JPH0876360A - フォトマスクの製造方法 - Google Patents

フォトマスクの製造方法

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JPH0876360A
JPH0876360A JP28626594A JP28626594A JPH0876360A JP H0876360 A JPH0876360 A JP H0876360A JP 28626594 A JP28626594 A JP 28626594A JP 28626594 A JP28626594 A JP 28626594A JP H0876360 A JPH0876360 A JP H0876360A
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智美 塩入
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70433Layout for increasing efficiency or for compensating imaging errors, e.g. layout of exposure fields for reducing focus errors; Use of mask features for increasing efficiency or for compensating imaging errors
    • G03F7/70441Optical proximity correction [OPC]

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造環境での使用に適し、多様なパターン形
状の任意個所に対応し、計算量が少なく、高速な近接効
果補正を施したフォトマスクの製造方法を提供する。 【構成】 レジスト上に転写されるべき設計パターンの
輪郭を分割することにより、その分割された個々の個所
に対する補正パターンの幅を、代数方程式を解く計算を
含むステップによって求める。一つの補正個所につい
て、繰り返し計算を必要とせず、計算量の少ない高速な
補正を加えることができる。また、補正前の設計パター
ンを用いた計算方法なので、フォトマスク上の任意パタ
ーンの任意の個所において、必要とされる補正量を算出
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路等の製造
工程で、回路パターンの転写に利用されるフォトマスク
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の製造においては、ウェハー
上にフォトレジスト(以下単にレジストという)を塗布
し、フォトマスクを通してこのレジストに露光し、レジ
スト上の光学像に従って作られたレジストパターンをマ
スクにしてエッチングなどがなされる。従来、ここで用
いられるフォトマスクパターンは、レジスト上に形成し
ようとする設計パターンと同一あるいは数倍に拡大され
た寸法であった。
【0003】しかし、LSIの微細化に伴い、前記の方
法では、レジスト面上に形成される光学像の忠実度が低
下し、設計パターンとレジストパターンの差が生じる。
忠実度の低下は、特に変形照明法(特開平4−1806
12号公報)や位相シフト法(特開昭62−50811
号公報)を用いる際に厳しくなる。
【0004】これに対処する為に、フォトマスクパター
ンに、あらかじめ補正を加えておくことによって、レジ
スト上では設計パターンに近い光学像を実現する方法が
ある。これを近接効果補正という。
【0005】一次元のL/S(ラインアンドスペース)
の線幅補正を行う方法として、特公平4−179952
号公報「微細パターンの形成方法」に記載のものが知ら
れている。また特公昭63−216052号公報「露光
方法」には、図17に示されるように、試料上に転写さ
れるべき形状のフォトマスクパターン7の角部に、補正
パターン8を加えたフォトマスクパターンを用いて露光
する方法が述べられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記特公平4−179
952号公報に記載の方法は、一次元のL/Sに対する
補正であり、二次元的な形状についての補正は述べられ
ていない。また、補正個所の一つに対し、光強度分布の
繰り返し計算を必要とする。また前記特公昭63−21
