JP2008145918A

JP2008145918A - 多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法

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Publication number: JP2008145918A
Application number: JP2006335427A
Authority: JP
Inventors: Nobuto Toyama; 登山　　伸人
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26
Anticipated expiration: 2026-12-13
Also published as: JP5136745B2

Abstract

【課題】フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度のそれぞれを独立的に観測でき、ハードマスクプロセス環境を用いることなくマスク製造誤差の検証を行うことが可能となる多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法を提供する。
【解決手段】本発明は、複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法であって、非描画領域にグローバル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスク（１、２）と、描画領域にローカル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスク（１、２）と、を用いて露光を行った露光像の、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とローカル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とを観測して、フォトマスクの精度及び半導体露光装置の重ね合わせ精度の検証を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法に関する。

これまで光リソグラフィー技術は、半導体集積回路の高集積化のための鍵となる技術となっていたが、近年、光リソグラフィー技術において要求される解像度が露光波長の１／２以下となるなど限界領域に近づきつつある。そこで現状の光リソグラフィー技術の解像度を使いこなす方法として検討されているのが、多重露光法や多重パターンニング法などの多重露光技術である。

以下、本明細書において、多重露光技術のうち２回露光を行うものについて説明する。多重露光技術は、要求パターンの２倍緩いピッチをもった縞状のパターンを露光し、次に半ピッチ分ずらして再び同じパターンを露光すれば、マスクパターンの１／２のピッチのパターン、すなわち要求されるピッチをもったパターンが露光される、という原理に基づくものである。このような技術によれば、制限となっている最小ピッチ（最小ピッチの限界は０．５×λ／ＮＡ（ただし、λは露光波長、ＮＡは露光装置の開口数）によって与えられる。）を複数のフォトマスクに分割し、複数回プロセスを行うことによって、より狭くすることが可能となる。

しかし、このような単純な多重露光であると、別々に形成したつもりの露光パターンが潜像として重なり、パターンとして分離しないこともあり得る。このような場合、１回の露光で形成された潜像をいったん現像し、これをハードマスクなどに転写して再びレジストを塗布して、２回目の露光現像を行い、これを再びハードマスクなどに転写する、という多重パターンニングが必要となる。

図９及び図１０を参照しつつ、ダブルパターン露光技術（ＤＰＬ）について説明する。図９は、ダブルパターン露光技術における設計パターンと該設計パターンを露光するための２つのマスクとの関係を示す図であり、図１０は、ハードマスクを利用したダブルパターン露光技術における各工程を示す図である。図９及び図１０において、１００はターゲットとなる設計パターン、１０１は基板、１０２はハードマスク、１０３はレジスト、１１１はマスク１、１１２はマスク２をそれぞれ示している。図９はパターンを平面的にみたものであり、図１０は断面でみたものである。

図９に示すように、ダブルパターン露光技術（ＤＰＬ）においては、設計パターン１００を得るために、第１回目露光用マスク１１１、第２回目露光用マスク１２２を用いる。

図１０に基づいて、ダブルパターン露光技術における工程を説明すると、まず（１）第１回目のレジスト塗布が施され、（２）第１回目露光用マスク１１１を用いた第１回目露光工程が施される。次に、（３）第１回目の現像工程を経て、（４）第１回目のハードマスクエッチング工程が施される。さらに、（５）第２回目レジスト塗布工程、（６）第２回目露光用マスク１１２を用いた第２回目露光工程、（７）第２回目現像工程を経て、（８）第２回目のハードマスクエッチング工程が施され、最終的に（９）レジストはく離工程を経て、基板１０１上に所望のパターンのハードマスク１０２層を得ることができる。

以上のような背景技術については、例えば、非特許文献１に開示されている。
岡崎信次「リソグラフィー技術の将来展望」応用物理第７５巻、第１１号（２００６年）ｐ．ｐ．１３２８−１３３３

