JP3853731B2 - フォトマスクのパターン補正方法およびそれにより補正されたフォトマスク - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造プロセスの一つであるリソグラフィ工程において半導体素子等のパターン露光により所望のフォトレジストパターンを形成するために用いられるフォトマスクのパターン補正方法およびそれにより補正されたフォトマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスである一つのリソグラフィ工程においては、可視光線、紫外線、電子線等の各種エネルギー線を、所望のパターンを有するフォトマスクを通して被露光体に照射し、該被露光体を露光することにより、所望のパターンを被露光体上に転写することが行なわれている。
【０００３】
近年、半導体素子の微細化および高集積化が進むにつれ、リソグラフィ技術においては、最小描画寸法を０．１μｍ以下にすることを目指し、露光波長と同程度或いはそれ以下の加工寸法での超解像リソグラフィ技術の実用化が進められている。
【０００４】
パターン露光の解像度の実用限界は各種要因によって定まるが、近年のパターンの微細化により、光近接効果が、解像限界を支配する大きな要因の一つとなっている。近接効果とは、あるパターンに対して、それに近接するパターンからの光などの照射エネルギーの干渉効果が問題となることを言い、これには同一パターン内での干渉による転写パターンの変形も含まれる。
【０００５】
従来のリソグラフィ工程においては、転写パターンのサイズが照射光の波長と比べて十分大きかったため、近接効果が問題となるには至らなかったが、超解像リソグラフィ技術においては、この近接効果現象が大きな問題となっている。
【０００６】
転写パターンのサイズが露光波長と同程度或いはそれ以下であると、近接効果現象やフォトレジスト現像時の端部後退及びパターン変形現象によってフォトマスクのパターンとフォトレジスト上に転写されたパターンとの間に線幅や形状の差異が生じる。
【０００７】
このため、超解像フォトリソグラフィ技術においては、所望のパターンを有するフォトレジストを形成するために、光近接効果等による転写の際の変形を正確に見積もってフォトマスクのパターンを補正することが、重要な技術の一つとなっている。これは、相互作用の大きい電子線やその他の各種エネルギー線を用いたリソグラフィ技術においても同様である。
【０００８】
これまでに、光近接効果を正確に見積もってフォトマスクのパターンを補正するためのさまざまな試みが行われており、例えば、特開平２−１８９９１３号公報には、フォトマスクパターンを補正して光近接効果に対応する方法が開示されている。
【０００９】
これは、半導体素子のレベルでの改善例であるが、実際にはチップレベルでの広い領域（十数ｍｍ角程度）での補正が必要となる。
【００１０】
チップレベル、ブロックレベルでの補正例としては、S. Miyama, K. Yamamoto,et al., “ Large area optical proximity correction with a combination of rule-based and simulation-based methods”, Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996/12) p.p.6370-6373 がある。この従来例の、近接効果に対する補正を行う手順を、図１３のフローチャートと、図１４および図１５とを参照して説明する。これによれば、まず、図１４に示すフォトマスクのパターンから投影像の光強度分布を求め、光近接効果に対する補正の対象となるクリティカルなエッジ（パターンの開口端或いは遮光端）を抽出する（Ｓ４１・Ｓ４２）。図１４において、着色部分は遮光部分を示し、白抜き部分は開口部分を示す。また、図１４においては、クリティカルなエッジを、太幅の破線で示している。次に、このクリティカルなエッジにおける補正量を評価するのに適切なあるポイントを補正ポイントに決め、この補正ポイントにおける１Ｄ（一次元）コンテキストを調べる（Ｓ４３）。即ち、図１４に示す矢印上の補正ポイント（例えば、図１４に×印で示す補正ポイント）の２値判定を行い、開口部分を「０」、遮光部分を「１」で表したビットマップデータである１Ｄコンテキストを求める。そして、求めた１Ｄコンテキストが、予め準備されている図１５に示す補正テーブルの中の１Ｄコンテキストと一致するかどうかを判別し（Ｓ４４）、一致する場合は、補正テーブルを参照して補正量を定め、フォトマスクのパターンの該当する部分をこの補正量で補正する（Ｓ４７）。尚、図１５の破線は、補正ポイントを示している。一方、求めた１Ｄコンテキストと同じものが補正テーブル中に見つからない場合は、該１Ｄコンテキストに合った補正量をシミュレーションにて算出し（Ｓ４５）、該１ＤコンテキストとＳ４５で求めた補正量を、上記の補正テーブルに追加し、補正テーブルを更新する（Ｓ４６）。次に、補正ポイントをクリティカルなエッジにおける補正量を評価するのに適切な他のポイントに変更し（Ｓ４３）、更新した補正テーブルを参照して補正量を定め、上記と同様にフォトマスクのパターンの該当する部分をこの補正量で補正する（Ｓ４７）。上記Ｓ４３〜Ｓ４７までの手順を、Ｓ４２で抽出したエッジにおける全ての補正ポイントで補正が終了するまで繰り返し行い（Ｓ４８）、全ての補正が終了したならば、処理を終了する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例におけるフォトマスクのパターン補正方法では、投影像の光強度分布からコントラストや光強度勾配等を求め、目標とするパターン寸法に対してクリティカルなエッジを求め、フォトレジスト内の光近接効果に対する補正を行っている。
【００１２】
即ち、上記従来例のパターン補正方法では、光近接効果に対する補正とともに、（ポジ型フォトレジストでは）フォトマスクの開口パターン密度が高い領域で発生するフォトレジスト現像時のフォトレジスト端部後退及びパターン変形や、フォトレジストの下地段差によるフォトレジストの線幅シフト等に関わるクリティカルなパターン領域を抽出して、これらフォトレジストの現像および下地段差に対する補正を行うことができない。
【００１３】
その結果、フォトレジストの端部後退及びパターン変形や線幅シフトによって、フォトレジストのパターンが所望のパターンからずれる。つまり、上記従来例のパターン補正方法は、高精度の補正を行うことができないという問題点を有している。
【００１４】
その上、上記従来例のパターン補正方法では、投影光光学像のシミュレーションと、フォトレジスト露光及び現像のシミュレーションによる計算及び補正テーブルの作成とを、補正が必要な全ての領域について行わなければならない。そのため、前もって多くの測定データが必要な上、正確な計算のためには多大な計算時間が必要となり、補正を高速に行うことができない。
【００１５】
また、これら従来例のフォトマスクのパターン補正方法では、光近接効果を見積もるのに、必要以上に広い領域でシミュレーション及び評価を行わなければならない。そのため、作業および手間が必要以上にかかり、作業の効率化やフォトマスクパターン補正の自動化の妨げとなっていた。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、フォトマスクのパターンを高精度かつ高速に補正できるフォトマスクのパターン補正方法およびそれにより補正されたフォトマスクを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、上記の課題を解決するために、
フォトマスク描画装置により加工されたフォトマスクを通してフォトレジストを露光装置により露光することにより設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成するために用いられるフォトマスクのパターンを補正する方法であって、近接効果有効領域を求めるための所定値を露光装置の露光波長、開口数、およびコヒーレントファクターと、フォトマスク描画装置の最小描画寸法とに基づいて求め、フォトマスクのエッジからの距離が上記所定値以下である領域を光近接効果有効領域として決定し、該光近接効果有効領域で、各フォトマスクのパターンデータについて、フォトマスクの全領域をメッシュ領域に分割して、各メッシュ領域ごとに開口パターン密度を求め、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である場合にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対するパターン補正を行うことを特徴としている。
【００１８】
上記方法によれば、微細なフォトマスクのパターニングにおいて問題となる光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等、物理的および化学的な原因によるフォトマスクパターンの寸法ずれを効率良く正確に補正することができ、光近接効果補正を含むフォトマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができる。
【００１９】
また、上記方法によれば、半導体製造工程のある工程に使用するフォトマスクの開口パターン密度を光近接効果有効領域で求め、開口パターン密度と閾値との比較に基づいてフォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行うか否かを決定し、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である領域にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行う。これにより、フォトマスクパターン補正作業をさらに効率化でき、処理時間を短縮できる。
【００２０】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、上記の課題を解決するために、上記のフォトマスクのパターン補正方法において、上記閾値が、γ値を含むフォトレジストの露光感度特性より求めたものであることを特徴としている。
【００２１】
ところで、γ値が十分大きければ、ある露光量でフォトレジストが現像されるため、光強度の閾値で現像後のフォトレジスト形状をほぼ求めることができる。しかし、γ値が小さい場合、露光量の大きさと勾配（分布）とに依存して現像後のフォトレジスト形状に寸法シフトが生じる。このため、γ値が小さいほど、フォトレジスト現像時の寸法シフトが起こる領域が大きくなる。
【００２２】
そこで、上記の方法では、γ値を含むフォトレジストの露光感度特性より求めた閾値に基づいてフォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行う領域を決定している。これにより、フォトレジストの露光感度特性に係わらず、フォトマスクパターンを効率良く正確に補正することができる。
【００２３】
本発明のフォトマスクは、上記のパターン補正方法によりパターン補正されたものであることを特徴としている。
【００２４】
上記構成によれば、光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等の寸法ずれが生じる場合でも設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成することが可能なフォトマスクを提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１ないし図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２６】
尚、本明細書においては、フォトレジストの現像時の端部後退現象及びパターン変形に対する補正を、フォトレジスト端部現像補正、あるいは、単に現像補正と称する。また、本明細書においては、フォトレジストの下地における光学的段差（例えば、アルミニウム配線）による光近接効果に対する補正を下地段差補正と称する。さらに、本明細書においては、１枚のフォトレジスト内における図形間あるいは図形内の光近接効果に対する補正を、適宜、単に光近接効果補正と称する。
【００２７】
まず、本発明にかかるフォトマスクのパターン補正装置について説明する。図４に示すように、本発明にかかるパターン補正装置１は、パターンデータ入力部２、パターン密度演算部３、現像補正領域抽出部４、現像補正部５、下地段差判定部６、下地段差補正領域抽出部（下地補正領域抽出部）７、下地段差補正部８、光近接効果補正部９、および誤差判定部１０を備えている。
