JP2001005164A - 露光マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工程数を増加させることなく、膜厚にバラツ
キのあるレジスト膜に対して均一な寸法のパターンを形
成する。 【解決手段】 透明基板上にハーフトーン位相シフタ膜
３１で構成されたパターン３２を設けてなる露光マスク
において、パターン３２のうち、露光対象となるレジス
ト膜の膜厚が相対的に薄い部分への露光に用いられるパ
ターン（周縁パターン３２’）の周囲に、ダミーパター
ン３３を配置してなる。ダミーパターン３３は、露光光
の解像限界を下回る大きさである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光マスクに関
し、特には半導体装置の製造のような高解像度が要求さ
れる露光に用いられる露光マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化及び高機能化に伴
い素子構造の微細化を進展させるにあたり、半導体装置
製造における露光工程では解像度の向上が求められてお
り、ハーフトーン位相シフトマスク（Half Tone Phase
Shift Mask以下、ＨＴＰＳＭと記す）といわれる露光マ
スクを用いた露光方法（すなわちＨＴＰＳＭプロセス）
が行われている。

【０００３】このＨＴＰＳＭプロセスの際に用いられる
露光マスク（すなわちＨＴＰＳＭ）は、通常の遮光膜を
用いた露光マスクの遮光部に、露光波長に対して２〜２
０％程度の透過率を有しかつ、開口部に対して１８０度
の位相差を持つハーフトーン位相シフタ膜を配置してな
る。このような露光マスクにおいては、光学像のエッジ
部のコントラストが改善されるため、特にホールパター
ンの解像度の向上に有効である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、光リソグラ
フィーにおいては、レジスト膜厚の変動に伴い、パター
ン寸法にバラツキが生じる。図６に示すように、基板１
１上の凸部領域１２を覆う状態で設けられたレジスト膜
１３は、凸部領域１２上における中央部の膜厚ｔ₁ より
も周縁部の膜厚ｔ₂ が薄くなる。このため、凸部領域１
２上のレジスト膜１３にホールパターン１４を形成した
場合には、レジスト膜１３の膜厚の薄い周縁部において
多重干渉が生じ、この部分に形成されるホールパターン
１４の開口径Ｒ₂ が大きくなるため、凸部領域１２上に
おけるホールパターン１４の寸法（開口径）バラツキが
大きくなる。

【０００５】図７は、凸部領域１２上のレジスト膜１３
に形成したホールパターン１４の開口径ＣＤ（critical
dimension) と、凸部領域１２の境界からの距離（dist
ancefrom Cell edge ）との関係を示すグラフであり、
凸部領域１２の下方左（ＬＬ）、上方左（ＵＬ）、上方
右（ＵＲ）、下方右（ＬＲ）の各境界から中央（ＣＣ）
側への距離をファクタとして、開口径を測定した結果で
ある。このグラフからも、凸部領域１２の周縁部におい
ては、境界に近くなるほどホールパターン１４の開口径
が大きくなることが分かる。この現象（すなわち、ＴＦ
Ｉ：thin filminterference）に起因するホールパター
ンの寸法バラツキは、特にデバイス段差の大きいＤＲＡ
Ｍセルによる凸部領域１２上で顕著になる。

【０００６】このようなパターンの寸法バラツキを防止
する対策として、一般的には、ＣＭＰ（Chemical Mecha
nical Polishing ）に代表される平坦化技術によってレ
ジスト膜の下地を平坦化する方法が行われている。この
平坦化によって、セル領域（すなわち凸部領域）の段差
自体が打ち消され、その上面に形成されるレジスト膜の
膜厚が均一化するため、このレジスト膜に形成されるパ
ターンの寸法バラツキが抑えられる。しかし、このよう
な方法を行った場合、工程数が増加するだけではなく、
工程が複雑であり、製造コストも上昇するといった問題
がある。

【０００７】そこで本発明は、工程数を増加させること
なく、膜厚にバラツキのあるレジスト膜に対して均一な
寸法のパターンを形成することが可能な露光マスクを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための本発明は、透明基板上にハーフトーン位相シフ
タ膜で構成されたパターンを設けてなる露光マスクにお
いて、前記パターンのうち、露光対象となるレジスト膜
の膜厚が相対的に薄い部分への露光に用いられるパター
ンの周囲に、ダミーパターンを配置してなることを特徴
としている。

