(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一のフォトレジスト膜に対し、スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンを第一のレベンソン位相シフトマスクで露光する第一の工程と、前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンを第二のレベンソン位相シフトマスクで露光する第二の工程と、トリミング用の通常マスクを用いて露光する第三の工程と、により順次露光する、
ことを特徴とする微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記第一の工程において、前記スペースが最小値で並んだ箇所と同時にスペースが０．６μｍ以上のパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項１記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンと前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンとが隣接したパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記第一の工程と第二の工程とで使用するレベンソン位相シフトマスクの非シフタ部の開口幅が等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項５】
前記レベンソン位相シフトマスクのシフタ部と非シフタ部との開口幅が等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記パターンが回路パターンのゲート部に相当する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記第一の工程においてスペースが最小値で並んだゲートの一部を露光する、
ことを特徴とする請求項６記載の微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記第二の工程において前記第一の工程で露光したゲートの残部を露光する、
ことを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記第三の工程において回路パターンのゲート部以外のパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項８記載の微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術の分野などで微細加工に用いられるレベンソン位相シフトマスク、及びこれを用いた微細パターン形成方法に関する。以下、レベンソン位相シフトマスクを「レベンソンマスク」と略称する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、超微細加工に適したフォトマスクとして、レベンソンマスクが普及している。図７は、従来のレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、本願の図面では、回路パターン、フォトレジストパターン及び遮光部を斜線、シフタ部を網点、非シフタ部を白抜きで表わすことにする。
【０００３】
図７［２］に示す従来のレベンソンマスク８０は、遮光部８１１〜８１４を挟んでシフタ部８２１〜８２３及び非シフタ部８３１〜８３３が対向配置されたパターンを有する。シフタ部８２１，…を透過した光は、非シフタ部８３１，…を透過した光に対して、位相が反転する。その結果、それらの光は遮光部８１１，…背面で打ち消し合うので、遮光部８１１，…による加工精度が向上する。
【０００４】
図７［１］は、トランジスタのゲートの回路パターン（設計パターン）８４である。図７［３］は、トリミング用の通常マスク８５である。図７［４］は、露光及び現像後のフォトレジストパターン８６である。次に、レベンソンマスク８０を用いた微細パターン形成方法について説明する。
【０００５】
まず、同一のフォトレジスト膜（図示せず）に対して、レベンソンマスク８０を用いて最も微細なパターンであるゲートを露光し、続いて通常マスク８５を用いてゲートに付随するその他のパターンを露光する。そして、露光後のフォトレジスト膜を現像することにより、光の当たったフォトレジスト膜が除去されてフォトレジストパターン８６が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレベンソンマスク８０では、光近接効果の影響を受けて加工精度が低下するという問題があった。光近接効果とは、遮光部８１１，…を挟むシフタ部８２１，…及び非シフタ部８３１，…のパターン形状によって、フォトレジストパターン８６が遮光部８１１，…の寸法通りにならなくなる現象をいう。例えば、遮光部８１２に対応するフォトレジストパターン８６の幅８７は、非シフタ部８３２の開口幅８８によって、設計値よりもかなり大きくなっている。