JP2000019710A - 半導体集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 斜方照明を用いたパターン露光において、ア
パーチャを切り換えることなく、パターンの解像度を向
上させる。 【解決手段】 半導体ウエハ上に塗布されたフォトレジ
スト膜に斜方照明を用いた露光処理によってホールパタ
ーンを転写するマスク１において、そのホールパターン
を転写するための実パターン２Ｈの周囲に、逆相ハーフ
トーン領域３Ａ、同相ハーフトーン領域３Ｂおよび遮光
領域４を設けることで擬似的な繰り返し領域を形成する
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、微細パターンを転写するた
めの露光技術に適用して有効な技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置を構成する素子や配
線等のパターンの微細化に伴い、そのパターンを転写す
る露光技術においては、露光波長の短波長化や投影光学
系の高ＮＡ（開口数）化を図ることによりパターンの高
解像化が実現されてきた。しかし、これらだけでは、パ
ターンの微細化速度に追い付くことができず、近年、解
像度を向上させるための種々の技術が開発され適用され
るに及んでいる。このような露光技術については、例え
ば株式会社プレスジャーナル、平成９年５月２０日発行
「月刊セミコンダクタワールド」１９９７年、６月号
Ｐ１２４〜Ｐ１４３（第１文献）、特開平６−２４２５
９４号公報（第２文献）または国際公開番号ＷＯ９７／
４６９１４（第３文献）に記載がある。

【０００３】この第１文献には、弱い解像度技術とし
て、ハーフトーン型マスク技術および変形照明技術が開
示され、強い解像度技術として、レベンソン型マスク技
術および瞳フィルタ技術が開示されている。現状では、
この第１文献で紹介されている解像度向上技術を対象パ
ターンに応じて駆使し、実用解像度の向上と焦点深度の
確保を図っている。

【０００４】また、上記第２文献には、変形照明を用い
る露光技術において、露光マスクにおける孤立した主パ
ターンの近傍に、その主パターンと同じ透過特性を有す
る補助パターンを設ける技術が開示されている。

【０００５】さらに、上記第３文献には、露光用のホト
マスクに、半導体ウエハに転写されるラインパターンに
対応して形成され光透過率が最も小さい最小透過率部
と、その外側に形成され光透過率が最も大きい最大透過
率部と、それらの透過率部以外の余領域に形成されそれ
らの透過率部の光透過率の中間の透過率にされた中間透
過率部を設ける構造が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記文献に
記載された技術においては、以下の課題があることを本
発明者は見出した。

【０００７】すなわち、第１文献には、繰り返しパター
ン向けの強い解像度向上技術としてレベンソン型マスク
が紹介されている。この場合の照明は、一般的に小σ
（σはパーシャルコヒーレンス係数）照明が用いられ
る。これと対として用いられる孤立パターン向け解像度
向上技術としては、上記第１文献にも弱い解像度向上技
術として紹介されている逆相ハーフトーン型マスクを用
いる露光技術がある。この場合にも、小σ照明により大
きな効果が得られる。

【０００８】しかし、繰り返しパターン向けのレベンソ
ン型マスクを用いる場合には、マスク上で隣合う開口部
の各々を透過した各々の光の間に１８０度の位相差を生
じさせる必要があり、パターン配置に制約が生じるとい
う大きな問題点がある。また、上記第１文献において種
々のマスク構造が紹介されているように、位相差に対す
る制約が厳しく、マスクの安定供給にも、現状では不安
が残されている。これら問題点により、繰り返しパター
ン向けのレベンソン型マスクは、特定用途には適用され
ているものの、汎用性のない技術となっている。従っ
て、上記した解像度を向上させるための技術の場合、一
種の照明系だけでは、繰り返しパターンおよび孤立パタ
ーンの双方の解像度を向上させることができないので、
上記第１文献にも述べられているように、その効果を発
揮させるべく、照明系のアパーチャを露光対象パターン
または対象マスク種に応じて切り換えて焦点深度の向上
を図り、パターンの解像度を向上させることが行われて
いる。例えば第１文献には弱い解像度の向上技術として
繰り返しパターンおよび孤立パターンの双方の転写に対
し、逆相ハーフトーン型マスク技術および変形照明技術
が用いられているが、その向上効果は小さく、照明系ア
パーチャを切り換えて効力を発揮させざるを得ない。し
かしながら、大きく異なる照明系アパーチャを用いて露
光したパターンを重ね合せた場合には、重ね合せ精度が
劣化し、上記第１文献には最大数十ｎｍまたは最大３０
ｎｍの精度劣化が生じると記載されている。この劣化量
は許容可能な量ではなく、現実に半導体集積回路装置の
製造歩留を低下させている。

【０００９】また、第１文献には、逆相ハーフトーン型
マスクを用いた場合に生じる不要パターンの問題が述べ
られている。通常マスクであってもコンタクトホールパ
ターン等を露光した場合には、フォトレジスト膜の主面
において、マスク上の主パターンに対応する位置に光強
度のピークが形成される（以下、プライマリピークとい
う）が、それ以外に、そのプライマリピークから一定距
離離れた位置に光の回折現象に起因してセカンダリピー
クが形成される。このセカンダリピークは、光強度は低
いものの、露光光として小σ（σはパーシャルコヒーレ
ンス係数）照明ないしは通常照明を用いた場合、プライ
マリピークに対して光の位相が逆である。このため、逆
相ハーフトーン型マスクを用いてホールパターンを露光
する場合には、逆相ハーフトーン部の透過光とセカンダ
リピークとが強め合う干渉を起こす結果、不要光強度は
レジスト感度を上回り不要パターンがレジストパターン
として形成される問題がある。この問題は、２個以上の
連続したコンタクトホールパターンが配置される場合
に、各々のセカンダリピークが一個所で重なるため顕著
となる。

【００１０】また、第１文献には、繰り返しパターンの
露光において変形照明を用いると高解像度が得られるこ
とが記載されているが、本発明者の検討結果によれば、
繰り返しパターンのうち、孤立パターンと等価となって
いる部分や最外側のパターンにおいては、変形照明によ
る解像度の向上効果が小さいことが判明している。

【００１１】また、上記第２文献においては、変形照明
を用いた露光技術において、繰り返しパターンおよび孤
立パターンの双方の解像度を向上させる方法が開示され
ている。この技術が現実的に適用できれば、上記パター
ンの重ね合せ精度劣化の問題も解決可能である。しか
し、本発明者の検討結果によれば、この第２文献の技術
においては、マスク上に補助パターンを配置するための
図形データ処理が主パターンの微細化や高密度化に伴っ
て煩雑になる課題やその補助パターンは主パターンと同
じ透過特性を有することからフォトレジスト膜に転写さ
れないように極めて微細に形成することが要求される
上、今後の主力露光装置の縮小率の変更も考慮すれば、
マスク製造上の制約も生じざるを得ない状況にあり、そ
の補助パターンを有するマスクの製造プロセスが難しい
という課題があることが判明している。

【００１２】さらに、上記第３文献の技術においては、
上述のようなマスク構造とすることで、半導体ウエハ上
のフォトレジスト膜に転写されるラインパターンのエッ
ジ部分においてシャープな光強度分布が得られ、パター
ンの解像度を向上させることが可能であるが、本願発明
の露光技術とは構成が異なるものである。

【００１３】そこで、本発明の目的は、斜方照明を用い
たパターン露光において、アパーチャを切り換えること
なく、パターンの解像度を向上させることのできる技術
を提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、斜方照明を用
いたパターン露光において、孤立パターンにおける不要
光強度を低減することのできる技術を提供することにあ
る。

【００１５】また、本発明の他の目的は、繰り返しパタ
ーンのうち、部分的に孤立パターンと等価となる部分ま
たは最外側のパターンの解像度を向上させることのでき
る技術を提供することにある。

【００１６】また、本発明の他の目的は、マスクの図形
データ処理を容易にすることのできる技術を提供するこ
とにある。

【００１７】さらに、本発明の他の目的は、マスクに微
細な補助パターンを形成する必要の無い技術を提供する
ことにある。

【００１８】さらに、本発明の他の目的は、斜方照明を
用いたパターン露光において、汎用性のある解像度向上
技術を提供することにある。

【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００２１】すなわち、本発明は、斜方照明を用いた露
光光を露光マスクを介して半導体集積回路ウエハ上のフ
ォトレジスト膜に照射することで、そのフォトレジスト
膜に孤立パターンまたは孤立パターン等価部を露光する
半導体集積回路装置の製造方法において、上記孤立パタ
ーンまたは孤立パターン等価部を転写するための第１の
実透過領域の周囲に擬似的な繰り返し領域を設けた露光
マスクを用いる半導体集積回路装置の製造方法である。

【００２２】上記以外の発明の概要を項に分けて簡単に
説明すると以下の通りである。

【００２３】１．超解像マスク上のホールパターンに対
応する集積回路パターンを紫外線露光光を用いて非小σ
照明して、その透過光を縮小投影光学系を通して半導体
集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜上に縮小投影する
ことにより、上記ホールパターンを上記半導体集積回路
ウエハ上に転写する半導体集積回路装置の製造方法にお
いて、上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域に対し
て同位相の同位相ハーフトーン領域。

【００２４】２．上記第１項において、上記フォトレジ
スト膜はポジ型であることを特徴とする半導体集積回路
装置の製造方法。

【００２５】３．上記第２項において、上記非小σ照明
は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
の製造方法。

【００２６】４．上記第３項において、上記斜方照明は
輪帯照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。

【００２７】５．上記第４項において、上記同位相ハー
フトーン領域の透過率は１０％未満であることを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。

【００２８】６．超解像マスク上の集積回路パターンを
紫外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を縮
小投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォト
レジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路
パターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導
体集積回路装置の製造方法において、上記超解像マスク
は以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する１次近接領域に設けられた第１の遮光領
域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の遮光
領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域に対して
同位相の同位相ハーフトーン領域。

【００２９】７．上記第６項において、上記集積回路パ
ターンは上記半導体集積回路ウエハ上のホールパターン
であることを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。

【００３０】８．上記第７項において、上記非小σ照明
は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
の製造方法。

【００３１】９．超解像マスク上の集積回路パターンを
紫外線露光光を用いて照明して、その透過光を縮小投影
光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジス
ト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路パター
ンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導体集積
回路装置の製造方法において、上記超解像マスクは以下
の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する１次近接領域に設けられた上記第１の実
透過領域に対して逆位相の逆位相ハーフトーン領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記逆位相ハー
フトーン領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域
に対して同位相の同位相ハーフトーン領域。

【００３２】１０．上記第９項において、上記照明は非
小σ照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。

【００３３】１１．上記第１０項において、上記集積回
路パターンは上記半導体集積回路ウエハ上のホールパタ
ーンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。

【００３４】１２．超解像マスク上の集積回路パターン
を紫外線露光光を用いて照明して、その透過光を縮小投
影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジ
スト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路パタ
ーンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導体集
積回路装置の製造方法において、上記超解像マスクは以
下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する１次近接領域に設けられた上記第１の実
透過領域に対して逆位相の逆位相ハーフトーン領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記逆位相ハー
フトーン領域の周辺の上記第１の実透過領域に関する２
次近接領域に設けられた上記第１の実透過領域に対して
同位相の同位相ハーフトーン領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記同位相ハー
フトーン領域の周辺に設けられた遮光領域。

【００３５】１３．上記第１２項において、上記照明は
非小σ照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
の製造方法。

【００３６】１４．上記第１３項において、上記集積回
路パターンは上記半導体集積回路ウエハ上のホールパタ
ーンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。

【００３７】１５．超解像マスク上の集積回路パターン
を紫外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を
縮小投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォ
トレジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回
路パターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半
導体集積回路装置の製造方法において、上記超解像マス
クは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する１次近接領域に設けられた第１の遮光領
域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の遮光
領域の周辺の上記第１の実透過領域に関する２次近接領
域に設けられた上記第１の実透過領域に対して同位相の
同位相ハーフトーン領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記同位相ハー
フトーン領域の周辺に設けられた第２の遮光領域。

【００３８】１６．上記第１５項において、上記非小σ
照明は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路
装置の製造方法。

【００３９】１７．上記第１６項において、上記集積回
路パターンは上記半導体集積回路ウエハ上のホールパタ
ーンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。

【００４０】１８．超解像マスク上の集積回路パターン
を紫外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を
縮小投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォ
トレジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回
路パターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半
導体集積回路装置の製造方法において、上記超解像マス
クは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する外縁領域に設けられた遮光領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域と上記遮光領域の間に設けられた上記第１の実透
過領域に対して同位相の同位相ハーフトーン領域。

【００４１】１９．上記第１８項において、上記非小σ
照明は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路
装置の製造方法。

【００４２】２０．上記第１９項において、上記集積回
路パターンは上記半導体集積回路ウエハ上のホールパタ
ーンであることを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。

【００４３】２１．上記第１項から第２０項のいずれか
一つに記載された光学マスク。

【００４４】２２．上記第１項から第２０項のいずれか
一つに記載された光学マスクの製造方法。

【００４５】更にその他の発明の概要を項に分けて記載
すれば以下のごとくである。

【００４６】２３．非小σ照明を用いた露光光をマスク
を介して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜に
照射することで、そのフォトレジスト膜に孤立パターン
を転写する半導体集積回路装置の製造方法において、上
記マスクは以下を有することを特等とする： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記孤立パターンを転写するための光透過領域であ
って、上記透明基板の上記第１の主面上において互いに
近接するように設けられた複数の第１の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
過領域に関する１次近接領域に設けられ、隣接する同士
で互いに一体的に形成された第１の遮光領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上において上記第１
の遮光領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過領域を
透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相であ
り、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第１の同相領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面において上記第１の
同相領域の外周に設けられた第２の遮光領域。

【００４７】２４．上記第２３項において、上記孤立パ
ターンがホールパターンであることを特徴とする半導体
集積回路装置の製造方法。

【００４８】２５．上記第２３項において、マスクの第
１の実透過領域の大きさを、上記フォトレジスト膜に転
写されるべき孤立パターンの大きさよりも小さくしたこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

【００４９】２６．上記２３項において、非小σ照明が
斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。

【００５０】２７．非小σ照明を用いた露光光をマスク
を介して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜に
照射することで、そのフォトレジスト膜に孤立パターン
を転写する半導体集積回路装置の製造方法において、上
記マスクは以下を有することを特等とする： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記孤立パターンを転写するための光透過領域であ
って、上記透明基板の上記第１の主面上において互いに
近接するように設けられた複数の第１の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上における上記第１
の実透過領域に関する１次近接領域に、隣接する同士で
互いに一体的に形成され、上記第１の実透過領域を透過
した光の位相に対して透過光の位相が逆位相であり、か
つ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透過率が
低い第１の逆相領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上において上記第１
の逆相領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過領域を
透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相であ
り、かつ、上記第１の実透過領域を透過した光よりも光
透過率が低い第１の同相領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面において上記第１の
同相領域の外周に設けられた第２の遮光領域。

【００５１】２８．上記第２７項において、上記孤立パ
ターンがホールパターンであることを特徴とする半導体
集積回路装置の製造方法。

【００５２】２９．上記第２７項において、マスクの第
１の実透過領域の大きさを、上記フォトレジスト膜に転
写されるべき孤立パターンの大きさよりも小さくしたこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。

【００５３】３０．上記２７項において、非小σ照明が
斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。

【００５４】３１．非小σ照明を用いた露光光をマスク
を介して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜に
照射することで、そのフォトレジスト膜に孤立パターン
部または孤立パターン等価部を有する繰り返しパターン
を転写する半導体集積回路装置の製造方法において、上
記マスクは以下を有することを特等とする： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記繰り返しパターンを転写するための遮光領域で
あって、上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた
第１の実遮光領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上における上記第１
の実遮光領域に関する１次近接領域に形成された第１の
光透過領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上において上記第１
の光透過領域の周辺に設けられ、上記第１の光透過領域
を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相であ
り、かつ、上記第１の光透過領域を透過した光よりも光
透過率が低い第１の同相領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面において上記第１の
同相領域の外周に設けられた第２の光透過領域。

