JP3271227B2

JP3271227B2 - 半導体装置製造用原版レチクルの製造方法及びその装置

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Publication number: JP3271227B2
Application number: JP14621794A
Authority: JP
Inventors: 洋一塘
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-28
Filing date: 1994-06-28
Publication date: 2002-04-02
Anticipated expiration: 2017-04-02
Also published as: JPH0815849A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造用原版
レチクルの製造方法及びその装置に関する。本発明は、
例えば、微細化・集積化した半導体装置の製造の際のマ
スクとして用いるレチクルを形成するための原版レチク
ルの製造方法として好適に利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の分野では、ますます微細化
・集積化が進行している。例えば、半導体集積回路装置
について言えば、その最小加工寸法は、今やサブハーフ
ミクロン（０．５μｍ以下）になろうとしている。半導
体装置の製造のためには、従来より、そのパターン回路
の形成のために、投影露光法が使われている。微細化し
たパターンについては、縮小投影露光法、つまり形成す
べきパターンの何倍かの大きさのパターンを形成したレ
チクルをマスクとして用い、これを縮小投影して所定の
サイズのパターンを形成する露光法が一般に用いられ
る。そのときの縮小倍率は、１／５あるいは１／４が一
般的である。

【０００３】ところで、半導体装置製造時にマスクとし
て用いるレチクルは、更に大もとの原版となるレチクル
を用い、これをマスクとして用いてパターン状に投影露
光して所定のマスクパターンを有する半導体装置製造レ
チクルとして形成するのが通例である。上記したよう
に、縮小投影露光法では、何倍かの大きさでマスクパタ
ーンを形成する分、ばらつきは軽減されるものの、いず
れにしても原版であるレチクルは、非常に高い作製精度
が要求される。

【０００４】この原版レチクルは通常、石英の基板上に
遮光部形成材料膜を形成し、この上にレジストを塗布し
て、描画することにより、各種パターン状に露光し、こ
れを現像してパターン形成して、得られる。より具体的
には、ＥＢ（電子線）描画によりパターン形成する場
合、遮光材料として例えば、クロムあるいはＭｏＳｉ膜
を形成し（場合によっては２層、３層の積層膜に形成す
る）、この上にポジあるいはネガのＥＢレジストを塗布
後、ＥＢ描画機で、縮小倍率に応じた例えば５倍あるい
は４倍の回路パターンや評価パターン、重ねあわせパタ
ーンなどを必要に応じてまぜて描画し、現像後、ウエッ
トあるいはドライエッチングにてパターンを形成し、レ
ジスト除去、洗浄を経て使用に供される。前述したよう
に、この原版レチクルがすべての回路の大もとになるの
で、線幅の精度が高いものが必要となる。

【０００５】ところで、原版レチクル製造の際の描画も
投影露光技術を用いるが、この投影露光方法、例えば縮
小投影露光方法は、通常レンズを用いるため、どうして
もレンズ中心部よりレンズ周辺部のコントラストは低く
なる宿命にある。この程度は、写真用のレンズに比べれ
ば半導体製造用のものははるかに均一ではあるが、周辺
がコントラストが低いことは否めない。この周辺のコン
トラストの低下は、最近までは半導体集積回路の最小加
工寸法が大きかったせいもあってあまり問題とはならな
かったが、光の解像限界近くを使うようになってきた現
在では、このショット（露光）の周辺と中心とのレンズ
の特性による寸法差がパターンの種類によっては問題と
なりつつある。周辺が中央に比してそのコントラストが
低くなるという問題は、レンズのみならず、ミラーにつ
いても言える。従って、光学系において不可避の問題と
言うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点及び発明の目的】上記
したように、レチクルをマスクに用いた投影露光による
パターン形成では、光学系の必然的な特性により、中央
より周辺のコントラストが低下するという問題があっ
た。かつ、これに限らず、中心部分と周辺部分で露光の
均一性が損なわれ、これを解決したい場合があり得る。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決すべく、パタ
ーン露光にマスクとして用いるレチクルを形成するため
の原版となるレチクル（これを本明細書中、原版レチク
ルと称する）の製造手段を改良することにより、不均
一、例えば中心部分と周辺部分で露光に不均一の生じな
い技術を提供することを目的としている。

【０００８】より具体的には、上記問題を解決した露光
を実現できるレチクルを形成するための原版レチクルが
得られる半導体装置製造用原版レチクルの製造方法及び
その装置を提供することを目的とする。

