JP2009229812A - マスクパターンデータ生成方法、マスクの製造方法、半導体装置の製造方法及びパターンデータ生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 プロセスマージンを向上するマスクパターン生成方法、マスクの製造方法、半導体装置の製造方法及びパターンデータ生成プログラムを提供すること。
【解決手段】 半導体基板上に設計パターンを形成するプロセスのシミュレーションを用いて、設計パターンのデータから、設計パターンを基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求める工程と、プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、基板上に形成される仕上がりパターンを求める工程と、前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲か否かを検証する工程と、許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更する工程と、前記マスクパターンデータ取得工程と、前記仕上がりパターン取得工程と、前記検証工程とを繰り返す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造におけるマスクパターンデータ生成方法及びそれに基づくマスクの製造方法、半導体装置の製造方法、さらには半導体装置の製造に用いられるパターンデータ生成プログラムに関する。

近年の半導体製造技術の進歩は非常に目覚しく、加工寸法０．０９μｍ程度の微細な回路パターンの半導体装置が量産されている。回路パターンの微細化が進むにつれて、マスク製造プロセス、リソグラフィプロセス、エッチングプロセス等におけるプロセス近接効果（Process proximity effect : ＰＰＥ）の影響が大きくなっている。そのため、例えば設計回路パターンとほぼ同一形状のマスクパターンを、リソグラフィプロセス等を用いて半導体基板上に転写形成した際、基板上に形成されるパターンが設計回路パターンと大きく異なってしまう場合がある。

そこで、基板上に設計通りの回路パターンを形成するために、プロセス近接効果の影響を考慮して、マスクパターンを補正するプロセス近接効果補正（Process proximity correction ：ＰＰＣ）が利用されている。プロセス近接効果補正では、マスクパターンを半導体基板上に転写形成するプロセスシミュレーションを行うことにより基板上に形成される仕上がりパターンをデータ上で算出し、算出したパターンデータが設計パターンとほぼ同一形状となるように、マスクパターン（データ）を繰り返し補正する。

従来、マスクパターン補正として、プロセス近接効果補正のような所定のプロセス条件において基板上に形成されるパターンの寸法精度補正のみならず、プロセスマージンを十分に確保するようなマスクパターン補正が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。プロセスマージンとは、マスクパターンに対するプロセスパラメータの許容変動量である。すなわち、プロセスマージンは、パターン形成プロセスにおけるプロセスパラメータの変動に応じて生じる基板上パターンと設計パターンとの寸法誤差が、半導体装置のスペックを損なわない許容誤差の範囲内となるような、プロセスパラメータの変動量範囲によって規定される。
特開２００２−１３１８８２号公報

本発明の目的は、プロセスマージンを向上するマスクパターン生成方法、マスクの製造方法、半導体装置の製造方法及びパターンデータ生成プログラムを提供することにある。

本発明の一態様に係るマスクパターン生成方法は、マスクパターンを半導体基板上に転写して設計パターンを形成する所定のプロセスパラメータを有するプロセスのシミュレーションを用いて、前記設計パターンのデータから、前記設計パターンを前記基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求めるマスクパターンデータ取得工程と、前記プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、前記基板上に形成される仕上がりパターンを求める仕上がりパターン取得工程と、前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する検証工程と、前記寸法誤差が許容範囲内であれば前記マスクパターンデータを決定し、前記寸法誤差が許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更してプロセスパラメータを再設定する工程と、再設定された前記プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いた前記マスクパターンデータ取得工程と、再設定された前記プロセスパラメータを変動したプロセスシミュレーションを用いた前記仕上がりパターン取得工程と、再度求められた前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する前記検証工程とを繰り返すマスクパターンデータ決定工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の別の態様のマスク製造方法は、本発明の一態様に係る前記マスクパターンデータ生成方法により生成されたマスクパターンデータに基づいて、マスク基板にマスクパターンを形成することを特徴とする。

本発明の別の態様の半導体装置の製造方法は、本発明の一態様に係る前記マスクパターンデータ生成方法により生成されたマスクパターンデータに基づいてマスク基板に形成されたマスクパターンを、半導体基板上に転写することを特徴とする。

本発明の別の態様のパターンデータ生成プログラムは、マスクパターンを半導体基板上に転写して設計パターンを形成する所定のプロセスパラメータを有するプロセスのシミュレーションを用いて、前記設計パターンのデータから、前記設計パターンを前記基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求めるマスクパターンデータ取得手順と、前記プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、前記基板上に形成される仕上がりパターンを求める仕上がりパターン取得手順と、前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する検証手順と、前記寸法誤差が許容範囲内であれば前記マスクパターンデータを決定し、前記寸法誤差が許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更してプロセスパラメータを再設定する手順と、再設定された前記プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いた前記マスクパターンデータ取得手順と、再設定された前記プロセスパラメータを変動したプロセスシミュレーションを用いた前記仕上がりパターン取得手順と、再度求められた前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する前記手順工程とを繰り返すマスクパターンデータ決定手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、プロセスマージンを向上するマスクパターン生成方法、マスクの製造方法、半導体装置の製造方法及びパターンデータ生成プログラムを提供することができる。

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。

（実施形態）
図１を参照して、本実施形態に係るマスクパターンデータの生成方法を説明する。図１は、本実施形態に係るマスクパターンデータの生成方法を示すフローチャートである。

本実施形態に係るマスクパターンデータの生成方法では、半導体基板上に形成するパターンの設計パターンデータを用意し、この設計パターンデータから、プロセス近接効果の影響及びプロセスマージンを考慮してマスクパターンデータを求める。