【００５５】３２．上記第２８項において、上記繰り返
しパターンがラインパターンであることを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。

【００５６】３３．上記２８項において、非小σ照明が
斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。

【００５７】３４．斜方照明方式の露光光源から放射さ
れた露光光を第１のマスクを介して半導体集積回路ウエ
ハ上のフォトレジスト膜に照射することで、そのフォト
レジスト膜に繰り返しパターンを有する第１の集積回路
パターンを露光する第１の露光工程と、斜方照明方式の
露光光源から放射された露光光を第２のマスクを介して
半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜に照射する
ことで、そのフォトレジスト膜に孤立パターンで構成さ
れる第２の集積回路パターンを露光する第２の露光工程
とを有する半導体集積回路装置の製造方法において；上
記第１の露光工程と上記第２の露光工程とにおいては照
明光学系（アパーチャ）を切り換ずに露光処理を行い、
上記第１のマスクは、以下の構成を有する； (a) 第１及び第２の主面を有する第１の透明基板； (b) 上記第１の集積回路パターンを転写するための遮光
領域であって、上記第１の透明基板の上記第１の主面上
に設けられた第１の実遮光領域； (c) 上記第１の透明基板の上記第１の主面上に設けら
れ、上記第１の実遮光領域の外周に設けられた第１の光
透過領域；上記第２のマスクは、以下の構成を有する； (d) 第１及び第２の主面を有する第２の透明基板； (e) 上記第２の集積回路パターンを転写するための光透
過領域であって、上記第２の透明基板の上記第１の主面
上に設けられた第１の実透過領域； (f) 上記第２の透明基板の主面上において上記第１の実
透過領域の周囲に設けた擬似的な繰り返し領域。

【００５８】３５．上記第３４項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられた
第１の遮光領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の遮光領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第１の同相領域。

【００５９】３６．上記第３４項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の第１の主面上において上記第
１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられた第１
の遮光領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の遮光領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低いの第１の同相領域； (c).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の同相領域の外周に設けられた第２の遮光領域。

【００６０】３７．上記第３４項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられ、
上記第１の実透過領域を透過した光の位相に対して透過
光が逆相で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よ
りも光透過率が低い第１の逆相領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の逆相領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第１の同相領域。

【００６１】３８．上記第３４項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられ、
上記第１の実透過領域を透過した光の位相に対して透過
光が逆相で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よ
りも光透過率が低い第１の逆相領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の逆相領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第１の同相領域； (c).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の同相領域の外周に設けられた第１の遮光領域。

【００６２】３９．斜方照明方式の露光光源から放射さ
れた露光光を第１のマスクを介して半導体集積回路ウエ
ハ上のフォトレジスト膜に照射することで、そのフォト
レジスト膜に繰り返しパターンを有する第１の集積回路
パターンを露光する第１の露光工程と、斜方照明方式の
露光光源から放射された露光光を第２のマスクを介して
半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト膜に照射する
ことで、そのフォトレジスト膜に孤立パターンで構成さ
れる第２の集積回路パターンを露光する第２の露光工程
とを有する半導体集積回路装置の製造方法において；上
記第１の露光工程と上記第２の露光工程とにおいては照
明光学系（アパーチャ）を切り換えずに露光処理を行
い、上記第１のマスクは、以下の構成を有する； (a) 第１及び第２の主面を有する第１の透明基板； (b) 上記第１の集積回路パターンを転写するための遮光
領域であって、上記第１の透明基板の上記第１の主面上
に設けられた第１の実遮光領域； (c) 上記第１の透明基板の上記第１の主面上に設けら
れ、上記第１の実遮光領域の外周に設けられた第１の光
透過領域； (d) 上記第１の透明基板の第１の主面に設けられ、上記
第１の光透過領域の外周に設けられ、上記第１の光透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同相で
あり、かつ、上記第１の光透過領域の光透過率よりも光
透過率が低い第１の同相領域；上記第２のマスクは、以
下の構成を有する； (e) 第１及び第２の主面を有する第２の透明基板； (f) 上記第２の集積回路パターンを転写するための光透
過領域であって、上記第２の透明基板の上記第１の主面
上に設けられた第１の実透過領域； (g) 上記第２の透明基板の主面上において上記第１の実
透過領域の周囲に設けた擬似的な繰り返し領域。

【００６３】４０．上記第３９項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられた
第１の遮光領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の遮光領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第２の同相領域。

【００６４】４１．上記第３９項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の第１の主面上において上記第
１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられた第１
の遮光領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の遮光領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低いの第１の同相領域； (c).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の同相領域の外周に設けられた第２の遮光領域。

【００６５】４２．上記第３９項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられ、
上記第１の実透過領域を透過した光の位相に対して透過
光の位相が逆相で、かつ、上記第１の実透過領域の光透
過率よりも光透過率が低い第１の逆相領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の逆相領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第２の同相領域。

【００６６】４３．上記第３９項において、上記第２の
マスクの上記擬似的な繰り返し領域は、以下の構成を有
する； (a).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の実透過領域に関する１次近接領域に設けられ、
上記第１の実透過領域を透過した光の位相に対して透過
光の位相が逆相で、かつ、上記第１の実透過領域の光透
過率よりも光透過率が低い第１の逆相領域； (b).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第１の逆相領域の周辺に設けられ、上記第１の実透過
領域を透過した光の位相に対して透過光の位相が同位相
で、かつ、上記第１の実透過領域の光透過率よりも光透
過率が低い第２の同相領域； (c).上記第２の透明基板の上記第１の主面上において上
記第２の同相領域の外周に設けられた第１の遮光領域。

【００６７】４４．孤立パターンを有する半導体集積回
路パターンの斜方照明を用いた第１の露光工程と、繰り
返しパターンを有する半導体集積回路パターンの斜方照
明を用いた第２の露光工程とで同一分類に属する露光光
学系を用いるべく、第１の露光工程で用いる第１のマス
クにおいて、上記孤立パターンを転写するための第１の
実透過領域の周囲に擬似的な繰り返し領域を配置するも
のである。

【００６８】

【発明の実施の形態】図１（ａ）, （ｂ）は本発明の一
実施の形態である露光技術である斜法照明の原理を説明
するための説明図、図２（ａ）, （ｂ）は本実施の形態
で用いた穴径算出方法を説明するためのグラフ図、図３
は逆相ハーフトーン領域の効果領域の評価に用いたマス
クの要部平面図、図４は逆相ハーフトーン領域の効果領
域の評価結果を示すグラフ図、図５はマスクの穴径縮小
効果を比較するグラフ図、図６（ａ）, （ｂ）は不要光
強度比を比較するためのグラフ図、図７（ａ）, （ｂ）
は斜法照明を用いた露光処理に際してハーフトーンマス
クを用いた場合の不要光強度比を比較するためのグラフ
図、図８は本実施の形態のマスクの要部拡大平面図、図
９は図８のマスクを用いた場合の焦点深度向上効果を説
明するためのグラフ図、図１０〜図１７は図８のマスク
の製造工程中における要部拡大断面図、図１８〜図２４
は図８のマスクの他の製造工程中における要部拡大断面
図、図２５〜図３２は図８のマスクの他の製造工程中に
おける要部拡大断面図、図３３は本発明の他の本実施の
形態であるマスクの要部拡大平面図、図３４は図３３の
マスクを用いた場合の焦点深度向上効果を示すグラフ
図、図３５は図３３のマスクを用いた場合の不要光強度
を示すグラフ図、図３６は本発明の他の実施の形態であ
るマスクの要部拡大平面図、図３７は図３６のマスクを
用いた場合の焦点深度向上効果を示すグラフ図、図３８
は図３６のマスクを用いた場合の不要光強度を示すグラ
フ図、図３９〜図４３は図３６のマスクの製造工程中に
おける要部断面図、図４４は本発明の他の実施の形態で
あるマスクの要部拡大平面図、図４５は図４４のマスク
を用いた場合の焦点深度向上効果を示すグラフ図、図４
６（ａ）〜（ｃ）は図４４のマスクを用いた場合の不要
光強度を示すグラフ図、図４７は本発明の他の実施の形
態であるマスクの要部拡大平面図、図４８（ａ）〜
（ｃ）は図４４のマスクを用いた場合の焦点深度向上効
果を示すグラフ図、図４９は本発明の他の実施の形態で
あるマスクの要部拡大平面図、図５０（ａ）〜（ｃ）は
図４９のマスクを用いた場合の焦点深度向上効果を示す
グラフ図、図５１は本発明の他の実施の形態であるマス
クの要部拡大平面図、図５２は図４４のマスクの図形デ
ータ作成に用いるユニットセルの説明図、図５３（ａ）
〜（ｃ）は図５２のユニットセルを構成する各層の説明
図、図５４は本発明の他の実施の形態であるマスクの要
部拡大平面図、図５５〜図５８は図５４のマスクの図形
データ作成に用いる層の説明図、図５９〜図６２は図４
７のマスクの図形データの作成方法を説明するための説
明図、図６３は本実施の形態であるパターン重ね合わせ
ずれ防止効果の説明図、図６４は本実施の形態の露光処
理に用いる露光装置の説明図、図６５および図６６は図
６４の露光装置における露光光源の説明図、図６７は本
実施の形態の露光処理に用いる他の露光装置の説明図、
図６８（ａ）は本発明者が検討した露光装置の説明図で
あり、（ｂ）は図６７の露光装置の説明図、図６９〜図
７１は本発明の他の実施の形態であるマスクの要部拡大
平面図、図７２〜図７９は本発明の実施の形態である露
光処理を具体的に適用した場合の半導体集積回路装置の
製造工程中における要部断面図である。

【００６９】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て詳細に説明する。

【００７０】なお、実施の形態を説明するための全図に
おいて同一機能を有するものは同一の符号を付し、その
繰り返しの説明は省略する。また、本明細書中におい
て、領域を指定する場合はマスク作成上および設計上の
都合により理論的にそのように分類される領域の境界領
域は必要に応じて取捨選択するものとする。

【００７１】また、本明細書中において、位相が同一ま
たは反転、逆というのは等価的に（2nπの差分以外同一
である場合を含む）位相差が同一および逆である場合の
他、焦点深度や焦点位置に問題のない程度ずれた中間的
な位相差を含むものとする。一般に、はずれは数度以内
である。また、本実施の形態において記載した構成要素
は特に記載した場合を除き、必須のものとは限らないも
のとする。さらに、各構成要素の数は特に記載した場合
を除き表示したものに限定されないものとする。

【００７２】また、本明細書中においては、以下の用語
を用いる。

【００７３】１次近接領域（図４では、例えば0.２５μ
m までの領域）：実開口と逆位相にすると解像の改善
（焦点深度改善効果を含む）に一次的に寄与する領域。

【００７４】２次近接領域（図４では、例えば0.２５μ
m 〜0.６μm までの領域）：実開口と同位相にすると解
像の改善に２次的に寄与する領域。

【００７５】外縁領域（図４では、例えば0.６μm 以
遠）：ほとんど寄与しない領域ではあるが、程度は弱い
ものの１次近接領域と同様の性質を示す。

【００７６】通常照明：非変形照明のことで、光強度分
布が比較的均一な照明を言う。

【００７７】変形照明：中央部の照度を下げた照明で斜
方照明、輪帯照明、４重極照明、５重極照明等の多重極
照明又はそれと等価な瞳フィルタによる超解像技術を含
む。

【００７８】斜方照明：中央部の照度を下げた照明で輪
帯照明、４重極照明、５重極照明等の多重極照明等、斜
方向からの照明成分が相対的に多い照明又はそれと等価
な瞳フィルタによる超解像技術を含む。

【００７９】小σ照明：パーシャルコヒーレンス係数σ
が0.４５未満で内部の照度分布が比較的均一な照明。

【００８０】非小σ照明：上記小σ照明以外の照明で、
σが0.４５以上の通常照明及びσの限定のない変形照
明。

【００８１】通常マスク：マスクのデバイスパターン領
域が０％透過の遮光領域とほぼ１００％透過の開口領域
のみからなる光学マスク。

【００８２】位相シフトマスク：位相シフタ領域を有す
る光学マスク。

【００８３】超解像技術：位相シフトマスクを用いた露
光技術、又は変形照明（斜方照明を含む）及び瞳フィル
タによる解像、焦点深度改善技術。

【００８４】超解像マスク：位相シフトマスク及び通常
マスクと異なるマスク構造を導入して解像、焦点深度を
改善する露光技術。

【００８５】実パターン：マスク上の開口パターン等の
集積回路パターンで実際にウエハ上に転写されるデバイ
スのパターンに対応しているものである。

【００８６】補助パターン：マスク上の開口パターン等
の集積回路パターンで実際にウエハ上に転写されるデバ
イスのパターンに対応していないものである。事実上ウ
エハ上にその独立したパターンを転写しないものであ
る。

【００８７】開口の位相：マスクの二つの開口等を通過
した光の位相に位相差が生じる場合は、通過した光につ
いて位相差を言う代わりに、多くの光学テキストで採用
されているように、開口自身の属性としてそれを記述す
るものとする。

【００８８】ハーフトーン領域：それ自体フォトレジス
トを感光させない程度の低い透過率を持つ領域で同位相
と逆位相（反転）の区別がある。一般に透過率は３％か
ら１５％程度であるが、遮光領域等を併用することによ
り２０％以上の高透過率ハーフトーン領域も可能であ
る。

【００８９】逆相ハーフトーンまたは逆相補助パター
ン：一般に言うハーフトーン位相シフトまたは位相シフ
ト補助パターン。

【００９０】同相ハーフトーンまたは同相補助パター
ン：マスク上で特に位相シフト部材を設けない、また
は、露光波長の整数倍に対応する位相差を本体パターン
との間に設けたハーフトーン部分または補助パターン。
換言すれば、マスクに垂直に入射し露光波長と等しい波
長の平面波を仮定した場合に、マスク上でハーフトーン
部分または補助パターン部分を通過する光と実パターン
部分を通過する光との間に、位相差が生じることを意図
しない、ないしは、露光波長の整数倍の位相差を与える
ハーフトーン部分または補助パターン。

【００９１】遮光領域：一般にほぼ０％の透過率（典型
的には１％以下）を有する領域で、機能的にはハーフト
ーン領域よりも低い透過率を持つ領域と定義することが
出来る。

【００９２】紫外線：半導体産業においては水銀ランプ
のg 線（４３６nm）あたりよりも短波長で、真空紫外域
の１００nmあたりまでの電磁波（光）を紫外線と呼び、
可視光、X 線と区別する。

【００９３】半導体集積回路ウエハ：半導体集積回路装
置をその上に形成するための基板で、一般にはシリコン
単結晶からなる。必要に応じて、絶縁体や半導体基板上
にエピタキシャル半導体層、その他の半導体層や絶縁層
を形成して集積回路を形成するものを含む。本明細書中
では単にウエハとも言う。

【００９４】光学マスク：一般に言う投影原版・マスク
またはレチクルのことであって、基板上に光を遮蔽する
パターンや光の位相を変化させるパターンを形成したも
のである。基板上とは基板上面、基板上面に近接した内
部領域又は上空領域を含む（上面に近接した別の基板上
に配置しても良い）。本明細書中では単にマスクとも言
う。

【００９５】ホールパターン：ウエハ上で露光波長と同
程度又はそれ以下の２次元的寸法を有するコンタクトホ
ール、スルーホール等の微細穴パターン。一般にマスク
上では正方形、又はそれに近い長方形、８角形等の形状
であるが、ウエハ上では円形に近くなることが多い。

【００９６】また、以下の実施の形態では、特に記載の
無い限り、例えば以下の条件とした。露光光は水銀ラン
プのｉ線、波長は３６５ｎｍ、ＮＡ＝0.６３、斜方照明
は代表として輪帯照明（0.４２≦σ≦0.７）を用いた。
また、比較対象として、小σ照明を用いる場合はσ＝0.
４、通常照明を用いる場合はσ＝0.７とした。ハーフト
ーン部透過率は、逆相／同相の場合を問わず、ホールパ
ターンの場合は５％、ラインパターンの場合は１０％以
上とした。ホールパターンの場合は、インフォーカス時
における転写後想定穴径を0.３５μｍとした。なお、ハ
ーフトーン部透過率は図４７、図４８の例では、例えば
１３％程度、図４９〜図５１の例では、例えば７０％程
度である。

