JP4197362B2 - 投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 - Google Patents
投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4197362B2 JP4197362B2 JP02799197A JP2799197A JP4197362B2 JP 4197362 B2 JP4197362 B2 JP 4197362B2 JP 02799197 A JP02799197 A JP 02799197A JP 2799197 A JP2799197 A JP 2799197A JP 4197362 B2 JP4197362 B2 JP 4197362B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photomask
- projection exposure
- pattern
- opening pattern
- opening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の製造工程で用いられる投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体技術の発展が目ざましく、半導体素子の最小の加工寸法が0.5μmサイズのものが量産されるようになってきた。このような微細化は、『リソグラフィ技術』と呼ばれる微細パターンの形成技術の飛躍的な進歩に根ざしている。
【0003】
リソグラフィ技術は、大きく分けて、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程の3つの工程からなっている。パターンの微細化は、レジストの材料、投影露光装置、露光方法及び現像方法等の改良によって達成されている。特に、投影露光装置及び露光方法の改良により、パターンの微細化が顕著に進められてきた。
【0004】
パターンの微細化は、主として投影露光装置の露光波長の短波長化と投影レンズの高NA化によって達成されてきた。しかし、このような高解像度化は、同時に焦点深度を小さくする方向に働く。実際の半導体製造工程では1〜1.5μm程度の焦点深度が必要とされるが、現状ではこの焦点深度を確保することは困難な状況となってきている。
【0005】
焦点深度を大きくするために、フォトマスク上で透過光の位相を制御する『位相シフトマスク』を用いる方法や、投影露光装置の照明系の形状を変化させる『変形照明法』等の様々な超解像技術が開発されてきた。また、これらの方法とは別に、大きな段差を有する半導体基板上の全面で良好なパターンを形成するために、パターンを形成する半導体基板上の位置に応じて焦点位置を変えることにより、実効的に利用できる焦点範囲を大きくする試みがなされている(例えば、特開平1−147458号公報)。
【0006】
以下に、図12を参照しながら、従来技術についてさらに具体的に説明する。図12(a)に示すように、ガラス基板20上に形成された遮光膜21には、その中央部に開口パターン22が設けられており、開口パターン22の周辺には微細開口パターン23が配置されている。微細開口パターン23上には、この微細開口パターン23を透過する光の位相差を変化させる透明膜からなる位相シフト層24が設けられている。以上により、投影露光用のフォトマスクが構成されている。そして、微細開口パターン23を透過する光の位相差を変化させることにより、図12(b)に示すように、微細開口パターン23を透過する光の焦点位置を広範囲に制御することができる。位相差を180°に設定した場合の焦点位置が投影レンズの焦点位置である。従って、このような構成のフォトマスクを用いれば、パターンを形成する場所の半導体基板上の高さに応じて、半導体基板上にパターンを形成することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、フォトマスク上の微細開口パターンを透過する光の位相差を変化させることにより、微細開口パターンを透過する光の焦点位置を制御することができる。しかし、この方法には、以下に述べるような問題点がある。すなわち、フォトマスク上に位相シフト層を形成する必要があり、位相シフト層を形成するためには、透明膜の堆積、レジストの塗布、下地パターンに位置合わせをしたイメージ露光、レジストの現像、透明膜のエッチング、レジストの除去といった工程が必要となる。そして、以上の工程を、焦点制御の数だけ繰り返す必要があるため、フォトマスクの製造工程が複雑となり、フォトマスクのコストの大幅な増加につながる。量産用のフォトマスクを用いて焦点制御を行う場合、従来のフォトマスクの製造工程を大幅に変えることは、品質保証を困難とし、フォトマスクの価格の上昇、フォトマスクの納期の長期化といった問題を発生させるからである。このため、従来のフォトマスクの製造工程を大幅に変えることなく、焦点位置を制御することが可能なフォトマスクが求められている。
【0008】
本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、従来のフォトマスクの製造工程を利用して、高精度にかつ広範囲に焦点位置を制御する機能を有する投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る投影露光用フォトマスクの第1の構成は、半導体素子の製造工程で用いられる投影露光用フォトマスクであって、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられたことを特徴とする。この投影露光用フォトマスクの第1の構成によれば、従来のフォトマスクの製造工程を大幅に変えることなく、焦点位置を制御することが可能な投影露光用フォトマスクを実現することができる。すなわち、開口パターンの周辺部に対称に配置された状態で置き換えられた微小開口パターンを透過する光の焦点位置は、前記開口パターンを透過する光の本来の焦点位置からずれた場所に存在することとなるので、焦点位置を制御することが可能となる。
