JP2006019577A - 露光用マスクおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置製造におけるリソグラフィ工程において、ショートニングを抑制し、配線の接続不良や短絡を抑制する露光用マスクおよび半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 露光用マスクのマスクパターン１０を、紫外光を透過する配線パターン１１と、配線パターン１１の内側に形成された紫外光を遮光する補助パターン１２とから構成し、補助パターン１２を配線パターン１１の端部１１ａの第１領域１１−１以外の第２領域１１−２に形成し、配線パターン１１の長手方向に平行に、配線パターン１１の側面から離隔して形成する。補助パターン１２の幅方向の長さを、マスクパターンが結像される結像面では結像しない長さに設定する。結像面において、配線パターン１１の第１領域１１−１に対応する領域の照度が、第２領域１１−２に対応する領域よりも相対的に増加し、露光量が一様化される領域が拡大しショートニングを抑制できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体装置の製造におけるリソグラフィ工程で用いられる露光用マスクおよび半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置は、例えば、ＭＯＳ型のロジック装置の高機能化やメモリ装置の高記憶容量化のため、３年で４倍の割合で集積度が向上してきた。集積度の向上は、半導体装置の設計寸法の微細化によってもたらされ、微細化により動作速度が増加し、その結果回路当たりの消費電力が低減されるなどの著しいメリットをもたらすため、一層の微細化が進められている。

このような状況下、半導体装置の最小加工寸法、例えば配線ピッチやゲート間隔等は、０．１μｍを切る寸法が要求されるようになり、半導体装置の製造プロセスがますます困難化してきた。

特に、リソグラフィ技術は、露光装置により、例えば紫外光を用いてマスクに形成された回路パターンを基板や絶縁膜上のレジスト膜に露光し、現像してレジスト膜に回路パターンを形成する。この回路パターンに基づいてエッチングを行うことで、ゲート電極や配線等の回路要素を形成する。紫外光の光源としては、例えば波長が０．１９３μｍのフッ化アルゴンエキシマレーザが用いられている。

半導体装置の最小加工寸法が露光装置の光源の波長よりも小さくなり、さらに縮小投影露光によりレンズ開口数を増加させても解像度の限界を超えるため、露光されたパターンの突端部の位置や形状が変化し、マスクに形成されたパターンが正確に露光パターンに転写されないという事態が生じてきた。

例えば、図１に示すマスクパターン１０１では、形成された配線１０２は、端部が後退し、角部が丸まってくる。この現象はショートニングと呼ばれている。このショートニングは、設計された配線幅が小さくなればなるほど顕著になり、ショートニング量が許容範囲を超えて生じると、配線の接続不良や短絡等が生じる。

そのため、このような光学的近接効果によるショートニングを抑制する手法が種々提案されている（例えば、特許文献１または２参照。）。その一つとして、光学的近接効果補正（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ、ＯＰＣ）法が提案されている。ＯＰＣ法は、ショートニングが生じる箇所のマスクパターンを設計された配線パターンよりも太くしたり、あるいは、ダミーパターンをショートニングが生じる箇所の周辺部に配置してショートニングを抑制するものである。例えば、図２（Ａ）に示すように、配線パターン１０３の角部にハンマーヘッドと呼ばれる補正パターン１０４を追加したり、図２（Ｂ）に示すように、配線パターン１０５の端部の周囲に補正パターン１０６を配置したりして、ショートニングを抑制する。
特開平１０−１９８０４８号公報 特開平１１−９５４０６号公報

しかしながら、図２（Ａ）に示す手法では、複数の配線パターン１０３が平行に近接して形成される場合は、十分な幅の補正パターン１０４を形成できず、その結果、ショートニングを十分に抑制することができなくなる。また、補正パターン１０４の幅を過度に増大すると、その箇所がつながってしまうという問題を生じる。

また、図２（Ｂ）に示す手法では、配線パターン１０５が近接して形成される場合は端部の周囲、特に、配線パターンが集中する領域Ｂでは、補正パターン１０６を配置する十分なスペースがなくなり、図２（Ａ）に示す手法と同様の問題が生じる。

