JP2009043789A - パターン形成方法及びマスク - Google Patents

Abstract

【課題】非対称なレイアウトのマスクに位相シフトマスクと斜入射照明を組み合わせて露光を行う場合に、ウエハ上に転写されるパターンが大きく変形することを防止できるパターン形成方法及びマスクを提供する。
【解決手段】マスクを用いて露光を行い、ウエハ上にマスクに対応するパターンを形成するパターン形成方法であって、ホールパターン１を所定方向毎に一定のピッチで、マスクに繰り返し配置するステップと、所定方向のうち、ピッチが最も小さな第１方向（ＸＹ方向）と、ピッチが２番目に小さな第２方向（斜め４５度の方向）とを特定するステップと、第１方向に沿って隣接するホールパターン１ａ，１ｂの透過光の位相を互いに逆位相とするレベンソン位相シフタを、ホールパターン１ａ，１ｂに形成するステップと、第２方向の解像特性を向上させる２点照明により露光を行うステップとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、パターン形成方法及びマスクに関し、更に詳しくは、半導体ウエハ上にマスクに対応するパターンを形成するパターン形成方法及びこの方法に用いるマスクに関する。

現在の光リソグラフィ技術では、超解像手法の適用により露光波長の１／２以下の微細パターンの形成が可能となっている。超解像手法とは、マスク照明光源の光源形状、マスク透過光の振幅分布、あるいは瞳面での振幅分布を最適化することで解像度を向上させる手法である。なお、露光装置に搭載されるデバイス回路パターンが形成された露光用原盤をマスクと呼んでいるが、縮小倍率が１以外のときにはレチクルと呼ばれることも多い。以下では、便宜上いずれもマスクと呼ぶ。デバイス回路パターンは、例えば、石英等の透明基板上にクロム等の遮光膜を成膜し、この遮光膜をエッチングすることでマスク上に形成される。

光源形状を用いる超解像手法としては、斜入射照明が知られている。斜入射照明とは、パターンが微細になるとマスクに垂直入射する照明光が解像に寄与しなくなるため、垂直入射光をカットし、マスクを斜め入射光のみで照明するという方法である。通常照明では、繰り返しパターンを解像させるためには、回折光の０次光及び±１次光を集めることが必要とされてきた。これを３光束干渉という。これに対して、斜入射照明では、±１次光の片方を捨てて、０次光と±１次光の片方での２光束干渉で元のピッチと同じ繰り返しパターンを結像させる。

斜入射照明は、±１次光の片方を捨てることで、０次光とのバランスが悪化し、ベストフォーカスでのコントラストは低下する。しかし、結像面での入射角は、通常照明の１／２になるため、デフォーカスでのコントラスト低下が少なくなり、焦点深度を拡大することができる。焦点深度とは、有効なレジストパターンが得られる焦点範囲をいう。

マスクを照明する光は、水銀ランプやエキシマレーザー発生装置などの光源によって得られるものの、これらの光源でマスクを直接に照明するものではない。光源からの光は、マスク前面で均一な照度を得るために、フライ・アイ・レンズ等の光学素子に導かれる。フライ・アイ・レンズは、微細な同形（長方形）の単体レンズを束ねた構成になっており、その各単体レンズの１つ１つが焦点を結び、点光源群を形成する。この点光源の１つ１つがマスク前面を照明し、これらの重ね合わせにより、マスク前面で均一な照明が得られる。フライ・アイ・レンズで形成される点光源群は、元の光源を１次光源と呼ぶのに対して、２次光源（有効光源）とも呼ばれる。有効光源からの光は、マスクに垂直入射し、有効光源のより外側の光はマスクに斜めに入射する。斜入射照明は、フライ・アイ・レンズの焦点位置、即ち点光源群が形成される位置に金属の絞りを配置することでも実現できる。なお、斜入射照明で金属絞りを用いると、遮光した部分のエネルギーは無駄になり、露光装置のスループット低下という問題が生じる場合がある。このため、最近の露光装置では、照明均一化素子に入る光の分布をレンズ系で斜入射照明の形状にする機能が備わっているものもある。

