(57)【要約】【課題】電子線投影露光用マスクの相補分割処理において、その分割対象となるパターン形状が非常に複雑な場合であっても、簡潔な手順を導入することにより、迅速かつ信頼性の高い処理を実現する。【解決手段】電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を、相補的な複数のパターン形状に分割するのにあたって、先ず、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し（Ｓ２０１）、その後、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得るようにする（Ｓ２０２〜Ｓ２０７）。【選択図】　　　　図１
2004079699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するためのマスクパターン分割方法であって、
前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、
細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得る
ことを特徴とするマスクパターン分割方法。
【請求項２】
電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するためのマスクパターン分割プログラムであって、
コンピュータを、
前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割する手段と、
細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得る手段
として機能させることを特徴とするマスクパターン分割プログラム。
【請求項３】
原パターン形状を相補的に分割して得られたマスクパターンが形成された露光用マスクであって、
前記マスクパターンは、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して得られたものである
ことを特徴とする露光用マスク。
【請求項４】
電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割し、当該複数のパターン形状について転写を行うことで、ウエハ基板上に前記原パターン形状に対応したパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、
細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得る
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線投影露光用マスクに適用して好適なマスクパターン分割方法およびマスクパターン分割プログラム、その露光用マスク、並びにその露光用マスクを用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造プロセスにおいては、半導体装置の高集積化やサイズ縮小等の進展により、これまでの一般的な紫外線を用いたフォトリソグラフィによるパターンニングが困難になりつつある。このことから、最近では、Ｘ線、電子線、イオンビーム等によるリソグラフィ技術が提案されている。これらの新しいリソグラフィ技術の中には、従来のフォトリソグラフィで使用してきたマスク構造とは異なり、例えば低エネルギーの電子線投影露光を行うＬＥＥＰＬ（Ｌｏｗ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅ−ｂｅａｍ　Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ　Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）のように、転写パターンに対応した形状の開口が設けられた電子線透過型のステンシルマスクを用いるものがある。
【０００３】
このような電子線透過型のステンシルマスクでは、その性質上、自己保持不可能なパターン形状（例えば、ドーナッツ形状）あるいは困難なパターン形状（例えば、リーフ、タン、片持ち梁形状）がある。また、例えばラインアンドスペースパターンについても、その長さによってはパターン倒壊を招いてしまうために形成不可能な場合がある。つまり、パターン形状の開口が必要となるため、対応可能なパターン形状には制約がある。このことから、ステンシルマスクについては、いわゆる相補分割（コンプリメンタリー分割）が適用される。相補分割は、形成不可能なパターン形状を相補的に分割し、分割した複数のパターンをそれぞれ転写して組み合わせることで、ウエハ上に目的のパターンを転写する、というものである。
【０００４】
