JP3957504B2 - フォトマスク及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク、露光装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、位相シフト型のフォトマスク、露光装置及びそのフォトマスク及び露光装置を用いた回路パターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体基板上に形成される回路パターンの微細化が進んでいる。回路パターンの微細化により、配線や電極などの線幅は非常に小さくなっている。それに対応して、リソグラフィー技術に求められる要求は非常に高くなっている。
【０００３】
回路パターンの微細化に対応するリソグラフィー技術の一つとして位相シフト型のフォトマスク（位相シフトマスク）が知られている。位相シフトマスクは、線パターンの両側の隣り合うマスク開口部を透過する光を相互に逆位相とするレベンソン型、遮光部に透過性を持たせ、且つマスク開口部を透過する光をその透過光の位相に対し逆位相とするハーフトーン型などが有る。
【０００４】
レベンソン型位相シフトマスクについて、図面を参照して説明する。
図５は、レベンソン型位相シフトマスクと通常のフォトマスクとの相違を示す概念図である。
図５（ａ）は、レベンソン型位相シフトマスク（左、以下図５において同じ）と通常のフォトマスク（右、以下図５において同じ）の断面図及び各々のフォトマスクを透過する光の様子を示す。（ｂ）は、各々のフォトマスクを透過した直後の光の振幅分布、（ｃ）は、各々のフォトマスクを透過した光のウェハー上の振幅分布、（ｄ）は、各々のフォトマスクを透過した光のウェハー上の光強度分布を示す。
【０００５】
図５（ａ）を参照して、レベンソン型位相シフトマスク１０１は、ガラス基板１０２上に製膜された遮光膜１０３の２つの開口部を有し、その開口部の片方にシフタ１０４と呼ばれる材料を載せたものである（その他、シフタ１０４の代りにその開口部のガラス基板１０２を掘り込んだ形でも良い）。この場合、シフタ１０４の無い開口部を透過する光１０５とシフタ１０４の有る開口部を透過する光１０６とは、位相が１８０度ずれている（本明細書中「逆位相」）状態である。
【０００６】
図５に示すように、レベンソン型位相シフトマスクでは、二つの開口部を透過する光は、互いに逆位相（（ａ）、（ｂ））である。そのため、ウェハーまで達した時点で、光が広がり、その裾が重なり合っても（ｃ）、その間で必ず強度ゼロの領域が存在するため、強め合う事はない（ｄ）。従って、二つの開口部に挟まれた線状のパターンの解像を精度良く忠実に出来るほか、焦点深度も改善することが出来る。
【０００７】
一方、通常のフォトマスク１１１は、ガラス基板１１２上に製膜された遮光膜１１３の２つの開口部には、何も載せていない（及び掘り込んでいない）。この場合、それぞれの開口部を透過する光は、位相が同じ（同相）状態である。
【０００８】
図５に示すように、通常のフォトマスクでは、二つの開口部を透過する光は同相（ａ）、（ｂ）である。そして、ウェハーまで達した時点で、光が広がり、その裾が重なり合い（ｃ）、強め合う（ｄ）。そのため、二つの開口部に挟まれた線状のパターン（配線パターンなど）の解像を精度良く忠実に行うことが困難である。
【０００９】
一方、フォトリソグラフィにおいては、パターンの粗密により、同じマスクパターン寸法でも半導体基板上に形成される潜像パターン（以下、「転写パターン」）の寸法が異なることが知られている（近接効果）。特に、線状のパターンが周期的に密集したしたライン・アンド・スペースパターン（以下「密集パターン」）と孤立パターン（隣接する他のパターンとの間の距離がリソグラフィ的に見て相互影響が無視できる程度に孤立しているパターン、通常線幅の最低２倍以上隣のパターンと離れている、好ましくは３倍以上）とでは、同じ露光量の場合、光強度分布が異なる。そのため、例えば密集パターンが設計通りに解像されるように露光量を合わせると、孤立パターンが設計寸法から外れてしまうという問題が生じる。
【００１０】
そのため、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスクを用いる場合、以下のような方法を行なっている。すなわち、密集パターンが設計通りに解像されるような露光条件で露光した場合に生じる孤立パターンの設計寸法のずれを、事前にフォトマスクの孤立パターンの設計寸法に補正（以下、「マスクバイアス」）をかけることにより回避する方法である。
【００１１】
以下にその方法を更に説明する。
図６に、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光の最初のステップに用いるフォトマスク２１０（図６（ａ）平面図、図６（ｂ）ＡＡ’断面図）と、２回目のステップに用いるフォトマスク２１１（図６（ｃ）平面図、図６（ｄ）ＡＡ’断面図）を示す。
また、図７に、フォトマスク２１０で転写されたパターン（図７（ａ））及び、その後フォトマスク２１１で転写されたパターン（図７（ｂ））を示す。
【００１２】
図６（ａ）において、フォトマスク２１０は、レベンソン型位相シフトマスクである。石英ガラスに例示されるガラス基板２０１上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜２０２を製膜し、その遮光膜２０２及びガラス基板２０１をパターニングすることにより形成されている。孤立パターンを転写する孤立パターン領域２０５と、密集パターンを転写する密集パターン領域２０６とを有する。
【００１３】
孤立パターン領域２０５は、開口部２１２と開口部２１３とを含む。開口部２１２と開口部２１３とは、その透過光が互いに逆位相になるように形成されている（開口部２１３が掘り込まれている、図６（ｂ））。そして、開口部２１２と開口部２１３との間の孤立パターン２１４を転写する。
【００１４】
一方、密集パターン領域２０６は、開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）とを含む。開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）とは、その透過光が互いに逆位相になるように交互に形成されている（開口部２２３（ａ、ｂ）が掘り込まれている、図６（ｂ））。そして、開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）に挟まれた密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）を転写する。
【００１５】
その結果として、マスク倍率だけフォトマスク２１０から縮小した大きさの図７（ａ）のような転写パターンＡ２０８が、ウェハー（半導体基板）上のフォトレジスト層に形成される。図７（ａ）において、開口部２１２及び開口部２１３に対応するのが、開口パターン２３２及び開口パターン２３３である。そして、孤立パターン２１４が、転写孤立パターン２３４へ転写される。また、開口部２２２（ａ、ｂ）及び開口部２２３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン２４２（ａ、ｂ）及び開口パターン２４３（ａ、ｂ）である。そして、密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）が、転写密集パターン２４４（ａ、ｂ、ｃ）へ転写される。
【００１６】
次に、図６（ｃ）において、フォトマスク２１１は、通常のフォトマスクである。石英ガラスに例示されるガラス基板２０３上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜を製膜し、その遮光膜をパターニングすることにより形成されている。遮光孤立パターン２１６は、開口パターン２３２／転写孤立パターン２３４／開口パターン２３３で形成される領域を遮光する。遮光端部パターン２１７（−１、２）は、最終的な回路パターン（転写孤立パターン２２０）の端部（図７（ｂ）２１９（−１、２））を形成する領域を遮光する。遮光密集パターン２２６ａ、ｂ、ｃは、それぞれ開口パターン２４２ａ／転写密集パターン２４４ａ／開口パターン２４３ａ、開口パターン２４３ａ／転写密集パターン２４４ｂ／開口パターン２４２ｂ、開口パターン２４２ｂ／転写密集パターン２４４ｃ／開口パターン２４３ｂ、とで形成される領域を遮光する。遮光端部パターン２２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ）は、最終的な回路パターンの端部（図７（ｂ）２２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ））を形成する領域を遮光する。
【００１７】
その結果として、マスク倍率だけフォトマスク２１１から縮小した大きさの図７（ｂ）のような転写パターンＢ２０９が、フォトレジスト層に形成される。図７（ｂ）において、図６（ａ）の孤立パターン２１４に対応するのが、転写孤立パターン２２０である。図６（ｂ）の遮光端部パターン２１７に対応するのが、転写端部パターン２１９である。また、図６（ａ）の密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写密集パターン２３０（ａ、ｂ、ｃ）である。図６（ｂ）の遮光端部パターン２２７（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写端部パターン２２９（ａ、ｂ、ｃ）である。
【００１８】
以上のプロセスでは、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスク２１０において、孤立パターン２１４に予めマスクバイアスをかけている。すなわち、転写孤立パターン２２０の寸法を設計通りにするために、フォトマスク上の孤立パターン２１４の寸法が補正されている。
【００１９】
次に、この補正について図８を参照して説明する。
図８は、レベンソン型位相シフトマスクを用いた場合における、線状のパターンの線幅と隣接する線同士の距離（線間距離）との関係を示すグラフの一例である。横軸は、フォトレジスト層に転写された線状のパターン（以下「線状の転写パターン」）間の距離（以下「線間距離」、ｎｍ）、縦軸は、線状の転写パターンの線幅（ｎｍ）である。なお、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、Ａ、Ｂについては、図９において説明する。
【００２０】
ここでは、目標とする線状の転写パターンの線幅を１００ｎｍ、線間距離を２５０ｎｍと設計し、設計どおりの転写パターンが得られるフォトマスク及び露光量の光（図中２５０ｎｍＥＯＰで表示）を用いる場合を考える。フォトマスクは、通常、転写パターンの数倍（以下「マスク倍率」）の大きさでパターンが形成されている。そして、上記のフォトマスクにおいて、フォトマスク上でのパターンの距離を変化させると、転写パターンの線間距離が変化する（横軸）。それに連れて、転写されるパターンでの線幅が変化する（縦軸）。
【００２１】
このグラフから、上記の条件において、転写パターン上での線間距離が１５０ｎｍになるように、フォトマスクでのパターンの線間距離を変更した（ただし、フォトマスク上でのパターンの線幅は変更しない）場合、転写パターン上での線幅は７５ｎｍになる。従って、フォトマスクでのパターンの線幅に、＋２５ｎｍ×マスク倍率、の補正（線幅を２５％増加）を行えば、転写後の線幅が１００ｎｍになると予測される。また、線間距離が３００ｎｍの場合、転写パターン上での線幅は１１５ｎｍになる。従って、フォトマスクでのパターンの線幅に、−１５ｎｍ×マスク倍率、の補正（線幅を１５％減少）を行えば、転写後の線幅が１００ｎｍになると予測される。
【００２２】
このような補正をマスクバイアスと呼んでいる。そして、従来のプロセスでは、上記の考え方で孤立パターンの補正を行なっている。
【００２３】
しかし、実際の補正においては、フォトマスク上の線幅の変化量と、転写パターンの線幅の変化量との関係は、線間距離に大きく依存する。それを、図９を参照して説明する。
図９は、図８の条件においてフォトマスクの線幅の補正量と転写パターンの線幅の補正量（変化量）との関係を示すグラフである。横軸は、フォトマスク補正量（ｎｍ）＝フォトマスクでのパターンの線幅の補正量／マスク倍率、である。縦軸は、線幅補正量（ｎｍ）＝フォトマスクでパターンが補正された場合に、転写パターンで変化する（補正される）線幅の変化量（補正量）、である。グラフ中、曲線ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１は、図８におけるａ１、ａ２、ａ３、ｂ１の点に対応する。破線は、フォトマスク補正量＝線幅補正量、の場合である。このグラフは、実験又はシミュレーションにより求めることが出来る。
【００２４】
この図から、曲線ａ１、ａ２、ａ３では、曲線の傾きが緩やかであることがわかる。例えば、曲線ａ１（図８、線間４００ｎｍ）では、フォトマスク補正量で２０ｎｍ分の補正を行なっても、線幅補正量は５ｎｍである。この曲線の傾きについて、以下のような指標ＭＥＦ（Ｍａｓｋ Ｅｒｒｏｒ Ｆａｃｔｏｒ）を考える。
ＭＥＦ＝線幅補正量／フォトマスク補正量 （１）
