(57)【要約】【課題】  転写能力を損なわずに洗浄を行えるマスクを提供すること。【解決手段】  実施形態のマスクは、露光装置を用いて被加工基板上のレジスト膜にパターンを転写するためのマスクである。前記パターンに対応するパターン（以下、メインパターンという）２と、前記メインパターン２の隣りに配置され、前記露光装置の解像限界以下の寸法を有するパターン（以下、サブパターンという）とを具備する。前記サブパターンは、前記メインパターンの隣りに配置された第１のサブパターン３と、前記第１のサブパターン３に接触するように、前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置された複数の第２のサブパターン４とを含む。さらに、Ｐ≦λ／（ＮＡ（１＋σ0 ））を満たす。Ｐは第２のサブパターンの配置ピッチ、ＮＡは露光装置の開口数、λは露光装置を用いてメインパターンを転写する時の露光波長、σ0 は露光装置を用いてメインパターンを転写する時の最大σである。【選択図】      図１
2013109265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光装置を用いて被加工基板上のレジスト膜にパターンを転写するためのマスクであって、
前記パターンに対応し、ラインパターンを含むパターン（以下、メインパターンという）と、
前記メインパターンの隣りに配置され、前記露光装置の解像限界以下の寸法を有するパターン（以下、サブパターンという）とを具備し、
前記サブパターンは、
前記メインパターンの隣りに配置され、ライン形状を有する第１のサブパターンと、
前記第１のサブパターンに接触するように、前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置され、矩形形状を有する複数の第２のサブパターンとを含み、
前記第１のサブパターンの長手方向と前記ラインパターンの長手方向とが一致するように、前記第１のサブパターンは前記ラインパターンの隣りに配置され、
前記複数の第２のサブパターンの各々はその一辺が前記第１のサブパターンの長辺に接触するとともに、前記複数の第２のサブパターンは前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置され、
物理洗浄技術を用いて前記第１のサブパターンを洗浄した時に、前記第１のサブパターンの機械的強度が補強されるように、前記複数の第２のサブパターンの数および配置位置が決定され、
かつ、
Ｐ≦λ／（ＮＡ（１＋σ0 ））、
Ｐは前記複数の第２のサブパターンの配置ピッチ、
ＮＡは前記露光装置の開口数、
λは前記露光装置を用いてダイポール照明または直交照明により前記メインパターンを転写する時の露光波長、
σ0 は前記露光装置を用いて前記ダイポール照明または前記直交照明により前記メインパターンを転写する時の最大σ
を満たすことを特徴とするマスク。
【請求項２】
露光装置を用いて被加工基板上のレジスト膜にパターンを転写するためのマスクであって、
前記パターンに対応するパターン（以下、メインパターンという）と、
前記メインパターンの隣りに配置され、前記露光装置の解像限界以下の寸法を有するパターン（以下、サブパターンという）とを具備し、
前記サブパターンは、
前記メインパターンの隣りに配置された第１のサブパターンと、
前記第１のサブパターンに接触するように、前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置された複数の第２のサブパターンとを含み、
かつ、
Ｐ≦λ／（ＮＡ（１＋σ0 ））、
Ｐは前記複数の第２のサブパターンの配置ピッチ、
ＮＡは前記露光装置の開口数、
λは前記露光装置を用いて前記メインパターンを転写する時の露光波長、
σ0 は前記露光装置を用いて前記メインパターンを転写する時の最大σ
を満たすことを特徴とするマスク。
【請求項３】
前記メインパターンはラインパターンを含み、
前記第１のサブパターンの形状はラインであり、
前記第２のサブパターンの形状は矩形であり、
前記第１のサブパターンの長手方向と前記ラインパターンの長手方向とが一致するように、前記第１のサブパターンは前記ラインパターンの隣りに配置され、
前記複数の第２のサブパターンの各々はその一辺が前記第１のサブパターンの長辺に接触するとともに、前記複数の第２のサブパターンは前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載のマスク。
【請求項４】
前記露光装置による照明は、ダイポール照明または直交照明であることを特徴とする請求項２または３に記載のマスク。
【請求項５】
物理洗浄技術を用いて前記第１のサブパターンを洗浄した時に、前記第１のサブパターンの機械的強度が補強されるように、前記複数の第２のサブパターンの数および配置位置が決定されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載のマスク。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載のマスクを用いて、被加工基板上のレジスト膜を露光する工程と、
