JP2010191403A - フォトマスク - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、補助パターンを有するフォトマスクを開示する。
【解決手段】本発明に係るフォトマスクは、露光工程によりウェハ上に転写されるターゲットパターン、及び前記ターゲットパターンの最外郭パターンを基準に、前記ターゲットパターンのメインパターンと対称をなすように形成される補助パターンを含むことにより、デフォーカス環境でも最外郭パターンの損失を最少化し、工程マージンを最大化することができる。
【選択図】図３
【解決手段】本発明に係るフォトマスクは、露光工程によりウェハ上に転写されるターゲットパターン、及び前記ターゲットパターンの最外郭パターンを基準に、前記ターゲットパターンのメインパターンと対称をなすように形成される補助パターンを含むことにより、デフォーカス環境でも最外郭パターンの損失を最少化し、工程マージンを最大化することができる。
【選択図】図３
Description
本発明は、半導体素子の製造のための露光工程で用いられるフォトマスクに関し、より詳しくは、メインパターンの周りのオープン領域にメインパターンと類似するピッチを有し、メインパターンと対称をなすように形成される補助パターンを有するフォトマスクに関する。
半導体素子の製造工程中フォト工程では、パターンを形成するためのフォトマスクが必須に必要である。フォトマスクは半導体素子の多様な構成要素等を画成するマスクパターンを含んでおり、マスクパターンは素子の高集積化に伴いその大きさが漸次小さくなっている。
マスクパターンの大きさが露光装備の分解能の限界に至るほどに小さくなる場合、光学的近接効果(optical proximity effect)により所望のパターンを基板上に転写し難くなる。
即ち、露光源(例えば、KrFエキシマレーザまたはArFエキシマレーザ)の照明によりマスクパターンがウェハ上に転写されるとき、最初にデザインされたパターンCD(Critical Demension)通りにむらなく表われず、パターンの位置に従いCDが変化するという問題が発生する。このような問題は、フォトマスクに入射された照明がフォトマスクを通過するとき、マスクパターンの位置及び形態に伴い多様な光学的現象が発生し、各位置に従い照明の強度(または露光ドーズ)が異なるため発生する。
マスクパターンの大きさが露光装備の分解能の限界に至るほどに小さくなる場合、光学的近接効果(optical proximity effect)により所望のパターンを基板上に転写し難くなる。
即ち、露光源(例えば、KrFエキシマレーザまたはArFエキシマレーザ)の照明によりマスクパターンがウェハ上に転写されるとき、最初にデザインされたパターンCD(Critical Demension)通りにむらなく表われず、パターンの位置に従いCDが変化するという問題が発生する。このような問題は、フォトマスクに入射された照明がフォトマスクを通過するとき、マスクパターンの位置及び形態に伴い多様な光学的現象が発生し、各位置に従い照明の強度(または露光ドーズ)が異なるため発生する。
このような問題を解決するために現在適用されている技術が、光近接補正(OPC:Optical Proximity Correction)技術である。
光近接補正は、ターゲットパターンと、露光後にフォトレジストに実際に形成されるパターンとの間の関係を統計的または実験的に計算したあと、この計算によってマスクパターンの大きさを予め調整することである。
しかし、従来の光近接補正を利用する場合も、フルチップ(full-chip)の全てのパターンに対し焦点深度(Depth of Focus)の余裕度及びCDの均一度を向上させることができないという問題がある。特に、セルアレイのエッジ部に形成される最外郭パターン(ダミーパターン)がデフォーカス(defocus)の環境で最も脆弱である。
光近接補正は、ターゲットパターンと、露光後にフォトレジストに実際に形成されるパターンとの間の関係を統計的または実験的に計算したあと、この計算によってマスクパターンの大きさを予め調整することである。
しかし、従来の光近接補正を利用する場合も、フルチップ(full-chip)の全てのパターンに対し焦点深度(Depth of Focus)の余裕度及びCDの均一度を向上させることができないという問題がある。特に、セルアレイのエッジ部に形成される最外郭パターン(ダミーパターン)がデフォーカス(defocus)の環境で最も脆弱である。
