JP2006039488A - マスクパターンデータ補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子線等の荷電ビームによる描画装置を用いたフォトマスクの製造において、マスクパターンの矩形性を向上させるため、描画データとしての補助パターンの補正量を決定し、汎用性があり実用的なマスクパターンの描画用データ補正方法を提供する。
【解決手段】補助パターン挿入前の描画データを用いて、レジストパターンを形成し、該レジストパターンの寸法を計測し、前記レジストパターンを設けたフォトマスクブランクをドライエッチングし、遮光膜パターンを形成し、該遮光膜パターンの寸法を計測し、前記レジストパターン寸法と前記遮光膜パターン寸法の差を算出し、前記算出したパターン寸法の差の１／２の値を一辺の寸法とする補助パターンを挿入した描画データを作成することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フォトマスクの描画用データ補正方法に関し、特にフォトマスク製造時におけるマスク寸法の変動を考慮したマスクパターンの描画用データ補正方法に関する。

従来、半導体ウェーハ上に回路パターンを形成するには、主に光縮小投影露光によりパターンを転写する方法が用いられている。近年、デバイスパターンの微細化に伴い、ウェーハ上のパターン寸法はますます小さくなっており、光の解像限界に近づきつつある。
デバイス製作には、設計パターン通りの微細なパターンを高精度でウェーハ上に転写する必要がある。しかしながら、デバイスパターンの微細化に伴い、設計パターン通りに形成したマスクパターンを用いても、マスクパターンをウェーハ上に転写する際の様々な要因によってマスクパターンからの線幅の乖離が生ずる場合がある。

例えば、パターン寸法の微細化により、露光光の回折が顕著となり、図５（ａ）に示すようなフォトマスク上で直角の角５２を持つマスクパターン５１が、半導体ウェーハ上では、図５（ｂ）に示すように、円弧状の角５３を持つレジストパターン像５４としてしか転写されなくなる光近接効果という問題が生じている。また、光近接効果は、隣接するパターンが互いに近づいた場合に、マスクパターンを通過した光が互いに干渉しあい、パターン間の光強度が変化し、形成されたレジストパターンの線幅が設計値から乖離するといった現象を生じ、半導体デバイスの高集積化、微細化の進展につれて問題となっている。
そこで、マスクを用いた転写工程において、上記の光近接効果を低減し、パターンの矩形性を向上させるために、図６に示すように、フォトマスクのマスクパターン６１上に形成される所望のパターンにおける角や辺等の所望の位置に、所望のパターンよりも微細でかつ所定形状を有する補助パターン６２を所望のパターンと併せて形成する光近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）という技術が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照。）。
しかし、特許文献１〜３に記載の光近接効果補正の技術は、いずれも半導体ウェーハ上にフォトマスクを用いてマスクパターンを光露光により転写する際において、ウェーハのフォトレジストに転写した場合の転写イメージ向上に関するマスクパターン補正に関する技術であって、上記のマスクパターン補正技術は、あくまでもマスクパターンが正確に形成されているという前提があっての技術である。

しかし、フォトマスク製造においても、マスクパターンの微細化、高集積化が進むに伴い、種々の要因により、設計パターン通りにマスクパターンが形成できないという問題が生じている。例えば、フォトマスク製造において用いられる電子線描画装置において、電子線の散乱による近接効果の影響で、電子線レジストが設計通りに解像せず、所望のレジストパターンが得られないという問題がある。例えば、デバイスパターンに多い矩形性パターンにおいて、パターンの微細化に伴い、設計通りの矩形性が得られず、マスクパターンのコーナー部が、本来の直角ではなく円弧状になってしまうという問題が生じている。
そこで、電子線等の荷電ビームによる描画時の描画条件を変えたり、補正することにより、正確なマスクパターンを得ようとする提案がされている（例えば、特許文献４、特許文献５参照。）。
特開昭５８−２００２３８号公報 特開平８−２４８６１４号公報 特開平８−３２１４５０号公報 特開平９−４５６００号公報 特開平９−６３９３０号公報

