JP2008116862A - フォトマスク - Google Patents
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Abstract
【課題】露光工程で用いられ、露光に際してデフォーカスが生じた際にも、レジストパターンにおける長尺状の孤立パターンの端部付近の細りや後退を効果的に抑制できるフォトマスクを提供する。
【解決手段】フォトマスク10は、露光光学条件の解像限界以上の寸法を有する長尺状の主パターン11と、主パターン11と平行に延在し、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する長尺状の補助パターン12a,12bとを有する。主パターン11の端部に近い補助パターン12a,12bの部分には突起14a,14bが形成され、補助パターン12a,12bの他の部分よりも大きな幅を有している。
【選択図】図1
【解決手段】フォトマスク10は、露光光学条件の解像限界以上の寸法を有する長尺状の主パターン11と、主パターン11と平行に延在し、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する長尺状の補助パターン12a,12bとを有する。主パターン11の端部に近い補助パターン12a,12bの部分には突起14a,14bが形成され、補助パターン12a,12bの他の部分よりも大きな幅を有している。
【選択図】図1
Description
本発明は、フォトマスクに関し、更に詳細には、露光工程で用いられるフォトマスクに関する。
フォトマスク(レチクル)は、遮光領域と透光領域とを有するマスクであって、半導体装置や液晶表示パネルの製造プロセスにおける露光工程に際して用いられる。露光工程では、光源から出射した光をフォトマスク上に焦点を合せて照明し、また、フォトマスクを透過した光を、被照射体である感光性を有するフォトレジスト膜に転写している。近年、半導体装置や液晶表示パネルの高集積化に伴い、より微細なパターンを形成する必要があり、このため、露光工程における高い解像度が要請されている。
露光工程では、近年の超解像技術の適用により波長の1/2以下の微細パターンの形成が可能となってきた。特に、繰返しパターンでは、斜入射照明法の適用により微細パターンでも充分な焦点深度が得られるようになっている。斜入射照明法とはフォトマスクの照明に際して、照明光の垂直入射成分をカットし、斜入射成分のみを用いて照明を行う照明法である。
一般に、繰返しパターンの結像に際して、通常照明では、マスクパターンからの0次回折光と±1次回折光の3光束を投影レンズで集めて結像する。これを3光束干渉法による結像と呼ぶ。これに対して、斜入射照明では、+1次回折光及び−1次回折光のうちの一方をカットし、0次回折光と、+1次回折光及び−1次回折光のうちの一方の回折光とを含む2光束を投影レンズで集めて結像する。これを2光束干渉法による結像と呼ぶ。
3光束干渉法による結像状態と2光束干渉法による結像状態とをベストフォーカスで比較すると、2光束干渉法は、3光束干渉法に比して、+1次回折光及び−1次回折光のうちの一方を捨てている分だけコントラストが低い。しかし、被照射体の結像面に対する入射角度は、3光束干渉法の1/2になる。このため、焦点深度が拡大し、露光に際してデフォーカスが生じた際の像のぼやけ(にじみ)が小さくなり、デフォーカスの許容範囲を広くできる。デフォーカスは、露光装置の光学系の誤差や、被照射体であるレジストパターンや基板の変形などによって生じるものである。
斜入射照明では、ハーフトーン位相シフトマスクを用いることで、繰返しパターンの焦点深度を更に拡大できることが知られている。ハーフトーン位相シフトマスクでは、遮光領域を2〜20%程度の光を透過させる半遮光領域とし、且つ、この半遮光領域を透過した光の位相が透光領域を透過した光の位相と180°だけシフトするように構成している。
2光束を用いる斜入射照明では、平均の明るさの情報を持った0次回折光の光強度が、ピッチの情報を持った+1次回折光又は−1次回折光の光強度に比して大きくなり過ぎ、それらの間の光強度のバランスが悪い。この場合、被照射体上に照射される露光光の光強度分布の振幅が小さく、高いコントラストが得られない。ハーフトーン位相シフトマスクを用いた斜入射照明を行うことによって、0次回折光の光強度と+1次回折光又は−1次回折光の光強度とのバランスを改善し、これによって、コントラストを向上できると共に焦点深度を更に拡大できる。
ところで、上記繰返しパターンに対して、孤立パターンの焦点深度を拡大するには、照明光学系の開口数(NA)やコヒーレント・ファクター(σ)を小さくすることが好ましい。これは、ハーフトーン位相シフトマスクを用いる場合でも同様である。ところが、繰返しパターンでは、これらの条件はその解像度を低下させることになるため、従来は、繰返しパターン及び孤立パターンの双方の解像度を両立させることが困難という問題があった。この問題は、斜入射照明を行う際に特に顕著であり、特に孤立パターンの寸法が変動することが問題になっていた。
