JP4829742B2 - 膜のパターニング方法及び露光用マスク - Google Patents

Description

本発明は、膜のパターニング方法及び露光用マスクに関する。

LSI等の半導体装置に対する微細化の要求は絶え間なく続いており、近年では、市販の露光装置で使用される露光光源の波長以下となる線幅のデバイスパターンが要求されるに至っている。このような要求を叶えるべく、露光工程では、位相シフトマスクや輪帯照明等の超解像技術が採用されている。

位相シフトマスクは、ハーフトーンマスクとレベンソンマスクとに大別される。

図１は、ハーフトーンマスク１００を通った露光光の強度曲線I₀を模式的に示す図である。ハーフトーンマスク１００は、石英等の透明基板１０１上にMoSi膜等の光透過率が４〜２０％程度の半透明膜よりなるマスクパターン１０２を形成してなり、マスクパターン１０２とマスク開口１０２ａのそれぞれを通った露光光A、Bの位相が丁度１８０°だけずれるようにマスクパターン１０２の膜厚が設定される。

ハーフトーンマスク１００では、このような位相差によってマスク開口１０２ａのエッジ部分で各露光光A、B同士が打ち消し合うため、強度曲線I₀の立ち上がりが急峻になり、マスク開口１０２ａの投影像のコントラストが高くなって十分な解像度を得ることができる。

図２は、レベンソンマスク１１０の断面図である。

レベンソンマスク１１０は、凹部１０１ａが形成された透明基板１０１と、この透明基板１０１の上に形成されたCr膜等の遮光膜よりなるマスクパターン１１１よりなる。

このレベンソンマスク１１０では、凹部１０１ａを通った露光光Aと、透明基板１０１の平坦面上のマスク開口１１１ａを通った露光光Bの位相差が１８０°となるため、これらの露光光が互いに打ち消しあい、ハーフトーンマスクと同様に高い解像力を得ることができる。

このような位相シフトマスクをもってしても十分な解像力が得られないほどに高集積化されたデバイスパターンに対しては、特許文献１のような倍ピッチ２回露光法が提案されている。

倍ピッチ２回露光法は、複数のホールを二つの組に分け、それぞれの組に対して別々のマスクを用い、２回の露光で全てのホールを形成するという手法である。この手法では、各マスクにおいてホールに対応するホールパターンのピッチ（中心間距離）が、元のピッチの二倍以上になるように設定されるため、隣接するホールパターン同士の間隔を広くすることができると共に、露光時の焦点深度を深くすることができる。
特開２００２−２８７３２４号公報

本発明の目的は、高集積化されたデバイスパターンに適した膜のパターニング方法及び露光用マスクを提供することにある。

本発明の一観点によれば、基板の上に膜を形成する工程と、前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、該フォトレジストを露光する工程と、前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、前記フォトレジストを露光する工程と、前記第１のマスクパターンを投影する前記露光、及び前記第２のマスクパターンを投影する前記露光を終了した後に、前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクにして前記膜をエッチングすることにより、前記デバイスパターンを形成する工程とを有する膜のパターニング方法が提供される。

また、本発明の別の観点によれば、基板上の膜に第1のデバイスパターンと第２のデバイスパターンを形成するパターニング方法において、前記基板の上に前記膜を形成する工程と、前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第1のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第１の露光工程と、前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第４のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第２の露光工程と、前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記膜をエッチングすることにより、前記第１のデバイスパターンと前記第２のデバイスパターンを形成する工程とを有する膜のパターニング方法が提供される。

そして、本発明の更に別の観点によれば、透明基板と、前記透明基板の第１の領域に形成され、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンと、前記透明基板の第２の領域に形成され、前記第１のマスクパターンと同じ仕方で前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンとを有する露光用マスクが提供される。

また、本発明の他の観点によれば、基板上に第一のデバイスパターンと第二のデバイスパターンを露光する露光用マスクにおいて、第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第１のマスク開口と、第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口と、を有する第１の領域と、前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第４のマスク開口と、を有する第２の領域とを有する露光用マスクが提供される。

そして、本発明の更に他の観点によれば、透明基板と、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された、前記透明基板上に形成された第１のマスクパターンとを有する第１の露光用マスクと、透明基板と、前記第１の露光用マスクにおけるのと同じ仕方で前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された、前記透明基板上に形成された第２のマスクパターンとを有する第２の露光用マスクとを有する露光用マスクセットが提供される。

次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る膜のパターニング方法によれば、第１のマスクパターンによる露光と、第２のマスクパターンによる露光とにより、フォトレジストに対して二重露光を行う。各露光の際、光近接効果補正がなされた組に属するマスク開口はフォトレジストにおいて解像する主開口としての役割を担う一方、光近接効果補正がなされていない組に属するマスク開口は、上記の主開口の焦点深度を深める補助開口としての役割を担うため、各露光時に多少のフォーカスずれがあっても、設計値に近い平面形状のレジストパターンを形成することが可能となり、設計通りの形と大きさを有するデバイスパターンを形成することが可能となる。

しかも、本発明では、一方の組に属するマスク開口を補助開口として代用するので、新たに補助開口を形成する必要が無い。そのため、高集積化が進みデバイスパターンが密になった場合のように、補助開口を新たに形成するスペースが露光用マスクに無い場合でも、補助開口として機能するマスク開口によって露光用マスクの焦点深度を深くすることができる。

更に、光近接効果補正が施される組に属するマスク開口同士の最小ピッチが、全てのマスク開口同士の最小ピッチよりも広いので、光学的露光装置の解像度の限界を超えてデバイスパターンが密になっても、全てのマスク開口に対して一括して光近接効果補正を施す場合よりも補正の精度が向上し、設計した平面形状に近い形にデバイスパターンを形成することができる。

また、本発明に係る露光用マスクの製造方法によれば、光近接効果補正が施されなかった組に属する設計データを補助開口用の設計データとして流用するので、補助開口用の設計データを新たに発生させずに、露光用マスクを設計する際に要する時間と労力とを削減しながら、焦点深度が深く且つ光近接効果補正の精度が高められた露光用マスクを製造することが可能となる。

本発明によれば、デバイスパターンに対応するマスク開口を二つの組に分け、一方の組に属するマスク開口を主開口として用いながら、他方の組に属するマスク開口を補助開口として使用するので、補助開口用の設計データを新たに発生させずに、焦点深度が深く且つ光近接効果補正の精度が高められた露光用マスクを製造することができる。

（１）予備的事項の説明
本実施形態の説明に先立ち、本発明の基礎となる予備的事項について説明する。

フォトレジストの露光工程では、様々な要因によってフォーカスずれが発生する。図３〜図５は、フォーカスずれの要因について説明するための図である。

図３の例では、露光装置１における誤差、例えば大気圧の変動に伴う投影レンズ２の焦点距離の変化により、焦点がシリコン基板３からずれてフォーカスずれΔZが発生する。

また、図４に示すように、半導体装置の製造工程では応力の異なる様々な膜をシリコン基板３上に積層するため、シリコン基板３が反る場合がある。この場合、例えばシリコン基板３の中央付近でベストフォーカスとなっていても、周辺付近ではフォーカスずれが発生する。

更にまた、図５に示すように、シリコン基板３上のゲート電極８や配線９等によって、その上の層間絶縁膜１０の表面に凹凸が発生する場合がある。この場合は、露光の対象となるフォトレジスト１１の表面にも凹凸が形成されるので、その凹凸によって局所的なフォーカスずれが発生する。

露光用マスクの焦点深度が浅いと、図３〜図５のような理由で焦点ずれが発生した場合に、レジストパターンが設計値と異なる寸法に仕上がってしまい、最終的な半導体装置が不良となり、ひいては半導体装置の歩留まりを低下させる要因となる。

一方、次の式（１）、（２）は、いずれもRayleighの式と呼ばれ、露光用マスクの解像度Rと焦点深度DOFを決定する式である。

ここで、式（１）、（２）におけるNAは露光装置の開口数であり、λは露光光の波長である。また、k₁、k₂はフォトレジストの材料や露光条件によって決定される定数である。そして、解像度Rとは、フォトレジストに形成される窓の間の最小ピッチである。

