JP2003309054A - マスクパターン作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステンシルマスクに形成不可能なパターン等
を生成させずに、高速でパターンの相補分割処理を行え
るマスクパターン作成方法を提供する。 【解決手段】 薄膜に所定のパターンで孔を有するマス
クのパターン作成方法であって、薄膜を複数のフィール
ドに分割し、１つのフィールド内にあってフィールド境
界に接しないパターンを、そのフィールドに振り分ける
工程と、フィールド境界にあるパターンを１つのフィー
ルドに振り分ける工程と、各フィールドで相補分割を行
う工程と、フィールドを結合して各相補分割パターンを
組み合わせ、薄膜での複数の組の相補分割パターンを作
成する工程とを有するマスクパターン作成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置製造の
リソグラフィ工程で用いられるマスクのパターンを作成
する方法に関し、特に相補分割を伴うマスクパターン作
成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の微細化に伴い、フォ
トリソグラフィによる微細パターンの形成では、光学系
の解像度限界を超える場合が生じるようになってきてい
る。そこで、電子線やイオンビーム等の荷電粒子線を用
いて描画する微細加工技術が開発されている。しかしな
がら、従来の電子線露光方式は微細パターンになるほど
データ規模が大きくなり、描画時間が長くなるという欠
点があった。

【０００３】そこで、所定のパターンを有する転写マス
クに電子線を照射してウェハ上にパターンを形成する電
子線転写装置が提案されている。この電子線転写装置に
は転写マスクとして、薄膜（メンブレン）に所定のパタ
ーンで孔が設けられたステンシルマスクか、あるいは、
メンブレン上に所定のパターンで電子線散乱体が設けら
れたメンブレンマスクが用いられる。ステンシルマスク
の場合は、孔部分を電子線が透過する。メンブレンマス
クの場合は、電子線散乱体以外の部分を電子線が透過す
る。

【０００４】ステンシルマスクのメンブレンは、孔以外
のすべての部分で連続している必要がある。したがっ
て、ステンシルマスクでは例えばドーナッツ状のパター
ンを、１枚のマスクで形成することが不可能である。ま
た、メンブレンに非連続な部分がなくても、強度的な問
題が起こり、マスク上に実際に形成するのは困難なパタ
ーンもある。

【０００５】ステンシルマスクへの形成が困難なパター
ンとしては、例えばリーフ状パターンが挙げられる。ド
ーナッツ状パターンのように、パターンで囲まれた中央
の部分が周囲から隔てられるパターンであって、１箇所
のみパターンの外側と中央部分とが繋がっているパター
ンはリーフ状パターンと呼ばれる。リーフ状パターンで
は中央部分の支持は可能だが、パターンの変形が起こり
やすい。

【０００６】あるいは、一方向に長いパターンや、その
ようなライン状パターンが平行に並べられたラインアン
ドスペース（L/S）パターンでは、メンブレンの内部応
力の影響で孔周囲に異方性の歪みが生じて、線幅が均一
にならなかったりする。

【０００７】上記のように形成が不可能あるいは困難で
あるパターン（以下、便宜的に問題パターンとも呼
ぶ。）は、相補的に分割され、異なるマスク（相補マス
ク）に振り分けて形成される。分割されたパターンをウ
ェハ上にそれぞれ転写することにより、所望のパターン
が転写される。このようなパターンの分割は、相補分割
あるいはコンプリメンタリー分割と呼ばれる。

【０００８】相補分割は処理速度やデータ量の観点か
ら、LSIチップ全体での処理が困難である。そこで、チ
ップをメッシュ状に分割し、分割された単位をフィール
ドとして、各フィールドで相補分割が行われる。各フィ
ールドで相補分割を行った後、再度フィールドを繋ぎ合
わせる作業を行うことにより、LSIチップ全体での相補
分割パターンが得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】フィールドで相補分割
されたパターンを単純に繋ぎ合わせた場合、各フィール
ドに問題パターンが存在しなくても、フィールドの繋ぎ
合わせによって問題パターンが発生する可能性がある。
一例を図５に示す。図５（a）に示すパターン１０１の
相補分割を行う場合、まず、図５（b）に示すように、
フィールドIとフィールドIIを分割する。

【００１０】次に、各フィールドで相補分割を行う。図
５（c）はフィールドIでの相補分割例（分割パターン１
０２、１０３）を示し、図５（ｄ）はフィールドIIでの
相補分割例（分割パターン１０４a、１０４b、１０５）
を示す。その後、フィールドI、IIを繋ぎ合わせ、相補
分割パターンを例えば２枚の相補マスクA、Bに振り分け
る。

