JP2004020577A - マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】微細なホール径を持ち、コンタクトホールあるいは孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを、マスクを交換せずに、高解像度で露光可能なマスクの製造方法を提供する。
【解決手段】複数種類のパターンが混在する第１のパターンと、当該第１のパターンよりも寸法が小さい第２のパターンとを、前記第１のパターンが解像され、且つ、前記第２のパターンの解像が抑制されるようにマスク上に配置する露光用マスクパターンの形成方法。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、露光に関し、特に、マスク又はレチクル（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に形成されるパターンの設定方法に関する。本発明は、例えば、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細コンタクトホールパターンの製造に用いられる露光装置及び方法、デバイス製造方法、及び、前記被処理体から製造されるデバイスに関する。ここで、マイクロメカニクスは半導体集積回路製造技術を微細構造体の製作に応用し、高度な機能を持ったミクロン単位の機械システムやそれを作る技術をいう。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィ技術を用いてデバイスを製造する際に、マスク又はレチクルに描画されたパターンを投影光学系によってウェハに投影してパターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置を用いたフォトリソグラフィ技術の微細化を行うために、様々な改善がおこなわれてきたが、一般的には投影露光装置の露光波長を短くし、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法が採用されてきた。
【０００３】
マスクパターンには、近接した周期的なラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン、近接及び周期的な（即ち、ホール径と同レベルの間隔で並べた）コンタクトホールパターンとがあるが。一般には、Ｌ＆Ｓパターンの方がコンタクトホールパターンよりも解像しやすいといわれている。従って、Ｌ＆Ｓパターンの解像度と同等のコンタクトホール列の解像度を得る需要が存在している。
【０００４】
かかる問題を解決する手段として、最近では、所望のコンタクトホールパターンよりも小さなホール径を有するダミー又は補助（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）のコンタクトホールパターンを所望のコンタクトホールパターンの周りに配置して、所望のコンタクトホールパターンだけを解像させることにより、微細なコンタクトホールを形成する方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の方法は、所望のパターンに周期性があるコンタクトホール列のみを取り扱っており、この場合は補助パターンの配置方法は明確である。しかし、所望のパターンとしてコンタクトホール列と孤立コンタクトホールが混在する場合には、どのように補助パターンを配置すればよいかは従来提案されていなかった。特に、近年の半導体産業は、より高付加価値な、多種多様なパターンが混在するシステムチップに生産が移行しつつあり、マスクにも複数種類のコンタクトパターンを混在させる必要が生じてきた。
【０００６】
従来、所望のパターンとしてコンタクトホール列と孤立コンタクトホールが混在する場合には、設計者は手作業で補助パターンの配置を決めており、この場合には、かならずしも所望のパターンが解像度良く露光することができないという問題があった。そもそも補助パターンは本来、所望のパターンの周期性を高めるために付加され、所望のパターンの周期性は、コンタクトホールの組み合わせに依存し、どの方向においてどのコンタクトホールを組み合わせるのかということは必ずしも簡単ではなかった。
【０００７】
これに対して、２枚のマスクを用いて異なる種類のパターンを別々に露光する二重露光（又は多重露光）を使用することが考えられるが、二重露光は、２枚のマスクを必要とするのでコストアップを招き、２回の露光のためにスループットが低下し、マスク交換２回の露光の高い重ね合わせ精度を必要とするため実用上解決すべき問題が多い。
【０００８】
そこで、微細な（例えば、０．１５μｍ以下の）ホール径を持ち、コンタクトホールあるいは孤立コンタクトホールからコンタクトホール列までが混在するコンタクトホールパターンを、マスクを交換せずに、高解像度で露光可能なマスクの製造方法を提供することを本発明の例示的目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光用マスクの製造方法は、複数種類のパターンが混在する第１のパターンと、当該第１のパターンよりも寸法が小さい第２のパターンとを、前記第１のパターンが解像され、且つ、前記第２のパターンの解像が抑制されるようにマスク上に配置する露光用マスクパターンの形成方法であって、前記第１のパターンを、直交２方向の少なくとも一の方向において２つの等しい間隔を有する少なくとも３つの要素を有する周期パターンと、前記周期パターンに属さずに前記直交２方向の少なくとも一の方向において整列した一対の要素からなる孤立ペアパターンと、前記孤立ペアパターンに属さずに前記直交２方向のいずれの方向にも整列した他のペアを有しない一の要素のみからなる孤立要素のいずれかに区分する工程と、前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程と、前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程と、前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立要素から前記孤立ペアパターンへの斜めのベクトルを利用して前記第２のパターンを配置することを有してもよい。前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立要素の要素幅を利用して前記第２のパターンを配置することを有してもよい。前記第２のパターンを構成する第１及び第２の要素との距離が所定の距離以内である場合に、前記第１及び第２の要素の一方のみを配置する工程を更に有してもよい。前記第２のパターンを構成する第１及び第２の要素との距離が所定の距離以内である場合に、前記第１及び前記第２の要素を融合する工程を更に有してもよい。
