JPH0882915A

JPH0882915A - フォトマスクパターン設計方法および設計システム

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Publication number: JPH0882915A
Application number: JP21978694A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Terasawa; 恒男寺澤; Norio Hasegawa; 昇雄長谷川; Akiyoshi Shigeniwa; 明美茂庭; Shinji Okazaki; 信次岡崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-26
Anticipated expiration: 2018-06-09
Also published as: JP3413984B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、フォトマスクを用いて所望の形状
の投影像光強度分布を得るために、パターン形状の修正
や新たなパターンの付与を自動的に行なうパターン設計
方法および設計システムを提供することにある。【構成】初期値として入力されたパターンの投影像光
強度分布を求める投影像計算工程２、投影像と所望の形
状を比較する工程４、および不要の投影像ができる部分
にパターンを付加する工程５を設けてマスクパターンの
最適化を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被露光基板上に微細パ
ターンを転写して、半導体集積回路や液晶パネル等を製
造するための光リソグラフィ技術に関し、特に露光に用
いる光の透過率と位相とを制御したマスクのパターン設
計方法および設計システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶パネル等のパター
ン形成には、リソグラフィ技術と呼ばれる、マスク上に
描かれたパターンを被露光基板上に転写する方法が広く
採用されている。このパターン転写を行なうために、一
般には、マスク上のパターンを縮小して転写する縮小投
影型の投影露光装置が用いられる。

【０００３】近年のパターンの微細化と共に、前記投影
露光装置には、従来より高い解像力が要求される。一般
に、投影レンズの開口数（ＮＡ）が大きいほど、あるい
は露光に用いる光の波長が短いほど解像力は向上する。
しかし、ＮＡを大きくする方法はパターン転写時に焦点
深度の低下をもたらし、光の短波長化は光源、光学系材
料あるいはレジスト材料の面で種々の制約が有る。

【０００４】そこで、現状の投影露光装置を用いて、か
つ従来の解像限界を超える微細パターンを転写する試み
が為されている。特公昭６２−５０８１１号公報には、
マスク上の特定の光透過部に光の位相を反転させる透明
部材（位相シフタ）を設けて、特に周期性を有するパタ
ーンに対して解像力が大幅に向上することが示されてい
る。また、前記位相シフタを自動的に配置する技術は、
ＶＬＳＩシンポジウム(1991)において報告され、ダイジ
ェストオブテクニカルペーパーズ９５−９６頁
（Digest of Technical papers pp.95-96 ）における、
オートマティックパターンジェネレーションシステ
ムフォアフェイズシフティングマスク（Automati
c Pattern Generation System For Phase Shifting Mas
k）と題する論文に記載されている。同様の技術は、ダ
イジェストオブペーパーズマイクロプロセス’９３
５０−５１頁（Digest of Papers MicroProcess '93
pp.50-51）における、アルゴリズムフォアフェイズ
シフトマスクデザインウイズプライオリティ
オンシフタプレイスメント（Algorithmfor Phase
Shift Mask Design with Priority on Shifter Placem
ent）と題する論文、および、同５２−５３頁における
ＡＣＡＤシステムフォアデザイニングフェ
イズシフティングマスクス（A CAD System for Des
igning Phase-Shifting Masks）と題する論文にも記載
されている。また、所望の投影像形状を入力してマスク
パターンを決定する方法が、アイイーイーイー、
トランザクションオンセミコンダクターマニュフ
ァクチャリング５（２）（１９９２年）１３８−１５２
頁（IEEE Transaction on Semiconductor Manufacturin
g, Vol.5, No.2(1992), pp.138-152）におけるバイナ
リアンドフェイズシフティングマスクデザイ
ンフォアオプティカルリソグラフィ（Binary and
Phase Shifting Mask Design for Optical Lithograph
y）と題する論文に記載されている。

