JP3413984B2 - ホトマスクの製造方法 - Google Patents
ホトマスクの製造方法Info
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パターンを転写して、半導体集積回路や液晶パネル等を
製造するための光リソグラフィ技術に関し、特にホトマ
スクの製造方法に関する。
ン形成には、リソグラフィ技術と呼ばれる、マスク上に
描かれたパターンを被露光基板上に転写する方法が広く
採用されている。このパターン転写を行なうために、一
般には、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投
影型の投影露光装置が用いられる。
露光装置には、従来より高い解像力が要求される。一般
に、投影レンズの開口数(NA)が大きいほど、あるい
は露光に用いる光の波長が短いほど解像力は向上する。
しかし、NAを大きくする方法はパターン転写時に焦点
深度の低下をもたらし、光の短波長化は光源、光学系材
料あるいはレジスト材料の面で種々の制約が有る。
つ従来の解像限界を超える微細パターンを転写する試み
が為されている。特公昭62−50811号公報には、
マスク上の特定の光透過部に光の位相を反転させる透明
部材(位相シフタ)を設けて、特に周期性を有するパタ
ーンに対して解像力が大幅に向上することが示されてい
る。また、前記位相シフタを自動的に配置する技術は、
VLSIシンポジウム(1991)において報告され、ダイジ
ェスト オブ テクニカルペーパーズ 95−96頁
(Digest of Technical papers pp.95-96 )における、
オートマティックパターン ジェネレーション システ
ム フォア フェイズ シフティングマスク(Automati
c Pattern Generation System For Phase Shifting Mas
k)と題する論文に記載されている。同様の技術は、ダ
イジェスト オブ ペーパーズマイクロプロセス’93
50−51頁(Digest of Papers MicroProcess '93
pp.50-51)における、アルゴリズム フォア フェイズ
シフト マスク デザイン ウイズ プライオリティ
オン シフタ プレイスメント(Algorithmfor Phase
Shift Mask Design with Priority on Shifter Placem
ent)と題する論文、および、同52−53頁における
A CAD システム フォア デザイニング フェ
イズ シフティング マスクス(A CAD System for Des
igning Phase-Shifting Masks)と題する論文にも記載
されている。また、所望の投影像形状を入力してマスク
パターンを決定する方法が、アイ イー イー イー、
トランザクション オン セミコンダクター マニュフ
ァクチャリング5(2)(1992年)138−152
頁(IEEE Transaction on Semiconductor Manufacturin
g, Vol.5, No.2(1992), pp.138-152)における バイナ
リ アンド フェイズ シフティング マスク デザイ
ン フォア オプティカル リソグラフィ(Binary and
Phase Shifting Mask Design for Optical Lithograph
y)と題する論文に記載されている。
は、マスクを透過するX線や光の強度と位相を制御する
マスク技術が示されている。
1号公報に開示されているマスクを用いると、特に周期
性のある微細パターンに対しては従来の解像限界を超え
るパターン形成が容易に実現できる。しかし、周期性の
少ない一般的なパターンに対しては、前記位相シフタを
効率良く配置する手法が示されていないので、その効果
を引き出すことはできない。ダイジェスト オブ テク
ニカルペーパーズ 95−96頁(Digestof Technical
papers pp.95-96)におけるオートマティック パター
ン ジェネレーション システム フォア フェイズ
シフティング マスク( Automatic Pattern Generatio
n System For Phase Shifting Mask)と題する論文に記
載されている手法は、マスク上の光透過部に位相シフタ
を自動的に配置する機能を有するが、パターン配置が複
雑になって位相シフタ配置に矛盾が発生した場合の対策
は示されていない。
開示されているマスク技術は、本来遮光すべき領域にわ
ずかに光を透過させて位相も制御するものであって、ハ
ーフトーン位相マスクあるいはAttenuateマスクと呼ば
れる。解像力向上の効果は前記の特公昭62−5081
1号公報に開示されているマスクと比べてやや劣るもの
の、シフタの新たな配置を行なう必要が無いという利点
がある。したがって、複雑な形状を有するパターンに対
して極めて効果的であるとされている。しかし、所望の
転写パターン寸法を得るために必要なマスクパターン寸
法の修正や変更については何ら言及していない。
ロプロセス’93 50−51頁(Digest of Papers M
