(57)【要約】【課題】半導体素子の製造において、解像限界よりも微細なパターンを形成するために、波長の短い露光装置を用いると加工コストが増加する。【解決手段】露光用フォトマスク２のパターン４を修正する。露光装置による投影像が解像限界に応じた大きさに形成される透光領域である基本パターン８に、透光領域内の一部を遮光して残りの透光領域を複数の部分透光領域１６に分割する補助パターン１０を合成する。例えば、矩形の基本パターン８の中心軸１２ｖ，１２ｈに沿って帯状の遮光領域１４ｖ，１４ｈを配置して、十字型の補助パターン１０を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に遮光膜でパターンが形成され、所定の解像限界を有する投影露光装置にて用いられる露光用フォトマスクにおいて、
前記パターンは、前記投影露光装置による投影像が前記解像限界に応じた大きさに形成される透光領域である基本パターンと、前記透光領域内の一部を遮光して残りの前記透光領域を複数の部分透光領域に分割する補助パターンとを合成した微細加工パターンを含むこと、を特徴とする露光用フォトマスク。
【請求項２】
請求項１に記載の露光用フォトマスクにおいて、
前記補助パターンは、互いに隣接する前記部分透光領域の間にて光近接効果が生じるように形成されていること、を特徴とする露光用フォトマスク。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の露光用フォトマスクにおいて、
前記基本パターンは、互いに直交する第１の辺及び第２の辺に沿った大きさがそれぞれ前記投影像にて前記解像限界に応じた大きさとなる矩形であり、
前記補助パターンは、前記第１の辺及びその対辺それぞれの中点を通る第１中心軸と、前記第２の辺及びその対辺それぞれの中点を通る第２中心軸とに沿って配置された十字型のパターンであること、
を特徴とする露光用フォトマスク。
【請求項４】
請求項３に記載の露光用フォトマスクにおいて、
前記第１中心軸に沿った帯状領域及び前記第２中心軸に沿った帯状領域のうち、当該両帯状領域の交差部分以外が前記補助パターンとされ、前記交差部分は透光領域とされること、を特徴とする露光用フォトマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置等の製造に用いられる投影露光装置で使用される露光用フォトマスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路の集積度の上昇と共に、半導体基板上に形成されるパターンが微細化している。中でもコンタクト開口のパターンは最も微細なものの１つであり、露光装置の解像限界に応じた寸法に設計され得る。
【０００３】
ちなみに、露光装置の解像限界Ｒはレイリーの式と呼ばれる次式で与えられる。
Ｒ＝ｋ１・λ／ＮＡ      ………（１）
【０００４】
ここでλは露光波長、ＮＡはレンズ開口数、ｋ１は比例係数である。これらのうち、λ及びＮＡは露光装置で定まる。焦点深度ＤＯＦの減少を少なくしつつＲの減少を図る上では、ＮＡの増加よりλの低下が有利である。そのため、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、さらにはＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）と露光光源を短波長にした露光装置が開発されている。ちなみに、ｋ１は露光装置だけでなく、レジスト材料の解像性能やリソグラフィプロセスの制御性などによっても変化し、これらプロセス面でも高解像度化のための研究・開発が進められている。
【０００５】
さて、集積回路の製造において、プロセスマージンの確保のため、コンタクト開口のサイズ縮小（例えば１０％減程度まで）が求められる場合がある。しかし、元のコンタクト開口が解像限界に応じた大きさに設計されている場合、露光用フォトマスク上でのコンタクト開口のパターンサイズを単純に縮小しても、コンタクト開口を良好に形成することはできない。このような場合、従来は、波長λがより小さい露光装置を用いたり、プロセス変更によりｋ１ファクターを減少させることで、サイズ縮小の要求に対応している。
【０００６】
なお、解像限界を超えた微細加工を可能とする超解像技術も提案され実用化が進められている。そのなかで、露光用フォトマスクに関するものとして、位相シフト法や補助パターン法が知られている。補助パターン法は、光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）に関するものであり、主パターンの周辺にこの主パターンの寸法以下の補助パターンを形成して、光近接効果（ＯＰＥ：Optical Proximity Effect）による主パターンの投影像の変形を補正する。