【０００５】一方、米国の特許公報 USP 4,360,586 に
は、マスクを透過するＸ線や光の強度と位相を制御する
マスク技術が示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特公昭６２−５０８１
１号公報に開示されているマスクを用いると、特に周期
性のある微細パターンに対しては従来の解像限界を超え
るパターン形成が容易に実現できる。しかし、周期性の
少ない一般的なパターンに対しては、前記位相シフタを
効率良く配置する手法が示されていないので、その効果
を引き出すことはできない。ダイジェストオブテク
ニカルペーパーズ９５−９６頁（Digestof Technical
papers pp.95-96）におけるオートマティックパター
ンジェネレーションシステムフォアフェイズ
シフティングマスク（ Automatic Pattern Generatio
n System For Phase Shifting Mask）と題する論文に記
載されている手法は、マスク上の光透過部に位相シフタ
を自動的に配置する機能を有するが、パターン配置が複
雑になって位相シフタ配置に矛盾が発生した場合の対策
は示されていない。

【０００７】一方、米国の特許公報 USP 4,360,586 に
開示されているマスク技術は、本来遮光すべき領域にわ
ずかに光を透過させて位相も制御するものであって、ハ
ーフトーン位相マスクあるいはAttenuateマスクと呼ば
れる。解像力向上の効果は前記の特公昭６２−５０８１
１号公報に開示されているマスクと比べてやや劣るもの
の、シフタの新たな配置を行なう必要が無いという利点
がある。したがって、複雑な形状を有するパターンに対
して極めて効果的であるとされている。しかし、所望の
転写パターン寸法を得るために必要なマスクパターン寸
法の修正や変更については何ら言及していない。

【０００８】ダイジェストオブペーパーズマイク
ロプロセス’９３５０−５１頁（Digest of Papers M
icroProcess '93 pp.50-51）におけるアルゴリズムフ
ォアフェイズシフトマスクデザインウイズプ
ライオリティオンシフタプレイスメント（Algori
thm for Phase Shift Mask Design with Priorityon Sh
ifter Placement）と題する論文、および、同５２−５
３頁におけるＡＣＡＤシステムフォアデザイニ
ングフェイズシフティングマスクス（A CAD Syst
em for Designing Phase-Shifting Masks）と題する論
文に記載されている技術は、特公昭６２−５０８１１号
公報に開示されているマスクの性能を引き出すために、
位相シフタを自動的に配置する技術である。シフタ配置
の矛盾個所をできるだけ少なくする工夫が為されている
が、新たなシフタ配置を行なう必要が無い前記ハーフト
ーン位相マスクのパターン設計については何の示唆も無
い。

【０００９】アイイーイーイー、トランザクショ
ンオンセミコンダクターマニュファクチャリング
５（２）（１９９２年）１３８−１５２頁（IEEE Trans
action on Semiconductor Manufacturing, Vol.5, No.2
(1992), pp.138-152）におけるバイナリアンドフ
ェイズシフティングマスクデザインフォアオプ
ティカルリソグラフィ（Binary and Phase Shifting
Mask Design for Optical Lithography）と題する論文
に記載されているマスク技術は、マスクパターン面を極
めて小さな領域に分割して透過光の位相と透過率を定義
するものである。したがって、パターンの定義が極端に
複雑化し、広い領域における最適化が困難であるという
実用面での問題がある。

【００１０】以上のように、ハーフトーン位相マスクは
形状制約の緩和の面では優れているものの、そのパター
ン形状の適正化については検討されていない。特に、本
来遮光すべき領域にもわずかな透過光が存在するから、
その透過光はパターンが接近すると干渉効果で強調され
る。その結果、本来パターンの存在しない部分にも無視
できない光強度レベルを有する投影像が形成されるとい
う問題がある。

【００１１】本発明の課題は、ハーフトーン位相マスク
に新たなパターンを付与することによって、前記不要の
投影像の影響を低減させることが可能な、パターン設計
方法及びシステムを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、初期値と
して与えたハーフトーン位相マスクのパターンあるいは
部分的に修正したパターンで得られる投影像を計算する
手段と、計算結果を所望のパターン形状と比較する比較
手段と、両者の間に所定量より大きな差が発生した領域
に新たなパターンを付与するパターン発生手段とを設け
ることにより達成される。

【００１３】また、初期値として与えたパターンの各辺
を投影光学条件で定められる所定距離Ｌだけ移動させ
て、拡大したパターンの輪郭線を発生させる手段と、複
数の輪郭線が所定距離以下に接近あるいは交差する部分
を抽出する手段と、抽出された部分に新たなパターンを
付与するパターン発生手段とを設けることにより達成さ
れる。