【００９７】本発明の技術思想は、斜方照明による露光
処理によってウエハ上に孤立パターンを転写する場合
に、孤立パターンを転写するための実パターンを含む領
域に擬似的な繰り返し領域を有する光学マスクを用いる
ことにより、孤立パターンの転写においても、斜方照明
を用いた繰り返しパターンの転写の場合と同様に、焦点
深度の向上を図るものである。そして、これにより、孤
立パターンを転写するための露光工程と、繰り返しパタ
ーンを転写するための露光工程とを同一分類の照明光学
系（アパーチャ）を用いるものである。

【００９８】まず、斜方照明の原理を図１により説明す
る。図１（ａ）は、照射光がマスクに対して垂直に入射
する場合であり、この場合、直進する０次光成分と±１
次光成分が結像に寄与するが、０次光成分と±１次光成
分とではウエハに対する入射角度が異なるので、位相が
揃う範囲（焦点深度）が狭い範囲に限られる。一方、同
図（ｂ）は、斜方照明の場合であり、この場合、０次光
成分と＋１次光成分のみ（あるいは０次光成分と−１次
光成分のみ）が結像に寄与し、−１次光成分（０次光成
分と−１次光成分とで結像した場合は＋１次光成分）は
光路外へ出て結像しない。この場合、０次光成分と＋１
次光成分とのウエハでの入射角度が等しく、開口数（以
下、ＮＡという）を同一とした場合に回折角が同図
（ａ）の場合の２倍になるため解像度が向上し、着目パ
ターン寸法を同一とした場合にＮＡが同図（ａ）の場合
の半分で良いので焦点深度が向上する。

【００９９】一般には、回折光の回折角の大きさはパタ
ーンの周期によるため、同図（ｂ）の条件を満たすの
は、繰り返しパターンに対する特定の入射角の照明に限
られる。すなわち、斜方照明は、繰り返しパターンの露
光に特に有効である。また、斜方照明のうちの輪帯照明
は、パターン指向性が少なく、斜め方向のパターンに対
しても有効である。斜方照明は元々、汎用性を持たせる
のに長大な技術開発時間を要すと考えられたレベンソン
型位相シフトマスクの代替技術として導入され、繰り返
しパターンの代表であるラインパターンの露光に広く用
いられている。さらに、上記文献１にあるように、逆相
ハーフトーンマスクとの組み合せによる性能向上も知ら
れている。

【０１００】次に、本発明で用いた光強度分布からのホ
ールパターンの穴径算出方法について説明し、その後、
本発明の技術思想に関して述べる。

【０１０１】フォトレジスト表面の光強度分布計算に
は、市販のシミュレータを用いた。露光装置の露光波長
は、水銀ランプのｉ線とし、投影光学系のＮＡは0.６３
とした。露光時の焦点をずらした場合の転写後穴径算出
方法を図２（ａ）, （ｂ）に示した。

【０１０２】図２（ａ）は、通常マスクを通常照明（σ
＝0.７）を用いて露光した場合におけるインフォーカス
状態でのフォトレジスト上の光強度分布である。想定ホ
ールパターン径は0.３５μｍであり、マスクのホールパ
ターンも0.３５×0.３５μｍの場合で示した。想定穴径
は0.３５μｍなので、±0.１７５μｍの位置の相対強度
をみると0.２４８であり、これがこの条件における基準
相対強度となる。0.４μｍデフォーカスした場合の穴径
は、今度は逆に基準相対強度が0.２４８の位置から算出
され、0.４μｍデフォーカス時の穴径は、0.３１３μｍ
と算出される。このように各条件毎にインフォーカス時
の孤立穴の想定穴径エッジに対応する部分の相対強度を
基準相対強度として、これと同一の相対強度になる位置
を求め、穴径を算出する方法を、本明細書では用いてい
る。

【０１０３】この算出方法は、ラインパターンのライン
幅計算にも同様に適用され、インフォーカス時の想定線
幅に対応する位置における相対強度を基準相対強度とし
て、デフォーカス時のライン幅が算出される。さらに、
この算出方法は投影光学系に収差がある場合の位置ズレ
にも適用される。収差が無い場合の想定穴径または想定
線幅に対応する位置の相対強度を基準相対強度とし、収
差が有る場合には、この基準相対強度と等しくなる相対
強度の位置から、転写パターンの位置ズレが算出され
る。

【０１０４】次に、本発明の技術思想の発想の基になっ
た評価結果とその評価結果から案出された本発明の技術
的思想およびその作用効果について述べる。なお、本明
細書では、解像度自体に関しては述べず、焦点深度向上
効果についてだけ述べる。これは、実用的な解像度は、
結局、パターンが転写される基板上の下地段差ないしは
露光装置の最良結像位置変動に耐え得る焦点深度か否か
により決定されるためであり、焦点深度が向上すること
を示せば、実用的な解像度も向上することを示したこと
になるからである。

【０１０５】図３には、斜方照明によりホールパターン
を転写する場合において解像度の状態を評価するのに用
いたマスク５０の平面図を示している。マスク５０にお
ける実パターン５１は、例えば0.３５μｍ×0.３５μｍ
の平面正方形状に形成され、その領域からは透明基板が
露出されている。この実パターン５１の四辺に対応する
ように配置された４個の逆相ハーフトーン領域５２は、
例えば0.０５μｍ×0.３５μｍの平面長方形状に形成さ
れ、光の透過率は、例えば４０％とされている。これら
以外の斜線のハッチングで示した領域は、上述の用語の
定義のように光の透過を遮る遮蔽領域５３である。

【０１０６】図４は、このマスク５０を用いて斜方照明
で露光処理した場合の解像度の評価結果を示したもの
で、マスク５０における逆相ハーフトーン領域２を実パ
ターン５１から次第に離間させていった場合における0.
４μｍデフォーカス穴径の依存性を示したものである。
想定穴径は0.３５μｍと上記と同じとし、露光波長・Ｎ
Ａとマスクの実パターンサイズは上記と同一条件とし、
照明条件は斜方照明の代表である輪帯照明（0.４２≦σ
≦0.７）とした。この依存性から、斜方照明（特に輪帯
照明）を用いた場合には、以下の傾向があることが判明
した。

【０１０７】第１に、0.４μｍデフォーカス時穴径で比
較すると、通常マスクより大きな穴径となるのは、すな
わち、焦点深度が向上するのは、逆相ハーフトーン領域
５２が、実パターン５１との間に約0.２５μｍ未満の幅
の遮光領域５３を介して配置されている場合だけであ
る。このような効果が得られる領域を１次近接領域とし
た。

【０１０８】第２に、逆相ハーフトーン領域５２が、実
パターン５１との間に約0.２５μｍ〜約0.９５μｍの幅
の遮光領域５３を介して配置された場合には、0.４μｍ
デフォーカス時穴径が通常照明の場合より小さくなる。
従って、この平面位置に逆相ハーフトーン領域５２を配
置することは逆効果であり、この位置（領域）に同相ハ
ーフトーン領域を配置すれば、焦点深度の向上効果が得
られることが判る。このような領域を２次近接領域とし
た。

【０１０９】第３に、実パターン５１と逆相ハーフトー
ン領域５２との間の遮光領域５３の幅が0.９５μｍ以上
の領域では、再度、逆相ハーフトーン領域５２を配置す
ることで焦点深度の向上をもたらす。このような領域を
外縁領域とした。

【０１１０】これらの評価結果から、例えば次のような
本発明の技術思想が案出される。すなわち、逆相ハーフ
トーン領域と同相ハーフトーン領域とを適した位置に配
置して組み合わせる、または、それらのハーフトン領域
の間に、９０度位相シフトハーフトーン領域を介在させ
るものである。

【０１１１】また、実パターンの中心から外方に向かう
にしたがって連続に位相差が変化するようなマスク（グ
ラディエントシフタマスク）を用いれば、焦点深度の向
上が図れることが判る。ただし、グラディエントシフタ
マスクの製作は、実質的に困難なので、本実施の形態で
は、位相差が段階的に変化するマスクを用いる。また、
段階的とはいえあまり複数段階の位相差を設けると、マ
スク製作プロセスが複雑となるので、本実施の形態では
位相差は１段とし、後述するように実パターンの近傍は
逆相ハーフトーン領域、その外側は同相ハーフトーン領
域とし、それらハーフトーン領域の透過率は、逆相／同
相領域間で概略的に等しくする。この様に簡略化したマ
スク構造とすることにより、現実的に製作可能なマスク
を得る。

【０１１２】また、上記外側の同相ハーフトーン領域の
方が内側の逆相ハーフトーン領域よりも広くしたマスク
構造や実パターンの周りに同相ハーフトーン領域だけを
配置したマスク構造でも、焦点深度の向上が図れる。ま
た、実パターンに近接する上記１次近接領域に遮光領域
を配置し、その外側（２次近接領域および外縁領域）に
同相ハーフトーン領域を配置するマスク構造とすれば、
さらに焦点深度の向上が図れる。さらに、逆相補助パタ
ーンが、例えば0.０５μｍの幅を持っていることを考慮
すると、上記のように1.０μｍ以遠の外縁領域は逆相ハ
ーフトーン効果域なので、この領域に遮光領域を配置
し、実パターンの近傍の１次近接領域に遮光領域を配置
し、かつ、２次近接領域に同相ハーフトーン領域を配置
した遮光領域および同相ハーフトーン領域の混在型のマ
スク構造とすれば、さらに焦点深度の向上が図れる。こ
れらのマスク構造における効果は、いずれのマスク構造
においても、ホールパターンのみならず、ラインパター
ンの孤立部分ないしは上記繰り返し端部においても得ら
れる。

【０１１３】また、以上の説明では、マスクにおける実
パターンが光透過領域の場合であったが、マスク上で実
パターンが遮光領域の場合は、実パターンの周辺の１次
近接領域に光透過領域を配置し、２次近接領域および外
縁領域に同相ハーフトーン領域を配置するマスク構造と
すれば、焦点深度の向上が図れる。また、実パターンが
遮光領域の場合には、上記１次近接領域に光透過領域を
配置し、上記２次透過領域に同相ハーフトーン領域を配
置し、上記外縁領域に光透過領域を配置するマスク構造
とすれば、さらに焦点深度の向上が図れる。これら実パ
ターンが遮光領域である場合のマスク構造における効果
は、いずれのマスク構造においても、ホールパターンの
みならず、ラインパターンの孤立部分または上記した繰
り返し端部においても得られる。

【０１１４】次に、このような本発明の技術思想の他の
作用および効果について説明する。

【０１１５】まず、斜方照明の場合は、その結像原理か
ら、他の照明を用いた場合に比べて、回折０次光成分が
他の次数成分との比率において大きく、コントラストが
低いことに弱点がある。このため、穴径の小さな実パタ
ーンを有するマスクを用いて露光すれば、斜方照明を用
いる場合の方が他の照明の場合よりも焦点深度の向上効
果は大きくなると考えられる。

【０１１６】図５には、この効果が示されており、イン
フォーカス時における転写後の想定穴径とマスクにおけ
る実パターンの穴径とが等しいとした場合の0.４μｍデ
フォーカス時穴径を基準として、マスクの実パターンの
穴径を小さくした場合の0.４μｍデフォーカス時におけ
る穴径相対値を示した。輪帯照明の場合の方が、小σ照
明の場合よりも、デフォーカス時穴径のマスクにおける
実パターンの穴径依存性が大きく、輪帯照明の場合は、
マスクにおける実パターンの穴径を小さくすることによ
り、焦点深度の向上効果が得易いことを示している。

【０１１７】また、斜方照明を用いた場合、不要な光の
ピーク部の相対強度と前記基準相対強度との比である不
要光強度比が元々小さいので、マスクの実パターンの穴
径を小さくしても、不要パターン形成の問題が発生し難
いという効果も得られる。

【０１１８】ここで、図６には、通常マスクを斜方照明
と小σ照明を用いて露光した場合の不要光強度比を示し
た。不要光強度比は、不要光相対強度と基準相対強度と
の比である。図６（ａ）は孤立ホールパターンの不要光
強度比、同図（ｂ）は１方向に連続ホールパターンを配
置し、各ホールパターン中心間を結ぶ線分の垂直２等分
線上の不要光強度比を示した。また、図６においては、
ホールパターン中央から想定穴径と同一の範囲内の光
は、プライマリピークの裾として削除した。孤立ホール
パターンの場合は、不要光強度比に大きな差異はない。
しかし、連続ホールパターンの場合は、小σ照明時はホ
ールパターン中央間を結ぶ線分からの距離が0.４μｍ弱
の位置（この位置は、孤立ホールパターンで中心から0.
５μｍ強の位置にあるセカンダリピークが、連続ホール
パターンの場合に隣接ホールパターンのセカンダリピー
クと重なる位置に対応する。）に通常マスクの場合でも
強度比５％を上回る不要光のピークがあるのに対し、斜
方照明の場合は特にピークを持たない。しかも、孤立ホ
ールパターンと連続ホールパターンとの不要光強度比を
比較すると、小σ照明の場合は連続ホールパターンで大
幅に増加しているのに対し、斜方照明の場合は殆ど増加
しない。すなわち、セカンダリピークがさらに重なって
も、斜方照明の場合は、不要光強度比が上がる可能性は
殆ど無い。この差異は、照明種の違いによる空間的な干
渉性が、斜方照明の方が低いためと理解される。この斜
方照明の利点は、パターンの配置において、制約が殆ど
無いというパターン配置設計上の利点に繋がる。

【０１１９】また、図７には、逆相ハーフトーンマスク
および同相ハーフトーンマスクを斜方照明を用いて露光
した場合の光強度分布を示した。また、図７には、実パ
ターンの近傍に遮光領域を配置した場合の光強度分布を
も示した。図７（ａ）は、３つの場合の相対強度分布を
示しているが、逆相ハーフトーンの場合と比較し、同相
ハーフトーンを用いた２種のマスクとも、実パターンに
対応する部分の相対強度が低くなっていないことを示し
ている。これは、逆相ハーフトーンマスクでは、逆相ハ
ーフトーン領域を透過した光と実パターンを透過した光
とが弱め合う干渉を引き起こす結果、実パターンに対応
する部分の相対強度が下がるのに対し、同相ハーフトー
ンマスクにおいては、この弱め合う干渉効果が小さいた
めと推定される。従って、同相ハーフトーンの場合は、
コントラストも低い。また、図７（ｂ）には、同図
（ａ）の強度分布データを条件別に基準相対強度で割っ
た強度比に変形し、実パターン部分を除いた不要光強度
比の比較を示した。図７（ａ）に示した相対強度におい
て同等であった不要光の強度は、弱め合う干渉の結果と
して基準相対強度が下がる逆相ハーフトーンマスクの場
合、強度比としては孤立穴でも３０％を超え、弱め合う
干渉効果の小さい同相ハーフトーンマスクの場合、２０
％強に留まる。以上、本発明の技術思想では、斜方照明
の空間的な干渉性の低さと同相ハーフトーン領域の弱め
合う干渉性の低さの２つの利点がある。

【０１２０】次に、本実施の形態におけるマスクの具体
的な構造を説明する。まず、斜方照明の代表である輪帯
照明を用いて、孤立パターンの代表である孤立ホールパ
ターンの解像度を向上させる技術を中心に説明する。こ
れは、斜方照明によるラインパターンの解像度の向上効
果は既知なので、斜方照明を用いた場合においてホール
パターンの解像度を向上できる手法を示せば、照明系ア
パーチャ切り換えが不要となり、その切り換えに起因す
るパターンの重ね合せ精度劣化を回避できることを示す
ことになるからである。

【０１２１】マスクの第１の具体例では、図８に示すよ
うに、マスク１の主面に、実パターン２Ｈ、逆相ハーフ
トーン領域３Ａ、同相ハーフトーン領域３Ｂおよび遮光
領域４が図１の中央から外方に沿って順に段階的に配置
されている。すなわち、このマスク１には、実パターン
２Ｈを中心とした疑似的な繰り返し領域が形成されてい
る。