【００２８】
次に、本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法について、図１、図２、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法では、まず、半導体装置の製造工程に用いる全フォトマスクのパターンデータ（レイアウトデータ）をパターン補正装置１のパターンデータ入力部２に入力する（Ｓ１）。
【００３０】
このパターンデータは、目標とするフォトレジストのパターンに対応するフォトマスクのパターンのレイアウトを表すデータである。また、このパターンデータは、チップレベルないしブロックレベルのパターンを表すデータである。さらに、このパターンデータは、フォトレジストの下地となるＬＳＩ(Large Scale Integrated Circuit)の構造や材質等を示す下地構造及び材質データも含んでいる。
【００３１】
次に、パターンデータ入力部２に入力されたパターンデータは、光近接効果補正部９に送られる。光近接効果補正部９は、パターンデータに対してフォトレジスト内の光近接効果に対する補正を行い（Ｓ２）、補正後のパターンデータを下地段差判定部６および下地段差補正領域抽出部７へ出力する。
【００３２】
次に、下地段差判定部６は、入力されたパターンデータに含まれる下地構造（階層構造）及び材質のデータを基にしてフォトレジストの下地構造及び材質を調べ、各フォトレジストにおける光学的下地段差（以下、単に下地段差と称する）の有無を調べる（Ｓ３）。つまり、そのフォトマスクによって形成しようとしているフォトレジストの１つ前の層のデータ、即ち、幾何的にフォトレジストの下層となる層の構造データを取り出し、図８の矢印で示すようなフォトレジストの線幅シフトを招く下地段差が存在するか否かを判定する。例えば、フォトレジストの下層がアルミニウム等の光反射率の高い材質である場合には、下地段差が存在すると判定される。
【００３３】
尚、図８において、１１はフォトマスク、１１ａはＣｒ遮光部、１１ｂは透光部、１２はポジ型フォトレジスト、１２ａは露光部、１２ｂは非露光部、１３はアルミニウム線、１４は酸化膜、１５は空気層を表す。
【００３４】
そして、下地段差判定部６によって下地段差が存在すると判定された場合には、下地段差補正領域抽出部７は、その判定結果に基づいて、パターンデータにおける各フォトマスクの全領域から下地段差による近接効果有効領域を下地段差補正の必要な領域として抽出する（Ｓ４）。一方、下地段差判定部６によって下地段差が存在しないと判定された場合には、下地段差補正領域抽出部７は、下地段差補正を行わずにパターンデータをそのままパターン密度演算部３および現像補正領域抽出部４へ送る。
【００３５】
下地段差による近接効果有効領域は、光学的下地段差からの距離が所定値以下の領域、例えば、光学的下地段差からの水平パターン間距離が２λ／ＮＡ以下の領域として求められる。図８に示す例では、図８（ａ）に矢印で示す位置が、下地段差による近接効果が最大となる位置であり、破線で示す領域が、下地段差による近接効果が顕著な領域である。
【００３６】
次いで、下地段差補正部８は、あらかじめ準備した付近の下地段差データから、近接する下地段差による近接効果有効領域内のフォトマスク寸法の補正量（シフト量）を、ルールまたはシミュレーションによって求め、近接効果有効領域のみに上記補正量で下地段差補正を行い（Ｓ５）、処理後のパターンデータをパターン密度演算部３および現像補正領域抽出部４へ送る。
【００３７】
下地段差補正は、下地段差の影響で下地に近接するフォトレジストパターン端部の光の当たり方が下地のない部分と異なってしまうためにパターンの形状が歪む影響を、フォトマスクのパターンデータにフィードバックさせる形で補正を行うものである。
【００３８】
下地段差補正は、例えば、次の手順で行われる。即ち、前もって異なる層（特に下層）からの光学的近接効果を見積もり、パターンを表すデータと下地段差に対する補正量との関係を下地段差補正のデータベース（テーブル）として作成しておく。データベースの内容の一例を、図９に示す。
【００３９】
図９において、左側の０／１列は、下地段差補正が必要な領域を表すデータであり、「０」はＸ−Ｙ座標における下地段差補正が不要な位置を表し、「１」はＸ−Ｙ座標における下地段差補正が必要な位置を表す。また、図９における右側の数値（０．０５）は、線幅シフト量（単位はμｍ）を示す。
【００４０】
そして、まず、パターンデータにおける各フォトマスクのパターンが、データベースの中にあるかを判定し（Ｓ３１）、データベースの中にある場合には、データベースに基づいて下地段差補正を行う（Ｓ３２）。一方、パターンがデータベースの中にない場合には、下地段差を考慮した露光シミュレーションに基づく下地段差補正を行い（Ｓ３３）、シミュレーション結果に基づいてデータベースの更新を行う（Ｓ３４）。
【００４１】
そして、パターン密度演算部３は、入力されたパターンデータにおける各フォトマスク（各層）の全領域の各開口パターン（または遮光パターン）を、矩形または三角形の多数のメッシュ領域に分割し、それらのメッシュ領域の１つを設定して（Ｓ６）、該メッシュ領域の周辺の開口パターン（または遮光パターン）密度を演算する（Ｓ７）。
【００４２】
上記のメッシュ領域のサイズは、ｋλ／４ＮＡ角以下であることが望ましい。ここで、ｋはパラメータであり、例えば、あるプロセスでは０．４〜１．０に設定される。また、λは露光波長である。さらに、ＮＡは、開口数であり、例えば、ある半導体装置では０．４〜０．７である。
【００４３】
図５に示すＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) のゲート−ポリシリコンの目標パターンを形成しようとする場合には、図５の開口パターンが、例えば、図６に示すように０．０６２５μｍ角の矩形のメッシュ領域に分割される。尚、図５は、目標とするフォトレジストのパターンに対応する補正前のフォトマスクのパターンを表す図であり、着色部分は透光部（開口パターン）を示す。
【００４４】
パターン密度演算部３における開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖの演算は、例えば、次式（１）
【００４５】
【数１】
【００４６】
によって行われる。
【００４７】
上記式（１）において、Ωは開口パターン密度計算領域、ｉ（ｘ* ，ｙ* ）は開口パターン密度計算領域Ω内の任意のメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）における光強度の値、Ｄｓは開口パターン密度計算領域Ω内の全露光量、Δ（ｘ，ｙ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）の面積、ｒ（ｘ−ｘ*，ｙ−ｙ* ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）とメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）との間の距離である。また、開口パターン密度計算領域Ωは、開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）から所定距離以内の範囲に設定される。
【００４８】
尚、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖの演算式として、式（１）の代わりに、次式（２）
【００４９】
【数２】
【００５０】
を用いてもよいが、式（１）の方が、好ましい。
【００５１】
上記式（２）において、Ωは開口パターン密度計算領域、ｉ（ｘ* ，ｙ* ）は、開口パターン密度計算領域Ω内の任意のメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）における光強度の値、Ｄｓは開口パターン密度計算領域Ω内の全露光量、Δ（ｘ，ｙ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）の面積である。式（２）中のＥｒｆ（ｘ−ｘ* ，ｙ−ｙ* ）は、次式（３）
【００５２】
【数３】
【００５３】
で表される誤差関数である。
【００５４】
式（３）におけるｒは、開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）とメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）との間の距離であり、次式（４）
【００５５】
【数４】
【００５６】
で表される。
【００５７】
次いで、パターン密度演算部３で演算された開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖは、パターンデータとともに、現像補正領域抽出部４に入力される。現像補正領域抽出部４は、開口パターン密度Ｅｅｎｖと予め設定されているレジストの露光により得られる感度特性に依存した閾値αとを比較し（Ｓ８）、これらが次式（５）
Ｅｅｎｖ≧α・・・（５）
を満たしているか否かを判定する（Ｓ９）。
【００５８】
但し、閾値αは、常に特定の値に定められるのではなく、フォトマスクのパターンやフォトレジストの露光感度特性やプロセスによって適宜決定される値であり、実用上は段階的に値を変更することにより、フォトレジスト現像時の端部後退やパターン変形に対する評価レベルを調整することができる。
【００５９】
そして、現像補正領域抽出部４は、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖが式（５）を満たしている場合には、その開口メッシュ領域をフォトレジスト端部現像補正が必要な現像補正領域と判定し、現像補正部５に入力する。
【００６０】
フォトレジスト端部現像補正が必要な領域は、同一層におけるライン（遮光部）端部や角部及びスペース（透光部）端部、及びコンタクト等の領域である。ポジ型レジストでは、Ｅｅｎｖが閾値α以上のライン端部の領域、例えば、パターンの端部が、パターンによる露光密度が高く現像時における線幅シフト量が顕著であるため、現像補正領域と判定される。例えば、図５に示す目標パターンでは（但し、レジスト残しの場合）、図７において破線の○印で囲んだゲート−ポリシリコンのＬ字長辺端部が、現像補正領域と判定される。また、αの値を下げれば、Ｌ字角部も現像補正領域と判定される。
【００６１】
続いて、その開口メッシュ領域は、現像補正部５において、フォトレジスト露光・現像のシミュレーションやフォトレジスト露光・現像の実測値から得られたデータベース等を利用して、フォトレジスト端部現像補正がなされる（Ｓ１０）。その後、開口メッシュ領域を補正された開口メッシュ領域に変更し（Ｓ６）、Ｓ７に戻る。
【００６２】
フォトレジスト端部現像補正は、具体的には、例えば、図２に示す手順で行われる。即ち、予め、フォトレジスト露光・現像のシミュレーションやフォトレジスト露光・現像の実測値から、パターンと最適な補正量との関係をデータベースとして作成しておく。
【００６３】
そして、まず、パターンデータにおける各フォトマスクのパターンが、データベースの中にあるかを判定し（Ｓ２１）、データベースの中にある場合には、データベースを参照して現像補正を行う（Ｓ２２）。一方、パターンがデータベースの中にない場合には、シミュレーションに基づく現像補正を行い（Ｓ２３）、シミュレーション結果に基づいてデータベースの更新を行う（Ｓ２４）。この場合、データベースのデータを追加するにあたっては、光強度だけでなく、フォトレジストの露光・現像のシミュレーション結果または実測データが必要である。
【００６４】
一方、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖが式（５）を満たしていない場合には、現像補正領域抽出部４は、その開口メッシュ領域がフォトレジスト端部現像補正を必要としない領域であると判定し、パターンデータを誤差判定部１０へ送るとともに、開口メッシュ領域を現像補正された開口メッシュ領域に変更し（Ｓ６）、Ｓ７に戻る。
【００６５】
上記Ｓ６〜Ｓ１０の手順を、全ての開口メッシュ領域の処理が終了するまで繰り返し行い（Ｓ１１）、処理後のパターンデータを誤差判定部１０へ送る。
【００６６】
このようにして、現像補正領域抽出部４において開口パターン密度によるフォトレジスト端部現像補正が必要となる現像補正領域の抽出が行われ、該現像補正領域についてのみフォトレジスト端部現像補正が行われる。
