(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ上に、マスク用のターゲットパターンと共に重ね合わせ用のアライメントマークパターンを含むマスクパターンを作成する方法において、
パターン形成工程毎に、マスク材料としてのレジストの種類に応じて前記アライメントマークパターンの設計パターンに対してサイジング処理を施すことを特徴とするマスクパターン作成方法。
【請求項２】
更に、前記ターゲットパターンの種別および大きさを考慮してサイジング処理を施すことを特徴とする請求項１記載のマスクパターン作成方法。
【請求項３】
前記ターゲットパターンがライン形状のパターンであり、かつライン幅が露光光源の波長以下のサイズである場合、または前記ターゲットパターンがホール形状のパターンであり、かつホール幅が所定のサイズ以下である場合にサイジング処理を施すことを特徴とする請求項２記載のマスクパターン作成方法。
【請求項４】
前記アライメントマークパターンの設計パターンに対して、更に近接効果補正を行うことを特徴とする請求項１記載のマスクパターン作成方法。
【請求項５】
前記アライメントマークパターンの形状が方形であり、この方形の四隅にそれぞれ近接効果補正を行うことを特徴とする請求項４記載のマスクパターン作成方法。
【請求項６】
ターゲットパターンと共に、マスク材料としてのレジストの種類に応じて設計パターンにサイジング処理が施されたアライメントマークパターンを転写して形成されたアライメントマークパターンを含むことを特徴とするマスク。
【請求項７】
前記マスク材料の種類に加え、ターゲットパターンの種別および大きさに応じて設計パターンに対してサイジング処理が施され、かつ近接効果補正が行われたアライメントマークパターンを転写して形成されたアライメントマークパターンを含むことを特徴とする請求項６記載のマスク。
【請求項８】
ハーフトーン位相シフトマスクを用いて構成されたことを特徴とする請求項６記載のマスク。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integrated circuit) などのホトリソグラフィ技術に用いられるマスクパターン作成方法およびマスクに係り、特に、微細な回路パターン（実パターン）（以下，ターゲットパターンという）と共に、重ね合わせ用のアライメントマークパターンを含むマスクパターンを作成するためのマスクパターン作成方法およびこの方法により形成されたマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体チップの微細化の要求に伴い、そのターゲットパターンの寸法は０．２〜０．３５μｍの微小幅の領域に達しており、このターゲットパターン幅の微小化に伴って重ね合わせ精度に対する要求も厳しくなっている。すなわち、ＵＬＳＩなどは深さ方向で異なった構造となっており、深さ別に微細な回路図形を持つマスクが数枚必要になり、これらマスクとウェハ間の重ね合わせ精度が充分でないと、製造歩留りが低下する。このような重ね合わせ精度を向上させる方法としては、一般に、大別してステージ精度、計測系および各プロセスを改善する方法が挙げられるが、光リソグラフィ技術に限れば、ウェハに対してマスクの重ね合わせを行うためのアライメントマークの形成にあたる。
【０００３】
光リソグラフィ技術によるマスクパターン（ターゲットパターン）の微細化は１０数年に及び、著しく進化している。これは露光光源の短波長化、レンズの高開口数（高ＮＡ）化やレジストの改良によるところが大きい。このような微細なターゲットパターンの形成には、現在、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）やＫｒＦなどのエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いた縮小投影型のステッパー等の露光装置が用いられている。このようなターゲットパターンの微細化の進展に対して、アライメントマークの形状はステッパーの登場以来、大きな変化はしていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、従来のアライメントマークを使い続けることの弊害が生じている。これはレジスト材料が波長の短いＫｒＦなどのエキシマレーザに用いられる化学増幅型レジストに変わったことも影響している。この化学増幅型のレジスト材料は露光によって発生した反応を利用して溶解度を高めたもので、微細パターンの形成においては線幅リニアリティ性（ＣＤ（Critical Dimension) リニアリティ) において優れてはいるが、アライメントマークのような大きなパターンサイズ（１０〜１２μｍ）の場合にはリニアリティの不足により設計サイズから大きく外れることが知られている。このようなアライメントマークの大きさの変動は、微細なターゲットパターンを転写する際に、ターゲットパターンの重ね合わせ精度（アライメント精度）、特に原パターンの拡大または縮小像の描画を行うスケーリングに悪影響を与える。また、このようなリニアリティの不足に加え、より微細パターンを得るために高開口数のレンズやハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴ−ＰＳＭ）が使用されているが、これらの使用により更にマークの形状劣化が問題となっている。これはレジストの解像限界付近（２４８ｎｍ）またはそれ以下のサイズのターゲットパターンの形成を目的とするため、レジストのリニアリティを無視して露光（例えば露光量を多めにするオーバー露光）する傾向にあることによる。
