(57)【要約】      （修正有）【課題】エッチングレートが大きく異なる２つの領域を含む下地層にデバイスパターンを形成するためのマスクデータの作成を精度よく行う方法を提供する。【解決手段】下地層の上に積層されたハードマスク層及びレジスト膜を含む試料を用意し、レジスト膜にテストパターンを転写してレジストパターンを形成し、テストパターンの寸法とレジストパターンの寸法とに基づいてレジストモデルを作成する。また、レジストパターンをエッチングマスクとしてハードマスク及び下地層をエッチングし、レジストパターンの寸法と下地層に形成された下地層パターンの寸法とに基づいてエッチングモデルを作成する。他方、デバイスパターンに対応する初期マスクデータを作成しＳＴ１、初期マスクデータをエッチングモデルに基づいて補正して中間マスクデータを作成しＳＴ２、中間マスクデータをレジストモデルに基づいて補正して最終候補マスクデータを作成するＳＴ５。【選択図】図１
2014238479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層の上に積層されたハードマスク層及びレジスト膜を含む試料を用意し、
前記レジスト膜にテストパターンを転写してレジストパターンを形成し、前記テストパターンの寸法と前記レジストパターンの寸法とに基づいてレジストモデルを作成し、
前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク層及び前記下地層をエッチングし、前記レジストパターンの寸法と前記下地層に形成された下地層パターンの寸法とに基づいてエッチングモデルを作成し、
デバイスパターンに基づいて初期マスクデータを作成し、
前記初期マスクデータを前記エッチングモデルに基づいて補正して中間マスクデータを作成し、
前記中間マスクデータを前記レジストモデルに基づいて補正して最終候補マスクデータを作成する、
ことを特徴とするマスクデータの作成方法。
【請求項２】
前記下地層は、第１材料からなる第１下地層領域と、前記第１領域に隣接して配置され前記第１材料とは異なる第２材料からなる第２下地層領域とを含み、
前記エッチングモデルは、前記第１下地層領域と前記第２下地層領域とにそれぞれ対応する第１エッチングモデル及び第２エッチングモデルを含み、
前記デバイスパターンは、互いに隣接して配置される第１及び第２デバイスパターンを含み、
前記初期マスクデータのうち前記第１デバイスパターンに対応する部分を前記第１エッチングモデルに基づいて補正するとともに、前記初期マスクデータのうち前記第２デバイスパターンに対応する部分を前記第２エッチングモデルに基づいて補正し、それによって前記中間マスクデータを作成することを特徴とする請求項１に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項３】
前記中間マスクデータを前記レジストモデルに基づいて補正する前に、前記中間マスクデータが所定マージンを有しているか否か判断し、前記所定マージンを有していない場合には、当該所定マージンを有するように前記中間マスクデータを補正すること特徴とする請求項１または２に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項４】
前記所定マージンは、前記第１デバイスパターンに対応する部分と前記第２デバイスパターンに対応する部分とで異なっていることを特徴とする請求項３に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項５】
前記第１デバイスパターンに対応する部分と前記第２デバイスパターンに対応する部分との境界領域には、いずれか一方の部分に適用されるマージンが他方の部分にも適用されることを特徴とする請求項４に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項６】
前記境界領域は、マスク合わせ精度に基づいて決定されることを特徴とする請求項５に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項７】
前記第１材料がＳｉであり、前記第２材料がＳｉＯ２である場合に、前記第１デバイスパターンに対応する部分に適用されるマージンよりも、前記第２デバイスパターンに対応する部分に適用されるマージンのほうが大きいことを特徴とする請求項４，５又は６に記載のマスクデータの作成方法。
【請求項８】
デバイスパターンに基づいて初期マスクデータを作成し、
テストマスクに形成されたテストパターンと当該テストパターンをレジスト膜に転写して形成したレジストパターンとの寸法に関する相関関係を表すレジストモデルに基づいて、前記初期マスクデータを補正して中間マスクデータを作成し、
前記レジストパターンと当該レジストパターンをエッチングマスクとして下地層をエッチングして形成した下地層パターンとの寸法に関する相関関係を表すエッチングモデルに基づいて前記中間マスクデータを補正して最終候補マスクデータを作成する、
ことを特徴とするコンピュータ支援設計システムを用いたマスクデータの作成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクデータの作成方法に関し、特に、縦型トランジスタの作製に用いられるフォトマスク用のマスクデータの作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、テストパターンデータに基づいてテストウェーハ上の異なる下地に夫々実際に形成されたテストパターンと、同テストパターンデータを用いた光学シミュレーションにより夫々形成された光強度パターンとを比べ、同テストパターンに対する光強度パターンのサイズの相違に相関する光強度補正量を規定するモデルを生成することが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、Ｎ型ゲート部に対して、リソグラフィ工程によるレジスト寸法とドライエッチ工程による加工寸法との第１の加工差を算出するとともに、Ｐ型ゲート部に対して、リソグラフィ工程によるレジスト寸法とドライエッチ工程による加工寸法との第２の加工差を算出し、それらの差分を用いて設計データを補正することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１７４８９０号公報