従来、ステンシルマスクの相補分割は、一定の分割ルールに従った幾何学的な分割によって行われている。一定の分割ルールとは、多角形パターンの内角が閾値（例えば１８０°）より大きければその内角の分割を行ったり、矩形状パターンの長手方向の大きさがある閾値以上であればその長手方向を分割する、といったものである。つまり、従来における相補分割は、ステンシルマスクとして形成不可能なパターン形状を解消すべく、一定の分割ルールに従って分割対象となるパターン形状を幾何学的に分割することで行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステンシルマスクの相補分割は、分割対象となるパターン形状が、例えば図６に示すように、基盤と配線あるいは配線間を接続するためのコンタクト層のような決まった形状の矩形１１ばかりであれば、一定の分割ルールに従った幾何学的な分割を行っても、その処理上特に困難となる問題は生じない。また、トランジスタを構成するゲート層のパターン形状が分割対象であると、決まった形状の矩形ばかりの場合に比べて多少複雑になるが、例えば図７に示した形状１２のような程度の複雑度であれば、一定の分割ルールを適用することで十分に対応することが可能である。
【０００６】
しかしながら、分割対象となるパターン形状が、例えば素子分離層や配線層のように、非常に複雑であり、しかもあらゆる形状が含まれ得るものであると、そのパターン形状に対する分割処理が非常に複雑化してしまう。これは、分割処理にあたって、様々な形状に対応するための場合分けの処理が必要となってしまうからである。
【０００７】
また、ステンシルマスクの相補分割に際して、微小図形は転写性能を悪化させるため、分割後のパターンにその微小図形が存在することを避けなければならない。ところが、分割対象となるパターン形状を単に一定の分割ルールで分割すると、その分割後のパターンには微小図形が含まれてしまう可能性がある。このような場合には、少なくともその微小図形付近の分割をやり直す必要が生じてしまい、結果として分割処理の信頼性が低下するとともに、その処理負荷の増大を招いてしまうおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明は、ＬＥＥＰＬにおけるステンシルマスクのような電子線投影露光用マスクの相補分割処理において、簡潔な手順を導入することにより、その分割対象となるパターン形状が非常に複雑な場合であっても、迅速かつ信頼性の高い処理を実現することのできるマスクパターン分割方法およびマスクパターン分割プログラム、これらによって得られる露光用マスク、並びにその露光用マスクを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために案出されたマスクパターン分割方法である。すなわち、電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するためのマスクパターン分割方法であって、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得ることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出されたマスクパターン分割プログラムである。すなわち、電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するためのマスクパターン分割プログラムであって、コンピュータを、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割する手段と、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得る手段として機能させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された露光用マスクである。
すなわち、原パターン形状を相補的に分割して得られたマスクパターンが形成された露光用マスクであって、前記マスクパターンは、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して得られたものであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された半導体装置の製造方法である。すなわち、電子線投影露光用マスクを用いて転写すべき原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割し、当該複数のパターン形状について転写を行うことで、ウエハ基板上に前記原パターン形状に対応したパターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記原パターン形状の各頂点を基点にして当該原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを選択的に合成して前記複数のパターン形状を得ることを特徴とする。
【００１３】
上記手順のマスクパターン分割方法、上記構成のマスクパターン分割プログラム、上記構成の露光用マスクおよび上記手順の半導体装置の製造方法によれば、いずれも、原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するのにあたり、先ず原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを、例えば一定の再構築ルールに従って選択的に合成する。すなわち、分割対象となる原パターン形状を単に分割するのではなく、一旦細分割した後に選択的に合成して再構築することで、複数のパターン形状を得ている。したがって、分割対象となる原パターン形状が複雑な場合であっても、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを形成不可能なパターン形状が生じないように合成していけば、場合分け処理ややり直し処理等を要することなく、相補分割後の複数のパターン形状が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係るマスクパターン分割方法、マスクパターン分割プログラム、露光用マスクおよび半導体装置の製造方法について説明する。