しかしながら、特許文献４に記載の描画方法は、光露光装置に用いるフォトマスクの近接効果補正の補助パターン形成を目的とし、所望のマスクパターンと補助パターンとで電子線等のエネルギー線の照射量比率を適宜変化させて描画する描画方法であり、フォトマスクそのものの矩形性向上を目的としたものではない。また、特許文献５に記載のパターンデータ補正方法は、電子線等の荷電ビームによる描画時の近接効果補正を目的としているが、所望パターンの周辺に別なパターンの有無を判別し、その有無に基づいて細分化されたパターンの、それぞれの描画時の露光量を割り振る補正を行なう方法であり、複雑な処理を要するという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電子線等の荷電ビームによる描画装置を用いたフォトマスクの製造において、マスクパターンの矩形性を向上させるため、描画データとしての補助パターンの補正量を決定し、汎用性があり実用的なマスクパターンの描画用データ補正方法を提供することを目的とする。

本発明者は、フォトマスク製造工程において、フォトマスクのマスクパターンの矩形性を低下させる大きな要因は、電子線レジスト等のレジストの現像工程よりも遮光膜のドライエッチング工程で支配的であることを見出し、遮光膜ドライエッチング時の補正量決定手法を明確にすることに着目して本発明を完成させたものである。

本発明の請求項１に記載のマスクパターンデータ補正方法は、フォトマスク製造時に、マスクパターン寸法の変動を補正するための補助パターンを備えたマスクパターンデータ補正方法において、透明基板上に遮光膜を設けたフォトマスクブランク上にレジスト膜を形成し、補助パターン挿入前の描画データを用いて、前記レジスト膜を荷電ビームでパターン描画するステップと、前記パターン描画したレジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、該レジストパターンの寸法を計測するステップと、前記レジストパターンを設けたフォトマスクブランクをドライエッチングし、前記レジストパターンを除去して遮光膜パターンを形成し、該遮光膜パターンの寸法を計測するステップと、前記レジストパターン寸法と前記遮光膜パターン寸法の差を算出するステップと、前記算出したパターン寸法の差の１／２の値を一辺の寸法とする補助パターンを挿入した描画データを作成するステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明の請求項２に記載のマスクパターンデータ補正方法は、前記マスクパターンが矩形状であり、前記補助パターンを挿入した描画データにおいて、前記マスクパターンの四隅の角に矩形状の補助パターンが設けられていることを特徴とするものである。

本発明の請求項３に記載のマスクパターンデータ補正方法は、前記矩形状の補助パターンが、前記マスクパターンの四隅の角と頂点で接していることを特徴とするものである。

本発明の請求項４に記載のマスクパターンデータ補正方法は、前記マスクパターンがコンタクトホールであることを特徴とするものである。

本発明によれば、レジスト現像後、および遮光膜ドライエッチング後のパターン寸法を計測することにより、フォトマスク製造におけるマスクパターンの矩形性向上のための、描画データ上の補助パターン補正量を容易に決定することが可能となる。
また、本発明の補助パターン補正量は、レジスト現像後、および遮光膜ドライエッチング後のパターン寸法のシフト量により決定され、マスクパターンのサイズには依存しないことになり、パターン補正が容易になり、高精度マスクを低コストで製造することが可能となる。
さらに、本発明のマスクパターンデータ補正方法は、パターン寸法ＣＤのシフト量で定義されるため、ブランク材料に依存せずに適用することが可能である。

以下、図面を参照して、本発明のマスクパターンデータ補正方法について、荷電ビームとして代表的な電子線を用いた場合について説明する。
図１は、本発明のマスクパターンデータ補正方法のステップを示すフローチャートである。