【００１１】例えば、図５(e)に示すように、相補マス
クAには分割パターン１０２、１０５が振り分けられ
る。一方、相補マスクBには図５（f）に示すように、分
割パターン１０３、１０４a、１０４bが振り分けられ
る。このとき、図５（f）には問題パターンが形成され
る。

【００１２】このように、フィールドの繋ぎ合わせによ
り問題パターンが発生するのを防止する方法として、マ
ージンを設けて相補分割を行う方法が考えられる。一例
を図６に示す。図６（a）は分割前のパターン１０６
と、パターン１０６を含むフィールドI、IIを示す。

【００１３】図６（b）および（ｃ）に示すように、各
フィールドI、II（点線）の周囲にマージンMを設ける。
図６（b）および(c)で点線の外側に、点線と一定の間隔
をあけて示された実線がマージンMの外周である。フィ
ールドI、IIの両方に属するパターンについては、隣接
フィールド内のパターンをマージンMに含ませて、相補
分割を行う。

【００１４】図６（ｂ）は図６（a）のパターン１０６
のフィールドIでの相補分割例（分割パターン１０７、
１０８ａ、１０８ｂ）を示す。相補分割パターンを例え
ば２枚の相補マスクA、Bに振り分ける場合、例えば、分
割パターン１０７を相補マスクAに振り分け、分割パタ
ーン１０８a、１０８bを相補マスクBに振り分ける。フ
ィールドIに隣接するフィールドIIでは、フィールドIで
の相補分割の結果に基づいて、パターン１０９の相補分
割を行う。

【００１５】フィールドIIのマージンM内のパターン
は、隣接するフィールドI内の分割パターン１０８ｂに
対応する。この部分はフィールドIの相補分割で相補マ
スクBに振り分けられている。フィールドIIでは、マー
ジンM部分の図形に基づき、フィールド結合時に問題パ
ターンが発生しないような相補分割を行う。

【００１６】この方法によれば、隣接するフィールドで
の相補分割の結果に基づいて、パターンの分割や振り分
けを行うため、フィールド毎の処理を独立に行い、計算
機上で並列処理を行うことができない。したがって、マ
スクパターン作成の処理速度を向上させることができな
い。

【００１７】従来提案されている電子線転写型リソグラ
フィの一つに、ＬＥＥＰＬ(Low Energy Electron beam
Proximity projection Lithography)がある。ＬＥＥＰ
Ｌには低加速電子が用いられるため、ステンシルマスク
を用いないと電子がマスクのパターン部分を透過しな
い。

【００１８】ステンシルマスクを用いる場合、前述した
ように相補マスクの使用が不可欠となるが、相補マスク
を使用することにより、必要なマスク枚数が増加して、
マスクの製造コストが増加する。また、デバイスを構成
する一つのレイヤーのパターンを露光するために、互い
に異なる相補分割パターンを重ねて露光する必要があ
り、露光のスループットも低下する。

【００１９】これらの問題を解決できる方法として、１
枚のマスクを複数の領域に分割し、これらの領域に互い
に異なる相補分割パターンを配置する方法が考えられ
る。例えば、図７に示すように、マスクを４分割し、分
割された４つの領域I〜IVに相補分割パターンを配置す
る。

【００２０】まず、マスクとウェハをアライメントした
状態で、マスク上の４つの領域I〜IVについてウェハに
露光を行う。次に、マスクとウェハの相対位置を移動さ
せ、ある領域の相補分割パターンが露光された部分に、
他の領域の相補分割パターンが重ねて露光されるように
する。

【００２１】マスクとウェハの相対位置の移動は、通
常、マスクを固定して、ウェハをウェハステージにより
移動させるのが容易である。このようにして、ウェハの
移動と露光とを繰り返すことにより、ウェハ上の各チッ
プの形成領域に、マスクの４つの領域I〜IVの相補分割
パターンが重ねて露光される。

【００２２】ＬＥＥＰＬは等倍露光方式であり、デバイ
スに形成されるパターンと等倍の微細パターンをメンブ
レンに形成する。このような微細加工を必要とするた
め、マスクには極めて薄いメンブレンが用いられる。し
たがって、メンブレンの補強や、メンブレンの撓み防止
を目的として、例えば、図７に示すように、梁11が設け
られることが多い。

【００２３】梁１１によって囲まれたメンブレン１２
に、パターンが形成される。梁１１部分にはパターンを
形成できないため、梁１１部分に位置するパターンは、
他のマスクあるいはマスク内の他の領域に形成される。
複数のマスクまたは領域に形成されたパターンをウェハ
上に重ねて露光することにより、梁１１部分を含むパタ
ーン全体が転写される。