斜入射照明では、有効光源の形状によりウエハ上の露光特性が異なるので、多数の光源形状が提案されている。斜入射照明は、有効光源の形状を変形させるという意味で、変形照明とも呼ばれている。図１５は、代表的な斜入射照明として、輪帯照明、４点照明及び２点照明を示す。ここで、図１５は、光源の大きさを投影レンズの瞳面に映して示している。一般に、光源の大きさは、投影レンズとの比であるコヒーレント・ファクター（σ）で表される。σは、ＮＡｉｌｌ／ＮＡｏｂｊで定義される値である。ここで、ＮＡｉｌｌは、マスク照明系のレンズの開口数（ＮＡ）を示し、ＮＡｏｂｊは、投影レンズ系の開口数を示す。また、開口数は、結像面での最大入射角度のｓｉｎである。つまり、σ＞１では光源からの光が投影レンズを通らなくなり意味がないので、σ＝１が最大となり、この場合は、照明系と投影レンズ系が同じ開口数となる。

図１５（ａ）に示す輪帯照明は、円形の光源σｏｕｔのうち中心部を一回り小さな円σｉｎで遮光したリング状の照明光源７ａを用いるものであり、パターンの解像特性に方向依存性がなく、適用するパターンのレイアウトに対して制限が少ない。図１５（ｂ）に示す４点照明は、４個の光源７ｂを用いるものであり、マスク上に形成されたパターンがＸ方向とＹ方向に繰り返されているレイアウトにおいて、ＸＹの２方向に沿ったパターンの解像特性を向上させることができる。４点照明では、ＸＹの２方向に沿ったパターンに対して、輪帯照明より高いコントラストを得ることができる。ここで、Ｘ方向、Ｙ方向は、例えばＣＡＤ上で適宜設定される方向であり、互いに直交している。また、ＸＹ方向の座標軸で規定されるＸＹ座標は、ＣＡＤ上のＸＹ座標であり、例えばマスク描画時の座標、即ちマスク上の座標に対応している。

ここでは、各円光源７ｂの大きさを半径σｒで示し、円光源７ｂの中心位置を示すＸＹ座標をＣｅｎｔｅｒＸ、ＣｅｎｔｅｒＹとして示している。光源７ｂの大きさσｒは、一般的に小さいほど焦点深度向上効果が高くなるものの、小さ過ぎると照度が低下し、スループットに影響を及ぼす。このため、σｒは通常０．１〜０．２程度とされる。また、ＣｅｎｔｅｒＸ、ＣｅｎｔｅｒＹは、ウエハ上に転写するパターンのＸ方向及びＹ方向のピッチでそれぞれ最適化される。また、４点照明は、一般にＸＹの２方向に沿ったパターンの焦点深度を向上させることができるものの、それ以外の方向に沿ったパターンについては焦点深度を低下させてしまう。そのため、４点照明では、適用できるパターンのレイアウトが制限されることになる。

図１５（ｃ）に示す２点照明は、パターンが１方向に繰り返されているレイアウトにおいて、この１方向に沿ったパターンの解像度向上に特化したものである。２点照明は、２つの光源７ｃを用いるものであり、１方向に沿ったパターンに対しては、上記した輪帯照明、４点照明に比べて、最も解像度向上の効果が得られるものの、それ以外のパターンでは解像しなくなることもあり、デバイス回路パターンへの適用が困難であった。そのため、解像力を向上させたい場合には、マスクを２枚に分け、１枚目のマスクで１方向に繰り返されている微細パターンを２点照明で露光し、２枚目でその他のパターンを輪帯照明で露光する等の２重露光と呼ばれる方法が提案されている。

マスクによる超解像手法としては、位相シフトマスクが良く知られており、渋谷−レベンソン方式とハーフトーン方式等の各種方式が提案されている。渋谷−レベンソン方式の位相シフトマスク（以下、レベンソン位相シフトマスクという）とは、マスクの隣り合う開口部の透過光の位相を交互に１８０度反転させるものであり、空間周波数変調型位相シフトマスクとも呼ばれている。透過光の位相を反転させるには、透明膜を部分的に形成するか、又は部分的にマスク基板を掘り込むことで、透過光に半波長分の光路差を設けるという方法がある。具体的には、露光光の波長をλ、透明膜の屈折率をｎとしたとき、透明膜の厚さｔを、ｔ＝λ／２（ｎ−１）で示される関係式を満たすようにすることで、マスクの隣り合う開口部の透過光の位相差を１８０度に設定できる。レベンソン位相シフトマスクによれば、位相が反転した光の干渉で、明確な暗部を形成でき、微細な開口部を分離解像することができる。

