JP3959212B2

JP3959212B2 - マスクパターン補正方法とそれを用いた露光用マスク

Info

Publication number: JP3959212B2
Application number: JP27232699A
Authority: JP
Inventors: 龍明久慈; 耕治橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-27
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2019-09-27
Also published as: JP2001092107A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に適用されるリソグラフィ工程で用いられる露光用マスクのパターン補正方法とそれを用いた露光用マスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化、高速化に伴い、デバイスパターンの寸法制御に対する要求が益々厳しくなってきている。プロセスの誤差に起因する寸法変動、すなわち、設計寸法と仕上がり寸法の差を補正する手段として種々のＯＰＣ（Optical Proximity Correction）手法が提案されている。ＯＰＣ手法とは、ウェハのトータルプロセスを考慮したり、光学シミュレーションを駆使して部分的にマスクパターンの幅を広くしたり、ダミーパターンを配置するものである。特にプロセスの誤差に起因する光近接効果（Optical Proximity Effect、以下、ＯＰＥを称す）、つまり、パターンの疎密による寸法差を補正するＯＰＣ手法が数多く提案されている。これらＯＰＣ手法では、実験やシミュレーションによりマスクパターンを補正するための補正テーブルが作成される。しかし、実験によるマスク補正テーブルの作成の簡便さ、マスク補正の精度、補正処理時間の全てを満足するＯＰＣ手法はまだ確立されていない。
【０００３】
ＯＰＣ手法としては、例えば１９９４年にＩＢＭのL.W.Liebmanにより提案されたBuckets方式（Optical Proximity Correction, a First Look at Manufacture SPIE Vol.232 Photo Mask Technology and Management(1994)）が良く知られている。以下これについて説明する。
【０００４】
先ず、トータルプロセスを経たウェハでＡＣＬＶ（Across the Chip Line Width Variation）と称するＴＥＧ（Test Element Group）を用いて、設計寸法と仕上がり寸法の差としての寸法変動量と、隣接パターンとの距離の関係（パターン疎密依存性）が電気的に測定される。
【０００５】
すなわち、図１５に示すような、測定用マスクの測定パターンと、この測定パターンに隣接するパターンの間隔Sを変化させた複数の測定用マスクを用いて、ウェハ上にレジストパターンを形成し、このレジストパターンの測定パターンの片側エッジ当たりの寸法変動を求める。
【０００６】
図１６は、この測定結果を示しており、パターン相互間の距離S（ｘ軸）と片側エッジ当たりの寸法変動量（ｙ軸）の関係を示している。図１６より、所望の寸法からの寸法変動量がゼロの点を基準としてマスク描画装置のウェハ上における最小グリッド幅で分割することにより、マスク描画装置のグリッドに対応した電気特性上の点を摘出する。この摘出された点のｘ座標（a）（ｂ）（ｃ）により、１グリッド分の補正領域、２グリッド分の補正領域、３グリッド分の補正領域が決定され、図１７に示すマスクの補正ルールテーブルが作成される。すなわち、図１７に示す補正値において、パターンの距離Sが（ａ）以下である場合補正値はゼロであり、距離Sが（ａ）＜S≦（ｂ）乃至Ｓ＞（ｃ）に従って、補正値は−１ＧＲＩＤ乃至−３ＧＲＩＤ、すなわち１グリッド分ずつマスクパターンが細くされる。この手法を用いることにより、パターンの疎密による所望の寸法からの寸法差が図１６に示すように、Δ１からΔ２まで低減される。
【０００７】
上記方法によれば、平坦化された下地層上のパターンの疎密に対しては高精度な補正が可能である。しかし、下地層に段差が存在するデバイスに対しては次に述べるように、光学的な段差により生じるレジスト寸法、エッチング変換差の違いによる寸法差の補正をすることができない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近時、複雑なデバイス構造に伴い下地層の構成が多様化され、デバイスパターンの寸法精度を悪化させている。下地層が例えば同一の基板、あるいはシリコン酸化膜にそれぞれ反射防止膜(反射防止膜:Anti Reflective coating）の膜厚を変えて塗布し、これら反射防止膜に同じ露光条件でレジストパターンを転写する場合を考える。