である。これは、図９の各曲線の傾きに相当するものである。すなわち、曲線ａ１、ａ２、ａ３は、ＭＥＦが小さい。曲線ａ１の場合、ＭＥＦ（ａ１）＝０．２５である。従って、転写パターンにおいて２０ｎｍの補正を行ないたい場合（＝線幅補正量２０ｎｍ）、フォトマスク補正量は、８０ｎｍとなる。これは、フォトマスクでは、マスク倍率（４とする）を掛けた３２０ｎｍの補正が必要であることを意味する。
一方、曲線ｂ１（図８、線間２００ｎｍ）では、ＭＥＦ（ｂ１）＝１．２５である。従って、転写パターンにおいて２０ｎｍの補正を行ないたい場合（＝線幅補正量２０ｎｍ）、フォトマスク上で、１６ｎｍ分の補正を行なえば良い。そして、フォトマスクでは、マスク倍率（４とする）を掛けた６４ｎｍの補正で十分である。
【００２５】
以上のようにレベンソン型位相マスクにおいては、転写パターンにおける線間距離により、補正の大きさに大きな相違がある。そして、フォトマスクの設計上の制約や、露光装置の制約等から、補正可能な範囲（フォトマスク補正量に上限）がある。その範囲を示したのが、図８のＡ及びＢで示す領域である。Ｂで示す領域では、線間距離が短く、位相マスクの効果があるために、補正量も少ないので、補正が可能である。しかし、Ａで示す領域では、線間距離が広いため位相マスクの効果が小さく、補正量が大きくなる。そのため、上記制約により、補正が不可能である。
これは、線間距離が広い転写パターン（この例では、線間距離３００ｎｍ以上）は、Ａの領域に入るため、レベンソン型位相マスクの効果を用いても、１００ｎｍ以下のような微細パターンを形成することができないということである。すなわち、孤立パターン（＝線間距離が広い転写パターン）では、微細パターンを形成することが出来ない。
【００２６】
関連する技術として、特開平１１−２８３９０４号公報に、露光方法の技術が開示されている。この技術は、高解像度露光と通常露光とを含む複数回露光により、フォトレジストの潜像パターンを形成する露光方法である。高解像度露光は、フォトレジスト層に対し、線幅制御性が厳しい箇所のパターンを、位相シフトパターンを用いて転写する。通常露光は、その高解像度露光により既にパターン転写されたフォトレジスト層部分をマスクパターンの遮光部により保護しながら、上記フォトレジスト層に対し、位相シフトパターンを用いることなく線幅制御性が比較的ゆるい箇所のパターンを転写する。この露光方法により、フォトレジストの潜像パターンを形成する。ただし、上記高解像度露光では、上記線幅制御性が厳しい箇所の当該高解像度露光後の転写パターン線幅が、所望の線幅より太くなる露光条件を用いる。そして、上記通常露光後に当該線幅制御性が厳しい箇所で所望の線幅を得る。
すなわち、孤立パターンのようなレベンソン型位相シフトマスクで線幅制御が困難なパターンについて、１回目のレベンソン型位相シフトマスクを用いた高解像度露光で太目の転写パターンを形成し、２回目の通常フォトマスクを用いた通常露光で所望の細目の転写パターンを形成するという、２段階（多重）露光方法である。
この場合、最終露光が通常露光であるため、通常露光の解像度や焦点深度に影響されることになる。従って、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成することは困難と考えられる。
【００２７】
また、鈴木らは、孤立パターンのようなレベンソン型位相シフトマスクで線幅制御が困難なパターンについて、次のような技術を発表している。まず、孤立パターンとその周囲に周期パターンを形成したレベンソン型位相シフトマスクを用いて、弱い光で１回目の露光を行なう。しかる後、孤立パターンのみの通常のフォトマスクを用いて、弱い光で２回目の露光を行なう。このとき、孤立パターンの部分のフォトレジスト層だけが、２回分の光を受けたことになる。弱い光の強度は、１回分だけでは解像に必要な強度を有していないが、２回分有ると解像に必要な強度を有するように設定されている。従って、２回分の光を受けた孤立パターンの部分のフォトレジスト層だけが解像されることになる。そのとき、フォトレジスト層の材料もそれに適する材料を選択する。（Ａ．Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔａｌ．，“Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｋ１＝０．３ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＳＰＩＥ、３６７９、（１９９９）ｐｐ.３９６−４０７）。
すなわち、２回行なう露光用の光の強度とフォトレジスト層の感度とを、上記の条件に適合するように設定することにより、２回の露光でフォトレジスト層を所望のパターンに解像する。
この場合、露光用の光の強度の安定性や、フォトレジスト層の均質性、膜圧の均一性、フォトレジスト材料の特性等、相互に影響しており、条件の最適化や信頼性の確保の点で、技術的な困難が予想される。
【００２８】
孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成する技術が求められている。その微細な孤立パターンを形成可能な、近接効果が無く焦点深度が深い露光技術が望まれている。その微細な孤立パターンを、フォトマスクの数を増やさず、露光工程の変更を少なく容易に形成することが可能な露光技術が求められている。その微細な孤立パターンを、コストの上昇なく形成することが出来る露光技術が求められている。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成するためのフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３０】
また、本発明の他の目的は、その微細な孤立パターンの形成を、近接効果が無く、焦点深度が深い露光により実行可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３１】
本発明の更に他の目的は、その微細な孤立パターンの形成を、露光工程をほとんど変更せず、フォトマスクの数を増加させずに容易に実行可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、スループットやコストへの影響を受けずに、その微細な孤立パターンを形成可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００３４】
従って、上記課題を解決するために、本発明のフォトマスクは、半導体基板上に、孤立パターン（１５）と、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターン（２４ａ〜ｃ）とを露光するフォトマスクである。
そのフォトマスクは、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数のその所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
【００３５】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００３６】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、透明基板（１）を掘り込むことにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００３７】
更に、本発明のフォトマスクは、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を複数具備し、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、孤立パターン（１５）に関して対称の位置にある。
【００３８】
更に、本発明のフォトマスクは、その第１の間隔とその所定の間隔とが等しい。
【００３９】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターン（１３ａ、１２ｂ）の形状と補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の形状とは等しい。
【００４０】
更に、本発明のフォトマスクは、第１のパターン（１３ａ、１２ｂ）の形状と複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）の各々の形状とは等しい。
【００４１】
更に、本発明のフォトマスクは、孤立パターン（１５）及び密集パターン（２４ａ〜ｃ）が、ゲートパターン及び配線パターンの少なくとも一方の形成に用いられる。
【００４２】
更に、本発明のフォトマスクは、複数の第２パターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）の内、孤立パターン（１５）に最も近いもの（２２ａ）と、孤立パターン（１５）との距離は、孤立パターン（１５）の幅の２倍よりも大きい。
【００４３】
上記課題を解決するための、本発明のフォトマスクセットは、半導体基板上に、孤立パターン（１５）と、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターン（２４ａ〜ｃ）とを露光するフォトマスクセットである。
このそのフォトマスクセットは、第１及び第２のフォトマスク（１０、１１）からなる。
ここで、第１のフォトマスク（１０）は、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数のその所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
また、第２のフォトマスク（１１）は、透明基板（３）と、孤立パターン（１５）を覆う第３のパターン（１６、１７）と、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を覆う第４のパターン（２６、２７）とを具備する。
【００４４】
上記課題を解決するための、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、フォトレジストを塗布するステップと、第１のフォトマスク（１０）を用いて１回目の露光を行ない第１の露光基板を得るステップと、その第１の露光基板に対して、第２のフォトマスク（１１）を用いて、２回目の露光を行ない第２の露光基板を得るステップと、その第２の露光基板の内、その１回目又はその２回目の露光で感光したそのフォトレジストを除去するステップと、そのフォトレジストに形成されたパターン（１９、２０、２９、３０）に基づいて、エッチングを行なうステップとを具備する。
ただし、第１のフォトマスク（１０）は、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数の所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
また、第２のフォトマスク（１１）は、透明基板（３）と、孤立パターン（１５）を覆う第３のパターン（１６、１７）と、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を覆う第４のパターン（２６、２７）とを具備する。
【００４５】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００４６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、その透明基板（１）を掘り込むことにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるフォトマスク及び半導体装置の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４８】
図１は、本発明であるフォトマスクの実施の形態における構成を示す図である。
フォトマスク１０は、孤立パターンと密集パターンとが混在する回路パターンを転写する露光の最初のステップに用いるフォトマスクである。図１（ａ）は、フォトマスク１０の平面図、図１（ｂ）は、フォトマスク１０のＡＡ’断面図である。
【００４９】
第１のフォトマスクとしてのフォトマスク１０は、石英ガラスに例示されるガラス基板１上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜２を製膜し、その遮光膜２及びガラス基板１をパターニングすることにより形成されている。フォトマスク１０は、孤立パターン領域５及び密集パターン領域６を有するレベンソン型位相シフトマスクである。レベンソン型位相シフトマスクは、シフタ上置き型、あるいは、基板掘り込み型に例示される。本実施例では、基板掘り込み型である。そして、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）と、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）とを有し、それら開口部のみ露光用の光が透過できる。
【００５０】
孤立パターン領域５は、孤立パターンを形成するためのフォトマスクのパターンが形成されていおり、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）、補助パターン１４（ａ、ｂ）、孤立パターン１５を含む。
【００５１】
