JP3378302B2 - フォトマスク設計方法及び設計装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造用フォトマ
スク設計に関し、特に微細パタンを転写するのに好適な
半導体製造用フォトマスク設計方法、及び半導体集積回
路の製造等に用いられる露光用マスクの中でも特に位相
シフトマスクにおける位相シフターの配置方法および位
相シフターの自動配置に関する。

【０００２】

【従来の技術】第一の従来技術として、レベンソン型位
相シフトマスク自動設計装置に関連して、シンポジウム
オンブイエルエスアイテクノロジー、JSAPCAT.Ｎｏ．AP
911210（1991年）第９５から第９６ページ（Symposium
on VLSI Technology, pp.,95-96,Oiso,Japan,May 1991)
における野村登等によるオートマティック パターンジ
ェネレーション システム フォア フェーズシフティ
ング マスク（Automatic Pattern Generation System
for Phase Shifting Mask ）と題する論文におて、ダイ
ナミック ランダム アクセス メモリー（ＤＲＡＭ）
をレベンソン型位相シフトマスク自動設計装置を用いて
設計しており、図形を通過する光の位相を自動的に決定
する際に、一番最初に任意の図形を選んでその位相を０
°とし、それ以降、任意の図形の位相は、その図形の周
囲にある位相決定済みの図形のうち、今位相を決定しよ
うとしている図形と一番長い辺が向いあって図形と逆の
位相とし、一番長い辺が向かう図形が複数存在し、それ
らの位相が互いに異なっていた場合は警告を出して処理
を中止するというシフター自動配置方法が論じられてい
る。

【０００３】第２の従来技術として、アイイーデイーエ
ム テクニカル ダイジェスト（１９９１年）、第７０
５から第７０８ページ（ＩＥＤＭ Tech. Digest, pp70
5-708,1991）をにおけるアンドリュー アール ノイロ
イサー（Andrew. R. Neureuther ）らによる“インベス
ティゲーティング フェーズシフティング マスクレイ
アウイト イシュウズ ユージング ア キャド ツー
ルキット”（Investigating Phase-shifting Mask Layo
ut Issues Using a CAD Toolkit ）と題する論文におい
て、与えられた設計パターンに対して設計者が縮小率を
決定し、縮小されたパターンに対してシフターの自動配
置を行ない、シフター配置に矛盾を生ずる箇所があれば
その箇所を表示するという装置について論じられた。

【０００４】第３の従来技術として、大井和子らによる
特許出願番号（特願平４−２４４９７８）では、透明領
域間の距離がしきい値未満である場合、該透明領域の片
方にシフターを設置し、シフター配置に矛盾が生じた箇
所については設計者にその箇所を提示するという方法、
及びシフター自動配置、シフター配置検証、一部シフタ
ー配置済みのレイアウトに対するシフター配置・検証の
機能を持つ装置について述べられている。

【０００５】ところで、半導体集積回路は、高集積化、
微細化の一途をたどっている。その半導体集積回路の製
造に際し、リソグラフィ技術は微細加工技術の要として
特に重要である。このリソグラフィ技術において、位相
シフト法なるマスク製作技術が最近考案され、従来の投
影露光装置をそのまま用いながら、より微細なパターン
を解像できる一手法として研究が進められている。

【０００６】特公昭６２−５０８１１号公報（以降文献
１とする）には、フォトマスク上の隣接する開口部の少
なくとも一方に位相部材を設け、二つの開口部を透過す
る照明光に位相差を与える方法が述べられている。この
方法により解像力が向上する原理を図２６に示す。開口
部５３および１８０°の位相シフトを与える位相シフト
部材５５を有する開口部５４を透過した少なくとも部分
的にコヒーレントな光は、ウェハー上で１８０°の位相
差で干渉を起こす（図２６ｃ）。一方、開口部５３と開
口部５４を透過した光の、ウェハー上の開口パターンの
中間位置での振幅の絶対値は等しい。従って、合成光の
振幅は、ウェハー上の開口部の中間位置で０となる（図
２６ｂ）。この理由により、パターン中間部で解像が高
まる。

【０００７】文献１中には、さらに実施例として、図２
７に示すように、マスクが２次元的なパターンを持ち、
互いに隣接する３つの開口部を有する場合に、第１の開
口部６１には位相シフト部材を設けず、第２の開口部６
２に９０°、第３の開口部６３に１８０°の位相シフト
をそれぞれ与えることにより、パターン全体の解像を向
上させる方法が述べられている。この場合、位相シフト
量として、０°、９０°、１８０°の３種類が用いられ
ていることになる。

【０００８】文献１以外に、マスクパターンとして互い
に隣接する３つの開口部を有する場合に取り扱った例と
して、特開平４−２２１９５４がある（以下、文献２と
呼ぶ）。この文献においては、図２８に示すように、互
いに隣接する３つの開口部のうち、開口部７１にはシフ
ター部材を設けず、第２の開口部７２には１２０°、第
３の開口部７３には２４０°のシフター部材を設け、任
意の２つの開口部の位相差が１２０°となるようにする
方法が論じられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した第１の従来技
術では、ある図形の周囲とはどのような領域を指すかが
定義されていないために、シフター配置可能なレイアウ
トに対しても、シフター配置不可能の結果を得る場合が
ある。例えば図２５（ａ）のレイアウトデータが与えら
れ、距離r1は透過する光の位相が逆位相で解像可能、同
位相で解像不可能、r2は同位相でも逆位相でも解像可能
であるときに、シフター配置を行なう場合を考える。第
一の従来技術によれば図形の位相を決定する順序につい
ても特に指定がないので、図形Ｘ、Ｙ、Ｚの順に位相を
決定したとする。Ｘの位相を決め、Ｙの位相をＸと逆位
相にすればよいが、ＺはＸとＹに対して対向する辺の長
さが等しく、しかもＸとＹは逆位相なのでＺに適切な位
相を与えることができない。しかし実際には、図２５
（ｂ）のように位相を決めることが可能である。

