JP3576791B2

JP3576791B2 - Mask pattern design method

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Publication number: JP3576791B2
Application number: JP6510798A
Authority: JP
Inventors: 敏也小谷; 聡田中; 省次三本木; 壮一井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11258770A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクパターン設計方法に関し、特にライン状のパターンを転写する際に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造技術の進歩はめざましく、最小加工寸法０．３５μｍサイズの半導体が量産されるようになってきた。このような素子の微細化は光リソグラフィ技術と呼ばれる微細パターン形成技術の飛躍的な進歩により実現されている。光リソグラフィ工程とはＬＳＩの設計パターンからフォトマスクを作成し、このマスクに光を照射し、投影光学系にてウェハ上に塗布されているレジストを感光させ、この感光分布に従ってレジストを現像し、ウェハ上に所望のレジストパターンを形成する工程である。このリソグラフィ工程によって形成されたレジストパターンをマスクにして下地をエッチングすることによって、ＬＳＩパターンをウェハ上に形成する。
【０００３】
この光リソグラフィにおいて、パターンサイズが投影光学系の限界解像力に比較して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がそのまま設計パターンとして描かれる。従って、その設計パターンに忠実なマスクを作成し、この忠実なマスクをウェハ上に転写し、下地をエッチングすることによってほぼ設計パターン通りのパターンがウェハ上に形成できた。
【０００４】
しかしパターンの微細化が進むにつれて、ＬＳＩ設計図通りに作成したマスクでは、投影光学系における回折光のけられによる影響等でウェハ上に形成されるパターンが設計パターンと異なってしまい、それに伴う弊害が顕著になり始めている。
【０００５】
例えばゲートパターンをウェハ上に転写すると光近接効果によって後退現象が生じ、その転写パターンの先端部が設計パターンより短く仕上がってしまう（以後ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇとよぶ）。これが顕著になるとパターンは規定寸法を形成できず、丸まりが発生する。特にｌｏｇｉｃ製品では、素子領域外にまで達するべきゲートパターンがｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇして素子領域外にまで達することができず、トランジスタの動作不良が発生することがある。
【０００６】
このような弊害を無くすために、設計パターン先端の角部に微小な補助パターンを付加して、従来の設計パターンとは異なるマスク設計図を作成し、このマスク設計図に従ってマスクを作成する方法が提案されている。この一例が特開平６−２４２５９５号公報や特公昭６２−７５３５号公報に記載されている。設計パターンの角部などに微小な補助パターンを付加したマスクで転写する方法は、設計パターンに対して忠実なパターンをウェハ上に形成するための有効な方法である。
【０００７】
図１は、本発明の対象とする設計パターン及びマスクパターンの平面図であり、ゲートパターンの角部に補助パターンを付加した場合を示す。図１（ａ）に示すように、パターン転写すべき設計パターンが１である場合には、図１（ｂ）に示すマスクパターン２を持つフォトマスクを用いてパターン転写を行う。このマスクパターン２は、設計パターン１に対応する主パターン３と、この主パターン３の四隅に対応する部分に付加された補助パターン４からなる。このような補助パターン４を付加するとｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇを無くすことができ、それに起因する弊害も無くすことができる。
【０００８】
しかしながら、補助パターン４の最適な大きさｓａ’，ｓｂ’（ウェハ上換算値）を決定することは非常に大変な作業である。最適な補助パターン４の大きさは投影光学系における照明条件やゲートパターンのライン幅やそのパターンピッチ等、さまざまなパラメータによって異なった値をとるからである。
【０００９】
従って、設計パターン１や照明条件等、露光を行うために必要な種々のパラメータが完全に決定された後に、まずゲートパターンを模擬したテストパターンから最適な補助パターン４の大きさを決めてルールを作成し、さらにそのルールに従って実際のゲートパターンに補助パターン４を付加し、その効果の程度を確認するという作業が必要になる。設計パターンや照明条件に変更が生じた場合には、再び同様の作業を最初から行わなければならない。この方法では莫大な時間と手間を要し、また設計パターン１や照明条件等の変更に柔軟に対応することも非常に困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、光近接効果補正はパターンの角部などに微小な補助パターン４を付加して行われる事が多い。しかし設計パターン１や投影光学系の照明条件によって最適な補助パターンの大きさが異なるため、各々の主パターン３に違った補助パターン４を付加することは非常に手間のかかる作業である。
【００１１】
すなわち、従来のマスクパターンの設計方法では設計パターン１や照明条件等、露光を行うに際しての種々のパラメータが完全に決定された後に、まずゲートパターンを模擬したテストパターンから最適な補助パターン４の大きさを決めてルールを作成し、さらにそのルールに従って実際のゲートパターンに補助パターン４を付加し、その効果の程度を確認するという作業が必要になる。この方法では、莫大な時間と手間を要し、また設計パターン１や照明条件等の変更に柔軟に対応することも非常に困難である。
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、パターン設計に莫大な時間と手間とを必要とせず、設計パターンや照明条件の変更に対しても柔軟に対応しうるマスクパターン設計方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るマスクパターン設計方法は、露光波長λの光源を持ち、投影レンズの開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パターンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォトマスクのパターンを設計するマスクパターン設計方法において、前記マスクパターンとして、前記設計パターンに対応する主パターンに、該主パターンのウェハ上換算したライン幅をＷ’とすると、前記露光波長λ及び前記開口数ＮＡにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望通りに仕上がるように予め定められた規格化ライン幅方向寸法値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂの関係に基づいて、前記主パターンの先端からウェハ上換算してｓｂ’＝ｓｂ×λ／ＮＡまでをウェハ上換算してｓａ’＝ｓａ×λ／ＮＡだけ変化させるべく発生させた補助パターンを付加することを特徴とする。
【００１４】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
（１）規格化ライン幅方向寸法値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂは、実測又はシミュレーションにより予め定められている。
【００１５】
（２）設計パターンに対応する主パターンとは、設計パターンと相似するパターン、又は設計パターンに対してその周辺部での疎密の程度に応じてライン幅のみを変化させたパターンをいう。
【００１６】
（３）補助パターンはウェハ上換算してｓａ’及びｓｂ’を二辺とする四角形であり、主パターンの先端からウェハ上換算長さｓｂ’まで主パターンのウェハ上換算したライン幅Ｗ’を２×ｓａ’だけ太らせたものである。
【００１７】
（４）補助パターンはｓａ’及びｓｂ’を二辺とし、その挟角を直角とする直角三角形であり、該補助パターンにより主パターンの先端からウェハ上換算した長さｓｂ’の位置から主パターンの先端にかけてライン幅Ｗ’がＷ’＋２×ｓａ’に太くなるように付加されるものである。
【００１８】
また、本発明の請求項２に係るマスクパターン設計方法は、露光波長λの光源を持ち、投影レンズの開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パターンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォトマスクのパターンを設計するマスクパターン設計方法において、前記マスクパターンとして、前記設計パターンに対応する主パターンの先端部側面に、該主パターンのウェハ上換算したライン幅をＷ’とすると、前記露光波長λ及び前記開口数ＮＡにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望通りに仕上がるように予め定められた補助パターンの規格化面積量Ａに基づいて、ウェハ上換算した面積量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）^２の補助パターンを付加することを特徴とする。