【特許文献２】特開２００６−２５９１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に記載された技術は、いずれも下地層の違いを考慮するものである。また、特許文献１には、下地層が酸化膜や窒化膜である場合についても言及している。しかしながら、これらの技術は、主にＮ型半導体とＰ型半導体のように、比較的特性（エッチングレート）が近似している材料からなる２つの領域を含む下地層を対象とするものであるため、例えばシリコン膜（Ｓｉ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）のようにその特性（エッチングレート）が大きく異なっている２つの領域を含む下地層に対してそのまま適用することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一形態に係るマスクデータの作成方法は、下地層の上に積層されたハードマスク層及びレジスト膜を含む試料を用意し、前記レジスト膜にテストパターンを転写してレジストパターンを形成し、前記テストパターンのサイズ及び前記レジストパターンのサイズとに基づいてレジストモデルを作成し、前記レジストパターンをエッチングマスクとして前記ハードマスク及び前記下地層をエッチングし、前記レジストパターンのサイズ及び前記下地層に形成された下地層パターンのサイズとに基づいてエッチングモデルを作成し、デバイスパターンに対応する初期マスクデータを作成し、前記初期マスクデータを前記エッチングモデルに基づいて補正して中間マスクデータを作成し、前記中間マスクデータを前記レジストモデルに基づいて補正して最終候補マスクデータを作成する、ことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の他の実施の形態に係るマスクデータの作成方法は、コンピュータ支援設計システムを用いたマスクデータの作成方法であって、デバイスパターンに基づいて初期マスクデータを作成し、テストマスクに形成されたテストパターンと当該テストパターンをレジスト膜に転写して形成したレジストパターンとの寸法に関する相関関係を表すレジストモデルに基づいて、前記初期マスクデータを補正して中間マスクデータを作成し、前記レジストパターンと当該レジストパターンをエッチングマスクとして下地層をエッチングして形成した下地層パターンとの寸法に関する相関関係を表すエッチングモデルに基づいて前記中間マスクデータを補正して最終候補マスクデータを作成する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、レジストモデルとエッチングモデルとを作成し、これら２種類のモデルを順次用いて初期マスクデータを補正するようにしたことで、エッチングレートが大きく異なる２つの領域を含む下地層にデバイスパターンを形成するためのマスクデータの作成を容易に精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマスクデータの作成方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るマスクデータの作成方法において使用されるレジストモデルとエッチングモデルの作成方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】レジストモデル及びエッチングモデルの作成に使用される試料に形成されるテストパターンを説明するための図である。
【図４】図３の試料に含まれる複数のパターン形成領域のうちの一つを示す拡大図である。
【図５】フォトマスクの部分拡大図である。
【図６】フォトレジストパターンが形成された試料の部分断面図である。
【図７】モデルパターンが形成された試料の部分断面図である。
【図８】レジストモデルの一例を示すグラフである。
【図９】エッチングモデルの一例を示すグラフである。
【図１０】初期マスクデータが表すフォトマスクパターンの構成例を示す図である。
【図１１】図１０のフォトマスクパターンを表す初期マスクデータにエッチングモデルに基づく補正を行った後の第１マスクデータが表すフォトマスクパターンの構成を示す図である。
【図１２】図１１のフォトマスクパターンを表す第１マスクデータに用途を考慮した補正を行った後の第２マスクデータが表すフォトマスクパターンの構成を示す図である。
【図１３】図１２のフォトマスクパターンを表す第２マスクデータにレジストモデルに基づく補正を行った後の第３マスクデータが表すフォトマスクパターンの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
まず、図１のフローチャートを参照して、本発明の第１の実施の形態に係るマスクデータの作成方法の全体の流れについて説明する。
【００１２】
図示のように、本実施の形態に係るマスクデータの作成方法は、１１ステップ（ＳＴ１乃至ＳＴ１１）で構成されている。これらのステップは、ＣＡＤ（Computer Aided Design：コンピュータ支援設計）システム等を用いて実施される。
【００１３】