ハーフトーン方式の位相シフトマスク（以下、ハーフトーン位相シフトマスクという）とは、マスクの遮光領域で若干の光を漏らし、かつ、その漏らした光の位相を開口部の透過光の位相から１８０度反転させたものである。マスクの遮光膜には一般に金属クロムが用いられている。ハーフトーン位相シフトマスクでは、この膜の代わりに金属酸化物、酸化窒化物（ＭｏＳｉＯＮ）、金属フッ化物（ＣｒＦ）等の半透明膜が用いられている。また、マスクの開口部であるホールパターンでは、マスクの透過光の振幅分布をベッセル関数とすることで、焦点深度が最大になることが知られている。ハーフトーン位相シフトマスクでは、半透明膜の透過光で負の振幅を形成することで、透過光の振幅をベッセル関数に近づけ、焦点深度を拡大することができる。

超解像手法は単独で用いられるだけでなく、組み合わせることでより効果が向上することが知られている。例えばパターンが繰り返されているレイアウトにおいては、ハーフトーン位相シフトマスクと斜入射照明を組み合わせることで解像特性を改善できる。これは、斜入射照明は、“０次”と“±１次の片方”とのバランスが悪いためコントラストが低下するという欠点もあるが、ハーフトーン位相シフトマスクを用いて０次光を低下させることで、コントラストを改善できるためである。

特許文献１には、レベンソン位相シフトマスクと斜入射照明の組み合わせが提案されており、レベンソン位相シフトマスクではσが０．３以下の小σ照明を用いるのが一般的であるが、斜入射照明と組み合わせることで解像度及び焦点深度が向上できる場合が示されている。
特開平６−１９１１４号公報

しかし、レベンソン位相シフトマスクや２点照明のように強い超解像手法を用いると、マスク上に形成されたパターンのレイアウトによっては、ウエハ上に転写されるパターンが大きく変形するという問題が生じる。特に、レベンソン位相シフトマスクでは、位相の反転した開口部の間では高いコントラストが得られるものの、同位相の開口部同士が近接するようなレイアウトでは高いコントラストが得られず、パターンが分離できなくなる。そのため、非対称性なレイアウトのマスクに、レベンソン位相シフトマスクを適用すると、同位相の開口部間の分離ができなくなり、ウエハ上に転写されるパターンが大きく変形してしまう。

ここで、非対称なレイアウトとは、互いに直交するＸＹ軸に対してマスク上のパターンが非対称に配置されていることをいい、一例としては、ＤＲＡＭの露光工程に用いるパターンのレイアウトであって、斜め方向にパターンが繰り返されている場合が挙げられる。なお、特許文献１では、１次元パターンの解像性向上を図ることが目的とされており、２次元パターンの変形の防止については考慮されていない。

本発明は、非対称なレイアウトのマスクに位相シフトマスクと斜入射照明を組み合わせて露光を行う場合に、ウエハ上に転写されるパターンが大きく変形することを防止できるパターン形成方法及びマスクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のパターン形成方法は、マスクを用いて露光を行い、ウエハ上に前記マスクに対応するパターンを形成するパターン形成方法であって、
矩形状パターンを所定方向毎に一定のピッチで、前記マスクに繰り返し配置するステップと、
前記所定方向のうち、最も小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される少なくとも１つの第１方向と、その次に小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第２方向とを特定するステップと、
前記第１方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンの透過光の位相を互いに逆位相とする位相シフタを、該矩形状パターンに対応して形成するステップと、
前記第２方向の解像特性を向上させる斜入射照明により露光を行うステップとを有することを特徴とする。

また、本発明のマスクは、露光に用いられ、矩形状パターンが所定方向毎に一定のピッチで繰り返し配置されるマスクであって、
前記所定方向は、最も小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第１方向と、その次に小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第２方向と、前記第１方向のピッチと前記第２方向のピッチにより規定される第３方向とを含み、
前記第１方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、透過光の位相を互いに逆位相とする位相シフタが、該矩形状パターンに対応して形成され、
前記第２方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、位相シフタが形成されず、
前記第３方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、位相シフタが、該矩形状パターンに対応して形成されることを特徴とする。

本発明のパターン形成方法によると、最もピッチが小さな第１方向の解像度を位相シフタにより確保し、次にピッチが小さな第２方向の解像度を斜入射照明で向上させるので、非対称なレイアウトのマスクを用いて露光を行っても、ウエハ上に転写されるパターンが大きく変形してしまうことを防止できる効果がある。