【００１１】
前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する前記孤立ペアパターン、前記孤立要素、前記周期パターンの順で優先されて選択されてもよい。前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する２つの異なる前記周期パターンの間ではより小さい方の周期パターンに属するものが優先されて選択されてもよい。前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する２つの異なる前記孤立ペアパターンの間では、より小さい間隔の孤立ペアパターンに属するものが優先されて選択されてもよい。前記距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として２以下であってもよい。前記距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として対象となる２つの要素の最近接端部の距離が１以下であってもよい。
【００１２】
前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記整列方向に前記孤立ペアパターンの外側に前記孤立ペアパターンの間隔で前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有してもよい。前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程は、前記孤立ペアパターンに含まれる一対の要素の一方から他方に向かうベクトルを利用してもよい。前記第２のパターンの２つの追加要素を配置する工程において、前記孤立ペアパターンに含まれる一対の要素の配列方向の最近接端部間の距離が，露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を基準として略１以上である場合には各要素の重心位置を結ぶベクトルを利用して追加要素を配置し、略１以下である場合には、長さが略２のベクトルで、当該ベクトルの中点が要素間隙の中央と略同一で、当該孤立ペアの整列方向に平行なベクトルを利用して追加要素を配置してもよい。前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの外側に配置された前記第２のパターンの外側に前記孤立ペアパターンが整列している方向とは垂直な方向に前記第２のパターンを配置する工程を有してもよい。
【００１３】
前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの外側に前記孤立ペアパターンが整列している方向と垂直な方向に前記孤立ペアパターンを構成する要素を利用して前記第２のパターンを配置する工程を有してもよい。
【００１４】
前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程は、前記周期パターンの外側に前記少なくとも３つの要素が整列している方向に前記少なくとも３つの要素の間隔で前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有してもよい。前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程は、前記周期パターンの外側に配置された前記第２のパターンの外側に前記周期パターンの前記少なくとも３つの要素が整列している方向と葉垂直な方向に前記第２のパターンの要素を配置する工程を更に有してもよい。
【００１５】
前記第２のパターンを、既に配置された前記第２のパターンを利用して拡張して配置する工程を更に有してもよい。前記拡張工程は、前記既に配置された前記第２のパターンを配置する際に使用されたベクトルを利用してもよい。
【００１６】
前記区分工程は、第１のパターンに含まれる対象要素について、前記直交２方向について最近接の他の要素を検出する工程と、前記最近接要素が検出された場合には、検出された方位について、当該対象要素から当該最近接要素へ至る第一ベクトルを当該最近接要素を起点として延長した位置に更に他の要素が存在するかどうかを判別する工程と、検出された方位の逆方位について、当該最近接要素から当該対象要素へ至る第二ベクトルを当該対象要素を起点として延長した位置にさらに他の要素が存在するかどうかを判別し、存在した場合、さらに当該他の要素を起点として前記第二ベクトルを用いて延長した位置にさらに他の要素があるかどうかを判別する工程と、前記対象要素から少なくとも１方向の２方位について、前記検出によって２つ以上の他の要素が存在する場合に前記対象要素を前記周期パターンと判別する工程とを有してもよい。
【００１７】
前記周期パターンの要素を起点として、少なくとも１方位について前記第一ベクトル又は第二ベクトルの延長上の位置に他の要素が存在しない場合、前記周期パターンの要素を周期パターンの境界部の要素であると識別する工程を更に有してもよい。前記境界部の前記要素から、前記第一ベクトル及び／又は第二ベクトルを用いて、前記第２のパターンを配置する工程を更に有してもよい。
【００１８】
前記周期パターンの前記境界部の前記要素が、１方位について前記第一ベクトル又は第二ベクトルの延長上の位置にその他の要素が存在しない方位数が１である場合、当該要素を前記周期パターンの前記境界部の辺要素、２である場合、前記境界部の前記要素を前記周期パターンの頂点要素と識別する工程を更に有してもよい。前記第２のパターンを、前記頂点要素に対して、既に配置された前記第２のパターンと当該既に配置された前記第２のパターンを配置する際に使用されたのとは異なるベクトルを用いて更に配置する工程を更に有してもよい。
【００１９】
