JP2011186312A - Photomask and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォトマスクおよび半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a photomask and a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、半導体装置の微細化に伴い、隣接する配線間距離がフォトリソグラフィの解像限界に迫っている。微細な周期パターンを形成するためには、2光束干渉が必要とされ、露光光がフォトマスクに入射する角度も厳しく制限されている。このため、周期パターン以外のパターンを安定して形成することが困難になっている。また、周期パターンの端部に配置されたパターンを露光する際のデフォーカスによる光学像のばらつき(焦点深度低下)が著しくなってきている。 In recent years, with the miniaturization of semiconductor devices, the distance between adjacent wirings is approaching the resolution limit of photolithography. In order to form a fine periodic pattern, two-beam interference is required, and the angle at which the exposure light is incident on the photomask is severely limited. For this reason, it is difficult to stably form patterns other than the periodic pattern. In addition, optical image variation (decrease in the depth of focus) due to defocusing at the time of exposing a pattern arranged at the end of the periodic pattern has become significant.
従来、周期パターンをメインパターンとし、周期パターンの端部の周辺に周期パターンよりも細い補助パターン(SRAF:Sub-Resolution Assist Features(Pattern))を複数配設することによってデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制(焦点深度の拡大)していたが、近年のパターンの微細化に伴ってこの対策では不十分になっている。 Conventionally, variation of optical image due to defocusing by using multiple periodic patterns (SRAF: Sub-Resolution Assist Features (Pattern)) around the edge of the periodic pattern as the main pattern. However, this measure has become insufficient with the recent miniaturization of patterns.
特許文献1に記載のフォトマスクは、転写対象面に露光転写されるゲートパターンと、ゲートパターンに沿って設けられた半透明パターンを有している。また、ゲートパターンと半透明パターンの間には透明領域が設けられている。半透明パターンは、半透明パターンを透過した光と透明領域を透過した光との位相差が所定の範囲に設定され、かつ、透過率が、半透明パターンがライン寸法およびゲートパターンからの距離に関係なく転写対象面に転写されない範囲に設定されている。 The photomask described in Patent Document 1 has a gate pattern that is exposed and transferred onto a transfer target surface, and a translucent pattern provided along the gate pattern. In addition, a transparent region is provided between the gate pattern and the translucent pattern. The translucent pattern has a phase difference between the light transmitted through the translucent pattern and the light transmitted through the transparent region within a predetermined range, and the transmissivity is the distance between the translucent pattern and the gate pattern. Regardless of the setting, it is set in a range that is not transferred to the transfer target surface.
また、特許文献2に記載のフォトマスクは、少なくとも露光光に対して半透明な領域と透明な領域を含み、半透明な領域と透明な領域を通過する光の位相差をおよそ180°としている。そして、投影する主パターンに、透過光の位相差が透明領域と同じで、かつ透明な補助パターンを配置している。 In addition, the photomask described in Patent Document 2 includes at least a semi-transparent area and a transparent area with respect to exposure light, and a phase difference of light passing through the translucent area and the transparent area is approximately 180 °. . A transparent auxiliary pattern having the same phase difference of transmitted light as that of the transparent region and a transparent pattern is arranged on the main pattern to be projected.
しかしながら、上記前者および後者の従来技術では、光近接効果の対象は3次以上におよぶ高次回折光である。このため、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対しての光近接効果は制御できず、周期端パターンは、デフォーカスによる光学像のばらつきが大きくなるという問題があった。 However, in the former and the latter prior arts, the target of the optical proximity effect is high-order diffracted light having a third or higher order. For this reason, the optical proximity effect with respect to the periodic end pattern arranged at the periodic end of the periodic pattern cannot be controlled, and the periodic end pattern has a problem that variation in optical images due to defocusing becomes large.
本発明は、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制するフォトマスクおよび半導体装置の製造方法を提供する。 The present invention provides a photomask and a method for manufacturing a semiconductor device that suppress variation in an optical image due to defocusing with respect to a periodic end pattern arranged at a periodic end of the periodic pattern.
本願発明の一態様によれば、第1の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有し、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されていることを特徴とするフォトマスクが提供される。 According to one aspect of the present invention, the pattern is formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and the pattern is transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination. A pattern formed by repeatedly arranging the main pattern and the second light-shielding film around the main pattern at the same pitch as the pitch, and the pattern is transferred onto the exposed substrate by exposure with oblique incidence illumination. And the auxiliary pattern so that the diffracted light intensity of the zeroth-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light irradiated onto the substrate to be exposed through the auxiliary pattern are equal to each other. Combination of the transmittance of the transmissive part of the exposure light in which the second light shielding film is not disposed, the phase of the transmissive part, and the pattern width of the transmissive part. Photomask is provided, characterized in that it is an integer.
