JP5917337B2 - パターンデータ作成方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、パターンデータ作成方法、パターン検証方法および光学像算出方法に関する。

半導体装置の微細化に伴い、十分なリソグラフィマージンを持ってレジストパターンを形成することが困難になりつつある。このため、フォトマスクを作製する際には、事前にマスクパターンデータの合否がＬＣＣ（Lithography Compliance Check）などによって検証され、ＬＣＣに合格したマスクパターンデータを用いてフォトマスクを作製している。

従来のＬＣＣでは、マスクパターンデータ、露光条件、プロセス条件（レジスト膜厚など）を用いてレジスト内での光学像を求めている。その際、光学像はレジスト膜厚方向に平均化させている。そして、このようにして求められた光学像を用いてレジストパターンを上面側から見た場合のレジスト寸法が導出され、このレジスト寸法に基づいて、マスクパターンデータの合否が判断されている。

しかしながら、このようなＬＣＣでは、倒壊するようなレジストパターンの傾斜などは検査できなかった。その結果、実際にレジストパターンを形成してみるまで、レジストパターンの形成不良を確認することができなかった。このため、マスクパターンデータの良否を正確に判定することが望まれている。

特開２０１０−１７７３７４号公報

本発明が解決しようとする課題は、マスクパターンデータの良否を正確に判定することができるパターンデータ作成方法、パターン検証方法および光学像算出方法を提供することである。

実施形態によれば、パターンデータ作成方法が提供される。前記パターンデータ作成方法では、マスクパターンを有したマスクを用いて基板上のレジストに露光した場合の指定されたレジスト膜厚位置での光学像を、前記マスクパターンのパターンデータを用いて算出する。そして、前記レジスト膜厚位置でのレジストパターンの形状に関する特徴量を、前記光学像に基づいて抽出する。さらに、前記マスクパターンを用いて前記レジストパターンを形成した場合に、前記レジストパターンがパターン不良となるか否かを、前記特徴量に基づいて判定する。その後、前記レジストパターンがパターン不良になると判定されたマスクパターンのパターンデータを、前記レジストパターンがパターン不良にならないよう修正する。そして、前記レジスト膜厚位置は、３か所以上の高さ方向の膜厚位置である。また、前記光学像は、前記レジスト膜厚位置毎に算出される。さらに、前記特徴量は、前記レジスト膜厚位置毎の前記レジストパターンの断面形状に関する寸法である。また、前記光学像は、前記レジストパターンの、第１の高さにおける幅方向の第１の中央位置と、第２の高さにおける幅方向の第２の中央位置と、を含んでいる。そして、前記第１および第２の中央位置の差に基づいて、前記レジストパターンのパターン形状を判定し、前記パターン形状に基づいて、パターン不良となるか否かを判定する。

図１は、実施形態に係るマスクパターンデータ検証装置の構成を示すブロック図である。 図２は、フォトマスクの作製処理手順を示すフローチャートである。 図３は、マスクパターンデータのパターン検証処理手順を示すフローチャートである。 図４は、傾斜しているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。 図５は、逆テーパー形状となっているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。 図６は、高さ方向に膜減りしているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。 図７は、底部で裾引きを発生しているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。 図８は、光学像の算出処理を説明するための図である。 図９は、レジストパターンの傾斜または逆テーパー形状を判定する方法を説明するための図である。 図１０は、レジストパターンが高さ方向に膜減りするか否かの判定方法を説明するための図である。 図１１は、レジストパターンが底部で裾引きを発生するか否かの判定方法を説明するための図である。 図１２は、レジストパターンの形成不良例を示す図である。 図１３は、レジスト高さの指定例を説明するための図である。 図１４は、パターン密度に応じた膜減り危険点の判定方法を説明するための図である。 図１５は、マスクパターンデータ検証装置のハードウェア構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係るパターンデータ作成方法、パターン検証方法および光学像算出方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るマスクパターンデータ検証装置の構成を示すブロック図である。マスクパターンデータ検証装置１は、マスクパターンデータを用いて形成されるレジストパターンの断面形状などに関するパターン検証（ＬＣＣ：Lithography Compliance Check）を行うコンピュータなどである。マスクパターンデータ検証装置１は、レジストパターンの高さ（レジスト膜厚位置）毎に光学像を算出し、各光学像からレジストパターンの断面形状に関する特徴量を抽出する。そして、マスクパターンデータ検証装置１は、抽出した特徴量に基づいて、レジストパターンの断面形状に関するパターン検証を行う。

マスクパターンデータ検証装置１は、入力部１１、レジスト高さ指定部１２、光学像算出部１３、特徴量抽出部１４、判定部１５、出力部１６を備えている。入力部１１は、露光条件、プロセス条件、マスクパターンデータなどを入力し、レジスト高さ指定部１２に送る。また、入力部１１は、基板に塗布されたレジストに露光処理を行うことによって形成されるレジストパターンに対し、検証したい膜厚位置（高さ）を複数指定する情報（以下、指定レジスト高さという）を入力し、レジスト高さ指定部１２に送る。マスクパターンデータは、例えば外部装置（マスクパターンデータ作成装置）から入力部１１に入力される。また、露光条件、プロセス条件、指定レジスト高さは、例えば、ユーザによってマウスやキーボードを介して入力部１１に入力される。

レジスト高さ指定部１２は、レジストパターンの高さが複数指定された情報を指定レジスト高さとして格納するメモリなどである。

光学像算出部１３は、露光条件、プロセス条件、マスクパターンデータ、指定レジスト高さなどを用いて、指定レジスト高さで指定されたレジストパターンの高さ（レジスト高さ）毎に光学像を算出する。光学像算出部１３が算出する光学像は、マスクパターンを有したマスクを用いて基板上のレジストに露光した場合の指定レジスト高さでの光学像である。光学像算出部１３は、算出した光学像と、レジスト高さとを対応付けして、特徴量抽出部１４に送る。