前記孤立ペアパターンに対して、当該孤立ペアパターンが整列している方向に前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの間隔が所定の距離以上の場合には、前記孤立ペアパターンの間に前記第２のパターンを配置してもよい。前記所定の距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として約４以上であってもよい。
【００２０】
前記孤立ペアパターンに対して、当該孤立ペアパターンが整列している方向に前記第２のパターンを配置する工程は、前記整列方向に前記孤立ペアパターンの外側に、前記孤立ペアパターンの一と前記孤立ペアパターンの間に配置された第２のパターンの要素との間の間隔で、前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有してもよい。
【００２１】
前記区分工程は、前記直交２方向のいずれかの方向において整列している一対の要素の間隔が所定の距離以上の場合には、２つの孤立要素とみなしてもよい。前記所定の距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として約６以上であってもよい。
【００２２】
前記孤立要素に対して、前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立要素について、前記直交２方向以外での最近接要素を検出する工程を有し、当該最近接要素から当該孤立要素へ至るベクトルを前記直交２方向へ射影した第三ベクトルと第四ベクトルを求める工程と、前記孤立要素を起点として、第三ベクトル分延長した位置と、第四ベクトル分延長した位置に、前記第２のパターンの要素を配置する工程とを有してもよい。前記最近接要素は前記孤立ペアパターンに属してもよい。
【００２３】
前記距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、要素の大きさが略λ／（４ＮＡ）を基準として略２以下である場合には各要素の重心位置付近を基準に用い、要素の大きさが略λ／（４ＮＡ）を基準として略２以上である場合には各要素の端部同士の最短距離を基準に用いてもよい。
【００２４】
上述のいずれか一項記載の方法によって作成されたパターンを持つ露光用マスクや、当該マスクを使用して前記マスク上の第１のパターンを基板に露光する工程と、前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイス製造方法も本発明の一側面を構成する。デバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００２５】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１から図２１を用いて説明する。図１は所望のパターン１００であり、本発明を用いて補助パターン１５０を付加して、図２のような露光マスクパターン２００を作成した。以下、この作成例について、ステップを追って説明する。図３から図６は所望のパターン１００の部分パターンについてその周期性を検出し（図２１（ａ）におけるステップ１１００）、区分するステップ（図２１（ａ）におけるステップ１３００）である。ここで、図２１（ａ）は本発明のマスクパターン作成方法の全体の流れを示すフローチャートである。図２１（ｂ）は図２１（ａ）の周期性判別（ステップ１１００）の詳細を説明するためのフローチャートである。また、図２１（ｃ）は、図２１（ａ）の補助パターン配置（ステップ１５００）の詳細を説明するためのフローチャートである。
【００２７】
図３では、まず、ステップ１として、各要素又はコンタクトホールの縦横方向の最近接要素を検出した。以下、要素１０１、要素１０２、要素１０３についての例を示す。要素１０１については、縦方向Ｖと横方向Ｈに対して右左、上下の４つの方位について最近接要素を探すと、要素１０１については右のＨｎｎと上のＶｎｎが検出された。要素１０２については、横方向Ｈについて右の方位にＨｎｎが検出された。要素１０３に関しては４つの方位全てで要素は検出されなかった。
【００２８】
次のステップ２では、図４に示すように、最近接要素が検出された要素１０１と要素１０２に関して、例えば、要素１０１から右の最近接要素Ｈｎｎに至るベクトルを、最近接要素Ｈｎｎを起点に延長した点に他の要素があるかどうかを検出した。この場合も要素は存在した。同様に要素１０１については上のＶｎｎの方位にも要素は存在した。要素１０２については、最近接要素の右方位Ｈｎｎの延長位置には要素は存在しなかった。さらに、図５に示すように、最近接要素が検出された要素１０１と要素１０２に関して、最近接要素までのベクトルの逆ベクトル（向きのみ逆にしたベクトル）を用いて延長した位置に要素が存在するかどうかを検出した。要素１０１に関しては右方位の最近接要素Ｈｎｎの逆の左側と、上方位の最近接要素Ｈｎｎの逆の下側について調べたが、両方共にその位置に要素は存在しなかった。要素１０２に関しては右方位の最近接要素Ｈｎｎの逆の左側を調べたが、その位置に要素は存在しなかった。
【００２９】
以上のように最近接要素の検出、その順方向、逆方向への周期的な位置への延長位置での他の要素の検出を行った結果を以下のように要素が属する部分パターンの周期性判別に用いた。まず、要素１０１に関しては横方向の右方位、左方位合わせて、２つ以上の最近接要素および延長位置上の要素の存在が検出された、この情報から、この要素は横方向に周期的であるパターンに属する要素であると判別された。同様に縦方向についても上方位、下方位に関して２つ以上の要素が存在したので、要素１０１は横方向にも周期的であるパターンに属する要素と判別された。そして、各要素について同様に調べ、このような一つの周期パターン１１０に属する要素の集合として区分された。次に要素１０２に関しては、縦方向、横方向の４つの方位合わせて、１つだけの最近接要素および延長位置上の要素の存在が検出された、これより、この要素は孤立ペアパターン１２０に属する要素と判別される。ペアとなるもう片方の要素についても同様に判定され、この２つの要素はこの孤立ペアパターン１２０に属する要素の集合として区分された。要素１０３に関しては、縦方向、横方向の４つの方位合わせて、最近接要素および延長位置上の要素は存在しなかった。このことからこの要素は単独でパターンを形成する孤立要素１３０として区分された。
【００３０】
