JP2007079517A - パターン作成方法、パターン作成プログラム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】同一セルに対し異なる補正値を割り当てできるパターン作成方法を実現する。
【解決手段】半導体装置の基板上に所望寸法のパターンを形成するためのパターン作成方法において、前記パターンを露光する際のチップ１００内での位置毎にプロパティ情報３〜８を割り当てた第１のデータベースを作成するステップと、設計パターンの階層処理から抽出されたセル名称Ａ、Ｂと、その配置位置情報が対になった第２のデータベースを作成するステップと、前記第１および第２のデータベースより、セル毎にプロパティ情報３〜８を割り当て、マスクデータ処理を行なうステップと、前記マスクデータ処理を行なったセルを前記チップ１００上に再配列するステップとを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造等に使用されるマスクパターンの作成方法に関し、特に処理時間が短縮可能で、データサイズの増大を抑制でき、且つ微細パターンの作成が可能なパターン作成方法、そのプログラム、それを用いた半導体装置の製造方法に関する。

近年の半導体製造技術の進歩は非常に目覚しく、最小加工寸法０．１３μｍサイズの半導体が量産されている。このような微細化はマスクプロセス技術、リソグラフィプロセス技術、およびエッチングプロセス技術等の微細パターン形成技術の飛躍的な進歩により実現されている。パターンサイズが充分大きい時代には、設計者が描いたパターンと同じ形状のマスクパターンを作成し、このマスクパターンを露光装置でウェハ上に塗布されたレジストに転写することにより、設計通りのパターンを形成することができた。

しかし、パターンサイズの微細化により、露光光の回折がウェハ上での寸法に及ぼす影響が大きくなったことと、微細パターンを精度良く形成するためのマスク及びウェハのプロセス技術が困難になっていることにより、設計パターンと同じマスクを用いても、ウェハ上に設計通りのパターンを形成することが困難になってきた。

設計パターンの忠実度を向上させるために、ウェハ上に設計パターンと同じパターンを形成するためのマスクパターンを形成する光近接効果補正（Optical Proximity Correction : OPC）、プロセス近接効果補正（Process Proximity Correction : PPC）と呼ばれる技術が使用されている。

ＯＰＣ，ＰＰＣ技術（以後、ＯＰＣも含めてＰＰＣと表現する）には、大別して２つの方法が存在する。１つは設計パターンの幅、若しくはパターン同士の最近接パターン間距離等に応じて設計パターンを構成するエッジの移動量をルールとして規定し、そのルールに従ってエッジを移動させる方法である（例えば、特許文献１参照）。

２つ目は、露光光の回折光の回折光強度分布を高精度に予測できるリソグラフィシミュレータを用いて、設計パターンと同じパターンがウェハ上で形成できるように、エッジ移動量を最適に追い込む方法である。さらに、これら２つの手法を組み合わせることにより、より高精度な補正を実現する補正方法も提案されている。
特開２００５−２４９０３

上記のように、微細化に伴いＯＰＣの更なる高精度化が必須となっている。特に今迄露光装置やプロセスの制御により所定の寸法ばらつきに抑えることが可能であった露光ショット内部での寸法変動が顕在化してきている。露光装置仕様の厳格化やプロセス制御技術の高精度化によりこれらの変動を抑えることは勿論であるが、さらにこれらの影響を反映したＯＰＣ補正技術の確立も急務となっている。従来のＯＰＣでは、これらの影響をショット内で全て同じであることを想定して補正することは可能であったが、これらの影響がショット内で異なる場合にそれぞれの位置ごとに異なる補正量を割り当てることは困難であった。その理由を以下に示す。

第１に、ＯＰＣではあるパターンのウェハ上での寸法に対して影響のある領域は、そのパターンの周囲の数μｍ以内に存在するパターンだけであるということにある。そのため、数μｍ以内でパターン配置が完全に一致している場合には、必ず同一の補正値が割り当てられることになる。

上記理由により、設計データが元来持っている階層構造を有効に利用することができ、同一階層（セル）が複数個ショット内部に配置されていても、１つのセルをデータ処理するだけで、複数個のセルがデータ処理されたのと同等の効果を得ることが可能であり、データ処理時間を大幅に短縮させることができ、完成されたデータのデータ量も小さく抑えることが可能である。

しかし、ショット内の位置によって異なる補正値を割り当てるためには、上記の効果を得ることができなくなる。つまり、ショット内でそれぞれ異なる補正値を割り当てる必要があるため、設計データの階層を略全展開することが必要となり、データ処理時間が大幅に伸びてしまい、データ量が大きく増大してしまう。

