JP2001272766A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 迷光に起因するレジストの解像力の劣化、露
光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確
に把握し、迷光の影響を低減する。 【解決手段】 フォトマスクの製造方法において、テス
トパターンの中心座標から距離Ｒ以内の領域における被
覆率をＣ％とし、ＲとＣの値を変化させた測定用マスク
のパターンをレジストに露光した後、形成されたレジス
トパターンからＲとＣの値が異なるパターン線幅Ｌを測
定し、線幅Ｌの露光量と焦点深度の依存性をマトリック
ス状に測定した値から、Ｃ，Ｒの領域でのプロセス裕度
を測定し、測定されたプロセス裕度から求まる、所定の
露光量裕度での最大焦点深度をＣとＲの関数として等高
線グラフを作成し、所定の最大焦点深度が必要な場合に
これを満足する距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求め、
フォトマスクのパターン設計時にＲｎ内の領域がＣｎ％
を満足するようにパターンを再配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体のリソグラ
フィに用いるフォトマスクに係わり、特にレジストパタ
ーンのプロセス裕度を劣化させる迷光の影響の定量化を
基にして、フォトマスクのＬＳＩパターン配置に補正を
かけるためのフォトマスクの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上にＬＳＩパターンを形成す
る場合、基板上の被加工膜上にレジストなどの放射線感
光材料を塗布し、ステッパやスキャナなどの縮小投影露
光装置を用いて露光及び現像を行う。ＬＳＩパターンを
感光材料に形成する工程において、屈折光学系型露光装
置を用いる場合、光源から出た光は縮小レンズ系と投影
レンズ系によって、その間に位置するフォトマスク上に
形成されたＬＳＩパターン像をレジストに忠実にパター
ン転写することになる。そして、形成されたレジストパ
ターンを基に被加工膜をパターニングする。

【０００３】ところで、この種のパターン転写に用いら
れるフォトマスクは、一般に厚いガラス基板の上に遮光
膜として薄膜状のクロムや酸化クロムなどのパターンが
形成された構造となっている。しかし、実際には光が通
過する際には、ガラスとクロム、或いはクロムと空気の
屈折率の差は非常に大きく、このような光は露光装置内
で複雑な散乱や干渉を生じる。このために、光源から出
た全露光量の光の中には、理論的に予想される光学経路
以外の光学経路を通過する光となってレジスト上に照射
されるものが存在する。

【０００４】このような現象は迷光と呼ばれ、露光光源
の短波長化や低コントラストでもパターン転写できるレ
ジストの使用などにより、無視できないノイズとなって
レジストの解像力を低下させたり、露光量裕度や焦点深
度を劣化させることが知られている。しかも、このよう
な現象は、マスク上のクロムや酸化クロムの被覆率に応
じて大きく異なることから、マスクにおける遮光膜の被
覆率とレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度
の劣化の程度を正確に把握することが、安定な半導体デ
バイスを製造する上で不可欠となっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、フォ
トマスクのパターンをレジストに転写する工程において
は、迷光の影響でレジストの解像力が低下したり、露光
量裕度や焦点深度が劣化する問題があり、このような現
象はマスク上の遮光膜の被覆率に応じて異なってくると
いう問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、迷光に起因するレジス
トの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度
に対する依存性を正確に把握することができ、迷光の影
響が低減されたリソグラフィプロセスの実現に寄与し得
るフォトマスクの製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。

