JPH11126824A

JPH11126824A - パターン設計方法

Info

Publication number: JPH11126824A
Application number: JP28976797A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Kotani; 敏也小谷; Soichi Inoue; 壮一井上; Shoji Sanhongi; 省次三本木; Kazuko Yamamoto; 和子山元
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1999-05-11
Anticipated expiration: 2017-10-22
Also published as: US6249900B1; JP3286225B2

Abstract

(57)【要約】【課題】補助パターン等を設けることなく設計パター
ンに忠実な転写パターンを形成することができ、データ
量の増大を招くことなく仕上がりパターンの寸法精度向
上をはかる。【解決手段】ＬＳＩパターンを設計する方法におい
て、パターン設計に先立って、屈曲している設計パター
ンを分割して得られる矩形の長さＢと線幅Ｗをパラメー
タとし、矩形の長さＢに対して所望の線幅Ｗが得られる
線幅Ｃを補正値としてテーブル化しておき、パターン設
計に際して、まず線分の長さの上限値Ｂmaxを決め、屈
曲している設計パターンの線分のうちで長さが上限値Ｂ
max より短い線分を抽出し、次いで抽出された線分を含
む矩形４を抽出し、次いで抽出された矩形４の線幅Ｗを
テーブルを参照して線幅Ｃに補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクやウェハ等
の上に形成するＬＳＩパターンの設計方法に係わり、特
に素子領域上で多用される屈曲パターンの改良をはかっ
たパターン設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体製造技術の進歩は目覚まし
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。

【０００３】光リソグラフィ工程では、ＬＳＩの設計パ
ターンからマスクを作成し、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
ハ上にレジストパターンを形成する。そして、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
パターンがウェハ上に転写形成されることになる。

【０００４】パターンサイズが露光装置の限界解像力に
比べて十分大きい時代には、ウェハ上に形成したいＬＳ
Ｉの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、設計パターンに忠実なマスクを作成
し、そのマスクをウェハ上に転写し、下地をエッチング
することによって略設計通りのパターンがウェハ上に形
成できた。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、投影露光系に
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、素子領域上のゲートパターンには
屈曲パターンが数多く存在するが、このような屈曲パタ
ーンをウェハ上に転写すると光近接効果によってパター
ンがなまり、その結果屈曲部に対応した位置での仕上が
り線幅が設計寸法より太くなってしまう。

【０００６】図８に、従来方法で屈曲パターンを形成す
るときの設計図（ａ）、マスク設計図（ｂ）、仕上がり
パターンの平面図（ｃ）を示す。この図に示すように、
屈曲部に対応した位置での仕上がり線幅Ｗ´が所望寸法
Ｗより太くなるために、素子の動作速度，しきい電圧
値，及びソース・ドレイン電流値などの動的特性にばら
つきが生じてしまう。また、屈曲パターンの傍にコンタ
クトホールが存在する場合には、コンタクトホールとゲ
ートとが接触し、絶縁不良を起こすこともあり得る。

【０００７】このような弊害を無くすために、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（特開平６−２４２５９５号公報，特公昭６２−
７３５３号公報）。図９に、この方法により屈曲パター
ンを形成する時の設計図（ａ）、マスク設計図（ｂ）、
仕上がりパターンの平面図（ｃ）を示す。

【０００８】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、図９（ｂ）に示すよう
に、屈曲パターンの角部に微小な補助パターンを付加す
ると、マスク設計図のデータ量が膨大になってしまう。
設計データは光露光マスク作成用の描画データに変換さ
れており、様々な図形の集合体として表されている。そ
のため、補助パターンの付加により図形数が増加してデ
ータ量が膨大になると、コンピュータによる処理に時間
が掛かり、またマスク描画に要する時間も増大してしま
う。

【０００９】さらに、補助パターンの大きさを精度良く
制御することも非常に困難になる。何故なら、マスク描
画で用いる電子線やレーザ光は円形のビームであるた
め、補助パターンの角部は丸みを持ってしまう。そのた
め、補助パターンの寸法が数１０ｎｍ程度と非常に小さ
い場合には、その角部での丸まりが転写パターンの形状
に大きく影響する。その結果、設計データ上での補助パ
ターンの寸法と転写された補助パターンの寸法とが変わ
ってくるため、期待されただけの補正効果を得ることが
困難になる。