ステップ４以下では、補助パターン１５０である新規要素を追加配置していく。まず孤立ペアパターン１２０を元にした新規要素を優先する。以下、図７にその様子を示す。ペアである２つの要素は互いに最近接要素であるが、この要素ー最近接要素間のベクトルを用いて、延長位置に補助パターンとなる新規要素を追加配置する。補助パターンの大きさは、露光のパラメターである波長λ、投影光学系のＮＡを用いて、２光束干渉の限界解像度であるλ／（４ＮＡ）を単位として１以下とし、実際の露光結果には明確なパターンとして解像しないようにしておくことが好ましい。補助パターンとして追加する新規要素の数は、両側に２周期あるいはそれ以上が好ましく、またそれ以上配置した場合に隣接する他のパターンとの干渉をさけるように適宜追加する周期数が設定されることが好ましい。
【００３１】
次に、孤立要素１３０を基にした新規要素を追加していく。以下、図８にその様子を示す。孤立要素１３０には縦方向、横方向に最近接要素は存在しない。そこで、縦横以外の自由方位の最近接要素を検出する。この場合は前記の孤立ペアパターン１２０の左要素が最近接要素であった。次に、この最近接要素までのベクトルは斜め方向であるので、これを縦軸と横軸にそれぞれ射影した射影ベクトルを求め、この孤立要素１３０を起点に延長した位置に補助パターン１５０となる新規要素を追加配置する。
【００３２】
さらに、同様の手順を孤立ペアパターン１２０の他の構成要素、すなわち、この場合は右の要素について行う。図９に示したように、ステップ５と同様、孤立要素１３０から斜めのベクトルを求め、この縦横射影ベクトルを用いて新規要素を配置した。
【００３３】
次に、孤立要素１３０を起点にステップ５、ステップ６で用いた縦と横への射影ベクトルの逆ベクトルを用いた延長位置に補助パターンとなる新規要素を追加配置した。この様子を図１０に示した。
【００３４】
以上のステップ４からステップ７によって孤立ペアパターン１２０と孤立要素１３０について補助パターンの新規要素が追加された状態となり、従って、元の所望パターン１００では周期性を持たなかった孤立ペアパターン１２０と孤立要素１３０についても新規要素を合わせて考慮すれば周期性を持つこととなった。このステップ８では、周辺に新規配置された補助パターン１５０によって生じた新しい周期性を利用して、孤立ペアパターン１２０と孤立要素１３０についてさらに新規要素を追加するステップである。即ち、孤立ペアパターン１２０に対して、補助パターンとして追加配置された新規要素を既存要素として追加し、以前の孤立ペアパターンに属していた要素が周期性をもつようになったことを考慮して周期性を利用した補助パターン追加（２周期）を行う。本実施例では、孤立ペアパターン１２０に対して、既に追加された要素からのベクトルを用いて図１１に示すように新規要素を追加配置した。次に、孤立要素に対して、同様に、補助パターン１５０として追加配置された新規要素を既存要素として追加し、孤立ペアパターンに属していた要素が新たに周期性をもつようになったことを考慮して、この周期性を利用して、図１２に示すように、補助パターンの２周期分の追加を行う。以上により、優先度の高い、孤立ペアパターン１２０、孤立要素１３０に起因する補助パターン新規要素の追加配置が完了した。
【００３５】
本ステップでは、本実施例において優先度を低く設定された周期パターン１１０に関する補助パターン新規要素を追加配置する。図１３に示すように、周期パターン１１０に対する補助パターン１５０の新規要素は周期パターン１１０に属するパターンの境界部の要素１１１及び１１４から発生させた。従って、最初に周期パターン１１０に属する境界部要素を検出した。検出の方法としては、前記周期性判別において、図５に示した要素１０１のようにある方位において、要素の存在がなかったという情報を用いた。この要素１０１の場合には２つの方位で要素が存在していない。このような要素は周期パターン１１０の頂点境界部要素１１１であると判別できる。図１３に示した要素１１４は、１方位の延長位置にのみ、該当要素が存在しない。このような要素は周期パターン１１０の辺境界部要素と判別できる。このようにして境界部要素とその種類を検出した後、本実施例では図１３に示すように、補助パターン１５０となる新規要素を追加した。まず辺境界部要素である要素１１４については要素のない下方位の逆の上方位の最近接要素Ｖｎｎから要素１１４へ至るベクトルを用いて、要素１１４を起点にした延長位置に新規要素を追加配置した。さらにこの新規要素を起点に同じベクトルを用いて延長した位置にも新規要素を配置し、補助パターンを２周期となるように拡張した。次に、頂点境界部要素である要素１１１に関しては、図中に示した番号に従って、新規要素を追加配置した。すなわち、２方位の最近接要素Ｈｎｎ、Ｖｎｎから要素１１１へのベクトル２つを用いて前記辺部境界要素と同様に配置、拡張した（１、２、３、４）後、さらに２方位のベクトルを組み合わせた延長位置（５、６、７、８）に周期的な補助パターンを拡張した。
【００３６】
図１４は、実施例１の補助パターンの追加配置の順序及び優先度を決めるパターン区分（それぞれについて周辺に２周期分の範囲を含む）についての模式図である。ここで、孤立要素と近接する孤立ペアパターンの左要素との距離Ｌは、Ｌ＝２（λ／（４ＮＡ）を単位とする）である。
【００３７】
図１５は、別の条件を持つ所望のパターン１００について自由方向最近接要素間が所定の長さをもつ場合に（本図では（４≦Ｌ＜６）、中間要素１５２を追加配置した補助パターン１５０の様子を示した模式図である。この場合、まず、４≦Ｌ＜６であることを判定し，その次に，補助パターンを配置するために使われる縦軸（Ｖ）と横軸（Ｈ）への射影ベクトルの長さＬ＿ＶとＬ＿Ｈが４以上であるかどうかを判定し、４以上である方向にのみ中間要素を配置する。図１５の場合には、Ｌ＿Ｖ＜４でとＬ＿Ｈ＞４であるので、横方向に関してのみ、中間要素１５２を配置した。
【００３８】
図１６は、図１５について、補助パターンの追加配置の順序及び優先度を決めるパターン区分（それぞれについて周辺に２周期分の範囲を含む）について示す模式図である。
【００３９】
図１７は、孤立ペア、孤立要素について最近接となる孤立要素が存在しない場合に、ペアを結ぶ方向に垂直な方向に関して要素の幅を用いて周期的な補助パターン新規要素を配置した様子を示す模式図を有する。
【００４０】
図１８は、孤立要素１３０について、縦、横両方向共に要素の幅を用いて周期的な補助パターン１５０の新規要素を配置した様子を示す模式図である。
【００４１】