開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）は、細長い矩形形状を有している。それらは、開口部１２ａ−開口部１３ａ−開口部１２ｂ−開口部１３ｂの順に互いに平行に等間隔（第１の間隔）で並んでいる。そして、隣接する開口部の透過光が互いに逆位相になるように形成されている。すなわち、開口部１２ａ及び開口部１２ｂとが同相であり、開口部１３ａ及び開口部１３ｂがそれらに対して逆位相となる（開口部１３が掘り込まれている、図１（ｂ）１３ａ，１３ｂ）。そして、互いの距離は、位相シフトの効果が利用可能で、かつ、図８及び図９で説明した補正が可能な線間距離を転写パターンに形成するように配置されている。
【００５２】
補助パターン１４ａ、孤立パターン１５、補助パターン１４ｂは、それぞれ補助開口パターンとしての開口部１２ａと開口部１３ａとの間、第１のパターンとしての開口部１３ａと開口部１２ｂとの間、補助開口パターンとしての開口部１２ｂと開口部１３ｂとの間で挟まれた遮光領域である。この内、中心の孤立パターン１５（開口部１３ａと開口部１２ｂとの間）で遮光される領域で形成される転写パターンが、最終的に目的とする転写孤立パターン２０（後述）である。
【００５３】
通常、開口部１２ａ及び開口部１３ｂ（及びそれらにより形成される補助パターン１４ａ（開口部１２ａと開口部１３ａとの間）、補助パターン１４ｂ（開口部１２ｂと開口部１３ｂとの間））は不要である（図６（ａ）では無い）。しかし、孤立パターン１５をレベンソン型位相シフトマスクの特性を生かして、近接効果を無くし、焦点深度を高め、図８及び図９で説明した補正を行ない、微細な孤立パターンを形成するために、本発明では、フォトマスク１０に開口部１２ａ及び開口部１３ｂを形成した。互いに逆位相の露光用の光が透過する開口部１２ａと開口部１３ａ、開口部１３ａと開口部１２ｂ、開口部１２ｂと開口部１３ｂにより、補助パターン１４ａ、孤立パターン１５及び補助パターン１４ｂに対応する密集パターンと同等の微細パターンをフォトレジスト層上に形成することが可能となる。
【００５４】
開口部１２ａ及び開口部１３ｂのような補助的に設ける開口部は、一方だけでも効果がある（本実施例では、開口部１２ａ又は開口部１３ｂのどちらか一方）。好ましくは、本実施例の開口部１２ａ及び開口部１３ｂのように、開口部１２ｂ及び開口部１３ａの両側に対称（孤立パターン１５に関して対称の位置）に有るのが好ましい。また、本実施例の場合より多くても良い。
【００５５】
密集パターン領域６は、密集パターンを形成するためのフォトレジストのパターンが形成されており、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）、密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）を具備する。
【００５６】
開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）は、細長い矩形形状を有している。それらは、開口部２２ａ−開口部２３ａ−開口部２２ｂ−開口部２３ｂの順に互いに平行に等間隔（第２の間隔）に並び、隣接する開口部の透過光が互いに逆位相になるように形成されている。すなわち、開口部２２ａ及び開口部２２ｂとが同相であり、開口部２３ａ及び開口部２３ｂがそれらに対して逆位相となる（開口部２３が掘り込まれている、図１（ｂ）２３ａ，２３ｂ）。そして、互いの距離は、位相シフトの効果が利用可能で、かつ、図８及び図９で説明した補正が可能な線間距離を転写パターンに形成するように、配置されている。
【００５７】
密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）は、それぞれ第２のパターンとしての開口部２２ａと開口部２３ａとの間、第２のパターンとしての開口部２３ａと開口部２２ｂとの間、第２のパターンとしての開口部２２ｂと開口部２３ｂとの間で挟まれた遮光領域である。これらは、最終的に目的とする転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）（後述）を形成する。
【００５８】
次に、フォトマスク１１は、孤立パターンと密集パターンとが混在する回路パターンを転写する露光の２回目のステップに用いるフォトマスクである。図１（ｃ）は、フォトマスク１１の平面図、図１（ｄ）ＢＢ’断面図を示す。
【００５９】
第２のフォトマスクとしてのフォトマスク１１は、石英ガラスに例示されるガラス基板３上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜を製膜し、その遮光膜にフォトマスク１１全体のパターンをパターニングすることにより形成されている。フォトマスク１１は、通常のフォトマスクである。第３のパターンとしての遮光孤立パターン１６は、フォトマスク１０の開口部１３ａ−孤立パターン１５−開口部１２ｂの領域を覆い、遮光する。遮光端部パターン１７（−１、２）は、最終的な回路パターンの端部（図２（ｂ）１９（−１、２）、後述）を形成する領域を覆い、遮光する。第４のパターンとしての遮光密集パターン２６ａ、ｂ、ｃは、それぞれフォトマスク１０の開口部２２ａ−密集パターン２４ａ−開口部２３ａ、開口部２３ａ−密集パターン２４ｂ−開口部２２ｂ、開口部２２ｂ−密集パターン２４ｃ−開口部２３ｂで形成される領域を覆い、遮光する。遮光端部パターン２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ）は、最終的な回路パターンの端部（図２（ｂ）２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ））を形成する領域を覆い、遮光する。
【００６０】
第１の間隔と第２の間隔とが異なる場合には、第１パターン又は第２パターンのいずれか一方に合わせた露光条件を用いて露光を行ない、他方のパターンにはマスクバイアスをかけて補正を行なう。ただし、第１の間隔と第２の間隔とが同じ場合には、マスクバイアスをかける必要が無くなる。従って、マスク設計が容易となる。
【００６１】
また、フォトマスク１０及びフォトマスク１１は、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを露光するためのフォトマスクの組（フォトマスクセット）として例示したものである。本発明のフォトマスク及びそのパターン形状がこの例に限定されるものではない。
【００６２】
次に、このフォトマスク１０及びフォトマスク１１を用いて露光を行なう露光装置について説明する。
図１０は、露光装置６０の構成を示す図である。
露光装置６０は、露光制御部５０と露光部５１とを具備する。露光部５１は、光源５２、フライアイレンズ５３、絞り５４、コンデンサレンズ５５、レチクル５６、縮小投影レンズ５７及びＸＹステージ５９を含む。ＸＹステージ上には、ウェハー５８がセッティングされている。
【００６３】
露光制御部５０は、露光部５１における各部（光源５２、絞り５４、ＸＹステージ５９など）を制御することにより、フォトマスクに合わせた露光条件を変更し、露光を行なう。各フォトマスク（あるいは各プロセス）に対応する露光条件は、内部に有する記憶部（図示せず）に格納されている。
光源５２は、露光用の光を照射する。高圧水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザーに例示される。
フライアイレンズ５３は、同型の単体レンズを複数列に束ねた光学素子であり、光源５２の光を露光領域全面において照度を均一にする。
絞り５４は、フライアイレンズ５３から照射される露光用の光の大きさを調整する。
コンデンサレンズ５５は、露光用の光の広がりを抑制し、平行光線とする。
レチクル５６は、本実施例におけるフォトマスク１０、又は、フォトマスク１１である。
縮小投影レンズ５７は、フォトマスク（１０、１１）を透過した光をウェハー５８上（のフォトレジスト層）に縮小投影し、結像させる。本実施例では、４：１に縮小される。
ＸＹステージ５９は、相互に垂直な二方向に移動可能であり、露光時にウェハー５８の然るべき場所が露光できるようにステップ・アンド・リピート動作を行なう。
【００６４】
露光時には、露光装置６０は、以下の動作を行なう。
（１）露光制御部５０は、レチクル５６の位置に、フォトマスク１０（又はフォトマスク１１）を自動的に設置する。
（２）露光制御部５０は、それと共に、ＸＹステージ５９上の然るべき位置にウェハー５８を自動的に設置する。
（３）露光制御部５０は、予め設定された露光条件に基づいて、露光部５１の各部を調整する。
（４）露光制御部５０は、シャッター（図示せず）を開き、露光を行なう。
【００６５】
次に、本発明であるフォトマスクを適用した半導体装置の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
ここでは、半導体装置の製造方法において、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを形成する製造方法を示す。そのような回路パターンは、配線パターンやゲートパタンに例示される。本発明の半導体装置の製造方法及びフォトマスクが、それらに限定されるものではなく、他の孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンにおいても用いることが出来る。
【００６６】
製造方法を以下に示す。
（１）ウェハー（半導体基板）上に、フォトレジストを塗布し、フォトレジスト層を形成する。ウェハー（半導体基板）は、その表面に半導体素子を形成した半導体装置を含む。
（２）フォトマスク１０を用いて露光装置６０により露光を行ない、第１の露光基板（（１）のフォトレジスト層を有するウェハーを露光したもの）を得る。その結果、図２（ａ）に示す転写パターンＡ８が感光されたウェハーを得る。
【００６７】
ここで、図２（ａ）について説明する。
図２（ａ）は、フォトマスク１０を用いてフォトレジスト層に転写・感光されたパターンを示す。図２（ａ）において、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン３２（ａ、ｂ）及び開口パターン３３（ａ、ｂ）である。そして、補助パターン１４（ａ、ｂ）が第３レジストパターンとしての転写補助パターン３４（ａ、ｂ）へ、孤立パターン１５が転写孤立パターン３５へ転写される。また、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン４２（ａ、ｂ）及び開口パターン４３（ａ、ｂ）である。そして、密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）が、転写密集パターン４４（ａ、ｂ、ｃ）へ転写される。
ただし、露光後に、感光したフォトレジスト部分を現像除去していないため、開口パターン３２（ａ、ｂ）、開口パターン３３（ａ、ｂ）、開口パターン４２（ａ、ｂ）及び開口パターン４３（ａ、ｂ）上に、感光したフォトレジストが残っている。
【００６８】
（３）次に、（２）の第１の露光基板に対して、フォトマスク１１を用いて露光装置６０により露光を行ない、第２の露光基板（図２（ａ）の状態のフォトレジスト層付ウェハーを露光したもの）を得る。
（４）感光したフォトレジスト部分を現像除去する。その結果、図２（ｂ）に示す転写パターンＢ９が形成される。
【００６９】
ここで、図２（ｂ）について説明する。
図２（ｂ）は、フォトマスク１０及びフォトマスク１１を用いてフォトレジスト層に転写・形成されたパターンを示す。図２（ｂ）において、図１（ａ）の孤立パターン１５に対応するのが、転写孤立パターン２０である。図１（ｂ）の遮光端部パターン１７（−１，２）に対応するのが、転写端部パターン１９（−１，２）である。このとき、図１（ａ）の補助パターン１４（ａ，ｂ）に対応する転写パターン（転写補助パターン３４（ａ，ｂ））は、（３）のプロセスでフォトマスク１１の遮光膜が保護していないため、現像除去され残らない。
また、図１（ａ）の密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）である。図１（ｂ）の遮光端部パターン２７（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写端部パターン２９（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）である。
【００７０】
ここで、図３を参照して、フォトマスク１０及びフォトマスク１１と、それらを用いてフォトレジスト層に転写・形成されたパターン（図２（ｂ））との関係について更に説明する。
図３は、フォトマスク１０及びフォトマスク１１を重ねた状態を示す図である（各部号の意味は図１で説明したとおりである）。この図からも明らかなように、図２（ｂ）の転写孤立パターン２０及び転写端部パターン１９（−１，２）は、フォトマスク１０の孤立パターン１５及びフォトマスク１１の遮光端部パターン１７（−１，２）に対応して形成される。また、図２（ｂ）の転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）及び転写端部パターン２９（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）は、フォトマスク１０の密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）及びフォトマスク１１の遮光端部パターン２７（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）に対応して形成される。