icroProcess '93 pp.50-51)におけるアルゴリズム フ
ォアフェイズ シフト マスク デザイン ウイズ プ
ライオリティ オン シフタ プレイスメント(Algori
thm for Phase Shift Mask Design with Priorityon Sh
ifter Placement)と題する論文、および、同52−5
3頁における ACAD システム フォア デザイニ
ング フェイズ シフティング マスクス(A CAD Syst
em for Designing Phase-Shifting Masks)と題する論
文に記載されている技術は、特公昭62−50811号
公報に開示されているマスクの性能を引き出すために、
位相シフタを自動的に配置する技術である。シフタ配置
の矛盾個所をできるだけ少なくする工夫が為されている
が、新たなシフタ配置を行なう必要が無い前記ハーフト
ーン位相マスクのパターン設計については何の示唆も無
い。
ン オン セミコンダクター マニュファクチャリング
5(2)(1992年)138−152頁(IEEE Trans
action on Semiconductor Manufacturing, Vol.5, No.2
(1992), pp.138-152)における バイナリ アンド フ
ェイズ シフティング マスク デザイン フォアオプ
ティカル リソグラフィ(Binary and Phase Shifting
Mask Design for Optical Lithography)と題する論文
に記載されているマスク技術は、マスクパターン面を極
めて小さな領域に分割して透過光の位相と透過率を定義
するものである。したがって、パターンの定義が極端に
複雑化し、広い領域における最適化が困難であるという
実用面での問題がある。
形状制約の緩和の面では優れているものの、そのパター
ン形状の適正化については検討されていない。特に、本
来遮光すべき領域にもわずかな透過光が存在するから、
その透過光はパターンが接近すると干渉効果で強調され
る。その結果、本来パターンの存在しない部分にも無視
できない光強度レベルを有する投影像が形成されるとい
う問題がある。
トマスクに新たなパターンを付与することによって、前
記不要の投影像の影響を低減させることが可能なホトマ
スクの製造方法を提供することである。
ンを有するハーフトーン位相シフトマスクのパターン初
期値及び前記パターンを被露光基板上に転写する投影光
学系のパラメータである投影レンズの開口数NA、転写
に用いる光の波長λ、コヒーレンスの度合いを表すパラ
メータσを入力する工程と、前記開口パターンが拡大す
るように各辺を距離L(ここで、Lは0.4λ/NA<
L<1.1λ/NAで与えられる)だけ外側に移動させ
て、新たな輪郭線を生成させる工程と、前記新たな輪郭
線が互いに接近あるいは交差する部分を抽出する工程
と、前記抽出された部分に新たな補正パターンを生成さ
せる工程とを有することを特徴とするホトマスクの製造
方法により達成される。
5λ/NAから0.4λ/NAの間のとれば良い。ここ
に、λは露光光の波長、NAは露光用投影レンズの開口
数である。
スクの構造、及びそこから得られる光学像の概要の一例
を図9に示す。ハーフトーン位相シフトマスクは、光学
的に透明な基板42とハーフトーン部材43とから構成
され、わずかに光を通す擬似的な遮光部40と開口パタ
ーン41からなる。開口部41と擬似的な遮光部40を
透過する光は、振幅分布44が示すように異符号、すな
わち互いに位相が反転している。投影光学系を介して被
露光基板上に得られる振幅分布は曲線45のように得ら
れ、その絶対値の二乗をとって光強度分布47が得られ
る。投影像を計算する手段は、開口パターン41と露光
光学条件を入力すると最終的に光強度分布47を求める
ものである。ここで、パターンエッジ近傍には46に示
す負の振幅ピークが発生し、これが投影像のサイドロー
ブ48となって現われる。特に2個以上の開口パターン
が接近してくると、それぞれのパターンに対応したサイ
ドローブが強調されてパターンエッジからほぼL1の距
離の所に不要の投影像が得られる。この不要の投影像の
発生位置は、マスクパターンの投影像光強度分布を計算
し、そこから予測される像の形状と入力したパターン形
状とを比較することにより容易に知ることができる。こ
こで、パターンエッジ近傍に生じるサイドローブは、前
述のように開口パターン部の光とは異符号の光振幅によ
るものである。そこで、図10に示すように、パターン
50のエッジからほぼL1の距離の所にパターン発生手
段により新たな補正パターン51を付加すると、振幅分
布52の負の振幅ピーク部と、補正パターンの振幅分布
53とが重なってサイドローブの発生を防止することが
できる。ここで、補正パターン51は、単独では転写さ
れない寸法とするのが良いので、その幅をほぼ0.05
λ/NAから0.4λ/NAの間にとれば良い。ここ
に、λは露光光の波長、NAは露光用投影レンズの開口
数である。
条件から予測することができ、図9に示す距離L1はほ
ぼ0.55λ/NA程度である。ただし、フォーカス位
置に依存して変化するので、L1のとりうる範囲は0.
