(57)【要約】【課題】リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現する。【解決手段】転写用の第１のパターン２が形成されてなる第１のマスク（転写用フォトマスク）１と、第１のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第２のパターン４が形成されてなる第２のマスク（補正用フォトマスク）３とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。【選択図】  図２
2004205833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写用の第１のパターンが形成されてなる第１のマスクと、前記第１のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンが形成されてなる第２のマスクと
を含むことを特徴とするフォトマスク。
【請求項２】
前記第２のマスクは、前記第２のパターンとして前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口が形成されてな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】
前記第２のマスクは、前記第１のマスクにより露光する際に転写される前記第１のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、前記第２のパターンとして当該局部に対応した開口が形成されてな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】
転写用の第１のパターンを露光する工程と、
前記第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
転写用の第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第１の強度分布を算出する工程と、
前記第１の強度分布を反転させた第２の強度分布を算出する工程と、
前記第２の強度分布を近似的に実現する第２のパターンを生成する工程と、
前記第１のパターンを露光する工程と、
前記第１のパターンの露光前又は露光後に、前記第２のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リソグラフィープロセスによるパターン形成方法及びフォトマスクに関し、特に半導体装置の製造プロセスに用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子における諸々のパターンを形成する際には、屈折光学系又は反射屈折光学系の投影露光装置を用いているが、照明光学系のレンズ、マスク、投影レンズ等の表面や内部の反射、散乱、レンズ材料の屈折率の不均一等により、設計とは異なる光学経路の光が発生する。これは、フレアと呼ばれている現象である。
【０００３】
最近では、半導体装置に対する微細化・高集積化の要請が益々高まっており、これに伴い投影露光装置で採用する露光光の短波長化が進行している。具体的には、１９３ｎｍの波長の露光光が採用されているが、このような短波長に対応する投影露光装置のレンズ材料の特殊性、即ちレンズ表面における微細な凹凸やレンズを形成する材料がもつ不均一性による、露光パターンに依存した局所的なフレアの発生が問題視されつつある。これは、いわゆるローカルフレアと呼ばれるものであり、転写するパターンの形状やライン幅に不測の変化を生ぜしめる主原因となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−３０８０４６号公報
【特許文献２】
特開平１０−７９３３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したローカルフレアは、半導体装置における所期の各パターンを良好に形成するためには、これを定量化して除去すべきものであるが、上述したように従来ではローカルフレアの影響は転写しようとするパターンサイズに比べて無視できる程小さかったために問題とはならず、パターンサイズの更なる縮小化を目指すべく極最近になってクローズアップされつつある問題であるため、現在のところ、特にこのローカルフレアに特定してこの問題を意識的に解決するための好適な何等かの手法は案出されていない状況にある。
【０００６】
本発明は、上記した課題に鑑みてなされたものであり、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトマスクは、転写用の第１のパターンが形成されてなる第１のマスクと、前記第１のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンが形成されてなる第２のマスクとを含む。
【０００８】
本発明のパターン形成方法は、転写用の第１のパターンを露光する工程と、前記第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンを露光する工程とを含む。
【０００９】
本発明のパターン形成方法の他の態様は、転写用の第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第１の強度分布を算出する工程と、前記第１の強度分布を反転させた第２の強度分布を算出する工程と、前記第２の強度分布を近似的に実現する第２のパターンを生成する工程と、前記第１のパターンを露光する工程と、前記第１のパターンの露光前又は露光後に、前記第２のパターンを露光する工程とを含む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
