JP2008191364A - マスクパターンの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】解像特性に方向依存性を有する光源を用いて露光を行うマスクについて、孤立パターンの焦点深度を向上させる補助パターンを配置するマスクの設計方法を提供する。
【解決手段】８点光源を用い解像特性に方向依存性を持つ露光に際して使用するマスクパターンを設計する方法であって、孤立した矩形パターン１の各頂点の近傍に、頂点を形成する２つの辺と、その２つの辺から４５度方向に傾斜する辺とを有する多角形状のダミーデータ１１を生成するステップと、前記頂点に隣接して、ダミーデータ１１と所定の位置関係を有する補助パターン２を、ルールベース手法を用いて配置するステップとを有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、マスクパターンの設計方法に関し、更に詳しくは、半導体ウエハの露光に際して好適に用いられる補助パターンの配置方法に関する。

現在の半導体装置の露光プロセスでは、ライン・アンド・スペースパターンなどの密集パターンについて、斜入射照明法の適用により、十分な焦点深度が得られるようになっている。例えば、ＤＲＡＭ装置のゲートや、配線パターン等の周期性パターンは、かなり微細な寸法でも安定して形成できる。斜入射照明法とは、マスク照明光のうち垂直入射成分をカットして、マスクを斜め入射で照明する方法である。通常の照明法では、マスクパターンからの０次回折光、及び、±１次回折光を含めて３光束を投影レンズで集めて、３光束干渉の結像を得るのに対して、斜入射照明では±１次回折光の一方を捨てて、０次光と、±１次回折光の内の一方とを含む２光束で像を形成して、２光束干渉の結像を得ている。

３光束干渉と２光束干渉の双方の結像状態をベストフォーカスで比較すると、２光速干渉では、±１次回折光の他方を捨てている分、コントラストが低下する。しかし、結像面である半導体基板上での入射角度を考えると、２光束干渉の結像は、３光束干渉の１／２になっている。そのため、焦点がずれた時の像のぼけ方は少なくなり、広い焦点範囲で、レジストパターンの形成に十分な光強度分布を得ることができる。マスクを照明する光の方向や角度の制限は、フライ・アイ・レンズで形成させる２次光源の形状を、その直後に金属の絞りを配置することで実現している。これは、元々の光源は水銀ランプ又はエキシマレーザー装置であるが、この光源のままでは、マスクを均一な強度で照明することが出来ないためであり、フライ・アイ・レンズで数百個という点光源の集合体を形成して、マスクを照明している。

マスク側から照明光学系を見ると、フライ・アイ・レンズで形成された点光源の集合体しか見えず、この点光源の集合体の形が露光特性を決めることになる。そこで、水銀ランプ等などの原光源を１次光源、フライ・アイ・レンズで形成される点光源の集合を２次光源（有効光源）と呼んでいる。２次光源の中心部分の光はマスクに垂直に入射し、２次光源外側からの光はマスクに斜めに入射する。そこで、斜入射照明法では、２次光源の中心を遮光するか、或いは、外側のみを開口する絞りを用いている。この絞り形状（２次光源形状）により、ウエハ上の露光特性は変化し、図２２に示すような形状の２次光源が提案されている。

図２２（ａ）に示す照明は、２点照明と呼ばれ、１方向パターン（ここでは水平方向）の焦点深度を向上させる効果を有している。同図（ｂ）に示す照明は、４点照明と呼ばれ、縦および横の２方向パターンの焦点深度を向上させる効果を有している。４点照明は、光源が４５／１３５度の方向にあれば、縦横パターンの露光特性は同じになり、それからずれると縦横の露光特性も異なってくる。例えば、縦方向のピッチが比較的密で、横方向のピッチが比較的疎であると、同図（ｂ）に示す例では、縦方向は２次光源の最外周を開口し、横方向は最外周の内側を開口させるような形状の２次光源３となっている。また、同図（ｃ）に示す照明は、輪帯照明と呼ばれ、この照明には、露光特性にパターンの方向依存性がなく汎用生が高い。そのため、一般には輪帯照明を適用し、それでも十分な焦点深度が得られない場合には、適用するパターンに制限がある４点照明や２点照明の適用が検討される。