ところで、上記のような多重パターンニングにおいてマスク製造誤差を検証しようとするとき、以下に示すような２つの技術的な課題が顕在化している。
（第１の課題）
多重パターニングの場合、前述のようにフォトマスクを２枚以上用いて、複数のプロセスを実施するため、マスク間の寸法誤差や重ね合わせ精度（オーバーレイ）誤差がウェーハ上の寸法に影響を与える。このため、ウェーハ上に転写した際にマスク寸法誤差の影響とオーバーレイの影響を観察することが必要になる。

フォトマスクの寸法誤差は、従来の寸法測定装置で測定し、ウェーハ上でも測定することができるが、オーバーレイについては、フォトマスクの精度、半導体露光装置の重ね合わせ精度があり、それらの影響を独立に観測することが困難である、という問題があった。
（第２の課題）
ダブルパターニングの場合、前述のように第１マスク１１１を用いて露光・現像後、１回目のハードマスクプロセスを行い、第２マスク１２２を用いて露光・現像後、２回目のハードマスクプロセスを行う、というプロセスを経て初めて、マスク製造誤差の検証が可能となる。しかしながら、このようなハードマスクプロセスを行うための環境や、ハードマスクプロセス技術は現在のところまだ一般的ではないため、マスク製造誤差の検証のハードルとなっている。

つまり、マスク製造誤差検証において、従来の解像性検証としてのレジスト解像力検証は一般的に行い得るものであるが、ハードマスクプロセス環境は一般的ではないので、ダブルパターン露光技術（ＤＰＬ）の解像性実験ができない、という問題があった。

本発明は以上のような課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法において、非描画領域にグローバル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスクと、描画領域にローカル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスクと、を用いて露光を行った露光像の、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とローカル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とを観測して、フォトマスクの精度及び半導体露光装置の重ね合わせ精度の検証を行うことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法において、描画領域にシミュレーション時位置合わせ用マークが設けられた複数のフォトマスクを用いて露光を行った露光像のシミュレーション時位置合わせ用マークを参照して、露光像を重ね合わせることで多重パターンニングにおけるマスク製造誤差の検証を行うことを特徴とする。

本発明の実施の形態に係る多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法によれば、グローバル用の位置精度検出マークと、ローカル用の位置精度検出マークとの双方を複数のフォトマスクに設け、これらのフォトマスクによって露光された基板の位置精度検出マークの位置精度を測定することで、フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度のそれぞれを独立的に観測することが可能となる。

また、本発明の実施の形態に係る多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法によれば、既存の基板上（レジスト上）の露光像を、画像処理装置などに取り込んで、これを重ね合わせて観察することによって、ハードマスクプロセスを用いた場合の予測、シミュレーションを行うので、ハードマスクプロセス環境を用いることなく、マスク製造誤差の検証を行うことが可能となる。

本明細書において、多重露光技術のうち２回露光を行うダブルパターン露光技術（ＤＰＬ）について説明するが、本発明の概念は、３回以上の露光を行う多重パターニングに係る露光技術にも適用することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いる位置精度検出マークの一例を示す図である。図１において、１０は第1回目露光用マスクに設定される位置精度検出マーク、2０は第２回目露光用マスクに設定される位置精度検出マークをそれぞれ示している。

位置精度検出マーク１０、２０は、バーコード状の複数のラインにより構成される矩形が略十字に配置されるようにしてなっている。位置精度検出マーク１０、２０のバーコード状の複数のラインには、バーニャ目盛りとなっている。一つの矩形を構成するラインは１０本で、第1回目露光用マスクに設定される位置精度検出マーク１０と第２回目露光用マスクに設定される位置精度検出マーク２０とでラインのピッチ間隔が異なるように設定される。なお、以降の説明においては、このような位置精度検出マークについて言及する際は、マスク上に設定されたマークと、このマスク上に設定されたマークによってレジストなどに露光されたマークの２通りの場合がある。