そこで、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、半導体装置製造におけるリソグラフィ工程において、ショートニングを抑制し、配線の接続不良や短絡を抑制する露光用マスクおよび半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、リソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、前記マスクパターンは、回路パターンに対応する第１のパターンと、前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、回路パターンに対応する第１のパターンの内側で、第１のパターンと離隔して第２のパターンを設け、例えば第１のパターンが光透過部でかつ第２のパターンが遮光部である場合は、第２のパターンにより遮光され、感光層に照射される光量すなわち照度が低下する。一方、第２のパターンは第１のパターンから離隔して配置されているので、第２のパターンが設けられていない第１のパターンの領域の照度は、第２のパターンが全く配置されていない場合とほぼ同様である。したがって、感光層において、第１のパターンの内側で第２のパターンが配置されていない領域に対応する領域は、第２のパターンが配置されている領域に対して、照度が相対的に増加するので、照度が一様な範囲を第１のパターンの端部側に拡大でき、端部のショートニングを抑制することができる。その結果、配線層の配線の接続不良や短絡を抑制することができる。

なお、第２のパターンは、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてもよい。ここでいう端部は、第１のパターンが長辺と短辺からなる長方形の形状を有する場合は短辺部分であり、端部の所定の領域は、短辺から内側でかつ短辺近傍の所定の領域である。

本発明の他の観点によれば、半導体装置の回路パターンを形成するためのマスクパターンを備える露光用マスクであって、前記マスクパターンは、回路パターンに対応する第１のパターンと、前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなることを特徴とする露光用マスクが提供される。

本発明によれば、上述した作用と同様の作用により、ショートニングを抑制することができる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の原理を説明するための図である。図３（Ａ）は本発明の露光用マスクの平面図、（Ｂ）は露光用マスクの断面図、（Ｃ）は感光層表面の照度分布を示す図である。

図３（Ａ）を参照するに、露光用マスクに形成されたマスクパターンＭＰは第１のパターンＭＰ1と第２のパターンＭＰ2からなり、第１のパターンＭＰ1の内側で、第１のパターンＭＰ1の端部の第１マスク領域Ａ1以外の第２マスク領域Ａ2に第２のパターンＭＰ2が形成されている。ここでは、第１のパターンＭＰ1が光透過部であり、第１のパターンＭＰ1の外側の領域と第２のパターンＭＰ2が遮光部であるとして説明する。なおこのマスクパターンＭＰと同様のマスクパターンで光透過性が反転したものも本発明に含まれるが原理として同様であるのでここでは説明を省略する。

図３（Ｂ）および（Ｃ）を参照するに、第２のパターンＭＰ2を設けない場合は、マスクパターンＭＰが結像される感光層（不図示）での照度は図３（Ｃ）に示すＩＬ1のようになる。すなわち、第１のパターンＭＰ1の第１マスク領域Ａ1を透過した露光光は、第１のパターンの端部ＭＰ1ａの外側の領域ＭＰ3の近接効果の影響で第１マスク領域Ａ1に対応する第１感光層領域Ｒ1では、端部ＭＰ1aに相当する位置Ｒ1aに近づく程、照度が低下する。一方、第２マスク領域Ａ2に対応する第２感光層領域Ｒ2では、近接効果の影響は少ないので照度が第１感光層領域Ｒ1よりも高くなる。図３（Ｃ）に示すように、所定の時間露光したと仮定して感光層が感光する閾値をＴＨとすると、ＴＨよりも低い範囲、すなわちＳ１で示すショートニングが生じる。

本発明のマスクパターンである、第１のパターンＭＰ1に第２のパターンＭＰ2を設けた場合は、第２マスク領域Ａ2を透過する露光光は第２のパターンＭＰ2により遮光される。第２のパターンＭＰ2が感光層に結像しない大きさに形成されているので、第２のパターンＭＰ2の外側を透過した露光光は回折して、第２感光層領域Ｒ2の全体に散乱する。したがって、第２感光層領域Ｒ2が一様の照度でかつ照度ＩＬ1よりも低下し、ＩＬ2で示す照度分布となる。一方、第１マスク領域Ａ1には、第２のパターンＭＰ2が形成されていないので、第２感光層領域Ｒ2の近傍を除き第１感光層領域Ｒ1の照度はＩＬ1とほぼ同じになる。この状態で、露光光の強度を増加すると照度分布ＩＬ2に対して比例的に照度が増加してＩＬ3で示される照度分布となり、感光層が感光する閾値ＴＨより低い部分、すなわちショートニング量はＳ２となり、Ｓ２はＳ１より小さくなる。したがって、本発明のマスクパターンはショートニングを有効に抑制できる。なお、図３（Ｃ）では、説明を簡単にするため照度で説明したが、実際は露光量（＝照度×時間）により感光層が露光／未露光領域が決まるので、本発明の露光光の強度を増加する他に、露光時間の長時間化、さらには感光層の感度向上等の手法を使用できる。

本発明によれば、半導体装置製造におけるリソグラフィ工程において、ショートニングを抑制し、配線の接続不良や短絡を抑制する露光用マスクおよび半導体装置の製造方法を提供できる。

