(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料のスライスの表面上にフォトレジスト層を形成し、その後フォトレジストに形成すべきパターンの相互接続部分を含むフォトマスクを、パターンの端部が互いに重なり合うようにして投影レンズにより前記フォトレジスト上に投影し、パターンの端部内に位置し投影の際に相互にオーバラップするフォトマスクの細条状透明端部部分に細条状の接続パターンを形成し、これら細条状接続パターンが、投影される際に互いにオーバーラップすると共に投影の際に相補的な透過性能を生ずる半導体装置の製造方法において、
前記フォトマスクの細条状透明端部部分の、投影の際に互いにオーバラップする部分の側縁部に、投影の際に互いにオーバラップすると共に投影の際に相補的な透過性能を生ずる細条状接続パターンが存在することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
λを投影に用いる放射の波長とし、ＮＡを投影に用いる投影レンズの開口数とした場合に、前記フォトマスクの投影の際にオーバラップする細条状透明端部部分の側縁部に、フォトレジスト層上に投影した際０．２λ／ＮＡ以上の幅を有する細条状接続パターンが存在することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
λを投影に用いる放射の波長とし、ＮＡを投影に用いる投影レンズの開口数とした場合に、前記投影に際してオーバラップする細条状接続パターンが、０．４λ／ＮＡ以下の長さ及び幅を有する矩形領域として形成した透明領域を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記投影に際して互いにオーバラップする細条状接続パターンが矩形の透明領域の単一の列として形成されていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記投影に際して互いにオーバラップする接続パターンが、投影の際全表面に亘ってほぼ一定となる相補的な透過性能を有することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記投影の際互いにオーバラップする接続パターンが、その全表面に亘ってほぼ５０％の相補的な透過率を有することを特徴とする請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体材料のスライスの表面上にフォトレジスト層を形成し、その後フォトレジストに形成すべきパターンの相互接続部分を含むフォトマスクを、パターンの端部が互いに重なり合うようにして投影レンズにより前記フォトレジスト上に投影し、パターンの端部内に位置し投影の際に相互にオーバラップするフォトマスクの細条状透明端部部分に細条状の接続パターンを形成し、これら細条状接続パターンが、投影される際に互いにオーバーラップすると共に投影の際に相補的な透過性能を生ずる半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上述した半導体装置の製造方法では、単一のフォトマスクを用いてフォトレジスト上に投影するには大き過ぎるパターンを相互に隣接する部分的パターンにサブ分割し、これら部分的パターンは互いに異なるフォトマスクに形成されている。これらのフォトマスクは毎回端部がオーバラップしてフォトレジスト上に投影されるので、形成すべきパターン部分は投影する際互いに併合される。従って、半導体スライスの比較的広い表面領域に亘って形成される集積回路を製造することができる。この場合、フォトレジストに形成される全パターンは、投影の際に重なり合い端部内に位置する透明端部部分並びに投影の際に互いにオーバラップせず端部部分内に存在しないマスクのパターン部分によって構成される。
【０００３】
