JP2002116529A - 半導体回路設計パタンデータの補正方法、該補正方法により得られたパタンデータにより作製されたフォトマスク - Google Patents

半導体回路設計パタンデータの補正方法、該補正方法により得られたパタンデータにより作製されたフォトマスク

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JP2002116529A
JP2002116529A JP2000308115A JP2000308115A JP2002116529A JP 2002116529 A JP2002116529 A JP 2002116529A JP 2000308115 A JP2000308115 A JP 2000308115A JP 2000308115 A JP2000308115 A JP 2000308115A JP 2002116529 A JP2002116529 A JP 2002116529A
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Nobuto Toyama
登山  伸人
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最近の、パタンの微細化、高密度化がますま
す進む中、半導体ウエハ上への微細パタン作製に係わる
設計パタンデータの補正を、実用レベルで採り入れた半
導体回路の設計パタンデータの補正方法を提供する。 【解決手段】 半導体回路用に設計された設計パタンデ
ータを用いて、これに対応する図形パタンが形成された
フォトマスクから、フォトマスクの図形パタンを半導体
ウエハ上に露光転写することによって半導体ウエハ上に
図形パタンを形成する半導体製造プロセスにおける、前
記設計パタンデータの補正方法であって、前記設計パタ
ンデータの中に図形密度のばらつきが存在した場合、設
計パタンデータの中の図形密度の低い領域の図形である
疎図形に対し、これに対応した所望の図形パタン形状
を、半導体ウエハ上に得るために、半導体ウエハ上への
露光転写の際に解像せず、ウエハ上でパタンニングされ
ないことを前提として、前記設計パタンデータの中の疎
図形から一定の距離D0をおいて、一定の辺の長さL0
の組み合わせの矩形図形を一定の間隔d0をおいて、補
助パタンとして配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体の微細化、
高密度化に伴なう、フォトマスク製造用の設計パタンデ
ータの補正処理に関し、詳しくは、フォトマスクのパタ
ンを作成するために用いられる設計パタンデータを、ウ
エハ上に目的とする図形パタン形状を得るために、補正
する、設計パタンデータの補正方法、および補正された
パタンデータにより作製されたフォトマスクに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の高機能化と軽薄短小の
傾向から、ASICに代表される種々のLSl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
た。即ち、できるだけチップサイズを小さくして、高機
能を実現することがASIC等のLSIには求められて
いる。上記ASIC等のLSIは、機能、論理設計、回
路設計、レイアウト設計等を経て、フォトマスクパタン
作製用の図形データ(パタンデータとも言う)を作製
し、これを用いてフォトマスクを作製した後、フォトマ
スクのパタンをウエハ上に縮小投影露光等により転写し
て、半導体素子作製のプロセスを行うという数々の工程
を経て作製されるものである。フォトマスクは、一般に
は、上記図形データ(パタンデータ)を用い、電子ビー
ム露光装置あるいはエキシマ波長等のフォト露光装置を
用いて、フォトマスク用基板(フォトマスクブランクス
とも言う)の遮光膜上に配設された感光性レジストに露
光描画を行い、現像、エッチング工程等を経て、作製さ
れる。即ち、ガラス基板の一面に遮光性の金属薄膜を設
けたフォトマスク用基板の金属薄膜上に塗布、乾燥され
た感光性のレジスト上に、露光装置により電離放射線を
所定の領域のみに照射して潜像を形成し、感光性のレジ
ストを現像して、電離放射線の照射領域に対応した、所
