JPH11512569A - オフアクシス照明を回転ダイポールアパーチャ及び偏光アパーチャと共用することによるパターン短絡の防止 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 バイアスされたマスクを作成することなくパターン短絡を防止する装置と方法により、半導体デバイス製造におけるフォトリソグラフィープロセスでの露光動作中の方向依存差異が解決される。この露光課題を解決するために、バイアスされたマスクの設計によらず、露光プロセス自体に影響を与えることでパターン短絡現象が防止される。オフアクシス照明技術を利用することにより露光が異なる方向に分割される。実施例の１つにおいては、オフアクシス照明が特殊なダイポールアパーチャ（２個の開口部）と共に適用される。露光は２つ以上の部分で行われ、アパーチャが露光間で回転される。別の実施例では、オフアクシス照明が特殊な偏光アパーチャと共に使用される。第１の実施例と同様、露光は２つ以上の部分で行われるが、この場合異なって偏光された光が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 オフアクシス照明を回転ダイポールアパーチャ及び 偏光アパーチャと共用することによるパターン短絡 の防止 発明の背景 発明の分野 本発明は概して超大規模集積（ＶＬＳＩ）回路デバイスに関し、より詳細には オフアクシス照明を光学回転ダイポールアパーチャ及び偏光アパーチャと共用す ることによるリソグラフィー像の忠実度の改善に関する。 背景の説明 半導体デバイスの製造は、計算機援用設計（ＣＡＤ）により作成されたパター ンをいかに正確にデバイス基板上に再現できるかに左右される。この再現プロセ スは典型的には光学的リソグラフィーとそれに引き続く様々な減法的（エッチン グ）及び加法的（デポジション）プロセスにより行われる。光学的リソグラフィ ーパターニングでは、金属（クロム等）で被覆された フォトマスクと呼ばれる石英プレートに光が照射される。該金属層にはコンピュ ータにより作成されたパターンの拡大像がエッチングされており、照明された像 は寸法が縮小されてデバイス基板上の感光性フィルムに転写される。パターン転 写中に起こる干渉と処理の影響により、デバイス基板上に形成された像は、コン ピュータにより作成された像の理想的な寸法及び形状から逸脱する。こうした誤 差はパターンの特徴ならびに様々な処理条件に依存する。このような誤差は半導 体デバイスの性能に大きな影響を与え得るため、理想的な像を得るためのＣＡＤ 補正方法に基づく多くの手段がこれまでに講じられてきた。 先端的ＶＬＳＩ回路の性能を強化すること（高速化かつ回路寸法の小型化）は 近年ますます、微小寸法（０．５μｍ以下等）における一連のリソグラフィー及 びＲＩＥプロセスでのパターン忠実性の欠如により困難になっている。フォトリ ソグラフィープロセスでは、パターンがフォトマスクからウェーハ上の感光性フ ィルム（レジスト）に転写される。ＲＩＥプロセスでは、このレジスト内のパタ ーンがウェーハ基板上の様々なフィルムに転写される。リソグラフィーの後、形 成体の中にはいわゆるパターン短絡現象が発生するものもある。これは、露光プ ロセスが方向に依存していることによる。即ち、露光量（露光時間）を一方向に 最適化しなければならないのである。他の方向を独立 して最適化することはできない。その結果、上記のようなパターン又は線短絡が 生じてしまう。 多大なコストをかけて実効解像度の高いプロセスを開発する代わりに、マスク パターンに選択的バイアスを加えることにより、ウェーハ処理中のパターン歪み を補正する方法がある。この選択的マスクバイアシングは一般的に光近接効果補 正（ＯＰＣ）と呼ばれるが、光学的像転写に関係のないパターン歪みにもこの用 語が用いられる傾向がある。パターンにバイアスを加えて像転写非忠実性を補正 するという考えはこれまでに広くＥビームリソグラフィーに応用されており、フ ォトマスクの描画と直接ウェーハ描画操作の両方において後方散乱電子の影響を 低減するために使用される。一例として米国特許第５２７８４２１号を参照され たい。 ＯＰＣによれば、自動パターンバイアシングの概念が、ＶＬＳＩ技術で使用さ れる２つの重要なパターン転写プロセスに拡張される。現在実行されているＯＰ Ｃは「規則に基づく」タイプ、すなわち、バイアス量を寸法、近接度、密度等の パターン特性に関連付ける規則に基づいて、パターンが計算機援用設計（ＣＡＤ ）データセット内で分類及びバイアスされるタイプと、「たたみこみに基づく」 タイプ、すなわちＣＡＤパターンが特定のパターン環境に基づいてバイアスされ るタイプに分けることができる。