【特許文献１】特開平９−７３１６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般に波長λが短いほど露光装置は高価となる。そのため、コンタクト開口等の微細なパターンを解像限界よりも小さく形成しようとする場合に、短波長化は加工コストが上昇するという問題があった。また、プロセス変更により微細化を図る場合、プロセスの大幅な変更が必要となったり、その条件設定に手間がかかるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る露光用フォトマスクは、透明基板上に遮光膜でパターンが形成され、所定の解像限界を有する投影露光装置にて用いられるものであって、前記パターンが、前記投影露光装置による投影像が前記解像限界に応じた大きさに形成される透光領域である基本パターンと、前記透光領域内の一部を遮光して残りの前記透光領域を複数の部分透光領域に分割する補助パターンとを合成した微細加工パターンを含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、露光用フォトマスクのパターンを変更することで、一回り小さなコンタクト開口等の形成が可能となる。これにより、露光装置の短波長化による加工コストの上昇を回避でき、またプロセスの条件変更の作業負荷が軽減される。
【００１０】
また、補助パターンは基本パターンの内側に配置されるので、基本パターンの外側の他のパターンとの光近接効果が生じにくい。基本パターンの外側に配置されるパターンを考慮したＯＰＣによりマスク設計する場合には負荷の重い演算が必要となり得る。これに対し本発明によれば、外側のパターンについてのレイアウト変更は基本的に不要なので、露光用フォトマスクの設計変更を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）である露光用フォトマスク（以下、フォトマスク）２について、図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態に係るフォトマスク２の模式的な部分平面図である。また、図２は、図１のフォトマスク２の設計の基礎となる、従来のフォトマスク６の模式的な部分平面図である。
【００１２】
これらフォトマスク２，６は、石英ガラス等の透明基板上にクロム（Ｃr）等からなる遮光膜でパターンを形成される。図１には、パターンの一部として、本発明を実施したパターンの例であるコンタクト開口形成用のパターン４が示されており、一方、図２には、従来のコンタクト開口形成用のパターン（基本パターン８）が示されている。
【００１３】
フォトマスク２，６は、ステッパ等の投影露光装置にセットされる。投影露光装置は、光源から波長λの光をフォトマスク２，６に照射し、レンズ等からなる光学系によりフォトマスク２，６の透過光の像を半導体基板等の被露光対象物に形成し、被露光対象物の表面に塗布したフォトレジストを露光する。
【００１４】
露光後、現像処理することで、フォトレジストは露光パターンに応じたパターンに加工される。このパターニングされたフォトレジストをマスクとしてエッチングやイオン注入が行われる。例えば、コンタクト開口は、フォトレジストをエッチングマスクに用いて層間絶縁膜等をエッチング除去して形成される。本実施形態ではポジタイプのフォトレジストを用いる場合に対応し、基本的に、フォトレジストに開口を形成する部分に対応してフォトマスクの透光領域が設けられる。
【００１５】
図２に示す従来から用いられているパターン８は、解像限界に応じた大きさの投影像をフォトレジスト上に形成する透光領域である。通常、コンタクト開口は矩形に設計される。パターン８は矩形の一例として縦横がほぼ等しい、すなわち概ね正方形のコンタクト開口を形成する場合のパターンを示している。ちなみに、この場合、パターン８をフォトレジスト表面（投影露光装置の像面）に投影した矩形の辺の長さが解像限界に応じた大きさとなるように設計されている。よって、例えば、１／５に縮小投影するステッパで用いるフォトマスクに形成されるパターン８の矩形の辺の大きさは解像限界の５倍に応じた値を有する。
【００１６】
図１に示すパターン４は、基本パターン８が形成する透光領域内に補助パターン１０を加えたものである。補助パターン１０は、基本パターン８の中心軸１２ｖ，１２ｈに沿って配置された帯状の遮光領域１４ｖ，１４ｈであり、遮光領域１４ｖ，１４ｈは互いに交差して十字型を形成する。この十字型の補助パターン１０は、基本パターン８の透光領域の一部を遮光し、残りの透光領域を４つの部分透光領域１６-1〜１６-4に分割する。
【００１７】
なお、図１において、中心軸１２ｖは基本パターン８の上下の辺の中点を通る垂直の点線であり、中心軸１２ｈは、基本パターン８の左右の辺の中点を通る水平の点線である。
【００１８】
遮光領域１４ｖ，１４ｈの幅（帯の太さ）は、図１において水平方向又は垂直方向に隣り合う部分透光領域１６の投影像同士が光近接効果を生じるように設定される。
【００１９】
図３は、フォトマスク２をセットされた投影露光装置が形成し得るパターン４の投影像２０の模式図である。図３には、比較のために、フォトマスク２上のパターン４を投影露光装置の倍率に応じてスケーリングしたパターン４ｉと、従来の基本パターン８の投影像２２とを点線で表示している。
