JP2011107587A - イメージセンサ用フォトマスクの描画データ作成方法およびイメージセンサ用フォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】イメージセンサ用フォトマスクの描画データ作成方法において、周期的配列パターンによるムラの発生を防止することができ、かつ描画量や描画時間を大幅に増やさず、パターン寸法シフトや座標シフトを最小化でき、高精度な描画が可能な手段を提供すること。
【解決手段】描画パターンを構成する各設計データの座標ごとに、ランダムに発生させたＸ方向および／またはＹ方向の座標シフト成分を印加する工程を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージセンサ用フォトマスク描画データ作成方法およびイメージセンサ用フォトマスクに関するものであり、画像・映像撮影に用いられるイメージセンサデバイス（撮像素子）の製造に用いられる露光用フォトマスクのパターンデータ作成方法およびその方法を用いたフォトマスクに関する。

従来、イメージセンサ用フォトマスクのパターンは電子ビームやレーザービームなどのビーム露光による描画装置を用い、リソグラフィ技術によってパターン加工を行っていた。イメージセンサ（撮像素子）は通常、数十万〜数百万以上におよぶ膨大な画素が一次元もしくは二次元に配列された構造であるため、その製造のためのマスクパターンも、微小な細線パターンまたは矩形パターンが多数規則正しく配列されてできている。

このような微小矩形パターン間の配列距離（パターンピッチ）、あるいは矩形パターン自体の大きさは、一般的に数μｍ以下あるいは数百ｎｍ以下のオーダーであるため、そのフォトマスクの製造には一般に高精度なパターン描画手段が必要とされる。

しかし、上記のようなイメージセンサのパターンには、特有の問題が存在する。それは周期的かつ規則的なパターン配列において発生する、パターン寸法あるいはパターン座標位置の微小かつシステマティック（系統的）なシフト成分の問題である。

ここでシステマティックなシフト成分とは、特定のＸ軸座標またはＹ軸座標に平行な位置にのみ、前記パターン寸法あるいはパターン座標位置のシフト（ずれ）が現れることを言う。これが特定の位置のみ現れる理由は次の原因によると考えられる。

フォトマスクパターンを電子ビームやレーザービームで描画する際に、ビームの走査幅やビーム径に依存する描画のつなぎ目が必ず存在する。そのつなぎ目の部分に、ビーム偏向制御系の歪み等による座標シフト（位置ずれ）やビーム照射量の変動などによるエラー成分が、描画エリアごとに周期的に発生する。前記エラー成分がパターンのつなぎ目の形状において微小な段差あるいは突起形状として表れ、特に多数連続して配列されたパターンに前記エラー成分が現れた場合、パターンの透過光において光学的効果（モアレ現象）が強調されてしまい、フォトマスクのいわゆる「ムラ」として観察される。

なお、ムラの原因となる微小な段差や突起は、それ自体パターンの欠陥サイズとしては規格内であり、一箇所のみであれば問題ない程度の大きさであることが多い。しかし、前記のように周期的配列において発生した場合は、ムラとして問題になる。

ムラが発生する場所は一般的には一定でなくマスクパターンあるいは描画毎に変化するため、描画前に予測することは困難であり、現在はその原因を完全に解消することは難しい。

特にＣＣＤ（Charge Coupled Devices）等の固体撮像素子に用いられるイメージセンサ用フォトマスクは、パターン全体が微細かつ高密度な周期的配列パターンから構成されているため、このようなムラが極めて発生しやすい。さらにこのようなフォトマスクを用いて製造された撮像素子を用いて撮影した場合、画像に感度ムラが生じてしまい、実用にならないことがあった。

上記の問題に対して、従来の対策手段としては、ムラの原因となるシステマティックなパターンの寸法シフトや座標シフトが起きないように高精度な描画装置を用い、装置起因の変動を極力抑えて描画することであった。すなわち、描画ビーム径をより細くしたり、ビーム１本あたりの描画露光量を小さくし、何本も重ね描画をしたりして、前記シフト量を小さくする方法であった。
しかし、このような方法では描画量や描画時間が大幅に増えてしまい、コストやスループットが低下するという問題があった。

