JP3260474B2

JP3260474B2 - 位相シフタ自動配置方法及びそれを用いた位相シフタ自動配置装置

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Publication number: JP3260474B2
Application number: JP9577193A
Authority: JP
Inventors: 明美茂庭; 恒男寺澤; 昇雄長谷川; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH06308714A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路や液晶パ
ネル製造などにおける光リソグラフィ技術に係り、特に
露光光に位相差を与えるマスクの位相シフタの自動配置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路等のパターンの形成に用
いられる光リソグラフィ技術において、従来の解像限界
寸法を越える微細パターン転写のための技術として位相
シフト法が研究されている。この位相シフト技術は、隣
合った透光部に位相差を与えることにより解像度を向上
させるものである。この技術をＵＬＳＩ等の製造に適用
させるには、位相差を与える薄膜（シフタ）をどの透光
パターンに設けるかを自動的に決定することが必要とな
る。

【０００３】この位相シフタの自動配置に関しては、第
５３回応用物理学会学術講演会予稿集No2,p478 (1992)
に記載されている。ここでは、従来マスクパターンでの
解像限界以下の距離で隣接している透光パターンをグル
ープ化し、このグループ内で隣合う透光パターンの１個
おきにシフタを配置している。

【０００４】同様の技術は、ＶＬＳＩシンポジウム(199
1)においても報告され、ダイジェストオブテクニカ
ルペーパー(Digest of Technical papers) pp.95-96
におけるオウトマティックパターンジェネレイシ
ョンシステムフォーフェイズシフティングマ
スク (Automatic Pattern Generation System ForPhas
e Shifting Mask)と題する論文に記載されている。ここ
では、先ず任意の透光パターンを選んで位相を任意に定
め、このパターンに近接する辺長が最も長い透光パター
ンを選び出して位相を決定し、この操作を繰り返して全
ての透光パターンの位相を決めている。

【０００５】さらに、アイイーイートランザクション
オンセミコンダクターマニュファクチァリング
（IEEE Transaction on Semiconducter Manufacturin
g）, Vol. 5, No.2 (1992), pp.138-152 におけるバイ
ナリアンドフェイズシフティングマスクデザ
インフォーオプティカルリソグラフィ（Binary a
ndPhase Shifting Mask Design for Optical Lithograp
hy）と題する論文には、所望の投影像光強度分布を入力
して、所定のアルゴリズムに基づいてマスク透過光の位
相と透過強度のあるべき値を求め、マスクパターンを決
定する方法が、記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記アイイーイー
トランザクションオンセミコンダクターマニュフ
ァクチァリングに記載されている方法は、マスクパター
ン面を充分に小さな領域（ピクセル）に分割して各ピク
セルの透過光の位相と透過率を一つ一つ定義していくも
のであるから、マスクパターンが極端に複雑化する。ま
た、数十μｍ×数十μｍ以上というような広い領域にお
いては、所望の投影像光強度分布を与えるマスクパター
ンを得ることは難しいといった実用面での課題がある。

【０００７】一方、第５３回応用物理学会学術講演会予
稿集No2,p478 (1992) や、ＶＬＳＩシムポジウム（１９
９１）のダイジェストオブテクニカルペーパーに
記載されている技術では、マスク上の開口部に位相シフ
タを配置できるが、パターン配置が複雑になって位相シ
フタ配置に矛盾がおきた場合の対策は示されていない。
また、シフタを配置する順序についても何ら示唆してい
ないため、パターン変更が複雑となっている。

【０００８】ここで、シフタ配置の矛盾とは、例えば、
図９のように３つの透光パターンが互いに他の２つの透
光パターンと解像限界以下の距離で近接しているような
場合を指す。解像度向上のためには隣合ったパターンに
１８０度の位相差を与えることが必要であるが、図９の
場合には不可能である。このような場合、いずれかのパ
ターン形状の変更が必要である。図９の場合のパターン
変更案としては対抗する辺が長いパターン４０とパター
ン４１の位相差とパターン４０とパターン４２の位相差
を１８０度とし、位相が揃ってしまうパターン４１とパ
ターン４２の間を広げることが最もパターン変更量が少
ない。すなわち、パターン４０とパターン４１の間、及
び、パターン４０とパターン４２の間の位相差を優先的
に与えて、まず、これらの位相シフタを配置し、位相シ
フタ配置の優先順位の低いパターン４１とパターン４２
の近接箇所についてパターン変更案を示すことが望まし
い。

【０００９】本発明の第１の課題は、シフタ配置の矛盾
箇所をパターン形状の変更し易い部分に一致させること
にある。更に、この矛盾箇所での矛盾解決案を示すこと
により、マスクパターン設計を容易にする位相シフタ自
動配置方法及び位相シフタ自動配置装置を提供すること
にある。