望の形状のレジストパターン得た後、更に、レジストパ
ターンを耐エッチングレジストとして、金属薄膜をレジ
ストパターン形状に加工して、所望の金属薄膜パターン
を有するフォトマスクを得る。尚、フォトマスクのパタ
ンをウエハ上に縮小投影露光して、その絵柄を転写する
場合は、フォトマスクをレチクルマスクとも言う。
【0003】このように、フォトマスクのパタンをウエ
ハ上に縮小投影露光等により転写して、ウエハ上に回路
パタンが形成されるが、LSlのますますの高集積化に
伴い、最近では、露光形状のサイズ(ウエハ上の露光サ
イズ)が更に微細化し、露光光の波長に近づく、あるい
は光の波長よりも小さくなってきため、フォトマスクの
パタンをウエハ上に縮小投影露光等により転写する際、
光近接効果と呼ばれる露光形状の歪みが発生するように
なり、設計条件により、フォトマスク上で同じ寸法のパ
タンでも同じ寸法でウエハ上に形成されないことがあ
る。フォトマスクの図形パタンとこれに対応したウエハ
上に作製されるパタン(回路パタン)とに差異が生じる
ようになってきたため、目的とするウエハ上の図形形状
に合せ、フォトマスクの形状を変化させておくことも必
要になってきた。フォトマスク作製用の元の図形データ
(設計パタンデータと以下言う)に補正を加えた図形デ
ータを用いることが必要になってきて、最近では、半導
体ウエハ上への微細パタン作製に係わる設計パタンデー
タの補正が採られるようになってきた。
【0004】1990年代後半から半導体製造におい
て、半導体露光機の光源の波長よりも小さい図形を半導
体ウエハ上に形成するための技術開発が盛んに行われて
いる。以下、半導体ウエハ上への微細パタン作製に係わ
る設計パタンデータの補正技術について、具体的に、図
に基づいて説明しておく。光源の波長よりも小さい図形
を露光する場合、光の回折現象の結果、半導体ウエハ上
に形成される図形パタンに歪みが発生し、図8(a)に
図示される設計パタンデータと半導体ウエハ上に形成さ
れる図形パタン(図8(b))に違いが発生する。これ
が光近接効果である。この光近接効果を回避あるいは緩
和するため、設計パタンに補正を加え、半導体ウエハ上
に目的とするパタン形状を形成させようとする技術が光
近接効果補正である。光近接効果補正は、図9の(a)
に示すように、設計パタンデータの図形に、補正のため
の図形を、付加あるいは取り除くことにより実現されて
いる。図9(a)は、このような補正を行ったときの半
導体ウエハ上に形成される図形パタンのを示している。
図10(a)は設計パタンデータに、図9(a)とは異
なる別の補正を行なったパタンデータを図示したもの
で、図形157,158,159,160を補助パタン
として、設計パタン近傍に配置している。この補正方法
の適用により、半導体露光機の露光エネルギー自由度が
高くなり、露光機の焦点深度が大きくなるとされてい
る。尚、図10(b)は、図10(a)に図示したパタ
ンデータに対応して半導体ウエハ上に形成される図形パ
タンを示している。
【0005】図6を元に、図10に示した従来の設計パ
タンデータに補助パタンを付加する補正方法の基本的な
概念と、補助パタンの設定方法を以下、簡単に説明して
おく。図6(a)は設計パタンデータを図示した図で、
図6(b)は、転写露光の際の図6(a)のD1−D2
位置に対応する、ウエハ上の光強度分布を示しており、
図7(a)は図6(a)に図示された設計パタンデータ
に補正を加えたパタンデータを図示した図で、図7
(b)は、転写露光の際の図7(a)のD3−D4位置
に対応する、ウエハ上の光強度分布を示している。図6
において、図形パタン161、162の幅、長さは同じ
サイズである。図6(b)の166は、図6(a)疎パ
タン161の光強度変化を示し、図6(b)の167
は、図6(a)の密パタン162の光強度変化を示して
いる。設計パタンとしては、密パタン162と疎パタン
161は同じ寸法で設計されているが、光強度分布の違
いにより、例えば光強度分布のしきい値を図6(b)の
SL1のように設定すると、しきい値SL1を横切る長
さが異なるため、半導体ウエハ上では寸法に違いが出て
くる。即ち、設計パタン寸法は同じであるが、パタンの
疎密により半導体ウエハ上で違いが発生する。これに対
し、図7(a)に示すように補助パタンを付加すると、
