JP2008020714A - フォトマスクの設計装置、フォトマスク、フォトマスクの設計方法、フォトマスクの設計プログラム、および記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法ばらつきの少ない所望の微細パターンを形成することを可能とする。
【解決手段】パターンの全領域Ｚの中央に位置するメモリセル領域Ｍの端部ＭａからＬ／Ｓパターンの長手方向に沿って外方に向けて半透過領域Ｔｂ、透過領域Ｔａ、遮光部Ｓの順に設けられた領域について半透過領域Ｔｂから遮光部Ｓまでの距離が近いほど半透過領域ＴｂのＬ／Ｓパターンの幅方向の寸法を広く設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクパターンを形成するためのフォトマスクの設計装置、フォトマスク、フォトマスクの設計方法、フォトマスクの設計プログラム、および記憶媒体に関する。

一般に、フォトマスクは、各種半導体デバイスのマスクパターンを形成するために用いられる。このフォトマスクの線幅の寸法が様々な要因で変動することが知られている。このような寸法変動を抑制し所望のフォトマスクパターンを形成するための技術が供されている（例えば、特許文献１ないし４参照）。

特許文献１記載の技術によれば、透明基板にダミーパターンを介在させることにより、密集パターンおよび孤立パターンが混在する半導体マスクにおいて両者のパターン寸法差を低減させることができるようにしている。

また、特許文献２記載の技術によれば、フォトリソグラフィ工程を実行し、光遮断領域および光透過領域でフォトレジストパターンの線幅を比較し、この比較結果によりレンズのフレアを定量化し、ウェハ上にフレアの影響を受ける領域を測定する。また、レンズのフレア量によりフレアの影響を受ける領域内にて開閉比を測定し、この開閉比によりマスクパターンの線幅を補正することによりウェハ上に均一なパターンを得ることができるようになる。

また、特許文献３記載の技術によれば、周期パターン領域および窓パターンのそれぞれをウェハ上の同じ領域に多重露光する露光装置と、ウェハ上において、窓パターンの投影像位置を基準として、周期パターン領域の投影像位置を基準として周期パターン領域の投影像の線幅の寸法変動を測定する線幅測定部と、線幅の寸法変動をもとに、マスクの被覆率に依存する寸法変動要因を評価する被覆率依存性評価部とを備え、リソグラフィプロセスにおけるマスク被覆率に依存する寸法変動要因を正確に評価できるようにしている。

また、特許文献４記載の技術によれば、投影光強度分布を測定し、モニタマスクパターンの照明光強度とモニタマスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第１の投影光強度との第１の比率および投影光強度分布に基づいて、モニタマスクパターンのマスクパターン被覆率に依存して生じるローカルフレアの分布関数を算出し、対象フォトマスクの設計マスクパターンを複数の単位領域に分割し、複数の単位領域のそれぞれにおける照明光強度設計マスクパターンに基づいて算出される半導体基板上の第２の投影光強度との第２の比率および分布関数に基づいて複数の単位領域のそれぞれでローカルフレア強度を算出している。これにより、寸法変動を算出してマスクパターンを補正することで所望のフォトマスクパターンを得ることができる。
特開２００１−１８８３３７号公報 特開２００３−１００６２４号公報 特開２００５−２０３６３７号公報 特開２００５−３３８２６７号公報

ところで、例えばＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置等のメモリセル領域においては、近年より微細化が要求されており、露光装置の解像限界に近い露光処理を施す必要がある。すなわち、メモリセル領域に対してより微細な密パターンを形成する必要を生じている。

このような微細パターンを露光するためのマスクとしては、所定波長の露光光を透過する透過領域、露光光に対して１８０度位相を変更する半透過（ハーフトーン）領域および遮光領域を備えた位相シフトマスクを用いる必要がある。しかしながら、微細パターンを形成するための露光装置において開口数（ＮＡ）の限界で解像度を得て露光し、特許文献１ないし４に記載された単純な補正を行ったとしても何らかの影響により寸法に狂いが生じてしまうことが判明している。すなわち、寸法バラツキを抑制することができないという問題を生じている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、寸法ばらつきの少ない所望の微細パターンを形成することを可能としたフォトマスクの設計装置、フォトマスクの設計方法、フォトマスクの設計プログラム、この設計プログラムを記憶した記憶媒体、並びに、フォトマスクを提供することにある。

本発明に係るフォトマスクの設計装置、設計方法は、所定波長の露光光を透過する透過領域と、前記所定波長において前記透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域と、前記露光光を遮光する遮光領域とを備えたフォトマスクについての設計装置、設計方法を対象としている。