また、本願発明の一態様によれば、第1の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有し、前記第2の遮光膜は、前記第1の遮光膜が配置されている方向と当該方向に垂直な方向との両方に並べられて格子状をなし、且つ前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部のパターン寸法が決定されていることを特徴とするフォトマスクが提供される。 According to another aspect of the present invention, the pattern is formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and the pattern is transferred onto the exposed substrate by exposure with oblique incidence illumination. The pattern is formed by repeatedly arranging the main pattern and the second light-shielding film on the periphery of the main pattern at the same pitch as the pitch, and is transferred onto the exposed substrate by exposure with oblique incidence illumination. The second light-shielding film is arranged in both a direction in which the first light-shielding film is arranged and a direction perpendicular to the direction. None, and the auxiliary pattern so that the diffracted light intensity of the zeroth-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light irradiated onto the substrate to be exposed through the auxiliary pattern are equal Photomask wherein the pattern size of the transmission portion of the exposure light of which the second light-shielding film is not disposed is determined is provided.
また、本願発明の一態様によれば、第1の遮光膜を一定のピッチで透明基板上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって被露光基板上にパターン転写される主パターンと、第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、を有したフォトマスクに対し、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写するパターン転写ステップを含み、前記フォトマスクは、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されており、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写する際には、前記補助パターンへは前記0次回折光の回折光強度と前記1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう露光光が照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, the pattern is formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and the pattern is transferred onto the exposed substrate by exposure with oblique incidence illumination. The pattern is formed by repeatedly arranging the main pattern and the second light-shielding film on the periphery of the main pattern at the same pitch as the pitch, and is transferred onto the exposed substrate by exposure with oblique incidence illumination. A pattern transfer step of irradiating exposure light with the oblique incident illumination to the photomask having an auxiliary pattern that is not applied, and transferring the pattern onto the substrate to be exposed, the photomask including the auxiliary pattern The diffracted light intensity of the 0th-order diffracted light and the diffracted light intensity of the 1st-order diffracted light irradiated onto the substrate to be exposed via the The combination of the transmittance of the transmissive part of the exposure light in which the second light shielding film is not arranged in the auxiliary pattern, the phase of the transmissive part, and the pattern width of the transmissive part is adjusted. When the exposure light is irradiated by the oblique incidence illumination and the pattern is transferred onto the substrate to be exposed, the diffracted light intensity of the zeroth-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light are equal to the auxiliary pattern. A method for manufacturing a semiconductor device is provided, wherein exposure light is irradiated.
本発明によれば、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to suppress variations in the optical image due to defocusing with respect to the periodic end pattern arranged at the periodic end of the periodic pattern.
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るフォトマスクおよび半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a photomask and a semiconductor device manufacturing method will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る露光方法で用いる2光束干渉を説明するための図であり、図2は、多光束干渉を説明するための図である。本実施の形態では、解像限界に近い周期パターン(主パターン)の周期端に位置する周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制する。本実施の形態では、解像限界に近い微細パターンを形成するために、斜入射照明である2光束干渉のダイポール照明(二極照明)1Xなどを用いる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining two-beam interference used in the exposure method according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram for explaining multi-beam interference. In the present embodiment, variations in the optical image due to defocusing are suppressed with respect to the periodic end pattern located at the periodic end of the periodic pattern (main pattern) close to the resolution limit. In this embodiment, in order to form a fine pattern close to the resolution limit, dipole illumination (bipolar illumination) 1X with two-beam interference that is oblique incidence illumination is used.
