JPH11133585A

JPH11133585A - 露光用マスク及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11133585A
Application number: JP29842997A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Hoshi; 圭一星
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】微細パターンを形成するための露光用マスク
の所望パターンとダミーパターンを規則的に形成し、高
精度かつ微細なレジストパターンの形成を可能とする。【解決手段】フォトレジストに対して第１のフォトマ
スク１１を用いて第１の露光を行い、前記フォトレジス
トに対して第２のフォトマスク１２を用いて第２の露光
を行い、前記第１の露光と第２の露光により前記フォト
レジストに所要のレジストパターンを形成するための露
光用マスクにおいて、第１のフォトマスク１１は規則的
に配置された複数の格子点のそれぞれに所望パターン１
０１とダミーパターン１０２が形成され、第２のフォト
マスクは前記複数の格子点のうち選択された格子点に前
記第１のパターン以上の大きさのダミーパターン１０２
が形成される。パターンが微細化された場合でも所望パ
ターンとダミーパターンを規則的に配置することがで
き、第１のフォトマスクを用いた露光ではパターンの繰
り返し性が確保でき、ＤＯＦを向上し、高精度かつ微細
なパターンの露光及びレジストパターン形成が可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造に
使用するフォトマスクおよびフォトレチクル等の露光用
マスクに関し、特に、半導体装置上でのパターン形成を
高精度に行うための露光用マスク及びその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体装置上に形成するレジスト
パターンの形成技術としてフォトマスクと縮小投影露光
装置を使用した光リソグラフィ技術が用いられている
が、近年における半導体装置の集積度の上昇、及びこれ
に伴う半導体装置上に形成するパターンの徹細寸法化に
より、前記した光リソグラフィ技術では、焦点深度（De
pth Of Focus、以下ＤＯＦと挿する）を確保することが
重要になっている。このＤＯＦを確保するためには、半
導体装置に形成するパターンの繰り返し性を向上させる
ことが有効であることが知られているが、孤立したライ
ンパターンではこの繰り返し性を満たすことができず、
前記したＤＯＦの確保が困難になっている。このため、
このような孤立したラインパターンに対しては、その近
傍にダミーパターンを配置し、このダミーパターンによ
って繰り返し性を確保する技術が提案されている。例え
ば、持開平８−４５８１０号公報に示された例を説明す
る。

【０００３】この公報に記載の技術では、図１２（ａ）
に示すような、形成しようとする所望パターン１０１に
対して、図１２（ｂ）に示すように、前記所望パターン
１０１の両隣に複数の、ここでは各２個のダミーパター
ン１０２を形成した第１フォトマスク１１Ａを形成す
る。そして、この第１フォトマスク１１Ａを用いて半導
体基板にパターン露光を行うことで、図１３（ａ）のよ
うに、所望パターンとダミーパターンの各パターンが形
成される。しかる上で、図１３（ｂ）のように、所望パ
ターンは露光せず、ダミーパターンのみを露光するパタ
ーンの第２フォトマスク１２Ａを形成し、この第２フォ
トマスク１２Ａを用いて前記ダミーパターン１０２を露
光することにより、結果的に前記半導体基板では所望パ
ターンのみが露光されない状態が生じ、所望パターンの
露光が実現されることになる。