図１のステップＳ１に示すように、補助パターン挿入前の描画データを用いて、透明基板上に遮光膜を設けたマスクブランク上に塗布形成されたレジスト膜を、適正露光量で描画する。描画装置としては、通常、フォトマスク製造において用いられる電子線描画装置が適し、適正露光量とは、上記の描画装置により、使用する電子ビームレジスト等のレジストに適した露光量により描画、現像後、最適のレジストパターンが得られる露光量を意味する。
透明基板としては、光学研磨された低膨張ガラスや合成石英ガラス等が用いられ、遮光膜としては、クロム、クロムと低反射クロムの２層構造膜、他の遮光膜材料等が用いられ、本発明においては、マスク製造に通常用いられるマスクブランクが適用できる。

次に、パターン描画したレジスト膜を現像し、現像後のレジストパターンのパターン寸法（以下、レジストＣＤと記す。ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を計測する（図１のステップＳ２）。
図２（ａ）は、矩形状レジストパターンのＸ、Ｙ方向のレジストＣＤ（レジストＣＤｘ；レジストＣｄｙ）を計測している状態を示す上面図であり、矩形内が開口部となっている場合を例示している。
レジストとしては、通常、フォトマスク製造に用いられるドライエッチング耐性のあるネガ型、ポジ型の電子線ジストが適用し得る。ＣＤ計測には、フォトマスク用の微小寸法測定装置が用いられる。

次に、マスクブランクの遮光膜をドライエッチングし、続いてレジストパターンを除去した後、遮光膜パターンのパターン寸法（以下、遮光膜ＣＤと記す。）を計測する（図１のステップＳ３）。本発明が対象とする微細パターンにおいては、ウェットエッチングはサイドエッチング量が大きくなるので好ましい方法とは言えず、ドライエッチングが一般的である。
図２（ｂ）は、矩形状遮光膜パターンのＸ、Ｙ方向の遮光膜ＣＤ（遮光膜ＣＤｘ；遮光膜Ｃｄｙ）を計測している状態を示す上面図であり、矩形内が開口部となっている場合を示す。

次に、現像後のレジストＣＤとドライエッチング後の遮光膜ＣＤとのパターン寸法の差（ΔＣＤ）を計算する（図１のステップＳ４）。すなわち、
ΔＣＤ＝遮光膜ＣＤ−レジストＣＤ
を求める。通常、エッチング時にサイドエッチングが入るので、遮光膜ＣＤの方がレジストＣＤよりも大きな値となる。
図２（ｃ）は、矩形状レジストパターンと遮光膜パターンとを重ねた状態を示す上面図であり、両者のパターンの寸法差がΔＣＤである。

次に、補助パターンの形状、寸法を設定する。半導体デバイスのパターンは矩形状であることが多いので、本発明の補正方法による補助パターンも矩形状とするのが好ましく、矩形状マスクパターンの四隅の角に、一辺の寸法をΔＣＤ／２とした矩形状補助パターンを設けた描画データを作成する。

図３は、マスクパターン３１に補助パターン３２を備えた描画データの説明図であり、描画データとして、マスクパターンの四隅の角に設けられている一辺がΔＣＤ／２の矩形状補助パターンが、マスクパターンと各頂点で接している状態を示すものである。
マスクパターンがコンタクトホールのような正方形パターンの場合には、Ｘ方向とＹ方向は対象であり、またドライエッチング時の寸法シフト量も、通常、Ｘ方向とＹ方向はほぼ同じなので、ΔＣＤとしては同じ数値を用いることが可能である。
上記のように、一辺の寸法をΔＣＤ／２とした矩形状補助パターンを挿入した描画データを作成することにより、本発明による補助パターンを備えたマスクパターンデータ補正がなされる（図１のステップＳ５）。

本発明において、描画データとして、マスクパターンと補助パターンとを両者の角部周辺で重ねることも可能であり、例えば補助パターンを数１０％オーバーラップさせることもできる。しかし、重ねることにより描画データの処理が複雑になり、描画時のパターン精度を低下させるという問題が生じることがある。したがって、本発明では、描画データにおいて、マスクパターンの四隅の角に設けられている矩形状補助パターンが、マスクパターンと各頂点で接しているのがより好ましい。

