(57)【要約】【課題】フォトマスクを用いてレジスト膜を露光し現像するリソグラフィ処理に関し、レジストパターンの均一性を向上する。【解決手段】基板上又は被加工層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したフォトマスクを用いて前記レジスト膜にパターンを転写し、前記レジスト膜を現像してレジスト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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上又は被加工層上に形成されるレジスト膜に転写されるマスクパターン用のマスクパターンデータを作成するマスクパターンデータ作成方法であって、
前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したマスクパターンデータを作成することを特徴とするマスクパターンデータ作成方法。
【請求項２】
前記下地層を構成する側壁絶縁膜の材質又は膜厚に応じて、前記マスクパターンの寸法を変化させることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンデータ作成方法。
【請求項３】
前記下地層は、異なる２以上の光反射率領域を有する層であり、
前記レジスト膜は、前記異なる２以上の光反射率領域上に形成される膜であり、
前記マスクパターンは、前記異なる２以上の光反射率領域をまたがるように前記レジスト膜に転写されるパターンであり、
前記異なる２以上の光反射率領域の光反射率に応じて、前記マスクパターンの寸法を変化させることを特徴とする請求項１に記載のマスクパターンデータ作成方法。
【請求項４】
基板上又は被加工層上に形成されるレジスト膜に転写されるマスクパターンを形成するマスクパターン形成方法であって、
前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したマスクパターンデータに基づいてマスクパターンを形成することを特徴とするマスクパターン形成方法。
【請求項５】
基板上又は被加工層上にレジスト膜を形成し、
前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したフォトマスクを用いて前記レジスト膜にパターンを転写し、
前記レジスト膜を現像してレジスト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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクパターンデータ作成方法、マスクパターン形成方法、及びパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの製造工程には一般に、基板や被加工層を加工する多くの工程が含まれる。前者の工程の例としては、基板の所定領域に不純物をインプラントするインプラント工程等が挙げられる。後者の工程の例としては、被加工層の所定領域をエッチングするエッチング工程等が挙げられる。
【０００３】
これらの工程では先ず、基板上又は被加工層上にレジスト膜を形成する。次に、該レジスト膜の所定領域を露光する。次に、該レジスト膜の露光領域又は非露光領域を現像処理により除去し、基板上又は被加工層上にレジストパターンを形成する。次に、該レジストパターンをマスクとして基板又は被加工層を加工する。このようにして、基板や被加工層が加工される。なお、露光領域が除去されるタイプのレジストをポジ型レジストと呼び、非露光領域が除去されるタイプのレジストをネガ型レジストと呼ぶ。
【０００４】
レジスト膜の露光処理では、スループットの向上の観点から、ＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等の紫外光が用いられることが多い。しかし近年、ＬＳＩの微細化に伴い、要求される解像度がこれらの紫外光の波長以下となってきており、露光量裕度や焦点裕度等の露光プロセス裕度が不足してきている。特に、インプラント工程の際のリソグラフィでは、下地基板上にレジスト膜を直接形成するため、下地基板からレジスト膜へのケミカルポイゾニングの影響が無視できない。ポイゾニング耐性の高いレジスト材料の開発も行われているが、装置や材料の大幅な変更をせずにケミカルポイゾニングの問題を解決できるような方法へのニーズは大きい。また、ＬＳＩの微細化に伴い、フォトマスクのマスクパターンをレジスト膜上に忠実に転写することが困難になってきていることも、重大な問題である。なお、レジスト膜の露光処理については、例えば非特許文献１に記載のように、そのシミュレーションが可能である。