【００１９】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
（１）規格化面積量Ａは、実測又はシミュレーションにより予め定められている。
【００２０】
（２）設計パターンに対応する主パターンとは、設計パターンと相似するパターン、又は設計パターンに対してその周辺部での疎密の程度に応じてライン幅のみを変化させたパターンをいう。
【００２１】
（３）補助パターンはウェハ上換算して面積量Ａ’の長方形又は直角三角形である。
また本発明は、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａは規格化ライン幅Ｗとともに投影露光装置の照明光学系の光源形状、マスクの種類に応じて更に決められていることを特徴としている。さらに設計パターンが周期的に配置されている場合において、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａが設計パターンの周期によらず決定されていることを特徴とする。また設計パターンの先端部からある規格化寸法Ｄだけ離れて別のパターンが隣接配置されている場合において、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａがこの別パターンによらず一義的に決定されていることをも特徴とする。また、別パターンの配置位置である規格化寸法Ｄとして、Ｄ＝１．３程度以上であることを特徴としている。さらに、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａが、規格化ライン幅Ｗに関連付けられて予めデータとして保存されており、マスクパターンデータ上で図形処理により自動的に該寸法の変換処理を行うことを特徴とする。
【００２３】
（作用）
本発明では主パターンの規格化ライン幅Ｗに応じて予め用意された規格化寸法値ｓａ，ｓｂに基づいて最適な補助パターンの寸法ｓａ’，ｓｂ’が定まる。すなわち、露光波長λ、ＮＡ、ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても規格化寸法ｓａ及びｓｂが一義的に定まるため、補正精度の良い最適な補助パターンを主パターンに付加するための莫大な処理及び時間を短縮することができる。また、ライン幅Ｗ’や照明条件（λ、ＮＡ）の変更に対して柔軟に対応できる。
【００２４】
また、本発明では規格化ライン幅Ｗに応じて予め用意された規格化面積Ａに基づいて最適な補助パターンの面積Ａ’が決まる。すなわち、露光波長λ、ＮＡ、ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても規格化面積Ａが一義的に定まるため、補正精度のよい最適な補助パターンを主パターンに付加するための莫大な処理及び時間を短縮することができ、また補助パターンの大きさを面積で規定することにより、保存しておくべきデータが簡単化され、パターン設計時間のさらなる短縮を図ることができる。
【００２５】
また、Ｗ値のみならず、投影露光装置の照明光学系の光源形状とマスクの種類に応じて最適な補助パターンの寸法を決めることで、さらにライン幅Ｗ’や照明条件（λ、ＮＡ）の変更にも柔軟に対応することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の対象とするマスクパターン設計方法を説明するための図であり、図１（ａ）は転写すべき設計パターンを、図１（ｂ）は本方法により設計されたマスクパターンを示す。図１（ａ）において、設計パターン１はライン幅Ｗ”のゲートパターンである。図１（ｂ）において、マスクパターン２は主パターン３とこの主パターン３に付加する補助パターン４からなる。主パターン３は転写すべきゲートパターンとほぼ相似形であり、ライン幅はウェハ上換算値でＷ’である。補助パターン４は、主パターン３の先端部側面にそれぞれ４つのパターンが付加される。このように補助パターン４を付加することにより、ウェハ上換算して主パターン３の先端部から長さｓｂ’の部分のみを２×ｓａ’だけ太らせる。この補助パターン４を付加することにより、転写パターンのｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇをなくすことができる。
【００２７】
図２は、本実施形態に係るマスクパターン設計方法のアルゴリズムを示す図である。図２に示すように、このマスクパターン設計方法のアルゴリズムは補助パターン寸法計算プログラム２１と補助パターン自動発生プログラム２２に大きく分けられる。この補助パターン寸法計算プログラム２１と補助パターン自動発生プログラム２２とを用いて、設計データ上で設計パターン１に対応する主パターン３に補助パターン４を付加してマスクパターン２を設計する。以下、図２に沿って補助パターン寸法計算プログラム２１を用いた補助パターン寸法の抽出方法と，補助パターン自動発生プログラム２２を用いたマスクパターン２の補正手順とを説明する。
【００２８】
補助パターン寸法計算プログラム２１には、予め補助パターン４の最適な寸法を示すデータテーブルが組み込まれている（２１３）。まず、このデータテーブルの作成方法について説明する。この補助パターン４のウェハ上換算した最適な寸法値ｓａ’，ｓｂ’を実測又はシミュレーションにより算出する。本実施形態では、シミュレーションによりデータテーブルを作成した場合で説明する。補助パターン４の最適な寸法値ｓａ’，ｓｂ’は照明条件、ゲートパターンのライン幅、パターンピッチ等により種々変動する。
【００２９】
まず、寸法値ｓａ’，ｓｂ’を変動させる種々のパラメータのうち、パターンピッチを変えてデータテーブルを算出する例を説明する。他のパラメータとして、光源の露光波長λ＝０．２４８μｍ、形成すべきゲートパターンのライン幅Ｗ’＝０．１８μｍ、投影光学系のレンズ開口数ＮＡ＝０．６、開口絞りの外半径σ＝０．７５、内半径ε＝０とし、透過部とＣｒ等からなる遮光部により構成される通常のＣＯＧ（ＣｒＯｎＧｌａｓｓ）マスクを用いた。パターンピッチは、パターン及びスペースの比、すなわち図１（ｂ）におけるａ：ｂ＝１：１．５，１：２，１：３，１：５，１：１０の場合に変動させた。そして、このマスクにより露光を行ったときの空間像を計算し、パターンピッチ１：１．５の場合の仕上がり寸法が所望寸法に仕上がる場合の露光量を算出する。
【００３０】
そして、この算出された露光量により転写される他のピッチでのパターンも所望寸法に仕上がるように、すなわちライン幅が所望の寸法Ｗ”に達するように、まず主パターンのライン幅Ｗ’を補正する（一次元光近接効果補正）。すなわち、前記露光条件において、露光量を１：１．５の仕上がり寸法に合わせると、その他のパターンピッチでパターン転写される実際のゲートパターンは光近接効果により設計パターンよりも太くなる。従って、主パターンのライン幅Ｗ’はゲートパターンそのものの形状よりも細くなるように補正する。
【００３１】
具体的には、例えば４倍体マスクを用いる場合、転写時に設計パターン１を忠実に再現できるものであれば４Ｗ”のライン幅のマスクパターンが必要となるが、一次元光近接効果を補正するために、４Ｗ”−Δａのライン幅のマスクパターンにする。Δａは、一次元光近接効果補正値である。なお、設計パターン１の形状、露光条件等によってはかかる一次元補正を行わずに設計パターン１と相似する主パターン３そのものに補助パターン４を付加する場合でもよい。
【００３２】
このようにしてライン幅Ｗ’自体が補正された主パターン３に、任意の大きさの長方形の補助パターン４を付加して空間像を計算する。そして、その仕上がり寸法が所望寸法となる露光量で空間像をスライスして平面像を求め、転写パターンを得る。この転写パターンと設計パターン１とのパターン先端での差が０になる補助パターンの寸法値ｓａ’及びｓｂ’を算出する。
【００３３】
次いで、得られたｓａ’値及びｓｂ’値に基づいて、露光装置系のパラメータであるλ／ＮＡにより規格化する。この規格化された補助パターン４の寸法値をｓａ，ｓｂとすると、ｓａ＝ｓａ’／（λ／ＮＡ），ｓｂ＝ｓｂ’／（λ／ＮＡ）となる。この規格化された寸法値ｓａとｓｂの関係を表したのが図３である。横軸はｓａ、縦軸はｓｂを示す（以後この曲線をｓａ−ｓｂ曲線と称する）。図３に示すように、このｓａ−ｓｂ曲線は、補助パターン寸法値ｓａ，ｓｂのパターンピッチ依存性を示している。
【００３４】
また、以上のようにして求められたｓａ−ｓｂ曲線において、パターンピッチ毎のｓａ−ｓｂ曲線を平均化して一つのｓａ−ｓｂ曲線に表したものを図４の実線に示す。横軸、縦軸は図３と同様である。図３において、パターンピッチの相違により生ずるｓａ−ｓｂ曲線のばらつきは±５ｎｍ程度のｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇにしか相当しない。従って、この複数のｓａ−ｓｂ曲線のそれぞれのｓａ，ｓｂ値の平均値をとることにより、パターンピッチに依存する補助パターン４の最適寸法を一つの曲線として表すことができる。この平均化されたｓａ−ｓｂ曲線をデータテーブルとして用いることにより、補助パターン４の寸法ｓａ’，ｓｂ’を簡便に導出することができる。