−本発明の基本骨子−
始めに、本発明の基本骨子について説明する。
本発明者は、ローカルフレアそのものを除去することは不可能であるが、そもそもローカルフレアが局所的に生じるものであり、しかもその相対的な光量はさほど大きくないことに着目し、露光領域全体でローカルフレアを均一化し、ローカルフレアの影響を実質的に除去することに想到した。具体的には、転写用の第１のパターンが形成されてなる第１のマスク（転写用フォトマスク）と、第１のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する補正用の第２のパターンが形成されてなる第２のマスク（補正用フォトマスク）とを用い、両者により順不同で露光し、フォトリソグラフィーを行う。
【００１１】
半導体回路の微細化に伴い、露光装置によって生じるローカルフレアの影響が無視できないものとなり，回路パターンを基板上に転写する際に生じたローカルフレアによりマスクの遮光部にも微量に光が漏れることがパターン寸法の変動を引き起こす。例えば、図１に示すように、遮光部１０３に転写用パターンとなる開口部１０２の形成されてなる転写用フォトマスクを用いて露光したときに、図２にローカルフレアがない場合の光強度を、図３にローカルフレアがある場合の光強度をそれぞれ示す。
【００１２】
図３に示したように、ローカルフレアの影響により図２に比べて光強度のコントラストは低下し、本来暗くなるはずの遮光部においても、ある程度の明るさ(現在問題となっているローカルフレア量は、主パターンの明るさの１０％程度であるが、露光装置のレンズの性能によりその大きさが異なる。)を持ち、その大きさは主パターンから離れるにつれて小さくなる。実際のパターニングにおいて、遮光部への迷光の影響は主パターンの中心から数１０μｍの距離まで存し、この迷光が隣のパターンに及ぼす影響が無視できなくなっている。
【００１３】
本発明では、ローカルフレアそのものを除去するものではなく、ローカルフレアにより受ける影響を均一にしようとするものである．即ち、近隣にパターンがある場合とパターンが無い場合とで被るローカルフレア量が異なることを解決するため、▲１▼転写用の主パターン（第１のパターン）を露光する際に生じるローカルフレアのみの第１の強度分布を算出し、▲２▼第１の強度分布を反転させた第２の強度分布（第１の強度分布と加算すると略一定値となるような光強度分布）を算出し、▲３▼第２の強度分布を近似的に実現する補正用パターン（第２のパターン）を生成して、▲４▼主パターン及び補正用パターンを順不同で露光し、ローカルフレアの影響を均一化する（図４（ステップＳ１〜Ｓ５）参照）。
【００１４】
ここで、露光領域全体でローカルフレアは均一化するため、当該ローカルフレアの光量が全体にわたって残存することになるが、その大きさは主パターンの露光量の１０％程度であるため、主パターンの露光にとって無視し得る程度のものであるため問題はない。
【００１５】
図５は、ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。説明の便宜上、転写用フォトマスクの主パターン（転写用パターン）を１次元の断面で表し、０が光を通さない遮光部における透過率を、１が開口部における透過率をそれぞれ示す。
転写用フォトマスク１に形成された転写用パターンとなる開口部２における露光光のマスク透過率（第１の強度分布）が、図５（ａ）のようである場合、そのローカルフレア量は、図５（ｂ）のように、透過率を重み付き積分(ガウシアン)したもので求まる。ここで、ローカルフレア量は最大値で正規化しておく。
ローカルフレアＩ（ｘ）を求める式は以下のようになる。
【００１６】
【数１】
2004205833.tif 000003
【００１７】
また、必要があれば以下のように複数のガウシアンを用いてもよい。
【００１８】
【数２】
2004205833.tif 000004
【００１９】
ここで、Ｔ（ｔ）はマスクの透過率を表し、ｆ（ｘ−ｔ）はガウシアンであるとして説明を進めているが、これに限るものではなく、ローカルフレアをより良く求めることができる関数があれば適用可能である。ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれフィッティング係数である。
【００２０】
図５（ｂ）で示されるローカルフレアを均一化するようなフォトマスクの透過率（第２の強度分布）は図６（ａ）で表される。この透過率は図５（ｂ）の透過率を反転させたものである。理想的な透過率は、ローカルフレア量が正規化されているため、図６（ａ）の破線（透過率１）のようになる。ここで、実際のフォトマスクでは連続的に変化する透過率を実現するのは困難であるので、図６（ｂ）の平面図のように、図６（ａ）の透過率に応じた面積（幅）の開口部４の形成された補正用フォトマスク３を用い、連続的に変化する透過率を遮光部５の透過率０と開口部４の透過率１のみで近似的に実現する。
【００２１】
図５（ａ）の転写用フォトマスク１を用いて通常露光を行った後に、図６（ａ）の補正用フォトマスク３を同じ位置に重ねて露光することにより、ローカルフレアの影響を均一化することができる。補正用フォトマスク３を用いた露光時間は、転写用フォトマスク１を用いた露光時間に比べて短い(約１／１０)ため、補正用フォトマスクの露光により生じるフレア（露光領域全面のフレア）は無視し得る程度のものである。
【００２２】
なお、例えば、特許文献１では後方散乱の足りない分を電子ビームで補う手法が、特許文献２では補正用図形をフォトマスクのシフトにより発生する手法がそれぞれ開示されているが、どちらも本発明とは構成及び目的が異なり相違するものである。
【００２３】
