(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の微細パターンと、当該微細パターンの微細線幅方向両側にそれぞれ配置され、透過する光の位相差により光の干渉を打ち消す複数の位相シフトパターンと用いた高解像度露光と、微細パターン箇所以外の通常露光とを含む複数回露光により一つの層を形成する際に用いるパターンの生成方法であって、
前記通常露光に用いるマスクパターン生成に際し、前記高解像度露光用マスク上の前記微細パターンに対応した位置に重ねられる当該通常露光用マスク上の遮光パターンのサイズを、前記微細パターンの疎密性に応じて生じる解像後の線幅格差を縮小する方向に変化させる
パターン生成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高集積半導体装置等の製造過程で、露光装置を用いてフォトマスクの透過光から微細パターンをウェーハ基板上に高解像度で形成したい場合に好適なパターン生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程に用いられるフォトマスクは、ガラス基板上に遮光膜が形成された構造をなしており、半導体素子のパターン形成工程では、このフォトマスク上の遮光パターンがウェーハ面に塗布されたフォトレジスト上に投影露光される。フォトマスク上の遮光パターンは、設計されたＣＡＤデータを描画装置用のデータに変換し、これを忠実にパターンニングして得られ、このフォトマスクパターンをウェーハ上に精度よく転写するのが半導体フォトリソグラフィプロセスである。
【０００３】
半導体デバイス製造プロセスにおけるフォトリソグラフィ工程では、露光波長近傍のパターンを形成する必要から光の波長から決まる解像限界を越えた高解像度が必要とされている。そのため、近年では露光波長以下の微細パターンを形成できるリソグラフィ技術として、位相シフト法が用いられている。
【０００４】
以下に、空間周波数変調型位相シフト法の原理について説明する。
図１６は、この位相シフト法の原理を従来法と対比して示す図、図１７は位相シフト法および従来法のフーリエスペクトルを示す図である。
ここで、光強度透過率の周期が、１／ν0 である１次元周期パターンで解像度限界近傍の値をとると仮定する。光透過対象が解像限界に近いマスクパターンなので、正弦波状の基本周波数成分のみを考えると、フォトマスク透過光の振幅は以下のように近似できる。
【０００５】
【数１】
従来のマスク：      Ｔ（ｘ）＝｜ｃｏｓ２πν0 ｘ｜          … (1-1)
位相シフトマスク：  Ｔ（ｘ）＝  ｃｏｓ２πν0 ｘ            … (1-2)
【０００６】
図１６（ａ）に示す従来法では、フォトマスクを透過した光が光軸に沿って直進する０次回折光と、光軸に対してθ（ｓｉｎθ＝ν0 λ）なる角度をなす±１次回折光とに分離され、投影レンズに入射する。一方、図１６（ｂ）に示すように、位相シフト法では、位相シフトマスクを透過した光が光軸に対してθ／２なる角度をなす±１次回折光に分離され、投影レンズに入射する。いずれの場合も投影レンズの内側を透過した回折光のみが像形成に寄与する。
投影レンズの瞳面に形成されるフーリエスペクトルは、式(1-1) 、(1-2) のフーリエ変換から以下のように表される。
【０００７】
【数２】
従来マスク：Ｆ（ν）＝（４／π）｛δ（ν）／２＋〔δ（ν＋ν0 ）＋δ（ν−ν0 ）〕／２＋‥‥｝… (2-1)
位相シフトマスク：Ｆ（ν）＝（１／２）〔δ（ν＋ν0 ／２）＋δ（ν−ν0 ／２）〕… (2-2)
【０００８】
図１７に示すように、位相を考慮しない従来の透過型マスクでは、ν＝０，±ν0 にスペクトル成分が存在するのに対し、位相シフトマスクでは、ν＝±ν0／２のみに存在する。すなわち、位相シフトマスクから得られる基本スペクトルは透過型マスクで得られるスペクトルの半分の位置にある。それはマスクパターンの空間周波数が半分になったことに相当する。ステッパの投影レンズは、固有周波数νｃ（＝ＮＡ／λ）より小さい空間周波数成分のみを伝達するローパスフィルタとして作用する。転写したい微細パターンの空間周波数ν0 がνｃ＜ν0≦２νc の場合を考えてみると、透過型マスクの場合、±ν0 のスペクトル成分は通らないので像のコントラストは得られない。一方、位相シフトマスクは基本スペクトルν＝±ν0 ／２を伝達するので像面上でパターン像を形成する。これが、解像力向上の効果がもっとも大きい空間周波数変調型位相シフトマスクの特徴である。
【０００９】
空間周波数変調型位相シフトマスクの基本的なレイアウト構造は、図１６（ｂ）に示すように、０度、１８０度の２位相を使い、マスクの開口部が交互に逆位相になるようにシフタを配置する。シフタには、図１６（ｂ）に示されるように遮光膜と異なる膜でシフタを積層するものと、ガラス面をエッチングしてシフタの機能をもたせたものがある。
