JP4675504B2 - マスクパターンの設計方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造工程で用いられるリソグラフィ技術に関し、特にリソグラフィ技術で用いられるマスクパターンの設計方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程の一つであるリソグラフィ工程では、半導体基板上に形成した下層膜上にレジスト膜を塗布し、当該レジスト膜に対して露光、現像を行ってレジトスパターンを形成し、当該レジストパターンを用いて下層膜に対してエッチング、不純物導入等の加工を行っている。例えば、図5は層間絶縁膜に形成した溝配線と、当該溝配線と下層の導電層とを電気接続するビアホールとを有するいわゆるデュアルダマシン配線のトレンチファーストプロセスを示す図である。先ず、図5(a)のように、下層の導電層102を形成した半導体基板101上に層間絶縁膜103を所要の膜厚に形成する。次いで、図5(b)のように、第1のレジスト膜104を塗布し、かつ配線溝に相当するマスクパターンを有する第1のフォトマスク105を用いて第1のレジスト膜104の露光、及び現像を行って溝配線に相当するパターン形状の第1のレジストパターン106を形成する。その後、当該第1のレジストパターン106を用いて前記層間絶縁膜103を中間の厚さまで選択的にエッチングし、配線溝(トレンチ)107を形成する。次いで、図5(c)のように、全面に第2のレジスト膜108を塗布し、かつビアパターンの第2のフォトマスク109を用いて第2のレジスト膜108の露光、及び現像を行って前記配線溝107内にビアに相当するパターン形状の第2のレジストパターン110を形成する。その後、当該第2のレジストパターン110を用いて前記層間絶縁膜103を底面まで選択的にエッチングし、下層の導電層102を開口するビアホール111を形成する。しかる上で、図5(d)のように、前記配線溝107及びビアホール111内に導電材料112を充填することにより、配線溝107内に溝配線113が形成され、ビアホール111内に溝配線113と下層の導電層102を電気接続するビア114が形成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようなデュアルダマシン配線のトレンチファーストプロセスでは、配線溝107を形成した後に第2のレジスト膜108を塗布形成しているため、第2のレジスト膜108の膜厚が配線溝の領域とその外部領域とで異なる状態に形成されることがある。例えば、図6(a)に示すように、溝配線113の幅方向の中央寄りの位置にビアホール111Aが開口され、一方の側縁寄りの位置にビアホール111Bが開口される場合を考える。この場合、図6(b)のように、配線溝107の両側領域において第2のレジスト膜108の表面が傾斜され、この領域において第2のレジスト膜108の膜厚が大きくなる。そのため、このような第2のレジスト膜108によりビアホールを形成するための第2のレジストパターン110を形成すると、配線溝107の中央領域では所定寸法のパターン開口110Aに形成されるが、配線溝107の両側領域では開口の深さ方向のテーパ形状によって底面での開口の寸法が小さくなり、パターン開口110Bに寸法誤差が生じてしまう。したがって、このようなレジストパターンを用いて層間絶縁膜103をエッチングしてビアホール111を開口すると、中央領域に形成されるビアホール111Aの寸法はほぼ設計通りとなるが、両側領域に形成されるビアホール111Bの径寸法が設計寸法よりも小さくなり、ビア抵抗が増大する等の問題が生じることになる。
【0004】
このような問題を解消するために、従来からレジスト膜の膜厚の違いに対応してレジストパターンを形成するためのフォトマスクのマスクパターンの形状や寸法を補正することで、レジスト膜の膜厚の相違にかかわらず所要の寸法のパターン開口を有するレジストパターンの形成を可能とする技術が提案されている。このような技術としては、例えば、特開2000−292903、特開2001−85538の各公報に記載のものがある。しかしながら、これらの技術は、レジスト膜厚や下地層構造、反射防止膜等の影響を考慮したシミュレーションによってマスクパターンの設計を行っているため、設計が煩雑で工数が多く、短時間で目的とするマスクパターンを設計することが難しいものとなっている。
【0005】