【００６７】
誤差判定部１０は、入力されたパターンデータとシュミレーション結果との誤差が所定値、例えば５％以下であるか否かを判定し（Ｓ１２）、誤差が所定値以下であれば補正後のパターンデータを出力して、補正を終了する。一方、誤差が所定値を越えている場合にはパターンデータを再び光近接効果補正部９へ送り、Ｓ２に戻る。そして、Ｓ２〜Ｓ１１の手順を誤差が所定値以下となるまで繰り返し行った後、補正後のパターンデータを出力して補正を終了する。
【００６８】
図７に示すパターンを表すパターンデータをパターン補正装置１で補正した場合に、出力されるパターンデータのパターンの一例（補正結果）を図１０に実線で示す。また、比較のために、投影光学像のみから求めた補正パターンの一例（補正結果）を図１１の実線で示す。図１０および図１１において、ハッチング部分は、フォトマスクの開口部を示し、破線は、図７に示す原型のパターンを示している。
【００６９】
図１０に示すパターンのフォトマスクを用いて作成したフォトレジストの実測結果を、図１２に示す。
【００７０】
このように、本発明のフォトマスクのパターン補正方法によれば、露光波長の数倍ないし同程度のパターニングにおいて問題となるフォトレジスト内の光近接効果、パターン密度とレジスト感度特性とに依存したレジスト現像時の端部後退及びパターン変形現象、加えて光学的な下地段差による光近接効果の全てに対して、フォトマスクのパターンを効率良くかつ大変高速に補正することができる。
【００７１】
また、以上のように、間接的には近接効果に関連しているが直接的に近接効果に関連しない補正領域を前もって抽出しておくことにより、全領域に対して一括して投影光学像（シミュレーション）の値に基づくフォトマスクの開口部の線幅の補正（フォトマスク内の光近接効果に対する補正）を行うことが可能となる。これは、チップレベルないしブロックレベルでの大規模領域におけるフォトマスクのパターンの自動補正においては、重要である。
【００７２】
これらにより、従来と比較して近接効果補正作業を大幅に軽減し、フォトマスクパターン補正作業を効率良く統一的に行うことができる。その結果、光近接効果を含むマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができ、また、チップレベルでのフォトマスクパターン補正技術を実用化することができる。
【００７３】
尚、本発明のフォトマスクのパターン補正方法およびパターン補正装置は、フォトマスクを用いて露光波長の数倍もしくはそれ以下の微細なフォトレジストパターンを露光・現像によってウェハ上に形成するのに、特に好適である。
【００７４】
上記では、ポジ型フォトレジストの場合について説明したが、ネガ型フォトレジストでは、式（５）における不等号を逆にした式を用いて判定を行う必要がある。
【００７５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図１６ないし図２０に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、まず、フォトマスクのレイアウトデータに含まれる複数の層のデータから補正対象となる層のデータを取り出し、該層データ上における開口（ないし遮光）パターンをｋλ／４ＮＡ角以下の矩形または三角形のメッシュ領域に分割し、各メッシュ領域についてフォトマスクのパターン補正を行う。メッシュ領域のサイズは、細かくしすぎると、計算量が増大するので、ｋλ／４ＮＡ角程度であることが望ましい。
【００７６】
ここで、ｋは、プロセス定数と呼ばれるパラメータであり、通常０．４〜１．０である。また、λは露光装置の露光波長であり、ＮＡは露光装置の開口数である。
【００７７】
実施の形態１の方法では、図６に示すように、補正計算の範囲を特に決めず、周囲のパターン（隣りのパターン）をメッシュに分割して、隣接の周囲のパターン全域について補正計算を行っていた。これに対し、本実施の形態の方法では、光近接効果有効領域内でのみ補正計算を行い、遠くのパターンは補正計算しない。
【００７８】
すなわち、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、露光装置の光学系パラメータである露光波長λ、開口数ＮＡ、およびコヒーレントファクターσと、フォトマスク描画装置における最小描画寸法δとに基づき、フォトマスクのエッジからの距離が所定値Ｌｅｆｆ以下である領域を光近接効果有効領域（光近接効果によるパターン変形の影響が大きい領域）として決定し、光近接効果有効領域内でのみ光近接効果に対するパターン補正、すなわち光近接効果補正を行う。これにより、フォトマスクパターンを効率良く正確に補正することができる。
【００７９】
また、ここで言う光近接効果補正とは、ＬＳＩのフォトマスクパターンがフォトレジストを露光した時の露光イメージ（光強度分布）に対してフォトマスクパターンを補正することを指している。フォトリソグラフィ工程におけるフォトレジストの露光時には開口部からの光の回り込みの影響が問題となるが、光近接効果補正では、なるべくその光の回り込みの影響を打ち消すようにフォトマスクパターンを補正する。
【００８０】
以下に、メッシュ領域および光近接効果有効領域を求める方法について、ＫｒＦレーザ露光装置（露光波長λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合を例にとって、具体的に説明する。
【００８１】
この場合、まず、メッシュ領域のサイズＳｍ（μｍ）は、以下のようにして求められる。すなわち、例えば、ＮＡ＝０．３５かつｋ＝０．７の場合には、
Ｓｍ＝ｋλ／４ＮＡ＝０．７×０．２４８／（４×０．３５）＝０．１２４
となる。また、ＮＡ＝０．４かつｋ＝０．７の場合には、
Ｓｍ＝ｋλ／４ＮＡ＝０．７×０．２４８／（４×０．４）＝０．１０８
となる。
【００８２】
光近接効果有効領域を求めるための所定値Ｌｅｆｆは、
（ａλ／ＮＡ）＋δ
（式中、ａは露光装置のコヒーレントファクターに応じて決定される正の係数、λは露光装置の露光波長、ＮＡは露光装置の開口数、δはフォトマスク描画装置の最小描画寸法を表す）によって求められる。
【００８３】
所定値Ｌｅｆｆは、より具体的には、０．１≦σ≦０．３のとき、
【００８４】
【数５】
【００８５】
０．３＜σ＜０．５のとき、
【００８６】
【数６】
【００８７】
０．５≦σのとき、
【００８８】
【数７】
【００８９】
で求められる。例えば、σ＝０．２、ＮＡ＝０．４、δ＝０．２μｍ、λ＝０．２４８μｍの場合、式（６）より、Ｌｅｆｆ＝０．８５５となる。
【００９０】
なお、σが０．１未満の露光装置については、現時点で存在せず、将来にも実現されそうにないため、考慮していない。また、式（６）〜（８）の式において、露光装置の光学系収差（球面収差）は、Ｌｅｆｆより十分小さいので、考慮していない。
【００９１】
式（６）〜（８）の各係数３√２／４、３√２／３、および３√２／２は、実測データより経験的に求めたものである。また、フォトマスク描画装置の最小描画寸法は、露光装置のコヒーレントファクター（位置合わせ精度）σによって異なるので、式（６）〜（８）のδ、δ’、およびδ”は、互いに異なる値である。
【００９２】
次に、光近接効果有効領域の具体例として、図１７に示すＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) セルのゲート電極のフォトマスクパターンにおける光近接効果有効領域を説明する。
【００９３】
ここで、被メッシュ領域を図１７に示す領域内とすれば、この領域におけるパターンエッジのメッシュ領域Ａに関する光近接効果補正の見積もりは、図１７に破線の円で示す光近接効果有効領域内にて行われる。この光近接効果有効領域は、フォトマスク上におけるメッシュ領域Ａを中心とする半径Ｌｅｆｆの領域として求められる。
【００９４】
ところで、図１８に示すように、露光量依存性（感度特性）を表す傾きγ（感度特性曲線の傾斜部の中心での傾き）が急峻なフォトレジストは、パターン依存性が低い。従って、このフォトレジストでは、他のパターンからの影響があっても寸法シフトは起こらないので、問題はない。
【００９５】
これに対し、露光量依存性（感度特性）を表す傾きγが比較的緩やかなフォトレジストは、周囲からのパターン依存性が高く、フォトレジスト現像時の寸法シフトが生じやすい。フォトレジストは、ある光量から感光し始め、ある光量以上で現像時に除去されるが、この傾きγが緩やかだと、少ない光量で感光し、膜が減少する。フォトレジストは、露光量（エネルギー）が少ない場合には、感光しないので、現像されずにそのまま残る。
【００９６】
なお、図１８において、ｄ０は現像前のポジ型フォトレジストの膜厚を表し、ｄは現像後のポジ型フォトレジストの膜厚を表す。従って、図１８のグラフの縦軸“ｄ／ｄ０”は、ポジ型フォトレジストの垂直方向の膜変化（膜厚変化）を表す。また、図１８において、塗布時の回転数は３，０００ｒｐｍであり、ポジ型フォトレジストの塗布後の膜厚は１０，２０５Åである。さらに、図１８には示していないが、ポジ型フォトレジストのパターン端部には、横方向の膜減少、つまり寸法シフトが生じる。
【００９７】
このようにγ値が小さいフォトレジストは、少しの光量でも感光するため、光近接効果以上にフォトレジスト現像時の寸法シフトが大きくなり、問題となる。そこで、このように現像時の寸法シフトが大きい場合には、光近接効果補正に加えて、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正、すなわちフォトレジスト現像補正も光近接効果有効領域内にて行う。なお、フォトレジスト現像補正とは、フォトレジストを露光し現像した後の形状に対してフォトマスクパターンを補正することを指す。
【００９８】
一方、フォトレジストの露光量依存性が急峻な場合、即ち、フォトレジストの感度特性を表すγ値（図１８に示すフォトレジストの感度特性曲線の傾斜部分の中心における傾き）が１０以上とかなり大きい場合、露光量の閾値モデルが良く成り立つため、フォトレジスト現像時の寸法シフトを考慮しなくても、光学像イメージに基づく光近接効果補正だけで十分な補正を行うことができる。したがって、図１８に示すようにフォトレジストの露光依存性が十分急峻な場合、つまり、傾きγが急峻である（大きい）場合は、フォトレジスト現像補正は不要である。
【００９９】
また、傾きが緩やかでγが１０未満と小さいときは、パターン密度Ｅｅｎｖを計算し、Ｅｅｎｖ≧αであるか否かによりフォトレジスト現像に対する補正が必要かどうかを判断する。傾きγが急峻だとα値が大きく、Ｅｅｎｖ＜αとなり、フォトレジスト現像に対する補正は不要となる。
【０１００】
よって、パターンにおけるＥｅｎｖ≧αの領域に対しては、光近接効果補正および現像補正の両方がなされ、Ｅｅｎｖ＜αの領域に対しては、光近接効果補正のみがなされる。現像補正は、既に光近接効果の補正が行われた領域に対してなされるので、現像補正が行われる領域は、必ず光近接効果補正が行われる。したがって、現像後の寸法シフトには、光近接効果も考慮されている。
【０１０１】
被メッシュ領域の周囲におけるパターン密度Ｅｅｎｖは、例えば、次の式（９）または式（１０）により概算される。
【０１０２】
【数８】
【０１０３】
ここで、ｉ（ｘ* 、ｙ* ）は投影光学像のシミュレーションにより規格化された光強度、Ωはパターン密度が計算される領域、Ｄｓは領域Ωの露光量、Δ（ｘ，ｙ）は任意の開口メッシュ領域の面積、ｒ（ｘ−ｘ* 、ｙ−ｙ* ）はメッシュ領域間の距離、Ｅｒｆは誤差関数(error function)である。
【０１０４】
これらの式のうち、式（９）が、単に統計的な意味で汎用される誤差関数を用いる式（１０）よりこのケースの光近接効果（物理）に良く当てはまり、より正確であるため、好ましい。
【０１０５】
ところで、γ値が大きい時、廻り込む光の量より多いある光量以上で現像されるので、廻り込む光ではフォトレジストが感光せず、現像しても膜厚は変化しない。γ値が小さいと、光量の少ない廻り込む光でもフォトレジストが感光するので、現像したときにフォトレジストの膜厚が減少する。このため、γ値が小さいほど、フォトレジスト現像時の寸法シフトが起こる領域が大きくなる。
【０１０６】
そこで、γ値やパターン密度Ｅｅｎｖが計算で求められるのに対し、閾値αは、フォトレジストの露光感度を表すγ値（図１８に示す曲線の勾配γ値）に応じて、実験データからの経験則によって決定される。すなわち、各プロセス条件（フォトレジストの種類、ベーク温度、現像時間等）において、パターン密度Ｅｅｎｖを種々に変え、現像時における寸法シフトがライン端部後退等で大きくなって補正が必要となる最小のパターン密度Ｅｅｎｖをα値として経験的に決定している。
