JP2854551B2 - 露光マスクの製造方法 - Google Patents

露光マスクの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は露光マスクの製造方法に
関し、特に欠陥検査装置及びパターン補償式を用いて露
光パターンのパターン充実度を一括的に補償することに
より、高集積素子の作製に適した露光マスクの製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置の高集積化の最近の
趨勢は半導体装置の製造工程の中でのエッチング又は、
イオン注入工程等に用いるマスクに非常に幅広く用いら
れている感光膜パターンの微細パターン形成技術の発展
に大きな影響を受けている。
【０００３】特に、感光膜パターンを形成する縮小露光
装置（ｓｔｅｐｐｅｒ）の光分解能を向上させるために
光源の波長の短縮化が図られている。
【０００４】即ち、波長が約３６５ｎｍのｉ−ライン縮
小露光装置は工程分解能が約０．５μｍ程度であり、約
２４８ｎｍのＫｒＦレーザや、約１９３ｎｍのＡｒＦレ
ーザを光源に用いる縮小露光装置は、ライン／スペース
パターンの場合に約０．３０μｍ程度のパターン分解も
可能である。
【０００５】最近開発された２５６Ｍ ＤＲＡＭ等のよ
うな高集積素子は、パターンデザインルール（ｄｅｓｉ
ｇｎ ｒｕｌｅ）が小さいので実際設計された露光マス
クのレイアウトパターンイメージをウェーハ上の感光膜
（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）に形成することが困難であ
る。
【０００６】これは、露光マスクを通過する光がマスク
に形成されたクロムパターンの間のスリット間隔を通過
する時、そのスペースの大きさ、態様等により回折（Ｄ
ｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）程度が異なり、ウェーハ上の不
均一なトポロジによっても周辺のパターンに影響を与え
るためである。
【０００７】さらに、これは隣接するパターン等の間が
密集している高集積素の製造では一層深刻に現われる。
【０００８】従って、露光マスクのパターン態様及び大
きさにより形成されるパターンの臨界大きさ（ｃｒｉｔ
ｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）が同様なパター
ン大きさの間でも差が生じるので工程歩留り及び素子の
信頼性を損なうことになる。
【０００９】このように、設計上のデザインルールによ
る露光マスクは隣接するパターン等の間の回折（Ｄｉｆ
ｆｒａｃｔｉｏｎ）効果（又は、近接効果（ｐｒｏｘｉ
ｍｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔ）によりパターンの大きさの差
が発生する。
【００１０】即ち、ウェーハ上に形成されたパターンの
中において、同一露光マスクでもパターン密集地域とパ
ターン希少地域の臨界大きさが約０．１μｍ程度の差を
現す。
【００１１】さらに、他の要素では、多重効果（ｍｕｌ
ｔｉｐｌｅ ｌｅｖｅｌ ｅｆｆｅｃｔ）で諸般条件等
（ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）即ち
積層膜等の間の反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）の差及び
トポロジ変化等、積層膜等の間の条件差に基づきノッチ
ング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）等のようなパターン不良を誘
発する。
【００１２】さらに、縮小露光装置（ｓｔｅｐｐｅｒ）
内のイメージシステム（ｉｍａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅ
ｍ）等の間の不均衡、例えばレンズ歪曲（Ｌｅｎｓ Ｄ
ｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）等のような諸般依存効果（Ｆｉｅ
ｌｄ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ）によりパタ
ーンが全体的に不均衡になる。
【００１３】上記以外にも、感光膜樹脂の現像（Ｄｅｖ
ｅｌｏｐｍｅｎｔ）の差又は、Ｐ．Ｅ．Ｂ（ｐｏｓｔ
ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｂａｋｅ）熱処理の不均一性等によ
り形成されたパターンの大きさ及び態様の差が現われ
る。
【００１４】このように、マスク装置パターンの臨界態
様及び大きさと、ウェーハのトポロジ段差及び積層膜等
の間の相互関係により臨界大きさに差が発生する。
【００１５】最近までは０．５μｍ級パターンの製造工
程中に生じる臨界大きさの差の程度が微小なので、露光
マスクのパターン補正をすることなく使用可能である
が、０．５μｍ以下の微細パターンでは補正が絶対必要
となる。
【００１６】このような視点から、従来技術による露光
マスクの製造方法を説明すると次の通りである。