図１の（Ａ）は、第1回目露光用マスクによって露光された位置精度検出マークと、第1回目露光用マスクによって露光された位置精度検出マークとが合致している様子を示しており、図１の（Ｂ）は、第1回目露光用マスクによって露光された位置精度検出マークと、第1回目露光用マスクによって露光された位置精度検出マークとが合致していない様子を示している。なお、以降の説明においては、バーコード状の複数のラインの詳細を示さず、位置精度検出マークを図１の（Ｃ）に示すように略記する。

次に、以上のような位置精度検出マークをフォトマスクに適用する方法につき説明する。図２は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法のために付する位置精度検出マークを説明する図である。図２において、（A）に示されるのは多重露光に用いられる一方のフォトマスク１であり、（B）に示されるのは多重露光に用いられるもう一方のフォトマスク２である。図２は、フォトマスク１及びフォトマスク２に６行・６列の描画用領域Ｒからなっていることを概念的に示すものである。なお、図２は位置精度検出マークとフォトマスクをあくまで概念的、模式的に示す図であり、位置精度検出マークとフォトマスクの縮尺関係については、意味はない。

フォトマスク１の左上隅、右下隅に設けられる位置精度検出マーク１１及び１２は、グローバル用の位置精度検出マークとして定義される。また、フォトマスク２についても、左上隅、右下隅に設けられる位置精度検出マーク２１及び２２は、グローバル用の位置精度検出マークとして定義される。

これに対して、フォトマスク１の描画用領域Ｒ中に設けられる位置精度検出マーク１５は、ローカル用の位置精度検出マークとして定義される。同様に、フォトマスク２の描画用領域Ｒ中に設けられる位置精度検出マーク２５は、ローカル用の位置精度検出マークとして定義される。

本発明の実施の形態に係る多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法では、これらのグローバル用の位置精度検出マークと、ローカル用の位置精度検出マークとの双方を、複数のフォトマスクに設けておくことによって、フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度のそれぞれを独立的に観測する。

このことを、図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを示す図であり、図４は、多重露光技術よって複数のフォトマスクで露光された基板の様子を示す図である。

図３の（A）に示されるのは多重露光に用いられる一方のフォトマスク１であり、（B）に示されるのは多重露光に用いられるもう一方のフォトマスク２である。これらのフォトマスク１、２には、先に説明したグローバル用の位置精度検出マークと、ローカル用の位置精度検出マークがそれぞれ付されている。また、図３においては、フォトマスク１及びフォトマスク２に６行・６列の描画用領域Ｒに精度的な誤差があることをデフォルメして示す図である。

図４において、３は図３に示されるフォトマスク１及びフォトマスク２によって露光された基板を示している。被露光基板３において、実線で示された露光部はフォトマスク１によって露光された部分を示しており、斜線パターンで示された露光部はフォトマスク２によって露光された部分を示している。

図４において、ΔＧは被露光基板３上のグローバル用の位置精度検出マークのずれ、ΔＬは被露光基板３上のローカル用の位置精度検出マークのずれを示している。図４に示されるように、
露光された被露光基板３上の、グローバル用の位置精度検出マークのずれΔＧは半導体露光装置にフォトマスクがセットされるときに生じるずれであり、これは半導体露光装置の重ね合わせ精度に関するずれを示している。一方、ローカル用の位置精度検出マークのずれΔＬは、上記の半導体露光装置の重ね合わせ精度に係るずれにフォトマスク自体の精度ずれが加えられたずれである。

以上、本発明のマスク製造誤差検証方法によれば、グローバル用の位置精度検出マークと、ローカル用の位置精度検出マークとの双方を複数のフォトマスクに設け、これらのフォトマスクによって露光された基板の位置精度検出マークの位置精度を測定することで、フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度のそれぞれを独立的に観測することが可能となる。

次に、本発明のマスク製造誤差検証方法における多重露光シミュレーションについて説明する。図５は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを示す図である。図５において、（A）に示されるのは多重露光に用いられる一方のフォトマスク１であり、（B）に示されるのは多重露光に用いられるもう一方のフォトマスク２である。