【0010】
また、前記本発明の投影露光用フォトマスクの第1の構成においては、投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNAとしたとき、微小開口パターンの中心位置間の距離dr が、下記(数2)の関係を満たすのが好ましい。
【0011】
【数2】
【0012】
この好ましい例によれば、微小開口パターンによる回折光が十分に投影レンズを通過することとなる。
【0013】
また、前記本発明の投影露光用フォトマスクの第1の構成においては、微小開口パターンの中心位置と、本来の開口パターンの中心位置との距離drを、パターンを形成する位置の半導体基板上の高さに応じて変化させるのが好ましい。この好ましい例によれば、パターンを形成すべき位置の半導体基板上の高さに応じて焦点位置を制御することが可能となるので、段差を有する半導体基板上に所望のパターンを形成することができる。
【0014】
また、この場合には、投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数2A)の関係を満たすのが好ましい。
[数2A]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M)))
また、前記本発明の投影露光用フォトマスクの第1の構成においては、微小開口パターンの最小開口幅をLwとしたとき、開口パターンの外周部に同一の最小開口幅Lwを有する前記微小開口パターンが、2重に配置されているのが好ましい。
【0015】
また、本発明に係る投影露光用フォトマスクの第2の構成は、半導体素子の製造工程で用いられる投影露光用フォトマスクであって、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって囲まれ、投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数2B)及び(数2C)の関係を満たすことを特徴とする。
[数2B]
(λ/NA)・M<dr
[数2C]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M)))
また、前記本発明の投影露光用フォトマスクの第1又は第2の構成においては、開口パターン及び微小開口パターンは、x−y直交座標系で定義されるのが好ましい。
【0016】
また、本発明に係る投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法は、半導体基板上に所望のパターンを形成するために用いられる投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法であって、前記所望のパターンを形成するまでに前記半導体基板に施された加工に用いられるフォトマスクのマスクデータから前記所望のパターンを形成すべき各々の位置の前記半導体基板上の高さを推定し、その高さに応じて本来の開口パターンを前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えることを特徴とする。この投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法によれば、所望のパターンを形成すべき位置の半導体基板上の高さに応じて焦点位置を制御することが可能な投影露光用フォトマスクを容易に得ることができる。
【0017】
また、本発明に係る第1の投影露光方法は、投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられ、投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数2D)及び(数2E)の関係を満たすことを特徴とする。
[数2D]
(λ/NA)・M<dr
[数2E]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M)))
また、本発明に係る第2の投影露光方法は、投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられ、前記微小開口パターンの最小開口幅をLwとしたとき、前記開口パターンの外周部に同一の最小開口幅Lwを有する前記微小開口パターンが、2重に配置されていることを特徴とする。
【0018】
また、本発明に係る第3の投影露光方法は、投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって囲まれ、投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数2F)及び(数2G)の関係を満たすことを特徴とする。
[数2F]
(λ/NA)・M<dr
[数2G]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M)))
【0019】
また、本発明に係る第5の投影露光方法は、投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、前記フォトマスクの開口パターンの少なくとも1つを、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えたフォトマスクを用い、投影露光装置の照明光の可干渉度を0.5以下にすることを特徴とする。この第5の投影露光方法によれば、結像コントラストを高く維持した状態で、段差を有する半導体基板上に所望のパターンを形成することができる。
【0020】
