JP5100406B2 - フォトマスク設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置を製造するときに用いられるフォトマスクの設計方法に関する。

半導体装置が製造される場合、まず、ウェハ（半導体基板）上に酸化膜などの絶縁膜が形成される。その絶縁膜上にフォトレジストが塗布される。その後に、露光装置において、フォトレジストとフォトマスクとの位置が調整される。フォトマスクには、予め決められた開口形状を表す複数のパターンが設けられている。露光装置において、フォトレジスト上にフォトマスクが設けられ、フォトマスクを介してフォトレジストに紫外線が照射される。このとき、フォトレジストのうちの、フォトマスクによりマスクされていない箇所には、紫外線が照射される。即ち、フォトマスクの複数のパターンのそれぞれに対応する複数の箇所には、紫外線が照射される。その結果、複数の箇所が紫外線により溶けて、レジストパターンが形成される。レジストパターンは、複数の箇所のそれぞれに対して絶縁膜が露出された複数の開口部分と、フォトレジストが残された部分と、を含んでいる。エッチング工程において、複数の開口部分に対して上記露出された絶縁膜がエッチングされる。その結果、複数の開口部分のそれぞれに対して半導体基板が露出された複数のコンタクトホール（以下、ホール）が形成される。その後、絶縁膜上に残されたフォトレジストが除去される。

図１は、代表的なフォトマスク設計方法を示すフローチャートである。まず、フォトマスクが設計される。上述のように、フォトマスクには、複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターンが設けられている。複数のパターンの開口形状は、一般に正方形状である（ステップＳ１０１）。次に、複数のパターンに対して、対象パターンと、対象パターンに近接する近接パターンとの位置関係に起因する寸法変動、いわゆる光近接効果（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｅｆｆｅｃｔ）を考慮する必要がある。そこで、複数のパターンに対して、それぞれ、対象パターンと近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法が決定される（ステップＳ１０２）。次に、複数のパターンの開口形状の寸法が、それぞれ複数の最適寸法に変更（補正）される（ステップＳ１０３）。このような処理は、ルールベースＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；光近接効果補正）と呼ばれる。補正後のフォトマスクの開口形状は必ずしも正方形状でなく長方形状もとり得る。なお光学条件には、疎密の解像性及び寸法においてバランスの取れている通常照明が用いられる。

複数のパターンの最適寸法が許容範囲内ではない場合（ステップＳ１０４−ＮＯ）、ステップＳ１０２が再度実行される。複数のパターンの最適寸法が許容範囲内である場合（ステップＳ１０４−ＹＥＳ）、フォトマスクの設計が終了する。

密集パターンに対する近接効果を用いた補正法として特開２００１−３３７４４０号公報が挙げられる。この補正法では、対象パターンと、対象パターンに隣接する隣接パターンとの両端位置を揃えることにより、複数のパターンを設計することを特徴としている。あるいは、対象パターンと隣接パターンとの両端位置を揃えられない場合には、対象パターンと隣接パターンとの間の間隔を大きくとることを特徴としている。

図２Ａに示されるように、フォトマスク１１０には、複数のパターン１１１〜１１５（その開口形状は正方形状）が設けられているものとする。この場合、複数のホールは、周囲に対して密に設けられた密集ホールと、密集ホール以外のホールである疎密ホールとに分けられる。密集ホールは、第１の方向としてＸ方向に一定の間隔で形成される。そこで、複数のパターン１１１〜１１５は、密集ホールに対応する密集パターン１１１〜１１４と、疎密ホールに対応する疎密パターン１１５とに分けられる。

フォトマスク１１０の複数のパターン１１１〜１１５のレイアウトは、対象パターンと近接パターンとの距離（レイアウトは等方的であるとする。以下、疎密差と呼ぶ）に依存する。例えば、半導体基板上に形成された絶縁膜上にフォトレジストが塗布され、フォトマスク１１０の複数のパターン１１１〜１１５を介してフォトレジストに紫外線が照射される。これにより、図２Ｂに示されるように、それぞれ複数のホールに対応する複数の開口部分１２１〜１２５を有するレジストパターン１２０が形成される。このとき、そのレジストパターン１２０の複数の開口部分１２１〜１２５の寸法（面積）にバラツキが生じる場合がある。バラツキが生じる場合、配線間の接触不良又はショートによって、半導体の歩留まりに甚大な影響を与える可能性がある。従って、このようなバラツキが生じないように、フォトマスク１１０の複数のパターン１１１〜１１５の開口形状の寸法を所望の寸法（上記の最適寸法）に補正するための疎密補正を実施する必要がある。

一方、フォトマスク１１０の密集パターン１１１〜１１４には異方性が伴う。このため、レジストパターン１２０の複数の開口部分１２１〜１２５のうちの、密集パターン１１１〜１１４に対応する密集開口部分１２１〜１２４を表す形状に歪みが生じる場合がある。通常では複数の開口部分１２１〜１２５は円形状であるものが、上記の歪みにより、密集開口部分１２１〜１２４は楕円形状になってしまう。密集開口部分１２１〜１２４により形成される密集ホールの形状が楕円形状である場合でも、配線間の接触不良又はショートによって、半導体の歩留まりに甚大な影響を与える可能性がある。従って、密集開口部分１２１〜１２４の形状が楕円形状にならないように、フォトマスク１１０の複数のパターン１１１〜１１５の開口形状を所望の開口形状に補正するための密集ホール楕円形状補正を実施する必要がある。