なお、本実施の形態では、2光束干渉の光源として、ダイポール照明1Xを用いる場合について説明するが、2光束干渉の光源としては、4つ目照明(四極照明)や輪帯照明を用いてもよい。
In the present embodiment, a case where
ダイポール照明1Xは、2つの光源2Xを有しており、この2点から出射された出射光が、フィルタ3Xを介してフォトマスク4X側に送られる。これにより、フォトマスク4Xへは、光源2Xからの出射光が斜入射し、出射光の0次回折光(0次光L0x)と出射光の1次回折光(1次光L1x)とがレンズ5X側に送られる。レンズ5Xでは、0次光L0xと1次光L1xを集光してウエハ(被露光基板上)6Xに照射する。これにより、0次光L0xと1次光L1xが干渉し、この干渉光によってウエハ6Xがパターン露光される。
The
このように、2光束干渉は、フォトマスク4Xに入射した露光光(0次光L0x)とフォトマスク4X上の周期パターンによる回折光(1次光L1x)とがウエハ6X上で集光されて光学像(干渉縞)を形成する。
As described above, in the two-beam interference, the exposure light (0th-order light L0x) incident on the
一方、図2に示すように、多光束干渉の場合、直入射照明である円形照明(単極照明)1Yなどを用いる。円形照明1Yは、多光束干渉によってウエハ6Yなどの基板上に塗布されたレジストを露光する照明である。
On the other hand, as shown in FIG. 2, in the case of multi-beam interference, circular illumination (monopolar illumination) 1Y that is direct incidence illumination is used. The
円形照明1Yは、1つの光源2Yを有しており、この光源2Yから出射された出射光が、フィルタ3Yを介してフォトマスク4Y側に送られる。これにより、フォトマスク4Yへは、光源2Yからの出射光が入射し、出射光の0次光〜出射光のN次回折光(N次光LNy)(Nは2以上の自然数)がレンズ5Y側に送られる。図2では、出射光の0次光L0y、出射光の1次光L1y、出射光の2次光L2y、出射光の3次光L3yがレンズ5Y側に送られる場合を示している。レンズ5Yでは、0次光L0y〜3次光L3yを集光してウエハ6Yに照射する。これにより、0次光L0y〜3次光L3yが干渉し、この干渉光によってウエハ6Yがパターン露光される。
The
本実施の形態では、斜入射照明であるダイポール照明1Xを用いることによって、周期パターンの周期端に配置された周期端パターンに対しての光近接効果を制御する。周期パターンは、所定のライン幅を有したラインパターンと所定のスペース幅を有したスペースパターンとが交互に形成されたパターンである。
In the present embodiment, the optical proximity effect on the periodic end pattern arranged at the periodic end of the periodic pattern is controlled by using the
図3は、第1の実施の形態に係るフォトマスクの断面構成の一例を示す図である。図3の(a)に示すように、フォトマスク4Xのガラス基板(透明基板)11上には、ラインパターンが所定の周期(パターンピッチ)で配置された周期パターン21Aと、この周期パターン21Aの端部に隣接した領域にSRAFパターンが所定の周期で配置されたSRAF部21Bと、が形成されている。周期パターン21Aは、露光により転写される主パターンであり、SRAF部21Bは、周期パターン21Aと同じピッチで配設され、且つ露光で転写されない補助パターンである。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional configuration of the photomask according to the first embodiment. As shown in FIG. 3A, on the glass substrate (transparent substrate) 11 of the
周期パターン21Aは、第1の遮光膜である遮光部13Aを一定のピッチでガラス基板11上に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ6X上にパターン転写されるパターンである。具体的には、周期パターン21Aは、マスクパターン上でラインパターンを示す幅Laの遮光部13Aと、マスクパターン上でスペースパターンを示す幅Saの透過部14Aと、が一定ピッチ(La+Sa=P)で繰り返し交互に配設されたパターンである。
The
また、SRAF部21Bは、第2の遮光膜である遮光部13Bを周期パターン21Aのピッチと同じピッチで周期パターン21Aの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によってウエハ6X上にパターン転写されることのないパターンである。具体的には、SRAF部21Bは、マスクパターン上でラインパターンを示す幅Lbの遮光部13Bと、マスクパターン上でスペースパターンを示す幅Sbの透過部14Bと、が一定ピッチ(Lb+Sb=P)で繰り返し交互に配設されたパターンである。このように、周期パターン21AとSRAF部21Bとは、同一のピッチP(La+Sa=Lb+Sb)で形成されている。
The
さらに、SRAF部21Bとガラス基板11との間には、透過部12Bが形成されている。本実施の形態では、透過部12Bまたは後述の透過部12Cの透過率を、所定の透過率に調整しておくことにより、ウエハ6Xに照射される0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とをバランスする。このように、2光束干渉は、0次光L0xと1次光L1xとの光強度のバランスによって、光学像のデフォーカスによるばらつきを抑制できる。
Further, a
なお、図3の(b)に示すフォトマスク4Zのように、SRAFパターンをSRAF部21Cのように構成してもよい。SRAF部21Cは、透過部14Bの位置に透過率を調整した透過部12Cを配置した構成となっている。フォトマスク4Zの場合、透過部12Cによって、0次光L0xと1次光L1xとの光強度が所望の大きさとなるよう調整している。したがって、透過部12Bは不要となる。
Note that the SRAF pattern may be configured as the
ところで、所定の周期で配置された周期パターン21Aの端部に隣接した領域にSRAF部21Bを配置する場合、SRAF部21Bは、周期パターン21Aと同じ周期で配設される。そして、ウエハ上にSRAF部21Bが転写されないよう、周期パターン21Aの遮光部13Aよりも遮光部13Bの寸法を太くし、これにより全体の光学像強度を弱くしている。
By the way, when the
ところが、遮光部の光学特性が一定周期のパターンの場合、回折効率は遮光部(あるいは透過部)の寸法によって決まる。このため、フォトマスク上の周期パターン領域でデフォーカスによるばらつきが最小になるような遮光部(あるいは透過部)の寸法を選択すると、SRAF領域での0次光L0xと1次光L1xのバランスは周期パターンに比して必ず崩れることとなる。これは、周期パターンの遮光部とSRAF領域の遮光部とでパターン寸法が異なるからである。 However, when the optical characteristic of the light shielding part is a pattern with a constant period, the diffraction efficiency is determined by the size of the light shielding part (or transmission part). For this reason, when the dimension of the light-shielding part (or transmission part) that minimizes the variation due to defocus in the periodic pattern area on the photomask is selected, the balance between the zero-order light L0x and the primary light L1x in the SRAF area is It will surely collapse compared to the periodic pattern. This is because the pattern dimensions are different between the light shielding part of the periodic pattern and the light shielding part of the SRAF region.