また、本発明に係る半導体素子の製造方法は、開口パターンの少なくとも1つを、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えた投影露光用フォトマスクを用いて、半導体基板上に所望のパターンを形成することを特徴とする。この半導体素子の製造方法によれば、開口パターンの周辺部に対称に配置された状態で置き換えられた微小開口パターンを透過する光の焦点位置は、前記開口パターンを透過する光の本来の焦点位置からずれた場所に存在することとなるので、所望のパターンを形成すべき位置の半導体基板上の高さに応じて、開口パターンによる回折光と微小開口パターンによる回折光を使い分けることにより、段差を有する半導体基板上に所望のパターンを形成することができる。その結果、従来の複雑なフォトマスクを用いることなく、所望の構成を有する半導体素子を容易に作製することができる。
【0021】
【本発明の実施の形態】
以下に、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【0022】
まず、本発明の原理について説明する。
【0023】
光の回折作用を利用することにより、平板上の開口パターンによってレンズ作用を実現することができる。このようなレンズは、フレネル回折を利用したレンズであることから、『フレネルゾーンプレート』と呼ばれる。図2(a)に、2次元のフレネルゾーンプレートの一例を示す。図2(a)に示すように、このフレネルゾーンプレート1は同心円状の遮光パターン2によって構成されており、図2(b)に示すような透過率分布を有する。ここで、遮光パターン2の同心円の半径Rnは、光の波長をλ、主焦点距離をfとして、下記(数3)のように表記される。
【0024】
【数3】
【0025】
ここで、nは正の整数である。図2(c)に示すように、このような遮光パターン2を有するフレネルゾーンプレート1に平行光線3を照射すると、フレネルゾーンプレート1には集光作用があるため、フレネルゾーンプレート1から距離fの位置に集光する。
【0026】
次に、このフレネルゾーンプレート1を投影露光装置のフォトマスクとして用いる場合について考える。図3に示すように、集光レンズ5とフレネルゾーンプレート1を順次透過した光は、フレネルゾーンプレート1の近傍(フレネル領域)で集光される(主焦点距離f)。このフレネルゾーンプレート1の焦点面の像は、投影レンズ4によって再生される。すなわち、フレネルゾーンプレート1の面から離れた位置に集光された輝点は、投影レンズ4を通って投影レンズ4の本来の焦点位置から距離fw だけずれた位置に結像する。実際には、半導体素子を製造するための投影露光装置として縮小投影型の露光装置が用いられるため、半導体基板上へ投影される像の寸法は縮小倍率をMとして1/Mとなり、焦点位置はほぼ1/M2 となる。以下の説明においては、混乱を避けるため、フレネルゾーンプレート(フォトマスク)側の寸法、焦点位置については添字rを、投影像側の寸法、焦点位置については添字wを付して区別する。
【0027】
上述したように、フレネルゾーンプレート1をフォトマスクとして用いることにより、投影レンズ4の本来の焦点位置以外で焦点を持たせることができる。ここで注意すべきことは、図3に示すように、回折光が両側に広がるため、投影される焦点が投影レンズ4の本来の焦点位置の両側に存在することである。すなわち、投影レンズ4の本来の焦点位置を中心として両側に焦点(集光点;光強度が最大となる点)が存在する。投影レンズ4の本来の焦点位置からずれた場所にはフレネルゾーンプレート1のフレネル回折像が結像される。このことを利用することにより、段差を有する基板上に所望のパターンを形成することができる。すなわち、フレネル回折式を用いて所望のパターンがフレネル回折像として得られるようなパターンを計算し、このパターンをマスクパターンとして用い、投影露光装置のベストフォーカス(デフォーカス量:0μm)から外れた位置で露光することにより、段差を有する基板上に所望のパターンを形成することができる。例えば、図2に示す2次元のフレネルゾーンプレートを用いることにより、デフォーカス露光によって輝点像を得ることができる。デフォーカス量は、上記(数3)によってRnの関数として表示される。
【0028】
図2に示すフレネルゾーンプレート1は、上述したようにデフォーカス露光によって輝点像を得るのに有効であるが、このパターンは半導体素子を製造するためのマスクパターンとしては問題がある。第1に、上記(数3)に示されるように、フレネルゾーンプレート1は外周部にゆくほど遮光パターン2の幅が小さくなるため、フォトマスクの製作が困難となる。第2に、外周部を増やすほどフレネルゾーンプレート1単体の集光特性は向上するが、フレネルゾーンプレート1からの回折光を投影レンズ4を用いて結像する場合、投影レンズ4の開口数の制約により、外周部での回折光は投影レンズ4を通過することができず、結像には寄与しない。第3に、現在の半導体素子を製造するためのマスクデータ処理システムはx−y直交座標系で定義されているため、円形のデータを用いると、データ量が膨大となり、フォトマスクの製造が困難となる。以上の理由により、現実的には、フレネルゾーンプレート1を単純化し、x−y直交座標系で定義可能なパターンに近似することが必要となる。図1(a)〜(d)に示したマスクパターンは、フレネルゾーンプレート1を近似したパターンである。図1に示した例では、中心部が遮光され、中心対称に微小開口が配置された構成となっている。中心部を遮光しているのは、0次光(直接光)の寄与を無くし、一次回折光による像のコントラストを向上させるためである。図4に、図1に示したマスクパターンによるフレネル回折像の形成を単純化して示す。一次回折光は、回折角をθr 、中心対称に配置された微小開口間の距離をdr として、下記(数4)の関係を満たす方向に生じる。
【0029】