特開２００１−３３７４４０号公報

上述のように、疎密補正や密集ホール楕円形状補正を実施することは、フォトマスクの複数のパターンの開口形状を補正する上で有効とされてきた。しかし、その効果は、全く異なっている。換言すれば、疎密補正を実施したときは、その効果として、レジストパターンの開口部分の寸法、即ち、「面積」を統一することができる。一方、密集ホール楕円形状補正を実施したときは、その効果として、レジストパターンの開口部分の「形状」を統一することができる。この場合、疎密補正と密集ホール楕円形状補正とを両立することは困難である。

具体例として、疎密補正を無視して、密集ホール楕円形状補正を実施した場合について説明する。

まず、図３Ａに示されるように、フォトマスク１１０の疎密パターン１１５では、ＭＥＥＦ（Ｍａｓｋ Ｅｒｒｏｒ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆａｃｔｏｒ）が非常に大きい。ＭＥＥＦとは、フォトマスク１１０の複数のパターン１１１〜１１５（開口形状）の寸法と、フォトマスク１１０を介して紫外線が照射されることにより形成されるレジストパターン１２０の複数の開口部分１２１〜１２５の寸法と、の応答性を表している。ＭＥＥＦは、数値により表される。この場合、疎密パターン１１５の開口形状の寸法を補正するための補正量はさほど大きくない。特に通常照明では、レジストパターン１２０の複数の開口部分１２１〜１２５のうちの、疎密パターン１１５に対応する疎密開口部分１２５の寸法に対して、疎密差に起因するバラツキは１０％未満であり、先のＭＥＥＦは４〜５に上る。このため、上記の補正量は高々２％程度に過ぎない。また、露光装置において、フォトレジスト上にフォトマスク１１０が設けられ、フォトマスク１１０を介してフォトレジストに紫外線が照射された場合、疎密パターン１１５に対して、十分な光強度（コントラスト）を確保できる。このため、図３Ｂに示されるように、レジストパターン１２０の疎密開口部分１２５の形状は、所望の寸法を有する円形状（以下、所望の円形状）となる。

一方、図３Ａに示されるように、フォトマスク１１０の密集パターン１１１〜１１４では、Ｘ方向に対して、その間隔であるピッチが非常に狭いものとする。これの目安は“波長／開口数（ＮＡ）”未満により表される。この場合、レジストパターン１２０の複数の開口部分１２１〜１２５のうちの、密集パターン１１１〜１１４に対応する密集開口部分１２１〜１２４の形状に影響を与えてしまう。即ち、露光装置において、フォトレジスト上にフォトマスク１１０が設けられ、フォトマスク１１０を介してフォトレジストに紫外線が照射された場合、密集パターン１１１〜１１４に対してＸ方向に十分な光強度を確保できない。この場合、密集パターン１１１〜１１４の各々の間隔における光強度を小さくできない。即ち、密集パターン１１１〜１１４のうちの、パターン１１１とパターン１１２との間の間隔、パターン１１２とパターン１１３との間の間隔、パターン１１３とパターン１１４との間の間隔における光強度を小さくできない。このため、図３Ｂに示されるように、レジストパターン１２０の密集開口部分１２１〜１２４の形状は、所望の円形状に対して、Ｘ方向に延びる楕円形状となってしまう。

密集ホール楕円形状補正として、密集開口部分１２１〜１２４の楕円形状を所望の円形状に補正するためには、図４Ａに示されるように、フォトマスク１１０の密集パターン１１１〜１１４の開口形状を正方形状から長方形状に変形させる必要がある。この場合、長方形状は、正方形状に対して、上記の第１の方向としてＸ方向（ピッチ狭方向）に短く、且つ、第２の方向としてＸ方向に垂直なＹ方向（ピッチ広方向）に長い。その変形量は、例えば、最大で元々のフォトマスク１１０の開口辺の２０％以上（Ｘ方向に−２０％以上、Ｙ方向に＋２０％以上）にも上る。これにより、露光装置において、フォトレジスト上にフォトマスク１１０が設けられ、フォトマスク１１０を介してフォトレジストに紫外線が照射された場合、密集パターン１１１〜１１４に対して十分な光強度を確保できる上に、密集パターン１１１〜１１４の各々の間隔における光強度を小さくできる。このため、図４Ｂに示されるように、レジストパターン１２０の密集開口部分１２１〜１２４の形状は、所望の円形状となる。しかし、レジストパターン１２０の疎密開口部分１２１の形状は、所望の円形状よりも寸法（面積）が大きい円形状となる。即ち、複数の開口部分１２１〜１２５の寸法にバラツキが生じる。このように、疎密補正と密集ホール楕円形状補正とを両立するのは極めて困難となっている。

特開２００１−３３７４４０号公報の場合でも、複数のパターンの各々の間隔が十分取れない場合には複数のパターンの形状が隣接する方向に伸びた楕円形状になってしまうという問題がある。複数のパターンの各々に対して、対象パターンと隣接パターンと間の距離をとるという手法の場合には、当然ながら、設計上大きな制約になるという問題が生じることになる。