【非特許文献１】A. Erdmann et al., "Rigorous simulation of exposure over nonplanar wafers", Optical Microlithography XVI edited by A. Yen, Proceedings of the SPIE, Volume 5040, pp. 101-111 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、フォトマスクを用いてレジスト膜を露光し現像するリソグラフィ処理に関し、レジストパターンの均一性を向上することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例は例えば、基板上又は被加工層上に形成されるレジスト膜に転写されるマスクパターン用のマスクパターンデータを作成するマスクパターンデータ作成方法であって、前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したマスクパターンデータを作成することを特徴とするマスクパターンデータ作成方法である。
【０００７】
本発明の実施例は例えば、基板上又は被加工層上に形成されるレジスト膜に転写されるマスクパターンを形成するマスクパターン形成方法であって、前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したマスクパターンデータに基づいてマスクパターンを形成することを特徴とするマスクパターン形成方法である。
【０００８】
本発明の実施例は例えば、基板上又は被加工層上にレジスト膜を形成し、前記レジスト膜の下地層の光反射率に応じてマスクパターンの寸法を規定したフォトマスクを用いて前記レジスト膜にパターンを転写し、前記レジスト膜を現像してレジスト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である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フォトマスクを用いてレジスト膜を露光し現像するリソグラフィ処理に関し、レジストパターンの均一性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１及び図２はそれぞれ、半導体装置１０１の製造工程図である。
【００１２】
図１には、基板１１１の加工工程が示されている。基板１１１はここでは、Ｓｉ基板等の半導体基板である。基板１１１は例えば、ＳＯＩ（Semiconductor On Insulator）基板でもよい。図１の工程の例としては、拡散層を形成するためのインプラント工程や、溝を形成するためのエッチング工程が挙げられる。
【００１３】
図２には、被加工層１１２の加工工程が示されている。被加工層１１２は、基板１１１上に形成されている。被加工層１１２は、１つの層を含む単層膜でもよいし、複数の層を含む多層膜でもよい。被加工層１１２は、基板１１１上に直接形成されていてもよいし、基板１１１上に他の層を介して形成されていてもよい。図２の工程の例としては、ゲート構造、コンタクトホール、ビアホール、配線溝等を形成するためのエッチング工程が挙げられる。
【００１４】
図１の工程について説明する。
【００１５】
先ず、図１（ａ）のように、基板１１１上にレジストを塗布して、基板１１１上にレジスト膜１２１を形成する。当該レジストはここでは、ＡｒＦ用のポジ型ＤＵＶレジストとし、スピンコート方式により塗布する。レジスト膜１２１の膜厚はここでは、３００ｎｍとする。次に、レジスト膜１２１のプリベークを行う。ベーク温度はここでは１１０℃とし、ベーク時間はここでは６０秒間とする。
【００１６】
次に、図１（ｂ）のように、フォトマスクを用いてレジスト膜１２１を露光する。露光処理に使用する露光装置はここでは、ＡｒＦエキシマレーザ露光装置とする。露光条件はここでは、ＮＡ＝０．８３、σ＝０．７５、２／３輪帯照明とする。上記フォトマスクはここでは、透過率６％のハーフトーンマスクとする。上記フォトマスクの詳細については後述する。次に、レジスト膜１２１のポストエクスポージャベークを行う。ベーク温度はここでは１２０℃とし、ベーク時間はここでは６０秒間とする。図１（ｂ）の露光処理により、レジスト膜１２１にパターンが転写される。即ち、レジスト膜１２１に潜像が形成される。
【００１７】
次に、図１（ｃ）のように、レジスト膜１２１を現像して、基板１１１上にレジストパターン１２２を形成する。レジスト膜１２１はここでは、所定の水溶液を用いた３０秒間のパドル現像により現像する。当該水溶液はここでは、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）水溶液とする。