欧州特許出願（公開）第４３４１４２号には、投影の際に互いにオーバラップするフォトマスクの細条状透明端部部分にその全表面領域に亘って接続パターンが形成され、これら接続パターンは細条状透明端部部分の長手方向に沿って変化する透過率を有する冒頭部で述べた半導体装置の製造方法が開示されている。この構成は、細条状透明端部部分に非透明領域を形成し、これら非透明領域の数及び／又は大きさを細条状端部部分の長手方向に沿って変化させ、これら非透明領域を投影の際に一緒に投影することにより達成される。
【０００４】
このような接続パターンがフォトマスクに形成されていない場合、フォトレジストの互いにオーバラップする部分には互いに重なり合わない透明領域に入射する放射の量の２倍の量の放射が入射することになる。従って、投影の際にオーバラップする透明部分には２倍の放射量が入射することになる。フォトマスクをポジティブのフォトレジスト上に投影する場合、現像後２倍の放射量が入射した位置には単一の放射量が入射した部分に比べてより太い幅のパターンが形成されてしまう。ネガのフォトレジスト上にフォトマスクを投影する場合、２倍の放射量が入射した部分にはより細かいパターンが形成される。従って、マスクがオーバラップする部分には線幅の太り又は細りが生じ、フォトマスクのパターンは互いに継目が生ずることなく併合されなくなってしまう。接続パターンは、投影に際して相補的な透過率を示すので、フォトレジストの互いにオーバラップする細条状透明部分が投影される領域には、オーバラップしない透明細条状部分が投影される領域に等しい量の放射が入射することになる。従って、フォトレジストはスライスの全表面領域に亘って同一の放射量で露光される。この結果、フォトマスクのパターンは継目が生ずることなく、すなわち線幅が細ったり又は太ったりすることなく互いに併合される。
【０００５】
投影装置によってフォトレジスト層上に投影される好適なフォトマスクは、実際にはクロミウムのような金属層が形成され透明パターン部分が除去されたガラスプレートで構成される。パターンは電子ビームにより金属層上に形成されたフォトレジスト層に書込まれる。現像後、金属層を所望のパターンにエッチングするために用いられるマスクが形成される。書込中、電子ビームはパターンが記憶されているコンピュータデータファイルによってコンピュータにより制御される。このようにしてガラスプレート上に形成されたパターンは、実際には投影レンズ系を介して例えば１／３又は１／５に縮小されてフォトレジスト上に投影される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
フォトマスクに関する情報が記憶されているコンピュータデータファイルには、接続パターンを規定するのに必要な莫大な量のデータが記憶されている。実際には、例えばフォトマスクの５０００本のパターンを互いに併合させるためには極めて多量のデータが必要になる。従って、既知の接続パターンを用いる場合、不所望な多量のコンピュータデータが必要になってしまう。
【０００７】
従って、本発明の目的は、フォトマスクのパターンをフォトレジスト層に互いに継目が生ずることなく併合する際、フォトマスクのパターンを記憶するのに必要なコンピュータのデータ量を相当減少させることができる半導体装置の製造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並びに作用】
上記目的を達成するため、本発明による半導体装置の製造方法は、フォトマスクの細条状透明端部部分の、投影の際に互いにオーバラップする部分の側縁部に、投影の際に互いにオーバラップすると共に投影の際に相補的な透過性能を生ずる細条状接続パターンが存在することを特徴とする。従って、接続パターンは、フォトマスクの表面領域のうち前述した既知の半導体装置の製造方法の接続パターンが占める表面領域の一部にすぎない表面領域だけを占めることになる。既知の半導体装置の製造方法において接続パターンが占める表面領域は、フォトマスクの投影の際に互いにオーバラップする透明端部部分によって占められる表面領域に等しいが、本発明ではその一部分にすぎない。この結果、フォトマスクの投影の際に互いにオーバラップする透明端部部分の接続パターンを記憶するのに必要なコンピュータのデータ量は相当減少する。
【０００９】
