JP2005265876A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体装置の納期を短縮する。
【解決手段】 マスク基板２の主面上に、レジスト膜からなる遮光膜５と、その遮光膜５の一部を開口することにより形成された光透過パターン６ａとを形成し、その遮光膜５を覆うように平坦性膜８を形成し、さらにその平坦性膜８の平坦な上面上にレジスト膜からなる位相シフタ７ａを形成した。露光に際しては、同一の寸法、形状および配置のマスクパターンとされるが、シフタが反転するように配置された複数の転写領域を同一位置に重ねて露光する。これにより、半導体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。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、位相シフトマスクを用いた露光技術に関するものである。

超解像技術である位相シフト技術については、例えば特開平６−８３０３２号公報に記載があり、クロムで形成された遮光パターンを持つ、いわゆるクロムマスク上に電子線描画用レジストで位相シフタを形成する位相シフトマスクが開示されている。また、この文献には、位相シフタの材料として電子線描画用レジストを用いた場合の問題として、位相シフタの透過率に起因した露光光の減衰を挙げ、これを解決する手段として位相シフタの配置を反転した２枚のマスクを準備し、それらを重ね露光することにより、位相シフタでの露光光の減衰を相補する方法が開示されている（特許文献１参照）。この文献に記載された技術では、位相シフタのパターニング自体やパターニングのし直しが容易なのでマスクの製造時間を短縮できる他、位相シフタパターンの精度を向上できる上、欠陥保証の簡略化が可能である。
特開平６−８３０３２号公報

ところが、上記文献の技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。

すなわち、遮光パターンがクロムであるため、遮光パターンについて上記のような効果を期待することができない。このため、例えば半導体装置の納期のさらなる短縮を阻害するという問題がある。一方、クロムからなる遮光パターンをレジストからなる遮光パターンに変える場合には、そのレジストからなる遮光パターンに露光光に対する遮光性を持たせるには、ある程度の厚さが必要となり、そのレジストからなる遮光パターンの隣接間のアスペクト比が高くなる。このため、位相シフタ用のレジスト膜をただ単純にマスク基板上に堆積すると、レジストからなる遮光パターンの隣接間の位相シフタ用のレジスト膜の上面に窪みができ、厚さが部分的に異なってしまう結果、１つの透過領域を透過した光の中での位相制御が難しいという問題がある。この問題は、位相シフタの配置を反転させた２枚のマスクを重ね露光することでも解消できない。

本発明の目的は、半導体装置の納期を短縮することのできる技術を提供することにある。

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。

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。

すなわち、本発明は、マスクを用いた縮小投影露光により半導体ウエハの主面上のレジスト膜に所望のパターンを転写する工程を有し、
前記マスクは、第１面およびその反対側の第２面を持つマスク基板と、前記マスク基板の第１面上に形成されたレジストからなる遮光膜と、前記レジストからなる遮光膜に開口された光透過領域と、前記遮光膜を覆うように前記マスク基板の第１面上に形成された平坦性膜と、前記平坦性膜上に形成されたレジストからなる位相シフタとを備え、
前記平坦性膜は、前記光透過領域内を透過する光の位相の誤差が許容範囲内とされるように、前記光透過領域を形成するために前記レジストからなる遮光膜に開口された部分に埋め込まれているものである。

本願におい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とおりである。

すなわち、マスクの遮光パターンおよび位相シフタの両方をレジスト膜で形成できるので、半導体装置の納期を短縮することができる。

本願発明を詳細に説明する前に、本実施の形態における用語の意味を説明すると次の通りである。

１．「遮光領域」、「遮光パターン」、「遮光膜」または「遮光」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、４０％未満を透過させる光学特性を有することを示す。一般に０％から３０％未満のものが使用される。

２．「透明」、「透明膜」、「光透過領域」、「光透過パターン」と言うときは、その領域に照射される露光光のうち、６０％以上を透過させる光学特性を有することを示す。一般に９０％以上のものが使用される。

なお、本実施の形態でマスクと言うときはレチクルも含む広い概念を示す。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本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。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。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態１の半導体装置の製造方法で用いるマスクの一例を図１〜図３に示す。図１は本実施の形態１のマスク１Ａの全体平面図を示し、図２および図３はそれぞれ図１のＸＡ−ＸＡ線およびＸＢ−ＸＢ線の断面図を示している。なお、図１は平面図であるが図面を見易くするためハッチングを付す。また、図１〜図３には各図の位置関係を分かり易くするため座標Ｘ１〜Ｘ１２を示す。

本実施の形態１のマスク１Ａは、集積回路パターンとしてラインパターン（配線や電極のパターン等）を転写するためのマスクを例示している。マスク１Ａを構成する平面矩形状のマスク基板２は、例えば露光光に対して透明な合成石英ガラスからなり、その主面（第１面）全面の平坦度（フラットネス）はＭａｘ−Ｍｉｎで、例えば０．２〜０．５μｍ程度である。このマスク基板２の主面（第１面）には、例えば平面矩形状の２つの転写領域３Ａ，３Ｂが図１の上下方向（露光装置のスキャン方向ＳＣ）に沿って並んで配置されている。各転写領域３Ａ，３Ｂは、例えば１つの半導体チップ（以下、単にチップという）を転写する領域に相当しており、同一の平面形状および寸法で形成されている。なお、本実施の形態１では、後述のように、この２つの転写領域３Ａ，３Ｂを重ねて露光することにより半導体ウエハ（以下、単にウエハという）の１つのチップ領域内のフォトレジスト膜に所望のラインパターンを転写する。

このようなマスク基板１の主面上には、２種類の遮光膜４，５が形成されている。一方の遮光膜４は、例えばクロム（Ｃｒ）の単体膜またはクロムと酸化クロムとの積層膜等のような金属膜からなり、各転写領域３Ａ，３Ｂの外周領域に形成されている。他方の遮光膜５は、例えばレジスト膜からなり、各転写領域３Ａ，３Ｂの内側領域に形成されている。この遮光膜５は、その光学濃度（ＯＤ：Optical Density）値が、一般に規格値とされるＯＤ３（厚さ１００ｎｍのクロム膜の持つ遮光率にほぼ等しい）またはＯＤ３以上（すなわち、マスク１Ａに入射した露光光の１／１０００または１／１０００以下を透過する程度の遮光率）となるように構成されている。このような観点から遮光膜５の具体的なレジスト材料としては、例えばポリビニルフェノール系樹脂等がある。また、遮光膜５の厚さは、上記遮光性上の条件を満たすべく、上記金属膜からなる遮光パターン４よりも大幅に厚く形成されており、例えば６５０ｎｍ程度とされている。遮光膜５を構成するレジスト膜に色素等を添加することで露光光に対する遮光性を高めても良い。

