JP3544926B2 - 露光データの作成装置、方法および半導体集積回路の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光データの作成装置、方法および半導体集積回路の製造方法に関し、特に、部分一括露光法を用いて部分一括露光用ステンシルマスクからウェーハ上に露光パターンを形成する露光データの作成装置、作成方法およびこの作成方法を使用して微細パターンを形成する半導体集積回路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造において、従来から光によるマスクを用いた転写技術が主に用いられてきた。その理由は、マスクによる転写が非常にスループットが高く、量産性に富んでいるためである。一方、ウェーハ上に回路パターンを直接描画する電子ビーム直接描画技術は、その高い解像性から先端デバイスの先行試作または少量生産の半導体集積回路製造には使用されているものの、いわゆる一筆書きであった。このため、スループットが遅いという致命的欠点が克服できず、大量生産される半導体集積回路の製造には使用されないままで現在に至っている。
【０００３】
上述のスループットが遅いという欠点を打破するために、部分一括露光法が提案された。この部分一括露光法は、開発したデバイス製造会社により、キャラクタープロジェクション法、セルプロジェクション法またはブロック露光法等の各種の呼び名が付与されているが、本質的な方法としてはすべて同一である。すなわち、電子ビーム直接描画法のスループットを改善するためには、実際のショット数を低減することがポイントとなるため、比較的繰り返し出現するパターンを予め決められた領域の範囲に収納できるマスクとして作成しておく。繰り返しパターン部分はこのマスクを使用して露光を行い、繰り返しが少なくマスクが予め作成されていないパターンは、電子ビーム直接描画法の特色でもあるパターン創成機能を利用して可変整形ビームにて露光していくというものである。この部分一括露光法によれば、全部パターン創成機能を利用して露光するよりもショット数を低減することができ、スループット改善に寄与できるというものであった。
【０００４】
上述の部分一括露光法は、比較的多くの繰り返し回数が見込めるパターン、例えばメモリセルパターンをシリコン膜（一般的には「ステンシルマスク」と呼ばれている）に予め焼き付けておき、電子ビームが透過してほしい領域を抜けるパターンとして作りこんでおく方法である。このステンシルマスクを、可変整形ビームで矩形を作り出す部分（部分一括マスク部）に配置しておき、この部分一括マスク部を一括照射する。この結果、抜いた部分からのみ電子ビームが透過して、ある一定の縮小率でもって最終的に所望のパターン形状をもった電子ビームの束となり、電子ビーム露光を行いたいウェーハ上に塗布された電子ビーム用レジストにパターン形成に必要なエネルギーを与えるという作用をもっている。
【０００５】
上述の作用より、部分一括露光法は比較的繰り返し性の高いパターンを有するメモリーデバイス（ＤＲＡＭ， ＳＲＡＭ， ＲＯＭ， Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ 等）のパターンをショット数を低減して焼き付けるための技術として認識されてきた。その理由を以下に述べる。実際、現状程度のデザインルールである０．１８μｍ程度では、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ等のメモリーセル（セルとは基本繰り返し単位のことをいう）は十分に部分一括露光法で許されている１回のショット範囲である５ｘ５μｍの領域に複数のビットのパターンを配置することが可能である。ここで、ウェーハ上、マスク上の領域は縮小倍率によって異なる。例えば６０分の１の縮小倍率の場合、マスク上の領域は３００ｘ３００μｍ角となり、２５分の１の縮小倍率の場合、マスク上の領域は１２５ｘ１２５μｍ角となる。しかし、今後生産品種がシフトしていくとされているメモリー混載ロジックや、純粋ロジックのロジック部分を構成するロジックライブラリは、上記一括ショット範囲の５ｘ５μｍの領域に収めようとしても、電源線と電源線との間隔が５μｍを超えてしまうことになる。このため、たとえ構成が単純なインバータであっても、この領域には収まらなくなる。以上が、部分一括露光法がメモリー等繰り返し性の高いパターンに適用できる技術として認識されてきた理由である。
【０００６】
ところが、半導体集積回路の微細化とともに、必要最小線幅は０．１８μｍから０．１５μｍ、０．１３μｍ、０．１０μｍ、０．０７μｍというように縮小することが予想されている。０．１３μｍぐらいの必要最小線幅の世代となると、上述のメモリーデバイスのセルのみならず、ロジックのライブラリも、上記５ｘ５μｍ角の中に収まるようになることが予想される。なぜならば、電源線と電源線の間隔が５μｍ以下程度になることが見込まれているからである。このようなデザインルール世代以降では、比較的繰り返し性の高いメモリーセルのみならず、ロジックライブラリ（ある機能を有する回路パターン：例えばインバータとかＥＸＯＲ回路等である）も部分一括露光法で許される５ｘ５μｍの領域内に収納することが可能となる。このような分野への電子ビーム直接描画技術が生産使用されるようになることが容易に予想される。その理由は、メモリーデバイスは、あるレイヤ（例えば素子分離）においてその基本セルが縦方向と横方向にそれぞれ均一なピッチで複数個配置されている。これに対しロジックデバイスでは、複数個（数十から数百）のロジックライブラリが、その必要箇所にランダムに配置されている。ここで、ランダムといっても電源線と電源線の間隔を守り、隣とのロジックライブラリとの間隔もデザインルールに基づいて配置されるという秩序は存在する。このような両者の違いはあるものの、基本的繰り返し単位が、複数配置されているという本質的な点は異ならないからである。
【０００７】
上述の結果として、ロジックデバイスあるいはロジック部分を有するデバイスに部分一括露光法を適用する場合においても、メモリーデバイスへこれを適用するのと同様に、この方法によってショット数の削減を図ることが可能となるわけである。これにより（つまり微細化の進行とともに）、従来ショット数削減は難しいといわれていたロジックデバイスにおいても部分一括露光法の適用によりショット数削減が可能となり、電子ビーム直接描画技術がこのような方面にも使われるようになると思われる。
【０００８】
ところで、部分一括露光法をメモリーデバイスに適用する場合、あるレイヤにおいて必要なメモリーセル部分のパターンは１個あるいは多くても数個のレベルである。これに対し、ロジックデバイスにおいては、あるレイヤで必要なセルライブラリの数は数百個、少なくとも１００個程度は存在する。
【０００９】
しかし、通常のライブラリを配置し、それらを配線で自動的に結線してある機能を有するロジック回路を構成していくツール（ＥＤＡツールと呼ばれる）では、同一名称のライブラリを、上下反転したり、場合によっては左右反転させて配置するようになっている。このため、部分一括露光法をロジック回路パターン作成に適用する際に、１つの名称のライブラリで実際にあらわれる回路パターンとしては２種類あるいは４種類というように数が増えるという問題があった。
【００１０】
図３は、あるセルライブラリが反転または回転等の操作を受けて配置された場合に形成されるパターンを模式的に示す。図３において、符号１１５は元の（オリジナルの）パターン（「Ｆ」で例示する）、１１５ａはオリジナルのパターン１１５をＹ軸でミラー反転したパターンまたはＸ軸でミラー反転してから時計回りに１８０度回転したパターン、１１５ｂはオリジナルのパターン１１５をＸ軸でミラー反転したパターンまたはＹ軸でミラー反転してから時計回りに１８０度回転したパターン、１１５ｃはオリジナルのパターン１１５をＸ軸（Ｙ軸）でミラー反転しさらにＹ軸（Ｘ軸）でミラー反転したパターンまたは時計回りに１８０度回転したパターンである。
【００１１】
図３に示されるように、設計上はある機能を有するライブラリは、それが上下反転されて配置されたり、または左右反転されて配置されたとしても、その機能そのものに変化はない。それだからこそ同一名称で参照され、配置情報として、ミラー反転や１８０度回転の情報を与えておけばこれで事足りるわけである。ところが実際にパターン作成をしようとすると、電子ビーム（ＥＢ）描画装置には、電子的に瞬時に部分一括部分を反転したり、回転させたりする機能は存在しないため、同一名称ライブラリに対し２種類あるいは４種類のパターンを部分一括マスクとして予め作りこんでおかなければならない。
【００１２】
図４は、従来の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する。図４において、符号１１５、１２５および１３５等は各種のパターン、１１０、１２０および１３０は各々パターン１１５、１２５および１３５の名前、１００はパターン１１５、１２５および１３５等に関する各種の情報を含むセルライブラリ、２００はセルライブラリ１００の各パターン１１５等の各種の情報（パターンの名前、配置情報、座標情報等）が含まれている、ＥＤＡツールにより作成された実際の回路パターン、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０および３６０は、各々部分一括露光用ステンシルマスクに作成された部分一括マスクパターン、４００はウェーハ、４１０は部分一括露光法によりウェーハ４００上に焼き付けられた誤った回路パターンである。