前記露光したレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記被加工基板をエッチングする工程と
を含むことを特徴するパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法のリソグラフィ工程において使用されるマスクおよびパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造に使用されるフォトマスクは、デバイスパターンの微細化に伴い、マスクパターンの微細化が加速している。厳しい露光条件で露光尤度を向上させる技術の一つとして、マスクパターンの近傍に解像限界以下のサイズを有するパターンを配置するＳＲＡＦ（Sub Resolution Assist Feature）技術がある。
【０００３】
ＳＲＡＦに用いられるパターン（ＳＲＡＦパターン）は、被転写パターンに比べて微細である。そのため、ＳＲＡＦパターンを形成するための加工技術は重要である。また、フォトマスクの洗浄工程において、微細なＳＲＡＦパターンの破壊を防止するための、パターン非破壊洗浄技術も重要となっている。
【０００４】
現状では、マスクパターンに使用される材料の制限から、フォトマスクに対して強力な化学的洗浄は行えない。そのため、純水をベースに一部添加剤を加えた程度の溶液を用いて超音波振動子により超音波を加えたメガソニック洗浄や、液体に高圧エアー印加して生成された高速で微細な液粒子をフォトマスクに照射して洗浄する二流体洗浄等の物理洗浄技術が主流となっている。
【０００５】
これらの物理洗浄技術を用いる場合、ＳＲＡＦパターンをより太く変更して、洗浄を行うことが可能である。これにより、フォトマスクに対して必要な洗浄力を維持しつつ、ＳＲＡＦパターンの破壊を防止することは可能となる。
【０００６】
しかしながら、ＳＲＡＦパターンを太らすと、ＳＲＡＦ技術を用いても転写性能は改善されなくなる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２６４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、転写能力を損なわずに洗浄を行えるマスクおよびパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態のマスクは、露光装置を用いて被加工基板上のレジスト膜にパターンを転写するためのマスクである。実施形態のマスクは、前記パターンに対応するパターン（以下、メインパターンという）と、前記メインパターンの隣りに配置され、前記露光装置の解像限界以下の寸法を有するパターン（以下、サブパターンという）とを具備する。前記サブパターンは、前記メインパターンの隣りに配置された第１のサブパターンと、前記第１のサブパターンに接触するように、前記第１のサブパターンの長手方向に沿って配置された複数の第２のサブパターンとを含む。実施形態のマスクは、Ｐ≦λ／（ＮＡ（１＋σ0 ））を満たす。Ｐは前記複数の第２のサブパターンの配置ピッチ、ＮＡは前記露光装置の開口数、λは前記露光装置を用いて前記メインパターンを転写する時の露光波長、σ0 は前記露光装置を用いて前記メインパターンを転写する時の最大σである。
【００１０】
実施形態のパターン形成方法は、実施形態のマスクを用いて、被加工基板上のレジスト膜を露光する。次に、前記露光したレジスト膜を現像してレジストパターンを形成する。その後、前記レジストパターンをマスクにして前記被加工基板をエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【図２】図２は、第２の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【図３】図３は、第３の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、第４の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【図５】図５は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を説明するための図である。
【図６】図６は、第５の実施形態に係るパターン形成方法のステップＳ２を模式的に示す図である。
【図７】図７は、ダイポール照明を示す図である。
【図８】図８は、比較例の被加工基板上の光強度分布を示す図である。
【図９】図９は、実施形態の被加工基板上の光強度分布を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態が適用された他のマスクパターンを模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。本実施形態のフォトマスクは、半導体装置の製造方法のリソグラフィ工程において使用される。本実施形態のフォトマスクは、例えば、ハーフピッチ１６０ｎｍ以降のマスクである。この値はマスク上での値である。