【０００９】本出願の請求項１の発明は、半導体装置製
造の際のパターン形成に用いる投影露光用レチクルを製
造するための原版となる半導体装置製造用原版レチクル
の製造方法であって、該原版レチクルのパターン形成用
描画は、該原版レチクルの被描画位置に応じて同心円状
に該描画のドーズ量を制御してこの描画を行う構成とし
たことを特徴とする半導体装置製造用原版レチクルの製
造方法であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１０】本出願の請求項２記載の発明は、原版レチ
クルの中心から周辺に向う位置に応じて、描画のドーズ
量を制御して、この原版レチクルを描画する構成とした
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造用原
版レチクルの製造方法であって、これにより上記目的を
達成するものである。

【００１１】本出願の請求項３記載の発明は、原版レチ
クルのいずれかの中心線から周辺に向う位置に応じて、
描画のドーズ量を制御して、この原版レチクルを描画す
る構成としたことを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置製造用原版レチクルの製造方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１２】本出願の請求項４記載の発明は、原版レチ
クルの被描画面を、原版レチクルの中心から周辺に向っ
て区画し、描画のドーズ量を該区画に応じて順次増加あ
るいは減少させて、この原版レチクルを描画する構成と
したことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置製造
用原版レチクルの製造方法であって、これにより上記目
的を達成するものである。

【００１３】本出願の請求項５記載の発明は、原版レチ
クルの被描画面を、原版レチクルのいずれかの中心線か
ら周辺に向って区画し、描画のドーズ量を該区画に応じ
て順次増加あるいは減少させて、この原版レチクルを描
画する構成としたことを特徴とする請求項１に記載の半
導体装置製造用原版レチクルの製造方法であって、これ
により上記目的を達成するものである。

【００１４】本出願の請求項６記載の発明は、描画がＥ
Ｂ描画であることを特徴とする請求項１に記載の半導体
装置製造用原版レチクルの製造方法であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１５】本出願の請求項７の発明は、半導体装置製
造の際のパターン形成に用いる投影露光用レチクルを製
造するための原版となる半導体装置製造用原版レチクル
の製造装置であって、該原版レチクルのパターン形成用
描画は、該原版レチクルの被描画位置に応じて同心円状
に該描画のドーズ量を制御してこの描画を行う構成とし
たことを特徴とする半導体装置製造用原版レチクルの製
造装置であって、これにより上記目的を達成するもので
ある。

【００１６】本出願の請求項８記載の発明は、原版レチ
クルの中心から周辺に向う位置に応じて、描画のドーズ
量を制御して、この原版レチクルを描画する構成とした
ことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置製造用原
版レチクルの製造装置であって、これにより上記目的を
達成するものである。

【００１７】本出願の請求項９記載の発明は、原版レチ
クルのいずれかの中心線から周辺に向う位置に応じて、
描画のドーズ量を制御して、この原版レチクルを描画す
る構成としたことを特徴とする請求項７に記載の半導体
装置製造用原版レチクルの製造装置であって、これによ
り上記目的を達成するものである。

【００１８】本出願の請求項１０記載の発明は、原版レ
チクルの被描画面を、原版レチクルの中心から周辺に向
って区画し、描画のドーズ量を該区画に応じて順次増加
あるいは減少させて、この原版レチクルを描画する構成
としたことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置製
造用原版レチクルの製造装置であって、これにより上記
目的を達成するものである。

【００１９】本出願の請求項１１記載の発明は、原版レ
チクルの被描画面を、原版レチクルのいずれかの中心線
から周辺に向って区画し、描画のドーズ量を該区画に応
じて順次増加あるいは減少させて、この原版レチクルを
描画する構成としたことを特徴とする請求項７に記載の
半導体装置製造用原版レチクルの製造装置であって、こ
れにより上記目的を達成するものである。

【００２０】本出願の請求項１２記載の発明は、描画が
ＥＢ描画であることを特徴とする請求項７に記載の半導
体装置製造用原版レチクルの製造装置であって、これに
より上記目的を達成するものである。

【００２１】本発明は、レチクル製造に際して、マスク
による投影露光において、ショット内均一性の高いパタ
ーン形成を行うことを可能ならしめるために、製造する
原版レチクルに対して、パターン露光時の光学系コント
ラスト（レンズコントラスト等）に応じたショットラン
クを面内に設けるようにした態様で好ましく実施でき
る。