孤立パターンの寸法の変動を抑えるために、3光束を用いる通常照明では、転写された孤立パターンの形状を予測して、フォトマスク上の孤立パターンの形状を補正する光近接効果補正(OPC:Optical Proximity Correction)処理を行う手法が一般的に採用されている。しかし、斜入射照明では、通常照明に比して、繰返しパターンと孤立パターンとの間の焦点深度の差が大きく、OPC処理だけでは、デフォーカスが生じた際の孤立パターンの寸法の変動を充分に抑制できなかった。
上記に対して、特許文献1は、長尺状の孤立パターンの形成に際して、孤立パターンと平行に延在する長尺状の補助パターンを配置することを提案している。同文献によれば、補助パターンを、その延在方向に沿って一様な線幅で配置することによって、デフォーカスが生じた際の孤立パターンの長さの変動を抑制できるものとしている。
特開平4−268714号公報(図5)
ところで、DRAMでは、例えば孤立した長尺状の配線の端部にプラグを接続したい場合がある。この場合、レジストパターンにおける孤立パターンの端部付近の僅かな細りや後退が、DRAM回路上での接続不良を招くことになる。ところが、特許文献1のマスクパターンでは、孤立パターンの端部付近の細りや後退の抑制による、接続不良の防止が充分とは言えなかった。
本発明は、上記に鑑み、露光工程で用いられるフォトマスクであって、露光に際してデフォーカスが生じた際にも、レジストパターンにおける長尺状の孤立パターンの端部付近の細りや後退を効果的に抑制できるフォトマスクを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るフォトマスクは、露光工程に用いられるフォトマスクであって、
露光光学条件の解像限界以上の寸法を有する長尺状の主パターンと、該主パターンと平行に延在し、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する長尺状の補助パターンとを有し、
前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも、主パターンを被照射体上に転写させる際の焦点深度拡大機能が大きな形状に形成されていることを特徴とする。
露光光学条件の解像限界以上の寸法を有する長尺状の主パターンと、該主パターンと平行に延在し、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する長尺状の補助パターンとを有し、
前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも、主パターンを被照射体上に転写させる際の焦点深度拡大機能が大きな形状に形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、露光に際してデフォーカスが生じた際にも、レジストパターンにおける孤立した長尺状の主パターンの端部付近の細りや後退を効果的に抑制できる。これによって、半導体装置の回路内での接続不良を抑制できる。
本発明では、前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも大きな幅を有してもよく、或いは、前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも前記主パターンに近い位置に形成されてもよい。
本発明の好適な態様では、前記補助パターンは、前記主パターンの片側に2本以上並んで配置され、該主パターンに近い側の補助パターンは、該主パターンから遠い側の補助パターンよりも小さな幅を有する。主パターンを被照射体上に転写させる際の焦点深度を効果的に拡大できる。
斜入射照明では、通常照明に比して、繰返しパターンおよび孤立パターンの双方の解像度を両立させることが容易ではなく、孤立パターンの寸法が変動し易い。従って、本発明は、斜入射照明を用いた露光工程に適用することによって、孤立パターンの寸法の変動を効果的に抑制できる。この場合、更に好適には、前記主パターン及び補助パターンのそれぞれが、露光光の一部を透過させる半遮光領域であり、前記主パターン及び補助パターン以外の領域が透光領域である。0次回折光と、+1次回折光又は−1次回折光との光強度のバランスを改善し、コントラストを向上させると共に、主パターンを被照射体上に転写させる際の焦点深度を効果的に拡大できる。
本発明では、補助パターンの端部が、主パターンの端部よりも先へ延伸していることが好ましい。主パターンを被照射体上に転写させる際の、主パターンの端部付近に対する焦点深度拡大機能を効果的に高めることが出来る。なお、本発明では、主パターン及び補助パターンはそれぞれ、遮光領域、半遮光領域、及び、透光領域の何れの領域を構成してもよい。