本発明の目的は、下地層の段差部によって生じるレジスト膜厚の相違が原因となる寸法誤差を解消したマスクパターンを容易にかつ迅速に設計することが可能なマスクパターンの設計方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1視点によれば、本発明のマスクパターンの設計方法は、表面に凹凸のある下層の上にレジスト膜を塗布し、下層の凹部内の領域においてレジスト膜にマスクパターンを用いてレジストパターンを形成するためのマスクパターンの設計方法において、凹部の段差部から内側に向けた所定寸法位置に修正段差部を設定する工程と、元となるマスクパターンのうち修正段差部よりも外側に存在する領域を補集合パターン領域と定義する工程と、補集合パターン領域の平面寸法を所定量だけ増大して拡大パターン領域を定義する工程と、元となるマスクパターンと拡大パターン領域とを重ねた領域を最終マスクパターンとして形成する工程とを含む。特に、上記第1視点の好ましい形態によれば、下層の凹部は、デュアルダマシン配線を形成するための配線溝であり、マスクパターンは配線溝の底面に開口するビアホール形成用のマスクパターンとして設計する場合に有効である。
【0007】
また、本発明のマスクパターンの設計方法は、半導体基板の下層導電層上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜上に第1のレジスト膜を塗布形成し、第1のフォトマスクを用いて第1のレジストパターンを形成する工程と、第1のレジストパターンを用いて層間絶縁膜を途中までエッチングして配線溝を形成する工程と、配線溝を覆うように第2のレジスト膜を塗布形成し、第2のフォトマスクを用いて第2のレジストパターンを形成する工程と、第2のレジストパターンを用いて層間絶縁膜をエッチングして配線溝の底面にビアホールを開口する構成とを含むデュアルダマシン配線の製造工程において、第2のフォトマスクのマスクパターンの設計に際して、上記第1視点の好ましい形態の設計方法を用いる。
【0008】
本発明によれば、マスクパターンを設計する際に、レジスト膜の膜厚が不均一な領域、すなわち、下層の段差が存在する位置から所定距離の範囲に含まれるマスクパターンを所定寸法だけ増大して補正したマスクパターンとして設計することにより、下層の段差によって生じるレジスト膜の膜厚の不均一が原因として生じるレジストパターンの寸法誤差の発生を防止することが可能になり、従来のように、レジスト膜の膜厚や下層構造等を測定してその影響を考慮しながらシミュレーションによりマスクパターンを設計する手法に比較して設計工程が簡略化でき、短時間で目的とするマスクパターンを設計することが実現できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。本実施形態はデュアルダマシン法によるトレンチファーストプロセスに適用した例について説明する。図1(a)はデュアルダマシン配線のビアホール形成用のマスクパターンの設計データの平面図である。前工程で形成される所要の配線幅の溝配線10に対して複数個、ここでは2個のビアホール20,30が配置されている。これらビアホール20,30のうち、一つのビアホール20は溝配線10の中央寄りの位置に配置され、他の一つのビアホール30は溝配線10の一方の側縁寄りの位置に配置されている。そして、これらビアホール20,30の各ビアデータに基づいて、図5に示したように、下層の導電層102上に層間絶縁膜103を形成し、この層間絶縁膜103に第1のフォトマスク105及び第1のレジストパターン106を利用して配線溝107を形成した後、第2のフォトマスク109及び第2のレジストパターン110を利用してビアホール111(20,30)を形成する。
【0010】
ここで、図1(a)のビアホール20,30のビアデータをそのまま用いて第2のフォトマスクを形成し、この第2のフォトマスクに基づいて第2のレジスト膜で第2のレジストパターンを形成すると、図6に示したと同様に、溝配線10の中央寄りの位置に形成されるビアホール20のパターン開口はほぼ設計寸法に形成されるが、溝配線10の側縁寄りの位置に形成されるビアホール30のパターン開口はそのテーパ形状によって設計寸法よりも小さく形成されるおそれがある。
【0011】
そこで、この実施形態では、以下に示す工程により、第2のフォトマスクにおけるビアホール形成用のマスクパターン(マスク開口)を設計する。この実施形態では、図1(a)のように、配線幅寸法が0.48μmの溝配線10を形成するためのデータを溝配線データ層Aとし、一辺の長さが0.2μmのビアホールを形成するためのデータをビアデータ層Bとして設計するものとする。その上で、同図破線に示すように、溝配線データ層Aを等方的に0.12μm縮小する。すなわち、下層に生じている段差である溝配線の両側縁を内側に向けて0.12μmだけ仮想的に移動して、配線幅が0.24μmの修正溝配線データ層Cとする。そして、図1(b)のように、この修正溝配線データ層Cの補集合を補集合データ層Dとした上で、前記補集合データ層Dとビアデータ層Bとの積集合B∩Dを積集合データ層Eとする。すなわち、ビアデータ層Bのうち、修正溝配線データ層Cに対して突出した領域(補集合データ層Dと重なる領域)を積集合データ層Eとする。そして、図1(c)のように、前記積集合データ層Eを等方的に0.02μmだけ拡大した拡大データ層Fを求める。すなわち、ビアデータ層Bのうち修正溝配線データ層Cに突出した積集合データ層Eを0.02μmだけ幅寸法を増大した領域を拡大データ層Fとする。しかる上で、図1(d)のように、元のビアデータ層Bと拡大データ層Fの和集合B∪Fをとり、これを補正ビアデータ層Gとする。すなわち、この補正ビアデータ層Gを、最初のビアデータ層Bに置き換えた上で、この補正ビアデータ層Gに基づいて前記第2のフォトマスクのマスクパターンを設計する。