なお、２次光源の形状ではなく、偏光を用いて露光特性を改善する照明方法も提案されている。例えば、特許文献１には、輪帯照明を用いる場合でも、特定方向のパターンにおいてＴＭ偏光となるように露光光を偏光させることで、その特定方向パターンの露光特性を改善させる手法が示されている。

また、ハーフトーン位相シフトマスクを用いると、さらに焦点深度を拡大できることが知られている。焦点深度とは、有効なレジストパターンが得られる焦点範囲をいう。ハーフトーン位相シフトマスクとは、遮光領域であるマスク上パターンを半透明領域で形成し、２〜２０％程度の光を漏らし、かつその漏れた光と周辺の透明領域の光との間で、位相を１８０度反転させた位相シフトマスクである。回折光の生じるライン・アンド・スペースパターンであれば、ハーフトーンマスクにして、かつ斜入射照明法を用いると、０次回折光と＋１次（あるいは−１次）回折光とのバランスが改善されて、コントラストが向上する。

しかし、回折光の生じない孤立パターンには、上記の変形照明法による効果は少なく、焦点深度はあまり拡大しない。反対に、孤立パターンの焦点深度を拡大するには、低ＮＡ化や小σ化の方が効果は高い。σとは、光源の瞳面の大きさに対する照明レンズの大きさの比率をいう。つまり、σ＝照明レンズのＮＡ／投影レンズのＮＡである。照明レンズの大きさが、投影レンズの瞳面と同じ大きさのときにσは１である。照明光学系の低ＮＡ化とは、マスクを垂直成分に近い光のみで照明することをいう。そして、ハーフトーン位相シフトマスクを用いる場合にも、小σ照明の方が焦点深度は向上する。これら孤立パターンの焦点深度を拡大する条件は、いずれも密集パターンの解像度を下げる結果となってしまう。そのため、密集した微細パターンと孤立パターンとで露光特性を両立させるのが困難となっていた。

そこで、補助パターンと呼ばれる、それ自体は解像しない微細パターンを用いる手法が、密集パターンと孤立パターンの焦点深度を両立させる方法として検討されてきた。補助パターンに関しては、例えば特許文献２に示されている。特許文献２は、マスクを斜め入射光で照明する際に、斜め入射光の角度および方向に合わせ、パターン近傍に限界解像度以下の寸法の補助パターンを配置することにより、パターンの焦点深度を向上させる手法を採用する。補助パターンを配置したマスクを斜入射照明条件下で用いることにより、２光束干渉の結像状態に近づき、焦点深度が拡大する。

補助パターンの配置においては、その位置および寸法が、デバイスパターンの焦点深度に影響する。補助パターンとメインパターンの間隔の最適値は、それらの寸法および用いられる光学条件によっても異なるが、その光学条件の限界解像度からその１．５倍程度の範囲に最適値がある。また、補助パターンの寸法は、より大きいほどメインパターンの焦点深度の拡大効果は高まるものの、大きすぎると補助パターン自体が半導体基板上に転写されてしまう。補助パターンの大きさは、ウエハ上に転写されない限界の大きさよりマージンを持たせて若干小さめに設定されている。補助パターンの配置方法には、ルールベース手法とモデルベース手法とが提案されている。ルールベース手法とは、予め、対象パターンと隣のパターンとの間隔に従って、マスクパターンの設計方法のテーブルを作成しておく手法である。全ての対象パターンに対して、ルールに従って補助パターンを配置した後に、補助パターンの不都合（補助パターンと本パターンの間隔不足あるいは補助パターン同士の間隔不足）を修正する処理を行う。モデルベース手法とは、コントラストあるいは焦点深度のシミュレーションを行い、その値が不足している場合に、補助パターンを発生させる手法である。
特開平７−１８３２０１号公報 特開平４−２６８７１４号公報