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、光近接効果の影響を抑制できるレベンソンマスク、及びこれを用いた微細パターン形成方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る微細パターン形成方法は、同一のフォトレジスト膜に対し、スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンを第一のレベンソン位相シフトマスクで露光する第一の工程と、前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンを第二のレベンソン位相シフトマスクで露光する第二の工程と、トリミング用の通常マスクを用いて露光する第三の工程と、により順次露光する、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るレベンソンマスクは、遮光部を挟んでシフタ部及び非シフタ部が対向配置されたパターンを有する。そして、前記シフタ部及び前記非シフタ部は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。例えば、直線状の遮光部に直交する方向の前記シフタ部及び前記非シフタ部の長さを開口幅とすると、この開口幅は光近接効果の影響を抑えた一定値になっている。このとき、前記開口幅は、当該開口幅と同じパターンを最終的にフォトレジスト膜に形成する部分を除き、光近接効果の影響を抑えた一定値になっている、としてもよい。また、複数回の重ね露光にそれぞれ使われる複数枚からなり、それぞれ異なるパターンが形成された、としてもよい。
【００１０】
本発明に係る微細パターン形成方法は、本発明に係るレベンソンマスクを用いた微細パターン形成方法であって、同一のフォトレジスト膜に対して前記各レベンソンマスクを用いて順次露光する、というものである。また、同一のフォトレジスト膜に対して、前記各レベンソンマスクを用いて順次露光し、最後にトリミング用の一般的なマスクで露光する、としてもよい。更に、前記フォトレジスト膜がトランジスタのゲートを形成するためのものであり、前記遮光部が当該ゲートとなる領域に対応する、としてもよい。
【００１１】
換言すると、本発明は、レベンソンマスクと通常マスクとを用いて、デバイスパターンを形成する露光方法において、微細パターンの形成に用いるレベンソンマスクを二枚とする。すなわち、微細パターンを二枚のレベンソンマスクに分割し、レベンソンマスク二枚及び通常マスク一枚の合計三枚のマスクを用いてデバイスパターンを露光することによって、光近接効果を抑制する。
【００１２】
一枚のレベンソンマスクで微細パターンを形成する場合、マスクパターン間のスペース幅は、デバイスパターンの配列に依存する。レベンソンマスクの場合、マスクパターン間のスペース幅に依存して、フォトレジストパターン寸法幅が大きく変化する（光近接効果のため）。そのため、従来技術では、寸法精度の高いデバイスパターンを形成することができなかった。これに対し、本発明では、これらのマスクパターンを二枚のレベンソンマスクに分割することによって、各々のレベンソンマスクで、スペース幅を任意に設定し、その寸法をコントロールすることが可能となる。その結果、光近接効果を抑えられるので、デバイスパターンの寸法制御性を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法の第一実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１４】
図１［２］［３］に示す本実施形態のレベンソンマスク１０，２０は、遮光部１１１，…を挟んでシフタ部１２１，…及び非シフタ部１３１，…が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部１２１，…及び非シフタ部１３１，…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、直線状の遮光部１１１，…に直交する方向のシフタ部１２１，…及び非シフタ部１３１，…の長さを開口幅１４１〜１４７とすると、開口幅１４１〜１４７は光近接効果の影響を抑えた一定値になっている。また、レベンソンマスク１０，２０は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【００１５】
図１［１］は、トランジスタのゲートの回路パターン（設計パターン）１５である。図１［４］は、トリミング用の通常マスク１６である。図１［５］は、露光及び現像後のフォトレジストパターン１７である。次に、レベンソンマスク１０，２０を用いた微細パターン形成方法について説明する。
【００１６】
まず、同一のフォトレジスト膜（図示せず）に対して、レベンソンマスク１０を用いて最も微細なパターンであるゲートの一部を露光し、続いてレベンソンマスク１０を用いて最も微細なパターンであるゲートの残部を露光し、最後に通常マスク１６を用いてゲートに付随するその他のパターンを露光する。そして、露光後のフォトレジスト膜を現像することにより、光の当たったフォトレジスト膜が除去されてフォトレジストパターン１７が得られる。
【００１７】