このシフタ配置は平面的な地図を２種類に塗り分ける二色問題に相当し、シフタ位相を交互に配置しなければならない。そのため、複雑な配線レイアウトにおいては、シフタ位相を交互に逆転できない配置矛盾（位相矛盾）が原理的に避けられないことになる。
【００１０】
第１の従来技術として、大井らは『Method of Design of Phase-Shifting Masks Utilizing a Compactor, JJAP Vol.33(1994) No.12B, pp 6774-6778』の文献で、形成するパターン間の透過光の位相差を利用した位相シフト法においてレイアウト圧縮（コンパンクション）を用いて位相矛盾を回避する手法を論じている。
【００１１】
図１８は、この第１の従来技術で前提となっているネガレジストを用いた、いわゆるレベンソン型位相シフトの原理を示す図である。
図１８に示すフォトマスクは、パターン形成箇所に設けたクロム開口部が、１８０度位相のシフタ（ガラスエッチング溝）ありと０度位相の溝なしとに交互に配置されている。したがって、この位相シフト法ではパターンそのものを透過する光の位相差を利用することになり、パターン転写箇所が現像液に溶けずに残るネガレジストが必須となる。実用的なネガレジストは入手が困難なうえ、パターンレイアウトそのものが位相差を生ずるパターンである必要があるため、単純なライン＆スペースでは効果的ではあるが、孤立パターンでは位相シフトの効果がでない。したがって、第１の従来技術は、位相矛盾を回避することができても、その前提となるレジスト材料やパターン作成上の制約が多い欠点がある。
【００１２】
そこで近年検討されているのが、形成しようとする微細パターンの両側を透過する光に位相差を付けたマスクによる位相シフト露光と、それにより生ずる不要パターンを除去する通常露光との複数回の露光による手法（以下、位相シフト多重露光法）である。この第２の従来技術は、為近らによって『Automatic Generation of Phase-Shifting mask Patterns Using Shifter-Edge Lines, MICRO-AND-NANO-ENGINEERING'97』の文献で論じられている。
図１９は、この位相シフト多重露光法として、ポジレジストを用いたレベンソン型位相シフトの原理を示す図である。
図１９に示す位相シフトマスク（図１９（ａ））は、微細パターン（クロムパターン）の両側に設けた開口部が、１８０度位相のシフタ（ガラスエッチング溝）ありと０度位相の溝なしとに交互に配置されている。ポジレジストを用いるため周囲はクロムで覆われている。そして、２回目の露光（通常露光）では、図１９（ｂ）に示すフォトマスクを用いて、微細パターンを遮光しながら、図示せぬ周囲の配線部分を解像する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この位相シフト多重露光法による第２の従来技術においては、位相シフトパターンにて形成される微細パターンでは、そのパターン間距離に応じた疎密性が形成パターンの線幅バラツキを生じさせることがある。これを低減するために、微細パターンの線幅をパターン間距離に応じて変更することも従来から検討されているが、フォトマスク製造プロセス上の制御が限界であるほどの微細パターンにおいては、その補正結果がフォトマスク製造プロセス上の線幅限界からはずれており、製造できない可能性がある。
【００１４】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、位相シフトマスクの設計において、位相シフトを用いた微細加工パターンのパターン間距離に依存した線幅の疎密依存性を補正する、多重露光用マスクパターンの生成方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るパターン生成方法は、複数の微細パターンと、当該微細パターンの微細線幅方向両側にそれぞれ配置され、透過する光の位相差により光の干渉を打ち消す複数の位相シフトパターンと用いた高解像度露光と、微細パターン箇所以外の通常露光とを含む複数回露光により一つの層を形成する際に用いるパターンの生成方法であって、前記通常露光に用いるマスクパターンの生成に際し、前記高解像度露光用マスク上の前記微細パターンに対応した位置に重ねられる当該通常露光用マスク上の遮光パターンのサイズを、前記微細パターンの疎密性に応じて生じる解像後の線幅格差を縮小する方向に変化させる。
【００１６】
