KR100475621B1

KR100475621B1 - 반도체 집적 회로 장치, 그 제조 방법 및 마스크의 제작방법

Info

Publication number: KR100475621B1
Application number: KR10-2002-7007856A
Authority: KR
Inventors: 히로시 후꾸다
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2005-03-15
Also published as: CN1413356A; KR20020060269A; AU2000226927A1; WO2001063653A1; CN1191610C; US6811954B1; JP4009459B2; TW464945B

Abstract

종횡 방향으로 연장하는 선 형상의 회로 패턴을 형성할 때, 근접하는 개구 패턴 간의 위상이 반전하도록 위상 배치하고, 동위상 패턴이 근접하는 타입 A의 위상 모순과, 역위상 패턴이 접촉하는 타입 B의 위상 모순을 추출하여 이들을 해결하는 패턴을 생성하고, 모순 해소용 패턴을 갖는 위상 마스크와 이와 상보하여 설계 패턴을 형성하는 상보 위상 마스크를 동일 기판 상에 다중 노광함으로써, 종래의 투영 노광법으로는 곤란하였던 미세 피치를 갖는 방대하고 랜덤한 회로 패턴을 불과 2매의 위상 시프트 마스크의 다중 노광에 의해 가능하게 하고, 또한 이러한 회로 패턴을 단시간에 설계하고 저비용으로 반도체 집적 회로 장치를 제조할 수 있다.

Description

반도체 집적 회로 장치, 그 제조 방법 및 마스크의 제작 방법{SEMICONDUCTOR INTEGRATED CIRCUIT DEVICE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME, AND METHOD OF PRODUCING MASKS}

본 발명은 특히 로직계 반도체 집적 회로를 포함하는 반도체 장치 등의 반도체 집적 회로 장치, 그 제작 방법 및 그것에 이용되는 패턴을 형성한 마스크의 제작 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 고성능화/고기능화는, 회로 패턴의 미세화/고집적화에 의해 달성되어 왔다. 예를 들면, 논리 LSI는 트랜지스터 게이트 길이의 축소에 따라 고속화가 진행됨과 함께, 단위 면적당 회로 밀도의 증대에 따라 고기능화되어 왔다. 이에 따라, 논리 게이트끼리 서로 접속하기 위한 배선의 배치 피치가 급속하게 미세화되고 있다. 배선 피치의 추이는 현재 KrF 엑시머 레이저 노광 장치를 이용하여 0.8 내지 0.4㎛, ArF 엑시머 레이저 노광 장치를 이용하여 0.3㎛ 정도까지 달성 가능하다고 생각되고 있지만, 그 전에는 종래의 원자외선을 이용한 축소 투영 노광법으로는 실현 곤란할 것으로 예상되고 있다. 그래서, 보다 미세한 패턴을 실현하기 위한 방법으로서 전자선 묘화법, X선 노광법 등이 검토되고 있다.

한편, 광학계를 변화시키지 않고 그 해상 능력을 향상시키는 방법으로서, 위상 시프트 마스크가 알려져 있다. 이 방법은 마스크 상의 특정 투광부(개구부라고도 함)를 투과하는 광의 위상을 제어하는(통상은, 180도 반전시키는) 것으로, 광학계의 해상도를 종래 마스크를 이용한 경우에 비해 현저히 향상시키는 것이다.

이 위상 시프트 마스크법에서는, 설계 단계에 있어서 회로 패턴의 어느 부분의 위상을 반전시킬지를 결정하는 위상 배치가 필요하다. 그러나, 실제 회로 패턴에서는 위상 배치가 본질적으로 곤란한 패턴이 가끔 발생한다. 예를 들면, U자형(U-shaped) 패턴이나 세 가지 투광 패턴(즉, 개구 패턴)이 서로 최근접 거리에서 배치되어 있는 경우가 이에 해당하며, 이것을 위상 모순이라고 한다. 이 문제의 해결이 곤란하기 때문에 위상 시프트 마스크의 적용은 이제까지 메모리 LSI의 메모리 셀 등의 간단한 패턴에만 한정되어 사용되어 왔다.

위상 시프트 마스크를 복잡한 패턴에 적용하는 경우라도 위상 모순을 회피하는 방법이 오오이(大井)씨 등에 의해 보고되어 있다. 이것은 심볼릭 레벨로 위상 배치 후 컴팩션을 행함으로써 위상 모순을 회피한 레이아웃을 구하는 것이다.

위상 모순을 해결하는 다른 방법은, 위상 시프트 마스크를 포함하는 복수 마스크를 동일 포토레지스트막에 다중 노광하는 개념에 기초하고 있다. 이 개념은 일본국 특허 제265092호 및 제2638561호에서 본 발명자 등에 의해 특허 등록되어 있다. 또한, 이 개념의 다양한 회로 패턴에 대한 응용이 보고되어 있다. 예를 들면, 논리 LSI의 게이트 패턴 형성에 대한 응용이 신보(神保)씨 또는 고마쯔(小松) 씨 등에 의해 특허 출원되어 있다(특개평5-204131, 특개평6-67403). 또한, 배선에 적용하는 방법이 B.J.Lin 등에 의해 출원되어 있다(특개평8-227140).

또한, 위상 회복법을 이용한 위상 시프트 마스크에 의한 임의 패턴 생성 알고리즘이 Y. C. Pati 등에 의해 제안되어 있다(SPIE:Optical/Laser Microlithography Ⅶ, SPIE Vol. 2197(1994) pp. 314-327).

그러나, 상술한 전자선 묘화법이나 X선 노광법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

우선, 전자선 묘화법에서는 각각의 패턴을 순차적으로 묘화해 가므로 많은 시간을 필요로 한다. 그래서, 어느 정도 규모(예를 들면 5㎛ 각 정도)의 패턴을 일괄적으로 전사할 수 있는 셀 프로젝션법이 검토되고 있지만, 설계 가능한 패턴의 종류가 한정되므로 랜덤한 논리 LSI의 배선패턴에서는 효과적이지 않다. 또한, 대면적 마스크를 스캔 노광한 SCALPEL법이 검토되고 있지만, 스루풋은 현재 상황의 노광법의 수분의 1정도에 그친다.

또한, X선 노광법에서는 충분한 정밀도를 갖는 마스크를 실현하는 것이 곤란하다고 하는 문제가 있다.

한편, 위상 시프트 마스크법을 실제 복잡한 회로 패턴에 적용하기 위한 종래 제안되어 왔던 여러가지 방법에는 다음과 같은 과제가 있었다.

예를 들면, 우선 상기 심볼릭 레벨로 위상 배치 후 컴팩션을 행하는 방법은 위상 모순이 일어나는 부분의 회로 치수를 완화시키기 때문에 본질적으로 회로 미세화에 역행한다.

그런데, 최근의 논리 LSI는 사람 손으로 설계 가능한 규모를 초월하고 있으며, 자동 배치 배선법을 이용하여 설계되는 경우가 대부분이다. 따라서, 위상 시프트 마스크 생성도 자발적으로 생성된 방대한 패턴 데이터에 대하여 행할 필요가 있으며, 이것을 사람 손으로 시행착오를 거치면서 행하는 것은 비현실적이다.

그러나, 상기 복수 마스크의 다중 노광을 이용하여 복잡한 패턴에 대응하는 방법 중, 예를 들면 특개평5-204131, 특개평8-227140에서는 원래의 설계 패턴을 복수의 마스크로 분해하기 위한 룰이 일반화되어 있지 않기 때문에, 실제 방대한 LSI 데이터에 대처하는 것이 곤란하다고 하는 과제가 있다.

또한, 특개평5-204131, 특개평6-67403에 개시되어 있는 방법은, 트랜지스터의 게이트의 미세화를 행하기 위한 것으로, 이들을 배선패턴에 적용하여 그 배선 피치를 축소하는 것은 곤란하다고 하는 과제가 있다.

한편, 특개평8-277140에 개시되어 있는 패턴을 종횡 방향으로 분해하는 방법에서는 논리 LSI의 랜덤 배선에 있어서의 임의의 패턴에 대응하는 것이 곤란하다. 예를 들면, 도 29에 도시한 회로 패턴(5)을 종횡 방향으로 분해하면, 도 30의 (a), (b)에 도시한 바와 같이 2매의 마스크 V 및 H가 생성되지만, 이 경우, 예를 들면 마스크 H에서의 두 개의 투광부(개구부) X1과 X2 간의 위상 모순은 해소되지 않는다. 도 30에서 참조 부호(1)는 차광부를 나타내며, 참조 부호(2, 3, 4)는 투광부(개구부)를 나타내고 있다. 상기 공지 예에는 유사한 케이스에 대하여 마스크 상의 투광(개구) 패턴 X1과 X2를 또한 2매의 마스크로 분배하는 개념이 시사되어 있지만, 이 경우, X1과 X2는 인코히어런스 합이 되기 때문에 이들을 명확하게 분해하는 것은 곤란하다. 또한, 이를 위한 일반적인 지침이 주어져 있는 것이 아니므로, 상술한 바와 같이 사람 손에 의한 작업이 본질적으로 불가능한 방대한 랜덤 패턴을 포함하는 대규모 LSI 패턴에 적용하는 것은 곤란하다.

또한, 위상 회복법을 이용한 위상 배치법은 방대한 계산량을 필요로 하므로, 상기 대규모 데이터를 실용적인 시간 내에 처리하는 것은 곤란하며, 또한 생성되는 마스크 패턴이 복잡하므로, 실제 마스크 제조 상의 한계 등이 반드시 고려되어 있지 않다는 문제가 있다.

한편, 본 발명자는 보다 일반적인 알고리즘에 의해 임의의 패턴에 위상 시프트를 적용 가능하게 하는 방법을, Digest of Technical Papers, 1999 Symposium on VLSI Technology(1999) pp.123-124, "Node connection/quantum phase-shifting mask-Path to below 0.3-㎛ pitch, proximity effect free random interconnect and memory patterning"에서 발표하였다.

이 1999 Symposium on VLSI Technology에서 설명되고 있는 방법에서는, 배선패턴을 형성하는데 3매 이상의 마스크를 필요로 하고, 마스크 비용이 많아지는 과제가 있다.

이상 이제까지 랜덤 배선패턴에 주기형 위상 시프트법을 적용 가능하게 하기 위한 일반적이며, 저비용의 방법은 없었다. 이 때문에 (1) 논리 LSI 회로 패턴의 미세화 및 칩 면적의 축소는 종래 마스크를 이용한 광 리소그래피의 배선 피치의 한계에 의해 결정되고, (2) 종래 마스크를 이용한 광 리소그래피의 한계를 초월한 배선 피치 축소를 달성하고자 하면 스루풋이 극히 낮은 전자선 묘화법을 사용하여야 하는 과제가 있었다.

본 발명의 목적은, 미세 회로 패턴을 투영 노광법과 위상 시프트 마스크와의 조합을 이용하여 형성할 수 있는 개량된 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.