本発明に係るフォトマスクの設計装置、設計方法は、露光光通過領域側からその外方向に向けて半透過領域、透過領域、遮光領域の順に設けられた領域について半透過領域から遮光領域までの距離が近いほど半透過領域の寸法幅を広く設定し、距離が遠くなるにしたがって半透過領域の寸法幅を狭く設定することを特徴としている。

本発明に係るフォトマスクの設計装置、設計方法は、露光光通過領域側からその外方向に向けて透過領域、半透過領域、遮光領域の順に設けられた領域について透過領域から遮光領域までの距離が近いほど透過領域の寸法幅を広く設定し、距離が遠くなるにしたがって透過領域の寸法幅を狭く設定するように構成されていることを特徴としている。

本発明によれば、寸法ばらつきの少ない所望の微細パターンを形成することができる。

以下、本発明を、ポジ型のレジストを想定した際に微細ラインアンドスペースパターンの周りが広いレジスト抜き領域になっており、さらにその周りに同様に広いレジスト残してパターンを形成するためのフォトマスク設計装置、設計方法、設計プログラム等に適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

半導体デバイスパターンの微細化に伴い、リソグラフィ工程によって半導体基板上に形成されるパターンの線幅を精度良く制御する技術が必要とされている。一律に均一なマスクパターンの寸法であるにも関わらず、半導体基板上に形成されるレジストの寸法が変動する原因の一つとして光近接効果（ＯＰＥ）が挙げられる。

この光近接効果は、あるパターンの周囲のパターン密度または周期性に依存して露光後のレジスト寸法が変化する現象を示しており、解像限界付近の寸法のパターンに対して顕著に現れる。一般に、このような光近接効果は、パターンの周囲数μｍ程度のパターン配置を考慮したリソグラフィシミュレーションから寸法変動を予測し、その予測値に基づいてマスクパターンの寸法を補正する光近接効果補正によって抑制することができる。

また、露光だけではなく、現像のプロセスにおいて発生する同様の寸法変動（プロセス近接効果と称される：ＰＰＥ）についても、実験またはシミュレーションによって着目パターンの寸法変動と周辺パターンの状態との関係を求め、各プロセスを改善して寸法変動を抑制したり、あるいはマスク寸法を変更することでレジスト寸法補正を行っている。その他にも、光近接効果補正（ＯＰＣ）以外にこの補正の影響よりも広い範囲（１００μｍ〜１０００μｍ）のマスクの被覆状態の影響が問題とされている。

例えば、ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域においては、多数のメモリセルアレイを形成する必要がある。この場合、多数のパターンを均一な線幅に形成する必要があるがこの課題の解決が困難となっており、特に、形成すべきパターンの微細化が進むにつれて大きな問題となっている。尚、メモリセルアレイとは、メモリセルがＮＡＮＤ型に複数接続されたアレイ構造を示している。

例えば、あるパターンの近傍に対して広い開口部が存在する場合にはパターンの線幅が変動する。この現象は、マスクの局所的な被覆率に依存した寸法変動として被覆率依存性と称されており、この発生要因として露光装置内で発生するフレア、ポストエクスポージャベーク（ＰＥＢ）中にフォトレジストから蒸散する酸、その酸の半導体基板に対する再付着、現像中の現像液濃度の偏り（現像マイクロローディング）、などの要因が考えられている。

発明者らは、このような半導体基板の露光処理、ＰＥＢ、現像プロセス上の問題や、その他マスクパターン自体の寸法変動の影響を含めて検討を繰り返し、特許文献１ないし４に記載の技術を適用して線幅の寸法変動を検討した。しかし、例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリ装置のメモリセル領域のような解像限界に近い露光を施す必要がある領域に対しては、たとえ前記特許文献１ないし４記載の技術を組み合わせると共に、開口数（ＮＡ）の限界で解像度を得て処理したとしても寸法変動に係る課題を解決できていないという問題を生じていることを突きとめている。

また、特に、メモリセル領域に対して隣接するように周辺回路領域が設けられており、これらの領域に対して２重（多重）露光する場合にも問題を生じている。多重露光とは、一回の露光処理では実現できない強度分布を複数枚のマスクパターンを用いて像合成で形成する方法であり、各露光でマスクパターンや照明条件を最適化することができるという利点がある。

図１（ａ）は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ装置のメモリセル領域と周辺回路領域の配置領域とこの領域におけるレジストパターンの一例を模式的な平面図により示している。
メモリセル領域Ｍが、パターンの全領域Ｚの略中央部に設けられており、周辺回路領域Ｐがこの周囲に設けられている。周辺回路領域Ｐは、メモリセル領域Ｍに形成されるメモリセルアレイ（図示せず）を駆動するための駆動回路（図示せず）が形成される領域であり、当該領域には駆動用の各種トランジスタ素子等（図示せず）が構成されている。