上記の補正された描画データを用いて、レジスト膜を形成したフォトマスクブランクを、所定の露光量で描画し、以後のドライエッチング工程、レジスト剥膜工程を行なうことにより、矩形性の優れたマスクパターンを有するフォトマスクを得ることができる。
本発明はマスクパターンデータ側を補正しているので、得られたフォトマスクには補助パターンの痕跡は全く認められず、矩形性の良いマスクパターンが得られるものである。

上記のように、本発明では、レジストの現像後、および遮光膜のドライエッチング後のパターン寸法の差を計測し、その１／２を補助パターンの一辺とした補助パターンを有する描画データを作成することにより、フォトマスク製造におけるマスクパターンの矩形性向上のための、描画データ上の補助パターン補正量を容易に決定することができる。
また、本発明の補助パターン補正量は、パターン寸法ＣＤのシフト量により決定され、所望するマスクパターンのサイズには依存しないことになり、パターン補正が容易になり、高精度マスクを低コストで製造することが可能となる。

なお、上記の説明は、電子線レジストを用い電子線描画した場合について述べたが、本発明はイオンビーム等の他の荷電ビーム描画を用いた場合にも適用し得るものである。
また、本発明のマスクパターンデータ補正方法は、位相シフトマスクにも適用することが可能である。

光学研磨された６インチ角の高純度合成石英ガラス基板上に、８０ｎｍ厚のクロム薄膜と、４０ｎｍ厚の低反射クロム薄膜の２層クロム遮光膜を形成したフォトマスクブランクを用意し、このブランク上に電子ビームレジストとして化学増幅レジスト（富士フイルムアーチ社製ＦＥＰ−１７１）をスピンコーティング法により塗布し、レジスト膜を形成したブランクを作成した。

次に、マスクパターンとしてコンタクトホールを用い、上記の基板に補助パターン挿入前の描画データを用い、電子ビーム描画装置（日本電子（株）製：ＪＢＸ−３０３０ＭＶ）により加速電圧５０ｋＶで描画した。本実施例に用いたコンタクトホールは、一辺の寸法が異なる数種類のコンタクトホールが形成されているものであった。
次に、露光後ベークを行なった後、レジスト専用の現像液で現像し、純水でリンスして、コンタクトホールのレジストパターンを形成した。
次に、マスク用微小寸法測定装置（ＨＯＬＯＮ社製：ＥＭＵ−２２０）により上記のレジストパターンのＣＤ（レジストＣＤ；ＣＤｘ，ＣＤｙ）を測定したところ、Ｃｄｘ、ＣＤｙともに４００ｎｍであった。

次に、上記のレジストパターンの開口部より露出したクロム遮光膜を、ドライエッチング装置（ＵＮＡＸＩＳ社製：ＶＬＲ−７００）で塩素ガスを主成分とするエッチングガスによりドライエッチングし、続いて、残存するレジスト膜を酸素プラズマにより灰化除去し、コンタクトホールの遮光膜パターンを形成した。次いで、上記と同じマスク用微小寸法測定装置を用いて、この遮光膜パターンのＣＤ（遮光膜ＣＤ；ＣＤｘ，ＣＤｙ）を測定したところ、ＣＤｘ、ＣＤｙともに４３２ｎｍであった。

次に、遮光膜ＣＤとレジストＣＤの差（ΔＣＤ）を求めたところ、ｘ方向，ｙ方向ともにΔＣＤ＝３２ｎｍの値を得た。

次に、マスクパターンの四隅の角に一辺がΔＣＤ／２（１６ｎｍ）の正方形状の補助パターンを、マスクパターンと各頂点で接しているようにして挿入した描画データを作成した。