【０００４】図１４はその状態を示す図であり、図１４
（ａ）のように、半導体基板１上にはポジ型のフォトレ
ジスト２が塗布されており、第１の露光工程では図１９
に示した第１フォトマスク１１Ａを用いて前記フォトレ
ジスト２に縮小投影露光を行うことで、前記フォトレジ
ストの所望パターン１０１とダミーパターン１０２以外
の領域が露光されて第１の露光部２１が形成される。次
に、図１４（ｂ）のように、図１３（ｂ）に示した第２
フォトマスク１２Ａを用いて前記フォトレジスト２に対
して縮小投影露光を行うことで、前記ダミーパターン１
０２の領域が露光されて第２の露光部２２が形成され
る。したがって、所望パターン１０１のみが露光されな
い状態となり、このフォトレジスト２を現像すること
で、ボジ型のフォトレジストは現像処理により露光部は
溶解し、末露光部は溶解しない性質を持っているので、
図１４（ｃ）のように、所望パターンのみがフォトレジ
ストパターンとし残されることになる。以降は、この所
望パターンを利用して半導体基板１の表面エッチングを
行うことで、半導体基板上に所望パターンを形成するこ
とが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、所望パタ
ーン１０１の近傍にダミーパターン１０２を配置したフ
ォトマスク１１Ａを用いて露光を行うことにより、パタ
ーンの繰り返し性を向上させ、これによりＤＯＦを向上
させることは有効であるが、複数の所望パターンが存在
する場合に、各所望パターンに対してそれぞれダミーパ
ターンを配設した場合に、相互のダミーパターンが相互
に干渉し、あるいは他の所望パターンに対して影響を与
え、ＤＯＦの向上効果が低減されるという問題が生じる
ことがある。例えば、図１５（ａ）のように、２つの所
望パターン１０１が所要の間隔で存在する場合に、それ
ぞれの所望パターン１０１に対してピッチ寸法Ｐｘでダ
ミーパターン１０２を格子状に配置しようとした場合
に、各所望パターン１０１の間のスペースが少ないと、
両所望パターン間に配置されるダミーパターン１０２が
他の所望パターンやダミーパターンと干渉してしまうた
め、所望パターン１０１間にダミーパターンを配置する
ことができなくなり、ＤＯＦを向上するための繰り返し
性が確保できなくなる。また、図１５（ｂ）のように、
所望パターン１０１間にダミーパターン１０２を配置す
るスペースが確保された場合でも、それぞれのダミーパ
ターン１０２が相互に重なってしまい、同様にパターン
の繰り返し性が確保できないという問題が生ずる。

【０００６】本発明の目的は、このようなダミーパター
ンの繰り返し性を確保し、半導体装置上でのフォトマス
クを用いたパターン形成を高精度に行うことを可能にし
た露光用マスクとその製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、フォトレジス
トに対して第１のフォトマスクを用いて第１の露光を行
い、前記フォトレジストに対して第２のフォトマスクを
用いて第２の露光を行い、前記第１の露光と第２の露光
により前記フォトレジストに所要のレジストパターンを
形成するための露光用マスクにおいて、前記第１のフォ
トマスクは規則的に配置された複数の格子点のそれぞれ
に第１のパターンが形成され、前記第２のフォトマスク
は前記複数の格子点のうち選択された格子点に前記１の
パターン以上の大きさの第２のパターンが形成されてい
ることを特徴とする。前記第１のパターンは、パターン
形成を行う所要パターンとダミーパターンを含んでお
り、前記第２のパターンは前記ダミーパターンを含む領
域に形成される。また、前記第２のパターンは、前記ダ
ミーパターンと同一パターンであり、あるいは、前記ダ
ミーパターンと、前記ダミーパターン間の領域を含む領
域に形成される。

【０００８】また、本発明の製造方法は、フォトレジス
トに対して第１のフォトマスクを用いて第１の露光を行
い、前記フォトレジストに対して第２のフォトマスクを
用いて第２の露光を行い、前記第１の露光と第２の露光
により前記フォトレジストに所要のレジストパターンを
形成するための露光用マスクを製造するに際し、前記第
１のフォトマスクの作成では、所要パターンを形成する
領域に規則性のある複数の格子点を設定する工程と、前
記設定された格子点のそれぞれに所望パターンとダミー
パターンからなる第１のパターンを配置する工程とを備
え、前記第２のフォトマスクの作成では、前記ダミーパ
ターンが配置された格子点に前記ダミーパターン以上の
大きさの第２のパターンを配置する工程とを備えること
を特徴とする。この場合、前記第２のパターンを配置す
る際に、前記ダミーパターンと、前記ダミーパターンの
間の領域を共に含む領域に配置してもよい。