【００１８】
次に、図１（ｄ）のように、レジストパターン１２２をマスクとして基板１１１を加工する。なお、図１（ｄ）には、例として、基板１１１に不純物がインプラントされる様子が示されている。
【００１９】
続いて、図２の工程について説明する。
【００２０】
図２（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ、図１（ａ）乃至（ｄ）に対応している。図２の工程の流れは、図１の工程の流れと同様である。図１の説明を図２の説明として読み替える際には、基板１１１を被加工層１１２と読み替えるものとする。なお、図２（ｄ）には、例として、被加工層１１２がエッチングされる様子が示されている。
【００２１】
本実施例では、このようにして基板１１１や被加工層１１２が加工される。図１（ａ）乃至（ｃ）の工程や、図２（ａ）乃至（ｃ）の工程は、本発明のパターン形成方法の例である。図１（ａ）乃至（ｄ）の工程や、図２（ａ）乃至（ｄ）の工程は、本発明の半導体装置の製造方法の例である。
【００２２】
以下、本発明の実施例として、ゲート構造が設けられた基板１１１の加工工程について説明する。図３は、当該工程について説明するための側方断面図である。なお、当該工程の流れは、図１の工程の流れと同様とする。
【００２３】
図３の半導体装置１０１は、基板１１１を備える。基板１１１には既に、ゲート絶縁膜２０１とゲート電極２０２と側壁絶縁膜２０３とを含むゲート構造と、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）層２１１とが設けられている。図３には更に、ｐＭＯＳ領域２２１とｎＭＯＳ領域２２２とが示されている。
【００２４】
図３には更に、レジストパターン１２２が示されている。レジストパターン１２２は、ゲート構造が設けられた基板１１１上に形成されている。図３は、ｎＭＯＳ領域２２２のソースドレイン領域２３１に不純物をインプラントする様子を表している。図３は、図１でいえば、図１（ｄ）の段階に相当する。図３の前段階の様子が、図４に示されている。図３が図１（ｄ）に相当するのに対し、図４は図１（ｂ）に相当する。図４は、ｎＭＯＳ領域２２２のレジスト膜１２１を露光する様子を表している。図４には更に、レジスト膜１２１を露光するためのフォトマスク３０１が示されている。図４のフォトマスク３０１は、図４のレジスト膜１２１を露光対象とするフォトマスクである。
【００２５】
以下、図４のフォトマスク３０１について説明する。以下の説明では、図５及び図６を参照する。図５は、フォトマスク３０１の上面図である。図６は、基板１１１の加工工程について説明するための上面図である。
【００２６】
図４の露光処理では例えば、図５（ａ）のようなフォトマスク３０１を使用することが可能である。図５（ａ）のフォトマスク３０１は、Ｌ／Ｓ（Line and Space）パターンを形成するためのマスクパターン３１１を有する。しかしながら、本発明者らによる実験の結果、図４の露光処理に図５（ａ）のフォトマスク３０１を用いると、図６（ａ）のようなレジストパターン１２２が形成されてしまうことが解った。図６（ａ）では、本来の幅が１５０ｎｍであるはずのラインの幅が、括弧Ｘの領域において、１５０ｎｍよりも広くなってしまっている。
【００２７】
そこで、本発明者らは、図６（ａ）の現象の原因の検討を行った。そして、本発明者らによる鋭意検討の結果、上記現象の原因は、レジスト膜１２１の下地層の光反射率にあることが判明した。レジスト膜１２１の下地層を構成する層、例えば、レジストにパターンが形成される領域の下方に位置する下地層を構成する層はここでは、図４に示す通り、基板１１１、側壁絶縁膜２０３、ＳＴＩ層２１１等である。本発明者らによる検討結果によれば、側壁絶縁膜２０３の構成材料であるＳｉＮ（シリコン窒化物）がＡｒＦ光を吸収してしまうことが、上記現象の原因の１つであることが解った。本発明者らによる検討結果によれば、側壁絶縁膜２０３の膜厚が厚くなるほど上記現象が強まることが解った。
【００２８】
図７は、露光量及びライン寸法（ライン幅）の測定結果を示したグラフである。直線Ａは、下地層がＧＣ（Gate Conductor）を含む領域である場合の測定結果を表し、直線Ｂは、下地層がＡＡ（Active Area）を含む領域である場合の測定結果を表す。ＧＣ領域とＡＡ領域では光反射率が異なっている。直線Ａの測定結果が、図３及び図４の場合の測定結果に相当する。図７によれば、直線Ａの場合のライン寸法は、直線Ｂの場合のライン寸法よりも５０ｎｍほど広くなっていることが解る。
【００２９】
