JP3987246B2

JP3987246B2 - 露光用マスク及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP3987246B2
Application number: JP26366599A
Authority: JP
Inventors: 大輔河村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2019-09-17
Also published as: JP2001092105A; US6558853B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造するための光リソグラフィー技術に係わり、特にマスク上のパターン配置を工夫した露光用マスク、及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造分野においては、ウェハ上に微細なパターンを形成するために、レチクル（露光用マスク）に形成されたＬＳＩパターンをウェハ上のレジストに縮小転写する露光装置が広く用いられている。
【０００３】
この種の露光装置において光学系が理想的であれば、数μｍ以上の繰り返しパターンにおいては、同じ光学コントラスト，レジストパターン，露光マージンが得られる。しかし現実には、使用するレチクル開口率によってレジストパターン形状，露光マージンが異なる現象が起きている。具体的には、ポジ型レジストを使用する場合には、レチクル開口率増加に伴い、Dose/Focus方向共に露光マージンが低下し、レジストパターンの膜減りが激しくなる。この現象は、特に解像限界付近の微細パターンにおいて顕著である。
【０００４】
また、同一レチクル上であっても、局所的に開口率が異なる場合、例えば周囲数十μｍが全てＣｒのラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンと周囲数十μｍが全てガラスのＬ／Ｓパターンに対応するウェハ上のでレジストパターン形状が異なる場合もある。これらの現象は、理想的な露光装置では発生し得ない迷光がバックグラウンド光として、レチクル開口率に応じてウェハ上に照射されることで、光学コントラストを低下させることが原因と考えられる。
【０００５】
以上の現象によって、複数のレチクルにおけるレチクル開口率が異なる場合、対象パターンが同じであっても、同一のレジストプロセスを適用することが困難になる場合がある。この問題を解決するために、各層のレチクル開口率に応じてレジストプロセス構築を行うには莫大な労力とコストがかかる。また、同一レチクル上でも、ロジック／メモリ混載チップのような場合、開口率が高いロジック部のキャッシュ用小規模セルと開口率が低いメモリ部の大規模セルとの露光マージン／レジストパターン形状が大きく異なってしまう場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、現在使用可能な光リソグラフィー用の露光装置においては、被転写パターンの光強度コントラストが照明条件から計算される理想的値よりもバックグラウンド光の存在によって低下し、このために露光マージン減少，レジスト形状劣化を招く問題があった。また、光強度コントラスト低下の割合は、レチクル開口率が大きいほど顕著であった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、バックグラウンド光強度を低下させ、被転写パターンの光強度コントラスト低下を抑制し得る露光用マスクを提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、上記露光用マスクを用いて精度良いパターン露光を行うことのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【００１１】
即ち本発明は、ウェハ上のレジストに所望のパターンを転写するための露光用マスクであって、露光光を透過する光透過基板と、この基板上に設けられ、所望のパターンが形成された被転写パターン部と、前記基板上に前記被転写パターン部とは所定の距離を離して設けられ、前記所望パターンを前記レジストに所望寸法で転写するために必要な露光条件では前記レジスト上に転写されないダミーパターンが形成されたダミーパターン部とを具備してなり、前記ダミーパターン部は、前記露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、前記被転写パターン部から２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔てて、前記マスクの不透明な部分の全体に配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、ウェハ上のレジストに所望のパターンを転写するための露光用マスクであって、露光光を透過する光透過基板と、この基板上に設けられ、所望のパターンが形成された被転写パターン部と、前記基板上に前記被転写パターン部とは所定の距離を離して設けられ、前記所望パターンを前記レジストに所望寸法で転写するために必要な露光条件では前記レジスト上に転写されないダミーパターンが形成されたダミーパターン部とを具備してなり、前記ダミーパターン部は、前記露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、前記被転写パターン部から２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔てて、前記マスクの透明な部分の全体に配置されていることを特徴とする。
