JP2007304369A - フォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】近年の半導体デバイスの微細化に伴って、露光光が短波長化し、遮光帯の外側への漏れ光（ゴースト）が増大してきた。さらに露光量マージンが不足してきたことによって、ゴーストによるパターン寸法変動、およびパターン欠陥が発生するという問題がある。
【解決手段】本発明のフォトマスクは、レチクルアライメントマーク部１０の透過部をハーフトーン位相シフト部４０とする。レチクルアライメント部の透過部をハーフトーン位相シフト部とすることによって、露光光に対する透過率を低減し、ゴーストの影響を低減することができる。その結果微細化に適したパターン寸法変動の少ないフォトマスクが得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体装置を製造するときのリソグラフィ工程に用いられるフォトマスクに係り、特にハーフトーン位相シフト部を備えたフォトマスクに関する。

半導体装置の高集積化にともない、素子パターンの微細化が進んでいる。例えば、ダイナミック型ランダムアクセスメモリ（以下、ＤＲＡＭと称する。）においては、最小寸法１００ｎｍ以下、１ギガビットの容量の製品が実用化されている。この微細化の牽引力の一つが光リソグラフィ技術である。光リソグラフィの進歩の１つとして露光光の短波長化がある。露光装置に使用される光源の波長は、可視光（ｇ線）、紫外線（ｉ線）さらにエキシマレーザ（ＫｒＦ、ＡｒＦ、Ｆ２）と短くなっている。さらに露光光の短波長化とともに超解像技術の１つとして位相シフトフォトマスク技術がある。

位相シフトフォトマスクは、光源の波動としての性質である位相を変調シフトすることで解像度を向上させている。その方法としてはハーフトーン型とレベンソン型がある。ハーフトーン型は石英ブランクス上に形成されたパターンとして透過率４〜１０数％程度の半遮光膜を用い、位相をシフトさせる。半遮光膜としてはＣｒ系やＭｏＳｉ系の金属が使用されている。レベンソン型は遮光膜の透過率は０％で、遮光膜パターンがない部分の石英ブランクスを削り、その厚さを薄くすることで光の位相をシフトさせる。このように光の位相をシフトさせることで解像度を向上させている。

これらの従来のパターン転写方法を図５、図６、図７を参照して説明する。半導体基板上に所望のレジストパターンを形成する方法においては、図６に示したようなフォトマスクを用いて露光を行うことによってパターン転写する方法が用いられてきた。フォトマスクには、転写するパターンを有した製品パターン部０１と、その外周に製品パターン以外のパターンが転写されることを防ぐ遮光領域２１が配置されている。また、下地パターンとの重ね合わせを行う上で、フォトマスクのアライメントを行う必要がある。この際に用いるレチクルアライメントマーク部１１（図７参照）が配置されている。レチクルアライメントマーク部１１は、例として遮光領域４１が十字マークのものを示しており、十字マーク以外はガラス部（透過部）３１となっている。

このように近年の微細化に伴って、露光光が短波長化し、遮光帯の外側への漏れ光（ゴースト）が増大してきた。さらに露光量マージンが不足してきたことによって、ゴーストによるパターン寸法変動、およびパターン欠陥が問題となってきた。そのために従来のフォトマスクを用いて、パターン形成を行った場合には、図５に示すように部分的にレジストパターンの寸法が小さくなる結果が得られた。

寸法が小さくなる部分は製品パターン部０１の外周に設けられた遮光領域２１に設けられたレチクルアライメントマーク部１１の近傍である。レチクルアライメントマーク部からの漏れ光に、レジストが反応し、その結果レチクルアライメントマーク部近傍のレジストがオーバー露光状態となり、パターン寸法が小さくなったと考えられる。このように遮光帯の外側への漏れ光（ゴースト）の増大、さらに露光量マージンが不足してきたことによって、ゴーストによるパターン寸法変動、およびパターン欠陥が問題になっている。

これらのハーフトーン型位相シフトフォトマスクに関する先行文献として下記特許文献がある。特許文献１（特開平10-83062）では、半透過部の四隅のコーナー部分に遮光層を設け光の漏れを防止している。特許文献２（特開平９−205055）では、ハーフトーン型位相シフトフォトマスクを使用したアライメント装置において、マスクの下側に高反射板を設け高コントラストの反射像を得ている。これらの先行文献には、本願におけるレチクルアライメントマークの漏れ光によるレジストのオーバー露光によるパターン寸法変動に関する記載はない。

特開平１０−８３０６２号公報 特開平９−２０５０５５号公報

上記したようにレチクルアライメントマーク部近傍のレジストパターン寸法が小さくなるという問題がある。本発明の目的は、これらの問題に鑑み、ゴーストによるパターン寸法変動およびパターン欠陥を低減することができるハーフトーン位相シフト部を備えたフォトマスクを提供することにある。

本願は上記した課題を解決するため、基本的には下記に記載される技術を採用するものである。またその技術趣旨を逸脱しない範囲で種々変更できる応用技術も、本願に含まれることは言うまでもない。

本発明のフォトマスクは、半導体ウェーハ上に製品パターンを転写に使用され、フォトマスクのレチクルアライメントマーク部は透過部を有しないことを特徴とする。

本発明のフォトマスクにおいては、前記レチクルアライメントマーク部の透過部をハーフトーン位相シフト部として形成することを特徴とする。

本発明のフォトマスクにおいては、前記レチクルアライメントマーク部をハーフトーン位相シフト部と遮光領域により形成することを特徴とする。

本発明のフォトマスクにおいては、前記レチクルアライメントマーク部を十字マークの遮光領域、その他の領域をハーフトーン位相シフト部により形成することを特徴とする。

本発明のフォトマスクにおいては、製品パターン部以外を遮光部として形成することを特徴とする。

本発明のフォトマスクにおいては、前記ハーフトーン位相シフト部は露光光に対する光透過率はアライメント光に対する光透過率よりも低いことを特徴とする。

本発明のフォトマスクは、KrFハーフトーン位相シフトマスク、ｉ線ハーフトーン位相シフトマスク、ArFハーフトーン位相シフトマスク及びF2ハーフトーン位相シフトマスクのいずれか１つであることを特徴とする。

本発明のフォトマスクは、レチクルアライメントマーク部の透過部をハーフトーン位相シフト部とする。レチクルアライメント部の透過部をハーフトーン位相シフト部とすることによって、露光光に対する透過率を低減し、ゴーストの影響を低減することができる。その結果微細化に適したパターン寸法変動の少ないフォトマスクが得られる。

以下に、本発明のフォトマスクについて図１〜図４を参照して説明する。図１には本発明のフォトマスクの平面図を示す。図２は、フォトマスクに配置したレチクルアライメントマーク部の拡大図である。図３には露光ショットとパターン寸法測定位置を説明するための図を示し、図４にそのパターン寸法測定値を示す。

図１に示すフォトマスクは、製品パターン部０１の外周にレチクルアライメントマーク部１０を備え、その他の外周領域は遮光領域２０となっている。図２に示すレチクルアライメントマーク部１０の十字マークは遮光領域３０とし、十字マーク以外の透過部の領域は、ハーフトーン位相シフト部で形成している。ここで、ハーフトーン位相シフト部は、製品パターン部のハーフトーン位相シフト部と同一の構造とする。また図１に示したように、製品パターンの外周部は、前記レチクルアライメントマーク部を除いて全て遮光領域としている。

ここで、フォトマスクは例えばＫｒＦハーフトーン位相シフト用ブランクス（ＨＯＹＡ株式会社製）を用いたフォトマスクを用いることができる。この場合、フォトマスクのハーフトーン位相シフト部は、ＫｒＦエキシマレーザー光（波長：248nm）に対して６％の透過率を有している。またアライメントに用いる可視光に対しては数十％の透過率を有しており、レチクルのアライメントを行うことができる。フォトマスクのハーフトーン位相シフト部は露光光に対する透過率が低いことから、透過部ではなく遮光部として扱う。

次に、このフォトマスクの使用方法を説明する。半導体基板上に、所望のレジストパターンを形成するため、ＫｒＦエキシマレーザー露光用化学増幅系ポジ型フォトレジストを塗布する。その後、ＫｒＦエキシマレーザー露光装置に前記フォトマスクをセットして露光を行う。露光する際には、露光前にフォトマスク上に配置されたレチクルアライメントマークを用いて、フォトマスクの位置とウェーハステージ位置との相対位置を計測する。半導体基板上に前工程にて形成したレチクルアライメントマークを用いて、半導体基板の位置を計測した後、フォトマスクのパターンが半導体基板上に形成されたパターンと所望の位置で重ね合わさるように露光する。その後、露光した半導体基板を、ホットプレート上で露光後ベークを行い、アルカリ現像液にて現像することによって、レジストパターンを形成する。

図３に示したように、これらの露光は１回の露光により１露光ショット５０が露光され、これらを繰り返すことで半導体基板全体が露光できる。ここでの露光ショット５０は、製品パターン部０１の領域が露光される。半導体基板上に形成されたレジストパターンの寸法を計測した結果、図４に示すように露光ショット全体にわたって均一な寸法となった。これに対して、従来のフォトマスクを用いて、パターン形成を行った場合は、図５に示したように、部分的にレジストパターンの寸法が小さくなる結果が得られた。このパターン寸法が小さくなる領域は、隣のショット時におけるレチクルアライメントマーク近傍である。隣のショット時におけるレチクルアライメントマークからの漏れ光によりパターン寸法が小さくなっているものである。