微細パターンの疎密性に依存する線幅格差の緩和が、従来の位相シフトマスク上のみでの修正では限界があったのに対し、このパターン生成方法では、２回目以降の通常露光において、微細パターンの疎密性によって生じる解像後の線幅格差を縮小又は是正することができる。一般に、位相シフトマスクの微細パターンはフォトマスク製造限界まで既に微細化されているが、２回目以降の通常露光用マスクではサイズ変更の余地が残されていることが多い。この方法では、フォトマスク製造限界からの制約を回避しながら微細パターン間の線幅格差を縮小または是正できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は、空間周波数変調型位相シフト法を用い解像限界以下の微細パターンを形成する方法であり、微細パターンの種類に限定はないが、現在の半導体デバイスにおいて解像限界以下としたいパターンとして、代表的なものではＭＯＳトランジスタのゲートパターンが挙げられる。
【００１８】
以下、ＭＯＳトランジスタ構造を説明した後、そのゲートパターンの超高解像度露光を例に、本発明に係るパターン生成方法の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、一般的なＭＯＳ集積回路における断面構造図である。
図１において、符号１００はＭＯＳ集積回路、１０１はｐ型シリコンウェーハ等の半導体基板、１０２はｎ型不純物等が高濃度に導入されたソース・ドレイン不純物領域、１０４は寄生トランジスタの形成を防止するためにｐ型不純物等が高濃度に導入されたチャネルストッパ、１０６は素子分離層としてのＬＯＣＯＳ、１０８はゲート酸化膜、１１０はｎ型ポリシリコン等からなるゲート電極を示す。
このようなＭＯＳ集積回路において、最も高い線幅制御性が要求されるのはゲート電極１１０の加工時である。すなわち、トランジスタのゲートパターン幅（一般には、ゲート長Ｌｇ）は、トランジスタ特性（ゲート閾値電圧Ｖth、相互コンダクタンスｇｍ等の駆動能力）を決定し、その線幅バラツキは特性バラツキに直接影響するため、ゲート電極パターンの線幅制御がＭＯＳトランジスタ形成においてもっとも重要である。
【００２０】
図２は、パターン生成装置の概略構成例を示すブロック図である。
この図示例のパターン生成装置１は、入力部２、位相シフトパターン生成部４、通常マスクパターン生成部６、パターン変更部８、出力部１０および制御部１２に大別される。
位相シフトパターン生成部４は、更に、図形演算手段１４、図形処理手段１６、パターン検索手段１８、位相設定手段２０、位相差確認手段２２を有する。このうち、図形演算手段１４および図形処理手段１６は、“配置決定手段”に該当し、また、パターン検索手段１８、位相設定手段２０および位相差確認手段２２は、“位相決定手段”に該当する。また、図形演算手段１４は“パターン抽出手段”又は“パターン合成手段”に、図形処理手段１６は“単位パターン生成手段”にそれぞれ該当する。
【００２１】
これらの構成部分の機能は後述の手順説明で詳述するが、大まかに言うと、例えば２つの手段１４及び１６で構成される配置決定手段は、複数の微細パターンの微細幅方向両側にそれぞれ配置される複数の位相シフトパターンの形状を、複数の微細パターンの位置関係に基づいて決定する。
また、例えば３つの手段１８，２０及び２２で構成される位相決定手段は、複数の位相シフトパターンの位相を、それぞれ複数の微細パターンの位置関係に基づき、かつ、各微細パターンを挟んで近接した位相シフトパターン対間で位相差が１８０度となるように決定する。
本例では、“微細パターン”は図１のゲート電極１１０を形成する遮光パターンであり、当該遮光パターンのゲート長方向両側に位相差１８０度で配置された遮光パターンの開口部（図１９の１８０度位相開口部と０度位相開口部）が“位相シフトパターン”に該当する。
【００２２】
つぎに、位相シフトパターンの第１の生成方法を、図３のフロー図を用いて説明する。この生成方法は、例えば図２に示すようなパターン生成装置１で実施できる。ここでは、パターン生成装置１内で制御部１２の制御を受けて各手段が処理を実行するものとする。
図３のステップ１においては、ゲート電極パターンの両隣に透過した回折光どうしが打ち消し合うのに十分な幅をもち、求める位相シフトパターンを構成する要素となる単位パターンを生成する。
【００２３】
図４は、この単位パターンの生成手順の一例を示すフロー図である。また、図５は、本例のＭＯＳ集積回路における単位パターンの生成過程を示すパターン平面図である。
図４に例示する方法では、まず、図２の入力部２がＣＡＤデータを入力した後、ステップＳＴ１１において、微細パターンをＣＡＤデータから抽出する。この微細パターンは、単位パターン生成の位置と長さ（解像する微細線幅に直交するサイズ）を決める基準となる。微細パターンの抽出は、入力部２からのＣＡＤデータをもとに図２の図形演算手段１４によって実行される。
具体的に、本例のＭＯＳ集積回路でトランジスタ特性を決める微細線幅を有する箇所は、ゲートポリシリコン層とＬＯＣＯＳ以外の素子領域との重なり部分であるので、まず、図５（ａ）に示すように、ゲートパターンＰａと素子領域パターンＰｂを読み出す。そして、図５（ｂ）に示すように、ＣＡＤデータから読み出した素子形状パターン同士を重ねて、図形積の処理（ＡＮＤ処理）を行うことで微細ゲート部Ｐｃを抽出する（図５（ｃ））。