また、各転写領域３Ａ，３Ｂにはラインパターンを転写するための複数の光透過パターン６ａ，６ｂが配置されている。光透過パターン６ａ，６ｂは、上記遮光膜５の一部を開口することにより形成されている。図１では、上記各転写領域３Ａ，３Ｂに、光透過パターン密領域（図１左）と光透過パターン疎領域（図１右）とが存在する場合が例示されている。光透過パターン密領域は、上記ラインパターン転写用の光透過パターン６ａ，６ｂが複数密集して配置されている領域である。一方、光透過パターン疎領域は、上記ラインパターン転写用の光透過パターン６ａ，６ｂが疎らに孤立した状態で配置されている領域である。なお、ここでは光透過パターン疎領域に１個の光透過パターン６ａ，６ｂが配置されている場合が例示されているが、複数の光透過パターンが配置されている場合でも、互いに隣接する光透過パターンの双方の透過光の干渉が少ない状態で配置されている場合は、疎領域の孤立パターンであるものとする。

各転写領域３Ａ，３Ｂ内において、光透過パターン６ａ，６ｂの設計上の形状および寸法は、互いに同一とされている。また、各転写領域３Ａ，３Ｂ内の光透過パターン密領域には、互いに隣接する光透過パターン６ａ，６ｂを透過した光の位相が１８０度反転するように、太線で示す位相シフタ（以下、単にシフタという）７ａ，７ｂが配置されている。すなわち、各転写領域３Ａ，３Ｂの光透過パターン密領域は、強い超解像を実現可能なレベンソン型とされている。このように光透過パターン密領域の光透過パターン６ａ，６ｂにシフタ７ａ，７ｂを配置したことにより、位相シフト効果により、高い解像特性を得ることが可能となっている。

また、上記マスク１Ａの各々の転写領域３Ａ，３Ｂの光透過パターン６ａ，６ｂ同士を比較した場合、転写領域３Ａと転写領域３Ｂとで、光透過パターン密領域および光透過パターン疎領域の光透過パターン６ａ，６ｂの配置は同一であり、重ね合わされる光透過パターン６ａ，６ｂの設計上の形状および寸法も同一である。ただし、転写領域３Ａ，３Ｂのシフタ７ａ，７ｂの配置は互いに逆になっている。すなわち、転写領域３Ａ，３Ｂをウエハの１つのチップ領域に重ねて露光する際に、転写領域３Ａの所定の光透過パターン６ａを透過した光と、その転写領域３Ａの所定の光透過パターン６ａに対して平面的に重なる転写領域３Ｂの所定の光透過パターン６ｂを透過した光とでは、透過光の位相が１８０度反転するようにシフタ７ａ，７ｂが配置されている。ここでは、転写領域３Ａの光透過パターン疎領域にシフタを配置せず、転写領域３Ｂの光透過パターン疎領域にシフタ７ｂを配置した場合を例示したが、各転写領域３Ａ，３Ｂの光透過パターン疎領域の光透過パターン６ａ，６ｂのいずれにもシフタ７ａ，７ｂを配置しない構成としても良い。

上記シフタ７ａ，７ｂは、例えば上置き膜シフタとされている。すなわち、シフタ７ａ，７ｂは、マスク基板２の主面（第１面）上の平坦性膜８上に、レジスト膜をパターニングすることによって形成されている。上置き膜シフタ構成の場合、庇構成を必要とする溝型シフタに比べてマスク１Ａの製造を格段に容易にすることができる。すなわち、マスク１Ａの製造工程数を低減できるので、マスク１Ａの製造時間を短縮することができる。また、マスク１Ａの歩留まりを向上させることができる。特に溝シフタの庇構造は、庇長さが長いほど有効であるが、ウエハ上のパターンの微細化要求に伴いマスク１Ａのパターンも微細化されているので、庇長さの増長には限界がある。したがって、庇構造を採らなくてもパターン寸法精度の向上を図れる本実施の形態１の技術は、パターンの微細化に適した技術である。このようなシフタ７ａ，７ｂ形成用のレジスト膜は、シフタ７ａ，７ｂが露光光に対して透明となるように材料選択や厚さ設定がなされている。また、シフタ７ａ，７ｂの厚さＤについては、透過光の位相を１８０度反転させるために、Ｄ＝λ／（２（ｎ−１））を満たすように設定されている（上式のｎは所定の露光波長の露光光に対するシフタ７ａ，７ｂの屈折率、λは露光波長）。このような観点からシフタ７ａ，７ｂの具体的なレジスト材料としては、例えばポリエチレン系の樹脂等がある。また、シフタ７ａ，７ｂの厚さは、上記遮光膜５形成用のレジスト膜よりも薄く、例えば１１５〜１２０ｎｍ程度である。

上記平坦性膜８は、マスク基板１の主面（第１面）の遮光膜４，５を覆うように形成されている。平坦性膜８は、遮光膜５に起因する下地の段差を緩和する機能を有する膜であり、平坦性膜８の上面は、その上面内においてほぼ平坦になるように形成されている。平坦性膜８の上面は、完全に平坦であれば最も好ましいが、必ずしも完全に平坦である必要はなく、シフタ７ａが配置された１つの光透過パターン６ａ（またはシフタ７ｂが配置された光透過パターン６ｂ）内を透過する光に位相差が生じないように、または生じても誤差の範囲となるように、光透過パターン６ａ（または光透過パターン６ｂ）用に遮光膜５に形成された開口部内に埋め込まれていれば良い。具体的には、平坦化後の段差は露光波長の５０％以下にすればよく、３０%以下まで段差が低減することが望ましい。これは次のような理由からである。

図４は一般的な上置き膜シフタ型の位相シフトマスク５０の要部断面図を示している。マスク基板５１の主面には金属膜からなる遮光パターン５２と、光透過パターン５３とが形成されている。互いに隣接する光透過パターン５３の一方にシフタ５４が配置されている。シフタ５４は遮光パターン５２に接するようにマスク基板５２上に形成されているので、シフタ５４の上面は遮光パターン５２の厚さにより若干窪みが形成される。このため、シフタ５４が配置された１つの光透過パターン５３を透過した露光光Ｌ１，Ｌ２の位相に差が生じる場合がある。この位相シフトマスク５０の場合は、遮光パターン５２が金属膜からなり薄い（アスペクト比が小さい）ので、上記位相差の問題はそれほど問題とならないが、図５に示すように、遮光膜５をレジスト膜で形成した場合、上記のように遮光膜５を露光光に対して遮光性が得られるようにすべく金属膜の遮光パターンよりも大幅に厚くする必要がある（アスペクト比も大きい）ので、その遮光膜５に直接接するようにマスク基板２上にシフタ７ａを形成すると、シフタ７ａの上面に遮光膜５の厚さに起因して大きな窪みが形成される。このため、シフタ７ａが配置された１つの光透過パターン６ａを透過した露光光Ｌ１，Ｌ２の位相の差が大きくなってしまう。この問題は転写領域３Ａ，３Ｂを重ね露光しても解消できない。これに対して、本実施の形態１では、図２、図３および図６に示すように、平坦性膜８を設け、その上にシフタ７ａ，７ｂを形成したことにより、シフタ７ａ，７ｂの平坦性を向上させることができるので、シフタ７ａ，７ｂが配置された１つの光透過パターン６ａ，６ｂを透過した露光光Ｌ１，Ｌ２に位相差が生じないように、または生じても許容範囲を越えないようにすることができる。