그에 따라, 예를 들면 랜덤(불규칙)하고, 방대한 양의 미세 회로 패턴을 갖는 마이크로 컴퓨터와 같은 논리 LSI를 저비용으로 단시간에 제조할 수 있다. 즉, 종래 광 리소그래피에서는 현실적으로 곤란하다고 생각되어 왔던 0.15㎛ 이하의 배선 간격을 갖는 미세한 배선패턴으로 구성되는 랜덤한 배선패턴을 갖는 논리 LSI를, 광 리소그래피를 이용하여 제조함으로써 반도체 집적 회로 장치의 고성능화, 고기능화를 저비용으로 달성할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 논리 LSI의 배선패턴 등의 랜덤(불규칙)하고, 방대한 양의 미세 회로 패턴이라도, 불과 2매의 위상 시프트 마스크의 다중 노광에 의해 임의의 패턴에 주기적 위상 시프트를 적용 가능하게 하는 마스크 패턴을 저비용이며 단시간에 설계, 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

〈발명의 개시〉

본원에 있어서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 미세 회로 패턴용 위상 시프트 마스크를 형성할 때 다양한 패턴의 형상 및 배치 등에 의해 일어나는 위상 모순의 특징을 해석함으로써 이루어진 것이다.

즉, 본 발명은 종래 위상 시프트 마스크의 사용이 곤란하였던 논리 LSI의 다양한 회로 패턴을 해석하고, 특히 직선부, 단부, L자부 및 T자부(즉, 종횡으로 평행하는 직선부, 선단부, 각부 및 종횡 교차부)를 갖는 근접 패턴에서의 위상 모순의 특징으로 해석하고, 그것을 반대로 이용함으로써 이루어진 것이다.

예를 들면, 본 발명에 따른 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법을 반도체 영역의 상부에 형성된 포토레지스트막에 복수의 직선부, 단부 및 L자부 또는 T자부를 포함하는 개구 패턴을 형성할 때, 상기 패턴의 상기 단부 및 L자부 또는 T자부에 대응시킨 제1 투광부를 포함하는 제1 마스크와, 상기 패턴의 상기 직선부에 대응시킨 제2 투광부를 포함하는 제2 마스크를 포함하는 2매의 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트막에 대하여 다중 투영 노광함으로써 상기 개구 패턴을 형성하는 것이다.

또한, 상기 개구 패턴의 상기 복수의 직선부, 단부 및 L자부 또는 T자부는 다른 직선부 또는 단부로부터 0.15㎛ 이하의 간격을 두고 인접 배치되어 있는 경우에는, 상기 제1 마스크 및/또는 제2 마스크는 위상 시프트 마스크로 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 다른 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법에서는, 반도체 영역 상부에 형성된 감광성 부재에 종횡 방향으로 연장하는 회로 패턴을 형성할 때, 상기 회로 패턴의 종 방향으로 서로 근접하여 평행하는 패턴과 횡 방향으로 서로 근접하여 평행하는 패턴과의 양방에 대응하는 투광부를 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 회로 패턴의 선단부, 각부 또는 종횡 교차부의 어느 하나에 대응하는 투광부를 포함하는 제2 위상 시프트 마스크로 상기 감광성 부재에 투영 광학계를 이용하여 다중 노광함으로써 상기 회로 패턴이 형성된다.

본 발명의 또 다른 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법에서는, 회로 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 감광성 기판 상에 투영 노광함으로써 상기 기판 상에 패턴을 형성할 때, 소정 거리 이내에 인접 패턴을 갖는 선패턴의 말단부 근방의 제1 위상 모순 가능 영역을 구성하는 패턴 영역에 대응하여 마스크 투광부를 형성하는 제1 위상 모순 해소용 마스크 패턴과, 종 방향으로 연장하는 선패턴과 횡 방향으로 연장하는 선패턴과의 교점 근방의 제2 위상 모순 가능 영역을 구성하는 패턴 영역에 대응하여 마스크 투광부를 형성하는 제2 위상 모순 해소용 마스크 패턴을 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 제1 및 제2 위상 모순 해소용 마스크 패턴과 함께 상기 감광성 기판 상에 다중 노광함으로써 상기 소정의 회로 패턴을 형성하기 위한 상보 패턴을 포함하는 제2 위상 시프트 마스크를 이용하여 다중 투영 노광함으로써 미세 회로 패턴이 감광성 기판에 형성된다.

또한, 구체적으로는 상기 마스크에 의해 KrF 엑시머 레이저를 이용하여 포토레지스트막에 다중 투영 노광함으로써, 이제까지 곤란하였던 불규칙한 0.3㎛ 이하의 피치(즉, 패턴 폭 0.15㎛ 이하이고 패턴 간격 0.15㎛ 이하)의 미세 패턴으로 구성되는 논리 LSI를 종래의 투영 노광 기술을 이용하여 재현성있게 제조할 수 있다. 또한, 마찬가지로 ArF 엑시머 레이저 또는 F2 레이저를 광원으로 사용하면 각각 피치 0.23㎛ 또는 0.19㎛ 이하의 미세 패턴에 대응할 수 있다.

또, 본 발명에서, 회로 패턴은 마스크 상의 투광부(개구부라고도 함)에 대응하는 영역, 즉 예를 들면 포지티브형 포토레지스트막에 형성되는 개구부의 패턴에 있어서, 실제로는 반도체 장치에 있어서의 배선 등의 평면 배치에 있어서의 도전체 영역, 반도체 영역 또는 상기 영역 이외의 비도전 영역 중 어느 패턴을 의미한다. 마스크의 투광 영역(즉, 개구 영역, 포토레지스트막으로의 광 조사 영역)이 도전체 영역, 반도체 영역 또는 비도전 영역 중 어느 하나를 규정할지는 패턴 전사 프로세스에 있어서 포지티브형 레지스트를 이용할지, 네가티브형 레지스트를 이용할지, 또는 배선 프로세스에 있어서 배선 재료를 에칭하여 배선패턴을 형성할지, 또는 소위 다마신 프로세스를 이용하여 절연체막 내의 홈 패턴에 배선 재료를 매립할지 등에 따라 다르다.

또한, 이러한 본 발명을 적용한 2매의 마스크는 다음과 같은 순서에 의해 제작된다. 즉, (1) 평행하게 배치된 투광 패턴 간의 거리가 소정 거리 이내로 근접할 때, 상기 두 개의 투광 패턴 간에서 투영되는 광의 위상이 서로 반전되도록 상기 투광 패턴의 위상을 설정하고, (2) 이에 의해 위상이 지정된 복수의 투광 패턴에 있어서, 서로 분리되어야 할 동 위상의 투광 패턴이 소정 거리 이내로 근접할 때, 상기 근접한 부분 및 그 근방의 패턴을 추출하여 제1 위상 모순 영역 정보로서 기억하고, 한편 연속해야 할 패턴이, 다른 위상을 갖는 복수의 투광 패턴으로 구성될 때, 상기 다른 위상을 갖는 복수의 투광 패턴의 중첩되는 부분 또는 접하는 부분 및 그 근방의 패턴을 추출하여 제2 위상 모순 영역 정보로서 기억하고, (3) 상기 제1 및 제2 위상 모순 영역 정보를 이용하여 해당하는 각 영역에 대응하여 위상 모순을 해소하기 위한 위상 모순 해소용 패턴을 생성하고, (4) 상기 위상 모순 해소용 패턴과 함께 하나의 감광성 기판 상에 다중 노광함으로써 소망의 회로 패턴을 형성하기 위한 상보 패턴을 생성하고, (5) 이들 패턴을 바탕으로 상기 위상 모순 해소 패턴을 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 상보 패턴을 포함하는 제2 위상 시프트 마스크가 제작된다.

도 1의 (a), (b)는 본 발명의 적용 대상이 되는 배선패턴을 모식적으로 도시한 평면도.

도 2는 본 발명의 과제와 본 발명의 제1 원리를 설명하는 패턴 평면도.

도 3은 본 발명의 과제와 본 발명의 제2 원리를 설명하는 패턴 평면도.

도 4의 (a), (b), (c)는 본 발명의 또 다른 과제와 원리를 설명하는 패턴 평면도.

도 5는 본 발명의 또 다른 과제와 원리를 설명하는 패턴 평면도.

도 6은 본 발명을 복잡한 패턴에 적용한 경우를 도시하는 패턴 평면도.

도 7은 본 발명의 적용 대상이 되는 배선패턴을 모식적으로 도시한 평면도.

도 8은 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 순서를 도시한 흐름도.

도 9는 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 효과를 도시한 모식도.

도 10의 (a), (b)는 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 과제를 도시한 모식도.

도 11은 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 해결법을 도시한 모식도.

도 12의 (a), (b)는 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 다른 과제를 도시한 모식도.

도 13의 (a), (b)는 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 다른 과제를 도시한 모식도.

도 14의 (a), (b), (c)는 본 발명에 적용 가능한 패턴 보정 수단의 다양한 예를 도시하는 모식도.

도 15의 (a), (b), (c)는 본 발명에 적용 가능한 패턴 보정 수단의 다른 다양한 예를 도시하는 모식도.

도 16은 본 발명을 일반적인 패턴에 적용하는 경우의 다른 과제를 도시한 모식도.

도 17은 본 발명의 다른 과제의 하나의 해결법을 도시하는 모식도.

도 18의 (a), (b), (c)는 본 발명의 다른 과제의 다른 해결 방법을 도시하는 모식도.

도 19는 본 발명의 또 다른 과제 및 그 해결 방법을 도시하는 모식도.

도 20은 본 발명의 또 다른 과제 및 그 해결 방법을 도시하는 모식도.

도 21은 본 발명의 다른 패턴 보정 수단의 일례를 도시하는 모식도.

도 22의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 집적 회로 장치의 제작 공정별 주요부 단면도.

도 23은 본 발명의 실시예에 따른 전극 배선패턴 극성의 일례를 도시하는 특성도.

도 24의 (a), (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 노광 장치를 도시하는 모식도.

도 25의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 집적 회로 장치의 제조 공정을 도시하는 공정별 주요부 단면도.

도 26은 본 발명에 따른 패턴 생성 알고리즘의 일례를 도시하는 모식도.

도 27은 본 발명에 따른 패턴 생성 알고리즘의 다른 예를 도시하는 모식도.

도 28의 (a), (b)는 본 발명에 의해 형성된 논리 게이트 회로부에서의 효과를 설명하기 위한 주요부 평면도.

도 29는 종래법의 과제를 설명하기 위한 모식 패턴의 평면도.

도 30의 (a), (b)는 종래법의 과제를 도시하는 모식 패턴의 평면도.

〈발명의 실시하기 위한 최량의 형태〉

이하의 설명에서는, 간단히 하기 위해 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 회로 패턴(6, 7) 등은 소정의 격자(이하, 기본 격자라고 함)의 격자점을 잇는 임의의 소정의 굵기를 갖는 선분으로 구성되어 있는 것으로 가정한다. 이 가정은, 자동 배치 배선 툴의 사용을 전제로 하여 설계된 대규모 배선 시스템의 경우 거의 타당한 것이다. 여기서, 도 1의 최소 배선 피치는 위상 시프트 노광법의 해상 한계 이상, 종래 노광법의 해상 한계 이하(예를 들면 0.3㎛ 이하)로 한다. 또, 도 1의 (a)의 흑공부(8)는 상기 패턴이 각부에 있어서 그 하부의 배선 등의 물체(예를 들면, 전극 또는 비어)와 접속하는 부분을 나타내고 있다.