特徴量抽出部１４は、必要に応じてレジスト高さ毎に光学像を変調する。光学像を変調する際には、レジスト拡散長、スレッショルド、イメージオフセット、スロープ変調などが用いられる。

また、特徴量抽出部１４は、変調後または変調前の各光学像からレジストパターンの断面形状に関する特徴量（光学像の特徴量）を抽出する。特徴量抽出部１４は、例えば、各光学像に対する光学像強度のスレッショルドに基づいて、各光学像からレジスト断面形状を求め、レジスト断面形状から特徴量（寸法など）を抽出する。特徴量抽出部１４は、抽出した特徴量とレジスト高さとを対応付けして、判定部１５に送る。

判定部１５は、抽出されたレジスト高さ毎の特徴量を用いて、マスクパターンデータの良否を判定する。換言すると、判定部１５は、レジストパターンの断面形状に関するパターン検証を行う。判定部１５は、判定結果（検証の合否、レジストパターンが不良パターンとなるマスクパターン上でのパターン位置など）を出力部１６に送る。出力部１６は、判定結果を外部装置などに出力する。

つぎに、フォトマスクの作製処理手順について説明する。図２は、フォトマスクの作製処理手順を示すフローチャートである。まず、基板（ウエハなど）上に形成する基板上パターン（回路パターンなど）に対応する設計データが作成される（ステップＳ１０）。

作成された設計データは、ＤＲＣ（Design Rule Check）が行われる（ステップＳ２０）。ＤＲＣは、配線間の寸法や配線の幅などの物理的なエラーを検証するエラーチェックである。

ＤＲＣで不合格となった場合（ステップＳ２０、Ｎｏ）、設計データが修正され（ステップＳ２５）、再度、ＤＲＣが行われる（ステップＳ２０）。この後、ＤＲＣで合格となるまで、設計データの修正（ステップＳ２５）とＤＲＣ（ステップＳ２０）とが繰り返される。

一方、ＤＲＣで合格になると（ステップＳ２０、Ｙｅｓ）、設計データを用いてリソグラフィターゲット（ターゲットパターンデータ）が作成される。そして、また、リソグラフィターゲットに対して、ＯＰＣ（Optical Proximity Correction：光近接効果補正）が行われる（ステップＳ３０）。これにより、マスクパターンデータが作成される（ステップＳ４０）。

作成されたマスクパターンデータは、マスクパターンデータ検証装置１の入力部１１に入力される。そして、マスクパターンデータ検証装置１でマスクパターンデータのＬＣＣが行われる（ステップＳ５０）。

ＬＣＣは、設計／ＯＰＣ段階（マスク製造前）にマスクパターンデータの合否を判断する検査である。ＬＣＣでは、マスクパターンデータが作成された後にリソグラフィシミュレーションを行うことで、マスクパターンが有している露光マージンの量などが検証される。例えば、デフォーカスによって変化するレジストパターン寸法や、レジストパターンがショートするか否かなどが検証され、検証結果に基づいて、マスクパターンデータの合否が判断される。ＬＣＣで不合格（パターン不良）と判断されるマスクパターンの位置（危険点）は、レジストパターンを形成した場合にレジストパターンがパターン不良となる確率が所定値以上となるマスクパターンの位置である。

ＬＣＣで不合格となった場合には（ステップＳ５０、Ｎｏ）、設計データの修正（ステップＳ２５）またはＯＰＣ（ステップＳ３０）が行われる。設計データを修正する場合には、ステップＳ２５〜Ｓ５０の処理が繰り返される。また、ＯＰＣを行なう場合には、ＯＰＣ条件が変更された後、ステップＳ３０〜Ｓ５０の処理が繰り返される。

換言すると、マスクパターンデータ検証装置１によって危険点と判定されたマスクパターンの設計パターンやＯＰＣ条件を、マスクパターンデータ検証装置１で危険点が検出されないよう修正する。これにより、修正後のマスクパターンで基板に露光してレジストパターンを形成しても、パターン形成に十分なドーズ・フォーカスマージンによって、レジストパターンの形成不良を防止できる。具体的には、レジストパターンの倒れ、ショート、膜減り、裾引きなどを防止できる。また、レジストパターンを用いて下地の酸化膜を加工し、酸化膜のパターンを形成する際にも、酸化膜の膜厚を十分に保つことができる。このため、酸化膜間にメタルを埋め込んでＣＭＰをした後のメタル間でのショートを防止できる。ＬＣＣで合格となった場合には（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）、合格となったマスクパターンデータを用いてフォトマスク（露光用マスク）が作製される（ステップＳ６０）。

つぎに、マスクパターンデータのパターン検証処理手順について説明する。図３は、マスクパターンデータのパターン検証処理手順を示すフローチャートである。マスクパターンデータ検証装置１が、マスクパターンデータに対してパターン検証（ＬＣＣ）を行う際には、入力部１１に、露光条件、プロセス条件、マスクパターンデータなどが入力される（ステップＳ１１０）。これにより、入力部１１は、露光条件、プロセス条件、マスクパターンデータをレジスト高さ指定部１２に送る。

露光条件は、波長、ＮＡ、照明、フォーカス、収差、露光量などである。露光条件は、ＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）によって複数条件が指定されてもよい。プロセス条件は、レジストの膜厚、レジストよりも下層側に配置されている下地の構造などである。