【００１０】また、本発明の第２の課題は、上記矛盾解
決案作成にあたり、所望の投影像にできるだけ近くでき
るマスクパターンの形状、位相、透過率を求めるパター
ン設計手法を提供することである。

【００１１】更に、本発明の第３の課題は、上記矛盾解
決案作成にあたり、所望の投影像に近くできるように露
光光学系のパラメータを最適化する設計装置及びパラメ
ータを最適化する手法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記第１の課題は、入力
された透光パターンに対して、位相差を設けるべき２つ
の透光パターンの全ての組合せを抽出し、その組合せに
対してシフタ配置の優先順位をつける演算工程を設け、
シフタ配置優先順位の高いパターンの組合せから順にシ
フタを設けるパターンを決定し、位相シフタ配置の矛盾
箇所についてパターン変更案を提示することにより達成
される。

【００１３】また、上記第２の課題は、照明光源形状等
の与えられた条件下で得られる投影像光強度分布を演算
する工程を設けると共に、所定の位置及び該所定位置に
おける光強度レベル等の許容範囲を指定し、前記光強度
レベルが許容範囲内に収束するようにマスクパターンの
形状や透過光の位相、透過率等を最適化する手段を設け
ることにより達成される。

【００１４】上記第３の課題は、マスクパターンの形状
や透過光の位相、露光光学系等の与えられた条件下で得
られる投影像光強度分布を演算する工程を設けると共
に、所定の位置及び該所定位置における光強度レベル等
の許容範囲を指定し、前記光強度レベルが許容範囲内に
収束するように光源形状を最適化する手段を設けること
により達成される。

【００１５】

【作用】上記第１の課題の解決手段の作用は、以下のよ
うになる。

【００１６】入力された透光パターンから任意に選んだ
２つのパターンの組合せについて、互いに露光光学系の
解像限界以下の距離で近接しているか否かの隣接関係を
調べ、解像限界以下の距離で隣接しているパターンの全
ての組合せを抽出する。これにより、位相差が必要なパ
ターンの組合せを選び出せたことになる。前記抽出され
たパターンの組合せについて、互いに隣接している辺の
長さとその部分のパターン寸法を求め、位相差を設ける
べきパターンの組合せにシフタ配置優先の順位を付け
る。この優先順位の高いパターンの組合せから、順次、
位相差を与えるようにシフタを配置することにより、シ
フタ配置に矛盾が生じる場合はその箇所がパターン形状
を変更し易い領域に一致させることができる。この領域
でのパターン変更案を提示することにより、マスクパタ
ーン変更を容易にすることができる。

【００１７】また、上記第２、３の課題の解決手段の作
用は、以下のようになる。

【００１８】マスクパターンや露光条件を入力する際、
これらの入力値のうち最適化の為に値を変化させるべき
ものを変数として指定する。すなわち、第２の課題の解
決のためにはマスクパターン形状、透過光の位相、透過
率等を、第３の課題の解決のためには光源形状を変数と
する。これをＸ₁，Ｘ₂，…Ｘ_nとする。投影像計算手段
で、与えられたマスクパターン、露光条件のもとに光強
度分布を計算した後、予め指定した位置での光強度レベ
ルやコントラスト等の評価関数を求める。複数の評価関
数をＦ₁（Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_n），Ｆ₂（Ｘ₁，Ｘ₂，…
Ｘ_n），…Ｆ_m（Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_n）とし、各々の評価関
数に対して入力する下限、上限の値をα₁，β₁，α₂，
β₂，…α_n，β_n，とすれば、 α_j＜Ｆ_j（Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_n）＜β_j（数１）（ｊ＝１，２，…ｍ）と表わされる。このｍ個の連立不等式を解くことにより
最適解Ｘ₁，Ｘ₂，…Ｘ_nが求められ、マスクパターンが
修正される。上記予め指定した位置及び各々の評価関数
に対する下限、上限は、評価関数入力手段で入力され
る。

【００１９】上記不等式は一般に非線形なので、非線形
連立不等式の解法によって解が見出される。例えば、ま
ず線形近似を行なって線形不等式の解を見出す。線形近
似の際、各変数Ｘ_i（ｉ＝１，２，…，ｎ）の増分に対
する各評価関数Ｆ_j（ｊ＝１，２，…ｍ）の勾配を求め
るが、このときの変数の増分は、変数の刻み幅として変
数入力手段で変数と同時に指定されている。つぎに、線
形近似解が非線形不等式を満たすか否かを調べる。非線
形不等式を満たせば最適解が求められたことになる。上
記非線形不等式を満たさない場合は、線形近似解を初期
値として再び上記の計算を繰り返す。なお、繰り返し計
算を行なっても解が見出されない場合もあり得るので、
適度な打切り回数も入力する。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて説明する。