【００２０】
投影像２０内の光強度は、各部分透光領域１６内の領域２０ｓにてピークを形成する。図３において垂直方向又は水平方向に隣り合う領域２０ｓ相互間に位置する領域２０ｍは、パターン４の遮光領域に対応する領域であるが、その両側の部分透光領域１６を透過した光の近接効果によって光強度を有する。その光強度は、基本的に、両側の部分透光領域１６のピークよりも低く、また、それらピーク位置を結ぶ直線Ｌから遠ざかるにつれ更に弱くなる。よって、フォトレジストが感光する閾値Ｅｘ以上の光強度であることを基準として定めた投影像２０の輪郭は、領域２０ｍにて投影像２２よりも内側に後退する。
【００２１】
図４は、パターン４の対角線Ａ−Ａに沿った投影像２０の光強度分布３０の概念図である。同図において、横軸が対角線に沿った位置、縦軸が光強度を表す。また、同図には比較のため、投影像２２の対角線Ａ−Ａに沿った光強度分布３２を点線で示している。部分透光領域１６-1，１６-3に対応して生じるピーク３４-1，３４-2の高さは、パターン４と従来のパターン８との透過光量の差に応じて、光強度分布３２のピークよりも低く、また、基本的に光強度分布３０は全体として光強度分布３２よりも低くなる。その結果、閾値Ｅｘ以上の光強度を有する投影像２０の大きさは、対角線方向に関しても投影像２２より小さくなり得る。
【００２２】
以上説明したように、実施形態に係るフォトマスク２のパターン４は、基本パターン８に応じた形状で、かつ基本パターン８が形成する投影像２２よりも一回り小さい投影像２０を形成することができる。この投影像２０によりフォトレジストをパターニングして形成したエッチングマスクを用いることにより、解像限界に応じた投影像２２を用いた場合よりも小さいコンタクト開口を好適な形状に形成することが可能となる。
【００２３】
なお、図３に示すように、投影像２０の中心部、すなわち遮光領域１４ｖ，１４ｈの交差部分に対応する領域２０ｗは、光強度のピーク位置に対応する各領域２０ｓから遠くなるため、当該領域２０ｗにて光強度は極小となり得る。そのため、領域２０ｗの光強度が閾値Ｅｘ未満となり、現像時に当該領域のフォトレジストが溶解されない場合もあり得る。しかし、その場合でも、微小な領域２０ｗのフォトレジストはその周囲のフォトレジストが溶解除去される際に剥離して除去することが可能である。
【００２４】
一方、この点に関して、パターン４に代えて他のパターンを備えたフォトマスク４０を用いることもできる。図５は、本発明の第２の実施形態であるフォトマスク４０の模式的な部分平面図である。このフォトマスク４０は、パターン４に代えて、コンタクト開口形成用の他のパターン４２を有する。図５において第１の実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付している。パターン４２において基本パターン８内に配置された補助パターン４４は、上述の中心軸１２ｖ，１２ｈに沿った帯状の遮光領域１４ｖ，１４ｈのうち、それらの交差部分以外であり、交差部分は透光領域（部分透光領域１６-5）とされる。この構成によれば、投影像２０の中心部の光強度を閾値Ｅｘ以上に上げて、当該部分のフォトレジストを現像にて溶解除去することが可能となる。
【００２５】
ちなみに、パターン４２では、補助パターン４４により、５つの部分透光領域１６-1〜１６-5が形成される。補助パターンは、部分透光領域がさらに多く形成されるように配置することも可能である。例えば、基本パターン８を構成する矩形の一片が解像限界よりも大きな寸法を有する場合には、当該辺に沿った方向に３個以上の部分透光領域が形成されるように補助パターンを配置してもよい。
【００２６】
なお、本発明に係る露光用フォトマスクは、被露光対象物が半導体基板であるか否かには関わらずに適用され、例えば、液晶パネルなどの回路基板の作成に用いる露光用フォトマスクに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る露光用フォトマスクの模式的な部分平面図である。
【図２】従来の露光用フォトマスクの模式的な部分平面図である。
【図３】投影露光装置により形成される、第１の実施形態の露光用フォトマスクのパターンの投影像の模式図である。
【図４】第１の実施形態の露光用フォトマスクのパターンの対角線Ａ−Ａに沿った投影像の光強度分布の概念図である。
【図５】本発明の第２の実施形態である露光用フォトマスクの模式的な部分平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
２，４０  フォトマスク、４，４２  パターン、８  基本パターン、１０，４４  補助パターン、１４ｖ，１４ｈ  遮光領域、１６  部分遮光領域、２０，２２  投影像。
【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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