フォトマスク１上のパターン１１及び１２はグローバル用の位置精度検出マークを、パターン１７はローカル用の位置精度検出マークを、パターン１８はシミュレーション時位置合わせ用マークを、パターン１６は多重露光シミュレーション対象パターンをそれぞれ示している。

同様に、フォトマスク２上のパターン２１及び２２はグローバル用の位置精度検出マークを、パターン２７はローカル用の位置精度検出マークを、パターン２８はシミュレーション時位置合わせ用マークを、パターン２６は多重露光シミュレーション対象パターンをそれぞれ示している。なお、これららのパターンは、本発明のマスク製造誤差検証方法を説明するために概念的、模式的に示されたものであり、縮尺や配置などに特段の意味は有さない。

例えば、ダブルパターニングの場合、本来、第１マスクを用いて露光・現像後、１回目のハードマスクプロセスを行い、第２マスクを用いて露光・現像後、２回目のハードマスクプロセスを行う、というプロセスを経て初めて、マスク製造誤差の検証が可能となる。しかしながら、このようなハードマスクプロセスを行うための環境は現在のところまだ一般的ではない。そこで、本発明のマスク製造誤差検証方法においては、多重露光を画像処理によってシミュレーションすることで擬似的にハードマスクプロセスを再現して評価するものである。

また、図５に示すようなパターンを有するフォトマスク１及びフォトマスク２を用いると、多重露光のシミュレーションのみならず、フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度の測定をも行うことができる。

以下、まず、図５に示すようなパターンを有するフォトマスク１及びフォトマスク２による重ね合わせ精度の実証につき図６を参照しつつ説明する。図６は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを用いて多重露光された基板の様子を示す図である。

図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）において、３は図５に示されるフォトマスク１及びフォトマスク２によって露光された基板を示している。被露光基板３において、実線で示された露光部はフォトマスク１によって露光された部分を示しており、斜線パターンで示された露光部はフォトマスク２によって露光された部分を示している。

図５（Ａ）は、ローカル用の位置精度検出マークによる露光像、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像の双方にずれがなく、フォトマスク自体の精度ずれ及び半導体露光装置の重ね合わせ精度に係るずれがないものの例を示している。

図５（Ｂ）の例は、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像のずれと同じずれが、ローカル用の位置精度検出マークによる露光像にも観測された場合で、このような場合には、半導体露光装置の重ね合わせ精度に係るずれがあり、フォトマスク自体の精度ずれがないような場合を示している。

また、図５（Ｃ）の例は、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像のずれはなく、ローカル用の位置精度検出マークによる露光像にずれが観測された場合で、このような場合には、フォトマスク自体の精度ずれがあり、半導体露光装置の重ね合わせ精度に係るずれがないような場合を示している。

以上、図５に示すようなパターンを有するフォトマスク１及びフォトマスク２を用いると、フォトマスク自体の精度、及び、半導体露光装置の重ね合わせ精度のそれぞれを独立的に観測することが可能となる。

次に、本発明のマスク製造誤差検証方法において、多重露光を画像処理によってシミュレーションすることについて説明する。図７及び図８は、本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法における画像処理シミュレーションの様子を示す図である。

図７（Ａ）及び図８（Ａ）の３は図５に示されるフォトマスク１及びフォトマスク２によって露光された基板を示している。

また、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）は、それぞれ図７（Ａ）及び図８（Ａ）の領域Ｇを例えば、ＳＥＭなどで取り込んだ画像を示している。同様に図７（Ｃ）及び図８（Ｃ）も、領域Ｇの画像を示しているが、後の重ね合わせの画像処理を行う都合上、図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）と異なる線で示している。画像の形状自体は図７（Ｂ）と図７（Ｃ）は同じものであるし、また、図8（Ｂ）と図８（Ｃ）は同じものである。

