JP2009210707A - フォトマスク及びその設計方法と設計プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】斜め形状パターンを含む図形パターンに対して高精度のモデルベース光近接効果補正（ＯＰＣ）を実行する。
【解決手段】現像シミュレーションの対象である図形パターンを、複数の互いに直交しない直交座標系がそれぞれ付与された複数のサブ図形パターンに分解する図形パターン分割ステップと、複数のサブ図形パターンの各々について、複数の直交座標系のうち付与された直交座標系の座標軸に沿った方向にサブ図形パターンに属する辺を移動することによりモデルベースＯＰＣ（光近接効果補正）を行うＯＰＣステップとを備える設計方法によってフォトマスクを設計する。斜め形状の図形を有する図形パターンに対しても、高精度のＯＰＣを短時間で実行できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を製造する際の光学近接効果補正方法に関する。

近年の半導体製造技術の進歩によって、最小加工寸法５０ｎｍサイズ以下の半導体が製造されている。このような微細化はマスクプロセス技術、光リソグラフィ技術、およびエッチング技術等の微細パターン形成技術の高度化によって可能となった。露光機がｉ線・ｇ線を使い、パターンサイズが光の波長より十分大きい時代には、ウェハ上に形成したいＬＳＩパターンの平面形状をそのまま電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）描画でマスク上に転写し、出来上がったマスクパターンを投影光学系によってウェハ上に更に転写し、下地をエッチングすることによってほぼ元のＬＳＩパターンに忠実なパターンをウェハ上に形成できた。

しかし、パターンの微細化が進むにつれて、各プロセスでパターンを忠実に転写・形成することが困難になってきており、最終的な仕上り寸法（ＣＤ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が元のＬＳＩパターンの寸法（ＣＤ）を再現できない問題が生じてきた。特に微細加工を達成するために最も重要なリソグラフィおよびエッチングプロセスにおいては、形成したいパターンの周辺に配置された他のパターンレイアウトによって、目的とするパターンの寸法精度（ＣＤ精度）が大きく変動するようになった。

そこでこれらの変動を抑制するために、加工後の寸法が所望の値となるように、予め、この変動が顕著であるマスクパターンのエッジやコーナー部分を変形する光近接効果補正（ＯＰＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）技術が用いられるようになった。この技術は、基本的に元なるパターン図形の辺を細分化（Ｄｉｓｓｅｃｔｉｏｎ）し、その細分辺を微小移動させて、現像後のパターンが所望のパターンになるようにする。具体的には、例えば特許文献１では、元の図形を細分化し、分断部に頂点を２つ入れ、この２頂点の間に線分が発生させることで、他と結線されない線分が生じることなく、分断した辺を移動させる。その移動量は、ルールベースＯＰＣでは、ルックアップ・テーブルと呼ばれる表に基づいて決定され、モデルベースＯＰＣでは、現像（或いは光学）シミュレーションに基づいて回帰的、すなわちトライアンドエラーによって決定される。

以下に、出願人が知り得た先行技術文献を記載する。特許文献２、３については後述する。
特許第３３４３２４６号公報 特開２００５−８４２８０号公報 特開２００１−２８１８３６号公報

従来のモデルベースＯＰＣは、一平面上における図形パターン全てが長方形に分解でき、その辺が水平か垂直の二通りに分かれ、斜めになる辺成分が無い場合は良好に適用できる。それは以下の理由による。モデルベースＯＰＣでは、補正のために移動される辺の移動方向が、その辺の線分の長さ方向に垂直であるという性質がある。すなわち、補正対象のパターンがｘ軸とｙ軸からなる直交座標系に設定され、辺の線分の方向がｘ軸と並行であれば、移動方向はｙ軸と平行（逆に辺の線分の方向がｙ軸と並行であれば、移動方向はｘ軸と平行）である。従って、図形パターンが直交座標系の座標軸に平行な辺によって構成されている場合、辺の所望の位置と計算位置のズレ量を線形予測して補正することが容易である。