4λ/NA<L1<1.1λ/NA程度である。そこ
で、輪郭線発生手段によって、入力されたパターンの各
辺から距離L1だけ離れた輪郭線を求め、その輪郭線が
接近あるいは交差する部分を求めれば、そこがサイドロ
ーブの強調される部分である。その部分に補正パターン
を配置すれば、所望の投影像が得られる。
フトーン位相マスクを示す図である。被露光基板上で
は、周期パターンの中央部では良好な光強度分布55が
得られるものの、端部では負のピーク56が得られる。
したがって、密集したパターン群の端部パターンの外側
にも同様の補正パターンを配置することにより、所望の
形状の投影像が得られる。
クパターン設計方法のフローチャートを示す図である。
まず、入力データ読み込み工程1において、ハーフトー
ン位相シフトマスクのパターンの初期値と該マスクパタ
ーンを被露光基板上に転写する投影光学系のパラメータ
を読み込む。ここで、投影光学系のパラメータとは、投
影レンズの開口数NA、転写に用いる光の波長λ、コヒ
ーレンスの度合いを表わすパラメータσである。
記マスクパターンで得られる投影像を計算する。投影像
とマスクパターンとは表示工程3において表示される。
表示領域は、全体あるいは指定した部分のいずれかを選
択できるようにした。同時に、比較工程4で、マスクパ
ターンと計算された投影像の形状の比較を行なう。ここ
で投影像の形状とは、例えば、光強度分布を所定の強度
レベルでスライスして得られる輪郭である。比較の結
果、両者が許容値以下の差であれば設計終了であるが、
差が大きい場合、すなわちサイドローブが強調されて不
要のパターンが形成された場合は、パターン発生工程5
で補正パターンを付与する。ここで、補正パターンの寸
法を0.25λ/NAとした。再度投影像計算を行なっ
て、入力したマスクパターンと比較する。両者の差が小
さくなるように、補正パターン配置と投影像計算とを数
回程度繰り返してもよい。ただし、この繰り返しループ
が無限ループになるのを防ぐために所定の打切り回数を
予め入力しておく。
入力パターン例であり、ハーフトーン部10の中に開口
パターン11,12,13,14が配置されている。こ
のマスクをλ=0.365μm、NA=0.5、σ=
0.3なる投影露光装置で転写した時に得られる像を、
投影像演算部2で予測した。結果は図3に示す通りであ
り、強調されたサイドローブが発生した。そこで、サイ
ドローブが発生した部分に、図4に示すようにはば0.
15μm相当の補正パターンを自動発生させた。その結
果、投影像は、図5に示すものとなり良好なパターンが
得られた。得られたマスクパターンは格納工程6で、パ
ターンデータとして格納した。
スクパターン設計システムを、図17に示す。ファイル
121に格納されているパターン初期値は、入力データ
読み込み手段122で読み込まれファイル128に格納
される。投影像光強度演算手段123は、入力データか
ら予測される投影像を計算し、結果をファイル129に
格納する。比較手段125は、ファイル128、129
に格納されているデータを比較する。同時に、両者は表
示手段124で同時又は順次表示される。両者の差が大
きい場合は、パターン発生手段126で前述の補正パタ
ーンを発生させて初期値パターンに付加し、再びファイ
ル128に格納する。ファイル128、129に格納さ
れているデータの差が許容値以内となっとき、格納手段
127はファイル128に格納されたデータを最終的に
得られたフォトマスクパターンデータとして、ファイル
130に出力する。
たパターンを含むパターン群、あるいは投影像計算結果
を同時又は順次表示することにより、システムの操作性
を高めることができた。
複雑であっても補正パタ−ンの位置を正確に求めること
ができる。
例であるマスクパターン設計方法のフローチャートを示
す図である。まず、入力デー読み込み工程1において、
ハーフトーン位相シフトマスクのパターンの初期値と該
マスクパターンを被露光基板上に転写する投影光学系の
パラメータを読み込む。ここで、投影光学系のパラメー
タとは、実施例1と同様、投影レンズの開口数NA、転
写に用いる光の波長λ、コヒーレンスの度合いを表わす
パラメータσである。
開口パターンが拡大するように各辺を距離Lだけ外側に
移動させ、新たな図形の輪郭線を発生させる。図7に示
す例では、入力パターン24に対して、各辺を矢印2
6,27,28,29に示す向きに距離Lだけ移動させ