【００２１】（実施例１）位相シフタ自動配置装置のフ
ローチャートを図１に示す。まず、入力読み込み部１に
おいて、パターン設計者が入力するマスクパターン形状
を読み込む。入力マスクパターンに対して枠取り処理を
行って（枠取り処理部２）一続きの透光パターンを多角
形で表し、パターンデータはその多角形の辺に沿って並
んだ頂点座標列で表す。例えば、図１０の場合には反時
計周りに並んだ頂点座標列（頂点５１の座標、頂点５２
の座標、頂点５３の座標、頂点５４の座標、頂点５５の
座標、頂点５６の座標）でパターンを表す。更に、入力
パターンデータの辺に設計者が変更し難いと判断した辺
がある場合には、その辺の優先順位を入力する（優先順
位入力部１１）。

【００２２】次に、任意の２つのパターンを選んででき
る組合せの全てについて、以下の処理を行う。２つのパ
ターン間の最短距離Ｓを計算する（２パターン間距離Ｓ
の計算部３）。その距離Ｓが所定寸法Ｌ以下の場合に
は、以下に示す隣接関係パターンデータを隣接データ演
算部５で求める。

【００２３】（１）Ｌ以下で近接している部分の総辺長（２）近接部分のパターンの最小線幅（３）近接辺に対する設計者入力の優先順位Ｌ以下で近接している部分はいろいろな方法で求めるこ
とができるが、ここでは２つのパターンから一辺づつ選
んだ辺の全ての組合せについて、以下のような処理を行
なうことにより求める。図２５（１）のようにパターン
６１、６２からそれぞれ辺６３、６４を一辺づつ選んだ
とする。まず、辺６３がｘ軸に平行な単位ベルトルＥｘ
に沿うように、辺６３、６４を座標変換した辺を６
３’、６４’とする（図２５（２））。辺６３’からの
距離がＬ以下である領域は、図２５（３）のように、辺
６３’の始点・終点を中心とする半径Ｌの円６５、６６
の内側、辺６３’をｙ軸方向に±Ｌだけ平行移動させた
辺６７、６８とその２辺を結んでできる四角形の内側で
ある。辺６４’と円６５、６６の交点、または辺６４’
と辺６７、６８の交点から、辺６３’からの距離がＬ以
下である辺６４’上の部分を求め、それを座標逆変換し
て辺６３からＬ以下の距離で近接しているパターン６２
の辺６４上の部分を得る。

【００２４】隣接関係パターンデータの例は図２７のよ
うになる。ここでは、３つの透光パターン１１３、１１
４、１１５と設計者入力の優先順位が一番の辺１１６、
二番の辺１１７、三番の辺１１８が図２６のように入力
され、近接関係を判定する距離Ｌを０．２μｍと設定し
たとする。まず、２パターン間距離Ｓの計算部３と隣接
判定４でパターン１１３と１１４、１１３と１１５、１
１４と１１５がＬ以下で隣接しているパターンの組合せ
として抽出される。次に、前述の方法でＬ以下で近接し
ている部分１１９が求められ、近接部１１９付近の最小
線幅、設計者入力の優先順位、及び近接部１１９の長さ
が隣接パターンデータとして隣接データ演算部５で求め
られる。

【００２５】隣接データ演算部５で求めた隣接関係パタ
ーンデータのリストを、設計者入力の優先順位順、最小
線幅の狭い順、及び、隣接辺長の長い順にソート（隣接
関係パターンリストソート部１０）し、位相シフタを配
置するパターンの組合せに優先順位をつける。

【００２６】次に、シフタ配置・検査部１２で、ソート
後の隣接関係リストの順に２種類のシフタを配置し、シ
フタ配置の矛盾箇所を抽出する。矛盾箇所がある場合に
はパターン変更案作成部１５で変更案を求める。

【００２７】全ての隣接関係パターンリスト中のパター
ンについてシフタ配置を行なった後でもシフタ未設定パ
ターンは、孤立パターンとみなすことができる。そこ
で、そのような孤立パターンには、周辺補助パターン発
生部９により、パターン各辺と同じ長さで解像限界以下
の幅のパターンをパターン周辺に定められた距離Ｌ１だ
け離して配置する。

【００２８】シフタ配置結果、シフタ配置矛盾箇所、及
びパターン変更案を表示部１６で端末画面に表示する。
ここで、パターン変更入力部１８でパターン設計者から
のパターン形状変更入力を行い、シフタ配置を繰り返
す。

【００２９】以上の処理で矛盾なくシフタの配置が決定
された後に、シフタを配置するパターンデータを所定寸
法だけ拡大して、シフタ描画用のパターンデータとする
（シフタデータ作成部８）。ファイル出力部２０でパタ
ーン形状、及びシフタパターンデータファイルへ格納す
る。

【００３０】次に、本装置を用いて、波長０．３６５μ
ｍ、投影レンズの開口数０．５、コヒーレンスファクタ
０．３の露光装置で用いるマスクパターンについてシフ
タ配置を行った結果を示す。入力したマスクパターン
は、図２に示すような遮光部中に配置された３７の透光
パターンで、投影像の寸法に換算して最小寸法０．３μ
ｍで設計されている。隣接関係を判定する遮光部間隔Ｌ
を０．４μｍとした。