【００２７】
（作用）
本発明によれば、露光用マスクに、ウェハ上に転写すべき被転写パターンと共に、該パターンの光強度分布に影響を与えない距離を隔てて、該パターンを所望寸法で形成するための露光条件ではウェハ上にレジストパターンとして形成されないダミーパターンを配置することにより、バックグラウンド光強度を最適に設定することができる。
【００２８】
より具体的には、被転写パターンから所定距離以上隔てて露光用マスクの開口部にダミーパターンを配置することにより、バックグラウンド光強度を低下させ、被転写パターンにおける光強度コントラスト低下を抑制することが可能となる。これとは逆に、被転写パターンから所定距離以上隔てて露光用マスクの遮蔽部にダミーパターンを配置することにより、バックグラウンド光強度を上昇させることもできる。これは、バックグラウンド光強度が小さすぎる露光用マスクに対して、露光装置に許容できる程度までバックグラウンド光強度を上昇させるのに有効である。
【００２９】
また、同一の露光用マスクにおいて、露光用マスクの開口部及び遮蔽部にダミーパターンをそれぞれ配置することにより、露光用マスク全体にわたってバックグラウンド光強度を平均化することができ、これによりマスク全体にわたって露光マージン／レジストパターン形状を均一化することが可能となる。さらに、複数の露光用マスクにおいて、露光用マスクの開口部及び遮蔽部にダミーパターンを配置することにより、異なる露光用マスクに対してバックグラウンド光強度を平均化することができ、これにより複数の露光用マスクに対して同一のレジストプロセスを適用することが容易となる。
【００３０】
また、露光用マスクの開口部にダミーパターンを形成する場合に、ダミーパターン部の光強度の最小値Ｉmin と被転写パターンの強度Ｉtargetとの関係をＩmin ＞Ｉtargetに設定することにより、ダミーパターンがウェハ上に解像されるのを防止することが可能となる。さらに、露光用マスクの遮蔽部にダミーパターンを形成する場合に、ダミーパターン部の光強度の最大値Ｉmax と被転写パターンの強度Ｉtargetとの関係をＩmax ＜Ｉtargetに設定することにより、ダミーパターンがウェハ上解像されるのを防止することが可能となる。
【００３１】
また、ダミーパターンを被転写パターンから２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔てて配置することにより、ダミーパターンの形成によって被転写パターンの光強度分布に影響が生じるのを防止することが可能となる。さらに、ダミーパターンのピッチＰdummy をＰdummy ≦λ／ＮＡ（１＋σ）に設定することにより、ダミーパターンを解像しない条件を設定することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる露光装置を示す概略構成図であり、図中の１はＫｒＦエキシマレーザ等の光源、２は集光レンズ、３はガラス等の透明基板３ａの一主面にＣｒ等の遮光膜パターン３ｂを形成した露光用マスク、４は縮小投影光学系、５はレジスト、６はウェハを示している。本装置における各種条件は、例えば開口数ＮＡ０．６、照明コヒーレンスファクタσ０．７５、遮蔽率ε０．６７となっている。なお、本装置の基本的な構成は従来装置と同様であるが、後述するように用いる露光用マスクが従来とは異なっている。
【００３４】
露光用マスクとしては、図２（ａ）（ｂ）に示すように、ウェハ上に転写すべきＬ／Ｓパターン（被転写パターン）１１のみが形成されたレチクルＡと、Ｌ／Ｓパターン１１と共にダミーパターン１３が形成されたレチクルＢを用意した。レチクルＡの被転写パターン１１は、１５０ｎｍ／１５０ｎｍのＬ／Ｓパターンであり、その大半が開口部１２（開口率８０％）となっている。レチクルＢのダミーパターン１３は、レチクルＡのＬ／Ｓパターン１１から１μｍの距離を隔ててレチクルＡの開口部１２に設けた１００ｎｍ／１４０ｎｍのＬ／Ｓパターンであり、これを加えることで開口率６０％にした。
【００３５】
先の露光装置を用い、更にウェハ上のレジストとしてポジ型化学増幅型レジストを用い、その面積の大半が開口部１２であるレチクルＡを該レチクルＡ中の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１がＬ：Ｓ＝１：１の寸法で露光される露光量で露光した。さらに、レチクルＢをレチクルＡと同じ照明系及びレジストプロセスを用いて、レチクルＢ中の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１がＬ：Ｓ＝１：１の寸法で露光される露光量で露光した。
【００３６】
レチクルＡ，Ｂ使用時の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１のレジスト形状を図３（ａ）（ｂ）に示す。レチクルＡによるレジストパターンは、図３（ａ）に示すように頭部が丸くなっているのに対して、レチクルＢでは図３（ｂ）に示すように良好な矩形パターンが得られた。また、０．４μｍＤＯＦを与える露光量裕度がレチクルＡにおいては７％であるのに対して、レチクルＢでは１０％と露光マージンの向上が向上した。