【０１０７】
次に、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法を、図１６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、半導体装置の製造工程に用いるフォトマスクのパターンデータ（例えば、レイアウトデータ）を各層のデータ毎にパターン補正装置に入力する（Ｓ５１）。
【０１０８】
次に、フォトマスクのパターンデータは、パターン補正装置の光近接効果補正部に送られる。そして、光近接効果補正部で、クリティカルエッジの抽出が行われる（Ｓ５２）。クリティカルエッジとは、パターン補正が必要な領域、例えば、パターンの疎密が変動していて線幅（ないしはスペース）の補正が必要となる領域、後退が予想されセリフ(serif) 等の補助パターンが必要とされる細いライン端部または角部外側等である。また、セリフとは、パターンの角から突出するように設けられた小さな補助パターンである。
【０１０９】
次に、レイアウトパターンにおける抽出されたクリティカルエッジを、光近接効果有効領域を基準にして分割し、さらに各光近接効果有効領域毎に計算用のメッシュ領域を設定する（Ｓ５３）。
【０１１０】
次に、フォトマスクのパターンにおけるクリティカルな角（クリティカルエッジ）の１つについて、その角を中心とした半径Ｌｅｆｆの領域（光近接効果有効領域）内でその角がどの程度周囲の影響を受けているかを計算する。さらに、別の角または隣りのメッシュ領域（隣りの辺または隣りの角）を中心とした半径Ｌｅｆｆの領域（光近接効果有効領域）内でその角がどの程度周囲の影響を受けているかを計算する。このようにして、フォトマスクのパターンにおけるクリティカルな角の各々について、周囲の影響が順次計算される。また、Ｓ５３では、メッシュ領域を設定する前あるいは後にＬｅｆｆの算出および光近接効果有効領域の設定が行われる。
【０１１１】
次に、光近接効果補正計算を行う（Ｓ５４）。すなわち、光近接効果有効領域を基準にして、Ｓ５３にて設定されたメッシュ領域を用いてフォトマスクパターンの光学像を計算し、ターゲット寸法に対する誤差が大きい領域でパターンの補正を行う。
【０１１２】
なお、フォトマスクパターンの光学像は、フォトレジストがないとした場合の空間像（Ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ）、あるいは、フォトレジストが存在するとしてフォトレジストの特性である屈折率や吸収率などを考慮した場合の潜像（Ｌａｔｅｎｔ ｉｍａｇｅ）である。
【０１１３】
次に、フォトレジスト感度特性の判定を行う（Ｓ５５）。すなわち、所定のフォトリソグラフィ・プロセス条件におけるフォトレジスト感度特性より、フォトレジストの露光量依存性を評価し、フォトレジストのγ値が１０以上と十分大きい場合はＳ５９へ進み、フォトレジストのγ値が１０未満である場合はＳ５６へ進む。
【０１１４】
次に、光近接効果を評価する箇所について、前記式（９）あるいは式（１０）に基づいて光近接効果有効領域内で周囲のパターン密度を計算する（Ｓ５６）。
【０１１５】
次に、上記パターン密度計算で得られた周囲のパターン密度から、そのプロセスにおいて現像補正が必要かどうか判定する（Ｓ５７）。例えば、ポジ型のフォトレジストプロセス、例えば、ポジ型の化学増幅型（ＣＡ；Chemical Amplified）フォトレジストプロセスなら、パターン密度Ｅｅｎｖが所定値α以上の領域について現像補正を行う。一方、パターン密度Ｅｅｎｖがα未満の場合は、次のＳ５９に進む。なお、化学増幅型フォトレジストとは、露光により酸を発生し、その酸によって反応を起こすフォトレジストである。
【０１１６】
次に、フォトレジスト現像時における線幅シフト量を考慮したパターン補正（フォトレジスト現像補正）を行い（Ｓ５８）、ステップＳ５９に進む。
【０１１７】
次に、補正終了判定を行う（Ｓ５９）。すなわち、フォトマスク全体のパターン内でクリティカルな部分の全て、つまり、Ｓ５２のクリティカルエッジの抽出で抽出された全てのクリティカルエッジについて補正を行ったか確認する。そして、補正を行っていないクリティカルエッジがあれば、Ｓ５４に戻る。Ｓ５９からＳ５４に戻る場合、Ｓ５４における光近接効果補正は、前回の光近接効果補正と同一のＬｅｆｆを用いて行われる。最後に、Ｓ５２で抽出された全てのクリティカルエッジについてパターン補正を行ったら、作業を終了する。以上の方法により、例えば、フォトマスクパターンは図１９に示すパターンに補正される。
【０１１８】
補正時の光近接効果計算範囲（計算領域）の半径ｒ（μｍ）に対する補正精度（計算精度）および計算時間の変化を、本実施形態の方法と従来の方法との間で比較した結果を図２０に示す。図２０より、Ｌｅｆｆを用いる本実施形態の方法では、Ｌｅｆｆを用いない従来の方法と比較して計算時間が大きく短縮されていることが分かる。
【０１１９】
以上のように、本実施形態のフォトマスクのパターン補正方法では、Ｌｅｆｆを用いて光近接効果有効領域を定め、シミュレーションおよび実測データを元にフォトマスクパターンを補正し、周囲のパターン密度を計算して現像時寸法シフト領域を抽出する。これにより、従来の光近接効果補正作業を大幅に低減し、フォトマスクパターン補正作業を効率良く正確に行うことができる。
【０１２０】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について図２１に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、図２１に示すように、図１６のＳ５１と同様にしてパターンデータが入力された（Ｓ６１）後、所定値Ｌｅｆｆを用いて、全フォトマスクではなく問題となりそうな領域（パターン端部やパターンが密な領域）でメッシュ領域の設定を行う（Ｓ６２）。
【０１２１】
その後、Ｓ５４と同様にして、所定値Ｌｅｆｆを用いて光近接効果に対する補正を行う（Ｓ６３）。一方、図１のＳ３と同様にして下地段差の有無を判定する（Ｓ６４）。次いで、下地段差が存在しない場合には、Ｓ６７へ進む。下地段差が存在する場合には、Ｓ４と同様にして近接効果有効領域を下地構造による補正が必要な領域として抽出し（Ｓ６５）、Ｓ５と同様にして下地段差補正を行った（Ｓ６６）後に、Ｓ６７へ進む。
【０１２２】
その後のＳ６７〜Ｓ７１については、Ｓ５４〜５８と同様であるので、説明を省略する。Ｓ６７〜Ｓ７１の後、Ｓ１１と同様にして全てのメッシュ領域の処理が終了したかを判定し（Ｓ７２）、終了している場合には、Ｓ１２と同様にしてシミュレーション結果と目標パターンとの誤差が所定値以下であるかが判定される（Ｓ７３）。そして、誤差が所定値以下でなければ、Ｓ６３に戻り、誤差が所定値以下であれば、終了する。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、実施の形態２の方法に加えて近接効果有効領域に下地段差補正を行うので、フォトマスクパターンの寸法ずれをさらに正確に補正することができる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、以上のように、
フォトマスク描画装置により加工されたフォトマスクを通してフォトレジストを露光装置により露光することにより設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成するために用いられるフォトマスクのパターンを補正する方法であって、近接効果有効領域を求めるための所定値を露光装置の露光波長、開口数、およびコヒーレントファクターと、フォトマスク描画装置の最小描画寸法とに基づいて求め、フォトマスクのエッジからの距離が上記所定値以下である領域を光近接効果有効領域として決定し、該光近接効果有効領域で、各フォトマスクのパターンデータについて、フォトマスクの全領域をメッシュ領域に分割して、各メッシュ領域ごとに開口パターン密度を求め、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である場合にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対するパターン補正を行う方法である。
【０１２５】
これにより、微細なフォトマスクのパターニングにおいて問題となる光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等、物理的および化学的な原因によるフォトマスクパターンの寸法ずれを効率良く正確に補正することができ、光近接効果補正を含むフォトマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明のフォトマスクは、以上のように、上記パターン補正方法によりパターン補正されたものである。上記構成によれば、光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等の寸法ずれが生じる場合でも設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成することが可能なフォトマスクを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すパターン補正方法における現像補正の方法を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すパターン補正方法における下地段差補正の方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正装置の一例を示すブロック図である。
【図５】目標とするフォトレジストのパターンに対応するフォトマスクのパターンを示す図である。
【図６】フォトマスクのメッシュ領域分割例を示す図である。
【図７】図５に示すフォトマスクにおける現像補正領域を示す図である。
【図８】フォトレジストの下地段差による近接効果有効領域を示すための説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】図５に対応するフォトレジストの下地段差による線幅補正データベースの一例を示す説明図である。
【図１０】本発明のパターン補正方法で補正されたフォトマスクのパターンの一例を示す図である。
【図１１】投影光学像のみに基づいて補正されたフォトマスクのパターンの一例を示す図である。
【図１２】図１０に示すパターンのフォトマスクを用いて作成したフォトレジストを示す図である。
【図１３】従来のフォトマスクのパターン補正方法を示すフローチャートである。
【図１４】従来のフォトマスクのパターン補正方法を説明するための説明図である。
【図１５】上記従来のパターン補正方法に用いる補正テーブルを示す図である。
【図１６】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法の他の一例を示すフローチャートである。
【図１７】ＳＲＡＭセルのゲート電極のフォトマスクパターンを示す平面図である。
【図１８】あるポジ型フォトレジストの感度特性（露光量依存性）曲線を示すグラフである。
【図１９】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法により補正されたフォトマスクパターン一例を示す平面図である。
【図２０】本実施形態の方法および従来の方法における、光近接効果計算範囲の半径に対する補正精度および計算時間の変化を示すグラフである。
【図２１】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法のさらに他の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ パターン補正装置
２ パターンデータ入力部
３ パターン密度演算部
４ 現像補正領域抽出部
５ 現像補正部
６ 下地段差判定部
７ 下地段差補正領域抽出部（下地補正領域抽出部）
８ 下地段差補正部
９ 光近接効果補正部
１０ 誤差判定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造プロセスの一つであるリソグラフィ工程において半導体素子等のパターン露光により所望のフォトレジストパターンを形成するために用いられるフォトマスクのパターン補正方法およびそれにより補正されたフォトマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造プロセスである一つのリソグラフィ工程においては、可視光線、紫外線、電子線等の各種エネルギー線を、所望のパターンを有するフォトマスクを通して被露光体に照射し、該被露光体を露光することにより、所望のパターンを被露光体上に転写することが行なわれている。