以上の検討結果を踏まえ、本実施例の露光処理では、図５（ｂ）のようなフォトマスク３０１を使用する。図５（ｂ）のフォトマスク３０１は、レジスト膜１２１の下地層の光反射率に応じてマスクパターン３１１の寸法を変化させたフォトマスクである。即ち、光反射率の異なるＧＣ領域とＡＡ領域とにまたがるレジストパターン１２２を形成するためのマスクパターン３１１の寸法を、光反射率に応じて変化させている。このように、本実施例では、レジスト膜１２１の下地層の光反射率に応じてマスクパターン３１１の寸法を規定する。なお、ＧＣ領域及びＡＡ領域は、異なる２以上の光反射率領域の例である。
【００３０】
図５（ｂ）の括弧Ｙは、図６（ａ）の括弧Ｘの領域（領域Ｘ）を露光するための部分を示す。領域Ｘの下地層には側壁絶縁膜（ＳｉＮ）２０３が含まれるため、領域Ｘの光反射率は大きい。そこで本実施例では、括弧Ｙの部分のマスクパターン３１１の幅を、本来の幅よりも狭くしている。これにより、領域Ｘのラインの幅が図６（ａ）の場合よりも狭くなる。図４の露光処理に図５（ｂ）のフォトマスク３０１を用いると、図６（ｂ）のようなレジストパターン１２２が形成される。図６（ｂ）では、領域Ｘにおいても、ラインの幅が本来の幅である１５０ｎｍとなっている。本実施例では、領域Ｘのラインの幅が本来の幅になるよう、括弧Ｙの部分のマスクパターン３１１の幅を調整する。本実施例では、図７の測定結果を踏まえ、領域Ｘのラインの幅を５０ｎｍほど狭めるよう、括弧Ｙの部分のマスクパターン３１１の幅を調整する。これにより、領域Ｘのラインの幅を１５０ｎｍとすることができる。
【００３１】
なお、図５（ｂ）には、括弧Ｙ，Ｙ’が示されている。括弧Ｙが、図６（ａ）の括弧Ｘの領域（領域Ｘ）を露光するための部分を示すのに対し、括弧Ｙ’は、図６（ａ）の括弧Ｘ’の領域（領域Ｘ’）を露光するための部分を示す。領域Ｘ，Ｘ’は、図３にも示されている。図３のように、領域ＸはＧＣ領域に相当し、領域Ｘ’はＡＡ領域に相当する。
【００３２】
以上のように、本実施例では、レジスト膜１２１の下地層の光反射率に応じて、マスクパターン３１１の寸法を変化させる。これにより、本実施例では、パターンの寸法均一性を確保することができる。本実施例によれば、装置や材料の大幅な変更をせずにパターンの寸法均一性を確保することが可能である。
【００３３】
レジスト膜１２１の下地層の光反射率は例えば、レジスト膜１２１の露光処理のシミュレーションにより評価可能である。図８は、フォトマスク作製処理に関するフローチャートである。本実施例では先ず、マスクパターン３１１用のマスクパターンデータを作成し（Ｓ１）、当該マスクパターンデータを利用してレジスト膜１２１の露光処理のシミュレーションを行う（Ｓ２）。本実施例では次に、当該シミュレーションにより得られた光反射率に基づいて、上記マスクパターンデータのＯＰＣ（Optical Proximity Correction）を行う（Ｓ３）。即ち、マスクパターン３１１の寸法を補正する。Ｓ１乃至Ｓ３の処理により、レジスト膜１２１の下地層の光反射率に応じてマスクパターン３１１の寸法を規定したマスクパターンデータが作成される。そして、フォトマスク３０１を作製する際には、上記のようなマスクパターンデータを用意し（Ｓ４）、当該マスクパターンデータに基づいてマスクパターン３１１を形成する（Ｓ５）。Ｓ４乃至Ｓ５の処理により、レジスト膜１２１の下地層の光反射率に応じてマスクパターン３１１の寸法を規定したマスクパターン３１１が形成される。以上のようにして、図５（ａ）から図５（ｂ）のように、マスクパターン３１１の寸法を補正することができる。
【００３４】
本実施例では、このようにしてフォトマスク３０１が作製される。Ｓ１乃至Ｓ３の処理は、本発明のマスクパターンデータ作成方法の例である。Ｓ４乃至Ｓ５の処理は、本発明のマスクパターン形成方法の例である。なお、Ｓ３で利用する光反射率は、Ｓ２のシミュレーション以外の方法で取得してもよい。
【００３５】
本実施例では、下地層の光反射率そのものに応じてマスクパターン３１１の寸法を変化させる代わりに、下地層を構成する層の材質に応じてマスクパターン３１１の寸法を変化させてもよい。下地層の光反射率は、下地層を構成する層の材質に依存するからである。光反射率の大きい材料の代表例が、ＳｉＮ（シリコン窒化物）やＢＳＧ（Boron doped Silicate Glass）である。これらの材料は、側壁絶縁膜２０３に使用されることが多い材料である。よって、本実施例では、側壁絶縁膜２０３の材質及び／又は膜厚に応じてマスクパターン３１１の寸法を変化させてもよい。例えば、本実施例では、側壁絶縁膜２０３にＳｉＮ又はＢＳＧが含まれる場合に、パターン寸法を補正するようにしてもよい。また、本実施例では、側壁絶縁膜２０３にＳｉＮ又はＢＳＧが含まれる場合に、パターン寸法の補正量を側壁絶縁膜２０３の膜厚に基づいて決定するようにしてよい。なお、本実施例においては、ある部分のパターン寸法の補正を、その部分における側壁絶縁膜２０３の密度に基づいて行ってもよい。これらの補正は、Ｓ３のＯＰＣの際に実行可能である。
