(57)【要約】【課題】  パターンの被覆率に依存するパターンの寸法変動を抑制することができ、レジストパターン寸法の均一化をはかる。【解決手段】  遮光膜の被覆領域３２と開口領域３３が形成され、且つ相互に近接配置された第１，第２のマスクパターンをウェハ上に塗布されたレジストに露光することによって、該レジストに第１のマスクパターン（セル領域）に対応する第１のレジストパターンと第２のマスクパターン（ダミー領域）に対応する第２のレジストパターンを形成するための露光用マスクであって、第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解速度が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域３３の透過光量が調整されている。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光膜の被覆領域と開口領域が形成され、且つ相互に近接配置された第１，第２のマスクパターンをウェハ上に塗布されたレジストに露光することによって、該レジストに第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンと第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するための露光用マスクであって、
第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解速度が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量が調整されていることを特徴とする露光用マスク。
【請求項２】
第１のマスクパターンは半導体素子のパターンが形成されたものであり、第２のマスクパターンはダミーパターンが形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項３】
第１のマスクパターンの開口率と第２のマスクパターンの開口率がほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンにおける開口領域と被覆領域との比率が調整されていることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項４】
前記透過光量が調整される領域は、周期ｐで透光部と遮光部が繰り返されており、露光波長（λ）、パターンのウェハ上の周期（ｐ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）、コヒーレンスファクタ（σ）としたときに、前記周期ｐが
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ
を満たすように設定されたパターンであって、
前記透光部と遮光部の比率を調整することで透過光量が調整されることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項５】
前記透過光量が調整される領域は、露光波長において特定の透過率を有する膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の露光用マスク。
【請求項６】
ウェハ上に塗布されたレジストに露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第１，第２のマスクパターンを露光することにより、第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンとそれと近接する第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、
第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解量が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量を調整することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項７】
ウェハ上に塗布されたレジストに第１の露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第１のマスクパターンを露光すると共に、第２の露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第２のマスクパターンを露光することにより、第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンとそれと近接する第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、
第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解量が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量を調整することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項８】
第１のマスクパターンは半導体素子のパターンであり、第２のマスクパターンはダミーパターンであることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
【請求項９】
第１のマスクパターンの開口率と第２のマスクパターンの開口率がほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンにおける開口領域と被覆領域との比率を調整したことを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
【請求項１０】
前記露光用マスク上の透過光量を調整する領域は、周期ｐで透光部と遮光部が繰り返されており、露光波長（λ）、パターンのウェハ上の周期（ｐ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）、コヒーレンスファクタ（σ）としたときに、前記周期ｐが