【０００９】このような露光マスクでは、レジスト膜の
膜厚が相対的に薄い部分への露光に用いられるパターン
の周囲に、ダミーパターンを配置したことで、このパタ
ーンの光学像のエッジ部のコントラストはダミーパター
ンによって弱められる。このため、一般的には、多重干
渉によってパターン寸法が大きく形成される、レジスト
膜の薄膜部分において、パターン寸法が縮小されること
になる。したがって、膜厚にバラツキを有するレジスト
膜に形成されるパターンの寸法が均一化される。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の露光マスクの実施
の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、露光マ
スクの構成を説明するに先立ち、この露光マスクが用い
られる露光装置の構成及び、この露光マスクを用いて露
光を行うウエハの構成を順次説明する。

【００１１】図２に示すように、この露光マスクが用い
られる露光装置は、例えばｉ線（波長λ＝３６５ｎｍ）
を露光光として発する露光光源２１、この露光光源２１
から照射される露光光（ｉ線）の光路を囲むように配置
されるマスクホルダ２２、マスクホルダ２２を通過した
露光光の光路に配置される投影レンズ２３、及び投影レ
ンズ２３を通過した露光光の光路に配置されるウエハス
テージ２４とで構成される。マスクホルダ２２は、実施
形態の露光マスク３を保持するものである。また、ウエ
ハステージ２４は、露光対象となるウエハＷを載置した
状態で、水平方向に移動し、ウエハＷ上における露光光
の投影位置を移動させる。

【００１２】図３に示すように、この露光マスク３を用
いて露光を行うウエハＷは、基板１１の表面側に、例え
ばＤＲＡＭセルの形成による凸部領域１２が設けられて
おり、この凸部領域１２を覆う状態でレジスト膜１３が
形成されている。また、レジスト膜１３の上方には、こ
こでは図示を省略したトップコート膜を形成しても良
い。凸部領域１２の段差は、例えば０．６μｍである。
また、レジスト膜１３は、例えばポジ型のレジスト材料
（一例として、日本合成ゴム社製のＰＦＲＩＸ８１６
Ｇ）からなり、平面位置の膜厚が０．８３μｍに成膜さ
れている。このレジスト膜１３は、成膜の特性上、凸部
領域１２の周縁部においては、凸部領域１２の境界から
中央部に向かって徐々に膜厚が厚くなっており、膜厚に
バラツキを有している。また、トップコート膜は、例え
ば、ヘキスト社製ＡＺＡｑｕａＴＡＲからなる。これら
のレジスト膜１３及びトップコート膜の塗布には、例え
ば大日本スクリーン社製コータデベロッパＳＫＷ８０Ｂ
を用いる。

【００１３】そして、図１（１）は、このように構成さ
れたウエハＷに対してパターン露光を行うために用いら
れる実施形態の露光マスクの平面図であり、図１（２）
は、この平面図における要部拡大平面図である。

【００１４】これらの図に示すように、露光マスク３
は、ＤＲＡＭセル領域３ａを有しており、図１（２）は
このＤＲＡＭセル領域３ａの左端中央部分を拡大した平
面図になっている。このＤＲＡＭセル領域３ａは、露光
対象となるウエハＷの凸部領域１２に対する露光に用い
られる部分である。

【００１５】また、この露光マスク３は、透明基板上に
ハーフトーン位相シフタ膜（以下、シフタ膜と記す）３
１で構成されたパターン３２及びダミーパターン３３を
設けてなる。シフタ膜３１は、露光光に対して２〜２０
％程度の透過率を有しかつ、開口部に対して１８０度の
位相差を持つ。ここでは、例えば、露光光としてｉ線
（波長λ＝３６５ｎｍ）を用いることとし、シフタ膜３
１は、このｉ線に対して８％の透過率を有することとす
る。

【００１６】また、パターン３２及びダミーパターン３
３は、シフタ膜３１に形成された穴状の抜きパターンと
して構成されている。このうち、パターン３２は、ｉ線
での解像が可能な径ｒを有する矩形形状であり、ウエハ
Ｗ上の値に換算して例えばｒ＝０．３８μｍに設定され
ている。尚、この値は、ウエハＷ上の換算値であるた
め、実際には露光の際の縮小投影倍率等を加味した値
（例えば、縮小投影倍率が１／５の場合、５倍程度の
値）となる。これらのパターン３２は、ウエハＷ表面の
凸部領域１２を覆うレジスト膜１３部分に対して、ホー
ルパターンを形成するための露光パターンであり、ＤＲ
ＡＭセル領域３ａに複数配置されている。