【００３７】
露光量，フォーカス量を変えて露光を行ったが、レチクルＢ中の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１が１５０±１５ｍの寸法で形成される範囲内においては、レチクルＢ中のダミーパターン部分のレジストは全て溶解しており、ウェハ上に転写されなかった。
【００３８】
ここで、本実施形態による作用効果について更に詳しく説明する。本実施形態のようにポジ型レジスト使用した場合を例にすると、図１０（ａ）に示すようなレチクルＡに対して理想的な露光装置を用いた場合の光強度分布は、図１０（ｂ）に示すようになる。この場合の光強度コントラストは、被転写パターン１１の光強度分布のパターン範囲内における極大値Ｉhigh、極小値Ｉlow を用いて、
２（Ｉhigh−Ｉlow ）／（Ｉhigh＋Ｉlow ）
と定義できる。
【００３９】
しかし、現実にはレチクル開口率に応じたバックグラウンド光Ｉbcが存在するために、現実に得られる被転写パターン１１の光強度分布（図中の破線に示す）の光強度コントラストは、
２（Ｉhigh−Ｉlow）／（Ｉhigh＋Ｉlow＋２Ｉbc）
であり、理想的な露光装置の場合と比べて低下する。
【００４０】
このバックグラウンド光Ｉbcによる光強度コントラストの低下によって、露光マージンが低下し、パターン頭部が丸くなるなどレジストパターン形状が悪化する。
【００４１】
これに対し、図１１（ａ）に示すように、ダミーパターン１３を有するレチクルＢを用いると、レチクル開口率が低下していることから、図１１（ｂ）に示すように、バックグラウンド光が低下する（Ｉbc→Ｉbc' ）。このため、ポジ型レジスト使用時にレジスト頭部形状が丸い場合（図３（ａ））において、レチクル開口部１２にダミーパターン１３を配置することで被転写パターン１１の光強度コントラスト低下、即ち露光マージン低下を抑制し、良好な矩形レジスト形状（図３（ｂ））が得られる。
【００４２】
また、通常の光近接効果の影響を与えない距離Ｌmin 以上の距離を被転写パターン１１との間に設けることによって、ダミーパターン１３の存在による被転写パターン１１の光強度分布の変化が避けられる。また、被転写パターン１１の設計終了後に、ダミーパターン１３を配置することが可能である。
【００４３】
レチクル上の開口部１２にダミーパターン１３を配置する場合においても、ウェハ上にダミーパターン１３によるレジストパターンが転写されないことから、ウェハ上のダミーパターン部分を除去するための付加プロセスは不要である。
【００４４】
なお、ポジ型の代わりにネガ型レジストを使用する場合には、ポジ型レジスト使用時にレジスト頭部形状が丸まっているとの記載が、後述するようにＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味となると置きかえればよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
まず、図４（ａ）（ｂ）に示すように、ウェハ上に転写すべきＬ／Ｓパターンのみが形成されたレチクルＣと、Ｌ／Ｓパターンと共にダミーパターンが形成されたレチクルＤを用意した。レチクルＣの被転写パターン１１は、１５０ｎｍ／１５０ｎｍのＬ／Ｓパターンであり、その大半が遮光部１４（開口率２０％）となっている。レチクルＤのダミーパターン１５は、レチクルＣのＬ／Ｓパターン１１から１μｍの距離を設けてレチクルＣの遮光部１４に設けた１００ｎｍ／９０ｎｍのＬ／Ｓパターンであり、これを加えることで開口率３５％にした。
【００４６】
第１の実施形態と同様の露光装置を用いて、ポジ型化学増幅型レジスト使用時に、その面積の大半が遮光部１４であるレチクルＣを該レチクルＣ中の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１がＬ：Ｓ＝１：１の寸法で露光される露光量で露光した。さらに、レチクルＤをレチクルＣと同じ照明系及びレジストプロセスを用いて、レチクルＤ中の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１がＬ：Ｓ＝１：１の寸法で露光される露光量で露光した。
【００４７】
レチクルＣ，Ｄ使用時の１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１のレジスト形状を図５（ａ）（ｂ）に示す。レチクルＣによるレジストパターンは、図５（ａ）に示すように上部に庇が残る、いわゆるＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味であるのに対して、レチクルＤでは図５（ｂ）に示すように良好な矩形パターンが得られた。また、０．４μｍＤＯＦを与える露光量裕度はレチクルＣで１１％であり、レチクルＤにおいても１０．５％と露光マージンは殆ど変化しなかった。
【００４８】
従って本実施形態によっても、先の第１の実施形態と同様の効果が得られる。つまり、ポジ型レジスト使用時にレジスト頭部がＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味となる場合においては、レチクル遮光部１４にダミーパターン１５を配置することで、バックグラウンド光を増加させ、良好な矩形形状のレジストパターンを得ることが可能となる。
【００４９】
