WO2004077156A1 - フォトマスク及びその作製方法並びにパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

　マスクデータ（２）におけるマスクパターンを形成するためのデータ（パターンデータ）（２１）を８角形状とする。電子線式マスク描画装置の場合、解像力が高いため、このように例えば８角形などのより多くの頂点を持つ多角形のパターンデータを要する。このようなパターンデータを用いることにより、円形に近い（円形近似の）開口部であるマスクパターン（２２）を有するフォトマスク（３）が得られる。これにより、小さなピッチでもレジストの膜減りやコンタクトホール等の実パターン間における断線等のデバイス製造上の不具合を発生させないようにレジストパターンを形成し、また、近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を排除し近接効果補正を単純化することにより、所期の極微細の実パターンを容易且つ正確に形成することを可能とする。

Description

明 細 書 フォ トマスク及びその作製方法並びにパターン形成方法 技術分野

本発明は、 半導体装置や液晶の製造などに用いるフォ トマスク及ぴその作製方 法並びにパターン形成方法に関するものである。 背景技術

半導体素子の高集積化に伴い、 リ ソグラフィで形成するパターンの微細化が進 んでいる。 その中でも、 より小さなピッチのコンタク トホールを形成することが 困難とされている。 現状技術を用いて、 小さなピッチのコンタク トホールを形成 するためには、 マスクデータもしくは設計データにバイァスをかけて四角形のマ スクパターンを形成し、 そのマスクをゥエーハに転写するという手法が用いられ ている。 例えば、 照明条件を開口率 （N A ) = 0 . 7 、 σ = 0 . 7とした A r F 露光装置で 2 4 0 n mピッチ、 1 2 0 n m径のコンタク トホールを形成するため には、 マスク上で 1 6 0 n m程度の四角形パターンとなり、 約 4 0 n m程度のバ ィァスをかけなければパターンを安定して形成することができない。 この手法を用いると、 コンタク トホールパターンは形成されるが、 遮光部の光 強度が上がり、 レジストの膜減りや断線といった障害が発生してしまうことがあ る。 また通常、 マスクを作製する際には、 光近接効果の影響を考慮してマスク上に バイアスをかける （光近接効果補正 ： 〇 P C ( Optical Proximity Correction) )。 この補正値は、 光の近接効果の影響、 エッチング近接効果の影響、 マスク製造プ ロセスにおけるパターン形状の影響等を考慮してバイアスを入れなければならな レ、。 そのとき、 マスク製造プロセスに違いが生じると、 近接効果補正の値にも変 化が出る。 つまりマスク製造プロセスを変えれば、 それに伴い再度最適な近接効 果補正値を算出する必要があり、 近接効果の補正が複雑化し、 さらに非常に多く の工数が必要となる。 そこで本発明は、 小さなピッチでもレジス トの膜減りゃコンタク トホール等の 実パターン間における断線等のデバィス製造上の不具合を発生させないようにレ ジス トパターンを形成し、 また、 近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を 排除し近接効果補正を単純化することにより、 所期の極微細の実パターンを容易 且つ正確に形成することを可能とするフォ トマスク及びその作製方法並びにパタ —ン形成方法を提供することを目的とする。 発明の開示

本発明のフォ トマスクの作製方法は、 マスクパターンを備えたフォ トマスクの 作製方法であって、 前記マスクパターンは、 外形の少なく とも一部分が曲線形状 とされてなる実パタ一ンを形成するためのものであり、 前記実パターンの前記曲 線に対応する前記マスクパターンの外形部分を曲線近似し得る多角線分を用いて 前記外形部分を曲線近似し、 前記マスクパターンを形成する。 本発明のフォ トマスクは、 マスクパターンを備えたフォ トマスクであって、 前 記マスクパターンは、 外形の少なく とも一部分が曲線形状とされてなる実パタ一 ンを形成するためのものであり、 前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分 が曲線近似とされてなる。 本発明のパターン形成方法は、 外形の少なく とも一部分が曲線形状とされてな る実パターンを形成する方法であって、 前記実パターンの前記曲線に対応する外 形部分が曲線近似とされてなるマスクパターンを有するフォ トマスクを用い、 前 記マスクパターンを露光転写して前記実パターンを形成する。 ここで、 前記実パターンを円形状又は楕円形状とする場合には、 これに対応し て前記マスクパターンが円形近似又は楕円形近似とする。 また、 前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形である場合に は、 これに対応して前記マスクパターンをその角部分を曲線近似する。 図面の簡単な説明