ルールベース手法は、補助パターンの発生および確認が高速であるという利点がある。この手法では、配置ルールが既に出来ているので、結果の確認もデザインルールチェック（ＤＲＣ）を用いて容易に実行出来る。モデルベース手法には、露光特性が十分に得られるように補助パターンが配置できるという利点があるが、発生およびその結果の確認にシミュレーションが必要なため、処理時間が長く掛かるという問題がある。

ＤＲＡＭ装置のような汎用メモリでは、コストダウンのため、微細化が重要になっており、メモリセルアレイは、露光装置の解像限界のピッチまで縮小されている。そのため、露光装置の照明条件は、メモリセルアレイに特化した斜入射照明に設定されるようになってきた。しかし、この場合には、微細化されたメモリセルアレイ以外では、ピッチが緩いパターンの焦点深度が狭くなるという問題が出ている。

本発明は、最密集パターンの焦点深度向上のために方向依存性のある斜入射照明法又は偏光照明法を用いた場合にも、粗配置パターン或いは孤立パターンについても、充分に大きな焦点深度が得られるように改良されたマスクパターンの設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のマスクパターンの設計方法は、解像特性に方向依存性を有する照明条件を用いる露光に際して使用するマスクパターンの設計方法であって、
矩形状パターンの各頂点の近傍に、前記照明条件の解像特性の方向依存性に基づいてダミーパターンのデータを生成するステップと、
前記頂点に隣接して、前記ダミーパターンと所定の位置関係を有する補助パターンを配置するステップとを有することを特徴とする。

本発明のマスクパターンの設計方法では、前記補助パターンを配置するステップは、所定のルールベース手法又はモデルベース手法に基づいて生成してもよい。

また、前記解像特性の方向依存性が、少なくとも光源の偏光又は形状に依存してもよい。

前記照明条件が、前記矩形状パターンの各辺と４５度の傾斜を持つ方向に焦点深度を深めるものである場合には、前記ダミーパターンのデータを生成するステップでは、頂点を形成する２つの辺から４５度方向に傾斜する辺を有するダミーパターンのデータを生成してもよい。或いは、前記照明条件が、前記矩形状パターンの各辺と直交する方向、及び、各辺と４５度の傾斜を持つ方向に焦点深度を深めるものである場合には、前記ダミーパターンのデータを生成するステップでは、頂点を形成する２つの辺と、該２つの辺から４５度方向に傾斜する辺を有する８角形状のダミーパターンのデータを生成してもよい。

前記矩形状パターンは、正方形状でもよく、あるいは、長方形状でもよい。

矩形状パターンが正方形状の場合には、前記ダミーパターンが正８角形のダミーパターンであってもよい。

前記矩形状パターンが長方形状のパターンである場合には、前記長方形状の矩形状パターン及び該矩形状パターンから生成されるダミーパターンの双方について、幅を細く、且つ、長さを長くする補正を行ってもよい。

前記補助パターンのダミーパターンのデータを生成し、該ダミーパターンのデータに基づいて、前記補助パターンに隣接して別の補助パターンを配置してもよい。

本発明のマスクパターンの設計方法によると、例えば密に配置された矩形状パターンの焦点深度の向上に最適な照明条件を採用した際に、同じマスクパターン上に形成される孤立パターン又は粗配置のパターンについても、焦点深度を向上させるための補助パターンの配置が可能となる効果がある。

本発明のマスクパターンの設計方法が対象とするマスクパターンには、特に制限はないが、例えばＤＲＡＭ装置の露光に用いるマスクパターンを対象とすることが出来る。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。まず、本発明の第１の実施形態として、例えば８０ｎｍの孤立ホールを形成するマスクパターンに、補助パターンを配置する方法ついて説明する。マスクは、ハーフトーン位相シフトマスク（透過率＝６％）とする。また、このマスクを使用する露光装置は、縮小率が４倍であり、ＡｒＦレーザ（波長λ＝１９３ｎｍ）を使用し、開口数（ＮＡ）＝０．９２、ステップ・アンド・スキャン方式露光装置であるとして説明する。また、照明条件は、図１に示す８点照明とする。各光源３は、投影レンズの瞳面の中心から見て、０／４５／９０／１３５度及びその反対方向（以下、反対方向を含めて０／４５／９０／１３５度方向という）に配置され、瞳面中心からの距離が瞳面半径ｒｄとの比率で、σｃ＝０．８５であり、また、その半径が、同様に瞳面の半径ｒｄとの比率で、σｒ＝０．１５としてある。更に、各光源３には、瞳面の半径方向と直交方向に偏光を持たせている。なお、以下の寸法は、特に断らない限り、ウエハ上での値を示し、マスク上での値はその４倍である。

