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技術 半導体装置を基板上に製造するための方法、荷電粒子ビームリソグラフィのための断片化またはマスクデータ準備のための方法、複数の円形パターンを表面上に形成するための方法およびシステム、ならびに荷電粒子ビームリソグラフィで用いるための断片化またはマスクデータ準備のためのシステム

出願人 ディー・ツー・エス・インコーポレイテッド
発明者 藤村晶マイケル・タッカー
出願日 2009年8月31日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2009-200191
公開日 2010年3月18日 (10年0ヶ月経過) 公開番号 2010-062562
状態 特許登録済
技術分野 写真製版における原稿準備・マスク ホトレジスト感材への露光・位置合せ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 電子ビーム露光 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 可変放射 目標円 最大許容誤差 電磁効果 同一オーダ 生産ツール 幾何学的領域 総エネルギ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2010年3月18日)のものです。
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図面 (14)

課題

フォトマスクおよび光リソグラフィを用いて半導体装置を製造するための方法を開示する。

解決手段

荷電粒子ビーム書込装置を用いて製造されたフォトマスク上の円形パターンを用いることにより、半導体ウェハ上の円形パターンが形成される。一実施例では、荷電粒子ビーム線量を変えることにより、さまざまなサイズの円形パターンが、単一の文字投影(CP)用文字を用いてフォトマスク上に形成されている。円形CP用文字をさまざまな放射線量で用いて、またはVSBショットを用いて円形パターンを断片化するための方法および表面上に円形パターンを形成するための方法も開示され、複数のVSBショットの結合は1セットの所望のパターンとは異なっている。グリフを作成するための方法も開示され、1つ以上の荷電粒子ビームショットから生じる放射線量マップが予め計算されている。

概要

背景

開示の背景
この開示はリソグラフィに関し、より特定的には、荷電粒子ビームリソグラフィを用いた、レチクルウェハ、または他の表面であってもよい表面の設計および製造に関する。

集積回路などの半導体装置生産または製造において、半導体装置を作製するために光リソグラフィを用いてもよい。光リソグラフィとは、レチクルから製造されたリソグラフィマスクまたはフォトマスクを用いて、半導体またはシリコンウェハなどの基板パターン転写して、集積回路を作成する印刷プロセスである。他の基板は、フラットパネルディスプレイ、または他のレチクルさえも含み得る。また、極紫外線(EUV)またはX線リソグラフィ一種の光リソグラフィと考えられている。レチクルまたは多数のレチクルは、集積回路の個々の層に対応する回路パターンを含んでいてもよく、このパターンは、フォトレジストまたはレジストとして公知の感放射線性材料の層でコーティングされた基板上のある領域上へと投影され得る。パターニングされた層が一旦転写されると、層は、エッチングイオン注入ドーピング)、メタライゼーション酸化、および研磨といったさまざまな他のプロセスを経る場合がある。これらのプロセスは、基板の個々の層を仕上げるために採用される。層がいくつか必要とされる場合には、新しい層各々についてプロセス全体またはその変形が繰返される。最終的には、多数のデバイスまたは集積回路の組合せが基板上に存在するようになる。これらの集積回路は次に、ダイシングまたはソーイングによって互いから分離されてもよく、それから個々のパッケージに搭載されてもよい。より一般的な場合、基板上のパターンは、表示画素または磁気記録ヘッドといった人工物を規定するために用いられてもよい。

集積回路などの半導体装置の生産または製造において、半導体装置を作製するためにマスクレス直接書込も用いてもよい。マスクレス直接書込とは、荷電粒子ビームリソグラフィを用いて半導体またはシリコンウェハなどの基板にパターンを転写して、集積回路を作成する印刷プロセスである。他の基板は、フラットパネルディスプレイ、ナノインプリンティングインプリントマスク、またはレチクルさえも含み得る。層の所望のパターンが、この場合同様に基板である表面上に直接書込まれる。パターニングされた層が一旦転写されると、層は、エッチング、イオン注入(ドーピング)、メタライゼーション、酸化、および研磨といったさまざまな他のプロセスを経る場合がある。これらのプロセスは、基板の個々の層を仕上げるために採用される。層がいくつか必要とされる場合には、新しい層各々についてプロセス全体またはその変形が繰返される。同じ基板を作製するために、いくつかの層のうちの一部は光リソグラフィを用いて書込まれてもよく、一方、それ以外の層はマスクレス直接書込を用いて書込まれてもよい。最終的には、多数のデバイスまたは集積回路の組合せが基板上に存在するようになる。これらの集積回路は次に、ダイシングまたはソーイングによって互いから分離され、それから個々のパッケージに搭載される。より一般的な場合、表面上のパターンは、表示画素または磁気記録ヘッドといった人工物を規定するために用いられてもよい。

半導体製造では、特に光リソグラフィを用いてハーフピッチが80nm未満のパターンを製造する場合、接点およびビアを確実に製造することは困難かつ重要であり、ここで、ハーフピッチは、接点またはビアの最小サイズの1/2に、接点またはビア同士間の最小必要間隔の1/2を足したものである。接点およびビアは、1つの層上の導電性材料を、別の層上の別の導電性材料に接続する。現在普及している技術のノードよりも比較的大きい旧来の技術のノードでは、正方形のビアおよび接点をウェハ上に製造しようという試みがなされた。正方形の接点およびビアは、下層の導電性材料と上層の導電性材料とを接続する領域の量を最大化するために望ましい。しかしながら、要部サイズの減少に伴い、多数の正方形のパターンを半導体ウェハ上に作成することは極めて高価にまたは非現実的になっている。特にハーフピッチが80nm以下では、半導体製造業者等は上から見ると略円状のものをウェハ上に形成することを目標としており、それらは略円筒形の接点またはビアを作成する。所望のウェハ形状を特定する設計データは依然として、所望の形状を正方形として特定している。しかしながら、製造業者等および設計者等はともに、光リソグラフィプロセス制約により、結果として生じる実際の形状はウェハ上で略円となるであろうと仮定して、取り組んでいる。あらゆる形状に対するこの効果の一般化された事例は、コーナー丸み付けと呼ばれることがある。