以下に、図面を参照し、本発明の実施形態を詳しく説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る、露光工程に用いられるフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク10は、ハーフトーン位相シフトマスクであって、透光領域と、光透過率が6%で、且つ、透過光の位相を180°だけシフトさせる半遮光領域とを有する。
フォトマスク10は、それぞれが半遮光領域として構成される、y方向に延びる孤立した長尺状の主パターン(ラインパターン)11と、主パターン11の周囲に配置された複数の補助パターン12a,12b,13a,13bとを有する。主パターン11は、露光工程における光学条件の解像限界以上の寸法で形成され、補助パターン12a,12b,13a,13bは、露光工程における光学条件の解像限界未満の寸法で形成されている。
補助パターン12a,12bは、主パターン11の両側に隣接し、主パターン11を挟んで対称な形状を有する。また、主パターン11に平行であって、主パターン11の端部よりも先へ延伸している。補助パターン13a、13bは、主パターン11の延長上に、主パターン11と直交する方向に延びている。主パターン11から見て、補助パターン12a,13aは1列目の補助パターンであり、補助パターン12b,13bは2列目の補助パターンである。
斜入射照明に際しては、2列目の補助パターン12b,13bを配置すると、パターンの配列が密集パターンに近づき、主パターン11の転写に際して焦点深度を効果的に拡大できる。なお、補助パターン12b,13bの外側に、3列目の補助パターンを配置してもよい。しかし、補助パターンの配列を3列以上としても、2列の場合との間で、主パターン11の焦点深度の差は僅かであるので、ここでは2列とした。
本実施形態では、補助パターン12aには、主パターン11の端部の近くに、主パターン11の側に向かって突出する矩形状の突起14aが形成され、補助パターン12bには、主パターン11の端部の近くに、主パターン11とは逆の側に向かって突出する矩形状の突起14bが形成されている。このように、補助パターン12a,12bは、主パターン11の端部に近い部分が、他の部分よりも大きな幅を有する。なお、突起14bが、突起14aとは逆の向きに突出しているのは、補助パターン同士の間隔が狭まると、対応するフォトレジスト膜上の部分の光強度が低下し、転写しやすくなるのを防ぐためである。
図1において、主パターン11の幅は例えば100nmに設定されている。フォトマスク10における各部の寸法は、下記表1に示す通りである。
表1の寸法の決定に際しては、例えば、主パターン11の転写に際して焦点深度が最も拡大する補助パターン12a,12b,13a,13bの位置をそれぞれ決定した後、OPC処理を行い、それら補助パターン12a,12b,13a,13bの幅を決定するという手法を用いることが出来る。
主パターン11から遠い側の補助パターン12b,13bの幅が、近い側の補助パターン12a,13aの幅よりも大きくなっているのは、遠い側の補助パターン12b,13bは解像されにくいためである。但し、補助パターン12b,13bが他の主パターン11などに近接する場合には、解像を防ぐために、その幅を補助パターン12a,13aよりも小さくすることもある。
本実施形態によれば、主パターン11と平行に延在する補助パターン12a,12bが、主パターン11の端部よりも先へ延伸すると共に、この端部に近い部分が、他の部分よりも大きな幅を有することによって、主パターン11を被照射体上に転写させる際に、主パターン11の端部付近に対する焦点深度拡大機能を高めることが出来る。従って、主パターン11を被照射体上に転写させる際に、その端部付近における焦点深度が拡大し、露光に際してデフォーカスが生じた場合にも、レジストパターンにおける主パターン11の端部付近の細りや後退を抑制できる。
図2は、第1実施形態に対応する第1比較例に係るフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク30は、突起14a,14bを有しないことを除いては、図1に示したフォトマスク10と同様の構成を有している。フォトマスク30における各部の寸法は、下記表2に示す通りであり、補助パターン12a,12bの端部付近を除いては、フォトマスク10と同様である。
計算に際して、斜入射照明の光源は、円形光源の中心部分を遮光した輪帯照明とした。輪帯照明は、開口数(NA)を0.86、コヒーレント・ファクタ(σ)を0.85、遮光率を75%とした。露光光はKrFレーザ光とした。フォーカスオフセットが0、100、200、300nmの場合について、それぞれ計算した。0nmはデフォーカスが生じていないベストフォーカスの際の値であり、デフォーカスが大きくなり過ぎると主パターン11自体が転写されなくなるため、フォーカスオフセットは300nmまでとした。光強度は、最大値を1.0とする相対光強度で示している。