【００１３】
図４に示されるように、セルライブラリ１００の同一の名前（名称）１１０等のパターン１１５等に対し、２種類あるいは４種類のパターン３１０ないし３４０等を部分一括マスクパターンとして部分一括露光用ステンシルマスクに予め作りこんでおくと、セルライブラリ１００の同一名称のパターン１１５等に対し、２あるいは４個の部分一括マスクパターン３１０ないし３４０等が存在することになる。この結果、ＥＤＡツールにて予め配置された位置情報と回転または反転等の配置情報とをもつセルライブラリ１００の同一名称のパターン１１５等の情報と、部分一括マスクパターン３１０ないし３４０等の配置情報との間に１対１の対応関係がとれなくなるという問題があった。これは、部分一括マスクパターン３１０等も１つのパターンだけが配置されているわけではないため、それぞれのパターンと配置座標との関係が存在するからである。この結果、従来のデータ変換ツール７００を用いて名称１１０等のみの参照を行うと、実際に電子ビーム露光装置を動かすための正しい露光ファイルを作成することができなくなるという問題があった。回転または反転等の配置情報を反映させずに露光ファイルを作成してしまった場合、ウェーハ４００上に誤った回路パターン４１０が焼き付けられてしまう結果となるという問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、同一の名称で参照されていながら実際には回転またはミラー反転等されているために同一の図形とはなっていないまま回路パターン上に配置されたセルライブラリのパターンと、部分一括マスクパターンに作り込んだ同一の名称であるが、回転またはミラー反転に対応してそれぞれに対応する図形変換を行った選択部分とが１：１に対応させることができないという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、同一名称で参照されているが回転またはミラー反転等により異なった図形として配置されているセルライブラリの各パターンと部分一括マスクパターンの各対応する部分との間の１：１対応を確保し、ＥＢ描画ファイルを作成できる露光データの作成装置および方法を提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明の他の目的は、上述の露光データの作成装置および方法により部分一括露光法を用いてロジック回路を含む半導体集積回路を高速に製造できるようにする半導体集積回路の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の露光データの作成装置は、部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成装置であって、
ロジック回路の名称と露光パターンの形状とを含むセルライブラリと、
前記セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応する露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも記録した部分一括露光用ステンシルマスク記録部と、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込手段と、
前記読込手段によって読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力手段と
を備えたものである。
【００１８】
請求項２記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２３】
請求項７記載の発明の露光データの作成方法は、部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成方法であって、
セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応して前記セルライブラリに含まれる露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録する記録ステップと、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込ステップと、
前記読込ステップで読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索ステップと、
前記検索ステップにより検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力ステップと
を備えたものである。
【００２４】
請求項８記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２５】
請求項９記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２８】
請求項１２記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２９】
請求項１３記載の発明の半導体集積回路製造方法は、請求項７ないし１２記載の露光データの作成方法を使用して微細パターンを形成する半導体集積回路の製造方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
実施の形態１．
まず最初に本発明の概要を説明する。以下では、セルライブラリ中の所定のパターンのことを、特に混乱の無い限りセルライブラリを代表するものとして、単に「セルライブラリ」という。本発明では、予めロジック回路等のセルライブラリを含むパターン（通常縮小倍率分だけ拡大されている）を有するステンシルマスクを作成する際に、正立（反転や回転のない像）のものだけでなく、回転や反転の操作（予め回路パターンを構成させる際に許容する配置を情報として与える）を行ったもののパターンも作り込む。セルライブラリには素子分離、ゲート、ホール、ローカル配線などのレイヤが存在するが、本明細書ではある１つのレイヤ（例えばゲート層）を想定して説明する。
【００３２】
多くの場合はＸ軸反転の有無とＹ軸反転の有無との組み合わせで生じる４種類、あるいは、電源線を横方向に走らせた場合Ｘ軸反転のみの２種類が考えられる。従って、ステンシルマスクには、１つのロジック回路のセルライブラリ（以下、「ロジックセルライブラリ」という）に対し、４種類ないし２種類のパターンを一括露光範囲のそれぞれに配置しておく。実際のロジック回路の設計では数十から数百のロジックセルライブラリを使用するが、これらすべてのロジックセルライブラリに対応する上記配置情報（反転等）を反映させたパターンをすべてステンシルマスク内に収納することはできない。なぜなら、部分一括露光機能を有する日立製作所製電子ビーム露光装置ＨＬシリーズではステンシルマスク１ブロックあたり２１個、部分一括露光機能を有するアドバンテスト製Ｆシリーズの場合ステンシルマスク１ブロックあたり１００個しか収納できないからである。
【００３３】
そこで、ステンシルマスク内に収納するセルライブラリを選択する必要がある。これは、一般的に引用頻度の高い順、あるいはショット数削減効果の高い順が考えられるが、最も効果的なのは、両者を組み合わせたものである。なお、ロジック回路以外にメモリー回路、繰り返し性の高いメモリー周辺回路等があるデバイスの場合には、これらのパターンを最優先で収納した方が良いことはいうまでもない。今後収納個数は増えていく方向性が示されているので（例えばアドバンテストでは数百個）、全て収納できる時代がくる可能性はある。
【００３４】
実際の回路パターンデータ（ＥＤＡツールなどを用いてロジックセルライブラリが配置されたもの）は、それぞれのロジックセルライブラリの名称、配置座標、配置情報（反転等）などが含まれている。これらと、上記で作成したステンシルマスク内に収納されたロジックセルライブラリのマスク内位置は、ライブラリおのおので見た場合、多対１対応（参照が１回のみであれば１対１対応）となっている。
【００３５】
図１は、本発明の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する。図１で図４と同じ符号を付した個所は同じ部分を示すため説明は省略する。図１において、符号４２０はウェーハ４００上に正しく焼き付けられたパターン、５００は部分一括ステンシルマスクデータベース（後述）、６００は本発明の実施の形態のデータ変換ツール、５５０は部分一括ステンシルマスクデータベース５００とデータ変換ツール６００との間の情報である。
【００３６】