別の手段としては、描画装置の描画データ上でランダムなシフト成分を印加することにより、システムマティックな寸法シフトや座標シフトに前記ランダムな成分が重ねられるため、ムラが目立ちにくくすることができるという方法が提案されている。

具体的には、下記特許文献１に記載されているように、可変成形ビーム方式の電子ビーム描画装置を用いて描画する場合において、パターン毎の電子ビーム照射時間にランダムに発生させた微小な時間を加えて、照射量が微妙に変動するようにしてパターン寸法をランダムに変化させ、システマティックな寸法シフトを相対的に小さくするという方法が示されている。

しかしながらこの方法では、照射量すなわち電子ビームの露光量が変動するだけであるため、ＸＹステージ制御系の変動によるパターンの座標シフト成分に対しては効果が期待できず、全体として描画時間が長くなってしまうため、スループットが低下するという問題があった。

また、下記特許文献２に記載されている方法では、描画パターンのパターンデータ全体を区間分割してから、それぞれ所定量だけランダムに位置座標をシフトさせて描画することにより、システマティックな座標シフト成分を目立たなくする方法が示されている。

しかしこの方法では、分割可能なパターンが周期的に配列されている場合に限られてしまい、分割エリアがまたがるような大きなパターンに対しては、無理に分割してしまうとパターンのつなぎ目で断線（スリット）や段差を生じる等の問題が生じるおそれがあった。また、位置ズレには効果があっても、寸法ズレに対しては効果が期待できない。

さらに下記特許文献３に記載されている例では、パターンのエッジ部近傍に多数の微小なパターンをランダムに発生させて形成することにより、周期性のあるパターンのシフト成分を分散させてムラを目立たなくするという方法が示されている。

しかしこの方法も、微小パターンのデータをフォトマスクのパターン全体にわたって付加することが必要になり、パターンデータ量が膨大になってしまうことや、微小パターンの寸法を設計値通りに精度良く制御してフォトマスクのパターンを形成することは技術的に困難であるという問題があった。

特開平５−３３５２２３号公報 特開平７−２０９８５４号公報 特開平２００５−２４７１２号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、イメージセンサ用フォトマスクのように周期的配列パターンによるムラの発生を防止することができ、かつ描画量や描画時間を大幅に増やすことがなく、パターン寸法シフトや座標シフトを最小化でき、高精度な描画が可能な手段を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る描画パターンデータ作成方法は、
前記描画パターンを構成する各設計データの座標ごとに、ランダムに発生させたＸ方向および／またはＹ方向の座標シフト成分を印加する工程を備えたことを特徴とする。

フォトマスクの描画パターンデータは一般に矩形パターンを組み合わせて作られており、パターンデータの情報には、パターンのＸＹ座標系の位置座標、サイズ（寸法）、矩形タイプが記述されている。このパターンデータの位置座標情報に、Ｘ方向および／またはＹ方向に対してランダムな微小なシフト成分を加えることで、本来の位置からそのシフト成分だけ位置がシフトして描画される。ただし、ランダムなシフト成分の値は正負どちらの値もとりうるが、絶対値は所定の値以下とする。

こうすると、ムラの原因となるシステマティックな座標シフト成分にはランダムなシフト成分が付加され、隣接するパターンはそれぞれランダムなシフト成分を持つことになる。その結果、ムラの原因となっていた周期的・規則的なパターンのシフトではなくなり、ムラは全体として目立たなくなる。

本発明の請求項２に係るイメージセンサ用フォトマスクは、
前記請求項１記載の描画パターンデータ作成方法を用いたことを特徴とする。

本発明の描画パターンデータ作成方法によれば、パターンデータ上で矩形データの設計上の座標位置からランダムにシフトさせることにより、システマティックな座標シフトや寸法シフトがランダムな座標シフトと混合するため、描画起因のムラが目立たなくなる。またランダムな座標シフトが充分に小さい場合、パターン形状の劣化は無視できる程度にできる。
また、前記ランダムな座標シフトを描画データ上で発生させるので、可変整形ビーム描画でない電子ビーム描画機やレーザー描画機などでも対応できる。
本発明の描画パターンデータ作成方法を用いて作製されたフォトマスクは、ムラによるモアレが低減するため、イメージセンサデバイス形成においてパターン欠陥が生じ難くなり、欠陥のないイメージセンサの製造が可能となる。

