JP2004205833A - フォトマスク及びパターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現する。
【解決手段】転写用の第1のパターン2が形成されてなる第1のマスク(転写用フォトマスク)1と、第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第2のパターン4が形成されてなる第2のマスク(補正用フォトマスク)3とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。
【選択図】 図2
【解決手段】転写用の第1のパターン2が形成されてなる第1のマスク(転写用フォトマスク)1と、第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第2のパターン4が形成されてなる第2のマスク(補正用フォトマスク)3とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィープロセスによるパターン形成方法及びフォトマスクに関し、特に半導体装置の製造プロセスに用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子における諸々のパターンを形成する際には、屈折光学系又は反射屈折光学系の投影露光装置を用いているが、照明光学系のレンズ、マスク、投影レンズ等の表面や内部の反射、散乱、レンズ材料の屈折率の不均一等により、設計とは異なる光学経路の光が発生する。これは、フレアと呼ばれている現象である。
【0003】
最近では、半導体装置に対する微細化・高集積化の要請が益々高まっており、これに伴い投影露光装置で採用する露光光の短波長化が進行している。具体的には、193nmの波長の露光光が採用されているが、このような短波長に対応する投影露光装置のレンズ材料の特殊性、即ちレンズ表面における微細な凹凸やレンズを形成する材料がもつ不均一性による、露光パターンに依存した局所的なフレアの発生が問題視されつつある。これは、いわゆるローカルフレアと呼ばれるものであり、転写するパターンの形状やライン幅に不測の変化を生ぜしめる主原因となる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−308046号公報
【特許文献2】
特開平10−79338号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したローカルフレアは、半導体装置における所期の各パターンを良好に形成するためには、これを定量化して除去すべきものであるが、上述したように従来ではローカルフレアの影響は転写しようとするパターンサイズに比べて無視できる程小さかったために問題とはならず、パターンサイズの更なる縮小化を目指すべく極最近になってクローズアップされつつある問題であるため、現在のところ、特にこのローカルフレアに特定してこの問題を意識的に解決するための好適な何等かの手法は案出されていない状況にある。
【0006】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトマスクは、転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスクと、前記第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンが形成されてなる第2のマスクとを含む。
【0008】
本発明のパターン形成方法は、転写用の第1のパターンを露光する工程と、前記第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンを露光する工程とを含む。
【0009】
本発明のパターン形成方法の他の態様は、転写用の第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出する工程と、前記第1の強度分布を反転させた第2の強度分布を算出する工程と、前記第2の強度分布を近似的に実現する第2のパターンを生成する工程と、前記第1のパターンを露光する工程と、前記第1のパターンの露光前又は露光後に、前記第2のパターンを露光する工程とを含む。
【0010】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
始めに、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者は、ローカルフレアそのものを除去することは不可能であるが、そもそもローカルフレアが局所的に生じるものであり、しかもその相対的な光量はさほど大きくないことに着目し、露光領域全体でローカルフレアを均一化し、ローカルフレアの影響を実質的に除去することに想到した。具体的には、転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスク(転写用フォトマスク)と、第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第2のパターンが形成されてなる第2のマスク(補正用フォトマスク)とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。
【0011】
半導体回路の微細化に伴い、露光装置によって生じるローカルフレアの影響が無視できないものとなり,回路パターンを基板上に転写する際に生じたローカルフレアによりマスクの遮光部にも微量に光が漏れることがパターン寸法の変動を引き起こす。例えば、図1に示すように、遮光部103に転写用パターンとなる開口部102の形成されてなる転写用フォトマスクを用いて露光したときに、図2にローカルフレアがない場合の光強度を、図3にローカルフレアがある場合の光強度をそれぞれ示す。
【0012】
図3に示したように、ローカルフレアの影響により図2に比べて光強度のコントラストは低下し、本来暗くなるはずの遮光部においても、ある程度の明るさ(現在問題となっているローカルフレア量は、主パターンの明るさの10%程度であるが、露光装置のレンズの性能によりその大きさが異なる。)を持ち、その大きさは主パターンから離れるにつれて小さくなる。実際のパターニングにおいて、遮光部への迷光の影響は主パターンの中心から数10μmの距離まで存し、この迷光が隣のパターンに及ぼす影響が無視できなくなっている。
【0013】
