(57)【要約】【課題】  光近接効果により生ずるレジストパターンの仕上がり寸法ずれを低減することができる。【解決手段】  レジスト７上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクを作製する際に、フォトマスクのパターンのライン部１３ａとコンタクト部１３ｂとが隣接した領域を抽出し、ライン部１３ａからなる第１マスク１１とコンタクト部１３ｂからなる第２マスク１２を作製する工程と、第１のマスク１１を用いて第１の照明条件でレジスト７上に露光する工程と、第２のマスク１２を用いて第２の照明条件でレジスト７上に露光する工程とを含む。これにより、コンタクト部１３ｂの寸法が太いパターンからの光近接効果によるライン部１３ａの寸法太りが抑制される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジスト上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクを作製する際に、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、前記ライン部からなる第１マスクと前記コンタクト部からなる第２マスクを作製する工程と、前記第１のマスクを用いて第１の照明条件で前記レジスト上に露光する工程と、前記第２のマスクを用いて前記第２の照明条件で前記レジスト上に露光する工程とを含む微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記レジストはネガレジストである請求項１記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
レジスト上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクを作製する際に、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、前記ライン部を位相が１８０度異なる位相シフター構造、前記コンタクト部を位相ずれの発生しない構造とするマスクを作製する工程と、前記マスクを用いて前記レジスト上に露光する工程を含む微細パターンの形成方法。
【請求項４】
前記ライン部を位相が１８０度異なるハーフトーンマスクとし、前記コンタクト部を位相ずれの発生しない遮光膜とする請求項３記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
レジスト上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクのパターン上に配置した縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン毎に前記測定パターンのライン幅の変動量と前記測定パターンの間隔との関係を取得して近接効果を測定する工程と、縦方向、横方向、斜め４５度方向の前記測定パターン毎に前記近接効果の平均値を算出する工程と、前記平均値より近接効果補正を行って形成したフォトマスクを作製する工程と、前記フォトマスクを用いて前記レジスト上に露光する工程とを含む微細パターンの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子や集積回路を製作する際の、微細パターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化の更なる進行に伴い、ＬＳＩなどの集積度をあげるため、より微細なパターンが要求されている。たとえば、２５６ＭＤＲＡＭでは、最小寸法０．１８μｍに対し、１ＧＤＲＡＭでは０．１３μｍの微細加工が必要になる。微細加工の要であるリソグラフィ工程では、主に縮小投影露光装置の露光波長の短波長化で対応している。解像度は一般にＲａｙｌｅｉｇｈの式で表される。
【０００３】
解像度＝Ｋ１λ／ＮＡ    （Ｋ１：定数、λ：露光波長、ＮＡ：投影レンズの開口数）
この式からわかるように解像度をあげるには、波長を短くするか、ＮＡを大きくすれば良いが、焦点深度は次式で示すようにＮＡを大きくするとより狭くなるため、解像力向上には波長を短くする方が有利である。
【０００４】
焦点深度＝Ｋ２λ／（ＮＡ）２  （Ｋ２：定数）
