JP4417527B2 - マスクパタンの形成方法、およびフォトマスク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクパタンの形成方法に関し、特に、半導体集積回路の作製に用いられるフォトマスクのパタン形成方法とフォトマスクに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の高性能化、軽薄短小の傾向から、ＡＳＩＣに代表される種々のＬＳＩには、ますます高集積化、高機能化が求められるようになってきている。
これに伴い、半導体集積回路の作製に用いられるフォトマスクにおいては、更なる高精度寸法のパタン形成が求められるようになってきた。
ＬＳＩチップの製造歩留まりは、フオトマスクのパタン寸法精度と関係しており、マスクの寸法精度向上は重要である。
従来、フォトマスク製造は、以下のように行われていた。
図３に基いて説明する。
先ず、石英などの透明基板３１０の上に、クロムなどの金属薄膜３２０をスパツタ法などにより成膜した基板（ブランクスとも言う）を用意する。（図３（ａ））
この上に、感光性樹脂膜（以下、感光性レジストあるいは単にレジストとも言う）３３０を塗布した後、加熱乾燥処理し膜に残留している溶剤の除去や金属薄膜との密着性向上を図る。（図３（ｂ））
次に、この感光性樹脂膜３３０に、ＥＢ（電子線）、レーザー光、Ｘ線などの電離放射線３４０を照射し所望のパタン形状に感光する。（図３（ｃ））
次に、感光性樹脂膜３３０を現像してレジストパタン３３５を形成した（図３（ｄ））後、レジストパタン３３５の開口３３６から露出した金属薄膜３２０をエツチングして、金属薄膜パタン３２５を形成する。（図３（ｅ））
最後に、レジストパタン３３５を除去して、金属薄膜パタン３２５をその一面に配設したフオトマスクが得られる。（図３（ｆ））
【０００３】
しかし、上記、従来のフォトマスク製造においては、マスク面内における図形の設計値と仕上がり寸法の差（以下誤差とも言う）が、周囲の図形密度や近接図形との距離に依存することが知られている。（ＵＳＰ５５９７６６８号参照）
その理由は、ＥＢ（電子線）描画工程におけるＥＢ後方散乱量が近接する描画面積に依存すること、レーザ描画では隣接図形との距離が関係する為である。
さらにエツチング工程におけるエッチング速度が近接するエッチング面積密度に依存する為である。
【０００４】
一方、回路パタンが存在しない空領域にダミーパタンを付加して、パタンの密度を均一化して、ウエハの平坦化を図る、ウエハ平坦化用ダミーパタン付加方法が知られている。
この方法においては、使用するフォトマスクに、パタンの密度を均一化するためのダミーパタンを付加しておくが、ウエハ面の段差回避が目的の為、フォトマスクに平坦化のためのパタン（ダミーパタン）を挿入するだけであり、マスク製造における描画面積密度やエッチング面積密度は考慮していない。
この為、単にダミーパタンを付加しただけでは、マスクパタンの寸法精度向上に充分な効果が得られない。
また、ウエハ平坦化用ダミーパタン付加方法においては、ダミーパタンの位置、サイズ、形状によりウエハ工程で寄生容量の増大や寄生トランジスタの形成、膜ハガレなどの間題が起こる可能性がある。
即ち、単にダミーパタンを付加しただけでは、マスクパタンの寸法精度向上に充分な効果が得られないし、仮に得られたとしても、ウエハ工程で寄生容量の増大、寄生トランジスタの形成、膜ハガレなどの間題を解決しないと実用出来ない。更にこれらの問題解決に時間がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＬＳｌチップなどの半導体製品の回路が、年々、微細化している中、この作製に用いられるフォトマスクにおいては、更なる高精度寸法のパタン形成が求められるようになってきた。
本発明は、これに対応するもので、フォトマスクのパタン寸法精度を向上させ、さらにウエハ工程への悪影響がなく、実用が容易であるフォトマスクを作製できるマスクパタン形成方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のマスクパタンの形成方法は、フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成するマスクパタンの形成方法であって、（Ａ）基板上の被加工膜上に感光性レジストを塗布した状態で、目的とするパタンに、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度を均一化するダミーパタンを付加したパタンを描画するための、第１のパタンデータを用いて、１回目の描画を行い、製版、エッチングして