JPH10161297A

JPH10161297A - 半導体装置製造用マスク

Info

Publication number: JPH10161297A
Application number: JP32551496A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takeuchi; 幸一竹内
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】設計寸法通りに形成できる露光量が異なるパ
ターンを、同時に設計寸法通りに形成でき、またプロセ
ス条件の変更を容易にできる半導体製造用マスクを提供
すること。【解決手段】透明なマスク基板１１の表面に、パター
ン密度が低いパターン５ａとパターン密度が高いパター
ン５ｂとを有したパターン原画を、遮光材料となるクロ
ム膜１２によって形成し、パターン５ａのマスク基板１
１の裏面に半透明膜１５を設ける。パターン５ａは、半
透明膜１５とマスク基板１１とを透過する露光量が所定
量に減少させられた光によって、ウェーハ１７上に投影
され、パターン５ｂは、マスク基板１１を透過する光に
よってウェーハ１７上に投影される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程におけるフォトリソグラフィ工程で用いられる半導
体装置製造用マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】同一チップ内に、例えばロジック系など
のパターン密度が低いセルと、例えばメモリー系等のパ
ターン密度が高いセルが混在する場合、リソグラフィ工
程では、パターン密度の低いセルと、パターン密度の高
いセルとを、同時に、設計寸法通りに仕上げることがで
きない。というのも、パターン密度により最適の露光量
が異なり、一方のパターン密度に、レジストの仕上がり
寸法が設計寸法に合うように露光量を設定すると、他の
密度のパターンを有するレジストの仕上がり寸法が設計
寸法から大きく変動し、解像しなかったり、設定した線
幅より細くなったりするからである。このことは、半導
体デバイスの設計ルールが小さくなるにつれて顕著とな
る。

【０００３】図９には、マスク寸法による孤立ラインの
ライン＆スペースに対するレジストパターンの仕上がり
寸法変動率が示されている。図９に示されている寸法変
動率とは、孤立ラインの仕上がり寸法からライン＆スペ
ースのラインの仕上がり寸法を引いて、ライン＆スペー
スのラインの仕上がり寸法で割った値である。例えば、
図においてマスクサイズ（設計寸法）が０．２１μｍの
ときの変動率は約−３０％であるから、このときライン
＆スペースの寸法が例えば０．２０μｍで形成された場
合、孤立ラインの仕上がり寸法Ｘは（−３０％＝（Ｘ−
０．２）／０．２より）０．１４μｍに仕上がったこと
を示している。なお図９において、その変動率がマイナ
スであるということは、孤立ラインの線幅がライン＆ス
ペースの線幅より細く仕上がることを示しているもので
ある。また図より、設計ルールが小さくなるにつれて、
孤立ラインがライン＆スペースに対して大幅に細く仕上
がることがわかる。なお、このときの露光条件は、露光
波長＝２４８ｎｍ、投影レンズの開口数（ＮＡ）＝０．
５５、照明条件σ＝０．８、マスクはＣｒマスク、ウェ
ーハはＳｉＯ_x Ｎｙ：Ｈ／ＳｉＯ₂ ／ＷＳｉのフラット
な基板であり、レジストは膜厚０．６５ｎｍの化学増幅
型ポジレジストで、トップコートとして有機系スピンコ
ート膜を塗布しており、ベストフォーカスであった。