【数4】
【0030】
ここで、フォトマスク側の焦点距離fr は、下記(数5)の関係を満たす。
【0031】
【数5】
【0032】
従って、フォトマスク側の焦点距離fr は、下記(数6)のように表記される。
【0033】
【数6】
【0034】
一方、投影像側の焦点距離fw は、下記(数7)のように表記される。
【0035】
【数7】
【0036】
ここで、dw は投影像側に換算されたマスクパターンのピッチであり、dw =dr /Mなる関係を満たす。下記(表1)に、dw とfw との関係を示す。
【0037】
【表1】
【0038】
すでに述べたように、半導体素子の製造には、縮小投影型の露光装置が用いられることが多く、原図となるフォトマスク側と投影像側とで寸法が異なるために混乱が生じ易い。以下においては、特に断らない限り、投影像側に換算した寸法及び距離(dw 、fw 等)を用いて説明を行う。フォトマスク上の実際の寸法は投影像側のM倍となるが、フォトマスクを設計する際にも、投影倍率を考慮に入れず、投影時の寸法で設計することが一般的であるため、投影像側に換算した値で議論する方が実用的だからである。
【0039】
図5に、本発明のフォトマスクを用いて得られる投影像の光学シミュレーションの結果を示す。図5は、図1(c)に示したマスクパターンを用いた場合の光学シミュレーションの結果である。光学シミュレーションの条件は、波長365nm、投影レンズの開口数0.57、照明光の可干渉度(σ値)0.2である。図5には、(b)dw =0.9μm、Lw =0.28μmの場合、(c)dw =1.2μm、Lw =0.35μmの場合と併せて、比較のために(a)通常のマスク(0.4μm×0.4μmの開口)の場合を示している。いずれのフォトマスクを用いた場合にも、ベストフォーカス(デフォーカス量:0μm)を中心としてプラス・マイナス両デフォーカス方向に対称に投影像が形成される。図5には、プラス側にデフォーカスした場合の投影像を示している。通常のフォトマスクを用いた場合には(図5(a))、ベストフォーカス時に光強度が最も高く、デフォーカスに伴って投影像が劣化してゆく。これに対し、本発明のフォトマスクを用いた場合には(図5(b)、(c))、フォトマスクの中心部における光強度はデフォーカス時に最大となる。図5(b)の場合には、デフォーカス量が1.5μmのときに光強度が最大となり、図5(c)の場合には、デフォーカス量が2μmのときに光強度が最大となる。図6に、実際に図5(a)、(b)、(c)のフォトマスクを用いて、露光して得られたパターン寸法を示す。光学シミュレーションの結果から予測される値とよく一致している。一方、上記(表1)に示した単純な回折光の場合の計算結果とは若干ずれている。これは、周期性が低いこと、それぞれの微小開口の形状が四角形であり、大きさを持っていることに起因していると考えられる。しかし、上記(表1)に示した計算結果とのずれはそれほど大きくなく、大まかな見通しを得るためには有効である。
【0040】
次に、本発明の焦点位置の制御を行うフォトマスクの設計手法について説明する。まず、パターンを形成すべき基板の最大段差を推定し、この高さの差に相当する焦点変動量fw を与えるdw 又はdr を、上記(数6)、(数7)から求める。ここで、dr が小さすぎる場合には、回折光が投影レンズを通過することができないので、回折パターンは形成されない。回折光が十分に投影レンズを通過するためには、下記(数8)の関係を満たすのが望ましい。
【0041】
【数8】
【0042】
一方、十分な回折光強度を得ることができ、かつ、フォトマスクを容易に製造することができることから、図1にLとして示した微小開口の寸法(あるいは幅)は、下記(数9)の関係を満たすのが望ましい。
【0043】
【数9】
【0044】
これまで述べてきた例では、焦点位置の制御を目的としてフォトマスクを設計する場合について説明した。これに対し、焦点位置の制御以外の目的でフレネルゾーンプレートを利用することもできる。フレネルゾーンプレートはレンズとして機能する。すなわち、フレネルゾーンプレートには光を集光する機能がある。投影露光用のフォトマスクとしてフレネルゾーンプレートを用いることにより、通常のフォトマスクを用いた場合よりもはるかに高い光強度を有する投影像を得ることが可能となる。この場合、より大きな光強度を得ることを目的としているため、図7(a)〜(e)に示すような、中心部に開口パターンを有するフォトマスクが有効である。また、図7(f)〜(h)に示すような、外周部に2重以上の開口パターンを配置したフォトマスクも有効である。但し、すでに述べたように、フレネルゾーンプレートは外周部ほど微細パターンとなり、高い空間周波数成分となるため、外周部からの回折光は投影レンズを通過することができなくなる。このため、実用的には、マスクパターンの設計は上記(数3)に従わず、外側の開口パターンの幅、及び内側の開口パターンとの間隔を広くとることが必要となる。このように設計したフォトマスクを用いた場合にも、高い光強度を有する投影像を得ることができる。図8(a)にマスクパターン、図8(b)にこのマスクパターンを用いた場合の投影像を示す。フォトマスクの遮光パターンの幅を0.4μm、開口パターンの幅を0.3μmとした。投影露光装置の条件としては前記と同じ条件を用い、デフォーカス量を0μmから3μmまで変化させた。図8に示すように、ベストフォーカス時(デフォーカス量:0μm)には、フォトマスク上のパターンがそのまま投影される。デフォーカスに伴って、フレネル回折パターンが投影されるようになる。デフォーカス量が1〜2μmの場合に光強度はピークを持っており、そのときのピークの相対光強度は2以上となっている。ここで、相対光強度とは、十分に広い開口部での光強度で規格化した光強度のことであり、この値が1を超えているということは、光が集光されていることを意味する。露光工程のスループットは露光時間に比例するので、同一の露光装置を用いて照射エネルギーを増すことができれば、スループットを向上させることができる。この方法では、形成できるパターンに制限があるが、この方法は孤立したパターンを形成しようとする場合に有効な方法である。