【００１４】

【作用】初期値として与えるハーフトーン位相シフトマ
スクの構造、及びそこから得られる光学像の概要の一例
を図９に示す。ハーフトーン位相シフトマスクは、光学
的に透明な基板４２とハーフトーン部材４３とから構成
され、わずかに光を通す擬似的な遮光部４０と開口パタ
ーン４１からなる。開口部４１と擬似的な遮光部４０を
透過する光は、振幅分布４４が示すように異符号、すな
わち互いに位相が反転している。投影光学系を介して被
露光基板上に得られる振幅分布は曲線４５のように得ら
れ、その絶対値の二乗をとって光強度分布４７が得られ
る。投影像を計算する手段は、開口パターン４１と露光
光学条件を入力すると最終的に光強度分布４７を求める
ものである。ここで、パターンエッジ近傍には４６に示
す負の振幅ピークが発生し、これが投影像のサイドロー
ブ４８となって現われる。特に２個以上の開口パターン
が接近してくると、それぞれのパターンに対応したサイ
ドローブが強調されてパターンエッジからほぼＬ１の距
離の所に不要の投影像が得られる。この不要の投影像の
発生位置は、マスクパターンの投影像光強度分布を計算
し、そこから予測される像の形状と入力したパターン形
状とを比較することにより容易に知ることができる。こ
こで、パターンエッジ近傍に生じるサイドローブは、前
述のように開口パターン部の光とは異符号の光振幅によ
るものである。そこで、図１０に示すように、パターン
５０のエッジからほぼＬ１の距離の所にパターン発生手
段により新たな補正パターン５１を付加すると、振幅分
布５２の負の振幅ピーク部と、補正パターンの振幅分布
５３とが重なってサイドローブの発生を防止することが
できる。ここで、補正パターン５１は、単独では転写さ
れない寸法とするのが良いので、その幅をほぼ０．０５
λ／ＮＡから０．４λ／ＮＡの間にとれば良い。ここ
に、λは露光光の波長、ＮＡは露光用投影レンズの開口
数である。

【００１５】一方、サイドローブの発生する位置は光学
条件から予測することができ、図９に示す距離Ｌ１はほ
ぼ０．５５λ／ＮＡ程度である。ただし、フォーカス位
置に依存して変化するので、Ｌ１のとりうる範囲は０．
４λ／ＮＡ＜Ｌ１＜１．１λ／ＮＡ程度である。そこ
で、輪郭線発生手段によって、入力されたパターンの各
辺から距離Ｌ１だけ離れた輪郭線を求め、その輪郭線が
接近あるいは交差する部分を求めれば、そこがサイドロ
ーブの強調される部分である。その部分に補正パターン
を配置すれば、所望の投影像が得られる。

【００１６】図１１は、周期パターン５４を有するハー
フトーン位相マスクを示す図である。被露光基板上で
は、周期パターンの中央部では良好な光強度分布５５が
得られるものの、端部では負のピーク５６が得られる。
したがって、密集したパターン群の端部パターンの外側
にも同様の補正パターンを配置することにより、所望の
形状の投影像が得られる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。

【００１８】（実施例１）図１は、本発明のフォトマス
クパターン設計方法のフローチャートを示す図である。
まず、入力データ読み込み工程１において、ハーフトー
ン位相シフトマスクのパターンの初期値と該マスクパタ
ーンを被露光基板上に転写する投影光学系のパラメータ
を読み込む。ここで、投影光学系のパラメータとは、投
影レンズの開口数ＮＡ、転写に用いる光の波長λ、コヒ
ーレンスの度合いを表わすパラメータσである。

【００１９】次に、投影像光強度分布演算工程２で、上
記マスクパターンで得られる投影像を計算する。投影像
とマスクパターンとは表示工程３において表示される。
表示領域は、全体あるいは指定した部分のいずれかを選
択できるようにした。同時に、比較工程４で、マスクパ
ターンと計算された投影像の形状の比較を行なう。ここ
で投影像の形状とは、例えば、光強度分布を所定の強度
レベルでスライスして得られる輪郭である。比較の結
果、両者が許容値以下の差であれば設計終了であるが、
差が大きい場合、すなわちサイドローブが強調されて不
要のパターンが形成された場合は、パターン発生工程５
で補正パターンを付与する。ここで、補正パターンの寸
法を０．２５λ／ＮＡとした。再度投影像計算を行なっ
て、入力したマスクパターンと比較する。両者の差が小
さくなるように、補正パターン配置と投影像計算とを数
回程度繰り返してもよい。ただし、この繰り返しループ
が無限ループになるのを防ぐために所定の打切り回数を
予め入力しておく。