一方、フォトレジスト（以下レジストと略す）も改良が加えられた。６４ＭＤＲＡＭのI線時代までは、従来のフェノールノボラック系のレジストの樹脂にナフトキノンジアジドを感光材として加えたものの改良で各世代に対応してきた。しかし、２５６ＭＤＲＡＭで使用されるステッパの露光波長２４８ｎｍ（ＫｒＦエキシマレーザ光）は、感光材および一般のノボラック樹脂が強く吸収する波長領域であり、従来のノボラック樹脂が使えないため、２４８ｎｍにおいても吸収が小さい化学増幅型レジストが開発された。化学増幅型レジストは、たとえばポジ型の場合、樹脂、溶解阻止材、酸発生材からなり、未露光部では溶解阻止材が樹脂を保護するためアルカリ溶液には溶けない。ところが露光部においては、光酸発生材から酸が取り去られてしまうためアルカリ水溶液に溶けるようになる。この酸は触媒として働くためほとんど消費されることがなく、次々と溶解阻止剤をはずしていく。よって光酸発生剤を少なくすることができ、レジストの光吸収を小さくすることができる。さらに樹脂、溶解阻止剤、光酸発生剤など各々独立しているから材料の選択領域が広くなった。この効果でＫｒＦエキシマレーザの波長領域で吸収の小さくなっている樹脂が採用できるようになり、レジストの形状は、ほぼ矩形になった。このように化学増幅型レジストを用いた遠紫外露光方法により現在最少０．１３μｍ以下のレジストパターン形成が盛んに研究されている。ＫｒＦエキシマレーザを露光波長とする露光装置で０．２μｍという露光波長以下の微細パターンを形成する場合、パターンの粗密差による寸法差（所謂近接効果）やライン端の後退などの波長以下のパターン忠実度がわるくなるという問題がある。そのため、転写忠実度をあげるためマスクサイズ補正（所謂ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）を行う必要がある。光近接効果補正方法としてラインとライン間のスペースに応じた設計寸法差の補正テーブルを作成し、マスク設計寸法の補正を行っている。
【特許文献１】特開２００１−８３６８９号公報
【特許文献２】特開平５−２４３１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図１０に示すようなＴｒゲート部（ライン部５０）とコンタクトパッド部５１が近接すると線幅の広いコンタクトパッド部５１からの光近接効果のため図１０（ｂ）に示すようにレジストパターンにおいてコンタクトパッドに近いゲート寸法が太る（Ｂ部）という問題があった。また、近年微細化が加速し、縮小投影露光装置の露光波長以下の微細パターンを露光する場合、投影レンズの収差の影響によりパターンの向きにより光近接効果が異なるという課題があった。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、光近接効果により生ずるレジストパターンの仕上がり寸法ずれを低減することができる微細パターンの形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するためにこの発明の請求項１記載の微細パターンの形成方法は、レジスト上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクを作製する際に、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、前記ライン部からなる第１マスクと前記コンタクト部からなる第２マスクを作製する工程と、前記第１のマスクを用いて第１の照明条件で前記レジスト上に露光する工程と、前記第２のマスクを用いて前記第２の照明条件で前記レジスト上に露光する工程とを含む。
【０００８】
請求項２記載の微細パターンの形成方法は、請求項１記載の微細パターン形成方法において、前記レジストはネガレジストである。
【０００９】
請求項３記載の微細パターンの形成方法は、レジスト上に露光を行うための透過部と遮光部を有するフォトマスクを作製する際に、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、前記ライン部を位相が１８０度異なる位相シフター構造、前記コンタクト部を位相ずれの発生しない構造とするマスクを作製する工程と、前記マスクを用いて前記レジスト上に露光する工程を含む。
【００１０】
請求項４記載の微細パターンの形成方法は、請求項３記載の微細パターンの形成方法において、前記ライン部を位相が１８０度異なるハーフトーンマスクとし、前記コンタクト部を位相ずれの発生しない遮光膜とする。
【００１１】
請求項５記載の微細パターンの形成方法は、レジスト上に露光を行う際に用いるフォトマスクのパターン上に配置した縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン毎に前記測定パターンのライン幅の変動量と前記測定パターンの間隔との関係を取得して近接効果を測定する工程と、縦方向、横方向、斜め４５度方向の前記測定パターン毎に前記近接効果の平均値を算出する工程と、前記平均値より近接効果補正を行って形成したフォトマスクを作製する工程と、前記フォトマスクを用いて前記レジスト上に露光する工程とを含む。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１記載の微細パターンの形成方法によれば、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、ライン部からなる第１マスクとコンタクト部からなる第２マスクを作製する工程と、第１のマスクを用いて第１の照明条件でレジスト上に露光する工程と、第２のマスクを用いて第２の照明条件でレジスト上に露光する工程とを含むので、コンタクト部とライン部が別々に露光されることで、コンタクト部の寸法が太いパターンからの光近接効果によるライン部の寸法太りが抑制される。このため、各々のパターンの解像性能を向上させることができ、レジストパターンの仕上がり寸法ずれを低減することができる。