【０００８】即ち本発明は、フォトマスクの製造方法に
おいて、テストパターンの中心座標から距離Ｒだけ離れ
た領域内にのみ開口があり、該開口における遮光部の被
覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、被覆率Ｃ％，半径
Ｒの領域でのプロセス裕度を測定する工程と、測定され
たプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での最大
焦点深度或いは所定の焦点深度での最大露光量裕度を、
被覆率Ｃ％と距離Ｒの関数にして等高線グラフとして出
力する工程と、所定の最大焦点深度Ａ或いはある最大露
光量裕度Ｂが必要であると考えた場合に、これらを満足
する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃ
ｎ％を求める工程と、パターン設計時に前記距離Ｒｎ内
の領域が被覆率Ｃｎ％を満足するように、パターンを再
配置する工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】また本発明は、フォトマスクの製造方法に
おいて、テストパターンの中心座標から距離Ｒ以内のパ
ターン領域の外側を遮光領域とし、パターン領域におけ
る遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、Ｒと
Ｃの値をそれぞれ変化させた測定用マスクを用い、この
測定用マスクのパターンを試料上のレジストに露光し、
且つ露光量と焦点深度を異ならせた露光条件で複数回の
露光を行う工程と、前記露光により前記試料上に形成さ
れたレジストパターンから、前記露光条件，Ｒ，Ｃの値
が異なる各パターンの線幅Ｌをそれぞれ測定する工程
と、前記測定された線幅Ｌに基づいて、該線幅Ｌにおけ
る露光量と焦点深度の依存性をマトリックス状に測定し
た値から、被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度
を測定する工程と、前記測定されたプロセス裕度から求
まる、所定の露光量裕度での最大焦点深度或いは所定の
焦点深度での最大露光量裕度を、被覆率Ｃ％と距離Ｒの
関数にして等高線グラフとして出力する工程と、所定の
最大焦点深度Ａ或いは最大露光量裕度Ｂが必要であると
考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中の任意
の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程と、フォ
トマスクのパターン設計時に前記距離Ｒｎ内の領域が被
覆率Ｃｎ％を満足するように、パターンを再配置する工
程とを含むことを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。 (1) パターンを再配置する工程として、被覆率が不足す
る場合には距離Ｒｎ内の領域の総面積を算出した後に所
定の面積分だけダミーパターンを配置し、被覆率が過剰
な場合には所定の面積分だけパターンを削除すること。 (2) 被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度をシミ
ュレーションにより求めること。

【００１１】（作用）本発明の骨子は、マスクにおける
遮光膜の被覆率とレジストの解像力の劣化、露光量裕度
や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確に把握
し、ＬＳＩパターン設計時の指針とするためのテストマ
スクパターンを提案することにある。即ち本発明では、
図１に示すように、線幅１３０ｎｍのポジ型レジスト断
面形状が、様々なＣｒ被覆率のマスクを使って露光した
場合に変化することが実験的に確認されており、このよ
うなレジスト特性のＣｒ被覆率依存性をより厳密に定量
的に測定する方法を提供する。

【００１２】定量化の方法は、図２に示すように、迷光
の影響が、ある特定のパターンの座標０から距離Ｒｎだ
け離れた領域内からだけ迷光の影響を受けるようなテス
トマスクを使って、特定のパターンからどれだけ離れて
いる場合にどれだけ迷光の影響があるかを実験的に求め
る。実際には、マスクのＣｒ被覆率をＣ％（１００≧Ｃ
≧０）として、Ｃの値を様々に変化させたときの、特定
パターンの線幅Ｌを測定する。この線幅Ｌの露光量と焦
点深度の依存性をマトリックス状に測定した値から、例
えばＥＤ−Ｔｒｅｅ解析などの方法により、ある被覆率
Ｃ％で且つある半径Ｒｎの領域でのプロセス裕度が測定
できる。

【００１３】次に、例えばこれらのプロセス裕度から求
まる、ある露光量裕度での最大焦点深度（ＤＯＦ）値
を、図３に示すような被覆率Ｃ％と特定パターンからの
距離Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する。この
グラフを基に設計すべきＬＳＩパターンへの補正のため
に、距離Ｒｎで有限の被覆率Ｃ％が得られるように、Ｄ
ＯＦ値（ａ〜ｇ）における最大距離Ｒよりも短い距離Ｒ
ｎを選択する。

【００１４】そして、設計時には特定のパターンからの
距離Ｒｎ内の領域が図中の被覆率Ｃ％を満足するよう
に、例えば被覆率が不足する場合には領域内の総面積を
算出した後に所定の面積分だけダミーパターンを配置し
たり、被覆率が過剰な場合には所定の面積分だけパター
ンを削除する。

【００１５】このようにして本発明によれば、迷光に起
因するレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度
の劣化の程度に対する依存性を正確に把握することがで
き、これにより迷光の影響が低減されたリソグラフィプ
ロセスの実現に寄与することが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００１７】図４は測定用マスクに形成したテストパタ
ーンを示す図、図５はテストパターンを試料上に露光す
る様子を示す図、図６は本実施形態におけるパターン補
正操作を説明するためのフローチャートである。