【０１２２】図１の中央の実パターン２Ｈは、ウエハ上
のフォトレジスト膜にホールパターンを転写するための
マスクパターンであり、例えば0.３５μｍ×0.３５μｍ
の平面正方形状に形成されている。この実パターン２Ｈ
の形成領域はマスク１ｍａの透明基板が露出されてお
り、ここを透過する光の透過率は透明基板の透過率に等
しい。なお、この実パターン２Ｈは、フォトレジスト膜
においてほぼ平面丸形のパターンとなって転写される。
この場合のフォトレジスト膜にはポジ型が使用される
（以下、ホールパターン転写用のマスクにおいて同
じ）。

【０１２３】この実パターン２Ｈを取り囲む逆相ハーフ
トーン領域３Ａは、ここを透過した光と実パターン２Ｈ
を透過した光との間に１８０°の位相差を生じさせる領
域であり、特に限定されないが、例えば幅（相対的に幅
広領域の幅）が0.３μｍ程度の外周八角形の環状に形成
されている。逆相ハーフトーン領域３Ａを構成する逆相
ハーフトーン膜の構成材料は、特に限定されないが、例
えばＭｏＳｉｘＯｙＮｚ等とした。また、その逆相ハー
フトーン膜は一層構造である必要はなく、Ｃｒ薄膜また
はＣｒＮｘ等のハーフトーン特性を示す層とＳｉＯｘ・
ＣｒＯｘＮｙまたはＣｒＦｘ等の位相シフト膜との２層
構造であっても良い。

【０１２４】この逆相ハーフトーン領域３Ａを取り囲む
同相ハーフトーン領域３Ｂは、ここを透過した光の位相
と実パターン２Ｈを透過した光の位相とが同相になる領
域であり、特に限定されないが、例えば幅（相対的に幅
広領域の幅）が0.７μｍ程度の外周八角形の環状に形成
されている。同相ハーフトーン領域３Ｂを構成する同相
ハーフトーン膜は、上記１層または２層構造の逆相ハー
フトーン膜の位相シフト量を３６０°に変えた膜でも良
いし、ＣｒＮｘ等の単層ハーフトーン膜でも良い。さら
に遮光膜形成用のＣｒ・ＭｏＳｉｘ等を薄膜化しても良
い。

【０１２５】この同相ハーフトーン領域３Ｂを取り囲む
遮光領域４は、上記用語の定義のように光の透過を遮る
領域であり、例えばＣｒ・ＭｏＳｉｘやＣｒの単体膜ま
たはＣｒとＣｒｘＯｙとの積層膜で構成されている。た
だし、図１の遮光領域４の配置領域にその遮光領域４に
代えて同相ハーフトーン領域３Ｂを延在させて配置して
も良い。また、同相ハーフトーン領域も省略し、実パタ
ーンの周囲に逆相ハーフトーン領域を配置し、その外側
に遮光領域を配置しても、効果は劣るものの、焦点深度
の向上効果が得られる。

【０１２６】図９は、このマスク１を用いた場合と、通
常の逆相ハーフトーンマスクを用いた場合とで焦点深度
を比較したグラフ図である。露光光には、同一の斜方照
明（輪帯照明）を用いている。実線が本実施の形態のマ
スクを用いた場合であり、破線が通常の逆相ハーフトー
ンマスクを用いた場合である。この図９から本実施の形
態のマスク１を用いることにより、露光光源に斜方照明
を用いた場合であっても、ホールパターンの焦点深度を
向上させることが可能となることがわかる。

【０１２７】次に、このマスク１の製造方法を説明す
る。このマスク１の第１の製造方法例では、まず、図１
０に示すように、透明基板１Ｓの主面上に逆相ハーフト
ーン膜３Ａ1 を介して遮光膜４ａを被着したマスク基板
を用意する。続いて、図１１に示すように、この遮光膜
４ａ上に実パターンの形成領域が露出され、それ以外が
被覆されるようなフォトレジストパターン５ａを形成し
た後、これをエッチングマスクとして、ここから露出す
る遮光膜４ａおよび逆相ハーフトーン膜３Ａ1 を除去
し、さらに、フォトレジストパターン５ａを除去して、
図１２に示すマスク基板を得る。次いで、図１３に示す
ように、遮光膜４ａ上に、遮光領域が被覆され、それ以
外が露出されるようなフォトレジストパターン５ｂを形
成した後、これをエッチングマスクとして、ここから露
出する遮光膜４ａを除去し、さらに、フォトレジストパ
ターン５ｂを除去して、図１４に示すマスク基板を得
る。続いて、図１５に示すように、透明基板１Ｓの主面
上に同相ハーフトーン領域形成用のシフタ膜３Ｂ1 を被
着する。このシフタ膜３Ｂ1 自体は、例えばＳｉＯｘ・
ＣｒＯｘＮｙまたはＣｒＦｘ等、透明基板１Ｓと同等程
度の透過率を有する透明膜からなり、実パターンを透過
した光の位相に対して１８０度の位相差が生じるように
設定されている。すなわち、同相ハーフトーン領域３Ｂ
（図８参照）は、逆相ハーフトーン膜３Ａ1 とシフタ膜
３Ｂ1 との２層構造で構成され、ここを透過した光の位
相が実パターン２Ｈ（図８参照）を透過した光の位相と
同相となるようになっている。その後、図１６に示すよ
うに、シフタ膜３Ｂ1 上に、遮光領域および同相ハーフ
トーン領域が覆われ、かつ、逆相ハーフトーン領域が露
出されるようなフォトレジストパターン５ｃを形成した
後、これをエッチングマスクとして、ここから露出する
シフタ膜３Ｂ1 を除去し、フォトレジストパターン５ｃ
を除去して、図１７に示すように、実パターン２Ｈ、逆
相ハーフトーン領域３Ａおよび同相ハーフトーン領域３
Ｂを有するマスク１を得る。

【０１２８】次に、マスク１の第２の製造方法例では、
まず、図１８に示すように、透明基板１Ｓの主面上に逆
相ハーフトーン膜３Ａ1 を介して遮光膜４ａを被着した
マスク基板を用意し、この遮光膜４ａ上に、遮光領域が
被覆され、それ以外が露出されるようなフォトレジスト
パターン５ｄを形成した後、これをエッチングマスクと
して、ここから露出する遮光膜４ａを除去し、さらに、
フォトレジストパターン５ｄを除去して、図１９に示す
マスク基板を得る。続いて、図２０に示すように、この
透明基板１Ｓの主面上に、同相ハーフトーン領域形成用
のシフタ膜３Ｂ1 を被着した後、その上に、図２１に示
すように、実パターンおよび逆相ハーフトーン領域が露
出され、同相ハーフトーン領域および遮光領域が被覆さ
れるようなフォトレジストパターン５ｅを形成する。そ
の後、そのフォトレジストパターン５ｅをエッチングマ
スクとして、ここから露出するシフタ膜３Ｂ1 を除去
し、さらに、フォトレジストパターン５ｅを除去して、
図２２に示すマスク基板を得る。この段階では実パター
ンの領域にも逆相ハーフトーン膜３Ａ1 が被覆されてい
る。次いで、図２３に示すように、透明基板１Ｓの主面
上に実パターンの領域が露出され、逆相ハーフトーン領
域、同相ハーフトーン領域および遮光領域が被覆される
ようなフォトレジストパターン５ｆを形成した後、それ
をエッチングマスクとして、そこから露出する逆相ハー
フトーン膜３Ａ1 を除去し、さらに、フォトレジストパ
ターン５ｆを除去して、図２４に示すように、実パター
ン２Ｈ、逆相ハーフトーン領域３Ａおよび同相ハーフト
ーン領域３Ｂを有するマスク１をを得る。

【０１２９】次に、マスク１の第３の製造方法例では、
まず、図２５に示すように、透明基板１Ｓの主面上に、
上述のマスク製造例と異なり、同相ハーフトーン膜３Ｂ
2 を介して遮光膜４ａを被着したマスク基板を用意す
る。続いて、図２６に示すように、この遮光膜４ａ上
に、遮光領域が被覆され、それ以外が露出されるような
フォトレジストパターン５ｇを形成した後、これをエッ
チングマスクとして、ここから露出する遮光膜４ａを除
去し、フォトレジストパターン５ｇを除去して、図２７
に示すマスク基板を得る。その後、図２８に示すよう
に、透明基板１Ｓの主面上に、シフタ膜３Ａ2 を被着す
る。このシフタ膜３Ａ2 自体は、例えばＳｉＯｘ・Ｃｒ
ＯｘＮｙまたはＣｒＦｘ等、透明基板１Ｓと同等程度の
透過率を有する透明膜からなり、実パターンを透過した
光の位相に対して１８０度の位相差が生じるように設定
されている。次いで、図２９に示すように、シフタ膜３
Ａ2 の上に、実パターンおよび逆相ハーフトーン領域を
覆うフォトレジストパターン５ｈを形成した後、そのフ
ォトレジストパターン５ｈをエッチングマスクとして、
そこから露出するシフタ膜３Ａ2 を除去し、フォトレジ
ストパターン５ｈを除去して、図３０に示すマスク基板
を得る。この段階では同相ハーフトーン膜３Ｂ2 は残さ
れたままである。続いて、図３１に示すように、透明基
板１Ｓの主面上に実パターン形成領域が露出するような
フォトレジストパターン５ｉを形成した後、これをエッ
チングマスクとして、ここから露出するシフタ膜３Ａ2
および同相ハーフトーン膜３Ｂ2 を除去し、さらにフォ
トレジストパターン５ｉを除去することにより、図３２
に示すように、実パターン２Ｈ、逆相ハーフトーン領域
３Ａおよび同相ハーフトーン領域３Ｂが形成されたマス
ク１を得る。この場合の逆相ハーフトーン領域３Ａは、
同相ハーフトーン膜３Ｂ2 とシフタ膜３Ａ2 との２層構
造で構成されている。この逆相ハーフトーン領域３Ａを
構成するシフタ膜３Ａ2は光の位相を反転させる機能を
備え、その同相ハーフトーン膜３Ｂ2 は、光の透過率を
下げる機能を備えている。

【０１３０】上述のいずれのマスクの製造例において
も、実パターンの周囲の領域をハーフトーン膜によって
形成している。従って、光の透過率を下げることができ
るので、ある程度の幅を有していてもウエハ上のフォト
レジスト膜には転写されないように露光が可能である。
上述の例でもハーフトーン膜の最小加工寸法は、例えば
0.３μｍ程度であり、この程度ならば加工が困難となる
こともない。

【０１３１】次に、マスクの第２の具体例では、図３３
に示すように、マスク１の主面において、実パターン２
Ｈの周辺に全面的に同相ハーフトーン領域３Ｂが配置さ
れ、実パターン２Ｈを中心とした疑似的な繰り返し領域
が形成されている。

【０１３２】図３４は、このようなマスク１を用いた場
合と、このマスク１の構造で実パターンの寸法をさらに
微細化した場合と、通常の逆相ハーフトーンマスクを用
いた場合とで焦点深度を比較したグラフ図である。露光
光には、同一の斜方照明（輪帯照明）を用いている。実
線がこのマスク１の場合およびこのマスク１の構造で実
パターンの寸法を微細化した場合であり、破線が通常の
逆相ハーフトーンマスクを用いた場合である。この図３
４から同相ハーフトーンマスク（図３３のマスク１）を
用いても、ホールパターンの焦点深度を向上させること
が可能となることがわかる。さらに、図３３のマスク１
では、マスク１の実パターン２Ｈの穴径を縮小しても、
図３５に示すように、不要光強度比の増加が小さいの
で、マスク１の実パターンの穴径を0.３５μｍから0.２
５μｍに縮小できる。また、このように実パターンの穴
径を縮小した場合の方が、図３４に示すように、焦点深
度の向上が図れる。

【０１３３】このようなマスク１の製造方法は、上記し
たのと同じであり、マスク基板として同相ハーフトーン
基板を用いても良いし、また、３６０°位相シフトハー
フトーン基板を用いても良い。

【０１３４】次に、マスクの第３の具体例では、図３６
に示すように、マスク１の主面に、実パターン２Ｈ、遮
光領域４Ａおよび同相ハーフトーン領域３Ｂが図３６の
中央から外方に沿って順に段階的に配置されて、実パタ
ーン２Ｈを中心とした疑似的な繰り返し領域が形成され
ている。

【０１３５】この実パターン２Ｈを取り囲む遮光領域４
Ａは、上記した１次近接領域に配置されており、例えば
幅（相対的に幅広領域の幅）が0.３μｍ程度の外周八角
形の環状に形成されている。遮光領域４Ａの構成材料
は、上記した遮光領域４の場合と同じなので説明を省略
する。なお、遮光領域４Ａの外周形状は八角形状に限定
されるものではなく種々変更可能であり、例えば実パタ
ーン２Ｈの相似拡大図形である正方形としても、露光性
能に差し障りは生じない。

【０１３６】図３７は、このマスク１を用いた場合と、
通常の逆相ハーフトーンマスクを用いた場合とで焦点深
度を比較したグラフ図である。露光光には、同一の斜方
照明（輪帯照明）を用いている。実線が図３６のマスク
１を用いた場合であり、破線が通常の逆相ハーフトーン
マスクを用いた場合である。この図３７からこのマスク
１を用いることにより、露光光源に斜方照明を用いた場
合であっても、ホールパターンの焦点深度を向上させる
ことが可能となることがわかる。しかも、図３８に示す
ように、このマスク１を用いた場合の方が、通常の逆相
ハーフトーンマスクを用いた場合よりも不要光強度比も
小さい。

【０１３７】このようなマスク１を製造するには、ま
ず、図３９に示すように、透明基板１Ｓの主面上に、上
記マスクの第３の製造方法と同様に、同相ハーフトーン
膜３Ｂ2 を介して遮光膜４ａを被着したマスク基板を用
意する。続いて、図４０に示すように、この遮光膜４ａ
上に、実パターンの形成領域が露出され、それ以外の領
域が覆われるようなフォトレジストパターン５ｊを形成
した後、これをエッチングマスクとして、ここから露出
する遮光膜４ａおよび同相ハーフトーン領域３Ｂ2 を除
去し、さらに、フォトレジストパターン５ｊを除去し
て、図４１に示すマスク基板を得る。その後、図４２に
示すように、実パターンおよび遮光領域４Ａ（図３６参
照）の形成領域が被覆され、それ以外が露出されるよう
なフォトレジストパターン５ｋを形成した後、そのフォ
トレジストパターン５ｋをエッチングマスクとして、そ
こから露出する遮光膜４ａを除去し、さらに、フォトレ
ジストパターン５ｋを除去して、図４３に示すように、
実パターン２Ｈ、遮光領域４Ａおよび同相ハーフトーン
領域３Ｂが形成されたマスク１を得る。このマスク１の
場合は、逆相ハーフトーン膜を設けない分、図８に示し
たマスク１よりも製造が容易である。

【０１３８】なお、このマスク１の製造方法例では、マ
スク基板として、上記マスクの第３の製造方法で説明し
た同相ハーフトーン基板を用いた場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、上記マスクの第１
および第２の製造方法で説明したのと同様に、逆相ハー
フトーン基板を用い、シフタ膜３Ｂ1 （図１７および図
２４参照）を形成して同相ハーフトーン領域３Ｂを形成
しても良い。

【０１３９】次に、マスクの第４の具体例では、図４４
に示すように、マスク１の主面に、実パターン２Ｈ、遮
光領域４Ａ、同相ハーフトーン領域３Ｂおよび遮光領域
４が図４４の中央から外方に沿って順に段階的に配置さ
れて、実パターン２Ｈを中心とした疑似的な繰り返し領
域が形成されている。このマスク１の構造は、図８で示
したマスク１の逆相ハーフトーン領域３Ａに代えて遮光
領域４を配置したものに等しい。なお、同相ハーフトー
ン領域３Ｂの外周および内周形状は八角形状に限定され
るものではなく種々変更可能であり、例えば実パターン
２Ｈの相似拡大図形である正方形としても、露光性能に
差し障りは生じない。

