JP2728050B2 - ワーキングマスクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路等の
製造工程において、写真技術を用いて回路パターンを転
写するために用いるワーキングマスクの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造工程で用いられる
写真技術は、ウェハ上にフォトレジストを塗布し、ワー
キングマスクを用いてマスクパターンをフォトレジスト
に露光し、かつこれを現像することでフォトレジストパ
ターンが形成される。そして、このフォトレジストパタ
ーンをマスクにして下地層をエッチングすることによ
り、下地層をマスクパターンと同一にパターニングする
技術である。このワーキングマスクは、フォトレジスト
に形成しようとする設計パターンと同一または数倍に拡
大された寸法であり、ワーキングマスクの原盤としての
マスターマスクにより前記したと同様に写真技術により
１：１の寸法比で製造される。

【０００３】図３は従来のワーキングマスクの製造方法
を概念的に示す図である。マスターマスク３１は石英基
板３１ａの表面にＣｒ（クロム）膜を形成し、かつその
表面に図外の電子線レジストを塗布し、このレジストに
対して電子ビーム露光（ＥＢ）により所要パターンを露
光する。そして、レジストを現像してレジストマスクを
形成し、このレジストマスクを利用してＣｒをエッチン
グすることで高精度の所望のパターン３１ｂが形成さ
れ、マスターマスク３１が形成される。

【０００４】そして、このマスターマスク３１を用いて
ワーキングマスク３２を製造しており、ワーキングマス
ク３２は同様に石英基板３２ａにＣｒ膜３２ｂを形成
し、その表面にポジ型フォトレジスト３２ｃを塗布し、
このフォトレジスト３２ｃにマスターマスク３１のパタ
ーンを露光し、かつ現像してフォトレジストマスク３２
ｃを形成し、これを利用してＣｒ膜３２ｂをエッチング
することでワーキングマスク３２が形成される。形成さ
れたワーキングマスク３２は、シリコンウェハ３３の表
面に塗布されたポジ型フォトレジスト３３ａに対してパ
ターン露光を行う際のマスクとして利用され、前記と同
様の処理を行うことで、ウェハ３３に対してワーキング
マスク３２のパターンを転写することができる。なお、
同図では１：１のパターン転写を行う場合を示している
が、実際には縮小露光装置を用いて数倍に縮小したパタ
ーンを転写することが多い。

【０００５】ところで、近年における半導体集積回路の
微細化に伴い、ワーキングマスクを用いてウェハ上にパ
ターン転写を行う際に、光学像の忠実度が低下してウェ
ハ上のレジストパターンが設計パターンから変形される
ことが生じる。この忠実度の低下は、特に変形照明法や
位相シフト法を用いる場合に顕著となる。この原因は、
微細化のために露光装置の解像度の限界近傍で縮小露光
を行うと、いわゆる近接効果が生じるためである。この
近接効果は、ワーキングマスク上のラインパターンを露
光する際に、特に孤立パターンや周辺部のパターンにお
いてウェハに転写されるパターン幅寸法に顕著なシフト
が生じることである。

【０００６】このような近接効果の影響を改善するため
には、近接効果補正と称されるように、予め近接効果の
発生を予定したパターン幅のワーキングマスクを形成し
ておけば、ウェハ上において設計通りのパターン幅を得
ることができる。このため、従来では、特公平４−１７
９９５２号公報においてパターン幅の一次元の線幅補正
を行う方法が提案され、特公昭６３−２１６０５２号公
報において二次元の線幅補正を行う方法が提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法は、一次元のパターンに対する補正であるため、二
次元的に近接効果が生じるパターンの場合には近接効果
にたいして有効な補正を行うことはできないという問題
がある。また、１つの補正箇所に対して光強度分布の繰
り返し計算が必要とされるため、計算に多大の時間が必
要とされるという問題もある。これに対し、後者の方法
は二次元的な近接効果に対して有効となるが、前記公報
では角部の補正パターンについて記述されているのみで
あり、角部以外の補正について適用することはできな
い。このように、従来のワーキングマスクの製造では、
計算によりパターン幅等を設定しているため、製造に時
間がかかるとともに、実際に使用する露光装置が変更さ
れる場合には計算を始めからやり直す必要があり、工数
が甚大なものとなる。本発明の目的は、設計のための計
算を不要とし、かつ実際に使用する露光装置に対応した
パターンの形成が可能なワーキングマスクの製造方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のワーキングマス
クの製造方法は、写真技術を用いたパターン転写法によ
りマスターマスクからワーキングマスクを製造するに際
し、ワーキングマスクを用いてウェハ等にパターン転写
を行うときにウェハ露光装置において生じる近接効果と
同等の近接効果が生じるマスク露光光学系を用いてマス
ターマスクからワーキングマスクへのパターン転写を行
うことを特徴とする。このとき、マスターマスクがネガ
型マスクの場合には、ウェハに塗布されたポジ型フォト
レジストを用いてウェハにパターン転写を行うポジ型マ
スクとしてワーキングマスクを製造し、マスターマスク
がポジ型マスクの場合には、ウェハに塗布されたネガ型
フォトレジストを用いてウェハにパターン転写を行うネ
ガ型マスクとしてワーキングマスクを製造する。