【００１４】
本実施形態のフォトマスクは、透明基板１と、透明基板１上に設けられ、被加工基板上に形成するパターン（例えばデバイスパターンやダミーパターン）に対応するパターン（以下、メインパターンという）２と、メインパターン２の近傍（例えば近接効果が及び範囲内）に配置され、解像限界以下のライン状の第１のＳＲＡＦパターン（第１のサブパターン）３と、第１のＳＲＡＦパターン３と接触し、かつ、ＳＲＡＦパターン３のラインに対して直角に配置され、解像限界以下の複数の矩形状の第２のＳＲＡＦパターン（第２のサブパターン）４とを具備する。
【００１５】
本実施形態の場合、Ｐ≦λ／（ＮＡ（１＋σ0 ））      （１）
を満たす。
【００１６】
ここで、ＮＡは露光装置の開口数、λは露光装置を用いてメインパターン２を転写する時の露光波長パターン、σ0 は露光装置を用いてメインパターン２を転写する時の照明の最大σである。
【００１７】
式（１）を満たす場合、後述するように、ＳＲＡＦパターン３，４は、転写するべきメインパターン２の解像性能に影響を及ぼさないことが分かった（図８、図９）。また、式（１）を満たす場合において、露光装置による照明がダイポール照明または直交照明の場合、上記影響を効果的に小さくできることが分かった。
【００１８】
第１および第２のＳＲＡＦパターン３，４は、例えば、Ｍｏ／Ｓｉで構成される。
【００１９】
図１には、１本のライン状のメインパターン２の両脇近傍に２本の第１のＳＲＡＦパターン３が配置された様子が示されている。実際には、もっと多くのメインパターン（マスクパターン）が存在するが簡単のために示していない。また、第２のＳＲＡＦパターン４の形状や個数は適宜変更可能である。
【００２０】
第１のＳＲＡＦパターン３はメインのＳＲＡＦパターンである。したがって、複数の第２のＳＲＡＦパターン４の一部が洗浄等で欠けても（破壊されても）、ＳＲＡＦとしての機能は得られる場合もある。
【００２１】
本実施形態によれば、周知のメガソニック洗浄や二流体洗浄等の物理洗浄技術を用いてフォトマスクを洗浄する際に、１本のライン状の第１のＳＲＡＦパターン３の機械的強度は、それに接触して配置された複数の第２のＳＲＡＦパターン４により補強される。そのため、物理洗浄技術を用いてフォトマスクを十分に洗浄した後も、ＳＲＡＦパターンの効果は維持される。したがって、本実施形態によれば、転写能力を損なわずに洗浄を行えるマスクを提供できるようになる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。なお、以下の図において、既出の図と対応する部分には既出の図と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００２３】
本実施形態のフォトマスクは、第１の実施形態のフォトマスクにおいて、メインパターン２と対向する第１のＳＲＡＦパターン３の辺に接触する第２のＳＲＡＦパターン４を省いた構成になっている。
【００２４】
本実施形態でも第１の実施形態と同様に、物理洗浄技術を用いてフォトマスクを十分に洗浄した後も、ＳＲＡＦパターンの効果を維持できるようになる。
【００２５】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【００２６】
本実施形態のフォトマスクは、第２の実施形態とは逆に、メインパターン２と対向する第１のＳＲＡＦパターン３の辺に接触する第２のＳＲＡＦパターン４を残した構成になっている。
【００２７】
本実施形態でも第１の実施形態と同様に、物理洗浄技術を用いてフォトマスクを十分に洗浄した後も、ＳＲＡＦパターンの効果を維持できるようになる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係るフォトマスクを模式的に示す平面図である。
【００２９】
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、第１のＳＲＡＦパターン３の長手方向に対して左右交互に第２のＳＲＡＦパターン４を配置したことにある。
【００３０】
本実施形態でも第１の実施形態と同様に、物理洗浄技術を用いてフォトマスクを十分に洗浄した後も、ＳＲＡＦパターンの効果を維持できるようになる。
【００３１】
（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係るパターン形成方法を示すフロー図である。
【００３２】
［ステップＳ１］
被加工基板上にレジスト膜を形成する。
【００３３】
［ステップＳ２］
第１の実施形態のフォトマスクを用いて、被加工基板上のレジスト膜を露光する。本実施形態では、第１の実施形態のフォトマスクを用いた場合について説明するが、第２−第４の実施形態のフォトマスクを用いた場合も同様である。
【００３４】