図1は、補助パターンなく光近接補正を行なった場合、セルアレイ領域に形成されるコンタクトホール等に対するSEMイメージを示す図である。
図1に示されているように、デフォーカスの発生時に最外郭のコンタクトホールパターンからパターンの潰れ現象が発生することになることが分かる。図1の場合、焦点深度-0.2μmと-0.04μmで最外郭パターンの工程マージンが脆弱な態様を示している。
図2は、ベストフォーカスで図1のコンタクトホールパターンに対するエアリアル(arial)イメージを示す図である。
図2においてコンタクトホール11等の間のエアリアルイメージ12を見れば、デフォーカスが発生する場合隣接したコンタクトホール11等の間にブリッジが発生する可能性が非常に高いことが分かる。
図1に示されているように、デフォーカスの発生時に最外郭のコンタクトホールパターンからパターンの潰れ現象が発生することになることが分かる。図1の場合、焦点深度-0.2μmと-0.04μmで最外郭パターンの工程マージンが脆弱な態様を示している。
図2は、ベストフォーカスで図1のコンタクトホールパターンに対するエアリアル(arial)イメージを示す図である。
図2においてコンタクトホール11等の間のエアリアルイメージ12を見れば、デフォーカスが発生する場合隣接したコンタクトホール11等の間にブリッジが発生する可能性が非常に高いことが分かる。
このような問題を補完するための一つの方法として、従来には最外郭パターンのホール直径を大きく形成する方法が用いられている。しかし、コンタクトホールの直径が大きくなれば、コンタクト領域がゲート領域を侵すことになり、コンタクトとゲートとの間にショートを発生させ得る新しい問題を引き起こすことになる。したがって、最外郭パターンのホール直径を大きく形成する方法には限界がある。
他の方法として、フォトマスク上に補助パターン(assist pattern)を挿入する方法が用いられている。しかし、単に補助パターンを挿入することだけでは所望の最外郭パターン及び所望の工程マージンを得るのが困難である。
したがって、デフォーカス環境に最も脆弱な最外郭パターンを所望のターゲットパターンに形成することができるとともに、工程マージンを得ることができる新しい補助パターンの形成が求められている。
他の方法として、フォトマスク上に補助パターン(assist pattern)を挿入する方法が用いられている。しかし、単に補助パターンを挿入することだけでは所望の最外郭パターン及び所望の工程マージンを得るのが困難である。
したがって、デフォーカス環境に最も脆弱な最外郭パターンを所望のターゲットパターンに形成することができるとともに、工程マージンを得ることができる新しい補助パターンの形成が求められている。
本発明は、補助パターンの形態を改良し、デフォーカス環境でも最外郭パターンの損失を最少化し、工程マージンの最大化を図る。
本発明のフォトマスクは、露光工程によりウェハ上に転写されるターゲットパターン、及び前記ターゲットパターンの最外郭パターンを基準に前記ターゲットパターンのメインパターンと対称をなすように形成される補助パターンを含む。
このように、補助パターンがメインパターンと対称をなすように形成されることにより、メインパターンだけでなく最外郭パターンの工程マージンを向上させ、デフォーカス環境もおいても最外郭パターンの損失を低減させることができる。
このとき、補助パターンはメインパターンと同じピッチを有するように形成され得る。補助パターンがメインパターンと同じピッチを有すると共に、メインパターンと対称をなすように形成されることにより、デフォーカス環境で最外郭パターンの損失をさらに低減させることができる。
さらに、本発明に係るフォトマストにおいて、補助パターンはメインパターンがアレイされた方向と同一方向に形成されたラインパターン等がクロス(cross)された網状に形成される。このとき、ラインパターン等は一定の傾斜で傾いた斜線パターン、または定方向に進むラインパターンであり得る。
このように、補助パターンがメインパターンと対称をなすように形成されることにより、メインパターンだけでなく最外郭パターンの工程マージンを向上させ、デフォーカス環境もおいても最外郭パターンの損失を低減させることができる。
このとき、補助パターンはメインパターンと同じピッチを有するように形成され得る。補助パターンがメインパターンと同じピッチを有すると共に、メインパターンと対称をなすように形成されることにより、デフォーカス環境で最外郭パターンの損失をさらに低減させることができる。