転写露光時の、半導体ウエハ上の光強度分布は図7
(b)の174のようになる。図7(b)の176は、
図7(a)疎パタン171の光強度変化を示し、図7
(b)の177は、図7(a)の密パタン172の光強
度変化を示している。図7(b)において、光強度分布
のしきい値がSL2〜SL3の間では、パタンの疎密に
より半導体ウエハ上に形成されるパタンの寸法に違いが
発生しない。このように、疎パタンに隣接して、これに
沿い平行に細長い補正パタン175を配置することによ
り、密パタン172と疎パタン171の光強度特性を近
づけ、パタンの疎密により半導体ウエハ上に形成される
パタンの寸法に違いが発生しないようにできる。
【0006】このように、疎パタン近傍に補助パタンを
配置したときには、密パタンを同様な光強度の振る舞い
となるため、設計パタンの疎密による半導体ウエハ上の
寸法ぱらつきは起こりにくい。しかし、半導体露光機の
高性能化に伴い、補助パタンは半導体ウエハに解像され
てはならないため、従来の技術のように設計パタンに並
行して、図3に示すように細長い補助パタン125を配
置した場合、後述するように、半導体ウエハ上の光強度
分布は、例えば(比較例1の補助パタン幅75nmで)
図4のように、補助パタンによる光強度の低下が著しく
なり、光強度のしきい値余裕が狭くなっている。これ
は、製造自由度を狭くするものである。図4に示される
補助パタンによる光強度の低下を緩和し、更に密パタン
の光強度分布の振る舞いに近づけるためには、より細い
補助パタンで調整する必要がある。より細い補助パタン
で調整した場合、後述するように、半導体ウエハ上の光
強度分布は、例えば(比較例2の補助パタン幅50nm
で)図5のように、補助パタン125による低下が緩和
されているが、設計データによるフォトマスクの製造に
おいては、細い図形を忠実に製造しなければならず、フ
ォトマスク製造の負荷が大きくなっていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、最近で
は、パタンの微細化、高密度化が更に進み、設計パタン
データ(元図形データ)とウエハ上に形成するウエハパ
タンとの違いが、次第に問題となってきて、最近では、
半導体ウエハ上への微細パタン作製に係わる設計パタン
データに、図7に示すように補助パタンを配置して補正
する、補正技術が採られるようになってきたが、製造上
の制約があり、この対応が求められていた。本発明は、
これに対応するもので、最近の、パタンの微細化、高密
度化がますます進む中、半導体ウエハ上への微細パタン
作製に係わる設計パタンデータの補正を、実用レベルで
採り入れた半導体回路の設計パタンデータの補正方法を
提供しようとするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体回路設計
パタンデータ補正方法は、半導体回路用に設計された設
計パタンデータを用いて、これに対応する図形パタンが
形成されたフォトマスクから、フォトマスクの図形パタ
ンを半導体ウエハ上に露光転写することによって半導体
ウエハ上に図形パタンを形成する半導体製造プロセスに
おける、前記設計パタンデータの補正方法であって、前
記設計パタンデータの中に図形密度のばらつきが存在し
た場合、設計パタンデータの中の図形密度の低い領域の
図形である疎図形に対し、これに対応した所望の図形パ
タン形状を、半導体ウエハ上に得るために、半導体ウエ
ハ上への露光転写の際に解像せず、ウエハ上でパタンニ
ングされないことを前提として、前記設計パタンデータ
の中の疎図形から一定の距離D0をおいて、一定の辺の
長さL0の組み合わせの矩形図形(正方形である)を一
定の間隔d0をおいて、補助パタンとして配置すること
を特徴とするものである。そして、上記において、半導
体製造プロセスにおける、半導体ウエハ上に露光する露
光装置の開口率をNA、露光波長をλとするとき、一定
の距離D0を、おおよそ0.5*(λ/NA)とし、一
定の辺の長さL0の組合せを、おおよそ0.25*(λ
/NA)とし、一定の間隔d0を、おおよそ0.25*
(λ/NA)とすることを特徴とするものである。
【0009】本発明のフォトマスクは、半導体回路用に
設計された設計パタンデータを用いて、これに対応する
図形パタンが形成されたフォトマスクから、フォトマス