【００１７】図１は、従来の露光マスクの製造工程順の
図である。
【００１８】従来の露光マスクの製造方法は、図１に示
すように、先ずデザインルールによる設計図面の通り形
成された光遮断膜パターンを有する第１露光マスクを作
製する（ステップ１０１、１０２）。
【００１９】次に半導体ウェーハ（不図示）上に、第１
露光マスクを用いて５：１縮小露光装置でパターンイメ
ージを露光しウェーハパターン（不図示）を形成する
（ステップ１０４）。
【００２０】その次に、ＣＤ−ＳＥＭ等の測定装備を用
いて活性領域を定義するためのウェーハパターンの特定
部位の値（不図示）、例えばパターンのラウンド径
（ｄ′1，ｄ′2 …）とパターン幅（ｒ′1 ，ｒ′2
…）を手作業で測定する。
【００２１】次に、特定部位の値を手作業でウェーハパ
ターンの大きさと相互比較して（ステップ１０５）、差
が生じる一部分の大きさを修正する（ステップ１０
６）。
【００２２】その次に、修正データによりレイアウト設
計図を修正して新しい第２露光マスク（不図示）を作製
使用する（ステップ１０７、１０８）。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】上記の如く、従来の露
光マスクの製造方法においては次のような問題点等があ
る。
【００２４】従来の露光マスクの製造方法においては局
所部分的補償法を用いるので、近接効果等の一部の特殊
効果による臨界大きさの差のみを手作業により得ること
ができるにすぎない。
【００２５】また、従来の露光マスクの製造方法におい
ては２５６Ｍ ＤＲＡＭ等のような約０．５μｍ以下の
デザインルールを有する素子では素子の殆ど全領域、例
えば一辺の長さが約１５〜２５ｍｍである素子全体の補
正が手作業では不可能である。
【００２６】従って、従来の露光マスクの製造方法にお
いては素子の一部分についてのみ大きさ補正を行うこと
になるので、素子の高集積化の難しさは勿論、素子動作
の信頼性及び工程収率が下がる問題点がある。
【００２７】本発明は従来の問題点を解決するために為
されたものであり、本発明は工程欠陥検査装置及び補償
式を用いて近接効果等によるパターンの臨界大きさの差
を補償し、露光マスクを作製することにより素子動作の
信頼性及び工程収率を向上させることは勿論、素子の高
集積化に適した露光マスクの製造方法を提供することに
その目的がある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明による露光マスクの製造方法は、ウェーハ上に
デザインルールに従い光遮断膜パターンが作製された第
１露光マスクを用いてパターンを形成する段階と、ウェ
ーハ上のパターンの大きさを工程欠陥検査装置で測定し
て得られた測定データをデータ比較装置に伝送する段階
と、測定データを光遮断膜パターンの大きさと比較して
光遮断膜パターンの臨界大きさの値と差を現す部分を検
出する段階と、補償式を用いて臨界大きさの変化が測定
される部分の光遮断膜パターンの補正値を決定する段階
と、補償値を用いて第２露光マスクを形成する段階を含
んでなることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
露光マスクの製造方法を添付図を参照して詳細に説明す
る。
【００３０】図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施
形態による露光マスクの製造工程レイアウト図であり、
図３は、本実施形態による露光マスクの製造工程順の図
である。
【００３１】この露光マスクの製造方法は、図２（Ａ）
に示すように、先ずデザインルールに従う設計図の通り
形成した光遮断膜パターン１を有する第１露光マスク２
を作製する（ステップ３０１、３０２）。
【００３２】次に、図２（Ｂ）に示すように、半導体ウ
ェーハ（不図示）上に第１露光マスク２を用いて５：１
縮小露光装置でパターンイメージを露光してパターン３
を形成する（ステップ３０３）。
【００３３】この際、パターン３は感光膜パターン又
は、感光膜パターンを用いてエッチングされたエッチパ
ターンで形成する。
【００３４】さらに、パターン３は臨界大きさ、例えば
ラウンド径（Ｒ′1 ，Ｒ′2 …）とパターン幅（Ｄ′1
，Ｄ′2 …）の検査が容易になるよう薄肉、例えば約
０．５μｍ以下の肉厚で形成することが好ましい。
【００３５】その次の後続工程は、図３に示すように、
ＣＤ−ＳＥＭ、電子ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａ
ｍ）或は光学的（ｏｐｔｉｃａｌ）光を光源に用いる工
程欠陥検査装置（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄｅｆｅｃｔ Ｉｎ
ｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）３０６を用いてパタ
ーン３を検査するものである（ステップ３０４）。
【００３６】この際、工程欠陥検査装置はパターン対パ
ターン比較方式又は、パターンデータベース対パターン
比較方式を用いる。
