JP4625779B2 - パターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法 - Google Patents

パターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法 Download PDF

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Description

本発明は、半導体製造装置の製造方法に係り、特に、リソグラフィ工程におけるパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法に関する。
半導体装置が微細化されるに伴い、従来のリソグラフィ技術ではランダムに配置された微細なパターン、例えば、コンタクトホールを形成することが困難になってきている。これは、パターンに周期性がないため、周期的パターンと比較すると、リソグラフィの解像度が低く、プロセスマージンも狭くなるためである。
ランダムに配置されたコンタクトホールパターンを形成する方法が、特許文献１及び非特許文献１、２に開示されている。この方法は、パックアンドカバー（Pack and Cover）プロセスと呼ばれる。図１は、パックアンドカバープロセスを説明するために示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。この方法は、図１（ａ），（ｂ）に示したように、半導体基板１の上方に形成された被加工膜５に、２層に重ねて形成した感光性樹脂膜１０，２０（以下、レジスト膜と呼ぶ）を用いて所望の配置の微細なコンタクトホールパターン３４を形成する方法である。
先ず、周期的に配置された微細なコンタクトホールパターン１４を第１のレジスト膜１０に形成する。これは、周期的パターンの方がランダムなパターンより、より小さい寸法のパターンを広いフォーカスマージンで形成できるためである。次に、全面に第２のレジスト膜２０を形成し、所望のコンタクトホール部のみを選択的に開口する選択的開口レジストパターン２４を形成する。このようにして、ランダムに配置された所望のコンタクトホールパターン３４を開口することができる。
しかしながら、実際には、第２のレジスト膜２０を形成したときに、周期的コンタクトホールパターン１４は、第２のレジスト膜２０で埋められてしまう。このような状態で、第２のレジスト膜２０に選択的開口レジストパターン２４を形成すると、図１（ａ），（ｂ）に示したように、選択的開口レジストパターン２４の現像時に第２のレジスト膜２０’が周期的コンタクトホールパターン１４の内壁に残ることがある。このため、選択的開口レジストパターン２４形成後のコンタクトホールパターン３４の仕上り寸法は、最初に形成した周期的コンタクトホールパターン１４よりも小さくなることがある。
さらに、実際に形成されるコンタクトホールパターン３４の仕上り寸法は、選択的開口パターン種、例えば、シングルホール、ツインホール等によって影響される。さらに、選択的開口パターン種に拘らず、選択的開口パターンの寸法の大小によっても影響される。すなわち、選択的開口レジストパターン２４が小さい場合、例えば、シングルホールの場合に、形成されるコンタクトホールパターン３４の仕上り寸法が小さくなってしまうという問題がある。
米国特許第６，６６４，０１１Ｂ２号明細書 特開２００５−２７５３８６号公報 Ｂ．Ｊ．リン(B. J. Lin)；「半導体製造工場、リソグラフィ及びパートナーズ（Semiconductor Foundry, Lithography, and Partners）」, Proc. SPIE 4688, pp. 31-44, 2002. Ｃ．チャン(C. Chang et. al.)他４名；「二重露光技術（ＤＥＴ）を使用することによる低近接コンタクトホール形成（Low Proximity Contact Holes Formation by Using Double Exposure Technology (DET)）」, Proc. of SPIE, Vol. 5040, pp. 1241-1246, 2003.
本発明は、形成すべき微細パターンの配置に依存することなく、ランダムに配置された微細パターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供する。
本発明の１態様によるパターン形成方法は、半導体基板の上方に形成された被処理膜上に第１の感光性樹脂膜からなる周期的に配置された第１のコンタクトホールパターンを形成する工程と、前記第１の感光性樹脂膜上に複数の開口パターン種を含む第２の感光性樹脂膜からなる選択的開口パターンを形成して、該選択的開口パターンにより選択された複数の前記第１のコンタクトホールパターンの位置に第２のコンタクトホールパターンを選択的に形成する工程とを具備するパターン形成方法であって、前記第１のコンタクトホールパターンを形成する工程は、複数の前記第２のコンタクトホールパターンの寸法が同等になるように前記複数の開口パターン種に応じて補正された寸法を有する第１のコンタクトホールパターンを形成することを含むことを特徴とする。
本発明の別の１態様によるパターン形成方法は、半導体基板の上方に形成された被処理膜上に第１の感光性樹脂膜からなる周期的に配置された第１のコンタクトホールパターンを形成する工程と、前記第１の感光性樹脂膜上に複数の開口パターン種を含む第２の感光性樹脂膜からなる選択的開口パターンを形成して、該選択的開口パターンにより選択された複数の前記第１のコンタクトホールパターン位置に第２のコンタクトホールパターンを選択的に形成する工程とを具備するパターン形成方法であって、前記選択的開口パターンを形成することは、前記第２の感光性樹脂に照射される全実効光量が前記複数の開口パターン種について等しくなるように補正することを含み、複数の前記第２のコンタクトホールパターンは、前記複数の開口パターン種に依存しない同等の寸法を有することを特徴とする。
本発明により、形成すべき微細パターンの配置に依存することなく、ランダムに配置された微細パターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法が提供される。
本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、一貫して対応する参照符号で示している。以下の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。
本発明は、２層の感光性樹脂膜（以下、レジスト膜と呼ぶ）を用いてランダムに配置された微細なパターン、例えば、コンタクトホールパターンを形成する際に補正を行う、例えば、レチクルを補正することにより微細パターンの配置に依存しないほぼ一様な寸法を有する微細パターン、例えば、コンタクトホールパターンを形成する、パターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供する。
２層のレジスト膜は、周期的パターン、例えば、格子点上にコンタクトホールが配置された格子点状コンタクトホールパターンを形成した下層の第１のレジスト膜、及びその上に選択的開口パターン、例えば、シングルホール、ツインホール、完全抜き領域パターンを形成した上層の第２のレジスト膜である。
本明細書では、補正方法の例として、（１）第１のレジスト膜で形成する格子点状コンタクトホールパターンの寸法を予め補正する方法、（２）第２のレジスト膜からなる選択的開口レジストパターンを形成するために使用する選択的開口レチクル上に形成された選択的開口レチクルパターンの寸法を補正する方法、（３）補助開口レチクルを用いて選択的開口パターン露光時に第２の感光性樹脂に照射される実効光量を補正する方法、（４）選択的開口レチクル上に形成された選択的開口レチクルパターンの透過率を補正する方法を説明するが、これらに限定されるものではない。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、第１のレジスト膜で形成する周期的パターン、例えば、格子点状コンタクトホールパターンの寸法をその後に形成する対応する選択的開口パターン種に応じて予め補正することにより、ランダムに配置されていても一様な寸法を有するコンタクトホールパターンを形成する、レジストパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供する。
本実施形態によるレジストパターンの形成方法は、第１のレジスト膜の格子点状コンタクトホールパターンの寸法を、その上に形成する第２のレジスト膜の選択的開口パターン種、例えば、シングルホール、ツインホール、クァッドホール、完全抜き領域、等に応じて予め補正する。これにより、第２のレジスト膜に形成する選択的開口パターン種に依存しないほぼ一様な寸法を有するランダムに配置されたコンタクトホールパターンを形成することが可能なレジストパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供できる。