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。この符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明のフォトマスク設計方法では、複数のホール（４４）をそれぞれ形成するための複数のパターン（１１〜１５）が設けられたフォトマスク（１０）を設計する（Ｓ１）。ここで、複数のパターン（１１〜１５）の開口形状は正方形状を表している。また、本発明のフォトマスク設計方法では、複数のパターン（１１〜１５）の開口形状を正方形状から長方形状に一律に変換する（Ｓ２）。ここで、複数のパターン（１１〜１５）のうちの密集パターン（１１〜１４）は、第１の方向（Ｘ）に一定の間隔で形成されている。長方形状は、正方形状に対して、第１の方向（Ｘ）に短く、且つ、第１の方向（Ｘ）に垂直な第２の方向（Ｙ）に長い。フォトマスク（１０）の複数のパターン（１１〜１５）を介してフォトレジスト（４３）が露光されることにより、それぞれ複数のホール（４４）に対応する複数の開口部分（２１〜２５）を有するレジストパターン（２０）が形成される。このような場合に、本発明のフォトマスク設計方法では、複数の開口部分（２１〜２５）の形状が所望の形状になるように、複数のパターン（１１〜１５）のそれぞれに対して、対象パターンと、対象パターンに近接する近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定する（Ｓ３）。次に、複数のパターン（１１〜１５）の開口形状の寸法をそれぞれ複数の最適寸法に補正する（Ｓ４）。

本発明のフォトマスク設計方法によれば、密集パターン（１１〜１４）が形成されている方向を考慮して、複数のパターン（１１〜１５）（１１〜１９）の開口形状を正方形状から長方形状に一括に変換することにより、前述の疎密補正と密集ホール楕円形状補正の両立が可能となる。即ち、その面積と形状に粗密差がない複数のホールをウェハ上に形成することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態によるフォトマスク設計方法について詳細に説明する。

（第１実施形態）
［構成］
図５は、本発明のフォトマスク設計方法が適用される設計システムの構成を示している。その設計システムは、コンピュータ１と、入力装置４と、出力装置５とを具備している。入力装置４と出力装置５は、コンピュータ１に接続されている。出力装置５は、表示装置、印刷装置を含んでいる。

コンピュータ１は、コンピュータプログラム３０を格納するメモリ３と、コンピュータプログラム３０を実行する実行部であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２とを備えている。図６に示されるように、コンピュータプログラム３０は、設計部３１、変換部３２、決定部３３、補正部３４、出力処理部３５を含んでいる。

［動作］
図７は、本発明のフォトマスク設計方法を示し、コンピュータ１の動作を示すフローチャートである。

設計者は、入力装置４を用いて、ウェハ（半導体基板）上に形成される複数のホールを表すレイアウトデータをコンピュータ１に与える。設計部３１は、そのレイアウトデータを入力する。設計部３１は、レイアウトデータに基づいて、図８Ａに示されるように、フォトマスク１０を設計する。フォトマスク１０には、複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターン１１〜１５が設けられている。この場合、複数のパターン１１〜１５の開口形状は正方形状である。また、複数のホールは、周囲に対して密に設けられた密集ホールと、密集ホール以外のホールである疎密ホールとに分けられる。密集ホールは、半導体基板上に第１の方向としてＸ方向に一定の間隔で形成される。そこで、複数のパターン１１〜１５は、密集ホールに対応する密集パターン１１〜１４と、疎密ホールに対応する疎密パターン１５とに分けられる（ステップＳ１）。

密集パターン１１〜１４のレイアウトには異方性が伴う。このため、ルールベースＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）の実行に先立って、変換部３２は、一律変換処理を行う。一律変換処理において、図８Ｂに示されるように、変換部３２は、複数のパターン１１〜１５の開口形状を正方形状から長方形状に一律に変換する。この場合、長方形状は、正方形状に対して、上記の第１の方向としてＸ方向（ピッチ狭方向）に短く、且つ、第２の方向としてＸ方向に垂直なＹ方向（ピッチ広方向）に長い（ステップＳ２）。

次に、決定部３３と補正部３４は、複数のパターン１１〜１５に対して、対象パターンと、対象パターンに近接する近接パターンとの位置関係に起因する寸法変動、いわゆる光近接効果（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｅｆｆｅｃｔ）を考慮して、ルールベースＯＰＣを実行する。

例えば、決定部３３は、半導体基板上に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にフォトレジストが塗布され、フォトマスク１０の複数のパターン１１〜１５を介してフォトレジストが露光されることを想定する。即ち、フォトレジストに紫外線が照射されることにより、図８Ｄに示されるように、それぞれ複数のホールに対応する複数の開口部分２１〜２５を有するレジストパターン２０が形成されることを想定する。この場合に、決定部３３は、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５の形状が所望の形状になるように、シミュレーションを行う。ここで、所望の形状とは、前述のように、所望の寸法を有する円形状（以下、所望の円形状）である。特に、フォトマスク１０の密集パターン１１〜１４には異方性が伴う。このため、決定部３３は、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５のうちの、密集パターン１１〜１４に対応する密集開口部分２１〜２４の形状が楕円形状にならずに概ね真円形状となるように、シミュレーションを行う。決定部３３は、そのシミュレーションの結果に基づいて、複数のパターン１１〜１５のそれぞれに対して、対象パターンと近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定する（ステップＳ３）。