クの図形パタンを半導体ウエハ上に露光転写することに
よって半導体ウエハ上に図形パタンを形成する半導体製
造プロセスにおいて、用いられるフォトマスクであっ
て、上記の半導体回路設計パタンデータの補正方法によ
り、設計パタンデータを補正して得られた、パタンデー
タから作製されたことを特徴とするものである。
【0010】
【作用】本発明の半導体回路の設計パタンデータ補正方
法は、このような構成にすることにより、最近の、パタ
ンの微細化、高密度化がますます進む中、半導体ウエハ
上への微細パタン作製に係わる設計パタンデータの補正
を、実用レベルで採り入れた半導体回路の設計パタンデ
ータの補正方法を提供とするものである。即ち、最近
の、パタンの微細化、高密度化がますます進む中、ウエ
ハ上に図形パタンを得る際の、製造自由度を向上させ
て、目的とする図形パタン形状を得ることを可能として
おり、結果、半導体製造におけるの生産性向上を可能と
している。詳しくは、図7に示す、細長い補助パタンの
代わりに二次元状に配置された矩形の補助パタン化する
ことにより、補助パタンにより光強度の急激な低下を緩
和することができ、結果、半導体ウエハ製造において、
従来の図7に示す補正技術に比べ、製造自由度を向上で
きる。また、二次元的に配置される矩形の補助パタン
は、細長い補助パタンに比べ同じ効果でありながら、矩
形一辺は、細長い補助パタンの幅に比べ大きいため、フ
ォトマスク製造の負荷を低減することができる。特に、
半導体製造プロセスにおける、半導体ウエハ上に露光す
る露光装置の開口率をNA、露光波長をλとするとき、
一定の距離D0を、おおよそ0.5*(λ/NA)と
し、一定の辺の長さL0の組合せを、おおよそ0.25
*(λ/NA)とし、一定の間隔d0を、おおよそ0.
25*(λ/NA)とすることにより、半導体ウエハ上
への露光転写の際に、補助パタンを解像せず、且つ、従
来の図7に示す補正技術に比べ、広い光強度範囲でのし
きい値設定を可能としており、製造自由度を向上でき
る。尚、上記のD0,L0、d0の値は、フォトマスク
がパタンデータに忠実に製造されるという想定で、公知
のシミュレーション方法を用いて、あるいは、パタンデ
ータに対して違いの発生しない、あるいは違いの非常に
小さい忠実度の高いフォトマスクを用いて、露光転写す
る際の、半導体ウエハ面における光強度分布を直接測定
することにより、得ることができる。
【0011】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、最近の、パタンの微細化、高密度化
がますます進む中、これに対応できる品質で、ウエハ上
に図形パタンを得ることを、実用レベルで可能にしてい
る。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の半導体回路の設計パタン
(データ)補正方法の実施の形態の1例を、図1に基づ
いて説明する。図1は、本発明の半導体回路の設計パタ
ンデータ補正方法の実施の形態の1例を示した図で、図
2は実施例における露光転写の際の半導体ウエハ上での
光強度分布を示した図で、図3は、比較例の半導体回路
の設計パタンデータ補正方法の1例を示した図で、図
4、図5は比較例における露光転写の際の半導体ウエハ
上での光強度分布を示した図である。尚、分かり易くす
るため、図1は孤立配置された設計データ中の1つの疎
図形110に対し、補助パタン120を設ける場合につ
いてのみ示し、図3は孤立配置された設計データ中の1
つの疎図形110に対し、補助パタン120を設ける場
合についてのみ示してある。図1、図3中、110は
(設計パタンデータの)補正対象パタン(疎図形ないし
疎図形パタンとも言う)、120、125は補助パタン
である。
【0013】本例は、半導体回路用に設計された設計パ
タンデータを用いて、これに対応する図形パタンが形成
されたフォトマスクから、フォトマスクの図形パタンを
半導体ウエハ上に露光転写することによって半導体ウエ
ハ上に図形パタンを形成する半導体製造プロセスにおけ
る、前記設計パタンデータの補正方法で、設計パタンデ
ータの中に図形密度のばらつきが存在する場合、設計パ
タンデータの中の図形密度の低い領域の図形である疎図
形(パタン)に対し、これに対応した所望の図形パタン
