(57)【要約】マスクデータ（２）におけるマスクパターンを形成するためのデータ（パターンデータ）（２１）を８角形状とする。電子線式マスク描画装置の場合、解像力が高いため、このように例えば８角形などのより多くの頂点を持つ多角形のパターンデータを要する。このようなパターンデータを用いることにより、円形に近い（円形近似の）開口部であるマスクパターン（２２）を有するフォトマスク（３）が得られる。これにより、小さなピッチでもレジストの膜減りやコンタクトホール等の実パターン間における断線等のデバイス製造上の不具合を発生させないようにレジストパターンを形成し、また、近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を排除し近接効果補正を単純化することにより、所期の極微細の実パターンを容易且つ正確に形成することを可能とする。
2004077156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクパターンを備えたフォトマスクの作製方法であって、
前記マスクパターンは、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成するためのものであり、
前記実パターンの前記曲線に対応する前記マスクパターンの外形部分を曲線近似し得る多角線分を用いて前記外形部分を曲線近似し、前記マスクパターンを形成することを特徴とするフォトマスクの作製方法。
【請求項２】
前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、これに対応して前記マスクパターンを円形近似又は楕円形近似に形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの作製方法。
【請求項３】
前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、これに対応して前記マスクパターンをその角部分が曲線近似とされてなる外形に形成することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスクの作製方法。
【請求項４】
マスクパターンを備えたフォトマスクであって、
前記マスクパターンは、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成するためのものであり、前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分が曲線近似とされてなることを特徴とするフォトマスク。
【請求項５】
前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、これに対応して前記マスクパターンが円形近似又は楕円形近似とされてなることを特徴とする請求項４に記載のフォトマスク。
【請求項６】
前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、これに対応して前記マスクパターンがその角部分が曲線近似とされてなる外形であることを特徴とする請求項５に記載のフォトマスク。
【請求項７】
外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成する方法であって、
前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分が曲線近似とされてなるマスクパターンを有するフォトマスクを用い、前記マスクパターンを露光転写して前記実パターンを形成することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項８】
前記実パターンが円形状又は楕円形状であり、これに対応して前記マスクパターンが円形近似又は楕円形近似とされてなることを特徴とする請求項７に記載のパターン形成方法。
【請求項９】
前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形であり、これに対応して前記マスクパターンがその角部分が曲線近似とされてなる外形であることを特徴とする請求項８に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、半導体装置や液晶の製造などに用いるフォトマスク及びその作製方法並びにパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】  半導体素子の高集積化に伴い、リソグラフィで形成するパターンの微細化が進んでいる。その中でも、より小さなピッチのコンタクトホールを形成することが困難とされている。現状技術を用いて、小さなピッチのコンタクトホールを形成するためには、マスクデータもしくは設計データにバイアスをかけて四角形のマスクパターンを形成し、そのマスクをウェーハに転写するという手法が用いられている。例えば、照明条件を開口率（ＮＡ）＝０．７、σ＝０．７としたＡｒＦ露光装置で２４０ｎｍピッチ、１２０ｎｍ径のコンタクトホールを形成するためには、マスク上で１６０ｎｍ程度の四角形パターンとなり、約４０ｎｍ程度のバイアスをかけなければパターンを安定して形成することができない。
