JPH1115139A - マスクパターン作成方法およびこの方法により形成されたマスク - Google Patents
マスクパターン作成方法およびこの方法により形成されたマスクInfo
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Abstract
ンの種別および大きさにかかわらずアライメントマーク
の大きさを設計パターンに近づけることができ、微細な
ターゲットパターンの重ね合わせ精度を向上させること
ができるマスクパターン作成方法を提供する。 【解決手段】 パターン形成工程毎に、マスク材料(レ
ジスト)の種類に応じて、更にはターゲットパターンの
種別および大きさを考慮し、アライメントマークパター
ン(設計パターン)20に対してサイジング処理を施し
てサイジングパターン21とする。このサイジングパタ
ーン21をマスク基板側に転写した後の転写パターン2
2の形状および大きさは設計サイズのアライメントマー
クパターン20と実質的に同じとなる。
Description
Large Scale Integrated circuit) などのホトリソグラ
フィ技術に用いられるマスクパターン作成方法およびマ
スクに係り、特に、微細な回路パターン(実パターン)
(以下,ターゲットパターンという)と共に、重ね合わ
せ用のアライメントマークパターンを含むマスクパター
ンを作成するためのマスクパターン作成方法およびこの
方法により形成されたマスクに関する。
い、そのターゲットパターンの寸法は0.2〜0.35
μmの微小幅の領域に達しており、このターゲットパタ
ーン幅の微小化に伴って重ね合わせ精度に対する要求も
厳しくなっている。すなわち、ULSIなどは深さ方向
で異なって構造となっており、深さ別に微細な回路図形
を持つマスクが数枚必要になり、これらマスクとウェハ
間の重ね合わせ精度が充分でないと、製造歩留りが低下
する。このような重ね合わせ精度を向上させる方法とし
ては、一般に、大別してステージ精度、計測系および各
プロセスを改善する方法が挙げられるが、光リソグラフ
ィ技術に限れば、ウェハに対してマスクの重ね合わせを
行うためのアライメントマークの形成にあたる。
(ターゲットパターン)の微細化は10数年に及び、著
しく進化している。これは露光光源の短波長化、レンズ
の高開口数(高NA)化やレジストの改良によるところ
が大きい。このような微細なターゲットパターンの形成
には、現在、水銀ランプのi線(波長365nm)やK
rFなどのエキシマレーザ(波長248nm)を用いた
縮小投影型のステッパー等の露光装置が用いられてい
る。このようなターゲットパターンの微細化の進展に対
して、アライメントマークの形状はステッパーの登場以
来、大きな変化はしていない。
従来のアライメントマークを使い続けることの弊害が生
じている。これはレジスト材料が波長の短いKrFなど
のエキシマレーザに用いられる化学増幅型レジストに変
わったことも影響している。この化学増幅型のレジスト
材料は露光によって発生した反応を利用して溶解度を高
めたもので、微細パターンの形成においては線幅リニア
リティ性(CD(Critical Dimension) リニアリティ)
において優れてはいるが、アライメントマークのような
大きなパターンサイズ(10〜12μm)の場合にはリ
ニアリティの不足により設計サイズから大きく外れるこ
とが知られている。このようなアライメントマークの大
きさの変動は、微細なターゲットパターンを転写する際
に、ターゲットパターンの重ね合わせ精度(アライメン
ト精度)、特に原パターンの拡大または縮小像の描画を
行うスケーリングに悪影響を与える。また、このような
リニアリティの不足に加え、より微細パターンを得るた
めに高開口数のレンズやハーフトーン位相シフトマスク
(HT−PSM)が使用されているが、これらの使用に
より更にマークの形状劣化が問題となっている。これは
レジストの解像限界付近(248nm)またはそれ以下
のサイズのターゲットパターンの形成を目的とするた
め、レジストのリニアリティを無視して露光(例えば露
光量を多めにするオーバー露光)する傾向にあることに
よる。
ントマークの変動が顕著になっている。図3(a)〜
(d)はこれらアライメントマーク(例えば5〜10μ
mサイズのLSAマーク)パターンの劣化状態を具体的
に表したものである。図3(a)は線幅が例えば0.2
〜0.3μmの微細なターゲットパターン100の重ね
合わせ用のアライメントマークパターン200の設計パ
ターンを示すもので、同図(b)はこのアライメントマ
ークパターン200を比較的ラフなパターンを形成する
工程に使用される通常のi線,g線用のレジスト(ノボ