また、平坦性膜８を設けない場合、下地の遮光膜８の膜厚に起因する段差やパターンの疎密の状態により、シフタ形成用のレジスト膜の厚さにバラツキが生じるので、位相差にもバラツキが生じる。また、マスク基板２の主面内のシフタ形成用のレジスト膜の厚さ分布は、そのまま位相差分布になるので、シフタ形成用のレジスト膜の厚さ制御は重要であるが、下地に段差やパターン疎密差があるので、シフタ形成用のレジスト膜の厚さ制御が難しい。これに対して、平坦性膜８を設ける本実施の形態１によれば、シフタ７ａ，７ｂ形成用のレジスト膜の平坦性を向上させることができるので、シフタ７ａ，７ｂのパターニングを容易にすることができる。また、マスク１Ａの主面内の複数のシフタ７ａ，７ｂの厚さの均一性や寸法の制御性を向上させることができる。このため、マスク１Ａの主面内で位相差のバラツキを低減できる。以上により、良好なパターン転写が可能となり、半導体集積回路装置の歩留まりや信頼性を向上させることが可能となる。

また、平坦性膜８は、空気中の酸素が遮光膜５に接触するのを遮断する機能も有している。これは、遮光膜５が酸素に接触する状態で露光処理を行うと、光アッシング現象により遮光膜５がエッチングされる結果、転写パターンの寸法が変化してしまうので、そのような不具合を抑制または防止するためである。上記遮光膜５のエッチング現象を抑制または防止する観点から露光時のマスク周辺を不活性雰囲気（例えば窒素雰囲気）とすることも考えられるが、そのようにするとには露光装置の大幅な改造が必要であるし、作業上の安全性の面でも問題が生じる。これに対して、遮光膜５を平坦性膜８で覆う本実施の形態１によれば、露光装置を改造することもないし、作業上の安全性の面でも特に問題を生じることなく、露光時に遮光膜５がエッチングされてしまうのを抑制または防止でき、遮光膜５の膜厚変動を低減または防止できる。すなわち、遮光膜５の耐光性を向上させることができる。図７は、露光光照射量に対するレジスト膜（遮光膜５）減りの様子を平坦性膜８の有無で比較して示したグラフ図である。破線に示すように平坦性膜８の無い場合は露光光の照射により、酸素とレジスト膜とが反応してレジスト膜がエッチングされてしまう。これに対して実線に示すように平坦性膜８（酸素遮断膜）を設けた場合は、レジスト膜（遮光膜５）の減りを格段に低減できることが分かる。平坦性膜８の酸素遮断性能は、完全であれば最も好ましいが完全に遮断するものでなくてもよい。酸素濃度が低いほど、酸素とレジスト膜の反応が小さくなり、その結果、マスクの寿命等が改善できる。

上記のような条件を満たすための平坦性膜８の厚さは、例えば６００〜７００ｎｍ、好ましくは８００ｎｍ程度である。また、平坦性膜８も露光光に対してほぼ透明であり、その材料として無機材料（水溶性）と有機材料とがある。平坦性膜８用の無機材料としては、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリビニルフェノール（ＰＶＰ）等がある。無機材料とした場合、溶剤が水なので、下層のレジスト膜（遮光膜５）が変質しない（ミキシングが生じない）。また、塗布性が良好である。一方、平坦性膜８用の有機材料としては、例えばポリエチレン系樹脂またはポリメチルシロキサン等のようなシリコン（Ｓｉ）系樹脂等がある。このような有機材料の場合、高い機械的耐性を得ることができる。また、有機材料の場合、厚膜化し易いので高い平坦性を得ることができる。さらに、無機材料に比べて高い酸素遮断性を得ることができる。

ところで、本実施の形態１の場合、露光処理を続けるに従って、マスク１Ａの周辺の酸素とシフタ７ａ，７ｂの材料とが反応（光アッシング現象）し、シフタ７ａ，７ｂがエッチングされ、シフタ７ａ，７ｂの厚さが所望の厚さよりも薄くなってしまう。その結果、位相差が変化してしまう。そこで、本実施の形態１では、上記のように、シフタ７ａ，７ｂが反転した状態で配置されている転写領域３Ａ，３Ｂを重ね合わせ露光する。これにより、位相の絶対値精度（位相の誤差精度）を緩和できる。例えば位相角度の誤差を±５度よりも大きくしても良い（１８５度よりも大きくても良く、１７５度よりも小さくても良い）。このため、シフタ７ａ，７ｂの厚さ精度を緩和できる。例えば３０度の位相ずれが発生し、０．２μｍデフォーカスした場合に、重ね合わせ露光しないと、図８に示すように、シフタ７ａの有無で光強度のピーク値が変化してしまう。これに対して２重露光した場合、図９に示すように、シフタ７ａ，７ｂの有無で光強度のピーク値のアンバランスを解消することができるので、良好な光強度分布を得ることができる。また、図１０は焦点位置と０−π寸法差との関係を１回露光と２重露光とで比較して示したグラフ図である。２重露光の場合、０−π寸法差が生じていても焦点位置が安定していることが分かる。このことから、レジスト膜からなるシフタ７ａ，７ｂが露光光によってエッチングされ、膜厚が変動したとしても、上記位相反転配置による２重露光により充分に位相シフト技術の効果を得ることができる。したがって、上記多重露光法を併用することにより、マスク１Ａに対する露光光の照射量および耐性をあまり気にすることなく、本実施の形態１のマスク１Ａを用いた露光処理が可能となる。また、平坦性膜８とシフタ７ａ，７ｂとのエッチングレートをほぼ同じにすることにより、光透過パターン６ａを透過する光の位相の０度と１８０度との関係をほぼ同じままにすることができる。

また、本実施の形態１においては、多重露光により位相の絶対値精度（誤差精度）が多少悪くても、１８０度位相差の時と同じ解像特性を得ることができるので、ウエハに転写されるパターン（転写パターン）の寸法精度を向上させることができる。