【０００５】
このように従来種々の要因によりアライメントマークの変動が顕著になっている。図３（ａ）〜（ｄ）はこれらアライメントマーク（例えば５〜１０μｍサイズのＬＳＡマーク）パターンの劣化状態を具体的に表したものである。図３（ａ）は線幅が例えば０．２〜０．３μｍの微細なターゲットパターン１００の重ね合わせ用のアライメントマークパターン２００の設計パターンを示すもので、同図（ｂ）はこのアライメントマークパターン２００を比較的ラフなパターンを形成する工程に使用される通常のｉ線，ｇ線用のレジスト（ノボラック系レジスト）を使用した場合、同図（ｃ）はアライメントマークパターン２００を比較的微細なパターンを形成する工程に使用されるＫｒｆエキシマレーザ用の化学増幅型レジストを使用し、かつオーバ露光した場合、また同図（ｄ）は同図（ｃ）の場合において、更にマスクとしてハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴ−ＰＳＭ）を使用した場合の転写パターンの平面形状をそれぞれ示している。同図（ｂ）のように通常のノボラック系レジストを使用した場合には、マークの四隅において上述の光近接効果が生じるだけであるが、同図（ｃ）のように化学増幅型レジストを使用し、かつオーバー露光した場合にはマーク形状が全体的に縮小され、また、同図（ｄ）のようにハーフトーン位相シフトマスクを使用した場合には更に縮小される。なお、この傾向はレジスト種と、ターゲットの線幅などに依存し、設計パターンに対して拡大や縮小を繰り返す。
【０００６】
このように従来においては、パターン形成工程毎にレジスト種が異なることやハーフトーン位相シフトマスクを使用することなどによって、アライメントマークパターンが劣化し、設計パターンと大きく異なってくる。このようなアライメントマークパターンの変動は微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度に大きな影響を与え、製造歩留り低下の原因となる。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、マスク材料の種類、更にはターゲットパターンの種別および大きさにかかわらずアライメントマークの大きさを設計パターンに近づけることができ、微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度を向上させることができるマスクパターン作成方法およびこの方法により形成されたマスクを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるマスクパターン作成方法は、半導体ウェハ上に、マスク用のターゲットパターンと共に重ね合わせ用のアライメントマークパターンを含むマスクパターンを作成するに際し、パターン形成工程毎に、マスク材料としてのレジストの種類に応じてアライメントマークパターンの設計パターンに対してサイジング処理を施すものである。
【０００９】
本発明によるマスクは、ターゲットパターンと共に、マスク材料としてのレジストの種類に応じて設計パターンにサイジング処理が施されたアライメントマークパターンを転写して形成されたアライメントマークパターンを含むものである。
【００１０】
本発明によるマスクパターン作成方法では、パターン形成工程毎に、マスク材料としてのレジストの種類に応じてアライメントマークパターンの設計パターンに対してサイジング処理が施されており、マスク材料としてＫｒＦなどのエキシマレーザ用の化学増幅型レジストが用いられた場合において、このレジスト種に起因してアライメントマークパターンの変動が生じたとしても設計パターンと同じ大きさのアライメントマークを得ることができる。
【００１１】
本発明によるマスクでは、ターゲットパターンと共に、マスク材料の種類に応じて設計パターンにサイジング処理が施されたアライメントマークパターンを転写して形成されたアライメントマークを含む。従って、アライメントマークの大きさは設計パターンと同じ大きさのものであり、よってこのアライメントマークが形成されたマスクを使用することによりターゲットパターンの重ね合わせ精度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施の形態のマスクパターン作成方法は、マスク用のターゲットパターン（実パターン）およびアライメントマークパターンを含むマスクパターンを作成するもので、パターン形成工程毎に、マスク材料（レジスト）の種類に応じて、更にはターゲットパターンの種別（ライン系やホール系）および大きさを考慮してアライメントマークパターンに対してサイジング処理を施すと共に近接効果補正を行うものである。
