JP2002057084A - 半導体装置の製造方法および露光用マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジストを軟化させるリフローを用いてホー
ルパターンをシュリンクさせる製造方法において、ホー
ルパターン配置に依存することなく、所望の形状、大き
さにホールパターンを形成することを課題とする。 【解決手段】 露光および現像によってレジスト膜１１
にホールパターン１２を形成する工程と、熱処理によっ
てホールパターン１２のホール寸法よりも小さい寸法の
ホールパターンを形成する工程とを備えた半導体装置の
製造方法において、ホールパターン１２を形成するのと
同時にそのホールパターン１２の周辺にダミーパターン
１３を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および露光用マスクに関し、詳しくは微細なコンタ
クトホールパターンやスリット状パターンを形成する半
導体装置の製造方法および露光用マスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの集積度や性能の向上を目
的に、パターンの微細化が急激に進められている。トラ
ンジスタの性能向上を目的としたゲート長の微細化とと
もに、より小さいコンタクトホールを開口することが強
く求められている。微細パターンの形成プロセスである
リソグラフィー工程において、最先端デバイスの製造現
場では波長が２４８ｎｍのクリプトンフッ素エキシマレ
ーザ光を用いた露光装置が使用されている。リソグラフ
ィー工程の限界解像度は下記（１）式によって表される
ことが知られている。

【０００３】Ｒ＝ｋ（λ／ＮＡ）……（１）

【０００４】上記(１)式において、λは光源波長、ＮＡ
は投影レンズの開口数、ｋは定数であり、ｋは０．５程
度の値をとる。現行の露光装置のＮＡは０．６８が最高
であり、したがって最新のクリプトンフッ素エキシマレ
ーザ露光装置といえども０．１８μｍ程度の解像度しか
有していないのが現状である。ただし、上記（１）式か
ら導かれる解像度はラインアンドスペースと呼ばれる縞
状パターンに適用されるもので、コンタクトホールパタ
ーンの解像度は０．２２μｍ程度が限界である。

【０００５】一方、０．１３μｍ世代のデバイスにおい
ては０．１５μｍという微細なコンタクトホールを開口
する技術が要求されている。このような口径のコンタク
トホールを形成することは、次世代の露光装置として期
待されている波長が１９３ｎｍのアルゴンフッ素エキシ
マレーザ露光装置を用いたとしても達成しがたい数値で
ある。

【０００６】この問題の解決手段としては、特開平１０
−２７４８５４号公報に開示されているように、リソグ
ラフィープロセスにより所望のサイズよりも大きいコン
タクトホールパターンを形成しておき、その後ウエハを
レジストの軟化開始温度よりも高い温度で熱処理するこ
とによりレジストのリフロー(熱だれ)を利用して、穴径
を縮小する技術がある。この方法によれば、特に新規な
設備を用いることなく光学的な限界を超えるような微小
コンタクトホールパターンの形成が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記微
小コンタクトホールパターンの形成方法では、レジスト
を軟化させるリフローを用いているため、シュリンク
（縮小化）後の形状がパターン配置に大きく依存すると
いう欠点を有している。例えば、図３に示すように、孤
立したコンタクトホールの場合、コンタクトホール周辺
のレジストから均等にリフローが起こるため、ホールは
均一に縮小される。ところが、密集した状態にコンタク
トホールが配置されている場合、リフローが縦方向と横
方向とでは均等に起こらない。その結果、図に示すよう
に、形状劣化，時には位置ずれが生じる。特に、密集し
た状態に配置された周辺部のコンタクトホールで上記変
形は顕著に起こる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の製造方法および露光
用マスクである。

【０００９】本発明の半導体装置の製造方法は、露光お
よび現像によってレジスト膜にホールパターンを形成す
る工程と、熱処理によって前記ホール寸法よりも小さい
寸法のホールパターンを形成する工程とを備えた半導体
装置の製造方法において、前記ホールパターンを形成す
るのと同時に前記ホールパターンの周辺にダミーパター
ンを形成することを特徴としていて、前記ダミーパター
ンは前記ホールパターンと同等の大きさおよび同等のホ
ール間隔で配置、形成されることを特徴としている。