【００３１】設計変更し難い辺として、図３に示すよう
にｘ軸に平行な３６本の辺１１０を入力した。

【００３２】２パターン間距離Ｓの計算部５でパターン
間距離を求め、Ｓが０．４μｍ以下となるパターンの組
合せについて、隣接データ演算部５で、近接部分の総辺
長、近接部分の透光パターンの最小線幅、近接辺の優先
順位を求めた。０．４μｍ以下で近接している辺１１１
は、図４のように表示され、隣接関係パターンリストソ
ート部１０の処理後には図５のような隣接関係パターン
リストを得た。このリストの順にシフタを配置すると、
優先順位の付いた辺が他のパターンと近接している部分
を中心に位相を設定することとなり、図６のようなシフ
タを配置すべきパターンと矛盾箇所１１２が表示され
た。シフタを配置すべきパターンは、７７、８３、８
８、９４、９９、１０１、１０３、１０５、１０７であ
る。隣接関係であるにもかかわらず同位相となっている
パターンの組合せは、７３と７４、７４と７５、７５と
７６、７９と８０、８３と８８、９０と９１、９４と９
９の７組である。表示された矛盾箇所のパターンの幅を
狭くするようにパターン変更案が、パターン変更案作成
部１５で作成された。この変更案を採用して再びシフタ
の設定を行なうと、図７のように矛盾無くシフタを設定
すべきパターンが決定された。

【００３３】ここで、シフタを配置すべきであると本装
置で指定されたパターンの数とシフタを配置しないパタ
ーンの数を比較し、パターン数の少ない方のパターンを
シフタを配置すべきパターンとした。シフタを配置すべ
きパターンのパターンデータを０．１５μｍだけ拡大
し、シフタの描画データとした。

【００３４】ここで得られた描画データによりレティク
ルを作成し、露光現像実験を行ったところ良好なレジス
トパターン形状を得ることができた。

【００３５】（実施例２）実施例２では、シフタ配置の
矛盾箇所に位相を反転させた補助パターンを新たに挿入
する場合について述べる。実施例１と同じ露光光学装置
で用いる、図１１に示すような遮光部中に配置された６
つの透光パターンに（優先順位の入力はない）、本装置
でシフタ配置を行なった。

【００３６】実施例１と同様な手順で、図１のフローの
シフタ配置検査部１０の処理まで行ない、図１２のよう
なシフタ配置結果を得た。パターン２２、２４、２６は
０度の位相、パターン２３、２５に１８０度の位相を設
定した。パターン２２と２４は、隣接関係にあるにもか
かわらず同位相となり、シフタ配置矛盾箇所として見い
出された。この部分について、パターン変更案作成部１
５により、変更案が作成された。ここでは、図１３に示
すようにパターン２２の拡大パターン２９とパターン２
４の拡大パターン３１の共通領域３７を新たなパターン
とし、パターン２２とパターン２４と異なる位相である
１８０度とした。

【００３７】次に、孤立パターンとして、未だ位相の設
定されていないパターン２１を見い出した。周辺補助パ
ターン発生部９により、この孤立パターンに対して補助
パターンを発生させた。ここでは、図１４に示すように
パターン２１の位相を０度とし、周辺に１８０度の位相
をもつ解像限界以下の補助パターン３４を新たに設け
た。補助パターン３４は幅０．１５μｍで各辺と同じ長
さの矩形パターンとし、各辺から０．１μｍ離した位置
に配置した。この間隔は、周辺のパターン配置の状況に
よって、あるいは入力することによって変更可能とし
た。

【００３８】以上のようにして、図１５に示すようなシ
フタを配置したマスクパターンを得ることができた。こ
のマスクパターンを用いて露光現像実験を行ったところ
良好なレジストパターン形状を得ることができた。

【００３９】（実施例３）実施例２との同じマスクパタ
ーン、露光装置条件において、パターン変更案作成部１
５で３種類位相配置を行った場合について示す。

【００４０】実施例２と同様の手順でシフタ配置検査部
１０においてパターン２２、２４にシフタ配置矛盾を発
見した。パターン２２、２４を含んで密集配置さている
パターン２２、２３、２４、２５、２６をグループ化
し、パターン変更案作成部１５においてこのグループを
構成するパターンに０、１２０、２４０度の３種類の位
相配置を行ない、図１６に示すようにパターン２２、２
５に０度の位相、パターン２３、２６に１２０度の位
相、パターン２４に２４０度の位相を配置したマスクパ
タ−ンを得た。図１６のマスクパターンを用いて露光現
像実験を行ったところ良好なレジストパターン形状を得
ることができた。