形状を、半導体ウエハ上に得るために、半導体ウエハ上
への露光転写の際に解像せず、ウエハ上でパタンニング
されないことを前提として、補助パタンを、前記設計パ
タンデータの中の疎図形から一定の距離D0をおいて、
一定の辺の長さL0の組み合わせの矩形図形を一定の間
隔d0をおいて、配置して、元の設計パタンデータを補
正するものである。本例では、半導体製造プロセスにお
ける、半導体ウエハ上に露光する露光装置の開口率をN
A、露光波長をλを前提としており、フォトマスクがパ
タンデータに忠実に製造されるという想定で、公知のシ
ミュレーション法(Numerical Tecnol
ogies社製、IC Workbennch)によ
り、図1のD0、L0、d0を、それぞれ、シミュレー
ション条件のパラメータとして、ウエハ上の光強度分布
を求め、これより、適当な強度分布に対応するこれらの
組みを求め、これより、好ましい値の組みのD0、L
0、d0を求めた。尚、好ましい値の組みのD0、L
0、d0の値は、公知のシミュレーション法Numer
ical Tecnologies社製、IC Wor
kbennch)により、それぞれ、0. 5*(λ/N
A)、0.25*(λ/NA)、0.25*(λ/N
A)として得られた。
【0014】
【実施例】実施例は、図1に示す実施の形態例の半導体
回路の設計パタン(データ)補正方法により、設計パタ
ンデータを補正して新たにパタンデータを作製し、これ
を用いて、フォトマスクを形成したものである。補正対
象パタン110は150nm幅とし、補助パタン12
0、個々の大きさを100nm×100nmの矩形パタ
ン(L0=100nm)とし、その縦、横方向の間隔
は、それぞれ、100nm(d0=100nm)とし
た。また、疎図形110から一定の距離間隔は0. 2μ
mとした。この設定で、公知のシミュレーションNum
erical Tecnologies社製、IC W
orkbennch)を行なったが、半導体露光機条件
の開口数NA:0.63、パーシヤルコヒーレンシα:
0.6、露光波長入:248nmとした場合、図2に示
す光強度分布が得られた。図2からわかるように補助パ
タンによる光強度の落ち込みは、0.6を越えており、
設計パタンの焦点深度を確保している。尚、図2は、図
lのA1−A2における、半導体ウエハ上の光強度分布
を示している。
【0015】比較例1として、図3において、実施例と
同じ補正対象パタン110(150nm幅)に沿い、幅
75nmの細長い補助パタン125を配設した、従来
の、細長い補助パタン112を配置した図7に示す補正
方法の1例を挙げる。図3中、L1=75nm、d1=
175nm、D1=225nmである。この場合につい
て、実施例と同じ露光条件で、シミュレーションを行な
った結果、図3のB1−B2位置に対応するウエハ上の
光強度分布は、図4に示すようになった。図4では、第
一の補助パタンの影響で、光強度のしきい値が図2に比
べ狭くなっていることがわかる。更に比較例2として、
図3において、実施例と同じ補正対象パタン110(1
50nm幅)に沿い、幅50nmの細長い補助パタン1
25を配設した、従来の、細長い補助パタン112を配
置した図7に示す補正方法の別の1例を挙げる。図3に
おいて、L1=50nm、d1=200nm、D1=2
40nmとしたものであるこの場合についても、実施例
と同じ露光条件で、シミュレーションを行なった結果、
図3のB1−B2位置に対応するウエハ上の光強度分布
は、図5に示すようになった。図5では、図4の場合に
比べ、図1に示す矩形の補助パタンを用いた実施例の補
正方法の、図2に示す光強度分布の振る舞いに似てきた
が、補助パタン125は50nmと細い。
【0016】
【発明の効果】本発明は、上記のように、最近の、パタ
ンの微細化、高密度化がますます進む中、半導体ウエハ
上への微細パタン作製に係わる設計パタンデータの補正
を、実用レベルで採り入れた半導体回路の設計パタンデ
ータの補正方法の提供を可能とした。即ち、最近の、パ
タンの微細化、高密度化がますます進む中、ウエハ上に
図形パタンを得る際の、製造自由度を向上させて、目的
とする図形パタン形状を得ることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体回路の設計パタンデータ補正方