【0045】
本発明においては、光の干渉を利用することによってパターンが形成される。従って、照明光の可干渉度(σ値)を制御することが重要となる。通常、投影露光装置のσ値は、照明光学系のレンズの開口数NAiと投影レンズの開口数NAとの比として、下記(数10)のように表記される。
【0046】
【数10】
【0047】
図9に、σ値を0.1から0.6まで変化させた場合の光強度分布の光学シミュレーションの結果を示す。光学シミュレーションの条件は、波長365nm、投影レンズの開口数0.57、デフォーカス量1.5μmである。フォトマスクとしては、図1(c)に示す8個の正方形状の微小開口パターンからなるフォトマスク(dw =0.9μm,Lw =0.28μm)を想定した。図9に示すように、干渉性の低い照明を用いた場合には、十分な集光効果を得ることができないことが分かる。σ値が0.5以上では、結像コントラストが低いため、本発明のフォトマスクを用いて露光する場合には、投影露光装置のσ値を0.5以下、特に望ましくは0.3以下にする必要がある。従来においては、σ値が0.5〜0.6程度に固定された縮小投影型の露光装置が主流であった。このような従来の露光装置であっても、照明絞りを径の小さいものに替えることにより、σ値を小さくすることは可能であった。しかし、この方法には、照射エネルギーの低下(照射エネルギーはσ値の二乗に比例)、照度の均一性の低下、レンズ歪みの増加などの問題があり、現実的ではなかった。最新の縮小投影型の露光装置は、投影レンズの開口数とσ値を変化させることができるように設計されており、このような露光装置を用いれば、上記のような問題を引き起こすことなく、σ値を小さくした状態で露光することが可能となる。
【0048】
集積回路は、平坦な半導体基板に加工を施し、様々な機能を有する素子を組み合わせることによって作製される。この場合、半導体基板に施される加工は、主として基板上への膜の堆積と、堆積した膜の選択的なエッチングである。このため、エッチングされた部分と残った部分には高さの差が生じる。その差は半導体素子の製造工程を経るに従って大きくなる。図10に、半導体素子の断面図を模式的に示す。図10に示す半導体素子は、以下のようにして作製される。まず、平坦な半導体基板(シリコン基板)6を選択的に酸化することにより、素子間を分離するためのシリコン酸化膜7(膜厚t1 )を形成する。次いで、その上にポリシリコン膜8(膜厚t2 )を堆積し、部分的にエッチングすることにより、ゲート電極を形成する。さらに、その上に層間膜としてシリコン酸化膜9を堆積した後、シリコン酸化膜7上のポリシリコン膜8の上と半導体基板6の上にそれぞれコンタクトホール9a、9bを開口する。次いで、その上にアルミ膜10(膜厚t3 )を堆積し、部分的にエッチングすることにより、配線層を形成する。次いで、層間膜(シリコン酸化膜11)と配線層のパターン形成を繰り返して、半導体素子を作製する。通常、LSIにおいては、配線層は2〜5層程度形成されるが、配線層の数が多くなるほど、半導体基板6上の段差は大きくなる。また、超LSIにおいては、半導体素子の数が1万個を超えるような複雑な回路が構成される。このような場合には、半導体基板上の段差に応じて、本発明のマスクパターンを利用しようとしても、個々のコンタクトホールを形成すべき場所の高さを推定し、1つずつパターンを置き換えることは容易ではない。このような場合には、マスクデータから基板上の高さ分布を推定し、単純な矩形のマスクパターンから本発明のマスクパターンに自動的に変換するような手順が必要となる。
【0049】
図10に示すように、層間膜(シリコン酸化膜9等)に対しては、コンタクトホールを開口するだけで、大面積のパターンをエッチングすることがないため、高さの差が生ずるのは、主として素子分離パターン(シリコン酸化膜7)、ゲートパターン(ポリシリコン膜8)、配線パターン(アルミ膜10)によってである。従って、2層目以降の配線層の膜厚をt4 、t5 、・・・とすれば、基板上の最大高低差は、下記(数11)のように表記される。
【0050】
【数11】
【0051】
従って、各配線層へのコンタクトホールの形成を想定した場合、それぞれのコンタクトホールを形成する場所の高さは、それまでに施された加工に用いられたマスクデータから推定することが可能となる。素子分離パターンを形成するためのフォトマスクのマスクデータをM1、ゲートパターンを形成するためのフォトマスクのマスクデータをM2、コンタクトホールを形成しようとしている基板にすでに使用された配線パターンを形成するためのフォトマスクのマスクデータを順番にM3、M4、M5、・・・、Mnとすれば、M1からMnまでのマスクデータのすべてが重なり合う領域(AND領域)として表されるデータ領域が基板上で最も高い領域となる。一方、M1〜Mn間でマスクデータが全く存在しない領域(OR領域のNOT部分)が基板上で最も低い領域となる。簡単な例を挙げれば、上述のマスクデータがすべて重なり合う領域(AND領域)に存在するコンタクトホールのみを本発明のマスクパターンに変換することができる。あるいは逆に、マスクデータが全く存在しない領域(OR領域のNOT部分)に存在するコンタクトホールのみを本発明のマスクパターンに変換してもよい。実際には、M1からMnまでのマスクデータ間の簡単な演算処理により、さらにきめ細かな高さの推定が可能となり、それに応じた細かなコンタクトホールパターンデータの生成が可能となる。具体的には、それぞれの層の膜厚を重ね合わせによって計算することにより、高さをいくつかの段階に分けて、それぞれに最も適したマスクパターンを選択的に配置することも可能である。