例えばショット（ｎ−１）、ｎ、（ｎ＋１）としてリピートされる。このとき前の露光ショット（ｎ−１）時には、レチクルアライメントマーク部の漏れ光によりショットｎの製品パターン部の一部を露光する。さらに次の露光ショット（ｎ＋１）時には、レチクルアライメントマーク部の漏れ光によりショットｎの製品パターン部の一部を露光する。このように前後のショット（ｎ−１）、（ｎ＋１）時にレチクルアライメントマーク部の漏れ光によりショットｎの製品パターン部の一部が露光される。この領域においては隣のショットの漏れ光と、自分の露光時の露光光が重畳され、オーバー露光となりそのパターン寸法が小さくなっている。しかし本発明においては、レチクルアライメントマークの透過部をハーフトーン位相シフト部としている。そのため隣のショット時の漏れ光の光透過量が低下し、そのパターン寸法の減少は発生しない。

一方このようにレチクルアライメントマークをハーフトーン位相シフト部と遮光領域で形成することで重ね合わせの誤差が大きくなる懸念がある。しかし、レジストパターン形成後に、重ね合わせの誤差（平均値±３σ）を計測した結果、本発明によるフォトマスクを使用した場合には、Ｘ＝３２ｎｍ、Ｙ＝３５ｎｍとなった。従来のフォトマスクを用いた場合には、Ｘ＝３４ｎｍ、Ｙ＝３１ｎｍであり、同等の重ね合わせ精度であり、その重ね合わせの誤差が大きくなることはない。

上記実施例において、ＫｒＦハーフトーン位相シフトマスクを使用したが、露光波長に制限されるものではなく、ｉ線ハーフトーン位相シフトマスク、ArFハーフトーン位相シフトマスク、F2ハーフトーン位相シフトマスクにも使用することができる。ここで、ハーフトーン位相シフト部は、露光光に対する透過率がガラスに比べて十分に低く、またアライメント光（可視光）に対する透過率は露光光に対する透過率よりも高く、数十％以上とある程度高いことが望ましい。

本発明では、基本的に製品パターン部以外の領域を遮光領域とすることによって、ゴーストがパターン転写に与える影響を低減することができる。ただし、フォトマスクには重ね合わせ露光を行うためのレチクルアライメントマーク部の一部は光を透過させる必要がある。そこで、レチクルアライメント部の透過部をハーフトーン位相シフト部とする。ハーフトーン位相シフト部とすることで、露光光に対する透過率を低減し、ゴーストの影響を低減することができる。ゴーストによるパターン寸法変動およびパターン欠陥を低減することができる。その結果、製品の良品率を向上することができる。

以上本願発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であり、本願に含まれることはいうまでもない。

本発明におけるフォトマスクの平面図である。 本発明におけるフォトマスクに配置したレチクルアライメントマーク部の拡大図である。 露光ショットとパターン寸法測定位置を説明するための図である。 本発明におけるパターン寸法測定値を示すグラフである。 従来例におけるパターン寸法測定値を示すグラフである。 従来例におけるフォトマスクの平面図である。 従来例におけるフォトマスクに配置したレチクルアライメントマーク部の拡大図である。

符号の説明

０１ 製品パターン部
１０、１１ レチクルアライメントマーク部
２０、２１、３０、４１ 遮光領域
３１ ガラス部
４０ ハーフトーン位相シフト部
５０ 露光ショット
５１ 寸法測定位置

Claims (7)

1. 半導体ウェーハ上に製品パターンを転写するフォトマスクにおいて、レチクルアライメントマーク部は透過部を有しないことを特徴とするフォトマスク。
2. 前記レチクルアライメントマーク部の透過部をハーフトーン位相シフト部として形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記レチクルアライメントマーク部をハーフトーン位相シフト部と遮光領域により形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
4. 前記レチクルアライメントマーク部を十字マークの遮光領域、その他の領域をハーフトーン位相シフト部により形成することを特徴とする請求項３に記載のフォトマスク。
5. 製品パターン部以外を、遮光部として形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
6. 前記ハーフトーン位相シフト部は露光光に対する光透過率はアライメント光に対する光透過率よりも低いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
7. 前記フォトマスクは、KrFハーフトーン位相シフトマスク、ｉ線ハーフトーン位相シフトマスク、ArFハーフトーン位相シフトマスク及びF2ハーフトーン位相シフトマスクのいずれか１つであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフォトマスク。
   

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