6052号公報に記載の方法は、角部の補正パターンの
みについての記述であり、角部以外の補正については述
べられていない。また、角部の補正パターン形状の求め
方についても、計算方法は具体的に述べられていない。
従来用いられている、補正パターンの大きさを変化させ
て最適なものを求める方法であれば、繰り返し計算を必
要とするため、特公平4−179952号公報に記載の
方法と同様に計算量が多くなる。
【0007】本発明の目的は、製造環境での使用に適
し、多様なパターン形状の任意個所に対応し、計算量が
少なく、高速な近接効果補正を施したフォトマスクの製
造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明のフォトマスクの
製造方法は、フォトレジスト上に転写されるべき設計パ
ターンを輪郭分割し、その分割された個々の個所に対す
る補正パターンの幅を代数方程式を解く計算を含むステ
ップによって求め、前記設計パターンに前記補正パター
ンを追加あるいは削除したパターンをフォトマスクパタ
ーンとして用いることを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明では、レジスト上に転写されるべき設計
パターンの輪郭を分割することにより、その分割された
部分における補正量を、代数方程式を解いて求めるの
で、一つの補正個所について、繰り返し計算を必要とせ
ず、計算量の少ない高速な補正を加えることができる。
また、補正前の設計パターンを用いた計算方法なので、
フォトマスク上の任意パターンの任意の個所において、
必要とされる補正量を算出することができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0011】図1はフォトマスク製造方法の流れ図であ
る。ステップ1で、露光したい設計パターンの入力を行
う。次にステップ2で、一定のルールに基づいて、設計
パターンの輪郭の分割を行い、補正点および補正区分を
決定する。次に、これら設計パターン,補正点,補正区
分の入力を受けて、ステップ3で個々の補正点における
補正パターンの幅を算出する。ステップ4で設計パター
ンに補正パターンを追加あるいは削除したパターンは、
ステップ5によりフォトマスクを描画する装置の入力と
なるデータへ変換される。そして、フォトマスクはステ
ップ6で描画およびエッチングされる。ここでいうフォ
トマスク描画装置の例としては、電子ビーム描画装置を
あげることができる。電子ビーム描画装置以外に、レー
ザビーム描画装置を用いてもフォトマスクは描画可能で
ある。
【0012】まず、第一実施例を説明する。第一実施例
では、設計パターンの例として図2に示す周期的なパタ
ーンを対象として説明する。パターン(遮光部)9は、
0.35μm×0.95μmの長方形である。図中10
は、パターンの無い部分を示している。
【0013】このような設計パターンをレジスト上に忠
実に形成するために、本実施例においては、以下のよう
な手順で補正を行う。
【0014】まず図1のステップ2で、設計パターンの
輪郭分割を行う。例えば、図3のように設計パターンの
輪郭を、角から一定の長さ、ここでは0.2μmずつに
分割し、残りは一括の区分とする。0.2μmという長
さは5倍のフォトマスク上で1.0μmとなる。この値
は我々のフォトマスク描画およびエッチングの精度より
選ばれており、異なるフォトマスク描画装置およびエッ
チング装置では異なる値を用いてよい。前記分割により
形成された区分を補正区分と呼び、図中11〜18で示
す。また、これらの補正区分の中点19〜26を補正点
とする。
【0015】次に図1のステップ3で、各補正点におけ
る補正パターンの幅w(以下、補正量と呼ぶ)を求め
る。ここでは、図3のA点(u,v)を例に、補正量w
の直接的な計算方法について説明する。補正量は、次の
式で計算される光強度分布I(u,v)をもとに算出さ
れる。
【0016】
【数1】
【0017】ここで、P(p,q)は瞳関数、S(r,
s)は有効光源、t(x,y)はフォトマスクパターン
の振幅透過率である。P(p,q)はデフォーカス等の
収差を含むが、ここでは全て0とする。
【0018】フォトマスクパターンは設計パターンを単
純に5倍したものだとすると、光学像は図4に28で示
すようになる。図中、27は設計パターン、39は光学
像28の左右方向の幅、40は光学像28の上下方向の