図１の８点照明では、図面上でＸ状配置となる４点の光源３は、縦横（ｘ−ｙ方向）の繰り返しパターンに対して焦点深度向上効果を有し、図面上で十字状配置となる他の４点の光源は、ｘ軸方向から見て、４５／１３５度の斜め方向の繰り返しパターンの焦点深度拡大効果が大きい。そこで、孤立ホールパターンの焦点深度向上のためには、縦横斜め４５度方向に補助パターン２を配置することが必要になる。このため、図２に示すように、正方形状の孤立矩形パターン（ホールパターン）１に、８角形の補助パターン発生用ダミーデータ１１を発生させる。ホールパターンにはバイアスを加え、寸法Ｗは１００ｎｍとした。ダミーパターンデータ（以下、ダミーデータともいう）１１の各辺の寸法は、Ａ＝４２ｎｍ、Ｂ＝４１ｎｍとした。ここで、１ｎｍグリッド上に乗るように正８角形とし、斜め辺の寸法は１ｎｍ以下を四捨五入した。図３に、補助パターン２を示す。補助パターン２の寸法ｗは８０ｎｍとし、補助パターン２にも、配置用のダミーデータ２１を発生させる。ダミーデータ２１の各辺の寸法は、ａ＝３４ｎｍ、ｂ＝３３ｎｍのほぼ正方形とした。

補助パターンの配置は、図４に示すように、ホールパターン１におけるダミーデータ１１の８つの各辺の中点から、その各辺と垂直方向に延びる直線上に中心を有する補助パターンを２個配置する。図面上では、１つの辺に対応する補助パターンのみを示した。ホールパターン１のダミーデータ１１と、補助パターン２のダミーデータ２１との間隔ｓは８０ｎｍとし、２つの補助パターン２同士の間隔ｓも８０ｎｍとして配置する。ここでも１ｎｍグリッドを用い、辺の角度は４５／１３５度に固定し、かつパターンの頂点がグリッドに乗るように補助パターンの配置を微調整する。図５に、孤立ホールパターン１について、補助パターン２の配置が完了したマスクパターンを示す。補助パターン２は、ホールパターン１から生成したほぼ正８角形のダミーデータ１１の８つの辺に対応して配置する。各補助パターン２からも、ダミーデータ２１を生成し、隣接する補助パターンの配置に利用する。

図６は、図１に示す照明光源を用い、且つ、図５に示すマスクを用いた場合のウエハ上の光強度分布を示す。なお、図６は、図５のＸ軸上の光強度分布を示し、Ｘ軸上で５００ｎｍの位置が孤立ホールパターン１のセンターである。また、デフォーカスは０ｎｍである。光強度分布の良否を表すパラメータにはコントラストなどがあるが、ここでは、ＮＩＬＳ（Normalized Image Log-Slope）を用いることにする。従来から、ＩＬＳと呼ばれる、光強度の傾きを光強度で割った値で光強度分布の急峻性を扱っている。これにパターンの寸法を掛け、寸法の異なるパターンでも同一パターンメータで比較できるようにしたのがＮＩＬＳと呼ばれる。ＩＬＳの定義は、ＩＬＳ＝（１／Ｉ）＊（σ（I）／σｘ）＝σ［ｌｎ（Ｉ）］／σｘ、ここでＩは光強度、ｘは位置である。また、ＮＩＬＳの定義は、ＮＩＬＳ＝パターン寸法ｘＩＬＳである。