【００２４】
つぎに、図４のステップＳＴ１２において、抽出された微細ゲート部Ｐｃに２度のリサイズがかけられる。このリサイズは、図２の図形処理手段１６によって実行される。具体的には、図５（ｄ）に示すように、多重露光時の合わせマージンをとるために、微細ゲート部Ｐｃのゲート幅Ｗｇをゲート幅方向両側それぞれに所定長さだけ拡大する。また、図５（ｅ）に示すように、ゲート幅方向拡大後の微細ゲート部Ｐｄに対し、今度はゲート長方向両側それぞれにリサイズをかける。これにより、元のゲート長Ｌｇ0 がＬｇ’に縮小された最終的な微細ゲートパターンＰｅが得られる。このリサイズ後のゲート長Ｌｇ’が、ゲートパターンを解像する線幅に最も影響を与えるパラメータの一つとなる。
【００２５】
そして、図４のステップＳＴ１３において、リサイズ後の微細ゲートパターンＰｅを基準に、位相シフトパターンを構成する単位パターンを生成する。このパターン生成は、図２の図形処理手段１６によって実行される。具体的には、図５（ｆ）に示すように、微細ゲートパターンＰｅの微細線幅方向両側にそれぞれ、位相シフトに充分な所定幅Ｌ以上の幅を有し微細ゲートパターンＰｅの長手辺（長さＷｇ’）全域に沿って、２つの単位パターンＰｆを生成する。以上の要件を満たせば単位パターンＰｆの形状は任意であるが、通常、図５（ｆ）に示す矩形状に単位パターンＰｆが生成され、図４で示す単位パターンの生成工程が終了する。
【００２６】
つぎに、図３のフローに処理の手順が戻り、ステップＳＴ２において、ＯＲ処理によるマージが行われる。この処理は、図２の図形演算手段１４によって実行され、これにより所望の位相シフトパターンが得られる。
得られた位相シフトパターンの一例を、図６に示す。この図示例では、位相シフトパターンＰ１，Ｐ５及びＰ６は、それぞれ単位パターンＰｆ１１，Ｐｆ４２又はＰｆ５１の単独構成となっているが、位相シフトパターンＰ２〜Ｐ４については、複数の単位パターンの図形和から構成されている。位相シフトパターンＰ２は、微細ゲートパターンＰｅ１の一方の単位パターンＰｆ１２と、微細ゲートパターンＰｅ２の他方の単位パターンＰｆ２１との図形和から構成され、同様に、位相シフトパターンＰ４は、微細ゲートパターンＰｅ３の一方の単位パターンＰｆ３２と、微細ゲートパターンＰｅ４の他方の単位パターンＰｆ４１との図形和から構成されている。また、位相シフトパターンＰ４については、３単位パターン、即ち微細ゲートパターンＰｅ２の一方の単位パターンＰｆ２２、微細ゲートパターンＰｅ３の他方の単位パターンＰｆ３１、微細ゲートパターンＰｅ５の一方の単位パターンＰｆ５２の図形和から構成されている。これら図形和で形成される位相シフトパターンの形成では、単位パターン間にフォトマスク製造プロセス上問題となる微細な隙間が出来ないよう、その単位パターンの幅が調整される。
【００２７】
続いて、例えば図２の入力部２から送られてくる情報をもとに、パターン検索手段１８が、初期検索位置及びその位相を定めた後（ステップＳＴ３）、次のステップＳＴ４において、最小線幅の近接パターンを検索する。
たとえば、図６の例で位相シフトパターンＰ３に着目すると、まず、これを最初の検索パターンとして、その位相を０度にするか１８０度にするかが決められる。そして、パターン検索手段１８が、着目パターンＰ３に近接する所定の微細線幅内のＬ１〜Ｌ３を検出し、その微細線幅内で近接する近接パターンＰ２，Ｐ４及びＰ６を検出する。
【００２８】
つぎのステップＳＴ５において、検出された位相シフトパターンＰ２，Ｐ４及びＰ６のそれぞれに対し、その各位相が着目パターンと位相差πに設定される。この位相設定は、図２の位相設定手段２０によって実行される。たとえば、予め設定された着目パターンＰ３の位相が０度とすると、その近接パターンＰ２，Ｐ４及びＰ６は、全て１８０度位相となる。
つぎのステップＳＴ６において、例えば図２のパターン検索手段１８が位相を決定した近接パターンを新たな着目パターンとして、当該新たな着目パターンに更に近接パターンが有るか否かを確認する。近接パターンがある場合は、フローがステップＳＴ４の前に戻り、新たな着目パターンについて近接パターンの検出（ステップＳＴ４）、位相決定（ステップＳＴ５）および近接パターンの有無確認（ステップＳＴ６）を繰り返す。図６の例では、これら一連の処理によって残りのパターンＰ１及びＰ５も検索され、それぞれ０度位相に設定され、図７のような２種類の位相分布が決まる。そして、近接パターンが無いと判断されると、フローが次のステップＳＴ７に進む。
【００２９】
ステップＳＴ７では、例えば図２の位相確認手段２２によって位相未決定パターンが有るか否かを調べる。図６の例では、ここで未決定パターンが無いと判断され、続くステップＳＴ８で、各微細ゲートパターンの微細線幅両側で位相差が１８０度異なっているかが調べられ、位相矛盾がない場合（“ＯＫ”）、位相シフトパターンとその位相分布情報が図２の出力部１０から出力され、次のＥＢデータ変換装置に送られる。