本発明のマスクによると、最もピッチが小さな第１方向の解像度と、第１方向及び第２方向のピッチにより規定される第３方向の解像度とを位相シフタにより確保しているので、このマスクを上記パターン形成方法で用いて露光を行うことにより、上記の効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法に用いられるマスクのレイアウトを示す平面図である。ホールパターン１は、例えば正方形のパターンであって、Ｘ方向に対して４５度傾斜している斜め方向に一定のピッチで繰り返され、且つ２列に配置されている。即ち、このマスクのレイアウトは、非対称なレイアウトである。なお、ここでのマスクのレイアウトは、ホールパターン１のＣＡＤデータとして示されている。以下、ピッチとは、パターンが繰り返されている方向に沿った２つのパターンの中心をそれぞれ始点又は終点とするベクトルを、例えばＸ方向、Ｙ方向、斜め方向のいずれかに分解することで得られるベクトルの大きさをいう。

本実施形態のパターン形成方法では、ピッチが最も小さな方向に配置されたホールパターン１にレベンソン位相シフタを形成し、このマスクを用いて、ピッチが次に小さな方向（以下、ピッチが２番目に小さな方向という）の解像特性を向上させる２点照明により露光を行う。このマスクを使用する露光装置は、縮小倍率が４倍であり、ＡｒＦレーザ（波長＝１９３ｎｍ）を使用するものとする。以下、パターン形成方法の各ステップについて説明する。

まず、ホールパターン１を所定方向（即ちＸ方向、Ｙ方向、斜め方向）毎に一定のピッチでマスクに繰り返し配置する。具体的には、ホールパターン１のマスク寸法Ｈは、ウエハ上に８０ｎｍのホールを開口するものであり、ＭＥＥＦ（Mask Error Enhancement Factor）を考慮してバイアス１０ｎｍを加え、９０ｎｍとしている。ＭＥＥＦとは、マスク寸法の変動による、ウエハ上に転写されるパターンの寸法変化の大きさをいう。また、隣接するホールパターン１のＸ方向のピッチＰ１とＹ方向のピッチＰ２は、いずれも１４０ｎｍである。ホールパターン１の２列毎のピッチＰ３は、５６０ｎｍとなっている。また、斜め方向のピッチＰ４は１９８ｎｍとなる。これにより、図１に示すレイアウトでは、ピッチが最も小さな方向がＸ方向とＹ方向であり、また、ピッチが２番目に小さな方向が斜め方向であることが特定される。

次に、ピッチが最も小さな方向として特定されたＸ方向とＹ方向に沿って隣接する２つのホールパターン１の透過光の位相を互いに逆位相とする位相シフタを、このホールパターン１に形成する。具体的には、図２に示すように、ピッチＰ１，Ｐ２で隣接するホールパターン１同士で位相シフト効果、即ち位相の反転した光によりシャープな暗部を形成する効果が得られるように位相シフタを形成する。図中のレイアウトでは、ピッチＰ１，Ｐ２で隣接するホールパターン１の斜め方向の列毎に透過光の位相を反転させるために、例えばホールパターン１ａの列を位相０度に設定し、ホールパターン１ｂの列を位相１８０度に設定する位相シフタを形成した。なお、位相を１８０度に設定するには、ＣＡＤデータでは位相シフタのデータを形成することになり、実際のマスクでは、この位相シフタの位置に対応するマスク基板を所定の深さエッチングすることで得られる。

さらに、図中、ホールパターン１ａ，１ｂの斜め方向の列と、このホールパターン１ａ，１ｂの列にＸ方向にピッチＰ３で隣接するホールパターン１ａ，１ｂとの間には、補助パターン２ａ，２ｂが配置される。補助パターン２ａ，２ｂは、露光光の限界解像度以下の寸法を有しているので、ウエハ上に転写されず、さらにホールパターン１ａ，１ｂの光強度分布を狭くし、かつコントラストも改善できる。このため、補助パターン２ａ，２ｂでは、ホールパターン１ａ，１ｂが回折光の生じない孤立したパターンであっても解像度を向上できる。