また、入力部１１には、指定レジスト高さが入力される。これにより、光学像の算出対象となるレジスト高さが指定される（ステップＳ１２０）。入力部１１は、指定レジスト高さをレジスト高さ指定部１２に送る。そして、レジスト高さ指定部１２は、指定レジスト高さを光学像算出部１３に送る。

光学像算出部１３は、露光条件、プロセス条件、マスクパターンデータ、指定レジスト高さを用いて、指定レジスト高さで指定されたレジスト高さ毎にレジスト内での光学像を算出する（ステップＳ１３０）。このとき、露光条件には、ドーズやフォーカスなどを必要なリソグラフィマージン内で変化させた複数条件が用いられる。また、プロセス条件には、レジスト膜厚などが用いられる。光学像算出部１３は、算出した光学像と、レジスト高さとを対応付けして、特徴量抽出部１４に送る。

特徴量抽出部１４は、必要に応じてレジスト高さ毎に光学像を変調する（ステップＳ１４０）。特徴量抽出部１４は、変調後または変調前の各光学像からレジストパターンの断面形状に関する特徴量を抽出する（ステップＳ１５０）。特徴量抽出部１４は、抽出した特徴量とレジスト高さとを対応付けして、判定部１５に送る。

判定部１５は、抽出されたレジスト高さ毎の特徴量を用いて、マスクパターンデータの良否を判定する。判定部１５は、例えば、特徴量間の差を求める（ステップＳ１６０）。そして、判定部１５は、求めた差が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７０）。

求めた差が所定値以下である場合（ステップＳ１７０、Ｙｅｓ）、判定部１５は、ＬＣＣ合格と判定する（ステップＳ１８０）。一方、求めた差が所定値よりも大きい場合（ステップＳ１７０、Ｎｏ）、判定部１５は、ＬＣＣ不合格と判定する（ステップＳ１９０）。

つぎに、レジスト高さ毎の光学像と、レジストパターンの断面形状との関係について説明する。レジストパターンのうち、形成不良となるのは、レジストパターンの断面形状が、（１）傾斜している場合、（２）逆テーパー形状（底側部が上側部よりも狭い形状）となっている場合、（３）高さ方向に膜減り（膜厚不足）している場合、（４）底部で裾引きを発生している場合などである。例えば、（１）や（２）のような場合、レジストパターンが倒壊する場合があり、（３）や（４）の場合には、レジストパターンがオープン（断線）またはショート（接続）する場合がある。

（１）レジストパターンの断面形状が傾斜している場合
図４は、傾斜しているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。図４の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン２１の上面図である。このレジストパターン２１の断面形状が傾斜する場合がある。

このようなレジストパターン２１をＡ１−Ａ２線（ラインパターンの短手方向）で切断した場合の断面形状について説明する。図４の（ｂ）〜（ｄ）は、レジストパターン２１のＡ１−Ａ２線におけるレジスト断面光学像およびレジスト断面形状を示している。レジストがポジレジストの場合、光学像の弱い部分が、レジストパターンの残る部分（形成領域）であり、レジストがネガレジストの場合、光学像の強い部分が、レジストパターンの残る部分（形成領域）である。

図４の（ｂ）は、フォーカスが−Ｈ₁（ｎｍ）（マイナスデフォーカス）の場合のレジスト断面光学像およびレジスト断面形状である。また、図４の（ｃ）は、フォーカスがセンターの場合のレジスト断面光学像およびレジスト断面形状である。また、図４の（ｄ）は、フォーカスが＋Ｈ₁（ｎｍ）（プラスデフォーカス）の場合のレジスト断面光学像およびレジスト断面形状である。

図４の（ｂ）に示すように、例えばフォーカスが−Ｈ₁（ｎｍ）の場合には、ラインパターンに対応する光学像８１が外側に傾斜している。また、図４の（ｃ）に示すように、フォーカスがセンターの場合には、ラインパターンに対応する光学像８２がほとんど傾斜していない。また、図４の（ｄ）に示すように、フォーカスが＋Ｈ₁（ｎｍ）の場合には、ラインパターンに対応する光学像８３が内側に傾斜している。

外側に傾斜した光学像８１に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３１である。レジスト断面形状３１は、リソグラフィシミュレーションに光学像８１を適用することによって導出される。レジスト断面形状３１は、光学像８１と同様に外側に傾斜している。具体的には、３本のレジストパターン２１（レジスト断面形状３１）のうちの左端のレジストパターン（レジスト断面形状）が左側に傾き、右端のレジストパターン（レジスト断面形状）が右側に傾いている。

ほとんど傾斜していない光学像８２に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３２である。レジスト断面形状３２は、リソグラフィシミュレーションに光学像８２を適用することによって導出される。レジスト断面形状３２は、光学像８２と同様にほとんど傾斜していない。

内側に傾斜した光学像８３に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３３である。レジスト断面形状３３は、リソグラフィシミュレーションに光学像８３を適用することによって導出される。レジスト断面形状３３は、光学像８３と同様に内側に傾斜している。具体的には、３本のレジストパターン２１（レジスト断面形状３３）のうちの左端のレジストパターン（レジスト断面形状）が右側に傾き、右端のレジストパターン（レジスト断面形状）が左側に傾いている。

（２）レジストパターンの断面形状が逆テーパー形状となっている場合
図５は、逆テーパー形状となっているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。図５の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン２２の上面図である。このレジストパターン２２の断面形状が逆テーパー形状となる場合がある。

このようなレジストパターン２２をＢ１−Ｂ２線（ラインパターンの短手方向）で切断した場合の断面形状について説明する。図５の（ｂ）は、フォーカスがマイナスデフォーカスの場合のレジストパターン２１のＢ１−Ｂ２線におけるレジスト断面光学像およびレジスト断面形状を示している。