ここでは、ＮＩＬＳの値が１以上であれば、ウエハ上でパターンが解像するものとして扱う。図７は、フォーカスを振った光強度分布計算より求めたＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示す。図７には、完全な偏光（偏光度１）以外に、偏光度０．５と０（無偏光）の場合も示した。補助パターンを適切に配置したので、偏光により光強度分布の急峻性が高くなり、改善される旨が示されている。偏光度１のときに、焦点深度が０．５μｍと最も広くなっている。

比較例として、従来のルールベース手法で発生させたマスクを図８に示す。ここで、孤立ホールとは、その孤立ホールの補助パターンと他の孤立パターンの補助パターンとが干渉しない程度に十分に離れているホールパターンを指す。図８において、このような孤立ホールパターン１に対して配置する補助パターン２の発生ルールは、孤立ホールパターン１の辺より８０ｎｍ離れて１本目を配置し、また、２２０ｎｍ離れて２本目を配置することとした。補助パターン２の幅は、１本目は４０ｎｍ、２本目は５０ｎｍとした。補助パターン２の長さは、コーナー部で隣接する補助パターン同士が１０ｎｍ間隔となるように、孤立ホールパターン１よりも長くした。図９には、図８のマスクについて、ベストフォーカスでの光強度分布を示す。ホールパターンセンター（ｘ＝５００ｎｍ）の最大強度は、本発明について図６で示した最大強度と同様に０．４程度が得られている。しかし、光強度分布は、図６のカーブより若干なまったものとなっている。図１０に、図８のマスクについて、フォーカスを振って光強度計算を行って求めた、デフォーカスとＮＩＬＳの関係を、図７と同様に示す。図８の従来の補助パターン配置では、焦点深度は無偏光の際に最大３００ｎｍ弱で、偏光による焦点深度向上効果は得られない。

上記の結果から、本発明の第１の実施形態の構成を採用すると、図１に示した光源を用いる照明では、図５に示すように、孤立パターンの中心から８方向に向かう位置にそれぞれ補助パターンを配置することにより、偏光を用いた露光によって、焦点深度の改善効果が得られることが理解できる。

図１１に、本発明の第２の実施形態に係るマスクパターンとして、１辺が１００ｎｍの正方形状の孤立ホールパターン１から、８角形のダミーパターンを作成し、そのダミーデータ１１に対してルールベース手法で補助パターンを発生させたマスクパターンを示す。本実施形態では、４５度方向に配置される斜め方向の長方形状の補助パターン２が斜めの辺を有する。このマスクでは、可変矩形方式のマスク描画装置を用いたマスク作製によって、マスク描画時間が増加するという問題はあるが、簡便な発生によっても、先の実施形態と同等な焦点深度を確保できるという利点を有している。図１１のマスクのベストフォーカスでの光強度分布を図１２に示す。また、光強度分布から求めたＮＩＬＳとデフォーカスの関係を図１３に示す。図１１の実施形態マスクでは、４００ｎｍ強の焦点深度が得られている。

次に、照明条件以外は先の実施形態と同じとし、照明条件として図１４に示すような十字の４点照明（偏光無し）を用いる場合について、補助パターンの配置方法を説明する。４点照明は、投影レンズの瞳面の半径を１とした比率で、瞳面中心から各光源の中心までの距離（σｃ）を０．８、各光源の半径（σｒ）を０．１５とする。十字の４点照明は、４５／１３５度方向の繰り返しパターンの焦点深度を向上させる効果と、縦横方向の密集パターンの限界解像度を上げる効果がある。そのため、この十字の４点照明は、縦横パターンに対して焦点深度は必要最小限しか得られないが、限界解像度の狭ピッチパターンのコントラストを向上させたい場合に選択される。このため、孤立パターンには、補助パターンを配置することが求められる。