法の実施の形態の1例を示した図
【図2】実施例における露光転写の際の半導体ウエハ上
での光強度分布を示した図
【図3】比較例の半導体回路の設計パタンデータ補正方
法の1例を示した図
【図4】比較例1における露光転写の際の半導体ウエハ
上での光強度分布を示した図
【図5】比較例2における露光転写の際の半導体ウエハ
上での光強度分布を示した図
【図6】設計パタンデータの疎密と、ウエハ上の光強度
分布を示した図
【図7】補助パタンを付加したパタンデータと、ウエハ
上の光強度分布を示した図
【図8】設計パタンデータとウエハ上の図形パタンの差
異を説明するための図
【図9】補正されたパタンデータとウエハ上に形成され
る対応する図形パタンを示した図
【図10】補正されたパタンデータとウエハ上に形成さ
れる対応する図形パタンを示した図
【符号の説明】
110 (設計パタンデータの)補正対象パ
タン(疎図形ないし疎図形パタンとも言う) 120、125 補助パタン 131〜133 (設計パタンデータの)図形(図形
パタンとも言う) 134〜136 (ウエハ上の)図形(図形パタンと
も言う) 141〜143 (補正されたパタンデータの)図形
(図形パタンとも言う) 144〜146 (ウエハ上の)図形(図形パタンと
も言う) 151〜153 (補正されたパタンデータの)図形
(図形パタンとも言う) 154〜156 (ウエハ上の)図形(図形パタンと
も言う) 157〜160 補助パタン 161 疎図形(疎図形パタンないし疎パ
タンとも言う) 162 密図形(密図形パタンないし密パ
タンとも言う) 164 光強度分布 171 疎図形(疎図形パタンないし疎パ
タンとも言う) 172 密図形(密図形パタンないし密パ
タンとも言う) 174 光強度分布 175 補助パタン(補助図形ないし補助
図形パタンとも言う) 180 補助パタン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体回路用に設計された設計パタンデ
    ータを用いて、これに対応する図形パタンが形成された
    フォトマスクから、フォトマスクの図形パタンを半導体
    ウエハ上に露光転写することによって半導体ウエハ上に
    図形パタンを形成する半導体製造プロセスにおける、前
    記設計パタンデータの補正方法であって、前記設計パタ
    ンデータの中に図形密度のばらつきが存在した場合、設
    計パタンデータの中の図形密度の低い領域の図形である
    疎図形に対し、これに対応した所望の図形パタン形状
    を、半導体ウエハ上に得るために、半導体ウエハ上への
    露光転写の際に解像せず、ウエハ上でパタンニングされ
    ないことを前提として、前記設計パタンデータの中の疎
    図形から一定の距離D0をおいて、一定の辺の長さL0
    の組み合わせの矩形図形を一定の間隔d0をおいて、補
    助パタンとして配置することを特徴とする半導体回路設
    計パタンデータの補正方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、半導体製造プロセス
    における、半導体ウエハ上に露光する露光装置の開口率
    をNA、露光波長をλとするとき、一定の距離D0を、
    おおよそ0.5*(λ/NA)とし、一定の辺の長さL
    0の組合せを、おおよそ0.25*(λ/NA)とし、
    一定の間隔d0を、おおよそ0.25*(λ/NA)と
    することを特徴とする半導体回路設計パタンデータの補
    正方法。
  3. 【請求項3】 半導体回路用に設計された設計パタンデ
    ータを用いて、これに対応する図形パタンが形成された
    フォトマスクから、フォトマスクの図形パタンを半導体
    ウエハ上に露光転写することによって半導体ウエハ上に
    図形パタンを形成する半導体製造プロセスにおいて、用
    いられるフォトマスクであって、請求項1ないし2の半
    導体回路設計パタンデータの補正方法により、設計パタ
    ンデータを補正して得られた、パタンデータから作製さ
    れたことを特徴とするフォトマスク。
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