て得られる図形の輪郭線25を定義した。図2に示す入
力パターンに対して上記の処理を施した結果、図8に示
す輪郭線30,31,32,33を形成することができ
た。
示す演算工程21で、輪郭線が互いに接近あるいは交差
する部分を求める。その部分に、パターン発生工程22
で補正パターンを発生させる。その結果を、パターンデ
ータ格納工程23で所定のファイルに出力した。図8に
示す例では、補正パターン35−1,35−2,36が
付与された。更に、図11から、密集パターン外側にも
サイドローブが発生することがわかるので、マニュアル
操作で補正パターン34,35を挿入した。いずれも、
パターン寸法は実施例1と同一に設定してある。その結
果、図5に示す結果と同様の良好な結果が得られた。マ
ニュアル操作で付与したパターン34,35は必ずしも
必要ではなく、端部のパターン寸法をやや大きく設定し
ても事実上問題の無い結果が得られた。尚、図8に示す
補正パターン36等は一方向に長いパターンである。こ
のような場合、図14に示すように、補正パターン69
を、パターン70、71、72等に分割し、それらの間
隔を補正パターンの幅程度にして並べて配置しても、同
様の補正効果が得られた。
するためのフォトマスクパターン設計システムを示す図
である。パターン初期値が格納されているファイル12
1、入力データ読み込み手段122、および出力ファイ
ル130は、図17に示すシステムと同一である。輪郭
線生成手段131は、図6に示す工程20を実現する手
段であって、生成した輪郭線をファイル135に出力す
る。演算手段132は、輪郭線が接近あるいは交差する
領域を求める手段で、図6に示す工程21を実現するも
のである。補正パターンを発生させる工程22を実現す
る手段がパターン発生手段133であり、補正パターン
を含むフォトマスクパターンはパターンデータ格納手段
134によってファイル130に出力される。
以下の処理も行なってみた。まず、パターンの拡大図形
の輪郭線発生に先だって、入力パターンの隣接位置関係
を計算する。距離L’(例えば1.2λ/NA)以内に
隣接パターンが存在しないパターンあるいはパターンの
辺を抽出して、その図形が解像限界に近い寸法を有する
ときは、その幅を所定量だけ大きくする。隣接パターン
が存在するパターンについては寸法の変更は行なわな
い。例えば、図15に示すように、パターン82が解像
限界に近い幅を有するときは、その寸法を所定量だけ大
きくして図形83を定義する。同様に、パターン80に
ついても微細幅の部分については拡幅し、図形81を定
義する。次に、図7に示すような輪郭線25をすべての
入力パターンについて求める。図15に示す例では、輪
郭線84、85を求める。最後に、輪郭線が互いに接近
あるいは交差する部分にパターン発生部22で補正パタ
ーンを発生させる。更に、入力パターンの寸法を所定量
だけ大きくしたパターンの輪郭線については、距離L’
以内に隣接パターンが存在しない領域に対しては補正パ
ターンを発生させた。また、入力パターンの図形が位置
方向に長く、かつ幅が微細な場合には、パターン頂点部
に対応する輪郭線を無視して補正パターンを配置する候
補から外した。同様に、入力パターンの全体あるいは部
分的に寸法が大きく、かつ対応する輪郭線が他の輪郭線
と交差も接近もしていない場合は、補正パターンを配置
する候補から外した。その結果、図4に示すパターンと
同様の結果が得られた。
が角部で接近している例である。更に、周辺部には遮光
領域59が設定されている。遮光領域は、パターン入力
直後に、図13に示すような微細周期パターン群68に
自動的に置き換えられる。ここで、ハーフトーン周期パ
ターンの光透過領域とハーフトーン領域との面積比は、
√t:1(tはハーフトーン部の光強度透過率)に設定
され、その周期は投影光学系の解像限界より小さい値で
ある。前記マスクを用いると、マスクパターン57,5
8の投影像60,61の他に、近接効果によって不要の
パターン62,63が投影されたが、この場合も、本実
施例で2か所に補正パターン66,67を配置すること
により、不要パターンの無い投影像を得ることができ
た。
すむので短時間で補助パタ−ンの位置を求めることがで
きる。
スクのパターン設計を効率的に行なうことができた。図
16に示すように、設計されたマスク108を投影露光
装置のマスク載置台109上に載置し、投影レンズ11
1を介して、通常の方法でレジストが塗布されたウェー