図２は、選択的開口レジストパターン２４Ｘを第２のレジスト膜２０に形成するために使用する第２のレチクル２１上に形成された選択的開口レチクルパターン２２ｘ、及びウェーハ上に形成されるレジストパターンの例を示す。図２（ａ）から（ｄ）は、選択的開口レチクルパターン２２ｘの例を示す図であり、図２（ｅ）から（ｈ）は、第２のレジスト膜２０からなる選択的開口レジストパターン２４Ｘと第１のレジスト膜１０からなる格子点状コンタクトホールパターン位置に開口されたコンタクトホールパターン３４Ｘとの関係を示す図である。図示されたように、第２のレチクル２１、すなわち、選択的開口レチクルは、コンタクトホールパターン３４Ｓを１個だけ開口するシングルホール開口レチクルパターン２２ｓ、２個を開口するツインホール開口レチクルパターン２２ｔ、４個を開口するクァッドホール開口レチクルパターン２２ｑ、及び広い領域のコンタクトホールパターン３４Ｗを開口する完全抜き領域開口レチクルパターン２２ｗ、等の種々の選択的開口レチクルパターン種２２ｘを含む。この第２のレチクル２１を使用して上記の選択的開口レチクルパターン種２２ｘに対応して第２のレジスト膜２０からなる種々の選択的開口レジストパターン２４Ｓ，２４Ｔ，２４Ｑ，及び第２のレジスト膜２０を広い範囲で完全に抜いてしまう領域２４Ｗが形成される。尚、完全抜き領域２４Ｗは、図２（ｈ）では便宜上、図の外形線上に参照符合２４Ｗを付して示したが、実際には第２のレジスト膜２０は図に示された領域よりはるかに広く開口される。
選択的開口レジストパターン２４形成後に開口されるコンタクトホールパターン３４の寸法は、選択的開口レジストパターン種２４Ｘによらず一定であることが望ましい。しかし、実際には、格子点状コンタクトホールパターン１４の寸法が小さくなると、選択的開口レジストパターン種２４Ｘに依存して開口されるコンタクトホールパターン３４Ｘの寸法が変化する。
例えば、はじめに第１のレジスト膜１０からなる１８０ｎｍピッチで９０ｎｍの寸法を有するコンタクトホールパターン１４を形成した後、第２のレジスト膜２０からなる選択的開口レジストパターン２４Ｘを形成する場合を例に説明する。完全抜き領域の選択的開口レチクルパターン２２ｗを使用して形成したコンタクトホールパターン３４Ｗの寸法が８５ｎｍであったのに対して、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓを使用して形成したコンタクトホールパターン３４Ｓの寸法は７５ｎｍであり、１０ｎｍも差がついてしまった。ここでは、シングルホール開口レチクルパターン２２ｓの一辺の寸法は、ウェーハ上で格子点状コンタクトホールパターン１４のピッチと同じ１８０ｎｍ×１８０ｎｍになるようにした。なお、本明細書では、理解を容易にするためにレチクルのパターン寸法を露光されるレジスト膜（ウェーハ）上の値に換算して表示する。例えば、スキャナの縮小率を１／４とすると、上記のウェーハ上で１８０ｎｍ×１８０ｎｍの選択的開口パターン寸法は、レチクル上での実際の開口レチクルパターン寸法が７２０ｎｍ×７２０ｎｍになる。
上記のようにシングルホール部分のコンタクトホールパターン３４Ｓと、完全抜き領域のコンタクトホールパターン３４Ｗで寸法が異なったのは、選択的開口レチクルパターン２２ｘの寸法が小さくなるとレジスト膜２０上に形成される光学像（選択的開口パターン）２４Ｘの光強度が急激に低下するためである。（尚、本明細書では、ウェーハ（レジスト膜）上に照射される光の強度を単に“光強度”と表し、レチクル上に照射される光の強度を“露光強度”と表す。）光強度分布の一例を図３に示す。図３は、格子点状コンタクトホールパターン１４のピッチを１５０ｎｍとし、第２のレチクル２１上に形成した種々の選択的開口レチクルパターン２２ｘで露光した場合に、ウェーハ上で得られる光強度分布を示す。スキャナの照明条件は、例えば、ＮＡ＝０．７、σ＝０．３の通常照明である。図３（ａ）は、１５０ｎｍ×１５０ｎｍのシングルホール開口レジストパターン２４Ｓの光強度分布、（ｂ）は１５０ｎｍ×３００ｎｍのツインホール開口レジストパターン２４Ｔの長辺側の光強度分布、及び（ｃ）は完全抜き領域２４Ｗの光強度分布である。シングルホール選択的開口レジストパターン２４Ｓでは、第２のレジスト膜２０上に照射される光強度が急激に弱くなることが分かる。完全抜き領域２４Ｗの場合の光強度を１とすると、シングルホール選択的開口レジストパターン２４Ｓの中心での光強度は０．３８に低下し、ツインホール選択的開口レジストパターン２４Ｔの場合でも０．８８に低下する。さらに、開口すべき格子点状コンタクトホールパターン１４のエッジの最も光強度が弱くなる部分（中心から±３７．５ｎｍ及び±１１２．５ｎｍ）では、さらに光強度が低下して、それぞれ０．３、０．２６になる。
選択的開口レジストパターン２４の光強度が弱くなると、第２のレジスト膜２０に照射される光量が少なくなる。この結果、第２のレジスト膜２０の現像時に溶解速度が低下し、格子点状コンタクトホールパターン１４の側面に残る第２のレジスト膜２０’（図１（ｂ）参照）の厚さが厚くなる。その結果、開口されるコンタクトホールパターン３４の仕上り寸法が小さくなる。
そこで、第１の実施形態では、図４及び図５に例示したように、第１のレジスト膜１０で形成する格子点状コンタクトホールパターン１４の寸法を、その上に形成する第２のレジスト膜２０の選択的開口レジストパターン種２４Ｘに応じて予め補正して形成する。これにより、上記の選択的開口レジストパターン種２４Ｘに依存するコンタクトホールパターン３４Ｘの寸法変動を補正する。
図４は、シングルホールのコンタクトホールパターン３４Ｓを形成する場合であり、図５は、完全抜き領域のコンタクトホールパターン３４Ｗを形成する場合である。各図の（ａ）は、第１のレチクル１１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘを示し、（ｂ）は、ウェーハ上の第１レジスト膜１０からなる格子点状コンタクトホールパターン１４Ｘを示す。（ｃ）は、第２のレチクル２１の選択的開口レチクルパターン２２ｘを示し、（ｄ）は、第２レジスト膜２０からなる選択的開口レジストパターン２４Ｘ、及び開口されるコンタクトホールパターン３４Ｘを示す。
本実施形態では、シングルホール選択的開口レジストパターン２４Ｓによりコンタクトホールパターン３４Ｓが開口される部分に対応する格子点状コンタクトホールパターン１４Ｓを予め他の部分より大きく形成する。具体的な格子点状コンタクトホールパターン１４の補正方法を下記に説明する。
上記したように、最初に設計値どおり第１のレジスト膜１０からなる９０ｎｍの寸法のコンタクトホールパターン１４を形成した後、選択的開口レジストパターン２４Ｘを形成した場合、実際には、シングルホール選択的開口レジストパターン２４Ｓでは７５ｎｍのコンタクトホールパターン３４Ｓが形成され、完全抜き領域２４Ｗでは８５ｎｍのコンタクトホールパターン３４Ｗが形成された。すなわち、設計コンタクトホール寸法９０ｎｍより、それぞれ１５ｎｍ、５ｎｍ小さいコンタクトホールパターン３４Ｓ，３４Ｗが形成された。そこで、上記の寸法変化量を考慮して、シングルホールのコンタクトホールパターン３４Ｓを形成する領域では、（９０＋１５）＝１０５ｎｍの寸法の格子点状コンタクトホールパターン１４Ｓを形成し、完全抜き領域でコンタクトホールパターン３４Ｗを形成する領域では、（９０＋５）＝９５ｎｍの格子点状コンタクトホールパターン１４Ｗを形成する。これを実現するために、形成する選択的開口レジストパターン種２４Ｘに応じて対応する第１のレチクル１１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘ、例えば、１２ｓ、１２ｗの寸法を、ウェーハ上でそれぞれ１５ｎｍ、５ｎｍ大きく補正して形成する。
このように寸法に補正を加えて形成した格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｓ、１２ｗを用いることにより、選択的開口レジストパターン種２４Ｘに依存しない、設計寸法に等しい仕上り寸法を有するコンタクトホールパターン３４Ｘを形成することができる。
図４では、シングルホール選択的開口パターンを形成する場合に、開口される領域の１個の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｓのみの寸法を補正するように図示したが、開口されない格子点状コンタクトホールパターン１２及び開口される格子点状コンタクトホールパターン１２ｓのすべて寸法を同じに補正することができる。
上記の例では、選択的開口レジストパターン２４が、シングルホール２４Ｓの領域と完全抜き２４Ｗの領域とが混在する場合について述べたが、ツインホール２４Ｔの領域やその他の選択的開口レジストパターン種２４Ｘの領域が混在する場合であっても、同様な手法でそれぞれ補正した第１のレチクル１１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘを使用することができる。