투영 노광으로 인접하는 배선 사이를 명확하게 분리하여 해상하기 위해서, 0.15㎛의 최소 간격으로 평행하는 양자 패턴의 위상을 반전시킬 필요가 있다. 그래서, 우선 기본적으로 서로 이웃하는 격자선을 따라 배치되는 패턴의 위상이 서로 반전하도록 패턴에 위상을 배치하기로 한다. 이것을 예를 들면 기본 격자를 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 종횡 각각에 대하여 위상 0의 격자 0과 위상 π의 격자 π로 분해하여, 위상 0의 격자 0 상의 선분에 대응하는 패턴에 위상 0을 배치하고, 위상 π의 격자 π상의 선분에 대응하는 패턴에 위상 π를 배치함으로써 행해진다. 또, 도 1의 (b)에서, 백지 영역은 위상이 0도인 패턴을 나타내고, 사선 영역은 위상이 180도 시프트된 패턴을 나타내고 있다(이하, 마찬가지임).

그러나, 설계된 임의의 패턴에 이것을 적용하면, 당연히 곳곳에 위상 모순이 일어난다. 위상 모순은 (1) 독립적으로 존재하여야 할(서로 분리하여야 할) 위상의 동등한 복수의 패턴이 임의의 거리(도 1의 경우, 기본 격자 주기의 2배 정도) 이하에 근접할 것, 또는 (2) 위상 0의 패턴과 위상 π의 패턴이 서로 접속하거나 중첩되는 것으로 정의한다.

전자를 타입 A의 위상 모순, 후자를 타입 B의 위상 모순이라 부르기로 한다. 타입 A의 위상 모순이 일어나면 본래 분리되어야 할 두 개의 패턴이 접속된다. 한편, 타입 B의 위상 모순이 일어나면 본래 접속하여야 할 두 개의 패턴이 분리된다.

이들 두 가지 타입의 위상 모순 A, B의 예를 도 1의 (b)에 도시한다. 또한, 각각의 전형적인 예를 도 2의 상단 좌측, 도 3의 상단 좌측에 도시한다. 여기서, 이들 위상 모순은 반드시 격자점, 또는 패턴의 단부 또는 각부 또는 교차부에서 일어나고 있음에 주의한다.

타입 A의 위상 모순은 위상 0의 격자(또는 위상 π의 격자) 상에 존재하는 두 개의 선분(51, 52)의 거리가 원래의 기본 격자 간격에 동등한 부분에서 일어난다(도 2의 상단 우측). 즉, 동일 위상의 두 개의 독립된 도형에 속하는 격자점이 최소 격자 간격으로 서로 인접하는 경우에, 상기 두 개의 격자점 사이에서 일어난다. 이 현상은 반드시 선분 종단의 격자점과 그 밖의 선분 또는 그 밖의 선분의 종단점 사이에서 일어나는 것을 알 수 있다. 타입 A의 위상 모순이 일어나면, 상기 2점 사이에서 본래 분리되어야 할 두 가지의 패턴(51, 52)이 접속된다.

이 타입의 위상 모순은 기본적으로 원래의 패턴을 화살표로 도 2의 중단 및 하단에 도시한 바와 같은 2매의 마스크 패턴으로 분해하고, 양자를 동일 레지스트막에 다중 노광한다. 제1 마스크(도 2의 중단)는 두 개의 격자점에 대응하는 위치에 패턴(53, 54)을 형성하는 위상 시프트 마스크이며, 제2 마스크(도 2의 하단)는 그 외의 선 부분(55, 56, 57)을 형성하는 위상 시프트 마스크이다. 제2 마스크에서는 동일 위상의 독립된 두 개의 패턴(55, 56)의 간격을 적어도 양자가 동위상이라도 분리 해상 가능한 거리까지 확대한다. 이에 의해, 타입 A의 위상 모순이 해소된다. 또, 본 예에서는 전체 배선 종단점을 일률적으로 별도의 마스크로 하고 있지만, 반드시 그와 같이 할 필요는 없고, 타입 A의 위상 모순이 일어난 배선 종단점만 별도의 마스크로 추출하면 된다.

한편, 타입 B의 위상 모순은 하나의 연속한 절선(L자부는 T자 라인: 58, 59)이 위상 0의 격자와 위상 π의 격자에 걸쳐 존재하는 경우, 그 위상 0의 격자에 속하는 부분과 위상 π의 격자에 속하는 부분이 교차하는 부분(L자부)에서 일어난다(도 3의 상단 우측). 즉, 위상 0의 격자 상에 존재하는 선분(59)과 위상 π의 격자 상에 존재하는 선분(58)이 교차하는 부분에 일어난다. 이 현상은 반드시 절선의 각부(L자부) 또는 종선과 횡선의 교차부(T자부)에서 일어나는 것을 알 수 있다. 이 타입의 위상 모순이 일어나면 본래 접속하여야 할 두 개의 패턴이 상기 격자점에서 분리된다.

그래서, 이 경우에는 원래의 패턴을 화살표로 도 3의 중단 및 하단에 도시한 바와 같은 2매의 마스크 패턴으로 분해하고, 양자를 동일 레지스트막에 다중 노광한다. 제1 마스크(도 3의 중단)는 상기 교차점(L자부 또는 T자부)에 대응하는 위치에 패턴(60)을 형성하고, 제2 마스크(도 3의 하단)는 그 외의 선 부분(61, 62)을 형성한다. 이에 의해, 타입 B의 위상 모순이 해소된다. 이에 대해서도 전체 종횡 패턴의 교차점을 일률적으로 추출하면 타입 B의 모순은 자동적으로 해결되지만, 반드시 그와 같이 할 필요는 없고, 타입 B의 위상 모순이 일어난 배선 종단점만 별도의 마스크로 추출하면 된다.

타입 A의 위상 모순을 해결하기 위해서 상기 위상 모순을 협지하는 한 쌍의 격자점에 놓이는 위상 마스크 패턴과, 타입 B의 위상 모순을 해결하기 위해서 상기 위상 모순 위치의 격자점에 배치되는 마스크 패턴은, 1매의 동일 마스크 상에 배치할 수 있다. 양자는 원래의 기본 격자의 격자점 상에 존재하므로, 체크 무늬 모양 또는 체커 플래그 형상으로 위상 배치함으로써, 위상 모순없이 위상 배치 가능하다.

이상, 기본 격자를 0격자, π격자로 분해하고, 각 격자 상에서 타입 A 및 타입 B의 위상 모순 개소를 제외한 부분, 즉 종횡으로 평행하는 직선 부분의 패턴을 각각 0, π의 위상으로 하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 타입 A 및 B의 위상 모순 개소를 노광하기 위한 제2 위상 시프트 마스크를 다중 노광함으로써, 2매의 마스크로 격자 상의 랜덤 패턴이 형성 가능하다.

이상, 회로 패턴이 소정의 격자를 따른 일정 폭의 배선이며, 또한 그 종단이 격자점 상에 있는 경우에 대하여 설명하여 왔다. 그러나, 설계상 융통성의 관점에서 이 제한은 조금 더 완화되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 배선 저항이 우려되는 비교적 장거리 배선에 대해서는 폭이 굵은 배선이 필요하다. 또한, 논리 LSI의 표준 셀 내부의 배선 등에서는 게이트 전극 상으로의 컨택트와 기판 상의 활성 영역 상으로의 컨택트가 기본 피치의 절반만 어긋나므로, 기본 격자로부터 어긋난 패턴이 요구되는 경우가 있다. 그래서, 다음으로 다양한 굵기의 배선이나, 상기 기본 격자 사이에도 패턴이 존재하는 경우에 대하여 설명한다. 이들 경우에도, 본 발명을 확장하는 것이 비교적 용이하다.

우선, 굵기가 다른 배선(65)은 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 상기 기본 격자를 따른 최소 선폭 배선 사이를 배선패턴으로 매립함으로써 정의되는 것으로 한다. 또한, 상하 기판과의 접속용 비어나 컨택트(도시 생략)는 원칙적으로 기본 격자 상에 존재하는 것으로 한다. 이들 가정은 자동 배치 배선 툴의 사용을 전제로 한 대규모 배선 시스템의 설계에서는 많은 경우 타당한 것이다.

설계 패턴(65)의 윤곽에 포함되어 있는 기본 격자의 격자점에 대해서, 앞서 설명한 정의에 기초하여 타입 A 및 타입 B의 위상 모순을 추출하면, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이 배선패턴을 따라 타입 B의 위상 모순이 참조 부호(69)로 도시된 바와 같이 격자 간의 곳곳에 일어난다. 이것은, 폭이 굵은 배선(65)이 존재하지 않을 경우에는 서로 이웃하는 격자선을 따른 선분은 분리되어야 할 것으로, 양자의 위상은 반드시 반대이므로, 선분간의 위상 모순은 일어날 수 없었던 것으로 이해된다. 그러나, 타입 B의 위상 모순은 상기한 바와 같이 격자점과 격자점 사이에 정의된 것으로, 여기서 도 4의 (c)에 도시한 바와 같이 이러한 선과 선 사이의 위상 모순을 새롭게 정의하고, 이것을 타입 C의 위상 모순이라 부르기로 한다.

이 타입 C의 위상 모순은 기본 격자 상의 인접하는 격자선이 동일 패턴에 속하는 경우, 상기 패턴에 포함되는 두 개의 격자선 사이에서 일어난다. 이 타입의 위상 모순은 원래의 패턴(도 5의 상단)을 화살표로 도 5의 중단 및 하단에 도시한 바와 같은 2매의 마스크 패턴으로 분해하고, 양자를 동일 레지스트막에 다중 노광함으로써 해결된다. 즉, 제1 마스크(도 5의 중단)는 위상 모순 부분, 즉 두 개의 격자선에 협지되는 부분에 대응하는 패턴(66)을 형성하고, 제2 마스크(도 5의 하단)는 그 외의 선 부분에 대응하는 위상 시프트 패턴(67, 68)을 형성한다. 이에 의해, 타입 C의 위상 모순이 해소된다.

또, 상기 부분은 반드시 기본 격자를 따른 최소 선폭 배선에 협지되어 있을 필요는 없고, 편측에서 접하고 있는 경우만이라도 앞서 설명한 방법을 응용하여 대처할 수 있다.

타입 A 또는 타입 B의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴과, 타입 C의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴은 1매의 동일 마스크 상에 배치할 수 있다. 단, 타입 A 또는 타입 B의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴은 기본 격자의 격자점 상에 배치되는 반면, 타입 C의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴은 기본 격자의 격자 사이에 선 형상으로 배치된다. 따라서, 이들을 1매의 동일 마스크 상에 배치하여, 위상 배치하는 경우에는 약간의 주의가 필요하다.

예를 들면, 도 6의 상단에 도시한 바와 같은 굵은 배선(70)과 최소 선폭 배선(71, 72)의 혼재 패턴에서는, 타입 A 또는 타입 B의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴과, 타입 C의 위상 모순을 해결하기 위한 패턴이 접촉하므로 위상 배치가 곤란하게 된다.

