JP4022389B2 - 微細パターン形成方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造技術の分野などで微細加工に用いられるレベンソン位相シフトマスク、及びこれを用いた微細パターン形成方法に関する。以下、レベンソン位相シフトマスクを「レベンソンマスク」と略称する。
【0002】
【従来の技術】
近年、超微細加工に適したフォトマスクとして、レベンソンマスクが普及している。図7は、従来のレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。なお、本願の図面では、回路パターン、フォトレジストパターン及び遮光部を斜線、シフタ部を網点、非シフタ部を白抜きで表わすことにする。
【0003】
図7[2]に示す従来のレベンソンマスク80は、遮光部811〜814を挟んでシフタ部821〜823及び非シフタ部831〜833が対向配置されたパターンを有する。シフタ部821,…を透過した光は、非シフタ部831,…を透過した光に対して、位相が反転する。その結果、それらの光は遮光部811,…背面で打ち消し合うので、遮光部811,…による加工精度が向上する。
【0004】
図7[1]は、トランジスタのゲートの回路パターン(設計パターン)84である。図7[3]は、トリミング用の通常マスク85である。図7[4]は、露光及び現像後のフォトレジストパターン86である。次に、レベンソンマスク80を用いた微細パターン形成方法について説明する。
【0005】
まず、同一のフォトレジスト膜(図示せず)に対して、レベンソンマスク80を用いて最も微細なパターンであるゲートを露光し、続いて通常マスク85を用いてゲートに付随するその他のパターンを露光する。そして、露光後のフォトレジスト膜を現像することにより、光の当たったフォトレジスト膜が除去されてフォトレジストパターン86が得られる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のレベンソンマスク80では、光近接効果の影響を受けて加工精度が低下するという問題があった。光近接効果とは、遮光部811,…を挟むシフタ部821,…及び非シフタ部831,…のパターン形状によって、フォトレジストパターン86が遮光部811,…の寸法通りにならなくなる現象をいう。例えば、遮光部812に対応するフォトレジストパターン86の幅87は、非シフタ部832の開口幅88によって、設計値よりもかなり大きくなっている。
【0007】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、光近接効果の影響を抑制できるレベンソンマスク、及びこれを用いた微細パターン形成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】
本発明に係る微細パターン形成方法は、同一のフォトレジスト膜に対し、スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンを第一のレベンソン位相シフトマスクで露光する第一の工程と、前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンを第二のレベンソン位相シフトマスクで露光する第二の工程と、トリミング用の通常マスクを用いて露光する第三の工程と、により順次露光する、ことを特徴とする。
【0009】
また、本発明に係るレベンソンマスクは、遮光部を挟んでシフタ部及び非シフタ部が対向配置されたパターンを有する。そして、前記シフタ部及び前記非シフタ部は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。例えば、直線状の遮光部に直交する方向の前記シフタ部及び前記非シフタ部の長さを開口幅とすると、この開口幅は光近接効果の影響を抑えた一定値になっている。このとき、前記開口幅は、当該開口幅と同じパターンを最終的にフォトレジスト膜に形成する部分を除き、光近接効果の影響を抑えた一定値になっている、としてもよい。また、複数回の重ね露光にそれぞれ使われる複数枚からなり、それぞれ異なるパターンが形成された、としてもよい。
【0010】
本発明に係る微細パターン形成方法は、本発明に係るレベンソンマスクを用いた微細パターン形成方法であって、同一のフォトレジスト膜に対して前記各レベンソンマスクを用いて順次露光する、というものである。また、同一のフォトレジスト膜に対して、前記各レベンソンマスクを用いて順次露光し、最後にトリミング用の一般的なマスクで露光する、としてもよい。更に、前記フォトレジスト膜がトランジスタのゲートを形成するためのものであり、前記遮光部が当該ゲートとなる領域に対応する、としてもよい。
【0011】
換言すると、本発明は、レベンソンマスクと通常マスクとを用いて、デバイスパターンを形成する露光方法において、微細パターンの形成に用いるレベンソンマスクを二枚とする。すなわち、微細パターンを二枚のレベンソンマスクに分割し、レベンソンマスク二枚及び通常マスク一枚の合計三枚のマスクを用いてデバイスパターンを露光することによって、光近接効果を抑制する。