図 1 Aは、 従来のコンタク トホールを形成するときめマスクイメージを示す概 略平面図である。

図 1 Bは、 図 1 Aのマスクイメージのシミ ュレーショ ンから導いた光強度の等 高線図である。

図 2 Aは、 本発明により、 マスクパターンを更に多角形状としたときのマスク ィメージを示す概略平面図である。

図 2 Bは、 図 1 Aのマスクイメージのシミュレーションから導いた光強度の等 高線図である。

図 3は、 コンタク トホールを形成するためのマスクパターンを 4角形と 8角形 で近似したときの、 光強度のコントラス トとホール径との関係を示す特性図であ る。

図 4 Aは、 電子線を用いたマスク描画装置を使ってフォ トマスクを作製すると きのデータィメージを示す概略平面図である。

図 4 Bは、 図 4 Aのマスクデータを用いて作製したマスクィメ一ジを示す概略 平面図である。

図 5 Aは、 i線等を用いたレーザ式のマスク描画装置を使ってフォ トマスクを 作製するときのデータィメージを示す概略平面図である。

図 5 Bは、 図 5 Aのマスクデータを用いて作製したマスクィメージを示す概略 平面図である。

図 6 Aは、 フォ トマスクのイメージを示す概略平面図である。

図 6 Bは、 図 6 Aのフォ トマスクを用いて形成した際のゥエーハ上におけるレ ジス トパターンのイメージを示す概略平面図である。

図 7は、 フォ トマスク上のマスクパターンのホーノレ径と ゥエーハ上のコンタク トホールのホール径との関係を示す特性図である。 図 8は、 フォ トマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた一例を示す概 略平面図である。

図 9は、 フォ トマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた他の例を示す 概略平面図である。

図 1 0は、 例えばメモリ素子のキャパシタに対応した実パターンを形成する場 合のフォ トマスクを示す概略平面図である。

図 1 1 Aは、 フォ トマスクを作製するときのデータィメージを示す概略平面図 である。

図 1 1 Bは、 図 1 1 Aのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す 概略平面図である。

図 1 2 Aは、 電子線式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有する フォ トマスクのィメ一ジを示す概略平面図である。

図 1 2 Bは、 電子線式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有す るフォ トマスクのィメージを示す概略平面図である。

図 1 3 Aは、 レーザ式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有する フォ トマスクのィメ一ジを示す概略平面図である。

図 1 3 Bは、 レーザ式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有す るフォ トマスクのィメージをそれぞれ示す概略平面図である。 発明を実施するための最良の形態