ステップＳＴ７で、位相未決定パターンが有る場合、処理のフローがステップＳＴ３の前に戻り、検索位置の再設定からやり直す。これにより、最終的には位相未決定パターンが無くなるまで、上述した手順で位相決定が繰り返される。
一方、次のステップＳＴ８で位相矛盾があると判断された場合（“ＮＯＴ  ＯＫ”）、処理がステップＳＴ９に進む。
【００３０】
ステップＳＴ９では、位相矛盾の解消を目的とした位相シフトパターンの変更を行う。この処理は、図２のパターン変更部８により実行される。
具体的に、まず、その位相矛盾箇所の２つの位相シフトパターンの配置領域サイズを調べ、少なくとも何れか一方に位相シフトパターンの追加（２分割）するスペース的な余裕があるか否かを判断する。つまり、２つの位相シフトパターンのゲート長方向の幅を調べ、その幅が位相シフト効果を得るための必要最小幅Ｌの２倍以上か否かを確認する。２倍以上の場合、その箇所に位相差πの位相シフトパターンを追加することで上記位相矛盾が解消される。なお、特に図３のフロー図には示さないが、位相矛盾が生じた連鎖検索経路中にサイズが大きくてパターン追加が可能な箇所を検出し、そこで位相矛盾を解消し、上記手順によって位相設定をやり直すこともできる。
【００３１】
このような位相矛盾解消策を行っても尚、位相矛盾が解消できないときは、本実施形態では、当該位相矛盾箇所、或いは他にトランジスタ特性等への影響がより少ない箇所が位相矛盾箇所と同じ連鎖検索経路中に存在すれば、その箇所において、微細ゲートパターン間の修正（レイアウト修正）を行い、位相差πの位相シフトパターン対の近接配置を可能にする。レイアウト修正は、手修正でもかまわないし、レイアウトコンパクタ等を用いた自動修正でもかまわない。レイアウトコンパクタを用いた場合は、上記修正箇所で制限をくわえたうえで、例えば等が修正箇所のコンストレイントをコンパクタのデザインルールに反映させ、上記修正箇所で位相差１８０度の２つの位相シフトパターン配置が可能になるように、全体のレイアウトを圧縮する。このとき、修正箇所に例えば圧縮をかけないような制限が予め与えられているので、周囲のパターン及び合わせ余裕等のデザインルールが小さくなって、これとともに必要な位相シフトパターンのサイズも小さくなる一方で、この制限を加えた位相シフタの箇所がサイズ縮小されないために、パターン追加に必要なスペースが生じる。
なお、以上の説明で、位相矛盾が生じた箇所が微細パターンでないときは、２回目の露光により消去されるため、そのまま位相矛盾を放置してもよい。また、当然ながら、同様にしてレイアウト全体を拡張する過程でも位相矛盾の解消は可能である。
【００３２】
その後、位相シフトパターンの追加をして位相矛盾が解消できれば、その結果（当該変更後の位相シフトパターン及びその位相分布情報）を、図２の出力部１０から出力し、当該位相シフトパターン生成が終了する。
【００３３】
位相シフトパターンの追加をし、その隙間部分が解像されてしまう場合は、必要に応じて、多重露光の２回目の通常露光における遮光パターンを修正する。
なお、図２の通常マスクパターン生成部６により、合わせマージンを加味した一回り大きなサイズで微細ゲート上に重ねられるの保護パターンの生成も行われる。その詳しい内容に関しては、後述するので、ここでの説明は省略する。
【００３４】
この位相シフトパターンの第１の生成方法では、セル設計段階で位相シフトパターンの形状と位相が決められるのではなく、位相シフトパターンの形状と位相を、微細ゲートパターン位置と形状を基準として順次連鎖的に決定する。このため、ゲートパターンの形状と配置が決まれば、後は自動的に位相シフトパターン及びその位相を決定でき、位相シフトパターンのパターン設計が高速である。
とくに、位相決定に連鎖的な検索手法によって実行するので、この修正（位相変更）のフィードバックが容易である。たとえば、位相矛盾が起こったときに、位相矛盾が解消できるスペース的な余裕がある箇所でのパターン追加をした場合、または、ゲートパターンレイアウト間隔を広げるレイアウト変更の必要がある場合の何れの場合でも、その後の位相差確認および位相再設定がスムーズである。また、これらの方法では位相矛盾が解消できない場合でも、レイアウト圧縮または拡張により最終的には必ず位相矛盾が解決できる。
さらに、位相シフトパターンの形状と位相を微細パターンの位置関係に基づいて求めることから、２次元平面内でどのような向きでも１８０度の位相差で位相シフトパターンを近接配置できる。したがって、微細パターンが平行である必要がなく、従来より制約が少ない。
以上より、この位相シフトパターンの生成方法は、従来よりパターン生成上の制約が少なくて効率が高いといった利点を有する。
【００３５】
図８は、パターン生成装置の他の構成を示すブロック図、図９は位相シフトパターンの第２の生成方法を示すフロー図である。
【００３６】