【０００３】
近年、半導体素子の微細化および高集積化が進むにつれ、リソグラフィ技術においては、最小描画寸法を０．１μｍ以下にすることを目指し、露光波長と同程度或いはそれ以下の加工寸法での超解像リソグラフィ技術の実用化が進められている。
【０００４】
パターン露光の解像度の実用限界は各種要因によって定まるが、近年のパターンの微細化により、光近接効果が、解像限界を支配する大きな要因の一つとなっている。近接効果とは、あるパターンに対して、それに近接するパターンからの光などの照射エネルギーの干渉効果が問題となることを言い、これには同一パターン内での干渉による転写パターンの変形も含まれる。
【０００５】
従来のリソグラフィ工程においては、転写パターンのサイズが照射光の波長と比べて十分大きかったため、近接効果が問題となるには至らなかったが、超解像リソグラフィ技術においては、この近接効果現象が大きな問題となっている。
【０００６】
転写パターンのサイズが露光波長と同程度或いはそれ以下であると、近接効果現象やフォトレジスト現像時の端部後退及びパターン変形現象によってフォトマスクのパターンとフォトレジスト上に転写されたパターンとの間に線幅や形状の差異が生じる。
【０００７】
このため、超解像フォトリソグラフィ技術においては、所望のパターンを有するフォトレジストを形成するために、光近接効果等による転写の際の変形を正確に見積もってフォトマスクのパターンを補正することが、重要な技術の一つとなっている。これは、相互作用の大きい電子線やその他の各種エネルギー線を用いたリソグラフィ技術においても同様である。
【０００８】
これまでに、光近接効果を正確に見積もってフォトマスクのパターンを補正するためのさまざまな試みが行われており、例えば、特開平２−１８９９１３号公報には、フォトマスクパターンを補正して光近接効果に対応する方法が開示されている。
【０００９】
これは、半導体素子のレベルでの改善例であるが、実際にはチップレベルでの広い領域（十数ｍｍ角程度）での補正が必要となる。
【００１０】
チップレベル、ブロックレベルでの補正例としては、S. Miyama, K. Yamamoto,et al., “ Large area optical proximity correction with a combination of rule-based and simulation-based methods”, Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35(1996/12) p.p.6370-6373 がある。この従来例の、近接効果に対する補正を行う手順を、図１３のフローチャートと、図１４および図１５とを参照して説明する。これによれば、まず、図１４に示すフォトマスクのパターンから投影像の光強度分布を求め、光近接効果に対する補正の対象となるクリティカルなエッジ（パターンの開口端或いは遮光端）を抽出する（Ｓ４１・Ｓ４２）。図１４において、着色部分は遮光部分を示し、白抜き部分は開口部分を示す。また、図１４においては、クリティカルなエッジを、太幅の破線で示している。次に、このクリティカルなエッジにおける補正量を評価するのに適切なあるポイントを補正ポイントに決め、この補正ポイントにおける１Ｄ（一次元）コンテキストを調べる（Ｓ４３）。即ち、図１４に示す矢印上の補正ポイント（例えば、図１４に×印で示す補正ポイント）の２値判定を行い、開口部分を「０」、遮光部分を「１」で表したビットマップデータである１Ｄコンテキストを求める。そして、求めた１Ｄコンテキストが、予め準備されている図１５に示す補正テーブルの中の１Ｄコンテキストと一致するかどうかを判別し（Ｓ４４）、一致する場合は、補正テーブルを参照して補正量を定め、フォトマスクのパターンの該当する部分をこの補正量で補正する（Ｓ４７）。尚、図１５の破線は、補正ポイントを示している。一方、求めた１Ｄコンテキストと同じものが補正テーブル中に見つからない場合は、該１Ｄコンテキストに合った補正量をシミュレーションにて算出し（Ｓ４５）、該１ＤコンテキストとＳ４５で求めた補正量を、上記の補正テーブルに追加し、補正テーブルを更新する（Ｓ４６）。次に、補正ポイントをクリティカルなエッジにおける補正量を評価するのに適切な他のポイントに変更し（Ｓ４３）、更新した補正テーブルを参照して補正量を定め、上記と同様にフォトマスクのパターンの該当する部分をこの補正量で補正する（Ｓ４７）。上記Ｓ４３〜Ｓ４７までの手順を、Ｓ４２で抽出したエッジにおける全ての補正ポイントで補正が終了するまで繰り返し行い（Ｓ４８）、全ての補正が終了したならば、処理を終了する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例におけるフォトマスクのパターン補正方法では、投影像の光強度分布からコントラストや光強度勾配等を求め、目標とするパターン寸法に対してクリティカルなエッジを求め、フォトレジスト内の光近接効果に対する補正を行っている。
【００１２】
即ち、上記従来例のパターン補正方法では、光近接効果に対する補正とともに、（ポジ型フォトレジストでは）フォトマスクの開口パターン密度が高い領域で発生するフォトレジスト現像時のフォトレジスト端部後退及びパターン変形や、フォトレジストの下地段差によるフォトレジストの線幅シフト等に関わるクリティカルなパターン領域を抽出して、これらフォトレジストの現像および下地段差に対する補正を行うことができない。
【００１３】
その結果、フォトレジストの端部後退及びパターン変形や線幅シフトによって、フォトレジストのパターンが所望のパターンからずれる。つまり、上記従来例のパターン補正方法は、高精度の補正を行うことができないという問題点を有している。
【００１４】
その上、上記従来例のパターン補正方法では、投影光光学像のシミュレーションと、フォトレジスト露光及び現像のシミュレーションによる計算及び補正テーブルの作成とを、補正が必要な全ての領域について行わなければならない。そのため、前もって多くの測定データが必要な上、正確な計算のためには多大な計算時間が必要となり、補正を高速に行うことができない。
【００１５】
また、これら従来例のフォトマスクのパターン補正方法では、光近接効果を見積もるのに、必要以上に広い領域でシミュレーション及び評価を行わなければならない。そのため、作業および手間が必要以上にかかり、作業の効率化やフォトマスクパターン補正の自動化の妨げとなっていた。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、フォトマスクのパターンを高精度かつ高速に補正できるフォトマスクのパターン補正方法およびそれにより補正されたフォトマスクを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、上記の課題を解決するために、
フォトマスク描画装置により加工されたフォトマスクを通してフォトレジストを露光装置により露光することにより設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成するために用いられるフォトマスクのパターンを補正する方法であって、近接効果有効領域を求めるための所定値を露光装置の露光波長、開口数、およびコヒーレントファクターと、フォトマスク描画装置の最小描画寸法とに基づいて求め、フォトマスクのエッジからの距離が上記所定値以下である領域を光近接効果有効領域として決定し、該光近接効果有効領域で、各フォトマスクのパターンデータについて、フォトマスクの全領域をメッシュ領域に分割して、各メッシュ領域ごとに開口パターン密度を求め、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である場合にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対するパターン補正を行うことを特徴としている。
【００１８】
上記方法によれば、微細なフォトマスクのパターニングにおいて問題となる光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等、物理的および化学的な原因によるフォトマスクパターンの寸法ずれを効率良く正確に補正することができ、光近接効果補正を含むフォトマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができる。
【００１９】
また、上記方法によれば、半導体製造工程のある工程に使用するフォトマスクの開口パターン密度を光近接効果有効領域で求め、開口パターン密度と閾値との比較に基づいてフォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行うか否かを決定し、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である領域にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行う。これにより、フォトマスクパターン補正作業をさらに効率化でき、処理時間を短縮できる。
【００２０】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、上記の課題を解決するために、上記のフォトマスクのパターン補正方法において、上記閾値が、γ値を含むフォトレジストの露光感度特性より求めたものであることを特徴としている。
【００２１】
ところで、γ値が十分大きければ、ある露光量でフォトレジストが現像されるため、光強度の閾値で現像後のフォトレジスト形状をほぼ求めることができる。しかし、γ値が小さい場合、露光量の大きさと勾配（分布）とに依存して現像後のフォトレジスト形状に寸法シフトが生じる。このため、γ値が小さいほど、フォトレジスト現像時の寸法シフトが起こる領域が大きくなる。
【００２２】
そこで、上記の方法では、γ値を含むフォトレジストの露光感度特性より求めた閾値に基づいてフォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正を行う領域を決定している。これにより、フォトレジストの露光感度特性に係わらず、フォトマスクパターンを効率良く正確に補正することができる。
【００２３】
本発明のフォトマスクは、上記のパターン補正方法によりパターン補正されたものであることを特徴としている。
【００２４】
上記構成によれば、光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等の寸法ずれが生じる場合でも設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成することが可能なフォトマスクを提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１ないし図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２６】
尚、本明細書においては、フォトレジストの現像時の端部後退現象及びパターン変形に対する補正を、フォトレジスト端部現像補正、あるいは、単に現像補正と称する。また、本明細書においては、フォトレジストの下地における光学的段差（例えば、アルミニウム配線）による光近接効果に対する補正を下地段差補正と称する。さらに、本明細書においては、１枚のフォトレジスト内における図形間あるいは図形内の光近接効果に対する補正を、適宜、単に光近接効果補正と称する。
【００２７】
まず、本発明にかかるフォトマスクのパターン補正装置について説明する。図４に示すように、本発明にかかるパターン補正装置１は、パターンデータ入力部２、パターン密度演算部３、現像補正領域抽出部４、現像補正部５、下地段差判定部６、下地段差補正領域抽出部（下地補正領域抽出部）７、下地段差補正部８、光近接効果補正部９、および誤差判定部１０を備えている。
【００２８】
次に、本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法について、図１、図２、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法では、まず、半導体装置の製造工程に用いる全フォトマスクのパターンデータ（レイアウトデータ）をパターン補正装置１のパターンデータ入力部２に入力する（Ｓ１）。