幅を示す。露光条件に開口数0.5のKrFエキシマス
テッパーに、図5に示す輪帯状の変形照明用遮光板を光
路中に挿入した照明系を用いたものとした。ここで輪帯
の外円29の半径はコヒーレンス因子σ=0.7に相当
し、内円30の半径は外円の70%である。
【0019】図4の光学像28では、図3のC点におけ
る光強度の等強度曲線を示している。そこでC点におけ
る光強度を基準値Iopt としてA点の補正を試みる。光
強度の基準値としてはC点以外の任意の点における光強
度を用いても良い。
【0020】A点における光強度を所望の光強度Iopt
にするために、点Aに長さl=0.2μm,幅wのΔt
(x,y;u,v)という補正パターンを追加あるいは
削除する。wの値が負のとき補正パターンの追加、正の
とき削除を意味する。wの大きさは補正量であるため、
補正区分の長さlにくらべてずっと小さくなる。このと
きA点は、x軸に平行な線上の補正なので、
【0021】
【数2】
【0022】と近似することができる。δはDirac
のδ関数であり、f(x)は(−l/2)<x<(l/
2)のとき1、それ以外では0である。
【0023】設計パターンに補正パターンを追加あるい
は削除することにより所望の光強度Iopt を得るために
は、(4)式となる必要がある。
【0024】
【数3】
【0025】(3)式を(4)式に代入すると、(4)
式は補正量wについての二次方程式になる。二次方程式
aw2 +bw+c=0の解の公式を用いて得られる次式
(5)が、補正量wを求める式である。
【0026】
【数4】
【0027】a,b,cはそれぞれwの二次,一次,0
次の係数であり、(6)〜(8)式で表される。
【0028】
【数5】
【0029】と表される。
【0030】(6)式から(9)式を用いて各補正点の
座標(u,v)を代入して、a,b,cの値を求め、
(5)式を用いることにより、個々の補正点における補
正量wを得る。上記の計算式による点Aにおける補正量
を具体的に求めると0.1μmとなる。
【0031】図1のステップ4において、ステップ3で
計算した、図3の補正区分11〜18における補正パタ
ーンの幅をもとに、補正パターンの設計パターンへの追
加あるいは削除を行う。図6は、図2の設計パターンに
補正を加えたフォトマスクパターンを示す図である。図
中、31は遮光部、32は透明部、33はフォトマスク
上の5倍に拡大された補正前の設計パターンを示してい
る。
【0032】図1のステップ5において、ステップ4で
得られた、図6に示される補正を加えられたフォトマス
クパターンを、フォトマスク描画装置に用いられるデー
タへ変換する。この変換されたデータを用いて、図1の
ステップ6でフォトマスクは描画され、エッチングによ
り完成する。
【0033】図6に示すフォトマスクパターンは、前述
したように、図2に示すパターンを図3に示されるよう
に輪郭分割し、補正を加えたものである。補正前のフォ
トマスクパターンと5倍に拡大された設計パターンは一
致していない。
【0034】図7に、図6に示す補正を加えたフォトマ
スクを用いた場合のレジスト上の光学像34を示す。図
4で見られた光学像28の設計パターン27からの大き
なずれは、図7の光学像34では矯正されていることが
わかる。特にパターンの上下方向の幅は、ほぼ設計値通
りになっている。
【0035】図8は、図2に示す設計パターンの5倍の
フォトマスクを用いた場合に得られる焦点深度特性を示
す。図中、35は図2の設計パターンを5倍にしたフォ
トマスクパターンを用いた場合の図4の光学像28の左
右方向39の焦点深度特性を、36は図2の設計パター
ンを5倍にしたフォトマスクパターンを用いた場合の図
4の光学像28の上下方向40の焦点深度特性を示して
いる。図4の光学像28の上下方向の幅40が、線幅変
動の許容値±0.035μm以上設計寸法からずれてい
るため焦点深度がとれない。
【0036】図9は、図6に示す補正を加えたフォトマ
スクを用いた場合に得られる焦点深度特性を示す。37
は図6のフォトマスクパターンを用いた場合の図7の光
学像34の左右方向41の焦点深度特性を、38は図6
のフォトマスクパターンを用いた場合の図7の光学像3
4の上下方向42の焦点深度特性を示している。図7の
上下方向の幅42が±0.8μmのデフォーカスまで線
幅変動の許容値の範囲内であり、焦点深度が向上するこ
とがわかる。
【0037】次に、本発明の第二実施例を説明する。第
