JPH11258770A

JPH11258770A - マスクパターン設計方法及びフォトマスク

Info

Publication number: JPH11258770A
Application number: JP6510798A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Kotani; 敏也小谷; Satoshi Tanaka; 聡田中; Shoji Sanhongi; 省次三本木; Soichi Inoue; 壮一井上
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 1999-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JP3576791B2

Abstract

(57)【要約】【課題】精度の良い最適な補助パターンの寸法を簡便に
決定する。【解決手段】露光波長λの光源を持ち、投影レンズの開
口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パタ
ーンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォトマス
クのパターンを設計するマスクパターン設計方法におい
て、前記マスクパターンとして前記設計パターンに対応
する主パターンに、該主パターンのウェハ上換算したラ
イン幅をＷ’とすると、前記露光波長λ及び前記開口数
ＮＡにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ
／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望通り
に仕上がるように予め定められた規格化ライン幅方向寸
法値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂに基づい
て、前記主パターンの先端からウェハ上換算してｓｂ’
＝ｓｂ×λ／ＮＡまでをウェハ上換算してｓａ’＝ｓａ
×λ／ＮＡだけ変化させるべく発生させた補助パターン
を付加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクパターン設
計方法及びフォトマスクに関し、特にライン状のパター
ンを転写する際に用いられるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体製造技術の進歩はめざまし
く、最小加工寸法０．３５μｍサイズの半導体が量産さ
れるようになってきた。このような素子の微細化は光リ
ソグラフィ技術と呼ばれる微細パターン形成技術の飛躍
的な進歩により実現されている。光リソグラフィ工程と
はＬＳＩの設計パターンからフォトマスクを作成し、こ
のマスクに光を照射し、投影光学系にてウェハ上に塗布
されているレジストを感光させ、この感光分布に従って
レジストを現像し、ウェハ上に所望のレジストパターン
を形成する工程である。このリソグラフィ工程によって
形成されたレジストパターンをマスクにして下地をエッ
チングすることによって、ＬＳＩパターンをウェハ上に
形成する。

【０００３】この光リソグラフィにおいて、パターンサ
イズが投影光学系の限界解像力に比較して十分大きい時
代には、ウェハ上に形成したいＬＳＩパターンの平面形
状がそのまま設計パターンとして描かれる。従って、そ
の設計パターンに忠実なマスクを作成し、この忠実なマ
スクをウェハ上に転写し、下地をエッチングすることに
よってほぼ設計パターン通りのパターンがウェハ上に形
成できた。

【０００４】しかしパターンの微細化が進むにつれて、
ＬＳＩ設計図通りに作成したマスクでは、投影光学系に
おける回折光のけられによる影響等でウェハ上に形成さ
れるパターンが設計パターンと異なってしまい、それに
伴う弊害が顕著になり始めている。

【０００５】例えばゲートパターンをウェハ上に転写す
ると光近接効果によって後退現象が生じ、その転写パタ
ーンの先端部が設計パターンより短く仕上がってしまう
（以後shorteningとよぶ）。これが顕著になるとパター
ンは規定寸法を形成できず、丸まりが発生する。特にlo
gic 製品では、素子領域外にまで達するべきゲートパタ
ーンがshorteningして素子領域外にまで達することがで
きず、トランジスタの動作不良が発生することがある。

【０００６】このような弊害を無くすために、設計パタ
ーン先端の角部に微小な補助パターンを付加して、従来
の設計パターンとは異なるマスク設計図を作成し、この
マスク設計図に従ってマスクを作成する方法が提案され
ている。この一例が特開平６−２４２５９５号公報や特
公昭６２−７５３５号公報に記載されている。設計パタ
ーンの角部などに微小な補助パターンを付加したマスク
で転写する方法は、設計パターンに対して忠実なパター
ンをウェハ上に形成するための有効な方法である。

【０００７】図１は、本発明の対象とする設計パターン
及びマスクパターンの平面図であり、ゲートパターンの
角部に補助パターンを付加した場合を示す。図１（ａ）
に示すように、パターン転写すべき設計パターンが１で
ある場合には、図１（ｂ）に示すマスクパターン２を持
つフォトマスクを用いてパターン転写を行う。このマス
クパターン２は、設計パターン１に対応する主パターン
３と、この主パターン３の四隅に対応する部分に付加さ
れた補助パターン４からなる。このような補助パターン
４を付加するとshorteningを無くすことができ、それに
起因する弊害も無くすことができる。

【０００８】しかしながら、補助パターン４の最適な大
きさｓａ’，ｓｂ’（ウェハ上換算値）を決定すること
は非常に大変な作業である。最適な補助パターン４の大
きさは投影光学系における照明条件やゲートパターンの
ライン幅やそのパターンピッチ等、さまざまなパラメー
タによって異なった値をとるからである。