【００３７】比較方式等は、数十分〜数時間内に充分な
パターンの間の大きさの比較が可能である。
【００３８】尚、従来の工程欠陥検査工程ではウェーハ
上の全ての台（チップ）に亘りジグザグに検査を行う反
面、この工程欠陥検査装置は工程欠陥のない端正な一つ
のチップのみを選定して検査する。
【００３９】この際、第１露光マスク２により形成され
たパターン３でパターン大きさ及び態様の差が大きいも
のと予想される部分を指定して検査を行う。
【００４０】その次に、工程欠陥検査装置は一つのチッ
プを検査してパターンの間の臨界大きさの差が、設計パ
ターンのデータベース上の臨界大きさの値より少なくと
も約±５％以上である時を工程欠陥として検出されるよ
うにする。
【００４１】次に、工程欠陥検査装置は検出された欠陥
位置及び大きさのデータ値を工程欠陥検査装置内のデー
タ比較装置に伝送する。
【００４２】その次に、データ比較装置は検査されるパ
ターン（Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）を光
遮断膜パターン１と一対一でパターンの大きさを相互比
較してパターンの拡大又は、縮小された部分を分類す
る。
【００４３】次に、データ比較装置は検査比較して測定
した各部位の欠陥をデータ化して、測定位置とパターン
変化大きさを磁気メモリ装置に貯蔵する（ステップ３０
５、３０８）。
【００４４】その次に、データを再びフィルタリング過
程（ステップ３０９）とパターン認識の正確度を分析す
る過程を介してレイアウト数値の補正値を最終的に計算
する（ステップ３０７）。
【００４５】次に、補正値を基準にして第１露光マスク
２上の光遮断膜パターン１のデータを修正し、データを
基準として第２露光マスクを作製する（ステップ３１
０、３１１）。
【００４６】一方、補正値計算方法を図４を参照して説
明すると、次の通りである。
【００４７】図４は、本実施形態による露光マスクの製
造工程の際のパターン大きさ検査方法を説明するための
レイアウト図である。
【００４８】図には示されていないが、工程欠陥検査装
置のセンサがジグザグに移動しながらパターンチップ内
に存在する欠陥を比較する。
【００４９】この際、チップ一側の感光膜パターン又
は、エッチパターンとそのパターンに隣接したパターン
とを相互比較したり又は、一つ一つのパターンイメージ
を別途のメモリ装置に貯蔵された設計図データと大きさ
を相互比較する方法を用いる。
【００５０】さらに、縮小露光装置の縮小比率により第
１露光マスクに形成された光遮断膜パターンの臨界大き
さも縮小して比較する。
【００５１】隣接パターン等の間の大きさは、近接効果
により全て異なるのでパターンのラウンディング効果に
よるラウンディング径ｒn とパターン幅ｄn の変化は、
二つの比較方法を選択的に用いて測定する。
【００５２】先ず、パターン対パターン比較方式を用い
る場合、（ｎは検査パターン数）マスクに必要な補正値
をそれぞれδｒn 及びδｄn とすると、
【数５】 のような平均補償式を適用して補正値を計算する。
【００５３】一方、一対一パターン比較方法であるデー
タベース対パターン比較方式を用いる場合、
【数６】 で補正値を計算する。
【００５４】最終倍率（ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）
補正値は、
【数７】 で計算する。
【００５５】ここで、Ｋは倍率常数（ｍａｇｎｉｆｉｃ
ａｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）であり、その範囲は約０．
８〜１．５程度の値を有する。
【００５６】一方、セルの一部分だけを検査しようとす
る場合は露光の際、検査が不要な部分に対してはパター
ンが形成されないようにすることも可能である。
【００５７】尚、収差（ａｓｔｉｇｍａｔｉｓｍ ａｂ
ｅｒｒａｔｉｏｎ）や歪曲及び誤整列によるノッチング
（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）また、誤形成されたパターンを補
正するため、パターン形成の際に倍率常数Ｋが約１〜
１．５程度になるよう過露光又は、アンダー露光して臨
界大きさの値が約±５％以下に差が生じるパターンに対
しても検査を行うことができる。
【００５８】前記方法はパターンブリッチやタイル（ｔ
ａｉｌｓ）形成が予想されるパターンにも有用に用いる
ことができる。
【００５９】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明による露
光マスクの製造方法においては次のような効果がある。
【００６０】本発明による露光マスクの製造方法におい
ては、工程欠陥検査装置及び補償式によりパターン等の
間の大きさ数値を検査比較して得られる補正値を用いて
第１露光マスクのパターンを補償することにより、設計
図の通りウェーハ上に正確な感光膜パターンを形成する
ことができる近接効果補正用露光マスクの作製が容易で
ある。
【００６１】さらに、本発明による露光マスクの製造方
法においては既に用いられる工程欠陥検査装置を用いる
ので、露光マスクの作製に必要な費用及び時間労力が軽