図７（Ｄ）は、図７（Ｂ）の領域Ｈと図７（Ｃ）の領域Ｉのローカル用の位置精度検出マークに基づいて、図７（Ｂ）の画像と図７（Ｃ）の画像とを重ね合わせた画像を示している。同様に、図8（Ｄ）は、図8（Ｂ）の領域Ｈと図8（Ｃ）の領域Ｉのローカル用の位置精度検出マークに基づいて、図8（Ｂ）の画像と図8（Ｃ）の画像とを重ね合わせた画像を示している。

このような重ね合わせの画像処理においては、十字状のローカル用の位置精度検出マークと、Ｌ字状のローカル用の位置精度検出マークとが図１の（Ａ）のように合致するような処理とする。

このように、本発明のマスク製造誤差検証方法においては、通常の基板上（レジスト上）の露光像を、十字状のローカル用の位置精度検出マークと、Ｌ字状のローカル用の位置精度検出マークを補助として、画像処理によって重ね合わせ合成を行う。このような十字状のローカル用の位置精度検出マークと、Ｌ字状のローカル用の位置精度検出マークの露光像は、言うまでもなく、シミュレーション時位置合わせ用マーク１８及び２８によって形成されたものである。そして、このような重ね合わせ合成された部分（図７（Ｄ）の領域Ｋ及び図８（Ｄ）の領域Ｋ）を観察することによって、ハードマスクプロセスを用いた場合の予測を行うものである。

図７（Ｄ）の領域Ｋは、重ね合わせが良好に行われた場合を示し、図８（Ｄ）の領域Ｋはずれが生じている場合を示している。

以上、本発明のマスク製造誤差検証方法によれば、既存の基板上（レジスト上）の露光像を、画像処理装置などに取り込んで、これを重ね合わせて観察することによって、ハードマスクプロセスを用いた場合の予測、シミュレーションを行うので、ハードマスクプロセス環境を用いることなく、マスク製造誤差の検証を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いる位置精度検出マークの一例を示す図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法のために付する位置精度検出マークを説明する図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを示す図である。多重露光技術よって複数のフォトマスクで露光された基板の様子を示す図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを示す図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法に用いるフォトマスクを用いて露光された基板の様子を示す図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法における画像処理シミュレーションの様子を示す図である。本発明の実施の形態に係るマスク製造誤差検証方法における画像処理シミュレーションの様子を示す図である。従ダブルパターン露光技術における設計パターンと該設計パターンを露光するための２つのマスクとの関係を示す図である。ハードマスクを利用したダブルパターン露光技術における各工程を示す図である。

符号の説明

１、２・・・フォトマスク、３・・・被露光基板、１１、１２・・・グローバル用の位置精度検出マーク、１６・・・多重露光シミュレーション対象パターン、１７・・・ローカル用の位置精度検出マーク、１８・・・シミュレーション時位置合わせ用マーク、２６・・・多重露光シミュレーション対象パターン、２１、２２・・・グローバル用の位置精度検出マーク、２７・・・ローカル用の位置精度検出マーク、２８・・・シミュレーション時位置合わせ用マーク、

Claims

複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法において、
非描画領域にグローバル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスクと、描画領域にローカル用の位置精度検出マークが設けられた複数のフォトマスクと、を用いて露光を行った露光像の、グローバル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とローカル用の位置精度検出マークによる露光像の重なり具合とを観測して、フォトマスクの精度及び半導体露光装置の重ね合わせ精度の検証を行うことを特徴とする多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法。
複数のフォトマスクを用いて多重パターンニングを行う多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法において、
描画領域にシミュレーション時位置合わせ用マークが設けられた複数のフォトマスクを用いて露光を行った露光像のシミュレーション時位置合わせ用マークを参照して、露光像を重ね合わせることで多重パターンニングにおけるマスク製造誤差の検証を行うことを特徴とする多重露光技術におけるマスク製造誤差検証方法。