図１５に、孤立ホールパターン１に対して、補助パターン配置用のダミーデータ１１を発生させた状態を示す。ここでは４５／１３５度方向に補助パターンを配置するため、ダミーデータ１１は、４５／１３５度方向の辺を持つ正方形とした。ホールパターン１の寸法はＷ＝９０ｎｍ、ダミーパターンの寸法もＡ＝９０ｎｍとした。

図１６に、図１５のダミーデータ１１に対して、ルールベース手法で長方形の補助パターン２を発生させた状態を示す。図１７に、ベストフォーカスでの光強度分布（図１６の斜め点線上の分布）を示す。また、図１８には、そのＮＩＬＳとデフォーカスの関係を示す。補助パターンを配置したことにより、焦点深度は３５０ｎｍが得られている。

上記のように、ホールパターン１に対して、図１６に示したように、４５／１３５度方向に補助パターンを配置することで、十字の４点照明を用いる場合の孤立ホールパターンの焦点深度を十分に確保することが出来る。比較例として、４点照明で従来のホールパターンからルールベース手法で補助パターンを発生させたマスクパターン（図１９）で得られる光強度分を図２０に示す。また、そのＮＩＬＳとデフォーカスの関係を図２１に示す。ホールパターン１から従来の手法で補助パターン２を発生させた場合には、２００ｎｍ弱の焦点深度しか得られない。

本発明の第３の実施形態として、図１の光源を採用し、孤立長方形パターンに対して補助パターンを配置する場合について説明する。図２３は、正方形パターン１と長方形パターン４とから、ダミーパターンのデータ１１、４１を生成する例を示している。何れの場合にも、コーナー部で４５度にカットして得られたダミーデータ上で、カットされた辺（短辺）の長さ（ａ）と、カットしてできた斜辺の長さ（ｂ）とがほぼ同じ長さとなるように、このダミーデータを生成する。正方形パターン１では、ダミーデータ１１は正８角形のデータとなる。長方形パターン４では、ダミーデータ４１は、図示のような縦長の８角形のデータとなる。

図２４（ａ）〜（ｃ）は、上記の長方形パターン４に対して適用する補助パターン５の生成手順を示している。正方形パターン（ホールパターン）と長方形パターン（スリットパターン）とが同じマスク上にあり、且つ、長方形パターンの幅が正方形パターンの４辺と同じ長さの場合には、ウエハ上に転写されるパターンでは、長方形パターンの方が正方形パターンよりも、幅が太くなり、且つ、長さが短くなる。このため、図２３で得られたダミーパターン４１に対してＯＰＣ（Optical proximity correction）ツールを適用し、図２４（ａ）に示すように自動補正を行い、ＯＰＣ補正したダミーパターン４２を生成する。この自動補正では、先に生成したダミーパターン４１について、その幅を細くし、且つ、長さを長くする。

次いで、図２４（ｂ）に示すように、ＯＰＣ補正したダミーパターン４２から距離ｓを隔てて補助パターン５を配置する。この例では、８方向に配置する補助パターンを全てつなげる形状とした。次いで、長方形パターン４に対してもＯＰＣ補正を掛けて、長方形パターンの幅をダミーパターンの幅よりも小さく、且つ、長さをダミーパターンの長さよりも長くする補正を行い、ＯＰＣ補正した長方形パターン４３を生成する（同図（ｃ））。なお、正方形パターンで説明したように、８方向に補助パターンを離して配置することも出来る。図２４（ｃ）のように、補助パターン５を配置するのは、以下に示す理由による。

長方形パターン４では、長辺の中央付近では、図２５（ａ）に示すように、実線で示した横方向（ｘ軸方向）にのみ補助パターンが配置可能であり、点線に示した他の方向では、長方形パターン４と近すぎるため、補助パターンが配置できない。また、長方形パターン４の先端付近では、図２５（ｂ）に示すように、８方向のうち実線で示すように、ｘ軸方向から見て０／４５／９０／１３５／１８０度の５方向に補助パターンが配置できる。従って、長方形パターンの全体では、図２５（ａ）の長辺中央部と、同図（ｂ）の先端付近とをまとめ、図２５（ｃ）に示すように補助パターン５を配置する。

