(57)【要約】【課題】マスク開口率の差異に起因するパターンの寸法バラツキを低減させる。【解決手段】フォトレジスト膜に転写される転写パターン１２と、転写パターン１２の周囲に配置され、転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターン１３と、  前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターン１４とをフォトマスク１１に設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被転写基板に転写パターンを形成する際に用いられるフォトマスクであって、
前記フォトマスク上に形成された転写パターンと、
前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンと、
前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンとを備えることを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記フォトマスクは前記転写パターンの占める割合が異なる複数のデバイス領域を有し、
前記第二のアシストパターンは前記転写パターンの割合が大きい前記デバイス領域と比較して前記転写パターンの割合が小さい前記デバイス領域により多く形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項３】
前記フォトマスクは前記転写パターンの占める割合が異なる複数のデバイス領域を有し、
前記第二のアシストパターンは、前記転写パターン及び前記第一のアシストパターンの占める割合が４０％以下の前記デバイス領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
【請求項４】
被転写基板に転写パターンを形成する際に用いられるフォトマスクを描画するデータであって、
前記フォトマスク上に形成される転写パターンを前記フォトマスク上に描画させる第１の描画データと、
前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンを前記フォトマスク上に描画させる第２の描画データと、
前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンを前記フォトマスク上に描画させる第３の描画データとを備えることを特徴とする描画データ。
【請求項５】
被処理層上にフォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジスト膜に転写される転写パターンと、前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンと、前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンとが設けられたフォトマスクを介して、前記フォトレジスト膜を露光する工程と、
前記露光されたフォトレジスト膜を現像することにより、前記フォトレジスト膜に前記転写パターンを形成する工程と、
前記転写パターンが形成された前記フォトレジスト膜を介して前記被処理層を処理する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォトマスク、描画データおよび半導体装置の製造方法に関し、特に、フォトマスクのマスク開口率を調整する方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴って、フォトリソグラフィーの解像度および露光マージンを向上させることが求められている。この解像度および露光マージンを向上させる方法として、フォトレジスト膜に転写させるパターンの近傍にフォトレジスト膜に転写されないような微細なアシストパターンを配置する方法がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１２６６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、マスク開口率の差異に起因するパターンの寸法バラツキを低減させることが可能なフォトマスク、描画データおよび半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、被転写基板に転写パターンを形成する際に用いられるフォトマスクであって、前記フォトマスク上に形成された転写パターンと、前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンと、前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンとを備えることを特徴とするフォトマスクを提供する。
【０００６】