上述のように、実際の回路パターンデータと作成したステンシルマスク内に収納されたロジックセルライブラリのマスク内位置とは、セルライブラリおのおので見た場合、多対１対応（参照が１回のみであれば１対１対応）となっている。このため本発明では、図１に示されるように、まず露光データ処理を行う時にマスターとして参照される部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成する。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００中には、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）が少なくとも含まれており、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる。
【００３７】
図２は、本発明の露光データ変換方法（データ変換ツール６００。検索手段、出力手段）の具体的な動作をフローチャートで示す。図２で符号５００は図１の部分一括ステンシルマスクデータベースを示す。図２に示されるように、まずデバイスチップパターンの情報が収納されている入力データを読み込む（ステップＳ１００）。処理装置の記憶容量に制約がある場合が普通なので、読み込む入力データは適宜分割されて、順次読み込まれるのが普通である。この入力データは業界のデファクトスタンダードとなっているＧＤＳ−ＩＩ カルマストリームフォーマットである場合が好適である。所定のスタート原点から順次データを読み出していく。ここで、データは通常階層を持っているため、ある名前で参照された子供のセルを呼び、それがまた孫のセルを呼び、場合によってはひ孫のセルを呼ぶといった階層構造になっている。一番下のレベルの階層のセル参照に到達したら（ステップＳ１１０、Ｓ１２０）、そのセルが、実際の描画に使用する部分一括ステンシルマスクパターン３１０等として収納されているかどうかを調べる（ステップＳ１３０）。この時、先に作成しておいた部分一括ステンシルマスクデータベース５００を利用して、参照が行われる（ステップＳ１４５）。参照は名前のみでなく、その配置情報（反転、回転）も含む形で行われるのが、本発明のデータ変換ツール６００の特徴である。この結果、部分一括マスクパターンとして配置情報も含めて収納されていることが判明した場合、そのブロック番号を露光装置に選択する命令と配置座標（オフセットなどがある場合はその演算処理も行う）を指示する命令を出力する（ステップＳ１６０）。部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照しても、その中に収納されていないことが判明した場合、普通の可変整形ビームで描画するための、図形の矩形分割処理を行い、これを露光装置に指示する命令を出力する（ステップＳ１５０）。１つのセルについて上記処理が終わったら、次に出会うセルのデータ処理を行う。このようにして入力データがなくなるまでステップＳ１１０へ戻って処理を繰り返す（ステップＳ１７０）。デバイスチップパターンのなかには全く階層をもたないデータも存在するので、これらも正常に露光装置で描画されるようにデータ変換を行うことはいうまでもない。上述のようにして、配置情報も含む形でデバイスチップパターン内のセルが部分一括マスク内に収納されたセルパターンと完全に対応し、収納されていないパターン、セルは可変整形ビーム用矩形分割された、露光ファイルが作成される（ステップＳ１８０）。この場合、いずれにしても描画用露光データは階層をもたず図形とその配置座標のみの形になるので、上記操作を行うのは、階層を有する段階であることはいうまでもない。この露光ファイルを使用して、実際の描画を行えば、全て可変整形ビームで描画するよりもショット数はかなり低減されているので、より高速に処理を行うことができる。
【００３８】
以下では、あるロジック回路セルライブラリのなかの、名前Ａというセルが、あるデバイスパターンの中の座標（Ｘ，Ｙ）に、例えばＸ軸反転で配置されていたとして本発明を説明する。本発明で使用するデータ変換ツール６００を用いれば、名前ＡというセルのＸ軸反転されたパターンが、部分一括露光用マスクにもし収納されていれば、その具体的ブロック位置を反映した、露光ファイルが作成されている（原点オフセットの違いなども演算により計算されている）。従って、この露光ファイルを使って電子線描画を行えば、名前Ａというセルのあるレイヤーのパターンがウェーハ４００上のデバイスチップパターンの正しい位置に、正しい配置情報（この場合はＸ軸反転）をもって転写される。実際にはデバイスチップパターンには複数のロジックセルライブラリのパターンが配置されているが、本発明のデータ変換ツール６００は、セルパターンが部分一括ステンシルマスク内に収納されているか否かによって、収納されている場合はマスクのセルを配置情報（反転等）も含めて選択し、収納されていない場合は、可変整形ビームによる描画が可能なように矩形分割している。このため、すべてのパターンを描画することができる。
【００３９】
部分一括マスク内の収納セルは、先に述べたように、スループットを悪化させる要因であるショット数がなるべく少なくなるもの（ショット数削減効果が大きいものあるいは参照回数が多いもの）を優先して入れてある。従って、微細パターンは容易に書けるが従来からネックとされていた電子線描画によるスループット改善が、部分一括露光法の適用しやすいメモリ回路等の繰り返しが多いパターンだけでなく、従来部分一括露光法の適用は難しいとされていたランダムロジック回路においても可能になるのである。
【００４０】
以下本発明が適用された具体的な例について説明するが、この例によって本発明が制限を受けるものではないことは明白である。
【００４１】
適用例１．
表面疎水化処理をヘキサメチルジシラザン蒸気にて施された８インチシリコンウェーハ上に、ＮＥＢ−２２（住友化学製ネガ型電子線用化学増幅型レジスト）を０．３μｍ厚になるように回転塗布後、１１０℃９０秒でソフトベークした。このウェーハを日立製作所製電子線描画装置ＨＬ−８００Ｄにて、上述のデータ変換ツール６００を用いて作成された露光データに基づき、可変整形ビーム露光と部分一括露光を組み合わせながら電子線露光を行った。
【００４２】
ここで、パターン形成に使用したデバイスパターンは、０．１６μｍデザインルールのロジックチップのゲート層（ゲート長：１６０ｎｍ）で、セルライブラリの配置はＸ軸反転、Ｙ軸反転の双方を許容し（従って同一名称セルで４種類のパターンが存在する）、電源線を横方向にとり、電源線間隔が５．０４μｍで配置されている。デバイスパターンのブロックの大きさは縦５６５μｍ、横２１９０μｍの横長チップである。この中に総数２６８１２個のセルが参照されており、種類としては１１１種類であった。なおこのデバイスチップを部分一括露光法を全く使用しないで露光を行うことを想定した場合の総ショット数は６２３２５１ショットで、上位５つのセルの全ての配置（無し、Ｘ軸反転、Ｙ軸反転、ＸＹ軸反転）を部分一括露光法で行い、残りを可変整形ビームで露光した場合の総ショット数は３４３７７８ショットで、約半減できることが予想された。
【００４３】
予め部分一括マスクの最大収納領域（ウェーハ上５×５μｍ）に収まりきれるセルで、かつ、参照頻度と１セルあたりの可変整形ビームで露光した際のショット数の双方を勘案し、ショット数削減効果が最も高いと思われる５つのセルの、それぞれの配置情報（反転）に対応したパターンを２１個収納が可能な一括選択範囲に５×４＝２０個配置し、ステンシルマスクを作成して、電子線描画装置に装着し、軸調整を行っておいた。最も参照頻度の高いセルが必ずしも総ショット数削減に有効とは限らない。この場合、最も参照頻度が高かったのはインバータセルであるが（参照回数５４０５回）、矩形分割したときの図形数は３個である。なおセルパターンの配置は全て反転等の操作を行ったのちの左下すみを原点にした。これらの情報（セル名称、配置情報、ブロック位置番号、原点）を有するデータベースを、本発明で使用するデータ変換ツール６００と同一のディレクトリに予め作成した。この場合はわずか２０個のデータベースであったので、エディタを用いて作成したが、数が多い場合には、これを自動作成するツールを作成することが好適である。
【００４４】
露光におけるウェーハ上のマップは、上記チップを縦８００μｍ横３０００μｍのピッチでウェーハ全面（露光有効領域が全てウェーハにかかるものまで配置、ウェーハエッジにかかるものは削除）に並べたものを用い、焦点位置は露光時の最適フォーカス位置（２００８６８ＬＳＢ）で固定した。露光量は１３μＣ／ｃｍ２に固定した。
【００４５】
露光終了後ウェーハを１０５℃９０秒でポスト露光ベークを行い、ＮＭＤ−Ｗ（界面活性剤入り現像液。東京応化製）にて６０秒間パドル現像を行い、純水にてリンス後１００℃６０秒ポストベークした。露光に要した時間は５２分であった。
【００４６】
比較例１．
露光データ作成を、適用例１に述べたＨＬ８００Ｄ用ソフトウェアではなく、全て可変整形露光にて行うように指示したデータ変換を行い作成した露光データを利用して、全く部分一括露光法を使用せずに露光を行った他は、全く実施例１と同様にして、電子線描画を行った。露光に要した時間は１０５分であった。
【００４７】