図６は、本ステップS２を模式的に示す図である。図６において、１１は照明光学系、１は実施形態のフォトマスク、１２は投影光学系、１３は被加工基板を示している。被加工基板１３上にはレジスト膜（不図示）が形成されている。
【００３５】
照明光学系１１を用いて、有効光源の形状分布が規定された光で、フォトマスク上に形成されたパターンを投影光学系１２を介して被加工基板１３上のレジスト膜に転写する。
【００３６】
本実施形態の照明光学系１１では、図７に示されるようなダイポール照明（二重極照明）が使用される。図７において、２１は露光照明開口を示している。本実施形態では、ダイポール照明の二つの瞳（露光照明開口２１）が並ぶ方向を、第１のＳＲＡＦパターン３の長手方向Ｄに対して直交する方向に設定し、マスクに光を照射する。
【００３７】
この場合（ダイポール照明、直交照明）において、複数の第２のＳＲＡＦパターン４のピッチ間を適切にすることにより、複数の第２のＳＲＡＦパターン４は、メインパターン２（被転写パターン）の解像特性に影響を与えないことが明らかになった。その理由は以下のように考えられる。
【００３８】
図８は、第２のＳＲＡＦパターンを持たないフォトマスクおよびダイポール照明を用いた場合（比較例）の被加工基板上の光強度分布を示す図である。図９は、第２のＳＲＡＦパターンを持つフォトマスクおよびダイポール照明を用いた場合（実施形態）の被加工基板上の光強度分布を示す図である。図８，図９の縦軸のＡthは、ポジ型レジストが現像で溶けるために必要な光強度の最小値（しきい値）を示している。
【００３９】
図８から、比較例の場合、メインパターン２に対応する領域のポジ型レジストは現像では溶けず、一方、ＳＲＡＦパターン３に対応する領域のポジ型レジストは現像で溶けることが分かる。すなわち、ＳＲＡＦパターン３は、転写するべきメインパターン２の解像性能に影響を及ぼさないことが分かる。
【００４０】
図９から、実施形態の場合、メインパターン２に対応する領域のポジ型レジストは現像では溶けず、一方、第１および第２のＳＲＡＦパターン３，４に対応する領域のポジ型レジストは現像で溶けることが分かる。すなわち、ＳＲＡＦパターン３，４は、転写するべきメインパターン２の解像性能に影響を及ぼさないことが分かる。
【００４１】
また、図８および図９から、比較例の光強度分布を上にシフトさせたものが実施形態の光強度分布に対応し、比較例の光強度分布にオフセットが生じたものが実施形態の光強度分布であることがわかる。これが、複数の第２のＳＲＡＦパターン４が存在しても、メインパターン２（被転写パターン）の解像特性に影響を与えない理由であると考えられる。
【００４２】
［ステップＳ３］
ステップＳ２（露光）に続いて、露光したレジスト膜を現像することにより、被加工基板上にレジストパターンを形成する。
【００４３】
［ステップＳ４］
レジストパターンをマスクにして被加工基板をエッチングし、パターンを形成する。
【００４４】
ここで、上記レジスト膜の下地（被加工基板の最上層）がポリシリコン膜や金属膜の場合、微細な電極パターンや配線パターンなどが形成される。上記レジスト膜の下地（被加工基板の最上層）が絶縁膜の場合、微細なコンタクトホールパターンやゲート絶縁膜などが形成される。上記レジストの下地が半導体基板（ウェハ）の場合、微細な素子分離溝（ＳＴＩ）などが形成される。
【００４５】
以上述べたレジスト膜の形成（ステップＳ１）、レジスト膜の露光（ステップＳ２）、レジストパターンの形成（ステップＳ３）、被加工基板のエッチング（ステップＳ４）を繰り返して必要なパターンを形成することにより、半導体装置は製造される。
【００４６】
なお、本実施形態が適用可能なメインパターンは、特に限定はなく、例えば、図１０に示すようなメインパターン３１，３２でも構わない。この場合、図１０に示すように、ＳＲＡＦパターン４１−４８が配置される。ＳＲＡＦパターン４１−４８は、それぞれ、第１の実施形態で説明した第１および第２のＳＲＡＦパターンを有するが、簡単のために一つのパターンで示した。また、ＳＲＡＦパターン４１−４８の全てが第１および第２のＳＲＡＦパターンを有する必要は必ずしもない。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１…透明基板、２…メインパターン、３…第１のＳＲＡＦパターン、４…第２のＳＲＡＦパターン、１１…照明光学系、１２…投影光学系、１３…被加工基板、２１…露光照明開口、３１，３２…メインパターン、４１−４８…ＳＲＡＦパターン。
【図１】
2013109265.tif 000003
【図２】
2013109265.tif 000004
【図３】
2013109265.tif 000005
【図４】
2013109265.tif 000006
【図５】
2013109265.tif 000007
【図６】
2013109265.tif 000008
【図７】
2013109265.tif 000009
【図８】
2013109265.tif 000010
【図９】
2013109265.tif 000011
【図１０】
2013109265.tif 000012