이 경우, 폭이 굵은 배선과 접속점의 기능에서 생각하여, 배선 말단 부근에서는 타입 A 또는 타입 B의 위상 모순 해소를 우선적으로, 화살표로 도 6의 중단 및 하단에 도시한 바와 같은 배치의 2매의 마스크를 형성하면 된다.

즉, 타입 C의 위상 모순 해소 패턴으로서는 굵은선 부분(70)을 배선 폭 방향으로는 편측 W(=기본 주기의 절반) 정도, 배선 길이 방향으로는 편측 2W 정도, 각각 패턴을 축소한 도형을 이용하면 된다.

이에 의해, 말단부(선단부, 종단부)에서는 타입 A 또는 타입 B의 위상 모순을 해결하여 다른 배선 또는 비어 등과의 접속을 확실하게 행할 수 있으며, 한편 말단 이외의 부분에서는 타입 C의 위상 모순을 해결함으로써 폭이 굵은 배선을 실현하여, 배선 저항을 저감시킬 수 있다.

다음으로, 기본 격자 사이에도 패턴이 존재하는, 즉 일반적인 배치의 패턴에 적용한 경우에 대하여 설명한다. 우선, 기본 격자에 대해서 그 종횡 방향으로 각각 반주기 어긋난 위치에 서브 격자를 정의한다.

설계 패턴은 도 7에 도시한 바와 같은 기본 격자 상의 폭 W(=기본 주기의 절반)의 선분과 서브 격자 상의 폭 W의 선분의 조합(합 영역)으로 구성되는 것으로 한다. 이 경우의, 처리의 전체적인 흐름을 도 8에 도시한다.

우선, 처음에 대상이 되는 패턴으로부터 폭이 굵은 패턴(73)을 추출하고, 앞서 설명한 방법에 기초하여 타입 C의 모순 해소 패턴을 생성한다. 다음으로, 원래의 패턴으로부터 상기 타입 C의 모순 해소 패턴을 제외하면, 기본 격자, 서브 격자 상의 최소 선폭 패턴이 남는다.

기본 격자 상의 패턴과 마찬가지로, 서브 격자를 격자 0', 격자 π'로 분할하면, 상기 패턴은 격자 0, 격자 π, 격자 0', 격자 π' 중 어느 하나에 속하게 된다. 따라서, 상기 격자에 따라 강제적으로 위상 배치함으로써 기본 격자에 속하는 패턴 간, 서브 격자에 속하는 패턴 간, 기본 격자에 속하는 패턴과 서브 격자에 속하는 패턴 간의 각각으로, 타입 A와 타입 B 양방의 위상 모순이 일어날 수 있다. 그래서, 이들 타입 A와 타입 B의 위상 모순을 추출하고, 앞서 설명한 방법에 기초하여 이들 모순에 대한 모순 해소 패턴을 생성한다. 이들 모순 해소 패턴을 필요에 따라 원래의 패턴으로부터 제거하고, 이것을 제1 위상 마스크로 한다. 또한, 상기 타입 A, 타입 B 및 타입 C의 모순 해소 패턴을 1매의 동일 마스크 상에 배치하고, 이것을 제2 위상 마스크로 한다. 각각의 마스크에 있어서 위상 배치의 방법에 대해서는 이하에 설명한다. 또한, 각 마스크 상의 각각의 패턴 형상에 대해서는 적당한 근접 효과 보정(OPC)을 가하는 것이 바람직하지만, 이에 대해서도 후술한다.

우선, 상기 제1 위상 마스크에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 기본 격자 상의 패턴끼리, 서브 격자 상의 패턴끼리의 최소 선 간격은 기본 피치의 절반 W인 반면, 기본 격자 상의 패턴과 서브 격자 상의 서로 독립된 패턴 간의 거리는 적어도 상기 최소 간격의 2배(2W) 이상이 된다. 본 발명에서는 W를 최소로 위상 시프트의 최소 해상 가능 치수 정도로 하지만, 이 경우, 간격이 2W 정도 떨어진 패턴은 양자의 위상 관계에 따르지 않고 항상 분리 가능하다. 따라서, 기본 격자 상의 패턴과 서브 격자 상의 패턴은 1매의 동일 마스크 상에 배치하여도 문제없다. 즉, 각각의 격자 상의 위상 모순을 제외한 선패턴은 1매의 동일한 제1 위상 마스크 상에 배치할 수 있다. 각 패턴의 위상은 예를 들면 각각의 패턴이 격자 0, 격자 π, 격자 0', 격자 π' 상의 어느 하나에 존재할 지에 따라 결정할 수 있다.

다음으로, 상기 제2 위상 마스크에 있어서의 다양한 종류의 위상 모순 해소용 패턴의 배치에 대해서 생각한다. 타입 A의 모순은 기본 격자의 동위상 격자점끼리, 서브 격자의 동위상 격자점끼리, 기본 격자의 격자점과 이것과 같은 동일한 위상의 서브 격자의 격자점 사이의 어느 하나에 일어날 수 있다. 이들을 각각 타입 A-1, A-2, A-3으로 분류하면, 동일한 타입의 모순 간의 최소 거리는 위상 시프트의 최소 해상 치수와 동등하지만, 다른 타입의 모순 해소 패턴끼리의 거리는 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이 0이 될 가능성이 있다.

이 경우, 서로 상접하는 모순 해소 패턴의 위상이 동등하게 되도록, 모순 해소 마스크의 위상 배치를, 예를 들면 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이 행할 필요가 있다. 이것은 기본 격자, 서브 격자에 상관없이, 종횡선의 위상이 다른 격자점에 대응하는 모순 해소 마스크 상의 위상이 항상 동등하게 되도록 도 11에 도시한 바와 같이 설정함으로써 이루어진다.

이에 의해, A-1과 A-3이 도 10에 도시한 바와 같이 접하는 경우에도, 서로 접하는 모순 해소 패턴의 위상을 동등하게 할 수 있다. 기본 격자의 격자점은 서브 격자의 격자점, 종 기본 격자와 횡 서브 격자의 교점, 횡 기본 격자와 종 서브 격자의 교점의 각각에 대해서 보면, 위상은 체커 플래그 형상으로 배치되어 있으며, 그 최소 거리는 위상 시프트의 최소 해상 치수와 동등하다. 따라서, 상기 서로 접하는 부분 이외의 모순 해소 패턴은 항상 분리 해상 가능하다.

타입 B의 위상 모순도, 기본 격자만인 경우와 완전히 마찬가지로 정의되어, 해결된다. 즉, 기본 격자, 서브 격자에 따르지 않고 위상 0과 위상 π의 패턴의 교점이 타입 B의 위상 모순이 된다. 이 중, 기본 격자 상의 위상 모순끼리, 또는 서브 격자 상의 위상 모순끼리는 기본 격자의 주기로 배치되지만, 기본 격자-서브 격자 간의 모순과 동일 격자 간의 모순의 최소 거리는 0이 되어 서로 상접할 가능성이 있다(도 12의 (a)). 이 경우, 서로 접하는 모순 해소 패턴의 위상이 동등하게 되도록 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이 모순 해소 마스크의 위상 배치를 행할 필요가 있다. 이것도, 앞서 설명한 타입 A의 모순에 대한 것과 완전히 마찬가지로, 모순 해소 마스크 상의 위상을 도 11에 도시한 바와 같이 설정함으로써 행할 수 있다.

도 11에 도시한 위상 배치 방법에서는 모순 해소 패턴끼리 간에 위상 모순이 생기는 예외적인 케이스의 일례를 도 13에 도시한다. 도 13의 (a)에 도시한 패턴에서는 모순 해소 패턴이 기본 격자 상의 일 방향으로 연속하는 3개의 격자점에 존재한다. 이와 같은 경우의 위상 배치는 도 11의 방법에 따르지 않고, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이 연속하는 세 개의 위상 모순 해소 패턴의 위상을 전부 동등하게 하는 것이 바람직하다.

이 경우의 도형 처리는 번잡한 것이 되지만, 많은 경우 이러한 복잡한 배선패턴은 논리 셀 내부의 배선이므로, 셀 설계 시에 모순을 추출하고, 개별적으로 설계 보정함으로써 대응하여도 된다. 셀 간 배선이 혼재하는 경우에는 셀 내의 단자에 배선이 접속되는 것을 전제로 하여 위상 배치하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 조작은 전부 도형 연산에 의한 룰화가 가능하고, 따라서 소위 자동 도형 연산 툴에 의해 자동적으로 행할 수 있다. 기본적인 알고리즘의 일례를 도 26에 도시한다. 구체적인 프로그램에 대해서는 나중에 실시예에서 나타낸다.

또, 간략화를 위해서 도 26에서는 굵은선 패턴 및 기본 격자 간의 패턴에 대해서는 생략되어 있다.

즉, 도 26의 최상부 좌측에 도시한 원래의 설계 패턴으로부터 그 우측으로 화살표로 도시한 바와 같이, 횡선을 추출하여 그들에 대한 위상 배치를 설정함과 함께, 종선을 추출하여 그들에 대한 위상 배치를 설정한다. 이어서, 그 아래 방향으로 화살표로 도시한 바와 같이, 위상 0/π의 교점을 추출하여 전술한 타입 B의 위상 모순 개소를 추출함과 함께, 위상 0의 패턴 및 위상 π의 패턴을 합성하여 전술한 타입 A의 위상 모순 개소를 추출한다. 그들의 결과에 기초하여, 각각의 위상 모순을 해소하는 패턴을 생성하고, 화살표로 도시한 바와 같이 이들의 위상 모순 해소 패턴을 합성한다. 그리고, 이 합성된 위상 모순 해소 패턴에 대하여 적정한 위치 배치를 할당하여 제1 위상 모순 해소용 마스크 P를 형성함과 함께, 상기 종횡선의 합성 패턴으로부터 상기 합성된 위상 모순 해소 패턴을 제하여 제2 선패턴 형성용 마스크 Q를 형성한다.

또, 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 원래의 패턴 데이터로부터 소정의 패턴 데이터를 제하여 이 소정 패턴 이외의 잔여 패턴 데이터를 생성하는 것을 간략화하기 위해서 보정 패턴을 생성하는 것으로 한다.

그런데, 상기 제2 위상 마스크에서는 정방형으로부터 라인 앤드 스페이스 패턴까지 다양한 형상의 패턴이 생긴다. 이들 다양한 패턴을 동시에 정밀도 있게 형성하는 것은, 미세화함에 따라 일반적으로 어려워지게 된다. 이를 해결하기 위해서는, 소위 근접 효과 보정(OPC)을 행하는 것이 바람직하다. 도 14에 본 발명에 적용 가능한 OPC의 예를 도시한다.