【０００４】図１０には、同一のマスク基板上に形成さ
れている異なる密度を有するパターンが示されている。
すなわち図１０の左側には［］形状で遮光材料であるク
ロム（斜線で示されている）１ａによりロジック系の密
度が低いパターン１が形成されている。図１０の右側に
は、左右に凹凸形状をしている縦縞の形状でクロム（斜
線で示されている）２ａによりＤＲＡＭ系の密度が高い
パターン２が形成されている。なお、これらのパターン
１、２がウェーハ上に投影されたときの最小寸法（描画
レジストが解像されて直線を形成しうる最小の線幅又は
直線を形成しうる最小の間隔幅）Ｌ１、Ｌ２は、それぞ
れ０．２０μｍである。これらのパターン１、２を、露
光波長＝２４８ｎｍ、投影レンズの開口数（ＮＡ）＝
０．５５、照明条件σ＝０．８、Ｃｒマスク、ＳｉＯ_x
Ｎｙ：Ｈ／ＳｉＯ₂ ／ＷＳｉのフラットなウェーハ、ト
ップコートとして有機系スピンコート膜を塗布した膜厚
０．６５ｎｍの化学増幅型ポジレジストを用いて、ベス
トフォーカスの状態で露光する。このとき、パターン１
が設計寸法通りに形成される露光量は、１２．０ｍＪ／
ｃｍ² であり、パターン２が設計寸法通りに形成される
露光量は１５．５ｍＪ／ｃｍ² であった。図１１のＡに
は、パターン１が設計寸法通りに形成される露光量で露
光した（すなわち露光量を１２．０ｍＪ／ｃｍ² とし
た）状態が示されているが、このときパターン２は、解
像されず、ラインがくっついている。また、図１１のＢ
には、パターン２が設計寸法通りに形成される露光量で
露光した（すなわち露光量を１５．５ｍＪ／ｃｍ² とし
た）状態が示されているが、この場合には、パターン１
の線幅Ｌ１がかなり細く形成される。

【０００５】このようなパターン密度の違い、すなわち
最適な露光量の違いにより仕上がり寸法に差が生じるこ
とを解決する方法として、マスク・サイジング法があ
る。これは、ウェーハのレジストに転写後の寸法が設計
寸法に合うように、予めマスク上の寸法を設計寸法から
ずらす方法、例えば、密度の高いパターン１を得たい設
計寸法より小さい寸法で設計する、又は密度の低いパタ
ーン２を得たい設計寸法より大きい寸法で設計するとい
うものである。

【０００６】しかしながら、レジストのパターンの設計
寸法からのずれは、使用するレジストの種類、現像条
件、下地基板、露光像件などのプロセス条件により変化
する。そのため、プロセス条件を変更して（例えば下地
基板の種類を変えるなど）、同一のパターンを投影する
際には、上述したマスク・サイジング法では、同一のパ
ターンであっても、これらのプロセス条件に応じて、設
計を一からし直さなければならない。従って、プロセス
条件を変更して用いようとすると、常に設計寸法通りに
仕上げることは、容易ではない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
に鑑みてなされ、１つのマスク上に、設計寸法通りに仕
上がる露光量が異なるパターンが共存した場合でも、そ
れぞれのパターンを設計寸法通りに、同時に、仕上げる
ことができ、またプロセス条件が変更されても常に設計
寸法通りに形成することが、容易にできる半導体マスク
を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題は、半導体装
置の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程で用いら
れ、透明なマスク基板（例えば、実施例の１１；以下、
同様）の表面に、遮光材料でなる膜（１２）によりパタ
ーン原画が描かれている半導体装置製造用マスク（１
０、２０）において、前記マスク基板（１１）の裏面
に、少なくとも一部分に半透明膜（１５、１５’）を設
け、前記パターン原画が投影されるウェーハ（１７、１
８）に照射する光が、前記半透明膜（１５、１５’）を
透過することによって、前記光の光量を所定の量へと減
少させることを特徴とする半導体装置製造用マスク、に
よって解決される。

【０００９】このような構成を有するマスクにすること
によって、一定の露光量をマスクに照射しても、ウェー
ハ上に投影される露光量は、そのパターンごとに応じた
最適な露光量でウェーハ上に投影されるので、同時に、
最適な露光量が異なる複数のパターンを設計寸法通りに
形成することができる。また、半透明膜をマスク基板の
裏面に設けただけであるので、プロセス条件を変更する
場合には、すでに設計されているマスクのパターン原画
はそのままで、マスク裏面の半透明膜を生成し直すだけ
よい。従って、プロセス条件が変更されても、常に設計
寸法通りにパターンを形成することが、マスク・サイジ
ンク法よりはるかに容易にできる。