このパターン生成装置３０は、図２に示す場合に比較すると、前記パターン検索手段１８及び前記位相差確認手段２２に代えて、グラフデータ生成手段３２，グラフループ確認手段３４及びグラフデータ変更手段３６を有する。また、ここでは、記憶手段４０が付加されている。これらの手段３２，３６，３８及び４０の機能は後述する。他の構成は、前記の場合と同様である。但し、パターン変更部８、位相設定手段２０及び出力部１０間のパターンデータの流れが第１の方法と若干異なる。
【００３７】
このパターン生成方法では、図９のステップＳＴ２までは前記した図３と同様であり、ここでも図４のフロー図はそのまま適用される。
図９のステップＳＴ３では、図８のグラフデータ生成手段３２によってグラフデータの作成を行う。
【００３８】
図１０は、グラフデータの要素とデータ構成例を示す図である。
グラフデータは、ノードとエッジと称される２つの要素から成り立っている。ノードとは、形成された各位相シフトパターンを示す情報で、図１０（ａ）の例では、位相シフトパターンＰ１，Ｐ２，…，Ｐ５のそれぞれに、ノード▲１▼，▲２▼，…，▲５▼が対応ずけられている。また、エッジとは、各位相シフトパターン相互間の位置関係、例えばゲート長方向の距離が微細線幅であることを示す情報で、図１０（ｂ）の例では、位相シフトパターンＰ１とＰ２間、Ｐ２とＰ３間、Ｐ３とＰ４間、Ｐ３とＰ５間の各距離が微細線幅であることが、それぞれエッジＥ１２，Ｅ２３，Ｅ３４，Ｅ３５として表現されている。
これらの情報は図８の記憶手段４０に格納されるが、その具体的な格納構造（データベース）としては、例えば、ノードのリスト（位相シフトパターン識別情報）、エッジのリスト（微細線幅で近接する位相シフトパターン対の情報）、及び各ノード毎のパターンエッジリスト（各位相シフトパターンに近接するパターンの情報）の３種類のデータベースがある。図１０（ｃ）は、データベースの一例として、各ノード毎のパターンエッジリストを図で表現したものである。なお、ＣＡＤ設計がセルベースで行われている場合は、これら３種類のデータベースをセルの種類毎に有する。
【００３９】
このようなグラフデータの生成では、エッジを定める際に、例えば図３におけるパターン検索と同様な手法で近接パターン間の関係を連鎖的に調べていく方法でエッジ検出を達成できる。
図１１（ａ）には、このノードとエッジで表現されたグラフデータを図形化したもの（グラフ図形）と、その対応パターンを２例示す。このように、グラフデータを用いると、微細ゲートパターンの最小線幅だけ離れた距離にある複数のパターンを一まとめにして図形化することができる。
【００４０】
つぎのステップＳＴ４において、例えばグラフデータ生成手段３２によって、生成したグラフ図形が閉ループであるか否かの判断がされる。図１１（ａ）の例のように閉ループでないときは、フローがステップＳＴ５に進み、図３の場合と同様にして、位相設定手段２０によって各位相が決定され（図１１（ｂ））、その位相シフトパターンと位相情報が出力部１０から出力される。
【００４１】
一方、生成したグラフ図形が閉ループの場合は、フローがステップＳＴ６に進み、その閉ループノード数が偶数（偶数ループ）であるか奇数（奇数ループ）であるかを確認する。このループ確認は、図８のグラフループ確認手段３４によって実行される。
図１２（ａ）は偶数ループの場合、図１２（ｂ）は奇数ループの場合を例示する。図１２（ａ）のような偶数ループでは、原理的に位相矛盾が起こり得ないので、第１実施形態と同様に各位相を設定し（ステップＳＴ５）、その結果を出力する。これに対し、図１２（ｂ）のような奇数ループでは、位相矛盾を起こすことが明らかなので、位相設定を一度も試すことなく処理フローをステップＳＴ７に送り、図８のグラフデータ変更手段３６によってグラフデータの変更を行う。そして、次のステップＳＴ８にて、図３と同様なパターン変更、即ちゲートパターンのレイアウト変更またはレイアウト圧縮（拡張も可）等を行った後、位相設定（ステップＳＴ５）を経て結果を出力する。
【００４２】
なお、先のステップＳＴ７におけるグラフ変更箇所は基本的には任意であるが、そうすると一回のレイアウト変更、圧縮（又は拡張）で位相矛盾解消がうまくいくとは限らない。
そこで、変形例として、先のグラフデータのノードに、各位相シフトパターンの識別情報のほかに各パターンのゲート長方向の幅を含ませておくと、その幅が位相シフトパターン追加可能なほど広いか否かが瞬時に判り、グラフ変更に好適な箇所の特定が容易であり望ましい。これにより、パターン変更では、位相シフトパターンの単純追加で、即、位相矛盾なく位相決定が可能になる。また、パターン変更が必要な場合でも、各パターンのゲート長方向の幅情報に基づいて、ゲートパターンの移動量またはレイアウト圧縮率（又は拡張率）が予め想定でき、パターン変更を一回で済ませることが可能となる。
【００４３】
図１２（ｃ）には、以上の何れかの方法で位相矛盾を解消した変更後のグラフ図形とパターンを例示する。