本実施の形態では、初期マスクデータとして作成されたレイアウトデータを、必要に応じてエッチングモデルやレジストモデルを用いて補正し、最終マスクデータを得る。このマスクデータの作成方法は、エッチングモデル及びレジストモデルの２つのモデルを用いる点を特徴としている。用いられるエッチングモデル及びレジストモデルは、図１に示される工程とは別の工程により作成される。その作成については、図２を参照して後述する。
【００１４】
図１を参照すると、第１ステップＳＴ１において、デバイスあるいは回路等のレイアウト設計が行われる。即ち、実際に作製しようとするデバイスや回路のパターンに対応するレイアウトデータを初期マスクデータとして作成する。
【００１５】
次に、第２ステップＳＴ２において、レイアウトデータに対してエッチングモデルを用いて補正を施し、中間マスクデータとして第１マスクデータを作成する。
【００１６】
次に、第３ステップＳＴ３において、第１マスクデータに対してマージンチェックを行う。マージンチェックは、第１マスクデータが表すパターンの各部のサイズが、製造ばらつきを考慮してもなお製品に不具合を生じさせないサイズであることを確認するために行う。換言すると、設計基準に基づいて、第１マスクデータが表すパターンの各部のサイズが許容範囲内にあるか否か判断する。第１マスクデータが表すパターンのサイズが許容範囲外であれば、第４ステップＳＴ４へ進み、許容範囲内であれば第４ステップＳＴ４をスキップして第５ステップＳＴ５へ進む。
【００１７】
第４ステップＳＴ４では、第１マスクデータが表すパターンの各部のサイズが許容範囲内となるように、第１マスクデータを補正し、補正された中間マスクデータとして第２マスクデータを作成する。このとき、対応するデバイスの部分の用途に基づいて、第１マスクデータが表すパターンの各部の補正量を調整することができる。例えば、チャネル領域のようにデバイスの電気特性に直結する部分に対応するパターン部分では補正量を可能な限り小さくすることができる。これに対して、電気特性への影響がほとんど無い部分に対応する部分では、例えば、製作の容易性等を優先させる等の理由により、補正量を大きくすることが可能である。
【００１８】
第５ステップＳＴ５では、第１マスクデータ（第４ステップＳＴ４を実行しなかった場合）又は第２マスクデータ（第４ステップＳＴ４を実行した場合）に対して、レジストモデルを用いる補正を施し、最終候補マスクデータとして第３マスクデータを作成する。第３マスクデータは、その後行われるチェックに全て合格すれば、デバイスパターンの形成に用いられるマスクに対応する最終マスクデータとなる。
【００１９】
次に、第６ステップＳＴ６において、第３マスクデータに対するマスクルールチェックを行う。第３マスクデータがマスクルールを満足するものであれば、第７ステップＳＴ７に進み、そうでなければ第８ステップＳＴ８に進む。
【００２０】
第８ステップＳＴ８では、間近のレイアウトデータ作成からカウントした第６ステップＳＴ６の処理回数が規定値以上であるか否かチェックする。処理回数が規定値未満の場合、第２ステップＳＴ２へ戻り、そうでなければ第１ステップＳＴ１へ戻る。第２ステップＳＴ２では、補正量を変更する等して、再度第１マスクデータを作成する。一方、第１ステップＳＴ１では、設計基準に基づいてレイアウト設計をやり直す。第８ステップＳＴ８における規定値は、レイアウト設計の効率を鑑みて設定される処理回数のしきい値である。この規定値は、所定の要件を満たすようにマスクデータの修正を繰り返すか、あるいは新たにマスクデータを設計し直すかの判断基準となる。
【００２１】
第６ステップＳＴ６において、処理回数が許容範囲内と判定された場合は、第７ステップＳＴ７において、リソグラフィシミュレーションにより露光時の光強度分布を算出する。
【００２２】
次に、得られた光強度分布に基づき、第９ステップＳＴ９において、デバイスパターンの完成予想サイズを求め、その形成マージンをチェックする。形成マージンが許容範囲内であれば、第１０ステップＳＴ１０へ進み、マスクデータの補正は終了したと判断して、第３マスクデータを最終マスクデータとして外部へ出力する等の処理を行う。他方、形成マージンが許容範囲外の場合には、第１１ステップへ進み、間近のレイアウトデータ作成からカウントした第９ステップＳＴ９の処理回数が規定値以上であるか否かチェックする。第９ステップＳＴ９の処理回数が規定値未満であれば、第２ステップＳＴ２へ戻り、そうでなければ、第１ステップＳＴ１へ戻る。そして、夫々のステップにおいて、第１マスクデータの作成またはレイアウトデータの設計をやり直す。
【００２３】
以上のようにして、本実施の形態に係るマスクデータの作成方法では、エッチングモデルを用いて初期マスクデータを補正して中間マスクデータを得、得られた中間マスクデータ（またはそれを補正した補正後の中間マスクデータ）をレジストモデルを用いて補正して最終（候補）マスクデータを得ることができる。
【００２４】
次に、図２を参照してレジストモデルとエッチングモデルの作成方法について説明する。
【００２５】
図２に示すように、レジストモデルとエッチングモデルの作成方法は、７ステップ（ＳＴ２１乃至ＳＴ２７）で構成されている。
【００２６】
まず、第１ステップＳＴ２１において、モデルパターンを形成するための試料を形成する。具体的には、半導体基板（例えばシリコン基板）上に、下地層、ハードマスク層及びフォトレジスト膜を積層形成する。モデルパターンは、下地層をエッチングして形成される。ハードマスク層及びフォトレジスト膜は、下地層をエッチングする際のエッチングマスクとして利用される。
【００２７】