また、シフタ７ａ，７ｂの厚さ精度を緩和できるため、マスク１Ａの製造上の容易性を大幅に向上させることができ、マスク１Ａの製造歩留まりを向上させることができる。したがって、マスク１Ａのコストを低減できる。特に、重ね合わせる転写領域３Ａ，３Ｂを同一のマスク１Ａの同一平面内の異なる平面位置に形成する本実施の形態１においては、その重ね合わせる転写領域３Ａ，３Ｂを別々のマスクに形成する場合に比べて、シフタ７ａ，７ｂの厚さおよびその誤差量をマスク基板２の主面内においてほぼ均一にすることができるので、位相の絶対値精度を相対的に高く確保しつつ、容易にマスク１Ａを製造することができる。また、１枚のマスク１Ａで露光するので、転写領域３Ａ，３Ｂを別々のマスクに配置する場合に比べてスループットを向上させることができる。ただし、転写領域３Ａ，３Ｂを別々のマスクに配置し、転写領域３Ａを持つマスクで露光した後、転写領域３Ｂを持つマスクに交換して２重露光しても良い。この方法は、チップサイズが大きく、同一のマスク内に２つの転写領域３Ａ，３Ｂを配置できない場合に有効である。

また、１回露光の場合、シフタ７ａ，７ｂが配置された光透過パターン６ａ，６ｂを透過した光の強度が減衰する結果、シフタ７ａ，７ｂの有無により転写パターンに寸法差が生じる場合がある。これに対して、本実施の形態１では、シフタ７ａ，７ｂの配置された光透過パターン６ａ，６ｂを透過した光と、シフタ７ａ，７ｂの配置されていない光透過パターン６ａ，６ｂを透過した光とを同一領域に重ねて露光することになるので、双方の光強度を平均化することができる。すなわち、光強度のアンバランスをキャンセルすることができるので、光強度分布を均一にすることができる。このため、転写パターンの寸法変動を抑制または防止でき、転写パターンの寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体集積回路装置の特性や信頼性を向上できる。

さらに、本実施の形態１によれば、多重露光により、マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂにランダムに存在する欠陥を平均化または除去することができるので、マスク１Ａの欠陥の転写を低減または防止できる。また、マスク１Ａの欠陥の転写限界を拡大することができる。すなわち、今まで無視できなかった寸法の欠陥も無視できるようになる。例えばマスク１Ａ上の０．４μｍ未満の欠陥は無視することができるので、マスク１Ａの欠陥検査の限界寸法を緩和することができる。したがって、マスク１Ａの欠陥検査および欠陥修正を容易にすることができるので、マスク１Ａの製造上の容易性を向上させることができる。また、収差の平均化効果、マスク１Ａ内の寸法分布の平均化効果により転写パターンの寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体集積回路装置の特性や信頼性を向上できる。

図１１および図１２は、集積回路パターン転写用のマスク１Ａのシフタ７ａ，７ｂの具体的な配置例を示している。図１１の光透過パターン６ａと図１２の光透過パターン６ｂとを重ね露光するので、シフタ７ａ，７ｂの配置が反転させて配置されている。また、図１３は、図１１および図１２の光透過パターン６ａ，６ｂを重ね露光することでウエハ上に形成されたフォトレジスト膜ＰＲのパターンの様子を模式的に示している。

なお、１枚のマスク１Ａに配置される転写領域の数は、上記に限定されるものではなく種々変更可能である。また、転写領域３Ａ，３Ｂの外周の遮光膜４で形成される遮光領域には、マスクアライメントマークや計測用マーク等のような他の光透過パターンが形成されている。また、上記転写領域３Ａ，３Ｂ内に、実質的に集積回路を構成するパターンの他、例えば重ね合わせに用いるアライメントマークパターン、重ね合わせ検査に用いるマークパターンまたは電気的特性を検査する際に用いるマークパターン等のような実質的に集積回路を構成しないパターンを形成しても良い。また、本実施の形態１の場合でも一般的に行われているのと同様の光近接効果補正（OPC：Optical Proximity Correction）が必要である。例えば対象パターンに対して隣接パターンまでの距離、隣接パターンの幅、位相シフタの有無等の変数に対してそれぞれ寸法補正を加える必要がある。

次に、本実施の形態１のマスク１Ａの製造方法の一例を図１４〜図１７により説明する。なお、図１４〜図１７は、マスク１Ａの製造工程中の要部断面図を示している。

まず、図１４に示すように、マスク基板２の主面（第１面）上に、例えばレジスト膜５Ｒを回転塗布法等により塗布した後、ベーク処理を施すことでレジスト膜５Ｒ中の溶剤をとばす。ベーク処理後のレジスト膜５Ｒの厚さは、例えば露光光としてＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）を用いる場合で、例えば６００〜７００ｎｍ程度、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いる場合で、例えば２００〜３００ｎｍ程度が好ましい。レジスト膜５Ｒの厚さは、レジスト膜５Ｒの材料のｎ，ｋ値によって最適な厚さが異なる。続いて、電子線等による露光、現像およびベーク処理等を施すことにより、図１５に示すように、レジスト膜５Ｒからなる遮光膜５をパターン形成する。遮光膜５の無い開口部分が光透過パターン６ａである。

その後、図１６に示すように、マスク基板２の主面（第１面）上に、遮光膜５を覆うように平坦性膜８を回転塗布法等により形成する。この時、平坦性膜８を回転塗布法により形成することにより、平坦性膜８の上面を表面張力により平坦にすることができる。また、平坦性膜８を回転中に乾燥させることもできる。もちろん回転塗布後に平坦性膜８を乾燥させても良い。回転塗布法の際の試料台の回転数は、例えば１５００ｒｐｍ程度である。上記のように平坦性膜８の材料には、例えばＰＶＡやＰＶＰ等のような無機材料と、例えばポリエチレン系樹脂やシリコン系樹脂等のような有機材料とがある。平坦性膜８の材料として無機材料を選択した場合は、上記のようにレジスト膜５Ｒ（遮光膜５）とのミキシングが生じ難いので、遮光膜５をパターニングした後や平坦性膜８を形成した後のベーク処理は、例えば１００〜１２０℃程度の脱水ベーク処理で良い。しかし、平坦性膜８の材料として有機材料を選択した場合は、レジスト膜５Ｒ（遮光膜５）とのミキシングが生じ易いので、遮光膜５をパターニングした後や平坦性膜８を形成した後のベーク処理は、上記脱水ベーク処理よりも高温の、例えば１４０〜１８０℃程度の硬化ベーク処理を施すことが好ましい。ベーク処理後の平坦性膜８の厚さは、最低でも６００〜７００ｎｍ程度、好ましくは８００ｎｍ程度である。