ラック系レジスト)を使用した場合、同図(c)はアラ
イメントマークパターン200を比較的微細なパターン
を形成する工程に使用されるKrfエキシマレーザ用の
化学増幅型レジストを使用し、かつオーバ露光した場
合、また同図(d)は同図(c)の場合において、更に
マスクとしてハーフトーン位相シフトマスク(HT−P
SM)を使用した場合の転写パターンの平面形状をそれ
ぞれ示している。同図(b)のように通常のノボラック
系レジストを使用した場合には、マークの四隅において
上述の光近接効果が生じるだけであるが、同図(c)の
ように化学増幅型レジストを使用し、かつオーバー露光
した場合にはマーク形状が全体的に縮小され、また、同
図(d)のようにハーフトーン位相シフトマスクを使用
した場合には更に縮小される。なお、この傾向はレジス
ト種と、ターゲットの線幅などに依存し、設計パターン
に対して拡大や縮小を繰り返す。
工程毎にレジスト種が異なることやハーフトーン位相シ
フトマスクを使用することなどによって、アライメント
マークパターンが劣化し、設計パターンと大きく異なっ
てくる。このようなアライメントマークパターンの変動
は微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度に大きな
影響を与え、製造歩留り低下の原因となる。
ので、その目的は、マスク材料の種類、更にはターゲッ
トパターンの種別および大きさにかかわらずアライメン
トマークの大きさを設計パターンに近づけることがで
き、微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度を向上
させることができるマスクパターン作成方法およびこの
方法により形成されたマスクを提供することにある。
ーン作成方法は、パターン形成工程毎に、マスク材料の
種類に応じて、重ね合わせ用のアライメントマークパタ
ーンの設計パターンに対してサイジング処理を施すもの
である。
ンと共に、マスク材料の種類に応じて設計パターンにサ
イジング処理が施されたアライメントマークパターンを
転写して形成されたアライメントマークを含むものであ
る。
は、パターン形成工程毎に、マスク材料の種類に応じて
アライメントマークパターンの設計パターンに対してサ
イジング処理が施されており、マスク材料としてKrF
などのエキシマレーザ用の化学増幅型レジストが用いら
れた場合において、このレジスト種に起因してアライメ
ントマークパターンの変動が生じたとしても設計パター
ンと同じ大きさのアライメントマークを得ることができ
る。
ーンと共に、マスク材料の種類に応じて設計パターンに
サイジング処理が施されたアライメントマークパターン
を転写して形成されたアライメントマークを含む。従っ
て、アライメントマークの大きさは設計パターンと同じ
大きさのものであり、よってこのアライメントマークが
形成されたマスクを使用することによりターゲットパタ
ーンの重ね合わせ精度が向上する。
て図面を参照して説明する。
は、マスク用のターゲットパターン(実パターン)およ
びアライメントマークパターンを含むマスクパターンを
作成するもので、パターン形成工程毎に、マスク材料
(レジスト)の種類に応じて、更にはターゲットパター
ンの種別(ライン系やホール系)および大きさを考慮し
てアライメントマークパターンに対してサイジング処理
を施すと共に近接効果補正を行うものである。
フォトリソグラフィ技術においては、複数のパターン形
成工程があり、個々のパターン形成工程ではマスク材料
が異なる場合がある。例えば、前述のように比較的ラフ
なパターンを形成する工程では露光手段としてi線(波
長365nm),g線(波長436nm)が使用され、
これらi線およびg線に対しては、通常、マスク材とし
てノボラック系のレジストが使用される。これに対し
て、より微細なパターンを形成する工程ではKrfエキ
シマレーザ(波長248nm)が使用され、このレーザ
に対しては露光反応による溶解度を高めた高解像度の化
学増幅型レジストが使用される。このような化学増幅型
レジストが使用された場合、アライメントマークパター
ンの大きさが設計パターンに対して大きく変動しやす
く、微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度が低下
することは前述の通りである。
ず、マスク材料の種類に応じて、アライメントマークパ
ターンに対して、予め、サイジング(リサイズ)処理、
すなわち設計パターンよりもパターンの幅を大きくした
り小さくしたりすることにより、マスク材料(レジス
ト)の種類の相違によるアライメントマークの変動の影
響を相殺させるものである。これによりマスクの重ね合
わせ精度を向上させることができる。