ここで、本来は露光装置においてバックグラウンド光はない方が望ましいのであるが、露光装置は複数種のレチクルを用い、レチクルによってはバックグラウンド光の大きいものもあることから、露光装置の光学条件は平均的なレチクルに合わせ、ある程度のバックグラウンド光を許容して設定されている。このため、本来は最も望ましいはずである、図３（ａ）のようなバックグラウンド光の極めて少ないレチクルを用いると、露光装置の設定によっては逆にＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味になる場合が生じる。これを防止するために、本実施形態では図４（ｂ）のようにダミーパターン１５を設けているのである。
【００５０】
また本実施形態では、第１の実施形態と同様に、通常の光近接効果の影響を与えない距離Ｌmin 以上の距離を被転写パターン１１との間に設けることによって、ダミーパターン１５の存在による被転写パターン１１の光強度分布の変化が避けられる。また、被転写パターン１１の設計終了後に、ダミーパターン１５を配置することが可能である。
【００５１】
レチクル遮光部１４にダミーパターン１５を配置する場合においても、ウェハ上にダミーパターン１５によるレジストパターンが転写されないことから、ウェハ上のダミーパターン部分を除去するための付加プロセスは不要である。
【００５２】
なお、ポジ型の代わりにネガ型レジストを使用する場合には、ネガ型レジスト使用時にレジスト頭部形状がＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味という記載が、丸まっていると置きかえればよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
第１の実施形態と同様の露光装置において、ポジ型化学増幅レジストを用いて、開口率がレチクル全面平均で８０％のレチクルＡ、後述するダミーパターン１３をレチクルＡ上の開口部１２に追加することでレチクル開口率６０％にしたレチクルＢを露光した。
【００５４】
レチクルＡに含まれるパターンにおいて、実験的に最も露光マージンが狭いのは１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１であり、０．４μｍＤＯＦが得られる露光量裕度は７％、このとき頭部が丸いレジスト形状（図３（ａ））であった。
【００５５】
前記の露光条件において、１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１について、Ｍ，σ，ε、超解像技術の有無、レンズ収差で規定される理想的な光強度分布を計算した。図６（ａ）はレチクルＢ、（ｂ）はレチクルＢを用いた場合のウェハ上距離に対する光強度の分布である。ダミーパターン１３における光強度は被転写パターン１１における光強度よりも高くなっており、被転写パターン１１を設計通りに解像する光強度Ｉtargetよりもダミーパターン１３における光強度の最小値Ｉmin は大きくなっている。従って、Ｉtargetではダミーパターン１３は開口部と見なすことができる。
【００５６】
本実施形態では、被転写パターンとしての１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１の０μｍ及び０．３μｍデフォーカス時の光強度計算において、許容寸法１５０±１５ｎｍの上限（ＣＤmax ）である１６５ｎｍを与える光強度をＩtarget maxとするとき、ダミーパターン１３の領域における光強度の最小値Ｉmin が、Ｉtarget-max＜Ｉmin を満足するウェハ上換算でライン幅１００ｎｍ／スペース幅１６０ｎｍのＬ／Ｓパターン（パターンピッチＰdummy＝２６０ｎｍ）を選択した。
【００５７】
光強度分布計算の縦軸は任意単位であり、ポジ型レジストの場合、ある光強度（以下、閾値）以上の領域のレジストパターンが溶解領域に相当する。即ち、閾値増加は露光量減少によるライン寸法増加、閾値減少は露光量増加によるライン寸法拡大となる。露光量を変えても被転写パターン１１とダミーパターン１３との光強度比は変わらず、被転写パターン１１の許容寸法内における閾値の最大値Ｉtarget-max より、ダミーパターン１３の光強度の最低値Ｉmin が大きければウェハ上のダミーパターン部分は全て溶解する。このため、ウェハ上には被転写パターン部分のみが形成される。また、被転写パターン１１とダミーパターン１３の光強度の関係はデフォーカスにより変化するため、本実施形態においてはデフォーカス量０μｍと、必要なフォーカス裕度の片側最大値である０．３μｍで計算を行った。
【００５８】
光強度分布計算より、ダミーパターン１３の存在による所望寸法変動量が１％以下になる距離を、ダミーパターン１３の存在がレチクル中に存在する被転写パターン１１の光強度分布に影響を与えない距離Ｌmin とする。本実施形態記載の光学条件ではＬmin ＝９５０ｎｍであり、それ以上の距離として、レチクルＢ中にダミーパターン１３を配置する場合にはＬmin ＝１０００ｎｍを採用した。これは無次元化数で表すと、２．４λ／ＮＡ（＞２．３λ／ＮＡ）に相当する。
【００５９】
レチクルデータの全領域において、２Ｌmin 十Ｐdummy （＝２２６０ｎｍ）以上の開口部１２を検索し、ダミーパターン１３を被転写パターン１１からＬmin （＝１０００ｎｍ）以上の距離を設けて配置した。被転写パターンとして１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１において許容されるライン寸法の上限である１６５ｎｍを与える露光量においては、ウェハ上のダミーパターン部分は全て溶解していた。