式（１）に示されるように、露光用マスクの解像度Rを高める（つまり、隣接する窓の間の最小ピッチ狭くする）には、開口数NAを大きくすれば良いことが分かる。

ところが、焦点深度DOFを決定する式（２）では、開口数NAの二乗が分母にあるので、解像度Rを高めようとして開口数NAを高めると焦点深度DOFが急激に狭くなってしまう。

このように、露光用マスクの解像度Rと焦点深度DOFとはトレードオフの関係にあり、デザインルールの微細化に伴い解像度Rを高めようとすると焦点深度DOFが浅くなってしまう。

従って、デザインルールの微細化が進むと、図３〜図５で説明したフォーカスずれが僅かであってもフォトレジストが解像し難くなり、所望の寸法を持ったレジストパターンを形成するのが困難となる。

そこで、デザインルールの微細化に対応するため、マスクパターンの粗密を利用して露光用マスクの焦点深度を深くする技術が検討されている。

以下に、この技術について説明する。

図６は、透明基板１６とマスクパターン１７よりなる露光用マスク１５の平面図である。この例では、密な第１マスク開口１７ａと疎な第２マスク開口１７ｂがマスクパターン１７に形成されている。

なお、図４では、フォトレジストにおいて各開口１７ａ、１７ｂが解像して形成される窓１１ａ、１１ｂも併記してある。

図７は、これら第１、第２マスク開口１７ａ、１７ｂのそれぞれのCD-FOCUS曲線A、Bを示す図である。

図７の横軸は、露光時のフォーカスずれを示しており、その値が０のところがフォーカスずれの無いベストフォーカスとなる。また、図７の縦軸は、露光されたレジストを現像して得られた窓１１ａ、１１ｂの直径であり、ベストフォーカス時の値で規格化してある。

図７から明らかなように、密なマスク開口１７ａのCD-FOCUS曲線Aと比較して、疎なマスク開口１７ｂの曲線Bでは、フォーカスずれが大きくなるにつれて窓１１ｂが急激に細くなり、焦点深度Δ₁が浅くなることが理解される。なお、本明細書における焦点深度とは、窓の直径が特定の値以上、例えば９０％以上に収まるフォーカスずれの幅を言う。

曲線Aから理解されるように、密なマスク開口１７ａの焦点深度Δ₂は疎な開口１７ｂのそれよりも大きくなる。

このことから、マスク開口１７ｂが疎であっても、その周囲にアシストパターン(SRAF: Sub-Resolution Assist Feature)と呼ばれる補助開口を形成することで、マスク開口１７ｂを擬似的に密にし、マスク開口１７ｂの焦点深度を深くすることができると考えられる。

図８は、そのような補助開口１７ｃを形成した露光用マスク１０の平面図である。

この補助開口１７ｃは、疎なマスク開口１７ｂに近接して形成され、フォトレジストにおいて解像しない程度の大きさを有する。補助開口１７ｃの形状は、例えば、縦の辺の長さαと横の辺の長さβが共に等しい矩形である。

図９は、図７で説明したCD-FOCUS曲線A、Bと共に、補助開口１７ｃが周囲に形成されたマスク開口１７ｂのCD-FOCUS曲線Cを併記した図である。

図９に示されるように、補助開口１７ｃを形成したことによって、マスク開口１７ｂの焦点深度Δ₃は、補助開口１７ｃを形成しない場合の焦点深度Δ₁よりも深くなる。これにより、図３〜図５のような要因で多少のフォーカスずれが発生しても、マスク開口１７ｂに対応する所望の大きさの窓１１ｂを形成することができる。

しかしながら、このように補助開口１７ｃを形成する場合は、露光用マスク１５を設計する際に補助開口１７ｃの設計データを発生させるための工数が新たに必要となり、露光用マスク１７の設計に手間がかかる。

しかも、上記のようにマスク開口１７ｂが孤立している場合にはその周囲に補助開口１７ｃを形成するだけのスペースがあるが、複数のマスク開口１７ｂ同士の間隔が短い場合には、それぞれのマスク開口１７ｂに対する補助開口１７ｃを形成するスペースが不足し、所望の規則性で補助開口１７ｃを形成することができない。

また、近年では、上記した式（１）で決定される解像度の限界を超えるような高集積度のデバイスパターンが要求されている。

図１０は、このように集積度が極めて高いデバイスパターンの設計レイアウトである。この例では、シリコン基板３上の層間絶縁膜１０に形成されるコンタクトホール１０ａをデバイスパターンとしている。

この例のように複数のコンタクトホール１０ａが近接していると、ホール１０ａと同じ形状のマスク開口を露光用マスクに形成しても、マスク開口の投影像は光近接効果によってホール１０ａとはかなり異なる平面形状となる。

そこで、通常はOPC（Optical Proximity Correction: 光近接効果補正）と呼ばれる形状補正をマスク開口に施すことにより、マスク開口の投影像がホール１０ａの設計形状になるべく近くなるようにする。

図１１は、このようなOPCが施されたマスク開口１７ｄを備えた露光用マスク１５の平面図であり、各マスク開口１７ｄはホール１０ａ（図１０参照）のそれぞれに対応している。

そして、図１２は、この露光用マスク１０を用いて得られたレジストパターン１１のSEM(Scanning Electron Microscope)像を基にして描いた平面図である。

図１２に示されるように、上記の式（１）で決定される解像度の限界を超える程に高集積化が進むと、たとえOPCを施したとしても、レジストパターン１１に形成される窓１１ａがホール１０ａの設計形状から大きく外れてしまう。この例では、１５０nmの間隔をおいて形成された二つの窓１１ａが、光近接効果と解像限界の為に一つの窓となってしまっている。

しかも、このようにホール１０ａが密集していると、補助開口を形成するスペースが無いので、補助開口により焦点深度を深めることもできない。

以上のように、現状の露光工程では、補助開口１７ｃの設計データを発生する工数を減らしながら焦点深度を深め、且つOPC補正により適正な平面形状のレジストの窓を得ることが可能な露光用マスクが望まれている。

そのような露光用マスクを得るべく、本願発明者は以下に説明するような本発明の実施の形態に想到した。

（２）第１実施形態
露光用マスクセットについて
図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本実施形態で使用される第１の露光用マスク４１と第２の露光用マスク４２の平面図である。

本実施形態では、図１０に示したコンタクトホール（デバイスパターン）１０ａを得るために、これらの露光用マスク４１、４２をセットで用いる。

これらの露光用マスク４１、４２は、微細なデバイスパターンを得るのに有効なハーフトーンマスクである。

そのうち、図１３（ａ）に示す第１の露光用マスク４１は、石英基板等の透明基板４０の上に、MoSi膜等の半透明膜をパターニングして得られた第１のマスクパターン４３を形成してなる。

その第１のマスクパターン４３には、複数のコンタクトホール１０ａ（図１０参照）のそれぞれに対応する複数のマスク開口が、第１の組に属する開口４３ａ（第１のマスク開口）と第２の組に属する開口４３ｂ（第２のマスク開口）に組分けされて形成され、且つ、第１の組に属するマスク開口４３ａのみにOPCが施されている。第２の組に属するマスク開口４３ｂにはOPCは施されていない。

開口の組分けの仕方は特に限定されないが、第１の組に属するマスク開口４３ａの横方向の最小の配列ピッチ、つまり隣り合う開口４３ａ同士の最小中心間距離D₁が、全ての開口４３ａ、４３ｂの横方向の最小の配列ピッチD₂のなるべく２倍になるように組分けするのが好ましい。これについては以下の第２の露光用マスク４２でも同様である。

一方、図１３（ｂ）に示す第２の露光用マスク４２は、透明基板４０の上に、半透明膜、例えばMoSi膜をパターニングして得られた第２のマスクパターン４４を有する。

その第２のマスクパターン４４には、第１の露光用マスク４１と同じ方法で組分けされた第１の組に属するマスク開口４４ａと第２の組に属するマスク開口４４ｂが開口されている。但し、第１のマスクパターン４３とは異なり、第２のマスクパターン４４では、第２の組に属するマスク開口４４ｂ（第４のマスク開口）のみにOPCが施されており、第１の組に属するマスク開口４４ａ（第３のマスク開口）にはOPCは施されていない。

また、本実施形態では、これらの露光用マスク４１、４２を用いて後述のように二重露光を行うので、第１の露光用マスク４１におけるマスク開口４３ａ、４３ｂの配列と、第２の露光用マスク４２における露光用マスク４４ａ、４４ｂの配列は同じである。