【００３５】
また、図４には主パターン３のｋ_１値（０．４３５）とほぼ等しいｋ_１値となるように別の照明条件（ＮＡ、λ）とライン幅Ｗ’とを選択し、上記図３の場合と同様の方法により求めたｓａ−ｓｂ曲線を破線で示す。このｓａ−ｓｂ曲線のｋ_１値は０．４３３である。この曲線から分かるように、異なるＮＡ及びλにより導出された実線で示すｓａ−ｓｂ曲線とほぼ一致することが分かる。従って、主パターン３のｋ_１値が定まればパターン寸法Ｗ’とパターンピッチと照明条件のＮＡ及びλとに関係なく最適な補助パターン寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易に求めることができる。
【００３６】
このことは、パターン設計において、同一のＷ値であれば個別のデータテーブルを作成する必要がないことを示している。すなわち、例えばＮＡ値とλが異なるがＷ値が共通する複数の露光条件によるマスクパターンを設計する場合、従来のようにその露光条件毎のパターン設計をすることなく、ＮＡ値、λが異なっていてもＷ値の共通するデータテーブルを用いて補助パターン４の最適寸法ｓａ’，ｓｂ’を求めることができる。
【００３７】
次に、投影光学系における開口絞りのσ値を０．７５と固定し、開口数ＮＡと主パターン３の寸法Ｗ’とを変えて様々なｋ_１値にしたときのｓａ−ｓｂ曲線を図５に示す。横軸及び縦軸は図３と同じである。それぞれの曲線は図４の場合と同様にパターンピッチ毎に平均化されている。その他の条件は図３の場合と同様である。このように主パターン３の各ｋ_１値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パターン４の寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読み取ることができる。
【００３８】
次に、投影光学系における開口絞りのσ値を０．６０と固定し、開口数ＮＡと主パターン寸法Ｗ’とを変えて様々なｋ_１値にしたときのｓａ−ｓｂ曲線を図６に示す。横軸及び縦軸は図３と同じである。それぞれの曲線は図４の場合と同様にパターンピッチ毎に平均化されている。その他の条件は図１の場合と同じである。図５の場合と併せて、様々なσ値毎に主パターン３の各ｋ_１値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パターン４の寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読み取ることができる。
【００３９】
図７はマスクの種類をハーフトーンマスクとしたときのｓａ−ｓｂ曲線である。横軸及び縦軸は図３と同じである。ここで用いたハーフトーンマスクは遮光部での光の透過率が６％であり、透過光と入射光との位相差は１８０°である。このｓａ−ｓｂ曲線においても、図４の場合と同様にパターンピッチ毎に平均化されている。その他の条件は図３の場合と同じである。マスクの種類毎に主パターンの各ｋ_１値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パターンの寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読み取ることができる。
【００４０】
図８は補助パターンを底辺ｓａ’、高さｓｂ’の直角三角形としたときのｓａ−ｓｂ曲線である。横軸及び縦軸は図３と同じである。この補助パターンを持つマスクパターンの平面図を図９に示す。マスクには図７の場合で用いたハーフトーンマスクを用いた。その他の条件は図３の場合と同じである。すなわち、マスクパターン９２は図３〜図８の導出に用いたのと同じ形状の主パターン３に補助パターン９４を付加したものである。補助パターン９４の形状毎に主パターン３の各ｋ_１値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パターンの寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読みとることができる。
【００４１】
図１０は主パターン３先端部から規格化寸法Ｄ程度離れた位置に別のパターンが存在するときのｓａ−ｓｂ曲線である。横軸及び縦軸は図３と同じである。図１１にこの別パターンがある場合のマスク設計データの平面図を示す。図１１に示すように、ゲートパターンを転写するためのマスクパターン２の配置は図１（ｂ）と同じである。このマスクパターン２の先端部からの規格化された距離Ｄをおいて別パターン１１１が配置されている。図１０に示すｓａ−ｓｂ曲線は、図１１に示すような配置において規格化寸法Ｄ＝１．３の場合とＤ＝４．３５５の場合を示す。実線がＤ＝１．３、破線がＤ＝４．３５５の場合である。
【００４２】
これら２つのｓａ−ｓｂ曲線から分かるように、両曲線のずれ量は±３ｎｍ程度のｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇにしか相当しない。そのため主パターン３から規格化寸法Ｄが１．３程度以上離れたところにある別パターン１１１からの光近接効果はほぼ無視しても良いことが分かる。なお、このｓａ−ｓｂ曲線には示さなかったが、規格化寸法Ｄが１．３よりも近い位置に別パターン１１１が存在する場合には、存在しない場合に比較して無視できないほどの誤差が生ずるため、別パターン１１１の存在による補正を行う必要が生ずる。
【００４３】
以上、図３〜図８及び図１０に示すようなｓａ−ｓｂ曲線を、データテーブルとして補助パターン寸法計算プログラム２１に組み込んでおく。すなわち、ｋ_１値，光源形状，マスク種をパラメータとしてシミュレーションを行ったデータテーブルを組み込んでおく。尚、上記図３〜図８及び図１０に示したｓａ−ｓｂ曲線は空間像を基に計算した結果であるが、このほかに空間像計算に現像を考慮した計算モデルやエッチングなどの半導体プロセスを考慮した計算モデルを組み合わせることもできる。また、種々の詳細な条件をさらに付加したデータテーブルを組み込むこともできる。
【００４４】
次に、以上のように作成されたデータテーブルに基づいて、実際の補助パターン寸法計算プログラム２１の流れを説明する。
図２に示すように、まずパターン設計を行う際に必要な種々のパラメータを入力する。入力するパラメータとしては、露光光源の露光波長λ、投影レンズの開口数ＮＡ、開口絞りの外半径σ、内半径ε等の照明条件、形成すべきゲートパターンのライン幅Ｗ’、例えばＣｒマスク、ハーフトーンマスク等、用いられるマスクの種類、補助パターンの形状を入力する（２１１）。そして、この入力パラメータに基づいてｋ_１値を算出する（２１２）。ｋ_１＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）により、入力パラメータから求めることができる。
【００４５】
次いで、この求められたｋ_１値及び入力パラメータに基づいて、データテーブルの選択が行われる。データテーブルは、入力パラメータのうち、σ値，ε値，パターンライン幅，マスク種，補助パターンの形状に基づいて種々用意されており、これら複数のデータテーブルのうち、最適な設計データを選択する。
【００４６】
このように選択されたデータテーブルは、上記図３〜図８及び図１０に示すようなｓａ−ｓｂの関係によって表されているものなので、あるｓａ値を選択した場合の最適なｓｂ値を抽出することができる。次いで、抽出されたｓａ，ｓｂ値の寸法単位の変換を行う（２１４）。このｓａ，ｓｂ値は規格化された寸法値であるため、実際にマスクパターン２に付加するための寸法値に変換する必要があるからである。この寸法単位の変換は、ｓａ’＝ｓａ×（λ／ｎａ）、ｓｂ’＝ｓｂ×（λ／ｎａ）なる変換式によりなされる。これにより、補助パターンのウェハ上換算の寸法値ｓａ’，ｓｂ’が求まる。このように求めたｓａ’（μｍ）及びｓｂ’（μｍ）を補助パターン自動発生プログラム２２に出力する（２１５）。
【００４７】
補助パターン自動発生プログラム２２ではまずマスクパターン２を構成するパターンのうち、ライン幅Ｗ’からなる主パターン３を抽出する（２２１）。この抽出される主パターン３のライン幅Ｗ’は既に一次元光近接効果補正のなされたものである。そして主パターン３の先端部から規格化寸法Ｄ＝１．３離れた位置までの間に設計パターン１以外に別パターン１１１が存在するかどうかを判別する（２２２）。
【００４８】
別のパターンが存在しない場合、補助パターン寸法計算プログラム２１から出力された補助パターン寸法値ｓａ’，ｓｂ’を付加したマスクパターン２を発生させる。具体的には、例えば補助パターン形状が図１（ｂ）に示すような四角形の場合、主パターン３の先端からｓｂ’（μｍ）までの部分をＷ’＋２×ｓａ’（μｍ）のライン幅に太める（２２３）。
【００４９】
別のパターンが存在する場合、規格化寸法Ｄ依存であると判定し（２２４）、再度補助パターン寸法計算プログラム２１に戻り、主パターン３の先端部から規格化寸法Ｄまでの間に別の矩形が存在するという新たな条件を追加して再びデータテーブルを選択する（２１３）。なお、この場合には上記図３〜図８及び図１０に示したのと同様の手法にて規格化寸法Ｄ依存のデータテーブルを準備しておく必要がある。再度選択されたデータテーブルに基づいて再び補助パターン自動発生プログラム２２で補助パターンを付加する。
【００５０】