【００１０】

【発明の実施の形態】表面に遮光材料の膜によってパタ
ーン原画が形成された透明なマスク基板の裏面に、半透
明膜を、少なくとも一部分に設けて、パターン原画が投
影されるウェーハに照射する光が、半透明膜を透過する
ことによって、光の光量を所定の量へと減少させる。例
えば、パターン原画に示されているパターンのうち、設
計寸法通りに仕上げる光量が最も大きい光量を、マスク
の上方から照射する。この光の露光量が最適であるパタ
ーン上には、半透明膜を設けず、そのままの光量でウェ
ーハ上に照射する。一方、設計寸法通りに形成される光
量がこれより小さいパターンには、最適な光量となるよ
うに透過率を調整した半透明膜を設け、これを通過させ
ることによって、所定の光量でウェーハ上に光が照射さ
れるようにする。すなわち、ウェーハ上に照射される光
が、マスクを透過することで、各パターンに応じた露光
量に減少させられる。従って、各パターンが、最適な露
光量で投影されるので、同時に、設計寸法通りにパター
ン原画が形成できる。また、パターン原画を変更せずに
プロセス条件のみを変更する場合、そのプロセス条件に
応じた最適な露光量を得るためには、パターン原画に何
ら手を加えずに、半透明膜を形成し直すだけでよい。従
って、プロセス条件を変更しても、それに応じて、常に
設計通りの寸法でパターンを形成することが、容易にで
きる。

【００１１】また、設計ルールが小さくなってきて、パ
ターンの密度に応じて、仕上がり寸法と設計寸法との差
が異なるような場合には、特に有効である。従って、例
えば、一度の露光で形成されるパターン原画上に、密度
の異なるロジック機能とメモリー機能とが混載された高
集積・高機能の半導体デバイスを、精度良く製造するこ
とができる。

【００１２】なお、半透明膜は、各パターンの最適な光
量となるように照射される光量を減少させるものであ
り、すなわち、マスクに照射される光量とパターンの最
適露光量とに応じて透過率を調整している。この透過率
Ｔは、公知のように、Ｔ＝ｅｘｐ（−４πｋｄ／λ）・
・・（１）式で示され、ここで、πは円周率、ｋは物質
の吸収係数、ｄは膜厚、λは光の波長である。従って、
透過率を膜厚によって調整すれば、容易に所定の透過率
の半透明膜を得ることができ、すなわちウェーハ上に照
射される光量を、容易に好適な光量とすることが可能で
ある。

【００１３】更に、マスク上に形成されているパターン
のうち、半透明膜の端部にパターンを形成する場合に
は、すなわち、半透明膜を透過した前記光の光量によっ
て形成される部分と、半透明膜と異なる透過率を有する
他の一部分の半透明膜を透過する前記光の光量及び／又
は前記マスク基板のみを透過する前記光の光量によって
形成される部分とを有するパターンでは、その最小寸法
（描画レジストが解像されて直線を形成しうる最小の線
幅又は描画レジストが解像されて直線を形成しうる最小
の間隔幅）が、どの光量で露光されてもウェーハ上に形
成されるパターンの最小寸法が常に許容寸法内で形成さ
れるような寸法とする。これによって、半透明膜の端部
に位置するパターンも、設計寸法通りに形成することが
できる。

【００１４】また、パターン原画が、前記密度が同一で
あるパターンを１つの領域に集めた原画とすれば、すな
わち最適な光量が同一であるパターンを１つの領域に集
めれば、集めた領域ごとに最適な光量となる透過率の半
透明膜を設ければよいので、分散した状態で半透明膜を
形成するよりも、半透明膜の形成が容易である。なお、
ここで密度が同一であるとは、全く同一のものを含むだ
けでなく、ある露光量に設定したときにウェーハ上にパ
ターンが露光される寸法が許容範囲内にできるという密
度をも含むものである。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照
して説明する。

【００１６】図２には、後述する本発明の第１実施例の
マスク１０のパターン原画をウェーハ１７上に投影する
ための照明系と投影レンズ系を有するＫｒＦエキシマレ
ーザ・ステッパー５０が示されている。このエキシマレ
ーザ・ステッパー５０は、公知の構造をしており、すな
わちエキシマレーザ５１、シャッタ５２、ビーム成形光
学系５３、２つのフライアイ・インテグレータ５４、５
４’、フライアイ・インテグレータ５４、５４’の間に
配設されている振動ミラー５５、マスク・ブラインド５
６、コンデンサ・レンズ５７、マスク１０、縮小レンズ
５８及びウェーハ１７を有している。すなわち、エキシ
マレーザ５１から出た波長２４８ｎｍの光は、ビーム成
形光学系５３を経て、露光領域を均一に照射するための
フライアイ・インテグレータ５４、５４’に導かれる。
このフライアイ・インテグレータ５４、５４’を経るこ
とにより、エキシマレーザ光の照射領域の形状を長方形
から正方形に整形すると同時に、光の強度のばらつきが
小さくなる。フライアイ・インテグレータ５４’から出
る光、すなわち２次光源はσ＝０．８のフラット光源と
なり、マスク・ブラインド５６及びコンデンサ・レンズ
５７を経て、マスク１０を均一に照射する。そして、マ
スク１０に描かれているパターン原画が、縮小レンズ５
８を介して縮小され、ウェーハ１７上に投影される。