マスクパターンデータを求める際には、マスクパターンデータをもとにマスクパターンをマスク基板に形成し、マスク基板に形成したマスクパターンを半導体基板上に転写する一連の製造プロセスのプロセスシミュレーションを用いる。プロセスシミュレーションによって、マスクパターンデータと半導体基板上に形成される仕上がりパターンの関係をモデル化し、半導体基板上に形成される仕上がりパターンが設計パターン通りに仕上がるようにマスクパターンデータを適宜調整してマスクパターンデータを決定する。

プロセスシミュレーションとしては、例えば、マスク描画シミュレーション、光学像シミュレーション、リソグラフィシミュレーション、レジストモデルシミュレーション、加工シミュレーション等が挙げられる。

マスク描画シミュレーションとは、マスク基板に描画しようとするマスクパターンデータ（マスクパターンの設計データ）から、描画装置によりマスク基板に実際に描画されたときのマスクパターンを予測して求めるシミュレーションである。マスク描画シミュレーションでは、描画装置の各種性能、例えば描画単位、描画グリッド或いは描画対象となるマスク基板の平坦度や反りがプロセスパラメータとして規定され、マスクパターンデータの形状、被覆率等が描画パターン条件として規定される。プロセスパラメータやパターン条件の変化に応じて、マスク基板に描画されるマスクパターンの予測結果が変化する。

光学像シミュレーションとは、露光装置を用いてマスク基板に形成されたマスクパターンを露光し、半導体基板上に塗布されたレジスト膜に形成する光学像を予測して求めるシミュレーションである。光学像シミュレーションでは、露光装置のパラメータ、すなわち、照明形状、露光量（ＤＯＳＥ）、フォーカス（ＦＯＣＵＳ）、偏光度、収差、投影レンズの開口数（ＮＡ）、コヒーレンスファクタ等や、レジスト膜及びレジスト膜下に形成される下地膜の材料、厚み、露光光反射率をプロセスパラメータとし、マスクパターンデータやマスク基板上に形成されているマスクパターンの形状、寸法、隣接パターンとの距離、被覆率等が露光パターン条件として規定される。これらプロセスパラメータやパターン条件の変化に応じて、レジスト膜に形成される光学像の予測結果が変化する。

レジストモデルシミュレーションとは、レジスト膜に形成された光学像強度分布から、露光工程後、さらには露光工程後のレジスト膜ベーク工程（ＰＥＢ工程）後のレジスト膜中における酸の拡散分布等を算出し、現像工程においてレジスト膜に供給される現像液に溶解するレジスト膜分布を算出してレジストパターンを予測するシミュレーションである。レジストモデルシミュレーションでは、レジスト膜材料、レジスト膜中の酸拡散速度、酸濃度或いはそれらの変化率、現像液の濃度や濃度変化率、現像液に対するレジスト膜の溶解速度或いは溶解速度変化率、ＰＥＢ工程におけるベーク温度やベーク時間等がプロセスパラメータとして規定される。これらプロセスパラメータの変化に応じて、半導体基板上に形成されるレジストパターンの予測結果が変化する。

リソグラフィシミュレーションとは、マスクパターンを露光して基板上のレジスト膜にマスクパターンの光学像を形成し、レジスト膜を現像することより得られるレジストパターンを予測するシミュレーションであり、光学像シミュレーションとレジストモデルシミュレーションを含むシミュレーションである。

加工シミュレーションとは、レジストパターンをマスクにして、レジストパターン下に形成された被加工膜（下地膜）をエッチング加工して得られる被加工膜パターンを予測するシミュレーションである。エッチングに用いられるガス種、ガス流量や薬液種、薬液濃度等、さらには被加工膜の材料種、膜厚等がプロセスパラメータとして規定される。

本実施形態では、以上のようなプロセスシミュレーションのうち、リソグラフィシミュレーションを用いて、半導体基板上に形成されるレジストパターンが設計パターン通りに仕上がるようにマスクパターンデータを生成する例を説明する。ここでは、マスクパターンデータをマスク基板上に描画する際のマスク描画プロセスは省略し、マスクパターンデータ通りのマスクパターンがマスク基板上に描画されるものとする。

まず、リソグラフィシミュレーションの基準となるプロセスパラメータを設定する（Ｓ１）。以下、リソグラフィシミュレーションの基準プロセスパラメータの設定方法を説明する。

最初に、マスク形成用として任意に用意したマスクパターンデータのうち、特にマスクに対する同一ショット露光領域内のマスクパターンデータのうち、プロセスマージンが最も小さくなるようなパターンデータを基準マスクパターンデータとして設定する。プロセスマージンが最も小さくなるようなマスクパターンデータとは、例えば、他のマスクパターンデータに比較して、密度の高いパターン、寸法が小さいパターン或いは隣接パターンとの距離が小さいパターンデータが考えられる。

基準マスクパターンデータは、半導体基板上に形成する回路パターンの設計パターンデータに基づいて設定することができる。例えば、他の設計パターンデータに比較して、密度の高い、寸法が小さい或いは隣接パターンとの距離が小さいパターンデータを基準設計パターンデータとし、基準設計パターンデータを半導体基板上に形成するためのマスクパターンデータを基準マスクパターンデータとして設定する。

図２を参照して、基準設計パターンデータと基準マスクパターンデータについて説明する。図２（ａ）は、基準設計パターンデータを示す平面図であり、図２（ｂ）は、基準マスクパターンデータを示す平面図である。

図２（ａ）に示すように、基準設計パターンデータ１００は、所定の設計パターン領域Ｒ１内に位置するラインアンドスペースパターンである。ラインアンドスペースパターンのスペース幅ＬＳ１及びライン幅ＬＷ１は、約４５ｎｍ程度の微細寸法となっており、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリのセル部に形成されるゲートパターンの設計パターンデータである。