補助パターン２ａ，２ｂは、露光光の限界解像度以下の寸法（ｈ＝７０ｎｍ）を有し、ホールパターン１ａ，１ｂとＸ方向とＹ方向のピッチが同じになるように配置される。つまり、補助パターン２ａ，２ｂの中心は、全て１４０ｎｍピッチのＸＹ格子上に位置することになる。そして、Ｘ，Ｙ方向のホールパターン１ａ，１ｂと補助パターン２ａ，２ｂの間でも上記した位相シフト効果が得られるように、補助パターン２ａを位相０度に設定し、補助パターン２ｂを位相１８０度に設定した。即ち、上記マスクは、ホールパターン１ａ，１ｂのない位置に補助パターン２ａ，２ｂを配置し、ホールパターン１ａ，１ｂと補助パターン２ａ，２ｂとを合わせた全てのパターンにおいて、位相が交互に反転するように設定されている。

次に、上記したマスクに対して斜入射照明により露光を行う。斜入射照明は、図３に示すように、ピッチが２番目に小さな斜め方向の解像特性を向上させる２点照明である。２点照明は、円形の形状を有する２つ光源６ａ，６ｂからなり、一方の光源６ａの中心Ｏからの位置を、ＣｅｎｔｅｒＸ＝ＣｅｎｔｅｒＹ＝０．２とし、半径σｒを０．１とし、また、中心Ｏに対して対称とされる他方の光源６ｂの中心Ｏからの位置を、ＣｅｎｔｅｒＸ＝ＣｅｎｔｅｒＹ＝−０．２とし、半径σｒを０．１とした。また、ＮＡは０．８２５とした。

以下、本実施形態のパターン形成方法の効果を、光強度計算結果を用いて説明する。ここでの光強度分布は、図４に示されるように、相対光強度の等高線の間隔が０．０２であり、等高線の最小値が０．０６、最大値が０．３６となっている。等高線の最大値は、ホールパターン１の中心付近で得られている。相対光強度分布では、ホールパターン間の等高線が密なほど光強度の傾きが急であることを示し、ウエハ上で良好なパターンを形成できることを示している。また、エクスポージャ・スレッシュ・モデルという最も簡単な現像モデルでレジストパターンを予測すると、露光量によりある値の等高線と同じ形状のパターンがウエハ上で形成されると予想できる。図４に示す光強度分布では、斜め４５度方向の等高線も密になり、隣接したホールパターン１の全ての方向で解像度が向上していることがわかる。上記現像モデルとは、光強度の一定値以上の部分が現像でレジストが溶解し、一定値以下の部分のレジストがパターンとして残るモデルをいう。

比較例として図２に示したマスクと一般の小σ照明を用いた場合のシミュレーション結果を図５に示す。光学条件は、開口数（ＮＡ）＝０．９、σ＝０．１５とした。このシミュレーション結果は、図５に示したように、相対光強度の等高線の間隔が０．０１であり、等高線の最小値が０．１、最大値が０．１４となっている。そして、このシミュレーション結果では、図４に示す光強度分布と比べて、同位相のホールパターンが繰り返し配置された斜め４５度方向にパターンが引っ張られるような変形を生じていることがわかる。

上記の結果から、本実施形態のパターン形成方法によれば、ピッチが最も小さなＸＹ方向の解像度を位相シフト効果により確保し、ピッチが２番目に小さな斜め方向の解像度を２点照明で確保することにより、非対称なレイアウトのマスクにレベンソン位相シフトマスクと２点照明を組み合わせて露光を行う場合であっても、ウエハ上に転写されるパターンの変形を低減できることが理解できる。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るパターン形成方法に用いられるマスクのレイアウトを示す平面図である。図６に示すマスクのレイアウトは、非対称なレイアウトであって、図１に例示した非対称なレイアウトに比べて、Ｘ方向に隣接したホールパターン１のピッチＰ１が大きい。具体的には、このレイアウトでは、隣接するホールパターン１のＸ方向のピッチＰ１を１８０ｎｍとし、Ｙ方向のピッチＰ２を図１と同様に１４０ｎｍとし、ホールパターン１の２列毎のピッチＰ３も図１と同様に５６０ｎｍとした。ここで、ピッチＰ２は、図中のホールパターン１ｂの中心Ｂを始点とし、ホールパターン１ａの中心Ａを終点とするベクトルを、Ｙ方向に分解して得られるベクトルＣの大きさとする。ホールパターン１のマスク寸法Ｈは、ウエハ上に８０ｎｍのホールを開口するものとして、ＭＥＥＦを考慮して９０ｎｍとした。このレイアウトでは、斜め方向のピッチＰ４は１９８ｎｍとなる。なお、斜め方向は、ピッチＰ１＞ピッチＰ２であるから、Ｘ方向に対して４５度未満の傾斜となる。これにより、図６に示すレイアウトでは、ピッチが最も小さな方向がＹ方向であり、ピッチが２番目に小さな方向がＸ方向であることが特定される。