【００７１】
（５）フォトレジスト層に形成された回路パターンに基づいて、エッチング（ドライ又はウエット）を行ない、所望の形状の回路パターンを得る。
以上の半導体装置の製造方法により、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを形成することが出来る。
【００７２】
ここで、孤立パターン領域５と密集パターン領域６との間の位置関係（距離、角度）は、光学的に相互に影響を及ぼさない限り、本実施例のような関係に限定されるものではない。
【００７３】
以上のプロセスでは、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスク１０において、孤立パターン１５の周辺に補助パターン１４（ａ、ｂ）を形成し、密集パターンと同様の周期性を持たせることにより、フォトレジスト層に密集パターンのような微細なパターンを形成することが可能となる。このとき、レベンソン型位相シフトマスクの効果（焦点深度の向上、マスクバイアスの補正を利用した微細化等）を孤立パターンにも利用することが可能となる。また、そのとき補助パターン１４によりフォトレジスト層上に同時に形成される転写補助パターン３４（ａ、ｂ）は、２回目の通常の露光により除去されるので、最終的な転写パターンに全く影響を及ぼさない。
【００７４】
すなわち、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する場合でも、１回目は、密集パターンの露光条件で露光を行ない、２回目は通常の露光条件で露光を行う。従って、１回目及び２回目の露光のどちらも、これまで用いた露光条件をそのまま用いることが出来、特別な露光条件の見出す時間と労力、コストの必要が無く、孤立パターンの微細化を容易に行なうことが可能となる。
そして、露光用の光の強度の安定性や、フォトレジスト層の均質性、膜厚の均一性、フォトレジスト材料の特性等、条件の最適化や信頼性の確保等の作業を行なわずに済む。
【００７５】
従来技術においては、２回の露光を行なっていたので、本発明の２回露光を行なうプロセスは、プロセス時間の増加が起こらず、マスク枚数も増加しない。従って、製造コスト及びスループットの点でも従来技術と変わらずに行なうことが出来る。
【００７６】
次に、上述の半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果について図４を参照して説明する。
図４は、レベンソン型位相シフトマスクを用い、上述の半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果の一例を示すグラフである。すなわち、線状の転写パターンの線幅と隣接する線同士の距離（線間距離）との関係を示すグラフである。横軸は、線状の転写パターン間の線間距離（ｎｍ）、縦軸は、線状の転写パターンの線幅（ｎｍ）である。図８のグラフに重ねて示している。従来例の結果を白丸（○：再掲）、本発明の結果を黒丸（●）で示す。この結果から明らかなように、従来補正が不可能な範囲（線間距離３００ｎｍ以上）の孤立パターンにおいても、線幅は設計通り１００ｎｍとすることが出来る。
従って、レベンソン型位相シフトマスクを用いて、密集パターンで微細化が可能な範囲（線幅、線間距離）であれば、孤立パターンも同様に微細化を行なうことが可能となる。すなわち、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する場合でも、近接効果を考慮する必要が無く、同様に微細加工することができる。
線間距離が、線状の転写パターンの線幅より大きければ、補助パターンを形成することが出来るので、微細加工はいくらでも可能である。すなわち、線間距離の条件において上限は無い。
【００７７】
【発明の効果】
本発明により、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、密集パターンと同程度に微細な孤立パターンを、容易に、コストやスループットに影響を及ぼさずに形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｂ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す断面図である。
（ｃ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｄ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）図１（ａ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
（ｂ）図１（ａ）の後、図１（ｂ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
【図３】フォトマスク１０及びフォトマスク１１を重ねた状態を示す図である。
【図４】本発明のフォトマスク、露光装置及び半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）レベンソン型位相シフトマスクと通常のフォトマスクとの相違を示す概念図である。
【図６】（ａ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｂ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す断面図である。
（ｃ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｄ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）図６（ａ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
（ｂ）図７（ａ）の後、図６（ｂ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
【図８】位相シフトマスクを用いた露光における線状のパターンの線幅と隣接する線同士の線間距離との関係を示すグラフである。
【図９】フォトマスク上での線幅の補正量に対する転写される線幅の実際の補正量との関係を示すグラフである。
【図１０】露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 遮光膜
３ ガラス基板
５ 孤立パターン領域
６ 密集パターン領域
８ 転写パターンＡ
９ 転写パターンＢ
１０ フォトマスク
１１ フォトマスク
１２（ａ、ｂ） 開口部
１３（ａ、ｂ） 開口部
１４（ａ、ｂ） 補助パターン
１５ 孤立パターン
１６ 遮光孤立パターン
１７（−１、２） 遮光端部パターン
１９（−１、２） 転写端部パターン
２０ 転写孤立パターン
２２（ａ、ｂ） 開口部
２３（ａ、ｂ） 開口部
２４（ａ、ｂ、ｃ） 密集パターン
２６（ａ、ｂ、ｃ） 遮光密集パターン
２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 遮光端部パターン
２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 転写端部パターン
３０（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
３２（ａ、ｂ） 開口パターン
３３（ａ、ｂ） 開口パターン
３４（ａ、ｂ） 転写補助パターン
３５ 転写孤立パターン
４２（ａ、ｂ） 開口パターン
４３（ａ、ｂ） 開口パターン
４４（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
５０ 露光制御部
５１ 露光部
５２ 光源
５３ フライアイレンズ
５４ 絞り
５５ コンデンサレンズ
５６ レチクル
５７ 縮小投影レンズ
５８ ウェハー
５９ ＸＹステージ
６０ 露光装置
１０１ フォトマスク
１０２ ガラス基板
１０３ 遮光膜
１０４ シフタ
１０５ 透過光
１０６ 透過光
１１１ フォトマスク
１１２ ガラス基板
１１３ 遮光膜
１１５ 透過光
１０６ 透過光
２０１ ガラス基板
２０２ 遮光膜
２０３ ガラス基板
２０５ 孤立パターン領域
２０６ 密集パターン領域
２０８ 転写パターンＡ
２０９ 転写パターンＢ
２１０ フォトマスク
２１１ フォトマスク
２１２ 開口部
２１３ 開口部
２１４ 孤立パターン
２１６ 遮光孤立パターン
２１７（−１、２） 遮光端部パターン
２１９（−１、２） 転写端部パターン
２２０ 転写孤立パターン
２２２（ａ、ｂ） 開口部
２２３（ａ、ｂ） 開口部
２２４（ａ、ｂ、ｃ） 密集パターン
２２６（ａ、ｂ、ｃ） 遮光密集パターン
２２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 遮光端部パターン
２２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 転写端部パターン
２３０（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
２３２ 開口パターン
２３３ 開口パターン
２３４ 転写孤立パターン
２４２（ａ、ｂ） 開口パターン
２４３（ａ、ｂ） 開口パターン
２４４（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトマスク、露光装置及び半導体装置の製造方法に関し、特に、位相シフト型のフォトマスク、露光装置及びそのフォトマスク及び露光装置を用いた回路パターンの形成方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体基板上に形成される回路パターンの微細化が進んでいる。回路パターンの微細化により、配線や電極などの線幅は非常に小さくなっている。それに対応して、リソグラフィー技術に求められる要求は非常に高くなっている。
【０００３】
回路パターンの微細化に対応するリソグラフィー技術の一つとして位相シフト型のフォトマスク（位相シフトマスク）が知られている。位相シフトマスクは、線パターンの両側の隣り合うマスク開口部を透過する光を相互に逆位相とするレベンソン型、遮光部に透過性を持たせ、且つマスク開口部を透過する光をその透過光の位相に対し逆位相とするハーフトーン型などが有る。
【０００４】
レベンソン型位相シフトマスクについて、図面を参照して説明する。
図５は、レベンソン型位相シフトマスクと通常のフォトマスクとの相違を示す概念図である。
図５（ａ）は、レベンソン型位相シフトマスク（左、以下図５において同じ）と通常のフォトマスク（右、以下図５において同じ）の断面図及び各々のフォトマスクを透過する光の様子を示す。（ｂ）は、各々のフォトマスクを透過した直後の光の振幅分布、（ｃ）は、各々のフォトマスクを透過した光のウェハー上の振幅分布、（ｄ）は、各々のフォトマスクを透過した光のウェハー上の光強度分布を示す。
【０００５】
図５（ａ）を参照して、レベンソン型位相シフトマスク１０１は、ガラス基板１０２上に製膜された遮光膜１０３の２つの開口部を有し、その開口部の片方にシフタ１０４と呼ばれる材料を載せたものである（その他、シフタ１０４の代りにその開口部のガラス基板１０２を掘り込んだ形でも良い）。この場合、シフタ１０４の無い開口部を透過する光１０５とシフタ１０４の有る開口部を透過する光１０６とは、位相が１８０度ずれている（本明細書中「逆位相」）状態である。
【０００６】
図５に示すように、レベンソン型位相シフトマスクでは、二つの開口部を透過する光は、互いに逆位相（（ａ）、（ｂ））である。そのため、ウェハーまで達した時点で、光が広がり、その裾が重なり合っても（ｃ）、その間で必ず強度ゼロの領域が存在するため、強め合う事はない（ｄ）。従って、二つの開口部に挟まれた線状のパターンの解像を精度良く忠実に出来るほか、焦点深度も改善することが出来る。
【０００７】
一方、通常のフォトマスク１１１は、ガラス基板１１２上に製膜された遮光膜１１３の２つの開口部には、何も載せていない（及び掘り込んでいない）。この場合、それぞれの開口部を透過する光は、位相が同じ（同相）状態である。
【０００８】
図５に示すように、通常のフォトマスクでは、二つの開口部を透過する光は同相（ａ）、（ｂ）である。そして、ウェハーまで達した時点で、光が広がり、その裾が重なり合い（ｃ）、強め合う（ｄ）。そのため、二つの開口部に挟まれた線状のパターン（配線パターンなど）の解像を精度良く忠実に行うことが困難である。
【０００９】
一方、フォトリソグラフィにおいては、パターンの粗密により、同じマスクパターン寸法でも半導体基板上に形成される潜像パターン（以下、「転写パターン」）の寸法が異なることが知られている（近接効果）。特に、線状のパターンが周期的に密集したしたライン・アンド・スペースパターン（以下「密集パターン」）と孤立パターン（隣接する他のパターンとの間の距離がリソグラフィ的に見て相互影響が無視できる程度に孤立しているパターン、通常線幅の最低２倍以上隣のパターンと離れている、好ましくは３倍以上）とでは、同じ露光量の場合、光強度分布が異なる。そのため、例えば密集パターンが設計通りに解像されるように露光量を合わせると、孤立パターンが設計寸法から外れてしまうという問題が生じる。