したがって、本実施の形態では、SRAFを配設した領域でも0次光L0xと1次光L1xのバランスが保たれるようにフォトマスクを構成しておく。例えば、SRAF部21Bの下部に透過率を調整した透過部12Bを形成しておく。このように、周期パターン21Aに比して、SRAF部21B,21Cを配設した領域の透過率を調整しておく。
Therefore, in the present embodiment, the photomask is configured so that the balance between the 0th-order light L0x and the primary light L1x is maintained even in the region where the SRAF is provided. For example, a
なお、本実施の形態で用いるフォトマスク4X,4Zは、バイナリマスクであってもよいし、ハーフトーンマスクであってもよい。フォトマスク4X,4Zが、バイナリマスクである場合、遮光部13A,13Bにおいて露光光を遮断するために、遮光部13A,13Bをクロムなどの遮光膜で構成しておく。また、フォトマスク4X,4Zが、ハーフトーンマスクである場合、遮光部13A,13Bにおいて露光光の一部を遮断して一部を透過させるために、遮光部13A,13Bをクロムの酸化膜などで構成しておく。
Note that the
図4は、実施の形態1に係るフォトマスクの透過率を説明するための図である。図4では、フォトマスクの上面図を示している。図4に示すフォトマスク40Z,41Zは、図3の(b)に示したフォトマスク4Zと同様の構成を有している。なお、フォトマスク40Z,41Zは、図3の(a)に示したフォトマスク4Xと同様の構成であってもよい。フォトマスク40Zが、本実施の形態に係るフォトマスクの第1の例であり、フォトマスク41Zが、本実施の形態に係るフォトマスクの第2の例である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the transmittance of the photomask according to the first embodiment. FIG. 4 shows a top view of the photomask.
フォトマスク40Z,41ZのSRAF部210C,211Cが図3の(b)に示したSRAF部21Cに対応している。そして、SRAF部210C,211Cの遮光部130B,131Bが遮光部13Bに対応し、透過部120C,121Cが透過部12Cに対応している。ここでは、遮光部13A、遮光部130B,131Bが、ハーフトーン部である場合について説明する。
周期パターン21Aであるアレイ部は、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるよう露光される。SRAF部210C,211Cは、周期パターン21Aや周期パターン21B,21Cのように、ピッチPで構成されている。そして、フォトマスク40Zの透過部120Cは、パターン幅がピッチPの31%であり、フォトマスク41Zの透過部121Cは、パターン幅がピッチPの39%である。
The array portion that is the
フォトマスク40Zでは、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるよう、遮光部130Bと透過部120Cの透過率が調整されている。また、フォトマスク41Zでは、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるよう、透過部121Cの透過率が調整されている。
In the photomask 40Z, the transmittances of the
図5は、SRAF部のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。図5の(a)は、所定の位相を有したSRAF部210Cのパターン寸法と回折光強度との関係を示し、図5の(b)は、所定の位相を有したSRAF部211Cのパターン寸法と回折光強度との関係を示している。また、図5の(a)および(b)は、横軸がマスク値(透過部のパターン幅)であり、縦軸がSRAF部210C,211Cでの回折光強度である。なお、図5の(a)および(b)では、アレイ部21Aの回折光強度の図示を省略し、アレイ部21Aの透過部14Aのパターン幅(マスク値)を矢印で図示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the pattern size of the SRAF portion and the diffracted light intensity. 5A shows the relationship between the pattern size of the
図5の(a)では、SRAF部210Cでの0次光L0xの回折光強度曲線D0と、1次光L1xの回折光強度曲線D1とを示している。回折光強度曲線D0,D1は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明1Xの構造に関する情報、レンズ5Xの構造に関する情報、SRAF部210CのピッチP、透過率、位相などを入力することによって算出される特性である。
FIG. 5A shows a diffracted light intensity curve D0 of the 0th-order light L0x and a diffracted light intensity curve D1 of the first-order light L1x in the
このため、回折光強度曲線D0,D1は、SRAF部210Cの透過率に応じた特性を有している。本実施の形態では、回折光強度曲線D0,D1のうち、透過部120Cのパターン幅(ピッチPの31%)に対して、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるような遮光部130Bと透過部120Cの透過率を算出する。換言すると、矢印で図示したSRAF部210Cのマスク値(透過部120Cのパターン幅)で、0次光L0xの回折光強度曲線D0と、1次光L1xの回折光強度曲線D1とが重なるような、遮光部130Bと透過部120Cの透過率を算出しておく。
Therefore, the diffracted light intensity curves D0 and D1 have characteristics corresponding to the transmittance of the
例えば、周期パターン21Aの遮光部13Aの透過率が6%である場合に、SRAF部210Cの遮光部130Bの透過率が12%である材質を遮光部130Bに用いる。また、周期パターン21Aの透過部14Aの透過率が100%であるのに対し、SRAF部210Cの透過部120Cの透過率を50%としておく。具体的には、透過部120Cを有したSRAF部210Cに対して、0次光L0xと1次光L1xの回折光強度が等しくなるような遮光部130Bと透過部120Cの透過率を決定し、決定した透過率の部材を用いて遮光部130Bと透過部120Cとを作製しておく。