このようなアルゴリズムに沿って設計データ上で主パターン３に補助パターンを付加し、その設計されたマスクパターンデータに基づいてフォトマスクを作成した。さらに上記入力した露光条件にて露光を行い仕上がりレジスト寸法を測定した結果、レジストパターンは設計パターン１に対して所望通りに仕上がっており、ｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇもほとんど観察されず、ここに示したマスクパターン設計及びフォトマスク作成方法の有意性が見出された。
【００５１】
このように本実施形態によれば、予め求められたデータテーブルに基づいてマスクパターン２を設計し、また光源波長λ，投影レンズの開口数ＮＡ，ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても、パターンピッチが異なる場合であっても、また主パターンから規格化寸法Ｄ＝１．３以上離れた位置に別パターンが存在しても、同一のｋ_１値を持つデータテーブルに基づいて補助パターン４又は９４を付加することができるので、設計に要するデータ処理時間を短縮することができる。また種々のデータテーブルを用意したプログラムにより、設計パターンや照明条件等の変更にも柔軟に対応でき、膨大なデータを非常に短時間に処理することが可能となるため、簡便なマスクパターンの設計を実現できる。
【００５２】
（第２実施形態）
図１２は、本発明の第２実施形態に係るマスクパターン設計方法を説明するための図であり、図４のｓａ−ｓｂ曲線をｓａ×ｓｂ＝Ａなる双曲線関数形を用いて最小二乗法でフィッティングしたものである。本実施形態はデータテーブル及び規格化するパラメータにおいて第１実施形態と異にするものであって、他の部分は共通するため、共通する部分についての説明を省略する。
【００５３】
図１２に示すように、図４から得られたｓａ−ｓｂ曲線の形状は、ほぼ双曲線関数形で近似することができることが分かる。従ってｋ_１値に応じて双曲線関数の定数Ａ、すなわち補助パターンの規格化寸法の積で表される面積量Ａ（以下、規格化面積量と称する）を予め定めておけば、さらに容易に補助パターン４又は９４の大きさを想定することができる。
【００５４】
また図１３に各ｋ_１値で先端部が所望に仕上がるときの補助パターン４又は９４の規格化面積量Ａを示す。横軸はｋ_１値を、縦軸は規格化面積量Ａを示す。図１３から分かるように、ｋ_１値が大きいほど、付加すべき補助パターン４又は９４の面積は小さくてすむ。
【００５５】
また、本実施形態に係るマスクパターン設計方法に用いられる補助パターン寸法計算プログラムを図１４に示す。この補助パターン寸法計算プログラム４１は第１実施形態に係る図２に示した補助パターン寸法計算プログラム２１に対応するもので、補助パターン自動発生プログラム２２については第１実施形態と共通するために省略する。第１実施形態と同様にまずλ，ＮＡ，σ値，ε値等の入力パラメータを入力し、ｋ_１値を算出するところまでは第１実施形態と同じである（３１１，３１２）。次いで、得られたｋ_１値に基づいてデータテーブルを選択する（３１３）。準備されたデータテーブルは、図１３に示すようなものが用意され、ｋ_１値に応じて規格化面積量Ａが一義的に定められている。このデータテーブルを選択することにより、パターンのｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇをなくすような規格化面積量Ａが定まる。そして、定まった規格化面積量Ａの寸法単位を変換してウェハ上換算した補助パターンの面積量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）^２を算出する（３１４）。そして、この面積量Ａ’を補助パターン自動発生プログラム２２に出力する（３１５）。
【００５６】
このように、補助パターン４又は９４の大きさを規格化面積Ａで規定することにより、第１実施形態と同じ効果を奏するとともに、データテーブルがより簡単になり、そのため補正時間の短縮が可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態において図４で得られたｓａ−ｓｂ曲線について規格化面積量Ａを規定したが、他の実施形態のデータテーブルについても規定面積量Ａを規定すれば、同様にパターン設計を簡単化できる。また、フィッティングの方法は他の方法でも良い。
【００５８】
また、本発明は上記第１，第２実施形態に限定されるものではない。マスクパターン２は必ずしもゲートパターンに限定されず、例えば素子領域、金属配線層のパターニングを行う際に用いられるパターンを設計する手法にも適用できる。また、マスク種はＣｒマスク、ハーフトーンマスクに限らず、位相シフトマスク等、上記パターンを転写可能なマスクであれば何でもよい。また、入力パラメータとは異なるパラメータにより転写パターンの形状が変化するものであっても、転写パターンの変動を生じさせるパラメータに依存したデータテーブルを用意すれば、同様に本発明を適用できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主パターンの規格化ライン幅Ｗに応じて予め用意された規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａに基づいて最適な補助パターンの寸法が決まる。すなわち、露光波長λ，開口数ＮＡ，ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても規格化寸法ｓａ及びｓｂ又は規格化面積量Ａが一義的に決まるため、最適な補助パターンを主パターンに付加するための莫大な処理及び時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る設計パターン及びマスクパターンを示す図。
【図２】同実施形態におけるマスクパターン設計方法のアルゴリズムを示す図。
【図３】ｓａ−ｓｂ曲線のパターンピッチ依存性を示す図。
【図４】ｓａ−ｓｂ曲線のｋ１値依存性を示す図。
【図５】開口絞り内半径σ＝０．７５に固定した場合のｓａ−ｓｂ曲線のｋ_１値依存性を示す図。
【図６】開口絞り内半径σ＝０．６０に固定した場合のｓａ−ｓｂ曲線のｋ_１値依存性を示す図。
【図７】ハーフトーンマスクを用いた場合のｓａ−ｓｂ曲線を示す図。
【図８】補助パターン形状を三角形にした場合のｓａ−ｓｂ曲線を示す図。
【図９】補助パターン形状を三角形にした場合のマスクパターンの平面図。
【図１０】パターンの先端部から規格化寸法Ｄ離れた位置に別のパターンが存在する場合のｓａ−ｓｂ曲線を示す図。
【図１１】パターンの先端部から規格化寸法Ｄ離れた位置に別のパターンが存在する場合の設計パターンの平面図。
【図１２】図４のｓａ−ｓｂ曲線をｓａ×ｓｂ＝Ａなる双曲線関数系を用いてフィッティングした結果を示す図。
【図１３】本発明の第２実施形態に係るデータテーブルを示す図。
【図１４】同実施形態における補助パターン寸法計算プログラムを示す図。
【符号の説明】
１設計パターン
２，９２マスクパターン
３主パターン
４，９２補助パターン
２１補助パターン寸法計算プログラム
２２補助パターン自動発生プログラム
１１１別パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a mask pattern design On the way In particular, it is used when transferring a linear pattern.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recent advances in semiconductor manufacturing technology have been remarkable, and semiconductors having a minimum processing dimension of 0.35 μm have been mass-produced. Such miniaturization of elements has been realized by the remarkable progress of a fine pattern forming technique called an optical lithography technique. The photolithography process is to create a photomask from the LSI design pattern, irradiate this mask with light, expose the resist applied on the wafer with a projection optical system, develop the resist according to this photosensitive distribution, This is a step of forming a desired resist pattern on the wafer. An LSI pattern is formed on the wafer by etching the base using the resist pattern formed by the lithography process as a mask.