本発明では、ローカルフレアそのものを除去するものではなく、ローカルフレアにより受ける影響を均一にしようとするものである.即ち、近隣にパターンがある場合とパターンが無い場合とで被るローカルフレア量が異なることを解決するため、▲1▼転写用の主パターン(第1のパターン)を露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出し、▲2▼第1の強度分布を反転させた第2の強度分布(第1の強度分布と加算すると略一定値となるような光強度分布)を算出し、▲3▼第2の強度分布を近似的に実現する補正用パターン(第2のパターン)を生成して、▲4▼主パターン及び補正用パターンを順不同で露光し、ローカルフレアの影響を均一化する(図4(ステップS1〜S5)参照)。
【0014】
ここで、露光領域全体でローカルフレアは均一化するため、当該ローカルフレアの光量が全体にわたって残存することになるが、その大きさは主パターンの露光量の10%程度であるため、主パターンの露光にとって無視し得る程度のものであるため問題はない。
【0015】
図5は、ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。説明の便宜上、転写用フォトマスクの主パターン(転写用パターン)を1次元の断面で表し、0が光を通さない遮光部における透過率を、1が開口部における透過率をそれぞれ示す。
転写用フォトマスク1に形成された転写用パターンとなる開口部2における露光光のマスク透過率(第1の強度分布)が、図5(a)のようである場合、そのローカルフレア量は、図5(b)のように、透過率を重み付き積分(ガウシアン)したもので求まる。ここで、ローカルフレア量は最大値で正規化しておく。
ローカルフレアI(x)を求める式は以下のようになる。
【0016】
【数1】
【0017】
また、必要があれば以下のように複数のガウシアンを用いてもよい。
【0018】
【数2】
【0019】
ここで、T(t)はマスクの透過率を表し、f(x−t)はガウシアンであるとして説明を進めているが、これに限るものではなく、ローカルフレアをより良く求めることができる関数があれば適用可能である。ここで、A,B,C,D,Eはそれぞれフィッティング係数である。
【0020】
図5(b)で示されるローカルフレアを均一化するようなフォトマスクの透過率(第2の強度分布)は図6(a)で表される。この透過率は図5(b)の透過率を反転させたものである。理想的な透過率は、ローカルフレア量が正規化されているため、図6(a)の破線(透過率1)のようになる。ここで、実際のフォトマスクでは連続的に変化する透過率を実現するのは困難であるので、図6(b)の平面図のように、図6(a)の透過率に応じた面積(幅)の開口部4の形成された補正用フォトマスク3を用い、連続的に変化する透過率を遮光部5の透過率0と開口部4の透過率1のみで近似的に実現する。
【0021】
図5(a)の転写用フォトマスク1を用いて通常露光を行った後に、図6(a)の補正用フォトマスク3を同じ位置に重ねて露光することにより、ローカルフレアの影響を均一化することができる。補正用フォトマスク3を用いた露光時間は、転写用フォトマスク1を用いた露光時間に比べて短い(約1/10)ため、補正用フォトマスクの露光により生じるフレア(露光領域全面のフレア)は無視し得る程度のものである。
【0022】
なお、例えば、特許文献1では後方散乱の足りない分を電子ビームで補う手法が、特許文献2では補正用図形をフォトマスクのシフトにより発生する手法がそれぞれ開示されているが、どちらも本発明とは構成及び目的が異なり相違するものである。
【0023】
−具体的な諸実施形態−
以下、上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な諸実施形態について説明する。なお、以下の諸実施形態では、パターン形成される基板として半導体基板を例示し、本発明のパターン形成方法が主に半導体装置の製造に用いられる旨を前提としたが、本発明の適用対象は半導体装置の製造方法のみならず、微細なパターンを要するデバイスの製造全般に適用可能である。
【0024】
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。本実施形態では、基本骨子で開示したローカルフレアの均一化の具体例について述べる。
【0025】
ここでは先ず、図7に示すように、例えば遮光部22に転写用パターンとして帯状の開口部21が形成されてなる転写用フォトマスク11を用いて、転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト(不図示)に露光する。
このとき、転写用パターンの形状や面積等に依存して、図8に示すようなローカルフレアが発生する。
【0026】
続いて、このローカルフレアを半導体基板における露光領域全体で均一化するため、図9に示す補正用フォトマスク12を用いて、転写用フォトマスク11による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク12は、上記の基本骨子で説明した方法で当該ローカルフレアを算出し、算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた、図10に示すような強度分布を可及的に実現すべく、遮光部24に補正用パターンとして幅を変えた微細な帯状の開口部23が形成されてなるものである。なお、図示の例では、半導体基板(上のフォトレジスト)に転写された際の開口部23及び遮光部24の最大幅(0.1μm)と最小幅(0.05μm)が示されている。
【0027】
ここで、追加露光を行う際の光学条件は、露光波長を248nm、露光光源の干渉係数を0.3、開口率(NA)が0.4、デフォーカスを0.3μmとした。ここで、デフォーカス及び低いNAを用いたのは、図9に示す補正用パターンの形状がそのまま転写されることを防ぐためである。転写用フォトマスク11を用いた主露光のエネルギー強度を1とした場合、補正用フォトマスク12を用いた追加露光のエネルギー強度は0.1程度である。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【0028】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【0029】
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、ローカルフレアの影響により転写用パターンに局所的に発生する露光不足を補うように、追加露光を実行する場合について例示する。上記の露光不足は、例えば幅狭のゲート電極等のライン状パターンで顕著に発生するため、本実施形態では、ライン状の転写用パターンに本発明を適用し、転写後のパターンをシミュレーションにより算出した場合について説明する。
【0030】
ここでは先ず、図11に示すように、例えば遮光部42に転写用パターンとして帯状の開口部41が形成されてなる転写用フォトマスク31を用いる。ここでは、転写用フォトマスク31の転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト(不図示)に露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した。