以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る露光用マスクのマスクパターンについて説明する。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係るマスクパターンの要部平面図である。図４は、例えば半導体装置の配線層を形成する際に用いられる露光用マスクのマスクパターンを示すものである。

図４を参照するに、マスクパターン１０は、配線パターン１１と、配線パターン１１の内側に形成された補助パターン１２とから構成される。

マスクパターン１０は、四角形状の配線パターン１１が４本が平行に、１本がそれらに垂直に形成されている。配線パターン１１はその外側が露光の際に用いられる例えば紫外光を遮断する領域であり、その内側が紫外光を透過する領域である。

補助パターン１２は配線パターン１１の内側に形成され、補助パターン１２は紫外光を遮断するように構成される。補助パターン１２は、配線パターン１１の長手方向の端部１１ａの第１領域１１−１以外の第２領域１１−２に形成され、例えば、配線パターン１１の長手方向に平行に、配線パターン１１の側面から離隔して形成される。なお、図４に示すように、第１領域１１−１は、配線パターンの端部と補助パターンの端部との間の領域である。

さらに、補助パターン１２の幅方向の長さＷ1は、露光によりマスクパターン１０が転写される結像面、例えばレジスト膜（不図示）に結像しない長さに設定される。このように補助パターン１２を設けることで、露光の際に、配線パターン１１を透過した紫外光は、結像面では、補助パターン１２に対応する領域に拡散し、補助パターン１２を設けない場合よりも照度が低下する。一方、配線パターン１１の端部１１ａの第１領域１１−１に対応する領域では、補助パターン１２が設けられていないので、配線パターン１１の外側の領域の近接効果の影響で結像面の照度が決まり、補助パターン１２を設けていない場合と同様の照度となる。したがって、補助パターン１２を設けることで、上述した本発明の原理により、結像面では、配線パターン１１の端部１１ａの第１領域１１−１に対応する領域の照度が、第２領域１１−２に対応する領域よりも相対的に増加し、露光量（以下、「受光面露光量」という。）が一様化される領域が拡大するので、配線パターンの端部１１ａのショートニングを抑制することができる。

補助パターン１２の幅方向の長さＷ1は、露光装置の投影系の解像力により適宜決定されるが、光源の波長を基準にして、結像面の寸法に換算して２％〜２０％の範囲に設定されることが好ましい。２０％よりも大きいと補助パターン１２が結像するおそれがあり、２％よりも小さいと照度を一様化の程度が低くなる。例えば、光源に波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを用いる場合は、補助パターン１２の幅方向の長さＷ1は結像面での長さに換算して０．５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲に設定されることが好ましく、１５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲に設定されることがさらに好ましい。

なお、以下、マスクパターン１０の各部の長さについては、特に断らない限り、結像面での長さに換算した数値を示す。換算は、例えば露光装置が縮小投影系で４：１の場合は、結像面での長さはマスクパターンの長さの１／４となる。また、本明細書では、幅方向は長手方向に対してその垂直方向とし、例えば長辺と短辺からなる長方形の形状を有する場合、短辺の長さを幅方向の長さとする。

補助パターン１２の端部１２ａと配線パターン１１の端部１１ａとの距離Ｌ1は、露光に用いられる光源の波長および配線パターン１１の配置、レイアウトに応じて適宜選択される。距離Ｌ1は、一例として、光源にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用い、線幅が９０ｎｍのレイアウト、すなわち配線パターン１１の幅方向の長さが９０ｎｍの場合、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に設定されることが好ましい。

また、補助パターン１２は、配線パターン１１の幅方向に対して、ほぼ中央に形成されることが好ましい。このことで、結像した配線パターン１１の幅方向の長さの減少を防止できる。

本実施の形態に係る露光用マスクのマスクパターン１０は、配線パターン１１が密に配置されており従来のハンマーヘッドを形成できないような場合でも、配線パターン１１の内側に補助パターン１２が形成されているので、配線パターン１１間のスペースに制約されること無く補助パターン１２を形成することでショートニングを抑制することができる。したがって、本実施の形態に係るマスクパターン１０は、配線パターン１１間のスペースがさらに縮小しても適用することができ、特に露光装置の波長が短波長化できない場合に特に有効である。