次に、図８Ｃに示されるように、補正部３４は、複数のパターン１１〜１５の開口形状の寸法を、それぞれ複数の最適寸法に変更（補正）する（ステップＳ４）。これにより、フォトマスク１０の設計が終了し、出力処理部３５は、複数のパターン１１〜１５の開口形状の寸法が補正されたレイアウトデータを出力装置５に出力する。このレイアウトデータに基づいて、フォトマスク１０が作製される。

［効果］
本発明の第１実施形態によるフォトマスク設計方法によれば、密集パターン１１〜１４が形成されているＸ方向を考慮して、複数のパターン１１〜１５の開口形状を正方形状から長方形状に一括に変換することにより、前述の疎密補正と密集ホール楕円形状補正の両立が可能となる。即ち、その面積と形状に粗密差がない複数のホールをウェハ上に形成することができる。

［実施例］
例えば、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５の形状として、直径９０ｎｍの円形状を所望の円形状とし、６％ハーフトーンマスクをフォトマスク１０とし、波長＝１９３ｎｍ、ＮＡ＝０．８５、通常照明０．６（半径比σ＝０．６０の通常照明）で、フォトマスク１０の複数のパターン１１〜１５を介してフォトレジストが露光される場合について説明する。複数のパターン１１〜１５の開口形状は１２０ｎｍ□（正方形状開口）であり、複数のホールは、孤立している疎密ホールや、Ｙ方向に１８０ｎｍ／Ｘ方向に５４０ｎｍに周囲に対して密に設けられた密集ホールや存在するものとする。この場合、複数のパターン１１〜１５は、密集ホールに対応する密集パターン１１〜１４と、疎密ホールに対応する疎密パターン１５とに分けられる。

そこで、発明者は、フォトレジストが露光されてレジストパターン２０が形成された場合のシミュレーションを行った結果、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５のうちの、密集パターン１１〜１４に対応する密集開口部分２１〜２４の形状の寸法が、Ｘ方向（ピッチ狭方向）に１１９．０ｎｍ、Ｙ方向（ピッチ広方向）に８４．３ｎｍとなることが分かった。即ち、密集開口部分２１〜２４の形状が、著しい楕円形状となることが分かった。このままでは、Ｘ方向に配線ショートの危険が高まってしまう。また、Ｘ方向において、密集開口部分２１〜２４により形成される密集ホールに対して、対象ホールと、対象ホールに近接する近接ホールとの距離が１８０ｎｍ−１１９．０ｎｍ＝６１．０ｎｍしかない。その結果、リソグラフィあるいはエッチング加工の時点でホール同士が接触してしまう可能性が高くなってしまう。

発明者は、上記のシミュレーションの結果、上記楕円形状を補正するためにはフォトマスク１０の開口形状を、１２０ｎｍ□の正方形状に対して、Ｘ方向に２０ｎｍ狭め、Ｙ方向に３０ｎｍ延ばし、１００ｎｍ×１５０ｎｍの長方形状とすれば良いことが分かった。この場合、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５のうちの、密集開口部分２１〜２４の形状の寸法は、Ｘ方向に９５．８ｎｍ、Ｙ方向に８３．４ｎｍとなり、楕円形状は著しく補正される。

ところで、密集開口部分２１〜２４の形状が楕円になる理由には、フォトマスク１０の密集パターン１１〜１４の開口形状の異方性（長方形状）と、密集パターン１１〜１４の各々の間隔における光強度（コントラスト）の異方性が挙げられる。しかし、微細寸法では後者の方が支配的である。密集パターン１１〜１４の開口形状を正方形状から長方形状に変換し、密集パターン１１〜１４を疎密パターンに補正することにより、それの近傍の光強度は十分等方的であるとみなせる。密集パターン１１〜１４（疎密パターン）の開口形状の影響もゼロではないが、非常に小さい。その結果、密集パターン１１〜１４の開口形状をかなりの程度変化させても、密集パターン１１〜１４（補正後疎密パターン）により形成されるレジストパターン２０の密集開口部分２１〜２４（補正後疎密開口部分）の形状は概ね真円に保たれる。上記のシミュレーションによれば、密集パターン１１〜１４（補正後疎密パターン）の開口形状が１００ｎｍ×１５０ｎｍである場合、密集開口部分２１〜２４（補正後疎密開口部分）の形状の寸法は、Ｘ方向に９４．６ｎｍ、Ｙ方向に９０．７ｎｍとなり、密集開口部分２１〜２４（補正後疎密開口部分）の形状は概ね真円状である。

このように、本発明のフォトマスク設計方法では、密集パターン１１〜１４の開口形状を正方形状から長方形状に変換し、密集パターン１１〜１４を疎密パターンに補正することにより、レジストパターン２０の密集開口部分２１〜２４（補正後疎密開口部分）の形状は真円状に形成することが可能となる。従って、寸法の補正はルールベースＯＰＣで対応可能である。図９は、任意のパターンの開口形状が正方形状（１２０ｎｍ□；正方形状開口）の場合と長方形状（１００ｎｍ×１５０ｎｍ；長方形状開口）の場合であるときのピッチ（ｐｉｔｃｈ）［ｎｍ］と寸法（ＣＤ；Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）との関係を示したものである。横軸がピッチであり、無限個数の等ピッチアレイを仮定している。任意のパターンの開口形状に依存する寸法差はレンジで３．９ｎｍ、更には長方形状開口における縦横寸法差も平均３．２ｎｍ、最大で４．４ｎｍと、いずれも非常に小さいことが分かる。図９に示される結果は、ピッチ依存寸法変動、更にはルールベースＯＰＣにおけるマスクサイズ補正量（ＯＰＣテーブル）すら、上記の開口形状にほとんど依存しないことを意味している。