上記は、特に繰り返しパターンを多く有するメモリデバイス部（ＳＲＡＭ，ＤＲＡＭ，ＮＡＮＤ，ＮＯＲなど）で顕著であり、メモリ部を高精度かつ高速に補正するためには、ショット内で異なる補正値を割り当てながら、かつ設計パターンの階層構造を可能な限り利用したデータ処理方法が必要となる。

上記課題を解決するために、本発明のパターン作成方法は、半導体装置の基板上に所望寸法のパターンを形成するためのパターン作成方法において、前記パターンを露光する際のチップ内での位置毎にプロパティ情報を割り当てた第１のデータベースを作成するステップと、設計パターンの階層処理から抽出されたセル名称と、その配置位置情報が対になった第２のデータベースを作成するステップと、前記第１および第２のデータベースより、セル毎にプロパティ情報を割り当て、マスクデータ処理を行なうステップと、前記マスクデータ処理を行なったセルを前記チップ上に再配列するステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明のパターン作成プログラムは、コンピュータに、半導体基板上にパターンを露光する際の、チップ内での位置毎のプロパティ情報を割り当てた第１のデータベースを作成するステップと、設計パターンの階層処理から抽出されたセル名称と、その配置位置情報が対になった第２のデータベースを作成するステップと、前記第１および第２のデータベースより、セル毎にプロパティ情報を割り当て、マスクデータ処理を行なうステップと、前記マスクデータ処理を行なったセルを前記チップ上に再配列するステップとを実行させることを特徴とする。

従来設計データでの階層構造を展開して処理することが必要であったために、データ処理時間の増大、出力データサイズの増大を招いていたが、本発明によれば、階層展開量を必要最小限に抑えることが可能となるため、処理時間の短縮、および出力データサイズの増大を抑えることが可能となる。

上記に加え、プロパティ情報をきめ細かくセルに反映させるので、高精度な微細パターンの作成が可能になる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を説明する前に、従来のパターン形成法について、図６を用いて説明する。設計データ上には、セルＡとセルＢが配置されている。セルＡ，Ｂはマスクデータ処理時に処理されるセルを代表しているものであり、さらにセルＡ、Ｂの下位に別のセル構造を持っていてもよい。マスクデータ処理時には、先ずは設計データのうちマスクデータ処理されるセル構造を抽出し、それぞれのセルに対してマスクデータ処理を行って、セルＡ，Ｂと異なるセルａ、ｂを生成する。ここで、マスクデータ処理には、ＯＰＣ処理、リサイズ処理、ブーリアン演算処理等を含む。セルａ、ｂは、もともと配置されていたセルＡ，Ｂと入れ替わって配置され、設計データからマスクデータが生成される。

この様に従来のパターン形成法では、階層処理によって設計データのセル構造を適切に抽出し、マスク処理量をできるだけ小さくすることが可能である。これは、特にＯＰＣ処理等によるマスクデータ処理時間の増大を抑制するために非常に有効であった。しかし、従来法では、設計データ上に配置されているセルＡに対しては、必ずセルａが割り当てられることになる。つまり、セルＡが設計データ内で異なる位置配置されていても、その位置に関係なく、必ず同じデータ処理結果（ＯＰＣ処理では同じ補正値）が割り当てられることになる。

一方、パターン微細化の加速により、設計データの位置若しくはマスク上でのパターン配置位置が異なると、露光装置の光学特性ばらつきや、プロセスばらつきの影響を受け、それによるウェハ上での仕上がり寸法の系統的なばらつきが顕著になり始めている。これらの影響は、露光される１ショット内で分布を持っているため、ショットの位置ごとにそれらのばらつき量を規定することが必要となる。ショットの位置毎にばらつく要因としては、露光装置の収差、照明形状、照明輝度、投影レンズの収差、投影レンズの透過率、照明の偏光度、ショット内に配置されたパターンの被覆率などが挙げられる。従来法では、これらの要因を考慮しながらセル構造を切り出そうとしても、位置に応じて異なる補正値を割り当てる必要があるため、同一のセルとしてマスクデータ処理を行なうことができず、セルを全て展開することが必要であった。このため、マスクデータ処理を行なう処理量が増大し、処理時間の増大、マスクデータサイズの増大を招いていた。