【０００９】従って、設計パターン１や照明条件等、露
光を行うために必要な種々のパラメータが完全に決定さ
れた後に、まずゲートパターンを模擬したテストパター
ンから最適な補助パターン４の大きさを決めてルールを
作成し、さらにそのルールに従って実際のゲートパター
ンに補助パターン４を付加し、その効果の程度を確認す
るという作業が必要になる。設計パターンや照明条件に
変更が生じた場合には、再び同様の作業を最初から行わ
なければならない。この方法では莫大な時間と手間を要
し、また設計パターン１や照明条件等の変更に柔軟に対
応することも非常に困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、光近
接効果補正はパターンの角部などに微小な補助パターン
４を付加して行われる事が多い。しかし設計パターン１
や投影光学系の照明条件によって最適な補助パターンの
大きさが異なるため、各々の主パターン３に違った補助
パターン４を付加することは非常に手間のかかる作業で
ある。

【００１１】すなわち、従来のマスクパターンの設計方
法では設計パターン１や照明条件等、露光を行うに際し
ての種々のパラメータが完全に決定された後に、まずゲ
ートパターンを模擬したテストパターンから最適な補助
パターン４の大きさを決めてルールを作成し、さらにそ
のルールに従って実際のゲートパターンに補助パターン
４を付加し、その効果の程度を確認するという作業が必
要になる。この方法では、莫大な時間と手間を要し、ま
た設計パターン１や照明条件等の変更に柔軟に対応する
ことも非常に困難である。

【００１２】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、パターン設計に莫
大な時間と手間とを必要とせず、設計パターンや照明条
件の変更に対しても柔軟に対応しうるマスクパターン設
計方法を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、上記マスクパターン設計方法により作成されるフォ
トマスクを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
マスクパターン設計方法は、露光波長λの光源を持ち、
投影レンズの開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅
Ｗ”の設計パターンをウェハ上に転写する場合に用いら
れるフォトマスクのパターンを設計するマスクパターン
設計方法において、前記マスクパターンとして、前記設
計パターンに対応する主パターンに、該主パターンのウ
ェハ上換算したライン幅をＷ’とすると、前記露光波長
λ及び前記開口数ＮＡにより規格化された規格化ライン
幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先
端位置が所望通りに仕上がるように予め定められた規格
化ライン幅方向寸法値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法
値ｓｂの関係に基づいて、前記主パターンの先端からウ
ェハ上換算してｓｂ’＝ｓｂ×λ／ＮＡまでをウェハ上
換算してｓａ’＝ｓａ×λ／ＮＡだけ変化させるべく発
生させた補助パターンを付加することを特徴とする。

【００１４】本発明の望ましい形態を以下に示す。（１）規格化ライン幅方向寸法値ｓａ及び規格化ライン
長方向寸法値ｓｂは、実測又はシミュレーションにより
予め定められている。

【００１５】（２）設計パターンに対応する主パターン
とは、設計パターンと相似するパターン、又は設計パタ
ーンに対してその周辺部での疎密の程度に応じてライン
幅のみを変化させたパターンをいう。

【００１６】（３）補助パターンはウェハ上換算してｓ
ａ’及びｓｂ’を二辺とする四角形であり、主パターン
の先端からウェハ上換算長さｓｂ’まで主パターンのウ
ェハ上換算したライン幅Ｗ’を２×ｓａ’だけ太らせた
ものである。

【００１７】（４）補助パターンはｓａ’及びｓｂ’を
二辺とし、その挟角を直角とする直角三角形であり、該
補助パターンにより主パターンの先端からウェハ上換算
した長さｓｂ’の位置から主パターンの先端にかけてラ
イン幅Ｗ’がＷ’＋２×ｓａ’に太くなるように付加さ
れるものである。

【００１８】また、本発明の請求項２に係るマスクパタ
ーン設計方法は、露光波長λの光源を持ち、投影レンズ
の開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計
パターンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォト
マスクのパターンを設計するマスクパターン設計方法に
おいて、前記マスクパターンとして、前記設計パターン
に対応する主パターンの先端部側面に、該主パターンの
ウェハ上換算したライン幅をＷ’とすると、前記露光波
長λ及び前記開口数ＮＡにより規格化された規格化ライ
ン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン
先端位置が所望通りに仕上がるように予め定められた補
助パターンの規格化面積量Ａに基づいて、ウェハ上換算
した面積量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）² の補助パターンを
付加することを特徴とする。

【００１９】本発明の望ましい形態を以下に示す。（１）規格化面積量Ａは、実測又はシミュレーションに
より予め定められている。

【００２０】（２）設計パターンに対応する主パターン
とは、設計パターンと相似するパターン、又は設計パタ
ーンに対してその周辺部での疎密の程度に応じてライン
幅のみを変化させたパターンをいう。

【００２１】（３）補助パターンはウェハ上換算して面
積量Ａ’の長方形又は直角三角形である。また本発明
は、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａは規格
化ライン幅Ｗとともに投影露光装置の照明光学系の光源
形状、マスクの種類に応じて更に決められていることを
特徴としている。さらに設計パターンが周期的に配置さ
れている場合において、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規
格化面積量Ａが設計パターンの周期によらず決定されて
いることを特徴とする。また設計パターンの先端部から
ある規格化寸法Ｄだけ離れて別のパターンが隣接配置さ
れている場合において、規格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規
格化面積量Ａがこの別パターンによらず一義的に決定さ
れていることをも特徴とする。また、別パターンの配置
位置である規格化寸法Ｄとして、Ｄ＝１．３程度以上で
あることを特徴としている。さらに、規格化寸法値ｓ
ａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａが、規格化ライン幅Ｗに関
連付けられて予めデータとして保存されており、マスク
パターンデータ上で図形処理により自動的に該寸法の変
換処理を行うことを特徴とする。