【００２０】図２は、ハーフトーン位相シフトマスクの
入力パターン例であり、ハーフトーン部１０の中に開口
パターン１１，１２，１３，１４が配置されている。こ
のマスクをλ＝０．３６５μｍ、ＮＡ＝０．５、σ＝
０．３なる投影露光装置で転写した時に得られる像を、
投影像演算部２で予測した。結果は図３に示す通りであ
り、強調されたサイドローブが発生した。そこで、サイ
ドローブが発生した部分に、図４に示すようにはば０．
１５μｍ相当の補正パターンを自動発生させた。その結
果、投影像は、図５に示すものとなり良好なパターンが
得られた。得られたマスクパターンは格納工程６で、パ
ターンデータとして格納した。

【００２１】以上の設計方法を実現するためのフォトマ
スクパターン設計システムを、図１７に示す。ファイル
１２１に格納されているパターン初期値は、入力データ
読み込み手段１２２で読み込まれファイル１２８に格納
される。投影像光強度演算手段１２３は、入力データか
ら予測される投影像を計算し、結果をファイル１２９に
格納する。比較手段１２５は、ファイル１２８、１２９
に格納されているデータを比較する。同時に、両者は表
示手段１２４で同時又は順次表示される。両者の差が大
きい場合は、パターン発生手段１２６で前述の補正パタ
ーンを発生させて初期値パターンに付加し、再びファイ
ル１２８に格納する。ファイル１２８、１２９に格納さ
れているデータの差が許容値以内となっとき、格納手段
１２７はファイル１２８に格納されたデータを最終的に
得られたフォトマスクパターンデータとして、ファイル
１３０に出力する。

【００２２】なお、入力したパターン、新たに発生させ
たパターンを含むパターン群、あるいは投影像計算結果
を同時又は順次表示することにより、システムの操作性
を高めることができた。

【００２３】本実施例によれば、パタ−ン配置や形状が
複雑であっても補正パタ−ンの位置を正確に求めること
ができる。

【００２４】（実施例２）図６は、本発明の第２の実施
例であるマスクパターン設計方法のフローチャートを示
す図である。まず、入力デー読み込み工程１において、
ハーフトーン位相シフトマスクのパターンの初期値と該
マスクパターンを被露光基板上に転写する投影光学系の
パラメータを読み込む。ここで、投影光学系のパラメー
タとは、実施例１と同様、投影レンズの開口数ＮＡ、転
写に用いる光の波長λ、コヒーレンスの度合いを表わす
パラメータσである。

【００２５】次に、輪郭線生成工程２０で、入力された
開口パターンが拡大するように各辺を距離Ｌだけ外側に
移動させ、新たな図形の輪郭線を発生させる。図７に示
す例では、入力パターン２４に対して、各辺を矢印２
６，２７，２８，２９に示す向きに距離Ｌだけ移動させ
て得られる図形の輪郭線２５を定義した。図２に示す入
力パターンに対して上記の処理を施した結果、図８に示
す輪郭線３０，３１，３２，３３を形成することができ
た。

【００２６】パターンの拡大図形を発生した後、図６に
示す演算工程２１で、輪郭線が互いに接近あるいは交差
する部分を求める。その部分に、パターン発生工程２２
で補正パターンを発生させる。その結果を、パターンデ
ータ格納工程２３で所定のファイルに出力した。図８に
示す例では、補正パターン３５−１，３５−２，３６が
付与された。更に、図１１から、密集パターン外側にも
サイドローブが発生することがわかるので、マニュアル
操作で補正パターン３４，３５を挿入した。いずれも、
パターン寸法は実施例１と同一に設定してある。その結
果、図５に示す結果と同様の良好な結果が得られた。マ
ニュアル操作で付与したパターン３４，３５は必ずしも
必要ではなく、端部のパターン寸法をやや大きく設定し
ても事実上問題の無い結果が得られた。尚、図８に示す
補正パターン３６等は一方向に長いパターンである。こ
のような場合、図１４に示すように、補正パターン６９
を、パターン７０、７１、７２等に分割し、それらの間
隔を補正パターンの幅程度にして並べて配置しても、同
様の補正効果が得られた。