本発明の一態様によれば、被転写基板に転写パターンを形成する際に用いられるフォトマスクを描画するデータであって、前記フォトマスク上に形成される転写パターンを前記フォトマスク上に描画させる第１の描画データと、前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンを前記フォトマスク上に描画させる第２の描画データと、前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンを前記フォトマスク上に描画させる第３の描画データとを備えることを特徴とする描画データを提供する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、被処理層上にフォトレジストを形成する工程と、前記フォトレジスト膜に転写される転写パターンと、前記転写パターンの周囲に配置され、前記転写パターンの解像度を向上させる第一のアシストパターンと、前記フォトレジスト膜に転写されないように構成され、前記転写用パターンの解像度には影響しない第二のアシストパターンとが設けられたフォトマスクを介して、前記フォトレジスト膜を露光する工程と、前記露光されたフォトレジスト膜を現像することにより、前記フォトレジスト膜に前記転写パターンを形成する工程と、前記転写パターンが形成された前記フォトレジスト膜を介して前記被処理層を処理する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、マスク開口率の差異に起因するパターンの寸法バラツキを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、マスク開口率とマスク寸法との関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図である。
【図５】図５は、本発明の第４実施形態に係るフォトマスクの開口率を開口率調整用アシストパターンがない時のフォトマスクの開口率と比較して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係るフォトマスクおよび半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図である。
図１において、フォトマスク１１には、転写用パターン１２、解像度調整用アシストパターン１３および開口率調整用アシストパターン１４が設けられている。なお、転写用パターン１２、解像度調整用アシストパターン１３および開口率調整用アシストパターン１４が形成される遮光膜の材料は、例えば、ＣｒとＭｏＳｉの積層構造を用いることができる。
【００１２】
そして、電子ビームリソグラフィにてガラス基板または水晶基板などの透明基板上に形成された遮光膜をパターニングすることにより、転写用パターン１２、解像度調整用アシストパターン１３および開口率調整用アシストパターン１４が形成されたフォトマスク１１を構成することができる。ここで、転写用パターン１２は、フォトレジスト膜に転写されるパターンからなり、例えば、転写用パターン１２の寸法を解像限界以上の値に設定することができる。また、転写用パターン１２は、開口パターンであってもよいし、遮光パターンであってもよく、例えば、転写用パターン１２としては、配線パターン、コンタクトパターン、ゲート電極パターン、素子分離用パターンなどを挙げることができる。
【００１３】
解像度調整用アシストパターン１３は、転写用パターン１２がフォトレジスト膜に転写される時の解像度を調整することができ、フォトマスク１１を介して露光されたフォトレジスト膜をパターニングする際の抜け性（解像性）を向上させることができる。この解像度調整用アシストパターン１３はフォトレジスト膜に転写されないように構成することができ、例えば、解像度調整用アシストパターン１３の寸法を解像限界より小さな値に設定することができる。また、解像度調整用アシストパターン１３は、転写用パターン１２の周辺に転写用パターン１２に隣接させて配置することができる。また、解像度調整用アシストパターン１３は、転写用パターン１２に対応して開口パターンであってもよいし、遮光パターンであってもよい。
【００１４】
開口率調整用アシストパターン１４は、転写用パターン１２及び解像度調整用アシストパターン１３をエッチングにより形成する際に、転写用パターン１２の寸法が安定するように形成されている。すなわち、開口率調整用アシストパターン１４は、転写用パターン１２及び解像度調整用アシストパターン１３をエッチングにより形成する際に、転写用パターン１２の粗密に応じた加工寸法のばらつきを抑制するために、フォトマスク１１上の転写用パターン１２、解像度調整用アシストパターン１３のない領域に配置される。
【００１５】
また、この開口率調整用アシストパターン１４はフォトレジスト膜に転写されないように構成することができ、例えば、開口率調整用アシストパターン１４の寸法を解像限界より小さな値に設定することができる。加えて、転写用パターン１２がフォトレジスト膜に転写される時の解像度には影響しない位置に配置される。また、開口率調整用アシストパターン１４が遮光膜からなるパターンである場合には、開口率調整用アシストパターン１４間の間隔、開口率調整用アシストパターン１４と転写用パターン１２との間隔および開口率調整用アシストパターン１４と解像度調整用アシストパターン１３との間隔は解像限界より小さな値に設定し、開口率調整用アシストパターン１４がフォトレジスト膜に転写されないようにして、開口率調整用アシストパターン１４を密に配置することが好ましい。開口率調整用アシストパターン１４はリソグラフィシミュレーション等を用いて、配置位置を決定することができる。
【００１６】
開口率調整用アシストパターン１４は、転写用パターン１２の粗密に応じて転写用パターン１２の寸法のばらつきが安定するように配置することができる。あるいは、フォトマスク１１を介してフォトレジスト膜に転写された転写パターンの寸法バラツキが安定するように開口率調整用アシストパターン１４を配置するようにしてもよい。