概要

フォトマスクおよび光リソグラフィを用いて半導体装置を製造するための方法を開示する。荷電粒子ビーム書込装置を用いて製造されたフォトマスク上の円形パターンを用いることにより、半導体ウェハ上の円形パターンが形成される。一実施例では、荷電粒子ビーム線量を変えることにより、さまざまなサイズの円形パターンが、単一の文字投影(CP)用文字を用いてフォトマスク上に形成されている。円形CP用文字をさまざまな放射線量で用いて、またはVSBショットを用いて円形パターンを断片化するための方法および表面上に円形パターンを形成するための方法も開示され、複数のVSBショットの結合は1セットの所望のパターンとは異なっている。グリフを作成するための方法も開示され、1つ以上の荷電粒子ビームショットから生じる放射線量マップが予め計算されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
7件
牽制数
1件

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請求項1

半導体装置基板上に製造するための方法であって、フォトマスクを設けるステップを含み、フォトマスクは円形パターンを含み、フォトマスクは荷電粒子ビームシステムを用いて製造されたものであり、前記方法はさらに、フォトマスクの円形パターンを用いて複数の円形パターンを基板上に形成するために、光リソグラフィを用いるステップを含む、方法。

請求項2

基板上の複数の円形パターンは、半導体装置用接点またはビア用のパターンを含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

フォトマスク上の円形パターンは、文字投影(CP)荷電粒子ビームシステムを用いて、異なるサイズの複数の円形CP用文字を含むステンシルを用いて製造されたものである、請求項1に記載の方法。

請求項4

フォトマスク上の円形パターンのうちの一部は、荷電粒子ビームシステムの放射線量を変えることにより、ステンシルの単一のCP用文字を用いてフォトマスク上に形成された異なるサイズの複数の円形パターンを含む、請求項3に記載の方法。

請求項5

フォトマスク上の円形パターンは、荷電粒子ビームシステムからの複数の可変成形ビーム(VSB)ショットを用いて製造されたものであり、複数のショットにおけるショット同士は互いに重なり合うことができ、複数のショットの結合は所望のパターンとは異なったものであり、複数のショットにおけるショットの放射線量は互いに対して異なったものである、請求項1に記載の方法。

請求項6

荷電粒子ビームリソグラフィのための断片化またはマスクデータ準備のための方法であって、円として形成される1セットのパターンを表面上に入力するステップと、1セットの円形パターンを表面上に形成可能な1セットのショットを決定するステップとを含み、1セットのショットにおけるショットの放射線量は互いに対して異なっていてもよく、前記方法はさらに、放射線量を含む1セットのショットを出力するステップを含む、方法。

請求項7

1セットのグリフを入力するステップをさらに含み、決定するステップにおいて、1セットのショットはグリフを含む、請求項6に記載の方法。

請求項8

グリフは、パラメータ化されたグリフである、請求項7に記載の方法。

請求項9

1セットのショットは、文字投影(CP)用文字ショットを含む、請求項6に記載の方法。

請求項10

1セットのショットは、異なる放射線量を用いることにより、異なるサイズの複数の円形パターンを、単一のCP用文字を用いて形成するショットを含む、請求項6に記載の方法。

請求項11

決定するステップは、入力された1セットのパターンにおける選択されたパターンのために可変成形ビーム(VSB)ショットを決定するステップを含み、VSBショット同士は互いに重なり合うことができ、1セットのショットの結合は選択されたパターンとは異なっている、請求項6に記載の方法。

請求項12

決定するステップは、入力された1セットのパターンにおける選択されたパターンのために重なり合わないVSBショットを決定するステップを含み、1セットのショットの結合は選択されたパターンとは異なっている、請求項6に記載の方法。

請求項13

決定された1セットのショットは次に、フォトマスク上に円を製造するために用いられ、フォトマスクはその後、ウェハ上に円筒を製造するために用いられる、請求項6に記載の方法。

請求項14

複数の円形パターンを表面上に形成するための方法であって、荷電粒子ビーム源を設けるステップと、1つ以上の円形の文字投影(CP)用文字を含むステンシルを設けるステップとを含み、それを通して荷電粒子ビーム源が発射されてもよく、前記方法はさらに、ショット放射線量を変えることにより、異なるサイズの複数の円形パターンを、単一のCP用文字を用いて表面上に形成するステップを含む、方法。

請求項15

ステンシルは複数の円形のCP用文字を含み、文字のサイズは、可変放射線量を用いることにより、最小のCP用文字と最大のCP用文字との間の任意のサイズの円形パターンが表面上に形成されるように計算される、請求項14に記載の方法。

請求項16

複数の円形パターンを表面上に形成する前に、複数の円形パターンの各々のサイズを計算するために、荷電粒子ビームシミュレーションを用いるステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。

請求項17

荷電粒子ビームシミュレーションは、前方散乱後方散乱レジスト拡散クーロン効果エッチングフォギングローディングおよびレジストチャージングからなる群のうちの少なくとも1つを含む、請求項16に記載の方法。

請求項18

複数の円形パターンを表面上に形成するための方法であって、荷電粒子ビーム源を設けるステップと、複数の円形パターンにおける所望の各円形パターンのために複数の可変成形ビーム(VSB)ショットを決定するステップとを含み、ショット同士は互いに重なり合ってもよく、ショットの放射線量は互いに対して異なっていてもよく、複数のショットの結合は所望の円形パターンとは異なっており、前記方法はさらに、決定または修正された複数のVSBショットを用いて、複数の円形パターンを表面上に形成するステップを含む、方法。

請求項19

複数のVSBショットから、表面上の計算されたパターンを計算するステップと、計算されたパターンと所望の円形パターンとの違いが予め定められた公差を上回る場合には、複数のVSBショットを修正して、計算されたパターンを再計算するステップとをさらに含む、請求項18に記載の方法。

請求項20

複数のVSBショットは、反復のない建設的または決定論的やり方で決定される、請求項18に記載の方法。

請求項21

計算するステップは、荷電粒子ビームシミュレーションを用いる、請求項18に記載の方法。

請求項22

荷電粒子ビームシミュレーションは、前方散乱、後方散乱、レジスト拡散、クーロン効果、エッチング、フォギング、ローディングおよびレジストチャージングからなる群のうちの少なくとも1つを含む、請求項21に記載の方法。

