分に半遮光部１３ｂが配置されるようになっている。
【０１０３】
つまり、ＤＯＦが不足するスペース寸法Ｓ１の孤立スペースについては、マスクパターン内に半遮光部を配置し、且つ、ＤＯＦ拡大が不要な大きさのスペース寸法Ｓ２を空けて配置された部分については半遮光部を配置していない。これにより、必要な箇所のＤＯＦを拡大することができるとことに加えて、フォトマスクの加工が容易になると共に描画時間の短縮が可能になり、マスクコストの削減が実現する。
【０１０４】
次に、図９（ａ）は、他の例示的フォトマスク４２を示す平面図であり、フォトマスク４２は、図１（ａ）のパターンを形成するためのパターンを有する。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）におけるIXb-IXb'線による断面を示す図である。
【０１０５】
図１（ｂ）のフォトマスク４０の場合、マスクパターン１４ａ及び１４ｂの周縁部に遮光部１２ａ及び１２ｂが配置され、半遮光部１３ａ及び１３ｂは、一続きの領域として形成されている。これに対し、図９（ａ）のフォトマスク４２の場合、遮光部１２ａ及び１２ｂはマスクパターン１４ａ及び１４ｂの内側にも形成され、半遮光部１３ａ及び１３ｂを複数の部分に分割している。
【０１０６】
このようなフォトマスク４２を用いて露光を行なうと、図１０に示す通り、光強度分布における明、暗、明、暗の周期性を更に高めることができるので、孤立スペースのＤＯＦを更に拡大することができる。
【０１０７】
図１１には、図１（ａ）のパターンを形成するための更に別の例示的フォトマスク４３を示している。フォトマスク４３の場合、遮光部１２ａ及び１２ｂは、マスクパターン１４ａ及び１４ｂの周縁部に加えて、半遮光部１３ａ及び１３ｂの内側にも独立した島状に配置されている。この場合にも、図１１のIXb-IXb'線による断面は図９（ｂ）と同様になる。従って、フォトマスク４３を用いて露光した場合の光強度分布における明暗は周期性が高くなり、ＤＯＦ拡大を実現することができる。
【０１０８】
これらの他にも、孤立スペースパターンを挟んだマスクパターンの対向方向（例えば図９（ａ）におけるIXb-IXb'線の方向）について、半遮光部と遮光部とが交互に並ぶような配置とすることにより、ＤＯＦの拡大を図ることができる。例えば、半遮光部を囲む部分の遮光部の一部から、反対側の遮光部には達しない突出部が設けられている構成でもよい。
【０１０９】
また、図１２には、図１（ａ）のパターンを形成するための更に別の例示的フォトマスク４４を示している。フォトマスク４４の場合、半遮光部１３ａ及び１３ｂがマスクパターン１４ａ及び１４ｂの周縁部に配置されている点では図１（ｂ）のフォトマスク４０と同様である。但し、半遮光部１３ａ及び１３ｂを囲む遮光部１２ａ及び１２ｂについて、平面形状の凸コーナー部７１における幅Ｂ２が、凹コーナー部７２における幅Ｂ３よりも大きくなっている。これは、光近接効果補正（ＯＰＣ：optical proximity correction）を考慮した形状である。このようなマスクパターンとすることにより、凸コーナー部７１、凹コーナー部７２のいずれにおいても、転写後のパターンの形状を改善（矩形性を向上）することができる。尚、密集マスクパターン１５において、両端の幅が広くなっているのも同様の理由による。
【０１１０】
次に、図１３及び図１４は、半遮光部と遮光部とを設けるための他の構成を例示する模式的な断面図である。
【０１１１】
図１（ｃ）に示すフォトマスク４０の場合、透明基板１１上に半遮光膜２３を形成し、当該半遮光膜２３上の必要箇所に遮光膜２２を設けることによって、半遮光部１３ａ及び１３ｂ、遮光部１２ａ及び１２ｂを構成している。
【０１１２】
これに対し、図１３の場合、透明基板１１上の必要箇所に遮光膜２２を形成し、当該遮光膜２２上を覆うように、透明基板１１上の必要箇所に半遮光膜２３を形成することによって、半遮光部１３ａ及び１３ｂ、遮光部１２ａ及び１２ｂを構成している。
【０１１３】
更に、図１４の場合、透明基板１１上の必要箇所に半遮光膜２３をパターン化し、当該半遮光膜２３上及び透明基板１１上の必要箇所に遮光膜２２を形成することによって、半遮光部１３ａ及び１３ｂ、遮光部１２ａ及び１２ｂを構成している。図１（ｃ）の場合、半遮光膜２３と遮光膜２２とは側面が面一であるのに対し、図１４の場合、遮光膜２２は半遮光膜２３の側面を覆うように形成され、透明基板１１上に接している部分を有する。
【０１１４】
いずれの場合も、半遮光膜２３に関わりなく、遮光膜２２の形成された範囲が遮光部となる。よって、図１４において、遮光部の幅は、遮光部におけるスペースパターンの側のエッジから反対側のエッジまでとなる。
【０１１５】
フォトマスクに遮光部及び半遮光部を設けるための構成として、図１３及び図１４のようになっていても良い。これらの場合にも、既に説明した通り、遮光部の幅を所定の値（例えば０．１３×λ／ＮＡよりも大きく、１．１３×λ／ＮＡよりも小さい値）とすることによって、孤立スペースパターンのＤＯＦ拡大が実現する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本開示のフォトマスク及びこれを用いたパターン形成方法によると、サイドローブを発生させることなく密集パターン及び孤立スペースパターンを同時に精度良く形成することができ、且つ、フォトマスクの作成が容易になる。よって、素子分離等のＳＲＡＭ部（密集パターン）とＬｏｇｉｃ部（孤立スペースパターン）が同時に存在する工程のパターン形成においても有用である。
【符号の説明】
【０１１７】
１１            透明基板
１２ａ          遮光部
１２ｂ          遮光部
１３ａ、１３ｂ  半遮光部
１４ａ、１４ｂ  マスクパターン
１５            密集マスクパターン
１５ａ          マスクパターン
１６、１７      孤立スペース
２２            遮光膜
２３            半遮光膜
４０〜４４      フォトマスク
５０、５１      パターン
７１            凸コーナー部
７２            凹コーナー部
１００            基板
１０１            被加工膜
１０２            レジスト膜
１０２ａ          潜像部分
１０３            透過光
１０４            露光光
１０５            透過光
１０６            レジストパターン
【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】
2012068296.tif 000015
【図１４】
2012068296.tif 000016
【図１５】
2012068296.tif 000017
【図１６】
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