【００２２】本発明の作用について、以下述べる。例え
ばコンタクトホールを、半導体ウエハ上に、ポジ型レジ
ストを用いて形成するためのレチクルを製造するための
原版レチクルを考える。この原版レチクルは、大部分が
遮光膜（クロム、ＭｏＳｉなど）で、開口（ホール）に
供する部分のみ、光が透過するようになっている構成を
とるのが通常である。一般的に言って、このようなタイ
プの原版レチクルをＥＢ描画する場合、普通ＥＢ用のポ
ジ型レジスト（ＥＢＲ−９などの主鎖切断型のポジレジ
ストで、有機現像タイプ）が主に使用される。

【００２３】一方、レンズあるいはミラーのコントラス
トは、前述したように周辺の方が低い。よって、普通に
作製すると、微細構造例えばＣｒ３０μｍなどの微細コ
ンタクトホールを形成しようとすると、どうしても周辺
部はコントラストが低いことに起因して、パターンが小
さくなる傾向となる。即ち、ショットの周辺、あるいは
描画がスキャン方式の場合はスキャン方向に対して両は
じの部分のコンタクトホール形状はどうしても小さく形
成されやすい。従って、これを避けるべく、本発明を適
用してドーズ量を制御して、周辺あるいは両はじにいく
に従って描画時のドーズ量を増やしていけば、その部分
はコンタクトホールのホール形状が大きくなるため、コ
ントラストが低下しても、みかけ上同一の寸法になっ
て、ショット内寸法を揃えることができる。

【００２４】コンタクトホールではなく、ライン中心の
パターンの場合は、ウエハ上のレジストの特性に従っ
て、同様の考え方で制御することにより、周辺のライン
幅を太くしたり、あるいは細くしたりして対応すること
ができる。

【００２５】他のパターン形状である場合も、やはり同
様の考え方で、コントラストの不均一を補償するように
ドーズ量を制御することによって、均一なパターン形状
を形成することができる。

【００２６】本発明は、上記のようにコントラストの不
均一に基づくパターン形状の不均一の解消のために使用
できるが、これに限らず、他の要因による不均一につい
ても、上記と同様にドーズ量の制御により補償すること
によって、これを解消できるように利用することができ
るものである。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。但し、当然のことではあるが、本発明は
以下の実施例により限定を受けるものではない。

【００２８】実施例１この実施例は、本発明を、微細化した半導体集積回路装
置製造用のレチクルを形成するための原版レチクルの製
造に適用したものである。

【００２９】この実施例では、原版レチクルの中心から
周辺に向う位置に応じて、描画のドーズ量を制御して、
この原版レチクルを描画する構成とし、特に、原版レチ
クルの被描画面を、原版レチクルの中心から周辺に向っ
て区画し、描画のドーズ量を該区画に応じて順次増加あ
るいは減少させて、この原版レチクルを描画する構成と
した。

【００３０】本実施例では、１／５あるいは１／４ある
いは等倍の半導体集積回路製造用の投影露光装置用の原
版レチクルを作製する際に、図１に示すような、中心か
ら周辺に向ってショットランクを設け、特に図示の如く
ここでは同心円状に３区画に分割された区画を設けて、
各々の区画についてのＥＢ描画時のドーズ量を順次増加
（あるいは減少）させて、この原版レチクルを描画する
ようにした。特に、周辺部のドーズ量を大きくして、こ
の周辺部のコントラストの低下を補い、同じパターン形
状を均一に得るようにした。

【００３１】具体的には、３層クロム付き６０２５レチ
クル基板にＥＢ用ポジ型レジストであるＥＢＲ−９を回
転塗布し、これを０．５μｍの膜厚になるようにした。
これをＭＥＢＥＩＩＩ（ＥＢ描画装置、パーキンエルマ
ー製）にて、加速１０ｋＶで１．５〜２μＣ／ｃｍ²の
範囲で、段階的に露光を行った。即ち、１．５μＣ／ｃ
ｍ²、１．７５μＣ／ｃｍ²、２μＣ／ｃｍ²の３段階
でこの露光を行った。即ち、中心から原版レチクル上で
４０ｍｍの範囲は１．５μＣ／ｃｍ²で、その外側から
４５ｍｍの範囲は１．７５μＣ／ｃｍ²で、４５〜５０
ｍｍの範囲は２．０μＣ／ｃｍ²で露光を行った。図１
で言えば、ｒ₁＝４０ｍｍの円状の範囲１は１．５μＣ
／ｃｍ²のドーズ量で露光を行い、４０〜４５ｍｍ（ｒ
₂＝４５ｍｍ）のリング状の範囲２はこれより大きい
１．７５μＣ／ｃｍ²のドーズ量で露光を行い、更に外
側の４５〜５０ｍｍ（ｒ₃＝５０ｍｍ）の範囲３は更に
大きい２．０μＣ／ｃｍ²のドーズ量で露光を行った。