これまでに説明してきたように、第２のレジスト膜２０で形成する選択的開口レジストパターン種２４Ｘに応じて、第１のレジスト膜１０の格子点上に配置した格子点状コンタクトホールパターン１４Ｘの寸法を予め補正して形成することにより、格子点の任意の位置に選択的開口レジストパターン種２４Ｘに依存しない一様な寸法のコンタクトホールパターン３４Ｘを形成することができる。
本実施形態によりコンタクトホールパターン３４を形成するためには、格子点状コンタクトホールパターン１４を形成するために使用する第１のレチクル１１作成のために必要なレチクルパターンデータを作成することが要求される。図６は、レチクルパターンデータの作成方法を説明するために示す工程フロー図の一例である。以下に図６を参照して本実施形態のレチクルパターンデータの作成方法を説明する。
工程１０２において、格子点状コンタクトホール（Ｃ／Ｈ）レチクルパターン１２のうち、選択的開口パターンにより開口される部分に対応する第１のレチクル１１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘｉの寸法をＭｘ１，Ｍｘ２，．．．，Ｍｘｎに変化させた試験用の第１のレチクル１１を作成する。図４に示した例では、開口されない部分に対応する格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２の寸法は、第１のレジスト膜からなる格子状コンタクトホールパターン１４が、安定に形成できる寸法であればよい。ただし、ある選択的開口レジストパターン種２４Ｘ、例えば、シングルホール２４Ｓに対応する領域全体の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２、１２ｓの寸法を同じにできる場合にはすべて同じ寸法１２ｓにすることができる。いずれにせよ、開口されない部分に対応する格子点状コンタクトホールパターン１２は、補正後使用されるパターンを用いる。
工程１０４において、試験用の第１のレチクル１１を用いて第１のレジスト膜１０で格子点状コンタクトホールパターン１４を形成する。第１のレチクル１１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘｉの寸法Ｍｘ１，Ｍｘ２，．．．，Ｍｘｎに対応して、格子点状コンタクトホールパターン１４Ｘｉの寸法は、ＲＸ１，ＲＸ２，．．．，ＲＸｎになる。
次に、工程１０６において、種々の寸法の格子点状コンタクトホールパターン１４Ｘｉを有する第１のレジスト膜１０上に、第２のレジスト膜２０からなる種々の選択的開口レジストパターン種２４Ｘ、例えば、シングルホール２４Ｓ、ツインホール２４Ｔ、完全抜き領域２４Ｗ等を形成する。選択的開口レジストパターン２４Ｘを形成することにより、開口されたコンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法は変化する。その寸法変動は、レジスト膜を重ねたことによる寸法変動ではあるが、選択的開口レジストパターン種２４Ｘに依存するという特徴があり、選択的開口レジストパターン種２４Ｘ毎に補正する必要がある。
工程１０８において、第１の格子点状コンタクトホールレチクルパターン寸法１２ｘｉ毎に、それぞれの選択的開口レジストパターン種２４Ｘについて開口されたコンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法ＨＸｉを測定する。すなわち、シングルホール選択的開口レジストパターン２４Ｓに対するコンタクトホールパターン３４Ｓの仕上り寸法は、ＨＳ１，ＨＳ２，．．．，ＨＳｎであり、ツインホール２４Ｔに対しては、ＨＴ１，ＨＴ２，．．．，ＨＴｎであり、完全抜き領域２４Ｗでは、ＨＷ１，ＨＷ２，．．．，ＨＷｎ等である。第１のレジスト膜からなる格子点状コンタクトホールパターン形成直後には、コンタクトホールパターンの寸法はＲＸ１，ＲＸ２，．．， ＲＸｎであったが、第２のレジスト膜からなる選択的開口レジストパターン２４Ｘをその上に形成したことで、ＨＸ１，ＨＸ２，．．．，ＨＸｎに変化する。
次に、工程１１０において、それぞれの選択的開口レジストパターン種２４Ｘ毎にコンタクトホールパターン３４Ｘ仕上り寸法ＨＸが、設計コンタクトホール寸法Ｈｄに等しくなるコンタクトホールパターンを決定する。すなわち、ＨＳｘ＝ＨＴｙ＝．．．＝ＨＷｚ＝Ｈｄとなるｘ，ｙ，．．．，ｚを決定する。例えば、選択的開口レジストパターン種２４Ｘ毎に、開口される格子点状コンタクトホールレチクルパターン１２ｘの寸法Ｍｘｉに対して、選択的開口レジストパターン２４Ｘ形成後のコンタクトホールパターンＨＸｉの寸法をプロットして、Ｈｄに等しくなるコンタクトホールパターン寸法ＨＸｊを求める。
ｘ，ｙ，．．．，ｚが決定されると、それぞれに対応する第１のレチクル１１のレチクルパターン寸法Ｍｓｘ，Ｍｔｙ，．．．，Ｍｗｚが決定される（工程１１２）。このＭｘｉが、第１のレチクル１１に形成すべき補正された格子点状コンタクトホールレチクルパターン寸法になる。この補正されたパターン寸法から、補正されたレチクルパターンデータを作成する（工程１１４）。
上に述べたように、レチクルパターンデータを作成するにあたって注意しなければならないことは、レジスト膜を重ねたことによる寸法変動ではあるが、選択的開口パターン種に依存するのでパターン種毎に補正する必要があることである。第２のレジストパターンが単一の場合の補正は、特許文献２に開示されている。
このようにして、本実施形態によれば、形成すべきコンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種等に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態では、格子点状コンタクトホールパターンを１枚のレチクルを使用して形成する方法を述べたが、本変形例では、縦横に直交する上下２層のラインアンドスペースパターンを使用して格子点状コンタクトホールパターンを形成する方法を述べる。この場合には、上下層のスペースが重なる部分が格子点状コンタクトホールパターンになる。
直交する上下２層のラインアンドスペースパターンを使用すると、第１の実施形態のように１枚のレチクルを使用して格子点状コンタクトホールパターンを形成する場合よりもさらに微細なコンタクトホールを形成できる。このため、微細な選択的開口パターン、特にシングルホールの場合に、完全抜き領域との寸法差が大きくなる。したがって、寸法変動の補正は、より重要になる。
本変形例では、図７に例示したように、３枚のレチクル、すなわち、（ａ）下層レジスト膜５０にラインアンドスペースパターンＬ１，Ｓ１を形成するためのラインアンドスペースレチクルパターンｌ１、ｓ１を有するの第１のレチクル５１、（ｂ）上層レジスト膜６０にラインアンドスペースパターンＬ２，Ｓ２を形成するためのラインアンドスペースレチクルパターンｌ２、ｓ２を有するの第２のレチクル６１及び（ｃ）選択的開口レチクルパターン２２を形成するための選択的開口レチクルパターン２２を有する選択的開口レチクル２１を使用する。
本変形例によるレジストパターンの形成方法の一例を図８及び図９を参照して説明する。
第１のレチクル５１を用いて、図８（ａ），（ｂ）に示したように、例えば、縦方向の下層のラインアンドスペースパターンＬ１，Ｓ１を第１のレジスト膜５０で形成する。図８（ａ）は、形成された下層のラインアンドスペースパターンＬ１，Ｓ１の平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に８Ｂ−８Ｂで示した切断線に沿った第１のレジスト膜５０の断面図である。下層のラインアンドスペースパターンは、ライン幅Ｌ１よりスペース幅Ｓ１を広くして形成している。なお、図８の断面図では、着目しているレジスト膜の断面構造のみを示し、図１に示した半導体基板１及び被処理膜５を省略している。図８以降の断面構造を説明する図においても同様である。
次に、下層のラインアンドスペースパターンＬ１，Ｓ１を形成した第１のレジスト膜５０上に第２のレジスト膜６０を形成する。そして、図８（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示したように、第２のレチクル６１を用いて、上層のラインアンドスペースパターンＬ２，Ｓ２を第２のレジスト膜６０に形成する。上層のラインアンドスペースパターンＬ２，Ｓ２は、下層のラインアンドスペースパターンＬ１，Ｓ１と直交する、例えば、横方向に延びている。図８（ｃ）は、上層のラインアンドスペースパターンＬ２，Ｓ２を形成した後の平面図であり、図８（ｄ）は、図８（ｃ）に８Ｄ−８Ｄで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０の断面図であり、図８（ｅ）は、図８（ｃ）に８Ｅ−８Ｅで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０の断面図である。上下層のラインアンドスペースパターンのスペースＳ１，Ｓ２の交点に格子点状コンタクトホールパターン６４が形成される。しかし、図８（ｃ），（ｄ）に示したように、上層のパターン形成時に、下層のパターンのスペースＳ１内部に２層目のレジスト膜６０’がわずかではあるが残ってしまい、スペースが狭くなる（Ｓ１’）。この寸法の変化を考慮して上層のラインアンドスペースパターンＬ２，Ｓ２は、下層よりもスペース幅Ｓ２を狭くして、正方形の格子点状コンタクトホールパターン６４を形成するようにしている。