、ダミー膜パタンが付加された第１の膜パタンを形成する第１の膜パタン形成工程と、（Ｂ）前記第１の膜パタン全体を覆うように、基板上に感光性レジストを塗布した状態で、製版後に、目的とするパタン部を覆い、ダミー膜パタン部のみを露出させるようにする第２のパタンデータを用いて、２回目の描画を行い、製版、エッチングして、第１の膜パタンからダミー膜パタンのみを除去した第２の膜パタンを得て、これを目的とする膜パタンとする、ダミー膜パタン除去工程とを有し、前記第１のパタンデータは、目的とするパタンに対して、該パタンのデータ全領域を分割し、分割された個々の領域毎に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算し、該計算結果に対応した面積密度のダミーパタンを、付加されたもので、ダミーパタン付加後の描画面積密度および／またはエッチング面積密度を、所定の密度とするものであり、順に、（ａ）目的とするパタンに対し、前記分割された個々の領域の、指定した領域単位に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算する面積密度計算工程と、（ｂ）計算された面積密度に基づき、目的とするパタンの各指定領域単位毎に、目的とするパタンとダミーパタンとを合せ、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度が均一化するように、ダミーパタンを作成するダミーパタン作成工程と、（ｃ）目的とするパタンのパタンデータとダミーパタンのパタンデータとから第１のパタンデータを合成するデータ合成工程を施し、第１のパタンデータを作成するものであることを特徴とするものである。
そして、上記のマスクパタンの形成方法であって、第２のパタンデータは、目的とするパタンのパタンデータをサイジング処理し、必要に応じて反転処理を施したものであることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のフォトマスクは、フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成したフォトマスクであって、請求項１ないし２のいずれか１項に記載のマスクパタンの形成方法により作製されたことを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
本発明のマスクパタンの形成方法は、このような構成にすることにより、フォトマスクのパタン寸法精度を向上させ、さらにウエハ工程への悪影響がなく、実用が容易であるフォトマスクを作製できるマスクパタン形成方法の提供を可能としている。
具体的には、フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成するマスクパタンの形成方法であって、（Ａ）基板上の被加工膜上に感光性レジストを塗布した状態で、目的とするパタンに、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度を均一化するダミーパタンを付加したパタンを描画するための、第１のパタンデータを用いて、１回目の描画を行い、製版、エッチングして、ダミー膜パタンが付加された第１の膜パタンを形成する第１の膜パタン形成工程と、（Ｂ）前記第１の膜パタン全体を覆うように、基板上に感光性レジストを塗布した状態で、製版後に、目的とするパタン部を覆い、ダミー膜パタン部のみを露出させるようにする第２のパタンデータを用いて、２回目の描画を行い、製版、エッチングして、第１の膜パタンからダミー膜パタンのみを除去した第２の膜パタンを得て、これを目的とする膜パタンとする、ダミー膜パタン除去工程とを有し、前記第１のパタンデータは、目的とするパタンに対して、該パタンのデータ全領域を分割し、分割された個々の領域毎に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算し、該計算結果に対応した面積密度のダミーパタンを、付加されたもので、ダミーパタン付加後の描画面積密度および／またはエッチング面積密度を、所定の密度とするものであり、順に、（ａ）目的とするパタンに対し、前記分割された個々の領域の、指定した領域単位に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算する面積密度計算工程と、（ｂ）計算された面積密度に基づき、目的とするパタンの各指定領域単位毎に、目的とするパタンとダミーパタンとを合せ、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度が均一化するように、ダミーパタンを作成するダミーパタン作成工程と、（ｃ）目的とするパタンのパタンデータとダミーパタンのパタンデータとから第１のパタンデータを合成するデータ合成工程を施し、第１のパタンデータを作成するものであることにより、これを達成している。