規則とたたみこみ関 数のいずれも、プロセスシミュレーション又は経験的データから生成できる。「 規則に基づく」ＯＰＣの実施の例として、Richard C．Henderson，Oberdan W．O ttoによる「CD data requirements for proximity effect corrections」，14th Annual BACUS Symposium on Photomask TEchnology and Management，William L．Brodsky，Gilbert V．Shelden編，Proc．SPIE 2322(1994)，pp.218-228；及 びOberdan W．Otto，Joseph G．Garofalo，K．K．Low，Chi-Min Yuan，Richard C．Henderson，Christophe Pierrat，Robert L．Kostelak，Shiela Vaidya，及 びP．K．Vasudevらによる「Automated optical proximity correction--a rules- based approach」；Optical/Laser Microlithography VII，Timothy A．Brunner 編，Proc．SPIE 2197 (1994)，pp．278-293を参照されたい。「たたみこみに基 づく」ＯＰＣの実施の例については、John P．Stirniman，Michael L．Riegerに よる「Fast proximity correlation with zone sampling」，Optical/Laser Mic rolithography VII，Timothy A．Brunner編，Proc．SPIE 2197 (1994)，pp．294 -301、及びJohn Stirniman，Michael Riegerによる「Optimizing proximity cor rection for wafer fabrication processes」，14th Annual BACUS Symposium o n Photomask Technology and Management，William L．Brodsky，Gilbert V．Sh elden編，Proc．SPIE 2322 (1994)，pp．239-246を参照 されたい。露光動作における方向依存性差異を補償するために、対応するマスク は特定のバイアスを加えて設計されている。このバイアスにより例えば、線が多 少長めに設計される。この解決法はしかしながら、使用されるクロムマスク書き 込み装置の解像度制約により制限される。 発明の概要 本発明の課題は、バイアスされたマスクを作成することなくフォトリソグラフ ィープロセスにおける露光動作中の方向依存性差異を解決できる、パターン短絡 防止装置及び方法を提供することである。 本発明によれば、前記露光課題を解決するためにバイアスされたマスクを作成 する代わりに、露光プロセスそれ自体に影響を与えることによりパターン短絡現 象が回避される。現在のところ、全ての方向において同じ時間（すなわち全露光 時間）にわたって露光が行われている。オフアクシス照明技術を使用することに より、異なる方向に露光を分割することができる。より詳細には、本発明の実施 例の１つによれば、パターン短絡の問題はオフアクシス照明技術を特殊なダイポ ールアパーチャ（即ち２つの開口部）と共に適用することにより解決される。露 光は２つ以上の部分で行われ、よってアパーチャは例えば２露光間で９０度回転 される。本発明の別の実施例によれば、オフアクシス照技術が特殊な偏光用アパ ーチャと組み合わせて使用宇される。第１の実施例と同様、露光は２つ以上の部 分で行われるが、この実施例では異なって偏光された光が使用される。 図面の簡単な説明 前記及び他の目的、特徴及び利点は以下の本発明の好適な実施例の詳細な説明 に基づいて図面を参照することにより明確に理解されるであろう。 図１は、本発明の第１実施例において使用されるオフアクシス照明フォトリソ グラフィー装置の構成を示す略図である。 図２Ａと２Ｂは、公知のオフアクシス照明フォトリソグラフィー装置で使用さ れる標準的アパーチャの平面図である。 