請求項23

複数のVSBショットを決定するステップにおいて、複数のVSBショットは重なり合わない、請求項18に記載の方法。

請求項24

複数の円形パターンを表面上に形成するための方法であって、荷電粒子ビーム源を設けるステップと、複数の円形パターンにおける各円形パターンを形成するために荷電粒子ビームショットを含むグリフを決定するステップと、決定された各グリフに関連付けられた荷電粒子ビームショットを用いて、複数の円形パターンを表面上に形成するステップを含む、方法。

請求項25

複数の円形パターンのうちの1つのために決定されるグリフは、パラメータ化されたグリフである、請求項24に記載の方法。

請求項26

荷電粒子ビームリソグラフィで用いるための断片化またはマスクデータ準備のためのシステムであって、レチクル上に形成される1セットの円形パターンを受取り可能な入力装置と、1セットの円形パターンを形成するために使用可能な1セットのショットを決定可能計算装置とを含み、ショットの放射線量は互いに対して異なっていてもよく、前記システムはさらに、放射線量を含む決定された1セットのショットを受取り可能な出力装置を含む、システム。

請求項27

1セットのショットは、円形の文字投影(CP)用文字を用いたショットを含む、請求項26に記載のシステム。

請求項28

1セットの円形パターンにおける選択されたパターンを形成するために決定されたショットは、複数の可変成形ビーム(VSB)ショットを含み、複数のVSBショットは互いに重なり合ってもよく、複数のVSBショットの結合は選択されたパターンとは異なっている、請求項26に記載のシステム。

請求項29

グリフライブラリをさらに含み、計算装置は、グリフを含み得る1セットのショットを決定可能である、請求項26に記載のシステム。

請求項30

複数の円形パターンを表面上に形成するためのシステムであって、荷電粒子ビーム源と、異なるサイズの1つ以上の円形の文字投影(CP)用文字を含むステンシルとを含み、それを通して荷電粒子ビーム源が発射されてもよく、前記システムはさらに、計算装置を含み、計算装置は、単一のCP用文字を用いて異なるサイズの複数の円形パターンを表面上に形成するために、どの放射線量を使用すべきかを決定可能である、システム。

請求項31

ステンシルは複数の円形のCP用文字を含み、文字のサイズは、可変放射線量を用いることにより、最小のCP用文字と最大のCP用文字との間の任意のサイズの円形パターンが表面上に形成されるように計算される、請求項30に記載のシステム。

請求項32

複数の円形パターンを表面上に形成するためのシステムであって、荷電粒子ビーム源と、可変成形ビーム(VSB)開口を含むステンシルと、計算装置とを含み、計算装置は、複数の円形パターンにおける選択された円形パターンのために複数の可変成形ビーム(VSB)ショットを決定可能であり、複数のショットは重なり合ってもよく、複数のショットの結合は選択された円形パターンとは異なっている、システム。

請求項33

計算装置はさらに、複数のVSBショットから、表面上の計算されたパターンを計算すること、および計算されたパターンと選択された円形パターンとの違いが予め定められた公差を上回る場合には、複数のVSBショットを修正して、計算されたパターンを再計算することが可能である、請求項32に記載のシステム。

請求項34

複数の円形パターンを表面上に形成するためのシステムであって、荷電粒子ビーム源と、可変成形ビーム(VSB)開口および1セットの文字投影(CP)用文字を両方含むステンシルと、グリフのライブラリと、計算装置とを含み、計算装置は、表面上の各円形パターンについて、VSBショット、または1つ以上のCPショット、もしくは1つ以上のグリフが、パターンを形成する最適な方法を提供するかどうかを決定可能である、システム。

請求項35

計算装置は、ショット回数または荷電粒子ビーム書込時間を最適化する、請求項34に記載のシステム。

請求項36

計算装置は、VSBショットで形成されるよう決定されたパターンについて、放射線量を含む1セットのVSBショットを決定する、請求項34に記載のシステム。

請求項37

計算装置は、VSBショットで形成されるよう決定されたパターンについて、放射線量を含むCPショットまたは1セットのCPショットを決定する、請求項34に記載のシステム。

技術分野

0001

関連分野との相互参照
本願は、以下の出願の優先権を主張する:1)「円形パターン断片化するための、および半導体装置を製造するための方法」(Method For FracturingCircular Patterns And For Manufacturing A Semiconductor Device)と題された、2009年8月12日出願の米国特許出願連続番号第12/540,321号;2)「表面上に円形パターンを形成するための方法およびシステム」(Method And System For Forming Circular Patterns On A Surface)と題された、2009年8月12日出願の米国特許出願連続番号第12/540,322号;3)「文字投影粒子ビームリソグラフィを用いてレチクルを製造するための方法およびシステム」(Method and System for Manufacturing a Reticle Using Character Projection Particle Beam Lithography)と題された、2008年9月1日出願の米国特許出願連続番号第12/202,364号;4)「可変成形ビームリソグラフィを用いて表面および集積回路を製造するための方法」(Method For Manufacturing A Surface And Integrated Circuit Using Variable Shaped Beam Lithography)と題された、2009年5月27日出願の米国特許出願連続番号第12/473,241号;および5)「表面上の円形パターンおよび集積回路を製造するための方法およびシステム」(Method and System for Manufacturing Circular Patterns On a Surface And Integrated Circuit)と題された、2009年7月10日出願の米国仮特許出願連続番号第61/224,849号。これらはすべて、あらゆる目的のために、ここに引用により援用される。

背景技術

0002

開示の背景
この開示はリソグラフィに関し、より特定的には、荷電粒子ビームリソグラフィを用いた、レチクル、ウェハ、または他の表面であってもよい表面の設計および製造に関する。