【００３０】
このパターンデータは、目標とするフォトレジストのパターンに対応するフォトマスクのパターンのレイアウトを表すデータである。また、このパターンデータは、チップレベルないしブロックレベルのパターンを表すデータである。さらに、このパターンデータは、フォトレジストの下地となるＬＳＩ(Large Scale Integrated Circuit)の構造や材質等を示す下地構造及び材質データも含んでいる。
【００３１】
次に、パターンデータ入力部２に入力されたパターンデータは、光近接効果補正部９に送られる。光近接効果補正部９は、パターンデータに対してフォトレジスト内の光近接効果に対する補正を行い（Ｓ２）、補正後のパターンデータを下地段差判定部６および下地段差補正領域抽出部７へ出力する。
【００３２】
次に、下地段差判定部６は、入力されたパターンデータに含まれる下地構造（階層構造）及び材質のデータを基にしてフォトレジストの下地構造及び材質を調べ、各フォトレジストにおける光学的下地段差（以下、単に下地段差と称する）の有無を調べる（Ｓ３）。つまり、そのフォトマスクによって形成しようとしているフォトレジストの１つ前の層のデータ、即ち、幾何的にフォトレジストの下層となる層の構造データを取り出し、図８の矢印で示すようなフォトレジストの線幅シフトを招く下地段差が存在するか否かを判定する。例えば、フォトレジストの下層がアルミニウム等の光反射率の高い材質である場合には、下地段差が存在すると判定される。
【００３３】
尚、図８において、１１はフォトマスク、１１ａはＣｒ遮光部、１１ｂは透光部、１２はポジ型フォトレジスト、１２ａは露光部、１２ｂは非露光部、１３はアルミニウム線、１４は酸化膜、１５は空気層を表す。
【００３４】
そして、下地段差判定部６によって下地段差が存在すると判定された場合には、下地段差補正領域抽出部７は、その判定結果に基づいて、パターンデータにおける各フォトマスクの全領域から下地段差による近接効果有効領域を下地段差補正の必要な領域として抽出する（Ｓ４）。一方、下地段差判定部６によって下地段差が存在しないと判定された場合には、下地段差補正領域抽出部７は、下地段差補正を行わずにパターンデータをそのままパターン密度演算部３および現像補正領域抽出部４へ送る。
【００３５】
下地段差による近接効果有効領域は、光学的下地段差からの距離が所定値以下の領域、例えば、光学的下地段差からの水平パターン間距離が２λ／ＮＡ以下の領域として求められる。図８に示す例では、図８（ａ）に矢印で示す位置が、下地段差による近接効果が最大となる位置であり、破線で示す領域が、下地段差による近接効果が顕著な領域である。
【００３６】
次いで、下地段差補正部８は、あらかじめ準備した付近の下地段差データから、近接する下地段差による近接効果有効領域内のフォトマスク寸法の補正量（シフト量）を、ルールまたはシミュレーションによって求め、近接効果有効領域のみに上記補正量で下地段差補正を行い（Ｓ５）、処理後のパターンデータをパターン密度演算部３および現像補正領域抽出部４へ送る。
【００３７】
下地段差補正は、下地段差の影響で下地に近接するフォトレジストパターン端部の光の当たり方が下地のない部分と異なってしまうためにパターンの形状が歪む影響を、フォトマスクのパターンデータにフィードバックさせる形で補正を行うものである。
【００３８】
下地段差補正は、例えば、次の手順で行われる。即ち、前もって異なる層（特に下層）からの光学的近接効果を見積もり、パターンを表すデータと下地段差に対する補正量との関係を下地段差補正のデータベース（テーブル）として作成しておく。データベースの内容の一例を、図９に示す。
【００３９】
図９において、左側の０／１列は、下地段差補正が必要な領域を表すデータであり、「０」はＸ−Ｙ座標における下地段差補正が不要な位置を表し、「１」はＸ−Ｙ座標における下地段差補正が必要な位置を表す。また、図９における右側の数値（０．０５）は、線幅シフト量（単位はμｍ）を示す。
【００４０】
そして、まず、パターンデータにおける各フォトマスクのパターンが、データベースの中にあるかを判定し（Ｓ３１）、データベースの中にある場合には、データベースに基づいて下地段差補正を行う（Ｓ３２）。一方、パターンがデータベースの中にない場合には、下地段差を考慮した露光シミュレーションに基づく下地段差補正を行い（Ｓ３３）、シミュレーション結果に基づいてデータベースの更新を行う（Ｓ３４）。
【００４１】
そして、パターン密度演算部３は、入力されたパターンデータにおける各フォトマスク（各層）の全領域の各開口パターン（または遮光パターン）を、矩形または三角形の多数のメッシュ領域に分割し、それらのメッシュ領域の１つを設定して（Ｓ６）、該メッシュ領域の周辺の開口パターン（または遮光パターン）密度を演算する（Ｓ７）。
【００４２】
上記のメッシュ領域のサイズは、ｋλ／４ＮＡ角以下であることが望ましい。ここで、ｋはパラメータであり、例えば、あるプロセスでは０．４〜１．０に設定される。また、λは露光波長である。さらに、ＮＡは、開口数であり、例えば、ある半導体装置では０．４〜０．７である。
【００４３】
図５に示すＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) のゲート−ポリシリコンの目標パターンを形成しようとする場合には、図５の開口パターンが、例えば、図６に示すように０．０６２５μｍ角の矩形のメッシュ領域に分割される。尚、図５は、目標とするフォトレジストのパターンに対応する補正前のフォトマスクのパターンを表す図であり、着色部分は透光部（開口パターン）を示す。
【００４４】
パターン密度演算部３における開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖの演算は、例えば、次式（１）
【００４５】
【数１】
によって行われる。
【００４７】
上記式（１）において、Ωは開口パターン密度計算領域、ｉ（ｘ* ，ｙ* ）は開口パターン密度計算領域Ω内の任意のメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）における光強度の値、Ｄｓは開口パターン密度計算領域Ω内の全露光量、Δ（ｘ，ｙ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）の面積、ｒ（ｘ−ｘ*，ｙ−ｙ* ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）とメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）との間の距離である。また、開口パターン密度計算領域Ωは、開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）から所定距離以内の範囲に設定される。
【００４８】
尚、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖの演算式として、式（１）の代わりに、次式（２）
【００４９】
【数２】
を用いてもよいが、式（１）の方が、好ましい。
【００５１】
上記式（２）において、Ωは開口パターン密度計算領域、ｉ（ｘ* ，ｙ* ）は、開口パターン密度計算領域Ω内の任意のメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）における光強度の値、Ｄｓは開口パターン密度計算領域Ω内の全露光量、Δ（ｘ，ｙ）は開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）の面積である。式（２）中のＥｒｆ（ｘ−ｘ* ，ｙ−ｙ* ）は、次式（３）
【００５２】
【数３】
で表される誤差関数である。
【００５４】
式（３）におけるｒは、開口メッシュ領域（ｘ，ｙ）とメッシュ領域（ｘ* ，ｙ* ）との間の距離であり、次式（４）
【００５５】
【数４】
で表される。
【００５７】
次いで、パターン密度演算部３で演算された開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖは、パターンデータとともに、現像補正領域抽出部４に入力される。現像補正領域抽出部４は、開口パターン密度Ｅｅｎｖと予め設定されているレジストの露光により得られる感度特性に依存した閾値αとを比較し（Ｓ８）、これらが次式（５）
Ｅｅｎｖ≧α・・・（５）
を満たしているか否かを判定する（Ｓ９）。
【００５８】
但し、閾値αは、常に特定の値に定められるのではなく、フォトマスクのパターンやフォトレジストの露光感度特性やプロセスによって適宜決定される値であり、実用上は段階的に値を変更することにより、フォトレジスト現像時の端部後退やパターン変形に対する評価レベルを調整することができる。
【００５９】
そして、現像補正領域抽出部４は、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖが式（５）を満たしている場合には、その開口メッシュ領域をフォトレジスト端部現像補正が必要な現像補正領域と判定し、現像補正部５に入力する。
【００６０】
フォトレジスト端部現像補正が必要な領域は、同一層におけるライン（遮光部）端部や角部及びスペース（透光部）端部、及びコンタクト等の領域である。ポジ型レジストでは、Ｅｅｎｖが閾値α以上のライン端部の領域、例えば、パターンの端部が、パターンによる露光密度が高く現像時における線幅シフト量が顕著であるため、現像補正領域と判定される。例えば、図５に示す目標パターンでは（但し、レジスト残しの場合）、図７において破線の○印で囲んだゲート−ポリシリコンのＬ字長辺端部が、現像補正領域と判定される。また、αの値を下げれば、Ｌ字角部も現像補正領域と判定される。
【００６１】
続いて、その開口メッシュ領域は、現像補正部５において、フォトレジスト露光・現像のシミュレーションやフォトレジスト露光・現像の実測値から得られたデータベース等を利用して、フォトレジスト端部現像補正がなされる（Ｓ１０）。その後、開口メッシュ領域を補正された開口メッシュ領域に変更し（Ｓ６）、Ｓ７に戻る。
【００６２】
フォトレジスト端部現像補正は、具体的には、例えば、図２に示す手順で行われる。即ち、予め、フォトレジスト露光・現像のシミュレーションやフォトレジスト露光・現像の実測値から、パターンと最適な補正量との関係をデータベースとして作成しておく。
【００６３】
そして、まず、パターンデータにおける各フォトマスクのパターンが、データベースの中にあるかを判定し（Ｓ２１）、データベースの中にある場合には、データベースを参照して現像補正を行う（Ｓ２２）。一方、パターンがデータベースの中にない場合には、シミュレーションに基づく現像補正を行い（Ｓ２３）、シミュレーション結果に基づいてデータベースの更新を行う（Ｓ２４）。この場合、データベースのデータを追加するにあたっては、光強度だけでなく、フォトレジストの露光・現像のシミュレーション結果または実測データが必要である。
【００６４】
一方、開口メッシュ領域の開口パターン密度Ｅｅｎｖが式（５）を満たしていない場合には、現像補正領域抽出部４は、その開口メッシュ領域がフォトレジスト端部現像補正を必要としない領域であると判定し、パターンデータを誤差判定部１０へ送るとともに、開口メッシュ領域を現像補正された開口メッシュ領域に変更し（Ｓ６）、Ｓ７に戻る。
【００６５】
上記Ｓ６〜Ｓ１０の手順を、全ての開口メッシュ領域の処理が終了するまで繰り返し行い（Ｓ１１）、処理後のパターンデータを誤差判定部１０へ送る。
【００６６】
このようにして、現像補正領域抽出部４において開口パターン密度によるフォトレジスト端部現像補正が必要となる現像補正領域の抽出が行われ、該現像補正領域についてのみフォトレジスト端部現像補正が行われる。
【００６７】
誤差判定部１０は、入力されたパターンデータとシュミレーション結果との誤差が所定値、例えば５％以下であるか否かを判定し（Ｓ１２）、誤差が所定値以下であれば補正後のパターンデータを出力して、補正を終了する。一方、誤差が所定値を越えている場合にはパターンデータを再び光近接効果補正部９へ送り、Ｓ２に戻る。そして、Ｓ２〜Ｓ１１の手順を誤差が所定値以下となるまで繰り返し行った後、補正後のパターンデータを出力して補正を終了する。
【００６８】
図７に示すパターンを表すパターンデータをパターン補正装置１で補正した場合に、出力されるパターンデータのパターンの一例（補正結果）を図１０に実線で示す。また、比較のために、投影光学像のみから求めた補正パターンの一例（補正結果）を図１１の実線で示す。図１０および図１１において、ハッチング部分は、フォトマスクの開口部を示し、破線は、図７に示す原型のパターンを示している。