このようなラインアンドスペースパターンを、半導体基板上に設計通りに、或いは設計値から許容誤差の範囲内に形成する場合、他形状の設計パターンを設計通りに形成する場合よりも、高精度のプロセスパラメータ制御が要求される。つまり、ラインアンドスペースパターンの基板への転写プロセスにおいて、許容されるプロセスパラメータ変動量は極めて小さい。例えば、リソグラフィ工程において、プロセスパラメータの一つである露光装置の露光量が設定値から少しでもばらついた場合、半導体基板上に転写される仕上がりパターンがラインアンドスペースの設計パターンから大きくずれてしまい、半導体装置のスペックが要求値からはずれてしまう恐れがある。

本実施形態では、基準設計パターンデータとして、ラインアンドスペースパターンのような他のパターン形状に比べてプロセスマージン（プロセスパラメータの許容変動量）が小さいパターンを設定する。

図２（ｂ）に示すように、所定のマスク領域ＭＲ１に位置するラインアンドスペースの基準マスクパターンデータ１０１は、基準設計パターン１００を半導体基板上に形成するために生成されたマスクパターンデータである。微細なマスクパターンのリソグラフィ工程では、光近接効果の影響により、半導体基板上に転写されるパターンが設計パターンどおりの形状とならない場合がある。例えば、転写されたパターンのコーナー部が設計パターンに比べて細くなることがある。そのため、図２（ｂ）に示すように、基板上に転写されるパターンが設計パターンどおりの形状となるよう、予め基準マスクパターンデータ１０１のコーナー部１０２に所定のパターンを付加するコーナー補正処理を施しておくことができる。

最終的な基準マスクパターンデータは、マスクパターンデータの生成工程と、マスクパターンデータ及びプロセスシミュレーションを用いて予測した基板上の仕上がりパターンと基準設計パターンデータとの比較検証工程と、マスクパターンデータに補正処理を施すマスクパターンの再生成工程とを、仕上がりパターンが基準設計パターンデータとほぼ同一形状となるまで繰り返して行うことによって生成される。

本実施形態では、マスクパターンデータの補正処理として、コーナー処理を一例として説明したが、他の補正処理の例として、設計パターンに対してマスクパターンの所定箇所を局所的に細らせる又は太らせる補正処理を行う場合があり、またマスクパターンデータのコーナー部を丸めるような補正処理、パターンのリサイズ処理を行う場合もある。

基準マスクパターンデータの生成工程では、プロセスシミュレーションのプロセスパラメータが異なれば、最終的に求められる基準マスクパターンデータが異なってくる。本実施形態では、プロセスマージンが許容範囲以上となるように、可能であれば最も大きくなるように基準マスクパターンデータを生成する際に用いられたプロセスシミュレーションのプロセスパラメータを基準プロセスパラメータと設定する。

具体的には、まず、基準マスクパターンデータを一旦仮に決定した後、基準マスクパターンデータ決定工程で用いた所定のプロセスパラメータを各種変動させたパラメータを用いてプロセスシミュレーションを行い、基準マスクパターンを基板上に転写した仕上がりパターンと設計パターンとを比較して、それらの誤差が許容範囲内か否かを確認する。これにより、基板上の仕上がりパターンと設計パターンとの誤差が許容範囲内におさまるようなプロセスパラメータの変動量（変動範囲）、つまり基準マスクパターンのプロセスマージンの大きさを評価する。

プロセスマージンの大きさが許容範囲以上となる場合、例えば露光装置等の想定されるパラメータばらつきよりも大きい範囲となる場合、基準マスクパターンデータを確定し、基準マスクパターンデータを生成する際に用いたパラメータを基準プロセスパラメータとする。また、基準マスクパターン生成時のプロセスパラメータを様々に設定して、それぞれ生成した基準マスクパターンのプロセスマージンを個々に評価し、プロセスマージンが許容範囲以上で最も大きくなる基準マスクパターンを決定し、そのマスクパターン生成時のプロセスパラメータを基準プロセスパラメータとして設定することができる。

本実施形態では、プロセスパラメータとして、露光装置の露光量とフォーカスに着目する。特に、露光装置の露光量は、仕上がりパターン形状に対して大きな影響を与えるプロセスパラメータであるため、マスクパターンデータ生成の際のシミュレーションのプロセスパラメータとして適切に設定する必要がある。

図３を参照して、基準マスクパターンを露光して半導体基板上に仕上がりパターンを形成するプロセスシミュレーションを行う際に、シミュレーションのプロセスパラメータである露光装置の露光量とフォーカスを変動させた場合の仕上がりパターンの寸法変動を説明する。図３は、露光量とフォーカスを変動させて基準マスクパターンを基板上に転写した際の仕上がりパターンの寸法変動を示すグラフであり、基準マスクパターンのプロセスマージンを示している。

図３の横軸、縦軸はプロセスパラメータであり、それぞれ横軸は露光量（ＤＯＳＥ）、縦軸はフォーカス（ＦＯＣＵＳ）を示している。露光量Ｄ０及びフォーカスＦ０は、それぞれ基準プロセスパラメータである。露光量Ｄ０及びフォーカスＦ０のプロセスパラメータ条件にて基準マスクパターンを半導体基板上に転写することにより、設計通りの寸法の仕上がりパターンが形成される。

図３に示された実線ａは、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が基準設計パターン寸法の幅よりも１０％太くなる場合の露光量及びフォーカス条件を示している。また、図３に示された実線ｂは、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が基準設計パターン寸法の幅よりも１０％細くなる場合の露光量及びフォーカス条件を示している。さらに、図３に示された点線ｃ（図３では露光量Ｄ０の軸と重なって表示されている）は、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が基準設計パターン寸法と一致する場合の露光量及びフォーカス条件を示している。