【００２７】図１８は、第２の実施例の設計方法を実現
するためのフォトマスクパターン設計システムを示す図
である。パターン初期値が格納されているファイル１２
１、入力データ読み込み手段１２２、および出力ファイ
ル１３０は、図１７に示すシステムと同一である。輪郭
線生成手段１３１は、図６に示す工程２０を実現する手
段であって、生成した輪郭線をファイル１３５に出力す
る。演算手段１３２は、輪郭線が接近あるいは交差する
領域を求める手段で、図６に示す工程２１を実現するも
のである。補正パターンを発生させる工程２２を実現す
る手段がパターン発生手段１３３であり、補正パターン
を含むフォトマスクパターンはパターンデータ格納手段
１３４によってファイル１３０に出力される。

【００２８】補正パターン配置を高性能化するために、
以下の処理も行なってみた。まず、パターンの拡大図形
の輪郭線発生に先だって、入力パターンの隣接位置関係
を計算する。距離Ｌ’（例えば１．２λ／ＮＡ）以内に
隣接パターンが存在しないパターンあるいはパターンの
辺を抽出して、その図形が解像限界に近い寸法を有する
ときは、その幅を所定量だけ大きくする。隣接パターン
が存在するパターンについては寸法の変更は行なわな
い。例えば、図１５に示すように、パターン８２が解像
限界に近い幅を有するときは、その寸法を所定量だけ大
きくして図形８３を定義する。同様に、パターン８０に
ついても微細幅の部分については拡幅し、図形８１を定
義する。次に、図７に示すような輪郭線２５をすべての
入力パターンについて求める。図１５に示す例では、輪
郭線８４、８５を求める。最後に、輪郭線が互いに接近
あるいは交差する部分にパターン発生部２２で補正パタ
ーンを発生させる。更に、入力パターンの寸法を所定量
だけ大きくしたパターンの輪郭線については、距離Ｌ’
以内に隣接パターンが存在しない領域に対しては補正パ
ターンを発生させた。また、入力パターンの図形が位置
方向に長く、かつ幅が微細な場合には、パターン頂点部
に対応する輪郭線を無視して補正パターンを配置する候
補から外した。同様に、入力パターンの全体あるいは部
分的に寸法が大きく、かつ対応する輪郭線が他の輪郭線
と交差も接近もしていない場合は、補正パターンを配置
する候補から外した。その結果、図４に示すパターンと
同様の結果が得られた。

【００２９】図１２は比較的大きなパターン５７，５８
が角部で接近している例である。更に、周辺部には遮光
領域５９が設定されている。遮光領域は、パターン入力
直後に、図１３に示すような微細周期パターン群６８に
自動的に置き換えられる。ここで、ハーフトーン周期パ
ターンの光透過領域とハーフトーン領域との面積比は、
√ｔ：１（ｔはハーフトーン部の光強度透過率）に設定
され、その周期は投影光学系の解像限界より小さい値で
ある。前記マスクを用いると、マスクパターン５７，５
８の投影像６０，６１の他に、近接効果によって不要の
パターン６２，６３が投影されたが、この場合も、本実
施例で２か所に補正パターン６６，６７を配置すること
により、不要パターンの無い投影像を得ることができ
た。

【００３０】本実施例によれば、投影像計算をしなくて
すむので短時間で補助パタ−ンの位置を求めることがで
きる。

【００３１】以上の手法で、ハーフトーン位相シフトマ
スクのパターン設計を効率的に行なうことができた。図
１６に示すように、設計されたマスク１０８を投影露光
装置のマスク載置台１０９上に載置し、投影レンズ１１
１を介して、通常の方法でレジストが塗布されたウェー
ハ１１２上にパターンを転写した。光源１０１から発す
る光は、凹面鏡１０２、ミラー１０３、１０６、フライ
アイレンズ１０４、絞り１０４−１、レンズ系１０４、
１０５、１０７を介してマスク１０８を照明する。この
時、絞り１０４−１の大きさを制御することによりハー
フトーン位相マスクとしての効果を引き出すことができ
た。ウェーハ１１２はウェーハ載置台１１３上に固定さ
れ、更に投影レンズ１１１の光軸方向に移動可能なステ
ージ１１４と前記光軸と垂直な面内に移動可能なステー
ジ１１５の上に搭載されている。両ステージはそれぞれ
の駆動系１１８、１１９により制御されている。マスク
位置制御系１１０でマスク載置台１０９を位置決めする
と共に、ウェーハ位置をミラー１１６の位置としてレー
ザ干渉系１１７でモニタすることにより、マスク１０８
とウェーハ１１２との位置合わせを行なった。露光装置
全体の制御は主制御系１２０を用いて行なった。パター
ン転写後に、通常の現像処理によりレジストパターンを
形成した。その結果、微細パターンを有する半導体集積
回路等を製造することができた。