なお、本実施の形態の係る露光用マスクのマスクパターン１０は、配線パターン１１の内側が光透過性を有し、かつ、配線パターン１１の外側と補助パターン１２が遮光性を有する場合について説明したが、その光透過性を反転したマスクパターンでもよい。すなわち、配線パターン１１の内側が遮光性を有し、かつ、配線パターン１１の外側と補助パターン１２が光透過性を有してもよい。このような場合、補助パターン１２を透過した光は拡散し、結像された配線パターン１１の端部よりも中央部の照度を相対的に増加させ、配線パターン１１の照度分布を均一化することができる。したがって、光源のパワー（輝度）と露光時間の積としての露光量（以下、「光源露光量」という。）を低下させることでショートニングを抑制できる。このようなマスクパターンは、例えばＭＯＳ型トランジスタのゲート電極となるゲート積層体を形成する際に用いられ、詳しくは、第２の実施の形態において説明する。

［実施例］
本実施の形態に係る露光用マスクを用いてシリコン基板上に塗布したレジスト膜に配線パターンを形成した。

図５（Ａ）は第１の実施の形態の実施例、（Ｂ）は比較例に係るマスクパターンとその形成された配線パターンを説明するための図である。

図５（Ａ）を参照するに、本実施例に係るマスクパターンを、配線パターン１１と配線パターンの内側に形成された補助パターン１２から構成し、マスクパターンが結像するレジスト膜面において換算した長さは、配線パターン１１の長手方向の長さＬ2を７５０ｎｍ、幅方向の長さを９０ｎｍに、補助パターンの長手方向の長さを６５０ｎｍ、幅方向の長さＷ3を５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲で異ならせ、配線パターンの端部１１ａと補助パターンの端部１２ａとの距離Ｌ1を５０ｎｍに設定した。なお、比較のため、補助パターンを設けない場合、すなわち幅方向の長さＷ3が０ｎｍの場合のマスクパターンを形成した。

露光装置は、光源にＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）を用い、縮小率１／４倍（マスクパターン寸法：結像面上パターン寸法＝４：１）の縮小投影系を使用した。また、シリコン基板上にポジ型化学増幅型のレジスト膜を２５０ｎｍの厚さに塗布し、露光後、現像して、レジスト膜に形成された開口部のパターンを形成された配線パターン１６とした。

また、光源露光量は次に説明するショートニング量が最小となるように選択した。例えば補助パターンの幅方向の長さＷ3が１５ｎｍのときは、補助パターンを設けていない場合よりも２５％多い光源露光量とした。

図５（Ａ）の右側に示すように、ショートニング量ＳＨ1をマスクパターンの端部から形成された配線パターンの端部までの距離とした。すなわち、ショートニング量ＳＨ1＝｛（マスクパターンの結像面での寸法に換算した長手方向の長さＬ2）−（レジスト膜に形成された配線パターンの長手方向の長さＬ3）｝／２とした。

［比較例］
本発明によらない比較例に係るマスクパターン１１０は、図５（Ｂ）に示すように、実施例と同じ寸法の配線パターン１１１と、配線パターン１１１の端部付近の４カ所の側面に形成された補助パターン１１２（ハンマーヘッド）から構成し、配線パターン１１１の寸法は実施例と同様にし、各々の補助パターン１１２の長手方向の長さを５０ｎｍ、幅方向の長さＷ4を０ｎｍ〜１５ｎｍの範囲で異ならせて形成した。露光装置およびレジスト膜等の条件は、実施例と同様とした。

図６は、実施例および比較例のショートニング量と補助パターン幅との関係を示す図である。図６中、菱形は実施例のショートニング量を示し、四角形は比較例のショートニング量を示す。

図６を参照するに、実施例および比較例のいずれも補助パターン幅を増加させるとショートニング量が低減されることが分かる。実施例は、比較例に対して、補助パターン幅に対してほぼ同等のショートニング量を低減できることが分かる。複数の配線パターンが平行に配列されている場合、比較例では、補助パターン幅を増加させると配線パターン間の最小距離は補助パターン幅の増加にしたがって減少するが、実施例の場合は補助パターン幅を増加させても配線パターン間の最小距離は一定であるので、配線ピッチを縮小化した場合に比較例に対して、十分な補助パターン幅の確保および配線パターン間の短絡の防止の点で有利になることが分かる。

次に、上記実施例および比較例のマスクパターンについて、複数の配線パターンを近接して配列した場合のシミュレーションを行った。

図７（Ａ）および（Ｂ）は、実施例および比較例のマスクパターンとそのシミュレーション結果を示す図である。図７（Ａ）および（Ｂ）は、各々図の左側にマスクパターンを示し、右側にシミュレーションにより得られた結像したパターンを示す。なお、図中のマスクパターンと結像したパターンのスケールは任意に設定した。シミュレーションの光源および投影系は上記実施例と同様の条件に設定した。