密集パターン１１〜１４に対して最適な開口形状について付言する。目標はレジストパターン２０の密集開口部分２１〜２４の形状を真円とすることであるが、密集開口部分２１〜２４の形状を完全に真円とするためには、密集パターン１１〜１４の開口形状の変形が大き過ぎる。従って、密集パターン１１〜１４同士で、あるいは、密集パターン１１〜１４と他のパターンとの間で干渉が起こる等の懸念がある。そこで、より現実的な開口形状最適化の手法を提示する。複数のパターン１１〜１５の開口形状に対して、形状変更前である正方形状のＸ方向、Ｙ方向の寸法をＡとし、形状変更後である長方形状のＸ、Ｙ方向の寸法をそれぞれＮ、Ｗとした場合、Ａ^２＝Ｎ×Ｗの関係を満たすものとする。即ち、複数のパターン１１〜１５の開口形状の面積は、正方形状（形状変更前）と長方形状（形状変更後）とで等しい。この場合、ステップＳ２において、変換部３２は、Ａ^２＝Ｎ×Ｗの関係を満たすように、複数のパターン１１〜１５の開口形状を正方形状から長方形状に一律に変換する。こうすることによって、コンタクト抵抗を低く抑えるために必要な面積を確保できる。

上述では、Ａ^２＝Ｎ×Ｗの関係を満たす条件であるが、複数のパターン１１〜１５の開口形状の面積は、正方形状（形状変更前）と長方形状（形状変更後）とで概ね等しくなるように、即ち、Ａ^２≒Ｎ×Ｗの関係を満たしていればよい。この理由として、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５の形状の寸法を所望の値にする露光量（Ｅｏｐ；Ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｄｏｓｅとＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎとを組み合わせたもの）は、複数のパターン１１〜１５の開口形状の面積に概ね比例することが経験的に分かっている。また、Ｅｏｐの増大はスループットの悪化やハーフトーン偽解像（サイドローブ）を招くため恐れがあり、これを避けたい。このため、正方形状（形状変更前）と長方形状（形状変更後）とで同等のＥｏｐが望ましい。実施例では、複数のパターン１１〜１５の開口形状の面積は、正方形状（形状変更前）では１２０ｎｍ×１２０ｎｍ＝１４４００ｎｍ^２、長方形状（形状変更後）では１００ｎｍ×１５０ｎｍ＝１５０００ｎｍ^２とほぼ同等であり、露光量は両者とも３５ｍＪ／ｃｍである。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法について説明する。第１実施形態では、第１の密集ホールに対応して第１の密集パターン１１〜１４がＸ方向に一定の間隔でフォトマスク１０に設けられている場合について説明した。第２実施形態では、更に、第２の密集ホールに対応して第２の密集パターンがＹ方向に一定の間隔でフォトマスク１０に設けられている場合について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と重複する説明を省略する。

設計者は、入力装置４を用いて、ウェハ（半導体基板）上に形成される複数のホールを表すレイアウトデータをコンピュータ１に与える。設計部３１は、そのレイアウトデータを入力する。設計部３１は、レイアウトデータに基づいて、図１０Ａに示されるように、フォトマスク１０を設計する。フォトマスク１０には、複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターン１１〜１９が設けられている。この場合、複数のパターン１１〜１９の開口形状は正方形状である。また、複数のホールは、周囲に対して密に設けられた第１の密集ホールと、第１の密集ホールとは異なる第２の密集ホールと、第１及び第２の密集ホール以外のホールである疎密ホールとに分けられる。第１の密集ホールは、半導体基板上にＸ方向に一定の間隔で形成される。第２の密集ホールは、半導体基板上にＹ方向に一定の間隔で形成される。そこで、複数のパターン１１〜１９は、第１の密集ホールに対応する第１の密集パターン１１〜１４と、第２の密集ホールに対応する第２の密集パターン１６〜１９と、疎密ホールに対応する疎密パターン１５とに分けられる（ステップＳ１）。

第１の密集パターン１１〜１４及び第２の密集パターン１６〜１９のレイアウトには異方性が伴う。このため、ルールベースＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）の実行に先立って、変換部３２は、一律変換処理を行う。一律変換処理において、図１０Ｂに示されるように、変換部３２は、複数のパターン１１〜１９の開口形状を正方形状から長方形状に一律に変換する。この場合、変換部３２は、第１の密集パターン１１〜１４の開口形状を正方形状から第１長方形状に変換する。第１長方形状は、正方形状に対して、Ｘ方向（ピッチ狭方向）に短く、且つ、Ｙ方向（ピッチ広方向）に長い。変換部３２は、第２の密集パターン１６〜１９の開口形状を正方形状から第２長方形状に変換する。第２長方形状は、正方形状に対して、Ｘ方向（ピッチ広方向）に長く、且つ、Ｙ方向（ピッチ狭方向）に短い。変換部３２は、疎密パターン１５の開口形状を正方形状から第１又は第２長方形状に変換する。ここで、前述の実施例と同様に、変換部３２は、複数のパターン１１〜１９の開口形状の面積が正方形状と第１及び第２長方形状とで等しくなるように、第１の密集パターン１１〜１４、第２の密集パターン１６〜１９、疎密パターン１５の開口形状をそれぞれ正方形状から第１長方形状、第２長方形状、第１又は第２長方形状に変換する。例えば、疎密パターン１５の開口形状は、第１長方形状に変換される（ステップＳ２）。