次いで、図１７に示すように、上記平坦性膜８上にシフタ形成用のレジスト膜７Ｒを回転塗布法等により形成した後、電子線等による露光、現像およびベーク処理等を施すことにより、図１〜図３に示したように、レジスト膜７Ｒからなるシフタ７ａ，７ｂをパターン形成し、マスク１Ａを作成する。本実施の形態１によれば、平坦性膜８上にレジスト膜７Ｒを形成するので、マスク基板２の主面内でのレジスト膜７Ｒの厚さの均一性を向上させることができる。レジスト膜７Ｒの厚さは、塗布直後で、例えば１３０ｎｍ程度、ベーク処理後で、例えば１１５〜１２０ｎｍ程度である。レジスト膜７Ｒの厚さは、レジスト膜７Ｒの材料のｎ，ｋ値によって最適な厚さが異なる。また、レジスト膜７Ｒは、ネガ型のレジスト膜とされている。これは、マスク基板２の主面内におけるシフタ７ａ，７ｂの形成領域の方が非形成領域よりも小さいので、シフタ７ａ，７ｂの形成領域を電子線露光した方が、露光時間を短縮できるからである。すなわち、レジスト膜７Ｒをネガ型とすることにより、ポジ型にした場合よりも露光時間を短縮できるので、マスク１Ａの製造時間を短縮できる。

以上のように、本実施の形態１によれば、マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂのパターンを全てレジスト膜で形成することができる。すなわち、一度もエッチング工程を経ることなく、マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂのパターンを形成することができる。エッチング工程が無いので異物の発生を低減できる。このため、マスク１Ａの歩留まりを向上させることができる。また、欠陥の少ないマスク１Ａを提供できる。また、エッチング工程が無いので、より短いＴＡＴ（Turn Around Time）でマスク１Ａを作成することができる。このため、半導体集積回路装置の納期を短縮することができる。

次に、本実施の形態１のマスク１Ａを用いた多重露光方法の一例を図１８〜図２０により説明する。図１８〜図２０は、多重露光工程時のウエハ９の全体平面図を模式的に示している。ウエハ９は、例えばシリコンを基板とする円形状の薄板で、その主面（デバイス形成面）上には、例えば厚さ２００ｎｍ程度の酸化シリコン膜が堆積され、そらにその上には、例えば厚さ３００ｎｍ程度のポジ型のフォトレジスト膜が塗布されている。実際の露光条件は、例えば次のとおりである。縮小投影露光装置は、スキャナを使用した。スキャナの光源は、例えば波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用し、光学レンズの開口数ＮＡは、例えば０．７０である。スキャナの光源の形状は、例えば円形状（変形照明）であり、コヒーレントファクタ（σ値）は、例えば０．３を用いた。フォトレジスト膜への１回の露光量は、例えば１５０Ｊ／ｍ²とし、２重露光により３００Ｊ／ｍ²になるように調整した。すなわち、１回の露光量は、必要な露光量を、多重露光の回数で割った値にされている。

まず、図１８に示すように、マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂのパターンをスキャナによりスキャンニング露光する。この時の露光量は、必要量の１／２程度とする。続いて、図１９に示すように、ウエハ９を図１９の上方向に移動しマスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂのパターンをスキャナによりスキャンニング露光する。この時のウエハ９の移動量は、露光領域の１／２とする。これにより、マスク１Ａの転写領域３Ａを、図１８でウエハ９のフォトレジスト膜に転写したマスク１Ａの転写領域３Ｂに重なるようにする。また、この時の露光量も、必要量の１／２程度とする。これにより、転写領域３Ａ，３Ｂが重なったところで露光に必要な露光量が得られるようにする。続いて、図２０に示すように、ウエハ９を図２０の上方向に移動しマスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂのパターンを同様にスキャンニング露光する。この時のウエハ９の移動量も露光領域の１／２とすることにより、マスク１Ａの転写領域３Ａを、図１９でウエハ９のフォトレジスト膜に転写したマスク１Ａの転写領域３Ｂに重なるようにする。また、この時の露光量も、必要量の１／２程度として、転写領域３Ａ，３Ｂが重なったところで露光に必要な露光量が得られるようにする。このような多重露光処理動作をウエハ９の主面全面内において繰り返すことにより、ウエハ９の主面に複数のチップ領域のラインパターンを転写する。上記の説明では、２重露光がなされていない領域（例えばウエハ９の主面の最外周に位置するチップ領域）が発生するが、その領域に対しては露光不要な領域をマスキングブレードにより遮光した状態で、上記２重露光処理を施した。

次に、上記スキャナについて説明する。図２１は、そのスキャナ１０の一例を示している。スキャナ１０は、例えば縮小比４：１の走査型縮小投影露光装置である。スキャナ１０の露光条件は、上記図１８〜図２０で説明したとおりである。

露光光源１０ａから発する露光光ＥＸＬは、フライアイレンズ１０ｂ、アパーチャ１０ｃ、コンデンサレンズ１０ｄ１、１０ｄ２およびミラー１０ｅを介してマスク（レチクル）１Ａを照明する。光学条件のうち、コヒーレントファクタはアパーチャ１０ｆの開口部の大きさを変化させることにより調整した。マスク１Ａの主面（第１面）上には異物付着によるパターン転写不良等を防止するためのペリクルＰＥが設けられている。マスク１Ａ上に描かれたマスクパターンは、投影レンズ１０ｇを介して試料基板であるウエハ９の主面のフォトレジスト膜に投影される。なお、マスク１Ａは、マスク位置制御手段１０ｈおよびミラー１０ｉ１で制御されたマスクステージ１０ｉ２上に載置され、その中心と投影レンズ１０ｇの光軸とは正確に位置合わせがなされている。マスク１Ａは、その主面（第１面）がウエハ９に対向するようにマスクステージ１０ｉ２上に載置されている。露光光ＥＥＸＬは、マスク１Ａの裏面（第２面）から主面（第１面）に向かって照射される。

ウエハ９は、試料台１０ｊ上に真空吸着されている。試料台１０ｊは、投影レンズ１０ｇの光軸方向、すなわち、試料台１０ｊのウエハ載置面に垂直な方向（Ｚ方向）に移動可能なＺステージ１０ｋ上に載置され、さらに試料台１０ｊのウエハ載置面に平行な方向に移動可能なＸＹステージ１０ｍ上に搭載されている。Ｚステージ１０ｋ及びＸＹステージ１０ｍは、主制御系１０ｎからの制御命令に応じてそれぞれの駆動手段１０ｐ，１０ｑによって駆動されるので、所望の露光位置に移動可能である。その位置はＺステージ１０ｋに固定されたミラー１０ｒの位置として、レーザ測長機１０ｓで正確にモニタされている。また、ウエハ９の表面位置は、通常の露光装置が有する焦点位置検出手段で計測される。計測結果に応じてＺステージ１０ｋを駆動させることにより、ウエハ９の主面は常に投影レンズ１０ｇの結像面と一致させることができる。

マスク１Ａとウエハ９とは、縮小比に応じて同期して駆動され、露光領域がマスク１Ａの主面を走査しながらマスクパターンをウエハ９の主面のフォトレジスト膜に縮小転写する。このとき、ウエハ９の主面位置も上述の手段によりウエハ９の走査に対して動的に駆動制御される。ウエハ９に形成された回路パターンに対してマスク１Ａ上の回路パターンを重ね合わせ露光する場合、ウエハ９上に形成されたマークパターンの位置をアライメント検出光学系１０ｔを用いて検出し、その検出結果からウエハ９を位置決めして重ね合わせ転写する。主制御系１０ｎはネットワーク装置１０ｕと電気的に接続されており、スキャナ１０の状態の遠隔監視等が可能となっている。