【０１４０】図４５は、図４４のマスク１を用い斜方照
明により露光して得られた結果（相対的に太い実線）、
図４４のマスク１の実パターンの穴径を小さくしたマス
クを用い斜方照明により露光した得られた結果（相対的
に細い実線）、通常の逆相ハーフトーンマスクを用い小
σ照明により露光して得られた結果（一点鎖線）、通常
の逆相ハーフトーンマスクにおいて実パターンの穴径を
拡大したマスクを用い小σ照明により露光して得られた
結果（相対的に太い破線）および通常の逆相ハーフトー
ンマスクを用い斜方照明により露光して得られた結果
（相対的に細い破線）を比較したグラフ図である。この
図４５から図４４のマスク１を用いた場合の方が、逆相
ハーフトーンマスクを斜方照明で露光する場合と比べ
て、焦点深度向上効果が顕著であることが判る。

【０１４１】図４６は、逆相ハーフトーンマスクを小σ
照明を用いて露光する場合の不要光強度比を、図４４の
マスク１を用いた場合と比較したものである。図４６
（ａ）は、孤立ホールパターンの場合、同図（ｂ）は想
定穴径の２倍のピッチ穴を並べた１方向連続穴のホール
中心間を結ぶ線分の垂直２等線分線上の最大不要光強度
比を示し、さらに、同図（ｃ）は２方向連続穴の最大不
要光用度比を示した。この２方向連続穴においては、１
方向の穴ピッチは想定穴径の２倍、もう一方は、１方向
連続穴のホール中心間を結ぶ線分の垂直２等分線上の最
大不要光強度を与える位置と穴中心間を結ぶ線分との距
離の２倍のピッチとし、連続穴を配置した。なお、図４
６において、実施例条件１は、図４４のマスク１を用い
斜方照明（輪帯照明）により露光処理した場合、実施例
条件２は、図４４のマスク１の実パターンの穴径を縮小
したマスクを用い斜方照明（輪帯照明）により露光処理
した場合、検討技術条件１は、通常の逆相ハーフトーン
マスクを用い小σ照明を用いて露光処理した場合、検討
技術条件２は、通常の逆相ハーフトーンマスクの実パタ
ーンの穴径を拡大したマスクを用い小σ照明を用いて露
光した場合である。

【０１４２】図４４のマスク１を用いた場合、ホールパ
ターン配置の連続化により、同相ハーフトーン領域の多
くは削除されるが、これは、輪帯照明の特徴を発揮する
繰り返しパターンとなっていることを示唆しており、露
光性能劣化の懸念はない。この図４６の結果から、検討
技術である逆相ハーフトーンマスクを小σ照明で露光す
る場合には、連続穴において不要光強度比が増加するこ
とが判る。穴径を拡大しない場合は、２方向連続穴にお
いて、強度比が0.９以上となり、穴パターンのエッジ部
との光強度に近く、ポジレジストを露光現像した場合に
は、この個所のレジストの多くの部分が現像で溶解さ
れ、残膜は非常に薄くなる。このため、検討技術である
逆相ハーフトーンマスクを小σ照明で露光する場合に
は、マスクにおける実パターンの穴径を拡大する手段が
用いられる。

【０１４３】この場合の不要光強度比も図４６に含め
た。検討技術の条件２は、図４６（ａ）に示すように、
孤立ホールパターンの場合は、図４４のマスク１におけ
る穴径縮小の場合の不要光強度比を下回ることが判る
が、２方向連続穴の場合は、図４６（ｃ）に示すよう
に、小σ照明の空間的な干渉性の高さに起因して、図４
４のマスク１における穴径縮小の場合を上回る不要光強
度比となる。また、図４４のマスク１の実パターンの穴
径を縮小した場合と、検討技術の条件２とを比較する
と、結局、図４５に示した焦点深度向上効果においては
同等であるが、図４６に示した不要光強度比においては
図４４のマスク１の方が優位である。従って、本実施の
形態は、非常に有用な解像度向上技術であることが判
る。

【０１４４】このような図４４のマスク１の製造プロセ
スは、同相ハーフトーン領域３Ｂの面積が変わるもの
の、図３６のマスク１の製造プロセスとほぼ同じなので
説明を省略する。そして、この場合も実パターン２Ｈの
近傍の遮光領域４Ａの幅（相対的に幅広領域の幅）は0.
３μｍ程度、同相ハーフトーン領域３Ｂの幅は0.７μｍ
程度であり、マスク１を加工する上が困難なレベルでは
ない。連続ホールパターンの場合には、同相ハーフトー
ン領域３Ｂの幅が極端に狭くなる場合が生じる可能性も
あるが、これはマスク加工レベルに合せて、マスク製作
用の図形データの拡大縮小処理により消去しても、連続
ホールパターンで繰り返し性があるため、輪帯照明時の
露光性能劣化には結び付かない。また、実パターン２Ｈ
の近傍が遮光領域４Ａであることより、従来通りのマス
ク修正技術を適用することが可能である。同相ハーフト
ーン領域３Ｂは、透過率が低く面積が大きいため、欠陥
に対する裕度は大きい。

【０１４５】以上の説明では、照明系切り換えに起因す
るパターン重ね合せ精度の劣化を防止するために、従来
からラインパターンの解像度向上技術に用いられている
輪帯照明を、孤立パターンの代表であるホールパターン
の露光にも適用した場合について具体的に説明した。

【０１４６】以下においては、本発明で明らかにしてき
た斜方照明を用いる場合の孤立パターンの解像度向上手
法を、ラインパターンの露光に適用し、繰り返し配置さ
れる（周期的に配置される）ラインパターンのうちの孤
立ライン部分や繰り返し端（最外側）のラインパターン
の解像性能を向上させる技術について説明する。これに
より、斜方照明が本質的にもっている弱点の多くの部分
に関して、本発明により弱点補強が可能となり、統一し
た照明形状を適用することができ、パターン重ね合せ精
度劣化を防止することが可能となる。

【０１４７】まず、ラインパターンを転写するためのマ
スクの実パターンが光透過領域からなる場合について説
明し、孤立ライン部分ないしは繰り返し端のラインの焦
点深度の向上効果を示す。なお、以下のラインパターン
への適用例では、上記マスクの第４の具体例（図４４）
と同一の手法を用いた場合で説明するが、上記第１〜第
３の具体例（図８、図３３および図３６）で示した手法
を用いても同様の効果が得られる。

【０１４８】すなわち、本実施の形態であるマスクの第
５の具体例では、図４７に示すように、マスク１の主面
に、個々の実パターン２Ｍの外周が遮光領域４Ａで取り
囲まれ、その遮光領域４Ａの外方に同相ハーフトーン領
域３Ｂを介して遮光領域４が配置される構造となってい
る。

【０１４９】複数の実パターン２Ｍは、ウエハ上のネガ
型のフォトレジスト膜にラインパターンを転写するため
のマスクパターンであり、個々が帯状に形成され、互い
に平行に所定の間隔を隔てて繰り返し配置されている。
この実パターン２Ｍの形成領域はマスク１の透明基板が
露出されており、ここを透過する光の透過率は透明基板
の透過率に等しい。なお、この実パターン２Ｍは、フォ
トレジスト膜において実パターン２Ｍと相似形状のライ
ンパターンとなって転写される（以下、ラインパターン
転写用のマスクにおいて同じ）。

【０１５０】この複数の実パターン２Ｍのうち、図４７
の中央における実パターン２Ｍの上下の部分は、その周
囲に他の実パターン２Ｍが存在せず、孤立実パターン部
となっている。また、複数の実パターン２Ｍ群のうちの
最も外側に位置する実パターン２Ｍは、その片側に他の
実パターンが存在せず、孤立実パターンとほぼ等価にな
っている（繰り返し端）。図４７のマスク１の場合は、
上述の斜方照明による露光処理によって、その孤立実パ
ターン部および繰り返し端のパターンの解像度をも向上
させることが可能となっている。なお、マスク１を構成
する透明基板や遮光領域４, ４Ａおよび同相ハーフトー
ン領域３Ｂの構成材料、透過率および寸法等は上述の第
４の具体例と同じであり、そのマスク製造上の利点もそ
のままこの第５の具体例に適用される。

【０１５１】図４８には、ホールパターンの穴径算出方
法と同様の方法で算出したラインパターンのライン幅の
デフォーカス量依存性が示されており、同図（ａ）は、
図４７の５本繰り返しラインのうちの中央のライン幅
を、同図（ｂ）は繰り返し端部のラインサイズを、同図
（ｃ）は孤立ライン部のライン幅を示している。なお、
この算出においては、５本繰り返しラインの幅方向中央
のラインの想定線幅に対応する位置の相対露光強度を基
準相対強度としている。相対的に細い実線は図４７のマ
スク１を用いた場合を示し、破線は通常のマスク（マス
クパターンが遮蔽領域と透過領域とで構成され、位相シ
フト膜やハーフトーン膜を有しない通常のマスク）を用
いた場合を示している。

【０１５２】図４８には、図４７のマスク１を用いた場
合も通常のマスクを用いた場合も輪帯照明を用いてるた
め、図４８（ａ）に示すように、５本の繰り返し中央の
ラインにおける焦点深度に殆ど差が無く、繰り返しパタ
ーンの転写では輪帯照明だけで大きな焦点深度の向上効
果が得られることがよく示されている。しかし、孤立要
素が含まれる繰り返し端部のラインや孤立ライン部で
は、図４８（ｂ）, （ｃ）に示すように、繰り返し部分
に比べて焦点深度が減衰している。図４７のマスク１の
ような構造とすることで、その孤立要素が含まれる領域
でも焦点深度が向上していることが判る。

【０１５３】次に、本実施の形態であるマスクの第６の
具体例では、その構造が上記第５の具体例とほぼ同じで
ある。上記第５の具体例では、同相ハーフトーン領域３
Ｂの透過率をホールパターンの場合と同一としたのに対
し、第６の具体例では、その同相ハーフトーン領域３Ｂ
の透過率をそれよりも上げた。

【０１５４】これは、ホールパターンでは転写後の基準
相対強度が低いために透過率を上げると不要光強度比が
増加し不要パターンが形成されるのに対し、ラインパタ
ーンでは基準相対強度が高く、透過率を上げても不要パ
ターンが形成される恐れが小さいためである。この第６
の具体例の場合は、同相ハーフトーン領域３Ｂの透過率
を１３％とし、ホールパターンの場合の倍以上の透過率
とした。同相ハーフトーン領域３Ｂの幅は、ホールパタ
ーンの場合と同一としたが、これに限定されるものでは
なく、不要光強度比ならびに焦点深度向上効果の大きさ
に応じて変えても何等問題はない。

【０１５５】図４８には、第６の具体例の場合の焦点深
度の向上効果をも相対的に太い実線で示した。この場合
のマスクの製造プロセスは、第５の具体例の場合と同様
であり、同相ハーフトーン領域３Ｂの欠陥に対する感度
が若干上がるものの、その利点も同じである。そして、
この第６の具体例のように、同相ハーフトーン領域の透
過率を、ホールパターン／ラインパターン間で使い分け
ることにより、ラインパターンの繰り返し端部と孤立パ
ターン部において、大きな焦点深度の向上効果が得られ
る。

【０１５６】ただし、上記第５および第６の具体例で
は、マスク１の実パターン２Ｍの周辺は遮光領域４Ａと
したが、これを、本実施の形態の第１の具体例と同様
に、逆相ハーフトーン領域としても同様の効果が得られ
る。また、上記第２の具体例と同様に、マスク１の実パ
ターンの周辺には遮光領域４Ａを設けずに、全面的に同
相ハーフトーン領域３Ｂを設けた構造としても良い。さ
らに、第５および第６の具体例では、同相ハーフトーン
領域の幅を制限したが、この制限を外し、マスク１の実
パターンの周辺に遮光領域を配置し、さらにその外側に
同相ハーフトーン領域を配置した構造としても良い。

【０１５７】以上の本実施の形態の第１〜第６の具体例
では、マスク１の実パターンが光透過領域である場合に
ついて焦点深度（すなわち、解像度）の向上効果を示し
てきた。しかしながら、現状のラインパターンの転写に
おいては、マスクの実パターンが遮光領域で構成される
マスクを用いるのが一般的である。そこで、以下の第７
と第８のマスクの具体例においては、斜方照明（輪帯照
明等）を用いた露光技術において、マスクの実パターン
が遮光領域で構成される場合について説明する。なお、
各条件は特に記載の無い限り、上記第１〜第６の具体例
と同一の条件を用いている。

【０１５８】まず、マスクの第７の具体例は、実パター
ンが遮光領域からなる場合における輪帯照明を用いた焦
点深度の向上技術であり、基本的に上記第３の具体例の
転用である。すなわち、図４９に示すように、マスク１
の主面上には、遮光領域で構成された実パターン２Ｍが
配置され、その周囲を取り囲むように一定幅の光透過領
域６Ａが配置され、さらにその外方に同相ハーフトーン
領域３Ｂが配置されている。この場合の同相ハーフトー
ン領域３Ｂは、本来、光透過領域となる領域に配置され
ているので、その光透過率には高い透過率が必要であ
り、例えば７０％程度とされている。また、光透過領域
６Ａはマスク１の透明基板が露出されており、その光透
過率は透明基板の光透過率に等しい。なお、この場合
は、ウエハ上のポジ型のフォトレジスト膜にラインパタ
ーンを転写する。

【０１５９】この場合の焦点深度向上効果を図５０に示
した。同図（ａ）は、図４９の５本繰り返しラインのう
ちの中央のライン幅を、同図（ｂ）は繰り返し端部のラ
インサイズを、同図（ｃ）は孤立ライン部のライン幅を
示している。相対的に細い実線は図４９のマスク１を用
いた場合を示し、破線は通常のマスク（マスクパターン
が遮蔽領域と透過領域とで構成され、位相シフト膜やハ
ーフトーン膜を有しない通常のマスク）を用いた場合を
示している。

【０１６０】図４９のマスク１を用いた場合も通常のマ
スクを用いた場合も輪帯照明を用いてるため、図５０
（ａ）に示すように、５本の繰り返し中央のラインでは
焦点深度に殆ど差が無く、繰り返しパターンの転写では
輪帯照明だけで大きな焦点深度の向上効果が得られてい
るものの、図５０（ｂ）, （ｃ）に示すように、孤立要
素が含まれる繰り返し端部のラインや孤立ライン部で
は、繰り返し部分に比べて焦点深度が減衰している。図
４９のマスク１のような構造とすることで、その孤立要
素が含まれる領域でも焦点深度が向上していることが判
る。

【０１６１】次に、マスクの第８の具体例は、基本的に
上記第４の実施例の転用であり、図５１に示すように、
同相ハーフトーン領域３Ｂが帯状のパターンで形成さ
れ、その外周に光透過領域６Ｂが配置されている。上記
第７の具体例では、同相ハーフトーン領域の幅が制限さ
れていなかったが、第８の具体例では、同相ハーフトー
ン領域３Ｂの幅に制限が加えられ、その幅がほぼ実パタ
ーン２Ｍの幅と同程度とされている。すなわち、第８の
具体例では、同相ハーフトーン領域３Ｂを配置すること
で、孤立パターン部および繰り返し端部にも、擬似的な
繰り返し性を持たせたものである。この場合も図５０の
相対的に太い実線で示すように、孤立要素を有する領域
において、上記第７の具体例の場合よりもさらに良好な
効果が得られる。

【０１６２】以上、第７および第８の具体例において
は、広く用いられている条件に合せて、マスクにおける
実パターンが遮光領域で形成されている場合について記
したが、これが透過率の低い逆相ハーフトーン領域で置
き換えられても、同様の効果が得られる。また、第８の
具体例における同相ハーフトーン領域３Ｂは、必ずしも
同相である必要はなく、逆相ハーフトーン領域に置き換
えても良い。また、同相ハーフトーン領域３Ｂの光透過
率は、前記の如くホールパターン／ラインパターン間で
使い分けるだけでなく、第７および第８の具体例で示し
たように、マスクの実パターンの光透過領域／遮光領域
間で使い分けることにより、大きな焦点深度向上効果が
得られる。