—本発明の基本骨子一

上述した問題点、 即ち実パターン形成の際にレジス トの膜減りや断線が生じる こと、 及びマスク製造プロセスごとに依存して最適な近接効果補正を行う必要の あることは、 コンタク トホールのように外形が円形状又は楕円形状の実パターン を形成する際に顕在化する。 これを一般化して考察すれば、 外形の少なく とも一 部分が曲線形状とされてなる極微細の実パターンを形成する際に、 マスクパター ンの当該部分に対応する箇所を複数の線分 （多角線分） で近似して形成する必要 があることに起因して生じる問題であると見なせる。 本発明者は、 そもそもフォトマスクのマスクパターンを形成するためのマスク データの段階において上記の多角線分による近似 （多角近似） をして、 マスクパ ターンの当該部分に対応する箇所を曲線近似 （場合によって異なるが、 例えば形 成する実パターンが円形のものであれば 6角形、 8角形又はそれ以上） とするこ と、 即ち曲線形状を持つ実パターンに対応して曲線近似されたマスクパターンを 有するフォ トマスクを用いれば、 上記の問題を解決できることに想到した。 そし て、 マスクパターンの外形を曲線近似するための多角近似は、 換言すれば、 実パ ターンの曲線に対応するマスクパターンの外形部分を曲線近似し得る手法であり、 これはマスクパターンの形状はもとより、 マスクパターン描画の態様や各種条件 等により異なる。 従って、 これら形状や諸条件等に応じた個別具体的な多角近似 により、 所期のマスクパターンを形成することができる。 なお、 電子ビームを用いた円形パターン描画の露光装置として、 中心位置及び 半径の情報から円形パターンを描画する技術が特開昭 6 0 - 1 3 6 2 2 5号公報 に開示されている。 しかしながらこのような単純な手法では、 近時のような微細 パターンを実際に形成することは極めて困難であり、 現実に所望の微細パターン を形成する要請に応えるべく、 本発明がなされた経緯がある。 即ち、 実際に微細 な円形の実パターンを形成するには、 本発明のように、 形成すべき形状やマスク パターン描画の態様、 各種条件等に適合させた近似パターン、 この場合では円形 近似のマスクパターンを形成することが必須である。 以下、 上記の技術思想の具体的な根拠について詳述する。

図 1 A , 図 1 B， 図 2 A， 図 2 B， 図 3は本発明の原理を説明するための図で ある。 図 1 Aは従来のコンタク トホールを形成するときのマスクィメージを示す 概略平面図であり、 図 1 Bはそのシミュレーションから導いた光強度の等高線図 である。 フォ トマスク 1 0 1 の各マスクパターン 1 1 1 は、 コンタク トホールを形成す るための開口部であり、 ピッチ 1 8 O n mで一辺 1 3 O n mの 4角形状とされて いる。 照明条件は N A= 0. 7で σ = 2 Ζ 3輪帯である。 遮光部は 1 1 2で示さ れ、 ゥエーハ上にレジス トが残る部分に対応する。 図 1 Βにおいて、 1 1 3はシミ ュ レーシヨンより求めた光強度の中で一番強度 の大きな個所、 1 1 4は一番強度の小さい個所である。 この結果を見ると、 1 1 3の部分は光強度が大きくなっているが、 1 1 4の部分も光強度が大きくなって おり、 光強度のコントラス トは相対的に低下していることが判る。 図 2 Αは、 本発明により、 マスクパターンを更に多角形状としたときのマスク ィメージを示す概略平面図であり、 図 2 Bはそのシミ ュ レーショ ンから導いた光 強度の等高線図である。 フォ トマスク 1のマスクパターン 1 1は、 コンタク トホ ールを形成するための開口部であり、 ピッチ 1 8 0 n mで径 1 40 nmの 8角形 状とされている。 照明条件は NA= 0. 7で σ = 2 Z 3輪帯である。 遮光部は 1 2で示され、 ゥヱ一ハ上にレジス トが残る部分に対応する。 図 2 Βにおいて、 1 3はシミ ュ レーショ ンよ り求めた光強度の中で一番強度の 大きな個所、 1 4は一番強度の小さい個所である。 この結果と図 1 Βの結果を見 比ぺると、 1 3の部分の光強度は若干小さく なつているが、 1 4の部分も光強度 も小さく なつており、 光強度のコントラス トは図 2 Βの方が大きくなっているこ とが判る。 ' 図 3は、 コンタク トホールを形成するためのマスクパターンを 4角形と 8角形 で近似したときの、 光強度のコントラス トとホール径との関係を示す特性図であ る。