第４の実施形態として、図１４に示す光源による照明を使用し、図２３に示した長方形パターンに対して補助パターンを配置する例を説明する。この場合には、図２６（ａ）に示すように、縦横方向の焦点深度の向上のために、長方形パターンの先端付近にのみ補助パターンを配置する。つまり、所望の焦点深度を得るために、長方形パターンの先端部に、８方向のうちｘ軸方向から見て４５／１３５度の２方向にのみ補助パターンを配置する。長方形パターンの長辺中央付近では、他の部分に悪影響があり、補助パターンを配置するのは好ましくない。従って、図２６（ｂ）に示すように、４５／１３５度方向に補助パターンを配置する。

図４に示した、補助パターンとダミーパターンとの間の距離ｓの決定方法について説明する。図１に示した光源を用いた場合には、配置する補助パターンの目的は２光束干渉の結像状態を実現することにある。ここで、ピッチＰの繰り返しパターンに、瞳面の半径との比率で半径σinの位置から半径σoutの位置までの範囲の光が２光束干渉を実現する条件は、λを波長、ＮＡを開口数とすると、
（λ／（１＋σin））・ＮＡ＜Ｐ＜（１＋σ）・ＮＡ （１）
である。ここで、図１において、
σin＝σc−σr＝０．８−０．１５＝０．６５
σout＝σc＋σr＝０．８＋０．１５＝０．９５
である。

波長λ＝１９３ｎｍ、開口数ＮＡ＝０．９２とすると、式（１）は、
１２７ｎｍ＜Ｐ＜２１５ｎｍ
となる。Ｐの最適値は、上記範囲のほぼ中央にあり、例えばピッチ１６０ｎｍで焦点深度の最大値が得られる。なお、ＣＡＤ上の配置、及び、この配置の確認を行うデザインルールのチェックではパターンの中心を指定するよりも、辺相互の間隔での指定が容易であり、辺の間隔で指定する。

孤立パターンと補助パターンの距離ｓも、上記繰り返しパターンのピッチＰと同様に考えて決定する。長方形パターンの長辺の横方向に補助パターンを配置する場合には、孤立パターンと補助パターンとの間の距離ｓは、
ｓ＝Ｐ−｛（Ｗ１＋Ｗ２）／２｝
により得られる。長方形の斜め方向に配置する際にも、このｓの値を使用する。

以上、説明したように、本発明のマスクパターンの設計方法は、解像特性に方向依存性がある照明条件（偏光および光源形状）を用いた際に好適に採用できる。補助パターンの配置では、使用する光源の条件に合わせて補助パターンの配置方向を決定し、その配置方向に対して、ルールベース手法又はモデルベース手法を適用して、補助パターンを配置する。これによって、最密集パターンの深度向上のために使用する照明条件に合致させて、対象とする孤立パターン又は粗配置パターンのために補助パターンを配置し、目的とするパターンの焦点深度を向上させる。

特に、ＤＲＡＭ装置のように、メモリセル内に露光装置の限界解像度近くの微小寸法を用いた半導体デバイスでは、セル内のパターンに最適な照明条件を選択する必要が生じる。この場合、メモリセル以外のパターンに対しては、メモリセルに最適な照明条件下でも焦点深度を確保するための対策がとられる。本発明では、メモリセル内の密集パターンのために露光特性に方向依存性がある照明条件を用いる場合にも、孤立パターンの焦点深度を十分に確保できる。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明のマスクパターンの設計方法は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明は、半導体装置のマスクパターンの設計方法、特に、焦点深度を向上するために補助パターンを配置するマスクパターンの設計方法に適用できる。