【０１６３】このように斜方照明（輪帯照明）を用いた
露光処理に際して、上記の第５〜第８の具体例に示した
マスク１を用いることにより、斜方照明による繰り返し
パターンの露光処理において弱点である孤立パターン部
および繰り返し端部の解像度をも向上させることが可能
となる。

【０１６４】また、上記第５〜第８の具体例に示したマ
スク１で転写されたラインパターンに重ね合わせられる
ホールパターンの斜方照明を用いた露光処理において
は、上記第１〜第４の具体例に示したマスク１を用いる
ことにより、ホールパターンの解像度を向上させること
ができる上、ラインパターンとホールパターンとの露光
処理に際して同一形状の照明を使用することができるの
で、ラインパターンとホールパターンとの重ね合わせ精
度を向上させることが可能となる。

【０１６５】次に、上記マスク１のパターン設計におけ
る図形データ処理についてを説明する。なお、マスク１
のパターン設計用の図形データの処理に関しては、多数
の図形の相似拡大ないしは縮小を一括して処理可能な単
位を層と呼ぶ。換言すれば、異なる拡大率ないしは縮小
率の処理が必要な場合は、別の層に図形を登録する必要
がある。

【０１６６】まず、ホールパターン露光用のマスク１の
図形データ処理方法を、上記具体例４（図４４）のマス
ク１の図形データ処理方法を一例として説明する。

【０１６７】ここで説明する図形データ処理方法は、ユ
ニットセルを作成し、これをマスクの全面に自動的に貼
り付ける操作を繰り返すことにより、マスク全体の図形
データを作成する方法である。このユニットセルは、例
えば孤立した実パターン、逆相ハーフトーンパターン、
同相ハーフトーンパターンおよびハーフトーンパターン
配置禁止域等のような図形データを有するものである。
この方法の場合は、実パターンのサイズまたは形状が異
なる場合は、複数の孤立したユニットセルを作成すれば
良い。

【０１６８】上記具体例４の場合のユニットセルを図５
２に示す。ユニットセルＵＣは、全体図形としては図４
４に示したマスクのパターン平面図と同一であるが、デ
ータとしてはＡ層〜Ｃ層に分かれており、その各層にそ
れぞれ実パターンデータ２ＨＤ、同相ハーフトーン配置
禁止域データ４ＡＤおよび同相ハーフトーン包含パター
ンデータ３ＢＤが記憶されている。Ａ層〜Ｃ層をそれぞ
れ図５３（ａ）〜（ｃ）に示す。図５３（ａ）に示すＡ
層には、実パターンに対応する実パターンデータ２ＨＤ
が記憶されている。同図（ｂ）に示すＢ層には、同相ハ
ーフトーン配置禁止域データ４ＡＤが記憶されている。
ここには、例えば平面八角形の図形データが記憶されて
いる。同図（ｃ）に示すＣ層には、同相ハーフトーン領
域を包含する同相ハーフトーン包含パターンデータ３Ｂ
Ｄが記憶されている。ここには、例えば平面八角形の図
形データが記憶されている。いずれの場合も図形データ
の記憶は座標入力によって行われている。また、Ａ層、
Ｂ層およびＣ層の中心座標は互いに等しくそれら層間の
重ね合わせ配置が可能となっている。

【０１６９】孤立したホールパターンを配置するには、
まず、Ａ層内において実パターンデータ２ＨＤを所望の
位置に配置した後、これに付随させてＢ層の同相ハーフ
トーン領域配置禁止域データ４ＡＤおよびＣ層の同相ハ
ーフトーンパターンデータ３ＢＤを配置する。なお、同
相ハーフトーン領域のパターンデータは、同相ハーフト
ーン包含パターンデータ３ＢＤから同相ハーフトーン配
置禁止域データ４ＡＤを引き算することで得られる。

【０１７０】また、図５４には、所定の間隔を隔てて配
置された複数のホールパターンを形成する場合のマスク
１の要部拡大平面図を示している。図５４の右側には孤
立したホールパターン転写用の実パターン２Ｈが配置さ
れている。図５４の左側には、ホールパターン転写用の
複数の実パターン２Ｈが比較的近接して並んで配置され
ており、その各々の近傍の遮光領域４Ａが互いに繋がっ
ている。なお、この近接配置された実パターン２Ｈのう
ちの一番右側に配置されている実パターン２Ｈは、その
一群における他の実パターン２Ｈよりも隣接間隔が若干
離れており、その近傍の遮光領域４Ａは、その隣りの遮
光領域４Ａから離れている。また、このような構造のマ
スクを上記第１の具体例の構造で表現する場合には、遮
光領域４Ａに代えて逆相ハーフトーン領域３Ａが配置さ
れるようになる。

【０１７１】このようなマスク１の実パターンデータ、
同相ハーフトーン配置禁止域データおよび同相ハーフト
ーン包含パターンデータを図５５〜図５７に示す。Ａ層
の実パターンデータ２ＨＤは、ホールパターンの配置に
対応して所定の間隔を隔てて複数配置されている。Ｂ層
の同相ハーフトーン配置禁止域データ４ＡＤは、ホール
パターンの近接領域では互いに繋がって配置されてい
る。Ｃ層の同相ハーフトーン包含パターンデータ３ＢＤ
もホールパターンの近接領域では互いに繋がって配置さ
れている。なお、この場合もＡ層、Ｂ層およびＣ層の中
心座標は互いに等しくそれら層間の重ね合わせ配置が可
能となっている。

【０１７２】この場合のデータ作成に際しても、Ｂ層な
らびにＣ層内の図形の配置においては、図形の重なりは
気にせず、いわゆる論理的なＯＲ処理と同様の処理を行
い、図形データを作成している。すなわち、Ｃ層からＢ
層を引き算処理すれば、図５８に示すような同相ハーフ
トーン領域データ３ＢＤ1 の図形が得られる。そして、
これら図形データを用いて、実パターン形成用レジス
ト、同相ハーフトーン領域形成用レジストおよび遮光領
域形成用レジストをパターンニングし、マスク１を製造
すれば良い。このようにユニットセルを用いた図形デー
タ作成処理によれば、遮蔽領域４Ａや同ハーフトーン領
域３Ｂが実パターン２Ｈと相似形でない場合であって
も、人的な判断を必要とせずに図形間の加減算のみの処
理で図形の配置が可能なので、マスク作製用の図形デー
タ処理を簡単に自動化できる。

【０１７３】なお、これら自動処理の結果、マスク製作
プロセスでは許容できない程微細な同相ハーフトーン領
域が生成される可能性がある。この個所は自動的に検出
可能であり、消去可能である。同相ハーフトーン領域が
消去されることによる露光性能の劣化が懸念されるが、
消去する場合は、近接して実パターンが配置されてい
る、すなわち、繰り返しパターンに近づいているためで
あり、輪帯照明を用いて露光するので、性能劣化は小さ
い。また、Ｃ層はＢ層をコピーした後拡大処理しても作
成可能である。その方法とユニットセルを用いる方法と
の両者の組み合せを用いれば、片方の方法のみを用いた
場合よりも簡単にマスク製作用の図形データ処理が行え
る。なお、具体例１〜３の場合のマスク１の図形データ
処理方法も上記の方法と同じであり、その場合も図形デ
ータ処理に関し同様の効果が得られる。

【０１７４】次に、ラインパターン露光用のマスク１の
図形データ処理方法を、上記具体例５（図４７）のマス
ク１の図形データ処理方法を一例として説明する。

【０１７５】ここで説明する図形データ処理方法は、実
パターン図形を拡大または縮小処理することにより、逆
相または同相ハーフトーン領域の図形データを自動的に
生成する方法である。

【０１７６】まず、図５９に示すように、通常マスクを
作成する場合と同様に実パターンデータ２ＭＤの図形デ
ータを作成し、これをＡ層とする。続いて、Ａ層をコピ
ーした層をＢ層とし、Ｂ層を実パターン近傍の遮光領域
幅分だけ拡大（いわゆるブローデン処理）し、図６０に
示すように、同相ハーフトーン配置禁止域データ４ＡＤ
を作成し、これをＢ層とする。その後、Ｂ層をコピーし
た後、それを同相ハーフトーン領域幅分だけ拡大し、図
６１に示すように、同相ハーフトーン包含パターンデー
タ３ＢＤを作成し、これをＣ層とする。続いて、Ｃ層か
らＢ層を引き算すれば、図６２に示すように、同相ハー
フトーン領域データ３ＢＤ1 の図形だけが残り、これを
Ｄ層とする。なお、この場合もＡ層、Ｂ層、Ｃ層および
Ｄ層の中心座標は互いに等しくそれら層間の重ね合わせ
配置が可能となっている。このように、この図形データ
処理方法では、通常マスク製作用の図形データの作成の
場合と全く同様に、実パターンの図形を作成しさえすれ
ば、後は自動図形データ処理によりパターンデータを生
成可能である。

【０１７７】これら自動処理の結果、マスク製作プロセ
スでは許容できない程微細な同相ハーフトーン領域が生
成される可能性がある。この個所は自動的に検出可能で
あり、しかも、同相ハーフトーン領域の図形データを一
定量相似縮小した後、同一量を拡大すればこの個所は消
去可能である。同相ハーフトーン領域が消去されること
による露光性能劣化が懸念されるが、消去する場合は、
近接して実パターンがある、すなわち、繰り返しパター
ンに近づいているためであり、輪帯照明を用いて露光す
るので、性能劣化は小さい。これら図形データを用い
て、実パターン用のレジストパターンを、同相ハーフト
ーン領域用のレジストパターンに重ねて、図４４に示し
たマスクを製造する。なお、第６および第７の具体例の
マスク１の図形データ処理方法も上記の方法と同じであ
り、その場合も図形データ処理に関し同様の効果が得ら
れる。

【０１７８】以上のようなホールパターンおよびライン
パターンの図形データ処理のように、本発明の逆相およ
び同相ハーフトーン領域のマスク製作用図形データ処理
は、通常マスク用の図形データと同様に実パターンの配
置を行えば、残りの部分は自動処理可能である。従っ
て、第１から第８の具体例で示したマスク１の製造は容
易である。

【０１７９】以下には、本発明者が検討した技術の問題
点である別分類照明を用いて露光したパターンを重ね合
せた場合の重ね合せ精度の劣化、すなわち、本発明では
前提として扱ってきた同一分類照明でホールパターンと
ラインパターンとの双方を露光すればパターン重ね合せ
精度劣化は防止可能であることに関して、上記したマス
ク１の具体例を用いて検証する。現実には、別分類に属
する照明を用いた場合には、投影光学系の収差量が変わ
ることが知られているが、ここではこれを無視し、現実
には起こりえないことと考えるが、投影光学系の収差量
は照明系に依存しない、との仮定のもとに説明する。

【０１８０】ここでは、標準的なピッチで配置されたラ
インパターンを下地として、これにホールパターンを重
ね合せ、しかも、投影光学系にコマ収差がある場合につ
いて述べる。また、パターン重ね合せの基準となる下地
ラインパターンは、広く適用されていると考えられるマ
スクにおいて実パターンが遮光領域から成る通常マスク
を、輪帯照明で露光して形成する場合について述べる。

【０１８１】この場合に、ラインパターンに重ね合せる
ホールパターンの形成には、逆相ハーフトーンマスクを
小σ照明で露光する場合と、第４の具体例で示した実パ
ターンの周辺は遮光領域、その外側は同相ハーフトーン
領域、さらに外側は遮光領域としたマスク１（図４４参
照）を用い、輪帯照明で露光する場合との間で、比較し
た。重ね合せズレのコマ収差依存性を図６３に示した。

【０１８２】図６３（ａ）は、ラインパターンおよびホ
ールパターンの双方ともが孤立している場合である。同
図（ｂ）は、標準的なピッチで配置された場合である。
同図（ｃ）は、ラインパターンは標準的なピッチで配置
され、ホールパターンは穴径を変えずに２倍のピッチで
配置した場合である。大きな収差量の場合でも、本発明
の実施の形態では位置ズレ量は小さい。

【０１８３】また、図６３には、照明系を切り換えても
投影光学系の収差量が一定と仮定しても、本発明の実施
の形態を用いてパターンを重ね合せた方が、重ね合せズ
レ量は小さいことを示したが、この図自体が本発明の主
眼ではない。図６３に示した効果に加え、同一分類照明
で主要なライン／ホールの双方のパターンを露光できる
ことにより照明条件を限定でき、詳細な調整を必要とす
る露光装置組立・立上げ時の投影光学系の収差調整が大
幅に軽減され、同一分類照明に合せ込むことが可能とな
り収差自体も大幅に低減できることを勘案しておく必要
がある。

【０１８４】次に、本実施の形態で用いる露光装置の一
例を説明する。図６４に示すように、本実施の形態で使
用される縮小投影露光装置７は、半導体ウエハ８を吸着
して保持する吸着台７ａを有し、この露光処理にあたっ
てはステップアンドリピート方式により露光操作がなさ
れる。吸着台７ａは、水平方向に移動するＸ軸移動台７
ｂと、これに対して直角となった水平方向に吸着台７ａ
を移動するＹ軸移動台７ｃとの上に設けられ、かつ、Ｚ
軸移動台７ｄによって上下方向に移動自在となってい
る。露光光源７ｅは、例えば水銀ランプになっており、
集光ミラー７ｆに組み付けられている。露光光源７ｅ
は、図６５または図６６に示すように、斜方照明光源形
状となっている。図６５は輪体照明７ｅ1 を示してい
る。図６６は四開口照明７ｅ2 を示している。なお、露
光光源は、ＫｒＦまたはＡｒＦ等のエキシマレーザに置
き換えても良い。

【０１８５】図６４に示す縮小投影露光装置７におい
て、露光光源から放射された光は平面反射ミラー７ｇ1
、シャッタ７ｈ、フライアイレンズ７ｉ、アパーチャ
７ｊ、バンドパスフィルタ７ｋを介して平面反射ミラー
７ｇ2 に照射される構造となっている。フライアイレン
ズ７ｉを透過した光は、アパーチャ７ｊによってパーシ
ャルコヒーレント係数（σ値）が調整され、バンドパス
フィルタ７ｋによって露光光以外の照明光がカットされ
る。平面反射ミラー７ｇ2 に照射された露光光は、さら
に、マスクブラインド７ｍ、コンデンサレンズ７ｎを介
して上記マスク１に照射される構造になっている。マス
ク１は、マスクホルダ７ｐに保持されている。このマス
クホルダ７ｐは図６４の上下方向に微動可能になってい
る。マスク１の平面領域のうち、半導体ウエハ８に転写
される範囲はマスクブラインド７ｍによってマスク１を
透過した露光光は、縮小投影レンズ７ｑを介して半導体
ウエハ上のフォトレジスト膜に照射されるようになって
いる。

【０１８６】なお、露光装置は上述のようなステップア
ンドリピート方式の露光装置に限定されるものではなく
種々変更可能であり、例えばステップアンドスキャン方
式の露光装置を用いても良い。

【０１８７】ステップアンドスキャン方式は、半導体ウ
エハとマスクとを相対的に逆方向に移動させながらパタ
ーンを転写するものである。すなわち、例えば図６７に
示すように、縮小投影露光装置９の露光光１０は、スリ
ット９ａによって成形された後、マスク１に照射される
ようになっている。露光光１０および露光光源は上記と
同じなので説明を省略する。マスク１はマスクステージ
９ｂに保持されている。マスク１を透過した露光光は、
縮小投影レンズ９ｃを介して半導体ウエハ８の主面のフ
ォトレジスト膜に照射されるようになっている。この縮
小投影露光装置９では、マスク１と、半導体ウエハ８と
が相対的に逆方向に移動しながら半導体ウエハの半導体
チップ１１内にパターンを転写するようになっている。

【０１８８】この方式の特徴は、スリット状に成形され
た照明光を用いることであり、スキャン方式でない縮小
投影露光装置では、図６８（ａ）に示すように、レンズ
の投影領域１２に内接する正方形に近い矩形１３のよう
な露光領域を用いるのに対して、スキャン露光では、同
図（ｂ）に示すように、スリット状の矩形１４が露光領
域となる。