【００１０】また、第１、第２、第３の従来技術に共通
して、シフター配置が行なえない箇所は提示されるが、
レイアウトのどの部分を修正したらシフター配置が可能
になるかは示されないため、修正箇所の探索が必要にな
り効率が悪い。

【００１１】また、上述した図２６に示す位相シフト法
（以下、レベンソン型位相シフト法と称する）は、その
原理からライン・アンド・スペースのような単純な繰り
返しのパターンには極めて有効である。しかしながら、
一般的な２次元パターンを有するマスクにおいて、３つ
以上の開口部パターンが隣接する箇所が存在する場合、
レベンソン型位相シフト法では隣あう開口部を透過する
光の位相が同位相となる箇所が生じ、その部分では位相
シフト法を用いない従来の露光法と解像性能は同程度と
なる。以下、このようなレベンソン型位相シフト法では
シフターをどのように配置しても、同位相となる部分が
生じてしまう開口部領域を、矛盾箇所と呼ぶことにす
る。マスク全体の縮小率を大きくするためには、こうし
た矛盾箇所を出来るだけ少なくしなければならないこと
になる。すなわち、レベンソン型位相シフト法をＤＲＡ
Ｍ等の電子デバイスに適用する場合には、セルアレイ部
などの単純な繰り返しパターンが多い部分には有効であ
るが、セルアレイ部から周辺回路へ導出する部分（セン
スアンプなど）においては複雑なパターン配置をしたも
のが多く、レベソンソン型位相シフト法を適用しようと
すると、隣あうパターンが同位相となる部分が極力少な
くなるようにパターンを書き換えなければならなくなる
という困難な作業を伴うことになる。この設計上の制約
が、レベンソン型位相シフト法を電子デバイスに適用す
る際の大きなネックとなっていた。

【００１２】一方、文献１の第２の例（図２７）および
文献２（図２８）では、３位相を利用して、互いに隣接
する３つの開口パターンの解像を向上する方法が示され
ている。互いに隣接する３つの開口部を転写パターンの
一部として含むウェハーの部分領域または全領域で、転
写パターンの解像を向上させ得ることが論じられてい
る。しかしながら、後述するように、解像力の観点から
は、位相差が１８０°であるレベンソン型位相シフトマ
スクが最も解像力が高いが、この点に着目しながら３位
相以上の位相シフターを配置し、露光マスク全域として
の縮小率をより高くする具体的な方法はいずれの文献に
おいても論じられてはいない。特に、文献１の第２の例
に関しては、３つの開口部が互いに隣接するパターンで
の場合、開口部に与える位相は、０°、１８０°、９０
°（または２７０°）であり、本発明で用いる位相と同
じであるが、位相シフターを各開口部パターンに配置す
る具体的な規則は文献１では論じられていない。また、
互いに隣接する３つの開口部が連続して存在する図２８
のような場合に対しても適用できる、明確な位相シフタ
ーの配置方法は、文献１では議論されていない。

【００１３】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、第１の発明の目的とするところは、信頼性の高いマ
スクを設計でき、位相シフトマスク設計作業を効率化す
ることができるフォトマスク設計方法を提供する事にあ
る。

【００１４】また、第２の発明の目的とするところは、
設計的な自由度が高く、容易に実デバイスに適用するこ
とができ、しかもウェハーの全域において解像性能が高
い位相シフトマスクを作成することができるフォトマス
ク設計方法及び設計装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第一の発明は、部分的にコヒーレントな入射光を用
いるフォトリソグラフィで使用され、複数の透明領域及
び不透明領域が形成されているフォトマスクの透明領域
上に、透明領域を通過する前記入射光に位相差を与える
位相シフターを設けたフォトマスクを設計する際に、マ
スクレイアウトデータ中の透明領域に相当する図形間の
最短距離があるしきい値未満であるかによって隣接関係
を求め、前記図形間の最短距離が前記しきい値未満であ
る場合に、その隣接関係を前記図形を表すノード及び前
記隣接関係にあるノード同士を結ぶ線分とによるグラフ
で表現し、前記線分の両端のノードに対応する図形が互
いに同位相とされるループ切断箇所を、前記図形間の最
短距離の長いものほど大きく重み付けをする手段、隣接
する前記図形と対向する辺の短いものほど大きく重み付
けをする手段、より多くの閉ループに含まれる前記線分
ほど大きく重み付けをする手段、隣接する前記図形同士
の図形内領域の面積が小さいほど大きく重み付けをする
手段、及び設計者の設計上の判断に基づく重み付けをす
る手段の内の一以上の手段により、当該線分毎に重みを
付け、奇数の前記ノードが線分により結ばれて生じる奇
数ループの当該奇数ループ構成線分のうち、当該線分を
含む全ての奇数ループに当該線分の他に既に決定済の前
記ループ切断箇所が存在しない場合に、前記重みの大き
い順に決定し、前記ループ切断箇所以外の線分の両端の
ノードに対応する図形間に位相差を与えることを特徴と
するフォトマスク設計方法である。

【００１６】また、グラフ中の辺の重み付けの条件とし
て、図形間の最短距離の大きいものほど大きい重みを付
ける、図形同士しきい値未満で対向する辺の長さが短い
ものほど大きい重みを付ける、図形同士の距離がしきい
値未満にある図形内領域の面積が小さいほど大きい重み
を付けるがある。又、グラフ中の辺の重みは、当該辺が
前記閉ループに含まれる回数に従って決定することもで
きる。即ち、より多くの閉ループに含まれるグラフ中の
辺ほど大きい重みを付けることができる。更に、設計者
が設計上の判断に基づき重みを与えることが可能になっ
ている。そして、これらのうちいずれか一つ以上の条件
を独立に、又は混用することができる。

【００１７】更に、第１の発明は、閉ループの構成する
辺の中で、重みの大きい辺から優先的に、各々の閉ルー
プの一辺以上の辺の両端のノードに相当する図形パター
ンを修正する手段で構成する。