後述するように、試料には、それぞれ複数のパターン形成領域を含む複数のパターン群形成領域が設けられる。下地層は、各パターン形成領域に互いに材料の異なる複数の領域を含むように形成される。例えば、各パターン形成領域における下地層は、第１材料膜から成る第１領域と第２材料膜から成る第２領域とが、互いに境界を接して隣接配置されるように形成される。第１領域と第２領域の面積比は、実際に作成されるデバイスと同じであることが望ましい。様々なデバイスの製作に利用できるように、試料には第１領域と第２領域の面積比が段階的に異なる複数のパターン形成領域を含ませることが望ましい。例えば、各パターン群形成領域に含まれる複数のパターン形成領域では第１領域と第２領域の面積比を互いに等しくし、他のパターン群形成領域に含まれる複数のパターン形成領域における第１領域と第２領域の面積比とは異なる値とすることができる。
【００２８】
次に、第２ステップＳＴ２２において、テストマスクに形成されたテストマスクパターンを転写してフォトレジスト膜にフォトレジストパターンを形成する。フォトレジストパターンは、各パターン群形成領域に対応するレジストパターン群を含み、各レジスタパターン群は各パターン形成領域に対応するレジストパターンを含む。また、各レジストパターンは、配列形成された複数のパターンピースを含む。各パターンピースのサイズと配列間隔は、各パターン群形成領域においてレジストパターン毎に異ならせている。
【００２９】
続いて、第３ステップＳＴ２３において、フォトレジストパターンの各部のサイズを実測する。即ち、各パターンピースのサイズと隣接するパターンピース間の間隔とを実測する。測定結果は、第４ステップＳＴ２４において、テストマスクパターンの各部のサイズと関連付けされ、レジストモデルとしてデータベース化される。レジストモデルの詳細については、後述する。
【００３０】
次に、第５ステップＳＴ２５において、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして用い、ハードマスク層をエッチングする。さらに、フォトレジストパターンとハードマスク層をエッチングマスクとして、下地層をエッチングし、モデルパターン（エッチングパターン）を形成する。
【００３１】
続いて、第６ステップＳＴ２６において、モデルパターンの各部のサイズを実測する。即ち、突出部（メサ）及び溝部の幅等のサイズを実測する。測定結果は、第６ステップＳＴ２６において、フォトレジストパターンの各部のサイズと関連付けされ、エッチングモデルとしてデータベース化される。エッチングモデルの詳細については、後述する。
【００３２】
以上のように、本実施の形態では、予めレジストモデルとエッチングモデルとを作成する。レジストモデルは、テストマスクパターンとフォトレジストパターンとの間のサイズに関する相関関係を表す。下地層の材料がフォトレジストパターンのサイズに影響する場合には、その影響がレジストモデルに反映される。また、エッチングモデルは、フォトレジストパターンとモデルパターンとの間のサイズに関する相関関係を表す。レジストモデルと同様に、下地層の材料がモデルパターンのサイズに影響する場合には、その影響がエッチングモデルに反映される。本実施の形態では、これらのレジストモデル及びエッチングモデルを利用して、マスクデータの作成を行う。マスクデータの作製精度を向上させるためには、パターンサイズ、パターン間隔及び下地層における異なる材料からなる領域の面積比の組み合わせを、できるだけ多くすることが望ましい。
【００３３】
次に、テストマスクパターンの構成について、図３と図４を参照しながら説明する。図３は、テストマスクパターンを用いて試料１に形成されたテストパターン（フォトレジストパターン）を説明するための図である。図４は、試料１に形成されたパターン形成領域のうちの一つを拡大した平面図である。
【００３４】
まず、図３を参照すると、試料１には、複数のパターン群形成領域２が設けられている。各パターン群形成領域２には、二次元に配列形成された複数のパターン形成領域３が含まれている。複数のパターン形成領域３には、それぞれ、二次元に配列形成された複数のパターンピース４が形成されている。
【００３５】
各パターン形成領域３に形成されたパターンピース４のサイズ（Ｘ方向長さ及びＹ方向幅の少なくと一方）及びその配列間隔（スペース幅）のうちの少なくとも一つは、他のパターン形成領域３のものと異なっている。図３に示す例では、図の左側から右側に進むに従い、隣接するパターンピース４のＸ方向間隔が段階的に拡大されている。つまり、図の左側に位置するパターン形成領域３（３Ａ，３Ｃ）における隣接するパターンピース４のＸ方向間隔に比べ、図の右側に位置するパターン形成領域３（３Ｂ，３Ｄ）における隣接するパターンピース４のＸ方向間隔は広くなっている。また、図の上側から下側に進むに従い、隣接するパターンピース４のＹ方向幅が段階的に縮小されている。つまり、図の上側に位置するパターン形成領域３（３Ａ，３Ｂ）のパターンピース４のＹ方向幅に比べ、図の下側に位置するパターン形成領域３のパターン形成領域３（３Ｃ，３Ｄ）のパターンピース４のＹ方向幅は狭い。これらの結果、図の左上のパターン形成領域３Ａに比べ、図に右下のパターン形成領域３Ｄでは、隣接するパターンピース４のＸ方向間隔が広く、パターンピース４のＹ方向幅は狭い。
【００３６】
なお、パターンピース４の寸法並びにスペース幅は、上記例に限らず、目的に応じて（構成しようとするデータベースに必要な情報を収集できるように）任意に設定可能である。これは、パターン群形成領域２に関しても同様である。即ち、パターンピース４の寸法並びにスペース幅は、全て（あるいは一部）のパターン群形成領域２の間で共通であっても、互いに異なってもよい。例えば、全てのパターン群形成領域２に形成されるパターンピース４の寸法及び配列間隔を共通とし、パターン群形成領域２毎に下地層の構成を変更してもよい。下地層の構成とは、例えば、各パターン形成領域３における、第１材料から成る第１領域と第２材料から成る第２領域の面積比を意味してよい。また、下地層の材料自体が異なってもよい。