【００３２】尚、ハーフトーン位相マスクではなく、通
常のクロムマスクを用いた場合でも類似の効果が得られ
る。特に、投影露光装置の絞り１０４−１を絞って干渉
性の強い条件とした場合は、補正パターン配置の効果が
良く現われた。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、パターン寸法の修正や
投影像形状誤差を補正するための新たなパターン発生を
自動的に行なうことによって、ハーフトーン位相シフト
マスクのパターン形状の最適化を容易に実現できるとい
う効果がある。さらに、この容易化のためにハーフトー
ン位相シフトマスクの利用効率が向上するので、該マス
クを用いた位相シフト露光法による微細パターン転写が
効率良く行なわれ、集積度の高い半導体デバイスの製造
が容易になるという効果がある。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるパターン設計のフローチ
ャートを示す図である。

【図２】ハーフトーン位相シフトマスクにおけるパター
ンの初期値の例を示す図である。

【図３】初期パターンの投影像計算結果を示す図であ
る。

【図４】付加すべきパターンを自動発生させた後のマス
クパターンの例を示す図である。

【図５】図４に示すパターンの投影像計算結果を示す図
である。

【図６】本発明の別の実施例であるパターン設計のフロ
ーチャートを示す図である。

【図７】初期パターンの各々の辺を距離Ｌだけ移動し
て、拡幅させた図形を発生させる概念を示す図である。

【図８】拡幅させた図形と、その交差あるいは接近部分
に発生させた新たなパターンとを示す図である。

【図９】ハーフトーン位相シフトマスクの概念を示す図
である。

【図１０】ハーフトーン位相シフトマスクにおける補正
パターン配置の効果を示す図である。

【図１１】周期パターンを有するハーフトーン位相シフ
トマスクの概念を示す図である。

【図１２】ハーフトーン位相シフトマスクのパターン配
置の他の例を示す図である。

【図１３】遮光領域を形成するハーフトーン位相シフト
マスクのパターンを示す図である。

【図１４】補正パターンの形状を示す図である。

【図１５】初期パターンの寸法を変化させた後に辺を距
離Ｌだけ移動して、拡幅させた図形を発生させる概念を
示す図である。

【図１６】投影露光装置を用いて、マスクパターンをウ
ェーハ上に転写することを示す図である。

【図１７】本発明の実施例であるパターン設計システム
の概略図である。

【図１８】本発明の他の実施例であるパターン設計シス
テムの概略図である。

【符号の説明】

１…入力工程、２…投影像演算工程、３…表示工程、４
…マスクパターンと投影像の比較工程、５…補正パター
ン発生工程、６…データ格納工程、１０…マスク上のハ
ーフトーン部、１１，１２，１３，１４…開口パター
ン、１５，１６，１７，１８…補正パターン、２０…
輪郭線生成工程、２１…輪郭線チェック工程、２２…
補正パターン発生工程、３０，３１，３２，３３…拡
幅パターン輪郭線、５０…主開口パターン、５１…補正
パターン、５２…主開口パターンを透過する光の振幅分
布、５３…補正パターンを透過する光の振幅分布。１０
１…光源、１０８…マスク、１１１…投影レンズ、１１
２…ウェーハ、１２２…入力手段、１２３…投影像演算
手段、１２４…表示手段、１２５…マスクパターンと投
影像の比較手段、１２６…補正パターン発生手段、１２
７…データ格納手段、１３１…輪郭線生成手段、１３
２…輪郭線チェック手段、１３３…補正パターン発生手
段、１３４…データ格納手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡崎信次東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】投影光学系を介してパターン転写を行なう
ために使用するフォトマスクのパターン設計方法であっ
て、所望の形状を有する第１のフォトマスクパターンを
初期値として与えるパターン入力工程と、前記投影光学