マスクパターンはピッチ 1 8 0 n mで照明条件は N A = 0 · 7で σ = 2 Z 3輪 帯である。 この結果を見ると、 4角形よりも 8角形でマスクパターンを円形近似 した方がより コン トラス トが大きくなることが判る。 即ち、 従来では開口させる ことが出来なかった狭ピッチのコンタク トホールを開口させることが可能となる, このシミ ュ レーショ ン結果は、 8角形で近似しているが、 更に多くの頂点を持つ 多角形で近似し、 円形 （曲線の外形） に可及的に近づけることが好適である。 更に、 マスクパターンをほぼ円形とすると、 マスク描画装置や製造プロセスに 起因したパターンのラウンデイングの違いが見えなくなり、 近接効果補正の中か らマスク起因のパラメータを除去することが可能となる。 よって、 マスク製造プ 口セスを変えても、 近接効果補正値を変更する必要がなくなり、 工数を小さくす ることが可能となる。 一本発明の具体的な諸実施形態一

(実施形態 1 )

本発明の実施形態 1を図 4 A , 図 4 Bに示す。 実施形態 1では、 電子線式マス ク描画装置を用いてマスクパターンを形成し、 フォ トマスクを作製する。 図 4 A は、 電子線を用いたマスク描画装置を使ってフォ トマスクを作製するときのデー タイメージを示す概略平面図であり、 図 4 Bはそのマスクデータを用いて作製し たマスクイメージを示す概略平面図である。 データイメージでは、 マスクデータ 2におけるマスクパターンを形成するため のデータ （パターンデータ） 2 1を 8角形状とした。 電子線式マスク描画装置の 場合、 解像力が高いため、 このよ うに例えば 8角形などのより多くの頂点を持つ 多角形のパターンデータを要する。 このようなパターンデータを用いることによ り、 円形に近い （円形近似の） 開口部であるマスクパターン 2 2を有するフォ ト マスク 3が得られる。

(実施形態 2 )

本発明の実施形態 2を図 5 A， 図 5 Bに示す。 実施形態 2では、 レーザ式のマ スク描画装置を用いてマスクパターンを形成し、 フォ トマスクを作製する。 図 5 Aは、 i線等を用いたレーザ式のマスク描画装置を使ってフォ トマスクを作製す るときのデータィメージを示す概略平面図であり、 図 5 Bはこのマスクデータを 用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。 データィメージでは、 マスクデータ 4におけるマスクパターンを形成するため のデータ （パターンデータ） 2 3を 8角形状とした。 レーザ式マスク描画装置の 場合、 解像力がさほど高くないため、 例えば 6角形などの比較的少ない頂点を持 つ多角形のパターンデータを用いても、 円形に近い （円形近似の） 開口部である マスクパターン 2 4を有するフォ トマスク 5が得られる。

(実施形態 3 )

本発明の実施形態 3を図 6 A , 図 6 Bに示す。 実施形態 3では、 円形近似のマ スクパターンを有するフォ トマスクにより、 コンタク トホールの実パターンを形 成する。 図 6 Aはフォ トマスクのィメージを示す概略平面図であり、 図 6 Bはこ のフォ トマスクを用いて形成した際のゥェ一ハ上におけるレジス トパターンのィ メージを示す概略平面図である。 ここでは、 ピッチ 1 8 0 n m、 ホール径 1 0 0 n mのマスクパターン 2 5を有 するフォ トマスク 6を用いて、 N A = 0 . 7 、 σ = 2 /'. 3輪帯の照明条件で露光 した。 通常の四角形のマスクパターンでは開口しないレジス トも、 円形近似の開 口部であるマスクパターン 2 5を有するフォ トマスク 6を用いることにより、 ゥ エーハ 7上のレジス ト 1 5に所期の円形状のレジス トパターン 2 6が形成される _c

(実施形態 4 )