一般に、露光装置等において所定のプロセスパラメータを設定したとき、パラメータの設定値と実効値が異なる場合や同種装置間においても実効値が異なる場合がある。図３に、露光装置の露光量・フォーカスの変動量を示す。つまり、露光量Ｄ０と設定したときの実効露光量のばらつき、又は使用する複数の露光装置に対して露光量Ｄ０を設定したときの装置間の実効露光量ばらつきをＤ０Ａ〜Ｄ０Ｂ（Ｄ０Ａ＞Ｄ０Ｂ）とする。同様に、実効フォーカスのばらつきをＦ０Ａ〜Ｆ０Ｂ（Ｆ０Ａ＞Ｆ０Ｂ）とする。

本実施形態では、露光量及びフォーカスの変動を考慮した際に、基準マスクパターンを基板上に転写して仕上がるパターンの寸法と基準設計パターンの寸法との誤差が基準設計パターン寸法の１０％以内におさまるようであれば、基準マスクパターンが所望のプロセスマージンを備えているものとみなすこととする。ここで、パターンの寸法誤差については、パターンのエッジ構成部分や測定点の位置単位で測定することもできる。すなわち、基準設計パターンの所定のエッジ構成部分を特定し、又は基準設計パターンに測定点を設定し、基準設計パターンのエッジ構成部や測定点に対応するエッジ構成部や測定点を基準マスクパターンにそれぞれ設定し、基準マスクパターンを半導体基板上に転写して形成した仕上がりパターンのうち基準マスクパターンのエッジ構成部や測定点に対応する箇所と基準設計パターンのエッジ構成部や測定点の位置誤差を測定する。

図３中の斜線領域Ｘは、露光装置の露光量及びフォーカスの変動領域である。一方、仕上がりパターンの寸法と基準設計パターンの寸法との誤差が基準設計パターン寸法の１０％以内となる露光量及びフォーカス領域は、実線ａと実線ｂの間の領域である。図３によれば、露光量及びフォーカスの変動領域が実線ａと実線ｂの間の領域に位置している。従って、露光量及びフォーカスが変動したとしても、仕上がりパターンの寸法と基準設計パターンの寸法誤差が許容範囲内におさまることがわかり、基準マスクパターンが所望のプロセスマージンを有していると判断される。

なお、基準マスクパターンのプロセスマージンが許容値よりも小さくなる場合は、基準設計パターンを補正することも可能である。以降は同様に、補正した基準設計パターンを用いて基準マスクパターンを作成し、さらに基準プロセスパラメータを設定し、基準マスクパターンが所望のプロセスマージンを有しているか否かを再度検証する。このような補正と検証を繰り返すことにより、基準マスクパターンを確定することができる。

以上のように、基準プロセスパラメータを設定した後、基準プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションモデルを設定する（Ｓ２）。例えば、基準マスクパターン生成時のリソグラフィシミュレーションモデルと同様のシミュレーションモデルを設定する。

続いて、基準設計パターンと異なる設計パターンデータ（第１の設計パターンデータ）を用意し、設計パターンデータをプロセスシミュレーションに入力する（Ｓ３）。ここで、第１の設計パターンデータとして、基準設計パターンデータよりもそれぞれ対応するマスクパターンのプロセスマージンが大きいパターンを用意する。例えば、第１の設計パターンデータは、基準設計パターンに比較して、密度の低い、寸法が大きい或いは隣接パターンとの距離が大きいパターンとする。

次に、リソグラフィシミュレーションを用いて、第１の設計パターンデータと一致又はほぼ一致するパターンを半導体基板上に転写形成するためのマスクパターン（第１のマスクパターン）を求める（Ｓ４）。

図４に、具体的な第１の設計パターンのデータ及び第１のマスクパターンデータの概略図を示す。

図４（ａ）に示すパターン領域Ｒ２内に位置する第１の設計パターン２００は、いわゆる孤立パターンであり、例えばＮＡＮＤ型フラッシュメモリの周辺回路パターンの設計パターンである。ここで、孤立パターンのパターン寸法ＬＷ２及び隣接パターンまでのスペースＬＳ２は、基準設計パターン１００であるラインアンドスペースのパターン寸法ＬＷ１及びパターンスペースＬＳ１よりも大きな値となっている。

図４（ｂ）に示すマスクパターン領域ＭＲ２内に位置する第１のマスクパターン２０１は、半導体基板上に設計通りのパターンが形成できるように生成される。マスクパターン２０１を生成するためには、まず、Ｓ２の工程にて設定された基準プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いて、第１のマスクパターンを基板上に転写したときの仕上がりパターンを予測し、仕上がりパターンが第１の設計パターン２００と一致するか否か又はそれらの誤差が許容範囲内か否かを検証する。検証の結果、仕上がりパターンと設計パターン２００との寸法誤差が許容範囲内になければ、仕上がりパターンと設計パターン２００との寸法誤差が許容範囲内におさまるまでマスクパターンを繰り返し補正する。

図４（ｂ）に示す第１のマスクパターン２０１には、設計パターン２００に対してパターンを太らせる補正処理と、隣接パターンまでの距離を縮小する補正処理が施されている。つまり、マスクパターン２０１の寸法ＭＬＷ２に対する隣接パターンまでの距離ＭＬＳ２の大きさが、設計パターン２００の寸法ＬＷ２に対する隣接パターンまでの距離ＬＷ２の大きさよりも小さくなっている。