−具体的な諸実施形態−
以下、上述した本発明の基本骨子を踏まえ、具体的な諸実施形態について説明する。なお、以下の諸実施形態では、パターン形成される基板として半導体基板を例示し、本発明のパターン形成方法が主に半導体装置の製造に用いられる旨を前提としたが、本発明の適用対象は半導体装置の製造方法のみならず、微細なパターンを要するデバイスの製造全般に適用可能である。
【００２４】
（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態について説明する。本実施形態では、基本骨子で開示したローカルフレアの均一化の具体例について述べる。
【００２５】
ここでは先ず、図７に示すように、例えば遮光部２２に転写用パターンとして帯状の開口部２１が形成されてなる転写用フォトマスク１１を用いて、転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト（不図示）に露光する。
このとき、転写用パターンの形状や面積等に依存して、図８に示すようなローカルフレアが発生する。
【００２６】
続いて、このローカルフレアを半導体基板における露光領域全体で均一化するため、図９に示す補正用フォトマスク１２を用いて、転写用フォトマスク１１による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク１２は、上記の基本骨子で説明した方法で当該ローカルフレアを算出し、算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた、図１０に示すような強度分布を可及的に実現すべく、遮光部２４に補正用パターンとして幅を変えた微細な帯状の開口部２３が形成されてなるものである。なお、図示の例では、半導体基板（上のフォトレジスト）に転写された際の開口部２３及び遮光部２４の最大幅（０．１μｍ）と最小幅（０．０５μｍ）が示されている。
【００２７】
ここで、追加露光を行う際の光学条件は、露光波長を２４８ｎｍ、露光光源の干渉係数を０．３、開口率（ＮＡ）が０．４、デフォーカスを０．３μｍとした。ここで、デフォーカス及び低いＮＡを用いたのは、図９に示す補正用パターンの形状がそのまま転写されることを防ぐためである。転写用フォトマスク１１を用いた主露光のエネルギー強度を１とした場合、補正用フォトマスク１２を用いた追加露光のエネルギー強度は０．１程度である。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、ローカルフレアの影響により転写用パターンに局所的に発生する露光不足を補うように、追加露光を実行する場合について例示する。上記の露光不足は、例えば幅狭のゲート電極等のライン状パターンで顕著に発生するため、本実施形態では、ライン状の転写用パターンに本発明を適用し、転写後のパターンをシミュレーションにより算出した場合について説明する。
【００３０】
ここでは先ず、図１１に示すように、例えば遮光部４２に転写用パターンとして帯状の開口部４１が形成されてなる転写用フォトマスク３１を用いる。ここでは、転写用フォトマスク３１の転写用パターンを半導体基板上に塗布形成されたフォトレジスト（不図示）に露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した。
【００３１】
シミュレーション結果を図１２に示す。実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンはそのエッジ部位に露光不足が生じ、丸まった形状に形成されるものと予測される。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を１９３ｎｍ、干渉係数を０．６、ＮＡを０．７とした。
【００３２】
続いて、上記の露光不足によるパターン形成不良を改善すべく、図１３に示す補正用フォトマスク３２を用いて、転写用フォトマスク３１による露光に重ね合わせるように追加露光を行う。この補正用フォトマスク３２は、遮光部４４にライン状パターンの当該露光不足に相当する部分に対応するように補正用パターンとなる開口部４３が形成されてなるものである。
【００３３】
このときのシミュレーション結果を図１４に示す。図１２と同様に、実線で示す部分が理想的なライン状パターンの光強度であり、破線で示す部分が実際に転写形成されると考えられるライン状パターンの光強度である。このように、実際のライン状パターンは、そのエッジ部位生じていた露光不足が解消され、理想的なライン状パターンとほぼ一致するように形成されることが判る。なお、算出時の露光条件は、光学条件波長を１９３ｎｍ、干渉係数を０．５、ＮＡを０．７とした。また、転写用フォトマスク３１を用いた主露光のエネルギー強度を１とした場合、補正用フォトマスク３２を用いた追加露光のエネルギー強度は０．１程度であった。従って、この追加露光によりローカルフレアの影響を均一化しても、主露光に与える影響は無視し得る程度である。
なお、主露光と追加露光との実行順序は問わない。
【００３４】
本実施形態では、転写したパターンに局所的に露光不足が生じる場合について例示したが、転写用パターンの形状等により、まれに露光過多が生じることも考えられるが、この場合には意図的に露光量を低減するように調節すれば、本実施形態が適用できる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、フォトリソグラフィーにおいて露光される転写用パターン３１に対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、特にライン状パターンのエッジ部位における露光不足が解消されて高精度のパターニングが可能となり、引いてはパターンの微細化に対応した高精度で信頼性の高い半導体装置が実現する。