【００２２】また、本発明の請求項５に係るフォトマス
クは、露光波長λの光源を持ち、投影レンズの開口数Ｎ
Ａの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パターンを
ウェハ上に転写する為に用いられるフォトマスクにおい
て、前記設計パターンに対応するウェハ上換算したライ
ン幅Ｗ’の主パターンと、前記露光波長λ及び前記開口
数ＮＡにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／
（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望
通りに仕上がるように予め定められた規格化ライン幅方
向寸法値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂに基づ
いて、前記主パターンのライン幅Ｗ’を、該主パターン
の先端部からウェハ上換算した寸法ｓｂ’＝ｓｂ×λ／
ＮＡまでをウェハ上換算した寸法ｓａ’＝ｓａ×λ／Ｎ
Ａだけ変化させるべく発生させた補助パターンとからな
るマスクパターンを含むことを特徴とする。

【００２３】また、本発明の請求項６に係るフォトマス
クは、露光波長λの光源を持ち、投影レンズの開口数Ｎ
Ａの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パターンを
ウェハ上に転写する為に用いられるフォトマスクにおい
て、前記設計パターンに対応するウェハ上換算したライ
ン幅Ｗ’の主パターンと、この主パターンの先端部側面
に配置され、前記露光波長λ及び前記開口数ＮＡにより
規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に
応じて転写後のパターン先端位置が所望通りに仕上がる
ように予め定められた規格化面積量Ａに基づき発生させ
た面積量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）² の補助パターンとか
らなるマスクパターンを含むことを特徴とする。（作用）本発明では主パターンの規格化ライン幅Ｗに応
じて予め用意された規格化寸法値ｓａ，ｓｂに基づいて
最適な補助パターンの寸法ｓａ’，ｓｂ’が定まる。す
なわち、露光波長λ、ＮＡ、ライン幅Ｗ’が異なる場合
であっても規格化寸法ｓａ及びｓｂが一義的に定まるた
め、補正精度の良い最適な補助パターンを主パターンに
付加するための莫大な処理及び時間を短縮することがで
きる。また、ライン幅Ｗ’や照明条件（λ、ＮＡ）の変
更に対して柔軟に対応できる。

【００２４】また、本発明では規格化ライン幅Ｗに応じ
て予め用意された規格化面積Ａに基づいて最適な補助パ
ターンの面積Ａ’が決まる。すなわち、露光波長λ、Ｎ
Ａ、ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても規格化面積Ａ
が一義的に定まるため、補正精度のよい最適な補助パタ
ーンを主パターンに付加するための莫大な処理及び時間
を短縮することができ、また補助パターンの大きさを面
積で規定することにより、保存しておくべきデータが簡
単化され、パターン設計時間のさらなる短縮を図ること
ができる。

【００２５】また、Ｗ値のみならず、投影露光装置の照
明光学系の光源形状とマスクの種類に応じて最適な補助
パターンの寸法を決めることで、さらにライン幅Ｗ’や
照明条件（λ、ＮＡ）の変更にも柔軟に対応することが
できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。（第１実施形態）図１は、本発明の対象とするマスクパ
ターン設計方法を説明するための図であり、図１（ａ）
は転写すべき設計パターンを、図１（ｂ）は本方法によ
り設計されたマスクパターンを示す。図１（ａ）におい
て、設計パターン１はライン幅Ｗ”のゲートパターンで
ある。図１（ｂ）において、マスクパターン２は主パタ
ーン３とこの主パターン３に付加する補助パターン４か
らなる。主パターン３は転写すべきゲートパターンとほ
ぼ相似形であり、ライン幅はウェハ上換算値でＷ’であ
る。補助パターン４は、主パターン３の先端部側面にそ
れぞれ４つのパターンが付加される。このように補助パ
ターン４を付加することにより、ウェハ上換算して主パ
ターン３の先端部から長さｓｂ’の部分のみを２×ｓ
ａ’だけ太らせる。この補助パターン４を付加すること
により、転写パターンのshorteningをなくすことができ
る。

【００２７】図２は、本実施形態に係るマスクパターン
設計方法のアルゴリズムを示す図である。図２に示すよ
うに、このマスクパターン設計方法のアルゴリズムは補
助パターン寸法計算プログラム２１と補助パターン自動
発生プログラム２２に大きく分けられる。この補助パタ
ーン寸法計算プログラム２１と補助パターン自動発生プ
ログラム２２とを用いて、設計データ上で設計パターン
１に対応する主パターン３に補助パターン４を付加して
マスクパターン２を設計する。以下、図２に沿って補助
パターン寸法計算プログラム２１を用いた補助パターン
寸法の抽出方法と，補助パターン自動発生プログラム２
２を用いたマスクパターン２の補正手順とを説明する。