図７（Ａ）の左側に示すように、実施例に係るマスクパターンを、上記実施例の構成の９個の配線パターンを平行に配置し、配線パターンの長手方向の長さを７５０ｎｍ、幅方向の長さを９０ｎｍに、補助パターンの長手方向の長さを６５０ｎｍ、幅方向の長さを２０ｎｍ、配線パターンの端部と補助パターンの端部との距離を５０ｎｍ、配線パターンのピッチＰ1を１７０ｎｍに設定した。

一方、図７（Ｂ）の左側に示すように、比較例に係るマスクパターンを、上記比較例の構成の９個の配線パターンを平行に配置し、配線パターンの長手方向の長さを７５０ｎｍ、幅方向の長さを９０ｎｍに、補助パターンの長手方向の長さを５０ｎｍ、幅方向の長さを３０ｎｍ、配線パターンのピッチＰ2を１７０ｎｍに設定した。

図７（Ｂ）の右側の図に示すように、比較例に係るマスクパターンのシミュレーション結果によれば、結像したパターンのショートニング量は４０ｎｍであり、ショートニングが抑制されているが、隣接する配線パターンの端部同士がつながっている箇所が生じており、配線の短絡が生じている。

これに対し、実施例に係るマスクパターンの場合は、図７（Ａ）の右側の図に示すように、結像したパターンのショートニング量は４０ｎｍであり、比較例と同等であり、かつ、隣接する配線パターン同士はつながっておらず、配線の短絡が生じていないことが分かる。

これらのことから、本実施例に係るマスクパターンでは、比較例のマスクパターンと比較して、配線パターンのピッチを低減しても、隣接する配線パターンの短絡を回避しつつショートニングを抑制できることが分かる。

次に、本実施の形態の変形例に係るマスクパターンについて説明する。

図８（Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態の第１変形例に係るマスクパターンの平面図である。

図８（Ａ）および（Ｂ）を参照するに、本実施の形態の第１変形例に係るマスクパターン３０、３５は、それぞれ配線パターン１１の内側に複数の小パターン３１ａ〜３１ｃ、３６ａ〜３６ｃからなる補助パターン３１、３６を長手方向に配置したものである。補助パターン３１、３６は、長手方向に複数の小パターン３１ａ〜３１ｃ、３６ａ〜３６ｃが離隔して配置されたものである。また、図８（Ａ）に示すように小パターン３１ａ〜３１ｃの幅を一定にしてもよく、図８（Ｂ）に示すように小パターン３６ａ〜３６ｃの幅を異ならせて、例えば中央の小パターン３６ｂの幅方向の長さをそれ以外の小パターン３６ａ、３６ｃよりも増加させてもよい。このようにすることで、結像面の配線パターン中央部の照度がさらに低下し、配線パターン全体の照度がさらに平均化され、ショートニングを一層抑制することができる。なお小パターンは３個に限定されず、２個でも４個以上でもよい。

また、図８（Ｃ）に示すように、マスクパターン４０は、補助パターン４１を配線パターン１１の幅方向に配置した２本の短冊状の小パターン４１ａ、４１ｂとしてもよい。小パターン４１ａ、４１ｂは２本に限定されず３本以上としてもよい。

また、図８（Ｄ）に示すように、マスクパターン４５は、補助パターン４６の長手方向の中央付近の幅方向の長さを端部よりも増加させた形状としてもよい。図８（Ｂ）と同様の効果が得られる。

なお、図８（Ａ）〜（Ｄ）の補助パターンを互いに組み合わせてもよく、例えば、図８（Ａ）または（Ｂ）の小パターンを図８（Ｃ）のように短冊状にしてもよい。なお、補助パターンの幅の範囲、配線パターンの端部と補助パターンとの距離は、本実施の形態と同様である。

図９は、第１の実施の形態の第２変形例に係るマスクパターンの平面図である。

図９を参照するに、マスクパターン５０は、配線パターン５１と、配線パターン５１の内側に形成された補助パターン５２とから構成され、配線パターン５１の幅方向の長さＷ5が設計上の配線パターン５３（仮想線として一点鎖線で示す。）の幅方向の長さＷ6よりも長く設定される以外は、第１の実施の形態に係るマスクパターンと同様に構成される。

配線パターン５１の幅方向の長さは、設計上の配線パターン５３よりも長く形成されることで、配線パターン５１の端部５１ａの第１領域５１−１と端部と第２領域５１−２とで結像面での照度がさらに一様化し、ショートニングを抑制すると共に、配線パターン５１の結像面での照度が増加するので、光源露光量を第１の実施の形態のマスクパターンよりも低減することができる。なお、ここで設計上の配線パターン５３は、配線層の各層で配線抵抗や配線間容量等を考慮して規定され、ショートニングが考慮されていないものである。