【００３２】これにより、０．３μｍ（レチクル上では
１．５μｍ）のコンタクトホールパターンを形成した。
これをマスクにして、フォトリソグラフィーを行いエッ
チングして、半導体集積回路装置製造用のレチクルを作
成した。

【００３３】一方、比較のために、このようなことを行
わない原版レチクルも作成し、これにより同時に半導体
集積回路装置製造用のレチクルを得た。

【００３４】この２つの半導体集積回路装置製造用のレ
チクルを使い、６インチ基板にＤｅｅｐＵＶ光用化学増
幅ポジレジスト（ここで使用したものは、ポリヒドロキ
シスチレンＰＨＳに５０％保護基としてｔＢＯＣ基を
導入したベース樹脂に光酸発生剤としてＰｈ₃Ｓ⁺Ｏ^-
Ｔｆを３％加えたもの。分子量４０００）を１．０μｍ
厚塗布したＳｉ基板に、２０ｍｍ角のショットを全面露
光し、現像してパターンを作った。図２はその時の対策
品、図３は比較の未対策品のレチクルで露光したものの
寸法ばらつきのデータである。本発明を適用した場合
（図２）は、比較の場合（図３）に比して、均一性が良
いことがわかる。特に、周辺の露光不足による不均一性
が解消されている。

【００３５】なお、各エリアに与えるドーズ量は、上記
した値に限らず、ドーズ量に対するＥＢレジストの線幅
テーブルより、適当な寸法オフセットとなるように調節
する。

【００３６】また本実施例では、ｒ₁〜ｒ₃の値を上記
のように４０ｍｍ、４５ｍｍ、５０ｍｍで設定したが、
この中心からの半径ｒ₁〜ｒ₃は、レンズのコントラス
トに応じて適宜調節すべきものである。

【００３７】ここでは例として３分割したが、２分割以
上なら何分割しても構わない。

【００３８】以上のようにすることにより、ショット内
均一性のよいパターン形成が可能となる。上記のように
することによって、それぞれの素子の特性のばらつきが
少ない、半導体集積回路を得るレチクルが与えられる原
版レチクルが形成できた。

【００３９】実施例２この実施例も、実施例１と同様、本発明を、微細化した
半導体集積回路装置製造用のレチクルを形成するための
原版レチクルの製造に適用したものである。

【００４０】但し、この実施例では、原版レチクルのい
ずれかの中心線から周辺に向う位置に応じて、描画のド
ーズ量を制御してこの原版レチクルを描画する構成と
し、特に、原版レチクルの被描画面を、原版レチクルの
いずれかの中心線から周辺に向かって区画し、描画のド
ーズ量を該区画に応じて順次増加あるいは減少させて、
この原版レチクルを描画する構成とした。

【００４１】本実施例では、実施例１と同様、１／５あ
るいは１／４あるいは等倍の半導体集積回路製造用の投
影露光装置用の原版レチクルを作製する際に、図４に示
すような縦（あるいは横でもよい）方向の中心線から周
辺に向かう区画１′〜３′を設け、周辺に向うにつれて
ＥＢ描画時のドーズ量を順次増加（あるいは減少）させ
て、この原版レチクルを描画するようにした。特に、周
辺部のドーズ量を大きくして、この周辺部のコントラス
トの低下を補い、同じパターン形状を均一に得るように
した。

【００４２】具体的には、実施例と同様なドーズ量の制
御を利用して実施した。

【００４３】なお、図示では区画を縦方向で分割する例
で示したが横方向でもよい。中心からの距離ｒ₁、
ｒ₂、ｒ₃は、レンズあるいはミラーのコントラストに
応じて調節する。

【００４４】各エリアに与えるドーズ量は、ドーズ量に
対するＥＢレジストの線幅テーブルより、適正な寸法オ
フセットとなるように調節する。

【００４５】本実施例によっても実施例１と同様の、形
状均一性の良いパターンを得ることができた。

【００４６】実施例３本実施例では、図１の中心から被露光部を分割区画して
ドーズ量を変化させる手法を用いて、これをレチクル製
造装置に具体化した。

【００４７】特にここでは、ショットを図５に示すよう
に、中心から渦巻状に周辺にスキャンして行く方式で、
露光装置を組んだ。

【００４８】ドーズ量の制御は、予めプログラムしてお
いたが、ショット位置を検知して、その位置信号に基づ
いてドーズ量を定めるのでもよい。

【００４９】実施例４本実施例では、図４の中心線から縦（横でも可）に被露
光部を分割区画してドーズ量を変化させる手法を用い
て、これをレチクル製造装置に具体化した。