【００２８】補助パターン寸法計算プログラム２１に
は、予め補助パターン４の最適な寸法を示すデータテー
ブルが組み込まれている（２１３）。まず、このデータ
テーブルの作成方法について説明する。この補助パター
ン４のウェハ上換算した最適な寸法値ｓａ’，ｓｂ’を
実測又はシミュレーションにより算出する。本実施形態
では、シミュレーションによりデータテーブルを作成し
た場合で説明する。補助パターン４の最適な寸法値ｓ
ａ’，ｓｂ’は照明条件、ゲートパターンのライン幅、
パターンピッチ等により種々変動する。

【００２９】まず、寸法値ｓａ’，ｓｂ’を変動させる
種々のパラメータのうち、パターンピッチを変えてデー
タテーブルを算出する例を説明する。他のパラメータと
して、光源の露光波長λ＝０．２４８μｍ、形成すべき
ゲートパターンのライン幅Ｗ’＝０．１８μｍ、投影光
学系のレンズ開口数ＮＡ＝０．６、開口絞りの外半径σ
＝０．７５、内半径ε＝０とし、透過部とＣｒ等からな
る遮光部により構成される通常のＣＯＧ（Cr On Glass
）マスクを用いた。パターンピッチは、パターン及び
スペースの比、すなわち図１（ｂ）におけるａ：ｂ＝
１：１．５，１：２，１：３，１：５，１：１０の場合
に変動させた。そして、このマスクにより露光を行った
ときの空間像を計算し、パターンピッチ１：１．５の場
合の仕上がり寸法が所望寸法に仕上がる場合の露光量を
算出する。

【００３０】そして、この算出された露光量により転写
される他のピッチでのパターンも所望寸法に仕上がるよ
うに、すなわちライン幅が所望の寸法Ｗ”に達するよう
に、まず主パターンのライン幅Ｗ’を補正する（一次元
光近接効果補正）。すなわち、前記露光条件において、
露光量を１：１．５の仕上がり寸法に合わせると、その
他のパターンピッチでパターン転写される実際のゲート
パターンは光近接効果により設計パターンよりも太くな
る。従って、主パターンのライン幅Ｗ’はゲートパター
ンそのものの形状よりも細くなるように補正する。

【００３１】具体的には、例えば４倍体マスクを用いる
場合、転写時に設計パターン１を忠実に再現できるもの
であれば４Ｗ”のライン幅のマスクパターンが必要とな
るが、一次元光近接効果を補正するために、４Ｗ”−Δ
ａのライン幅のマスクパターンにする。Δａは、一次元
光近接効果補正値である。なお、設計パターン１の形
状、露光条件等によってはかかる一次元補正を行わずに
設計パターン１と相似する主パターン３そのものに補助
パターン４を付加する場合でもよい。

【００３２】このようにしてライン幅Ｗ’自体が補正さ
れた主パターン３に、任意の大きさの長方形の補助パタ
ーン４を付加して空間像を計算する。そして、その仕上
がり寸法が所望寸法となる露光量で空間像をスライスし
て平面像を求め、転写パターンを得る。この転写パター
ンと設計パターン１とのパターン先端での差が０になる
補助パターンの寸法値ｓａ’及びｓｂ’を算出する。

【００３３】次いで、得られたｓａ’値及びｓｂ’値に
基づいて、露光装置系のパラメータであるλ／ＮＡによ
り規格化する。この規格化された補助パターン４の寸法
値をｓａ，ｓｂとすると、ｓａ＝ｓａ’／（λ／Ｎ
Ａ），ｓｂ＝ｓｂ’／（λ／ＮＡ）となる。この規格化
された寸法値ｓａとｓｂの関係を表したのが図３であ
る。横軸はｓａ、縦軸はｓｂを示す（以後この曲線をｓ
ａ−ｓｂ曲線と称する）。図３に示すように、このｓａ
−ｓｂ曲線は、補助パターン寸法値ｓａ，ｓｂのパター
ンピッチ依存性を示している。

【００３４】また、以上のようにして求められたｓａ−
ｓｂ曲線において、パターンピッチ毎のｓａ−ｓｂ曲線
を平均化して一つのｓａ−ｓｂ曲線に表したものを図４
の実線に示す。横軸、縦軸は図３と同様である。図３に
おいて、パターンピッチの相違により生ずるｓａ−ｓｂ
曲線のばらつきは±５ｎｍ程度のshorteningにしか相当
しない。従って、この複数のｓａ−ｓｂ曲線のそれぞれ
のｓａ，ｓｂ値の平均値をとることにより、パターンピ
ッチに依存する補助パターン４の最適寸法を一つの曲線
として表すことができる。この平均化されたｓａ−ｓｂ
曲線をデータテーブルとして用いることにより、補助パ
ターン４の寸法ｓａ’，ｓｂ’を簡便に導出することが
できる。

【００３５】また、図４には主パターン３のｋ₁ 値
（０．４３５）とほぼ等しいｋ₁ 値となるように別の照
明条件（ＮＡ、λ）とライン幅Ｗ’とを選択し、上記図
３の場合と同様の方法により求めたｓａ−ｓｂ曲線を破
線で示す。このｓａ−ｓｂ曲線のｋ₁ 値は０．４３３で
ある。この曲線から分かるように、異なるＮＡ及びλに
より導出された実線で示すｓａ−ｓｂ曲線とほぼ一致す
ることが分かる。従って、主パターン３のｋ₁ 値が定ま
ればパターン寸法Ｗ’とパターンピッチと照明条件のＮ
Ａ及びλとに関係なく最適な補助パターン寸法ｓａ’，
ｓｂ’を容易に求めることができる。