次に、３層目のレジスト膜７０に第３のレチクル２１を用いて選択的開口レジストパターン７４を形成する。図９（ａ）は、シングルホール選択的開口レジストパターン７４Ｓを形成した場合の平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）に９Ｂ−９Ｂで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０，７０の断面図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）に９Ｃ−９Ｃで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０，７０の断面図である。図９（ｄ）は、完全抜き領域７４Ｗの場合の平面図であり、図９（ｅ）は、図９（ｄ）に９Ｅ−９Ｅで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０，７０の断面図であり、図９（ｆ）は、図９（ｄ）に９Ｆ−９Ｆで示した切断線に沿ったレジスト膜５０，６０，７０の断面図である。
選択的開口レジストパターン７４形成後に格子点状コンタクトホールパターン６４の内壁に残される第３のレジスト膜７０’の厚さは、完全抜き領域７４Ｗの場合よりもシングルホール選択的開口レジストパターン７４Ｓの場合の方が厚くなる。したがって、完全抜き領域７４Ｗの場合には、選択的開口レジストパターンを形成する前後でのコンタクトホールパターン８４Ｗの寸法変動は、それほど大きくない。しかし、シングルホール選択的開口レジストパターン７４Ｓの場合には、第１の実施形態と同様にコンタクトホールパターン８４Ｓは、選択的開口レジストパターンを形成する前後で寸法変動が大きくなり、完全抜き領域のコンタクトホールパターン８４Ｗよりも小さな仕上り寸法になる。
その上、本変形例では、第１の実施形態よりも微細な寸法のコンタクトホールパターン８４を形成できるため、そのような場合には、微細なシングルホールのコンタクトホールパターン８４Ｓの寸法変動がより大きくなる。
本変形例でも、選択的開口パターン種に依存しない一様な寸法のコンタクトホールパターン８４Ｘを形成するための寸法変動を補正したレジストパターンの形成法、及びレチクルパターンデータの作成法は、第１の実施形態と同様である。そのため、詳細な説明を省略する。相違点は、第１のレチクル５１、及び第２のレチクル６１のそれぞれに対して、パターン寸法を変化させた試験用レチクルを用いることである。これにより、第１及び第２のレチクルに対する補正量をそれぞれ決定することができる。決定された補正量に基づいて、選択的開口パターン種に依存しない一様な寸法のコンタクトホールパターン８４Ｘを形成することが可能な、第１及び第２のレチクルパターン寸法をそれぞれ決定することができる。
パターン寸法の補正は、該当するラインアンドスペースパターン全体のスペース幅を補正する。例えば、広げることができる。あるいは、上層と下層のラインアンドスペースパターンのスペース部分の交差点とその近傍だけを部分的にスペース幅を補正することもできる。
このようにして、本変形例によっても第１の実施形態と同様に、形成すべきコンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種等に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法で形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、選択的開口レチクルパターンの寸法を選択的開口パターン種に応じて補正する。これより、第２のレジスト膜に照射される全実効光量が選択的開口パターン種に依存しなくなり、選択的開口パターン種に依存しないほぼ一様な寸法を有するランダムに配置されたコンタクトホールパターンを形成するレジストパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供する。本実施形態では、第１の実施形態とは異なり、最初に形成する格子点状コンタクトホールパターン１４の寸法は一定であり、その後に形成される選択的開口パターン種により寸法を変えることはしない。
上記に説明した例では、仕上り寸法が９０ｎｍのコンタクトホールパターン３４Ｘを形成する際に、選択的開口レチクルパターン２２ｘが、例えば、シングルホール２２ｓの場合と、完全抜き領域２２ｗの場合とを比較すると、コンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法は、シングルホールの方が１０ｎｍ小さくなっていた。
ここでは、初めに、例えば、１８０ｎｍピッチで９０ｎｍの寸法の格子点状コンタクトホールパターン１４を、例えば、四重極照明を用いて第１のレジスト膜で形成する。選択的開口レチクル上に形成されたシングルホール選択的開口パターン２２ｓの寸法は、ウェーハ上で１８０ｎｍ×１８０ｎｍである。
コンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法が選択的開口パターン種２２ｘに依存して変化する１つの要因は、上記のように（例えば、図３に示したように）選択的開口パターン種２２ｘに依存するウェーハ上の光強度分布の違いによって生じる。本実施形態の選択的開口レチクルパターン２２ｘの寸法を補正する方法は、例えば、ウェーハ上の光強度分布を利用して補正量を決定する方法、実際にパターンを作製しその結果から補正量を決定する方法、等がある。
最初に、光強度分布を利用して補正量を決定する方法について説明する。
図１０は、選択的開口レチクルパターン種２２ｘによるウェーハ上での光強度分布の一例を示す図である。図１０（ａ）は、一辺が１８０ｎｍのシングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの場合の光強度分布、図１０（ｂ）は、完全抜き領域２２ｗの場合の光強度分布を示す。開口しようとしているコンタクトホールパターン３４Ｘの寸法は、９０ｎｍであり、コンタクトホールパターン３４Ｘのエッジに対応する位置、すなわち中心から±４５ｎｍの位置を図中に縦の破線で示している。図１０は、光強度分布をシミュレーションにより求めた結果であるが、微小領域の光強度測定器、例えば、カールツァイス社製 ＡＩＭＳ＿ｆａｂ１９３、を用いて実際の光強度分布を測定することもできる。
図１０（ａ）、（ｂ）から分かるように、完全抜き領域２２ｗの場合の光強度分布を１とすると、１８０ｎｍのシングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの場合には、形成すべきコンタクトホールパターン３４Ｓのパターンエッジ部での光強度は、０．５５に減少する。現像時のレジスト膜の溶解速度は、図１１に示したように、レジスト膜に照射された光量に対してＳ字状の速度分布を有する。すなわち、照射光量が少ない場合及び多い場合には照射光量が変化してもレジスト膜の溶解速度の変化は小さい。しかし、中間的な照射光量の場合には、照射光量が変化するとレジスト膜の溶解速度も大きく変化する。したがって、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓによりコンタクトホールパターン３４Ｓを開口する場合には、照射光量が減少し第２のレジスト膜の溶解速度が遅くなる結果、格子点状コンタクトホールパターン１４内壁の第２のレジスト膜が充分に除去されずに残り、仕上り寸法が小さくなる。そこで、シングルホールのコンタクトホールパターン３４Ｓエッジでの光強度が１になるように補正すれば、完全抜き領域のコンタクトホールパターン３４Ｗとシングルホール開口パターンにより形成したコンタクトホールパターン３４Ｓの仕上り寸法をほぼ同じにできる。
ウェーハ上での光強度分布は、同じ選択的開口パターン種であっても選択的開口レチクルパターン２２ｘの寸法によっても変化する。図１２は、本実施形態の条件における、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの一辺の寸法を変化させた場合、開口しようとしているコンタクトホールパターン３４Ｓのエッジに対応する中心から±４５ｎｍの位置でのウェーハ上での光学像の光強度の一例を示す図である。光強度は、選択的開口レチクルパターン２２ｓの一辺の寸法が大きくなるにしたがい強くなり、一辺の寸法が２２０ｎｍ付近で１になる。さらに寸法が大きくなると、光強度はさらに強くなり３４０ｎｍ付近で最大になり、その後弱くなる。これは、光の回折及び干渉の効果によるものである。したがって、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの一辺を２２０ｎｍとすることで開口すべきコンタクトホールパターン３４Ｓのエッジ、すなわち、中心から４５ｎｍの位置での光強度を１とすることができる。