【０１８９】次に、本実施の形態のマスクを実際の半導
体集積回路装置に適用した場合のマスクの具体例を図６
９〜図７１によって説明する。

【０１９０】図６９はＤＲＡＭ（Dynamic Random Acces
s Memory）の素子分離用パターンを形成するためのマス
クに本発明を適用した場合のマスク１の要部拡大平面図
である。この図６９はメモリセルアレイの端部のみを示
している。このマスク１は、上記第８の具体例を適用し
たマスクである。

【０１９１】マスク１に配置された複数の実パターン２
Ｌは、メモリセルの活性領域（メモリセル選択ＭＩＳＦ
ＥＴのソース、ドレインおよびチャネルが形成される領
域）に対応するパターンであり、ここでは遮蔽領域で形
成されている。実パターン２Ｌは、その片側の長辺の中
央に凸部が形成されており、その凸部の平面位置が、図
６９の上下に隣接する実パターン２Ｌ同士において互い
にずれるように配置されている。

【０１９２】実パターン２Ｌの周囲には所定の幅を有す
る光透過領域６Ａが実パターン２Ｌに接して取り囲むよ
うに配置され、その外側には一定幅の透過率の高い同相
ハーフトーン領域３Ｂが配置され、さらに、その外側に
は光透過領域６Ｂが配置されている。これにより、斜方
照明を用いた露光処理より焦点深度の向上が図られ微細
パターンの解像度が向上する。このマスク１の場合は、
実パターン２Ｌのサイズよりも若干小さな同相ハーフト
ーン領域３Ｂをマククに形成する必要が生じるが、これ
を上記マスク作成用の図形データ処理段階で消去しない
場合で示してある。

【０１９３】また、図７０はＤＲＡＭのゲートパターン
およびゲート間配線パターンを形成するためのマスクに
本発明を適用した場合のマスク１の要部拡大平面図であ
る。このマスク１も上記第８の具体例を適用したマスク
である。実パターン２Ｍは、ゲートパターンおよびゲー
ト間配線パターンに対応しており、遮光領域で形成され
ている。実パターン２Ｍの大半の部分が繰り返しパター
ンを構成しているが、その一部が孤立ライン部および繰
り返し端部となっている。それ以外の構成は図６９の場
合と同じなので説明を省略する。

【０１９４】この場合も斜方照明による露光処理により
焦点深度の向上が図られ微細ラインパターンの解像度が
向上する。この場合、マスク１に一定幅より微細な同相
ハーフトーン領域３Ｂは、マスク製作用の図形データ処
理段階で消去し、消去後のパターン配置平面図を示して
いる。

【０１９５】なお、これら図６９および図７０のマスク
１を用いた露光処理に際しては、半導体ウエハ上に被着
されたポジ型のフォトレジスト膜にパターンを転写す
る。また、ここでは、第８の具体例のマスク構造を適用
したが、これに限定されず、上記第５、第６、第７の具
体例のマスク構造を適用しても良いし、ラインパターン
を転写するためのマスクであって、遮光領域と透過領域
とで構成される通常のマスクを用いても良い。

【０１９６】さらに、図７１はＤＲＡＭのキャパシタと
メモリセル選択ＭＩＳ・ＦＥＴの半導体領域とを接続す
るためのホールパターンを形成するためのマスクに本発
明を適用した場合のマスク１の要部拡大平面図である。
このマスク１は上記第４の具体例を適用したマスクであ
る。マスク１には複数の実パターン２Ｈが所定の間隔を
隔てて配置されている。この実パターン２Ｈは、上記ホ
ールパターンに対応しており、光透過領域で形成されて
いる。各実パターン２Ｈの周囲には遮光領域４Ａが配置
されている。遮光領域４Ａは隣接するもの同士で繋がっ
ている。この遮蔽領域４Ａの周囲には、同相ハーフトー
ン領域３Ｂが配置され、さらにその外側には遮蔽領域４
が配置されている。この場合も斜方照明による露光処理
により焦点深度の向上が図られ微細ホールパターンの解
像度が向上する。

【０１９７】なお、この図７１のマスク１を用いた露光
処理に際しては、半導体ウエハ上に被着されたポジ型の
フォトレジスト膜にパターンを転写する。また、ここで
は、第４の具体例のマスク構造を適用したが、これに限
定されず、上記第１、第２、第３の具体例のマスク構造
を適用しても良い。

【０１９８】次に、上記のようなマスク１を用いたＤＲ
ＡＭの製造方法の一例を図７２〜図７９を用いて工程順
に説明する。

【０１９９】まず、図７２に示すように、ｐ型で比抵抗
が１０Ωcm程度の半導体ウエハ８を８５０℃程度でウェ
ット酸化してその表面に膜厚１０nm程度の薄い酸化シリ
コン膜１５を形成した後、この酸化シリコン膜１５上に
ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法で窒化シリコ
ン膜１６を堆積する。続いて、その窒化シリコン膜１６
上にポジ型のフォトレジスト膜１７ａを被着した後、こ
れに上記斜方照明（例えば輪帯照明）を用いた露光処理
によって活性領域を覆うようなパターンを転写する。こ
の露光処理に際しては、上記図６９のマスク１を用い
る。その後、そのパターニングされたフォトレジスト膜
１７ａをエッチングマスクとして、そこから露出する窒
化シリコン膜１６をエッチング除去することにより、図
７３に示すような窒化シリコン膜１６のパターンを形成
する。

【０２００】次いで、その窒化シリコン膜１６を耐酸化
性マスクとして半導体ウエハ８に対して熱酸化処理を施
すことにより、図７４に示すように、半導体ウエハ８の
素子分離領域にフィールド絶縁膜１８を形成する。続い
て、熱リン酸を用いたウェットエッチングで窒化シリコ
ン膜およびその下層の酸化シリコン膜を除去した後、メ
モリセルを形成する領域（メモリアレイ）の半導体ウエ
ハ８にｎ型不純物、例えばＰ（リン）をイオン打ち込み
してｎ型半導体領域１９を形成し、メモリアレイと周辺
回路の一部（ｎチャネル型ＭＩＳＦＥＴを形成する領
域）にｐ型不純物、例えばＢ（ホウ素）をイオン打ち込
みしてｐ型ウエル２０を形成し、周辺回路の他の一部
（ｐチャネル型ＭＩＳＦＥＴを形成する領域）にｎ型不
純物、例えばＰをイオン打ち込みしてｎ型ウエルを形成
する。その後、このイオン打ち込みに続いて、ＭＩＳＦ
ＥＴのしきい値電圧を調整するための不純物、例えばＢ
Ｆ₂(フッ化ホウ素) ）をｐ型ウエル２０およびｎ型ウエ
ルにイオン打ち込みする。なお、ｎ型半導体領域１９
は、入出力回路などから半導体ウエハ８を通じてメモリ
アレイのｐ型ウエル２０にノイズが侵入するのを防止す
るために形成される。

【０２０１】次に、ｐ型ウエル２０およびｎ型ウエルの
各表面の酸化シリコン膜をＨＦ（フッ酸）系の洗浄液を
使って除去した後、半導体ウエハ８を８５０℃程度でウ
ェット酸化してｐ型ウエル２０およびｎ型ウエルの各表
面に膜厚７nm程度の清浄なゲート酸化膜２１を形成す
る。

【０２０２】特に限定はされないが、上記ゲート酸化膜
１３を形成した後、半導体基板１をＮＯ（酸化窒素）あ
るいはＮ₂ Ｏ（亜酸化窒素）雰囲気中で熱処理すること
によって、ゲート酸化膜２１と半導体ウエハ８との界面
に窒素を偏析させてもよい（酸窒化処理）。ゲート酸化
膜２１が７nm程度まで薄くなると、半導体ウエハ８との
熱膨張係数差に起因して両者の界面に生じる歪みが顕在
化し、ホットキャリアの発生を誘発する。半導体ウエハ
８との界面に偏析した窒素はこの歪みを緩和するので、
上記の酸窒化処理は、極薄ゲート酸化膜２１の信頼性を
向上できる。

【０２０３】次に、ゲート酸化膜２１上にゲート電極形
成用の導体膜２２（２２ａ, ２２ｂ）およびキャップ絶
縁膜２３を被着する。この導体膜２２ａは、例えば低抵
抗ポリシリコンからなり、導体膜２２ｂは、例えばタン
グステンシリサイド等のようなシリサイド膜からなる。
また、キャップ絶縁膜２３は、例えば窒化シリコン膜か
らなる。続いて、そのキャップ絶縁膜２３上にネガ型の
フォトレジスト膜１７ｂを被着する。

【０２０４】続いて、このフォトレジスト膜１７ｂに、
上記斜方照明（例えば輪帯照明）を用いた露光処理によ
ってゲートパターンおよびゲート間パターンを覆うよう
なパターンを転写する。この露光処理に際しては、上記
図７０のマスク１を用いる。その後、そのパターニング
されたフォトレジスト膜１７ｂをエッチングマスクとし
て、そこから露出するキャップ絶縁膜２３、導体膜２２
をエッチング除去することにより、図７６に示すような
ゲート電極２２Ｇのパターンを形成する。このゲート電
極２２Ｇは、メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴの一部を構
成し、活性領域以外の領域ではワード線ＷＬとして機能
する。このゲート電極２２Ｇ（ワード線ＷＬ）の幅、す
なわちゲート長は、メモリセル選択用ＭＩＳＦＥＴの短
チャネル効果を抑制して、しきい値電圧を一定値以上に
確保できる許容範囲内の最小寸法（例えば0.２４μｍ）
で構成される。また、隣接する２本のゲート電極２２Ｇ
（ワード線ＷＬ）の間隔は、フォトリソグラフィの解像
限界で決まる最小寸法（例えば0.２２μｍ）で構成され
る。なお、ゲート電極２２Ｇは、例えば低抵抗ポリシリ
コン上に窒化タングステンや窒化チタン等のバリア金属
膜をを介してタングステン等の金属膜を設けて成る、い
わゆるポリメタル構造としても良い。ゲート電極２２Ｇ
（ワード線ＷＬ）の一部を低抵抗の金属（Ｗ）で構成し
た場合には、そのシート抵抗を２〜2.５Ω／□程度にま
で低減できるので、ワード線遅延を低減することができ
る。また、ゲート電極１４（ワード線ＷＬ）をＡｌ配線
などで裏打ちしなくともワード線遅延を低減できるの
で、メモリセルの上部に形成される配線層の数を１層減
らすことができる。

【０２０５】次に、フォトレジスト膜１７ｂ（図７５参
照）を除去した後、ｐ型ウエル２０にｎ型不純物、例え
ばＰ（リン）をイオン打ち込みしてゲート電極２２Ｇの
両側のｐ型ウエル２０にｎ^- 型半導体領域２４を形成す
ることにより、メモリアレイにメモリセル選択用ＭＩＳ
ＦＥＴＱｓが形成される。

【０２０６】続いて、半導体ウエハ８上にＣＶＤ法で膜
厚５０nm程度の窒化シリコン膜を堆積した後、これを異
方性のドライエッチング処理によってエッチバックする
ことにより、図７７に示すように、ゲート電極２２Ｇお
よびワード線ＷＬの側面に窒化シリコン膜からなるサイ
ドウォール２５を形成する。

【０２０７】その後、半導体ウエハ８の主面上に、例え
ば酸化シリコン膜からなる絶縁膜２６をＣＶＤ法によっ
て被着した後、その上にネガ型のフォトレジスト膜１７
ｃを被着する。

【０２０８】次いで、このフォトレジスト膜１７ｃに、
上記斜方照明（例えば輪帯照明）を用いた露光処理によ
ってキャパシタ用の接続孔が露出されるようなパターン
を転写する。この露光処理に際しては、上記図７１のマ
スク１を用いる。続いて、そのパターニングされたフォ
トレジスト膜１７ｃをエッチングマスクとして、そこか
ら露出するキャップ絶縁膜２６をエッチング除去するこ
とにより、図７８に示すような接続孔（ホールパター
ン）２７ａを形成する。この際、酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜とのエッチング選択比が高くなるようなエッ
チング条件でエッチング処理を施すことにより、ホール
パターン２７を自己整合的に位置合わせ良く形成するこ
とができる。その後、図７９に示すように、接続孔２７
ａ内に、例えば低抵抗ポリシリコン膜からなるプラグ２
８ａを埋め込み、上記の接続孔２７ａと同様にして絶縁
膜２６に穿孔した接続孔２７ｂ内に、例えば低抵抗ポリ
シリコン膜からなるプラグ２８ｂを埋め込む。

【０２０９】次いで、絶縁膜２６上に、窒化シリコン膜
からなる絶縁膜２９を被着した後、その絶縁膜２９に接
続孔２７ｃを穿孔し、さらに、ビット線形成用の導体膜
を被着した後、これをパターニングすることでビット線
ＢＬを形成する。ビット線ＢＬは、例えばタングステン
等からなり、プラグ２８ｂを通じてメモリセル選択ＭＩ
Ｓ・ＦＥＴＱｓの半導体領域２４と電気的に接続されて
いる。続いて、ビット線ＢＬを覆うように、例えば酸化
シリコン膜からなる絶縁膜３０を被着した後、これにプ
ラグ２８ａの上面が露出するような接続孔２７ｄを穿孔
し、その内部にプラグ２８ｃを形成する。その後、絶縁
膜３０上に窒化シリコン等からなる絶縁膜３１を形成し
た後、ＤＲＡＭの情報蓄積用のキャパシタ３２を形成す
る。キャパシタ３２は、下部電極３２ａと、その表面に
被着された容量絶縁膜３２ｂと、その上に形成されたプ
レート電極３２ｃとで構成されている。下部電極３２ａ
は、例えば低抵抗ポリシリコンからなり、プラグ２８
ｃ, ２８ａを通じてメモリセル選択ＭＩＳ・ＦＥＴの半
導体領域２４と電気的に接続されている。

【０２１０】このような本実施の形態においては、例え
ば以下の効果が得られる。

【０２１１】(1).孤立パターンまたは繰り返しパターン
のうちの孤立パターン部や繰り返し端部（繰り返しパタ
ーン等価部）を斜方照明により転写する際に、焦点深度
を向上させることできる。すなわち、当該パターンの解
像度を向上させることができる。

【０２１２】(2).上記(1) により、孤立パターンを転写
するための露光処理と、繰り返しパターンを転写するた
めの露光処理に際して、同一分類に属する露光光学系を
用いることができる。このため、異なる分類に属する露
光光学系を用いることに起因するパターン重ね合せ精度
劣化を回避できる。また、微細パターン形成工程を露光
する照明を同一分類とすることにより、露光装置製造・
立上げ時の投影光学系の収差調整を大幅に軽減すること
ができる。さらに、同一分類照明に合せ込むことができ
るので、収差自体も大幅に低減できる。

【０２１３】(3).露光に際して不要光強度の強い小σ照
明を用いず、その影響が小さい斜方照明を用いて孤立パ
ターンまたは孤立パターン等価部を転写するので、不要
なパターンの転写を回避でき、不要パターンの転写によ
る不良の発生を防止できる。

【０２１４】(4).上記(1) 、(2) 、(3) により、集積回
路パターンの微細化を推進でき、半導体集積回路装置の
小型・高機能化を推進できる。また、半導体集積回路装
置の性能を向上させることができる。さらに、半導体集
積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。

【０２１５】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【０２１６】例えば前記実施の形態においては、露光光
源としてＫｒＦエキシマレーザを用いた場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、例えばＫｒ
Ｆエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、水銀ランプのｇ
線（波長４３６ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１
９３ｎｍ）またはこれらよりも短波長の露光光源を用い
ても良い。

【０２１７】また、前記実施の形態においては、半導体
ウエハが、シリコン単結晶の単体で構成されている場合
について説明したが、これに限定されるものではなく種
々変更可能であり、例えば絶縁層上に薄い半導体層を設
けて成る、いわゆるＳＯＩ（Silicon On Insulator）構
造の半導体ウエハ、チョクラルスキー結晶成長法等で製
造された半導体基板の表面に薄いエピタキシャル層を設
けて成る、いわゆるエピタキシャルウエハの場合にも本
発明を適用できる。