ステップ９で示した方法で、周期パターン１１０に起因する補助パターン１５０の新規要素を追加配置した結果が図２である。ただし、既に配置されている他のパターン、すなわち孤立ペアパターン１２０と孤立要素１３０、そしてその２つから起因した補助パターンに属する既存要素と干渉する新規要素については、これを配置しなかった。干渉についての検出方法として、本実施例では、要素の重心間の距離がλ／（４ＮＡ）を単位として２以下であることを条件とした。この点については、あるいは、要素の端部同志の最短距離がλ／（４ＮＡ）を単位として１以下であるという判定基準を用いることも適宜できる。
【００４２】
以上のようにして、ステップ１からステップ１０に説明した方法を用いて、本実施例では図１の所望パターン１００から図２の補助パターンを付加した露光マスクパターン２００を形成することができ、本実施例のアルゴリズムに基づけば、様々な周期性を持つパターンの混在した所望パターン１００に対して、それぞれの周期性を活かした周期性を強化する補助パターンが適切な位置に配置され、この露光マスクパターン２００を用いることにより、改善された露光が可能となった。
実施例２
本実施例では前記実施例１の方法で説明された、孤立ペアパターン１２０について、補助パターンの新規要素を配置する他の方法を実施したものである。図１９に示すように、ペアとなるパターンの大きさと距離については例えばパターン２０ａ、パターン２０ｂ等のバリエーションが考えられる。本実施例では、この大きさと距離について、λ／（４ＮＡ）を単位に識別し、その情報に基づいて補助パターンの追加方法を変えることを特徴としている。
【００４３】
図１９中、パターン２０ａは要素の大きさがそれぞれ１、要素重心間の距離が２である。このようなパターンの周期性は露光系として、その限界解像能力を発揮する２光束干渉によって実現される周期パターン１１０と類似である。このような場合には、そのまま実施例１で示したように、このパターンの両側にパターン２０ｂのように周期性を保って補助パターンを追加していった。
【００４４】
次にパターン２１ａは、要素の大きさがそれぞれ１、要素重心間の距離が５である。このようなパターンの場合には、間隔が要素の大きさと限界解像に比べて広く、そのまま処理をすると、周期性が悪くなるため、パターン２１ｂのように、ペアの２つの要素の中間に補助パターンとなる新規要素を追加する。そして、次にこの新規要素とペアの構成要素とを結ぶベクトルを用いて、パターン２１ｃのようにペアの外側の周期的な位置に補助パターン新規要素を追加配置した。
【００４５】
次に、図２０に示すように、孤立ペアパターンの２つの要素の大きさが所謂コンタクトホール程度のλ／（４ＮＡ）を基準として１程度でなく、２以上など、比較的大きい要素である場合について、特に要素間隙が狭い場合の対処について説明する。まず、図中（ａ）の場合には、要素の大きさはそれぞれ２以上であり、要素間隙Ｌについては１以上である。このような孤立ペアパターンの場合、要素間隙を解像することは比較的容易であるため、要素間隙よりも要素全体の周期性を重視し、２つの要素の重心を結ぶベクトルを両側への補助パターン配置に用いた。一方、図中（ｂ）の場合には、要素の大きさは同様であるが、要素間隙が１以下と解像限界以下の構造となっており、この間隙を解像することが非常に難しい。このような孤立ペアの所望パターンの場合には、要素全体の周期性よりも、
解像しにくい要素間隙をより重視し、解像限界である周期が２の補助パターンの配置を当該間隙の位置に合わせて行うことが好ましい。即ち、間隙をまたぎ、間隙の中点が自分自身の中点となるようなベクトルで、長さが２であるものを基準に、この延長状に周期が２の補助パターンを配置した。
【００４６】
以上のようにして、実際に求められる各種の所望の孤立ペアパターンに対して、本実施例では、その要素の大きさと間隔を考慮した補助パターンの配置を行うことによって、露光系の性質をより加味した露光マスクパターン２００が実現され、この露光マスクパターン２００を用いることにより、改善された露光が可能となった。
実施例３
本実施例は所望パターン１００において、前記実施例１の方法でパターンの周期性を検出した場合に、周期パターン１１０が複数存在し、それらの周期パターン１１０同志において、互いに補助パターンを追加配置しようとした場合に、干渉がおこる場合の対処について実施した例である。図２１に本実施例の様子を示す。図中には２種類の異なる周期を持つ周期パターン１１０が図示されており、それぞれから２周期の補助パターンを追加配置した範囲を見ると、重複する範囲が存在する。
【００４７】
このような重複範囲においては、追加配置しようとした新規要素２つ、あるいは、新規要素と所望パターンに属する既存要素が、近接したり、あるいは一部重なったりする場合が生じる。まず、このような要素同志の干渉は要素間の距離を検査することによって判別することができる。ただし、要素の大きさに応じて、この判別する距離の基準を変えることが好ましい。即ち、本実施例では図２２に示したように、例えば図中左上の補助パターン新規要素同志の干渉チェックであれば、距離は要素の重心間の距離とし、λ／（４ＮＡ）を単位として限界解像周期の基準である２以下を干渉と判別するのが好ましい。一方、図中右下の例のように所望パターンの要素の場合、要素の大きさが１以上で大きいものが存在し、その場合には、要素重心間の距離が２以上でも、要素の端部同志の距離が１以下となる場合があり、よって、要素の端部同志の距離を用いて、これが１以下となる場合を干渉と判別することが好ましい。
【００４８】
本実施例では、以上の方法によって判別された干渉に対して、このような重複部分においては、図２１に示すように、期の小さい周期パターン１１０に起因した補助パターンを優先的に配置した。この配置により、周期の大きい周期パターン１１０を優先させた場合に比べ、周期の小さい部分の露光像が劣化することが少なく、かつ、周期の大きい部分の露光像の劣化も許容できる程度にすることが可能となった。
実施例４
本実施例では、所望パターン１００において、前記実施例１の方法でパターンの周期性を検出した場合に、周期パターン１１０が複数存在し、それらの周期パターン１１０同志において、互いに補助パターンを追加配置しようとした場合に、干渉がおこる場合の別の対処方法について実施した例である。図２３に本実施例の様子を示す。図中には２種類の異なる周期を持つ周期パターン１１０が図示されており、それぞれから２周期の補助パターンを追加配置した範囲を見ると、重複する範囲が存在する。本実施例では、このような重複部分において、周期の小さい周期パターン１１０に起因した補助パターンをまず優先的に配置し、次に、周期の小さいパターンからの補助パターンと周期の大きいパターンからの補助パターンが所定の距離であるλ／（４ＮＡ）を単位として略１の範囲に近接した場合に、追加しようとする要素２つの中央に２つを代表し、融合された１つの要素を配置した。この配置により、本実施例では、補助パターンの欠乏領域を減らすことと、互いに異なる周期からの補助パターンの競合を避けることの２つを適度に満たすことができ、より効果的な露光が可能となった。