二実施例では、前記第一実施例で示した二次方程式が一
次方程式に帰着される。第一実施例では、補正パターン
の幅を二次方程式を解いて求めたが、補正量wが小さい
場合、前記の二次方程式は二次の項aw2 を無視した一
次方程式
【0038】
【数6】
【0039】に帰着され、補正量wは(5)式よりも計
算量の少ない(11)式を用いて求めることができる。
【0040】
【数7】
【0041】第一実施例と全く同じ露光条件のもとで、
図3の点A,Bにおける補正量を具体的に求めると、各
点において、(5)式の二次方程式と(11)式の一次
方程式の解の差は、フォトマスク上の距離で0.01μ
m以下である。これは、ウェハー上では1/5の0.0
02μm以下であり、線幅変動の許容値±0.035μ
mに比べ十分小さいので、補正量の値は、前記一次方程
式の解の精度で十分である。
【0042】次に、第三実施例を説明する。第三実施例
では、位相シフト方法を用いた図10に示す周期的な設
計パターンを対象として説明する。なお図中、43,4
4は設計パターン、45はパターンのない部分を示して
いる。
【0043】図1のステップ2において、図11に示す
ように輪郭を一定の長さ、ここでは0.4μmずつに分
割する。46〜59は補正区分であり、これらの中点の
60〜73は補正点である。図1のステップ3におい
て、図11の点P1〜P3の補正量を直接的に計算する
方法について詳細に説明する。点P1〜P3の3点の補
正量は、第一,第二実施例で示したように、各点に対す
る一次方程式または二次方程式を3つ独立に計算するこ
とによっても求められるが、ここでは、近隣の補正パタ
ーンがお互いの補正点の光強度に及ぼす影響も考慮し、
補正量をより正確に得るための計算方法の例を示す。点
P1〜P3のようなパターンの角部では、補正パターン
が互いに近づくため、以下の計算方法が重要になる。P
1点(u1,v1 )、P2点(u2 ,v2 )、P3点
(u3 ,v3 )の3点における光強度を同時に所望の光
強度Iopt にするために、点P1〜P3に長さl=0.
40μm、幅w1 ,w2 ,w3 の補正パターンを追加あ
るいは削除する。このとき点P1は、y軸に平行な線上
の補正なので
【0044】
【数8】
【0045】と近似することができ、点P2と点P3
は、x軸に平行な線上の補正なので
【0046】
【数9】
【0047】と近似することができる。δ(x)とf
(x)は、第一実施例と同様の関数である。
【0048】設計パターンに補正パターンを追加あるい
は削除することにより前記の3点P1〜P3において所
望の光強度Iopt を得るためには、(15)〜(17)
式となる必要がある。
【0049】
【数10】
【0050】(12)〜(14)式を(15)〜(1
7)式に代入すると、(15)〜(17)式は、(1
8)〜(20)式に示すw1 ,w2 ,w3 についての連
立二次方程式となる。
【0051】
【数11】
【0052】これらの連立方程式の係数は、(21)〜
(25)式等で表される。
【0053】
【数12】
【0054】図13に示すフォトマスクパターンは、図
10に示すパターンを図11に示されるように輪郭分割
し、点73,60,61の3点、点63,64,65の
3点と点69,70,71の3点の3組については、そ
れぞれ(18)〜(20)式の連立二次方程式を解くこ
とによって補正量を計算し、点62,66,67,6
8,72については、(10)式の一次方程式を各点に
ついて独立に解くことにより補正量を計算し、その値を
もとに補正パターンの設計パターンへの追加あるいは削
除を行ったものである。位相シフトマスクを用いている
ため、θ=180°の開口部にはシフタを配置してい
る。露光条件には、開口数0.6,σ値0.3のi線ス
テッパーに通常照明を加えたものとした。
【0055】図14に、図13に示す補正を加えたフォ
トマスクを用いた場合のレジスト上の光学像79を示
す。図中、74は設計パターン、83,84,85は光
学像79の幅を示している。
【0056】図12は図10の設計パターンを5倍に拡
大したフォトマスクパターンを用いた時得られる光学像
75を示す図である。図中、74は設計パターン、8
1,82,83は光学像75の幅を示している。
【0057】図14と図12の光学像を比較すると、図
12の光学像75で見られた点P1,P2,P3におけ
る設計パターン74からのずれが、図14の光学像79