【０００９】また、マスク露光光学系にウェハ露光装置
と同等の近接効果を生じさせるために、マスク露光光学
系はそのレンズ開口数及び波長をＮＡ’，λ’とし、ウ
ェハ露光装置のレンズ開口数、波長、倍率をそれぞれＮ
Ａ，λ，Ｍとしたとき、ＮＡ’＝λ’・ＮＡ／λ・Ｍの
関係を満たすようにマスク露光光学系を構成する。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態を概
念的に示す図である。マスターマスク１１はこれまでと
同様にＥＢ法等により形成されており、石英基板１１ａ
上に設計パターン通りのＣｒ膜からなるマスクパターン
１１ｂが形成されている。そして、この実施形態では、
ウェハへのパターン転写に際して利用するフォトレジス
トがポジ型フォトレジストであるとし、前記マスターマ
スクがネガ型マスクとして構成されており、ワーキング
マスクのフォトレジストにはネガ型フォトレジストを用
いている。

【００１１】すなわち、製造するワーキングマスク１２
は、石英基板１２ａにＣｒ膜１２ｂを形成し、その上に
ネガ型フォトレジスト１２ｃを塗布する。そして、前記
マスターマスク１１のパターンをこのネガ型フォトレジ
スト１２ｃに露光し、かつ現像してフォトレジストパタ
ーンを形成するが、その際には近接効果が発生する条件
で露光を行う。この近接効果が生じる条件は、縮小露光
の場合にはそのウェハ露光装置がそのまま利用できる
が、マスターマスクからワーキングマスクへの露光は
１：１の縮小比であるため、このウェハ露光装置をその
まま利用することはできない。

【００１２】そこで、本発明においては、このマスター
マスク１１からワーキングマスク１２へのパターン露光
時におけるマスク露光光学系のレンズ開口数ＮＡを通常
よりも低下させる。すなわち、一般の光学系における解
像度はレイリーの条件式、 Ｒ＝ｋ１・ＮＡ／λ が知られている。ここで、λは露光光源の波長、ｋ１は
プロセスに依存して決まる係数である。これから判るよ
うに、ＮＡを下げることにより解像度は低下される。そ
して、近接効果は解像限界で生じるため、マスク露光光
学系のＮＡを低下すれば縮小倍率に関係なく近接効果が
発生されることになる。

【００１３】なお、この場合のＮＡの低減量は、次のよ
うに求められる。このワーキングマスクを露光するため
のマスク露光光学系のレンズ開口数と波長をそれぞれＮ
Ａ’，λ’とし、ウェハへの露光時に用いるウェハ露光
装置のレンズの開口数、波長、倍率をそれぞれＮＡ，
λ，Ｍとしたとき、 ＮＡ’＝λ’・ＮＡ／λ・Ｍ の関係式を満たすようにすれば、ワーキングマスクのマ
スク露光光学系と、ウェハへの露光装置においてそれぞ
れ生じる近接効果を同一状態にすることができる。例え
ば、マスク露光光学系とウェハ露光装置の波長が同一の
場合には、露光光学系のＮＡ’を露光装置の倍率Ｍだけ
下げればよい。

【００１４】図４にｉ線（３６５ｎｍ）１／５縮小露光
装置（ＮＡ＝０．５）を用いたときの０．３μｍＬ／Ｓ
の光強度と、図５にそのワーキングマスクを作成する際
にＮＡを前式から０．１と決定し、等倍ｉ線露光を行っ
た１．５μｍＬ／Ｓの光強度シミュレーションの結果を
示す。図６には、１．５μｍＬ／ＳパターンのＮＡを
０．５とした場合の光強度シミュレーション結果を示
す。なお、各図においてＩｔｈはしきい値である。これ
らの図からも判るように、図６のようにＮＡを絞らない
時の光強度プロファイルは非常に良好で、周辺パターン
においても近接効果が生じていないのに対し、図４と図
５の光強度プロファイルは同じ形状を示し、それぞれ同
様な近接効果が生じている。