【0012】
すなわち、元となる溝配線の配線寸法に対して配線幅を狭めた修正溝配線を想定した場合に、この修正溝配線の内部にはみ出たビアホールの領域を0.02μmの寸法だけ拡大したことになる。この修正溝配線の両側の領域、換言すれば元の溝配線と修正溝配線の間の領域は、図6に示したように第2のレジスト膜を塗布したときに膜厚が他の領域よりも厚くなる領域である。したがって、この第2のレジスト膜の膜厚が厚くなる領域のビアデータ層Bを拡大データ層Fだけ寸法を大きくし、最終的に得られる補正ビアデータ層Gをビアデータ層として第2のフォトマスクのマスクパターン設計データを得る。
【0013】
一方、溝配線10の中央寄りのビアホール20については、修正溝配線データ層Cを求め、その補集合Dとビアデータ層Bとの積集合をとっても、積集合データ層Eは0である。すなわち、ビアホール20のビアデータには修正溝配線データ層Cの両側に突出する領域はないため、積集合データE及び拡大データ層Fは生成されず、補正ビアデータ層Gは元のビアデータ層Bのままである。したがって、第2のレジスト膜の膜厚が均一な配線溝の中央寄りの領域では補正ビアデータ層Gは元のビアデータ層Bに一致する。
【0014】
図2(a)に示すように、前記設計方法によって得られた補正ビアデータGを用いて第2のフォトマスク109を形成すると、同図のA1−A1線、A2−A2線の各断面図を図2(b),(c)に示すように、溝配線10の中央寄りのマスクパターン109Aは元の設計データ通りであり、溝配線10の両側寄りのマスクパターン109Bは設計データの一部の寸法を拡大したパターンとなる。したがって、このフォトマスク109を用いて第2のレジスト膜108に対して露光を行い、現像して第2のレジストパターン110を形成すると、図2(b)のように、溝配線の中央寄りの膜厚が均一な領域においては設計通りのパターン開口110Aが形成され、図2(c)のように、溝配線10の両側寄りの膜厚が大きい領域においてはテーパ断面形状によって表面側の開口寸法が設計よりも大きいが、底面の開口寸法はほぼ設計寸法のパターン開口110Bが形成される。
【0015】
ここで、修正溝配線を生成するためのデータ層Cは、溝配線10の両側領域において第2のレジスト膜108に生じる膜厚の不均一な領域の寸法に対応して適切な値に設定する。すなわち、配線溝の深さが大きい場合にはデータ層Cの値は大きくなる傾向にある。
【0016】
このように、本実施形態では、ビアホールのマスクパターンを設計する際に、下層の段差が存在する位置から所定距離の範囲に含まれるビアデータを所定寸法だけ増大して補正したマスクパターンとして設計することにより、下層の段差によって生じるレジスト膜の膜厚の不均一が原因として生じるレジストパターンの寸法誤差の発生を防止することが可能になる。そのため、従来のように、レジスト膜の膜厚や下層構造等を測定してその影響を考慮しながらシミュレーションによりマスクパターンを設計する手法に比較して設計工程が簡略化でき、短時間で目的とするマスクパターンを設計することが実現できる。
【0017】
前記実施形態では、配線溝の両側寄りの領域に配置されるビアホールについて、当該配線溝の側縁に近接する部分について設計の補正を行った例を示したが、ビアホールの寸法や配設位置によっては、ビアホールの両側の辺、あるいは直交辺について補正を行うことが可能である。例えば、図3(a)はビアホール40の寸法が溝配線10の寸法に比較して相対的に大きい場合の例であり、ここでは溝配線10の幅を0.3μmとし、ビアホール40の辺寸法を0.3μmとしている。この設計データについて、溝配線データ層Aを等方的に0.12μm縮小して修正溝配線データ層Cを形成する。次いで、図3(b)のように、前記修正溝配線データ層Cの補集合データ層Dを求め、この補集合データ層Dとビアデータ層Bとの積集合B∩Dを積集合データ層Eとした上で、図3(c)のように、積集合データ層Eを等方的に0.02μmだけ拡大した拡大データ層Fを求める。次いで、図3(d)のように、元のビアデータ層Bと拡大データ層Fの和集合B∪Fをとり、これを補正ビアデータ層Gとすると、両側に向けて寸法が拡大されたビアホールのマスクパターンが形成されることになる。
【0018】