【００１０】
そのため、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスクを用いる場合、以下のような方法を行なっている。すなわち、密集パターンが設計通りに解像されるような露光条件で露光した場合に生じる孤立パターンの設計寸法のずれを、事前にフォトマスクの孤立パターンの設計寸法に補正（以下、「マスクバイアス」）をかけることにより回避する方法である。
【００１１】
以下にその方法を更に説明する。
図６に、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光の最初のステップに用いるフォトマスク２１０（図６（ａ）平面図、図６（ｂ）ＡＡ’断面図）と、２回目のステップに用いるフォトマスク２１１（図６（ｃ）平面図、図６（ｄ）ＡＡ’断面図）を示す。
また、図７に、フォトマスク２１０で転写されたパターン（図７（ａ））及び、その後フォトマスク２１１で転写されたパターン（図７（ｂ））を示す。
【００１２】
図６（ａ）において、フォトマスク２１０は、レベンソン型位相シフトマスクである。石英ガラスに例示されるガラス基板２０１上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜２０２を製膜し、その遮光膜２０２及びガラス基板２０１をパターニングすることにより形成されている。孤立パターンを転写する孤立パターン領域２０５と、密集パターンを転写する密集パターン領域２０６とを有する。
【００１３】
孤立パターン領域２０５は、開口部２１２と開口部２１３とを含む。開口部２１２と開口部２１３とは、その透過光が互いに逆位相になるように形成されている（開口部２１３が掘り込まれている、図６（ｂ））。そして、開口部２１２と開口部２１３との間の孤立パターン２１４を転写する。
【００１４】
一方、密集パターン領域２０６は、開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）とを含む。開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）とは、その透過光が互いに逆位相になるように交互に形成されている（開口部２２３（ａ、ｂ）が掘り込まれている、図６（ｂ））。そして、開口部２２２（ａ、ｂ）と開口部２２３（ａ、ｂ）に挟まれた密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）を転写する。
【００１５】
その結果として、マスク倍率だけフォトマスク２１０から縮小した大きさの図７（ａ）のような転写パターンＡ２０８が、ウェハー（半導体基板）上のフォトレジスト層に形成される。図７（ａ）において、開口部２１２及び開口部２１３に対応するのが、開口パターン２３２及び開口パターン２３３である。そして、孤立パターン２１４が、転写孤立パターン２３４へ転写される。また、開口部２２２（ａ、ｂ）及び開口部２２３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン２４２（ａ、ｂ）及び開口パターン２４３（ａ、ｂ）である。そして、密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）が、転写密集パターン２４４（ａ、ｂ、ｃ）へ転写される。
【００１６】
次に、図６（ｃ）において、フォトマスク２１１は、通常のフォトマスクである。石英ガラスに例示されるガラス基板２０３上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜を製膜し、その遮光膜をパターニングすることにより形成されている。遮光孤立パターン２１６は、開口パターン２３２／転写孤立パターン２３４／開口パターン２３３で形成される領域を遮光する。遮光端部パターン２１７（−１、２）は、最終的な回路パターン（転写孤立パターン２２０）の端部（図７（ｂ）２１９（−１、２））を形成する領域を遮光する。遮光密集パターン２２６ａ、ｂ、ｃは、それぞれ開口パターン２４２ａ／転写密集パターン２４４ａ／開口パターン２４３ａ、開口パターン２４３ａ／転写密集パターン２４４ｂ／開口パターン２４２ｂ、開口パターン２４２ｂ／転写密集パターン２４４ｃ／開口パターン２４３ｂ、とで形成される領域を遮光する。遮光端部パターン２２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ）は、最終的な回路パターンの端部（図７（ｂ）２２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ））を形成する領域を遮光する。
【００１７】
その結果として、マスク倍率だけフォトマスク２１１から縮小した大きさの図７（ｂ）のような転写パターンＢ２０９が、フォトレジスト層に形成される。図７（ｂ）において、図６（ａ）の孤立パターン２１４に対応するのが、転写孤立パターン２２０である。図６（ｂ）の遮光端部パターン２１７に対応するのが、転写端部パターン２１９である。また、図６（ａ）の密集パターン２２４（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写密集パターン２３０（ａ、ｂ、ｃ）である。図６（ｂ）の遮光端部パターン２２７（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写端部パターン２２９（ａ、ｂ、ｃ）である。
【００１８】
以上のプロセスでは、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスク２１０において、孤立パターン２１４に予めマスクバイアスをかけている。すなわち、転写孤立パターン２２０の寸法を設計通りにするために、フォトマスク上の孤立パターン２１４の寸法が補正されている。
【００１９】
次に、この補正について図８を参照して説明する。
図８は、レベンソン型位相シフトマスクを用いた場合における、線状のパターンの線幅と隣接する線同士の距離（線間距離）との関係を示すグラフの一例である。横軸は、フォトレジスト層に転写された線状のパターン（以下「線状の転写パターン」）間の距離（以下「線間距離」、ｎｍ）、縦軸は、線状の転写パターンの線幅（ｎｍ）である。なお、ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１、Ａ、Ｂについては、図９において説明する。
【００２０】
ここでは、目標とする線状の転写パターンの線幅を１００ｎｍ、線間距離を２５０ｎｍと設計し、設計どおりの転写パターンが得られるフォトマスク及び露光量の光（図中２５０ｎｍＥＯＰで表示）を用いる場合を考える。フォトマスクは、通常、転写パターンの数倍（以下「マスク倍率」）の大きさでパターンが形成されている。そして、上記のフォトマスクにおいて、フォトマスク上でのパターンの距離を変化させると、転写パターンの線間距離が変化する（横軸）。それに連れて、転写されるパターンでの線幅が変化する（縦軸）。
【００２１】
このグラフから、上記の条件において、転写パターン上での線間距離が１５０ｎｍになるように、フォトマスクでのパターンの線間距離を変更した（ただし、フォトマスク上でのパターンの線幅は変更しない）場合、転写パターン上での線幅は７５ｎｍになる。従って、フォトマスクでのパターンの線幅に、＋２５ｎｍ×マスク倍率、の補正（線幅を２５％増加）を行えば、転写後の線幅が１００ｎｍになると予測される。また、線間距離が３００ｎｍの場合、転写パターン上での線幅は１１５ｎｍになる。従って、フォトマスクでのパターンの線幅に、−１５ｎｍ×マスク倍率、の補正（線幅を１５％減少）を行えば、転写後の線幅が１００ｎｍになると予測される。
【００２２】
このような補正をマスクバイアスと呼んでいる。そして、従来のプロセスでは、上記の考え方で孤立パターンの補正を行なっている。
【００２３】
しかし、実際の補正においては、フォトマスク上の線幅の変化量と、転写パターンの線幅の変化量との関係は、線間距離に大きく依存する。それを、図９を参照して説明する。
図９は、図８の条件においてフォトマスクの線幅の補正量と転写パターンの線幅の補正量（変化量）との関係を示すグラフである。横軸は、フォトマスク補正量（ｎｍ）＝フォトマスクでのパターンの線幅の補正量／マスク倍率、である。縦軸は、線幅補正量（ｎｍ）＝フォトマスクでパターンが補正された場合に、転写パターンで変化する（補正される）線幅の変化量（補正量）、である。グラフ中、曲線ａ１、ａ２、ａ３、ｂ１は、図８におけるａ１、ａ２、ａ３、ｂ１の点に対応する。破線は、フォトマスク補正量＝線幅補正量、の場合である。このグラフは、実験又はシミュレーションにより求めることが出来る。
【００２４】
この図から、曲線ａ１、ａ２、ａ３では、曲線の傾きが緩やかであることがわかる。例えば、曲線ａ１（図８、線間４００ｎｍ）では、フォトマスク補正量で２０ｎｍ分の補正を行なっても、線幅補正量は５ｎｍである。この曲線の傾きについて、以下のような指標ＭＥＦ（Ｍａｓｋ Ｅｒｒｏｒ Ｆａｃｔｏｒ）を考える。
ＭＥＦ＝線幅補正量／フォトマスク補正量 （１）
である。これは、図９の各曲線の傾きに相当するものである。すなわち、曲線ａ１、ａ２、ａ３は、ＭＥＦが小さい。曲線ａ１の場合、ＭＥＦ（ａ１）＝０．２５である。従って、転写パターンにおいて２０ｎｍの補正を行ないたい場合（＝線幅補正量２０ｎｍ）、フォトマスク補正量は、８０ｎｍとなる。これは、フォトマスクでは、マスク倍率（４とする）を掛けた３２０ｎｍの補正が必要であることを意味する。
一方、曲線ｂ１（図８、線間２００ｎｍ）では、ＭＥＦ（ｂ１）＝１．２５である。従って、転写パターンにおいて２０ｎｍの補正を行ないたい場合（＝線幅補正量２０ｎｍ）、フォトマスク上で、１６ｎｍ分の補正を行なえば良い。そして、フォトマスクでは、マスク倍率（４とする）を掛けた６４ｎｍの補正で十分である。
【００２５】
以上のようにレベンソン型位相マスクにおいては、転写パターンにおける線間距離により、補正の大きさに大きな相違がある。そして、フォトマスクの設計上の制約や、露光装置の制約等から、補正可能な範囲（フォトマスク補正量に上限）がある。その範囲を示したのが、図８のＡ及びＢで示す領域である。Ｂで示す領域では、線間距離が短く、位相マスクの効果があるために、補正量も少ないので、補正が可能である。しかし、Ａで示す領域では、線間距離が広いため位相マスクの効果が小さく、補正量が大きくなる。そのため、上記制約により、補正が不可能である。
これは、線間距離が広い転写パターン（この例では、線間距離３００ｎｍ以上）は、Ａの領域に入るため、レベンソン型位相マスクの効果を用いても、１００ｎｍ以下のような微細パターンを形成することができないということである。すなわち、孤立パターン（＝線間距離が広い転写パターン）では、微細パターンを形成することが出来ない。
【００２６】
関連する技術として、特開平１１−２８３９０４号公報に、露光方法の技術が開示されている。この技術は、高解像度露光と通常露光とを含む複数回露光により、フォトレジストの潜像パターンを形成する露光方法である。高解像度露光は、フォトレジスト層に対し、線幅制御性が厳しい箇所のパターンを、位相シフトパターンを用いて転写する。通常露光は、その高解像度露光により既にパターン転写されたフォトレジスト層部分をマスクパターンの遮光部により保護しながら、上記フォトレジスト層に対し、位相シフトパターンを用いることなく線幅制御性が比較的ゆるい箇所のパターンを転写する。この露光方法により、フォトレジストの潜像パターンを形成する。ただし、上記高解像度露光では、上記線幅制御性が厳しい箇所の当該高解像度露光後の転写パターン線幅が、所望の線幅より太くなる露光条件を用いる。そして、上記通常露光後に当該線幅制御性が厳しい箇所で所望の線幅を得る。
すなわち、孤立パターンのようなレベンソン型位相シフトマスクで線幅制御が困難なパターンについて、１回目のレベンソン型位相シフトマスクを用いた高解像度露光で太目の転写パターンを形成し、２回目の通常フォトマスクを用いた通常露光で所望の細目の転写パターンを形成するという、２段階（多重）露光方法である。
この場合、最終露光が通常露光であるため、通常露光の解像度や焦点深度に影響されることになる。従って、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成することは困難と考えられる。
【００２７】
また、鈴木らは、孤立パターンのようなレベンソン型位相シフトマスクで線幅制御が困難なパターンについて、次のような技術を発表している。まず、孤立パターンとその周囲に周期パターンを形成したレベンソン型位相シフトマスクを用いて、弱い光で１回目の露光を行なう。しかる後、孤立パターンのみの通常のフォトマスクを用いて、弱い光で２回目の露光を行なう。このとき、孤立パターンの部分のフォトレジスト層だけが、２回分の光を受けたことになる。弱い光の強度は、１回分だけでは解像に必要な強度を有していないが、２回分有ると解像に必要な強度を有するように設定されている。従って、２回分の光を受けた孤立パターンの部分のフォトレジスト層だけが解像されることになる。そのとき、フォトレジスト層の材料もそれに適する材料を選択する。（Ａ．Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔａｌ．，“Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｋ１＝０．３ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ”、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ＳＰＩＥ、３６７９、（１９９９）ｐｐ.３９６−４０７）。