ハ112上にパターンを転写した。光源101から発す
る光は、凹面鏡102、ミラー103、106、フライ
アイレンズ104、絞り104−1、レンズ系104、
105、107を介してマスク108を照明する。この
時、絞り104−1の大きさを制御することによりハー
フトーン位相マスクとしての効果を引き出すことができ
た。ウェーハ112はウェーハ載置台113上に固定さ
れ、更に投影レンズ111の光軸方向に移動可能なステ
ージ114と前記光軸と垂直な面内に移動可能なステー
ジ115の上に搭載されている。両ステージはそれぞれ
の駆動系118、119により制御されている。マスク
位置制御系110でマスク載置台109を位置決めする
と共に、ウェーハ位置をミラー116の位置としてレー
ザ干渉系117でモニタすることにより、マスク108
とウェーハ112との位置合わせを行なった。露光装置
全体の制御は主制御系120を用いて行なった。パター
ン転写後に、通常の現像処理によりレジストパターンを
形成した。その結果、微細パターンを有する半導体集積
回路等を製造することができた。
常のクロムマスクを用いた場合でも類似の効果が得られ
る。特に、投影露光装置の絞り104−1を絞って干渉
性の強い条件とした場合は、補正パターン配置の効果が
良く現われた。
投影像形状誤差を補正するための新たなパターン発生を
自動的に行なうことによって、ハーフトーン位相シフト
マスクのパターン形状の最適化を容易に実現できるとい
う効果がある。さらに、この容易化のためにハーフトー
ン位相シフトマスクの利用効率が向上するので、該マス
クを用いた位相シフト露光法による微細パターン転写が
効率良く行なわれ、集積度の高い半導体デバイスの製造
が容易になるという効果がある。
ャートを示す図である。
ンの初期値の例を示す図である。
る。
クパターンの例を示す図である。
である。
ーチャートを示す図である。
て、拡幅させた図形を発生させる概念を示す図である。
に発生させた新たなパターンとを示す図である。
である。
パターン配置の効果を示す図である。
トマスクの概念を示す図である。
置の他の例を示す図である。
マスクのパターンを示す図である。
離Lだけ移動して、拡幅させた図形を発生させる概念を
示す図である。
ェーハ上に転写することを示す図である。
の概略図である。
テムの概略図である。
…マスクパターンと投影像の比較工程、5…補正パター
ン発生工程、6…データ格納工程、10…マスク上のハ
ーフトーン部、11,12,13,14…開口パター
ン、 15,16,17,18…補正パターン、20…
輪郭線生成工程、 21…輪郭線チェック工程、22…
補正パターン発生工程、 30,31,32,33…拡
幅パターン輪郭線、50…主開口パターン、51…補正
パターン、52…主開口パターンを透過する光の振幅分
布、53…補正パターンを透過する光の振幅分布。10
1…光源、108…マスク、111…投影レンズ、11
2…ウェーハ、122…入力手段、123…投影像演算
手段、124…表示手段、125…マスクパターンと投
影像の比較手段、126…補正パターン発生手段、12
7…データ格納手段、131…輪郭線生成手段、 13
2…輪郭線チェック手段、133…補正パターン発生手
段、134…データ格納手段。
Claims (2)
- 【請求項1】 開口 パターンを有するハーフトーン位相シ
フトマスクのパターン初期値及び前記パターンを被露光
基板上に転写する投影光学系のパラメータである投影レ
ンズの開口数NA、転写に用いる光の波長λ、コヒーレ
ンスの度合いを表すパラメータσを入力する工程と、 前記開口パターンが拡大するように各辺を距離L(ここ
で、Lは0.4λ/NA<L<1.1λ/NAで与えら
れる)だけ外側に移動させて、新たな輪郭線を生成させ
る工程と、前記新たな輪郭線が 互いに接近あるいは交差する部分を
抽出する工程と、 前記抽出された部分に新たな補正パターンを生成させる
工程とを有することを特徴とするホトマスクの製造方
法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記補正パターンは短
辺と長辺とを有する矩形であり、該矩形の短辺の寸法
は、0.05λ/NAから0.4λ/NAの間で与えら
れることを特徴とするホトマスクの製造方法。
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