【００３６】このことは、パターン設計において、同一
のＷ値であれば個別のデータテーブルを作成する必要が
ないことを示している。すなわち、例えばＮＡ値とλが
異なるがＷ値が共通する複数の露光条件によるマスクパ
ターンを設計する場合、従来のようにその露光条件毎の
パターン設計をすることなく、ＮＡ値、λが異なってい
てもＷ値の共通するデータテーブルを用いて補助パター
ン４の最適寸法ｓａ’，ｓｂ’を求めることができる。

【００３７】次に、投影光学系における開口絞りのσ値
を０．７５と固定し、開口数ＮＡと主パターン３の寸法
Ｗ’とを変えて様々なｋ₁ 値にしたときのｓａ−ｓｂ曲
線を図５に示す。横軸及び縦軸は図３と同じである。そ
れぞれの曲線は図４の場合と同様にパターンピッチ毎に
平均化されている。その他の条件は図３の場合と同様で
ある。このように主パターン３の各ｋ₁ 値に応じてｓａ
−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パターン４の寸法ｓ
ａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読み取ることができ
る。

【００３８】次に、投影光学系における開口絞りのσ値
を０．６０と固定し、開口数ＮＡと主パターン寸法Ｗ’
とを変えて様々なｋ₁ 値にしたときのｓａ−ｓｂ曲線を
図６に示す。横軸及び縦軸は図３と同じである。それぞ
れの曲線は図４の場合と同様にパターンピッチ毎に平均
化されている。その他の条件は図１の場合と同じであ
る。図５の場合と併せて、様々なσ値毎に主パターン３
の各ｋ₁ 値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、
補助パターン４の寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線
から読み取ることができる。

【００３９】図７はマスクの種類をハーフトーンマスク
としたときのｓａ−ｓｂ曲線である。横軸及び縦軸は図
３と同じである。ここで用いたハーフトーンマスクは遮
光部での光の透過率が６％であり、透過光と入射光との
位相差は１８０°である。このｓａ−ｓｂ曲線において
も、図４の場合と同様にパターンピッチ毎に平均化され
ている。その他の条件は図３の場合と同じである。マス
クの種類毎に主パターンの各ｋ₁ 値に応じてｓａ−ｓｂ
曲線を算出しておけば、補助パターンの寸法ｓａ’，ｓ
ｂ’を容易にその曲線から読み取ることができる。

【００４０】図８は補助パターンを底辺ｓａ’、高さｓ
ｂ’の直角三角形としたときのｓａ−ｓｂ曲線である。
横軸及び縦軸は図３と同じである。この補助パターンを
持つマスクパターンの平面図を図９に示す。マスクには
図７の場合で用いたハーフトーンマスクを用いた。その
他の条件は図３の場合と同じである。すなわち、マスク
パターン９２は図３〜図８の導出に用いたのと同じ形状
の主パターン３に補助パターン９４を付加したものであ
る。補助パターン９４の形状毎に主パターン３の各ｋ₁
値に応じてｓａ−ｓｂ曲線を算出しておけば、補助パタ
ーンの寸法ｓａ’，ｓｂ’を容易にその曲線から読みと
ることができる。

【００４１】図１０は主パターン３先端部から規格化寸
法Ｄ程度離れた位置に別のパターンが存在するときのｓ
ａ−ｓｂ曲線である。横軸及び縦軸は図３と同じであ
る。図１１にこの別パターンがある場合のマスク設計デ
ータの平面図を示す。図１１に示すように、ゲートパタ
ーンを転写するためのマスクパターン２の配置は図１
（ｂ）と同じである。このマスクパターン２の先端部か
らの規格化された距離Ｄをおいて別パターン１１１が配
置されている。図１０に示すｓａ−ｓｂ曲線は、図１１
に示すような配置において規格化寸法Ｄ＝１．３の場合
とＤ＝４．３５５の場合を示す。実線がＤ＝１．３、破
線がＤ＝４．３５５の場合である。

【００４２】これら２つのｓａ−ｓｂ曲線から分かるよ
うに、両曲線のずれ量は±３ｎｍ程度のshorteningにし
か相当しない。そのため主パターン３から規格化寸法Ｄ
が１．３程度以上離れたところにある別パターン１１１
からの光近接効果はほぼ無視しても良いことが分かる。
なお、このｓａ−ｓｂ曲線には示さなかったが、規格化
寸法Ｄが１．３よりも近い位置に別パターン１１１が存
在する場合には、存在しない場合に比較して無視できな
いほどの誤差が生ずるため、別パターン１１１の存在に
よる補正を行う必要が生ずる。