【００１８】また、第２の発明は、マスクパターンの複
数の開口部分に、その開口部分を透過するリソグラフィ
光の位相をシフトする位相シフターが配置されたフォト
マスクを設計するフォトマスク設計装置であって、前記
位相シフターを、前記複数の開口部分間の距離がしきい
値以下で隣り合う開口部分の位相差が同位相とならない
ように、かつ、前記複数の開口部分間の距離がしきい値
以下で隣り合う開口部分の位相差が１８０°で対向する
部分の長さが最も長くなるように配置することを特徴と
するものである。

【００１９】即ち、フォトマスク設計装置により、マス
クパターンの一部または全域に、例えば、互いに隣接す
る３つの開口部のように、レベンソン型位相シフトマス
クではシフターを矛盾無く配置することが出来ない箇所
があり、３種類以上の位相量（０°に近い値を含む）を
用いてこの矛盾を回避する際、閾値以下の距離で隣接す
る開口部のうち、１８０°の位相差で対向する開口部の
長さがレイアウト全域において最も長くなるように、各
開口部に配置する位相シフト部材の位相量を決める。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【作用】上記手段により、第一の発明によるフォトマス
ク設計方法では、マスクレイアウトデータ中の図形間の
最短距離があるしきい値未満であるかによって図形の隣
接関係を求め、前記図形間の最短距離が前記しきい値未
満である場合に、その隣接関係を前記図形を表すノード
及び前記隣接関係にあるノード同士を結ぶ線分とによる
グラフで表現し、前記線分の両端のノードに対応する図
形が互いに同位相とされるループ切断箇所を、前記図形
間の最短距離の長いものほど大きく重み付けをする手
段、隣接する前記図形と対向する辺の短いものほど大き
く重み付けをする手段、より多くの閉ループに含まれる
前記線分ほど大きく重み付けをする手段、隣接する前記
図形同士の図形内領域の面積が小さいほど大きく重み付
けをする手段、及び設計者の設計上の判断に基づく重み
付けをする手段の内の一以上の手段により、当該線分毎
に重みを付け、奇数の前記ノードが前記線分により結ば
れて生じる奇数ループの当該奇数ループ構成線分のう
ち、当該線分を含む全ての奇数ループに当該線分の他に
既に決定済の前記ループ切断箇所が存在しない場合に、
前記重みの大きい順に決定し、前記ループ切断箇所以外
の線分の両端のノードに対応する図形間に位相差を与え
る。このような第一の発明によれば、前記奇数ループに
含まれる線分のうち重みの大きいものから順次、その線
分の両端のノードに相当する図形を互いに同位相でも良
い箇所として決定していくことができる。よって、プロ
セス条件や、図形の幾何学的配置を重みの値に反映させ
てシフター配置を行うことが可能になり、より信頼性の
高いマスクを設計することが可能になる。

【００２４】また第１の発明では、前記グラフ中の辺の
重み付けの条件として、図形間の最短距離の大きいもの
ほど大きい重みを付ける、図形同士しきい値未満で対向
する辺の長さが短いものほど大きい重みを付ける、図形
同士の距離がしきい値未満にある図形内領域の面積が小
さいほど大きい重みを付けるがある。これらによれば、
前記隣接関係にある図形同士が同位相であっても解像す
る可能性を高めることができる。又、グラフ中の辺の重
みは、当該辺が前記閉ループに含まれる回数に従って決
定することもできる。即ち、より多くの閉ループに含ま
れるグラフ中の辺ほど大きい重みを付けることができ
る。これによれば、隣接しているが同位相となる箇所を
より少なくすることができる。更に、設計者が設計上の
判断に基づき重みを与えることが可能になっている。そ
して、これらのうちいずれか一つ以上の条件を用いるこ
とができる。

【００２５】さらに第１の発明では、閉ループとなる箇
所に対しては、重みの大きい辺から順に、各々の閉ルー
プ一辺以上の辺の両端のノードに相当する図形パターン
に修正を行なう。

【００２６】第２の発明を説明するにあたり、まず図２
３の連続するパターンに０°、９０°、１８０°、２７
０°または０°、１２０°、２４０°のシフターを配置
した場合のそれぞれの解像力を図２４に示す。この図か
ら分かるように、位相差が９０°の開口部間および１２
０°の開口部間では、位相シフト法を用いない通常露光
に比べ解像性は高いが、位相差が１８０°の場合に比べ
解像性が減少することが分かる。

【００２７】第２の発明に従えば３つ以上の開口部パタ
ーンが互いに隣接し、従来技術で示した文献１の第１の
例の位相シフトマスクでは隣あう開口部を通過する光の
位相が同位相となる部分が生じ、位相シフト法の効果が
著しく減少するような複雑なパターンにおいても、同位
相となる部分なくシフターを配置することができ、複雑
なパターンを持つ実デバイスのマスクパターンに容易に
適用することができる。また、後述するように、長く隣
接する開口部間は短く隣接する開口部間に比べ解像力が
要求されるが、隣接する開口部のうち、比較的長い開口
部間では１８０°±ｎ３６０°（ｎ＝０、１、２・・
・）に近い値、比較的に短い開口部間では３６０°／ｍ
±ｎ×３６０°（ｍ＝３、４、５・・・；ｎ＝０、１、
２・・・）に近い値をもつ位相シフター部材を配置する
ことで、図２４からも分かるように、文献２の方法より
深いデフォーカスを得ることができ、従って、解像がず
っと良くなる。

【００２８】また、第２の発明におけるフォトマスク設
計装置では、しきい値以下の距離で隣接する開口部間に
おいて、開口部分の位相差が１８０°で対向する部分の
長さが最も長くなるように位相シフターを配置してゆ
く。例えば、図２０の場合、開口部１５１、１５２、１
５３はレベンソン型位相シフトマスクでは、矛盾箇所を
生じる部分である。この場合には、開口部１５１と１５
３が閾値以下で対向している部分は、開口部１５１と１
５２および１５２と１５３の閾値以下で対向している部
分より長い（図２０（ａ）参照）。従って図２０（ｂ）
のような位相シフターが自動配置される。この例からも
分かるように、閾値以下の距離で隣接する箇所のうち、
１８０°の位相差で向き合う長さの和がより大きくなる
ように位相を決めるので、レイアウト全域に渡ってデフ
ォーカスの深い露光が実現され、良好な解像を得ること
ができる。