【００１５】この結果から、ワーキングマスク１２のパ
ターン露光時のマスク露光光学系におけるＮＡを低下さ
せることで、ウェハ露光時と同等の近接効果を生じさせ
ることが確認された。なお、図４の０．３μｍＬ／Ｓパ
ターン周辺部分には０．００４μｍの近接効果が生じて
おり、中心パターンと比べて約１．３％程度の線幅のシ
フトが生じている。図５の１．５μｍＬ／Ｓにおいては
０．０２μｍの近接効果が生じており、０．３μｍＬ／
Ｓと同様にほぼ１．３％の線幅シフトが生じており、こ
れらの数値からも同様な近接効果があることが判る。

【００１６】このときの近接効果により、線幅がシフト
する方向は、露光に用いる光源形状σにもよるが、フォ
トマスクがネガ型マスクであるか、ポジ型マスクである
かによって近接効果は反対に働く。図７にポジ型マスク
の光強度分布を示す。実線が繰り返しパターン、破線が
孤立パターンであり、孤立パターン寸法は繰り返しパタ
ーン寸法より太く形成される。逆に、ネガ型マスクを用
いた場合には、図８に示すように、実線の繰り返しパタ
ーンより破線の孤立パターンの方がパターン寸法は狭め
られる。

【００１７】これにより、ウェハへのパターン転写に際
して、孤立パターンや周辺パターンが細く形成されてし
まうネガ型ワーキングマスクの補正されたワーキングマ
スクを形成する場合には、ネガ型フォトレジストを用い
てポジ型マスターマスクからワーキングマスクを製作す
れば、孤立パターンや周辺パターンが予め太く形成され
たワーキングマスクを得ることが可能となる。同様に、
ポジ型ワーキングマスクが必要とされる場合には、ネガ
型フォトレジストを用いてネガ型マスターマスクからワ
ーキングマスクを製作すれば、孤立パターンや周辺パタ
ーンが予め細く形成されたワーキングマスクが得られ
る。

【００１８】したがって、図１の実施形態においては、
ウェハ露光装置で生じる近接効果と同一の近接効果でマ
スターマスク１１をワーキングマスク１２にパターン露
光を行うことで、図１に示すように、ワーキングマスク
１２のネガ型フォトレジスト１２ｃは、孤立パターンや
周辺パターンにおいてパターン幅が減少されたフォトレ
ジストパターンとして形成される。このため、このフォ
トレジストパターン１２ｃを用いてＣｒ膜１２ｂをエッ
チングすれば、孤立パターンと周辺パターンにおいてパ
ターン幅寸法が低減されたＣｒ膜１２ｂを有するワーキ
ングマスク、すなわち近接効果補正が自己整合的に行わ
れたワーキングマスク１２が形成されることになる。

【００１９】そして、このワーキングマスク１２を用い
てウェハ１３の表面に塗布されたポジ型フォトレジスト
１３ａに対し、前記したウェハ露光装置を用いてパター
ンの露光を行えば、近接効果によって孤立パターン及び
周辺パターンでパターン幅の増大が生じることになり、
結果としてマスターパターン１１と同じパターン、すな
わち設計パターンのパターン露光ないしパターン転写が
実現されることになる。

【００２０】このように、この実施形態では、マスター
マスク１１がネガ型マスクの場合に、ワーキングマスク
１２のフォトレジストにネジ型フォトレジストを使用
し、ウェハ露光装置と同じ近接効果が生じる条件の下で
パターン露光を行うことで、自己整合的に近接効果補正
されたマスクパターンのワーキングマスク１２が形成で
きる。したがって、従来のような複雑な計算は不要とな
り、極めて少ない工数でワーキングマスクを製造するこ
とが可能となる。

【００２１】図２は本発明の第２の実施形態の製造方法
を概念的に示す図である。この実施形態では、ポジ型マ
スターマスク２１からネガ型のワーキングマスク２２を
製造する例を示している。マスターマスク２１はこれま
でと同様にＥＢ法等により形成されており、石英基板２
１ａ上に設計パターン通りのＣｒ膜からなるマスクパタ
ーン２１ｂが形成されている。また、製造するワーキン
グマスク２２は、石英基板２２ａにＣｒ膜２２ｂを形成
し、その上にネガ型フォトレジスト２２ｃを塗布する。
そして、前記マスターマスク２１のパターンをこのネガ
型フォトレジスト２２ｃに露光し、かつ現像してフォト
レジストパターンを形成する。この場合においても、そ
の露光時にはマスク露光光学系におけるＮＡを低下させ
て近接効果が発生する条件で露光を行う。

【００２２】このため、同図に示すように、ワーキング
マスク２２のネガ型フォトレジスト２２ｃは、孤立パタ
ーンや周辺パターンにおいてパターン幅が増大されたフ
ォトレジストパターンとして形成される。このため、こ
のフォトレジストパターン２２ｃを用いてＣｒ膜２２ｂ
をエッチングすれば、孤立パターンと周辺パターンにお
いてパターン幅寸法が増大されたマスクパターン２２ｂ
を有するワーキングマスク、すなわち近接効果補正が自
己整合的に行われたワーキングマスク２２が形成される
ことになる。

