JP2001092107A - マスクパターン補正方法とそれを用いた露光用マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】パターンの疎密や反射防止膜の膜厚差によりレ
ジストパターンやパターン形状の仕上がり寸法が変化し
ていた。 【解決手段】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、下地層の段差の端部からの距離に応
じて、上層パターンを形成するための露光用マスク１０
の遮光パターン１１の補正量が決定されている。

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
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 Correc
tion）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 Ef
fect、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（Op
tical Proximity Correction, a First Look at Manufa
cture SPIE Vol.232 Photo Mask Technology and Manag
ement(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Ａ
ＣＬＶ（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１
９０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２０
１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２
０２の上にマスク１９０を用いて、レジストパターン２
０３が形成される。反射防止膜２０２の膜厚は段差２０
１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２
２０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２
３３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
ストパターンの寸法はばらつく。したがって、このレジ
ストパターンを用いて配線２３３を形成した場合、段差
２３１の近傍で配線２３３の幅が細くなり、配線２３３
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
補正方法は、上記課題を解決するため、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】本発明の露光用マスクは、前記遮光パター
ンの幅が下地層の段差の端部からの距離に応じて補正さ
れている。

【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、３
５、３６を形成する。これら反射防止膜３４、３５、３
６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３
４、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ＳＥ
Ｍ、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Ｔ
ａ、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１
０２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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。
4. 【請求項４】 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。