本発明は、線幅の太りや細りは、投影の際に互いにオーバラップする透明細条状部分におけるフォトレジストへの放射の量だけに起因しているという認識に基づいている。本発明によれば、互いにオーバラップする端部領域に入射する放射の量は、透明部分の互いにオーバラップしない領域に入射する放射の量に等しくなる。従って、端部領域で線幅の太りは全く生じない。オーバラップする部分には２倍の放射量が入射するが、フォトレジストに入射する放射量は補償されることになる。
【００１０】
本発明による半導体装置の一実施例はλを投影に用いる放射の波長とし、ＮＡを投影に用いる投影レンズの開口数とした場合に、前記フォトマスクの投影の際にオーバラップする細条状透明端部部分に、その端部に、フォトレジスト層上に投影した際０．２λ／ＮＡ以上の幅を有する細条状接続パターンを形成したことを特徴とする。
【００１１】
種々の実験の結果、上述した範囲の幅を有する接続パターンを用いる場合、上述した線幅の太りはほとんど生じないことが判明した。０．２λ／ＮＡに等しい幅の細条状接続パターンを用いる場合、線幅の太りは、２個のフォトマスクの透明端部部分に接続パターンが形成されていない場合に生ずる線幅の太りの１／１０にすぎない。接続パターンの幅が０．２λ／ＮＡ以上の場合線幅の太りは一層小さくなる。
【００１２】
λを投影に用いる放射の波長とし、ＮＡを投影に用いる投影レンズの開口数とした場合に、前記投影に際してオーバラップする細条状接続パターンが、０．４λ／ＮＡ以下の長さ及び幅を有する矩形領域として形成した透明領域を有する場合、フォトマスクのフォトレジスト層上への投影中に接続パターンは連続して結像される。
【００１３】
マスクに関するデータを記憶するのに必要なコンピュータのデータ量を低減するため、投影に際して互いにオーバラップする細条状接続パターンを矩形の透明領域の単一の列として形成をする。
【００１４】
投影に際して互いにオーバラップする接続パターンが、投影の際全表面に亘ってほぼ一定となる相補的な透過性能を有する場合、フォトマスクのデータを記憶するのに必要なコンピュータのデータ量は一層低減される。相互にオーバラップする接続パターンの透過率は例えばそれぞれ３０％及び７０％とすることができる。この場合、接続パターンを表示するため、マスクについて異なるコンピュータのデータの組が必要になる。一方、互いにオーバラップする接続パターンがその全表面に亘って５０％の相補的な透過率をもたらす場合、異なるコンピュータのデータ組は必要とはならない。この場合、オーバラップする接続パターンは互いに同一となり、必要なコンピュータのデータの量は一層減少する。
【００１５】
【実施例】
図１〜図４は本発明による半導体装置の製造方法の工程を説明するためのものであり、図１は線図的平面図、図２〜図４は線図的断面図である。半導体材料のスライス２の表面にフォトレジスト層３を形成し、その後フォトレジスト層３に形成されるべきパターンの相互に隣接する部分に対応するフォトマスク４及び５をフォトレジスト層３上に投影する。投影する際、矢印９で線図的に示すように、フォトマスク４の端部７とフォトマスク５の端部８とが互いに重なり合うようにし、フォトマスク４の端部７中に位置する細条状の透明端部部分とフォトマスク５の端部部分８中に位置する細条状透明端部部分１１とが互いに重なり合うようにする。パターン６はフォトレジスト層３を現像することによりフォトレジストに形成する。このフォトレジストマスクは例えばイオン注入マスクとして用いることができる。次に、図３において破線１４で線図的に示すように、イオン注入工程中に不純物イオンをスライス２に注入する。その後の加熱処理により不純物が添加された半導体領域１５を形成する。
【００１６】
図１において、マスク４及び５とフォトレジスト層３に形成したパターン６とは図面を明瞭にするため同一の大きさで表示したが、実際にはマスク４及び５は例えば１／３又は１／５に縮小してフォトレジスト層上に投影される。
【００１７】