【0031】
シミュレーション結果を図12に示す。実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンはそのエッジ部位に露光不足が生じ、丸まった形状に形成されるものと予測される。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を193nm、干渉係数を0.6、NAを0.7とした。
【0032】
続いて、上記の露光不足によるパターン形成不良を改善すべく、図13に示す補正用フォトマスク32を用いて、転写用フォトマスク31による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク32は、遮光部44にライン状パターンの当該露光不足に相当する部分に対応するように補正用パターンとなる開口部43が形成されてなるものである。
【0033】
このときのシミュレーション結果を図14に示す。図12と同様に、実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンは、そのエッジ部位生じていた露光不足が解消され、理想的なライン状パターンとほぼ一致するように形成されることが判る。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を193nm、干渉係数を0.5、NAを0.7とした。また、転写用フォトマスク31を用いた主露光のエネルギー強度を1とした場合、補正用フォトマスク32を用いた追加露光のエネルギー強度は0.1程度であった。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【0034】
本実施形態では、転写したパターンに局所的に露光不足が生じる場合について例示したが、転写用パターンの形状等により、まれに露光過多が生じることも考えられるが、この場合には意図的に露光量を低減するように調節すれば、本実施形態が適用できる。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターン31に対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、特にライン状パターンのエッジ部位における露光不足が解消されて高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【0036】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0037】
(付記1)転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスクと、
前記第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンが形成されてなる第2のマスクと
を含むことを特徴とするフォトマスク。
【0038】
(付記2)前記第2のマスクは、前記第2のパターンとして前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記1に記載のフォトマスク。
【0039】
(付記3)前記第2のマスクは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、前記第2のパターンとして当該局部に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記1に記載のフォトマスク。
【0040】
(付記4)転写用の第1のパターンを露光する工程と、
前記第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【0041】
(付記5)前記第2のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記4に記載のパターン形成方法。
【0042】
(付記6)前記第2のパターンは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記4に記載のパターン形成方法。
【0043】
(付記7)転写用の第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出する工程と、
前記第1の強度分布を反転させた第2の強度分布を算出する工程と、
前記第2の強度分布を近似的に実現する第2のパターンを生成する工程と、
前記第1のパターンを露光する工程と、
記第1のパターンの露光前又は露光後に、前記第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【0044】
(付記8)前記第2のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記7に記載のパターン形成方法。
【0045】
(付記9)前記第2のパターンは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記8に記載のパターン形成方法。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】転写用パターンの形成されたフォトマスクを示す概略平面図である。
【図2】ローカルフレアがない場合の光強度を示す特性図である。
【図3】ローカルフレアがある場合の光強度を示す特性図である。
【図4】本発明によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図5】ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。
【図6】ローカルフレアの影響を均一化する様子を示す模式図である。
【図7】第1の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図8】発生したローカルフレアを示す特性図である。
【図9】第1の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図10】算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた強度分布を実現させた光強度図である。
【図11】第2の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図12】転写用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【図13】第2の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である.