次に、決定部３３と補正部３４は、複数のパターン１１〜１９に対して、光近接効果を考慮して、ルールベースＯＰＣを実行する。

例えば、半導体基板上に絶縁膜が形成され、絶縁膜上にフォトレジストが塗布され、フォトマスク１０の複数のパターン１１〜１９を介してフォトレジストが露光されることを想定する。即ち、フォトレジストに紫外線が照射されることにより、図１０Ｄに示されるように、それぞれ複数のホールに対応する複数の開口部分２１〜２９を有するレジストパターン２０が形成されることを想定する。この場合に、決定部３３は、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５の形状が所望の形状になるように、シミュレーションを行う。特に、フォトマスク１０の第１の密集パターン１１〜１４及び第２の密集パターン１６〜１９には異方性が伴う。このため、決定部３３は、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２９のうちの、第１の密集パターン１１〜１４、第２の密集パターン１６〜１９にそれぞれ対応する第１の密集開口部分２１〜２４、第２の密集開口部分２６〜２９の形状が楕円形状にならずに概ね真円形状となるように、シミュレーションを行う。決定部３３は、そのシミュレーションの結果に基づいて、複数のパターン１１〜１９のそれぞれに対して、対象パターンと近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定する（ステップＳ３）。

次に、図１０Ｃに示されるように、補正部３４は、複数のパターン１１〜１９の開口形状の寸法を、それぞれ複数の最適寸法に変更（補正）する（ステップＳ４）。これにより、フォトマスク１０の設計が終了し、出力処理部３５は、複数のパターン１１〜１９の開口形状の寸法が補正されたレイアウトデータを出力装置５に出力する。このレイアウトデータに基づいて、フォトマスク１０が作製される。

［効果］
本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法によれば、第１の密集パターン１１〜１４、第２の密集パターン１６〜１９が形成されているＸ方向、Ｙ方向を考慮して、複数のパターン１１〜１９の開口形状を正方形状から第１又は第２長方形状に一括に変換することにより、前述の疎密補正と密集ホール楕円形状補正の両立が可能となる。即ち、その面積と形状に粗密差がない複数のホールをウェハ上に形成することができる。

なお、本発明の第１及び第２実施形態によるフォトマスク設計方法では、レジストパターン２０の複数の開口部分２１〜２５の形状を所望の形状として円形状としたが、これに限定されない。例えば、レイアウト上の問題がなければ、複数の開口部分２１〜２５の形状を、Ｘ方向（密方向）に短軸を有する楕円形状にしてもよい。この場合でも、本発明を適用できる。

また、本発明の第１及び第２実施形態によるフォトマスク設計方法では、第１、第２の密集ホールをそれぞれ４個とし、第１の密集パターン１１〜１４、第２の密集パターン１６〜１９がフォトマスク１０に設けられているが、これに限定されない。密集ホールの数が増えた場合でも、本発明を適用できる。

また、本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法では、第１、第２の密集ホールがそれぞれ半導体基板上にＸ、Ｙ方向に一定の間隔で形成されるため、第１の密集パターン１１〜１４、第２の密集パターン１６〜１９がそれぞれＸ、Ｙ方向に一定の間隔でフォトマスク１０に設けられているが、これに限定されない。例えば、更に、第３の密集ホールが、半導体基板上にＸ、Ｙ方向に垂直ではない斜め方向に一定の間隔で形成される場合、第３の密集パターンが上記の斜め方向に一定の間隔でフォトマスク１０に設けられていてもよい。この場合でも、本発明を適用できる。

［半導体装置の製造方法］
本発明の第１及び第２実施形態によるフォトマスク設計方法により作製されるフォトマスク１０を用いて、半導体装置が製造される。これについて説明する。

半導体装置が製造される場合、まず、図１１Ａに示されるように、ウェハ（半導体基板４１）上に酸化膜などの絶縁膜４２が形成される。次に、図１１Ｂに示されるように、絶縁膜４２上にフォトレジスト４３が塗布される。その後に、図１１Ｃに示されるように、露光装置において、フォトレジスト４３とフォトマスク１０との位置が調整される。第２実施形態を例にした場合、フォトマスク１０には、複数のパターン１１〜１９（図示省略）が設けられている。露光装置において、フォトレジスト４３上にフォトマスク１０が設けられ、フォトマスク１０を介してフォトレジスト４３に紫外線が照射される。このとき、フォトレジスト４３のうちの、フォトマスク１０によりマスクされていない箇所には、紫外線が照射される。即ち、フォトマスク１０の複数のパターン１１〜１９のそれぞれに対応する複数の箇所には、紫外線が照射される。その結果、図１１Ｄに示されるように、複数の箇所が紫外線により溶けて、レジストパターン２０が形成される。レジストパターン２０は、複数の箇所のそれぞれに対して絶縁膜４２が露出された複数の開口部分２１〜２９（図示省略）と、フォトレジスト４３が残された部分と、を含んでいる。図１１Ｅに示されるように、エッチング工程において、複数の開口部分２１〜２９に対して上記露出された絶縁膜４２がエッチングされる。その結果、複数の開口部分２１〜２９のそれぞれに対して半導体基板４１が露出されたコンタクトホールである複数のホール４４が形成される。その後、図１１Ｆに示されるように、絶縁膜４２上に残されたフォトレジスト４３が除去される。図１１Ｇに示されるように、複数のホール４４には金属層４５が形成される。