【００１３】
請求項２では、レジストはネガレジストであるので、第１のマスクと第２のマスクを用いて順次露光し、現像することでライン部とコンタクト部とからなるパターン形状を形成することができる。
【００１４】
この発明の請求項３記載の微細パターンの形成方法によれば、フォトマスクのパターンのライン部とコンタクト部とが隣接した領域を抽出し、ライン部を位相が１８０度異なる位相シフター構造、コンタクト部を位相ずれの発生しない構造とするマスクを作製する工程と、マスクを用いてレジスト上に露光する工程を含むので、コンタクト部からの露光光分布とライン部からの露光光分布の位相が異なり、コンタクト部とライン部の近接する位置での合成された露光光強度の低下を抑えることができる。このため、コンタクト部の寸法が太いパターンからの光近接効果によるライン部の寸法太りが抑制され、レジストパターンの仕上がり寸法ずれを低減することができる。
【００１５】
請求項４では、ライン部を位相が１８０度異なるハーフトーンマスクとし、コンタクト部を位相ずれの発生しない遮光膜とするので、線幅の広いコンタクト部からの近接効果の影響が少なくなり、コンタクト部とライン部の近接する位置での合成された露光光強度の低下を抑えることができる。
【００１６】
この発明の請求項５記載の微細パターンの形成方法によれば、フォトマスクのパターン上に配置した縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン毎に測定パターンのライン幅の変動量と測定パターンの間隔との関係を取得して近接効果を測定する工程と、縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン毎に近接効果の平均値を算出する工程と、平均値より近接効果補正を行って形成したフォトマスクを作製する工程と、フォトマスクを用いてレジスト上に露光する工程とを含むので、投影レンズ収差の影響による光近接効果補正のパターン方向性が低減されることにより、寸法補正精度の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の第１の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態１において、（ａ）はプロセスフロー、（ｂ）はフォトマスク上の回路パターンレイアウトを示す図である。
【００１８】
まず、本発明の第１の実施の形態の微細パターン形成方法について説明する。図１において、３は半導体基板、４は素子分離、５はゲート酸化膜、６はポリシリコン膜、７はネガレジスト、１１はライン部マスク、１２はコンタクト部マスク、１３は設計パターンである。
【００１９】
図１に示すように、透過部と遮光部を有するフォトマスクをラインパターン部１３ａとコンタクトパッド１３ｂとなる矩形パターン部とに分割したマスクを作製し、ライン部１３ａから構成された第１のマスク１１を縮小投影露光装置の第１の照明条件で半導体ウエハ上のネガレジストを露光する工程と、第１の露光工程に引き続いてコンタクトパッド１３ｂから構成された第２のマスク１２を第２の照明条件で半導体ウエハ上のネガレジストを露光する工程とを行う。
【００２０】
この場合、設計パターン１３はＴｒゲートとなるライン部１３ａとＴｒゲートを電圧駆動させるためのコンタクトホールとを接続するためのコンタクト部１３ｂとから構成されている。コンタクト部１３ｂはコンタクトホールとの接触面積を確保するため線幅は太く設計される。コンタクトホールパターンとゲートパターンのＡＮＤ処理を行い、コンタクトパッド部１３ｂが形成される第２のマスク１２を作成する。そしてコンタクトパッド部１３ｂ以外のライン部１３ａから構成された第１のマスク１１を作成する。素子分離４、ゲート酸化膜５及びポリシリコン膜６が形成された半導体基板３上にネガ型レジスト７を０．５μｍ厚スピンコートし、９０℃６０秒プリベークを行う。第２のマスク１２と第１のマスク１１を順次露光し、素子分離パターンに対して、コンタクトパッド部１３ｂとなる第２のマスク１２を縮小投影露光装置により半導体ウエハ上に重ね合わせ露光する。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態に用いる露光装置の概略図を示す図である。図３は、露光装置の照明パターンを示す説明図である。
【００２２】
