JP4068281B2

JP4068281B2 - フォトマスクの製造方法

Info

Publication number: JP4068281B2
Application number: JP2000087652A
Authority: JP
Inventors: 司東
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2020-03-27
Also published as: JP2001272766A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体のリソグラフィに用いるフォトマスクに係わり、特にレジストパターンのプロセス裕度を劣化させる迷光の影響の定量化を基にして、フォトマスクのＬＳＩパターン配置に補正をかけるためのフォトマスクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板上にＬＳＩパターンを形成する場合、基板上の被加工膜上にレジストなどの放射線感光材料を塗布し、ステッパやスキャナなどの縮小投影露光装置を用いて露光及び現像を行う。ＬＳＩパターンを感光材料に形成する工程において、屈折光学系型露光装置を用いる場合、光源から出た光は縮小レンズ系と投影レンズ系によって、その間に位置するフォトマスク上に形成されたＬＳＩパターン像をレジストに忠実にパターン転写することになる。そして、形成されたレジストパターンを基に被加工膜をパターニングする。
【０００３】
ところで、この種のパターン転写に用いられるフォトマスクは、一般に厚いガラス基板の上に遮光膜として薄膜状のクロムや酸化クロムなどのパターンが形成された構造となっている。しかし、実際には光が通過する際には、ガラスとクロム、或いはクロムと空気の屈折率の差は非常に大きく、このような光は露光装置内で複雑な散乱や干渉を生じる。このために、光源から出た全露光量の光の中には、理論的に予想される光学経路以外の光学経路を通過する光となってレジスト上に照射されるものが存在する。
【０００４】
このような現象は迷光と呼ばれ、露光光源の短波長化や低コントラストでもパターン転写できるレジストの使用などにより、無視できないノイズとなってレジストの解像力を低下させたり、露光量裕度や焦点深度を劣化させることが知られている。しかも、このような現象は、マスク上のクロムや酸化クロムの被覆率に応じて大きく異なることから、マスクにおける遮光膜の被覆率とレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度を正確に把握することが、安定な半導体デバイスを製造する上で不可欠となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、フォトマスクのパターンをレジストに転写する工程においては、迷光の影響でレジストの解像力が低下したり、露光量裕度や焦点深度が劣化する問題があり、このような現象はマスク上の遮光膜の被覆率に応じて異なってくるという問題があった。
【０００６】
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、迷光に起因するレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確に把握することができ、迷光の影響が低減されたリソグラフィプロセスの実現に寄与し得るフォトマスクの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【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。
【０００８】
即ち本発明は、フォトマスクの製造方法において、基板上に形成されたテストパターンの中心座標を中心とする半径Ｒの円形領域における遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度を測定する工程と、測定されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での最大焦点深度を、被覆率Ｃ％と半径Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する工程と、所定の最大焦点深度Ａが必要であると考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程と、ＬＳＩの特定パターン設計時に該特定パターンから前記距離Ｒｎ内の領域が被覆率の範囲Ｃｎ％を満足するように、パターンを再配置する工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、フォトマスクの製造方法において、基板上に形成されたテストパターンの中心座標を中心とする半径Ｒの円形のパターン領域の外側を遮光領域とし、パターン領域における遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、ＲとＣの値をそれぞれ変化させた複数のパターン領域を有する測定用マスクを用い、この測定用マスクのパターンを試料上のレジストに露光し、且つ露光量と焦点位置を異ならせた露光条件のそれぞれにおいて該レジストの異なる位置に露光を行う工程と、前記露光により前記試料上に形成されたレジストパターンのうち、前記露光条件，Ｒ，Ｃの値が異なる前記テストパターンの線幅Ｌをそれぞれ測定する工程と、前記測定された線幅Ｌに基づいて、被覆率Ｃ％，半径Ｒをパラメータとして振ったときのプロセス裕度を測定する工程と、前記測定されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での最大焦点深度或いは所定の焦点深度での最大露光量裕度を、被覆率Ｃ％と半径Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する工程と、所定の最大焦点深度Ａが必要であると考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程と、ＬＳＩパターン設計時に該ＬＳＩパターンの特定パターンから前記距離Ｒｎ内の領域が前記被覆率の範囲Ｃｎ％を満足するように、ＬＳＩパターンを配置する工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
(1) パターンを再配置する工程として、被覆率が不足する場合には距離Ｒｎ内の領域の総面積を算出した後に所定の面積分だけダミーパターンを配置し、被覆率が過剰な場合には所定の面積分だけパターンを削除すること。
(2) 被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度をシミュレーションにより求めること。
【００１１】
（作用）
本発明の骨子は、マスクにおける遮光膜の被覆率とレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確に把握し、ＬＳＩパターン設計時の指針とするためのテストマスクパターンを提案することにある。即ち本発明では、図１に示すように、線幅１３０ｎｍのポジ型レジスト断面形状が、様々なＣｒ被覆率のマスクを使って露光した場合に変化することが実験的に確認されており、このようなレジスト特性のＣｒ被覆率依存性をより厳密に定量的に測定する方法を提供する。
【００１２】
定量化の方法は、図２に示すように、迷光の影響が、ある特定のパターンの座標０から距離Ｒｎだけ離れた領域内からだけ迷光の影響を受けるようなテストマスクを使って、特定のパターンからどれだけ離れている場合にどれだけ迷光の影響があるかを実験的に求める。実際には、マスクのＣｒ被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）として、Ｃの値を様々に変化させたときの、特定パターンの線幅Ｌを測定する。この線幅Ｌの露光量と焦点深度の依存性をマトリックス状に測定した値から、例えばＥＤ−Ｔｒｅｅ解析などの方法により、ある被覆率Ｃ％で且つある半径Ｒｎの領域でのプロセス裕度が測定できる。
【００１３】
次に、例えばこれらのプロセス裕度から求まる、ある露光量裕度での最大焦点深度（ＤＯＦ）値を、図３に示すような被覆率Ｃ％と特定パターンからの距離Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する。このグラフを基に設計すべきＬＳＩパターンへの補正のために、距離Ｒｎで有限の被覆率Ｃ％が得られるように、ＤＯＦ値（ａ〜ｇ）における最大距離Ｒよりも短い距離Ｒｎを選択する。
【００１４】
そして、設計時には特定のパターンからの距離Ｒｎ内の領域が図中の被覆率Ｃ％の範囲を満足するように、例えば被覆率が不足する場合には領域内の総面積を算出した後に所定の面積分だけダミーパターンを配置したり、被覆率が過剰な場合には所定の面積分だけパターンを削除する。
【００１５】
このようにして本発明によれば、迷光に起因するレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確に把握することができ、これにより迷光の影響が低減されたリソグラフィプロセスの実現に寄与することが可能となる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図４は測定用マスクに形成したテストパターンを示す図、図５はテストパターンを試料上に露光する様子を示す図、図６は本実施形態におけるパターン補正操作を説明するためのフローチャートである。