【０００９】
図１８は、露光光吸収量のレジスト膜厚依存性のシミュレーション結果を示している。レジスト膜の中に取り込まれた露光光は、レジスト膜中で多重干渉を繰り返すが、多重干渉の度合いが反射防止膜の膜厚によって異なる。このため、同じ露光条件にも拘わらず、ウェハ毎にパターンの寸法差が生じる。
【００１０】
この事実を実デバイスに置き換えて考えると、下地層に段差が存在し、反射防止膜の膜厚が異なる箇所に同じ設計寸法のパターンを転写すると、これらのパターンの寸法は一致しないことになる。この下地層の段差による反射防止膜の膜厚の差を無くすため、様々な反射防止膜が提案され、実用化されている。しかし、下地層の段差による反射防止膜の膜厚の差を完全にゼロとすることは困難である。
【００１１】
次に、従来のマスクを使用した場合の問題点について説明する。
【００１２】
図１９に示すような従来の露光用マスク１９０を用いて、図２０、図２１に示すように、層間絶縁膜２００に形成された例えばトレンチのような段差２０１の両側に周期的にラインを転写するようなデバイスを考える。図１９において、マスク１９０は、例えばクローム（Ｃｒ）からなる複数の遮光パターン１９１を有している。これら遮光パターン１９１は同一の幅を有し、段差２０１の両側に対応して配置されている。
【００１３】
図２１に示すように、層間絶縁膜２００の表面に反射防止膜２０２が塗布され、この反射防止膜２０２の上にマスク１９０を用いて、レジストパターン２０３が形成される。反射防止膜２０２の膜厚は段差２０１からの距離に応じて次第に厚くなっている。このため、反射防止膜２０２上に形成されたレジストパターンの寸法Ａ’〜Ｄ’は、遮光パターン１９１の幅が同一寸法にも拘わらず寸法差が生じてしまう。また、このレジストパターンを用いて層間絶縁膜２０２をエッチングした後、層間絶縁膜２０２内に形成されるパターン形状の仕上がり寸法を考えた場合、反射防止膜の膜厚の差によってエッチング変換差が異なり、Ａ’〜Ｄ’の寸法差を生じる。
【００１４】
次に、図２２に示すような従来のマスク２２０を用いて、図２３、図２４に示すように、層間絶縁膜２３０に形成された例えばコンタクトホールのような複数の段差２３１を有するデバイスに、周期的に配線を形成する場合を考える。
【００１５】
図２４に示すように、コンタクトホールのような複数の段差２３１を有する層間絶縁膜２３０上に反射防止膜２３２が塗布され、この反射防止膜２３２の上にマスク２２０を用いて図示せぬレジストパターンが形成される。この場合も、前述したように、段差２３１からの距離に応じて反射防止膜２３２の膜厚が異なっている。このため、反射防止膜２３２上に形成されたレジストパターン２３３の寸法はばらつく。したがって、このレジストパターン２３３を用いて配線を形成した場合、段差２３１の近傍で配線の幅が細くなり、配線の形状が変形してしまう。
【００１６】
以上のように、パターンの疎密に基づく寸法差だけではなく、反射防止膜の膜厚差によってもレジストパターンやパターン形状の仕上がり寸法が変化する。このため、これらパターンの疎密及び反射防止膜の膜厚差も考慮した高精度のマスクパターンの補正方法及びそれを用いた露光用マスクが要望されている。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、パターンの疎密に基づく寸法差だけではなく、反射防止膜の膜厚差も考慮した高精度のマスクパターンの補正方法及びそれを用いた露光用マスクを提供しようとするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明のマスクパターン補正方法の態様は、段差が形成された下地層の上方に上層パターンを形成する際、前記下地層の段差の端部からの距離の差により生じる前記下地層上の反射防止膜の膜厚の差に応じて前記上層パターンを形成するための遮光パターンの補正量を決定する。
【００１９】
前記補正量は、前記段差から離れて安定した仕上がり寸法が得られる部分を基準とし、前記段差から所定の距離の範囲毎に、マスク描画グリッドの整数倍に設定される。
【００２０】