図２において、２１は照明光源、２２はフライアイレンズ、２３は可変照明絞り、２４はコンデンサーレンズ、２５はレチクル、２６は縮小投影レンズ、３は半導体ウエハ、２７はウエハステージである。コンタクトパッド部１３ｂから構成された第２のマスク1２を露光装置にローディング、レチクルアライメントを行った後、レジストが塗布された半導体ウエハ３をウエハステージ２７にのせてアライメントを行った後、図３（ａ）に示すように照明系しぼり２３を選択して第２の照明系（中σ）で露光する。続いて、パッド以外のラインパターンを有する第１のマスク１１をローディングし、レチクルアライメントを行った後、図３（ｂ）に示すように照明系絞り２３をかえて第１の照明系（輪帯）で露光する。露光量として、本実施形態では各々の照明系に対して同じ１０ｍＪ・ｃｍ2で行った。第１及び第２の露光後，１１０℃９０秒ＰＥＢ後、現像する。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態１におけるパターンレイアウト図である。（ａ）は設計パターン、（ｂ）はレジストパターンである。本発明を適用することによりコンタクトパッド部１３ｂとＴｒゲートとなるライン部１３ａが別々の露光されるため、従来問題となっていた線幅の広いコンタクトパッド部１３ｂからの近接効果の影響が少なくなりコンタクトパッド近傍のＴｒゲート寸法太りが抑制可能となり（Ｂ部）トランジスター性能低下をなくすることができる。本発明の実施形態において、ライン部１３ａから構成された第１のマスク１１を輪帯照明条件で、パッド部１３ｂから構成された第２のマスク１２を中σ条件で露光することにより各々のパターンの解像性能を向上させることが出来る。なお、第１のマスク１１を露光した後、第２のマスク１２を露光してもよい。
【００２４】
この発明の第２の実施の形態を図５および図６に基づいて説明する。図５（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２と従来例におけるフォトマスク上の回路パターンレイアウトを示す図である。
【００２５】
図５（ａ）は、従来の透過部と遮光部からなるフォトマスク上の回路パターンレイアウトである。Ｔｒゲートとなるラインパターン４１とＴｒゲートに電圧駆動させるためのコンタクトホールとを接続するためのコンタクトパッド４２とから構成されている。コンタクトパッド部４２はコンタクトホールとの接触面積を確保するため線幅は太く設計される。
【００２６】
本実施形態では図５（ｂ）に示すように、透過部と遮光部からなるフォトマスクをラインパターン部４３を位相が１８０度異なる位相シフター構造、コンタクトパッド４４となる矩形パターン部を位相シフトが発生しない構造とするマスクを作製し、マスクを縮小投影露光装置により半導体ウエハ上のレジスト膜を露光する。
【００２７】
この場合、ゲートマスクとコンタクトホール部とのＡＮＤ処理を行い、コンタクトパッド部４４になるパターンとコンタクトパッド部４４を除いたライン部４３を抽出する。そしてコンタクトパッド部４４を光を完全に遮光するＣｒ膜で形成すると伴に、コンタクトパッド部４４以外のライン部４３を位相が１８０度異なるハーフトーンマスクで作製する。素子分離が形成された半導体基板上に反射防止膜を塗布後、ポジ型レジストを０．５μｍ厚スピンコートし、９０℃６０秒プリベークを行う。素子分離パターンに対して、コンタクトパッド部４４が遮光膜、コンタクトパッド部４４以外のライン部４３がハーフトーンマスクで構成されたマスクを縮小投影露光装置により半導体ウエハ上に重ね合わせ露光する。露光時の照明条件として輪帯照明条件で行った。露光後、１１０度で９０秒間ＰＥＢ後に現像する。
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態２における露光振幅分布を示す説明図である。図６（ａ）は従来例のマスクを用いた場合の露光振幅分布、（ｂ）は本発明の実施の形態２のライン部とホール部の位相が異なるマスクを用いた場合の露光振幅分布を示す。図６において、ｘは図５のｘの位置に対応する。
【００２９】
上側の振幅分布は、ｘ位置を通る水平方向のラインパターンの振幅分布であり、下側はｘ位置を通る垂直方向のコンタクトパッド部の露光振幅分布である。従来のマスク構造ではコンタクトパッド部４２からの露光光分布とライン部４１からの光強度分布が合成されるため、ｘ位置での露光光強度が低下し、転写されたレジスト寸法が太る原因となる。それに対して本実施形態では、コンタクト部４４からの露光光分布とライン部４３からの露光光分布の位相が異なるためｘ位置での合成された露光光強度の低下を抑えることが可能となる。その結果、線幅の広いコンタクトパッド部からの近接効果の影響が少なくなりＴｒゲート寸法太りが抑制可能となりトランジスター性能低下をなくすることができる。
【００３０】
この発明の第３の実施の形態を図７〜図９に基づいて説明する。図７（ａ）は本発明の第３の実施の形態において光近接効果の測定パターンを示す説明図、（ｂ）は近接効果特性の一例を示す図、図８（ａ）は測定パターンの向きを示す説明図、（ｂ）は測定パターンの配置を示す説明図である。