【００１７】
また、開口率調整用アシストパターン１４は、ライン系パターンまたはホール系パターンを用いることができる。例えば、開口率調整用アシストパターン１４として、例えば、１次元パターン（ライン＆スペースパターンまたは孤立パターン）、２次元パターン（突当てパターン、囲まれパターン、背合せパターン、島パターン、狭スペースパターン、ショーニングパターン、内端差パターン、プリィミィティブセルパターン（ランダムロジックパターン）、ＳＲＡＭパターン、ＤＲＡＭパターン、アナログパターン、ＩＯセルパターン、機能ＩＰブロックパターン（ＭＰＵ））などを用いることができる。また、開口率調整用アシストパターン１４は、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３による開口率が４０％以下の領域に開口率が４０％より大きく５０％以下になるように均等に配置することができる。
【００１８】
なお、開口率調整用アシストパターン１４は、フォトレジスト膜に転写されないように構成され、転写用パターン１２の解像度および露光マージンに影響を与えないならば、どのようなパターンであってもよい。また、開口率調整用アシストパターン１４は、開口パターンであってもよいし、遮光パターンであってもよい。
【００１９】
図２は、マスク開口率とマスク寸法との関係を示す図である。なお、Ｌ１は、図１の転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３のみがフォトマスク１１に形成されている場合、Ｌ２は、図１の転写用パターン１２、解像度調整用アシストパターン１３および開口率調整用アシストパターン１４がフォトマスク１１に形成されている場合を示す。
図２において、開口率調整用アシストパターン１４がない場合においても、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるマスク開口率が大きい場合には、転写用パターン１２の寸法（マスク寸法）を安定的に形成することができる（寸法安定領域）。一方、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるマスク開口率が小さい場合、転写用パターン１２の寸法（マスク寸法）がターゲット寸法よりも小さくなる（寸法変動領域）ため、マスク面内においてパターンの粗密に応じて寸法のばらつきが生じる。
具体的には、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるフォトマスク１１の開口率が小さい範囲（寸法変動領域）では、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるフォトマスク１１の開口率が減少すると、それに従って転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３の寸法（マスク寸法）が小さくなる。このため、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるフォトマスク１１の開口率が変動すると、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３の寸法も変動する。なお、フォトマスク１１の開口率が減少すると、マスク寸法が小さくなる原因として、例えば、電子光学系による電子ビーム後方散乱などが考えられる。
【００２０】
一方、転写用パターン１２によるフォトマスク１１の開口率が大きい範囲（寸法安定領域）では、転写用パターン１２によるフォトマスク１１の開口率が増大しても、転写用パターン１２の寸法が一定値に保持される。このため、転写用パターン１２によるフォトマスク１１の開口率が変動しても、転写用パターン１２の寸法が変動しないようになる。
【００２１】
従って、開口率調整用アシストパターン１４をフォトマスク１１に設けることにより、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるフォトマスク１１の開口率が寸法変動領域にある場合においても、フォトマスク１１の開口率を寸法安定領域に移行させることができる。このため、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるフォトマスク１１の開口率が小さい領域においても、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３の寸法が変動しないようにすることができ、マスク開口率の差異に起因するレジストパターンの寸法バラツキを低減することができる。
【００２２】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、フォトマスク２１には転写用パターン形成部Ｒ１、Ｒ２が設けられ、転写用パターン形成部Ｒ１、Ｒ２には転写用パターン２２ａ、２２ｂがそれぞれ設けられている。ここで、転写用パターン形成部Ｒ１では転写用パターン２２ａの開口率が４０％以下であるものとすると、転写用パターン形成部Ｒ１の開口率が４０％より大きくなるように開口率調整用アシストパターン２４を設けることができる。なお、図３の例では、転写用パターン２２ａ、２２ｂおよび開口率調整用アシストパターン２４は、フォトマスク２１の遮光膜２０に形成された開口パターンとした。
【００２３】