なお、このような補正処理は一例であり、基準マスクパターンの補正処理と同様、従来の近接効果補正技術における多種多様な補正処理を適宜選択して適用することができる。

次に、基準プロセスパラメータの変動量を設定する（Ｓ５）。半導体装置の製造に使用する露光装置等のプロセスパラメータの変動量を予め取得しておき、この変動量を基準プロセスパラメータの変動量として利用する。本実施形態では、前述したように、実効露光量ばらつき（変動量）をＤ０Ａ〜Ｄ０Ｂ（Ｄ０Ａ＞Ｄ０Ｂ）とし、実効フォーカスのばらつき（変動量）をＦ０Ａ〜Ｆ０Ｂ（Ｆ０Ａ＞Ｆ０Ｂ）とする。

さらに、設定した変動量に基づいて基準プロセスパラメータを変動させたプロセスシミュレーションモデルを設定する（Ｓ６）。設定されるプロセスシミュレーションモデルは、Ｓ２で設定したプロセスシミュレーションモデルと同様のモデルであるが、プロセスパラメータを変動させている点で異なっている。また、Ｓ６では、少なくとも設定変動量の範囲内でプロセスパラメータを変動させた異なるプロセスパラメータを有する複数のプロセスシミュレーションモデルを設定する。

続いて、Ｓ６で設定したプロセスシミュレーションモデルに第１のマスクパターンデータを入力して、リソグラフィ工程によりを半導体基板上に転写して形成される仕上がりパターンを求める（Ｓ７）。このとき、Ｓ６で設定した複数のプロセスシミュレーションモデルに応じて、形状の異なる複数の仕上がりパターンが求められる。

次に、第１の設計パターンデータと、第１のマスクパターンを基板上に転写した際の仕上がりパターンとの寸法差が許容範囲か否かを検証する（Ｓ８）。

検証方法について、図５を参照して説明する。図５は、露光量とフォーカスを変動させて第１のマスクパターンを基板上に転写した際の仕上がりパターンの寸法変動を示しており、第１のマスクパターンのプロセスマージンを示している。

図３と同様に、図５の横軸、縦軸はプロセスパラメータであり、それぞれ横軸は露光量（ＤＯＳＥ）、縦軸はフォーカス（ＦＯＣＵＳ）を示している。露光量Ｄ０及びフォーカスＦ０は、それぞれ基準プロセスパラメータである。実線ａ’は、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が第１の設計パターンデータの寸法よりも１０％太くなる場合の露光量及びフォーカス条件を示している。また、実線ｂ’は、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が第１の設計パターン寸法の幅よりも１０％細くなる場合の露光量及びフォーカス条件を示している。さらに、点線ｃ’は、半導体基板上の仕上がりパターンの寸法が第１の設計パターン寸法と一致する場合の露光量及びフォーカス条件を示している。

ここで、第１のマスクパターンは、露光量Ｄ０及びフォーカスＦ０のプロセス条件において、仕上がりパターンの寸法と第１の設計パターン寸法が一致するように調整されている。なお、これらプロセスパラメータ条件仕上がりパターン寸法との関係は、プロセスパラメータ条件を適宜変更した複数のシミュレーションを実行して、仕上がりパターンの寸法をそれぞれ測定することにより求められる。

図５の斜線領域Ｘは、露光装置の露光量及びフォーカスの変動領域（露光量Ｄ０Ａ〜Ｄ０ＢかつフォーカスＦ０Ａ〜Ｆ０Ｂ）である。本実施形態では、露光量及びフォーカスの変動を考慮した際に、第１のマスクパターンを基板上に転写して仕上がるパターンの寸法と第１の設計パターンの寸法との誤差が第１の設計パターン寸法の１０％以内におさまるようであれば、第１のマスクパターンが所望のプロセスマージンを備えているものとみなすこととする。

図５に示したように、仕上がりパターンの寸法と第１の設計パターンの寸法との誤差が第１の設計パターン寸法の１０％以内となる露光量及びフォーカス領域は、実線ａ’と実線ｂ’の間の領域である。これに対して、図５によれば、露光量及びフォーカスの変動領域Ｘが実線ａ’と実線ｂ’の間の領域の外側にも位置している。従って、露光量及びフォーカスが変動した場合に、仕上がりパターンの寸法と第１の設計パターンの寸法誤差が許容範囲内におさまらない場合があることがわかり、第１のマスクパターンが適切なプロセスマージンを有していないと判断することができる。

図６を参照して、基準マスクパターンと第１のマスクパターンの共通プロセスマージンについて説明する。図６は、図３に示した基準マスクパターンのプロセスマージンと図５に示した第１のマスクパターンのプロセスマージンを合成した図である。従って、既に説明した値や実線等については説明を省略する。

図６に示した斜線領域Ｙは、露光量及びフォーカスの変動範囲内における基準マスクパターンと第１のマスクパターンの共通プロセスマージンである。すなわち、斜線領域Ｙの範囲内で露光量パラメータやフォーカスパラメータが変動しても、基準マスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと基準設計パターンの寸法誤差が許容範囲（基準設計パターン寸法の１０％以内）におさまり、かつ、第１のマスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと第１の設計パターンの寸法誤差が許容範囲（設計パターン寸法の１０％以内）におさまることとなる。

基準マスクパターン及び第１のマスクパターンが同一マスク基板に形成され、同一ショット露光により半導体基板上に両パターンが転写される場合において、それぞれの仕上がりパターンが所望の寸法に仕上がるためには、プロセスパラメータの変動範囲において両マスクパターンの共通プロセスマージンが十分確保されることが必要である。