【００１７】一方、ダミーパターン３３は、ｉ線の解像
限界を下回る径ｒ₁ を有する矩形形状であり、例えばｒ
₁ ＝０．２μｍ（ウエハＷ上の換算値）に設定されてい
る。これらのダミーパターン３３は、ＤＲＡＭセル領域
３ａの周縁に配置される各パターン３２の周囲、すなわ
ち、レジスト膜１３の膜厚が相対的に薄い部分への露光
に用いられるパターン３２（以下、周縁パターン３２’
とする）の周囲に配置される。

【００１８】ここで、凸部領域１２の周縁部とは、次の
ような部分であることとする。すなわち、同一の開口径
を有する穴状の抜きパターンによるパターン露光とその
後の処理によってレジスト膜にホールパターンを形成し
た場合、凸部領域１２の中央付近に形成されるホールパ
ターンに対して、開口径の大きさが同程度の許容範囲を
越える部分とする。例えば、凸部領域１２の中央付近に
形成されるホールパターンの径が０．３８μｍになる条
件で露光を行った場合、凸部領域１２上におけるレジス
ト膜１２の膜厚差に起因して、０．３８μｍ＋０．０６
μｍの範囲を越えるホールパターンが形成される位置
を、凸部領域１２の周縁部とする。

【００１９】また、周縁パターン３２’とダミーパター
ン３３とのピッチＰは、次のようにして設定する。先
ず、レジスト膜に形成されるホールパターンの開口径の
パターン疎密依存性を予め測定しておく。この場合、例
えば、凹凸のないベアウエハ（例えばベアシリコン基
板）上に形成したレジスト膜に対して、ホールパターン
のピッチがファクタとなるように、レジスト膜にホール
パターンを形成する。そして、図４に示すようなホール
パターンのピッチ（Ｐｉｔｃｈ）とホールパターンの開
口径（ＣＤ）との関係を示すグラフを得る。

【００２０】そして、このグラフにおけるホールパター
ンのピッチを、露光マスクにおける周縁パターン３２’
とダミーパターン３３とのピッチＰに対応させ、凸部領
域１２の中央部と周縁部に形成されるホールパターンの
開口径の差（例えば０．０６μｍ）が縮小されるよう
に、周縁パターン３２’とダミーパターン３３とのピッ
チＰを選択する。すなわち、図４のグラフによれば、ピ
ッチが１．６μｍ以上に設定された独立したホールパタ
ーンの開口径（ＣＤ）に対して、ピッチが０．７μｍに
設定さたホールパターンの開口径（ＣＤ）は、０．０４
μｍ程度縮小されることが分かる。

【００２１】そこで、ここでは、露光マスク３における
周縁パターン３２’とダミーパターン３３とのピッチＰ
を０．７μｍ（ウエハＷ上の換算値）に設定する。

【００２２】このようにダミーパターン３３が配置され
た構成の露光マスク３を用いてウエハＷに対して露光を
行う場合、露光マスク３を露光装置のマスクホルダー２
に保持させ、ウエハステージ２４にウエハＷを載置して
行う。この際の露光条件は、例えば、露光装置としてニ
コン社製ＮＳＲ−２２０５ｉ１１Ｄ（商品名）を用いた
場合、光学条件を開口数ＮＡ＝０．５７、開口数比σ＝
０．４０に設定し、露光波長λ＝３６５ｎｍのｉ線を露
光光に用いてウエハＷに対するパターン露光を行う。

【００２３】以上のようにして、露光マスク３を用いた
パターン露光を行った後、プリベークを９０℃で１２０
秒間行い、次に、ポストエクスポージャベークを１１０
℃で６０秒間行い、現像液に日本合成ゴム社製ＰＤ５２
３ＡＤ（ＴＭＡＨ：tetramethylammonium hydroxide
２．３８％含有）を用いて現像処理を行い、その後、ポ
ストベークを１２０℃で１２０秒間行う。ただし、以上
の処理条件（露光条件を含む）は、ダミーパターン３３
と周縁パターン３２’とのピッチＰを設定する際に、ベ
アウエハにホールパターンを形成するための処理条件と
同一にする。