【０００９】すなわち、本発明の露光用マスクの製造方
法を、図１のフローチャートを用いて説明すると、格子
点設定工程Ｓ１と、所望パターン設計工程Ｓ２と、ダミ
ーパターン設計工程Ｓ３とを有している。前記格子点設
定工程Ｓ１では、格子点領域と格子点間隔を設定する。
また、所望パターン設計工程Ｓ２では、所望パターンの
パターンデータを作成し、前記格子点領域の格子点上に
配置する。さらに、ダミーパターン設計工程Ｓ３では、
ダミーパターンデータを作成し、所望パターンが配置さ
れない格子点を満すようにダミーパターンを位置する。
その上で、前記格子点設定工程、所望パターン設計工
程、ダミーパターン設計工程から得られるパターンデー
タに基づいてマスク製造工程Ｓ４で第１のフォトマスク
と第２のフォトマスクを製造する。

【００１０】第１のフォトマスクでは、所望パターンと
ダミーパターンが格子点領域の全ての格子点上を満たす
ように配置されるため、第１のフォトマスクの全てのパ
ターンにわたって繰り返し性が確保され、第１のフォト
マスクを用いた露光工程でのＤＯＦが向上する。また、
第２のフォトマスクはダミーパターンを消去するフォト
マスクとして構成されるため、第２のフォトマスクのパ
ターンにより任意の所望パターンの形状を容易に得るこ
とが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。先ず、図２（ａ）は
格子点設定工程を説明する図であり、格子点領域３１
を、所望パターン１０１を配置する領域３２と、この領
域の外周領域のダミーパターン１０２を配置できる領域
３３として設定する。また、この格子点数定工程では、
前記格子点領域３１の位置座標を出力する。ここでは、
領域の右下点と左上点の各座標（ｘ１，ｙｌ），（ｘ
２，ｙ２））と、格子点間隔（Ｐｘ，Ｐｙ）を出力す
る。なお、出力形式は、ｘとｙ方向の格子点数（ｉ，
ｊ）を使用した形式でも良い。

【００１２】次に、図２（ｂ）は所望パターン設計工程
を説明する図であり、前記所望パターン配置領域３２に
配置する所望パターン１０１のパターンデータを作成
し、これを格子点領域３１中の格子点上に配置する。そ
して、この所望パターン１０１のパターンデータと、こ
れを配置した位置を出力する。ここでは、（ｉ，ｊ）＝
（３，６）（６，３）（８，５）（８，６）（９，４）
（９，５）（９，６）を出力する。）

【００１３】次に、図２（ｃ）はダミーパターン設計工
程を説明する図であり、ダミーパターンデー夕を作成
し、ダミーパターン１０２を格子点領域３１中の格子点
上に配置する。このとき、ダミーパターン１０２は、前
記格子点領域３１中の所望パターン１０１が配置されて
いない格子点を満すように配置されることは言うまでも
ない。さらに、このダミーパターン設計工程では、ダミ
ーパターンデータと、これを配置した位置を出力する。

【００１４】しかる上で、前記図２のパターンに基づい
て第１のフォトマスク１１と第２のフォトマスク１２を
作成する。図３（ａ）に示す第１のフォトマスク１１
は、図２（ａ）の格子点領域３１の位置座標、格子点間
隔と、図２（ｂ）及び図２（ｃ）の所望パターンデータ
とダミーパターンデータを用いて作成する。このとき、
第１のフォトマスク１１では、所望パターン１０１及び
ダミーパターン１０２が暗部として、すなわち、露光光
が遮光される第１のパターンとなるように作成する。ま
た、図３（ｂ）に示す第２のフォトマスク１２は、図２
（ａ）の格子点領域３１の位置座標、格子点間隔と、図
２（ｃ）のダミーパターンデータを用いて作成する。こ
のとき、第２のフォトマスク１２での明暗は、ダミーパ
ターン１０２が明部として、すなわち、露光光が透過さ
れる第２のパターンとなるように作成する。

