JPH06242595A

JPH06242595A - 光露光用マスクおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH06242595A
Application number: JP2591493A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Watanabe; 尚志渡辺
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1994-09-02
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JP3332973B2

Abstract

(57)【要約】【目的】データ量を大幅に増加させることなく、設計
パターンに忠実な転写パターンを形成可能な半導体集積
回路製造のための光露光用マスクを提供する。【構成】半導体集積回路の設計パターン１１のうち基
本的な周期構造を持つ部分を抜き出し、単独では半導体
基板に転写されない微少な補助パターン１３を基本的な
周期構造の主パターン１２の角部に対応する場所に設け
た補助パターンデータを作成し、この補助パターンデー
タと設計パターンに対応する主パターンデータとを合成
して光露光用マスクを製造する。補助パターン１３を、
周期構造と異なっている箇所も含めて、主パターン１２
の角部に対応する場所に形成したため、補助パターン１
３の付加によるデータ量の増加を最小限に抑えることが
できながら、設計パターンに忠実な転写パターンを形成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はホトリソグラフィで使用
する光露光用マスクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体技術の発展が目ざましく、
半導体装置の最小の加工寸法は０．５ミクロンサイズの
ものが量産されるようになってきている。このような微
細化は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根ざしている。

【０００３】このリソグラフィ技術は、大きく分けてレ
ジスト塗布と露光と現像との工程から構成されており、
パターンの微細化は、レジストの材料、露光装置および
露光方法、現像方法などの改良によって達成されてい
る。そして特に、露光装置および露光方法の改良によっ
て顕著にパターンの微細化が進められてきた。しかし、
パターンの微細化が進むにつれ、半導体基板であるウェ
ハ上に転写されるパターンが原図である光露光用マスク
と異なってしまうという問題が無視できなくなってき
た。

【０００４】つまり、上記問題は、投影光学系における
回折の影響で光露光用マスク上では矩形であるパターン
が、パターンの輪郭の角部が取れて丸みを帯びてウェハ
上に転写されるために発生するものであり、微細パター
ンでは、図５の（ａ），（ｂ）に示すように光露光用マ
スク上では正方形のパターン１がシリコンウェハ上に転
写されると円形の転写パターン２となってしまう。この
ように、半導体製造工程において光露光用マスク上では
正方形である微細なコンタクトホールがウェハ上では円
形に転写されることは極めて一般的に観察され、転写パ
ターンが設計データを忠実に再現できないことが問題と
なる場合がある。例えば、ゲートの端でパターンが丸ま
ってしまうためにゲートからのリーク電流が増加した
り、コンタクトホールの面積が小さくなるためにコンタ
クト抵抗が増加したりする。

【０００５】上記のようにパターンの角部が丸みを帯び
ることを防止するために、光露光用マスクを変形させる
方法が、例えば、特公昭６２−７５３５号公報や特開昭
５８−２００２３８号公報などに記載されている。これ
らの方法は、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、光露
光用マスクにおける矩形のマスクパターン３の四隅の角
部に、単独ではウェハ上に転写されないような小さな補
助パターン４を付加して、転写パターン５を元々の設計
パターンに近づけるものであり、この方法は転写パター
ン５の設計パターンに対する忠実度を高めるために非常
に有効な方法である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
矩形の光露光用マスクパターンの四隅の角部に補助パタ
ーン４を付加して転写パターン５を元々の設計パターン
に近づける方法においては、パターンデータ量が大幅に
増加するという問題がある。

【０００７】つまり、設計データは光露光用マスク作成
のために描画データに変換されており、光露光用マスク
作製には現在は主として電子線描画が用いられている。
この光露光用マスク描画用のデータは、複雑な設計デー
タを矩形に分割した多数の矩形図形の集まりから構成し
ている。

【０００８】図７の（ａ），（ｂ）は補助パターンを付
加する前の図形６と、付加した後の図形７とをそれぞれ
矩形図形に分割した例を示し、補助パターンを付加する
前のデータは１つの矩形図形であったデータが、補助パ
ターンを付加することによって７つの矩形図形となるこ
とがわかる。単純なデータであればデータ量が７倍に増
えてもデータ処理は可能であるが、現在の超ＬＳＩのパ
ターンデータ量は非常に大きく、補助パターンを付加し
ない通常のマスクパターンに対してもＣＡＤ機器および
データ変換のためのコンピュータの処理能力は限界に近
い。

