设计图形、光掩模、光刻胶图形及半导体器件的制造方法

摘要

一种设计图形的制作方法，该方法具备如下的工序：准备含有第1孔图形的第1设计图形的工序；求上述第1孔图形和与第1孔图形相邻的图形之间的距离的工序；根据上述距离和形成在光刻胶膜上的孔图形在加热光刻胶膜时的缩小量，求上述第1孔图形的扩大量的工序；制作具有用上述扩大量扩大了上述第1孔图形的第2孔图形的第2设计图形的工序。

说明书

技术领域

本发明涉及设计图形的制作方法、光掩模的制造方法、光刻胶图形的形成方法和半导体器件的制造方法。

背景技术

伴随着半导体器件的微细化和高集成化，形成微细的孔图形就变得困难起来。于是，人们提出了这样的方案：采用在在光刻胶膜上形成孔图形之后再对光刻胶膜施行热回流的办法，缩小孔图形。在使用热回流的情况下，孔图形的缩小量依赖于图形密度或到相邻的图形的距离(例如，参看SPIE vol.4690，671-678页，2002年“70nm Contact Hole Pattern with ShrinkTechnology”Lin-Hung Shiu)。

因此，密集图形(dense pattern)和稀疏图形(isolate pattern)区域混合存在的情况下，就难于对所有的图形确保光刻容限。就是说，到相邻的图形的距离大的孔图形，由于由热回流所产生的缩小量大，故可在热回流之前先形成尺寸大的孔图形，易于确保规定的光刻容限。另一方面，到相邻的图形的距离小的孔图形，由于图形密度高，故当由热回流产生的缩小量大时，就极其难于确保规定的光刻容限。

如上所述，虽然人们提出了为了形成微细的孔图形，采用对光刻胶膜施行热回流的办法来缩小孔图形的方案，但是，在密集图形区域和稀疏图形区域混合存在的情况下，要在所有的区域中形成合适的孔图形是困难的。

发明内容

本发明的一个观点的设计图形的制作方法，具备如下的工序：准备包含第1孔图形的第1设计图形的工序；求上述第1孔图形与和第1孔图形相邻的图形之间的距离的工序；根据上述距离和形成在光刻胶膜上的孔图形在加热光刻胶膜时的缩小量，求上述第1孔图形的扩大量的工序；以及制作具有用上述扩大量把上述第1孔图形扩大后的第2孔图形的第2设计图形的工序。

附图说明

图1是示出了本发明的实施方式的图形形成方法的概略的流程图。

图2涉及本发明的实施方式，是示出了含于设计图形中的孔图形的例子的图。

图3涉及本发明的实施方式，是示出了含于修正后的设计图形中的孔图形的例子的图。

图4是示出了由修正而得到的孔图形的扩大量和因光刻胶的热处理而产生的孔图形的缩小量。

图5涉及本发明的实施方式，是示出了在曝光基板上形成的孔图形的一个例子的图。

图6涉及本发明的实施方式，是示出了在曝光基板上形成的孔图形的另一个的例子的图。

图7A到图7I是示出了具备斜向入射照明的若干个照明的例子的图。

图8是示出了通常照明的例子的图。

图9涉及本发明的实施方式，是示出了显影后的孔图形的例子的平面图。

图10涉及本发明的实施方式，是示出了显影后的孔图形的例子的剖面图。

图11涉及本发明的实施方式，是示出了热处理后的孔图形的例子的平面图。

图12涉及本发明的实施方式，是示出了热处理后的孔图形的例子的剖面图。

具体实施方式

以下，参看附图说明本发明的实施方式。

图1是示出了本发明的实施方式的图形形成方法的概略的流程图。

首先，准备用来形成所希望的图形的设计图形(设计数据)(S1)。图2示出了含于该设计图形中的各种孔图形。如图2所示，在区域A1(稀疏图形区域)中配置有孔图形11，在区域A2(密集图形区域)中配置有孔图形21，在区域A3(孔图形在一个方向上高密度地排列的链图形区域)中配置有孔图形31。孔图形11例如包含在以逻辑电路为主体的周边电路区域，孔图形21例如包含在存储单元区域。如图2所示，在稀疏图形区域中，相邻的孔图形间的距离大，在密集图形区域中相邻的孔图形间的距离小。

另外，在图面上虽然把区域A1、A2和A3画得很近，但是，实际上区域A1、A2和A3被设置在离开得更远的位置上。此外，图2示出了典型的若干个图形，实际上存在着各种图形密度区域。再有，在图示的例子中，各个孔图形的形状虽然都是正方形形状，但是也可以是长方形形状等。

其次，计算含于上边所说的设计图形中的各个孔图形与相邻的图形之间的距离(S2)。接着，根据所计算出的距离和在光刻胶上形成的孔图形的因热处理产生的缩小量，计算各个孔图形的扩大量(S3)。然后，用所计算出的扩大量对各个孔图形进行扩大，修正设计图形(S4)。以下，对于这些步骤加以说明。