【００１５】このように作成された第１及び第２のフォ
トマスクを用いたフォトレジストパターンの形成方法を
説明する。先ず、図４（ａ）のように、半導体基板１上
にネガ型レジストを塗布し、レジスト膜２を形成する。
次いで、前記第１のフォトマスク１１を用いた縮小投影
露光を行い、前記半導体基板１上のレジスト膜２に前記
第１のパターンからなる第１の露光部２１を形成する。
この第１の露光部２１は、前記第１のフォトマスクの所
望パターンとダミーパターンが存在しない領域に形成さ
れる。次に、図４（ｂ）のように、第２のフォトマスク
１２を用いた縮小投影露光を行い、前記半専体基板１上
のレジスト膜２に前記第２のパターンからなる第２の露
光部２２を形成する。この第２の露光部２２は、前記ダ
ミーパターンが存在する領域である。これにより、所望
パターン１０１を除く領域に全て露光光が照射されるこ
とになる。したがって、このレジストに対して現像処理
を行うことで、図４（ｃ）のように、所望パターン領域
のみレジストが除去されたレジストパターンが得られ
る。このレジストパターンを用いて半導体基板１をエッ
チングすることで、所望パターンの領域のみにエッチン
グが施され、所望パターンが形成される。

【００１６】この実施形態から判るように、本発明で
は、パターン設計において、全ての所望パターン１０１
とダミーパターン１０２を、一義的に設定した格子点上
に配置するため、所望パターン１０１とダミーパターン
１０２、あるいは、ダミーパターン１０２とダミーパタ
ーン１０２が重なり合うことなく転置できる。また、ダ
ミーパターン１０２は所望パターン１０１が配置されて
いない格子点を満すように配置するため、所望パターン
１０１の配置位置を決定すると、ダミーパターン１０２
の配置位置も一義的に決定されることになる。したがっ
て、この所望パターンとダミーパターンに基づいて作成
される第１のフォトマスク１１は、所望パターンとダミ
ーパターンとで格子点領域３１の全て領域にパターンが
配置されることになりるため、全てのパターン１０１で
繰り返し性が確保される。このことから、第１のフォト
マスク１１を用いた縮小投影露光を行う第１の露光工程
では、繰り返し性が確保され、ＤＯＦが向上される。

【００１７】なお、前記した第１のフォトマスク１１を
用いた露光工程において、ＤＯＦが向上する効果を、光
強度シミュレーションにより確認した結果を示す。ここ
で、ポジ型レジストを使用し繰り返し性が完全でない場
合の例としては、図５（ａ）のホールパターンの配置を
用い、ネガ型レジストと第１のフォトマスク１１を使用
した本発明の例としては、図５（ｂ）に示した全ての格
子点上を満たしたホールパターンの配置を用いた。さら
に、光強度シミュレーションの条件は、露光波長を２４
８ｎｍとし、縮小投影露光でのレンズの開口数（ＮＡ）
を０．５５とした輪帯照明法を使用する条件とした。ま
た、格子点間隔は０．４μｍとし、ホールパターン寸法
は０．２×０．２μｍとした。そして、光強度シミュレ
ーションから得られた焦点深度曲線を図６に示す。同図
から、設計寸法値（０．２μｍ）からの寸法値の変化が
１０％以内である焦点範囲をＤＯＦとし、これを算出し
た。この結果は、図５（ａ）のパターン配置では、ＤＯ
Ｆが０．７μｍ程度であり、本発明で用いる図５（ｂ）
のパターン配置では１．２μｍ程度あり、これから本発
明はＤＯＦ向上に効果をもつことが確認できた。

【００１８】また、本発明では、図７（ｂ）に示すよう
な、ダミーパターン１０２のパターンデータの寸法Ｈ２
を、図７（ａ）に示した所望パターン１０１のパターン
寸法Ｈｌと異なる寸法値に設計することも可能である
が、この場合には、ダミーパターン設計工程で、ダミー
パターン１０２のパターンデータを１個作成することに
より、これを配置した全てのダミーパターン１０２のパ
ターンデータ寸法を変えることが可能である。

【００１９】前記第１の実施形態では、第２のフォトマ
スクのパターンは、ダミーパターンのみを露光するよう
に形成しているが、所望パターン以外の領域を露光すれ
ばよいため、第２のフォトマスクのパターンをより容易
に形成することも可能となる。例えば、図８（ａ）に示
した配置の所望パターン１０１とダミーパターン１０２
に対して、図８（ｂ）に示すように、ダミーパターン１
０２間に斜線を記した付加パターン１０４を付加したパ
ターンとしてダミーパターン設計を行ってもよい。この
ように、すれば、第２のフォトマスクは、ダミパターン
と付加パターンとの連続した領域を透光領域としたパタ
ーンで形成でき、これにより第２のフォトマスク１２の
製造を容易にし、かつこれを用いた第２の露光工程にお
いて、特にマクス位置合わせが容易になる。