【００１８】
まず、図４（ａ）に示すように測定用マスクのパターンとして、ウェハ上で半径５μｍの円形になるような領域１に、ウェハ上で１３０ｎｍのＬ／Ｓとなるようなテストパターン２を配置し、その領域１の中心から半径Ｒのパターン領域３内の被覆率をＣ％とした複数のパターンを用意した。具体的には、図４（ｂ）に示すように、領域１の中心から半径１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍと変化させた領域３内を、それぞれ被覆率Ｃ％が１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％，７０％，８０％，９０％，１００％となるように、ウェハ上で２５０ｎｍのＬ／Ｓパターンを領域３内に配置して変化させる。
【００１９】
なお、半径Ｒの領域３の外側は遮光膜により完全に覆われている。つまり、遮光膜に半径Ｒ（１，２，３，４，５ｍｍ）の開口（パターン領域３）が複数個設けられ、これらの開口内に上記の各被覆率でテストパターン２がそれぞれ形成されている。
【００２０】
このような様々なパターンを配置した測定用マスクを準備し、図５に示すように露光装置を用いて、測定用マスク１０のパターンを投影レンズ２０により試料３０上に転写した。
【００２１】
具体的には、Ｓｉウェハ３１上に膜厚６０ｎｍの下層反射防止膜３２（ＡＲ３：シプレイ社製）を成膜後、膜厚３００ｎｍの化学増幅型レジスト３３（ＫＲＦ−Ｍ６０Ｇ：ＪＳＲ製）をＰＡＢ（Post Apply Bake）で１４０℃，９０秒の条件で塗布する。この試料３０に対し、ＮＡ＝０．６８，σ＝０．７５，２／３輪帯照明条件のＫｒＦエキシマレーザ露光装置（ＮＳＲ−Ｓ２０３Ｂ：ニコン社製）を用い、上記のマスクパターンをレジスト３３に転写する（Ｓ１）。
【００２２】
この転写工程においては、後述するＥＤ−Ｔｒｅｅ解析を行うために、露光量と焦点深度を少しずつ変え、異なる露光条件で試料上の複数箇所に上記のマスクパターンの転写を行った。
【００２３】
露光後にＰＥＢ（Post Exposure Bake）を１４０℃で９０秒間行い、２．３８％の有機アルカリ現像液（ＴＭＡＨ）で９０秒間現像する（Ｓ２）。このときの露光量は、１３０ｎｍのＬ／Ｓパターンが所望寸法通りに仕上がるように設定する。そして、得られたＬ／Ｓパターンの寸法をそれぞれ測定する（Ｓ３）。即ち、ＲとＣの異なるＬ／Ｓパターンの線幅を露光条件毎に測定する。
【００２４】
次いで、Ｌ／Ｓパターンの線幅１３０ｎｍの露光量と焦点深度の依存性をマトリックス状に測定した値から、ＥＤ−Ｔｒｅｅ解析により、ある被覆率Ｃ％でかつ、ある半径Ｒｎの領域でのプロセス裕度を測定する（Ｓ４）。
【００２５】
次いで、このプロセス裕度の測定値から、１０％露光量裕度での最大焦点深度（ＤＯＦ）を、前記図３に示すような被覆率Ｃ％と特定パターンからの距離Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する（Ｓ５）。図中のａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇはａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇの関係にあり、ＤＯＦが大きいほど許容される被覆率Ｃ％の範囲が広くなっている。ちなみに、Ｒｎの距離において、ＤＯＦ＝ｄでは被覆率Ｃ％は３５〜６５％となり、ＤＯＦ＝ｅでは被覆率Ｃ％の範囲は２５〜７５％となっている。
【００２６】
設計時には特定のパターンからの距離Ｒｎ内の領域が図中の被覆率Ｃ％の範囲を満足するように、例えば被覆率が不足する場合には領域内の総面積を算出した後に所定の面積分だけダミーパターンを配置したり、被覆率が過剰な場合には所定の面積分だけパターンを削除する（Ｓ６）。
【００２７】
このようにしてパターンを再配置したフォトマスクを用いてＬＳＩパターンを試料上に転写したところ、レジストパターンにおける断面形状は先端部が細ったり太ったりすることはなく、全ての位置で良好なものとなった。つまり、迷光の影響が低減されたリソグラフィプロセスを実現することができ、フォトマスクのパターンを試料上に精度良く転写することができた。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、図３に示すようなグラフを得るために実際に測定用マスクを用いてそのパターンをレジストに転写したが、必ずしもこのような実験を行う必要はなく、これをシミュレーションによって求めてもよい。また、マスクの材料は石英やクロムに限るものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