配線パターン５１の幅方向の長さＷ5と設計上の配線パターン５３の幅方向の長さＷ6との関係は、比Ｗ5／Ｗ6＝１．０２〜１．２０の範囲に設定することが好ましく、Ｗ5とＷ6との差が補助パターン５２の幅方向の長さとほぼ等しく設定することが好ましい。

図１０は、配線パターンが密な領域と疎な領域がある場合のマスクパターンの平面図である。図１０は、上述した第２変形例に係るマスクパターンを適用した一例を示している。

図１０を参照するに、マスクパターン６０は、配線パターンが密に配置された第１マスク部６１と疎に配置された第２マスク部６２とからなる。第１マスク部６１のマスクパターンは、第２変形例のマスクパターンから構成され、補助パターン５２を有する配線パターン５１の幅方向の長さを設計上の配線パターン５３よりも長く形成する。一方、第２マスク部６２のマスクパターンは、補助パターンを有せず、設計上の幅方向の配線パターンの長さを有する配線パターン６３とする。

第１マスク部６１の配線パターン５１は上述した第２変形例の配線パターンであるので、配線パターン５１の結像面での照度が増加し、第２マスク部６２の配線パターン６３の結像面の照度とほぼ同等となるので、第１マスク部６１と第２マスク部６２の光源露光量を略同様とすることができ、光源露光量の制御を容易化できる。

なお、第１変形例および第２変形例のマスクパターン、および図１０に示したマスクパターンは、上述したように光透過性を反転したマスクパターンとしてもよい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体装置の製造方法のリソグラフィ工程では、上述した第１の実施の形態のマスクパターンが形成された露光用マスクを用いる。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置のリソグラフィ工程を示す図であり、シリコン基板上にゲート電極となるゲート積層体を形成する場合を示している。

図１１（Ａ）の工程では、シリコン基板７０上にゲート酸化膜７１およびポリシリコン膜７２が形成された積層体の表面にポジ型のレジスト膜７３を形成し、次いで、プリベークしてレジスト膜７３の溶剤を除去する。

図１１（Ａ）の工程ではさらに、図１１（Ｃ）の工程で形成するゲート積層体のマスクパターン７４ｂが形成された露光用マスク７４を用いて露光処理を行う。マスクパターン７４ｂは、例えば、図４に示したマスクパターン１０であり、かつ配線パターン１１の内側が遮光性を有し、かつ補助パターン１２が光透過性を有するマスクパターンを用いる。図１１（Ａ）では、ゲート積層体のパターンが遮光性のマスク膜７６により形成され、マスク膜７６に補助パターンに相当する開口部７６−１が形成されている。

露光処理は、露光用マスク７４に露光装置の光源７７から紫外光を照射して、レジスト膜面７３にマスクパターン７４ｂの像を結像させ、露光部７３ａに潜像が形成される。マスク膜７６の開口部７６−１を透過した紫外光は拡散し、結像したゲート積層体のパターンの領域７３ｂ（暗部）のうち、端部以外の領域の照度が増加し、ゲート積層体のパターンの領域の照度が一様化される。

このようにゲート積層体のパターンが遮光部で、補助パターンが光透過部の場合は、光源露光量は、補助パターンを設けない場合の光源露光量よりも少なく設定し、レジスト膜が感光する所定の受光面露光量の閾値以上の範囲で、受光面露光量が少なくなるように設定されることが好ましい。ゲート積層体の領域７３ｂは一様化された状態で照度を低下させ、露光部７３ａのみを感光させることで、ゲート積層体のショートニングを抑制することができる。

他方、図４に示したマスクパターンで、かつ配線パターン１１の内側が光透過性を有し、かつ補助パターン１２が遮光性を有するマスクパターンを用いて露光を行う場合は、光源露光量は、補助パターンを設けない場合の光源露光量よりも多い量に設定される。結像した配線パターンの領域の照度を一様化された状態で増加することで、ゲート積層体のショートニングを抑制することができる。

次いで、図１１（Ｂ）の工程では、レジスト膜７３を現像し、潜像が形成された露光部７３ａのレジスト膜７３を除去し、ゲート積層体のパターンのレジスト膜７３ｂが形成される。次いで、レジスト膜７３ｂをマスクとして、ポリシリコン膜７２とゲート酸化膜７１を例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により異方性エッチングし、図１１（Ｃ）に示すポリシリコン膜７２ａとゲート酸化膜７１ａからなるゲート積層体７５を形成する。