【０２１８】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＤＲＡ
Ｍの製造技術に適用した場合について説明したが、それ
に限定されるものではなく、例えばＳＲＡＭやフラッシ
ュメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等のような他のメモリ回路ま
たはマイクロプロセッサ等のような論理回路あるいはＣ
ＣＤ（Charge Coupled Device ）やＴＦＴ（Thin Film
Transisitor ）液晶表示素子のパターン形成技術等に適
用できる。

【０２１９】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【０２２０】(1).本発明によれば、孤立パターンまたは
孤立パターン等価部を斜方照明により転写する際に、焦
点深度を向上させることできる。すなわち、当該パター
ンの解像度を向上させることができる。

【０２２１】(2).本発明によれば、孤立パターンを転写
するための露光処理と、繰り返しパターンを転写するた
めの露光処理に際して、同一分類に属する露光光学系を
用いることができる。このため、異なる分類に属する照
明光学系（アパーチャ）を用いることに起因するパター
ン重ね合せ精度劣化を回避できる。また、微細パターン
形成工程を露光する照明を同一分類とすることにより、
露光装置組立・立上げ時の投影光学系の収差調整を大幅
に軽減することができる。さらに、同一分類照明に合せ
込むことができるので、収差自体も大幅に低減できる。

【０２２２】(3).本発明によれば、露光に際して不要光
強度の強い小σ照明を用いず、その影響が小さい非小σ
照明を用いて孤立パターンまたは孤立パターン等価部を
転写するので、不要なパターンの転写を回避でき、不要
パターンの転写による不良の発生を防止できる。

【０２２３】(4).上記(1) 、(2) 、(3) により、集積回
路パターンの微細化を推進でき、半導体集積回路装置の
小型・高機能化を推進できる。また、半導体集積回路装
置の性能を向上させることができる。さらに、半導体集
積回路装置の歩留まりを向上させることが可能となる。

【０２２４】(5).本発明によれば、微細な補助パターン
を設けず、擬似的な繰り返し領域を設け、その擬似的な
繰り返し領域をハーフトーン領域で構成することによ
り、寸法精度を緩和でき、比較的幅広に形成しても問題
が生じないので、マスクの製造上の容易性を向上させる
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は通常の照明を用いた露光技術の場合を
示し、（ｂ）は本発明の一実施の形態である露光技術で
ある斜法照明の原理を示す説明図である。

【図２】（ａ）, （ｂ）は本実施の形態で用いた穴径算
出方法を説明するためのグラフ図である。

【図３】逆相ハーフトーン領域の効果領域の評価に用い
たマスクの要部平面図である。

【図４】逆相ハーフトーン領域の効果領域の評価結果を
示すグラフ図である。

【図５】マスクの穴径縮小効果を比較するグラフ図であ
る。

【図６】（ａ）, （ｂ）は不要光強度比を比較するため
のグラフ図である。

【図７】（ａ）, （ｂ）は斜法照明を用いた露光処理に
際してハーフトーンマスクを用いた場合の不要光強度比
を比較するためのグラフ図である。

【図８】本実施の形態のマスクの要部拡大平面図であ
る。

【図９】図８のマスクを用いた場合の焦点深度向上効果
を説明するためのグラフ図である。

【図１０】図８のマスクの製造工程中における要部拡大
断面図である。

【図１１】図８のマスクの図１０に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１２】図８のマスクの図１１に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１３】図８のマスクの図１２に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１４】図８のマスクの図１３に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１５】図８のマスクの図１４に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１６】図８のマスクの図１５に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１７】図８のマスクの図１６に続く製造工程中にお
ける要部拡大断面図である。

【図１８】図８のマスクの他の製造工程中における要部
拡大断面図である。

【図１９】図８のマスクの図１８に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２０】図８のマスクの図１９に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２１】図８のマスクの図２０に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２２】図８のマスクの図２１に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２３】図８のマスクの図２２に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２４】図８のマスクの図２３に続く他の製造工程中
における要部拡大断面図である。

【図２５】図８のマスクのさらに他の製造工程中におけ
る要部拡大断面図である。

【図２６】図８のマスクの図２５に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図２７】図８のマスクの図２６に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図２８】図８のマスクの図２７に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図２９】図８のマスクの図２８に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図３０】図８のマスクの図２９に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図３１】図８のマスクの図３０に続くさらに他の製造
工程中における要部拡大断面図である。

【図３２】図８のマスクの３１に続くさらに他の製造工
程中における要部拡大断面図である。

【図３３】本実施の形態の他のマスクの要部拡大平面図
である。

【図３４】図３３のマスクを用いた場合の焦点深度向上
効果を示すグラフ図である。

【図３５】図３３のマスクを用いた場合の不要光強度を
示すグラフ図である。

【図３６】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図３７】図３６のマスクを用いた場合の焦点深度向上
効果を示すグラフ図である。

【図３８】図３６のマスクを用いた場合の不要光強度を
示すグラフ図である。

【図３９】図３６のマスクの製造工程中における要部断
面図である。

【図４０】図３６のマスクの図３９に続く製造工程中に
おける要部断面図である。

【図４１】図３６のマスクの図４０に続く製造工程中に
おける要部断面図である。

【図４２】図３６のマスクの図４１に続く製造工程中に
おける要部断面図である。

【図４３】図３６のマスクの図４２に続く製造工程中に
おける要部断面図である。

【図４４】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図４５】図４４のマスクを用いた場合の焦点深度向上
効果を示すグラフ図である。

【図４６】（ａ）〜（ｃ）は図４４のマスクを用いた場
合の不要光強度を示すグラフ図である。

【図４７】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図４８】（ａ）〜（ｃ）は図４４のマスクを用いた場
合の焦点深度向上効果を示すグラフ図である。

【図４９】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図５０】（ａ）〜（ｃ）は図４９のマスクを用いた場
合の焦点深度向上効果を示すグラフ図である。

【図５１】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図５２】図４４のマスクの図形データ作成に用いるユ
ニットセルの説明図である。

【図５３】（ａ）〜（ｃ）は図５２のユニットセルを構
成する各層の説明図である。

【図５４】本発明の他の実施の形態であるマスクの要部
拡大平面図である。

【図５５】図５４のマスクの図形データ作成に用いる層
の説明図である。

【図５６】図５４のマスクの図形データ作成に用いる他
の層の説明図である。

【図５７】図５４のマスクの図形データ作成に用いる他
の層の説明図である。

【図５８】図５４のマスクの図形データ作成に用いるさ
らに他の層の説明図である。

【図５９】図４７のマスクの図形データの作成方法を説
明するための層の説明図である。

【図６０】図４７のマスクの図形データの作成方法を説
明するための他の層の説明図である。

【図６１】図４７のマスクの図形データの作成方法を説
明するための他の層の説明図である。

【図６２】図４７のマスクの図形データの作成方法を説
明するためのさらに他の層の説明図である。

【図６３】（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態であるパター
ン重ね合わせずれ防止効果の説明図である。

【図６４】本実施の形態の露光処理に用いる露光装置の
説明図である。

【図６５】図６４の露光装置における露光光源の説明図
である。

【図６６】図６４の露光装置における露光光源の説明図
である。

【図６７】本実施の形態の露光処理に用いる他の露光装
置の説明図である。

【図６８】（ａ）は本発明者が検討した露光装置の説明
図であり、（ｂ）は図６７の露光装置の説明図である。

【図６９】本発明の他の実施の形態であって素子分離領
域の露光に用いるマスクの要部拡大平面図である。

【図７０】本発明の他の実施の形態であってゲートパタ
ーンの露光に用いるマスクの要部拡大平面図である。

【図７１】本発明の他の実施の形態であってホールパタ
ーンの露光に用いるマスクの要部拡大平面図である。

【図７２】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の製造工程中にお
ける要部断面図である。

【図７３】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７２に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７４】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７３に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７５】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７４に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７６】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７５に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７７】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７６に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７８】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７７に続く製
造工程中における要部断面図である。

【図７９】本発明の実施の形態である露光処理を具体的
に適用した場合の半導体集積回路装置の図７８に続く製
造工程中における要部断面図である。

【符号の説明】

１ マスク（超解像マスク） ２Ｈ 実パターン（第１の実透過領域） ２ＨＤ 実パターンデータ ２Ｍ 実パターン（第１の実透過領域、第１の実遮光領
域） ２ＭＤ 実パターンデータ ２Ｌ 実パターン（第１の実遮光領域） ３Ａ 逆相ハーフトーン領域 ３Ｂ 同相ハーフトーン領域 ３ＢＤ1 同相ハーフトーン領域データ ３ＢＤ 同相ハーフトーン包含パターンデータ ４ 遮光領域 ４Ａ 遮光領域 ４ＡＤ 同相ハーフトーン配置禁止域データ ５ａ フォトレジストパターン ６Ａ, ６Ｂ 光透過領域 ７ 縮小投影露光装置 ７ａ 吸着台 ７ｂ Ｘ軸移動台 ７ｃ Ｙ軸移動台 ７ｄ Ｚ軸移動台 ７ｅ 露光光源 ７ｅ1 輪体照明 ７ｅ2 四開口照明 ７ｆ 集光ミラー ７ｇ1 平面反射ミラー ７ｇ2 平面反射ミラー ７ｈ シャッタ ７ｉ フライアイレンズ ７ｊ アパーチャ ７ｋ バンドパスフィルタ ７ｍ マスクブラインド ７ｎ コンデンサレンズ ７ｐ マスクホルダ ７ｑ 縮小投影レンズ ８ 半導体ウエハ ９ 縮小投影露光装置 ９ａ スリット ９ｂ マスクステージ ９ｃ 縮小投影レンズ １０ 露光光 １１ 半導体チップ １５ 酸化シリコン膜 １６ 窒化シリコン膜 １７ａ〜１７ｃ フォトレジスト膜 １８ フィールド絶縁膜 １９ ｎ型半導体領域 ２０ ｐ型ウエハ ２１ ゲート酸化膜 ２２ ゲート電極形成用の導体膜 ２２ａ, ２２ｂ 導体膜 ２３ キャップ絶縁膜 ２４ ｎ^- 型半導体領域 ２５ サイドウォール ２６ 絶縁膜 ２７ａ〜２７ｄ 接続孔 ２８ａ〜２８ｃ プラグ ２９ 絶縁膜 ３０ 絶縁膜 ３１ 絶縁膜 ３２ キャパシタ ３２ａ 下部電極 ３２ｂ 容量絶縁膜 ３２ｃ プレート電極 ＵＣ ユニットセル ５０ マスク ５１ 実パターン ５２ 逆相ハーフトーン領域 ５３ 遮光領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 修平 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 堀田 尚二 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 白井 精一郎 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 横山 悟一 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 常野 克己 東京都青梅市新町六丁目16番地の３ 株式 会社日立製作所デバイス開発センタ内 Ｆターム(参考） 2H095 BA02 BA07 BB02 BB03 5F046 AA25 BA04 BA05 BA08 CB17

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超解像マスク上のホールパターンに対応
   する集積回路パターンを紫外線露光光を用いて非小σ照
   明して、その透過光を縮小投影光学系を通して半導体集
   積回路ウエハ上のフォトレジスト膜上に縮小投影するこ
   とにより、上記ホールパターンを上記半導体集積回路ウ
   エハ上に転写する半導体集積回路装置の製造方法におい
   て、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
   の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
   過領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域に対し
   て同位相の同位相ハーフトーン領域。
2. 【請求項２】 上記請求項１において、上記フォトレジ
   スト膜はポジ型であることを特徴とする半導体集積回路
   装置の製造方法。
3. 【請求項３】 上記請求項２において、上記非小σ照明
   は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】 上記請求項３において、上記斜方照明は
   輪帯照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
   製造方法。
5. 【請求項５】 上記請求項４において、上記同位相ハー
   フトーン領域の透過率は１０％未満であることを特徴と
   する半導体集積回路装置の製造方法。
6. 【請求項６】 超解像マスク上の集積回路パターンを紫
   外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を縮小
   投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォトレ
   ジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路パ
   ターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導体
   集積回路装置の製造方法において、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
   の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
   過領域に関する１次近接領域に設けられた第１の遮光領
   域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の遮光
   領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域に対して
   同位相の同位相ハーフトーン領域。
7. 【請求項７】 上記請求項６において、上記集積回路パ
   ターンは上記ウエハ上のホールパターンであることを特
   徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
8. 【請求項８】 上記請求項７において、上記非小σ照明
   は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
   の製造方法。
9. 【請求項９】 超解像マスク上の集積回路パターンを紫
   外線露光光を用いて照明して、その透過光を縮小投影光
   学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジスト
   膜上に縮小投影することにより、上記集積回路パターン
   を上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導体集積回
   路装置の製造方法において、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
   の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
   過領域に関する１次近接領域に設けられた上記第１の実
   透過領域に対して逆位相の逆位相ハーフトーン領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記逆位相ハー
   フトーン領域の周辺に設けられた上記第１の実透過領域
   に対して同位相の同位相ハーフトーン領域。
10. 【請求項１０】 上記請求項９において、上記照明は非
    小σ照明であることを特徴とする半導体集積回路装置の
    製造方法。
11. 【請求項１１】 上記請求項１０において、上記集積回
    路パターンは上記ウエハ上のホールパターンであること
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 超解像マスク上の集積回路パターンを
    紫外線露光光を用いて照明して、その透過光を縮小投影
    光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォトレジス
    ト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路パター
    ンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導体集積
    回路装置の製造方法において、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
    の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
    過領域に関する１次近接 領域に設けられた上記第１の実透過領域に対して逆位相
    の逆位相ハーフトーン領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記逆位相ハー
    フトーン領域の周辺の上記第１の実透過領域に関する２
    次近接領域に設けられた上記第１の実透過領域に対して
    同位相の同位相ハーフトーン領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記同位相ハー
    フトーン領域の周辺に設けられた遮光領域。
13. 【請求項１３】 上記請求項１２において、上記照明は
    非小σ照明であることを特徴とする半導体集積回路装置
    の製造方法。
14. 【請求項１４】 上記請求項１３において、上記集積回
    路パターンは上記ウエハ上のホールパターンであること
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
15. 【請求項１５】 超解像マスク上の集積回路パターンを
    紫外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を縮
    小投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォト
    レジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路
    パターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導
    体集積回路装置の製造方法において、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
    の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
    過領域に関する１次近接領域に設けられた第１の遮光領
    域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の遮光
    領域の周辺の上記第１の実透過領域に関する２次近接領
    域に設けられた上記第１の実透過領域に対して同位相の
    同位相ハーフトーン領域； (e) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記同位相ハー
    フトーン領域の周辺に設けられた第２の遮光領域。
16. 【請求項１６】 上記請求項１５において、上記非小σ
    照明は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路
    装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 上記請求項１６において、上記集積回
    路パターンは上記ウエハ上のホールパターンであること
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
18. 【請求項１８】 超解像マスク上の集積回路パターンを
    紫外線露光光を用いて非小σ照明して、その透過光を縮
    小投影光学系を通して半導体集積回路ウエハ上のフォト
    レジスト膜上に縮小投影することにより、上記集積回路
    パターンを上記半導体集積回路ウエハ上に転写する半導
    体集積回路装置の製造方法において、 上記超解像マスクは以下の構成よりなる： (a) 第１及び第２の主面を有する透明基板； (b) 上記透明基板の上記第１の主面上に設けられた第１
    の実透過領域； (c) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
    過領域に関する外縁領域に設けられた遮光領域； (d) 上記透明基板の上記第１の主面上の上記第１の実透
    過領域と上記遮光領域の間に設けられた上記第１の実透
    過領域に対して同位相の同位相ハーフトーン領域。
19. 【請求項１９】 上記請求項１８において、上記非小σ
    照明は斜方照明であることを特徴とする半導体集積回路
    装置の製造方法。
20. 【請求項２０】 上記請求項１９において、上記集積回
    路パターンは上記ウエハ上のホールパターンであること
    を特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。