減され、素子動作の信頼性及び工程収率を向上させるこ
とができる。
【００６２】さらに、本発明による露光マスクの製造方
法においては補償式を用いてパターン等の間の微細な大
きさの差も補正が可能のため素子の高集積化に適切であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来露光マスクの製造工程順の図。
【図２】Ａ及びＢは、本発明の一実施形態による露光マ
スクの製造工程レイアウト図。
【図３】本発明の一実施形態による露光マスクの製造工
程順の図。
【図４】本発明の一実施形態による露光マスクの製造工
程の際にパターン大きさ検査方法を説明するためのレイ
アウト図。
【符号の説明】
１…光遮断膜パターン、２…第１露光マスク、３…パタ
ーン、４…第２露光マスク、Ｄ1 ，Ｄ2 …パターン幅
（光遮断膜パターン）、Ｄ1 ′，Ｄ2 ′，ｄ1-n…パタ
ーン幅（パターン）、Ｒ1 ，Ｒ2 …ラウンド径（光遮断
膜パターン）、Ｒ1 ′Ｒ2 ′，ｒ1-n …ラウンド径（パ
ターン）
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G03F 1/08 H01L 21/027

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ウェーハ上にデザインルールに従い光遮
    断膜パターンが作製された第１露光マスクを用いてパタ
    ーンを形成する段階； 前記ウェーハ上のパターンの大きさを工程欠陥検査装置
    で測定して得られた測定データを、この工程欠陥検査装
    置内に設けられたデータ比較装置に伝送する段階； 前記測定データを前記光遮断膜パターンの大きさと比較
    して光遮断膜パターンの臨界大きさの値と差を現す部分
    を検出する段階； 補償式を用いて前記臨界大きさの変化が測定される部分
    の光遮断膜パターンの補正値を決定する段階； 前記補正値を用いて第２露光マスクを形成する段階；を
    含み、 前記補正値の決定には、パターン対パターン比較方式を
    用い、設計上、同じ大きさのｎ個パターン数の検査の際
    に各パターンのラウンディング効果に対するラウンディ
    ング半径ｒn とパターン幅ｄn に対する夫々の平均的変
    化幅δｒn 、δｄn は、 【数１】 で計算し、最終補正値は 【数２】 （ここで、Ｋは倍率常数）で計算することを特徴とする
    露光マスクの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記ウェーハ上のパターンは感光膜パタ
    ーン又は、感光膜をマスクにエッチングして得られたエ
    ッチングパターンのいずれかであることを特徴とする請
    求項１記載の露光マスクの製造方法。
  3. 【請求項３】 前記工程欠陥検査装置は、第１露光マス
    クの光遮断膜パターンとウェーハ上に形成されたパター
    ン間の臨界大きさの差が少なくとも±５％以上であるパ
    ターンを欠陥と認識し、その位置及び大きさをデータ化
    させることを特徴とする請求項１記載の露光マスクの製
    造方法。
  4. 【請求項４】 前記Ｋは約０．８〜１．５程度の値を有
    することを特徴とする請求項１記載の露光マスクの製造
    方法。
  5. 【請求項５】 ウェーハ上にデザインルールに従い光遮
    断膜パターンが作製された第１露光マスクを用いてパタ
    ーンを形成する段階； 前記ウェーハ上のパターンの大きさを工程欠陥検査装置
    で測定して得られた測定データを、この工程欠陥検査装
    置内に設けられたデータ比較装置に伝送する段階； 前記測定データを前記光遮断膜パターンの大きさと比較
    して光遮断膜パターンの臨界大きさの値と差を現す部分
    を検出する段階； 補償式を用いて前記臨界大きさの変化が測定される部分
    の光遮断膜パターンの補正値を決定する段階； 前記補正値を用いて第２露光マスクを形成する段階；を
    含み、 前記補正値の決定には、データベース上のパターン大き
    さ（ｒn ）対ウェーハ上のパターン大きさ（ｒn ′）比
    較方式を用い、設計上、同じ大きさのｎ個パターン数の
    検査時に各パターンのラウンディング効果に対するラウ
    ンディング半径ｒn とパターン幅ｄn に対する夫々の平
    均的変化幅δｒn 、δｄn は 【数３】 で計算し、最終補正値は 【数４】 （ここで、Ｋは倍率常数）で計算することを特徴とする
    露光マスクの製造方法。
  6. 【請求項６】 前記Ｋは約０．８〜１．５程度の値を有
    することを特徴とする請求項５記載の露光マスクの製造
    方法。
  7. 【請求項７】 前記ウェーハ上にパターンを形成する段
    階は過露光又は、アンダー露光中の１種によりパターン
    の臨界大きさの変化が少なくとも±５％以内になるよう
    にして検査することを特徴とする請求項１または５記載
    の露光マスクの製造方法。
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