[0003]
In this optical lithography, when the pattern size is sufficiently large compared to the limit resolution of the projection optical system, the planar shape of the LSI pattern to be formed on the wafer is drawn as it is as the design pattern. Therefore, a pattern almost exactly as the design pattern could be formed on the wafer by preparing a mask faithful to the design pattern, transferring the faithful mask onto the wafer, and etching the base.
[0004]
However, as the pattern becomes finer, the pattern formed on the wafer becomes different from the design pattern due to the influence of the diffracted light in the projection optical system, etc., with the mask created according to the LSI design drawing. Is beginning to become noticeable.
[0005]
For example, when a gate pattern is transferred onto a wafer, a receding phenomenon occurs due to an optical proximity effect, and the leading end of the transferred pattern is finished shorter than a design pattern (hereinafter referred to as shortening). If this becomes remarkable, the pattern cannot form a prescribed dimension, and rounding occurs. In particular, in the case of a logic product, a gate pattern which should reach the outside of the element region cannot be reached to the outside of the element region due to shorting, and a malfunction of the transistor may occur.
[0006]
In order to eliminate such an adverse effect, a method of creating a mask design drawing different from the conventional design pattern by adding a minute auxiliary pattern to the corner portion of the design pattern tip and creating a mask according to this mask design drawing is known. Proposed. Examples of this are described in JP-A-6-242595 and JP-B-62-7535. A method of transferring a pattern with a mask in which a fine auxiliary pattern is added to a corner or the like of a design pattern is an effective method for forming a pattern faithful to the design pattern on a wafer.
[0007]
FIG. 1 is a plan view of a design pattern and a mask pattern to which the present invention is applied, and shows a case where an auxiliary pattern is added to a corner of a gate pattern. As shown in FIG. 1A, when the design pattern to be transferred is 1, the pattern is transferred using a photomask having a mask pattern 2 shown in FIG. 1B. The mask pattern 2 includes a main pattern 3 corresponding to the design pattern 1 and auxiliary patterns 4 added to portions corresponding to four corners of the main pattern 3. When such an auxiliary pattern 4 is added, shorting can be eliminated, and adverse effects due to it can be eliminated.
[0008]
However, determining the optimum sizes sa ′ and sb ′ (wafer-converted values) of the auxiliary pattern 4 is a very difficult task. This is because the optimal size of the auxiliary pattern 4 varies depending on various parameters such as the illumination condition in the projection optical system, the line width of the gate pattern, and the pattern pitch.
[0009]
Therefore, after various parameters necessary for exposure such as the design pattern 1 and the illumination conditions are completely determined, first, the size of the optimal auxiliary pattern 4 is determined from the test pattern simulating the gate pattern, and the rule is determined. After that, it is necessary to add the auxiliary pattern 4 to the actual gate pattern in accordance with the rules, and confirm the effect. When a change occurs in the design pattern or the lighting conditions, the same operation must be performed again from the beginning. This method requires an enormous amount of time and effort, and it is very difficult to flexibly respond to changes in the design pattern 1, lighting conditions, and the like.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the optical proximity effect correction is often performed by adding a small auxiliary pattern 4 to a corner or the like of the pattern. However, since the optimal size of the auxiliary pattern differs depending on the design pattern 1 and the illumination condition of the projection optical system, adding a different auxiliary pattern 4 to each main pattern 3 is a very laborious operation.
[0011]
That is, in the conventional mask pattern designing method, after various parameters for exposure such as the design pattern 1 and illumination conditions are completely determined, first, the size of the optimal auxiliary pattern 4 is determined from the test pattern simulating the gate pattern. It is necessary to determine a rule and create a rule, add the auxiliary pattern 4 to the actual gate pattern according to the rule, and check the degree of the effect. This method requires an enormous amount of time and effort, and it is also very difficult to flexibly respond to changes in the design pattern 1, lighting conditions, and the like.
[0012]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is that it does not require an enormous amount of time and labor for pattern design, and flexibly responds to changes in design patterns and lighting conditions. An object of the present invention is to provide a mask pattern designing method that can be performed.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The mask pattern designing method according to claim 1 of the present invention is used when a design pattern having a line width W ″ is transferred onto a wafer by a projection exposure apparatus having a light source having an exposure wavelength λ and a numerical aperture NA of a projection lens. In the mask pattern designing method for designing a pattern of a photomask, as the mask pattern, the main pattern corresponding to the design pattern, the line width of the main pattern converted on the wafer is W ', the exposure wavelength λ and the A dimension value sa in a standardized line width direction that is determined in advance so that the pattern tip position after transfer is finished as desired in accordance with a standardized line width W = W ′ / (λ / NA) standardized by the numerical aperture NA. And on the basis of the relationship between the standardized line length dimension value sb and sb ′ = sb × λ / NA converted on the wafer from the tip of the main pattern. The method is characterized in that an auxiliary pattern generated so as to be changed by sa ′ = sa × λ / NA is added.
[0014]
Preferred embodiments of the present invention will be described below.
(1) The standardized line width direction dimension value sa and the standardized line length direction dimension value sb are determined in advance by actual measurement or simulation.
[0015]
(2) The main pattern corresponding to the design pattern is a pattern similar to the design pattern or a pattern in which only the line width is changed in accordance with the degree of density in the periphery of the design pattern.
[0016]
(3) The auxiliary pattern is a quadrangle having two sides of sa ′ and sb ′ as converted on the wafer, and the line width W ′ of the main pattern converted on the wafer from the tip of the main pattern to the converted length sb ′ on the wafer. It is fat by 2 × sa ′.
[0017]
(4) The auxiliary pattern is a right-angled triangle having sa 'and sb' on two sides and a right angle between the auxiliary pattern and the main pattern from the position of the length sb 'calculated on the wafer from the leading end of the main pattern by the auxiliary pattern. Is added so that the line width W ′ becomes wider to W ′ + 2 × sa ′.
[0018]
A mask pattern designing method according to a second aspect of the present invention includes a method of transferring a design pattern having a line width W ″ onto a wafer by using a projection exposure apparatus having a light source having an exposure wavelength λ and a numerical aperture NA of a projection lens. In a mask pattern designing method for designing a pattern of a photomask to be used, as the mask pattern, the side width of the main pattern corresponding to the design pattern on the side of the front end portion of the main pattern is expressed as W ′, An auxiliary pattern that is determined in advance so that the pattern tip position after transfer is finished as desired according to the normalized line width W = W ′ / (λ / NA) standardized by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA. Area A ′ = A × (λ / NA) converted on the wafer based on the normalized area A of ² Is added.
[0019]
Preferred embodiments of the present invention will be described below.
(1) The standardized area amount A is predetermined by actual measurement or simulation.
[0020]
(2) The main pattern corresponding to the design pattern is a pattern similar to the design pattern or a pattern in which only the line width is changed in accordance with the degree of density in the periphery of the design pattern.
[0021]
(3) The auxiliary pattern is a rectangle or a right-angled triangle having an area amount A 'when converted on the wafer.