【００２０】ここで、前記付加パターン１０４のパター
ンデータの設計は、図９に示すように、ダミーパターン
１０２の配置位置（ｉ，ｊ）に対して、隣接する配置位
置（ｉ＋１，ｊ）（ｉ，ｊ＋１）（ｉ＋１，ｊ＋１）に
ダミーパターン１０２があるないかを判断し、これに応
じて付加パターンデータを発生させればよい。すなわ
ち、隣接する配置位置（ｉ＋１，ｊ〉にダミーパターン
１０２がある場合には、図９（ａ）に示すパターンを付
加し、配置位置（ｉ，ｊ＋１）にダミーパターン１０２
がある場合には、図９（ｂ）に示すパターンを付加し、
配置位置（ｉ＋１，ｊ＋１）にダミーパターン１０２が
ある場合には、図９（ｃ〉に示す付加パターン１０４を
付加すればよい。

【００２１】さらに、本発明では、第１のフォトマスク
１１上で、格子点領域３１以外を暗部とし格子点領域３
１以外に作成する周辺パターン１０３を第２のフォトマ
スク１２上に作成することにより、同一の第１のフォト
マスク１１上を用いて、異なる周辺パターン１０３のレ
ジストパターンを得ることも可能である。例えば、図１
０（ａ）に示すように、第１のフォトマスク１１上には
格子点領域３１を作成し、その他の部分は暗部とする。
ここで、第１のフォトマスク１１上の格子点領域３１以
外の部分を暗部とすることにより、第１の露光では格子
点領域３１以外のレジスト膜２は未露光部となるため、
格子点領域３１以外の部分は第２のフォトマスク１２上
でのパターン形成が可能になる。すなわち、図１０
（ｂ）に示した周辺パターン１０３を第２のフォトマス
ク１２上に作成することで、周辺パターン１０３のレジ
ストパターンを得ることができる。また、図１０（ｃ）
に示した格子点領域３１以外は明部である第２のフォト
マスク１２を作成して、パターンを準形成ずレジスト膜
２を残すことができる．

【００２２】また、本発明では、第１のフォトマスク１
１では所望パターン１０１を格子点領域３１上の全ての
格子点上が満たされるように配置するため、第２のフォ
トマスク１０２上に作成するダミーパターン１０２の配
置を変えることにより異なる配置の所望パターン１０１
が得られる。したがって、同一の第１のフォトマスク１
１を用いて、所望パターン１０１の配置が異なるレジス
トパターンを得ることもできる。例えば、図１１の例で
は、縦×横が４×８の格子点にパターンを形成した第１
のフォトマスクに対して、図１１（ａ）〜（ｄ）にそれ
ぞれ示すように、格子点領域３１内のダミーパターン１
０２の配置を変えた４種類の第２のフォトマスク１２を
作成し、この第２のフォトマスクを用いて第２の露光を
行うことにより、所望パターン１０１が異なる配置をも
つレジストパターンを得ることができる。

【００２３】なお、前記各実施形態では、第１のフォト
マスク１１および第２のフォトマスク１２を作成するた
めのパターンデータを、パターンデータ数が少なく好ま
しい例で示したが、これらのパターンデータは前記各実
施形態に限られるものではなく、より一般的な他の形式
でパターンデータを出力することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、第１のフ
ォトマスクには規則性のある格子点のそれぞれに第１の
パターンが配置されているため、パターンが微細化され
た場合でも所望パターンとダミーパターンを規則的に配
置することができ、これによりこの第１のフォトマスク
を用いた露光ではパターンの繰り返し性が確保でき、Ｄ
ＯＦを向上し、高精度かつ微細なパターンの露光及びレ
ジストパターン形成を実現することが可能となる。ま
た、第２のフォトマスクに形成する第２のパターンは、
第１のフォトマスクのダミーパターンあるいはダミーパ
ターンを含むダミーパターン間領域に形成すればよいた
め、第２のパターンの製造精度が緩和でき、製造が容易
なものとなる。さらに、同一の第１のフォトマスクを用
いても、第２のフォトマスクの第２のパターンを変更す
るだけで任意のレジストパターンの形成が可能となり、
マスクの利用価値を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光用マスクの製造方法（設計工程）
を説明するためのフローチャートである。