【００１４】
すなわち、半導体装置の製造に用いられるフォトリソグラフィ技術においては、複数のパターン形成工程があり、個々のパターン形成工程ではマスク材料が異なる場合がある。例えば、前述のように比較的ラフなパターンを形成する工程では露光手段としてｉ線（波長３６５ｎｍ），ｇ線（波長４３６ｎｍ）が使用され、これらｉ線およびｇ線に対しては、通常、マスク材としてノボラック系のレジストが使用される。これに対して、より微細なパターンを形成する工程ではＫｒｆエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が使用され、このレーザに対しては露光反応による溶解度を高めた高解像度の化学増幅型レジストが使用される。このような化学増幅型レジストが使用された場合、アライメントマークパターンの大きさが設計パターンに対して大きく変動しやすく、微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度が低下することは前述の通りである。
【００１５】
このようなことから本実施の形態では、まず、マスク材料の種類に応じて、アライメントマークパターンに対して、予め、サイジング（リサイズ）処理、すなわち設計パターンよりもパターンの幅を大きくしたり小さくしたりすることにより、マスク材料（レジスト）の種類の相違によるアライメントマークの変動の影響を相殺させるものである。これによりマスクの重ね合わせ精度を向上させることができる。
【００１６】
また、本実施の形態では、このマスク材料の種類に加え、ターゲットパターンの種別および大きさをも考慮してサイジングの程度を決定するものである。
【００１７】
図２はこのターゲットパターンの種別および大きさを考慮したマスク決定のルーチンを表すものである。すなわち、ターゲットパターンを、配線などのライン（線）形状とコンタクトホールなどのホール（穴）形状とに大きく分け、ライン形状のパターンである場合には、ライン幅が露光光源の波長以下のサイズであるときには本実施の形態のサイジング処理を施し、ライン幅が露光光源の波長より大きいサイズであるときにはサイジング処理を施すことなく従来と同様の処理を行う。一方、ターゲットパターンがホール形状のパターンである場合には、ホール幅が所定のサイズ以下（ｋ1 ≦０．６０，ｋ1 ；プロセス定数）である場合にアライメントマークパターンに対してサイジング処理を施し、ホール幅が所定のサイズより大きい（ｋ1 ＞０．６０）場合にはサイジング処理を施すことなく従来と同様の処理を行う。ターゲットパターンがライン形状およびホール形状いずれの場合にも、サイジング処理を施す場合には、使用するレジストやレイヤー、更にアライメントマークの大きさを決定したのち、マスクの設計を行う。
【００１８】
本実施の形態では、更に、上述のようなサイジング処理に加えて、近接効果補正を施すものであり、これによりアライメントマークパターンの形状を設計パターンの形状により近づけることができる。すなわち、近接するマスクパターンを透過してきた光が互いに干渉してパターン形状に影響を及ぼす近接効果現象は、一般に、電子線露光において顕著に見られるが、光露光においても精度のパターン依存性があり、例えば図３（ｂ）〜（ｄ）にも示したように転写パターンの４隅がかけることがある。このような近接効果による影響を防止するために、本実施の形態では、例えば、アライメントマークパターンの形状が方形である場合に、この方形パターンの四隅を部分的に拡大（または縮小）するもので、これにより近接効果に伴うパターンの４隅の変動を抑制することができ、サイジング処理と相まってアライメントマークパターンを設計パターンとほぼ同じ大きさで同じ形状に形成することができる。これにより微細なターゲットパターンの重ね合わせ精度が向上する。従って、露光機のレンズとして高開口数のレンズや、マスクとしてハーフトーン位相シフトマスク（ＨＴ−ＰＳＭ）などを使用し、解像度を上げた場合においてアライメントマークパターンの設計パターンが変動した場合においても、重ね合わせ精度が低下することがなく、半導体チップの製造歩留りが向上する。
【００１９】
図１（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態の具体的な適用例を表すもので、同図（ａ）はターゲットパターン１０に対応するアライメントマークパターン２０の設計パターンを表すものであり、同図（ｂ）は本実施の形態の方法により設計パターンのアライメントマーク２０に対してサイジング処理（ここでは拡大処理）を施すと共に近接効果補正を行った後のパターン（サイジングパターン２１）を表している。このサイジングパターン２１の４隅にそれぞれ近接効果補正によるＬ字状の拡大部（修飾パターン）２１ａが形成されている。図３（ｃ）はこのサイジングパターン２１をマスク基板側のレジストに転写した後の転写パターン２２の形状を表すものである。この転写パターン２２では大きさが設計サイズのアライメントマークパターン２０と実質的に同じであり、またその四隅には近接効果の影響が若干見られるものの、従来（図３参照）に比べてその程度は大幅に低減されている。