【００１７】図１には、本発明の第１実施例のマスク１
０が示されているが、図１のＡはマスク１０の平面図で
あり、図１のＢは図１のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方
向の正面断面図を示している。図１のＢに示されるよう
に、マスク１０は、透明な石英板のマスク基板１１と、
その上面に設けられている例えばＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈ
ｏｓｉｌｉｃａｔｅｇｌａｓｓ）でなる半透明膜１５
と、マスク基板１１の下面（ウェーハ１７側の面）に、
パターン原画を描いている遮光材料のクロム膜１２とに
よって構成されている。なお、図１のＡの破線で囲まれ
ている領域Ｌは、ウェーハ１７上に投影される転写領域
を示しており、すなわち光が照射されているマスク１０
上の領域を示している。なお、この領域Ｌはウェーハ上
投影換算で、２０ｎｍ×２０ｎｍの大きさの正方形形状
をしている。この図１において、二点鎖線で囲まれた
（マスク基板１１の下面に形成されている）長方形領域
Ｄには、ロジック用のゲートセルが描かれている。ロジ
ック用のゲートセルは、パターン５ａから構成されてお
り、このパターン５ａは図３のＡに斜線で示されている
クロム膜１２ａ（ウェーハ１７に投影されたときゲート
となる）が、コの字形状が向き合った状態で複数、形成
されているものである。なお、このクロム膜１２ａの
幅、すなわちゲート長Ｇ１はこのパターン５ａの最小寸
法である０．２０μｍ（ウェーハ上投影換算、以下パタ
ーンの寸法に関しては同様）であり、ゲートとゲートの
間の間隔Ｓ１は０．４０μｍである。他方、図１のＡで
一点鎖線で囲まれた（マスク基板１１の下面に形成され
ている）長方形領域Ｆには、ＤＲＡＭ用のゲートセルが
描かれており、このゲートセルはパターン５ｂから構成
されている。このパターン５ｂは、図３のＢに斜線で示
されているように、左右に凹凸している縦線１２ｂが複
数並んだ縞形状をしており、このゲート長Ｇ２及びゲー
トとゲートの間隔Ｓ２は、このパターン５ｂの最小寸法
である０．２０μｍである。

【００１８】また、本実施例で用いられるウェーハ１７
は、図４に示すように、下方からシリコン層１７ｆ、１
０ｎｍのＳｉＯ₂ 層１７ｅ、１００ｎｍの多結晶シリコ
ン層１７ｄ、１００ｎｍのＷＳｉ層１７ｃ、２７ｎｍの
ＳｉＯ_x Ｎ_y ：Ｈ層１７ｂ、２００ｎｍのＳｉＯ₂ １７
ａが積層された基板である。更に、本実施例では、投影
レンズの開口数（ＮＡ）＝０．５５、レジストは膜厚
０．６５μｍの化学増幅型ポジレジストで、その上に有
機系のトップコートを塗布している。