具体的には、マスク・エラー増大因子（ＭＥＥＦ：ｍａｓｋ ｅｒｒｏｒ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｆａｃｔｏｒ）をＡとし、今ｙ方向を長さ方向とする線分がｘ０の位置にあり、この辺の現像位置がＸ０にずれているとする。ｘ０±ｄｘと元の辺が変動すれば、現像位置は線形予測によりＸ０±ｄｘ＊Ａと予測できる。図形のパターンが複雑な場合、Ａの値は不明であるが、この線形性を利用して、ｘ１＝ｘ０＋ｄｘ０とそれに対する現像位置をＸ１＝Ｘ０＋ｄｘ０＊Ａとすれば、Ａ＝（Ｘ１−Ｘ０）／ｄｘ０＝（Ｘ１−Ｘ０）／（ｘ１−ｘ０）となり、ｘ０＝Ｘ０＋ｄｘ１＊Ａを満たすｄｘ１はｄｘ１＝（ｘ０−Ｘ０）＊（ｘ１−ｘ０）／（Ｘ１−Ｘ０）と見積もれるからである。

しかしながら、問題は、斜め図形（斜め方向に延長し、幅を有する線分が存在するパターン）が存在する場合である。作成するＬＳＩの回路レイアウトを考えれば、斜めが最短距離となる場合が多く、このパターンを許容すれば設計が容易である。この場合、ＯＰＣの計算には２つの問題が生じる。

第１の問題は、図形パターンの辺を為す線分の長さ方向とその移動方向が直交しないため、補正量が辺によって一様でなく、線形予測し難いことである。この問題に関連して、特許文献２に記載の技術では、ルールベースＯＰＣではあるが、斜め図形と水平・垂直図形を分け、それぞれにおける辺の移動量を変えている。これは素直にルールベースＯＰＣをモデルベースＯＰＣに置き換えても、斜め図形と水平・垂直図形において補正量が異ならざるを得ないことを言っている。こうした方法では、条件によってはマスク作成時に異常な形状のパターン欠陥が発生する可能性がある。

また、この斜め形状の補正に関連する技術が、ルールベースＯＰＣではあるが、特許文献３に記載されている。この技術では、一旦、斜め図形を回転して辺が水平・垂直となるように変え、補正を水平・垂直図形と同じとするルールベースＯＰＣを掛け、補正された図形を逆回転して元の斜め配置と為す。しかし、これをそのままトライアンドエラーを繰り返すモデルベースＯＰＣに適用させると、回転と逆回転も幾度も繰り返すことになって、計算時間が多大となってしまう。

第２の問題は、斜め配線は垂直ないし水平の配線とどこかで必ず交差しなければならず、配線が互いに鋭角をなす場合を生じることである。この部分は、光学近接補正が利きづらい上に、マスク作成の電子線描画では、スループット低下の原因となる。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるフォトマスクの設計方法は、現像シミュレーションの対象である図形パターン（１）を、複数の互いに直交しない直交座標系がそれぞれ付与された複数のサブ図形パターン（２−１、２−２）に分解する図形パターン分割ステップ（Ｓ２）と、複数のサブ図形パターンの各々について、複数の直交座標系のうち付与された直交座標系の座標軸に沿った方向にサブ図形パターンに属する辺を移動することによりモデルベースＯＰＣ（光近接効果補正）を行うＯＰＣステップ（Ｓ５〜Ｓ１０）とを備える。

本発明によるフォトマスクは、本発明によるフォトマスクの設計方法によって得られたＯＰＣ済みデータを用いて作製される。

本発明によるフォトマスク設計プログラムは、本発明によるフォトマスクの設計方法を構成する工程をコンピュータに実行させる。

こうした設計方法によれば、ＯＰＣの施し難い斜め形状にでも、その形状が垂直の辺と成す角度に依存せず、補正量が辺によってほぼ一様となる。そのたま、マスク作成時にゴミを発生するような危険なパターンを生じにくくなる。また、マスク作成とその検査のそれぞれの検査基準をむやみに高くせずに済むため、マスクの歩留まり低下が抑えられる。更に、ＯＰＣでの辺の移動において、全ての図形の辺が水平・垂直となる個々の直交座標系に分けることで、回転、辺移動、逆回転という計算過程行わずとも、辺の移動方向が辺に対して垂直となるため、回転と逆回転の計算過程が省けて、それだけ計算時間が短縮できる。

本発明により、斜め形状パターンを含む図形パターンに対して、高精度のモデルベース光近接効果補正（ＯＰＣ）を可能とするフォトマスクの設計方法が提供される。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

以下で説明する動作は、コンピュータによって実行される。すなわち、以下で説明する設計の手順を記述したソフトウェアと、ＯＰＣの対象となる設計データが記憶装置に格納される。演算制御装置はそのソフトウェアを読み込んで実行し、設計データに対して以下の手順によりＯＰＣを実行した結果を出力する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に関わるマスク生成フローを示す図である。具体的にはパターン設計の準備から、ＯＰＣパターン出力までの工程を示している。図２はその中で特徴的なステップを抜き出したものである。