本発明の描画パターンデータ作成方法の第一の実施例を示す図である。 本発明の描画パターンデータ作成方法の第二の実施例を示す図である。 本発明の描画パターンデータ作成方法においてデータ作成手順を示す説明図である。

以下、本発明に係る描画パターンデータの作成方法の実施の形態を図面に基づいて詳細説明する。

ここで描画パターンデータとは、フォトマスク製造工程においてマスクパターンを形成するために、レジスト膜を塗布したマスクブランクス上に電子ビームやレーザービーム等の描画装置を用いてパターンを描画し露光するためのデータをいう。
描画パターンデータは、所望のマスクパターンを細かい矩形データに分割したもので構成され、分割されたそれぞれのパターンのＸＹ平面座標値、寸法値、矩形タイプなどのパターン情報と、描画露光量やビーム径などの描画パラメータが含まれる。
本発明に係る描画パターンデータの作成方法においては、前記パターン情報のうち、座標値に関する情報に所定のシフト成分を印加する方法が示される。

図１は、本発明の描画パターンデータ作成方法の第一の実施例を示す図である。
本実施例では、イメージセンサ用パターンを想定したライン・アンド・スペースパターンを基準として、Ｘ方向の座標シフト成分を段階的に加えていく様子を示し、その座標シフト成分として、システマティックなシフト成分とランダムなシフト成分とが加えられたときのムラの発生の様子を比較した。

図１の左列に示したパターン１（１ａ〜１ｅ）は、それぞれの矩形パターンにおいてＸ方向のシステマティックなシフト成分を加えたもので、矩形パターン１０を図の矢印Ｓ１で示した部分で上下に２分割し、下半分をＸ方向にシフトさせている。パターン１ａは前記シフト値がゼロで、１ｂから１ｅまでは１ｎｍずつシフト成分を増加させている。

その結果をみると、このような周期的配列のパターンでシステマティックなシフト成分のみが含まれる場合は、最も座標シフト量の小さいパターン１ｂでも明瞭にずれていることが確認できた。パターン１ｃ〜１ｅは、より明瞭なずれが確認された。

次に、図１のパターン２（２ａ〜２ｅ）のパターンデータの作成方法を、図３を用いて説明する。図３の(ａ)は基準のパターンで、これを細かく分割したパターンが図３(ｂ)である。この(ｂ)で分割したパターンに対して、それぞれランダムな座標シフト成分を印加したものが図３(ｃ)である。
ただし、ランダムな座標シフト成分は、各分割パターンにおいてＸ方向に絶対値が２以内の値（単位：ｎｍ）となるように、すなわち、−２、−１、０、１、２（ｎｍ）のいずれかの値をとるようにした。

こうして、パターン２ａの分割されたパターン１１は、外観としてはパターンエッジのギザツキのある形状となるが、データ上で多少のギザツキがあっても、実際に描画露光工程を経てフォトマスクパターンを形成した場合、マスクパターンとしては欠陥にならず、ムラも観察されないため問題はないことがわかった。

もちろん、前記ギザツキが大き過ぎた場合にはパターン寸法やパターン形状の欠陥となるので、マスクパターンや描画露光工程の特性に応じて適正なギザツキに抑えられるよう、適宜条件を事前に求めておくことが望ましい。

続いて、図１においてパターン２に、前記パターン１の場合と同様にシステマティックなシフト成分（０〜４ｎｍ）を加え、それぞれパターン２ａから２ｅとした。これにより、パターン２は前記ランダムなシフト成分とシステマティックなシフト成分とが混合された状態となる。

この結果をみると、システマティックな座標シフト成分は、前記パターン１のように目立つものでなく、特にパターン２ｂや２ｃではランダムな座標シフト成分に隠れて殆どわからない状態であった。そしてパターン２ｄや２ｅでも、ややパターンが曲がっているように感じられる程度であり、ムラとしてはほぼ感知できなくなっていた。