【００１８】まず、図４（ａ）に示すように測定用マス
クのパターンとして、ウェハ上で半径５μｍの円形にな
るような領域１に、ウェハ上で１３０ｎｍのＬ／Ｓとな
るようなテストパターン２を配置し、その領域１の中心
から半径Ｒのパターン領域３内の被覆率をＣ％とした複
数のパターンを用意した。具体的には、図４（ｂ）に示
すように、領域１の中心から半径１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍ
ｍ，４ｍｍ，５ｍｍと変化させた領域３内を、それぞれ
被覆率Ｃ％が１０％，２０％，３０％，４０％，５０
％，６０％，７０％，８０％，９０％，１００％となる
ように、ウェハ上で２５０ｎｍのＬ／Ｓパターンを領域
３内に配置して変化させる。

【００１９】なお、半径Ｒの領域３の外側は遮光膜によ
り完全に覆われている。つまり、遮光膜に半径Ｒ（１，
２，３，４，５ｍｍ）の開口（パターン領域３）が複数
個設けられ、これらの開口内に上記の各被覆率でテスト
パターン２がそれぞれ形成されている。

【００２０】このような様々なパターンを配置した測定
用マスクを準備し、図５に示すように露光装置を用い
て、測定用マスク１０のパターンを投影レンズ２０によ
り試料３０上に転写した。

【００２１】具体的には、Ｓｉウェハ３１上に膜厚６０
ｎｍの下層反射防止膜３２（ＡＲ３：シプレイ社製）を
成膜後、膜厚３００ｎｍの化学増幅型レジスト３３（Ｋ
ＲＦ−Ｍ６０Ｇ：ＪＳＲ製）をＰＡＢ（Post Apply Bak
e）で１４０℃，９０秒の条件で塗布する。この試料３
０に対し、ＮＡ＝０．６８，σ＝０．７５，２／３輪帯
照明条件のＫｒＦエキシマレーザ露光装置（ＮＳＲ−Ｓ
２０３Ｂ：ニコン社製）を用い、上記のマスクパターン
をレジスト３３に転写する（Ｓ１）。

【００２２】この転写工程においては、後述するＥＤ−
Ｔｒｅｅ解析を行うために、露光量と焦点深度を少しず
つ変え、異なる露光条件で試料上の複数箇所に上記のマ
スクパターンの転写を行った。

【００２３】露光後にＰＥＢ（Post Exposure Bake）を
１４０℃で９０秒間行い、２．３８％の有機アルカリ現
像液（ＴＭＡＨ）で９０秒間現像する（Ｓ２）。このと
きの露光量は、１３０ｎｍのＬ／Ｓパターンが所望寸法
通りに仕上がるように設定する。そして、得られたＬ／
Ｓパターンの寸法をそれぞれ測定する（Ｓ３）。即ち、
ＲとＣの異なるＬ／Ｓパターンの線幅を露光条件毎に測
定する。

【００２４】次いで、Ｌ／Ｓパターンの線幅１３０ｎｍ
の露光量と焦点深度の依存性をマトリックス状に測定し
た値から、ＥＤ−Ｔｒｅｅ解析により、ある被覆率Ｃ％
でかつ、ある半径Ｒｎの領域でのプロセス裕度を測定す
る（Ｓ４）。

【００２５】次いで、このプロセス裕度の測定値から、
１０％露光量裕度での最大焦点深度（ＤＯＦ）を、前記
図３に示すような被覆率Ｃ％と特定パターンからの距離
Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する（Ｓ５）。
図中のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇはａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜
ｅ＜ｆ＜ｇの関係にあり、ＤＯＦが大きいほど許容され
る被覆率Ｃ％の範囲が広くなっている。ちなみに、Ｒｎ
の距離において、ＤＯＦ＝ｄでは被覆率Ｃ％は３５〜６
５％となり、ＤＯＦ＝ｅでは被覆率Ｃ％は２５〜７５％
となっている。

【００２６】設計時には特定のパターンからの距離Ｒｎ
内の領域が図中の被覆率Ｃ％を満足するように、例えば
被覆率が不足する場合には領域内の総面積を算出した後
に所定の面積分だけダミーパターンを配置したり、被覆
率が過剰な場合には所定の面積分だけパターンを削除す
る（Ｓ６）。

【００２７】このようにしてパターンを再配置したフォ
トマスクを用いてＬＳＩパターンを試料上に転写したと
ころ、レジストパターンにおける断面形状は先端部が細
ったり太ったりすることはなく、全ての位置で良好なも
のとなった。つまり、迷光の影響が低減されたリソグラ
フィプロセスを実現することができ、フォトマスクのパ
ターンを試料上に精度良く転写することができた。