本願発明の露光用マスクの態様は、段差が形成された下地層の上方に上層パターンを形成するための遮光パターンを有する露光用マスクであって、前記遮光パターンの幅が前記下地層の段差の端部からの距離の差により生じる前記下地層上の反射防止膜の膜厚の差に応じて補正されていることを特徴とする。
【００２１】
前記遮光パターンの幅は、下地層の段差の端部からの距離が近いほど補正量が多く設定されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
（第１の実施例）
図１は、本発明の第１の実施例を示す露光用マスクを示している。ここでは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、例えば層間絶縁膜２０に形成された例えばトレンチのような段差２１の両側に、周期的に同一の幅を有するラインを転写するようなデバイスを考える。図１において、マスク１０は、例えばクローム（Ｃｒ）からなる複数の遮光パターン１１を有している。これら遮光パターン１１は、段差２１の両側に対応して設けられ、後述するように、段差２１からの距離に応じてパターンの幅が相違されている。この実施例の場合、段差２１に最も近接する遮光パターン１１ａに対する補正量が最も多く、遮光パターン１１ａは最大の幅を有している。段差２１から離れるに従い補正量が少なくされ、遮光パターン１１ｂ、１１ｃの幅は次第に狭くされている、
図２（ａ）（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２０の表面には反射防止膜２２が塗布される。この反射防止膜２２の膜厚は、前述したように、段差２１からの距離に応じて次第に厚くなっている。しかし、本発明のマスク１０は、図１に示すように、段差２１からの距離に応じて遮光パターン１１の補正量を変えている。このため、図２（ａ）（ｂ）に示すように、反射防止膜２２上に形成されるレジストパターン２３の寸法を全て設計寸法Ａに仕上げることができる。
【００２４】
次に、マスクパターンの補正方法について説明する。
【００２５】
先ず、補正ルールテーブルを作成する。このため、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、平坦なウェハ３１、３２、３３の表面に、反射防止膜３４、３５、３６を形成する。これら反射防止膜３４、３５、３６の膜厚はそれぞれＴａ、Ｔｂ、Ｔｃとされている。これら膜厚の異なる反射防止膜３４、３５、３６が形成された各ウェハ３１、３２、３３にレジストを塗布し、このレジストに対して、このデバイスで使用するパターンを同一露光条件で形成する。この後、各反射防止膜３４、３５、３６上に形成されたレジストパターン３７、３８、３９の寸法を測定する。この測定は、例えば走査型電子顕微鏡により各レジストを撮像し、これにより得られた断面ＳＥＭ、寸法ＳＥＭ等を用いて測定する。
【００２６】
反射防止膜３４、３５、３６の膜厚Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、例えば図１８に示す膜厚ａ〜ｃに相当する。この範囲の膜厚では、同一条件で露光した場合、反射防止膜の膜厚が厚いほどレジスト寸法は大きくなる。
【００２７】
図４は、上記測定結果を示すものであり、各反射防止膜の膜厚Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに対するレジスト寸法の関係を示している。
【００２８】
次に、図５に示すように、このデバイスの実際の段差を有するウェハに所望の膜厚の反射防止膜を例えばスピンコータを用いて塗布する。すなわち、ウェハ５１には、例えばトレンチからなる段差５２が形成され、このウェハ５１に反射防止膜５３が塗布される。
【００２９】
この後、例えば走査型電子顕微鏡により上記デバイスが撮像され、これにより得られた断面ＳＥＭ、寸法ＳＥＭ等を用いて、段差５２の片方の端部からの距離Ｓと反射防止膜の膜厚Ｔを求める。
【００３０】
図６は、上記段差５２の片方の端部からの距離Ｓと反射防止膜の膜厚Ｔとの関係を示している。
【００３１】
図７は、図４に示す反射防止膜の膜厚Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃに対するレジスト寸法の関係と、図６に示す距離Ｓと反射防止膜の膜厚Ｔとの関係から求めた、段差の端部からの距離Ｓとレジスト寸法との関係を示している。これを元に、露光マスクの描画グリッドを基準とした補正ルールテーブルが作成される。
【００３２】