なお、２回目の通常露光のパターン変更を付随して行うことは前記の場合と同様である。
【００４４】
この第２の位相シフトパターンの生成方法は、第１の方法と同様な効果に加え、グラフ上で位相決定ができる利点がある。また、グラフデータを一度作ってしまえばパターンの連鎖的な検索が不要であり、位相差確認，位相設定の繰り返し回数が少なくて済む。つまり、第１の方法では、実際にパターン検索で位相設定をして、位相矛盾が生じた場合にパターン変更を行って位相差確認、位相決定を再度行って、これを繰り返す必要が生じ得るが、この第２の方法では、関連するグラフデータ群（グラフ図形）が閉ループとなるか、閉ループの場合にノード数が偶数か奇数かの簡単な判断によって位相矛盾の有無を容易に知ることができ、直ぐにパターン変更等の対処ができることから、効率化が更に高いものとできる利点がある。このグラフデータは、位相決定に必要な情報が最小限で済み簡素であり、パターン毎に記憶し、パターン変更ごとに更新することで、グラフデータの作成変更にかける時間と労力は、グラフデータの有用性（パターン生成の効率化）に比べ格段に小さい。
【００４５】
次に、２回目の通常露光における、微細パターンの疎密性による線幅バラツキの低減について説明する。この方法は、先の第１，第２の位相シフトパターンの生成方法の何れと組み合わせてもよい。
図１３は、微細パターンの疎密性による線幅バラツキを説明するための図であり、図１３（ａ）は微細パターンの疎密性があるパターン平面図、図１３（ｂ）は、第２実施形態の位相シフトパターン生成法によるゲート形成の光強度シミュレーション結果を示すグラフである。図１３（ａ）は、素子領域パターン、ゲート電極パターンおよび１８０度位相シフタの各パターンを重ねたものであり、素子領域１で間隔が広いゲートパターン（疎パターン）、素子領域２で間隔が狭いゲートパターン（密パターン）となっている。また、図１３（ｂ）のグラフの横軸はフォーカス深度、縦軸は光転写イメージのゲート微細線幅である。
【００４６】
図１３（ｂ）のシミュレーション結果から、幅広いフォーカス深度範囲において解像後のゲート線幅が疎パターンと密パターン間で大きく（＞２０ｎｍ）異なっていることがわかる。この結果では、ゲート微細線幅が疎なパターンで太る傾向があり、そのゲート間隔の疎密性に依存した線幅格差を補正するには、疎パターン側で現状のフォトマスク上のゲート線幅を細らせる必要があることになる。しかし、位相シフトパターンで形成する微細パターンのフォトマスク上の微細線幅はすでにフォトマスク製造プロセス上の限界まで細いマスク線幅であり、それ以下に細らせることにはフォトマスク製造プロセスマージンを狭める方向で、好ましくない。
【００４７】
そこで、通常露光において位相シフト露光によるゲート解像パターン（レジスト潜像）上に重ねられる通常露光用マスク上のゲート遮光パターンの線幅を変えることで、ゲート線幅の疎密依存バラツキを補正する。
この通常露光用マスク上の遮光パターンは、通常、ゲート解像パターンへのマスク合わせずれを考慮し微細線幅方向に若干太く形成されている。このため、その遮光パターンは、露光波長に比較しさほど厳しくないデザインルールになっている。よって、この遮光パターンの線幅を変更することは、フォトマスク製造プロセス上も問題のない範囲で可能である。
【００４８】
図１４に、実際に遮光パターンの線幅を変更し、ゲート間隔の疎密性に依存した線幅格差を補正した結果のパターン平面図と、光強度シミュレーション結果を示す。
微細ゲートパターンの配置間隔疎密性に依存した線幅格差は、２回目の通常露光に用いる遮光パターンの幅を大きくする方向で是正でき、図１４の例では、密パターンにおける遮光パターンを幅方向に全てつなげて形成した。
このような変更後の遮光パターンを用いた場合の光強度シミュレーション結果から、確かに微細パターンの線幅がパターン間隔に依存せず、従来のパターン疎密に無関係に同じ遮光パターンとした場合に発生していたゲート間隔の疎密性に依存した線幅格差を、満足のいくレベルまで是正できることがわかった。また、マスクパターンも最小線幅も変更せずにすんだため、フォトマスク作成における線幅規格も厳しくする必要がない。
【００４９】
最後に、２回目以降の通常露光で用いる遮光パターンの生成手法を、微細ゲートパターンに疎密のある場合で説明する。この通常露光用遮光パターンの生成は、特に言及しない限り、基本的には図２又は図８の通常マスクパターン生成部６によって実行される。
図１５は、この通常露光用遮光パターンの各生成過程におけるパターン平面図である。
【００５０】
まず、図１５（ａ）において、先の位相シフトパターンの生成時と同じように、ゲート電極パターンと素子領域パターンとの図形積処理（ＡＮＤ処理）を行って、微細ゲートパターンを抽出する。このパターン抽出は、図２，図８の図形演算手段１４と同じ機能を通常パターン生成部６内に有するか、図形演算手段１４を兼用化することで実行される。