도 14의 (a)는 선패턴용 마스크 상의 패턴에 대한 OPC의 예이다. 도 14의 (a)의 얇은 선(80)은 원래의 설계 패턴, 굵은 실선(81)은 보정 후의 패턴 형상을 나타낸다. 예를 들면, 인접 패턴까지의 거리가 큰 고립 패턴의 선폭은 상기 거리의 비교적 작은 밀집 패턴의 선폭보다 굵게 하고, 길이가 짧은 라인 패턴의 선폭이나, 정방형상의 미세 패턴의 치수를 상대적으로 크게 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 마스크 상의 각각의 패턴에, 소위 햄머 헤드(hammer head)나 세리프(serif) 등의 미소 보정 패턴을 반드시 부가할 필요는 없지만, 부가하여도 특별히 지장은 없다.

도 14의 (b) 및 (c)는 상술한 모순 해소용 마스크 상의 패턴에 대한 OPC의 예이다. 모순 해소용 패턴은 기본적으로 정방형상의 미세 패턴이지만, 그 크기, 형상을 굵은 선(84)으로 도시하는 바와 같이 위상 모순의 타입, 인접 패턴과의 거리 등에 따라 적절하게 변경하는 것이 바람직하다. 특히, 타입 B의 위상 모순 해소 패턴은 2개 내지 4개의 패턴을 서로 접속하기 위한 것으로, 도 14의 (c)의 굵은 선(85)으로 도시하는 바와 같은 각종 형상이 되는 등의, 목적에 맞는 보정을 가하는 것이 유효하다.

또한, 이들 모순 해소용 패턴이 독립적으로 존재하는 경우, 그 투영 상이 주위로 확대되는 것을 방지하기 위해서 도 15의 (a)에 도시하는 바와 같은 역 위상의 주변 노드 패턴(86)을 부가하여도 된다. 회로 기능상, 문제없는 것으로 보증되어 있는 경우에는 이들 주변 노드 패턴(86)은 원래의 설계 상에서 패턴이 존재하지 않는 영역에 배치하여도 상관없다.

또한, 설계 패턴 상에 원래 존재하는 정방 형상의 미세 패턴에 대해서는 그 주위의 배선패턴이 존재하지 않는 부분의 격자점 상에 사전에 미세 정방형 더미 패턴(87)을 배치하여도 된다(도 15의 (b)). 이들의 더미 패턴(87)의 위상 배치는 격자의 위상에 따라 행하면 된다.

이들의 주변 노드 패턴(86) 또는 더미 패턴(87)은 그 자체에서 해상하여도 상관없지만, 도 15의 (c)에 도시한 바와 같은 단독으로는 해상하지 않는 미세한 보조 패턴(88)으로 할 수도 있다. 이 경우의, 보조 패턴(88)의 위치는 반드시 인접 격자점 상일 필요는 없고, 위상 모순 해소 패턴의 중심으로부터의 거리 및 형상을 적절하게 최적화하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 이들 다양한 OPC 방법을 추가함으로써 완성 패턴의 정밀도 및 설계 패턴에 대한 충실도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 도 16의 상단 좌측에 도시한 바와 같이 타입 B의 위상 모순 해소 패턴에 인접하는 격자점 위치에 다른 위상 모순 해소 패턴 또는 주변 노드 패턴이 배치되는 경우, 화살표로 도 16의 제2단째에 도시한 바와 같이 선패턴용 마스크와 위상 모순 해소 패턴용 마스크의 두 개의 마스크를 이용하여 포토레지스터막에 투영 노광하면, 화살표로 도 16의 최하단에 도시한 바와 같이, 완성된 포토레지스트막의 패턴에 잘록한 부분(89, 90)이 생길 우려가 있다. 이것은 위상 모순 해소 패턴용 마스크로 형성되는 투영 상에서는 도 16의 2단째 및 3단째로 도시한 바와 같이 점선(91, 92)의 위치에서 광 강도가 0이 되는 반면, 선패턴 형성용 마스크에서는 도 16의 점선(93, 94)으로 도시한 바와 같이 위상이 역전한 종횡선의 중간, 즉 교차부의 경사가 45도인 선 상에서 광 강도가 0이 되고, 양방의 마스크에서 광 강도가 0이 되는 위치가 서로 근접하거나, 또는 편측의 광 강도가 0이 되는 위치에서 다른 편측의 마스크 상의 광 강도를 충분히 얻을 수 없기 때문이다.

이 잘록한 부분이 있는 패턴이 문제가 되는 경우에는 도 17에 도시한 바와 같이, 도 17의 상단 좌측의 원래의 패턴(95)을 상단 우측과 같이 그 패턴 배치 자체를 변경(96)하고, 화살표로 도 17의 하단에 도시한 바와 같이 선패턴용 마스크(97)와 위상 모순 해소 패턴용 마스크(98)의 2매의 마스크를 형성하는 것을 생각할 수 있다. 셀 내 배선과 같이 사람 손으로 패턴을 설계하는 경우에는, 이와 같은 대응이 가능하다.

그러나, 설계 패턴으로 되돌아가 이것을 변경하는 것은 설계 흐름의 관점에서 번잡하여 반드시 바람직하지 않은 경우가 있다.

그래서, 이 경우에는 타입 B의 모순 해결용 패턴을 도 18에 도시한 바와 같이 개량하여도 된다. 또, 도 18의 (a), (b), (c)에서는 좌측에 선패턴용 마스크(99)가 도시되고, 우측에 위상 모순 해소용 마스크(100)가 도시되어 있다. 도 18의 (a)는 여기서 말하는 개량하기 전의 마스크 패턴 분해를 도시하고, (b) 및 (c)는 개량한 후의 마스크 패턴 분해의 결과를 도시한다.

우선, 도 18의 (b)에 도시한 개량 방법에서는 실제 위상 모순을 격자 0과 격자 π의 교점(또는 각부)이 아니라, 각부로부터 기본 격자의 1주기분 떨어진 위치의 격자점 상으로 변이된다. 이에 의해, 도 16에 도시한 바와 같은 문제를 해결할 수 있다.

또한, 도 18의 (c)에 도시한 개량 방법에서는 복수의 연속하는 격자점 상에 T자 교차점이 배치된 경우, 이들을 동일 위상 도형으로 취급된다. 위상 모순 해결용 패턴은 상기 연속하는 격자점의 하나 외측의 격자점에 설정한다. 이 방법은 연속하는 T자 교차가 도 18의 (c)와 같이 그 T자의(앞부분의) 횡선 부분이 일직선 상에 배열되어 있는 경우에 한하여 행하는 것으로 하여도 된다. 이 한정을 행하지 않는 경우에는, 선패턴 간의 위상 모순이 일어날 우려가 있기 때문에, 주의가 필요하다.

도 18의 (b)에 도시한 개량 방법은 또한 다음과 같이 일반화함으로써, 처리를 자동화할 수 있다. 이제까지 설명한 방법(도 3 참조)에서는 타입 B의 위상 모순을, 모순이 일어난 교차부만 별도의 마스크로 함으로써 해결하였다. 그러나, 타입 B의 위상 모순을 해결하는 패턴은 도 3에 도시한 패턴에 한정되지 않고 오히려 도 3은 생각할 수 있는 모순 해소 패턴 중 가장 단순한 것임에 불과하다. 그래서, 여기서는 타입 B의 위상 모순을 해결하는 다른 패턴을 이용한다. 기본적으로는 타입 B의 위상 모순이 일어나는 패턴 교차부를 중심을 하는 소정의 범위를 소정의 모순 해소 패턴으로 치환한다. 여기서, 상기 모순 해소 패턴은 제1 마스크 상의 패턴과 제2 마스크 상의 패턴의 조합으로 구성할 수 있다.

도 19에 타입 B의 모순 해소 패턴과 그 생성 방법의 예를 나타낸다. 타입 B의 위상 모순 개소를 중심으로 하는 도 19의 최상단에 얇은 선으로 그려진 사각형(106)의 내부의 패턴을 도 19의 화살표로 도시한 바와 같이 이하의 순서에 의해 생성한 위상 모순 해결 패턴으로 치환한다.

우선, 패턴(101)과 설계 패턴(102)의 공통 영역을 구하고 적절한 형상 보정한 것을, 위상 모순 해소용 마스크 상의 타입 B 위상 모순 해소 패턴(103)으로 한다. 또한, 패턴(104)과 설계 패턴(102)의 공통 영역을 구하고 적절하게 형상 보정한 것을 라인부 형성용 마스크 상의 타입 B 위상 모순 해소 패턴(105)으로 한다. 각각의 마스크 상의 타입 B 위상 모순 해소 패턴을 얇은 선으로 그린 사각형의 내부에 끼우고, 그 외측의 패턴에 합체시킨다. 위상 모순 해소용 마스크 상의 타입 B 위상 모순 해소 패턴의 위상은 각 패턴이 놓인 격자점의 좌표에 기초하여 결정할 수 있다.

라인부 형성용 마스크 상의 위상 모순 해소 패턴(105)에 대해서는 특히 위상은 불문하지만, 예를 들면 위상 모순이 일어난 격자점의 좌표에 기초하여 결정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 위상 모순 해소 마스크 상에서 타입 B의 모순 개소에 인접하는 격자점에는 반드시 개구 패턴이 생성되기 때문에, 상기 타입 B의 모순에 인접하여 다른 위상 모순이 존재하는 경우에도, 이들 다른 위상 모순을 문제없이 해결할 수 있다.

마찬가지로, 도 20에 다른 위상 모순 해소 패턴과 그 생성 순서를 도시한다. 도 20의 방법에 따르면, 라인부 형성용 마스크 상에서 얇은 선(206)의 내측과 외측의 동위상의 패턴을 직접 접속함으로써, 패턴 데이터량을 억제할 수 있다. 또, 상기한 도 18의 (c)의 패턴은 도 20에 도시한 방법을 적용함으로써 얻어진 것이다.

또, 도 18의 (c)에 도시한 방법에 대해서도, 다음과 같이 일반화할 수 있다. 횡선 부분이 일직선 상에 배열되어 인접하는 T자 교차점의 근방 패턴을 추출하여 이것을 하나의 집합으로서 위상을 할당한다. 상기 위상은 예를 들면 일직선 상에 배열된 횡선 부분의 격자의 위상으로부터 결정할 수 있다. 다음으로, 이것을 강제적으로 위상 배치된 회로 패턴의 그 이외의 부분과 합성한다. 합성 결과, 상기 하나의 집합으로서 위상을 할당한 부분과, 그 이외의 부분 사이에 새로운 위상 모순이 일어나므로, 그 접속 부분에 모순 해소 패턴을 생성하면 된다.

이상의 설명에서는 폭이 굵은 선의 내부를 제외한 모든 패턴에 대하여, 우선 처음에 강제적으로 위상 배치하는 것을 가정하여 왔다. 그러나, 실제로는 위상 배치를 최저한 필요한 범위로 제한하여도 된다. 이것은 예를 들면 도 27에 도시한 바와 같은 방법에 의해 달성된다.