【００１９】このようなプロセス条件で、パターン５ａ
のゲート長Ｇ１が設計寸法の０．２０μｍに仕上がる露
光量は１２．０ｍＪ／ｃｍ² であり、パターン５ｂのゲ
ート長Ｇ２が設計寸法の０．２０μｍに仕上がる露光量
は１５．５ｍＪ／ｃｍ² であった。よって、パターン５
ｂの最適な露光量１５．５ｍＪ／ｃｍ² を照射したとき
には、パターン５ａは、３．５ｍＪ／ｃｍ² の光量が多
くなる。そこで、図１のマスク１０のパターン５ａを覆
う部分（なお本実施例では、マスク１０は一様に照射さ
れているので、パターン５ａが形成されている裏面で、
パターン５ａが形成されている位置に照射される光が、
パターン５ａをウェーハ１７に投影する光となる）に、
ＰＳＧでなる半透明膜１５を設け、露光量が１５．５ｍ
Ｊ／ｃｍ² の光が、この半透明膜１５を透過したとき
に、１２．０ｍＪ／ｃｍ² となるようにする。すなわ
ち、半透明膜１５の透過率を（１２．０／１５．５×１
００＝）７７．４％とする。ＰＳＧの吸収係数ｋは０．
００１８であるため、上記（１）式から、膜厚を２８１
０ｎｍとすれば、この透過率が７７．４％の半透明膜１
５が得られる。そこで、本実施例では、長方形領域Ｅの
部分よりやや大きい領域Ｈ（実線で囲まれている領域）
以外の部分で、領域Ｌを覆うように、すなわち図１のＡ
の網目で示されている部分に、膜厚を２８１０ｎｍの半
透明膜１５を形成する。なお、これは例えば、パターン
原画のクロム膜１２が形成されているマスク基板１１の
表面と反対側の面、すなわち上面に、公知のＣＶＤ法に
より半透明膜１５を約２８１０ｎｍ程度、均一に成膜し
た後、パターン５ｂが形成されている長方形領域Ｅの部
分を除去して形成している。

【００２０】そこで、マスク１０に露光量１５．５ｍＪ
／ｃｍ² の光を照射する。すると、マスク１０に照射さ
れた光のうち、半透明膜１５とマスク基板１１とを透過
して露光量が１２．０ｍＪ／ｃｍ² に減少された光は、
パターン５ａをウェーハ１７に投影する。一方、マスク
１０に照射された光のうち、マスク基板１１のみを透過
した露光量１５．５ｍＪ／ｃｍ² の光は、パターン５ｂ
をウェーハ１７上に投影する。すなわち、パターン５ａ
は、最適露光量１２．０ｍＪ／ｃｍ² で露光され、パタ
ーン５ｂは最適露光量の１５．５ｍＪ／ｃｍ² で露光さ
れる。従って、マスク１０に同一の露光量の光を照射し
ても、ウェーハ１７上に投影される露光量はそれぞれ最
適な露光量となってパターン５ａ、５ｂを投影するの
で、異なるパターン５ａ、５ｂを同時に、設計寸法通り
に形成することができる。

【００２１】また、マスクに形成されるパターン原画
が、半透明膜１５の端部にまたがるようなパターン、例
えば、図１のＡに三点鎖線で示されるような位置にある
（マスク基板１１の下面に形成されている）パターン５
ｃでは、半透明膜１５を通過して露光量が１２．０ｍＪ
／ｃｍ² の光と、マスク基板１１のみを通過する露光量
が１５．５ｍＪ／ｃｍ² の光との両方によって、パター
ン５ｃが形成される。従って、どちらの露光量で形成さ
れたとしても、このパターン５ｃのウェーハ１７上に投
影されてウェーハ１７上に形成されるパターンの最小寸
法が、常に許容範囲内で形成されるような寸法とする。
値にすれば、このパターン５ｃも設計寸法通りに仕上げ
ることができる。例えば、このパターン５ｃの最小寸法
を０．３２μｍ以上にすれば、充分に寸法変動が許容範
囲（通常、この許容範囲は±１５％程度である）に収ま
る。

【００２２】また、本実施例では、マスク１０のパター
ン原画が、密度の同一なパターン５ａ、５ｂを１つの長
方形領域、すなわち１つの領域に集めたように形成した
ので、半透明膜１５によって光量の調整をする領域を１
つにすることができ、半透明膜１５のパターニングが容
易である。