【０００９】したがって、このようなデータに補助パタ
ーンを付加してデータ量が数倍になった場合、現状のコ
ンピュータの処理能力を越えてしまい、データ処理が不
可能となる場合がある。また、データ処理が可能な場合
でも、データ処理に要する時間が長くなり実用的で無く
なってしまう。

【００１０】しかし、超ＬＳＩに対して補助パターンを
付加する場合でも、例えばメモリーデバイスのようにセ
ル単位で完全に周期性を持ったパターンであればデータ
の圧縮はそれほど困難でない。すなわち、ある繰り返し
単位を抜き出して、その部分のみに補助パターンを付加
したデータを作製し、このデータを描画データに変換し
て描画時にこのデータを配列すればよい。

【００１１】一方、パターンがランダムな配置を持って
いる場合、このようなデータ圧縮は容易ではない。例え
ば、コンタクトホールの有無でプログラムを行うコンタ
クトホールプログラム方式のマスクＲＯＭ（リード・オ
ンリイ・メモリー）の場合には、コンタクトホール形成
用のマスクパターンにおけるコンタクトホールの有無が
プログラムにより決まるので、図８の（ａ）に示すよう
にマスクパターンの周期性が失われる。この光露光用マ
スク８に補助パターン９を付加した場合、図８の（ｂ）
に示すようになり、データの圧縮は不可能であり、デー
タ量は元のデータの数倍になってデータ処理は非常に困
難となる。

【００１２】マスクＲＯＭのためのマスクデータは、マ
スクＲＯＭへのプログラムのコードに基づいて、コンピ
ュータプログラムで自動的に発生され、補助パターンを
付加していない従来方法では、図８（ａ）に示されたマ
スクパターンはプログラムコードに基づいて、光露光用
マスク８上の各々の位置に矩形を発生すればよかった。
しかし、図８（ｂ）に示す補助パターン９付のマスクパ
ターンを光露光用マスク８上で自動発生するためには、
コンピュータプログラムを大幅に変更しなけらばならな
い。

【００１３】本発明は上記問題を解決するもので、パタ
ーンデータ量が大幅に増加したり、コンピュータプログ
ラムを大幅に変更したりすることなく、微細パターンに
おいても設計パターンに忠実な転写パターンを形成でき
る光露光用マスクを提供することを目的とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に本発明は、設計パターンが基本的な周期構造を有して
いるとともに前記設計パターンの一部が前記周期構造と
異なっている半導体集積回路を、ホトリソグラフィで半
導体基板に作製する場合に用いられる光露光用マスクに
おいて、転写パターンの角部の円形化を防止する微少な
補助パターンを、前記基本的な周期構造となっている箇
所だけでなく、前記周期構造と異なっている箇所も含め
て、前記基本的な周期構造のパターンの角部に対応する
場所に形成したものである。

【００１５】また、本発明は、設計パターンが基本的な
周期構造を有しているとともに前記設計パターンの一部
が前記周期構造と異なっている半導体集積回路を、ホト
リソグラフィで半導体基板に作製する場合に用いられる
光露光用マスクを製造する方法において、設計パターン
から基本的な周期構造を抜き出し、単独では半導体基板
に転写されない微少な補助パターンを基本的な周期構造
のパターンの角部に対応する場所に設けた補助パターン
データを作成し、この補助パターンデータと設計パター
ンに対応する主データとを描画用データに変換するとと
もに描画に際して合成して光露光用マスクを製造した
り、あるいは、転写パターンの角部の円形化を防止する
微少な補助パターンを基本的な周期構造のパターンの角
部に対応する場所に付加した補助パターン付加データを
作成し、この微少補助パターン付加データと設計パター
ンにおける周期構造を有しないデータとを描画用データ
に変換するとともに描画に際して合成して光露光用マス
クを製造したりするものである。