【００１０】その上、ロジック製品などでは、ゲート層
には孤立パターンから密集パターンまで非常に様々なパ
ターンがあるため、それらパターンからの回折光が屈曲
パターンに与える影響も考える必要がある。しかし、そ
れぞれのパターンに応じた補助パターンの大きさを決め
ることは非常に困難であり、かつ多大な労力が必要とな
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、屈曲
パターンを精度良く形成するために、設計パターンの角
部などに微小な補助パターンを付加することは、マスク
設計図のデータ量の増大を招く。このため、コンピュー
タによる処理に多大な時間が掛かり、またマスク描画に
要する時間も増大してしまう。さらに、補助パターンの
大きさを精度良く制御することも非常に困難であった。

【００１２】本発明は、上記の事情を考慮して成された
もので、その目的とするところは、補助パターン等を設
けることなく設計パターンに忠実な転写パターンを形成
することができ、データ量の増大を招くことなく仕上が
りパターンの寸法精度向上をはかり得るパターン形成方
法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（構成）上記課題を解決するために本発明は、次のよう
な構成を採用している。即ち本発明は、ＬＳＩ等のパタ
ーンを設計する方法において、屈曲している設計パター
ンを分割して得られる単位図形の長さＢと線幅Ｗをパラ
メータとし、単位図形の長さＢに対して所望の線幅Ｗが
得られる線幅Ｃを補正値としてテーブル化しておく工程
と、線分の長さの上限値Ｂmax を決める工程と、屈曲し
ている設計パターンの線分のうちで長さが上限値Ｂmax
より短い線分を抽出する工程と、抽出された線分を含む
単位図形を抽出する工程と、抽出された単位図形の線幅
Ｗを前記テーブルを参照して線幅Ｃに補正する工程とを
含むことを特徴とする。

【００１４】また本発明は、ＬＳＩ等のパターンを設計
する方法において、屈曲している設計パターンを分割し
て得られる単位図形の長さＢと線幅Ｗをパラメータと
し、単位図形の長さＢに対して所望の線幅Ｗが得られる
線幅Ｃを補正値としてテーブル化しておく工程と、線分
の長さの上限値Ｂmax を決める工程と、屈曲している設
計パターンの線分のうち、長さが上限値Ｂmax より短
く、かつ所定精度よりも高い精度が要求される領域上に
ある線分を抽出する工程と、抽出された線分を含む単位
図形を抽出する工程と、抽出された単位図形の線幅Ｗを
前記テーブルを参照して線幅Ｃに補正する工程とを含む
ことを特徴とする。

【００１５】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。 (1) テーブル化する工程として、屈曲している設計パタ
ーンを分割して得られる単位図形の長さＢを変え、各々
の長さＢに対して線幅Ｗでパターンを設計した時に実際
に得られる仕上がりパターンの線幅Ｗ´をそれぞれ求
め、各ずれ量Ｗ−Ｗ´＝ΔＷを基に単位図形の長さＢと
線幅Ｗをパラメータとして、単位図形の長さＢに対して
所望の線幅Ｗが得られる線幅Ｃ＝Ｗ＋ｍΔＷ（但しｍ
は、露光波長λ，投影光学系の開口数Ｎ，線幅Ｗ，及び
パターンピッチにより決まる０．２〜１．０の定数）を
補正値としてテーブル化する。

【００１６】(2) テーブル化する工程として、屈曲部の
成す角度θが０°＜θ≦９０°であるとき、屈曲パター
ンの線分長さのｓｉｎ成分Ｂと、さらに屈曲部の角度θ
によって規定される線幅Ｃの補正寸法をテーブル化す
る。

【００１７】(3) 単位図形は矩形であり、該矩形の長辺
を長さＢ、短辺を線幅Ｗとしてパターン設計する。 (4) 設計パターンは、フォトマスク上に形成すべきマス
クパターンである。

【００１８】(5) 屈曲している設計パターンは、直角に
屈曲していること。 (6) 露光条件、プロセス条件を変えてテーブル化処理を
行い、該テーブル化による補正テーブルをこれらの露光
条件、プロセス条件毎に用意すること。

【００１９】(7) 高い精度が要求される領域として、Ｓ
ＤＧ等の素子領域を選択すること。（作用）本発明によ
れば、屈曲したパターン部の線幅のみを補正しているの
で、設計データの図形数を増やす必要はなく、従ってコ
ンピュータ処理に掛かる負担は増大しない。また、微小
な補正パターンを付加しないため、マスク描画による角
部の丸まりの影響を考慮する必要がなく、精度良く補正
を行うことができ、所望の寸法を持つパターンを形成す
ることが可能となる。