本実施形態に係るマスクパターン生成方法では、第１のマスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと第１の設計パターンとの寸法誤差が許容範囲内であり、第１のマスクパターンが十分なプロセスマージンを有していると判断した場合、第１のマスクパターンをマスクパターンデータとして決定する（Ｓ９）。

一方、第１のマスクパターンが所望のプロセスマージンを有していないと判断した場合には、第１のマスクパターンのプロセスマージンをプロセスパラメータの変動範囲以上に広げ、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンの共通プロセスマージンを広げるため、基準プロセスパラメータを変更して（Ｓ１０）、再度プロセスシミュレーションモデルを設定し、（Ｓ１１）、再設定したプロセスシミュレーションモデルを用いて第１のマスクパターンを再生成する。

図５に示したように、第１のマスクパターンは、露光量Ｄ０より小さい露光量のプロセスパラメータ条件において、基板上の仕上がりパターンが設計パターンからの許容誤差寸法範囲内に形成されやすい傾向がある。つまり、仕上がりパターンが許容誤差寸法範囲内におさまるためのプロセスパラメータ条件を示す実線ａ’と実線ｂ’の間の領域は、露光量Ｄ０より小さい露光量パラメータのプロセス条件領域に広く分布している。つまり、第１のマスクパターンは、露光量Ｄ０より小さい露光量領域においてプロセスマージンが大きく、反対に露光量Ｄ０より大きい露光量領域においてはプロセスマージンが十分に確保することができない傾向にある。

そこで、第１のマスクパターンが、露光量Ｄ０より大きい露光量領域において十分なプロセスマージンが十分に確保することができないと判断した場合、露光量Ｄ０より小さい露光量Ｄ１を基準プロセスパラメータとして変更し、再度基準マスクパターンを生成し、図１に示すＳ２〜８を繰り返し実行する。

すなわち、まず、露光量Ｄ１を基準プロセスパラメータとするプロセスシミュレーションを用いた半導体基板上への転写パターンが基準設計パターンと一致するように、マスクパターンに適宜補正処理を繰り返しながら、基準マスクパターンを再生成する。

一方、変更した基準プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションモデルを再設定し（Ｓ２）、第１の設計パターンを再設定されたプロセスシミュレーションモデルに入力して（Ｓ３）、基板上に転写される仕上がりパターンと第１の設計パターンとを比較し、適宜マスクパターンの補正を繰り返して、再度第１のマスクパターンを生成する（Ｓ４）。ここで、第１のマスクパターンの生成は、前述したように、通常の近接効果補正技術に基づいて行う。

また、基準プロセスパラメータの変更に伴い、変更した基準パラメータ（露光量Ｄ１）に対して再度変動量を設定する（Ｓ５）。変動量の設定に際しては、予め現実にマスクパターンを半導体基板上に転写する際に使用する露光装置の実効パラメータのばらつきを測定しておき、測定したパラメータばらつきを変動量として設定することができる。本実施形態では、実効露光量変動量（第２のパラメータ）をＤ１Ａ〜Ｄ１Ｂ（Ｄ１Ａ＞Ｄ１Ｂ）とし、実効フォーカス変動量（第２のパラメータ）をＦ１Ａ〜Ｆ１Ｂ（Ｆ１Ａ＞Ｆ１Ｂ）とする。

さらに、設定変動量に基づいて基準プロセスパラメータを変動させたプロセスシミュレーションモデルを設定する（Ｓ６）。設定されるプロセスシミュレーションモデルは、Ｓ２等で設定したプロセスシミュレーションモデルや、基準プロセスパラメータの変更前に用いたプロセスシミュレーションモデルと同様のモデルであるが、プロセスパラメータを変動させている点で異なっている。少なくとも設定変動量の範囲内で変動させた異なるプロセスパラメータを有する複数のプロセスシミュレーションモデルを設定する。

続いて、Ｓ６で再設定したプロセスシミュレーションモデルに再生成した第１のマスクパターンデータを入力して、リソグラフィ工程によりマスクパターンを半導体基板上に転写して形成される仕上がりパターンを求める（Ｓ７）。このとき、Ｓ６で再設定した複数のプロセスシミュレーションモデルに応じて、形状の異なる複数の仕上がりパターンが求められる。

次に、第１の設計パターンと仕上がりパターンとの寸法差が許容範囲か否かを再度検証する（Ｓ８）。

検証の結果、再生成した第１のマスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと第１の設計パターンとの寸法誤差が許容範囲内であり、第１のマスクパターンが十分なプロセスマージンを有していると判断した場合、第１のマスクパターンをマスクパターンデータとして決定する（Ｓ９）。

反対に、第１のマスクパターンが所望のプロセスマージンを有していないと判断した場合には、再度、基準プロセスパラメータを変更して（Ｓ１０）、再度プロセスシミュレーションモデルを設定し、（Ｓ１１）、再設定したプロセスシミュレーションモデルを用いて第１のマスクパターンを再生成する。以降は上述と同様、Ｓ２〜Ｓ８まで繰り返し、仕上がりパターンと第１の設計パターンとの寸法誤差が許容範囲内となるまで、第１のマスクパターンの生成を繰り返す。

図７を参照して、再生成した基準マスクパターンと第１のマスクパターンとの共通プロセスマージンについて説明する。図７は、露光量とフォーカスを変動させたプロセスシミュレーションを用いて、再生成した基準マスクパターンと第１のマスクパターンを基板上に転写したそれぞれの仕上がりパターンの寸法変動を示すグラフであり、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンとの共通プロセスマージンを示している。図７は、図６と同じく共通プロセスマージンを表すグラフであり、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンが異なる点を除き、記号、実線等の意味については図６に示したものと同様である。従って、記号、実線等の説明については省略する。