【００２９】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００３０】第１の発明 （実施例１） 図１に、第１の発明の実施例１による位相決定の手順を
示す。対象となるレイアウトデータに対して、そのレイ
アウトデータ中の図形の隣接関係を求める。この時、図
形間の最短距離がしきい値未満であれば、これらの図形
は隣接していると定義することにする。例えば、入力さ
れたレイアウトデータが図２の場合、このレイアウトデ
ータの隣接関係をグラフに表すと図３（ａ）のようにな
る。グラフ中の点（以下ノードと称する）は、レイアウ
トデータ中の図形を表し、図形と図形が隣接関係にある
場合、ノードとノードの間を線分で結んでいる。

【００３１】ここで例えば重みの付け方としては、次の
４種類の条件があるが、必要に応じていずれか一つ以上
を用いればよい。また、これらの条件の他に任意の重み
を与える必要もある。

【００３２】第１の条件は奇数ループに含まれる回数が
多い線分ほど大きい重みを付けることである。奇数ルー
プに含まれる回数がより多い箇所を同位相とすることに
より、隣接しているが同位相となる箇所をより少なくす
ることになる。第２の条件は図形同士の最短距離が大き
い線分ほど大きい重みを付けることである。図形間の最
短距離がより大きい箇所ほど同位相でも解像する可能性
が高くなるからである。第３の条件はしきい値未満で隣
あっている辺の長さが短い図形同士に相当する線分ほど
大きい重みを付けることである。しきい値未満で向かい
あっている辺の長さが短い図形同士ほど解像する可能性
が高くなるからである。第４の条件は、しきい値未満に
ある図形内領域の面積が小さい図形同士に相当する線分
ほど大きい重みを付けることである。しきい値未満にあ
る図形内領域の面積が小さいほどそれらの図形を解像す
る可能性が高くなるからである。そのほかに任意の重み
を与えることが可能になっているが、これにより例え
ば、設計者が特定の箇所に対して、＋∞、−∞の重みを
付けることにより、それぞれ同位相とする箇所および逆
位相にしたい箇所を特定することが可能になる。

【００３３】重みのレベルや絶対値は、プロセス等の条
件、実験、経験値等により決定される。実施例１では、
図４に示す表に従って重みを付けた。図４に示すよう
に、上記４種類の条件全てを用いる必要はなく、必要に
応じていずれか一つ以上を用いればよい。尚、図４にお
いては、実施例１で用いなかった条件について、重みを
０と表示してある。図３（ａ）には図４に従って重み付
けした値が各線分のわきに下線を付けた数字で示してあ
る。

【００３４】ここで奇数のループについて定義する。奇
数ループとは、奇数のノードから構成される閉ループで
ある。例えば図３（ａ）では４−５−７、４−６−７、
４−５−３−８−７、１−２−４−５−３、１−２−４
−６−７−５−３、１−２−４−５−７−８−３、１−
２−４−６−７−８−３が奇数のループとなる。

【００３５】奇数ループに含まれる線分のうち重みの大
きいものから順次、その線分の両端のノードに対応する
図形が互いに同位相でも良い箇所（以下ループ切断箇所
と称する）として決定していく。このとき、注目する線
分を含む奇数ループ全てに、既にループ切断箇所が存在
する場合、その線分はループ切断箇所とはしない。ま
た、ループ切断箇所を一箇所以上含む奇数のループは重
み付けの条件１の対象となる奇数ループから除外する。
従ってループ切断箇所の決定に伴い重みの値が変化する
ことになる。例えば図３（ａ）では、奇数ループに含ま
れる線分のうち重みの最も重い４−５をループ切断箇所
とする。４−５を含む奇数ループを条件１の対象から除
外し、重みを付け直したグラフを図３（ｂ）に示す。続
いて図３（ｂ）中の４−６または６−７をループ切断箇
所とすればよい。重みが等しい箇所が複数存在する場
合、無作為に一つを選択する。図３（ｂ）の例では、２
箇所のループ切断箇所を決定した結果、全ての奇数のル
ープは一箇所のループ切断箇所を含むことになる。

【００３６】ループ切断箇所では、その線分の両端のノ
ードに対応する図形が互いに同位相とし、それ以外の箇
所では線分の両端のノードに対応する図形は互いに逆位
相となるように位相を決定する。例えば図３（ｂ）では
４−５および４−６を同位相とし、それ以外の隣接する
図形は逆位相とする。実施例１の方法に従って図形の位
相を決定した結果を図５に示す。ループ切断箇所につい
ては設計者にその箇所を報告する。

【００３７】さらに、実施例１によれば、決定したルー
プ切断箇所に対応する図形に対し、その位置をずらす、
パターンをリサイズするなど、目的とするパターンを解
像できるように適切な修正を行なうこともできる。

【００３８】なお、この実施例１では、一つ以上の条件
による重みの合計を用いたが、この方法の応用として以
下に述べるような方法で、重みを用いることも可能であ
る。

【００３９】作成したグラフに対して重みを与える場
合、図４に示す条件のうち一番優先度の高い条件を用い
て重み付けをし、奇数ループに含まれる線分のうち重み
の大きいものからループ切断箇所とする。この時、重み
の同じ線分が複数存在した場合、次に優先度の高い条件
による重みが思い線分をループ切断箇所とする。すなわ
ち、より優先度の高い重みが等しい線分が存在した場
合、次に優先度の高い条件で重みを比較する。このよう
な方法により、幾つかの条件の中で設計に決定的な影響
を与える条件がある場合、他の条件に左右されずにルー
プ切断箇所を決めることができる。