ここで、OPCが施されたマスク開口は、通常は、OPCを施す前と比較してその直径が１．３〜１．５倍程度に大きくなる。

そのため、第１の露光用マスク４１において第１の組に属するマスク開口４３ａは、第２の露光用マスク４２において同じ位置にある第１の組に属するマスク開口４４ａよりも大きくなる。同様に、第２の露光用マスク４２において第２の組に属するマスク開口４４ｂは、第１の露光用マスク４１において同じ位置にある第２の組に属するマスク開口３３ｂよりも大きくなる。

パターニング方法について
次に、上記した各露光用マスク４１、４２を用いた膜のパターニング方法について、図１４〜図１７を参照しながら説明する。

図１４〜図１７は、本実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図である。

本実施形態では、上記の露光用マスク４１、４２を用いて、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する際にエッチングのマスクとして使用されるレジストパターンを次のようにして形成する。

まず、その層間絶縁膜を形成するまでの工程について説明する。

最初に、図１４（ａ）に示すように、シリコン（半導体）基板２０の溝内に酸化シリコン膜等の素子分離絶縁膜２１を形成し、この素子分離絶縁膜２１で画定される活性領域内のシリコン基板１にpウェル２２を形成する。

次いで、シリコン基板２０の表面を熱酸化してゲート絶縁膜２３となる熱酸化膜を形成する。そして、このゲート絶縁膜２３の上にポリシリコンよりなるゲート電極２４を形成した後、シリコン基板２０の上側全面に酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成し、この絶縁膜をエッチバックしてゲート電極２４の横に絶縁性サイドウォール２６として残す。

更に、ゲート電極２４をマスクにしてシリコン基板２０にn型不純物をイオン注入することによりn型のソース／ドレイン領域２５を形成する。

その後、シリコン基板２０の上側全面にスパッタ法によりコバルト層等の高融点金属層を形成した後、その高融点金属層を熱処理してシリコンと反応させ、ソース／ドレイン領域２５の上に高融点金属シリサイド層２７を形成する。その後に、素子分離絶縁膜２１等の上で未反応となっている高融点金属層をウエットエッチングして除去する。

以上により、ゲート電極２４やソース／ドレイン領域２５等により構成されるMOSトランジスタTRがシリコン基板２０に集積形成されたことになる。

次いで、図１４（ｂ）に示すように、シリコン基板２０の上側全面に、CVD法によりカバー絶縁膜２８として窒化シリコン膜を形成する。更に、このカバー絶縁膜２８の上にCVD法で酸化シリコン膜を形成し、この酸化シリコン膜を平坦化用絶縁膜２９とする。その後に、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によりこの平坦化用絶縁膜２９の上面を研磨して平坦化する。

以上により、パターニングの対象となる層間絶縁膜３０が各絶縁膜２８、２９により構成されたことになる。

続いて、図１５（ａ）に示すように、層間絶縁膜３０の上にスピンコート法によりポジ型化学増幅型フォトレジスト３１を塗布する。なお、このフォトレジスト３１を塗布する前に、露光光の反射を防止する反射防止膜としてBARC(Bottom Antireflective Coating)を層間絶縁膜３０の上に予め塗布してもよい。

次に、図１５（ｂ）に示すように、図１３（ａ）で説明した第１の露光用マスク４１を用い、ステッパ等の露光装置内において一つのチップ領域におけるフォトレジスト３１を露光する。このとき、露光光Lとしては、ArFレーザ光が使用される。

このような露光により、第１のマスクパターン４３がフォトレジスト３１に投影され、OPCが施された第１の組に属するマスク開口４３ａがフォトレジスト３１上に結像して、フォトレジスト３１にマスク開口４３ａに対応した第１の感光部３１ａが形成される。

この露光では、OPCが施されていない第２の組に属するマスク開口（第２のマスク開口）４３ｂが、OPCを施した第１の組に属するマスク開口４３ａに対する補助開口（アシストパターン）として機能する。そのため、マスク開口４３ｂが無い場合と比較して、第１の露光用マスク４１の焦点深度が深くなるので、図３〜図５に示したような要因で多少のフォーカスずれが発生しても、設計値に近い直径の第１の感光部３１ａを形成することが可能となる。

なお、OPCが施されていない第２の組に属するマスク開口４３ｂは、光近接効果に起因して、その像が潰れてフォトレジスト３１上で結像しないか、或いは、結像したとしても、開口４３ｂにOPCを施す場合と比較して像が小さくなる。

続いて、図１６（ａ）に示すように、今度は第２の露光用マスク４２（図１３（ｂ）参照）を用い、ArFレーザ光を露光光Lとするステッパ等の露光装置でフォトレジスト３１を露光する。この露光では、１回目の露光（図１５（ｂ）参照）と同一のチップ領域におけるフォトレジストが露光される。

このような露光により、第２のマスクパターン４４がフォトレジスト３１に投影され、OPCが施された第２の組に属するマスク開口４４ｂがフォトレジスト３１上に結像して、フォトレジスト３１にマスク開口４４ｂに対応した第２の感光部３１ｂが形成される。

更に、この工程では、OPCが施されていない第１の組に属するマスク開口（第３のマスク開口）４４ａが、OPCを施した第２の組に属するマスク開口４４ｂに対する補助開口（アシストパターン）として機能するので、第２の露光用マスク４２の焦点深度が深くなり、多少のフォーカスずれが発生しても設計値に近い直径の第２の感光部３１ｂを形成することができる。

また、第１の組に属するマスク開口４４ａは、OPCが施されていないため光近接効果によってその像が潰れる。従って、マスク開口４４ａはフォトレジスト３１上で結像しないか、或いは、結像したとしても、第１の感光部３１ａに収まる大きさに結像するので、上記のような二回の露光によって第１の感光部３１ａが設計値よりも大きくなることは無い。

同じ理由により、前の露光（図１５（ｂ））において、OPCが施されていない第２の組に属するマスク開口４３ｂがフォトレジスト３１上に結像していたとしても、光近接効果によってその像が潰れて小さくなるので、結像した部分のフォトレジスト３１は第２の感光部３１ｂに含まれてしまい、不要な感光部がフォトレジスト３１に形成されることは無い。

その後に、上記のフォトレジスト３１をベークする。このベークは、PEB(Post Exposure Baking)とも呼ばれ、各感光部３１ａ、３１ｂにおける酸の生成を加速させるために行われる。

続いて、図１６（ｂ）に示すように、フォトレジスト３１を現像することにより、酸が存在する部分の感光部３１ａ、３１ｂを除去してホール形状の窓３１ｃを形成すると共に、除去されずに残存する部分のフォトレジスト３１をレジストパターン３１ｄとする。

次いで、図１７（ａ）に示すように、レジストパターン３１ｄをマスクにして層間絶縁膜３０をドライエッチングすることにより、ソース／ドレイン領域２５に至る深さのコンタクトホール３０ａを形成する。

そのコンタクトホール（第１、第２のデバイスパターン）３０ａの直径は特に限定されないが、本実施形態は約８０〜１００nm程度である。

その後、レジストパターン３１ｄは除去される。

ここまでの工程により、本実施形態に係るパターニング方法の主要工程が終了したことになる。

この後は、図１７（ｂ）に示すようなコンタクトプラグ３２と金属配線３３の形成工程に移る。

その工程では、まず、コンタクトホール３０ａの内面と層間絶縁膜３０の上面に、スパッタ法によりグルー膜としてチタン膜と窒化チタン膜とをこの順に形成する。そして、このグルー膜の上にCVD法でタングステン膜を形成し、このタングステン膜でコンタクトホール３０ａを完全に埋め込む。更に、層間絶縁膜３０上の余分なグルー膜とタングステン膜とをCMP法により研磨して除去し、これらの膜をコンタクトプラグ３２としてコンタクトホール３０ａ内に残す。

その後に、スパッタ法によりアルミニウム膜を含む金属積層膜をコンタクトプラグ３２と層間絶縁膜３０のそれぞれの上に形成し、この金属積層膜をパターニングして金属配線３３とする。

以上により、トランジスタTRと、これに電気的に接続される配線とを備えた半導体装置が完成したことになる。

上記した本実施形態では、図１５（ｂ）及び図１６（ａ）を参照して説明したように、第１の露光用マスク４１と第２の露光用マスク４２を用い、二回の露光でフォトレジスト３１を露光した。