【００２３】次に、本発明の第２実施例について図５乃
至図７を参照して説明するが、上記実施例と同様な部分
については、同一の符号を付し、その説明は省略する。

【００２４】本実施例のマスク２０は、上記実施例と同
様に、マスク基板１１の上面にＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−ｏｎ
−Ｇｌａｓｓ）でなる半透明膜１５’が設けられ、その
マスク基板１１の下面には、クロム膜１２によってパタ
ーン原画が形成されている。図５のＡの二点鎖線で囲ま
れる（マスク基板１１の下面に形成されている）長方形
領域Ｉには、ロジック用のセルが形成されており、これ
はパターン６ａから構成されている。パターン６ａは図
６のＡで示されるような格子形状の溝１３ａができるよ
うに、すなわち長方形のクロム膜１２ａ’が整列した形
状をしており、その形状の最小寸法となる溝の幅Ｇ３は
０．２０μｍである。また、図５のＢの一点鎖線で囲ま
れる（マスク基板１１の下面に形成されている）領域Ｊ
にはＤＲＡＭ用のセルが形成されており、これはパター
ン６ｂから構成されている。これは図６のＢで示される
ような段違いの平行な２本線の端部を斜めに結んだよう
な形状が複数、整列しているクロム膜１２ｂ’が形成さ
れていて、その形状の最小寸法となるクロム膜１２ｂ’
の幅Ｇ４は０．２０μｍである。このパターン６ａ、６
ｂを有するマスク２０を、上記実施例とウェーハ１７以
外の条件を同じにして露光する。すなわち、本実施例で
は、ウェーハ１７の代わりに図７に示されいるウェーハ
１８を用いる。このウェーハ１８は下方からシリコン層
１８ｄ、ＳｉＯ₂ 層１８ｃ、１５０ｎｍのＳｉＮ層１８
ｂ、５０ｎｍの多結晶シリコン層１８ａが積層されたウ
ェーハ１８である。

【００２５】このとき、パターン６ａの最小寸法０．２
０μｍが設計寸法通りに仕上がる露光量は２４．５ｍＪ
／ｃｍ² であり、パターン６ｂの最小寸法０．２０μｍ
が設計寸法通りに仕上がる露光量は２２．０ｍＪ／ｃｍ
² である。従って、露光量２４．５ｍＪ／ｃｍ² を照射
したときに、露光量２２．０ｍＪ／ｃｍ² とする透過
率、すなわち８９．８％の半透明膜１５’をパターン６
ｂの裏面に相当する位置（図において網目で示されてい
る領域Ｈ’）に形成する。本実施例では、半透明膜１
５’は吸収係数ｋが０．００６８のＳＯＧであるので、
８９．８％の透過率とするには、上記（１）式より３１
０ｎｍの膜厚で半透明膜１５’を形成すればよい。すな
わち、スピンコートによりＳＯＧを均一に堆積させた
後、領域Ｈ’の以外の半透明膜１５’を除去して、半透
明膜１５’を形成する。

【００２６】このマスク２０に、露光量が２４．５ｍＪ
／ｃｍ² の光を照射する。すると、照射された光のうち
マスク基板１１のみを透過する光により、パターン６ｂ
がウェーハ１８上に投影される。他方、照射された光の
うち半透明膜１５’とマスク基板１１とを透過して、そ
の露光量が２２．０ｍＪ／ｃｍ² に減少させられた光に
より、パターン６ａがウェーハ１８上に投影される。す
なわち、パターン６ａ、６ｂのそれぞれが、適切な露光
量で露光される。従って、同一ウエハ上（又は同一チッ
プ上）に異なる密度のパターンであっても、同時に、設
計寸法通りに仕上げることができる。

【００２７】以上、本発明の各実施例について説明した
が、本発明はこれらに限定されることなく、本発明の技
術的思想に基づいて、種々の変形が可能である。

【００２８】例えば、上記実施例では、マスク基板とし
て石英板を用いて、またマスクに形成されるパターン５
ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂを遮光材料であるクロム膜
１２を用いて形成したが、マスク基板として低膨張ガラ
スやソーダライムガラスなどの他の材料を用いたり、パ
ターンを描く遮光材料として、例えば酸化鉄などの他の
材料を用いて形成してもよい。更に、上記実施例では、
半透明膜１５、２５の材料として、ＰＳＧ、ＳＯＧを用
いたが、その他の材料、例えば（スパッタにより成膜さ
れる）ＭｏＳｉＯ_x Ｎ_y ：Ｈ（吸収係数ｋ＝０．５）や
（ＣＶＤにより成膜される）Ｓｉ_x Ｎ_y （吸収係数ｋ＝
０．００３５）や（スパッタにより成膜される）Ｃｒ_x
Ｏ_y （吸収係数ｋ＝０．１〜０．５）などで形成するよ
うにしてもよい。