【００４０】（実施例２） 次に、第１の発明の実施例２を説明する。例えば入力レ
イアウトデータが図６である場合、図形間の最短距離を
測定し、最短距離が別途定めたしきい値未満である場
合、それらの図形は隣接しているとして記憶する。ここ
では、説明のためにグラフを用いる。各々の図形をグラ
フ中のノードで示し、隣接している場合ノードとノード
を線でつなぐのは、図３と同様である。隣接関係を記憶
したのち、もし、レイアウト中に一つ以上位相が決まっ
た図形があれば、その図形と隣接関係において最も近い
図形から順次、隣接している図形が互いに逆位相となる
よう位相を決定していく。図７を用いて考えれば、ノー
ド１に予め１８０°の位相が与えられていた場合、ノー
ド１に注目し、隣接しているノード２と５に０°の位相
を与える。続いて、ノード２に注目し、ノード２と隣接
しているノード３に１８０°の位相を与える。次にノー
ド５に注目し、ノード５と隣接しているノード４に１８
０°の位相を与える。続いて、ノード３に注目したと
き、ノード３と隣接しているノード４には既に、１８０
°の位相が与えられており、ノード３と４は隣接してい
ながら同位相となっている。隣接している図形同士は逆
位相とするはずであるから、このような箇所は矛盾箇所
である。実施例によれば、予め、位相を持った図形と隣
接関係において最も近い図形から位相を決定していき、
隣接していながら同位相となってしまった箇所があれ
ば、そこを矛盾箇所として設計者に表示する。

【００４１】第２の発明 次に、第２の発明に関わる実施例を図面に基づいて説明
する。

【００４２】（実施例１）図８は、第２の発明に従って
メモリセルアレイ中の素子領域のパターンに位相シフタ
ーの配置を行った第一の実施例である。図９が、同じ開
口部パターンにレベンソン型位相シフト法に従ってシフ
ターを配置した例、図１０が０°、１２０°、２４０°
の３位相を用いたシフター配置例である。

【００４３】図９において、４１はシフター部材を配置
しない開口部、４２は１８０°の位相シフト量をもつシ
フター部材を配置した開口部を表している。この例では
０°、１８０°の位相のみで開口部にシフターを配置お
り、長い辺で向き合う開口部間、すなわち４１と４２の
開口部では位相差が１８０°となっているためパターン
は良く解像されるが、短い辺で向き合う開口部間、すな
わち、開口部４１と４１または開口部４２と４２の間で
は位相シフト法の効果はなく解像は困難になる。

【００４４】図１０において、開口部３１はシフター部
材を配置しない位相シフト量が０°の開口部３２、３３
は、位相シフト量がそれぞれ１２０°、２４０°の位相
シフター部材を配置した開口部である。この例では、全
ての隣合う開口部の位相差が１２０°となり同位相で隣
接する開口部はない。しかし、解像度が特に必要になる
長い辺で向き合う開口部間の解像度は図９の例に比べて
低いという欠点がある。

【００４５】図８において、開口部１１は位相シフト部
材を配置しない位相シフト量０°の開口部、また、開口
部１２、１３、１４は、それぞれ９０°、１８０°、２
７０°の位相シフト量をもつ位相シフト部材を配置した
開口部を示している。この実施例では、隣合うパターン
間の向き合う部分が長い開口部間の位相を位相差１８０
°となるようにし、向き合う部分が短い開口部間の位相
差が９０°となるようにシフターが配置されており、同
位相で隣合う開口部はない。しかも、解像度が特に要求
される長い辺て向き合う開口部間では解像度向上効果の
最も高い位相差１８０度となっており、極めて良いパタ
ーンの解像を得ることができる。

【００４６】ここで、島状パターンにおいて、向き合う
部分が長い図形間の位相を位相差１８０°となるように
し、向き合う部分が短い図形間の位相を位相差９０°と
なるようにシフターを配置する理由を説明する。まず、
第１には、図１１（ａ）に示すように露光用マスク上の
開口部を通り抜ける光の２次元強度分布を考えると、一
般に長方形の角で強度が弱くなる。従って、短い辺で隣
接する開口部と長い辺で隣接する開口部を比較すると、
長い辺で向き合う開口部間の方が強い光強度で隣接する
部分が長い（図１１（ｂ），（ｃ））。この強い光強度
で隣接する部分では、光の干渉が強く、解像度が特に悪
くなる（図１１（ｂ））。従って、この部分に解像度向
上効果の最も高い、１８０°の位相差を設ける必要があ
る。

【００４７】第２には、全体的な面積縮小率での有利さ
からである。図２４に示したように、位相差９０°と１
８０°の場合、解像力には差が生じる。いま、位相差が
１８０°の場合の解像できる最小パターン間距離をｄ
１、９０°の場合のそれをｄ２、同位相の場合のそれを
ｄ３とすると、図２４より、ｄ１＜ｄ２＜ｄ３の関係が
成り立つ。今、向き合う２つの長方形を考え、２つの図
形に各位相差を与えた時に、２図形を近づけられる最短
距離の比較を図１２に示す。まず図１２（ａ）は、短い
部分で向き合う２図形の場合である。２図形に位相差９
０°を与えた場合、同位相の場合よりも（ｄ３−ｄ２）
だけ図形を近づけることが出来る。さらに、位相差が１
８０°の場合には位相差９０°の場合に比べて（ｄ２−
ｄ１）だけ図形を近づけられることが分かる。従って、
位相差９０°の場合に比べ１８０°の場合では、（ｄ２
−ｄ１）×１だけレイアウトの面積が縮小されたことに
なる。一方、長い部分で向き合う２図形の場合を図１２
（ｂ）に示す。この場合には、位相差９０°の場合に比
べ１８０°の場合には、（ｄ２−ｄ１）×Ｌだけレイア
ウトの面積が縮小できることになる。

【００４８】従って、短辺で向き合う場合の９０°から
１８０°にした場合の縮小面積（ｄ２−ｄ１）×１と、
長辺の場合のそれ（ｄ２−ｄ１）×Ｌを比較すると、Ｌ
＞１あるので、向き合う部分が長い図形間を位相差１８
０°となるようにすることで、レイアウトの面積を大き
く縮小できることが分かる。また、この時、短い辺で向
き合う図形間が同位相となる場合には、これらの位相差
が９０°となるように位相を決めることで、さらに（ｄ
３−ｄ２）×１の面積の縮小がなされることになる。