さらに前記のパターンデータを用いてパターンを描画し、フォトマスクを作製したとこ
ろ、ムラのない良好なマスクパターンが得られた。

次に、本発明に係る描画パターンデータの作成方法の第二の実施例を説明する。

第二の実施例では、カギ形のライン・アンド・スペースパターンを基準として、Ｘ方向およびＹ方向の座標シフト成分を段階的に加えていき、システマティックなシフト成分のみの場合と、これとランダムなシフト成分とが加えられた場合のムラの発生の様子を比較した。

図２のパターン３はいわゆるカギ形のライン・アンド・スペースパターンであり、パターン３ａ〜３ｅは、それぞれＸ方向とＹ方向の両方向にシステマティックなシフト成分を加えている。ここでは、カギ形パターン１２を図の矢印Ｓ２、Ｓ３で示した部分でそれぞれ分割し、Ｘ方向およびＹ方向にシフトさせた。パターン１ａは前記シフト値がゼロで、３ｂから３ｅまでは１ｎｍずつシフト成分を増加させている。

その結果をみると、パターン３のようにＸ方向、Ｙ方向とも周期的配列しているパターンにおいて、システマティックなシフト成分のみの場合は、シフト量の小さいパターン３ｂでもやはり明瞭にずれていることが確認でき、パターン３ｃ〜３ｅは、より明瞭なずれが確認され、前記パターン１の場合と同様な結果であった。

次に、図２のパターン４（４ａ〜４ｅ）のパターンデータの作成方法については、前記図３で説明した方法と同様な手順であり、分割されたパターン１３についてそれぞれランダムな座標シフト成分を印加した。
ただし、ランダムな座標シフト成分は、この実施例においてもＸ方向、Ｙ方向ともに絶対値が２（ｎｍ）以内の値とした。

従ってパターン４ａは、やはりランダムな座標シフト成分のためにパターンエッジにギザツキのある形状となるが、このデータでマスクパターンを形成した場合でも欠陥にならず、ムラも観察されなかった。すなわち、多少のランダムなシフト成分があってもムラとして問題にはならない。

続いて、図２においてパターン４に、前記パターン３と同様にシステマティックなシフト成分を加えてパターン４ｂ〜４ｅとした。これにより、パターン４はランダムなシフト成分とシステマティックなシフト成分とが混合された状態となる。

この結果、パターン４ａ〜４ｅをみると、前記パターン３ａ〜３ｅと比較して、システマティックな座標シフト成分はやはり目立たなくなった。パターン４ｄや４ｅでは、ややパターンの曲がりは感じられるが、パターン３ｄ、３ｅで見られたようなムラは感知できなかった。

さらに前記のパターンデータを用いてパターンを描画し、フォトマスクを作製したところ、ムラのない良好なマスクパターンが得られた。

本発明は上記の実施例に限定されるものでなく、周期的配列を持つ各種のパターンデータに適用可能であって、そのパターン構成や用途に応じて自由にデータ分割を行い、適切な座標シフト成分を印加することができる。

本発明に係る描画パターンデータ作成方法によれば、描画起因によるムラの発生が解消
でき、良好なイメージセンサ用フォトマスク、あるいは半導体用フォトマスクが得られる。さらに特に高精度な描画装置を要することなく、パターン欠陥のないイメージセンサの製造が可能となる。

１、２、３、４ パターン（マスクパターン）
１０ 矩形パターン
１１ 分割されたパターン
１２ カギ形パターン
１３ 分割されたパターン
Ｓ１〜Ｓ３ （分割位置を示す）矢印

Claims (2)

1. イメージセンサ用フォトマスクの描画データ作成方法において、
   前記描画パターンを構成する設計データの各座標位置ごとに、ランダムに発生させたＸ方向および／またはＹ方向の座標シフト成分を印加する工程を備えたことを特徴とする、描画データ作成方法。
2. 前記請求項１記載の描画パターンデータ作成方法を用いたことを特徴とする、イメージセンサ用フォトマスク。