0003

集積回路などの半導体装置の生産または製造において、半導体装置を作製するために光リソグラフィを用いてもよい。光リソグラフィとは、レチクルから製造されたリソグラフィマスクまたはフォトマスクを用いて、半導体またはシリコンウェハなどの基板パターン転写して、集積回路を作成する印刷プロセスである。他の基板は、フラットパネルディスプレイ、または他のレチクルさえも含み得る。また、極紫外線(EUV)またはX線リソグラフィ一種の光リソグラフィと考えられている。レチクルまたは多数のレチクルは、集積回路の個々の層に対応する回路パターンを含んでいてもよく、このパターンは、フォトレジストまたはレジストとして公知の感放射線性材料の層でコーティングされた基板上のある領域上へと投影され得る。パターニングされた層が一旦転写されると、層は、エッチングイオン注入ドーピング)、メタライゼーション酸化、および研磨といったさまざまな他のプロセスを経る場合がある。これらのプロセスは、基板の個々の層を仕上げるために採用される。層がいくつか必要とされる場合には、新しい層各々についてプロセス全体またはその変形が繰返される。最終的には、多数のデバイスまたは集積回路の組合せが基板上に存在するようになる。これらの集積回路は次に、ダイシングまたはソーイングによって互いから分離されてもよく、それから個々のパッケージに搭載されてもよい。より一般的な場合、基板上のパターンは、表示画素または磁気記録ヘッドといった人工物を規定するために用いられてもよい。

0004

集積回路などの半導体装置の生産または製造において、半導体装置を作製するためにマスクレス直接書込も用いてもよい。マスクレス直接書込とは、荷電粒子ビームリソグラフィを用いて半導体またはシリコンウェハなどの基板にパターンを転写して、集積回路を作成する印刷プロセスである。他の基板は、フラットパネルディスプレイ、ナノインプリンティングインプリントマスク、またはレチクルさえも含み得る。層の所望のパターンが、この場合同様に基板である表面上に直接書込まれる。パターニングされた層が一旦転写されると、層は、エッチング、イオン注入(ドーピング)、メタライゼーション、酸化、および研磨といったさまざまな他のプロセスを経る場合がある。これらのプロセスは、基板の個々の層を仕上げるために採用される。層がいくつか必要とされる場合には、新しい層各々についてプロセス全体またはその変形が繰返される。同じ基板を作製するために、いくつかの層のうちの一部は光リソグラフィを用いて書込まれてもよく、一方、それ以外の層はマスクレス直接書込を用いて書込まれてもよい。最終的には、多数のデバイスまたは集積回路の組合せが基板上に存在するようになる。これらの集積回路は次に、ダイシングまたはソーイングによって互いから分離され、それから個々のパッケージに搭載される。より一般的な場合、表面上のパターンは、表示画素または磁気記録ヘッドといった人工物を規定するために用いられてもよい。

0005

半導体製造では、特に光リソグラフィを用いてハーフピッチが80nm未満のパターンを製造する場合、接点およびビアを確実に製造することは困難かつ重要であり、ここで、ハーフピッチは、接点またはビアの最小サイズの1/2に、接点またはビア同士間の最小必要間隔の1/2を足したものである。接点およびビアは、1つの層上の導電性材料を、別の層上の別の導電性材料に接続する。現在普及している技術のノードよりも比較的大きい旧来の技術のノードでは、正方形のビアおよび接点をウェハ上に製造しようという試みがなされた。正方形の接点およびビアは、下層の導電性材料と上層の導電性材料とを接続する領域の量を最大化するために望ましい。しかしながら、要部サイズの減少に伴い、多数の正方形のパターンを半導体ウェハ上に作成することは極めて高価にまたは非現実的になっている。特にハーフピッチが80nm以下では、半導体製造業者等は上から見ると略円状のものをウェハ上に形成することを目標としており、それらは略円筒形の接点またはビアを作成する。所望のウェハ形状を特定する設計データは依然として、所望の形状を正方形として特定している。しかしながら、製造業者等および設計者等はともに、光リソグラフィプロセス制約により、結果として生じる実際の形状はウェハ上で略円となるであろうと仮定して、取り組んでいる。あらゆる形状に対するこの効果の一般化された事例は、コーナー丸み付けと呼ばれることがある。

発明が解決しようとする課題

0006

設計データにおいて接点およびビアを正方形として特定する従来の慣例の顕著な利点は、正方形のパターンが比較的速くレチクル上に形成可能であるということである。しかしながら、レチクルおよびフォトマスク上での接点およびビア用の正方形のパターンの使用は、半導体装置上でのビアおよび接点の製造をより困難にしている。特に80nm未満のハーフピッチについては、フォトマスク上での接点およびビア用の正方形のパターンの使用に関連する製造上の困難を解消することが有利であろう。

課題を解決するための手段

0007

開示の概要
フォトマスクおよび光リソグラフィを用いて半導体装置を製造するための方法が開示され、荷電粒子ビーム書込装置を用いて製造されたフォトマスク上の円形パターンを用いることにより、半導体ウェハ上の円形パターンが形成される。一実施例では、荷電粒子ビームの線量(dosage)を変えることにより、さまざまなサイズの円形パターンが、単一の文字投影(CP:Character Projection)用文字を用いてフォトマスク上に形成される。

0008

円形CP用文字を用いて、または可変成形ビーム(VSB)ショット(shots)を用いて円形パターンを断片化するための方法も開示され、複数のVSBショットの結合(union)は1セットの所望のパターンとは異なっている。

0009

文字投影(CP)荷電粒子ビーム書込装置を用いて円形パターンを表面上に形成するための方法も開示され、放射線の線量を変えることにより、異なるサイズの円形パターンが、単一のCP用文字を用いて形成され得る。

0010

可変成形ビーム(VSB)荷電粒子ビーム書込装置を用いて円形パターンを表面上に形成するための方法も開示され、ショットの線量は変化してもよく、ショットの結合は1セットの目標パターンとは異なっている。

0011

グリフライブラリを用いて円形パターンを表面上に形成するための方法も開示され、グリフは、1つ以上の荷電粒子ビームショットからの予め計算された放射線の線量マップである。

0012

この開示のこれらのおよび他の利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに検討後、明らかとなるであろう。