【００１６】

【作用】上記構成の光露光用マスクにより、転写パター
ンの角部の円形化を防止する微少な補助パターンを、前
記基本的な周期構造となっている箇所だけでなく、前記
周期構造と異なっている箇所も含めて、前記基本的な周
期構造のパターンの角部に対応する場所に形成したた
め、補助パターンを付加することによるデータ量の増加
を最小限に抑えることができながら、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る。

【００１７】この場合に、補助パターンが他のパターン
と重ならず単独で配置される箇所がある場合には、補助
パターンを単独では半導体基板に転写されない大きさに
形成することにより、不要な補助パターンが半導体基板
に転写されることを防止することができる。

【００１８】また、上記の光露光用マスクの製造方法に
より上記構成の光露光用マスクを能率良く作製すること
ができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。まず、第１の実施例を図１により詳細に説明する。
図１はコンタクトホールプログラム方式のマスクＲＯＭ
のコンタクトホール形成用光露光用マスクを製作するた
めのデータの構成を示している。

【００２０】既に述べたように、図１の（ａ）に示すコ
ンタクトホール形成用の設計パターン１１は完全な周期
構造を持っておらず、データの圧縮は困難である。しか
し、この設計パターン１１は隠れた規則性（周期性）を
持っている。コンタクトホールの有無によりプログラム
を行っているためにコンタクトホールの配置は規則性を
失っているが、点線で示したコンタクトホールを省いた
部分を加えて考えると、矩形の主パターン１２が縦横に
完全に規則的に配列されている。この、規則性に着目す
るとデータの圧縮を行うことが可能である。コンタクト
ホールを省いた部分にも主パターン１２があると考え
て、全ての主パターン１２の４隅の角部に相当する部分
に補助パターン１３のみのデータをつくり、これを２層
目のデータとする。この２層目のデータは完全に規則的
に配列されているのでデータの圧縮が可能である。

【００２１】図１の（ｂ）に示す補助パターンデータで
はデータ量は全体の９分の１に圧縮されている。この圧
縮データを全面に展開することにより補助パターン１３
のデータとすることができる。この補助パターンデータ
と１層目のデータ（図１の（ａ）に示す設計パターン１
１のデータ）とを描画時に合成することにより、図１
（ｃ）に示すように、コンタクトホールを省いた部分に
も主パターン１２があると考えた全ての主パターン１２
の４隅の角部に相当する部分に補助パターン１３が形成
されている光露光用マスク１４を作製することができ
る。

【００２２】この場合、１層目のデータは従来の光露光
用マスクのデータと全く同じであり、また、２層目のデ
ータは圧縮されているためにそのデータ量は小さくでき
る。なお、図１の（ｂ）に示す例では補助パターン１３
のデータ量は１／９に圧縮されているが、実際の超ＬＳ
Ｉのパターンデータの場合には、繰り返し回数がはるか
に大きくなるため、データ量の圧縮割合はずっと大きく
できる。実際にＬＳＩ用の光露光用マスクを、この方法
で作成した結果、補助パターン１３を付加した光露光用
マスク１４に対するデータ量は従来と同様の露光用マス
ク１１のデータ量に対して、全体で１割程度増加しただ
けであった。すなわち、２層目のデータは１層目のデー
タの１割程度の量に過ぎず、この程度の増加であればデ
ータ処理に対する負担の増加は殆ど無視できる範囲であ
る。

【００２３】また、プログラムコードに基づいて自動的
に発生すべきマスクデータ（図１の（ａ）参照）は、従
来のマスクデータと同じであるため、新たにプログラム
コードに基づいて複雑なマスクデータを作製するプログ
ラムを作る必要はなく、従来のプログラムがそのまま使
える。