【００５０】特にここでは、ショットを図６に示すよう
に、上下方向（縦方向）の動きを主な動作とした形でス
キャンして行く方式で、露光装置を組んだ。

【００５１】ドーズ量の制御は、ショット位置を反射も
しくは露光機のＸＹ座標から検知して、その位置信号に
基づいてドーズ量を定めるようにしたが、予めプログラ
ムしておくのでもよい。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、パターン露光にマスク
として用いるレチクルを形成するための原版となるレチ
クルの製造手段を改良することにより、不均一、例えば
中心部分と周辺部分で露光に不均一の生じないようにで
きる原版レチクルが得られる原版レチクル製造方法を提
供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成を示す図である。

【図２】実施例１の作用効果の説明である。

【図３】実施例１の作用効果の説明図である（比
較）。

【図４】実施例２の構成を示す図である。

【図５】実施例３の説明図である。

【図６】実施例４の説明図である。

【符号の説明】

１，２，３，１′，２′，３′ 区画（ショットエリ
ア）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置製造の際のパターン形成に用い
る投影露光用レチクルを製造するための原版となる半導
体装置製造用原版レチクルの製造方法であって、該原版
レチクルのパターン形成用描画は、該原版レチクルの被
描画位置に応じて同心円状に該描画のドーズ量を制御し
てこの描画を行う構成としたことを特徴とする半導体装
置製造用原版レチクルの製造方法。
【請求項２】原版レチクルの中心から周辺に向う位置に
応じて、描画のドーズ量を制御して、この原版レチクル
を描画する構成としたことを特徴とする請求項１に記載
の半導体装置製造用原版レチクルの製造方法。
【請求項３】原版レチクルのいずれかの中心線から周辺
に向う位置に応じて、描画のドーズ量を制御して、この
原版レチクルを描画する構成としたことを特徴とする請
求項１に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造方
法。
【請求項４】原版レチクルの被描画面を、原版レチクル
の中心から周辺に向かって区画し、描画のドーズ量を該
区画に応じて順次増加あるいは減少させて、この原版レ
チクルを描画する構成としたことを特徴とする請求項１
に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造方法。
【請求項５】原版レチクルの被描画面を、原版レチクル
のいずれかの中心線から周辺に向って区画し、描画のド
ーズ量を該区画に応じて順次増加あるいは減少させて、
この原版レチクルを描画する構成としたことを特徴とす
る請求項１に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製
造方法。
【請求項６】描画がＥＢ描画であることを特徴とする請
求項１に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造方
法。
【請求項７】半導体装置製造の際のパターン形成に用い
る投影露光用レチクルを製造するための原版となる半導
体装置製造用原版レチクルの製造装置であって、該原版
レチクルのパターン形成用描画は、該原版レチクルの被
描画位置に応じて同心円状に該描画のドーズ量を制御し
てこの描画を行う構成としたことを特徴とする半導体装
置製造用原版レチクルの製造装置。
【請求項８】原版レチクルの中心から周辺に向う位置に
応じて、描画のドーズ量を制御して、この原版レチクル
を描画する構成としたことを特徴とする請求項７に記載
の半導体装置製造用原版レチクルの製造装置。
【請求項９】原版レチクルのいずれかの中心線から周辺
に向う位置に応じて、描画のドーズ量を制御して、この
原版レチクルを描画する構成としたことを特徴とする請
求項７に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造装
置。
【請求項１０】原版レチクルの被描画面を、原版レチク
ルの中心から周辺に向かって区画し、描画のドーズ量を
該区画に応じて順次増加あるいは減少させて、この原版
レチクルを描画する構成としたことを特徴とする請求項
７に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造装置。
【請求項１１】原版レチクルの被描画面を、原版レチク
ルのいずれかの中心線から周辺に向って区画し、描画の
ドーズ量を該区画に応じて順次増加あるいは減少させ
て、この原版レチクルを描画する構成としたことを特徴
とする請求項７に記載の半導体装置製造用原版レチクル
の製造装置。
【請求項１２】描画がＥＢ描画であることを特徴とする
請求項７に記載の半導体装置製造用原版レチクルの製造
装置。