【００２４】以上によって、図５に示すように、ウエハ
Ｗの凸部領域１２上のレジスト膜１３部分に、ホールパ
ターン１６が形成される。

【００２５】この露光に用いた露光マスク３では、周縁
パターン３２’の周囲にダミーパターン３３を配置した
ことで、この周縁パターン３２’の光学像のエッジ部の
コントラストはダミーパターン３３によって弱められ
る。このため、この露光マスク３を用いた露光及びその
後の処理によってレジスト膜１３に形成されるホールパ
ターン１６のうち、この周縁パターン３２’の露光によ
って得られるホールパターン１６の開口径Ｒ₂ 、すなわ
ち凸部領域１２の周縁部に形成されるホールパターン１
６の開口径Ｒ₂ が縮小されることになる。実施形態にお
いては、周縁パターン３２’とダミーパターン３３とピ
ッチＰを０．０７μｍ（ウエハＷ上の換算値）にしたこ
とで、この周縁パターン３２を用いて凸部領域１２の周
縁部に形成されるホールパターン１６の開口径Ｒ₂ は、
０．０４μｍ縮小されることになる。

【００２６】一方、凸部領域１２を覆うレジスト膜１３
は、中央付近の膜厚ｔ₁ と比較して周縁部の膜厚ｔ2 が
薄く、一般的には、この膜厚差に起因して、周縁部のレ
ジスト膜１３部分に形成されるホールパターン１６の開
口径は他の部分に形成されるホールパターン１６の開口
径よりも大きくなる。例えば、上述したように、従来の
露光マスクを用いた露光及びその後の処理によって、露
光対象となるウエハＷにホールパターン１６を形成した
場合、凸部領域１２の中央部に形成されるホールパター
ン１６の開口径に対して、凸部領域１２の周縁部に形成
されるホールパターン１６の開口径は＋０．０６μｍと
なる。このため、凸部領域１２上においては、レジスト
膜１３の膜厚差に起因して、ホールパターン１６の開口
径が、＋０．０６μｍ程度のバラツキを持つことにな
る。

【００２７】しかし、上述のように、周縁パターン３
２’の周囲にダミーターン３３を設けたことによって、
凸部領域１２の周縁部のホールパターン１６の開口径が
０．０４μｍ縮小されるため、レジスト膜１３の膜厚差
に起因する凸部領域１２上のホールパターン１６の開口
径のバラツキは、０．０６μｍ−０．０４μｍ＝０．０
２μｍに縮小されることになる。

【００２８】この結果、レジスト膜１３の下地を予め平
坦化するＣＭＰ等の工程を行うことなく、凸部領域１２
上におけるレジスト膜１３に形成されるホールパターン
１６の開口径を均一化することが可能になる。この際、
工程が複雑化したり、製造コストが上昇することも防止
される。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の露光マスク
によれば、レジスト膜の膜厚が相対的に薄い部分への露
光に用いられるパターンの周囲に、ダミーパターンを配
置したことで、このパターンの光学像のエッジ部のコン
トラストをダミーパターンによって弱め、レジスト膜の
薄膜部分においてパターン寸法を縮小することが可能に
なる。したがって、レジスト膜の膜厚差に起因したパタ
ーン寸法のバラツキを除去することができ、膜厚にバラ
ツキを有するレジスト膜に形成されるパターンの寸法を
均一化することができる。この結果、工程数を増加させ
ることなく、膜厚にバラツキのあるレジスト膜に対して
均一な寸法のパターンを形成することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の露光マスクの平面図である。

【図２】第１実施形態の露光マスクを用いた露光装置の
構成図である。

【図３】第１実施形態の露光マスクを用いて露光を行う
ウエハの要部断面図である。

【図４】ホールパターン径のパターン疎密依存性を示す
グラフである。

【図５】第１実施形態の露光マスクを用いた露光及びそ
の後の処理で形成れたホールパターンの断面図である。

【図６】従来の技術の課題を説明するためのウエハの要
部断面図である。

【図７】従来の技術の課題を説明するためのホールパタ
ーンの位置と径との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

３…露光マスク、１３…レジスト膜、３１…ハーフトー
ン位相シフタ膜（シフタ膜）、３２…パターン、３２ａ
…周縁パターン、３３…ダミーパターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板上にハーフトーン位相シフタ膜
   で構成されたパターンを設けてなる露光マスクにおい
   て、 前記パターンのうち、露光対象となるレジスト膜の膜厚
   が相対的に薄い部分への露光に用いられるパターンの周
   囲に、ダミーパターンを配置してなることを特徴とする
   露光マスク。
2. 【請求項２】 請求項１記載の露光マスクにおいて、 前記ダミーパターンは、露光光の解像限界を下回る大き
   さであることを特徴とする露光マスク。
3. 【請求項３】 請求項１記載の露光マスクにおいて、 前記パターンは、抜きパターンであることを特徴とする
   露光マスク。