図１は、代表的なフォトマスク設計方法（従来のフォトマスク設計方法）を示すフローチャートである。 図２Ａは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１１０を示す平面図である。 図２Ｂは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるレジストパターン１２０を示す平面図である。 図３Ａは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１１０を示す平面図である。 図３Ｂは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるレジストパターン１２０を示す平面図である。 図４Ａは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１１０を示す平面図である。 図４Ｂは、従来のフォトマスク設計方法に適用されるレジストパターン１２０を示す平面図である。 図５は、本発明の第１及び第２実施形態によるフォトマスク設計方法が適用される設計システムの構成を示している。 図６は、図５の設計システムに適用されるコンピュータプログラム３０を示している。 図７は、本発明の第１及び第２実施形態によるフォトマスク設計方法を示し、コンピュータ１の動作を示すフローチャートである。 図８Ａは、本発明の第１実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図８Ｂは、本発明の第１実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図８Ｃは、本発明の第１実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図８Ｄは、本発明の第１実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるレジストパターン２０を示す平面図である。 図９は、任意のパターンの開口形状が正方形状の場合と長方形状の場合であるときのピッチ（ｐｉｔｃｈ）［ｎｍ］と寸法（ＣＤ；Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）との関係を示している。 図１０Ａは、本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図１０Ｂは、本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図１０Ｃは、本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるフォトマスク１０を示す平面図である。 図１０Ｄは、本発明の第２実施形態によるフォトマスク設計方法に適用されるレジストパターン２０を示す平面図である。 図１１Ａは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｂは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｃは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｄは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｅは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｆは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。 図１１Ｇは、本発明の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。

符号の説明

１ コンピュータ、
２ ＣＰＵ、
３ メモリ、
４ 入力装置、
５ 出力装置、
１０ フォトマスク、
１１〜１９ パターン、
２０ レジストパターン、
２１〜２９ 開口部分、
３０ コンピュータプログラム、
３１ 設計部、
３２ 変換部、
３３ 決定部、
３４ 補正部、
３５ 出力処理部、
４１ 半導体基板、
４２ 絶縁膜、
４３ フォトレジスト、
４４ ホール、
４５ 金属層、

Claims (9)