図２２は上記スキャナ１０のスキャンニング露光動作を模式的に示した説明図を示し、図２３はスキャナ１０の露光領域を抜き出して模式的に示した説明図を示している。なお、図２２および図２３では図面を見易くするためハッチングを付す。

スキャナ１０を用いたスキャンニング露光処理では、マスク１Ａとウエハ９とを各々の主面を平行に保ちながら相対的に逆方向に移動させる。すなわち、マスク１Ａと、ウエハ９とは鏡面対称の関係になるので、露光処理に際し、マスク１Ａのスキャン（走査）方向と、ウエハ９のスキャン（走査）方向とは、図２２の矢印で示すステージスキャン方向Ｇ，Ｈに示すように逆向きになる。マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂは、スキャナ１０のスキャン方向に沿って配置されるようにセッティングする。駆動距離は、縮小比４：１の場合、マスク１Ａの移動量の４に対して、ウエハ９の移動量は1になる。このとき、露光光ＥＸＬを、アパーチャ１０ｆの平面長方形状のスリット１０ｆｓを通じてマスク１Ａに照射する。すなわち、投影レンズ１０ｇの有効露光領域１０ｇａ内に含まれるスリット状の露光領域（露光帯）ＳＡ１を実効的な露光領域として用いる。特に限定されないが、そのスリット１０ｆｓの幅（短方向寸法）は、通常、ウエハ９上において、例えば４〜７ｍｍ程度である。そして、そのスリット状の露光領域ＳＡ１を、スリット１０ｆｓの幅（短）方向（すなわち、スリット１０ｆｓの長手方向に対して直交または斜めに交差する方向）に連続移動（走査）させ、さらに結像光学系（投影レンズ１０ｇ）を介してウエハ９の主面に照射する。これにより、マスク１Ａの転写領域３Ａ，３Ｂ内のマスクパターン（集積回路パターン、実施の形態１では光透過パターン６ａ，６ｂでありラインパターン）をウエハ９の複数のチップ領域ＣＡの各々に転写する。なお、ここでは、スキャナ１０の機能を説明するために必要な部分のみを示したが、その他の通常のスキャナに必要な部分は通常の範囲で同様である。

図２４に、ステッパを用いた場合の露光領域ＳＡ２（図面を見易くするためハッチングを付す）を示す。ステッパでは、１ショット（１チップまたは複数チップ）の露光が終わるとステージを次のショット位置まで移動させ、同様の露光を繰り返すことでウエハの主面全面を露光するようになっている。ステッパの場合、投影レンズ１０ｇの有効露光領域１０ｇａ内の平面正方形状の露光領域ＳＡ２を実効的な露光領域として用いる。この露光領域ＳＡ２は、その四隅が有効露光領域１０ｇａに内接されている。本実施の形態１の方法は、露光装置としてステッパを使用することもできるが、通常、投影レンズ１０ｇには種々の収差があるため、ステッパを用いて多重露光すると、設計通りのパターンを良好に形成することが困難である。これに対して、スキャナ１０を用いた露光処理においては、スキャン方向に直交する方向においてレンズ収差に起因する位置ずれが生じるが、スキャン方向においてレンズ収差が同一となるため同じ形状が保たれる。本実施の形態１は、このスキャナの持つ特性を利用しているもので、スキャナを用いた場合、転写領域３Ａ，３Ｂで転写される各々のパターンは、スキャン方向に直交する方向においてほぼ同じ変形を持っているし、しかもスキャン方向においてほぼ同じ形状で形成される。重ね合わせ露光を行う転写領域３Ａ，３Ｂをスキャン方向に沿って配置したのもこのためである。したがって、２重露光しても、高い重ね合わせ精度でパターンを形成することができる。

次に、上記マスク１Ａを用いた半導体装置の製造方法の一例を説明する。

図２５は、本実施の形態１の半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図２６は図２５のＸＣ１−ＸＣ１線の断面図を示している。ウエハ９の基板９Ｓは、例えばｐ型のシリコン単結晶からなり、その主面の各チップ領域には、例えばｐチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）およびｎチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴ等のような能動素子や抵抗等のような受動素子が形成されている。ｐチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴおよびｎチャネル型のＭＯＳ・ＦＥＴによりＣＭＯＳ（Complementary MOS）回路が形成され、これにより論理回路が形成される。このウエハ９の主面上には、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ₂等）からなる絶縁膜１５ａ〜１５ｄと、それよりも薄い窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄等）からなる絶縁膜１６ａ〜１６ｃとが交互に堆積されている。絶縁膜１５ｂ，１６ａには、配線溝（配線開口部）１７ａが形成され、その配線溝１７ａには第１層目の埋込配線１８ａ（シングルダマシン配線）が形成されている。埋込配線１８ａの主配線材料は、例えばタングステン等からなり、その側面および底面には、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）等からなるバリア膜が薄く形成されている。絶縁膜１５ｄ上には、反射防止膜１９ａおよびポジ型のフォトレジスト膜ＰＲ１が下層から順に堆積されている。

まず、上記のようなウエハ９のフォトレジスト膜ＰＲ１に対してマスクを用いた露光処理を施した後、現像処理を施すことにより、図２７および図２８に示すように、ホールパターン形成用の開口部２０ａを有するフォトレジスト膜ＰＲ１のパターンを形成する。なお、図２７は図２５および図２６に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図２８は図２７のＸＣ２−ＸＣ２線の断面図をそれぞれ示している。

続いて、フォトレジスト膜ＰＲ１のパターンをエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、図２９に示すように、開口部２０ａから露出する反射防止膜１９ａ、絶縁膜１５ｄ，１６ｃ，１５ｃを順にエッチングしてスルーホール２１ａを形成する。この時、スルーホール２１ａの底部の絶縁膜１６ｂがエッチストッパとして機能するようにエッチング処理を施す。このため、この段階のスルーホール２１ａの底部には絶縁膜１６ｂが残されている。なお、図２９は図２７および図２８に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部断面図を示している。

その後、フォトレジスト膜ＰＲ１および反射防止膜１９ａを除去した後、図３０に示すように、ウエハ９の主面に、スルーホール２１ａを埋め込むように、新たな反射防止膜１９ｂを堆積する。さらに、その反射防止膜１９ｂ上に、ポジ型のフォトレジスト膜ＰＲ２を塗布する。なお、図３０は図２９に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部断面図を示している。