以上より、実施の形態１によれば、露光データ処理を行う時にマスターとして参照される部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成する。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００中には、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）が少なくとも含まれており、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照することにより、名称と配置情報の組み合わせと実際に作り込まれているステンシルマスクの場所情報の１：１対応関係を完全に保証することができ、これに基づき電子ビーム露光装置の露光ファイルが作成することができる。
【００４８】
実施の形態２（適用例２）．
本実施の形態２では、上述の実施の形態１における適用例１と異なり、露光データ作成を、上述のＨＬ８００Ｄ用ソフトウェアではなく、アドバンテストＦ５１２０用ソフトウェアでデータ変換を行い作成した露光データを利用して、部分一括露光法を併用しながら露光を行う。その他は、上述の実施の形態１における適用例１と同様にして電子線描画を行った。ウェーハ４００上のショットマップは言うまでも無く全く同一である。
【００４９】
なお、アドバンテストの電子線描画装置では１ブロックあたり１００セルが収納可能であるため（但しステンシルマスクの倍率は日立の２５倍に対し６０倍である）、上位２５個のセルの配置情報（無し、Ｘ軸反転、Ｙ軸反転、ＸＹ軸反転の４種類）に対応する１００パターンを予めステンシルマスクに作りこんでおき、Ｆ５１２０に装着し軸調整を行っておいた。
【００５０】
上述の実施の形態１における適用例１と同様に解析した結果、上記ステンシルマスクを使った部分一括露光を併用すると、デバイスチップ１個あたりの総ショット数は１８４９７５ショットであり、日立の場合のさらに半分、もとのデータを全て可変整形ビームで露光する場合に比べて約１／４になることがわかった。実際に露光に要した時間は３５分であった。
【００５１】
比較例２．
露光データ作成を、適用例２に述べたソフトウェアではなく、全て可変整形露光にて行うように指示したデータ変換をベクセルウイン（富士通製）で行い作成した露光データを利用して、全く部分一括露光法を使用せずに露光を行った。その他は、適用例２とまったく同様にして、電子線描画を行った。露光に要した時間は１５３分であった。
【００５２】
以上より、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、名称と配置情報の組み合わせと実際に作り込まれているステンシルマスクの場所情報の１：１対応関係を完全に保証することができ、これに基づき電子ビーム露光装置の露光ファイルが作成することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）を少なくとも含み、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成することができる。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照することにより、同一名称で参照されているが回転またはミラー反転等により異なった図形として配置されているセルライブラリの各パターンと部分一括マスクパターンの各対応する部分との間の１：１対応を確保することができ、ＥＢ描画ファイルを作成できる露光データの作成装置および方法を提供することができる。
【００５４】
すなわち、同一名称で参照されていながら実際には回転やミラー反転されているために同一の図形とはなっていないまま回路パターン上に配置されたセルライブラリと部分一括マスクに作り込んだ同一の名称であるが、回転やミラー反転に対応してそれぞれに対応する図形変換を行った選択部分（複数個）が１：１に対応させることができないという問題点が解決され、それぞれが１：１対応となり、これによりＥＢ露光ファイルを作成することができる露光データの作成装置および方法を提供することができる。
【００５５】
これにより、ロジック回路部分を包含する半導体集積回路パターンをロジックライブラリパターンを予め部分一括マスクに作り込んでおいたものを使って電子ビーム露光することが可能となる。この結果、セルライブラリを引用するようなロジック回路部分を包含する半導体集積回路の製造を電子ビーム露光による部分一括露光法によって行うことができる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。
【００５６】
さらに付加的には、従来処理速度が遅いことが問題であった電子ビーム描画法による半導体集積回路製造が、メモリー回路のように繰り返し性の高いパターンのみならず、たとえロジック回路のように多数のロジックセルライブラリを引用して構成されるものであっても、引用頻度の高いセルを抽出して、予め部分一括マスク上に１つのセルにつき、必要な図形変換（回転、ミラー反転）に対応する数だけのセル図形を作り込んでおき、この方法により引用場所、図形変換を１：１対応させて部分一括マスクから対応部分を選んで電子ビーム露光を行うことにより、つまり部分一括露光法を適用することにより、高速に製造ができる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。さらに、従来は繰り返し性の高いパターンを有するメモリーデバイスのみに有効とされていた部分一括露光法がセルライブラリを複数引用するようなロジック回路を包含する半導体集積回路製造にも適用できる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する図である。
【図２】本発明の露光データ変換方法（データ変換ツール６００）の具体的な動作を示すフローチャートである。
【図３】あるセルライブラリが反転または回転等の操作を受けて配置された場合に形成されるパターンを模式的に示す図である。
【図４】従来の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する図である。
【符号の説明】
１００ セルライブラリ、 １１０，１２０，１３０ 名前、 １１５，１２５，１３５ パターン、 ２００ 実際の回路パターン、 ３１０３２０，３３０，３４０，３５０，３６０ 部分一括露光用ステンシルマスク、 ４００ ウェーハ、 ４１０ ウェーハ４００上に誤って焼き付けられた回路パターン、 ４２０ ウェーハ４００上に正しく焼き付けられた回路パターン、 ５００ 部分一括ステンシルマスクデータベース、 ５５０ 情報、 ６００ データ変換ツール、 ７００ 従来のデータ変換ツール。
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光データの作成装置、方法および半導体集積回路の製造方法に関し、特に、部分一括露光法を用いて部分一括露光用ステンシルマスクからウェーハ上に露光パターンを形成する露光データの作成装置、作成方法およびこの作成方法を使用して微細パターンを形成する半導体集積回路の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造において、従来から光によるマスクを用いた転写技術が主に用いられてきた。その理由は、マスクによる転写が非常にスループットが高く、量産性に富んでいるためである。一方、ウェーハ上に回路パターンを直接描画する電子ビーム直接描画技術は、その高い解像性から先端デバイスの先行試作または少量生産の半導体集積回路製造には使用されているものの、いわゆる一筆書きであった。このため、スループットが遅いという致命的欠点が克服できず、大量生産される半導体集積回路の製造には使用されないままで現在に至っている。
【０００３】
上述のスループットが遅いという欠点を打破するために、部分一括露光法が提案された。この部分一括露光法は、開発したデバイス製造会社により、キャラクタープロジェクション法、セルプロジェクション法またはブロック露光法等の各種の呼び名が付与されているが、本質的な方法としてはすべて同一である。すなわち、電子ビーム直接描画法のスループットを改善するためには、実際のショット数を低減することがポイントとなるため、比較的繰り返し出現するパターンを予め決められた領域の範囲に収納できるマスクとして作成しておく。繰り返しパターン部分はこのマスクを使用して露光を行い、繰り返しが少なくマスクが予め作成されていないパターンは、電子ビーム直接描画法の特色でもあるパターン創成機能を利用して可変整形ビームにて露光していくというものである。この部分一括露光法によれば、全部パターン創成機能を利用して露光するよりもショット数を低減することができ、スループット改善に寄与できるというものであった。
【０００４】
上述の部分一括露光法は、比較的多くの繰り返し回数が見込めるパターン、例えばメモリセルパターンをシリコン膜（一般的には「ステンシルマスク」と呼ばれている）に予め焼き付けておき、電子ビームが透過してほしい領域を抜けるパターンとして作りこんでおく方法である。このステンシルマスクを、可変整形ビームで矩形を作り出す部分（部分一括マスク部）に配置しておき、この部分一括マスク部を一括照射する。この結果、抜いた部分からのみ電子ビームが透過して、ある一定の縮小率でもって最終的に所望のパターン形状をもった電子ビームの束となり、電子ビーム露光を行いたいウェーハ上に塗布された電子ビーム用レジストにパターン形成に必要なエネルギーを与えるという作用をもっている。