【0012】
一枚のレベンソンマスクで微細パターンを形成する場合、マスクパターン間のスペース幅は、デバイスパターンの配列に依存する。レベンソンマスクの場合、マスクパターン間のスペース幅に依存して、フォトレジストパターン寸法幅が大きく変化する(光近接効果のため)。そのため、従来技術では、寸法精度の高いデバイスパターンを形成することができなかった。これに対し、本発明では、これらのマスクパターンを二枚のレベンソンマスクに分割することによって、各々のレベンソンマスクで、スペース幅を任意に設定し、その寸法をコントロールすることが可能となる。その結果、光近接効果を抑えられるので、デバイスパターンの寸法制御性を向上させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係るレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法の第一実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0014】
図1[2][3]に示す本実施形態のレベンソンマスク10,20は、遮光部111,…を挟んでシフタ部121,…及び非シフタ部131,…が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部121,…及び非シフタ部131,…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、直線状の遮光部111,…に直交する方向のシフタ部121,…及び非シフタ部131,…の長さを開口幅141〜147とすると、開口幅141〜147は光近接効果の影響を抑えた一定値になっている。また、レベンソンマスク10,20は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【0015】
図1[1]は、トランジスタのゲートの回路パターン(設計パターン)15である。図1[4]は、トリミング用の通常マスク16である。図1[5]は、露光及び現像後のフォトレジストパターン17である。次に、レベンソンマスク10,20を用いた微細パターン形成方法について説明する。
【0016】
まず、同一のフォトレジスト膜(図示せず)に対して、レベンソンマスク10を用いて最も微細なパターンであるゲートの一部を露光し、続いてレベンソンマスク10を用いて最も微細なパターンであるゲートの残部を露光し、最後に通常マスク16を用いてゲートに付随するその他のパターンを露光する。そして、露光後のフォトレジスト膜を現像することにより、光の当たったフォトレジスト膜が除去されてフォトレジストパターン17が得られる。
【0017】
従来のレベンソンマスクでは、レベンソンマスク10,20のパターンが一枚に形成されていることにより、非シフタ部132,133が繋がってその開口幅が大きくなるため、光近接効果の影響を受けて遮光部112による加工精度が低下するという問題があった。これに対し、本実施形態では、非シフタ部132をレベンソンマスク10に設け、非シフタ部133をレベンソンマスク20に設けることにより、全ての開口幅141〜147を光近接効果の影響を受けない一定値にしている。その結果、遮光部111〜114に対応するフォトレジストパターン17の幅181〜184は、開口幅141〜147の影響を受けずに設計値通りになっている。
【0018】
図2は、レベンソンマスク10,20及び通常マスク16の設計方法を示すフローチャートである。以下、図1及び図2に基づき説明する。なお、「スペース」とは、回路パターンにおけるライン間、すなわちライン以外の部分のことである。
【0019】
まず、回路パターン15のうちゲート部については、最も微細なパターンであるので、レベンソンマスク用のデータとする(ステップ101,102)。ゲート部以外のパターンは、通常マスク16用のトリミング通常マスクデータ(3)とする(ステップ101,103)。そして、レベンソンマスク用のデータのうちスペースが最小値で並んでいるパターンは、レベンソンマスク10用のゲートレベンソンマスクデータ(1)とする(ステップ104,105)。最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンは、レベンソンマスク10用とレベンソンマスク20用とに振り分けたゲートレベンソンマスクデータ(2)とする(ステップ104,106)。
【0020】
図3は、本発明に係るレベンソンマスクの第二実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0021】
図3[2][3]に示す本実施形態のレベンソンマスク30,40は、遮光部311〜314を挟んでシフタ部321〜323及び非シフタ部331〜334が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部321,…及び非シフタ部331,…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、直線状の遮光部311,…に直交する方向のシフタ部321,…及び非シフタ部331,…の長さを開口幅341〜347とすると、開口幅341〜347は光近接効果の影響を抑えた一定値(0.15μm)になっている。また、レベンソンマスク30,40は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【0022】