このうち、第１の露光用マスク４１を用いる１回目の露光（図１５（ｂ）参照）では、OPCが施されていない第２の組に属するマスク開口４３ｂが、OPCを施した第１の組に属するマスク開口４３ａに対する補助開口として機能するので、第１の露光用マスク４１の焦点深度を深くすることができる。

しかも、この方法では、本来ならコンタクトホール３０ａを形成するために開口される第２の組に属するマスク開口４３ｂに意図的にOPCを施さず、そのマスク開口４３ｂを補助開口として用いるので、新たに補助開口を形成する必要が無い。そのため、コンタクトホール３０ａが密集している場合のように、補助開口を新たに形成するスペースが露光用マスクに無い場合でも、マスク開口４３ｂによって第１の露光用マスク４１の焦点深度を深くすることができる。

このような利点は、隣接するコンタクトホール（第１、第２のデバイスパターン）３０ａ同士の間隔が１５０nm以下の場合に特に得られ易い。

更に、第１の露光用マスク４１では、図１３（ａ）に示したように、OPCが施される第１の組に属するマスク開口４３ａ同士の最小ピッチD₁が、マスク開口４３ａとマスク開口４３ｂ同士の最小ピッチD₂よりも広いので、式（１）で決定される解像度の限界を超えてコンタクトホール３０ａ同士のピッチが狭くなっても、各開口４３ａ、４３ｂに対して一括してOPCを施す場合よりもOPCの精度が向上し、設計した平面形状に近い形にコンタクトホール３０ａを形成することができる。

図１８は、第１の露光用マスク４１のみで露光を行って得られたレジストパターン３１ｄのSEM像を基にして描いた平面図である。

図１８から明らかなように、上記のようにOPCの精度が向上したことにより、光近接効果によって窓３１ｃの形が大きく崩れることは無く、図１２の場合よりも窓３１ｃの形が設計形状に近くなっている。

また、上記と同じ理由により、第２の露光用マスク４２を用いる２回目の露光（図１６（ａ）参照）でも、補助開口を新たに形成することなしに、第２の露光用マスク４２の焦点深度を深めることができると共に、OPCの精度を向上させることができる。

図１９は、第２の露光用マスク４２のみで露光を行って得られたレジストパターン３１ｄのSEM像を基にして描いた平面図である。

図１９に示されるように、第２の露光用マスク４２に対するOPCの精度が向上したことから、光近接効果に起因する窓３１ａの崩れは発生していない。

図２０は、上記した本実施形態のように、第１の露光用マスク４１と第２の露光用マスク４２を用いた二回の露光により得られたレジストパターン３１ｄのSEM像を基にして描いた平面図である。

図２０と図１２を比較して分かるように、本実施形態では、光近接効果によるパターン崩れが大きく改善されており、図１２の例においてくっついていた二つの窓３１ａを分離して形成することができる。

なお、１回目の露光（図１５（ｂ）参照）と２回目の露光（図１６（ａ）参照）のそれにおける露光量は特に限定されない。但し、二重露光によるオーバー露光を防ぐために、各露光のそれにおける露光量は、図１１に示した露光用マスク１０を用いて１回の露光でフォトレジスを感光させる場合の半分の露光用とするのが好ましい。

露光用マスクの製造方法についての説明
次に、上記した第１の露光用マスク４１の製造方法について説明する。

図２１は、第１の露光用マスク４１を設計するのに使用される設計システムの構成図である。その設計システム６０は、複数のコンタクトホール３０ａの設計データD₀等をオペレータが入力するためのキーボード等の入力部６１を有すると共に、露光用マスクのマスク開口４３ａ、４３ｂを擬似的に表示するモニター等の表示部６４とを有する。これら入力部６１と表示部６４にはバス６２が接続されており、そのバス６２を介して各部へのデータの授受が行われる。

更に、そのバス６２には、CPU等の制御部６３が接続される。制御部６３は、上記したコンタクトホール３０ａの設計データD₀に対してOPCを施して、各マスク開口４３ａ、４３ｂの設計データを補正する機能を有する。

図２２は、この設計システム６０を用いて行われる第１の露光用マスク４１の設計方法を示すフローチャートである。

図２２の最初のステップＳ１では、オペレータが入力部６１を操作することにより、複数のコンタクトホール３０ａの設計データD₀をシステム６０に取り込む。

次のステップＳ２では、コンタクトホール３０ａ間のピッチが、式（１）で決定される露光装置の解像度を超えているかどうかが判断される。

この判断は、例えば、フォトレジストの材料や露光条件で決定される式１の定数k₁が、所定値よりも小さいかどうか判断される。現状の露光装置では、その所定値は０．３５程度であり、係数k₁がこれよりも小さい場合に解像度を超えていると判断する。

そして、このように解像度を超えている（YES）と判断された場合には、ステップＳ３に移行し、コンタクトホール３０ａの設計データD₀を第１の組と第２の組の二組に分ける。

その分け方は特に限定されないが、例えば、第１の組に属するコンタクトホール３０ａ間の最小ピッチが、全てのコンタクトホール３０ａ間の最小ピッチの二倍になるように組分けを行うのが好ましい。OPC用のソフトウェアには、ホール同士の最小ピッチを定めるパラメータがあるので、オペレータがそのパラメータを適当に設定することにより、上記のようなピッチで組分けを行うことができる。

次に、ステップＳ３に移行し、露光領域の左隅に位置するコンタクトホール３０ａが、第１の組と第２の組のどちらに属するかを判断する。そして、その左隅のコンタクトホール３０ａが属する組を主開口、すなわちOPCの対象となる開口のデータに分類すると決定する。

そして、主開口として分類されなかった組については、ステップＳ７において、主開口の焦点深度を深めるための補助開口として分類する。

次いで、ステップＳ５に移行し、上記のように分類された二つの組を再び併合する。

次に、ステップＳ６に移行して、主開口として分類された組に属する設計データD₀に対してのみOPCを行い、補正済設計データD_cを得る。なお、補助開口として分類された組に属する設計データD₀にはOPCを行わない。

但し、この処理は、補助開口として分類された組を無視するというのではなく、補助開口として分類された組が存在するものとして、つまり補助開口を通った露光光が主開口を通った露光光に与える影響を加味して、主開口に分類された組に属する設計データD₀に対してのみOPCを行うというものである。このようなOPCは、OPC用のソフトウェアにおいて、補助開口として分類された組に属するマスク開口の形と大きさを変えないという設定をすることで実施することができる。

一方、ステップＳ２において、コンタクトホール３０ａ間のピッチが、式（１）で決定される露光装置の解像度を超えていないと判断された場合には、ステップＳ８に移行する。

この場合は、上記のように設計データD₀を組分けせずに、全ての設計データD₀に対して一括してOPCを施す。

以上により、第１の露光用マスク４１を製造する際に必要な設計データD₀に対する所定の処理が終了した。

次に、このようにして得られた補正済設計データD_cを用いた第１の露光用マスク４１の製造方法について説明する。

図２３は、第１の露光用マスク４１の製造方法について説明するためのフローチャートである。

なお、図２３において、ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１９は、図２２のステップＳ１よりも更に上流側のステップである。そして、図２２のステップＳ１〜Ｓ８は、図２３のステップＳ１３の更に詳細なステップに相当する。

また、以下では、図２４〜図２５も適宜参照する。図２４〜図２５は、本実施形態に係る露光用マスクの製造途中の断面図である。

図２３の最初のステップＳ１１では、半導体装置の設計者がコンタクトホール３０ａの設計データD₀を作成する。

次に、ステップＳ１２に移行し、システム６０において設計データD₀がデザインルールを満足しているかどうかが判断される。この判断はDRC(Design Rule Check)とも呼ばれる。

ここで、デザインルールを満たしていない（NO）と判断された場合には、ステップＳ１９に移行して設計データD₀を修正し、コンタクトホール３０ａのピッチを広げる等して、設計データD₀がデザインルールを満足するようにする。

一方、デザインルールを満たしている（YES）と判断された場合にはステップＳ１３に移行する。

そのステップＳ１３では、図２１で説明したステップＳ１〜Ｓ８を行うことにより、コンタクトホール３０ａ間のピッチが露光装置の解像度を超えていると判断された場合に、
二つに組分けされた設計データD₀のうち、一方の組に属する設計データD₀に対してのみOPCを行い、補正済設計データD_cを得る。