For example, when the transmittance of the
また、図5の(b)では、SRAF部210Cでの0次光L0xの回折光強度曲線E0と、1次光L1xの回折光強度曲線E1とを示している。回折光強度曲線E0,E1は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明1Xの構造に関する情報、レンズ5Xの構造に関する情報、SRAF部211CのピッチP、透過率、位相などを入力することによって算出される。
FIG. 5B shows a diffracted light intensity curve E0 of the 0th-order light L0x and a diffracted light intensity curve E1 of the first-order light L1x in the
また、回折光強度曲線E0,E1は、SRAF部211Cの透過率に応じた特性を有している。本実施の形態では、回折光強度曲線E0,E1のうち、透過部121Cのパターン幅(ピッチPの39%)に対して、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるような透過部121Cの透過率を算出する。換言すると、矢印で図示したSRAF部211Cのマスク値(透過部121Cのパターン幅)で、0次光L0xの回折光強度曲線E0と、1次光L1xの回折光強度曲線E1とが重なるような、透過部121Cの透過率を算出しておく。
Further, the diffracted light intensity curves E0 and E1 have characteristics corresponding to the transmittance of the
例えば、周期パターン21Aの遮光部13Aの透過率が6%である場合に、SRAF部211Cの遮光部131Bの透過率も6%としておく。また、周期パターン21Aの透過部14Aの透過率が100%であるのに対し、SRAF部211Cの透過部121Cの透過率を70%としておく。具体的には、透過部121Cを有したSRAF部211Cに対して、0次光L0xと1次光L1xの回折光強度が等しくなるような透過部121Cの透過率を決定し、決定した透過率の部材を用いて透過部121Cを作製しておく。
For example, when the transmittance of the
このように、本実施の形態では、SRAF部210C,211Cを露光した場合に、SRAF部210C,211Cが転写されず、かつウエハ6X上での0次光L0xと1次光L1xの回折効率が等しくなるよう、SRAF部210C,211Cの透過率とパターン幅を決定している。
As described above, in this embodiment, when the
なお、図5に示したSRAF部210C,211Cのパターン寸法と回折光強度との関係は、SRAF部210C,211Cが所定の位相を有している場合の一例である。このため、図5に示した回折光強度曲線D0,D1は、SRAF部210C,211Cの位相に応じた曲線を示すこととなる。したがって、フォトマスク40Z,41Zを作製する際には、SRAF部210C,211Cの透過率やパターン幅を調整することによって、0次光L0xと1次光L1xの回折光強度を等しくさせてもよいし、SRAF部210C,211Cの位相を調整することによって、0次光L0xと1次光L1xの回折光強度を等しくさせてもよい。さらに、SRAF部210C,211Cの透過率、位相、パターン幅を組み合わせて調整することによって、0次光L0xと1次光L1xの回折光強度を等しくさせてもよい。
The relationship between the pattern dimensions of the
この場合、フォトマスク40Zでは、SRAF部210Cでの露光光の回折効率が0次光L0xと1次光L1xとで等しくなるように、露光光に対する遮光部130Bの透過率と、位相と、パターン幅と、露光光に対する透過部120Cの透過率と、位相と、パターン幅と、の組合せが決定される。また、フォトマスク41Zでは、SRAF部211Cでの露光光の回折効率が0次光L0xと1次光L1xとで等しくなるように、露光光に対する透過部121Cの透過率と、位相と、パターン幅と、の組合せが決定される。
In this case, in the photomask 40Z, the transmittance, phase, and pattern of the
フォトマスク40Z,41Zは、ピッチPが、例えばk1値≦0.28を満たすように作製する。換言すると、フォトマスク40Z,41ZのピッチPの値が0.56×(露光光波長)÷(開口数)によって算出される値以下となるよう、フォトマスク40Z,41Zを作製する。
The
つぎに、図5の(b)で示した回折光強度特性を有するフォトマスク41Zを用いて光学像をシミュレーションした結果について説明する。図6は、フォトマスクを用いて露光した場合の像強度を示す図である。
Next, the result of simulating an optical image using the
図6の横軸はマスクパターン(SRAF部、周期パターン)の相対位置を示し、縦軸は像強度を示している。図6の(a)は、従来のフォトマスクの像強度を示し、図6の(b)は、フォトマスク41Zの像強度を示している。また、図6に示す像強度特性Y1,Y3は、第1のフォーカス値で露光した場合の像強度であり、像強度特性Y2,Y4は、第2のフォーカス値で露光した場合の像強度である。第2のフォーカス値は、例えばベストフォーカス値であり、第1のフォーカス値は、ベストフォーカスから所定のデフォーカスがあった場合のフォーカス値である。
The horizontal axis in FIG. 6 indicates the relative position of the mask pattern (SRAF portion, periodic pattern), and the vertical axis indicates the image intensity. 6A shows the image intensity of the conventional photomask, and FIG. 6B shows the image intensity of the
ここでの従来のフォトマスクでは、フォトマスク41Zと比べて、SRAF部30の透過率が周期パターン300の透過率と同じとなるよう作製されている点で異なっている。図6の(a)に示すように、従来のフォトマスクの場合、周期パターン300のうち最端部のラインパターンに対応する像強度が、第1のフォーカス値と第2のフォーカス値とで大な差を有している。換言すると、フォーカスによって、像強度が大きくばらつく。このように、従来のフォトマスクでは、デフォーカスによって、焦点深度が低下し、フォーカスマージンが小さくなっていた。