【０００９】
本発明のフォトマスクは、このような構成にすることにより、パタン寸法精度を向上させ、さらにウエハ工程への悪影響がなく、実用が容易であるフォトマスクの提供を可能としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のマスクパタンの形成方法の実施の形態の１例を、図に基づいて説明する。
図１は本発明のマスクパタンの形成方法の実施の形態の１例の処理断面図で、図２は、第１のパタンデータ、第２の例のパタンデータを説明するため、各パタンデータを図形表示した図である。
図１〜図２中、１１０は透明基板、１２０は遮光層、１２５第１の膜パタン、１２５Ｄはダミー膜パタン、１２５Ｍは目的とする膜パタン、１３０は感光性レジスト、１３５はレジストパタン、１３６は開口、１４０、１４５は電子ビーム、１６０は感光性レジスト、１６５はレジストパタン、２０１〜２０７はパタンデータである。
図 2（ｂ）中、図２（ｃ）点線はデータ領域を区分するもので、Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４は、それぞれ区分された単位領域を示す。
【００１１】
本例は、半導体回路作製用のフォトマスクのパタン形成方法であって、フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成するもので、パタン形成のための描画露光をＥＢ（電子ビーム描画装置）にて行なうものである。
本例は、図２（ａ）にその図形表示を示すパタンデータ２０１を用い、これに対応した形状の目的とする遮光膜からなる膜パタンを、寸法精度良く形成するものである。
図１に基づいて説明する。
先ず、クロム系の遮光層１２０をその一面に配設した透明基板１１０（図１（ａ））に、電子ビーム用感光性レジスト１３０を塗布した状態で（図１（ｂ））、電子線描画装置にて１回目の描画を行う。（図１（ｃ））
本例では、電子ビーム用感光性レジスト１３０を、ポジ型のレジストとする。
描画に用いる第１のパタンデータ（図２（ｆ）のパタンデータ２０６に相当）は、目的とするパタン（図形）に、描画面積密度およびエッチング面積密度を均一化するダミーパタン（図形）を付加したパタン（図形）を描画するための、パタンデータである。
このパタンデータの作成については、後述する。
次いで、所定の現像液で現像を行い、レジストパタン１３５を形成する。（図１（ｄ））
必要に応じ、乾燥、硬化処理等を行い、レジストパタン１３５の開口１３６から露出した遮光層１２０をエッチング除去した（図１（ｅ））後、レジストパタン１３５を所定の剥離液で剥離除去し、洗浄処理を施し、遮光層１２０からなる、ダミーパタン付きの第１の膜パタン１２５を得る。（図１（ｆ））
【００１２】
次いで、ダミーパタン付きの第１の膜パタン１２５覆うように、新たに、電子ビーム用感光性レジスト１６０を塗布した状態で、製版後に、目的とするパタン部を覆い、且つ、ダミー膜パタン部のみを露出させるようにする第２のパタンデータを用いて、電子線描画装置にて２回目の描画を行う。（図１（ｇ））
本例では、電子ビーム用感光性レジスト１６０をポジ型のレジストとする。
描画に用いる第２のパタンデータ（図２（ｇ）のパタンデータ２０７に相当）は、目的とするパタン（図形）のみを残し、エッチングによりダミーパタン部を除去するためのパタンデータである。
このパタンデータの作成については、後述する。
次いで、所定の現像液で現像を行い、レジストパタン１６５を形成する。（図１（ｇ））
必要に応じ、乾燥、硬化処理等を行い、レジストパタン１６５の開口から露出した遮光層１２０からなる膜パタン（ダミー膜パタン１２５Ｄ）をエッチング除去した（図１（ｉ））後、レジストパタン１６５を所定の剥離液で剥離除去し、洗浄処理を施し、遮光層１２０からなる、目的とする膜パタン１２５Ｍを得る。（図１（ｊ））
【００１３】
本例では、電子ビーム用感光性レジスト１３０を、ポジ型のレジストとし、電子ビーム用感光性レジスト１６０をポジ型のレジストとしたが、電子照射の際に、描画オン、オフを反転できる（例えばラスター型の）電子線描画装置では、ネガ型のレジスト、ポジ型のレジストに限定はされない。
また、本例では、電子線描画装置を用いたが、電子線描画装置に代え、エキシマレーザ描画装置（例えば、ＥＴＥＣ社製のＣｏｒｅ機、ＡＬＴＡ３５００機等）とし、電子ビーム用感光性レジスト１３０、電子ビーム用感光性レジスト１６０をエキシマレーザ用感光性レジストとしても良い。