次に、ステップＳ１４に移行し、ステップＳ１３で得られた補正済設計データD_cにより、設計通りの形状のコンタクトホールが形成できるかどうかをシステム６０において検証する。この検証は、シミュレーションにより行われ、ORC(Optical Rule Check)と呼ばれる。

そして、この検証において、設計通りの形状のコンタクトホールが形成できない（NO）と判断された場合には、ステップＳ２０に移行し、ステップＳ６又はＳ８（図２２参照）のOPC処理で使用される補正パラメータを変更し、再度ステップＳ１３を行う。

一方、設計通りの形状のコンタクトホールが形成できる（YES）と判断された場合には、ステップＳ１５に移行する。

そのステップＳ１５では、図２４（ａ）に示すように、透明基板４０上に形成されたMoSi等の半透明膜４３ｃの上に電子線レジスト４５を塗布した後、透明基板４０を電子ビーム露光装置（不図示）内に入れ、その電子ビーム露光装置の制御系に上記の補正済設計データD_cを入力する。電子ビーム露光装置では、この補正済設計データD_cに基づいて、光軸Cからの電子ビームEBの偏向量δが算出され、偏向された電子ビームEBによって電子線レジスト４５が露光される。

次いで、図２4（ｂ）に示すように、電子ビームEBによる露光が終了した後に電子線レジスト４５を現像することにより、レジストパターン４５ａを形成する。

このようにしてレジストパターン４５ａを形成した後は、図２３のステップＳ１６に移行する。

そのステップＳ１６では、例えばCD-SEM等の測長器を用いて上記のレジストパターン４５ａの窓の幅が測定され、その測定値が規格値以内であるかどうかが判断される。

ここで、測定値が規格値以内でない（NO）と判断された場合には、ステップＳ２１に移行し、レジストパターン４５ａの窓の幅が規格値以内に収まるように、電子ビーム露光装置の露光条件を変更する。

但し、露光条件の変更のみでは窓の幅が規格値に収めることができないと判断される場合には、ステップＳ２０に移行し、OPCの補正パラメータを修正することで、レジストパターン４５ａの窓の幅を規格値以内に収めるようにする。

一方、露光条件を変更するだけでそれが可能であると判断される場合には、再びステップＳ１５に移行して、新たな透明基板４０と半透明膜４３ｃの上にレジストパターン４５ａを再度形成する。

これに対し、ステップＳ１６においてレジストパターン４５ａの窓の幅が規格値以内に収まる（YES）と判断された場合には次のステップＳ１７に移行する。

そのステップＳ１７では、図２５（ａ）に示すように、レジストパターン４５ａをマスクにして半透明膜４３ｃをエッチングすることにより、第１の組に属するマスク開口４３ａと第２の組に属するマスク開口４３ｂとを備えた第１のマスクパターン４３を形成する。

この後に、図２５（ｂ）に示すように、レジストパターン４５ａを除去して、本実施形態に係る第１の露光用マスク４１の基本構造を完成させる。

以上説明した露光用マスクの製造方法によれば、図２２のステップＳ３において、コンタクトホール３０ａの設計データD₀を第１の組と第２の組の二組に分け、ステップＳ６において、一方の組に属する設計データD₀に対してのみOPCを施す。ここで、OPCが施されなかった組に属する設計データD₀は、補助開口として機能するマスク開口４３ｂに対応する。このように、OPCが施されなかった組に属する設計データD₀を補助開口用の設計データとして流用することで、本実施形態では補助開口用の設計データを新たに発生させずに、露光用マスクを設計する際に要する時間と労力とを削減しながら、焦点深度が深く且つOPCの精度が高められた第１の露光用マスク４３を製造することが可能となる。

なお、第２の露光用マスク４２（図１３（ｂ）参照）は、上記した第１の露光用マスク４３において、OPCの対象とした組に属する設計データD₀に対してOPCを施さず、逆にOPCを行わなかった組に属する設計データD₀にOPCを施すことで作製可能なので、その製造方法の説明については省略する。

（３）第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

露光用マスクについて
図２６は、本実施形態で使用される露光用マスク５１の平面図である。

この露光用マスク５１は、図１０に示したコンタクトホール１０ａを得るために用いられるハーフトーンマスクであって、石英基板等の透明基板５０の上にMoSi膜等の半透明膜５２を有する。

透明基板５０のショット領域R_sは、その中心線を境にして第１の領域Iと第２の領域IIとに分割される。そして、第１の領域Iと第２の領域IIにおける半透明膜５２は、それぞれ第１のマスクパターン５２ｃ及び第２のマスクパターン５２ｄとして機能する。

第１の領域Iに形成された第１のマスクパターン５２ｃでは、複数のコンタクトホール１０ａのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口されている。図示の例では、マスク開口５２ａ（第１のマスク開口）が第１の組に属し、マスク開口５２ｂ（第２のマスク開口）が第２の組に属する。このうち、第１の組に属するマスク開口５２ａにはOPCが施され、第２の組に属するマスク開口５２ｂにはOPCが施されていない。

一方、第２の領域IIに形成された第２のマスクパターン５２ｄでは、第１のマスクパターン５２ｃと同じ仕方で第１の組と第２の組とに組分けされたマスク開口５２ａ、５２ｂのうち、第２の組に属するマスク開口５２ｂ（第４のマスク開口）のみにOPCが施され、第１の組に属するマスク開口５２ａ（第３のマスク開口）にはOPCが施されていない。

第１実施形態で説明したように、通常は、マスク開口にOPCを施すことによって、マスク開口の大きさはOPCを施さない場合よりも１．３〜１．５倍程度大きくなる。

これにより、第１の領域Iにおいて第１の組に属するマスク開口５２ａは、第２の領域IIにおいて対応する位置にある第１の組に属するマスク開口５２ａよりも大きくなる。同様に、第２の領域IIにおいて第２の組に属するマスク開口５２ｂは、第１の領域Iにおいて対応する位置にある第２の組に属するマスク開口５２ｂよりも大きくなる。

更に、第１の領域Iにおけるマスク開口５２ａ、５２ｂの配列は、第２の領域IIにおけるマスク開口５２ａ、５２ｂの配列と同じである。従って、このような露光用マスク５１は、シリコン基板におけるコンタクトホールの配列が、第１の領域Iと第２の領域IIで同じであるようなデバイスに対して有効となる。

なお、開口の組分けの仕方は特に限定されない。但し、第１実施形態と同様に、各領域I、IIにおいて、第１の組に属するマスク開口５２ａの横方向の最小の配列ピッチD₁が、全ての開口５２ａ、５２ｂの横方向の最小の配列ピッチD₂のなるべく２倍になるように組分けするのが好ましい。

パターニング方法について
次に、この露光用マスク５１を用いた膜のパターニング方法について、図２７〜図２９を参照しながら説明する。

図２７〜図２９は、本実施形態に係るパターニング方法について説明するための平面図である。

本実施形態では、第１実施形態の図１４（ａ）〜図１５（ａ）により形成されたフォトレジスト３１に対し、以下のようにして露光を行う。

まず、図２７に示すように、ステッパ等の露光装置のステージ上にシリコン基板２０を載せ、露光用マスク５１のショット領域R_sにArFレーザ光等の露光光を当てることにより、フォトレジスト３１に第１及び第２のマスクパターン５２ｃ、５２ｄを投影する。

ここで、シリコン基板２０には、素子分離絶縁膜２１（図１４（ａ）参照）によって第１、第２チップ領域R_c1、R_c2が画定されている。なお、実際のデバイスでは、更に多くのチップ領域がシリコン基板２０に画定されるが、本実施形態では図を見易くするためにそのうちの二つの領域R_c1、R_c2のみを図示することにする。

この露光では、上記の第１のチップ領域R_c1に、露光用マスク５１のショット領域R_sの半分の領域、例えば第１の領域Iのみが重なるようにする。従って、第２の領域IIに形成されている第２のマスクパターン５２ｄは、第１のチップ領域R_c1から外れて投影されることになる。