では矯正されていることがわかる。
【0058】図15は、図10に示す設計パターンの5
倍のフォトマスクを用いた場合に得られる焦点深度特性
である。図15の86,87,88は、それぞれ図12
の幅80,81,82に対応している。線幅変動の許容
値±0.04μm以上設計寸法からずれているため焦点
深度がとれないことがわかる。
【0059】図16は、図13に示す補正を加えたフォ
トマスクを用いた場合に得られる焦点深度特性である。
図16の89,90,91は、それぞれ図14の幅8
3,84,85に対応している。±0.8μmのデフォ
ーカスまで線幅変動の許容値の範囲内であり、焦点深度
が向上することがわかる。
【0060】次に、第四実施例を説明する。第四実施例
では、前記第二実施例で示した連立二次方程式が、連立
一次方程式に帰着される。点P1〜P3における補正量
1〜w3 が十分に小さいとして、補正量の二次の項を
すべて無視し、点P2と点P3の補正パターンについて
は、お互いの距離が遠いので相互作用がないとすると、
(26)〜(28)式の連立一次方程式を得る。
【0061】
【数13】
【0062】この連立一次方程式の解を求める(29)
〜(31)式が、補正量w1 ,w2,w3 を求める式で
ある。
【0063】
【数14】
【0064】図11の点73,60,61の3点、6
3,64,65の3点、69,70,71の3点の3組
について(29)〜(31)式を用いて求めた補正量と
第三実施例で得られた補正量との差は、ウェハー上で
0.002μm以下である。これは線幅変動の許容値に
比べ十分小さいので、補正量の値は、前記連立一次方程
式の解の精度で十分である。
【0065】第一実施例〜第四実施例では、光源として
KrFやi線を用いたが、前記光源に限らず、g線やA
rFでも適用できる。光源の形状は実施例で示したよう
に、通常照明でも変形照明でもよい。また、第三実施例
で示したように位相シフトマスクの場合も容易に適用で
きる。また、瞳関数P(p,q)に含まれるデフォーカ
スを有限な値とすることにより、焦点深度特性をさらに
最適化することもできる。
【0066】第三,第四実施例では連立方程式を解いて
補正パターンの幅を求めたが、連立させて求める補正量
の数は、補正パターンが、その周辺の補正点の光強度へ
与える影響の大きさと、必要とされる精度によって任意
に選ぶことができる。
【0067】
【発明の効果】以上から明らかなように本発明の方法を
用いると、任意のフォトマスクパターン形状の任意の補
正個所において代数方程式を解くことによって、少ない
計算量で、高速に補正することができる。本発明の方法
により補正したフォトマスクパターンを用いて、投影露
光することにより、レジスト上で設計パターンに近い光
学像を深い焦点深度で得ることができる。従って、製造
される半導体装置の信頼性向上に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】フォトマスク製造方法の流れ図である。
【図2】設計パターンの一例を示す図である。
【図3】図2の設計パターンを対象とする輪郭の分割の
一例を示す図である。
【図4】図2の設計パターンを5倍に拡大したフォトマ
スクパターンを用いたとき得られる光学像を示す図であ
る。
【図5】変形照明に用いられる遮光板を示す図である。
【図6】図2の設計パターンに補正を加えたフォトマス
クパターンを示す図である。
【図7】図6のフォトマスクパターンを用いたとき得ら
れる光学像を示す図である。
【図8】図2の設計パターンを5倍に拡大したフォトマ
スクパターンを用いた場合の焦点深度特性を示す図であ
る。
【図9】図6のフォトマスクパターンを用いた場合の焦
点深度特性を示す図である。
【図10】位相シフト方法を用いた設計パターンの一例
を示す図である。
【図11】図10の設計パターンを対象とする輪郭の分
割の一例を示す図である。
【図12】図10の設計パターンを5倍に拡大したフォ
トマスクパターンを用いたとき得られる光学像を示す図
である。
【図13】図10の設計パターンに補正を加えたフォト
マスクパターンを示す図である。
【図14】図13のフォトマスクパターンを用いたとき
得られる光学像を示す図である。
【図15】図10の設計パターンを5倍に拡大したフォ
トマスクパターンを用いた場合の焦点深度特性を示す図
である。
【図16】図13のフォトマスクパターンを用いた場合
の焦点深度特性を示す図である。