そして、フォトマスク２１を介して被処理層３１上のフォトレジスト膜３２に露光ＬＨを行うことにより、転写用パターン２２ａ、２２ｂに対応した潜像３３をフォトレジスト膜３２に形成する。なお、開口率調整用アシストパターン２４は、解像限界より小さな寸法に設定することにより、フォトレジスト膜３２に転写されないようにすることができる。なお、被処理層３１としては、半導体基板であってもよいし、絶縁層であってもよいし、導体層であってもよいし、多結晶シリコン層であってもよい。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、潜像３３が形成されたフォトレジスト膜３２を現像することにより、転写用パターン２２ａ、２２ｂにそれぞれ対応した転写パターン３２ａ、３２ｂをフォトレジスト膜３２に形成する。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示すように、転写パターン３２ａ、３２ｂが形成されたフォトレジスト膜３２を介して被処理層３１のエッチングＥｈを行うことにより、被処理層３１に開口部３４を形成する。
【００２６】
これにより、転写用パターン形成部Ｒ１に開口率調整用アシストパターン２４を設けることで、転写用パターン２２ａの開口率が寸法変動領域にある場合においても、転写用パターン形成部Ｒ１の開口率を寸法変動領域に移行させることができる。このため、転写用パターン形成部Ｒ１、Ｒ２間で転写用パターン２２ａ、２２ｂの寸法バラツキが発生するのを抑制することができ、フォトレジスト膜３２に形成される転写パターン３２ａ、３２ｂの寸法バラツキを低減させることができる。
【００２７】
なお、フォトレジスト膜３２を介して被処理層３１に行われる処理としては、例えば、エッチング処理であってもよいし、イオン注入処理であってもよい。
【００２８】
また、フォトマスク２１は、ＥＢ描画装置を用いて作製することができる。なお、ＥＢ描画装置には、転写用パターン２２ａ、２２ｂをフォトマスク２１上に描画させる第１の描画データおよび開口率調整用アシストパターン２４をフォトマスク２１上に描画させる第２の描画データを与えることができる。フォトレジスト膜３２の露光ＬＨは、Ｇ線／ｉ線／Ｋｒｆ／Ａｒｆ露光装置、ＥＢ露光装置、ＥＵＶ露光装置またはＮＩＬ（ナノインプリント）露光装置を用いることができる。
【００２９】
（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係るフォトマスクの概略構成を示す平面図である。
図４において、フォトマスク６１には、転写用パターン６２、解像度調整用アシストパターン６３および開口率調整用アシストパターン６４が設けられている。ここで、転写用パターン６２は、ゲート電極のコンタクトパターンの形成に用いることができる。また、例えば、転写用パターン６２および解像度調整用アシストパターン６３による開口率が２０％であるものとすると、開口率が４０％より大きくなるように転写用パターン６２の周辺および解像度調整用アシストパターン６３の間に開口率調整用アシストパターン６４を配置することができる。また、フォトマスク６１の外周に開口率が４０％より大きくなるように開口率調整用アシストパターン６４を均一に配置しても良い。
【００３０】
これにより、コンタクトパターンのように開口率が小さなパターンがフォトマスク６１に形成される場合においても、コンタクトパターンの寸法が変動しないようにすることができ、コンタクトパターンの寸法バラツキを低減させることが可能となる。
【００３１】
すなわち、開口率調整用アシストパターン６４がフォトマスク６１にないものとすると、転写用パターン６２間や転写用パターン６２の周囲には空き領域（転写用パターン６２が開口パターンの場合は遮光膜のベタ領域）が存在し、転写用パターン６２の寸法ばらつきを引き起こす。このため、このような空き領域が存在しなくなるように開口率調整用アシストパターン６４を配置することで、転写用パターン６２の寸法ばらつきを低減し、コンタクトパターンの寸法バラツキを低減させることが可能となる。
このような空き領域がフォトマスク６１になくなるように開口率調整用アシストパターン６４を配置する方法として、例えば、転写用パターン６２の解像限界よりも大きくなるように幅または長さが設定された空き領域が存在しないように開口率調整用アシストパターン６４を配置することができる。
【００３２】
なお、図４の実施形態では、転写用パターン６２がコンタクトパターンである場合に開口率調整用アシストパターン６４を設ける方法について説明したが、転写用パターン６２はコンタクトパターン以外にも、例えば、配線パターンであってもよいし、ゲート電極パターンであってもよい。
【００３３】
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係るフォトマスクの開口率を開口率調整用アシストパターンがない時のフォトマスクの開口率と比較して示す平面図である。
図５（ａ）において、フォトマスク８１には、例えば、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの配線をそれぞれ形成するための転写用パターンが設けられているものとする。
【００３４】
ここで、図５（ｂ）に示すように、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの配線をそれぞれ形成するための転写用パターンの開口率がそれぞれ５０％、２５％、３５％、２０％、１５％であるものとする。