【０００５】
上述の作用より、部分一括露光法は比較的繰り返し性の高いパターンを有するメモリーデバイス（ＤＲＡＭ， ＳＲＡＭ， ＲＯＭ， Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ 等）のパターンをショット数を低減して焼き付けるための技術として認識されてきた。その理由を以下に述べる。実際、現状程度のデザインルールである０．１８μｍ程度では、ＤＲＡＭやＳＲＡＭ等のメモリーセル（セルとは基本繰り返し単位のことをいう）は十分に部分一括露光法で許されている１回のショット範囲である５ｘ５μｍの領域に複数のビットのパターンを配置することが可能である。ここで、ウェーハ上、マスク上の領域は縮小倍率によって異なる。例えば６０分の１の縮小倍率の場合、マスク上の領域は３００ｘ３００μｍ角となり、２５分の１の縮小倍率の場合、マスク上の領域は１２５ｘ１２５μｍ角となる。しかし、今後生産品種がシフトしていくとされているメモリー混載ロジックや、純粋ロジックのロジック部分を構成するロジックライブラリは、上記一括ショット範囲の５ｘ５μｍの領域に収めようとしても、電源線と電源線との間隔が５μｍを超えてしまうことになる。このため、たとえ構成が単純なインバータであっても、この領域には収まらなくなる。以上が、部分一括露光法がメモリー等繰り返し性の高いパターンに適用できる技術として認識されてきた理由である。
【０００６】
ところが、半導体集積回路の微細化とともに、必要最小線幅は０．１８μｍから０．１５μｍ、０．１３μｍ、０．１０μｍ、０．０７μｍというように縮小することが予想されている。０．１３μｍぐらいの必要最小線幅の世代となると、上述のメモリーデバイスのセルのみならず、ロジックのライブラリも、上記５ｘ５μｍ角の中に収まるようになることが予想される。なぜならば、電源線と電源線の間隔が５μｍ以下程度になることが見込まれているからである。このようなデザインルール世代以降では、比較的繰り返し性の高いメモリーセルのみならず、ロジックライブラリ（ある機能を有する回路パターン：例えばインバータとかＥＸＯＲ回路等である）も部分一括露光法で許される５ｘ５μｍの領域内に収納することが可能となる。このような分野への電子ビーム直接描画技術が生産使用されるようになることが容易に予想される。その理由は、メモリーデバイスは、あるレイヤ（例えば素子分離）においてその基本セルが縦方向と横方向にそれぞれ均一なピッチで複数個配置されている。これに対しロジックデバイスでは、複数個（数十から数百）のロジックライブラリが、その必要箇所にランダムに配置されている。ここで、ランダムといっても電源線と電源線の間隔を守り、隣とのロジックライブラリとの間隔もデザインルールに基づいて配置されるという秩序は存在する。このような両者の違いはあるものの、基本的繰り返し単位が、複数配置されているという本質的な点は異ならないからである。
【０００７】
上述の結果として、ロジックデバイスあるいはロジック部分を有するデバイスに部分一括露光法を適用する場合においても、メモリーデバイスへこれを適用するのと同様に、この方法によってショット数の削減を図ることが可能となるわけである。これにより（つまり微細化の進行とともに）、従来ショット数削減は難しいといわれていたロジックデバイスにおいても部分一括露光法の適用によりショット数削減が可能となり、電子ビーム直接描画技術がこのような方面にも使われるようになると思われる。
【０００８】
ところで、部分一括露光法をメモリーデバイスに適用する場合、あるレイヤにおいて必要なメモリーセル部分のパターンは１個あるいは多くても数個のレベルである。これに対し、ロジックデバイスにおいては、あるレイヤで必要なセルライブラリの数は数百個、少なくとも１００個程度は存在する。
【０００９】
しかし、通常のライブラリを配置し、それらを配線で自動的に結線してある機能を有するロジック回路を構成していくツール（ＥＤＡツールと呼ばれる）では、同一名称のライブラリを、上下反転したり、場合によっては左右反転させて配置するようになっている。このため、部分一括露光法をロジック回路パターン作成に適用する際に、１つの名称のライブラリで実際にあらわれる回路パターンとしては２種類あるいは４種類というように数が増えるという問題があった。
【００１０】
図３は、あるセルライブラリが反転または回転等の操作を受けて配置された場合に形成されるパターンを模式的に示す。図３において、符号１１５は元の（オリジナルの）パターン（「Ｆ」で例示する）、１１５ａはオリジナルのパターン１１５をＹ軸でミラー反転したパターンまたはＸ軸でミラー反転してから時計回りに１８０度回転したパターン、１１５ｂはオリジナルのパターン１１５をＸ軸でミラー反転したパターンまたはＹ軸でミラー反転してから時計回りに１８０度回転したパターン、１１５ｃはオリジナルのパターン１１５をＸ軸（Ｙ軸）でミラー反転しさらにＹ軸（Ｘ軸）でミラー反転したパターンまたは時計回りに１８０度回転したパターンである。
【００１１】
図３に示されるように、設計上はある機能を有するライブラリは、それが上下反転されて配置されたり、または左右反転されて配置されたとしても、その機能そのものに変化はない。それだからこそ同一名称で参照され、配置情報として、ミラー反転や１８０度回転の情報を与えておけばこれで事足りるわけである。ところが実際にパターン作成をしようとすると、電子ビーム（ＥＢ）描画装置には、電子的に瞬時に部分一括部分を反転したり、回転させたりする機能は存在しないため、同一名称ライブラリに対し２種類あるいは４種類のパターンを部分一括マスクとして予め作りこんでおかなければならない。
【００１２】
図４は、従来の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する。図４において、符号１１５、１２５および１３５等は各種のパターン、１１０、１２０および１３０は各々パターン１１５、１２５および１３５の名前、１００はパターン１１５、１２５および１３５等に関する各種の情報を含むセルライブラリ、２００はセルライブラリ１００の各パターン１１５等の各種の情報（パターンの名前、配置情報、座標情報等）が含まれている、ＥＤＡツールにより作成された実際の回路パターン、３１０、３２０、３３０、３４０、３５０および３６０は、各々部分一括露光用ステンシルマスクに作成された部分一括マスクパターン、４００はウェーハ、４１０は部分一括露光法によりウェーハ４００上に焼き付けられた誤った回路パターンである。
【００１３】
図４に示されるように、セルライブラリ１００の同一の名前（名称）１１０等のパターン１１５等に対し、２種類あるいは４種類のパターン３１０ないし３４０等を部分一括マスクパターンとして部分一括露光用ステンシルマスクに予め作りこんでおくと、セルライブラリ１００の同一名称のパターン１１５等に対し、２あるいは４個の部分一括マスクパターン３１０ないし３４０等が存在することになる。この結果、ＥＤＡツールにて予め配置された位置情報と回転または反転等の配置情報とをもつセルライブラリ１００の同一名称のパターン１１５等の情報と、部分一括マスクパターン３１０ないし３４０等の配置情報との間に１対１の対応関係がとれなくなるという問題があった。これは、部分一括マスクパターン３１０等も１つのパターンだけが配置されているわけではないため、それぞれのパターンと配置座標との関係が存在するからである。この結果、従来のデータ変換ツール７００を用いて名称１１０等のみの参照を行うと、実際に電子ビーム露光装置を動かすための正しい露光ファイルを作成することができなくなるという問題があった。回転または反転等の配置情報を反映させずに露光ファイルを作成してしまった場合、ウェーハ４００上に誤った回路パターン４１０が焼き付けられてしまう結果となるという問題があった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、同一の名称で参照されていながら実際には回転またはミラー反転等されているために同一の図形とはなっていないまま回路パターン上に配置されたセルライブラリのパターンと、部分一括マスクパターンに作り込んだ同一の名称であるが、回転またはミラー反転に対応してそれぞれに対応する図形変換を行った選択部分とが１：１に対応させることができないという問題があった。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記問題を解決するためになされたものであり、同一名称で参照されているが回転またはミラー反転等により異なった図形として配置されているセルライブラリの各パターンと部分一括マスクパターンの各対応する部分との間の１：１対応を確保し、ＥＢ描画ファイルを作成できる露光データの作成装置および方法を提供することにある。
【００１６】
さらに、本発明の他の目的は、上述の露光データの作成装置および方法により部分一括露光法を用いてロジック回路を含む半導体集積回路を高速に製造できるようにする半導体集積回路の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の露光データの作成装置は、部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成装置であって、