すなわち、２回行なう露光用の光の強度とフォトレジスト層の感度とを、上記の条件に適合するように設定することにより、２回の露光でフォトレジスト層を所望のパターンに解像する。
この場合、露光用の光の強度の安定性や、フォトレジスト層の均質性、膜圧の均一性、フォトレジスト材料の特性等、相互に影響しており、条件の最適化や信頼性の確保の点で、技術的な困難が予想される。
【００２８】
孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成する技術が求められている。その微細な孤立パターンを形成可能な、近接効果が無く焦点深度が深い露光技術が望まれている。その微細な孤立パターンを、フォトマスクの数を増やさず、露光工程の変更を少なく容易に形成することが可能な露光技術が求められている。その微細な孤立パターンを、コストの上昇なく形成することが出来る露光技術が求められている。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、微細な孤立パターンを形成するためのフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３０】
また、本発明の他の目的は、その微細な孤立パターンの形成を、近接効果が無く、焦点深度が深い露光により実行可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３１】
本発明の更に他の目的は、その微細な孤立パターンの形成を、露光工程をほとんど変更せず、フォトマスクの数を増加させずに容易に実行可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、スループットやコストへの影響を受けずに、その微細な孤立パターンを形成可能なフォトマスク及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００３４】
従って、上記課題を解決するために、本発明のフォトマスクは、半導体基板上に、孤立パターン（１５）と、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターン（２４ａ〜ｃ）とを露光するフォトマスクである。
そのフォトマスクは、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数のその所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
【００３５】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００３６】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、透明基板（１）を掘り込むことにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００３７】
更に、本発明のフォトマスクは、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を複数具備し、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、孤立パターン（１５）に関して対称の位置にある。
【００３８】
更に、本発明のフォトマスクは、その第１の間隔とその所定の間隔とが等しい。
【００３９】
また、本発明のフォトマスクは、第１のパターン（１３ａ、１２ｂ）の形状と補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の形状とは等しい。
【００４０】
更に、本発明のフォトマスクは、第１のパターン（１３ａ、１２ｂ）の形状と複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）の各々の形状とは等しい。
【００４１】
更に、本発明のフォトマスクは、孤立パターン（１５）及び密集パターン（２４ａ〜ｃ）が、ゲートパターン及び配線パターンの少なくとも一方の形成に用いられる。
【００４２】
更に、本発明のフォトマスクは、複数の第２パターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）の内、孤立パターン（１５）に最も近いもの（２２ａ）と、孤立パターン（１５）との距離は、孤立パターン（１５）の幅の２倍よりも大きい。
【００４３】
上記課題を解決するための、本発明のフォトマスクセットは、半導体基板上に、孤立パターン（１５）と、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターン（２４ａ〜ｃ）とを露光するフォトマスクセットである。
このそのフォトマスクセットは、第１及び第２のフォトマスク（１０、１１）からなる。
ここで、第１のフォトマスク（１０）は、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数のその所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
また、第２のフォトマスク（１１）は、透明基板（３）と、孤立パターン（１５）を覆う第３のパターン（１６、１７）と、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を覆う第４のパターン（２６、２７）とを具備する。
【００４４】
上記課題を解決するための、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、フォトレジストを塗布するステップと、第１のフォトマスク（１０）を用いて１回目の露光を行ない第１の露光基板を得るステップと、その第１の露光基板に対して、第２のフォトマスク（１１）を用いて、２回目の露光を行ない第２の露光基板を得るステップと、その第２の露光基板の内、その１回目又はその２回目の露光で感光したそのフォトレジストを除去するステップと、そのフォトレジストに形成されたパターン（１９、２０、２９、３０）に基づいて、エッチングを行なうステップとを具備する。
ただし、第１のフォトマスク（１０）は、透明基板（１）と、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）と、補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）と、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）とを具備する。第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）は、透明基板（１）上の孤立パターン（１５）の両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成されている。補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）の少なくとも一方に隣接して、その第１の間隔だけ離れて形成されている。複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）は、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を構成する複数の所定の形状を有するパターン（２４ａ〜ｃ）の各々を挟むように形成されている。
そして、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）を透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。また、複数の第２のパターン（２２ａ〜ｂ、２３ａ〜ｂ）を透過するその露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である。
また、第２のフォトマスク（１１）は、透明基板（３）と、孤立パターン（１５）を覆う第３のパターン（１６、１７）と、密集パターン（２４ａ〜ｃ）を覆う第４のパターン（２６、２７）とを具備する。
【００４５】
更に、本発明の半導体装置の製造方法は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００４６】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、第１のパターンの対（１３ａ、１２ｂ）及び補助開口パターン（１２ａ、１３ｂ）の各々の隣り合うものは、その透明基板（１）を掘り込むことにより、その露光光を互いに逆位相にする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるフォトマスク及び半導体装置の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４８】
図１は、本発明であるフォトマスクの実施の形態における構成を示す図である。
フォトマスク１０は、孤立パターンと密集パターンとが混在する回路パターンを転写する露光の最初のステップに用いるフォトマスクである。図１（ａ）は、フォトマスク１０の平面図、図１（ｂ）は、フォトマスク１０のＡＡ’断面図である。
【００４９】
第１のフォトマスクとしてのフォトマスク１０は、石英ガラスに例示されるガラス基板１上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜２を製膜し、その遮光膜２及びガラス基板１をパターニングすることにより形成されている。フォトマスク１０は、孤立パターン領域５及び密集パターン領域６を有するレベンソン型位相シフトマスクである。レベンソン型位相シフトマスクは、シフタ上置き型、あるいは、基板掘り込み型に例示される。本実施例では、基板掘り込み型である。そして、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）と、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）とを有し、それら開口部のみ露光用の光が透過できる。
【００５０】
孤立パターン領域５は、孤立パターンを形成するためのフォトマスクのパターンが形成されていおり、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）、補助パターン１４（ａ、ｂ）、孤立パターン１５を含む。
【００５１】
開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）は、細長い矩形形状を有している。それらは、開口部１２ａ−開口部１３ａ−開口部１２ｂ−開口部１３ｂの順に互いに平行に等間隔（第１の間隔）で並んでいる。そして、隣接する開口部の透過光が互いに逆位相になるように形成されている。すなわち、開口部１２ａ及び開口部１２ｂとが同相であり、開口部１３ａ及び開口部１３ｂがそれらに対して逆位相となる（開口部１３が掘り込まれている、図１（ｂ）１３ａ，１３ｂ）。そして、互いの距離は、位相シフトの効果が利用可能で、かつ、図８及び図９で説明した補正が可能な線間距離を転写パターンに形成するように配置されている。
【００５２】
補助パターン１４ａ、孤立パターン１５、補助パターン１４ｂは、それぞれ補助開口パターンとしての開口部１２ａと開口部１３ａとの間、第１のパターンとしての開口部１３ａと開口部１２ｂとの間、補助開口パターンとしての開口部１２ｂと開口部１３ｂとの間で挟まれた遮光領域である。この内、中心の孤立パターン１５（開口部１３ａと開口部１２ｂとの間）で遮光される領域で形成される転写パターンが、最終的に目的とする転写孤立パターン２０（後述）である。
【００５３】
通常、開口部１２ａ及び開口部１３ｂ（及びそれらにより形成される補助パターン１４ａ（開口部１２ａと開口部１３ａとの間）、補助パターン１４ｂ（開口部１２ｂと開口部１３ｂとの間））は不要である（図６（ａ）では無い）。しかし、孤立パターン１５をレベンソン型位相シフトマスクの特性を生かして、近接効果を無くし、焦点深度を高め、図８及び図９で説明した補正を行ない、微細な孤立パターンを形成するために、本発明では、フォトマスク１０に開口部１２ａ及び開口部１３ｂを形成した。互いに逆位相の露光用の光が透過する開口部１２ａと開口部１３ａ、開口部１３ａと開口部１２ｂ、開口部１２ｂと開口部１３ｂにより、補助パターン１４ａ、孤立パターン１５及び補助パターン１４ｂに対応する密集パターンと同等の微細パターンをフォトレジスト層上に形成することが可能となる。
【００５４】
開口部１２ａ及び開口部１３ｂのような補助的に設ける開口部は、一方だけでも効果がある（本実施例では、開口部１２ａ又は開口部１３ｂのどちらか一方）。好ましくは、本実施例の開口部１２ａ及び開口部１３ｂのように、開口部１２ｂ及び開口部１３ａの両側に対称（孤立パターン１５に関して対称の位置）に有るのが好ましい。また、本実施例の場合より多くても良い。
【００５５】