この場合、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの領域では、開口率が小さいため、フォトマスク８１を用いてレジストパターンを形成した時の寸法バラツキが発生する。
【００３５】
一方、図５（ｃ）に示すように、フォトマスク８２では、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの領域に開口率調整用アシストパターンが配置されることで、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの領域の開口率がそれぞれ５０％、４５％、４２％、４８％に調整されている。
これにより、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの領域の開口率を大きくすることができ、フォトマスク８２を用いてレジストパターンを形成した時の寸法バラツキを低減することができる。
【００３６】
図２において、開口率調整用アシストパターン１４がない場合においても、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるマスク開口率が大きい場合には、マスク寸法が均一化され、寸法安定領域に入る。一方、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３によるマスク開口率が小さくなると、それに従ってマスク寸法が小さくなり、寸法変動領域に入る。このため、開口率が互いに異なりマスク開口率が小さな複数のセルが混在して同一チップに配置されると、レジストパターンの寸法バラツキが発生する。
【００３７】
例えば、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルなどの回路ブロックにおいて、配線を形成するための転写用パターン１２の開口率は１０〜５０％程度、コンタクトを形成するための転写用パターン１２の開口率は１〜２％程度である。このため、開口率調整用アシストパターン１４がない場合、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルなどの回路ブロックにおいて、配線またはコンタクトなどを形成すると、これらの回路ブロック間で寸法バラツキが発生する。
【００３８】
例えば、図５（ａ）のＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの転写用パターン１２の開口率がＰ５、Ｐ３、Ｐ４、２、Ｐ１の点にあるものとする。この場合、開口率調整用アシストパターン１４がない場合、マスク寸法はＬ１の線で示されることから、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセル間で転写用パターン１２の寸法が変動する。
【００３９】
一方、開口率調整用アシストパターン１４がある場合、転写用パターン１２および解像度調整用アシストパターン１３のマスク開口率が寸法変動領域にある場合においても、フォトマスク１１の露光領域のマスク開口率を寸法安定領域に入れることができる。このため、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセルの転写用パターン１２の開口率がＰ５、Ｐ３、Ｐ４、２、Ｐ１の点にある場合においても、マスク寸法をＬ２の線で定めることができ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、ＳＲＡＭ、ロジックおよびプリミティブセル間で転写用パターン１２の寸法が変動するのを抑制することができる。
【００４０】
なお、マスク開口率がある値より大きくなると、寸法安定領域に入り、マスク寸法は一定値に落ち着くようになる。また、開口率調整用アシストパターンはフォトレジスト膜に転写されないようにする必要があり、開口率調整用アシストパターンを密に配置し過ぎると、開口率調整用アシストパターンがフォトレジスト膜に転写されないようにするのが困難になる。このため、開口率調整用アシストパターンは、開口率が４０％より大きく５０％以下になるように均等に配置することが好ましい。
【００４１】
なお、上述した実施形態では、開口率を調整するための開口率調整用アシストパターンをフォトマスクに設ける方法について説明したが、被覆率を調整するための被覆率調整用アシストパターンをフォトマスクに設けるようにしてもよい。
【００４２】
また、上述した実施形態では、転写用パターンおよび解像度調整用アシストパターンが形成されたフォトマスクに開口率調整用アシストパターンを設ける方法について説明したが、転写用パターンが形成され、解像度調整用アシストパターンが形成されていないフォトマスクに開口率調整用アシストパターンを設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１１、２１、６１、８１、８２  フォトマスク、１２、２２ａ、２２ｂ、６２  転写用パターン、１３、６３  解像度調整用アシストパターン、１４、２４、６４  開口率調整用アシストパターン、２０  遮光膜、３１  被処理層、３２  フォトレジスト膜、３２ａ、３２ｂ  転写パターン、３３  潜像、３４  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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