The conventional photomask here is different from the photomask 41 </ b> Z in that the transmittance of the
一方、図6の(b)に示すように、本実施の形態のフォトマスク41Zの場合、周期パターン21Aのうち最端部のラインパターン(周期パターン21Aの周期端に配置された周期端パターンに)に対応する像強度が、第1のフォーカス値と第2のフォーカス値とで小さな差しかない。換言すると、フォーカスによる像強度特性が平坦化され、フォーカスによる像強度のばらつきが抑制されている。また、SRAF部211Cのうち周期パターン21Aに最も近い最端部に配置されたSRAFパターンの像強度が小さくなっている。したがって、SRAF部211Cがウエハ6X上に転写されにくくなっている。このように、フォトマスク41Zでは、デフォーカスがあっても、焦点深度が低下することなく、フォーカスマージンを大きくすることが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the case of the
フォトマスク4Xやフォトマスク4Zの作製は、例えばウエハプロセスの各レイヤに対して行われる。そして、作製されたフォトマスク4X,4Zを用いて半導体装置(半導体集積回路)が製造される。具体的には、レジストの塗布されたウエハ6Xにフォトマスク4Xまたはフォトマスク4Zを用いて露光を行ない、その後、ウエハ6Xを現像してウエハ6X上にレジストパターンを形成する。そして、レジストパターンをマスクとしてウエハ6Xをエッチングする。これにより、フォトマスク4X,4Zのマスクパターン(周期パターン21Aなど)に対応する実パターンをウエハ6X上に形成する。半導体装置を製造する際には、上述したフォトマスク4Xやフォトマスク4Zの作製、露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。
The
このように第1の実施の形態によれば、SRAF部210C,211Cの透過率を0次光L0xと1次光L1xの回折光強度が同じになるようバランスさせているので、周期端パターンに対してフォーカス特性を改善することが可能となる。これにより、周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能となり、その結果、露光後に形成されるレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the transmittances of the
また、フォトマスク40Z,41ZのピッチPが0.56×(露光光波長)÷(開口数)によって算出される値以下となるようにフォトマスク40Z,41Zを作製しているので、露光後に形成されるレジストパターンが微細なレジストパターンであってもレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
Further, since the
(第2の実施の形態)
つぎに、図7〜図9を用いてこの発明の第2の実施の形態について説明する。第2の実施の形態では、SRAF部を格子状パターンで構成することによって、SRAF部を転写させず且つSRAF部での0次光L0xと1次光L1xの回折光強度とを等しくする。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the second embodiment, the SRAF part is configured by a lattice pattern, so that the SRAF part is not transferred and the diffracted light intensities of the zero-order light L0x and the first-order light L1x in the SRAF part are made equal.
図7は、第2の実施の形態に係るフォトマスクの構成例を示す上面図である。図7の各構成要素のうち図3に示す第1の実施の形態のフォトマスク4X,4Zと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。
FIG. 7 is a top view illustrating a configuration example of the photomask according to the second embodiment. Among the constituent elements in FIG. 7, constituent elements that achieve the same functions as those of the
本実施の形態のフォトマスク42Zは、マスクパターンとして、周期パターン21AとSRAF部212Dを有している。フォトマスク42ZのSRAF部212Dが図3に示したSRAF部21B,21Cに対応している。そして、SRAF部212Dの遮光部132Dが遮光部13Bに対応し、透過部122Dが透過部12B,12Cに対応している。
The
フォトマスク42Zは、SRAF部212Dを、周期パターン21Aとは形状が異なるパターンレイアウトで構成している。具体的には、SRAF部212Dの遮光部132Dを、格子状パターンで構成し、格子状パターンの隙間部分(島状領域)が透過部122Dとなるよう、SRAF部212Dを構成しておく。例えば、遮光部132Dは、遮光部13Aが配置されている方向(図7の横方向)と当該方向に垂直な方向(図7の縦方向)(遮光部13Aの長手方向)との両方に並べられて格子状をなしている。さらに、SRAF部212Dは、SRAF部212Dを介してウエハ6X上に照射される0次光L0xと1次光L1xとが等しくなるよう、透過部122Dの領域が決定されている。これにより、SRAF部212DのSRAF化を実現するとともにSRAF部212Dの0次光L0xと1次光L1xの回折光強度をバランスさせている。
In the
第1の実施の形態で説明したSRAF部210C,211Cの場合、フォトマスク4X,4Zを透過する1次光は、2方向に分かれてレンズ5X側へ送られる。そして、分岐した1次光のうち、一方の1次光はレンズ5Xの瞳上に送られ、他方の1次光はレンズ5Xの瞳外に送られる。これにより、1次光のうちレンズ5Xの瞳上に送られた1次光が、ウエハ6X上に照射され、レンズ5Xの瞳外に送られた1次光は、ウエハ6X上に照射されない。したがって、フォトマスク4X,4Zを透過する1次光のうち1/2の1次光がウエハ6X上に照射されることとなる。
In the case of the