密集パターン領域６は、密集パターンを形成するためのフォトレジストのパターンが形成されており、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）、密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）を具備する。
【００５６】
開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）は、細長い矩形形状を有している。それらは、開口部２２ａ−開口部２３ａ−開口部２２ｂ−開口部２３ｂの順に互いに平行に等間隔（第２の間隔）に並び、隣接する開口部の透過光が互いに逆位相になるように形成されている。すなわち、開口部２２ａ及び開口部２２ｂとが同相であり、開口部２３ａ及び開口部２３ｂがそれらに対して逆位相となる（開口部２３が掘り込まれている、図１（ｂ）２３ａ，２３ｂ）。そして、互いの距離は、位相シフトの効果が利用可能で、かつ、図８及び図９で説明した補正が可能な線間距離を転写パターンに形成するように、配置されている。
【００５７】
密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）は、それぞれ第２のパターンとしての開口部２２ａと開口部２３ａとの間、第２のパターンとしての開口部２３ａと開口部２２ｂとの間、第２のパターンとしての開口部２２ｂと開口部２３ｂとの間で挟まれた遮光領域である。これらは、最終的に目的とする転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）（後述）を形成する。
【００５８】
次に、フォトマスク１１は、孤立パターンと密集パターンとが混在する回路パターンを転写する露光の２回目のステップに用いるフォトマスクである。図１（ｃ）は、フォトマスク１１の平面図、図１（ｄ）ＢＢ’断面図を示す。
【００５９】
第２のフォトマスクとしてのフォトマスク１１は、石英ガラスに例示されるガラス基板３上に、Ｃｒ膜に例示される遮光膜を製膜し、その遮光膜にフォトマスク１１全体のパターンをパターニングすることにより形成されている。フォトマスク１１は、通常のフォトマスクである。第３のパターンとしての遮光孤立パターン１６は、フォトマスク１０の開口部１３ａ−孤立パターン１５−開口部１２ｂの領域を覆い、遮光する。遮光端部パターン１７（−１、２）は、最終的な回路パターンの端部（図２（ｂ）１９（−１、２）、後述）を形成する領域を覆い、遮光する。第４のパターンとしての遮光密集パターン２６ａ、ｂ、ｃは、それぞれフォトマスク１０の開口部２２ａ−密集パターン２４ａ−開口部２３ａ、開口部２３ａ−密集パターン２４ｂ−開口部２２ｂ、開口部２２ｂ−密集パターン２４ｃ−開口部２３ｂで形成される領域を覆い、遮光する。遮光端部パターン２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ）は、最終的な回路パターンの端部（図２（ｂ）２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ））を形成する領域を覆い、遮光する。
【００６０】
第１の間隔と第２の間隔とが異なる場合には、第１パターン又は第２パターンのいずれか一方に合わせた露光条件を用いて露光を行ない、他方のパターンにはマスクバイアスをかけて補正を行なう。ただし、第１の間隔と第２の間隔とが同じ場合には、マスクバイアスをかける必要が無くなる。従って、マスク設計が容易となる。
【００６１】
また、フォトマスク１０及びフォトマスク１１は、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを露光するためのフォトマスクの組（フォトマスクセット）として例示したものである。本発明のフォトマスク及びそのパターン形状がこの例に限定されるものではない。
【００６２】
次に、このフォトマスク１０及びフォトマスク１１を用いて露光を行なう露光装置について説明する。
図１０は、露光装置６０の構成を示す図である。
露光装置６０は、露光制御部５０と露光部５１とを具備する。露光部５１は、光源５２、フライアイレンズ５３、絞り５４、コンデンサレンズ５５、レチクル５６、縮小投影レンズ５７及びＸＹステージ５９を含む。ＸＹステージ上には、ウェハー５８がセッティングされている。
【００６３】
露光制御部５０は、露光部５１における各部（光源５２、絞り５４、ＸＹステージ５９など）を制御することにより、フォトマスクに合わせた露光条件を変更し、露光を行なう。各フォトマスク（あるいは各プロセス）に対応する露光条件は、内部に有する記憶部（図示せず）に格納されている。
光源５２は、露光用の光を照射する。高圧水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザーやＡｒＦエキシマレーザーに例示される。
フライアイレンズ５３は、同型の単体レンズを複数列に束ねた光学素子であり、光源５２の光を露光領域全面において照度を均一にする。
絞り５４は、フライアイレンズ５３から照射される露光用の光の大きさを調整する。
コンデンサレンズ５５は、露光用の光の広がりを抑制し、平行光線とする。
レチクル５６は、本実施例におけるフォトマスク１０、又は、フォトマスク１１である。
縮小投影レンズ５７は、フォトマスク（１０、１１）を透過した光をウェハー５８上（のフォトレジスト層）に縮小投影し、結像させる。本実施例では、４：１に縮小される。
ＸＹステージ５９は、相互に垂直な二方向に移動可能であり、露光時にウェハー５８の然るべき場所が露光できるようにステップ・アンド・リピート動作を行なう。
【００６４】
露光時には、露光装置６０は、以下の動作を行なう。
（１）露光制御部５０は、レチクル５６の位置に、フォトマスク１０（又はフォトマスク１１）を自動的に設置する。
（２）露光制御部５０は、それと共に、ＸＹステージ５９上の然るべき位置にウェハー５８を自動的に設置する。
（３）露光制御部５０は、予め設定された露光条件に基づいて、露光部５１の各部を調整する。
（４）露光制御部５０は、シャッター（図示せず）を開き、露光を行なう。
【００６５】
次に、本発明であるフォトマスクを適用した半導体装置の製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
ここでは、半導体装置の製造方法において、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを形成する製造方法を示す。そのような回路パターンは、配線パターンやゲートパタンに例示される。本発明の半導体装置の製造方法及びフォトマスクが、それらに限定されるものではなく、他の孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンにおいても用いることが出来る。
【００６６】
製造方法を以下に示す。
（１）ウェハー（半導体基板）上に、フォトレジストを塗布し、フォトレジスト層を形成する。ウェハー（半導体基板）は、その表面に半導体素子を形成した半導体装置を含む。
（２）フォトマスク１０を用いて露光装置６０により露光を行ない、第１の露光基板（（１）のフォトレジスト層を有するウェハーを露光したもの）を得る。その結果、図２（ａ）に示す転写パターンＡ８が感光されたウェハーを得る。
【００６７】
ここで、図２（ａ）について説明する。
図２（ａ）は、フォトマスク１０を用いてフォトレジスト層に転写・感光されたパターンを示す。図２（ａ）において、開口部１２（ａ、ｂ）及び開口部１３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン３２（ａ、ｂ）及び開口パターン３３（ａ、ｂ）である。そして、補助パターン１４（ａ、ｂ）が第３レジストパターンとしての転写補助パターン３４（ａ、ｂ）へ、孤立パターン１５が転写孤立パターン３５へ転写される。また、開口部２２（ａ、ｂ）及び開口部２３（ａ、ｂ）に対応するのが、開口パターン４２（ａ、ｂ）及び開口パターン４３（ａ、ｂ）である。そして、密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）が、転写密集パターン４４（ａ、ｂ、ｃ）へ転写される。
ただし、露光後に、感光したフォトレジスト部分を現像除去していないため、開口パターン３２（ａ、ｂ）、開口パターン３３（ａ、ｂ）、開口パターン４２（ａ、ｂ）及び開口パターン４３（ａ、ｂ）上に、感光したフォトレジストが残っている。
【００６８】
（３）次に、（２）の第１の露光基板に対して、フォトマスク１１を用いて露光装置６０により露光を行ない、第２の露光基板（図２（ａ）の状態のフォトレジスト層付ウェハーを露光したもの）を得る。
（４）感光したフォトレジスト部分を現像除去する。その結果、図２（ｂ）に示す転写パターンＢ９が形成される。
【００６９】
ここで、図２（ｂ）について説明する。
図２（ｂ）は、フォトマスク１０及びフォトマスク１１を用いてフォトレジスト層に転写・形成されたパターンを示す。図２（ｂ）において、図１（ａ）の孤立パターン１５に対応するのが、転写孤立パターン２０である。図１（ｂ）の遮光端部パターン１７（−１，２）に対応するのが、転写端部パターン１９（−１，２）である。このとき、図１（ａ）の補助パターン１４（ａ，ｂ）に対応する転写パターン（転写補助パターン３４（ａ，ｂ））は、（３）のプロセスでフォトマスク１１の遮光膜が保護していないため、現像除去され残らない。
また、図１（ａ）の密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）である。図１（ｂ）の遮光端部パターン２７（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）に対応するのが、転写端部パターン２９（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）である。
【００７０】
ここで、図３を参照して、フォトマスク１０及びフォトマスク１１と、それらを用いてフォトレジスト層に転写・形成されたパターン（図２（ｂ））との関係について更に説明する。
図３は、フォトマスク１０及びフォトマスク１１を重ねた状態を示す図である（各部号の意味は図１で説明したとおりである）。この図からも明らかなように、図２（ｂ）の転写孤立パターン２０及び転写端部パターン１９（−１，２）は、フォトマスク１０の孤立パターン１５及びフォトマスク１１の遮光端部パターン１７（−１，２）に対応して形成される。また、図２（ｂ）の転写密集パターン３０（ａ、ｂ、ｃ）及び転写端部パターン２９（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）は、フォトマスク１０の密集パターン２４（ａ、ｂ、ｃ）及びフォトマスク１１の遮光端部パターン２７（−１，２）（ａ、ｂ、ｃ）に対応して形成される。
【００７１】
（５）フォトレジスト層に形成された回路パターンに基づいて、エッチング（ドライ又はウエット）を行ない、所望の形状の回路パターンを得る。
以上の半導体装置の製造方法により、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを形成することが出来る。
【００７２】
ここで、孤立パターン領域５と密集パターン領域６との間の位置関係（距離、角度）は、光学的に相互に影響を及ぼさない限り、本実施例のような関係に限定されるものではない。
【００７３】
以上のプロセスでは、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写するフォトマスク１０において、孤立パターン１５の周辺に補助パターン１４（ａ、ｂ）を形成し、密集パターンと同様の周期性を持たせることにより、フォトレジスト層に密集パターンのような微細なパターンを形成することが可能となる。このとき、レベンソン型位相シフトマスクの効果（焦点深度の向上、マスクバイアスの補正を利用した微細化等）を孤立パターンにも利用することが可能となる。また、そのとき補助パターン１４によりフォトレジスト層上に同時に形成される転写補助パターン３４（ａ、ｂ）は、２回目の通常の露光により除去されるので、最終的な転写パターンに全く影響を及ぼさない。
【００７４】
すなわち、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する場合でも、１回目は、密集パターンの露光条件で露光を行ない、２回目は通常の露光条件で露光を行う。従って、１回目及び２回目の露光のどちらも、これまで用いた露光条件をそのまま用いることが出来、特別な露光条件の見出す時間と労力、コストの必要が無く、孤立パターンの微細化を容易に行なうことが可能となる。
そして、露光用の光の強度の安定性や、フォトレジスト層の均質性、膜厚の均一性、フォトレジスト材料の特性等、条件の最適化や信頼性の確保等の作業を行なわずに済む。
【００７５】
従来技術においては、２回の露光を行なっていたので、本発明の２回露光を行なうプロセスは、プロセス時間の増加が起こらず、マスク枚数も増加しない。従って、製造コスト及びスループットの点でも従来技術と変わらずに行なうことが出来る。
【００７６】
次に、上述の半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果について図４を参照して説明する。