【0052】
以下に、マスクデータの具体的な生成方法、そのマスクデータを有するフォトマスクを用いた露光方法について説明する。図11の最上段に、半導体素子を製造するための加工の原図となるマスクデータを示す。M1〜M4は上記各層に相当するマスクデータであり、マスクデータM4を有するフォトマスクを用いて形成した配線層の上にコンタクトホールを形成する場合を想定する(元マスクデータ:H1)。M1からM4までのマスクデータの共通部分(AND領域)をMRで示す。このMR部分が基板上で最も高い位置に相当する。このMRとH1の共通のマスクデータ(AND領域)をH2とすれば、H2は基板上の最も高い位置に形成すべきコンタクトホールに対応したマスクデータとなる。さらに、この最も高い位置に形成すべきコンタクトホールに対応したマスクデータH2を、図1に示す本発明のマスクパターンで置き換えたマスクデータをH3とする。H1からH2を引いたマスクデータをH1′とし、H1′とH3を足したマスクデータをH4とすれば、このH4が、マスクデータM4を有するフォトマスクを用いて形成した配線層の上にコンタクトホールを形成する場合の露光に用いられるべきフォトマスクのマスクデータとなる。
【0053】
実際には、M1〜M4に対応する層の膜厚t1 〜t4 は、t1 =0.1μm、t2 =0.5μm、t3 =0.7μm、t4 =0.7μmであり、総合段差(これらの層がすべて除去された部分との高低差)は2μmである。投影露光装置の焦点深度DOFは、投影レンズの開口数の二乗に反比例し、露光波長に比例する(DOF=λ/NA2 )ので、開口数の大きい投影レンズを備えた投影露光装置を用いた場合に得られる焦点深度は1〜1.5μm程度しかない。このため、このような段差の上下で微細なコンタクトホールを形成することは困難であった。本発明のフォトマスク(マスクデータH4を有するフォトマスク)を用いれば、最大段差上においてはフレネル回折を利用したフォトマスクによって、それ以外の部分においては通常のフォトマスクによってどちらも良好なコンタクトホールパターンを形成することができる。マスクデータH3としては、図5(b)に示したのと同じ、dr =0.9μm、Lr =0.28μmのマスクパターンを用いた。
【0054】
2層目のアルミ配線層を形成した後、層間膜として膜厚0.5μmのBPSG膜を堆積した半導体基板上に、膜厚1μmのポジ型フォトレジストを塗布した。次いで、i線ステッパ(NA=0.57、σ=0.3)によりマスクデータH4を有するフォトマスクを用いて露光した。これにより、0.5μmのコンタクトホールを段差の上下で1.2μmの焦点範囲で形成することができた。一方、マスクデータH1を有するフォトマスク(通常のフォトマスク)を用いて同一の基板上にパターンを形成した場合には、段差の上下で同時に0.5μmのコンタクトホールが形成される焦点範囲は0.3μmであった。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のフォトマスクの製造工程を大幅に変えることなく、焦点位置を制御することが可能な投影露光用フォトマスクを実現することができるので、段差を有する半導体基板上に所望のパターンを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の投影露光用フォトマスクのマスクパターンを示す平面図である。
【図2】本発明の投影露光用フォトマスクの原理を示す説明図である。
【図3】本発明のイメージ形成の原理を示す説明図である。
【図4】本発明の投影露光用フォトマスクによるフレネル回折像の形成を示す説明図である。
【図5】本発明の投影露光用フォトマスクを用いて得られる投影像の光学シミュレーションの結果を示す説明図である。
【図6】本発明の投影露光用フォトマスク用いて、露光して得られたパターン寸法を示す図である。
【図7】本発明の投影露光用フォトマスクのマスクパターンの他の例を示す平面図である。
【図8】本発明の投影露光用フォトマスクを用い、デフォーカス量を変化させた場合の投影像を示す図である。
【図9】本発明の投影露光用フォトマスクを用い、照明光の可干渉度(σ値)を変化させた場合の光強度分布の光学シミュレーションの結果を示す図である。
【図10】本発明の投影露光用フォトマスクを用いて作製された半導体素子を示す断面図である。
【図11】本発明の投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法を示す説明図である。
【図12】(a)は従来技術における投影露光用フォトマスクを示す断面図、(b)は従来技術の投影露光用フォトマスクによる効果を示す図である。
【符号の説明】
1 フレネルゾーンプレート
2 遮光パターン
3 平行光線
4 投影レンズ
5 集光レンズ
6 半導体基板(シリコン基板)
7 シリコン酸化膜(素子分離層)
8 ポリシリコン膜(ゲート電極)
9、11 シリコン酸化膜(層間膜)
9a、9b コンタクトホール
10 アルミ膜(配線層)
Claims (13)
- 半導体素子の製造工程で用いられる投影露光用フォトマスクであって、
開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられたことを特徴とする投影露光用フォトマスク。 - 投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNAとしたとき、微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数1)の関係を満たす請求項1に記載の投影露光用フォトマスク。
[数1]
(λ/NA)・M<dr - 微小開口パターンの中心位置と、本来の開口パターンの中心位置との距離dを、パターンを形成する位置の基板上の高さに応じて変化させた請求項1に記載の投影露光用フォトマスク。