したがって、メモリセル領域Ｍに対して微細化処理が要求される反面、周辺回路領域Ｐでは比較的デザインルールが緩いがパターンバリエーションが多彩となっており、多重露光、すなわち領域毎に光学条件を好適な条件にて露光処理が行われる場合がある。このように領域毎に分けて露光を行う多重露光の場合には相互の露光境界で悪影響が引き起こされることが懸念されるため、各領域ＰおよびＭ間にはレジスト抜き部Ｎおよび境界部Ｋが設けられており、メモリセル領域Ｍおよび周辺回路領域Ｐ間の露光時等の相互影響を極力なくすようにしている。

多重露光する際には複数枚のマスクパターンが用意される。図１（ｂ）は、メモリセル領域Ｍを露光する際のマスクパターンの一例を示しており、図１（ｃ）は、周辺回路領域Ｐを露光する際のマスクパターンの一例を示している。

これらの図１（ｂ）や図１（ｃ）に示すマスクパターンを使用して、メモリセル領域Ｍおよび周辺回路領域Ｐを分けて露光する場合、マスクパターンとして一方の領域を露光する場合には他方の領域を遮光するための遮光部Ｓがそれぞれ設けられる。

しかし、メモリセル領域Ｍに比較して極端に大きな遮光部Ｓが隣接配置されるようなマスクパターンを用意し露光処理を実施しても前述と同様に特許文献１ないし４に記載の技術だけでは上記課題を解決できていないという問題を生じている。

そこで、発明者は、メモリセルアレイの規模やメモリセルアレイの端部と遮光領域との距離に着目し、これらの規模や距離に応じた幅寸法や長さ寸法（長手方向の寸法）の変化量を予め取得し、この量に応じた補正処理を行うことによりメモリセル領域Ｍにおける線幅のバラツキを抑制できることを見出している。

＜具体例＞
以下、具体例を挙げて説明する。図２は、半導体設計製造管理システムの電気的構成を概略的なブロック図により示している。

この図２に示すように、設計装置としての半導体設計製造管理システム１は、制御部（補正部）２を備え、この制御部２に対して、設計部３、製造部４、検査部５、外部メモリ６、入力装置７、および出力装置８を接続して構成されている。

設計部３は、例えばプログラムを記憶可能な記憶媒体を備えたコンピュータにより構成されている。具体的には、設計部３は、半導体装置の回路設計やレイアウト設計、フォトマスクのレイアウト等の設計、およびフォトマスクの作成等を実施するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムやパターンジェネレータ（ＰＧ）、各種設計情報データベース（何れも図示せず）を備えている。

コンピュータ支援設計システムにより半導体装置の回路やレイアウトの詳細や回路のマスクパターンが設計されると、これらの回路データやレイアウトデータ、マスクパターンデータ等が設計情報データベース（図示せず）に記憶される。また、露光装置４ｃの各種補正用データも設計情報データベースに記憶されている。この設計情報データベースに記憶された設計情報に基づいて半導体装置製造用のフォトマスクが作製される。

製造部４は、半導体装置の製造ラインに並設された各種半導体製造装置からなっており、例えば、熱処理装置４ａ、化学気相成長装置４ｂ、露光装置４ｃ、現像装置４ｄ、エッチング（リセス）装置４ｅ、および蒸着装置４ｆ等を備えている。これらの製造部４は、予め与えられた製造条件に基づいて各種の半導体装置の製造工程を実施する。尚、露光装置４ｃの具体構成例は後述する。

検査部５は、例えばプログラムを記憶可能な記憶媒体を備えたコンピュータを備えて構成されている。具体的には検査部５は、製造部４において処理された半導体基板９（図３参照）について各種測定および検査を行う各種検査装置からなっており、例えば、表面観察用の光学顕微鏡、構造解析用の透過型電子顕微鏡、表面観察や構造解析用の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等を備えている。

外部メモリ６は、制御部２から出力される補正情報などの各種情報を一時的に記憶可能になっている。入力装置７は、例えばキーボードやマウス、デジタイザなどの各種入力機器からなっており、入力装置７に入力されるとこの操作入力信号が制御部２に与えられるようになっている。出力装置８は、例えば液晶表示装置や発光ダイオードパネル、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等の各種視認装置から構成されており、制御部２から出力される各種情報を表示するように構成されている。