図面の簡単な説明

0013

接点またはビアなどの円形パターンをウェハ上に形成する従来の方法を示す図である。
この開示による、接点またはビアなどの円形パターンをウェハ上に形成する方法を示す図である。
文字投影(CP)能力を有する荷電粒子ビーム書込装置を示す図である。
複数の円形文字を含む文字投影ステンシルを示す図である。
円形の文字投影用文字のショットにより形成されるパターンを示す図である。
図5Aの文字投影ショットにより記録された表面上のパターンのサイズに対して線量を変化させたときの効果を示す図である。
1セットの円形の文字投影用文字を用いて表面上に形成可能な円形パターンの直径の範囲を示す図である。
円形パターンを書込むために、重なり合うVSBショットをどのように用いるかを示す図である。
円形パターンを書込むために、重なり合わないVSBショットをどのように用いるかを示す図である。
パラメータ化されたグリフを用いて表面上に作成可能な円形パターンを示す図である。
この開示の例示的な方法を用いてレチクルを製造し、集積回路を作製する概念フローチャートを示す図である。
所望の略円形のパターンを示す図である。
図11Aのパターンを形成可能な1セットの重なり合わないVSBショットを示す図である。

実施例

0014

実施例の詳細な説明
図1は、光リソグラフィを用いて接点およびビアパターンをウェハ上に形成するための従来の慣例を示す。光リソグラフィマシン100は照明源102を含み、それは、多数の矩形開口パターン106を含むフォトマスク104上に光放射を放出する。光放射は開
口パターン106を通って、および1つ以上のレンズ108を通って伝播され、それにより、半導体ウェハなどの表面112上にパターン110を形成する。表面112上のパターン110は概して、フォトマスク104上の開口パターン106に比べ、サイズが小さい。ハーフピッチが80nm未満のパターンといった小さい接点およびビアパターンに関する、照明源102により作成された放射波長などの光リソグラフィプロセスの制約に起因して、フォトマスク上の正方形のパターンは、円形または略円形のパターンが基板上に形成されるようにする。

0015

半導体リソグラフィでは、マスク誤差増大係数(Mask Error Enhancement Factor:MEEF)と呼ばれる重要な概念がある。フォトマスクを用いる典型的な半導体製造プロセスでは、フォトマスクはウェハの寸法の4倍である。たとえば、表面上の50nmの目標形状は、フォトマスク上では200nmの形状として現われる。MEEFが1.0の場合、フォトマスク上の4nmのオフセット誤差は、ウェハ上では1nmのオフセットとなる。しかしながら、相互接続層または配線層上などの線および空間についての典型的なMEEFは、2である。コンタクト層については、典型的なMEEFは4であり、それは、フォトマスク上の4nmのオフセット誤差がウェハ上では4nmのオフセットとなることを意味している。ハーフピッチが80nm未満のコンタクト層を有する先進技術のノードでは、10もの高いMEEFが投影される場合がある。そのような場合、フォトマスク上の4nmのオフセットはウェハ上では10nmのオフセットとなる。このため、フォトマスク、特にコンタクト層用のフォトマスクは、MEEF倍された表面上の誤差最大許容誤差を上回らないよう、極めて正確であることが要求される。

0016

MEEFを改良するための1つの公知の方法は、いわゆる周長ルールである。周長ルールは、所与の包囲された形状に対し、その形状の面積に対するその形状の周長の比率が高いほど、MEEFが大きくなる、ということを述べている。半導体製造では、マスク上の各形状にとって適正量の総エネルギでレジストを露光することが、リソグラフィ行程において最も重要である。したがって、各パターンまたは形状にとっては、パターンまたは形状の他の寸法よりも総面積について、精度がより重要である。半導体製造プロセスにおける誤差のさまざまな原因が周長に作用し、それは形状を包囲する1組の縁である。これらの縁は、所望の場所と比べて内側または外側に動いてもよい。面積に対する周長の比率が比較的大きい場合、所与の距離、たとえば1nmだけ内側に動いた全周長は、比率が比較的より小さい場合よりも大きな量、包囲された面積を縮める。総面積は総エネルギであり、総エネルギは各形状にとって重大なので、あらゆる形状についてより小さい比率が望まれる。さまざまな幾何学的図形の中でも、円は、あらゆる形状の単位面積当たり最小の周長を有する。したがって、円形の形状またはパターンは、どの非円形形状よりも小さいMEEFを有するであろう。略円形の形状は、ほぼ最適なMEEFを有するであろう。

0017

図2は、この開示によって接点またはビアがシリコンウェハ上にどのように作成可能かを示す。光リソグラフィマシン200は照明源202を含み、それは、多数の円形の開口パターン206を含むフォトマスク204上に光放射を放出する。光放射は開口パターン206を通って、および1つ以上のレンズ208を通って伝播され、それにより、半導体ウェハなどの表面212上にパターン210を形成する。上述の周長ルールのため、フォトマスク204上の円形または略円形の開口206の使用は、図1のフォトマスク104上の正方形の開口106の使用よりも低い(より良好な)MEEFをもたらす。

0018

今日のマスク作成は、レーザベースマスク書込装置、または荷電粒子ビームマスク書込装置、たとえば電子ビームマスク書込装置によって行なわれる。ハーフピッチが80nmを下回る最小の形状構成を有する最先端技術のノードのための今日の生産ツールは、(50KeV以上の)高電圧電子銃を用いる可変成形ビーム(VSB)技術を用いた電子ビームマスク書込装置を用いて、すべて行なわれる。従来のレチクルまたはマスク書込は、
あらゆる所望のマスク形状を、或るサイズ限度(たとえば幅が1nm〜1000nm)がある、構成要素である矩形および45度の三角形に断片化して、すべての形状の結合(和集合)がおそらく或る最小しきい値内で元の形状となるよう、また構成形状が重なり合わないようにするステップを含む。断片化された形状は、電子ビームマスク書込装置によりVSBショットとして個々に書込まれる。レチクル書込は通常、多数の通過(passes)を伴い、それにより、レチクル上の所与の形状が書込まれ、上書きされる。通常、誤差を平均化してレチクルを書込むために2〜4回の通過が使用され、より正確なフォトマスクの作成を可能にする。従来、単一の通過では、構成形状は重なり合わない。実際には、電子ビームマスク書込装置は完全に正確ではないので、当接するよう設計されたいくつかのVSBショットが若干重なり合うであろう。また、当接するよう設計されたいくつかのVSBショット間微細な隙間が生じるであろう。これらの重なり合いおよび隙間によって生じる問題を回避するために、電子ビームマスク書込装置の配置精度と半導体の設計とは注意深く連係される。生じる問題は、特に1nm以下の小さい誤差について最小であるが、これは、伝播中の電子ビームが(サイズがほぼ20〜30nmの)自然にぼやけた半径を有するためであり、形状の引かれた縁を越える伝達されたエネルギガウス分布をもたらす。VSBショットの各々についての放射線量は、後の別個のステップで割当てられる。放射線量は、シャッタ速度、または電子が表面に伝播されている時間の量を決定する。結果として生じるフォトマスクの形状を、元々望まれるフォトマスクの形状にできるだけ近づけるために、近接効果補正および他の補正方法が、どれだけの放射線量を各VSBショットに加えるべきかを決定する。