本発明の実施形態 4を図 7に示す。 図 7は、 フォ トマスク上のマスクパターン のホール径とゥェ一ハ上のコンタク トホールのホール径との関係を示す特性図で ある。 横軸にマスクパターンのホール径を、 縦軸にコンタク トホールのホール径 をそれぞれ示す。 ここでは、 ピッチ 2 2 0 n m、 ホーノレ径 1 2 0 n mのマスクパターンを、 N A = 0 . 7 、 σ == 2 Z 3輪帯の照明条件でゥヱーハに露光転写した。 四角形のマス クパターンを有するフォ トマスクと、 円形近似のマスクパターンを有するフォ ト マスク とでは、 マスクノ、。ターンのホーノレ径とコンタク トホーノレのホーノレ径との関 係を示す直線の傾きに明らかな相違が見られる。 これは、 円形近似のマスクパタ ーンの方がプロセスマージンが大きいということを表している。

(実施形態 5 )

本発明の実施形態 5を図 8に示す。 実施形態 5では、 フォ トマスク上の部分に 応じてマスクパターンを変えた一例を示す。

ここでは、 フォ トマスク 8上における狭ピッチの個所のみのマスクパターン 2 7を円形近似で形成し、 比較的疎な個所には 4角形のマスクパターン 2 8を形成 する。 即ち、 特にマスクパターンの形成が難しい個所のみに、 このような円形近 似のマスクパターン 2 7を適用するとレヽぅものである。 このような手法を用いる と、 無駄にマスクデータを大きくすることを防止することが可能となる。

(実施形態 6 )

本発明の実施形態 6を図 9に示す。 実施形態 6では、 フォ トマスク上の部分に 応じてマスクパターンを変えた他の例を示す。

ここでは、 フォ トマスク 9上における比較的疎な個所のみのマスクパターン 2 9を円形近似で形成し、 狭ピッチの個所には 4角形のマスクパターン 3 0を形成 する。 特に疎なマスクパターンの寸法安定性が必要なときに用いると効果的な例 である。 疎なマスクパターンのみに円形近似を適用するため、 そのデータ量も通 常のデータ量と大きく変わることがない。

(実施形態 7 )

本発明の実施形態 7を図 1 0に示す。 実施形態 7では、 例えばメモリ素子のキ ャパシタに対応した実パターンを形成する場合のフォ トマスクを示す。

ここでは、 マスクパターン 3 1を楕円近似とされてなるフォ トマスク 1 0を用 いる。このフォ トマスク 1 0を作製する際にはノ ィァスをかけることによって、 より狭ピッチのマスクパターンを得ることが可能となる。 (実施形態 8 )

本発明の実施形態 8を図 1 1 A, 図 1 1 Bに示す。 実施形態 8では、 例えば口 ジックデバイスのバルク配線のような実パターンを形成するためのフォ トマスク を作製する。 図 1 1 Aはフォ トマスクを作製するときのデータイメージを示す概 略平面図であり、 図 1 1 Bはこのマスクデータを用いて作製したマスクイメージ を示す概略平面図である。 ここで、 マスクデータ 4 1上、 各パターンデータ 3 2の角部位を多角形で近似 することにより、 フォ トマスク 4 2上で円形に近い端部を持つマスクパターン 3 3を形成することが可能となる。 このようなマスクパターンを用いれば、 プロセ スマージンの広い安定したレジス トパターンを得ることが可能となる。

(実施形態 9 ) '