図3[1]は、トランジスタのゲートの回路パターン(設計パターン)35である。図3[4]は、トリミング用の通常マスク36である。図3[1]において、実線で囲んだ領域がレベンソンマスクデータ37、破線で囲んだ領域が通常マスクデータ38である。また、最小設計スペース39は0.15μm、ゲート幅41は0.1μmである。ここで、最小設計スペース39で並んでいるパターンはレベンソンマスク30に形成し、最小設計スペース39以外で並んでいるパターンはレベンソンマスク30,40に振り分けて形成する。
【0023】
図4は、本発明に係るレベンソンマスクの第三実施形態を示す平面図である。以下、この図面に基づき説明する。
【0024】
図4[2][3]に示す本実施形態のレベンソンマスク50,60は、遮光部511〜514を挟んでシフタ部521〜523及び非シフタ部531〜534が対向配置されたパターンを有する。そして、シフタ部521,…及び非シフタ部531,…は、光近接効果の影響を抑えた一定形状に形成されている。具体的には、開口幅541,543〜547は、光近接効果の影響を抑えた一定値(0.2μm)になっている。ただし、開口幅542は、開口幅542と同じパターンを最終的にフォトレジスト膜(図示せず)に形成する部分であるので、一定値(0.2μm)ではなく0.15μmになっている。また、レベンソンマスク50,60は、それぞれ異なるパターンが形成され、複数回の重ね露光に使われる。
【0025】
図4[1]は、トランジスタのゲートの回路パターン(設計パターン)55である。図4[4]は、トリミング用の通常マスク56である。図4[1]において、実線で囲んだ領域がレベンソンマスクデータ57、破線で囲んだ領域が通常マスクデータ58である。また、最小設計スペース59は0.15μm、ゲート幅61は0.1μmである。ここで、最小設計スペース59で並んでいるパターンはレベンソンマスク50に形成し、最小設計スペース59以外で並んでいるパターンはレベンソンマスク50,60に振り分けて形成する。
【0026】
【実施例】
図5は、従来例と実施例との光近接効果を比較したグラフである。以下、この図面に基づき説明する。
【0027】
図5は、ライン間のスペース(すなわちライン以外の部分)に応じて、フォトレジストパターン寸法(critical dimension)がどのように変わるかを実測した結果である。ライン幅の設計値は0.1μmとし、スペースは約0.2μm〜1.0μmまで変化させた。このとき、スペース全体を非シフタ部又はシフタ部とした一枚のレベンソンマスクを用いた場合を「従来例」とした。スペースを挟む一方のラインの両側に開口幅W=0.15μmの非シフタ部又はシフタ部を形成した第一のレベンソンマスクと、スペースを挟む他方のラインの両側に開口幅W=0.15μmの非シフタ部又はシフタ部を形成した第二のレベンソンマスクとを用いた場合を「実施例1」とした。スペースを挟む一方のラインの両側に開口幅W=0.2μmの非シフタ部又はシフタ部を形成した第一のレベンソンマスクと、スペースを挟む他方のラインの両側に開口幅W=0.2μmの非シフタ部又はシフタ部を形成した第二のレベンソンマスクとを用いた場合を「実施例2」とした。
【0028】
図5から明らかなように、従来例では、光近接効果の影響を受けて、フォトレジストパターン寸法に最大で0.04μmのズレ70が発生した。これに対し、実施例1,2では光近接効果の影響が抑制された。特に実施例1では、フォトレジストパターン寸法に最大でも0.01μmのズレ71しか発生しなかった。以上のとおり、本発明に係るレベンソンマスクの開口幅を適宜コントロールすることによって、寸法のズレを0.01μm以下に抑えることができる。
【0029】
図6は従来例と実施例との光強度分布を比較したグラフであり、図6[1]は従来例、図6[2]は実施例である。以下、この図面に基づき説明する。
【0030】
図6は、フォトレジストパターン上の距離に応じて、マスクパターンを通過した光の強度がどのように変わるかをシミュレーションした結果である。フォトレジストパターン上の距離は、中心を0としたX軸座標である。波形の谷がマスクパターンのラインに相当し、波形の山がマスクパターンのスペースに相当する。このとき、一枚のレベンソンマスクを用いた場合を「従来例」とした(図6[1])。マスクパターンの異なる第一のレベンソンマスク及び第二のレベンソンマスクを用いた場合を「実施例」とした(図6[2])。
【0031】
実施例の図6[2]では、波形の谷の部分の幅が、従来例の図7[1]に比べて、狭くかつ急峻になっている。このように、本実施例によれば、開口の一部が重なっても問題なく露光できており、従来例と比較して非常に高い寸法均一性が得られた。
【0032】
【発明の効果】