【図14】補正用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【符号の説明】
1,11,31 転写用フォトマスク
2,4,21,23,41,43 開口部
3,12,32 補正用フォトマスク
5,22,24,42,44 遮光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィープロセスによるパターン形成方法及びフォトマスクに関し、特に半導体装置の製造プロセスに用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体素子における諸々のパターンを形成する際には、屈折光学系又は反射屈折光学系の投影露光装置を用いているが、照明光学系のレンズ、マスク、投影レンズ等の表面や内部の反射、散乱、レンズ材料の屈折率の不均一等により、設計とは異なる光学経路の光が発生する。これは、フレアと呼ばれている現象である。
【0003】
最近では、半導体装置に対する微細化・高集積化の要請が益々高まっており、これに伴い投影露光装置で採用する露光光の短波長化が進行している。具体的には、193nmの波長の露光光が採用されているが、このような短波長に対応する投影露光装置のレンズ材料の特殊性、即ちレンズ表面における微細な凹凸やレンズを形成する材料がもつ不均一性による、露光パターンに依存した局所的なフレアの発生が問題視されつつある。これは、いわゆるローカルフレアと呼ばれるものであり、転写するパターンの形状やライン幅に不測の変化を生ぜしめる主原因となる。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−308046号公報
【特許文献2】
特開平10−79338号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したローカルフレアは、半導体装置における所期の各パターンを良好に形成するためには、これを定量化して除去すべきものであるが、上述したように従来ではローカルフレアの影響は転写しようとするパターンサイズに比べて無視できる程小さかったために問題とはならず、パターンサイズの更なる縮小化を目指すべく極最近になってクローズアップされつつある問題であるため、現在のところ、特にこのローカルフレアに特定してこの問題を意識的に解決するための好適な何等かの手法は案出されていない状況にある。
【0006】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトマスクは、転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスクと、前記第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンが形成されてなる第2のマスクとを含む。
【0008】
本発明のパターン形成方法は、転写用の第1のパターンを露光する工程と、前記第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンを露光する工程とを含む。
【0009】
本発明のパターン形成方法の他の態様は、転写用の第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出する工程と、前記第1の強度分布を反転させた第2の強度分布を算出する工程と、前記第2の強度分布を近似的に実現する第2のパターンを生成する工程と、前記第1のパターンを露光する工程と、前記第1のパターンの露光前又は露光後に、前記第2のパターンを露光する工程とを含む。
【0010】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
始めに、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者は、ローカルフレアそのものを除去することは不可能であるが、そもそもローカルフレアが局所的に生じるものであり、しかもその相対的な光量はさほど大きくないことに着目し、露光領域全体でローカルフレアを均一化し、ローカルフレアの影響を実質的に除去することに想到した。具体的には、転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスク(転写用フォトマスク)と、第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第2のパターンが形成されてなる第2のマスク(補正用フォトマスク)とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。
【0011】
半導体回路の微細化に伴い、露光装置によって生じるローカルフレアの影響が無視できないものとなり,回路パターンを基板上に転写する際に生じたローカルフレアによりマスクの遮光部にも微量に光が漏れることがパターン寸法の変動を引き起こす。例えば、図1に示すように、遮光部103に転写用パターンとなる開口部102の形成されてなる転写用フォトマスクを用いて露光したときに、図2にローカルフレアがない場合の光強度を、図3にローカルフレアがある場合の光強度をそれぞれ示す。
【0012】
図3に示したように、ローカルフレアの影響により図2に比べて光強度のコントラストは低下し、本来暗くなるはずの遮光部においても、ある程度の明るさ(現在問題となっているローカルフレア量は、主パターンの明るさの10%程度であるが、露光装置のレンズの性能によりその大きさが異なる。)を持ち、その大きさは主パターンから離れるにつれて小さくなる。実際のパターニングにおいて、遮光部への迷光の影響は主パターンの中心から数10μmの距離まで存し、この迷光が隣のパターンに及ぼす影響が無視できなくなっている。
【0013】