우선, 도 27의 좌측 상단의 원래의 설계 패턴으로부터 라인부, 각부, 교차부 등의 특징을 추출하여 둔다. 또한, 임의의 거리 이내에 근접한 패턴을 추출하고, 그 근방을 위상 시프트 적용 영역으로 한다. 그리고, 상기 위상 시프트 적용 영역에 대해서는 도 8 또는 도 26, 도 18 등에 도시한 바와 같은 순서에 따라 위상 배치를 행하는 한편, 위상 시프트 적용 영역 외의 패턴에 대해서는 예를 들면 위상 0도를 할당한다. 그리고 나서, 각각 위상이 할당된 위상 시프트 적용 영역 내 및 상기 영역 외의 패턴을 합성한다. 합성 결과, 위상 모순이 일어나므로, 이것을 추출하고, 또한 위상 모순 해소 패턴을 생성한다. 특히, 위상 시프트 적용 영역 내의 위상 π의 패턴과 위상 0도를 할당된 위상 시프트 적용 영역 외의 패턴의 접점은 새로운 타입 B의 위상 모순으로서 취급하는데 주의한다. 이와 같이 하여, 제1 위상 모순 해소용 마스크 P와 제2 선패턴 형성용 마스크 Q와의 2매의 마스크를 형성한다.

이와 같이 위상 시프트 영역을 최저한으로 억제함으로써, 예를 들면 위상 시프트 마스크의 결함 밀도를 억제하여 마스크 제조 수율을 향상시킬 수 있다. 이것은 예를 들면 위상 π의 영역을 위상 마스크의 파인 부분으로 한 경우, 파인 영역의 면적을 최소화함으로써 상기 영역에 있어서의 기판 에칭 시의 결함 수를 억제할 수 있기 때문이다.

또, 본 발명에서는 최저한 필요 개소만 추출하여 해소 패턴을 생성하여도 되고, 모순이 일어날 우려가 있는 개소를 전부 추출하여 해소 패턴 생성하여도 된다. 예를 들면, 도 21의 상단에 도시한 바와 같은 패턴(111)의 경우, 모순 개소만 추출하여 모순 해결 패턴을 생성한 경우, 원래의 패턴(111)은 도 21의 화살표로 하단부 좌측에 도시한 바와 같은 2매의 마스크(112, 113)로 분해된다. 이 경우, 제2 마스크 상에서 대향하는 역 위상 패턴에 대해서는 도 21에 도시한 바와 같은 햄머 헤드 등을 부가하는 근접 효과 보정을 행할 수 있다.

한편, 모순이 일어날 우려가 있는 모든 라인 단에 대하여 모순 해결 패턴을 생성하여 마스크 분해한 것이 도 21에 별도의 우측의 화살표로 하단 우측에 도시한 2매의 마스크(114, 115)이다. 이 경우에도, 제2 마스크 상에서 대향하는 패턴 간의 위상 관계에 따라, 제1 마스크 상의 패턴 치수나 패턴 위치를 바꾸는 등의 보정을 행하여도 된다.

〈제1 실시예〉

상기 설명한 방법을 적용하여 0.3㎛ 피치의 다마신 배선층 패턴을 형성한 예에 대하여 이하, 설명한다.

우선, 설계된 0.3㎛ 피치의 배선층 패턴에 대하여 도 26에서 설명한 방법에 따라 2매의 위상 마스크용 마스크 데이터, 즉 위상 모순 해소용 마스크 데이터와 선패턴 형성용 마스크 데이터를 작성하였다. 이를 위한 패턴 데이터 처리에는, 소위 마스크 데이터 처리용 도형 연산 툴을 이용하였다. 이용한 프로그램을 이하에 나타낸다.

또, 배선패턴의 치수, 피치 등이 변한 경우에는 상기 프로그램 중의 각종 치수 파라미터에 대해서도 적절하게 변경하는 것이 바람직하다. 또한, 프로그램에 대해서도 기능이 거의 동등하면 상기에 한정되는 것은 아니다.

이하의 프로그램 중의 SIZE(A;d), XSIZE(A;d), YSIZE(A;d)는 각각 도형 A의 각 변을 모든 방향, x 방향, y 방향으로 도형 A의 내측으로부터 외측을 행하여 d만큼 이동하는 연산을 AND, +, -는 도형의 부울 대수연산을 나타낸다. input은 원래의 설계 패턴의 도형 데이터를 나타내고, Res_mask는 위상 모순 해소용 마스크의 개구 패턴의 도형의 데이터를 나타내고, Line_mask는 라인 패턴 형성용 마스크의 개구 패턴의 도형 데이터를 나타낸다. w는 배선패턴의 배선 폭이며, 기본 격자의 주기의 절반에 동등하다. dA, dB, dP는 각각 위상 모순 해소용 마스크 상의 타입 A, 타입 B의 위상 모순 해소 패턴, 주변 노드 패턴의 치수 또는 형상 보정 파라미터이다. 또한, dLE는 라인 패턴 형성용 마스크 상의 타입 A의 위상 모순에 접하는 라인 단의 후퇴량을 지정하는 파라미터이다. 또한, 프로그램 중 " "로 포함된 부분을 코멘트 문장을 나타낸다.

"Extract and classify line, line-crossing, line-end" :

input : "original mask data"

HS=XSIZE(input ; -w)

HL=XSIZE(HS ; W) : "horizontal lines"

VS=YSIZE(input ; -w)

VL=YSIZE(VS ; W) : "vertical lines"

HL_0=AND(HL, H_0 degree) : "horizontal lines with 0 degree"

HL_p=AND(HL, H_p degree) : "horizontal lines with p degree"

VL_0=AND(VL, V_0 degree) : "vertical lines with 0 degree"

VL_p=AND(VL, V_p degree) : "vertical lines with p degree"

LN_0=HL_0+VL_0 : "lines with 0 degree"

LN_p=HL_p+VL_p : "lines with p degree"

X_00=AND(HL_0, VL_0) : "cross point of 0 degree H-line and 0 degree V-line"

X_pp=AND(HL_p, VL_p) : "cross point of p degree H-line and p degree V-line"

X_0p=AND(HL_0, VL_p) : "cross point of 0 degree H-line and p degree V-line"

X_p0=AND(HL_p, VL_0) : "cross point of 0 degree H-line and p degree V-line"

X=X_00+X_pp+X_0p+X_p0 : "cross point"

LE=(HL-HS)+(VL-VS)-X : "line end"

"Extract type-A & type-B phase-conflict"

typeA_0=XSIZE(XSIZE(LN_0; w/2);-w/2)+YSIZE(YSIZE(LN_0; w/2);-w/2)-LN_0

typeA_p=XSIZE(XSIZE(LN_p; w/2);-w/2)+YSIZE(YSIZE(LN_p; w/2);-w/2)-LN_p

typeA=typeA_0+typeA_p : "typeA phase-conflict"

Res_A=AND((XSIZE(typeA;w)+YSIZE(typeA;w)), LE)

typeB=X_0p+X_p0 : "typeB phase-conflict"

Res_B=typeB

"Extract peripheral node"

Node=Res_A+Res_B

P_node1=AND(XSIZE(Node;2w)+YSIZE(Node;2w)-SIZE(Node;w), input) : "possible peripheral node"

A=XSIZE(Node;w)+YSIZE(Node;w)B=SIZE(AND(A, input)-Node;w)

C=SIZE(A-B;w)

D=AND(B-C, PND1) : "unnecessary peripheral node"

P_node=P_node1-D : "peripheral node"

"Patterns for phase conflict resolution mask"

Res_mask=SIZE(Res_A;dA)+AND(SIZE(Res_B;dB), input)+SIZE(P_node;dP)

"Patterns for line mask"

Line_mask=XSIZE(HL;-dLE)+YSIZE(VL ;-dLE)+X_00+X_pp+(LE-Res_A)-Res_B

상기 프로그램에 의해, 설계 데이터 상에서 타입 A 및 타입 B의 위상 모순이 일어난 부분만 추출되고, 이들을 해결하기 위한 패턴이 위상 모순 해소용 마스크 상에 생성되었다. 또, 상기 프로그램은 각 마스크 상의 개구 패턴 데이터의 생성 부분만 나타내고 있다. 또한, 실제로는 위에서 발생한 패턴에 대하여, 근접 효과 보정과, 격자 상의 위치에 대하여 위상 배치를 행하였다(여기서는 구체적인 프로그램은 생략함). 이와 같이 하여 생성한 마스크 데이터에 기초하여 2매의 위상 시프트 마스크를 제작하였다. 위상 시프트 마스크의 구조는 이미 일반적으로 알려진 것과 마찬가지의 것을 이용하였다.

다음으로, 상기 마스크는 이용한 배선패턴의 형성 공정에 대해서 도 22를 이용하여 설명한다. 우선, 다마신 배선을 그 위에 형성하여야 할 소정의 LSI 기판(Si: 11) 상에 Si 산화막(12)을 피착시킨한다. 그 위에 소정의 반사 방지막(13)을 형성하고, 또한 KrF 엑시머 레이저용 포지티브형 포토레지스트막(14)을 도포하여 형성하였다(도 22의 (a)).

다음으로, 상기 위상 모순 해소용 마스크(1A)를 다음의 제2 실시예에서 설명하는 바와 같이 기판(웨이퍼) 측에 붙인 위치 정합 마크와 마스크(1A)에 붙은 위치 정합 마크를 위치 정합한 후에 노광하였다(도 22의 (b)). 노광에는 개구 수가 0.6의 KrF 엑시머 레이저를 광원으로 하는 축소 투영 노광 장치(도시 생략)를 이용하였다.

다음으로, 상기 위상 모순 해소용 마스크(1A)를 상기 라인 패턴 형성용 마스크(1B)로 변경하고, 상기 동일 레지스트막(14) 상의 동일 위치에 중첩하여 노광하였다(도 22의 (c)). 이 때, 기판 측에 붙인 상기 위치 정합 마크의 검출 재현성의 한계로부터 발생하는 오차를 제거하기 위해서, 웨이퍼를 웨이퍼 스테이지에 고정한 채 이것으로부터 2매의 마스크를 다중 노광하도록 하였다. 상세에 대해서는 제2 실시예에서 설명한다.

도 23에, 이 다중 노광에 의해 포토레지스트막(14) 중에 조사된 광의 노광량의 총합의 2차원(평면)적인 분포를 도시한다. 레지스트 중에는 광의 조사량에 따라 광화학 반응이 발생하고, 이에 따라 레지스트의 가용성이 변화한다. 레지스트 중에 거의 설계 패턴대로의 형상으로 가용성 반응을 발생시킬 수 있었던 것을 알 수 있다.

다음으로, 즉 2매의 마스크로 다중 노광한 후에 소정의 열처리를 실시하고, 레지스트막을 현상한 결과, 소망의 배선패턴을 형성해야 할 부분(15)으로부터 레지스트막이 제거되었다(도 22의 (d)).

다음으로 형성된 레지스트 패턴(16)을 에칭 마스크로 사용하여 반사 방지막(13)과 산화막(12)을 선택적으로 에칭 제거하고, 그 후 레지스트(16) 및 반사 방지막(13)을 제거하여 소망의 배선패턴을 형성해야 할 부분에 산화막의 홈(개구부: 17)을 형성하였다(도 22의 (e)).

그런 후에, 상기 산화막의 홈(개구부) 내 및 산화막(12) 상에 배선 재료로서 배리어 메탈 및 구리 등의 금속막을 피착하고, 또한 그 표면을 화학 기계 연마(CMP)에 의해 산화막(12) 상의 금속막을 제거하여 상기 홈(개구부) 내에만 금속막을 남기고, 소망의 배선패턴(18)을 형성하였다(도 22의 (f)).