ロジック回路の名称と露光パターンの形状とを含むセルライブラリと、
前記セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応する露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも記録した部分一括露光用ステンシルマスク記録部と、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込手段と、
前記読込手段によって読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力手段と
を備えたものである。
【００１８】
請求項２記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２０】
請求項４記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２２】
請求項６記載の発明の露光データの作成装置は、請求項１において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２３】
請求項７記載の発明の露光データの作成方法は、部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成方法であって、
セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応して前記セルライブラリに含まれる露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録する記録ステップと、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込ステップと、
前記読込ステップで読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索ステップと、
前記検索ステップにより検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力ステップと
を備えたものである。
【００２４】
請求項８記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２５】
請求項９記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することができる。
【００２６】
請求項１０記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することができる。
【００２７】
請求項１１記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２８】
請求項１２記載の発明の露光データの作成方法は、請求項７において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することができる。
【００２９】
請求項１３記載の発明の半導体集積回路製造方法は、請求項７ないし１２記載の露光データの作成方法を使用して微細パターンを形成する半導体集積回路の製造方法である。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
実施の形態１．
まず最初に本発明の概要を説明する。以下では、セルライブラリ中の所定のパターンのことを、特に混乱の無い限りセルライブラリを代表するものとして、単に「セルライブラリ」という。本発明では、予めロジック回路等のセルライブラリを含むパターン（通常縮小倍率分だけ拡大されている）を有するステンシルマスクを作成する際に、正立（反転や回転のない像）のものだけでなく、回転や反転の操作（予め回路パターンを構成させる際に許容する配置を情報として与える）を行ったもののパターンも作り込む。セルライブラリには素子分離、ゲート、ホール、ローカル配線などのレイヤが存在するが、本明細書ではある１つのレイヤ（例えばゲート層）を想定して説明する。
【００３２】
多くの場合はＸ軸反転の有無とＹ軸反転の有無との組み合わせで生じる４種類、あるいは、電源線を横方向に走らせた場合Ｘ軸反転のみの２種類が考えられる。従って、ステンシルマスクには、１つのロジック回路のセルライブラリ（以下、「ロジックセルライブラリ」という）に対し、４種類ないし２種類のパターンを一括露光範囲のそれぞれに配置しておく。実際のロジック回路の設計では数十から数百のロジックセルライブラリを使用するが、これらすべてのロジックセルライブラリに対応する上記配置情報（反転等）を反映させたパターンをすべてステンシルマスク内に収納することはできない。なぜなら、部分一括露光機能を有する日立製作所製電子ビーム露光装置ＨＬシリーズではステンシルマスク１ブロックあたり２１個、部分一括露光機能を有するアドバンテスト製Ｆシリーズの場合ステンシルマスク１ブロックあたり１００個しか収納できないからである。
【００３３】
そこで、ステンシルマスク内に収納するセルライブラリを選択する必要がある。これは、一般的に引用頻度の高い順、あるいはショット数削減効果の高い順が考えられるが、最も効果的なのは、両者を組み合わせたものである。なお、ロジック回路以外にメモリー回路、繰り返し性の高いメモリー周辺回路等があるデバイスの場合には、これらのパターンを最優先で収納した方が良いことはいうまでもない。今後収納個数は増えていく方向性が示されているので（例えばアドバンテストでは数百個）、全て収納できる時代がくる可能性はある。
【００３４】
実際の回路パターンデータ（ＥＤＡツールなどを用いてロジックセルライブラリが配置されたもの）は、それぞれのロジックセルライブラリの名称、配置座標、配置情報（反転等）などが含まれている。これらと、上記で作成したステンシルマスク内に収納されたロジックセルライブラリのマスク内位置は、ライブラリおのおので見た場合、多対１対応（参照が１回のみであれば１対１対応）となっている。
【００３５】
図１は、本発明の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する。図１で図４と同じ符号を付した個所は同じ部分を示すため説明は省略する。図１において、符号４２０はウェーハ４００上に正しく焼き付けられたパターン、５００は部分一括ステンシルマスクデータベース（後述）、６００は本発明の実施の形態のデータ変換ツール、５５０は部分一括ステンシルマスクデータベース５００とデータ変換ツール６００との間の情報である。
【００３６】
上述のように、実際の回路パターンデータと作成したステンシルマスク内に収納されたロジックセルライブラリのマスク内位置とは、セルライブラリおのおので見た場合、多対１対応（参照が１回のみであれば１対１対応）となっている。このため本発明では、図１に示されるように、まず露光データ処理を行う時にマスターとして参照される部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成する。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００中には、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）が少なくとも含まれており、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる。
【００３７】
図２は、本発明の露光データ変換方法（データ変換ツール６００。検索手段、出力手段）の具体的な動作をフローチャートで示す。図２で符号５００は図１の部分一括ステンシルマスクデータベースを示す。図２に示されるように、まずデバイスチップパターンの情報が収納されている入力データを読み込む（ステップＳ１００）。処理装置の記憶容量に制約がある場合が普通なので、読み込む入力データは適宜分割されて、順次読み込まれるのが普通である。この入力データは業界のデファクトスタンダードとなっているＧＤＳ−ＩＩ カルマストリームフォーマットである場合が好適である。所定のスタート原点から順次データを読み出していく。ここで、データは通常階層を持っているため、ある名前で参照された子供のセルを呼び、それがまた孫のセルを呼び、場合によってはひ孫のセルを呼ぶといった階層構造になっている。一番下のレベルの階層のセル参照に到達したら（ステップＳ１１０、Ｓ１２０）、そのセルが、実際の描画に使用する部分一括ステンシルマスクパターン３１０等として収納されているかどうかを調べる（ステップＳ１３０）。この時、先に作成しておいた部分一括ステンシルマスクデータベース５００を利用して、参照が行われる（ステップＳ１４５）。参照は名前のみでなく、その配置情報（反転、回転）も含む形で行われるのが、本発明のデータ変換ツール６００の特徴である。この結果、部分一括マスクパターンとして配置情報も含めて収納されていることが判明した場合、そのブロック番号を露光装置に選択する命令と配置座標（オフセットなどがある場合はその演算処理も行う）を指示する命令を出力する（ステップＳ１６０）。部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照しても、その中に収納されていないことが判明した場合、普通の可変整形ビームで描画するための、図形の矩形分割処理を行い、これを露光装置に指示する命令を出力する（ステップＳ１５０）。１つのセルについて上記処理が終わったら、次に出会うセルのデータ処理を行う。このようにして入力データがなくなるまでステップＳ１１０へ戻って処理を繰り返す（ステップＳ１７０）。デバイスチップパターンのなかには全く階層をもたないデータも存在するので、これらも正常に露光装置で描画されるようにデータ変換を行うことはいうまでもない。上述のようにして、配置情報も含む形でデバイスチップパターン内のセルが部分一括マスク内に収納されたセルパターンと完全に対応し、収納されていないパターン、セルは可変整形ビーム用矩形分割された、露光ファイルが作成される（ステップＳ１８０）。この場合、いずれにしても描画用露光データは階層をもたず図形とその配置座標のみの形になるので、上記操作を行うのは、階層を有する段階であることはいうまでもない。この露光ファイルを使用して、実際の描画を行えば、全て可変整形ビームで描画するよりもショット数はかなり低減されているので、より高速に処理を行うことができる。