【００４９】例えば、素子分離層のパターンを例にとっ
て面積の縮小率を試算してみる。露光条件としては縮小
光学系を考え、波長λ＝２４８ｎｍ、縮小レンズの開口
数ＮＡ＝０．４５、コヒーレンスファクタσ＝０．３を
仮定した。開口部パターンの大きさを０．４μｎ×２．
４μｍとし、それぞれの位相の組み合わせの場合にパタ
ーンを解像できる最小距離をシュミレーションによって
求めたところ、ｄ１＝０．１６μｍ、ｄ２＝０．２２μ
ｍ、ｄ３＝０．３２μｍ、また、位相差が１２０°の場
合の最小距離はｄ４は、ｄ４＝０．２μｍとなった。た
だしのレジスト上のコントラストが７０％が焦点深度
１．０μｍが得られる距離を最小距離とした。この結果
をもとに設計した素子分類層を図１３，１４に示す。図
１３（ａ）が第２の発明による配置例、図１３（ｂ）が
０°、１２０°、２４０°の３位相を用いた配置例、図
１４（ａ）がレベンソン型位相シフト法による配置例、
図１４（ｂ）が位相シフト法を用いない通常の露光法に
対応する配置例で、それぞれの場合において開口部の最
短距離は上記シミュレーションより得られた解像できる
最短距離となっている。周期的な繰り返しの単位である
図の斜線部で囲った部分について、それぞれの場合につ
いて比較すると、図１４（ｂ）では２３．５０μｍ² 、
図１４（ａ）では１８．２８μｍ² 、図１３（ｂ）では
１８．７２μｍ² 、図１３（ａ）では１７．６１μｍ²
であり、位相シフト法を用いない図１２（ｂ）と比較し
た場合の面積の縮小率は、図１３（ａ），（ｂ）、図１
４（ａ）の場合でそれぞれ、７４．９４％、７９．６６
％、７７．７９％であり、第２の発明による配置例の縮
小率が他の位相シフト法に比べて約５％大きいことが分
かる。

【００５０】（実施例２）図１５は、第２の発明による
第２の実施例を示す。図１５（ａ）〜（ｃ）おいて、３
０１〜３１５は開口部を表す。図１５（ａ）が、レベン
ソン型位相シフト法によるシフターの配置例、図１５
（ｂ）が０°、１２０°、２４０°の３位相を用いた配
置例、図１５（ｃ）が本発明による位相シフターの配置
例である。

【００５１】図１５（ａ）において、３０１、３０２、
３０４は、位相シフト部材を配置しない位相シフト量０
°の開口部を表す。一方、３０３、３０４は位相シフト
量１８０°の位相シフト部材を配置した開口部を表して
いる。この例では、同位相となる開口部３０１と３０２
および３０１と３０４の間で解像が困難になる。

【００５２】図１５（ｂ）において、３０６は位相シフ
ト部材を配置しない位相シフト量０°の開口部を表す。
一方、３０７と３０９、３０８と３１０は、それぞれ、
位相シフト量が１２０°、２４０°の位相シフト部材を
配置した開口部を示している。この例では。全ての隣合
う開口部の位相差が１２０°となり同位相で隣接する開
口部はない。しかし、３０７と３０８、３０８と３０
９、および３０９と３１０の間の解像度は図１５（ａ）
に比べて低いという欠点がある。

【００５３】図１５（ｃ）において、３１２と３１４
は、位相シフト部材を配置しない位相シフト量が０°の
開口部を表す。一方、３１１は位相シフト量９０°の位
相シフト部材を配置した開口部、また、３１３と３１５
は、位相シフト量が１８０°の位相シフト部材を配置し
た開口部を示している。この実施例では、隣合うパター
ン間の向き合う部分が長い開口部、すなわち、開口部３
１２、３１３、３１４、３１５の任意の２つの開口部間
で位相差１８０°となるようにし、向き合う部分が短
い、開口部３１１と３１２、３１３、３１４、３１５の
間の位相差が９０°となるようにシフターが配置されて
いる。この配置例では、解像度が特に要求される長い辺
で向き合う開口部間では、解像度向上効果の最も高い位
相差１８０度となっており、極めて良いパターンの解像
を得ることができる。

【００５４】（実施例３）図１６は、第２の発明に関わ
るシフター自動配置装置の構成を表すブロック図であ
る。図１６において、１２１はキーボードまたはマウス
であり、この入力部からシフター自動配置の実行を制御
部１２５に指示する。制御部１２５はメモリ１２３、シ
フター自動配置手段１２４、および処理の全体を制御す
るマイクロプロセッサからなる。入力部１２１の指示を
受けた制御部１２５は、まず、パターンデータを格納す
る記憶装置１２２から、シフター配置の対象となるパタ
ーンデータをメモリ１２３に読み込む。次に、シフター
自動配置手段１２４を起動する。シフター自動配置手段
１２４は、必要なデータをメモリ１２３から読み込み、
シフター配置の処理を行う。シフター配置の結果はメモ
リ１２３に一端格納される。この結果は、制御部１２５
のコントロールを通してＣＲＴ等の表示装置１２６に引
き渡され表示される。また、この結果は、パターンデー
タ格納部１２２に書き込まれる。

【００５５】次に、シフター自動配置の処理内容を図１
７のフローチャートに従い説明する。処理対象となるデ
ータがパターンデータ格納部１２２からメモリ１２３に
入力される。入力されたパターンデータは自動配置部に
よって、まず、グループに分類される。グループとは、
閾値Ｓ以下で隣接するパターンの集合である（図１８参
照）。図形の隣接関係を考えるには、グラフを用いると
良い。図１８を参照しながらグラフの説明をする。い
ま、パターンに対応してノードと呼ばれる点を書く。次
に、あるパターンとパターンが閾値Ｓ以下の距離で隣接
している場合には、このパターンに対応するノードとノ
ードを線で結ぶ。このようにして、できたものをグラフ
と呼ぶ。グループとは、互いに線で結ばれたかたまりの
グラフのことである。