Further, the present invention is characterized in that the standardized dimension values sa and sb or the standardized area amount A are further determined according to the light source shape of the illumination optical system of the projection exposure apparatus and the type of the mask together with the standardized line width W. And Further, when the design patterns are periodically arranged, the standardized dimension values sa and sb or the normalized area amount A are determined irrespective of the cycle of the design pattern. Further, when another pattern is adjacently arranged at a distance of a certain standardized dimension D from the front end of the design pattern, the standardized dimension values sa and sb or the standardized area amount A are uniquely determined regardless of the different pattern. It is also characterized by being determined. Further, as a standardized dimension D, which is an arrangement position of another pattern, D is about 1.3 or more. Further, the standardized dimension values sa and sb or the standardized area amount A are stored in advance as data in association with the standardized line width W, and the dimension conversion processing is automatically performed by graphic processing on the mask pattern data. Is performed.
[0023]
(Action)
In the present invention, the optimal auxiliary pattern dimensions sa ′ and sb ′ are determined based on the standardized dimension values sa and sb prepared in advance according to the standardized line width W of the main pattern. That is, even when the exposure wavelengths λ, NA, and the line width W ′ are different, the standardized dimensions sa and sb are uniquely determined. Processing and time can be reduced. Further, it is possible to flexibly respond to changes in the line width W ′ and the lighting conditions (λ, NA).
[0024]
In the present invention, the optimal auxiliary pattern area A ′ is determined based on the standardized area A prepared in advance according to the standardized line width W. That is, even when the exposure wavelengths λ, NA, and the line width W ′ are different, the standardized area A is uniquely determined, so that an enormous amount of processing and processing for adding an optimal auxiliary pattern with good correction accuracy to the main pattern is performed. By reducing the time, and by defining the size of the auxiliary pattern by the area, the data to be stored is simplified, and the pattern design time can be further reduced.
[0025]
In addition, by determining the size of the optimal auxiliary pattern according to not only the W value but also the shape of the light source of the illumination optical system of the projection exposure apparatus and the type of the mask, the line width W ′ and the illumination conditions (λ, NA) can be further improved. It can respond flexibly to changes.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
1A and 1B are diagrams for explaining a mask pattern designing method to which the present invention is applied. FIG. 1A shows a design pattern to be transferred, and FIG. 1B shows a mask pattern designed by the method. Is shown. 1A, a design pattern 1 is a gate pattern having a line width W ″. In FIG. 1B, a mask pattern 2 includes a main pattern 3 and an auxiliary pattern 4 added to the main pattern 3. The pattern 3 has substantially the same shape as the gate pattern to be transferred, the line width is W ′ in terms of the on-wafer value, and the auxiliary pattern 4 has four patterns added to the tip side surface of the main pattern 3. By adding the auxiliary pattern 4 in this manner, only the portion of the length sb ′ from the leading end of the main pattern 3 is increased by 2 × sa ′ on the wafer, by adding this auxiliary pattern 4. Shortening of the transfer pattern can be eliminated.
[0027]
FIG. 2 is a diagram illustrating an algorithm of the mask pattern designing method according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the algorithm of the mask pattern designing method is roughly divided into an auxiliary pattern dimension calculation program 21 and an auxiliary pattern automatic generation program 22. Using the auxiliary pattern dimension calculation program 21 and the automatic auxiliary pattern generation program 22, the auxiliary pattern 4 is added to the main pattern 3 corresponding to the design pattern 1 on the design data to design the mask pattern 2. The method of extracting the auxiliary pattern size using the auxiliary pattern size calculation program 21 and the procedure for correcting the mask pattern 2 using the automatic auxiliary pattern generation program 22 will be described below with reference to FIG.
[0028]
The auxiliary pattern dimension calculation program 21 incorporates a data table indicating the optimal dimensions of the auxiliary pattern 4 in advance (213). First, a method for creating this data table will be described. The optimal dimension values sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 converted on the wafer are calculated by actual measurement or simulation. In the present embodiment, a case where a data table is created by simulation will be described. The optimum dimension values sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 vary in various ways depending on the illumination conditions, the line width of the gate pattern, the pattern pitch, and the like.
[0029]
First, an example of calculating the data table by changing the pattern pitch among various parameters for changing the dimension values sa ′ and sb ′ will be described. Other parameters include the exposure wavelength λ of the light source = 0.248 μm, the line width W ′ of the gate pattern to be formed = 0.18 μm, the lens numerical aperture NA of the projection optical system = 0.6, and the outer radius σ of the aperture stop = An ordinary COG (Cr On Glass) mask composed of a transmissive portion and a light shielding portion made of Cr or the like was used with 0.75 and an inner radius ε = 0. The pattern pitch was varied when the ratio of the pattern and the space, that is, when a: b = 1: 1.5, 1: 2, 1: 3, 1: 5, and 1:10 in FIG. Then, an aerial image when exposure is performed by using this mask is calculated, and an exposure amount when a finished dimension at a pattern pitch of 1: 1.5 is finished to a desired dimension is calculated.
[0030]
Then, the line width W 'of the main pattern is first corrected so that the pattern at the other pitch transferred by the calculated exposure amount also has a desired size, that is, the line width reaches the desired size W ". That is, when the exposure amount is adjusted to a finished dimension of 1: 1.5 under the above-mentioned exposure conditions, the actual gate pattern transferred at another pattern pitch by the optical proximity effect. Therefore, the line width W 'of the main pattern is corrected to be smaller than the shape of the gate pattern itself.
[0031]
Specifically, for example, when a quadruple mask is used, a mask pattern having a line width of 4 W ″ is required if the design pattern 1 can be faithfully reproduced at the time of transfer, but the one-dimensional optical proximity effect is corrected. For this purpose, a mask pattern having a line width of 4W ″ -Δa is used. Δa is a one-dimensional optical proximity effect correction value. Depending on the shape of the design pattern 1, the exposure conditions, and the like, the auxiliary pattern 4 may be added to the main pattern 3 itself similar to the design pattern 1 without performing such one-dimensional correction.
[0032]
An aerial image is calculated by adding a rectangular auxiliary pattern 4 of an arbitrary size to the main pattern 3 whose line width W 'itself has been corrected in this way. Then, the aerial image is sliced at an exposure amount at which the finished dimension becomes a desired dimension to obtain a plane image, and a transfer pattern is obtained. The dimension values sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern in which the difference between the transfer pattern and the design pattern 1 at the pattern tip becomes 0 are calculated.
[0033]
Next, based on the obtained sa ′ value and sb ′ value, normalization is performed using λ / NA which is a parameter of the exposure apparatus system. Assuming that the dimension values of the standardized auxiliary pattern 4 are sa and sb, sa = sa ′ / (λ / NA) and sb = sb ′ / (λ / NA). FIG. 3 shows the relationship between the standardized dimension values sa and sb. The horizontal axis represents sa and the vertical axis represents sb (hereinafter, this curve is referred to as sa-sb curve). As shown in FIG. 3, the sa-sb curve indicates the pattern pitch dependence of the auxiliary pattern dimension values sa and sb.
[0034]
Further, in the sa-sb curve obtained as described above, the sa-sb curve for each pattern pitch is averaged and represented as one sa-sb curve, as shown by the solid line in FIG. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. In FIG. 3, the variation in the sa-sb curve caused by the difference in the pattern pitch corresponds to only about ± 5 nm shortening. Therefore, by taking the average value of the sa and sb values of the plurality of sa-sb curves, the optimum dimension of the auxiliary pattern 4 depending on the pattern pitch can be represented as one curve. By using the averaged sa-sb curve as a data table, the dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 can be easily derived.
[0035]
FIG. 4 shows k of the main pattern 3. ₁ K approximately equal to the value (0.435) ₁ Different illumination conditions (NA, λ) and the line width W ′ are selected so as to obtain the values, and the sa-sb curve obtained by the same method as in the case of FIG. 3 is indicated by a broken line. K of this sa-sb curve ₁ The value is 0.433. As can be seen from this curve, it can be seen that it substantially matches the sa-sb curve shown by the solid line derived from different NA and λ. Therefore, k of the main pattern 3 ₁ Once the values are determined, the optimum auxiliary pattern dimensions sa 'and sb' can be easily obtained irrespective of the pattern dimension W ', the pattern pitch, and the illumination conditions NA and λ.