【００１０】上記半導体装置の製造方法では、ホールパ
ターンを形成するのと同時に前記ホールパターンの周辺
にダミーパターンを形成する。その際、ダミーパターン
は前記ホールパターンと同等の大きさおよび同等のホー
ル間隔で配置、形成されることから、密集した状態に形
成されたホールパターンのうち周辺部に配置されたダミ
ーパターンには変形が起こるが、得ようとしているホー
ルパターンは変形することなく所望の形状に形成され
る。

【００１１】本発明における別の半導体装置の製造方法
は、露光および現像によってレジスト膜にホールパター
ンを形成する工程と、熱処理によって前記ホールパター
ンをそのホール寸法よりも小さい寸法のホールパターン
に再形成する工程とを備えた半導体装置の製造方法にお
いて、前記ホールパターンを形成する露光工程の際に、
予め前記熱処理によって変形されるホールパターン形状
を見込んで補正したマスクを用いて前記ホールパターン
を露光することを特徴としている。

【００１２】上記半導体装置の製造方法ではホールパタ
ーンを形成する露光工程の際に、予め熱処理によって変
形されるホールパターン形状を見込んで補正したマスク
を用いてホールパターンを露光することから、熱処理後
のホールパターンは所望の形状、寸法に形成される。

【００１３】本発明の露光用マスクは、露光工程および
現像工程によってレジスト膜に形成したホールパターン
を、熱処理によって前記ホールパターンの寸法よりも小
さい寸法のホールパターンに再形成するホールパターン
の形成工程における前記露光工程で用いる露光用マスク
であって、予め前記熱処理によって変形されるホールパ
ターン形状を見込んで補正したマスクパターンを備えた
ことを特徴としている。

【００１４】上記露光用マスクでは、予め熱処理によっ
て変形されるホールパターン形状を見込んで補正したマ
スクパターンを備えていることから、この露光用マスク
を用いて露光すれば、熱処理による変形を補正した、所
望の形状、寸法のホールパターンが形成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法に
係る第１の実施の形態を、図１のレイアウト図によって
説明する。

【００１６】図１に示すように、露光および現像によっ
てレジスト膜１１にホールパターン１２を形成する際
に、ホールパターン１２を形成するのと同時にホールパ
ターン１２の周辺にダミーパターン１３を形成する。こ
のダミーパターン１３はホールパターン１２と同等の大
きさｗおよび同等のホール間隔ｄで配置、形成する。そ
して熱処理によってホールパターン１１のホール寸法よ
りも小さい寸法のホールパターン２１を形成する。それ
によって本来のコンタクトホール１２のパターンの対象
性が保たれて、熱処理によって均一なホールシュリンク
を起こさせることができるようになる。

【００１７】上記半導体装置の製造方法では、ホールパ
ターン１２を形成するのと同時に前記ホールパターン１
２の周辺にダミーパターン１３を形成する。その際、ダ
ミーパターン１３はホールパターン１２と同等の大きさ
および同等のホール間隔で配置、形成されることから、
熱処理によってシュリンクさせた場合、密集した状態に
形成されたホールのうち周辺部に配置されたダミーパタ
ーン１３には変形が起こるが、得ようとしているホール
パターン１２は変形することなく所望の形状に形成され
る。

【００１８】一例として、以下の条件により、０．２２
μｍ径のコンタクトホールを熱工程（レジスト膜１１の
熱処理）によって０．１７μｍ径にシュリンクさせるこ
とができた。

【００１９】シュリンクさせる光学条件としては、露光
波長が２４８ｎｍのクリプトンフッ素エキシマレーザ光
を光源とし、ＮＡ＝０．６８、σ＝０．７５を有する露
光装置を用い、レジストにはノボラック系レジストを用
いて０．７μｍの厚さに回転塗布して用い、熱処理の処
理条件としては、１４０℃の温度雰囲気で９０秒の処理
時間とした。