図８は、図７から作成した補正ルールテーブルを示している。この場合、補正値は、安定した仕上がり寸法が得られる距離ＳがＣ以上の部分を基準として設定され、所定の距離の範囲毎に、マスク描画グリッドの整数倍の補正値が設定されている。すなわち、Ｓ≧Ｃの範囲において補正値はゼロとされ、Ｃ＞Ｓ≧Ｂの範囲において、補正値は１ＧＲＩＤであり、１グリッド分マスクパターンの幅が広げられる。Ｂ＞Ｓ≧Ａの範囲において、補正値は２ＧＲＩＤ、Ａ＞Ｓの範囲において、補正値は３ＧＲＩＤとされ、それぞれ２グリッド分、３グリッド分マスクパターンの幅が広げられる。
【００３３】
図７に示す補正量は、パターンエッジに垂直、水平の両方向とも同じ値だけ付加され、その値はマスク描画最小グリッドの整数倍である。このような補正ルールテーブルを用い、マスクパターンを補正することにより、下地の段差からの距離によるレジスト寸法のばらつきをマスクの最小描画グリッドに抑えることができる。
【００３４】
また、第１の実施例に示す方法は、補正をＣＡＤ（Computer Aided Design）上のレイヤー構成によってのみ行うことができる。このため、データの処理時間を短縮できる利点を有している。
【００３５】
また、第１の実施例において、補正ルールテーブルの作成は、実験により実際にウェハ上にパターニングすることで段差からの距離と反射防止膜の膜厚の関係を求めている。しかし、この関係は光学シミュレーションなどによって求めることも可能である。
【００３６】
尚、上記第１の実施例では、レジストが所望の寸法になるような補正方法を示したが、これに限定されるものではなく、例えばエッチング後のパターン寸法に注目して段差の端部からの距離Ｓと仕上がり寸法のグラフを作成し、これを元にマスクの描画グリッドを基準とした補正ルールテーブルを作成することにより、仕上がり寸法を補正することも可能である。
【００３７】
また、補正ルールテーブルの補正値に従った遮光パターンの補正は、使用するレジストの種類や反射防止膜の性質に応じて、遮光パターンの幅を広げたり、狭めたりすればよい。
【００３８】
（第２の実施例）
図９、図１０、図１１は、本発明の第２の実施例を示すものである。第２の実施例では、下層の下地に段差として、例えば複数のコンタクトホールからなるが周期定期に配置され、これらコンタクトホールの相互間にラインを周期的に転写するようなデバイスを考える。
【００３９】
図１０、図１１に示すように、例えば層間絶縁膜１００には、複数のコンタクトホール１０１が周期定期に配置されている。層間絶縁膜１００上に反射防止膜１０２を塗布すると、第１の実施例と同様に、コンタクトホール１０１の近傍と離れた部分で反射防止膜１０２の膜厚が異なる。
【００４０】
本実施例においても、段差の端部からの距離Ｓとレジスト寸法との関係に基づいて作成された図８に示す補正ルールテーブルに従って、露光用マスクのマスクパターンが補正される。
【００４１】
図９は、補正された露光用マスク９０を示している。ラインに対応した各遮光パターン９１において、下地のコンタクトホール１０１に近接する部分の反射防止膜１０２の膜厚は、コンタクトホール１０１から離れた部分より薄い。このため、このコンタクトホール１０１に近接する部分は補正により遮光パターン９１の幅が例えば広げられている。すなわち、本実施例では、先に形成された層のパターンに応じて周期的に補助パターン９２が加えられている。
【００４２】
このように補正された露光用マスク９０を用いて反射防止膜１０２上のレジストを露光、現像すると、図１０、図１１に示すように、反射防止膜１０２上に形成されるレジストパターン１０３の寸法は全て所望の通りに仕上がる。
【００４３】
上記第２の実施例によっても第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４４】
（第３の実施例）
図１２、図１３、図１４は、本発明の第３の実施例を示している。第３の実施例では、下層の下地に段差として、例えばトレンチが形成され、このトレンチの両側に周期的に複数のコンタクトホールを転写するようなデバイスを考える。
【００４５】
図１２、図１３に示すように、例えば層間絶縁膜１４０には、トレンチ１４１が形成されている。この層間絶縁膜１４０上に反射防止膜１４２を塗布すると、第１の実施例と同様に、トレンチ１４１の近傍と離れた部分で反射防止膜１４２の膜厚が異なる。すなわち、トレンチ１４１の近傍ほど反射防止膜１４２の膜厚が薄くなる。
【００４６】
本実施例においても、段差の端部からの距離Ｓとレジスト寸法との関係に基づいて作成された図８に示す補正ルールテーブルに従って、露光用マスクのマスクパターンが補正される。
【００４７】