この半導体装置の製造方法において、形成されるべきパターン６は相互に隣接する部分パターンに副分割し、これら部分パターンをフォトマスク４及び５に形成する。これらのフォトマスク４及び５は端部７及び８が相互に重なり合うようにフォトレジスト層３上に投影されるので、これら部分パターンは投影する際互いに併合される。従って、単一のフォトマスクを用いて所望のパターンを結像することができないような大きさの半導体材料スライスの表面領域上に集積回路を形成することができる。フォトレジスト層３上に形成されたパターン６は細条状部分１６，１７及び１８を有する。部分１６は端部７及び８内にそれぞれ位置し投影の際互いに重なり合う透明細条状端部部分１０及び１１によって形成され、部分１７は端部７内に位置せず投影される際互いに重なり合わないマスクの透明部分によって形成され、部分１８は端部８内に位置せず投影される際互いに重なり合わないマスク５の透明部分１３によって形成される。
【００１８】
フォトレジスト層３の互いに重なり合う透明部分１０及び１１が形成される領域には投影の際に全放射が入射し、この放射量は互いに重なり合わないフォトマスクの透明部分１２及び１３の領域に入射する放射量の２倍である。本例のように、フォトマスクがポジティブのフォトレジスト３に投影されると、現像の後パターン６が形成され、２倍の量の放射が入射した細条状部分１６の幅は単一の量の放射が入射した細条状部分１７及び１８の幅よりも一層広くなる。
【００１９】
図５ａはガラス基板２３上に形成されたクロミウム層２２がエッチングにより除去された細条状の透明部分２１を有するフォトマスク２０の細部を示す。マスクのこの透明部分がある露光時間ｔに亘ってフォトレジスト層３上に投影されると、フォトレジストには放射量Ｄ（ｘ）が入射する。この放射量Ｄ（ｘ）は、図５ｂのライン２４で示すようにスライスの表面上の位置ｘの関数として細条状部分２１の投影方向と直交する方向の勾配を示す。図５ｂはこの勾配を標準形態として示す。入射する放射量Ｄ（ｘ）はフォトレジストに放射が入射しない位置において零となり、フォトレジストに最大量の放射が入射する位置で１となる。スライスの表面上の位置ｘはλ／ＮＡを１単位として与えられ、λは投影に用いた放射の波長であり、ＮＡは投影に用いた投影レンズの開口数である。標準形態として示す放射量Ｄ（ｘ）の勾配は実際に用いた各投影レンズ系に対して有効である。例えば、波長λが４３６ｎｍの放射で開口数が０．４３の投影レンズを用いてフォトマスクをフォトレジスト上に１／５に縮小して投影するＰＡＳ２５００（ＡＳＭ）型のプロジェクタのような通常の投影装置の場合、単位λ／ＮＡは約１０００ｎｍである。放射量Ｄ（ｏ）はマスクの端縁で約０．３である。ここで、ｘ＝０である。露光時間ｔは、放射量が０．３以上の位置でフォトレジストが現像され放射量が０．３以下で現像されないように選択する。
【００２０】
フォトレジストが同一のマスク２０を用いて２回露光される場合、フォトレジストは図５ｂのライン２６で示す勾配の放射量Ｄ1（ｘ）で露光される。ライン２６で示す放射量Ｄ1（ｘ）はライン２４で示す放射量Ｄ（ｘ）の２倍である（Ｄ1（ｘ）＝２・Ｄ（ｘ））。図５ｂから、ライン２５で示す放射量は、ｘ＝０．０７５λ／ＮＡの場合０．３の値を有している。従って、現像の際、単一露光量ではなく２倍の露光量の場合フォトレジストにはより幅の広いパターンが形成される。上述した実際の露光装置の場合、二重露光による線幅の太りの量は約７５ｎｍである。
【００２１】
図５に基づいて説明した線幅の太りは、露光された部分が現像剤に溶解するポジのフォトレジストの場合に生ずる。ネガのフォトレジストを用いる場合、非露光部分が現像剤に溶解する。従って、ネガのフォトレジストの場合、２倍の放射量で露光すると線幅は太くならず細くなる。
【００２２】
線幅の太り又は細りは、部分パターンを有するフォトマスクがフォトレジスト上で互いに隣接するように露光される方法においてマスクが互いにオーバラップする位置で発生する。この場合、フォトマスクパターンは互いに継目が生ずることなく併合されないことになる。フォトマスク４及び５の透明端部部分１０及び１１に投影する際の相補的な透過性の接続パターン３０を設けた場合、フォトレジスト層３は、フォトマスク４及び５を投影する際互いに重なり合う細条状透明部分１０及び１１の領域はフォトマスクの投影の際に互いに重なり合わない透明部分１２及び１３の領域に入射する放射量と全体として同一の量の放射を受光する。従って、フォトレジスト層は、スライスの全表面に亘ってほぼ同一の量の放射で露光される。この結果、フォトマスク４及び５のパターンは互いに継目が生ずることなく併合され、細幅の太りや細りが生ずることはない。