【００５６】次に、位相の決定を各グループ単位に行
う。パターンに配置する位相のシフターの位相量として
は、ｍ₁ （＝０°）、ｍ₂ （＝１８０°）の他に、
ｍ₃ 、．．．、ｍ_n （＝３６０°）／ｍ；ｎ＝３、４、
５、．．．の整数倍（ただし≠１８０°±ｎ×３６０
°、ｎ＝０、１、２、３、．．．））の全部でｎ種類を
利用するものとする。ただし、上記の閾値Ｓおよびｎ−
２種類の位相量、ｍ₃ 、ｍ₄ ，．．．．、ｍ_n は、設計
者によって与えられるものである。シフター自動配置部
は各グループ単位ごとに位相の決定を行うが、位相決定
アルゴリズムは後述する。続いて、シフター配置の情
報、グループに関する情報をメモリ１２３または、パタ
ーンデータ部１２２に書き込む。処理結果は実行レポー
トの形で表示される。実行レポートには、シフター自動
配置対象領域内に存在する全グループ数および各グルー
プでシフター配置が正常に終了したかどうかの結果が表
示さる。

【００５７】次に、シフター自動配置の方法を図１９の
フローチャートに従い説明する。まず、１グループ分の
パターンデータをメモリ１２３から入力する。次に、グ
ループ内の図形に対し、レベンソン型（０°と１８０°
の２位相）ではシフターを配置できない部分を抽出す
る。２位相で配置不可能な箇所とは、グラフ上の奇数箇
所のノードからなるループに対応する。もし、グラフ上
に奇数ループの結合した部分がなければ、通常のレベン
ソン型で矛盾無くシフターを配置できる。このときに
は、閾値以下でとなりあう開口の一方のパターンに位相
１８０°の位相シフト部材を順次張り付けてゆくことが
できる。

【００５８】２位相配置不可能ユニットの位相の決定
は、以下のようにする。２位相配置不可能箇所が１個の
奇ループである場合には（図２０ａ参照）、奇ループに
属するパターンにおいて、それぞれパターン間で閾値以
下の距離で隣接している部分（斜線部）の相対する長さ
を求める。次に、各図形に対し、隣あう２つの図形と閾
値以下で隣接している長さの和を求め、この和が最も小
さい図形の位相をｍ₃ 〜ｍ_n の中から任意の１つのもの
を選択し決める。この図形を除く奇ループの残りのノー
ドに対応する図形には、隣合う図形の位相が１８０°異
なるように、０°か１８０°の位相を与える。例えば、
ｍ₃ ＝９０°の場合には、図２０（ｂ）の様になる。２
位相配置不可能ユニットが１個の奇ループの他にループ
を含む場合には次のようになる。まず、ユニットの各ノ
ードが異なる位相を持つように、与えられた位相、
ｍ₁ 、ｍ₂ 、ｍ₃ ．．．ｍ_n の中から一つの位相を選ん
で各ノードに与える。もしｎ種類の位相を用いても、隣
あうノードを異なる位相にできる解がないときには、エ
ラーとして実行レポートに表示する。解が複数ある場合
には、１８０°±ｎ×３６０°以外の位相差で隣接して
いるパターンのうち閾値以下で隣接している部分の長さ
のユニット全体での総和を求めてこの総和の短い位相シ
フターの配置方法を、このユニットの各図形の位相とし
て採用する。この方法により各ユニットでは、１８０°
で対向するパターン間の長さが最大となるように位相が
決まる。

【００５９】次に各ユニット間で、位相のつじつま合わ
せをする。図２１の例をとり説明する。まず、各ユニッ
トで位相を決定する（図２１ａ）。次に、任意のユニッ
トをとり、このユニットに連結している線状のグラフの
部分の位相を決める。この線状の部分の一端のノード
（ａ２）の位相は、初めにとったユニット（Ａ）の同一
のノード（ａ１）の位相によって決まっている。この、
ノードの位相と位相差が１８０°となるように隣のノー
ドの位相を決める。このようして線状の部分のグラフに
おいて、互いに隣接するノードの位相差が１８０°とな
るように各ノードの位相を決め、各々のノードが持つ位
相を対応するパターンに与える。次に、この線状の部分
に接続するユニット（Ｂ）の位相のつじつま合わせをす
る。線状の部分の端のノード（ｂ２）と、ユニット
（Ｂ）上の同一ノード（ｂ１）とが同一の位相となるよ
うに、ユニット（Ｂ）のノードの位相をシフトする。シ
フト量φｓは、φｓ＝ｂ２の位相 − ｂ１の位相。こ
のシフト量φｓをユニットＢに属するノードの位相に加
えたものを、各ノードに対応するパターンの位相シフタ
ーの位相量とする。このとき、φｓを加えてもユニット
Ｂに属する各図形間の相対位相量は、変わらないことに
注意する。図２１（ｃ）の例では、ユニットＢの図形の
位相に１８０°加えたものを新たな位相としている。位
相のつじつまあわせの結果を図２２に示す。この位相シ
フターの配置の結果は実行レポートに表示する。また、
位相φｓをシフトした結果、ユニットＢのあるノードの
位相が、初めに与えられた位相ｍ₁ 、ｍ₂ 、ｍ₃ ．．．
ｍ_n のいずれでもない場合には、このノードが属するグ
ループ番号、ユニット番号およびパターン番号を実行レ
ポートに表示する。

【００６０】以上の処理により、与えられた開口部パタ
ーンに関し、閾値Ｓ以下で隣接パターンが異なる位相を
持つように位相シフターを配置することができる。この
時、１８０°の位相差で向き合うパターン間の長さが最
大となるように位相シフターを配置するため与えられた
レイアウトパターンの全域において解像度が極めて高い
露光用マスクが得られる。

【００６１】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、プロ
セス条件や、図形の幾何学的配置を重みの値に反映させ
てシフター配置を行なうことが可能になり、より信頼性
の高いマスクを設計することが可能になる。また、レイ
アウト修正の必要性がある箇所が特定されるので位相シ
フトマスク設計作業を効率化することが可能である。