実施例５
図２４は、本発明のマスク製造方法又はマスク作成方法をまとめたフローチャートである。本発明のマスク作成方法は、周期性を判別する工程（ステップ１１００）と、パターンの構造要素を区分する工程（ステップ１３００）と、補助パターン１５０を配置する工程（ステップ１５００）とを有する。
【００４９】
周期性を判別する工程（ステップ１１００）は、より詳細には、要素を選択する工程（ステップ１１１０）と、最近接要素を検出する工程（ステップ１１３０）と、延長位置の要素を検出する工程（ステップ１１５０）と、延長位置に存在する要素数を検出する工程（ステップ１１７０）とを有する。
【００５０】
また、補助パターン１５０の配置工程（ステップ１５００）は、孤立ペアパターン１２０単独の補助パターン１５０を配置する工程（ステップ１５１０）と、孤立要素１３０と近接パターンについて補助パターン１５０を配置する工程（ステップ１５３０）と、孤立要素１３０単独の補助パターン１５０を配置するステップと、既存の補助パターン１５０を含む要素の周期性を用いた補助パターン１５０の配置工程（ステップ１５７０）と、周期パターン１１０の補助パターン１５０を配置する工程（ステップ１５９０）とを有する。
【００５１】
次に、図２５及び図２６を参照して、上述のマスクを利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図２５は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ５１（回路設計）では、デバイスの設計を行なう。ステップ５２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ５３（ウェハ製造）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ５４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ５４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ５６（検査）では、ステップ５５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ５７）される。
【００５２】
図２６は、図２５に示すステップ５４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ６１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ６２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ６３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ６４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ６５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ６６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ６７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ６８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ６９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行なうことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、かかるマスクを使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面として機能するものである。
【００５３】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】所望のパターンを示す模式図である。
【図２】露光用マスクパターンを示す模式図である。
【図３】最近接要素検出の様子を示す模式図である。
【図４】周期性判定のための要素検出を示す模式図である。
【図５】周期性判定のための逆方位への要素検出を示す模式図である。
【図６】周期性判定により区分されたパターンと構成要素を示す模式図である。
【図７】孤立ペアパターンについて補助パターン新規要素を配置する様子を示す模式図である。
【図８】孤立要素から孤立ペアパターンとの関係を用いて補助パターン新規要素を配置する様子を示す模式図である。
【図９】孤立要素から孤立ペアパターンとの関係を用いて補助パターン新規要素を配置する他の工程の様子を示す模式図である。
【図１０】孤立要素から孤立ペアパターンとの関係を用いて補助パターン新規要素を配置するその他の工程の様子を示す模式図である。
【図１１】追加配置された補助パターン要素を用いた周期性により孤立ペアパターンに関する補助パターン新規要素を追加配置する要素を示す模式図である。
【図１２】追加配置された補助パターン要素を用いた周期性により孤立要素に関する補助パターン新規要素を追加配置する要素を示す模式図である。
【図１３】周期パターンとその境界部要素から補助パターン新規要素を配置する様子を示す模式図である。
【図１４】実施例１の補助パターンの追加配置の順序および優先度を決めるパターン区分（それぞれについて周辺に２周期分の範囲を含む）について示す模式図である。
【図１５】別の条件を持つ所望パターンについて，自由方向最近接要素間が所定の長さを持つ場合に，中間要素を追加配置した補助パターンの様子を示した模式図である。
【図１６】図１６について、補助パターンの追加配置の順序および優先度を決めるパターン区分（それぞれについて周辺に２周期分の範囲を含む）について示す模式図である。