【００２４】ところで、補助パターンデータと１層目の
データとを合成してなる図１（ｃ）に示した光露光用マ
スク１４は、補助パターン１３が必要でないコンタクト
ホールの無い部分にも補助パターン１３が存在してい
る。しかし、補助パターン１３は単独では半導体基板で
あるウェハ上には転写されないパターンとなるように設
計されており、不要な補助パターン１３がウェハ上に転
写されてしまってデバイスに悪影響を与えることはな
い。実際に、作成した光露光用マスク１４を用いてウェ
ハ上への転写実験を行った結果、適正露光量の２倍まで
露光エネルギーを上げても不要な補助パターンがウェハ
上に転写されることはなかった。ただし、補助パターン
の寸法が大きすぎると不要な補助パターンがウェハ上に
転写される可能性があるため、補助パターン１３の設計
には十分に注意を要する。

【００２５】補助パターン１３が正方形であり、補助パ
ターン１３の中心が主パターン１２の角部の位置にある
場合について、詳細な検討を行ったところ、補助パター
ン１３の一辺の寸法Ｌを、Ｌ＜０．５・λ／ＮＡとすることで補助パターン１３が単独でウェハ上に転写
されることを防ぐことができることがわかった。ここ
で、λはこの光露光用マスク１４が用いられる投影露光
装置の波長、ＮＡは露光装置の投影レンズの開口数であ
る。

【００２６】一方、補助パターン１３により転写パター
ンの角の丸みを抑えるためには補助パターン１３の一辺
の寸法Ｌを、Ｌ＞０．２・λ／ＮＡとすることが必要である。

【００２７】したがって、補助パターン１３の寸法は０．２・λ／ＮＡ＜Ｌ＜０．５・λ／ＮＡとすることが望ましい。

【００２８】図１の（ｂ）に示した補助パターン１３
は、一つの主パターン１２に対し、４つの正方形からな
っている。上述のように、主パターン１２からなる第１
層目のデータと補助パターン１３からなる２層目のデー
タとを描画時に合成する場合、データが重なりあってい
る部分は２回描画されることになる。補助パターン１３
と主パターン１２の重なり合う部分は微小な面積である
ので影響はそれほど大きくないが、光露光用マスク作成
の際の精度低下の原因となり得る。これに対処するもの
として、補助パターンを図２の（ｂ）に示すようにＬ字
形にすることで、主パターン２１との重なりを取り除く
ことができる（図２の（ｃ）参照）。この時、補助パタ
ーン２２のデータ量（第２層目のデータ）は２倍に増加
する。しかし、補助パターン２２は圧縮されており、デ
ータ量は大きくないので２倍程度の増加であればデータ
処理への負担の増加は無視できる。図２の（ｃ）に示す
ように、Ｌ字型の補助パターンデータを用いて形成した
光露光用マスク２３は、補助パターン２２の不要な部分
の面積を小さくすることができ、不要な補助パターン２
２による影響を小さくすることができる。

【００２９】続いて、図３を用いて本発明の第２の実施
例について詳細に説明する。図３の（ａ）はゲートアレ
イの配線のマスクの設計パターン３１で、コンタクト間
をポリシリコン配線により接続するパターンとなってい
る。この設計パターン３１は一見すると周期性が無いよ
うにみえる。しかしこの場合、ポリシリコン配線で接続
すべき下地基板のコンタクトホール（図３の（ｂ）にお
いて点線で示した部分）は第１の実施例と異なり、完全
に規則的に配列されている。

【００３０】ポリシリコン配線は各々のコンタクトホー
ル間を接続する場合と、コンタクトホールのみを埋める
場合とに別れている。この場合には、コンタクトホール
部分３２を覆うパターンのみを主パターン３２として抜
き出せば周期性のあるデータとして、データ圧縮が可能
となる（図３の（ｃ）参照）。このコンタクトホールを
覆う周期性のある主パターン３２における四隅の角部に
微細な補助パターン３３を付加したデータを二層目のデ
ータとする。１層目のデータはコンタクトホール部分３
２間を接続する部分だけの全面データとする（なお、図
３（ｂ）に示すパターンを接続パターン、図３（ｃ）に
示すパターンデータを補助パターン付加データと呼
ぶ）。