【００２０】

【発明の実施の形態】発明の実施形態を説明する前に、
本発明の基本原理を説明する。図１は、屈曲パターンの
うち所定範囲に入る長さの線分を抽出し、その線分を含
む矩形を所定の補正量にて補正したマスクパターンの平
面図である。図１に示されたマスク１は所望寸法Ｗの矩
形２，３と、線幅Ｃで長さＢの矩形４とから構成されて
いる。図１の矩形４での転写パターン５の仕上がり寸法
Ｗ´と所望寸法Ｗとが等しくなるように、矩形４の線幅
Ｃを計算又は実験により予め求める。その際、線幅Ｃ
は、長さＢ，所望寸法Ｗ，露光条件，プロセス条件など
に依存するので、線幅Ｃと長さＢとの関係を適当な露光
条件やプロセス条件下でも求めておく。

【００２１】上記方法で求められた線幅Ｃと長さＢとの
関係に基づいて、設計データ上で補正を行う。屈曲パタ
ーンがゲート層にある場合には、次の (1)〜(4) に示す
アルゴリズムで作られた自動補正プログラムを用いれ
ば、より簡単にかつ迅速に補正を行うことができる。

【００２２】(1) 設計データ上で所定範囲に入る長さの
線分を抽出する。 (2) (1) で抽出された線分のうち、素子領域上に存在し
ている線分だけを抽出する。

【００２３】(3) (2) で抽出された線分を含む矩形を抽
出する。 (4) (3) で抽出された矩形に含まれる短辺の線幅を予め
求めた線幅Ｃと長さＢとの関係に基づいて補正する。

【００２４】上記方法では、設計データの図形数を増や
す必要がないため、データ変換処理及びマスク描画時間
にかかる負担は増大しない。また、微小な補正パターン
を付加しないため、マスク描画による角部の丸まりの影
響を考慮する必要がなく、精度良く補正を行うことがで
きる。

【００２５】以下、本発明の詳細を図示の実施形態によ
って説明する。（第１の実施形態）所望寸法Ｗ＝０．１８μｍとし、光
源にＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）を用い、ＮＡ＝０．６，
σ＝０．７５の通常照明で、マスクのパターンをウェハ
上に露光した。まず、線幅Ｃを所望寸法Ｗ＝０．１８μ
ｍから０．０１μｍずつ細くしていき、その都度転写パ
ターン寸法Ｗ´と所望寸法ＷとのずれΔＷ＝Ｗ−Ｗ´を
計算した。また、長さＢを変えた場合にも同様な計算を
行った。

【００２６】ここで、転写パターン寸法Ｗ′の測定に
は、実際にマスクのパターンをウェハ上に露光した後、
現像処理を施してレジストパターンを形成し、これをＳ
ＥＭ等で観察する。この場合、マスク上に所望寸法Ｗ＝
０．１８μｍから０．０１μｍずつ細くした多数のパタ
ーンを形成しておけばよい。また、実際に露光・現像プ
ロセスを経るのではなく、シミュレーションによって転
写パターン寸法Ｗ′を求めることも可能である。

【００２７】図２に、長さＢを変えたときの、線幅Ｃと
転写パターン寸法Ｗ´の所望寸法ＷからのずれΔＷとの
関係を示した。さらに、図２より所望寸法Ｗからのずれ
ΔＷが０になる線幅Ｃと長さＢとを選び出して補間した
結果を、図３に示した。このようにして得られた図３の
関係に基づいて設計データ上で補正を行った。

【００２８】上記方法で補正した設計データをマスク設
計図としてマスクを作成し、そのマスクを用いてウェハ
上に形成したパターンを観察した。図４に、本実施形態
での設計図（ａ）、マスク設計図（ｂ）、仕上がりパタ
ーンの平面図（ｃ）を示す。この図に示すように、屈曲
部に対応した位置での仕上がりパターンの線幅は所望寸
法Ｗ＝０．１８μｍに仕上がっており、本実施形態が屈
曲パターンの屈曲部での線幅補正に有効であることが確
かめられた。

【００２９】また、図５に示すように、屈曲部の成す角
度θが９０度でない場合は、屈曲パターンの線分長さの
ｓｉｎ成分Ｂと、さらに屈曲部の角度θによって規定さ
れる線幅Ｃの補正寸法をテーブル化すればよい。この場
合のテーブルの例を、下記の（表１）に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】このように、屈曲パターンの線幅Ｂと屈曲
部の成す角度θに対応した線幅Ｃの補正量をテーブル化
しておくことにより、あらゆる屈曲パターンの仕上がり
線幅を簡単に所望寸法で仕上げることができる。またこ
の方法は、ゲート層での素子領域上の屈曲パターンに対
して特に有効であるが、メモリのセル部やコア部に使用
される配線層などにも有効な方法であり、屈曲部の断線
などの問題を簡単に解決することができる。