【００３７】
次に、図４を参照して、パターン形成領域３における下地層の構成について説明する。図４は、図３のパターン形成領域３Ｄにおける下地層の構成をパターンピース４と共に示す図である。
【００３８】
図示のように、パターン形成領域３Ｄの下地層５は、第１乃至第４下地膜５Ａ〜５Ｄを含む。第１及び第２下地膜５Ａ，５Ｂは、パターン形成領域３Ｄの中央側に位置し、第３及び第４下地膜５Ｃ，５Ｄは、その周囲を囲むように帯状に配置されている。第１及び第２下地膜５Ａ，５Ｂは、夫々矩形を呈し、互いに隣接配置されてその一辺を共有している。第３下地膜５Ｃは、コの字形で第１下地膜５Ａの三辺に接し、第４下地膜５Ｄもコの字形で、第２下地膜５Ｂの三辺に接している。換言すると、下地膜５は、中央側の第１及び第２下地膜５Ａ，５Ｂの周囲を第３及び第４下地膜５Ｃ，５Ｄで囲むように構成されている。パターンピース４は、第１下地膜５Ａと第２下地膜５Ｂが形成された領域に夫々配列形成される。
【００３９】
第１下地膜５Ａと第２下地膜５Ｂは、互いに異なる材料から成る。それらの材料は、作製しようとする半導体デバイスの材料に基づき選択される。例えば、第１下地膜５Ａに用いられる第１材料としてシリコン（Ｓｉ）を用い、第２下地膜５Ｂに用いられる第２材料として酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。第３下地膜５Ｃは、第２下地膜５Ｂと同一の第２材料からなり、第４下地膜５Ｄは、第１下地膜５Ａと同一の第１材料からなる。このような構成を採用することにより、下地層５を構成する第１材料から成る領域の面積と第２材料から成る領域の面積の比が、下地層５に形成されるモデルパターンの寸法に与える影響を数値化したデータを取得することができる。
【００４０】
ここで、第１材料から成る領域の面積と第２材料から成る領域の面積の比とは、パターン形成領域３Ｄ全体におけるそれらの比を意味するものではなく、第３下地膜５Ｃに対する第１下地膜５Ａの面積比、及び第４下地膜５Ｄに対する第２下地膜５Ｂの面積比をいう。これは、パターン形成領域３Ｄにおけるパターンピース４が形成されている領域（第１及び第２下地膜５Ａ，５Ｂ）の占める割合が、下地層５に形成されるモデルパターンの寸法に影響を与える度合いが大きいことを考慮してのことである。即ち、パターン形成領域３Ｄ全体で見ると、第１材料から成る領域の面積（５Ａと５Ｄの合計）と第２材料から成る領域の面積（５Ｂと５Ｃの合計）の比が一定（＝１）であっても、第１下地膜５Ａ及び第２下地膜領域５Ｂの全体に占める割合が変化した場合には、モデルパターンの寸法も変化するという実態を考慮したものである。
【００４１】
各下地膜５Ａ，５Ｂ，５Ｃ及び５Ｄのサイズについて一例を挙げると、第１下地膜５Ａは、長さＸ１を２５０ｎｍ、幅Ｙ１を４５０ｎｍとすることができる。同様に、第２下地膜５Ｂは、長さＸ２を２５０ｎｍ、幅Ｙ２を４５０ｎｍとすることができる。また、第３下地膜５Ｃは、長さＸ３を３００ｎｍ、幅Ｙ３を５５０ｎｍとすることができ、第４下地膜５Ｄは、長さＸ４を３００ｎｍ、幅Ｙ４を５５０ｎｍとすることができる。この場合、第３下地膜５Ｃに対する第１下地膜５Ａの面積比を第１面積率Ｓ１と称すると、Ｓ１＝（250×450）/｛（300×550）−（250×450）｝＝2.14となる。また、第４下地膜５Ｄに対する第２下地膜５Ｂの面積比を第２面積率Ｓ２と称すると、同様にＳ２＝2.14となる。
【００４２】
第１下地膜５Ａ乃至第４下地膜５Ｄの寸法は、任意に設定可能である。第１下地膜５Ａ乃至第４下地膜５Ｄの寸法の様々な組み合わせを用意し、各々の面積率に対するデータを取得することで、データベースの充実を図ることができる。
【００４３】
次に、図５乃至図９を参照して、レジストモデル及びエッチングモデルについて説明する。
【００４４】
図５は、モデルパターンを形成する際に使用されるフォトマスク６の一部、具体的には、図３及び図４に示すパターン形成領域３Ｄに対応する部分を示している。このフォトマスク６は、テストパターンとして、パターンピース４に対応する複数の透光部（もしくは開口部）７が配列形成されており、残りの部分には遮光部が形成されている。
【００４５】
図６は、図５のフォトマスク６を用いて試料１にフォトレジストパターンを形成後（図２のＳＴ２２後）の状態を示す断面図である。図６は、図３のＡ−Ａ’線に対応する位置での試料１の断面を示している。図示のように、試料１は、半導体基板８上に第１下地膜５Ａと第２下地膜５Ｂからなる下地層５と、下地層５の上に形成されたハードマスク層９と、ハードマスク層９上に形成されたフォトレジストマスク１０とを有している。
【００４６】
図７は、フォトレジストマスク１０をエッチングマスクとして用い、ハードマスク層９及び下地層５をドライエッチングした後（図２のＳＴ２５後）の状態、即ち、下地層５にモデルパターン１１Ａ，１１Ｂが形成された後の状態を示す断面図である。モデルパターン１１Ａ，１１Ｂの上方には，マスク層９の一部が残留している。図７もまた、図３のＡ−Ａ’線に対応する位置での試料１の断面を示している。
【００４７】
再び、図５を参照すると、透光部７は、夫々Ｘ方向長さＸ５及びＹ方向幅Ｙ５に形成され、Ｘ方向間隔Ｘ６及びＹ方向間隔Ｙ６で繰り返し配置されている。
【００４８】
また、図６を参照すると、第１下地膜５Ａの上方に、Ｘ方向長さＸ７のパターンピース４がＸ方向間隔Ｘ８で形成されている。また、第２下地膜５Ｂの上方に、Ｘ方向長さＸ９のパターンピース４がＸ方向間隔Ｘ１０で形成されている。
【００４９】
フォトマスク６の各部の寸法と、フォトレジストマスク１０の各部の寸法とを実測し、それらの間の相関関係を求めてレジストモデルを構成する。フォトマスクの各部の寸法を実測する代わりに設計値を用いてもよい。