【００３８】
以下では、あるロジック回路セルライブラリのなかの、名前Ａというセルが、あるデバイスパターンの中の座標（Ｘ，Ｙ）に、例えばＸ軸反転で配置されていたとして本発明を説明する。本発明で使用するデータ変換ツール６００を用いれば、名前ＡというセルのＸ軸反転されたパターンが、部分一括露光用マスクにもし収納されていれば、その具体的ブロック位置を反映した、露光ファイルが作成されている（原点オフセットの違いなども演算により計算されている）。従って、この露光ファイルを使って電子線描画を行えば、名前Ａというセルのあるレイヤーのパターンがウェーハ４００上のデバイスチップパターンの正しい位置に、正しい配置情報（この場合はＸ軸反転）をもって転写される。実際にはデバイスチップパターンには複数のロジックセルライブラリのパターンが配置されているが、本発明のデータ変換ツール６００は、セルパターンが部分一括ステンシルマスク内に収納されているか否かによって、収納されている場合はマスクのセルを配置情報（反転等）も含めて選択し、収納されていない場合は、可変整形ビームによる描画が可能なように矩形分割している。このため、すべてのパターンを描画することができる。
【００３９】
部分一括マスク内の収納セルは、先に述べたように、スループットを悪化させる要因であるショット数がなるべく少なくなるもの（ショット数削減効果が大きいものあるいは参照回数が多いもの）を優先して入れてある。従って、微細パターンは容易に書けるが従来からネックとされていた電子線描画によるスループット改善が、部分一括露光法の適用しやすいメモリ回路等の繰り返しが多いパターンだけでなく、従来部分一括露光法の適用は難しいとされていたランダムロジック回路においても可能になるのである。
【００４０】
以下本発明が適用された具体的な例について説明するが、この例によって本発明が制限を受けるものではないことは明白である。
【００４１】
適用例１．
表面疎水化処理をヘキサメチルジシラザン蒸気にて施された８インチシリコンウェーハ上に、ＮＥＢ−２２（住友化学製ネガ型電子線用化学増幅型レジスト）を０．３μｍ厚になるように回転塗布後、１１０℃９０秒でソフトベークした。このウェーハを日立製作所製電子線描画装置ＨＬ−８００Ｄにて、上述のデータ変換ツール６００を用いて作成された露光データに基づき、可変整形ビーム露光と部分一括露光を組み合わせながら電子線露光を行った。
【００４２】
ここで、パターン形成に使用したデバイスパターンは、０．１６μｍデザインルールのロジックチップのゲート層（ゲート長：１６０ｎｍ）で、セルライブラリの配置はＸ軸反転、Ｙ軸反転の双方を許容し（従って同一名称セルで４種類のパターンが存在する）、電源線を横方向にとり、電源線間隔が５．０４μｍで配置されている。デバイスパターンのブロックの大きさは縦５６５μｍ、横２１９０μｍの横長チップである。この中に総数２６８１２個のセルが参照されており、種類としては１１１種類であった。なおこのデバイスチップを部分一括露光法を全く使用しないで露光を行うことを想定した場合の総ショット数は６２３２５１ショットで、上位５つのセルの全ての配置（無し、Ｘ軸反転、Ｙ軸反転、ＸＹ軸反転）を部分一括露光法で行い、残りを可変整形ビームで露光した場合の総ショット数は３４３７７８ショットで、約半減できることが予想された。
【００４３】
予め部分一括マスクの最大収納領域（ウェーハ上５×５μｍ）に収まりきれるセルで、かつ、参照頻度と１セルあたりの可変整形ビームで露光した際のショット数の双方を勘案し、ショット数削減効果が最も高いと思われる５つのセルの、それぞれの配置情報（反転）に対応したパターンを２１個収納が可能な一括選択範囲に５×４＝２０個配置し、ステンシルマスクを作成して、電子線描画装置に装着し、軸調整を行っておいた。最も参照頻度の高いセルが必ずしも総ショット数削減に有効とは限らない。この場合、最も参照頻度が高かったのはインバータセルであるが（参照回数５４０５回）、矩形分割したときの図形数は３個である。なおセルパターンの配置は全て反転等の操作を行ったのちの左下すみを原点にした。これらの情報（セル名称、配置情報、ブロック位置番号、原点）を有するデータベースを、本発明で使用するデータ変換ツール６００と同一のディレクトリに予め作成した。この場合はわずか２０個のデータベースであったので、エディタを用いて作成したが、数が多い場合には、これを自動作成するツールを作成することが好適である。
【００４４】
露光におけるウェーハ上のマップは、上記チップを縦８００μｍ横３０００μｍのピッチでウェーハ全面（露光有効領域が全てウェーハにかかるものまで配置、ウェーハエッジにかかるものは削除）に並べたものを用い、焦点位置は露光時の最適フォーカス位置（２００８６８ＬＳＢ）で固定した。露光量は１３μＣ／ｃｍ２に固定した。
【００４５】
露光終了後ウェーハを１０５℃９０秒でポスト露光ベークを行い、ＮＭＤ−Ｗ（界面活性剤入り現像液。東京応化製）にて６０秒間パドル現像を行い、純水にてリンス後１００℃６０秒ポストベークした。露光に要した時間は５２分であった。
【００４６】
比較例１．
露光データ作成を、適用例１に述べたＨＬ８００Ｄ用ソフトウェアではなく、全て可変整形露光にて行うように指示したデータ変換を行い作成した露光データを利用して、全く部分一括露光法を使用せずに露光を行った他は、全く実施例１と同様にして、電子線描画を行った。露光に要した時間は１０５分であった。
【００４７】
以上より、実施の形態１によれば、露光データ処理を行う時にマスターとして参照される部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成する。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００中には、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）が少なくとも含まれており、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照することにより、名称と配置情報の組み合わせと実際に作り込まれているステンシルマスクの場所情報の１：１対応関係を完全に保証することができ、これに基づき電子ビーム露光装置の露光ファイルが作成することができる。
【００４８】
実施の形態２（適用例２）．
本実施の形態２では、上述の実施の形態１における適用例１と異なり、露光データ作成を、上述のＨＬ８００Ｄ用ソフトウェアではなく、アドバンテストＦ５１２０用ソフトウェアでデータ変換を行い作成した露光データを利用して、部分一括露光法を併用しながら露光を行う。その他は、上述の実施の形態１における適用例１と同様にして電子線描画を行った。ウェーハ４００上のショットマップは言うまでも無く全く同一である。
【００４９】
なお、アドバンテストの電子線描画装置では１ブロックあたり１００セルが収納可能であるため（但しステンシルマスクの倍率は日立の２５倍に対し６０倍である）、上位２５個のセルの配置情報（無し、Ｘ軸反転、Ｙ軸反転、ＸＹ軸反転の４種類）に対応する１００パターンを予めステンシルマスクに作りこんでおき、Ｆ５１２０に装着し軸調整を行っておいた。
【００５０】
上述の実施の形態１における適用例１と同様に解析した結果、上記ステンシルマスクを使った部分一括露光を併用すると、デバイスチップ１個あたりの総ショット数は１８４９７５ショットであり、日立の場合のさらに半分、もとのデータを全て可変整形ビームで露光する場合に比べて約１／４になることがわかった。実際に露光に要した時間は３５分であった。
【００５１】
比較例２．
露光データ作成を、適用例２に述べたソフトウェアではなく、全て可変整形露光にて行うように指示したデータ変換をベクセルウイン（富士通製）で行い作成した露光データを利用して、全く部分一括露光法を使用せずに露光を行った。その他は、適用例２とまったく同様にして、電子線描画を行った。露光に要した時間は１５３分であった。