【００４１】（実施例４）実施例２との同じマスクパタ
ーン、露光装置条件において、パターン変更案作成部１
５で入力パターン形状の寸法変更を行った場合について
示す。

【００４２】実施例２と同様の手順でシフタ配置検査部
１０においてパターン２２とパターン２４の間でシフタ
配置矛盾を抽出した。隣接関係パターンリストのデータ
から、パターン２２の幅が０．９μｍ、パターン２４の
幅が４μｍであると求められた。そこで線幅の広いパタ
ーン２４の幅を変更し、パターン２２から隣接関係判定
距離Ｌの２倍だけ離れるようにし、図１７のようなマス
クパターンを得た。このマスクパターンを用いて露光現
像実験を行ったところ良好なレジストパターン形状を得
ることができた。

【００４３】（実施例５）実施例５では、シフタ配置の
矛盾箇所について、マスクパターン最適化演算を用いて
パターン修正案を作成した場合について述べる。

【００４４】図１８は本発明のパターンレイアウト設計
装置におけるマスクパターン最適化の演算の流れを示す
図である。まず、パターン入力手段１２１においてマス
クパターンの形状を表わす初期値と露光光学系に関する
パラメータをそれぞれ入力し、変数入力手段１２２で最
適化すべき変数を指定する。また、評価関数入力手段１
２３で、評価関数としての投影像光強度分布を評価すべ
き位置及び該位置での評価関数の下限値と上限値とを入
力する。次に、投影像計算手段１２４において、与えら
れたマスクパターン、露光条件で得られるパターン投影
像光強度分布を計算する。引き続き、指定された位置で
の評価関数を求め（工程１２５）、その関数に対して予
め入力された下限、上限値を用いて連立不等式を発生さ
せ（工程１２６）、比較手段１２７によってすべての評
価関数が個々に指定された公差内に収束するような変数
の組を求める。連立不等式を満たす解が見出されれば、
最適解が求められたことになり、マスクパターンが自動
的に設計されたことになる。もし最適解が求められない
場合は、判断部１２８で繰り返し計算の回数が所定の打
切り回数以内であると判断した場合に、初期値を更新し
て（工程１２９）再び投影像計算手段１２５の計算に戻
り、以上の計算を繰り返して解を求める。

【００４５】図１９は、本実施例で最終的に求めたい所
望のパターンを定義するマスクパターンの原画の一部を
示す図である。図１９では、遮光領域１３１の中に４個
の開口部１３２、１３３、１３４、１３５が定義されて
いる。ここで、マスクパターンを露光する光の波長をλ
＝３６５ｎｍ、投影光学系のレンズの開口数（一般にＮ
Ａと称する）を０．５とし、開口部の最小寸法を投影像
側の寸法に換算して０．３μｍと設定することとした。
上記の露光条件では０．３μｍという寸法は実質的に解
像限界を超える微細パターンであるので、特公昭６２−
５０８１１号公報に示されている位相差を与える技術を
採用して開口部１３３に光の位相を１８０度変化させる
透明薄膜（位相シフタ）を設けた。しかし、投影像光強
度分布は図２０の等高線図に示すように開口部１３４、
１３５の間で像がつながっており、所望のパターン像が
得られていない。

【００４６】そこで、以下に示す手順で、マスクパター
ンの最適化すなわち設計を行なうこととした。図２１に
示すように開口部１３４と１３５との中間位置に１８０
度の位相差を与える微細開口部１３６を新たに付加し、
変数として、微細開口部１３６の幅ｘ１および開口部１
３６と開口部１３４あるいは１３５との間の距離ｘ２を
選んだ。また、評価関数としては、デフォーカスｚ＝０
μｍおよび０．７５μｍの状態に対して、図２１に示す
線分ＡＡ’上の点Ｐ１および点Ｐ２における光強度を指
定した。更に、評価関数の下限値、上限値を、点Ｐ１に
おける光強度に対しては０．２、０．３、点Ｐ２におけ
る光強度に対しては０．０，０．１とした。デフォーカ
スｚ＝０μｍのときの点Ｐ１、点Ｐ２における光強度を
Ｉ１０、Ｉ２０とし、またデフォーカスｚ＝０．７５μ
ｍのときの点Ｐ１、点Ｐ２における光強度をＩ１１、Ｉ
２１と表わすと、解くべき連立不等式は０．２＜Ｉ１０（ｘ１，ｘ２）＜０．３０．０＜Ｉ２０（ｘ１，ｘ２）＜０．１０．２＜Ｉ１１（ｘ１，ｘ２）＜０．３（数２）０．０＜Ｉ２１（ｘ１，ｘ２）＜０．１である。変数の初期値としてｘ１＝０．２μｍ、ｘ２＝
０．０５μｍ、刻み幅を０．０５μｍとした。マスク寸
法を変数とする場合、刻み幅はマスクパターン描画装置
の描画分解能の整数倍がひとつの目安となるが、それに
限られることはない。以上のマスクパターン初期値で得
られる評価関数はＩ１０＝０．１１、Ｉ２０＝０．１０、Ｉ１１＝０．１３、Ｉ２１＝０．０７であり、数（２）を満足していない。