【００５０】
一例として、フォトマスク６の透光部７のＸ方向長さＸ５とＹ方向幅Ｙ５が共に５０ｎｍであり、Ｘ方向間隔Ｘ６が１００ｎｍであるとする。このとき、第１下地膜５Ａの上方において、パターンピース４のＸ方向長さＸ７が、フォトマスク６における透光部７のＸ方向長さＸ５と同じく５０ｎｍであり、パターンピース４のＸ方向間隔Ｘ８は、フォトマスク６における透光部７の間隔Ｘ６と同じ１００ｎｍであるとする。また、第２下地膜５Ｂの上方において、パターンピース４のＸ方向長さＸ９が５０ｎｍであり、パターンピース４のＸ方向間隔Ｘ１０が１００ｎｍであるとする。この場合、フォトレジストマスク１０の各部の寸法は、フォトマスク６の各部の寸法と同じであり、下地層５の違いによる影響は無いものと判断できる。レジストモデルは、この条件では、下地層５が第１下地層５Ａであるか第２下地層５Ｂであるかに拘らず、フォトマスク６のマスクパターンがそのまままフォトレジストマスク１０に転写されることを表すように構成される。
【００５１】
次に、図７を再び参照すると、第１下地膜５Ａに形成されたモデルパターン１１Ａは、Ｘ方向長さＸ１１を持ち、Ｘ方向間隔Ｘ１２で配列されている。また、第２下地膜５Ｂに形成されたモデルパターン１１Ｂは、Ｘ方向長さＸ１３を有し、Ｘ方向間隔Ｘ１４で配列されている。
【００５２】
モデルパターン１１Ａ，１１Ｂの各部の寸法を実測し、先に実測したフォトレジストマスク１０の各部の寸法との相関関係を求めてエッチングモデルを構成する。例えば、モデルパターン１１ＡのＸ方向長さＸ１１が、パターンピース４のＸ方向の寸法Ｘ７と同じ５０ｎｍであり、モデルパターン１１ＡのＸ方向間隔Ｘ１２が、パターンピース４のＸ方向間隔Ｘ８と同じ１００ｎｍであるとする。また、モデルパターン１１ＢのＸ方向長さＸ１３は、パターンピース４のＸ方向長さＸ９よりも拡大して７４ｎｍとなっており、モデルパターン１１ＢのＸ方向間隔Ｘ１４は、パターンピース４のＸ方向間隔Ｘ１０より縮小して７６ｎｍとなっているものとする。この場合、エッチングモデルは、第１下地膜５Ａに関する第１モデルと第２下地膜５Ｂに関する第２モデルの２つのモデルが構成される。これらのモデルは、フォトレジストマスク１０に関する寸法の測定値とモデルパターン１１Ａ，１１Ｂに関する寸法の測定値との相関関係を表すものである。
【００５３】
なお、モデルパターン１１Ａとモデルパターン１１Ｂとの間に生じる寸法差は、第１下地膜５Ａと第２下地膜５Ｂとの面積比に依存する。これは、第１下地膜５Ａがシリコンからなり、第２下地膜５Ｂが酸化シリコンからなる場合に、これらを同時にドライエッチングすると、第２下地膜５Ｂをエッチングすることにより生じた酸素（Ｏ２）が、第１下地膜５Ａの露出面を酸化させることに起因する。第１下地膜５Ａに形成される酸化膜の膜厚は、第２下地膜５Ｂの面積に比例するので、その膜厚に応じてエッチングレートが変化するためである。そこで、本実施の形態では、上述したように、下地層を構成する複数の領域の面積比を変えた複数のパターン形成領域（あるいは複数の試料）を用意してエッチングモデルを構成する。
【００５４】
以上のようにして得られたレジストモデルの一例を図８に、エッチングモデルの一例を図９に夫々示す。図１を参照して説明したように、レジストモデルは、第５ステップＳＴ５において使用され、エッチングモデルは第２ステップＳＴ２において使用される。
【００５５】
図８のグラフにおいて、横軸はフォトマスク６における透光部７の設計値（図５の寸法Ｘ５）、縦軸はフォトレジストマスク１０の測定値（図６の寸法Ｘ７、寸法Ｘ９）である。段階的に変化させた寸法Ｘ５に夫々対応する寸法Ｘ７，Ｘ９の測定値がプロットされている。測定値には、フォトレジストマスクの断面形状バラツキなどによる測定誤差が含まれるので、それらの誤差が最小となるように校正して近似曲線を得る。この近似曲線がレジストモデルとしてマスクデータの補正に用いられる。なお、図８では、下地層５の材料の相違によってフォトレジストマスク１０の寸法に差が生じない場合を示しているため、近似曲線は１本となっている。しかしながら、下地層の材料の相違によってフォトレジストマスク１０の寸法に差が生じる場合には、各材料領域に対応して近似曲線が描かれる。
【００５６】
図９のグラフにおいて、横軸はフォトレジストマスク１０の測定値（図６の寸法Ｘ７、寸法Ｘ９）、縦軸はモデルパターン１１Ａ，１１Ｂの測定値（図７の寸法Ｘ１１、寸法Ｘ１３）である。段階的に変化させた寸法Ｘ５に夫々対応するフォトレジストパターン１０の寸法Ｘ７，Ｘ９に夫々対応するモデルパターン１１Ａ，１１Ｂの寸法Ｘ１１、寸法Ｘ１３の測定値がプロットされている。図８と同様に、測定値に含まれる誤差を最小にするように校正された近似曲線が求められる。ここでは、下地膜５（第１下地膜５Ａと第２下地膜５Ｂ）の材料の相違に起因して、モデルパターン１１Ａ，１１Ｂの寸法の測定値が相違するので、夫々の下地膜５に応じて近似曲線が２本となっている。こうして、得られた近似曲線がエッチングモデルとしてマスクデータの補正に用いられる。
【００５７】
次に、図１を参照して説明した第２ステップＳＴ２乃至第５ステップＳＴ５の処理について、図１０乃至図１３を参照しながら説明する。
【００５８】
図１０は、レイアウト設計終了後のマスクデータが表すフォトマスクパターン１２の構成を示す平面図である。図１１は、第２ステップＳＴ２の処理が終了した後の第１マスクデータが表すフォトマスクパターン１５の構成を示す平面図である。図１２は、第４ステップＳＴ４の処理が終了した後の第２マスクデータが表すフォトマスクパターン１７の構成を示す平面図である。図１３は、第５ステップＳＴ５の処理が終了した後の第３マスクデータが表すフォトマスクパターン２０の構成を示す平面図である。