制御部２は、例えば各種プログラム（制御用プログラム、補正用プログラム等）を記憶可能な記憶媒体を備えたコンピュータを備えて構成されており、入力装置７から与えられる操作指示信号に基づいて各種補正処理を実施するように構成されている。制御部２は、補正処理として、例えば、半導体基板の露光処理（マスクパターンの被覆率依存性）、ＰＥＢ、現像プロセス、その他マスクパターン自体の寸法変動の影響を加味して行うように構成されている。

図３（ａ）は、露光装置の構成例を概略的に示している。露光装置４ｃは、ＡｒＦエキシマレーザー露光装置を使用している。図３（ａ）に示すように、露光装置４ｃは、光源１０と、この光源１０から発せられる露光光を透過する照明光学系１１と、照明光学系１１を透過した露光光を入射するフォトマスク１２と、フォトマスク１２を透過した露光光を入射する投影光学系１３とを備えており、投影光学系１３を通じて半導体基板９に対して出射するように構成されている。

光源１０は、例えば波長λ＝１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザにより構成されている。この光源１０や照明光学系１１は、メモリセル領域Ｍおよび周辺回路領域Ｐに対して多重露光する場合、照明条件を変更してフォトマスク１２を介して露光光を出射するように構成されている。

図３（ｂ）は、メモリセル領域を露光する際の照明条件を概略的な平面図により示している。
メモリセル領域Ｍを露光する場合には、メモリセルを多数配列して形成する必要があるため、ある所定方向に沿って多数の互いに平行なラインアンドスペースパターン（以下、Ｌ／Ｓパターンと称す：縞状パターン）をレジストパターンとして半導体基板９上に形成することが多い。

Ｌ／Ｓパターンの長手方向を図中Ｙ軸方向（縦方向）とした場合、図３（ｂ）に示すように、光源１０および照明光学系１１は、Ｙ軸方向中央で且つＹ軸方向に直交したＸ軸方向（横方向）に対して所定距離離間した２箇所から照明光をフォトマスク１２に対して出射するように構成されている。この照明条件をダイポールタイプの照明条件と称している。このダイポールタイプの照明条件を適用することで、特にＬ／Ｓパターンを露光する場合に好適な照明条件として設定することができる。また、光の偏光方向はコントラストを向上するためＹ軸方向（Ｓ偏光）に設定されている。

図３（ｃ）は、周辺回路領域を露光する際の照明条件を概略的な平面図により示している。
周辺回路領域Ｐは、メモリセル領域Ｍの周辺（周囲）に設けられている。周辺回路領域Ｐは、そのパターンバリエーションが多彩であるため、照明条件もこの領域を均一に照射するように設定する必要がある。本実施形態では、光源１０および照明光学系１１から照射される照明光として、図３（ｃ）に示すように、全ての方向から好適に露光するため輪帯照明を適用しており偏光条件は無偏光に設定されている。

図３（ａ）に戻って、フォトマスク１２は、実際にパターンを形成するための領域に対しては半透過位相シフト膜を適用して構成される。すなわち、Ｃｒ膜等の遮光膜をパターン形成用の膜として用いた通常のフォトマスクにおいては、マスクパターンの間隔を狭くすると、本来露光されるべきでない暗パターン部に光が広がり、広がった光同士が強めあうため暗パターン部であるにもかかわらず露光されてしまう。

しかし、半透過位相シフトマスクを使用することにより位相シフト膜を通過した光の位相が１８０度ずれるため、暗パターン部に広がった光同士が打ち消しあい暗パターン部は露光されなくなる。したがって、位相シフトマスクは、通常のフォトマスクに比較してより微細化された半導体装置の製造に適用することができる。

投影光学系１３は、投影レンズ１３ａおよび開口絞り（図示せず）を備えて構成される。照明光学系１１を透過した照明光は、フォトマスク１２を介してさらに投影光学系１３を透過して露光光として半導体基板９上に縮小投影される。

図３（ｄ）は、メモリセル領域の露光時におけるダイポールタイプの照明条件の出射光の光路を模式的に示している。
ダイポールタイプの照明条件で出射された光は、フォトマスク１２に対して斜入射する。この斜入射照明光は、フォトマスク１２のパターンを通じて出射されるが、フォトマスク１２を通じて０次光と１次回折光とを得る。これらの０次光と１次回折光がそれぞれ投影光学系１３を構成する投影レンズ１３ａの最外周の一端部側と他端部側とに入射されるように光学的に設定されている。このような斜入射照明は、微細パターンに特化した露光装置４ｃの開口数ぎりぎりの解像力を得るために実施される。