さらに、本発明に係るフォトマストにおいて、補助パターンはメインパターンがアレイされた方向と同一方向に形成されたラインパターン等がクロス(cross)された網状に形成される。このとき、ラインパターン等は一定の傾斜で傾いた斜線パターン、または定方向に進むラインパターンであり得る。
本発明に係るフォトマスクにおいて、補助パターンはラインパターン等がクロスされた地点等のうち隣接した地点の間の距離が前記メインパターンのピッチと同じく形成される。このとき、隣接した地点間のX軸距離とY軸距離は同じく形成され得る。
本発明に係るフォトマスクにおいて、補助パターンはクロム(Cr)膜、モリブデン(Mo)膜またはこれらの積層構造で形成され得る。
本発明に係るフォトマスクにおいて、補助パターンはレンガ壁(Brick wall)の形態でメインパターンの周りのオープン領域に形成される。
本発明に係るフォトマスクにおいて、メインパターンはセルアレイ領域で一定の間隔で繰り返して形成されるコンタクトホールパターンであり得、ターゲットパターンは光近接補正(OPC)されたパターンである。
本発明に係るフォトマスクにおいて、補助パターンはクロム(Cr)膜、モリブデン(Mo)膜またはこれらの積層構造で形成され得る。
本発明に係るフォトマスクにおいて、補助パターンはレンガ壁(Brick wall)の形態でメインパターンの周りのオープン領域に形成される。
本発明に係るフォトマスクにおいて、メインパターンはセルアレイ領域で一定の間隔で繰り返して形成されるコンタクトホールパターンであり得、ターゲットパターンは光近接補正(OPC)されたパターンである。
本発明は、補助パターンをメインパターンと同じピッチを有しメインパターンと対称をなすように形成することにより、メインパターンだけでなく最外郭パターンの工程マージンを向上させ、デフォーカス環境で最外郭パターンの損失を最少化させるとの効果がある。
以下、図等を参照しながら本発明の好ましい実施形態を詳しく説明するが、本発明が実施形態により制限されるか限定されるものではない。
図3は、本発明に係るフォトマスクのレイアウトを示す図である。
本発明に係るフォトマスクは、透明基板(図示省略)上に形成されるターゲットパターン100及び補助パターン200を含む。
ターゲットパターン100は、露光工程によりフォトレジストに実際に転写されるパターンである。このようなターゲットパターン100は、セルアレイ領域に形成されるコンタクトホールパターンになり得る。図3に示されているターゲットパターン100は、セルアレイ領域で一定の間隔で形成されるコンタクトホールパターンに対し光近接補正(OPC)を行なったパターンの形態を示している。このとき、ターゲットパターン100で最外郭に形成されるパターン120(以下、「最外郭パターン」と記す)は、メインパターン110の工程マージンを高めるためのダミーパターンである。このような最外郭パターン120は、最外郭パターン120の内側に形成されるメインパターン110より大きいホール直径を有するように形成される。
図3は、本発明に係るフォトマスクのレイアウトを示す図である。
本発明に係るフォトマスクは、透明基板(図示省略)上に形成されるターゲットパターン100及び補助パターン200を含む。
ターゲットパターン100は、露光工程によりフォトレジストに実際に転写されるパターンである。このようなターゲットパターン100は、セルアレイ領域に形成されるコンタクトホールパターンになり得る。図3に示されているターゲットパターン100は、セルアレイ領域で一定の間隔で形成されるコンタクトホールパターンに対し光近接補正(OPC)を行なったパターンの形態を示している。このとき、ターゲットパターン100で最外郭に形成されるパターン120(以下、「最外郭パターン」と記す)は、メインパターン110の工程マージンを高めるためのダミーパターンである。このような最外郭パターン120は、最外郭パターン120の内側に形成されるメインパターン110より大きいホール直径を有するように形成される。
補助パターン200は、フォトマスクには形成されるが、露光工程でフォトレジストには実際に転写されないので、それに対応するフォトレジストパターンが形成されないパターンである。補助パターン200は、最外郭パターン110の外側の空の空間(オープン領域)に形成され、ターゲットパターン100に対する光学的効果を最大化させることによりターゲットパターン100の工程マージンを向上させる。このような補助パターン200は、露光工程時に用いられる照明界の解像力より小さい大きさの線幅を有するように形成され、露光工程時にフォトレジストに転写されない。