【００２９】また、上記実施例では、所定の透過率を得
るために、半透明膜の膜厚のみを変えたが、例えばＣｒ
_x Ｏ_y を用いる場合など、半透明膜の成膜条件を変えて
物質の吸収率と膜厚との両方を変えることによって、半
透明膜の透過率を所定の値にするようにしてもよい。

【００３０】更に、上記実施例では、上記実施例では、
ロジック用のセルの領域Ｄ、ＩとＤＲＡＭ用のセルの領
域Ｅ、Ｊとの２つの密度が異なる２つのパターンを有す
るパターン原画を対象として説明した。すなわち、１つ
の透過率を有する半透明膜を設けることによって光量を
調節した。しかしながら、図８に示されるような密度が
異なる２つ以上のパターンｐ、ｑ、ｒが共存するマスク
３０に適用することもできる。一点鎖線で囲まれた領域
Ｐには、設計寸法通りに仕上がる露光量が小さいパター
ンｐが形成されており、二点鎖線で囲まれた領域Ｑに
は、設計寸法通りに仕上がる露光量が最も大きいパター
ンｑが形成されており、三点鎖線で囲まれた領域Ｒに
は、パターンｐが設計寸法通りに仕上がる露光量とパタ
ーンｑが設計通りに仕上がる露光量との間の露光量で、
設計寸法通りに仕上がるパターンｒが形成されている。
そして、マスク基板１１のパターンｐ、ｑ、ｒが描かれ
ている表面（図において下面）と反対側の面（図におい
て上面）の領域Ｐと領域Ｒの領域に、パターンｑが設計
寸法通りに仕上がる露光量の光を照射したときに、それ
ぞれの領域において最適な露光量となるような透過率を
有する半透明膜３５を設ける。すなわち、パターンｐの
露光量はパターンｒの露光量より小さいので、領域Ｐの
裏面に形成されている半透明膜３５ａ（図８のＡでは粗
い網目で示されている）の厚さｈ₁ を、領域Ｒの裏面に
形成されている半透明膜３５ｂ（図８のＡでは細かい網
目で示されている）の厚さｈ₂ より厚くして所定の透過
率を得る。なお、図８のＡにおいて、斜線は厚さｈ₂ の
半透明膜３５ａが形成されている部分を示しており、網
目で示されている部分は、厚さｈ₁ の半透明膜３５ｂが
形成されている部分を示している。このとき、半透明膜
３５は、例えば、半透明膜３５を厚さｈ₁ まで形成した
後、例えば領域Ｐ以外の部分を厚さｈ₂ にまでエッチン
グし、その後、領域Ｑの部分の裏面に形成されている半
透明膜をすべて除去するようにして形成すればよい。な
おまた、厚さを調整することによってそれぞれ所望の透
過率を得るようにしているが、形成する半透明膜の材質
を変えて、所望の透過率を得るようにしてもよい。

【００３１】更に、このとき、図８のＡにおいて、半透
明膜３５ａ、３５ｂの端部にまたがってパターンが形成
される場合には、このパターンは露光量の異なる光で露
光される部分を有するので、ウェーハ上に形成されるラ
イン又はスペースの幅が常に許容範囲となる最小寸法を
有するパターンとする。そうすれば、このパターンも設
計寸法通りに仕上げることができる。更に、多数の異な
るパターン密度を有するセルのパターン原画を露光する
場合には、１つの露光量で露光したときに許容範囲内と
することのできるパターンを集め、近接した領域にパタ
ーン密度が大きく異なるパターンが混在しないようにす
れば、露光量を細かく調節する必要がなく、半透明の形
成を容易にすることができる。なお、上記実施例では、
同一のパターン５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂを長方形領域に
形成するとしたが、図８のＡにおいて領域Ｒで示される
ように、同一のパターンは長方形でなくとも他の形状で
集まるようにしてもよい。

【００３２】また、上記実施例では、波長２４８ｎｍの
エキシマ・レーザーを用いた縮小投影露光装置による光
リソグラフィ技術について説明したが、他の波長を用い
たものにも適用可能であり、またその他の露光装置、例
えば密着露光装置や近接露光装置を用いたリソグラフィ
技術にも適用可能である。なお、上記実施例では、２次
光源をフラット光源としたが、２次光源を、例えばガウ
シャンビーム（Ｇａｕｓｓｉａｎｂｅａｍ）、輪帯照
明、四重極照明などにしてもよく、この場合も、２次光
源とマスク１０、２０との間にコンデンサ・レンズ５７
を配設すれば、マスクを一様に照射できる。