0019

従来より、1つの正方形の接点またはビアパターンを形成するために、1回のVSBショットが必要とされる。従来のマスク書込技術を用いて円形パターンをレチクル上に形成することは、多数のVSBショットを必要とする。VSBショットの数の増加は、レチクルに書込むために必要な時間の量に直接的な影響をもたらし、それは直接、フォトマスクのコストとなる。典型的な集積回路設計のためには、何百万もの接点およびビアパターンを形成しなければならないので、従来のVSBショットを用いて円形の接点またはビアパターンをレチクル上に形成することは、現実的とは考えられない。

0020

図7は、多数の重なり合うVSBショットを用いるこの開示により、小さい円形パターン700をレチクルなどの表面上にどのようにして形成するかという一例を示す。図7の例では、3つのVSBショット、すなわち矩形のショット702、矩形のショット704、および正方形のショット706が示されている。重なり合うショットの使用は、従来の方法で必要とされるよりも少ないVSBショットでパターンが書込まれることを可能にする。荷電粒子前方散乱クーロン効果、および他の物理的、化学的、ならびに電磁効果によって生じる荷電粒子ビームのぼやけが円の直径と同一オーダーの小さい円にとって、ショットを重なり合わせる手法は特に効果的である。図7からわかるように、3つのVSBショット、すなわちショット702、ショット704、およびショット706の結合(和集合)は、目標円形パターン700と等しくない。各ショットの放射線量は、「通常の」VSB線量の一部として示されており、ショット702およびショット704は通常の0.7倍の放射線量を有し、ショット706は通常の0.6倍の放射線量を有する。図示されているように、円700の中央710における全ショットから合計された総放射線量は、したがって通常の2.0倍である。マスク作製プロセスの中には、通常の放射線量の2倍といった最大放射線量限度を有するものもある。通常より少ないショット放射線量補償するために、ショット702、704、および706についてのVSBショット境界線は、目標円700の境界線を越えて延長される。結果として生じるパターンが目標円形パターン700の所望の公差内にあることを検証するために、荷電粒子ビームシミュレーションを用いて、表面上に形成されるパターンを計算してもよい。

0021

図8は、多数の重なり合わないVSBショットを用いるこの開示により、小さい円形パ
ターン802をレチクルなどの表面上にどのようにして形成するかという一例を示す。この例では、ショット804、ショット806、ショット808、ショット810、およびショット812という5つのショットが使用される。見てわかるように、ショット804、806、808、810、および812の結合(和集合)は、目標パターン802とは異なっている。パターンを満たすために5つのショットを使用することは、目標円形パターンの境界線にできるだけ接近して整合するようショットを生成する従来の方法に比べ、低減したショット回数を依然として表わす。図8の例では、ショット境界線は、図7の例ほど、目標円形パターンの境界線を越えて延長されていない。これは、図8の例のVSBショットは重なり合わないので、図8の個々のVSBショットの放射線量を、最大放射線量限度を越えることを気にせず、図7のVSBショットの放射線量よりも大きくすることができるためである。図7の例と同様に、結果として生じるパターンが目標円形パターン802の所望の公差内にあることを検証するために、荷電粒子ビームシミュレーションを用いて、表面上に形成されるパターンを計算してもよい。

0022

図3は、文字投影(CP)能力を有する荷電粒子ビーム書込装置300を示す。図示されているように、粒子または電子ビーム源302が第1のマスク308に粒子または電子ビーム304を与えており、それは、第1のマスク308に形成された第1の開口306により矩形の形状310に形成され得る。矩形のビーム310は次に第2のマスクまたはステンシル312に向けられ、ステンシル312に形成された第2の開口または文字314を通る。荷電粒子ビーム310の文字314を通った部分は表面326に向けられ、そこでそれは文字314の形状をしたパターン324を形成する。図3のこの例示的な実施例では、ステンシル312は、さまざまなサイズの3つの円形文字、すなわち文字316、318、および320も含む。ステンシル312はVSBショット用の矩形の開口322も含み、同じステンシル312を用いたVSBショットおよびCPショットの作成を可能にする。現在利用可能なCP荷電粒子ビームシステムは、シリコンウェハなどの基板上にパターンを直接形成するために使用できるが、フォトマスクの作成のためにレチクルに書込むことには好適でない。レチクル用の荷電粒子ビーム書込装置において文字投影(CP)能力が利用可能であったとしても、従来のマスク書込方法論およびシステムは、ステンシル312上の文字316、文字318、および文字320といった、ステンシル上の円形のCP用文字のサイズに基づいて、予め指定された直径の円を書込むことのみ可能であろう。従来の方法論を用いると、代替的なサイズの数は、ステンシル上に配置され得る文字の数によって制限されるであろう。