そこで、本実施形態のパターン形成方法では、Ｙ方向には位相シフト効果が得られるように位相シフタを形成し、かつ、Ｘ方向には２点照明による効果が得られるように２点照明の形状を設定する。具体的には、図７に示すように、Ｙ方向に沿って隣接するホールパターン１ａ，１ｂ同士で位相シフト効果が得られるように位相シフタを形成した。このレイアウトでは、Ｘ方向に隣接するホールパターン１ａ，１ｂの位相は同位相となる。また、斜め方向に隣接するホールパターン１ａ，１ｂの位相は、図示のように、位相シフタが形成されることで、互いに逆位相となっている。

さらに、図中、ホールパターン１ａ，１ｂの斜め方向の列と、このホールパターン１ａ，１ｂの列にＸ方向にピッチＰ３で隣接するホールパターン１ａ，１ｂとの間には、補助パターン２ａ，２ｂが配置される。なお、この補助パターン２ａ，２ｂの寸法ｈは、７０ｎｍとした。

次に、パターン形成方法で用いられる斜入射照明について説明する。ここでの斜入射照明は、図８に示すように、ピッチが２番目に小さなＸ方向の解像特性を向上させる２点照明である。２点照明は、円形の形状を有する２つの光源６ｃ，６ｄからなり、一方の光源６ｃの中心Ｏからの位置をＣｅｎｔｅｒＸ＝０．４５、ＣｅｎｔｅｒＹ＝０とし、半径σｒを０．１とした。また、他方の光源６ｄの中心Ｏからの位置を、ＣｅｎｔｅｒＸ＝−０．４５、ＣｅｎｔｅｒＹ＝０とし、半径σｒを０．１とした。また、ＮＡは０．８２５とした。

以下、本実施形態のパターン形成方法の効果を、光強度分布計算結果を用いて説明する。ここでの光強度分布は、図９に示されるように、相対光強度の等高線の間隔が０．０２であり、等高線の最小値が０．０６、最大値が０．３６となっている。図９に示す光強度分布では、斜め４５度方向の等高線も密になり、隣接したホールパターン１ａ，１ｂの全ての方向で解像度が向上していることがわかる。

比較例として図１０に示すマスクと一般的な小σ照明を用いた場合の光強度分布を図１１に示す。光学条件は、ＮＡ＝０．９、σ＝０．２５とした。比較例のマスクは、ホールパターン１ａ，１ｂと補助パターン２ａ，２ｂのレイアウトについては図７に示すマスクと同じであるが、Ｘ方向とＹ方向に隣接するホールパターン１ａ，１ｂの透過光の位相が交互に反転するように位相を設定した点が異なる。つまり、このマスクでは、レイアウト上、斜め方向に繰り返し配置されるホールパターン１ａ，１ｂについては同位相となるように位相設定されている。

比較例の光強度分布は、図１１に示すように、相対光強度の等高線の間隔が０．０１であり、等高線の最小値が０．０３、最大値が０．０９となっている。そして、ここでの光強度分布は、図９に示す光強度分布と比べて、斜め方向にパターンが引っ張られるような変形を生じていることがわかる。従って、本実施形態のパターン形成方法によれば、第１実施形態のパターン形成方法と同様に、非対称なレイアウトのマスクにレベンソン位相シフトマスクと２点照明を組み合わせて露光を行う場合であっても、ウエハ上に転写されるパターンの変形を低減できる。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係るパターン形成方法に用いられるマスクのレイアウトを示す平面図である。このマスクは、図７に示したマスクと比べると、ホールパターン１ａ，１ｂ及び補助パターン２ａ，２ｂのレイアウトは同一であるが、位相設定の際にハーフトーン位相シフトマスクを用いた点が異なる。本実施形態のパターン形成方法では、このマスクにＸ方向の解像特性を向上させる２点照明を用いて露光を行う。マスクは、図１２に示すように、透過光の位相を反転させる半透明領域３ａ，３ｂを有する。半透明領域３ｂは、位相０度の開口部とされるホールパターン１ａ及び補助パターン２ａの周辺に配置され、その透過光の位相を１８０度とする。また、半透明領域３ａは、位相１８０度の開口部とされるホールパターン１ｂ及び補助パターン２ｂの周辺に配置され、その透過光の位相を０度とする。