在修正步骤(S4)中，如图3所示，对于上边所说的设计图形，以与含有各个孔图形的区域的图形配置相对应地扩大孔图形的尺寸的方式进行修正。就是说，进行这样的修正：越是图形密度(例如，单位面积的孔图形的个数)低的区域，孔图形的修正量就越大；越是图形密度高的区域，孔图形的扩大量就越小。换句话说，进行这样的修正：到相邻的图形的距离越大，扩大量就越大；到相邻的图形的距离越小，扩大量就越小。其结果如图3所示，可以得到孔图形12、22和32。另外，对于图形密度极高的区域来说，实质上也可以把孔图形的扩大量设定为零。此外，在链图形的情况下，在与链图形的延伸方向垂直的方向上，光刻胶的孔图形的缩小量相对变大。为此，对于这样的方向来说，把设计图形的孔图形的扩大量设定得相对地大。

图4是示出了由修正得到的孔图形的扩大量和因光刻胶的热处理(热回流)而产生的孔图形的缩小量的图。如图4所示，到相邻图形的距离越远，光刻胶的孔图形的缩小量就越大。于是，例如要把设计图形的孔图形的扩大量设定为使得与因热处理所产生的光刻胶的孔图形的缩小量相对应。

此外，孔图形的扩大量的设定，要考虑到后述的热处理工序中的光刻胶的加热回流条件。具体地说，要考虑热处理温度、热处理时间、使用的光刻胶的特性等后设定孔图形的扩大量。此外，要把孔图形的扩大量设定为使得孔图形的光刻容限尽可能地大。

另外，上边所说的方法的步骤(S1到S4的步骤)可以用由记录有该方法的步骤的程序控制动作的计算机实现。上述程序，可由磁盘等的记录媒体或互连网等的通信线路(有线或无线线路)提供。

其次，在曝光基板(掩模基板)上形成与修正后的设计图形对应的图形(S5)。在后述的S6的步骤中，在使用具备斜向入射照明(off axisillumination，离轴照明)的照明进行曝光的方法(第1方法)的情况下，如图5所示，形成通常掩模。就是说，在曝光基板101上形成通常的孔图形13、23和33。在后述的S6的步骤中，在用通常照明(normal illumination)进行曝光的方法(第2方法)的情况下，如图6所示，形成交错型相移掩模(aiternating phase shift mask)。就是说，在曝光基板102上形成孔图形14(无移相器的孔图形)、孔图形24(24a是无移相器的孔图形、24b是有移相器的孔图形)和孔图形34(34a是无移相器的孔图形、34b是有移相器的孔图形)。

其次，使用在步骤S5中得到的曝光基板进行曝光。就是说，把在步骤S5中得到的掩模图形投影到在用来形成晶体管等的半导体元件的基板上形成的光刻胶膜上。其结果是，曝光基板上的被投影了图形的部分的光刻胶膜被有选择地曝光(S6)。

在第1方法中，使用图5所示的通常掩模，利用具备斜向入射照明的照明进行曝光。斜向入射照明，是一种是使光对曝光基板斜向地入射以进行曝光的照明，由于可以以高析像度对高密度图形进行析像，故是适合于高密度图形的照明。作为具备斜向入射照明的照明，可以举出图7A所示的环形照明(annular illumination)、图7B所示的4孔照明(quadrupoleillumination)、图7C所示的2孔照明(dipole illumination)、图7D所示的5孔照明(quadrupole illumination with normal illumination，或speciallcustomized illumination)等。此外，也可以把图7E、图7F、图7G、图7H或图7I所示的照明用做具备斜向入射照明的照明。图7A、图7B、图7C、图7E、图7F、图7G、图7H，是只由斜向方向的照明光构成的照明，图7D和图7I是由斜向方向的照明光和垂直方向的照明光构成的照明。

在第2方法中，用图6所示的交错型相移掩模，利用图8所示的相干因子σ小的通常照明进行曝光。通常照明，是一种使光向曝光基板垂直入射以进行曝光的照明。由于使用相干因子σ小的通常照明和交错型相移掩模，可以以高析像度对高密度图形进行析像，故可以进行对高密度图形合适的曝光。另外，相干因子σ优选例如在0.4或以下左右。

其次，对曝光后的光刻胶膜进行显影(S7)。通过显影处理，如图9所示，第1方法和第2方法，都可以在半导体基板111上的光刻胶膜112上形成孔图形15、25和35。图10A和图10B分别示出了在稀疏图形区域上形成的孔图形15的剖面、和在密集图形区域上形成的孔图形25的剖面。