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ
を満たすように設定されたパターンであって、
前記透光部と遮光部の比率を調整することで透過光量の調整を行うことを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
【請求項１１】
前記露光マスク上の透過光量が調整する領域は、露光波長において特定の透過率を有する膜であることを特徴とする請求項６又は７記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ上にＬＳＩパターンを露光するための露光用マスクと、これを用いたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の寸法の微細化に伴い、パターンの被覆率に依存した寸法変動が問題となっている。リソグラフィー工程では露光時にはフレアー、露光後のベーク工程（ＰＥＢ：Post Exposure Bake 工程）では酸の蒸発・再付着、現像工程ではレジストが溶解することによるアルカリ濃度の変化等により、パターン寸法が変動するいわゆる被覆率問題が存在する。また、リソグラフィー以外でも、エッチング・ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程などで、同様の被覆率問題が生じている。
【０００３】
エッチングされる面積を調整するために主パターンとは異なるダミーパターンを配置する方法（例えば、特許文献１参照）や、レジストプロセスにおける被覆率依存性を低減させる方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。しかしながら、何れの方法もパターン密度を均一にするためにダミーパターンを配置しているが、パターンサイズの微細化に伴い、パターン密度の均一化だけではパターン寸法を均一にすることが難しくなっている。
【特許文献１】特開平４−６４２１７号公報
【特許文献２】特開平３−４６３１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように従来、半導体素子の寸法の微細化に伴ってパターンの被覆率に依存した寸法変動が問題となっており、レジストパターンの寸法を均一に形成することが難しくなっている。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、パターンの被覆率に依存するパターンの寸法変動を抑制することができ、レジストパターン寸法の均一化をはかり得る露光用マスク及びパターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態は、遮光膜の被覆領域と開口領域が形成され、且つ相互に近接配置された第１，第２のマスクパターンをウェハ上に塗布されたレジストに露光することによって、該レジストに第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンと第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するための露光用マスクであって、第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解速度が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量が調整されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の別の形態は、ウェハ上に塗布されたレジストに露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第１，第２のマスクパターンを露光することにより、第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンとそれと近接する第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解量が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量を調整することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の更に別の形態は、ウェハ上に塗布されたレジストに第１の露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第１のマスクパターンを露光すると共に、第２の露光用マスクに形成された遮光膜の被覆領域と開口領域を有する第２のマスクパターンを露光することにより、第１のマスクパターンに対応する第１のレジストパターンとそれと近接する第２のマスクパターンに対応する第２のレジストパターンを形成するパターン形成方法であって、第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，又は平均的な溶解量が、第１のレジストパターンのそれとほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンの開口領域の透過光量を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１のマスクパターンの露光により第１のレジストパターン（セル領域）を、第２のマスクパターンの露光により第２のレジストパターン（ダミー領域）を形成する際に、各々の領域の平均的な露光量がほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンにおける開口領域の透過率を調整することで、露光時の迷光に伴う第１のレジストパターン内の寸法変動を減少させることができる。
【００１０】