【００２３】そして、このワーキングマスク２２を用い
てウェハ２３の表面に塗布されたネガ型フォトレジスト
２３ａに対し、前記したウェハ露光装置を用いてパター
ンの露光を行えば、近接効果によって孤立パターン及び
周辺パターンでパターン幅の低減が生じることになり、
結果としてマスターパターン２１と同じパターン、すな
わち設計パターンのパターン露光ないしパターン転写が
実現されることになる。

【００２４】この第２の実施形態では、マスターマスク
２１がポジ型マスクの場合に、ワーキングマスク２２の
フォトレジストにネジ型フォトレジストを使用し、ウェ
ハ露光装置と同じ近接効果が生じる条件の下でパターン
露光を行うことで、自己整合的に近接効果補正されたマ
スクパターンが形成でき、前記第１実施形態と同様に、
複雑な計算は不要となり、極めて少ない工数でワーキン
グマスクを製造することが可能となる。

【００２５】なお、前記各実施形態では、ｉ線によるマ
スクパターンの露光の例を説明しているが、例えば、Ｋ
ｒＦエキシマレーザやＡｒＦマキシマレーザ等を用いる
場合にも本発明を同様に適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、写真技術
を用いたパターン転写法によりマスターマスクからワー
キングマスクを製造する際に、ワーキングマスクを用い
てウェハ等にパターン転写を行うときにウェハ露光装置
において生じる近接効果と同等の近接効果が生じるマス
ク露光光学系を用いてマスターマスクからワーキングマ
スクへのパターン転写を行っているので、近接効果が逆
方向に生じて近接効果が補正されたワーキングマスクを
自己整合的に製造することができる。したがって、この
ワーキングマスクを用いてウェハ露光装置によりウェハ
にパターン転写を行ったときには、近接効果を補正した
設計パターン通りのパターン転写が実現できる。また、
ワーキングマスクの製造に際して、複雑な計算等が不要
となり、製造工程を削減し、製造を容易に行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法の第１の実施形態を概念的に
示す図である。

【図２】本発明の製造方法の第２の実施形態を概念的に
示す図である。

【図３】従来の製造方法を概念的に示す図である。

【図４】ウェハ露光装置における光強度分布を示す図で
ある。

【図５】マスク露光光学系におけるＮＡ低減時の光強度
分布を示す図である。

【図６】マスク露光光学系における通常ＮＡ時の光強度
分布を示す図である。

【図７】ポジ型マスクにおける光強度分布を示す図であ
る。

【図８】ネガ型マスクにおける光強度分布を示す図であ
る。

【符号の説明】

１１，２１ マスターマスク １１ａ，２１ａ 石英基板 １１ｂ，２１ｂ マスクパターン １２，２２ ワーキングマスク １２ａ，２２ａ 石英基板 １２ｂ，２２ｂ Ｃｒ膜 １２ｃ，２２ｃ フォトレジスト １３，２３ ウェハ １３ａ，２３ａ フォトレジスト

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 写真技術を用いたパターン転写法により
   マスターマスクからワーキングマスクを製造するに際
   し、前記ワーキングマスクを用いてウェハ等にパターン
   転写を行うときにウェハ露光装置において生じる近接効
   果と同等の近接効果が生じるマスク露光光学系を用いて
   前記マスターマスクからワーキングマスクへのパターン
   転写を行うことを特徴とするワーキングマスクの製造方
   法。
2. 【請求項２】 マスク露光光学系はそのレンズ開口数及
   び波長をＮＡ’，λ’とし、ウェハ露光装置のレンズ開
   口数、波長、倍率をそれぞれＮＡ，λ，Ｍとしたとき、
   ＮＡ’＝λ’・ＮＡ／λ・Ｍの関係を満たすようにマス
   ク露光光学系を構成する請求項１のワーキングマスクの
   製造方法。
3. 【請求項３】 マスターマスクがネガ型マスクの場合に
   は、ウェハに塗布されたポジ型フォトレジストを用いて
   ウェハにパターン転写を行うポジ型マスクとしてワーキ
   ングマスクを製造する請求項１または２のワーキングマ
   スクの製造方法。
4. 【請求項４】 マスターマスクがポジ型マスクの場合に
   は、ウェハに塗布されたネガ型フォトレジストを用いて
   ウェハにパターン転写を行うネガ型マスクとしてワーキ
   ングマスクを製造する請求項１または２のワーキングマ
   スクの製造方法。