次に、本発明の第１の実施形態を説明する。第１の実施形態では、まず位置に依存して分布を持つ露光装置ばらつき、プロセスばらつき要因を、チップ内の位置毎にプロパティ（属性情報）としてとしてデータベース化する。そして、マスクデータ処理を行なうそれぞれのセルに対して、その配置位置情報に基づいてデータベースに登録されたプロパティを割り当てる。セル名称とプロパティとが一致しているものは、１つのセルとしてマスクデータ処理を行い、セル名称は一致しているがプロパティが異なるものについては、異なるセルとしてマスクデータ処理を行なうというような階層処理を行なう。

具体例を図１のプロセス模式図、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。従来方法の図６と同様な設計データに対して、メッシュ分割された領域ごとにプロパティを割り当てる。例えば図１左端の設計データでは、横位置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，縦位置１，２，３，４の番地が割り当てられたメッシュに分割されている。そして（Ａ−１，２）、（Ｂ−１，２）、（Ｃ−１，２）、（Ｄ−１，２）にはセルＡが形成され、（Ａ−３，４〜Ｂ−３，４）、（Ｃ−３，４〜Ｄ−３，４）にはセルＢが形成されるものとする。このメッシュの大きさは、要求されるＯＰＣ補正精度に依存しており、細かいメッシュに分けることも、大きなメッシュに分けることも可能である。さらに、必ずしもメッシュである必要はなく、特定の領域に対してプロパティが規定されている場合も含んでいる。さらに、位置情報に所定のトレランスを持たせることも可能である。位置情報を一意に決めると、その階層処理におけるセル数の増大を招く可能性があり処理時間増大となる。そこで、位置情報に所定の許容幅を持たせることによって、その許容幅内ではどちらの位置にセルが属しても良いとし、階層処理により生成されるセル数を抑制することが可能となる。その結果、処理時間を低減させることも可能である。また、設計データは、露光される時の１ショットと同意として用いている。

プロパティは、露光される位置に依存して変動するパラメータである。例えば、露光装置の収差、照明形状、照明輝度、投影レンズの収差、投影レンズの透過率、照明の偏光度、パターン被覆率等の情報である。図１ではメッシュ毎に３〜８の単純な数字で示しているが、それぞれの数字が上記の情報である。プロパティは、収差、照明条件等を規定したファイル名称などでも良いし、被覆率を規定した数字などでもよい。さらに、プロパティが０である領域が存在していてもよい。

またプロパティはこれらの情報を融合した複数のものであっても構わないし、領域のメッシュの作り方も上記で示した情報ごとに異なっていても構わない。一例として、図３、４に収差情報、パターン被覆率情報の規定の仕方を示す。図３の収差の場合、（Ａ−１，２，３，４）、（Ｂ−１，２，３，４）、（Ｃ−１，２，３，４）、（Ｄ−１，２，３，４）に、収差１、収差２、収差３、収差４が割り当てられる。図４の被覆率の場合は、各メッシュ毎に固有の被覆率が割り当てられる。このように、各位置ごとに依存したプロパティを割り当てたデータベース１を作成する（図２のＳ１０１）。

次に、従来手法で用いる階層処理から抽出されたセルに対して、そのセルの配置位置情報を持たせる。これは、設計データ上のどの領域にセルが配置されているかが認識できればよい。図１の例では、階層処理の結果、（Ａ−１，２）にはセルＡ′が、（Ｂ−１，２），（Ｃ−１，２）にはセルＡ″が、（Ｄ−１，２）にはセルＡ″′が、割り当てられる。同様に、（Ａ−３，４〜Ｂ−３，４）にはセルＢ′が、（Ｃ−３，４〜Ｄ−３，４）にはセルＢ″が、割り当てられる。このようにして、セル名称とそのセルの配置領域とが対になったデータベース２を作成する（図２のＳ１０２）。

次いで、データベース１から領域に対するプロパティ情報を取得し、データベース２から領域に対するセル名称を取得し、セル毎にプロパティ情報を割り当てる。データベース１に相当するデータベースが複数ある場合には（例えば、収差情報と照明形状情報）、セルに割り当てられるプロパティ情報も複数になる。

こうすることで、プロパティを含むセル情報が完成する。そのうちプロパティ情報と、セルとが共に一致しているものは、１つのセルとしてマスクデータ処理が行われる。一方セルは一致しているが、プロパティ情報が異なるものは、別のセルととしてマスクデータ処理が行われる。こうすることで、位置毎に異なるプロパティを反映したマスクデータ処理が可能となる（図２のＳ１０３）。図１の例では、セルＡ′、セルＡ″、セルＡ″′、セルＢ′、セルＢ″がプロパティに応じたＯＰＣ処理をされて、夫々セルａ′、セルａ″、セルａ″′、セルｂ′、セルｂ″となる。このときのＯＰＣ処理には、上記で示したプロパティを考慮した光学シミュレーションを適用してもよく、プロパティに応じてパターンのリサイズ量を変化させてもよい。