系の光学条件を表わすパラメータを入力する光学パラメ
ータ入力工程と、前記投影光学系で得られる前記第１の
フォトマスクパターンの投影像光強度分布を計算する投
影像演算工程と、前記投影像演算工程で得られる結果を
前記の初期値として与えられた前記第１のフォトマスク
パターンと比較する比較工程と、前記比較工程で比較し
た結果が予め指定した許容値より大きい部分に対しては
新たな第２のフォトマスクパターンを付与する補正パタ
ーン発生工程とを含むことを特徴とするフォトマスクパ
ターン設計方法。
【請求項２】投影光学系を介してパターン転写を行なう
ために使用するフォトマスクのパターン設計方法であっ
て、所望の形状を有する第１のフォトマスクパターンを
初期値として与えるパターン入力工程と、前記投影光学
系の光学条件を表わすパラメータを入力する光学パラメ
ータ入力工程と、初期値として与えられた前記第１のフ
ォトマスクパターンの各辺を投影光学条件で定められる
所定距離Ｌだけ移動させて前記第１のフォトマスクパタ
ーンを拡大させた新たな図形の輪郭線を発生させる輪郭
線生成工程と、前記新たな図形の輪郭線が所定距離以下
に接近あるいは交差する部分を抽出する工程と、前記抽
出された部分に新たな第２のフォトマスクパターンを付
与するパターン発生工程とを含むことを特徴とするフォ
トマスクパターン設計方法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のフォトマ
スクパターン設計方法において、前記第１のフォトマス
クパターンは、露光光を透過する透光パターン部と、光
の強度透過率が４０％以下のハーフトーンパターン部と
から構成され、かつ、前記透光パターン部を透過する光
と前記ハーフトーンパターン部を透過する光は、互いに
約１８０度の奇数倍の位相差を有することを特徴とする
フォトマスクパターン設計方法。
【請求項４】請求項２に記載のフォトマスクパターン設
計方法において、前記輪郭線生成工程に先立って、パタ
ーン入力工程で入力された上記第１のフォトマスクパタ
ーンが解像限界付近の寸法を有する初期パターンを含
み、かつ少なくとも一方の所定領域内に隣接パターンが
存在しない場合には、該初期パターンの寸法を所定量大
きくしてこれを該初期パターンに置き換えるパターン拡
幅工程を含み、該初期パターンの各辺を前記所定距離Ｌ
だけ移動させて生成する輪郭線の一方向の長さが予め決
められた値より短い場合はこれを削除する工程と、前記
パターン拡幅工程で拡幅した前記初期パターンに対応す
る輪郭線上には他の輪郭線が近接しなくても補正パター
ンを発生させる工程とを有することを特徴とするフォト
マスクパターン設計方法。
【請求項５】請求項２または請求項４に記載のフォトマ
スクパターン設計方法において、前記所定距離Ｌは、前
記投影光学系の開口数をＮＡ、露光光の波長をλとする
とき、ｋ₁・λ／ＮＡで与えられ、０．４≦ｋ₁≦１．１
であることを特徴とするフォトマスクパターン設計方
法。
【請求項６】請求項２、請求項４、請求項５の何れかに
記載のフォトマスクパターン設計方法において、前記第
２のフォトマスクパターンの寸法は、前記投影光学系の
開口数をＮＡ、露光光の波長をλとするとき、ｋ₂・λ
／ＮＡで与えられ、また、前記第２のフォトマスクパタ
ーンの形状が一方向に長く伸びている場合はその短辺の
寸法がｋ₂・λ／ＮＡで与えられ、０．０５≦ｋ₂≦０．
４であることを特徴とするフォトマスクパターン設計方
法。
【請求項７】請求項６に記載のフォトマスクパターン設
計方法において、前記投影光学系で得られる前記第１の
フォトマスクパターンの投影像光強度分布を計算する投
影像演算工程と、前記投影像演算工程で得られる結果を
前記の初期値として与えられた所望の形状を有する前記
第１のフォトマスクパターンとを比較する比較工程とを
含むことを特徴とするフォトマスクパターン設計方法。
【請求項８】投影光学系を介してパターン転写を行なう
ために使用するフォトマスクのパターン設計システムで
あって、所望の形状を有する第１のフォトマスクパター