特に、本発明の補助パターン200は、ターゲットパターン100、特に最外郭パターン120の工程マージンを向上させるため、最外郭パターン120を基準にメインパターン110と対称をなすように形成される。さらに、本発明の補助パターン200は、メインパターン110と同じピッチを有するように形成される。そして、補助パターン200は、オープン領域で少なくとも最外郭パターン120から1μm以上の範囲まで十分広い領域に形成されるのが好ましい。
特に、本発明の補助パターン200は、ターゲットパターン100、特に最外郭パターン120の工程マージンを向上させるため、最外郭パターン120を基準にメインパターン110と対称をなすように形成される。さらに、本発明の補助パターン200は、メインパターン110と同じピッチを有するように形成される。そして、補助パターン200は、オープン領域で少なくとも最外郭パターン120から1μm以上の範囲まで十分広い領域に形成されるのが好ましい。
このため、本発明の一実施形態に係る補助パターン200は、メインパターン110のコンタクトホールパターン等がアレイされた方向と同一方向に沿って形成されたラインパターン210等がクロス(cross)された網状に形成され得る。
図3の補助パターン200は、メインパターン110のコンタクトホールパターン等がアレイされた方向と同一方向に沿って形成された斜線パターン210等がクロスされた網状に形成された様子を示している。図3の補助パターン200において、クロスされた斜線パターン等が重畳される地点等の間の距離、即ち、X方向ピッチ(X1)及びY方向ピッチ(Y1)は、それぞれメインパターン110のX方向ピッチ(X)及びY方向ピッチ(Y)と同じく形成される。図3では、X方向ピッチ(X1)とY方向ピッチ(Y1)が同じく形成された態様を示しているが、メインパターン110の形態に応じてその値が互いに異なって形成され得る。
このようなターゲットパターン100及び補助パターン200は、クロム(Cr)膜、モリブデン(Mo)膜またはこれらの積層構造で形成され得る。
図3の補助パターン200は、メインパターン110のコンタクトホールパターン等がアレイされた方向と同一方向に沿って形成された斜線パターン210等がクロスされた網状に形成された様子を示している。図3の補助パターン200において、クロスされた斜線パターン等が重畳される地点等の間の距離、即ち、X方向ピッチ(X1)及びY方向ピッチ(Y1)は、それぞれメインパターン110のX方向ピッチ(X)及びY方向ピッチ(Y)と同じく形成される。図3では、X方向ピッチ(X1)とY方向ピッチ(Y1)が同じく形成された態様を示しているが、メインパターン110の形態に応じてその値が互いに異なって形成され得る。
このようなターゲットパターン100及び補助パターン200は、クロム(Cr)膜、モリブデン(Mo)膜またはこれらの積層構造で形成され得る。
図4aは、本発明に係る補助パターンが形成されたフォトマスクを利用して露光工程を進めた場合のエアリアル(aerial)イメージを示す図である。図4bは、本発明に係る補助パターンが形成されないフォトマスクを利用して露光工程を進めた場合のエアリアル(aerial)イメージを示す図である。
図4aと図4bのエアリアルイメージを比べてみれば、次の通りである。
図4aと図4bのエアリアルイメージを比べてみれば、次の通りである。
図4bには、メインパターンに対するエアリアルイメージ13と、最外郭パターンに対するエアリアルイメージ14のみ形成されることが分かる。一方、図4aには、メインパターンに対するエアリアルイメージ310と最外郭パターンに対するエアリアルイメージ320だけでなく、メインパターンの周りのオープン領域にもメインパターンのエアリアルイメージ310と対称をなすエアリアルイメージ410が形成されることが分かる。即ち、本発明に係る補助パターン200が挿入されたオープン領域には、実際にパターニングはされていないが、最外郭パターン320を基準にメインパターン310と対称をなすエアリアルイメージ410が形成される。
図5aは、図4aのエアリアルイメージでA-A1に沿って照射された光の強度(Intensity)を示すグラフである。図5bは、図4bのエアリアルイメージでB-B1に沿って照射された光の強度(Intensity)を示すグラフである。