【００６９】
図１０に示すパターンのフォトマスクを用いて作成したフォトレジストの実測結果を、図１２に示す。
【００７０】
このように、本発明のフォトマスクのパターン補正方法によれば、露光波長の数倍ないし同程度のパターニングにおいて問題となるフォトレジスト内の光近接効果、パターン密度とレジスト感度特性とに依存したレジスト現像時の端部後退及びパターン変形現象、加えて光学的な下地段差による光近接効果の全てに対して、フォトマスクのパターンを効率良くかつ大変高速に補正することができる。
【００７１】
また、以上のように、間接的には近接効果に関連しているが直接的に近接効果に関連しない補正領域を前もって抽出しておくことにより、全領域に対して一括して投影光学像（シミュレーション）の値に基づくフォトマスクの開口部の線幅の補正（フォトマスク内の光近接効果に対する補正）を行うことが可能となる。これは、チップレベルないしブロックレベルでの大規模領域におけるフォトマスクのパターンの自動補正においては、重要である。
【００７２】
これらにより、従来と比較して近接効果補正作業を大幅に軽減し、フォトマスクパターン補正作業を効率良く統一的に行うことができる。その結果、光近接効果を含むマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができ、また、チップレベルでのフォトマスクパターン補正技術を実用化することができる。
【００７３】
尚、本発明のフォトマスクのパターン補正方法およびパターン補正装置は、フォトマスクを用いて露光波長の数倍もしくはそれ以下の微細なフォトレジストパターンを露光・現像によってウェハ上に形成するのに、特に好適である。
【００７４】
上記では、ポジ型フォトレジストの場合について説明したが、ネガ型フォトレジストでは、式（５）における不等号を逆にした式を用いて判定を行う必要がある。
【００７５】
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施形態について図１６ないし図２０に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、まず、フォトマスクのレイアウトデータに含まれる複数の層のデータから補正対象となる層のデータを取り出し、該層データ上における開口（ないし遮光）パターンをｋλ／４ＮＡ角以下の矩形または三角形のメッシュ領域に分割し、各メッシュ領域についてフォトマスクのパターン補正を行う。メッシュ領域のサイズは、細かくしすぎると、計算量が増大するので、ｋλ／４ＮＡ角程度であることが望ましい。
【００７６】
ここで、ｋは、プロセス定数と呼ばれるパラメータであり、通常０．４〜１．０である。また、λは露光装置の露光波長であり、ＮＡは露光装置の開口数である。
【００７７】
実施の形態１の方法では、図６に示すように、補正計算の範囲を特に決めず、周囲のパターン（隣りのパターン）をメッシュに分割して、隣接の周囲のパターン全域について補正計算を行っていた。これに対し、本実施の形態の方法では、光近接効果有効領域内でのみ補正計算を行い、遠くのパターンは補正計算しない。
【００７８】
すなわち、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、露光装置の光学系パラメータである露光波長λ、開口数ＮＡ、およびコヒーレントファクターσと、フォトマスク描画装置における最小描画寸法δとに基づき、フォトマスクのエッジからの距離が所定値Ｌｅｆｆ以下である領域を光近接効果有効領域（光近接効果によるパターン変形の影響が大きい領域）として決定し、光近接効果有効領域内でのみ光近接効果に対するパターン補正、すなわち光近接効果補正を行う。これにより、フォトマスクパターンを効率良く正確に補正することができる。
【００７９】
また、ここで言う光近接効果補正とは、ＬＳＩのフォトマスクパターンがフォトレジストを露光した時の露光イメージ（光強度分布）に対してフォトマスクパターンを補正することを指している。フォトリソグラフィ工程におけるフォトレジストの露光時には開口部からの光の回り込みの影響が問題となるが、光近接効果補正では、なるべくその光の回り込みの影響を打ち消すようにフォトマスクパターンを補正する。
【００８０】
以下に、メッシュ領域および光近接効果有効領域を求める方法について、ＫｒＦレーザ露光装置（露光波長λ＝２４８ｎｍ）を用いた場合を例にとって、具体的に説明する。
【００８１】
この場合、まず、メッシュ領域のサイズＳｍ（μｍ）は、以下のようにして求められる。すなわち、例えば、ＮＡ＝０．３５かつｋ＝０．７の場合には、
Ｓｍ＝ｋλ／４ＮＡ＝０．７×０．２４８／（４×０．３５）＝０．１２４
となる。また、ＮＡ＝０．４かつｋ＝０．７の場合には、
Ｓｍ＝ｋλ／４ＮＡ＝０．７×０．２４８／（４×０．４）＝０．１０８
となる。
【００８２】
光近接効果有効領域を求めるための所定値Ｌｅｆｆは、
（ａλ／ＮＡ）＋δ
（式中、ａは露光装置のコヒーレントファクターに応じて決定される正の係数、λは露光装置の露光波長、ＮＡは露光装置の開口数、δはフォトマスク描画装置の最小描画寸法を表す）によって求められる。
【００８３】
所定値Ｌｅｆｆは、より具体的には、０．１≦σ≦０．３のとき、
【００８４】
【数５】
０．３＜σ＜０．５のとき、
【００８６】
【数６】
０．５≦σのとき、
【００８８】
【数７】
で求められる。例えば、σ＝０．２、ＮＡ＝０．４、δ＝０．２μｍ、λ＝０．２４８μｍの場合、式（６）より、Ｌｅｆｆ＝０．８５５となる。
【００９０】
なお、σが０．１未満の露光装置については、現時点で存在せず、将来にも実現されそうにないため、考慮していない。また、式（６）〜（８）の式において、露光装置の光学系収差（球面収差）は、Ｌｅｆｆより十分小さいので、考慮していない。
【００９１】
式（６）〜（８）の各係数３√２／４、３√２／３、および３√２／２は、実測データより経験的に求めたものである。また、フォトマスク描画装置の最小描画寸法は、露光装置のコヒーレントファクター（位置合わせ精度）σによって異なるので、式（６）〜（８）のδ、δ’、およびδ”は、互いに異なる値である。
【００９２】
次に、光近接効果有効領域の具体例として、図１７に示すＳＲＡＭ(Static Random Access Memory) セルのゲート電極のフォトマスクパターンにおける光近接効果有効領域を説明する。
【００９３】
ここで、被メッシュ領域を図１７に示す領域内とすれば、この領域におけるパターンエッジのメッシュ領域Ａに関する光近接効果補正の見積もりは、図１７に破線の円で示す光近接効果有効領域内にて行われる。この光近接効果有効領域は、フォトマスク上におけるメッシュ領域Ａを中心とする半径Ｌｅｆｆの領域として求められる。
【００９４】
ところで、図１８に示すように、露光量依存性（感度特性）を表す傾きγ（感度特性曲線の傾斜部の中心での傾き）が急峻なフォトレジストは、パターン依存性が低い。従って、このフォトレジストでは、他のパターンからの影響があっても寸法シフトは起こらないので、問題はない。
【００９５】
これに対し、露光量依存性（感度特性）を表す傾きγが比較的緩やかなフォトレジストは、周囲からのパターン依存性が高く、フォトレジスト現像時の寸法シフトが生じやすい。フォトレジストは、ある光量から感光し始め、ある光量以上で現像時に除去されるが、この傾きγが緩やかだと、少ない光量で感光し、膜が減少する。フォトレジストは、露光量（エネルギー）が少ない場合には、感光しないので、現像されずにそのまま残る。
【００９６】
なお、図１８において、ｄ０は現像前のポジ型フォトレジストの膜厚を表し、ｄは現像後のポジ型フォトレジストの膜厚を表す。従って、図１８のグラフの縦軸“ｄ／ｄ０”は、ポジ型フォトレジストの垂直方向の膜変化（膜厚変化）を表す。また、図１８において、塗布時の回転数は３，０００ｒｐｍであり、ポジ型フォトレジストの塗布後の膜厚は１０，２０５Åである。さらに、図１８には示していないが、ポジ型フォトレジストのパターン端部には、横方向の膜減少、つまり寸法シフトが生じる。
【００９７】
このようにγ値が小さいフォトレジストは、少しの光量でも感光するため、光近接効果以上にフォトレジスト現像時の寸法シフトが大きくなり、問題となる。そこで、このように現像時の寸法シフトが大きい場合には、光近接効果補正に加えて、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対する補正、すなわちフォトレジスト現像補正も光近接効果有効領域内にて行う。なお、フォトレジスト現像補正とは、フォトレジストを露光し現像した後の形状に対してフォトマスクパターンを補正することを指す。
【００９８】
一方、フォトレジストの露光量依存性が急峻な場合、即ち、フォトレジストの感度特性を表すγ値（図１８に示すフォトレジストの感度特性曲線の傾斜部分の中心における傾き）が１０以上とかなり大きい場合、露光量の閾値モデルが良く成り立つため、フォトレジスト現像時の寸法シフトを考慮しなくても、光学像イメージに基づく光近接効果補正だけで十分な補正を行うことができる。したがって、図１８に示すようにフォトレジストの露光依存性が十分急峻な場合、つまり、傾きγが急峻である（大きい）場合は、フォトレジスト現像補正は不要である。
【００９９】
また、傾きが緩やかでγが１０未満と小さいときは、パターン密度Ｅｅｎｖを計算し、Ｅｅｎｖ≧αであるか否かによりフォトレジスト現像に対する補正が必要かどうかを判断する。傾きγが急峻だとα値が大きく、Ｅｅｎｖ＜αとなり、フォトレジスト現像に対する補正は不要となる。
【０１００】
よって、パターンにおけるＥｅｎｖ≧αの領域に対しては、光近接効果補正および現像補正の両方がなされ、Ｅｅｎｖ＜αの領域に対しては、光近接効果補正のみがなされる。現像補正は、既に光近接効果の補正が行われた領域に対してなされるので、現像補正が行われる領域は、必ず光近接効果補正が行われる。したがって、現像後の寸法シフトには、光近接効果も考慮されている。
【０１０１】
被メッシュ領域の周囲におけるパターン密度Ｅｅｎｖは、例えば、次の式（９）または式（１０）により概算される。
【０１０２】
【数８】
ここで、ｉ（ｘ* 、ｙ* ）は投影光学像のシミュレーションにより規格化された光強度、Ωはパターン密度が計算される領域、Ｄｓは領域Ωの露光量、Δ（ｘ，ｙ）は任意の開口メッシュ領域の面積、ｒ（ｘ−ｘ* 、ｙ−ｙ* ）はメッシュ領域間の距離、Ｅｒｆは誤差関数(error function)である。
【０１０４】
これらの式のうち、式（９）が、単に統計的な意味で汎用される誤差関数を用いる式（１０）よりこのケースの光近接効果（物理）に良く当てはまり、より正確であるため、好ましい。
【０１０５】
ところで、γ値が大きい時、廻り込む光の量より多いある光量以上で現像されるので、廻り込む光ではフォトレジストが感光せず、現像しても膜厚は変化しない。γ値が小さいと、光量の少ない廻り込む光でもフォトレジストが感光するので、現像したときにフォトレジストの膜厚が減少する。このため、γ値が小さいほど、フォトレジスト現像時の寸法シフトが起こる領域が大きくなる。
【０１０６】
そこで、γ値やパターン密度Ｅｅｎｖが計算で求められるのに対し、閾値αは、フォトレジストの露光感度を表すγ値（図１８に示す曲線の勾配γ値）に応じて、実験データからの経験則によって決定される。すなわち、各プロセス条件（フォトレジストの種類、ベーク温度、現像時間等）において、パターン密度Ｅｅｎｖを種々に変え、現像時における寸法シフトがライン端部後退等で大きくなって補正が必要となる最小のパターン密度Ｅｅｎｖをα値として経験的に決定している。
【０１０７】
次に、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法を、図１６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。まず、半導体装置の製造工程に用いるフォトマスクのパターンデータ（例えば、レイアウトデータ）を各層のデータ毎にパターン補正装置に入力する（Ｓ５１）。
【０１０８】
次に、フォトマスクのパターンデータは、パターン補正装置の光近接効果補正部に送られる。そして、光近接効果補正部で、クリティカルエッジの抽出が行われる（Ｓ５２）。クリティカルエッジとは、パターン補正が必要な領域、例えば、パターンの疎密が変動していて線幅（ないしはスペース）の補正が必要となる領域、後退が予想されセリフ(serif) 等の補助パターンが必要とされる細いライン端部または角部外側等である。また、セリフとは、パターンの角から突出するように設けられた小さな補助パターンである。