図3(a)、(b)の相対光強度に基づき、露光により形成されるレジストパターンの寸法を予測する計算を行った。計算により得られたレジストパターンについて、フォーカス・オフセットと、レジストパターンにおける主パターン11端部の後退距離との関係を調べた。表3に結果を示す。主パターン11端部の後退距離は、フォーカス・オフセットが0nmの際の値を基準としている。計算に際しては、単純なエクスポージャ・スレシュホルドモデルを用い、所定の光強度以下の部分でレジストパターンが残るものとした。
図4は、第1実施形態の変形例に係るフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク15では、補助パターン12a,12bは、y方向に見て、その端部が主パターン11の端部と揃っている。y方向に見て、主パターン11の端部よりも先には、主パターン11と平行に延在する長尺状の補助パターン16a,16bがそれぞれ配置されている。補助パターン16a,16bは、y方向と直交方向に見て、主パターン11と補助パターン12aとの間、及び、補助パターン12aと補助パターン12bとの間に、それぞれ配置されている。
つまり、第1比較例のフォトマスク30において、補助パターン13a,13bを配置することなく、補助パターン12a,12bにおける主パターン11端部に近い部分が、主パターン11の側に近づくようにずらして配置されている。フォトマスク15では、突起14a,14bが配置されていない。フォトマスク15における各部の寸法は、下記表4に示す通りである。
なお、s1は、補助パターン16aによって回折された+1次回折光及び−1次回折光の何れか一方が、投影光学系の瞳面(アパーチャ)に入射する値であって、転写に際して主パターン11端部付近の焦点深度が最も拡大する値に設定されている。主パターン11の端部近くに配置する補助パターン16a,16bも、斜入射照明の焦点深度拡大機能が高まる位置に配置することで、デフォーカスが生じた際の主パターン11の端部付近の光強度変動を小さくでき、レジストパターンにおけるその後退量を小さく出来る。
図3(a)、(b)と同様に、フォトマスク15について、斜入射照明を用いた露光工程における露光ステージ上での光強度を計算した。図5に結果を示す。計算に際して、図3(a)、(b)と同様に、主パターン11に対してOPC処理を行った。また、表3と同様に、図5の相対光強度に基づき、露光により形成されるレジストパターンの寸法を予測する計算を行うと共に、計算により得られたレジストパターンについて、フォーカス・オフセットと、レジストパターンにおける主パターン11端部の後退距離との関係を調べた。表5に結果を示す。
図6は、本発明の第2実施形態に係る、露光工程に用いられるフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク20は、第1実施形態と同様に、ハーフトーン位相シフトマスクであって、透光領域と、光透過率が6%で、且つ、透過光の位相を180°だけシフトさせる半遮光領域とを有する。
フォトマスク20は、それぞれが半遮光領域として構成される、y方向に延びる複数の長尺状の主パターン(ラインパターン)21と、x方向に隣接する主パターン21の間に配置されy方向に延びる複数の長尺状の補助パターン22とを有する。主パターン21は、x方向及びy方向に所定のピッチで並び、補助パターン22は、y方向に沿って、複数の主パターン21に隣接して延在している。本実施形態で、主パターン21は繰返しパターンであるが、x方向に隣接する主パターン21間の間隔が露光光学条件に比して充分に大きいため、補助パターン22を配置することによって、その焦点深度を拡大している。
本実施形態では、補助パターン22は、y方向に隣接する2つの主パターン21の間の間隙部分に対応して幅が広く形成され、つまり、この間隙部分にx方向に突起する突起23が形成されている。主パターン21は、露光光学条件の解像限界以上の寸法で形成され、補助パターン22は、露光光学条件の解像限界未満の寸法で形成されている。
図6において、主パターン21の幅は100nmであり、x方向のピッチは400nmである。y方向に隣接する主パターン21間の間隔は200nmである。フォトマスク20における各部の寸法は、下記表6に示す通りである。同表の寸法の決定に際しては、例えばOPC処理を利用することが出来る。
図7は、第2実施形態の変形例に係るフォトマスク24の構成を示す平面図である。フォトマスク24では、補助パターン22は、主パターン21の端部付近で途切れており、y方向に見て、その端部が主パターン21の端部に揃っている。また、y方向に隣接する2つの主パターン21の間に別の補助パターン25が配設されている。補助パターン25は、補助パターン22と平行に延在し、x方向に見て、主パターン21と両側の補助パターン22との間にそれぞれ配置されている。