【００２０】
また、本実施の形態に係るマスクは、ハーフトーン位相シフトマスクにより構成され、微細なターゲットパターンと共に、上述の方法により、マスク材料の種類、ターゲットパターンの種別および大きさに応じて設計パターンにサイジング処理が施され、かつ近接効果補正が行われたアライメントマークパターンを転写してアライメントマークが形成されたものである。
【００２１】
このような本実施の形態に係るマスクでは、アライメントマークパターンの大きさが設計パターンと同じ大きさであるため、このマスクを使用することにより重ね合わせ精度が向上する。
【００２２】
【実施例】
（実施例１）
０．２５μｍのコンタクトホールの形成工程において、本実施の形態に係るアライメントマーク（ＬＡＳマーク）パターンを使用し、マスク材として化学増幅型レジスト、露光光源としてＫｒＦエキシマ（波長２５４ｎｍ）を使用した。アライメントマークパターンには０．３μｍ幅のサイジング処理（拡大処理）を施すと共にパターンの４隅に０．３μｍ幅の近接効果補正を行った。このアライメントマークパターンによる重ね合わせ精度を、シリコンウェハ上のレジストパターンに対するレジストパターンの重ね合わせを行う「レジスト対レジスト」の評価試験において調べた。その結果、｜Ｘ｜（平均値）＋３σ（標準偏差値）において、現状の９０ｎｍが改善された。また、要因分析でスケーリング成分が０．４ｐｐｍ改善された。
【００２３】
（実施例２）
実施例１と同様に、０．２５μｍのコンタクトホールの形成工程において、本実施の形態に係るアライメントマーク（ＬＡＳマーク）パターンを使用し、マスク材として化学増幅型レジスト、露光光源としてＫｒＦエキシマ（波長２５４ｎｍ）を使用した。アライメントマークパターンには０．３μｍ幅のサイジング処理（拡大処理）を施すと共にパターンの４隅に０．３μｍ幅の近接効果補正を行った。このアライメントマークパターンによる重ね合わせ精度を、シリコンウェハ上の、コンタクトホールが形成された絶縁膜(SiO2)上にアルミニウム（Ａｌ）膜を形成し、このアルミニウム膜上にコンタクトホールに対応するパターンを有するレジストパターンの重ね合わせを行う「アルミニウムコンタクトホール対アルミニウム膜」の評価試験において、｜Ｘ｜＋３σにおいて、現状の１１０ｎｍが改善された。また、要因分析でスケーリング成分が０．４ｐｐｍ改善された。
【００２４】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その均等の範囲で種々変形可能である。例えば上記実施の形態では、パターン形成工程毎に、マスク材料（レジスト）の種類およびターゲットパターンの種別（ライン系やホール系）および大きさを考慮してアライメントマークパターンに対して選択的にサイジング処理を施し、かつ近接効果補正を行うようにしたが、マスク材料の種類のみを考慮してサイジング処理を施す態様としてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るマスクパターン作成方法では、パターン形成工程毎に、マスク材料の種類に応じてアライメントマークパターンの設計パターンに対してサイジング処理を施すようにしたので、例えばマスク材料としてＫｒＦなどのエキシマレーザ用の化学増幅型レジストが用いられ、このレジスト種に起因してアライメントマークパターンの変動が生じたとしても設計パターンに近い大きさのアライメントマークを得ることができ、ターゲットパターンの重ね合わせ精度が向上すると共に半導体チップの製造歩留りが向上するいう効果を奏する。更に、近接効果補正を行うことによってよりターゲットパターンの重ね合わせ精度が向上する。
【００２６】
本発明によるマスクでは、ターゲットパターンと共に、マスク材料としてのレジストの種類に応じて設計パターンにサイジング処理が施されたアライメントマークパターンを転写して形成されたアライメントマークパターンを含むようにしたので、アライメントマークの大きさが設計パターンに近い大きさのものとなり、よってこのアライメントマークが形成されたマスクを使用することにより重ね合わせ精度が向上する共に半導体チップの製造歩留りが向上するいう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るマスクパターン作成方法を説明するための平面図である。
【図２】図１のマスクパターン形成方法による適用マスクの決定方法を説明するための系統図である。
【図３】従来のアライメントマークの劣化状態を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１０─ターゲットパターン、２０─アライメントマークパターン、２１─サイジングパターン、２１ａ─拡大部（修飾パターン）、２２…転写パターン
【図１】
0003757551.tif 000002
【図２】
0003757551.tif 000003
【図３】
0003757551.tif 000004