本発明の実施形態 9を図 1 2 A, 図 1 2 B， 図 1 3 A, 図 1 3 Bに示す。 実施 形態 9では、 電子線式マスク描画装置とレーザ式マスク描画装置により形成され るマスクパターン形状を比較した。 図 1 2 Aは電子線式マスク描画装置による四 角形のマスクパターンを有するフォ トマスク、 図 1 2 Bは電子線式マスク描画装 置による円形近似のマスクパターンを有するフォ トマスク、 図 1 3 Aはレーザ式 マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有するフオ トマスク、 図 1 3 B はレ一ザ式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有するフォ トマス クのィメージをそれぞれ示す概略平面図である。 四角形のマスクパターンにおいては、 描画装置により形状の違いが現れる。 こ こでは、 図 1 2 Aのフォ トマスク 4 3のマスクパターン 34に比して、 図 1 3 A のフォ トマスク 44のマスクパターン 3 5の方が角部位が丸く形成されている。 この形状の違いが近接効果補正値の相違に反映される。 他方、 円形のマスクパタ ーンにおいては、 両描画装置ともに円形近似でパターン形状に違いは出ない。 即 ち、 図 1 2 Bのフォ トマスク 4 5のマスクパターン 3 6 と、 図 1 3 Bのフォ トマ スク 4 6のマスクパターン 3 7とは、ほぼ同一の円形近似とされている。よって、 コンタク トホールを形成するためのマスクパターンを四角形ではなく円形近似に することにより、 近接効果補正の値に違いが生じないことになり、 マスク製造プ 口セスを変えても、 近接効果補正値を変更する必要がない。 以上説明したように、 円形近似や楕円形近似のマスクパターンにより コンタク トホールを形成すれば、 狭ピッチのレジス トパターンが安定に形成できることが 判る。 また、 円形近似のマスクパターンであれば近接効果のマスクプロセス起因 の要素を省く ことが可能となる。 なお、 以上説明した諸実施形態では、 通常の近接効果補正を併用することも可 能である。 産業上の利用可能性

本発明によれば、 小さなピツチでもレジス トの膜減りゃコンタク トホール等の 実パターン間における断線等のデバイス製造上の不具合を発生させないようにレ ジス トパターンを形成し、 また、 近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を 排除し近接効果補正を単純化することにより、 所期の極微細の実パターンを容易 且つ正確に形成することが可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . マスクパターンを備えたフォ トマスクの作製方法であって、

前記マスクパターンは、 外形の少なく とも一部分が曲線形状とされてなる実パ ターンを形成するためのものであり、

前記実パターンの前記曲線に対応する前記マスクパターンの外形部分を曲線近 似し得る多角線分を用いて前記外形部分を曲線近似し、 前記マスクパターンを形 成することを特徴とするフォ トマスクの作製方法。

2 . 前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、 これに対応して前記マスク パターンを円形近似又は楕円形近似に形成することを特徴とする請求項 1に記載 のフォ トマスクの作製方法。

3 . 前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、 これに 対応して前記マスクパターンをその角部分が曲線近似とされてなる外形に形成す ることを特徴とする請求項 1に記載のフォ トマスクの作製方法。

4 . マスクパターンを備えたフォ トマスクであって、

前記マスクパターンは、 外形の少なく とも一部分が曲線形状とされてなる実パ ターンを形成するためのものであり、 前記実パターンの前記曲線に対応する外形 部分が曲線近似とされてなることを特徵とするフォ トマスク。

5 . 前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、 これに対応して前記マスク パターンが円形近似又は楕円形近似とされてなることを特徴とする請求項 4に記 載のフォ トマスク。

6 . 前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、 これに 対応して前記マスクパターンがその角部分が曲線近似とされてなる外形であるこ とを特徴とする請求項 5に記載のフォ トマスク。

7 . 外形の少なく とも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成する方 法であって、

前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分が曲線近似とされてなるマスク パターンを有するフォ トマスクを用い、 前記マスクパターンを露光転写して前記 実パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。

8 . 前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、 これに対応して前記マスク パターンが円形近似又は楕円形近似とされてなることを特徴とする請求項 7に記 載のパターン形成方法。 .

9 . 前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、 これに 対応して前記マスクパターンがその角部分が曲綠近似とされてなる外形であるこ とを特徴とする請求項 8に記載のパターン形成方法。