フォトマスク24では、図6における突起23は形成されていない。フォトマスク24における各部の寸法は、下記表7に示す通りである。補助パターン25の近傍を除いては図6における各部の寸法と同様である。
図8は、第2実施形態に対応する第2比較例に係るフォトマスクの構成を示す平面図である。フォトマスク31は、突起23を有しないことを除いては、図6に示したフォトマスク20と同様の構成を有している。フォトマスク31における各部の寸法は、下記表8に示す通りであり、突起23を有しないことを除いては、フォトマスク20と同様である。
計算に際して、フォーカスオフセットは300nmとした。レジストパターンの輪郭の決定に際しては、前述と同様に、単純なエクスポージャ・スレシュホルドモデルを用い、所定の光強度以下の部分でレジストパターンが残るものとした。
図9A及び図9Bと、図9Cとを比較すると、図9A及び図9Bのレジストパターンでは、図9Cのレジストパターンに比して、主パターン41の端部付近の細りや後退が抑制されている。特に、図9Bのレジストパターンで、細りや後退が効果的に抑制されていることが判る。y方向に見て、隣接する2つの主パターン41間の間隔は、図9Aでは224nmであるのに対して、図9Cでは232nmであった。なお、フォーカスオフセットが0nmの際には何れも200nmであった。
これらによって、主パターン21の端部に近い補助パターン22の部分の幅を大きくし、或いは、主パターン21の端部に近い補助パターン22の部分を主パターン21に近づけることによって、主パターン21を被照射体上に転写させる際に、その端部付近の細りや後退を効果的に抑制できることが確認できた。
なお、上記第1、第2実施形態では、補助パターンを長尺状のパターンとしたが、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する点状(ドット状)のパターンを並べてもよい。また、上記第1、第2実施形態では、主パターンが半遮光領域であるものとしたが、遮光領域、或いは、スリットパターンやホールパターンなどの透光領域である場合にも同様に適用できる。
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明のフォトマスクは、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
10:フォトマスク
11:主パターン
12a,12b:補助パターン
13a,13b:補助パターン
14a,14b:突起
15:フォトマスク
16a,16b:補助パターン
20:フォトマスク
21:主パターン
22:補助パターン
23:突起
24:フォトマスク
25:補助パターン
30:フォトマスク
31:フォトマスク
41:(レジストパターンにおける)主パターン
11:主パターン
12a,12b:補助パターン
13a,13b:補助パターン
14a,14b:突起
15:フォトマスク
16a,16b:補助パターン
20:フォトマスク
21:主パターン
22:補助パターン
23:突起
24:フォトマスク
25:補助パターン
30:フォトマスク
31:フォトマスク
41:(レジストパターンにおける)主パターン
Claims (6)
- 露光工程に用いられるフォトマスクであって、
露光光学条件の解像限界以上の寸法を有する長尺状の主パターンと、該主パターンと平行に延在し、露光光学条件の解像限界未満の寸法を有する長尺状の補助パターンとを有し、
前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも、主パターンを被照射体上に転写させる際の焦点深度拡大機能が大きな形状に形成されていることを特徴とするフォトマスク。 - 前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも大きな幅を有する、請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記主パターンの端部に隣接する補助パターンの部分が、該補助パターンの他の部分よりも前記主パターンに近い位置に形成されている、請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、前記主パターンの片側に2本以上並んで配置され、該主パターンに近い側の補助パターンは、該主パターンから遠い側の補助パターンよりも小さな幅を有する、請求項1〜3の何れか一に記載のフォトマスク。
- 斜入射照明を用いた露光に際して用いられる、請求項1〜4の何れか一に記載のフォトマスク。
- 前記主パターン及び補助パターンのそれぞれが、露光光の一部を透過させる半遮光領域であり、前記主パターン及び補助パターン以外の領域が透光領域である、請求項5に記載のフォトマスク。
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