【００４７】そこで、変数ｘ１，ｘ２に刻み幅の増分を
与えて評価関数の勾配を計算し、前述の解法で最適解を
求める計算を行なった。その結果の一例としてｘ１＝０．１０，ｘ２＝０．１０のとき、Ｉ１０＝０．２０，Ｉ２０＝０．０６，Ｉ１１＝０．２
１，Ｉ２１＝０．１０が得られた。新たに求められたマスクの投影像計算結果
を図２２に示す。図２０に示す結果と比較して、投影像
が改善されていることがわかった。

【００４８】最適化計算の際、マスクパターンの初期値
や設計値、それに対応する投影像計算結果は端末上に会
話処理で表示できるようにした。また、与える評価関数
の公差が実現不可能な場合や、初期値が最適解から充分
離れた値に設定した場合は、解が得られない。この場合
の初期値の修正や公差の変更も端末上で行ない、その都
度マスクパターンと投影像計算結果、特に指定した評価
関数等を端末上で適宜比較できるようにした。

【００４９】なお、本実施例では変数としてマスクパタ
ーンの寸法を指定したが、開口部の透過率や透過光の位
相等を変数とすることも可能である。また、本実施例で
はマスクパターン投影像の計算結果を評価関数として取
扱ったが、更に実際の現象との整合をとるために、現像
後のパターン形状を予測する計算部を付加し、評価関数
の範囲を拡げることも可能である。その際も、評価関数
を公差範囲内に収束させるという概念は同一である。ま
た、変数そのものにも変化しうる範囲を指定することも
可能である。

【００５０】（実施例６）以下、本発明の第６の実施例
について述べる。本発明の概念は、マスクパターンに適
した露光条件を見出すことにも拡張することができる。
そこで、本実施例ではマスクパターンと露光光の波長、
投影レンズのＮＡ（開口数）が与えられたときの、露光
装置の照明光源形状を最適化する例について説明する。
露光装置の主な構成要素は、図８に示すように、光源の
絞り１５２、コンデンサレンズ１５３、投影レンズ１５
６である。照明光１５１は絞り１５２で整形されてコン
デンサレンズ１５３を通してマスク１５４を照明する。
マスク１５４上のパターン１５５は投影レンズ１５６を
介してウェーハ１５８上に転写される。このとき投影レ
ンズ１５６はその瞳面１５７の内側に入射する光りのみ
を通す。

【００５１】いま、照明用の絞り１５２を、図２３に示
すように遮光部１４１内にリング状の開口部１４０を有
する輪帯形状とし、この輪帯開口部の外形と内径をそれ
ぞれＲ１、Ｒ２とする。図２４は転写すべきマスクパタ
ーンを示す図で、光透過部１４２の中に遮光線パターン
１４３が並んでいる。線幅は０．３５μｍ、露光光の波
長は３６５ｎｍ、投影レンズのＮＡは０．５である。こ
のとき、断面ＢＢ’におけるマスクパターンエッジ部に
対応する光強度Ｉ１と断面ＣＣ’におけるマスクパター
ンエッジ部に対応する光強度Ｉ２との差が０．０３以下
であり、かつ０．５μｍのデフォーカス状態で断面ＣＣ
部に対応する投影像コントラストが０．６以上となるよ
うな、光源形状パラメータＲ１，Ｒ２を求めた。すなわ
ち、評価関数は、Ｆ１＝Ｉ１−Ｉ２、Ｆ２＝（コント
ラスト）であり、下限値、上限値はＦ１に対してはそれ
ぞれ−０．０３、０．０３、Ｆ２に対してはそれぞれ
０．６、１．０である。不等式表示をすれば −０．０３＜Ｆ１（Ｒ１，Ｒ２）＜０．０３０．６＜Ｆ２（Ｒ１，Ｒ２）＜１．０（数３）となる。ここで、Ｒ１，Ｒ２は通常露光装置のコヒーレ
ンスファクタを表わす単位で表わす。例えば半径Ｒ１の
円形光源の像が投影レンズ１５６の瞳面１５７上に瞳半
径と同じ大きさに投影されるとすれば、このときのＲ１
を１と表わす。初期値としてＲ１＝０、Ｒ２＝０．２を
設定した。このとき、Ｆ１＝０．１，Ｆ２＝０．５４となり、数（３）を満足しなかった。そこで、実施例５
と同様にＲ１，Ｒ２の最適化計算を行なったところ、解
の一例として、Ｒ１＝０．４、Ｒ２＝０．６とすれば、
数（３）を満足できることがわかった。本実施例でも、
光源形状と投影像計算結果を端末上に適宜表示した。