の種類に加え、ターゲットパターンの種別および大きさ
をも考慮してサイジングの程度を決定するものである。
び大きさを考慮したマスク決定のルーチンを表すもので
ある。すなわち、ターゲットパターンを、配線などのラ
イン(線)形状とコンタクトホールなどのホール(穴)
形状とに大きく分け、ライン形状のパターンである場合
には、ライン幅が露光光源の波長以下のサイズであると
きには本実施の形態のサイジング処理を施し、ライン幅
が露光光源の波長より大きいサイズであるときにはサイ
ジング処理を施すことなく従来と同様の処理を行う。一
方、ターゲットパターンがホール形状のパターンである
場合には、ホール幅が所定のサイズ以下(k1 ≦0.6
0,k1 ;プロセス定数)である場合にアライメントマ
ークパターンに対してサイジング処理を施し、ホール幅
が所定のサイズより大きい(k1 >0.60)場合には
サイジング処理を施すことなく従来と同様の処理を行
う。ターゲットパターンがライン形状およびホール形状
いずれの場合にも、サイジング処理を施す場合には、使
用するレジストやレイヤー、更にアライメントマークの
大きさを決定したのち、マスクの設計を行う。
イジング処理に加えて、近接効果補正を施すものであ
り、これによりアライメントマークパターンの形状を設
計パターンの形状により近づけることができる。すなわ
ち、近接するマスクパターンを透過してきた光が互いに
干渉してパターン形状に影響を及ぼす近接効果現象は、
一般に、電子線露光において顕著に見られるが、光露光
においても精度のパターン依存性があり、例えば図3
(b)〜(d)にも示したように転写パターンの4隅が
かけることがある。このような近接効果による影響を防
止するために、本実施の形態では、例えば、アライメン
トマークパターンの形状が方形である場合に、この方形
パターンの四隅を部分的に拡大(または縮小)するもの
で、これにより近接効果に伴うパターンの4隅の変動を
抑制することができ、サイジング処理と相まってアライ
メントマークパターンを設計パターンとほぼ同じ大きさ
で同じ形状に形成することができる。これにより微細な
ターゲットパターンの重ね合わせ精度が向上する。従っ
て、露光機のレンズとして高開口数のレンズや、マスク
としてハーフトーン位相シフトマスク(HT−PSM)
などを使用し、解像度を上げた場合においてアライメン
トマークパターンの設計パターンが変動した場合におい
ても、重ね合わせ精度が低下することがなく、半導体チ
ップの製造歩留りが向上する。
的な適用例を表すもので、同図(a)はターゲットパタ
ーン10に対応するアライメントマークパターン20の
設計パターンを表すものであり、同図(b)は本実施の
形態の方法により設計パターンのアライメントマークパ
ターン20に対してサイジング処理(ここでは拡大処
理)を施すと共に近接効果補正を行った後のパターン
(サイジングパターン21)を表している。このサイジ
ングパターン21の4隅にそれぞれ近接効果補正による
L字状の拡大部(修飾パターン)21aが形成されてい
る。図3(c)はこのサイジングパターン21をマスク
基板側のレジストに転写した後の転写パターン22の形
状を表すものである。この転写パターン22では大きさ
が設計サイズのアライメントマークパターン10と実質
的に同じであり、またその四隅には近接効果の影響が若
干見られるものの、従来(図3参照)に比べてその程度
は大幅に低減されている。
フトーン位相シフトマスクにより構成され、微細なター
ゲットパターンと共に、上述の方法により、マスク材料
の種類、ターゲットパターンの種別および大きさに応じ
て設計パターンにサイジング処理が施され、かつ近接効
果補正が行われたアライメントマークパターンを転写し
てアライメントマークが形成されたものである。
は、アライメントマークパターンの大きさが設計パター
ンと同じ大きさであるため、このマスクを使用すること
により重ね合わせ精度が向上する。
程において、本実施の形態に係るアライメントマーク
(LASマーク)パターンを使用し、マスク材として化
学増幅型レジスト、露光光源としてKrFエキシマ(波
長254nm)を使用した。アライメントマークパター
ンには0.3μm幅のサイジング処理(拡大処理)を施
すと共にパターンの4隅に0.3μm幅の近接効果補正
を行った。このアライメントマークパターンによる重ね
合わせ精度を、シリコンウェハ上のレジストパターンに
対するレジストパターンの重ね合わせを行う「レジスト
対レジスト」の評価試験において調べた。その結果、|
X|(平均値)+3σ(標準偏差値)において、現状、
90nmが改善された。また、要因分析でスケーリング
成分が0.4ppm改善された。
μmのコンタクトホールの形成工程において、本実施の