上記のようにＯＰＣ処理をされたセルを、チップ上に再配列することにより、実際に製造に使用されるマスクデータが作成される（図２のＳ１０４）。

この様に、本実施形態によれば、収差や照明形状等が異なることで、ＯＰＣ処理の補正値が変わる場合、パターン被覆率が異なることでエッチングプロセス変換差が異なり、それによりマスクパターン補正を変える必要が有る場合、などにセルをできるだけ展開することなく、データ処理量を最小に抑えたマスクデータ処理が可能となる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、プロパティが異なる場合には、別のセルとして扱う場合を示した。しかし、実際にセルを別に扱う必要があるかどうかは、与えられたプロパティによって、異なるセルにする必要があるかどうかに依存する。

つまり、仮にプロパティ１とプロパティ２が異なっていても、その違いによるマスクデータ処理への影響が全く無いケースもある。例えば、収差の一例を挙げると、収差には、上下方向に長いパターンに対してだけ影響があるもの、若しくは左右方向に長いパターンに対して影響があるもの、などパターンの向きによって影響を与えたり与えなかったりする収差が存在する。

仮に、セル内に上下方向のパターンだけが存在していて、収差プロパティには上下方向には影響の無い収差のみに違いが有る場合、プロパティが違っていても実質的にはＯＰＣ処理後のマスクパターン形状には全く影響が無いケースが存在する。そのため、プロパティが違っていても、必ずしも別のセルにする必要は無いケースがある。

従って、プロパティが異なるセルを別のセルとして扱うかどうかは、上記の収差のケースでは、リソグラフィシミュレータ（光学計算ツール）を通って出力されたＯＰＣの補正値が一致しているか否かによって判断する必要がある。プロパティが異なってもＯＰＣ補正値が一致していれば、同一セルとして扱うことでセルの構造を維持することが可能となる。

具体的な方法を図５を用いて説明する。図５では、上下に２つのケースを想定して書いている。先ず入力されるセルに対して異なる２つのプロパティ（＝５，７）が割り当てられている。上のケースでは、プロパティ情報をセルのパターン情報とともにＯＰＣツールに入力する。ここで、ＯＰＣツールとは、パターンに対して補正値を決定するリソグラフィシミュレータ部を含むことを想定している。上のケースでは、異なるプロパティに基づいて補正値を算出した結果、異なる補正値が得られたので、セルＡは異なるセルＡ′、Ａ″として扱う必要がある。

一方で、下のケースでは、上記で示したように、プロパティとしては異なるが、そのプロパティが補正値に対してインパクトが無いケースには、ＯＰＣツールから出力されるパターン形状は一致することとなる。従って、出力されたパターン形状を同一のセルとして扱うことが可能となる。また、プロパティが異なっても、補正値の差が極端に小さくて、同一補正値として見なして問題ないかどうかを判定する工程を入れることにより、本来異なるセルとして見なす必要があっても、それを同一セルと見なして問題ないケースも考えられる。

このように、ＯＰＣツールから出される補正値、若しくはその補正値の同一性評価を行なうことにより、プロパティが異なっていても同一セルとして扱えるかどうかを判断することが可能となり、データ量削減効果が増大した。さらに、ＯＰＣツールの前段までに、セルを展開する必要がないため、従来手法での階層処理でのマスクデータ処理量と略同程度の処理負荷で、位置依存のＯＰＣを行なうことが可能となる。

第２の実施形態では、プロパティが異なるセルであっても、ＯＰＣツールから出力される補正値が一致する場合には同一セルとし、異なる場合のみ異なるセルとして扱う一例について示した。プロパティが被覆率情報の場合には、被覆率に応じてその領域を一律リサイズすることが考えられる。その場合にも、第２の実施形態同様、リサイズ量が一致する場合には同一セルとして扱うことができ、異なる場合のみ別セルとして扱えばよい。

（第３の実施形態）
プロパティは、工場で使用されるプロセス情報とリンクさせることも可能である。つまり、予めどのプロセスで処理されるかが決まっていれば、そのプロセス情報の中にショット内での露光装置収差情報、照明情報などをマスク作成時、若しくは設計フローの中で行われるリソグラフィによるマージンの少ないパターンをレイアウトパターンを回避するためのリソグラフィ検証フロー時に、これらの情報を考慮した設計レイアウトを作成することも可能である。