0023

図5Aおよび図5Bは、ショット放射線量を変えることにより、さまざまな直径の円を表面上に形成するために、単一のCP用文字をどのように用いるかという一例を示す。図5Aは、文字318のような円形のCP用文字を用いる図3に示すようなCP荷電粒子ビーム書込装置を用いて表面上に形成可能な公称円形パターン500を示す。線502は、円形パターン500を二等分する。図5Bは、パターン500を通る線502に沿った放射線量分布を示す。横軸は線502に沿った線形位置に対応しており、縦軸は放射線量を示している。ショット放射線量504、ショット放射線量506、およびショット放射線量508について、3つの放射線量分布が示されている。放射線量曲線の各々は、荷電粒子ビームのガウス分布を例示している。図5Bはレジストしきい値レベル520も示しており、それは、それより上でパターンが表面上に記録される放射線量レベルである。図示されているように、最も大きいショット放射線量504はサイズ510のパターンを記録し、中間のショット放射線量506は中間サイズ512のパターンを記録し、最も低いショット放射線量508は最も小さいサイズ514のパターンを記録する。パターンは円形であるため、このサイズの差は直径の差である。こうして、ショット放射線量を変えることにより、異なる直径の円を単一のCP用文字を用いて表面上に形成することができる。

0024

図4は、さまざまなサイズの複数の円形のCP用文字を含むCPステンシルの例示的な
一実施例を示す。ステンシル402は、異なるサイズの5つの円形のCP用文字、すなわち、文字404、文字406、文字408、文字410、および文字412を含む。加えて、ステンシル402は、VSBショット用の矩形の開口414と、同じくVSBショット用の1セットの三角形の開口416とを含む。この発明のいくつかの実施例では、ステンシル402は三角形の開口416を含んでいなくてもよいが、矩形および円形の開口のみを含んでいてもよい。円形のCP用文字404、406、408、410、および412の各々は、上述のようにショット放射線量を変えることにより、さまざまな直径の円形パターンを表面上に形成できる。ステンシルの設計中に円形のCP用文字のサイズを適切に選択することにより、広範な範囲のサイズの円形パターンを表面上に形成することができる。図6は、広範なサイズの円を表面上に形成するために、適切なサイズの5つの円形のCP用文字の群をどのように使用するかという一例を示す図を例示している。図6の例では、CP用文字「A」はサイズの範囲602において円形パターンを形成可能である。CP用文字「B」はサイズの範囲604において円形パターンを形成可能である。CP用文字「C」はサイズの範囲606において円形パターンを形成可能である。CP用文字「D」はサイズの範囲608において円形パターンを形成可能である。CP用文字「E」はサイズの範囲610において円形パターンを形成可能である。図示されているように、サイズの範囲602はサイズの範囲604と重なり合っており、サイズの範囲604はサイズの範囲606と重なり合っており、サイズの範囲606はサイズの範囲608と重なり合っており、サイズの範囲608はサイズの範囲610と重なり合っている。したがって、5つのCP用文字のみを用いて、総範囲620における任意のサイズの円形パターンが形成可能である。直径の範囲がかなりの程度重なり合うことは厳密に必要とはされていないものの、1つの円形のCP用文字で形成可能な最大の円が少なくとも、次に大きい円形のCP用文字を用いて形成可能な最小の円と同じぐらい大きいことだけが必要とされる。他の実施例では、可能な直径の範囲が連続的であることは必要ではない。ステンシル402上の文字を用いて形成可能な円形パターンの利用可能なサイズは、複数の非連続的な範囲のサイズであってもよい。

0025

単一の荷電粒子ビームショットまたは荷電粒子ビームショット同士の組合せにより表面上に生成されることが公知である放射線量の二次元マップは、グリフと呼ばれる。各グリフは、グリフを構成する荷電粒子ビームショットの各々に関する位置およびショット放射線量情報をそれと関連付けたものであってもよい。グリフのライブラリが予め計算され、断片化およびマスクデータ準備機能にとって利用可能とされてもよい。グリフはまた、パラメータ化されてもよい。図9は、パラメータ化されたグリフにより形成され得る1セットのパターンを表わす、表面上の円形パターンの一例を示す。グリフ902のパラメータはその直径「d」であり、ここで「d」は50〜100単位の任意の値であってもよい。一実施例では、50〜100単位のサイズ範囲内の円形パターンを表わす放射線量マップ可変ショット放射線量を用いて生成可能な1セットの円形のCP用文字を用いて、グリフを計算してもよい。

0026

なお、集積回路の設計では一般的なことであるが、円などの二次元形状は、上から下に見た場合の半導体ウェハ上の形状を指す。接点およびビアの場合、三次元に製造された実際の形状は円筒形または略円筒形であってもよい。

0027

ここに述べた、VSBショットまたは円形のCP用文字を用いてレチクルなどの表面上に円を形成するための方法は、マスクレス直接書込を用いてシリコンウェハなどの基板上にパターンを直接形成するためにも使用されてもよい。なお、直接書込については、MEEFは問題とはならない。

0028

この開示の手法は、表面上に形成される所望のパターンが略円形である場合にも使用されてもよい。図11Aは、接点またはビア用の所望のマスクパターンであり得る略円形の
パターン1102を示す。パターン1102は、たとえば、接点またはビア上方の層における導電性材料と接点またはビア下方の層における導電性材料との間の最大接触面積とMEEFとの間の望ましいトレードオフであってもよい。図11Bは、VSBショット、この例では重なり合わないVSBショットの、5つのショットからなる群1104を示しており、それは、所望のパターン1102に近いパターンを適正な放射線量で表面上に記録可能である。ショット群1104は、ショット1110、ショット1112、ショット1114、ショット1116、およびショット1118からなり、それらは、この例示的な実施例では、幅および高さが異なる矩形のショットである。ショット群1104におけるショットの放射線量は、互いに対して異なっていてもよい。表面をコーティングするレジスト上に記録されたパターンは形状1120であり、それは予め定められた公差内で形状1102と同等である。この例は、この開示の手法で略円形のパターンがどのように形成可能であるかを例示している。

0029

表面上での円の形成は、多角形などの非円形形状により近似され得る。表面上またはシリコンウェハなどの基板上に円が望まれる場合、結果は、円によく似た曲線形状などの略円であってもよい。