本発明に係るレベンソンマスクによれば、シフタ部及び非シフタ部が光近接効果の影響を受けない一定形状に形成されているので、フォトレジストパターン寸法の精度を向上できる。また、本発明に係る微細パターン形成方法によれば、本発明に係るレベンソンマスクを用いることにより、光近接効果の影響を排除してレベンソンマスクのパターン寸法通りにフォトレジストパターンを形成できるので、微細加工精度を向上できる。
【0033】
換言すると、本発明によれば、光近接効果を抑制することができるので、デバイスパターンの寸法制御性が向上し、これによりデバイス特性が向上する。従来技術では、レベンソンマスクが一枚のみであったので、回路パターンのライン間のスペースに応じて、レベンソンマスクの開口幅も変えていた。その結果、光近接効果の影響によって、フォトレジストパターンの寸法精度が落ちていた。本発明では、従来一枚であったレベンソンマスクを複数枚に分割することにより、各レベンソンマスクの開口幅をライン間のスペースに関係なく一定とした。これにより、フォトレジストパターンの寸法精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法の第一実施形態を示す平面図であり、図1[1]は回路パターン、図1[2]は第一のレベンソンマスク、図1[3]は第二のレベンソンマスク、図1[4]は通常マスク、図1[5]はフォトレジストパターンである。
【図2】 図1におけるレベンソンマスク及び通常マスクの設計方法を示すフローチャートである。
【図3】 本発明に係るレベンソンマスクの第二実施形態を示す平面図であり、図3[1]は回路パターン、図3[2]は第一のレベンソンマスク、図3[3]は第二のレベンソンマスク、図3[4]は通常マスクである。
【図4】 本発明に係るレベンソンマスクの第三実施形態を示す平面図であり、図4[1]は回路パターン、図4[2]は第一のレベンソンマスク、図4[3]は第二のレベンソンマスク、図4[4]は通常マスクである。
【図5】 従来例と実施例との光近接効果を比較したグラフである。
【図6】 従来例と実施例との光強度分布を比較したグラフであり、図6[1]は従来例、図6[2]は実施例である。
【図7】 従来のレベンソンマスク及びこれを用いた微細パターン形成方法を示す平面図であり、図7[1]は回路パターン、図7[2]はレベンソンマスク、図7[3]は通常マスク、図7[4]はフォトレジストパターンである。
【符号の説明】
10,20,30,40,50,60 レベンソンマスク
111〜114,311〜314,511〜514 遮光部
121〜123,321〜323,521〜523 シフタ部
131〜134,331〜334,531〜534 非シフタ部
141〜147,341〜347,541〜547 開口幅
Claims (9)
- 同一のフォトレジスト膜に対し、スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンを第一のレベンソン位相シフトマスクで露光する第一の工程と、前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンを第二のレベンソン位相シフトマスクで露光する第二の工程と、トリミング用の通常マスクを用いて露光する第三の工程と、により順次露光する、
ことを特徴とする微細パターン形成方法。 - 前記第一の工程において、前記スペースが最小値で並んだ箇所と同時にスペースが0.6μm以上のパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項1記載の微細パターン形成方法。 - 前記スペースが最小値で並んだ箇所を含むパターンと前記最小値よりも大きなスペースで並んでいるパターンとが隣接したパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の微細パターン形成方法。 - 前記第一の工程と第二の工程とで使用するレベンソン位相シフトマスクの非シフタ部の開口幅が等しい、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。 - 前記レベンソン位相シフトマスクのシフタ部と非シフタ部との開口幅が等しい、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。 - 前記パターンが回路パターンのゲート部に相当する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の微細パターン形成方法。 - 前記第一の工程においてスペースが最小値で並んだゲートの一部を露光する、
ことを特徴とする請求項6記載の微細パターン形成方法。 - 前記第二の工程において前記第一の工程で露光したゲートの残部を露光する、
ことを特徴とする請求項7記載の微細パターン形成方法。 - 前記第三の工程において回路パターンのゲート部以外のパターンを露光する、
ことを特徴とする請求項8記載の微細パターン形成方法。
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