【００４３】以上、図３〜図８及び図１０に示すような
ｓａ−ｓｂ曲線を、データテーブルとして補助パターン
寸法計算プログラム２１に組み込んでおく。すなわち、
ｋ₁値，光源形状，マスク種をパラメータとしてシミュ
レーションを行ったデータテーブルを組み込んでおく。
尚、上記図３〜図８及び図１０に示したｓａ−ｓｂ曲線
は空間像を基に計算した結果であるが、このほかに空間
像計算に現像を考慮した計算モデルやエッチングなどの
半導体プロセスを考慮した計算モデルを組み合わせるこ
ともできる。また、種々の詳細な条件をさらに付加した
データテーブルを組み込むこともできる。

【００４４】次に、以上のように作成されたデータテー
ブルに基づいて、実際の補助パターン寸法計算プログラ
ム２１の流れを説明する。図２に示すように、まずパタ
ーン設計を行う際に必要な種々のパラメータを入力す
る。入力するパラメータとしては、露光光源の露光波長
λ、投影レンズの開口数ＮＡ、開口絞りの外半径σ、内
半径ε等の照明条件、形成すべきゲートパターンのライ
ン幅Ｗ’、例えばＣｒマスク、ハーフトーンマスク等、
用いられるマスクの種類、補助パターンの形状を入力す
る（２１１）。そして、この入力パラメータに基づいて
ｋ₁ 値を算出する（２１２）。ｋ₁ ＝Ｗ’／（λ／Ｎ
Ａ）により、入力パラメータから求めることができる。

【００４５】次いで、この求められたｋ₁ 値及び入力パ
ラメータに基づいて、データテーブルの選択が行われ
る。データテーブルは、入力パラメータのうち、σ値，
ε値，パターンライン幅，マスク種，補助パターンの形
状に基づいて種々用意されており、これら複数のデータ
テーブルのうち、最適な設計データを選択する。

【００４６】このように選択されたデータテーブルは、
上記図３〜図８及び図１０に示すようなｓａ−ｓｂの関
係によって表されているものなので、あるｓａ値を選択
した場合の最適なｓｂ値を抽出することができる。次い
で、抽出されたｓａ，ｓｂ値の寸法単位の変換を行う
（２１４）。このｓａ，ｓｂ値は規格化された寸法値で
あるため、実際にマスクパターン２に付加するための寸
法値に変換する必要があるからである。この寸法単位の
変換は、ｓａ’＝ｓａ×（λ／ｎａ）、ｓｂ’＝ｓｂ×
（λ／ｎａ）なる変換式によりなされる。これにより、
補助パターンのウェハ上換算の寸法値ｓａ’，ｓｂ’が
求まる。このように求めたｓａ’（μｍ）及びｓｂ’
（μｍ）を補助パターン自動発生プログラム２２に出力
する（２１５）。

【００４７】補助パターン自動発生プログラム２２では
まずマスクパターン２を構成するパターンのうち、ライ
ン幅Ｗ’からなる主パターン３を抽出する（２２１）。
この抽出される主パターン３のライン幅Ｗ’は既に一次
元光近接効果補正のなされたものである。そして主パタ
ーン３の先端部から規格化寸法Ｄ＝１．３離れた位置ま
での間に設計パターン１以外に別パターン１１１が存在
するかどうかを判別する（２２２）。

【００４８】別のパターンが存在しない場合、補助パタ
ーン寸法計算プログラム２１から出力された補助パター
ン寸法値ｓａ’，ｓｂ’を付加したマスクパターン２を
発生させる。具体的には、例えば補助パターン形状が図
１（ｂ）に示すような四角形の場合、主パターン３の先
端からｓｂ’（μｍ）までの部分をＷ’＋２×ｓａ’
（μｍ）のライン幅に太める（２２３）。

【００４９】別のパターンが存在する場合、規格化寸法
Ｄ依存であると判定し（２２４）、再度補助パターン寸
法計算プログラム２１に戻り、主パターン３の先端部か
ら規格化寸法Ｄまでの間に別の矩形が存在するという新
たな条件を追加して再びデータテーブルを選択する（２
１３）。なお、この場合には上記図３〜図８及び図１０
に示したのと同様の手法にて規格化寸法Ｄ依存のデータ
テーブルを準備しておく必要がある。再度選択されたデ
ータテーブルに基づいて再び補助パターン自動発生プロ
グラム２２で補助パターンを付加する。

【００５０】このようなアルゴリズムに沿って設計デー
タ上で主パターン３に補助パターンを付加し、その設計
されたマスクパターンデータに基づいてフォトマスクを
作成した。さらに上記入力した露光条件にて露光を行い
仕上がりレジスト寸法を測定した結果、レジストパター
ンは設計パターン１に対して所望通りに仕上がってお
り、shorteningもほとんど観察されず、ここに示したマ
スクパターン設計及びフォトマスク作成方法の有意性が
見出された。

【００５１】このように本実施形態によれば、予め求め
られたデータテーブルに基づいてマスクパターン２を設
計し、また光源波長λ，投影レンズの開口数ＮＡ，ライ
ン幅Ｗ’が異なる場合であっても、パターンピッチが異
なる場合であっても、また主パターンから規格化寸法Ｄ
＝１．３以上離れた位置に別パターンが存在しても、同
一のｋ₁ 値を持つデータテーブルに基づいて補助パター
ン４又は９４を付加することができるので、設計に要す
るデータ処理時間を短縮することができる。また種々の
データテーブルを用意したプログラムにより、設計パタ
ーンや照明条件等の変更にも柔軟に対応でき、膨大なデ
ータを非常に短時間に処理することが可能となるため、
簡便なマスクパターンの設計を実現できる。