【００６０】
開口率８０％のレチクルＡ中における１５０ｎｍＬ／Ｓパターン１１のレジスト形状は頭部が丸く（図３（ａ））、０．４ｍｍＤＯＦで７％の露光量裕度であった。一方、本実施形態の方法でダミーパターン１３を配置した開口率６０％のレチクルＢでは良好な矩形のレジスト形状（図３（ｂ））、０．４μｍＤＯＦで１０％の露光量裕度が得られた。以上のように本実施形態によってレジスト形状及び露光マージンが改善された。
【００６１】
このように本実施形態によれば、図６において、被転写パターン１１を所望寸法で形成する光強度がＩtarget であるとき（ポジ型レジストではラインの許容寸法の最大値、ネガ型レジストではスペースの最大値に相当する）、ダミーパターン１３の光強度分布の最小値Ｉmin がＩmin ＞Ｉtargetを満足するようにすれば、ダミーパターン１３のレジスト像はポジ型レジストでは全て溶解し、ネガ型では全て溶解せずに残るため、ウェハ上には被転写パターン１１のレジスト像のみを形成することができる。
【００６２】
また、露光波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、被転写パターン１１から２．３λ／ＮＡ以上の距離を設けてダミーパターン１３を配置しても被転写パターン１１の光強度分布へは影響しない。このため、前記距離で配置することが、ある特定のダミーパターン配置上で最も緻密であり、レチクル開口率を最も減少させることが可能となる。
【００６３】
（第４の実施形態）
第３の実施形態におけるウェハ上換算でライン幅１００ｎｍ／スペース幅１６０ｎｍのＬ／Ｓパターンに代えて、ウェハ上換算でライン幅９５ｎｍ／スペース幅１３５ｎｍのＬ／Ｓパターンをダミーパターン１３としたレチクルＢ’を用意し、このレチクルＢ’を先と同じ条件で露光した。ここで、ダミーパターン１３のパターンピッチは２３０ｎｍであり、第３の実施形態の照明においてパターンが解像しない条件、
λ／ＮＡ（１＋σ）≧Ｐdummy
を満足する。即ち、
248/{0.6×(1+0.75)}〜236.1≧95+135=235
である。
【００６４】
このようなダミーパターンを設けた開口率５８％のレチクルＢ’を用いることで、前記図３（ｂ）に示す良好な矩形形状が得られ、０．４ｍｍＤＯＦ時の露光裕度は１０％であった。
【００６５】
ここで、ライン幅＜スペース幅であって、ライン幅とスペース幅の比を一定にしてパターンピッチを変化させた場合、パターンピッチが小さくなるほど光強度分布の振幅も小さくなる。また、光強度分布の平均値はパターンピッチが小さくなっても殆ど変化しない、若しくは解像限界付近に微細になると平均値が減少する。このため、ライン幅とスペース幅の比が一定の場合、パターンピッチが小さいほど、擬パターンの光強度分布の最大値が小さくなる。即ち、光強度分布の最大値がある閾値以下であるためには、パターンピッチが小さいほどスペース幅の割合が太くなることから、同じ数のダミーパターン配置した場合にレチクル開口率がより大きく低下する。
【００６６】
しかし、現実には細すぎるパターンをレチクル上に精度良く形成することが困難であることから、使用する照明条件における解像しない限界のパターンピッチを用いることが現実的である。
【００６７】
（第５の実施形態）
第１の実施形態の露光装置において、ポジ型化学増幅レジストを用いて、開口率がレチクル全面平均で２０％のレチクルＣ、後述するダミーパターン１５をレチクルＣ上の遮蔽部１４に追加することでレチクル開口率３０％にしたレチクルＤを露光した。
【００６８】
レチクルＣに含まれる被転写パターン１１において、実験的に最も露光マージンが狭いのは１５０ｎｍのＬ／Ｓパターンであり、０．４μｍＤＯＦが得られる露光量裕度は１０％であるが、Ｔ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味のパターン形状（図４（ａ））であった。
【００６９】
前記露光条件において、１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１について、ＮＡ，σ，ε、超解像技術の有無、レンズ収差で規定される理想的な光強度分布を計算した。図７（ａ）はレチクルＤ、（ｂ）はレチクルＤを用いた場合のウェハ上距離に対する光強度の分布である。ダミーパターン１５における光強度は被転写パターン１１における光強度よりも低くなっており、被転写パターン１１を設計通りに解像する光強度Ｉtargetよりもダミーパターン１５における光強度の最大値Ｉmax は小さくなっている。従って、Ｉtargetではダミーパターン１５は遮光部と見なすことができる。
【００７０】
本実施形態では、被転写パターンとしての１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１の０μｍ及び０．３ｎｍデフォーカス時の光強度計算において、許容寸法１５０±１５ｍｍの下限（ＣＤmin ）１３５ｎｍを与える光強度をＩtarget min とするとき、ダミーパターン１５の領域における光強度の最大値Ｉmax が、Ｉtarget-min＞Ｉmax を満足するウェハ上換算でライン幅１６０ｎｍ／スペース幅１００ｎｍのＬ／Ｓパターン（パターンピッチＰdummy ＝２６０ｎｍ）を選択した。
【００７１】