【００３６】
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。
【００３７】
（付記１）転写用の第１のパターンが形成されてなる第１のマスクと、
前記第１のマスクにより露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンが形成されてなる第２のマスクと
を含むことを特徴とするフォトマスク。
【００３８】
（付記２）前記第２のマスクは、前記第２のパターンとして前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記１に記載のフォトマスク。
【００３９】
（付記３）前記第２のマスクは、前記第１のマスクにより露光する際に転写される前記第１のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、前記第２のパターンとして当該局部に対応した開口が形成されてなることを特徴とする付記１に記載のフォトマスク。
【００４０】
（付記４）転写用の第１のパターンを露光する工程と、
前記第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアの影響を、露光領域全体で均一化する第２のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【００４１】
（付記５）前記第２のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記４に記載のパターン形成方法。
【００４２】
（付記６）前記第２のパターンは、前記第１のマスクにより露光する際に転写される前記第１のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記４に記載のパターン形成方法。
【００４３】
（付記７）転写用の第１のパターンを露光する際に生じるローカルフレアのみの第１の強度分布を算出する工程と、
前記第１の強度分布を反転させた第２の強度分布を算出する工程と、
前記第２の強度分布を近似的に実現する第２のパターンを生成する工程と、
前記第１のパターンを露光する工程と、
記第１のパターンの露光前又は露光後に、前記第２のパターンを露光する工程と
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【００４４】
（付記８）前記第２のパターンは、前記ローカルフレアの強度の少ない部位に対応した開口であることを特徴とする付記７に記載のパターン形成方法。
【００４５】
（付記９）前記第２のパターンは、前記第１のマスクにより露光する際に転写される前記第１のパターンに局所的に生じる露光不足を補うように、当該局部に対応した開口であることを特徴とする付記８に記載のパターン形成方法。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、リソグラフィーにおいて露光されるパターンに対するローカルフレアの影響を実質的に除去し、高精度のパターニングを実現するフォトマスク及びパターン形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】転写用パターンの形成されたフォトマスクを示す概略平面図である。
【図２】ローカルフレアがない場合の光強度を示す特性図である。
【図３】ローカルフレアがある場合の光強度を示す特性図である。
【図４】本発明によるパターン形成方法の一例を示すフローチャートである。
【図５】ローカルフレア量の算出を行う様子を示す模式図である。
【図６】ローカルフレアの影響を均一化する様子を示す模式図である。
【図７】第１の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図８】発生したローカルフレアを示す特性図である。
【図９】第１の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図１０】算出されたローカルフレアの強度分布を反転させた強度分布を実現させた光強度図である。
【図１１】第２の実施形態における転写用フォトマスクを示す概略平面図である。
【図１２】転写用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【図１３】第２の実施形態における補正用フォトマスクを示す概略平面図である．
【図１４】補正用パターンを露光したときのレジスト形状を光強度としてシミュレーションにより算出した結果を示す特性図である。
【符号の説明】
１，１１，３１  転写用フォトマスク
２，４，２１，２３，４１，４３  開口部
３，１２，３２  補正用フォトマスク
５，２２，２４，４２，４４  遮光部
【図１】
2004205833.tif 000005
【図２】
2004205833.tif 000006
【図３】
2004205833.tif 000007
【図４】
2004205833.tif 000008
【図５】
2004205833.tif 000009
【図６】
2004205833.tif 000010
【図７】
2004205833.tif 000011
【図８】
2004205833.tif 000012
【図９】
2004205833.tif 000013
【図１０】
2004205833.tif 000014
【図１１】
2004205833.tif 000015
【図１２】
2004205833.tif 000016
【図１３】
2004205833.tif 000017
【図１４】
2004205833.tif 000018