図４は、レベンソン型位相シフトマスクを用い、上述の半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果の一例を示すグラフである。すなわち、線状の転写パターンの線幅と隣接する線同士の距離（線間距離）との関係を示すグラフである。横軸は、線状の転写パターン間の線間距離（ｎｍ）、縦軸は、線状の転写パターンの線幅（ｎｍ）である。図８のグラフに重ねて示している。従来例の結果を白丸（○：再掲）、本発明の結果を黒丸（●）で示す。この結果から明らかなように、従来補正が不可能な範囲（線間距離３００ｎｍ以上）の孤立パターンにおいても、線幅は設計通り１００ｎｍとすることが出来る。
従って、レベンソン型位相シフトマスクを用いて、密集パターンで微細化が可能な範囲（線幅、線間距離）であれば、孤立パターンも同様に微細化を行なうことが可能となる。すなわち、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する場合でも、近接効果を考慮する必要が無く、同様に微細加工することができる。
線間距離が、線状の転写パターンの線幅より大きければ、補助パターンを形成することが出来るので、微細加工はいくらでも可能である。すなわち、線間距離の条件において上限は無い。
【００７７】
【発明の効果】
本発明により、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターンを転写する露光において、密集パターンと同程度に微細な孤立パターンを、容易に、コストやスループットに影響を及ぼさずに形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｂ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す断面図である。
（ｃ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｄ）本発明である孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す断面図である。
【図２】（ａ）図１（ａ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
（ｂ）図１（ａ）の後、図１（ｂ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
【図３】フォトマスク１０及びフォトマスク１１を重ねた状態を示す図である。
【図４】本発明のフォトマスク、露光装置及び半導体装置の製造方法を用いて配線パターンを形成した結果の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）レベンソン型位相シフトマスクと通常のフォトマスクとの相違を示す概念図である。
【図６】（ａ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｂ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の位相シフト型のフォトマスクの構成を示す断面図である。
（ｃ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す平面図である。
（ｄ）従来の、孤立パターンと密集パターンが混在する回路パターン用の通常のフォトマスクの構成を示す断面図である。
【図７】（ａ）図６（ａ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
（ｂ）図７（ａ）の後、図６（ｂ）のフォトマスクで転写されたパターンを示す図である。
【図８】位相シフトマスクを用いた露光における線状のパターンの線幅と隣接する線同士の線間距離との関係を示すグラフである。
【図９】フォトマスク上での線幅の補正量に対する転写される線幅の実際の補正量との関係を示すグラフである。
【図１０】露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板
２ 遮光膜
３ ガラス基板
５ 孤立パターン領域
６ 密集パターン領域
８ 転写パターンＡ
９ 転写パターンＢ
１０ フォトマスク
１１ フォトマスク
１２（ａ、ｂ） 開口部
１３（ａ、ｂ） 開口部
１４（ａ、ｂ） 補助パターン
１５ 孤立パターン
１６ 遮光孤立パターン
１７（−１、２） 遮光端部パターン
１９（−１、２） 転写端部パターン
２０ 転写孤立パターン
２２（ａ、ｂ） 開口部
２３（ａ、ｂ） 開口部
２４（ａ、ｂ、ｃ） 密集パターン
２６（ａ、ｂ、ｃ） 遮光密集パターン
２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 遮光端部パターン
２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 転写端部パターン
３０（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
３２（ａ、ｂ） 開口パターン
３３（ａ、ｂ） 開口パターン
３４（ａ、ｂ） 転写補助パターン
３５ 転写孤立パターン
４２（ａ、ｂ） 開口パターン
４３（ａ、ｂ） 開口パターン
４４（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
５０ 露光制御部
５１ 露光部
５２ 光源
５３ フライアイレンズ
５４ 絞り
５５ コンデンサレンズ
５６ レチクル
５７ 縮小投影レンズ
５８ ウェハー
５９ ＸＹステージ
６０ 露光装置
１０１ フォトマスク
１０２ ガラス基板
１０３ 遮光膜
１０４ シフタ
１０５ 透過光
１０６ 透過光
１１１ フォトマスク
１１２ ガラス基板
１１３ 遮光膜
１１５ 透過光
１０６ 透過光
２０１ ガラス基板
２０２ 遮光膜
２０３ ガラス基板
２０５ 孤立パターン領域
２０６ 密集パターン領域
２０８ 転写パターンＡ
２０９ 転写パターンＢ
２１０ フォトマスク
２１１ フォトマスク
２１２ 開口部
２１３ 開口部
２１４ 孤立パターン
２１６ 遮光孤立パターン
２１７（−１、２） 遮光端部パターン
２１９（−１、２） 転写端部パターン
２２０ 転写孤立パターン
２２２（ａ、ｂ） 開口部
２２３（ａ、ｂ） 開口部
２２４（ａ、ｂ、ｃ） 密集パターン
２２６（ａ、ｂ、ｃ） 遮光密集パターン
２２７（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 遮光端部パターン
２２９（−１、２）（ａ、ｂ、ｃ） 転写端部パターン
２３０（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
２３２ 開口パターン
２３３ 開口パターン
２３４ 転写孤立パターン
２４２（ａ、ｂ） 開口パターン
２４３（ａ、ｂ） 開口パターン
２４４（ａ、ｂ、ｃ） 転写密集パターン
Claims (13)
- 半導体基板上に、孤立パターンと、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターンとを露光するフォトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板上の前記孤立パターンの両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成された第１のパターンの対と、
前記第１のパターンの対の少なくとも一方に隣接して、前記第１の間隔だけ離れて形成された補助開口パターンと、
前記密集パターンを構成する複数の前記所定の形状を有するパターンの各々を挟むように形成された複数の第２のパターンと、
を具備し、
前記第１のパターンの対及び前記補助開口パターンを透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相であり、
前記複数の第２のパターンを透過する前記露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相である、
フォトマスク。 - 前記第１のパターンの対及び前記補助開口パターンの各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、前記露光光を互いに逆位相にする、
請求項１に記載のフォトマスク。 - 前記第１のパターンの対及び前記補助開口パターンの各々の隣り合うものは、前記透明基板を掘り込むことにより、前記露光光を互いに逆位相にする、
請求項１に記載のフォトマスク。 - 前記補助開口パターンを複数具備し、
前記補助開口パターンは、前記孤立パターンに関して対称の位置にある、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 前記第１の間隔と前記所定の間隔とが等しい、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 前記第１のパターンの形状と前記補助開口パターンの形状とは等しい、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 前記第１のパターンの形状と前記複数の第２のパターンの各々の形状とは等しい、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 前記孤立パターン及び前記密集パターンは、ゲートパターン及び配線パターンの少なくとも一方の形成に用いられる、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 前記複数の第２パターンの内、前記孤立パターンに最も近いものと、前記孤立パターンとの距離は、前記孤立パターンの幅の２倍よりも大きい、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のフォトマスク。 - 半導体基板上に、孤立パターンと、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターンとを露光するフォトマスクセットであって、
前記フォトマスクセットは、第１及び第２のフォトマスクからなり、
前記第１のフォトマスクは、
透明基板と、
前記透明基板上の前記孤立パターンの両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成された第１のパターンの対と、
前記第１のパターン対の少なくとも一方に隣接して、前記第１の間隔だけ離れて形成された補助開口パターンと、
前記密集パターンを構成する複数の前記所定の形状を有するパターンの各々を挟むように形成された複数の第２のパターンと、
を具備し、
前記第１のパターンの対及び補助開口パターンを透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相であり、
前記複数の第２のパターンを透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相であり、
前記第２のフォトマスクは、
透明基板と、
前記孤立パターンを覆う第３のパターンと、
前記密集パターンを覆う第４のパターンと、
を具備する、
フォトマスクセット。 - 半導体基板上に、フォトレジストを塗布するステップと、
第１のフォトマスクを用いて１回目の露光を行ない第１の露光基板を得るステップと、
前記第１の露光基板に対して、第２のフォトマスクを用いて、２回目の露光を行ない第２の露光基板を得るステップと、
前記第２の露光基板の内、前記１回目又は前記２回目の露光で感光した前記フォトレジストを除去するステップと、
前記フォトレジストに形成されたパターンに基づいて、エッチングを行なうステップと、
を具備し、
前記第１のフォトマスクは、前記半導体基板上に、孤立パターンと、所定の形状を有するパターンを所定の間隔で複数配列した密集パターンとを露光するフォトマスクであって、
透明基板と、
前記透明基板上の前記孤立パターンの両側に互いに第１の間隔だけ離れて形成された第１のパターンの対と、
前記第１のパターン対の少なくとも一方に隣接して、前記第１の間隔だけ離れて形成された補助開口パターンと、
前記密集パターンを構成する複数の前記所定の形状を有するパターンの各々を挟むように形成された複数の第２のパターンと、
を具備し、
前記第１のパターンの対及び補助開口パターンを透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相であり、
前記複数の第２のパターンを透過する露光光の位相は、隣接するパターンにおいて互いに逆位相であり、
前記第２のフォトマスクは、
透明基板と、
前記孤立パターンを覆う第３のパターンと、
前記密集パターンを覆う第４のパターンと、
を具備する、
半導体装置の製造方法。 - 前記第１のパターンの対及び前記補助開口パターンの各々の隣り合うものは、上置き型のシフタを用いることにより、前記露光光を互いに逆位相にする、
請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第１のパターンの対及び前記補助開口パターンの各々の隣り合うものは、前記透明基板を掘り込むことにより、前記露光光を互いに逆位相にする、
請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
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