【００３１】電子線描画時にこの２層のデータを重ね合
わせることにより図３の（ｄ）に示す補助パターン付き
の光露光用マスク３５が形成できる。この場合も、１層
目のデータは従来光露光用マスクのデータと同等の量で
ある。また、２層目の補助パターン付加データは図３の
（ｃ）に示す例では１／９に圧縮されている。実際の超
ＬＳＩのパターンデータの場合には、繰り返し回数がは
るかに大きくなるためデータ量圧縮の割合はずっと大き
くできる。この場合も、実際にＬＳＩ用の光露光用マス
クを作成した結果、データ処理に要する作業量および処
理時間は従来法と殆ど差がなかった。

【００３２】ここで、図３の（ｂ）に示した接続パター
ン３４は主パターン３２と同一の幅となっており、この
ために、最終マスクパターン（図３の（ｄ）参照）は、
元の設計パターン３１に対し、補助パターン３３がはみ
出した形状となっている。この場合も、第１層目のデー
タと第２層目の補助パターン付加データとを描画時に合
成する場合、データが重なりあっている部分は２回描画
されることになる。

【００３３】これに対処するものとして、接続パターン
３６を図４の（ａ）に示すように補助パターン３３と主
パターン３２との間に収まる矩形とするとデータの重な
りは無くなる。このようにしても、第１層のデータはパ
ターンの大きさが変わるだけでひとつの矩形のままであ
るので、接続パターン３４のデータ量（第１層目のデー
タ）は変化しない。このような接続データを用いた場
合、図４（ｃ）に示すように光露光用マスク３７上のパ
ターンは凹凸が大きくなる。しかし、この光露光用マス
ク３７を用いてシリコンウェハ上にパターンを転写した
結果、マスクパターンの凹凸はウェハ上には殆ど影響を
与えず、直線に近いパターンが形成できた。これは、光
露光用マスク３７上の補助パターン３３はウェハ上には
単独では転写されないような微細なパターンであるため
であり、光露光用マスク３７上の凹凸は忠実に転写され
ず、凹凸が平均化されて凹凸の中央部に沿ったパターン
が形成された。これに対し、図３の（ｄ）に示す光露光
用マスク３５を用いた場合には、補助パターン３３間を
透過する光量が減少し、補助パターン３３間で転写パタ
ーンの線幅が細くなるという問題が生じた。これらの結
果から、接続パターンは図４の（ａ）に示すような形状
とすることが最も望ましいと結論できる。

【００３４】そして、これらの光露光用マスクを用いる
ことにより、ゲートアレイ集積回路、スタンダードセル
集積回路、マスクプログラムＲＯＭなどを設計データを
忠実に再現した転写パターンで製造することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、転写パターンの角部の円形化を防止する微少
な補助パターンを、前記基本的な周期構造となっている
箇所だけでなく、前記周期構造と異なっている箇所も含
めて、前記基本的な周期構造のパターンの角部に対応す
る場所に形成することにより、補助パターンを付加する
ことによるデータ量の増加を最小限に抑えることができ
ながら、設計パターンに忠実な転写パターンを形成する
ことができる。そして、この場合に、補助パターンが他
のパターンと重ならず単独で配置される箇所がある場合
には、補助パターンを単独では半導体基板に転写されな
い大きさに形成することにより、不要な補助パターンが
半導体基板に転写されることを防止することができる。
さらに、本発明の光露光用マスクを用いることにより完
全な周期性を持たないパターンを有するＬＳＩについて
も設計パターンに近い転写パターンを半導体基板上で得
ることが可能となる。

【００３６】また、設計パターンから基本的な周期構造
を抜き出し、単独では半導体基板に転写されない微少な
補助パターンを基本的な周期構造のパターンの角部に対
応する場所に設けた補助パターンデータを作成し、この
補助パターンデータと設計パターンに対応する主データ
とを描画用データに変換するとともに描画に際して合成
して光露光用マスクを製造したり、あるいは、転写パタ
ーンの角部の円形化を防止する微少な補助パターンを基
本的な周期構造のパターンの角部に対応する場所に付加
した補助パターン付加データを作成し、この微少補助パ
ターン付加データと設計パターンにおける周期構造を有
しないデータとを描画用データに変換するとともに描画
に際して合成して光露光用マスクを製造したりすること
により上記構成の光露光用マスクを能率良く作製するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光露光用マスク作
製のためのデータ構成とマスクパターンを表わすもの
で、（ａ）は光露光用マスクの設計パターンデータの平
面図、（ｂ）は補助パターンデータの平面図、（ｃ）は
補助パターン付き光露光用マスクの平面図。