本発明のマスク設計方法で設計されるマスクを照射する光源の瞳面を示す平面図。 孤立パターンの平面図。 孤立パターンから生成される補助パターンの形状を示す平面図。 第１の実施形態の方法で、孤立パターンに対して１つの方向に補助パターンを配置した例を示す平面図。 孤立ホールパターン及び補助パターンの配置を例示する、マスクパターンの平面図。 図１の光源及び図５のマスクを用いた際の光強度分布を示すグラフ。 図６の光強度分布から求めたＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示すグラフ。 比較例のマスクを示す平面図。 図８の比較例のマスクを用いた際のベストフォーカスにおける光強度分布を示すグラフ。 図９の光強度分布から求めたＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示すグラフ。 第２の実施形態の方法で得られるマスクの平面図。 図１１のマスクを用いた際のベストフォーカスにおける光強度分布を示すグラフ。 図１２の光強度分布から求めたＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示すグラフ。 マスクを照射する光源の瞳面を示す平面図。 図１４の光源を用いて露光する際に矩形パターンから求めるダミーデータのパターン形状を示す平面図。 図１５のダミーデータから得られる補助パターンを配置したマスクパターンの平面図。 図１４の光源及び図１６のマスクパターンを用いた際の光強度分布を示すグラフ。 図１７の光強度分布から求めたＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示すグラフ。 比較例のマスクパターンの平面図。 図１４の光源及び図１９のマスクパターンを用いた際の光強度分布を示すグラフ。 図２０の光強度分布から得られるＮＩＬＳとデフォーカスとの関係を示すグラフ。 （ａ）〜（ｃ）は、２次光源の例を示す瞳面の平面図。 正方形状及び長方形状の矩形パターンからダミーパターンのデータを生成する例を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、長方形状の矩形パターンから補助パターンを生成する例を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、図１の光源を用いる場合に、長方形状の矩形パターンの長辺近傍及び頂点近傍に、補助パターンを配置する例を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ）は、図１４の光源を用いる場合に、長方形状の矩形パターンのための補助パターンを配置する例を示す平面図。

符号の説明

１：正方形状の矩形パターン
１１：ダミーデータ
２：補助パターン
２１：補助パターンのダミーデータ
３：光源
４：長方形状の矩形パターン
４１：ダミーパターン
４２：ＯＰＣ補正後のダミーパターン
４３：ＯＰＣ補正後の長方形パターン
５：補助パターン

Claims (10)

1. 解像特性に方向依存性を有する照明条件を用いる露光に際して使用するマスクパターンの設計方法であって、
   矩形状パターンの各頂点の近傍に、前記照明条件の解像特性の方向依存性に基づいてダミーパターンのデータを生成するステップと、
   前記頂点に隣接して、前記ダミーパターンと所定の位置関係を有する補助パターンを配置するステップとを有することを特徴とするマスクパターンの設計方法。
2. 前記補助パターンを配置するステップは、所定のルールベース手法又はモデルベース手法に基づいて補助パターンを生成する、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
3. 前記解像特性の方向依存性が、少なくとも光源の偏光又は形状に依存する、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
4. 前記照明条件が、前記矩形状パターンの各辺と４５度の傾斜を持つ方向に焦点深度を深めるものであり、
   前記ダミーパターンのデータを生成するステップでは、頂点を形成する２つの辺から４５度方向に傾斜する辺を有するダミーパターンのデータを生成する、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
5. 前記照明条件が、前記矩形状パターンの各辺と直交する方向、及び、各辺と４５度の傾斜を持つ方向に焦点深度を深めるものであり、
   前記ダミーパターンのデータを生成するステップでは、頂点を形成する２つの辺と、該２つの辺から４５度方向に傾斜する辺を有する８角形状のダミーパターンのデータを生成する、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
6. 前記矩形状パターンが正方形である、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
7. 前記ダミーパターンが正８角形のダミーパターンである、請求項６に記載のマスクパターンの設計方法。
8. 前記矩形状パターンが長方形状のパターンである、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。
9. 前記長方形状の矩形状パターン及び該矩形状パターンから生成されるダミーデータパターンの双方について、幅を細く、且つ、長さを長くする補正を行う、請求項７に記載のマスクパターンの設計方法。
10. 前記補助パターンのダミーパターンのデータを生成し、該補助パターンのダミーパターンのデータに基づいて、前記補助パターンに隣接して別の補助パターンを配置する、請求項１に記載のマスクパターンの設計方法。

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