【００３１】
図７に示すように、フォトマスクのパターン上に配置した縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン２０毎に測定パターン２０のライン幅の変動量と測定パターン２０の間隔との関係を取得して近接効果を測定する工程と、縦方向、横方向、斜め４５度方向の測定パターン２０毎に近接効果の平均値を算出する工程と、平均値より近接効果の補正値を算出する工程と、補正値より近接効果補正を行って形成したフォトマスクを作製する工程と、フォトマスクを用いてレジスト上に露光する工程とを含む。
【００３２】
近接効果測定パターン２０は、線幅に対するスペース間隔を変化させたパターンから形成されており設計寸法からの線幅のずれ量を補正する。近接効果測定パターン２０は、図８（ａ）に示す水平方向、垂直方向、斜め４５度方向の効果測定パターン２０を図８（ｂ）に示すように露光領域内でショット中心、ショット4隅、ショット上下左右配置する。ショット内各点での水平方向、垂直方向、斜め４５度方向のパターン２０に対して設計寸法からの線幅のずれ量を測定する。図７（ｂ）はショット内各点でのスペース間隔を変化させた時の設計寸法からの線幅のずれ量をショット内各点で平均化した特性を示す。
【００３３】
図９は、本発明の実施の形態３において従来行っていたショット内1点での近接効果とショット内とＸ／Ｙ方向の近接効果の平均値の近接効果補正テーブルを示す。従来からのショット内１点では投影レンズの収差により測定場所により近接効果特性が異なるために近接効果補正を行った場合ショット内で線幅誤差が発生していたが本発明を用いることにより従来投影レンズの収差によりショット内の測定位置、パターン方向による近接効果補正誤差がなくなり、近接効果補正後の寸法精度が向上する。また、ショット内、パターン方向の近接効果を平均化することにより、特定の投影レンズの収差の影響が平均化され、同じ設計で作製された他の投影レンズに対する収差による近接効果補正精度を向上させることが可能となる。本実施の形態では全てのパターン方向に対しての平均値を算出して近接効果補正を行ったが、パターン方向毎に平均値を算出しパターンの向きに応じて近接効果を補正しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる微細パターンの形成方法は、コンタクト部の寸法が太いパターンからの光近接効果によるライン部の寸法太りが抑制されるため、レジストパターンの仕上がり寸法ずれを低減することができる効果を有し、半導体素子や集積回路を製作する際の、微細パターン等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１において、（ａ）はプロセスフロー、（ｂ）はフォトマスク上の回路パターンレイアウトを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に用いる露光装置の概略図を示す図である。図３は、露光装置の照明パターンを示す説明図である。
【図３】露光装置の照明パターンを示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるパターンレイアウト図である。
【図５】本発明の実施の形態２と従来例におけるフォトマスク上の回路パターンレイアウトを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２における露光振幅分布を示す説明図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施の形態３において光近接効果の測定パターンを示す説明図、（ｂ）は近接効果特性の一例を示す図である。
【図８】（ａ）は測定パターンの向きを示す説明図、（ｂ）は測定パターンの配置を示す説明図である。
【図９】本発明の実施の形態３において近接効果補正テーブルを示す図である。
【図１０】従来のパターンレイアウトを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  コンタクト部マスク
２  ライン部マスク
３  半導体基板
４  素子分離
５  ゲート酸化膜
６  ポリＳｉ
７  ネガレジスト
２１  露光用光源
２２  フライアイレンズ
２３  照明絞り
２４  コンデンサーレンズ
２５  レチクル
２６  縮小投影光学系
２７  ウエハステージ
【図１】
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【図２】
2005086119.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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