図１３は、図１２に示すマスクの断面構造の一例を示すＡ−Ａ断面図である。この断面図は、マスクが実際に使用される状態の上下を逆にして示しており、実際はパターン面を下にして使用される。マスクは、マスク基板４と、マスク基板４上に成膜された半透明膜５とからなる積層構造を有している。マスクは、マスク基板４を掘り込み、レベンソン位相シフト分の段差を形成した後、ハーフトーン位相シフトの半透明膜５を成膜して、ホールパターン１ａ及びホールパターン１ｂの加工を行うことで製造される。

以下、本実施形態のパターン形成方法の効果を、光強度分布計算結果を用いて説明する。２点照明での光学条件は、ＮＡ＝０．８２５、ＣｅｎｔｅｒＸ＝０．３７５、半径σ＝０．１とした。ここでの光強度分布は、図１４に示されるように、相対光強度の等高線間隔が０．０２であり、等高線の最小値が０．０６、最大値が０．２６となっている。そして、ここでの光強度分布は、図９に示す光強度分布よりは多少解像度が低下するものの、図１１に示す光強度分布に比べて斜め４５度方向の等高線も密になり、さらにＸ方向のコントラストも改善されていることがわかる。従って、本実施形態のパターン形成方法によれば、非対称なレイアウトのマスクにハーフトーン位相シフトマスクと２点照明を組み合わせて露光を行う場合でも、ウエハ上に転写されるパターンの変形を低減できる。

上記実施形態では、ＡｒＦエキシマレーザー露光に用いられる透過型のマスクについて説明したが、これに限定されず、ＥＵＶ（波長１３ｎｍ）の反射型マスク、即ち積層の反射ミラーに吸収材料でパターンを形成したマスク等、波長及びマスクの方式によらず適用できる。また、ホールパターン１は正方形として例示したが、これに限定されず、光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）と呼ばれる転写パターンで所望の形状が得られるようにマスクを補正する処理により、長方形やコーナーに突起部を有する形状であってもよい。

また、上記実施形態では、ホールパターン１のＸ方向のピッチＰ１、Ｙ方向のピッチＰ２、斜め方向のピッチＰ４のうち、Ｐ１＝Ｐ２＜Ｐ４の場合と、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐ４の場合とを示したがこれに限定されず、その他のケースとして、Ｐ２＝Ｐ４＜Ｐ１、Ｐ１＝Ｐ４＜Ｐ２等の場合でも、解像度向上効果を得られると考えられる。また、斜入射照明としては、２点照明についてのみ説明したが、例えばピッチが２番目に小さな方向が２方向であったときには、４点照明を適用することで上記効果を得られると考えられる。

本発明のパターン形成方法では、以下の態様の採用が可能である。
所定方向は、横方向（Ｘ方向）と、横方向に略直交する縦方向（Ｙ方向）と、横方向のピッチ（Ｐ１）と縦方向のピッチ（Ｐ２）により規定される斜め方向とを含む。この場合、斜め方向にパターンが繰り返されることで、マスクは、非対称なレイアウトとなる。

斜め方向は、横方向に対して４５度傾斜した方向である。このようなレイアウトとしては、例えばＤＲＡＭの露光工程に用いられるパターンのレイアウトがある。

斜入射照明は、２点照明である。この場合、１つの方向に繰り返されたパターンに対する解像特性を向上できる。

配置するステップでは、露光光の限界解像度以下の寸法である補助パターン（２ａ，２ｂ）が、所定方向毎にマスクに繰り返し配置される。この場合、補助パターンは、ウエハに転写されないが、矩形状パターン（１ａ，１ｂ）の光強度分布を狭くし、かつコントラストも改善できるので、孤立した矩形状パターンの解像度を向上できる。

第１方向に繰り返し配置される補助パターンに、位相シフタが形成される。この場合、第１方向に繰り返し配置された矩形状パターンの解像度をより向上できる。

位相シフタは、マスクの透光領域に、透明膜を部分的に用いて形成してもよく、あるいは、マスクの透光領域のマスク基板を、所定の深さだけエッチングして形成してもよい。この場合、位相シフタは、レベンソン位相シフトマスクとなり、解像度向上効果を高めることができる。