【００２８】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、図３に示すようなグ
ラフを得るために実際に測定用マスクを用いてそのパタ
ーンをレジストに転写したが、必ずしもこのような実験
を行う必要はなく、これをシミュレーションによって求
めてもよい。また、マスクの材料は石英やクロムに限る
ものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。

【００２９】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、フ
ォトマスクにおける遮光部の被覆率とレジストの解像力
の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依
存性を正確に把握できる測定用マスクを用いて予め実験
を行い、ある特定の照明条件におけるマスクの被覆率の
ルールを作成し、これをＬＳＩパターン設計時の指針と
することにより、迷光の影響が低減されたリソグラフィ
プロセスを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためのもので、Ｃｒ被
覆率に対するレジストパターン断面形状の変化を示す
図。

【図２】本発明の原理を説明するためのもので、テスト
パターンと半径Ｒの開口領域との関係を示す図。

【図３】本発明の原理を説明するためのもので、ある露
光量裕度でのＤＯＦ値を被覆率Ｃ％と特定パターンから
の距離Ｒの関数として等高線グラフとして示す図。

【図４】本発明の一実施形態を説明するためのもので、
測定用マスクに形成したテストパターンを示す図。

【図５】本発明の一実施形態を説明するためのもので、
テストパターンを試料上に露光する様子を示す図。

【図６】本発明の一実施形態を説明するためのもので、
パターン補正操作を説明するためのフローチャート。

【符号の説明】

１…Ｌ／Ｓパターン形成領域 ２…Ｌ／Ｓパターン ３…半径Ｒの領域（パターン領域） １０…測定用マスク １１…石英基板 １２…クロムパターン ２０…投影光学系 ３０…試料 ３１…Ｓｉウェハ ３２…反射防止膜 ３３…レジスト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テストパターンの中心座標から距離Ｒだけ
   離れた領域内にのみ開口があり、該開口における遮光部
   の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、被覆率Ｃ％，
   半径Ｒの領域でのプロセス裕度を測定する工程と、測定
   されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での
   最大焦点深度或いは所定の焦点深度での最大露光量裕度
   を、被覆率Ｃ％と距離Ｒの関数にして等高線グラフとし
   て出力する工程と、所定の最大焦点深度Ａ或いはある最
   大露光量裕度Ｂが必要であると考えた場合に、これらを
   満足する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範
   囲Ｃｎ％を求める工程と、パターン設計時に前記距離Ｒ
   ｎ内の領域が被覆率Ｃｎ％を満足するように、パターン
   を再配置する工程とを含むことを特徴とするフォトマス
   クの製造方法。
2. 【請求項２】テストパターンの中心座標から距離Ｒ以内
   のパターン領域の外側を遮光領域とし、パターン領域に
   おける遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、
   ＲとＣの値をそれぞれ変化させた測定用マスクを用い、
   この測定用マスクのパターンを試料上のレジストに露光
   し、且つ露光量と焦点深度を異ならせた露光条件で複数
   回の露光を行う工程と、 前記露光により前記試料上に形成されたレジストパター
   ンから、前記露光条件，Ｒ，Ｃの値が異なる各パターン
   の線幅Ｌをそれぞれ測定する工程と、 前記測定された線幅Ｌに基づいて、該線幅Ｌにおける露
   光量と焦点深度の依存性をマトリックス状に測定した値
   から、被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度を測
   定する工程と、 前記測定されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量
   裕度での最大焦点深度或いは所定の焦点深度での最大露
   光量裕度を、被覆率Ｃ％と距離Ｒの関数にして等高線グ
   ラフとして出力する工程と、 所定の最大焦点深度Ａ或いは最大露光量裕度Ｂが必要で
   あると考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中
   の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程
   と、 フォトマスクのパターン設計時に前記距離Ｒｎ内の領域
   が被覆率Ｃｎ％を満足するように、パターンを再配置す
   る工程とを含むことを特徴とするフォトマスクの製造方
   法。
3. 【請求項３】前記パターンを再配置する工程として、被
   覆率が不足する場合には前記距離Ｒｎ内の領域の総面積
   を算出した後に所定の面積分だけダミーパターンを配置
   し、被覆率が過剰な場合には所定の面積分だけパターン
   を削除することを特徴とする請求項１又は２記載のフォ
   トマスクの製造方法。
4. 【請求項４】前記被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセ
   ス裕度をシミュレーションにより求めることを特徴とす
   る請求項１記載のフォトマスクの製造方法。