【図１７】孤立ペアパターンについて最近接となる孤立要素が存在しない場合に，ペアを結ぶ方向に垂直な方向に関して要素の幅を用いて周期的な補助パターン新規要素を配置した様子を示す模式図である。
【図１８】孤立要素について、縦、横両方向ともに、要素の幅を用いて周期的な補助パターン新規要素を配置した様子を示す模式図である。
【図１９】孤立ペアパターンのバリエーションと、構成に応じて補助パターン新規要素の配置方法を変化させる様子を示す模式図である。
【図２０】孤立ペアパターンの別のバリエーションと、構成に応じて補助パターン新規要素の配置方法を変化させる様子を示す模式図である。
【図２１】周期の違う周期パターンの補助パターンが干渉する場合の処理の一例を示す模式図である。
【図２２】補助パターンが干渉するかどうかの判別基準の例を示す模式図である。
【図２３】周期の違う周期パターンの補助パターンが干渉する場合の処理の他の一例を示す模式図である。
【図２４】本発明のマスク製造方法又はマスクパターン作成方法を示すフローチャートである。
【図２５】本発明のマスクを使用したデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２６】図２５に示すステップ５４の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
１００　　　　　　　　　所望のパターン
１１０　　　　　　　　　周期パターン
１２０　　　　　　　　　孤立ペアパターン
１３０　　　　　　　　　孤立要素
１５０　　　　　　　　　補助パターン
２００　　　　　　　　　露光用マスクパターン

Claims (33)

1. 複数種類のパターンが混在する第１のパターンと、当該第１のパターンよりも寸法が小さい第２のパターンとを、前記第１のパターンが解像され、且つ、前記第２のパターンの解像が抑制されるようにマスク上に配置する露光用マスクパターンの形成方法であって、
   前記第１のパターンを、直交２方向の少なくとも一の方向において２つの等しい間隔を有する少なくとも３つの要素を有する周期パターンと、前記周期パターンに属さずに前記直交２方向の少なくとも一の方向において整列した一対の要素からなる孤立ペアパターンと、前記孤立ペアパターンに属さずに前記直交２方向のいずれの方向にも整列した他のペアを有しない一の要素のみからなる孤立要素のいずれかに区分する工程と、
   前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程と、
   前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程と、
   前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程とを有することを特徴とする方法。
2. 前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立要素から前記孤立ペアパターンへの斜めのベクトルを利用して前記第２のパターンを配置することを有する請求項１記載の方法。
3. 前記孤立要素に対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立要素の要素幅を利用して前記第２のパターンを配置することを有する請求項１記載の方法。
4. 前記第２のパターンを構成する第１及び第２の要素との距離が所定の距離以内である場合に、前記第１及び第２の要素の一方のみを配置する工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記第２のパターンを構成する第１及び第２の要素との距離が所定の距離以内である場合に、前記第１及び前記第２の要素を融合する工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する前記孤立ペアパターン、前記孤立要素、前記周期パターンの順で優先されて選択されることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する２つの異なる前記周期パターンの間ではより小さい方の周期パターンに属するものが優先されて選択されることを特徴とする請求項４記載の方法。
8. 前記第１及び前記第２の要素は、当該第１及び第２の要素が属する２つの異なる前記孤立ペアパターンの間では、より小さい間隔の孤立ペアパターンに属するものが優先されて選択されることを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 前記距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として２以下であることを特徴とする請求項４乃至８のうちいずれか一項記載の方法。
10. 前記距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として対象となる２つの要素の最近接端部の距離が１以下であることを特徴とする請求項４乃至８のうちいずれか一項記載の方法。
11. 前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記整列方向に前記孤立ペアパターンの外側に前記孤立ペアパターンの間隔で前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
12. 前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程は、前記孤立ペアパターンに含まれる一対の要素の一方から他方に向かうベクトルを利用することを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 前記第２のパターンの２つの追加要素を配置する工程において、前記孤立ペアパターンに含まれる一対の要素の配列方向の最近接端部間の距離が，露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を基準として略１以上である場合には各要素の重心位置を結ぶベクトルを利用して追加要素を配置し、略１以下である場合には、長さが略２のベクトルで、当該ベクトルの中点が要素間隙の中央と略同一で、当該孤立ペアの整列方向に平行なベクトルを利用して追加要素を配置することを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの外側に配置された前記第２のパターンの外側に前記孤立ペアパターンが整列している方向とは垂直な方向に前記第２のパターンを配置する工程を有することを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 前記孤立ペアパターンに対して前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの外側に前記孤立ペアパターンが整列している方向と垂直な方向に前記孤立ペアパターンを構成する要素を利用して前記第２のパターンを配置する工程を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