一方、本実施の形態のように、SRAF部212Dを格子状パターンで構成すると、フォトマスク42Zを透過する1次光は、4方向に分かれてレンズ5X側へ送られる。図8は、SRAF部を格子状パターンで構成した場合の1次光と瞳の位置関係を説明するための図である。図8では、レンズ5Xの上面側から見た場合の1次光と瞳の位置関係を示している。
On the other hand, when the
SRAF部212Dを格子状パターンで構成した場合、フォトマスク42ZのSRAF部212Dを透過する1次光は、4方向に分かれてレンズ5X側へ送られる。そして、レンズ5Xの配置されている面内の位置32A〜32Dに各1次光が送られる。位置32A〜32Dのうち、位置32Aはレンズ5Xの瞳33内の位置であり、位置32B〜32Dはレンズ5Xの瞳33外の位置である。このため、分岐した1次光のうち、1本の1次光はレンズ5Xの瞳上に送られ、他の3本の1次光はレンズ5Xの瞳外に送られる。これにより、1次光のうちレンズ5Xの瞳上に送られた1次光が、ウエハ6X上に照射され、レンズ5Xの瞳外に送られた1次光は、ウエハ6X上に照射されない。したがって、フォトマスク42Zを透過する1次光のうち1/4の1次光がウエハ6上に照射されることとなる。
When the
また、0次光L0xは、瞳33内の位置31に送られてウエハ6上に照射される。したがって、本実施の形態では、SRAF部212Dを透過する1次光L1xの1/4の1次光と、SRAF部212Dを透過する0次光L0xと、が同じ回折光強度なるよう、SRAF部212Dのマスクパターンを構成しておく。これにより、SRAF部212Dを透過する光の2/5の光によってウエハ6Xが露光されることとなる。第1の実施の形態で説明したSRAF部210C,211Cの場合、SRAF部210C,211Cを透過する光の2/3の光によってウエハ6Xが露光されることとなる。このように、本実施の形態では、SRAF部212Dからウエハ6Xに照射される光の強度が減光されて、SRAF部210C,211Cよりも小さくなるので、SRAF部212Dのパターンがウエハ上に転写されなくなる。これにより、SRAF部212DがSRAF化されることとなる。
Further, the 0th-order light L0x is sent to the position 31 in the
図9は、SRAF部を格子状にした場合のパターン寸法と回折光強度との関係を説明するための図である。図9では、所定の位相を有したSRAF部212Dのパターン寸法と回折光強度との関係を示している。また、図9は、横軸がマスク値(透過部のパターン幅)であり、縦軸がSRAF部212Dでの回折光強度である。なお、図9では、アレイ部21Aの回折光強度の図示を省略し、アレイ部21Aの透過部14Aのパターン幅(マスク値)を矢印で図示している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the pattern dimension and the diffracted light intensity when the SRAF portion is in a lattice shape. FIG. 9 shows the relationship between the pattern size of the
周期パターン21Aと同じピッチPで縦方向および横方向にラインパターンを配置することによって形成された格子状のパターンに対し、ダイポール照明1Xで露光光を照射した場合の0次光L0xおよび1次光L1xの回折光強度特性を算出しておく。図9では、算出した回折光強度特性として、SRAF部212Dでの0次光L0xの回折光強度曲線F0と、1次光L1xの回折光強度曲線F1とを示している。
Zero-order light L0x and primary light when exposure light is irradiated with
本実施の形態では、回折光強度曲線F0と、1次光の回折光強度曲線F1とが重なるマスク値を透過部122Dのパターン寸法に決定する。図9に示す回折光強度曲線F0,F1は、回折光強度を算出するシミュレーション装置に、露光条件としてダイポール照明1Xの構造に関する情報、レンズ5Xの構造に関する情報、SRAF部210Cのパターンピッチなどを入力することによって算出される。SRAF部212Dの透過部122Dは、例えば正方形の形状をなしており、その1辺のパターン寸法は、例えばピッチPの82%となる。
In the present embodiment, the mask value at which the diffracted light intensity curve F0 and the diffracted light intensity curve F1 of the primary light overlap is determined as the pattern size of the
このように、フォトマスク42Zでは、0次光L0xの回折光強度と1次光L1xの回折光強度とが等しくなるよう、透過部122Dの寸法が調整されている。換言すると、0次光L0xの回折光強度曲線F0と、1次光L1xの回折光強度曲線F1とが重なるよう、透過部122Dの寸法を調整しておく。そして、透過部122Dの寸法に基づいて、SRAF部212Dのパターンレイアウトが作成されフォトマスク42Zが作製される。
Thus, in the
このように第2の実施の形態によれば、SRAF部212Dのパターンレイアウト形状を格子状にすることによって0次光L0xと1次光L1xの回折光強度が同じになるようバランスさせているので、周期端パターンに対してフォーカス特性を改善することが可能となる。これにより、周期端パターンに対してデフォーカスによる光学像のばらつきを抑制することが可能となり、その結果、露光後に形成されるレジストパターンの寸法変化を小さくすることが可能となる。
As described above, according to the second embodiment, since the pattern layout shape of the
1X ダイポール照明、4X,4Z,40Z,41Z,42Z フォトマスク、12B,12C,14A,14B,120C,121C,122D 透過部、13A,13B,130B,131B,132D 遮光部、21A 周期パターン、21B,21C,210C,211C,212D SRAF部、L0x 0次光、L1x 1次光。 1X dipole illumination, 4X, 4Z, 40Z, 41Z, 42Z photomask, 12B, 12C, 14A, 14B, 120C, 121C, 122D transmission part, 13A, 13B, 130B, 131B, 132D light shielding part, 21A periodic pattern, 21B, 21C, 210C, 211C, 212D SRAF part, L0x 0th order light, L1x 1st order light.