【００５２】（第２実施形態）図１２は、本発明の第２
実施形態に係るマスクパターン設計方法を説明するため
の図であり、図４のｓａ−ｓｂ曲線をｓａ×ｓｂ＝Ａな
る双曲線関数形を用いて最小二乗法でフィッティングし
たものである。本実施形態はデータテーブル及び規格化
するパラメータにおいて第１実施形態と異にするもので
あって、他の部分は共通するため、共通する部分につい
ての説明を省略する。

【００５３】図１２に示すように、図４から得られたｓ
ａ−ｓｂ曲線の形状は、ほぼ双曲線関数形で近似するこ
とができることが分かる。従ってｋ₁ 値に応じて双曲線
関数の定数Ａ、すなわち補助パターンの規格化寸法の積
で表される面積量Ａ（以下、規格化面積量と称する）を
予め定めておけば、さらに容易に補助パターン４又は９
４の大きさを想定することができる。

【００５４】また図１３に各ｋ₁ 値で先端部が所望に仕
上がるときの補助パターン４又は９４の規格化面積量Ａ
を示す。横軸はｋ₁ 値を、縦軸は規格化面積量Ａを示
す。図１３から分かるように、ｋ₁ 値が大きいほど、付
加すべき補助パターン４又は９４の面積は小さくてす
む。

【００５５】また、本実施形態に係るマスクパターン設
計方法に用いられる補助パターン寸法計算プログラムを
図１４に示す。この補助パターン寸法計算プログラム４
１は第１実施形態に係る図２に示した補助パターン寸法
計算プログラム２１に対応するもので、補助パターン自
動発生プログラム２２については第１実施形態と共通す
るために省略する。第１実施形態と同様にまずλ，Ｎ
Ａ，σ値，ε値等の入力パラメータを入力し、ｋ₁ 値を
算出するところまでは第１実施形態と同じである（３１
１，３１２）。次いで、得られたｋ₁ 値に基づいてデー
タテーブルを選択する（３１３）。準備されたデータテ
ーブルは、図１３に示すようなものが用意され、ｋ₁ 値
に応じて規格化面積量Ａが一義的に定められている。こ
のデータテーブルを選択することにより、パターンのsh
orteningをなくすような規格化面積量Ａが定まる。そし
て、定まった規格化面積量Ａの寸法単位を変換してウェ
ハ上換算した補助パターンの面積量Ａ’＝Ａ×（λ／Ｎ
Ａ）² を算出する（３１４）。そして、この面積量Ａ’
を補助パターン自動発生プログラム２２に出力する（３
１５）。

【００５６】このように、補助パターン４又は９４の大
きさを規格化面積Ａで規定することにより、第１実施形
態と同じ効果を奏するとともに、データテーブルがより
簡単になり、そのため補正時間の短縮が可能となる。

【００５７】なお、本実施形態において図４で得られた
ｓａ−ｓｂ曲線について規格化面積量Ａを規定したが、
他の実施形態のデータテーブルについても規定面積量Ａ
を規定すれば、同様にパターン設計を簡単化できる。ま
た、フィッティングの方法は他の方法でも良い。

【００５８】また、本発明は上記第１，第２実施形態に
限定されるものではない。マスクパターン２は必ずしも
ゲートパターンに限定されず、例えば素子領域、金属配
線層のパターニングを行う際に用いられるパターンを設
計する手法にも適用できる。また、マスク種はＣｒマス
ク、ハーフトーンマスクに限らず、位相シフトマスク
等、上記パターンを転写可能なマスクであれば何でもよ
い。また、入力パラメータとは異なるパラメータにより
転写パターンの形状が変化するものであっても、転写パ
ターンの変動を生じさせるパラメータに依存したデータ
テーブルを用意すれば、同様に本発明を適用できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、主
パターンの規格化ライン幅Ｗに応じて予め用意された規
格化寸法値ｓａ，ｓｂ又は規格化面積量Ａに基づいて最
適な補助パターンの寸法が決まる。すなわち、露光波長
λ，開口数ＮＡ，ライン幅Ｗ’が異なる場合であっても
規格化寸法ｓａ及びｓｂ又は規格化面積量Ａが一義的に
決まるため、最適な補助パターンを主パターンに付加す
るための莫大な処理及び時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る設計パターン及び
マスクパターンを示す図。