つぎの図１５（ｂ）において、抽出パターンに対し、微細幅方向（ゲート長方向）両側に所定のリサイズをかける。このリサイズは、図２，図８の図形処理手段１６と同じ機能を通常パターン生成部６内に有するか、図形処理手段１６を兼用化することで実行される。
そして、図１５（ｃ）において、図１５（ａ）のＡＮＤ処理時と同じ手段によって、リサイズ後の微細パターンとゲート電極パターンとの図形積処理（ＯＲ処理）を行って、遮光パターンを生成する。
【００５１】
通常は、ここまでで遮光パターン生成が完了するが、更に図１５（ｄ）において、遮光パターンの部分拡幅を行う。この処理は、例えばパターン検索による密パターンの特定と、その密パターン部分での拡幅との工程を経て行う。密パターンの特定では、図２のパターン検索手段１８と同じ機能を通常パターン生成部６内に有するか、パターン検索手段１８を兼用化することで実行され、例えば、隣接パターンとの間隔が所定幅以下を密パターン、所定幅以上を疎パターンとして検出する。そして、このような手法で検出された密パターン部分のパターン同士の間隔内側に、当該密パターン部分の幅を所定量拡張する。本例では近接する密パターン同士の間隔を無くすまで拡幅する。これにより、図１５（ｅ）に示される変更後の遮光パターンが得られる。この変更後の遮光パターンは、位相シフタとの関係では図１５（ｆ）の如くなる。
【００５２】
以上の方法では、図１３（ｂ）と図１４（ｂ）の対比で明白な如く、通常露光用遮光パターンを微細ゲートパターン間隔部分で、そのパターン離間方向にサイズ変更することで、位相シフトパターンの微細線幅方向の疎密性に応じて生じる解像後の微細線幅格差を減少または是正することができる。このパターン補正は、線幅規格が位相シフト用マスクほど厳しくない第２回目以降の通常露光用パターンで行うことから、微細線幅格差以上のパターン補正余裕があり、微細線幅格差の是正がしやすいといった利点がある。
【００５３】
【発明の効果】
本発明に係るパターン生成方法によれば、通常露光用遮光パターンを補正することで、高解像度露光の微細パターンの微細線幅方向の疎密性に応じて生じる解像後の線幅格差を、解像限界の制約を受けることなく縮小または是正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なＭＯＳ集積回路における断面構造図である。
【図２】本発明の実施形態に係るパターン生成装置の概略構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係るパターン生成方法のフロー図である。
【図４】図３における単位パターン生成工程の手順の一例を示すフロー図である。
【図５】ＭＯＳ集積回路を例とした単位パターンの生成過程を示すパターン図である。
【図６】得られた位相シフトパターンの一例を示すパターン図である。
【図７】図６のパターンに対する位相設定例を示すパターン図である。
【図８】本発明の実施形態に係るパターン生成装置の他の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る位相シフトパターンの他の生成方法を示すフロー図である。
【図１０】グラフデータの要素とデータ構成例を示す図である。
【図１１】閉ループがない場合を２例示すパターンとグラフの図である。
【図１２】閉ループが偶数ループの場合と奇数ループの場合を例示するパターンとグラフの図である。
【図１３】微細パターンの疎密性による線幅バラツキを説明するために、疎密ありパターン例と光強度シミュレーション結果を示す図である。
【図１４】実際に遮光パターンの線幅を変更しゲート間隔の疎密性に依存した線幅格差を是正したときのパターンと光強度シミュレーション結果を示す図である。
【図１５】通常露光用遮光パターンの各生成過程におけるパターン平面図である。
【図１６】位相シフト法の原理を従来法と対比して示す図である。
【図１７】位相シフト法および従来法における透過光のフーリエスペクトルを示す図である。
【図１８】第１の従来技術で前提となっているネガレジストを用いた、いわゆるレベンソン型位相シフトの原理を示す図である。
【図１９】第２の従来技術の位相シフト多重露光法として、ネガレジストを用いたレベンソン型位相シフトの原理を示す図である。
【符号の説明】
１，３０…パターン生成装置、２…入力部、４…位相シフトパターン生成部、６…通常マスクパターン生成部、８…パターン変更部、１０…出力部、１２…制御部、１４…図形演算手段、１６…図形処理手段、１８…パターン検索手段、２０…位相設定手段、２２…位相差確認手段、３２…グラフデータ生成手段、３４…グラフループ確認手段、３６…グラフデータ変更手段。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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