先ず、回路設計後、パターン設計に入る（ステップＳ１）。ここで、パターンは単一のレイヤーに置かれているとする。このレイヤーに第１の二次元直交座標系（ｘ，ｙ）が付与される。次に、図形を構成する辺がｘ軸に平行（ｙ軸には垂直）かｙ軸に平行（ｘ軸には垂直）の部分図形２−１を第１のサブレイヤーに移し、その全ての線分が閉じていることをチェックする。

次に元のレイヤーのパターンの中で、斜め線（第１の座標の座標軸に対して斜め）の辺を求め、その辺の向きと、それと直交する向きの座標（ｕ１，ｖ１）を考える。図形を構成する辺がｕ１軸に平行（ｖ１軸には垂直）かｕ１軸に平行（ｖ１軸には垂直）の部分図形２−２は第２のサブレイヤーに移す。これを繰り返し、元のレイヤーのパターンの中で、斜め線の辺を求め、その辺の向きと、それと直交する向きの座標（ｕｎ，ｖｎ）を考える。ｎは座標系に対して与えられた番号を示す整数である。図形を構成する辺がｕｎ軸に平行（ｖｎ軸には垂直）かｕｎ軸に平行（ｖｎ軸には垂直）のものは第ｎ−１のサブレイヤーに移す。こうしてパターンを形成するサブ図形パターンを複数の直交座標系へ割り当てる（ステップＳ２）。その結果、複数のサブ図形パターンの各々は、それが属するサブレイヤーに付与された直交座標系の座標軸に平行または垂直な辺のみから形成される。

複数直交座標系の個々の図形は、共通の起点を有し、その起点からそれぞれの直交座標が求められるために、全てを正確に重ね合わせることが可能である。今、説明において、レイヤーからその下位レベルのサブレイヤーに移しているが、レイヤーから同位レベルのレイヤーに移しても同じことである。

次にＯＰＣを行うため、現像シミュレーションを行う微小領域（（ｘ，ｙ）座標）を決め、ＯＰＣを掛ける作業に入る（ステップＳ３）。この微小領域のサイズはＡｍｂｉｔ等と呼ばれ設計ルールに依存して変わる。例えば、９０ｎｍルールでは２５ｎｍ程度の正方形の領域である。

ここで、各直交座標系での辺の細分化を行う。それぞれの直交座標系はサブレイヤー（ないし複数の直交座標に対応するレイヤー）に分かれているので、メインレイヤーに設定された第１の座標系（（ｘ，ｙ）座標）で決められた微小領域と重なるパターンについて、辺の細分化を行って、細分辺４−１、４−２を得る（ステップＳ４）。

現像シミュレーションによって、第１のサブレイヤーから第ｎ−１のサブレイヤー（ないし複数の直交座標に対応するレイヤー）が重なった状態で現像後パターンを形成する（ステップＳ５）。

補正のために動かそうとする線分が、他の直交座標に属する図形の内部にあるか、外部にあるか、あるいは部分的に重なっているのかというのはプログラムで判別出来る。重なる場合、どれくらいが重なるかも、計算処理が掛かるが可能である。よって次のルールに従って微小領域での移動可能な辺の特定を行う（ステップＳ６）。
ルール（１） その辺が他の直交座標に属する図形内部になければ移動可能とする。
ルール（２） その辺が完全に他の直交座標に属する図形内部にあれば移動不可とする。
次のルール（３）−１と（３）−２は、排他的にいずれか一方が適用される。
ルール（３）−１ その辺が部分的に他の直交座標に属する図形内部にある場合、（移動可能／移動不可）の何れかに固定する（処理１）。
ルール（３）−２ その辺が部分的に他の直交座標に属する図形内部にある場合、辺の被覆率を計算して、その値と予め決めた閾値を比較して（移動可能／移動不可）を決める（処理２）。

現像シミュレーションで得られた形状と予め設定された理想パターン（通常、元のパターン）との差分を、辺のズレ量として求め、ズレた辺を理想パターンの位置に戻すために必要な移動量を補正量として求める。この時、辺は長手方向に垂直な方向に移動する。従って、辺の移動方向はそれぞれ図形が属する直交座標によって異なる。移動方向が決まると共に、自動的に移動量も決まる（ステップＳ７）。