また、酸の蒸散・再付着の影響が顕著な場合には、平均的な潜像強度が等しくなるように、アルカリ濃度の影響が顕著な場合には平均的な溶解速度が等しくなるように第２のマスクパターンにおける開口領域の透過率を調整することで、第１のレジストパターン内の寸法変動を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態を説明する前に、レジストプロセスで生じる被覆率依存性が、従来のパターン密度を調整するようなダミーパターンで改善しない理由について図１から図６を用いて説明する。
【００１３】
図１に、デバイスを作成する露光用マスクの配置図の一例を示す。マスク基板上に、メモリのセルの形成領域に該当するセル領域１１と周辺回路領域１２が配置され、各々の領域にパターンが配置されている。その他に、マスク全体の開口率を調整するためのダミー領域１３にダミーパターンが配置されている。
【００１４】
セル領域１１には、ウェハ上で１００ｎｍＬ／Ｓ・１：１パターンを形成するためのパターン（第１のマスクパターン）が配置されている。そして、レジストを塗布した基板にこの露光用マスクを用いて露光、ＰＥＢ（Post Exposure Bake）、現像処理を順次行うことで、図２に示すような、１００ｎｍＬ／Ｓ・１：１のレジストパターン（第１のレジストパターン）が形成される。
【００１５】
ダミー領域１３には通常、セル領域１１とほぼ同じ開口率を有するパターンで、セル領域１１よりも寸法が大きいパターン（第２のマスクパターン）が配置される。例えば、図３に示すような３μｍＬ／Ｓ・１：１のレジストパターン（第２のレジストパターン）が形成されるようなパターンを用いる。なお、図２及び図３において、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図であり、図中の２１は被処理基板としてのウェハ、２２は反射防止膜、２３はレジストを示している。
【００１６】
このようにセル領域１１、ダミー領域１３の開口率が同じマスクパターンを形成することで、エッチング時にダミーパターンを配置しない場合に生じる被覆率依存性の問題を解決していた。しかし、このようなダミーパターンを配置しても、レジストプロセスおいて、セル領域内で寸法変動が生じることが判明した。
【００１７】
レジストプロセスにおいて生じる被覆率依存性は、図４に示すように、露光時の迷光（ａ）、ＰＥＢ中の酸の蒸発・再付着（ｂ）、現像中のアルカリ濃度差（ｃ）が要因として考えられる。なお、図中の３１は透明基板、３２は遮光膜が形成された被覆領域、３３は遮光膜に開口された開口領域である。
【００１８】
パターン領域の周辺が開口部である場合は、図４（ａ）に示すように迷光の影響があれば、光のかぶりによりパターン寸法が細く仕上がる。酸の蒸発・再付着の影響があれば、図４（ｂ）に示すように周辺からの酸によりパターン寸法が細く仕上がる。アルカリ濃度差の影響が大きければ、図４（ｃ）に示すように濃度低下によりパターン寸法が太く仕上がる。このような原因により、セル領域内で寸法変動が生じる。
【００１９】
ダミーパターンを配置したにも拘わらず、寸法変動が生じた理由について、図５及び図６を用いて説明する。図５はセル領域に対応し、図６はダミー領域に対応し、図５及び図６において、（ａ）はマスクの断面図、（ｂ）は光学像強度の分布を示している。
【００２０】
セル領域１１に形成されたパターン、即ち１００ｎｍＬ／Ｓ・１：１パターンを解像良く露光するためには、例えば露光波長＝１９３ｎｍ（ＡｒＦレーザ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）＝０．８、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．７５、２／３輪帯照明程度の照明条件で露光を行う。通常、ハーフピッチが２０００ｎｍ以下の１：１・Ｌ／Ｓパターンでは、図５（ｂ）に示した平均的な露光量（像強度）Ｅｃは０．２から０．３程度の値となる。本実施形態では０．２５であるとして説明する。一方、ダミー領域１３に配置される寸法が大きいパターンでは、透過部の光強度はほぼ１となるため、図６（ｂ）に示した平均的な露光量（像強度）Ｅｄの値は約０．５となる。
【００２１】
即ち、セル領域１１とダミー領域１３で最終的に形成されるレジストパターンの開口率は共に０．５であるが、光像強度の平均値は０．２５と０．５というように必ずセル領域１１の方で小さな値となる。その結果、露光のフレアーが大きい場合には、セル領域１１でダミー領域１３に近い領域では、ダミー領域１３からのフレアーの影響を受けてパターン寸法が細く仕上がる。
【００２２】
また、ＰＥＢ後の酸の発生量は像強度にほぼ比例するため、酸の蒸散・再付着の影響が大きい場合には、同様に、セル領域１１でダミー領域１３に近い領域では、ダミー領域１３からの酸の影響を受けてパターン寸法が細く仕上がる。また、ダミー領域１３のパターンの抜け時間はセル領域１１よりも速いため、セル領域１１でダミー領域１３に近い領域では濃度低下が大きく、寸法が太く仕上がる。このように、ダミーパターンを配置しても寸法変動が生じることになる。
【００２３】
本発明の実施形態では、露光装置のフレアーの影響が大きい場合のダミーパターンの配置方法について説明する。
【００２４】
デバイスを作製する露光用マスクの配置図は、前記図１に示す通りである。最終的に形成されるセル領域１１、ダミー領域１３のレジストパターンはそれぞれ前記図２、３に示す通りである。エッチング時の被覆率依存性を低減させるため、セル領域１１とダミー領域１３の開口率はほぼ等しく０．５となっている。従来のそれぞれの領域のマスクパターンは前記図５、６に示した通りで、Ｅｃが０．２５、Ｅｄが約０．５で相対的にダミー領域１３が明るいため、ダミー領域１３に近いセル領域１１の寸法が細く仕上がるという問題があった。
【００２５】
本実施形態では、ダミーパターンの開口率は従来と同じようにセル領域１１と同じになるように調整し、開口領域の透過率を調整することで、セル領域１１とダミー領域１３で平均的な露光量がほぼ等しくなるようにする。具体的には図７に示すように、ダミーパターンにおける開口領域３３の透過率を調整する。Ｅｄの値がＥｃの値とほぼ等しくなることが望ましいので、透過率調整部（開口領域）３３の像強度が０．５となるように透過率を調整する。