其次，进行光刻胶膜的热回流。其结果是，图9所示的各个孔图形15、25和35缩小，如图11所示，形成缩小了的孔图形16，26和36(S8)。就是说，加热光刻胶膜以使之软化，使孔图形附近的光刻胶流入到孔内，从而使孔图形缩小。就如已经说明的那样，在稀疏图形区域形成的孔图形的缩小量大，在密集图形区域形成的孔图形的缩小量小。因此，采用预先使热回流的条件和图3所示的各个孔图形12、22和32的尺寸最佳化的办法，就可以得到与含于图2所示的原设计图形中的各个孔图形11、21和31的尺寸对应的所希望的尺寸的孔图形16、26和36。图12A示出了稀疏图形区域的孔图形16的剖面，图12B示出了密集图形区域的孔图形26的剖面。

然后，把如此得到的光刻胶图形用做掩模，对在半导体基板上形成的例如绝缘膜进行刻蚀，形成接触孔(S9)。

如上所述，若采用本实施方式，则根据孔图形与相邻图形之间的距离和加热光刻胶膜时的孔图形的缩小量，求孔图形的扩大量。因此，利用如此得到的孔图形，密集图形区域的孔图形和稀疏图形区域的孔图形就都可以以合适的尺寸形成。

此外，若采用本实施方式，则对于含于稀疏图形区域中的孔图形来说，由于由热回流而产生的缩小量大，故在热回流前在光刻胶膜上形成尺寸大的孔图形，就可以容易地确保规定的光刻容限。另一方面，对于含于密集图形区域中的孔图形来说，只是在进行热回流的情况下难以确保规定的光刻容限。本实施方式的第1方法使用斜向入射照明，故可以进行适合于密集图形区域的曝光，即便是对于含于密集图形区域中的孔图形，也可以容易地确保光刻容限。本实施方式的第2方法使用相干因子σ小的通常照明和交错型相移掩模，故可以适合于高密度图形的曝光，即便是对于含于密集图形区域中的孔图形，也可以容易地确保光刻容限。

以下，对本实施方式的具体实施例进行说明。

(实施例1)

在半导体基板(半导体晶片)上旋转涂敷日产化学社生产的ArF有机反射防止膜ARC29A，然后再在215℃下进行1分钟坚膜，形成厚度80nm的反射防止膜(anti-reflection coating)。接着，在该反射防止膜上旋转涂敷信越化学社生产的ArF正光刻胶，再在110℃下进行1分钟坚膜，形成厚度400nm的光刻胶膜。

其次，作为光掩模使用透过率为6％的半色调掩模，利用ArF准分子激光曝光装置，在NA＝0.78，σ＝0.95，2/3轮带照明的条件下，使光刻胶膜曝光。然后，在100℃下对光刻胶膜进行1分钟坚膜。接着，用2.38重量％的四甲基氢氧化氨(TMAH：tetrametylanmoniumhydroxide)水溶液使光刻胶膜显影，形成尺寸比设计图形尺寸大的接触孔图形。这时的各个接触孔图形的尺寸，根据预先实验性地求得的到相邻的图形的距离和由热回流产生的缩小量之间的关系决定。

其次，在165℃下对光刻胶膜进行90秒钟坚膜。其结果是，通过光刻胶膜的热回流，接触孔图形缩小，得到了尺寸为90nm的接触孔图形。尺寸变动为±10％的容限，在曝光量裕度(exposure latitude)为8％时聚焦裕度(focus latitude)为0.2μm，得到了良好的结果。

(实施例2)

在半导体基板(半导体晶片)上旋转涂敷日产化学社生产的ArF有机反射防止膜ARC29A，然后再在215℃下进行1分钟坚膜，形成厚度80nm的反射防止膜。接着，在该反射防止膜上旋转涂敷信越化学社生产的ArF正光刻胶，再在110℃下进行1分钟坚膜，形成厚度400nm的光刻胶膜

其次，作为光掩模使用交错型相移掩模，利用ArF准分子激光曝光装置，在NA＝0.78，σ＝0.3的条件下，使光刻胶膜曝光。然后，在100℃下对光刻胶膜进行1分钟坚膜。接着，用2.38重量％的四甲基氢氧化氨(TMAH：tetrametylanmoniumhydroxide)水溶液使光刻胶膜显影，形成尺寸比所需图形尺寸大的接触孔图形。所形成的图形，是X方向的间距为140nm，Y方向的间距为10nm的链状图形，各个接触孔图形的尺寸的X方向的长度为70nm，Y方向的长度为170nm。

其次，在165℃下对光刻胶膜进行90秒钟坚膜。其结果是，通过光刻胶膜的热回流，接触孔图形缩小，得到了X方向的长度为70nm、Y方向的长度为90nm的接触孔图形。尺寸变动为±10％的容限，在曝光量裕度为8％时聚焦裕度为0.2μm，得到了良好的结果。

对于那些本领域的技术人员来说还存在着另外一些优点和变形。因此，本发明就其更为广阔的方式来说并不限于上述附图和说明。此外，就如所附权利要求及其等效要求所限定的那样，还可以有许多不偏离总的发明的宗旨的变形。