以下、実験条件とその結果を示す。メモリセル領域を露光する際の投影光学系１３の開口数（ＮＡ）は０．９２、照明光学系１１の開口数（ＮＡ）は０．９２×０．９７に設定されている。このとき、σ値（コヒーレンスファクタ）を、
σ＝照明光学系の開口数／投影光学系の開口数 …（１）
と定義すると、このσは０．９７に設定される。また、周辺回路領域Ｐを露光する際の輪帯照明のInnerσ値を０．７５とし、輪帯照明のOuterσ値を０．５とする。

半導体基板９上に反射防止膜を塗布し、その上にポジ型の化学増幅型レジストを塗布して実験を行っている。これらの条件は、メモリセル領域Ｍや周辺回路領域Ｐをそれぞれ露光する際に最適な露光条件（開口数（ＮＡ）、照明形状、レジスト条件等）である。

図１（ａ）には、必要なレジストパターンの構成例をも示している。
この図１（ａ）に示すように、メモリセル領域Ｍに対応するパターンＭ１が、パターン全領域Ｚに対してその中央部に設けられている。レジスト抜き部Ｎが、そのメモリセル領域ＭのパターンＭ１の外周囲に設けられている。レジストパターンの境界部Ｋが、レジスト抜き部Ｎの外周側に設けられている。周辺回路領域Ｐに対応するパターンＰ１が、レジストパターンの境界部Ｋの外周側に設けられている。このようなパターンを適用して実験を行う。レジスト抜き部Ｎは、パターンの余裕領域として設けられている。境界部Ｋは、２重露光時にメモリセル領域Ｍと周辺回路領域Ｐとの境界となる領域である。

メモリセル領域Ｍに対応するパターンＭ１としては、Ｌ／ＳパターンがＹ軸方向に沿って互いに平行となるように多数構成されるパターンを適用している。したがって、図１（ｄ）に示すように、マスクパターンＭ１は、透過領域Ｔａおよび半透過領域ＴｂがＹ軸方向に沿って互い違いに平行に配設されている。透過領域Ｔａおよび半透過領域Ｔｂは、露光光通過領域に相当する。

周辺回路領域Ｐに対応するパターンＰ１としては、メモリセル領域Ｍのメモリセルを駆動するためのトランジスタ等の素子を構成するためのパターンを適用しており、フォトマスク１２のパターンＰ１としては透過領域Ｔａおよび半透過領域Ｔｂが組み合わされて構成されている。この場合、フォトマスク１２のパターンＰ１は、その透過領域Ｔａの全面積が半透過領域Ｔｂの全面積に比較して格段に大きい。

そして、図１（ｂ）に示すように、領域ＫおよびＰ１を覆うように遮光部Ｓを構成してパターンＭ１によりメモリセル領域Ｍを露光すると共に、図１（ｃ）に示すように、領域Ｍ１、ＮおよびＫを覆うように遮光部Ｓを構成し、パターンＰ１により周辺回路領域Ｐを露光する２重露光処理を適用する。

図１（ｄ）は、パターンＭ１の端部付近に対応したフォトマスク１２の拡大図を示している。図１（ｄ）に示すように、メモリセル領域Ｍに対応したパターンＭ１の略中央部には、Ｙ軸方向が長手方向となる透過領域Ｔａと半透過領域ＴｂとがＸ軸方向に対して交互にパターンとして設けられており、透過領域Ｔａおよび半透過領域ＴｂによりＬ／Ｓパターンを構成し、その周囲の所定範囲に対してマージンとして透過領域Ｔａが設けられている。

透過領域Ｔａは、所定波長（例えばλ＝１９３ｎｍ）の光を透過する領域であり、半透過領域Ｔｂは、所定波長において透過率１桁％程度（例えば６％）で且つ、所定波長において透過領域Ｔａに対して１８０度位相差の光学特性を有する領域である。メモリセル領域Ｍを露光するときのパターンＭ１において、半透過領域Ｔｂは所定方向（Ｙ方向）に長尺なパターンとして構成されている。尚、遮光部Ｓは、この所定波長の光を遮光する領域を示している。

発明者は、上記２枚のフォトマスク１２を用いた２重露光により生じるプロセス近接効果の影響を予めシミュレーションによって十分考慮してマスク作成を行い、メモリセル領域Ｍの端部付近（図１（ｂ）の数μｍ領域幅ｄ）については従来例に基づく補正を行うとともに、従来例（例えば、特開２００５−２０３６３７号公報、特開２００５−３３８２６７号公報）の補正手法、さらに、各々の領域ＭおよびＰの露光条件に対してフレア量の補正量を別々に求めてフレアの影響を考慮してフォトマスク１２を設計している。具体的には、メモリセル領域ＭのマスクのパターンＭ１の寸法を補正する場合には、周辺回路領域ＰのパターンＰ１を露光する際のフレアについてもその影響を考慮して補正を施している。同様に、周辺回路領域ＰのマスクのパターンＰ１の寸法補正についても、同様に、メモリセル領域ＭのパターンＭ１を露光する際のフレア分についてもその影響を考慮して補正を施している。このような条件の下で露光処理を行いパターン形成したレジスト寸法幅の測定結果を図４（ａ）および図４（ｂ）に示している。