本発明では、ローカルフレアそのものを除去するものではなく、ローカルフレアにより受ける影響を均一にしようとするものである.即ち、近隣にパターンがある場合とパターンが無い場合とで被るローカルフレア量が異なることを解決するため、▲1▼転写用の主パターン(第1のパターン)を露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出し、▲2▼第1の強度分布を反転させた第2の強度分布(第1の強度分布と加算すると略一定値となるような光強度分布)を算出し、▲3▼第2の強度分布を近似的に実現する補正用パターン(第2のパターン)を生成して、▲4▼主パターン及び補正用パターンを順不同で露光し、ローカルフレアの影響を均一化する(図4(ステップS1〜S5)参照)。
【0014】
ここで、露光領域全体でローカルフレアは均一化するため、当該ローカルフレアの光量が全体にわたって残存することになるが、その大きさは主パターンの露光量の10%程度であるため、主パターンの露光にとって無視し得る程度のものであるため問題はない。
【0015】
図5は、ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。説明の便宜上、転写用フォトマスクの主パターン(転写用パターン)を1次元の断面で表し、0が光を通さない遮光部における透過率を、1が開口部における透過率をそれぞれ示す。
転写用フォトマスク1に形成された転写用パターンとなる開口部2における露光光のマスク透過率(第1の強度分布)が、図5(a)のようである場合、そのローカルフレア量は、図5(b)のように、透過率を重み付き積分(ガウシアン)したもので求まる。ここで、ローカルフレア量は最大値で正規化しておく。
ローカルフレアI(x)を求める式は以下のようになる。
【0016】
【数1】
【0017】
また、必要があれば以下のように複数のガウシアンを用いてもよい。
【0018】
【数2】
【0019】
ここで、T(t)はマスクの透過率を表し、f(x−t)はガウシアンであるとして説明を進めているが、これに限るものではなく、ローカルフレアをより良く求めることができる関数があれば適用可能である。ここで、A,B,C,D,Eはそれぞれフィッティング係数である。
【0020】
図5(b)で示されるローカルフレアを均一化するようなフォトマスクの透過率(第2の強度分布)は図6(a)で表される。この透過率は図5(b)の透過率を反転させたものである。理想的な透過率は、ローカルフレア量が正規化されているため、図6(a)の破線(透過率1)のようになる。ここで、実際のフォトマスクでは連続的に変化する透過率を実現するのは困難であるので、図6(b)の平面図のように、図6(a)の透過率に応じた面積(幅)の開口部4の形成された補正用フォトマスク3を用い、連続的に変化する透過率を遮光部5の透過率0と開口部4の透過率1のみで近似的に実現する。
【0021】
図5(a)の転写用フォトマスク1を用いて通常露光を行った後に、図6(a)の補正用フォトマスク3を同じ位置に重ねて露光することにより、ローカルフレアの影響を均一化することができる。補正用フォトマスク3を用いた露光時間は、転写用フォトマスク1を用いた露光時間に比べて短い(約1/10)ため、補正用フォトマスクの露光により生じるフレア(露光領域全面のフレア)は無視し得る程度のものである。
【0022】
なお、例えば、特許文献1では後方散乱の足りない分を電子ビームで補う手法が、特許文献2では補正用図形をフォトマスクのシフトにより発生する手法がそれぞれ開示されているが、どちらも本発明とは構成及び目的が異なり相違するものである。
【0023】
−具体的な諸実施形態−
以下、上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な諸実施形態について説明する。なお、以下の諸実施形態では、パターン形成される基板として半導体基板を例示し、本発明のパターン形成方法が主に半導体装置の製造に用いられる旨を前提としたが、本発明の適用対象は半導体装置の製造方法のみならず、微細なパターンを要するデバイスの製造全般に適用可能である。
【0024】
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。本実施形態では、基本骨子で開示したローカルフレアの均一化の具体例について述べる。
【0025】
ここでは先ず、図7に示すように、例えば遮光部22に転写用パターンとして帯状の開口部21が形成されてなる転写用フォトマスク11を用いて、転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト(不図示)に露光する。
このとき、転写用パターンの形状や面積等に依存して、図8に示すようなローカルフレアが発生する。
【0026】
続いて、このローカルフレアを半導体基板における露光領域全体で均一化するため、図9に示す補正用フォトマスク12を用いて、転写用フォトマスク11による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク12は、上記の基本骨子で説明した方法で当該ローカルフレアを算出し、算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた、図10に示すような強度分布を可及的に実現すべく、遮光部24に補正用パターンとして幅を変えた微細な帯状の開口部23が形成されてなるものである。なお、図示の例では、半導体基板(上のフォトレジスト)に転写された際の開口部23及び遮光部24の最大幅(0.1μm)と最小幅(0.05μm)が示されている。
【0027】
ここで、追加露光を行う際の光学条件は、露光波長を248nm、露光光源の干渉係数を0.3、開口率(NA)が0.4、デフォーカスを0.3μmとした。ここで、デフォーカス及び低いNAを用いたのは、図9に示す補正用パターンの形状がそのまま転写されることを防ぐためである。転写用フォトマスク11を用いた主露光のエネルギー強度を1とした場合、補正用フォトマスク12を用いた追加露光のエネルギー強度は0.1程度である。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【0028】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【0029】