そして、第１の領域Iでは、OPCが施されているマスク開口５２ａがフォトレジスト３１上で解像し、このマスク開口５２ａに対応する第１の感光部３１ａが形成される。これに対し、OPCが施されていないマスク開口５２ｂは、光近接効果によってその像が潰れるため、フォトレジスト３１上で解像しないか、或いは、解像したとしても、その像の大きさはOPCを施した場合よりも小さくなる。

更に、第１実施形態と同様に、OPCを施していないマスク開口５２ｂが、OPCを施したマスク開口５２ａに対する補助開口として機能するので、露光用マスク５１の焦点深度が深まり、多少の焦点ずれがあっても設計値に近い大きさの第１の感光部３１ａを形成することができる。

一方、第２の領域IIでは、OPCが施されているのはマスク開口５２ｂであって、マスク開口５２ａにはOPCが施されていない。従って、OPCが施されたマスク開口５２ｂがフォトレジスト３１上で解像して第２の感光部３１ｂが形成される。これに対し、OPCが施されていないマスク開口５２ａはフォトレジスト３１において解像しない。

このような１回目の露光を終えた後は、図２８に示すように、露光装置のステージを半チップだけ移動させ、露光用マスク５１のショット領域R_sが第１のチップ領域R_c1に収まるようにする。

そして、露光用マスク５１のショット領域R_sに露光光を再び当てることにより、１回目の露光で第１のマスクパターン５２ｃが投影された部分のフォトレジスト３１に第２マスクパターン５２ｄの投影像が重なるように該第２のマスクパターン５２ｄを投影する。

これにより、二回目の露光における第２領域IIに、第２のマスクパターン５２ｄのマスク開口５２ｂに対応する第２の感光部３１ｂが形成される。また、二回目の露光における第１領域Iには、第１のマスクパターン５２ｃのマスク開口５２ａに対応する第１の感光部３１ａが形成される。

なお、一回目の露光と同様に、第１の領域IにおいてOPCが施されていないマスク開口５２ｂと、第２の領域IIにおいてOPCが施されていないマスク開口５２ａはフォトレジスト３１において解像しない。

そして、各領域I、IIでは、OPCが施されていないマスク開口が、OPCを施したマスク開口に対する補助開口として機能するため、露光用マスク５１の焦点深度が深まる。

次に、図２９に示すように、更に露光装置のステージを半ピッチだけ移動させて再び露光を行う。

これにより、第２の領域IIでは、２回目の露光で第１のマスクパターン５２ｃが投影された部分のフォトレジスト３１に第２マスクパターン５２ｄが重なるように投影され、第２の領域IIにおけるフォトレジスト３２に第２の感光部３１ｂが形成される。

以上により、第１のチップ領域R_c1に対する露光が終了する。

この後は、露光領域を半チップずつずらしながら上記の二重露光を繰り返して行うことにより、シリコン基板の全てのチップ領域に対する露光を行う。

なお、図２９において、第１のチップ領域R_c1の下側に第２の感光部３１ｂが不必要に形成されたままとなっているが、この部分は元々シリコン基板２０においてチップを切り出すことが可能な範囲の外にあるので、これによりチップの数が減少するということは無い。

この後に、フォトレジスト３１に対してPEBを行う。

これ以降の工程を図３０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図３０（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図である。

まず、図３０（ａ）に示すように、フォトレジスト３１を現像することにより感光部３１ａ、３１ｂを除去してホール形状の窓３１ｃを形成すると共に、除去されずに残存する部分のフォトレジスト３１をレジストパターン３１ｄとする。

この後は、第１実施形態で説明した図１７（ａ）、（ｂ）と同じ工程を行うことにより、図３０（ａ）に示すようなコンタクトプラグ３１と金属配線３３とを形成する。

以上により半導体装置の基本構造が完成したことになる。

上記した本実施形態では、図２６に示したように、第１の領域IではOPCを施していないマスク開口５２ｂがOPCを施したマスク開口５２ａに対する補助開口として機能し、第２の領域IIではマスク開口５２ａがマスク開口５２ｂに対する補助開口として機能するので、露光用マスク５１の焦点深度を深めることができる。

しかも、第１実施形態と同様に、本実施形態でも、本来はデバイスパターン（コンタクトホール）を形成するために使用されるマスク開口５２ａ、５２ｂのうちの一方の開口を、OPCが施されない補助開口として代用するので、デバイスパターンが高集積化されて補助開口を新たに形成するスペースが露光用マスクに無い場合であっても、露光用マスクの焦点深度を深くすることが可能となる。

更に、第１実施形態では二重露光を行うのに二枚の露光用マスクが必要であったのに対し、本実施形態では一枚の露光用マスク５１だけで二重露光を行うことができるので、第１実施形態と比較して露光用マスクのコストを安価にすることもできる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、図２６に示した露光用マスク５１の第１領域Iと第２領域IIのそれぞれをチップ領域とするデバイスについても本発明を適用することができる。その場合、チップは本実施形態の半分の大きさとなる。

露光用マスクの製造方法についての説明
次に、上記した露光用マスク５１の製造方法について説明する。

図３１は、図２１で示した設計システム６０を用いて行われる露光用マスク５１の設計方法を示すフローチャートである。このフローチャートが第１実施形態（図２２参照）と異なる点は、第１実施形態で説明したステップＳ６の後にステップＳ９を行う点である。これ以外は第１実施形態と同じである。

上記の露光用マスク５１を設計するには、まず、第１実施形態と同じステップＳ１〜Ｓ３を行うことにより、コンタクトホール３０ａの設計データD₀を第１の組と第２の組とに分ける。

但し、本実施形態では、その設計データD₀として、図２６に示したような第１の領域Iにおけるマスク開口５２ａ、５２ｂの配列が、第２の領域IIにおけるマスク開口５２ａ、５２ｂの配列と同じになるようなデータを採用する。

次いで、ステップＳ４に移行し、露光領域の左隅に位置するコンタクトホール３０ａが、第１の組と第２の組のどちらに属するかを判断する。

そして、第１の領域Iでは、上記の左隅のコンタクトホール３０ａが属する組をOPCが施される主開口として分類する。一方、第２の領域IIでは、この左隅のコンタクトホール３０ａが属さない方の組を主開口として分類する。

各領域I、IIにおいて主開口として分類されなかった組については、ステップＳ７において補助開口として分類する。

次いで、ステップＳ５に移行し、このように分類された二つの組を再び併合する。

次に、ステップＳ６に移行して、各領域I、IIのそれぞれにおいて、主開口として分類された組に属する設計データD₀に対してのみOPCを行い、補正済設計データD_cを得る。なお、補助開口として分類された組に属する設計データD₀にはOPCを行わない。

続いて、ステップＳ９に移行し、各領域I、IIにおける補正済設計データD_cを集約し、露光用マスク５１を製造するための設計データD₀に対する所定の処理を終了する。

次に、このようにして得られた補正済設計データD_cを用いた露光用マスク５１の製造方法について説明する。

露光用マスク５１は、基本的には、第１実施形態で説明した図２３のフローチャートに従って製造される。従って、以下では、このフローチャートにおけるステップＳ１５〜Ｓ１７の処理内容のみについて説明する。

図３２（ａ）、（ｂ）は、本実施形態におけるステップＳ１５の処理内容を説明するための断面図である。

そのステップＳ１５は、図３２（ａ）に示すように、透明基板５０上に形成されたMoSi等の半透明膜５２の上に電子線レジスト５５を塗布した後、電子ビーム露光装置（不図示）内で電子線レジスト５５を露光する。

この露光では、補正済設計データD_cに基づいて光軸Cからの電子ビームEBの偏向量δが算出され、その電子ビームEBによって各領域I、IIの電子線レジスト５５が露光されていく。

次いで、図３２（ｂ）に示すように、電子ビームEBによる露光が終了した後に電子線レジスト５５を現像することにより、レジストパターン５５ａを形成する。

以上により、ステップＳ１５における基本ステップが終了する。

次に、第１実施形態で説明した図２３のステップＳ１６に移行し、レジストパターン５５ａの窓の幅が規格値以内であるかどうかを判断する。

そして、測定値が規格値以内である（YES）と判断された場合に、ステップＳ１７に移行する。

図３３（ａ）、（ｂ）は、本実施形態におけるステップＳ１７の処理内容を説明するための断面図である。

ステップＳ１７では、図３３（ａ）に示すように、レジストパターン５５ａをマスクにして半透明膜５２をエッチングすることにより、各領域I、IIに、第１の組に属するマスク開口５２ａを形成すると共に、第２の組に属するマスク開口５２ｂを形成する。