従来のレベンソンマスクでは、レベンソンマスク１０，２０のパターンが一枚に形成されていることにより、非シフタ部１３２，１３３が繋がってその開口幅が大きくなるため、光近接効果の影響を受けて遮光部１１２による加工精度が低下するという問題があった。これに対し、本実施形態では、非シフタ部１３２をレベンソンマスク１０に設け、非シフタ部１３３をレベンソンマスク２０に設けることにより、全ての開口幅１４１〜１４７を光近接効果の影響を受けない一定値にしている。その結果、遮光部１１１〜１１４に対応するフォトレジストパターン１７の幅１８１〜１８４は、開口幅１４１〜１４７の影響を受けずに設計値通りになっている。
【００１８】
図２は、レベンソンマスク１０，２０及び通常マスク１６の設計方法を示すフローチャートである。以下、図１及び図２に基づき説明する。なお、「スペース」とは、回路パターンにおけるライン間、すなわちライン以外の部分のことである。
【００１９】
まず、回路パターン１５のうちゲート部については、最も微細なパターンであるので、レベンソンマスク用のデータとする（ステップ１０１，１０２）。ゲート部以外のパターンは、通常マスク１６用のトリミング通常マスクデータ(3)とする（ステップ１０１，１０３）。そして、レベンソンマスク用のデータのうちスペースが最小値で並んでいるパターンは、レベンソンマスク１０用のゲートレベンソンマスクデータ(1)とする（ステップ１０４，１０５）。最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンは、レベンソンマスク１０用とレベンソンマスク２０用とに振り分けたゲートレベンソンマスクデータ(2)とする（ステップ１０４，１０６）。
【００２０】
図３は、本発明に係るレベンソンマスクの第二実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２１】
図３［２］［３］に示す本実施形態のレベンソンマスク３０，４０は、遮光部３１１〜３１４を挟んでシフタ部３２１〜３２３及び非シフタ部３３１〜３３４が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部３２１，…及び非シフタ部３３１，…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、直線状の遮光部３１１，…に直交する方向のシフタ部３２１，…及び非シフタ部３３１，…の長さを開口幅３４１〜３４７とすると、開口幅３４１〜３４７は光近接効果の影響を抑えた一定値（０．１５μｍ）になっている。また、レベンソンマスク３０，４０は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【００２２】
図３［１］は、トランジスタのゲートの回路パターン（設計パターン）３５である。図３［４］は、トリミング用の通常マスク３６である。図３［１］において、実線で囲んだ領域がレベンソンマスクデータ３７、破線で囲んだ領域が通常マスクデータ３８である。また、最小設計スペース３９は０．１５μｍ、ゲート幅４１は０．１μｍである。ここで、最小設計スペース３９で並んでいるパターンはレベンソンマスク３０に形成し、最小設計スペース３９以外で並んでいるパターンはレベンソンマスク３０，４０に振り分けて形成する。
【００２３】
図４は、本発明に係るレベンソンマスクの第三実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００２４】
図４［２］［３］に示す本実施形態のレベンソンマスク５０，６０は、遮光部５１１〜５１４を挟んでシフタ部５２１〜５２３及び非シフタ部５３１〜５３４が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部５２１，…及び非シフタ部５３１，…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、開口幅５４１，５４３〜５４７は、光近接効果の影響を抑えた一定値（０．２μｍ）になっている。ただし、開口幅５４２は、開口幅５４２と同じパターンを最終的にフォトレジスト膜（図示せず）に形成する部分であるので、一定値（０．２μｍ）ではなく０．１５μｍになっている。また、レベンソンマスク５０，６０は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【００２５】
図４［１］は、トランジスタのゲートの回路パターン（設計パターン）５５である。図４［４］は、トリミング用の通常マスク５６である。図４［１］において、実線で囲んだ領域がレベンソンマスクデータ５７、破線で囲んだ領域が通常マスクデータ５８である。また、最小設計スペース５９は０．１５μｍ、ゲート幅６１は０．１μｍである。ここで、最小設計スペース５９で並んでいるパターンはレベンソンマスク５０に形成し、最小設計スペース５９以外で並んでいるパターンはレベンソンマスク５０，６０に振り分けて形成する。
【００２６】
【実施例】
図５は、従来例と実施例との光近接効果を比較したグラフである。以下、この図面に基づき説明する。
【００２７】