0030

図10は、光リソグラフィを用いて集積回路などの基板をシリコンウェハ上に作製する際に用いるための表面を準備するためのこの開示の一実施例の概念フローチャート1000である。このプロセスのための入力は、フォトマスク上に形成される1セットの所望のパターン1002である。1セットの所望のパターン1002は1セットの所望の円形パターンを含んでいてもよく、それらは入力装置によって受取られる。ステップ1004は、マスクデータ準備(MDP)ステップである。MDPステップ1004は断片化動作を含んでいてもよく、断片化動作では、ショットの重なり合いが許可されても許可されなくてもよく、また、通常以外の放射線量割当てが許可されている。断片化は、1セットのVSBショットを決定するステップを含んでいてもよく、または、CPステンシル情報1006を用いてCP用文字およびショット放射線量を決定するステップを含んでいてもよく、もしくは、VSBショットとCPショットとの組合せを決定するステップを含んでいてもよい。MDPステップ1004はまた、所望のパターンに整合するよう、1つ以上のグリフをグリフライブラリ1008から選択するステップを含んでいてもよい。選択されたグリフは、パラメータ化されたグリフを含んでいてもよい。MDPステップ1004はまた、各所望のパターンを用いるのに最適な方法、すなわちVSBショット、CP用文字ショット、またはグリフを決定する動作を含んでいてもよい。最適化の基準は、たとえば、ショット回数または荷電粒子ビームシステム書込時間を最小化することであってもよい。MDPステップ1004はまた、1セットのショットにより表面上に形成されるパターンを計算するために粒子ビームシミュレーションを用いるステップを含んでいてもよく、計算されたパターンと所望のパターンとの違いが予め定められた公差を上回る場合には、1セットのショットを修正してパターンを再計算するステップも含んでいてもよい。粒子ビームシミュレーションは、前方散乱、レジスト拡散、クーロン効果、後方散乱ローディングフォギング、およびエッチングシミュレーションのうちのいずれかを含んでいてもよく、荷電粒子ビームシステムおよびプロセス情報1010を用いてもよい。MDPステップ1004は、VSBおよびCPショット、ならびにグリフからのショットの組合されたリストを含む決定されたショットリスト1012を、出力装置に出力する。ショットリスト1012におけるショットは、放射線量情報を含む。ステップ1014で、近接効果補正(PEC)および/または他の補正が行なわれてもよく、もしくは、初期概算から補正が改善されてもよい。ステップ1014はショットリスト1012を入力として使用し、ショット放射線量が調節された最終的なショットリスト1016を生成する。最終的なショットリスト1016は、レチクルをコーティングしたレジストを露光するために荷電粒子ビームシステム1018によって使用され、それにより1セットのパターン1020をレジスト上に形成する。さまざまな処理ステップ1022の後で、レチクルはフォト
マスク1024に変わる。フォトマスク1024は光リソグラフィマシン1026において、フォトマスク1024上の円形パターンなどの1セットの所望のパターンを、シリコンウェハなどの基板上に転写するために使用され、ウェハ画像1028を作成し、それからシリコンウェハが生成される。

0031

図10におけるグリフ作成ステップ1030は、特定の放射線量でのCP用文字ショットから、またはおそらくさまざまな放射線量を有する1セットのVSBショットから、放射線量マップを計算する。グリフ作成ステップ1030は、CPステンシル情報1006を使用する。CPステンシル情報は、異なるサイズの複数の円形のCP用文字についての情報を含んでいてもよい。グリフ作成ステップ1030はまた、グリフを計算するために荷電粒子ビームシミュレーションを用いるステップを含んでいてもよい。グリフの粒子ビームシミュレーションは、前方散乱、レジスト拡散、クーロン効果、およびエッチングシミュレーションのうちのいずれかを含んでいてもよく、荷電粒子ビームシステムおよびプロセス情報1010を用いてもよい。グリフ作成ステップ1030はまた、パラメータ化されたグリフを作成するための1セットのグリフの計算を含んでいてもよい。

0032

この開示で説明されたさまざまなフローは、適切なコンピュータソフトウェアを有する汎用コンピュータ計算装置として用いて実現されてもよい。必要とされる計算の量が多いため、多数のコンピュータまたはプロセッサコア並行して使用してもよい。一実施例では、並行処理サポートするために、フローにおける、計算をたくさん行なう1つ以上のステップ用に、計算を複数の二次元の幾何学的領域に細分してもよい。別の実施例では、単独でまたは多数で使用される特定用途ハードウェア装置を用いて、汎用コンピュータまたはプロセッサコアを用いるよりも速い速度で1つ以上のステップの計算を行なってもよい。この開示で説明された最適化およびシミュレーションプロセスは、シミュレートされたアニーリングなどを用いた反復最適化プロセスを含んでいてもよく、または反復改善のない建設的な、欲張りな、決定論的な、または他のプロセスのみを構成してもよい。

0033

この開示における円への言及はすべて、略円も含むと解釈されるべきである。同様に、円形パターン、円形開口、円形文字、または円形CP用文字への言及はすべて、略円形パターン、開口、文字、またはCP用文字も含むと解釈されるべきである。また、円筒への言及はすべて、略円筒を含むと解釈されるべきであり、円筒形への言及はすべて、略円筒形を含むべきである。

0034

特定の実施例に関して明細書が詳細に説明されてきたが、当業者であれば、前述の事項を理解した上で、これらの実施例の代替、変更、および均等物を容易に考案し得る、ということが理解されるであろう。この発明の、円形パターンを表面上に製造するためのシステムおよび方法、集積回路を製造するための方法、断片化またはマスクデータ準備のための方法およびシステムに対するこれらのおよび他の修正および変更は、特許請求の範囲により特定的に述べられたこの発明の主題の精神および範囲から逸脱することなく、当業者によって実践され得る。さらに、当業者であれば、前述の説明が単なる例示であり、限定的とは意図されていないことを理解するであろう。このため、この発明の主題は、特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内に該当するような修正および変更を網羅することが意図されている。

0035

200光リソグラフィマシン、202照明源、204フォトマスク、206円形の開口パターン、208レンズ、210パターン、212 表面、300荷電粒子ビーム書込装置、302粒子または電子ビーム源、304電子ビーム、306 第1の開口、308 第1のマスク、310矩形のビーム、312ステンシル、314、316、318、および320文字、324 パターン、326 表面、322 開
口。

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