次いで、ウエハ９のフォトレジスト膜ＰＲ２に対して上記マスク１Ａを用いて露光処理を施した後、現像処理を施すことにより、図３１および図３２に示すように、ラインパターン形成用の開口部２０ｂを有するフォトレジスト膜ＰＲ２のパターンを形成する。この時の露光装置および露光条件は、上記したのと同じである。なお、図３１は図３０に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図３２は図３１のＸＣ３−ＸＣ３線の断面図をそれぞれ示している。

続いて、フォトレジスト膜ＰＲ２のパターンをエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、図３３に示すように、開口部２０ｂから露出する反射防止膜１９ｂ、絶縁膜１５ｄを順にエッチングして配線溝（配線開口部）１７ｂを形成する。この時、配線溝１７ｂの底部の絶縁膜１６ｃがエッチストッパとして機能するようにエッチング処理を施す。このため、この段階の配線溝１７ｂの底部には絶縁膜１６ｃが残されている。その後、フォトレジスト膜ＰＲ２および反射防止膜１９ｂを図３４に示すように除去した後、配線溝１７ｂおよびスルーホール２１ａの底部の絶縁膜１６ｃ，１６ｂを、熱リン酸等を用いたウエットエッチング処理により選択的に除去し、図３５に示すように、スルーホール２１ａおよび配線溝１７ｂを完全に形成する（デュアルダマシン法）。これにより、スルーホール２１ａの底部からは埋込配線１８ａの上面の一部が露出される。なお、図３３は図３１および図３２に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部断面図、図３４は図３３に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部断面図、図３５は図３４に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部断面図をそれぞれ示している。

次いで、ウエハ９の主面に、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）または窒化チタン（ＴｉＮ）からなるバリア膜をスパッタリング法等により薄く堆積し、さらにその上に、例えば銅（Ｃｕ）からなる主配線材料をメッキ法やＣＶＤ法等により相対的に厚く堆積した後、これらの積層膜を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）法等により研磨する。この時、配線溝１７ｂの外部の不要な主配線材料およびバリア膜の積層膜を除去し、その積層膜が配線溝１７ｂおよびスルーホール２１ａ内のみに残されるようにする。これにより、図３６および図３７に示すように、配線溝１７ｂ内に第２層目の埋込配線１８ｂ（デュアルダマシン配線）を形成する。なお、図３６は図３５に続く半導体装置の製造工程中のウエハ９の要部平面図、図３７は図３６のＸＣ４−ＸＣ４線の断面図をそれぞれ示している。

このように本実施の形態１によれば、露光光源としてＡｒＦエキシマレーザを用いて、６５ｎｍノードの配線幅寸法（例えば７０〜９０ｎｍ程度）を持つ論理回路を有する半導体装置を製造することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２では、レジスト膜で形成されたシフタの露光光に対する耐性向上を目的として、シフタの形成後に酸素を遮断する機能を有する膜でシフタを覆う構成について説明する。

図３８および図３９は、本実施の形態２のマスク１Ａであって、それぞれ図１のＸＡ−ＸＡ線およびＸＢ−ＸＢ線に相当する箇所の断面図を示している。平坦性膜８上には、シフタ７ａ，７ｂを覆うように、酸素遮断膜２３が形成されている。酸素遮断膜２３の材料、特徴（厚さ、露光光に対する透明度、酸素遮断量、平坦度等）および形成方法は、上記平坦性膜８と同じである。なお図中では、酸素遮断膜２３の上面も平坦化されている。ただし、酸素遮断膜２３の上面は平坦化されている必要は無い。レジスト材料と酸素の化学変化が露光によって発生しない範囲で、酸素濃度を低下させれば目的を達成できる。

本実施の形態２によれば、酸素遮断膜２３を設けたことにより、露光時にシフタ７ａ，７ｂが酸素と反応してエッチングされるのを抑制または防止できる。すなわち、シフタ７ａ，７ｂの耐光性を向上させることができる。したがって、本実施の形態２の場合、前記実施の形態１で説明したような多重露光を行わないでも良好なパターンの転写が可能であるが、多重露光を行うことにより、前記実施の形態１で説明した効果が得られる。

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。

例えば前記実施の形態１，２では、２重露光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３重露光や４重露光等、２回以上重ねて露光しても良い。本実施の形態では、位相シフトマスクを用いるので、位相反転が生じることを考慮すると重ね合わせ回数は偶数回が好ましい。このように重ね露光回数を増やすことにより、パターン欠陥を低減または無くすことができるので、断線不良、短絡不良等の発生を低減または無くすことができる。

また、前記実施の形態１，２では、絶縁膜や導体膜をエッチング加工する場合に用いるフォトレジストパターンを形成す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、例えば不純物をウエハに導入する際にマスクとして用いるフォトレジストパターンを形成する場合にも適用できる。

また、露光光源として露光波長３６５ｎｍのｉ線、露光波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザまたは露光波長１５７ｎｍのF₂エキシマレーザを用いても良い。

また、露光光源用の変形照明（中央部の照度を下げた照明）として、例えば斜方照明、４重極照明、５重極照明等の多重極照明を用いても良い。また、変形照明と等価な瞳フィルタによる超解像技術を用いても良い。

また、前記実施の形態１では、ダマシン配線の形成工程に適用し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、導体膜をパターニングすることで配線を形成する場合にも適用できる。この場合は、上記導体膜上にネガ型のフォトレジスト膜を堆積し、そのネガ型のフォトレジスト膜に上記多重露光方法でパターンを転写する。

また、前記実施の形態１，２では、ウエハがシリコンを基板として有する半導体ウエハの場合について説明したが、これに限定されるものえはなく、ウエハは、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板の場合もある。

また、半導体装置は、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または絶縁体基板上に作られるものの他、特に、そうでない旨明示された場合を除き、ＴＦＴ（Thin-Film-Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twisted-Nematic）液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も含むものとする。

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半導体装置の製造方法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種々適用可能であり、例えば液晶表示装置やマイクロマシン等のような半導体装置以外のものの製造方法にも適用できる。