図５の（ｂ）に示すように、ラインパターンの一部（ここでは、右端のラインパターン）に対応する光学像８４が逆テーパー形状をなしている。逆テーパー形状の光学像８４に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３４である。レジスト断面形状３４は、リソグラフィシミュレーションに光学像８４を適用することによって導出される。レジスト断面形状３４は、光学像８４と同様に逆テーパー形状を有している。

なお、レジストがポジレジストの場合、光学像強度の弱い領域が逆テーパー形状を有していると、レジスト断面形状３４が逆テーパー形状となる。一方、レジストがネガレジストの場合、光学像強度の強い領域が逆テーパー形状を有していると、レジスト断面形状３４が逆テーパー形状となる。

（３）レジストパターンの断面形状が高さ方向に膜減りしている場合
図６は、高さ方向に膜減りしているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。図６の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン２３の上面図である。このレジストパターン２３が高さ方向に膜減りする場合がある。

このようなレジストパターン２３をＣ１−Ｃ２線（ラインパターンの短手方向）で切断した場合の断面形状について説明する。図６の（ｂ）および（ｃ）は、レジストパターン２３のＣ１−Ｃ２線におけるレジスト断面光学像およびレジスト断面形状を示している。図６の（ｂ）は、フォーカスがセンターの場合のレジスト断面光学像およびレジスト断面形状である。また、図６の（ｃ）は、フォーカスが＋Ｈ₂（ｎｍ）の場合のレジスト断面光学像およびレジスト断面形状である。

図６の（ｂ）に示すように、フォーカスがセンターの場合には、ラインパターンの一部（ここでは、中央の３本のラインパターン）に対応する光学像８５が、所望のレジスト膜厚となるよう分布している。また、図６の（ｃ）に示すように、フォーカスが＋Ｈ₂（ｎｍ）の場合には、ラインパターンの一部に対応する光学像８６が、所望のレジスト膜厚とならないよう分布している。

所望のレジスト膜厚となるよう分布している光学像８５に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３５である。レジスト断面形状３５は、リソグラフィシミュレーションに光学像８５を適用することによって導出される。レジスト断面形状３５は、光学像８５と同様に所望の膜厚となっている。

一方、所望のレジスト膜厚とならないよう分布している光学像８６に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３６である。レジスト断面形状３６は、リソグラフィシミュレーションに光学像８６を適用することによって導出される。レジスト断面形状３６は、光学像８６と同様に所望の膜厚に到達していない。換言すると、レジストパターン２１の一部が高さ方向に膜減りしている。

（４）レジストパターンの断面形状が底部で裾引きを発生している場合
図７は、底部で裾引きを発生しているレジストパターンの断面形状を説明するための図である。図７の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン２４の上面図である。このレジストパターン２４の断面形状が底部で裾引きしている場合がある。

このようなレジストパターン２４をＦ１−Ｆ２線（ラインパターンの短手方向）で切断した場合の断面形状について説明する。図７の（ｂ）は、フォーカスがプラスデフォーカスの場合のレジストパターン２４のＦ１−Ｆ２線におけるレジスト断面光学像およびレジスト断面形状を示している。

図７の（ｂ）に示すように、ラインパターン間（ここでは、中央部のラインパターン間）に対応する光学像８７が底部で裾引きを発生している。底部で裾引きを発生している光学像８７に対応する現像後のレジスト断面形状が、レジスト断面形状３７である。レジスト断面形状３７は、リソグラフィシミュレーションに光学像８７を適用することによって導出される。レジスト断面形状３７は、光学像８７と同様に底部で裾引きしている。

なお、レジストがポジレジストの場合、光学像強度の弱い領域が底部で裾引きしていると、レジスト断面形状３７が裾引き形状となる。一方、レジストがネガレジストの場合、光学像強度の強い領域が底部で裾引きしていると、レジスト断面形状３７が裾引き形状となる。

本実施の形態では、特徴量抽出部１４が、光学像またはレジスト断面形状から特徴量を抽出する。例えば、特徴量抽出部１４は、光学像から特徴量を抽出する場合、所定の光学像強度の輪郭線に基づいて、特徴量を抽出する。

つぎに、光学像強度の算出処理について説明する。図８は、光学像の算出処理を説明するための図である。図８の（ａ）は、光学像強度をレジストパターンの高さ方向（膜厚方向）に平均化した場合のレジスト断面形状６０Ａを示している。図８の（ｂ）は、レジストパターンの複数のレジスト高さにおける光学像強度を利用した場合のレジスト断面形状６０Ｂを示す図である。

図８の（ａ）に示すように、光学像強度６０Ｘをレジスト膜厚方向に平均化することにより、レジスト膜厚方向の平均値近傍における光学像強度が算出される。そして、算出した光学像強度を用いてレジストパターンを導出することにより、レジスト断面形状６０Ａを得ることができる。この場合の、レジスト断面形状６０Ａは、全ての膜厚位置で同じレジスト幅を有している。

図８の（ｂ）に示すように、複数のレジスト膜厚位置毎に光学像強度６０Ｘを算出し、算出した光学像強度６０Ｘを用いてレジストパターンを導出することにより、レジスト断面形状６０Ｂを得ることができる。図８の（ｂ）では、第１のレジスト膜厚位置６３ａ、第２のレジスト膜厚位置６３ｂ、第３のレジスト膜厚位置６３ｃ、第４のレジスト膜厚位置６３ｄの各レジスト膜厚位置で光学像強度を算出し、算出したレジスト膜厚位置毎の光学像強度を用いてレジスト断面形状６０Ｂを算出した場合を示している。