【００６２】また、第２の発明によればフォトマスクに
互いに隣接する３つ以上の開口部である場合でも、位相
シフト法を容易に適用することができ、従って、上記の
開口部パターンを含むウェハーの部分領域または全領域
で解像度を向上させることができる。また、隣接するパ
ターンのうち対向する線分が長い開口部間の位相差を１
８０°、短い開口部間の位相差を３６０°／ｍ（ｍ＝
３、４、５．．．、）とすることで、解像度が極めて高
い露光が可能になる。

【００６３】さらに、第２の発明のフォトマスク設計装
置を用いれば、３つ以上の開口部が互いに隣接する部分
があるレイアウトパターンであっても、閾値以下の距離
で隣接する開口部の位相を異なるようにし、かつ、閾値
以下の距離で隣接する開口部間で１８０°の位相差で隣
接する部分の長さを最大となるような位相シフターの配
置を容易に実現することができる。従って、解像度が極
めて高く、しかも、設計における自由度の大きい位相シ
フトマスクの設計が容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例１の方法を示すフローチャ
ートである。

【図２】第１の発明の実施例１における入力レイアウト
データの一例である。

【図３】図２のレイアウトの隣接関係を示すグラフであ
る。

【図４】重み付けの条件をまとめたものである。

【図５】図３の重み付けに従って各々の図形に位相を決
定した結果である。

【図６】第１の発明の実施例２における入力レイアウト
データの一例である。

【図７】図６のレイアウトの隣接関係を示すグラフであ
る。

【図８】第２の発明における第１の実施例を示す露光マ
スク用パターンの平面図である。

【図９】レベンソン型位相シフトマスクパターンの平面
図である。

【図１０】３つの位相を用いた露光マスク用パターンの
平面図である。

【図１１】長方形パターンが連続して存在するマスクパ
ターンにおいて、開口部パターンが短い辺で向かいあう
部分と、長い辺が向かい合う部分の光強度の強度分布を
示す図である。

【図１２】第２の発明の位相決定方法と縮小率の関係を
説明するための図である。

【図１３】第２の発明の位相決定方法と縮小率の関係を
説明するための図である。

【図１４】従来技術の位相決定方法と縮小率の関係を説
明するための図である。

【図１５】第２の発明の第２の実施例を示す露光マスク
用パターンの平面図である。

【図１６】第２の発明における設計装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図１７】図１４で示した設計装置の処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図１８】第２の発明におけるグラフとグループを説明
するための図である。

【図１９】図１４で示した設計装置において、１つのグ
ループに属する図形の位相を決めるためのアルゴリズム
を説明するための図である。

【図２０】図１４で示した設計装置において、グループ
内に２位相で配置することができないユニットがない場
合の位相決定方法を説明するための図である。

【図２１】第２の発明において、２位相配置不可能ユニ
ット間のつじつま合わせの説明をするための図である。

【図２２】第２の発明において、２位相配置不可能ユニ
ット間のつじつまあわせの結果得られた位相シフターの
説明をするための図である。

【図２３】第２の発明を説明するための連続するパター
ンに位相シフターを配置した図である。

【図２４】図２１で示した位相シフターの解像力を示す
シュミレーショングラフである。

【図２５】第１の発明に対する第１の従来技術を説明す
る図である。

【図２６】レベンソン型位相シフトマスクの原理を示す
図である。

【図２７】従来の文献１中の図２１のフォトマスクを転
載した図である。

【図２８】従来の文献２中の図２４のフォトマスクを転
載した図である。

【符号の説明】 Ｘ〜Ｚ マスク中透過部に相当する図形 １〜９ マスク上透過部に相当する図形 １１〜１４，１０１〜１０４，１５１〜１５６，３０１
〜３１５ 開口部 １２１ 入力部 １２２ パターンデータ格納部 １２３ メモリ １２４ シフター自動配置手段 １２５ 制御部 １２６ 表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 清美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 橋本 耕治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (72)発明者 奥村 勝弥 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式 会社東芝 研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平６−167801（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−221954（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−147142（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部分的にコヒーレントな入射光を用いるフ
   ォトリソグラフィで使用され、複数の透明領域及び不透
   明領域が形成されているフォトマスクの透明領域上に、
   透明領域を通過する前記入射光に位相差を与える位相シ
   フターを設けたフォトマスクを設計する際に、 マスクレイアウトデータ中の透明領域に相当する図形間
   の最短距離があるしきい値未満であるかによって隣接関
   係を求め、前記図形間の最短距離が前記しきい値未満で
   ある場合に、その隣接関係を前記図形を表すノード及び
   前記隣接関係にあるノード同士を結ぶ線分とによるグラ
   フで表現し、 前記線分の両端のノードに対応する図形が互いに同位相
   とされるループ切断箇所を、前記図形間の最短距離の長
   いものほど大きく重み付けをする手段、隣接する前記図
   形と対向する辺の短いものほど大きく重み付けをする手
   段、より多くの閉ループに含まれる前記線分ほど大きく
   重み付けをする手段、隣接する前記図形同士の図形内領
   域の面積が小さいほど大きく重み付けをする手段、及び
   設計者の設計上の判断に基づく重み付けをする手段の内
   の一以上の手段により、該線分毎に重みを付け、 奇数の前記ノードが前記線分により結ばれて生じる奇数
   ループの該奇数ループ構成線分のうち、該線分を含む全
   ての奇数ループに該線分の他に既に決定済の前記ループ
   切断箇所が存在しない場合に、前記重みの大きい順に決
   定し、 前記ループ切断箇所以外の線分の両端のノードに対応す
   る図形間に位相差を与える ことを特徴とするフォトマス
   ク設計方法。
2. 【請求項２】前記重みは、前記線分が前記奇数ループに
   含まれる回数に従って決定されることを特徴とする請求
   項１に記載のフォトマスク設計方法。
3. 【請求項３】前記重みは、前記しきい値未満で隣り合っ
   ている辺の長さが短い図形を表す前記ノードを結ぶ線分
   ほど大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載
   のフォトマスク設計方法。