본 실시예에 의해, 종래 상기 노광 장치에서는 해상 곤란한 미세 피치의 랜덤 배선패턴을 고정밀도, 고수율로 형성할 수 있었다. 또한, 그 때문에 이용한 마스크 패턴 데이터를 고속으로 설계할 수 있었다.

배선패턴, 노광 장치의 종류, 노광 파장, 레지스트 프로세스, 배선 형성 프로세스 등, 본 실시예에서 설명한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, i선 축소 투영 노광 장치를 이용하고, Al막 상에 하드 마스크와 반사 방지막을 형성하고, 그 위에 네가티브형 레지스트를 도포하여, 2매의 마스크를 다중 노광, 현상하고, 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 하여 기반을 에칭함으로써 Al 배선패턴을 작성하는 등으로 하여도 된다. 또한, 상기 2매의 마스크의 노광의 순번에 대해서 변경하여도 상관없다. 제1 마스크를 웨이퍼 상의 정합 마크로 정합하여 노광한 후, 제2 마스크를 다시 상기 정합 마크로 정합하여 노광하여도 된다.

〈제2 실시예〉

본 실시예에서는 상기 실시예에서 이용한 노광 장치와 노광 시퀀스에 대해서 도 24를 이용하여 설명한다.

처음에, 기판 웨이퍼(21)를 웨이퍼 스테이지(22) 상의 웨이퍼 흡착대에 고정한 후, 기판 상의 정합 마크(23)를 검출하고 그 검출 신호(웨이퍼 마크 신호)를 적당한 기억 매체에 기억한다. 한편, 제1 마스크(24)를 탑재 스테이지(도시 생략)에 고정하고, 제1 마스크(24) 상의 정합 마크(25)를 검출한다. 다음으로, 상기 웨이퍼 마크 신호(23)와 상기 제1 마스크(24) 상의 정합 마크(25)의 검출 신호를 이용하여, 상기 제1 마스크(25)와 기판(21)을 정확하게 위치 정합한 후, 제1 마스크(24)를 기판(21) 상의 레지스트막(도시 생략)에, 투영 렌즈(26)를 통해 노광한다(도 24의 (a)). 노광 장치는 상기 마찬가지로 KrF 엑시머 레이저 장치를 사용하였다.

다음으로, 기판 웨이퍼(21)를 웨이퍼 흡착대에 고정한 채, 제1 마스크(24)를 제2 마스크(27)로 변경하고, 그런 후에 상기 웨이퍼 마크 신호(23)와 제2 마스크(27) 상의 정합(28)의 검출 신호를 이용하여 상기 마스크(27)와 기판(21)을 정확하게 위치 정합한 후, 상기 제2 마스크(27)를 투영 렌즈(26)를 통해 기판(21) 상의 레지스트막에 노광한다(도 24의 (b)).

이에 의해, 각 마스크에 의해 노광된 패턴의 정합 오차 변인은, 마스크 상의 정합 마크의 검출 재현성의 한계로부터 발생하는 오차와 마스크 상의 패턴의 위치 정밀도 오차만으로, 제1 마스크와 제2 마스크 간의 정합 정밀도로서 20㎚를 얻을 수 있었다. 본 실시예에 의해, 높은 정합 정밀도와 높은 스루풋을 양립하여 미세 피치의 랜덤 배선패턴을 형성할 수 있었다.

본 실시예에서는 노광을 마스크와 기판이 정지한 상태에서 행하는, 소위 스테퍼 방식의 노광 장치를 이용하여 행하였지만, 양자를 상대적으로 스캔하면서 노광하는, 소위 스캔 방식의 노광 장치를 이용하여도 된다. 또한, 본 발명의 효과는 노광 장치의 광원, 투영 광학계의 방식 등에 의존하지 않고 유효하다.

또한, 마스크 상에 있어서의 칩 사이즈가 노광 장치의 유효 노광 영역의 절반보다 작은 경우, 상기 제1 마스크 상의 패턴(제1 패턴)과 상기 제2 마스크 상의 패턴(제2 패턴)을 1매의 마스크 기판 상으로 배열하여 배치함으로써, 정합 정밀도를 더욱 향상시킴과 함께, 마스크 비용을 대폭적으로 절약할 수 있다.

이 경우의 노광 방법은 마스크 상의 제2 패턴 영역을 노광 장치의 마스킹 블레이드 기능을 이용하여 차광하고, 제1 패턴만을 웨이퍼 기판 상의 소정 위치(통상 복수 위치)에 노광하고, 다음으로 웨이퍼를 웨이퍼 흡착대로부터 제거하지 않고, 제1 패턴 영역을 마스킹 블레이드로 차광하여 제2 패턴만을 웨이퍼 기판 상에 노광한다. 이 때, 상기 각 소정 위치에 대하여 제1 패턴을 노광한 위치로부터 웨이퍼 기판 상에서 마스크 상의 제1 패턴 원점과 제2 패턴 원점간 거리에 상당하는 오프셋분량만큼 웨이퍼 스테이지를 이동하여 노광을 행한다. 단, 다중 노광에 있어서, 양영역의 원점은 일치해야 하는 것으로 한다. 이 경우, 1매의 레티클 상에 2칩분의 패턴을 배치하는 경우와 비교하여 스루풋이 절반이 된다.

또한, 다음과 같이 함으로써, 상기 스루풋의 저하를 방지할 수도 있다.

우선, 기판 상의 소정 위치에 대하여, 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역을 일괄적으로 노광한다. 다음으로, 웨이퍼 스테이지를 웨이퍼 기판 상에서 마스크 상의 제1 패턴 영역 원점과 제2 패턴 영역 원점간 거리에 상당하는 오프셋분량만큼 이동하여, 다시 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역을 일괄적으로 노광한다.

이에 의해, 제1회째 노광으로 전사된 제2 패턴 영역에 대하여 제2회째 노광에 있어서의 제1 노광 영역을 중첩하여 전사할 수 있다. 이 과정을 반복함으로써 머스킹 블레이드 기능을 이용하지 않고 웨이퍼의 전면에 제1 패턴 영역과 제2 패턴 영역을 다중 노광할 수 있다.

이 경우, 제1 패턴과 제2 패턴은 동일 노광 조건으로 노광되므로, 동일 노광 조건에서 패턴 전사가 가능하게 되도록 각 패턴 영역의 마스크 상의 패턴 치수를 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.

이상 설명한 순서는, 스텝 앤드 리피트 방식의 축소 투영 노광 장치뿐만 아니라, 소위 스텝 앤드 스캔 방식의 축소 투영 노광 장치에 있어서도 적용할 수 있는 것은 상술의 경우와 마찬가지이다.

〈제3 실시예〉

본 실시예에서는 제1 실시예의 방법을 이용한 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법에 대하여 도 25를 이용하여 설명한다. 도 25는 상기 반도체 장치의 제조 프로세스를 디바이스의 전형적인 부분의 단면도를 이용하여 도시한 모식도이다.

우선 Si 기판(31)에 SiO₂ 등의 절연물로 이루어지는 소자 분리 영역(32)을 형성한 후(도 25의 (a)), 복수의 MOS 트랜지스터(33)를 구성하는 복수의 반도체 영역을 형성하고(도 25의 (b)), 또한 컨택트홀(34)을 형성한다(도 25의 (c)). 참조 부호(41)는 SiO₂등의 절연막이다. 그 후, 제1 층 배선(35)과 배선간 절연막(36)을 형성하고(도 25의 (c)), 그 위에 층간 절연막(37)과 그 안에 매립된 도전성 비어 또는 컨택트(38)를 형성하고, 또한 제2 층 배선(39) 및 배선간 절연막(40)을 형성한다(도 25의 (d)).

제3 층 이상의 배선(도시 생략)에 대해서도 마찬가지로 하여 형성한다. 본 실시예에서는 제1 층 배선 및 제2 층 배선의 패턴 형성에 있어서 제1 실시예에서 나타낸 것과 마찬가지의 방법을 이용하였다.

본 실시예에 의해, 종래의 투영 노광법에서는 곤란한 미세 피치 배선을 갖는 반도체 집적 회로를 고정밀도, 고수율, 고스루풋으로 제작할 수 있었다.

〈제4 실시예〉

제1 실시예의 프로그램에서는 타입 A 및 타입 B의 위상 모순 모두, 설계 데이터 상에서 이것이 일어난 부분만을 추출하고, 이것을 해결하기 위한 패턴을 위상 모순 해소용 마스크 상에 생성하였다. 이 때문에, 위상 모순 해소용 마스크의 패턴 수가 억제되고, 마스크 묘화에 대한 부담을 작게 할 수 있었다. 반면, 도형 연산이 약간 복잡하여, 대규모 반도체 회로에서는 각 마스크에 있어서의 패턴 데이터의 생성에 시간을 요하는 문제점이 있다.

그래서, 본 실시예에서는 타입 A의 위상 모순이 일어날 우려가 있는 배선단을 전부 추출하여, 이에 대하여 위상 모순 해소용 마스크 상의 패턴을 생성하고, 또한 타입 B에 대해서도 이것이 일어날 수 있는 종횡 패턴의 교차부 및 각부의 전부를 추출하여, 이에 대하여 위상 모순 해소용 마스크 상의 패턴을 생성하였다. 이들 양방의 타입의 위상 모순을 해소하기 위한 마스크와 직선 부분용 마스크에 있어서의 각각의 위상 배치는 이들 2매의 마스크에 대한 패턴 데이터를 전부 생성하고 나서 행하였다. 본 실시예에서도 논리 LSI에 적용하여 비교적 단시간에 마스크 데이터 생성이 가능하였다.

〈제5 실시예〉

다음으로, 본 발명을 실제 논리 게이트 회로부로서 NAND 셀에 적용한 예를 설명한다.

도 28은 NAND 셀 자체의 평면 패턴을 나타내는 것으로, (A)는 본 발명을 적용하지 않고 종래의 투영 노광 기술을 이용하여 제조한 것으로 0.5㎛ 피치로, 즉 0.25㎛ 간격으로 소자 분리 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 게이트 전극 등이 형성되어 있다.

이에 대하여, 본 발명의 2매의 마스크를 이용하여 도 24에서 설명한 것과 동일한 노광 장치를 사용함으로써 도 28의 (a)와 완전히 동일한 패턴 구성의 NAND 게이트 회로 셀을 시작(試作)한 결과, 도 28의 (b)에 도시한 바와 같이 0.3㎛ 피치로, 즉 0.15㎛ 간격으로 소자 분리 영역, 소스 영역, 드레인 영역, 게이트 영역 등을 형성할 수 있으며, 반도체 칩에 대한 면적 축소 효과가 큰 것을 확인할 수 있었다.