【０１０９】
次に、レイアウトパターンにおける抽出されたクリティカルエッジを、光近接効果有効領域を基準にして分割し、さらに各光近接効果有効領域毎に計算用のメッシュ領域を設定する（Ｓ５３）。
【０１１０】
次に、フォトマスクのパターンにおけるクリティカルな角（クリティカルエッジ）の１つについて、その角を中心とした半径Ｌｅｆｆの領域（光近接効果有効領域）内でその角がどの程度周囲の影響を受けているかを計算する。さらに、別の角または隣りのメッシュ領域（隣りの辺または隣りの角）を中心とした半径Ｌｅｆｆの領域（光近接効果有効領域）内でその角がどの程度周囲の影響を受けているかを計算する。このようにして、フォトマスクのパターンにおけるクリティカルな角の各々について、周囲の影響が順次計算される。また、Ｓ５３では、メッシュ領域を設定する前あるいは後にＬｅｆｆの算出および光近接効果有効領域の設定が行われる。
【０１１１】
次に、光近接効果補正計算を行う（Ｓ５４）。すなわち、光近接効果有効領域を基準にして、Ｓ５３にて設定されたメッシュ領域を用いてフォトマスクパターンの光学像を計算し、ターゲット寸法に対する誤差が大きい領域でパターンの補正を行う。
【０１１２】
なお、フォトマスクパターンの光学像は、フォトレジストがないとした場合の空間像（Ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ）、あるいは、フォトレジストが存在するとしてフォトレジストの特性である屈折率や吸収率などを考慮した場合の潜像（Ｌａｔｅｎｔ ｉｍａｇｅ）である。
【０１１３】
次に、フォトレジスト感度特性の判定を行う（Ｓ５５）。すなわち、所定のフォトリソグラフィ・プロセス条件におけるフォトレジスト感度特性より、フォトレジストの露光量依存性を評価し、フォトレジストのγ値が１０以上と十分大きい場合はＳ５９へ進み、フォトレジストのγ値が１０未満である場合はＳ５６へ進む。
【０１１４】
次に、光近接効果を評価する箇所について、前記式（９）あるいは式（１０）に基づいて光近接効果有効領域内で周囲のパターン密度を計算する（Ｓ５６）。
【０１１５】
次に、上記パターン密度計算で得られた周囲のパターン密度から、そのプロセスにおいて現像補正が必要かどうか判定する（Ｓ５７）。例えば、ポジ型のフォトレジストプロセス、例えば、ポジ型の化学増幅型（ＣＡ；Chemical Amplified）フォトレジストプロセスなら、パターン密度Ｅｅｎｖが所定値α以上の領域について現像補正を行う。一方、パターン密度Ｅｅｎｖがα未満の場合は、次のＳ５９に進む。なお、化学増幅型フォトレジストとは、露光により酸を発生し、その酸によって反応を起こすフォトレジストである。
【０１１６】
次に、フォトレジスト現像時における線幅シフト量を考慮したパターン補正（フォトレジスト現像補正）を行い（Ｓ５８）、ステップＳ５９に進む。
【０１１７】
次に、補正終了判定を行う（Ｓ５９）。すなわち、フォトマスク全体のパターン内でクリティカルな部分の全て、つまり、Ｓ５２のクリティカルエッジの抽出で抽出された全てのクリティカルエッジについて補正を行ったか確認する。そして、補正を行っていないクリティカルエッジがあれば、Ｓ５４に戻る。Ｓ５９からＳ５４に戻る場合、Ｓ５４における光近接効果補正は、前回の光近接効果補正と同一のＬｅｆｆを用いて行われる。最後に、Ｓ５２で抽出された全てのクリティカルエッジについてパターン補正を行ったら、作業を終了する。以上の方法により、例えば、フォトマスクパターンは図１９に示すパターンに補正される。
【０１１８】
補正時の光近接効果計算範囲（計算領域）の半径ｒ（μｍ）に対する補正精度（計算精度）および計算時間の変化を、本実施形態の方法と従来の方法との間で比較した結果を図２０に示す。図２０より、Ｌｅｆｆを用いる本実施形態の方法では、Ｌｅｆｆを用いない従来の方法と比較して計算時間が大きく短縮されていることが分かる。
【０１１９】
以上のように、本実施形態のフォトマスクのパターン補正方法では、Ｌｅｆｆを用いて光近接効果有効領域を定め、シミュレーションおよび実測データを元にフォトマスクパターンを補正し、周囲のパターン密度を計算して現像時寸法シフト領域を抽出する。これにより、従来の光近接効果補正作業を大幅に低減し、フォトマスクパターン補正作業を効率良く正確に行うことができる。
【０１２０】
〔実施の形態３〕
本発明のさらに他の実施形態について図２１に基づいて説明すれば、以下の通りである。本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、図２１に示すように、図１６のＳ５１と同様にしてパターンデータが入力された（Ｓ６１）後、所定値Ｌｅｆｆを用いて、全フォトマスクではなく問題となりそうな領域（パターン端部やパターンが密な領域）でメッシュ領域の設定を行う（Ｓ６２）。
【０１２１】
その後、Ｓ５４と同様にして、所定値Ｌｅｆｆを用いて光近接効果に対する補正を行う（Ｓ６３）。一方、図１のＳ３と同様にして下地段差の有無を判定する（Ｓ６４）。次いで、下地段差が存在しない場合には、Ｓ６７へ進む。下地段差が存在する場合には、Ｓ４と同様にして近接効果有効領域を下地構造による補正が必要な領域として抽出し（Ｓ６５）、Ｓ５と同様にして下地段差補正を行った（Ｓ６６）後に、Ｓ６７へ進む。
【０１２２】
その後のＳ６７〜Ｓ７１については、Ｓ５４〜５８と同様であるので、説明を省略する。Ｓ６７〜Ｓ７１の後、Ｓ１１と同様にして全てのメッシュ領域の処理が終了したかを判定し（Ｓ７２）、終了している場合には、Ｓ１２と同様にしてシミュレーション結果と目標パターンとの誤差が所定値以下であるかが判定される（Ｓ７３）。そして、誤差が所定値以下でなければ、Ｓ６３に戻り、誤差が所定値以下であれば、終了する。
【０１２３】
以上のように、本実施の形態に係るフォトマスクのパターン補正方法では、実施の形態２の方法に加えて近接効果有効領域に下地段差補正を行うので、フォトマスクパターンの寸法ずれをさらに正確に補正することができる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明のフォトマスクのパターン補正方法は、以上のように、
フォトマスク描画装置により加工されたフォトマスクを通してフォトレジストを露光装置により露光することにより設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成するために用いられるフォトマスクのパターンを補正する方法であって、近接効果有効領域を求めるための所定値を露光装置の露光波長、開口数、およびコヒーレントファクターと、フォトマスク描画装置の最小描画寸法とに基づいて求め、フォトマスクのエッジからの距離が上記所定値以下である領域を光近接効果有効領域として決定し、該光近接効果有効領域で、各フォトマスクのパターンデータについて、フォトマスクの全領域をメッシュ領域に分割して、各メッシュ領域ごとに開口パターン密度を求め、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である場合にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対するパターン補正を行う方法である。
【０１２５】
これにより、微細なフォトマスクのパターニングにおいて問題となる光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等、物理的および化学的な原因によるフォトマスクパターンの寸法ずれを効率良く正確に補正することができ、光近接効果補正を含むフォトマスクパターン補正技術の自動化を容易にすることができるという効果を奏する。
【０１２６】
本発明のフォトマスクは、以上のように、上記パターン補正方法によりパターン補正されたものである。上記構成によれば、光近接効果およびパターン密度に依存したフォトレジスト現像時の端部後退現象等の寸法ずれが生じる場合でも設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成することが可能なフォトマスクを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】図１に示すパターン補正方法における現像補正の方法を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すパターン補正方法における下地段差補正の方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正装置の一例を示すブロック図である。
【図５】目標とするフォトレジストのパターンに対応するフォトマスクのパターンを示す図である。
【図６】フォトマスクのメッシュ領域分割例を示す図である。
【図７】図５に示すフォトマスクにおける現像補正領域を示す図である。
【図８】フォトレジストの下地段差による近接効果有効領域を示すための説明図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】図５に対応するフォトレジストの下地段差による線幅補正データベースの一例を示す説明図である。
【図１０】本発明のパターン補正方法で補正されたフォトマスクのパターンの一例を示す図である。
【図１１】投影光学像のみに基づいて補正されたフォトマスクのパターンの一例を示す図である。
【図１２】図１０に示すパターンのフォトマスクを用いて作成したフォトレジストを示す図である。
【図１３】従来のフォトマスクのパターン補正方法を示すフローチャートである。
【図１４】従来のフォトマスクのパターン補正方法を説明するための説明図である。
【図１５】上記従来のパターン補正方法に用いる補正テーブルを示す図である。
【図１６】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法の他の一例を示すフローチャートである。
【図１７】ＳＲＡＭセルのゲート電極のフォトマスクパターンを示す平面図である。
【図１８】あるポジ型フォトレジストの感度特性（露光量依存性）曲線を示すグラフである。
【図１９】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法により補正されたフォトマスクパターン一例を示す平面図である。
【図２０】本実施形態の方法および従来の方法における、光近接効果計算範囲の半径に対する補正精度および計算時間の変化を示すグラフである。
【図２１】本発明にかかるフォトマスクのパターン補正方法のさらに他の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ パターン補正装置
２ パターンデータ入力部
３ パターン密度演算部
４ 現像補正領域抽出部
５ 現像補正部
６ 下地段差判定部
７ 下地段差補正領域抽出部（下地補正領域抽出部）
８ 下地段差補正部
９ 光近接効果補正部
１０ 誤差判定部
Claims (3)
- フォトマスク描画装置により加工されたフォトマスクを通してフォトレジストを露光装置により露光することにより設計寸法通りのフォトレジストパターンをウェハ上に形成するために用いられるフォトマスクのパターンを補正する方法であって、
近接効果有効領域を求めるための所定値を露光装置の露光波長、開口数、およびコヒーレントファクターと、フォトマスク描画装置の最小描画寸法とに基づいて求め、フォトマスクのエッジからの距離が上記所定値以下である領域を光近接効果有効領域として決定し、
該光近接効果有効領域で、各フォトマスクのパターンデータについて、フォトマスクの全領域をメッシュ領域に分割して、各メッシュ領域ごとに開口パターン密度を求め、上記フォトレジストがポジ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以上である場合にのみ、上記フォトレジストがネガ型フォトレジストである場合には開口パターン密度が閾値以下である領域にのみ、フォトレジスト現像時の寸法シフトに対するパターン補正を行うことを特徴とするフォトマスクのパターン補正方法。 - 上記閾値が、γ値を含むフォトレジストの露光感度特性より求めたものであることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクのパターン補正方法。
- 請求項１または２に記載のパターン補正方法によりパターン補正されたことを特徴とするフォトマスク。
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