【００３２】（第２の実施形態）本実施形態は、屈曲し
たパターンがゲート層にある場合に、自動補正プログラ
ムを用いて簡単にかつ迅速に補正を行うものである。

【００３３】図６に、所望寸法Ｗ＝０．１８μｍとし、
光源にＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）を用い、ＮＡ＝０．
６，σ＝０．７５の通常照明で露光した場合の自動補正
プログラムのアルゴリズムの一例を示す。また、図７
（ａ）〜（ｄ）に素子動作領域のマスクとゲート層にあ
る屈曲パターンのマスクとを重ね合わせた模式的な平面
図を示す。なお、図７中の１１〜３４は線分、３５は矩
形、４０は素子動作領域を示している。

【００３４】図６及び図７に従って、自動補正プログラ
ムを用いた線幅補正方法の手順を示す。まず、予め求め
た線分Ｃと長さＢとの関係（図３）から、Ｂ＝０．４５
〜０．９０μｍのときには屈曲パターンの線幅補正が必
要であり、Ｂ＝０．９０μｍ以上では線幅補正の必要が
ないことが読み取れる。そこでまず、線幅補正を必要と
する長さＢの範囲の設定を行う（ステップＳ１）。次い
で、図７（ａ）に示すように、長さＢ＝０．４５〜０．
９０μｍに入る線分１６，１７と２８，２９とを抽出す
る（ステップＳ２）。

【００３５】次いで、図７（ｂ）に示すように、抽出さ
れた線分のうち、素子動作領域４０上に存在している線
分１６，１７のみを抽出する（ステップＳ３）。次い
で、図７（ｃ）に示すように、線分１６，１７を含む矩
形３５を抽出する（ステップＳ４）。さらに、図７
（ｄ）に示すように、抽出された矩形３５の短辺１５，
１８の長さを前記図３の関係を元に補正する（ステップ
Ｓ５）。その際、線分１６，１７の長さＢを０．４５〜
０．９０μｍの範囲でｎ等分して、Ｂｍ＝０．４５＋
（０．４５／ｎ）×ｍ（ｍ：１〜ｎまでの整数）なる式
で表す。

【００３６】そして、ｍの値を１からｎまで順次切換え
てＢｍを算出し、Ｂｍ≧ＢになったときＢｍ＝Ｂである
と仮定する。そして、そのＢｍに対応するＣｍを図３か
ら求め、矩形３５の短辺１５，１８の線幅をＣｍに補正
する。

【００３７】素子領域上にある屈曲パターンの屈曲部で
の設計データを上記方法によって補正したマスク設計図
に従ってマスクを作成し、そのマスクを用いてウェハ上
に形成したパターンを観察した。その結果、素子領域上
にある屈曲パターンの屈曲部での転写パターン寸法は全
て所望寸法Ｗ＝０．１８μｍに仕上がり、本実施形態に
よる自動補正プログラムが非常に有効であることが確か
められた。

【００３８】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態では、屈曲パターンとし
て前記図１に示すように、直角に２回屈曲した所謂クラ
ンク状のパターンを用いたが、必ずしもこれに限らず、
１回屈曲したパターンであってもよい。この場合、２回
屈曲するものよりはパターンの太りは少なくなり前記図
３に示したような補正テーブルは使用できないため、専
用のテーブルを用意すればよい。また、必ずしも直角に
屈曲したパターンに限らず、前記図５に示すような、４
５度或いはそれ以外の傾斜角度で屈曲したパターンに適
用することもできる。

【００３９】また、実施形態では設計パターンをマスク
上に形成するマスクパターンとして説明したが、本発明
は電子ビーム描画装置で用いる設計パターンに適用する
ことも可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、屈
曲パターンの転写後の線幅を迅速にかつ簡単に所望寸法
に仕上げことができる。また本発明では、微小な補正パ
ターンを用いないため、データ量が増加せず、データ変
換処理時間及びマスク描画時間も増加しない。また、屈
曲パターンがゲート層にあるときには、上記で示したア
ルゴリズムを基にした自動補正プログラムを組めば、膨
大なデータを非常に短時間に処理することも可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で補正した屈曲パターンを含むマスクの
平面図。