このようにして開口５２ａ、５２ｂが形成された半透明膜５２は、第１の領域Iにおいて第１のマスクパターン５２ｃになり、第２の領域IIにおいて第２のマスクパターン５２ｄとなる。

この後に、図３３（ｂ）に示すように、レジストパターン５５ａを除去して、本実施形態に係る露光用マスク５１の基本構造を完成させる。

上記した本実施形態に係る露光用マスクの製造方法でも、第１実施形態と同様に、露光用マスク５１の焦点深度を深めるための補助開口用の設計データを新たに発生させる必要が無いので、露光用マスクを設計する際に要する時間と労力とを削減しながら、焦点深度が深く且つOPCの精度が高められた露光用マスク５１を製造することができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。例えば、上記では、露光用マスク４１、４２、５１としてハーフトーンマスクを用いたが、各露光用マスク４１、４２、５１をバイナリーマスクとしてもよい。

また、図１５（ａ）、図２７〜図２９に示したフォトレジスト３１として上記ではポジ型レジストを使用したが、ネガ型レジストを使用するようにしてもよい。ネガ型レジストを使用することで、金属配線等のような残しパターンを得る場合にも本発明を適用することができる。

更に、半導体装置の露光工程に代えて、液晶表示装置の露光工程に上記した各実施形態を適用してもよい。

また、上記実施形態では、図１３に示したように、各開口４３ａ、４３ｂを第１の組と第２の組とに分けるに当たり、各組をホール列の一列毎に配置したが、各組の配列の仕方はこれに限定されず、格子状に第１の組と第２の組とを配置してもよい。

（付記１） 基板の上に膜を形成する工程と、
前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、該フォトレジストを露光する工程と、
前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、前記フォトレジストを露光する工程と、
前記第１のマスクパターンを投影する前記露光、及び前記第２のマスクパターンを投影する前記露光を終了した後に、前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクにして前記膜をエッチングすることにより、前記デバイスパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする膜のパターニング方法。

（付記２） 前記第１のマスクパターンを投影する前記露光工程は、該第１のマスクパターンが形成された第１の露光用マスクを用いて、一つのチップ領域における前記フォトレジストを露光することにより行われ、
前記第２のマスクパターンを投影する前記露光工程は、該第２のマスクパターンが形成された第２の露光用マスクを用いて、前記チップ領域における前記フォトレジストを露光することにより行われることを特徴とする付記１に記載の膜のパターニング方法。

（付記３） 前記第１のマスクパターンを投影する前記露光は、ショット領域内の第１及び第２領域のそれぞれに前記第１及び第２のマスクパターンが分けて形成された露光用マスクを用いて、前記フォトレジストに前記第１及び第２のマスクパターンを投影して行われ、
前記第２のマスクパターンを投影する前記露光は、前記露光用マスクを用い、且つ、前記第１のマスクパターンが投影された部分の前記フォトレジストに前記第２マスクパターンの投影像が重なるように該第２のマスクパターンを投影して行われることを特徴とする付記１に記載の膜のパターニング方法。

（付記４） 前記第１の領域としてショット領域の半分の領域を採用し、前記第２の領域として前記ショット領域の残りの半分の領域を採用して、
前記第２のマスクパターンを投影する前記露光は、前記第１のマスクパターンを投影する前記露光から露光領域を半チップだけずらして行われることを特徴とする付記３に記載の膜のパターニング方法。

（付記５） 前記第１のマスクパターンを投影する前記露光と、前記第２のマスクパターンを投影する前記露光とを、前記露光領域を半チップだけずらしながら繰り返し行うことにより、前記フォトレジストの複数のチップ領域に対する露光を行うことを特徴とする付記４に記載の膜のパターニング方法。

（付記６） 前記デバイスパターンは、前記膜のホールであることを特徴とする付記１乃至５いずれか１項に記載の膜のパターニング方法。

（付記７） 前記フォトレジストはポジ型であることを特徴とする付記１乃至６いずれか１項に記載の膜のパターニング方法。

（付記８） 基板上の膜に第1のデバイスパターンと第２のデバイスパターンを形成するパターニング方法において、
前記基板の上に前記膜を形成する工程と、
前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第1のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第１の露光工程と、
前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第４のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第２の露光工程と、
前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記膜をエッチングすることにより、前記第１のデバイスパターンと前記第２のデバイスパターンを形成する工程と、
を有することを特徴とする膜のパターニング方法。

（付記９） 前記膜は層間絶縁膜であり、前記第１のデバイスパターン及び第２のデバイスパターンは、コンタクトホールであることを特徴とする付記８に記載の膜のパターニング方法。

（付記１０） 前記第１の露光工程において、第２のマスク開口はアシストパターンであり、前記第２の露光工程において、第３のマスク開口はアシストパターンであることを特徴とする付記８又は９に記載の膜のパターニング方法。

（付記１１） 前記第1のデバイスパターンと前記第２のデバイスパターンとの間隔は１５０nm以下であることを特徴とする付記８乃至１０のいずれか１項に記載の膜のパターニング方法。

（付記１２） 前記フォトレジストはポジ型であることを特徴とする付記８乃至１１のいずれか１項に記載の膜のパターニング方法。

（付記１３） 透明基板と、
前記透明基板の第１の領域に形成され、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンと、
前記透明基板の第２の領域に形成され、前記第１のマスクパターンと同じ仕方で前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンと、
を有することを特徴とする露光用マスク。

（付記１４） 前記第１の領域はショット領域の半分の領域であり、前記第２の領域は該ショット領域の残りの半分の領域であることを特徴とする付記１３に記載の露光用マスク。

（付記１５） 前記第１の領域における前記複数のマスク開口の配列は、前記第２の領域における前記複数のマスク開口の配列と同じであることを特徴とする付記１３又は１４に記載の露光用マスク。

（付記１６） 前記第１の領域において前記第１の組に属する前記マスク開口は、前記第２の領域において前記第１の組に属する前記マスク開口よりも大きく、
前記第２の領域において前記第２の組に属する前記マスク開口は、前記第１の領域において前記第２の組に属する前記マスク開口よりも大きいことを特徴とする付記１３乃至１５いずれか１項に記載の露光用マスク。

（付記１７） 前記第１及び第２の領域において、前記第１の組に属する前記マスク開口の最小の配列ピッチは、全ての前記マスク開口の最小の配列ピッチの２倍であることを特徴とする付記１３乃至１６いずれか１項に記載の露光用マスク。

（付記１８） 基板上に第一のデバイスパターンと第二のデバイスパターンを露光する露光用マスクにおいて、
第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第1のマスク開口と、第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口と、を有する第１の領域と、
前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第４のマスク開口と、を有する第２の領域と、
を有することを特徴とする露光用マスク。

（付記１９） 透明基板と、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された、前記透明基板上に形成された第１のマスクパターンとを有する第１の露光用マスクと、
透明基板と、前記第１の露光用マスクにおけるのと同じ仕方で前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された、前記透明基板上に形成された第２のマスクパターンとを有する第２の露光用マスクと、
を有することを特徴とする露光用マスクセット。

（付記２０） 前記第１及び第２の露光用マスクにおいて、前記第１の組に属する前記マスク開口の最小の配列ピッチは、全ての前記マスク開口の最小の配列ピッチの２倍であることを特徴とする付記１９に記載の露光用マスクセット。

（付記２１） 前記第１の露光用マスクにおける前記複数のマスク開口の配列は、前記第２の露光用マスクにおける前記複数のマスク開口の配列と同じであることを特徴とする付記１９又は２０に記載の露光用マスクセット。

（付記２２） 前記第１の露光用マスクにおいて前記第１の組に属する前記マスク開口は、前記第２の露光用マスクにおいて前記第１の組に属する前記マスク開口よりも大きく、
前記第２の露光用マスクにおいて前記第２の組に属する前記マスク開口は、前記第１の露光用マスクにおいて前記第２の組に属する前記マスク開口よりも大きいことを特徴とする付記１９乃至２１いずれか１項に記載の露光用マスクセット。