【００２４】梁１１で囲まれたメンブレン12は、必要に
応じてさらにフィールドに分割され、前述したようなパ
ターンの相補分割が行われる。したがって、フィールド
毎の相補分割を並列処理で行うと、フィールドを再結合
したときに、問題パターンが生成する可能性がある。

【００２５】本発明は上記の問題点に鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、ステンシルマスクに形
成不可能あるいは困難なパターンを生成させずに、高速
でパターンの相補分割処理を行うことができるマスクパ
ターン作成方法を提供することを目的とする。

【００２６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のマスクパターン作成方法は、荷電粒子線を
遮断する薄膜に所定のパターンで孔を有し、前記孔を透
過する荷電粒子線により露光が行われるマスクのパター
ン作成方法であって、前記薄膜を複数のフィールドに分
割する工程と、１つのフィールドのみに属するパターン
を、該パターンが含まれるフィールドに振り分ける工程
と、複数のフィールドに属するパターンを、該パターン
が含まれるフィールドのうちの１つのフィールドに振り
分ける工程と、各フィールドで１枚のマスクに形成不可
能または困難なパターンを抽出し、抽出されたパターン
を分割する工程と、分割されたパターンと抽出および分
割されていないパターンを、複数の組の相補分割パター
ンに振り分ける工程であって、互いに接するパターンが
同一の組にならないように前記パターンを振り分ける工
程と、分割したフィールドを結合し、各フィールドの相
補分割パターンを組み合わせて、前記薄膜での複数の組
の相補分割パターンを作成する工程とを有することを特
徴とする。

【００２７】あるいは、本発明のマスクパターン作成方
法は、荷電粒子線を遮断する薄膜に所定のパターンで孔
を有し、前記孔を透過する荷電粒子線により露光が行わ
れるマスクのパターン作成方法であって、前記薄膜を複
数のフィールドに分割する工程と、１つのフィールドの
みに属するパターンを、該パターンが含まれるフィール
ドに振り分け、複数のフィールドデータを作成する工程
と、複数のフィールドに属するパターンを選択し、境界
データを作成する工程と、各フィールドデータと境界デ
ータのそれぞれにおいて、１枚のマスクに形成不可能ま
たは困難なパターンを抽出し、抽出されたパターンを分
割する工程と、分割されたパターンと抽出および分割さ
れていないパターンを、複数の組の相補分割パターンに
振り分ける工程であって、互いに接するパターンが同一
の組にならないように前記パターンを振り分ける工程
と、各フィールドデータから得られた複数の組の相補分
割パターンと、境界データから得られた複数の組の相補
分割パターンを組み合わせて、前記薄膜での複数の組の
相補分割パターンを作成する工程とを有することを特徴
とする。

【００２８】これにより、フィールドを結合したとき
に、マスク上に形成不可能または困難なパターンが生成
するのを防止できる。本発明のマスクパターン作成方法
によれば、フィールド毎の相補分割を並列処理で実行す
ることが可能であり、マスクパターン作成を高速化でき
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のマスクパターン
作成方法の実施の形態について、図面を参照して説明す
る。以下の実施形態では、ＬＥＥＰＬに用いられるステ
ンシルマスクのマスクパターン作成例を説明する。ステ
ンシルマスクは、例えば図７に示すように、１枚のマス
クが複数の領域に分割され、それぞれの領域に相補分割
パターンが形成されるマスクであってもよい。

【００３０】（実施形態１）図１は、本実施形態のマス
クパターン作成方法におけるデータ処理を示すフローチ
ャートである。図１のフローチャートを説明する。ステップ１（ST1) フィールド分割を行う。すなわち、メンブレンを例えば
メッシュ状に、複数のフィールドに分割する。このと
き、１つのフィールドのみに属するパターンについて
は、そのフィールドに振り分ける。一方、複数のフィー
ルドに属するパターンは、いずれか１つのフィールドに
振り分ける。

【００３１】図２に具体例を示す。図２(a)はチップパ
ターンの例であり、例えば４×４個のフィールドに分割
される。フィールドIに着目すると、パターン１はフィ
ールドIにのみ属するため、フィールドIで相補分割を行
う。一方、パターン２はフィールドIとフィールドIIの
両方に属する。

【００３２】図５あるいは６に示す従来の方法によれ
ば、このようなパターンをフィールドの境界に沿って分
割し、各フィールド内で相補分割を行う。それに対し本
実施形態によれば、パターンをフィールドの境界で分割
せず、パターン２は例えばフィールドIに振り分ける。