図７に示した斜線領域Ｚは、露光量及びフォーカスの変動範囲内（露光量Ｄ１Ａ〜Ｄ１ＢかつフォーカスＦ１Ａ〜Ｆ１Ｂ）における基準マスクパターンと第１のマスクパターンの共通プロセスマージンである。すなわち、斜線領域Ｚの範囲内で露光量パラメータやフォーカスパラメータが変動しても、基準マスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと基準設計パターンの寸法誤差が許容範囲（基準設計パターン寸法の１０％以内）におさまり、かつ、第１のマスクパターンを半導体基板上に転写して得られる仕上がりパターンと第１の設計パターンの寸法誤差が許容範囲（設計パターン寸法の１０％以内）におさまることとなる。

図７によれば、露光量及びフォーカスの変動領域が、実線ａと実線ｂの間の領域かつ実線ａ’と実線ｂ’の間の領域に位置している。露光量及びフォーカスが変動したとしても、基準マスクパターンの半導体基板上での仕上がりパターンの寸法と基準設計パターンの寸法誤差が許容範囲内におさまると同時に、再生成した第１のマスクパターンの半導体基板上での仕上がりパターンの寸法と第１の設計パターンの寸法誤差も許容範囲内におさまることがわかる。従って、基準プロセスパラメータを変更した新たなプロセスシミュレーションを用いて再生成した基準マスクパターン及び第１のマスクパターンはともに所望のプロセスマージンを有していると判断される。

また、図６に示された斜線領域Ｙと図７に示された斜線領域Ｚを比較した場合、斜線領域Ｚの方が大きくなっており、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンの共通プロセスマージンが向上していることがわかる。再生成した基準マスクパターンのプロセスマージンが多少小さくなっているものの、再生成した第１のマスクパターンのプロセスマージンが大幅に改善されているため、両パターンの共通プロセスマージンが拡大している。

従来のマスクパターン生成工程では、まず特定の設計パターンに対応するマスクパターン（特に、プロセスマージンが小さくなるようなパターン）のプロセスマージンを十分に確保できるようなプロセスパラメータを設定し、この設定されたプロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いて、他の設計パターンに対応するマスクパターンをも生成する。しかしながら、このマスクパターン生成方法では、他の設計パターンに対応するマスクパターンが十分なプロセスマージンを確保することができない場合がある。

これに対して、本実施形態に係るマスクパターン生成方法では、複数の設計パターンに対応する複数のマスクパターンの共通プロセスマージンを十分に確保できるように、マスクパターン生成に使用するプロセスシミュレーションのプロセスパラメータを適宜変更しつつマスクパターンを生成していく。共通プロセスマージンがプロセスパラメータの変動範囲を含むようにマスクパターンが生成される。

従って、例えば、実際にマスク基板に形成される複数のマスクパターンに対して、露光装置により露光光を照射し半導体基板上に複数の回路パターンを形成する場合に、実効露光量が設定露光量から変動したとしても、半導体基板上に形成されるパターンと設計パターンとの寸法誤差を許容誤差の範囲内に抑えることが可能である。これにより、製造される半導体装置の要求スペックを確保することができる。

なお、本実施形態に係るマスクパターン生成方法においては、基準設計パターンに対応する基準マスクパターンと、第１の設計パターンに対応する第１のマスクパターンの両者の共通プロセスマージンを十分に確保しつつマスクパターンを生成する方法について説明した。しかし、さらに他の設計パターンに対応するマスクパターンとの間で共通プロセスマージンを確保できるようマスクパターンを生成することもできる。例えば、同一ショット露光により半導体基板上に転写されるマスクパターン群について、十分な共通プロセスマージンを確保できるように各マスクパターンを生成することができる。

本実施形態に係るマスクパターン生成方法においては、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンのプロセスマージンに含まれるプロセス条件が、露光量及びフォーカスの変動範囲内におさまらない場合、基準設計パターン及び第１の設計パターンを補正することもできる。設計パターンを補正することにより、設計パターンを形成するためのマスクパターンのプロセスマージンを拡大することができる。特に、基準マスクパターン及び第１のマスクパターンのプロセスマージンに含まれるプロセス条件が、露光量及びフォーカスの変動範囲にあたるプロセス条件と全く重なっていない場合、基準設計パターン及び第１の設計パターンを見直す必要性が高い。

なお、本実施形態に係るマスクパターン生成方法においては、基準マスクパターンとして、プロセスマージンが小さくなるマスクパターンを選択している。しかし、基準マスクパターンとしては、任意の設計パターンに対応するマスクパターンを選択することができる。例えば、ラインアンドスペースパターンでなく、孤立パターンやホールパターンであってもよい。

同様に、基準プロセスパラメータについても、任意のプロセスパラメータを設定することが可能である。

また、本実施形態に係るマスクパターンデータ生成方法において、必ずしも、第１のマスクパターンとして、基準マスクパターンよりもプロセスマージンが大きくなるようなパターンを選択しなくてもよい。第１の設計パターンデータとして任意のパターンを選択し、それに応じて第１のマスクパターンを生成することができる。例えば、孤立パターンでなくとも、ラインアンドスペースパターンやホールパターンであってもよい。

また、図８に示すように、本実施形態に係るマスクパターンデータ生成方法のＳ９で決定したマスクパターンデータを用意し（Ｓ１２）、マスクパターンデータをもとに、描画装置等を用いて、マスク基板にマスクパターンを形成することによりマスクを製造することができる（Ｓ１３）。

この際、マスク基板にマスクパターンを形成する前にマスク製造シミュレーションを行って、マスクパターンデータとマスク基板に形成されるマスクパターンの寸法誤差を計算しておき、マスクパターンデータ通りのマスクパターンをマスク基板に形成できるよう、計算した誤差に基づきマスクパターンデータを予め補正しておくこともできる。この場合には、補正後のマスクパターンデータに基づいて、マスク基板にマスクパターンを形成する。