次に、上記の補助パターン挿入後の描画データを用いて、電子線レジストを塗布したフォトマスクブランクを上記と同じ条件で電子線描画し、現像し、ドライエッチング装置で遮光膜をエッチングし、レジストパターンを除去して、マスクパターンのコーナー部の矩形性が向上したフォトマスクを得た。

（比較例）
比較例として、補助パターンが挿入されていないデータ補正なしの描画データを用い、上記と同じ工程により、通常のフォトマスクを作製した。

上記で得た本発明のマスクパターンデータ補正した描画データにより作製したフォトマスクと、データ補正なしの描画データを用いた通常マスクとの矩形性を比較評価するために、本実施例では、一辺の寸法が異なる数種類のコンタクトホールを作製し、コンタクトホールの面積率で比較した。従来、矩形性評価のために、矩形状パターンの内接円の半径で比較する方法があるが、計測誤差が大きいので、本実施例では下記の「面積率」を求める方法で比較した。
面積率＝コンタクトホールの面積／ＣＤｘ×ＣＤｙ
なお、本実施例および比較例とも、ＣＤｘはＣＤｙと等しかった。

データ補正した本発明によるマスクと通常のマスクのコンタクトホールの目標ＣＤ（Ｔａｒｇｅｔ ＣＤ：単位ｎｍ）に対する面積率（Ｒａｔｉｏ）の比較を図４に示す。目標ＣＤが７００ｎｍ以下では、本発明のマスクの面積率（実線）が通常のマスクの面積率（点線）よりも常に上位にあり、本発明のマスクパターン補正方法が、マスクパターンの矩形性を向上させる十分な効果があることが示された。また、上記のように、本発明のマスクパターン補正方法は複雑な計算や多量のデータを取り扱うことなく、パターンサイズに依存することもなく、容易に高精度フォトマスクを製造することができることが示された。

本発明のマスクパターンデータ補正方法のステップを示すフローチャートである。 本発明のマスクパターンデータ補正方法の補正値を決める方法を説明する図である。 本発明の描画用矩形マスクパターンデータに補助パターンデータを設けた補正方法の説明図である。 実施例に示す本発明のマスクパターンデータ補正方法によるマスクと通常のマスクとのコンタクトホールの面積率を比較した図である。 光近接効果を説明する図である。 光近接効果補正をした従来のフォトマスクの上面模式図である。

符号の説明

３１ 描画データとしてのマスクパターン
３２ 描画データとしての補助パターン
５１ マスクパターン
５２ 直角の角
５３ 円弧状の角
５４ 半導体ウェーハ上のレジストパターン像
６１ マスクパターン
６２ 補助パターン

Claims (4)

1. フォトマスク製造時に、マスクパターン寸法の変動を補正するための補助パターンを備えたマスクパターンデータ補正方法において、
   透明基板上に遮光膜を設けたフォトマスクブランク上にレジスト膜を形成し、補助パターン挿入前の描画データを用いて、前記レジスト膜を荷電ビームでパターン描画するステップと、
   前記パターン描画したレジスト膜を現像してレジストパターンを形成し、該レジストパターンの寸法を計測するステップと、
   前記レジストパターンを設けたフォトマスクブランクをドライエッチングし、前記レジストパターンを除去して遮光膜パターンを形成し、該遮光膜パターンの寸法を計測するステップと、
   前記レジストパターン寸法と前記遮光膜パターン寸法の差を算出するステップと、
   前記算出したパターン寸法の差の１／２の値を一辺の寸法とする補助パターンを挿入した描画データを作成するステップと、
   を有することを特徴とするマスクパターンデータ補正方法。
2. 前記マスクパターンが矩形状であり、前記補助パターンを挿入した描画データにおいて、前記マスクパターンの四隅の角に矩形状の補助パターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンデータ補正方法。
3. 前記矩形状の補助パターンが、前記マスクパターンの四隅の角と頂点で接していることを特徴とする請求項２に記載のマスクパターンデータ補正方法。
4. 前記マスクパターンがコンタクトホールであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のマスクパターンデータ補正方法。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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