【００２０】次に、本発明の半導体装置の製造方法に係
る第２の実施の形態を、図２のレイアウト図によって説
明する。

【００２１】第１の実施の形態のように、ダミーパター
ンを配置するための領域を、本パターン周辺に確保でき
ない場合がある。そのような場合には、以下に説明する
第２の実施の形態のように、予め熱工程プロセスによる
パターンの変形を見込んでマスクパターンを補正してお
く。それによって、最終的に所望のサイズ，形状を有す
るパターンを得る。これはリソグラフィープロセスにお
いて広く採用されている光近接効果補正（ＯＰＣ）技術
を熱工程プロセスに拡張したものである。

【００２２】事前にテストパターン等を用いた実験によ
り、シュリンク量とパターンピッチとの関係を測定して
おく。さらにその測定値をデータベース化しておく。

【００２３】そして、図２に示すように、パターンピッ
チに対応して、予め熱処理によって変形されるホールパ
ターン形状を見込んで補正したマスクホールパターン３
１が形成された露光用マスク３０を用意する。マスクホ
ールパターン３１を補正する必要があるのは、密集ホー
ルパターンであり、熱処理による変形を受けない孤立ホ
ールパターンを形成するためのマスクホールパターン３
２は補正する必要はない。

【００２４】このようにホールパターンを露光する際に
用いる露光用マスク３０のマスクホールパターン３１に
バイアスをかけることにより、熱処理後に所望の口径、
形状のホールパターンが得られるようにする。

【００２５】上記露光用マスク３０を用いてレジスト膜
１１に露光を行い、さらに現像工程を行うと、レジスト
膜１１には孤立したホールパターン１５Ｒと密集したホ
ールパターン１２Ｒとが形成される。

【００２６】その後、ホール形状をシュリンクさせる熱
処理を行うことによって、レジスト膜１１には、孤立し
たホールパターン１５も密集したホールパターン１２も
ほぼ同形状、同寸法に形成される。

【００２７】上記半導体装置の製造方法ではホールパタ
ーン１２を形成する露光工程の際に、予め熱処理によっ
て変形されるホールパターン形状を見込んで補正した露
光用マスク３０を用いてホールパターンを露光すること
から、熱処理後のホールパターン１２は所望の形状、寸
法に形成される。

【００２８】また、上記露光用マスク３０では、予め熱
処理によって変形されるホールパターン形状を見込んで
補正したマスクホールパターン３１を備えていることか
ら、この露光用マスク３０を用いて露光すれば、熱処理
による変形を補正した、所望の形状、寸法のホールパタ
ーン１２が形成される。

【００２９】次に、上記第２の実施の形態における、熱
処理で変形するホールパターンの変形量を求める方法例
を以下に説明する。

【００３０】第１の方法としては、第１の工程として、
決められた条件下（露光装置のＮＡ,σ、レジストの種
類、レジストの膜厚、シュリンクさせる熱処理の温度,
時間）で、レジスト膜にテストパターンとなるホールパ
ターンの焼き付けを行う。そして、シュリンク量を各ホ
ールパターン毎、各ピッチ（またはホールパターン間
隔）毎に取得し、マスクホールパターンサイズに対応さ
せて、データベースを作成する。

【００３１】次に、第２の工程として、実際のデバイス
レイアウトに対してシュリンク後の大きさを所望の大き
さとするためのマスクホールパターンサイズを、第１の
工程で作成したデータベースより引き出す。

【００３２】次いで、第３の工程として、前記第２の工
程の作業をレジスト膜が形成された基板のＸ方向、Ｙ方
向に対して行い、必要な伸縮量に応じてマスクホールパ
ターンに補正をかける。

【００３３】次に、上記第２の実施の形態における、熱
処理で変形するホールパターンの変形量を求める別の方
法例を以下に説明する。

【００３４】第２の方法としては、第１の工程として、
プロセス条件（露光装置のＮＡ,σ、レジストの種類、
レジストの膜厚、シュリンクさせる熱処理の温度,時
間）と、デバイスパターンのレイアウトを記憶させて、
シュリンク後のホールパターンの形状を計算により求め
る。