この手法を用いると、コンタクトホールパターンは形成されるが、遮光部の光強度が上がり、レジストの膜減りや断線といった障害が発生してしまうことがある。
また通常、マスクを作製する際には、光近接効果の影響を考慮してマスク上にバイアスをかける（光近接効果補正：ＯＰＣ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ））。この補正値は、光の近接効果の影響、エッチング近接効果の影響、マスク製造プロセスにおけるパターン形状の影響等を考慮してバイアスを入れなければならない。そのとき、マスク製造プロセスに違いが生じると、近接効果補正の値にも変化が出る。つまりマスク製造プロセスを変えれば、それに伴い再度最適な近接効果補正値を算出する必要があり、近接効果の補正が複雑化し、さらに非常に多くの工数が必要となる。
そこで本発明は、小さなピッチでもレジストの膜減りやコンタクトホール等の実パターン間における断線等のデバイス製造上の不具合を発生させないようにレジストパターンを形成し、また、近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を排除し近接効果補正を単純化することにより、所期の極微細の実パターンを容易且つ正確に形成することを可能とするフォトマスク及びその作製方法並びにパターン形成方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明のフォトマスクの作製方法は、マスクパターンを備えたフォトマスクの作製方法であって、前記マスクパターンは、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成するためのものであり、前記実パターンの前記曲線に対応する前記マスクパターンの外形部分を曲線近似し得る多角線分を用いて前記外形部分を曲線近似し、前記マスクパターンを形成する。
本発明のフォトマスクは、マスクパターンを備えたフォトマスクであって、前記マスクパターンは、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成するためのものであり、前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分が曲線近似とされてなる。
本発明のパターン形成方法は、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる実パターンを形成する方法であって、前記実パターンの前記曲線に対応する外形部分が曲線近似とされてなるマスクパターンを有するフォトマスクを用い、前記マスクパターンを露光転写して前記実パターンを形成する。
ここで、前記実パターンを円形状又は楕円形状とする場合には、これに対応して前記マスクパターンが円形近似又は楕円形近似とする。
また、前記実パターンがその角部分が曲線形状とされてなる外形である場合には、これに対応して前記マスクパターンをその角部分を曲線近似する。
【図面の簡単な説明】  図１Ａは、従来のコンタクトホールを形成するときのマスクイメージを示す概略平面図である。
図１Ｂは、図１Ａのマスクイメージのシミュレーションから導いた光強度の等高線図である。
図２Ａは、本発明により、マスクパターンを更に多角形状としたときのマスクイメージを示す概略平面図である。
図２Ｂは、図１Ａのマスクイメージのシミュレーションから導いた光強度の等高線図である。
図３は、コンタクトホールを形成するためのマスクパターンを４角形と８角形で近似したときの、光強度のコントラストとホール径との関係を示す特性図である。
図４Ａは、電子線を用いたマスク描画装置を使ってフォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図である。
図４Ｂは、図４Ａのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
図５Ａは、ｉ線等を用いたレーザ式のマスク描画装置を使ってフォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図である。
図５Ｂは、図５Ａのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
図６Ａは、フォトマスクのイメージを示す概略平面図である。
図６Ｂは、図６Ａのフォトマスクを用いて形成した際のウェーハ上におけるレジストパターンのイメージを示す概略平面図である。
図７は、フォトマスク上のマスクパターンのホール径とウェーハ上のコンタクトホールのホール径との関係を示す特性図である。
図８は、フォトマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた一例を示す概略平面図である。