図１１（Ａ）に示した露光用マスク７４は、ソーダライムやアルミナシリケート等からなる透明ガラス基板７４ａと、クロム、酸化クロム、シリコン、シリコン−ゲルマニウム等の無機材料膜あるいはエマルジョン膜からなる遮光性のマスク膜７６から構成される。マスクパターン７４ｂは、上述のリソグラフィ工程と略同様の工程により形成される。レジスト膜の露光処理には集束したビームを用いて、レーザ光や電子線によりレジスト膜に直接描画を行う等の公知の手法を用いてもよい。

また、図１１（Ａ）の露光装置の投影系は縮小投影系を用いてもよく、等倍投影系を用いてもよく、あるいは密着露光でもよい。露光装置の光源は、紫外光に限定されずＸ線あるいは電子線を用いてもよい。露光用マスク７４のマスクパターン７４ｂは、第１の実施の形態に係る第１変形例あるいは第２変形例のマスクパターンを用いてもよい。

以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、本発明の露光用マスクに、ハンマーヘッド等の従来のＯＰＣ法を合わせて用いてもよいことはいうまでもない。

以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１） リソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
前記マスクパターンは、
回路パターンに対応する第１のパターンと、
前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、
前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されると共に、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記２） 前記第２のパターンは結像されない大きさを有することを特徴とする付記１記載の半導体装置の製造方法。
（付記３） 前記第２のパターンは、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてなることを特徴とする付記１または２記載の半導体装置の製造方法。
（付記４） 前記第２のパターンは、第１のパターンの長手方向に沿って形成されてなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記５） 前記第２のパターンの長手方向の辺は、前記第１のパターンの長手方向の辺と平行に形成されてなることを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造方法。
（付記６） 前記第２のパターンは複数の小パターンからなり、該小パターンが第１のパターンの長手方向に配列してなることを特徴とする付記４記載の半導体装置の製造方法。
（付記７） 前記第２のパターンは複数の小パターンからなり、該小パターンが第１のパターンの幅方向に配列してなることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記８） 前記第１のパターンの幅方向の長さは、設計上の第１のパターンの幅方向の長さよりも大きいことを特徴とする付記１〜７のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記９） 前記第２のパターンの幅方向の長さは、露光光の波長を基準として２％〜２０％の範囲に設定されることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１０） 前記第２のパターンの幅方向の長さは、露光光の波長が１９３ｎｍの場合は、０．５ｎｍ〜４０ｎｍの範囲に設定されることを特徴とする付記１〜８のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１１） 前記マスクパターンは、前記第１のパターンは光透過部からなると共に、該第１のパターンの外側および前記第２のパターンが遮光部からなり、
前記第２のパターンを設けない場合よりも前記光源の露光量を多く設定することを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１２） 前記マスクパターンは、前記第１のパターンは遮光部からなると共に、該第１のパターンの外側および前記第２のパターンが光透過部からなり、
前記第２のパターンを設けない場合よりも光源の露光量を少なく設定することを特徴とする付記１〜１０のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
（付記１３） ゲート電極パターンが密な第１の領域と、ゲート電極パターンが第１の領域よりも疎な第２の領域を有する素子領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記素子領域のパターンを形成するリソグラフィ工程を備え、
前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
前記マスクパターンは、
前記第１の領域に対応する領域において、前記ゲート電極パターンに対応する遮光性の第１のパターンと、光透過性の第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなり
前記第２の領域に対応する領域において、前記ゲート電極パターンに対応する遮光性の第３のパターンからなり、
前記第１のパターンの幅方向の長さは、第３のパターンの幅方向の長さよりも大きく設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１４） 前記第２のパターンは結像されない大きさを有することを特徴とする付記１３記載の半導体装置の製造方法。
（付記１５） 前記第２のパターンは、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてなることを特徴とする付記１３または１４記載の半導体装置の製造方法。
（付記１６） 配線パターンが密な第１の領域と、配線パターンが第１の領域よりも疎な第２の領域を有する配線層を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記配線層のパターンを形成するリソグラフィ工程を備え、
前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
前記マスクパターンは、
前記第１の領域に対応する領域において、前記配線パターンに対応する光透過性の第１のパターンと、遮光性の第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなり
前記第２の領域に対応する領域において、前記配線パターンに対応する光透過性の第３のパターンからなり、
前記第１のパターンの幅方向の長さは、第３のパターンの幅方向の長さよりも大きく設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１７） 前記第２のパターンは結像されない大きさを有することを特徴とする付記１６記載の半導体装置の製造方法。
（付記１８） 前記第２のパターンは、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてなることを特徴とする付記１６または１７記載の半導体装置の製造方法。
（付記１９） 半導体装置の回路パターンを形成するためのマスクパターンを備える露光用マスクであって、
前記マスクパターンは、
回路パターンに対応する第１のパターンと、
前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、
前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなることを特徴とする露光用マスク。
（付記２０） 前記第２のパターンは結像されない大きさを有することを特徴とする付記１９記載の露光用マスク。
（付記２１） 前記第２のパターンは、第１のパターンの端部の所定の領域以外の領域に配置されてなることを特徴とする付記１９または２０記載の露光用マスク。