【００１５】
本実施形態で説明するマスクパターン分割方法は、例えば１００ｎｍ以下世代のような微細な線幅に対応した半導体装置の製造プロセスにおいて用いられるものである。さらに詳しくは、半導体ウエハ上に微細な回路パターンを形成するための電子線投影露光用マスクについて、その電子線投影露光用マスクが形成すべき回路パターンに対応した原パターン形状を、相補的な複数のパターン形状に分割するために用いられるものである。電子線投影露光用マスクとしては、例えばＬＥＥＰＬにおける電子線透過型のステンシルマスクが挙げられる。
【００１６】
また、本実施形態で説明するマスクパターン分割方法は、コンピュータとしての機能を有した装置がマスクパターン分割プログラムを実行することによって実現されるものである。すなわち、ここでは、マスクパターン分割方法がコンピュータ上で実行される場合を例に挙げて説明する。その場合に、後述する種々の処理（座標点認識や特定の図形抽出等）は、周知の計算幾何学的手法や画像処理技術等を利用して行えばよい。ただし、必ずしもコンピュータ上で実行しなくてもよいことはいうまでもない。
【００１７】
ここで、以上のようなマスクパターン分割方法の手順について説明する。図１は本発明が適用された相補分割処理の手順を示すフローチャートであり、図２はその相補分割処理を用いて行うマスクパターン分割方法の概要を示すフローチャートである。
【００１８】
先ず、マスクパターン分割方法の概要について説明する。図２に示すように、マスクパターン分割にあたっては、マスクパターン分割プログラムを実行するコンピュータに、分割対象となる原パターン形状の全体を入力する（ステップ１０１、以下ステップを「Ｓ」と略す）。そして、その原パターン形状について、その中で互いに接する図形についてはこれを接続して（Ｓ１０２）、一つのパターン形状として取り出す（Ｓ１０３）。このとき取り出したパターン形状がステンシルマスクとして形成可能なパターン形状であれば、コンピュータは、その一つのパターン形状を、分割後における複数のパターン形状の中の一つとする（Ｓ１０４，Ｓ１０５）。一方、形成不可能なパターン形状である場合には、コンピュータは、取り出したパターン形状についての相補分割処理を行う（Ｓ１０４，Ｓ１０６）。本実施形態で説明するマスクパターン分割方法は、この相補分割処理に大きな特徴がある。
【００１９】
続いて、この相補分割処理について説明する。図１に示すように、相補分割処理を行う場合には、先ず、その処理対象となるパターン形状（図２のＳ１０３で取り出したパターン形状）の細分割を実施する（Ｓ２０１）。細分割は、処理対象となるパターン形状の各頂点を基点にして、そのパターン形状をＸ軸（水平）方向およびＹ軸（垂直）方向のそれぞれに単純に分割することで行う。すなわち、各頂点から水平線および垂直線を引くことによって、与えられたパターン形状の細分割を行う。これにより、処理対象となるパターン形状は、矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割されることになる。
【００２０】
図３は、細分割されたパターンの一具体例を示す説明図である。図例の場合は、処理対象となるパターン形状の全ての頂点で、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のそれぞれに分割線が引かれている。なお、各頂点からの分割線は、水平線と垂直線との両方ではなく、これらのうちの一方のみであっても構わない。いずれの場合であっても、どのような分割線を引くかは事前に設定されているものとする。
【００２１】
そして、パターン形状の細分割を実施して、そのパターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合とした後は、その集合の中から最も小さい図形パターンを取り出す（Ｓ２０２）。最も小さい図形パターンとしては、例えば一辺の長さが最も短い図形パターンを取り出すことが考えられる。ただし、辺の周長（ペリフェリ）が最も短いものを取り出すようにしたり、あるいは面積の最も小さいものを取り出すようにしても構わない。
【００２２】
これにより、例えば図３に示したパターン形状の例では、最も小さい図形パターンとして、図中に示した「Ａ」の矩形パターンが取り出される。このときに取り出された図形パターンを、以下「接続対象図形」というものとする。
【００２３】
なお、この段階で取り出すべき接続対象図形が存在しなければ（Ｓ２０３）、相補分割処理は終了する。
【００２４】
接続対象図形の取り出し後は、続いて、接続候補図形の抽出を行う（Ｓ２０４）。「接続候補図形」とは、接続対象図形と合成して一つの図形パターンとなり得るもので、基本的には接続対象図形と接している図形パターンのことをいう。