図5bの場合、メインパターン13と最外郭パターン14にそれぞれ対応されるエアリアルイメージピーク15、16のみ示されているだけで、オープン領域にはエアリアルイメージピークが示されていない。そして、最外郭パターン14に対応されるエアリアルイメージピーク16は、メインパターン13に対応されるエアリアルイメージピーク15と比べてパターンの直径の差に対応される程度の僅かな差があるだけで、そのピーク値等が類似することが分かる。即ち、最外郭パターン120の直径をメインパターン13の直径より大きく形成することだけでは、露光工程時に最外郭パターン120の工程マージンを望むほど向上させるのが困難であることが分かる。
図5bの場合、メインパターン13と最外郭パターン14にそれぞれ対応されるエアリアルイメージピーク15、16のみ示されているだけで、オープン領域にはエアリアルイメージピークが示されていない。そして、最外郭パターン14に対応されるエアリアルイメージピーク16は、メインパターン13に対応されるエアリアルイメージピーク15と比べてパターンの直径の差に対応される程度の僅かな差があるだけで、そのピーク値等が類似することが分かる。即ち、最外郭パターン120の直径をメインパターン13の直径より大きく形成することだけでは、露光工程時に最外郭パターン120の工程マージンを望むほど向上させるのが困難であることが分かる。
その反面、図5aの場合は、補助パターン200が挿入された領域にも、ピーク値は小さいものの、メインパターン110のエアリアルイメージピーク510と類似する形態のエアリアルイメージピーク530が示されていることを見ることができる。即ち、補助パターン200に対応されるエアリアルイメージピーク530が、最外郭パターン120のエアリアルイメージピーク520を中心にメインパターン110のエアリアルイメージピーク510と対称をなすように示されている。さらに、最外郭パターン120に対応されるエアリアルイメージピーク520の値がメインパターン110に対応されるエアリアルイメージピーク510の値より相対的に遥かに増加されていることが分かる。
これは、図5aに示されているように、補助パターン200が挿入された領域にメインパターン110のエアリアルイメージピーク510と対称をなすエアリアルイメージピーク530を発生させることが、最外郭パターン120のエアリアルイメージピーク520の値を大きく増加させるのに寄与していることを示す。
即ち、メインパターン110と同じピッチを有する補助パターン200を、最外郭パターン120を基準にメインパターン110と対称をなすように形成すれば、メインパターン110と補助パターン200を通過する光の光学的効果が最大化され、これによりメインパターン110と補助パターン200の間にある最外郭パターン120のエアリアルイメージピーク520が大きく増加することになる。
このように最外郭パターン120に対応されるエアリアルイメージピーク520を増加させることにより最外郭パターン120の工程マージンが増加することになり、デフォーカスが発生する場合も最外郭パターン120が歪まず所望の形態に形成され得る。
これは、図5aに示されているように、補助パターン200が挿入された領域にメインパターン110のエアリアルイメージピーク510と対称をなすエアリアルイメージピーク530を発生させることが、最外郭パターン120のエアリアルイメージピーク520の値を大きく増加させるのに寄与していることを示す。
即ち、メインパターン110と同じピッチを有する補助パターン200を、最外郭パターン120を基準にメインパターン110と対称をなすように形成すれば、メインパターン110と補助パターン200を通過する光の光学的効果が最大化され、これによりメインパターン110と補助パターン200の間にある最外郭パターン120のエアリアルイメージピーク520が大きく増加することになる。
このように最外郭パターン120に対応されるエアリアルイメージピーク520を増加させることにより最外郭パターン120の工程マージンが増加することになり、デフォーカスが発生する場合も最外郭パターン120が歪まず所望の形態に形成され得る。
図6は、図4aにおける最外郭パターン320の近傍のエアリアルイメージをより詳しく示す図である。
図6で最外郭パターンのコンタクトホール320等の間に形成されたエアリアルイメージ330を見れば、図2に比べてデフォーカスが発生したとき隣接したコンタクトホール320等の間にブリッジが発生する可能性が遥かに低くなったことが分かる。
図6で最外郭パターンのコンタクトホール320等の間に形成されたエアリアルイメージ330を見れば、図2に比べてデフォーカスが発生したとき隣接したコンタクトホール320等の間にブリッジが発生する可能性が遥かに低くなったことが分かる。
図7は、本発明の他の実施形態に係る補助パターン等の形態を示す図である。