【００１４】
次に、第１のパタンデータと第２のパタンデータの作成例を、図２に基づいて説明する。
先ず、回路パタンやアライメントパタンなどが配置された目的とするパタン（図形）のデータであるパタンデータ（以下、元の回路パタンデータ、あるいは、単に回路パタンデータとも言う）２０１を準備する（図２（ａ））
次いで、パタンデータ２０１について、描画面積密度、エッチング面積密度の算出を行なう。
例えば、以下のようにして行なう。（図２（ｂ））
回路パタンが配置されたパタンデータ２０１全体面を適切なサイズに分割し、分割された個々の領域で回路パタンの描画面積密度、及びエッチング面積密度を計算する。
ここでは、分割を４分割とし、パタンデータ２０１全領域をＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の４つの単位領域に分け、各領域毎に、その画面積密度を計算する。
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の各領域の面積密度は、それぞれ、０％、５％，１０％、２０％となる。
分割サイズはＥＢ描画における影響の範囲、エッチングにおける影響の範囲などを考慮し決定する。
描画面積密度算出では、描画装置によってパタンの存在する部分を描画するものと、パタンの存在しない部分を描画する反転描画が可能な装置があるためこれらを考慮し密度を算出する。
またエツチング面積算出では、使用するレジストがポジレジストとネガレジストで描画領域とエツチング領域が異なる為、これらを考慮し算出する。
本例ではパタン領域を描画し使用レジストはポジレジストとして記述する。
【００１５】
次いで、ダミーパタン付加後の密度目標値決め、ダミーパタン付加した後の密度目標値を決定する。
目標値はマスク全体に１つでも、上記の分割した領域単位でもよい。
本例では、マスク全体に対し１つの目標値を持ち、これを３０％としている。
【００１６】
次いで、ダミー用基本パタンデータの作成を行なう。
小サイズに分割した領域単位に、ダミー用基本パタンデータを作成する。
ダミーパタンの密度は、目的とするパタン（元の回路パタン）の面積＋ダミーパタン面積、によって計算される面積密度が、決定した目標密度３０％になるようにする。
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４にそれぞれ対応する領域に、即ち、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４領域に、それぞれ面積密度３０％、２５％、２０％、１０％のパタン（図形）を配置したパタンデータ２０３（ダミー用基本パタンデータ）を作成する。（図２（ｃ））
しかし、必ずしも目標値と厳密に等しい必要はなく、パタン仕上がり寸法への影響が問題にならない範囲内の面積密度であれば良い。
尚、本例は、目的とするパタン（回路パタン）とダミーパタンが重なる部分の面積は密度計算では考慮してない例である。
【００１７】
一方、目的とするパタン（回路パタン）以外の領域、即ち、非回路パタン領域を抽出したパタンデータを、例えば、以下のようにして準備しておく。
先ず、目的とするパタンのデータ（回路パタンデータ）を指定値だけオーバーサイズしたパタンデータ（これを以下、非回路パタン領域データとも言う）を作成する。
次に、このパタンデータとマスクの外形を示す図形とＮＯＴ演算処理を行うことで非回路パタン領域を抽出する。
これより、非回路パタン領域データ２０４が得られる。（図２（ｄ））
オーバーサイズ処理は、１回目の描画後の、レジストパタン（図１（ｄ）の１３５）形成において、エッチング形成する、目的とする膜パタン（回路パタン）部とダミー膜パタン部が指定値だけ離れるようにする為に行なう操作である。
あるいは、２回目の描画後の、レジストパタン（図１（ｈ）の１６５）形成において、目的とする膜パタン（回路パタン）部を完全に覆い、ダミー膜パタンのみをエッチング除去できるようにするために行なう操作である。
上記指定値は、マスク製造における解像度や、レーザ描画における隣接図形との影響距離、及び２回目の描画後の、製版時の描画アライメント精度、描画、工ッチング時の近傍への影響距離などを考慮して決定する。
【００１８】
このようにして得られた、ダミー用基本パタンデータ（パタンデータ２０３に相当）と非回路パタン領域データ（パタンデータ２０４に相当）とで図形論理積（ＡＮＤ）処理を行い、目的とするパタン（元の回路パタン）が存在しない領域にのみダミーパタンが存在するデータ（パタンデータ２０５に相当）を得る。（図２（ｅ））
【００１９】