図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、半導体基板９上に形成されたレジストパターン寸法幅の狙い寸法（ターゲット）をＷａとしたとき、半透過領域Ｔｂと遮光部Ｓとの間の最短距離Ｌ１（メモリセル領域ＭのＹ軸方向の端部Ｍａから遮光部Ｓの内縁部Ｓａまでの最短距離に対応（図４（ｃ）参照））に依存してレジストのパターン寸法幅Ｗが変化している。

特に、Ｘ軸方向については従来のプロセス近接効果（ＰＰＥ）を考慮した補正処理、および被覆率依存性を考慮した補正処理によって遮光部ＳからのＸ軸方向の距離ＬＸに位置するレジストパターンの寸法幅Ｗはほとんど変化せず許容範囲（例えば±１０％）内に収まっているものの、遮光部Ｓの端部ＳａからのＹ軸方向の距離ＬＹが近ければ近いほど、レジスト寸法幅Ｗはメモリセル領域Ｍの狙い寸法幅Ｗａに比較して顕著に狭くなっている。

これらの影響は従来の補正処理によっては除去できない何らかの原因によって生じる影響であることが確認されている。また、極端に近ければ許容範囲（例えば±１０％）内に収まらなくなるという傾向が現れる。

上記原因は、パターンＭ１によりメモリセル領域Ｍを露光する際に、極端な斜入射照明露光になってしまうことや、さらに偏光方向もＹ軸方向に沿っているため上記Ｙ軸方向のメモリセル領域Ｍの端部Ｍａに近い部分のついては複雑な多重反射等の影響も加わって従来の予測手法では転写特性を正しく判断できていないためであると推定されている。

発明者は、メモリセル領域Ｍ（メモリセルアレイＡｒ）の端部Ｍａと遮光部Ｓの内縁部Ｓａとの距離に応じた寸法の変化量をＸ軸方向およびＹ軸方向について予め取得し、この取得結果に対してＸ軸方向およびＹ軸方向毎に補正を行うことによってメモリセル領域Ｍの全体の線幅バラツキを抑制することができることを見出している。

図５（ａ）は、補正処理に用いる寸法補正量の距離依存性を概略的に示しており、図５（ｂ）は、被り光量分布の距離依存性を概略的に示している。
図５（ａ）に示すように、寸法補正量は、遮光部Ｓの内縁部Ｓａとメモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒの端部Ｍａからの距離が増加するにしたがって線形的に減少する。この寸法補正量は、図４（ｂ）に示す縦軸方向のレジスト寸法幅Ｗの変動量に応じて決定する。

図５（ｂ）に示すように、被り光量分布は、遮光部Ｓの内縁部Ｓａとメモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒの端部Ｍａからの距離が増加するにしたがって、線形的に減少する。この被り光量分布は、図４（ｂ）に示す横軸方向のメモリセル領域Ｍの端部Ｍａの遮光部Ｓの内縁部ＳａからのＹ軸方向の距離に応じて算出する。この被り光量分布は、ＯＰＣ時に被り光量を加味してマスク寸法に補正を施すために算出される。

このように算出した上で予めデータベース等の記憶媒体に補正用データを記憶させ、制御部２がこの補正用データを用いて補正することにより従来手法では補正できなかった寸法変動を抑制することができるようになり、メモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒの全ての方向に対して寸法変動を抑制することができるようになり、高歩留まり、高品質な多重露光用のフォトマスク１２を提供することができるようになる。

具体的には、設計部３によりレジストパターン幅が設計された後、制御部２が補正するときには、半透過領域Ｔｂのレジストパターンが遮光部Ｓの内縁部Ｓａに近ければ近いほど半透過領域Ｔｂのレジストパターンの寸法幅Ｗを広くするように補正する。逆に半透過領域Ｔｂのレジストパターンが遮光部Ｓの内縁部Ｓａから遠くなるにしたがって、半透過領域ＴｂのＸ軸方向の寸法幅Ｗを狭くするように補正する。