図５は、ライン間のスペース（すなわちライン以外の部分）に応じて、フォトレジストパターン寸法（critical dimension）がどのように変わるかを実測した結果である。ライン幅の設計値は０．１μｍとし、スペースは約０．２μｍ〜１．０μｍまで変化させた。このとき、スペース全体を非シフタ部又はシフタ部とした一枚のレベンソンマスクを用いた場合を「従来例」とした。スペースを挟む一方のラインの両側に開口幅Ｗ＝０．１５μｍの非シフタ部又はシフタ部を形成した第一のレベンソンマスクと、スペースを挟む他方のラインの両側に開口幅Ｗ＝０．１５μｍの非シフタ部又はシフタ部を形成した第二のレベンソンマスクとを用いた場合を「実施例１」とした。スペースを挟む一方のラインの両側に開口幅Ｗ＝０．２μｍの非シフタ部又はシフタ部を形成した第一のレベンソンマスクと、スペースを挟む他方のラインの両側に開口幅Ｗ＝０．２μｍの非シフタ部又はシフタ部を形成した第二のレベンソンマスクとを用いた場合を「実施例２」とした。
【００２８】
図５から明らかなように、従来例では、光近接効果の影響を受けて、フォトレジストパターン寸法に最大で０．０４μｍのズレ７０が発生した。これに対し、実施例１，２では光近接効果の影響が抑制された。特に実施例１では、フォトレジストパターン寸法に最大でも０．０１μｍのズレ７１しか発生しなかった。以上のとおり、本発明に係るレベンソンマスクの開口幅を適宜コントロールすることによって、寸法のズレを０．０１μｍ以下に抑えることができる。
【００２９】
図６は従来例と実施例との光強度分布を比較したグラフであり、図６［１］は従来例、図６［２］は実施例である。以下、この図面に基づき説明する。
【００３０】
図６は、フォトレジストパターン上の距離に応じて、マスクパターンを通過した光の強度がどのように変わるかをシミュレーションした結果である。フォトレジストパターン上の距離は、中心を０としたＸ軸座標である。波形の谷がマスクパターンのラインに相当し、波形の山がマスクパターンのスペースに相当する。このとき、一枚のレベンソンマスクを用いた場合を「従来例」とした（図６［１］）。マスクパターンの異なる第一のレベンソンマスク及び第二のレベンソンマスクを用いた場合を「実施例」とした（図６［２］）。
【００３１】
実施例の図６［２］では、波形の谷の部分の幅が、従来例の図７［１］に比べて、狭くかつ急峻になっている。このように、本実施例によれば、開口の一部が重なっても問題なく露光できており、従来例と比較して非常に高い寸法均一性が得られた。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係るレベンソンマスクによれば、シフタ部及び非シフタ部が光近接効果の影響を受けない一定形状に形成されているので、フォトレジストパターン寸法の精度を向上できる。また、本発明に係る微細パターン形成方法によれば、本発明に係るレベンソンマスクを用いることにより、光近接効果の影響を排除してレベンソンマスクのパターン寸法通りにフォトレジストパターンを形成できるので、微細加工精度を向上できる。
【００３３】
換言すると、本発明によれば、光近接効果を抑制することができるので、デバイスパターンの寸法制御性が向上し、これによりデバイス特性が向上する。従来技術では、レベンソンマスクが一枚のみであったので、回路パターンのライン間のスペースに応じて、レベンソンマスクの開口幅も変えていた。その結果、光近接効果の影響によって、フォトレジストパターンの寸法精度が落ちていた。本発明では、従来一枚であったレベンソンマスクを複数枚に分割することにより、各レベンソンマスクの開口幅をライン間のスペースに関係なく一定とした。これにより、フォトレジストパターンの寸法精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法の第一実施形態を示す平面図であり、図１［１］は回路パターン、図１［２］は第一のレベンソンマスク、図１［３］は第二のレベンソンマスク、図１［４］は通常マスク、図１［５］はフォトレジストパターンである。
【図２】  図１におけるレベンソンマスク及び通常マスクの設計方法を示すフローチャートである。
【図３】  本発明に係るレベンソンマスクの第二実施形態を示す平面図であり、図３［１］は回路パターン、図３［２］は第一のレベンソンマスク、図３［３］は第二のレベンソンマスク、図３［４］は通常マスクである。
【図４】  本発明に係るレベンソンマスクの第三実施形態を示す平面図であり、図４［１］は回路パターン、図４［２］は第一のレベンソンマスク、図４［３］は第二のレベンソンマスク、図４［４］は通常マスクである。
【図５】  従来例と実施例との光近接効果を比較したグラフである。
【図６】  従来例と実施例との光強度分布を比較したグラフであり、図６［１］は従来例、図６［２］は実施例である。
【図７】  従来のレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法を示す平面図であり、図７［１］は回路パターン、図７［２］はレベンソンマスク、図７［３］は通常マスク、図７［４］はフォトレジストパターンである。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０  レベンソンマスク
１１１〜１１４，３１１〜３１４，５１１〜５１４  遮光部
１２１〜１２３，３２１〜３２３，５２１〜５２３  シフタ部
１３１〜１３４，３３１〜３３４，５３１〜５３４  非シフタ部
１４１〜１４７，３４１〜３４７，５４１〜５４７  開口幅
【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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