図９は、フォトマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた他の例を示す概略平面図である。
図１０は、例えばメモリ素子のキャパシタに対応した実パターンを形成する場合のフォトマスクを示す概略平面図である。
図１１Ａは、フォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図である。
図１１Ｂは、図１１Ａのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
図１２Ａは、電子線式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有するフォトマスクのイメージを示す概略平面図である。
図１２Ｂは、電子線式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有するフォトマスクのイメージを示す概略平面図である。
図１３Ａは、レーザ式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有するフォトマスクのイメージを示す概略平面図である。
図１３Ｂは、レーザ式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有するフォトマスクのイメージをそれぞれ示す概略平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  −本発明の基本骨子−
上述した問題点、即ち実パターン形成の際にレジストの膜減りや断線が生じること、及びマスク製造プロセスごとに依存して最適な近接効果補正を行う必要のあることは、コンタクトホールのように外形が円形状又は楕円形状の実パターンを形成する際に顕在化する。これを一般化して考察すれば、外形の少なくとも一部分が曲線形状とされてなる極微細の実パターンを形成する際に、マスクパターンの当該部分に対応する箇所を複数の線分（多角線分）で近似して形成する必要があることに起因して生じる問題であると見なせる。
本発明者は、そもそもフォトマスクのマスクパターンを形成するためのマスクデータの段階において上記の多角線分による近似（多角近似）をして、マスクパターンの当該部分に対応する箇所を曲線近似（場合によって異なるが、例えば形成する実パターンが円形のものであれば６角形、８角形又はそれ以上）とすること、即ち曲線形状を持つ実パターンに対応して曲線近似されたマスクパターンを有するフォトマスクを用いれば、上記の問題を解決できることに想到した。そして、マスクパターンの外形を曲線近似するための多角近似は、換言すれば、実パターンの曲線に対応するマスクパターンの外形部分を曲線近似し得る手法であり、これはマスクパターンの形状はもとより、マスクパターン描画の態様や各種条件等により異なる。従って、これら形状や諸条件等に応じた個別具体的な多角近似により、所期のマスクパターンを形成することができる。
なお、電子ビームを用いた円形パターン描画の露光装置として、中心位置及び半径の情報から円形パターンを描画する技術が特開昭６０−１３６２２５号公報に開示されている。しかしながらこのような単純な手法では、近時のような微細パターンを実際に形成することは極めて困難であり、現実に所望の微細パターンを形成する要請に応えるべく、本発明がなされた経緯がある。即ち、実際に微細な円形の実パターンを形成するには、本発明のように、形成すべき形状やマスクパターン描画の態様、各種条件等に適合させた近似パターン、この場合では円形近似のマスクパターンを形成することが必須である。
以下、上記の技術思想の具体的な根拠について詳述する。
図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，図２Ｂ，図３は本発明の原理を説明するための図である。図１Ａは従来のコンタクトホールを形成するときのマスクイメージを示す概略平面図であり、図１Ｂはそのシミュレーションから導いた光強度の等高線図である。
フォトマスク１０１の各マスクパターン１１１は、コンタクトホールを形成するための開口部であり、ピッチ１８０ｎｍで一辺１３０ｎｍの４角形状とされている。照明条件はＮＡ＝０．７でσ＝２／３輪帯である。遮光部は１１２で示され、ウェーハ上にレジストが残る部分に対応する。
図１Ｂにおいて、１１３はシミュレーションより求めた光強度の中で一番強度の大きな個所、１１４は一番強度の小さい個所である。この結果を見ると、１１３の部分は光強度が大きくなっているが、１１４の部分も光強度が大きくなっており、光強度のコントラストは相対的に低下していることが判る。
図２Ａは、本発明により、マスクパターンを更に多角形状としたときのマスクイメージを示す概略平面図であり、図２Ｂはそのシミュレーションから導いた光強度の等高線図である。フォトマスク１のマスクパターン１１は、コンタクトホールを形成するための開口部であり、ピッチ１８０ｎｍで径１４０ｎｍの８角形状とされている。照明条件はＮＡ＝０．７でσ＝２／３輪帯である。遮光部は１２で示され、ウェーハ上にレジストが残る部分に対応する。