【図２】本発明の第１の実施形態のマスク製造工程を説
明するためのマスクパターン図である。

【図３】本発明における第１及び第２のマスクのパター
ン図である。

【図４】本発明のマスクを用いた露光工程を説明するた
めの図である。

【図５】ＤＯＦ効果を確認するためのマスクのパターン
図である。

【図６】ＤＯＦ効果を示す図である。

【図７】ダミーパターンの変形例を説明するための図で
ある。

【図８】ダミーパターンが異なる例の第１及び第２のマ
スクのパターン図である。

【図９】ダミーパターンを設計する方法を説明するため
の図である。

【図１０】本発明の他の実施形態の第１及び第２のマス
クのパターン図である。

【図１１】本発明の更に他の実施形態の第２のマスクの
パターン図である。

【図１２】従来の所望パターンとマスクパターンを示す
図である。

【図１３】従来における第１及び第２のマスクパターン
を示す図である。

【図１４】従来におけるマスク露光工程を説明するため
の図である。

【図１５】従来の問題点を説明するためのパターン図で
ある。

【符号の説明】

１半導体基板２ネガ型フォトレジスト１１第１のフォトマスク１２第２のフォトマスク２１第１の露光部２２第２の露光部１０１所望パターン１０２ダミーパターン１０３周辺パターン１０４付加パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フォトレジストに対して第１のフォトマ
スクを用いて第１の露光を行い、前記フォトレジストに
対して第２のフォトマスクを用いて第２の露光を行い、
前記第１の露光と第２の露光により前記フォトレジスト
に所要のレジストパターンを形成するための露光用マス
クにおいて、前記第１のフォトマスクは規則的に配置さ
れた複数の格子点のそれぞれに第１のパターンが形成さ
れ、前記第２のフォトマスクは前記複数の格子点のうち
選択された格子点に前記第１のパターン以上の大きさの
第２のパターンが形成されていることを特徴とする露光
用マスク。
【請求項２】前記第１のパターンは、パターン形成を
行う所要パターンとダミーパターンを含んでおり、前記
第２のパターンは前記ダミーパターンを含む領域に形成
されている請求項１に記載の露光用マスク。
【請求項３】前記第２のパターンは、前記ダミーパタ
ーンと同一パターンである請求項２に記載の露光用マス
ク。
【請求項４】前記第２のパターンは、前記ダミーパタ
ーンと、前記ダミーパターン間の領域を含む領域に形成
されている請求項２に記載の露光用マスク。
【請求項５】フォトレジストがネガ型レジストであ
り、前記第１のパターンは光を遮光するパターンであ
り、第２のパターンは光を透過するパターンである請求
項に記載の露光用マスク。
【請求項６】フォトレジストに対して第１のフォトマ
スクを用いて第１の露光を行い、前記フォトレジストに
対して第２のフォトマスクを用いて第２の露光を行い、
前記第１の露光と第２の露光により前記フォトレジスト
に所要のレジストパターンを形成するための露光用マス
クを製造するに際し、前記第１のフォトマスクの作成で
は、所要パターンを形成する領域に規則性のある複数の
格子点を設定する工程と、前記設定された格子点のそれ
ぞれに所望パターンとダミーパターンからなる第１のパ
ターンを配置する工程とを備え、前記第２のフォトマス
クの作成では、前記ダミーパターンが配置された格子点
に前記ダミーパターン以上の大きさの第２のパターンを
配置する工程とを備えることを特徴とする露光用マスク
の製造方法。
【請求項７】前記第２のパターンを配置する際に、前
記ダミーパターンと、前記ダミーパターンの間の領域を
共に含む領域に配置する請求項６に記載の露光用マスク
の製造方法。