【００３５】第１の工程で求めた計算結果とパターンレ
イアウトとを比較して、両者の差が許容値以上の領域を
取り出す。

【００３６】次いで第３の工程で、前記取り出した部分
のレイアウトを修正し、前記第１の工程を再び行う。

【００３７】そして、第１の工程で求めた計算結果とパ
ターンレイアウトとを比較して、両者の差が許容値以下
となったら、そのデータをもとにマスクホールパターン
の補正を行えばよい。

【００３８】上記説明した本発明の半導体装置の製造方
法は、エキシマレーザリソグラフィーの他に、電子線直
接描画リソグラフィー、重粒子線直接描画リソグラフィ
ー、エックス線直接描画リソグラフィーのように感光性
ポリマー樹脂を用いるすべての微細加工技術に対して適
用することが可能である。

【００３９】なお、本発明における上記熱処理条件も、
特開平１０−２７４８５４号公報にも開示されている熱
処理条件と同様に、レジスト膜の軟化開始温度から１０
℃〜３０℃、特に１５℃〜２５℃高い温度で熱処理して
シュリンクさせることが、ホールパターンのシュリンク
を制御する観点から好ましい。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の半導体装
置の製造方法によれば、ホールパターンを形成するのと
同時にホールパターンの周辺にホールパターンと同等の
大きさおよび同等のホール間隔でダミーパターンを配
置、形成するので、シュリンクのための熱処理を経て
も、ホールパターンは特定の方向にゆがむような変形を
起こすことなく、均一な状態にシュリンクして、所望の
形状に形成することができる。よって、熱工程プロセス
において、パターンの粗密依存が無く、非対称性に依存
せず、均一なシュリンク効果を得ることができる。

【００４１】本発明における別の半導体装置の製造方法
によれば、ホールパターンを形成する露光工程の際に、
予め熱処理によって変形されるホールパターン形状を見
込んで補正したマスクを用いてホールパターンを露光す
るので、シュリンクのための熱処理を経ても、ホールパ
ターンは特定の方向にゆがむような変形を起こすことな
く、均一な状態にシュリンクして、所望の形状に形成す
ることができる。よって、熱工程プロセスにおいて、パ
ターンの粗密依存が無く、非対称性に依存せず、均一な
シュリンク効果を得ることができる。

【００４２】本発明の露光用マスクによれば、予め熱処
理によって変形されるホールパターン形状を見込んで補
正したマスクパターンを備えているので、この露光用マ
スクを用いて露光すれば、シュリンクのための熱処理に
よる変形を補正した、所望の形状、寸法のホールパター
ンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体装置の製造方法に係る第１の実
施の形態を示すレイアウト図である。

【図２】本発明の半導体装置の製造方法に係る第２の実
施の形態および本発明の露光用マスクを示すレイアウト
図である。

【図３】課題を示すレイアウト図である。

【符号の説明】 １１…レジスト膜、１２…ホールパターン、１３…ダミ
ーパターン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光および現像によってレジスト膜にホ
   ールパターンを形成する工程と、 熱処理によって前記ホールパターンのホール寸法よりも
   小さい寸法のホールパターンを形成する工程とを備えた
   半導体装置の製造方法において、 前記ホールパターンを形成するのと同時に前記ホールパ
   ターンの周辺にダミーパターンを形成することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記ダミーパターンは前記ホールパター
   ンと同等の大きさおよび同等のホール間隔で配置、形成
   されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製
   造方法。
3. 【請求項３】 露光および現像によってレジスト膜にホ
   ールパターンを形成する工程と、 熱処理によって前記ホールパターンをそのホール寸法よ
   りも小さい寸法のホールパターンに再形成する工程とを
   備えた半導体装置の製造方法において、 前記ホールパターンを形成する露光工程の際に、予め前
   記熱処理によって変形されるホールパターン形状を見込
   んで補正したマスクを用いて前記ホールパターンを露光
   することを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 露光工程および現像工程によってレジス
   ト膜に形成したホールパターンを、熱処理によって前記
   ホールパターンの寸法よりも小さい寸法のホールパター
   ンに再形成するホールパターンの形成工程における前記
   露光工程で用いる露光用マスクであって、 予め前記熱処理によって変形されるホールパターン形状
   を見込んで補正したマスクパターンを備えたことを特徴
   とする露光用マスク。