計算した辺のズレ量が全て許容範囲にあるかをチェックする（ステップＳ８）。最初は全ての辺のズレ量が許容範囲にあることは、まず無いので（ステップＳ８：Ｎ）、ズレ量が小さくなるように、辺を順次移動することになる（ステップＳ９）。

ステップＳ７において得られた、それぞれの図形が属する直交座標系毎、つまり第１のサブレイヤーから第ｎ−１のサブレイヤー（ないし複数の直交座標に対応するレイヤー）毎の、辺の移動方向と移動量に基づいて辺を移動して、移動後細分辺５−１、５−２を得る（ステップＳ１０）。ステップＳ５に戻り、ステップＳ８までを繰り返す。

ステップＳ８で計算した辺のズレ量が全て許容範囲にあるなら（ステップＳ８：Ｙ）、次に進む。ループ回数での制限を設けた場合は、その制限に達したときループを抜ける。

微小領域での計算が終われば（ステップＳ１１）、得られた複数のパターン図形を合成する。次に、この微小領域で、隙間が鋭角となる部位を検出する。この部位に対して、電子線描画マスクの作成や検査で歩留り減ないしコスト増に結びつかない程度の高さであって、少なくとも鋭角部分を覆う程度の高さの辺からなる微小パッチを重ねて鋭角で作られた部分を覆うことによって、合成されたパターン図形を修正する（ステップＳ１２）。微小パッチは鋭角を有しない輪郭からなる図形であり、図２の例では長方形である。鋭角部分は、元より現像によって狭い部分が埋まるように形状が潰されるので、パッチを当てても、現像後の形状変化への影響は少ない。これによって、電子線描画によってマスクを作る時の精度並びに、検査する時の精度を高める必要はない。

このようにして微小領域でのＯＰＣは終り（ステップＳ１３）、全領域或いは分割された微小領域でのＯＰＣが終われば、計算は終了する。ＯＰＣが加えられた結果であるＯＰＣパターンがファイルとして出力される（ステップＳ１４）。

出力されたＯＰＣパターンによりフォトマスクデータが作成される。このフォトマスクデータを用いてマスク基板上にパターンが形成され、フォトマスクが作製される。次に、トランジスタなどの素子形成用基板上にレジスト膜を塗布する。このレジスト膜を、作製したフォトマスクを用いて露光することにより、レジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより、素子パターンが形成される。このようにして製造することにより、互いに斜めの配線を含んでいても高精度でＯＰＣが施され、設計に近い半導体デバイスを得ることができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に関わるマスク生成フローは図１と共通である。よって説明も同じで、図２とあるところを図３とするのみである。図３は特徴的なステップを抜き出したものである。以下、図２と異なる処理について説明する。設計において、第１の座標系（ｘ，ｙ）に対して斜めな２本の辺を輪郭として有する斜め形状図形に対して、図形の終端部の現像パターンの後退を防ぐパターン（ハンマーヘッド）が、最初に設けられる。この終端部は、第１の直交座標系（ｘ，ｙ）の座標軸に平行な辺によって形成されている。ＯＰＣが実行された後、この終端部を含むサブレイヤーの部分図形は、斜め形状図形を含むサブレイヤーの部分図形と合成される。これにより斜め形状の端部の形状が無くなり、電子線描画マスクを作成する時の描画スループット低下を抑えられる。また、斜めのパターンはマスク作製時に微小矩形パターンに分割され、微小矩形パターン毎に電子線で描画される。したがって、ＯＰＣによって補正（または追加）されるパターンをＸ‐Ｙ座標系の座標軸に平行な辺からなる矩形で形成することにより、時間短縮やコスト低減を図ることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に関わるマスク生成フローは図１と共通である。よって説明も同じで、図２とあるところを図４とするのみである。図４は特徴的なステップを抜き出したものである。第３の実施形態と同様に、図形の終端部の現像パターンの後退を防ぐパターン（ハンマーヘッド）が最初に設けられる。この終端部は、第１の直交座標系（ｘ，ｙ）の座標軸に平行な辺によって形成されている。

しかし、図４は斜め形状図形の幅が太くて、そのまま斜めの長方形としては終端部がハンマーヘッドから飛び出てしまう。そこで端の部分をハンマーヘッドに収まるように斜めに切ると、第１の実施形態で説明したように複数の直交座標系に属する部分図形に分ける手法が適用出来なくなる。