【００２３】
図５ａはガラス基板４３上に形成されたクロミウム層４２が除去されたフォトマスク４０の詳細な部分を示す。このマスクには、例えば全表面に亘って５０％の透過率を有しフォトレジスト上に投影される際０．１λ／ＮＡの幅ｂを有する接続パターンが形成されている。マスク４０のこの部分がフォトレジスト層３上に投影されると、フォトレジストは、細条状部分４１の投影方向と直交する方向の位置ｘの関数として図５ｂのライン２７で示す勾配の放射量Ｄ2（ｘ）で露光される。この放射量Ｄ2（ｘ）はライン２４で示す放射量とライン２６で示す放射量との和であり、距離０．１×λ／ＮＡ：Ｄ2（ｘ）＝Ｄ（ｘ）＋Ｄ（ｘ−ｂ）だけシフトする。図５ｂから、ライン２７で示す放射量Ｄ2（ｘ）はｘ＝−０．０３０λ／ＮＡの場合値０．３を有していることが導かれる。
【００２４】
図５ｂはガラス基板４８上に形成されたクロミウム層４７が除去された別のフォトマスク４５の一部を詳細に示す。このマスクには、全表面領域に亘って例えは５０％の透過率を有しフォトレジスト層上に投影される際０．２１λ／ＮＡの幅２ｂを有する接続パターン４９が形成されている。マスク４５のこの部分がフォトレジスト層３上に投影されると、フォトレジストは、細条状部分４６の投影方向と直交する方向の位置ｘの関数として図５ｂのライン２９で示す勾配の放射量Ｄ3（ｘ）で露光される。放射量Ｄ3（ｘ）はライン２４で示す放射量とライン２８で示す放射量との和であり、距離０．２１λ／ＮＡ：Ｄ3（ｘ）＝Ｄ（ｘ）＋Ｓ（ｘ−２ｂ）だけ偏移する。図５ｂから、ライン２９で示す放射量Ｄ3（ｘ）は、ｘ＜０．０１０λ／ＮＡの場合約０．３を有する。二重露光の際のこの太りは、上述した実際の投影装置の場合１０ｎｍ以下である。
【００２５】
接続パターン４４及び４９を用いれば、上述した線幅の太りを強く抑制することができる。これら接続パターンは、全表面領域に亘って５０％の透過率を有する例として説明したものである。従って、投影の際に互いにオーバラップする２個の接続パターンが相補的な透過率を有しフォトレジストに接続パターンの全表面領域に亘って０．３の全放射量が入射する限り、異なる透過勾配を有する接続パターンを用いても同一の結果が得られること明らかである。
【００２６】
フォトマスクの製造において、電子ビームにより金属層上に形成したフォトレジスト層にパターンを書込む。次に、金属層を所望のパターンにエッチングするための現像工程を経てマスクが形成される。電子ビームはパターンが記憶されているコンピュータデータファイルからコンピュータにより書込き込まれる間に制御される。
【００２７】
フォトマスクパターンを記憶するのに必要なコンピュータのデータを低減するため、本発明では、投影に際して互いに重なり合うフォトマスク４及び５の細条状の透明端部部分１０及び１１は、その縁部２１において細条状接続パターンが投影に際して互いに重なり合うように配置する。従って、接続パターン３０はフォトマスク４，５の表面領域の比較的小さな部分を占めるにすぎず、接続パターンの幅はフォトレジスト上に投影される際０．２λ／ＮＡ以上である。ここで、前述したように、λは投影に用いた放射の波長であり、ＮＡは投影レンズ系の開口数である。
【００２８】
この幅の接続パターンを用いる場合上述した線幅の太りはほとんど生じないことが見い出されている。細条状接続パターンの幅が０．２λ／ＮＡの場合、線幅の太りは、２個のフォトマスクの透明端部部分に接続パターンが設けられていない場合に生ずる線幅の太りの１／１０以下である。また、この線幅の太りは、ライン幅が０．２λ／ＮＡ以上の場合一層小さくなる。
【００２９】