このようにして補正したシングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓを使用して露光したときの光強度分布の一例を図１３に示す。図から明らかなように、開口すべきコンタクトホールパターン３４Ｓに対応する位置で、すなわち、中心から±４５ｎｍ以内の領域で、光強度が１以上になっており、所望の寸法のコンタクトホールパターン３４Ｓを形成することができることが示された。
ここでは、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの寸法補正について説明したが、この他の選択的開口レチクルパターン種２２ｘについても同様に補正することができる。すなわち、選択的開口レチクルパターン２２ｘにより開口されるべきコンタクトホール３４Ｘのエッジに対応する位置のうち、最も光強度が弱い位置での光強度が１になるように、それぞれの選択的開口レチクルパターン２２ｘの開口寸法を補正する。
このように、選択的開口レチクルパターン２２ｘの寸法を補正すると、光強度が１より大きくなる領域ができる。しかし、図１１に示したように、照射光量が一定値以上になると、照射光量の変化に対してレジスト膜の溶解速度の変化が小さくなる。すなわち、この領域では、第２のレジスト膜の溶解速度が充分に速く、仕上り寸法には実質的に影響を及ぼさなくなることを利用している。
上記の例では、それぞれの選択的開口レチクルパターン種２２ｘにおいて、開口すべきコンタクトホールパターン３４Ｘのエッジに対応する位置の中で、最も光強度が弱くなる位置での光強度が１になるように補正した。しかし、補正した光強度が上記のように同一にならなくても、実効的に仕上り寸法に影響を与えない程度の光強度になるように補正することにより、同様の効果を得ることができる。
次に、実際に試験用パターンを作成して、その結果から選択的開口レチクルパターン２２の寸法を補正する方法の一例を、図１４に示した工程フロー図を参照して説明する。
初めに、工程２０２において、選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に開口寸法を変化させた試験用の選択的開口レチクル、すなわち、第２のレチクル２１を予め作成しておく。選択的開口レチクルパターン２２ｘｉの寸法は、例えば、シングルホールに対して、Ｍｓ１，Ｍｓ２，．．．，Ｍｓｎ、ツインホールに対して、Ｍｔ１，Ｍｔ２，．．．，Ｍｔｎ、．．．、完全抜き領域の場合は十分大きな領域Ｍｗ、等である。
工程２０４において、第１のレチクル１１を用いて第１のレジスト膜１０で格子点状コンタクトホールパターン１４を形成する。格子点状コンタクトホールパターン１４の寸法は、全ての選択的開口レチクルパターン種２２ｘに対して同じＲである。
次に、工程２０６において、格子点状コンタクトホールパターン１４を形成した第１のレジスト膜１０上に第２のレジスト膜２０を形成する。工程２０２で作成した試験用の開口レチクルを用いて、それぞれ寸法を変化させた各種の選択的開口レジストパターン２４Ｘｉを形成する。例えば、シングルホールの場合、開口レチクルパターン寸法がＭｓ１，Ｍｓ２，．．．，Ｍｓｎにより開口されるコンタクトホールパターン３４Ｓの寸法は、ＨＳ１，ＨＳ２，．．．，ＨＳｎになる。つまり第１のレジスト膜からなる格子状のコンタクトホールパターンの寸法Ｒは、シングルホール開口レジストパターンを形成したことで、ＲからＨＳ１，ＨＳ１，ＨＳ２，．．．，ＨＳｎになる。完全抜き領域Ｍｗの場合には、開口されるコンタクトホールパターン３４Ｗの寸法は、ＨＷになる。ここで、開口されるコンタクトホールパターン３４Ｘの寸法は、選択的開口レチクルパターン種２２ｘに依存して変化する。その寸法変動は、レジスト膜を重ねたことによる寸法変動であるが、選択的開口パターン種に依存するので、パターン種毎に補正する必要がある。
工程２０８において、それぞれの選択的開口レチクルパターン種２２ｘｉについて開口されたコンタクトホールパターン３４Ｘｉの仕上り寸法ＨＸｉを測定する。すなわち、上記のように、例えば、シングルホール選択的開口レチクルパターン寸法Ｍｓ１，Ｍｓ２，．．．，Ｍｓｎを使用して開口されたコンタクトホールパターン３４Ｓｉの仕上り寸法、ＨＳ１，ＨＳ２，．．．，ＨＳｎが測定される。
次に、工程２１０において、それぞれの選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎にコンタクトホールパターンの仕上り寸法ＨＸｉが設計コンタクトホール寸法Ｈｄに等しくなるコンタクトホールパターンを決定する。すなわち、ＨＳｈ＝ＨＴｊ＝．．．＝ＨＷ＝Ｈｄとなるｈ，ｊ，．．．，を決定する。たとえば、選択的開口パターン種ごとに、横軸に選択的開口レチクルパターン２２ｘｉの寸法、縦軸にコンタクトホールパターンの仕上り寸法ＨＸｉを取り、設計コンタクトホール寸法Ｈｄに等しくなる選択的開口レチクルパターンの寸法ＨＳｈ＝ＨＴｊ＝．．．＝Ｈｄを求める。
ＨＷは、Ｈｄと等しくなるように格子点状コンタクトホールパターン１４を形成する際の露光量を調整するか、使用するレチクルの寸法を補正することで、あらかじめ調整しておく。
ｈ，ｊ，．．．，が決定されると、それぞれの選択的開口パターン種に対応する第２のレチクル２１のパターン寸法Ｍｓｈ，Ｍｔｊ，．．．，が決定される（工程２１２）。このＭｘｉが、第２のレチクル２１に形成すべき補正された選択的開口レチクルパターン寸法になる。決定された選択的開口レチクルパターン寸法Ｍｘｉに基づいて、補正された開口レチクルパターンデータを作成する（工程２１４）。
光強度分布を用いて補正する方法であっても、実際に作成した試験パターンを用いて補正する方法のいずれであっても、上記のようにして補正すべき選択的開口パターンの寸法を決定した後、補正されたレチクルを作製するための補正されたレチクルパターンデータを作成する。
このようにして、本実施形態によれば、形成すべきコンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種等に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態では、選択的開口パターン種に依存する光強度分布の差異を、補助開口レチクルを用いた追加露光により全実効光量を補正する。これにより、第２のレジスト膜に与えられる全実効光量、すなわち積算光強度が選択的開口パターン種に依存しなくなる。したがって、ランダムに配置されていても選択的開口パターン種、大きさに依存しないほぼ一様な寸法を有するコンタクトホールパターンを形成することが可能なレジストパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供できる。
本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、初めに、例えば、１８０ｎｍピッチで９０ｎｍの寸法の格子点状コンタクトホールパターンを、例えば、四重極照明を用いて第１のレジスト膜で形成する。その後、各種の選択的開口パターンを用いて格子点上のランダムな位置に選択的にコンタクトホールパターンを形成する。ここでは、選択的開口パターンがシングルホールの場合と、完全抜き領域の場合を例に説明するが、任意の選択的開口パターンを使用することができる。
前述の実施形態において使用したレジスト膜では、選択的開口レチクルパターンがシングルホール２２ｓの場合と完全抜き領域２２ｗの場合では、形成されるコンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法で、１０ｎｍの差異が生じた。本実施形態では、第２のレジスト膜２０に選択的開口レチクル２１を用いて露光した後に、選択的開口パターン種間での照射光量の差異を補正するためにそれぞれに対応する補助開口レチクルを用いて２回目の露光を行う。この場合、開口すべきシングルホールの格子点状コンタクトホールパターンに隣接する格子点状コンタクトホールパターンが露出しないように、補助開口レチクルの開口寸法が大きくなりすぎないように注意しなければならない。補助開口レチクルの開口寸法は、好ましくは、対応するそれぞれの選択的開口レチクルパターンの開口パターン寸法より小さい寸法である。例えば、シングルホール選択的開口レチクルの一辺の寸法が１８０ｎｍの場合、補助開口レチクルの開口パターンは、一辺の寸法が１５０ｎｍの正方形パターンとする。
正方形の開口レチクルパターンを使用して露光した際の光強度分布の一例を図１５に示す。図１５（ａ）は、一辺が１８０ｎｍのシングルホール選択的開口レチクルパターン、（ｂ）は、一辺が１５０ｎｍの補助開口レチクルパターン、（ｃ）は、（ａ）と（ｂ）を使用して２重露光後の積算光強度分布（つまり（ａ）の光強度分布と（ｂ）の光強度分布が足し合わされた光強度分布）を示す。開口すべきコンタクトホールパターン３４Ｓのエッジ、すなわち、中心から±４５ｎｍの位置における光強度は、完全抜き領域２２ｗの場合の光強度を１とすると、シングルホール選択的開口パターン２２ｓでは０．５５であり、補助開口レチクルパターンでは０．２７である。そこで、補助開口レチクルパターンの露光量を１．６８倍にすることにより、図１５（ｃ）に示したように、２重露光後のコンタクトホールパターン３４Ｓエッジでの積算光強度を１とすることができる。このようにして、シングルホールであっても完全抜き領域と同じ仕上り寸法のコンタクトホールパターン３４Ｓを形成することができる。