【図２】本発明の第１の実施例を改良した光露光用マス
クを説明するためのデータ構成とマスクパターンを表わ
すもので、（ａ）は光露光用マスクの設計パターンデー
タの平面図、（ｂ）は補助パターンデータの平面図、
（ｃ）は補助パターン付き光露光用マスクの平面図。

【図３】本発明の第２の実施例である光露光用マスク作
製のためのデータ構成とマスクパターンを表わすもの
で、（ａ）は光露光用マスクの設計パターンデータの平
面図、（ｂ）は第１層データの平面図、（ｃ）は第２層
データ（補助パターン付加データ）の平面図、（ｄ）は
補助パターン付き光露光用マスクの平面図。

【図４】本発明の第２の実施例を改良した光露光用マス
クを説明するためのデータ構成とマスクパターンを表わ
すもので、（ａ）は第１層データの平面図、（ｂ）は第
２層データ（補助パターン付加データ）の平面図、
（ｃ）は補助パターン付き光露光用マスクの平面図。

【図５】投影光学系における回折の影響を説明するため
の図で、（ａ）は光露光用マスクのマスクパターンの平
面図、（ｂ）は転写パターンの平面図。

【図６】従来の補助パターン付マスクを説明するための
の図で、（ａ）は光露光用マスクのマスクパターンの平
面図、（ｂ）は転写パターンの平面図。

【図７】（ａ），（ｂ）は補助パターンを付加する前の
図形と、付加した後の図形とをそれぞれ矩形図形に分割
した例を示す平面図。

【図８】（ａ）は従来の光露光用マスクの平面図、
（ｂ）は従来の補助パターン付マスクの平面図。

【符号の説明】

１１，３１設計パターン１２，２１，３２主パターン１３，２２，３３補助パターン１４，３５，３７補助パターン付き光露光用マ
スク３４，３６接続パターン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設計パターンが基本的な周期構造を有し
ているとともに前記設計パターンの一部が前記周期構造
と異なっている半導体集積回路を、ホトリソグラフィで
半導体基板に作製する場合に用いられる光露光用マスク
において、転写パターンの角部の円形化を防止する微少
な補助パターンを、前記基本的な周期構造となっている
箇所だけでなく、前記周期構造と異なっている箇所も含
めて、前記基本的な周期構造のパターンの角部に対応す
る場所に形成した光露光用マスク。
【請求項２】微少な補助パターンが、単独では半導体
基板に転写されない大きさに形成されている請求項１記
載の光露光用マスク。
【請求項３】設計パターンが基本的な周期構造を有し
ているとともに前記設計パターンの一部が前記周期構造
と異なっている半導体集積回路を、ホトリソグラフィで
半導体基板に作製する場合に用いられる光露光用マスク
を製造する方法において、設計パターンから基本的な周
期構造を抜き出し、単独では半導体基板に転写されない
微少な補助パターンを基本的な周期構造のパターンの角
部に対応する場所に設けた補助パターンデータを作成
し、この補助パターンデータと設計パターンに対応する
主パターンデータとを描画用データに変換するとともに
描画に際して合成して光露光用マスクを製造する光露光
用マスクの製造方法。
【請求項４】設計パターンが基本的な周期構造を有し
ているとともに前記設計パターンの一部が前記周期構造
と異なっている半導体集積回路を、ホトリソグラフィで
半導体基板に作製する場合に用いられる光露光用マスク
を製造する方法において、設計パターンから基本的な周
期構造を抜き出し、転写パターンの角部の円形化を防止
する微少な補助パターンを基本的な周期構造のパターン
の角部に対応する場所に付加した補助パターン付加デー
タを作成し、この微少補助パターン付加データと設計パ
ターンにおける周期構造を有しないデータとを描画用デ
ータに変換するとともに描画に際して合成して光露光用
マスクを製造する光露光用マスクの製造方法。