【００５２】
以上より、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、名称と配置情報の組み合わせと実際に作り込まれているステンシルマスクの場所情報の１：１対応関係を完全に保証することができ、これに基づき電子ビーム露光装置の露光ファイルが作成することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上より、本発明によれば、セルライブラリ名称、配置情報（反転、回転等）、実際のステンシルマスク上での配置場所（ブロックの位置）を少なくとも含み、必要に応じてパターン配置のオフセット量等の情報を付加することもできる部分一括ステンシルマスクデータベース５００を作成することができる。この部分一括ステンシルマスクデータベース５００を参照することにより、同一名称で参照されているが回転またはミラー反転等により異なった図形として配置されているセルライブラリの各パターンと部分一括マスクパターンの各対応する部分との間の１：１対応を確保することができ、ＥＢ描画ファイルを作成できる露光データの作成装置および方法を提供することができる。
【００５４】
すなわち、同一名称で参照されていながら実際には回転やミラー反転されているために同一の図形とはなっていないまま回路パターン上に配置されたセルライブラリと部分一括マスクに作り込んだ同一の名称であるが、回転やミラー反転に対応してそれぞれに対応する図形変換を行った選択部分（複数個）が１：１に対応させることができないという問題点が解決され、それぞれが１：１対応となり、これによりＥＢ露光ファイルを作成することができる露光データの作成装置および方法を提供することができる。
【００５５】
これにより、ロジック回路部分を包含する半導体集積回路パターンをロジックライブラリパターンを予め部分一括マスクに作り込んでおいたものを使って電子ビーム露光することが可能となる。この結果、セルライブラリを引用するようなロジック回路部分を包含する半導体集積回路の製造を電子ビーム露光による部分一括露光法によって行うことができる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。
【００５６】
さらに付加的には、従来処理速度が遅いことが問題であった電子ビーム描画法による半導体集積回路製造が、メモリー回路のように繰り返し性の高いパターンのみならず、たとえロジック回路のように多数のロジックセルライブラリを引用して構成されるものであっても、引用頻度の高いセルを抽出して、予め部分一括マスク上に１つのセルにつき、必要な図形変換（回転、ミラー反転）に対応する数だけのセル図形を作り込んでおき、この方法により引用場所、図形変換を１：１対応させて部分一括マスクから対応部分を選んで電子ビーム露光を行うことにより、つまり部分一括露光法を適用することにより、高速に製造ができる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。さらに、従来は繰り返し性の高いパターンを有するメモリーデバイスのみに有効とされていた部分一括露光法がセルライブラリを複数引用するようなロジック回路を包含する半導体集積回路製造にも適用できる半導体集積回路の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する図である。
【図２】本発明の露光データ変換方法（データ変換ツール６００）の具体的な動作を示すフローチャートである。
【図３】あるセルライブラリが反転または回転等の操作を受けて配置された場合に形成されるパターンを模式的に示す図である。
【図４】従来の部分一括露光法でデバイスパターンを作成した場合を説明する図である。
【符号の説明】
１００ セルライブラリ、 １１０，１２０，１３０ 名前、 １１５，１２５，１３５ パターン、 ２００ 実際の回路パターン、 ３１０３２０，３３０，３４０，３５０，３６０ 部分一括露光用ステンシルマスク、 ４００ ウェーハ、 ４１０ ウェーハ４００上に誤って焼き付けられた回路パターン、 ４２０ ウェーハ４００上に正しく焼き付けられた回路パターン、 ５００ 部分一括ステンシルマスクデータベース、 ５５０ 情報、 ６００ データ変換ツール、 ７００ 従来のデータ変換ツール。
Claims (13)
- 部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成装置であって、
ロジック回路の名称と露光パターンの形状とを含むセルライブラリと、
前記セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応する露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも記録した部分一括露光用ステンシルマスク記録部と、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込手段と、
前記読込手段によって読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする露光データの作成装置。 - 請求項１記載の露光データの作成装置において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することを特徴とする露光データの作成装置。
- 請求項１記載の露光データの作成装置において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することを特徴とする露光データの作成装置。
- 請求項１記載の露光データの作成装置において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することを特徴とする露光データの作成装置。
- 請求項１記載の露光データの作成装置において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することを特徴とする露光データの作成装置。
- 請求項１記載の露光データの作成装置において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することを特徴とする露光データの作成装置。
- 部分一括露光用ステンシルマスクを用いてウェーハ上にパターンを部分一括露光する際に参照される露光データの作成方法であって、
セルライブラリに含まれるロジック回路の名称と、該名称に対応して前記セルライブラリに含まれる露光パターンの形状を前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置した際の反転又は回転についての配置情報と、前記部分一括露光用ステンシルマスク上の露光パターンの形状の配置座標とを少なくとも部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録する記録ステップと、
ウェーハ上に露光するロジック回路パターンの情報を読み込む読込ステップと、
前記読込ステップで読み込まれた情報に対応し前記部分一括露光用ステンシルマスク記録部に記録されたロジック回路の名称と、該名称に対応する配置情報とを参照して、前記部分一括露光用ステンシルマスク上に配置された露光パターンと配置座標とを検索する検索ステップと、
前記検索ステップにより検索された前記露光パターン及び前記配置座標を露光データとして出力する出力ステップと
を備えたことを特徴とする露光データの作成方法。 - 請求項７記載の露光データの作成方法において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報とＸ軸でミラー反転しない情報とを有することを特徴とする露光データの作成方法。
- 請求項７記載の露光データの作成方法において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報とＹ軸でミラー反転しない情報とを有することを特徴とする露光データの作成方法。
- 請求項７記載の露光データの作成方法において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報およびＹ軸でミラー反転しない情報を有することを特徴とする露光データの作成方法。
- 請求項７記載の露光データの作成方法において、前記配置情報は、露光パターンをＸ軸でミラー反転した情報、Ｘ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することを特徴とする露光データの作成方法。
- 請求項７記載の露光データの作成方法において、前記配置情報は、露光パターンをＹ軸でミラー反転した情報、Ｙ軸でミラー反転しない情報、露光パターンを０度回転した情報および露光パターンを１８０度回転した情報を有することを特徴とする露光データの作成方法。
- 請求項７ないし１２記載の露光データの作成方法を使用して微細パターンを形成する半導体集積回路の製造方法。
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