【００５２】なお、以上の実施例においては、最適化演
算手段として連立不等式を解く方法を採用した。この他
一般に用いられる方法として、評価関数と目標値との差
の自乗の総和を最小にするような最小自乗法を適用して
もほぼ同等の解が得られる。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、シフタの配置を自動的
に行なうことができ、シフタ配置に矛盾があった場合に
は、矛盾箇所がパターン形状の変更し易い部分になるよ
うにすることができる。更に、その矛盾箇所での矛盾解
決策案を得ることができる。

【００５４】更に、本発明によれば、上記矛盾解決策
案、または入力したマスクパターンや露光条件等の初期
値に対して、種々の条件下での光強度分布等の評価関数
が指定した範囲に入るように変数を変化させることによ
ってマスクパターンの形状等の最適化を行なっている。
評価関数の範囲指定等を適切に行なうことにより、特定
のパターンのみの解像力を強調して他のパターンを劣化
させることのないよう、すべてのパターン、種々の露光
条件に対して解像力のバランスのとれるパターン設計あ
るいは露光条件の設定ができ、所望の微細パターンを形
成できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を示すフローチャートである。

【図２】実施例１で用いたマスクパターン図である。

【図３】マスクパターンに入力した優先順位のついた辺
を表すパターン図である。

【図４】所定寸法Ｌ（＝０．４μｍ）以下で隣接してい
る箇所を表すパターン図である。

【図５】隣接パターンリストである。

【図６】配置したシフタと矛盾箇所を表すパターン図で
ある。

【図７】形状を修正後のパターンにシフタを配置したパ
ターン図である。

【図８】投影露光装置の構成の概要を示す図である。

【図９】シフタ配置矛盾を説明するパターン図である。

【図１０】パターンの頂点座標データの構造を説明する
ためのパターン図である。

【図１１】実施例２で用いたマスクパターン図である。

【図１２】隣接関係パターンリストに従って２種類のシ
フタを配置した後のパターン図である。

【図１３】パターン２２とパターン２４の間に新たに発
生させるパターンの図形演算方法を説明するパターン図
である。

【図１４】孤立パターンに配置した補助パターンの図で
ある。

【図１５】実施例２のシフタ配置後のパターン図であ
る。

【図１６】実施例３の３種類のシフタ配置後のパターン
図である。

【図１７】実施例４の修正パターンにシフタを配置した
後のパターン図である。

【図１８】実施例５のマスクパターン設計装置の計算の
流れを示す図である。

【図１９】マスクパターンの一例を示す図である。

【図２０】図１９に示すマスクパターンの投影像光強度
分布を示す図である。

【図２１】マスクパターンの初期値を示す図である。

【図２２】本発明で設計されたマスクパターンにより得
られる投影像光強度分布を示す図である。

【図２３】実施例６のマスクパターン設計装置におい
て、照明光源に関する変数を示す図である。

【図２４】実施例６で取扱うマスクパターンを示す図で
ある。

【図２５】距離Ｌ以下で隣接している部分の求め方を説
明する図である。

【図２６】隣接関係パターンデータを説明するためのパ
ターンの図である。

【図２７】隣接関係パターンデータを示す図である。

【符号の説明】

１…入力読み込み部、２…枠取り処理部、３…２パター
ン間距離Ｓの計算部、４…隣接判定、５…隣接データ計
算部、６…パターンの全組合せ終了判定、７…シフタ未
配置パターン有無判定、８…シフタパターンデータ作成
部、９…周辺補助パターン発生部、１０…隣接関係パタ
ーンリストソート部、１１…優先順位入力部、１２…シ
フタ配置検査部、１４…シフタ配置矛盾判定、１５…パ
タ−ン変更案作成部、１６…表示部、１７…パターン変
更有無判定、１８…変更パターン入力部、２０…ファイ
ル出力部、２１〜２６、４０〜４２、６１、６２、７１
〜１０７、１１３〜１１５…パタ−ン、２７…遮光部、
２９…パタ−ン２２の拡大パタ−ン、３１…パタ−ン２
４の拡大パタ−ン、３４…１８０度位相の配置された補
助パターン、３７…拡大パターン２９と拡大パターン３
１の共通領域、５１〜５６…頂点、６３、６３’、６
４、６４’…辺、６５、６６…辺６３’の始点・終点か
らの距離がＬ以下である領域を表す円、６７、６８…辺
６３’をｙ軸方向に±Ｌだけ移動させた辺、１１０…優
先順位の付いた辺、１１１…０．４μｍの間隔で近接し
ている辺、１１２…矛盾箇所、１１６…設計者入力の優
先順位が一番の辺、１１７…設計者入力の優先順位が二
番の辺、１１８…設計者入力の優先順位が三番の辺、１
１９…Ｌ以下の距離で他のパターンと近接している部
分、１２１…パターン初期値および露光条件入力部、１