図１は、従来例に係るハーフトーンマスクを通った露光光の強度曲線を模式的に示す図である。 図２は、従来例に係るレベンソンマスクの断面図である。 図３は、露光装置が原因でフォーカスずれが発生することを示す図である。 図４は、基板の反りが原因でフォーカスずれが発生することを示す図である。 図５は、層間絶縁膜の表面の凹凸が原因でフォーカスずれが発生することを示す図である。 図６は、密なマスク開口と疎なマスク開口を有する露光用マスクの平面図である。 図７は、図６における密なマスク開口と疎なマスク開口のそれぞれのCD-FOCUS曲線A、Bを示す図である。 図８は、補助開口を形成した露光用マスクの平面図である。 図９は、図７のCD-FOCUS曲線A、Bと共に、補助開口が周囲に形成されたマスク開口のCD-FOCUS曲線Cを併記した図である。 図１０は、集積度が極めて高いデバイスパターンの設計レイアウトである。 図１１は、OPCが施されたマスク開口を備えた露光用マスクの平面図である。 図１２は、図１１の露光用マスクを用いて得られたレジストパターンのSEM像を基にして描いた平面図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の第１実施形態で使用される第１の露光用マスクと第２の露光用マスクの平面図である。 図１４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図（その１）である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図（その２）である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図（その３）である。 図１７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図（その４）である。 図１８は、本発明の第１実施形態において、第１の露光用マスクのみで露光を行って得られたレジストパターンのSEM像を基にして描いた平面図である。 図１９は、本発明の第１実施形態において、第２の露光用マスクのみで露光を行って得られたレジストパターンのSEM像を基にして描いた平面図である。 図２０は、本発明の第１実施形態において、第１の露光用マスクと第２の露光用マスクを用いた二回の露光により得られたレジストパターンのSEM像を基にして描いた平面図である。 図２１は、本発明の各実施形態において、露光用マスクを設計するのに使用される設計システムの構成図である。 図２２は、本発明の第１実施形態に係る露光用マスクの設計方法について説明するためのフローチャートである。 図２３は、本発明の第１実施形態に係る露光用マスクの製造方法について説明するためのフローチャートである。 図２４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る露光用マスクの製造途中の断面図（その１）である。 図２５（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る露光用マスクの製造途中の断面図（その２）である。 図２６は、本発明の第２実施形態に係る露光用マスクの平面図である。 図２７は、本発明の第２実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための平面図（その１）である。 図２８は、本発明の第２実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための平面図（その２）である。 図２９は、本発明の第２実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための平面図（その３）である。 図３０（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る膜のパターニング方法について説明するための断面図である。 図３１は、本発明の第２実施形態に係る露光用マスクの設計方法について説明するためのフローチャートである。 図３２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る露光用マスクの製造途中の断面図（その１）である。 図３３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る露光用マスクの製造途中の断面図（その２）である。

符号の説明

１…露光装置、２…投影レンズ、３…シリコン基板、１０…層間絶縁膜、１１…フォトレジスト、１１ａ、１１ｂ…窓、１５…露光用マスク、１６…透明基板、１７…マスクパターン、１７ａ、１７ｂ…第１、第２開口、１７ｃ…補助開口、１７ｄ…マスク開口、２０…シリコン基板、２１…素子分離絶縁膜、２２…pウェル、２３…ゲート絶縁膜、２４…ゲート電極、２５…ソース／ドレイン領域、２６…絶縁性サイドウォール、２７…高融点金属シリサイド層、２８…カバー絶縁膜、２９…平坦化用絶縁膜、３０…層間絶縁膜、３０ａ・・・コンタクトホール、３１…フォトレジスト、３１ａ、３２ａ…第１、第２感光部、３１ｃ…窓、３２…コンタクトプラグ、３３…金属配線、４０…透明基板、４１…第１の露光用マスク、４２…第２の露光用マスク、４３…第１のマスクパターン、４３ａ、４３ｂ…マスク開口、４４…第２のマスクパターン、４４ａ、４４ｂ…マスク開口、５０…透明基板、５１…露光用マスク、５２…半透明膜、５２ｃ…第１のマスクパターン、５２ｄ…第２のマスクパターン、５２ａ、５２ｂ…マスク開口、６０…設計システム、６１…入力部、６２…バス、６３…制御部、６４…表示部、TR…MOSトランジスタ、１００…ハーフトーンマスク、１０１…透明基板、１０１ａ…凹部、１０２…マスクパターン、１０２ａ…マスク開口、１１０…レベンソンマスク、１１１…マスクパターン、１１１ａ…マスク開口、D₀…設計データ、D_c…補正済設計データ、R_c1、R_c2…第１、第２チップ領域、R_s…ショット領域。

Claims (10)

1. 基板の上に膜を形成する工程と、
   前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
   複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、該フォトレジストを露光する工程と、
   前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンを前記フォトレジストに投影して、前記フォトレジストを露光する工程と、
   前記第１のマスクパターンを投影する前記露光、及び前記第２のマスクパターンを投影する前記露光を終了した後に、前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクにして前記膜をエッチングすることにより、前記デバイスパターンを形成する工程と、
   を有することを特徴とする膜のパターニング方法。
2. 前記第１のマスクパターンを投影する前記露光工程は、該第１のマスクパターンが形成された第１の露光用マスクを用いて、一つのチップ領域における前記フォトレジストを露光することにより行われ、
   前記第２のマスクパターンを投影する前記露光工程は、該第２のマスクパターンが形成された第２の露光用マスクを用いて、前記チップ領域における前記フォトレジストを露光することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の膜のパターニング方法。
3. 前記第１のマスクパターンを投影する前記露光は、ショット領域内の第１及び第２領域のそれぞれに前記第１及び第２のマスクパターンが分けて形成された露光用マスクを用いて、前記フォトレジストに前記第１及び第２のマスクパターンを投影して行われ、
   前記第２のマスクパターンを投影する前記露光は、前記露光用マスクを用い、且つ、前記第１のマスクパターンが投影された部分の前記フォトレジストに前記第２マスクパターンの投影像が重なるように該第２のマスクパターンを投影して行われることを特徴とする請求項１に記載の膜のパターニング方法。
4. 基板上の膜に第1のデバイスパターンと第２のデバイスパターンを形成するパターニング方法において、
   前記基板の上に前記膜を形成する工程と、
   前記膜の上にフォトレジストを塗布する工程と、
   前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第1のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第１の露光工程と、
   前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第４のマスク開口とを前記フォトレジストに投影する第２の露光工程と、
   前記フォトレジストを現像してレジストパターンを形成する工程と、
   前記レジストパターンをマスクとして前記膜をエッチングすることにより、前記第１のデバイスパターンと前記第２のデバイスパターンを形成する工程と、
   を有することを特徴とする膜のパターニング方法。
5. 前記膜は層間絶縁膜であり、前記第１のデバイスパターン及び第２のデバイスパターンは、コンタクトホールであることを特徴とする請求項４に記載の膜のパターニング方法。
6. 前記第１の露光工程において、第２のマスク開口はアシストパターンであり、前記第２の露光工程において、第３のマスク開口はアシストパターンであることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の膜のパターニング方法。
7. 前記第1のデバイスパターンと前記第２のデバイスパターンとの間隔は１５０nm以下であることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の膜のパターニング方法。
8. 前記フォトレジストはポジ型であることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の膜のパターニング方法。
9. 透明基板と、
   前記透明基板の第１の領域に形成され、複数のデバイスパターンのそれぞれに対応する複数のマスク開口が第１の組と第２の組とに組分けされて開口され、且つ、前記第１の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第１のマスクパターンと、
   前記透明基板の第２の領域に形成され、前記第１のマスクパターンと同じ仕方で前記第１の組と前記第２の組とに組分けされたマスク開口を有し、前記第２の組に属する前記マスク開口のみに光近接効果補正が施された第２のマスクパターンと、
   を有することを特徴とする露光用マスク。
10. 基板上に第一のデバイスパターンと第二のデバイスパターンを露光する露光用マスクにおいて、
    第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施された第1のマスク開口と、第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第２のマスク開口と、を有する第１の領域と、
    前記第1のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第３のマスク開口と、前記第２のデバイスパターンに対応する、光近接効果補正が施されていない第４のマスク開口と、を有する第２の領域と、
    を有することを特徴とする露光用マスク。

Images