16. 前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程は、前記周期パターンの外側に前記少なくとも３つの要素が整列している方向に前記少なくとも３つの要素の間隔で前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
17. 前記周期パターンの周りに前記第２のパターンを配置する工程は、前記周期パターンの外側に配置された前記第２のパターンの外側に前記周期パターンの前記少なくとも３つの要素が整列している方向とは垂直な方向に前記第２のパターンの要素を配置する工程を更に有することを特徴とする請求項１６記載の方法。
18. 前記第２のパターンを、既に配置された前記第２のパターンを利用して拡張して配置する工程を更に有する特徴とする請求項１記載の方法。
19. 前記拡張工程は、前記既に配置された前記第２のパターンを配置する際に使用されたベクトルを利用することを特徴とする請求項１８記載の方法。
20. 前記区分工程は、第１のパターンに含まれる対象要素について、前記直交２方向について最近接の他の要素を検出する工程と、
    前記最近接要素が検出された場合には、検出された方位について、当該対象要素から当該最近接要素へ至る第一ベクトルを当該最近接要素を起点として延長した位置に更に他の要素が存在するかどうかを判別する工程と、
    検出された方位の逆方位について、当該最近接要素から当該対象要素へ至る第二ベクトルを当該対象要素を起点として延長した位置にさらに他の要素が存在するかどうかを判別し、存在した場合、さらに当該他の要素を起点として前記第二ベクトルを用いて延長した位置にさらに他の要素があるかどうかを判別する工程と、
    前記対象要素から少なくとも１方向の２方位について、前記検出によって２つ以上の他の要素が存在する場合に前記対象要素を前記周期パターンと判別する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
21. 前記周期パターンの要素を起点として、少なくとも１方位について前記第一ベクトル又は第二ベクトルの延長上の位置に他の要素が存在しない場合、前記周期パターンの要素を周期パターンの境界部の要素であると識別する工程を更に有することを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 前記境界部の前記要素から、前記第一ベクトル及び／又は第二ベクトルを用いて、前記第２のパターンを配置する工程を更に有することを特徴とする請求項２１記載の方法。
23. 前記周期パターンの前記境界部の前記要素が、１方位について前記第一ベクトル又は第二ベクトルの延長上の位置にその他の要素が存在しない方位数が１である場合、当該要素を前記周期パターンの前記境界部の辺要素、２である場合、前記境界部の前記要素を前記周期パターンの頂点要素と識別する工程を更に有すること特徴とする請求項２１記載の方法。
24. 前記第２のパターンを、前記頂点要素に対して、既に配置された前記第２のパターンと当該既に配置された前記第２のパターンを配置する際に使用されたのとは異なるベクトルを用いて更に配置する工程を更に有することを特徴とする請求項２３記載の方法。
25. 前記孤立ペアパターンに対して、当該孤立ペアパターンが整列している方向に前記第２のパターンを配置する工程は、前記孤立ペアパターンの間隔が所定の距離以上の場合には、前記孤立ペアパターンの間に前記第２のパターンを配置することを特徴とする請求項１記載の方法。
26. 前記所定の距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として約４以上であることを特徴とする請求項２５項記載の方法。
27. 前記孤立ペアパターンに対して、当該孤立ペアパターンが整列している方向に前記第２のパターンを配置する工程は、前記整列方向に前記孤立ペアパターンの外側に、前記孤立ペアパターンの一と前記孤立ペアパターンの間に配置された第２のパターンの要素との間の間隔で、前記第２のパターンの２つの要素を配置する工程を有することを特徴とする請求項２５記載の方法。
28. 前記区分工程は、前記直交２方向のいずれかの方向において整列している一対の要素の間隔が所定の距離以上の場合には、２つの孤立要素とみなす請求項１記載の方法。
29. 前記所定の距離は、露光光の波長をλ、前記マスクパターンを被露光体に転写する投影光学系の開口数をＮＡとすると、λ／（４ＮＡ）を単位として約６以上であることを特徴とする請求項２８項記載の方法。
30. 前記孤立要素に対して、前記第２のパターンを配置する工程は、
    前記孤立要素について、前記直交２方向以外での最近接要素を検出する工程を有し、
    当該最近接要素から当該孤立要素へ至るベクトルを前記直交２方向へ射影した第三ベクトルと第四ベクトルを求める工程と、
    前記孤立要素を起点として、第三ベクトル分延長した位置と、第四ベクトル分延長した位置に、前記第２のパターンの要素を配置する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の方法。
31. 前記最近接要素は前記孤立ペアパターンに属することを特徴とする請求項３０記載の方法。
32. 請求項１乃至３１のうちいずれか一項記載の方法によって作成されたパターンを持つ露光用マスク。
33. 請求項３２記載のマスクを使用して前記マスク上の第１のパターンを基板に露光する工程と、
    前記露光された基板に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイス製造方法。

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