【００２９】
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。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、フォトマスクにおける遮光部の被覆率とレジストの解像力の劣化、露光量裕度や焦点深度の劣化の程度に対する依存性を正確に把握できる測定用マスクを用いて予め実験を行い、ある特定の照明条件におけるマスクの被覆率のルールを作成し、これをＬＳＩパターン設計時の指針とすることにより、迷光の影響が低減されたリソグラフィプロセスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するためのもので、Ｃｒ被覆率に対するレジストパターン断面形状の変化を示す図。
【図２】本発明の原理を説明するためのもので、テストパターンと半径Ｒの開口領域との関係を示す図。
【図３】本発明の原理を説明するためのもので、ある露光量裕度でのＤＯＦ値を被覆率Ｃ％と特定パターンからの距離Ｒの関数として等高線グラフとして示す図。
【図４】本発明の一実施形態を説明するためのもので、測定用マスクに形成したテストパターンを示す図。
【図５】本発明の一実施形態を説明するためのもので、テストパターンを試料上に露光する様子を示す図。
【図６】本発明の一実施形態を説明するためのもので、パターン補正操作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…Ｌ／Ｓパターン形成領域
２…Ｌ／Ｓパターン
３…半径Ｒの領域（パターン領域）
１０…測定用マスク
１１…石英基板
１２…クロムパターン
２０…投影光学系
３０…試料
３１…Ｓｉウェハ
３２…反射防止膜
３３…レジスト

Claims

基板上に形成されたテストパターンの中心座標を中心とする半径Ｒの円形領域における遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、被覆率Ｃ％，半径Ｒの円形領域でのプロセス裕度を測定する工程と、
測定されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での最大焦点深度を、被覆率Ｃ％と半径Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する工程と、
所定の最大焦点深度Ａが必要であると考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程と、
ＬＳＩの特定パターン設計時に該特定パターンから前記距離Ｒｎ内の領域が前記被覆率の範囲Ｃｎ％を満足するように、パターンを再配置する工程と、
を含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
基板上に形成されたテストパターンの中心座標を中心とする半径Ｒの円形のパターン領域の外側を遮光領域とし、パターン領域における遮光部の被覆率をＣ％（１００≧Ｃ≧０）とし、ＲとＣの値をそれぞれ変化させた複数のパターン領域を有する測定用マスクを用い、この測定用マスクのパターンを試料上のレジストに露光し、且つ露光量と焦点位置を異ならせた露光条件のそれぞれにおいて該レジストの異なる位置に露光を行う工程と、
前記露光により前記試料上に形成されたレジストパターンのうち、前記露光条件，Ｒ，Ｃの値が異なる前記テストパターンの線幅Ｌをそれぞれ測定する工程と、
前記測定された線幅Ｌに基づいて、被覆率Ｃ％，半径Ｒをパラメータとして振ったときのプロセス裕度を測定する工程と、
前記測定されたプロセス裕度から求まる、所定の露光量裕度での最大焦点深度を、被覆率Ｃ％と半径Ｒの関数にして等高線グラフとして出力する工程と、
所定の最大焦点深度Ａが必要であると考えた場合に、これらを満足する等高線グラフ中の任意の距離Ｒｎと被覆率の範囲Ｃｎ％を求める工程と、
ＬＳＩパターン設計時に該ＬＳＩパターンの特定パターンから前記距離Ｒｎ内の領域が前記被覆率の範囲Ｃｎ％を満足するように、ＬＳＩパターンを配置する工程とを含むことを特徴とするフォトマスクの製造方法。
前記ＬＳＩパターンを配置する工程として、ＬＳＩパターン設計時における前記被覆率が不足する場合には前記距離Ｒｎ内の領域の総面積を算出した後に前記被覆率の範囲Ｃｎ％が満足されるように遮光領域となるダミーパターンを配置し、前記被覆率が過剰な場合には前記被覆率の範囲Ｃｎ％が満足されるようにＬＳＩパターンの一部を除去することを特徴とする請求項２記載のフォトマスクの製造方法。
前記被覆率Ｃ％，半径Ｒの領域でのプロセス裕度をシミュレーションにより求めることを特徴とする請求項１記載のフォトマスクの製造方法。