Claims (5)
第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有し、
前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されていることを特徴とするフォトマスク。 A main pattern which is a pattern formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and which is transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination;
A pattern formed by repeatedly arranging the second light-shielding film around the main pattern at the same pitch as the pitch, and the pattern is not transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination. With patterns,
Have
The second light-shielding film is arranged in the auxiliary pattern so that the diffracted light intensity of the 0th-order diffracted light and the diffracted light intensity of the 1st-order diffracted light irradiated onto the substrate to be exposed through the auxiliary pattern are equal. A combination of the transmittance of the transmissive part of the exposure light that is not exposed, the phase of the transmissive part, and the pattern width of the transmissive part is adjusted.
第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有し、
前記第2の遮光膜は、前記第1の遮光膜が配置されている方向と当該方向に垂直な方向との両方に並べられて格子状をなし、且つ前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部のパターン寸法が決定されていることを特徴とするフォトマスク。 A main pattern which is a pattern formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and which is transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination;
A pattern formed by repeatedly arranging the second light-shielding film around the main pattern at the same pitch as the pitch, and the pattern is not transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination. With patterns,
Have
The second light-shielding film is arranged in both a direction in which the first light-shielding film is arranged and a direction perpendicular to the direction to form a lattice shape, and the substrate to be exposed through the auxiliary pattern The pattern size of the transmission part of the exposure light in which the second light-shielding film is not arranged in the auxiliary pattern so that the diffracted light intensity of the 0th-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light irradiated on the top are equal. A photomask characterized by having been determined.
第2の遮光膜を前記ピッチと同じピッチで前記主パターンの周辺に繰り返し配置したことによって形成されたパターンであり且つ斜入射照明による露光によって前記被露光基板上にパターン転写されることのない補助パターンと、
を有したフォトマスクに対し、前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写するパターン転写ステップを含み、
前記フォトマスクは、前記補助パターンを介して前記被露光基板上に照射される0次回折光の回折光強度と1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう、前記補助パターンのうち前記第2の遮光膜が配置されていない露光光の透過部の透過率と、前記透過部の位相と、前記透過部のパターン幅と、の組合せが調整されており、
前記斜入射照明によって露光光を照射し前記被露光基板上にパターン転写する際には、前記補助パターンへは前記0次回折光の回折光強度と前記1次回折光の回折光強度とが等しくなるよう露光光が照射されることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A main pattern which is a pattern formed by repeatedly arranging the first light-shielding film on the transparent substrate at a constant pitch, and which is transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination;
A pattern formed by repeatedly arranging the second light-shielding film around the main pattern at the same pitch as the pitch, and the pattern is not transferred onto the substrate to be exposed by exposure with oblique incidence illumination. With patterns,
A pattern transfer step of irradiating exposure light with the oblique incident illumination to the photomask having a pattern transfer onto the exposed substrate,
The photomask has the second of the auxiliary patterns so that the diffracted light intensity of the zeroth-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light irradiated onto the substrate to be exposed through the auxiliary pattern are equal. The combination of the transmittance of the transmissive part of the exposure light in which no light shielding film is arranged, the phase of the transmissive part, and the pattern width of the transmissive part is adjusted,
When the exposure light is irradiated by the oblique incidence illumination and the pattern is transferred onto the substrate to be exposed, the diffracted light intensity of the zeroth-order diffracted light and the diffracted light intensity of the first-order diffracted light are equal to the auxiliary pattern. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein exposure light is irradiated.
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Cited By (1)
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CN102654729A (en) * | 2012-04-06 | 2012-09-05 | 北京理工大学 | Computing method of dual-layer attenuated phase shift contact hole mask diffraction field with assist features |
-
2010
- 2010-03-10 JP JP2010053218A patent/JP2011186312A/en active Pending
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CN102654729A (en) * | 2012-04-06 | 2012-09-05 | 北京理工大学 | Computing method of dual-layer attenuated phase shift contact hole mask diffraction field with assist features |
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