さらに、図８に示すように、マスク基板に形成されたマスクパターンを、露光装置を用いて半導体基板上のレジスト膜に転写し、転写されたパターンを現像することによりレジストパターンを形成し（Ｓ１４）、さらにレジストパターンをマスクにレジストパターン下に設けられたシリコン等を含む下地膜をエッチング加工して、半導体基板上に下地膜パターンを形成することにより(Ｓ１５)、半導体装置を製造することができる。 このとき、エッチング加工により生じるレジストパターンと下地膜パターンの寸法差を、加工プロセスシミュレーションを用いて計算しておき、計算した誤差に基づきマスクパターンデータを予め補正しておくこともできる。この場合には、補正後のマスクパターンデータに基づいて、マスク基板にマスクパターンを形成する。

また、本実施形態に係るマスクパターン生成方法の各工程（Ｓ１〜Ｓ１１）の少なくとも一部の工程をコンピュータに実行させるプログラムを作成することができる。このプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録して提供することができ、インターネット等のネットワークを介してサーバからダウンロードすることにより提供することができる。

例えば、マスクパターンを半導体基板上に転写して設計パターンを形成する所定のプロセスパラメータを有するプロセスのシミュレーションを用いて、前記設計パターンのデータから、前記設計パターンを前記基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求めるマスクパターンデータ取得手順と、前記プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、前記基板上に形成される仕上がりパターンを求める仕上がりパターン取得手順と、前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する検証手順と、前記寸法誤差が許容範囲内であれば前記マスクパターンデータを決定し、前記寸法誤差が許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更してプロセスパラメータを再設定する手順と、再設定された前記プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いた前記マスクパターンデータ取得手順と、再設定された前記プロセスパラメータを変動したプロセスシミュレーションを用いた前記仕上がりパターン取得手順と、再度求められた前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する前記手順工程とを繰り返すマスクパターンデータ決定手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とするパターンデータ生成プログラムを作成することができる。

実施形態に係るマスクパターンデータの生成方法を示すフローチャート。 実施形態に係る基準設計パターンデータ及び基準マスクパターンデータを示す平面図。 実施形態に係る基準マスクパターンのプロセスマージンを示すグラフ。 実施形態に係る第１の設計パターンデータ及び第１のマスクパターンデータを示す平面図。 実施形態に係る第１のマスクパターンのプロセスマージンを示すグラフ。 実施形態に係る基準設計パターン及び第１のマスクパターンのプロセスマージンを示すグラフ。 実施形態に係る基準設計パターン及び第１のマスクパターンのプロセスマージンを示すグラフ。 実施形態に係るマスクの製造方法及び半導体装置の製造方法を示すフローチャート。

符号の説明

２００・・・第１の設計パターンデータ ２０１・・・第１のマスクパターン

Claims (5)

1. マスクパターンを半導体基板上に転写して設計パターンを形成する所定のプロセスパラメータを有するプロセスのシミュレーションを用いて、前記設計パターンのデータから、前記設計パターンを前記基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求めるマスクパターンデータ取得工程と、
   前記プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、前記基板上に形成される仕上がりパターンを求める仕上がりパターン取得工程と、
   前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する検証工程と、
   前記寸法誤差が許容範囲内であれば前記マスクパターンデータを決定し、前記寸法誤差が許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更してプロセスパラメータを再設定する工程と、再設定された前記プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いた前記マスクパターンデータ取得工程と、再設定された前記プロセスパラメータを変動したプロセスシミュレーションを用いた前記仕上がりパターン取得工程と、再度求められた前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する前記検証工程とを繰り返すマスクパターンデータ決定工程と、
   を含むことを特徴とするマスクパターンデータ生成方法。
2. 前記変動又は変更されるプロセスパラメータは、露光量であることを特徴とする請求項１記載のマスクパターンデータ生成方法。
3. 請求項１又は２記載のマスクパターンデータ生成方法により生成されたマスクパターンデータに基づいて、マスク基板にマスクパターンを形成することを特徴とするマスクの製造方法。
4. 請求項１又は２記載のマスクパターンデータ生成方法により生成されたマスクパターンデータに基づいてマスク基板に形成されたマスクパターンを、半導体基板上に転写することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. マスクパターンを半導体基板上に転写して設計パターンを形成する所定のプロセスパラメータを有するプロセスのシミュレーションを用いて、前記設計パターンのデータから、前記設計パターンを前記基板上に形成するためのマスクパターンのデータを求めるマスクパターンデータ取得手順と、
   前記プロセスパラメータを変動した前記プロセスシミュレーションを用いて、前記マスクパターンデータから、前記基板上に形成される仕上がりパターンを求める仕上がりパターン取得手順と、
   前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する検証手順と、
   前記寸法誤差が許容範囲内であれば前記マスクパターンデータを決定し、前記寸法誤差が許容範囲内でなければ、前記寸法誤差が許容範囲内になるまで、前記プロセスパラメータを変更してプロセスパラメータを再設定する手順と、再設定された前記プロセスパラメータを有するプロセスシミュレーションを用いた前記マスクパターンデータ取得手順と、再設定された前記プロセスパラメータを変動したプロセスシミュレーションを用いた前記仕上がりパターン取得手順と、再度求められた前記仕上がりパターンと前記設計パターンデータの寸法誤差が許容範囲内であるか否かを検証する前記手順工程とを繰り返すマスクパターンデータ決定手順と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とするパターンデータ生成プログラム。

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