従来のマスクパターンとその問題点を説明するための図である。 （Ａ）および（Ｂ）は従来の補正されたマスクパターンの平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施の形態に係るマスクパターンの要部平面図である。 （Ａ）は第１の実施の形態の実施例、（Ｂ）は比較例に係るマスクパターンとその形成された配線パターンを説明するための図である。 実施例および比較例のショートニング量と補助パターン幅との関係を示す図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、実施例および比較例のマスクパターンとそのシミュレーション結果を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、第１の実施の形態の第１変形例に係るマスクパターンの平面図である。 第１の実施の形態の第２変形例に係るマスクパターンの平面図である。 配線パターンが密な領域と疎な領域がある場合のマスクパターンの平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の半導体装置のリソグラフィ工程を示す図である。

符号の説明

１０、３０、３５、４０、４５、５０、６０ マスクパターン
１１、５１、６３、６４ 配線パターン
１１−１ 第１領域
１１−２ 第２領域
１１ａ 配線パターンの端部
１２、３１、３６、４１、４６、５２ 補助パターン
１２ａ 補助パターンの端部
１６ 形成された配線パターン
６１ 第１マスク部
６２ 第２マスク部
７３ レジスト膜
７４ 露光用マスク
７４ａ 透明ガラス基板
７４ｂ マスクパターン
７６ マスク膜
７６−１ 開口部
７７ 露光装置の光源

Claims (10)

1. リソグラフィ工程を含む半導体装置の製造方法であって、
   前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
   前記マスクパターンは、
   回路パターンに対応する第１のパターンと、
   前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、
   前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記第２のパターンは、第１のパターンの長手方向に沿って形成されてなることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記第２のパターンの長手方向の辺は、前記第１のパターンの長手方向の辺と平行に形成されてなることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記第２のパターンは複数の小パターンからなり、該小パターンが第１のパターンの長手方向に配列してなることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１のパターンの幅方向の長さは、設計上の第１のパターンの幅方向の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記マスクパターンは、前記第１のパターンは光透過部からなると共に、該第１のパターンの外側および前記第２のパターンが遮光部からなり、
   前記第２のパターンを設けない場合よりも前記光源の露光量を多く設定することを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記マスクパターンは、前記第１のパターンは遮光部からなると共に、該第１のパターンの外側および前記第２のパターンが光透過部からなり、
   前記第２のパターンを設けない場合よりも前記光源の露光量を少なく設定することを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
8. ゲート電極パターンが密な第１の領域と、ゲート電極パターンが第１の領域よりも疎な第２の領域を有する素子領域を備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記素子領域のパターンを形成するリソグラフィ工程を備え、
   前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
   前記マスクパターンは、
   前記第１の領域に対応する領域において、前記ゲート電極パターンに対応する遮光性の第１のパターンと、光透過性の第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなり
   前記第２の領域に対応する領域において、前記ゲート電極パターンに対応する遮光性の第３のパターンからなり、
   前記第１のパターンの幅方向の長さは、第３のパターンの幅方向の長さよりも大きく設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 配線パターンが密な第１の領域と、配線パターンが第１の領域よりも疎な第２の領域を有する配線層を備えた半導体装置の製造方法であって、
   前記配線層のパターンを形成するリソグラフィ工程を備え、
   前記リソグラフィ工程は、露光用マスクに形成されたマスクパターンを光源からの露光光により感光層に結像する露光処理を含み、
   前記マスクパターンは、
   前記第１の領域に対応する領域において、前記配線パターンに対応する光透過性の第１のパターンと、遮光性の第２のパターンからなり、前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなり
   前記第２の領域に対応する領域において、前記配線パターンに対応する光透過性の第３のパターンからなり、
   前記第１のパターンの幅方向の長さは、第３のパターンの幅方向の長さよりも大きく設定されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 半導体装置の回路パターンを形成するためのマスクパターンを備える露光用マスクであって、
    前記マスクパターンは、
    回路パターンに対応する第１のパターンと、
    前記第１のパターンに対して光透過性を反転した第２のパターンからなり、
    前記第２のパターンは、第１のパターンの内側で、かつ第１のパターンと離隔して配置されてなることを特徴とする露光用マスク。
    

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