図８の（ｂ）に示すように、複数のレジスト膜厚位置（レジスト高さ）における光学像強度を用いてレジスト断面形状６０Ｂを算出することによって、正確なレジスト断面形状を得ることが可能となる。本実施の形態では、マスクパターンデータ検証装置１の光学像算出部１３が、複数のレジスト膜厚位置における光学像強度を用いてレジスト断面形状を算出する。

光学像算出部１３は、ユーザに指定された指定レジスト高さ（レジスト膜厚位置）における光学像を用いて指定レジスト高さのレジスト断面形状を算出してもよい。

つぎに、マスクパターンデータの良否判定方法例について説明する。図９は、レジストパターンの傾斜または逆テーパー形状を判定する方法を説明するための図である。図９の（ａ）では、レジストパターン（光学像）が傾斜する場合の、マスクパターンデータの良否判定方法を説明するための図を示している。また、図９の（ｂ）では、レジストパターン（光学像）が逆テーパー形状となる場合の、マスクパターンデータの良否判定方法を説明するための図を示している。

マスクパターンに照射される露光光がマイナスデフォーカスの場合に、レジストパターンが外側に傾斜するか又は逆テーパー形状となる場合がある。また、マスクパターンに照射される露光光がプラスデフォーカスの場合に、レジストパターンが内側に傾斜する場合がある。そして、レジストパターンが傾斜するか又は逆テーパー形状となる場合に、レジストパターンが倒壊するパターン不良が発生する場合がある。

図９の（ａ）に示すよう、レジストパターン５１の傾斜を判定する際には、特徴量抽出部１４が、レジストパターン５１の第１の高さにおける中央位置（左右のエッジの中央部）４３と、レジストパターン５１の第２の高さにおける中央位置４４とを算出する。換言すると、レジストパターン５１の断面形状を示す輪郭線から第１の高さにおける幅方向の中点と第２の高さにおける幅方向の中点とが特徴量抽出部１４によって抽出される。

そして、判定部１５が、第１の高さにおける中央位置４３と第２の高さにおける中央位置４４とを比較し、レジストパターン幅方向の差４５を算出する。換言すると、レジスト断面形状の左右のエッジの中央部が高さ間（第１の高さから第２の高さまで）で変化する量（差４５）が算出される。これにより、レジストパターン５１の高さ方向の変化量が算出される。

なお、複数のレジストパターンからなるレジストパターン群の中央位置を算出する場合には、レジストパターン群の第１の高さにおける重心位置を中央位置４３とし、レジストパターン群の第２の高さにおける重心位置を中央位置４４としてもよい。

判定部１５は、算出した差４５が、所定値以下であれば、マスクパターンデータは正常であると判定する。一方、判定部１５は、算出した差４５が、所定値よりも大きければ、マスクパターンデータは異常（危険）であると判定する。差４５と比較される所定値は、第１の高さと第２の高さとの間の距離毎に予め設定しておく。

なお、判定部１５は、中央位置４３と中央位置４４とを結ぶ直線の方向に基づいて、マスクパターンデータの正常／異常を判定してもよい。この場合、判定部１５は、中央位置４３，４４を通る直線と基板表面とのなす角度が所定値以下の場合に、マスクパターンデータは正常であると判定する。

ポジレジストを用いる場合、レジストパターンの残し部分（フォトマスクにおける遮光部分に対応する領域）の形状が逆テーパー形状になる（レジスト上部の方が下部よりも広くなる）場合がある。

図９の（ｂ）に示すように、レジストパターン５２が逆テーパー形状であるか否かを判定する際には、特徴量抽出部１４が、レジストパターン５２の第３の高さにおけるパターン幅４６と、レジストパターン５２の第４の高さにおけるパターン幅４７とを算出する。換言すると、レジストパターン５２の断面形状からパターン幅４６，４７が特徴量抽出部１４によって抽出される。

そして、判定部１５が、第３の高さにおけるパターン幅４６と第４の高さにおけるパターン幅４７とを比較し、その差４５を算出する。換言すると、レジスト断面形状のパターン幅が高さ間（第３の高さから第４の高さまで）で変化する量が算出される。

判定部１５は、算出した差４５が、所定値以下であれば、マスクパターンデータは正常であると判定する。一方、判定部１５は、算出した差４５が、所定値よりも大きければ、マスクパターンデータは異常であると判定する。そして、判定部１５は、異常であると判定したマスクパターンデータから異常の発生する箇所（危険点）と、異常と判定したレジストパターンの断面形状と、を出力部１６に送る。

図１０は、レジストパターンが高さ方向に膜減りするか否かの判定方法を説明するための図である。図１０の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン５３Ａ，５３Ｂの断面図を示し、図１０の（ｂ）は、レジストパターン５３Ａ，５３Ｂの上面図を示している。

ポジレジストを用いる場合、レジストパターンの残し部分のうち、レジストパターンの上部で光学像強度が所定値以上であれば、レジストパターンの膜減りが発生する。特徴量抽出部１４は、例えば、基板２上に形成されるレジストパターン５３Ａの高さ（膜厚）ｑ０をレジストパターンの断面形状に関する特徴量として抽出する。また、特徴量抽出部１４は、高さｑ０におけるレジストパターン５３Ａの幅ｑ４（短手方向の寸法）を、レジストパターンの断面形状に関する特徴量として抽出する。

レジストパターン５３Ａを、上段部６１、中段部６２、下段部６３とした場合に、中段部６２や下段部６３は、１本のラインパターンとして形成されるにもかかわらず、上段部６１の一部が形成されない場合がある。この場合の上段部６１と上段部６１との間（断線区間）の距離ｑ１が、レジストパターン５３Ａ（上段部６１）の上面形状に関する特徴量として特徴量抽出部１４によって抽出される。換言すると、上段部６１として形成されるべきなのに形成されていない領域の長さが距離ｑ１として抽出される。