選択的開口パターンがツインホール等を含む場合には、選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に開口すべきコンタクトホールパターン３４Ｘのエッジに対応する位置の中で最も光強度が弱くなる位置の積算光強度が１になるように補助開口レチクルパターンの露光量を補正する。積算光強度が１より大きくなる領域では、上記のように現像時のレジスト膜の溶解速度は充分に速く、光強度の差は、コンタクトホールパターン３４Ｘの仕上り寸法に実質的に影響を及ぼさない。
上記の実施形態では、各選択的開口パターンと対応する補助開口パターンとの２重露光後の積算光強度が、開口すべきコンタクトホールパターンのエッジに対応する位置の中で最も光強度が弱くなる位置において完全抜き領域の光強度と同じになるようにした。しかし、完全に同一でなくとも、その積算光強度が、仕上り寸法に実質的に影響を与えない程度の光強度になれば、同様の効果が得られる。
本実施形態においても、図１６に例示した工程フロー図にしたがって、実験的にコンタクトホールパターンを形成し、その結果から補助開口レチクルパターンの寸法と露光量を決定することができる。
予め、工程３０２において、試験用補助開口レチクルを作成する。試験用補助開口レチクルは、選択的開口パターン種毎に寸法を、例えば、シングルホールに対して、Ｍｓ１，Ｍｓ２，．．．，Ｍｓｎ、ツインホールに対して、Ｍｔ１，Ｍｔ２，．．．，Ｍｔｎ、．．．、（完全抜き領域の場合は十分大きな領域Ｍｗ、）等に変化させた開口パターンを有する。
工程３０４において、第１のレチクルを用いて第１のレジスト膜１０に格子点状コンタクトホールパターン１４を形成する。格子点状コンタクトホールパターン１４の寸法は、全ての選択的開口レチクルパターン種２２ｘに対して同じＲである。
次に、工程３０６において、格子点状コンタクトホールパターン１４を形成した第１のレジスト膜１０上に第２のレジスト膜２０を形成する。各種の選択的開口レチクルパターン２２ｘを有する第２のレチクルを用いて第２のレジスト膜２０に１回目の露光をする。
さらに、工程３０８において、工程３０２で作成した試験用の補助開口レチクルを用い露光量ｄを変化させて２回目の露光をして、選択的開口レジストパターン２４Ｘｉ−ｄｍを形成する。
工程３１０において、各選択的開口レチクルパターン種２２ｘに対して、各々の試験用補助開口レチクル寸法２２ｘｉについて露光量ｄｍ毎に、開口されたコンタクトホールパターン３４Ｘｉの寸法ＨＸｉ−ｄｍを測定する。つまり選択的開口パターンを形成したことで、Ｒから変化したコンタクトホールパターンの寸法ＨＸｉ−ｄｍを測定する。例えば、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓに対して、試験用補助開口レチクルパターン寸法Ｍｓ１の場合には、各露光量ｄｍ毎にコンタクトホールパターン３４Ｓの寸法ＨＳ１−ｄ１，ＨＳ１−ｄ２，．．．，ＨＳ１−ｄｍが測定される。この他のシングルホールに対する試験用補助開口レチクルパターン寸法Ｍｓ２，．．．，Ｍｓｎについても同様にコンタクトホールパターン寸法ＨＳｉ−ｄｍを測定する。
さらに、シングルホール以外の選択的開口レチクルパターン２２ｘに対しても同様に選択的開口レジストパターン形成後の開口されたコンタクトホールパターン寸法ＨＸｉ−ｄｍを測定する。
工程３１２において、測定されたコンタクトホールパターン寸法Ｈが、完全抜き領域のコンタクトホールパターン寸法ＨＷに等しくなるコンタクトホールパターン寸法ＨＸｉ−ｄｍ、例えば、シングルホールに対してＨＳ１−ｄｈ、ＨＳ２−ｄｊ，．．．を求める。
さらに、工程３１４において、工程３１２で求められたコンタクトホールパターン寸法ＨＸｉ−ｄｍに対応する補助開口レチクルのパターン寸法、及び露光量の組み合せを求める。この組み合せでは、補助開口レチクルのパターン寸法が大きくなると露光量は小さくなる。しかし、補助開口レチクルパターン寸法には、隣接するコンタクトホールを露出させないという制限があり、他方で、補助開口レチクルパターン寸法が小さくなり露光量が大きくなるとスループットが低下するという問題を生ずる。そこで、求められた複数の組み合せの中から、好ましい補助開口レチクルのパターン寸法と露光量の組み合せを決定する。
上記のようにして決定された好ましい補助開口レチクルパターン寸法と露光量の組み合せに基づいて、補正された補助開口レチクルパターンを作製するための補正された補助開口レチクルパターンデータを作成する（工程３１６）。
ここでは、積算光強度を補助開口レチクルパターンの露光量により調整したが、露光量を変化させる代わりに、パターン種の必要露光量の比率に応じて透過率を変化させた補助開口レチクルを作成しても良い。この場合には1枚の補助開口レチクルを使用して、1回の露光で、開口レチクルパターン種による光強度差を補正することができる。透過率の調整方法としては、半透明膜を付加してその膜厚を選択的開口パターン種毎に変化させて調整する方法、開口パターン部分にイオンを照射して照射量により調整する方法、解像限界以下の微細なパターン、例えば、ラインアンドスペースパターンを形成してそのライン幅とスペース幅との比により調整する方法等がある。
このようにして、本実施形態によれば、形成すべきコンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種等に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、選択的開口レチクルパターンの透過率を補正することにより、選択的開口パターン種に依存する光強度の差異を補正する。これにより、第２のレジスト膜に与えられる実効光量が選択的開口パターン種に依存しなくなるので、ランダムに配置されていても選択的開口パターン種に依存しないほぼ一様な寸法を有するコンタクトホールパターンを形成することが可能なレジストパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供する。
本実施形態では、開口されるべきコンタクトホールパターンのエッジに対応する位置のうち最も光強度が弱い位置における光強度を、選択的開口レチクルパターン種２２ｘ間で比較する。その結果から、最低のパターン種以外の開口レチクルパターンの透過率を小さくすることにより、選択的開口レチクルパターン種２２ｘに依存しないほぼ一様な寸法を有するコンタクトホールパターン３４Ｘを形成する。
以下に本実施形態を具体的に説明する。
先ず、図８で説明した第１の実施形態の変形例のように、互いに直交する２層のラインアンドスペースパターンを用いて、格子点状コンタクトホールパターン６４を形成する場合を例にとって説明する。上記の変形例で説明したように、互いに直交する２層のラインアンドスペースパターンの共通スペース部が格子点状コンタクトホールパターン６４になる。ここでは、直交するラインアンドスペースパターンは、例えば、１５０ｎｍピッチ、上層レジスト膜のラインアンドスペースパターン形成後に共通スペースの寸法が縦横ともに８５ｎｍになるように、それぞれ二重極照明による露光で形成した。
この上に選択的開口レチクル２１を用いて、選択的開口レジストパターン７４を形成する。本実施形態では、選択的開口レチクルパターン２２ｘとしてシングルホールパターン２２ｓ、ツインホールパターン２２ｔ、クァッドホールパターン２２ｑ、及び完全抜き領域２２ｗを含む場合を例に説明する。選択的開口レチクル２１のパターン寸法は、ラインアンドスペースパターンのピッチを単位寸法として形成した。すなわち、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓの開口寸法は、１５０ｎｍ×１５０ｎｍであり、ツインホール２２ｔでは１５０ｎｍ×３００ｎｍであり、クァッドホール２２ｑでは３００ｎｍ×３００ｎｍである。さらに、コンタクトホールパターン８４Ｘの仕上り寸法が、７５ｎｍになるように露光条件を調整する。
図１７は、開口パターン種に依存するウェーハ上の光強度分布の例を示す図である。
初めに、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓについて説明する。シングルホールの場合には、第３のレジスト膜７０に形成される選択的開口レジストパターン７４Ｓの中心と開口しようとしている下層の格子点状コンタクトホールパターンの中心とが一致するように露光する。図１７（ａ）は、シングルホール選択的開口レチクルパターン２２ｓによるウェーハ上の光強度分布を示した図であり、図１７（ｂ）は、選択的開口レチクルパターン２２ｓと開口されるコンタクトホールパターン８４Ｓとの位置関係を示した図である。コンタクトホールパターン８４Ｓ上で、光強度が最も弱くなる位置は、ｘ、ｙ方向のコンタクトホールパターンエッジに対応する±３７．５ｎｍの位置である。この位置を図１７（ａ）に縦の破線で示す。完全抜き領域の場合の光強度を１とすると、±３７．５ｎｍの位置における光強度は、０．３０である。