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、ローカルフレアの影響により転写用パターンに局所的に発生する露光不足を補うように、追加露光を実行する場合について例示する。上記の露光不足は、例えば幅狭のゲート電極等のライン状パターンで顕著に発生するため、本実施形態では、ライン状の転写用パターンに本発明を適用し、転写後のパターンをシミュレーションにより算出した場合について説明する。
【0030】
ここでは先ず、図11に示すように、例えば遮光部42に転写用パターンとして帯状の開口部41が形成されてなる転写用フォトマスク31を用いる。ここでは、転写用フォトマスク31の転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト(不図示)に露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した。
【0031】
シミュレーション結果を図12に示す。実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンはそのエッジ部位に露光不足が生じ、丸まった形状に形成されるものと予測される。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を193nm、干渉係数を0.6、NAを0.7とした。
【0032】
続いて、上記の露光不足によるパターン形成不良を改善すべく、図13に示す補正用フォトマスク32を用いて、転写用フォトマスク31による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク32は、遮光部44にライン状パターンの当該露光不足に相当する部分に対応するように補正用パターンとなる開口部43が形成されてなるものである。
【0033】
このときのシミュレーション結果を図14に示す。図12と同様に、実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンは、そのエッジ部位生じていた露光不足が解消され、理想的なライン状パターンとほぼ一致するように形成されることが判る。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を193nm、干渉係数を0.5、NAを0.7とした。また、転写用フォトマスク31を用いた主露光のエネルギー強度を1とした場合、補正用フォトマスク32を用いた追加露光のエネルギー強度は0.1程度であった。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【0034】
本実施形態では、転写したパターンに局所的に露光不足が生じる場合について例示したが、転写用パターンの形状等により、まれに露光過多が生じることも考えられるが、この場合には意図的に露光量を低減するように調節すれば、本実施形態が適用できる。
【0035】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターン31に対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、特にライン状パターンのエッジ部位における露光不足が解消されて高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【0036】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【0037】
(付記1)転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスクと、
前記第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンが形成されてなる第2のマスクと
を含むことを特徴とするフォトマスク。
【0038】
(付記2)前記第2のマスクは、前記第2のパターンとして前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記1に記載のフォトマスク。
【0039】
(付記3)前記第2のマスクは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、前記第2のパターンとして当該局部に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記1に記載のフォトマスク。
【0040】
(付記4)転写用の第1のパターンを露光する工程と、
前記第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【0041】
(付記5)前記第2のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記4に記載のパターン形成方法。
【0042】
(付記6)前記第2のパターンは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記4に記載のパターン形成方法。
【0043】
(付記7)転写用の第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出する工程と、
前記第1の強度分布を反転させた第2の強度分布を算出する工程と、
前記第2の強度分布を近似的に実現する第2のパターンを生成する工程と、
前記第1のパターンを露光する工程と、