ンを初期値として与えるパターン入力手段と、前記投影
光学系の光学条件を表わすパラメータを入力する光学パ
ラメータ入力手段と、前記投影光学系で得られる前記第
１のフォトマスクパターンの投影像光強度分布を計算す
る投影像演算手段と、前記投影像演算手段で得られる結
果を前記の初期値として与えられた所望の形状を有する
第１のフォトパターンと比較する比較手段と、前記比較
手段で比較した結果が予め指定した許容値より大きい部
分に対しては新たな第２のフォトマスクパターンを付与
する補正パターン発生手段とを含むことを特徴とするフ
ォトマスクパターン設計システム。
【請求項９】請求項８に記載のフォトマスクパターン設
計システムにおいて、前記第１のフォトマスクパターン
は、露光光を透過する透光パターン部と、光の強度透過
率が４０％以下のハーフトーンパターン部とから構成さ
れ、かつ、前記透光パターン部を透過する光と前記ハー
フトーンパターン部を透過する光は、互いに約１８０度
の奇数倍の位相差を有することを特徴とするフォトマス
クパターン設計システム。
【請求項１０】投影光学系を介してパターン転写を行な
うために使用するフォトマスクのパターン設計システム
であって、所望の形状を有する第１のパターンを初期値
として与えるパターン入力手段と、前記投影光学系の光
学条件を表わすパラメータを入力する光学パラメータ入
力手段と、初期値として与えられた前記第１のパターン
の各辺を投影光学条件で定められる所定距離Ｌだけ移動
させてパターンを拡大させた新たな図形の輪郭線を発生
させる輪郭線生成手段と、前記輪郭線が所定距離以下に
接近あるいは交差する部分を抽出する抽出手段と、前記
抽出された部分に新たな補正パターンを付与する補正パ
ターン発生手段とを含むことを特徴とするフォトマスク
パターン設計システム。
【請求項１１】請求項８又は請求項１０に記載のフォト
マスクパターン設計システムにおいて、前記パターン入
力手段で入力されたパターン、あるいは前記パターン発
生手段で新たなパターンを付与したマスクパターン、あ
るいは前記投影像演算手段で得られる結果の内の、少な
くとも２種の画像を全領域あるいは指定された部分領域
だけ抽出し、同時あるいは順次表示する表示手段をさら
に有することを特徴とするフォトマスクパターン設計シ
ステム。
【請求項１２】請求項１１に記載のフォトマスクパター
ン設計システムにおいて、上記表示手段は、マスクパタ
ーンの領域を、少なくとも光透過領域とハーフトーンパ
ターン領域と実質的に光を遮断する遮光領域との３種の
領域に互いに区別して表示する手段であって、かつ、前
記遮光領域を、前記投影光学系が転写できるパターン寸
法よりも微細なハーフトーン周期パターン群で構成し、
該パターン群の光透過領域とハーフトーン領域の面積比
をほぼ√ｔ：１（ｔはハーフトーン部の強度透過率）と
なるように配置する遮光領域発生手段を有することを特
徴とするフォトマスクパターン設計システム。
【請求項１３】前記補正パターン発生手段は、前記新た
に付与するパターンが一方向に長いパターンである場合
に、これを長手方向に分割し、複数個のパターンを並べ
て配置させる機能を含む手段であることを特徴とする、
請求項８または請求項１０または請求項１１または請求
項１２に記載のマスクパターン設計システム。
【請求項１４】パターン転写に用いる光を透過する基板
と、光の強度透過率が４０％以下のハーフトーン部材と
から構成され、かつ、前記ハーフトーン部材が存在しな
い開口領域を透過する光と前記ハーフトーン部材を透過
する光は、互いに約１８０度の奇数倍の位相差を有する
マスクであって、前記マスク上のパターンの形状は、請
求項８または請求項１０または請求項１１または請求項
１２に記載のマスクパターン設計システムで設計された
形状であることを特徴とするマスク。
【請求項１５】請求項１４に記載のマスクを搭載する投
影露光装置を用いて、投影レンズを介して該マスク上の
パターンを被露光基板上に転写することを特徴とするパ
ターン形成方法。
【請求項１６】請求項１５に記載のパターン形成方法を
用いて製造された半導体デバイス。