図３Ａと３Ｂは、本発明の第１実施例による図１のオフアクシス照明フォトリ ソグラフィー装置において使用される回転ダイポールアパーチャの平面図である 。 図４は、本発明の第２実施例で使用されるオフアクシス照明フォトリソグラフ ィー装置の構成を示す略図である。 図５Ａと５Ｂは、本発明の第２実施例による図１の オフアクシス照明フォトリソグラフィー装置において使用される偏光アパーチャ の平面図である。 発明の好適な実施例の詳細な説明 図面、特に図１にはオフアクシス照明フォトリソグラフィー装置が示されてい る。光源１０はアパーチャプレート１２を照明する。アパーチャプレート１２を 透過した光はレンズ系１４によりマスク１６に結像される。マスク１６は照明光 の波長に対して小さい寸法を有しているため、回折パターンを作り出す。マスク １６は典型的には石英上にエッチングされたクロムパターンである。マスク１６ を透過した光の０次並びに１次回折部分はさらにレンズ系１８によりターゲット ２０に結像される。ターゲット２０は例えば感光性フィルムで被覆された基板で ある。 公知のオフアクシス照明フォトリソグラフィー装置におけるアパーチャプレー ト１２は典型的には図２Ａと２Ｂに示すような形態を有する。図２Ａのアパーチ ャプレートは中央の周囲に９０度の間隔で配置された４つの偏心円形アパーチャ により特徴付けられる。図２Ｂのアパーチャプレートは４つのパイ形の孔部と、 閉塞された中心部により特徴付けられる。このようなアパーチャプレートの何れ かを図１のオフアクシス照明フォトリソグラフィー装置において使用すると、照 明の制御が制限される。つまり、露光プロセスが方向に依存し、露光量（即ち露 光時間）の最適化が一方向においてのみ可能となる。 本発明によれば、露光プロセスが２方向に分けられることにより、２つの方向 のそれぞれにおいて露光量の最適化が可能となる。本発明の第１実施例では、図 ３Ａと３Ｂのアパーチャプレートが使用される。これらのプレートは１軸（すな わち直径）方向にのみアパーチャを有しており、図２Ａと２Ｂにおける直交方向 の軸が無いという特徴を有する。図３Ａと３Ｂのアパーチャプレートを本願明細 書ではダイポールアパーチャプレートと呼ぶ。これらのダイポールアパーチャプ レートを使用することにより、ある１方向において、別方向とは異なる時間だけ 露光を行うことができる。例えば、全露光時間の４０％をある１方向で露光し、 ６０％をそれと直交する方向で露光することができる。このような異なる露光方 向はダイポールアパーチャプレートを、２つの露光量の間で９０度回転させるこ とにより分割できる。 露光量を３つ以上の方向に分割することも可能である。例えば、アパーチャダ イポールを個々の露光量間で９０度未満の角度で回転させればよい。また、所望 の露光量補正に合わせてアパーチャダイポールプレートを一定でない角速度で回 転させることもできる。 本発明の第２実施例によれば、同様の露光量補正を 図４並びに図５Ａと５Ｂに略示した偏光子を用いて行うことができる。図４に示 された構成は概して図１と同様であり、同一または類似の要素には同じ参照番号 が振ってある。偏光子２２が光源１０とアパーチャプレート１２間に追加されて いる。アパーチャプレート１２は図５Ａ又は５Ｂに示されたアパーチャプレート の何れか一方の形態を取る。これらのアパーチャプレートは図２Ａと２Ｂに示し たものと類似しているが、ここではアパーチャに偏光フィルムが充填されている 点で異なる。１軸方向におけるアパーチャ内フィルムの偏光はそれに直交する軸 方向のアパーチャ内フィルムの偏光と直交している。 図４と５Ａ又は５Ｂの構成を使用して、ある一方向において他方向とは異なる 時間だけ露光を行うことができる。これらの異なる露光方向は、２つの露光ステ ップにおいてそれぞれ異なって偏光された光を使用することにより分割される。 第１実施例と同様の方法で露光を３つ以上の方向に分割することも可能である。 