この不具合を回避するため、太い幅の斜め形状図形を複数の細い幅の長方形に分ける。複数の長方形領域は、終端部において互いに段差がある。この複数の長方形領域は、ハンマーヘッドからはみ出さないように設定される。複数の長方形領域を形成する輪郭は、斜め形状図形の輪郭と平行または垂直である。従って、斜め形状図形が属するｎ番目のサブレイヤーに与えられたｎ番目の直交座標系の座標軸に対して平行または垂直である。複数の長方形領域の共通辺は不動とする。これにより図形を全て複数の直交座標系に分けることが出来る。このパターンでは、元々の鋭角の隙間ができないので、最後に鋭角の隙間を長方形のパッチで埋める必要が無く、それだけ計算時間が短縮できる。

第１、２、３の実施形態のマスク生成方法の流れを示す図。 第１の実施形態の特徴的なステップを示す図。 第２の実施形態の特徴的なステップを示す図。 第３の実施形態の特徴的なステップを示す図。

符号の説明

１ 元図形
２−１、２−２ 互いに向きの異なる直交座標
３ 座標間共有点
４−１、４−２ 細分辺
５−１、５−２ 移動後細分辺
６ 長方形パッチ

Claims (7)

1. 現像シミュレーションの対象である図形パターンを、複数の互いに直交しない直交座標系がそれぞれ付与された複数のサブ図形パターンに分解する図形パターン分割ステップと、
   前記複数のサブ図形パターンの各々について、前記複数の直交座標系のうち付与された直交座標系の座標軸に沿った方向に前記サブ図形パターンに属する辺を移動することによりモデルベースＯＰＣ（光近接効果補正）を行うＯＰＣステップ
   とを具備するフォトマスクの設計方法。
2. 請求項１に記載されたフォトマスクの設計方法であって、
   前記図形パターン分割ステップにおいて、前記図形パターンに含まれる複数の辺の延長方向が抽出され、前記サブ図形パターンの各々が前記複数の直交座標系のうち付与された直交座標系の座標軸に沿って延長する辺のみからなるように、前記図形パターンが分解される
   フォトマスクの設計方法。
3. 請求項１又は２に記載されたフォトマスクの設計方法であって、
   更に、前記ＯＰＣステップによって補正された補正後の前記複数のサブ図形パターンを合成して得られる補正後図形パターンに含まれる複数の辺が鋭角をなして交わる鋭角部分を抽出するステップと、
   前記補正後図形パターンを、鋭角を有しない輪郭からなる図形を前記鋭角部分に重ねることによって修正するステップ
   とを具備するフォトマスクの設計方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載されたフォトマスクの設計方法であって、
   更に、互いに平行且つ前記図形パターンのうち前記複数の直交座標系のうちの第１座標系の座標軸に対して斜めである２本の辺を輪郭として有する斜め形状図形に対して、前記斜め形状図形の一端に接続し前記第１座標系の座標軸に平行な辺によって形成された終端部を付加するステップと、
   前記ＯＰＣステップにおいて、前記斜め形状図形に平行な座標軸を有する第２座標系の座標軸に沿った方向に前記斜め形状図形を形成する辺を移動することによりＯＰＣが実行された後、前記斜め形状図形に前記終端部を付加するステップ
   とを具備するフォトマスクの設計方法。
5. 請求項４に記載されたフォトマスクの設計方法であって、
   更に、前記斜め形状図形を、前記一端において互いに段差が有り、前記終端部からはみ出さない複数の長方形領域に分けるステップを具備し、
   前記ＯＰＣステップにおいて、ＯＰＣは、前記複数の長方形に個別に実行される
   フォトマスクの設計方法。
6. 請求項１から５のいずれかに記載された設計方法によって生成されたフォトマスクの設計用データを用いて作成されたフォトマスク。
7. 現像シミュレーションの対象である図形パターンを記憶装置に格納するステップと、
   前記図形パターンを、複数の互いに直交しない直交座標系がそれぞれ付与された複数のサブ図形パターンに分解して前記記憶装置に格納する図形パターン分割ステップと、
   前記複数のサブ図形パターンの各々について、前記複数の直交座標系のうち付与された直交座標系の座標軸に沿った方向に前記サブ図形パターンに属する辺を移動することによりモデルベースＯＰＣ（光近接効果補正）を行って結果を出力するＯＰＣステップ
   とをコンピュータに実行させるためのフォトマスク設計プログラム。

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