２２…変数指定部、１２４…投影像計算部、１２５…評
価関数計算部、１３１…マスク上の遮光部、１３２〜１
３５…マスク上の開口部１３６…最適化するマスク開口部、１４０…照明部の絞
りの輪帯開口部、１５２…照明部の絞り、１５３…コン
デンサレンズ、１５４…マスク、１５５…マスク上のパ
ターン、１５６…投影レンズ、１５８…ウェーハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎信次東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献特開平６−167801（ＪＰ，Ａ) 特開平５−341498（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】与えられた光露光用マスクパターンの中か
ら透過光の位相を変える位相シフタを配置すべきパター
ンを特定する位相シフタ自動配置方法において、マスク
パターン形状の入力工程と、前記マスクパターンで変更
し難いと判断された辺に対して優先順位を入力する工程
と、２つの透光パターン間の最小間隔が解像限界以下の
距離で隣接しているパターンを抽出する近接パターン抽
出工程と、該パターンの組合せに対して位相シフタを配
置する優先順位を入力された前記優先順位を用いて決定
する工程と、シフタ配置優先順位の高いパターンの組合
せから順に２種類の位相を与えるようにシフタを交互に
配置するシフタ配置決定工程と、位相シフタ配置の矛盾
個所表示工程を備えたことを特徴とする位相シフタ自動
配置方法。
【請求項２】前記マスクパターンの中の孤立パターンの
周辺には解像限界以下の補助パターンが配置される工程
を有することを特徴とする請求項１記載の位相シフタ自
動配置方法。
【請求項３】前記シフタのパターンは、シフタが配置さ
れる前記マスクパターンを拡大することにより作成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位相シフタ自
動配置方法。
【請求項４】前記シフタの配置は、シフタを配置すべき
であるとして指摘されたパターン数とシフタを配置しな
いパターン数とを比較し、パターン数の少ない方のパタ
ーンをシフタ配置すべきパターンとすることを特徴とす
る請求項１乃至３の何れかに記載の位相シフタ自動配置
方法。
【請求項５】前記シフタ配置の矛盾箇所表示工程で表示
された矛盾箇所に、位相を反転させた補助パターンを新
たに挿入することを特徴とする請求項１乃至４の何れか
に記載の位相シフタ自動配置方法。
【請求項６】与えられた光露光用マスクパターンの中か
ら透過光の位相を変える位相シフタを配置すべきパター
ンを特定する位相シフタ自動配置方法において、マスク
パターンデータの入力工程と、前記マスクパターンで変
更し難いと判断された辺に対して優先順位を入力する工
程と、２つの透光パターン間の最小間隔が所定寸法Ｌ以
下（但し、Ｌ＝ｈ×（露光光波長）／（露光装置のレン
ズ開口数）、定数ｈは０．２５＜ｈ＜０．６１）である
パターンを抽出する近接パターン抽出工程と、（１）前
記所定の寸法Ｌ以下で近接している部分の総辺長、
（２）前記近接している部分のパターンの最小線幅、
（３）前記近接している部分の辺に対する前記優先順位
で示される隣接関係パターンデータを求める工程と、前
記隣接関係パターンデータのリストを、前記優先順位
順、最小線幅の狭い順、及び隣接辺長の長い順にソート
し、位相シフタを配置する優先順位を設ける優先順位決
定工程と、シフタ配置優先順位の高いパターンの組合せ
から順に２種類の位相を与えるようにシフタを交互に配
置するシフタ配置決定工程と、位相シフタ配置の矛盾個
所表示工程を備えたことを特徴とする位相シフタ自動配
置方法。
【請求項７】与えられた光露光用マスクパターンの中か
ら透過光の位相を変える位相シフタを配置すべきパター
ンを特定する位相シフタ自動配置装置において、マスク
パターン形状の入力手段と、前記マスクパターンで変更
し難いと判断された辺に対して優先順位を入力する優先
順位入力手段と、互いに近接して配置されている透光パ
ターンの組合せを抽出する近接パターン抽出手段と、該
パターンの組合せに対して前記優先順位入力手段から入
力された優先順位を用いて位相シフタを配置する優先順
位を設ける優先順位決定手段と、シフタ配置優先順位の
高いパターンの組合せから順に２種類の位相を与えるよ
うにシフタを交互に配置するシフタ配置決定手段と、位
相シフタ配置の矛盾個所表示手段を備えたことを特徴と
する位相シフタ自動配置装置。
【請求項８】請求項７に記載の近接パターン抽出手段
は、２つの透光パターン間の最小間隔が所定寸法Ｌ以下
（但し、Ｌ＝ｈ×（露光光波長）／（露光装置のレンズ
開口数）、定数ｈは０．２５＜ｈ＜０．６１）か否かに
より決定する手段であることを特徴とする位相シフタ自
動配置装置。