次いで、以下のようにして、１回目の描画に用いる第１のパタン（図形）データを作成する。
得られた、目的とするパタン（元の回路パタン）が存在しない領域にのみダミーパタンが存在するデータ２０５と元の回路パタンデータ２０１を論理和演算（ＯＲ）処理して第１回目の描画用の第１のパタンデータ２０６を得る。（図２（ｆ））
【００２０】
第２回目の描画用の第２のパタンデータは、先に作成した非回路パタン領域データ２０４を用いる。（図２（ｇ））
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、上記のように、フォトマスクのパタン寸法精度を向上させ、さらにウエハ工程への悪影響がなく、実用が容易であるフォトマスクと、その作製を可能とするマスクパタン形成方法の提供を可能にした。
従来に比べ、パタン密度に依存しない、寸法誤差の小さい高精度フォトマスクの製造を可能とした。
また、ウエハ平坦化ダミーパタン付きマスクの問題点である、ウエハエ程での寄生容量の増大や寄生トランジスタの発生、膜ハガレなどの心配がないフォトマスクの提供を可能とした。
特に、電子ビームまたはレーザ光を照射して描画する、通常の描画方式に適用でき有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマスクパタンの形成方法の実施の形態の１例の処理断面図
【図２】第１のパタンデータ、第２の例のパタンデータを説明するための、パタンデータを示した図
【図３】従来のフォトマスク製造工程図
【符号の説明】
１１０ 透明基板
１２０ 遮光層
１２５ 第１の膜パタン
１２５Ｄ ダミー膜パタン
１２５Ｍ 目的とする膜パタン
１３０ 感光性レジスト
１３５ レジストパタン
１３６ 開口
１４０、１４５ 電子ビーム
１６０ 感光性レジスト
１６５ レジストパタン
２０１〜２０７ パタンデータ
Ａ１〜Ａ４，Ｂ１〜Ｂ４ データの単位領域

Claims (3)

1. フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成するマスクパタンの形成方法であって、（Ａ）基板上の被加工膜上に感光性レジストを塗布した状態で、目的とするパタンに、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度を均一化するダミーパタンを付加したパタンを描画するための、第１のパタンデータを用いて、１回目の描画を行い、製版、エッチングして、ダミー膜パタンが付加された第１の膜パタンを形成する第１の膜パタン形成工程と、（Ｂ）前記第１の膜パタン全体を覆うように、基板上に感光性レジストを塗布した状態で、製版後に、目的とするパタン部を覆い、ダミー膜パタン部のみを露出させるようにする第２のパタンデータを用いて、２回目の描画を行い、製版、エッチングして、第１の膜パタンからダミー膜パタンのみを除去した第２の膜パタンを得て、これを目的とする膜パタンとする、ダミー膜パタン除去工程とを有し、前記第１のパタンデータは、目的とするパタンに対して、該パタンのデータ全領域を分割し、分割された個々の領域毎に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算し、該計算結果に対応した面積密度のダミーパタンを、付加されたもので、ダミーパタン付加後の描画面積密度および／またはエッチング面積密度を、所定の密度とするものであり、順に、（ａ）目的とするパタンに対し、前記分割された個々の領域の、指定した領域単位に、描画面積密度および／またはエッチング面積密度を計算する面積密度計算工程と、（ｂ）計算された面積密度に基づき、目的とするパタンの各指定領域単位毎に、目的とするパタンとダミーパタンとを合せ、描画面積密度、および／またはエッチング面積密度が均一化するように、ダミーパタンを作成するダミーパタン作成工程と、（ｃ）目的とするパタンのパタンデータとダミーパタンのパタンデータとから第１のパタンデータを合成するデータ合成工程を施し、第１のパタンデータを作成するものであることを特徴とするマスクパタンの形成方法。
2. 請求項１に記載のマスクパタンの形成方法であって、第２のパタンデータは、目的とするパタンのパタンデータをサイジング処理し、必要に応じて反転処理を施したものであることを特徴とするマスクパタンの形成方法。
3. フォトリソグラフィーにより、基板上に形成された被加工膜を、所定形状の膜パタンに形成したフォトマスクであって、請求項１ないし２のいずれか１項に記載のマスクパタンの形成方法により作製されたことを特徴とするフォトマスク。

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