- 投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数1A)の関係を満たす請求項3に記載の投影露光用フォトマスク。
[数1A]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M))) - 微小開口パターンの最小開口幅をLwとしたとき、開口パターンの外周部に同一の最小開口幅Lwを有する前記微小開口パターンが、2重に配置された請求項1に記載の投影露光用フォトマスク。
- 半導体素子の製造工程で用いられる投影露光用フォトマスクであって、
開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって囲まれ、
投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数1B)及び(数1C)の関係を満たすことを特徴とする投影露光用フォトマスク。
[数1B]
(λ/NA)・M<dr
[数1C]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M))) - 開口パターン及び微小開口パターンは、x−y直交座標系で定義される請求項1〜6のいずれか1項に記載の投影露光用フォトマスク。
- 半導体基板上に所望のパターンを形成するために用いられる投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法であって、
前記所望のパターンを形成するまでに前記半導体基板に施された加工に用いられるフォトマスクのマスクデータから前記所望のパターンを形成すべき各々の位置の前記半導体基板上の高さを推定し、その高さに応じて本来の開口パターンを前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えることを特徴とする投影露光用フォトマスクのマスクデータの生成方法。 - 投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、
前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられ、
投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数1D)及び(数1E)の関係を満たすことを特徴とする投影露光方法。
[数1D]
(λ/NA)・M<dr
[数1E]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M))) - 投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、
前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えられ、
前記微小開口パターンの最小開口幅をLwとしたとき、前記開口パターンの外周部に同一の最小開口幅Lwを有する前記微小開口パターンが、2重に配置されていることを特徴とする投影露光方法。 - 投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、
前記投影露光用フォトマスクは、開口パターンの少なくとも1つが、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって囲まれ、
投影露光装置の縮小倍率をM、露光光源の波長をλ、投影レンズの開口数をNA、マスク設計データから推定される基板段差高さをfwとしたとき、前記微小開口パターンの中心位置間の距離drが、下記(数1F)及び(数1G)の関係を満たすことを特徴とする投影露光方法。
[数1F]
(λ/NA)・M<dr
[数1G]
fw=(dr/M)/2tan(sin-1(λ/(dr/M))) - 投影露光用フォトマスクを用いて露光する投影露光方法であって、
前記フォトマスクの開口パターンの少なくとも1つを、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えたフォトマスクを用い、
投影露光装置の照明光の可干渉度を0.5以下にすることを特徴とする投影露光方法。 - 開口パターンの少なくとも1つを、前記開口パターンの周辺部に対称に配置された微小開口パターンによって置き換えた投影露光用フォトマスクを用いて、半導体基板上に所望のパターンを形成する半導体素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02799197A JP4197362B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02799197A JP4197362B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10221837A JPH10221837A (ja) | 1998-08-21 |
JP4197362B2 true JP4197362B2 (ja) | 2008-12-17 |
Family
ID=12236302
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02799197A Expired - Lifetime JP4197362B2 (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4197362B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8896808B2 (en) * | 2006-06-21 | 2014-11-25 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and method |