光強度分布計算の縦軸は任意単位であり、ポジ型レジストの場合、ある光強度（以下、閾値）以上の領域のレジストパターンが溶解領域に相当する。即ち、閾値増加は露光量減少によるライン寸法増加、閾値減少は露光量増加によるライン寸法拡大となる。露光量を変えても被転写パターン１１とダミーパターン１５の光強度比は変わらず、被転写パターン１１の許容寸法内における閾値の最小値Ｉtarget min より、ダミーパターン１５の光強度の最大値Ｉmax が小さければウェハ上にはダミーパターン１５に対応する領域ではレジストが溶解せずに残っていることを意味する。また、被転写パターン１１とダミーパターン１５の光強度の関係はデフォーカスにより変化するため、本実施形態においてはデフォーカス量０μｍと、必要なフォーカス裕度最大値である０．３μｍで計算を行った。
【００７２】
光強度分布計算より、ダミーパターン１５の存在による所望寸法変動量が１％以下になる距離を、ダミーパターン１５の存在がレチクル中に存在する被転写パターン１１の光強度分布に影響を与えない距離Ｌmin とする。本実施形態記載の光学条件ではＬmin ＝９５０ｍｍであり、それ以上の距離として、レチクルＤ中にダミーパターン１５を配置する場合にはＬmin ＝１０００ｎｍを採用した。これは無次元化数で表すと２．４λ／ＮＡ（＞２．３λ／ＮＡ）に相当する。
【００７３】
レチクルデータの全領域において、２Ｌmin 十Ｐdummy （＝２２６０ｎｍ）以上の遮蔽部１４を検索し、ダミーパターン１５を被転写パターン１１からＬmin （＝１０００ｎｍ）以上離して配置した。被転写パターンとしての１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１における許容寸法±１０％の下限である１３５ｎｍを与える露光量においては、ウェハ上のダミーパターン部分は未露光部と同等の残膜を維持していた。
【００７４】
レチクルＣ，Ｄを露光して得られた１５０ｎｍのＬ／Ｓパターン１１のレジスト形状は、前記図５に示す通りである。レチクルＣによるレジストパターンはＴ−ｔｏｐ気味若しくは逆テーパ気味である（図５（ａ））のに対して、レチクルＤでは良好な矩形パターン（図５（ｂ））が得られた。また、０．４μｍＤＯＦを与える露光量裕度はレチクルＣで１１％であり、レチクルＤにおいても１０．５％と露光マージンは殆ど変化しなかった。
【００７５】
ここで、図７において、被転写パターン１１を所望寸法で形成する光強度がＩtarget min であるとき（ポジ型レジストではラインの許容寸法の最小値、ネガ型レジストではスペースの最小値に相当する）、ダミーパターン１５の光強度分布の最大値ＩmaxがＩmax＜Ｉtarget min を満足すれば、ダミーパターン１５のレジスト像はポジ型レジストでは全て溶解せずに残り、ネガ型レジストでは全て溶解するため、ウェハ上には被転写パターン１１のレジスト像のみが形成される。
【００７６】
露光波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、被転写パターン１１から２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔ててダミーパターン１５を配置しても被転写パターン１１の光強度分布へは影響しない。このため、上記距離で配置することが、ある特定のダミーパターン配置上で量も緻密であり、レチクル開口率を最も減少させることが可能となる。
【００７７】
（第６の実施形態）
第５の実施形態におけるウェハ上換算ライン幅１６０ｎｍ／スペース幅１００ｎｍのＬ／Ｓパターンに代えて、ウェハ上換算でライン幅１３５ｎｍ／スペース幅９５ｎｍのＬ／Ｓパターンをダミーパターン１５としたレチクルＤ’を用意し、このレチクルＤ’を先と同じ条件で露光した。ここで、ライン幅１３５ｎｍ／スペース幅９５ｎｍは、第３の実施形態の照明においてパターンが解像しない条件
λ／ＮＡ（１＋σ）≧Ｐdummy
を満足する。即ち、
248/{0.6×(1+0.75)}〜236.1nm≧135+95=230
である。
【００７８】
このように、ダミーパターン１５を設けた開口率３２％のレチクルＤ’を用いることで、良好な矩形パターン（図５（ｂ））が得られ、露光マージンも０．４μｍＤＯＦ時に１０．５％と露光裕度も殆ど変化しなかった。
【００７９】
ここで、ライン幅＞スペース幅であって、ライン幅とスペース幅の比を一定にしてパターンピッチを変化させた場合、パターンピッチが小さくなるほど光強度分布の振幅も小さくなる。また、光強度分布の平均値はパターンピッチが小さくなっても殆ど変化しない、若しくは解像限界付近に微細になると平均値は増加する。このため、ライン幅とスペース幅の比が一定の場合、パターンピッチが小さいほど、該パターンの光強度分布の最小値が大きくなる。即ち、光強度分布の最大値がある閾値以下であるためには、パターンピッチが小さいほどスペース幅の割合が太くなることから、同じ数のダミーパターン配置することでレチクル開口率をより大きく上昇させることが可能である。
【００８０】
（第７の実施形態）
第１の実施形態の露光装置を用いて、図８（ａ）に示すように、上部２／３の平均開口率が８０％、下部１／３の平均開口率が３０％であるレチクルＥを用意し、レジストにはポジ型化学増幅型レジストを使用して露光した。図中の２１，３１は被転写パターン、２２は開口部、３４は遮光部である。レチクル上部及び下部の双方に含まれる１６０ｎｍのＬ／Ｓパターン２１，３１において、レチクル上部では図８（ｂ）に示すような頭部が丸いレジストパターンであるのに対して、レチクル下部では図８（ｃ）に示すような良好な矩形パターンが得られた。０．４μｍＤＯＦ時の露光量裕度はレチクル上部で９％であるが、レチクル下部では１３％であった。