1. 複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターンが設けられたフォトマスクを設計するステップと、ここで、前記複数のパターンの開口形状は正方形状を表し、
   前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換するステップと、ここで、前記複数のパターンのうちの密集パターンは、第１の方向に一定の間隔で形成され、前記長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に短く、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向に長く、
   前記フォトマスクの前記複数のパターンを介してフォトレジストが露光されることにより、それぞれ前記複数のホールに対応する複数の開口部分を有するレジストパターンが形成される場合に、前記複数の開口部分の形状が所望の形状になるように、前記複数のパターンのそれぞれに対して、対象パターンと、前記対象パターンに近接する近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定するステップと、
   前記複数のパターンの開口形状の寸法をそれぞれ前記複数の最適寸法に補正するステップと、
   を具備し、
   前記変換するステップは、
   前記複数のパターンの開口形状の面積が前記正方形状と前記長方形状とで等しくなるように、前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換する
   フォトマスク設計方法。
2. 複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターンが設けられたフォトマスクを設計するステップと、ここで、前記複数のパターンの開口形状は正方形状を表し、
   前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換するステップと、ここで、前記複数のパターンのうちの密集パターンは、第１の方向に一定の間隔で形成され、前記長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に短く、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向に長く、
   前記フォトマスクの前記複数のパターンを介してフォトレジストが露光されることにより、それぞれ前記複数のホールに対応する複数の開口部分を有するレジストパターンが形成される場合に、前記複数の開口部分の形状が所望の形状になるように、前記複数のパターンのそれぞれに対して、対象パターンと、前記対象パターンに近接する近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定するステップと、
   前記複数のパターンの開口形状の寸法をそれぞれ前記複数の最適寸法に補正するステップと、
   を具備し、
   前記複数のパターンのうちの、前記密集パターンである第１の密集パターンは、前記第１の方向に一定の間隔で形成され、
   前記複数のパターンのうちの、前記第１の密集パターンとは異なる第２の密集パターンは、前記第２の方向に一定の間隔で形成され、
   前記変換するステップは、
   前記第１の密集パターンの開口形状を前記正方形状から前記長方形状である第１長方形状に変換し、
   前記第２の密集パターンの開口形状を前記正方形状から第２長方形状に変換し、
   前記複数のパターンのうちの、前記第１、第２の密集パターン以外の疎密パターンの開口形状を前記正方形状から前記第１又は第２長方形状に変換し、
   前記第２長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に長く、且つ、前記第２の方向に短く、
   前記変換するステップは、
   前記複数のパターンの開口形状の面積が前記正方形状と前記第１及び第２長方形状とで等しくなるように、前記第１の密集パターン、前記第２の密集パターン、疎密パターンの開口形状をそれぞれ前記正方形状から前記第１長方形状、前記第２長方形状、前記第１又は第２長方形状に変換する
   請求項１に記載のフォトマスク設計方法。
3. 前記所望の形状は、円形状である
   請求項１又は２に記載のフォトマスク設計方法。
4. 前記決定するステップと前記補正するステップは、ルールベースＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に基づいて行われる
   請求項１〜３のいずれかに記載のフォトマスク設計方法。
5. コンピュータにインストールされたコンピュータプログラムであって、
   複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターンが設けられたフォトマスクを設計するステップと、ここで、前記複数のパターンの開口形状は正方形状を表し、
   前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換するステップと、ここで、前記複数のパターンのうちの密集パターンは、第１の方向に一定の間隔で形成され、前記長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に短く、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向に長く、
   前記フォトマスクの前記複数のパターンを介してフォトレジストが露光されることにより、それぞれ前記複数のホールに対応する複数の開口部分を有するレジストパターンが形成される場合に、前記複数の開口部分の形状が所望の形状になるように、前記複数のパターンのそれぞれに対して、対象パターンと、前記対象パターンに近接する近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定するステップと、
   前記複数のパターンの開口形状の寸法をそれぞれ前記複数の最適寸法に補正するステップと、
   を具備し、
   前記変換するステップは、
   前記複数のパターンの開口形状の面積が前記正方形状と前記長方形状とで等しくなるように、前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換する
   フォトマスク設計方法の各ステップを前記コンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
6. コンピュータにインストールされたコンピュータプログラムであって、
   複数のホールをそれぞれ形成するための複数のパターンが設けられたフォトマスクを設計するステップと、ここで、前記複数のパターンの開口形状は正方形状を表し、
   前記複数のパターンの開口形状を前記正方形状から長方形状に一律に変換するステップと、ここで、前記複数のパターンのうちの密集パターンは、第１の方向に一定の間隔で形成され、前記長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に短く、且つ、前記第１の方向に垂直な第２の方向に長く、
   前記フォトマスクの前記複数のパターンを介してフォトレジストが露光されることにより、それぞれ前記複数のホールに対応する複数の開口部分を有するレジストパターンが形成される場合に、前記複数の開口部分の形状が所望の形状になるように、前記複数のパターンのそれぞれに対して、対象パターンと、前記対象パターンに近接する近接パターンとの距離に応じた複数の最適寸法を決定するステップと、
   前記複数のパターンの開口形状の寸法をそれぞれ前記複数の最適寸法に補正するステップと、
   を具備し、
   前記複数のパターンのうちの、前記密集パターンである第１の密集パターンは、前記第１の方向に一定の間隔で形成され、
   前記複数のパターンのうちの、前記第１の密集パターンとは異なる第２の密集パターンは、前記第２の方向に一定の間隔で形成され、
   前記変換するステップは、
   前記第１の密集パターンの開口形状を前記正方形状から前記長方形状である第１長方形状に変換し、
   前記第２の密集パターンの開口形状を前記正方形状から第２長方形状に変換し、
   前記複数のパターンのうちの、前記第１、第２の密集パターン以外の疎密パターンの開口形状を前記正方形状から前記第１又は第２長方形状に変換し、
   前記第２長方形状は、前記正方形状に対して、前記第１の方向に長く、且つ、前記第２の方向に短く、
   前記変換するステップは、
   前記複数のパターンの開口形状の面積が前記正方形状と前記第１及び第２長方形状とで等しくなるように、前記第１の密集パターン、前記第２の密集パターン、疎密パターンの開口形状をそれぞれ前記正方形状から前記第１長方形状、前記第２長方形状、前記第１又は第２長方形状に変換する
   フォトマスクの設計方法の各ステップを前記コンピュータに実行させるコンピュータプログラム。
   請求項５に記載のコンピュータプログラム。
7. 前記所望の形状は、円形状である
   請求項５または６に記載のコンピュータプログラム。
8. 前記決定するステップと前記補正するステップは、ルールベースＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）に基づいて行われる
   請求項５〜７のいずれかに記載のコンピュータプログラム。
9. 半導体基板上に絶縁膜を形成するステップと、
   前記絶縁膜上にフォトレジストを塗布するステップと、
   請求項１〜４のいずれかに記載のフォトマスク設計方法により作製されたフォトマスクを前記フォトレジスト上に設け、前記フォトマスクを介して前記フォトレジストに露光するステップと、ここで、前記フォトマスクの複数のパターンのそれぞれに対応する複数の箇所が露光されて、前記複数の箇所のそれぞれに対して前記絶縁膜が露出された複数の開口部分と、前記フォトレジストが残された部分と、を含むレジストパターンが形成され、
   前記複数の開口部分に対して前記露出された絶縁膜をエッチングするステップと、ここで、前記複数の開口部分のそれぞれに対して、前記半導体基板が露出されたコンタクトホールである複数のホールが形成され、
   前記絶縁膜上に残された前記フォトレジストを除去するステップと、
   前記複数のホールに金属層を形成するステップと、
   を具備する半導体装置の製造方法。

Images