図７は、投影の際に互いに重なり合う細条状端部部分５２及び５３並びに矩形形状の透明領域５６及び５７を有する接続パターン５４及び５５を具えるフォトマスク５０及び５１を示す。これらの矩形領域は投影された場合０．４λ／ＮＡ以下の長さ及び幅を有している。ここで、λは投影に用いる放射の波長であり、ＮＡは投影レンズ系の開口数である。これらの接続パターン５４及び５５はフォトマスクをフォトレジスト層上に投影する際連続して投影される。さらに、領域５６及び５７の大きさは、これら接続パターンの透明度が通常のグレイスケールで連続した勾配となるように接続パターン５４及び５５の表面上に分布させる。これら矩形領域は僅かなコンピュータデータによって表示することができるので、フォトマスク５０及び５１を表示するために必要なデータ量は少なくてすむ。マスク５０及び５１の透明端部部分５２，５３は、例えば１０μm の長さ及び２０μm の幅を有し、接続パターン５４及び５５も１０μm の長さ及び５μm の幅を有している。透明矩形領域５６及び５７は、３５０ｎｍ×４００ｎｍから１５０ｎｍ×１５０ｎｍの約２０段階の勾配の寸法を有している。
【００３０】
マスクのデータを記憶するのに必要なコンピュータのデータの量を減少させるため、投影の際に互いに重なり合う細条状接続パターンは矩形透明領域の単一の列として配置する。
【００３１】
図８は、投影の際に互いに重なり合う細条状端部部分６２及び６３並びに透明領域６６及び６７が形成されている接続パターン６４及び６５を有するフォトマスク６０及び６１を示す。ここで、透明領域６６及び６７は、長さ４００ｎｍで幅が４００ｎｍから１５９ｎｍまで除々に減少する矩形状の形態をなす。矩形透明領域６６及び６７の数は矩形領域の単一列に限定され、これらマスク６０及び６１を記憶するのに必要なコンピュータデータは図７に示すマスク５０及び５１の場合よりも一層少ない。
【００３２】
図９は、投影する際互いに重なり合う細条状の端部部分７２及び７３並びに４００ｎｍの長さで固定された幅の矩形領域の形態の透明領域７６及び７７が形成されている接続パターン７４及び７５を有するフォトマスク７０及び７１を示す。接続パターン７４及び７５はその全表面領域に亘って相補的な透過率を有している。
【００３３】
相互に重なり合う接続パターン７４及び７５の透過率は例えばそれぞれ３０％及び７０％とすることができる。この場合、接続パターンを表示するマスクについて異なる組みのコンピュータデータが必要である。これに対して、図９に示すように、投影に際して互いに重なり合う接続パターン７４及び７５が全表面領域に亘って同一となる５０％の相補的な透過率を与える場合コンピュータのデータは一層低減される。すなわち、フォトマスク７０及び７１についてオーバラップする接続パターン７４及び７５は同一となるので、コンピュータのデータ量が一層低減される。約２０個の透明矩形領域７６及び７７は約２５０ｎｍの幅を有し、各離間距離は約２５０ｎｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の製造工程を示す線図的平面図である。
【図２】半導体装置の製造工程を示す線図的断面図である。
【図３】半導体装置の製造工程を示す線図的断面図である。
【図４】半導体装置の製造工程を示す線図的断面図である。
【図５】複数のフォトマスクの細部並びにスライス上のフォトレジストに入射する放射の量を位置ｘの関数としてそれぞれ示す線図的断面図及びグラフである。
【図６】相補的透過率の接続パターンが形成されている部分的パターンを有するフォトマスクをフォトレジスト層上に投影する工程を示す線図的平面図である。
【図７】相補的透過率の接続パターンが形成されている部分的パターンの好適実施例を示す線図的平面図である。
【図８】相補的透過率の接続パターンが形成されている部分的パターンの好適実施例を示す線図的平面図である。
【図９】相補的透過率の接続パターンが形成されている部分的パターンの好適実施例を示す線図的平面図である。
【符号の説明】
１  スライスの表面
２  半導体材料
３  フォトレジスト層
４，５  フォトマスク
６  パターン
７，８  フォトマスクの端部
１０，１１  透明細条状端部部分
３０，５４，５５  接続パターン
【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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