図２Ｂにおいて、１３はシミュレーションより求めた光強度の中で一番強度の大きな個所、１４は一番強度の小さい個所である。この結果と図１Ｂの結果を見比べると、１３の部分の光強度は若干小さくなっているが、１４の部分も光強度も小さくなっており、光強度のコントラストは図２Ｂの方が大きくなっていることが判る。
図３は、コンタクトホールを形成するためのマスクパターンを４角形と８角形で近似したときの、光強度のコントラストとホール径との関係を示す特性図である。
マスクパターンはピッチ１８０ｎｍで照明条件はＮＡ＝０．７でσ＝２／３輪帯である。この結果を見ると、４角形よりも８角形でマスクパターンを円形近似した方がよりコントラストが大きくなることが判る。即ち、従来では開口させることが出来なかった狭ピッチのコンタクトホールを開口させることが可能となる。このシミュレーション結果は、８角形で近似しているが、更に多くの頂点を持つ多角形で近似し、円形（曲線の外形）に可及的に近づけることが好適である。
更に、マスクパターンをほぼ円形とすると、マスク描画装置や製造プロセスに起因したパターンのラウンディングの違いが見えなくなり、近接効果補正の中からマスク起因のパラメータを除去することが可能となる。よって、マスク製造プロセスを変えても、近接効果補正値を変更する必要がなくなり、工数を小さくすることが可能となる。
−本発明の具体的な諸実施形態−
（実施形態１）
本発明の実施形態１を図４Ａ，図４Ｂに示す。実施形態１では、電子線式マスク描画装置を用いてマスクパターンを形成し、フォトマスクを作製する。図４Ａは、電子線を用いたマスク描画装置を使ってフォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図であり、図４Ｂはそのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
データイメージでは、マスクデータ２におけるマスクパターンを形成するためのデータ（パターンデータ）２１を８角形状とした。電子線式マスク描画装置の場合、解像力が高いため、このように例えば８角形などのより多くの頂点を持つ多角形のパターンデータを要する。このようなパターンデータを用いることにより、円形に近い（円形近似の）開口部であるマスクパターン２２を有するフォトマスク３が得られる。
（実施形態２）
本発明の実施形態２を図５Ａ，図５Ｂに示す。実施形態２では、レーザ式のマスク描画装置を用いてマスクパターンを形成し、フォトマスクを作製する。図５Ａは、ｉ線等を用いたレーザ式のマスク描画装置を使ってフォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図であり、図５Ｂはこのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
データイメージでは、マスクデータ４におけるマスクパターンを形成するためのデータ（パターンデータ）２３を８角形状とした。レーザ式マスク描画装置の場合、解像力がさほど高くないため、例えば６角形などの比較的少ない頂点を持つ多角形のパターンデータを用いても、円形に近い（円形近似の）開口部であるマスクパターン２４を有するフォトマスク５が得られる。
（実施形態３）
本発明の実施形態３を図６Ａ，図６Ｂに示す。実施形態３では、円形近似のマスクパターンを有するフォトマスクにより、コンタクトホールの実パターンを形成する。図６Ａはフォトマスクのイメージを示す概略平面図であり、図６Ｂはこのフォトマスクを用いて形成した際のウェーハ上におけるレジストパターンのイメージを示す概略平面図である。
ここでは、ピッチ１８０ｎｍ、ホール径１００ｎｍのマスクパターン２５を有するフォトマスク６を用いて、ＮＡ＝０．７、σ＝２／３輪帯の照明条件で露光した。通常の四角形のマスクパターンでは開口しないレジストも、円形近似の開口部であるマスクパターン２５を有するフォトマスク６を用いることにより、ウェーハ７上のレジスト１５に所期の円形状のレジストパターン２６が形成される。
（実施形態４）
本発明の実施形態４を図７に示す。図７は、フォトマスク上のマスクパターンのホール径とウェーハ上のコンタクトホールのホール径との関係を示す特性図である。横軸にマスクパターンのホール径を、縦軸にコンタクトホールのホール径をそれぞれ示す。
ここでは、ピッチ２２０ｎｍ、ホール径１２０ｎｍのマスクパターンを、ＮＡ＝０．７、σ＝２／３輪帯の照明条件でウェーハに露光転写した。四角形のマスクパターンを有するフォトマスクと、円形近似のマスクパターンを有するフォトマスクとでは、マスクパターンのホール径とコンタクトホールのホール径との関係を示す直線の傾きに明らかな相違が見られる。これは、円形近似のマスクパターンの方がプロセスマージンが大きいということを表している。
（実施形態５）
本発明の実施形態５を図８に示す。実施形態５では、フォトマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた一例を示す。