本発明は、微細加工を必要とする製品の製造業に適用できる。

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの全体平面図である。 図１のＸＡ−ＸＡ線の断面図である。 図１のＸＢ−ＸＢ線の断面図である。 一般的な上置き膜シフタ型の位相シフトマスクの露光時の露光光の様子を説明するためのマスクの要部断面図である。 レジスト膜で形成された遮光膜に接するように位相シフタを設けた構成を有するマスクの露光時の露光光の様子を説明するためのマスクの要部断面図である。 図１のマスクの露光時の露光光の様子を説明するためのマスクの要部断面図である。 露光光照射量に対するレジスト膜（遮光膜）減りの様子を平坦性膜の有無で比較して示したグラフ図である。 多重露光しない場合の光強度分布の説明図である。 多重露光する場合の光強度分布の説明図である。 焦点位置と０−π寸法差との関係を１回露光と２重露光とで比較して示したグラフ図である。 集積回路パターン転写用のマスクの位相シフタの具体的な配置例を示すマスクの要部平面図である。 集積回路パターン転写用のマスクの位相シフタの具体的な配置例を示すマスクの要部平面図である。 図１１および図１２の光透過パターンを重ね露光することでウエハ上に形成されたレジストパターンの様子を模式的に示す平面図である。 図１のマスクの製造工程中におけるマスク基板の要部断面図である。 図１４に続くマスクの製造工程中のマスク基板の要部断面図である。 図１５に続くマスクの製造工程中のマスク基板の要部断面図である。 図１６に続くマスクの製造工程中のマスク基板の要部断面図である。 多重露光工程時の半導体ウエハの全体平面図である。 図１８に続く多重露光工程時の半導体ウエハの全体平面図である。 図１９に続く多重露光工程時の半導体ウエハの全体平面図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法で用いた露光装置の一例の説明図である。 図２１の露光装置の要部の説明図である。 図２１および図２２の露光装置の露光領域の説明図である。 図２３とは異なる露光装置の露光領域の説明図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。 図２５のＸＣ１−ＸＣ１線の断面図である。 図２６および図２７に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。 図２７のＸＣ２−ＸＣ２線の断面図である。 図２８に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。 図２９に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。 図３０に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。 図３１のＸＣ３−ＸＣ３線の断面図である。 図３２に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。 図３３に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。 図３４に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部断面図である。 図３５に続く半導体装置の製造工程中の半導体ウエハの要部平面図である。 図３６のＸＣ４−ＸＣ４線の断面図である。 本発明の他の実施の形態である半導体装置の製造方法で用いるマスクの要部断面図である。 図３８のマスクの別の箇所の要部断面図である。

符号の説明

１Ａ マスク
２ マスク基板
３Ａ，３Ｂ 転写領域
４ 遮光膜
５ 遮光膜
５Ｒ レジスト膜
６ａ，６ｂ 光透過パターン
７ａ，７ｂ 位相シフタ
７Ｒ レジスト膜
８ 平坦性膜
９ 半導体ウエハ
９Ｓ 基板
１０ スキャナ
１０ａ 露光光源
１０ｂ フライアイレンズ
１０ｃ アパーチャ
１０ｄ１，１０ｄ２ コンデンサレンズ
１０ｅ ミラー
１０ｆ アパーチャ
１０ｆｓ スリット
１０ｇ 投影レンズ
１０ｇａ 有効露光領域
１０ｈ マスク位置制御手段
１０ｉ１ ミラー
１０ｉ２ マスクステージ
１０ｊ 試料台
１０ｋ Ｚステージ
１０ｍ ＸＹステージ
１０ｎ 主制御系
１０ｐ，１０ｑ 駆動手段
１０ｒ ミラー
１０ｓ レーザ測長機
１０ｔ アライメント検出光学系
１０ｕ ネットワーク装置
１５ａ〜１５ｄ 絶縁膜
１６ａ〜１６ｃ 絶縁膜
１７ａ，１７ｂ 配線溝（配線開口部）
１８ａ，１８ｂ 埋込配線
１９ａ，１９ｂ 反射防止膜
２０ａ，２０ｂ 開口部
２１ａ スルーホール（配線開口部）
２３ 酸素遮断膜
５０ 位相シフトマスク
５１ マスク基板
５２ 遮光パターン
５３ 光透過パターン
５４ 位相シフタ
ＳＣ スキャン方向
Ｌ１，Ｌ２ 露光光
ＥＸＬ 露光光
ＣＡ チップ領域
ＰＲ，ＰＲ１，ＰＲ２ フォトレジスト膜

Claims (9)

1. （ａ）ウエハの主面上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記ウエハに対してマスクを用いた縮小投影露光処理を施すことにより、前記フォトレジスト膜に所望のパターンを転写する工程とを有し、
   前記マスクは、第１面およびその反対側の第２面を持つマスク基板と、
   前記マスク基板の第１面上に形成されたレジストからなる遮光膜と、
   前記レジストからなる遮光膜に開口された光透過領域と、
   前記レジストからなる遮光膜を覆うように前記マスク基板の第１面上に形成された平坦性膜と、
   前記平坦性膜上に形成されたレジストからなる位相シフタとを備え、
   前記平坦性膜は、前記光透過領域内を透過する光の位相の誤差が許容範囲内となるように、前記光透過領域を形成するために前記レジストからなる遮光膜に開口された部分に埋め込まれていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記平坦性膜は前記レジストからなる遮光膜の劣化を抑制または防止する機能を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｂ）工程は、前記マスクの第１転写領域と第２転写領域とを、前記ウエハの主面上のフォトレジスト膜の１つの領域に対して重ねて露光する工程を有しており、
   前記第１転写領域と前記第２転写領域との前記光透過領域の形状、寸法および配置は互いに同一とされ、
   前記第１転写領域と前記第２転写領域との前記位相シフタは互いに反転するように配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが同一のマスクの同一の主面に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理はスキャンニング露光であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが同一のマスクの同一の主面に配置されており、前記縮小投影露光処理においては、前記第１転写領域と前記第２転写領域とが前記スキャンニング露光の方向に沿って並んで配置されるようにマスクを設置した状態で、前記スキャンニング露光を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記縮小投影露光処理時の前記フォトレジスト膜の１つの領域への１回の露光量が、必要な露光量を多重露光の回数で割った値であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. （ａ）ウエハの主面上にフォトレジスト膜を形成する工程と、
   （ｂ）前記ウエハに対してマスクを用いた縮小投影露光処理を施すことにより、前記フォトレジスト膜に所望のパターンを転写する工程とを有し、
   前記マスクは、第１面およびその反対側の第２面を持つマスク基板と、
   前記マスク基板の第１面上に形成されたレジストからなる遮光膜と、
   前記レジストからなる遮光膜に開口された光透過領域と、
   前記レジストからなる遮光パターンを覆うように前記マスク基板の第１面上に形成された平坦性膜と、
   前記平坦性膜上に形成されたレジストからなる位相シフタとを備え、
   前記平坦性膜は、前記光透過領域内を透過する光の位相の誤差が許容範囲内となるように、前記光透過領域を形成するために前記レジストからなる遮光膜に開口された部分に埋め込まれており、
   前記（ｂ）工程は、前記マスクの第１転写領域と第２転写領域とを、前記ウエハの主面上のフォトレジスト膜の１つの領域に対して重ねて露光する工程を有しており、
   前記第１転写領域と前記第２転写領域との前記光透過領域のパターンの形状、寸法および配置は互いに同一とされ、
   前記第１転写領域と前記第２転写領域との前記位相シフタは互いに反転するように配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項８記載の半導体装置の製造方法において、前記平坦性膜は前記レジストからなる遮光膜の劣化を抑制または防止する機能を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
   
   

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