【図17】従来の方法の角部に補正パターンを加える方
法を示す図である。
【符号の説明】 1 設計パターン入力 2 パターンの輪郭分割 3 補正パターンの幅の計算 4 補正パターンの設計パターンへの追加あるいは削除 5 フォトマスク描画装置へのデータ変換 6 フォトマスク描画およびエッチング 7 フォトマスクパターン 8 補正パターン 9 設計パターン 10 パターンのない部分 11〜18 補正区分 19〜26 補正点 27 設計パターン 28 図2の設計パターンを5倍に拡大したフォトマス
クパターンを用いたときに得られる光学像 29 輪帯照明の外円 30 輪帯照明の内円 31 遮光部 32 透明部 33 フォトマスク上の5倍に拡大された補正前の設計
パターン 34 図6のフォトマスクパターンを用いたときに得ら
れる光学像 35 図2の設計パターンを5倍にしたフォトマスクパ
ターンを用いた場合の図4の光学像の左右方向39の焦
点深度特性 36 図2の設計パターンを5倍にしたフォトマスクパ
ターンを用いた場合の図4の光学像の上下方向40の焦
点深度特性 37 図6のフォトマスクパターンを用いた場合の図7
の光学像の左右方向41の焦点深度特性 38 図6のフォトマスクパターンを用いた場合の図7
の光学像の上下方向42の焦点深度特性 39 光学像の左右方向の幅 40 光学像の上下方向の幅 41 光学像の左右方向の幅 42 光学像の上下方向の幅 43,44 設計パターン 45 パターンのない部分 46〜59 補正区分 60〜73 補正点 74 設計パターン 75 図10の設計パターンを5倍に拡大したフォトマ
スクパターンを用いたときに得られる光学像 76 透明部 77 遮光部 78 フォトマスク上の5倍に拡大された設計パターン 79 図13のフォトマスクパターンを用いたときに得
られる光学像 80〜85 光学像の幅 86 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図12の光学像80の焦点深度
特性 87 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図12の光学像81の焦点深度
特性 88 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図12の光学像82の焦点深度
特性 89 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図14の光学像83の焦点深度
特性 90 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図14の光学像84の焦点深度
特性 91 図10の設計パターンを5倍にしたフォトマスク
パターンを用いた場合の図14の光学像85の焦点深度
特性

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フォトレジスト上に転写されるべき設計パ
    ターンの輪郭を線分に分割し、前記線分に沿って補正パ
    ターンを前記設計パターンに追加あるいは削除したパタ
    ーンをフォトマスクパターンとして用いるフォトマスク
    の製造方法であって、 前記補正パターンの長さは前記線分の長さとし、前記補
    正パターンの幅を、前記設計パターンおよび前記線分の
    長さより決定される数を係数とする代数方程式を解くこ
    とにより求めることを特徴とするフォトマスクの製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記代数方程式は二次方程式であることを
    特徴とする請求項1記載のフォトマスクの製造方法。
  3. 【請求項3】前記代数方程式は一次方程式であることを
    特徴とする請求項1記載のフォトマスクの製造方法。
  4. 【請求項4】前記代数方程式は連立二次方程式であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のフォトマスクの製造方
    法。
  5. 【請求項5】前記代数方程式は連立一次方程式であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のフォトマスクの製造方
    法。
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