ただし、接続対象図形と合成し得るものであるから、合成することでステンシルマスク作成が困難となるものについては除かれる。
【００２５】
例えば図３に示したパターン形状の例では、接続対象図形Ａに対して、図中に示した「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」および「Ｅ」の矩形パターンが接続候補図形として抽出される。
【００２６】
なお、この段階で接続候補図形が抽出されない場合、すなわち接続候補図形が存在しない場合には（Ｓ２０５）、接続対象図形との合成ができず、またその接続対象図形もステンシルマスク作成上問題の無い図形パターンであると考えられるため、その接続対象図形についての出力処理を行う（Ｓ２０６）。この出力処理により、接続対象図形は、ステンシルマスクとして形成可能な一つのパターン形状として取り扱われ、相補分割処理の対象から外されることになる。
【００２７】
接続候補図形を抽出すると、その後は、抽出した接続候補図形の中から、接続対象図形と接続して合成する一つの図形を選択する（Ｓ２０７）。この選択は、以下に述べるようなルールに従って行うことが考えられる。
【００２８】
例えば、幾つかの接続候補図形の中から、▲１▼接続対象図形と接している辺の長さが長い接続候補図形を優先して選択する。同等の長さのものがある場合には、▲２▼接続対象図形と接続して合成した後に、後述する相補矛盾点の数が少なくなる接続候補図形を優先して選択する。さらに、相補矛盾点の減少数が同等のものがある場合には、▲３▼接続対象図形と接続して合成した後における頂点数の増加が少ない接続候補図形を優先して選択する。このようなルールに従って、いずれか一つの接続候補図形を選択する。ただし、これらの条件を満足するものであっても、▲４▼接続対象図形と接続して合成することでステンシルマスク作成が困難となるもの（例えば、Ｌ字形パターンを構成することになるもの）については、選択対象から除外する。
【００２９】
なお、ここで説明した接続候補図形を選択するためのルールは、単なる例示に過ぎず、例えば優先順を変更したり他の条件を適用しても構わない。他の条件としては、例えば、接続対象図形と接続して合成した後におけるアスペクト比（縦横比）が「１」に近くなる接続候補図形を優先して選択する、といったものが考えられる。
【００３０】
このように、いずれか一つの接続候補図形を選択した後は、その接続候補図形を接続対象図形と接続して合成し、それ以降、これらを一つの図形として取り扱う。具体的には、例えば図３に示したパターン形状の例では、幾つかの接続候補図形Ｂ〜Ｅの中から接続候補図形Ｂが選択され、これらの接続合成後、接続対象図形Ａおよび接続候補図形Ｂが一つの矩形パターンとして取り扱われることになる。
【００３１】
そして、接続対象図形と選択した接続候補図形との接続合成は、その合成後図形を含む図形の集合の中から最も小さい図形パターンを取り出すステップ（Ｓ２０２）に戻り、再び上述した各ステップ（Ｓ２０２〜Ｓ２０７）を、取り出すべき接続対象図形が存在しなくなるまで、さらに詳しくは相補矛盾点が解消するまで繰り返す。
【００３２】
この「相補矛盾点」とは、相補分割処理を行う上で、認めることができない頂点の関係をいう。例えば、二つのマスクに相補分割する場合には、三つ以上の図形が接する頂点の存在は許容されない。このような許容されない頂点を相補矛盾点という。具体的には、例えば図３に示したパターン形状の例では、図中における○印で囲まれた頂点が相補矛盾点である。
【００３３】
図４は、相補分割処理によって再構築されたパターンの一具体例を示す説明図である。図３に示したパターン形状について、接続対象図形Ａおよび接続候補図形Ｂの接続合成後、相補矛盾点が解消するまで上述した各ステップ（図２におけるＳ２０２〜Ｓ２０７）を繰り返すと、図４（ａ）〜（ｇ）に順に示すように、細分割した矩形パターンが順次選択的に合成される。これにより、図３に示したパターン形状からは、図４（ｇ）に示すような複数のパターン形状が得られることになる。
【００３４】
このようにして得られた複数のパターン形状は、いずれもステンシルマスクとして形成可能なものである。つまり、ステンシルマスク形成に適さない微小図形やＬ字形パターン等が存在してしまうことがない。したがって、相補分割処理を行った後は、このようにして得られたパターン形状を、分割対象となる原パターン形状を分割した複数のパターン形状の中の一つとする（図２におけるＳ１０４，Ｓ１０５参照）。これにより、原パターン形状は、相補的な複数のパターン形状に分割されることになる。そして、これら複数のパターン形状は、ステンシルマスク上におけるマスクパターンとして、それぞれが個別にそのステンシルマスク上に形成される。
【００３５】