位相シフタは、マスクの透光領域の周辺に半透明膜を用いて形成してもよい。この場合、位相シフタは、ハーフトーン位相シフトマスクとなる。

矩形状パターンは、正方形であってもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のパターン形成方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明の第１の実施形態に係るパターン形成方法に用いられるマスクのレイアウトを示す平面図。 図１のホールパターン及び補助パターンのレイアウトを例示するマスクの平面図。 第１の実施形態の方法に用いられる２点照明を例示する瞳面の平面図。 図２のマスク及び図３の２点照明を用いた際の光強度分布を示す図。 図２のマスク及び小σ照明を用いた際の光強度分布を示す図。 第２の実施形態の方法に用いられるマスクのレイアウトを示す平面図。 図６のホールパターン及び補助パターンのレイアウトを例示するマスクの平面図。 第２の実施形態の方法に用いられる２点照明を例示する瞳面の平面図。 図７のマスク及び図８の２点照明を用いた際の光強度分布を示す図。 図７に対する比較例のマスクの平面図。 図１０のマスク及び小σ照明を用いた際の光強度分布を示す図。 第３の実施形態の方法に用いられるホールパターン及び補助パターンのレイアウトを例示するマスクの平面図。 図１２のマスクの断面構造の一例を示すＡ−Ａ断面図。 図１２のマスク及び２点照明を用いた際の光強度分布を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、代表的な斜入射照明の例を示す瞳面の平面図。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ：ホールパターン
２ａ，２ｂ：補助パターン
３ａ，３ｂ：半透明領域
４：マスク基板
５：半透明膜
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ：２点照明の光源
Ｐ１：Ｘ方向のピッチ
Ｐ２：Ｙ方向のピッチ
Ｐ４：斜め方向のピッチ

Claims (11)

1. マスクを用いて露光を行い、ウエハ上に前記マスクに対応するパターンを形成するパターン形成方法であって、
   矩形状パターンを所定方向毎に一定のピッチで、前記マスクに繰り返し配置するステップと、
   前記所定方向のうち、最も小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される少なくとも１つの第１方向と、その次に小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第２方向とを特定するステップと、
   前記第１方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンの透過光の位相を互いに逆位相とする位相シフタを、該矩形状パターンに対応して形成するステップと、
   前記第２方向の解像特性を向上させる斜入射照明により露光を行うステップとを有することを特徴とするパターン形成方法。
2. 前記所定方向は、横方向と、前記横方向に略直交する縦方向と、前記横方向のピッチと前記縦方向のピッチにより規定される斜め方向とを含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
3. 前記斜め方向は、前記横方向に対して４５度傾斜した方向である、請求項２に記載のパターン形成方法。
4. 前記斜入射照明は、２点照明である、請求項１に記載のパターン形成方法。
5. 前記配置するステップでは、露光光の限界解像度以下の寸法である補助パターンが、前記所定方向毎に前記マスクに繰り返し配置される、請求項１に記載のパターン形成方法。
6. 前記第１方向に繰り返し配置される補助パターンに、前記位相シフタが形成される、請求項５に記載のパターン形成方法。
7. 前記位相シフタは、前記マスクの透光領域に、透明膜を部分的に用いて形成される、請求項１に記載のパターン形成方法。
8. 前記位相シフタは、前記マスクの透光領域のマスク基板を、所定の深さだけエッチングして形成される、請求項１に記載のパターン形成方法。
9. 前記位相シフタは、前記マスクの透光領域の周辺に半透明膜を用いて形成される、請求項１に記載のパターン形成方法。
10. 前記矩形状パターンは、正方形である、請求項１に記載のパターン形成方法。
11. 露光に用いられ、矩形状パターンが所定方向毎に一定のピッチで繰り返し配置されるマスクであって、
    前記所定方向は、最も小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第１方向と、その次に小さなピッチで前記矩形状パターンが繰り返し配置される第２方向と、前記第１方向のピッチと前記第２方向のピッチにより規定される第３方向とを含み、
    前記第１方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、透過光の位相を互いに逆位相とする位相シフタが、該矩形状パターンに対応して形成され、
    前記第２方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、位相シフタが形成されず、
    前記第３方向に沿って隣接する２つの矩形状パターンには、位相シフタが、該矩形状パターンに対応して形成されることを特徴とするマスク。

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