また、半透過領域Ｔｂが遮光部Ｓの内縁部Ｓａに近ければ近いほど半透過領域ＴｂのＸ軸方向の寸法補正量を大きくして補正する。逆にレジストパターンが遮光部Ｓの内縁部Ｓａから遠くなるにしたがって半透過領域ＴｂのＸ軸方向の寸法補正量を小さくして補正する。制御部２がこのような補正を行うことで、Ｘ軸方向のレジスト寸法幅Ｗを、狙い寸法Ｗａに調整できるようになる。これにより、半導体基板９に対してレジストを塗布してパターニングしたとしても寸法ばらつきの少ない所望の微細パターンを形成することができる。

従来より、周辺回路領域Ｐとメモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒとの間の距離を短縮する方向で開発を行っている。これは、チップ面積の縮小化の要請や、周辺回路領域ＰおよびメモリセルアレイＡｒ間に設けられるダミーパターンやガードリング領域のプロセス上からの要請があるためである。

しかし、本実施形態に係る実験結果が示すように、メモリセル領域Ｍ（メモリセルアレイＡｒ）の端部Ｍａから遮光部Ｓまでの最短距離が長くなればなるほど、レジストのパターン幅が狙い寸法に近づくという傾向があるため、レジストの幅寸法等を厳密に調整するためには周辺回路領域Ｐとメモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒとの間の距離を長くすることが望ましい。

本実施形態によれば、パターンの全領域Ｚの中央に位置するメモリセル領域Ｍの端部Ｍａから例えばＹ軸方向（特にＬ／Ｓパターンの長手方向）に沿って外方に向けて半透過領域Ｔｂ、透過領域Ｔａ、メモリセル領域Ｍに比較して大きな遮光部Ｓの順に設けられた領域について半透過領域Ｔｂから遮光部Ｓまでの距離が近いほど半透過領域Ｔｂの例えばＸ軸方向の寸法幅を広く設定し、半透過領域Ｔｂから遮光部Ｓの縁部Ｓａまでの距離が遠くなるにしたがって半透過領域ＴｂのＸ軸方向の寸法幅を狭く設定するため、従来より行われている被覆率依存性等に伴う補正処理を施したとしても解決できない他の要因によって生じていたパターン寸法幅の寸法変動をも抑制することができる。これにより、寸法バラツキの少ない所望の微細パターンを形成することができる。

また、本実施形態によれば、半透過領域Ｔｂから遮光部Ｓまでの距離が近いほど半透過領域Ｔｂの例えばＸ軸方向の寸法補正量を大きく設定し、半透過領域Ｔｂから遮光部Ｓの内縁部Ｓａまでの距離が遠くなるにしたがって半透過領域Ｔｂの例えばＸ軸方向の寸法補正量を小さく設定しているため、従来より行われている被覆率依存性等に伴う補正処理を施したとしても解決できない他の要因によって生じていたパターン寸法幅の寸法変動をも抑制することができる。これにより、寸法バラツキの少ない所望の微細パターンを形成することができる。

本実施形態によれば、光源１０および照明光学系１１には、全領域Ｚに対してＹ軸方向に対して中央で且つＸ軸方向に離間したダイポール照明を適用している。この場合、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のパターンの解像度が互いに異なる条件となるようにフォトマスク１２に対して照射しているため、例えばＬ／Ｓパターンのようにある所定方向に沿って長尺なパターンを多数設ける場合に対して好適に使用することができる。

本実施形態によれば、Ｙ軸方向に対して偏光する光がフォトマスク１２に入射するため、Ｙ軸方向に長手方向となるＬ／Ｓパターンを形成する場合、コントラストを向上した状態で形成することができる。

本実施形態によれば、フォトマスク１２は、メモリセル領域Ｍを露光するために用いられるマスクであり、近年素子の微細化が要求されている例えばフラッシュメモリ装置のメモリセル領域Ｍにおいても適用することができる。
本実施形態によれば、多重露光時にも適用することができ、多重露光後に寸法ばらつきの少ない所望のパターンを形成することができる。

（変形例）
前述実施形態においては、ポジ型のフォトレジスト１２についての実施形態を示したが、ネガ型であっても同様に適用することが可能である。すなわち、ポジ型のフォトマスク１２に代えてネガ型のフォトマスクを適用した場合、前述実施形態において半透過領域Ｔｂとしている領域に代えて透過領域Ｔａを適用し、逆に透過領域Ｔａとしている領域に代えて半透過領域Ｔｂとすれば良い。この場合にも同様に前述実施形態に係る作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

２重露光に適用したが、多重露光に適用しても良いし、メモリセル領域Ｍのみを露光する処理に適用しても良い。ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置のメモリセル領域Ｍに限らず、他の半導体装置の微細パターンにも適用可能であることは言うまでもない。