以上、本発明を２つの好適な実施例を用いて説明したが、当業者であれば以下 の請求項に記載された本発明の精神と範囲内において変更を加えることが可能で あることが明らかであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 司 アメリカ合衆国 ニューヨーク ポーキー プシー ハドソン ハーバー 37エフ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光源と、フォトマスクと、レンズ系と、アパーチャプレートを具備した、 半導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムのフォトリソグラ フィー露光のためのオフアクシス照明装置において、 前記光源により感光性フィルムが露光され、 前記フォトマスクは金属層にエッチングされたパターンの拡大像を有し、光源 と露光用感光性フィルムの間に配設されており、 前記レンズ系は前記フォトマスクとレジスト間に配設され、該レンズ系により 、照明された像の寸法がデバイス基板上の感光性フィルムへのパターニングのた めに縮小され、 前記アパーチャプレートは光源とフォトマスク間に配設されており、このアパ ーチャプレートにより感光性フィルムのオフアクシス露光が２つ以上の露光に分 割され、それぞれの露光が別々に最適化されることにより、感光性フィルム上に 投影されたフォトマスク像におけるパターン短絡が防止されるよう構成された、 オフアクシス照明装置。 ２．前記アパーチャプレートが、共軸上に２個の偏心アパーチャを有するダイ ポールアパーチャプレートであり、該アパーチャプレートを個々の露光量間で回 転することにより、感光性フィルムの露光を２つ以上 の露光に分割するよう構成された、半導体デバイス製造におけるデバイス基板上 の感光性フィルムのフォトリソグラフィー露光のための、請求項１記載のオフア クシス照明装置。 ３．前記アパーチャプレートが２個の円形偏心アパーチャにより特徴付けられ た、半導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムのフォトリソ グラフィー露光のための、請求項２記載のオフアクシス照明装置。 ４．前記アパーチャプレートが２個の略パイ形偏心アパーチャにより特徴付け られた、半導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムのフォト リソグラフィー露光のための、請求項２記載のオフアクシス照明装置。 ５．前記光源と前記アパーチャプレート間に偏光子が配設されており、前記ア パーチャプレートは偏光フィルムで充填されたアパーチャを有し、該アパーチャ プレートを個々の露光量間で回転することにより感光性フィルムの露光を２つ以 上の露光に分割するよう構成された、半導体デバイス製造におけるデバイス基板 上の感光性フィルムのフォトリソグラフィー露光のための、請求項１記載のオフ アクシス照明装置。 ６．前記アパーチャプレートが、互いに直交する２軸上の偏心アパーチャによ り特徴付けられており、該２軸上の前記アパーチャ内のフィルムの偏光が互いに 直交している、半導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムの フォトリソグラフィー露光のための、請求項５記載のオフアクシス照明装置。 ７．半導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムのフォトリ ソグラフィー露光用オフアクシス照明装置における、パターン短絡防止方法であ って、該方法は以下のステップすなわち 感光性フィルムを露光するための光源を配設し、 金属層にエッチングされたパターン拡大像を有するフォトマスクを光源と露光 用感光性フィルム間に配設し、 デバイス基板上の感光性フィルムにパターニングするために、照明された像の 寸法を縮小し、 光源とフォトマスク間にアパーチャプレートを配置し、 個々の露光間でアパーチャプレートを回転することにより感光性フィルムのオ フアクシス露光を２つ以上の露光に分割する、ステップを有し、 個々の露光を別々に最適化することにより、感光性フィルム上に投影されるフ ォトマスク像内のパターン短絡を防止するよう構成された方法。 ８．前記アパーチャプレートは、共軸上の２個の偏心アパーチャを有し、該ア パーチャプレートを個々の露光量間で回転させることにより、感光性フィルムの 露光を２つ以上の露光に分割するよう構成された、半 導体デバイス製造におけるデバイス基板上の感光性フィルムのフォトリソグラフ ィー露光用オフアクシス照明装置における、請求項７記載のパターン短絡防止方 法。 ９．偏光子を光源とアパーチャプレート間に配設するステップをさらに具備し 、 前記アパーチャプレートが、偏光フィルムで充填されたアパーチャを有し、該 アパーチャプレートを個々の露光量間で回転させることにより、感光性フィルム の露光を２つ以上の露光に分割するよう構成された、半導体デバイス製造におけ るデバイス基板上の感光性フィルムのフォトリソグラフィー露光用オフアクシス 照明装置における、請求項７記載のパターン短絡防止方法。