JP5784657B2 (ja) * | 2013-02-26 | 2015-09-24 | 株式会社東芝 | フォーカス位置調整装置、レチクル、フォーカス位置調整プログラムおよび半導体装置の製造方法 |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP02799197A patent/JP4197362B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10221837A (ja) | 1998-08-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3275863B2 (ja) | フォトマスク | |
KR101751576B1 (ko) | 극자외선 리소그래피 공정, 및 쉐도우 현상이 감소되고 강도가 향상된 마스크 | |
US5532090A (en) | Method and apparatus for enhanced contact and via lithography | |
JPH03267940A (ja) | マスク及びその製造方法並びにマスクを用いたパターン形成方法 | |
JP2011199321A (ja) | リソグラフ方法 | |
TW201729008A (zh) | 極紫光微影製程方法 | |
JP2980580B2 (ja) | フォトマスクおよび電子コンポーネントの製造方法 | |
JPH04269750A (ja) | 離隔特徴をフォトレジスト層に印刷する方法 | |
US20010005619A1 (en) | Method of forming photomask and method of manufacturing semiconductor device | |
US5418093A (en) | Projection exposure method and an optical mask for use in projection exposure | |
US5849438A (en) | Phase shift mask and method for fabricating the same | |
JP3955815B2 (ja) | シェブロン照明を使ってフォトマスクを照明する方法 | |
JP4804802B2 (ja) | フォトマスク及びこれを用いたパターン製造方法 | |
US6306558B1 (en) | Method of forming small contact holes using alternative phase shift masks and negative photoresist | |
TWI570773B (zh) | 微影系統中的微影製程、光罩與其產生方法 | |
JPH09120154A (ja) | 偏光マスク及びその製作方法及びそれを用いたパターン露光方法及びそれを用いたパターン投影露光装置 | |
US6630408B1 (en) | Self alignment process to fabricate attenuated shifting mask with chrome border | |
JP4197362B2 (ja) | 投影露光用フォトマスク、そのマスクデータの生成方法、そのフォトマスクを用いた投影露光方法及び半導体素子の製造方法 | |
JP4345821B2 (ja) | 露光用マスク及びパターン形成方法 | |
US9658531B2 (en) | Semiconductor device resolution enhancement by etching multiple sides of a mask | |
KR100846678B1 (ko) | 반도체 제조에서 포토리소그래피 시스템 및 방법 | |
JP5863343B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP2001222098A (ja) | 位相シフトマスクを用いたリソグラフ法 | |
JPH0371133A (ja) | 半導体装置用マスク | |
JP2004095898A (ja) | 半導体装置の製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040210 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051025 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070109 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070227 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080222 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080527 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080604 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080902 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080926 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111010 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121010 Year of fee payment: 4 |