【００８１】
これに対し、第３の実施形態と同様の方法を用いて、図９（ａ）に示すように、レチクル上部２／３の領域にウェハ上換算でライン幅９５ｎｍ／スペース幅１３５ｎｍのダミーパターン２３を加えることで上部２／３の平均開口率を６０％としたレチクルＦを用意し、先と同じ条件で露光した。この場合、レチクル上部２／３のレジスト形状、露光マージンはレチクルＥと同様であるが、レチクル下部１／３領域においても図９（ｂ）に示すようにレチクル上部２／３と同様の良好な矩形形状が得られ、０．４μｍＤＯＦ時で１２．５％の露光量裕度が得られた。
【００８２】
なお、図９の例では開口部２２にダミーパターン２３を形成したが、これに加えて遮光部３４にダミーパターンを形成してもよい。
【００８３】
このように、あるレチクル内のレチクル開口率の局所的差が大きい場合、ラインパターンや島状パターンなどＣｒ線幅が異なるだけで同一パターンとみなせるパターンにおいて、該パターン周辺の局所的な被覆率によっても露光マージン、レジスト形状差が生じる。このため、レチクル開口率差が極度に大きい場合には、ショット内の共通露光マージンが取れない場合がある。このような場合、本実施形態のようにダミーパターンの形成により全体の開口率差を小さくすることで、パターン設計の全面変更を伴うことなく、ショット内の露光マージン，レジスト形状差を抑制することが可能となる。
【００８４】
（第８の実施形態）
第１の実施形態に記載の露光装置を用いて、平均開口率８０％のレチクルＡと、平均開口率３０％のレチクルＣを用意し、レジストにはポジ型化学増幅型レジストを使用して露光した。双方のレチクルに含まれる被転写パターン１１としての１６０ｎｍのＬ／Ｓパターンにおいて、開口率８０％のレチクルＡでは頭部が丸いレジスト形状（図３（ａ））であるのに対して、開口率３０％のレチクルＣでは良好な矩形形状（図３（ｂ））が得られた。０．４μｍＤＯＦ時の露光量裕度は開口率８０％のレチクルＡで９％、開口率３０％のレチクルＣでは１３％であった。
【００８５】
そこで本実施形態では、第３の実施形態と同様の方法を用いて、開口率３０％のレチクルＡの開口部１２中にウェハ上換算でライン幅９５ｎｍ／スペース幅１３５ｎｍのダミーパターン１３を配置することで平均開口率を４５％とした、レチクルＢを作成した。そして、このレチクルＢを前記条件で露光したところ、レジストプロセスの変更を行うことなく、開口率８０％のレチクルＣと同様の良好な矩形パターン（図３（ａ））が得られ、０．４μｍＤＯＦ時で１２．３５％の露光量裕度が得られた。
【００８６】
このように、複数レチクル間のレチクル開口率の差が非常に大きい場合、ラインパターンや島状パターンなどＣｒ線幅が異なるだけで同一パターンとみなせるパターンであっても、レチクル被覆率によって露光マージン、レジスト形状に大きな差が生じる。主にレチクル開口率が高い場合であるが、露光マージン、レジスト形状の劣化が顕著な場合には、現像やレジストそのものの変更等レジストプロセスの変更が必要となる。このようなばあ、本実施形態のようにすることで、個々のレチクル毎にレジストプロセスの調整を行う労力を低減することが可能となる。
【００８７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、被転写パターン及びダミーパターン共にＬ／Ｓパターンにしたが、何れのパターンもＬ／Ｓパターンに限るものではない。周期性を有するパターンの方が本発明の効果は顕著に現れるが、周期性のないパターンであっても本発明の効果は十分に得られることから、被転写パターン及びダミーパターンは必ずしも周期性を有するものでなくてもよい。
【００８８】
また、実施形態では、被転写パターンはウェハ上に実際に転写形成されるパターンを、ダミーパターンはマスク上には形成されているがウェハ上には転写形成されないパターンを意味するものとして記載した。しかしながら、実際の被転写パターンとしては、ウェハ上に転写された場合にＬＳＩ素子（半導体素子）としての機能に寄与するパターン（回路パターン）の他に、ＬＳＩ素子の機能に寄与しないパターン（ＣＭＰ用パターン，合わせマーク等）がある。これらのＬＳＩ素子の機能に寄与しないパターンに付いては、厳密な寸法制御が必要とされない場合が多い。即ち、実施形態に記載した「被転写パターン」に要求される「ダミーパターン」との位置関係上の制約は、少なくとも「ＬＳＩ素子としての機能に寄与するパターン（回路パターン）」のみについて成立していれば良く、「ＬＳＩ素子の機能に寄与しないパターン（ＣＭＰ用パターン，合わせマーク等）」に付いては「被転写パターン」に要求される「ダミーパターン」との位置関係上の制約は成立している必要は無い。
【００８９】
また、本発明は、露光用マスクのパターン配置に特徴を有するものであり、露光装置の光学系の構成は図１に何ら限定されるものではない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００９０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、露光用マスクにおいて、被転写パターンに対し、該パターンの光強度分布に影響を与えない距離を隔てて、該パターンを所望寸法で形成するための露光条件ではウェハ上にレジストパターンとして形成されないダミーパターンを配置することによって、バックグラウンド光強度を制御して被転写パターンにおける光強度コントラストを最適に制御することができる。