[0036]
This indicates that it is not necessary to create individual data tables for the same W value in pattern design. That is, for example, when designing a mask pattern under a plurality of exposure conditions having different NA values and λ but common W values, the NA value and λ are different without designing a pattern for each exposure condition as in the related art. However, the optimum dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 can be obtained using a data table having a common W value.
[0037]
Next, the σ value of the aperture stop in the projection optical system is fixed to 0.75, and the numerical aperture NA and the dimension W ′ of the main pattern 3 are changed to obtain various k values. ₁ FIG. 5 shows the sa-sb curve when the value is set. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. Each curve is averaged for each pattern pitch as in the case of FIG. Other conditions are the same as those in FIG. Thus, each k of the main pattern 3 ₁ If the sa-sb curve is calculated according to the value, the dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 can be easily read from the curve.
[0038]
Next, the σ value of the aperture stop in the projection optical system is fixed at 0.60, and the numerical aperture NA and the main pattern dimension W ′ are changed to obtain various k values. ₁ FIG. 6 shows the sa-sb curve when the value is set. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. Each curve is averaged for each pattern pitch as in the case of FIG. Other conditions are the same as those in FIG. In conjunction with the case of FIG. ₁ If the sa-sb curve is calculated according to the value, the dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern 4 can be easily read from the curve.
[0039]
FIG. 7 is a sa-sb curve when the type of mask is a halftone mask. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. The halftone mask used here has a light transmittance of 6% at the light shielding portion, and a phase difference between the transmitted light and the incident light of 180 °. Also in this sa-sb curve, the values are averaged for each pattern pitch as in the case of FIG. Other conditions are the same as those in FIG. Each k of the main pattern for each type of mask ₁ If the sa-sb curve is calculated according to the value, the dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern can be easily read from the curve.
[0040]
FIG. 8 is a sa-sb curve when the auxiliary pattern is a right-angled triangle having a base sa ′ and a height sb ′. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. FIG. 9 shows a plan view of a mask pattern having this auxiliary pattern. The halftone mask used in the case of FIG. 7 was used as the mask. Other conditions are the same as those in FIG. That is, the mask pattern 92 is obtained by adding the auxiliary pattern 94 to the main pattern 3 having the same shape as that used for deriving FIGS. Each k of the main pattern 3 for each shape of the auxiliary pattern 94 ₁ If the sa-sb curve is calculated according to the value, the dimensions sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern can be easily read from the curve.
[0041]
FIG. 10 is a sa-sb curve when another pattern exists at a position away from the tip of the main pattern 3 by about the standardized dimension D. The horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG. FIG. 11 shows a plan view of the mask design data when there is another pattern. As shown in FIG. 11, the arrangement of the mask pattern 2 for transferring the gate pattern is the same as that in FIG. 1B. Another pattern 111 is arranged at a standardized distance D from the tip of the mask pattern 2. The sa-sb curve shown in FIG. 10 shows a case where the normalized dimension D = 1.3 and a case where D = 4.355 in the arrangement shown in FIG. The solid line shows the case where D = 1.3, and the broken line shows the case where D = 4.355.
[0042]
As can be seen from these two sa-sb curves, the amount of deviation between the two curves only corresponds to shortening of about ± 3 nm. Therefore, it can be seen that the optical proximity effect from another pattern 111 located at a position where the standardized dimension D is separated from the main pattern 3 by about 1.3 or more may be almost ignored. Although not shown in the sa-sb curve, when another pattern 111 exists at a position where the standardized dimension D is closer than 1.3, an error that cannot be ignored is present as compared with the case where the other pattern 111 does not exist. Therefore, it is necessary to perform correction based on the presence of another pattern 111.
[0043]
As described above, the sa-sb curves as shown in FIGS. 3 to 8 and 10 are incorporated in the auxiliary pattern dimension calculation program 21 as a data table. That is, k ₁ A data table in which a simulation is performed using values, light source shapes, and mask types as parameters is incorporated. The sa-sb curves shown in FIGS. 3 to 8 and 10 are the results of calculations based on the aerial image. In addition, calculation models considering development in the aerial image calculation and semiconductor processes such as etching. Can be combined. Further, a data table to which various detailed conditions are further added can be incorporated.
[0044]
Next, the flow of the actual auxiliary pattern dimension calculation program 21 will be described based on the data table created as described above.
As shown in FIG. 2, first, various parameters necessary for performing a pattern design are input. The parameters to be input include the exposure wavelength λ of the exposure light source, the numerical aperture NA of the projection lens, the illumination conditions such as the outer radius σ and the inner radius ε of the aperture stop, the line width W ′ of the gate pattern to be formed, for example, a Cr mask, The type of mask to be used, such as a halftone mask, and the shape of the auxiliary pattern are input (211). Then, based on this input parameter, k ₁ A value is calculated (212). k ₁ = W ′ / (λ / NA) can be obtained from the input parameters.
[0045]
Then, this determined k ₁ A data table is selected based on the values and the input parameters. Various data tables are prepared based on the σ value, the ε value, the pattern line width, the mask type, and the shape of the auxiliary pattern among the input parameters, and an optimal design data is selected from the plurality of data tables. .
[0046]
Since the data table thus selected is represented by the sa-sb relationship as shown in FIGS. 3 to 8 and FIG. 10, the optimum sb value when a certain sa value is selected is extracted. can do. Next, the size units of the extracted sa and sb values are converted (214). This is because these sa and sb values are standardized dimension values, and therefore need to be converted into dimension values to be actually added to the mask pattern 2. The conversion of the dimensional unit is performed by a conversion formula of sa ′ = sa × (λ / na) and sb ′ = sb × (λ / na). As a result, the dimension values sa ′ and sb ′ of the auxiliary pattern converted on the wafer are obtained. The sa ′ (μm) and sb ′ (μm) thus determined are output to the auxiliary pattern automatic generation program 22 (215).
[0047]
The auxiliary pattern automatic generation program 22 first extracts a main pattern 3 having a line width W 'from the patterns constituting the mask pattern 2 (221). The extracted line width W 'of the main pattern 3 has already been subjected to the one-dimensional optical proximity effect correction. Then, it is determined whether another pattern 111 other than the design pattern 1 exists between the tip of the main pattern 3 and the position at a distance of the normalized dimension D = 1.3 (222).
[0048]
If another pattern does not exist, a mask pattern 2 to which the auxiliary pattern dimension values sa ′ and sb ′ output from the auxiliary pattern dimension calculation program 21 are added is generated. Specifically, for example, when the auxiliary pattern shape is a square as shown in FIG. 1B, the portion from the tip of the main pattern 3 to sb ′ (μm) is a line width of W ′ + 2 × sa ′ (μm). (223).
[0049]
If another pattern exists, it is determined that the pattern is dependent on the standardized dimension D (224), and the process returns to the auxiliary pattern dimension calculation program 21 again, and another rectangle is formed between the leading end of the main pattern 3 and the standardized dimension D. Is added and a data table is selected again (213). In this case, it is necessary to prepare a data table depending on the standardized dimension D in the same manner as shown in FIGS. 3 to 8 and FIG. An auxiliary pattern is added again by the auxiliary pattern automatic generation program 22 based on the data table selected again.
[0050]
An auxiliary pattern was added to the main pattern 3 on the design data according to such an algorithm, and a photomask was created based on the designed mask pattern data. Further, as a result of performing exposure under the above-mentioned input exposure conditions and measuring the finished resist dimensions, the resist pattern is finished as desired with respect to the design pattern 1 and almost no shorting is observed. The significance of the photomask making method was found.