図１２は、補正された露光用マスク１２０を示している。トレンチ１４１の両側に複数のコンタクトホールを形成するための遮光パターン１２１において、下地のトレンチ１４１に近接する部分の反射防止膜１４２の膜厚は、トレンチ１４１から離れた部分より薄い。このため、このトレンチ１４１に近接する部分は補正量が多く、遮光パターン１４１の幅が広げられている。したがって、形成されるコンタクトホールに対応した透光部１２２の面積は下地層のトレンチ１４１に近接するほど小さくなるように補正されている。
【００４８】
このように補正された露光用マスク１２０を用いてレジストを露光、現像すると、図１３、図１４に示すように、反射防止膜１４２上に形成されるレジストパターン１４３の寸法は全て所望の通りに仕上がる。
【００４９】
第３の実施例によっても、第１、第２の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変えない範囲で種々変形実施可能なことは勿論である。
【００５１】
【発明の効果】
以上、詳述したようにこの発明によれば、パターンの疎密に基づく寸法差だけではなく、反射防止膜の膜厚差も考慮した高精度のマスクパターンの補正方法及びそれを用いた露光用マスクを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る露光用マスクを示す平面図。
【図２】図２（ａ）は図１に示す露光用マスクを用いて形成したレジストパターンを示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図。
【図３】反射防止膜の膜厚とレジストパターンの関係を示す断面図。
【図４】反射防止膜の膜厚とレジスト寸法との関係を示す図。
【図５】段差の端部からの距離と反射防止膜の膜厚の関係を示す断面図。
【図６】段差の端部からの距離と反射防止膜の膜厚の関係を示す図。
【図７】段差の端部からの距離とレジスト寸法の仕上がり寸法との関係を示す図。
【図８】補正ルールテーブルを示す図。
【図９】本発明の第２の実施例に係る露光用マスクを示す平面図。
【図１０】図９に示す露光用マスクを用いて形成したレジストパターンを示す平面図。
【図１１】図１０の１１−１１線に沿った断面図。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る露光用マスクを示す平面図。
【図１３】図１２に示す露光用マスクを用いて形成したレジストパターンを示す平面図。
【図１４】図１３の１４−１４線に沿った断面図。
【図１５】従来の測定用マスクを示す平面図。
【図１６】図１５に示すマスクを用いて形成したパターンの間隔と片側エッジ当たりの寸法変動量の関係を示す図。
【図１７】従来の補正ルールテーブルを示す図。
【図１８】露光光吸収量のレジスト膜厚依存性のシミュレーション結果を示す図。
【図１９】従来の露光用マスクの一例を示す平面図。
【図２０】図１９に示す露光用マスクを用いて形成したレジストパターンを示す平面図。
【図２１】図２０の２１−２１線に沿った断面図。
【図２２】従来の露光用マスクの一例を示す平面図。
【図２３】図２０に示す露光用マスクを用いて形成したレジストパターンを示す平面図。
【図２４】図２３の２４−２４線に沿った断面図。
【符号の説明】
１０…露光用マスク、
１１…遮光パターン、
２１…段差、
２２、１０２、１４２…反射防止膜、
２３、１０３、１４３…レジストパターン、
９０…露光用マスク、
９１…遮光パターン、
９２…補助パターン、
１０１…コンタクトホール、
１０２…反射防止膜、
１０３…レジストパターン、
１４１…トレンチ、
１４２…反射防止膜、
１４３…レジストパターン。

Claims

段差が形成された下地層の上方に上層パターンを形成する際、前記下地層の段差の端部からの距離の差により生じる前記下地層上の反射防止膜の膜厚の差に応じて前記上層パターンを形成するための遮光パターンの補正量を決定することを特徴とするマスクパターン補正方法。
前記補正量は、前記段差から離れて安定した仕上がり寸法が得られる部分を基準とし、前記段差から所定の距離の範囲毎に、マスク描画グリッドの整数倍に設定されることを特徴とする請求項１記載のマスクパターン補正方法。
段差が形成された下地層の上方に上層パターンを形成するための遮光パターンを有する露光用マスクであって、
前記遮光パターンの幅が前記下地層の段差の端部からの距離の差により生じる前記下地層上の反射防止膜の膜厚の差に応じて補正されていることを特徴とする露光用マスク。
前記遮光パターンの幅は、前記下地層の段差の端部からの距離が近いほど補正量が多く設定されていることを特徴とする請求項３記載の露光用マスク。