【００９１】
従って、バックグラウンド光強度を低下させ、被転写パターンの光強度コントラスト低下を抑制することにより、露光マージンの向上及びパターン精度の向上に寄与することができる。また、同一の露光用マスクの全体の領域、又は複数の露光用マスクに対して被転写パターンにおける光強度コントラストを均一化することができ、同一レジストプロセスへの適用を容易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いた露光装置の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施形態を説明するためのもので、開口率の高いレチクルと開口部にダミーパターンを配置した開口率の低いレチクルを示す図。
【図３】図２（ａ）（ｂ）のレチクルで得られるレジストパターンを示す図。
【図４】第２の実施形態を説明するためのもので、開口率の低いレチクルと遮光部にダミーパターンを配置した開口率の高いレチクルを示す図。
【図５】図４（ａ）（ｂ）のレチクルで得られるレジストパターンを示す図。
【図６】第３の実施形態を説明するためのもので、レチクル開口部におけるダミーパターンがウェハ上に転写されないための条件を示す図。
【図７】第５の実施形態を説明するためのもので、レチクル遮光部におけるダミーパターンがウェハ上に転写されないための条件を示す図。
【図８】第７の実施形態を説明するためのもので、局所的な開口率の差に応じてレジスト形状が異なることを示す図。
【図９】第７の実施形態を説明するためのもので、ダミーパターンを配置することで局所的な被覆率差によって生じるレジスト形状の差が改善されたことを示す図。
【図１０】バックグラウンド光の存在によって、被転写パターンの光強度コントラストが低下することを示す図。
【図１１】バックグラウンド光の低減によって、被転写パターンの光強度コントラストの低下が少なくなる様子を示す図。
【符号の説明】
１…露光光源
２…集光レンズ
３…露光用マスク
４…投影光学系
５…レジスト
６…ウェハ
１１，２１，３１…被転写パターン
１２，２２…開口部
１３，２３，１５ダミーパターン
１４，３４…遮光部

Claims

ウェハ上のレジストに所望のパターンを転写するための露光用マスクであって、
露光光を透過する光透過基板と、この基板上に設けられ、所望のパターンが形成された被転写パターン部と、前記基板上に前記被転写パターン部とは所定の距離を離して設けられ、前記所望パターンを前記レジストに所望寸法で転写するために必要な露光条件では前記レジスト上に転写されないダミーパターンが形成されたダミーパターン部とを具備してなり、
前記ダミーパターン部は、前記露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、前記被転写パターン部から２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔てて、前記マスクの不透明な部分の全体に配置されていることを特徴とする露光用マスク。
ウェハ上のレジストに所望のパターンを転写するための露光用マスクであって、
露光光を透過する光透過基板と、この基板上に設けられ、所望のパターンが形成された被転写パターン部と、前記基板上に前記被転写パターン部とは所定の距離を離して設けられ、前記所望パターンを前記レジストに所望寸法で転写するために必要な露光条件では前記レジスト上に転写されないダミーパターンが形成されたダミーパターン部とを具備してなり、
前記ダミーパターン部は、前記露光光の波長をλ、投影光学系の開口数をＮＡとしたときに、前記被転写パターン部から２．３λ／ＮＡ以上の距離を隔てて、前記マスクの透明な部分の全体に配置されていることを特徴とする露光用マスク。
前記ダミーパターンは、複数のラインとスペースからなり、これらのライン幅及びスペース幅は、前記露光用マスクを通して得られるダミーパターン部の光強度の最大値Ｉmax 又は最小値Ｉ min が、前記被転写パターンを所望寸法で形成するのに必要な前記露光用マスクを通して得られる光強度Ｉtargetに対して、要求される露光マージン全域において不透明な部分に配置される場合はＩ max ＜Ｉ target 、透明な部分に配置される場合はＩ min ＞Ｉ target を満足するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の露光用マスク。
前記ダミーパターンのピッチＰdummy は、露光波長をλ、レンズ開口率をＮＡ、照明コヒーレンスファクタをσとしたとき、ダミーパターンを解像しない条件である
Ｐdummy ≦λ／ＮＡ（１＋σ）
を満足するように設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の露光用マスク。
請求項１〜４の何れかの露光用マスクを用いて、レジストが塗布されたウェハ上に被転写パターンを転写したのち、レジストを現像処理することにより所望のレジストパターンを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。