【図２】同実施形態におけるマスクパターン設計方法の
アルゴリズムを示す図。

【図３】ｓａ−ｓｂ曲線のパターンピッチ依存性を示す
図。

【図４】ｓａ−ｓｂ曲線のｋ1 値依存性を示す図。

【図５】開口絞り内半径σ＝０．７５に固定した場合の
ｓａ−ｓｂ曲線のｋ₁ 値依存性を示す図。

【図６】開口絞り内半径σ＝０．６０に固定した場合の
ｓａ−ｓｂ曲線のｋ₁ 値依存性を示す図。

【図７】ハーフトーンマスクを用いた場合のｓａ−ｓｂ
曲線を示す図。

【図８】補助パターン形状を三角形にした場合のｓａ−
ｓｂ曲線を示す図。

【図９】補助パターン形状を三角形にした場合のマスク
パターンの平面図。

【図１０】パターンの先端部から規格化寸法Ｄ離れた位
置に別のパターンが存在する場合のｓａ−ｓｂ曲線を示
す図。

【図１１】パターンの先端部から規格化寸法Ｄ離れた位
置に別のパターンが存在する場合の設計パターンの平面
図。

【図１２】図４のｓａ−ｓｂ曲線をｓａ×ｓｂ＝Ａなる
双曲線関数系を用いてフィッティングした結果を示す
図。

【図１３】本発明の第２実施形態に係るデータテーブル
を示す図。

【図１４】同実施形態における補助パターン寸法計算プ
ログラムを示す図。

【符号の説明】

１設計パターン２，９２マスクパターン３主パターン４，９２補助パターン２１補助パターン寸法計算プログラム２２補助パターン自動発生プログラム１１１別パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上壮一神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光波長λの光源を持ち、投影レンズの
開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パ
ターンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォトマ
スクのパターンを設計するマスクパターン設計方法にお
いて、前記マスクパターンとして、前記設計パターンに対応す
る主パターンに、該主パターンのウェハ上換算したライ
ン幅をＷ’とすると、前記露光波長λ及び前記開口数Ｎ
Ａにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／
ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望通りに
仕上がるように予め定められた規格化ライン幅方向寸法
値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂの関係に基づ
いて、前記主パターンの先端からウェハ上換算してｓ
ｂ’＝ｓｂ×λ／ＮＡまでをウェハ上換算してｓａ’＝
ｓａ×λ／ＮＡだけ変化させるべく発生させた補助パタ
ーンを付加することを特徴とするマスクパターン設計方
法。
【請求項２】露光波長λの光源を持ち、投影レンズの
開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パ
ターンをウェハ上に転写する場合に用いられるフォトマ
スクのパターンを設計するマスクパターン設計方法にお
いて、前記マスクパターンとして、前記設計パターンに対応す
る主パターンの先端部側面に、該主パターンのウェハ上
換算したライン幅をＷ’とすると、前記露光波長λ及び
前記開口数ＮＡにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝
Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置
が所望通りに仕上がるように予め定められた補助パター
ンの規格化面積量Ａに基づいて、ウェハ上換算した面積
量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）² の補助パターンを付加する
ことを特徴とするマスクパターン設計方法。
【請求項３】前記規格化ライン幅方向寸法値ｓａ及び
前記規格化ライン長方向寸法値ｓｂの関係又は前記規格
化面積量Ａは、前記規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／Ｎ
Ａ）に対応して予めデータとして保存されており、かつ
前記マスクパターンデータ上で図形処理により自動的に
前記補助パターンを発生させることを特徴とする請求項
１又は２に記載のマスクパターン設計方法。
【請求項４】前記補助パターンのライン幅方向寸法値
ｓａ及び前記規格化ライン長方向寸法値ｓｂ又は前記規
格化面積量Ａは、前記規格化ライン幅Ｗとともに前記投
影露光装置の照明光学系の光源形状とマスクの種類に応
じてさらに定められていることを特徴とする請求項１又
は２に記載のマスクパターン設計方法。
【請求項５】露光波長λの光源を持ち、投影レンズの
開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パ
ターンをウェハ上に転写する為に用いられるフォトマス
クにおいて、前記設計パターンに対応するウェハ上換算したライン幅
Ｗ’の主パターンと、前記露光波長λ及び前記開口数Ｎ
Ａにより規格化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／
ＮＡ）に応じて転写後のパターン先端位置が所望通りに
仕上がるように予め定められた規格化ライン幅方向寸法
値ｓａ及び規格化ライン長方向寸法値ｓｂに基づいて、
前記主パターンのライン幅Ｗ’を、該主パターンの先端
部からウェハ上換算した寸法ｓｂ’＝ｓｂ×λ／ＮＡま
でをウェハ上換算した寸法ｓａ’＝ｓａ×λ／ＮＡだけ
変化させるべく発生させた補助パターンとからなるマス
クパターンを含むことを特徴とするフォトマスク。
【請求項６】露光波長λの光源を持ち、投影レンズの
開口数ＮＡの投影露光装置によりライン幅Ｗ”の設計パ
ターンをウェハ上に転写する為に用いられるフォトマス
クにおいて、前記設計パターンに対応するウェハ上換算したライン幅
Ｗ’の主パターンと、この主パターンの先端部側面に配
置され、前記露光波長λ及び前記開口数ＮＡにより規格
化された規格化ライン幅Ｗ＝Ｗ’／（λ／ＮＡ）に応じ
て転写後のパターン先端位置が所望通りに仕上がるよう
に予め定められた規格化面積量Ａに基づき発生させた面
積量Ａ’＝Ａ×（λ／ＮＡ）² の補助パターンとからな
るマスクパターンを含むことを特徴とするフォトマス
ク。