【００３３】図２(b)は、フィールドIのフィールド分割
が終了した状態のチップパターンを示す。図２(b)に示
すように、フィールドIIにパターン２は残らず、パター
ン３がフィールドIIに振り分けられる。このように、パ
ターンを分割せずに、いずれかのフィールドに振り分け
る作業を、他のすべてのフィールドについても行う。

【００３４】ステップ２（ST2） 各フィールドで相補分割を行う。相補分割は、例えば汎
用されている相補分割ソフトウェアを用いた通常の方法
で行うことができる。このような相補分割ソフトウェア
を用いた処理によれば、各フィールド内のパターンから
問題パターン（分割が必要なパターン）が検出され、そ
のようなパターンが所定の条件で分割される。

【００３５】分割されたパターンは、隣接するものが同
一の相補マスクに振り分けられないように、複数の相補
マスクに振り分けられる。なお、相補マスクとして図７
に示すように、同一のマスク内の異なる領域に相補分割
パターンが形成されるようなマスクを作製する場合は、
フィールド内で分割されたパターンを、隣接するものが
マスク内の同一の領域に振り分けられないように、マス
ク上の複数の領域に振り分ければよい。また、通常の相
補分割処理を行う場合と同様に、必要に応じて、得られ
た相補分割パターンに問題パターンが存在しないか検証
を行ってもよい。

【００３６】ステップ３(ST3) フィールドを結合する。ステップ２において、すべての
パターンに対して独立に相補分割処理が行われるため、
ステップ３でフィールドを繋ぎ合わせても、これによる
パターンの結合はない。したがって、問題パターンは生
成しない。

【００３７】(実施形態２)本実施形態のマスクパターン
作成方法は、実施形態１と同様に図１のフローチャート
で表されるが、フィールド分割の具体的な方法が異な
る。本実施形態のマスクパターン作成方法を、図１のフ
ローチャートに沿って説明する。

【００３８】ステップ１(ST１) フィールド分割を行う。すなわち、メンブレンを例えば
メッシュ状に、複数のフィールドに分割する。このと
き、複数のフィールドに属するパターンは、フィールド
に振り分けずに選択し、境界データとして別のパターン
データを作成する。一方、１つのフィールドのみに属す
るパターンについては、そのフィールドに振り分ける。

【００３９】図３に具体例を示す。図３(a)は図２(a)と
同一のチップパターンの例であり、例えば４×４個のフ
ィールドに分割される。図３(b)は図3(a)のチップパタ
ーンにおいて、1つのフィールドのみに属するパターン
を残し、フィールド分割したものである。

【００４０】例えば、フィールドIにはパターン１が振
り分けられ、フィールドIIにはパターン３が振り分けら
れる。これらをフィールドデータとする。図３（ｃ）は
図3(a)のチップパターンから、複数のフィールドに属す
るパターンを選択して作成された境界データを示す。図
３(c)には、図３（a）のパターン２等が振り分けられ
る。

【００４１】ステップ２（ST2） ステップ１で分割された各フィールドのフィールドデー
タと、ステップ１で作成された境界データで、それぞれ
相補分割を行う。相補分割は実施形態１と同様に、汎用
されている相補分割ソフトウェア等を用いて行うことが
できる。必要に応じて、相補分割処理後に相補分割パタ
ーンの検証を行ってもよい。

【００４２】ステップ３(ST3) フィールドを結合する。また、境界データから得られた
相補分割パターンを、フィールドデータから得られた相
補分割パターンと組み合わせる。ステップ２において、
すべてのパターンに対して独立に相補分割処理が行われ
るため、ステップ３でフィールドを繋ぎ合わせても、こ
れによるパターンの結合はない。したがって、問題パタ
ーンは生成しない。

【００４３】上記の本実施形態のマスクパターン作成方
法を、図４にまとめた。ここでは、２組の相補分割パタ
ーンA、Bを作成する例を示した。例えば図７に示すよう
な４分割されたマスクを作製する場合には、ステップ２
の相補分割において、すべてのフィールドデータと境界
データのそれぞれでパターンを２組に相補分割し、これ
らをステップ３で組み合わせればよい。

【００４４】図７で、領域Ｉを回転させずにマスク面に
平行に移動させて領域IVと重ねたとき、領域Ｉの梁１１
部分が領域IVのメンブレン１２と重なり、領域Ｉのメン
ブレン１２部分が領域IVの梁１１部分と重なる。したが
って、領域Ｉと領域IVのメンブレン１２を組み合わせる
と、２組の相補分割パターンA、Bの一方を形成できる。