同様にツインホールレチクル２２ｔ及びクァッドホールレチクル２２ｑの場合の、光強度分布及びコンタクトホールパターンの位置関係をそれぞれ図１７（ｃ）、（ｄ）及び図１７（ｅ），（ｆ）に示す。
ツインホールレチクル２２ｔの場合に光強度が最低になるコンタクトホールパターン８４Ｔ上の位置は、ｘ軸上の±１１２．５ｎｍの位置である。この位置を図１７（ｃ）に縦の破線で示してある。この位置における光強度は、０．２６である。
クァッドホールレチクル２２ｑの場合に光強度が最低になるコンタクトホールパターン８４Ｑ上の位置は、選択的開口レチクルパターン２２ｑの対角線方向であり、中心からの距離が±１４３．６ｎｍの位置である。この位置を図１７（ｅ）に縦の破線で示してある。この位置における光強度は、０．３０である。
このようにして、全ての選択的開口レチクルパターン種２２ｘについて、開口されるコンタクトホールパターン８４Ｘ上の最低光強度を求める。これらの最低光強度を選択的開口パターン種間で比較し、光強度が最低となる選択的開口パターン種、ここではツインホールの最低光強度に合わせるようにその他のレチクルパターン２２ｘの透過率を補正する。本実施形態の場合にはそれぞれの透過率は、シングルホールでは８７％、ツインホールでは１００％、クァッドホールでは８７％、完全抜き領域では２６％になる。
このように選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に透過率を補正することで、選択的開口レチクルパターン種２２ｘに依存しない一様な寸法を有するランダムに配置されたコンタクトホールパターン８４Ｘを得ることができる。
上記の実施形態では、開口すべきコンタクトホールパターンのエッジに対応する位置のうち、もっとも光強度が弱い位置における光強度を選択的開口パターン種間で比較し、最低の開口パターン以外の透過率を、最低のパターンと同一になるところまで下げた。しかし、完全に同一でなくとも、仕上り寸法に実質的に影響を与えない程度の差であれば、同様の効果が得られる。
次に、レチクルの透過率の補正方法を説明する。透過率の調整方法としては、半透明膜を付加してその膜厚を選択的開口パターン種毎に変化させて調整する方法、開口パターン部分にイオンを照射して照射量により調整する方法、解像限界以下の微細なパターン、例えば、微細ラインアンドスペースパターンを形成してそのライン幅とスペース幅との比により調整する方法等がある。
ここでは、解像限界以下の微細ラインアンドスペースパターンを形成する方法について説明する。通常照明方式を用いて露光する場合には、露光波長をλ、露光機のレンズ開口数をＮＡとすると、λ／ＮＡ以下の周期を持つラインアンドスペースパターンは解像されない。一方、ライン幅をＬ、スペース幅をＳとすると、透過率はＳ／（Ｌ＋Ｓ）で表される。したがって、ラインアンドスペースパターンのライン幅とスペース幅との比を変えることで透過率を調整できる。
上記の例では、光学像の光強度から透過率の補正を行う方法について説明した。本実施形態においても第１から第３の実施形態と同様に、実験的に選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に透過率を決定することができる。この手順の一例を、図１８に示した工程フロー図を参照して説明する。
予め、工程４０２において、選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に透過率を変化させた試験用の選択的開口レチクルを作成する。それぞれの選択的開口レチクルパターン種２２ｘの透過率をＴｘｉで表す。ここで、ｘは、選択的開口パターン種、すなわち、シングルホールｓ、ツインホールｔ、．．．、完全抜き領域ｗを表し、ｉは、透過率を表し、例えば、１が１０％、２が２０％、．．．、１０が１００％を表す。
工程４０４において、下層のレジスト膜５０，６０に格子点状コンタクトホールパターン６４を形成する。格子点状コンタクトホールパターン６４は、例えば、上記の例のように、直交する２枚のラインアンドスペースパターンのレチクルを用いて形成することができるが、第１の実施形態のように１枚の第１のレチクルを用いて形成することもできる。格子状コンタクトホールパターン６４の寸法は、すべての選択的開口レチクルパターン２２に対して同じＲである。
次に、工程４０６では、格子点状コンタクトホールパターン６４を形成した下層レジスト膜５０，６０上に第３のレジスト膜７０を形成する。第３のレジスト膜７０に工程４０２で作成した試験用の選択的開口レチクルを用いて、選択的開口レジストパターン７４Ｘｉを形成する。これにより開口されたコンタクトホールパターン８４Ｘｉの寸法ＨＸｉは、同一だったＲから対応する選択的開口レチクルパターンの透過率Ｔｘｉに応じて変化する。
工程４０８において、各コンタクトホールパターン８４Ｘｉの寸法ＨＸｉを測定する。例えば、シングルホールの場合には、選択的開口レチクルパターン２２ｓｉの透過率Ｔｓ１，．．．，Ｔｓ１０に対応して、コンタクトホールパターン８４Ｘｉの寸法、ＨＳ１，．．．，ＨＳ１０が測定される。
次に、工程４１０において、選択的開口パターン種間でコンタクトホールパターン寸法Ｈが同一になるレチクルの透過率Ｔｘｊをそれぞれの選択的開口パターン種について決定する。たとえばすべての選択的開口パターン種２２ｘについて透過率Ｔｓｉに対するコンタクトホールパターン８４Ｘｉの仕上り寸法ＨＸｉをプロットし、コンタクトホールパターンの寸法が同一となる透過率Ｔｘｊを決定する。このようにして、選択的開口レチクルパターン種２２ｘ毎に適切な透過率Ｔｘｊを決定する。
決定された選択的開口パターン種毎の透過率Ｔｘｊに基づいて、工程４１２において透過率を補正した選択的開口レチクルパターンデータを作成する。
このようにして、本実施形態によれば、形成すべきコンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、種々の変形をして実施することができる。
例えば、上記の実施形態では、選択的開口パターン種に依存しない一様な寸法のコンタクトホールパターンを形成するために、下層の格子点状コンタクトホールパターンの寸法を補正する方法、選択的開口パターンの寸法を補正する方法、補助開口レチクルを用いる方法、レチクルの透過率を補正する方法を別々に述べた。しかし、これら２以上を組み合わせて実施することができる。
上記の複数の実施形態において選択的開口パターンの光強度は、例えば、完全抜き開口領域を基準として、すなわち、１として表してきた。しかし、半導体装置の設計上、このような領域が存在しないことがある。この場合には、選択的開口パターンの光強度分布において、種々の選択的開口パターンにより開口されるコンタクトホールのエッジに対応する位置の中で、光強度が最も弱くなる位置の光強度を各選択的開口パターン種間で比較して、各選択的開口パターン種間で光強度が実効的に等しくなるように補正を行うことができる。
上記の実施形態は、レチクルの開口パターンのウェーハ上の換算寸法と実際のウェーハ上のレジスト開口パターンの寸法とが同じになる場合を例に説明した。しかし、例えば、露光条件を変えることにより、ウェーハ上に開口されるパターン寸法は変化する。また開口パターン、パターン寸法、照明条件、使用する材料等に依存して、レチクルの開口パターンの寸法を大きくした方がマージンを大きく取れる場合がある、あるいは、レチクルの開口パターン寸法を小さくする方が好ましい場合もある。このように、レチクルの開口パターンのウェーハ上での換算寸法とウェーハ上での開口レジストパターン寸法とを変えて形成するような場合であっても、レジストパターン形成における補正方法、レチクルの補正方法、及びこれらの最適化は、上記と同様に行うことができる。
上記の実施形態では、シングルホール選択的開口レチクルパターンを正方形とした。しかし、シングルホール選択的開口レジストパターンを形成するのは、孤立コンタクトホールパターンを形成するのと同じである。したがって正方形の開口パターンを用いる代わりに、孤立コンタクトホールパターンを形成するために提案されている種々の方法、例えば、位相シフタ等からなる補助パターンを付加した選択的開口パターンを用いる方法を利用することができる。この場合にも、同様の手法でレジストパターン形成における補正方法、レチクルの補正方法、及びこれらの最適化を行うことができる。
上記の実施形態では、露光装置としてスキャナを使用する場合を例に説明してきたが、本発明は、スキャナ以外の光露光装置、あるいはＸ線又はＳＯＲ光を光源とする露光装置等、のその他の露光装置を用いて微細なパターンを形成する場合にも適用できる。
上記に説明してきたように本発明により、形成すべき微細パターン、例えば、コンタクトホールパターンの配置、選択的開口パターン種等に依存することなく、ランダムに配置された微細なコンタクトホールパターンを一様な寸法に形成するパターン形成方法、レチクル補正方法及びレチクルパターンデータ補正方法を提供することができる。
本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の精神及び範囲から逸脱しないで、種々の変形を行って実施することができる。それゆえ、本発明は、ここに開示された実施形態に制限することを意図したものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において他の実施形態にも適用でき、広い範囲に適用されるものである。