前述実施形態においては、メモリセル領域ＭのパターンＭ１と遮光部Ｓとの相対的な距離を示した実施形態について示したが、メモリセル領域ＭのパターンＭ１の領域の大きさ、ダイポール照明の偏光度、パターンＭ１のサイズによっても補正の方向の傾向は変化しない。このため、どのような規模のパターンＭ１を適用しても上記と同様に適用することができる。

前述実施形態では、レジスト抜き部Ｎはパターンの余裕領域として透過領域Ｔａを設けた実施形態を示したが、これに代えて半透過領域Ｔｂを適用しても良い。
前述実施形態では、照明条件として図２（ａ）に示したダイポール照明について示したが、ダイポール照明に加えて中央部に照明を備えた照明条件などにも適用できる。

本発明の第１の実施形態に係るパターンの説明図（（ａ）は全領域のレジストパターン、（ｂ）はメモリセル領域を露光する場合のフォトマスクパターン（ｃ）は周辺回路領域を露光するときのフォトマスクパターン、（ｄ）はメモリセル領域を露光するときのフォトマスクパターン） 半導体設計製造管理システムの電気的構成を概略的に示すブロック図 （ａ）は露光装置の構成図、（ｂ）はメモリセル領域を露光する際の照明条件を示す平面図、（ｃ）周辺回路領域を露光する際の照明条件を示す平面図、（ｄ）メモリセル領域を露光する際の光の光路を示す図 （ａ）（ｂ）はレジスト寸法幅の寸法測定結果を示す図、（ｃ）距離の定義を示す図 （ａ）は寸法補正量の距離依存性を概略的に示す図、（ｂ）は被り光量分布の距離依存性を概略的に示す図

符号の説明

図面中、１は半導体設計製造管理システム（設計装置）、１２はフォトマスク、Ｔａは透過領域、Ｔｂは半透過領域、Ｓは遮光部（遮光領域）を示す。

Claims (7)

1. 所定波長の露光光を透過する透過領域と、前記所定波長において前記透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域と、前記露光光を遮光する遮光領域とを備えたフォトマスクについての設計装置であって、
   露光光通過領域側からその外方向に向けて前記半透過領域、前記透過領域、前記遮光領域の順に設けられた領域について前記半透過領域から前記遮光領域までの距離が近いほど前記半透過領域の寸法幅を広く設定し、前記距離が遠くなるにしたがって前記半透過領域の寸法幅を狭く設定することを特徴とするフォトマスクの設計装置。
2. 所定波長の露光光を透過する透過領域と、前記所定波長において前記透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域と、前記露光光を遮光する遮光領域とを備えたフォトマスクについての設計装置であって、
   露光光通過領域側からその外方向に向けて前記透過領域、前記半透過領域、前記遮光領域の順に設けられた領域について前記透過領域から前記遮光領域までの距離が近いほど前記透過領域の寸法幅を広く設定し、前記距離が遠くなるにしたがって前記透過領域の寸法幅を狭く設定するように構成されていることを特徴とするフォトマスクの設計装置。
3. 請求項１または２の何れかに記載のフォトマスクの設計装置を使用して製造されたことを特徴とするフォトマスク。
4. 所定波長の露光光を透過する透過領域と、前記所定波長において前記透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域と、前記露光光を遮光する遮光領域とを備えたフォトマスクを設計するための設計方法であって、
   露光光通過領域側からその外方向に向けて前記半透過領域、前記透過領域、前記遮光領域の順に設けられた領域について前記半透過領域から前記遮光領域までの距離が近いほど前記半透過領域の寸法幅を広く設定し、前記距離が遠くなるにしたがって前記半透過領域の寸法幅を狭く設定することを特徴とするフォトマスクの設計方法。
5. 所定波長の露光光を透過する透過領域と、前記所定波長において前記透過領域に対して１８０度位相差の光学特性を有する半透過領域と、前記露光光を遮光する遮光領域とを備えたフォトマスクについての設計方法であって、
   露光光通過領域側からその外方向に向けて前記透過領域、前記半透過領域、前記遮光領域の順に設けられた領域について前記透過領域から前記遮光領域までの距離が近いほど前記透過領域の寸法幅を広く設定し、前記距離が遠くなるにしたがって前記透過領域の寸法幅を狭く設定することを特徴とするフォトマスクの設計方法。
6. 請求項４または５記載のフォトマスクの設計方法を実現するためのフォトマスクの設計プログラム。
7. 請求項６記載のフォトマスクの設計プログラムが記憶されていることを特徴とする記憶媒体。
   
   

Images