本実施の形態の特徴量抽出部１４は、高さｑ０、幅ｑ４および距離ｑ１の少なくとも１つをレジストパターンの形状に関する特徴量として抽出する。例えば、特徴量抽出部１４は、距離ｑ１や幅ｑ４を抽出する場合には、ユーザに高さｑ０を指定させておく。

距離ｑ１を抽出する場合、特徴量抽出部１４は、上段部６１を高さｑ０以上のパターンとする。そして、特徴量抽出部１４は、上段部６１が形成されるはずの領域から上段部６１が途切れている領域の長手方向の長さである距離ｑ１を算出する。このとき、特徴量抽出部１４は、複数位置におけるレジスト断面光学像を用いて、距離ｑ１を算出する。

また、幅ｑ４を抽出する場合、特徴量抽出部１４は、レジスト断面光学像の中からレジストパターンの高さが高さｑ０となっているレジストパターン５３Ａのレジスト断面光学像を抽出する。そして、特徴量抽出部１４は、抽出したレジスト断面光学像に基づいて、幅ｑ４を算出する。

判定部１５は、高さｑ０、幅ｑ４および距離ｑ１の少なくとも１つに基づいて、レジストパターン５３Ａが高さ方向に膜減りするか否かを判定する。判定部１５は、例えば、高さｑ０が所定値よりも低く、且つ幅ｑ４が所定値よりも短く、且つ距離ｑ１が所定値よりも長い位置を、レジストパターン５３Ａが高さ方向に膜減りする危険点であると判定する。

なお、判定部１５は、高さｑ０が所定値よりも低い位置、または幅ｑ４が所定値よりも短い位置、または距離ｑ１が所定値よりも長い位置を、レジストパターン５３Ａが高さ方向に膜減りする危険点であると判定してもよい。

また、判定部１５は、例えば、（距離ｑ１）／（高さｑ０×幅ｑ４）が所定値よりも大きい領域を、レジストパターン５３Ａが高さ方向に膜減りする危険点（危険領域）であると判定してもよい。

また、判定部１５は、上段部６１の膜減り領域（面積）である幅ｑ４×距離ｑ１が所定値よりも大きい領域を、レジストパターン５３Ａが高さ方向に膜減りする危険点（危険領域）であると判定してもよい。

図１１は、レジストパターンが底部で裾引きを発生するか否かの判定方法を説明するための図である。図１１の（ａ）は、レジストパターンの一例であるレジストパターン５４Ａ，５４Ｂの断面図を示し、図１１の（ｂ）は、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂの上面図を示している。

ポジレジストを用いる場合、レジストパターンの抜き部分（フォトマスクにおける光透過部分に対応する領域）の形状が、レジストパターンの下部で裾引きを起こす場合がある。例えば、レジストパターン間（スペース領域となる箇所）での光学像強度が所定値よりも低い場合に裾引きが発生する。特徴量抽出部１４は、基板２上に形成されるレジストパターン５４Ａとレジストパターン５４Ｂとの間に形成されるレジスト膜５５の高さ（膜厚）ｑ２をレジストパターンの断面形状に関する特徴量として抽出する。

レジストパターン５４Ａを、上段部６４Ａ、中段部６５Ａ、下段部６６Ａとし、レジストパターン５４Ｂを、上段部６４Ｂ、中段部６５Ｂ、下段部６６Ｂとした場合に、下段部６６Ａと下段部６６Ｂとの間がレジスト膜５５によって繋がる場合がある。この場合の、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂの長手方向のレジスト膜５５の距離ｑ３が、特徴量抽出部１４によって抽出される。換言すると、下段部６６Ａ，６６Ｂの裾引きによって形成されるレジスト膜５５の、下段部６６Ａ，６６Ｂ間に垂直な方向の距離ｑ３が抽出される。

本実施の形態の特徴量抽出部１４は、高さｑ２および距離ｑ３の少なくとも１つをレジストパターンの形状に関する特徴量として抽出する。例えば、特徴量抽出部１４は、距離ｑ３を抽出する場合には、ユーザに高さｑ２を指定させておく。

距離ｑ３を抽出する場合、特徴量抽出部１４は、下段部６６Ａ，６６Ｂを高さｑ２以下のパターンとする。そして、特徴量抽出部１４は、レジストパターンが形成されないはずの領域から高さｑ２以上のレジストパターン（レジスト膜５５）が形成されている領域を抽出する。さらに、特徴量抽出部１４は、レジスト膜５５が形成される領域の長手方向の長さである距離ｑ３を算出する。このとき、特徴量抽出部１４は、複数位置におけるレジスト断面光学像を用いて、距離ｑ３を算出する。

また、特徴量抽出部１４は、下段部６６Ａ，６６Ｂおよびレジスト膜５５のレジスト断面光学像に基づいて、下段部６６Ａ，６６Ｂのレジストパターン間距離（レジスト膜５５の幅）を算出してもよい。これにより、特徴量抽出部１４は、レジスト膜５５の面積を求めることが可能となる。

判定部１５は、高さｑ２および距離ｑ３の少なくとも１つに基づいて、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂが底部で裾引きを発生するか否かを判定する。判定部１５は、例えば、高さｑ２が所定値よりも高く、且つ距離ｑ３が所定値よりも長い領域を、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂが底部で裾引きを発生する危険点であると判定する。