[0051]
As described above, according to the present embodiment, the mask pattern 2 is designed based on the data table obtained in advance, and even when the light source wavelength λ, the numerical aperture NA of the projection lens, and the line width W ′ are different, Even when the pattern pitch is different, and even when another pattern exists at a position separated from the main pattern by a normalized dimension D = 1.3 or more, the same k ₁ Since the auxiliary pattern 4 or 94 can be added based on a data table having a value, the data processing time required for design can be reduced. In addition, programs that provide various data tables can flexibly respond to changes in design patterns, lighting conditions, etc., and can process enormous data in a very short time. Can be realized.
[0052]
(2nd Embodiment)
FIG. 12 is a diagram for explaining a mask pattern designing method according to the second embodiment of the present invention. The sa-sb curve in FIG. 4 is obtained by the least square method using a hyperbolic function form of sa × sb = A. Fitted. This embodiment is different from the first embodiment in the data table and the parameters to be normalized, and the other parts are common. Therefore, the description of the common parts will be omitted.
[0053]
As shown in FIG. 12, it can be seen that the shape of the sa-sb curve obtained from FIG. 4 can be approximately approximated by a hyperbolic function. Therefore k ₁ If the constant A of the hyperbolic function, that is, the area amount A (hereinafter, referred to as the normalized area amount) expressed by the product of the normalized dimensions of the auxiliary pattern is determined in advance in accordance with the value, the auxiliary pattern 4 or A size of 94 can be envisaged.
[0054]
FIG. ₁ The value indicates the normalized area amount A of the auxiliary pattern 4 or 94 when the leading end is desirably finished. The horizontal axis is k ₁ The vertical axis indicates the normalized area amount A. As can be seen from FIG. ₁ The larger the value, the smaller the area of the auxiliary pattern 4 or 94 to be added.
[0055]
FIG. 14 shows an auxiliary pattern dimension calculation program used in the mask pattern designing method according to the present embodiment. This auxiliary pattern size calculation program 41 corresponds to the auxiliary pattern size calculation program 21 shown in FIG. 2 according to the first embodiment, and the auxiliary pattern automatic generation program 22 is omitted because it is common to the first embodiment. . As in the first embodiment, first, input parameters such as λ, NA, σ value, ε value are input, and k ₁ The process up to the point where the value is calculated is the same as in the first embodiment (311, 312). Then, the obtained k ₁ A data table is selected based on the value (313). The prepared data table is prepared as shown in FIG. ₁ The standardized area amount A is uniquely determined according to the value. By selecting this data table, a standardized area amount A that eliminates pattern shorting is determined. Then, the dimension unit of the determined standardized area amount A is converted and the auxiliary pattern area amount A ′ = A × (λ / NA) converted on the wafer. ² Is calculated (314). Then, the area amount A 'is output to the auxiliary pattern automatic generation program 22 (315).
[0056]
In this manner, by defining the size of the auxiliary pattern 4 or 94 by the normalized area A, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and the data table can be simplified, so that the correction time can be reduced. Become.
[0057]
In the present embodiment, the normalized area A is defined for the sa-sb curve obtained in FIG. 4, but if the defined area A is defined for the data tables of the other embodiments, the pattern design can be similarly performed. Can be simplified. Further, the fitting method may be another method.
[0058]
Further, the present invention is not limited to the first and second embodiments. The mask pattern 2 is not necessarily limited to a gate pattern, and can be applied to, for example, a method of designing a pattern used when patterning an element region and a metal wiring layer. The mask type is not limited to the Cr mask and the halftone mask, but may be any mask such as a phase shift mask that can transfer the above-mentioned pattern. Further, even when the shape of the transfer pattern changes due to a parameter different from the input parameter, the present invention can be similarly applied by preparing a data table depending on a parameter that causes a change in the transfer pattern.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the optimal auxiliary pattern size is determined based on the standardized dimension values sa and sb or the standardized area amount A prepared in advance according to the standardized line width W of the main pattern. . That is, even when the exposure wavelength λ, the numerical aperture NA, and the line width W ′ are different, the standardized dimensions sa and sb or the standardized area amount A are uniquely determined, so that an optimal auxiliary pattern is added to the main pattern. Immense processing and time can be shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing a design pattern and a mask pattern according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exemplary view showing an algorithm of a mask pattern designing method in the embodiment.
FIG. 3 is a view showing the pattern pitch dependency of a sa-sb curve.
FIG. 4 is a diagram showing the k1 value dependence of a sa-sb curve.
FIG. 5 shows k of the sa-sb curve when the inner radius of the aperture stop is fixed at σ = 0.75. ₁ The figure which shows a value dependency.
FIG. 6 shows k of the sa-sb curve when the inner radius of the aperture stop is fixed at σ = 0.60. ₁ The figure which shows a value dependency.
FIG. 7 is a diagram showing sa-sb curves when a halftone mask is used.
FIG. 8 is a diagram showing a sa-sb curve when the auxiliary pattern shape is a triangle.
FIG. 9 is a plan view of a mask pattern when an auxiliary pattern shape is a triangle.
FIG. 10 is a diagram showing a sa-sb curve in a case where another pattern exists at a position away from the tip of the pattern by a standardized dimension D.
FIG. 11 is a plan view of a design pattern in the case where another pattern exists at a position away from the tip of the pattern by a standardized dimension D.
12 is a diagram showing a result of fitting the sa-sb curve of FIG. 4 using a hyperbolic function system of sa × sb = A.
FIG. 13 is a view showing a data table according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view showing an auxiliary pattern size calculation program in the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Design pattern
2,92 mask pattern
3 main patterns
4,92 auxiliary pattern
21 Auxiliary pattern dimension calculation program
22 Auxiliary pattern automatic generation program
111 different patterns

Claims

A mask pattern design method for designing a photomask pattern having a light source having an exposure wavelength λ and transferring a design pattern having a line width W ″ onto a wafer by a projection exposure apparatus having a numerical aperture NA of a projection lens,
Assuming that a line width of the main pattern corresponding to the design pattern as a mask pattern on the wafer is W ′, a normalized line width W standardized by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA is used as the mask pattern. = W ′ / (λ / NA) based on the relationship between the standardized line width direction dimension value sa and the standardized line length direction dimension value sb, which are determined in advance so that the pattern tip position after transfer is finished as desired. And adding an auxiliary pattern generated to change sb ′ = sb × λ / NA from the tip of the main pattern on the wafer to sb ′ = sb × λ / NA on the wafer by sa ′ = sa × λ / NA. Characteristic mask pattern design method.

A mask pattern design method for designing a photomask pattern having a light source having an exposure wavelength λ and transferring a design pattern having a line width W ″ onto a wafer by a projection exposure apparatus having a numerical aperture NA of a projection lens,
As the mask pattern, assuming that the line width of the main pattern converted on the wafer is W ′ on the side surface of the leading end of the main pattern corresponding to the design pattern, a standard standardized by the exposure wavelength λ and the numerical aperture NA. The area converted on the wafer based on the standardized area amount A of the auxiliary pattern, which is predetermined so that the pattern tip position after transfer is finished as desired according to the modified line width W = W ′ / (λ / NA) A mask pattern designing method characterized by adding an auxiliary pattern of an amount A ′ = A × (λ / NA) ² .

The relationship between the standardized line width direction dimension value sa and the standardized line length direction dimension value sb or the standardized area amount A is determined in advance in accordance with the standardized line width W = W ′ / (λ / NA). 3. The mask pattern designing method according to claim 1, wherein the auxiliary pattern is stored as data, and the auxiliary pattern is automatically generated by graphic processing on the mask pattern data.

The dimension value sa in the line width direction and the dimension value sb in the line width direction of the auxiliary pattern or the normalized area amount A are, together with the normalized line width W, the shape of the light source of the illumination optical system of the projection exposure apparatus and the mask. The method according to claim 1, wherein the method is further determined according to the type.