ここで、以上のようなマスクパターン分割方法（相補分割処理）を経て得られるステンシルマスクについて簡単に説明する。図５は、ステンシルマスクの概要を示す斜視図である。ＬＥＥＰＬで用いられるステンシルマスク１は、被露光体であるウエハの直上位置に設置して近接露光を行い、これによりウエハ上への微細パターンの転写を行うためのものである。そのために、ステンシルマスク１は、マスク補強のために梁構造のストラット（Ｓｔｒｕｔ）２を備えているとともに、そのストラット２以外の描画エリア、具体的には厚さ約５μｍ以下のメンブレン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）領域３に、転写すべき微細パターンに対応した電子線透過溝（以下、この溝のパターンが「マスクパターン」となる）が形成されている。そして、メンブレン領域３の溝の部分を透過した電子線がウエハ上に前もって塗布されたレジストに到達すると、例えばそれがポジレジストである場合には、電子線の描画された部分がアルカリに溶解し、これによってマスクパターンに対応した微細パターンが形成されるのである。
【００３６】
ところで、ステンシルマスク１上に形成されるマスクパターンは、上述したようなマスクパターン分割方法を経て得られるものである。すなわち、ステンシルマスク１上には、原パターン形状を相補的に分割した後のパターン形状に対応するマスクパターンがそれぞれ並べて配置されている。したがって、このステンシルマスク１を半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程で用いる際には、ステンシルマスク１と被露光体であるウエハとの相対位置を移動させつつ複数回の露光を行って、そのウエハ上に対して原パターン形状についてのパターン転写を行うことになる。
【００３７】
以上のように、本実施形態で説明したマスクパターン分割方法、これを実現するマスクパターン分割プログラム、その結果得られるステンシルマスクおよびそのステンシルマスクを用いた半導体装置の製造方法では、原パターン形状を相補的な複数のパターン形状に分割するのにあたり、先ず原パターン形状を矩形パターンまたは三角形パターンの集合に細分割し、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを、予め設定された一定の再構築ルールに従って選択的に合成するようになっている。すなわち、分割対象となる原パターン形状を単に分割するのではなく、一旦細分割した後に選択的に合成して再構築することで、複数のパターン形状を得ている。したがって、分割対象となる原パターン形状が複雑な場合であっても、細分割した矩形パターンまたは三角形パターンを形成不可能なパターン形状が生じないように合成していけば、場合分け処理ややり直し処理等を要することなく、相補分割後の複数のパターン形状が得られることになる。
【００３８】
つまり、本実施形態で説明した相補分割処理は、ソフトウエアの信頼性の観点から見て危険な場合分け的な手法ではなく、一旦原パターン形状を細分割し、ステンシルマスク作成上問題を起こさないようなパターンを単純なルールにより構築していくことで成り立っているので、ステンシルマスクのための相補分割処理に対して簡潔な手順を導入することが可能となる。したがって、分割対象となるパターン形状が非常に複雑な場合であっても、迅速かつ信頼性の高い分割処理を実現することができ、ステンシルマスクを用いたリソグラフィ工程についても高信頼性および高速処理が期待できるようになる。
【００３９】
なお、本実施形態では、本発明をＬＥＥＰＬにおけるステンシルマスクに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ステンシル様の投影露光に用いるマスクについてのマスクパターン分割処理であれば、他のリソグラフィ技術（例えば、Ｘ線、電子線、イオンビーム等によるもの）で用いられるものであっても全く同様に適用することが可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、電子線投影露光用マスクの相補分割処理において、分割対象となる原パターン形状を一旦細分割した後に選択的に合成して再構築しているので、簡潔な手順により原パターン形状から複数のパターン形状を得ることができ、分割対象となるパターン形状が非常に複雑な場合であっても、迅速かつ信頼性の高い処理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された相補分割処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明が適用された相補分割処理を用いて行うマスクパターン分割方法の概要を示すフローチャートである。
【図３】本発明が適用された相補分割処理によって細分割されたパターンの一具体例を示す説明図である。
【図４】本発明が適用された相補分割処理によって再構築されたパターンの一具体例を示す説明図である。
【図５】ステンシルマスクの概要を示す斜視図である。
【図６】基盤と配線あるいは配線間を接続するためのコンタクト層のパターン形状の一例を示す説明図である。
【図７】トランジスタを構成するゲート層のパターン形状の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ステンシルマスク、２…ストラット、３…メンブレン領域
【図１】
2004079699.tif 000003
【図２】
2004079699.tif 000004
【図３】
2004079699.tif 000005
【図４】
2004079699.tif 000006
【図５】
2004079699.tif 000007
【図６】
2004079699.tif 000008
【図７】
2004079699.tif 000009