図１は、２層のレジスト膜を用いて所望の配置のコンタクトホールパターンを形成する方法を説明するために示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 図２は、本発明で使用される選択的開口パターン種の例を説明するために示す図であり、（ａ）から（ｄ）はレチクルパターン、（ｅ）から（ｈ）はレジストパターンである。 図３は、本発明で使用される選択的開口パターン種による光強度分布の例を示す図であり、（ａ）はシングルホールパターン、（ｂ）はツインホールパターンの長辺側、及び（ｃ）は完全抜き領域の場合である。 図４は、本発明の第１の実施形態によるシングルホールパターン形成を説明するために示す図であり、（ａ）は第１のレチクルの格子点状コンタクトホールレチクルパターン、（ｂ）は第１レジスト膜で形成される格子点状コンタクトホールパターン、（ｃ）は第２のレチクルの選択的開口レチクルパターン、（ｄ）は第２レジスト膜で形成される選択的開口レジストパターン及び開口されるコンタクトホールパターンを示す。 図５は、本発明の第１の実施形態による完全抜き領域のコンタクトホールパターン形成を説明するために示す図であり、（ａ）は第１のレチクルの格子点状コンタクトホールレチクルパターン、（ｂ）は第１レジスト膜で形成される格子点状コンタクトホールパターン、（ｃ）は第２のレチクルの選択的開口レチクルパターン、（ｄ）は選択的開口パターン形成後に開口されるコンタクトホールパターンを示す。 図６は、本発明の第１の実施形態による補正方法の一例を説明するために示す工程フロー図である。 図７は、本発明の第１の実施形態の変形例で使用するレチクルパターンの一例を説明するために示す図であり、（ａ）は下層のラインアンドスペースパターンを形成する第１のレチクル、（ｂ）は上層のラインアンドスペースパターンを形成する第２のレチクル、（ｃ）は選択的開口レチクルである。 図８は、本発明の第１の実施形態の変形例の製造工程の一例を説明するために示す図であり、（ａ）は下層のラインアンドスペースパターンを形成した後の平面図、（ｂ）は（ａ）に８Ｂ−８Ｂで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図、（ｃ）は上層のラインアンドスペースパターンを形成した後の平面図、（ｄ）は（ｃ）に８Ｄ−８Ｄで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図、（ｅ）は（ｃ）に８Ｅ−８Ｅで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図である。 図９は、本発明の第１の実施形態の変形例の製造工程の一例を説明するために示す図であり、（ａ）はシングルホール選択的開口パターンを形成した場合の平面図、（ｂ）は（ａ）に９Ｂ−９Ｂで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図、（ｃ）は（ａ）に９Ｃ−９Ｃで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図、（ｄ）は完全抜き領域の選択的開口パターンを形成後の平面図、（ｅ）は（ｄ）に９Ｅ−９Ｅで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図、（ｆ）は（ｄ）に９Ｆ−９Ｆで示した切断線に沿ったレジスト膜の断面図である。 図１０は、本発明の第２の実施形態を説明するために示す選択的開口レチクルパターン種によるウェーハ上の光強度分布を示す図であり、（ａ）はシングルホール選択的開口レチクルパターンの光強度分布、（ｂ）は完全抜き領域の光強度分布である。 図１１は、レジスト膜への照射光量と現像時のレジスト膜の溶解速度との関係を示す図である。 図１２は、本発明の第２の実施形態を説明するために示す選択的開口パターン寸法と、開口されるコンタクトホールパターンのエッジに対応する位置での選択的開口パターンの光強度との関係を示す図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態にしたがって補正した光強度分布を示す図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態による補正方法の一例を説明するために示す工程フロー図である。 図１５は、本発明の第３の実施形態を説明するために示す開口パターンの光強度分布を示す図であり、（ａ）はシングルホール選択的開口レチクルパターンの光強度分布、（ｂ）補助開口レチクルパターンの光強度分布、（ｃ）は２重露光後の積算光強度分布を示す。 図１６は、本発明の第３の実施形態による補正方法の一例を説明するために示す工程フロー図である。 図１７は、本発明の第４の実施形態を説明するために示す図であり、（ａ）はシングルホール選択的開口レチクルパターンの光強度分布、（ｂ）はシングルホール選択的開口レチクルパターンと開口されるコンタクトホールパターンとの位置関係、（ｃ）はツインホール選択的開口レチクルパターンの光強度分布、（ｄ）はツインホール選択的開口レチクルパターンと開口されるコンタクトホールパターンとの位置関係、（ｅ）はクァッドホール選択的開口レチクルパターンの光強度分布、（ｆ）はクァッドホール選択的開口レチクルパターンと開口されるコンタクトホールパターンとの位置関係を示す図である。 図１８は、本発明の第４の実施形態による補正方法の一例を説明するために示す工程フロー図である。
符号の説明
１…半導体基板，５…被処理膜，１０，５０…第１のレジスト膜，１１…第１のレチクル，１２…格子点状コンタクトホールレチクルパターン，１４，６４…格子点状コンタクトホールパターン，２０，２０’，６０，６０’…第２のレジスト膜，２１…第２のレチクル（選択的開口レチクル），２２…選択的開口レチクルパターン，２４、７４…選択的開口パターン，３４，８４…コンタクトホールパターン，５１…第１のラインアンドスペースレチクル，６１…第２のラインアンドスペースレチクル，７０，７０’…第３のレジスト膜。

Claims (5)

  1. 半導体基板の上方に形成された被処理膜上に第１の感光性樹脂膜からなる周期的に配置された第１のコンタクトホールパターンを形成する工程と、
    前記第１の感光性樹脂膜上に複数の開口パターン種を含む第２の感光性樹脂膜からなる選択的開口パターンを形成して、該選択的開口パターンにより選択された複数の前記第１のコンタクトホールパターンの位置に第２のコンタクトホールパターンを選択的に形成する工程と
    を具備するパターン形成方法であって、
    前記第１のコンタクトホールパターンを形成する工程は、複数の前記第２のコンタクトホールパターンの寸法が同等になるように前記複数の開口パターン種に応じて補正された寸法を有する第１のコンタクトホールパターンを形成することを含む
    ことを特徴とするパターン形成方法。
  2. 半導体基板の上方に形成された被処理膜上に第１の感光性樹脂膜からなる周期的に配置された第１のコンタクトホールパターンを形成する工程と、
    前記第１の感光性樹脂膜上に複数の開口パターン種を含む第２の感光性樹脂膜からなる選択的開口パターンを形成して、該選択的開口パターンにより選択された複数の前記第１のコンタクトホールパターン位置に第２のコンタクトホールパターンを選択的に形成する工程と
    を具備するパターン形成方法であって、
    前記選択的開口パターンを形成することは、前記第２の感光性樹脂に照射される全実効光量が前記複数の開口パターン種について等しくなるように補正することを含み、
    複数の前記第２のコンタクトホールパターンは、前記複数の開口パターン種に依存しない同等の寸法を有する
    ことを特徴とするパターン形成方法。
  3. 前記第２の感光性樹脂に照射される全実効光量を補正することは、前記選択的開口パターンを形成するために使用する選択的開口レチクル上に形成された選択的開口レチクルパターンの寸法を前記複数の開口パターン種毎に補正することを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
  4. 前記第２の感光性樹脂に照射される全実効光量を補正することは、前記選択的開口パターンを形成するために使用する選択的開口レチクルパターン及び前記開口パターン種毎に対応する補助開口レチクルパターンを用いて多重露光することを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
  5. 前記第２の感光性樹脂に照射される全実効光量を補正することは、前記選択的開口パターンを形成するために使用する選択的開口レチクル上に形成された選択的開口レチクルパターンの透過率を前記開口パターン種毎に補正することを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
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