ここでは、フォトマスク８上における狭ピッチの個所のみのマスクパターン２７を円形近似で形成し、比較的疎な個所には４角形のマスクパターン２８を形成する。即ち、特にマスクパターンの形成が難しい個所のみに、このような円形近似のマスクパターン２７を適用するというものである。このような手法を用いると、無駄にマスクデータを大きくすることを防止することが可能となる。
（実施形態６）
本発明の実施形態６を図９に示す。実施形態６では、フォトマスク上の部分に応じてマスクパターンを変えた他の例を示す。
ここでは、フォトマスク９上における比較的疎な個所のみのマスクパターン２９を円形近似で形成し、狭ピッチの個所には４角形のマスクパターン３０を形成する。特に疎なマスクパターンの寸法安定性が必要なときに用いると効果的な例である。疎なマスクパターンのみに円形近似を適用するため、そのデータ量も通常のデータ量と大きく変わることがない。
（実施形態７）
本発明の実施形態７を図１０に示す。実施形態７では、例えばメモリ素子のキャパシタに対応した実パターンを形成する場合のフォトマスクを示す。
ここでは、マスクパターン３１を楕円近似とされてなるフォトマスク１０を用いる。このフォトマスク１０を作製する際には、バイアスをかけることによって、より狭ピッチのマスクパターンを得ることが可能となる。
（実施形態８）
本発明の実施形態８を図１１Ａ，図１１Ｂに示す。実施形態８では、例えばロジックデバイスのバルク配線のような実パターンを形成するためのフォトマスクを作製する。図１１Ａはフォトマスクを作製するときのデータイメージを示す概略平面図であり、図１１Ｂはこのマスクデータを用いて作製したマスクイメージを示す概略平面図である。
ここで、マスクデータ４１上、各パターンデータ３２の角部位を多角形で近似することにより、フォトマスク４２上で円形に近い端部を持つマスクパターン３３を形成することが可能となる。このようなマスクパターンを用いれば、プロセスマージンの広い安定したレジストパターンを得ることが可能となる。
（実施形態９）
本発明の実施形態９を図１２Ａ，図１２Ｂ，図１３Ａ，図１３Ｂに示す。実施形態９では、電子線式マスク描画装置とレーザ式マスク描画装置により形成されるマスクパターン形状を比較した。図１２Ａは電子線式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有するフォトマスク、図１２Ｂは電子線式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有するフォトマスク、図１３Ａはレーザ式マスク描画装置による四角形のマスクパターンを有するフォトマスク、図１３Ｂはレーザ式マスク描画装置による円形近似のマスクパターンを有するフォトマスクのイメージをそれぞれ示す概略平面図である。
四角形のマスクパターンにおいては、描画装置により形状の違いが現れる。ここでは、図１２Ａのフォトマスク４３のマスクパターン３４に比して、図１３Ａのフォトマスク４４のマスクパターン３５の方が角部位が丸く形成されている。この形状の違いが近接効果補正値の相違に反映される。他方、円形のマスクパターンにおいては、両描画装置ともに円形近似でパターン形状に違いは出ない。即ち、図１２Ｂのフォトマスク４５のマスクパターン３６と、図１３Ｂのフォトマスク４６のマスクパターン３７とは、ほぼ同一の円形近似とされている。よって、コンタクトホールを形成するためのマスクパターンを四角形ではなく円形近似にすることにより、近接効果補正の値に違いが生じないことになり、マスク製造プロセスを変えても、近接効果補正値を変更する必要がない。
以上説明したように、円形近似や楕円形近似のマスクパターンによりコンタクトホールを形成すれば、狭ピッチのレジストパターンが安定に形成できることが判る。また、円形近似のマスクパターンであれば近接効果のマスクプロセス起因の要素を省くことが可能となる。
なお、以上説明した諸実施形態では、通常の近接効果補正を併用することも可能である。
【産業上の利用可能性】  本発明によれば、小さなピッチでもレジストの膜減りやコンタクトホール等の実パターン間における断線等のデバイス製造上の不具合を発生させないようにレジストパターンを形成し、また、近接効果補正からマスク製造プロセスの成分を排除し近接効果補正を単純化することにより、所期の極微細の実パターンを容易且つ正確に形成することが可能となる。
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【図３】
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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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【国際調査報告】
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