【００５９】
図１０を参照すると、レイアウト設計終了後の初期マスクデータが表すフォトマスクパターン１２には、実際の半導体デバイスに形成しようとする３個のデバイスパターンに対応する第１乃至第３部分１３Ｘ，１３Ｙ，及び１３Ｚを含む第１パターンが配置されている。
【００６０】
ここで、フォトマスクパターン１２は、Ｘ方向に関して二つのエリア１４Ａ，１４Ｂに区分されている。第１エリア１４Ａには、第１パターンの第１部分１３Ｘと、第２部分１３Ｙの一部１３ＹＡが配置されている。第２エリア１４Ｂには、第１パターンの第３部分１３Ｚと、第２部分１３Ｙの残りの部分１３ＹＢが配置されている。第１エリア１４Ａ及び第２エリア１４Ｂは、半導体デバイスの作製に用いられるウエハーにおける下地層に対応している。例えば、第１エリア１４Ａは第１材料（例えば、Ｓｉ）からなる第１下地領域に対応し、第２エリア１４Ｂは第２材料（例えば、ＳｉＯ２）からなる第２下地領域に対応している。つまり、第１エリア１４Ａに配置されている第１パターンの第１部分１３Ｘと第２部分１３Ｙの一部１３ＹＡは、第１下地領域にデバイスパターンを形成するために使用され、第２エリア１４Ｂに配置されている第１パターンの第３部分１３Ｚと第２部分１３Ｙの残りの部分１３ＹＢは、第２下地領域にデバイスパターンを形成するために使用される。
【００６１】
ここでは、第１パターンの第１部分１３Ｘの長さＸ１５と幅Ｙ７、及び第３部分１３Ｚの長さＸ１６と幅Ｙ８は、夫々５０ｎｍであるとする。また、第１パターンの第２部分１３Ｙの一部１３ＹＡと残りの部分１３ＹＢの長さＸ１７，Ｘ１８はともに１００ｎｍであり、幅Ｙ９、Ｙ１０はともに５０ｎｍであるとする。
【００６２】
なお、以下の説明では、第１下地領域に形成されるデバイスパターンの寸法は、形成される半導体デバイスの電気的特性に大きく影響するが、第２下地領域に形成されるデバイスパターンの寸法は、形成される半導体デバイスの電気的特性にあまり影響しないものとする。
【００６３】
次に、図１１を参照すると、第２ステップＳＴ２の処理が終了した第１マスクデータが表すフォトマスクパターン１５には、第１パターン（１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚ）をエッチングモデルに基づいて補正した第２パターン（１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚ）が配置されている。具体的には、第１エリア１４Ａには、第２パターンの第１部分１６Ｘと、第２部分１６Ｙの一部１６ＹＡが配置されている。第２エリア１４Ｂには、第２パターンの第３部分１６Ｚと、第２部分１６Ｙの残り部分１６ＹＢが配置されている。
【００６４】
第２エリア１４Ｂに配置されたパターン（１６Ｚ，１６ＹＢ）が第１エリア１４Ａに配置されたパターン（１６Ｘ，１６ＹＡ）よりも縮小されている。これは、図７から容易に理解されるように、同一サイズのマスクパターンを用いた場合には、第２下地層に形成されるデバイスパターンが第１下地層に形成されるデバイスパターンよりも大きくなるからである。つまり、予め第２エリア１４Ｂに配置されるマスクパターンを第１エリア１４Ａのマスクパターンよりも小さくしておけば、第１下地層及び第２下地層に形成されるデバイスのサイズを互いに近づけることができるからである。
【００６５】
一例として、各部の寸法を示す。第２パターンの第１部分１６Ｘの長さＸ１９と幅Ｙ１１は、夫々４０ｎｍである。第２パターンの第３部分１６Ｚの長さＸ２０と幅Ｙ１２は、夫々２６ｎｍである。また、第２パターンの第２部分１６Ｙの一部１６ＹＡの長さＸ２１は９５ｎｍ、幅Ｙ１３は４０ｎｍである。さらに、第２パターンの第２部分１６Ｙの残りの部分１６ＹＢの長さＸ２２は８８ｎｍ、幅Ｙ１４は２６ｎｍである。
【００６６】
第３ステップＳＴ３では、以上のような構成となっている第１マスクデータ１５の寸法マージンを設計基準に基づいてチェックする。寸法マージンは、フォトレジストマスクの形状不良等を考慮して設定される。また、寸法マージンは、第１エリア１４Ａ及び第２エリア１４Ｂに対して別々に設定可能である。ここでは、第１エリア１４Ａ及び第２エリア１４Ｂに対して共通に設定され、パターン幅（長さ）の最小値が３５ｎｍであるとする。すると、上記数値例の場合、第２パターンの第２部分１６Ｙの残りの部分１６ＹＢの幅Ｙ１４と、第３部分１６Ｚの長さＸ２０並びに幅Ｙ１２が許容範囲外となる。このような、マージン不足等の問題を解消するように第４ステップＳＴ４において第１マスクデータの補正が行われる。
【００６７】
次に、図１２を参照する。第４ステップＳＴ４の処理が終了した第２マスクデータが示すマスクパターン１７には、デバイスパターンの用途に基づいて、第２パターン（１６Ｘ，１６Ｙ，１６Ｚ）を補正した第３パターン（１８Ｘ，１８Ｙ，１８Ｚ）が配置されている。
【００６８】
第１エリア１４Ａには、第３パターンの第１部分１８Ｘと、第２部分１８Ｙの一部１８ＹＡが配置されている。第２エリア１４Ｂには、第３パターンの第３部分１８Ｚと、第２部分の残り部分１８ＹＢが配置されている。
【００６９】
上述したように、第２下地層に形成されるデバイスパターンのサイズは、形成されるデバイスの電気的特性にあまり影響しない。それゆえ、第２エリア１４Ｂに配置されたパターンの補正は、補正後の値が設計基準の許容範囲内となるのであれば任意に設定してよい。図示の例では、第２ステップＳＴ２におけるエッチングモデルに基づいて求められた補正量を２５％に圧縮したのに相当する補正を行っている。但し、第１エリア１４Ａと第２エリア１４Ｂの境界周辺部では、製造時のマスク合わせ精度を考慮して、第２エリア１４Ｂに配置される第３パターンの第２部分の残りの部分１８ＹＢの一部１９の幅Ｙ１９を、第１エリア１４Ａに配置される第３パターンの第２部分の一部１８ＹＡの幅Ｙ１７に一致させている。ここで、境界周辺部とは、マスク合わせ精度に基づき決定される範囲を指し、例えば、境界から２０ｎｍ（＝Ｘ２７）までの範囲を指す。ただし、境界周辺部をそれより広くてもよい。