但し、設計パターン構築の際のリソグラフィ検証フローでも、マスク上での配置情報が決まってからでないと、収差、照明形状、パターン被覆率の情報などを決めることができないため、Ｐ＆Ｒ（placement and routing）配線終了後のマスクイメージ（フロアプラン）が確定した後のリソグラフィ検証時に、収差情報、照明情報を考慮して設計レイアウトを修正したり、作成したりすることは有効である。

このように、位置ごとにウェハ形状に影響を及ぼすプロパティを規定し、そのプロパティを考慮したリソグラフィシミュレーションを行い、設計パターン上にリソグラフィのマージンが充分か否かを判定し、不十分な場合には設計パターンを修正するというフローは、プロセスに対してロバストな設計パターンを作成する際に非常に有効である。

なお、上記実施形態において記述した手法は、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、例えばフレクシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、ＣＤ，ＤＶＤ，及びＭＯ等の光ディスク、あるいは半導体メモリ等の記憶媒体に書き込んで、各種装置に適用したり、通信媒体により伝達して、各種装置に適用したりすることも可能である。

以上の実施形態を通じて説明したマスクパターンを半導体基板に転写することにより、設計段階において設定された寸法、形状、及び配置通りに許容できる誤差の範囲内で高い精度で表面に形成されたウェハを得ることができる。この後、詳しい説明および図示は省略するが、通常のダイシング工程、マウント工程、ボンディング工程、およびパッケージング工程などを経て、所望のパターンが形成されたウェハを具備する半導体装置を得ることができる。

以上、本発明を実施形態を通じて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することができる。望ましい実施態様として下記を挙げることができる。

（１）プロパティ情報は、露光装置の収差、照明形状、照明輝度、投影レンズの収差、投影レンズの透過率、照明の偏光度、ショット内でのパターン被覆率のうちの少なくとも１つを含む。

（２）マスクデータ処理から予測される半導体基板上での仕上がり平面形状を算出し、その結果に基づいて前記設計パターンを修正するステップをさらに含む。

（３）マスクデータ処理には、少なくともリサイズ処理を含む。

（４）マスクデータ処理には、少なくともリソグラフィシミュレータを有する光近接効果補正処理を含む。

（５）プロパティ付きパターン情報は、１つの処理パターン情報に対して、複数のプロパティ情報を有する。

（６）プロパティ情報は、チップ内を分割した領域毎に規定されている。

（７）プロパティが違っても、リソグラフィシミュレータの出力値が同じならば、同一セルにする。

本発明の第１の実施形態に係るマスクデータ作成方法を説明するための模式図。 第１の実施形態に係るプロセスフローチャート。 チップ上の収差情報の一例を示す模式図。 チップ上の被覆率情報の一例を示す模式図。 本発明の第２の実施形態に係るマスクデータ作成方法を説明するための模式図。 従来のマスクデータ作成方法を説明するための模式図。

符号の説明

１００…チップ
Ｓ１０１〜Ｓ１０４…ステップ名

Claims (5)

1. 半導体装置の基板上に所望寸法のパターンを形成するためのパターン作成方法において、
   前記パターンを露光する際のチップ内での位置毎にプロパティ情報を割り当てた第１のデータベースを作成するステップと、
   設計パターンの階層処理から抽出されたセル名称と、その配置位置情報が対になった第２のデータベースを作成するステップと、
   前記第１および第２のデータベースより、セル毎にプロパティ情報を割り当て、少なくとも１つ以上のプロパティ情報に基づいてマスクデータ処理を行なうステップと、
   前記マスクデータ処理を行なったセルを前記チップ上に再配列するステップと、
   を含むことを特徴とするパターン作成方法。
2. 前記プロパティ情報は、露光装置の収差、照明形状、照明輝度、投影レンズの収差、投影レンズの透過率、照明の偏光度、ショット内でのパターン被覆率のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン作成方法。
3. 前記マスクデータ処理から予測される半導体基板上での仕上がり平面形状を算出し、その結果に基づいて前記設計パターンを修正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のパターン作成方法。
4. コンピュータに、
   半導体基板上にパターンを露光する際の、チップ内での位置毎のプロパティ情報を割り当てた第１のデータベースを作成するステップと、
   設計パターンの階層処理から抽出されたセル名称と、その配置位置情報が対になった第２のデータベースを作成するステップと、
   前記第１および第２のデータベースより、セル毎にプロパティ情報を割り当て、マスクデータ処理を行なうステップと、
   前記マスクデータ処理を行なったセルを前記チップ上に再配列するステップと、
   を実行させるためのパターン作成プログラム。
5. 請求項１〜３のパターン作成方法により作成されたマスクパターンを、半導体基板上に転写する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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