【図２】所望寸法Ｗでの線幅Ｃと転写パターン寸法Ｗ´
の所望寸法Ｗからのずれとの関係を示す図。

【図３】所望寸法Ｗと転写パターン寸法Ｗ´とのずれが
０になる線幅Ｃと長さＢとの関係を示す図。

【図４】本発明での屈曲パターンの設計図とマスク設計
図及び仕上がりパターンの平面図。

【図５】屈曲部の成す角度θが９０度でない屈曲パター
ンの例を示す図。

【図６】所望寸法Ｗでの自動補正プログラムのアルゴリ
ズムの一例を示す図。

【図７】素子動作領域のマスクとゲート層にある屈曲パ
ターンのマスクとを重ね合わせた模式的な平面図。

【図８】従来方法での屈曲パターンの設計図とマスク設
計図及び仕上がりパターンの平面図。

【図９】微小な補助パターンを持つ屈曲パターンの設計
図とマスク設計図及び仕上がりパターンの平面図。

【符号の説明】

１…マスク２，３…矩形４…屈曲部の矩形５…転写パターン１１〜３４…線分３５…素子動作領域内の矩形４０…素子動作領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山元和子神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】屈曲している設計パターンを分割して得ら
れる単位図形の長さＢと線幅Ｗをパラメータとし、単位
図形の長さＢに対して所望の線幅Ｗが得られる線幅Ｃを
補正値としてテーブル化しておく工程と、補正対象とする線分の長さの上限値Ｂmax を決める工程
と、屈曲している設計パターンの線分のうちで長さが上
限値Ｂmax より短い線分を抽出する工程と、抽出された
線分を含む単位図形を抽出する工程と、抽出された単位
図形の線幅Ｗを前記テーブルを参照して線幅Ｃに補正す
る工程とを含むことを特徴とするパターン設計方法。
【請求項２】屈曲している設計パターンを分割して得ら
れる単位図形の長さＢと線幅Ｗをパラメータとし、単位
図形の長さＢに対して所望の線幅Ｗが得られる線幅Ｃを
補正値としてテーブル化しておく工程と、補正対象とする線分の長さの上限値Ｂmax を決める工程
と、屈曲している設計パターンの線分のうち、長さが上
限値Ｂmax より短く、かつ所定精度よりも高い精度が要
求される領域上にある線分を抽出する工程と、抽出され
た線分を含む単位図形を抽出する工程と、抽出された単
位図形の線幅Ｗを前記テーブルを参照して線幅Ｃに補正
する工程とを含むことを特徴とするパターン設計方法。
【請求項３】前記テーブル化する工程として、屈曲して
いる設計パターンを分割して得られる単位図形の長さＢ
を変え、各々の長さＢに対して線幅Ｗでパターンを設計
した時に実際に得られる仕上がりパターンの線幅Ｗ´を
それぞれ求め、各ずれ量Ｗ−Ｗ´＝ΔＷを基に単位図形
の長さＢと線幅Ｗをパラメータとして、単位図形の長さ
Ｂに対して所望の線幅Ｗが得られる線幅Ｃ＝Ｗ＋ｍΔＷ
（但しｍは、露光波長λ，投影光学系の開口数Ｎ，線幅
Ｗ，及びパターンピッチにより決まる０．２〜１．０の
定数）を補正値としてテーブル化することを特徴とする
請求項１又は２記載のパターン設計方法。
【請求項４】前記テーブル化する工程として、屈曲部の
成す角度θが０°＜θ≦９０°であるとき、屈曲パター
ンの線分長さのｓｉｎ成分Ｂと、さらに屈曲部の角度θ
によって規定される線幅Ｃの補正寸法をテーブル化する
ことを特徴とする請求項３記載のパターン設計方法。
【請求項５】前記単位図形は矩形であり、該矩形の長辺
を長さＢ、短辺を線幅Ｗとしてパターン設計することを
特徴とする請求項１又は２記載のパターン設計方法。
【請求項６】前記設計パターンは、フォトマスク上に形
成すべきマスクパターンであることを特徴とする請求項
１又は２記載のパターン設計方法。
【請求項７】前記屈曲している設計パターンは、直角に
屈曲していることを特徴とする請求項１又は２記載のパ
ターン設計方法。
【請求項８】露光条件、プロセス条件を変えて前記テー
ブル化処理を行い、該テーブル化による補正テーブルを
これらの露光条件、プロセス条件毎に用意することを特
徴とする請求項１又は２記載のパターン設計方法。
【請求項９】前記高い精度が要求される領域として、Ｓ
ＤＧ等の素子領域を選択することを特徴とする請求項２
記載のパターン設計方法。