【００７０】
各部の寸法の一例を示すと、第３パターンの第１部分１８Ｘの長さＸ２３と幅Ｙ１５は、夫々４０ｎｍである。第３パターンの第３部分１８Ｚの長さＸ２４と幅Ｙ１６は、夫々４４ｎｍである。また、第３パターン１８Ｙの第２部分の一部１８ＹＡの長さＸ２５は９５ｎｍ、幅Ｙ１７は４０ｎｍである。さらに、第３パターン１８Ｙの第２部分の残りの部分１８ＹＢの長さＸ２６は９７ｎｍ、幅Ｙ１８は４４ｎｍとなっている。また、第２部分の残りの部分１８ＹＢの境界部分の幅Ｙ１９は、第２部分の一部１８ＹＡの幅Ｙ１７と同じ４０ｎｍである。
【００７１】
次に、図１３を参照する。第５ステップＳＴ５の処理が終了した第３マスクデータが表すマスクパターン２０には、第３パターン１８Ｘ，１８Ｙ，１８Ｚをレジストモデルに基づいて補正した第４パターン２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚが配置されている。
【００７２】
第１エリア１４Ａには、第４パターンの第１部分２１Ｘと、第２部分２１Ｙの一部２１ＹＡが配置されている。第２エリア１４Ｂには、第４パターンの第３部分２１Ｚと、第２部分２１Ｙの残りの部分２１ＹＢが配置されている。さらに、エリア１４Ａ，１４Ｂには、第４パターン２１Ｘ，２１Ｙ，２１Ｚを取り囲むように、４個の非解像ダミーパターン２２Ａ、２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄが配置されている。
【００７３】
各部の寸法の一例を示すと、第４パターンの第１部分２１Ｘの長さＸ２８と幅Ｙ２０は夫々６０ｎｍである。第４パターンの第３部分２１Ｚの長さＸ２９と幅Ｙ２１は夫々６２ｎｍである。また、第２部分２１Ｙの一部２１ＹＡの長さＸ３０は１０５ｎｍ、幅Ｙ２２は６４ｎｍであり、第２部分２１Ｙの残りの部分２１ＹＢの長さＸ３１は１１６ｎｍ、幅Ｙ２３は８２ｎｍである。第１エリア１４Ａと第２エリア１４Ｂの境界周辺部では、第４パターンの第２部分の一部２３の幅Ｙ２４を４０ｎｍとして狭くしており、その長さＸ３２は５２ｎｍである。これに合わせて、第１エリア１４Ａと第２エリア１４Ｂの境界周辺部でも、第４パターンの第２部分の残りの部分２１ＹＢの一部２４の幅Ｙ２５を４０ｎｍとして狭くしており、その長さＸ３３は５２ｎｍである。さらに、非解像ダミーパターン２２Ａと２２Ｃの長さＸ３４は３２ｎｍ、幅Ｙ２６は１００ｎｍであり、非解像ダミーパターン２２Ｂと２２Ｄの長さＸ３５は４００ｎｍ、幅Ｙ２７は３２ｎｍである。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、レジストモデルとエッチングモデルを構築し、各々に基づいてマスクデータの補正を行う。これにより、特性の大きく異なる下地層に対してデバイスパターンを形成する際に使用されるフォトマスクのマスクデータを効率よく、また精度良く作成することができる。
【００７５】
以上、本発明についていくつかの実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の変形、変更が可能である。例えば、レジストモデル及びエッチングモデルを構築するためのテストパターンは、パターンのサイズや間隔、形状、組み合わせ、下地層の構成を様々に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１    試料
２    パターン群形成領域
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ    パターン形成領域
４    パターンピース
５    下地層
５Ａ    第１下地膜
５Ｂ    第２下地膜
５Ｃ    第３下地膜
５Ｄ    第４下地膜
６    フォトマスク
７    透光部
８    半導体基板
９    ハードマスク層
１０    フォトレジストマスク
１１Ａ、１１Ｂ    モデルパターン
１２    フォトマスクパターン
１３Ｘ    第１パターンの第１部分
１３Ｙ    第１パターンの第２部分
１３ＹＡ    第２部分の一部
１３ＹＢ    第２部分の残りの部分
１３Ｚ    第１パターンの第３部分
１４Ａ    第１エリア
１４Ｂ    第２エリア
１５    フォトマスクパターン
１６Ｘ    第２パターンの第１部分
１６Ｙ    第２パターンの第２部分
１６ＹＡ    第２部分の一部
１６ＹＢ    第２部分の残りの部分
１６Ｚ    第２パターンの第３部分
１７    フォトマスクパターン
１８Ｘ    第３パターンの第１部分
１８Ｙ    第３パターンの第２部分
１８ＹＡ    第２部分の一部
１８ＹＢ    第２部分の残りの部分
１８Ｚ    第３パターンの第３部分
１９    第３パターンの第２部分の一部
２０    フォトマスクパターン
２１Ｘ    第４パターンの第１部分
２１Ｙ    第４パターンの第２部分
２１ＹＡ    第２部分の一部
２１ＹＢ    第２部分の残りの部分
２１Ｚ    第３パターンの第３部分
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ    非解像ダミーパターン
２３    第３パターンの第２部分の一部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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