【００３６】
このように、本実施例では、下地層を構成する側壁絶縁膜２０３の材質及び／又は膜厚に応じて、マスクパターン３１１の寸法を変化させることができる。側壁絶縁膜２０３の材質や膜厚は一般に、下地層の光反射率よりも簡単に取得することができる。側壁絶縁膜２０３の材質や膜厚を利用することには、このような利点がある。
【００３７】
図９は、レジスト膜１２１の露光処理のシミュレーション結果を示した表である。欄Ａは、下地層がＧＣ（Ｌ７０／Ｓ１１０）の場合の結果を表す。欄Ｂは、下地層がＧＣ（Ｌ３４／Ｓ１４０）の場合の結果を表す。欄Ｃは、下地層がＡＡの場合の結果を表す。欄Ｄは、下地がＳＲＡＭ（５１０ｎｍ）の場合の結果を表す。欄Ｅは、下地がＳＲＡＭ（４１０ｎｍ）の場合の結果を表す。
【００３８】
また、ＣＡＳＥ１は、ＳｉＮハードマスク有りで、ＳｉＮ側壁の膜厚が４５ｎｍの場合の結果を表す。ＣＡＳＥ２は、ＳｉＮハードマスク有りで、ＳｉＮ側壁の膜厚が４５ｎｍの場合の結果を表す。ＣＡＳＥ２では、ゲートの構造がシミュレーション結果に影響するかどうかを確認すべく、ドライエッチングで側壁絶縁膜２０３の肩を削った場合を想定している。ドライエッチングで側壁絶縁膜２０３の肩を削ると、光透過率が上がると考えられる。ＣＡＳＥ３は、ＳｉＮハードマスク有りで、ＳｉＮ側壁の膜厚が３５ｎｍの場合の結果を表す。ＣＡＳＥ４は、ＳｉＮハードマスク有りで、ＳｉＮ側壁の膜厚が２５ｎｍの場合の結果を表す。ＣＡＳＥ５は、ＳｉＮハードマスク無しで、ＳｉＮ側壁の膜厚が４５ｎｍの場合の結果を表す。ＣＡＳＥ６は、ＳｉＮハードマスク無しで、ＳｉＮ側壁の膜厚が２５ｎｍの場合の結果を表す。
【００３９】
図９のシミュレーション結果は、Ｌ／Ｓパターンのスペース寸法を表す。図９のシミュレーションでは、図５（ａ）のようなフォトマスク３０１を採用した。以下、ＣＡＳＥ１乃至６について考察する。
【００４０】
先ず、ＳｉＮハードマスク有りのＣＡＳＥ１乃至４について考察する。図９には、ＣＡＳＥ１，３，４に関し、ＧＣ（Ｌ３４／Ｓ１４０）の場合の寸法とＡＡの場合の寸法との差が示されている。これにより、ＳｉＮハードマスク有りの場合は、ＳｉＮ側壁の膜厚を２５ｎｍまで薄くしても、寸法差はわずかしか改善されないことが解る。この理由としては、ＳｉＮハードマスク有りの場合には、下地層の材質が一様であり、反射率がほぼ均一になることなどが考えられる。
【００４１】
次に、ＳｉＮハードマスク無しのＣＡＳＥ５及び６について考察する。図９には、ＣＡＳＥ６に関し、ＧＣ（Ｌ３４／Ｓ１４０）の場合の寸法とＡＡの場合の寸法との差が示されている。これにより、ＳｉＮハードマスク無しの場合は、ＳｉＮ側壁の膜厚を２５ｎｍまで薄くすれば、寸法差は顕著に改善されることが解る。
【００４２】
以上の考察から、Ｌ／Ｓパターンのスペース寸法には、ＳｉＮが大いに影響することが解る。これは、Ｌ／Ｓパターン以外のパターンについても同様である。従って、本実施例では、側壁絶縁膜２０３の材質や膜厚を考慮してパターン寸法の補正を行う。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】半導体装置の製造工程図である。
【図２】半導体装置の製造工程図である。
【図３】基板の加工工程について説明するための側方断面図である。
【図４】基板の加工工程について説明するための側方断面図である。
【図５】フォトマスクの上面図である。
【図６】基板の加工工程について説明するための上面図である。
【図７】露光量及びライン寸法の測定結果を示したグラフである。
【図８】フォトマスク作製処理に関するフローチャートである。
【図９】レジスト膜の露光処理のシミュレーション結果を示した表である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１  半導体装置
１１１  基板
１１２  被加工層
１２１  レジスト膜
１２２  レジストパターン
２０１  ゲート絶縁膜
２０２  ゲート電極
２０３  側壁絶縁膜
２１１  ＳＴＩ層
２２１  ｐＭＯＳ領域
２２２  ｎＭＯＳ領域
２３１  ソースドレイン領域
３０１  フォトマスク
３１１  マスクパターン
【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】
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【図８】
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【図９】
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