記第1のパターンの露光前又は露光後に、前記第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【0044】
(付記8)前記第2のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記7に記載のパターン形成方法。
【0045】
(付記9)前記第2のパターンは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記8に記載のパターン形成方法。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】転写用パターンの形成されたフォトマスクを示す概略平面図である。
【図2】ローカルフレアがない場合の光強度を示す特性図である。
【図3】ローカルフレアがある場合の光強度を示す特性図である。
【図4】本発明によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図5】ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。
【図6】ローカルフレアの影響を均一化する様子を示す模式図である。
【図7】第1の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図8】発生したローカルフレアを示す特性図である。
【図9】第1の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図10】算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた強度分布を実現させた光強度図である。
【図11】第2の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図12】転写用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【図13】第2の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である.
【図14】補正用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【符号の説明】
1,11,31 転写用フォトマスク
2,4,21,23,41,43 開口部
3,12,32 補正用フォトマスク
5,22,24,42,44 遮光部
Claims (5)
- 転写用の第1のパターンが形成されてなる第1のマスクと、前記第1のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンが形成されてなる第2のマスクと
を含むことを特徴とするフォトマスク。 - 前記第2のマスクは、前記第2のパターンとして前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口が形成されてなることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記第2のマスクは、前記第1のマスクにより露光する際に転写される前記第1のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、前記第2のパターンとして当該局部に対応した開口が形成されてなることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 転写用の第1のパターンを露光する工程と、
前記第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。 - 転写用の第1のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第1の強度分布を算出する工程と、
前記第1の強度分布を反転させた第2の強度分布を算出する工程と、
前記第2の強度分布を近似的に実現する第2のパターンを生成する工程と、
前記第1のパターンを露光する工程と、
前記第1のパターンの露光前又は露光後に、前記第2のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
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---|---|---|---|
JP2002375108A JP2004205833A (ja) | 2002-12-25 | 2002-12-25 | フォトマスク及びパターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006210821A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Nec Electronics Corp | 配線パターン形成方法および、この方法に用いられるマスク |
JP2007234716A (ja) * | 2006-02-28 | 2007-09-13 | Nikon Corp | 露光方法 |
KR100988987B1 (ko) | 2003-03-26 | 2010-10-20 | 샤프 가부시키가이샤 | 플레어 측정용 포토 마스크쌍, 플레어 측정 기구 및 플레어 측정 방법 |
JP2011023549A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Fujitsu Semiconductor Ltd | マスクパターン評価方法、マスクパターン補正方法及びマスクパターン発生装置 |
-
2002
- 2002-12-25 JP JP2002375108A patent/JP2004205833A/ja not_active Withdrawn
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