形態に係るアライメントマーク(LASマーク)パター
ンを使用し、マスク材として化学増幅型レジスト、露光
光源としてKrFエキシマ(波長254nm)を使用し
た。アライメントマークパターンには0.3μm幅のサ
イジング処理(拡大処理)を施すと共にパターンの4隅
に0.3μm幅の近接効果補正を行った。このアライメ
ントマークパターンによる重ね合わせ精度を、シリコン
ウェハ上の、コンタクトホールが形成された絶縁膜(SiO
2)上にアルミニウム(Al)膜を形成し、このアルミニ
ウム膜上にコンタクトホールに対応するパターンを有す
るレジストパターンの重ね合わせを行う「アルミニウム
コンタクトホール対アルミニウム膜」の評価試験におい
て、|X|+3σにおいて、現状、110nmが改善さ
れた。また、要因分析でスケーリング成分が0.4pp
m改善された。
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば上記
実施の形態では、パターン形成工程毎に、マスク材料
(レジスト)の種類およびターゲットパターンの種別
(ライン系やホール系)および大きさを考慮してアライ
メントマークパターンに対して選択的にサイジング処理
を施し、かつ近接効果補正を行うようにしたが、マスク
材料の種類のみを考慮してサイジング処理を施す太陽と
してもよい。
パターン作成方法では、パターン形成工程毎に、マスク
材料の種類に応じてアライメントマークパターンの設計
パターンに対してサイジング処理を施すようにしたの
で、例えばマスク材料としてKrFなどのエキシマレー
ザ用の化学増幅型レジストが用いられ、このレジスト種
に起因してアライメントマークパターンの変動が生じた
としても設計パターンに近い大きさのアライメントマー
クを得ることができ、ターゲットパターンの重ね合わせ
精度が向上すると共に半導体チップの製造歩留りが向上
するいう効果を奏する。更に、近接効果補正を行うこと
によってよりターゲットパターンの重ね合わせ精度が向
上する。
ーンと共に、マスク材料の種類に応じて設計パターンに
サイジング処理が施されたアライメントマークパターン
を転写して形成されたアライメントマークを含むように
したので、アライメントマークの大きさが設計パターン
に近い大きさのものとなり、よってこのアライメントマ
ークが形成されたマスクを使用することにより重ね合わ
せ精度が向上する共に半導体チップの製造歩留りが向上
するいう効果を奏する。
成方法を説明するための平面図である。
クの決定方法を説明するための系統図である。
るための平面図である。
パターン、21─サイジングパターン、21a─拡大部
(修飾パターン)、22…転写パターン
Claims (8)
- 【請求項1】 マスク用のターゲットパターンと共に重
ね合わせ用のアライメントマークパターンを含むマスク
パターンの作成方法において、 パターン形成工程毎に、マスク材料の種類に応じて前記
アライメントマークパターンの設計パターンに対してサ
イジング処理を施すことを特徴とするマスクパターン作
成方法。 - 【請求項2】 更に、ターゲットパターンの種別および
大きさを考慮してサイジング処理を施すことを特徴とす
る請求項1記載のマスクパターン作成方法。 - 【請求項3】 ターゲットパターンがライン形状のパタ
ーンであり、かつライン幅が露光光源の波長以下のサイ
ズである場合、またはターゲットパターンがホール形状
のパターンであり、かつホール幅が所定のサイズ以下で
ある場合にサイジング処理を施すことを特徴とする請求
項2記載のマスクパターン作成方法。 - 【請求項4】 前記アライメントマークパターンの設計
パターンに対して、更に近接効果補正を行うことを特徴
とする請求項1記載のマスクパターン作成方法。 - 【請求項5】 アライメントマークパターンの形状が方
形であり、この方形の四隅にそれぞれ近接効果補正を行
うことを特徴とする請求項4記載のマスクパターン作成
方法。 - 【請求項6】 ターゲットパターンと共に、マスク材料
の種類に応じて設計パターンにサイジング処理が施され
たアライメントマークパターンを転写して形成されたア
ライメントマークを含むことを特徴とするマスク。 - 【請求項7】 マスク材料の種類に加え、ターゲットパ
ターンの種別および大きさに応じて設計パターンに対し
てサイジング処理が施され、かつ近接効果補正が行われ
たアライメントマークパターンを転写して形成されたア
ライメントマークを含むことを特徴とする請求項6記載
のマスク。 - 【請求項8】 ハーフトーン位相シフトマスクを用いて
構成されたことを特徴とする請求項6記載のマスク。
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