【００３３】

【発明の効果】以上、述べたように本発明の半導体装置
製造用マスクによれば、設計寸法通りに仕上がる露光量
が異なる複数のパターンを有するパターン原画でも、同
時に、設計寸法通りに形成することができる。また、プ
ロセス条件を変更する際でも、その変更に応じて、容易
に、設計寸法通りに仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による半導体装置製造用マ
スクを示し、Ａは平面図であり、ＢはＡにおける［Ｂ］
−［Ｂ］線方向の正面断面図である。

【図２】本発明の半導体装置製造用マスクを用いるエキ
シマレーザ・ステッパーの構成を示す概略図である。

【図３】本発明の第１実施例による半導体装置製造用マ
スクに形成されたパターンを示し、Ａは図１のＡの領域
Ｉに形成されるロジックゲートパターンを示し、Ｂは図
１のＡの領域Ｊに形成されるＤＲＡＭゲートパターンを
示している。

【図４】本発明の第１実施例による半導体装置製造用マ
スクのパターン原画が投影されるウェーハの構成を示す
正面断面図である。

【図５】本発明の第２実施例による半導体装置製造用マ
スクを示し、Ａは平面図であり、ＢはＡにおける［Ｂ］
−［Ｂ］線方向の正面断面図である。

【図６】本発明の第２実施例による半導体装置製造用マ
スクに形成されたパターンを示し、Ａは図５のＡの領域
Ｊのロジックゲートパターンを示し、Ｂは図５のＡの領
域ＩのＤＲＡＭゲートパターンを示している。

【図７】本発明の第２実施例による半導体装置製造用マ
スクのパターン原画が投影されるウェーハの構成を示す
正面断面図である。

【図８】本発明の変形例による半導体装置製造用マスク
を示し、Ａは平面図であり、ＢはＡにおける［Ｂ］−
［Ｂ］線方向の正面断面図である。

【図９】マスクサイズによる孤立ラインのライン＆スペ
ースに対する変動率を示す図である。

【図１０】本発明の従来例によるマスクパターンを示す
図である。

【図１１】図１０のマスクパターンによって実際に形成
されたパターンを示し、Ａは露光量を１２．０ｍＪ／ｃ
ｍ² としたときを示し、Ｂは露光量を１５．５ｍＪ／ｃ
ｍ² としたときを示している。

【符号の説明】

５ａ、５ｂ、５ｃ、６ａ、６ｂ……パターン、１０……
マスク、１１……マスク基板、１２……クロム膜、１
５、１５’……半透明膜、１７、１８……ウェーハ、２
０……マスク、３０……マスク、３５……半透明膜、
Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｉ、Ｊ、Ｐ、Ｑ、Ｒ……パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の製造工程におけるフォトリ
ソグラフィ工程で用いられ、透明なマスク基板の表面に、遮光材料でなる膜によりパ
ターン原画が描かれている半導体装置製造用マスクにお
いて、前記マスク基板の裏面に、少なくとも一部分に半透明膜
を設け、前記パターン原画が投影されるウェーハに照射する光
が、前記半透明膜を透過することによって、前記光の光量を所定の量へと減少させることを特徴とす
る半導体装置製造用マスク。
【請求項２】前記パターン原画が、密度が異なる複数
のパターンより構成され、前記パターンの前記密度に応じて、前記光の光量を変え
るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置製造用マスク。
【請求項３】前記パターンのうち、前記半透明膜を透過した前記光の光量によって投影され
る部分と、該半透明膜と異なる透過率を有する他の一部分の半透明
膜を透過する前記光の光量及び／又は前記マスク基板の
みを透過する前記光の光量によって投影される部分とを
有するパターンにおける最小寸法が、該パターンが前記ウェーハ上に投影されて該ウェーハ上
に形成される際に、該ウェーハ上に形成された前記パターンの最小寸法が、
常に許容寸法内で形成されるような寸法であることを特
徴とする請求項２に記載の半導体装置製造用マスク。
【請求項４】前記パターン原画が、前記密度が同一で
あるパターンを１つの領域に集めた原画であることを特
徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置製造
用マスク。