【００２６】
透過率を調整するためには、図７（ａ）に示すように、開口領域３３に露光波長において特定の透過率を有する透過率調整膜３５を形成する、又は図７（ｂ）に示すように、開口領域３３に解像しないパターンを形成する。
【００２７】
図７（ａ）に示すように開口領域３３に特定の透過率を有する透過率調整膜３５を形成する場合、基板３１として石英基板、被覆領域３２としてＣｒ、開口領域３３に配置する透過率調整膜３５としてモリブデン膜（ＭｏＳｉＯＮ）を用いる。また、図７（ｂ）に示すように開口領域３３に解像しないパターンを形成する場合、遮光部３８と透光部３７を微細ピッチで規則的に形成する。
【００２８】
図７（ｂ）に示すように、開口領域３３に解像しないパターンを形成する方法としては、ウェハ上に０次光しか到達しないピッチを有する規則パターンを用いる。このような条件は、露光波長（λ）、パターンのウェハ上のピッチ（ｐ）、投影光学系の開口数（ＮＡ）、コヒーレンスファクタ（σ）を用いて次のように定められる。
【００２９】
λ／ｐ≧（１＋σ）ＮＡ      …（１）
規則パターンのピッチをｐ、スペース幅をｄとすると、透過率Ｔは下記の式で表される。
【００３０】
Ｔ＝（ｄ／ｐ）2             …（２）
最初の式を満たすために、ピッチｐを１３０ｎｍ、透過率を約０．５にするために、スペース幅ｄを９０ｎｍとした。
【００３１】
このような露光用マスクを用いて露光を行ったところ、ダミーパターンにおける平均的な露光量（像強度）Ｅｄは０．２５とＥｃとほぼ等しくなる。その結果、従来の露光用マスクではセル領域１１でダミー領域１３に近いところで寸法が６ｎｍ細っていたのに対し、細り量が２ｎｍに低減できた。
【００３２】
このように本実施形態によれば、露光用マスクに形成された第１のマスクパターンの露光によりセル領域１１に第１のレジストパターンを、第２のマスクパターンの露光によりダミー領域１３に第２のレジストパターンを形成する際に、各々の領域の平均的な露光量がほぼ等しくなるように、第２のマスクパターンにおける開口部３３の透過率を調整することで、露光時の迷光に伴う第１のレジストパターン内の寸法変動を減少させることができる。従って、パターンの被覆率に依存するパターンの寸法変動を抑制することができ、レジストパターン寸法の均一化をはかることができる。そしてこれは、微細なレジストパターンを精度良く形成することにつながり、ＬＳＩの製造に極めて有用な効果である。
【００３３】
また、露光装置自体には何らの改良も必要はなく、露光用マスクの改良のみで精度良い露光を行うことが可能となる。さらに、従来構造の露光用マスクにおいて、半導体素子のパターンに対しては何ら変更を加えることはなく、ダミーパターンの開口領域を改良するのみで、簡易に製作することができる利点もある。
【００３４】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、同じ露光基板上にセル領域とダミー領域が形成された露光用マスクを用いたが、これらは別の露光用マスクに配置され、２回の露光でパターンを形成してもよい。この場合は、必ずしも第２のマスクパターンの開口領域に透過率調整部を設ける必要はなく、ダミーパターンの露光の時の露光量で像強度を合わせてもよい。
【００３５】
また、実施形態では、ダミー領域とセル領域の平均的な露光量が等しくなるようにしたが、酸の蒸散・再付着の影響が顕著な場合には、図８に示すように、平均的な潜像強度が等しくなるようにすればよい。ここで、図８において、（ａ）はセル領域における潜像強度、（ｂ）はダミー領域における潜像強度（透過率調整部なし）、（ｃ）はダミー領域における潜像強度（透過率調整部あり）を示している。
【００３６】
さらに、アルカリ濃度の影響が顕著な場合には、図９に示すように、平均的な溶解速度が等しくなるようにすればよい。ここで、図９において、（ａ）はセル領域における溶解速度、（ｂ）はダミー領域における溶解速度（透過率調整部なし）、（ｃ）はダミー領域における溶解速度（透過率調整部あり）を示している。
【００３７】
また、必ずしも、第２のレジストパターンの平均的な露光量，平均的な潜像強度，平均的な溶解速度の一つに着目する必要はなく、これらを総合的に考慮して第２のマスクパターンの開口領域の透過光量を調整するようにしてもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】露光用マスクの配置の一例を示す図。
【図２】セル領域のレジストパターンの例を示す図。
【図３】ダミー領域のレジストパターンの例を示す図。
【図４】レジストプロセスにおいて被覆率依存性が生じる場合を説明するための図。
【図５】セル領域の露光用マスク及び像強度を示す図。
【図６】ダミー領域の露光用マスク及び像強度を示す図。
【図７】実施形態を適用したダミー領域の露光用マスク及び像強度を示す図。
【図８】本発明の変形例における平均的な潜像強度を示す図。
【図９】本発明の変形例における平均的な溶解速度を示す図。
【符号の説明】
【００３９】
１１…セル領域（第１のマスクパターン）
１２…周辺領域
１３…ダミー領域（第２のマスクパターン）
２１…ウェハ
２２…反射防止膜
２３…レジスト
３１…透明基板
３２…被覆領域
３３…開口領域
３５…透過率調整膜
３７…透光部
３８…遮光部
【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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【図６】
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【図７】
2005208233.tif 000009
【図８】
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【図９】
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