前述した図3の補助パターン200は、斜線パターン210等がクロスされ網状をなしている場合を示した。しかし、補助パターンはメインパターン110の形態に伴い、図7aのように定方向のラインパターン等が網状にクロスされた形態、または図7bのようなレンガ壁(Brick wall)の形態など多様な形態に形成され得る。このとき、レンガ壁の形態は恰もレンガで壁を積んだような形態を意味することで、このような用語は当業者等が一般に用いるものなので、本発明ではこれをそのまま使用した。
前述した図3の補助パターン200は、斜線パターン210等がクロスされ網状をなしている場合を示した。しかし、補助パターンはメインパターン110の形態に伴い、図7aのように定方向のラインパターン等が網状にクロスされた形態、または図7bのようなレンガ壁(Brick wall)の形態など多様な形態に形成され得る。このとき、レンガ壁の形態は恰もレンガで壁を積んだような形態を意味することで、このような用語は当業者等が一般に用いるものなので、本発明ではこれをそのまま使用した。
なお、本発明について、好ましい実施の形態を基に説明したが、これらの実施の形態は、例を示すことを目的として開示したものであり、当業者であれば、本発明に係る技術思想の範囲内で、多様な改良、変更、付加等が可能である。このような改良、変更なども、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
100 ターゲットパターン
110 メインパターン
120 最外郭パターン
200 補助パターン
210 ラインパターン
310、320、410 エアリアルイメージ
510 メインピーク
520 最外郭ピーク
530 補助ピーク
110 メインパターン
120 最外郭パターン
200 補助パターン
210 ラインパターン
310、320、410 エアリアルイメージ
510 メインピーク
520 最外郭ピーク
530 補助ピーク
Claims (11)
- 露光工程によりウェハ上に転写されるターゲットパターンと、
前記ターゲットパターンの最外郭パターンを基準に、前記ターゲットパターンのメインパターンと対称をなすように形成される補助パターンを含むフォトマスク。 - 前記補助パターンは、前記メインパターンと同じピッチを有することを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、前記メインパターンがアレイされた方向と同じ方向に形成されたラインパターン等がクロスされた網状に形成されることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記ラインパターン等は、一定の傾斜で傾いた斜線パターン、または定方向に進むラインパターンであることを特徴とする請求項3に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、前記ラインパターン等がクロスされた地点等のうち隣接する地点等の間の距離が前記メインパターンのピッチと同じく形成されることを特徴とする請求項3に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、前記隣接した地点等の間のX軸距離とY軸距離が同じく形成されることを特徴とする請求項5に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、クロム(Cr)膜、モリブデン(Mo)膜またはこれらの積層構造で形成されることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、レンガ壁の形態に形成されることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記補助パターンは、前記メインパターンの周りのオープン領域に形成されることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記メインパターンは、セルアレイ領域で一定の間隔で繰り返して形成されるコンタクトホールパターンであることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
- 前記ターゲットパターンは、光近接補正(OPC)されたパターンであることを特徴とする請求項1に記載のフォトマスク。
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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