【００４５】同様に、領域IIを回転させずにマスク面に
平行に移動させて領域IIIと重ねたとき、領域IIの梁１
１部分が領域IIIのメンブレン１２と重なり、領域IIの
メンブレン１２部分が領域IIIの梁１１部分と重なる。
したがって、領域IIと領域IIIのメンブレン１２を組み
合わせると、他方の相補分割パターン（領域Ｉと領域IV
のメンブレン１２に形成していない方の相補分割パター
ン）を形成できる。ウェハ上の各領域に４回の露光を行
って、領域Ｉ〜IVのパターンを組み合わせることによ
り、所望のパターンを転写できる。

【００４６】上記の本発明の実施形態のマスクパターン
作成方法によれば、フィールドの分割・再結合と、フィ
ールド境界上のパターンの相補分割とを独立して行う。
したがって、相補分割後にフィールドを結合しても、こ
れによってパターンが繋ぎ合わせられることはなく、問
題パターンは生成しない。また、上記の実施形態のマス
クパターン作成方法によれば、各フィールドでの相補分
割処理や境界データの相補分割処理を並列して実行する
ことが可能であり、マスクパターン作成の処理速度を向
上させることができる。

【００４７】本発明のマスクパターン作成方法の実施形
態は、上記の説明に限定されない。例えば、本発明をＬ
ＥＥＰＬ以外の電子線転写型リソグラフィや、イオンビ
ームリソグラフィのような荷電粒子線リソグラフィ用の
マスクパターンの作成に適用することも可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明のマスクパターン作成方法によれ
ば、ステンシルマスクに形成不可能あるいは困難なパタ
ーンを生成させずに、高速でパターンの相補分割処理を
行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明のマスクパターン作成方法のフロ
ーチャートである。

【図２】図２（ａ）および(ｂ)は本発明の実施形態１に
係るマスクパターン作成方法の具体例を示す。

【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施形態２に係
るマスクパターン作成方法の具体例を示す。

【図４】図４は本発明の実施形態２に係るマスクパター
ン作成方法を示す図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｆ）は従来のマスクパターン作
成方法の具体例を示す。

【図６】図６（ａ）〜（ｃ）はマスクパターン作成方法
の一例を示す。

【図７】図７はステンシルマスクの一例を示す平面図で
ある。

【符号の説明】

１〜３…パターン、１１…梁、１２…メンブレン、１０
１…パターン、１０２、１０３、１０４a、１０４b、１
０５…分割パターン、１０６…パターン、１０７、１０
８a、１０８b…分割パターン、１０９…パターン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子線を遮断する薄膜に所定のパター
   ンで孔を有し、前記孔を透過する荷電粒子線により露光
   が行われるマスクのパターン作成方法であって、 前記薄膜を複数のフィールドに分割する工程と、 １つのフィールドのみに属するパターンを、該パターン
   が含まれるフィールドに振り分ける工程と、 複数のフィールドに属するパターンを、該パターンが含
   まれるフィールドのうちの１つのフィールドに振り分け
   る工程と、 各フィールドで１枚のマスクに形成不可能または困難な
   パターンを抽出し、抽出されたパターンを分割する工程
   と、 分割されたパターンと抽出および分割されていないパタ
   ーンを、複数の組の相補分割パターンに振り分ける工程
   であって、互いに接するパターンが同一の組にならない
   ように前記パターンを振り分ける工程と、 分割したフィールドを結合し、各フィールドの相補分割
   パターンを組み合わせて、前記薄膜での複数の組の相補
   分割パターンを作成する工程とを有するマスクパターン
   作成方法。
2. 【請求項２】荷電粒子線を遮断する薄膜に所定のパター
   ンで孔を有し、前記孔を透過する荷電粒子線により露光
   が行われるマスクのパターン作成方法であって、 前記薄膜を複数のフィールドに分割する工程と、 １つのフィールドのみに属するパターンを、該パターン
   が含まれるフィールドに振り分け、複数のフィールドデ
   ータを作成する工程と、 複数のフィールドに属するパターンを選択し、境界デー
   タを作成する工程と、 各フィールドデータと境界データのそれぞれにおいて、
   １枚のマスクに形成不可能または困難なパターンを抽出
   し、抽出されたパターンを分割する工程と、 分割されたパターンと抽出および分割されていないパタ
   ーンを、複数の組の相補分割パターンに振り分ける工程
   であって、互いに接するパターンが同一の組にならない
   ように前記パターンを振り分ける工程と、 各フィールドデータから得られた複数の組の相補分割パ
   ターンと、境界データから得られた複数の組の相補分割
   パターンを組み合わせて、前記薄膜での複数の組の相補
   分割パターンを作成する工程とを有するマスクパターン
   作成方法。