또한, 사용하는 노광 장치나 레지스트 프로세스를 변경함으로써, 또한 마스크 패턴의 사이즈를 축소할 수 있는 것도 확인할 수 있었다. 그에 따라, 0.3㎛ 피치보다 작은, 즉 0.15㎛보다 작은 간격을 갖는 미세 패턴이라도 투영 노광 기술을 구사하여 LSI를 제조할 수 있는 예측을 얻을 수 있었다. 예를 들면, KrF 엑시머 레이저 노광 장치의 개구 수를 0.6으로부터 0.68로 변경함으로써 주된 패턴 설계 치수를 10% 정도, ArF 엑시머 레이저 노광 장치를 사용함으로써 패턴 치수를 20% 정도 축소할 수 있는 것을 확인하였다.

이상, 여러 가지 설명에서 이해되듯이, 본 발명은 소자 분리 영역(32), 또는 MOS 트랜지스터(33)의 게이트 전극 패턴이나 소스, 드레인 전극 패턴의 형성 및/또는 그들로 구성되는 미소 회로 유닛 내부의, 예를 들면 컨택트홀(34) 등의 전극 배선의 형성에 대해서도 거의 마찬가지의 순서에 의해 적용할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 전극이나 배선패턴 형성으로의 적용에 한정되지 않고 다수의 회로 소자를 구성하는 다수의 반도체 영역을 Si 등의 반도체 기판 내에 선택적으로 형성하기 위한 미세 패턴의 형성에 대해서도 적용할 수 있다.

이상, 본 발명에 따르면, 랜덤(불규칙)하고 방대한 양의 미세 회로 패턴을 형성할 때, 회로 패턴에 대응하여 근접하는 개구 패턴 간의 위상이 반전하도록 위상 배치하고, 동위상 패턴이 근접하는 타입 A의 위상 모순과, 역 위상 패턴이 접촉하는 타입 B의 위상 모순에 대하여 생성한 위상 모순 해소용 패턴을 갖는 위상 마스크와 이와 상보하여 설계 패턴을 형성하는 상보 위상 마스크의, 불과 2매의 위상 시프트 마스크를 동일 기판 상에 다중 노광함으로써, 상기 회로 패턴 치수가 종래 노광 방법의 해상 한계를 초월하는 경우라도 이것을 형성할 수 있다. 이에 의해, 종래 광 리소그래피에서는 현실적으로 곤란하다고 생각된 미세한 배선패턴을 갖는 반도체 집적 회로(특히 랜덤한 배선패턴을 갖는 논리 LSI)를 광 리소그래피를 이용하여 제조할 수 있으며, 반도체 장치의 고성능 및 고기능화를 저비용으로 달성할 수 있다. 또한, 종래 광 노광법의 해상 한계를 초월한 미세한 회로 치수를 갖는 논리 LSI의 배선패턴 등의 랜덤(불규칙)하고 방대한 양의 미세 회로 패턴이라도 저비용으로 단시간에 설계, 제조할 수 있다.

Claims

반도체 영역의 상부에 설치된 포토레지스트막에 복수의 직선부, L자 형상부 또는 T자 형상부를 갖는 개구 패턴을 형성할 때, 상기 패턴의 상기 직선부의 단부 및 L자 형상의 교차부 또는 T자 형상의 교차부에 대응시킨 제1 투광부를 갖는 제1 마스크와, 상기 패턴의 상기 직선부의 단부 및 각각의 상기 교차부를 제외한 직선부에 대응시킨 제2 투광부를 갖는 제2 마스크를 포함하는 2매의 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트막에 대하여 다중 투영 노광함으로써 상기 개구 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 개구 패턴의 상기 복수의 직선부, L자 형상부 또는 T자 형상부는 다른 직선부 또는 단부로부터 0.15㎛ 이하의 간격을 두고 인접 배치되고, 상기 제1 마스크와 상기 제2 마스크 중 적어도 어느 하나는 위상 시프트 마스크인 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 마스크와 제2 마스크를 KrF 엑시머 레이저 광, ArF 엑시머 레이저 광, 또는 F2 레이저 광으로 다중 노광함으로써 상기 포토레지스트막에 상기 개구 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
반도체 영역 상부에 포토레지스트막을 형성하고, 상기 포토레지스트막에 인접 간격이 0.15㎛ 이하로 복수의 직선부, L자 형상부 또는 T자 형상부를 갖는 개구 패턴을, 상기 패턴의 상기 직선부의 단부 및 L자 형상의 교차부 또는 T자 형상의 교차부에 대응시킨 제1 투광부를 갖는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 패턴의 상기 직선부의 단부 및 각각의 상기 교차부를 제외한 직선부에 대응시킨 제2 투광부를 갖는 제2 위상 시프트 마스크를 포함하는 2매의 위상 시프트 마스크를 포함하는 2매의 마스크를 이용한 다중 투영 노광에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
반도체 영역 상부에 형성한 감광성 부재에 종횡 방향으로 연장하는 회로 패턴을 형성할 때, 상기 회로 패턴의 종 방향으로 서로 근접하여 평행하는 패턴과 횡 방향으로 서로 근접하여 평행하는 패턴과의 양방에 대응하는 투광부를 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 회로 패턴의 선단부, 각부 또는 종횡 교차부 중 어느 하나에 대응하는 투광부를 포함하는 제2 위상 시프트 마스크를 이용하여 상기 감광성 부재에 투영 광학계를 이용하여 다중 노광함으로써 상기 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
회로 패턴을 갖는 마스크를 이용하여 감광성 기판 상에 투영 노광함으로써 상기 기판 상에 패턴을 형성할 때, 소정 거리 이내에 인접 패턴을 갖는 선패턴의 말단부 근방의 제1 위상 모순 가능 영역을 구성하는 패턴 영역에 대응하여 마스크 투광부를 형성하는 제1 위상 모순 해소용 마스크 패턴과, 종 방향으로 연장하는 선패턴과 횡 방향으로 연장하는 선패턴과의 교점 근방의 제2 위상 모순 가능 영역을 구성하는 패턴 영역에 대응하여 마스크 투광부를 형성하는 제2 위상 모순 해소용 마스크 패턴을 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 제1 및 제2 위상 모순 해소용 마스크 패턴과 함께 상기 감광성 기판 상에 다중 노광함으로써 상기 소정의 회로 패턴을 형성하기 위한 상보 패턴을 포함하는 제2 위상 시프트 마스크를 이용하여 다중 투영 노광하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 회로 패턴은 소정의 격자 상에 존재하고, 상기 제1 및 제2 위상 모순 해소용 마스크 패턴은 상기 격자의 격자점 상에 존재하는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치의 제조 방법.
회로 패턴을 투광 패턴으로 하는 마스크를 투영 광학계를 통해 기판 상부에 형성된 포토레지스트막에 투영함으로써 상기 기판 상에 상기 회로 패턴을 형성하기 위한 마스크를 제작할 때, (1) 평행하게 배치된 투광 패턴 간의 거리가 소정 거리 이내로 근접할 때, 상기 두 개의 투광 패턴 간에서 투영되는 광의 위상이 서로 반전되도록 상기 투광 패턴의 위상을 설정하고, (2) 이에 의해 위상이 지정된 복수의 투광 패턴에 있어서, 서로 분리되어야 할 동위상의 투광 패턴이 소정 거리 이내로 근접할 때, 상기 근접한 부분 및 그 근방의 패턴을 추출하여 제1 위상 모순 영역 정보로서 기억하고, 한편 연속하여야 할 패턴이 다른 위상을 갖는 복수의 투광 패턴으로 구성될 때, 상기 다른 위상을 갖는 복수의 투광 패턴의 중첩하는 부분 또는 접하는 부분 및 그 근방의 패턴을 추출하여 제2 위상 모순 영역 정보로서 기억하고, (3) 상기 제1 및 제2 위상 모순 영역 정보를 이용하여 해당하는 각 영역에 대응하여 위상 모순을 해소하기 위한 위상 모순 해소용 패턴을 생성하고, (4) 상기 위상 모순 해소용 패턴과 함께 하나의 감광성 기판 상에 다중 노광함으로써 소망의 회로 패턴을 형성하기 위한 상보 패턴을 생성하고, (5) 상기 위상 모순 해소 패턴을 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 상보 패턴을 포함하는 제2 위상 시프트 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
제8항에 있어서,

상기 제1 위상 모순 영역에 대한 위상 모순 해소용 패턴은, 분리되어야 할 복수의 동위상 투광 패턴 상의 스페이스 영역을 끼운 한 쌍의 영역에 대하여 서로 역위상을 배치한 위상 시프트 패턴인 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
제8항에 있어서,

상기 제2 위상 모순 영역에 대한 위상 모순 해소용 패턴은, 접속되어야 할 복수의 역위상 투광 패턴의 접속 위치, 또는 중첩되는 영역에 투광부를 갖는 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
회로 패턴을 투광 패턴으로 하는 마스크를 투영 광학계를 통해 기판 상에 형성된 레지스트막에 투영함으로써 상기 기판 상에 회로 패턴을 형성하기 위한 마스크를 제작할 때, (1) 소정 거리 이내에 인접 패턴을 갖는 선패턴의 말단부 근방의 패턴을 추출하여 제1 위상 모순 가능 영역 정보로서 기억하고, 종 방향으로 연장하는 선패턴과 횡 방향으로 연장하는 선패턴의 교점 근방의 패턴을 추출하여 제2 위상 모순 가능 영역 정보로서 기억하고, (2) 상기 제1 및 제2 위상 모순 가능 영역 정보를 이용하여 해당하는 각 영역에 대응하여, 위상 모순을 해소하기 위한 위상 모순 해소용 패턴을 생성하고, (3) 상기 위상 모순 해소용 패턴과 함께 동일 감광성 기판 상에 다중 노광함으로써 소망의 회로 패턴을 형성하기 위한 상보 패턴을 생성하고, (4) 상기 위상 모순 해소 패턴을 포함하는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 상보 패턴을 포함하는 제2 위상 마스크를 제작하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
제11항에 있어서,

상기 제1 위상 모순 가능 영역에 대한 위상 모순 해소용 패턴은, 상기 선패턴의 말단부의 스페이스 영역을 끼운 한 쌍의 영역에 대하여 서로 역위상을 배치한 위상 시프트 패턴인 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
제12항에 있어서,

상기 제2 위상 모순 가능 영역에 대한 위상 모순 해소용 패턴은, 상기 선패턴의 교점부에 배치된 투광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 회로 패턴은 소정의 격자 상에 존재하고, 상기 제1 및 제2 위상 모순 해소용 패턴은, 상기 격자의 격자점 상에 존재하는 것을 특징으로 하는 마스크의 제작 방법.
직선부, L자 형상부 또는 T자 형상부를 갖는 폭 0.15㎛ 이하의 복수의 회로 패턴이 0.15㎛ 이하의 간격을 두고 배치되어 있는 반도체 집적 회로 장치에 있어서, 상기 회로 패턴은 상기 패턴의 상기 직선부의 단부 및 L자 형상의 교차부 또는 T자 형상의 교차부에 대응시킨 제1 투광부를 갖는 제1 위상 시프트 마스크와, 상기 단부 및 각각의 상기 교차부를 제외한 직선부에 대응시킨 제2 투광부를 갖는 제2 위상 시프트 마스크를 포함하는 2매의 마스크를 이용한 다중 투영 노광에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 집적 회로 장치.