なお、判定部１５は、高さｑ２が所定値よりも高い位置、または距離ｑ３が所定値よりも長い位置を、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂが底部で裾引きを発生する危険点であると判定してもよい。また、判定部１５は、例えば、（距離ｑ２）×（高さｑ３）が所定値よりも大きい位置を、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂが底部で裾引きを発生する危険点であると判定してもよい。

なお、判定部１５は、レジスト断面形状に限らず、光学像８１〜８６の強度分布に基づいて、マスクパターンにおける危険点を判定してもよい。この場合も、光学像８１〜８６の形状（所定値以上の大きさを有した光学像強度の傾きや寸法）に基づいて、危険点であるか否かが判定される。

また、判定部１５は、レジスト膜５５の面積（裾引き領域）である距離ｑ３×レジスト膜５５の幅が所定値よりも大きい領域を、レジストパターン５４Ａ，５４Ｂが底部で裾引きを発生する危険点であると判定してもよい。

図１２は、レジストパターンの形成不良例を示す図である。図１２では、レジストパターン６７が高さ方向に膜減りする場合の形成不良と、レジストパターン７０Ａ，７０Ｂ間で裾引きを発生する場合の形成不良と、を上面図で示している。

レジストパターン６７を上段部６８と下段部６９とした場合において、上段部６８が所望の位置に形成されない場合に、レジストパターン６７が高さ方向に膜減りすると判断される。図１２では、レジストパターン６７の位置３８において、上段部６８が所望の位置に形成されないので、レジストパターン６７の位置３８が高さ方向に膜減りする危険点であると判断される。

また、レジストパターン７０Ａ，７０Ｂが隣接する場合において、レジストパターン７０Ａの下段部７１Ａとレジストパターン７０Ｂの下段部７１Ｂとがレジスト膜（レジスト残り）７２で繋がる場合に、レジストパターン７０Ａ，７０Ｂが底部で裾引きを発生すると判断される。換言すると、レジストパターン７０Ａ，７０Ｂ間のスペース領域に所定量以上のレジスト膜７２が残留している場合に裾引きが発生すると判断される。

図１２では、レジストパターン７０Ａ，７０Ｂ間の位置３９において、下段部７１Ａと下段部７１Ｂとがレジスト膜７２を介して繋がるので位置３９が底部で裾引きを発生する危険点であると判断される。

図１３は、レジスト高さの指定例を説明するための図である。図１３では、マスク３、レジストパターン１００および基板２の断面図を示している。例えば、レジストパターン１００の膜厚が８０ｎｍである場合、光学像算出部１３は、レジストパターン１００を膜厚方向にＮ分割（Ｎは２以上の自然数）する。図１３では、レジストパターン１００が膜厚方向に１０分割されている場合を示している。

光学像算出部１３は、各レジスト高さまたはユーザによって指定された指定レジスト高さでのレジスト内の光学像を算出する。例えば、１０分割されたレジストパターン１００の一番下の部分に対しては、高さ０〜８ｎｍの光学像の平均値または高さ４ｎｍでの光学像の値が算出される。そして、必要に応じて光学像が変調されてから、レジスト高さ毎に光学像の特徴量が算出される。

例えば、レジストパターン１００の上段部が、１０分割されたうちの最上層から４層目に設定されている場合、特徴量抽出部１４は、１層目から４層目までの光学像の平均値を算出するとともに、算出した平均値から第１の特徴量（パターン幅など）を抽出する。また、レジストパターン１００の下段部が、１０分割されたうちの最下層に設定されている場合、特徴量抽出部１４は、最下層の光学像の値を算出するとともに、算出した値から第２の特徴量（パターン幅など）を抽出する。

そして、判定部１５は、特徴量抽出部１４が抽出した第１の特徴量と第２の特徴量との差が所定値以下であるか否かに基づいて、レジストパターン１００が危険点であるか否かを判定する。危険点であると判断されたレジストパターン１００のマスクパターンデータは、レジストパターン１００がパターン不良とならないよう、設計データやＯＰＣ条件などが修正される。これにより、マスクパターンデータが修正される。

ところで、レジストパターン上から酸化膜をエッチングして酸化膜パターンを形成する場合、レジストパターンに膜減りが発生していると酸化膜パターンの膜厚が薄くなる。このような場合に酸化膜パターン間にメタルを埋め込むと、メタル間がショートする場合がある。このため、レジストパターンに膜減りが生じると、危険点となる場合がある。

レジストパターン上から酸化膜をエッチングする際には、レジストパターン量の割合（スペース領域に対するパターン領域の割合）が少ないほど（開口面積が広いほど）、エッチングレートが速くなる。このため、レジストパターン量の割合が少ないほど、レジストが多く消費されることになり、その結果、危険度合いが大きくなる。したがって、危険点を導出する際に、レジストパターン密度に基づいて、レジスト膜減りの判定を行ってもよい。また、危険点を導出する際に、レジストパターン密度に基づいて、レジストパターンが底部で裾引きを発生するか否かを判定してもよい。

図１４は、パターン密度に応じた膜減り危険点の判定方法を説明するための図である。図１４では、レジストパターンの上面図を示している。図１４の（ａ）は、パターン密度の小さいパターン領域８８Ａを示し、図１４の（ｂ）は、パターン密度の大きいパターン領域８８Ｂを示している。

Ｄ１−Ｄ２線で切断されるレジストパターンに対応するマスクパターン形状と、Ｅ１−Ｅ２線で切断されるレジストパターンに対応するマスクパターン形状と、が同じマスクパターン形状であっても、パターン領域８８Ａの方がパターン領域８８Ｂよりもパターン密度が小さいので膜減りの危険度は高くなる。

このため、本実施の形態の判定部１５は、図１０などで説明した膜減り判定方法にレジストパターン密度を考慮して危険点であるか否かを判定してもよい。これにより、パターン密度に応じた正確な膜減り判定を行うことが可能となる。