また、図4(a)のように、溝配線10の終端部の領域に配置されるビアホール50の場合の例であり、設計データについても、溝配線データ層Aを等方的に0.12μm縮小して修正溝配線データ層Cを形成する。次いで、図4(b)のように、この修正溝配線データ層Cの補集合データ層Dを求めると、この補集合データ層Dはビアホール50の隣接する直交辺に沿って生成される。次いで、前記補集合データ層Dとビアデータ層Bとの積集合B∩Dを積集合データ層Eとする。次いで、図4(c)のように、前記積集合データ層Eを等方的に0.02μmだけ拡大した拡大データ層Fを求める。次いで、図4(d)のように、元のビアデータ層Bと拡大データ層Fの和集合B∪Fをとり、これを補正ビアデータ層Gとすると、溝配線10の側縁と終端縁のそれぞれに向けて寸法が拡大されたビアホールのマスクパターンが形成されることになる。
【0019】
なお、前記実施形態では本発明をデュアルダマシン配線のトレンチファーストプロセスにおけるビアホールのリソグラフィ技術に適用した例を示しているが、下層の表面に凹凸があり、その凹部内にリソグラフィ技術により所要のレジストマスクを形成する工程であれば、前記実施形態のプロセスに限られることなく本発明を適用することが可能である。
【0020】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、マスクパターンを設計する際に、レジスト膜の膜厚が不均一な領域、すなわち、下層の段差が存在する位置から所定距離の範囲に含まれるマスクパターンを所定寸法だけ増大して補正したマスクパターンとして設計することにより、下層の段差によって生じるレジスト膜の膜厚の不均一が原因として生じるレジストパターンの寸法誤差の発生を防止することが可能になり、従来のように、レジスト膜の膜厚や下層構造等を測定してその影響を考慮しながらシミュレーションによりマスクパターンを設計する手法に比較して設計工程が簡略化でき、短時間で目的とするマスクパターンを設計することが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマスクパターンの設計方法を工程順に示す概念構成図である。
【図2】本発明により設計されたマスクパターンを用いて形成したレジストパターンの断面図である。
【図3】本発明のマスクパターンの他の実施形態の製造方法を工程順に示す概念構成図である。
【図4】本発明のマスクパターンのさらに他の実施形態の製造方法を工程順に示す概念構成図である。
【図5】デュアルダマシン配線のトレンチファーストプロセスを説明するための工程断面図である。
【図6】従来のマスクパターンにおける不具合を説明するための断面図である。
【符号の説明】
10 溝配線
20,30,40,50 ビアホール
101 半導体基板
102 下層導電層
103 層間絶縁膜
104 第1のレジスト膜
105 第1のフォトマスク
106 第1のレジストパターン
107 配線溝
108 第2のレジスト膜
109 第2のフォトマスク
110 第2のレジストパターン
111 ビアホール
112 導電材料
113 溝配線
114 ビア
A 溝配線データ層
B ビアデータ層
C 修正溝配線データ層
D 補集合データ層
E 積集合データ層
F 拡大データ層
G 補正ビアデータ層
Claims (3)
- 表面に凹凸のある下層の上にレジスト膜を塗布し、前記下層の凹部内の領域において前記レジスト膜にマスクパターンを用いてレジストパターンを形成するためのマスクパターンの設計方法において、前記凹部の段差部から当該凹部の内側に向けた所定寸法位置に修正段差部を設定する工程と、元となるマスクパターンのうち前記修正段差部よりも外側に存在する領域を補集合パターン領域と定義する工程と、前記補集合パターン領域の平面寸法を所定量だけ増大して拡大パターン領域を定義する工程と、前記元となるマスクパターンと前記拡大パターン領域とを重ねた領域を最終マスクパターンとして形成する工程とを含むことを特徴とするマスクパターンの設計方法。
- 前記下層の凹部は、デュアルダマシン配線を形成するための配線溝であり、前記マスクパターンは前記配線溝の底面に開口するビアホール形成用のマスクパターンである請求項1に記載のマスクパターンの設計方法。
- 半導体基板の下層導電層上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に第1のレジスト膜を塗布形成し、第1のフォトマスクを用いて第1のレジストパターンを形成する工程と、前記第1のレジストパターンを用いて前記層間絶縁膜を途中までエッチングして配線溝を形成する工程と、前記配線溝を覆うように第2のレジスト膜を塗布形成し、第2のフォトマスクを用いて第2のレジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジストパターンを用いて前記層間絶縁膜をエッチングして前記配線溝の底面にビアホールを開口する構成とを含むデュアルダマシン配線の製造工程において、前記第2のフォトマスクのマスクパターンの設計に際して請求項2の設計方法を用いることを特徴とするマスクパターンの設計方法。
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