マスクパターンデータ検証装置１によるマスクパターンデータ検証やマスクパターンデータの修正は、例えばウエハプロセスのレイヤ毎に行われる。そして、必要に応じて修正されたマスクパターンデータを用いてフォトマスクが製造され、製造されたフォトマスクを用いて半導体装置（半導体集積回路）が製造される。

具体的には、ウエハに所定の膜（加工対象膜）を成膜した後、加工対象膜上にレジストが塗布される。そして、レジストの塗布されたウエハにフォトマスクを用いて露光が行なわれ、その後ウエハが現像されてウエハ上にレジストパターンが形成される。そして、レジストパターンをマスクとしてウエハの下層側がエッチングされる。これにより、レジストパターンに対応する実パターンがウエハ上に形成される。半導体装置を製造する際には、上述したマスクパターンデータの検証、マスクパターンデータの修正、成膜処理、露光処理、現像処理、エッチング処理などがレイヤ毎に繰り返される。

つぎに、マスクパターンデータ検証装置１のハードウェア構成について説明する。図１５は、マスクパターンデータ検証装置のハードウェア構成を示す図である。マスクパターンデータ検証装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３、表示部９４、入力部９５を有している。マスクパターンデータ検証装置１では、これらのＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２、ＲＡＭ９３、表示部９４、入力部９５がバスラインを介して接続されている。

ＣＰＵ９１は、コンピュータプログラムであるマスクデータ検証プログラム９７を用いてマスクパターンデータの検証を行う。マスクデータ検証プログラム９７は、コンピュータで実行可能な、マスクパターンデータを検証するための複数の命令を含むコンピュータ読み取り可能かつ非遷移的な記録媒体を有するコンピュータプログラムプロダクトである。マスクデータ検証プログラム９７では、前記複数の命令がマスクパターンデータを検証することをコンピュータに実行させる。

表示部９４は、液晶モニタなどの表示装置であり、ＣＰＵ９１からの指示に基づいて、光学像、特徴量、マスクパターンデータの判定結果（検証結果）などを表示する。入力部９５は、マウスやキーボードを備えて構成され、使用者から外部入力される指示情報（マスクパターンデータの検証に必要なパラメータ等）を入力する。入力部９５へ入力された指示情報は、ＣＰＵ９１へ送られる。

マスクデータ検証プログラム９７は、ＲＯＭ９２内に格納されており、バスラインを介してＲＡＭ９３へロードされる。図１５では、マスクデータ検証プログラム９７がＲＡＭ９３へロードされた状態を示している。

ＣＰＵ９１はＲＡＭ９３内にロードされたマスクデータ検証プログラム９７を実行する。具体的には、マスクパターンデータ検証装置１では、使用者による入力部９５からの指示入力に従って、ＣＰＵ９１がＲＯＭ９２内からマスクデータ検証プログラム９７を読み出してＲＡＭ９３内のプログラム格納領域に展開して各種処理を実行する。ＣＰＵ９１は、この各種処理に際して生じる各種データをＲＡＭ９３内に形成されるデータ格納領域に一時的に記憶させておく。

マスクパターンデータ検証装置１で実行されるマスクデータ検証プログラム９７は、光学像算出部１３、特徴量抽出部１４、判定部１５を含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。なお、光学像算出部１３による光学像算出処理は、他のプログラムに実行させてもよい。

このように実施形態によれば、レジストパターンの複数の高さで光学像を算出し、各光学像から抽出したレジストパターンの形状に関する特徴量に基づいて、マスクパターンデータを検証するので、マスクパターンデータに対して、十分なリソグラフィマージンを持ってレジストパターンを形成することができるか否かを検証することが可能となる。したがって、マスクパターンデータの良否を正確に判定することが可能になる。また、マスクパターンデータの検証結果に基づいて、マスクパターンデータを修正するので、マスクパターンのリソグラフィマージンを向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…マスクパターンデータ検証装置、１１…入力部、１２…レジスト高さ指定部、１３…光学像算出部、１４…特徴量抽出部、１５…判定部、１６…出力部、３１〜３７，６０Ａ，６０Ｂ…レジスト断面形状、８１〜８６…光学像。

Claims (1)

1. マスクパターンを有したマスクを用いて基板上のレジストに露光した場合の指定されたレジスト膜厚位置での光学像を、前記マスクパターンのパターンデータを用いて算出する光学像算出ステップと、
   前記レジスト膜厚位置でのレジストパターンの形状に関する特徴量を、前記光学像に基づいて抽出する特徴量抽出ステップと、
   前記マスクパターンを用いて前記レジストパターンを形成した場合に、前記レジストパターンがパターン不良となるか否かを、前記特徴量に基づいて判定する判定ステップと、
   前記レジストパターンがパターン不良になると判定されたマスクパターンのパターンデータを、前記レジストパターンがパターン不良にならないよう修正するパターン修正ステップと、
   を含み、
   前記レジスト膜厚位置は、３か所以上の高さ方向の膜厚位置であり、
   前記光学像は、前記レジスト膜厚位置毎に算出され、
   前記特徴量は、前記レジスト膜厚位置毎の前記レジストパターンの断面形状に関する寸法であり、かつ前記レジストパターンの、第１の高さにおける幅方向の第１の中央位置と、第２の高さにおける幅方向の第２の中央位置と、を含み、
   前記判定ステップでは、前記第１および第２の中央位置の差に基づいて、前記レジストパターンのパターン形状を判定し、前記パターン形状に基づいて、パターン不良となるか否かを判定することを特徴とするパターンデータ作成方法。

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